スマートフォンの未来を支える周波数フィルター用の圧電薄膜の電気機械結合係数の向上とメカニズムの解明

2021-10-11

2021-10-08 早稲田大学,科学技術振興機構

ポイント

スマートフォン向けフィルターの通過帯域を広くするため、大きな電気機械結合係数を持つ圧電材料の開発が盛んに行われてきた。
窒化アルミニウム圧電薄膜にイッテルビウムを添加することで、電気機械結合係数が最大約１．４倍に増加することを実験で確認。
イッテルビウムをウルツ鉱型窒化アルミニウム中に置換する際に、ランダムに配置するのではなく、チェーン状の構造が形成される状態がエネルギー的に安定することを解明。
ＷＩＴＨコロナ社会で重要な大容量通信に向けた周波数フィルターへの応用やＩｏＴ社会に必要とされる多くのセンサー、弾性波デバイスへの応用も期待される。

早稲田大学理工学術院先進理工研究科の柳谷隆彦准教授と国際理工学センターの賈軍軍准教授は、スマートフォン向けの周波数フィルター（ＢＡＷフィルター）に実用化されている窒化アルミニウム（ＡｌＮ）圧電薄膜材料にイッテルビウム（Ｙｂ）を添加することで、ＡｌＮ圧電薄膜の電気機械結合係数が最大約１．４倍増加することを発見しました。さらに、理論計算により電気機械結合係数の向上に関するメカニズムを解明し、新規圧電材料の探索に有用な指針を示しました。

今後、広帯域のＢＡＷフィルターに応用するなど、大容量データ通信が重要なＷＩＴＨコロナ社会に貢献することが期待されます。

この研究成果は、アメリカ物理学会の学術誌「ＰｈｙｓｉｃａｌＲｅｖｉｅｗＡｐｐｌｉｅｄ」オンライン版に、２０２１年１０月８日付（日本時間）で掲載されます。

本研究は、科学技術振興機構戦略的創造研究推進事業ＣＲＥＳＴ研究領域「微小エネルギーを利用した革新的な環境発電技術の創出」における「スーパースティープトランジスタによるレクテナと圧電トランスの融合によるＲＦエネルギーハーベスティング技術の実用化」（Ｎｏ．ＪＰＭＪＣＲ２０Ｑ１、研究代表者：石橋孝一郎電気通信大学）、日本学術振興会科学研究費基盤研究Ｃ（Ｎｏ．２０Ｋ０５３６８）の一環として行われました。

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