DE69522747T2

DE69522747T2 - Akustische Oberflächenwellenanordnung von Diamant-LiTaO3

Info

Publication number: DE69522747T2
Application number: DE69522747T
Authority: DE
Inventors: Satoshi Fujii; Akihiro Hachigo; Kenjiro Higaki; Hideaki Nakahata; Shin-Ichi Shikata
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1994-06-16
Filing date: 1995-06-14
Publication date: 2002-02-28
Anticipated expiration: 2015-06-15
Also published as: EP0688098B1; EP0688098A1; JP3282645B2; JPH0865088A; DE69522747D1; US5646468A

Description

Titel der Erfindung

Akustische Oberflächenwellenvorrichtung aus Diamant-LiTaO&sub3;

Hintergrund der Erfindung

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine verbesserte Oberflächenwellenvorrichtung, die LiTaO&sub3; und Diamant aufweist.

Beschreibung des Standes der Technik

Eine Oberflächenwellenvorrichtung (SAW-Vorrichtung) ist ein Gerät, welches die Ausbreitung von Schallwellen und die Piezoelektrizität auf der Oberfläche spezieller fester Materialien ausnutzt. Die SAW-Vorrichtung besitzt ausgezeichnete Temperaturstabilität, Beständigkeit und ein ausgezeichnetes Phasenverhalten. Es gibt daher bestimmte Forderungen im Bereich der modernen Kommunikationstechnologie an SAW-Vorrichtungen, welche in Hochfrequenzbändern von mehr als 3 GHz wie zum Beispiel in Bandsperren, Resonatoren, Verzögerungsgeräten, Signalverarbeitungsgeräten, Faltern (convolver) und Funktionselementen optoelektronischer Geräte verwendet werden können. Zum Beispiel ist eine Bandsperre mit größerer Bandbreite für Einrichtungen zur mobilen Kommunikation notwendig, die typischerweise in Hochfrequenzbändern von mehr als 3 GHz betrieben werden.
Die SAW-Vorrichtungen weisen typischerweise Interdigitalwandler (IDT) zur Erzeugung und zum Nachweis der akustischen Oberflächenwellen auf. Die Arbeitsfrequenz (f) einer SAW- Vorrichtung ist durch die Gleichung: f = V/λ gegeben, wobei V die Wellenausbreitungsgeschwindigkeit in der SAW-Vorrichtung und λ die Wellenlänge der akustischen Oberflächenwelle ist. Die Arbeitsfrequenz mit mehr als 3 GHz wird für die für Bandsperren mit größerer Bandbreite zu verwendende SAW-Vorrichtung benötigt. Die Wellenlänge λ ist im allgemeinen proportional zur Breite (d) der Elektroden des Interdigitalwandlers.
Wegen der Schwierigkeiten bei der Technik der Mikroherstellung, ist eine Elektrode mit einer Breite von weniger als 0.5 um schwierig zu erhalten, folglich ist es schwierig, die gewünschte Arbeitsfrequenz (f) von mehr als 3 GHz durch eine Verminderung der Wellenlänge λ zu erreichen. Daher wird eine SAW-Vorrichtung mit einer höheren Ausbreitungsgeschwindigkeit V von nicht weniger als 7000 m/s benötigt, damit sie zum Betrieb bei einer Frequenz von 3 GHz oder höher verwendet werden kann.
Die Energieumwandlungs- (piezoelektrische) Effizienz ist ebenfalls für eine SAW- Vorrichtung wichtig, damit sie für moderne Kommunikationseinrichtungen verwendet werden kann. Der effektive Kopplungskoeffizient (K²) ist ein Index für die Umwandlungseffizienz beim Umwandeln der elektrischen Energie in mechanische Energie auf der Oberfläche der Vorrichtung, und ein höheres K² von wenigstens 2% oder mehr wird daher für die Verwendung einer SAW-Vorrichtung, insbesondere in mobilen Kommunikationseinrichtungen mit weniger Energieverlust, benötigt.
Die theoretische und experimentelle Auswertung der Eigenschaften von akustischen Oberflächenwellen von SAW-Vorrichtungen, die ZnO als piezoelektrisches Material und Saphir beinhalten, sind durch Mitsuyu et al. (Mitsuyu, T., S Ono und K Wasa, J. Appl. Phys., 2464- 2470, 51(5), Mai 1980) offenbart. Die Druckschrift lehrt, daß die Saphir-ZnO-SAW- Vorrichtung als Filter mit einer Mittenfrequenz von 1050 MHz verwendet werden kann. Trotzdem lehrte Mitsuyu nichts über eine SAW-Vorrichtung, welche bei Frequenzen von 3 GHz oder höher betrieben werden kann. Konsequenterweise wird zum Betrieb bei einer höheren Frequenz eine SAW-Vorrichtung mit einer anderen Struktur benötigt.
Diamant ist ein Material, das höhere Schallausbreitungseigenschaften gegenüber anderen Materialien für eine SAW-Vorrichtung, wie zum Beispiel Saphir, aufweist.
LiTaO&sub3; hat den Vorteil, daß seine chemische Widerstandsfähigkeit der anderer piezoelektrischer Materialien wie zum Beispiel ZnO überlegen ist. Daher erwartet man, daß SAW- Vorrichtungen, die eine LaTaO&sub3;-Schicht als piezoelektrisches Material und Diamant aufweisen, aufgrund der Beständigkeit besonders für mobile Kommunikation verwendet werden. Eine SAW-Vorrichtung mit einer Laminatstruktur aus einer Diamantschicht und einer Li- TaO&sub3;-Schicht ist in der Literatur offenbart (japanische offengelegte Patentanmeldung Nr. 62911/1989). Die Druckschriften lehrten jedoch nichts über SAW-Vorrichtungen, welche für Kommunikationseinrichtungen mit höheren Frequenzbändern, wie zum Beispiel Mobiltelefone, verwendet werden können. Des weiteren ist eine Laminatstruktur aus einer Diamantschicht und einer ZnO-Schicht in EP 0 435 189 A2 offenbart.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es daher eine SAW-Vorrichtung aufweisend ein Li- TaO&sub3; als piezoelektrisches Material zu Verfügung zu stellen, welche eine verbesserte Ausbreitungsgeschwindigkeit (V) und einen verbesserten effektiven Kopplungskoeffiezienten (K²) aufweist.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine SAW-Vorrichtung bereitzustellen, welche ausgezeichnete Eigenschaften für den Betrieb bei einer Frequenz von 3 MHz oder höher hat.

