DE112017005977B4 - Verbundkörper - Google Patents

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Abstract

Verbundkörper (7, 8), umfassend ein Trägersubstrat (1), ein piezoelektrisches monokristallines Substrat (6, 6A) und eine Verbundschicht (3A), die zwischen dem Trägersubstrat (1) und dem piezoelektrischen monokristallinen Substrat (6, 6A) vorgesehen ist,wobei das piezoelektrische monokristalline Substrat (6, 6A) ein Material umfasst, das durch LiAO3dargestellt wird (A stellt mindestens ein Element dar, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Niob und Tantal),wobei die Verbundschicht (3A) ein Material umfasst, das ein Oxid von mindestens einem Element umfasst, das ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Niob und Tantal,wobei der Verbundkörper (7, 8) weiterhin eine Grenzschicht (12) entlang einer Grenzfläche zwischen dem piezoelektrischen monokristallinen Substrat (6, 6A) und der Verbundschicht (3A) umfasst, wobei die Grenzschicht (12) eine Zusammensetzung von ExO(1-x)aufweist (E stellt mindestens ein Element dar, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Niob und Tantal und 0,29 ≦ x ≦ 0,89), undwobei der Verbundkörper (7, 8) weiterhin eine substratseitige Zwischenschicht (14) zwischen der Grenzschicht (12) und dem piezoelektrischen monokristallinen Substrat (6, 6A) umfasst, wobei die substratseitige Zwischenschicht (14) eine Zusammensetzung von GyO(1-y)aufweist (G stellt mindestens ein Element dar, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Niob und Tantal, und x < y ≦ 0,91).

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Verbundkörper aus einem speziellen piezoelektrischen monokristallinen Substrat und einem Trägersubstrat.
  • Bekannt sind eine akustische Oberflächenwellenvorrichtung, die als Filtervorrichtung oder Oszillator in Mobiltelefonen oder dergleichen verwendet wird, und eine akustische Wellenvorrichtung, wie eine Lamb-Wellenvorrichtung oder ein akustischer Film-Bulk-Resonator (FBAR), die einen piezoelektrischen Dünnfilm verwenden. Solche akustische Wellenvorrichtung sind bekanntlich Vorrichtungen, die durch Anhaften eines Trägersubstrats und eines piezoelektrischen Substrats, das eine akustische Oberflächenwelle ausbreitet, und durch Bereitstellen von interdigitalen Elektroden, die in der Lage sind, die akustische Oberflächenwelle auf einer Oberfläche des piezoelektrischen Substrats zu oszillieren, hergestellt werden. Durch Anhaften des Trägersubstrats, dessen Wärmeausdehnungskoeffizient niedriger ist als der des piezoelektrischen Substrats, wird auf das piezoelektrische Substrat die Änderung einer Größe des piezoelektrischen Substrats als Reaktion auf Temperaturänderungen vermindert, so dass die Änderung der Frequenzeigenschaften durch die Verminderung der akustischen Oberflächenwellenvorrichtung vermindert wird.
  • So wird beispielsweise in Patentdokument 1 eine akustische Oberflächenwellenvorrichtung mit einer Struktur vorgeschlagen, die durch das Anhaften eines piezoelektrischen Substrats und eines Siliziumsubstrats mit einer Klebeschicht aus einem Epoxyhaftmittel erzeugt wird.
  • Hierbei ist bekannt, dass beim Bonding eines piezoelektrischen Substrats und dem Siliziumsubstrat ein Siliziumoxidfilm auf einer Oberfläche des piezoelektrischen Substrats gebildet wird und dass ein Siliziumsubstrat und das piezoelektrische Substrat durch den Siliziumoxidfilm verbunden sind (Patentdokument 2). Im Falle des Bondens wird ein Plasmastrahl auf die Oberflächen des Siliziumoxidfilms und des Siliziumsubstrats gestrahlt, um die Oberflächen zu aktivieren, gefolgt von dem direkten Bonding (Plasmaaktivierungsverfahren).
  • Weiterhin ist bekannt, dass eine Oberfläche des piezoelektrischen Substrats mit einer aufgerauten Oberfläche versehen wird, dass eine Füllstoffschicht auf der aufgerauten Oberfläche vorgesehen ist, um eine abgeflachte Oberfläche zu schaffen, und dass die Füllstoffschicht auf einem Siliziumsubstrat durch eine Haftschicht aufgeklebt ist (Patentdokument 3). Nach diesem Verfahren wird ein Harz auf Epoxid- oder Acrylbasis für die Füllstoffschicht und die Haftschicht verwendet, und die Bondingoberfläche des piezoelektrischen Substrats wird aufgeraut, um die Reflexion der Volumenwelle und Störwelle zu vermindern.
  • Weiterhin ist es bekannt, dass es sich um ein direktes Bondingverfahren des sogenannten FAB-Systems (Fast Atom Beam) handelt (Patentdokument 4). Nach diesem Verfahren wird der neutralisierte Atomstrahl bei Umgebungstemperatur auf die jeweiligen Bondingoberflächen gestrahlt, um sie zu aktivieren, gefolgt von dem direkten Bonding.
  • Andererseits wird gemäß Patentdokument 5 beschrieben, dass ein piezoelektrisches monokristallines Substrat direkt mit einem Trägersubstrat aus einem keramischen Material (Aluminiumoxid, Aluminiumnitrid, Siliziumnitrid) und nicht mit einem Siliziumsubstrat über eine Zwischenschicht verbunden ist. Das Material der Zwischenschicht ist Silizium, Siliziumoxid, Siliziumnitrid oder Aluminiumnitrid. Patentdokument 6 beschreibt eine piezoelektrische Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung einer piezoelektrischen Vorrichtung. Patentdokument 7 bezieht sich auf ein Verbundwerkstoffsubstrat.
