JP4247629B2 - ニオブ酸カリウム堆積体およびその製造方法、表面弾性波素子、周波数フィルタ、発振器、電子回路、並びに、電子機器 - Google Patents
ニオブ酸カリウム堆積体およびその製造方法、表面弾性波素子、周波数フィルタ、発振器、電子回路、並びに、電子機器 Download PDFInfo
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Description
本発明は、ニオブ酸カリウム堆積体およびその製造方法、表面弾性波素子、周波数フィルタ、発振器、電子回路、並びに、電子機器に関する。
情報通信分野の著しい発展に伴い、表面弾性波素子の需要が急速に拡大している。表面弾性波素子の開発の方向としては、小型化、高効率化、高周波化の方向にある。そのためには、より大きな電気機械結合係数、より安定的な温度特性、より大きな表面弾性波伝播速度が必要となる。
ところで、ニオブ酸カリウム（ＫＮｂＯ３）（ａ＝０．５６９５ｎｍ、ｂ＝０．３９７３ｎｍ、ｃ＝０．５７２１ｎｍ、以下「斜方晶」としては本指数表示に従う）の単結晶基板は、大きな電気機械結合係数を示すことが見出されている。例えば、Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｖｏｌ．３７（１９９８）２９２９．に記載されているように、０°ＹカットＸ伝播ＫＮｂＯ３単結晶基板（以下「０°Ｙ−Ｘ−ＫＮｂＯ３基板」という）は、電気機械結合係数が５０％程度という非常に大きな値を示すことが実験で確認されている。また、同文献には、４５°から７５°までの回転ＹカットＸ伝播ＫＮｂＯ３単結晶基板（「回転Ｙ−Ｘ−ＫＮｂＯ３基板」という）を用いたフィルタの発振周波数が、室温付近で零温度特性を示すことが報告されている。
圧電体の単結晶基板を用いた表面弾性波素子では、電気機械結合係数、温度係数、音速などは、圧電体材料固有の値であり、カット角および伝播方向で決定される。０°Ｙ−Ｘ−ＫＮｂＯ３基板は、大きな電気機械結合係数を示すが、４５°から７５°までの回転Ｙ−Ｘ−ＫＮｂＯ３基板のような室温付近での零温度特性を示さない。また、０°Ｙ−Ｘ−ＫＮｂＯ３基板の音速は、同じペロブスカイト型酸化物であるＳｒＴｉＯ３などに比べて遅い。このように、ＫＮｂＯ３単結晶基板を用いるだけでは、高電気機械結合係数、零温度特性、高音速の全てを満足させることはできない。一方、何らかの大面積の基板上にニオブ酸カリウム薄膜を形成して表面弾性波素子を作製することは、困難な場合がある。
Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｖｏｌ．３７（１９９８）２９２９．
Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｖｏｌ．３７（１９９８）２９２９．
本発明の目的は、ニオブ酸カリウムの薄膜を有するニオブ酸カリウム堆積体およびその製造方法を提供することにある。
本発明の他の目的は、電気機械結合係数の大きな表面弾性波素子を提供することにある。
本発明のさらに他の目的は、上記表面弾性波素子を含む周波数フィルタ、発振器、電子回路、および、電子機器を提供することにある。
本発明に係る第１のニオブ酸カリウム堆積体は、
Ｒ面サファイア基板と、
前記Ｒ面サファイア基板の上方に形成されたニオブ酸カリウム層またはニオブ酸カリウム固溶体層と、
を含み、
前記ニオブ酸カリウム層または前記ニオブ酸カリウム固溶体層は、擬立方晶表示において（１００）配向でエピタキシャル成長しており、
前記ニオブ酸カリウム層または前記ニオブ酸カリウム固溶体層の（１００）面は、前記Ｒ面サファイア基板のＲ面（１−１０２）に対して、［１１−２０］方向ベクトルを回転軸として傾いている。
Ｒ面サファイア基板と、
前記Ｒ面サファイア基板の上方に形成されたニオブ酸カリウム層またはニオブ酸カリウム固溶体層と、
を含み、
前記ニオブ酸カリウム層または前記ニオブ酸カリウム固溶体層は、擬立方晶表示において（１００）配向でエピタキシャル成長しており、
前記ニオブ酸カリウム層または前記ニオブ酸カリウム固溶体層の（１００）面は、前記Ｒ面サファイア基板のＲ面（１−１０２）に対して、［１１−２０］方向ベクトルを回転軸として傾いている。
このニオブ酸カリウム堆積体によれば、前記ニオブ酸カリウム層または前記ニオブ酸カリウム固溶体層の（１００）面が、前記Ｒ面サファイア基板のＲ面（１−１０２）に対して、［１１−２０］方向ベクトルを回転軸として傾いている。このような前記ニオブ酸カリウム層または前記ニオブ酸カリウム固溶体層を有するニオブ酸カリウム堆積体を用いることにより、電気機械結合係数の大きな表面弾性波素子を得ることができる。
なお、本発明において、特定のもの（以下、「Ａ」という）の上方に他の特定のもの（以下、「Ｂ」という）を形成するとは、Ａ上に直接Ｂを形成する場合と、Ａ上に、Ａ上の他のものを介してＢを形成する場合と、を含む。また、本発明において、Ａの上方に形成されたＢとは、Ａ上に直接形成されたＢと、Ａ上に、Ａ上の他のものを介して形成されたＢと、を含む。
本発明に係るニオブ酸カリウム堆積体において、
前記ニオブ酸カリウム層または前記ニオブ酸カリウム固溶体層の（１００）面が、前記Ｒ面サファイア基板のＲ面（１−１０２）と成す角は、１度以上１５度以下であることができる。
前記ニオブ酸カリウム層または前記ニオブ酸カリウム固溶体層の（１００）面が、前記Ｒ面サファイア基板のＲ面（１−１０２）と成す角は、１度以上１５度以下であることができる。
本発明に係るニオブ酸カリウム堆積体において、
前記ニオブ酸カリウム層は、斜方晶ニオブ酸カリウムの格子定数を２１／２ｂ＜ａ＜ｃとし、かつｃ軸が分極軸であるとき、ｂ軸配向でエピタキシャル成長しているドメインを含み、
前記ｂ軸は、前記Ｒ面サファイア基板のＲ面（１−１０２）に対して、［１１−２０］方向ベクトルを回転軸として傾いていることができる。
前記ニオブ酸カリウム層は、斜方晶ニオブ酸カリウムの格子定数を２１／２ｂ＜ａ＜ｃとし、かつｃ軸が分極軸であるとき、ｂ軸配向でエピタキシャル成長しているドメインを含み、
前記ｂ軸は、前記Ｒ面サファイア基板のＲ面（１−１０２）に対して、［１１−２０］方向ベクトルを回転軸として傾いていることができる。
本発明に係るニオブ酸カリウム堆積体において、
前記ｂ軸が前記Ｒ面サファイア基板のＲ面（１−１０２）と成す角は、１度以上１５度以下であることができる。
前記ｂ軸が前記Ｒ面サファイア基板のＲ面（１−１０２）と成す角は、１度以上１５度以下であることができる。
本発明に係るニオブ酸カリウム堆積体において、
前記Ｒ面サファイア基板の上方に形成されたバッファ層を有し、
ニオブ酸カリウム層またはニオブ酸カリウム固溶体層は、前記バッファ層の上方に形成されていることができる。
前記Ｒ面サファイア基板の上方に形成されたバッファ層を有し、
ニオブ酸カリウム層またはニオブ酸カリウム固溶体層は、前記バッファ層の上方に形成されていることができる。
本発明に係るニオブ酸カリウム堆積体において、
前記バッファ層は、立方晶（１００）配向でエピタキシャル成長しており、
前記バッファ層の（１００）面は、前記Ｒ面サファイア基板のＲ面（１−１０２）に対して、［１１−２０］方向ベクトルを回転軸として傾いていることができる。
前記バッファ層は、立方晶（１００）配向でエピタキシャル成長しており、
前記バッファ層の（１００）面は、前記Ｒ面サファイア基板のＲ面（１−１０２）に対して、［１１−２０］方向ベクトルを回転軸として傾いていることができる。
本発明に係る第２のニオブ酸カリウム堆積体は、
Ｒ面サファイア基板と、
前記Ｒ面サファイア基板の上方に形成されたバッファ層と、
前記バッファ層の上方に形成された、ニオブ酸カリウム層またはニオブ酸カリウム固溶体層と、
を含み、
前記バッファ層は、立方晶（１００）配向でエピタキシャル成長しており、
前記バッファ層の（１００）面は、前記Ｒ面サファイア基板のＲ面（１−１０２）に対して、［１１−２０］方向ベクトルを回転軸として傾いている。
