JP2005101961A - 無線応答装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 小型で高精度にセンシングが可能な無線応答装置を提供する。
【解決手段】 この無線応答装置は、一方のアンテナ４Ａが質問器から質問信号を無線で受信すると、質問信号がアンテナ４Ａに接続された櫛型電極３Ａにより弾性表面波に変換され、その弾性表面波は誘電体薄膜２を介して櫛型電極３Ｂに伝播する。このとき、誘電体薄膜２を伝播する弾性表面波の周波数は、質問信号が有する周波数から誘電体薄膜２の温度に応じてシフトする。他方の櫛型電極３Ｂに伝播した弾性表面波は、櫛型電極３Ｂにより応答信号に変換され、その応答信号は、櫛型電極３Ｂに接続されたアンテナ４Ｂから無線により質問器に送信される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、質問器との間で無線により信号を送受信する無線応答装置に関し、特に、小型で高精度にセンシングが可能な無線応答装置に関する。

従来、遠隔場所での物理量、化学量等の測定量を検出するためには、測定場所にセンサを配置し、信号線を延設するか、固有のエネルギー供給源を有する無線装置を配置することで、計測を可能としてきた。

しかし、信号線を延設する構造では、移動体や回転体等の内部へのセンサの設置は困難であり、また、血液中の酸素分圧や血圧、体温等の生体の状態の定常的な分析や、大気または水中の化学・生物的汚染の定常的な分析等の微小・過酷な遠隔場所からの定常的計測が必要な場合に困難を生じる。

また、固有のエネルギー源を併設した無線装置を有する構造は、必然的にその容積が大きくなり、センサの設置場所に制約が生じるとともに、エネルギー源の供給が途絶えることによりセンサーとして機能しなくなるという問題が生じる。

この問題を解決するために、弾性表面波素子に送受信のための機能を加え、遠隔場所からの呼びかけあるいは質問に対して、固有のエネルギー源を有さずに外部の情報をセンシングし、応答する無線応答装置が提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３参照。）。

また、弾性表面波素子のセンサとしての性能も、結晶基板を用いた場合、例えば、電位センサとしては、強誘電体等の結晶基板を用いた構造のものが知られている（例えば、特許文献４参照。）。

ＵＳＰ１０６７３２０ 特開昭５５−４６１５９号公報 特許第３３１５９８４号号公報 特開昭５７−１６６５６３号公報

しかし、特許文献１〜３に記載された従来の無線応答装置によると、変換部に弾性表面波素子を用いているが、例えば、弾性表面波素子にＬｉＮｂＯ₃、ＰＺＴ等の強誘電体結晶基板を用いた場合、アンテナと変換部をワンチップ上に一体化して作ると、アンテナ部の面積が弾性表面波部の面積の１０〜１０００倍程度となり、非動作部の面積がチップコストを大きく上げてしまうという問題がある。

そこで、変換部のみを強誘電体結晶基板上に形成し、それをカッティッングした後、安価な基板上にアンテナを形成したものの上に実装することで、無線応答装置を形成する方法が通常取られるが、この構造では、例えば、４００ＭＨｚ近辺の周波数ではアンテナは数十ｃｍ角と大きくなり、無線応答装置の微小な遠隔場所への設置が困難になるとともに、実装のコストの増大も生じる。

特許文献４に記載された従来の無線応答装置によると、変位を検出すべき膜厚方向の厚さが数百μｍと厚いために、検出できうる電圧が数百Ｖと大きく、実用には大きな問題が生じる。

従って、本発明の目的は、小型で高精度にセンシングが可能な無線応答装置を提供することにある。

本発明は、上記目的を達成するため、基板上に、無線により信号を送受信する送受信部と、前記信号と弾性表面波とのエネルギー変換を行う変換部とを有する無線応答装置において、前記基板上に形成され、前記弾性表面波が伝播する誘電体薄膜を備え、前記送受信部および前記変換部は、前記誘電体薄膜上に金属薄膜により一体的に形成されたことを特徴とする無線応答装置を提供する。

本発明の無線応答装置によれば、基板上に誘電体薄膜を形成し、その上に送信部および変換部を金属薄膜により一体的に形成することにより、材料および実装にかかるコストを低減することができる。また、誘電体薄膜上に送受信部のアンテナを形成することにより、誘電体薄膜上でのアンテナの波長短縮効果を利用して、アンテナの大きさを小型化することが可能となり、更にセンサとしての性能が向上するため、これまで実現できなかった遠隔場所での高精度なセンシングが可能となる。

