P53－74

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7.488
Linear approximation
-20.3 ppm/ºC
7.486
7.484
7.482
7.480
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7.476
30
40
50
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90
100
Temperature (ºC)
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Ion
Ionbombardment
Ion
bombardment
bombardment ⴫
⴫
⴫
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5050 50
AlNfilm
filmfilm
Nitrogen
ionbeam
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AlN
AlN
Nitrogen
Nitrogen
ion
ion
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Sample
Sample
AA A
Sample
Sample
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BB B
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Substrate
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Ion
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3 3keV
keV
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3 3keV
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NN
NN
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2 2 N2
Gas
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0.02
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PaPa Pa
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ECR
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80
80 80
target
target
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ion
iongun
ion
gungun
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Gas
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ccm
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Deposition
Deposition
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time
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1010hour
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10 hour
1010hour
hour
10 hour
Sputte
Sputte
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red
redred
particl
particl
particl
eses es
340
340
ºC
340
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250
ºC
250
ºC ºC
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Substrate
Substrate
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temperature
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Substrate
Substrate
Substrate
structure
structure
structure Silica
Silica
Silica
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glass
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glass
glass
glass
140
140140
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1120
1120
1120
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Intensity (a.u.)
Intensity (a.u.)
1010
1010
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0002
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0002
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111
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111
Al
200
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JCPDS
JCPDS
JCPDS
card
card
card
No.25-1133
No.25-1133
No.25-1133
(AlN)
(AlN)
(AlN)
JCPDS
JCPDS
card
card
No.4-0787
No.4-0787
(Al)
JCPDS
card
No.4-0787
(Al)(Al)
1000
1000
1000
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Sample
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800
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600
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(0002)
(1010)
(1010)
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(1120)
(1120)
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(1010)
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(1120)
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(0002)
(0002)
(0002)
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c-axis
c-axis
c-axis
c-axis
c-axis
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200
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(S
(Substrate)
(S
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ubstrate)
(Substrate)
(S
ubstrate)
Substrate
Substrate
1000
1000
1000
Substrate
Sample
Sample
Sample
800800
800
222
T2
T
=
2
=
T
33.2º
33.2º
=
33.2º
59.4º
59.4º
59.4º
36.0º
36.0º
36.0º
BB B
T31.8º
= 31.8º
56.6º
56.6º
56.6º
34.4º
34.4º
34.4º
䇭䇭䇭
䇭䇭䇭
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䇭䇭䇭
䇭䇭䇭
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600
600 600
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400
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200
00 0
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22
T(deg.)
T(deg.)
2T(deg.)
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Incident
Incident
Incident
[0001]
[0001]
[0001]
ion
ionbeam
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ion beam
direction
direction
I I= =90I90=direction
90
direction
direction
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120120
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2 ᭂ߇᷹ⷰߐࠇ direction
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ゲߩ
ゲߩ
150
150150
3030 30
{1122}
{1122}
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ะᕈࠍ␜ߔ‫⿛ޕ‬ᩏࠞ࡯ࡉ㧘⿛ᩏࡠ࠶ࠠࡦࠣࠞ࡯ࡉߩඨ୯᏷ߪߘࠇߙࠇ
ะᕈࠍ␜ߔ‫⿛ޕ‬ᩏࠞ࡯ࡉ㧘⿛ᩏࡠ࠶ࠠࡦࠣࠞ࡯ࡉߩඨ୯᏷ߪߘࠇߙࠇ
{
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{
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{
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ߢ㧘ߎࠇ߹ߢߩ㨆㨚㧻⤑ߩ࠺࡯࠲=?ߣห╬ߩ⦟ᅢߥ୯ࠍ␜ߒߚ‫ޕ‬
ߢ㧘ߎࠇ߹ߢߩ㨆㨚㧻⤑ߩ࠺࡯࠲=?ߣห╬ߩ⦟ᅢߥ୯ࠍ␜ߒߚ‫ޕ‬
{1122}
{1122}
{1122}
Amplitude (dB)
Amplitude (dB)
Amplitude (dB)
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210210
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330330
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ᭂὐ
࿑
࿑
240
240240
300
300300
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160160 200
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280280
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٨࿶㔚․ᕈ
٨࿶㔚․ᕈ
٨࿶㔚․ᕈ
Intensity
Intensity
Intensity
(a.u.)
(a.u.)
