DE69623094T2

DE69623094T2 - Dünnfilmanordnung mit akustischen Volumenwellen

Info

Publication number: DE69623094T2
Application number: DE69623094T
Authority: DE
Inventors: Toshihisa Honda; Shunpei Kameyama; Tomonori Kimura; Chisako Maeda; Koichiro Misu; Tsutomu Nagatsuka; Shusou Wadaka; Akira Yamada
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1995-10-27
Filing date: 1996-01-22
Publication date: 2003-10-09
Anticipated expiration: 2016-01-23
Also published as: EP0771070B1; KR970024253A; JPH09130200A; DE69623094D1; EP0771070A3; EP0771070A2; KR100225815B1; JP3371050B2

Description

Hintergrund der Erfindung

Gebiet der Erfindung

Diese Erfindung bezieht sich auf eine Dünnfilmanordnung mit akustischen Volumenwellen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und auf ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 31.

Beschreibung des Standes der Technik

Die Anordnung mit akustischen Volumenwellen arbeitet als der Resonator und das Filter durch Verwendung des piezoelektrischen Materials, das eine Transformation zwischen einem elektrischen Signal und der akustischen Welle durchführt.
Fig. 54 zeigt einen konventionellen Typ der Anordnung mit akustischen Volumenwellen, die in der Literatur z. B. in "1983 IEEE Ultransonic Symposium, S. 299-310" (nachfolgend als Dokument 1 bezeichnet), der japanischen nicht geprüften Patentveröffentlichung Nummer sho 63-187713 (nachfolgend als Dokument 2 bezeichnet) und in "IEEE, 41. Annual Frequency Control Symposium, S. 371-381, 1987" (nachfolgend als Dokument 3 bezeichnet) beschrieben ist. Ein Halbleitersubstrat 1 besteht z. B. aus Silicium (Si) oder Gallium Arsenid (GaAs). Ein piezoelektrischer Dünnfilm 2 besteht z. B. aus Zinkoxid (ZnO) oder Aluminiumnitrid (AlN). Und eine Halbleiterschaltung ist vorgesehen.
Hinsichtlich einer den piezoelektrischen Dünnfilm 2 verwendenden Anordnung können zwei Fälle auftreten. Der eine ist ein Fall, in welchem eine Oberflächenanordnung für akustische Wellen wie in Dokument 1 gezeigt verwendet wird, und der andere ist ein Fall, in welchem die Dünnfilmanordnung für akustische Volumenwellen wie in den Dokumenten 2 und 3 gezeigt verwendet wird. Die Oberflächenanordnung für akustische Wellen bildet einen interdigitalen Wandler auf der Oberfläche des piezoelektrischen Dünnfilms 2. Die Oberflächenanordnung für akustische Wellen kann den Resonator, das Filter, eine Verzögerungsleitung, eine Korrelationsvorrichtung usw. realisieren. Andererseits kann die Anordnung für akustische Volumenwellen einen Ultraschall-Volumenresonator und ein Filter für akustische Volumenwellen, das aus den Resonatoren für akustische Volumenwellen besteht, realisieren. Der Oberflächenresonator für akustische Wellen und der Resonator für Ultraschall-Volumenwellen haben einander unterschiedliche Strukturen, aber haben nahezu dieselbe elektrische Funktion. Nachfolgend ist ein Fall der Anordnung für akustische Volumenwellen gezeigt.
Die Fig. 55 und 56 zeigen einen herkömmlichen Typ des Resonators für akustische Volumenwellen, der in den Dokumenten 2 und 3 gezeigt ist, und die Literaturstellen "1985 IEEE Ultrasonic Symposium, S. 311- 318" (nachfolgend als Dokument 4 bezeichnet), "1990 IEEE Ultrasonic Symposium, S. 529-536" (nachfolgend als Dokument 5 bezeichnet), nicht geprüfte japanische Patentveröffentlichung Nummer hei 6-350154" (nachfolgend als Dokument 6 bezeichnet) usw. gezeigt ist. Fig. 55 zeigt eine Ansicht der Oberseite dieses herkömmlichen Typs von Resonator für Ultraschall- Volumenwellen. Fig. 56 zeigt eine Querschnittsansicht des in Fig. 55 gezeigten Resonators für Ultraschall- Volumenwellen entlang der Linie A-A. In Fig. 56 ist Siliciumoxid (SiO&sub2;) 4 vorgesehen. Ein Erdleiter 5 ist aus einem Halbleiter gebildet, in welchem Verunreinigungen mit hoher Konzentration dotiert sind. Der Erdleiter 5 kann aus Metall bestehen. Eine oberseitige Elektrode 6 ist aus Metall gebildet und ein Durchgangsloch 7 ist vorgesehen.
Die Arbeitsweise wird nun beschrieben. In Fig. 56 tritt, wenn die Spannung zwischen dem Erdleiter 5 und die oberseitige Elektrode 6 angelegt wurde, ein elektrisches Feld in dem piezoelektrischen Dünnfilm 2 auf. Der piezoelektrische Dünnfilm 2 hat eine Eigenschaft dahingehend, daß ein Verformung oder mechanische Beanspruchung bewirkt wird, wenn das elektrische Feld erzeugt wird. Wenn dann die angelegte Spannung oszilliert, wird eine akustische Welle in dem piezoelektrischen Dünnfilm 2 entsprechend der angelegten Spannung erregt. Die Richtung der Ausbreitung der erregten akustischen Welle, die Richtung der Versetzung der elastischen Vibration und der Wirkungsgrad der Erregung der akustischen Welle für die angelegte Spannung werden bestimmt durch die Materialien des verwendeten piezoelektrischen Dünnfilms 2 sowie die Formen des Erdleiters 5 und der oberseitigen Elektrode 6 usw. In der folgenden Diskussion wird angenommen, daß die Richtung der Ausbreitung der akustischen Welle in der Richtung der Dicke des piezoelektrischen Dünnfilms 2 liegt, welche Richtung entsprechend der Richtung von dem Erdleiter 5 zu der oberseitigen Elektrode 6 ist. Und es wird angenommen, daß die Richtung der Versetzung der elastischen Vibration in der Richtung der Dicke des piezoelektrischen Dünnfilms 2 liegt.
Die akustische Welle wird in dem Bereich zwischen der oberseitigen Elektrode und dem Erdleiter 5, in dem ein elektrisches Feld existiert, erregt. Daher wird die akustische Welle angenähert in dem Bereich zwischen der oberseitigen Elektrode 6 und dem Erdleiter 5 erregt. Da die erregte akustische Welle sich in der Richtung der Dicke des piezoelektrischen Dünnfilms ausbreitet, wird sie an den die Luft berührenden Flächen reflektiert, d. h. der Oberfläche 6a der oberseitigen Elektrode 6 und der Unterseite 4a des Siliciumoxids 4. Dies beruht darauf, daß die akustische Impedanz des festen Mediums wie der oberseitigen Elektrode 6, des piezoelektrischen Dünnfilms 2, des Erdleiters 5 und des Siliciumoxids 4 stark unterschiedlich von der akustischen Impedanz der Luft ist. Die Oberfläche 6a und die Unterseite 4a, die der Luft zugewandt sind, können im wesentlichen als vollständige Reflektoren betrachtet werden. Die Grenzbedingung an einer solchen Oberfläche ist in der Literatur z. B. offenbart in "Supervised by Onoue, the Basics of Solid Oscillation Theory, Sept. 1982, Ohmu-sha, Kapitel 5, Wave on Infinite Plate, S. 77-116" (nachfolgend als Dokument 7 bezeichnet). Demgemäß beeinträchtigt in dem Resonator für Ultraschall-Volumenwellen mit der in Fig. 56 gezeigten Konfigurationen das Material des Halbleitersubstrats 1 nicht direkt die Erregungscharakteristik der akustischen Welle. Die akustische Welle wird zwischen der Oberfläche 6a der oberseitigen Elektrode 6 und der Unterseite 4a des Siliciumoxids 4 gehalten. Eine Resonanz tritt angenähert um die Frequenz auf, bei der die Länge zwischen der Oberfläche 6a der oberseitigen Elektrode 6 und der Unterseite 4a des Siliciumoxids 4 ein ganzzahliges Vielfaches der halben Wellenlänge der akustischen Wellen ist. Das heißt die in Fig. 58 gezeigte Anordnung für akustische Volumenwellen arbeitet als ein Resonator für Ultraschall-Volumenwellen. Das Siliciumoxid 4 ist dünn und seine Dichte ist im allgemeinen gering im Vergleich zu der oberseitigen Elektrode 6, dem Erdleiter 5 und dem piezoelektrischen Dünnfilm 2. Demgemäß kann der Beitrag des Siliciumoxids 4 zu der elastischen Resonanzbedingung als gering angesehen werden. Fig. 57 zeigt eine vereinfachte Konfiguration des Resonators für Ultraschall-Volumenwellen. Die vereinfachte Konfiguration hat eine Dreischichtstruktur, die aus der oberseitigen Elektrode 6, dem piezoelektrischen Dünnfilm 2 und dem Erdleiter 5 zusammengesetzt ist. Die vereinfachte Konfiguration kann verwendet werden, um den Resonator für akustische Volumenwellen darzustellen, wenn die Dreischichtstruktur im wesentlichen die Resonanzbedingung bestimmt. In der Figur arbeitet die Resonanzvorrichtung 8 als der Resonator.
In Fig. 57 wird angenommen, daß die Dicke der oberseitigen Elektrode 6 und des Erdleiters 5 jeweils d ist und die Dicke des piezoelektrischen Dünnfilms 2 gleich h ist. Wenn die Lastwirkungen der oberseitigen Elektrode 6 und des Erdleiters 5 ignoriert werden, wird die Resonanzfrequenz fr durch den Ausdruck 1 berechnet.

Ausdruck 1:

2fr = n(h/Vp + d/Vm)&supmin;¹
Im Ausdruck 1 ist n eine ganze Zahl, Vp ist die Ausbreitungsgeschwindigkeit einer akustischen Welle in dem piezoelektrischen Dünnfilm, Vm ist die Ausbreitungsgeschwindigkeit einer akustischen Welle in der oberseitigen Elektrode 6 und dem Erdleiter 5. Die Ausbreitungsgeschwindigkeiten Vp und Vm sind bestimmt durch die für den piezoelektrischen Dünnfilm 2, die oberseitige Elektrode 6 und den Erdleiter 5 verwendeten Materialien, sowie die Richtung der Ausbreitung und die Richtung der Vibration. Die tatsächliche Resonanzfrequenz der in Fig. 57 gezeigten Resonanzvorrichtung ist niedriger als die durch Ausdruck 1 berechnete Resonanzfrequenz fr aufgrund der Ladewirkungen der oberseitigen Elektrode 6 und des Erdleiters 5, die im Ausdruck 1 ignoriert sind. Die Beziehung zwischen der Resonanzfrequenz und den Ladewirkungen ist in der Literatur beschrieben in "Supervised by Onoue, the Basics of Solid Oscillation Theory, Sept. 1982, Ohmu-sha, Kapitel 9, Wave of Piezoelectric Plate, S. 189-195" (nachfolgend als Dokument 8 bezeichnet).
Wie im Dokument 5 gezeigt ist, beträgt die akustische Geschwindigkeit des piezoelektrischen Materials angenähert 6000 m/s für Zinkoxid und angenähert 10000 m/s für Aluminiumnitrit. Der in Fig. 57 gezeigte piezoelektrische Dünnfilm-Resonator ist durch Verwendung eines derartigen piezoelektrischen Materials gebildet. Zum Beispiel wird in einem Fall, in welchem die Resonanzfrequenz der Grundwelle (n = 1) gleich 2 GHz ist, selbst wenn jeweils die Dicke d der oberseitigen Elektrode 6 und des Erdleiters 5 ignoriert wird, die Dicke h des piezoelektrischen Dünnfilms 2 als 1,5 um bis 2,5 um berechnet. Das heißt, es ist eine extrem geringe Dicke des Dünnfilms erforderlich. Zusätzlich ist, wenn jeweils die Dicke d der oberseitigen Elektrode 6 und des Erdleiters 5 berücksichtigt wird, die erforderliche Filmdicke des piezoelektrischen Dünnfilms 2 noch dünner. Piezoelektrische Dünnfilme, die in herkömmlichen bekannten piezoelektrischen Resonatoren und herkömmlichen bekannten piezoelektrischen Filtern für das Zwischenfrequenzband (nachfolgend als IF bezeichnet), werden durch Schlichten von Plattenmaterialien hergestellt. Das Schlichtverfahren kann nicht verwendet werden, um einen piezoelektrischen Dünnfilm mit einer Dicke von mehreren um herzustellen.
Die Eigenschaften des in Fig. 57 gezeigten piezoelektrischen Dünnfilmresonators sind grundsätzlich dieselben wie die von herkömmlich bekannten Kristalloszillatoren und herkömmlich bekannten keramischen Oszillatoren für das IF-Band, die das Plattenmaterial verwenden. Der Kristalloszillator und der Keramikoszillator werden im einzelnen in der Literatur beschreiben z. B. in "Acoustic wave Device Technology Handbook, herausgegeben von der Japan Society for the Promotion of Science Acoustic wave Device Technology The 150th committee, herausgegeben von Ohmu-sha, 1. Ausgabe von 30. November 1991, Band II, Bulk Wave Device, Kapitel 3, Piezoelectric Bulk Wave Device, S. 90-143" (nachfolgend als Dokument 9 bezeichnet).
Wie im Dokument 9 beschrieben ist, zeigt Fig. 58 eine Äquivalenzschaltung des in Fig. 57 gezeigten Resonators für Ultraschall-Volumenwellen. In der Figur ist eine Kapazität C&sub0;9 zwischen die oberseitige Elektrode 6 und den Erdleiter 5 gekoppelt. Eine äquivalent Induktivität L&sub1;10, eine äquivalente Kapazität C&sub1;11 und ein äquivalenter Widerstand R&sub1;12 sind in Reihe geschaltet. Fig. 9 zeigt eine repräsentative charakteristische Impedanz der in Fig. 58 gezeigten Äquivalenzschaltung.
Die Äquivalenzschaltung in Fig. 58 hat eine Resonanz bei der Frequenz Fr. die Frequenz Fr ist die Frequenz, bei der die äquivalent Induktivität L&sub1;10 und die äquivalente Kapazität C&sub1;11 in Reihe in Resonanz sind. Wenn der äquivalente Widerstand R&sub1; null ist, wird die Impedanz gleich null. Die Äquivalenzschaltung ist bei der Frequenz Fa in Antiresonanz. Die Frequenz Fa ist eine Frequenz, bei der die Kapazität C&sub0;9, die Serienschaltung aus der äquivalenten Induktivität L&sub1;10 und der äquivalenten Kapazität C&sub1;11 parallel in Resonanz sind. Wenn der äquivalente Widerstand R&sub1; null ist, wird die Impedanz unendlich. Die charakteristische Impedanz in Fig. 59 zeigt einen Fall, in welchem der äquivalente Widerstand R&sub1; nicht null ist und daher die Impedanz bei der Frequenz Fa einen endlichen Wert zeigt.
Es besteht eine einzige Beziehung zwischen der Kapazität C&sub0;9, der äquivalenten Induktivität L&sub1;10, der äquivalenten Kapazität C&sub1;11, der Resonanzfrequenz Fr und der Antiresonanzfrequenz Fa. Die folgenden Ausdrücke 2 und 3 sind im Dokument 9 offenbart. Ausdruck 2: Ausdruck 3:
Zusätzlich steht ein Qualitätsfaktor Qm des Resonators in Beziehung zu der Schaltungskonstanten der in Fig. 58 gezeigten Äquivalenzschaltung und der folgende Ausdruck 4 für Qm ist im Dokument 9 offenbart. Ausdruck 4:
Die in dem Ausdruck 1 gezeigte gezeigte Frequenz fr ist ein angenäherter Wert der Resonanzfrequenz Fr und der Antiresonanzfrequenz Fa. Genau genommen wird der Wert bestimmt durch die Materialien und körperlichen Formen der oberseitigen Elektrode 6 und des Erdleiters 5, und das Material, die Richtung der Kristallisierung und die körperliche Form des piezoelektrischen Dünnfilms 2. Zusätzlich sind Qm und die Differenz zwischen der Resonanzfrequenz Fr und der Antiresonanzfrequenz Fa meistens bestimmt durch das Material und die Richtung der Kristallisierung des piezoelektrischen Dünnfilms 2. Die Differenz zwischen der Resonanzfrequenz Fr und der Antiresonanzfrequenz Fa beeinträchtigen stark den Einstellbereich der maximalen Frequenz, wenn eine Oszillatorschaltung einen Resonator für Ultraschall-Volumenwellen verwendet, und sie beeinträchtigt die maximale Bandpassbreite, wenn ein Filter mit den Resonatoren für Ultraschall- Volumenwellen ausgebildet ist.
Der wirksame elektromechanische Kopplungsfaktor k²eff wird dem folgenden Ausdruck 5 berechnet unter Verwendung der Resonanzfrequenz Fr und der Antiresonanzfrequenz Fa. Ausdruck 5:
Die wirksame elektromechanische Kopplungskonstante k²eff wird bestimmt auf der Grundlage der Materialien, der Richtung der Kristallisierung des piezoelektrischen Dünnfilms 2 und der Richtung der Ausbreitung und der Richtung der Vibration der akustischen Welle. Dies wird in der Literatur beschrieben in "Ultrasonic Wave Technology Handbook, Daily Technical Newspaper Publishing Company, 8. Ausgabe von 25. Juli 1991, S. 363-371" (nachfolgend als Dokument 10 bezeichnet) Wenn angenommen wird, daß die elektromechanische Kopplungskonstante k² der maximale Wert der elektromechanischen Kopplungskonstante k²eff ist, kann die Frequenzdifferenz ΔF zwischen der Resonanzfrequenz Fr und der Antiresonanzfrequenz Fa durch den folgenden Ausdruck 6 berechnet werden.

Ausdruck 6:

ΔF = Fa - Fr = Fr( - 1)
Fig. 60 zeigt ein Beispiel der charakteristischen Impedanz eines Resonators für Ultraschall- Volumenwellen. Bei dem Resonator für Ultraschall- Volumenwellen wird die Frequenz, bei der die Impedanz sich von dem Bereich der kapazitiven Reaktanz zu dem Bereich der induktiven Reaktanz ändert, wenn die Frequenz zunimmt und die Reaktanzkomponente zu null wird, als Fr gesetzt. Die Frequenz, bei der sich die Impedanz von dem induktiven Reaktanzbereich zu dem kapazitiven Reaktanzbereich ändert und die Reaktanzkomponente zu null wird, wird als Fa gesetzt. Die Frequenz Fr ist die in den Ausdrücken 2 bis 5 gezeigte Resonanzfrequenz und die Frequenz Fa ist die Antiresonanzfrequenz.
Fig. 61 ist ein grundsätzlicher Teil der Oszillatorschaltung eines Colpitts-Typs, die herkömmlich gut bekannt ist. In der Figur sind ein Transistor 13, Kondensatoren CC, CB 14 und ein Resonator 15 für Ultraschall-Volumenwellen vorgesehen.
Eine der Bedingungen, bei denen die in Fig. 61 gezeigte Oszillatorschaltung oszilliert, ist angenähert in dem folgenden Ausdruck 7 gezeigt, wenn angenommen wird, daß der Einfluß des Transistors 13 klein ist. Die Oszillatorschaltung wird im einzelnen beschrieben in der Literatur in "High Frequency, Oscillation, Modulation and Demodulation, Tokyl Electric College publishing co., 1. Ausgabe vom 10. Mai 1996" (nachfolgend als Dokument 11 bezeichnet), auf den S. 49- 91.

Ausdruck 7:

