PDF/月刊誌論文/code:pg_0411_08 マテリアル インテグレーション 2004年11月号
ELECTRONIC CERAMICS 機能性単結晶の最近の進展

ランガサイト―新しい多目的圧電基板結晶
■著者
東北大学　金属材料研究所　教授　宇田　聡　ほか

■要約
第3世代通信システムWide-band Code Division Multiple Access (W-CDMA) を利用した携帯電話の普及が著しくなってきた.電気機械結合係数が水晶の約3倍と大きく,温度安定性も水晶並に良く,更に音速も遅いという特徴を持つランガサイトは,デバイスの広帯域,低挿入損失,温度安定性,小型化に有利でこのシステムの基地局IF段Surface Acoustic Wave (SAW) フィルタ用基板材料として使用されている.しかしながらランガサイトのフィルタ基板として最も大きな特徴は,表面弾性波伝搬における回折効果が理論的にゼロとなる伝搬方向を選択することが可能であることにある.すなわち,回折係数,γが-1の値をとるような実用的な方位が存在する.これはランガサイトのように自然一方向性を示す基板に対し,tapered structureあるいはslanted structureと呼ばれるフィルタ設計を行った場合,特に重要な条件になる.また,広くとられた通過域には,両側の阻止域に対し急峻な立ち上がりが要求される.こうしたshape factorが1に近い矩形の形状を持つ通過域の実現にも,回折係数,γが-1に近い値を持つことが有利になる.ランガサイトは他のフィルタ特性を犠牲にせずにこの特徴を実現できる基板材料である.最近ではこうした特徴を活かして,W-CDMA基地局用フィルタ以外にデジタルテレビの地上波基地局用フィルタや,衛星ラジオ用フィルタへの応用などが出てきている.一方,融点まで相転移がないという特徴を利用し,300〜800℃の高温で圧力や温度のセンサーとしても期待でされている.自動車エンジンの燃焼圧センサーとしての利用がその例である.ランガサイト単結晶は,La3Ga5SiO14の化学式で表される酸化物圧電体であり,三方晶系に属し,水晶と同じ32の点群を持つ.空間群は,P321であり,螺旋回転軸を持たないので右手系,左手系といった区別は存在しない.従って,水晶に見られるようなc軸に平行な螺旋軸に沿った右,左の系による双晶の発生はなく,X軸に沿った電気的双晶のみが存在する.また,ランガサイトは非コングルーエント性を示すが,育成に有効な組成が化学量論組成に近く固溶体領域も狭いので引き上げ法やブリッジマン法により適当な過冷却度のもとで均質な組成の単結晶の育成が可能である.