JPH0595249A - 弾性表面波素子 - Google Patents
弾性表面波素子Info
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Landscapes
- Surface Acoustic Wave Elements And Circuit Networks Thereof (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 弾性表面波素子において、素子表面及び電極
の劣化を防止する。 【構成】 基板上に、少なくとも、第１高音速膜、圧電
膜及び第２高音速膜を順次備え、該圧電膜と第１高音速
膜との界面及び／または圧電膜と第２高音速膜との界面
に電極を備える弾性表面波素子である。高音速膜にはダ
イヤモンド状炭素膜、単結晶ダイヤモンド膜を用いる。 【効果】 高周波化に適し、中空パッケージが不要な弾
性波素子を提供できる。
の劣化を防止する。 【構成】 基板上に、少なくとも、第１高音速膜、圧電
膜及び第２高音速膜を順次備え、該圧電膜と第１高音速
膜との界面及び／または圧電膜と第２高音速膜との界面
に電極を備える弾性表面波素子である。高音速膜にはダ
イヤモンド状炭素膜、単結晶ダイヤモンド膜を用いる。 【効果】 高周波化に適し、中空パッケージが不要な弾
性波素子を提供できる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】圧電体層を高音速材料でサンドウ
ィッチ状に挟むことによって、弾性波波動を固体層内部
に閉じ込めることができる構造を有する弾性表面波素子
に関する。
ィッチ状に挟むことによって、弾性波波動を固体層内部
に閉じ込めることができる構造を有する弾性表面波素子
に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】従来、
弾性波を利用したデバイスとして弾性表面波素子が知ら
れており、フィルタ、共振子、遅延線等に利用されてい
る。特に、この弾性表面波フィルタを自動車電話／携帯
電話といった移動体通信端末装置に適用することが検討
されており、かかる素子の高周波化技術の開発が盛んに
行なわれている。ところで、この素子の弾性波の伝搬方
式は、レイリーモードと呼ばれ、基板表面近傍にエネル
ギーが集中して伝搬する。このレイリーモードは基板表
面の任意の位置で信号を送受できるという特徴がある。
しかしながら、素子の基板表面が振動するために基板表
面は空気又は真空と接してなければならず、中空パッケ
ージ構造を必要としていた。また、かかるパッケージに
不良があると、長期使用中に水分等が侵入し、電極等の
表面が汚染され該素子の特性劣化を招くという欠点があ
った。さらに、パッケージングコストが高価であるとい
う問題もあった。
弾性波を利用したデバイスとして弾性表面波素子が知ら
れており、フィルタ、共振子、遅延線等に利用されてい
る。特に、この弾性表面波フィルタを自動車電話／携帯
電話といった移動体通信端末装置に適用することが検討
されており、かかる素子の高周波化技術の開発が盛んに
行なわれている。ところで、この素子の弾性波の伝搬方
式は、レイリーモードと呼ばれ、基板表面近傍にエネル
ギーが集中して伝搬する。このレイリーモードは基板表
面の任意の位置で信号を送受できるという特徴がある。
しかしながら、素子の基板表面が振動するために基板表
面は空気又は真空と接してなければならず、中空パッケ
ージ構造を必要としていた。また、かかるパッケージに
不良があると、長期使用中に水分等が侵入し、電極等の
表面が汚染され該素子の特性劣化を招くという欠点があ
った。さらに、パッケージングコストが高価であるとい
う問題もあった。
【０００３】従って、本発明の目的は、パッケージング
により生じる種々の欠点を解消する弾性表面波素子を提
供することにある。
により生じる種々の欠点を解消する弾性表面波素子を提
供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記課題
を解決するために鋭意検討、研究を重ねた結果、圧電体
層を第１及び第２の高音速材料層でサンドイッチ状に挟
んで弾性波波動を固体層中に閉じ込めることによって、
エネルギーが集中する電極近傍を保護して且つ中空パッ
ケージを不要とする弾性表面波素子を開発することに成