Zusammenfassung der Erfindung

Unsere Erfindung ist daher gerichtet auf eine SAW-Vorrichtung, aufweisend eine Diamantschicht und eine LiTaO&sub3;-Schicht, welche bei einer Frequenz von 3 GHz oder höher betrieben werden kann, mit überlegener Beständigkeit und geringerem Energieverlust.
Wir haben einen wünschenswerten Bereich von LiTaO&sub3;-Schichtdicken unter Verwendung eines Parameters kh&sub1;, welcher definiert ist durch kh&sub1; = 2π(t&sub1;/λ), ausgewertet, um die gewünschte Arbeitsfrequenz mit weniger Energieverlust zur Verfügung zu stellen, wobei t&sub1; (um) die Dicke der LiTaO&sub3;-Schicht und X die Wellenlänge der akustischen Oberflächenwelle
ist. Dieser Parameter ist bei der vorliegenden Erfindung geeignet, um die gewünschte Dicke mit der angegebenen Wellenlänge zu bestimmen, die sich über die Oberfläche der SAW- Vorrichtung ausbreitet.
Wir haben ebenfalls einen wünschenswerten Bereich der Diamantschichtdicken unter Verwendung eines Parameters kh&sub2;, welcher definiert ist durch kh&sub2; = 2π(t&sub2;/λ), ausgewertet, um die gewünschte Arbeitsfrequenz mit weniger Energieverlust zur Verfügung zu stellen, wobei t&sub2; (um) die Dicke der Diamantschicht und λ die Wellenlänge der akustischen Oberflächenwelle ist.
Die wünschenswerten Bereiche der LiTaO&sub3;- oder Diamantschichtdicken hängen von den Moden der akustischen Oberflächenwellen beziehungsweise der Struktur der Schichten/IDT ab. Folglich wurde die Auswertung hinsichtlich der Mode der Oberflächenschallwelle und hinsichtlich der Struktur der SAW-Vorrichtung durchgeführt.
Die SAW-Vorrichtung für die erste Mode einer akustischen Oberflächenwelle mit der Wellenlänge λ (um) gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt:
Eine Diamantschicht,
einen auf der Diamantschicht ausgebildeten Interdigitalwandler,
und eine polykristalline, C-Achsen-orientierte LiTaO&sub3;-Schicht, die auf dem Interdigi-
talwandler angeordnet ist;
wobei die SAW-Vorrichtung die Relation 0.4 ≤ kh&sub1; ≤ 1.2 erfüllt, wobei der Parameter
kh&sub1; durch kh&sub1; = 2π(t&sub1;/λ) definiert ist und t&sub1; (um) die Dicke der LiTaO&sub3;-Schicht ist.
Die SAW-Vorrichtung mit der obigen Struktur kann eine SAW-Ausbreitungsgeschwindigkeit V von 7000 m/s bis 2000 m/s und einen effektiven Kopplungskoeffizienten K² von 2.0% bis 3.6% zur Verfügung Stellen.
Die SAW-Vorrichtung für die zweite Mode einer akustischen Oberflächenwelle mit der Wellenlänge λ (um) gemäß der vorliegenden Erfindung beinhaltet dieselbe Zusammensetzung wie die SAW-Vorrichtung für die SAW der ersten Mode; wobei die SAW-Vorrichtung die Beziehung 1.0 ≤ kh&sub1; ≤ 2.3 erfüllt.
Die SAW-Vorrichtung mit der obigen Struktur kann eine SAW-Ausbreitungsgeschwindigkeit V von 8000 m/s bis 11000 m/s und einen effektiven Kopplungskoeffizienten K² von 1.0% bis 3.4% zur Verfügung Stellen.
Eine weitere SAW-Vorrichtung für die zweite Mode einer akustischen Oberflächenwelle mit der Wellenlänge λ (um) gemäß der vorliegenden Erfindung weist ferner ein Substrat auf, auf welchem die Diamantschicht ausgebildet ist; wobei die SAW-Vorrichtung die Relation 1.0 ≤ kh&sub1; ≤ 2.3 erfüllt, wobei der Parameter kh&sub1; durch kh&sub1; = 2π(t&sub1;/λ) definiert ist und t&sub1; (um) die Dicke der LiTaO&sub3;-Schicht ist; und wobei die SAW-Vorrichtung die Relation 4 ≤ kh&sub2; erfüllt, wobei der Parameter kh&sub2; durch kh&sub2; = 2π(t&sub2;/λ) definiert ist und t&sub2; (um) die Dicke der Diamantschicht ist.
Das SAW-Vorrichtung mit der obigen Struktur kann eine SAW-Ausbreitungsgeschwindigkeit V von 8000 m/s bis 11000 m/s und einen effektiven Kopplungskoeffizienten K² von 1.0% bis 3.4% zur Verfügung Stellen.
Eine weitere SAW-Vorrichtung für die erste Mode einer akustischen Oberflächenwelle mit der Wellenlänge λ (um) gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt:
Eine Diamantschicht,
eine polykristalline, C-Achsen-orientierte LiTaO&sub3;-Schicht, die auf der Diamantschicht
ausgebildet ist,
und einen auf der LiTaO&sub3;-Schicht ausgebildeten Interdigitalwandler;
wobei die SAW-Vorrichtung die Relation 0.4 ≤ kh&sub1; ≤ 1.2 erfüllt, wobei der Parameter
kh&sub1; durch kh&sub1; = 2π(t&sub1;/λ) definiert ist und t&sub1; (um) die Dicke der LiTaO&sub3;-Schicht ist.
Die SAW-Vorrichtung mit der obigen Struktur kann eine SAW-Ausbreitungsgeschwindigkeit V von 7000 m/s bis 12000 m/s und einen effektiven Kopplungskoeffizienten K² von 3.0% bis 4.6% zur Verfügung Stellen.
Eine weitere SAW-Vorrichtung für die zweite Mode einer akustischen Oberflächenwelle mit der Wellenlänge λ (um) gemäß der vorliegenden Erfindung beinhaltet dieselbe Zusammensetzung wie die SAW-Vorrichtung für die SAW der ersten Mode; wobei die SAW- Vorrichtung die Beziehung 1.0 ≤ kh&sub1; ≤ 2.3 erfüllt.
Die SAW-Vorrichtung mit der obigen Struktur kann eine SAW-Ausbreitungsgeschwindigkeit V von 8000 m/s bis 11000 m/s und einen effektiven Kopplungskoeffizienten K² von 1.0% bis 2.6% zur Verfügung Stellen.
Des weiteren weist eine weitere SAW-Vorrichtung für die zweite Mode einer akustischen Oberflächenwelle mit der Wellenlänge λ (um) gemäß der vorliegenden Erfindung ein Substrat auf, auf welchem die Diamantschicht ausgebildet ist; wobei die SAW-Vorrichtung die Relation 1.0 ≤ kh&sub1; ≤ 2.3 erfüllt, wobei der Parameter kh&sub1; durch kh&sub1; = 2π(t&sub1;/λ) definiert ist und t&sub1; (um) die Dicke der LiTaO&sub3;-Schicht ist; und wobei die SAW-Vorrichtung die Relation 4 ≤ kh&sub2; erfüllt, wobei der Parameter kh&sub2; durch kh&sub2; = 2π(t&sub2;/λ) definiert ist und t&sub2; (um) die Dicke der Diamantschicht ist.
Die SAW-Vorrichtung mit der obigen Struktur kann eine SAW-Ausbreitungsgeschwindigkeit V von 8000 m/s bis 11000 m/s und einen effektiven Kopplungskoeffizienten K² von 1.0% bis 2.6% zur Verfügung Stellen.
Eine weitere SAW-Vorrichtung für die erste Mode einer akustischen Oberflächenwelle mit der Wellenlänge λ (um) gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt:
eine Diamantschicht,
einen auf der Diamantschicht ausgebildeten Elektrodenfilm,
eine polykristalline, C-Achsen-orientierte LiTaO&sub3;-Schicht, die auf dem Elektrodenfilm
ausgebildet ist,
und einen auf der LiTaO&sub3;-Schicht ausgebildeten Interdigitalwandler;
wobei die SAW-Vorrichtung die Relation 0.6≤kh1≤l.2 erfüllt, wobei der Parameter
kh&sub1; durch kh&sub1; = 2π(t&sub1;/λ) definiert ist und t&sub1; (um) die Dicke der LiTaO&sub3;-Schicht ist.
Die SAW-Vorrichtung mit der obigen Struktur kann eine SAW-Ausbreitungsgeschwindigkeit V von 7000 m/s bis 11000 m/s und einen effektiven Kopplungskoeffizienten K² von 1.0% bis 1.6% zur Verfügung Stellen.
Eine weitere SAW-Vorrichtung für die zweite Mode einer akustischen Oberflächenwelle mit der Wellenlänge λ (um) gemäß der vorliegenden Erfindung beinhaltet dieselbe Zusammensetzung wie die SAW-Vorrichtung für die SAW der ersten Mode; wobei die SAW- Vorrichtung die Beziehung 1.5 ≤ kh&sub1; ≤ 3.0 erfüllt.
Die SAW-Vorrichtung mit der obigen Struktur kann eine SAW-Ausbreitungsgeschwindigkeit V von 7000 m/s bis 10000 m/s und einen effektiven Kopplungskoeffizienten K² von 1.0% bis 2.0% zur Verfügung Stellen.