図１は、本発明の実施の形態に係る無線応答装置を示す。この無線応答装置は、基板１と、基板１上に形成され、弾性表面波が伝播する誘電体薄膜２と、誘電体薄膜２上に形成された、電気信号と弾性表面波とのエネルギー変換を行う変換部としての一対の櫛型電極（ＩＤＴ：Interdigital Transducer）３Ａ，３Ｂと、一対の櫛型電極３Ａ，３Ｂの一端にインピーダンスマッチング部５Ａ，５Ｂを介して接続された送受信部としての一対のアンテナ４Ａ，４Ｂと、一対の櫛型電極３Ａ，３Ｂの他端に接続されたグランド６Ａ，６Ｂと、基板１の裏面に形成され、グランド６Ａ，６Ｂに図示しないスルーホールによって接続されたグランド電極７とを備える。

基板１の材料としては、Ｓｉ，Ｇｅ，ダイアモンド等の単体半導体、ガラス、ＡｌＡｓ，ＡｌＳｂ，ＡｌＰ，ＧａＡｓ，ＧａＳｂ，ＩｎＰ，ＩｎＡｓ，ＩｎＳｂ，ＡｌＧａＰ，ＡｌＬｎＰ，ＡｌＧａＡｓ，ＡｌＩｎＡｓ，ＡｌＡｓＳｂ，ＧａＩｎＡｓ，ＧａＩｎＳｂ，ＧａＡｓＳｂ，ＩｎＡｓＳｂ等のIII−Ｖ系の化合物半導体、ＺｎＳ，ＺｎＳｅ，ＺｎＴｅ，ＣａＳｅ，ＣｄＴｅ，ＨｇＳｅ，ＨｇＴｅ，ＣｄＳ等のII−VI系の化合物半導体、導電性もしくは半導電性の単結晶基板として、Ｎｂ，Ｌａ等をドープしたＳｒＴｉＯ₃，ＡｌドープＺｎＯ，Ｉｎ₂Ｏ₃，ＲｕＯ₂，ＢａＰｂＯ₃，ＳｒＲｕＯ₃，ＹＢａ₂Ｃｕ₂Ｏ_7-x，ＳｒＶＯ₃，ＬａＮｉＯ₃，Ｌａ_0.5Ｓｒ_0.5ＣｏＯ₃，ＺｎＧａ₂Ｏ₄，ＣｄＧａ₂Ｏ₄，Ｍｇ₂ＴｉＯ₄，ＭｇＴｉ₂Ｏ₄等の酸化物、またはＰｄ，Ｐｔ，Ａｌ，Ａｕ，Ａｇ等の金属等が挙げられるが、既存の半導体プロセスとの適合性やコストの面から、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ガラス等の材料を用いることが好ましい。

誘電体薄膜２の材料としては、ＳｉＯ₂，ＳｒＴｉＯ₃，ＢａＴｉＯ₃，ＢａＺｒＯ₃，ＬａＡｌＯ₃，ＺｒＯ₂，Ｙ₂Ｏ₃８％−ＺｒＯ₂，ＭｇＯ，ＭｇＡｌ₂Ｏ₄，ＬｉＮｂＯ₃，ＬｉＴａＯ₃，Ａｌ₂Ｏ₃，ＺｎＯ等の酸化物、ＡＢＯ₃型のペロブスカイト型として、ＢａＴｉＯ₃，ＰｂＴｉＯ₃，Ｐｂ_1-xＬａ_x（Ｚｒ_yＴｉ_1-y）_1-x/4Ｏ₃（ｘおよびｙの値によりＰＺＴ、ＰＬＴ、ＰＬＺＴ），Ｐｂ（Ｍｇ_1/3Ｎｂ_2/3）Ｏ₃，ＫＮｂＯ₃等の正方晶，斜方晶もしくは擬立方晶系材料、擬イルメナイト構造体としてＬｉＮｂＯ₃，ＬｉＴａＯ₃等に代表される強誘電体等、またはタングステンブロンズ型として、Ｓｒ_xＢａ_1-xＮｂ₂Ｏ₆，Ｐｂ_xＢａ_1-xＮｂ₂Ｏ₆等が挙げられる。この他に、Ｂｉ₄Ｔｉ₃Ｏ₁₂、Ｐｂ₂ＫＮｂ₅Ｏ₁₅、Ｋ₃Ｌｉ₂Ｎｂ₅Ｏ₁₅、さらに以上列挙した強誘電体の置換誘導体等から選択される、鉛を含むＡＢＯ₃型のペロブスカイト型酸化物も好適に用いられる。これらの材料のうち、特に、ＬｉＮｂＯ₃、ＬｉＴａＯ₃、ＺｎＯ等の材料が弾性表面波の表面速度、結合係数、圧電定数等の点から好ましい。誘電体薄膜２の膜厚は、目的に応じて適宜選択されるが、通常は０．１μｍから１０μｍの間に設定される。

