JPH0548642B2 - - Google Patents
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- JPH0548642B2 JPH0548642B2 JP6629484A JP6629484A JPH0548642B2 JP H0548642 B2 JPH0548642 B2 JP H0548642B2 JP 6629484 A JP6629484 A JP 6629484A JP 6629484 A JP6629484 A JP 6629484A JP H0548642 B2 JPH0548642 B2 JP H0548642B2
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- Japan
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- thin film
- single crystal
- piezoelectric
- silicon
- oxide
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- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic elements; Electromechanical resonators
- H03H9/15—Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material
- H03H9/17—Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material having a single resonator
- H03H9/171—Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material having a single resonator implemented with thin-film techniques, i.e. of the film bulk acoustic resonator [FBAR] type
- H03H9/172—Means for mounting on a substrate, i.e. means constituting the material interface confining the waves to a volume
- H03H9/174—Membranes
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
(産業上の利用分野)
本発明は圧電性薄膜を用いたVHF、UHF用高
周波圧電振動子に関し、特にシリコン薄膜と圧電
性薄膜とを主振動部材とする複合構造の振動部位
を有する薄膜圧電振動子に関するものである。
周波圧電振動子に関し、特にシリコン薄膜と圧電
性薄膜とを主振動部材とする複合構造の振動部位
を有する薄膜圧電振動子に関するものである。
(従来技術とその問題点)
近年、50MHz以上の高周波領域においてバルク
波厚み振動の基本振動或いは低次の高調波振動が
利用できる圧電振動子が提案された。たとえば、
ケー・エム・ラーキン、ジエイ・エス・ワオン
(K.M.Lakin、J.S.Wang)により、アプライド・
フイジクス・レターズ(Applied Physics
Letters)1981年2月1日号(Vol.38、No.3)125
ページから127ページに、「Acoustic Bulk Wave
Composite Resonators」と題して発表された論
文においては第1図に示した如き構造のものが示
されている。この第1図に示す圧電振動子は、表
面が(100)面であるようなシリコン基板11の
表面の拡散或いはエピタキシヤル成長によつてボ
ロンを7×1019cm-3以上の濃度にドープしたシリ
コン薄膜12を形成した後、エチレンジアミン、
ピロカテコール及び水からなるエツチング液(以
下EDP液という)によつて基板11に空孔10
を形成し、さらにシリコン薄膜12の上に圧電性
薄膜13、上部電極14を形成し、またシリコン
薄膜12の他面に下部電極15を形成することに
よつて製造される。上記論文においては酸化亜鉛
(ZnO)からなる圧電性薄膜が1μm、シリコン薄
膜が6μmの場合に共振点435MHzにおけるクオリ
テイ・フアクタ(以下Qという)として3000とい
う値が示されている。
波厚み振動の基本振動或いは低次の高調波振動が
利用できる圧電振動子が提案された。たとえば、
ケー・エム・ラーキン、ジエイ・エス・ワオン
(K.M.Lakin、J.S.Wang)により、アプライド・
フイジクス・レターズ(Applied Physics
Letters)1981年2月1日号(Vol.38、No.3)125
ページから127ページに、「Acoustic Bulk Wave
Composite Resonators」と題して発表された論
文においては第1図に示した如き構造のものが示
されている。この第1図に示す圧電振動子は、表
面が(100)面であるようなシリコン基板11の
表面の拡散或いはエピタキシヤル成長によつてボ
ロンを7×1019cm-3以上の濃度にドープしたシリ
コン薄膜12を形成した後、エチレンジアミン、
ピロカテコール及び水からなるエツチング液(以
下EDP液という)によつて基板11に空孔10
を形成し、さらにシリコン薄膜12の上に圧電性
薄膜13、上部電極14を形成し、またシリコン
