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Hintergrund
der Erfindung
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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft
eine AOFW-Anordnung entsprechend dem Oberbegriff des Anspruches
1.
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Beschreibung
des Standes der Technik
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Eine AOFW-Anordnung entsprechend
dem Oberbegriff des Anspruches 1 ist aus der
EP 0 246 626 bekannt. Im Allgemeinen
bildet eine AOFW-Anordnung durch Bereitstellung einer aus einem
Aluminiumfilm hergestellten Elektrode in Kammform an der Oberfläche eines
piezoelektrischen Substrates eine Interdigitalwandlerelektrode und
wird als Filter oder Resonator verwendet.
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Da die Frequenzen in der Mobilkommunikation
fortwährend
größer werden,
sind in jüngster
Zeit die Betriebsfrequenzen von AOFW-Anordnungen von einigen 100
Megahertz auf einige Gigahertz gestiegen, wobei gleichzeitig eine
höhere
Abgabeleistung gefordert wird. Als Ergebnis dieses Frequenzanstieges
muss die Musterbreite der Interdigitalwandlerelektrode geringer
sein. So muss beispielsweise bei einem Filter mit einer 1,5-GHz-Band-Mittenfrequenz
die Elektrodendrahtbreite ungefähr
0,7 μm betragen.
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Wirkt eine hohe elektrische Leistung
auf eine AOFW-Anordnung mit einer geringen Elektrodenbreite ein,
bewirkt eine durch akustische Oberflächenwellen (AOFW) erzeugte
Dehnung eine (mechanische) Spannung an dem Elektrodenfilm. Wenn
diese Spannung eine Grenzspannung des Elektrodenfilmes übersteigt,
bewegen sich Aluminiumatome in dem Elektrodenmaterial zur Korngrenze.
Infolgedessen bilden sich Häufungs- und Mangelstellen,
und die Elektrode wird beschädigt,
wodurch sich die Kennwerte der AOFW-Anordnung verschlechtern.
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Zur Lösung derartiger Probleme wurde,
wie in der japanischen Patentveröffentlichung
61-47010 offenbart, die Verwendung eines Filmes aus einer Aluminiumlegierung
vorgeschlagen, der Kupfer als Elektrodenmaterial enthält. Der
Film aus einer Aluminiumlegierung hält im Vergleich zu einem Film
aus reinem Aluminium bei Einwirkung einer höheren elektrischen Leistung
stand. Es wurde zudem versucht, den Elektrodenfilm durch Zusetzen
von Titan, Nickel, Palladium usw. zu verstärken.
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Die US-A-5,773,917 offenbart ein
Verfahren, das auch bei AOFW-Anordnungen die Verwendung des Übergangsmetalls
Kupfer als Migrationsbarriere ermöglicht.
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Vorrichtungen des Standes der Technik
erreichen jedoch weder eine ausreichende Stabilität hinsichtlich
elektrischer Leistung noch einen in der Übertragungsphase eines Mobiltelefons
notwendigen niedrigen Einfügungsverlust
für die
elektrische Leistung. So muss beispielsweise ein analoges zelluläres Telefon
bei Einwirkung einer elektrischen Leistung von 1 Watt oder mehr
standhalten sowie einen Einfügungsverlust
in der bei dielektrischen Filtern üblichen niedrigen Größenordnung
aufweisen. Wie erläutert,
kann, um ein Standhalten bei Einwirkung einer höheren elektrischen Leistung
zu ermöglichen,
die Rate zugesetzter Metalle erhöht werden.
Die zugesetzten Metalle führen
jedoch zu einer unerwünschten
Erhöhung
des spezifischen Widerstandes des Legierungsfilmes sowie zu einer
Erhöhung
des Einfügungsverlustes.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Es ist daher Hauptaufgabe der Erfindung,
eine AOFW-Anordnung mit einer Interdigitalwandlerelektrode bereitzustellen,
die in der Lage ist, bei Einwirkung einer hohen elektrischen Leistung
standzuhalten, und die eine Erhöhung
des Einfügungsverlustes
verhindert.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch
eine AOFW-Anordnung mit den in Anspruch 1 beschriebenen Merkmalen
gelöst.
