JP3566679B2 - 表面弾性波フィルター及びその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は表面弾性波（ＳＡＷ）フィルターに係り、特に表面弾性波フィルターの弾性波伝達媒体として炭素ナノチューブ（ＣＮＴ）を用いることにより、高周波用表面弾性波フィルターを製造することができ、鋭いカット特性を得ることができ、インターデジタル変換器（ＩＤＴ）の電極間隔を大きくして高いパワーの入力波に対して耐えることができる表面弾性波フィルターに関する。
【０００２】
また、本発明は表面弾性波フィルターの弾性波伝達媒体として四面体非晶質カーボン（ｔａ−Ｃ：Ｔｅｔｒａｈｅｄｒａｌ Ａｍｏｒｐｈｏｕｓ Ｃａｒｂｏｎ）を用いることにより、表面錬磨工程が必要なく製造工程が簡単であり、工程時間が短く製造単価が安く、大面積を形成することが容易であり、伝送損失及びノイズが少ない表面弾性波フィルター及びその製造方法に関する。
【０００３】
【従来の技術】
一般に、表面弾性波（ＳＡＷ）フィルターは圧電材料の電気−機械的相互変換特性を利用して特定の周波数（中心周波数）帯域のみを選択して通過させ雑音及び混信を除去する素子であって、ＴＶ、ＶＣＲ、移動通信などの核心的な部品であって、主に帯域通過フィルターに使用されている。
【０００４】
図１は一般的な表面弾性波フィルターを概略的に示した図面である。
【０００５】
表面弾性波フィルターとは、図１に示したように、圧電基板上に２個のインターデジタル変換器（ＩＤＴ）１０１、１０２を設置し、基板の電歪効果（逆圧電効果）を利用して電気的信号を圧電基板１０３の表面に沿って伝播する弾性波に変換させ、発生した弾性表面波を圧電効果を利用して出力側変換器で電気的信号として検出する素子である。
【０００６】
ここで、ＩＤＴは送信ＩＤＴ１０１及び受信ＩＤＴ１０２で構成されており、送信ＩＤＴ１０１は信号発生器に連結され、入力された電気信号を表面弾性波（ＳＡＷ）に変換させる。そして、変換された表面弾性波は圧電基板１０３の表面に沿って進行して受信ＩＤＴ１０２に伝達される。
【０００７】
これによって、受信ＩＤＴ１０２は伝達された表面弾性波信号を再び圧電効果を利用して電気的信号に変換させる。この時、受信ＩＤＴ１０２はフィルタを実施し、ＩＤＴ電極の幾何学的構造によって周波数特性が決定される。
【０００８】
図２は一般的な表面弾性波フィルターの周波数通過特性を示した図面である。
【０００９】
図２に示したように、表面弾性波フィルターは特定周波数の伝送された信号のみを通過させるように設定され、設定された振幅及び位相特性を有する帯域通過フィルターとして使用される。
【００１０】
また、表面弾性波フィルターの基板材料として最も広く使用されている材料は単結晶材料であるＬｉＴａＯ３（ＬＴＯ）とＬｉＮｂＯ３（ＬＮＯ）である。しかし、このような単結晶材料を用いた表面弾性波フィルターはＧＨｚ以上の高周波に対しては使用することができないので、多くの新たな材料が開発されている。
【００１１】
表面弾性波フィルターの中心周波数は伝達媒質での弾性波の速度に比例し、ＩＤＴ電極の間隔に反比例する。従って、中心周波数帯域を高めるためには弾性率の大きな材料を使用するかＩＤＴ電極間隔を狭めなければならない。
【００１２】
しかし、リソグラフィ技術の限界によるＩＤＴ電極のパターニング技術の限界及び、安定性確保、高い圧力パワーに対する耐久性などの問題のためＩＤＴの間隔を狭めるのに限界がある。これにより、弾性率の高い媒質を導入する方法で多くの研究が進行されている。
【００１３】
また、基本的な表面弾性波フィルターは圧電体が圧電効果及び電歪効果（逆圧電効果）を担当すると共に、表面弾性波の伝達媒質であった。しかし、現在まで開発された圧電体の機械的な弾性特性上高い弾性率を有する圧電体がないので、表面弾性波を伝達するための新たな媒質が導入されている。
【００１４】
その代表的な例が、「圧電体（主にＺｎＯ）／ダイヤモンド薄膜」構造または「圧電体（主にＺｎＯ）／サファイア」構造、「ＬｉＮｂＯ３／ダイヤモンド」構造であり、それぞれ弾性率の高いダイヤモンドまたはサファイアを表面波弾性媒体として導入した例である。
【００１５】
このような導入によって、既存のクォーツ（３，１５８ｍ／ｓｅｃ）、ＬＮＯ（３，４８８ｍ／ｓｅｃ）等に比べて著しく高い表面弾性波伝達速度（サファイアの場合は５，２００〜５，７００ｍ／ｓｅｃ、ダイヤモンドの場合は９，０００〜１１，９００ｍ／ｓｅｃ）を有し、これによって、より高周波数帯域でフィルターとして用いることができるようになった。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、表面波弾性媒体としてダイヤモンドを導入する場合には、表面弾性波フィルターを高周波数帯域で使用することができるという長所があるが、次のような短所が存在する。
【００１７】
まず、ダイヤモンドを合成するための高い温度の工程が必要であり、ダイヤモンドの応力による基板のたわみのため大面積、例えば４インチ以上の面積を実現するのが難しい。
【００１８】
また、ダイヤモンドの場合、多結晶ダイヤモンドであるため粒子境界が存在し、信号の電波損失が大きくなる。そして、表面弾性波媒質として使用するためにはなめらかではない表面を錬磨しなければならないが、ダイヤモンドの硬度のため錬磨工程が難しく、多くの時間がかかるという短所があり、多くの費用が発生する。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記のような問題を考慮して創出されたものであって、表面弾性波フィルターの弾性波伝達媒体として炭素ナノチューブまたは四面体非晶質カーボンを用いて高周波用表面弾性波フィルターを製造したものであり、鋭いカット特性を得ることができ、インターデジタル変換器の電極間隔を大きくし高いパワーの入力波及び２ＧＨｚ以上の高周波に対応することができる。
【００２０】
本発明は基板及び前記基板上に形成され、炭素ナノチューブ（ＣＮＴ）及び圧電体で形成され表面弾性波を伝達するように圧電特性が具備された複合体薄膜と；入力される電気信号を複合体薄膜に伝達して表面弾性波を発生させ、複合体薄膜から表面弾性波の伝達を受けて電気信号を出力するインターデジタル変換器（ＩＤＴ）とを含むことを特徴とする。
【００２１】
また、本発明による表面弾性波フィルターの製造方法は、基板上に複合体薄膜を形成する段階と；複合体薄膜上に電導物質を形成する段階と；電導物質をパターニングする段階とを含むことを特徴とする。
【００２２】
ここで、複合体薄膜は炭素ナノチューブ及び圧電体からなるか、炭素ナノチューブ及び絶縁体で構成された複合体をまず形成し、その形成された複合体上に圧電体を再び形成することを特徴とする。
【００２３】
