JPS5856515A - 表面弾性波素子 - Google Patents
表面弾性波素子Info
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic elements; Electromechanical resonators
- H03H9/02—Details
- H03H9/02535—Details of surface acoustic wave devices
- H03H9/02818—Means for compensation or elimination of undesirable effects
- H03H9/02834—Means for compensation or elimination of undesirable effects of temperature influence
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- H03H9/02543—Characteristics of substrate, e.g. cutting angles
- H03H9/02574—Characteristics of substrate, e.g. cutting angles of combined substrates, multilayered substrates, piezoelectrical layers on not-piezoelectrical substrate
Landscapes
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- Acoustics & Sound (AREA)
- Surface Acoustic Wave Elements And Circuit Networks Thereof (AREA)
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。
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、高効率で動作しかつ小さな温度係数を有する
構造の表面弾性波素子に関するものである。
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。
表面弾性波素子が最近盛んに開発されつつある。
表面弾性波素子用圧電基板としてはニオブ酸リチウム（
ＬＩＮｂ０３ ）のような圧電単結晶、ｌ、／ルコンチ
タン酸鉛（Ｉ）ＺＴ）のような圧電セラミックス。
ＬＩＮｂ０３ ）のような圧電単結晶、ｌ、／ルコンチ
タン酸鉛（Ｉ）ＺＴ）のような圧電セラミックス。
非圧電基板上に設けるようにした酸化亜鉛（ＺｎＯ）’
のような圧電薄膜が知らオしている。これらのうち。
のような圧電薄膜が知らオしている。これらのうち。
ニオブ酸リチウムは電気機械結合係数Ｋが太き（かつ表
面波伝播損失が小さいが、温度係数が大きいという欠点
を有している。また圧電セラミックスは電気機械結合係
数には大きいが焼結体のために、高周波になる程表面波
伝播損失が太き（なる欠点がある。さらに以上の圧電単
結晶および圧電セラミックスは自身の単一機能しか有し
ていないために用途が限定され、ＩＣと組み合わせて新
しい機能を備えたデバイスを製造することは困難である
。
面波伝播損失が小さいが、温度係数が大きいという欠点
を有している。また圧電セラミックスは電気機械結合係
数には大きいが焼結体のために、高周波になる程表面波
伝播損失が太き（なる欠点がある。さらに以上の圧電単
結晶および圧電セラミックスは自身の単一機能しか有し
ていないために用途が限定され、ＩＣと組み合わせて新
しい機能を備えたデバイスを製造することは困難である
。
この点上記圧電薄膜は第１図に示すように、シリコン基
板１のような非圧電基板上に酸化亜鉛膜２等が設けられ
この表面に電極３，４が設けられて素子が構成されるの
で、シリコン基板１上に他の半導体素子を形成すること
により新しい機能を備えたデバイスの実現が可能となる
。
板１のような非圧電基板上に酸化亜鉛膜２等が設けられ
この表面に電極３，４が設けられて素子が構成されるの
で、シリコン基板１上に他の半導体素子を形成すること
により新しい機能を備えたデバイスの実現が可能となる
。
しかしながら圧電薄膜を用いた表面弾性波素子は、電気
機械結合係数Ｋが上記圧電単結晶および圧電セラミック
スの場合よりも小さいために、効率良く動作しないとい
う欠点がある。また温度係数が比較的大きいために、信
号の違延時間を問題とする・デバイスに対しては適用し
にくいという欠点がある。
機械結合係数Ｋが上記圧電単結晶および圧電セラミック
スの場合よりも小さいために、効率良く動作しないとい
う欠点がある。また温度係数が比較的大きいために、信
号の違延時間を問題とする・デバイスに対しては適用し
にくいという欠点がある。
本発明は以上の問題に対処してなされたもので。
弾性体と接するように所定の結晶面から成るシリコン層
を設け、このシリコン層上に酸化亜鉛膜を形成し、この
酸化亜鉛膜に接して電極を形成するようにした構造の表
面弾性波素子を提供するものである。以下図面を参照し
て本発明実施例を説明する。
を設け、このシリコン層上に酸化亜鉛膜を形成し、この
酸化亜鉛膜に接して電極を形成するようにした構造の表
面弾性波素子を提供するものである。以下図面を参照し
