【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.05.17】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
24KT2574
利用課題名 / Title
表面弾性波型非線形熱音響位相変調器の製作と評価
利用した実施機関 / Support Institute
京都大学 / Kyoto Univ.
機関外・機関内の利用 / External or Internal Use
内部利用（ARIM事業参画者以外）/Internal Use (by non ARIM members)
技術領域 / Technology Area
【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）加工・デバイスプロセス/Nanofabrication（副 / Sub）-
【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）高度なデバイス機能の発現を可能とするマテリアル/Materials allowing high-level device functions to be performed（副 / Sub）-
キーワード / Keywords
音響材料・素子/ Acoustic materials,レジスト処理装置/ Resist processing,リソグラフィ/ Lithography,MEMS/NEMSデバイス/ MEMS/NEMS device,光リソグラフィ/ Photolithgraphy
利用者と利用形態 / User and Support Type
利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)
霜降 真希
所属名 / Affiliation
京都大学 大学院工学研究科
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
井嶋 泰貴
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes
利用形態 / Support Type
（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）-
利用した主な設備 / Equipment Used in This Project
KT-103：レーザー直接描画装置
KT-110：レジスト現像装置
KT-111：ウエハスピン洗浄装置
KT-155：両面マスクアライナー
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
本研究では、物理リザバーコンピューティング（PRC）への応用に向けた非線形特性を有する熱音響位相変調器を設計開発し、その特性を調査した。そして、作製した変調器を物理リザバーシステムへ実装しその学習性能をベンチマークによって検証した提案する変調器は表面弾性波（SAW）デバイスであり、ヒーターとしての役割も果たす金薄膜によって形成される導波路を有する。ヒーターによる基板表面の加熱が導波路内を伝播するSAWの速度を変化させ、出力側における位相変調をもたらす。
実験 / Experimental
熱音響位相変調器は微細加工技術を用いて作製された．使用基板は厚み500 µm，4インチの128°Y-Xニオブ酸リチウム基板（山寿セラミックス）を用いた．IDTおよび導波路の作製にはリフトオフプロセスを採用しており，レジストはAZ5214E（MicroChemicals）を用いた．フォトマスクの作製にはレーザー描画装置（KT-103）とウエハスピン洗浄装置（KT-111），レジスト現像装置（KT-110）を用いた．リフトオフプロセスにおける露光は両面マスクアライナー（KT-155）を用いた．パターンの現像には現像液としてNMD-3（東京応化）を用いた．その後はEB蒸着（カスタムメイド，ヤシマ）により金を蒸着し，リフトオフを行った．最後にダイサー（DAD322, Disco）を用いてチップに分割した．作製されたチップはプリント基板に接着し，ウェッジワイヤボンダー（SW-1-7K, 超音波工業）によってボンディングした．
結果と考察 / Results and Discussion
作製したデバイスを図１に示す。本デバイスの最小幅であるIDT部の電極幅は約2.7 µmであった。変調器の特性調査において、ヒーターに印加する電圧と位相変調に非線形な関係を確認した（図２）。また、変調器を実装したPRCシステム（図３）を用いたベンチマーク（NARMA2）ではNMSEによってその性能を評価し、結果としてNMSE = 0.066 が得られた。（図４）
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
図１ 熱音響位相変調器 (a)全体図 (b)部分図
図２ 変調器の非線形応答
図３ SAW-PRCシステムの概要図
図４ NARMA2タスクの結果
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
本研究は、JSPS科研費 22K18289、公益財団法人電気通信普及財団の支援を受けて実施された。
成果発表・成果利用 / Publication and Patents
論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)
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Taiki Ijima, Nonlinear thermo-acoustic phase modulator for physical reservoir computing, Japanese Journal of Applied Physics, 64, 03SP33(2025).
DOI: 10.35848/1347-4065/adb6ac
口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.
- Taiki Ijima, Claude Meffen, Amit Banerjee, Jun Hirotani, Toshiyuki Tsuchiya Development of a Thermal SAW Phase Modulator for Physical Reservoir Computing 2024 IEEE Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control Joint Symposium, Taipei, TAIWAN, Sep. 22-26, 2024, 8033.
- Taiki Ijima, Claude Meffan, Amit Banerjee, Jun Hirotani and Toshiyuki Tsuchiya Nonlinear thermo-acoustic phase modulator for physical reservoir computing 37th International Microprocesses and Nanotechnology Conference (MNC 2024), Kyoto, Japan, Nov. 12-15, 2024, 15B-3-1
- 第15回「マイクロ・ナノ工学シンポジウム」26A3-PN-54 表面弾性波リザバーへの応用に向けた熱音響位相変調器の開発 井嶋泰貴*，Meffan Claude，Amit Banerjee，廣谷潤，土屋智由 京都大学
特許 / Patents
特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件