また、複合体薄膜を形成する際に、一般的な半導体工程で用いられるリソグラフィ技術を用いて触媒パターンを形成する段階と；形成された触媒パターンの間に炭素ナノチューブブリッジ（ＣＮＴ ｂｒｉｄｇｅ）を水平に成長させる段階と；成長された炭素ナノチューブブリッジ上に、スパッタリング方法を用いて圧電体を形成する段階とを備えることを特徴とする。
【００２４】
また、複合体薄膜を形成する際に、炭素ナノチューブを所定の溶液に分散させて懸濁液を形成する段階と；電気場または静電気力を用いて炭素ナノチューブ懸濁液を基板に付着させる段階と；炭素ナノチューブが付着された基板上に、スパッタリング方法を用いて圧電体を形成する段階とを備えることを特徴とする。
【００２５】
複合体薄膜を形成する際に、炭素ナノチューブを所定の溶液に分散させて懸濁液を作る段階と；炭素ナノチューブ懸濁液をフィルターメンブレインに通過させて沈殿させる段階と；炭素ナノチューブが沈殿した基板上に、スパッタリング方法を用いて圧電体を形成する段階とを備えることを特徴とする。
【００２６】
ここで、炭素ナノチューブ懸濁液をフィルターメンブレインに通過させるとき、磁場を用いて炭素ナノチューブ懸濁液を整列させることを特徴とする。
【００２７】
本発明による表面弾性波フィルターは、基板と；その基板上に形成され、表面弾性波を伝達するように四面体非晶質カーボンで形成された表面波弾性媒体と；圧電特性を有し、表面波弾性媒体と密着して構成される圧電体と；入力される電気信号を圧電体に伝達して表面弾性波を発生させ、圧電体から表面弾性波の伝達を受けて電気信号を出力するインターデジタル変換器とを含むことを特徴とする。
【００２８】
ここで、基板上に形成される四面体非晶質カーボンの表面波弾性媒体は黒鉛ターゲットに対するアーク放電を用いて堆積されが、基板上に形成される四面体非晶質カーボンの表面波弾性媒体の厚さは１μｍ以下であることを特徴とする。
【００２９】
ここで、基板上に形成される四面体非晶質カーボンの表面波弾性媒体は黒鉛ターゲットを用いたレーザーアブレーション方式で堆積されることを特徴とする。
【００３０】
このような本発明によると、表面弾性波フィルターの弾性波伝達媒体として炭素ナノチューブを用いることにより、高周波用表面弾性波フィルターを製造することができ、鋭いカット特性を得ることができ、インターデジタル変換器の電極間隔を大きくし高いパワーの入力波に対して耐えることができるという長所がある。
【００３１】
本発明は、現在弾性体として最高の弾性率を有する物質であると知られている炭素ナノチューブ（弾性率：１．８Ｔｐａ）を表面弾性波フィルターの弾性体として用いる表面弾性波フィルターである。これにより、炭素ナノチューブの構造及び直径によって多様な弾性率を有する炭素ナノチューブを生成することができる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、添付した図面を参照して本発明による実施形態を詳細に説明する。
【００３３】
図３は本発明による炭素ナノチューブを用いた表面弾性波フィルターの製造工程を概略的に示した図面である。
【００３４】
図３を参照すると、本発明による炭素ナノチューブを用いた表面弾性波フィルターはまず、図３（ａ）のように、シリコン基板上に「炭素ナノチューブ及び圧電体の複合体」からなる薄膜を例えば０．１〜１μｍの厚さで形成する。
【００３５】
また、図３（ｂ）のように、ＩＤＴ電極を形成するためにアルミニウム（Ａｌ）を蒸着またはスパッタリング方法を用いて複合体薄膜上にアルミニウムの薄膜を形成する。また、リソグラフィ技法を用いて図３（ｃ）のように適正な形態を有するＩＤＴ電極を形成する。
【００３６】
必要によって、図３（ｃ）のように形成された素子上にシリコン酸化物またはシリコン窒化物を形成する。ここで、シリコン酸化物または窒化物を用いると中心周波数を高めたり低めることができ、素子の温度特性が良好になる。また、電気的な絶縁が可能であり、素子の運送など取扱が容易であるという長所がある。
【００３７】
本発明の実施形態に説明された表面弾性波フィルターの構造を、図４に示したように、多様な形態の構造に変形することができる。図４は本発明による炭素ナノチューブを用いた表面弾性波フィルターの多様な構造の例を概略的に示した図面である。
【００３８】
ここで、変形された実施形態では、必要によってＩＤＴ電極をシールドしたり、ＺｎＯなどの圧電体を別途の層に形成したりした。また、炭素ナノチューブを弾性体として使用した形態は図４に示されていない公知の多くの構造の表面弾性波フィルターとして応用することができるのは自明である。
【００３９】
炭素ナノチューブを弾性体として用いて表面弾性波フィルターを製造するためには、弾性体として使用される炭素ナノチューブを連続的な弾性媒質に形成することが重要である。この時、炭素ナノチューブ及び圧電体を複合体として形成して表面弾性波フィルターとすることができ、炭素ナノチューブ及び絶縁体を複合体として形成して表面弾性波フィルターとすることもできる。以下、連続的な弾性媒質を有する炭素ナノチューブの製造方法について説明する。
【００４０】
第１製造方法は、一般的な半導体製造工程を用いて形成した触媒パターンで、ｉｎ−ｓｉｔｕで炭素ナノチューブブリッジを製造する方法である。
【００４１】
この製造工程は、シリコン半導体工程で多く用いられるリソグラフィ技術を用いて図５のように触媒パターンを形成し、この触媒パターンの間に炭素ナノチューブブリッジを水平に成長させる方法である。図５は本発明による炭素ナノチューブを用いた表面弾性波フィルターを製作するために、触媒パターンの間に炭素ナノチューブを水平に成長させる過程を示した図面である。
【００４２】
図５（ａ）のように予め製作された触媒パターンの間で、炭素ナノチューブを図５（ｂ）のように一列に水平に成長させる。そして、その上にＺｎＯまたはＰＺＴなどの圧電体をスパッタリングで形成することによって表面弾性波フィルターに用いることができる。
【００４３】
この時、炭素ナノチューブ及び圧電体の複合体薄膜を形成する方法以外に、炭素ナノチューブ及び絶縁体の複合体をまず形成し、その上に圧電体を再び形成する方法を用いることもできる。
【００４４】
圧電体との複合体として形成する場合、炭素ナノチューブと圧電体との間の機械的な連結が非常に重要である。炭素ナノチューブと圧電体との間の結合力が悪い場合には、圧電体からの弾性波伝達が効率良く行われないという問題点が発生する。
【００４５】
このような工程を通じて製造された炭素ナノチューブ及び圧電体の複合体は図３（ｄ）のように形成される。この場合、複合体の上にすぐにアルミニウム（Ａｌ）電極が形成されなければならないので、この電極が形成される複合体の表面は電気的絶縁性を維持していなければならない。これは圧電体のスパッタリング厚さを電気的絶縁が充分な程度に形成することによって解決することができる。
