研究介绍（面向企业）

对5G及更高版本智能手机用滤波器（BAW滤波器）的开发支持

当前，智能手机上配备了各种可以收发特定频带无线信号的滤波器。由于对于智能手机而言最佳的数GHz带的频率也用于无线LAN等的信息通信，现在可用于智能机的频带资源非常紧张。一般的无线带通滤波器只要将电感和电容元器件组合起来就可以制作（LC滤波器）。但是，在数GHz频带中，各个通信频带以极小的间隔排列着，LC滤波器的Q值（品质因数，可以表示为谐振频率下信号的过滤精度）不足会导致其他频段信号混入。例如，在美国的2 GHz手机系统中，存在着上行和下行信道间只相差20 MHz的情况。

为了满足这些要求，智能手机采取了使用超声波（弹性波）的滤波器。这是由于比起电共振，机械共振的Q值更高。滤波器采用了具有压电效果的材料，用以将机械共振作为电共振抽出。通信中使用的电磁波输入到压电材料中后，压电效应会将电信号转换为声波。这种声波在由材料尺寸决定的固有频率下产生共振，再通过压电材料转换为电信号，从而起到滤波的作用。也就是说，声波共振比起电共振，Q值和温度稳定性明显更高。利用这一特性，可以制作出高性能的滤波器。

现在，滤波器上主要利用的是在压电单晶基板上传播的SAW（surface acoustic wave，表面声波）。但是最近，由于智能手机数据量很大需要使用超高频率进行通信，因此声波共振必须选在尽可能高的频率下进行。据分析，在5G通信中，当频率达到4GHz以上时SAW滤波器将无法使用。因此，基于压电薄膜共振、在4GHz以上可以工作的BAW滤波器（又称FBAR，film bulk acoustic resonator,薄膜体声波共振器）逐渐提高了市场占有率。使用这种方式时，为了提高BAW特有的共振频率，必须将压电材料薄膜化。但现状是没有很好的材料可以实现。例如，被看作压电材料之王的锆钛酸铅系压电陶瓷（PZT）等材料，由于介质损失和声音衰减很大，很难用于GHz频带。

在这种情况下，我们的研究团队不断发现了高压电性，低介电损失，低声音衰减三个优点齐备的新氮化物压电材料（非公开）。此外，我们还发现了在设备制成前、仅衬底情况下提取压电薄膜的机电耦合系数的新方法，并以将其标准化作为目标。现在，我们受到多家设备制造商和衬底制造商对压电薄膜的测评及新材料探索的委托，并与其进行共同研究与信息交换。

智能手机上搭载的部件大多数是一个几日元左右，而无线滤波器的价格在其数十倍以上，是一个非常大的商机。受到国际漫游的影响，一台手机上搭载的滤波器数量达到了50个左右，对于可以应对各种不同的无线标准的压电材料的需求也越来越高。在压电及弹性波设备领域，开发所需的技术水平很高，很难被物价、人工费用低的国家所模仿，这也是其最大的特点。因此，日本国内的厂商在这个领域中占据世界的首位。压电设备领域并不广为人知，但是作为日本有优势的国产技术，希望能够得到大家的支持。

可以进行以下共同研究

（１）保留衬底的压电薄膜的机电耦合系数、声速、介电常数的测定

（２）新型掺杂、新型压电薄膜材料的探索研究（氧化物、氮化物）

ScAlN独立基板（0.1mm）的供应和应用设备开发

本研究室开发的ScAlN的kt2(对于薄板的机电耦合系数)即使低估也达到了22%。作为无铅材料，性能可以与PZT压电陶瓷薄板的kt2 = 25%相匹敌。另外，与LiNbO3 和PMN-PT单晶相比，未来有可能实现大面积制作，并且具有可以在聚焦超声波换能器等弯曲表面上生长的优点。