JPH02131007A - 弾性表面波装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、スペクトラム拡散通信システムに使用される
弾性表面波装置の改良に関するものである。

［発明の概要コ 本発明は、表面波弾性波装置のトランスデユーサ部に弾
性表面波（ＳＡＷと略記する）の伝播を制御する機能を
付加することで、伝播部を短くし、全体として素子の寸
法の低減を図ると共にフィルタシステムの一層の高性能
化を図ったものである。

［従来の技術］ 直接拡散（ＤＳ）方式のスペクトラム拡散通信システム
での問題点の一つに高レベルのＣＷジャミングまたは干
渉によって通信ができなくなる場合が生じるといった問
題点がある。この問題点を解決するためにＳＡＷを用い
た種々のフィルタが考案されている。代表例を挙げると
、 ｉ）プログラマブルなトランスバーサルフィルタにより
適応処理を行いＣＷ干渉を抑圧する（Ｃ，Ｍ、Ｐａｎａ
ｓｉｋ、１９８２　Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｓ　Ｓｙｍｐ
、Ｐｒｏｃ、ｐ＋１００−１０３）。

ｎ）チャープ（ｃｈｉｒｐ）フィルタでフーリエ変換し
、ＲＦスイッチで制御したり、あるいは切除機能の混合
で干渉信号成分を抑圧し、またチャープフィルタで逆フ
ーリエ変換する。また逆フーリエ変換以後の処理系をコ
ンボルバを用いて行い、システム簡略化を図っている（
Ｊ、Ｇｅｖａｒｇｉｚ　ｅｔ　ａｌ、。

１９８５　Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｓ　Ｓｙｍｐ、Ｐｒｏ
ｃ、ｐ、１０８−１１３）。

ｉｎ）入力トランスデューサとして斜めチャープトラン
スデユーサを用いて入力信号を周波数に依存して空間的
に分布させ、高レベル信号成分の伝播する領域での弾性
的な非線形によりＣＷ干渉を抑圧する（Ｍ、Ｆ、Ｌｅｗ
ｉｓ　ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣ５ＬＥＴＴＥＲ５２１，Ｐ
。

５７３−５７４．１９８５）などがある。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、それらのフィルタは下記の欠点を持って
いる。

ｉ）では、各タップの重み付けを制御することによりト
ランスバーサルノツチフィルタのインパルス応答を制御
するため、本質的にはトランスバーサルノツチフィルタ
である。そのため狭帯域なノツチ特性を得るのは困難で
あり、ＣＷ干渉近傍の可成り広い周波数成分をも抑圧し
てしまうという欠点がある。

ｉ）では、フーリエ変換および逆フーリエ変換が必要で
、信号処理が複雑と成る。

ｉｎ）では、弾性的な非線形性を利用するため、入力に
極めて大きなパワーを要する。

本発明者等は、上記問題を解消する手段として、下記の
発明を完成し、特許出願（特願昭６３年１８０８２２号
）をしている。

即ち、上記先願発明による弾性表面波装置は、第１導電
型高不純物濃度半導体基板と、この半導体基板上に形成
された第１導電型エピタキシャル層と、このエピタキシ
ャル層上に形成された絶縁膜と、この絶縁膜上に形成さ
れた圧電薄膜と、この圧電薄膜上に形成されたＳＡＷ進
行方向に垂直な方向に対し電極の周期が異なる入力トラ
ンスデューサ、出力トランスデューサと、およびそれら
のトランスデユーサ間のゲート電極と、前記ゲート電極
下に位置する上記第１導電型エピタキシャル層の中に上
記ＳＡＷ進行方向に沿って形成された複数列の互いに接
続されたダイオード群とを含むことを要旨とするもので
、その構成によれば下記の効果が得られる。

ｉ）ダイオードのバイアス制御でノツチ特性を制御する
ため、ゲートバイアス制御と異なり、応答時間が極めて
短い。

ｉｉ）比較的狭帯域に大きなノツチの深さを得ることが
可能である。

１ｉｉ）　ＤＣバイアスの制御なのでダイオード制御回
路の構成が容易である。

ｉｙ）デバイス構造が比較的単純で生産性が良い。

しかし、前記先願出願の発明では、ノツチの狭帯域化お
よびノツチ深さの増大化のためにトランスデユーサの電
極数が多く必要となり、それがためトランスデユーサの
長さが非常に長くなり、ＳＡＷの伝播を制御する部分を
加えると、素子の寸法が大きくなってしまう欠点がある
。

