JPH09162697A - 弾性表面波コンボルバ - Google Patents

弾性表面波コンボルバ

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JPH09162697A
JPH09162697A JP31620295A JP31620295A JPH09162697A JP H09162697 A JPH09162697 A JP H09162697A JP 31620295 A JP31620295 A JP 31620295A JP 31620295 A JP31620295 A JP 31620295A JP H09162697 A JPH09162697 A JP H09162697A
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JP
Japan
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surface acoustic
acoustic wave
convolver
substrate
piezoelectric
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Pending
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JP31620295A
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English (en)
Inventor
Hiroshi Kimura
浩 木村
Hiroshi Kanamaru
浩 金丸
Hiroshi Kamijo
洋 上條
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Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】コンボルバ自身に弾性表面波の増幅機能を付加
して大きな出力信号が取り出せるようにする。 【解決手段】圧電体基板1の表面に弾性表面波を励振す
る2組のトランスデューサ2と、その中間に配して弾性
表面波のコンボリューション出力を電気信号として取り
出す出力電極3とを備え、反対方向から伝播する二つの
弾性表面波の非線形相互作用によって信号処理を行う弾
性表面波コンボルバにおいて、圧電体基板を、ガラス基
板1aに圧電薄膜1bを成層したものなし、かつこの圧
電薄膜上に形成したトランスデューサと出力電極との間
の表面波伝播経路に半導体で作られた表面波増幅素子4
を設けて出力信号の増大化を図る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、弾性表面波デバイ
スの一種である弾性表面波コンボルバの構成に関する。
【0002】
【従来の技術】弾性表面波デバイスの一種として、圧電
体基板の表面に弾性表面波を励振する2組のトランスデ
ューサと、その中間に配して弾性表面波のコンボリュー
ション出力を電気信号として取り出す出力電極とを備
え、反対方向から伝播する二つの弾性表面波の非線形相
互作用によって信号処理を行う弾性表面波コンボルバが
知られている。この弾性表面波コンボルバは、例えばス
ペクトラム拡散通信(SS通信)の受信器に用いる相関
器の一つとして適用される。
【0003】次に、従来におけるコンボルバを図4に示
す。図において、1は圧電体基板(圧電単結晶板もしく
は圧電薄膜)、2は基板1の両端に配して弾性表面波を
励振する2組のトランスデューサ、3は左右のトランス
デューサの中間に配した出力電極であり、前記トランス
デューサ2はすだれ状電極(くし歯状電極,交差指電極
とも呼称される)として、出力電極3とともにフォトリ
ソグラフィ加工技術により形成される。
【0004】かかるコンボルバの低周波における横コン
ボリューション電圧VX は次式(1)で与えられる。
【0005】
【数1】 VX (2ω,0)=−(εs /6n0 e)(E1 + E1 - )……(1) 上式において、E1 + ,E1 - は左右から伝播してきた
弾性表面波により誘起される1次の電界、εs は半導体
中で弾性表面波により誘起された誘電率、n0は半導体
のキャリア濃度である。
【0006】また、図5は前記コンボルバを先記したS
S通信方式に適用する場合の信号処理回路を表す図であ
り、コンボルバの出力側には高周波増幅器(IC)を接
続して微小なコンボルバの出力信号を増幅するようにし
ている。一方、弾性表面波デバイスの一つとして、図6
に示すようなモノリシック形の弾性表面波増幅器が、
「弾性波素子技術ハンドブック」(日本学術振興会弾性
波素子技術第150委員会編、オーム社発行)に掲載さ
れており、これによれば図6の弾性表面波増幅器におけ
る単位長さ当たりの増幅率Gは次式(2)で与えられ、
外部から電界8×104 V/mを加えたときに40dB
の電子利得の得られることが報告されている。
【0007】
【数2】 G=54.6(−K2 /2)(εp /σh)(1−u/v)〔dB/λ〕…(2) 上式において、σは導電率、uはμE(u:キャリアの
速度、μ:移動度、E:印加電圧)、vは弾性表面波の
速度、εp は圧電体の等価誘電率である。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】前記した弾性表面波コ
ンボルバは、圧電体を伝播す弾性表面波の非線形効果を
利用して信号処理を行うものであり、大きな表面波パワ