    • (Patentdokument 1) Japanische Patentveröffentlichung JP 2010-187373 A
    • (Patentdokument 2) US-Patent US 7 213 314 B2
    • (Patentdokument 3) Japanisches Patent JP 5 814 727 B2
    • (Patentdokument 4) Japanische Patentveröffentlichung JP 2014-086400 A
    • (Patentdokument 5) Patent JP 3 774 782 B2
    • (Patentdokument 6) WO 2012 124648 A1
    • (Patentdokument 7) WO 2014 077213 A1
  • Besonders schwierig ist es jedoch, ein piezoelektrisches monokristallines Substrat aus Lithiumniobat oder Tantalniobat stabil und stark auf ein Trägersubstrat zu binden bzw. zu boden.
  • Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer Mikrostruktur, in der ein piezoelektrisches monokristallines Substrat aus Lithiumniobat oder Lithiumtantalat und ein Trägersubstrat stark gebunden sind.
  • Eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung stellt einen Verbundkörper bereit, der ein Trägersubstrat, ein piezoelektrisches monokristallines Substrat und eine Verbundschicht zwischen dem Trägersubstrat und dem piezoelektrischen monokristallinen Substrat umfasst,
    wobei das piezoelektrische monokristalline Substrat ein Material umfasst, das durch LiAO3 dargestellt wird (A stellt mindestens ein Element dar, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Niob und Tantal),
    wobei die Verbundschicht ein Material umfasst, das ein Oxid von mindestens einem Element umfasst, das ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Niob und Tantal,
    wobei der Verbundkörper weiterhin eine Grenzschicht entlang einer Grenzfläche zwischen dem piezoelektrischen monokristallinen Substrat und der Verbundschicht umfasst, wobei die Grenzschicht eine Zusammensetzung von ExO(1-x) aufweist (E stellt mindestens ein Element dar, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Niob und Tantal und 0,29 ≦ x ≦ 0,89), und
    wobei der Verbundkörper weiterhin eine substratseitige Zwischenschicht zwischen der Grenzschicht und dem piezoelektrischen monokristallinen Substrat umfasst, wobei die substratseitige Zwischenschicht eine Zusammensetzung von GyO(1-y) aufweist (G stellt mindestens ein Element dar, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Niob und Tantal, und x < y ≦ 0,91).
  • Eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung stellt zusätzlich einen Verbundkörper bereit, der ein Trägersubstrat, ein piezoelektrisches monokristallines Substrat und eine Verbundschicht zwischen dem Trägersubstrat und dem piezoelektrischen monokristallinen Substrat umfasst,
    wobei das piezoelektrische monokristalline Substrat ein Material umfasst, das durch LiAO3 dargestellt wird (A stellt mindestens ein Element dar, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Niob und Tantal),
    wobei die Verbundschicht ein Material umfasst, das ein Oxid von mindestens einem Element umfasst, das ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Niob und Tantal,
    wobei der Verbundkörper weiterhin eine Grenzschicht entlang einer Grenzfläche zwischen dem piezoelektrischen monokristallinen Substrat und der Verbundschicht umfasst, wobei die Grenzschicht eine Zusammensetzung von ExO(1-x) aufweist (E stellt mindestens ein Element dar, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Niob und Tantal und 0,29 ≦ x ≦ 0,89), und
    wobei der Verbundkörper weiterhin eine verbundschichtseitige Zwischenschicht zwischen der Grenzschicht und der Verbundschicht umfasst, wobei die verbundschichtseitige Zwischenschicht eine Zusammensetzung von JzO(1-z) aufweist (J stellt mindestens ein Element dar, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Niob und Tantal und x < z ≦ 0,95).
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird erfolgreich eine Mikrostruktur bereitgestellt, in der ein piezoelektrisches monokristallines Substrat aus Lithiumniobit, Lithiumtantalat oder dergleichen und ein Trägersubstrat stark gebunden sind.
    • 1(a) ist eine Darstellung, die schematisch einen Verbundkörper 7 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, 1(b) ist eine vergrößerte Ansicht, die wesentliche Teile des Verbundkörpers 7 zeigt, und 1(c) ist eine Ansicht, die wesentliche Teile eines anderen Verbundkörpers zeigt.
    • 2 ist eine Fotografie, die wesentliche Teile eines Verbundkörpers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
    • 3(a) zeigt den Zustand, dass ein Verbundkörper 2 auf einem Trägersubstrat 1 vorgesehen ist, 2(b) zeigt den Zustand, dass eine Oberfläche 3a einer Verbundschicht 3 einem Glättungsverfahren unterzogen wird, und 3(c) zeigt den Zustand, dass eine ebene Oberfläche 4 durch einen neutralisierten Strahl A aktiviert wird.
    • 4(a) zeigt den Zustand, dass eine Oberfläche 6c eines piezoelektrischen monokristallinen Substrats 6 durch einen neutralisierten Strahl A aktiviert wird, und 4(b) zeigt den Zustand, dass die Oberfläche 6a des piezoelektrischen monokristallinen Substrats 6 aktiviert wird.
    • 5(a) zeigt den Zustand, dass das piezoelektrische monokristalline Substrat 6 und das Trägersubstrat 1 verbunden sind, 5(b) zeigt den Zustand, dass ein piezoelektrisches monokristallines Substrat 6A durch Verarbeitung verdünnt wird, und 5(c) zeigt den Zustand, dass Elektroden 10 auf dem piezoelektrischen monokristallinen Substrat 6A vorgesehen sind.
  • Die vorliegende Erfindung wird nachstehend ausführlich beschrieben, wobei sie sich auf die beigefügten Zeichnungen bezieht. Der Verbundkörper der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein Trägersubstrat, ein piezoelektrisches monokristallines Substrat und eine Verbundschicht zwischen dem Trägersubstrat und dem piezoelektrischen monokristallinen Substrat. So ist beispielsweise gemäß einem in 1(a) dargestellten Verbundkörper 7 eine aktivierte Oberfläche 6a eines piezoelektrischen monokristallinen Substrats 6 über eine Verbundschicht 3A auf eine Oberfläche 1a eines Trägersubstrats 1 gebunden. 1b stellt eine Oberfläche auf der gegenüberliegenden Seite der Oberfläche 1a des Trägersubstrats dar.
