DE102009046875B4

DE102009046875B4 - Lamb-Wellenvorrichtung

Info

Publication number: DE102009046875B4
Application number: DE102009046875.7A
Authority: DE
Inventors: Tomoyoshi Tai; Masahiro Sakai; Yukihisa Ohsugi
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2008-11-19
Filing date: 2009-11-19
Publication date: 2015-03-19
Anticipated expiration: 2029-11-20
Also published as: DE102009046875A1; JP2010154505A; US20100123367A1; CN101741344A; JP5433367B2; CN101741344B; US7965015B2

Abstract

Lamb-Wellenvorrichtung (102, 202, 502), mit: einer piezoelektrischen Dünnschicht (106, 206, 306, 406, 506); einer IDT-Elektrode (108, 208, 308, 309, 408, 508), die auf einer Hauptoberfläche der piezoelektrischen Dünnschicht bereitgestellt ist; und einer Stützstruktur (122, 222, 522), die ein Laminat (104, 204, 304, 404, 504) aus der piezoelektrischen Dünnschicht und der IDT-Elektrode stützt, wobei eine Schichtdicke h der piezoelektrischen Dünnschicht und ein Maß p eines Fingers der IDT-Elektrode derart gewählt sind, dass eine Lamb-Welle, mit der ein Absolutwert eines Änderungskoeffizienten Δv/Δ (h/λ) einer Schallgeschwindigkeit v bezüglich eines Verhältnisses h/λ der Schichtdicke h der piezoelektrischen Dünnschicht zu einer Wellenlänge λ nicht größer als 2000 m/s ist, mit einer Zielfrequenz angeregt wird.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Lamb-Wellenvorrichtung, die eine Lamb-Welle in einer piezoelektrischen Dünnschicht anregt.
Stand der Technik
Auf diesem Gebiet offenbart die Druckschrift JP 2002 152007 A einen Resonator für elastische Wellen in Lamb-Wellen-Bauart. Ferner offenbart die Druckschrift JP 2007 228319 A eine Akustikvolumenwellenvorrichtung, die eine Longitudinalschwingung oder eine Transversalschwingung in Richtung der Dicke bei einer piezoelektrischen Dünnschicht anregt, die durch eine Abtragungsverarbeitung auf einem piezoelektrischen Substrat erhalten wird. Da bei dieser Akustikvolumenwellenvorrichtung die Frequenz umgekehrt proportional zur Schichtdicke der piezoelektrischen Dünnschicht ist, ist es zur Erzeugung einer hohen Frequenz notwendig, die Schichtdicke der piezoelektrischen Dünnschicht zu reduzieren. Damit beispielsweise die Frequenz auf mehrere GHz eingestellt werden kann, ist es nötig, die Schichtdicke der piezoelektrischen Dünnschicht auf etwa mehrere μm in Abhängigkeit von dem die piezoelektrische Dünnschicht bildenden piezoelektrischen Material einzustellen.
Wenn jedoch die Schichtdicke der piezoelektrischen Dünnschicht einige μm dünn wird, tritt das Problem auf, dass Variationen bei der Schichtdicke aufgrund von Variationen bei der Verarbeitung große Variationen bei der Frequenz verursachen.
Andererseits offenbart die Druckschrift WO 2007 046236 A1 eine Lamb-Wellenvorrichtung, die eine Lamb-Welle in einer piezoelektrischen Dünnschicht anregt. Bei dieser Lamb-Wellenvorrichtung ist der durch Variationen bei der Schichtdicke ausgeübte Einfluss auf Variationen bei der Resonanzfrequenz kleiner als bei der vorstehend beschriebenen Akustikvolumenwellenvorrichtung.
ERFINDUNGSZUSAMMENFASSUNG
Auch gemäß der Druckschrift WO 2007 046236 A1 weist jedoch der durch Variationen bei der Schichtdicke ausgeübte Einfluss auf Variationen bei der Resonanzfrequenz kein vernachlässigbares Niveau auf. Der Grund hierfür ist, dass die Schallgeschwindigkeit der Lamb-Welle ein Dispersionsvermögen bezüglich der Schichtdicke der piezoelektrischen Dünnschicht aufweist.
Die vorliegende Erfindung erfolgte zur Lösung dieses Problems und zielt auf die Bereitstellung einer Lamb-Wellenvorrichtung mit geringen Variationen bei der Frequenz ab.
Gemäß einer ersten Ausgestaltung der Erfindung umfasst eine Lamb-Wellenvorrichtung: eine piezoelektrische Dünnschicht; eine IDT-Elektrode, die auf einer Hauptoberfläche der piezoelektrischen Dünnschicht bereitgestellt ist; und eine Stützstruktur, die ein Laminat aus der piezoelektrischen Dünnschicht und der IDT-Elektrode stützt, wobei eine Schichtdicke h der piezoelektrischen Dünnschicht und ein Maß p eines Fingers der IDT-Elektrode derart gewählt sind, dass eine Lamb-Welle, mit der ein Absolutwert eines Änderungskoeffizienten Δv/Δ (h/λ) einer Schallgeschwindigkeit v bezüglich eines Verhältnisses h/λ der Schichtdicke h der piezoelektrischen Dünnschicht zu einer Wellenlänge λ nicht größer als 2000 m/s ist, bei einer Zielfrequenz angeregt wird.
Da der durch die Schichtdicke der piezoelektrischen Dünnschicht auf die Schallgeschwindigkeit der Lamb-Welle ausgeübte Einfluss gering wird, werden die Frequenzvariationen klein.
Eine Schwingungsmode der Lamb-Welle ist vorzugsweise eine S₀-Mode.
Gemäß einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung beinhaltet die Stützstruktur bei der Lamb-Wellenvorrichtung nach der ersten Ausgestaltung: ein Stützsubstrat; und eine Stützschicht, welche das Stützsubstrat und das Laminat verbindet, und die außerdem mit einem Hohlraum ausgebildet ist, der einen Anregungsabschnitt des Laminats gegenüber dem Stützsubstrat isoliert, und eine Orientierung der piezoelektrischen Dünnschicht derart gewählt ist, dass eine Ätzrate der Hauptoberfläche auf der Stützstrukturseite der piezoelektrischen Dünnschicht gegenüber einer Flusssäure enthaltenden Lösung oder einem Flusssäure enthaltenden Gas bei 65°C nicht größer als die Hälfte von der der Hauptoberfläche auf der Stützsubstratseite der Stützschicht ist.
Da der Ätzvorgang bei der piezoelektrischen Dünnschicht bei der Ausbildung des Hohlraums in der Stützstruktur unterdrückt wird, werden die Variationen bei der Resonanzfrequenz noch kleiner.
Gemäß einer dritten Ausgestaltung der Erfindung beinhaltet die Stützstruktur bei der Lamb-Wellenvorrichtung nach der ersten Ausgestaltung ein Stützsubstrat, und eine Orientierung der piezoelektrischen Dünnschicht ist derart gewählt, dass eine Ätzrate der Hauptoberfläche auf der Stützstrukturseite der piezoelektrischen Dünnschicht gegenüber einer Flusssäure enthaltenden Lösung oder einem Flusssäure enthaltenden Gas bei 65°C nicht größer als die Hälfte von der der Hauptoberfläche auf der zu der piezoelektrischen Dünnschichtseite des Stützsubstrates gegenüberliegenden Seite ist.
