JPH0983288A - 表面弾性波素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】製作工程中および回路基板状に装着された表面
弾性波素子の電極間で放電することを防止した表面弾性
波素子を提供する。 【解決手段】パッド電極部２２と櫛形電極部２１とが圧
電基板１上に形成した表面弾性波素子において、櫛形電
極部２１の表面と櫛形電極部２１を構成する線状パター
ン電極２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ、２１Ｄのそれぞれ隣接
する電極間の表面とを含む圧電基板１の表面に半導体薄
膜３１を形成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば通信機用の
フィルタ回路や共振回路として使用するのに適した表面
弾性波素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】圧電体に電圧を印加して生じる表面弾性
波を利用する素子として表面弾性波素子が知られてい
る。

【０００３】図６（ａ）は、従来の表面弾性波素子の外
観模式図であり、図６（ｂ）は、圧電性を有する、例え
ば６４°Ｙ−Ｘ ＬｉＮｂＯ₃ からなる圧電基板１の表
面に形成した電極パターンの模式図である。

【０００４】電極パターンは櫛形電極部２１とパッド電
極部２２とから構成される。櫛形電極部２１はそれぞれ
規則的に配列された数百本の線状パターン電極２１Ａ、
２１Ｂ、２１Ｃおよび２１Ｄから構成され、各々は図６
（ａ）に示すように線状パターン電極２１Ａと線状パタ
ーン電極２１Ｂとは１本おきに順次配置され、線状パタ
ーン電極２１Ｃと線状パターン電極２１Ｄとは１本おき
に順次配置される。

【０００５】パッド電極部２２は、櫛形電極部２１と外
部回路とを接続するためのパターン部であり、パッド電
極２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃおよび２２Ｄから構成され、
パッド電極２２Ａは線状パターン電極２１Ａと電気的に
接続され、パッド電極２２Ｂは線状パターン電極２１Ｂ
と電気的に接続され、パッド電極２２Ｃは線状パターン
電極２１Ｃと電気的に接続され、パッド電極２２Ｄは線
状パターン電極２１Ｄと電気的に接続されている。

【０００６】図６（ｃ）は、櫛形電極部２１のＡ−Ａ′
断面図であり、圧電基板１の表面上に櫛形電極部２１が
形成されている。櫛形電極部２１は、通常、アルミニウ
ム金属薄膜であり、その膜厚は５０ｎｍ〜３００ｎｍ、
電極幅（Ｗ）および電極ピッチ（Ｌ）は、それぞれ０．
５μｍ〜１０μｍの範囲である。

【０００７】この表面弾性波素子の櫛形電極部（入力電
極部）の一対間（例えば、線状パターン電極２１Ａと線
状パターン電極２１Ｂ）に高周波信号を入力すると、電
極ピッチ（Ｌ）に対応した周期で圧電基板１の表面に機
械的歪みが生じる。この機械的歪みは表面波として圧電
基板１の表面を伝わり、もう一方の櫛形電極部の対、す
なわち、本例では線状パターン電極２１Ｃと線状パター
ン電極２１Ｄ（出力電極）に到達する。出力電極ではこ
の機械的歪みにより起電力が生じ、電気信号として検出
される。このとき、入力電極および出力電極の電極ピッ
チ（Ｌ）に対応しない信号の成分は多数の線状パターン
電極２１Ａ〜２１Ｄで互いに打ち消され、信号として検
知されない。

【０００８】表面弾性波素子を部品として完成させるに
は、表面弾性波素子をパッケージに接着固定し、パッド
電極部２２とパッケージの外部接続端子とを接続し、そ
のパッケージをカバーで封着して完成品とする。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかし、表面弾性波素
子の製作作業工程中に、圧電基板は機械的応力や加熱、
冷却工程で温度変化を受ける。これらの機械的応力や温
度変化により、圧電基板の表面には電荷が蓄積され帯電
する。この帯電により櫛形電極部を構成する線状パター
ン電極間の電圧が大きくなり櫛形電極部を構成する線状
パターン電極間で放電が発生する場合がある。