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㧖ࠗࡦࡄ࡞ࠬᔕ╵ᤨ㑆ᵄᒻ
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⤑ߩ࿶㔚ᕈࠍ⹏ଔߔࠆߚ߼ߦ㧘
⤑ߩ࿶㔚ᕈࠍ⹏ଔߔࠆߚ߼ߦ㧘
㧭㨘㧺⤑
㧭㨘㧺⤑
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㧭㨘㧺⤑
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O#N
O#N
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⤑
⤑⤑
00 0
c-axis
c-axis
c-axis
Electrode
Electrode
(1120)
(1120)
(1120)
AlN
AlNlayer
AlN
layer
layerElectrode
layers
layers
layers
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-20
-20-20
Shear
Shear
Shear
0.5
0.5
0.5mm
mmmm
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ࠍ૞⵾ߒߚ‫ޕ‬
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౒ᝄሶߩ෻኿ଥᢙ
5
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5ࠍㅒࡈ࡯࡝ࠛᄌ឵ߒߡ▚಴ߒߚᤨ
Silica
glass
Silica
Silica
glass
glass
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wave
wave
wave
-40
-40-40
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substrate
substrate
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-60
-60-60
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OO
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-80
-80-80
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-100
-100
-100
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-120
-120
-120
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0.0
0.00.0 0.2
0.20.2 0.4
0.40.4 0.6
0.60.6 0.8
0.80.8 1.0
1.01.0
Time
Time
Time
(P(P
s)s)
(Ps)
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࿑㧤㧚⹜ᢱ㧮ߩࠗࡦࡄ࡞ࠬᔕ╵ᤨ㑆ᵄᒻ
Conversion Loss (dB)
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߆ࠆ‫ޕ‬
Experiment, AlN
Experiment, ZnO [3]
Propagation loss
60
Mason's model dn=0 nm
Mason's model dn=600 nm
Mason's model dn=900 nm
50
40
30
20
10
0
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
Frequency (GHz)
2.5
3.0
࿑㧥㧚⹜ᢱ㧮ߩᄌ឵៊ᄬ ߎࠇߪ㧘⤑ߩ਄ඨಽߣਅඨಽߩ࿶㔚ᕈ߇⇣ߥࠆߎߣࠍ␜ߒ㧘ᚑ㐳ೋᦼߦ↢ߓࠆ࿶㔚ᕈߩਇᵴᕈߥ࡜ࡦ࠳ࡓ㈩ะጀ߹ߚߪ
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න⚿᥏㧭㨘㧺᧼ߩ M ࠍ⹏ଔߒߚ‫ޕ‬
Shear wave velocity (m/s)
㧖න⚿᥏㧭㨘㧺᧼ߩ㔚᳇ᯏ᪾⚿วଥᢙ
7000
This study
M ߪੑߟߩᮮᵄ㖸ㅦ㧦E ゲᣇะߣᐔⴕߦવ៝ߔࠆᮮᵄ 8цߣ E ゲᣇะ
Ref. [11]
6800
ߣု⋥ߦવ៝ߒ஍ᵄᣇะ߇ E ゲߣᐔⴕߥᮮᵄ 8A㧘߆ࠄ▚಴ߔࠆߎߣ߇
Ref. [17,18]
6600
ߢ߈ࠆ‫ ߢߎߘޕ‬$TKNNQWKP ᢔੂᴺߦࠃࠅ O 㕙න⚿᥏㧭㨘㧺᧼ߩၮ᧼㕙ౝ
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6400
ታ㛎ߢᓧߚ
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6200
୯ߢ޽ࠆߣᕁࠊࠇࠆ‫ޕ‬
6000
-10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
In-plane rotation angle) (deg.)