  • Das Material des piezoelektrischen monokristallinen Substrats wird aus LiAO3 hergestellt. Hier stellt A mindestens ein Element dar, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Niob und Tantal. So kann LiAO3 Lithiumniobat, Lithiumtantalat oder Lithiumniobat-Lithiumtantalat-Festlösung sein.
  • Weiterhin wird das Material der Verbundschicht zu einem Oxid aus mindestens einem Element, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Niob und Tantal, hergestellt. Das Oxid kann ein Tantaloxid, ein Nioboxid oder ein Mischoxid aus Niob und Tantal sein.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Grenzschicht mit einer Zusammensetzung von ExO(1-x) (E stellt mindestens ein Element dar, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Niob und Tantal, und 0,29 ≦ x ≦ 0,89), entlang einer Grenzfläche zwischen dem piezoelektrischen monokristallinen Substrat und der Verbundschicht vorgesehen. Hier kann das Element E von ExO(1-x) Niob allein, Tantal allein oder beide von Niob und Tantal sein.
  • Das heißt, gemäß einem Beispiel in 1(b) ist eine Grenzschicht 12 mit einer Zusammensetzung von ExO(1-x) (E stellt mindestens ein Element dar, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Niob und Tantal, und 0,29 ≦ x ≦ 0,89) zwischen der aktivierten Oberfläche 6a des piezoelektrischen monokristallinen Substrats 6 und der aktivierten Oberfläche 4 der Verbundschicht 3A vorgesehen.
  • Weiterhin ist gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine substratseitige Zwischenschicht mit einer Zusammensetzung von GyO(1-y) (G stellt mindestens ein Element dar, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Niob und Tantal, und x < y ≦ 0,91) zwischen der Grenzschicht und dem piezoelektrischen monokristallinen Substrat vorgesehen. Weiterhin ist gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine verbundschichtseitige Zwischenschicht mit einer Zusammensetzung von JzO(1-z) (J stellt mindestens ein Element dar, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Niob und Tantal, und x < z ≦ 0,95) zwischen der Zwischenschicht und der Verbundschicht vorgesehen.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine substratseitige Zwischenschicht mit einer Zusammensetzung von GyO(1-y) (G stellt mindestens ein Element dar, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Niob und Tantal, und x < y ≦ 0,91) zwischen der Grenzschicht und dem piezoelektrischen monokristallinen Substrat vorgesehen und eine verbundschichtseitige Zwischenschicht mit einer Zusammensetzung von JzO(1-z) (J stellt mindestens ein Element dar, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Niob und Tantal, und x < z ≦ 0,95) zwischen der Zwischenschicht und der Verbundschicht vorgesehen. Das heißt, gemäß einem Beispiel in 1(c) ist die substratseitige Zwischenschicht 14 mit einer Zusammensetzung der Zusammensetzung von GyO(1-y), zwischen der Grenzschicht 12 und dem piezoelektrischen monokristallinen Substrat 6, und die verbundschichtseitige Zwischenschicht 13 mit einer Zusammensetzung von J2O(1-z) zwischen der Grenzschicht 12 und der Verbundschicht 3A vorgesehen.
  • Die Zusammensetzung der zwischen dem piezoelektrischen monokristallinen Substrat und der Verbundschicht vorgesehenen Grenzschicht lautet hierbei ExO(1-x). Es bedeutet, dass die Grenzschicht erzeugt wird, deren Ta-Gehalt oder Nb-Gehalt höher ist als der Ta-Gehalt oder Nb-Gehalt des piezoelektrischen monokristallinen Substrats und der Verbundschicht. Im Falle einer solchen Grenzschicht stellt sich heraus, dass die Festigkeit an der Grenzfläche von piezoelektrischem monokristallinem Substrat und Verbundschicht deutlich verbessert wird und eine hohe Rissfestigkeit erreicht werden kann.
  • Aus der Sicht der vorliegenden Erfindung ist x 0,29 oder höher und vorzugsweise 0,34 oder höher. Weiterhin wird aus der Sicht der vorliegenden Erfindung x um 0,89 oder niedriger und vorzugsweise 0,64 oder niedriger eingestellt.
  • Weiterhin werden in der substratseitigen Zwischenschicht mit einer Zusammensetzung von GyO(1-y) und der verbundschichtseitigen Zwischenschicht mit einer Zusammensetzung von JzO(1-z) aus Sicht der vorliegenden Erfindung y und z höher als x eingestellt, und die Unterschiede können vorzugsweise 0,01 oder größer und bevorzugter 0,02 oder größer eingestellt werden. Darüber hinaus ist y nach dem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung vorzugsweise 0,30 oder höher und die Obergrenze von y ist 0,91 und y kann vorzugsweise 0,89 oder niedriger sein. Weiterhin kann z vorzugsweise 0,35 oder höher sein und die Obergrenze von z ist 0,95, z kann vorzugsweise 0,89 oder niedriger sein.
  • 2 zeigt wesentliche Teile eines Verbundkörpers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das vorliegende Beispiel entspricht der in 1(c) dargestellten Ausführungsform. Das heißt, die Verbundschicht 3A ist auf einer Unterseite und das piezoelektrische monokristalline Substrat 6 auf einer Oberseite vorhanden. Anschließend wird eine verbundschichtseitige Zwischenschicht 13, Grenzschicht 12 und substratseitige Zwischenschicht 14 in der Reihenfolge von der Verbundschicht 3A (Unterseite) zum piezoelektrischen monokristallinen Substrat 6 (Oberseite) bereitgestellt.
  • Hier ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform, wie beispielsweise in 2 dargestellt, die Zwischenschicht 12 heller und die verbundschichtseitige Zwischenschicht 13 und die substratseitige Zwischenschicht 14 dunkler. Bei diesem Foto handelt es sich jedoch um ein Hellfeldbild, das von einem Elektronenmikroskop vom Transmissionstyp unter den folgenden Bedingungen aufgenommen wurde. Messsystem:
    • Die Mikrostruktur wird mit einem Elektronenmikroskop vom Transmissionstyp beobachtet (geliefert von JEOL Ltd., „JEM-ARM 200F“) . Messbedingungen:
  • Eine Probe wird nach dem FIB-Verfahren (Focused Ion Beam) verdünnt und bei einer Beschleunigungsspannung von 200 kV beobachtet.
