JP3374557B2 - ダイヤモンド基材および表面弾性波素子 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高周波領域（例えば、
数百ＭＨｚからＧＨｚ帯）で動作させることが可能な表
面弾性波素子、および該素子に好適に使用可能なダイヤ
モンド基材に関し、特に、ダイヤモンドとＬｉＮｂＯ₃
圧電体との組合せを含む表面弾性波素子およびダイヤモ
ンド基材に関する。

【０００２】

【従来の技術】固体表面を伝播する表面弾性波（以下
「ＳＡＷ」という）を利用する素子である表面弾性波素
子（以下「ＳＡＷ素子」という）は、エレクトロメカニ
カル機能部品に共通した以下の特徴を有する。

【０００３】小型かつ軽量である。

【０００４】耐振性、耐衝撃性に優れている。

【０００５】製品のバラツキが少ないため、信頼性が
高い。

【０００６】回路の無調整化が図れるため、実装の自
動化、簡略化が容易である。

【０００７】上記したエレクトロメカニカル機能部品に
共通の特徴に加え、ＳＡＷ素子は更に、温度安定性に優
れ、寿命が長く、位相特性に優れる等の種々の特徴を有
しているため、周波数フィルタ、共振器、遅延デバイ
ス、信号処理素子、コンボルバ（convolver ）、オプト
エレクトロニクス用機能素子等として、広く好適に利用
可能である。

【０００８】近年における衛星通信や移動体通信等を始
めとする通信の分野におけるマルチチャンネル化・高周
波化に伴い、上記したＳＡＷ素子の分野においても、よ
り高周波域（例えば、ＧＨｚ帯）で使用可能な素子の開
発が要請されている。

【０００９】このような高周波域における応用を目的と
して、ダイヤモンドと圧電体とからなる積層構造を有す
るＳＡＷ素子が提案されている（特開昭６４−６２９１
１号公報、特開平３−１９８４１２号公報）。このよう
なＳＡＷ素子は、一般に、Ｓｉ等の板状部材の上に、気
相合成によりダイヤモンド膜を形成し、研磨により該ダ
イヤモンド膜表面を平滑とした後、該平滑化表面上に櫛
型電極と圧電体薄膜とを形成することにより作製されて
来た。上記圧電体薄膜としては、通常はＺｎＯ薄膜が用
いられて来た。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上記したように、Ｚｎ
Ｏ圧電体薄膜とダイヤモンドとを積層した構造を有する
従来のＳＡＷ素子においては、通常は電気機械結合係数
（Ｋ² ）を大きくする（Ｋ² ＝０．５〜２．０％程度）
ことが困難であったため、従来のＳＡＷ素子は広帯域フ
ィルター用途（携帯電話等）には不向きであった。

【００１１】上記問題点を解消するため、電気機械結合
係数が大きく、しかも広帯域の高周波用ＳＡＷ素子が強
く要請され、このような観点から、ＬｉＮｂＯ₃ を圧電
体としてダイヤモンドと積層した構造を有するＳＡＷ素
子の開発が進められている。しかしながら、従来より、
気相合成ダイヤモンド上に、単にＬｉＮｂＯ₃ を成膜し
てＳＡＷ素子を形成した場合には、良好な特性を有する
ＳＡＷ素子が得られていなかった。

【００１２】したがって、本発明の目的は、電気機械結
合係数が大きく、しかも広帯域のＳＡＷ素子に好適に使
用可能なダイヤモンド基材を提供することにある。

【００１３】本発明の他の目的は、電気機械結合係数が
大きく、しかも広帯域のＳＡＷ素子を提供することにあ
る。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明者等は鋭意研究の
結果、従来のＳＡＷ素子において良好な特性が得られな
かったのは、ＬｉＮｂＯ₃ 圧電体層の結晶特性が適切で
なかったためであることを見出した。本発明者はこのよ
うな知見に基づき更に研究を進めた結果、ダイヤモンド
上に直接にＬｉＮｂＯ₃ 層を成膜するのではなく、成膜
すべきＬｉＮｂＯ₃ 層の結晶特性（結晶性、結晶方向
等）をコントロールする機能を有する層（中間層）を介
して、ダイヤモンド上にＬｉＮｂＯ₃ 層を配置すること
が、上記課題の解決に極めて効果的なことを見出した。