࿑㧝㧜㧚O 㕙න⚿᥏㧭㨘㧺᧼ߩᮮᵄ㖸ㅦ㕙ౝ⇣ᣇᕈ
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ߘߎߢ‫ޔ‬㧾㧲ࡑࠣࡀ࠻ࡠࡦࠬࡄ࠶࠲ᴺߢ◲ଢߦࠗࠝࡦࠍၮ᧼߳ᾖ኿ߒߥ߇ࠄᚑ⤑ߔࠆߚ߼ߦ‫ޔ‬ၮ᧼ࠍ⸳⟎ߔࠆ㔚ᭂߦ㧰㧯
޽ࠆ޿ߪ㧾㧲ࡃࠗࠕࠬࠍශടߒߚ‫ᧄޕ‬㗄⋡ߢߪ‫࠲࠶ࡄࠬࠬࠕࠗࡃߩߎޔ‬ᴺࠍ↪޿ߚࠗࠝࡦᾖ኿ߦࠃࠆ㨆㨚㧻⭯⤑ߩ㈩ะ೙ᓮ
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٨ࡃࠗࠕࠬࠬࡄ࠶࠲ᴺ
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+
+
-
-
Intensity (kcps)
Intensity (kcps)
Intensity (kcps)
Intensity (kcps)
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㧭㨘⤑ࠍ⌀ⓨ⫳⌕ߒߚ⍹⧷ၮ᧼㧔˜˜OO
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᧦ઙࠍ╙㧝⴫ߦ␜ߔ‫ޕ‬
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ࡃࠗࠕࠬߥߒ‫ޔ‬
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㧰㧯ࡃࠗࠕࠬ㔚࿶‫ޔ‬
‫ޔ‬
‫ޔ‬
8‫ޔ‬
㧾㧲ࡃࠗࠕࠬ㔚ജ
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‫ޔޔ‬
‫ޔޔ‬
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9 ߣߒߡߘࠇߙࠇᚑ⤑ߒߚ‫߅ߥޕ‬㧘ࡃࠗࠕࠬߥߒߩ႐ว㧘ߎߩ᧦ઙߢߪ㕙ౝ㈩ะ߇ᒻᚑߐࠇߥ޿ߎߣ߇್ߞߡ޿ࠆ‫ޕ‬
Unit in mm
Unit in mm
I 104 I 104
⴫㧞 ⴫㧞
㨆㨚㧻⤑ߩᚑ⤑᧦ઙ
㨆㨚㧻⤑ߩᚑ⤑᧦ઙ
Bias supply
Bias supply
Bias
electrode
Bias
electrode
Gas pressure
Gas pressure
1.0 Pa 1.0 Pa
Substrate
CoolingCooling
Substrate
water
water
60 60 Center of
Ar / O2 Ar / O2
1/3 1/3
Center
bias electrode
of bias electrode
Ar,O2 Ar,O2
I 80 I 80
Depo. time
Depo. time
3h
3h
ZnO target
ZnO target
Target electrode
Target electrode
RF power
RFsupply
power supply
13.56 MHz
13.56 MHz
N
NS
SN
N
RF power
RF power
to the target
to theelectrode
target electrode
200W 200W
supply supply
I 38 I 38
Non-bias
Non-bias
I 70 I 70
Bias Bias
DC biasDC bias -200, -100,
-200,100
-100,
V 100 V
Magnetron
Magnetron
circuit circuit
conditions
conditions
80 MHz80 MHz
RF biasRF bias
50, 100,50,
150,
100,
200,
150,
250
200,
W 250 W
࿑㧝㧝㧚ᚑ⤑ⵝ⟎᭎⇛࿑
࿑㧝㧝㧚ᚑ⤑ⵝ⟎᭎⇛࿑
㧖ၮ᧼ߦᾖ኿ߐࠇࠆࠗࠝࡦ
㧖ၮ᧼ߦᾖ኿ߐࠇࠆࠗࠝࡦ
PositivePositive
ion
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Negative
Negative
ion
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ࠬࡄ࠶࠲ᚑ⤑ᤨߦߪ‫ޔ‬㨆㨚㧻࠲࡯ࠥ࠶࠻ࠍ⸳⟎ߔࠆਅㇱ㔚ᭂ
㧔࠲࡯ࠥ࠶࠻㔚ᭂ㧕ߦធ⛯ߐࠇߚ㧾㧲㔚Ḯߦࠃߞߡࠟࠬಽሶ
㧔࠲࡯ࠥ࠶࠻㔚ᭂ㧕ߦធ⛯ߐࠇߚ㧾㧲㔚Ḯߦࠃߞߡࠟࠬಽሶ
Large amount