薄膜12の他面に下部電極15を形成することに
よつて製造される。上記論文においては酸化亜鉛
(ZnO)からなる圧電性薄膜が1μm、シリコン薄
膜が6μmの場合に共振点435MHzにおけるクオリ
テイ・フアクタ(以下Qという)として3000とい
う値が示されている。
しかしながら、シリコン薄膜上に形成された
ZnO薄膜はc軸配向した多結晶膜であり、その音
響的損失はシリコンに比較して大きい。上記論文
において3000という比較的大きなQが得られてい
るのはシリコン薄膜に比べてZnOの厚さが1/6と
小さいためである。たとえば、テイー・ダブリユ
ー・グラドコフスキー(T.W.Grudkowski)ら
によりアプライド・フイジクス・レクーズ
(Applied Physics Letters)1980年12月1日号
(Vol.37、No.11)993ページから995ページに
「Fundamental−mode VHF/UHF miniature
acoustic resonators and filters on silicon」と
題して発表された論文においては、ZnOが2.1μ
m、シリコンが4.4μmの場合、500MHzにおいて
Qが1200であつたと示されている。この場合シリ
コンに対するZnOの厚さ比は0.48であり、ラーキ
ンらの場合に比べてZnOの占める割合が大きいた
め、ZnOの音響的損失によつてQが小さくなつて
いる。
ZnO薄膜はc軸配向した多結晶膜であり、その音
響的損失はシリコンに比較して大きい。上記論文
において3000という比較的大きなQが得られてい
るのはシリコン薄膜に比べてZnOの厚さが1/6と
小さいためである。たとえば、テイー・ダブリユ
ー・グラドコフスキー(T.W.Grudkowski)ら
によりアプライド・フイジクス・レクーズ
(Applied Physics Letters)1980年12月1日号
(Vol.37、No.11)993ページから995ページに
「Fundamental−mode VHF/UHF miniature
acoustic resonators and filters on silicon」と
題して発表された論文においては、ZnOが2.1μ
m、シリコンが4.4μmの場合、500MHzにおいて
Qが1200であつたと示されている。この場合シリ
コンに対するZnOの厚さ比は0.48であり、ラーキ
ンらの場合に比べてZnOの占める割合が大きいた
め、ZnOの音響的損失によつてQが小さくなつて
いる。
上記のように、従来のシリコンの上に形成され
ていた圧電性薄膜は多結晶膜であるため音響的損
失が大きく、シリコン薄膜に対する圧電性薄膜の
厚さ比が大きくなると、小さなQ値しか得られな
いという欠点があつた。振動子の電気機械結合係
数はシリコン薄膜に対する圧電性薄膜の厚さ比が
小さくなるにしたがつて急激に減少するから、実
用的な見地からはシリコン薄膜に対する圧電性薄
膜の厚さ比が十分大きく、かつQ値の大きい振動
子が必要である。
ていた圧電性薄膜は多結晶膜であるため音響的損
失が大きく、シリコン薄膜に対する圧電性薄膜の
厚さ比が大きくなると、小さなQ値しか得られな
いという欠点があつた。振動子の電気機械結合係
数はシリコン薄膜に対する圧電性薄膜の厚さ比が
小さくなるにしたがつて急激に減少するから、実
用的な見地からはシリコン薄膜に対する圧電性薄
膜の厚さ比が十分大きく、かつQ値の大きい振動
子が必要である。
(発明の目的)
本発明の目的は、このような従来の欠点を除去
せしめて、電気機械結合係数が大きく、かつQ値
の大きい薄膜圧電振動子を提供することにある。
せしめて、電気機械結合係数が大きく、かつQ値
の大きい薄膜圧電振動子を提供することにある。
(発明の構成)
本発明によれば、ボロンを高濃度にドープした
シリコン単結晶からなる薄膜部材と、その上に形
成された酸化物単結晶薄膜と、さらに酸化物単結
晶薄膜の上に形成された圧電性結晶薄膜と電極と
から構成される振動部位を有し、該振動部位の周
縁部がシリコン基板によつて支持された構造を特
徴とする薄膜圧電振動子が得られる。
シリコン単結晶からなる薄膜部材と、その上に形
成された酸化物単結晶薄膜と、さらに酸化物単結
晶薄膜の上に形成された圧電性結晶薄膜と電極と
から構成される振動部位を有し、該振動部位の周
縁部がシリコン基板によつて支持された構造を特
徴とする薄膜圧電振動子が得られる。
(構成の詳細な説明)
本発明は上述の構成をとることにより従来技術
の問題点を解決した。
の問題点を解決した。
次に本発明を詳細に説明する。
第2図に本発明による薄膜圧電振動子の構造の
一例を示す。まず面方位が(100)のシリコン基
板11の表面に拡散或いはエピタキシヤル成長に
よつてボロンを7×1019cm-3以上の濃度にドープ
したシリコン薄膜12を形成した後、この上にス
ピネル、マグネシア、サフアイアなどの酸化物単
結晶薄膜16をエピタキシヤル成長させる。薄膜
の成長方法としてはCVD法が適当であるが、
MO−CVD法、分子線エピタキシー法などによ
つても成長させることができる。次にEDP液に
よつてシリコン基板11のエツチングを行なつて
空孔12を形成する。次に酸化物単結晶薄膜16
の上に圧電性薄膜13をエピタキシヤル成長させ
る。圧電性薄膜としては酸化亜鉛(ZnO)或いは
窒化アルミニウム(AlN)が適当であり、成長
方法としては低温化の観点からスパツタ法が適当
であるが、CVD法、MO−CVD法、イオンプレ
ーテイング法などによつても成長させることがで
きる。圧電性薄膜13の表面及びシリコン薄膜1