Ｒ面サファイア基板と、
前記Ｒ面サファイア基板の上方に形成されたバッファ層と、
前記バッファ層の上方に形成された、ニオブ酸カリウム層またはニオブ酸カリウム固溶体層と、
を含み、
前記バッファ層は、立方晶（１００）配向でエピタキシャル成長しており、
前記バッファ層の（１００）面は、前記Ｒ面サファイア基板のＲ面（１−１０２）に対して、［１１−２０］方向ベクトルを回転軸として傾いている。
本発明に係るニオブ酸カリウム堆積体において、
前記バッファ層の（１００）面が、前記Ｒ面サファイア基板のＲ面（１−１０２）と成す角は、１度以上１５度以下であることができる。
前記バッファ層の（１００）面が、前記Ｒ面サファイア基板のＲ面（１−１０２）と成す角は、１度以上１５度以下であることができる。
本発明に係るニオブ酸カリウム堆積体において、
前記バッファ層は、岩塩構造の金属酸化物であることができる。
前記バッファ層は、岩塩構造の金属酸化物であることができる。
本発明に係るニオブ酸カリウム堆積体において、
前記金属酸化物は、酸化マグネシウムであることができる。
前記金属酸化物は、酸化マグネシウムであることができる。
本発明に係るニオブ酸カリウム堆積体において、
前記ニオブ酸カリウム固溶体層は、Ｋ１−ｘＮａｘＮｂ１−ｙＴａｙＯ３（０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１）で表される固溶体であることができる。
前記ニオブ酸カリウム固溶体層は、Ｋ１−ｘＮａｘＮｂ１−ｙＴａｙＯ３（０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１）で表される固溶体であることができる。
本発明に係る第１のニオブ酸カリウム堆積体の製造方法は、
Ｒ面サファイア基板の上方に、擬立方晶表示において（１００）配向でエピタキシャル成長したニオブ酸カリウム層またはニオブ酸カリウム固溶体層を形成する工程を有し、
前記ニオブ酸カリウム層または前記ニオブ酸カリウム固溶体層の（１００）面は、前記Ｒ面サファイア基板のＲ面（１−１０２）に対して、［１１−２０］方向ベクトルを回転軸として傾くように形成される。
Ｒ面サファイア基板の上方に、擬立方晶表示において（１００）配向でエピタキシャル成長したニオブ酸カリウム層またはニオブ酸カリウム固溶体層を形成する工程を有し、
前記ニオブ酸カリウム層または前記ニオブ酸カリウム固溶体層の（１００）面は、前記Ｒ面サファイア基板のＲ面（１−１０２）に対して、［１１−２０］方向ベクトルを回転軸として傾くように形成される。
本発明に係る第２のニオブ酸カリウム堆積体の製造方法は、
Ｒ面サファイア基板の上方に立方晶（１００）配向でエピタキシャル成長したバッファ層を形成する工程と、
前記バッファ層の上方に、ニオブ酸カリウム層またはニオブ酸カリウム固溶体層を形成する工程と、
を含み、
前記バッファ層の（１００）面は、前記Ｒ面サファイア基板のＲ面（１−１０２）に対して、［１１−２０］方向ベクトルを回転軸として傾くように形成される。
Ｒ面サファイア基板の上方に立方晶（１００）配向でエピタキシャル成長したバッファ層を形成する工程と、
前記バッファ層の上方に、ニオブ酸カリウム層またはニオブ酸カリウム固溶体層を形成する工程と、
を含み、
前記バッファ層の（１００）面は、前記Ｒ面サファイア基板のＲ面（１−１０２）に対して、［１１−２０］方向ベクトルを回転軸として傾くように形成される。
本発明に係る表面弾性波素子は、上述のニオブ酸カリウム堆積体を有する。
本発明に係る周波数フィルタは、上述の表面弾性波素子を有する。
本発明に係る発振器は、上述の表面弾性波素子を有する。
本発明に係る電子回路は、上述の周波数フィルタおよび上述の発振器のうちの少なくとも一方を有する。
本発明に係る電子機器は、上述の電子回路を有する。
以下、本発明に好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。
１．第１の実施形態
１．１． 図１は、本実施形態に係るニオブ酸カリウム堆積体１００を模式的に示す断面図である。図１に示すように、本実施形態に係るニオブ酸カリウム堆積体１００は、基板１１と、基板１１上に形成されたバッファ層１２と、バッファ層１２上に形成されたニオブ酸カリウム層１３と、を含むことができる。
１．１． 図１は、本実施形態に係るニオブ酸カリウム堆積体１００を模式的に示す断面図である。図１に示すように、本実施形態に係るニオブ酸カリウム堆積体１００は、基板１１と、基板１１上に形成されたバッファ層１２と、バッファ層１２上に形成されたニオブ酸カリウム層１３と、を含むことができる。
基板１１としては、Ｒ面サファイア基板を用いることができる。Ｒ面サファイア基板を用いることは、バッファ層１２およびニオブ酸カリウム層１３をエピタキシャル成長させることができる点、大面積基板を安価に入手できる点、さらに、エッチング液への耐性があり、繰返して利用できる点で好ましい。
バッファ層１２としては、例えば、岩塩構造の金属酸化物を用いることができる。岩塩構造の金属酸化物としては、例えば、ＭｇＯ（酸化マグネシウム）を用いることができる。バッファ層１２については、後に詳述する。
ニオブ酸カリウム層１３は、単結晶または多結晶のニオブ酸カリウムを有する。ニオブ酸カリウム層１３の厚さは、特に限定されず、適用されるデバイスなどによって適宜選択されるが、例えば、１００ｎｍ以上１０μｍ以下とすることができる。ニオブ酸カリウム層１３については、後に詳述する。
また、本実施形態では、上述したニオブ酸カリウム層１３の代わりに、ニオブ酸カリウムのニオブおよびカリウムの一部が他の元素で置換されたニオブ酸カリウム固溶体の層であってもよい。このようなニオブ酸カリウム固溶体としては、例えば、ニオブ酸タンタル酸ナトリウムカリウム固溶体（Ｋ１−ｘＮａｘＮｂ１−ｙＴａｙＯ３（０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１））で表される固溶体を挙げることができる。このことは、以下に述べる実施形態でも同様である。
１．２． 次に、ニオブ酸カリウム堆積体１００の製造方法について述べる。
（１）まず、図１に示すように、Ｒ面サファイア基板からなる基板（以下「Ｒ面サファイア基板」ともいう）１１を用意する。Ｒ面サファイア基板１１は、予め脱脂洗浄されている。脱脂洗浄は、Ｒ面サファイア基板１１を有機溶媒に浸漬させ、超音波洗浄機を用いて行うことができる。ここで、有機溶媒としては、特に限定されないが、例えばエチルアルコールとアセトンとの混合液を使用することができる。
（２）次に、図１に示すように、レーザーアブレーション法によって、Ｒ面サファイア基板１１上にＭｇＯからなるバッファ層１２を形成する。
具体的には、脱脂洗浄したＲ面サファイア基板１１を基板ホルダーに装填したあと、室温での背圧が１×１０−８Ｔｏｒｒの真空装置内に基板ホルダーごと導入する。次に、例えば、５×１０−５Ｔｏｒｒの酸素分圧になるように酸素ガスを導入し、赤外線ランプを用いて２０℃／分で４００℃まで加熱昇温する。なお、昇温速度、基板温度、圧力などの条件は、これに限るものではない。
次に、レーザー光をバッファ層用のマグネシウムターゲットに照射し、このターゲットからマグネシウム原子を叩き出すレーザーアブレーション法により、プルームを発生させる。そして、このプルームはＲ面サファイア基板１１上に向けて出射され、Ｒ面サファイア基板１１上に接触する。その結果、Ｒ面サファイア基板１１上に、立方晶（１００）配向のＭｇＯからなるバッファ層１２がエピタキシャル成長によって形成される。そして、バッファ層１２の（１００）面は、Ｒ面サファイア基板１１のＲ面（１−１０２）（以下、単に「Ｒ面」ということもある。）に対して、［１１−２０］方向ベクトルを回転軸として傾いていることが好ましい。このことを図２および図３を用いて説明する。