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Erfindungsgemäß ist die an der Oberfläche eines
piezoelektrischen Substrates vorgesehene Interdigitalwandlerelektrode
durch die abwechselnde Beschichtung mit einem Aluminiumfilm und
einem Film hergestellt, der ein leitfähiges Material mit einer elasti schen
Konstante größer als
diejenige des Aluminiumfilmes aufweist. Zudem ist die Anzahl der
Beschichtungen mit Filmen aus leitfähigem Material und Aluminium
mindestens zwei.
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Diese Ausgestaltung ermöglicht eine
AOFW-Anordnung, die die durch die Bewegung von Aluminiumatomen bei
Einwirkung einer hohen elektrischen Leistung verursachte Erzeugung
von Mangel- und Häufungsstellen
unterdrückt
und eine Erhöhung
des Einfügungsverlustes
verhindert.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnung
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1(a) ist
eine perspektivische Ansicht, die eine Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen AOFW-Anordnung
zeigt, und 1(b) stellt die Filterstruktur
dieser AOFW-Anordnung
dar.
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2 ist
eine Schnittansicht mit einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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3 ist
eine Schnittansicht einer zu Vergleichszwecken hergestellten Elektrode.
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4 ist
eine Schnittansicht mit einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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5 ist
eine Schnittansicht mit einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Detaillierte
Beschreibung der Erfindung
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Ausführungsbeispiele der Endung
werden nachstehend eingehend beschrieben. Entsprechend dem Kernpunkt
der Erfindung wird die an der Oberfläche eines piezoelektrischen
Substrates vorgesehene Interdigitalwandlerelektrode durch die abwechselnde
Beschichtung mit einem Aluminiumfilm und einem Film hergestellt,
der ein leitfähiges
Material mit einer elastischen Konstante größer als diejenige des Aluminiumfilmes
aufweist. Zudem ist die Anzahl der Beschichtungen mit Filmen aus
leitfähigem
Material und Aluminium mindestens zwei.
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Die Dicke jeder Aluminiumfilmschicht
beträgt
ungefähr
150 nm oder weniger. Die Dicke jeder Schicht des das leitfähige Material
mit einer elastischen Konstante größer als diejenige des Aluminiumfilmes
aufweisenden Filmes ist kleiner als die Dicke des Aluminiumfilmes.
Infolgedessen wird eine Erhöhung
des elektrischen Widerstandes der Elektrode verhindert und die mechanische
Festigkeit der Elektrode erhöht,
wodurch ein Standhalten bei höheren
elektrischen Leistungen möglich
wird.
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Zudem ist die äußerste Schicht der Schichtelektrode
der Erfindung ein Aluminiumfilm, dessen Filmdicke ungefähr 50 nm
oder weniger beträgt.
Infolgedessen ist die Struktur bei Einwirkung einer hohen elektrischen
Leistung widerstandsfähig,
da die Erzeugung von Häufungs-
und Mangelstellen in der äußersten Schicht
verhindert wird.
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Wird ein akustisches Oberflächenwellenelement
angeregt, so wird an dem piezoelektrischen Substrat eine Dehnung
erzeugt, die zum Wirken einer (mechanischen) Spannung an der Interdigitalwandlerelektrode führt. Übersteigt
die Spannung die Grenzspannung des Filmes, so wandern Al-Atome in
der Elektrode durch die Korngrenze und bewegen sich zur Oberfläche, um
dort Häufungsstellen
zu bilden. Bewegen sich die Aluminiumatome an die Oberfläche, so
werden in dem Film Mangelstellen von Aluminiumatomen ausgebildet.
Da zahlreiche Häufungs-
und Mangelstellen ausgebildet werden, wird der Elektrodenfilm beschädigt, und
Frequenzschwankungen sowie eine Erhöhung des Einfügungsverlustes
treten auf, wodurch die AOFW-Anordnung schlussendlich nicht mehr
richtig funktioniert.
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Es ist weniger wahrscheinlich, dass
eine derartige durch die Bewegung von Aluminiumatomen verursachte
Ausbildung von Häufungs-
und Mangelstellen auftritt, wenn die mechanische Festigkeit des
Filmes zunimmt. Zudem ist eine Ausbildung weniger wahrscheinlich,
wenn die Größe der den
Aluminiumfilm bildenden Teilchen abnimmt. Bislang war bekannt, dass
die Bewegung der Aluminiumatome unterdrückt wird, wenn sich Kupferatome,
Titanatome oder dergleichen in der Korngrenze absetzen. Entsprechend
wurden Versuche durchgeführt,
bei denen verschiedene Materialien zugesetzt wurden. Die Menge zugesetzten
Materials war allerdings beschränkt,
da eine Erhöhung
der Konzentration der zugesetzten Materialien eine Erhöhung des
spezifischen Widerstandes des Filmes bewirkt, was zu einer merklichen
Erhöhung
des Einfügungsverlustes
führt.
