JPS5856513A - 表面弾性波素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、高ダノ率で動作しｊｌ、）る構造の表面弾性
波素子に関するものである。

弾性体表面に沿って伝播する表面弾性波を利用した各種
表面弾性波素子が最近盛んに開発されつつある。この理
由としては、第１に表面弾性波は物質表面に集中して伝
播する波動であること。第２にその伝播速度は電磁波速
度の約１０　　倍であり。

素子の小型化と高密度化が可能であること。第３にＩＣ
と組み合わせた新しい素子の実現が期待できること、等
が挙げられる。

第１図は従来の表面弾性波素子の一例を示すもので、工
ばＬＩＮｂＯ３から成る圧電性単結晶基板、２．３はそ
の表面に設けられたくし型電極であり例えば２は入力電
極、３は出力電極として使用される。ここで入力電極２
から励振された表面弾性波は一］−記Ｌ　１Ｎｂｏ　３
圧電性単結晶基板１表面な伝播して出力電極３から取り
出される。

以上の構造の表面弾性波素子は、電気機械結合係数Ｋが
大きいため、くし型電極を備えたフィルタ等に適用した
場合は広帯域特性が実現でき、マノナングが取り易く、
挿入損失も小さくできまたくし型電極のくしの数も少な
くできるので、素子の小型化が実現できてコストダウン
が計れる等の多くの利点を何している。しかしながらそ
の反面。

基板がＬｊ−ＮｂＯ３単一材料から構成されているため
に、素子の伝播速度および電気機械結合係数が表面の結
晶軸方向、それに対する表面ツｔＰ−性波の伝播方向に
よって同定化されてしまう欠点をイ１１〜ている。

この欠点を除去し特性に柔軟性な持たせる試みとして、
例えば酸化亜鉛／シリコン構造の素子が提案さ・れてい
るが、電気機械結合係数Ｋが大きくはない欠点がある。

本発明は以上の問題に対処してな仝れたもので、基板材
料として（１００）面と等価な面でカットされたシリコ
ンを用い、このシリコン基板上に酸化亜鉛膜な形成し、
この酸化亜鉛膜上もしくは上記シリコン基板上の少なく
ともどちらか一方に電極を形成するようにした構造の表
面弾性波素子な提供するものである。以下図面を参照し
て本発明実施しＩＪを説明する。

第２図は本発明実施例によ、る表面弾性波素子を示す断
面図で、４はシリコン基板で（１００）面と等価な面で
カットされたものから成り、５はシリコン基板４上に形
成され圧電軸がシリコン基板４面に垂直になるように形
成された酸化亜鉛膜、６゜７はこの酸化拒鉛膜５表面に
形成されたくし型電極である。

以上の構造の表面弾性波素子は以下のようなプロセスで
製造した。

（］（１０）面と等価な面でカントしたシリコン基板４
を用意し、この上にＲＦスパッタ法により膜厚４〜ＩＪ
μｍのＣ軸配向の酸化亜鉛膜５を形成する。

次に上記酸化亜鉛膜５上にＤＣスパッタ法により。

全面にアルミニュウム膜を形成し続いてフォトエツチン
グ法により不要部を除去してくし型構造の電極６．７を
形成し、６を入力電極、７を出力電極どして用いる。こ
こでくし型電極６．７の巾は３〜９５μｍ、電極周期は
１２〜μｓμに形成した。

■コストの構造の表面弾性波素子の入力電極６に対し、
−に記シリコンの（０１１〕軸方向と等価な方向に表面
弾性波としてセザワ波な励振させる。これにより表面弾
性波は酸化亜鉛膜５表面を伝播して出力電極７に至る。

第；３図は以上の本発明実施例によって得られた特性曲
線な示すもので、横軸は酸化亜鉛膜５の膜厚りの却格化
された厚さを２πｈ／λ（ここでλは表面９ｊｐ性波の
波長）で示し、縦軸は電気機械結合係数にの二乗１直に
な百分率で示す。第２図の構造においてシリコン基板・
１と酸化亜鉛膜５との境界面近傍の導電率が高い場合に
は、第３図の特性において曲線へのような変化をする。

なおこの曲線Ａは表面弾性波のうち上記のようなセザワ
波についての曲線な示している。また直線Ｂはｆ、ｌＮ
ｂＯ３ＮｂＯ３基板集用の■〜の最大値５５％を示すも
のである。

第３図の特性から明らかなように、シリコンの（０１］
、）軸方向と等価な方向に表面弾性波を伝播させた場合
、酸化止鉛膜５の膜厚りを０９〈２πｈ、／λ〈３５の
範囲となるように選ぶことにより、高効率で動作させハ
）る大きな値の電気機械結合係数を得ることができる。