【００４６】
第２製造方法は、炭素ナノチューブ粉末を用いた製造方法に関する。
【００４７】
ここで、便宜上、このような方法を「ＣＮＴ粉末懸濁液法」という。この製造方法は溶液中に分散されたＣＮＴ粉末を静電気力（クーロン力）または電気場を加える電気力で吸着させて製造する方法で、電気アーク放電法またはレーザー蒸発法、ＣＶＤ等によって製造されたＣＮＴ粉末をＳＤＳ（Ｓｏｄｉｕｍ Ｄｏｄｅｃｙｌ Ｓｕｌｆａｔｅ）またはＬＤＳ（Ｌｉｔｈｉｕｍ Ｄｏｄｅｃｙｌ Ｓｕｌｆａｔｅ）溶液に入れ分散させて懸濁液を形成し、これを電気場を用いる「電気泳動法」または化学的な機能基を用いる静電気力を用いる「セルフセンブリ」を用いて所望の位置に付着させる方法である。
【００４８】
本発明の実施形態では水溶液として１重量％のＬＤＳ溶液またはＳＤＳ溶液を使用した。この溶液を超音波振動装置で２分間振動させ、シリコンウエハーをこの溶液に浸けた後に取り出すと、シリコン基板にＣＮＴが付着されていた。
【００４９】
セルフセンブリの場合、２．５ｍＭ／ｌｉｔｅｒ ３−ＡＰＳ（ａｍｉｎｏｐｒｏｐｙｌｔｒｉｅｔｈｏｘｙｓｉｌａｎｅ）溶液に基板を常温で１５分間浸けた。これは基板上に陽に帯電されたアミノグループを形成するための工程である。
【００５０】
このように、陽に帯電されたアミノグループはＣＮＴに吸着されている陰に帯電された硫酸塩グループとの静電気によってＣＮＴを基板に付着させる。この時、基板に付着されるＣＮＴの量は濃度及び時間に比例する。そして、界面活性剤を使用するが、それを純粋な水で軽く洗浄し乾燥させる。
【００５１】
また、電気泳動法の場合、所望の金属パターンを絶縁性基板（ＳｉＯ２）上に形成した後、陽の電圧を加えると電気力によって陰に帯電されたＣＮＴが引かれて付着される。
【００５２】
このような方法でＣＮＴが付着された基板上に圧電体をスパッタリングして圧電体／弾性体の構造を作ることができ、この上にアルミニウムＩＤＴ電極を形成すると表面弾性波フィルターが製造される。
【００５３】
この時、必要によって、図４に示したようにシリコン酸化物またはシリコン窒化物などの絶縁膜をさらに形成することもできる。シリコン酸化物の効果は中心周波数を低くするる役割を果たし、かつ温度に対する安定性を確保することにあり、シリコン窒化物は中心周波数を高くし、湿度に対する抵抗性を向上させる役割を果たす。
【００５４】
第３製造方法は、外部磁場を用いてＣＮＴ粉末を整列させ、一方向によく整列されたブッキーペーパー（ａｌｉｇｎｅｄ ｂｕｃｋｙ ｐａｐｅｒ）を製造する方法である。
【００５５】
基本的な製造原理はナイロンフィルターメンブレインに液体状態のＣＮＴ懸濁液を沈殿させることである。もちろん、機能が満たされればナイロン以外の多様なフィルターを用いることができる。
【００５６】
普通、沈殿を用いてブッキーペーパーを製造する時、その製造速度を高めるために懸濁液を強制的に流す方法を用いる。例えば、図６のようにシリンダー形態の管を準備した後、管軸に平行な方向に水流を流しながらフィルターメンブレインを管軸に垂直な方向に設置すると、速い流速によってより速くブッキーペーパーを製造することができる。
【００５７】
図６は本発明による炭素ナノチューブを用いた表面弾性波フィルターを製作するために、磁場を用いて一軸方向に整列された炭素ナノチューブのブッキーペーパーを製造する過程を示した図面である。
【００５８】
この時、流速の方向は管軸方向或いは放射方向など様々でよい。そして、一方向によく整列されたブッキーペーパーを得るためには外部から強力な磁場を加えることが有効である。
【００５９】
例えば、外部から２５テスラの強力な磁場を管軸に垂直な方向に加えて工程を進めると、炭素ナノチューブ中に含まれた強磁性触媒金属のため磁場方向に炭素ナノチューブが整列する。
【００６０】
以上のように、本発明による炭素ナノチューブを用いた表面弾性波フィルターによると、表面弾性波フィルターの弾性波伝達媒体として炭素ナノチューブを用いたことによって、高周波用表面弾性波フィルターを製造することができ、鋭いカット特性を得ることができ、インターデジタル変換器の電極間隔を大きくして高いパワーの入力波に対して耐えることができるという長所がある。
【００６１】
また、炭素ナノチューブを用いた表面弾性波フィルターはその厚さが薄いため基板中を進行するバルク弾性波を無視することができる。これによって、炭素ナノチューブを用いた表面弾性波フィルターはバルク弾性波による損失及びノイズが少ないという長所がある。
【００６２】
図７は本発明による四面体非晶質カーボンを用いた表面弾性波フィルターの製造工程を示した図面である。
【００６３】
図７を参照すると、本発明による四面体非晶質カーボンを用いた表面弾性波フィルターは、まず、図７（ａ）のように、シリコン基板上に直流アーク放電法によって四面体非晶質カーボン（ｔａ−Ｃ）を例えば０．１〜１μｍ厚さに堆積する。
【００６４】
そして、図７（ｂ）のように、ＩＤＴ電極を形成するためにアルミニウム（Ａｌ）を蒸着またはスパッタリング方法を用いてｔａ−Ｃ薄膜上に形成する。また、リソグラフィ技法を用いて図７（ｃ）のように適正な形状のＩＤＴ電極を形成する。
【００６５】
そして、図７（ｄ）のように、圧電体であるＺｎＯ薄膜を例えば０．３〜２．５μｍ程度形成することによって、弾性波伝達媒体として四面体非晶質カーボンを使用する表面弾性波フィルターを製造することができる。
【００６６】
本発明の実施形態に説明された表面弾性波フィルターの構造は、図８に示したように、多様な形態の構造に変形することができる。図８は本発明による四面体非晶質カーボンを用いた表面弾性波フィルターの多様な構造の例を概略的に示した図面である。
【００６７】
この変形された実施形態では、必要によってＩＤＴ電極をシールドしたり、最上層のＺｎＯ膜の表面を鏡面錬磨する。また、ｔａ−Ｃを弾性波伝達媒体として使用した形態は図８に示されていない公知の多くの構造の表面弾性波フィルターに応用することができるのは自明である。
【００６８】
本発明で弾性波伝達媒体として用いたｔａ−ＣはＤＬＣ（ｄｉａｍｏｎｄ−ｌｉｋｅ ｃａｒｂｏｎ）の一種であり、硬度や弾性率はダイヤモンド単結晶の８５％に達する新物質である。これは材料内の炭素結合の８５％以上がＳＰ３結合で形成されているから可能となっている。
【００６９】
図９は本発明による四面体非晶質カーボンを用いた表面弾性波フィルターを製造する際に、四面体非晶質カーボンを堆積させる堆積装備を概略的に示した図面である。図９を参照してｔａ−Ｃを基板に堆積する工程を簡単に説明する。
【００７０】
本発明の実施形態ではカーボンソースとして黒鉛ターゲットを使用し、アーク放電時に基板バイアス直流やＨＦ、ＲＦなどを使用した。この時、直流の場合には炭素イオンの運動エネルギーを１００〜１２５ｅＶ程度に調節するために−１００Ｖの電圧を加え、ＨＦやＲＦの場合にはセルフバイアス値がこの範囲を有するように調節した。