  • Hier werden die Gesamtverhältnisse x, y und z von Tantal und Niob von ExO(1-x), GyO(1-y) und JzO(1-z) wie folgt ermittelt.
  • Messsystem:
    • Elementar-Analysesystem (geliefert von JEOL Ltd., " J E D- 2 3 0 0 T") . Messbedingungen:
      • Eine Probe A wird mit dem FIB-Verfahren (Focused Ion Beam) verdünnt und bei einer Beschleunigungsspannung von 200 kV beobachtet.
      • Verarbeitung der gemessenen Werte:
      • An den jeweiligen Teilen des piezoelektrischen monokristallinen Substrats, der substratseitigen Zwischenschicht, der Grenzschicht und der verbundschichtseitigen Zwischenschicht werden Mengen an Sauerstoff und Tantal (Niob) gemessen. Hierbei wird das Verhältnis der Sauerstoffmenge zur Gesamtmenge an Tantal und Niob des piezoelektrischen monokristallinen Substrats als 3:1 gemäß der chemischen Formel von LiAO3 normiert. Das heißt, ein Korrelationskoeffizient α wird auf die Gesamtmenge A von Niob und Tantal des piezoelektrischen monokristallinen Substrats multipliziert, so dass das Verhältnis von A auf 0,25 eingestellt wird (25 Atom%). Anschließend wird der Korrelationskoeffizient α auf die gemessenen Mengen von A der substratseitigen Zwischenschicht, der Grenzschicht bzw. der verbundschichtseitigen Zwischenschicht multipliziert, um x, y bzw. z zu berechnen.
  • Im Folgenden werden bevorzugte Herstellungsbeispiele für den Verbundkörper der vorliegenden Erfindung beschrieben. 3 bis 5 sind Schemata, die schematisch ein Herstellungsbeispiel für das Bereitstellen einer Verbundschicht auf einem Trägersubstrat veranschaulichen und wobei die Verbundschicht durch direktes Bonding mit einer Oberfläche eines piezoelektrischen monokristallinen Substrats verbunden ist.
  • Wie in 3(a) dargestellt, ist eine Verbundschicht 2 auf einer Oberfläche 1a eines Trägersubstrats 1 vorgesehen. Zu diesem Zeitpunkt können auf der Oberfläche 2a der Verbundschicht 2 Unebenheiten auftreten. Die Oberfläche 2a der Verbundschicht 2 wird dann einem Glättungsverfahren unterzogen, um eine ebene Oberfläche 3a zu bilden. Durch dieses Glättungsverfahren wird die Dicke der Verbundschicht 2 normalerweise verkleinert, um eine dünnere Verbundschicht 3 zu erhalten (siehe 3(b)).
  • Anschließend wird, wie in 3(c) dargestellt, ein neutralisierter Strahl auf die ebene Oberfläche 3a gestrahlt, wie in den Pfeilen A dargestellt, um die Oberfläche der Verbundschicht 3A zu aktivieren, um eine aktivierte Oberfläche 4 bereitzustellen.
  • Weiterhin wird, wie in 4(a) dargestellt, der neutralisierte Strahl A auf die Oberfläche 6c des piezoelektrischen monokristallinen Substrats 6 gestrahlt, um es zu aktivieren, um ein piezoelektrisches monokristallines Substrat 6 mit der aktivierten Oberfläche 6a bereitzustellen (4(b)). Anschließend werden, wie in 5(a) dargestellt, die aktivierte Oberfläche 6a des piezoelektrischen monokristallinen Substrats 6 und die aktivierte Oberfläche 4 der Verbundschicht 3A durch direktes Bonding verbunden, um einen Verbundkörper 7 zu erhalten.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird die Oberfläche 6b des piezoelektrischen monokristallinen Substrats des Verbundkörpers 7 weiterhin einem Polierverfahren unterzogen, um die Dicke des piezoelektrischen monokristallinen Substrats 6A kleiner zu machen, wie in 5(b) dargestellt, um einen Verbundkörper 8 zu erhalten. 6c stellen eine polierte Oberfläche dar.
  • In 5(c) werden Elektroden 10 auf der polierten Oberfläche 6c des piezoelektrischen monokristallinen Substrats 6A gebildet, um eine akustische Oberflächenwellenvorrichtung 9 herzustellen.
  • Im Folgenden werden die jeweiligen Bestandteile der vorliegenden Erfindung näher beschrieben.
  • Die Anwendungen des Verbundkörpers der vorliegenden Erfindung sind nicht besonders begrenzt, und der Verbundkörper kann beispielsweise auf eine akustische Wellenvorrichtung und eine optische Vorrichtung angemessen aufgebracht werden.
  • Als akustische Webvorrichtung ist eine akustische Oberflächenwellenvorrichtung, eine Wellenvorrichtung vom Lamb-Typ, ein Dünnfilmresonator (FBAR) oder dergleichen bekannt. So wird beispielsweise die akustische Oberflächenwellenvorrichtung erzeugt, indem eine eingangsseitige IDT-(Interdigital-Wandler)-Elektrode (auch Kamm-Elektrode oder interdigitale Elektrode genannt) für oszillierende akustische Oberflächenwellen und eine IDT-Elektrode auf der Ausgangsseite zum Empfangen der akustischen Oberflächenwellen auf der Oberfläche des piezoelektrischen monokristallinen Substrats vorgesehen ist. Durch das Anlegen eines Hochfrequenzsignals an die eingangsseitige IDT-Elektrode wird zwischen den Elektroden ein elektrisches Feld erzeugt, so dass die akustische Oberflächenwelle auf dem piezoelektrischen Substrat oszilliert und sich ausbreitet. Anschließend wird die sich ausbreitende akustische Oberflächenwelle als elektrisches Signal von den IDT-Elektroden auf der in Ausbreitungsrichtung vorgesehenen Ausgangsseite abgenommen.
