JPH0590893A - 表面弾性波素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 表面弾性波の反射および散乱等を入射させ、
表面弾性波の伝播損失を低減することのできる表面弾性
波素子を提供する。 【構成】 ダイヤモンド層２の一部を水素化処理などに
よって導電化することにより、くし型電極３を形成す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、たとえば高周波フィ
ルタなどに用いることができる表面弾性波素子に関する
ものであり、特にダイヤモンド薄膜を用いた表面弾性波
素子に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】表面弾性波素子は、弾性体表面を伝播す
る表面波を有した電気−機械変換素子である。図２は、
表面弾性波素子の一般的構造を示している。

【０００３】図２を参照して、表面弾性波素子１０は、
圧電体１１の上に１対のくし型電極１２および１３を形
成することにより構成されている。

【０００４】くし型電極１２に電気信号が印加される
と、圧電体１１に歪みが生じ、この歪みが表面弾性波と
なって圧電体１１を伝播し、もう一方のくし型電極１３
で電気信号として取出される。このように表面弾性波素
子では、表面波の励振に圧電体の圧電現象が利用され
る。

【０００５】この素子の周波数特性は、図２に示すよう
に、くし型電極における電極の周期をλ₀ 、表面弾性波
の速度をνとすれば、ｆ₀ ＝ν／λ₀ で定められる使用
数ｆ ₀ を中心とした帯域通過特性となる。

【０００６】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。

【０００７】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ＶＴ
Ｒ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。

【０００８】この表面弾性波素子は、ＬｉＮｂＯ₃ およ
びＬｉＴａＯ₃ 等の圧電体単結晶上にくし型電極を形成
することによって製造されてきたが、近年、ＺｎＯ等の
圧電体薄膜をガラス等の基板上にスパッタ等の技術で成
膜したものが用いられるようになってきている。しかし
ながら、ガラス上に成膜したＺｎＯ等の圧電体薄膜は、
通常配向性のある多結晶質であり、散乱による損失が多
く、１００ＭＨｚ以上の高周波帯域で使用するには適し
ていなかった。

【０００９】一方、移動通信等の分野に用いられる表面
弾性波フィルタにおいては、より高い周波数域で使用で
きる素子が望まれている。上述したように、電極周期λ
₀ がより小さくなるか、あるいは表面波の速度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。

【００１０】そこで、弾性波がより早く伝播される材
料、たとえばサファイヤおよびダイヤモンド等の上に圧
電体膜を積層した表面弾性波素子が開発されてきている
（たとえば、特開昭５４−３８８７４および特開昭６４
−６２９１１）。

【００１１】特に、ダイヤモンド中における音速は最も
速く、さらに熱的および化学的にも安定であるので、表
面弾性波素子を形成する基板としてダイヤモンドが注目
されている。ダイヤモンドを用いる表面弾性波素子は、
生産性および価格の面から、基板上にダイヤモンド薄膜
を形成し、このダイヤモンド薄膜上に圧電体薄膜を形成
するものが主に検討されている。

【００１２】図３は従来のダイヤモンド薄膜を用いた表
面弾性波素子を示す断面図である。図３を参照して、シ
リコンなどの基板２１の上にダイヤモンド薄膜２２が形
成される。このダイヤモンド２２の上に金属をエッチン
グなどによってパターニングしたくし型電極２３が形成
されている。このくし型電極２３を形成したダイヤモン
ド薄膜２２の上に圧電体層としてＺｎＯ膜２４が形成さ
れている。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うなダイヤモンド薄膜を用いた従来の表面弾性波素子に
おいては、くし型電極として金属膜を用いているため、
ダイヤモンド薄膜上に段差が形成されてしまい、伝播さ
れる表面弾性波に反射および散乱等が生じ、フィルター
特性におけるリップルの原因や伝播損失などの原因にな
っていた。

【００１４】この発明の目的は、このような従来の表面
弾性波素子の問題点を解消し、表面弾性波の伝播損失や
リップルを軽減することができ、高い効率で良好な特性
を示す表面弾性波素子を提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】この発明に従う表面弾性
波素子は、ダイヤモンド層と、ダイヤモンド層上に形成
される圧電体薄膜と、一定の波長の表面弾性波を発生さ
せこれを取出すための１対の電極を備え、電極の少なく
とも一方が、ダイヤモンド層の一部を導電化処理するこ
とにより形成されていることを特徴としている。