また、この誘電体薄膜２は、櫛型電極３における電気機械結合係数／圧電係数、あるいはアンテナ４の誘電損失等の観点から、エピタキシャルまたは単一配向性を有することが好ましい。また、誘電体薄膜２上にＧａＡｓ等のIII−Ｖ族半導体あるいはダイヤモンド等の炭素を含有する薄膜を形成してもよい。これにより、弾性表面波の表面速度、結合係数、圧電定数等を向上させることもできる。

櫛型電極３Ａ，３Ｂ、アンテナ４Ａ，４Ｂ、インピーダンスマッチング部５Ａ，５Ｂおよびグランド６Ａ，６Ｂは、導電パターンにより一体的に形成される。この導電パターンの材料としては、Ｔｉ，Ｃｒ，Ｃｕ，Ｗ，Ｎｉ，Ｔａ，Ｇａ，Ｉｎ，Ａｌ，Ｐｄ，Ｐｔ，Ａｕ，Ａｇ等の金属、またはＴｉ−Ａｌ，Ａｌ−Ｃｕ，Ｔｉ−Ｎ，Ｎｉ−Ｃｒ等の合金を、単層もしくは２層以上の多層構造に積層することが好ましく、金属としてはＡｕ，Ｔｉ，Ｗ，Ａｌ，Ｃｕ、及びこれらの合金が特に好ましい。また、この金属層の膜厚は、１ｎｍ以上１０μｍ未満とすることが好ましい。

次に、この実施の形態に係る無線応答装置の製造方法の一例について説明する。まず、基板１を準備し、この基板１上に誘電体薄膜２を成膜し、所定の位置にスルーホール用穴を形成する。誘電体薄膜２を基板１上に成膜する方法としては、電子ビーム蒸着、フラッシュ蒸着、イオン・プレーティング、Ｒｆ−マグネトロン・スパッタリング、イオン・ビーム・スパッタリング、レーザー・アブレーション、ＭＢＥ（分子線エピタキシャル）、ＣＶＤ（気相成長法），プラズマＣＶＤ，ＭＯＣＶＤ（有機金属気相成長法）等の気相法、ゾルゲル法、及びＭＯＤ法等のウエット・プロセスのいずれの方法をも用いることができる。

次に、基板１の誘電体薄膜２表面および裏面に金属膜を成膜する。このとき、スルーホール用穴の表面にも金属膜を成膜して表面と裏面の金属膜を導通させる。金属膜は、電子ビーム蒸着、フラッシュ蒸着、イオン・プレーティング、Ｒｆ−マグネトロン・スパッタリング、ＤＣ−マグネトロン・スパッタリング、イオン・ビーム・スパッタリング、レーザー・アブレーション、ＭＢＥ等によって作製することができる。

次に、基板１の表面上に成膜した金属膜から所定の形状の導電パターン、すなわち櫛型電極３、アンテナ４、インピーダンスマッチング部５およびグランド部６を形成する。金属膜から所定の形状の導電パターンを形成する方法としては、金属膜を成膜した後、不要部分をエッチングにより除去するエッチング法と、金属膜を形成しない部分にマスクを形成し、このマスクを用いて金属膜を成膜した後、マスクを除去するリフトオフ法とがある。

エッチング法の場合は、金属膜を成膜した後、薄膜上にフォトレジストあるいは電子線レジストを塗布、露光してマスクを形成し、このマスクを用いてエッチングを行う。エッチング方法としては、ＨＣｌ，ＨＮＯ₃，ＨＦ，Ｈ₂ＳＯ₄，Ｈ₃ＰＯ₄，Ｃ₂Ｈ₂Ｏ₂，ＮＨ₄Ｆ等の水溶液やその混合水溶液によるウエット・エッチング、ＣＣｌ₄，ＣＣｌ₂Ｆ₂，ＣＨＣｌＦＣＦ₃やそれらのＯ₂との混合ガスによるリアクティブ・イオン・エッチング、またはイオンビーム・エッチング等のドライ・エッチング等が好適である。

リフトオフ法の場合は、光導波路上にフォトレジストあるいは電子線レジストを塗布し、ネガパターンを露光してマスクを形成し、このマスクを用いて金属を成膜する。その後、マスク上の堆積物と共にマスクを除去する。金属膜の形成は、上記エッチング法とリフトオフ法のいずれによっても可能であるが、下側に形成される誘電体膜に対する損傷がより少ない点で、リフトオフ法の方が好ましい。