2の下面には電極14,15を形成する。従来、
シリコン基板の上にはC軸配向した多結晶の圧電
性薄膜しか成長できなかつたが、本発明において
は、シリコン上にまず酸化物単結晶薄膜をエピタ
キシヤル成長させ、この上に圧電性薄膜を成長さ
せることにより、単結晶の圧電性薄膜を形成する
ことができ、この点が本発明の大きな特徴であ
る。単結晶の圧電性薄膜は従来の多結晶膜に比べ
て音響的損失が極めて小さく、したがつて本発明
の振動子では、シリコン薄膜に対する圧電性薄膜
の厚さ比が大きい場合においても、十分大きなQ
値が得られる。
一例を示す。まず面方位が(100)のシリコン基
板11の表面に拡散或いはエピタキシヤル成長に
よつてボロンを7×1019cm-3以上の濃度にドープ
したシリコン薄膜12を形成した後、この上にス
ピネル、マグネシア、サフアイアなどの酸化物単
結晶薄膜16をエピタキシヤル成長させる。薄膜
の成長方法としてはCVD法が適当であるが、
MO−CVD法、分子線エピタキシー法などによ
つても成長させることができる。次にEDP液に
よつてシリコン基板11のエツチングを行なつて
空孔12を形成する。次に酸化物単結晶薄膜16
の上に圧電性薄膜13をエピタキシヤル成長させ
る。圧電性薄膜としては酸化亜鉛(ZnO)或いは
窒化アルミニウム(AlN)が適当であり、成長
方法としては低温化の観点からスパツタ法が適当
であるが、CVD法、MO−CVD法、イオンプレ
ーテイング法などによつても成長させることがで
きる。圧電性薄膜13の表面及びシリコン薄膜1
2の下面には電極14,15を形成する。従来、
シリコン基板の上にはC軸配向した多結晶の圧電
性薄膜しか成長できなかつたが、本発明において
は、シリコン上にまず酸化物単結晶薄膜をエピタ
キシヤル成長させ、この上に圧電性薄膜を成長さ
せることにより、単結晶の圧電性薄膜を形成する
ことができ、この点が本発明の大きな特徴であ
る。単結晶の圧電性薄膜は従来の多結晶膜に比べ
て音響的損失が極めて小さく、したがつて本発明
の振動子では、シリコン薄膜に対する圧電性薄膜
の厚さ比が大きい場合においても、十分大きなQ
値が得られる。
(実施例)
以下本発明の実施例について詳細に説明する。
実施例 1
表面が(100)面であるようなシリコン基板の
表面にCVD法でボロンを7×1019cm-3以上の濃度
にドープした厚さ3μmのシリコン薄膜をエピタ
キシヤル成長させた。この上にCVD法で厚さ
0.2μmのマグネシア・スピネル(MgO・Al2O3)
をエピタキシヤル成長させた後、窒化シリコン
(Si3N4)膜をエツチング・マスクとしてシリコ
ン基板の裏面からEDP液によつてエツチングを
行ない、空孔を形成した。次にマグネシア・スピ
ネル単結晶膜の上に厚さ4μmのZnOをRFマグネ
トロン・スパツタ法を用いて基板温度500℃でエ
ピタキシヤル成長させた。X線回折及び電子線回
折により、ZnO膜は単結晶膜であることが確認さ
れた。ZnO単結晶膜の表面及びシリコン薄膜の下
面に蒸着法によつてアルミニウムの電極を形成し
て第2図の構造の薄膜圧電振動子を作成した。
表面にCVD法でボロンを7×1019cm-3以上の濃度
にドープした厚さ3μmのシリコン薄膜をエピタ
キシヤル成長させた。この上にCVD法で厚さ
0.2μmのマグネシア・スピネル(MgO・Al2O3)
をエピタキシヤル成長させた後、窒化シリコン
(Si3N4)膜をエツチング・マスクとしてシリコ
ン基板の裏面からEDP液によつてエツチングを
行ない、空孔を形成した。次にマグネシア・スピ
ネル単結晶膜の上に厚さ4μmのZnOをRFマグネ
トロン・スパツタ法を用いて基板温度500℃でエ
ピタキシヤル成長させた。X線回折及び電子線回
折により、ZnO膜は単結晶膜であることが確認さ
れた。ZnO単結晶膜の表面及びシリコン薄膜の下
面に蒸着法によつてアルミニウムの電極を形成し
て第2図の構造の薄膜圧電振動子を作成した。
実施例 2
圧電性薄膜としてAlNをマグネシア・スピネ
ル単結晶膜の上にエピタキシヤル成長させ、実施
例1とまつたく同様に薄膜圧電動子を作成した。
実施例1と同様にAlN膜は単結晶膜であること
が確認された。
ル単結晶膜の上にエピタキシヤル成長させ、実施
例1とまつたく同様に薄膜圧電動子を作成した。
実施例1と同様にAlN膜は単結晶膜であること
が確認された。
以上の他の酸化物単結晶薄膜としてマグネシア
(MgO)、サフアイア(Al2O3)をシリコン薄膜上
にエピタキシヤル成長させ、この上にZnO或いは
AlNをエピタキシヤル成長させた薄膜圧電振動
子も実施例1と同様の方法で作成した。
(MgO)、サフアイア(Al2O3)をシリコン薄膜上
にエピタキシヤル成長させ、この上にZnO或いは
AlNをエピタキシヤル成長させた薄膜圧電振動
子も実施例1と同様の方法で作成した。
従来の薄膜圧電振動子、すなわちシリコン薄膜
上にZnO或いはAlNの多結晶膜を形成したもの
と、本発明の前記実施例の薄膜圧電振動子につい
て、共振点におけるQ値を測定して比較した。シ
リコン薄膜と圧電性薄膜の圧さは実施例に示した
とおり3μm及び4μmである。共振周波数はZnO
を用いたものでは約500MHz、AlNを用いたもの
では約400MHzであつた。測定の結果、従来の振
動子では800、本発明の振動子では3000というQ
値が得られた。
上にZnO或いはAlNの多結晶膜を形成したもの
と、本発明の前記実施例の薄膜圧電振動子につい
て、共振点におけるQ値を測定して比較した。シ
リコン薄膜と圧電性薄膜の圧さは実施例に示した
とおり3μm及び4μmである。共振周波数はZnO
を用いたものでは約500MHz、AlNを用いたもの