図２は、六方晶のサファイア結晶を模式的に示す図であり、図３は、バッファ層１２の（１００）面の傾きを模式的に示す図である。Ｒ面サファイア基板１１のＲ面（１−１０２）とは、図２におけるＮ−Ｓ面である。図３に示すように、Ｒ面サファイア基板１１のＮ−Ｓ面（即ち、Ｒ面）に対して、バッファ層１２の（１００）面は、［１１−２０］方向ベクトルを回転軸として傾いている。言い換えるならば、バッファ層１２の（１００）面と、Ｒ面とが交差する直線は、［１１−２０］方向ベクトルと平行である。このようなバッファ層１２を形成することにより、後に述べる所望のニオブ酸カリウム層１３を得ることができる。バッファ層１２の（１００）面が、Ｒ面サファイア基板１１のＲ面（１−１０２）と成す角δは、１度以上１５度以下であるのが好ましい。
また、バッファ層１２としてＭｇＯを用いることにより、Ｍｇ２＋がニオブ酸カリウム層１３のＮｂ５＋を置換してＫ（Ｍｇ，Ｎｂ）Ｏ３が生成した場合においても、ニオブ酸カリウム層１３の絶縁性を低下させないことが可能である。
バッファ層１２の厚さは、特に限定されないが、Ｒ面サファイア基板１１とニオブ酸カリウム層１３の反応を防ぎ、かつ酸化マグネシウム自身の潮解性によるニオブ酸カリウム層１３の劣化を防ぐ、という点を考慮すると５ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることが好ましい。
なお、マグネシウム原子、または後の工程における所望の原子をターゲットから叩き出す方法としては、上述したレーザー光をターゲット表面に照射する方法の他、例えば、アルゴンガス（不活性ガス）プラズマや電子線等をターゲット表面に照射（入射）する方法を用いることもできる。これらの中では、レーザー光をターゲット表面に照射する方法が好ましい。この方法によれば、レーザー光の入射窓を備えた簡易な構成の真空装置を用いて、原子をターゲットから容易にかつ確実に叩き出すことができる。
ターゲットに照射するレーザー光としては、波長が１５０〜３００ｎｍ程度、パルス長が１〜１００ｎｓ程度のパルス光が好適に用いられる。具体的には、レーザー光としては、ＡｒＦエキシマレーザー、ＫｒＦエキシマレーザー、ＸｅＣｌエキシマレーザー等のエキシマレーザー、さらにＹＡＧレーザー、ＹＶＯ４レーザー、ＣＯ２レーザーなどが挙げられる。これらの中でも、特にＡｒＦエキシマレーザーまたはＫｒＦエキシマレーザーが好適とされる。ＡｒＦエキシマレーザーおよびＫｒＦエキシマレーザーは、いずれも取り扱いが容易であり、また、より効率良く原子をターゲットから叩き出すことができる。
レーザー光の照射時の各条件は、プルームが十分基板１１に到達でき、バッファ層１２としてのＭｇＯがエピタキシャル成長できるのであれば、特に限定されない。レーザー光の照射時の条件としては、例えば、レーザーエネルギー密度が２Ｊ／ｃｍ２以上４Ｊ／ｃｍ２以下、レーザー周波数が５Ｈｚ以上２０Ｈｚ以下、ターゲットと基板１１との距離（以下「ターゲット基板間距離」という）が３０ｍｍ以上１００ｍｍ以下、基板温度が３００℃以上６００℃以下、堆積中の酸素分圧が１×１０−５Ｔｏｒｒ以上１×１０−３Ｔｏｒｒ以下とすることができる。
（３）次に、図１に示すように、レーザーアブレーション法によって、バッファ層１２上にニオブ酸カリウム層１３を形成する。
具体的には、レーザー光をバッファ層用のターゲット、例えばＫ０．６Ｎｂ０．４Ｏｙターゲットに照射し、このターゲットからカリウム原子、ニオブ原子および酸素原子を叩き出すレーザーアブレーション法により、プルームを発生させる。そして、このプルームは、Ｒ面サファイア基板１１上に向けて出射されてバッファ層１２に接触する。その結果、バッファ層１２上に、擬立方晶表示において（１００）配向のニオブ酸カリウム層１３がエピタキシャル成長によって形成される。そして、図３に示すように、ニオブ酸カリウム層１３の（１００）面は、Ｒ面サファイア基板１１のＲ面（１−１０２）に対して、［１１−２０］方向ベクトルを回転軸として傾いている。なお、図３は、上述したように、バッファ層１２の（１００）面の傾きを模式的に示す図であるが、同様に、ニオブ酸カリウム層１３の（１００）面の傾きを模式的に示す図でもある。
より具体的には、ニオブ酸カリウム層１３は、斜方晶ニオブ酸カリウムの格子定数を２１／２ｂ＜ａ＜ｃとし、かつｃ軸が分極軸であるとき、ｂ軸配向でエピタキシャル成長しているドメイン（以下「斜方晶ｂ軸配向ドメイン」ともいう）を含むことが好ましい。そして、ｂ軸は、Ｒ面サファイア基板１１のＲ面（１−１０２）に対して、［１１−２０］方向ベクトルを回転軸として傾いていることが好ましい。このようなニオブ酸カリウム層１３を用いることにより、後述するように、電気機械結合係数の大きな表面弾性波素子２００（図１９参照）を得ることができる。
ニオブ酸カリウム層１３の（１００）面が、Ｒ面サファイア基板１１のＲ面（１−１０２）と成す角Δは、１度以上１５度以下であるのが好ましい。より具体的には、斜方晶ニオブ酸カリウムのｂ軸がＲ面サファイア基板１１のＲ面（１−１０２）と成す角は、１度以上１５度以下であるのが好ましい。なお、ニオブ酸カリウム層１３の（１００）面がＲ面と成す角Δは、バッファ層１２の（１００）面がＲ面と成す角δと同じであることも、違うこともできる。
また、レーザーアブレーション法の条件は、プルームが十分バッファ層１２に到達できるならば、特に限定されない。レーザー光の照射時の条件としては、例えば、レーザーエネルギー密度が２Ｊ／ｃｍ２以上４Ｊ／ｃｍ２以下、レーザー周波数が５Ｈｚ以上２０Ｈｚ以下、ターゲット基板間距離が３０ｍｍ以上１００ｍｍ以下、基板温度が６００℃以上８００℃以下、堆積中の酸素分圧が１×１０−２Ｔｏｒｒ以上１Ｔｏｒｒ以下とすることができる。
本実施形態では、レーザーアブレーション時の条件を選択することにより、ニオブ酸カリウムを単結晶、または多結晶（好ましくは単相の多結晶）とすることができる。
なお、上述した例では、Ｋ０．６Ｎｂ０．４Ｏｙターゲットを用いたが、ターゲットの組成比はこれに限定されない。例えば、ニオブ酸カリウム層１３の形成には、Ｔｒｉ−Ｐｈａｓｅ−Ｅｐｉｔａｘｙ法に適した組成比のターゲットを用いることができる。Ｔｒｉ−Ｐｈａｓｅ−Ｅｐｉｔａｘｙ法は、気相原料を固液共存領域の温度に保持した基体に堆積し、液相中から固相を析出させる方法である。
具体的には、まず、基体（本実施形態では、基板１１と、バッファ層１２とからなる）上に堆積させた直後の液相状態のＫｘＮｂ１−ｘＯｙにおけるカリウムのモル組成比ｘが、０．５≦ｘ≦ｘＥの範囲となるような気相原料であるプルームを基体に供給する。なお、ｘＥは、所定の酸素分圧下におけるＫＮｂＯ３と３Ｋ２Ｏ・Ｎｂ２Ｏ５との共晶点におけるｘである。次に、基体の温度Ｔｓを、ＴＥ≦Ｔｓ≦Ｔｍの範囲に保持することにより、プルームの供給で基体上に堆積させたＫｘＮｂ１−ｘＯｙの残液を蒸発させる。これにより、ＫｘＮｂ１−ｘＯｙからＫＮｂＯ３単結晶を基体上に析出させることができる。なお、ＴＥは、所定の酸素分圧下におけるＫＮｂＯ３と３Ｋ２Ｏ・Ｎｂ２Ｏ５との共晶点における温度である。また、Ｔｍは、所定の酸素分圧下であって、基体上に堆積させた直後の液相状態のＫｘＮｂ１−ｘＯｙにおける完全溶融温度である。
以上の工程により、図１に示すニオブ酸カリウム堆積体１００を形成することができる。
さらに、必要に応じて、ニオブ酸カリウム層１３の表面を平坦化するための研磨処理を行うことができる。このような研磨処理としては、バフ研磨、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）などを用いることができる。
また、本実施形態では、バッファ層１２、ニオブ酸カリウム層１３および電極層１４の成膜方法として、レーザーアブレーションを用いたが、成膜方法はこれに限定されず、例えば蒸着法、ＭＯＣＶＤ法、スパッタ法を用いることができる。
１．３． 本実施形態によれば、Ｒ面サファイア基板１１の上に立方晶（１００）配向のＭｇＯからなるバッファ層１２を形成し、バッファ層１２の上に気相法を用いてニオブ酸カリウム層１３を形成する。これにより、ニオブ酸カリウムの単一相薄膜をｂ軸配向でエピタキシャル成長させることができる。このニオブ酸カリウム層１３を用いることにより、後述するように、電気機械結合係数の大きな表面弾性波素子２００（図１９参照）を得ることができる。