1/jωCc + 1/jωCB + 1/Y = 0
Im Ausdruck 7 ist w die Winkelfrequenz und Y ist die Admittanz des Resonators 15 für Ultraschall- Volumenwellen. Die Admittanz Y wird gemäß dem folgenden Ausdruck 8 auf der Grundlage der Äquivalenzschaltung nach Fig. 58 berechnet. Ausdruck 8:
Um dem Ausdruck 7 zu genügen, ist es erforderlich, daß der Resonator 15 für Ultraschall-Volumenwellen eine induktive Reaktanzcharakteristik hat. Daher ist der mögliche Frequenzbereich der Oszillation beschränkt auf den Bereich innerhalb Fr und Fa. Das heißt, durch Verwendung des Resonators 15 für Ultraschall-Volumenwellen mit den in Fig. 60 gezeigten Eigenschaften ist der Frequenzbereich, in welchem oszilliert werden kann, kleiner als die Frequenzdifferenz ΔF zwischen der Resonanzfrequens Fr und der Antiresonanzfrequenz Fa.
In einem Fall, in welchem eine stabile Oszillation bei einer bestimmten Frequenz erforderlich ist, ist ein Resonator mit einer engen Bandbreite geeignet, dessen Frequenz ΔF zwischen der Resonanzfrequenz Fr und der Antiresonanzfrequenz Fa klein ist. Herkömmlicherweise wurde, wenn eine stabile Oszillation bei einer bestimmten Frequenz erforderlich ist, wie im Dokument 9 offenbart ist, ein Quarzresonator in weitem Umfang verwendet. Da Quarz eine extrem kleine elektromechanische Kopplungskonstante k² hat, ist die Frequenzdifferenz ΔF zwischen der Resonanzfrequenz Fr und der Antiresonanzfrequenz Fa extrem klein und die Temperaturcharakteristik ist stabil. Als ein Ergebnis ist, wenn eine Oszillatorschaltung unter Verwendung von Quarz ausgebildet ist, die Stabilität der Oszillationsfrequenz extrem groß. Da jedoch der piezoelektrische Dünnfilm 2 nicht unter Verwendung von Quarz gebildet ist, ist es unmöglich, den in Fig. 56 gezeigten Resonator für Ultraschall-Volumenwellen unter Verwendung des piezoelektrischen Dünnfilms 2 auszubilden. Da die Frequenzdifferenz ΔF zwischen Resonanzfrequenz Fr und der Antiresonanzfrequenz Fa im Falle von Quarz extrem klein ist, ist zusätzlich der Frequenzveränderungsbereich extrem eng, wenn der spannungsgesteuerte Oszillator (VCO)durch Quarz gebildet ist.
Wenn die durch Quarz erhaltene hohe Stabilität nicht erforderlich ist, wurde beispielsweise, wie in den Dokumenten 2 und 3 gezeigt ist, ein Resonator für Ultraschall-Volumenwellen unter Verwendung von Zinkoxid (ZnO) und Aluminiumnitrit (AlN) eingesetzt. Ein Resonator für Ultraschall-Volumenwellen der Zinkoxid. (ZnO) und Aluminiumnitrit (AlN) verwendet, kann nicht eine Oszillation so hoher Stabilität liefern wie es ein Quarzoszillator selbst tut. Daher wird entweder der Kondensator CB 14 oder der Kondensator CC 14 durch eine Diode mit variabler Kapazität usw. ersetzt. Die Kapazität der Diode mit variabler Kapazität verändert sich auf der Grundlage der an die Diode angelegten Spannung. Demgemäß kann der Resonator mit Ultraschall-Volumenwellen als ein VCO mit einer variablen Oszillationsfrequenz verwendet werden. In diesem Fall fängt die Beschränkung des Frequenzbereichs, in welchem oszilliert werden kann, von der elektromechanischen Kopplungskonstante k² ab. Das heißt, gemäß dem Material des piezoelektrischen Dünnfilms 2 kann der mögliche Frequenzbereich der Oszillation bestimmt werden.
Fig. 62 zeigt ein Beispiel eines Abschnitts einer Schaltungsansicht des Filters für Ultraschall- Volumenwellen, das herkömmlicherweise gut bekannt ist und durch Verbinden der Resonatoren 15a und 15b für Ultraschall-Volumenwellen in einer Leiterschaltung gebildet ist. In der Figur sind der Eingangsanschluß 16, ein Ausgangsanschluß 17 und ein Erdanschluß 18 vorgesehen. Fig. 63 zeigt eine Ansicht der charakteristischen Impedanz von jedem der Resonatoren 15a und 15b für Ultraschall-Volumenwellen, die das in Fig. 62 gezeigte Filter für Ultraschall-Volumenwellen bilden. In der Figur ist die charakteristische Impedanz 19 die Impedanz des Resonators 15a für Ultraschall- Volumenwellen, der in Fig. 62 ein Nebenschlußelement ist, und die charakteristische Impedanz 20 ist die charakteristische Resonanz 15b für Ultraschall- Volumenwellen, der in Fig. 62 ein Freienelement ist. Fig. 64 zeigt den Frequenzgang des in Fig. 62 gezeigten Filters für Ultraschall-Volumenwellen.
Wenn das Filter durch Verwendung der leiterförmigen Verbindung konfiguriert ist, wie in Fig. 62 gezeigt und ein dem Dokument 9 offenbart ist, werden die Antiresonanzfrequenz Fap des Resonators 15a für Ultraschall-Volumenwellen, der das Nebenschlußelement ist, und die Resonanzfrequenz Frs des Resonators 15b für Ultraschall-Volumenwellen, der das Reihenelement ist, so eingestellt, daß sie nahezu gleich sind. Um diese Frequenzen Fap und Frs herum hat der Resonator 15a für Ultraschall-Volumenwellen (das Nebenschlußelement) eine nahezu unendliche Impedanz. Der Resonator 15b für Ultraschall-Volumenwellen (das Reihenelement) hat eine Impedanz, die nahezu als ein Kurzschluß angesehen werden kann. Dann können die elektrischen Charakteristiken zwischen dem Eingangsanschluß 16 und dem Ausgangsanschluß 17 nahezu als ein Kurzschluß betrachtet werden und die in Fig. 62 gezeigte Schaltung kann als eine Übertragungsleitung angesehen werden. Das heißt, daß Filter für Ultraschall-Volumenwellen arbeitet als ein Filter, das einen Bandpass um die Frequenz Fap und Frs herum hat. Andererseits hat der Resonator 15a für Ultraschall-Volumenwellen (das Nebenschlußelement) um die Resonanzfrequenz Frp herum eine Impedanz, die nahezu als Kurzschluß betrachtet werden kann. Um die Antiresonanzfrequenz Fas herum hat der Resonator 15b für Ultraschall-Volumenwellen (das Reihenelement) eine nahezu unendlich Impedanz. Daher können die elektrischen Charakteristiken zwischen Eingangsanschluß 16 und dem Ausgangsanschluß 17 so bestimmt werden, daß sie geöffnet sind. Die in Fig. 62 gezeigte Schaltung liefert einen Dämpfungspol um die Frequenzen Frp und Fas herum. Demgemäß zeigt das Filter für Ultraschall-Volumenwellen, daß durch Verbinden der Resonatoren 15a und 15b mit der in. Fig. 63 gezeigten charakteristischen Impedanz gebildet ist, wie in Fig. 62 gezeigt ist, die in Fig. 64 illustrierte Durchgangscharakteristik.
Wenn die Differenz zwischen der Resonanzfrequens Frp und der Antiresonanzfrequenz Fap des Resonators 15a für Ultraschall-Volumenwellen des Nebenschlußelements und die Differenz zwischen der Resonanzfrequenz Frs und der Antiresonanzfrequenz Fas des Resonators 15b für Ultraschall-Volumenwellen nahezu dieselbe Frequenzdifferenz ΔF sind, kann die auf dem in Fig. 64 gezeigten Frequenzgang basierende Bandpassbreite 2ΔF nicht überschreiten. Die in dem Ausdruck 6 gezeigte Frequenzdifferenz ΔF hängt in großem Maße von der elektromechanischen Kopplungskonstante k² des piezoelektrischen Dünnfilms 2 ab und daher hängt der Begrenzungswert der Bandpassbreite des Filters für Ultraschall-Volumenwellen in großem Maße von dem Material des piezoelektrischen Dünnfilms 2 ab.
Durch Ersetzen der Resonatoren 15a und 15b für Ultraschall-Volumenwellen durch die in Fig. 58 gezeigte Äquivalenzschaltung hängt der Einsetzverlust oder das Dämpfungsvolumen an dem Dämpfungspol des Filters für Ultraschall-Volumenwellen von dem äquivalenten Widerstand jedes der Resonatoren 15a und 15b für Ultraschall-Volumenwellen ab. Daher hängt der Frequenzgang des Filters für Ultraschall-Volumenwellen wie der Einsetzverlust, die Bandpassbreite und die Dämpfung an dem Dämpfungspol Von der elektromechanischen Kopplungskonstante k² und Qm ab.
Die Fig. 65 und 66 zeigen ein Beispiel eines Filters für Ultraschall-Volumenwellen, daß eine herkömmlich bekannte Mehrfachmode-Resonanz verwendet. Fig. 65 zeigt eine Ansicht der oberen Seite und Fig. 66 zeigt eine Querschnittsansicht entlang der Linie B-B. Die Fig. 65 und 66 zeigen ein Doppelmodus-Filter, das in der Literatur beschrieben ist in "Applied Physics Letters, Band 37, Nr. 11, S. 993-995, Dez. 1980" (nachfolgend als Dokument 12 bezeichnet). In der Figur ist ein Halbleitersubstrat 1 aus Silicium gebildet. Eine Siliciumschicht 21 ist epitaxial auf das Halbleitersubstrat 1 aufgebracht. Ein Erdleiter 5 hat Gold (Au) zwischen Titan(Ti)-Schichten. Ein piezoelektrischer Dünnfilm 2 ist aus Zinkoxid (ZnO) gebildet. Eine oberseitige Elektrode 6 besteht aus Aluminium (Al). eine Zuführungselektrode auf der Eingangsseite 22, eine Zuführungselektrode auf der Ausgangsseite 23 und ein Durchgangsloch 7 sind vorgesehen.
Fig. 67 zeigt ein Beispiel der Äquivalenzschaltung des in Fig. 66 gezeigten Filters für Ultraschall- Volumenwellen. In der Figur sind äquivalente Schaltungskomponenten Cs, Ls, Rs in der Symmetriemodusresonanz, die mit dem Index s gezeigt sind, und die äquivalenten Ca, La, Ra in der Asymmetriemodusresonanz, die mit dem Index a gezeigt sind, durch einen Transformator T gekoppelt. Die Kopplungsgröße oder die Kopplungskapazität C&sub1;&sub3; des Transformators T wird durch Materialien und die Dicken des piezoelektrischen Dünnfilms 2, der oberseitigen Elektrode 6 und des Erdleiters 5, sowie die Form und die Gestalt der oberseitigen Elektrode 6 bestimmt. Bezüglich des in Fig. 66 gezeigten Filters für Ultraschall- Volumenwellen offenbart das Dokument 9 die in Fig. 67 gezeigte Äquivalenzschaltung. Das Dokument 9 offenbart auch, daß das in den Fig. 65 und 66 gezeigte Filter für Ultraschall-Volumenwellen Charakteristiken entsprechend einem Abschnitt des in Fig. 62 gezeigten Filters für Ultraschall-Volumenwellen mit der Leiterverbindung hat. Das heißt, in dem Fall des in den Fig. 65 und 66 gezeigten Filters für Ultraschall- Volumenwellen hängt das Frequenzansprechverhalten des Filters für Ultraschall-Volumenwellen wie Einsetzverlust, Bandpassbreite, Dämpfung am Dämpfungspol usw. von der elektromechanischen Kopplungskonstante k² und Qm des piezoelektrischen Dünnfilms 2 ab.
Wie beschrieben wurde, werden die Charakteristiken des Resonators für akustische Volumenwellen und des Filters für Ultraschall-Volumenwellen stark durch die elektromechanische Kopplungskonstante k² und durch Qm beeinträchtigt, welche die Materialeigenschaften des piezoelektrischen Dünnfilms 2 sind. Die folgende Tabelle 1 ist ein repräsentativer Wert der Materialkonstanten des im Dokument 9 gezeigten hauptsächlichen piezoelektrischen Materials. Im allgemeinen hat der Einkristall einen extrem großen Wert für Qm und eine große elektromechanische Kopplungskonstante k². Aber er wird als eine Halbleiterscheibe verwendet und es gibt keinen Bericht über einen Dünnfilm mit einer Charakteristik, die äquivalent der der Halbleiterscheibe ist. Keramik hat ein Merkmal, daß sie eine große elektromechanische Kopplungskonstante k² und eine große dielektrische Konstante hat. Andererseits ist Qm klein. Bei Keramiken können verschiedene Arten von elektromechanischen Kopplungskonstanten k2, Qm und dielektrischen Konstanten erzielt werden, indem das Verbundverhältnis der zusammengesetzten Komponenten geändert und eine geringe Menge von Zusätzen hinzugefügt werden. Im allgemeinen wird das Plattenmaterial, in welches die Keramik gebrannt wird, in dem Resonator und dem Filter verwendet, um im IF-Band zu arbeiten. Das Dokument 6 zeigt ein Beispiel eines Dünnfilms, der Bleititanat-Zirkonat (PZT) verwendet. Hinsichtlich der Dünnfilme werden herkömmlich Zinkoxid (ZnO) und Aluminiumnitrit (AlN) in weitem Umfang verwendet, obgleich nur Zinkoxid in der Tabelle 1 gezeigt ist. Diese Materialien haben eine kleinere mechanische Kopplungskonstante k² im Vergleich zum Einkristall und Keramik. Zusätzlich hat Qm einen Zwischenwert zwischen dem Einkristall und Keramik. Tabelle 1
Wie beschrieben wurde, werden verschiedene Plattenmaterialien in Resonatoren in Ultraschall-Volumenwellen für Filter für Ultraschall-Volumenwellen verwendet, die in dem IF-Band zu verwenden sind, wie im Dokument 9 offenbart ist. Jedoch sind die in dem Resonator für Ultraschall-Volumenwellen und dem Filter für Ultraschall-Volumenwellen enthalten den piezoelektrischen Dünnfilm 2 auf dem Halbleitersubstrat 1 zu verwendenden Materialien begrenzt. Das heißt, als tatsächliche Beispiele gibt es Zinkoxid (ZnO) und Aluminiumnitrit (AlN) wie in den Dokumenten 1, 2, 3 und 5 offenbart ist, oder Bleititanat-Zirkonat (PZT) wie im Dokument 6 offenbart ist. Entsprechend der Tabelle 1 und den Dokumenten 3 und 5 hat die elektromechanische Kopplungskonstante k² von Zinkoxid einen Bereich von 0,02 bis 0,1. Die elektromechanische Kopplungskonstante k² von Aluminiumnitrit (AlN) beträgt 0,03. Wenn ein Verhältnis der Frequenzdifferenz zwischen der Resonanzfrequenz Fr und der Antiresonanzfrequenz Fa zu der Resonanzfrequenz (ΔF/Fr) aus diesen Werten unter Verwendung des Ausdrucks 6 berechnet wird, ist das Verhältnis ΔF/Fr von 1%-5% für Zinkoxid (ZnO) und etwa 1% für Aluminiumnitrit (AlN). Unter der Annahme, daß dielektrische Kopplungskonstante k² von Bleititanat- Zirkonat (PZT) 0,5 beträgt, ist das Verhältnis ΔF/Fr etwa 22% für Bleititanat-Zirkonat (PZT).
Wenn diese Materialien auf das Halbleitersubstrat 1 als der piezoelektrische Dünnfilm 2 aufgebracht sind, wird der Dünnfilm nicht durch Schlichten des Plattenmaterials wie eine Halbleiterscheibe erzeugt. Der Dünnfilm wird durch einen Schichtherstellungsprozeß wie bei der Vakuumverdampfung, Sputtern usw. erzeugt. Daher ist es möglich, den Dünnfilm mit einer Dicke von mehreren Mikron herzustellen. Weiterhin ist es möglich, den Dünnfilm mit einer höheren Frequenz als den Resonator für Ultraschall-Volumenwellen und das Filter für Ultraschall-Volumenwellen zu betreiben, welche in dem herkömmlichen IF-Band arbeiten. Da der Resonator für Ultraschall-Volumenwellen und das Filter für Ultraschall-Volumenwellen auf demselben Substrat wie dem der Halbleiterschaltung gebildet sein können, ist es möglich, die gesamte Schaltung klein und leicht auszubilden. Wenn jedoch der Resonator für Ultraschall-Volumenwellen und das Filter für Ultraschall-Volumenwellen tatsächlich hergestellt werden, treten sicher Fertigungsfehler auf. Insbesondere ist es schwierig, die Dicken des piezoelektrischen Dünnfilms 2, der oberseitigen Elektrode 6 und des Erdleiters genau zu steuern.
Hinsichtlich dieses herkömmlichen Typs von Resonator von Ultraschall-Volumenwellen ist in der Literatur in "Manufacture and Application of Piezoelectric Materials, herausgegeben von CMC, 2. Ausgabe vom 5. August 1985" (nachfolgend als Dokument 13 bezeichnet) ein Verfahren zum Einstellen der Resonanzfrequenz und der Antiresonanzfrequenz beschrieben. Herkömmliche Verfahren enthalten das Verdampfen und Hinzufügen von Metallen zu der oberseitigen Elektrode 6 und das Trimmen der oberseitigen Elektrode 6 durch Verwendung beispielsweise eines Lasers nach der Ausbildung des Resonators für Ultraschall-Volumenwellen. Fig. 68 zeigt das Verfahren der Einstellung der Frequenz des herkömmlichen Typs des Resonators für Ultraschall- Volumenwellen. In der Figur ist der Bereich 24 derjenige, in welchem das Trimmen der oberseitigen Elektrode 6 durch Verwendung eines Lasers durchgeführt wird.
Wie beschrieben wurde, ist in dem Resonator für Ultraschall-Volumenwellen der angenähert durch den Ausdruck 1 charakterisiert ist, bei der Frequenz, bei der die Summe der Dicken der oberseitigen Elektrode 6 und des piezoelektrischen Dünnfilms 2 und des Erdleiters 5 eine halbe Wellenlänge ist, die akustische Welle in Resonanz. Jedoch verringern die Masselasten der oberseitigen Elektrode 6 und des Erdleiters 5 die Resonanzfrequenz gegenüber der, die durch Verwendung des Ausdrucks 1 bestimmt wird. Wie in Fig. 68 gezeigt ist, wird, wenn ein Trimmen für einen Teil der oberseitigen Elektrode 6 durchgeführt wird, die Masselast gemäß der oberseitigen Elektrode 6 leicht herabgesetzt. Daher wird die Resonanzfrequenz erhöht. Wenn andererseits Metalle durch Mittel wie die Vakuumverdampfung zu der oberseitigen Elektrode 6 hinzugefügt werden, wird die Resonanzfrequenz herabgesetzt. Wenn weiterhin die Resonanzfrequenz variiert, variiert auch Antiresonanzfrequenz, da sie mit der Resonanzfrequenz verbunden ist.
Ein derartiges Verfahren für die Frequenzeinstellung kann unabhängig zur Einstellung jedes Resonators für Ultraschall-Volumenwellen verwendet werden. Daher ist es erforderlich, die Massengröße zum Hinzufügen oder Trimmen genau zu kennen. Als eine Folge werden die Kosten der Einstellung höher. Wenn nur der Resonator für Ultraschall-Volumenwellen und nur das Filter für Ultraschall-Volumenwellen, bestehend aus den Resonatoren für Ultraschall-Volumenwellen, hergestellt werden, ist es möglich, den Resonator für Ultraschall- Volumenwellen und das Filter für Ultraschall- Volumenwellen in dem Herstellungsprozeß für die Filmanordnung für akustische Volumenwellen herzustellen, und daher kann das obige Einstellverfahren angewendet werden. Wenn andererseits der Resonator für Ultraschall-Volumenwellen und das Filter für Ultraschall- Volumenwellen auf einem Halbleitersubstrat gebildet sind, welches die Halbleiterschaltung trägt, werden der Resonator für Ultraschall-Volumenwellen und das Filter für Ultraschall-Volumenwellen während des Herstellungsprozesses der Halbleiterschaltung hergestellt. Da der Herstellungsprozeß für die Halbleiterschaltung eine Halbleiterscheibe als eine Herstellungseinheit behandelt, bei der die Halbleiterscheibe eine Vielzahl von Vorrichtungen enthält, ist ein gegenüber dem Herstellungsprozeß für die Halbleiterschaltung unterschiedlicher Prozeß erforderlich, um jede Vorrichtung einzustellen. Dieser zusätzliche Prozeß erhöht die Herstellungskosten.
Wenn der durch Hinzufügen oder Trimmen erreichte Grad der Einstellung nicht ausreichend ist, wird eine zusätzliche Einstellung durchgeführt. Wenn andererseits der Grad der Einstellung den gewünschten überschritten hat, ist es nicht möglich, eine Wiedereinstellung nach demselben Einstellverfahren durchzuführen. Zum Beispiel ist es bei dem Einstellverfahren mit Verdampfen und Hinzufügen von Metallen, wenn mehr Metall als das erforderliche Massevolumen hinzugefügt ist, nicht möglich, die Übereinstellung durch Verdampfen und Hinzufügen von Metallen zu korrigieren. In gleicher Weise ist es bei dem Einstellverfahren durch Trimmen, wenn der Grad des Trimmens das erforderliche Massevolumen überschritten hat, nicht möglich, die Übereinstellung durch Trimmen zu korrigieren.
Die Fig. 69 und 70 zeigen ein anderes Beispiel eines anderen herkömmlichen Verfahrens für die Frequenzeinstellung einer Filmanordnung für akustische Volumenwellen. Fig. 69 zeigt ein Beispiel des Verbindens eines variablen Kondensators CV 25 in Reihe mit dem Resonator für Ultraschall-Volumenwellen. Fig. 70 zeigt ein Beispiel des Schaltens eines variablen Kondensators CV 25 parallel zu dem Resonator 15 für Ultraschall-Volumenwellen. Fig. 71 zeigt eine Äquivalenzschaltung der in Fig. 69 gezeigten Schaltung. Fig. 72 zeigt eine Äquivalenzschaltung der in Fig. 70 gezeigten Schaltung.
In Fig. 71 ist, wenn der äquivalente Widerstand R&sub1;12 null ist, die Frequenz, bei der die Impedanz zwischen den Anschlüssen A und B null ist, verschieden von der Resonanzfrequenz Fr des Resonators 15 für Ultraschall-Volumenwellen, aufgrund des variablen Kondensators CV 25. Dies bedeutet, daß die Resonanzfrequenz des Resonators 15 für Ultraschall-Volumenwellen durch Variieren des variablen Kondensators CV 25 variiert werden kann. Da hier die maximale Frequenzdifferenz der Resonanzfrequenz und der Antiresonanzfrequenz durch die elektromechanische Kopplungskonstante k² des piezoelektrischen Dünnfilm 2 begrenzt ist, ist der Frequenzbereich, der durch den variablen Kondensator CV 25 eingestellt werden kann, begrenzt. Das heißt, es ist unmöglich, eine Einstellung durchzuführen, bei der die Resonanzfrequenz jenseits der Frequenzdifferenz ΔF der Resonanzfrequenz und der Antiresonanzfrequenz ist. Zusätzlich wird, wenn ein Verlust in den variablen Kondensator CV 25 auftritt, Qm des Resonators 15 für Ultraschall-Volumenwellen verringert.
Wenn daher z. B. Zinkoxid (ZnO) in dem herkömmlichen Resonator 15 für Ultraschall-Volumenwellen verwendet wird, liegt der maximale einstellbare Frequenzbereich bei etwa 1-5%. Wenn Aluminiumnitrit (AlN) verwendet wird, liegt der maximale einstellbare Frequenzbereich bei etwa 1%. Eine Schwankung der Antiresonanzfrequenz oder der Resonanzfrequenz des Resonators 15 für Ultraschall-Volumenwellen wird meistens bewirkt durch die Herstellungsfehler oder Fabrikationsfehler, die Variationen in der Dicke und der Zusammensetzung des piezoelektrischen Dünnfilms 2, der Dicke der oberseitigen Elektrode 6, der Dicke des Erdleiters 5 usw. bewirken. Selbst wenn die Dicke des piezoelektrischen Dünnfilms 2 genau gesteuert wird, liegt der Herstellungsfehler in dem Bereich von mehreren Prozent. Wenn die Dicke des piezoelektrischen Dünnfilms 2 nicht genau gesteuert wird, beträgt der Herstellungsfehler etwa 10%. Die Einstellung der Frequenz gemäß der elektrischen Einstellung, bei der der einstellbare Frequenzbereich zwischen 1-5% beträgt, macht es praktisch unmöglich, Frequenzfehler von 10% mit den herkömmlichen Materialien zu korrigieren. Hinsichtlich Bleititanat-Zirkonat (PZT) ist die elektromechanische Kopplungskonstante k² des Dünnfilms in dem Dokument 6 nicht gezeigt. Wenn die elektromechanische Kopplungskonstante k² von Bleititanat-Zirkonat (PZT) als äquivalent zu einer von Keramik des Volumenmaterials in Tabelle 1 angesehen wird, ist das Maximum des einstellbaren Frequenzbereichs etwa 22%. Dieser einstellbare Frequenzbereich ist innerhalb des Schwankungsbereichs der Resonanzfrequenz oder der Antiresonanzfrequenz, der durch Fabrikationsfehler verursacht wird.
Andere Faktoren, die eine Schwankung der Resonanzfrequenz und der Antiresonanzfrequenz bewirken, sind eine Mustergenauigkeit oder die relative Position der oberseitigen Elektrode 6 und des Erdleiters 5 und die Abmessungstoleranzen der oberseitigen Elektrode und des Erdleiters. Die Fig. 73 und 74 werden verwendet, um zu zeigen, daß die Mustergenauigkeit die Schwankung der Resonanzfrequenz und der Antiresonanzfrequenz beeinträchtigt. Fig. 73 ist eine oberseitige Ansicht und Fig. 74 ist eine Schnittansicht entlang C-C. In den Figuren ist eine Zuführungselektrode 26 elektrisch mit der oberseitigen Elektrode 6 verbunden. Da ein dielektrische Substanz 4 wie Siliciumoxid (SiO&sub2;) die Resonanzfrequenz und die Antiresonanzfrequenz relativ geringfügig beeinträchtigt, ist die Illustration der dielektrischen Substanz in den Fig. 73 und 74 weggelassen.
Die Kapazität C&sub0; zwischen Elektroden des Resonators für Ultraschall-Volumenwellen kann entsprechend dem Ausdruck 9 berechnet werden, wenn eine gewöhnliche dielektrische Substanz zwischen Leitern angeordnet ist.

