JPH0115207B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は安定な特性を示す酸化亜鉛薄膜の電
極構造に関する。

酸化亜鉛薄膜は弾性表面波装置、音叉振動子、
音片振動子などの圧電体として使用されている。
この酸化亜鉛薄膜の使用例を音叉振動子にもとづ
いて説明する。

第１図は音叉振動子の一例を示す側面図であ
る。

図において、１は音叉振動子の本体、２，３は
この本体１の脚部を示し、脚部２，３の側壁２
ａ，３ａには酸化亜鉛薄膜４，５が形成されてい
る。この酸化亜鉛薄膜４，５は真空蒸着法、スパ
ツタリング法、イオンプレーテイング法などによ
り形成される。６，７は酸化亜鉛薄膜４，５の上
に形成されたAl電極を示す。

このAl電極６，７は安価でボンデイングがで
きることから選ばれたもので、電子ビーム蒸着法
などにより3000〜10000Åの膜厚の範囲で形成さ
れる。

しかしながら、上記したような酸化亜鉛薄膜の
電極構造では次のような欠点が見られる。つま
り、Al電極そのものが高い親和性を示すため、
酸化亜鉛薄膜中にAlが拡散し、電気的特性が劣
化するという欠点がある。すなわち、２価の半導
体である酸化亜鉛に３価であるAlが拡散するこ
とによつて酸化亜鉛薄膜の電気的特性、たとえば
振動周波数を大きく変化させるという現象が認め
られた。また高温負荷寿命試験を行うと、さらに
上記した現象が促進され、電気的特性の劣化が一
層大きなものとなつた。

したがつて、酸化亜鉛薄膜を形成するに当つて
は、電極を含めた構成全体について考慮する必要
があり、従来の電極構成にさらに改良を施さなけ
ればならなかつた。

この発明はかかる背景からなされたものであ
り、安定な特性を示す酸化亜鉛薄膜の電極構造を
提供することを目的とする。

以下この発明を実施例にもとづいて詳細に説明
する。

第２図はこの発明にかかる酸化亜鉛薄膜の電極
構造を音叉振動子に適用した例を示す側面図であ
る。

１１はエリンバなどからなる金属音叉、１２は
酸化亜鉛薄膜、１３はTa層、１４は電極である。
このうちTa層は１３電子ビーム法、スパツタリ
ング法、イオンビーム法、抵抗加熱蒸着法などに
よつて形成される。

第３図は屈曲振動モードの音片振動子にこの発
明にかかる酸化亜鉛薄膜の電極構造を適用した例
を示した斜視図である。

図において、２１は振動子本体を示し、振動子
２２とこれを支持部２４で支持している枠体２３
から構成されている。２５は酸化亜鉛薄膜で振動
子２２の表面に形成されている。２６は酸化亜鉛
薄膜２５の上に形成されたTa層、２７はTa層２
６の上に形成されたAl電極である。

第４図は同じくこの発明を他の屈曲振動モード
の振動子に適用した例の側面図である。

図において、３１はセラミクス、プラスチツ
ク、ゴムなどの基板、この基板３１表面には、
Al電極３２、Ta層３３、酸化亜鉛薄膜３４、Ta
層３５、およびAl電極３６が順次形成されてい
る。

第５図は同じくこの発明を拡がり振動モードの
振動子に適用した例を示す側面図である。

図において、４１は酸化亜鉛薄膜、４２は酸化
亜鉛薄膜４１の両面に形成されたTa層、４３は
Ta層４２の上に形成されたAl電極である。

第６図は同じくこの発明を厚み振動モードの振
動子に適用した例を示す側面図である。

図において、５１はSi、SiO₂などからなる基
板、基板５１の上にはAl電極５２、Ta層５３が
順次形成されている。さらにTa層５３の上には
酸化亜鉛薄膜５４が形成されている。この酸化亜
鉛薄膜５４が形成されている位置に相当する基板
５１には空部５１ａが形成されている。酸化亜鉛
薄膜５４の上にはTa層５５、およびAl電極５６
が順次積層して形成されている。