  • Auf einer Unterseite des piezoelektrischen monokristallinen Substrats kann ein Metallfilm aufgebracht werden. Nachdem die Vorrichtung vom Lamb-Typ als akustische Wellenvorrichtung hergestellt wurde, spielt der Metallfilm eine Rolle bei der Verbesserung des elektromechanischen Koppelfaktors nahe der Unterseite des piezoelektrischen Substrats. In diesem Fall hat die Vorrichtung vom Lamb-Typ die Struktur, dass auf den Oberflächen der piezoelektrischen monokristallinen Oberfläche interdigitale Elektroden gebildet werden und dass der Metallfilm auf dem piezoelektrischen monokristallinen Substrat durch einen im Trägersubstrat vorgesehenen Hohlraum freigelegt wird. Das Material eines solchen Metallfilms beinhaltet beispielsweise Aluminium, eine Aluminiumlegierung, Kupfer, Gold oder dergleichen. Weiterhin kann für den Fall, dass die Lamb-Wellenvorrichtung hergestellt wird, ein Verbundsubstrat mit dem piezoelektrischen monokristallinen Substrat ohne den Metallfilm auf der Unterseite verwendet werden.
  • Weiterhin können auf der Unterseite des piezoelektrischen monokristallinen Substrats ein Metallfilm und ein Isolierfilm vorgesehen sein. Der Metallfilm spielt eine Rolle als Elektrode, wenn der Dünnfilmresonator als akustische Wellenvorrichtung erzeugt wird. In diesem Fall hat der Dünnfilm-Resonator die Struktur, dass Elektroden auf der Ober- und Unterseite des piezoelektrischen monokristallinen Substrats gebildet werden und der Isolierfilm einen Hohlraum bildet, um den Metallfilm auf dem piezoelektrischen monokristallinen Substrat freizulegen. Das Material eines solchen Metallfilms beinhaltet beispielsweise Molybdän, Ruthenium, Wolfram, Chrom, Aluminium oder dergleichen. Weiterhin beinhaltet das Material des Isolierfilms Siliziumdioxid, Phosphorsilikatglas, Borphosphorsilikatglas oder dergleichen.
  • Weiterhin kann als optische Vorrichtung eine optische Schaltvorrichtung, eine Wellenlängenumwandlungsvorrichtung und eine optische Modulationsvorrichtung aufgeführt werden. Weiterhin kann im piezoelektrischen monokristallinen Substrat eine periodische Domäneninversionsstruktur gebildet werden.
  • Gemäß einem bevorzugten Herstellungsbeispiel kann der neutralisierte Strahl verwendet werden, um die Oberfläche des piezoelektrischen monokristallinen Substrats zu aktivieren. Insbesondere wenn die Oberfläche des piezoelektrischen monokristallinen Substrats eine ebene Oberfläche ist, kann die Oberfläche direkt mit der Verbundschicht verbunden werden.
  • Für den Fall, dass der Gegenstand der vorliegenden Erfindung eine akustische Oberflächenwellenvorrichtung ist und das Material des piezoelektrischen monokristallinen Substrats Lithiumtantalat ist, kann vorzugsweise das Substrat verwendet werden, in dem es in einem Winkel von 36 bis 47° (z.B. 42°) von der Y-Achse zur Z-Achse in Bezug auf die X-Achse, die Ausbreitungsrichtung der akustischen Oberflächenwelle, gedreht wird.
    Weiterhin kann für den Fall, dass das piezoelektrische monokristalline Substrat aus Lithiumniobat besteht, vorzugsweise das Substrat verwendet werden, in dem es in einem Winkel von 60 bis 68° (z.B. 64°) von der Y-Achse zur Z-Achse in Bezug auf die X-Achse, die Ausbreitungsrichtung der akustischen Oberflächenwelle, gedreht wird, dank dem geringen Ausbreitungsverlust. Auch wenn die Größe des piezoelektrischen monokristallinen Substrats nicht besonders begrenzt ist, beträgt der Durchmesser 50 bis 150 mm und die Dicke ist zum Beispiel 0,2 bis 60 µm.
  • Das Material des Trägersubstrats besteht aus einem Einkristall oder einem keramischen Material. Es kann vorzugsweise ein Material, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Silizium, Saphir, Mullit, Cordierit, transluzentem Aluminiumoxid, SiAlON, AIN und Si3N4, aufgeführt werden.
  • Für den Fall, dass die Verbundschicht auf dem Trägersubstrat gebildet wird, obwohl das Verfahren zur Filmbildung der Verbundschicht nicht besonders begrenzt ist, kann ein Sputterverfahren, CVD-Verfahren (Chemische Dampfabscheidung) und Dampfabscheidungsverfahren aufgeführt werden. Im Hinblick auf eine effiziente Filmbildung eines Oxids aus mindestens einem Element, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Niob und Tantal, ist das Sputter- oder Dampfabscheidungsverfahren bevorzugt.
  • Das Sputterverfahren beinhaltet das Reaktionssputtern zum Bilden eines dünnen Oxidfilms in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre unter Verwendung eines Metalltargets aus mindestens einem Element, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Niob und Tantal, und das Verfahren zum Filmbilden unter Verwendung eines Targets aus einem Oxid aus mindestens einem Element, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Niob und Tantal.
  • Anschließend wird vorzugsweise die Oberfläche der Verbundschicht abgeflacht, um eine ebene Oberfläche zu erhalten. Hier beinhaltet das Verfahren zum Glätten der Oberfläche der Verbundschicht das Läppen, chemisch-mechanisches Polieren (CMP) und dergleichen. Weiterhin kann die ebene Oberfläche vorzugsweise Ra von 1 nm oder weniger und bevorzugter Ra von 0,3 nm oder weniger aufweisen.
  • Weiterhin wird die Oberfläche des piezoelektrischen monokristallinen Substrats abgeflacht, um eine ebene Oberfläche zu erhalten. Hierbei beinhaltet das Verfahren zum Glätten der Oberfläche des piezoelektrischen monokristallinen Substrats Läppen, chemisch-mechanisches Polieren (CMP) und dergleichen. Weiterhin kann die ebene Oberfläche vorzugsweise Ra von 1 nm oder weniger und bevorzugter Ra von 0,3 nm oder weniger aufweisen.