Large amount Small amoun
Small tamount
Non-bias
Non-bias
Low energy
Low energy
High energy
High energy
߇ᱜࠗࠝࡦߦ㔚㔌ߔࠆ‫ߩߎޕ‬ᱜࠗࠝࡦߪ࠲࡯ࠥ࠶࠻ઃㄭߩ
߇ᱜࠗࠝࡦߦ㔚㔌ߔࠆ‫ߩߎޕ‬ᱜࠗࠝࡦߪ࠲࡯ࠥ࠶࠻ઃㄭߩ
PositivePositive Large amount
Large amount Small amoun
Small tamount
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DC biasDC bias Low energy
Low energy
High energy
High energy
࡝ࡦࠣࠍ⿠ߎߔ‫ߩ࠻࠶ࠥ࡯࠲ޔ߈ߣߩߎޕ‬ਛᕈ☸ሶߣหᤨ
࡝ࡦࠣࠍ⿠ߎߔ‫ߩ࠻࠶ࠥ࡯࠲ޔ߈ߣߩߎޕ‬ਛᕈ☸ሶߣหᤨ
Negative
NegativeLarge amount
ountamount
Large amountVery small
Veryam
small
High energy
Low energy
Low energy
ߦ৻ㇱߢ⽶ࠗࠝࡦ߽⊒↢ߔࠆ‫ࠬ࡯ࠪߪࡦࠝࠗ⽶ߩߎޕ‬㔚⇇ߦ
ߦ৻ㇱߢ⽶ࠗࠝࡦ߽⊒↢ߔࠆ‫ࠬ࡯ࠪߪࡦࠝࠗ⽶ߩߎޕ‬㔚⇇ߦ DC biasDC bias High energy
ࠃߞߡ࠲࡯ࠥ࠶࠻ߣㅒะ߈ߦടㅦߐࠇ‫ޔ‬ၮ᧼߳㜞ㅦߢ㘧᧪ߔࠆ‫ޕ‬
ࠃߞߡ࠲࡯ࠥ࠶࠻ߣㅒะ߈ߦടㅦߐࠇ‫ޔ‬ၮ᧼߳㜞ㅦߢ㘧᧪ߔࠆ‫ޕ‬
ountamount
Very large
Veryamount
large amount
Very small
Veryam
small
RF biasRF bias
High energy
High energy
Low energy
Low energy
߹ߚ‫ޔ‬ၮ᧼ઃㄭߦ߽ࠪ࡯ࠬ㔚⇇߇ሽ࿷ߔࠆߩߢ‫ޔ‬㔚㔌ߒߚ
߹ߚ‫ޔ‬ၮ᧼ઃㄭߦ߽ࠪ࡯ࠬ㔚⇇߇ሽ࿷ߔࠆߩߢ‫ޔ‬㔚㔌ߒߚ
ᱜࠗࠝࡦߪၮ᧼߽߳ടㅦߐࠇࠆ‫߇ࡦࠝࠗߩࠄࠇߎޕ‬ᚑ⤑ਛߦၮ᧼߳
ᱜࠗࠝࡦߪၮ᧼߽߳ടㅦߐࠇࠆ‫߇ࡦࠝࠗߩࠄࠇߎޕ‬ᚑ⤑ਛߦၮ᧼߳⴫㧟㧚ᗐቯߐࠇࠆၮ᧼߳ߩࠗࠝࡦᾖ኿
⴫㧟㧚ᗐቯߐࠇࠆၮ᧼߳ߩࠗࠝࡦᾖ኿
ᾖ኿ߐࠇࠆߣ㨆㨚㧻⤑ߩ㈩ะᕈߦᓇ㗀ࠍ෸߷ߔ‫ޕ‬
ᾖ኿ߐࠇࠆߣ㨆㨚㧻⤑ߩ㈩ะᕈߦᓇ㗀ࠍ෸߷ߔ‫ޕ‬
␜ߔ‫ޕ‬
␜ߔ‫ޕ‬
⴫㧟ߦࡃࠗࠕࠬශടߦࠃࠅᗐቯߐࠇࠆၮ᧼߳ߩࠗࠝࡦᾖ኿ߩ⁁ᘒࠍቯᕈ⊛ߦ
⴫㧟ߦࡃࠗࠕࠬශടߦࠃࠅᗐቯߐࠇࠆၮ᧼߳ߩࠗࠝࡦᾖ኿ߩ⁁ᘒࠍቯᕈ⊛ߦ
Cࡃࠗࠕࠬࠍශടߒߥ޿႐ว
Cࡃࠗࠕࠬࠍශടߒߥ޿႐ว
(a)
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図１５． 面内配向膜の上面図（左）と青枠内における配向性の評価結果（右）
図１６． 今回使用したＲＦマグネトロンスパッタ装置
③今後の課題、展開
今回、直線エロージョン、開口窓、スイング機構を設けることによって、4inch シリコンウェハ全面において面内配向膜
を得ることができた。今後、チップ間ばらつきの改善、ターゲット材料の付着効率や使用効率の向上を図ることで、より安
価なセンサーチップが期待できる。
３）面内配向圧電薄膜を用いたバイオセンサー研究
①研究目標
圧電体の固有共振周波数の変化を利用した質量センサーにおいて、センサー表面への質量負荷と周波数シフトの関係は次
式となり、圧電膜の膜厚を薄くすることで高感度化が期待できる。
f  
v  m 


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従来、このような圧電体の周波数シフトを利用した質量セン
サーとしてＱＣＭ（quartz crystal microbalance）が挙げられ
る。しかしながらＱＣＭで用いられている水晶振動子は機械加
工により形成されるため薄膜化に限界があり、結果として感度
に制約が生じる。一方、Ｓｉ基板などの基板上に薄い圧電膜と
電極膜を形成し、Ｓｉ基板を圧電膜の下部のみ部分エッチング
することで図１７のような共振子[ＦＢＡＲ（film bulk
acoustic resonator）]を得ることができる。このようなＦＢＡ
Ｒ構造を利用することで高感度な質量センサーが期待できる。
Top electrode
Piezoelectric films
Counter electrode
Si
Cavity
図１７ ＦＢＡＲの構造
59