Eine weitere SAW-Vorrichtung für die zweite Mode einer akustischen Oberflächenwelle mit der Wellenlänge λ (um) gemäß der vorliegenden Erfindung weist ferner ein Substrat auf, auf welchem die Diamantschicht ausgebildet ist; wobei die SAW-Vorrichtung die Relation 1.5 ≤ kh&sub1; ≤ 3.0 erfüllt, wobei der Parameter kh&sub1; durch kh&sub1; = 2π(t&sub1;/λ) definiert ist und t&sub1; (um) die Dicke der LiTaO&sub3;-Schicht ist; und wobei das SAW-Vorrichtung die Relation 4 ≤ kh&sub2; erfüllt, wobei der Parameter kh&sub2; durch kh&sub2; = 2π(t&sub2;/λ) definiert ist und t&sub2; (um) die Dicke der Diamantschicht ist.
Die SAW-Vorrichtung mit der obigen Struktur kann eine SAW-Ausbreitungsgeschwindigkeit V von 7000 m/s bis 10000 m/s und einen effektiven Kopplungskoeffizienten K² von 1.0% bis 2.0% zur Verfügung Stellen.
Die weitere Reichweite der Anwendbarkeit der vorliegenden Erfindung wird aus der im folgenden gegebenen detaillierten Beschreibung klar. Es soll jedoch verstanden werden, daß die detaillierte Beschreibung und konkreten Beispiele, trotz der Herausstellung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung, lediglich zur Illustration angegeben werden, da zahlreiche Änderungen und Modifikationen innerhalb des Geistes und der Schutzbreite der Erfindung sich den Fachleuten aus der detaillierten Beschreibung ergeben.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine schematische Draufsicht, die ein Beispiel der ebenen Form eines eine SAW-Vorrichtung bildenden als (Einfachelektrode) zeigt.
Fig. 2 ist eine schematische Draufsicht, die ein Beispiel der ebenen Form eines eine SAW-Vorrichtung bildenden als (Doppelelektrode) zeigt.
Fig. 3 ist eine schematische Querschnittansicht, die eine Schichtstruktur (Schichtstruktur 1) einer Ausführungsform der SAW-Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
Fig. 4 ist eine schematische Querschnittansicht, die eine Schichtstruktur (Schichtstruktur 2) einer Ausführungsform der SAW-Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
Fig. 5 ist eine schematische Querschnittansicht, die eine Elektrodenanordnung (Elektrodenanordnung A) einer Ausführungsform der SAW-Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
Fig. 6 ist eine schematische Querschnittansicht, die eine Elektrodenanordnung (Elektrodenanordnung C) einer Ausführungsform der SAW-Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
Fig. 7 ist eine schematische Querschnittansicht, die eine Elektrodenanordnung (Elektrodenanordnung E) einer Ausführungsform der SAW-Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
Fig. 8 ist eine schematische Querschnittansicht, die eine Elektrodenanordnung (Elektrodenanordnung F) einer Ausführungsform der SAW-Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
Fig. 9 ist ein Graph, der die Beziehung der Ausbreitungsgeschwindigkeit V der SAW mit dem Parameter kh&sub1; in einer SAW-Vorrichtung mit der "Schichtstruktur 2" und der "Elektrodenanordnung A, C, E oder F" (Parameter kh&sub2; = 1.0) zeigt.
Fig. 10 ist ein Graph, der die Beziehung der Ausbreitungsgeschwindigkeit V der SAW mit dem Parameter kh&sub1; in einer SAW-Vorrichtung mit der "Schichtstruktur 2" und der "Elektrodenanordnung A, C, E oder F" (Parameter kh&sub2; = 2.0) zeigt.
Fig. 11 ist ein Graph, der die Beziehung der Ausbreitungsgeschwindigkeit V der SAW mit dem Parameter kh&sub1; in einer SAW-Vorrichtung mit der "Schichtstruktur 2" und der "Elektrodenanordnung A, C, E oder F" (Parameter kh&sub2; = 3.0) zeigt.
Fig. 12 ist ein Graph, der die Beziehung des effektiven Kopplungskoeffizienten K² mit dem Parameter kh&sub1; in einer SAW-Vorrichtung mit der "Schichtstruktur 2" und der "E- lektrodenanordnung A" (Parameter kh&sub2; = 1.0) zeigt.
Fig. 13 ist ein Graph, der die Beziehung des effektiven Kopplungskoeffizienten K² mit dem Parameter kh&sub1; in einer SAW-Vorrichtung mit der "Schichtstruktur 2" und der "E- lektrodenanordnung A" (Parameter kh&sub2; = 2.0) zeigt.
Fig. 14 ist ein Graph, der die Beziehung des effektiven Kopplungskoeffizienten K² mit dem Parameter kh&sub1; in einer SAW-Vorrichtung mit der "Schichtstruktur 2" und der "Elektrodenanordnung A" (Parameter kh&sub2; = 3.0) zeigt.
Fig. 15 ist ein Graph, der die Beziehung des effektiven Kopplungskoeffizienten K² mit dem Parameter kh&sub1; in einer SAW-Vorrichtung mit der "Schichtstruktur 2" und der "Elektrodenanordnung C" (Parameter kh&sub2; = 1.0) zeigt.
Fig. 16 ist ein Graph, der die Beziehung des effektiven Kopplungskoeffizienten K² mit dem Parameter kh&sub1; in einer SAW-Vorrichtung mit der "Schichtstruktur 2" und der "Elektrodenanordnung C" (Parameter kh&sub2; = 2.0) zeigt.
Fig. 17 ist ein Graph, der die Beziehung des effektiven Kopplungskoeffizienten K² mit dem Parameter kh&sub1; in einer SAW-Vorrichtung mit der "Schichtstruktur 2" und der "Elektrodenanordnung C" (Parameter kh&sub2; = 3.0) zeigt.
Fig. 18 ist ein Graph, der die Beziehung des effektiven Kopplungskoeffizienten K² mit dem Parameter kh&sub1; in einer SAW-Vorrichtung mit der "Schichtstruktur 2" und der "Elektrodenanordnung E" (Parameter kh&sub2; = 1.0) zeigt.
Fig. 19 ist ein Graph, der die Beziehung des effektiven Kopplungskoeffizienten K² mit dem Parameter kh&sub1; in einer SAW-Vorrichtung mit der "Schichtstruktur 2" und der "Elektrodenanordnung E" (Parameter kh&sub2; = 2.0) zeigt.
Fig. 20 ist ein Graph, der die Beziehung des effektiven Kopplungskoeffizienten K² mit dem Parameter kh&sub1; in einer SAW-Vorrichtung mit der "Schichtstruktur 2" und der "Elektrodenanordnung E" (Parameter kh&sub2; = 3.0) zeigt.
Fig. 21 ist ein Graph, der die Beziehung des effektiven Kopplungskoeffizienten K² mit dem Parameter kh&sub1; in einer SAW-Vorrichtung mit der "Schichtstruktur 2" und der "Elektrodenanordnung F" (Parameter kh&sub2; = 1.0) zeigt.
Fig. 22 ist ein Graph, der die Beziehung des effektiven Kopplungskoeffizienten K² mit dem Parameter kh&sub1; in einer SAW-Vorrichtung mit der "Schichtstruktur 2" und der "Elektrodenanordnung F" (Parameter kh&sub2; = 2.0) zeigt.
Fig. 23 ist ein Graph, der die Beziehung des effektiven Kopplungskoeffizienten K² mit dem Parameter kh&sub1; in einer SAW-Vorrichtung mit der "Schichtstruktur 2" und der "E- lektrodenanordnung F" (Parameter kh&sub2; = 3.0) zeigt.
Fig. 24 ist ein Graph, der die Beziehung der Ausbreitungsgeschwindigkeit V der SAW mit dem Parameter kh&sub1; in SAW-Vorrichtungen mit der "Schichtstruktur 1 und 2" und der "Elektrodenanordnung A, C, E oder F" (Parameter kh&sub2; = 4.0, 6.0 oder 8.0) zeigt.
Fig. 25 ist ein Graph, der die Beziehung des effektiven Kopplungskoeffizienten K² der SAW mit dem Parameter kh&sub1; in SAW-Vorrichtungen mit der "Schichtstruktur 1 und 2" und der "Elektrodenanordnung A" (Parameter kh&sub2; = 4.0, 6.0 oder 8.0) zeigt.
Fig. 26 ist ein Graph, der die Beziehung des effektiven Kopplungskoeffizienten K² der SAW mit dem Parameter kh&sub1; in SAW-Vorrichtungen mit der "Schichtstruktur 1 und 2" und der "Elektrodenanordnung C" (Parameter kh&sub2; = 4.0, 6.0 oder 8.0) zeigt.
Fig. 27 ist ein Graph, der die Beziehung des effektiven Kopplungskoeffizienten K² der SAW mit dem Parameter kh&sub1; in SAW-Vorrichtungen mit der "Schichtstruktur 1 und 2" und der "Elektrodenanordnung E" (Parameter kh&sub2; = 4.0, 6.0 oder 8.0) zeigt.
Fig. 28 ist ein Graph, der die Beziehung des effektiven Kopplungskoeffizienten K² der SAW mit dem Parameter kh&sub1; in SAW-Vorrichtungen mit der "Schichtstruktur 1 und 2" und der "Elektrodenanordnung F" (Parameter kh&sub2; = 4.0, 6.0 oder 8.0) zeigt.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend im Detail mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.