【００１５】本発明のダイヤモンド基材は、上記知見に
基づくものであり、より詳しくは、ダイヤモンドと、該
ダイヤモンド上に配置された中間層と、該中間層上に配
置されたＬｉＮｂＯ₃ 層とを少なくとも含むことを特徴
とするものである。

【００１６】本発明によれば、更に、ダイヤモンド層
と、該ダイヤモンド層上に配置された中間層と、該中間
層上に配置されたＬｉＮｂＯ₃ 層と、表面弾性波を励振
する電極とを少なくとも含むことを特徴とする表面弾性
波素子が提供される。

【００１７】

【作用】本発明において、ＬｉＮｂＯ₃ 圧電層の結晶特
性（結晶性、結晶の方向等）は、その成膜時において下
層たるダイヤモンドの結晶特性の影響を直接に受けるこ
となく、中間層の結晶特性によってコントロールするこ
とが可能であるため、ダイヤモンドの特性を活かしつ
つ、しかも好適な特性を有するＬｉＮｂＯ₃ 圧電層を中
間層上に容易に得ることができる。

【００１８】例えば、気相合成ダイヤモンド（多結晶）
層上にＬｉＮｂＯ₃ 圧電体層を成膜する場合において
も、上記中間層の結晶特性コントロール機能の利用によ
り、良好な圧電特性を有するＬｉＮｂＯ₃ 層を得ること
が可能となる。

【００１９】このような良好な圧電特性を有する本発明
のＬｉＮｂＯ₃ ／中間層／ダイヤモンド基材を用いるこ
とにより、電気機械結合係数が大きく、しかも広帯域の
高周波用ＳＡＷ素子が容易に得られる。

【００２０】以下、必要に応じて図面を参照しつつ、本
発明を詳細に説明する。

【００２１】（ダイヤモンド基材）本発明のダイヤモン
ド基材の一態様を、図１の模式断面図に示す。図１を参
照して、この態様におけるダイヤモンド基材は、ダイヤ
モンド１と、該ダイヤモンド１上に配置された中間層２
と、該中間層２上に配置されたＬｉＮｂＯ₃ 層３とから
なる。

【００２２】（ダイヤモンド）本発明において、上記し
たダイヤモンドとしては、単結晶ダイヤモンドおよび／
又は多結晶ダイヤモンドのいずれも使用可能である。該
ダイヤモンドの形状（平面形状、立体形状）、大きさ等
は特に制限されず、本発明のダイヤモンド基材の用途に
よって適宜選択可能である。

【００２３】該ダイヤモンドを得る方法は、特に制限さ
れない。より具体的には例えば、このダイヤモンドとし
ては、単結晶ダイヤモンドを用いてもよく、また、他の
材料（他の基材）上に、ダイヤモンド膜を気相成長等に
より成膜して多結晶膜またはエピタキシャル膜として上
記ダイヤモンドを得てもよい。

【００２４】このダイヤモンド層成膜用の「他の基材」
は、特に限定されず、ダイヤモンド基材の用途によって
適宜選択することが可能である。本発明において使用可
能な基材としては、例えば、Ｓｉ等の半導体、金属、ガ
ラス、セラミクス等が挙げられる。

【００２５】本発明において、上記ダイヤモンドがダイ
ヤモンド層（ないし膜）である場合、該ダイヤモンド
（薄）層の成長方法は、特に制限されない。より具体的
には例えば、該成長方法として、ＣＶＤ（化学的気相成
長）法、マイクロ波プラズマＣＶＤ法、ＰＶＤ（物理的
気相成長）法、スパッタ法、イオンプレーティング法、
プラズマジェット法、火炎法および熱フィラメント法等
の公知の方法が使用可能である。

【００２６】上記ダイヤモンドないしダイヤモンド層の
面方位は、特に制限されない。面方位は、例えば（１１
１）、（１００）、（１１０）等のいずれでもよく、あ
るいかこれらの面方位が混在してもよい。

【００２７】上記した気相合成等により得たダイヤモン
ド層上には、そのまま中間層を配置してもよいが、ダイ
ヤモンド表面の平坦性ないし平滑性を増大させるため、
必要に応じて該表面を研磨（例えば、電着ダイヤモンド
砥石を用いる機械研磨）してもよい。

【００２８】本発明のダイヤモンド基材を構成するダイ
ヤモンドが「ダイヤモンド層」からなる場合、その層厚
は、ＳＡＷ素子の用途においては、５μｍ以上であるこ
とが好ましく、更には２０μｍ以上であることがより好
ましい。