ーを必要とすることから従来構成のままではその極めて
小さな出力信号しか得られず、一般には図5で示すよう
にコンボルバの出力側に高周波増幅器を接続して出力信
号を増幅するような使い方をしている。
【0009】しかしながら、高周波増幅器(IC)の製
品は高価であるのみならず、その外形サイズはコンボル
バに較べて非常に大きく、このことがデバイスの小型化
を推進する上で大きなネックとなっている。したがっ
て、この観点からできるだけ大きな出力信号の得られる
コンボルバを製作すること重要課題となっている。本発
明は上記の点にかんがみなされたものであり、その目的
はコンボルバ自身に弾性表面波を増幅させる機能を付加
して大きな出力が得られるようにした弾性表面波コンボ
ルバを提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明によれば、圧電体基板の表面に弾性表面波を
励振する2組のトランスデューサと、その中間に配して
弾性表面波のコンボリューション出力を電気信号として
取り出す出力電極とを備えた弾性表面波コンボルバにお
いて、前記基板上におけるトランスデューサと出力電極
との間の表面波伝播経路上に表面波増幅素子を設けるも
のとし、具体的には次記のような形態で構成することが
できる。
【0011】1)圧電体基板をガラス基板上に圧電薄膜
を成層して作成し、該圧電薄膜層の上に半導体で作られ
た表面波増幅素子を形成する。 2)圧電体基板を圧電単結晶基板とし、該基板の上に半
導体で作られた表面波増幅素子を形成する。 3)圧電体基板を高抵抗シリコン基板上に圧電薄膜を成
層して作成するとともに、前記の高抵抗シリコン基板に
低抵抗不純物領域を形成してここに半導体の表面波増幅
素子を作り込む。
【0012】4)前記の圧電薄膜としてZnO,AI
N,CdS,Ta2 O5 のいずれかの材料を用いる。 5)前記の圧電単結晶基板としてLiNbO3 ,LiT
aO3 ,SiO2 のいずれかの材料を用いる。 6)表面波増幅素子の半導体材料としてInSb,C,
Si,Ge,GaAs,GaSb,InAsのいずれか
の材料を用いる。
【0013】上記の構成で、コンボルバの圧電体基板上
でトランスデューサと出力電極との間に伝播経路上に形
成した表面波増幅素子は、図6で述べた半導体式の弾性
表面波増幅器と同じ原理のものであり、先記した数式
(2)にしたがってトランスデューサから出力電極に向
かって伝播する表面波を増幅させる一種の加速器とし機
能する。また、この表面波増幅素子は方向性があり、増
幅素子に近い側のトランスデューサから伝播したきた表
面波は増幅されて出力電極に向かうが、反対側のトラン
スデューサから伝播してきた表面波,反射波は逆に減衰
される。つまり、入力信号の取り出しに障害となる逆方
向の表面波,反射波を除去するように機能する。
【0014】したがって、この表面波増幅素子をコンボ
ルバの表面波伝播経路の途中に設けることにより、先記
数式(1)で与えられるコンボリューション電圧VX が
大となり、コンボルバの出力特性が向上する。しかも、
弾性表面波の伝播経路上で表面波を直接増幅させること
は、表面波を電気信号に変換してから外部の増幅器(I
C)で増幅させるよりも遥かに有利である。
【0015】
【発明の実施の形態】以下、前項で述べた各種形態別に
本発明の実施例を図面に基づいて説明する。なお、各実
施例の図中で図4に対応する同一部材には同じ符号が付
してある。 〔実施例1〕図1(a),(b)は本発明の請求項2に対
応する実施例を示すものである。図において、圧電体基
板1はガラス基板1aの上面に圧電薄膜1bをスパッタ
法で形成したもので、該圧電薄膜1bの上には2組のト
ランスデューサ2,および出力電極3とともに、各組ご
とにトランスデューサ2と出力電極3との間の表面波伝
播経路の途中に符号4で示す表面波増幅素子が設けてあ
る。この表面波増幅素子4は圧電薄膜1aの上に半導体
膜4aをスパッタ法などで積層させて作成する。なお、
4bは半導体膜4aを保護するパッシベーション膜、5
は増幅素子4に接続した電源である。
【0016】上記の構成で、圧電薄膜1bにZnO,半
導体膜4aにInSbを用い、増幅素子4の長さを10
0μmとして製作したコンボルバについて、発明者等が
評価テストをおこなったところ、増幅素子4に5Vの電
圧を印加することでコンボルリューション出力(数式
(1)参照)が20dB増大することが確認された。な
お、圧電薄膜1bとしては、前記ZnOのほかに、AI
N,CdS,Ta2O5 などの材料が使用できる。ま
た、増幅素子4の半導体膜4aとしてInSbの代わり
に、C,Si,Ge,GaAs,GaSb,InAsな
どの材料を用いても同様な効果が得られる。
【0017】〔実施例2〕図2(a),(b)は、本発明
の請求項3に対応する先記実施例1の応用実施例であ
り、この実施例においては、圧電体基板1として例えば
LiNbO3 ,LiTaO3 ,SiO2 などの圧電単結
晶基板1cを採用し、この圧電単結晶基板1cの上に直
接トランスデューサ2,出力電極3,および表面波増幅
素子4を形成してコンボルバを構成してたものであり、
実施例1と同様な効果の得られることが確認されてい
る。
【0018】〔実施例3〕図3(a),(b)は本発明の
請求項4に対応する実施例を示すものである。この実施
例においては、圧電体基板1が高抵抗のシリコン基板1
dに上に圧電薄膜1bを成層したものであり、先記の実
施例1,2とは異なり、表面波増幅素子4がシリコン基
板1dに作り込まれている。すなわち、高抵抗シリコン
基板1dに対して、まず表面波増幅素子4を作り込む箇