功した。
を解決するために鋭意検討、研究を重ねた結果、圧電体
層を第１及び第２の高音速材料層でサンドイッチ状に挟
んで弾性波波動を固体層中に閉じ込めることによって、
エネルギーが集中する電極近傍を保護して且つ中空パッ
ケージを不要とする弾性表面波素子を開発することに成
功した。
【０００５】すなわち、本発明は、少なくとも、基板上
に第１高音速膜、圧電膜及び第２高音速膜を順次備え、
該圧電膜と第１高音速膜との界面及び／または圧電膜と
第２高音速膜との界面に電極を備える弾性表面波素子を
提供することにある。
に第１高音速膜、圧電膜及び第２高音速膜を順次備え、
該圧電膜と第１高音速膜との界面及び／または圧電膜と
第２高音速膜との界面に電極を備える弾性表面波素子を
提供することにある。
【０００６】本発明の弾性表面波素子の一具体例を図１
（ａ）に示す。図中、素子は基板上４に、第１高音速膜
１、圧電膜３及び第２高音速膜２を順次堆積してなり、
圧電膜３と第２高音速膜２との界面にすだれ状電極５が
一定の電極指間隔で形成されている。かかる構成を採用
することにより、素子を伝搬する弾性波のエネルギー、
すなわち振動強度は、同図（ｂ）に示すように、上記界
面に沿う軸を中心に分布して、弾性波波動は固体層中に
閉じ込められることになる。
（ａ）に示す。図中、素子は基板上４に、第１高音速膜
１、圧電膜３及び第２高音速膜２を順次堆積してなり、
圧電膜３と第２高音速膜２との界面にすだれ状電極５が
一定の電極指間隔で形成されている。かかる構成を採用
することにより、素子を伝搬する弾性波のエネルギー、
すなわち振動強度は、同図（ｂ）に示すように、上記界
面に沿う軸を中心に分布して、弾性波波動は固体層中に
閉じ込められることになる。
【０００７】本発明に用いる第１及び第２高音速膜材料
としては、ＳｉＣ，ｃ−ＢＮ、ダイヤモンド状炭素膜、
単結晶ダイヤモンド膜等を利用することができるが、他
の材料より高音速が得られるという点でダイヤモンド状
炭素膜または単結晶ダイヤモンド膜が好ましい。特に、
弾性表面波素子の高周波化のために有利なＡｌＮを圧電
体膜として用いた場合、弾性波を高音速層内に閉じ込め
るにはＡｌＮよりさらに高音速な材料であるダイヤモン
ド状炭素及び単結晶ダイヤモンド等を用いることが要求
される。かかる高音速膜は、種々の方法で形成できる
が、ダイヤモンド状炭素膜または単結晶ダイヤモンドを
成膜する場合には、特に、平滑度の高い膜が得られると
いう理由でイオン化蒸着法が好ましい。第１及び第２の
膜の膜厚としては、それぞれ、１〜１０μｍ程度が適当
である。
としては、ＳｉＣ，ｃ−ＢＮ、ダイヤモンド状炭素膜、
単結晶ダイヤモンド膜等を利用することができるが、他
の材料より高音速が得られるという点でダイヤモンド状
炭素膜または単結晶ダイヤモンド膜が好ましい。特に、
弾性表面波素子の高周波化のために有利なＡｌＮを圧電
体膜として用いた場合、弾性波を高音速層内に閉じ込め
るにはＡｌＮよりさらに高音速な材料であるダイヤモン
ド状炭素及び単結晶ダイヤモンド等を用いることが要求
される。かかる高音速膜は、種々の方法で形成できる
が、ダイヤモンド状炭素膜または単結晶ダイヤモンドを
成膜する場合には、特に、平滑度の高い膜が得られると
いう理由でイオン化蒸着法が好ましい。第１及び第２の
膜の膜厚としては、それぞれ、１〜１０μｍ程度が適当
である。
【０００８】本発明で用いる圧電体材料としては、Ｚｎ
Ｏ、ＡｌＮ，ＺｎＳ，ＬｉＮｂＯ3、Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔ
ｉ）Ｏ3 、ＬｉＴａＯ3、ＳｉＯ2 、Ｔａ2 Ｏ5 等が挙
げられるが、特にそれらに限定されない。ＡｌＮはＺｎ
Ｏよりも音速を向上出来るため有利である。これらの圧
電材料は、スパッタリング、真空蒸着、ＣＶＤ等の種々
の方法により形成できる。
Ｏ、ＡｌＮ，ＺｎＳ，ＬｉＮｂＯ3、Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔ
ｉ）Ｏ3 、ＬｉＴａＯ3、ＳｉＯ2 、Ｔａ2 Ｏ5 等が挙
げられるが、特にそれらに限定されない。ＡｌＮはＺｎ
Ｏよりも音速を向上出来るため有利である。これらの圧
電材料は、スパッタリング、真空蒸着、ＣＶＤ等の種々
の方法により形成できる。
【０００９】本発明の素子において、図１に示したよう