［発明の目的］ 本発明の目的は、直接拡散方式のスペクトラム拡散通信
システムで有用なＣＷ干渉の抑圧を行うフィルタリング
の高性能化と共にシステムの簡易化を図ることができ、
しかも素子寸法を短縮することのできる弾性表面波装置
を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するために、本発明による弾性表面波装
置は、半導体基板と、その半導体基板表面に所定のピッ
チで形成されたダイオードアレイと、半導体基板上に積
層された圧電薄膜と、上記ダイオードアレイ上方の圧電
薄膜表面に形成されたトランスデユーサと、上記ダイオ
ードアレイに印加するＤＣ電圧とを含むことを要旨とし
ているものである。

［作用］ 上記構成の装置は、プログラマブルノツチフィルタとし
て動作する。その動作原理はＳＡＷと半導体中のキャリ
アあるいは電荷の電気−音響相互作用に利用したもので
、半導体表面の状態でＳＡＷの伝播に伴う減衰量が大き
く変化することを積極的に利用したものである。

［実施例］ 以下、本発明をその実施例を示す図面に基づいて具体的
に説明する。

第１図は本発明の弾性表面波トランスデユーサ部の構造
の概念図を示すものである。

同図において、１はｐ”（ｎ”）Ｓｉ単結晶基板、２は
その基板上に形成されたｐ（ｎ）型Ｓｉエピタキシャル
膜層、３はさらにその上に形成された熱酸化膜層、４は
その熱酸化膜層上に形成されたＺｎＯ圧電薄膜層、５は
その上に形成された金属電極で、表面波の櫛形トランス
デユーサである。

６はトランスデユーサの金属電極下のｐ（ｎ）型Ｓｉエ
ピタキシャル膜層２内に形成されたｎ（ｐ）型不純物拡
散領域であり、トランスデユーサの金属電極下にｐｎダ
イオードアレイが形成される。

前記ｎ（ｐ）型不純物拡散領域６はトランスデユーサ５
の金属電極と同一のピッチで形成され、第２図（ａ）ま
たは（ｂ）のように、金属電極下にある場合と、金属電
極間のスペース下に設けられる場合がある。

第１図および第２図（ａ）、（ｂ）の構成では、基板１
をグランド電位とし、ＤＣバイアスはｎ（ｐ）型不純物
拡散領域６に印加する。またトランスデユーサ５にも別
のＤＣバイアスを印加してもよい。

その方が後述する効果が大きく現れる。ＲＥ入出力信号
はトランスデユーサ金属電極５に入出力される。

第３図および第４図（ａ）、（ｂ）に示したものは、同
一機能をもつトランスデユーサを示したものであって、
前記実施例との違いは、シリコン単結晶基板８としてｎ
型またはｐ型の単結晶基板を用い、またｐ（ｎ、）型Ｓ
ｉエピタキシャル膜層２内にｎ（ｐ）型不純物拡散領域
６とｐ”（ｎ”）不純物拡散領域７とを交互に形成して
いるところにある。この場合も、トランスデユーサの金
属電極下にｐｎダイオードアレイが形成されている。こ
の構造では、基板８をグランド電位とし、ｐ（ｎ）型Ｓ
ｉエピタキシャル膜層２の表面に形成された　＋（ｎ＋
）不純物拡散領域７とがｎ（ｐ）型不純物拡散領域６と
の間にＤＣバイアスを印加し、トランスデユーサ１５下
のｐｎダイオードアレイを制御する。

第１図のトランスデユーサ構成を採用した素子構造の具
体例を第５図、第６図および第７図に示しである。

第５図および第６図において、９は入力トランスデュー
サ群、１０は出力トランスデューサ群、１１はゲート電
極、１２はｐ′″（ｎｌ）不純物拡散領域、１３はポリ
シリコン抵抗である。

第５図および第６図に示した素子の伝播路は第７図に示
した構造が複数列並んで構成されている。

即ち、ｎ（ｐ）型不純物拡散領域６（ダイオードアレイ
）はＺｎＯ圧電薄膜層４の下のシリコン酸化膜３の表面
に形成されている金属ライン１−４に接続され、金属ラ
イン１４はポリシリコン抵抗１３に接続され、さらに全
チャンネルからのラインが一体と成ってＤＣバイアス電
源へと接続されている。１５はチャンネル間のアイソレ
ーションの役目を果たすｐ”（ｎ”）不純物拡散による
チャンネル・ストップである。また、ＺｎＯ圧電薄膜層
４は各チャンネルの弾性表面波の伝播路以外の不要な部
分はエツチングで取り除かれている。

第３のトランスデユーサ構成を採用した素子構造の具体
例を第８図、第９図および第１．０図に示す。この図面
中、第５図〜第７図と同じ構成については、説明は省略
する。１６はチャンネル間のアイソレーションの役目を
果たすｐ”（ｎ”）不純物拡散によるチャンネル・スト
ップである。