Ausdruck 9:

C&sub0; = &epsi;r&epsi;&sub0;A/h
Worin Er eine relative Dielektrizitätskonstante des piezoelektrischen Dünnfilms 2 ist. &epsi;&sub0; ist eine Dielektrizitätskonstante in einem Vakuum. A ist ein Bereich des Kreuzungspunktes, an dem die oberseitige Elektrode 6 und der Erdleiter 5 einander überlappen. h ist eine Dicke des piezoelektrischen Dünnfilms 2. Wie in Fig. 65 gezeigt ist, ist, wenn sich die oberseitigen Elektrode 6 innerhalb des Erdleiters 5 befindet, der Bereich A gleich der Fläche der oberseitigen Elektrode 6. Der Bereich A kann erforderlichenfalls verändert werden. Der Bereich A kann erforderlichenfalls verändert werden. Der Bereich A kann so ausgewählt werden, daß die Impedanz der Kapazität C&sub0; zwischen Elektroden die charakteristische Impedanz der Schaltung im Gebrauch ist. Im allgemeinen haben Schaltungen mit einer Arbeitsfrequenz von angenähert 2 GHz eine charakteristische Impedanz von 50 Ω. Die Kapazität von C&sub0; entsprechend einer Impedanz von 50 Ω bei 2 GHz beträgt etwa 1,6 pF. Hinsichtlich des herkömmlichen Typs von Resonator für Ultraschall- Volumenwellen, der in dem Dokument 6 gezeigt ist, ist, wenn die Größe der oberseitigen Elektrode 6, deren Kapazität zwischen Elektroden 1,6 pF beträgt, berechnet wird, diese etwa 19 · 19 um im Quadrat entsprechend dem Ausdruck 9 in einem Fall, in dem die Dicke des piezoelektrischen Dünnfilms 2 gleich 2 um ist und die relative Dielektrizitätskonstante des piezoelektrischen Dünnfilms 2 gleich 1000 ist. Wenn die relative Dielektrizitätskonstante des piezoelektrischen Dünnfilms 2 größer wird, wird die Größe der oberseitigen Elektrode 6 kleiner. Wenn z. B. die relative Dielektrizitätskonstante 2000 ist, wird die Größe zu etwa 13 · 13 um im Quadrat.
Andererseits haben die Abmessungen der oberseitigen Elektrode 6 eine Toleranzbegrenzung, die nahezu der Dicke der oberseitigen Elektrode 6 entspricht. Bei dem im Dokument 6 gezeigten herkömmlichen Typ von Resonator für Ultraschall-Volumenwellen ist die Dicke der oberseitigen Elektrode 6 gleich 0,2 um. Wenn die Abmessungstoleranzen jeder Kante der oberseitigen Elektrode 6 als +- 0,2 um angenommen werden, ist die Toleranz der Kapazität C&sub0; zwischen Elektroden äquivalent der Toleranz der Fläche der oberseitigen Elektrode. Wenn daher eine Elektrode von 19 · 19 um im Quadrat verwendet wird, beträgt die Toleranz der Kapazität (19,4/19)² = 4%. Im Fall einer Elektrode von 13 · 13 um im Quadrat beträgt die kapazitive Toleranz (13.4/13)² = 6%. Das heißt, die Kapazität C&sub0; zwischen Elektroden, die durch die Genauigkeit der oberseitigen Elektroden 6 bestimmt wird, enthält einen Fehler von mehr als 4-6%. Dieser Wert kann durch Vergrößerung der Größe der oberseitigen Elektrode 6 verringert werden. Jedoch nimmt die Kapazität C&sub0; zwischen Elektroden mit einer Zunahme der Größe der oberseitigen Elektrode 6 zu. Wenn die Beziehung mit den umgebenden elektrischen Schaltungen, die mit dem Resonator für Ultraschall-Volumenwellen verbunden sind, betrachtet wird, ist der praktisch verfügbare Wert der Kapazität C&sub0; zwischen Elektroden begrenzt. Folglich ist es unmöglich, die Größe det oberseitigen Elektrode 6 ohne Begrenzung zu vergrößern.
Zusätzlich ist die Kapazität C&sub0; zwischen Elektroden durch die Zuführungselektrode 26 beeinträchtigt. Wenn der piezoelektrische Dünnfilm 2 aus Zinkoxid (ZnO) oder Aluminiumnitrit (AlN) besteht, ist die Richtung der C-Achse, die eine Kristallachse ist, in der Richtung der Dicke des piezoelektrischen Dünnfilms 2 orientiert. Daher zeigt der piezoelektrische Dünnfilm 2 eine Piezoelektrizität durch Bildung nur eines Filmes. Bleititanat-Zirkonat (PZT), das in dem Dokument 6 offenbart ist, ist ein piezoelektrischer Dünnfilm, der mit einer Orientierungsrate von mehr als 70% gebildet ist. Es zeigt auch eine Piezoelektrizität durch Bildung nur eines Filmes. Das heißt, der herkömmliche Typ von piezoelektrischem Dünnfilm 2 ist ein spontaner Polarisationsfilm, der eine Piezoelektrizität direkt nach der Bildung eines Films zeigt. Daher zeigt der gebildete piezoelektrische Dünnfilm 2 eine Piezoelektrizität an jedem Punkt.
Wie in den Fig. 73 und 74 gezeigt ist, arbeitet ein überlappender Bereich 26a, in welchem die Zuführungselektrode 26 und der Erdleiter 5 einander überlappen, elektrisch in genau derselben Weise wie der Überlappungsbereich der oberseitigen Elektrode 6 und des Erdleiters 5. Das heißt, der Überlappungsbereich 26a, in welchem die Zuführungselektrode 26 und der Erdleiter 5 einander überlappen, ist ein Kondensator mit dem piezoelektrischen Dünnfilm 2 als einem dielektrischen Material. Zusätzlich wird eine akustische Welle von dem Überlappungsbereich erregt. Ein Teil 26b der Zuführungselektrode 26 überlappt nicht mit dem Erdleiter 5. Eine Dielektrizitätskonstante des piezoelektrischen Dünnfilms 2 ist extrem groß im Vergleich mit der des Halbleitersubstrats 1. Ein elektrisches Feld tritt konzentriert zwischen dem Bereich 26b und dem Erdleiter 5 auf. Daher hat der Bereich 26b der Zuführungselektrode 26 eine Kapazität obgleich der Bereich 26b nicht mit dem Erdleiter 5 überlappt. Eine elastische Welle wird durch das in dem Bereich 26b auftretende elektrische Feld erregt. Da die Zuführungselektrode 26 die oberseitige Elektrode 6 mit den umgebenden elektrischen Schaltungen verbindet, ist der Fall gegeben, daß die Zuführungselektrode 26 auf andere Stellen mit Ausnahme des Durchgangsloches 7 gezogen werden muß. Die an einer solchen Stelle erregte akustische Welle breitet sich im Innern des Halbleitersubstrats 1 aus. Daher werden unerwünschte Resonanzpunkte und Verluste bewirkt. Die unerwünschten Resonanzpunkte und die. Verluste aufgrund der Zuführungselektrode 26 hängen von einem Verhältnis der Fläche der oberseitigen Elektrode 6 zu der Fläche der Zuführungselektrode 26 ab. Die Leitungsbreite der Zuführungselektrode 26 ist begrenzt durch den erforderlichen Leiterwiderstand und die Leitungspfadimpedanz. Demgemäß ist, wenn die Fläche der oberseitigen Elektrode 6 nicht groß ist, eine Beeinträchtigung der unerwünschten Resonanzpunkte und der Verluste aufgrund der Zuführungselektrode 26 relativ groß.
Die Filmanordnung für akustische Volumenwellen ist mit einer Halbleiterschaltung ausgebildet. Die Filmanordnung für akustische Volumenwellen enthält einen Resonator für Ultraschall-Volumenwellen und einen Filter für Ultraschall-Volumenwellen. Die Filmanordnung für akustische Volumenwellen wird zusammen mit verschiedenen elektrischen Schaltungen, die in den elektrischen Vorrichtungen erforderlich sind, hergestellt. Wenn die Herstellungskosten oder Fabrikationskosten hoch sind und die Probleme wie die Schwankung der Frequenz durch den Herstellungsfehler oder Fabrikationsfehler, unerwünschte Resonanz und Zunahme des Verlustes nicht gelöst werden können, besteht kein Vorteil darin, den Resonator für Ultraschall- Volumenwellen und das Filter für Ultraschall- Volumenwellen zusammen mit verschiedenen Arten von anderen elektrischen Schaltungen herzustellen. Als ein Ergebnis ist es schwierig, eine kleine und leichte Vorrichtung für akustische Volumenwellen vorzusehen, die mit vielen anderen elektrischen Schaltungen auf demselben Halbleitersubstrat ausgebildet ist.

Durch die Erfindung zu lösende Probleme

Wie beschrieben wurde, können die herkömmlichen Vorrichtungen für akustische Volumenwellen die Zinkoxid (ZnO) oder Aluminiumnitrit (AlN) verwenden, nicht die Schwankung der Resonanzfrequenz und der Antiresonanzfrequenz aufgrund von Herstellungstoleranzen durch elektrische Abstimmung einstellen. Demgemäß ist es erforderlich, eine physikalische Einstellung anzunehmen, die entweder ein Verfahren des Sputterns der oberseitigen Elektrode 6 bei jeder Vorrichtung oder ein Verfahren des Trimmens der oberseitigen Elektrode verwendet. Dies bewirkt eine Erhöhung der Herstellungskosten. Da der herkömmliche Typ von Vorrichtungen für akustische Volumenwellen Bleititanat-Zirkonat (PZT) verwendet, eine extrem große Dielektrizitätskonstante hat, kann die Größe der oberseitigen Elektrode nicht vergrößert werden aufgrund der Beschränkung der Kapazität zwischen Elektroden. Daher können die Abmessungstoleranzen der oberseitigen Elektrode eine Schwankung der Resonanz und der Antiresonanzfrequenz bewirken.
Da weiterhin der herkömmliche Typ von Vorrichtungen für akustische Volumenwellen ein spontaner Polarisationsfilm ist, wird die akustische Welle in der Zuführungselektrode erregt und breitet sich auf dem Halbleitersubstrat außerhalb des Durchgangsloches aus. Dann werden eine unerwünschte Resonanz und eine Zunahme des Verlustes bewirkt. Da der herkömmliche Typ von Filmanordnungen für akustische Volumenwellen diese Probleme nicht lösen können, kann er nicht zusammen mit anderen elektrischen Schaltungen auf demselben Halbleitersubstrat hergestellt werden.
US-5 446 335 offenbart bereits einen Piezoresonator mit einem eingebauten Kondensator, welcher aufweist: ein piezoelektrisches Substrat aus Keramik wie P6(ZrTi)O&sub3; und mit einer ersten Oberfläche und einer zu der ersten Oberfläche entgegengesetzten zweiten Oberfläche;
mehrere Oszillationsabschnitte als Teil des piezoelektrischen Substrats, wobei jeder der Oszillationsabschnitte eine erste Oszillationselektrode und eine zweite Oszillationselektrode enthält, die beide auf der ersten Oberfläche vorgesehen sind, und eine dritte Oszillationselektrode, die auf der zweiten Oberfläche vorgesehen ist;
einen Kopplungskondensatorabschnitt als Teil des piezoelektrischen Substrats zum elektrischen Verbinden zumindest zweier benachbarter Oszillationsabschnitte und enthaltend eine erste Elektrode auf der ersten Oberfläche und eine zweite Elektrode auf der zweiten Oberfläche.
Bei diesem Resonator ist das piezoelektrische Substrat polarisiert, wobei ein Teil dieses Substrats, der den Kopplungskondensatorabschnitt enthält, nicht polarisiert geblieben ist oder eine geringere Intensität der Polarisierung als der Rest des piezoelektrischen Substrats hat.
"Advances in structure and fabrication process for thin film acoustic resonator"; Y. Miyasaka et al.; IEEE 1987 Ultrasonic Symposium; 14-16/10/87, Denver, USA; S. 385-393; XP002023618 offenbart einen akustischen Dünnfilm-Resonator mit einer Erdleiterschicht von 0,22 um Dicke und einem piezoelektrischen Resonator von 2,7 um Dicke.

Zusammenfassung der Erfindung

Es ist eine Aufgabe dieser Erfindung, eine Filmanordnung für akustische Volumenwellen zu schaffen, bei der mit geringen Kosten Eigenschaften der Filmanordnung für akustische Volumenwellen eingestellt werden können.
Es ist eine andere Aufgabe dieser Erfindung, eine Vorrichtung für akustische Volumenwellen mit guten Eigenschaften zu schaffen, welche unerwünschte Resonanzpunkte und Verluste verringert.
Weiterhin ist es eine andere Aufgabe dieser Erfindung eine kleine, leichte und einstellungsfreie elektrische Vorrichtung zu schaffen, die zusammen mit den anderen elektrischen Schaltungen auf demselben Halbleitersubstrat hergestellt wird.
Die vorstehend erwähnten Probleme und Aufgaben werden durch eine Vorrichtung gemäß dem Anspruch 1 und ein Verfahren gemäß dem Anspruch 31 gelöst. Vorteilhafte Weiterentwicklungen dieser Vorrichtung und dieses Verfahrens sind in den jeweils abhängigen Ansprüchen offenbart.
Die angefügten Fig. 1 bis 53 dienen zur Erläuterung der Erfindung und besonderer Merkmale, welche in Verbindung mit der Erfindung in einer bevorzugten Weise verwendet werden können.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

In den Zeichnungen:
Fig. 1 zeigt eine Ansicht der Oberseite eines Resonators für Ultraschall-Volumenwellen nach Ausführungsbeispiel 1;
Fig. 2 zeigt eine Querschnittsansicht des Resonators für Ultraschall-Volumenwellen nach Ausführungsbeispiel 1;
Fig. 3 zeigt eine Äquivalenzschaltung des Resonators für Ultraschall-Volumenwellen;
Fig. 4 zeigt ein Berechnungsergebnis für die Antiresonanzfrequenz und eine Differenz zwischen der Antiresonanzfrequenz und der Resonanzfrequenz;
Fig. 5 zeigt ein Beispiel eines Berechnungsergebnisses für die Streuungseigenschaft des Ausführungsbeispiels 1;
Fig. 6 zeigt ein anderes Beispiel für ein Berechnungsergebnis der Streuungseigenschaft des Ausführungsbeispiels 1;
Fig. 7 zeigt ein Meßergebnis für die Impedanz des Resonators für Ultraschall-Volumenwellen nach Ausführungsbeispiel 1 vor der Polarisation;
Fig. 8 zeigt ein Meßergebnis für die Impedanz des Resonator für Ultraschall-Volumenwellen des Ausführungsbeispiels 1 nach der Polarisation;
Fig. 9 zeigt eine Ansicht der Oberseite einer Filmanordnung für akustische Volumenwellen nach Ausführungsbeispiel 2 dieser Erfindung;
Fig. 10 zeigt eine Querschnittsansicht der Filmanordnung für akustische Volumenwellen nach Ausführungsbeispiel 2;
Fig. 11 zeigt den piezoelektrischen Dünnfilmoszillator nach Ausführungsbeispiel 3;
Fig. 12 zeigt einen piezoelektrischen Dünnfilmverstärker nach Ausführungsbeispiel 4;
Fig. 13 zeigt den piezoelektrischen Dünnfilmverstärker nach Ausführungsbeispiel;
Fig. 14 zeigt ein piezoelektrisches Dünnfilmfilter nach Ausführungsbeispiel 5;
Fig. 15 zeigt die Filmanordnung für akustische Volumenwellen nach Ausführungsbeispiel 6;
Fig. 16 zeigt den piezoelektrischen Dünnfilmoszillator nach Ausführungsbeispiel 7;
Fig. 17 zeigt eine Ansicht der Oberseite eines Kondensators des piezoelektrischen Dünnfilmoszillators nach Ausführungsbeispiel 7;
Fig. 18 zeigt eine Querschnittsansicht des Kondensators des piezoelektrischen Dünnfilmoszillators nach Ausführungsbeispiel 7;
Fig. 19 zeigt eine Ansicht der Oberseite eines anderen Kondensators des piezoelektrischen Dünnfilmoszillators nach Ausführungsbeispiel 7;
Fig. 20 zeigt eine Querschnittsansicht des piezoelektrischen Dünnfilmoszillators nach Ausführungsbeispiel 7;
Fig. 21 zeigt den piezoelektrischen Dünnfilmoszillator nach Ausführungsbeispiel 8;
Fig. 22 zeigt den piezoelektrischen Dünnfilmoszillator nach Ausführungsbeispiel 9;
Fig. 23 zeigt den piezoelektrischen Dünnfilmoszillator nach Ausführungsbeispiel 10;
Fig. 24 zeigt die Filmanordnung für akustische Volumenwellen nach Ausführungsbeispiel 11;
Fig. 25 zeigt die Filmanordnung für akustische Volumenwellen nach Ausführungsbeispiel 12;
Fig. 26 zeigt die Filmanordnung für akustische Volumenwellen nach Ausführungsbeispiel 13;
Fig. 27 zeigt die Filmanordnung für akustische Volumenwellen nach Ausführungsbeispiel 14;
Fig. 28 zeigt die Filmanordnung für akustische Volumenwellen nach Ausführungsbeispiel 15;
Fig. 29 zeigt die Filmanordnung für akustische Volumenwellen nach Ausführungsbeispiel 16;
Fig. 30 zeigt die Filmanordnung für akustische Volumenwellen nach Ausführungsbeispiel 17;
Fig. 31 zeigt die Filmanordnung für akustische Volumenwellen nach Ausführungsbeispiel 18;
Fig. 32 zeigt die Filmanordnung für akustische Volumenwellen nach Ausführungsbeispiel 19;
Fig. 33 zeigt die Filmanordnung für akustische Volumenwellen nach Ausführungsbeispiel 20;
Fig. 34 zeigt die Filmanordnung für akustische Volumenwellen nach Ausführungsbeispiel 21;
Fig. 35 zeigt die Filmanordnung für akustische Volumenwellen nach Ausführungsbeispiel 22;
Fig. 36 zeigt die Filmanordnung für akustische Volumenwellen nach Ausführungsbeispiel 23;
Fig. 37 zeigt die Filmanordnung für akustische Volumenwellen nach Ausführungsbeispiel 24;
Fig. 38 zeigt die Filmanordnung für akustische Volumenwellen nach Ausführungsbeispiel 25;
Fig. 39 zeigt die Filmanordnung für akustische Volumenwellen nach Ausführungsbeispiel 26;
Fig. 40 zeigt die Filmanordnung für akustische Volumenwellen nach Ausführungsbeispiel 27;
Fig. 41 zeigt die Filmanordnung für akustische Volumenwellen nach Ausführungsbeispiel 28;
Fig. 42 zeigt die Filmanordnung für akustische Volumenwellen nach Ausführungsbeispiel 29;
Fig. 43 zeigt die Filmanordnung für akustische Volumenwellen nach Ausführungsbeispiel 30;
Fig. 44 zeigt die Filmanordnung für akustische Volumenwellen nach Ausführungsbeispiel 31;
Fig. 45 zeigt die Filmanordnung für akustische Volumenwellen nach Ausführungsbeispiel 32;
Fig. 46 zeigt ein anderes Beispiel eines Resonators für Ultraschall-Volumenwellen;
Fig. 47 zeigt ein anderes Beispiel eines Resonators für Ultraschall-Volumenwellen;
Fig. 48 zeigt ein anderes Beispiel eines Resonators für Ultraschall-Volumenwellen;
Fig. 49 zeigt ein anderes Beispiel eines Resonators für Ultraschall-Volumenwellen;
Fig. 50 zeigt ein anderes Beispiel eines Resonators für Ultraschall-Volumenwellen;
Fig. 51 zeigt ein anderes Beispiel eines Resonators für Ultraschall-Volumenwellen;
Fig. 52 zeigt ein anderes Beispiel eines Resonators für Ultraschall-Volumenwellen;
Fig. 53 zeigt ein anderes Beispiel eines Resonators für Ultraschall-Volumenwellen;
Fig. 54 zeigt einen herkömmlichen Typ einer Filmanordnung für akustische Volumenwellen;
Fig. 55 zeigt eine Ansicht der Oberseite eines herkömmlichen Typs von Resonator für Ultraschall-Volumenwellen;
Fig. 56 zeigt eine Querschnittsansicht eines Resonators für Ultraschall-Volumenwellen;
Fig. 57 zeigt eine Ansicht einer vereinfachten Konfiguration eines Resonators für Ultraschall-Volumenwellen;
Fig. 58 zeigt eine Äquivalenzschaltung eines Resonators für Ultraschall-Volumenwellen;
Fig. 59 zeigt eine Impedanzcharakteristik eines Resonators für Ultraschall-Volumenwellen;
Fig. 60 zeigt die Impedanzcharakteristik eines Resonators für Ultraschall-Volumenwellen;
Fig. 61 zeigt eine Oszillatorschaltung;
Fig. 62 zeigt eine Ansicht einer Schaltung eines Filters für Ultraschall-Volumenwellen, die in einer Leiterschaltung verbunden ist;
Fig. 63 zeigt die Impedanzeeigenschaften jedes Resonators für Ultraschall-Volumenwellen eines Filters für Ultraschall-Volumenwellen;
Fig. 64 zeigt eine Durchlasscharakteristik eines Filters für Ultraschall-Volumenwellen;
Fig. 65 zeigt eine Ansicht der Oberseite eines Filters für Ultraschall-Volumenwellen, daß eine Mehrfachmode-Resonanz verwendet;
Fig. 66 zeigt eine Querschnittsansicht eines Filters für Ultraschall-Volumenwellen, daß eine Mehrfachmode-Resonanz verwendet;
Fig. 67 zeigt eine Äquivalenzschaltung eines Filters für Ultraschall-Volumenwellen, daß die Mehrfachmode-Resonanz verwendet;
Fig. 68 zeigt ein Verfahren zum Einstellen der Frequenz bei einem herkömmlichen Typ von Resonator für Ultraschall-Volumenwellen;
Fig. 69 zeigt ein Verfahren zum Einstellen der Frequenz bei einem herkömmlichen Typ von Resonator für Ultraschall-Volumenwellen;
Fig. 70 zeigt ein Verfahren zum Einstellen der Frequenz bei einem herkömmlichen Typ von Resonator für Ultraschall-Volumenwellen;
Fig. 71 zeigt die Äquivalenzschaltung der Schaltung nach Fig. 69;
Fig. 72 zeigt die Äquivalenzschaltung der Schaltung nach Fig. 70;
Fig. 73 zeigt eine Ansicht der Oberseite zur Erläuterung eines Einflusses einer Mustergenauigkeit; und
Fig. 74 zeigt eine Querschnittsansicht zum Erläutern des Einflusses der Mustergenauigkeit.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele

Ausführungsbeispiel 1

Die Fig. 1 und 2 zeigen einen Resonator für Ultraschall-Volumenwellen nach Ausführungsbeispiel 1. Fig. 1 zeigt eine Ansicht der Oberseite und Fig. 2 zeigt eine Querschnittsansicht entlang der Linie D-D. In der Figur ist ein Halbleitersubstrat im wesentlichen aus Silicium (Si), Gallium Arsenide (GaAs) oder Tantalumoxid (Ta&sub2;O&sub5;) gebildet. Eine dielektrische Substanz 4 ist im wesentlichen aus Siliciumoxid (SiO&sub2;), Siliciumnitrit (SiN) oder Tantaloxid (Ta&sub2;O&sub5;) gebildet. Ein Erdleiter 5 besteht beispielsweise aus Platin (Pt) oder Gold (Au). Eine oberseitige Elektrode 6 besteht aus einem von Metallen wie Platin (Pt), Gold (Au), Kupfer (Cu), Aluminium (Al), Titan (Ti), Wolfram (W) und so weiter. Die oberseitige Elektrode 6 kann eine Halbleiterschicht mit hoher Leitfähigkeit, in der die Verunreinigungsdichte hoch ist, sein. Die oberseitige Elektrode 6 kann eines von Materialien mit hoher Leitfähigkeit wie Polysilicium sein. Ein Durchgangsloch 7 ist vorgesehen. Ein piezoelektrischer keramischer Dünnfilm oder ein piezoelektrischer Dünnfilm 27 ist hauptsächlich aus Bleititanat (PbTiO&sub3;) gebildet. Nachfolgend bedeutet ein Resonator für Ultraschall-Volumenwellen eine Vorrichtung, die eine Resonanz durch Verwendung einer akustischen Welle erzeugt. Ein Filter für Ultraschall-Volumenwellen bedeutet eine Vorrichtung, die als ein Filter arbeitet, das aus mehreren Resonatoren für Ultraschall- Volumenwellen besteht. Eine Vorrichtung oder Anordnung für akustische Volumenwellen bedeutet einen Resonator für Ultraschall-Volumenwellen oder ein Filter für Ultraschall-Volumenwellen und enthält die anderen Schaltungskomponenten auf demselben Halbleitersubstrat 1.
Bei herkömmlichen Resonatoren für Ultraschall- Volumenwellen sind eine dielektrische Substanz 4 auf dem Halbleitersubstrat 1, der Erdleiter 5 auf der dielektrischen Substanz 4, der piezoelektrische Dünnfilm 27 auf dem Erdleiter 5, eine oberseitige Elektrode 6 auf dem piezoelektrischen Dünnfilm 27 vorgesehen und ein Durchgangsloch 7 ist in dem Halbleitersubstrat 1 entsprechend einer Stelle, an der sich die oberseitige Elektrode 6 befindet, ausgebildet. Ein Bereich des Durchgangsloches 7 ist größer als ein Bereich der oberseitigen Elektrode 6.
Bei dem Resonator für Ultraschall-Volumenwellen gemäß den Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung wird das piezoelektrische Material, das hauptsächlich aus Bleititanat (PbTiO&sub3;) gebildet ist, als piezoelektrischer Dünnfilm 27 verwendet. Wenn die Dicke des Erdleiters 5 als d gesetzt ist, die Dicke des piezoelektrischen Dünnfilms als h gesetzt ist und die Wellenzahl der sich in der parallelen Richtung der Oberfläche des piezoelektrischen Dünnfilms 27 ausbreitenden akustischen Wellen als k angenommen wird, ist k · h oder weniger als 2 oder d/h ist oder weniger als 0,1. Die Dicker der oberseitigen Elektrode 6 kann d oder anders sein.
Der Resonator für Ultraschall-Volumenwellen gemäß dieser Erfindung verwendet Bleititanat (PbTiO&sub3;) für den piezoelektrischen Dünnfilm 27. Bleititanat (PbTiO&sub3;) hat eine elektromechanische Kopplungskonstante k² von mehr als dem zweifachen von der von Zinkoxid (ZnO) und Aluminiumnitrit (AlN), welche vorher bei diesem Typ von Resonator für Ultraschall- Volumenwellen verwendet wurden. Die relative Eielektrizitätskonstante von Bleititanat (PbTiO&sub3;) beträgt mehrere hundert, was ziemlich klein ist, verglichen mit der von Bleititanat-Zirkonat (PZT), welche 1000 überschreitet.
Da die Anzahl der Bestandteile von Bleititanat geringer ist als die von Bleititanat-Zirkonat (PZT), ist die durch eine Filmbildung bewirkte Veränderung von Eigenschaften gering.
Bei der Filmbildung von Bleititanat (PbTiO&sub3;) muß das Halbleitersubstrat 1 auf eine Temperatur von mehr als mehreren 100ºC erwärmt werden, um einen Film guter Qualität zu erhalten. Daher wird ein spezifisches Element in dem Halbleitersubstrat 1 abgeschieden. Eine Verschlechterung des Films oder eine Minderwertigkeit der Bildung eines Films werden manchmal bewirkt. Insbesondere wenn Gallium-Arsenide (GaAs) für das Halbleitersubstrat 1 verwendet wird, besteht eine Gefahr der Abscheidung von Arsen (As). Um dies zu verhindern, ist es wichtig, die Oberfläche des Halbleitersubstrats 1 mit einer dielektrischen Substanz 4 aus Siliciumoxid (SiO&sub2;), Siliciumnitrit (SiN) oder Tantaloxid (Ta&sub2;O&sub5;) zu bedecken.
Insbesondere Siliciumnitrit (SiN) verändert die Ablagerung von Arsen (As) und dergleichen. Da Bleititanat (PbTiO&sub3;), das direkt auf Siliciumnitrit (SiN) angeordnet ist, keine Piezoelektrizität zeigt, ist es sehr wirksam, Siliciumnitrit (SiN) zu verwenden, um den Resonanzbereich nur auf einen Bereich zu beschränken, in welchem der Erdleiter 5 gebildet ist.
Wenn andererseits Bleititanat (PbTiO&sub3;) direkt aus Siliciumoxid (SiO&sub2;) angeordnet ist, verändert sich die Filmqualität von Bleititanat (PbTiO&sub3;) an der Grenze von Siliciumoxid (SiO&sub2;) nicht. Daher ist Siliciumoxid (SiO&sub2;) besonders geeignet in einem Fall, in welchem mehrere Resonatoren für Ultraschall-Volumenwellen wie Filter eng angeordnet sind.
Tantaloxid (Ta&sub2;O&sub5;) ist mechanisch stärker als Siliciumnitrit (SiN) und Siliciumoxid (SiO&sub2;). Demgemäß ist es in einem Fall, in welchem die mechanische Festigkeit von Siliciumnitrit (SiN) und Siliciumoxid (SiO&sub2;) nicht ausreichend ist zweckmäßig, wenn der Luftspalt wie ein Durchgangsloch auf der unteren Seite der dielektrischen Substanz 4 angeordnet ist und die dielektrische Substanz 4 den piezoelektrischen Dünnfilm 24 stützt.
Die dielektrische Substanz 4 überragt in elektrischer Isolierung. Selbst wenn die Oberfläche des Halbleitersubstrats 1 eine relativ hohe Leitfähigkeit hat, ist es möglich, daß Potential des Erdleiters 5 aufgrund der Existenz der dielektrischen Substanz 4 zu trennen.
Da der piezoelektrische Dünnfilm 27 Sauerstoff enthält, muß er in einer Sauerstoffumgebung mit einer hohen Temperatur und einer hohen chemischen Reaktionsfähigekeit gebildet werden. Wenn daher das Material des Erdleiters 5 einen niedrigen Schmelzpunkt hat oder eine hohe Diffusionsfähigkeit bei einer hohen Temperatur hat oder in einer Sauerstoffumgebung bei einer hohen Temperatur die Tendenz hat, leicht zu oxidieren, verschlechtert sich der Erdleiter 5 während der Bildung des piezoelektrischen Dünnfilms 27. Es gibt ein Verfahren zur Bildung eines Schutzfilms teilweise auf dem Erdleiter 5 und der dielektrischen Substanz 4. Jedoch verschlechtert sich der übliche Schutzfilm unter den Bedingungen, die bei der Bildung des piezoelektrischen Dünnfilms 27 verwendet werden. Zinkoxid (ZnO) und Aluminiumnitrit (AlN), welche bei dem herkömmlichen Typ von Resonator für Ultraschall- Volumenwellen verwendet wurden, brauchen einen Film nicht bei so hohen Temperaturen, bei denen eine Verschlechterung des Erdleiters 5 bewirkt wird, zu erzeugen, und daher traten die vorstehend erwähnten Probleme nicht auf. Jedoch hat der piezoelektrische Dünnfilm 27 des Resonators für Ultraschall- Volumenwellen nach dieser Erfindung ein Problem dahingehend, daß die Prozesstemperatur hoch ist. Um das Problem zu lösen, müssen Platin (Pt) oder Gold (Au), die eine hohe chemische Stabilität haben, für den Erdleiter 5 verwendet werden. Insbesondere ist Platin (Pt) überragend hinsichtlich des Widerstands gegen eine Sauerstoff-Reaktionsfähigkeit bei hohen Temperaturen. Platin, das auf der glatten Oberfläche der dielektrischen Substanz 4 angeordnet ist, ist zu < 111 > hin orientiert. Bleititanat (PbTiO&sub3;) ist ein tetragonaler Kristall und Polykristall. Da die Richtung der Polarisierung jedes Kristalls direkt nach der Bildung eines Film in Unordnung ist, ist die Piezoelektrizität gering. Durch Anlegen der geeigneten Gleichstromspannung oberhalb der erforderlichen Temperatur an Bleititanat (PbTiO&sub3;) kann die ungeordnete Richtung der Polarisation geordnet werden und die Piezoelektrizität wird hoch. Metalle mit einem großen spezifischen Gewicht wie Platin (Pt) und Gold (Au) beeinträchtigen stark die Resonanzfrequenz des piezoelektrischen Dünnfilms 27 aufgrund der Masselast. Fig. 3 zeigt eine Ansicht einer Äquivalenzschaltung einer Dreischichtstruktur, die aus dem Erdleiter 5, dem piezoelektrischen Dünnfilm 27 und der oberseitigen Elektrode 6 zusammengesetzt ist. Um die Erläuterung zu vereinfachen, wird angenommen, daß sowohl der Erdleiter 5 als auch die oberseitige Elektrode 6 aus Platin (Pt) bestehen und daß ihre Dicke gleich ist. In der Figur entspricht eine Äquivalenzschaltung 28 der oberseitigen Elektrode 6. Eine Äquivalenzschaltung 29 entspricht dem piezoelektrischen Dünnfilm 27. Eine Äquivalenzschaltung 30 entspricht dem Erdleiter 5. Ein elektrischer Anschluß 31a entspricht der oberseitigen Elektrode 6. Ein elektrischer Anschluß 31b entspricht dem Erdleiter 5. In jeder Äquivalenzschaltung entspricht eine elektrische Länge θm der Dicke der oberseitigen Elektrode 6 oder des Erdleiters 5 und eine elektrische Länge θp entspricht der Dicke des piezoelektrischen Dünnfilms 27. Der Grenzzustand ZS1 der Oberfläche der oberseitigen Elektrode 6, der Grenzzustand ZS2 der Unterseite des Erdleiters 5 werden als Kurzschlüsse behandelt. Die in Fig. 3 gezeigte Äquivalenzschaltung ist im einzelnen in der Literatur in "Supervised by Onoue, The Basics of Solid Oscillation Theory, herausgegeben Sept. 1982, Ohmusha, Kapitel 6, Piezoelectric Equation and the Application, S. 115-157" (nachfolgend als Dokument 14 bezeichnet) offenbart.
Fig. 4 zeigt ein Beispiel, bei dem die Frequenz Fa, bei der die an den elektrischen Anschlüssen 31a und 31b geschätzte Admittanz gleich null ist, und die Frequenz Fr, bei der die an den elektrischen Anschlüssen 31a und 31b geschätzte Impedanz gleich null ist, berechnet sind. Die Frequenz Fa entspricht der Antiresonanzfrequenz. Die Frequenz Fr entspricht der Resonanzfrequenz. In der Figur ist die horizontale Achse eine normalisierte Filmdicke, die ein Verhältnis der Dicke d des Erdleiters 5 zu der Dicke h des piezoelektrischen Dünnfilms 27 ist. Die vertikale Achse auf der linken Seite ist eine normalisierte Antiresonanzfrequenz, die ein Verhältnis der Frequenz Fa zu der Frequenz f&sub0; ist, wobei die Dicke h des piezoelektrischen Dünnfilms 27 gleich der halben Wellenlänge der akustischen Welle ist. Die vertikale Achse auf der rechten Seite ist eine normalisierte REsonanzfrequenzdifferenz, die ein Verhältnis der Differenz zwischen den Frequenzen Fa und Fr zu der Frequenz f&sub0; ist, wobei die Dicke h des piezoelektrischen Dünnfilms 27 gleich der halben Wellenlänge der akustischen Welle ist. Die in der Berechnung verwendeten Materialkonstanten sind wie folgt: In Bezug auf Bleititanat (PbTiO&sub3;) ist die Dichte ρ gleich 7700 (kg/m³), die Elastizitätskonstante C&sub3;&sub3; ist gleich 13,2 · 10¹&sup0; (N/m²), die piezoelektrische Konstante e&sub3;&sub3; ist gleich 6,52 (C/m²), die relative Dielektrizitätskonstante &epsi;&sub3;&sub5; ist gleich 190. In Bezug auf Platin (Pt) ist die Dichte ρ gleich 21300 (kg/m³), die Elastizitätskonstante C&sub3;&sub3; ist gleich 30,9 · 10¹&sup0; (N/m²). Die oben erwähnten Materialkonstanten sind die Werte, die nicht in dem Dünnfilm, sondern in dem Volumenmaterial geprüft wurden. Daher können in einem Fall, in welchem der Dünnfilm gebildet wird, die Materialkonstanten gegenüber den obigen Werten unterschiedlich sein. Die Werte ändern sich entsprechend dem Verfahren und Bedingungen für die Bildung von Filmen mit Bleititanat (PbTiO&sub3;) und Platin (Pt). Die Werter ändern sich entsprechend den Arten der zu Bleititanat (PbTiO&sub3;) hinzugefügten Verunreinigungen und dem Hinzufügungsverhältnis.
Wenn die normalisierte Filmdicke vergrößert wird, werden sowohl die normalisierte Antiresonanzfrequenz als auch die normalisierte Resonanzfrequenzdifferenz klein. Dies ergibt sich daraus, daß die Masselast der oberseitigen Elektrode 6 und des Erdleiters 5 zunimmt, wenn die normalisierte Filmdicke groß ist. Die Dichte von Platin (Pt) oder Gold (Au) ist relativ groß verglichen mit der von anderen Metallen. Daher ist der Grad der Veschlechterung der normalisierten Antiresonanzfrequenz und der normalisierten Resonanzfrequenzdifferenz groß im Vergleich mit der normalisierten Filmdicke. Die normalisierte Resonanzfrequenzdifferenz ist ein Wert, der einen maximalen Wert des Einstellbereichs der Oszillationsfrequenz eines Oszillators bestimmt, der einen Resonator für Ultraschall-Volumenwellen verwendet. Die normalisierte Resonanzfrequenzdifferenz ist auch ein Wert, der den maximalen Wert des Einstellbereichs der Schwankung der Resonanzfrequenz und der Antiresonanzfrequenz des Resonators oder Filters für Ultraschall- Volumenwellen, die durch Herstellungsfehler bewirkt wird, bestimmt. Wenn die normalisierte Filmdicke 0 ist und die Wirkung der Masselast der oberseitigen Elektrode 6 und des Erdleiters 5 ignoriert wird, beträgt die normalisierte Resonanzfrequenzdifferenz etwa 8%. Wenn andererseits die normalisierte Filmdicke gleich 0,2 ist, beträgt die normalisierte Resonanzfrequenzdifferenz etwa 4%. Dieser Wert ist ähnlich dem von Zinkoxid (ZnO), das in herkömmlichen Vorrichtungen für akustische Volumenwellen verwendet wird. Daher kann ein großer Wert einer elektromechanischen Kopplungskonstante von Bleititanat (PbTiO&sub3;) nicht angemessen verwendet werden. Das heißt, durch Einstellen der normalisierten Filmdicke (d/h) auf weniger als 0,1 kann der Wert der elektromechanischen Kopplungskonstante oberhalb 5% sein, und es ist möglich, einen größeren Wert für die elektromechanische Kopplungskonstante als bei dem herkömmlichen Typ von Vorrichtung für akustische Volumenwellen zu erhalten.
Die Fig. 5 und 6 zeigen ein Beispiel für ein berechnetes Ergebnis der Steuungscharakteristik einer akustischen Welle, welche sich in dem Dünnfilm aus Bleititanat (PbTiO&sub3;) gemäß dem Ausführungsbeispiel 1 ausbreitet. Die Fig. 5 und 6 zeigen ein berechnetes Ergebnis für die akustische Welle, die sich parallel zu der Oberfläche des Dünnfilms aus Bleititanat (PbTiO&sub3;) ausbreitet und eine Amplitudenkomponente vertikal zu der Oberfläche des Dünnfilms aus Bleititanat (PbTiO&sub3;) und eine Amplitudenkomponente parallel zu der Richtung der Dicke enthält. Die Wellenzahl der akustischen Wellen ist k, die Dicke des Dünnfilms aus Bleititanat (PbTiO&sub3;) ist h und die Frequenz, bei der die Dicke h des Dünnfilms aus Bleititanat (PbTiO&sub3;) gleich einer halben Wellenlänge ist, ist f&sub0;. Die horizontale Achse ist die normalisierte Filmdicke des Dünnfilms aus Bleititanat (PbTiO&sub3;)(kh/2) und die vertikale Achse ist die normalisierte Frequenz (f/f&sub0;). Die rechte Seite der vertikalen Achse ist ein Bereich, in welchem der Wert der normalisierten Filmdicke eine reelle Zahl ist. Die linke Seite der vertikalen Achse ist ein Bereich, in welchem der Wert der normalisierten Filmdicke eine imaginäre Zahl ist. Wenn der Wert der normalisierten Filmdicke eine reelle Zahl ist, kann sich die akustische Welle ausbreiten. Andererseits kann, wenn der Wert der normalisierten Filmdicke eine imaginäre Zahl ist, die akustische Welle sich nicht ausbreiten. In Fig. 5 zeigt die ausgezogene Linie die Streuungscharakteristik in dem Fall, in welchem nur eine Schicht des Dünnfilms aus Bleititanat (PbTiO&sub3;) vorhanden ist, und die strichlierte Linie zeigt die Streuungscharakteristik in dem Fall einer Dreifachschicht, in welchem die Platin(Pt)-Schichten deren normalisierte Dicke (d/h) gleich 0,08 ist, sich auf beiden Seiten des Dünnfilms aus Bleititanat (PbTiO&sub3;) befinden. In Fig. 6 zeigt die ausgezogene Linie dieselbe Streuungscharakteristik in dem Fall einer Dreifachschicht, in welchem die Platin(Pt)-Schichten deren normalisierte Dicke (d/h) gleich 0,08 ist, sich auf beiden Seiten von Bleititanat (PbTiO&sub3;) befinden, wie durch die strichlierte Linie in Fig. 5 gezeigt ist. Die strichlierte Linie zeigt die Streuungscharakteristik in dem Fall einer Dreifachschicht, in welchem die Platin(Pt)-Schichten deren normalisierte Dicke (d/h) gleich 0,02 ist, sich auf beiden Seiten des Dünnfilms aus Bleititanat (PbTiO&sub3;) befinden. Die Berechnung erfolgte entsprechend dem im Dokument 8 beschriebenen Verfahren.
In den Fig. 5 und 6 ist, wenn die Werte auf der vertikalen Achse der akustischen Welle proportional zu den Werten auf der horizontalen Achse der akustischen Welle sind, die Ausbreitungsgeschwindigkeit der akustischen Welle konstant. Eine Neigung der obigen Proportionalen geraden Linie wird bestimmt durch die Ausbreitungsgeschwindigkeit der akustischen Welle und die Dicke h des Dünnfilms aus Bleititanat (PbTiO&sub3;). Die berechneten Werte jeder Streuungscharakteristik in den Fig. 5 und 6 zeigen keine gerade Linie. Dies bedeutet, daß die Ausbreitungsgeschwindigkeit der akustischen Welle sich entsprechend der Dicke h des Dünnfilms aus Bleititanat (PbTiO&sub3;) und der Frequenz f ändert.
Zum Beispiel wird bei dem in Fig. 2 gezeigten Resonator für Ultraschall-Volumenwellen angenommen, daß die dielektrische Substanz 4 für eine elastische Vibration im wesentlichen ignoriert werden kann. In dem Fall der Dreifachstruktur aus der oberseitigen Elektrode 6, dem piezoelektrischen Dünnfilm 27 und dem Erdleiter 5 kommen die Streuungscharakteristiken, die durch die strichlierte Linie in Fig. 5 gezeigt sind, zu den Moden der akustischen Welle, die in der Dreifachschichtstruktur existieren kann. In dem Fall der Dickenresonanz, in welchem die akustische Welle sich nur in der Richtung der Dicke ausbreitet, entspricht ein Kreuzungspunkt jedes Modus der akustischen Welle und der vertikalen Achse der Dickenresonanz. Die Werte an den Kreuzungspunkten der ausgezogenen und strichlierten Linien in Fig. 5 und der vertikalen Achse und an Kreuzungspunkten der ausgezogenen und strichlierten Linien in Fig. 6 und der vertikalen Achse werden klein, wenn die Dicke d der oberseitigen Elektrode 6 und des Erdleiters 5 groß wird. Dies zeigt, daß die Resonanzfrequenz kleiner wird mit der Zunahme der Dicke der oberseitigen Elektrode 6 und des Erdleiters 5. In Fig. 5 zeigt die ausgezogene Linie eine Charakteristik in einem Fall, in welchem keine anderen Komponenten auf der Oberfläche des piezoelektrischen Dünnfilms 27 vorhanden sind. Wenn in der ausgezogenen Linie gezeigte Moden sich auf der linken Seite der vertikalen Achse nahe der normalisierten Frequenz (f/f&sub0;) befinden, wo die strichlierte Linie die vertikale Achse kreuzt, kann sich die akustische Welle in der Richtung parallel zu dem piezoelektrischen Film 27 ausbreiten, wo sich die oberseitige Elektrode 6 und der Erdleiter 5 nicht befinden. Dies entspricht einer Erregung einer unnötigen akustischen Welle für den in Fig. 2 gezeigten Resonator für Ultraschall- Volumenwellen, und ein Qualitätsfaktor Q des Resonators verschlechtert sich. Hinsichtlich der in der strichlierten Linie gezeigten Moden kann, wenn Moden der akustischen Welle, die sich in der Richtung parallel zu der Oberfläche des piezoelektrischen Dünnfilms 27 ausbreiten soll, nahe der normalisierten Frequenz (f/f&sub0;) existieren, worin die strichlierte Linie die vertikale Achse kreuzt, die akustische Welle, die sich parallel zu der Oberfläche des piezoelektrischen Dünnfilms 27 ausbreitet, dort existieren, wo sich die oberseitige Elektrode 6 und der Erdleiter 5 befinden. Als ein Ergebnis werden Störschwingungen bewirkt, welche für den Resonator unerwünscht sind.
Wenn das Filter für Ultraschall-Volumenwellen zusammengesetzt ist, können die ähnlichen Situationen vorausgesagt werden. Das Filter für Ultraschall- Volumenwellen, das elektrisch die Resonatoren für Ultraschall-Volumenwellen verbindet, wird durch die Störschwingungen des Resonators für Ultraschall- Volumenwellen beeinträchtigt. Der Resonator für Ultraschall-Volumenwellen, der dem Resonator für Ultraschall-Volumenwellen eng auslegt und die Energie einschließende Resonanz eines Symmetriemodus und eines Asymmetriemodus zwischen mehreren oberseitigen Elektroden 6 verwendet, bewirkt Störungsschwingungen, wenn die akustische Welle eines unterschiedlichen Ausbreitungsmodus nahe der normalisierten Frequenz existiert. Als eine Folge verschlechtern sich die Eigenschaften des Filters für Ultraschall- Volumenwellen. In den Fig. 5 und 6 existieren, wenn die normalisierte Filmdicke (kh) über 2 ist, verschiedene Moden bei derselben normalisierten Frequenz (f/f&sub0;), was Störschwingungen bewirkt. Daher muß die normalisierte Filmdicke (kh) weniger als 2 sein, um einen Resonator und ein Filter für Ultraschall- Volumenwellen mit guten Eigenschaften zu realisieren.
Die Fig. 7 und 8 zeigen Ergebnisse von Impedanzmessungen für einen experimentellen Resonator für Ultraschall-Volumenwellen, der gemäß den Fig. 1 und 2 ausgebildet ist. Fig. 7 ist ein Meßergebnis vor der Polarisation und Fig. 8 ist ein Meßergebnis nach der Polarisation. Der piezoelektrische Dünnfilm 27 verwendet Bleititanat (PbTiO&sub3;) und die Dicke h beträgt etwa 1 um. Die oberseitige Elektrode 6 und der Erdleiter 5 verwenden Platin (Pt) in einer Dicke von etwa 0,07 um, das einen Titanboden von etwa 0,03 um Dicke hat, und verwenden eine Luftbrücke als eine Leitung der oberseitigen Elektrode 6 und des Verbindungsstreifens. Bei den Verbindungsstreifen der oberseitigen Elektrode 6 und des Erdleiters 5 ist eine Schicht aus Gold (Au) mit einer Dicke von etwa 3 um gebildet. Die dielektrische Substanz 4 ist Siliciumoxid (SiO&sub2;) mit einer Dicke von etwa 0,1 um. Während des Polarisationsvorgangs wird eine Gleichstromspannung von 15 V während etwa 1 Stunde unter der Bedingung angelegt, daß der Resonator für Ultraschall- Volumenwellen auf 200ºC erwärmt ist.
Fig. 7 zeigt die piezoelektrischen Eigenschaften von der Polarisation. Wenn der Wert der Plattendicke relativ groß ist, verglichen mit der Teilchengröße der piezoelektrischen Keramik, ist die Richtung der Polarisation jedes Teilchens vor der Polarisation in Unordnung, und es zeigt sich eine geringe Piezoelektrizität. In dem Fall des in Fig. 7 gezeigten Resonators für Ultraschall-Volumenwellen ist die piezoelektrische Keramik ein Dünnfilm. Daher kann die Richtung der Polarisation jedes Teilchens selbst vor der Polarisation geordnet werden. Wie ein Vergleich der in Fig. 8 gezeigten Eigenschaften nach der Polarisation mit den in Fig. 7 gezeigten Eigenschaften vor der Polarisation ergibt, wird der Resonanzkreis nach der Polarisation größer und die Piezoelektrizität nimmt auch aufgrund der Polarisation zu. Die Resonanz tritt in zwei Frequenzbändern auf und die durch die Markierung 1 (gezeigt als Δ1) angezeigte Frequenz beträgt etwa 1,4 GHz und die durch die Markierung 2 (Δ2) angezeigte Frequenz 700 MHz.
Die Dicke des Dünnfilms aus Bleititanat (PbTiO&sub3;) des experimentellen Resonator für Ultraschall- Volumenwellen beträgt etwa 1 um, und die Frequenz f&sub0;, bei der die Dicke gleich der halben Wellenlänge der akustischen Welle ist, beträgt etwa 2 GHz. Die normalisierte Frequenz der Markierung 1 beträgt etwa 0,7 (= 1,4 GHz/2 GHz), und die normalisierte Frequenz der Markierung 2 beträgt etwa 0,4 (= 700 MHz/2 GHz). Andererseits ist gemäß dem in Fig. 5 gezeigten berechneten Ergebnis eine durch die strichlierte Linie gezeigte Streuungskurve, die die vertikale Achse am Punkt P1 mit einer etwas kleineren normalisierten Frequenz als der normalisierten Frequenz von 0,8 kreuzt, eine vertikale Welle, die sich in der Richtung der Dicke des Dünnfilms aus Bleititanat (PbTiO&sub3;) ausbreitet. Dies entspricht der Resonanz um die normalisierte Frequenz von etwa 0,7 herum, die durch die Markierung 1 in den Fig. 7 und 8 bezeichnet ist. Die Differenzen zwischen den berechneten Ergebnissen und den gemessenen normalisierten Frequenzen ergeben sich daraus, daß die für die Berechnung verwendete Materialkonstante und die Filmdicke etwas von demjenigen des experimentellen Resonators für Ultraschall- Volumenwellen abweichen. Die durch die strichlierte Linie, die die vertikale Achse am Punkt P2 in Fig. 5 mit der normalisierten Frequenz von etwa 0,5 kreuzt, gezeigte Streuungskurve entspricht der Resonanz um die normalisierte Frequenz von etwa 0,4 herum, die durch die Markierung 2 bezeichnet ist. Dies zeigt eine akustische. Welle, die sich in einer Richtung parallel zu der Oberfläche des Dünnfilms aus Bleititanat (PbTiO&sub3;) ausbreitet. Die Frequenz einer akustischen Welle mit demselben Modus, die in der ausgezogenen Linie in einem Fall gezeigt ist, in welchem keine Metalle auf der Oberfläche des Dünnfilms aus Bleititanat (PbTiO&sub3;) vorgesehen sind, ist eine Abschneidfrequenz in derselben normalisierten Filmdicke (kh/2). Daher entspricht sie der Energieeinschließresonanz, die zwischen beiden Enden der oberseitigen Elektroden 6 in Resonanz ist. Die oberseitige Elektrode 6 des experimentellen Resonators für Ultraschall- Volumenwellen beträgt 100 · 100 um im Quadrat, und die Wellenlänge beträgt 200 um. Wenn demgemäß die Dicke des Dünnfilms aus Bleititanat (PbTiO&sub3;) als 1 um angenommen wird, ist die normalisierte Filmdicke (kh/2) wie folgt. Ausdruck 10:
Der Ausdruck zeigt, daß Resonanz bei der normalisierten Filmdicke (kh/2) auftritt, die etwas nach rechts von der in Fig. 5 dargestellten vertikalen Achse ist. Gemäß der Messung bei dem experimentellen Resonator für Ultraschall-Volumenwellen gibt es keine unnötigen Störschwingungen um die Frequenz der normalisierten Filmdicke herum, und eine Resonanzcharakteristik guter Qualität ist gezeigt. Zusätzlich beträgt die relative Dielektrizitätskonstante etwa 200 auf der Grundlage der Messungen des experimentellen Resonators für Ultraschall-Volumenwellen.
Bei der Vorrichtung für akustische Volumenwellen gemäß dieser Erfindung verwendetes Bleititanat (PbTiO&sub3;) zeigt eine schwache Piezoelektrizität, wenn nicht ein Polarisationsvorgang durchgeführt wird. Bei dem herkömmlichen Typ von Resonator für Ultraschall- Volumenwellen hat ein Bereich des piezoelektrischen Dünnfilms 27, ein welchem die Zuführungselektrode 26 und der Erdleiter 5 einander nicht überlappen, nahezu dieselbe Piezoelektrizität wie der Bereich des piezoelektrischen Dünnfilms 2, in welchem die oberseitige Elektrode 6 und der Erdleiter 5 einander überlappen. Als eine Folge werden unnötige Störschwingungen bewirkt. Bei dem piezoelektrischen Dünnfilm 27 der Vorrichtung für akustische Volumenwellen gemäß dieser Erfindung hat, wenn ein direkte elektrisches Feld über einem erforderlichen Wert nicht während des Polarisationsvorganges angelegt wird, der Bereich, in welchem die Zuführungselektrode 26 und der Erdleiter 5 einander nicht überlappen, nicht so eine starke Piezoelektrizität wie der Überlappungsbereich der oberseitigen Elektrode 6 und des Erdleiters 5. Daher hat der Bereich des piezoelektrischen Dünnfilms 27, in welchem die Zuführungselektrode 26 und der Erdleiter 5 einander nicht überlappen, eine schwache Piezoelektrizität und eine große Störschwingung wie bei dem herkömmlichen Typ von Resonator für Ultraschall- Volumenwellen wird nicht bewirkt.
Der Wert der relativen Dielektrizitätskonstanten von Bleititanat (PbTiO&sub3;), das bei der Vorrichtung für akustische Volumenwellen nach dieser Erfindung verwendet wird, beträgt mehrere hundert. Die Größe der oberseitigen Elektrode 6 für die die Kapazität C&sub0; um die Frequenz von 2 GHz herum 50 Ω beträgt, wenn die relative Dielektrizitätskonstante 200 ist, ist etwa 30 · 30 um im Quadrat. Der Fehler der Kapazität der Elektroden gemäß dem Fehler in den Abmessungen der oberseitigen Elektrode 6 kann 30% größer als der äquivalente Fehler sein, wenn Bleititanat-Zirkonat (PZT) von etwa 13 · 13 um im Quadrat bis 19 · 19 um im Quadrat verwendet wird wie bei herkömmlichen Vorrichtungen für akustische Volumenwellen.
Wie beschrieben wurde, hat die Vorrichtung für akustische Volumenwellen gemäß dem Ausführungsbeispiel 1 eine elektromechanische Kopplungskonstante k² von etwa 5% und keine Störschwingungen, in dem die normalisierte Filmdicke (kh) gleich oder weniger als 2 oder die normalisierte Filmdicke (dh) gleich oder weniger als 0,1 eingestellt werden. Wegen das für den piezoelektrischen Dünnfilm 27 durchgeführten Polarisationsvorgangs ist es möglich, den Bereich des piezoelektrischen Dünnfilms 2 mit Piezoelektrizität zu beschränken. Daher ist es möglich, Störschwingungen zu reduzieren, die in dem Bereich, der nicht auf die elastische Resonanz bezogen ist, wie dem Bereich entsprechend der Zuführungselektrode 26 auftreten. Da die elektromechanische Kopplungskonstante k² oberhalb 5% ist, kann die elektrische Einstellung nach der Herstellung der Vorrichtungen mit dem Dünnfilm durchgeführt werden, in dem jeder Dünnfilm so eingestellt wird, daß er eine durch eine Filmbildung bewirkte Veränderung von Eigenschaften von etwa mehreren Prozent hat, was innerhalb des handhabbaren Bereichs liegt. Dies bedeutet, daß es nicht erforderlich ist, daß die Vorrichtung jeweils während des Halbleiterherstellungsprozesses eingestellt werden. Daher ist es möglich, Vorrichtungen für akustische Volumenwellen in Massenfertigung herzustellen. Da die für den Halbleiterherstellungsprozess ungeeigneten Schritte vermieden werden können, ist es weiterhin möglich, Vorrichtungen zusammen mit einer integrierten Halbleiter-Großschaltung herzustellen. Weiterhin ist es möglich, jede Halbleitervorrichtung auf einem Halbleiterchip zu integrieren, was herkömmlicherweise auf geteilten Halbleiterchips erfolgte, und die gesamte elekrische Vorrichtung zu verkleinern.