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Die Erfinder der vorliegenden Erfindung
wiesen nach, dass, wenn die Konzentration der zugesetzten Materialien
zunimmt, für
den Fall eines Einlegierungsfilmes die Korngrenze kontinuierlich
von der Schnittstelle des piezoelektrischen Substrates und der Elektrode
bis zur Oberfläche
der Elektrode besteht, und dass die Teilchen an der Oberfläche der
Elektrode größer sind.
Wenn die auf die Elektrode einwirkende Spannung die Grenzspannung
der Legierungselektrode übersteigt,
ergibt sich, dass sich die Aluminiumatome durch die Korngrenze zur
Oberfläche
der Elektrode hin aufwärts
bewegen, wodurch Häufungsstellen
entstehen.
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Auf der Grundlage dieser Versuchsergebnisse
wirkt die vorliegende Erfindung bei der Verhinderung der Zunahme
der Teilchengröße des Aluminiumfilmes
wie auch bei der Verhinderung der Aufwärtsbewegung der Aluminiumatome
durch die Korngrenze zur Oberfläche
der Elektrode dadurch, dass der Aluminiumfilm von einem Material
mit einer elastischen Konstante größer als diejenige des Aluminiumfilmes
in Schichten geteilt ist.
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Darüber hinaus wird durch die Schichtung
eines eine größere elastische
Konstante als diejenige des Aluminiumfilmes aufweisenden Materials
zwischen die Aluminiumfilme die elastische Festigkeit des gesamten Elektrodenfilmes
erhöht,
wodurch das Einwirken einer hohen Spannung kaum mehr Wirkung entfaltet.
Für den Fall,
dass die Dicke jeder Schicht der geschichteten Aluminiumfilme groß ist, bewegen
sich aufgrund der anregungsbedingten Spannung Aluminiumatome in
seitlicher Richtung, wodurch seitliche Häufungsstellen ausgebildet werden.
Die seitlichen Häufungsstellen
führen
zu einer (leistungsmäßigen) Verschlechterung
der Elektrode und bewirken bei einem Kontakt mit der anliegenden
Interdigitalwandlerelektrode einen kurzzeitigen Ausfall.
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Eine Vorgehensweise zur Verhinderung
dieses Effektes ist die Verringerung der Dicke der aufzuschichtenden
Aluminiumfilme. Insbesondere wiesen die Erfinder der vorliegenden
Erfindung experimentell nach, dass es wirkungsvoll ist, die Dicke
des Aluminiumfilmes auf ungefähr
100 nm oder weniger festzusetzen, um mit Blick auf eine Verwendung
bei einem Überträger ein
Standhalten bei einer elektrischen Leistung von 1 Watt oder mehr
zu ermöglichen.
Darüber
hinaus ist, da das leitfähige
Material mit einer elastischen Konstante größer als diejenige des Aluminiumfilmes
im Allgemeinen eine größere Dichte
als der Aluminiumfilm aufweist, bevorzugt, den leitfähigen Film
möglichst
dünn auszubilden,
wobei zumindest durch die Ausbildung des leitfähigen Filmes dünner als
der Alu miniumfilm eine Zunahme des elektrischen Widerstandes der
Elektrode verhindert werden kann.
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Beispiele
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Einzelne Beispiele werden nachstehend
beschrieben.
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Beispiel 1
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Eine AOFW-Anordnung entsprechend
der vorliegenden Erfindung wird anhand der 1(a) und 1(b) beschrieben. 1(a) ist
eine perspektivische Ansicht, die ein 872-MHz-Filter-Gebilde vom Leitertyp zeigt.
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1(b) stellt
die Filterstruktur dieser Filteranordnung dar. Bezugszeichen 1 bezeichnet
ein piezoelektrisches Substrat, wobei im Ausführungsbeispiel Lithiumtantalat
Verwendung fand (Das Lithiumtantalatsubstrat wird nachstehend LT-Substrat
genannt). Bezugszeichen 2 bezeichnet eine Interdigitalwandlerelektrode und
Bezugszeichen 3 eine Reflektorelektrode.