て本発明実施例を説明する。
第２図は本発明の一実施例による表面弾性波素子を示す
断面図で、７は弾性体で例えば二酸化シリコン、サファ
イヤから成り、５は弾性体７に接して殺げられたシリコ
ン層で（１１０）面と等価な面から成り、６はシリコン
層５上に形成され圧電軸がシリコン層５面に垂直になる
ように形成された酸化亜鉛膜、８．９は酸化亜鉛膜６表
面に形成された（し型電極である。
断面図で、７は弾性体で例えば二酸化シリコン、サファ
イヤから成り、５は弾性体７に接して殺げられたシリコ
ン層で（１１０）面と等価な面から成り、６はシリコン
層５上に形成され圧電軸がシリコン層５面に垂直になる
ように形成された酸化亜鉛膜、８．９は酸化亜鉛膜６表
面に形成された（し型電極である。
上記酸化亜鉛膜６は周知のスパッタ法、ＣＶＤ法等の手
段で形成され、また（し型電極８．９はアルミニュウム
等の金属が周知の蒸着法等により形成される。
段で形成され、また（し型電極８．９はアルミニュウム
等の金属が周知の蒸着法等により形成される。
以上の構造の表面弾性波素子の入力電極８に対し、」−
記シリコン５の〔００１〕軸方向と等価な方向に表面弾
性波どしてセザワ波を励振させろ。これにより表面弾性
波は酸化亜鉛膜６表面を伝播して出力電極９に至る。
記シリコン５の〔００１〕軸方向と等価な方向に表面弾
性波どしてセザワ波を励振させろ。これにより表面弾性
波は酸化亜鉛膜６表面を伝播して出力電極９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
を示すもので、横軸は酸化亜鉛膜６の膜厚りの却格化さ
れた厚さを２πｈ／λ（ここでλは表面弾性波の波長）
で示し、縦軸は電気機械結合係数にの二乗１直Ｋを百分
率で示している。第２図の本発明実施例構造において、
シリコン層５と酸化亜鉛膜６間の境界近傍の導電率が高
い場合には、電気機械結合係数にの二乗値には第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ｋ
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ｉｋ示している。
を示すもので、横軸は酸化亜鉛膜６の膜厚りの却格化さ
れた厚さを２πｈ／λ（ここでλは表面弾性波の波長）
で示し、縦軸は電気機械結合係数にの二乗１直Ｋを百分
率で示している。第２図の本発明実施例構造において、
シリコン層５と酸化亜鉛膜６間の境界近傍の導電率が高
い場合には、電気機械結合係数にの二乗値には第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ｋ
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ｉｋ示している。
また直線Ｂはニオブ酸リチウム（Ｌｉ、ＮｂＯ３）基板
におけるＩ〈の最大１直を示すもので、約５５％の値と
なる。
におけるＩ〈の最大１直を示すもので、約５５％の値と
なる。
第３図の特性から明らかなように、シリコン５の［００
１）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６の膜厚りをｏ９く２πｈ／λく３０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。
１）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６の膜厚りをｏ９く２πｈ／λく３０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４図は本発明の他の実施例による表面弾性波素子を示
す断面図で、５′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、その他第２図と同一
番号で示しである。
す断面図で、５′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、その他第２図と同一
番号で示しである。
以上の構造の表面弾性波素子の入力電極８に対しては、
シリコン５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。
シリコン５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。
第５図は以上の実施例によって得られた特性曲線を示す
もので、上記構造においてシリコン基板５′と酸化亜鉛
膜６間の境界近傍の導電率が高い場合には、電気機械結
合係数にの二乗値には曲線Ａのような変化をする。なお
この曲＠Ａは表面弾性波のうち上記のようなセザワ波に
ついての曲線を示している。
もので、上記構造においてシリコン基板５′と酸化亜鉛
膜６間の境界近傍の導電率が高い場合には、電気機械結
合係数にの二乗値には曲線Ａのような変化をする。なお
この曲＠Ａは表面弾性波のうち上記のようなセザワ波に
ついての曲線を示している。
また直ｌｓＢはニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂ０３）基板
におけるＫの最大値を示すもので、約５．５％の値とな
る。
におけるＫの最大値を示すもので、約５．５％の値とな
る。
第５図の特性から明らかなように、シリコン５′の（Ｏ