次に、本実施の形態の動作を説明する。一方のアンテナ４Ａが質問器から質問信号を無線で受信すると、質問信号がアンテナ４Ａに接続された櫛型電極３Ａにより弾性表面波に変換され、その弾性表面波は誘電体薄膜２を介して櫛型電極３Ｂに伝播する。このとき、誘電体薄膜２を伝播する弾性表面波の周波数は、質問信号が有する周波数から誘電体薄膜２の温度に応じてシフトする。他方の櫛型電極３Ｂに伝播した弾性表面波は、櫛型電極３Ｂにより応答信号に変換され、その応答信号は、櫛型電極３Ｂに接続されたアンテナ４Ｂから無線により質問器に送信される。質問器側では、信号処理により質問信号から応答信号への周波数のシフト量を求め、これに基づいて誘電体薄膜２の温度、すなわち応答無線装置が検出した温度を検知する。

この実施の形態によれば、以下の効果を奏する。
（イ）基板１上に誘電体薄膜２を形成し、櫛型電極３Ａ，３Ｂ、アンテナ４Ａ，４Ｂ、インピーダンスマッチング部５Ａ，５Ｂおよびグランド６Ａ，６Ｂを一体的に形成することにより、材料および実装にかかるコストを低減することができる。
（ロ）誘電体薄膜２上にアンテナ４Ａ，４Ｂを形成することにより、誘電体薄膜２上におけるアンテナ４Ａ，４Ｂの波長短縮効果を利用して、送受信部のアンテナ４Ａ，４Ｂの大きさを小型化することが可能となる。例えば、比誘電率が１００以上の材料を用いることにより、比誘電率が１程度の基板上に作成したアンテナに比べて１／１０程度まで小さくでき、微小な遠隔場所のセンシングが可能となる。
（ハ）弾性表面波を発生する部分を薄膜化することで、センサとしての性能を向上させることが可能となる。例えば、電位センサ等の場合、膜厚が結晶基板の１／１００程度の薄膜を用いることで、検出部に加わる電界を大きくして検出可能な電圧を結晶基板の場合の１／１００以下に低減することが可能となり、また温度センサ等の場合、熱容量が向上して応答速度が向上する。
（ニ）誘電体薄膜２を複数の誘電体薄膜による多層構造とすることにより、櫛型電極３Ａ，３Ｂの圧電係数、電気機械結合係数を向上させ、またアンテナ部の誘電損失を低減させることが可能となり、無線応答装置の特性を向上させることができる。
（ホ）誘電体薄膜２をペロブスカイト構造あるいは擬イルメナイト構造を有する圧電性誘電体、あるいは炭素系化合物としたり、誘電体薄膜２上にIII−Ｖ族半導体もしくはII−ＶＩ族半導体からなる櫛型電極３Ａ，３Ｂを形成することにより、櫛型電極３Ａ，３Ｂの圧電係数、電気機械結合係数を向上させ、無線応答装置の特性を向上させることができる。

図２は、本発明の実施例１の無線応答装置を示す。この無線応答装置は、Ｓｉ基板１１上に、バッファ層としてＭｇＯ薄膜１２ａ、および誘電体薄膜としてＬｉＮｂＯ₃薄膜１２ｂからなる積層誘電体層を形成し、その上部にＡｌからなる櫛型電極１３Ａ，１３Ｂ、アンテナ１４ａ，１４Ｂ、インピーダンスマッチング部１５Ａ，１５Ｂおよびグランド１６Ａ，１６Ｂを形成し、Ｓｉ基板１１の裏面にグランド電極７を形成したものである。

この実施例１の製造方法を説明する。まず、洗浄、エッチング、乾燥を予め行ったＳｉ基板１１となるＳｉウェハ上に、ＲＦスパッタリング法により、ＲＦパワー５０Ｗ、Ｏ₂／Ａｒガス流量比が０．０５、Ｏ₂／Ａｒ圧力比が０．００５、圧力０．５Ｐａ、基板温度６００℃の条件で、化学量論的組成比が酸化マグネシウム密度９０％以上のターゲットから高配向のＭｇＯ薄膜１２ａを５０ｎｍ形成した。更にそのＭｇＯ薄膜１２ａ上にＲＦスパッタリング法により、ＲＦパワー５０Ｗ、Ｏ₂／Ａｒガス流量比が０．０５、Ｏ₂／Ａｒ圧力比が０．００５、圧力０．５Ｐａ、基板温度６００℃の条件で、化学量論的組成比がＬｉＮｂＯ₃密度９０％以上のターゲットから高配向のＬｉＮｂＯ₃薄膜１２ｂを２μｍ形成した。

