- Lutetium (LU)을 언더 레이어로 도입함으로써 Scandium (SC)을 고농도에 추가하여 Scandium (SC)의 결정 성이 성공적으로 개선되었습니다
- 개선 된 SC 견고성과 알루미늄 질화물 기반 라이브 바카라으로 세계 최고가 압전 상수를 달성했습니다
- 스마트 폰에 사용되는 탄성파 필터의 성능 향상에 기여합니다
이 연구에서 얻은 척수 상수 (왼쪽) 및 Scaln의 뇌 구조의 회로도 (오른쪽)
*우리는 원본 용지에서 인용되고 수정 된 그림을 사용합니다
Hirata Kenji의 연구팀, Sensing Systems Research Center, National Instit 재료 및 재료 연구, Niitsu Kodai, 국립 재료 및 재료 연구소 연구,탄성파 필터압전 재료의 성능을 크게 향상시키는 데 성공했습니다
스마트 폰과 같은 무선 통신 장치의 경우 특정 주파수 대역에서 신호를 잘라야합니다주파수 필터|가 많습니다 이 중 하나 인, 현재 주류 인 탄성 파 필터는 압전 재료로 만든 라이브 바카라을 가지고 있으며 라이브 바카라의 압전 성능은 절단 될 수있는 신호의 주파수 대역에 영향을 미칩니다 미래에 통신 방법이 발전함에 따라, 더 높은 주파수 대역을 수용 할 수있는 탄성파 필터가 필요할 것으로 예상되며, 라이브 바카라의 압전 성능 향상이 필요할 것으로 예상됩니다
현재, NITRIDE (ALM)에 SCANDIUM (SC)이있는 SCALN 라이브 바카라은 높은 압전 특성을 가지며 탄성 파 필터의 압전 재료로 널리 사용됩니다 SCALN의 압전 성능을 향상시키기 위해서는 ALN에서 SC를 고농도로 용해시켜야하지만 SC는 ALN과 혼합하기가 어렵고 시뮬레이션에서 예측 된 압전 성능을 달성 할 수 없었습니다
이번에는 Lutetium (LU) 금속이 SC 용해도의 양을 향상시키기 위해 SCALN 라이브 바카라에 언더 레이어로 도입되며, 세계에서 가장 높은 질화물 기반 압전 재료는 355 PC/N압전 상수를 얻었습니다 이 연구 방법과 지식을 활용함으로써 고주파 통신에 사용되는 탄성 파 필터의 성능이 크게 향상 될 것으로 예상됩니다
이 기술의 세부 사항은 2025 년 1 월 15 일에 제공 될 예정입니다오늘 재료"에서 온라인으로 게시 됨
최근 몇 년 동안 고주파 대역은 스마트 폰을 사용하여 무선 통신에 사용되었으며이를 수용하기위한 주파수 필터에 대한 수요가 증가했습니다 압전 재료는 탄성파 필터, 주파수 필터 유형에 사용되며 고주파 밴드의 통신에는 높은 압전 성능이 필요합니다 알루미늄 질화물 (ALN)은 압전이며 사운드 속도가 높습니다Q Value가있어 탄성파 필터에 적합합니다 이 ALN 재료 (SCALN)를 사용하여 압전 성능이 크게 향상되었으며 스마트 폰에 종종 설치되는 탄성파 필터로 실질적으로 사용되었습니다 커뮤니케이션 방법의 미래의 진화로 인해 더 높은 주파수 대역 (몇 개의 Gigahertz 이상)을 수용 할 수있는 장치를 실현하기 위해 SCALN과 같은 압전 성능을 향상시키고 고주파에 사용할 수있는 탄성파 필터를 만드는 것이 중요합니다
이전첫 번째 원칙 계산를 사용한 시뮬레이션에 따르면, SC의 60 내지 70 mol%가 ALN에 용해 될 때, SCALN의 압전 상수는 순수한 ALN보다 최대 10 배 더 높을 것이다 그러나, SC는 ALN과 혼합하기가 어렵고 SC의 농도가 높을수록 재료의 안정성이 낮아서 고농도 (43 mol%)를 갖는 SCALN 라이브 바카라에서 압전 성능을 입증하기 위해 높은 결정도 및 방향을 유지하기가 어렵다 따라서, 반응성 스퍼터링을 사용한 종래의 라이브 바카라 제조는 SCALN의 압전 성능을 더욱 향상시키기 위해 한계에 도달했다 고주파 대역과 호환되는 탄성파 필터를 생성하려면 고농도의 SC가 첨가 된 SCALN의 결정도 및 방향을 증가시키는 기술이 필요합니다
AIST는 Denso Inc와 협력하여 전 세계에서 높은 압전 성능을 가진 SCALN 라이브 바카라을 개발했습니다 (AIST : 높은 압전적 특성을 나타내는 질산 바카라 사이트 쿠폰물) 기본 층으로서 기본 층과 SCALN과 동일한 결정 구조를 갖는 루테 티움 (LU) 금속을 도입함으로써, SCALN 라이브 바카라의 성장 동안 결정 성 및 방향의 감소가 억제되었고, SC 고체 용액의 양이 증가하여, 고성분 상수를 초래 하였다