ｎ）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６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。
ｎ）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６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を得
ることができる。
ることができる。
以上の各実施例において弾性体７として特にす７アイヤ
を用いた場合には、このサファイヤ上にＳ Ｑ Ｓ（５
ｉｌｉｃｏｎ ｏｎ ５ａｐｐｈｉｒｅ ）技術により
単結晶シリコン層５を容易にエピタキシャル成長させる
ことができるので、このようにして得られたＳＯ８基板
な用いることにより同一基板上へ表面弾性素子と半導体
素子とを同一プロセスで製造できるという利点がある。
を用いた場合には、このサファイヤ上にＳ Ｑ Ｓ（５
ｉｌｉｃｏｎ ｏｎ ５ａｐｐｈｉｒｅ ）技術により
単結晶シリコン層５を容易にエピタキシャル成長させる
ことができるので、このようにして得られたＳＯ８基板
な用いることにより同一基板上へ表面弾性素子と半導体
素子とを同一プロセスで製造できるという利点がある。
前述のように、シリコン層５と酸化亜鉛膜６間の境界近
傍の４定率が高いということは第６図のようにその境界
部に金属膜１０を形成した構造でも同じ効果が得られる
ことを意味している。またシリコン層５がエピタキシャ
ル成長層を有しているような場合でも、バルク抵抗な下
げることができるので同じ効果を得ることができる。
傍の４定率が高いということは第６図のようにその境界
部に金属膜１０を形成した構造でも同じ効果が得られる
ことを意味している。またシリコン層５がエピタキシャ
ル成長層を有しているような場合でも、バルク抵抗な下
げることができるので同じ効果を得ることができる。
弾性体７として二酸化シリコンを用いた場合には、シリ
コン層５と酸化亜鉛膜６とで決定する素子の温度係数を
打ち消す方向に働（ために、素子全体としては小さな温
度係数な持たせることができる。したがって遅延時間温
度係数を低減させることができる。
コン層５と酸化亜鉛膜６とで決定する素子の温度係数を
打ち消す方向に働（ために、素子全体としては小さな温
度係数な持たせることができる。したがって遅延時間温
度係数を低減させることができる。
さらに本発明の他の実施例として第７図のように、（し
型電極８．９はシリコン層５上に設けた構造にすること
ができる。またそのくし型電極８゜９に対向した酸化亜
鉛膜６上に金属膜ｌＯを付着させた第８図のような構造
圧することができる。
型電極８．９はシリコン層５上に設けた構造にすること
ができる。またそのくし型電極８゜９に対向した酸化亜
鉛膜６上に金属膜ｌＯを付着させた第８図のような構造
圧することができる。
以上の各実施例において、シリコン層５を保護するため
に保護膜として二酸化シリコンを用いてもよい。
に保護膜として二酸化シリコンを用いてもよい。
本文実施例中では酸化亜鉛膜６の圧電軸がシリコン層５
面に対して垂直に形成された場合を示したが、シリコン
層５面に垂直な方向からの顛きがほぼ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。またシリコ
ン層５の結晶面および表面弾性波を励振すべき伝播軸は
、それぞれ（１１０）面、（１００）面および（００１
）軸方向、 （ｏｌｌ）軸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。
面に対して垂直に形成された場合を示したが、シリコン
層５面に垂直な方向からの顛きがほぼ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。またシリコ
ン層５の結晶面および表面弾性波を励振すべき伝播軸は
、それぞれ（１１０）面、（１００）面および（００１
）軸方向、 （ｏｌｌ）軸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。
以上説明して明らかなように本発明によれば。
弾性体と接するように所定の結晶面から成るシリコン層
を設げ、このシリコン層上に酸化亜鉛膜を形成し、この
酸化亜鉛膜に接して電極を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
ができ任意な値に設定することができる。このように電
気機械結合係数を太き（設定できるので１表面弾性波ト
ランスジューサのインビー、ダンスを小さくできて整合
がとり易（なるため高効率で動作し得る表面弾性波素子
が実現できる。またこれと共に表面弾性波トランスジュ
ーサの電極対数を少なくすることができるので、素子の
小型化が可能となりコストダウンを計ることができる。
を設げ、このシリコン層上に酸化亜鉛膜を形成し、この
酸化亜鉛膜に接して電極を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
ができ任意な値に設定することができる。このように電
気機械結合係数を太き（設定できるので１表面弾性波ト
ランスジューサのインビー、ダンスを小さくできて整合
がとり易（なるため高効率で動作し得る表面弾性波素子
が実現できる。またこれと共に表面弾性波トランスジュ
ーサの電極対数を少なくすることができるので、素子の