Da bei der Ausbildung des Hohlraums in der Stützstruktur ein Ätzen der piezoelektrischen Dünnschicht unterdrückt wird, werden die Variationen bei der Resonanzfrequenz noch geringer.
Folglich wird erfindungsgemäß eine Verringerung bei den Frequenzvariationen einer Lamb-Wellenvorrichtung erzielt.
Diese und andere Aufgaben, Merkmale, Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung werden aus der nachstehenden ausführlichen Beschreibung der Erfindung in Verbindung mit der beiliegenden Zeichnung verdeutlicht.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt eine perspektivische Explosionsansicht von einer Lamb-Wellenvorrichtung nach einem ersten Ausführungsbeispiel.
2 zeigt eine Schnittansicht der Lamb-Wellenvorrichtung nach dem ersten Ausführungsbeispiel.
Die 3 und 4 zeigen Dispersionskurvenverläufe von einer S₀-Mode für den Fall, dass das piezoelektrische Material Lithiumniobat ist.
5 zeigt einen Dispersionskurvenverlauf von einer A₁-Mode für den Fall, dass das piezoelektrische Material Lithiumniobat ist.
6 zeigt einen Dispersionskurvenverlauf von einer A₀-Mode für den Fall, dass das piezoelektrische Material Lithiumniobat ist.
7 zeigt einen Dispersionskurvenverlauf von einer S₀-Mode für den Fall, dass das piezoelektrische Material Lithiumtantalat ist.
8 zeigt eine Schnittansicht zur Darstellung eines Schwingungszustandes von einer piezoelektrischen Dünnschicht in einer symmetrischen Mode.
9 zeigt eine Schnittansicht zur Darstellung eines Schwingungszustandes der piezoelektrischen Dünnschicht in einer antisymmetrischen Mode.
10 zeigt ein Schaubild zur Darstellung eines durch das Verhältnis h/λ und die Vibrationsmode ausgeübten Einflusses auf die Frequenzvariationen.
Die 11 bis 13 zeigen Schnittansichten zur Darstellung eines Herstellungsverfahrens für die Lamb-Wellenvorrichtung nach dem ersten Ausführungsbeispiel.
14 zeigt ein Schaubild zur Darstellung der Relation zwischen einem Ätzratenverhältnis und Frequenzvariationen.
15 zeigt eine Schnittansicht von einer Lamb-Wellenvorrichtung nach einem zweiten Ausführungsbeispiel.
Die 16 bis 18 zeigen Schnittansichten zur Darstellung eines Herstellungsverfahrens für die Lamb-Wellenvorrichtung nach dem zweiten Ausführungsbeispiel.
19 zeigt eine Schnittansicht von einem Laminat nach einem dritten Ausführungsbeispiel.
20 zeigt eine Schnittansicht von einem Laminat nach einem vierten Ausführungsbeispiel.
21 zeigt eine Schnittansicht von einer Lamb-Wellenvorrichtung nach einem fünften Ausführungsbeispiel.
22 bis 24 zeigen Schnittansichten zur Darstellung eines Herstellungsverfahrens für die Lamb-Wellenvorrichtung nach dem fünften Ausführungsbeispiel.
25 zeigt ein Schaubild zur Darstellung der Relation zwischen einem Ätzratenverhältnis und Frequenzvariationen.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
<1 Erstes Ausführungsbeispiel>
1-1 Konfiguration der Lamb-Wellenvorrichtung 102
Die 1 und 2 zeigen schematische Ansichten einer Lamb-Wellenvorrichtung 102 nach einem ersten Ausführungsbeispiel. 1 zeigt eine perspektivische Explosionsansicht der Lamb-Wellenvorrichtung 102, und 2 zeigt eine Schnittansicht der Lamb-Wellenvorrichtung 102.
Gemäß den 1 und 2 umfasst die Lamb-Wellenvorrichtung 102 eine Struktur, bei der eine Stützstruktur 122 ein Laminat 104 stützt. Das Laminat 104 ist mit einer piezoelektrischen Dünnschicht 106 und einer IDT-Elektrode 108 versehen, die eine Lamb-Welle in der piezoelektrischen Dünnschicht 106 anregt. Die Stützstruktur 122 ist mit einem Stützsubstrat 124 und einer Stützschicht 126 versehen, welche das Stützsubstrat 124 und das Laminat 104 verbindet. In der Stützschicht 126 ist ein Hohlraum 180 ausgebildet, der einen Anregungsabschnitt des Laminats 104 gegenüber dem Stützsubstrat 124 isoliert. Die IDT-Elektrode 108 ist innerhalb eines Bereiches bereitgestellt, wo der Hohlraum 180 ausgebildet ist (was nachstehend als „Hohlraumbereich” in Bezug genommen ist).
{Schichtdicke h der piezoelektrischen Dünnschicht 106 und Maß p des Fingers 110 der IDT-Elektrode 108}
Es ist wünschenswert, eine Schichtdicke h der piezoelektrischen Dünnschicht 106 und ein Maß p eines Fingers 110 der IDT-Elektrode 108 derart zu wählen, dass eine Lamb-Welle bei einer Zielfrequenz angeregt wird, wobei die Lamb-Welle das Dispersionsvermögen einer Schallgeschwindigkeit v bezüglich der Schichtdicke h der piezoelektrischen Dünnschicht 106 verringert. Es ist besonders wünschenswert, die Auswahl derart zu treffen, dass eine Lamb-Welle bei einer Zielfrequenz angeregt wird, wobei die Lamb-Welle einen Absolutwert eines Änderungskoeffizienten Δv/Δ (h/λ) der Schallgeschwindigkeit v bezüglich einem Verhältnis h/λ der Schichtdicke h der piezoelektrischen Dünnschicht 106 zu einer Wellenlänge λ, nämlich einen Absolutwert eines Differenzialkoeffizienten dv/dx einer Schallgeschwindigkeit v(x) bezüglich x wenn x = h/λ, nicht größer als 2000 m/s werden lässt. Da hierdurch der durch die Schichtdicke h der piezoelektrischen Dünnschicht 106 auf die Schallgeschwindigkeit v der Lamb-Welle ausgeübte Einfluss klein wird, werden die Frequenzvariationen verringert.
Damit der Änderungskoeffizient Δv/Δ (h/λ) klein wird, kann die Schichtdicke h der piezoelektrischen Dünnschicht 106 ausreichend kleiner als die Wellenlänge λ der λ-Welle ausgebildet werden, was in Abhängigkeit von dem Maß p des Fingers 110 der IDT-Elektrode 108 entschieden werden kann.
