JPH0590871A - 表面弾性波素子 - Google Patents

表面弾性波素子

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JPH0590871A
JPH0590871A JP3249744A JP24974491A JPH0590871A JP H0590871 A JPH0590871 A JP H0590871A JP 3249744 A JP3249744 A JP 3249744A JP 24974491 A JP24974491 A JP 24974491A JP H0590871 A JPH0590871 A JP H0590871A
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JP
Japan
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boron nitride
surface acoustic
acoustic wave
electrode
nitride layer
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JP3249744A
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English (en)
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Akihiro Yagou
昭広 八郷
Hideaki Nakahata
英章 中幡
Shinichi Shikada
真一 鹿田
Naoharu Fujimori
直治 藤森
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Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00Networks comprising electromechanical or electro-acoustic elements; Electromechanical resonators
    • H03H9/02Details
    • H03H9/02535Details of surface acoustic wave devices
    • H03H9/02543Characteristics of substrate, e.g. cutting angles
    • H03H9/02574Characteristics of substrate, e.g. cutting angles of combined substrates, multilayered substrates, piezoelectrical layers on not-piezoelectrical substrate
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10TTECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00Metal working
    • Y10T29/49Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49002Electrical device making
    • Y10T29/49005Acoustic transducer

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Surface Acoustic Wave Elements And Circuit Networks Thereof (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 加工が容易な材料を用いることによって、高
周波数域で作動することができる表面弾性波素子を提供
する。 【構成】 基板上に窒化ホウ素層2、電極層3aおよび
3b、ならびに圧電体層4を積層してなる表面弾性波素
子。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、高周波フィルタなど
に用いられる表面弾性波素子に関する。
【0002】
【従来の技術】表面弾性波素子は、弾性体表面を伝播す
る表面波を利用した電気−機械変換素子であり、たとえ
ば、図4に示すような一般的構造を有する。表面弾性波
素子60において、表面波の励振には圧電体61による
圧電現象が利用される。圧電体61に設けられた一方の
くし型電極62に電気信号を印加すると、圧電体61に
歪が生じ、これが表面弾性波となって圧電体61を伝播
し、もう一方のくし型電極63で電気信号として取出さ
れる。この素子の周波数特性は、図に示すように、くし
型電極における電極の間隔をλ0 、表面弾性波の速度を
νとすれば、f0 =ν/λ0 で定められる周波数f0
中心とした帯域通過特性となる。
【0003】表面弾性波素子は、部品点数が少なく、小
型にすることができ、しかも表面波の伝播経路上におい
て信号の出入れが容易である。この素子は、フィルタ、
遅延線、発振器、共振器、コンボルバ、および相関器等
に応用することができる。特に、表面弾性波フィルタ
は、早くからテレビの中間周波数フィルタとして実用化
され、さらにVTRおよび各種の通信機器用フィルタに
応用されてきている。
【0004】上記表面弾性波素子に関して、たとえば移
動通信等の分野に用いられる表面弾性波フィルタなど
は、より高い周波数域で使用できる素子が望まれてい