【００１６】この発明の表面弾性波素子のダイヤモンド
層は、基板上に形成されたダイヤモンド薄膜であっても
よく、また単結晶のダイヤモンド基板であってもよい。
ダイヤモンド薄膜を形成する基板としては、特に限定さ
れないが、たとえば、Ｓｉ、Ｍｏ、Ｗ、ＧａＡｓ、およ
びＬｉＮｂＯ₃ などの半導体材料および無機材料の基板
を用いることができる。

【００１７】このように形成されるダイヤモンド薄膜の
場合には、ダイヤモンド薄膜は単結晶であってもよい
し、多結晶であってもよい。またアモルファス状態のダ
イヤモンド状炭素膜であってもよい。

【００１８】ダイヤモンド薄膜を基板上に形成させる場
合の形成方法は、特に限定されるものではないが、たと
えば、ＣＶＤ法、マイクロ波プラズマＣＶＤ法、プラズ
マＣＶＤ法、ＰＶＤ法、および熱フィラメント法などの
方法を用いることができる。

【００１９】原料ガスを分解励起してダイヤモンドを気
相合成法で成長させる方法としては、たとえば、１）熱
電子放射材を１５００Ｋ以上の温度に過熱して原料ガス
を活性化する方法、２）直流、高周波又はマイクロ波電
界による放電を利用する方法、３）イオン衝撃を利用す
る方法、４）レーザーなどの光を照射する方法、５）原
料ガスを燃焼させる方法、がある。

【００２０】この発明において、使用する原料物質とし
ては、炭素含有化合物が一般的である。この炭素含有化
合物は、好ましくは水素ガスと組合せて用いられる。ま
た必要に応じて、酸素含有化合物および／または不活性
ガスと組合せて用いられる場合もある。

【００２１】炭素含有化合物としては、たとえばメタ
ン、エタン、プロパン、ブタン等のパラフィン系炭化水
素：エチレン、プロピレン、ブチレン等のオレフィン系
炭化水素：アセチレン、アリレン等のアセチレン系炭化
水素：ブタジエン等のジオレフィン系炭化水素：シクロ
プロパン、シクロブタン、シクロペンタン、シクロヘキ
サン等の脂環式炭化水素：シクロブタジエン、ベンゼ
ン、トルエン、キシレン、ナフタレン等の芳香族炭化水
素：アセトン、ジエチルケトン、ベンゾフェノン等のケ
トン類：メタノール、エタノール等のアルコール類：ト
リメチルアミン、トリエチルアミンなどのアミン類：炭
酸ガス、一酸化炭素などを挙げることができる。これら
は、１種を単独で用いることもできるし、２種以上を併
用することもできる。あるいは炭素含有化合物は、グラ
ファイト、石炭、コークスなどの炭素原子のみから成る
物質であってもよい。

【００２２】酸素含有化合物としては、酸素、水、一酸
化炭素、二酸化炭素、過酸化水素が容易に入手できるゆ
え好ましい。

【００２３】不活性ガスは、たとえば、アルゴン、ヘリ
ウム、ネオン、クリプトン、キセノン、ラドンである。

【００２４】この発明に用いられる圧電体薄膜として
は、ＺｎＯ、ＡｌＮ、Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ₃ 、（Ｐ
ｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ₃ 、ＬｉＴａＯ₃ 、ＬｉＮ
ｂＯ₃ 、ＳｉＯ₂ 、Ｔａ₂ Ｏ₅ 、Ｎｂ₂ Ｏ₅ 、ＢｅＯ、
Ｌｉ₂ Ｂ₄ Ｏ₇ 、ＫＮｂＯ₃ 、ＺｎＳ、ＺｎＳｅおよび
ＣｄＳなどを主成分とするものを使用することができ
る。圧電体薄膜は、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、表
面波の散乱が少ない単結晶がより好ましい。

【００２５】ＺｎＯ、ＡｌＮおよびＰｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）
Ｏ₃ 等の圧電体薄膜は、ＣＶＤ法によって形成すること
ができる。

【００２６】表面弾性波を発生させこれを取出すための
電極としては、くし型電極またはインタデジタル・トラ
ンスデューサ（ＩＤＴ）電極といわれる電極がある。こ
の発明では、このくし型電極を金属によって形成するの
ではなくダイヤモンド層の一部を導電化処理することに
よって形成している。