Ausführungsbeispiel 2

Die Fig. 9 und 10 zeigen eine Vorrichtung für akustische Volumenwellen nach Ausführungsbeispiel 2.
Fig. 9 zeigt eine Ansicht der Oberseite und Fig. 10 zeigt eine Querschnittsansicht entlang der Linie E-E. In der Figur sind Bleititanat-Zirkonat (PZT) 32, ein Durchgangsloch 33, eine Zuführungselektrode 34 von dem Erdleiter 5 und ein Resonator 35 für Ultraschall- Volumenwellen vorgesehen. Die Struktur des in den Fig. 9 und 10 gezeigten Resonators 35 für Ultraschall-Volumenwellen unterscheidet sich von der des in Fig. 2 gezeigten Resonators für Ultraschall- Volumenwellen nach dem Ausführungsbeispiel 1. Das Durchgangsloch 33 ist gebildet durch Anwendung eines anisotropischen Ätzens von der Seite des Bleititanat- Zirkonats (PZT) auf dem Halbleitersubstrat 1. Jedoch ist die Struktur, die eine elastische Resonanz als der Resonator 35 für Ultraschall-Volumenwellen bewirkt, grundsätzlich dieselbe wie die nach Fig. 2. Der Erdleiter 5 ist auf der dielektrischen Substanz 4. Die piezoelektrische Substanz, d. h., daß Bleititanat-Zirkonat (PZT) 32 ist auf dem Erdleiter 5. Die oberseitige Elektrode 6 ist auf dem Bleititanat- Zirkonat (PZT) 32. Der Erdleiter 5 ist über die Zuführungselektrode 26 elektrisch mit einer Halbleiterschaltung 3 verbunden. In der in Fig. 10 gezeigten Struktur stützt die dielektrische Substanz 4 den Resonator 34 für Ultraschall-Volumenwellen. Wenn die dielektrische Substanz keine ausreichende mechanische Festigkeit hat, wird das Bleititanat-Zirkonat (PZT) verformt und die Resonanzeigenschaften des Resonators für Ultraschall-Volumenwellen verschlechtern sich. In diesem Fall ist eine dielektrische Substanz, die hauptsächlich aus Tantaloxid (Ta&sub2;O&sub5;) gebildet ist, am geeignetesten.
Bleititanat-Zirkonat (PZT) 32 ist eine polykristalline Substanz wie Bleititanatoxid (PbTiO&sub3;) des Resonators für Ultraschall-Volumenwellen nach Ausführungsbeispiel 1. Nach der Filmbildung ist die Richtung der Polarisation jedes Kristalls in Unordnung und es zeigt sich keine starke Piezoelektrizität. Die ungeordnete Richtung wird geordnet, indem eine geeignete Gleichstromspannung bei einer erhöhten Temperatur an das Bleititanat-Zirkonat (PZT) angelegt wird. Als eine Folge kann eine stärkere Piezoelektrizität erreicht werden. Die elektromechanische Kopplungskonstante k², die Dielektrizitätskonstante und Q von Bleititanat-Zirkonat (PZT) 32 verändern sich entsprechend dem Zusammensetzungsverhältnis von Bleizirkonat (PbZrO&sub3;) und Bleititanat (PbTiO&sub3;). Dies ist offenbart in der Literatur in "Acoustic wave Device Technology Handbook, herausgegeben von der Japan Society for the Promotion of Science, Acoustic wave Device Technology the 150th Committee, herausgegeben von Ohmu-sha, 1. Ausgabe vom 30. November 1991, Band IV, Acoustic wave Material, Kapitel 2, Method of Manufacturing Materials and Material Constant, S. 280-329" (nachfolgend als Dokument 15 bezeichnet). Wie im Dokument 15 beschrieben ist, zeigt das übliche Volumenmaterial, Bleititanat-Zirkonat (PZT) einen Phasenübergang, wenn das Zusammensetzungsverhältnis von Bleizirkonat (PbZrO&sub3;) zu Bleititanat (PbTiO&sub3;) um 52 : 48 herum ist. Wenn das Zusammensetzungsverhältnis von Bleititanat (PbTiO&sub3;) kleiner ist, wird Bleititanat-Zirkonat (PZT) ein trigonales System. Wenn das Zusammensetzungsverhältnis von Bleititanat (PbTiO&sub3;) größer ist, wird es ein tetragonales System und zeigt eine große elektromechanische Kopplungskonstante k² um das Zusammensetzungsverhältnis herum, bei dem der Phasenübergang auftritt.
Für Bleititanat-Zirkonat (PZT) 32 ist die verwendeter Verarbeitungstemperatur, wenn Filme gebildet werden, hoch und der Film wird in einer Oxidumgebung gebildet. Der Erdleiter 5 muß aus chemisch stabilem Platin (Pt) oder Gold (Au) bestehen. Platin (Pt) ist überragend in der chemischen Stabilität bei hohen Temperaturen. Andererseits haben Platin (Pt) und Gold (Au) eine hohe Dichte. Wie in einem Berechnungsbeispiel nach Fig. 4 gezeigt ist, wird, wenn die Dicke d des Erdleiters 5 vergrößert wird, die Differenz zwischen der Antiresonanzfrequenz Fa und der Resonanzfrequenz Fr klein. Dann kann die große elektromechanische Kopplungskonstante k² des Bleititanat-Zirkonat (PZT) 32 nicht wirksam ausgenutzt werden. Wie in den Fig. 5 und 6 gezeigt ist, werden, wenn der Wert des Produkts kh der Dicke h von Bleititanat-Zirkonat (PZT) und der Wellenzahl k der akustischen Wellen vergrößert wird, unnötige Störschwingungen bewirkt. Das heißt, um einen Resonator 35 für Ultraschall- Volumenwellen mit einer gewünschten Charakteristik zu erhalten, in dem Bleititanat-Zirkonat (PZT) 32 verwendet wird, sollte die normalisierte Filmdicke (kh) gleich oder geringer als 2 sein oder die normalisierte Filmdicke (d/h) sollte gleich oder weniger als 0,1 sein.

Ausführungsbeispiel 3

Fig. 11 zeigt einen piezoelektrischen Dünnfilm- Oszillator gemäß dem Ausführungsbeispiel 3. Ein Resonator 35 für Ultraschall-Volumenwellen, der Bleititanat (PbTiO&sub3;) verwendet, ist in einer vereinfachten Form des in Fig. 9 gezeigten Resonators 35 für Ultraschall-Volumenwellen gezeigt. Ein Transistor 13 ist eine aktive Vorrichtung. Der Transistor 13 kann ein elektrischer Feldeffekttransistor sein, obgleich in Fig. 11 die Form des bipolaren Transistors als Transistor 13 gezeigt ist. Widerstände 36 sind in der Halbleiterschaltung 3 vorgesehen und Kondensatoren 14 sind in der Halbleiterschaltung 3 vorgesehen. Ein Ausgangsanschluß 37, ein Leistungszuführungsanschluß 38 und ein Erdanschluß 39 sind vorgesehen.
Eine in Fig. 11 gezeigt Oszillatorschaltung oszilliert mit einer Welle mit einer Frequenz ω, in der die Admittanz Y, der Kondensator CB 14 und der Kondensator CC 14 des Resonators 35 für Ultraschall- Volumenwellen dem Ausdruck 7 genügen. Daher kann der Resonator 35 für Ultraschall-Volumenwellen innerhalb des Frequenzbereiches oszillieren, der eine induktive Reaktanz zeigt. Der maximale Wert innerhalb des Oszillationsbereichs liegt zwischen der Antiresonanzfrequenz und der Resonanzfrequenz. Durch Verwendung von Bleititanat (PbTiO&sub3;) und Einstellen der normalisierten Filmdicke (d/h) gleich oder weniger als 0,1 ist es möglich, die Differenz der Antiresonanzfrequenz und der Resonanzfrequenz auf mehr als 5% der Frequenz f&sub0; einzustellen, bei der die Filmdicke h des Bleititanats (PbTiO&sub3;) gleich der halben Wellenlänge ist. Weiterhin ist es möglich, eine Oszillationsschaltung mit guten Eigenschaften auszubilden, die keine Störschwingungen hat. Da weiterhin Bleititanat (PbTiO3) chemisch stabil ist, verschlechtert sich die Oszillatorschaltung nicht während des Herstellungsvorgangs der Halbleiterschaltung 3, und die Oszillatorschaltung wird zusammen mit der Halbleiterschaltung 3 hergestellt, ohne daß die Ausbeute verschlechtert wird.

Ausführungsbeispiel 4

Die Fig. 12 und 13 zeigen einen piezoelektrischen Dünnfilm-Verstärker gemäß dem Ausführungsbeispiel 4. Die Fig. 12 und 13 zeigen denselben piezoelektrischen Dünnfilm-Verstärker. Fig. 12 zeigt die Struktur. Fig. 13 zeigt die Schaltungskonfiguration. In der Figur sind eine oberseitige Elektrode 40 und ein Filter 41 für Ultraschall-Volumenwellen vorgesehen. Ein Halbleiterverstärker 42 ist in der Halbleiterschaltung 3 ausgebildet und besteht aus einer aktiven Schaltungsvorrichtung wie einem Transistor und einer passiven Schaltungsvorrichtung wie einem Kondensator, einem Widerstand, einer Induktivität, einer Übertragungsleitung oder einer Blindleitung. Weiterhin ist ein Eingangsanschluß vorgesehen.
Die oberseitige Elektrode 6 ist durch eine Zuführungselektrode 26 mit dem Halbleiterverstärker 42 verbunden. Eine elastische Resonanz tritt zwischen der oberseitigen Elektrode 40 und der oberseitigen Elektrode 6 auf, die keinen direkten Verbindungspfad zu der externen Schaltung hat. Durch geeignete Einstellung jeder Resonanzfrequenz eines Symmetriemodus und einen Asymmetriemodus arbeitet das Filter 41 für Ultraschall-Volumenwellen als ein Bandpassfilter. Der maximale Wert der verfügbaren Bandbreite liegt zwischen der Antiresonanzfrequenz und der Resonanzfrequenz. Daher kann das Filter 41 für Ultraschall- Volumenwellen, das Bleititanat-Zirkonat (PZT) 32 verwendet, den maximalen Wert des relativen Bandes {(Fa-Fr)/f&sub0;} um mehr als 20% im Vergleich mit den vorher diskutierten herkömmlichen Filtern erweitern. Das Filter 41 für Ultraschall-Volumenwellen gemäß dieser Erfindung verwendet Platin (Pt) oder Gold (Au) für den Erdleiter. Wenn Filme aus Bleititanat-Zirkonat (PZT) 32 gebildet werden, ist der Erdleiter chemisch stabil. Da die normalisierte Filmdicke (kh) gleich oder weniger als 2 ist oder die normalisierte Filmdicke (d/h) gleich oder weniger als 0,1 ist, ist es zusätzlich möglich, den piezoelektrischen Dünnfilm-Verstärker mit guten Eigenschaften zu erhalten, der keine Störschwingungen hat. Da Bleititanat- Zirkonat (PZT) 32 chemisch stabil ist, wird das Filter 41 für Ultraschall-Volumenwellen durch den Herstellungsprozess für die Halbleiterschaltung 3 nicht verschlechtert, und das Filter 41 für Ultraschall- Volumenwellen wird zusammen mit der Halbleiterschaltung 3 hergestellt, ohne daß die Ausbeute verschlechtert wird.

Ausführungsbeispiel 5

Fig. 14 zeigt ein piezoelektrisches Dünnfilmfilter gemäß dem Ausführungsbeispiel 5. In der Figur bilden ein Kondensator 14, eine Induktivität 44 Teile der Halbleiterschaltung 3 auf dem Halbleitersubstrat 1. Ein Filter 41 für Ultraschall-Volumenwellen ist auf Bleititanat (PbTiO&sub3;) ausgebildet, wie in Fig. 12 gezeigt ist.
Das Filter 41 für Ultraschall-Volumenwellen ist so ausgebildet, daß es mit der charakteristischen Impedanz der verbundenen externen Schaltung zusammenhängt. Jedoch wird unter Berücksichtigung des Abmessungsfehlers der oberseitigen Elektrode 6 während der Herstellung ein Zusammenhang mit der charakteristischen Impedanz nicht immer erzielt. Auch zeigt wegen Beschränkungen beim Entwurf das Filter 41 für Ultraschall-Volumenwellen, das auf Bleititanat (PbTiO&sub3;) ausgebildet ist, keine ausreichende Koherenz mit der charakteristischen Impedanz. In diesem Fall müssen, um eine Koherenz mit der charakteristischen Impedanz der externen Schaltung zu erhalten, die Induktivität 44, der Kondensator 14 und eine koherente Schaltung, die eine passive Schaltungsvorrichtung, wie eine Übertragungsleitung oder eine Blindleitung verwendet, mit der Vorder- und der Hinterseite des Filters 41 für Ultraschall-Volumenwellen verbunden sein. Durch Ausbildung der koherenten Schaltung auf demselben Halbleitersubstrat mit dem Filter 41 für Ultraschall- Volumenwellen ist es möglich, ein kleines und leichtes Filter auszubilden, das für die Massenherstellung geeignet ist. Das Filter 41 für Ultraschall- Volumenwellen verwendet Bleititanat (PbTiO&sub3;). Da die normalisierte Filmdicke (hk) gleich oder weniger als 2 oder die normalisierte Filmdicke (d/h) gleich oder weniger als 0,1 ist, ist es möglich, ein Filter mit einer Charakteristik einer weiten Bandbreite, in der keine Störungen auftreten, zu erhalten.