이 연구 및 개발은 과학 촉진, 젊은 연구원들, "ALN 기반 압전 라이브 바카라의 고체 용해도 한계 확장에 관한 연구"(문제 번호 21K14503), 연구에 대한 기본 연구 및 개발 (B)의 분석 및 요소 XAS를 사용하여 현실적 인 XAS를 사용하는 Elemental XAS의 기본 연구 (B)의 기본 연구 및 개발에 의해 일본 사회에 의해 지원되었습니다 다중 질화물의 특성 "(문제 번호 23K23052) 및 연구를위한 기본 연구 및 개발 (B),"질화물 압전 라이브 바카라을위한 미세 구조 설계 전략의 확립 "(문제 번호 24K01592)
이 연구에서, Scaln의 라이브 바카라을 준비 할 때, Lutium (Lu) 금속은 압전 Wurtz 미네랄 단계의 결정도 및 방향을 개선하기 위해 언더 레이어로 도입되었다 Wurtz 미네랄상은 그림 1육각형로 분류됩니다 LU는 Wurtzite와 유사한 육각형 결정 구조를 가지기 때문에 (도 1), 우리는 SCA의 SC가 첨가 된 SCALN의 결정 성 및 방향의 유지를 장려하는 효과가있을 것으로 예상했다
그림 1 Scaln의 Wurtzite 구조 및 Lu의 가장 가까운 구조
Scaln (왼쪽)에서 회색 구체는 Sc 또는 al으로 생각되고 빨간 구체는 N으로 생각됩니다
결과적으로, 지금까지 43 mol%는 가장 큰 양의 SC 고체 용액으로 간주되었지만, ALN에서 SC 고체 용액의 양은 508 mol%로 증가 하였다 제조 된 라이브 바카라의 단면적 구조의 전자 현미경 사진으로부터, Wurtzite 구조의 결정도 및 방향이 LU의 언더 레이어와 함께 SCALN 라이브 바카라에서 개선되었음을 확인 하였다 (도 2) 압전 상수가 실제로 이러한 라이브 바카라으로 측정되었을 때, 우리는 2018 년에보고 된 41 mol% SC 고체 용액량에 대한 316 pc/n 레코드를 상당히 개선하고 355 pc/n의 압전 상수를 성공적으로 얻었습니다 (그림 3) 이 값은 LU의 언더 레이어가없는 것과 비교하여 첫 번째 원리 계산에서 예측 된 값에 접근하므로 SCALN의 잠재적 압전 성능을 도출 할 수 있음을 의미합니다 또한 압전 상수는 다른 ALN 압전 재료에 비해 가장 높다는 것을 알 수있다 (도 4) 지금까지, 높은 결정도 및 방향 라이브 바카라은 많은 양의 SC를 포함하는 SCALN으로 얻기가 어렵 기 때문에 SC 고체 용액의 양의 증가로 인해 압전 상수의 개선에 제한이 있다고 생각되었지만, 라이브 바카라 생산의 독창성으로 인해 성능 개선의 여지가 있음이 밝혀졌습니다
그림 2 SCALN 라이브 바카라에서 단면 조직의 전자 현미경 사진 (왼쪽 : LU 언더 레이어 없음, 오른쪽 : lu 밑층) 사진의 상단에서, Scaln 결정은 lu 언더 레이어가 있는지 여부에 관계없이 Si 기질에 거의 수직으로 자라는 것으로 나타났습니다 사진의 중간에있는 색상은 배열 된 원자의 간격을 나타내며, LU 언더 레이어의 도입이 스케일 층의 균질 한 원자 배열로 원자의 정렬을 개선 시켰음을 알 수 있습니다 사진의 바닥의 색상은 결정의 경사 방향을 보여 주며, Lu 언더 레이어의 도입은 Scaln 층의 결정이 균일 한 방향으로 향하는 경향이 증가했습니다 사진의 스케일 막대는 길이가 200 nm입니다
*우리는 원래 논문에서 인용되고 수정 된 일러스트레이션을 사용합니다
그림 3이 연구에서 얻은 SCALN 라이브 바카라의 압전 상수의 과거 실험 값과 첫 번째 원리 계산에서 예측 된 값의 비교
*우리는 원본 용지에서 인용되고 수정 된 그림을 사용합니다
그림 4 요소 X가 이전에 추가 된 ALN의 최대 고체 용액 양과 압전 상수 사이의 관계 (출판 연도는 일반적인보고 된 값에 대해 나열됨) 또한 요소 X는 ALN에 두 가지 유형의 요소를 추가하여 만들어 져 있음을 나타냅니다
*우리는 원본 용지에서 인용되고 수정 된 그림을 사용합니다
이 연구에서 발견 된 결과는 고주파 통신에 사용되는 탄성파 필터의 성능을 향상시키기 위해 개선 될 수 있습니다 또한 ALN은 압전 특성을 활용하는 데 사용되고 있으며 자동화 된 운전에 필수적인 거리 센서에 적용하기 위해 고려되고 있으며 센서의 감도를 향상시킬 수있는 재료이기도합니다 앞으로, 우리는 이러한 장치에 실질적으로 사용하기 위해 라이브 바카라의 두께를 최적화하는 것과 같은 실제 작동에 대한 주목을 받아 기술 개발을 수행 할 것입니다 또한, 우리는 고농도의 SCC가 SCALN 라이브 바카라을 통해 포함 된 기술을 발전시켜 다른 재료 시스템으로 개발할 계획입니다
게시 된 잡지 :오늘 재료
논문 제목 : 계면 공학을 통한 질화물 라이브 바카라의 압전 성능 향상
저자 : Kenji Hirata, Kodai Niitsu, Sri Ayu Anggraini, Taisuke Kageura, Masato Uehara, Hiroshi Yamada, Morito Akiyama
doi : 101016/jmattod202412011