【００１０】また、表面弾性波素子が回路基板に搭載さ
れている場合でも、外部回路から電圧が印加されること
により線状パターン電極間で放電が生じる場合がある。

【００１１】これらの線状パターン電極間の放電は局部
的に発生するため、約０．５μｍ〜１０μｍ幅の線状パ
ターン電極は放電電流によるジュール熱で破損し、表面
弾性波素子の所用の特性が損なわれるという問題があっ
た。

【００１２】本発明は、従来の表面弾性波素子が有する
上記不具合を解決するためになされたもので、表面弾性
波素子の製作工程中および表面弾性波素子が回路基板に
搭載されているときに発生する電極間の放電による破損
を防ぐことのできる表面弾性波素子を提供することを目
的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明に係る表面弾性波
素子は、圧電基板上に形成した金属電極部表面と該金属
電極部表面間の圧電基板表面とを含む圧電基板表面に半
導体薄膜を形成したことを特徴とする。

【００１４】一般的に、半導体材料と金属との接触によ
ってショットキー接合が形成され、ダイオード特性を呈
する。その接触界面の直流電圧−電流特性は、直線的で
はなく図５に破線で示すような非線形特性、いわゆる整
流特性となる。さらに、金属側に正電圧（順方向）に印
加した場合、通電開始電圧は低下し、Ｖ１≒０．４Ｖで
電流は急激に流れ出し、負電圧を印加した場合（逆方
向）はＶ３≒１０〜２０Ｖで電流は急激に流れ出す特性
を示す。

【００１５】また、（金属／半導体／金属）の３層構
造、例えば、アルミニウム／シリコン（半導体）／アル
ミニウムの構成とした場合、両端の金属（アルミニウ
ム）間の電流特性は図５に示す実線の特性となる。すな
わち、順方向、逆方向の電圧を加えた場合はともに約１
０〜２０Ｖの電圧（Ｖ２，Ｖ３）で急激に電流が流れ
る。

【００１６】圧電基板上の電極部を含む圧電基板表面に
半導体薄膜を形成した構造とした場合、櫛形電極部を構
成する隣接各電極間で、前記の（金属／半導体／金属）
という３層構造が形成される。このため、櫛形電極部を
構成する隣接各電極間の電流特性は、前述したように、
図５に実線で示す特性となる。

【００１７】このような特性を有するため、表面弾性波
素子で使用される最大数ボルトの信号電圧が櫛形電極部
間に印加されても、半導体薄膜は高抵抗膜として機能す
るのみであり、表面弾性波素子の特性を損なうことはな
い。

【００１８】一方、櫛形電極部を構成する隣接各電極間
に、放電が発生する約５０Ｖ以上に電圧が上昇する場
合、電極表面に形成した半導体材料を介して放電開始電
圧より低い電圧で電流が流れ始め、放電電圧に達しな
い。

【００１９】すなわち、本発明に用いた半導体薄膜の効
果は、信号電圧に対しては高抵抗、一方、放電発生する
ような高電圧に対しては低抵抗という機能を有する。

【００２０】この結果、櫛形電極部を構成するそれぞれ
の隣接する電極間の電圧は放電が発生する電圧以下とな
り、放電は生ぜず電極の損傷を受けない。

【００２１】また、本発明に係る表面弾性波素子は、金
属電極部は櫛形電極部であることを特徴とする。このよ
うにした場合においても櫛形電極部と半導体薄膜とによ
ってショットキー接合が形成され、櫛形電極部を構成す
る隣接各電極間における電圧は放電が発生する電圧以下
に抑制されることになって、放電は生じない。

