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RF MEMS技術の応用展開

  • Applications and Progress for RF MEMS Technology
(2006年『RF MEMS技術の最前線―ワイヤレス時代のキーテクノロジー』普及版)

商品コード: B0992

  • 監修: 大和田邦樹
  • 発行日: 2012年2月
  • 価格(税込): 3,672 円
  • 体裁: A5判、224ページ
  • ISBNコード: 978-4-7813-0496-0

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  • CVD法/物理蒸着法/圧電薄膜/力学的設計/単結晶シリコン受動回路素子/増幅器

刊行にあたって

 最近,低損失なRFスイッチやRFバラクタを実現できる技術としてRF MEMS技術が注目されている。MEMS技術は半導体集積回路技術にMEMS固有のプロセス技術を付加することにより,基板上で機械的動作可能な構造を実現するものである。MEMSによりマイクロセンサ,マイクロアクチュエータ,光スイッチ,バイオチップ,ケミカルチップなどの分野で多くの革新的なデバイスが生み出されてきた。
 RF MEMSはこのMEMS技術をマイクロ波・ミリ波帯で使用される無線通信用部品に応用したものである。RFMEMS技術により低損失,高Qのスイッチ,バラクタ,インダクタ等の部品が開発された。さらに,これらスイッチやバラクタを使ったチューナブルフィルタ,フェーズシフタなどの回路も開発され,可変RFフロントエンドシステムやフェーズドアレイレーダなどへの応用の期待が高まっている。RFMEMS技術はまさに,ワイヤレス時代のキーテクノロジーと位置付けられよう。
 本書は我が国におけるRF MEMS研究開発の最前線を紹介するものである。各章を最前線の研究者が執筆し,これからRF MEMSの開発に取り組む若手開発者やRF MEMSの知識を深めたい応用分野の担当者を対象にRF MEMS技術とその応用分野についてわかりやすく説明する。

 本書が読者のRF MEMSデバイス開発の一助になれば,著者らの幸いである。
(巻頭言より抜粋)

2006年4月 大和田邦樹


<普及版の刊行にあたって>

 本書は2006年に『RF MEMS技術の最前線―ワイヤレス時代のキーテクノロジー』として刊行されました。普及版の刊行にあたり,内容は当時のままであり加筆・訂正などの手は加えておりませんので,ご了承ください。

2012年2月  シーエムシー出版 編集部

著者一覧

大和田邦樹  (現)帝京大学 理工学部 情報科学科 教授
前田龍太郎  (現)(独)産業技術総合研究所 集積マイクロシステム研究センター センター長
小林 健   (現)(独)産業技術総合研究所 集積マイクロシステム研究センター 主任研究員
神野伊策   (現)神戸大学 大学院工学研究科 機械工学専攻 教授
三原孝士   (現)(財)マイクロマシンセンター MEMS協議会事務局 次長
鈴木健一郎  (現)立命館大学 理工学部 マイクロ機械システム工学科 教授
佐野浩二   (現)オムロン(株) 技術本部コアテクノロジーセンター 主事
曽田真之介  (現)三菱電機(株) 先端技術総合研究所 センシング技術部 画像センサ技術グループ 研究員
中谷忠司   (現)(株)富士通研究所 基盤技術研究所 機能デバイス研究部 研究員
中西淑人   松下電器産業(株) ネットワーク開発センター 主任技師
佐藤良夫   (株)富士通研究所 フェロー
       (現)太陽誘電(株) マイクロデバイス開発室 室長
吉田幸久   (現)三菱電機(株) 先端技術総合研究所 センシング技術部 専任
李 相錫   (現)三菱電機(株) 先端技術総合研究所 センシング技術部 主席研究員
寒川 潮   (現)パナソニック(株) 先端技術研究所 先端イノベーション推進室 主任研究員
楢橋祥一   (株)NTTドコモ ワイヤレス研究所 無線回路研究室 室長
       (現)(株)NTTドコモ 先進技術研究所 アンテナ・デバイス研究グループ 無線回路プロジェクトリーダ・主幹研究員
原 晋介   (現)大阪市立大学 大学院工学研究科 電子情報系専攻 教授
チャントゥアンコク  大阪大学 大学院工学研究科 大学院生
中谷勇太   (現)富士通(株) インテリジェントソサエティビジネス本部 スマートネットワークビジネス統括部
井田一郎   (現)(株)富士通研究所 ネットワークシステム研究所 先端ワイヤレス研究部 研究員
大石泰之   (株)富士通研究所 ワイヤレスシステム研究所 RFソリューション研究部 部長
中村陽登   (株)アドバンテスト研究所 第2研究部門 RF部品研究室 
       (現)(株)アドバンテスト 新企画商品開発室 T3統括プロジェクト 
執筆者の所属表記は,注記以外は2006年当時のものを使用しております。