【００７１】
また、ｔａ−Ｃコーティングの前段階としてアルゴン（Ａｒ）イオンを用いたクリーニングを３０秒〜５分実施し、基板を水冷し、均一なコーティングのために回転させる。また、大面積の均一なコーティングのために水平及び垂直方向にアークビームを走査させる。その走査周波数は水平方向を５０〜６０Ｈｚとし、垂直方向を２〜１６Ｈｚとした。
【００７２】
アーク堆積前の真空度は１０−７ｔｏｒｒとし、アーク堆積中の真空度は１０−３〜１０−４ｔｏｒｒとした。
【００７３】
このようなアーク放電を用いる方法以外に、レーザーアブレーションを用いて堆積する方法があるが、アーク放電を用いた場合がより大面積で簡単に製造することができた。
【００７４】
ｔａ−Ｃを表面波弾性媒体として用いた表面弾性波フィルターは次のような多様な長所を有する。
【００７５】
ｔａ−Ｃを使用して表面弾性波フィルターを製造する場合には、ダイヤモンド合成工程のような高い温度での工程が必要ない。また、ＬＮＯまたはＬＴＯ単結晶成長工程のように長時間を要せず工程上簡便であるという長所がある。
【００７６】
ダイヤモンド合成工程ではダイヤモンドの応力による基板のたわみのため４インチ以上の大面積を実現するのが難しく、単結晶の場合も４インチは研究開発が完了した段階であるが、実際の量産は３インチにしている。しかし、ｔａ−Ｃコーティングを用いると容易に９インチまで製造することができ、アークガンの設計を通じて３０ｃｍ×３０ｃｍまで均一なコーティングが可能である。また、それ以上の大面積を製造することもできる。
【００７７】
また、真空アーク堆積装備にスパッタリング装置を設けるとと、すぐに圧電体やアルミニウム電極のスパッタリングが可能であるので工程を簡単にすることができる長所がある。そして、ダイヤモンドの場合には多結晶ダイヤモンドであるため後続錬磨工程が必要であるが、ｔａ−Ｃコーティングの場合にはそれ自体が平方自乗平均（ＲＭＳ）表面照度５オングストローム（Å）程度の原子的に非常になめらかな表面を有するので後続錬磨工程が必要ない。
【００７８】
また、ｔａ−Ｃは化学的に非常に安定しているので基板との接着が非常に優れるという長所がある。
【００７９】
現在大部分の表面弾性波フィルターが３．５ワット（Ｗ）程度まで耐えることができるだけであるが、これはＩＤＴ電極間距離のためである。本発明の実施形態では既存の媒質に比べて弾性率の高い材料を使用したため弾性波の伝達速度が速いので、所望の中心周波数帯域が同一な場合、ＩＤＴ電極間の間隔をより広くすることができる。例えば、他の全ての条件が同一な場合、ＬＮＯやＬＴＯ単結晶に比べて２倍以上の広い間隔でＩＤＴ電極を形成することができるので、より高い入力パワーに対して耐えることができる。
【００８０】
これにより、前記のように工程の簡便性及び２００℃以下温度の工程によって製造単価が大幅引下げられる長所がある。
【００８１】
このような方式で製造されたｔａ−Ｃ表面弾性波フィルターは波長が４μｍである時、即ち、ＩＤＴ電極間隔が２μｍであり、ＩＤＴフィンガ幅が０．９μｍである時、約２．３ＧＨｚの中心周波数を有し、１０μｍ程度の低い挿入損を有し、８，５００〜９，０００ｍ／ｓｅｃの弾性波伝達速度を有し、１．４％程度の大きな電気機械結合係数を有した。また、６００程度のＱ値を有し、−４０℃〜８５℃の間の領域で１，０００ｐｐｍ程度の小さな周波数偏差を有した。
【００８２】
【発明の効果】
以上のように、本発明による四面体非晶質カーボンを用いた表面弾性波フィルターは、表面弾性波フィルターの弾性波伝達媒体として四面体非晶質カーボンを用いることによって、表面錬磨工程が必要ないので製造工程が簡単であり、工程時間が短く製造単価が安く、大面積を形成することが容易で、伝送損失及びノイズの少ない表面弾性波フィルターを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一般的な表面弾性波フィルターを概略的に示した図面である。
【図２】一般的な表面弾性波フィルターの周波数通過特性を示した図面である。
【図３】本発明による炭素ナノチューブを用いた表面弾性波フィルターの製造工程を概略的に示した図面である。
【図４】本発明による炭素ナノチューブを用いた表面弾性波フィルターの多様な構造の例を概略的に示した図面である。
【図５】本発明による炭素ナノチューブを用いた表面弾性波フィルターを製作するために、触媒パターンの間に炭素ナノチューブを水平に成長させる過程を示した図面である。
【図６】本発明による炭素ナノチューブを用いた表面弾性波フィルターを製作するために、磁場を用いて一軸方向に整列された炭素ナノチューブのブッキーペーパーを製造する過程を示した図面である。
【図７】本発明による四面体非晶質カーボンを用いた表面弾性波フィルターの製造工程を示した図面である。
【図８】本発明による四面体非晶質カーボンを用いた表面弾性波フィルターの多様な構造の例を概略的に示した図面である。
【図９】本発明による四面体非晶質カーボンを用いた表面弾性波フィルターを製造するのにおいて、四面体非晶質カーボンを堆積させる堆積装備を概略的に示した図面である。
【符号の説明】
１０１，１０２ インターディジタル変換器、１０３ 圧電基板
【発明の属する技術分野】
本発明は表面弾性波（ＳＡＷ）フィルターに係り、特に表面弾性波フィルターの弾性波伝達媒体として炭素ナノチューブ（ＣＮＴ）を用いることにより、高周波用表面弾性波フィルターを製造することができ、鋭いカット特性を得ることができ、インターデジタル変換器（ＩＤＴ）の電極間隔を大きくして高いパワーの入力波に対して耐えることができる表面弾性波フィルターに関する。
【０００２】
また、本発明は表面弾性波フィルターの弾性波伝達媒体として四面体非晶質カーボン（ｔａ−Ｃ：Ｔｅｔｒａｈｅｄｒａｌ Ａｍｏｒｐｈｏｕｓ Ｃａｒｂｏｎ）を用いることにより、表面錬磨工程が必要なく製造工程が簡単であり、工程時間が短く製造単価が安く、大面積を形成することが容易であり、伝送損失及びノイズが少ない表面弾性波フィルター及びその製造方法に関する。
【０００３】
【従来の技術】
一般に、表面弾性波（ＳＡＷ）フィルターは圧電材料の電気−機械的相互変換特性を利用して特定の周波数（中心周波数）帯域のみを選択して通過させ雑音及び混信を除去する素子であって、ＴＶ、ＶＣＲ、移動通信などの核心的な部品であって、主に帯域通過フィルターに使用されている。
【０００４】
図１は一般的な表面弾性波フィルターを概略的に示した図面である。
【０００５】
表面弾性波フィルターとは、図１に示したように、圧電基板上に２個のインターデジタル変換器（ＩＤＴ）１０１、１０２を設置し、基板の電歪効果（逆圧電効果）を利用して電気的信号を圧電基板１０３の表面に沿って伝播する弾性波に変換させ、発生した弾性表面波を圧電効果を利用して出力側変換器で電気的信号として検出する素子である。