に、高音速膜と圧電膜との界面に、電極を備える。界面
は基板上に形成した第１高音速膜と圧電膜との界面ある
いは圧電膜上に形成した第２の高音速膜と圧電膜との界
面のいずれでもよく両方の界面に形成することも可能で
ある。また、図２に示すように、すだれ状電極５を形成
した界面と異なる界面に、電界短絡用ベタ電極６を形成
する構成も可能である。本発明の素子に用いる電極とし
ては、アルミニウム、金等の金属を用いることができる
が、特にそれらに限定されず、本発明の目的を達成する
ことができる種々の電極材料を用いることができる。電
極層の形成には、一般に、フォトリソグラフィーやエッ
チングを用いることができ、電極の形状がすだれ状が一
般的である。
に、高音速膜と圧電膜との界面に、電極を備える。界面
は基板上に形成した第１高音速膜と圧電膜との界面ある
いは圧電膜上に形成した第２の高音速膜と圧電膜との界
面のいずれでもよく両方の界面に形成することも可能で
ある。また、図２に示すように、すだれ状電極５を形成
した界面と異なる界面に、電界短絡用ベタ電極６を形成
する構成も可能である。本発明の素子に用いる電極とし
ては、アルミニウム、金等の金属を用いることができる
が、特にそれらに限定されず、本発明の目的を達成する
ことができる種々の電極材料を用いることができる。電
極層の形成には、一般に、フォトリソグラフィーやエッ
チングを用いることができ、電極の形状がすだれ状が一
般的である。
【００１０】本発明の弾性表面波素子に用いる基板とし
ては、アルミナ、ＳｉＣ、Ｓｉ3 Ｎ4 等のセラミック
ス、Ｍｏ、Ｗ等の金属、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｆｅの少なくとも
一種を含む合金及びガラス、Ｓｉ、サファイヤ、ＧＧＧ
等の種々の材料を用いることができる。
ては、アルミナ、ＳｉＣ、Ｓｉ3 Ｎ4 等のセラミック
ス、Ｍｏ、Ｗ等の金属、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｆｅの少なくとも
一種を含む合金及びガラス、Ｓｉ、サファイヤ、ＧＧＧ
等の種々の材料を用いることができる。
【００１１】本発明の弾性表面波素子を製造するには上
記のような基板上に、第１の高音速膜をイオンプレーテ
ィング等の方法で成膜し、次いで前記のような圧電体膜
を成膜する。この際、すだれ状電極を第１の高音速膜及
び／または圧電体膜上に適宜形成する。次いで、圧電体
膜上に、第２の高音速材料を前記のような方法で成膜し
て、電極が形成された圧電体膜を高音速材料でサンドイ
ッチ状に挟む構造を達成する。
記のような基板上に、第１の高音速膜をイオンプレーテ
ィング等の方法で成膜し、次いで前記のような圧電体膜
を成膜する。この際、すだれ状電極を第１の高音速膜及
び／または圧電体膜上に適宜形成する。次いで、圧電体
膜上に、第２の高音速材料を前記のような方法で成膜し
て、電極が形成された圧電体膜を高音速材料でサンドイ
ッチ状に挟む構造を達成する。
【００１２】上記のような本発明の弾性表面波素子にお
いて、上記高音速膜及び圧電膜以外に、保護層等の任意
の層を基板上の任意の層間に挿入しまたは層上に形成す
ることも可能であり、また、上記のような第１及び第２
高音速膜と圧電膜の組み合わせを、それらが形成された
基板上に更に積層することも本発明の範囲に包含され
る。
いて、上記高音速膜及び圧電膜以外に、保護層等の任意
の層を基板上の任意の層間に挿入しまたは層上に形成す
ることも可能であり、また、上記のような第１及び第２
高音速膜と圧電膜の組み合わせを、それらが形成された
基板上に更に積層することも本発明の範囲に包含され
る。
【００１３】以下に、本発明の実施例を例示するが、本
発明はこれらに限定されるものではない。
発明はこれらに限定されるものではない。
【００１４】
【実施例】イオン化蒸着装置を用いて、シリコン基板上
に第１のダイヤモンド状炭素皮膜を形成させた。形成条
件は以下の通りである。
に第１のダイヤモンド状炭素皮膜を形成させた。形成条
件は以下の通りである。
【００１５】イオン化蒸着装置にメタンガスを導入し、
ガス圧を０．１Ｔｏｒｒとして熱陰極フィラメントに放
電を起こさせた。磁束密度４００ガウス、基体電圧Ｖａ
＝−３００Ｖ、基体温度２００℃とした。またフィラメ
