Development of low-damping piezoelectric material suitable for acoustic wave devices for next-generation communication 6G

开发适用于下一代通信6G声波器件的低阻尼压电材料

基本信息

批准号：
22K18786
负责人：
大橋雄二
金额：
$ 4.16万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-06-30 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では、圧電基板として利用されるLiNbO3 (LN)、LiTaO3(LT)単結晶中に存在する結晶欠陥と吸収損失の関係を明らかにし、吸収減衰による損失改善を目指すことを目的としている。本年度はまずLN、LT単結晶の1-20GHz帯減衰係数測定を実現するために、20GHzまで対応するベクトルネットワークアナライザを購入し、高周波計測対応のプローバーと組み合わせて、装置のキャリブレーション法も含めて検討し、高周波帯の計測基盤を構築した。プローバーとキャリブレーション用パターンの接触具合やプローバーの浮遊容量等の補正パラメータの調整等、6GHzを超える周波数帯での計測の難易度は高くなるため、そのノウハウも構築した。また、6GHzを超える高周波での超音波励振を実現するため圧電基板の分極方向を反転させた直接接合圧電薄板のトランスジューサについても検討した。縦波を励振するための圧電単結晶基板として36Y-cutのLN基板を取り上げた。LNの分極の向きはc軸方向であるため回転Y板で分極反転構造を作製するにはc軸方向がジグザグになるように配置することになる。基板の接合方法としては、オプティカルコンタクト法よりも強固な接合となるように表面活性化による常温接合を利用する方向で準備を整えた。また、分極反転接合基板を被測定試料に接合するところは、トランスジューサの下地電極と接着層を併用できる金属拡散を利用した接合で実施することとし、その予備実験には成功している。以上から、高周波での伝搬減衰計測のための準備がおおよそ整った。

本研究的目的是阐明用作压电基板的LiNbO3（LN）和LiTaO3（LT）单晶中存在的吸收损耗和晶体缺陷之间的关系，并旨在通过吸收衰减来改善损耗。今年，为了测量LN和LT单晶在1-20GHz频段的衰减系数，我们购买了支持高达20GHz的矢量网络分析仪，将其与支持高频测量的探头结合起来，了解到我们研究了如何校准设备并建立了高频段的测量基础设施。 6 GHz 以上频段的测量更加困难，因此我们积累了相关专业知识，例如调整探头与校准图案之间的接触以及探头杂散电容等校正参数。我们还研究了一种直接粘合的压电薄板换能器，其中压电基板的极化方向相反，以实现超过 6 GHz 的高频超声激励。使用36Y切割的LN基板作为激发纵波的压电单晶基板。由于LN的偏振方向为c轴方向，因此为了使用旋转Y板形成偏振反转结构，必须将板排列成c轴方向呈Z字形。至于基板的粘合方法，准备使用表面活化的室温粘合，这将导致比光学接触方法更强的粘合。此外，我们决定利用金属扩散将偏振反转粘合基板加入到待测样品中，可以与换能器的基底电极和粘合层结合使用，初步实验已经成功。综上所述，测量高频传播衰减的准备工作已基本完成。