超音波デバイス：ナイフエッジ法に基づく弾性表面波デバイス用高速レーザプローブシステム

摘要

近年、移動体通信分野における情報の高密度化、高速化等により、弾性表面波(SAW)デバイスにはより一層の高周波化等の性能向上が要求される。SAWデバイスが実用化された段階で、更に性能向上を目指すためには、残された不要応答や損失の原因解明が重要となる。 そこで、その足懸りを得る手段として、デバイスの動作と直結したSAWの伝搬姿態を観測するツールが渇望されている。 その観点から、多くのグループが光学的手法によるSAW可視化装置の開発を進めている。 その多くはSAW変位の検出手法としてマイケルソン干渉計を利用している。 マイケルソン干渉計法は高感度であるが、基板表面の縦振動成分を検出するため、外部（例えば床）からの振動にも影響を受けやすい。 そのため、大規模な光学定盤や除振台が必要で、かつ高速な2次元走査に不向きである。一方、ナイフエッジ法は、高感度の上、基板表面のたわみ成分を検出するため、外郭からの振動にも強い。 しかも、線幅ばかりでなく位相も検出可能と言う特長がある。 しかし、高周波に対応した光検出系の構築が容易ではないため、これまであまり広範に利用されなかった経緯がある。 本稿では、筆者らが開発している高速で高感度なSAW可視化システムについて紹介する。 本システムでは、プリズムミラーと高速ホトダイオードを組み合わせたナイフエッジ光学系を採用しており、GHz付近でも十分な感度で観測可能である。 また、外部振動に強いため、極めて高速に2次元走査が可能である。以下、第2節では、開発したシステムの光学系検出回路、並びに2次元駆動系について詳細に解説する。 第3節では、共振周波数433MHzのSAWデバイスを例にとり、測定結果を示すと共に、そのデータを利用したデバイス特性の解析例も提示し、本システムの有効性を明らかにする。最後に、第4節では、本報告のまとめと今後の課題について述べる。