さらに、本実施形態によれば、ニオブ酸カリウム層１３の（１００）面は、Ｒ面サファイア基板１１のＲ面（１−１０２）に対して、［１１−２０］方向ベクトルを回転軸として傾いている。このニオブ酸カリウム層１３を用いることにより、後述するように、電気機械結合係数のより一層大きな表面弾性波素子２００を得ることができる。
１．４．実験例
（１） まず、第１の実験例について説明する。本実験例では、以下の方法によりニオブ酸カリウム堆積体１００を形成した。本実験例では、単相の多結晶ニオブ酸カリウムの薄膜を得ることができた。
（１） まず、第１の実験例について説明する。本実験例では、以下の方法によりニオブ酸カリウム堆積体１００を形成した。本実験例では、単相の多結晶ニオブ酸カリウムの薄膜を得ることができた。
まず、Ｒ面サファイア単結晶基板からなる基板１１を有機溶媒に浸漬させ、超音波洗浄機を用いて脱脂洗浄を行った。ここで、有機溶媒としては、エチルアルコールとアセトンの１：１混合液を使用した。次に、基板１１を基板ホルダーに装填した後、室温での背圧１×１０−８Ｔｏｒｒの真空装置内に基板ホルダーごと導入し、５×１０−５Ｔｏｒｒの酸素分圧になるように酸素ガスを導入し、赤外線ランプを用いて２０℃／分で４００℃まで加熱昇温した。
次に、マグネシウムターゲットの表面に、エネルギー密度２．５Ｊ／ｃｍ２、周波数１０Ｈｚ、パルス長１０ｎｓの条件でＫｒＦエキシマレーザー（波長２４８ｎｍ）のパルス光を入射し、ターゲット表面にマグネシウムのプラズマプルームを発生させた。このプラズマプルームを、基板温度４００℃、酸素分圧５×１０−５Ｔｏｒｒの条件で基板１１に照射し、ＭｇＯからなるバッファ層１２を形成した。ターゲット基板間距離は７０ｍｍとし、照射時間は３０分とし、バッファ層１２の膜厚は１０ｎｍとした。
次に、Ｋ０．６Ｎｂ０．４Ｏｙターゲットの表面に、エネルギー密度３Ｊ／ｃｍ２、周波数１０Ｈｚ、パルス長１０ｎｓの条件でＫｒＦエキシマレーザーのパルス光を入射し、ターゲット表面にＫ、Ｎｂ、Ｏのプラズマプルームを発生させた。このプラズマプルームを、基板温度７５０℃、酸素分圧１×１０−１Ｔｏｒｒの条件で基板１１に向けて照射し、バッファ層１２の上にニオブ酸カリウム層１３を形成した。ターゲット基板間距離は７０ｍｍとし、照射時間は２４０分とし、ニオブ酸カリウム層１３の膜厚は１μｍとした。
以上の工程により、ニオブ酸カリウム堆積体１００（図１参照）を得た。
本実験例で得られたニオブ酸カリウム層１３のＸ線回折パターン（２θ−θスキャン）を図４に示す。図４のＸ線回折パターンに示される全てのピークは、サファイアおよびニオブ酸カリウムに帰属され、それ以外の化合物に帰属されるピークは観察されない。従って、本実験例で得られたニオブ酸カリウムは、多結晶ではあるが単相であることが確認された。
（２） 次に、第２の実験例について説明する。本実験例では、以下の方法によりニオブ酸カリウム堆積体１００を形成した。本実験例では、単結晶のニオブ酸カリウムの薄膜を得ることができた。
まず、第１の実験例と同様に、Ｒ面サファイア単結晶基板からなる基板１１の脱脂洗浄を行った。次に、第１の実験例と同様に、基板１１を基板ホルダーに装填した後、真空装置内に基板ホルダーごと導入し、酸素ガスを導入し、４００℃まで加熱昇温した。このとき、図５に示すように、サファイア［１１−２０］方向からの反射高速電子線回折（Reflection High Energy Electron Diffraction：ＲＨＥＥＤ）により得られたパターンには、単結晶特有の菊池ラインや強反射点が観測された。
次に、マグネシウムターゲットの表面に、周波数２０Ｈｚの条件でＫｒＦエキシマレーザーのパルス光を入射し、ターゲット表面にマグネシウムのプラズマプルームを発生させた。この際、エネルギー密度、パルス長、波長はそれぞれ、第１の実験例と同条件とした。このプラズマプルームを基板１１に照射し、ＭｇＯからなるバッファ層１２を形成した。この際、基板温度、酸素分圧、ターゲット基板間距離、照射時間、膜厚はそれぞれ、第１の実験例と同条件とした。
このようにして得られた堆積体について、サファイア［１１−２０］方向からのＲＨＥＥＤパターンを求めたところ、図６に示すパターンが得られた。このＲＨＥＥＤパターンには、回折パターンが現れており、ＭｇＯからなるバッファ層１２がエピタキシャル成長していることが確認された。
さらに、この堆積体のＭｇＯからなるバッファ層１２のＸ線回折パターン（２θ−θスキャン）を図７に示す。図７に示すように、基板１１のピークの他には観測されなかった。２θ値をＭｇＯ（２００）（ａ＝０．４２１２ｎｍとすると２θ＝４２．９２°）に固定した場合のＸ線回折パターン（ωスキャン）を図８および図９に示す。ωスキャンの回転軸がサファイア［１１−２０］に平行な場合には、図８に示すように、中心より９．２°シフトしたピークが観測された。ωスキャンの回転軸がサファイア［−１１０１］に平行な場合には、図９に示すように、ピークは観測されなかった。これらの結果から、基板１１より約９°傾いたＭｇＯ（１００）膜が成長していることが確認された。
次に、Ｋ０．６７Ｎｂ０．３３Ｏｙターゲットの表面に、エネルギー密度２Ｊ／ｃｍ２の条件でＫｒＦエキシマレーザーのパルス光を入射し、ターゲット表面にＫ、Ｎｂ、Ｏのプラズマプルームを発生させた。この際、周波数、パルス長はそれぞれ、第１の実験例と同条件とした。このプラズマプルームを、基板温度６００℃、酸素分圧１×１０−２Ｔｏｒｒの条件で基板１１に向けて照射し、バッファ層１２の上にニオブ酸カリウム層１３を形成した。ニオブ酸カリウム層１３の膜厚は０．５μｍとした。また、ターゲット基板間距離、照射時間はそれぞれ、第１の実験例と同条件とした。
以上の工程により、ニオブ酸カリウム堆積体１００（図１参照）を得た。
このようにして得られた堆積体について、サファイア［１１−２０］方向からのＲＨＥＥＤパターンを求めたところ、図１０に示すパターンが得られた。このパターンには、明確な回折パターンが現れており、ニオブ酸カリウムがエピタキシャル成長していることが確認された。
さらに、この堆積体のニオブ酸カリウム（ＫＮｂＯ３）層１３のＸ線回折パターン（２θ−θスキャン）を図１１に示す。図１１に示すように、ＫＮｂＯ３を擬立方晶の面指数で表記すると、ＫＮｂＯ３（１００）ｐｃ、ＫＮｂＯ３（２００）ｐｃのピークが観測された。従って、ＫＮｂＯ３は（１００）ｐｃ配向していることが確認された。ＫＮｂＯ３（２００）ｐｃ（２θ＝４５．１２°）のＸ線回折パターン（ωスキャン）を図１２および図１３に示す。ωスキャンの回転軸がサファイア［１１−２０］に平行な場合には、図１２に示すように、中心より６．３°シフトしたピークが観測された。ωスキャンの回転軸がサファイア［−１１０１］に平行な場合には、図１３に示すように、ピークは観測されなかった。これらの結果から、基板１１より約６°傾いたＫＮｂＯ３（１００）ｐｃ膜が成長していることが確認された。
また、Ｘ線回折極点図を測定したところ、図１４〜図１６に示す結果が得られた。図１４、図１５、図１６は、それぞれ、サファイア（０００６）（２θ＝４１．７°）、ＭｇＯ（２０２）（２θ＝６２．３°）、ＫＮｂＯ３（１０１）ｐｃ（２θ＝３１．５°）のＸ線回折極点図である。図１５および図１６に示すように、ＭｇＯ（２０２）およびＫＮｂＯ３（１０１）ｐｃのスポットは、ともに４回対称性を示しており、面間でＫＮｂＯ３（１００）ｐｃ／ＭｇＯ（１００）／サファイア（１−１０２）、面内でＫＮｂＯ３［０１０］ｐｃ／／ＭｇＯ［０１０］／／サファイア［１１−２０］のエピタキシャル成長方位の関係になっていることが分かった。また、図１５および図１６に示すように、４スポットの中心が極点図の中心（Ｐｓｉ＝０度）からサファイア［−１１０１］方向に、それぞれ９度程度、６度程度シフトしている。これらは、上述したωスキャンのシフト量と一致している。従って、ＭｇＯからなるバッファ層１２は、（１００）面が基板１１のＲ面に対して、［１１−２０］方向ベクトルを回転軸として、９度程度傾いた状態でエピタキシャル成長しており、ニオブ酸カリウム層１３は、擬立方晶表示において（１００）面が基板１１のＲ面に対して、［１１−２０］方向ベクトルを回転軸として、６度程度傾いた状態でエピタキシャル成長していることが確認された。