小型化が可能となりコストダウンを計ることができる。
さらに弾性体を設けることにより温度係数を小さくする
ことができるので１表面弾性波素子の安定な動作な行わ
せることができろ。
ことができるので１表面弾性波素子の安定な動作な行わ
せることができろ。
本発明のように表面弾性波として特にセザワ波を用いる
場合ｃ’；ｚ、その位相速度が犬なる性質を利用して特
に高周波用素子の実現を計る場合有利となる。
場合ｃ’；ｚ、その位相速度が犬なる性質を利用して特
に高周波用素子の実現を計る場合有利となる。
本発明はＳＯ８基板等のＩＣ用基板と共通の材料を用い
ることにより、小型化、高集積化された新しい機能を有
するデバイスが得られるので広範囲な用途に適用して効
果的である。
ることにより、小型化、高集積化された新しい機能を有
するデバイスが得られるので広範囲な用途に適用して効
果的である。
第１図は従来例を示す断面図、第２図、第４図、第６図
、第７図および第８図はいずれも本発明実施例な示す断
面図、第３図および第５図は共に本発明により得られた
結果を示す特性図である。 ５．５′・・・シリコン層、６・・・酸化亜鉛膜、７・
・・弾性体、８．９・・・くし型電極、１０・・・金属
膜。 特許出願人 クラリオン株式会社 第１図
、第７図および第８図はいずれも本発明実施例な示す断
面図、第３図および第５図は共に本発明により得られた
結果を示す特性図である。 ５．５′・・・シリコン層、６・・・酸化亜鉛膜、７・
・・弾性体、８．９・・・くし型電極、１０・・・金属
膜。 特許出願人 クラリオン株式会社 第１図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、弾性体と、この弾性体に接する所定の結晶面から成
るシリコン層と、このシリコン層上に形成された酸化亜
鉛膜と、この酸化亜鉛膜に接するように形成された電極
とを含み、上記シリコンの所定の結晶軸方向に表面弾性
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 上記所定の結晶面が（１１０）面と等価な面から成
る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。 ５、上記所定の結晶軸方向がＣｏｏｌ）軸方向と等価な
方向から成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、上記所定の結晶面が（１００）面と等価な面から成
り、上記所定の結晶軸方向が（０１１）軸方向と等価な
方向から成る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。 ５、−上記酸化亜鉛膜の圧電軸がシリコン層面に対して
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項乃至第４項のいず
れかに記載の表面弾性波素子。 ６、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項乃至第
５項のいずれかに記載の表面弾性波素子。 ７ 上記シリコンと酸化亜鉛膜との間に金属膜をもった
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。 ８、上記シリコンがエピタキシャル層ナモっていること
を特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第７項のいずれ
かに記載の表面弾性波素子。 ９ 上記弾性体が二酸化シリコンから成ることを特徴と
する特許請求の範囲第１項乃至第８項のいずれかに記載
の表面弾性波素子。 １０、上記弾性体がサファイヤから成ることを特徴とす
る特許請求の範囲第１項乃至第９項のいずれかに記載の
表面弾性波素子。 １１ 上記シリコン上に酸化膜をもっていることを特
徴とする特許請求の範囲第１項乃至第１０項のいずれか
に記載の表面弾性波素子。
Priority Applications (16)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56031562A JPS57145419A (en) | 1981-03-05 | 1981-03-05 | Surface acoustic wave element |
| JP56139724A JPS5844806A (ja) | 1981-03-05 | 1981-09-07 | 弾性表面波用素子 |
| JP56153825A JPS5856513A (ja) | 1981-03-05 | 1981-09-30 | 表面弾性波素子 |
| JP56153827A JPS5856515A (ja) | 1981-03-05 | 1981-09-30 | 表面弾性波素子 |
| JP56153826A JPS5856514A (ja) | 1981-03-05 | 1981-09-30 | 表面弾性波素子 |
| JP56160062A JPS5861686A (ja) | 1981-03-05 | 1981-10-09 | 表面弾性波素子 |
| JP56163148A JPS5863214A (ja) | 1981-03-05 | 1981-10-12 | 表面弾性波素子 |
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