2020-12-14 科学技術振興機構
ポイント
- 第５世代移動通信システム（５Ｇ）に求められる高精度な同期を実現する高性能な周波数基準発振器として、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）発振器が期待されている。
- シリコン系ＭＥＭＳ振動子は高温下で品質が悪化したが、窒化ガリウムのひずみ制御により、６００ケルビンの高温でも優れた性能を維持するＭＥＭＳ振動子を開発した。
- 窒化ガリウム系振動子は集積性に優れ、タイミングデバイスへの応用が期待される。
ＪＳＴ 戦略的創造研究推進事業において、物質・材料研究機構 国際ナノアーキテクトニクス研究拠点のサン・リウエン 独立研究者（ＪＳＴ さきがけ研究者 兼任）は、窒化ガリウム（ＧａＮ）の熱によるひずみを制御することで、高温でも安定に動作するＭＥＭＳ振動子を開発しました。
高速大容量の第５世代移動通信システム（５Ｇ）には高精度な同期が求められ、そのためには一定周期の信号を発生させる「タイミングデバイス」として優れた時間安定性と時間分解能を両立させた高性能な周波数基準発振器が必要です。従来の水晶発振器は集積性が悪く応用は限定的でした。微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）注１）発振器は高性能で集積性に優れていますが、シリコン（Ｓｉ）系ＭＥＭＳ振動子は高温で品質が悪化するという問題がありました。
本研究では、優れた特性を持つＧａＮ結晶を、引っ張りひずみを制御しながらＳｉ基板上に成長させることに成功しました。さらに、このＧａＮ結晶膜で作製したＭＥＭＳ振動子は、温度が６００ケルビンまで上昇しても自ら温度上昇に対応して安定に動作することを実証しました。熱によって内部に生じるたわみによって性能が維持されたと考えられます。今後、ＧａＮ系ＭＥＭＳ振動子の５Ｇ向けタイミングデバイスへの応用が期待されます。
本成果は２０２０年１２月１２日～１８日（米国東部時間）にオンライン開催される国際学会「ＩＥＥＥ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｄｅｖｉｃｅｓ Ｍｅｅｔｉｎｇ（ＩＥＤＭ２０２０）」で発表されます。
本成果は、以下の事業・研究領域・研究課題によって得られました。
戦略的創造研究推進事業 個人型研究（さきがけ）
研究領域：「熱輸送のスペクトル学的理解と機能的制御」
（研究総括：花村 克悟 東京工業大学 工学院 教授）
研究課題名：「分極場工学による界面フォノン輸送の最適化」
研究者：サン・リウエン（物質・材料研究機構 国際ナノアーキテクトニクス研究拠点 独立研究者）
研究実施場所：物質・材料研究機構
研究期間：令和元年１０月～令和４年３月
＜論文タイトル＞
- “Self-Temperature-Compensated GaN MEMS Resonators through Strain Engineering up to 600 K”
（ひずみ工学による自己温度補償型窒化ガリウムＭＥＭＳ振動子）
＜お問い合わせ先＞
＜研究に関すること＞
サン・リウエン
物質・材料研究機構 国際ナノアーキテクトニクス研究拠点 独立研究者
＜ＪＳＴ事業に関すること＞
嶋林 ゆう子（シマバヤシ ユウコ）
科学技術振興機構 戦略研究推進部 グリーンイノベーショングループ
＜報道担当＞
科学技術振興機構 広報課