  • Anschließend wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ein neutralisierter Strahl auf die ebene Oberfläche der Verbundschicht gestrahlt, um die ebene Oberfläche zu aktivieren. Weiterhin wird ein neutralisierter Strahl auf die Oberfläche des piezoelektrischen monokristallinen Substrats gestrahlt, um die ebene Oberfläche zu aktivieren.
  • Für den Fall, dass zur Durchführung der Oberflächenaktivierung ein neutralisierter Strahl verwendet wird, ist es bevorzugt, den neutralisierten Strahl mit einem in Patentdokument 4 beschriebenen System zu erzeugen, der dann ausgestrahlt wird. Das heißt, es wird eine Quelle für Hochgeschwindigkeits-Atomstrahlen vom Sattellinienfeldtyp als Strahlquelle verwendet. Anschließend wird Inertgas in eine Kammer eingeleitet und eine Hochspannung an die Elektroden von einer Gleichstromquelle angelegt. So wird zwischen der Elektrode (positive Elektrode) und einem Gehäuse (negative Elektrode) ein elektrisches Feld vom Sattel-Feld-Typ erzeugt, so dass die Elektronen e bewegt werden, um aus dem Inertgas Strahlen von Atomen und Ionen zu erzeugen. Unter den Strahlen, die ein Gitter erreichen, wird der Strahl der Ionen am Gitter neutralisiert, so dass der Strahl der neutralen Atome von der Hochgeschwindigkeits-Atomstrahlquelle emittiert wird. Atomarten, die den Strahl bilden, können vorzugsweise aus einem Inertgas (Argon, Stickstoff oder dergleichen) stammen. Eine Spannung und ein Strom zum Zeitpunkt der Ausstrahlung des Strahls können vorzugsweise 0,5 bis 2,0kV bzw. 50 bis 200mA betragen.
  • Anschließend werden die aktivierten Oberflächen unter Vakuumatmosphäre kontaktiert und miteinander verbunden. Dieses Verfahren wird bei Umgebungstemperatur durchgeführt, die vorzugsweise 40°C oder niedriger und bevorzugter 30°C oder niedriger ist. Die Temperatur während des Bondingschritts kann vorzugsweise 20°C oder höher und bevorzugter 25°C oder niedriger sein. Der Druck während des Bondingschritts kann vorzugsweise 100 bis 20000N betragen.
  • BEISPIELE
  • (Erfindungsgemäßes Beispiel 1)
  • Der in 1(c) und 2 dargestellte Verbundkörper wurde gemäß dem in den 3 bis 5 beschriebenen Verfahren erhalten. Insbesondere wurde das piezoelektrische monokristalline Substrat 6 aus LithiumTantalat (LT) mit einem flachen (OF)-Orientierungsanteil, einem Durchmesser von 4 Inch und einer Dicke von 250 µm hergestellt. Als Substrat 6 wurde das 46° Y-Cut X-Ausbreitungs-LT-Substrat verwendet, bei dem die Ausbreitungsrichtung der akustischen Oberflächenwelle (SAW) X ist und die Y-Cut-Platte in einem Schnittwinkel gedreht wird. Die Oberfläche 6c des piezoelektrischen monokristallinen Substrats 6 wurde auf eine arithmetische mittlere Rauigkeit Ra von 1nm hochglanzpoliert.
  • Weiterhin wurde als Trägersubstrat 1 ein Mullitkörper mit einem OF-Teil, einem Durchmesser von 4 Inch, einer Dicke von 230 µm hergestellt. Die Oberflächen 1a des Trägersubstrats 1 aus Mullit hatten eine arithmetische mittlere Rauigkeit Ra von 2nm. Die arithmetische mittlere Rauigkeit wurde mittels eines Rasterkraftmikroskops (AFM) in einem quadratischen Gesichtsfeld mit einer Länge von 10 µm und einer Breite von 10 µm ermittelt.
  • Das Trägersubstrat 1 wurde anschließend von einer Scheuerscheibe gewaschen. Als Waschflüssigkeit wurde eine Mischlösung aus Aceton und IPA verwendet. Anschließend wurde die Verbundschicht 2 aus Tantalpentoxid in 0,2 µm auf der Oberfläche 1a des Trägersubstrats 1 mit einem Magnetron- und Parallelplatten-Sputterfilmbildungssystem filmgebildet. Der Film wurde unter Verwendung eines Targets aus Tantalpentoxid unter Mischatmosphäre aus Argon und Sauerstoff bei einem Gesamtdruck von 0,5 Pa gebildet. Ra nach der Filmbildung betrug 2,0nm. Die Verbundschicht 2 wurde anschließend chemisch-mechanisch (CMP) zu einer Schichtdicke von 0,15 µm und Ra von 0,3 nm poliert.
  • Die ebene Oberfläche 3a der Verbundschicht 3 und die Oberfläche 6a des piezoelektrischen monokristallinen Substrats 6 wurden gewaschen, um Schmutz darauf zu entfernen, gefolgt von Einstellen in eine Vakuumkammer. Es wurde Vakuum in einer Größenordnung von 10-6 Pa gezogen und der Hochgeschwindigkeits-Atomstrahl (bei einer Beschleunigungsspannung von 1kV und einer Flussrate von Ar von 27 sccm) wurde über 120 s auf jede der Bondingoberflächen der Substrate gestrahlt. Die Oberfläche mit der bestrahlten (aktivierten Oberfläche) der Verbundschicht 3A und die aktivierte Oberfläche 6a des piezoelektrischen monokristallinen Substrats 6 wurden dann miteinander in Kontakt gebracht, gefolgt von einer Druckbeaufschlagung unter 10000 N über 2 Minuten, um die Substrate zu verbinden ( 5(a)).
  • Die Oberfläche 6b des piezoelektrischen monokristallinen Substrats 6 wurde dann dem Schleifen und Polieren unterzogen, bis die Dicke der ursprünglichen 250µm auf 20µm geändert wurde. Es wurde die Trennung des gebundenen Teils während der Schleif- und Polierschritte nicht bestätigt. Weiterhin wurde die Verbundfestigkeit mittels Rissöffnungsverfahren bewertet und ergab 1,8 J/m2.