Dies ist nachstehend unter Bezugnahme auf die Dispersionskurvenverläufe gemäß den 3 bis 7 beschrieben. Die 3 bis 6 zeigen die Dispersionskurvenverläufe für den Fall, dass ein die piezoelektrische Dünnschicht 106 bildendes piezoelektrisches Material Lithiumniobat (LN) ist. 7 zeigt einen Dispersionskurvenverlauf für den Fall, dass das die piezoelektrische Dünnschicht 106 bildende piezoelektrische Material Lithiumtantalat ist. 3 zeigt einen Dispersionskurvenverlauf für eine S₀-Mode für den Fall, dass eine 90°-Y-Platte dünn ausgebildet wird, 4 zeigt einen Dispersionskurvenverlauf einer S₀-Mode für einen Fall, dass eine 0°-Y-Platte dünn ausgebildet wird, 5 zeigt einen Dispersionskurvenverlauf einer A₁-Mode für den Fall, dass die 90°-Y-Platte dünn ausgebildet wird, und 6 zeigt einen Dispersionskurvenverlauf einer A₀-Mode für den Fall, dass die 90°-Y-Platte dünn ausgebildet wird. 7 zeigt eine Dispersionskurve einer S₀-Mode für den Fall, dass die 90°-Y-Platte dünn ausgebildet wird. Eine durchgezogene Linie in jeder der 3 bis 7 zeigt das Dispersionsvermögen der Schallgeschwindigkeit v bezüglich des Verhältnisses h/λ an, wobei das Verhältnis h/λ auf der Abszisse aufgetragen ist, und die Schallgeschwindigkeit v auf der Ordinate (links) aufgetragen ist. Eine gepunktete Linie in jeder der 3 bis 7 gibt eine Änderung im Änderungskoeffizienten Δv/Δ (h/λ) um das Verhältnis h/λ an, wobei das Verhältnis h/λ auf der Abszisse und der Änderungskoeffizient Δv/Δ (h/λ) auf der Ordinate (rechts) aufgetragen ist. Wenn die Schwingungsmode die S₀-Mode ist, wie es in den 3, 4 und 7 gezeigt ist, steigt im Bereich von h/λ ≤ 1, wo die Degeneration der S₀-Mode (nullte symmetrische Mode) und der A₀-Mode (nullte antisymmetrische Mode) zur Ermöglichung einer Anregung der Lamb-Welle angehoben ist, die Schallgeschwindigkeit v mit abnehmenden Verhältnis h/λ, aber der Anstieg verlangsamt sich graduell. In dem Bereich, in dem das Verhältnis h/λ nicht größer als 0,4 ist, ist der Absolutwert des Änderungskoeffizienten Δv/Δ (h/λ) nicht größer als 2000 m/s. Wenn das die piezoelektrische Dünnschicht 106 bildende piezoelektrische Material ein Einkristall aus Lithiumniobat oder Lithiumtantalat ist, kann die Schichtdicke h der piezoelektrischen Dünnschicht 106 und das Maß p des Fingers 110 der IDT-Elektrode 108 daher derart gewählt werden, dass das Verhältnis h/λ nicht größer als 0,4 ist, so dass die S₀-Mode mit einer Zielfrequenz von f = v/λ am stärksten angeregt wird. Dieser spezifische Bereich von „nicht größer als 0,4” ändert sich ersichtlich in Abhängigkeit von dem die piezoelektrische Dünnschicht 106 bildenden piezoelektrischen Material. Dass die Schichtdicke h der piezoelektrischen Dünnschicht 106 und das Maß p des Fingers 110 der IDT-Elektrode 108 so gewählt werden können, dass das Verhältnis h/λ nicht größer als ein Schwellenwert ist, um dadurch die S₀-Mode mit der Zielfrequenz f = v/λ anzuregen, trifft jedoch auch für den Fall eines anderen piezoelektrischen Materials für die piezoelektrische Dünnschicht 106 zu. Wenn demgegenüber die Schwingungsmode eine andere als die S₀-Mode ist, wie es in den 5 und 6 gezeigt ist, steigt oder sinkt die Schallgeschwindigkeit v mit abnehmendem Verhältnis h/λ, aber dieser Anstieg oder Abfall verlangsamt sich nicht graduell.
Die 8 und 9 zeigen Ansichten, die jeweils Schwingungszustände der piezoelektrischen Dünnschicht 106 in der symmetrischen Mode und der antisymmetrischen Mode darstellen. Die 8 und 9 zeigen Schnittansichten der piezoelektrischen Dünnschicht 106. Gemäß 8 sind in der symmetrischen Mode die durch Pfeile angedeuteten Verschiebungen symmetrisch bezüglich eines Zentrums 1068 in einer Dickenrichtung der piezoelektrischen Dünnschicht 106. Andererseits sind gemäß 9 in der antisymmetrischen Mode die durch Pfeile angedeuteten Versetzungen antisymmetrisch bezüglich des Zentrums 1068 in der Dickenrichtung der piezoelektrischen Dünnschicht 106. Die Schwingungsmoden mit der niedrigsten Ordnung in einer derartigen symmetrischen Mode und antisymmetrischen Mode sind die S₀-Mode bzw. die A₀-Mode.
10 zeigt ein Diagramm zur Darstellung des durch das Verhältnis h/λ und die Schwingungsmode auf Variationen bei der Frequenz ausgeübten Einflusses, wenn das die piezoelektrische Dünnschicht 106 bildende piezoelektrische Material ein Einkristall aus Lithiumniobat ist, und die piezoelektrische Dünnschicht 106 durch Verdünnen der 90°-Y-Platte erhalten wird. 10 zeigt eine graphische Darstellung der Abhängigkeit der Änderung bei der Frequenzänderung von der Änderung in der Schichtdicke, wenn die Schwingungsmode die S₀-Mode und h/λ = 0,20 ist, wenn die Schwingungsmode die S₀-Mode und h/λ = 0,43 ist, und wenn die Schwingungsmode die A₁-Mode und h/λ = 0,2 ist. Wenn die Schwingungsmode die S₀-Mode und h/λ = 0,20 ist, ist gemäß 10 das Dispersionsvermögen der Schallgeschwindigkeit v klein, und die Änderung in der Frequenz ist somit selbst mit einer großen Änderung in der Schichtdicke nicht so groß, aber wenn die Schwingungsmode die S₀-Mode und h/λ = 0,43 ist, und wenn die Schwingungsmode die A₁-Mode und h/λ = 0,20 ist, ist das Dispersionsvermögen der Schallgeschwindigkeit v hoch, und die Frequenzänderung ist somit beachtlich groß, wobei die Änderung in der Schichtdicke hoch ist.
{Piezoelektrische Dünnschicht 106}
Obwohl das die Piezoelektrische Dünnschicht 106 bildende Piezoelektrische Material keinen besonderen Beschränkungen unterliegt, kann es aus Einkristallen wie etwa Quarz (SiO₂), Lithiumniobat (LiNbO₃), Lithiumtantalat (LiTaO₃), Lithiumtetraborat (Li₂B₄O₇), Zinkoxid (ZnO), Kaliumniobat (KNbO₃), Langasit (La₃Ga₃SiO₁₄), Aluminiumnitrid (AlN) und Galliumnitrid (GaN) ausgewählt werden. Der Grund ist, dass eine Auswahl des piezoelektrischen Materials aus Einkristallen den elektromechanischen Kopplungskoeffizienten und den mechanischen Qualitätskoeffizienten der piezoelektrischen Dünnschicht 106 verbessern kann.