目次

【Ⅰ 総論】
第1章 MEMS技術の概要 
1. MEMSとは
2. MEMS開発の歴史
3. MEMSのグループ別代表デバイスと応用分野
4. MEMS技術の特徴,技術分野と専門用語
5. MEMSの国際標準化

第2章 RF MEMS技術の概要 
1. RF MEMSとは
2. RF MEMS開発の歴史
3. RF MEMSの構造例
4. RF MEMSの利点
4.1 RF MEMSとGaAs回路,SiGe回路,またはCMOS回路との集積化
4.2 RF MEMSのリニアリティと相互変調歪積

【Ⅱ プロセス技術】
第1章 プロセス基盤技術 
1. はじめに
2. マイクロマシニングの流れ
3. ウエハ準備
4. 成膜(付着加工)
4.1 熱酸化(シリコン酸化膜の成膜)
4.2 CVD法
4.3 物理蒸着法
4.4 めっき法
4.5 アディティブ法とサブトラクティブ法
4.6 ドーピング
5. フォトリソグラフィーによる微細パターニング
6. 除去加工(エッチング)
6.1 ウエットエッチング
6.2 ドライエッチング
6.3 サーフェスマイクロマシニング
7. パッケージング
7.1 ウエハレベルパッケージの重要性
7.2 ウエハレベル接合
7.2.1 陽極接合(Anodic Bonding)
7.2.2 シリコン直接接合(Silicon direct bonding or fusion bonding)
7.2.3 その他の結合
7.3 封止したデバイスからの電気配線のとりだし

第2章 RF MEMSのプロセス技術
1. はじめに
2. RFスイッチのプロセス技術
3. RFフィルターのプロセス技術
4. 圧電膜の製造法

第3章 圧電薄膜を用いたRF MEMSスイッチの開発
1. はじめに
1.1 圧電マイクロアクチュエータ
1.2 圧電駆動MEMSスイッチの特徴
2. 圧電薄膜成膜プロセス
2.1 薄膜材料
2.2 成膜プロセスの特徴
2.3 スパッタ法によるPZT圧電薄膜の形成
2.4 圧電特性評価
3. RF MEMSスイッチの作製プロセス
4. アクチュエータ特性
5. スイッチング特性
6. おわりに

第4章 MEMSファンドリーサービス
1. はじめに
2. RF MEMSの特徴とファンドリーへのアプローチ
3. MEMSファンドリーインフラ,およびそのネットワークの必要性
4. MEMSファンドリーネットワークの誕生と活動
4.1 MEMSファンドリーサービス産業委員会の誕生
4.2 MEMSファンドリーサービス産業委員会の活動
5. 産業委員会メンバーのサービス内容の簡単な紹介
6. RF MEMSとしてファンドリーを利用する場合の注意事項
6.1 どのような段階からファンドリーサービスに依頼するのか?
6.2 個別部品型か?集積化MEMSか?
6.3 MEMSスイッチの場合はアクチュエータを何に選ぶか?
6.4 共同研究・開発の分担をどうするか?
6.5 量産を前提としているか?
7. おわりに

【Ⅲ 設計技術】
第1章 MEMS構造体の力学的設計技術
1. はじめに
2. 静的解析
2.1 静電気力
2.2 ばねの復元力
2.3 静的釣り合い
3. 駆動電圧低減化のための設計
3.1 ばね定数を変化させる方法
3.2 駆動電圧を印加する場所を変化させる方法
3.3 構造体を両側に変位させる方法
4. マイクロスイッチ設計の実例
5. 動的解析
6. 解析シミュレーションソフトウェア

