JPH02131607A - 弾性表面波共振子の製造方法 - 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】 本発明はグレーティング反射器を有する弾性表面波共振
子の製造方法に関する． 近年、発振器やフィルタ等に使用するための弾性表面波
共振子の開発が盛んに行われている．弾性表面波共振子
の基本構成は例えば特開昭５１−２４４号に記載されて
いるように既に知られている．すなわち圧電性基板上に
弾性表面波を励振するためのインターディジタル電極を
形成するとともに、その両側にストリップ幅λ／４（λ
：弾性表面波波長）の複数本の金属ストリップをλ／２
ピッチで周期的に配列してなるグレーティング反射器を
形成して構成される．インターディジタル電極で励振さ
れた弾性表面波は圧電性基板上を伝搬するが，両側に設
けられたグレーテイング反射器により中央方向に反射さ
れる．この反射量はストリップ１本当りではわずかであ
るが、複数本のストリップにより反射がそれぞれ１７２
波長の周期長で生じるため，これらの反射は相加される
ことになり、合成された反射量はほぼ１に近いものにな
る．このとき圧電性基板上には弾性表面波の強い定在波
が立つことになる．この現象は丁度水晶振動子の共振に
対応する．このようにしてグレーテイング反射器の位置
を適当に設定することにより，水晶振動子と同様の共振
子が弾性表面波のモードで実現することができる． ところで、このような弾性表面波共振子においてグレー
ティング反射器の金属ストリップは加工性が良い等の利
点からアルミニウムが用いられるのが普通であるが、こ
のようなアルミニウム膜でグレーティング反射器を構成
し動作させたところ，時間とともに共振周波数が大幅に
低下し、それと同時に共振抵抗が上昇し、Ｑが低下する
という現象が認められた．またこのとき電子顕微鏡でグ
レーティング反射器を観察したところ（倍率２０００倍
）使用前においては第１図（ａ）の顕微鏡写真でわかる
ように何ら破損されていないアルミニウム膜が長時間使
用後においては第１図（ｂ）の顕微鏡写真で明らかのよ
うに中央部が破損し、ひび割れた状態になっており、こ
れが上記共振周波数およびＱの低下をもたらしているこ
とがわかった．このような現象は従来観測された報告は
ないが、種々検討したところ，次のような弾性表面波共
振子特有の現象によるものであることが明らかとなった
．すなわち弾性表面波共振子では前述のように圧電性基
板上に弾性表面波の大きな定在波が立つ．このためグレ
ーテイング反射器のアルミニウム膜にこの弾性表面波エ
ネルギーによる応力が加わる．しかもこの応力は弾性表
面波の周波数に対応した極めて繰り返しの激しい応力で
ある．そこでこの定在波とアルミニウム膜の劣化部分の
関係を調べたところ第２図のような関係があることがわ
かった．すなわち第２図（ａ）の斜線部２１がアルミニ
ウム膜の劣化部分であってインターディジタル電極部分
２２とグレーティング反射器２３の周辺部を除いた図中
斜線部分２４に劣化が見られた．またこれを第２図（ｂ
）の定在波の応力と対応させてみるとインターディジタ
ル電極２２の中央部及び反射ストリップの外側端部２５
が応力の節，反射ストリップの内側端部２６が応力の腹
に対応しており、定在波応力の腹の部分即ち応力の大き
い部分に対応応力によるものであることが確められた．
本発明はこのような点に鑑みてなされたもので、長時間
の使用においてもグレーティング反射器の金属ストリッ
プの劣化がなく共振周波数が低下しない安定な弾性表面
波共振子の製造方法を提供することを目的とするもので
ある． また，本発明の他の目的はＱが大きく，また長時間の使
用においてＱが低下しない弾性表面波共振子の製造方法
を提供することにある．本発明は弾性表面波共振子の共
振周波数の低下およびＱの低下が応力によるグレーティ
ング反射器の劣化に起因することから、グレーティング
反射器の金属ストリップ材料について検討し，その結果
に基いてなされたもので、上記金属ストリップをシリコ
ンを不純物として含有したアルミニウムで形成するよう
にしたものである．換言するならば、本発明の構成は、
反射器を構成する金属ストリップが、シリコンを不純物
として含有したアルミニウムをターゲットとし，スバッ
タ蒸着によりアルミニウム膜を形成し、その後エッチン