【００２９】（中間層）本発明においては、上記したダ
イヤモンドと、後述するＬｉＮｂＯ₃ との間に、該Ｌｉ
ＮｂＯ₃ 層の結晶特性をコントロールする機能を有する
「中間層」が配置される。

【００３０】ＬｉＮｂＯ₃ 層の結晶特性をコントロール
する機能を有する材料である限り、該中間層を構成する
材料は特に制限されないが、上記ダイヤモンド上でＣ軸
配向性の中間層を形成することが容易な材料であること
が好ましい。

【００３１】（中間層の配向性）中間層の配向性は、例
えば、以下のようなθ−２θ法によって評価することが
可能である（このθ−２θ法の詳細については、例え
ば、文献名：B.D.Cullity著"Elements of X-Ray Diffra
ction" Addition-Wesley Publishing Company,Incを参
照することができる）。

【００３２】（１）測定試料をＸ線ディフラクトメータ
の試料ホルダーに設置する。

【００３３】（２）Ｘ線ディフラクトパターン法を用い
て、θ−２θ法によりＸ線回折ピークを測定する。

【００３４】（３）上記により測定した回折ピークのう
ち、Ｃ軸に対応する面、すなわち（００ｍ）面（ｍ＝１
以上の整数）に対応する回折ピーク強度の合計
（Ｉ_C ）、および全ての回折ピーク強度の合計（Ｉ_T ）
を、それぞれ求める。

【００３５】Ｃ軸配向性の中間層の場合、上記ピーク強
度の比（Ｉ_C ／Ｉ_T ）が、８０％以上であることが好ま
しく、９５％以上であることが更に好ましい。

【００３６】（中間層の材料）Ｃ軸配向性の中間層を構
成することが容易な材料としては、酸化物が好ましく用
いられる。このような酸化物としては、例えば、Ａｌ₂
Ｏ₃ （好ましくはＣ軸配向性）、ＭｇＯ（好ましくは
（１１１）配向性）、ＺｎＯ；あるいは、Ｌｉ、Ｎａ、
Ｋ、Ｒｂ、Ｍｎ、およびＣｕから選ばれた１種以上の元
素を含む絶縁性のＺｎＯが挙げられる。この「１種以上
の元素」の含有量は、２モル％以下、更には１〜２モル
％であることが好ましい。このような元素の含有量は、
例えば、二次イオン質量分析法によって定量することが
可能である。

【００３７】上記した中間層を構成する材料は、抵抗率
１０⁶ Ω・ｃｍ以上の絶縁性を有していることが好まし
い。上記した「絶縁性のＺｎＯ」の抵抗率は、１０⁶ 〜
１０⁸ Ω・ｃｍ程度であることが好ましい。

【００３８】本発明において、上記中間層の形成方法
は、特に制限されない。より具体的には例えば、該形成
方法として、ＣＶＤ法、ＰＶＤ法、スパッタリング法、
イオンプレーティング法等の公知の気相堆積法が使用可
能である。

【００３９】上記中間層の厚さは、下層たるダイヤモン
ドの種類、サイズ、使用目的等により、適宜選択するこ
とが可能であるが、通常、１００〜２０００オングスト
ローム程度（更には１００〜１０００オングストローム
程度）であることが好ましい。この層厚が１００オング
ストローム未満では、中間層としてのＬｉＮｂＯ₃ 層の
結晶特性コントロール機能が不充分となり易く、一方、
層厚が２０００オングストロームを越えると、下層たる
ダイヤモンドの特性を阻害する傾向が生じ易くなる。こ
の中間層の層厚は、該中間層上に、Ｃ軸配向したＬｉＮ
ｂＯ₃ 薄膜を良好に形成可能なように選択することが好
ましい。

【００４０】本発明者の知見によれば、中間層の材料と
してＺｎＯ（２モル％のＬｉを含有）を選択した場合、
該中間層の膜厚が１００〜２０００オングストローム
（更には１００〜１０００オングストローム）の場合
に、好適なＣ軸配向性のＬｉＮｂＯ₃ 薄膜が成長可能で
あることが確認されている（「Ｃ軸配向性ＺｎＯ上のＣ
軸配向性ＬｉＮｂＯ₃ の成長」については、清水ら（Ma
saru Shimizu et al. ；Jpn. J. Appl. Phys. Vol. 32(1
993), pp.4111-4114) を参照することができる）。本発
明者の知見によれば、下層たるダイヤモンド（立方晶）
上にＣ軸配向性ＺｎＯ（六方晶）を配置した場合に、好
適な圧電特性を有するＬｉＮｂＯ₃ 膜が得られることが
見出されている。