(SAW-Moden)

In einer SAW-Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung werden zahlreiche Arten von Wellen mit verschiedenen Ausbreitungsgeschwindigkeiten erzeugt. Daher wird die akustische Oberflächenwelle mit der kleinsten Ausbreitungsgeschwindigkeit als "SAW in nullter Mode" definiert, die SAW mit der zweitkleinsten Ausbreitungsgeschwindigkeit wird als "SAW in erster Mode" bezeichnet, eine Sorte SAW mit der drittkleinsten Ausbreitungsgeschwindigkeit wird als "SAW in zweiter Mode" definiert.
Demgemäß kann man die Mode der Welle, die hauptsächlich für eine SAW-Vorrichtung verwendet wird, durch Messen der Ausbreitungsgeschwindigkeit V der SAW bei einer Arbeitsfrequenz der SAW-Vorrichtung bestimmt werden. Beispielsweise kann die Ausbreitungsgeschwindigkeit V durch Verwendung der Beziehung V = fλ bestimmen, worin f die Mittenfrequenz bezeichnet und λ die Wellenlänge bezeichnet, die von der Elektroden-(Element)breite des IDT abhängt. In dem Fall, in welchem der die SAW-Vorrichtung bildende IDT eine Einzelelektrode mit ebener Form aufweist, wie in Fig. 1 gezeigt (Elektrodenelementbreite = d), ist λ = 4d. In dem Fall, in welchem der die SAW-Vorrichtung bildende IDT eine Doppelelektrode mit ebener Form aufweist, wie in Fig. 2 gezeigt (Elektrodenelementbreite = d), ist λ = 8d.

(Schichtstruktur)

Fig. 3 ist eine schematische Querschnittansicht, die ein Beispiel für eine Schicht- (oder Laminat-)struktur ("Schichtstruktur 1") einer SAW-Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt. In Fig. 3 umfaßt die SAW-Vorrichtung wenigstens Diamant, eine auf dem Diamant aufgebrachte LiTaO&sub3;-Schicht und einen IDT (nicht gezeigt), der auf der Vorrichtung aufgebracht ist und mit der LiTaO&sub3;-Schicht in Kontakt steht. Diese SAW-Vorrichtung nutzt die SAW mit "n-ter" Mode (n = 1 oder 2) mit einer Wellenlänge λn (um). Ein Parameter kh&sub1; = 2π(t&sub1;/λ) wird verwendet, um genau die gewünschte Dicke der LiTaO&sub3;-Schicht für eine bestimmte Wellenmode zu bestimmen, wobei die Dicke der LiTaO&sub3;-Schicht t&sub1; (um) beträgt.
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung (wie in Fig. 4 gezeigt, d. h. Schichtstruktur 2), welche ferner ein Substrat (oder Grundmaterial) umfaßt, wird ein Parameter kh&sub2; = 2π(t&sub1;/λ) wird verwendet, um genau die gewünschte Dicke der LiTaO&sub3;-Schicht für eine bestimmte Wellenmode zu bestimmen, wobei die Dicke der Diamantschicht t&sub2; (um) beträgt.
Der wünschenswerte Bereich der Parameter kh&sub1; und kh&sub2; wird für eine spezifische Wellenmode und für eine spezifische Struktur ausgewertet, um die SAW-Vorrichtungen zu bestimmen, die für den Betrieb in Hochfrequenzbändern von 3 GHz oder höher mit geringerem Energieverlust zur Verfügung stehen.

(Elektrodenanordnung)

In der SAW-Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist es vorzuziehen, wie gewünscht eine Elektrodenanordnung aus einem IDT und einem Elektrodenfilm zum Kurzschließen zu wählen, wie sie in den schematischen Querschnittansichten der Fig. 5 bis 8 gezeigt ist.
Bei der in Fig. 5 gezeigten Anordnung (Elektrodenanordnung A), umfaßt die SAW- Vorrichtung eine Diamantschicht, einen auf der Diamantschicht aufgebrachten IDT und eine auf dem IDT aufgebrachte LiTaO&sub3;-Schicht. Die in Fig. 6 dargestellt. Die Anordnung (Elektrodenanordnung C) weist ferner eine auf der die "Elektrodenanordnung A" bildenden LiTaO&sub3;- Schicht aufgebrachte Kurzschlußelektrode auf.
Bei der in Fig. 7 gezeigten Anordnung (Elektrodenanordnung E) umfaßt die SAW- Vorrichtung eine Diamantschicht, eine auf der Diamantschicht aufgebrachte LiTaO&sub3;-Schicht und einen auf der LiTaO&sub3;-Schicht aufgebrachten 1131. Die in Fig. 8 dargestellte Anordnung (Elektrodenanordnung F) umfaßt ferner eine zwischen der Diamantschicht und der die "Elektrodenanordnung E" bildenden LiTaO&sub3;-Schicht aufgebrachte Kurzschlußelektrode.