第４図は本発明の他の実施ｆａｌｌ　を示すもので、（
１００）面と等価な面のシリコン基板４上に誘電体膜９
例えば基板酸化による二酸化シリコンを形成した構造な
示すものである。

以上の構造の表面弾性波素子の入力電極６に対して、シ
リコンの〔０１１〕軸方向と等価な方向に表面弾性波と
してセザワ波を励振させることにより、第５図のような
特性曲線が得られた。第４図の構造においてシリコン基
板４表面の導電率が高くて誘電体膜９の膜厚Ｈが酸化亜
鉛膜５の膜厚りに比べて小さい場合には、第５図の特性
にね、いて曲線へのような変化をする。なお曲線Ａは上
記のようなセザワ波について示している。また直ｆｆＭ
ＢはＬ　ｉＮ　ｂｏ　３基板を用いた場合のＫの最大値
５５％な示すものである。

第５図の特性から明らかなように、シリコンの（０１１
）軸方向と等価な方向に表面弾性波を伝播させた場合、
酸化亜鉛膜５の膜厚りを０．９（２πｈ／λ＜３，５の
範囲となるように選ぶことにより、高効率で動作させ得
る大きな値の電気機械結合係数な得ることができる。

第６図は本発明のその他の実施例を示すもので、（］ｏ
ｅ）面と等価な面のシリコン基板４上に金属膜８髪形成
した構造を示すものである。

以上の構造の表面ツル性波素子の入力電極６に対して、
シリコンの（０１１）軸方向と等価な方向に表面弾性波
としてセザワ波を励振させることにより、第７図のよう
な特性曲線が得られた。第６図の構造において金属膜８
の膜厚Ｔｌ’が上記表面弾性波の波長に比べて十分小さ
い場合には、第７図の特性において曲線へのような変化
をする。なお曲線Ａは上記のようなセザワ波について示
している。

また曲線Ｂは（１００）面と等価な面でカットされたシ
リコン基板を用いた素子に対して、シリコンの（００１
）軸方向と等価な方向にセザワ波を励振させた場合のに
特性を示すものである。

第７図の特性から明らかなように、シリコンの〔０１１
〕軸方向と等価な方向に表面弾性波を伝播させた場合、
酸化亜鉛膜５の膜厚りなＯ：９（２πｈ／λ＜３．５の
範囲となるように選ぶことにより、高効率で動作させ得
る大きな値の電気機械結合係数な得ることができる。

第８図は本発明のその他の実施例を示すもので、（１０
０）面と等価な面のシリコン基板４上に酸化亜鉛膜５を
形成し、この酸化亜鉛膜５上にくし型構造電極６．７を
形成した構造な示すものである。

以上の構造の表面弾性波素子の入力電極６に対して、シ
リコンの〔０１］　）軸方向と等価な方向に表面弾性波
としてセザワ波を励振させることにより。

第９図のような特性曲線が得られた。酸化亜鉛膜５の膜
厚りの変化に応じてに直は曲ｉＡのような変化をする。

なお曲ｌＲＡは上記のようなセザワ波について示してｂ
る。

また曲線Ｂは（１００）面と等価な面でカントされたシ
リコン基板を用いた素子に対して、シリコンの（００１
）軸方向と等価な方向にセザワ波を励振させた場合のに
％性を示すものである。

第９図の特性から明らかなように、シリコンの（０１１
）軸方向と等価な方向に表面弾性波を伝播させた場合、
酸化亜鉛膜５の膜厚りを１．０　（２πｈ／λ〈３５の
範囲となるように選ぶことにより、高効率で動作させ得
る大きな直の電気機械結合係数を得ることができる。

第１Ｏ図は本発明のその他の実施例を示すもので、（１
００，）面と等価な面のシリコン基板４上に（し型電極
６．７を形成し、この電極６．７表面および上記シリコ
ン基板４表面に酸化亜鉛膜５を形成した構造を示すもの
である。

以上の構造の表面弾性波素子の入力電極６に対して、シ
リコンの（ｏｎ）軸方向と等価な方向に表面弾性波とし
てセザワ波を励振させることにより。

第１１図のような特性曲線が得られた。酸化亜鉛膜５の
膜厚りの変化に応じてＫ［直は曲線へのような変化をす
る。なお曲線Ａは上記のよ５なセザワ波について示して
いる。

また曲線Ｂは（１００）面と等価な面でカットされたシ
リコン基板を用いた素子に対して、シリコンの〔００１
〕軸方向と等価な方向にセザワ波を励振させた場合のに
特性を示すものである。