Ausführungsbeispiel 6

Fig. 15 zeigt eine piezoelektrische Dünnfilmvorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel 6. Fig. 15 zeigt ein Beispiel einer Verstärkerschaltung, die einen Transistor 13 verwendet und einen Ausgangsanschluß 37 aufweist. Eine Vorspannschaltung und eine koherente Schaltung auf der Seite des Eingangsanschlusses 43 sind in der Figur weggelassen.
In dem Verstärker sind im allgemeinen die Eingangs- und die Ausgangsimpedanz des Transistors 13 unterschiedlich gegenüber der charakteristischen Impedanz der externen Schaltung. Daher benötigen jeweils der Eingangs- und der Ausgangsanschluß des Transistors 13 eine koherente oder Anpassungsschaltung. Da der Transistor in vielen Fällen eine kapazitive Admittanz hat, kann eine koherente Schaltung mit der induktiven Admittanz verwendet werden. Eine Induktivität, eine Übertragungsleitung oder eine Blindleitung können in der koherenten Schaltung verwendet werden. Die Größe einer Übertragungsleitung und einer Blindleitung, die in einer koherenten Schaltung verwendet werden, hängt ab von der Wellenlänge einer elektromagnetischen Welle mit einer erwarteten Frequenz, die in dem Halbleitersubstrat dort, wo die Halbleiterschaltung ausgebildet ist, erregt wird. Wenn die Frequenz relativ niedrig ist, wird der für eine Übertragungsleitung und eine Blindleitung benötigte Bereich groß und die Abmessungen des Halbleiterchips, die zur Ausbildung des Verstärkers benötigt werden, werden groß. Als eine Folge besteht ein Problem dahingehend, daß die Kosten zur Herstellung des Halbleiterchips steigen und der Halbleiter nicht auf der tatsächlichen Chipfläche ausgebildet werden kann. In vielen Fällen wird in dem Frequenzband, in welchem die Frequenz weniger als etwa 1-2 GHz beträgt, eine Induktivität als eine Vorrichtung zur Schaffung einer induktiven Admittanz verwendet. Jedoch wird für die Induktivität, verglichen mit dem Transistor 13 und dem Kondensator 14, eine relativ größere Fläche in der Halbleiterschaltung benötigt. Weiterhin wird, wenn die Leitungsbreite schmal gemacht wird und die Leitungsdichte zunimmt, um die Fläche der Induktivität klein zu machen, die Widerstandskomponente der Induktivität groß und der Verlust der Induktivität nimmt zu.
Demgemäß ist es schwierig, die Induktivität kleiner zu machen, und folglich wird die Fläche des Halbleiterchips groß und die Kosten für die Herstellung des Halbleiterchips steigen.
Andererseits kann der Resonator 35 für Ultraschall- Volumenwellen, der die piezoelektrischen Keramiken wie Bleititanat (PbTiO&sub3;) und Bleititanat-Zirkonat (PZT) verwendet, auf demselben Halbleitersubstrat zusammen mit den Teilen der Halbleiterschaltung wie einem Transistor 13, einem Kondensator 14 und einem Widerstand 36 ausgebildet werden. Zusätzlich ist die Anspruch genommene Fläche weniger als mehrere hundert um im Quadrat, was relativ klein im Vergleich mit der Fläche einer Induktivität ist. Da Bleititanat (PbTiO&sub3;) und Bleititanat-Zirkonat (PZT) eine relativ große elektromechanische Kopplungskonstante im Vergleich mit der von Zinkoxid (ZnO) und Aluminiumnitrit (AlN) haben, ist es weiterhin möglich, eine induktive Reaktanz über ein breites Frequenzband zu erhalten. Dann ist es möglich, Bleititanat (PbTiO&sub3;) und Bleititanat-Zirkonat (PZT) als eine Induktivität in dem gesamten von der üblichen Halbleiterschaltung benötigten Band zu verwenden. Als eine Folge ist es möglich, die Fläche der gesamten Halbleiterschaltung einschließlich des Resonators 35 für Ultraschall- Volumenwellen klein zu machen und die Herstellungskosten zu senken.

Ausführungsbeispiel 7

Fig. 16 zeigt eine piezoelektrischen Dünnfilm- Oszillator gemäß dem Ausführungsbeispiel 7. Die in Fig. 16 gezeigte Schaltung ist ähnlich der Schaltung nach Fig. 11. In der in Fig. 11 gezeigten Schaltungsanordnung verwenden die Kondensatoren C0 und CE, die eine große Kapazität benötigen, Bleititanat (PbTiO&sub3;), das in dem Resonator 35 für Ultraschall-Volumenwellen verwendet wird, als die dielektrische Substanz. Die Fig. 17 und 18 zeigen ein Beispiel der Ausbildung des Kondensators 45 in Fig. 16, der Bleititanat (PbTiO&sub3;), das in dem Resonator 35 für Ultraschall-Volumenwellen verwendet wird, als die dielektrische Substanz verwendet. Fig. 17 zeigt eine Ansicht der Oberseite und Fig. 18 zeigt eine Querschnittsansicht entlang der Linie F-F. Die Fig. 19 und 20 zeigen ein anderes Beispiel der Ausbildung des Kondensators 45, der Bleititanat (PbTiO&sub3;), das in dem Resonator 35 für Ultraschall-Volumenwellen verwendet wird, als die dielektrische Substanz verwendet. Fig. 19 zeigt eine Ansicht der Oberseite und Fig. 20 zeigt eine Querschnittsansicht entlang der Linie G-G. In den Figuren sind Luftbrücken 46 und Zuführungsanschlüsse 47 vorgesehen.
Die Kapazität des Kondensators wird durch die Dielektrizitätskonstante, die Dicke und die Elektrodenfläche der zu verwendenden dielektrischen Substanz bestimmt. In dem in der Halbleiterschaltung verwendeten Kondensator ist ein Kondensator vorgesehen, der zum Abschneiden des Gleichstroms verwendet wird, und es ist ein Kondensator vorgesehen, der als ein Kurzschluß in einem Frequenzband behandelt werden kann. Der Kondensator 45 benötigt eine große Kapazität. In Abhängigkeit von dem Material der verwendeten dielektrischen Substanz haben jeweils die realistische Dicke der dielektrischen Substanz und die realistische Fläche der dielektrischen Substanz Beschränkungen. Weiterhin ist es bessere die Chipfläche in Anbetracht der Kosten für die Herstellung der Halbleiterschaltung so klein wie möglich zu machen. Daher ist erforderlich, daß die dielektrische Substanz eine große Dielektrizitätskonstante hat. Bleititanat (PbTiO&sub3;) hat eine relative Dielektrizitätskonstante von etwa 200 in dem GHz-Band. Das ist mehr als das zehnfache der Dielektrizitätskonstanten von Siliciumoxid (SiO&sub2;). Dies bedeutet, daß die Fläche zum Realisieren derselben Kapazität ein Zehntel von der ist, die für Siliciumoxid benötigt wird. Die Verwendung einer dielektrischen Substanz wie Bleititanat (PbTiO&sub3;) reduziert die Chipfläche der Halbleiterschaltung und reduziert die Herstellungskosten. Da weiterhin ein zusätzliches dielektrisches Substanzmaterial nicht erforderlich ist und es möglich ist, den Kondensator 45 gleichzeitig mit der Herstellung des Resonators 35 für Ultraschall-Volumenwellen herzustellen, hat es den Vorteil, eine Zunahme des Herstellungsprozesses zu verhindern, die durch Bildung des Kondensators 45 mit einem unterschiedlichen dielektrischen Substanzmaterial bewirkt wird.
Hinsichtlich der Struktur des Kondensators 45 gibt es den Fall, in welchem er sich zwischen dem Erdleiter 5 und der oberseitigen Elektrode 6 in der Richtung der Dicke von Bleititanat (PbTiO&sub3;) befindet, wie in den Fig. 17 und 18 gezeigt ist. Es gibt einen Fall, in welchem die Oberfläche von Bleititanat (PbTiO&sub3;) eine interdigitale Struktur hat, in dem die Elektroden von zwei oberseitigen Elektroden 6 und einandergefügt sind, wie in den Fig. 19 und 20 gezeigt ist. In jedem Fall gehört im Gegensatz zu dem Resonator 35 für Ultraschall-Volumenwellen der Polarisationsvorgang nicht durchgeführt und das Durchgangsloch auf der Bodenseite ist für den Kondensator nicht erforderlich.

Ausführungsbeispiel 8

Fig. 21 zeigt einen Resonator für Ultraschall- Volumenwellen gemäß dem Ausführungsbeispiel 6. In der Figur dienen Anschlüsse 48a und 48b zum Anlegen der Gleichstromspannung für die Polarisation. Ein Kondensator 49 und eine Gleichstrom-Leistungsquelle 50 sind vorgesehen.
In einem Fall, in welchem eine piezoelektrische Keramik wie Bleititanat (PbTiO&sub3;) versendet wird, wenn die geeignete Gleichstromspannung nicht für länger als die definierte Zeit bei der erforderlichen Temperatur an Bleititanat (PbTiO&sub3;) angelegt wird, eine große Piezoelektrizität nicht erhalten werden. Der Polarisationsvorgang ist für Zinkoxid (ZnO) und Aluminiumnitrid (AlN) und ändere herkömmliche piezoelektrische Keramiken, die eine spontane Polarisation haben, nicht erforderlich. Bei dem Polarisationsvorgang wird z. B. die Gleichstromspannung zwischen die oberseitige Elektrode 6 und dem Erdleiter 5 des Resonators 35 für Ultraschall-Volumenwellen gelegt. Wenn der Resonator 35 für Ultraschall-Volumenwellen zusammen mit der Halbleiterschaltung 3 hergestellt wird, wird die Gleichstromspannung die mit dem Resonator 35 für Ultraschall-Volumenwellen verbundene Halbleiterschaltung 3 angelegt und es tritt das Problem auf, daß die Gleichstromspannung für diese Polarisation die Halbleiterschaltung 3 insbesondere in bezug auf aktive Vorrichtungen wie in Transistor 13 beschädigt. Um dies zu verhindern, wird der Kondensator 49 in Reihe zwischen die Halbleiterschaltung 3 und den Anschluß 48a, an dem die Gleichstromspannung des Resonators 35 für Ultraschall-Volumenwellen angelegt wird, geschaltet. Es ist möglich, die Gleichstromspannung zu der Zeit der Polarisation auf der Seite der Halbleiterschaltung 3 zu blockieren, indem der Kondensator 49 eingefügt wird. Bei der Betriebsfrequenz des Resonators 35 für Ultraschall-Volumenwellen sollte die Kapazität des eingefügten Kondensators 49 einen so großen Wert haben, daß es möglich ist, die Impedanz des Kondensators 49 im Wesentlichen zu ignorieren. Oder die Kapazität des eingefügten Kondensators 49 sollte einen Wert haben, der es möglich macht, als die externe zusätzliche Kapazität des Resonators 35 für Ultraschall-Volumenwellen verwendet zu werden. Aus Sicherheitsgründen ist es wünschenswert, alle anderen Anschlüsse 37, 38 und 39 mit Ausnahme des Anschlusses 48a, an dem die elektrische Gleichspannung angelegt ist, während des Polarisationsvorganges zu erden. Durch solche Verfahren ist es möglich, die Beschädigung der Halbleiterschaltung 3 während des Polarisationsvorganges zu verhindern.

Ausführungsbeispiel 9

Fig. 22 zeigt einen Oszillator für Ultraschall- Volumenwellen gemäß dem Ausführungsbeispiel 9. In der Figur sind ein Anschluß 51a des Resonators 35 für Ultraschall-Volumenwellen und ein Anschluß 51b der Halbleiterschaltung 3 vorgesehen. In dem Polarisationsvorgang werden der Anschluß 51a und der Anschluß 51b elektrisch getrennt. Der Anschluß 48a ist elektrisch mit dem Transistor 13 in der Halbleiterschaltung 3 verbunden. Wenn die Gleichstromspannung zu der Zeit der Polarisation angelegt ist, ist der Anschluß 48a geerdet. Durch Anwendung eines solchen Verfahrens ist es möglich, das Anlegen der Gleichspannung für den Polarisationsvorgang an die Halbleiterschaltung 3 zu vermeiden. Wenn der Polarisationsvorgang endet und der Betrieb des Resonators für Ultraschall-Volumenwellen beginnt, sollten der Anschluß 51a und der Anschluß 51b verbunden werden gemäß einem Muster der Schaltung. Die beiden Anschlüsse 48b und 51a in Fig. 22 können kombiniert werden und ein Anschluß sein.

Ausführungsbeispiel 10

Fig. 23 zeigt einen Oszillator für Ultraschall- Volumenwellen gemäß dem Ausführungsbeispiel 10. In der Figur hat der Widerstand 52 einen Widerstandswert, der größer als der Widerstand 36 in der Halbleiterschaltung 3 in dem Gleichstrompfad von dem Anschluß 48a mit der Gleichstrom-Leistungsquelle 50 zu dem Erdpotential hat.
Während des Polarisationsvorgangs gehört die Gleichspannung an den Resonator für Ultraschall-Volumenwellen angelegt, aber es tritt kein wesentlicher Gleichstrom durch den Resonator 35 für Ultraschall- Volumenwellen auf. Wenn daher der Widerstand 52 in Reihe zwischen den Resonator 35 für Ultraschall- Volumenwellen und die Gleichstrom-Leistungsquelle 50 geschaltet wird, wird der Polarisationsvorgang nicht beeinträchtigt. Durch Anordnen des Widerstands 52, der einen größeren Widerstandswert als der Widerstand 36 in der Halbleiterschaltung 3 hat, in dem Gleichstrompfad von dem Anschluß 48a der Gleichstrom- Leistungsquelle 50 zu dem Erdpotential ist es daher möglich, zu verhindern, daß der Transistor 13 oder aktive Vorrichtungen wie die Halbleiterschaltung 3 in der elektrischen Schaltung aufgrund eines unzweckmäßigen Zuführens von Gleichstrom zerstört werden. Obgleich das Zuführen von Gleichstrom zweckmäßig ist, fließt gemäß dem Übergangsansprechverhalten in einem Fall, in welchem die Gleichstrom-Leistungsquelle 50 verbunden ist, der elektrische Übergangsstrom. In diesem Fall verhindert der Widerstand 52, daß die aktive Vorrichtung zerstört wird. Wenn weiterhin die Halbleiterschaltung 3 oder die elektrische Schaltung tatsächlich in Betrieb ist, kann, da ein größerer Widerstandswert als der andere Widerstand 36 vorgesehen ist, der Widerstand 52 im wesentlichen ignoriert werden. Dann ist es in dem Frequenzband, in dem die elektrische Schaltung arbeitet, möglich, zu verhindern, daß der Betrieb der elektrischen Schaltung beschädigt wird. Wenn der Widerstand 36 in Reihe mit dem Widerstand 52 in dem Pfad von dem Anschluß 48a zu dem Erdpotential geschaltet ist, wird die an den Resonator 35 für Ultraschall-Volumenwellen angelegte Gleichspannung bestimmt durch die Spannungsteilungsrate des Widerstands 52 und des Widerstands 36, der sich zwischen dem Widerstand 52 und dem Erdpotential befindet. Demgemäß gibt es einen Fall, daß die Polarisation nicht ordnungsgemäß durchgeführt wird. Der Polarisationsvorgang gemäß dem Ausführungsbeispiel 10 begrenzt den Typ der anwendbaren Halbleiterschaltung 3 und der elektrischen Schaltung.

Ausführungsbeispiel 11

Fig. 24 zeigt eine Ansicht der Vorrichtung für akustische Volumenwellen gemäß dem Ausführungsbeispiel 11. Der Resonator 35 für Ultraschall-Volumenwellen nach Fig. 22 ist in Fig. 24 nicht in der Schaltungsansicht illustriert sondern in der Konfigurationsansicht ähnlich der Fig. 1. In der Figur ist ein Oszillatorchip 53 für Ultraschall-Volumenwellen vorgesehen. Eine Halbleiterschaltung 54 bildet ein Muster zum Anlegen der Spannung zu der Zeit der Polarisation und ist auf demselben Halbleiter 1 des Oszillatorchips 53 für Ultraschall-Volumenwellen ausgebildet. Ein Muster 55 dient zum Anlegen der Spannung zu der Zeit der Polarisation. Wenn eines der Muster kreuzt, wird eine Mehrschichtverdrahtung verwendet.
Mehrere Oszillatorchips 53 für Ultraschall-Volumenwellen werden üblicherweise gleichzeitig auf einer einzelnen Halbleiterscheibe gebildet. Der Polarisationsvorgang wird vorzugsweise vor der Aufteilung in jedes der Oszillatorchips 53 für Ultraschall-Volumenwellen durchgeführt, um die für die Polarisation erforderlichen Herstellungskosten zu verringern. Wie in Fig. 24 gezeigt ist, werden die Resonatoren 35 für Ultraschall-Volumenwellen in einer Anzahl von Oszillatorchips 53 für Ultraschall-Volumenwellen auf der Scheibe zusammengruppiert und durch das Muster 55 für die Polarisation verbunden. Nach der Polarisation wird das Halbleitersubstrat, das das Muster 55 für die Polarisation bildet, von den Oszillatorchips 53 für Ultraschall-Volumenwellen entfernt. Gemäß diesem Vorgang verbleibt das unerwünschte Muster 55 für den Oszillator nicht in jedem der Oszillatorchips 53 für Ultraschall-Volumenwellen. Daher ist es möglich, die Montagefläche des Chips kleiner zu machen, wenn die Oszillatorchips 53 für Ultraschall-Volumenwellen auf einer gedruckten Schaltungsplatte, einer Verpackung oder den anderen Chips befestigt werden.
Bei dem Polarisationsvorgang wird, wenn alle Resonatoren 35 für Ultraschall-Volumenwellen auf derselben Halbleiterscheibe durch das Muster 55 für die Polarisation verbunden sind, wenn nur ein fehlerhafter Resonator 35 für Ultraschall-Volumenwellen auf der Halbleiterscheibe mit einem hohen Ableitgleichstrom zwischen der oberseitigen Elektrode 6 und dem Erdleiter 5 vorhanden ist, der Polarisationsvorgang für die anderen normalen Resonatoren 35 für Ultraschall- Volumenwellen auf der Halbleiterscheibe nicht ordnungsgemäß durchgeführt. Wenn die Resonatoren 35 für Ultraschall-Volumenwellen auf der Halbleiterscheibe in mehrere Gruppen geteilt sind und der Polarisationsvorgang durch Verbinden jeder Gruppe durch das Muster 55 für die Polarisation durchgeführt wird, ist es daher möglich, die Wirkungen eines Resonators 35 für Ultraschall-Volumenwellen mit einem übermäßig großen Ableitstrom herabzusetzen.

Ausführungsbeispiel 12

Fig. 25 zeigt eine Vorrichtung für akustische Volumenwellen gemäß dem Ausführungsbeispiel 12. In der Figur verbindet ein Muster 56 direkt mehrere oberseitige Elektroden 6.
Fig. 25 zeigt ein Beispiel eines Filters für Ultraschall-Volumenwellen, das unter Verwendung mehrerer Resonatoren für Ultraschall-Volumenwellen in enger Nähe zueinander gebildet ist. Bei einem derartigen Filter für Ultraschall-Volumenwellen sind mehrere Resonatoren für Ultraschall-Volumenwellen in einem einzelnen Filter enthalten. Es ist erforderlich, den Polarisationsvorgang für die mehreren Resonatoren für Ultraschall-Volumenwellen unter denselben Bedingungen durchzuführen, so daß jeder der mehreren Resonatoren für Ultraschall-Volumenwellen dieselbe Piezoelektrizität hat. Wie in Fig. 25 gezeigt ist, kann, wenn die mehreren Resonatoren für Ultraschall-Volumenwellen durch das Muster 56 verbunden sind und eine Gleichspannung an jeden in derselben Weise angelegt wird, der Polarisationsvorgang für die mehreren Resonatoren für Ultraschall-Volumenwellen unter genau denselben Bedingungen durchgeführt werden. Daher ist es möglich, die Kosten für die Polarisation zu verringern und dieselbe Piezoelektrizität für den Resonator für Ultraschall-Volumenwellen zu erhalten. Demgemäß kann das Filter für Ultraschall-Volumenwellen mit guten Eigenschaften zu einem geringen Preis hergestellt werden.
Durch Ausbildung des Musters 56 derart, daß es eine charakteristische Impedanz von mehr als 50 Ω in der benachbarten Frequenz der Betriebsfrequenz des Filters für Ultraschall-Volumenwellen hat, kann zusätzlich die Impedanz des Musters 56 so angesehen werden, daß sie nahezu geöffnet ist. Selbst wenn das Muster 56 nach dem Polarisationsvorgang verbleibt, beeinträchtigt es daher nicht die Arbeitsweise des Filters für Ultraschall-Volumenwellen. Daher kann der Schritt des Abschneidens des Musters 56 nach dem Polarisationsvorgang weggelassen werden.
Wenn das Muster 56 einen größeren Widerstand als 50 Ω hat, wird der Polarisationsvorgang nicht beeinträchtigt. Bei der Nachbarfrequenz der Betriebsfrequenz des Filters für Ultraschall-Volumenwellen hat das Muster 56 eine Impedanz, die im wesentlichen eine offene Schaltung ist. Selbst wenn das Muster 56 nach dem Polarisationsvorgang verbleibt, ist es daher möglich, daß der Betrieb des Filters für Ultraschall- Volumenwellen nicht beeinträchtigt wird. Daher kann der Schritt des Wegschneidens des Musters 56 nach dem Polarisationsvorgang weggelassen werden.
Wenn das Muster 56 aus der Widerstandsleitung gebildet ist, bei der die charakteristische Impedanz mehr als 50 Ω beträgt und der Widerstand über 50 Ω liegt, wird der Polarisationsvorgang nicht beeinträchtigt. Bei der Nachbarfrequenz der Betriebsfrequenz des Filters für Ultraschall-Volumenwellen hat das Muster 56 eine Impedanz, die im wesentlichen eine offene Schaltung ist. Selbst wenn das Muster 56 nach dem Polarisationsvorgang verbleibt, beeinträchtigt es daher nicht den Betrieb des Filters für Ultraschall- Volumenwellen. Daher kann der Schritt des Wegschneidens des Musters 56 nach dem Polarisationsvorgang weggelassen werden.

Ausführungsbeispiel 13

Fig. 26 zeigt eine Vorrichtung für akustische Volumenwellen gemäß dem Ausführungsbeispiel 13. In der Figur verbindet ein Muster 56 mehrere Erdleiter 5 direkt.
Fig. 26 zeigt ein Beispiel der Ausbildung des Filters für Ultraschall-Volumenwellen durch enge Anordnung mehrerer Resonatoren für Ultraschall-Volumenwellen. Bei einem derartigen Filter für Ultraschall- Volumenwellen existieren mehrere Resonatoren für Ultraschall-Volumenwellen in einem einzelnen Filter. Daher ist es erforderlich, den Polarisationsvorgang unter denselben Bedingungen durchzuführen, so daß jeder der mehreren Resonatoren für Ultraschall- Volumenwellen dieselbe Piezoelektrizität hat. Wie in Fig. 26 gezeigt ist, kann, wenn die mehreren Resonatoren für Ultraschall-Volumenwellen durch das Muster 56 verbunden sind und die Gleichspannung angelegt wird, der Polarisationsvorgang für die mehreren Resonatoren für Ultraschall-Volumenwellen unter genau denselben Bedingungen durchgeführt werden. Daher ist es möglich, die Kosten für die Polarisation herabzusetzen und die selbe Piezoelektrizität für jeden der Resonatoren für Ultraschall-Volumenwellen zu erhalten. Demgemäß kann das Filter für Ultraschall-Volumenwellen mit guten Eigenschaften zu einem niedrigen Preis hergestellt werden.
Durch Verwendung des Leitungspfades als Muster 56, bei welchem die charakteristische Impedanz über 50 Ω bei der Nachbarfrequenz der Betriebsfrequenz des Filters für Ultraschall-Volumenwellen liegt, arbeitet zusätzlich das Muster 56 mit einer Impedanz, die als nahezu geöffnet angesehen wird. Daher beeinträchtigt, wenn das Muster 56 nach dem Polarisationsvorgang verbleibt, dieses nicht den Betrieb des Filters für Ultraschall-Volumenwellen. Daher kann der Schritt des Abschneidens des Musters 56 nach dem Polarisationsvorgang weggelassen werden.
Wenn das Muster 56 durch die Widerstandsleitung gebildet wird, bei der die charakteristische Impedanz über 50 Ω und der Widerstand über 50 Ω liegen, wird der Polarisationsvorgang nicht beeinträchtigt. Bei der Nachbarfrequenz der Betriebsfrequenz des Filters für Ultraschall-Volumenwellen arbeitet das Muster 56 mit einer Impedanz, die nahezu als eine offene Schaltung angesehen werden kann. Selbst wenn das Muster 56 nach dem Polarisationsvorgang verbleibt, beeinträchtigt es daher nicht die Arbeitsweise des Filters für Ultraschall-Volumenwellen. Daher kann der Schritt des Wegschneidens des Musters 56 nach dem Polarisationsvorgang weggelassen werden.