(Struktur der Schichten)

Die Schichten, die die SAW-Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung bilden, werden nun detailliert beschrieben.

(Diamant)

Bei der vorliegenden Erfindung kann die Diamantschicht monokristallinen und/oder polykrsitallinien Diamant aufweisen. Der Prozeß oder das Verfahren zur Bereitstellung oder Herstellung von Diamant ist nicht besonders eingeschränkt. Typischerweise kann der Diamant monokristallinen Diamant, oder ein Diamantfilm wie einen polykristallinen Film oder epitaktischen Film aufweisen, welchen man auf einem Substrat aus einem anderen Material (Grundmaterial) durch einen Gasphasen-Aufdampfprozess hat aufwachsen lassen.
Das zur Ausbildung des Diamantfilms verwendete Grundmaterial ist nicht besonders beschränkt, kann aber sinnvollerweise abhängig von der Verwendung der SAW-Vorrichtung gewählt werden. Das im Rahmen dieser Erfindung zur Verfügung zu stellende Grundmaterial kann zum Beispiel einen Halbleiter, wie kristallines Silizium, amorphes Silizium, Metall, Glas, Keramik usw., aufweisen.
In dem Fall, in welchem der oben erwähnte Diamant einen Diamantfilm aufweist, ist der Prozeß oder das Verfahren zum Aufwachsen des (dünnen) Diamantfilms nicht besonders eingeschränkt. Typischerweise kann der Prozeß sinnvollerweise aus bekannten Wachstumsprozessen des CVD (chemischen Aufdampfens) ausgewählt werden, einschließlich Mikrowellen- Plasma CVD, PVD (physikalisches Aufdampfen), Sputtern, Ionenplattieren, Plasmastrahlverfahren, Flammenverfahren, Heizfaden-Verfahren, usw.
Die für die vorliegende Erfindung verfügbare Orientierung der Ebene von Diamant oder des Diamantfilms ist nicht eingeschränkt. Beispielsweise kann die Orientierung der Ebene des Diamant(film)s jede der Orientierungen (111), (100) und (110), usw. sein, und kann jede Kombination dieser Ebenenorientierungen sein.

(Orientierung des LiTaO&sub3;-Films)

Bei der vorliegenden Erfindung ist der auf dem Diamant aufzubringende LiTaO&sub3;-Film polykristallin und weist mit Hinblick auf die piezoelektrische Eigenschaft einen LiTaO&sub3;-Film auf, in welchem die (001)-Ebene parallel zur Oberfläche der Diamantschicht oder der Substratschicht (C-Achsen-orientierer LiTaO&sub3;-Film) ist.
Die Orientierung eines LiTaO&sub3;-Films kann typischerweise mittels eines Röntgen- Schwen(kurven)muster-Verfahrens ausgewertet werden, die Orientierung (Orientierung in der gleichen Ebene) kann in der folgenden Weise ausgewertet werden.
(1) Eine zu messende Probe wird in den Probenhalter eines Röntgendefraktometers placiert.
(2) Die Orientierung der Ebene einer auszuwertenden Fläche wird durch Verwendung eines Röntgenbeugungsmusterverfahrens unter Nutzung eines Röntgendiffraktometers gemessen.
(3) Die θ-Achse (entsprechend der Drehung der zu vermessenden Probe) und die 2θ-Achse (entsprechend des Röntgenzählers des Röntgendiffraktometers) werden gedreht und dann so fixiert, daß die θ- und 2θ-Achsen einen maximalen Ausgabewert in der Orientierung der auszuwertenden Orientierung liefern. Im Fall eines LiTaO&sub3;-Films, dessen C-Achse senkrecht zu einer Grundsubstanz orientiert ist, auf der der LiTaO&sub3;-Film aufgebracht werden soll, beträgt 2θ bezüglich des (006)-Scheitelwertes 39º.
(4) Die Probe (d. h., die θ-Achse) wird gedreht und man erhält eine Schwenkkurve.
(5) Für die erhaltene Schwenkkurve wird angenommen, daß sie eine Gaußverteilung hat, und die Standardabweichung σ wird bestimmt (für Details zur Schwenkkurve wird verwiesen auf "Preperation of ZnO Films by an Activated Reactive Evaporation Method" Miura, Y. et al.; "ZAIRYO" (Materials), 40, Nr. 451 (April, 1991), Japan).
Wenn die in der oben beschriebenen Weise gemessene Standartabweichung σ der Schwingkurve kleiner ist, so indiziert dies eine höhere Orientierung der auszuwertenden Probe (Li- TaO&sub3;). Bei der SAW-Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, kann der a-Wert vorzugsweise 8º oder weniger (noch bevorzugter, 4º oder weniger) betragen.

(IDT)

Jedes elektrisch leitende Material kann für den Interdigitalwandler in der SAW-Vorrichtung der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Hinsichtlich der Verarbeitbarkeit sollte vorzugsweise Al (Aluminium) als Material für den IDT verwendet werden.
Die Dicke des IDT ist nicht beschränkt, solange er als IDT der SAW-Vorrichtung funktioniert. Im allgemeinen kann die Dicke des IDT typischerweise im Bereich von etwa 100 bis etwa 5000 Å (noch bevorzugter, etwa 100 bis 500 Å) liegen. Ist die Dicke des IDT weniger als 100 Å, erhöht sich der Leitungswiderstand der Elektrode und verursacht einen spürbaren Energieverlust. Überschreitet andererseits die Dicke des IDT 5000 Å, verursacht der spürbare Massenzuwachs eine Reflexion der SAW, und die gewünschte SAW-Charakteristik der SAW-Vorrichtung kann darunter leiden.
Die ebene oder projizierte Form des IDT für die SAW-Vorrichtung der vorliegenden Erfindung ist nicht beschränkt. Eine Elektrode, genannt "Einzel"-Elektrode, wie in der schematischen Draufsicht in Fig. 1 gezeigt, oder eine Elektrode, genannt "Doppel"-Elektrode, wie in der schematischen Draufsicht in Fig. 2 gezeigt, können typischerweise für die vorliegende Erfindung verwendet werden.
Eine gewünschte Vorgehensweise ist, daß der IDT in der Oberfläche, auf der der IDT aufgebracht werden soll, eingebettet sein kann (zum Beispiel eine Oberfläche aus Diamant mit einer spezifischen Orientierung wie (111)). Zum Beispiel kann ein vertiefter oder eingerückter Teil, wie beispielsweise eine Nut, gebildet werden, oder es kann eine vorgegebene Oberfläche mit einem vertieften Teil im Voraus gebildet werden, und wenigstens ein Teil des IDT aus leitendem Material, wie zum Beispiel Al, kann in dem vertieften Teil eingebettet werden. Wird der gesamte IDT oder ein Teil davon in dieser Weise eingebettet, so kann die Oberflächenebene oder -höhe des IDT hinreichend mit der Oberfläche, auf der der IDT ausgebildet werden soll abgeglichen werden, und letztlich können Einflüsse auf die durch die IDT-Dicke verursachte SAW-Reflexion reduziert werden.