【００２２】また、本発明に係る表面弾性波素子は、金
属電極部はパッド電極部であることを特徴とする。この
ようにした場合においてもパッド電極部と半導体薄膜と
によってショットキー接合が形成され、櫛形電極部はパ
ッド電極部と電気的に接続されているために、櫛形電極
部を構成する隣接各電極間における電圧は放電が発生す
る電圧以下に抑制されることになって、放電は生じな
い。

【００２３】さらにまた、本発明に係る表面弾性波素子
は、圧電基板表面にループを形成する半導体薄膜と、該
半導体薄膜を挟んで圧電基板上に形成したパッド電極部
を有する金属電極部とを備えたことを特徴とする。半導
体薄膜を圧電基板とパッド電極部間に設けても同様に、
櫛形電極部はパッド電極部と電気的に接続されているた
めに、櫛形電極部を構成する隣接各電極間における電圧
は放電が発生する電圧以下に抑制されることになって、
放電は生じない。

【００２４】

【発明の実施の形態】本発明に係る表面弾性波素子の実
施の第１形態について説明する。

【００２５】本実施の第１形態を図１に模式的に示す。
図１（ａ）は外観図、図１（ｂ）は基板表面パターン
図、図１（ｃ）は本形態に係る表面弾性波素子のＢ−
Ｂ′断面図である。

【００２６】圧電基板１上のパッド電極部２２を除き、
線状パターン電極２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃおよび２１Ｄ
からなる櫛形電極部２１を含む圧電基板１の表面に半導
体薄膜３１が形成されている。

【００２７】線状パターン電極２１Ａ〜２１Ｄおよびパ
ッド電極２２Ａ〜２２Ｄは、従来技術として知られるフ
ォトリソグラフィー法を用い、エッチング法、若しくは
リフトオフ法で形成する。

【００２８】半導体薄膜３１は、シラン（ＳｉＨ₄ ）を
用いたＣＶＤ（化学的気相堆積）法、プラズマＣＶＤ
（プラズマを用いた化学気相堆積）法、スパッタ法など
により形成できることが知られている。

【００２９】この半導体薄膜３１は、パッド電極部２２
を除き、線状パターン電極２１Ａ〜２１Ｄ上にのみ約５
０ｎｍの厚みで形成する。この場合においても、従来技
術のフォトリソグラフィー法を用いることで、半導体薄
膜３１の形成部を限定することができる。

【００３０】このように形成することにより、対向する
櫛形電極部２１を構成する線状パターン電極２１Ａ〜２
１Ｄは、半導体薄膜３１を介して接続した構成となり、
線状パターン電極２１Ａ〜２１Ｄ間の電気的特性は図５
に実線で示す特性となる。この結果、線状パターン電極
２１Ａ〜２１Ｄを構成するそれぞれの隣接する電極間に
おいて信号電圧に対して半導体薄膜３１は実質的に高抵
抗を呈して信号電圧によっては放電せず、放電を発生す
るような高電圧に対しては半導体薄膜３１は実質的に低
抵抗を呈して放電が発生する電圧以下に低下することに
なり、櫛形電極部２１を構成する線状パターン電極２１
Ａ〜２１Ｄの隣接する各電極間の放電は防止できる。

【００３１】次に、本発明の実施の第２形態について説
明する。

【００３２】本実施の第２形態を図２に模式的に示す。
図２（ａ）は外観図、図２（ｂ）は基板表面パターン
図、図２（ｃ）は本形態に係る表面弾性波素子のＣ−
Ｃ′断面図である。

【００３３】本実施の第２形態の場合には、櫛形電極部
２１の対向するパッド電極２２Ａとパッド電極２２Ｂ間
を電気的に接続するように半導体薄膜３２を形成する。
櫛形電極部２１上には半導体薄膜３２を形成しない。こ
の実施の形態においても、対向する櫛形電極部２１を構
成する線状パターン電極２１Ａ〜２１Ｄの隣接する各電
極間の電気的特性は、図５に実線で示す特性となるの
で、本発明の実施の第１形態と同等の効果が得られる。