【０００６】
ここで、ＩＤＴは送信ＩＤＴ１０１及び受信ＩＤＴ１０２で構成されており、送信ＩＤＴ１０１は信号発生器に連結され、入力された電気信号を表面弾性波（ＳＡＷ）に変換させる。そして、変換された表面弾性波は圧電基板１０３の表面に沿って進行して受信ＩＤＴ１０２に伝達される。
【０００７】
これによって、受信ＩＤＴ１０２は伝達された表面弾性波信号を再び圧電効果を利用して電気的信号に変換させる。この時、受信ＩＤＴ１０２はフィルタを実施し、ＩＤＴ電極の幾何学的構造によって周波数特性が決定される。
【０００８】
図２は一般的な表面弾性波フィルターの周波数通過特性を示した図面である。
【０００９】
図２に示したように、表面弾性波フィルターは特定周波数の伝送された信号のみを通過させるように設定され、設定された振幅及び位相特性を有する帯域通過フィルターとして使用される。
【００１０】
また、表面弾性波フィルターの基板材料として最も広く使用されている材料は単結晶材料であるＬｉＴａＯ３（ＬＴＯ）とＬｉＮｂＯ３（ＬＮＯ）である。しかし、このような単結晶材料を用いた表面弾性波フィルターはＧＨｚ以上の高周波に対しては使用することができないので、多くの新たな材料が開発されている。
【００１１】
表面弾性波フィルターの中心周波数は伝達媒質での弾性波の速度に比例し、ＩＤＴ電極の間隔に反比例する。従って、中心周波数帯域を高めるためには弾性率の大きな材料を使用するかＩＤＴ電極間隔を狭めなければならない。
【００１２】
しかし、リソグラフィ技術の限界によるＩＤＴ電極のパターニング技術の限界及び、安定性確保、高い圧力パワーに対する耐久性などの問題のためＩＤＴの間隔を狭めるのに限界がある。これにより、弾性率の高い媒質を導入する方法で多くの研究が進行されている。
【００１３】
また、基本的な表面弾性波フィルターは圧電体が圧電効果及び電歪効果（逆圧電効果）を担当すると共に、表面弾性波の伝達媒質であった。しかし、現在まで開発された圧電体の機械的な弾性特性上高い弾性率を有する圧電体がないので、表面弾性波を伝達するための新たな媒質が導入されている。
【００１４】
その代表的な例が、「圧電体（主にＺｎＯ）／ダイヤモンド薄膜」構造または「圧電体（主にＺｎＯ）／サファイア」構造、「ＬｉＮｂＯ３／ダイヤモンド」構造であり、それぞれ弾性率の高いダイヤモンドまたはサファイアを表面波弾性媒体として導入した例である。
【００１５】
このような導入によって、既存のクォーツ（３，１５８ｍ／ｓｅｃ）、ＬＮＯ（３，４８８ｍ／ｓｅｃ）等に比べて著しく高い表面弾性波伝達速度（サファイアの場合は５，２００〜５，７００ｍ／ｓｅｃ、ダイヤモンドの場合は９，０００〜１１，９００ｍ／ｓｅｃ）を有し、これによって、より高周波数帯域でフィルターとして用いることができるようになった。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、表面波弾性媒体としてダイヤモンドを導入する場合には、表面弾性波フィルターを高周波数帯域で使用することができるという長所があるが、次のような短所が存在する。
【００１７】
まず、ダイヤモンドを合成するための高い温度の工程が必要であり、ダイヤモンドの応力による基板のたわみのため大面積、例えば４インチ以上の面積を実現するのが難しい。
【００１８】
また、ダイヤモンドの場合、多結晶ダイヤモンドであるため粒子境界が存在し、信号の電波損失が大きくなる。そして、表面弾性波媒質として使用するためにはなめらかではない表面を錬磨しなければならないが、ダイヤモンドの硬度のため錬磨工程が難しく、多くの時間がかかるという短所があり、多くの費用が発生する。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記のような問題を考慮して創出されたものであって、表面弾性波フィルターの弾性波伝達媒体として炭素ナノチューブまたは四面体非晶質カーボンを用いて高周波用表面弾性波フィルターを製造したものであり、鋭いカット特性を得ることができ、インターデジタル変換器の電極間隔を大きくし高いパワーの入力波及び２ＧＨｚ以上の高周波に対応することができる。
【００２０】
本発明は基板及び前記基板上に形成され、炭素ナノチューブ（ＣＮＴ）及び圧電体で形成され表面弾性波を伝達するように圧電特性が具備された複合体薄膜と；入力される電気信号を複合体薄膜に伝達して表面弾性波を発生させ、複合体薄膜から表面弾性波の伝達を受けて電気信号を出力するインターデジタル変換器（ＩＤＴ）とを含むことを特徴とする。
【００２１】
また、本発明による表面弾性波フィルターの製造方法は、基板上に複合体薄膜を形成する段階と；複合体薄膜上に電導物質を形成する段階と；電導物質をパターニングする段階とを含むことを特徴とする。
【００２２】
ここで、複合体薄膜は炭素ナノチューブ及び圧電体からなるか、炭素ナノチューブ及び絶縁体で構成された複合体をまず形成し、その形成された複合体上に圧電体を再び形成することを特徴とする。
【００２３】
また、複合体薄膜を形成する際に、一般的な半導体工程で用いられるリソグラフィ技術を用いて触媒パターンを形成する段階と；形成された触媒パターンの間に炭素ナノチューブブリッジ（ＣＮＴ ｂｒｉｄｇｅ）を水平に成長させる段階と；成長された炭素ナノチューブブリッジ上に、スパッタリング方法を用いて圧電体を形成する段階とを備えることを特徴とする。
【００２４】
また、複合体薄膜を形成する際に、炭素ナノチューブを所定の溶液に分散させて懸濁液を形成する段階と；電気場または静電気力を用いて炭素ナノチューブ懸濁液を基板に付着させる段階と；炭素ナノチューブが付着された基板上に、スパッタリング方法を用いて圧電体を形成する段階とを備えることを特徴とする。
【００２５】
複合体薄膜を形成する際に、炭素ナノチューブを所定の溶液に分散させて懸濁液を作る段階と；炭素ナノチューブ懸濁液をフィルターメンブレインに通過させて沈殿させる段階と；炭素ナノチューブが沈殿した基板上に、スパッタリング方法を用いて圧電体を形成する段階とを備えることを特徴とする。
【００２６】
ここで、炭素ナノチューブ懸濁液をフィルターメンブレインに通過させるとき、磁場を用いて炭素ナノチューブ懸濁液を整列させることを特徴とする。
【００２７】
本発明による表面弾性波フィルターは、基板と；その基板上に形成され、表面弾性波を伝達するように四面体非晶質カーボンで形成された表面波弾性媒体と；圧電特性を有し、表面波弾性媒体と密着して構成される圧電体と；入力される電気信号を圧電体に伝達して表面弾性波を発生させ、圧電体から表面弾性波の伝達を受けて電気信号を出力するインターデジタル変換器とを含むことを特徴とする。
【００２８】
