JPH0245367B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、電気的に同調可能な表面音波リフレ
クタ型レゾネータに係り、更に詳細にはレゾネー
タのリフレクタ素子列の近傍の圧電気性且半導電
性の基質内のキヤリア濃度を変化させることによ
り表面音波レゾネータの共振振動数を制御するこ
とに係る。

表面音波（SAW）デバイスは種々の目的で発
振回路に於ける主要な振動数制御素子として使用
される。場合によつてはSAWデバイスは、所要
の精度にて発振器の振動制御を行なうべく、その
パラメータがある所要の公差内にて実質的に一定
に維持されるよう制御され得る小型の有能なデバ
イスを与えるために使用される。また場合によつ
ては、SAWデバイスのパラメータはひずみ、ま
たは力、圧力、温度等の如き他の現象により変化
され、これにより関連する振動数応答回路または
デジタル回路と両立し得る現象トランスデユーサ
として使用される。また場合によつては、温度的
に安定化させまたはトリミングの目的でモードを
変化するためには、SAWレゾネータを電圧同調
するのが望ましい。一つの電圧同調可能な表面音
波リフレクタ型レゾネータが、1976年１月に出版
されたApplied Physics Lettersの第28巻、第１
号にCross、P.S.等により著わされた「電子的に
変更可能な表面音波速度及び同調可能なSAW共
振器」と題する記事に記載されている。上述の文
献に記載されたデバイスは、同調トランスデユー
サを含む相互作用領域を架橋する入力及び出力音
響−電気トランスデユーサを有する同調可能な
SAW遅延線の両側に数列にて配列された複数個
のリフレクタ素子を有している。このデバイスの
基質はニオブ酸リチウムであり、比較的高い電気
機械的結合係数を有しており、最大理論同調範囲
は4.5％である。しかし実際の同調範囲は、リフ
レクタ素子列の各リフレクタ素子内に於ける有効
伝播長さに対する音波伝播方向に沿う同調トラン
スデユーサの長さの比により制限される。従つて
実際の同調範囲は1.4％程度である。

電圧同調可能なニオブ酸リチウムSAWレゾネ
ータに於ける問題は、ニオブ酸リチウムは半導電
性を有していないので、モノリシツク方式にて発
振器と一体的に発振器内にレゾネータを設けるこ
とが不可能であるということである。半導電性基
質上に組込むことのできる電圧同調可能なデバイ
スが、本願出願人と同一の出願人により出願され
た特願昭55−16488号に記載されている。この特
許出願に於ては、電圧同調可能な遅延線はSAW
遅延線上にセグメントに分割された整流接触型接
点を含んでおり、その整流接触型接点は半導電性
且圧電気性の材料の基質上に配置されてよく、ま
たは圧電気層を有する非圧電気半導電性材料上に
配置されてもよい。半導電性半導体材料内のキヤ
リア濃度を増大し、または半絶縁性半導体材料内
のキヤリア濃度を０に低減すべく、セグメントに
分割された電極に電圧を印加することにより、音
波速度、従つてデバイスの共振振動数が変化され
る。前述の特許出願に記載されている如く、かか
るデバイスは前述のCross等により著された記事
に記載された型式のレゾネータのリフレクタ間に
配置される同調素子として使用されてよい。しか
し、半導電性圧電材料または薄い圧電気層の電気
機械的結合係数ははるかに小さいので、かかるデ
バイスの同調範囲は極く小さいパーセントに制限
される。また上述の文献に於て、同調素子が占め
るキヤビテイ長さの部分により全同調範囲が制限
されることが前述のCross等により指摘されてお
り、前述の特許出願に記載された電圧同調を採用
するSAWレゾネータは同調素子が占めるキヤビ
テイ長さにより更に制限され、このことは多くの
用途に於て不充分である。更に入力トランスデユ
ーサと出力トランスデユーサとの間の間隔が大き
くなればなる程、同調可能なレゾネータ内に維持
されるモードの数も多くなる。従つて、維持可能
なモードの数を低減するためには、入力トランス
デユーサと出力トランスデユーサとの間の同調素
子の物理的長さはできるだけ小さくされなければ
ならない。