第１図の特性から明らかなように、シリコンの〔０］、
］、ｌ軸方向と等価な方向に表面弾性波を伝播させた場
合、酸化亜鉛膜５の膜厚ｈ’Ｙ１．ｏ（２πｈ／λ（３
，０の範囲となるように選ぶことにより、高効率で動作
させ得る大きな値の電気機械結合係数を得ることができ
る。

第１２図は本発明の他の実施例を示すもので、第１Ｏ図
の構造の酸化亜鉛膜５表面に誘電体膜９例えば二酸化シ
リコンを形成した構造を示すものである。

第１３図は本発明のその他の実施例を示すもので。

（１００）面と等価な面のシリコン基板４上に形成した
酸化亜鉛膜５表面に金属膜８を形成した構造を示すもの
である。

以上の構造の表面弾性波素子の入力電極６に対して、シ
リコンの（０１１：］軸方向と等価な方向に表面弾性波
としてセザワ波ケ励振させることにより第１４図のよう
な特性曲線が得られた。第１３図の構造において金属膜
８の膜厚ＩＩが上記表面弾性波の波長に比べて十分小さ
い場合には、酸化亜鉛膜５の膜厚りの変化に応じてに値
は曲線へのような変化をする。なお曲線Ａは上記のよう
なセザワ波について示している。

また曲＃Ｂは（１００）面と等価な面でカットされたシ
リコン基板を用いた素子に対して、シリコンの（００１
，、）軸方向と等価な方向にセザワ波を励振させた場合
の）（特性を示すものである。

第１１図の特性から明らかなように、シリコンの［：ｏ
］ｌ〕軸方向と等価な方向に表面弾性波を伝播させた場
合、酸化亜鉛膜５の膜厚りを１．、０　（２πｈ／λ〈
２．６の範囲となるように選ぶことにより、高能率で動
作させ得る大きな値の電気機械結合係数を得ることがで
きる。

なお酸化１ｉ鉛膜５表面に形成される金属膜８は。

くし型、電極６，７の少なくとも交差幅部分の真上に位
置するように形成されればよい。

以上において、電気機械結合係数には酸化亜鉛膜５の膜
厚り、シリコン基板４のカット面あるいは表面弾性波の
伝播軸等を変化させることにより。

任意に設定することができる。

なお本文実施・的中では酸化亜鉛膜５の圧電軸がシリコ
ン基板４に対して垂直に形成された場合を示したが、基
板面に垂直な方向からの傾きがほぼ１０度以下の圧電軸
の場合にもほぼ同等の特性が得られることを確かめた。

またシリコン基板４のカット面および表面弾性波を励振
すべき伝播軸は、それぞれ（１００）面と等価な面およ
びシリコンの（０１１）軸方向と等価な方向から数度ず
れている場合にもほぼ同等の特性が得られることがわか
った。

表面弾性波を伝播させる方向はシリコンの（Ｏｎ　）軸
方向と等価な方向以外の方向に選んだ場合にもまた酸化
亜鉛膜を０．９（２πｈ／λ＜３．５以外に選んだ場合
にも同様な高効率な動作が期待される。

さらにくし型構造電極を配置しない場合でも、シリコン
基板と酸化亜鉛膜内に発生する電気ポテンシャルを利用
する様な素子において、高効率で動作し得る表面弾性波
素子の実現が期待される。

以上説明して明らかなように一本発明によれば、基板材
料として（１００）面と等価な面でカットされたシリコ
ンを用い、このシリコン基板上に酸化亜鉛膜を形成し、
この酸化亜鉛膜上もしくはシリコン基板上の少なくとも
どちらか一方に電極な形成するように構成するものであ
るから、電気機械結合係数に柔軟性を持たせることがで
き任意な直に設定することができる。したがってくし型
電極を備えたフィルタ等に適用した場合には広帯域特性
が実現でき、マツチングが取り易（、挿入損失も小さく
できまたくし型電極のくしの数も少な（できるので、素
子の小型化が実現できてコＪトダウンが計れる等の多（
の利点を維持したままで、高効率で動作し得る表面弾性
波素子を得ることができる。