【００４１】上記した中間層の厚みは、本発明のダイヤ
モンド基材の切断面を、例えば走査型電子顕微鏡（ＳＥ
Ｍ）等の膜厚測定手段で観察して求めることが可能であ
る。

【００４２】（ダイヤモンド状炭素）上記中間層の材料
としては、ダイヤモンド状炭素を用いることも可能であ
る。

【００４３】ここに「ダイヤモンド状炭素」（Diamond-
like carbon ；ないしＤＬＣ）は、硬度の高いアモルフ
ァス物質であり、安定性に優れ、しかもダイヤモンドと
同様の炭素原子からなるため、ダイヤモンドへの元素的
拡散や反応について実質的に考慮する必要がない等の特
徴を有している。このため、ダイヤモンド状炭素は、上
記中間層を形成する絶縁性材料として好適に使用可能で
ある。

【００４４】上記ダイヤモンド状炭素（ｉ−カーボンな
いしアモルファスカーボンとも称される）は、以下のよ
うな性質を有する物質である。

【００４５】（１）通常、炭素の他に水素を含む。この
場合、水素のモル数は、炭素のモル数より小さいことが
好ましい。

【００４６】（２）結晶状態はアモルファスである。ダ
イヤモンド状炭素と、ダイヤモンドないしグラファイト
とは、例えば、ラマン分光法によって識別可能である。
図２にダイヤモンド状炭素（アモルファスカーボン）
（ａ）と、グラファイト（ｂ）と、ダイヤモンド（ｃ）
との典型的なスペクトルを示す。図２のグラフに示した
ように、ダイヤモンド（ｃ）は１３３２ｃｍ^-1（ｓｐ³
Ｃ−Ｃ由来）、グラファイト（ｂ）は１５８０ｃｍ
^-1（ｓｐ² Ｃ−Ｃ由来）にそれぞれ鋭いピークを示すの
に対して、ダイヤモンド状炭素（ａ）は１３６０ｃｍ^-1
と１６００ｃｍ^-1とにブロードなピークを示す。

【００４７】（３）一般の金属に比べて、高い硬度を有
する。本発明で用いるダイヤモンド状炭素は、ビッカー
ス硬さＨｖ（Vickers hardness）が１, ０００〜５, ０
００程度であることが好ましい（ダイヤモンドは、通常
１０, ０００程度のビッカース硬さＨｖを有する）。

【００４８】（４）電気的には絶縁体である。

【００４９】上記したような性質を有するダイヤモンド
状炭素膜は、ダイヤモンドの合成と同様にプラズマＣＶ
Ｄ、イオンビーム蒸着法、スパッタリング等の気相プロ
セスに従って作成することが可能である。より具体的に
は例えば、ダイヤモンド状炭素は、ダイヤモンド形成と
同様のＣＶＤ条件で、基板温度を下げる（例えば、基板
温度１００℃程度）ことにより得ることができる（ダイ
ヤモンド状炭素の詳細については、例えば、平木昭夫・
川原田洋、「炭素」、１９８７（No. １２８）、４１頁
（日本炭素学会）を参照することができる）。

【００５０】（ＬｉＮｂＯ₃ 層）本発明において、上記
中間層上に形成すべきＬｉＮｂＯ₃ 層は、単結晶（ない
しエピタキシャル層）であってもよく、また多結晶であ
ってもよいが、ＬｉＮｂＯ₃ 層の良好な圧電特性の点か
らは、Ｃ軸配向性を有することが好ましい。

【００５１】該ＬｉＮｂＯ₃ 層の厚さは、本発明のダイ
ヤモンド基材ないしＳＡＷ素子の用途によって適宜選択
することが可能であり、特に制限されない。

【００５２】（ＬｉＮｂＯ₃ 層の配向性）本発明におい
ては、ＬｉＮｂＯ₃ 層の配向性は、例えば、上述した中
間層の配向性と同様にθ−２θ法によって評価すること
が可能である。

【００５３】Ｃ軸配向性のＬｉＮｂＯ₃ 層の場合、上記
θ−２θ法によって求めたＣ軸配向面すなわち（００
ｍ）面（ｍ＝１以上の整数）に対応する回折ピーク強度
の合計（Ｉ_C ）と、全ての回折ピーク強度の合計
（Ｉ_T ）ピーク強度との比（Ｉ_C ／Ｉ_T ）が、８０％以
上であることが好ましく、９５％以上であることが更に
好ましい。