Die Kristallorientierung der piezoelektrischen Dünnschicht 106 ist vorzugsweise derart gewählt, dass die Ätzrate für eine untere Oberfläche 1062 auf der Seite der Stützstruktur 122 der piezoelektrischen Dünnschicht 106 gegenüber Flusssäure ausreichend kleiner als die einer unteren Oberfläche 1262 auf der Seite des Stützsubstrates 124 der Stützschicht 126 ist. Die Kristallorientierung wird noch bevorzugter derart gewählt, dass die Ätzrate gegenüber Flusssäure bei 65°C nicht größer als die Hälfte ist, und insbesondere bevorzugt derart gewählt, dass die Ätzrate gegenüber Flusssäure bei 65°C nicht größer als ein Zwanzigstel ist. Es versteht sich, dass dasselbe außer für Flusssäure auch für den Fall eines Ätzvorgangs mit einer Flusssäure enthaltenden Lösung wie etwa gepufferte Flusssäure oder Fluorstickstoffsäure gilt. Zudem gilt dieselbe Aussage auch für einen Trockenätzvorgang mit einem Flusssäure enthaltenden Gas. Dadurch wird ein (nachstehend zu beschreibendes) piezoelektrisches Substrat, welches schließlich zu der piezoelektrischen Dünnschicht 106 werden soll, bei der Ausbildung des Hohlraums 180 kaum geätzt, womit Schwankungen bei der Schichtdicke der piezoelektrischen Dünnschicht 106 reduziert werden, und die Variationen bei der Resonanzfrequenz klein ausfallen. Wenn beispielsweise die piezoelektrische Dünnschicht 106 durch das Ausdünnen einer θ°-Y-Platte aus Lithiumniobat erhalten wird, liegt θ vorzugsweise von 0 bis 45 oder von 128 bis 180.
Die piezoelektrische Dünnschicht 106 bedeckt das ganze Stützsubstrat 124.
{IDT-Elektrode 108}
Obwohl ein die IDT-Elektrode 106 bildendes leitendes Material keinen besonderen Beschränkungen unterliegt, wird es vorzugsweise aus der Gruppe Aluminium (Al), Molybdän (Mo), Wolfram (W), Gold (Au), Platin (Pt), Silber (Ag), Kupfer (Cu), Titan (Ti), Chrom (Cr), Ruthenium (Ru), Vanadium (V), Niob (Nb), Tantal (Ta), Rhodium (Rh), Iridium (Ir), Zirkon (Zr), Hafnium (Hf), Palladium (Pd) sowie eine hauptsächlich aus diesen Materialien ausgebildete Legierung ausgewählt, und insbesondere vorzugsweise aus Aluminium oder einer hauptsächlich aus Aluminium zusammengesetzten Legierung ausgewählt.
Die IDT-Elektrode 108 ist auf der oberen Oberfläche der piezoelektrischen Dünnschicht 106 bereitgestellt. Es versteht sich, dass die IDT-Elektrode 108 ebenfalls auf der unteren Oberfläche der piezoelektrischen Dünnschicht 106 bereitgestellt werden kann.
Die IDT-Elektrode 108 ist versehen mit: Fingern 110, die ein elektrisches Feld an die piezoelektrische Dünnschicht 106 anlegen und außerdem eine auf der Oberfläche der piezoelektrischen Dünnschicht 106 erzeugte elektrische Oberflächenladung sammeln; und Busstreifen 116, welche die Finger 110 verbinden. Die Finger 110 sind sich in einer Richtung vertikal zur Ausbreitungsrichtung der Lamb-Welle erstreckend bereitgestellt und in der Ausbreitungsrichtung der Lamb-Welle homogen angeordnet. Die Busstreifen 116 sind sich in der Ausbreitungsrichtung der Lamb-Welle erstreckend bereitgestellt. Die Finger 110 sind aus einem mit einem ersten Busstreifen 118 auf der einen Seite verbundenen ersten Finger 112 und aus einem mit einem zweiten Busstreifen 120 auf der anderen Seite verbundenen zweiten Finger 114 ausgebildet, und der erste Finger 112 und der zweite Finger 114 sind abwechselnd angeordnet. Dadurch überträgt die IDT-Elektrode 108 eine Lamb-Welle gemäß einem zwischen dem ersten Finger 112 und dem zweiten Finger 114 eingegebenen Signal, und überträgt außerdem ein Signal gemäß der empfangenen Lamb-Welle zwischen dem ersten Finger 112 und dem zweiten Finger 114.
Eine IDT-Elektrode 108 in Doppelphasenbauart mit den abwechselnd angeordneten ersten Fingern 112 und zweiten Fingern 114 mit verschiedenen Phasen regt am stärksten eine Lamb-Welle mit einer doppelt so großen Wellenlänge λ wie das Maß p der Finger 110 an. Daher bedeutet im Fall der IDT-Elektrode 108 in Doppelphasenbauart, die eine Lamb-Welle anregt, „das Verhältnis h/λ ist nicht größer als 0,4”, wie es vorstehend beschrieben ist, dass „das Verhältnis h/p die Schichtdicke h zum Maß p nicht größer als 0,8” ist.
Die durch die IDT-Elektrode 108 angeregte Lamb-Welle wird auf der Endoberfläche des Hohlraumbereichs reflektiert, und die Lamb-Wellenvorrichtung 102 wirkt als piezoelektrischer Resonator. Es versteht sich, dass die IDT-Elektrode 108 zwischen Reflektorelektroden an beiden Seiten der Ausbreitungsrichtung der Lamb-Welle sandwichartig eingefasst sein kann. Ferner kann die Lamb-Wellenvorrichtung 102 als eine Filterduplexvorrichtung oder dergleichen konfiguriert sein, die durch Kombination einer Vielzahl von piezoelektrischen Resonatoren erhalten wird, oder die Lamb-Wellenvorrichtung 102 kann als ein Sensor oder dergleichen konfiguriert sein. „Lamb-Wellenvorrichtung” bedeutet typischerweise ein allgemeines elektronisches Bauteil, das eine Lamb-Welle in einer piezoelektrischen Dünnschicht anregt, und verwendet eine elektrische Reaktion durch die Lamb-Welle. Die „Lamb-Welle” ist eine Welle, die aus einer Longitudinalwelle (L-Welle) und einer vertikalen Scherwelle (SV-Welle) mit Verschiebungsanteilen innerhalb einer Ausbreitungsoberfläche konfiguriert ist, und die sich ausbreitet, während die Longitudinalwelle und die vertikale Scherwelle durch eine Grenzbedingung zwischen der oberen Oberfläche und der unteren Oberfläche gebunden sind.
{Stützsubstrat 124}
Obwohl ein das Stützsubstrat 124 bildendes isolierendes Material keinen besonderen Beschränkungen unterliegt, wird es vorzugsweise ausgewählt aus: einfachen Substanzen aus den Gruppe IV-Elementen wie etwa Silizium (Si) und Germanium (Ge); einfachen Oxiden wie etwa Saphir (Al₂O₃), Magnesiumoxid (MgO), Zinkoxid (ZnO), und Siliziumdioxid (SiO₂); Boriden wie etwa Zirkondiborid (ZrB₂); komplexen Oxiden wie etwa Lithiumtantalat (LiTaO₃), Lithiumniobat (LiNbO₃), Lithiumaluminat (LiAlO₂), Galliumlithium (LiGaO₂), Spinell (MgAl₂O₄), Lanthanstrontiumlithiumaluminattantalat ((LaSr)(AlTa)O₃), und Neodymgallat (NdGaO₃); Gruppe IV-IV-Verbindungen wie etwa Siliziumgermanium (SiG); Gruppe III-IV-Verbindungen wie etwa Galliumarsenid (GaAs), Aluminiumnitrid (AlN), Galliumnitrid (GaN), Aluminiumgalliumnitrid (AlGaN); und dergleichen.