次に、薄膜１２ａ，１２ｂを積層したＳｉウェハ表面に、フォトレジストをスピンコートし、プリベークの後、幅２．５μｍ、長さ５００μｍ、電極対数５０の櫛型電極１３Ａ，１３Ｂと約２ｃｍ角のアンテナ１４Ａ，１４Ｂ、それらを結ぶインピーダンスマッチング部１５Ａ，１５Ｂ、およびグランド１６Ａ，１６Ｂの配線形状に露光した。さらにポストベークを行い、これに続いて現像を行うことにより、テーパ状レジストパターンを形成した。

このレジストパターンを用いて、ＤＣ−マグネトロンスパッタリング装置により、Ａｒガス流量が２００ｓｃｃｍ、圧力０．５Ｐａ、基板温度１００℃の条件で、ＡｌにＣｕを５重量％添加した密度９０％以上のターゲットからＡｌ−Ｃｕ薄膜をスパッタリング形成した。ここでリフトオフを行い、幅２．５μｍ、長さ５００μｍ、電極対数５０の櫛型１３Ａ，１３Ｂ、約２ｃｍ角のアンテナ１４Ａ，１４Ｂ、それらを結ぶインピーダンスマッチング部１５Ａ，１５Ｂおよびグランド１６Ａ，１６ＢのＡｌ−Ｃｕ導電パターンをＳｉウェハ上に形成した。

このＳｉウェハから幅約４ｃｍ、長さ約２ｃｍの無線応答装置を切り出し、装置内部の直径１０ｃｍの円筒可動部品内に設置して、装置内部の温度を計測したところ、０〜１００℃の領域にて、温度変化に対応した応答を示し、約４００ＭＨｚの周波数にて数十ｃｍ離れた状態でのモニタリングに成功した。

＜比較例１＞
図３は、実施例１に対応する比較例１として一般的な無線応答装置を示す。この無線応答装置は、ダイポールアンテナ２４Ａ，２４Ｂおよびインピーダンスマッチング部２５Ａ，２５Ｂが形成されたガラス基板２１上に、ＬｉＮｂＯ₃結晶基板２０ａ上に一対の櫛型電極２３Ａ，２３Ｂを有するチップ２０を実装し、一対の櫛型電極２３Ａ，２３Ｂの一端とインピーダンスマッチング部２５Ａ，２５Ｂとをボンディングワイヤ２９Ａ，２９Ｂによって接続したものである。

次に、この比較例１の製造方法を説明する。まず、洗浄、エッチング、乾燥を予め行ったＬｉＮｂＯ₃結晶基板２０ａ上に、フォトレジストをスピンコートし、プリベークの後、幅２．５μｍ、長さ５００μｍ、電極対数５０の櫛型電極２３Ａ，２３Ｂの形状に露光した。さらにポストベークを行い、これに続いて現像を行うことにより、櫛型電極形状のテーパ状レジストパターンを形成した。

このレジストパターンを用いて、ＤＣ−マグネトロンスパッタリング装置により、Ａｒガス流量が２００ｓｃｃｍ，圧力０．５Ｐａ、基板温度１００℃の条件で、ＡｌにＣｕを５重量％添加した密度９０％以上のターゲットからＡｌ−Ｃｕ薄膜をスパッタリング形成した。ここでリフトオフを行い、幅２．５μｍ、長さ５００μｍ、電極対数５０のＡｌ−Ｃｕからなる櫛型電極２３Ａ，２３Ｂを形成した。

このＬｉＮｂＯ₃結晶基板２０ａから約１ｍｍ角のチップ２０をダイシングし、そのチップ２０を予め約３５ｃｍのダイポールアンテナ２４Ａ，２４Ｂおよびインピーダンスマッチング部２５Ａ，２５Ｂが形成されたガラス基板２１上に接着し、櫛型電極２３Ａ，２３Ｂとインピーダンスマッチング部２５Ａ，２５Ｂとをボンディングワイヤ２９Ａ，２９Ｂによって接続した。

この比較例１の無線応答装置の動作を約４００ＭＨｚにて確認できたが、その大きさが３０ｃｍ以上あったため、装置の内部、特に実施例１に示すような直径１０ｃｍの円筒可動部品内に設置することができなかった。