次に、第１図および第２図（ａ）、（ｂ）の実施例で示
したトランスデユーサの動作を説明する。

Ｓｉ基板１は５ｉ（１１０）カットとし、ＳＡＷの伝播
方向はＳｉ［１００］と等価な方向とする。

基板上に形成した高抵抗シリコン・エピタキシャル膜層
２の厚さは２０μｍと厚くする。トランスデユーサの電
極周（ＳＡＷの波長に相当）は２４μｍ、ＺｎＯ圧電薄
膜層４の膜厚は５μｍである。

従来は、トランスデユーサの実効的な変換効率を上げる
ためにエピタキシャル膜層内に高密度に不純物をドープ
した低抵抗シリコン層をトランスデユーサの下の全面に
設けており、その低抵抗シリコン層の有無での実効的結
合係数は〜６％、〜３％であるのに対し、第２図（ａ）
、（ｂ）に示すように、トランスデユーサの電極下に不
純物拡散領域６，７を設け、適切な配置、ディメンショ
ン、不純物濃度を設定すれば、ｐｎダイオードのバイア
ス制御で、結合係数を６％〜３％の間に可変できる。

特にダイオードを順バイアスし、ｎ”（ｐ″１）型不純
物拡散領域および基板のｐ”（ｎ”）領域からエピタキ
シャル膜層にキャリアが注入され、不純物拡散領域近傍
のエピタキシャル膜層のキャリア密度が増し、エピタキ
シャル膜層の抵抗率が低下し、結合係数を上げる作用を
する。逆に、逆バイアスにすると係合係数は、配置、デ
ィメンション、不純物濃度などの構造パラメータで決ま
る結合係数が得られる。

第３図および第４図のトランスデユーサでも前記と同様
であり、違いはバイアスのかけ方だけである。

なお、第１図〜第２図、第３図〜第４図のトランスデユ
ーサでは、金属電極５にもＤＣバイアスを印加すること
ができる。上記の動作原理を利用する場合は、エピタキ
シャル膜層のＳｉ表面状態はＭＯ８構造でのフラット・
バンドあるいは空乏領域になるようにバイアスを印加す
るのがよい。

また、第１図〜第４図の構成のトランスデユーサには、
さらに重要な機能をもたせることが可能である。

即ち、トランスデユーサの金属電極下のダイオードアレ
イのバイアス制御で、トランスデユーサ内のＳＡＷの減
衰係数を制御できる。例えば、順バイアスすることによ
り、トランスデユーサ内のＳＡＷの伝播に伴う減衰を最
小化し、ゼロ或いは逆バイアスで１００ｄＢ／ａｎ以上
の減衰をもたせることが可能である。この場合にもトラ
ンスデユーサの金属電極には、エピタキシャル膜層のＳ
ｉ表面状態がフラット・バンド近くにＤＣバイアスを印
加するとよい。

以上に説明したように、第１図〜第４図の構成のトラン
スデユーサを例えば入力トランスデューサとして使用す
ると、ｐｎダイオードアレイを順バイアスしておくこと
で、実効的な変換効率を最大に保ち、かつ伝播に伴う減
衰も最小化されて、良好なＳＡＷトランスデユーサとし
て作動する。

また、ｐｎダイオードアレイをゼロあるいは逆バイアス
することで、結合係数の低下に伴い変換効率を下げ、さ
らに変換されたＳＡＷをトランスデユーサ内で減衰させ
、出力トランスデューサへ到達させない。

このように、ｐｎダイオードのバイアス制御で、挿入損
失の可変できるバンドパスフィルタが実現できる。ただ
し、この場合はトランスデユーサの対数が多くないと効
果が少ない。

また、前記のように、トランスデユーサ下のｐｎダイオ
ード下にポリシリコン抵抗を介してバイアスすることで
、小信号入力の場合は通常のバンドパスフィルタとして
動作し、大電力の信号が入力した場合は信号を大きく減
衰させるような一種の適応能力をもつフィルタが実現で
きる。

通常は、ポリシリコン抵抗を介して順バイアスしておく
が、大信号が入力されると、ダイオードアレイにセルフ
バイアスが発生し、バイアスが逆バイアスへとシフトす
る。このバイアスシフトにより、変換効率の低下、減衰
係数の増大が適応的におこる。この動作原理を用い、か
つ多数のバンドパスフィルタの並列接続（フィルタバン
ク構成）とすることで、適応ノツチフィルタシステムを
実現したものが第５図〜第７図、第８図〜第１０図の素
子である。この構成では、トランスデユーサが長いため
特に効果がある。