{Stützschicht 126}
Obwohl das die Stützschicht 126 bildende isolierende Material keinen besonderen Beschränkungen unterliegt, wird bevorzugt, Siliziumdioxid zu wählen. Die Stützschicht 126 ist im Allgemeinen außerhalb des Hohlraumbereichs bereitgestellt, ihre untere Oberfläche steht in Kontakt mit der oberen Oberfläche des Stützsubstrates 124, und ihre obere Oberfläche steht in Kontakt mit der unteren Oberfläche 1062 der piezoelektrischen Dünnschicht 106. Die Stützschicht 126 dient als ein Abstandshalter zum Isolieren des Laminats 104 vor dem Stützsubstrat 124 in dem Hohlraumbereich.
<1-2 Herstellungsverfahren für die Lamb-Wellenvorrichtung 102>
Die 11 bis 13 zeigen schematische Ansichten zur Beschreibung eines Herstellungsverfahrens für die Lamb-Wellenvorrichtung 102. Die 11 bis 13 zeigen Schnittansichten von unfertigen Erzeugnissen, die sich in der Herstellungsverarbeitung befinden.
{Herstellung der Plattenstruktur 130}
Bei der Herstellung der Lamb-Wellenvorrichtung 102 wird zunächst gemäß 11 eine Plattenstruktur 130 erzeugt, bei der die Stützschicht 126 unter der unteren Oberfläche eines piezoelektrischen Substrats 132 ausgebildet wird. Die Stützschicht 126 wird durch Ausbilden einer Schicht auf dem isolierenden Material zur Bildung der Stützschicht 126 über der gesamten unteren Oberfläche des piezoelektrischen Substrats 132 und Entfernen eines nicht benötigten Teils einer Schicht durch Ätzen mit Flusssäure ausgebildet. Falls dabei die Ätzrate des piezoelektrischen Substrats 132, welches letztendlich zu der piezoelektrischen Dünnschicht 106 werden soll, gegenüber Flusssäure ausreichend geringer als die der Stützschicht 126 ist, wird das piezoelektrische Substrat 132 bei der Ausbildung des Hohlraums 180 kaum mit Flusssäure geätzt.
14 zeigt ein Schaubild des Zusammenhangs zwischen einem Verhältnis der Ätzrate für das piezoelektrische Substrat 132, welches später zu der piezoelektrischen Dünnschicht 106 wird, zu der Ätzrate der Stützschicht 126 (was nachstehend als „Ätzratenverhältnis” bezeichnet wird), und Variationen in der Frequenz. 14 zeigt außerdem das die Stützschicht 126 bildende isolierende Material und das das piezoelektrische Substrat 132 bildende piezoelektrische Material (das die piezoelektrische Dünnschicht 106 bildende piezoelektrische Material). Die in 14 gezeigten Bezeichnungen „LN36”, „LN45” und „LN90” bedeuten jeweils eine 36°-Y-Platte, eine 45°-Y-Platte und eine 90°-Y-Platte aus einkristallinem Lithiumniobat (LN). 14 zeigt den Zusammenhang für den Fall der Ausbildung der Stützschicht 126 auf einer –Z-Ebene des piezoelektrischen Substrats 132. Ein Ätzvorgang wurde durchgeführt, indem ein durch Ausbilden einer Schicht aus dem die Stützschicht 126 bildenden isolierenden Material über die gesamte untere Oberfläche des piezoelektrischen Substrates 132 erhaltenes unfertiges Erzeugnis mit Flusssäure durchtränkt wurde, die auf eine Temperatur von 65°C eingestellt wurde, und die Wasserstofffluorid mit einer Konzentration von 50% enthielt. Die Temperatur der Flusssäure wurde durch Erwärmen von Flusssäure eingestellt, das in einen Becher aus Fluorkarbonharz in einem konstanten Temperaturbad eingegossen wurde. Das unfertige Erzeugnis wurde nach Stabilisierung der Temperatur der Flusssäure in die Flusssäure eingetaucht. Die Tiefe des Hohlraums wurde unter Verwendung einer Stufen- bzw. Schritt-Messvorrichtung in Kontaktbauart gemessen. Obwohl die Temperatur, bei der der Ätzvorgang durchgeführt wurde, nicht notwendigerweise „65°C” betragen muss, solange sie konstant gehalten wird, ist die Ätzrate schnell und die für den Ätzvorgang erforderliche Zeit kurz, falls die Temperatur 65°C beträgt. Gemäß 14 sind die Variationen in der Frequenz umso kleiner, je geringer das Ätzratenverhältnis ist, und die Variationen in der Frequenz waren am kleinsten, wenn das die Stützschicht 126 bildende isolierende Material Siliziumdioxid war, und das das piezoelektrische Substrat 132 (die piezoelektrische Dünnschicht 106) bildende piezoelektrische Material eine 36°-Y-Platte aus einkristallinem Lithiumniobat war.
{Verbindung von Plattenstruktur 130 und Stützsubstrat 124}
Nach Erzeugung der Plattenstruktur 130 werden gemäß 12 die untere Oberfläche der Plattenstruktur 130 und die obere Oberfläche des Stützsubstrates 124 verbunden. Obwohl die Verbindung zwischen der Plattenstruktur 130 und des Stützsubstrates 124 keinen besonderen Beschränkungen unterliegt, wird sie beispielsweise durch Oberflächenaktivierungsverbindung, Haftverbindung, Thermokompressionsverbindung, Anodenverbindung, eutektisches Verbinden oder dergleichen durchgeführt.
{Entfernungsverarbeitung auf dem piezoelektrischen Substrat 132}
Nach Verbinden der Plattenstruktur 130 und des Stützsubstrates wird gemäß 13 das piezoelektrische Substrat 132 einer Entfernungsverarbeitung unterzogen, während die Plattenstruktur 130 und das Stützsubstrat 124 in einem verbundenen Zustand gehalten werden, und das piezoelektrische Substrat 132, das eine Dicke (von beispielsweise nicht weniger als 50 μm) aufweist, die selbständig sein eigenes Gewicht tragen kann, wird auf eine Schichtdicke (von beispielsweise nicht mehr als 10 μm) verdünnt, die nicht selbstständig sein eigenes Gewicht tragen kann. Dadurch wird die piezoelektrische Dünnschicht 108 ausgebildet, die die gesamte obere Oberfläche des Stützsubstrates 124 bedeckt.
Die Entfernungsverarbeitung wird auf dem piezoelektrischen Substrat 132 durch mechanische Verarbeitung wie etwa einen Schneidevorgang, einen Schleifvorgang und einen Poliervorgang sowie eine chemische Verarbeitung wie etwa einen Ätzvorgang durchgeführt. Wenn dabei eine Vielzahl von Entfernungsverarbeitungsverfahren kombiniert werden, und die Entfernungsverarbeitung auf dem piezoelektrischen Substrat 132 durchgeführt wird, während von einem Entfernungsverarbeitungsverfahren mit hoher Verarbeitungsrate auf ein Entfernungsverarbeitungsverfahren mit geringer Verarbeitungsdegeneration bei dem verarbeitenden Objekt umgeschaltet wird, ist es möglich, die Qualität der piezoelektrischen Dünnschicht 106 zu verbessern, so dass die Charakteristik der Lamb-Wellenvorrichtung 102 verbessert wird, während eine hohe Produktivität aufrecht erhalten wird. Es ist beispielsweise wünschenswert, dass eine in dem piezoelektrischen Substrat 132 erzeugte verarbeitete degenerierte Schicht durch einen Poliervorgang durch abschließendes Polieren entfernt wird, nachdem das piezoelektrische Substrat 132 sequentiell einem Schleifvorgang unterzogen wird, indem es in Kontakt mit einem fixierten abrasiven Teilchen gebracht und geschliffen wird, und sodann einem Poliervorgang unterzogen wird, indem es in Kontakt mit einem freien abrasiven Teilchen gebracht wird und geschliffen wird.