また、ラマン散乱スペクトルを測定したところ、図１７および図１８に示す結果が得られた。図１７、図１８はそれぞれ、ｚ（ｘ，ｘ）−ｚ、ｚ（ｘ，ｙ）−ｚの幾何学的配置に対応している。ここで、幾何学的配置を示す式は、「入射光の運動量の方向（入射光の偏光方向，散乱光の偏光方向）−散乱光の運動量の方向」を意味している。ｚ（ｘ，ｘ）−ｚの幾何学的配置においては、図１７に示すように、２８０ｃｍ−１および６００ｃｍ−１付近のＡ１振動モードのピークは強く観察されるが、２５０ｃｍ−１および５３０ｃｍ−１付近のＢ１振動モードのピークはほとんど観察されない。一方、ｚ（ｘ，ｙ）−ｚの幾何学的配置においては、図１８に示すように、２５０ｃｍ−１および５３０ｃｍ−１付近のＢ１振動モードのピークは強く観察されるが、２８０ｃｍ−１および６００ｃｍ−１付近のＡ１振動モードのピークはほとんど観察されない。即ち、ｚ（ｘ，ｙ）−ｚの配置の場合と、ｚ（ｘ，ｘ）−ｚの配置の場合とでは、Ａ１振動モードとＢ１振動モードとのピーク強度の大きさが逆転している。
この結果から、擬立方晶（１００）配向で取り得る斜方晶（１０１）ドメインおよび斜方晶（０１０）ドメイン（斜方晶ｂ軸配向ドメイン）のうち、どちらが支配的かを考察する。表１は、各ドメイン構造に対して、ラマン散乱スペクトルに観測されるフォノンモードの選択則を空間群に基づいて求めたものである。なお、表１における「Ｏ」は観測されることを示し、「Ｎ」は観測されないことを示す。
入射光の偏光面と散乱光の偏光面とを平行または直交にしたとき、（０１０）ドメインの場合、分極軸が入射光の電界と平行または直交するため、Ａ１、Ｂ１モードのうちの一方が選択的に観測される。一方、（１０１）ドメインの場合、分極軸が入射光の電界とねじれの位置になるため、偏光面の向きによらず、Ａ１、Ｂ１モードの両方が一緒に観測される。従って、図１７および図１８の結果は、（０１０）ドメイン（斜方晶ｂ軸配向ドメイン）が支配的だと仮定したときのピークの選択則と一致しており、得られたニオブ酸カリウム層１３が斜方晶ｂ軸配向ドメインからなることを示している。
また、このラマン散乱スペクトルの測定結果と、上述したＸ線回折の測定結果とにより、斜方晶のニオブ酸カリウムのｂ軸が、基板１１のＲ面に対して、［１１−２０］方向ベクトルを回転軸として傾いていることが確認された。
２．第２の実施形態
２．１． 次に、本発明を適用した第２の実施形態に係る表面弾性波素子の一例について、図面を参照しながら説明する。図１９は、本実施形態に係る表面弾性波素子２００を模式的に示す断面図である。図１９において、図１に示すニオブ酸カリウム堆積体１００の部材と実質的に同じ部材には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
２．１． 次に、本発明を適用した第２の実施形態に係る表面弾性波素子の一例について、図面を参照しながら説明する。図１９は、本実施形態に係る表面弾性波素子２００を模式的に示す断面図である。図１９において、図１に示すニオブ酸カリウム堆積体１００の部材と実質的に同じ部材には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
表面弾性波素子２００は、基板１１と、基板１１上に形成されたバッファ層１２と、バッファ層１２上に形成されたニオブ酸カリウム層１３と、ニオブ酸カリウム層１３上に形成されたインターディジタル型電極（以下、「ＩＤＴ電極」という）１８，１９と、を含む。ＩＤＴ電極１８，１９は、所定のパターンを有する。
本実施形態に係る表面弾性波素子２００は、本発明に係るニオブ酸カリウム堆積体、例えば、図１に示すニオブ酸カリウム堆積体１００を含む。従って、表面弾性波素子２００を構成するニオブ酸カリウム層１３は、ニオブ酸カリウム堆積体１００のニオブ酸カリウム層１３と同じ特徴を有する。ニオブ酸カリウム層１３は、上述したように、単結晶または多結晶のニオブ酸カリウムから構成されている。
２．２． 本実施形態に係る表面弾性波素子２００は、本発明に係るニオブ酸カリウム堆積体を用いて、例えば以下のようにして形成される。
まず、図１に示すニオブ酸カリウム堆積体１００のニオブ酸カリウム層１３上に、例えば真空蒸着法により金属層を形成する。金属層としては、例えばアルミニウムを用いることができる。次に、公知のリソグラフィー技術およびエッチング技術を用いて金属層をパターニングすることにより、ニオブ酸カリウム層１３上にＩＤＴ電極１８，１９を形成する。
２．３． 本実施形態に係る表面弾性波素子は、本発明に係るニオブ酸カリウム堆積体を有する。従って、本実施形態によれば、電気機械結合係数の大きな表面弾性波素子を実現することが可能となる。
２．４． 次に、本実施形態に係る表面弾性波素子２００について行った実験例について述べる。
（１） 上述した第１の実施形態における第１の実験例のニオブ酸カリウム堆積体１００を用いて、第１の実験例の表面弾性波素子２００を形成した。ニオブ酸カリウム堆積体１００は、単相の多結晶のニオブ酸カリウム層１３を有する。なお、ＩＤＴ電極としては、厚さ１００ｎｍのアルミニウム層を用いた。ＩＤＴ電極のＬ＆Ｓ（Line＆Space）は、１．２５μｍとした。
得られた表面弾性波素子２００について、ＩＤＴ電極１８，１９の間での表面弾性波の伝播速度Ｖｏｐｅｎを測定した。その結果から求められた音速は、５０００ｍ／ｓであった。また、ＩＤＴ電極１８，１９の間を金属薄膜で覆った場合の表面弾性波の伝播速度Ｖｓｈｏｒｔとの差から求められた電気機械結合係数は１０％であった。
また、ニオブ酸カリウムの代わりに、ニオブ酸タンタル酸ナトリウムカリウム固溶体（Ｋ１−ｘＮａｘＮｂ１−ｙＴａｙＯ３、０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１）を用いた表面弾性波素子２００の場合も同様の効果が得られた。
（２） また、上述した第１の実施形態における第２の実験例のニオブ酸カリウム堆積体１００を用いて、第２の実験例の表面弾性波素子２００を形成した。ニオブ酸カリウム堆積体１００は、単結晶のニオブ酸カリウム層１３を有する。このニオブ酸カリウム層は、斜方晶ｂ軸配向ドメインを含み、該ｂ軸は、基板１１のＲ面に対して、［１１−２０］方向ベクトルを回転軸として傾いている。なお、ＩＤＴ電極としては、第１の実験例同様、厚さ１００ｎｍのアルミニウム層を用いた。
得られた表面弾性波素子２００について、ＩＤＴ電極１８，１９の間での表面弾性波の伝播速度Ｖｏｐｅｎを測定した。その結果から求められた音速は、５０００ｍ／ｓであった。また、ＩＤＴ電極１８，１９の間を金属薄膜で覆った場合の表面弾性波の伝播速度Ｖｓｈｏｒｔとの差から求められた電気機械結合係数は３５％であった。このように、多結晶のニオブ酸カリウム層１３を用いた場合（実験例１の場合）の電気機械結合係数（１０％）に比べ、単結晶のニオブ酸カリウム層１３をｂ軸が傾いた状態でエピタキシャル成長させることによって、電気機械結合係数が改善されることが明らかとなった。
３．第３の実施形態
３．１． 次に、本発明を適用した第３の実施形態に係る周波数フィルタの一例について、図面を参照しながら説明する。図２０は、本実施形態の周波数フィルタを模式的に示す図である。
３．１． 次に、本発明を適用した第３の実施形態に係る周波数フィルタの一例について、図面を参照しながら説明する。図２０は、本実施形態の周波数フィルタを模式的に示す図である。
図２０に示すように、周波数フィルタは基体１４０を有する。この基体１４０としては、本発明に係るニオブ酸カリウム堆積体、例えば図１に示すニオブ酸カリウム堆積体１００を用いることができる。