第2章 MEMS構造体のRF設計技術
1. はじめに
2. RF平面導波路
2.1 表皮効果
2.2 コプレーナ導波路
3. Sパラメータ
4. 並列型スイッチ
5. 直列型スイッチ

【Ⅳ デバイス技術】
第1章 単結晶シリコンメンブレン型スイッチ
1. はじめに
2. 設計
2.1 デバイス構造
2.2 静電アクチュエータ設計
2.3 パッケージ設計
2.4 高周波線路設計
3. 製造プロセス
4. 評価結果
5. おわりに

第2章 線路駆動型スイッチとメタルカンチレバー型スイッチ
1. はじめに
2. 線路駆動型MEMSスイッチ
2.1 構造
2.2 作製プロセス
2.3 周波数特性
2.4 耐電力試験
3. メタルカンチレバー型MEMSスイッチ
3.1 構造
3.2 作製プロセス
3.3 高周波特性
3.4 耐電力試験

第3章 単結晶シリコンカンチレバー型スイッチ 
1. はじめに
2. 素子構造と特長
3. 作製プロセス
4. 素子特性
5. おわりに

第4章 簡易トリプル電極構造スイッチ
1. はじめに
2. スイッチの現状と課題
3. 低駆動電圧・高速スイッチの検討
3.1 簡易トリプル電極構造スイッチの考案
3.2 基本Design
3.3 櫛歯部Design
3.4 Materials Selection and Characterization
3.5 Fabrication
3.6 Measurement
4. おわりに

第5章 FBARフィルタ
1. FBARの構造と特徴
2. FBAR(SMR)開発の歴史
3. 富士通研究所におけるFBARの開発
3.1 開発の背景
3.2 圧電薄膜とその製造方法
3.3 電極膜について
3.4 空洞の形成方法について
3.5 ラダー型フィルタの設計方法について
3.6 パッケージについて
3.7 特性およびSAWフィルタとの比較
4. おわりに

第6章 受動回路素子
1. はじめに
2. 中空伝送線路
3. 集中定数型ハイブリッド回路

第7章 Dielectric-Air‐Metalキャビティ構造によるソレノイドインダクタと遅延線路
1. はじめに
2. デバイス構造および作製プロセス
2.1 開発背景
2.2 デバイス構造
2.3 作製プロセス
3. 試作結果
4. 高周波特性
5. おわりに

【Ⅴ 応用技術】
第1章 60GHz帯送・受信フロントエンドモジュール
1. はじめに
2. 60GHz帯送・受信フロントエンドモジュールの設計コンセプト
3. 60GHz帯送・受信ハイブリッドIC
3.1 フロントエンド回路ブロック構成
3.2 線路・配線構造
3.3 インバーテッドマイクロストリップ線路
3.4 MSLとIMSL間の線路変換器
3.5 IMSLによるバンドパスフィルタ
3.6 IMSLによる放射器
3.7 フリップチップ実装と実装部構造
3.8 送信モジュールの筐体への実装
4. 誘電体レンズ
5. おわりに

第2章 高効率デュアルバンド増幅器
1. はじめに
2. モバイルユビキタス
3. モバイルユビキタスと移動端末の技術課題
4. 電力増幅器のマルチバンド化
4.1 電力増幅器
4.2 マルチバンド化
5. 帯域切替型整合回路を備えた高効率電力増幅器
5.1 帯域切替型整合回路の動作原理
5.2 スイッチの特性が与える影響
5.3 提案構成の特徴
5.4 MEMSスイッチの適用
6. 900MHz/1900MHz帯デュアルバンド電力増幅器
7. おわりに

第3章 RF MEMSを用いた無線通信端末用適応アンテナ
1. はじめに
2. フェーズドアレーアンテナ
3. アンテナ選択ダイバーシティアンテナ
4. おわりに

第4章 計測器応用
1. はじめに
2. 測定の対象と計測器
2.1 周波数とアプリケーション
2.2 計測器の構成とデバイス
3. RF MEMSの計測器への応用
3.1 VCO(発振器)
3.1.1 VCO
3.1.2 周波数固定の発振器
3.2 フィルター
3.3 プローブ
3.4 スイッチ
3.4.1 スイッチの役割と具備条件
3.4.2 RF MEMSリレーの種類
3.4.3 それぞれの特徴
3.4.4 RF MEMSスイッチの問題点
4. おわりに
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