本発明の目的は、同調範囲を改善されまた半導
体回路と一体化し得るキヤリア濃度を制御された
SAWレゾネータを提供することである。

本発明によれば、電気的に制御された表面音波
リフレクタ型レゾネータは、圧電気性且半導電性
の基質を含んでおり、該基質のトランスデユーサ
領域の両側にはセグメントに分割された二組の整
流接触型接点が配置されており、各整流接触型接
点はリフレクタ列として機能するようになつてお
り、セグメントに分割された各整流接触型接点に
対し可変電圧が印加されると基質内のキヤリア濃
度が制御され、これによりリフレクタ素子の下方
の表面音波の速度が制御され、従つてレゾネータ
の共振振動数が制御されるようになつている。更
に本発明によれば、トランスデユーサ領域は、同
調現象が挿入損が最小である振動数に於て生じる
直列の同調素子として使用し得るよう、互いに他
に対し音響的に連結された一対のトランスデユー
サを含んでいる。或いはまたトランスデユーサ領
域は、レゾネータのリフレクタ素子間に配置され
た単一のトランスデユーサにより与えられるフイ
ードバツクの適正な位相の振動数に於て発振が生
じるよう、発振器（例えば従来のPierce、
Colpitts、またはClapp型の発振器）のに直接連
結された単一のトランスデユーサを含んでいる。

本発明によるレゾネータは前述の特許出願に記
載されている如く種々の形態をとつてよく、公知
の微小回路処理法を採用して容易に組込むことが
可能なものである。

以下に添付の図を参照しつつ、本発明を実施例
について詳細に説明する。

添付の第１図に前述のCrossなどにより記載さ
れた一般的な型式の同調可能なレゾネータであつ
て、前述の特許出願に記載された型式のキヤリア
濃度制御を使用すべく修正された従来のレゾネー
タが図示されている。このレゾネータは相互作用
領域の両側に配置された二つの列のリフレクタ素
子６及び７を有する基質４０を含んでいる。基質
４０はインターデジタル型の入力トランスデユー
サ４４及び出力トランスデユーサ４２と、セグメ
ントに分割された整流接触型接点３５（この指状
部は反射を低減すべく僅かに傾斜されている）と
を含んでいる。同調電圧が可変同調電源３７及び
それに近接して設けられたオーム接触型接地接点
５５により印加されるようになつている。入力ト
ランスデユーサ４４は増幅器６２の出力側に接続
されており、出力トランスデユーサ４２は増幅器
６２の入力側に接続されている。従つてこの増幅
器６２にはトランスデユーサ４４と４２との間に
共振音響フイードバツク経路が設けられており、
この経路はこれらのトランスデユーサ４４及び４
２の間であつてセグメントに分割された接点３５
が存在する基質部分に同調領域を含んでいる。前
述の特許出願に記載されている如く、接点３５の
下方に於ける電圧が変化することによりトランス
デユーサ４４と４２との間の領域に於けるキヤリ
アの濃度が変化し、これにより種々の態様にて
（但し前述のCross等により記載されたものと同
一の目的で）音響速度が調整される。半導電性圧
電気基質４０は、ヒ化ガリウムの如き半導電性及
び圧電気性の両方の性質を有する材料であつてよ
く、またはシリコンの如き半導電性を有する基質
上に酸化亜鉛の如き半導電性を有しない圧電気膜
が着装されたものであつてもよい。かかる基質に
応じて基質４０の半導電性材料内に於けるキヤリ
アのデプリーシヨンまたはキヤリアの濃度の増大
（エンハンスメント）を制御し、これにより基質
の半導電性／半絶縁性を選択的に制御し、これに
より音波の速度、従つて増幅器６２及びその音響
−電気フイードバツクにより形成された発振器の
振動数を制御するよう、電源３７の可変同調電圧
が選定される。周知の如く、出力は出力端子７６
にて取出されてよい。

リフレクタ素子６及び７は着装されたアルミニ
ウムを含んでいてよく、それぞれの素子は音波の
伝播方向に1/4波長の長さを有しており、また各
素子は互いに1/4波長の距離だけ隔置されている。
問題のデプリーシヨン深さは１波長程度であるの
で、セグメントに分割された接点３５の指状部
は、各セグメントに関連する連続的な領域内に於
けるキヤリア濃度の増大やキヤリアのデプリーシ
ヨンの連続性を確保すべく、１波長程度だけ分離
されていてよい。しかし各指状部は、基質が非導
電性のものである場合に於ける基質内の電位と基
質が導電性を有するものである場合に於ける基質
内の電位との差を低減することとなる見掛けの短
絡回路を与えることがないよう、奇数波長以外の
距離だけ隔置されねばならない。同調電源３７
は、第１図に於ては基質４０上に直接図示されて
いるが、基質とは別体のものとして形成されてよ
い。これに対し半導電性基質を採用する本発明
は、第１図に図示されておりまた前述の特許出願
に記載されている如く、増幅器６２を基質４０上
に直接設けることにより、モノリシツク方式にて
集積化することを容易に行ない得るものである。

前述の如く、第１図に図示されているが如き構
成に於ける問題は、充分な同調能力を確保するた
めには、音波の伝播方向に沿つて接点３５の下方
にかなりの長さの同調領域が存在しなければなら
ないということである。そしてこの問題は、特定
の圧電気半導電性基質４０がヒ化ガリウムの如く
比較的小さな電気機械的結合係数を有する場合に
特に顕著である。このことによりトランスデユー
サ４２及び４４を多数のモードが可能となる長い
距離に分離しなければならなくなる。それらのモ
ードには典型的には偽のサイドローブや他の近接
して隔置されたキヤビテイモードが含まれてい
る。