【００５４】ＬｉＮｂＯ₃ 層を形成する方法としては、
スパッタリング、蒸着法、ＣＶＤ法、レーザアニール
法、ＭＯＣＶＤ（有機金属ＣＶＤ）法、ＭＢＥ（分子線
エピタキシー）法等を始めとする気相堆積法等の公知の
方法を、特に制限なく用いることができる。

【００５５】（ＳＡＷ素子）本発明のＳＡＷ素子は、上
記した構成を有するダイヤモンド基材に、更に櫛型電極
（interdigital transducer ；ＩＤＴ）等からなるＳＡ
Ｗ励振電極（必要に応じて、更にＳＡＷ受信ないし検出
電極）を配置してなる。

【００５６】上記ＳＡＷ励振電極４は、ＬｉＮｂＯ₃ 層
３の上（図３）、ダイヤモンド１と中間層２との間に
（図４）、あるいは中間層２とＬｉＮｂＯ₃ 層３との間
（図示せず）のいずれの位置に配置することも可能であ
るが、中間層２の結晶特性コントロール機能を阻害しな
い点からは、上記図３または図４の位置に配置すること
が好ましい。また、後述するようにＳＡＷ励振電極４を
Ａｌ（アルミニウム）等の比較的融点の低い金属で形成
する場合には、ＬｉＮｂＯ₃ 層３堆積時の基板温度（例
えば、７００℃程度）等の点からは、図３のようにＬｉ
ＮｂＯ₃ 層３の上にＳＡＷ励振電極４を配置することが
好ましい。

【００５７】図４に示すようにＡｌ等からなるＳＡＷ励
振電極４をダイヤモンド１上に配置する場合、ＺｎＯ主
体の中間層２を該ダイヤモンド／ＳＡＷ励振電極上に堆
積させることが、中間層２のＣ軸配向性の点から好まし
い。

【００５８】（ＳＡＷ励振電極）ＳＡＷ励振電極を構成
する材料は、導電性材料である限り特に制限されない。
ＳＡＷ励振電極としての加工性およびコストの点から
は、Ａｌ、Ａｌ−Ｃｕ，Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ等が特に好ま
しく使用可能である。

【００５９】ＳＡＷ励振電極の厚さは、該電極としての
機能を発揮する限り特に制限されないが、１００〜５０
００オングストローム程度（更には１００〜５００オン
グストローム程度）であることが好ましい。この厚さが
１００オングストローム未満では、抵抗率が高くなり損
失が増加する。一方、該電極の厚さが５０００オングス
トロームを越えると、電極の厚み、高さによるＳＡＷの
反射を引き起こす質量付加効果が著しくなり、目的とす
るＳＡＷ特性を阻害する可能性がある。前記図４に示し
た態様においては、ＳＡＷ励振電極４の厚さは、中間層
２の厚さより小さいことが好ましく、該中間層の厚さの
１／２以下（特に１／５以下）であることが更に好まし
い。

【００６０】ＳＡＷ励振電極（ＳＡＷ受信電極）の平面
形状は、該電極としての機能を発揮する限り特に制限さ
れないが、図５に模式平面図を示すような、いわゆるシ
ングル型のＩＤＴ電極、図６に模式平面図を示すような
ダブル型のＩＤＴ電極等が好適に使用可能である。

【００６１】上記したようなＳＡＷ励振電極は、必要に
応じて、該電極を形成すべき面（例えば、ダイヤモンド
１の表面）に、埋め込んでもよい。より具体的には例え
ば、溝等の形状を有する凹部を形成し（あるいは該凹部
を予め与えるように、所定の面を形成し）、ＳＡＷ励振
電極を構成するＡｌ等の導電性材料の全部又は一部を、
このように形成した凹部中に埋めてもよい。このように
ＳＡＷ励振電極の全部又は一部を埋め込むことにより、
例えば、ＳＡＷ励振電極の高さを、該電極を形成すべき
面の高さを実質的に等しくすることが可能となり、電極
の厚みによるＳＡＷの反射の影響を低減できる。