{Ausbildung der IDT-Elektrode 108}
Nach der Entfernungsverarbeitung auf dem piezoelektrischen Substrat 132 wird die IDT-Elektrode 108 auf der oberen Oberfläche der piezoelektrischen Dünnschicht 106 ausgebildet, um die in den 1 und 2 gezeigte Lamb-Wellenvorrichtung 102 zu vervollständigen. Die IDT-Elektrode 108 wird durch Ausbilden eines leitenden Materials, das die gesamte obere Oberfläche der piezoelektrischen Dünnschicht 106 bedeckt, und Entfernen des nicht benötigten Teils des leitenden Materials durch einen Ätzvorgang ausgebildet.
Gemäß diesem Herstellungsverfahren für die Lamb-Wellenvorrichtung 102 werden anders als bei einer Ausbildung der piezoelektrischen Dünnschicht 106 durch einen Zerstäubungsvorgang oder dergleichen das die piezoelektrische Dünnschicht 106 bildende piezoelektrische Material und die Kristallorientierung der piezoelektrischen Dünnschicht 106 nicht durch das Substrat beschränkt, und der Freiheitsgrad bei der Auswahl des die piezoelektrische Dünnschicht 106 bildenden piezoelektrischen Materials und der Kristallorientierung der piezoelektrischen Dünnschicht 106 ist daher groß. Dies erleichtert eine Realisierung von gewünschten Eigenschaften der Lamb-Wellenvorrichtung 102.
{Sonstiges}
Wenn die IDT-Elektrode auf der unteren Oberfläche der piezoelektrischen Dünnschicht 106 bereitgestellt wird, kann die IDT-Elektrode auf der unteren Oberfläche des piezoelektrischen Substrates 132 vor der Ausbildung der Stützschicht 126 ausgebildet werden.
<2 Zweites Ausführungsbeispiel>
<2-1 Konfiguration der Lamb-Wellenvorrichtung 202>
Ein zweites Ausführungsbeispiel betrifft eine Lamb-Wellenvorrichtung 202, bei der anstelle der Stützstruktur 122 nach dem ersten Ausführungsbeispiel eine Stützstruktur 222 ein mit einer piezoelektrischen Dünnschicht 206 versehenes Laminat 204 und eine IDT-Elektrode 208 auf dieselbe Weise wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel stützt. 15 zeigt eine schematische Ansicht der Lamb-Wellenvorrichtung 202 nach dem zweiten Ausführungsbeispiel. 15 zeigt eine Schnittansicht der Lamb-Wellenvorrichtung 202.
Gemäß 15 ist die Stützstruktur 222 mit dem Stützsubstrat 224 aber nicht mit einer Stützschicht versehen. In dem Stützsubstrat 224 ist ein Hohlraum 280 zur Isolation eines Anregungsabschnitts des Laminats 204 von dem Stützsubstrat 224 ausgebildet.
<2-2 Herstellungsverfahren für die Lamb-Wellenvorrichtung 202>
Die 16 bis 18 zeigen Schnittansichten zur Beschreibung eines Herstellungsverfahrens für die Lamb-Wellenvorrichtung 202. Die 16 bis 18 zeigen Schnittansichten von unfertigen Erzeugnissen während des Herstellungsablaufs.
{Erzeugung des Stützsubstrats 224}
Bei der Herstellung der Lamb-Wellenvorrichtung 202 wird zunächst gemäß 16 die obere Oberfläche eines Materialsubstrates geätzt, um das Stützsubstrat 224 mit dem darin ausgebildeten Hohlraum 280 zu erzeugen.
{Verbindung von piezoelektrischem Substrat 232 und Stützsubstrat 224}
Nach Erzeugung der Plattenstruktur werden gemäß 17 die untere Oberfläche des piezoelektrischen Substrats 232 und die obere Oberfläche des Stützsubstrates 224 verbunden. Das piezoelektrische Substrat 232 und das Stützsubstrat 224 werden auf dieselbe Weise wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel verbunden.
{Entfernungsverarbeitung auf dem piezoelektrischen Substrat 232}
Nach Verbinden des piezoelektrischen Substrats 232 und des Stützsubstrats 224 wird gemäß 18 das piezoelektrische Substrat 232 einer Entfernungsverarbeitung unterzogen, während das piezoelektrische Substrat 232 und das Stützsubstrat 234 in einem verbundenen Zustand gehalten werden, um die piezoelektrische Dünnschicht 206 zu erhalten. Die Entfernungsverarbeitung wird auf dem piezoelektrischen Substrat 232 auf dieselbe Weise wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel durchgeführt.
{Ausbildung der IDT-Elektrode 208}
Nach der Entfernungsverarbeitung auf dem piezoelektrischen Substrat 232 wird die IDT-Elektrode 208 auf der oberen Oberfläche der piezoelektrischen Dünnschicht 206 ausgebildet, um die in 15 gezeigte Lamb-Wellenvorrichtung 202 zu vervollständigen. Die IDT-Elektrode 208 wird auf dieselbe Weise wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel ausgebildet.
Gemäß diesem Herstellungsverfahren für die Lamb-Wellenvorrichtung 202 sind anders als bei einer Ausbildung der piezoelektrischen Dünnschicht 206 durch Zerstäuben oder dergleichen das die piezoelektrische Dünnschicht 206 bildende piezoelektrische Material und die Kristallorientierung der piezoelektrischen Dünnschicht 206 nicht durch das Substrat beschränkt, und daher ist der Freiheitsgrad bei der Auswahl des die piezoelektrische Dünnschicht 206 bildenden piezoelektrischen Materials und der Kristallorientierung der piezoelektrischen Dünnschicht 206 hoch. Dies erleichtert eine Verwirklichung von erwünschten Eigenschaften der Lamb-Wellenvorrichtung 202.
{Sonstiges}
Bei der Bereitstellung der IDT-Elektrode auf der unteren Oberfläche der piezoelektrischen Dünnschicht 206 kann die IDT-Elektrode auf der unteren Oberfläche des piezoelektrischen Substrates 232 vor dem Verbinden des piezoelektrischen Substrates 232 und des Stützsubstrates 224 ausgebildet werden.
<3 Drittes Ausführungsbeispiel>
Ein drittes Ausführungsbeispiel betrifft ein Laminat 304, das anstelle des Laminats 104 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, dem Laminat 204 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel und einem Laminat 504 gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel verwendet werden kann. 19 zeigt eine schematische Ansicht des Laminats 304 nach dem dritten Ausführungsbeispiel. 19 zeigt eine Schnittansicht des Laminats 304.
Gemäß 19 ist das Laminat 304 mit einer IDT-Elektrode 309 zusätzlich zu einer piezoelektrischen Dünnschicht 306 und einer IDT-Elektrode 308 versehen, welche ähnlich zu der piezoelektrischen Dünnschicht 106 und der IDT-Elektrode 108 nach dem ersten Ausführungsbeispiel sind. Die IDT-Elektrode 309 ist auf der unteren Oberfläche der piezoelektrischen Dünnschicht 306 bereitgestellt. Die IDT-Elektrode 309 weist eine ähnliche Ebenenform zu der IDT-Elektrode 308 auf, und ist in einer zu der IDT-Elektrode 308 gegenüberliegenden Position bereitgestellt. Ein Finger 310 der gegenüberliegenden IDT-Elektrode 308 und ein Finger 311 der IDT-Elektrode 309 weisen dieselbe Phase auf.