第２図に於て、前述の特許出願に記載された型
式の何れであつてもよい圧電気半導電性基質は、
その上に形成された複数個のリフレクタ素子１０
及び１１を有している。リフレクタ素子は基質９
上にアルミニウムを着装することにより形成され
た整流接触部を含んでいる。整流接触とは、接触
部に於て一方向の導電率が逆方向の導電率より大
きいことによつて整流が行われるが如き接触構造
をいい、Schottkyバリヤダイオードの如き半導
体を形成する構造をいう。リフレクタ素子１０及
び１１にはそれぞれオーム接触型接地接点１２及
び１３が設けられており、可変同調電源１５より
リフレクタ素子１０及び１１と接地接点１２及び
１３との間に電圧を印加し、これにより基質９の
半導電性領域または半絶縁性領域内に於けるキヤ
リア濃度を制御し得るようになつている。オーム
接触とは接触部を流れる電流が接触部前後の電位
差に比例する如き接触構造をいう。インターデイ
ジタル型の入力トランスデユーサ１６及びインタ
ーデイジタル型の出力トランスデユーサ１７によ
り増幅器１８に音響的に連結されたフイードバツ
クが与えられており、これにより発振器が形成さ
れており、その出力は出力端子１９にて取出され
るようになつている。トランスデユーサ１６及び
１７は前述の特許出願に記載された種々の方法に
て形成されてよい。本発明によれば、リフレクタ
素子の各セグメントは傾斜されておらず、音波の
伝播方向に完全に垂直であり、これにより入力ト
ランスデユーサ１６及び出力トランスデユーサ１
７を含むトランスデユーサ領域の両側にリフレク
タ列を与えている。リフレクタ素子１０，１１及
びトランスデユーサ１６，１７のデザインは表面
音波リフレクタ型レゾネータの技術分野に於てよ
く知られた技術に沿うものであつてよい。本発明
によるレゾネータの特徴は、リフレクタ素子１０
及び１１の列の音響領域全体に亙る音波速度を前
述の特許出願に記載された型式のキヤリア濃度の
制御によつて調整することにより同調が行なわれ
るということである。このことによりトランスデ
ユーサ１６及び１７を必要に応じて互いに４分の
１波長程度に間近に近接して配置することができ
る。本発明に於ては、リフレクタ素子の寸法及び
間隔は所要の設計振動数に対して基質に適当に適
合するよう選定される。このことは、セグメント
に分割された電極が表面短絡を殆ど生じないよう
にし、またこれと同時に充分なキヤリア濃度制御
を与えるよう設計された前述の特許出願に於ける
セグメントに分割された電極３５と対照をなすも
のである。リフレクタ素子１０及び１１の列は、
レゾネータにより形成されるキヤビテイの長さの
実質的な部分がキヤリア濃度を制御することによ
つて同調可能となるよう、周知の設計基準に従つ
てトランスデユーサ１６及び１７に間近に近接し
て配置されてよい。このことにより、集積回路に
構成することが可能であり且ニオブ酸リチウムの
如き他の材料よりも固有同調範囲の小さい好まし
い半導電性圧電気基質が使用される場合であつて
も、同調が最大になる。

第２図に於て、増幅器１８及びトランスデユー
サ１６，１７により形成された発振器はその振動
数が対応する速度を有する音波により制御される
ようになつており、前記対応する速度に於ては発
振器のフイードバツク経路に於けるトランスデユ
ーサ１６及び１７間の音響連結部に於ける挿入損
は最小である。第３図に示された実施例は、レゾ
ネータを発振器回路２１に接続するのに単一の音
響−電気インターデジタル型トランスデユーサ２
０が使用されており、レゾネータ２０は発振器２
１の能動装置の素子の何れかの間（例えば二極ト
ランジスタのベースコレクタ、コレクタ−エミツ
タ、エミツタ−ベース）に接続されており、これ
により当技術分野に於てよく知られた要領にて
Colpitts、Pierce、またはClapp型の発振器を構
成するよう構成されている点を除き、前述の第２
図に示された実施例と同様である。この第３図に
示された実施例に於ては、レゾネータは発振器２
１の発振振動数にて発振された音波を有してお
り、該音波はレゾネータの構造や同調に応じて適
正な位相を有する振動数に於て迅速に安定化す
る。