【００３４】すなわち、第２形態においても半導体薄膜
３２の存在によって櫛形電極部２１を構成する線状パタ
ーン電極２１Ａと線状パターン電極２１Ｂを構成するそ
れぞれの隣接する各電極間の電圧は放電電圧にまで上昇
せず、線状パターン電極２１Ａと線状パターン電極２１
Ｂとの隣接する各電極間で放電することは防止される。
なお、線状パターン電極２１Ｃと線状パターン電極２１
Ｄとを構成するそれぞれの隣接する各電極間の場合も同
様である。

【００３５】さらに本発明の実施の第３形態について説
明する。

【００３６】本実施の第３形態を図３に模式的に示す。
図３（ａ）は基板表面パターン図、図３（ｂ）は本形態
に係る表面弾性波素子のＤ−Ｄ′断面図である。

【００３７】本実施の第３形態では、第２実施の形態と
比較し、パッド電極部２２と半導体薄膜３２Ｂの形成位
置が異なる。本形態では、半導体薄膜３２Ｂは圧電基板
１の表面に閉ループを構成するように形成し、半導体薄
膜３２Ｂを挟んで圧電基板１上にパッド電極２２Ａ、２
２Ｂ、２２Ｃおよび２２Ｄを形成し、かつ線状パターン
電極２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃおよび２１Ｄを形成して、
表面弾性波素子を形成する。したがって、本形態の表面
弾性波素子は半導体薄膜３２Ｂが形成された圧電基板１
上に半導体薄膜３２Ｂにてパッド電極２２Ａ、２２Ｂ、
２２Ｃおよび２２Ｄを電気的に接続した状態となる。

【００３８】このように形成した結果、第３形態におい
ても半導体薄膜３２Ｂの存在によって櫛形電極部２１を
構成する線状パターン電極２１Ａと線状パターン電極２
１Ｂを構成するそれぞれの隣接する各電極間の電圧は放
電電圧にまで上昇せず、同様に線状パターン電極２１Ｃ
と線状パターン電極２１Ｄを構成するそれぞれの隣接す
る各電極間の電圧は放電電圧にまで上昇せず、隣接する
各電極間で放電することは防止される。

【００３９】次に、本発明に係る表面弾性波素子の実施
の第４形態について説明する。

【００４０】図４は本発明に係る表面弾性波素子の実施
の第４形態を示す模式図であって、図４（ａ）は表面パ
ターン図を、図４（ｂ）は本形態に係る表面弾性波素子
のＥ−Ｅ′断面図を示す。

【００４１】本第４形態の表面弾性波素子においては、
前記第３形態の場合と同様に、半導体薄膜３２Ｂは圧電
基板１の表面に閉ループを構成するように形成し、半導
体薄膜３２Ｂが形成された圧電基板１の表面に櫛形電極
部２１を形成し、半導体薄膜３２Ｂおよび櫛形電極部２
１が形成された圧電基板１の表面に半導体薄膜３２Ｂを
挟んで圧電基板１上にパッド電極部２２を形成し、パッ
ド電極部２２と櫛形電極部２１とはパッド電極部２２に
形成した接続部４０にて電気的に接続してある。さら
に、櫛形電極部２１を含む圧電基板１の表面に半導体薄
膜３１が形成される。

【００４２】本第４形態の表面弾性波素子では、圧電基
板１上に半導体薄膜３２Ｂと櫛形電極部２１とを形成
し、半導体薄膜３２Ｂの一部と圧電基板１の一部との上
に接続部４０を有するパッド電極部２２を形成するとと
もに櫛形電極部２１を含む圧電基板１の表面に半導体薄
膜３１を形成する。