  • Der Querschnitt des gebundenen Verbundsubstrats wurde aus FIB ausgeschnitten und der Querschnitt wurde mit TEM (geliefert von JEOL Ltd., „JEM-ARM200F''') zur Bestätigung der Mikrostruktur und Zusammensetzung beobachtet. Das Foto des Querschnitts wurde in 2 dargestellt. Weiterhin wurden die Verhältnisse (Atom%) der Elemente O und Ta in den jeweiligen Teilen in Tabelle 1 dargestellt.
  • (Erfindungsgemäße Beispiele 2 bis 5)
  • Es wurden die Verbundkörper gemäß dem gleichen Verfahren wie das erfindungsgemäße Beispiel 1 hergestellt. Die Beschleunigungsspannung des auf die Bondingoberfläche des Substrats einfallenden Hochgeschwindigkeits-Elektronenstrahls wurde jedoch auf die in Tabelle 1 beschriebenen Werte geändert.
    Die Verhältnisse der Elemente der jeweiligen Teile und die im Rissöffnungsverfahren gemessenen Verbundfestigkeiten der so erhaltenen Verbundkörper wurden in Tabelle 1 dargestellt.
  • (Vergleichsbeispiel 1)
  • Der Verbundkörper wurde gemäß dem gleichen Verfahren wie das erfindungsgemäßem Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass die Beschleunigungsspannung des auf die Bondingoberflächen der Substrate einfallenden Hochgeschwindigkeits-Elektronenstrahls wie in Tabelle 1 beschrieben geändert wurde.
  • In dem so erhaltenen Verbundkörper wurde die erfinderische Grenzschicht zwischen der Verbundschicht und dem piezoelektrischen monokristallinen Substrat nicht beobachtet. Die im Rissöffnungsverfahren gemessene Verbundfestigkeit des Verbundkörpers wurde in Tabelle 1 dargestellt. Tabelle 1 Einheit der Zahlenwerte (Mol%)
    Messpunkte Elemente Erfindungsgemäßes Bsp. 1 Erfindungsgemäßes Bsp. 2 Erfindungsgemäßes Bsp. 3 Erfindungsgemäßes Bsp. 4 Erfindungsgemäßes Bsp. 5 Vergl.-Bsp. 1
    Beschleunigungsspannung (kV) 1,0 0,8 0,9 1,4 1,8 2,0
    piezoelektrisches monokristallines Substrat 6 [O] 75 75 75 75 75 75
    [Ta] 25 25 25 25 25 25
    substratseitige Zwischenschicht 14 [O] 59 70 64 34 9 7
    [Ta] 40 30 36 66 91 93
    Grenzschicht 12 [O] 61 71 66 36 11 9
    [Ta] 39 29 34 64 89 91
    verbundschichtseitige Zwischenschicht 13 [O] 55 65 60 30 5 3
    [Ta] 45 35 40 70 95 97
    Verbundfestigkeit (J /m2) 1,8 1,5 1,7 1,7 1,5 0,30

Claims (7)

  1. Verbundkörper (7, 8), umfassend ein Trägersubstrat (1), ein piezoelektrisches monokristallines Substrat (6, 6A) und eine Verbundschicht (3A), die zwischen dem Trägersubstrat (1) und dem piezoelektrischen monokristallinen Substrat (6, 6A) vorgesehen ist, wobei das piezoelektrische monokristalline Substrat (6, 6A) ein Material umfasst, das durch LiAO3 dargestellt wird (A stellt mindestens ein Element dar, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Niob und Tantal), wobei die Verbundschicht (3A) ein Material umfasst, das ein Oxid von mindestens einem Element umfasst, das ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Niob und Tantal, wobei der Verbundkörper (7, 8) weiterhin eine Grenzschicht (12) entlang einer Grenzfläche zwischen dem piezoelektrischen monokristallinen Substrat (6, 6A) und der Verbundschicht (3A) umfasst, wobei die Grenzschicht (12) eine Zusammensetzung von ExO(1-x) aufweist (E stellt mindestens ein Element dar, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Niob und Tantal und 0,29 ≦ x ≦ 0,89), und wobei der Verbundkörper (7, 8) weiterhin eine substratseitige Zwischenschicht (14) zwischen der Grenzschicht (12) und dem piezoelektrischen monokristallinen Substrat (6, 6A) umfasst, wobei die substratseitige Zwischenschicht (14) eine Zusammensetzung von GyO(1-y) aufweist (G stellt mindestens ein Element dar, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Niob und Tantal, und x < y ≦ 0,91).
  2. Verbundkörper (7, 8) nach Anspruch 1, wobei das Material der Verbundschicht (3A) durch D2O5 dargestellt wird, und wobei D mindestens ein Element darstellt, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Niob und Tantal.
  3. Verbundkörper (7, 8) nach Anspruch 1 oder 2, weiterhin umfassend eine verbundschichtseitige Zwischenschicht (13) zwischen der Grenzschicht (12) und der Verbundschicht (3A), wobei die verbundschichtseitige Zwischenschicht (13) eine Zusammensetzung von JzO(1-z) aufweist (J stellt mindestens ein Element dar, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Niob und Tantal und x < z ≦ 0,95).
  4. Verbundkörper (7, 8) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Material des piezoelektrischen monokristallinen Substrats (6, 6A) durch LiTaO3 dargestellt wird, wobei das Material der Verbundschicht (3A) durch Ta2O5 dargestellt wird, und wobei die Grenzschicht (12) die Zusammensetzung von TaxO(1-x) aufweist.