る。上式で示されるように、電極間距離λ0 がより小さ
くなるか、表面波の速度νがより大きくなれば、素子の
周波数特性はより高い中心周波数f0 を有するようにな
る。これに関し、たとえば本出願人による特開昭64−
62911は、表面弾性波の速度νを大きくするため、
ダイヤモンド層上に圧電体を積層した表面弾性波素子を
開示している。ダイヤモンドの音速は現在知られている
物質中で最も大きく、しかもダイヤモンドは物理的およ
び化学的に安定である。したがって、ダイヤモンドは素
子のf0 を大きくするために適当な材料である。また、
このようにしてνを大きくする一方、電極間隔λ0 を相
対的に広げれば、素子の信頼性を向上させることができ
る。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ダイヤモンド層は、た
とえば超高圧合成法により製造した単結晶ダイヤモンド
を研磨することにより、または、CVD法によって成長
させたダイヤモンド膜の表面を研磨して形成することが
できる。しかしながら、上記ダイヤモンド層の形成に必
要な研磨工程では、ダイヤモンドの加工が困難であるた
め、加工に相当な時間を要した。
【0006】この発明は、より加工が容易な材料を用い
ることによって、高周波域で作動することができる表面
弾性波素子を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、材料中の
音速がダイヤモンドに近く、しかも加工が容易な材料に
ついて研究を行なった結果、窒化ホウ素を見出しこの発
明を完成させるに至った。すなわち、この発明に従っ
て、窒化ホウ素層、圧電体層および電極層を積層してな
る表面弾性波素子が提供される。
【0008】窒化ホウ素層は、表面弾性波素子を作り込
むための基板とすることができる一方、適当な他の材料
で形成される基板上に窒化ホウ素層を形成してもよい。
また、窒化ホウ素は、単結晶および多結晶のいずれであ
ってもよいが、高周波域で素子を使用するためには、表
面波の散乱が少ない単結晶がより好ましい。
【0009】基板上の窒化ホウ素層は、気相合成法によ
って形成することができる。気相合成法は、たとえば、
レーザにより原料ガスを分解励起させる方法(たとえ
ば、特開昭63−134662参照)、プラズマにより
原料ガスを励起させる方法(たとえば、特開昭63−1
99871および特開昭63−128179参照)、マ
イクロ波無極放電中に原料ガスを通過させて加熱した基
板上に窒化ホウ素を析出させる方法(たとえば特開昭6
3−134661参照)、熱電子放射材により基板を加
熱するとともに、基板に高周波プラズマを印加して原料
ガスを励起活性化する方法(たとえば特開平1−119
673参照)を含む。
【0010】窒化ホウ素層は、六方晶および立方晶のい
ずれでもよいが、硬度の点から立方晶の方がより好まし
い。より硬度の高い窒化ホウ素層は、より高い中心周波
数f 0 をもたらす。また、窒化ホウ素層に種々の元素を
混入させて、その電気的特性を変えることもできる。
【0011】圧電体層は、ZnO、AlN、Pb(Z
r,Ti)O3 、(Pb,La)(Zr,Ti)O3
LiTaO3 、LiNbO3 、SiO2 、Ta2 5
Nb2 5 、BeO、Li2 4 7 、KNbO3 、Z
nS、ZnSeおよびCdSからなる群から選択された
1つまたは2つ以上の化合物を主成分とすることができ
る。圧電体層は、単結晶および多結晶のいずれであって
もよいが、素子をより高周波域で使用するためには、表
面波の散乱が少ない単結晶がより好ましい。また、Zn
O、AlNおよびPb(Zr,Ti)O3 等の圧電体層
は、CVD法によって形成することができる。
【0012】この発明に従う電極として、通常、上述し
たくし型電極が用いられる。この電極は、一般にフォト
リソグラフィ技術を用いて金属を堆積することにより形
成することができる。また、誘電率の高い窒化ホウ素層
の表面に不純物を導入したり、イオン注入または電子線
照射により格子欠陥を導入することによって、窒化ホウ
素層上に電極を形成させてもよい。さらに、気相合成法
によって誘電率の高い窒化ホウ素層を基板上に堆積させ
た後、不純物を混入させた誘電率の低い窒化ホウ素層を
電極として堆積させてもよい。
【0013】なお、窒化ホウ素層、圧電体層および電極
を有する積層構造に関して、窒化ホウ素層/電極/圧電
体層、窒化ホウ素層/圧電体層/電極、および圧電体層
/電極/窒化ホウ素層(右が上層を示す)が可能であ
る。
【0014】図1にこの発明に従う表面弾性波素子の好
ましい例について示す。図1(a)に示す表面弾性波素
子10は、成膜用基板1上に窒化ホウ素層2が形成さ
れ、その上にくし型電極3a、3bが形成されている。
また、窒化ホウ素層2およびくし型電極3a、3bは圧
電体薄膜4によって被覆されている。
【0015】図1(b)に示す表面弾性波素子20は、
成膜用基板1上に窒化ホウ素層2および圧電体薄膜4が
順次堆積され、圧電体薄膜4上にくし型3aおよび3b
が形成されている。
【0016】図1(c)に示す表面弾性波素子30は、
図1(a)に示す素子において、圧電体薄膜4上に短絡
用電極5aおよび5bが形成されたものである。
【0017】図1(d)に示す表面弾性波素子40は、
図1(b)に示す素子において、窒化ホウ素層2と圧電
体薄膜4の間に短絡用電極5aおよび5bが形成された
ものである。
【0018】図1(e)に示す表面弾性波素子50は、
窒化ホウ素基板6上にくし型電極3aおよび3bを挟ん
で圧電体薄膜4を堆積させたものである。
【0019】また、くし型電極は、たとえば図2に示す