ここで、基板上に形成される四面体非晶質カーボンの表面波弾性媒体は黒鉛ターゲットに対するアーク放電を用いて堆積されが、基板上に形成される四面体非晶質カーボンの表面波弾性媒体の厚さは１μｍ以下であることを特徴とする。
【００２９】
ここで、基板上に形成される四面体非晶質カーボンの表面波弾性媒体は黒鉛ターゲットを用いたレーザーアブレーション方式で堆積されることを特徴とする。
【００３０】
このような本発明によると、表面弾性波フィルターの弾性波伝達媒体として炭素ナノチューブを用いることにより、高周波用表面弾性波フィルターを製造することができ、鋭いカット特性を得ることができ、インターデジタル変換器の電極間隔を大きくし高いパワーの入力波に対して耐えることができるという長所がある。
【００３１】
本発明は、現在弾性体として最高の弾性率を有する物質であると知られている炭素ナノチューブ（弾性率：１．８Ｔｐａ）を表面弾性波フィルターの弾性体として用いる表面弾性波フィルターである。これにより、炭素ナノチューブの構造及び直径によって多様な弾性率を有する炭素ナノチューブを生成することができる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、添付した図面を参照して本発明による実施形態を詳細に説明する。
【００３３】
図３は本発明による炭素ナノチューブを用いた表面弾性波フィルターの製造工程を概略的に示した図面である。
【００３４】
図３を参照すると、本発明による炭素ナノチューブを用いた表面弾性波フィルターはまず、図３（ａ）のように、シリコン基板上に「炭素ナノチューブ及び圧電体の複合体」からなる薄膜を例えば０．１〜１μｍの厚さで形成する。
【００３５】
また、図３（ｂ）のように、ＩＤＴ電極を形成するためにアルミニウム（Ａｌ）を蒸着またはスパッタリング方法を用いて複合体薄膜上にアルミニウムの薄膜を形成する。また、リソグラフィ技法を用いて図３（ｃ）のように適正な形態を有するＩＤＴ電極を形成する。
【００３６】
必要によって、図３（ｃ）のように形成された素子上にシリコン酸化物またはシリコン窒化物を形成する。ここで、シリコン酸化物または窒化物を用いると中心周波数を高めたり低めることができ、素子の温度特性が良好になる。また、電気的な絶縁が可能であり、素子の運送など取扱が容易であるという長所がある。
【００３７】
本発明の実施形態に説明された表面弾性波フィルターの構造を、図４に示したように、多様な形態の構造に変形することができる。図４は本発明による炭素ナノチューブを用いた表面弾性波フィルターの多様な構造の例を概略的に示した図面である。
【００３８】
ここで、変形された実施形態では、必要によってＩＤＴ電極をシールドしたり、ＺｎＯなどの圧電体を別途の層に形成したりした。また、炭素ナノチューブを弾性体として使用した形態は図４に示されていない公知の多くの構造の表面弾性波フィルターとして応用することができるのは自明である。
【００３９】
炭素ナノチューブを弾性体として用いて表面弾性波フィルターを製造するためには、弾性体として使用される炭素ナノチューブを連続的な弾性媒質に形成することが重要である。この時、炭素ナノチューブ及び圧電体を複合体として形成して表面弾性波フィルターとすることができ、炭素ナノチューブ及び絶縁体を複合体として形成して表面弾性波フィルターとすることもできる。以下、連続的な弾性媒質を有する炭素ナノチューブの製造方法について説明する。
【００４０】
第１製造方法は、一般的な半導体製造工程を用いて形成した触媒パターンで、ｉｎ−ｓｉｔｕで炭素ナノチューブブリッジを製造する方法である。
【００４１】
この製造工程は、シリコン半導体工程で多く用いられるリソグラフィ技術を用いて図５のように触媒パターンを形成し、この触媒パターンの間に炭素ナノチューブブリッジを水平に成長させる方法である。図５は本発明による炭素ナノチューブを用いた表面弾性波フィルターを製作するために、触媒パターンの間に炭素ナノチューブを水平に成長させる過程を示した図面である。
【００４２】
図５（ａ）のように予め製作された触媒パターンの間で、炭素ナノチューブを図５（ｂ）のように一列に水平に成長させる。そして、その上にＺｎＯまたはＰＺＴなどの圧電体をスパッタリングで形成することによって表面弾性波フィルターに用いることができる。
【００４３】
この時、炭素ナノチューブ及び圧電体の複合体薄膜を形成する方法以外に、炭素ナノチューブ及び絶縁体の複合体をまず形成し、その上に圧電体を再び形成する方法を用いることもできる。
【００４４】
圧電体との複合体として形成する場合、炭素ナノチューブと圧電体との間の機械的な連結が非常に重要である。炭素ナノチューブと圧電体との間の結合力が悪い場合には、圧電体からの弾性波伝達が効率良く行われないという問題点が発生する。
【００４５】
このような工程を通じて製造された炭素ナノチューブ及び圧電体の複合体は図３（ｄ）のように形成される。この場合、複合体の上にすぐにアルミニウム（Ａｌ）電極が形成されなければならないので、この電極が形成される複合体の表面は電気的絶縁性を維持していなければならない。これは圧電体のスパッタリング厚さを電気的絶縁が充分な程度に形成することによって解決することができる。
【００４６】
第２製造方法は、炭素ナノチューブ粉末を用いた製造方法に関する。
【００４７】
ここで、便宜上、このような方法を「ＣＮＴ粉末懸濁液法」という。この製造方法は溶液中に分散されたＣＮＴ粉末を静電気力（クーロン力）または電気場を加える電気力で吸着させて製造する方法で、電気アーク放電法またはレーザー蒸発法、ＣＶＤ等によって製造されたＣＮＴ粉末をＳＤＳ（Ｓｏｄｉｕｍ Ｄｏｄｅｃｙｌ Ｓｕｌｆａｔｅ）またはＬＤＳ（Ｌｉｔｈｉｕｍ Ｄｏｄｅｃｙｌ Ｓｕｌｆａｔｅ）溶液に入れ分散させて懸濁液を形成し、これを電気場を用いる「電気泳動法」または化学的な機能基を用いる静電気力を用いる「セルフセンブリ」を用いて所望の位置に付着させる方法である。
【００４８】
本発明の実施形態では水溶液として１重量％のＬＤＳ溶液またはＳＤＳ溶液を使用した。この溶液を超音波振動装置で２分間振動させ、シリコンウエハーをこの溶液に浸けた後に取り出すと、シリコン基板にＣＮＴが付着されていた。
【００４９】
セルフセンブリの場合、２．５ｍＭ／ｌｉｔｅｒ ３−ＡＰＳ（ａｍｉｎｏｐｒｏｐｙｌｔｒｉｅｔｈｏｘｙｓｉｌａｎｅ）溶液に基板を常温で１５分間浸けた。これは基板上に陽に帯電されたアミノグループを形成するための工程である。
【００５０】
このように、陽に帯電されたアミノグループはＣＮＴに吸着されている陰に帯電された硫酸塩グループとの静電気によってＣＮＴを基板に付着させる。この時、基板に付着されるＣＮＴの量は濃度及び時間に比例する。そして、界面活性剤を使用するが、それを純粋な水で軽く洗浄し乾燥させる。
【００５１】