では約400MHzであつた。測定の結果、従来の振
動子では800、本発明の振動子では3000というQ
値が得られた。
(発明の効果)
以上詳細に述べた通り、本発明によれば電気機
械結合係数が大きく、かつ従来に比べ圧電性薄膜
の膜厚をシリコン薄膜の膜厚に対して相対的に厚
くしてもQ値の大きい薄膜圧電振動子が得られ
る。
械結合係数が大きく、かつ従来に比べ圧電性薄膜
の膜厚をシリコン薄膜の膜厚に対して相対的に厚
くしてもQ値の大きい薄膜圧電振動子が得られ
る。
第1図は従来の薄膜圧電振動子の概略図、第2
図は本発明の一実施例を示す薄膜圧電振動子の概
略図である。 図において10は空孔、11はシリコン基板、
12はシリコン薄膜、13は圧電性薄膜、14,
15は電極、16は酸化物単結晶薄膜をそれぞれ
示す。
図は本発明の一実施例を示す薄膜圧電振動子の概
略図である。 図において10は空孔、11はシリコン基板、
12はシリコン薄膜、13は圧電性薄膜、14,
15は電極、16は酸化物単結晶薄膜をそれぞれ
示す。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1 ボロンを高濃度にドープしたシリコン単結晶
からなる薄膜部材と該薄膜部材の上に形成された
酸化物単結晶薄膜と、該酸化物単結晶薄膜の上に
形成された圧電性単結晶薄膜と電極とから構成さ
れる振動部位を有し、該振動部位の周縁部がシリ
コン基板によつて支持された構造を特徴とする薄
膜圧電振動子。 2 シリコン単結晶からなる薄膜部材の上に形成
された酸化物単結晶薄膜はスピネル、マグネシ
ア、サフアイアのうち1以上の材料からなる単結
晶薄膜である特許請求の範囲第1項記載の薄膜圧
電振動子。 3 酸化物単結晶薄膜の上に形成された圧電性単
結晶薄膜は酸化亜鉛、窒化アルミニウムのいずれ
かの材料からなる単結晶薄膜である特許請求の範
囲第1項記載の薄膜圧電振動子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6629484A JPS60210018A (ja) | 1984-04-03 | 1984-04-03 | 薄膜圧電振動子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6629484A JPS60210018A (ja) | 1984-04-03 | 1984-04-03 | 薄膜圧電振動子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60210018A JPS60210018A (ja) | 1985-10-22 |
| JPH0548642B2 true JPH0548642B2 (ja) | 1993-07-22 |
Family
ID=13311654
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6629484A Granted JPS60210018A (ja) | 1984-04-03 | 1984-04-03 | 薄膜圧電振動子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60210018A (ja) |
Families Citing this family (21)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE69124339T2 (de) * | 1990-05-25 | 1997-05-15 | Toyo Communication Equip | Elektroden- und elektrodenleitungsstruktur eines piezoelektrischen resonators aus einer ultradünnen schicht |
| US6349454B1 (en) * | 1999-07-29 | 2002-02-26 | Agere Systems Guardian Corp. | Method of making thin film resonator apparatus |
| US6392257B1 (en) | 2000-02-10 | 2002-05-21 | Motorola Inc. | Semiconductor structure, semiconductor device, communicating device, integrated circuit, and process for fabricating the same |
| KR20030011083A (ko) | 2000-05-31 | 2003-02-06 | 모토로라 인코포레이티드 | 반도체 디바이스 및 이를 제조하기 위한 방법 |
| WO2002009187A2 (en) | 2000-07-24 | 2002-01-31 | Motorola, Inc. | Heterojunction tunneling diodes and process for fabricating same |
| US6555946B1 (en) * | 2000-07-24 | 2003-04-29 | Motorola, Inc. | Acoustic wave device and process for forming the same |
| US6501121B1 (en) | 2000-11-15 | 2002-12-31 | Motorola, Inc. | Semiconductor structure |