Auch bei der Verwendung von derartigen IDT-Elektroden 308, 309 wird eine Lamb-Welle mit einer doppelt so großen Wellenlänge λ wie das Maß p jedes der Finger 310, 311 am stärksten angeregt. Daher bedeutet der vorstehend beschriebene Ausdruck „das Verhältnis h/λ ist nicht größer als 0,4”, dass „das Verhältnis h/p der Schichtdicke h zu dem Maß p nicht größer als 0,8” ist.
<4 Viertes Ausführungsbeispiel>
Ein viertes Ausführungsbeispiel betrifft ein Laminat 404, das anstelle des Laminats 104 nach dem ersten Ausführungsbeispiel, des Laminats 204 nach dem zweiten Ausführungsbeispiel und des Laminats 504 nach dem fünften Ausführungsbeispiel verwendet werden kann.
20 zeigt eine schematische Ansicht des Laminats 404 nach dem vierten Ausführungsbeispiel.
Gemäß 20 ist das Laminat 404 mit einer Oberflächenelektrode 409 zusätzlich zu einer piezoelektrischen Dünnschicht 406 und einer IDT-Elektrode 408 versehen, welche ähnlich zu der piezoelektrischen Dünnschicht 106 und der IDT-Elektrode 108 nach dem ersten Ausführungsbeispiel sind. Die Oberflächenelektrode 409 ist auf der unteren Oberfläche der piezoelektrischen Dünnschicht 406 bereitgestellt. Die Oberflächenelektrode 409 ist in einer der IDT-Elektrode 408 gegenüberliegenden Position bereitgestellt. Die Oberflächenelektrode 409 kann auf Masse gelegt sein, oder, ohne irgendwie verbunden zu sein, elektrisch schwebend sein.
Auch bei der Verwendung von derartigen IDT-Elektroden 408 wird eine Lamb-Welle mit einer doppelt so großen Wellenlänge λ wie das Maß p der Finger 410 am stärksten angeregt. Daher bedeutet der Ausdruck „die standardisierte Schichtdicke h/λ ist nicht größer als 0,4”, dass „das Verhältnis h/p der Schichtdicke h zu dem Maß p nicht größer als 0,8” ist.
<5 Fünftes Ausführungsbeispiel>
<5-1 Konfiguration der Lamb-Wellenvorrichtung 502>
Ein fünftes Ausführungsbeispiel betrifft eine Lamb-Wellenvorrichtung 502, bei der anstelle der Stützstruktur 122 nach dem ersten Ausführungsbeispiel eine Stützstruktur 522, ein mit einer piezoelektrischen Dünnschicht 506 und eine IDT-Elektrode 508 versehenes Laminat 504 auf dieselbe Weise wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel stützt. 21 zeigt eine schematische Ansicht der Lamb-Wellenvorrichtung 502 nach dem fünften Ausführungsbeispiel. 21 zeigt eine Schnittansicht der Lamb-Wellenvorrichtung 502.
Gemäß 21 ist die Stützstruktur 522 mit dem Stützsubstrat 524 aber nicht mit einer Stützschicht versehen. In dem Stützsubstrat 524 ist ein Hohlraum 580 zur Isolation eines Anregungsabschnitts des Laminats 504 von dem Stützsubstrat 524 ausgebildet. Anders als bei dem Hohlraum 280 der Lamb-Wellenvorrichtung 202 dringt der Hohlraum 580 der Lamb-Wellenvorrichtung 502 in die oberen und unteren Oberflächen des Stützsubstrates 524 ein.
Die Kristallorientierung der piezoelektrischen Dünnschicht 506 ist vorzugsweise derart gewählt, dass die Ätzrate für die untere Oberfläche 5062 auf der Seite der Stützstruktur 522 der piezoelektrischen Dünnschicht 506 gegenüber Flusssäure ausreichend geringer als die für eine untere Oberfläche 5242 auf der zu der Seite der piezoelektrischen Dünnschicht 506 des Stützsubstrats 524 gegenüberliegenden Seite ist. Die Kristallorientierung ist noch bevorzugter derart gewählt, dass die Ätzrate gegenüber Flusssäure bei 65°C nicht größer als die Hälfte ist, und ist besonders bevorzugt derart gewählt, dass die Ätzrate gegenüber Flusssäure bei 65°C nicht größer als ein Zwanzigstel ist. Es versteht sich, dass dasselbe außerdem für den Fall eines Ätzvorgangs mit einer Flusssäure enthaltenden Lösung wie etwa gepufferte Flusssäure oder mit Fluornitridsäure gilt, und nicht nur für Flusssäure. Außerdem gilt dasselbe für den Fall eines Trockenätzvorgangs mit einem Flusssäure enthaltenden Gas. Dadurch wird die piezoelektrische Dünnschicht 506 bei der Ausbildung des Hohlraums 580 kaum geätzt, womit Schwankungen in der Schichtdicke der piezoelektrischen Dünnschicht 106 reduziert werden und Variationen bei der Resonanzfrequenz klein gehalten werden. Wenn beispielsweise die piezoelektrische Dünnschicht 506 durch Verdünnen der θ°-Y-Platte aus Lithiumniobat erhalten wird, liegt θ vorzugsweise von 0 bis 45 oder von 128 bis 180.
Zur Ausbildung des Hohlraums 580 als einem durchgehenden Loch ist das Material für das Stützsubstrat 524 vorzugsweise Lithiumtantalat (LiTaO₃), Lithiumniobat (LiNbO₃), Siliziumdioxid (SiO₂), Silizium (Si) und dergleichen, welche durch eine Flusssäure enthaltende Lösung oder ein Flusssäure enthaltendes Gas leicht zu ätzen sind.
<5-2 Herstellungsverfahren für die Lamb-Wellenvorrichtung 502>
Die 22 bis 24 zeigen schematische Ansichten zur Beschreibung eines Herstellungsverfahrens für die Lamb-Wellenvorrichtung 502. Die 22 bis 24 zeigen Schnittansichten von unfertigen Erzeugnissen, die sich im Herstellungsablauf befinden.
{Verbindung von piezoelektrischem Substrat 532 und Materialsubstrat 530}
Bei der Herstellung der Lamb-Wellenvorrichtung 502 werden zunächst gemäß 22 die untere Oberfläche des piezoelektrischen Substrats 532 und die obere Oberfläche des Materialsubstrats 530, das letztendlich das Stützsubstrat 524 wird, verbunden. Das piezoelektrische Substrat 532 und das Materialsubstrat 530 werden auf dieselbe Weise wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel verbunden.
{Entfernungsverarbeitung auf dem piezoelektrischen Substrat 532}
Nach Verbinden des piezoelektrischen Substrats 532 und des Materialsubstrats 530 wird gemäß 23 das piezoelektrische Substrat 532 einer Entfernungsverarbeitung unterzogen, während das piezoelektrische Substrat 532 und das Materialsubstrat 530 in einem verbundenen Zustand gehalten werden, um die piezoelektrische Dünnschicht 506 zu erhalten. Die Entfernungsverarbeitung wird auf dem piezoelektrischen Substrat 532 auf dieselbe Weise wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel durchgeführt.