また、電気泳動法の場合、所望の金属パターンを絶縁性基板（ＳｉＯ２）上に形成した後、陽の電圧を加えると電気力によって陰に帯電されたＣＮＴが引かれて付着される。
【００５２】
このような方法でＣＮＴが付着された基板上に圧電体をスパッタリングして圧電体／弾性体の構造を作ることができ、この上にアルミニウムＩＤＴ電極を形成すると表面弾性波フィルターが製造される。
【００５３】
この時、必要によって、図４に示したようにシリコン酸化物またはシリコン窒化物などの絶縁膜をさらに形成することもできる。シリコン酸化物の効果は中心周波数を低くするる役割を果たし、かつ温度に対する安定性を確保することにあり、シリコン窒化物は中心周波数を高くし、湿度に対する抵抗性を向上させる役割を果たす。
【００５４】
第３製造方法は、外部磁場を用いてＣＮＴ粉末を整列させ、一方向によく整列されたブッキーペーパー（ａｌｉｇｎｅｄ ｂｕｃｋｙ ｐａｐｅｒ）を製造する方法である。
【００５５】
基本的な製造原理はナイロンフィルターメンブレインに液体状態のＣＮＴ懸濁液を沈殿させることである。もちろん、機能が満たされればナイロン以外の多様なフィルターを用いることができる。
【００５６】
普通、沈殿を用いてブッキーペーパーを製造する時、その製造速度を高めるために懸濁液を強制的に流す方法を用いる。例えば、図６のようにシリンダー形態の管を準備した後、管軸に平行な方向に水流を流しながらフィルターメンブレインを管軸に垂直な方向に設置すると、速い流速によってより速くブッキーペーパーを製造することができる。
【００５７】
図６は本発明による炭素ナノチューブを用いた表面弾性波フィルターを製作するために、磁場を用いて一軸方向に整列された炭素ナノチューブのブッキーペーパーを製造する過程を示した図面である。
【００５８】
この時、流速の方向は管軸方向或いは放射方向など様々でよい。そして、一方向によく整列されたブッキーペーパーを得るためには外部から強力な磁場を加えることが有効である。
【００５９】
例えば、外部から２５テスラの強力な磁場を管軸に垂直な方向に加えて工程を進めると、炭素ナノチューブ中に含まれた強磁性触媒金属のため磁場方向に炭素ナノチューブが整列する。
【００６０】
以上のように、本発明による炭素ナノチューブを用いた表面弾性波フィルターによると、表面弾性波フィルターの弾性波伝達媒体として炭素ナノチューブを用いたことによって、高周波用表面弾性波フィルターを製造することができ、鋭いカット特性を得ることができ、インターデジタル変換器の電極間隔を大きくして高いパワーの入力波に対して耐えることができるという長所がある。
【００６１】
また、炭素ナノチューブを用いた表面弾性波フィルターはその厚さが薄いため基板中を進行するバルク弾性波を無視することができる。これによって、炭素ナノチューブを用いた表面弾性波フィルターはバルク弾性波による損失及びノイズが少ないという長所がある。
【００６２】
図７は本発明による四面体非晶質カーボンを用いた表面弾性波フィルターの製造工程を示した図面である。
【００６３】
図７を参照すると、本発明による四面体非晶質カーボンを用いた表面弾性波フィルターは、まず、図７（ａ）のように、シリコン基板上に直流アーク放電法によって四面体非晶質カーボン（ｔａ−Ｃ）を例えば０．１〜１μｍ厚さに堆積する。
【００６４】
そして、図７（ｂ）のように、ＩＤＴ電極を形成するためにアルミニウム（Ａｌ）を蒸着またはスパッタリング方法を用いてｔａ−Ｃ薄膜上に形成する。また、リソグラフィ技法を用いて図７（ｃ）のように適正な形状のＩＤＴ電極を形成する。
【００６５】
そして、図７（ｄ）のように、圧電体であるＺｎＯ薄膜を例えば０．３〜２．５μｍ程度形成することによって、弾性波伝達媒体として四面体非晶質カーボンを使用する表面弾性波フィルターを製造することができる。
【００６６】
本発明の実施形態に説明された表面弾性波フィルターの構造は、図８に示したように、多様な形態の構造に変形することができる。図８は本発明による四面体非晶質カーボンを用いた表面弾性波フィルターの多様な構造の例を概略的に示した図面である。
【００６７】
この変形された実施形態では、必要によってＩＤＴ電極をシールドしたり、最上層のＺｎＯ膜の表面を鏡面錬磨する。また、ｔａ−Ｃを弾性波伝達媒体として使用した形態は図８に示されていない公知の多くの構造の表面弾性波フィルターに応用することができるのは自明である。
【００６８】
本発明で弾性波伝達媒体として用いたｔａ−ＣはＤＬＣ（ｄｉａｍｏｎｄ−ｌｉｋｅ ｃａｒｂｏｎ）の一種であり、硬度や弾性率はダイヤモンド単結晶の８５％に達する新物質である。これは材料内の炭素結合の８５％以上がＳＰ３結合で形成されているから可能となっている。
【００６９】
図９は本発明による四面体非晶質カーボンを用いた表面弾性波フィルターを製造する際に、四面体非晶質カーボンを堆積させる堆積装備を概略的に示した図面である。図９を参照してｔａ−Ｃを基板に堆積する工程を簡単に説明する。
【００７０】
本発明の実施形態ではカーボンソースとして黒鉛ターゲットを使用し、アーク放電時に基板バイアス直流やＨＦ、ＲＦなどを使用した。この時、直流の場合には炭素イオンの運動エネルギーを１００〜１２５ｅＶ程度に調節するために−１００Ｖの電圧を加え、ＨＦやＲＦの場合にはセルフバイアス値がこの範囲を有するように調節した。
【００７１】
また、ｔａ−Ｃコーティングの前段階としてアルゴン（Ａｒ）イオンを用いたクリーニングを３０秒〜５分実施し、基板を水冷し、均一なコーティングのために回転させる。また、大面積の均一なコーティングのために水平及び垂直方向にアークビームを走査させる。その走査周波数は水平方向を５０〜６０Ｈｚとし、垂直方向を２〜１６Ｈｚとした。
【００７２】
アーク堆積前の真空度は１０−７ｔｏｒｒとし、アーク堆積中の真空度は１０−３〜１０−４ｔｏｒｒとした。
【００７３】
このようなアーク放電を用いる方法以外に、レーザーアブレーションを用いて堆積する方法があるが、アーク放電を用いた場合がより大面積で簡単に製造することができた。
【００７４】
ｔａ−Ｃを表面波弾性媒体として用いた表面弾性波フィルターは次のような多様な長所を有する。
【００７５】
ｔａ−Ｃを使用して表面弾性波フィルターを製造する場合には、ダイヤモンド合成工程のような高い温度での工程が必要ない。また、ＬＮＯまたはＬＴＯ単結晶成長工程のように長時間を要せず工程上簡便であるという長所がある。
【００７６】
ダイヤモンド合成工程ではダイヤモンドの応力による基板のたわみのため４インチ以上の大面積を実現するのが難しく、単結晶の場合も４インチは研究開発が完了した段階であるが、実際の量産は３インチにしている。しかし、ｔａ−Ｃコーティングを用いると容易に９インチまで製造することができ、アークガンの設計を通じて３０ｃｍ×３０ｃｍまで均一なコーティングが可能である。また、それ以上の大面積を製造することもできる。