| US20020096683A1 (en) | 2001-01-19 | 2002-07-25 | Motorola, Inc. | Structure and method for fabricating GaN devices utilizing the formation of a compliant substrate |
| WO2002082551A1 (en) | 2001-04-02 | 2002-10-17 | Motorola, Inc. | A semiconductor structure exhibiting reduced leakage current |
| JP2002374145A (ja) * | 2001-06-15 | 2002-12-26 | Ube Electronics Ltd | 圧電薄膜共振子 |
| US6992321B2 (en) | 2001-07-13 | 2006-01-31 | Motorola, Inc. | Structure and method for fabricating semiconductor structures and devices utilizing piezoelectric materials |
| US6498358B1 (en) | 2001-07-20 | 2002-12-24 | Motorola, Inc. | Structure and method for fabricating an electro-optic system having an electrochromic diffraction grating |
| US7019332B2 (en) | 2001-07-20 | 2006-03-28 | Freescale Semiconductor, Inc. | Fabrication of a wavelength locker within a semiconductor structure |
| US6855992B2 (en) | 2001-07-24 | 2005-02-15 | Motorola Inc. | Structure and method for fabricating configurable transistor devices utilizing the formation of a compliant substrate for materials used to form the same |
| US20030034491A1 (en) | 2001-08-14 | 2003-02-20 | Motorola, Inc. | Structure and method for fabricating semiconductor structures and devices for detecting an object |
| US20030071327A1 (en) | 2001-10-17 | 2003-04-17 | Motorola, Inc. | Method and apparatus utilizing monocrystalline insulator |
| US6916717B2 (en) | 2002-05-03 | 2005-07-12 | Motorola, Inc. | Method for growing a monocrystalline oxide layer and for fabricating a semiconductor device on a monocrystalline substrate |
| US7169619B2 (en) | 2002-11-19 | 2007-01-30 | Freescale Semiconductor, Inc. | Method for fabricating semiconductor structures on vicinal substrates using a low temperature, low pressure, alkaline earth metal-rich process |
| US6885065B2 (en) | 2002-11-20 | 2005-04-26 | Freescale Semiconductor, Inc. | Ferromagnetic semiconductor structure and method for forming the same |
| US6965128B2 (en) | 2003-02-03 | 2005-11-15 | Freescale Semiconductor, Inc. | Structure and method for fabricating semiconductor microresonator devices |
| US7020374B2 (en) | 2003-02-03 | 2006-03-28 | Freescale Semiconductor, Inc. | Optical waveguide structure and method for fabricating the same |
-
1984
- 1984-04-03 JP JP6629484A patent/JPS60210018A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60210018A (ja) | 1985-10-22 |
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