［発明の効果コ 以上に述べたように、本発明による適応ノツチフィルタ
システムをＳＳ通信システムなどの狭帯域妨害除去シス
テムに適用すれば、ダイオードのバイアス制御でノツチ
特性を制御するため応答時間が極めて速く、セルフバイ
アスを使った適応動作が可能であり、周辺回路を設ける
ことなく非常に簡単な適応ノツチフィルタが実現でき、
かつ生産性、再現性にも優れており、狭帯域の高レベル
信号の数に制限はなく適応して各チャンネル毎に独立し
て制御される等の効果が得られる。

加えて、本発明によれば、トランスデユーサ部で変換効
率および減衰係数を制御しているため、ゲート部を短く
できるから、全体として素子寸法を短縮させ、フィルタ
システムのより一層の高性能化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例によるトランスデユーサ構造
の概念図、第２図（ａ）、（ｂ）はトランスデユーサ部
の断面図、第３図は他の実施例によるトランスデユーサ
構造の概念図、第４図（ａ）。 （ｂ）はトランスデユーサ部の断面図、第５図は第１実
施例によるＳＡＷ装置の平面図、第６図は断面図、第７
図はチャンネル伝播部の詳細斜視図、第８図は第２実施
例によるＳＡＷ装置の平面図、＝１６− 第９図は断面図、第１０図はチャンネル伝播部の詳細斜
視図である。 １・・・・・・・・・ｐ”（ｎ”）Ｓｉ単結晶基板、２
・・・・・・・・・ｐ（ｎ）Ｓｉエピタキシャル膜層、
３・・・・・・・・・シリコン酸化膜、４・・・・・・
・・・ＺｎＯ圧電薄膜層、５・・・・・・・・・トラン
スデユーサ、６・・・・・・・・・ｎ（ｐ）型不純物拡
散領域、７・・・・・・・・・ｐ”（ｎ”）不純物拡散
領域、８・・・・・・・・・Ｓｉ単結晶基板、９・・・
・・・・・・入力トランスデューサ群、１０・・・・・
・・・・出力トランスデューサ群、１１・・・・・・・
・・ゲート電極、１２・・・・・・・・・　＋（ｎ＋）
不純物拡散領域、１３・・・・・・・・・ポリシリコン
抵抗、１４・・・・・・・・金属ライン、１５・・・・
・・・・・ｐ”（ｎ”）不純物拡散によるチャンネル・
ストップ、１６・・・・・・・・・金属ライン。 特許出願人　　　　クラリオン株式会社代理人　弁理士
　　永　１）武　三　部（’Ｊｒ

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体基板と、その半導体基板表面に所定のピッ
   チで形成されたダイオードアレイと、前記半導体基板上
   に積層された圧電薄膜と、前記ダイオードアレイ上方の
   圧電薄膜表面に形成されたトランスデューサと、前記ダ
   イオードアレイに印加するＤＣ電圧とを含むことを特徴
   とする弾性表面波装置。
2. （２）前記ダイオードアレイがトランスデューサの金属
   電極下に同一ピッチで形成されている第１請求項記載の
   弾性表面波装置。
3. （３）前記ダイオードアレイがトランスデューサの金属
   電極間のスペース下に同一ピッチで形成されている第１
   請求項記載の弾性表面波装置。
4. （４）半導体基板と、その半導体基板表面に所定のピッ
   チで形成された複数のダイオードアレイと、前記半導体
   基板上に積層された圧電薄膜と、前記ダイオードアレイ
   上方の圧電薄膜表面に形成され、入力信号を空間的に周
   波数分類し、前記ダイオードアレイ上方に複数の弾性表
   面波伝播路を発生させる入力トランスデューサと、前記
   ダイオードアレイ上方の圧電薄膜表面における前記複数
   の伝播路にそれぞれ形成されたゲート電極と、そのゲー
   ト電極を挟み、前記入力トランスデューサと反対側の圧
   電薄膜表面に形成された出力トランスデューサとを含む
   ことを特徴とする弾性表面波装置。
5. （５）前記ダイオードアレイに抵抗を介してＤＣ電源で
   バイアスする構成とされている第１請求項記載の弾性表
   面波装置。
6. （６）前記抵抗としてポリシリコン抵抗を用い、それが
   同一の半導体基板の表面に設けられた第５請求項記載の
   弾性表面波装置。
7. （７）前記複数のダイオードアレイに各々設けた抵抗を
   介し、共通電源でバイアスする構成とされている第４請
   求項記載の弾性表面波装置。
8. （８）前記抵抗としてポリシリコン抵抗を用い、同一の
   半導体基板の表面に抵抗を含めて集積した構成とされて
   いる第５請求項記載の弾性表面波装置。