図４は、本発明の実施例２の無線応答装置を示す。この無線応答装置は、ＳｒＴｉＯ₃基板３１と、ＳｒＴｉＯ₃基板３１上に酸化物導電体としてＳｒＲｕＯ₃薄膜３２ａとその上部に誘電体薄膜としてＰＺＴ薄膜３２ｂを形成し、その上部にＡｌからなる櫛型電極３３Ａ，３３Ｂ、アンテナ３４Ａ，３４Ｂ、インピーダンスマッチング部３５Ａ，３５Ｂグランド３６Ａ，３６Ｂを形成し、ＳｒＴｉＯ₃基板３１上の櫛型電極３３Ａ，３３Ｂ間に電位測定用電極３７を形成したものである。

次に、この実施例２の製造方法を説明する。まず、洗浄、エッチング、乾燥を予め行ったＳｒＴｉＯ₃基板３１上に、ＲＦスパッタリング法により、ＲＦパワー５０Ｗ、Ｏ₂／Ａｒガス流量比が０．１、Ｏ₂／Ａｒ圧力比が０．１５、圧力１．０Ｐａ、基板温度６００℃の条件で、化学量論的組成比よりＳｒが２％過剰なＳｒＲｕＯ₃ターゲットから高配向ＳｒＲｕＯ₃薄膜３２ａを１００ｎｍスパッタリング形成した。更にそのＳｒＲｕＯ₃薄膜３２ａ上にＲＦスパッタリング法により、ＲＦパワー５０Ｗ、Ｏ_２／Ａｒガス流量比が０．０５、Ｏ_２／Ａｒ圧力比が０．００５、圧力０．５Ｐａ、基板温度７００℃の条件で、化学量論的組成比がＰＺＴ密度９０％以上のターゲットから高配向ＰＺＴ薄膜３２ｂを３μｍスパッタリング形成した。

誘電体薄膜３２ａ，３２ｂを積層したＳｒＴｉＯ₃基板３１表面に、フォトレジストをスピンコートし、プリベークの後、幅８５．６μｍ、長さ５００μｍ、電極対数２０の櫛型電極３３Ａ，３３Ｂと約２ｃｍ角のアンテナ３４Ａ，３４Ｂ、それらを結ぶインピーダンスマッチング部３５Ａ，３５Ｂおよび電位測定用電極３７の形状に露光した。さらにポストベークを行い、これに続いて現像を行うことにより、テーパ状レジストパターンを形成した。

このレジストパターンを用いて、ＤＣ−マグネトロンスパッタリング装置により、Ａｒガス流量が２００ｓｃｃｍ、圧力０．５Ｐａ、基板温度１００℃の条件で、ＡｌにＣｕを５重量％添加した密度９０％以上のターゲットからＡｌ−Ｃｕ薄膜をスパッタリング形成した。ここでリフトオフを行い、幅８５μｍ、長さ５００μｍ、電極対数２０の櫛型電極３３Ａ，３３Ｂ、約２ｃｍ角のアンテナ３４Ａ，３４Ｂとそれらを結ぶインピーダンスマッチング部３５Ａ，３５Ｂおよび電位測定用電極３７のＡｌ−Ｃｕ導電パターンを形成した。

この約２ｃｍ角の無線応答装置をＳｉウェハから切り出し、装置の中に設置して、装置内部の電位を計測したところ、数Ｖの分解能を示し、約１３ＭＨｚの周波数にて数十ｃｍ離れた状態での良好なワイヤレス電位モニタリングに成功した。

＜比較例２＞
図５は、実施例２に対応する比較例２の無線応答装置を示す。この無線応答装置は、ガラス基板４１上にダイポールアンテナ４４Ａ，４４Ｂおよびインピーダンスマッチング部４５Ａ，４５Ｂを形成し、ＰＺＴ結晶板４８の上面に一対の櫛型電極４３Ａ，４３Ｂと電位測定用上部電極４７Ａを形成し、ＰＺＴ結晶板４８の下面に電位測定用下部電極４７Ｂを形成したチップ４０をガラス基板４１上に実装し、一対の櫛型電極４３Ａ，４３Ｂとインピーダンスマッチング部４５Ａ，４５Ｂとをボンディングワイヤ４９Ａ，４９Ｂによって接続したものである。

次に、この比較例２の製造方法を説明する。まず、洗浄、エッチング、乾燥を予め行ったＰＺＴ結晶基板４８上に、フォトレジストをスピンコートし、プリベークの後、幅８５．６μｍ、長さ５００μｍ、電極対数２０の櫛型電極４３Ａ，４３Ｂと電位測定用上部電極４７Ａの形状に露光した。さらにポストベークを行い、これに続いて現像を行うことにより、櫛型電極形状のテーパ状レジストパターンを形成した。