本発明は特にシリコン基板として集積回路用基板と共通
の基板な用いることにより、小型化、高密度化された素
子を得ることができるので効果的である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来素子を示す断面図、第２図、第４図、第６
図、第８図、第１０図、第１２図および第１３図はいず
ｈも本発明実施例な示す断面図、第３図、第５図、第７
図、第９図、第１１図および第１４図はいずれも本発明
によって得られた結果を示す特性図である。 ４・・・シリコ／基板、５・・・酸化亜鉛膜、６．７・
・・くし型構造電極、８・・・金属膜、９・・・誘電体
膜。 特許出願人　　クラリオン株式会社 第１図 第２図 第４図 手続補正書（自船 昭和５７年９り＋Ｕ日 特許庁長官　　若　杉　和　夫　　殿 １　事件の表示 昭和５６年特許―　第１５３８２５号 ３、　補正をする者 事件との関係　　特許出願人 住所 名　称　（１４８）　　クツリオン株式会社４、代理人
〒１０５ 住　所　　東京都港区芝３丁目２番１４号芝三丁目ピル
明細書第８頁第１９行目の次に「なお、シリコン基板４
上に形成される金属１Ｂ！８は＜　ＬＪｌｌｌｔ極６゜
７の少なくとも交差幅部分の真下に位！１するよ５に設
けられればよい、」を加入する。 手続補正書（自船 昭和５６年特許願　第１５３８２５号 ３　補正をする者 事件との関係　　％軒出願人 住所 名　称　（１４８）　　クラリオン株式会社４代理人〒
１０５ 住　所　　東京都港区芝３丁目２番１４号芝三丁目ビル
５　補正の対象 明細書の特許請求の範囲の欄および発明の詳細な説明の
欄 ６　補正の内容 １、明細書第１頁第４行目乃至第２頁第１４行目の特許
請求の範囲の記載を別紙のよ５に訂正する。 ２、　明細書第４頁第５行目乃至同頁第８行目の記載を
削除する。 休　待ｒｌｆ稍求の範囲 １、　（１００）面と等価な面でカントされたシリコン
基板と、このシリコン基板上に形成された酸化亜鉛膜と
、この酸化亜鉛編上もしくは上記シリコン基板上の少な
（ともどちらか一方に形成された電憔とを含むよう＆Ｃ
構成したことＹ：特徴とする懺面弾性Ｉ２１！本子。 ′−２，上記酸化亜鉛膜の圧電軸がシリコン基板面に対
して垂１Ｍまたは垂直刃＠に対して１０度以下の傾きを
持つことを特徴とする特許請求の範囲第１墳記載の表面
弾性波素子。 ３　上記酸化亜鉛膜の論厚りが０．９（２πｈ／λく３
．５（ただし、λは表面弾性波の波長を示す）の範囲に
属することｔ特徴とする特許請求の範囲第１ｊＪｌ又は
第２Ａ記載の表面弾性波素子。 ４・　上記酸化亜鉛編上向上もしくを工上配シ１ノコ７
基板上の少なくともどちらか一方（金属機力を形成され
ることｔ％黴とする特許請求の範囲第１項乃至１ｇ３９
４のいずれかに記載の表面弾性波素子。 ５、　上記酸化亜鉛編上面上もしくは上記シリコン基板
上の少なくともどちらか一方に＃ｓ電体膜が形成される
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第４項のい
ずれかに記載の表面弾性波素子・６、　上配置ｋ他が（
し型構造を有することｔ特徴とする特許請求の範囲第五
項乃至第５項のいずれかに記載の表面弾性波素子。 ７、　上記金属膜が上記（し型ＷＬｆａの少な（とも交
差幅部分の真上か真下の少なくともどちらかに位置する
ことｔ特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第６項のい
ずれかに記載の次面弾性波素子。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　　（１００）面と等価な面でカットされたシリコ
   ン基板と、このシリコン基板上に形成された酸化亜鉛膜
   と、この酸化亜鉛膜上もしくは上記シリコン基板上の少
   なくともどちらか一方に形成された電極とを含み、上記
   シリコンの（０１１）軸方向と等価な方向に表面弾性波
   を伝播させるように構成したことを特徴とする表面弾性
   波素子。 ２、上記酸化亜鉛膜の圧電軸がシリコン基板面に対して
   垂直または垂直方向に対して１０度以下の傾きを持つこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の表面弾性波
   素子。 ３、　上記酸化亜鉛膜の膜厚りが０．９　（２πｈ／λ
   （３，５（ただし、λは表面弾性波の波長を示す）の範
   囲に属することを特徴とする特許請求の範囲第１項又は
   第２項記載の表面弾性波素子。 ４、上記酸化亜鉛膜表面上もしくは上記シリコン基板上
   の少なくともどちらか一方に金属膜が形成さハることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第３項のいずれか
   に記載の表面弾性波素子。 ５、上記酸化亜鉛膜表面上もしくは上記シリコン基板上
   の少なくともどちらか一方に誘電体膜が形成されること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第４項のいずれ
   かに記載の表面弾性波素子。 ６、上記電極がくし型構造を有することを特徴とする特
   許請求の範囲第１項乃至第５項のいずれかに記載の表面
   弾性波素子。 ７　上記金属膜が上記くし型電極の少なくとも交差幅部
   分の真上か真下の少なくともどちらかに位置することを
   特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第６項のいずれか
   に記載の表面弾性波素子。