{Herstellung des Stützsubstrats 524}
Nach der Entfernungsverarbeitung auf dem piezoelektrischen Substrat 532 wird gemäß 24 das Stützsubstrat 524 erzeugt, bei dem der Hohlraum 580 durch Ätzen des Materialsubstrats 530 von der Seite seiner unteren Oberfläche ausgebildet wird. Falls die Ätzrate der piezoelektrischen Dünnschicht 506 gegenüber Flusssäure ausreichend geringer als die des Materialsubstrats 530 ist, wird die piezoelektrische Dünnschicht 506 bei der Ausbildung des Hohlraums 580 mit Flusssäure kaum geätzt. Es versteht sich, dass der Hohlraum 580 nach Ausbildung der IDT-Elektrode 508 ausgebildet werden kann.
25 zeigt ein Diagramm zur Darstellung der Relation zwischen einem Verhältnis der Ätzrate des Materialsubstrats 530, das später zu dem Stützsubstrat 524 wird, zu einer Ätzrate der piezoelektrischen Dünnschicht 506 (nachstehend als „Ätzratenverhältnis” bezeichnet), und Variationen in der Frequenz. 25 zeigt außerdem das das Stützsubstrat 524 bildende isolierende Material (das das Materialsubstrat 530 bildende isolierende Material), und das die piezoelektrische Dünnschicht 506 bildende piezoelektrische Material. „LN36” aus 25 bedeutet eine 36°-Y-Platte aus einkristallinem Lithiumniobat (LN), und „LT36”, „LT40” und „LT42” bedeuten jeweils eine 36°-Y-Platte, eine 40°-Y-Platte und eine 42°-Y-Platte aus einkristallinem Lithiumtantalat (LT). 25 zeigt einen Zusammenhang für den Fall einer –Z-Ebene der piezoelektrischen Dünnschicht 506 und einer +Z-Ebene des Materialsubstrates 530, die verbunden werden. Der Ablauf des Ätzvorgangs und die Bedingungen sind dieselben wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel. Gemäß 25 sind die Variationen in der Frequenz umso geringer, je kleiner das Ätzratenverhältnis ist, und die Variation in der Frequenz war am kleinsten, wenn das die piezoelektrische Dünnschicht 506 bildende piezoelektrische Material eine 36°-Y-Platte aus einkristallinem Lithiumniobat war.
{Ausbildung der IDT-Elektrode 508}
Nach Erzeugung des Stützsubstrates 524 wird die IDT-Elektrode 508 auf der oberen Oberfläche der piezoelektrischen Dünnschicht 506 ausgebildet, um die in 21 gezeigte Lamb-Wellenvorrichtung 502 zu vervollständigen. Die IDT-Elektrode 508 wird auf dieselbe Weise wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel ausgebildet.
Gemäß diesem Herstellungsverfahren für die Lamb-Wellenvorrichtung 502 sind anders als bei einer Ausbildung der piezoelektrischen Dünnschicht 506 durch Zerstäuben oder dergleichen das die piezoelektrische Dünnschicht 506 bildende piezoelektrische Material und die Kristallorientierung der piezoelektrischen Dünnschicht 506 nicht durch das Substrat beschränkt, und der Freiheitsgrad bei der Auswahl des die piezoelektrische Dünnschicht 506 bildenden piezoelektrischen Materials und der Kristallorientierung der piezoelektrischen Dünnschicht 506 ist daher hoch. Dies erleichtert eine Verwirklichung von gewünschten Eigenschaften für die Lamb-Wellenvorrichtung 502.

Claims

Lamb-Wellenvorrichtung (102, 202, 502), mit: einer piezoelektrischen Dünnschicht (106, 206, 306, 406, 506); einer IDT-Elektrode (108, 208, 308, 309, 408, 508), die auf einer Hauptoberfläche der piezoelektrischen Dünnschicht bereitgestellt ist; und einer Stützstruktur (122, 222, 522), die ein Laminat (104, 204, 304, 404, 504) aus der piezoelektrischen Dünnschicht und der IDT-Elektrode stützt, wobei eine Schichtdicke h der piezoelektrischen Dünnschicht und ein Maß p eines Fingers der IDT-Elektrode derart gewählt sind, dass eine Lamb-Welle, mit der ein Absolutwert eines Änderungskoeffizienten Δv/Δ (h/λ) einer Schallgeschwindigkeit v bezüglich eines Verhältnisses h/λ der Schichtdicke h der piezoelektrischen Dünnschicht zu einer Wellenlänge λ nicht größer als 2000 m/s ist, mit einer Zielfrequenz angeregt wird.
Lamb-Wellenvorrichtung nach Anspruch 1, wobei eine Schwingungsmode der Lamb-Welle eine S₀-Mode ist.
Lamb-Wellenvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Stützstruktur (122) beinhaltet: ein Stützsubstrat (124); und eine Stützschicht (126), die das Stützsubstrat und das Laminat (104, 304, 404) verbindet, und die außerdem mit einem Hohlraum (180) ausgebildet ist, der einen Anregungsabschnitt des Laminats von dem Stützsubstrat isoliert, und wobei eine Orientierung der piezoelektrischen Dünnschicht (106, 306, 406) derart gewählt ist, dass eine Ätzrate der Hauptoberfläche (1062) auf der Seite der Stützstruktur der piezoelektrischen Dünnschicht gegenüber einer Flusssäure enthaltenden Lösung oder einem Flusssäure enthaltendem Gas bei 65°C nicht größer als die Hälfte der Ätzrate für die Hauptoberfläche (1262) auf der Stützsubstratseite der Stützschicht ist.
Lamb-Wellenvorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Orientierung der piezoelektrischen Dünnschicht derart gewählt ist, dass die Ätzrate der Hauptoberfläche auf der Stützstrukturseite der piezoelektrischen Dünnschicht gegenüber der Flusssäure enthaltenden Lösung oder dem Flusssäure enthaltendem Gas bei 65°C nicht größer als ein Zwanzigstel von der Ätzrate für die Hauptoberfläche auf der Stützsubstratseite der Stützschicht ist.
Lamb-Wellenvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Stützstruktur (522) beinhaltet: ein Stützsubstrat (524), und wobei eine Orientierung der piezoelektrischen Dünnschicht (306, 406, 506) derart ausgewählt ist, dass eine Ätzrate der Hauptoberfläche (5062) auf der Stützstrukturseite (522) der piezoelektrischen Dünnschicht gegenüber einer Flusssäure enthaltenden Lösung oder einem Flusssäure enthaltendem Gas bei 65°C nicht größer als die Hälfte von der Ätzrate für die Hauptoberfläche auf der Seite ist, die der Seite des Stützsubstrats mit der piezoelektrischen Dünnschicht gegenüberliegt.
Lamb-Wellenvorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Orientierung der piezoelektrischen Dünnschicht derart ausgewählt ist, dass die Ätzrate für die Hauptoberfläche auf der Stützstrukturseite der piezoelektrischen Dünnschicht gegenüber der Flusssäure enthaltenden Lösung oder dem Flusssäure enthaltendem Gas bei 65°C nicht größer als ein Zwanzigstel von der Ätzrate für die Hauptoberfläche auf der Seite ist, die der Seite des Stützsubstrats mit der piezoelektrischen Dünnschicht gegenüberliegt.