【００６２】（短絡用電極）本発明のＳＡＷ素子におい
ては、必要に応じて短絡用電極（図示せず）を更に配置
してもよい。この短絡用電極は、電界を等電位とするこ
とにより該素子のＳＡＷ特性を変化させる機能を有する
電極である。この電極は、金属（薄）膜（例えば、Ａ
ｌ、Ａｕ、Ａｌ−Ｃｕ、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ等）から構成
されていることが好ましい。短絡用電極は、上記したＳ
ＡＷ励振電極とは異なる機能を有するため、該短絡用電
極を構成する材料は、必ずしもＳＡＷ励振電極の材料と
同一である必要はない。

【００６３】上記短絡用電極は、前述したＳＡＷ励振電
極と同様に、ＬｉＮｂＯ₃ 層３の上、ダイヤモンド１と
中間層２との間、あるいは中間層２とＬｉＮｂＯ₃ ３と
の間（図示せず）のいずれの位置に配置することも可能
であるが、ＬｉＮｂＯ₃ 層３に関してＳＡＷ励振電極４
と反対側に（すなわち、該短絡用電極とＳＡＷ励振電極
４との間にＬｉＮｂＯ₃ 層３が配置されるように）短絡
用電極を配置することが好ましい。この短絡用電極も、
中間層２の結晶特性コントロール機能を阻害しない点か
らは、ＬｉＮｂＯ₃ 層３の上、またはダイヤモンド１と
中間層２との間の位置に配置することが好ましい。

【００６４】短絡用電極の厚さは、該電極としての機能
を発揮する限り特に制限されないが、５０〜３０００オ
ングストローム程度（更には１００〜５００オングスト
ローム程度）であることが好ましい。この厚さが５０オ
ングストローム未満では、等電位の形成が困難となり、
他方、３０００オングストロームを越えると、ＳＡＷの
反射に影響し易くなる。

【００６５】この短絡用電極は、例えば、ＳＡＷ励振電
極と同様の占有面積を有する「ベタ電極」の平面形状を
有することが好ましい。

【００６６】以下実施例により本発明を更に具体的に説
明する。

【００６７】

【実施例】実施例１ Ｓｉ基板上に、メタン濃度２％の水素ガスを用いたマイ
クロ波プラズマＣＶＤ法により、厚さ３５μｍのダイヤ
モンド膜を成長させた。

【００６８】（ダイヤモンド膜形成条件） マイクロ波パワー：１５０Ｗ 反応ガス ：ＣＨ₄ ：Ｈ₂ ＝２：１００ ガス圧力 ：４０ｍＴｏｒｒ 成膜温度 ：８００℃ このダイヤモンド膜を電着ダイヤモンド砥石を用いて機
械研磨して、該ダイヤモンド膜の膜厚が２０μｍのダイ
ヤモンド／Ｓｉ基板を得た。

【００６９】次いで、上記ダイヤモンド／Ｓｉ基板上
に、スパッタリング法を用いて、ＺｎＯ（２モル％のＬ
ｉを含有）からなる厚さ０〜２０００オングストローム
（後述する表１参照）の中間層を形成した。

【００７０】（ＺｎＯ膜形成条件） ＲＦパワー ：１５０Ｗ スパッタガス： Ａｒ：Ｏ₂ ＝８０：２０ ガス圧力 ：５０ｍＴｏｒｒ 成膜温度 ：３００℃ ターゲット ：ＺｎＯ（２モル％のＬｉを含有） 膜厚 ：０、５０、１００、５００、１００
０、１５００、２０００オングストロ−ム 上記したＺｎＯ中間層の厚さは、走査型電子顕微鏡（Ｓ
ＥＭ）で測定した。該中間層の配向性を上述したθ−２
θ法により評価したところ、（００ｍ）面（ｍ＝１以上
の整数）に対応する回折ピーク強度の合計（Ｉ_C ）と、
全ての回折ピーク強度の合計（Ｉ_T ）ピーク強度との比
（Ｉ_C ／Ｉ_T ）は、９５〜１００％であり、上記したＺ
ｎＯ中間層は、全てＣ軸配向性を有する膜であることが
確認された。

【００７１】このようにして得たＺｎＯ中間層／ダイヤ
モンド膜／Ｓｉ基板の上に、ＬｉＮｂＯ₃ 圧電膜をスパ
ッタリング法により形成し、本発明のダイヤモンド基材
を得た。この際、該ＬｉＮｂＯ₃ の膜厚は、上記ＺｎＯ
中間層との膜厚の合計が６７００オングストロームとな
るように設定した。