  5. Verbundkörper (7, 8), umfassend ein Trägersubstrat (1), ein piezoelektrisches monokristallines Substrat (6, 6A) und eine Verbundschicht (3A), die zwischen dem Trägersubstrat (1) und dem piezoelektrischen monokristallinen Substrat (6, 6A) vorgesehen ist, wobei das piezoelektrische monokristalline Substrat (6, 6A) ein Material umfasst, das durch LiAO3 dargestellt wird (A stellt mindestens ein Element dar, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Niob und Tantal), wobei die Verbundschicht (3A) ein Material umfasst, das ein Oxid von mindestens einem Element umfasst, das ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Niob und Tantal, wobei der Verbundkörper (7, 8) weiterhin eine Grenzschicht (12) entlang einer Grenzfläche zwischen dem piezoelektrischen monokristallinen Substrat (6, 6A) und der Verbundschicht (3A) umfasst, wobei die Grenzschicht (12) eine Zusammensetzung von ExO(1-x) aufweist (E stellt mindestens ein Element dar, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Niob und Tantal und 0,29 ≦ x ≦ 0,89), und wobei der Verbundkörper (7, 8) weiterhin eine verbundschichtseitige Zwischenschicht (13) zwischen der Grenzschicht (12) und der Verbundschicht (3A) umfasst, wobei die verbundschichtseitige Zwischenschicht (13) eine Zusammensetzung von JzO(1-z) aufweist (J stellt mindestens ein Element dar, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Niob und Tantal und x < z ≦ 0,95).
  6. Verbundkörper (7, 8) nach Anspruch 5, wobei das Material der Verbundschicht (3A) durch D2O5 dargestellt wird, und wobei D mindestens ein Element darstellt, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Niob und Tantal.
  7. Verbundkörper (7, 8) nach Anspruch 5 oder 6, wobei das Material des piezoelektrischen monokristallinen Substrats (6, 6A) durch LiTaO3 dargestellt wird, wobei das Material der Verbundschicht (3A) durch Ta2O5 dargestellt wird, und wobei die Grenzschicht (12) die Zusammensetzung von TaxO(1-x) aufweist.
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8735219B2 (en) 2012-08-30 2014-05-27 Ziptronix, Inc. Heterogeneous annealing method and device
WO2020010056A1 (en) 2018-07-03 2020-01-09 Invensas Bonding Technologies, Inc. Techniques for joining dissimilar materials in microelectronics
DE102019212548A1 (de) * 2018-08-22 2020-02-27 Skyworks Solutions, Inc. Mehrschichtiges piezoelektrisches substrat
CN115004394A (zh) 2019-12-18 2022-09-02 日本碍子株式会社 振动板接合体
KR20230003471A (ko) 2020-03-19 2023-01-06 아데이아 세미컨덕터 본딩 테크놀로지스 인코포레이티드 직접 결합된 구조체들을 위한 치수 보상 제어

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3774782B2 (ja) 2003-05-14 2006-05-17 富士通メディアデバイス株式会社 弾性表面波素子の製造方法
US7213314B2 (en) 2002-07-03 2007-05-08 Triquint, Inc. Method of forming a surface acoustic wave (SAW) filter device
JP2010187373A (ja) 2009-01-19 2010-08-26 Ngk Insulators Ltd 複合基板及びそれを用いた弾性波デバイス
WO2012124648A1 (ja) 2011-03-14 2012-09-20 株式会社村田製作所 圧電デバイス、圧電デバイスの製造方法
JP2014086400A (ja) 2012-10-26 2014-05-12 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 高速原子ビーム源およびそれを用いた常温接合装置
WO2014077213A1 (ja) 2012-11-14 2014-05-22 日本碍子株式会社 複合基板
JP5814727B2 (ja) 2010-10-06 2015-11-17 日本碍子株式会社 複合基板の製造方法及び複合基板

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5814727B2 (ja) 1974-09-25 1983-03-22 富士写真フイルム株式会社 キヨウジセイサンカテツノ セイホウ
JP3929983B2 (ja) * 2004-03-03 2007-06-13 富士通メディアデバイス株式会社 接合基板、弾性表面波素子および弾性表面波デバイス並びにその製造方法
WO2013018604A1 (ja) * 2011-07-29 2013-02-07 株式会社村田製作所 圧電デバイス、および、圧電デバイスの製造方法
WO2014077212A1 (ja) * 2012-11-14 2014-05-22 日本碍子株式会社 複合基板及びその製法
WO2014142347A1 (ja) 2013-03-15 2014-09-18 日本碍子株式会社 しみ出し光発生素子およびしみ出し光発生デバイス
WO2014192597A1 (ja) * 2013-05-31 2014-12-04 日本碍子株式会社 複合基板用支持基板および複合基板
JP3187231U (ja) * 2013-09-05 2013-11-14 日本碍子株式会社 複合基板
JP6549054B2 (ja) * 2016-02-02 2019-07-24 信越化学工業株式会社 複合基板および複合基板の製造方法
KR20190134827A (ko) * 2016-03-25 2019-12-04 엔지케이 인슐레이터 엘티디 접합체 및 탄성파 소자
US11206007B2 (en) * 2017-10-23 2021-12-21 Qorvo Us, Inc. Quartz orientation for guided SAW devices
JP6977703B2 (ja) * 2018-12-10 2021-12-08 株式会社村田製作所 弾性波装置、高周波フロントエンド回路及び通信装置

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7213314B2 (en) 2002-07-03 2007-05-08 Triquint, Inc. Method of forming a surface acoustic wave (SAW) filter device
JP3774782B2 (ja) 2003-05-14 2006-05-17 富士通メディアデバイス株式会社 弾性表面波素子の製造方法
JP2010187373A (ja) 2009-01-19 2010-08-26 Ngk Insulators Ltd 複合基板及びそれを用いた弾性波デバイス
JP5814727B2 (ja) 2010-10-06 2015-11-17 日本碍子株式会社 複合基板の製造方法及び複合基板
WO2012124648A1 (ja) 2011-03-14 2012-09-20 株式会社村田製作所 圧電デバイス、圧電デバイスの製造方法
JP2014086400A (ja) 2012-10-26 2014-05-12 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 高速原子ビーム源およびそれを用いた常温接合装置
WO2014077213A1 (ja) 2012-11-14 2014-05-22 日本碍子株式会社 複合基板

Also Published As

Publication number Publication date
JP6682651B2 (ja) 2020-04-15
TW201820665A (zh) 2018-06-01
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