ミリ波帯ダイヤモンド SAW フィルタの研究～沖縄シリコンパラダイスを目指して～「ドローンを用いた ITS 融合ネットワークの構築」
沖縄工業高等専門学校
情報通信システム工学科

まえくら

本科５年前蔵しまぶくろ

本科３年島袋１．はじめにりょう

なか え

ま遼、４年仲栄真
たか や

おくはま隆也、奥浜しゅん

舜いっせい

なかまつ一成、仲松教授

ふじ い

たか とはら だ崇斗、原田藤井

さとし

まゆ

繭

知

現場での高度化が図られることが期待されております。そこで、必要とされているのは、多様なセンサー、その場解析、沖縄県にはどのような印象をお持ちでしょうか？観光でデータ送受を担う半導体素子であることは間違いありませ訪れた方は美しいビーチや空など自然環境に囲まれた場所ん。引き続き、シリコン半導体 IC を中心に、IoT 市場が爆として思い出されるでしょうか？昨今のメディアに取り上発的に広がると期待されるものの、それぞれの市場にあっげられている米軍基地問題でしょうか？

た、半導体素子の研究・生産について、1000万個 / 年以上

交通手段が限られることによる人や物の移動が制限されの生産能力があるメガファブファウンドリー（12インチることや、東アジアの不安定要因から一方向にメディアがウェーハライン）では要求に応えきれないことが判明しつ誘導するような報道から、あまり、正確に伝わっていないつあります。また、国内では市場規模が大きいにも関わらず、ように感じます。しかし、沖縄県では社会や経済構造にお生産性や規模の追求をのみをおこなっていたシリコン半導いて様々な問題が内包しており、その状況には容易に想像体事業会社そのものが無くなりつつあり、危機的な状況でがつくのではないでしょうか？沖縄県は、本土復帰から約す。

30年も経過するもの、未だ、県民所得は全国最下位です。

現在、日本の GDP の約4割程度がエレクトロニクス関連

しかし、他のメディアの調査では幸福度は全国一とも言わの産業であり、このエレクトロニクス産業の最先端の技術れております。製造業は雇用吸収力が高く、一人当たり県である半導体製造技術が日本から失われてしまうと、もは民所得と製造業比率には強い相関があることが知られておや、世界をリードすることは不可能となり、激烈な競争にります。しかし、現在、沖縄県における第2次産業の比率は埋没してしまう危機があると言われております。そこで、約14%、全国平均より10% 低く、さらに建設業を除いた製国立特定研究所・産業技術総合研究所の原史朗ミニマルファ

造業でみると比率が4.2% となり、全国平均18.4% の4分の1

ブグループ長らのグループは、ウェーハサイズを小型化し以下となっています。[1] 県民所得の向上は、沖縄県においたミニマルファブを生み出し、付加価値の高い半導体素子ても他産業への波及効果が大きい製造業の育成と誘致が、の生産が可能となり、まさに、本技術の実用化・商業化に沖縄県の産業振興の重要な課題であると位置づけられてお向け活動が行われております。加えて、半導体事業とは無ります。一方、高専を含む高等教育機関への強い地域連携縁であった沖縄県で、新しい形で産業創出に向けた動きがの方針のもと、沖縄県の問題について解決の一助と思い、始まっております。また、半導体メーカの多い九州では、日々、教育・研究に取り組んでおります。ドローンの研究

産総研九州にてミニマルファブに関わる半導体実装に関わについては、昨年度、紹介させて頂いたので、今回、ダイる技術開発が進められています。まさに、九州・沖縄地区

ヤモンド SAW について紹介させて頂きたいと思います。

における新しい半導体事業の革新と創生のタイミングであります。沖縄県には、谷（バレー）はないものの、美しい２．ミリ波帯ダイヤモンド SAW フィルタの研究～沖縄シリコンパラダイスを目指して～

自然（パラダイス）があり、シリコンパラダイスとなる可

２－１と全面的に協力し、ミニマルファブを用いた、素子や回路はじめに能性があります。ミニマルファブは、電子部品デバイスのプラットフォームであることから、多様な教育・研究としても期待されております。そこで、本研究目的は、産総研

来るべくユビキタス社会、IoT(Internet of Things) では、設計・プロセス開発・システム構築に渡る教育・研究シス

いつでもどこでもあらゆる情報が集められる手法としてあテムを、沖縄県、出来れば、高専機構内に構築することをらゆる産業分野にて適用され、それぞれの製造やサービス目的としております。

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セミコンジャパン

MIRAI GAKKO

化向けた課題は次の２つである。①ミリ波帯実現に向けた
２－２

これまでの社会活動実績

SAW の高周波化、②実用化のためのプロセス技術の開発、私は（一社）ミニマルファブ推進機構の委員であり、内①は、ダイヤモンド基板上に、12C のみ100% 構成されたダ

閣府沖縄総合事務局と協力し、2016年8月、法人30社が加盟

イヤモンド薄膜により高音速化、②は、産総研原らが提案する沖縄未来半導体研究会を立上げ、１回 /2か月にて沖縄するミニマルファブプロセス [3] によるダイヤモンド SAW