Ausführungsbeispiel 14

Fig. 27 zeigt eine Vorrichtung für akustische Volumenwellen gemäß dem Ausführungsbeispiel 14. In der Figur sind eine dielektrische Substanz 57, eine Erdelektrode 58 und eine oberseitige Elektrode 59 und ein Draht 60 vorgesehen.
Die dielektrische Substanz 57 zwischen der Erdelektrode 58 und der oberseitigen Elektrode 59 arbeitet als ein Kondensator. Das dielektrische Substanzmaterial kann eine unpolarisierte dielektrische Substanz wie Bleititan(PbTiO&sub3;) hat sein, die auf demselben Halbleitersubstrat gebildet ist. Das dielektrische Substanzmaterial kann ein allgemein isolierendes Material wie Siliciumoxid (SiO&sub2;) sein. Mehrere Kondensatoren sind in Reihe verbunden für die oberseitige Elektrode 6 des Resonators für Ultraschall- Volumenwellen. Einige der mehreren Kondensatoren sind durch den Draht 60 mit der Zuführungselektrode 47 verbunden. Da die kapazitive Reaktanz direkt mit dem Resonator für Ultraschall-Volumenwellen verbunden ist, ist es möglich, die Resonanzfrequenz des Resonators für Ultraschall-Volumenwellen einzustellen, indem die kapazitive Gesamtreaktanz verändert wird. Die Fläche der oberseitigen Elektrode 59 jedes Kondensators wird so eingestellt, daß sie jeweils unterschiedlich sind. Auf der Grundlage der Differenz von der erwarteten Resonanzfrequenz des Resonators für Ultraschall-Volumenwellen wird der mit dem Draht 60 zu verbindende Kondensator zweckmäßig ausgewählt und verbunden. Da jeder Kondensator parallel gemäß kapazitive Reaktanz-Komponente, die in Reihe in den Resonator für Ultraschall-Volumenwellen eingefügt ist, groß, wenn der Kondensator verbunden ist. Es gibt eine geringe Verschlechterung aufgrund des Alters, wenn die Kondensatoren unter Verwendung der Drähte 60 verbunden sind. Wenn ein geeignetes Material, ausgewählt auf der Grundlage der Altersverschlechterung, für die Kapazität des Kondensators verwendet wird, zeigt der Resonator für Ultraschall-Volumenwellen, bei dem die Resonanzfrequenz gemäß der obigen Verbindung eingestellt ist, stabile Resonanzeigenschaften. Das obige Verbindungsverfahren ist auch für die Impedanzeinstellung des Resonators anwendbar.

Ausführungsbeispiel 15

Fig. 28 zeigt eine Vorrichtung für akustische Volumenwellen gemäß dem Ausführungsbeispiel 15. Der Erdleiter 5 des Resonators für Ultraschall-Volumenwellen dient als die Erdelektrode jedes Kondensators. Jeder Kondensator ist parallel zu dem Resonator für Ultraschall-Volumenwellen geschaltet, und es ist möglich, die Resonanzfrequenz des Resonators für Ultraschall- Volumenwellen durch Veränderung der Gesamtkapazität dieser Kondensatoren einzustellen. Die Fläche der oberseitigen Elektrode 59 jedes Kondensators wird einander unterschiedlich eingestellt. Auf der Grundlage einer Differenz von der erwarteten Resonanzfrequenz des Resonators für Ultraschall-Volumenwellen wird der durch den Draht 60 zu verbindende Kondensator zweckmäßig ausgewählt und verbunden. Da jeder Kondensator durch den Draht 60 parallel verbunden ist, wird in diesem Fall, wenn der Kondensator verbunden ist, die parallel zu dem Resonator für Ultraschall-Volumenwellen eingefügte kapazitive Reaktanzkomponente groß.

Ausführungsbeispiel 16

Fig. 29 zeigt eine Vorrichtung für akustische Volumenwellen gemäß dem Ausführungsbeispiel 16. In der Figur ist ein Streifen 61 vorgesehen. Jeder Kondensator ist in Reihe miteinander verbunden und die in Reihe verbundenen Kondensatoren sind in Reihe mit dem Resonator für Ultraschall-Volumenwellen verbunden. Durch Verändern der Gesamtkapazität dieser Kondensatoren ist es möglich, die Resonanzfrequenz des Resonators für Ultraschall-Volumenwellen einzustellen. In diesem Fall ist die Fläche der oberseitigen Elektrode 59 jedes Kondensators so eingestellt, daß sie einander unterschiedlich sind. Auf der Grundlage der Differenz von der erwarteten Resonanzfrequenz des Resonators für Ultraschall-Volumenwellen wird der Kondensator zweckmäßig ausgewählt. Auf der Grundlage des ausgewählten Kondensators ist jeder Streifen 61 durch den Draht 60 verbunden und bildet eine Kurzschlußschaltung. In diesem Fall ist jeder Kondensator durch den Draht 60 verbunden. Wenn jeder Streifen 61 selektiv verbunden ist durch Bildung eines Kurzschlusses, wird die in freie in den Resonator für Ultraschall- Volumenwellen eingefügte kapazitive Reaktanzkomponente groß.

Ausführungsbeispiel 17

Fig. 30 zeigt eine Vorrichtung für akustische Volumenwellen gemäß dem Ausführungsbeispiel 17. Jeder Kondensator ist in Reihe miteinander verbunden und weiterhin ist jeder der in Reihe verbundenen Kondensatoren parallel zu dem Resonator für Ultraschall- Volumenwellen geschaltet. Durch Verändern der Gesamtkapazität dieser Kondensatoren ist es möglich, die Resonanzfrequenz des Resonators für Ultraschall- Volumenwellen einzustellen. Die Fläche der oberseitigen Elektroden 59 jedes Kondensators ist jeweils unterschiedlich. Auf der Grundlage der Differenz von der erwarteten Resonanzfrequenz des Resonators für Ultraschall-Volumenwellen wird der durch den Draht 60 zu verbindende Kondensator zweckmäßig ausgewählt und jeder Streifen 61 kann verbunden werden, um eine Kurzschlußschaltung zu bilden. Wenn jeder Kondensator durch Bilden einer Kurzschlußschaltung selektiv verbunden wird, wird in diesem Fall die parallel zu dem Resonator für Ultraschall-Volumenwellen eingefügte kapazitive Reaktanzkomponente groß.

Ausführungsbeispiel 18

Fig. 31 zeigt eine Vorrichtung für akustische Volumenwellen gemäß dem Ausführungsbeispiel 18. Die dielektrische Substanz 57 zwischen der Erdelektrode 58 und der oberseitigen Elektrode 59 arbeitet als ein Kondensator. Das dielektrische Substanzmaterial kann eine unpolarisierte piezoelektrische Substanz wie Bleititanat (PbiO&sub3;) sein, das auf demselben Halbleitersubstrat 1 gebildet ist, oder ein allgemein isolierendes Material wie Siliciumoxid (SiO&sub2;). Mehrere Kondensatoren sind in Reihe mit der oberseitigen Elektrode 6 der Resonatoren für Ultraschall- Volumenwellen verbunden. Die mehreren Kondensatoren sind über die Leitungsmuster 62 mit der Zuführungselektrode 47 verbunden. Da die kapazitive Reaktanz in Reihe mit Resonator für Ultraschall-Volumenwellen geschaltet ist, ist es möglich, die Resonanzfrequenz des Resonators für Ultraschall-Volumenwellen einzustellen, in dem die kapazitive Gesamtreaktanz verändert wird. Hier ist die Fläche der oberseitigen Elektroden 59 so eingestellt, daß sie jeweils unterschiedlich ist. Auf der Grundlage der Differenz von der erwarteten Resonanzfrequenz des Resonators für Ultraschall-Volumenwellen werden die durch die Leitungsmuster 62 zu verbindenden Kondensatoren zweckmäßig ausgewählt und verbunden. Da jeder Kondensator parallel über das Leitungsmuster 62 geschaltet ist, wird, wenn der Kondensator verbunden ist, die in Reihe der mit dem Resonator für Ultraschall- Volumenwellen eingefügte kapazitive Reaktanzkomponente groß. Es gibt eine geringe Verschlechterung aufgrund des Alters, wenn die Kondensatoren über die Leitungsmuster 62 verbunden sind. Wenn ein geeignetes Material auf der Grundlage der Altersverschlechterung für die Kapazität des Kondensators verwendet wird, kann der Resonator für Ultraschall-Volumenwellen, bei dem die Resonanzfrequenz durch das obige Verbindungsverfahren eingestellt ist, eine stabile Resonanzcharakteristik zeigen. Das obige Verbindungsverfahren, das das Leitungsmuster 62 verwendet, ist nicht geeignet für die unabhängige Einstellung jedes der Resonatoren für Ultraschall-Volumenwellen. Wenn jedoch die Veränderung der Frequenz an jeder Stelle innerhalb eines bestimmten Bereichs ist, ist es akzeptierbar, die Einstellungstelle für Stelle durchzuführen. Das obige Verbindungsverfahren hat den Vorteil der gemeinsamen Einstellung der auf einer Scheibe hergestellten. Resonatoren für Ultraschall-Volumenwellen.

Ausführungsbeispiel 19

Fig. 32 zeigt eine Vorrichtung für akustische Volumenwellen gemäß dem Ausführungsbeispiel 19. Der Erdleiter 5 des Resonators für Ultraschall-Volumenwellen dient als die Erdelektrode jedes Kondensators. Jeder Kondensator ist parallel zu dem Resonator für Ultraschall-Volumenwellen geschaltet. Es ist möglich, die Resonanzfrequenz des Resonators für Ultraschall- Volumenwellen durch Verändern der Gesamtkapazität dieser Kondensatoren einzustellen. In diesem Fall sind die Flächen der oberseitigen Elektroden 59 jedes Kondensators so eingestellt, daß sie unterschiedlich voneinander sind. Auf der Grundlage einer Differenz von der erwarteten Resonanzfrequenz des Resonators für Ultraschall-Volumenwellen werden die durch das Leitungsmuster 62 zu verbindenden Kondensatoren zweckmäßig ausgewählt und verbunden. Da jeder Kondensator unter Verwendung des Leitungsmusters 62 parallel geschaltet ist, wird, wenn der Kondensator verbunden wird, die parallel zu dem Resonator für Ultraschall-Volumenwellen eingefügte kapazitive Reaktanzkomponente groß.

Ausführungsbeispiel 20

Fig. 33 zeigt eine Vorrichtung für akustische Volumenwellen gemäß dem Ausführungsbeispiel 20. Jeder Kondensator ist in Reihe zueinander geschaltet. Die in Reihe geschalteten Kondensatoren sind in Reihe zu dem Resonator für Ultraschall-Volumenwellen geschaltet. Es ist möglich, die Resonanzfrequenz des Resonators für Ultraschall-Volumenwellen einzustellen, indem die Gesamtkapazität dieser Kondensatoren verändert wird. Die Flächen der oberseitigen Elektroden 59 jedes Kondensators werden einander unterschiedlich eingestellt. Auf der Grundlage der Differenz von der erwarteten Resonanzfrequenz des Resonators für Ultraschall-Volumenwellen werden die durch das Leitungsmuster 62 zu verbindenden Kondensatoren zweckmäßig ausgewählt und jeder Streifen 61 wird verbunden, um eine Kurzschlußschaltung zu bilden. Da jeder Kondensator durch Bildung der Kurzschlußschaltung unter Verwendung des Leitungsmusters 62 verbunden wird, wird die in Reihe zu dem Resonator für Ultraschall- Volumenwellen eingefügte kapazitive Reaktanzkomponente groß.

Ausführungsbeispiel 21

Fig. 34 zeigt eine Vorrichtung für akustische Volumenwellen gemäß dem Ausführungsbeispiel 21. Jeder Kondensator ist in Reihe miteinander verbunden. Die in Reihe geschalteten Kondensatoren sind parallel zu dem Resonator für Ultraschall-Volumenwellen geschaltet. Es ist möglich, die Resonanzfrequenz des Resonators für Ultraschall-Volumenwellen einzustellen, indem die Gesamtkapazität der Kondensatoren verändert wird. Die Flächen der oberseitigen Elektroden 59 jedes Kondensators werden so eingestellt, daß sie einander unterschiedlich sind. Auf der Grundlage einer Differenz von der erwarteten Resonanzfrequenz des Resonators für Ultraschall-Volumenwellen werden die durch das Leitungsmuster 62 zu verbindenden Kondensatoren zweckmäßig ausgewählt und jeder Streifen 61 kann verbunden werden, um eine Kurzschlußschaltung zu bilden. Da jeder Kondensator durch Bilden der Kurzschlußschaltung unter Verwendung des Leitungsmusters 62 verbunden ist, wird die parallel zu dem Resonator für Ultraschall-Volumenwellen eingefügte kapazitive Reaktanzkomponente groß.

Ausführungsbeispiel 22

Fig. 35 zeigt eine Vorrichtung für akustische Volumenwellen gemäß dem Ausführungsbeispiel 22. Der Bereich 63 ist ein weggeschnittener Bereich des Leitungsmusters 62, bei dem das Leitungsmuster z. B. durch Verwendung eines Lasers weggeschnitten ist. Die dielektrische Substanz 57 zwischen der Erdelektrode 58 und der oberseitigen Elektrode 59 arbeitet als ein Kondensator. Das dielektrische Substanzmaterial kann eine unpolarisierte dielektrische Substanz wie Bleititanat (PbTiO&sub3;) sein, die auf demselben Halbleitersubstrat 1 angeordnet ist, oder ein allgemein isolierendes Material wie Siliciumoxid (SiO&sub2;). Mehrere Kondensatoren sind in Reihe mit der oberseitigen Elektrode 6 des Resonators für Ultraschall-Volumenwellen verbunden und die mehreren Kondensatoren sind durch das Leitungsmuster 62 mit der Zuführungselektrode 47 verbunden. Da die kapazitive Reaktanz in Reihe zu dem Resonator für Ultraschall-Volumenwellen geschaltet ist, ist es möglich, die Resonanzfrequenz des Resonators für Ultraschall-Volumenwellen durch Verändern der kapazitiven Gesamtreaktanz einzustellen. Die Flächen der oberseitigen Elektroden 59 jedes Kondensators sind so eingestellt, daß sie einander unterschiedlich sind. Durch Wegschneiden des Leitungsmusters 62 unter Verwendung eines Lasers auf der Grundlage einer Differenz von der erwarteten Resonanzfrequenz des Resonators für Ultraschall-Volumenwellen werden die Kondensatoren zweckmäßig ausgewählt oder elektrisch abgetrennt. Da jeder Kondensator durch das Wegschneiden von der parallelen Verbindung getrennt wird, wird die in Reihe zu dem Resonator für Ultraschall-Volumenwellen eingefügte kapazitive Reaktanzkomponente klein. Es besteht eine geringe Verschlechterung aufgrund des Alters, wenn die Kondensatoren über die Leitungsmuster 62 verbunden sind. Wenn ein zweckmäßiges Material auf der Grundlage der Altersverschlechterung für die Kapazität des Kondensators verwendet wird, zeigt der Resonator für Ultraschall- Volumenwellen, bei dem die Resonanzfrequenz durch das obige Verbindungsverfahren eingestellt ist, eine stabile Resonanzcharakteristik. Dieses Verbindungsverfahren kann den an jeder Stelle wegzuschneidenden Bereich 63 bestimmen. Dieses Verbindungsverfahren kann den unabhängig wegzuschneidenden Bereich auf der Grundlage jedes Resonator für Ultraschall- Volumenwellen ändern. Daher hat dieses Verbindungsverfahren den Vorteil, daß es in vielen Fällen anwendbar ist, wie in dem Fall, in welchem der einzustellende Bereich relativ weit ist, und in dem Fall, in welchem jeder Resonator für Ultraschall- Volumenwellen einzeln strikt eingestellt wird.

Ausführungsbeispiel 23

Fig. 36 zeigt eine Vorrichtung für akustische Volumenwellen gemäß dem Ausführungsbeispiel 23. Der Erdleiter 5 des Resonators für Ultraschall-Volumenwellen dient als die Erdelektrode jedes Kondensators. Jeder Kondensator ist parallel zu dem Resonator für Ultraschall-Volumenwellen geschaltet. Es ist möglich, die Resonanzfrequenz des Resonators für Ultraschall- Volumenwellen durch Verändern der Gesamtkapazität dieser Kondensatoren einzustellen. Die Flächen der oberseitigen Elektroden 59 werden so eingestellt, daß sie einander unterschiedlich sind. Auf der Grundlage der erwarteten Resonanzfrequenz des Resonators für Ultraschall-Volumenwellen werden die wegzuschneidenden Leitungsmuster 62 bestimmt und die Kondensatoren werden zweckmäßig ausgewählt oder abgetrennt. Da der von der parallelen Verbindung abzutrennende Kondensator weggeschnitten wird, wird in diesem Fall die parallel zu dem Resonator für Ultraschall-Volumenwellen eingefügte kapazitive Reaktanz klein.

Ausführungsbeispiel 24

Fig. 37 zeigt eine Vorrichtung für akustische Volumenwellen gemäß dem Ausführungsbeispiel 24. Jeder Kondensator ist in Reihe miteinander geschaltet. Die in Reihe geschalteten Kondensatoren sind in Reihe mit dem Resonator für Ultraschall-Volumenwellen geschaltet. Zusätzlich wird jeder Kondensator vorher durch das Leitungsmuster 62 verkürzt. Durch Verändern der Gesamtkapazität dieser Kondensatoren ist es möglich, die Resonanzfrequenz des Resonators für Ultraschall- Volumenwellen einzustellen. Die Flächen der oberseitigen Elektroden 59 jedes Kondensators werden so eingestellt, daß sie einander unterschiedlich sind. Die Kondensatoren werden ausgewählt durch Wegschneiden der Leitungsmuster 62 auf der Grundlage der Differenz von der erwarteten Resonanzfrequenz des Resonators für Ultraschall-Volumenwellen. Da jeder Kondensator in Reihe verbunden wird, indem er weggeschnitten wird, wird in diesem Fall die in Reihe zu dem Resonator für Ultraschall-Volumenwellen eingefügte kapazitive Reaktanzkomponente klein.

Ausführungsbeispiel 25

Fig. 38 zeigt eine Vorrichtung für akustische Volumenwellen gemäß dem Ausführungsbeispiel 25. Jeder Kondensator ist in Reihe miteinander geschaltet. Die in Reihe geschalteten Kondensatoren sind parallel zu dem Resonator für Ultraschall-Volumenwellen geschaltet. Vorher wird jeder Kondensator durch das Leitungsmuster 62 verkürzt. Durch Verändern der Gesamtkapazität dieser Kondensatoren ist es möglich, die Resonanzfrequenz des Resonators für Ultraschall- Volumenwellen einzustellen. Die Flächen der oberseitigen Elektroden 59 jedes Kondensators werden so eingestellt, daß sie einander unterschiedlich sind. Die Kondensatoren werden ausgewählt durch Wegschneiden des Leitungsmusters 62 auf der Grundlage der Differenz von der erwarteten Resonanzfrequenz des Resonators für Ultraschall-Volumenwellen. In diesem Fall wird, da jeder Kondensator in Reihe geschaltet wird, indem er weggeschnitten wird, die parallel zu dem Resonator für Ultraschall-Volumenwellen eingefügte kapazitive Reaktanz groß.

Ausführungsbeispiel 26

Fig. 39 zeigt eine Vorrichtung für akustische Volumenwellen gemäß dem Ausführungsbeispiel 26. In der Figur sind eine Leistungsquelle 64 und eine Diode 65 mit variabler Kapazität vorgesehen.
Die Diode 65 mit variabler Kapazität kann die Kapazität auf der Grundlage der von der Leistungsquelle 64 gelieferten Spannung ändern. Wenn die Diode 65 mit variabler Kapazität und der Resonator 35 für Ultraschall-Volumenwellen parallel geschaltet sind, wie in Fig. 39 gezeigt ist oder in Reihe, wird die von der Leistungsquelle 64 angelegte Spannung gesteuert, um den Wert der kapazitiven Reaktanz, die parallel oder in Reihe mit dem Resonator 35 für Ultraschall- Volumenwellen geschaltet ist, zu verändern. Auf diese Weise wird die Resonanzfrequenz des Resonators 35 für Ultraschall-Volumenwellen eingestellt. Da der Resonator 35 für Ultraschall-Volumenwellen gemäß dieser Erfindung in der Lage ist, zusammen mit der Halbleiterschaltung hergestellt zu werden, kann die Leistungsquelle 64 auf demselben Halbleitersubstrat mit dem Resonator für Ultraschall-Volumenwellen durch Verwendung eines Transistors und dergleichen leicht hergestellt werden.

Ausführungsbeispiel 27

Fig. 40 zeigt eine Vorrichtung für akustische Volumenwellen gemäß einem Ausführungsbeispiel 27. In der Figur sind Widerstände 66 und ein Anschluß 67 vorgesehen.
In der in Fig. 40 gezeigten Filmanordnung für akustische Volumenwellen wird die an die Diode 65 mit variabler Kapazität angelegte Spannung ausgewählt auf der Grundlage des Spannungsverhältnisses der Widerstände 66. Jeder Widerstand 66 mit einem Anschluß 67 hat einen unterschiedlichen Widerstandswert in Bezug auf die anderen Widerstände 66. Der Anschluß, der den geeigneten Grad der Einstellung ergeben kann, wird ausgewählt unter Verwendung beispielsweise eines Drahtes. Demgemäß wird die an die Diode 65 mit variabler Kapazität angelegte Spannung bestimmt. Als eine Folge kann die Resonanzfrequenz des Resonators für Ultraschall-Volumenwellen leicht eingestellt werden.

Ausführungsbeispiel 28

Fig. 41 zeigt eine Vorrichtung für akustische Volumenwellen gemäß dem Ausführungsbeispiel 28. Die in Fig. 41 gezeigte Vorrichtung für akustische Volumenwellen bestimmt die an die Diode 65 mit variabler Kapazität angelegte Spannung auf der Grundlage des Spannungsverhältnisses der Widerstände 66. Jeder Widerstand 66 mit einem Anschluß 67 hat einen unterschiedlichen Widerstandswert in Bezug auf die anderen Widerstände 66. Im Fall der Verbindung mit einer anderen Leistungsquelle 64 oder der Verbindung mit der Leistungsquelle 64 auf demselben Halbleitersubstrat 1 mit der Vorrichtung für akustische Volumenwellen sind z. B. der Anschluß 67 von einem der Widerstände 66 und die Zuführungselektrode 47 verbunden, um den geeigneten Grad der Einstellung zu ergeben. Ein derartiges Verfahren ist ausgezeichnet für die Einstellung Stelle für Stelle.