このレジストパターンを用いて、ＤＣ−マグネトロンスパッタリング装置により、Ａｒガス流量が２００ｓｃｃｍ、圧力０．５Ｐａ、基板温度１００℃の条件で、ＡｌにＣｕを５重量％添加した密度９０％以上のターゲットからＡｌ−Ｃｕ薄膜をスパッタリング形成した。ここでリフトオフを行い、幅８５．６μｍ、長さ５００μｍ、電極対数２０の櫛型電極４３Ａ，４３Ｂと電位測定用上部電極４７ＡのＡｌ−Ｃｕ導電パターンを形成した。

このＰＺＴ結晶基板４８の裏面に上述と同様な手段でＡｌ−Ｃｕグランド電極（電位測定用下部電極４７Ｂ）を形成した後、約１ｍｍ角のチップ４０をダイシングし、そのチップ４０を予め約５０ｃｍのダイポールアンテナ４４Ａ，４４Ｂとインピーダンスマッチング部４５Ａ，４５Ｂを形成したガラス基板４１上に接着し、櫛型電極４３Ａ，４３Ｂとインピーダンスマッチング部４５Ａ，４５Ｂとをボンディングワイヤ４９Ａ，４９Ｂによって接続した。

この比較例２の無線応答装置の動作を約１３ＭＨｚにて確認できたが、膜厚約０．５ｍｍの結晶基板を用いたため、薄膜構造と異なり、膜厚方向に大きな電位が必要となり、分解能が数百Ｖ以上と大きく、数Ｖ程度の低電位を計測することができなかった。

図６は、本発明の実施例３の無線応答装置を示す。この無線応答装置は、Ｓｉ基板５１上にバッファ層としてＳｉＯ₂薄膜５２ａ、および誘電体薄膜としてＺｎＯ薄膜５２ｂからなる積層誘電体層を形成し、その上部にＡｌからなる櫛型電極５３Ａ，５３Ｂ、アンテナ５４Ａ，５４Ｂおよびインピーダンスマッチング部５５Ａ，５５Ｂを形成し、Ｓｉ基板５１の裏面中央に凹部５１ａを形成するとともにその両側にグランド電極５７Ａ，５７Ｂを形成したものである。

次に、この実施例３の製造方法を説明する。まず、洗浄、エッチング、乾燥を予め行ったＳｉ基板５１上に、ＰＥＣＶＤ法により、ＲＦパワー１０００Ｗ、Ｏ₂を搬送ガスとしてＴＥＯＳを５ｌ／ｍｉｎ、圧力０．２Ｐａ、基板温度３５０℃の条件で、ＳｉＯ₂薄膜５２ａを１００ｎｍ形成した。更にそのＳｉＯ₂薄膜５２ａ上にＲＦスパッタリング法により、ＲＦパワー５０Ｗ、Ｏ₂／Ａｒガス流量比が０．０５、Ｏ₂／Ａｒ圧力比が０．００５、圧力０．５Ｐａ、基板温度４００℃の条件で、化学量論的組成比が酸化亜鉛密度９０％以上のターゲットから高配向ＺｎＯ薄膜５２ｂを５μｍスパッタリング形成した。

誘電体薄膜５２ａ，５２ｂを積層したＳｉ基板５１表面に、フォトレジストをスピンコートし、プリベークの後、幅０．８μｍ、長さ２００μｍ、電極対数１００の櫛型電極５３Ａ，５３Ｂと約１ｃｍ角のアンテナ５４Ａ，５４Ｂ、それらを結ぶインピーダンスマッチング部５５Ａ，５５Ｂおよびグランド５６Ａ，５６Ｂの形状に露光した。さらにポストベークを行い、これに続いて現像を行うことにより、テーパ状レジストパターンを形成した。

このレジストパターンを用いて、ＤＣ−マグネトロンスパッタリング装置により、Ａｒガス流量が２００ｓｃｃｍ、圧力０．５Ｐａ、基板温度１００℃の条件で、Ａｌ密度９０％以上のターゲットからＡｌ薄膜をスパッタリング形成した。ここでリフトオフを行い、幅０．８μｍ、長さ２００μｍ、電極対数１００の櫛型電極５３Ａ，５３Ｂおよび約１ｃｍ角のアンテナ５４Ａ，５４Ｂとそれらを結ぶインピーダンスマッチング部５５Ａ，５５Ｂ、およびグランド５６Ａ，５６Ｂの形状のＡｌ導電パターンを形成した。次に、このＳｉ基板５１の櫛型電極５３Ａ，５３Ｂおよびこれらの間の誘電体薄膜５２ａ，５２ｂに対応する裏面の部分を図５のようにエッチングして凹部５１ａを形成した。