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2(a) bis 2(c) zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel
der Interdigitalwandlerelektrode der vorliegenden Erfindung. Genauer
gesagt sind 2(a) bis 2(c) schematische
Schnittansichten, die die Schichtelektrode darstellen, wobei die
Elektrode eine variable Anzahl von Schichten aufweist. Die gezeigten
Schnittansichten stellen lediglich eine Interdigitalwandlerelektrode
dar. In der Zeichnung bezeichnen Bezugszeichen 31 bis 33, 35 bis 38 sowie 40 bis 45 Aluminiumfilme
und Bezugszeichen 51 und 52, 53 bis 55 sowie 56 bis 60 Filme
aus einem leitfähigen
Material mit einer elastischen Konstante größer als diejenige des Aluminiumfilmes.
Die in 2(a) gezeigte Interdigitalwandlerelektrode 2 enthält Filme 31 bis 33 sowie 51 und 52.
Die in 2(b) gezeigte Interdigitalwandlerelektrode 2 enthält Filme 35 bis 38 und 53 bis 55.
Die in 2(c) gezeigte Interdigitalwandlerelektrode 2 enthält Filme 40 bis 45 und 56 bis 60.
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Die in 2(a) bis 2(c) dargestellte Interdigitalwandlerelektrode
wurde in dem nachstehend beschriebenen Verfahren hergestellt. Zunächst wurde
der Elektrodenfilm in einem Sputterverfahren hergestellt, wobei das
Sputtergerät
ein Sputtergerät
vom Karus selltyp (SPC-530H von Nichiden Anerva) war. Aluminium-
und Titantargets wurden an dem Sputtergerät angebracht, das LT-Substrat
1 wurde in einen Substrathalter eingesetzt, das Vakuum wurde auf
5 m Torr eingestellt, und die Filme wurden bei Raumtemperatur als
Substrattemperatur aufgeschichtet.
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Zu Vergleichszwecken wurden die in 3(a) und 3(b) gezeigten
Elektrodengebilde hergestellt und vermessen. Wie in 3 gezeigt ist, bezeichnen Bezugszeichen 1 ein
piezoelektrisches Substrat, Bezugszeichen 2 eine Interdigitalwandlerelektrode,
Bezugszeichen 46 einen aus einem Material hergestellten
Film, Bezugszeichen 47 einen Aluminiumfilm und Bezugszeichen 61 einen
Film aus einem leitfähigen
Material mit einer elastischen Konstante größer als diejenige des Aluminiums.
Beim Ausführungsbeispiel
gemäß 3(a) wurde ein Gebilde aus einem Material
in Form eines reinen Aluminiumfilmes sowie eines Aluminium-1-Gew.-%-Titan-Legierungsfilmes
hergestellt. Beim Ausführungsbeispiel
gemäß 3(b) wurde in derselben Vorrichtung eine
Dreischichtenelektrode in Form eines Aluminium/Titan/Aluminium-Film-Gebildes
hergestellt. Die Dicke des Elektrodenfilmes der hergestellten Elektrode
ist in Tabelle 1 gezeigt. Da die Mittenfrequenz des AOFW-Filters
in Abhängigkeit
vom Massenbelastungseffekt der Elektrode variiert, werden Frequenzschwankungen
bei diesem Ausführungsbeispiel
verhindert, indem die Schichtdicke derart gewählt wird, dass die Masse gleich
der Masse der Elektrode zum Zeitpunkt der Herstellung der Elektrode
durch den Aluminiumfilm sein kann.
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In diesen Elektrodenfilmproben wurden
bestimmte Muster mittels Fotolithografie und Trockenätztechniken
ausgebildet. Durch Zerschneiden und Substratkontaktieren für Gehäuse und
Drahtverbindungsanschlüsse
war ein 872-MHz-Filter hergestellt.
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Bei den hergestellten Proben lies
man 4 Watt bei der Mittenfrequenz in einer Atmosphäre von 100°C einwirken
und testete die Leistungsstabilität. Die Lebensdauer wurde bei
diesem Leistungsstabilitätstest
durch Normierung der Zeit bis zu einer Verschlechterung des Einfügungsverlustes
um 0,5 dB von dem Anfangswert bezüglich der Lebensdauer des Aluminiumfilmes
ausgedrückt.
Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 dargestellt. Tabelle
1: Zusammensetrung der Elektrode und Bestimmung der Lebensdauer
der AOFW-Anordnung von Beispiel 1
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Wie aus Tabelle 1 ersichtlich ist,
wurden für
den Fall eines Dreischichtengebildes gemäß 3(b) Häufungsstellen
an der Oberfläche
sowie seitliche Häufungsstellen
an der Seite der Elektrode nachgewiesen, wobei die Lebensdauer der
AOFW-Anordnung etwa 20 mal so hoch wie diejenige des mit Titan versetzten
Legierungsfilmes war.
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Andererseits war bei denjenigen Proben,
bei denen zwei oder mehr Schichten jeweils eines Titanfilmes und
eines Aluminiumfilmes mit einer Filmdicke der Aluminiumschicht von
150 nm oder weniger, wie in 2(a), 2(b) und 2(c) gezeigt,
aufgeschichtet wurden, die Lebensdauer der AOFW-Anordnung merklich – über 10'
oder mehr – größer. Bei
den Proben gemäß 2(a) und 2(b) wurden
jedoch teilweise Häufungsstellen
an der Oberfläche
der Elektrode nachgewiesen. Im Gegensatz hierzu wurde bei der Probe
gemäß 2(c) keine Veränderung festgestellt, und die
Lebensdauer der AOFW-Anordnung endete nicht während des Testes.
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Man hat erkannt, dass die Zusammensetzung
der Elektrode der vorliegenden Erfindung aus Schichten bei der Verlängerung
der Lebensdauer der AOFW-Anordnung sehr wirkungsvoll ist. Der auf
den Einfügungsverlust
wirkende Schichtwiderstand des Elektrodenfilmes wurde durch Festlegung
des Aluminiumelektrodenfilmes auf 1 normiert. Insbesondere beträgt der Schichtwiderstand
in der Schichtelektrode das 1,6 bis 1,9-fache, was im Vergleich
zu einem mit einem Gewichtsprozent Titan versetzten Legierungsfilm
einen kleinen Wert darstellt. Infolgedessen war der Einfügungsverlust
kleiner als bei dem Filter mit dem Al-1-Gew.-%-Ti-Legierungsfilm.
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Bei diesem Ausführungsbeispiel wurde die Filmdicke
des Titans auf 15 nm festgesetzt. Es wurde jedoch experimentell
nachgewiesen, dass, um die Wirkungen der Erfindung zu erhalten,
die Filmdicke des Titans zumindest geringer als die Dicke des Aluminiumfilmes
sein sollte. Die Dicke jeder Aluminiumfilmschicht ist bei diesem
Ausführungsbeispiel
gleich. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf dieses Ausführungsbeispiel beschränkt. Es
treten keinerlei Probleme auf, wenn die Dicke der Schichten unterschiedlich
ist.
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Eine Beschränkung auf Titan ist bei dem
Elektrodengebilde nicht notwendig, da dieselben Effekte bei der
Verwendung von Kupfer, Palladium, Chrom, Molybdän, Wolfram, Tantal, Niob, Zirkonium,
Hafnium, Vanadium, Nickel und Silber nachgewiesen wurden.
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Beispiel 2
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Entsprechend dem ersten Ausführungsbeispiel
der Erfindung wurde eine Elektrode mit einem Schichtengebilde gemäß 2 in dem in 1 gezeigten AOFW-Filter-Gebilde hergestellt.
Zu Vergleichszwecken wurden, wie in 3(a) gezeigt,
eine Einschichtenelektrode in Form eines reinen Aluminiumfilmes
und eines Aluminium-1-Gew.%-Kupfer-Legierungsfilmes, und, wie in 3(b) gezeigt, eine Dreischichtenelektrode
in Form eines Aluminium/Kupfer/Aluminium-Schichtenfilmes hergestellt.
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Das Elektrodengebilde dieses Ausführungsbeispieles
weist eine Schichtstruktur aus einem Aluminiumfilm und einem Kupferfilm
auf, wobei die Elektrodenfilmdicke in Tabelle 2 gezeigt ist. Bei
diesem Ausführungsbeispiel
wurde die Filmdicke gleich der Masse der Elektrode gewählt, wenn
die Elektrode einen Aluminiumfilm enthält, und Frequenzschwankungen
wurden verhindert.