ような形状を有する。電極対21および22は、すだれ
状の電極を交互に配置した構成となっており、その一方
は端子21a、21bを介して電気信号を入力し、電極
信号を表面弾性波に変換するために設けられる。また他
方は、表面弾性波から電気信号を端子22a、22bを
介して出力するために設けられる。
【0020】
【発明の作用効果】表面弾性波の伝播速度を大きくする
ことができる材料の中で、窒化ホウ素はダイヤモンドに
次ぐ硬度を有している。このため、窒化ホウ素中を伝播
する弾性波の速度はダイヤモンド中の弾性波の速度に近
い。この発明は、窒化ホウ素層と圧電体とを積層させる
ことにより、表面弾性波の速度を大きくして、より高い
周波数域で使用できる素子を実現している。
【0021】さらに、窒化ホウ素は研磨等の加工がダイ
ヤモンドに比べ容易である。したがって、従来のダイヤ
モンドを用いた素子に比べ、加工(特に研磨加工)が容
易になり、加工に費す時間を短縮することができる。こ
の発明によれば、極高周波数域において使用できる小型
でより大量生産が容易な表面弾性波素子を提供すること
ができる。
【0022】
【実施例】まず、図3に示す装置を用いて、以下のとお
りモリブデン基板上にホウ素薄膜を形成させた。装置7
0の基板支持台76上にモリブデン基板75を設置した
後、反応炉74内を排気しながら、ホウ素原料供給系7
1よりフッ化ホウ素を10cc/min、窒素原料供給
系72によりアンモニアを30cc/min供給した。
このとき、反応炉74内は排気装置81により0.3T
orrに調整された。タングステンフィラメントを用い
た熱電子放射材3の温度を2200℃に設定し、モリブ
デン基板5の温度を950℃とした。電源79により加
熱された熱電子放射材73と基板支持台76の間で直列
電源77により直流放電を発生させるとともに、400
Wの高周波電源78よりRFコイル80を介して基板7
5に13.56MHzの高周波プラズマを印加すること
により窒化ホウ素膜が形成された。この膜をX線解折法
により評価したところ、2θ=26.7度および43.
2度付近にそれぞれ広いピークを検出した。この結果は
得られた膜が立方晶窒化ホウ素および六方晶窒化ホウ素
の混合物から構成されることを示していた。
【0023】次に、窒化ホウ素膜の表面をダイヤモンド
電着ホイールにより研磨した。研磨は容易に行なうこが
できた。続いて、窒化ホウ素膜上に抵抗加熱法を用いて
Alを500Åの厚さで蒸着した後、フォトリソグラフ
ィを用いてくし型電極を形成した。
【0024】次に、スパッタパワー100W、基板温度
380℃の条件下、ZnO多結晶体をAr:O2 =1:
1の混合ガスでスパッタするマグネトロンスパッタリン
グによりZnO圧電体膜を堆積させた。以上の方法によ
り、得られた表面弾性波素子は、電極幅2μmで約1G
Hzの高い周波数において動作させることができた。
【0025】また、温度差法において約50kb、16
00〜1700℃の高温高圧下で約40時間成長させた
立方晶窒化ホウ素の単結晶を研磨加工した。次に、上記
と同様にしてくし型電極を研磨加工した窒化ホウ素単結
晶上に形成した後、その上にスパッタパワー100W、
基板温度380℃の条件下、ZnO多結晶体をAr:O
2 =1:1の混合ガスでスパッタするマグネトロンスパ
ッタリングによりZnO圧電体膜を堆積させた。以上の
方法により、得られた表面弾性波素子は、電極幅2μm
で約1GHzの高い周波数において動作させることがで
きた。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明に従う表面弾性波素子の例を示す断面
図である。
【図2】図1に示す素子について、電極の形状の一例を
示す平面図である。
【図3】この発明の実施例において、窒化ホウ素膜を形
成するためのプラズマCVD装置を示す模式図である。
【図4】表面弾性波素子の一般的な構造を説明するため
の斜視図である。
【符号の説明】
1 成膜用基板 2 窒化ホウ素層 3a、3b くし型電極 4 圧電体薄膜 5a、5b 短絡用電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藤森 直治 兵庫県伊丹市昆陽北一丁目1番1号 住友 電気工業株式会社伊丹製作所内

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 窒化ホウ素層、圧電体層および電極層を
    積層してなる表面弾性波素子。
  2. 【請求項2】 前記窒化ホウ素層が単結晶および多結晶
    のいずれかである請求項1の表面弾性波素子。
  3. 【請求項3】 前記窒化ホウ素層が気相合成により形成
    された薄膜である請求項1の表面弾性波素子。
  4. 【請求項4】 前記圧電体層が単結晶および多結晶のい
    ずれかである請求項1の表面弾性波素子。
JP3249744A 1991-09-27 1991-09-27 表面弾性波素子 Pending JPH0590871A (ja)

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DE69211463T DE69211463T2 (de) 1991-09-27 1992-09-11 Akustische Oberflächenwellenanordnung
EP92115609A EP0534252B1 (en) 1991-09-27 1992-09-11 Surface acoustic wave device
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