(Kurzschlußelektrode)

Die bei Bedarf aufzubringende Kurzschlußelektrode ist eine Elektrode mit einer Funktion zur Bereitstellung eines Äquipotentialzustandes für ein elektrisches Feld, um die SAW- Charakteristika der Vorrichtung zu verändern. Diese Elektrode kann vorzugsweise einen (dünnen) Film aus einem Metall wie Al, Au oder Al-Cu aufweisen. Da die Kurzschlußelektrode anders funktioniert als der IDT, darf das Material der Kurzschlußelektrode nicht dasselbe sein wie das des IDT.
Die Dicke der Kurzschlußelektrode ist nicht besonders beschränkt, solange sie als Kurzschlußelektrode einer SAW-Vorrichtung funktioniert. Die Dicke der Kurzschlußelektrode kann vorzugsweise im Bereich von etwa 50 bis 3000 Å (noch bevorzugter, etwa 100 bis 500 Å) liegen. Wenn die Dicke weniger als 50 Å beträgt, ist es schwierig, einen Äquipotentialzustand wie oben beschrieben zu erreichen. Übersteigt auf der anderen Seite die Dicke 3000 Å, kann dies die SAW-Reflexion beeinflussen.
Die Kurzschlußelektrode kann zum Beispiel vorzugsweise die ebene Form einer "festen Elektrode" mit einer Fläche, die im wesentlichen gleich der des in Kombination damit zu verwendenden IDTs ist.

Beispiele

Beispiel 1

Vier Arten von SAW-Vorrichtungen mit unterschiedlicher Schicht/IDT-Struktur wurden hergestellt, und die gewünschte Diamant/LiTaO&sub3;-Schichtdicke für jede Struktur/Mode der SAW wurde ausgewertet, um eine hinreichende Ausbreitungsgeschwindigkeit (V) und einen ausgezeichneten effektiven Kopplungskoeffizienten (K²) durch die Anwendung der Parameter kh&sub1; und kh&sub2; zu erhalten.
Die für Arten von SAW-Vorrichtungen des Beispiels 1 sind:
(1) eine SAW-Vorrichtung mit der Schichtstruktur 2, wie in Fig. 4 illustriert, und einer Elektrodenanordnung A, wie in Fig. 5 illustriert;
(2) eine SAW-Vorrichtung mit der Schichtstruktur 2, wie in Fig. 4 illustriert, und einer Elektrodenanordnung C, wie in Fig. 6 illustriert;
(3) eine SAW-Vorrichtung mit der Schichtstruktur 2, wie in Fig. 4 illustriert, und einer Elektrodenanordnung D, wie in Fig. 7 illustriert;
(4) eine SAW-Vorrichtung mit der Schichtstruktur 2, wie in Fig. 4 illustriert, und einer Elektrodenanordnung F, wie in Fig. 8 illustriert.
Ein polykristalliner Diamantfilm wurde auf der (100) Fläche von monokristallinem Silizium mittels eines Mikrowellen-Plasma CVD-Verfahrens ausgebildet. Die resultierende Diamantoberfläche wurde dann poliert, und vier Diamantfilme mit einer Dicke zwischen 1.3 und 5 um wurden erhalten.
< Prozeßbedingungen bei Mikrowellen-Plasma CVD für eine Diamantschicht>
Mikrowellenleistung: 150 W
Reaktandengas: CH4 : H&sub2; = 1 : 100
Druck: 40 Torr
Temperatur: 850ºC
Filmdicke (nach Polieren der Oberfläche): 1.3 um, 2.6 um, 3.8 um und 5.1 um
Aluminium IDTs mit der ebenen Form einer Doppelelektrode wurden, wie in Fig. 2 (Elektrodenelementbreite d = 1 um, -abstand = 8 um, -dicke = 400 Å) gezeigt, auf jedem der gebildeten Diamantfilme aufgebracht. Dann wurde ein LiTaO&sub3;-Film (Filmdicke: 0.13 - 5.1 um, 40 Dicken) auf den als durch einen RF-Magnetron-Sputter-Prozeß ausgebildet.
< Prozeßbedingungen des RF-Magnetron-Sputterns von LiTaO&sub3;>
Druck: 1 · 10&supmin;² Torr
Substrattemperatur: 650ºC
Ar: O&sub2; = 1 : 1
RF-Leistung: 150 W
Target: Li : Ta = 1 : 1 gesintertes Produkt
Filmdicke: Die Filmdicken entsprechen den Werten, die man durch Einteilen der Dicke 0.13 um bis 5.1 um (Differenz: 4.97 um) in 40 gleiche Teile erhält (d. h., Dicken von 0.13 um, (0.13 + 4.97 · 1/40)um, (0.13 + 4.97 · 2/40)um, ......., (0.13 + 4.97 · 39140)um, und 5.1 um).
Alle gebildeten LiTaO&sub3;-Filme waren C-Achsen-orientierte Filme, und der a-Wert der Röntgen-Schwenkkurve für jeden LiTaO&sub3;-Film wurde ausgewertet und man erhielt 2-3º.
Die daraus hervorgehende SAW-Vorrichtung hat eine Schichtstruktur (Schichtstruktur 2), wie sie in Fig. 4 gezeigt ist und eine Elektrodenanordnung (Elektrodenanordnung A), wie sie in Fig. 5 (Eingabe IDT: 30 Elektrodenpaare, Ausgabe IDT: 30 Elektrodenpaare, Abstand zwischen den Mitten der Eingabe- und Ausgabelektroden: 400 um) gezeigt ist.
Ferner wurde eine Aluminium-Kurzschlußelektrode mit einer Dicke von 100 Å ausgebildet, und die SAW-Vorrichtungen mit der Schichtstruktur, wie sie in Fig. 4 dargestellt ist (Schichtstruktur 2), und eine Elektrodenanordnung, wie sie in Fig. 6 gezeigt ist, (Elektrodenanordnung C) wurde erhalten.
SAW-Vorrichtungen mit der Schichtstruktur, wie sie in Fig. 4 dargestellt ist (Schichtstruktur 2), und eine Elektrodenanordnung, wie sie in Fig. 7 gezeigt ist (Elektrodenanordnung C), und SAW-Vorrichtungen mit der Schichtstruktur, wie sie in Fig. 4 dargestellt ist (Schichtstruktur 2), und eine Elektrodenanordnung, wie sie in Fig. 8 gezeigt ist (Elektrodenanordnung F), wurden in derselben Weise wie oben beschrieben hergestellt, mit der Ausnahme, daß die Reihenfolge der entsprechenden Schichtbildung verändert wurde.
Mit Hinsicht auf jede der vier Arten von SAW-Vorrichtungen wurde eine Radiofrequenz auf den Eingangs-IDT gegeben, um eine SAW zu erzeugen. Die Ausbreitungsgeschwindigkeiten V (m/s) der entsprechenden Moden der erzeugten SAW wurde abhängend von der Beziehung V = f · λ (f: Mittenfrequenz, λ = 8d = 8 um) bestimmt.
Auch der effektive Kopplungskoeffizient (K²) wurde durch Messen der Strahlungsleitung (wobei der Realteil mit "G" bezeichnet ist) der IDT unter Verwendung eines Netzwerkanalysators (Handelsname: Network Analyzer 8719A, erhältlich von Yakogawa Hewlett Packard (YHP), Japan) und der folgenden Formel ausgewertet:
K² = (G/8) f&sub0; C N
(f&sub0;: Mittenfrequenz, C: Elektrostatische Gesamtkapazität des IDT, N: Anzahl der Elektrodenelementpaare des IDT).
Die Dicke t&sub1; (um) der LiTaO&sub3;-Schichten jeder SAW-Vorrichtung, und die Dicke t&sub2; (um) der Diamantschichten jeder SAW-Vorrichtung wurden durch Abschneiden der Vorrichtung nach der oben beschriebenen Messung mehrerer Parameter und durch Betrachten des resultierenden Abschnitts der Vorrichtung mit einem Rasterelektronenmikroskop (SEM) bei einer Vergrößerung von 1000-5000· gemessen.
Auf der Grundlage der erhaltenen Daten wurden die Werte der Parameter kh&sub1; = 2π(t&sub1;/λ) und kh&sub2; = 2π(t&sub2;/λ) bezüglich jeder der SAW-Vorrichtungen mit einer Schichtstruktur, wie sie in Fig. 4 gezeigt ist (Schichtstruktur 2), und einer Elektrodenanordnung, wie sie in Fig. 5-8 (λ = 8 um) gezeigt sind (jede der Elektrodenanordnungen A, C, E und F), bestimmt.
Die Beziehungen zwischen der Ausbreitungsgeschwindigkeit V und den Parametern kh&sub1; = 2π(t&sub1;/λ) und kh&sub2; = 2π(t&sub2;/λ)) sind in Fig. 9 (kh&sub2; = 1.0), Fig. 10 (kh&sub2; = 2.0) und Fig. 11 (kh&sub2; = 3.0) entsprechend dargestellt.
Hinsichtlich der SAW-Vorrichtung mit Elektrodenanordnung A, sind die Beziehungen zwischen dem effektiven Kopplungskoeffizienten K² und dem Parameter kh&sub1; sind in Fig. 12 (kh&sub2; = 1.0), Fig. 13 (kh&sub2; = 2.0) und Fig. 14 (kh&sub2; = 3.0) entsprechend dargestellt.
Hinsichtlich der SAW-Vorrichtung mit Elektrodenanordnung C, sind die Beziehungen zwischen dem effektiven Kopplungskoeffizienten K² und dem Parameter kh&sub1; sind in Fig. 15 (1±2 = 1.0), Fig. 16 (kh&sub2; = 2.0) und Fig. 17 (kh&sub2; = 3.0) entsprechend dargestellt.
- Hinsichtlich der SAW-Vorrichtung mit Elektrodenanordnung E, sind die Beziehungen zwischen dem effektiven Kopplungskoeffizienten K² und dem Parameter kh&sub1; sind in Fig. 18 (kh&sub2; = 1.0), Fig. 19 (kh&sub2; = 2.0) und Fig. 20 (kh&sub2; = 3.0) entsprechend dargestellt.
Hinsichtlich der SAW-Vorrichtung mit Elektrodenanordnung F, sind die Beziehungen zwischen dem effektiven Kopplungskoeffizienten K² und dem Parameter kh&sub1; sind in Fig. 21 (kh&sub2; = 1.0), Fig. 22 (kh&sub2; = 2.0) und Fig. 23 (kh&sub2; = 3.0) entsprechend dargestellt.
Damit ist gezeigt, daß die SAW-Vorrichtungen aus Beispiel 1 für besondere Wellenmoden und besondere Elektrodenanordnungen eine hinreichende Ausbreitungsgeschwindigkeit V der SAWs (V 7000 m/s) und einen hervorragenden Kopplungskoeffizienten K² (K² ≥ 2%) haben.