ントには電流Ｉｆ＝２５Ａを流した。フィラメントはコ
イル状としその幅３ｍｍ、その回りを取り囲む電極との
間隔を８ｍｍとした。グリッドは５ｍｍ／分の速度で振
動させた。
ガス圧を０．１Ｔｏｒｒとして熱陰極フィラメントに放
電を起こさせた。磁束密度４００ガウス、基体電圧Ｖａ
＝−３００Ｖ、基体温度２００℃とした。またフィラメ
ントには電流Ｉｆ＝２５Ａを流した。フィラメントはコ
イル状としその幅３ｍｍ、その回りを取り囲む電極との
間隔を８ｍｍとした。グリッドは５ｍｍ／分の速度で振
動させた。
【００１６】次に、このダイヤモンド状炭素皮膜が形成
された基板上に、スパッタ法によりＡｌＮ圧電薄膜を形
成した。スパッタリングは、アルミニウムをターゲット
として窒素雰囲気中で行った。基板温度２５０℃、ガス
圧０．０１Ｔｏｒｒとした。
された基板上に、スパッタ法によりＡｌＮ圧電薄膜を形
成した。スパッタリングは、アルミニウムをターゲット
として窒素雰囲気中で行った。基板温度２５０℃、ガス
圧０．０１Ｔｏｒｒとした。
【００１７】このＡｌＮ圧電薄膜上に、真空蒸着法によ
りアルミニウム電極を形成した。この際、基板温度２５
０℃、到達圧力１．２×１０- 6 Ｔｏｒｒとし、形成膜
厚を２００ｎｍとした。このアルミニウム電極をフォト
リソグラフィ法により、微細すだれ状電極に加工した。
すだれ状電極は入出力電極とも同一形状にした。ライン
・スペースは、ともに１．２μｍのパターンを、密着露
光技術を用いて形成した。
りアルミニウム電極を形成した。この際、基板温度２５
０℃、到達圧力１．２×１０- 6 Ｔｏｒｒとし、形成膜
厚を２００ｎｍとした。このアルミニウム電極をフォト
リソグラフィ法により、微細すだれ状電極に加工した。
すだれ状電極は入出力電極とも同一形状にした。ライン
・スペースは、ともに１．２μｍのパターンを、密着露
光技術を用いて形成した。
【００１８】ここで、シリコン基板を二つに分割して、
一方はそのまま評価し、もう一方にはさらに上記イオン
化蒸着法を用いて、第２のダイヤモンド状炭素皮膜を形
成した。さらに、この第２のダイヤモンド状炭素皮膜の
すだれ状電極の外部への引き出し電極パッドに相当する
位置部分をドライエッチングにより削除して接続可能と
した。
一方はそのまま評価し、もう一方にはさらに上記イオン
化蒸着法を用いて、第２のダイヤモンド状炭素皮膜を形
成した。さらに、この第２のダイヤモンド状炭素皮膜の
すだれ状電極の外部への引き出し電極パッドに相当する
位置部分をドライエッチングにより削除して接続可能と
した。
【００１９】以上、高音速膜として第１のダイヤモンド
状炭素皮膜のみを形成した素子と、第１・第２のダイヤ
モンド状炭素皮膜で圧電膜をサンドウィッチとした素子
とを比較したところ、第１・第２のダイヤモンド状炭素
皮膜を形成した素子は、第１のダイヤモンド状炭素皮膜
のみを有する素子に較べて高い周波数で動作した。さら
に両者の表面に粘着テープを接着したところ、高音速膜
として第１のダイヤモンド状炭素皮膜のみを有する素子
は信号が大きく減衰したが、第１・第２のダイヤモンド
状炭素皮膜を形成したものは信号の減衰がなかった。
状炭素皮膜のみを形成した素子と、第１・第２のダイヤ
モンド状炭素皮膜で圧電膜をサンドウィッチとした素子
とを比較したところ、第１・第２のダイヤモンド状炭素
皮膜を形成した素子は、第１のダイヤモンド状炭素皮膜
のみを有する素子に較べて高い周波数で動作した。さら
に両者の表面に粘着テープを接着したところ、高音速膜
として第１のダイヤモンド状炭素皮膜のみを有する素子
は信号が大きく減衰したが、第１・第２のダイヤモンド
状炭素皮膜を形成したものは信号の減衰がなかった。
【００２０】従って、本発明の素子は直接回路基板上に
接着して使用したり、あるいは中空を設けず直接樹脂等
でモールドして使用してもなんら問題なく、パッケージ
の簡素化、低コスト化が達成される。
接着して使用したり、あるいは中空を設けず直接樹脂等
でモールドして使用してもなんら問題なく、パッケージ
の簡素化、低コスト化が達成される。
【００２１】
【発明の効果】本発明の弾性表面波素子は、弾性波振動
が固体内部に閉じ込められるので、エネルギーが集中す
る電極近傍が保護される。また、パッケージが不要とな
り、パッケージ不良に起因する欠点がなく、コスト面で
も有利である。
が固体内部に閉じ込められるので、エネルギーが集中す
