面内配向六方晶系薄膜の創製および横波モード共振子型分子間相互作用センサへの応用

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[センサ用材料の合成と圧電性能]ZnOと同じ六方晶系ウルツ型構造を有するAlN膜は耐薬品性に優れているためセンサ用材料に適している。本研究ではイオンビームスパッタ法を用いることで、初めて面内配向AlN膜の合成に成功した。さらに得られた薄膜と比較するために、AlN単結晶のセンサ感度関連物理定数をBrillouin散乱法により測定した。これによりAlN単結晶のバルク横波に関する電気⇔機械変換効率(k_<15>定数)を逆解析なしに決定した。AlN単結晶のk_<15>は0.10でZnOのk_<15>=0.26に比べて小さいことが明らかになった。電気⇔機械結合系センサでは、感度の点においてZnOの方が有利であることがわかった。作製されたAlN膜のk_<15>を測定した結果k_<15>=0.03で、AlN単結晶の約30%程度であった。[センサ安定性関連物理定数の測定]横波モード単結晶板共振子を作製し、AlN単結晶の横波に関する温度係数(TCF)を決定した。AlN単結晶のTCFは-20ppm/℃でZnOの-35ppm/℃に比べて小さいことが明らかになった。センサの温度安定性の点ではAlNの方が有利であることがわかった。[センサ材料(ZnO膜)の量産化に関する研究]面内配向ZnO膜の量産化に向けて従来使用していたの3インチ円形陰極ではなく、10インチの矩形陰極を搭載した大型成膜装置を設計し、成膜を行った。この結果、4インチ基板の大部分の領域において同一ウエハ上でc軸が面内に一方向に配向させることに成功した。さらに簡便に面内配向ZnO膜を合成する手法について研究を行い、陽極に直流バイアス電圧を-200V印加することで、大幅な装置の変更なしに面内配向ZnO膜の配向性を改善することができた。これにより面内配向ZnO膜形成のメカニズムの一端が明らかになり、今後さらなる量産化技術の進展が期待できる。