【００２７】このような導電化処理は、ダイヤモンド層
の表面を水素プラズマ等により水素化することにより行
なうことができる。またダイヤモンド層の表面にＨ⁺ を
イオン注入法等でドーピングすることによっても導電化
処理することができる。プラズマで活性化した水素で水
素化処理して電極を形成する場合には、たとえばくし型
電極のパターンとなるようにダイヤモンド層の上をマス
クしておき水素化処理を施すことができる。また、Ｈ⁺
のイオン注入による方法においても同様にマスクを用い
てパターニングすることができる。

【００２８】マスクとしては、特に限定されるものでは
ないが、たとえば、ＳｉＯ₂ などを用いることができ
る。

【００２９】電極のパターニングの方法としては、逆
に、ダイヤモンド層の表面全体を水素化処理しておき、
その後にくし型電極以外の部分を酸素等で高抵抗化して
もよい。

【００３０】この発明において、ダイヤモンド層の導電
化処理は、上記の水素化処理に限定されるものではな
く、その他の不純物をドーピングしたり、イオン注入し
たりする方法でもよく、ダイヤモンド層を導電化する処
理であればいかなる処理でもよい。

【００３１】

【発明の作用効果】この発明に従う表面弾性波素子で
は、ダイヤモンド層の一部を導電化処理することにより
電極を形成させている。このため、従来のような電極形
成によるダイヤモンド層上の段差がなくなるので、表面
弾性波の反射および散乱等を減少させることができ、伝
播損失を著しく低減させることができる。このため、高
い効率の表面弾性波素子とすることができ、高周波フィ
ルタとして用いる場合には、フィルタ特性に優れた高周
波フィルタとすることができる。

【００３２】

【実施例】図１は、この発明に従う表面弾性波素子を示
す断面図である。図１を参照して、シリコン基板１の上
にはダイヤモンド薄膜２が形成されている。このダイヤ
モンド薄膜２上にＳｉＯ₂ のマスクを電極形成領域以外
の部分に形成する。このようにマスクした状態で、水素
プラズマによりマスクされていないダイヤモンド薄膜２
の部分を水素化処理し、くし型電極のパターンで導電性
部分を形成し、ダイヤモンド水素化電極３を形成する。
次にマスクのＳｉＯ₂ をエッチング除去し、次いでダイ
ヤモンド水素化３を形成したダイヤモンド薄膜２の上に
圧電体薄膜としてのＺｎＯ薄膜を形成する。

【００３３】なお、この実施例では、ダイヤモンド薄膜
２の厚みを１５μｍとし、ＺｎＯ薄膜の厚みを０．９μ
ｍとした。またダイヤモンド水素化電極３の水素プラズ
マによる水素化処理の条件は、圧力２０Ｔｏｒｒ、マイ
クロ波プラズマパワー３００Ｗ、Ｈ₂ ガス流量２００ｓ
ｃｃｍ、３分間とした。

【００３４】以上のようにして得られた図１に示すよう
な表面弾性波素子と、図３に示すような金属のエッチン
グにより形成されたくし型電極を有する従来の表面弾性
波素子とを、フィルター特性において比較したところ、
図１に示すこの発明に従う表面弾性波素子は、リップル
がなく、伝播損失も半分と小さいものであった。

【００３５】上記の実施例では、基板上に形成したダイ
ヤモンド薄膜の一部を導電化処理して電極を形成した
が、この発明はこのようなダイヤモンド薄膜に限定され
るものではなく、ダイヤモンド層全体が単結晶のダイヤ
モンド基板であってもよい。

【００３６】また導電化処理は上記実施例の水素化処理
に限定されるものではなく、その他のボロンなどのドー
ピングなどによる導電化処理であってもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に従う表面弾性波素子を示す断面図で
ある。

【図２】表面弾性波素子の一般的構造を示す斜視図であ
る。

【図３】従来の表面弾性波素子を示す断面図である。

【符号の説明】

１ 基板 ２ ダイヤモンド薄膜 ３ ダイヤモンド水素化電極 ４ ＺｎＯ薄膜

───────────────────────────────────────────────────── 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 (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ダイヤモンド層と、ダイヤモンド層上に
   形成される圧電体薄膜と、特定の波長の表面弾性波を発
   生させこれを取出すための１対の電極とを備える表面弾
   性波素子において、 前記電極の少なくとも一方が、前記ダイヤモンド層の一
   部を導電化処理することにより形成されていることを特
   徴とする、表面弾性波素子。