基体１４０の上面には、ＩＤＴ電極１４１、１４２が形成されている。また、ＩＤＴ電極１４１、１４２を挟むように、基体１４０の上面には吸音部１４３、１４４が形成されている。吸音部１４３、１４４は、基体１４０の表面を伝播する表面弾性波を吸収するものである。基体１４０上に形成されたＩＤＴ電極１４１には高周波信号源１４５が接続されており、ＩＤＴ電極１４２には信号線が接続されている。
３．２． 次に、上述の周波数フィルタの動作について説明する。
前記構成において、高周波信号源１４５から高周波信号が出力されると、この高周波信号はＩＤＴ電極１４１に印加され、これによって基体１４０の上面に表面弾性波が発生する。ＩＤＴ電極１４１から吸音部１４３側へ伝播した表面弾性波は、吸音部１４３で吸収されるが、ＩＤＴ電極１４２側へ伝播した表面弾性波のうち、ＩＤＴ電極１４２のピッチ等に応じて定まる特定の周波数または特定の帯域の周波数の表面弾性波は電気信号に変換されて、信号線を介して端子１４６ａ、１４６ｂに取り出される。なお、前記特定の周波数または特定の帯域の周波数以外の周波数成分は、大部分がＩＤＴ電極１４２を通過して吸音部１４４に吸収される。このようにして、本実施形態の周波数フィルタが有するＩＤＴ電極１４１に供給した電気信号のうち、特定の周波数または特定の帯域の周波数の表面弾性波のみを得る（フィルタリングする）ことができる。
４．第４の実施形態
４．１. 次に、本発明を適用した第４の実施形態に係る発振器の一例について、図面を参照しながら説明する。図２１は、本実施形態の発振器を模式的に示す図である。
４．１. 次に、本発明を適用した第４の実施形態に係る発振器の一例について、図面を参照しながら説明する。図２１は、本実施形態の発振器を模式的に示す図である。
図２１に示すように、発振器は基体１５０を有する。この基体１５０としては、上述した周波数フィルタと同様に、本発明に係るニオブ酸カリウム堆積体、例えば図１に示すニオブ酸カリウム堆積体１００を用いることができる。
基体１５０の上面には、ＩＤＴ電極１５１が形成されており、さらに、ＩＤＴ電極１５１を挟むように、ＩＤＴ電極１５２、１５３が形成されている。ＩＤＴ電極１５１を構成する一方の櫛歯状電極１５１ａには、高周波信号源１５４が接続されており、他方の櫛歯状電極１５１ｂには、信号線が接続されている。なお、ＩＤＴ電極１５１は、電気信号印加用電極に相当し、ＩＤＴ電極１５２、１５３は、ＩＤＴ電極１５１によって発生される表面弾性波の特定の周波数成分または特定の帯域の周波数成分を共振させる共振用電極に相当する。
４−２． 次に、上述の発振器の動作について説明する。
前記構成において、高周波信号源１５４から高周波信号が出力されると、この高周波信号は、ＩＤＴ電極１５１の一方の櫛歯状電極１５１ａに印加され、これによって基体１５０の上面にＩＤＴ電極１５２側に伝播する表面弾性波およびＩＤＴ電極１５３側に伝播する表面弾性波が発生する。これらの表面弾性波のうちの特定の周波数成分の表面弾性波は、ＩＤＴ電極１５２およびＩＤＴ電極１５３で反射され、ＩＤＴ電極１５２とＩＤＴ電極１５３との間には定在波が発生する。この特定の周波数成分の表面弾性波がＩＤＴ電極１５２、１５３で反射を繰り返すことにより、特定の周波数成分または特定の帯域の周波数成分が共振して、振幅が増大する。この特定の周波数成分または特定の帯域の周波数成分の表面弾性波の一部は、ＩＤＴ電極１５１の他方の櫛歯状電極１５１ｂから取り出され、ＩＤＴ電極１５２とＩＤＴ電極１５３との共振周波数に応じた周波数（または、ある程度の帯域を有する周波数）の電気信号が端子１５５ａと端子１５５ｂに取り出すことができる。
４−３． 図２２および図２３は、上述した発振器をＶＣＳＯ（Voltage Controlled ＳＡＷ Oscillator：電圧制御ＳＡＷ発振器）に応用した場合の一例を模式的に示す図であり、図２２は側面透視図であり、図２３は上面透視図である。
ＶＣＳＯは、金属製（Ａｌまたはステンレススチール製）の筐体６０内部に実装されて構成されている。基板６１上には、ＩＣ（Integrated Circuit）６２および発振器６３が実装されている。この場合、ＩＣ６２は、外部の回路（不図示）から入力される電圧値に応じて、発振器６３に印加する周波数を制御する発振回路である。
発振器６３は、基体６４上に、ＩＤＴ電極６５ａ〜６５ｃが形成されており、その構成は、図２１に示す発振器とほぼ同様である。基体６４としては、上述した図２１に示す発振器と同様に、本発明に係るニオブ酸カリウム堆積体、例えば図１に示すニオブ酸カリウム堆積体１００を用いることができる。
基板６１上には、ＩＣ６２と発振器６３とを電気的に接続するための配線６６がパターニングされている。ＩＣ６２および配線６６が、例えば金線等のワイヤー線６７によって接続され、発振器６３および配線６６が金線等のワイヤー線６８によって接続されている。これにより、ＩＣ６２と発振器６３とが配線６６を介して電気的に接続されている。
図２２および図２３に示すＶＣＳＯは、例えば、図２４に示すＰＬＬ回路のＶＣＯ（Voltage Controlled Oscillator）として用いられる。図２４は、ＰＬＬ回路の基本構成を示すブロック図である。ＰＬＬ回路は、位相比較器７１、低域フィルタ７２、増幅器７３、およびＶＣＯ７４から構成されている。位相比較器７１は、入力端子７０から入力される信号の位相（または周波数）と、ＶＣＯ７４から出力される信号の位相（または周波数）とを比較し、その差に応じて値が設定される誤差電圧信号を出力するものである。低域フィルタ７２は、位相比較器７１から出力される誤差電圧信号の位置の低周波成分のみを通過させるものである。増幅器７３は、低域フィルタ７２から出力される信号を増幅するものである。ＶＣＯ７４は、入力された電圧値に応じて発振する周波数が、ある範囲で連続的に変化する発振回路である。
このような構成のもとにＰＬＬ回路は、入力端子７０から入力される位相（または周波数）と、ＶＣＯ７４から出力される信号の位相（または周波数）との差が減少するように動作し、ＶＣＯ７４から出力される信号の周波数を入力端子７０から入力される信号の周波数に同期させる。ＶＣＯ７４から出力される信号の周波数が入力端子７０から入力される信号の周波数に同期すると、その後は一定の位相差を除いて入力端子７０から入力される信号に一致し、また、入力信号の変化に追従するような信号を出力するようになる。
以上述べたように、本実施形態に係る周波数フィルタおよび発振器は、本発明に係る電気機械結合係数の大きな表面弾性波素子を有する。従って、本実施形態によれば、周波数フィルタおよび発振器の小型化を実現することが可能となる。
５．第５の実施形態
５．１． 次に、本発明を適用した第５の実施形態に係る電子回路および電子機器の第１の例について、図面を参照しながら説明する。図２５は、本実施形態に係る電子機器３００の電気的構成を示すブロック図である。電子機器３００とは、例えば携帯電話機である。
５．１． 次に、本発明を適用した第５の実施形態に係る電子回路および電子機器の第１の例について、図面を参照しながら説明する。図２５は、本実施形態に係る電子機器３００の電気的構成を示すブロック図である。電子機器３００とは、例えば携帯電話機である。
電子機器３００は、電子回路３１０、送話部８０、受話部９１、入力部９４、表示部９５、およびアンテナ部８６を有する。電子回路３１０は、送信信号処理回路８１、送信ミキサ８２、送信フィルタ８３、送信電力増幅器８４、送受分波器８５、低雑音増幅器８７、受信フィルタ８８、受信ミキサ８９、受信信号処理回路９０、周波数シンセサイザ９２、および制御回路９３を有する。
電子回路３１０において、送信フィルタ８３および受信フィルタ８８として、図２０に示す周波数フィルタを用いることができる。フィルタリングする周波数（通過させる周波数）は、送信ミキサ８２から出力される信号のうちの必要となる周波数、および、受信ミキサ８９で必要となる周波数に応じて、送信フィルタ８３および受信フィルタ８８で個別に設定されている。また、周波数シンセサイザ９２内に設けられるＰＬＬ回路（図２４参照）のＶＣＯ７４として、図２１に示す発振器、または図２２および図２３に示すＶＣＳＯを用いることができる。