る電極近傍が保護される。また、パッケージが不要とな
り、パッケージ不良に起因する欠点がなく、コスト面で
も有利である。
【図１】図１（ａ）は本発明の弾性表面波素子の一例を
示す図である。同図（ｂ）は、同図（ａ）の素子を伝搬
する弾性波の縦方向座標に関する振動強度分布を示すグ
ラフである。
示す図である。同図（ｂ）は、同図（ａ）の素子を伝搬
する弾性波の縦方向座標に関する振動強度分布を示すグ
ラフである。
【図２】図２は、すだれ状電極を形成した界面とは異な
る界面に電極短絡用ベタ電極を形成した本発明の弾性表
面波素子の一具体例を示す図である。
る界面に電極短絡用ベタ電極を形成した本発明の弾性表
面波素子の一具体例を示す図である。
１ 第１高音速膜 ２ 第２高音速膜 ３ 圧電膜 ４ 基板 ５ すだれ状電極 ６ ベタ電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 成宮 義和 東京都中央区日本橋一丁目13番１号テイー デイーケイ株式会社内 (72)発明者 上條 輝文 東京都中央区日本橋一丁目13番１号テイー デイーケイ株式会社内
Claims (2)
- 【請求項１】 基板上に、少なくとも、第１高音速膜、
圧電膜及び第２高音速膜を順次備え、該圧電膜と第１高
音速膜との界面及び／または圧電膜と第２高音速膜との
界面に電極を備える弾性表面波素子。 - 【請求項２】 上記高音速膜の少なくとも一つがダイヤ
モンド状炭素膜または単結晶ダイヤモンド膜である請求
項１の弾性表面波素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28033591A JPH0595249A (ja) | 1991-10-02 | 1991-10-02 | 弾性表面波素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28033591A JPH0595249A (ja) | 1991-10-02 | 1991-10-02 | 弾性表面波素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0595249A true JPH0595249A (ja) | 1993-04-16 |
Family
ID=17623572
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28033591A Withdrawn JPH0595249A (ja) | 1991-10-02 | 1991-10-02 | 弾性表面波素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0595249A (ja) |
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08130439A (ja) * | 1994-11-01 | 1996-05-21 | Agency Of Ind Science & Technol | 高速表面弾性波素子 |
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| US12525948B2 (en) | 2021-03-31 | 2026-01-13 | Skyworks Solutions, Inc. | Longitudinally leaky surface acoustic wave device with double side acoustic mirror |
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| US12620969B2 (en) | 2022-07-20 | 2026-05-05 | Skyworks Solutions, Inc. | Assembly with piezoelectric layer with embedded interdigital transducer electrode |
-
1991
- 1991-10-02 JP JP28033591A patent/JPH0595249A/ja not_active Withdrawn
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