県にて、本研究会を開催しております。この研究会では、デバイスの試作

産総研・琉球大学・豊橋技科大とともに、沖縄での半導体んでおり、これまでの途中経過について報告します。

を課題解決の手段として、研究に取り組事業創出に向けた情報交換を中心とした活動を行っています。（図１参照）また、沖縄高専では、ミニマルファブを用２－４

ダイヤモンド SAW フィルタの高音速化いたファンドリー事業を沖縄にてはじめようとしている

ダイヤモンド SAW フィルタは、LiNbO3や LiTaO3を用い（株）ネイタスと共同研究契約を締結し、豊橋技科大も加えた SAW フィルタと異なり、ダイヤモンド自体は圧電性をた農業用センサーについて総務省の IoT センサーに申請す持たないため、図２に示す通り、圧電性薄膜を積層した構るなど、ミニマルファブを中心に、フィジビリティスタディ造となっています。ここで、さらに、高周波化には、①波や外部資金獲得等について活動を行っています。また、ミ長を小さくする（電極線幅を小さくする）、②基板の音速をニマルファブシステムの保守・販売等を手掛ける横河ソ大きくします。音速は（ヤング率 / 密度）1/2に比例すること

リューションサービス・物質材料機構・産業技術総合研究から同位体の13C を取り除き、密度を小さくすることで音速所と連携し、代表者が進めてきたダイヤモンド SAW デバを大きく出来ると考えています。

イスについて、ミリ波帯用 SAW デバイスの研究開発について進めています。

沖縄未来半導体研究会
官学

産

図２

2016年
図１

強力な連携体制構築済

沖縄県における産学官連携体制

２－５

ダイヤモンド SAW デバイスの構造図

ミニマルファブを使った SAW デバイスの試作

先行研究と同様、単結晶ダイヤモンドとして、高圧合成法で作製した Ib ダイヤモンドの大きさ3×3mm2×0.3ｍｍ厚みの小型基板と、プラズマ CVD により作製したハーフインチサイズのダイヤモンド基板（EDP 社製）を用いて実験を行いました（図３(a)）。小型基板の場合、図３(b) に示

２－３

これまでの研究活動概要

すシリコン基板を用いたミニマル用治具を作製しました。

これまでの先行研究では、単結晶ダイヤモンドと AlN 圧

現在、ミニマルファブプロセスとして開発されたレジスト電体薄膜の組合せにより、5 GHz 帯（音速11000m/ ｓ、波コータ、露光機、現像装置を用いてプロセスを進めており、長2μｍ）で8,346と驚異的な Q を持つ超高性能 SAW 素子各プロセス条件の確認を行っているところであり、素子性を実現した。[2]

能の確認を現在行っています。

この研究をさらに発展させ、ミリ波帯用SAW デバイスを実現することが目標である。しかし、実用SEAJ Journal 2018. 1 No. 160

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③ 新素材の SAW フィルタの設計・試作
物質材料機構と連携し、学生もしくは教員にて、同位体を制御したダイヤモンド薄膜を形成し、それを用いたミリ波帯の SAW デバイスの研究を引き続き行いたいと考えております。

おわりに(a)

ご承知の通り、少子高齢化に伴い、教育現場は大変苦しい状況に置かれております。また、企業も昔とは異なり、即戦力型の人材を渇望していると伺っております。まさに、社会は欧米型へ転換、つまり、教育は教育機関で、会社では実務に取り組むという区分けが進むと思われ、企業も教育機関へ投資として取組んで頂けるようお願いします。
我々、教員は、可能な限り知恵を絞り、質の高い教育研究が出来るよう奮闘しております。是非、セミコンジャパン(b)
図３における The 高専を、引き続き継続して頂き、何卒、高専(a) ハーフインチサイズの単結晶ダイヤモンド基板、の教育研究に対する、産業界の皆様のご支援・ご協力をお(b) ミニマルシャトルにおけるシリコン治具と Ib ダ

願いしたいと存じます。

イヤモンド基板

謝辞
荏原製作所を含め、セミコンジャパン The 高専の関係者

２－６

これからの活動内容

産総研・横河ソリューションサービス・PMT などでミニの皆様にこの場をお借りし、改めて、お礼申し上げます。

マルファブのファンドリーが受けられることもあり、ミニ参考文献

マルファブをプラットフォームとし、それぞれの教員にて

1.

www.pref.okinawa.jp/site/kikaku/chosei/keikaku/h24-

各分野の教育研究を進め、成果を生み出すことを考えております。
① IC 設計okinawanosugata.html
2.

計を行い、1素子単位で、産総研・豊橋技科大・ネイタス等のファンドリーが出来る機関に試作を行い、その評価を実S. Fujii, et al, "One-port SAW Resonators Fabricated on SingleCrystal Diamond," IEEE International Microwave Symposium,

アカデミック版無償の IC 設計ツールを整備・活用し、学生もしくは教員にて、1万以下のゲート数の小規模にて、設

沖縄県、「おきなわのすがた（県勢概要）平成28年3月版」http://

TU1D-6-1～3, 20133.

S. Hara, et al, "Development of Fundamental Manufacturing
Process for Minimal Fab," International Conference IC Designand Technology, 2016

施します。
② MEMS デバイス設計・試作
シリコンディープエッチングが可能であることから、学生もしくは教員にて、RF － MEMS デバイス、例えば、ミリ波帯のアンテナ設計や光通信用光スイッチ設計を行い、産総研・豊橋技科大・ネイタス等のファンドリーが出来る機関にて試作を行い、その評価を実施します。

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