送話部８０は、例えば音波信号を電気信号に変換するマイクロフォン等で実現されるものである。送信信号処理回路８１は、送話部８０から出力される電気信号に対して、例えばＤ／Ａ変換処理、変調処理等の処理を施す回路である。送信ミキサ８２は、周波数シンセサイザ９２から出力される信号を用いて送信信号処理回路８１から出力される信号をミキシングするものである。送信フィルタ８３は、中間周波数（以下、「ＩＦ」と表記する）の必要となる周波数の信号のみを通過させ、不要となる周波数の信号をカットするものである。送信フィルタ８３から出力される信号は、変換回路（図示せず）によってＲＦ信号に変換される。送信電力増幅器８４は、送信フィルタ８３から出力されるＲＦ信号の電力を増幅し、送受分波器８５へ出力するものである。
送受分波器８５は、送信電力増幅器８４から出力されるＲＦ信号をアンテナ部８６へ出力し、アンテナ部８６から電波の形で送信するものである。また、送受分波器８５は、アンテナ部８６で受信した受信信号を分波して、低雑音増幅器８７へ出力するものである。低雑音増幅器８７は、送受分波器８５からの受信信号を増幅するものである。低雑音増幅器８７から出力される信号は、変換回路（図示せず）によってＩＦに変換される。
受信フィルタ８８は、変換回路（図示せず）によって変換されたＩＦの必要となる周波数の信号のみを通過させ、不要となる周波数の信号をカットするものである。受信ミキサ８９は、周波数シンセサイザ９２から出力される信号を用いて、受信フィルタ８８から出力される信号をミキシングするものである。受信信号処理回路９０は、受信ミキサ８９から出力される信号に対して、例えばＡ／Ｄ変換処理、復調処理等の処理を施す回路である。受話部９１は、例えば電気信号を音波に変換する小型スピーカ等で実現されるものである。
周波数シンセサイザ９２は、送信ミキサ８２へ供給する信号、および、受信ミキサ８９へ供給する信号を生成する回路である。周波数シンセサイザ９２は、ＰＬＬ回路を有し、このＰＬＬ回路から出力される信号を分周して新たな信号を生成することができる。制御回路９３は、送信信号処理回路８１、受信信号処理回路９０、周波数シンセサイザ９２、入力部９４、および表示部９５を制御する。表示部９５は、例えば携帯電話機の使用者に対して機器の状態を表示する。入力部９４は、例えば携帯電話機の使用者の指示を入力する。
５．２． 次に、本発明を適用した第５の実施形態に係る電子回路および電子機器の第２の例について、図面を参照しながら説明する。本実施形態では、電子機器の例として、リーダライタ２０００およびそれを用いた通信システム３０００について説明する。図２６は、本実施形態に係るリーダライタ２０００を用いた通信システム３０００を示す図であり、図２７は、図２６に示す通信システム３０００の概略ブロック図である。
図２６に示すように、通信システム３０００は、リーダライタ２０００と、非接触情報媒体２２００と、を含む。リーダライタ２０００は、キャリア周波数ｆｃを有する電波Ｗ（以下「キャリア」ともいう）を非接触情報媒体２２００へ送信し、または非接触情報媒体２２００から受信し、無線通信を利用して非接触情報媒体２２００と交信する。電波Ｗは任意の周波数帯のキャリア周波数ｆｃを使用することができる。図２６および図２７に示されるように、リーダライタ２０００は、本体２１０５と、本体２１０５上面に位置するアンテナ部２１１０と、本体２１０５内部に格納される制御インターフェース部２１２０と、電源回路１７２と、を含む。アンテナ部２１１０と制御インターフェース部２１２０とは、ケーブル２１８０によって電気的に接続されている。また、図示はしないが、リーダライタ２０００は、制御インターフェース部２１２０を介して、外部ホスト装置（処理装置など）に接続されている。
アンテナ部２１１０は、非接触情報媒体２２００との間で情報の通信を行う機能を有する。アンテナ部２１１０は、図２６に示すように、所定の通信領域（点線で示す領域）を有する。アンテナ部２１１０は、ループアンテナ１１２および整合回路１１４により構成される。
制御インターフェース部２１２０は、送信部１６１と、減衰振動キャンセル部（以下「キャンセル部」という）１４０と、受信部１６８と、コントローラ１６０と、を含む。
送信部１６１は、外部装置（図示せず）より送信されたデータを変調し、ループアンテナ１１２に送信する。送信部１６１は、発振回路１６２と、変調回路１６３と、駆動回路１６４と、を含む。発振回路１６２は、所定の周波数のキァリアを発生させるための回路である。発振回路１６２は、通常、水晶振動子等を用いて構成されるが、上述した本発明に係る発振器を用いることにより、通信周波数の高周波化、検出感度の向上が可能となる。変調回路１６３は、キャリアを与えられた情報に従って変調する回路である。駆動回路１６４は、変調されたキャリアを受けて電力増幅し、アンテナ部２１１０を駆動する。
キャンセル部１６５は、キャリアのＯＮ／ＯＦＦに伴い、アンテナ部２１１０のループアンテナ１１２によって発生する減衰振動を抑制する機能を有する。キャンセル部１６５は、ロジック回路１６６と、キャンセル回路１６７と、を含む。
受信部１６８は、検波部１６９と、復調回路１７０と、を含む。受信部１６８は、非接触情報媒体２２００が送信した信号を復元する。検波部１６９は、例えば、ループアンテナ１１２に流れる電流の変化を検出する。検波部１６９は、例えばＲＦフィルタを含むことができる。ＲＦフィルタとしては、通常、水晶振動子等を用いるが、上述した本発明に係る周波数フィルタを用いることにより、通信周波数の高周波化、検出感度の向上、小型化が可能となる。復調回路１７０は、検波部１６９で検出された変化分を復調する回路である。
コントローラ１６０は、復調した信号から情報を取り出して外部装置に転送する。電源回路１７２は、外部より電力の供給を受けて適宜電圧変換を行い、各回路に対し必要電力を供給する回路である。なお、内蔵電池を電力源とすることもできる。
非接触情報媒体２２００は、リーダライタ２０００と電磁波（電波）を用いて交信する。非接触情報媒体２２００としては、例えば、非接触ＩＣタグ、非接触ＩＣカードなどを挙げることができる。
次に、本実施形態のリーダライタ２０００を用いた通信システム３０００の動作について説明する。リーダライタ２０００から非接触情報媒体２２００にデータが送られる場合には、図示しない外部装置からのデータは、リーダライタ２０００において、コントローラ１６０で処理されて送信部１６１に送られる。送信部１６１では、発振回路１６２から一定振幅の高周波信号がキャリアとして供給されており、このキャリアが変調回路１６３により変調されて、変調高周波信号が出力される。変調回路１６３から出力される変調高周波信号は、駆動回路１６４を介してアンテナ部２１１０に供給される。これと同時に、キャンセル部１６５が、変調高周波信号のＯＦＦタイミングに同期して、所定のパルス信号を生成し、ループアンテナ１１２における減衰振動の抑制に寄与する。
非接触情報媒体２２００においては、アンテナ部１８６を介して、変調高周波信号が受信回路１８０に供給される。また、変調高周波信号は、電源回路１８２に供給されて、非接触情報媒体２２００の各部に必要な所定の電源電圧が生成される。受信回路１８０から出力されたデータは、復調されてロジック制御回路１８４に供給される。ロジック制御回路１８４は、クロック１８３の出力に基づいて動作し、供給されるデータを処理して所定のデータをメモリ１８５に書き込む。
非接触情報媒体２２００からリーダライタ２０００にデータが送られる場合は、リーダライタ２０００において、変調回路１６３からは無変調で一定振幅の高周波信号が出力される。高周波信号は、駆動回路１６４、アンテナ部２１１０のループアンテナ１１２を介して、非接触情報媒体２２００に送られる。
非接触情報媒体２２００においては、メモリ１８５から読み出されたデータがロジック制御回路１８４で処理されて、送信回路１８１に供給される。送信回路１８１では、データの‘１’、‘０’ビットに応じて、スイッチがＯＮ／ＯＦＦする。