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(Au/Ti)
TopTop
electrode
(Au/Ti)
Counter
electrode
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Counter
electrode
(Ti/Au/Ti)
Counter
electrode
(Ti/Au/Ti)
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図２に２つのヘルスケアシステムの全体構想図を示す。医療用センサーで計測した生体情報と、電子排尿日記や電子母
子手帳に入力した情報は、ネットワークを経由して、生体情報サーバーへ転送され、蓄積・管理される。病院の医師はこ
れらの生体情報を分析・解析することで、病気や異常を早期に発見できる。また在宅での日常生活の中での長時間連続計
測により、より正確な診断ができる。妊婦の在宅計測の簡易判断結果を医師の携帯電話にメール送信し、医師が診察の必
要ありと判断した場合は、妊婦にお知らせコールで通知する機能も備えている。また、将来は、病院の電子カルテシステ
ムとの連携や、遠隔地のかかりつけ医との情報共有も考えている。
２つのヘルスケアシステムは重複する部分が多いので、以下は妊婦見守りヘルスケアシステムについてのみ説明する。
①－１．妊婦見守りヘルスケアシステムの生体情報データ
妊婦見守りヘルスケアシステムにおける生体情報は、センサーからリアルタイムに送信されるデータと、妊婦が電子母
子手帳に手入力するデータにより構成される。心電と子宮圧の生体計測データは、センサーから通信によって電子母子手
帳に送られ、インターネットなどを利用して、生体情報サーバーに送信される。膣内 pH、血圧は、妊婦が計測値を電子母
子手帳に手入力する。問診情報は問診ソフトを利用して手入力する。問診ソフトは、問診内容を判断し、症状の程度によ
って、電子母子手帳に入力した段階で妊婦にアラームを通知する。その他、生体情報を用いた分析・解析や医療診断に必
要と思われる妊婦の定期健診情報や患者基本情報は、生体情報サーバーでデータを保有する。
表１． 妊婦生体情報①（センサーからの生体計測データ）
項目
計測手段
母体／胎児心電
心電センサー（腹帯センサー）
子宮圧
子宮圧センサー（腹帯センサー）
項目
備考
母体の心電データから胎児の心拍
を抽出する（電子母子手帳上で動
作）
表２．妊婦生体情報②（妊婦の手入力によるデータ）
計測手段
備考
膣内 pH
膣内 pH 検査紙
血圧
血圧計
問診情報
電子母子手帳ソフトで入力
項目
定期健診情報
計測手段
備考
（紙ベース）母子手帳から必要な項目 電子母子手帳上で動作する
を電子母子手帳ソフトで転記
妊婦初期情報
電子母子手帳ソフトで入力
妊婦基本情報
医師、看護師がサーバーGUI から手入 妊婦登録時に入力
力
電子母子手帳上で動作する
表３．妊婦基本情報
妊婦の生活環境に関する情報
①－2．システム概念図
図３．システム概念図
69
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サーバー上に実装するデータベースは、妊婦見守りヘルスケアシステムと泌尿器ヘルスケアシステムの独立した２つのイ
ンスタンスにより構成する。
②－２．データベース構造
妊婦見守りヘルスケアシステムは以下のテーブルを持ち、各テーブルではさらに細かくデータ項目が定義されている。
ここではデータ項目の詳細については省略する。
・ユーザに関する情報
登録ユーザの情報、システム管理画面にログインするための情報、ユーザの権限情報妊婦基本情報、
・妊婦基本情報
妊婦基本情報(詳細)、胎児基本情報、胎児検診時の情報、分娩区分情報
・管理情報
生体情報ファイル管理情報、生体情報データタイプ情報、画像管理情報、機器管理情報、機器管理種別情報問診情報
・問診情報
イベント項目情報、イベント項目値情報、緊急度ランク値情報
・生体情報ファイル受信履歴
②－３．ＧＵＩ設計
トップメニュー画面を例として示す。
図５．妊婦見守りヘルスケアシステム トップメニュー
図６．泌尿器ヘルスケアシステム トップメニュー
②－４．クライアントサーバー統合環境
図７．クライアントサーバーシステム構成
71
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