【００７２】（ＬｉＮｂＯ₃ 層形成条件） ＲＦパワー ：１５０Ｗ スパッタリング ：Ａｒ：Ｏ₂ ＝８０：２０ ガス圧力 ：２０ｍＴｏｒｒ 成膜温度 ：７００℃ ターゲット ：ＬｉＮｂＯ₃ 該ＬｉＮｂＯ₃ 層の厚さは走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）
で測定した。このＬｉＮｂＯ₃ 層の配向性を上述したθ
−２θ法により評価したところ、後述する表１に示すよ
うに、厚さが１００オングストロ−ム以上のＺｎＯ中間
層上に成長させたＬｉＮｂＯ₃ 層においては、（００
ｍ）面（ｍ＝１以上の整数）に対応する回折ピーク強度
の合計（Ｉ_C ）と、全ての回折ピーク強度の合計
（Ｉ_T ）ピーク強度との比（Ｉ_C ／Ｉ_T ）は、９５〜１
００％であり、このようなＬｉＮｂＯ₃ 層が全てＣ軸配
向性を有する膜であることが確認された。

【００７３】これに対して、ＺｎＯ中間層の厚さが０お
よび５０オングストロ−ムのＺｎＯ中間層上に成長させ
たＬｉＮｂＯ₃ 層においては、ＬｉＮｂＯ₃ 層は無配向
性を示した。

【００７４】上記で得たＬｉＮｂＯ₃ 層／ＺｎＯ中間層
／ダイヤモンド層／Ｓｉ基板の上に、更に、抵抗加熱蒸
着により５０オングストローム／秒の堆積速度で、厚さ
５００オングストロームのＡｌ層を形成した（基板温
度：室温）。

【００７５】このようにして形成したＡｌ層を、フォト
リソグラフィー法によりパターンニングして、図６に模
式平面図を示すようなダブル型（電極幅ｄ＝１．５μ
ｍ、電極間隔＝１．５μｍ、周期＝１２μｍ）のＡｌ櫛
型電極（ＳＡＷ励振電極４およびＳＡＷ受信電極５）を
形成し、図７に模式斜視図を示すようなＳＡＷ素子を作
製した（ＳＡＷ励振電極４の電極対数：４０、ＳＡＷ受
信電極５の電極対数：４０、入出力電極の中心間の距
離：６００μｍ）。

【００７６】上記により得た各ＳＡＷフィルターの１．
８ＧＨｚ近傍の透過帯域から、電気機械結合係数
（Ｋ² ）を測定した。

【００７７】この測定に際しては、上記ＳＡＷ素子のＳ
ＡＷ励振（入力）側電極に高周波を印加してＳＡＷを励
振させ、Ｖ＝ｆλ（ｆは中心周波数；λ＝８ｄ＝１２μ
ｍ）の関係から、励起された各モードのＳＡＷの伝搬速
度Ｖ（ｍ／ｓ）を求めた。電気機械結合係数（Ｋ² ）
は、ネットワークアナライザ（横河ヒューレットパッカ
ード（ＹＨＰ）製、８７１９Ａ）を用いてＳＡＷ励振電
極の放射コンダクタンスを測定し、該放射コンダクタン
スの実部Ｇに基づき、 Ｋ² ＝（Ｇ／８）・ｆ₀ ・Ｃ・Ｎ （ｆ₀ ：中心周波数、Ｃ：櫛型電極の全静電容量、Ｎ：
櫛型電極の対数）として求めた。

【００７８】上記により求めた電気機械結合係数と、Ｌ
ｉＮｂＯ₃ 配向性との関係を下記表１に示す。

【００７９】

【表１】

【００８０】上記表１に示したように、本実施例におい
ては、中間層の厚みが１００〜２０００オングストロー
ム（更には１００〜１０００オングストローム）の範囲
でＬｉＮｂＯ₃ 層の好適なＣ軸配向が得られ、電気機械
結合係数（Ｋ² ）の大きい良好な高周波用ＳＡＷフィル
ターが作製された。

【００８１】

【発明の効果】上述したように本発明によれば、ダイヤ
モンドと、該ダイヤモンド上に配置された中間層と、該
中間層上に配置されたＬｉＮｂＯ₃ 層とを少なくとも含
むことを特徴とするダイヤモンド基材が提供される。

【００８２】更に、本発明によれば、ダイヤモンド層
と、該ダイヤモンド層上に配置された中間層と、該中間
層上に配置されたＬｉＮｂＯ₃ 層と、表面弾性波を励振
する電極とを少なくとも含むことを特徴とする表面弾性
波素子が提供される。