第２図及び第３図に示された実施例に於ては、
リフレクタ素子はそれらに同調電圧を印加し得る
よう互いに接続されている。かかる構成によつて
は適正に設計され且構成されたレゾネータの作動
特性に悪影響が及ぼされず、ただ単に共振品質係
数（Ｑ）が極く僅かに低下するだけであることが
解つた。またオーム接触型接地接点１２及び１３
が第２図に示されている如く各リフレクタ素子列
のリフレクタ素子が接続された側に設けられる
か、またはオーム接触型接地接点１２及び１３が
第３図に示されている如く各リフレクタ素子の接
続されていない側に設けられるかどうかはさほど
重要ではない。これに対しオーム接触型接地接点
１２及び１３は、もし基質が全体に亙つて半導電
性を有するものである場合には、基質の下側に形
成されてもよい。例えばｎ型エピタキシヤル層を
有する導電性ｎ−＋−型のGaAs基質が使用され
る場合には、オーム接触型接地接点はｎ−＋−型
基質の下面に形成されるのが好ましい。他の種々
の実施例に於ては他の接点位置や接点形成方法が
使用されてよい。

第４図はリフレクタ素子１１の列及び接地接点
１３の一部を拡大して示す部分図、第５図は前述
の特許出願の第６図に示されたものと同様の解図
的部分縦断面図である。第５図に於て一つの典型
的な作動の例示がｎ型ヒ化ガリウムエピタキシヤ
ル基質の場合について示されており、リフレクタ
素子１１の列の各リフレクタ素子に印加された同
調電圧により、図に於て破線にて示されている如
く、その電圧の大きさに応じてキヤリアのデプリ
ーシヨンが惹き起こされる。

本発明によれば半導電性基質上に形成された
SAWリフレクタ型レゾネータの電圧同調が可能
であり、従つて同一の基質上に直接集積回路を形
成することに匹敵する。本発明は、前述の特許出
願に記載されたデプリーシヨン及びエンハンスメ
ントモードのみなからず、リフレクタ素子の形成
や基質の種類に関する限り前述の特許出願に記載
された種々の型式の全てにて実施され得るもので
ある。しかし、本発明に於ては、何れの場合にも
整流接触は上述の如くリフレクタ素子１０及び１
１の列にアルミニウヨムまたは他の適当な金属を
着装することにより形成されるのが好ましい。

以上に於ては本発明を特定の実施例について詳
細に説明したが、本発明は上述の実施例に限られ
るものではなく、本発明の範囲内にて他の種々の
実施例が可能であることは当業者にとつて明らか
であろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来より周知の同調可能なレゾネータ
を示す解図である。第２図は音響的に連結された
入力ポートと出力ポートとを有する本発明による
同調可能なレゾネータを示す第１図と同様の解図
である。第３図は単一のトランスデユーサを有す
る本発明による同調可能なレゾネータを示す第１
図と同様の解図である。第４図は本発明による同
調可能なリフレクタ素子を示す解図的部分図であ
る。第５図は第４図に示された部分を示す解図的
部分縦断面図である。 ６，７…リフレクタ素子、９…基質、１０，１
１…リフレクタ素子、１２，１３…接地接点、１
５…同調電源、１６，１７…トランスデユーサ、
１８…増幅器、１９…出力端子、２０…トランス
デユーサ、２１…発振器回路、２２…ｎ型ヒ化ガ
リウム、２３…ヒ化ガリウム、２４…デプリーシ
ヨン、３５…接点、３７…同調電源、４０…基
質、４２，４４…トランスデユーサ、５５…接
点、６２…増幅器、７６…出力端子。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ キヤリア濃度の制御が可能な改良された表面
   音波可変リフレクタ型レゾネータにして、 圧電気性の且半導電性の基質と、 前記基質の表面上のトランスデユーサ領域の両
   側に配置された一対のリフレクタ素子列と、 前記基質の表面上の前記リフレクタ素子列の間
   に配置された音響−電気トランスデユーサと、 を含んでおり、 前記各リフレクタ素子列は互に平行状に配置さ
   れ且互に接続された複数のリフレクタ素子を含ん
   でおり、前記リフレクタ素子の各々と前記基質と
   の間には整流接触が形成されこれによつて前記リ
   フレクタ素子列と前記基質との間に複数の接点を
   含む整流接触型接点が構成されていることと、 電圧源を前記基質に接続するオーム接触型接点
   が前記各リフレクタ素子列のリフレクタ素子に隣
   接して形成されていることと、 前記リフレクタ素子の間及びその下方に於ける
   キヤリア濃度を変化させるために前記リフレクタ
   素子列と前記オーム接触型接点との間に前記電圧
   源からの可変電圧を印加する手段と、を含んでお
   り、 それによつて前記可変電圧の印加によつて前記
   基質の表面に於ける電位及び表面音波速度が変化
   されてレゾネータの共振振動数が制御されるよう
   に構成されていることを特徴とするレゾネータ。