【００７７】
また、真空アーク堆積装備にスパッタリング装置を設けるとと、すぐに圧電体やアルミニウム電極のスパッタリングが可能であるので工程を簡単にすることができる長所がある。そして、ダイヤモンドの場合には多結晶ダイヤモンドであるため後続錬磨工程が必要であるが、ｔａ−Ｃコーティングの場合にはそれ自体が平方自乗平均（ＲＭＳ）表面照度５オングストローム（Å）程度の原子的に非常になめらかな表面を有するので後続錬磨工程が必要ない。
【００７８】
また、ｔａ−Ｃは化学的に非常に安定しているので基板との接着が非常に優れるという長所がある。
【００７９】
現在大部分の表面弾性波フィルターが３．５ワット（Ｗ）程度まで耐えることができるだけであるが、これはＩＤＴ電極間距離のためである。本発明の実施形態では既存の媒質に比べて弾性率の高い材料を使用したため弾性波の伝達速度が速いので、所望の中心周波数帯域が同一な場合、ＩＤＴ電極間の間隔をより広くすることができる。例えば、他の全ての条件が同一な場合、ＬＮＯやＬＴＯ単結晶に比べて２倍以上の広い間隔でＩＤＴ電極を形成することができるので、より高い入力パワーに対して耐えることができる。
【００８０】
これにより、前記のように工程の簡便性及び２００℃以下温度の工程によって製造単価が大幅引下げられる長所がある。
【００８１】
このような方式で製造されたｔａ−Ｃ表面弾性波フィルターは波長が４μｍである時、即ち、ＩＤＴ電極間隔が２μｍであり、ＩＤＴフィンガ幅が０．９μｍである時、約２．３ＧＨｚの中心周波数を有し、１０μｍ程度の低い挿入損を有し、８，５００〜９，０００ｍ／ｓｅｃの弾性波伝達速度を有し、１．４％程度の大きな電気機械結合係数を有した。また、６００程度のＱ値を有し、−４０℃〜８５℃の間の領域で１，０００ｐｐｍ程度の小さな周波数偏差を有した。
【００８２】
【発明の効果】
以上のように、本発明による四面体非晶質カーボンを用いた表面弾性波フィルターは、表面弾性波フィルターの弾性波伝達媒体として四面体非晶質カーボンを用いることによって、表面錬磨工程が必要ないので製造工程が簡単であり、工程時間が短く製造単価が安く、大面積を形成することが容易で、伝送損失及びノイズの少ない表面弾性波フィルターを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一般的な表面弾性波フィルターを概略的に示した図面である。
【図２】一般的な表面弾性波フィルターの周波数通過特性を示した図面である。
【図３】本発明による炭素ナノチューブを用いた表面弾性波フィルターの製造工程を概略的に示した図面である。
【図４】本発明による炭素ナノチューブを用いた表面弾性波フィルターの多様な構造の例を概略的に示した図面である。
【図５】本発明による炭素ナノチューブを用いた表面弾性波フィルターを製作するために、触媒パターンの間に炭素ナノチューブを水平に成長させる過程を示した図面である。
【図６】本発明による炭素ナノチューブを用いた表面弾性波フィルターを製作するために、磁場を用いて一軸方向に整列された炭素ナノチューブのブッキーペーパーを製造する過程を示した図面である。
【図７】本発明による四面体非晶質カーボンを用いた表面弾性波フィルターの製造工程を示した図面である。
【図８】本発明による四面体非晶質カーボンを用いた表面弾性波フィルターの多様な構造の例を概略的に示した図面である。
【図９】本発明による四面体非晶質カーボンを用いた表面弾性波フィルターを製造するのにおいて、四面体非晶質カーボンを堆積させる堆積装備を概略的に示した図面である。
【符号の説明】
１０１，１０２ インターディジタル変換器、１０３ 圧電基板
Claims (7)
- 圧電及び逆圧電原理が応用される表面弾性波弾性媒体として、炭素ナノチューブを用い、
表面弾性波を伝達するように前記炭素ナノチューブ及び圧電体が添加された複合体薄膜が形成された基板と、
入力される電気信号を前記複合体薄膜に伝達して表面弾性波を発生させ、前記複合体薄膜から表面弾性波の伝達を受けて電気信号を出力するインターデジタル変換器（ＩＤＴ）と
を含むことを特徴とする表面弾性波フィルター。 - 基板上に複合体薄膜を形成する段階と、
前記複合体薄膜上に伝導膜を形成する段階と、
前記伝導膜をパターニングする段階と
を含み、
前記複合体薄膜は炭素ナノチューブ及び圧電体からなることを特徴とする表面弾性波フィルター製造方法。 - 基板上に複合体薄膜を形成する段階と、
前記複合体薄膜上に伝導膜を形成する段階と、
前記伝導膜をパターニングする段階と
を含み、
前記複合体薄膜は炭素ナノチューブ及び絶縁体からなり、前記複合体薄膜上に圧電体を再び形成することを特徴とする表面弾性波フィルター製造方法。 - 基板上に複合体薄膜を形成する段階と、
前記複合体薄膜上に伝導膜を形成する段階と、
前記伝導膜をパターニングする段階と
を含み、
前記複合体薄膜を形成する際に、
一般的な半導体工程で用いられるリソグラフィ技術を用いて触媒パターンを形成する段階と、
前記形成された触媒パターンの間に炭素ナノチューブブリッジ（ＣＮＴ ｂｒｉｄｇｅ）を水平に成長させる段階と、
前記成長した炭素ナノチューブブリッジ上に、スパッタリング方法を用いて圧電体を形成する段階と
を備えることを特徴とする表面弾性波フィルター製造方法。 - 基板上に複合体薄膜を形成する段階と、
前記複合体薄膜上に伝導膜を形成する段階と、
前記伝導膜をパターニングする段階と
を含み、
前記複合体薄膜を形成する際に、
炭素ナノチューブを所定の溶液に分散させて懸濁液（ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ）を形成する段階と、
電磁気力を用いて前記炭素ナノチューブ懸濁液を基板に付着させる段階と、
炭素ナノチューブが付着された基板上に、スパッタリング方法を用いて圧電体を形成する段階と
を備えることを特徴とする表面弾性波フィルター製造方法。 - 基板上に複合体薄膜を形成する段階と、
前記複合体薄膜上に伝導膜を形成する段階と、
前記伝導膜をパターニングする段階と
を含み、
前記複合体薄膜を形成する際に、
炭素ナノチューブを所定の溶液に分散させて懸濁液を形成する段階と、
前記炭素ナノチューブ懸濁液をフィルターメンブレインを通過させて沈殿させる段階と、
前記炭素ナノチューブが沈殿された基板上に、スパッタリング方法を用いて圧電体を形成する段階と
を備えることを特徴とする表面弾性波フィルター製造方法。 - 前記炭素ナノチューブ懸濁液をフィルターメンブレインに通過させる過程において、磁場を用いて前記炭素ナノチューブ懸濁液を整列させることを特徴とする請求項６に記載の表面弾性波フィルター製造方法。
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