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高周波弾性波デバイスの基礎知識と技術動向

■開催日時:2020/07/20(月)  10:30〜16:30

■会場:連合会館502会議室(東京都千代田区)

■受講料:
 51,000円(税込、資料付き/1人)
※Eメール案内(無料)を希望される方は、通常1名様51,000円から48,500円になります。
※ソーシャルディスタンス実施のため、複数名の割引特典を休止しています。

■主催:S&T出版

■講師:門田 道雄 氏
東北大学大学院 工学研究科 ロボティクス専攻 シニアリサーチフェロー

■趣旨:
 圧電薄膜バルク波共振子(FBAR)や弾性表面波(SAW)は小形、軽量、周波数無調整、
高信頼性、高周波化対応可能等の特徴を持つ。SAWの民生用への応用はテレビの映像
中間周波数(VIF)用フィルタが最初で、その後SAWデバイスは自動車電話、コードレス
電話、ペジャ用などへの応用を経て、今や携帯電話、スマートフォンに欠かせない
重要な部品となっている。一方、FBARは携帯電話の普及により採用され、当時、SAWの
比べて急峻な特性を持つため、急峻な特性が要求されるbandを中心に採用されるように
なった。近年のスマートフォンの普及により、両デバイスは、それぞれ特徴を生かした
Bandに使用されている。また近年の周波数の混雑対策として、SAWでも急峻な特性が
得られるようになってきている。今後、急峻な特性と良好な温度特性をもつフィルタ
特性に加え、キャリアアグリゲーションシステムの普及により、広い周波数範囲で
スプリアスのないフィルタや第5世代用高周波フィルタが要求されるなど、ますます
FBARやSAWフィルタへの期待が高くなっている。
 講演者は、村田製作所入社後、圧電セラミックを用いたエネルギー閉じ込め型バルク
波共振子・フィラタ(BAW)の開発やSAWフィルタの開発を担当。テレビ・映像中間周波数用
SAWフィルタの開発後には、その実用化のため11年間、製造現場に従事して、その実用化に
成功した。その後、異動した開発部門では、高品質なZnO薄膜の開発や、上述の経歴に
記載のように多くの特徴ある世界初の移動帯通信用SAWデバイスの開発・実用化に成功
した。東北大に異動後は、ラム波や横波型板波を用いた、高周波デバイスや超広帯域な
デバイスの研究、圧電薄板と水晶基板を用いた高Q、ゼロTCF、スプリアスフリーの
デバイスに開発に成功している。本講演者は、このように、BARや良質なZnO膜の開発に
加え、SAWの研究の黎明期から現在に至るまで、SAWの開発・実用化・製造に取り組んで
きている。これらの経験を活かし、弾性体や圧電体の基本的な考え方・理論、BAWやSAWの
原理、BAWやSAWの種類や励振方法、それらに適した材料、それらを応用したFBARやSAW
共振子、ラダーフィルタへの原理・構成方法、実用化成功の秘訣、今後のFBARやSAWの
技術の動向などについて講演する。


1. 弾性体の基礎
 1-1 弾性体の結晶構造
 1-2 歪と応力の関係
 1-3 弾性定数
   (スチッフネス、コンプライアンス、(ポアソン比、ヤング率))
 1-4 運動方程式
 1-5 弾性体の縦波音速、横波音速は何に依存している、どのように求める

2. 圧電体とは
 2-1 圧電現象
 2-2 圧電方程式(圧電定数)
 2-3 結晶構造のおける圧電定数の違い
 2-4 電気機械結合係数

3. BAWとFBAR
 3-1 バルク波(BAW)とは
 3-2 厚みすべり振動とは
 3-3 厚み縦振動とは
 3-4 FBAR用材料
 3-5 成膜方法
 3-6 BAWやFBARの厚み振動共振子の周波数は何で決まる
 3-7 厚み振動共振子の帯域は何で決まる
 3-8 エネルギー閉じ込め振動とは
 3-9 キャビティ構造とSMRの違いは

4. 共振子とラダーフィルタ
 4-1 共振子
 4-2 ネットワークアナライザによる共振子特性の測定
 4-3 スミスチャート、動アドミタンス特性
 4-4 共振周波数、反共振周波数とは
 4-5 電気機械結合係数
 4-6 Qとは
 4-7 等価回路
 4-8 2重モードフィルタとは
 4-9 ラダーフィルタとは
 4-10 フィルタの帯域は
 4-11 帯域は何に依存する
 4-12 高周波化するには

5. SAW
 5-1 SAWとは
 5-2 SAWとBAWの違い
 5-3 SAWの励振
 5-4 SAWの種類
 5-5 レイリー波
 5-6 漏洩弾性波
 5-7 縦波型漏洩弾性波
 5-8 セザワ波
 5-9 BGS波
 5-10 ラブ波
 5-11 層状構造弾性波
 5-12 境界波

6. 板波
 6-1 板波とBAWやSAWとの違いは
 6-2 ラム波と横波型(SH型)板波 
 6-3 LiNbO3やLiTaO3薄膜を用いたデバイスの例

7. SAWの解析方法
 7-1 Campbell−Joneの方法

8. SAW用材料
 8-1 セラミック(PZT等)
 8-2 薄膜(ZnO等)
 8-3 単結晶(LiTaO3,LiNbO3,水晶、LBO,ランガサイト等)

9. SAW共振子
 9-1 SAW共振子の原理

10. SAWフィルタの種類
 10-1 トランスバーサル型フィルタ
 10-2 縦波型共振子フイルタ
 10-3 横波型共振子フィルタ
 10-4 ラダーフィルタ

11. 実用化に成功するために

12. 今後の動向
 12-1 高周波化
 12-2 広帯域化
 12-3 他

    【質 疑 応 答】

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