この約２ｃｍ角の無線応答装置をＳｉウェハから切り出し、タイヤの内部に設置し、その圧力を計測したところ、約２．４ＧＨｚの周波数の領域にて、圧力変化に対応した応答を示し、数十ｃｍ離れた状態でのモニタリングに成功した。

なお、上記実施の形態および上記実施例では、一対の櫛型電極を用いたが、櫛型電極と弾性表面波を反射する反射器との組合せを用いてもよい。また、質問器側の信号処理は、周波数の比較に限らず、検出対象に応じて位相や伝播時間等の比較により行ってもよい。さらに、検出対象は、誘電体薄膜の材質等や構造等を適宜選択することにより、温度、圧力に限らず、湿度、変位等の他の物理量あるいは化学量を検出することができる。

（ａ）は本発明の実施の形態に係る無線応答装置の平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ線断面図である。 （ａ）は本発明の実施例１に係る無線応答装置の平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ線断面図である。 （ａ）は実施例１に対応する比較例１の無線応答装置の平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＣ−Ｃ線断面図である。 （ａ）は本発明の実施例２に係る無線応答装置の平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＤ−Ｄ線断面図である。 （ａ）は実施例２に対応する比較例２の無線応答装置の平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＥ−Ｅ線断面図である。 （ａ）は本発明の実施例３に係る無線応答装置の平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＦ−Ｆ線断面図である。

符号の説明

１ 基板
２ 誘電体薄膜
３Ａ，３Ｂ 櫛型電極
４Ａ，４Ｂ アンテナ
５Ａ，５Ｂ インピーダンスマッチング部
６Ａ，６Ｂ グランド
７ グランド電極
１１ Ｓｉ基板
１２ａ ＭｇＯ薄膜
１２ｂ ＬｉＮｂＯ₃薄膜
１３Ａ，１３Ｂ 櫛型電極
１４ａ，１４Ｂ アンテナ
１５Ａ，１５Ｂ インピーダンスマッチング部
１６Ａ，１６Ｂ グランド
２０ チップ
２０ａ ＬｉＮｂＯ₃結晶基板
２１ ガラス基板
２３Ａ，２３Ｂ 櫛型電極
２４Ａ，２４Ｂ ダイポールアンテナ
２５Ａ，２５Ｂ インピーダンスマッチング部
２９Ａ，２９Ｂ ボンディングワイヤ
３１ ＳｒＴｉＯ₃基板
３２ａ ＳｒＲｕＯ₃薄膜
３２ｂ ＰＺＴ薄膜
３３Ａ，３３Ｂ 櫛型電極
３４Ａ，３４Ｂ アンテナ
３５Ａ，３５Ｂ インピーダンスマッチング部
３７ 電位測定用電極
４０ チップ
４１ ガラス基板
４３Ａ，４３Ｂ 櫛型電極
４４Ａ，４４Ｂ ダイポールアンテナ
４５Ａ，４５Ｂ インピーダンスマッチング部
４７Ａ 電位測定用上部電極
４７Ｂ 電位測定用下部電極
４８ ＰＺＴ結晶板
４９Ａ，４９Ｂ ボンディングワイヤ
５１ Ｓｉ基板
５２ａ ＳｉＯ₂薄膜
５２ｂ ＺｎＯ薄膜
５３Ａ，５３Ｂ 櫛型電極
５４Ａ，５４Ｂ アンテナ
５５Ａ，５５Ｂ インピーダンスマッチング部

Claims (7)

1. 基板上に、無線により信号を送受信する送受信部と、前記信号と弾性表面波とのエネルギ変換を行う変換部とを有する無線応答装置において、
   前記基板上に形成され、前記弾性表面波が伝播する誘電体薄膜を備え、
   前記送受信部および前記変換部は、前記誘電体薄膜上に金属薄膜により一体的に形成されたことを特徴とする無線応答装置。
2. 前記誘電体薄膜は、複数の誘電体薄膜による多層構造を有することを特徴とする請求項１記載の無線応答装置。
3. 前記複数の誘電体薄膜は、同一の材料により形成されていることを特徴とする請求項２記載の無線応答装置。
4. 前記誘電体薄膜は、ペロブスカイト構造あるいは擬イルメナイト構造を有する圧電性誘電体薄膜からなることを特徴とする請求項１記載の無線応答装置。
5. 前記誘電体薄膜は、炭素系化合物からなることを特徴とする請求項１記載の無線応答装置。
6. 前記誘電体薄膜は、前記送受信部および前記変換部との間に半導体薄膜を有することを特徴とする請求項１記載の無線応答装置。
7. 前記半導体薄膜は、III−Ｖ族半導体あるいはII−VI族半導体からなることを特徴とする請求項６記載の無線応答装置。
   

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