Ausführungsbeispiel 29

Fig. 42 zeigt eine Vorrichtung für akustische Volumenwellen gemäß dem Ausführungsbeispiel 29. Die in Fig. 42 gezeigte Vorrichtung für akustische Volumenwellen bestimmt die an die Diode 65 mit variabler Kapazität angelegte Spannung auf der Grundlage des Spannungsverhältnisses der Widerstände 66. Der Anschluß 67 jedes Widerstands 66, die jeweils unterschiedliche Widerstandswerte haben, wird vorher mit der Zuführungselektrode 47 unter Verwendung des Leitungsmusters 62 verbunden. Um den geeigneten Grad der Einstellung zu erhalten, wird die Verbindung zwischen dem Anschluß 67 und der Zuführungselektrode 47 beispielsweise durch Verwendung eines Lasers unterbrochen. Ein derartiges Verfahren hat den Vorteil, daß es im Fall der Einstellung an jeder Stelle bzw. im Fall der Einstellung jeder der Vorrichtungen für akustische Volumenwellen anwendbar ist.

Ausführungsbeispiel 30

Fig. 43 zeigt eine Vorrichtung für akustische Volumenwellen gemäß dem Ausführungsbeispiel 30. Die in Fig. 43 gezeigte Vorrichtung für akustische Volumenwellen bestimmt die an die Diode 65 mit variabler Kapazität angelegte Spannung auf der Grundlage des Spannungsverhältnisses der Widerstände 66. Jeder Widerstand 66 mit einem Anschluß 67 hat einen unterschiedlichen Widerstandswert in Bezug auf die anderen Widerstände 66. Durch Auswahl des Anschlusse 67, der den geeigneten Grad der Einstellung ergeben kann, durch Verwendung des Drahtes 60 und Verkürzen des Widerstand 66 wird die an die Diode 65 mit variabler Kapazität angelegte Spannung bestimmt. Als eine Folge ist es möglich, die Resonanzfrequenz des Resonators 35 für Ultraschall-Volumenwellen leicht einzustellen.

Ausführungsbeispiel 31

Fig. 44 zeigt eine Vorrichtung für akustische Volumenwellen gemäß dem Ausführungsbeispiel 31. Die in Fig. 44 gezeigte Vorrichtung für akustische Volumenwellen bestimmt die an die Diode 65 mit variabler Kapazität angelegte elektrische Spannung gemäß dem Spannungsverhältnis der Widerstände 66. Jeder Widerstand 66 mit einem Anschluß 67 hat einen anderen Widerstandswert als die anderen Widerstände 66. Durch Auswahl des Anschlusses 67, um den geeigneten Grad der Einstellung zu erhalten, wird die an die Diode 65 mit variabler Kapazität angelegte elektrische Spannung bestimmt. Als ein Folge kann die Resonanzfrequenz des Resonators 35 für Ultraschall-Volumenwellen leicht eingestellt werden. Ein derartiges Verfahren ist aufgezeichnet bei der Einstellung Stelle für Stelle.

Ausführungsbeispiel 32

Fig. 45 zeigt ein Vorrichtung für akustische Volumenwellen gemäß dem Ausführungsbeispiel 32. Die in Fig. 45 gezeigte Vorrichtung für akustische Volumenwellen bestimmt die an die Diode 65 mit variabler Kapazität angelegte Spannung gemäß dem Spannungsverhältnis der Widerstände 66. Jeder Widerstand 66 hat einen anderen Widerstandswert als die anderen Widerstände 66. Jeder Widerstand 66 wird vorher verkürzt unter Verwendung des Leitungsmusters 62. Die Verbindung des Leitungsmusters 62 zwischen den Anschlüssen 67 wird weggeschnitten durch Verwendung beispielsweise eines Lasers, um den geeigneten Grad der Einstellung zu erhalten. Ein derartiges Verfahren hat den Vorteil, im Fall der Einstellung Stelle für Stelle bzw. im Fall der Einstellung jeder der Vorrichtungen für akustische Volumenwellen anwendbar zu sein.
Wie beschrieben wurde, zeigen die Fig. 1 und 2 ein Beispiel der Verwendung von Bleititanat (PbTiO&sub3;) als piezoelektrische Substanz. Bei dieser Erfindung kann Bleititanat-Zirkonat (PZT) 32 anstelle des Bleititanat (PbTiO&sub3;) als die piezoelektrische Substanz verwendet werden. In gleicher Weise kann in den Fig. 9 und 10 Bleititanat (PbTiO&sub3;) als die piezoelektrische Substanz verwendet werden. Zusätzlich illustrieren die Fig. 1, 2, 9 und 10 nur den Resonator für Ultraschall-Volumenwellen. Aber in den Figuren können das Filter für Ultraschall-Volumenwellen und andere Halbleiterschaltungen 3 auf demselben Halbleitersubstrat 1 sein. Die Struktur der Durchgangslöcher 7 und 33 auf der Bodenseite des in den Fig. 1, 2, 9 und 1 gezeigten Erdleiters 5 kann eine von Strukturen sein, die in den Fig. 46 bis 53 gezeigt sind, in denen die Durchgangslöcher 7, 33 oder der Luftspalt 88 auf der Bodenseite des Erdleiters 5 oder der dielektrischen Substanz 4 vorgesehen sind.
Wie beschrieben wurde, zeigen die Fig. 11, 16, 21, 22, 23 und 24 ein Beispiel des Oszillators für Ultraschall-Volumenwellen, der den Resonator für Ultraschall-Volumenwellen verwendet. Bei dieser Erfindung ist es auch nützlich, ihnen auf demselben Halbleitersubstrat 1 mit dem anderen allgemein verwendeten Halbleiterschaltungen wie dem Filter für Ultraschall- Volumenwellen, einem Halbleiterverstärker, eine Halbleitermischer, einerm Analog/Digital-Wandler, einem Digital/Analog-Wandler, einer zentralen Verarbeitungseinheit (CPU), einem digitalen Signalprozessor (DSP), einem Speicher usw. auszubilden. Wie festgestellt ist, ist es möglich, da es möglich ist, den Resonator für Ultraschall-Volumenwellen zusammen mit vielen Arten von Halbleiterschaltungen auf demselben Halbleitersubstrat 1 herzustellen, es auf die gesamte elektrische Schaltung oder die gesamte elektronische Schaltung anzuwenden unter Verwendung der Vorrichtung für akustische Volumenwellen ohne Begrenzung auf eine bestimmte Vorrichtung.
Wie beschrieben wurde zeigt Fig. 15 ein Beispiel, bei dem der Resonator 35 für Ultraschall-Volumenwellen als eine Induktivität zwischen dem Transistor 13 und dem Ausgangsanschluß 37 eingefügt ist. Bei dieser Erfindung ist es möglich, den Resonator für Ultraschall-Volumenwellen an einer willkürlichen Position in die Halbleiterschaltung einzufügen.
Wie beschrieben wurde, zeigt Fig. 16 ein Beispiel, bei welchem die dielektrische Substanz des Kondensators C&sub0; 45 und des Kondensators CE 45 die piezoelektrische Substanz verwendet, die in dem Resonator 35 für Ultraschall-Volumenwellen verwendet wird. Jedoch ist diese Erfindung anwendbar auf den willkürlichen Kondensator 45 in der Halbleiterschaltung 3.
Wie beschrieben wurde, zeigen die Fig. 17, 18, 19 und 20 nur Kondensatoren, bei denen die piezoelektrische Substanz Bleititanat (PbTiO&sub3;) verwendet. Bei dieser Erfindung ist es möglich, den Resonator für Ultraschall-Volumenwellen und das Filter für Ultraschall-Volumenwellen zu verwenden, und willkürliche Halbleiterschaltungen 3 zusätzlich zu dem Kondensator. Im Fall der Verbindung mit der Zuführungselektrode 47 sind die anderen Verbindungsverfahren mit Ausnahme der Luftbrücke 46 ebenfalls wirksam.
Wie beschrieben wurde, zeigen die Fig. 21, 22 und 23 Polarisationsverfahren. Die Kombination dieser Verfahren ist wirksamer. In Fig. 24 ist der Oszillator für Ultraschall-Volumenwellen als ein Beispiel der Bearbeitung mehrerer Chips 53 gezeigt. Es ist auch anwendbar auf andere Schaltungen wie Filter für Ultraschall-Volumenwellen und Halbleiterschaltungen. Weiterhin sind die Gestalt von Polarisationsmustern und die Gestalt des Halbleiters, der das Polaristionsmuster bildet, nicht notwendigerweise dieselben wie die in Fig. 24 gezeigten, und eine willkürliche Gestalt kann verwendet werden. Die Struktur in jedem Chip 53 von Fig. 24 zeigt einen Fall der Anwendung des in Fig. 22 gezeigten Polarisationsvorgangs. Die in den Fig. 21 und 23 gezeigte Struktur kann auch für Fig. 24 verwendet werden.
Wie beschrieben wurde, zeigen die Fig. 25 und 26 Beispiele des aus zwei Elektroden gebildeten Filters für Ultraschall-Volumenwellen. Die Erfindung ist auch anwendbar auf die Verbindung des Filters für Ultraschall-Volumenwellen mit mehr als zwei Elektroden. Diese Erfindung ist auch anwendbar auf die Verbindung des Resonators für Ultraschall-Volumenwellen und des Filters für Ultraschall-Volumenwellen, die in mehreren Chips gebildet sind.
Wie beschrieben wurde, zeigen die Fig. 27 bis 38 einen Fall des Resonators für Ultraschall- Volumenwellen. Bei dieser Erfindung ist das Filter für Ultraschall-Volumenwellen ebenfalls verfügbar. Weiterhin muß der Kondensator nicht immer eine Struktur haben, wie sie in den Fig. 27 bis 38 gezeigt ist.
Wie beschrieben wurde, zeigen die Fig. 39 bis 45 ein Beispiel, daß die Diode 65 mit variabler Kapazität verwendet. Ein Transistor kann ebenfalls wie die Diode 65 mit variabler Kapazität verwendet werden. Weiterhin ist ein Fall gezeigt, in welchem die Diode 65 mit variabler Kapazität parallel zu dem Resonator 35 für Ultraschall-Volumenwellen geschaltet ist. Statt dessen kann die Diode 65 in Reihe geschaltet sein.
Wie beschrieben wurde, verwendet die piezoelektrische Substanz piezoelektrische Keramiken, die hauptsächlich aus Bleititanat (PbTiO&sub3;) oder Bleititanat- Zirkonat (PZT) gebildet sind. Wenn die Dicke der piezoelektrischen Keramiken gleich h ist, die Dicke von Platin (Pt) oder Gold (Au) als Erdleiter gleich d ist und die Wellenzahl von akustischen Wellen zur Ausbreitung in der Richtung parallel zu der Oberfläche der piezoelektrischen Keramiken gleich k ist, ist kh kleiner als 2 oder d/h kleiner als 0,1. Demgemäß werden keine Störungen bewirkt und eine große elektromechanische Kopplungskonstante kann realisiert werden. Als eine Folge ist es möglich, eine Filmanordnung für akustische Volumenwellen mit guten Eigenschaften zu erhalten.
Da die piezoelektrischen Keramiken eine große elektromechanische Kopplungskonstante haben, ist es möglich, die Resonanzfrequenz durch Verwendung eines elektrischen Einstellverfahrens einzustellen. Selbst wenn die piezoelektrischen Keramiken zusammen mit der Halbleiterschaltung hergestellt werden, ist es möglich, eines der Einstellverfahren auszuwählen, daß mit dem Herstellungsverfahren für die Halbleiterschaltung verwendet werden kann. Folglich können die Herstellungskosten verringert werden.
Da die piezoelektrischen Keramiken eine induktive Reaktanzcharakteristik in einem weiten Frequenzband zeigen können, können sie als die Induktivität in der Halbleiterschaltung verwendet werden. Folglich ist es möglich, die Fläche der Halbleiterschaltung klein zu machen und die Herstellungskosten für die Halbleiterschaltung zu verringern.
Weiterhin werden piezoelektrische Keramiken, deren Piezoelektrizität durch den Polarisationsvorgang verstärkt wird, verwendet. Durch Verwendung eines Teils der piezoelektrischen Keramiken als eine stark dielektrische Substanz wird die Fläche des Kondensators klein gemacht. Die anderen Teile können als die Vorrichtung für akustische Volumenwellen verwendet werden durch Anwendung des Polarisationsvorgangs. Daher ist es durch Steuern des Herstellungsprozesses für die Vorrichtung für akustische Volumenwellen möglich, die Größe des Kondensators und die Herstellungskosten zu verringern.
Weiterhin ist es möglich, die durch den Polarisationsvorgang bewirkte Beschädigung von Vorrichtungen in der Halbleiterschaltung zu verhindern. Es ist möglich, den Polarisationsvorgang für viele Resonatoren und Filter für Ultraschall-Volumenwellen gleichzeitig durchzuführen. Daher können die Kosten für den Polarisationsvorgang herabgesetzt werden und der wirksame Polarisationsvorgang kann realisiert werden.
Da es elektrisch möglich ist, die Veränderung der Resonanzfrequenz, die durch Herstellungsfehler der Dicke des piezoelektrischen Dünnfilms bewirkt ist, zu justieren, kann die Filmanordnung für akustische Volumenwellen von hoher Qualität erhalten werden.

Claims

1. Dünnfilmanordnung für akustische Volumenwellen, welche aufweist:

eine Erdleiterschicht (5);

einen piezoelektrischen keramischen Dünnfilm (27), der auf die Erdleiterschicht aufgebracht ist;

ein leitendes Elektrodenmuster (6), welches auf den piezoelektrischen keramischen Dünnfilm aufgebracht ist; und

ein Halbleitersubstrat (1);

worin der piezoelektrische keramische Dünnfilm (27) einen piezoelektrischen Abschnitt hat, der durch einen Polarisationsprozeß behandelt wurde, sowie einen dielektrischen Abschnitt, welcher nicht durch den Polarisationsprozeß behandelt wurde;

die Erdleiterschicht (5) eine Dicke d hat;

der piezoelektrische keramische Dünnfilm (27) eine Dicke h hat, welche mehr als das zehnfache der Dicke der Erdleiterschicht (5) beträgt; und die Erdleiterschicht (5) auf das Halbleitersubstrat (1) aufgebracht ist;

dadurch gekennzeichnet, daß

der piezoelektrische keramische Dünnfilm (27) eine akustische Welle erzeugt, die sich in einer Richtung parallel zu einer Oberfläche des piezoelektrischen keramischen Dünnfilms (27) fortpflanzt, und die Dicke h des piezoelektrischen keramischen Dünnfilms (27) geringer ist als die Wellenlänge λ der akustischen Wellen geteilt durch π, und daß

eine auf das Halbleitersubstrat (1) aufgebrachte Halbleiterschaltung (3),

eine für einen Polarisationsprozeß des piezoelektrischen keramischen Dünnfilms (27) durch Anlegen einer Gleichspannung verwendete Polarisationsschaltung und

eine Schutzschaltung (49, 51a, 51b, 52) zum Schützen der Halbleiterschaltung (3) vor dem Anlegen der Gleichspannung vorgesehen sind.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

die Schutzschaltung (49) eine kapazitive Reaktanz aufweist, die in Reihe zwischen die Halbleiterschaltung (3) und zumindest die Erdleiterschicht (5) oder das leitende Elektrodenmuster (6) geschaltet ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

die Halbleiterschaltung (3) eine Erdpotentialelektrode (48a) aufweist, und worin die Schutzschaltung (49) Mittel aufweist zum Einstellen des leitenden Elektrodenmusters (6) oder der Erdleiterschicht (5) in der Weise, daß es/sie das selbe Potential wie die Erdpotentialelektrode der Halbleiterschaltung (3) während eines Polarisationsprozesses aufweist, um das andere Element von dem leitenden Elektrodenmuster (6) oder der Erdleiterschicht (5) von der Erdpotentialelektrode der Halbleiterschaltung (3) zu trennen und um eine Gleichspannung für die Polarisation an das andere anzulegen.

4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

die Halbleiterschaltung (3) eine Erdpotentialelektrode aufweist, und worin die Schutzschaltung (49) Mittel aufweist zum Einstellen entweder des leitenden Elektrodenmusters (6) oder des Erdleiters (5) auf das selbe Potential wie die Erdpotentialelektrode der Halbleiterschaltung (3) während eines Polarisationsprozesses und zum Anlegen einer Gleichspannung für die Polarisation an das andere Element von dem leitenden Elektrodenmuster (6) oder der Erdleiterschicht (5) über einen Widerstand (52), und worin der Widerstand (52) einen größeren Widerstandswert als den einer Widerstandsvorrichtung (36) aufweist, welche in einem elektrischen Pfad von einem Anlegepunkt für die Gleichspannung zur Polarisation zu der Erdpotentialelektrode der Halbleiterschaltung (3) vorhanden ist.

5. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

die Polarisationsschaltung (55) für mehrere Dünnfilmanordnungen für akustische Volumenwellen vorgesehen ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß

die Polarisationsschaltung (55) eine von einer ersten Leitung (56) zum elektrischen Koppeln mehrerer der Erdleiterschichten (5) und einer zweiten Leitung (56) zum elektrischen Koppeln mehrerer der leitenden Elektrodenmuster (6) aufweist.

7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß

die erste und die zweite Leitung (56) eine charakteristische Impedanz von mehr als 50 Ω haben.

8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß

die erste und die zweite Leitung (56) einen Widerstand von mehr als 50 Ω haben.

9. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine auf das Halbleitersubstrat (1) aufgebrachte Halbleiterschaltung (3);

worin die Halbleiterschaltung (3) ausgebildet ist durch Verwendung eines Teils des piezoelektrischen keramischen Dünnfilms (27).

10. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß

die Halbleiterschaltung (3) eine induktive Reaktanzanordnung enthält.

11. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß

eine Charakteristik der induktiven Reaktanzanordnung bestimmt ist entsprechend der Gestalt jeweils des piezoelektrischen keramischen Dünnfilms (27) und des leitenden Elektrodenmusters (6).

12. Anordnung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß

eine Charakteristik der induktiven Reaktanzanordnung bestimmt ist entsprechend der Gestalt der Erdleiterschicht (5).

13. Anordnung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß

ein dielektrischer Abschnitt (57) als ein Teil einer kapazitiven Reaktanzanordnung verwendet wird.

14. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie mehrere auf das Halbleitersubstrat (1) aufgebrachte Reaktanzanordnungen aufweist, die individuell mit dem leitenden Elektrodenmuster (6) verbindbar sind.

15. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Schaltung mit einer aktiven Vorrichtung (62, 65) aufweist, welche eine variable kapazitive Reaktanz für die Dünnfilmanordnung für akustische Volumenwellen liefert, und welche auf das Halbleitersubstrat aufgebracht ist.

16. Anordnung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß

die Schaltung mit einer aktiven Vorrichtung (62, 65) eine aktive Vorrichtung (65), mehrere Widerstandsvorrichtungen (66) und eine Vorrichtung (62) zum Ändern einer elektrischen Verbindung von jeder der mehreren Widerstandsvorrichtungen aufweist.

17. Anordnung nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß

die Vorrichtung (62) zum Ändern der elektrischen Verbindung ausgewählte Vorrichtungen in Reihe verbindet.

18. Anordnung nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zum Ändern der elektrischen Verbindung ausgewählte Vorrichtungen parallel verbindet.

19. Anordnung nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß

die Vorrichtung zum Ändern (62) der elektrischen Verbindung die elektrische Verbindung unter Verwendung von Drahtbonden ändert.

20. Anordnung nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß

die Vorrichtung (62) zum Ändern der elektrischen Verbindung die elektrische Verbindung durch Verwendung einer Maske zum Herstellen einer Elektrode ändert.

21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß

die Vorrichtung (62) zum Ändern der elektrischen Verbindung die elektrische Verbindung durch Schneiden eines Elektrodenmusters ändert.

22. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß

der piezoelektrische keramische Dünnfilm (27) aus Bleititanat oder Bleititanat-Zirkonat besteht.

23. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß

das Halbleitersubstrat (1) aus Silizium oder Galliumarsenid besteht.

24. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß

die Erdleiterschicht (5) zumindest Platin oder Gold Verwendet.

25. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß

die Erdleiterschicht (5) Titan oder Wolfram verwendet.

26. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß

das leitende Elektrodenmuster (6) ein Metall, eine leitende Halbleiterschicht oder ein leitendes Material verwendet.

27. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 26, gekennzeichnet durch

eine Schicht (57) aus dielektrischem Material zwischen dem Halbleitersubstrat (1) und der Erdleiterschicht (5).

28. Anordnung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß

der piezoelektrische keramische Dünnfilm (27) auf einem Teil der Schicht (4, 57) aus dielektrischem Material aufgebracht ist.

29. Anordnung nach Anspruch 27 oder 28, dadurch gekennzeichnet, daß

die Schicht (4, 57) aus dielektrischem Material im wesentlichen aus Siliziumoxid, Siliziumnitrid oder Tantaloxid zusammengesetzt ist.

30. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß sie zumindest eine Halbleiterschaltung (3), eine aktive Schaltungsvorrichtung oder eine passive Schaltungsvorrichtung auf dem Halbleitersubstrat (1) aufweist, um ein elektronisches System zu bilden.

31. Verfahren zum Herstellen einer Dünnfilmanordnung für akustische Volumenwellen, welches die Schritte aufweist:

Bilden einer Erdleiterschicht (5) auf einem Substrat (1);

Bilden eines piezoelektrischen keramischen Dünnfilms (27) aus Bleititanat oder Bleititanat- Zirkonat auf der Erdleiterschicht (5);

Bilden eines leitenden Elektrodenmusters (6) auf dem piezoelektrischen keramischen Dünnfilm (27); und

Polarisieren nur eines Teils des piezoelektrischen keramischen Dünnfilms (27);

Bilden einer Schicht (4, 57) aus dielektrischem Material durch Anordnen entweder von Siliziumoxid, Siliziumnitrit oder Tantaloxid zwischen dem Substrat (1) aus Halbleitermaterial und der Erdleiterschicht (5),

worin der Schritt des Bildens der Erdleiterschicht (5) einen Schritt des Einstellens einer Dicke d der Erdleiterschicht (5) enthält, und der Schritt des Bildens des piezoelektrischen keramischen Dünnfilms (27) einen Schritt des Einstellens der Dicke h des piezoelektrischen keramischen Dünnfilms (27) derart, daß sie mehr als das zehnfache der Dicke d der Erdleiterschicht (5) beträgt, enthält;

dadurch gekennzeichnet, daß

der Schritt des Bildens des piezoelektrischen keramischen Dünnfilms (27) einen Schritt des Bildens des piezoelektrischen keramischen Dünnfilms (27) enthält, worin die Dicke h des piezoelektrischen keramischen Dünnfilms (27) geringer ist als die Wellenlänge λ der akustischen Wellen, die sich in einer Richtung parallel zu einer Oberfläche des piezoelektrischen keramischen Dünnfilms (27) ausbreiten, geteilt durch π,

und daß ein Schritt des Bildens einer Halbleiterschaltung (3) auf dem Halbleitersubstrat (1), ein Schritt, des Polarisierens des piezoelektrischen keramischen Dünnfilms (27) und ein Schritt des Schützens der Halbleiterschaltung (3) während des Polarisationsprozesses vorgesehen sind.

32. Verfahren nach Anspruch 31, gekennzeichnet durch einen Schritt des Bildens einer Halbleiterschaltung (3) durch Verwendung eines Teils des piezoelektrischen keramischen Dünnfilms (27).

33. Verfahren nach einem der Ansprüche 31 oder 32, gekennzeichnet durch einen Schritt des Bildens mehrerer Vorrichtungen zum Einstellen einer Charakteristik der Dünnfilmanordnung für akustische Volumenwellen sowie einen Schritt des Einstellens der Charakteristik der Dünnfilmanordnung für akustische Volumenwellen durch selektive Verbindung von Anordnungen der mehreren Anordnungen.