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Bei der Herstellung des zweiten Ausführungsbeispiels
wurde zunächst
auf einem LT-Substrat
ein Fotoresistfilmmuster als Negativmuster eines Elektrodenfilmes
ausgebildet. Ein Aluminiumfilm und ein Kupferfilm wurden mit bestimmter
Dicke in einem Elektronenstrahl-Bedampfungsverfahren mit einem Vakuum
von 10–4 Pa
und bei Raumtemperatur als Substrattemperatur auf das Substrat aufgeschichtet.
Der auf der Fotoresistschicht ausgebildete Elektrodenfilm wurde
anschließend
durch Ätzen
und Entfernen der Fotoresistschicht zeitgleich entfernt, wodurch
eine Interdigitalwandlerelektrode hergestellt wurde.
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Nach einem Zerschneiden der hergestellten
Probe und einem Substratkontaktieren für Gehäuse und Drahtverbindungsanschlüsse war
ein 872-MHz-Filter wie in Beispiel 1 hergestellt. Die Ergebnisse
sind in Tabelle 2 zusammengefasst. Tabelle
2: Zusammensetzung der Elektrode und Bestimmung der Lebensdauer
der AOFW-Anordnung von Beispiel 2
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Bei der Dreischichtenelektrode gemäß 3(b) war die Lebensdauer der AOFW-Anordnung ungefähr zehnmal
so groß wie
bei der mit Kupfer versetzten Probe gemäß 3(a).
Bei den Proben gemäß 2(a), 2(b) und 2(c) mit einer Beschichtung mit zwei oder
mehr Schichten aus Kupfer und Aluminium betrug die Lebensdauer 1 × 106 und mehr, was eine merkliche Verbesserung
im Vergleich zu der Aluminium-1-Gew.-%-Kupfer-Legierungselektrode gemäß 3(a) oder der Dreischichtenelektrode gemäß 3(b) darstellt. Bei den Proben gemäß 2(a) und 2(b) wurden
teilweise Häufungsstellen
an der Oberfläche
nachgewiesen, wohingegen bei der Probe gemäß 2(c) keine
Veränderung
nachgewiesen wurde. Zudem war die Lebensdauer länger als die Testphase. Der
Schichtwiderstand des Elektrodenfilmes war nicht merklich verschieden
von demjenigen des Aluminium-1-Gew.-%-Kupfer-Filmes gemäß 3(a), und es traten keinerlei praktische
Probleme auf.
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Des weiteren wurde beim ersten Ausführungsbeispiel
die Dicke des aufzuschichtenden Kupferfilmes auf 15 nm festgelegt.
Zur Erreichung der Effekte der Erfindung sollte diese Filmdicke
jedoch zumindest kleiner als die Dicke des Aluminiumfilmes sein.
Des weiteren ist es nicht erforderlich, dass die Dicke jeder Schicht gleich
ist. Die Dicke der Aluminiumfilme ist bei diesem Ausführungsbeispiel
gleich ausgebildet. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht hierauf
beschränkt:
Es tritt keinerlei praktisches Problem auf, wenn die Dicke der Schichten
unterschiedlich ist.
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Eine Beschränkung auf Kupfer ist bei dem
Elektrodengebilde nicht notwendig. Dieselben Effekte wurden bei
Verwendung von Titan, Palladium, Chrom, Molybdän, Wolfram, Tantal, Niob, Zirkonium,
Hafnium, Vanadium, Nickel und Silber nachgewiesen.
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Beispiel 3
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Das dritte Ausführungsbeispiel der Erfindung
ist in 4 dargestellt.
In 4 bezeichnen Bezugszeichen 1 ein
piezoelektrisches Substrat, Bezugszeichen 70 bis 73 Aluminiumfilme
und Bezugszeichen 80 bis 82 Filme aus einem leitfähigen Material,
die in diesem Ausführungsbeispiel
als Kupferfilme ausgebildet sind. Bei diesem Ausführungsbeispiel
werden Aluminiumfilme und Kupferfilme aufgeschichtet, wobei die
Filmdicke des Aluminiumfilmes 73 in der äußersten
Schicht 21 nm beträgt.