Beispiel 2

Vier Typen von SAW-Vorrichtungen mit verschiedener Schicht/IDT-Zusammensetzung wurden hergestellt, und die gewünschte Diamant/LiTaO&sub3;-Schichtdicke für jede Zusammensetzung/Mode der SAW wurden ausgewertet, um eine hinreichende Ausbreitungsgeschwindigkeit (V) und einen hervorragenden Kopplungskoeffizienten K² unter Verwendung der Parameter kh&sub1; und kh&sub2; zu erhalten.
Die vier Typen von SAW-Vorrichtungen in Beispiel 2 sind:
(1) Eine SAW-Vorrichtung mit Struktur 1, wie in Fig. 3 gezeigt, und der Elektrodenanordnung A, wie in Fig. 5 gezeigt;
(2) Eine SAW-Vorrichtung mit Struktur 1, wie in Fig. 3 gezeigt, und der Elektrodenanordnung C, wie in Fig. 6 gezeigt;
(3) Eine SAW-Vorrichtung mit Struktur 1, wie in Fig. 3 gezeigt, und der Elektrodenanordnung E, wie in Fig. 7 gezeigt;
(4) Eine SAW-Vorrichtung mit Struktur 1, wie in Fig. 3 gezeigt, und der Elektrodenanordnung F, wie in Fig. 8 gezeigt.
Eine Aluminium IDT mit der ebenen Form einer Doppelelektrode, wie in Fig. 2 (Elektrodenelementbreite d = 1 um, -abstand = 8 um, -dicke = 400 Å) wurde auf jeder Seite der (100)- Oberfläche von monokristallinem Diamant (natürlicher Diamant, Typ-Ia) ausgebildet, und danach wurde ein LiTaO&sub3;-Film (Fiimdicke: 0.13 - 5.1 um, 40 Dicken) über den IDTs mittels RF-Magnetron-Sputtern mit demselben Verfahren und denselben Prozeßbedingungen wie in Beispiel 1 ausgebildet, um dadurch eine SAW-Vorrichtung mit einer Schichtstruktur (Schichtstruktur 1), wie sie in Fig. 3 gezeigt ist, und einer Elektrodenanordnung (Elektrodenanordnung A) herzustellen, wie sie in Fig. 5 gezeigt ist (Eingabe IDT: 30 Elektrodenpaare, Ausgabe IDT: 30 Elektrodenpaare, Abstand zwischen den Mitten der Eingabe- und Ausgabeelektroden: 400 um). Alle ausgebildeten LiTaO&sub3;-Filme waren C-Achsen-orientierte Filme, und der a-Wert der Röntgen-Schwingkurve für jeden LiTaO&sub3;-Film betrug 2-3º.
Die oben beschriebenen vier Typen von SAW-Vorrichtungen wurden mit demselben Verfahren und unter denselben Prozeßbedingungen wie bei Beispiel 1 hergestellt.
Eine Radiofrequenz wurde auf den Eingangs-IDT gegeben, um eine SAW in derselben Weise wie in Beispiel 1 zu erzeugen. Die Ausbreitungsgeschwindigkeiten V (m/s) der so erzeugten SAWs mit den entsprechenden Moden, der elektromechanische Kopplungskoeffiezient (K²) und die Dicke t&sub1; (um) der LiTaO&sub3;-Schicht wurden in derselben Weise wie in Beispiel 1 ausgewertet.
Auf der Grundlage der erhaltenen Daten wurde ein Parameter kh&sub1; = 2π(t&sub1;/λ) bezüglich jeder der SAW-Vorrichtungen mit einer Schichtstruktur, wie sie in Fig. 4 gezeigt ist (Schichtstruktur 2), und einer Elektrodenanordnung, wie sie in Fig. 5-8 (λ = 8 um) gezeigt sind (jede der Elektrodenanordnungen A, C, E und F), ausgewertet.
Die Beziehungen zwischen der Ausbreitungsgeschwindigkeit V und dem Parameter Kh&sub1; = 2π(t&sub1;/λ), welche in derselben Weise wie in Beispiel 1 bestimmt wurden, sind in Fig. 24 gezeigt. Fig. 24 beinhaltet zum Vergleich auch die Beziehungen zwischen V und kh&sub1; für die SAW-Vorrichtungen aus Beispiel 1, die die Schichtstruktur 1 und die Elektrodenanordnungen A, C, E und F (λ = 8 um, kh&sub1; = 4.0, 6.0, bzw. 8.0) haben.
Die Beziehungen des effektiven Kopplungskoeffizienten K² zum Parameter kh&sub1; sind in Fig. 25 (Elektrodenanordnung A), Fig. 26 (Elektrodenanordnung C), Fig. 27 (Elektrodenanordnung E) und Fig. 28 (Elektrodenanordnung F) dargestellt.
Damit ist gezeigt, daß die SAW-Vorrichtungen aus Beispiel 2 für besondere Wellenmoden und besondere Elektrodenanordnungen eine hinreichende Ausbreitungsgeschwindigkeit V der SAWs (V ≥ 7000 m/s) und einen hervorragenden Kopplungskoeffizienten K² (K² ≥ 2%) haben.
Die zugrundeliegenden japanischen Anmeldungen wurden beim Japanischen Patentamt am 16. Juni 1994, Nr. 134515/1994 (Hei 6-134515), und am 2. September 1994, Nr. 2100105/1994 (Hei 6-210105) eingereicht.
Aus der so beschriebenen Erfindung wird klar, daß die Erfindung in viele Richtungen verändert werden kann. Solche Veränderungen sind nicht als Abkehr von der Schutzbreite der Erfindung anzusehen, und alle solchen Modifikationen, welche für einen Fachmann naheliegen würden, sollen im Schutzbereich der folgenden Ansprüche eingeschlossen sein.