所に不純物を拡散させ、この部分に表面波増幅素子4と
して機能する低抵抗のn型シリコン領域1eを形成す
る。続いて、シリコン基板1dの上面に薄いシリコン酸
化膜1fを成膜し、フォトリソグラフィ加工法により電
極形状の酸化膜を除去した上で、ここに表面波増幅素子
4の電極4cを作成する。次にシリコン基板1dの上面
に成膜したシリコン酸化膜1fの上に全長に亙って圧電
薄膜1bをスパッタ法で成膜し、さらに圧電薄膜1bの
上にトランスデューサ2,出力電極3をパターンニング
してコンボルバが完成する。
【0019】なお、圧電薄膜1bとしては、実施例1で
述べたと同様に、ZnO,AIN,CdS,Ta2 O5
などの材料を用いることができる。
【0020】
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、弾性
表面波コンボルバの圧電体基板におけるトランスデュー
サと出力電極との間の表面波伝播経路上に表面波増幅素
子を設けたことにより、従来と同等な外形サイズのまま
でコンボルバ自身のから大きな出力信号が取り出せる優
れた出力特性の弾性表面波コンボルバを提供することが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例1に対応する弾性表面波コンボ
ルバの構成図であり、(a)は平面図、(b)は側面図
【図2】本発明の実施例2に対応する弾性表面波コンボ
ルバの構成図であり、(a)は平面図、(b)は側面図
【図3】本発明の実施例3に対応する弾性表面波コンボ
ルバの構成図であり、(a)は平面図、(b)は側面図
【図4】従来における弾性表面波コンボルバの構成を模
式的に表した平面図
【図5】図4のコンボルバを採用した信号処理回路のブ
ロック図
【図6】公知のモノリシック形弾性表面波増幅器の構成
図
【符号の説明】
1 圧電体基板 1a ガラス基板 1b 圧電薄膜 1c 圧電単結晶基板 1d 高抵抗シリコン基板 1e 低抵抗n領域 1f シリコン酸化膜 2 トランスデューサ 3 出力電極 4 表面波増幅素子 4a 半導体膜 4c 電極

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】圧電体基板の表面に弾性表面波を励振する
    2組のトランスデューサと、その中間に配して弾性表面
    波のコンボリューション出力を電気信号として取り出す
    出力電極とを備え、反対方向から伝播する二つの弾性表
    面波の非線形相互作用によって信号処理を行う弾性表面
    波コンボルバにおいて、前記基板上におけるトランスデ
    ューサと出力電極との間の表面波伝播経路上に表面波増
    幅素子を設けたことを特徴とする弾性表面波コンボル
    バ。
  2. 【請求項2】請求項1記載のコンボルバにおいて、圧電
    体基板が、ガラス基板上に圧電薄膜を成層したものであ
    り、圧電薄膜層の上に半導体で作られた表面波増幅素子
    を形成したことを特徴とする弾性表面波コンボルバ。
  3. 【請求項3】請求項1記載のコンボルバにおいて、圧電
    体基板が圧電単結晶基板でり、該基板の上に半導体で作
    られた表面波増幅素子を形成したことを特徴とする弾性
    表面波コンボルバ。
  4. 【請求項4】請求項1記載のコンボルバにおいて、圧電
    体基板が高抵抗シリコン基板上に圧電薄膜を成層したも
    のであり、かつ表面波増幅素子が前記高抵抗シリコン基
    板に形成した低抵抗不純物領域に作り込まれていること
    を特徴とする弾性表面波コンボルバ。
  5. 【請求項5】請求項2記載のコンボルバにおいて、圧電
    薄膜としてZnO,AIN,CdS,Ta2 O5 のいず
    れかの材料を用いたことを特徴とする弾性表面波コンボ
    ルバ。
  6. 【請求項6】請求項3記載のコンボルバにおいて、圧電
    単結晶基板としてLiNbO3 ,LiTaO3 ,SiO
    2 のいずれかの材料を用いたことを特徴とする弾性表面
    波コンボルバ。
  7. 【請求項7】請求項2または3記載のコンボルバにおい
    て、表面波増幅素子の半導体材料としてInSb,C,
    Si,Ge,GaAs,GaSb,InAsのいずれか
    の材料を用いたことを特徴とする弾性表面波コンボル
    バ。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000278086A (ja) * 1999-03-25 2000-10-06 Sanyo Electric Co Ltd 弾性表面波デバイス
JP2000278087A (ja) * 1999-03-25 2000-10-06 Sanyo Electric Co Ltd 弾性表面波デバイス
JP2000278088A (ja) * 1999-03-25 2000-10-06 Sanyo Electric Co Ltd 弾性表面波デバイス

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000278086A (ja) * 1999-03-25 2000-10-06 Sanyo Electric Co Ltd 弾性表面波デバイス
JP2000278087A (ja) * 1999-03-25 2000-10-06 Sanyo Electric Co Ltd 弾性表面波デバイス
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