Die Zusammensetzung der Filmdicken ist in Tabelle 3 gezeigt. Zu
Vergleichszwecken wurde eine Probe derselben Zusammensetzung aus
sieben Schichten mit einer Filmdicke der äußersten Schicht von 66 nm hergestellt.
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Diese Proben des Elektrodengebildes
wurden nach demselben Verfahren wie in Beispiel 2 hergestellt. Die
Testergebnisse zeigt Tabelle 3. Tabelle
3: Zusammensetrung der Elektrode und Bestimmung der Lebensdauer
der AOFW-Anordnung von Beispiel 2
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Wie Tabelle 3 zeigt, kann durch eine
dünne Ausbildung
der äußersten
Schicht des Aluminiumfilmes die Bildung von Häufungsstellen an der Oberfläche verhindert
werden, und die Lebensdauer der AOFW-Anordnung wird infolgedessen
verlängert.
Obwohl der Kupferfilm zur Oxidierung neigt, ist die äußerste Schicht ein
oxidationsbeständiger
Aluminiumfilm. Es trat für
eine lange Zeit keine oxidationsbedingte Frequenzschwankung auf.
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Eine Beschränkung auf Kupfer ist bei dem
Elektrodengebilde nicht notwendig. Dieselben Effekte wurden bei
Verwendung von Titan, Palladium, Chrom, Molybdän, Wolfram, Tantal, Niob, Zirkonium,
Hafnium, Vanadium, Nickel und Silber nachgewiesen.
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Beispiel 4
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Ein viertes Ausführungsbeispiel der Erfindung
wird in 5 dargestellt. Bei diesem
Ausführungsbeispiel
sind der Film 95 aus einem leitfähigem Material als Titanfilm
und die Filme 96 und 97 aus einem leitfähigen Material
als Titannitridfilme ausgebildet. Bezugszeichen 90, 91 und 92 bezeichnen
Aluminiumfilme, deren Kombination eine Interdigitalwandlerelektrode 2 bildet.
Bezugszeichen 1 bezeichnet ein piezoelektrisches Substrat,
das in diesem Ausführungsbeispiel
ein LT-Substrat ist.
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Der Elektrodenfilm wurde mittels
Vakuumaufbringung hergestellt. Nach einer Evakuierung auf ein Vakuum
von 10–4 Pa
wurden Aluminium und Titan mittels eines Elektronenstrahles bei
Raumtemperatur als Substrattemperatur zur Bildung des Filmes aufgedampft.
Zu diesem Zeitpunkt der Ausbildung des Filmes war die mit dem piezoelektrischen
Substrat 1 in Kontakt befindliche erste Schicht der Titanfilm 95,
und die Schichten 96 und 97 waren Titannitridfilme,
die durch eine während
der Aufdampfung erfolgende Zufuhr von Stickstoffgas bei 10–3 Pa
erzeugt wurden. Während
der Ausbildung des Aluminiumfilmes wurde die Zufuhr des Stickstoffgases
gestoppt, und der Film wurde in einem Hochvakuumzustand ausgebildet.
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Bei dem Elektrodengebilde des vierten
Ausführungsbeispiels
ist eine Titanschicht an dem piezoelektrischen Substrat 1 angelagert,
wodurch die Anhaftfestigkeit im Vergleich zum Aluminium verbessert
wurde. Die Schicht mit dem Aluminium war ein Titannitridfilm. Eine
Reaktion mit dem Aluminiumfilm trat kaum auf, und es trat zudem
bei der Erwärmung
während
des Ätzens
oder des Zusammensetzens aufgrund größerer Stabilität kaum Diffusion
auf. Des weiteren war die Lebensdauer der AOFW-Anordnung 10' auch
nach einer Erwärmung auf
360°C, wobei
der elektrische Widerstand der Elektrode vergleichsweise klein war;
er betrug nämlich
etwa das 1,6-fache desjenigen des Aluminiumfilmes. Bei diesem Ausführungsbeispiel
wird das Verfahren anhand von Titan dargestellt. Dieselben Effekte
treten bei dem Verfahren jedoch auch bei Verwendung von Übergangsmetallen,
beispielsweise Zirkonium, Hafnium, Vanadium, Niob, Tantal, Chrom,
Molybdän,
Wolfram und anderen, auf.