【００８３】本発明においては、下層たるダイヤモンド
の特性を活かしつつ、上記中間層の結晶特性コントロー
ル機能を利用することにより、好適な特性を有するＬｉ
ＮｂＯ₃ 圧電体層が容易に得られる。本発明によれば、
例えば、気相合成ダイヤモンド（多結晶）上にＬｉＮｂ
Ｏ₃ 圧電体層を成膜する場合においても、良好な圧電特
性を有するＬｉＮｂＯ₃ 層を得ることが容易となる。

【００８４】本発明においては、更に、このような良好
な圧電特性を有するＬｉＮｂＯ₃ ／中間層／ダイヤモン
ド基材を用いることにより、電気機械結合係数が大き
く、しかも広帯域の高周波用ＳＡＷ素子が容易に得られ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のダイヤモンド基材の層構成の一態様を
示す模式断面図である。

【図２】アモルファスカーボン（ダイヤモンド状炭素
膜）（ａ）、グラファイト（ｂ）、およびダイヤモンド
（ｃ）のラマンスペクトルの典型的な例を模式的に示す
グラフである。

【図３】本発明のＳＡＷ素子の層構成の一態様を示す模
式断面図である。

【図４】本発明のＳＡＷ素子の層構成の他の態様を示す
模式断面図である。

【図５】ＳＡＷ素子を構成する櫛型電極の平面形状の一
例（シングル電極）を示す模式平面図である。

【図６】ＳＡＷ素子を構成する櫛型電極の平面形状の一
例（ダブル電極）を示す模式平面図である。

【図７】本発明のＳＡＷ素子の構成の一態様（ＳＡＷ励
振電極およびＳＡＷ受信電極を配置してなる）を示す模
式斜視図である。

【符号の説明】

１…ダイヤモンド、２…中間層、３…ＬｉＮｂＯ₃ 層、
４…ＳＡＷ励振電極、５…ＳＡＷ受信電極。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 北林 弘之 兵庫県伊丹市昆陽北一丁目１番１号 住 友電気工業株式会社 伊丹製作所内 (72)発明者 鹿田 真一 兵庫県伊丹市昆陽北一丁目１番１号 住 友電気工業株式会社 伊丹製作所内 (56)参考文献 特開 平６−216051（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−62911（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−326548（ＪＰ，Ａ) 特公 昭58−29280（ＪＰ，Ｂ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H03H 9/25 C30B 29/30

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ダイヤモンドと、該ダイヤモンド上に配
   置された中間層と、該中間層上に配置されたＬｉＮｂＯ
   _３層とを少なくとも含み、前記中間層が、ダイヤモンド
   状炭素からなるダイヤモンド基材。
2. 【請求項２】 ダイヤモンドと、該ダイヤモンド上に配
   置された中間層と、該中間層上に配置されたＬｉＮｂＯ
   _３層とを少なくとも含み、前記中間層が、Ｃ軸配向性の
   多結晶膜からなるダイヤモンド基材。
3. 【請求項３】 前記中間層が、Ａｌ_２Ｏ_３、ＭｇＯ、Ｚ
   ｎＯ；又はＬｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｍｎ、Ｃｕから選ば
   れた１種以上の元素を含む絶縁性のＺｎＯからなる請求
   項２記載のダイヤモンド基材。
4. 【請求項４】 ダイヤモンド層と、該ダイヤモンド層上
   に配置された中間層と、該中間層上に配置されたＬｉＮ
   ｂＯ_３層と、表面弾性波を励振する電極とを少なくとも
   含み、前記表面弾性波を励振する電極が、前記ダイヤモ
   ンド層と中間層との間に配置されている表面弾性波素
   子。
5. 【請求項５】 ダイヤモンド層と、該ダイヤモンド層上
   に配置された中間層と、該中間層上に配置されたＬｉＮ
   ｂＯ_３層と、表面弾性波を励振する電極とを少なくとも
   含み、前記中間層が、Ｃ軸配向性の多結晶膜からなる表
   面弾性波素子。
6. 【請求項６】 前記中間層が、Ａｌ_２Ｏ_３、ＭｇＯ、Ｚ
   ｎＯ；又はＬｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｍｎ、Ｃｕから選ば
   れた１種以上の元素を含む絶縁性のＺｎＯからなる請求
   項５記載の表面弾性波素子。