【００４３】したがって、本第４形態は、第１形態と第
３形態とを併せて形成した場合と略同様であって、この
場合においても半導体薄膜３１および３２Ｂの存在によ
って線状パターン電極２１Ａと線状パターン電極２１Ｂ
とを構成するそれぞれの隣接する各電極間の電圧は放電
電圧まで上昇せず、線状パターン電極２１Ｃと２１Ｄと
を構成するそれぞれの隣接する各電極間の電圧は放電電
圧まで上昇せず、隣接する各電極間で放電することは防
止される。

【００４４】実施の各形態では電極材料としてアルミニ
ウムを用いたが、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）、銅を含有す
るアルミニウム合金、シリコンを含有するアルミニウム
合金、さらにはチタン、モリブデン、タングステンなど
の高融点金属を用いてもよく、それらの積層構造として
も本発明の目的とする効果が得られる。

【００４５】また、半導体薄膜としては、シリコン半導
体薄膜またはゲルマニウム半導体薄膜を用いることがで
きる。

【００４６】

【発明の効果】本発明の表面弾性波素子により、電極間
放電が防止でき、本発明の表面弾性波素子を用いて信頼
性の高い表面弾性波フィルタや共振回路を実現すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る表面弾性波素子の第１の形態を示
す模式図であって、（ａ）は、本発明に係る表面弾性波
素子の実施の第１形態の外観図、（ｂ）は、本発明に係
る表面弾性波素子の実施の第１形態の表面パターン図、
（ｃ）は、本発明に係る表面弾性波素子の実施の第１形
態の一部断面図である。

【図２】本発明に係る表面弾性波素子の第２の形態を示
す模式図であって、（ａ）は、本発明に係る表面弾性波
素子の実施の第２形態の外観図、（ｂ）は、本発明に係
る表面弾性波素子の実施の第２形態の表面パターン図、
（ｃ）は、本発明に係る表面弾性波素子の実施の第２形
態の一部断面図である。

【図３】本発明に係る表面弾性波素子の第３の形態を示
す模式図であって、（ａ）は、本発明に係る表面弾性波
素子の実施の第３形態の表面パターン図、（ｂ）は、本
発明に係る表面弾性波素子の実施の第３形態の一部断面
図である。

【図４】本発明に係る表面弾性波素子の第４の形態を示
す模式図であって、（ａ）は、本発明に係る表面弾性波
素子の実施の第４形態の表面パターン図、（ｂ）は、本
発明に係る表面弾性波素子の実施の第４形態の一部断面
図である。

【図５】破線は半導体と金属電極間の電圧（Ｖ）−電流
（Ｉ）特性を示す図、実線は本発明に係る表面弾性波素
子の実施の形態における電極間の電圧（Ｖ）−電流
（Ｉ）特性を示す図である。

【図６】従来の表面弾性波素子を示す模式図であって、
（ａ）は、従来の表面弾性波素子の電極構造を示す図、
（ｂ）は、従来の表面弾性波素子の表面パターン図、
（ｃ）は、従来の表面弾性波素子の一部断面図である。

【符号の説明】

１…圧電基板 ２１…櫛形電極
部 ２１Ａ〜２１Ｄ…線状パターン電極 ２２…パッド電
極部 ２２Ａ〜２２Ｄ…パッド電極 ３１、３２、３
２Ｂ…半導体薄膜

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】表面弾性波素子において、圧電基板上に形
   成した金属電極部表面と該金属電極部表面間の圧電基板
   表面とを含む圧電基板表面に半導体薄膜を形成したこと
   を特徴とする表面弾性波素子。
2. 【請求項２】金属電極部は櫛形電極部であることを特徴
   とする請求項１記載の表面弾性波素子。
3. 【請求項３】金属電極部はパッド電極部であることを特
   徴とする請求項１記載の表面弾性波素子。
4. 【請求項４】表面弾性波素子において、圧電基板表面に
   ループを形成する半導体薄膜と、該半導体薄膜を挟んで
   圧電基板上に形成したパッド電極部を有する金属電極部
   とを備えたことを特徴とする表面弾性波素子。