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Beispiel 5
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Bei dem in 1 gezeigten Filter-Gebilde enthält die Elektrode
insgesamt fünf
Schichten mit einer Zusammensetzung der Schichten aus einem Aluminiumfilm
und einem Titanboratfilm, wobei drei Schichten als Aluminiumfilm
und zwei Schichten als Titanboratfilm ausgebildet sind. Der Film
wurde durch Sputtern hergestellt, wobei das Gerät ein Sputtergerät vom Karusselltyp
(SPC-530H von Nichiden Anelva) war. Aluminium- und Titanborattargets
wurden an dem Sputtergerät
angebracht, das LT-Substrat 1 wurde in einen Substrathalter eingesetzt,
das Vakuum wurde auf 5 m Torr eingestellt, und die Filme wurden
bei Raumtemperatur als Substrattemperatur aufgeschichtet. Die Dicke
einer Titanboratfilmschicht betrug 10 nm.
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Nach der Ausbildung der Schichtelektrode
wurde mittels Fotolithografie durch Ätzen des Elektrodenfilmes mittels
Ionenmahlen (ion milling) ein bestimmtes Muster erzeugt. Die nachfolgende
Vorgehensweise entspricht derjenigen von Beispiel 1. Das Testverfahren
entspricht ebenfalls demjenigen von Beispiel 1. Bei diesem Ausführungsbeispiel
wurden nach dem Testen kleine Anhäufungsstellen an der Oberfläche der
Elektrode nachgewiesen. Die Lebensdauer der AOFW-Anordnung betrug
5 × 107 oder mehr. Dies wird durch die Wirkung
der größeren mechanischen
Festigkeit des Titanboratfilmes und der geringen Teilchengröße des auf dem
Titanboratfilm ausgebildeten Aluminiumfilmes verursacht.
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Bei der Zusammensetzung dieses Ausführungsbeispiels
wurden Titan, Kupfer und die zwei Titanverbindungsmaterialen Titanborat
und Titannitrid verwendet. Die Wirkung der Erfindung wurde durch
Schichtung eines Materials mit einer elastischen Konstante größer als
diejenige des Aluminiumfilmes zwischen den Aluminiumfilmschichten
erreicht, wobei dieselben Effekte auch bei Verwendung von Palladium,
Chrom, Molybdän, Wolfram,
Tantal, Niob, Zirkonium, Hafnium, Vanadium, Nickel, Silber und anderen
Einmetallen sowie bei Titancarbiden, Nickel-Chrom, Titannitriden
und anderen Carbiden, Nitriden und Legierungen auftraten.
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Die Schichten des Materials mit einer
elastischen Konstante größer als
diejenige des Aluminiumfilmes müssen
nicht notwendigerweise aus demselben Material sein. Dieselben Wirkungen
treten auf, wenn die zwischen die Aluminiumfilme geschichteten Filme
aus Materialien mit einer elastischen Konstante größer als
diejenige der Aluminiumfilme bestehen.
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Dieses Ausführungsbeispiel bedient sich
eines LT-Substrates, die Erfindung ist jedoch nicht hierauf beschränkt, da
dieselben Effekte bei Verwendung beispielsweise eines Lithiumniobatsubstrates,
eines Lithiumtetraboratsubstrates oder eines Einkristallsubstrates,
beispielsweise eines Quarzsubstrates, auftraten. Zudem treten dieselben
Effekte in einem piezoelektrischen Substrat bei Verwendung eines
auf einem Saphirsubstrat ausgebildeten Zinkoxidfilmes auf.
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Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass
die vorliegende Erfindung eine Interdigitalwandlerelektrode beschreibt,
die bei Einwirkung einer hohen elektrischen Leistung standhält, und
deren Schichtwiderstand niedrig ist. Dies wird erreicht, indem Aluminiumfilme
und Filme aus einem leitfähigen
Material mit einer elastischen Konstante größer als diejenige der Aluminiumfilme
aufgeschichtet werden. Infolgedessen liefert die vorliegende Erfindung
hervorragende Ergebnisse mit Blick auf die Herstellung hochzuverlässiger Überträgerfilter für Mobiltelefone,
bei in schlüssellosen
Zutrittssystemen verwendeten Oszillatoren wie auch bei anderen Vorrichtungen,
bei denen eine hohen elektrische Leistung einwirkt.