リーダライタ２０００においては、送信回路１８１のスイッチがＯＮ／ＯＦＦすると、アンテナ部２１１０のループアンテナ１１２の負荷が変動する。このため、ループアンテナ１１２に流れる高周波電流の振幅が変動する。即ち、高周波電流は、非接触情報媒体２２００から供給されるデータによって振幅変調される。この高周波電流は、受信部１６８の検波部１６９で検出され、復調回路１７０で復調されてデータが得られる。このデータは、コントローラ１６０で処理され、外部装置などに送られる。
５．３． 本実施形態に係る電子回路および電子機器は、本発明に係る電気機械結合係数の大きな表面弾性波素子を有する。従って、本実施形態によれば、電子回路および電子機器の省電力化を実現することが可能となる。
上記のように、本発明の実施例について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できるであろう。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。
例えば、本発明に係る周波数フィルタ、発振器はそれぞれ、ＵＷＢシステム、携帯電話機、無線ＬＡＮ等における広帯域フィルタ、ＶＣＯに適用することができる。
また、例えば、上記実施形態においては、電子機器として携帯電話機およびリーダライタを用いた通信システムを、電子回路として携帯電話機およびリーダライタ内に設けられる電子回路をその一例として挙げて説明した。しかしながら、本発明はこれらに限定されることなく、種々の移動体通信機器およびその内部に設けられる電子回路に適用することができる。例えば、ＢＳ（Broadcast Satellite）放送等を受信するチューナなどの据置状態で使用される通信機器およびその内部に設けられる電子回路、光ケーブル中を伝播する光信号等を用いるＨＵＢなどの電子機器およびその内部に設けられる電子回路にも適用することができる。
１１ 基板（Ｒ面サファイア基板）、１２ バッファ層、１３ ニオブ酸カリウム層、１４ 電極層（第１電極層）、１５ 第２基板、１６ 第２電極層、７０ 入力端子、７１ 位相比較器、７２ 低域フィルタ、７３ 増幅器、７４ ＶＣＯ、８０ 送話部、８１ 送信信号処理回路、８２ 送信ミキサ、８３ 送信フィルタ、８４ 送信電力増幅器、８５ 送受分波器、８６ アンテナ部、８７ 低雑音増幅器、８８ 受信フィルタ、８９ 受信ミキサ、９０ 受信信号処理回路、９１ 受話部、９２ 周波数シンセサイザ、９３ 制御回路、９４ 入力部、９５ 表示部、１００ ニオブ酸カリウム堆積体、１１２ ループアンテナ、１１４ 整合回路、１４０ 基体、１４１ ＩＤＴ電極、１４２ ＩＤＴ電極、１４３ 吸音部、１４４ 吸音部、１４５ 高周波信号源、１５０ 基体、１５１ ＩＤＴ電極、１５２ ＩＤＴ電極、１５３ ＩＤＴ電極、１５４ 高周波信号源、１６０ コントローラ、１６１ 送信部、１６２ 発振回路、１６３ 変調回路、１６４ 駆動回路、１６５ キャンセル部、１６６ ロジック回路、１６７ キャンセル回路、１６８ 受信部、１６９ 検波部、１７０ 復調回路、１７２ 電源回路、１８０ 受信回路、１８１ 送信回路、１８２ 電源回路、１８３ クロック、１８４ ロジック制御回路、１８５ メモリ、１８６ アンテナ部、２００ 表面弾性波素子、２５０ 発振器、３００ 電子機器、３１０ 電子回路、２０００ リーダライタ、２１０５ 本体、２１１０ アンテナ部、２１２０ 制御インターフェース部、２２００ 非接触情報媒体，３０００ 通信システム
Claims (17)
- Ｒ面サファイア基板と、
前記Ｒ面サファイア基板の上方に形成されたバッファ層と、
前記バッファ層の上方に形成された、ニオブ酸カリウム層またはニオブ酸カリウム固溶体層と、を含み、
前記ニオブ酸カリウム層または前記ニオブ酸カリウム固溶体層は、擬立方晶表示において（１００）配向でエピタキシャル成長しており、
前記ニオブ酸カリウム層または前記ニオブ酸カリウム固溶体層の（１００）面は、前記Ｒ面サファイア基板のＲ面（１−１０２）に対して、［１１−２０］方向ベクトルを回転軸として傾いている、ニオブ酸カリウム堆積体。 - 請求項１において、
前記ニオブ酸カリウム層または前記ニオブ酸カリウム固溶体層の（１００）面が、前記Ｒ面サファイア基板のＲ面（１−１０２）と成す角は、１度以上１５度以下である、ニオブ酸カリウム堆積体。 - 請求項１または２において、
前記ニオブ酸カリウム層は、斜方晶ニオブ酸カリウムの格子定数を２１／２ｂ＜ａ＜ｃとし、かつｃ軸が分極軸であるとき、ｂ軸配向でエピタキシャル成長しているドメインを含み、
前記ｂ軸は、前記Ｒ面サファイア基板のＲ面（１−１０２）に対して、［１１−２０］方向ベクトルを回転軸として傾いている、ニオブ酸カリウム堆積体。 - 請求項３において、
前記ｂ軸が前記Ｒ面サファイア基板のＲ面（１−１０２）と成す角は、１度以上１５度以下である、ニオブ酸カリウム堆積体。 - 請求項１〜４のいずれかにおいて、
前記バッファ層は、立方晶（１００）配向でエピタキシャル成長しており、
前記バッファ層の（１００）面は、前記Ｒ面サファイア基板のＲ面（１−１０２）に対して、［１１−２０］方向ベクトルを回転軸として傾いている、ニオブ酸カリウム堆積体。 - Ｒ面サファイア基板と、
前記Ｒ面サファイア基板の上方に形成されたバッファ層と、
前記バッファ層の上方に形成された、擬立方晶表示において（１００）配向でエピタキシャル成長したニオブ酸カリウム層またはニオブ酸カリウム固溶体層と、
を含み、
前記バッファ層は、立方晶（１００）配向でエピタキシャル成長しており、
前記バッファ層の（１００）面は、前記Ｒ面サファイア基板のＲ面（１−１０２）に対して、［１１−２０］方向ベクトルを回転軸として傾いている、ニオブ酸カリウム堆積体。 - 請求項５または６において、
前記バッファ層の（１００）面が、前記Ｒ面サファイア基板のＲ面（１−１０２）と成
す角は、１度以上１５度以下である、ニオブ酸カリウム堆積体。 - 請求項１〜７のいずれかにおいて、
前記バッファ層は、岩塩構造の金属酸化物である、ニオブ酸カリウム堆積体。 - 請求項８において、
前記金属酸化物は、酸化マグネシウムである、ニオブ酸カリウム堆積体。 - 請求項１〜９のいずれかにおいて、
前記ニオブ酸カリウム固溶体層は、Ｋ１−ｘＮａｘＮｂ１−ｙＴａｙＯ３（０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１）で表される固溶体である、ニオブ酸カリウム堆積体。 - Ｒ面サファイア基板の上方にバッファ層を形成する工程と、
前記バッファ層の上方に、擬立方晶表示において（１００）配向でエピタキシャル成長したニオブ酸カリウム層またはニオブ酸カリウム固溶体層を形成する工程と、を有し、
前記ニオブ酸カリウム層または前記ニオブ酸カリウム固溶体層の（１００）面は、前記Ｒ面サファイア基板のＲ面（１−１０２）に対して、［１１−２０］方向ベクトルを回転軸として傾くように形成される、ニオブ酸カリウム堆積体の製造方法。 - Ｒ面サファイア基板の上方に立方晶（１００）配向でエピタキシャル成長したバッファ層を形成する工程と、
前記バッファ層の上方に、擬立方晶表示において（１００）配向でエピタキシャル成長したニオブ酸カリウム層またはニオブ酸カリウム固溶体層を形成する工程と、
を含み、
前記バッファ層の（１００）面は、前記Ｒ面サファイア基板のＲ面（１−１０２）に対して、［１１−２０］方向ベクトルを回転軸として傾くように形成される、ニオブ酸カリウム堆積体の製造方法。 - 請求項１〜１０のいずれかに記載のニオブ酸カリウム堆積体を有する、表面弾性波素子。
- 請求項１３に記載の表面弾性波素子を有する、周波数フィルタ。
- 請求項１３に記載の表面弾性波素子を有する、発振器。
- 請求項１４に記載の周波数フィルタおよび請求項１５に記載の発振器のうちの少なくとも一方を有する、電子回路。
- 請求項１６に記載の電子回路を有する、電子機器。
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