Claims

1. Eine akustische Oberflächenwellen-Vorrichtung für die erste Mode einer akustischen Oberflächenwelle mit der Wellenlänge angegeben in um, umfassend:

eine Diamantschicht,

einen auf der Diamantschicht ausgebildeten Interdigitalwandler,

und eine polykristalline, C-Achsen-orientierte LiTaO&sub3;-Schicht, die auf dem Interdigitalwandler angeordnet ist;

wobei die akustische Oberflächenwellen-Vorrichtung die Relation 0.4 ≤ kh&sub1; ≤ 1.2 erfüllt, wobei der Parameter kh&sub1; durch kh&sub1; = 2π(t&sub1;/λ) definiert ist und t&sub1;, angegeben in um, die Dicke der LiTaO&sub3;-Schicht ist.

2. Eine akustische Oberflächenwellen-Vorrichtung für die zweite Mode einer akustischen Oberflächenwelle mit der Wellenlänge λ, angegeben in um, umfassend:

eine Diamantschicht,

einen auf der Diamantschicht ausgebildeten Interdigitalwandler,

wobei die akustische Oberflächenwellen-Vorrichtung die Relation 1.0 < kh&sub1; ≤ 2.3 erfüllt, wobei der Parameter kh&sub1; durch kh&sub1; = 2π(t&sub1;/λ) definiert ist und t&sub1;, angegeben in um, die Dicke der LiTaO&sub3;-Schicht ist.

3. Eine akustische Oberflächenwellen-Vorrichtung nach Anspruch 2, weiter aufweisend ein Substrat, wobei die Diamantschicht auf der Oberfläche des Substrates ausgebildet ist und wobei die akustische Oberflächenwellen-Vorrichtung die Relation 4 ≤ kh&sub2; erfüllt, wobei der Parameter kh&sub2; durch kh&sub2; = 2π(t&sub1;/λ) definiert ist und t&sub2;, angegeben in um, die Dicke der Diamantschicht ist.

4. Eine akustische Oberflächenwellen-Vorrichtung für die erste Mode einer akustischen Oberflächenwelle mit der Wellenlänge λ, angegeben in um, umfassend:

eine Diamantschicht,

eine polykristalline, C-Achsen-orientierte LiTaO&sub3;-Schicht, die auf der Diamantschicht ausgebildet ist,

und einen auf der LiTaO&sub3;-Schicht ausgebildeten Interdigitalwandler;

wobei die akustische Oberflächenwellen-Vorrichtung die Relation 0.4 ≤ kh&sub1; ≤ 1.2 erfüllt, wobei der Parameter kh&sub1; durch kh&sub1; = 2π(t&sub1;/λ) definiert ist und t&sub1; (um) die Dicke der LiTaO&sub3;-Schicht ist.

5. Eine akustische Oberflächenwellen-Vorrichtung für die zweite Mode einer akustischen Oberflächenwelle mit der Wellenlänge λ, angegeben in um, umfassend:

eine Diamantschicht,

und eine polykristalline, C-Achsen-orientierte LiTaO&sub3;-Schicht, die auf der Diamantschicht angeordnet ist,

und einen auf der LiTaO&sub3;-Schicht ausgebildeten Interdigitalwandler,

wobei die akustische Oberflächenwellen-Vorrichtung die Relation 1.0 ≤ kh&sub1; ≤ 2.3 erfüllt, wobei der Parameter kh&sub1; durch kh&sub1; = 2π(t&sub1;/λ) definiert ist und t&sub1;, angegeben in um, die Dicke der LiTaO&sub3;-Schicht ist.

6. Eine akustische Oberflächenwellen-Vorrichtung nach Anspruch 5, weiter aufweisend ein Substrat, wobei die Diamantschicht auf der Oberfläche des Substrates ausgebildet ist und wobei die akustische Oberflächenwellen-Vorrichtung die Relation 4 ≤ kh&sub2; erfüllt, wobei der Parameter kh&sub2; durch kh&sub2; = 2π(t&sub2;/λ) definiert ist und t&sub2;, angegeben in um, die Dicke der Diamantschicht ist.

7. Eine akustische Oberflächenwellen-Vorrichtung für die erste Mode einer akustischen Oberflächenwelle mit der Wellenlänge λ, angegeben in um, umfassend:

eine Diamantschicht,

einen auf der Diamantschicht ausgebildeten Elektrodenfilm,

eine polykristalline, C-Achsen-orientierte LiTaO&sub3;-Schicht, die auf dem Elektrodenfilm ausgebildet ist,

und einen auf der LiTaO&sub3;-Schicht ausgebildeten Interdigitalwandler;

wobei die akustische Oberflächenwellen-Vorrichtung die Relation 0.6 ≤ kh&sub1; ≤ 1.2 erfüllt, wobei der Parameter kh&sub1; durch kh&sub1; = 2π(t&sub1;/λ) definiert ist und t&sub1; (um) die Dicke der LiTaO&sub3;-Schicht ist.

8. Eine akustische Oberflächenwellen-Vorrichtung für die zweite Mode einer akustischen Oberflächenwelle mit der Wellenlänge λ, angegeben in um, umfassend:

eine Diamantschicht,

einen auf der Diamantschicht ausgebildeten Elektrodenfilm,

und einen auf der LiTaO&sub3;-Schicht ausgebildeten Interdigitalwandler;

wobei die akustische Oberflächenwellen-Vorrichtung die Relation 1.5 ≤ kh&sub1; ≤ 3.0 erfüllt, wobei der Parameter kh&sub1; durch kh&sub1; = 2π(t&sub1;/λ) definiert ist und t&sub1; (um) die Dicke der LiTaO&sub3;-Schicht ist.

9. Eine akustische Oberflächenwellen-Vorrichtung nach Anspruch 8, weiter aufweisend ein Substrat, wobei die Diamantschicht auf der Oberfläche des Substrates ausgebildet ist und wobei die akustische Oberflächenwellen-Vorrichtung die Relation 4 ≤ kh&sub2; erfüllt, wobei der Parameter kh&sub2; durch kh&sub2; = 2π(t&sub2;/λ) definiert ist und t&sub2;, angegeben in um, die Dicke der Diamantschicht ist.