次に具体的な実施例として、第２図に示した音
叉振動子についてこの発明にかかる酸化亜鉛薄膜
の電極構造を適用した例を説明する。

第２図を参照して説明すれば、振動子１１の上
にスパツタリング法により酸化亜鉛薄膜１２を形
成し、その上にTa層１３を電子ビームにより150
Åの厚みに形成し、さらにその上に厚みが1μか
らなるAl電極１４を電子ビーム法により形成し
た。このようにして振動周波数32KHzの振動子を
作成した。

この振動子に直流電圧20Vを印加し、120℃の
温度に10000時間放置した。このときの振動周波
数の経時変化特性を試料数20個について測定した
ところ第７図に示すような結果が得られた。図中
実線はこの実施例によるものである。また破線は
従来例のAl電極のみからなるものについて、同
様にして測定した結果を示したものである。この
振動周波数の経時変化特性（ΔF／Fo）は次式よ
り求めた。

ΔF／Fo＝振動周波数の経時変化値−振
動周波数の初期値／振動周波数の初期値（ppm） また、直列共振抵抗（Ro）および並列共振抵
抗（Ra）についてもそれぞれ同様に測定し、そ
の結果を第８図、第９図にそれぞれ示した。

第７図〜第９図から明らかなように、この発明
にかかるものは、従来例にくらべて、振動周波数
の経時変化が小さく、またRoの経時変化が小さ
く、さらにRaの経時変化も小さいなどの効果が
得られている。

ここで、Ro、Raを測定したのは次のような理
由による。

まず、酸化亜鉛薄膜についてその等価回路を示
せば第１０図のようになる。図中、Cdは並列容
量を示し、酸化亜鉛薄膜をコンデンサとして考え
た場合の静電容量に近い値である。Roは直列共
振抵抗、Coは等価容量、Loは等価インダクタン
スである。

またRaは近似的に次式より求められるもので
ある。

Roは第１１図に示したインピーダンスと周波
数の関係から、直列共振周波数（o）に対応し、
このRoが大きくなれば発振に大きな増幅度が必
要となり、発振条件の低下をもたらすことになる
ことが伺える。

またRaは同じく第１１図に示したインピーダ
ンスと周波数の関係から、反共振周波数（a）
に対応し、このRaが小さくなれば発振に十分な
位相変化がとれず、これもまた発振条件の低下を
もたらすことになる。

第８図、第９図から明らかなように、この発明
の実施例によれば、従来例のAl電極のものにく
らべ、Ro、Raの経時変化が小さく、このことか
らこの発明にかかる酸化亜鉛薄膜の電極構造は安
定な電気的特性を有するとともに、高温負荷寿命
試験に対しても安定した特性を示すものであると
理解することができ、安定した発振を期待するこ
とができるか否かの目安とする。

以上この発明によれば、酸化亜鉛薄膜とAl電
極との間にAlの拡散防止層としてTa層を介在さ
せたものであり、従来のものにくらべて実用上十
分な特性を示す酸化亜鉛薄膜を提供することがで
きる。特にこの発明によれば、高温負荷寿命試験
に対してRo、Raの変化が小さく、周波数変化が
少ないなど信頼性の高い酸化亜鉛薄膜が得られ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は音叉振動子の一例を示す側面図、第２
図は音叉振動子にこの発明にかかる酸化亜鉛薄膜
の電極構造を適用した例を示す側面図、第３図は
音片振動子にこの発明にかかる酸化亜鉛薄膜の電
極構造を適用した例の斜視図、第４図〜第６図は
同じくこの発明にかかる酸化亜鉛薄膜の電極構造
を各振動子に適用した例の側面図、第７図はこの
発明の具体的実施例にもとづく振動周波数の経時
変化特性図、第８図は同じくRoの経時変化特性
図、第９図は同じくRaの経時変化特性図、第１
０図は酸化亜鉛薄膜の等価回路図、第１１図はイ
ンピーダンスと周波数の関係特性図である。 １１……基板、１２……酸化亜鉛薄膜、１３…
…Ta層、１４……Al電極。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 酸化亜鉛薄膜表面とAl電極との間にTa層を
   介在させたことを特徴とする酸化亜鉛薄膜の電極
   構造。