グ等により、このアルミニウム膜から形成したものであ
る．この際，インターディジタル電極も反射器と同一材
料で同一工程で形成しても良い。しかしてこのような金
属材料にてグレーティング反射器を形成した本発明の弾
性表面波共振子の製造方法によると，長時間の使用にお
いても、共振周波数の低下およびＱの低下のない安定な
特性を得ることができる． 以下本発明を図面を参照して詳細に説明する。

第３図は本発明の一実施例による弾性表面波共振子の製
造方法により作成された弾性表面波共振子を示すもので
ある．この弾性表面波共振子は例えばタンタル酸リチウ
ム（ＬｉＴａＯ，　）ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯｉ
　）などの圧電性基板３ｌ上に入力電気信号を上記圧電
性基板３ｌ上を伝搬する弾性表面波に変換するためのト
ランスジューサ、例えば一対の櫛歯状電極３２ａ，　３
２ｂを互いにかみ合わせてなるインターディジタル電極
３２が形成されている．このインターディジタル電極３
２は入力端子ＪＮに供給される入力電気信号を圧電性基
板３１の表面を伝搬する弾性表面波に変換する．またこ
のインターディジタル電極３２の両側の圧電性基板３ｌ
上にはそれぞれ前記インターディジタル電極２で励振さ
れた弾性表面波を反射するためのグレーティング反射器
３３．　３４が形成されている。このグレーティング反
射器３３．　３４はストリップ幅λ／４の多数の金属ス
トリップをλ／２ピッチの周期で配列したもので，各金
属ストリップで反射した反射波がすべて同相で相加され
るようになっている．またこれら金属ストリップは端部
が互いに電気的に短絡されている． このような構成の弾性表面波共振子において，本発明で
は前記グレーティング反射器３２の金属ストリップはシ
リコンを不純物として含有したアルミニウムで形成され
ている．シリコンの含有量は特に制限はないが，純粋な
アルミニウムといえども０．０１％程度シリコンが含ま
れていることを考えるとそれ以上であり、また５０％以
上になるとこれらはもはや不純物とは言えなくなる．実
用上は全体の１０％以下程度が共振子の性能並びに加工
上望ましいものと思われる． このようにしてシリコンを不純物として含有したアルミ
ニウムで構成したグレーティング反射器を有する本発明
の弾性表面波共振子の製造方法によると次のような顕著
な効果が認められた．第４図は上記本発明の弾性表面波
共振子の製造方法による弾性表面波共振子を下記のよう
な条件で設計し、温度が６５℃の雰囲気中で２ａ＋Ｗの
励振電力で動作させたときの，時間経過に対する共振子
の共振周波数変化率を示したものである．すなわち弾性
表面波共振子の設計条件は圧電性基板としてＸカットＬ
ｉＴａＯ．を用い、弾性表面波の伝搬方向をＹ軸より１
１２＠傾いた方向に設定した．インターディジタル電極
２は１１対の電極指から構成し、またグレーティング反
射器３３．３４はそれぞれ２００本のストリップから構
成した．またインターディジタル電極３２およびグレー
ティング反射器３３．　３４のストリップ線幅はいずれ
も９．０μｓとし、　同様にストリップ相互の間隔も９
．０μｍとした．　さらにインターディジタル電極２と
グレーティング反射器３３，３４の端部間隔は２２．５
−とし、またこれらの開口長はそれぞれ０．７．とじた
。グレーティング反射器３３．３４はアルミニウムにシ
リコンを２％混入したアルミニウムをターゲットとし、
スパッタ蒸着によりアルミニウム膜を厚さ１．３μｓで
ＬｉＴａＯ，基板上に蒸着し製作した。また本発明の弾
性表面波共振子と比較するためにグレーティング反射器
３３．　３４を純粋なアルミニウム膜で形成したものを
同様に製作した． 第４図において曲線４１はグレーティング反射器を上記
純粋なアルミニウム膜で形成した場合の共振子の特性を
示し、また曲線４３はグレーティング反射器をアルミニ
ウムにシリコンを２％混入した上記本発明の共振子の特
性を示している．この図から明らかなようにグレーティ
ング反射器を純粋なアルミニウム膜で形成したものは時
間とともに大幅に共振周波数の低下が認められるのに対
し、本発明の弾性表面波共振子の製造方法により製造し
た弾性表面波共振子によると、共振周波数の低下が大幅
に減少されていることがわかる．すなわちｔｏｏｏ時間
経過後では純粋なアルミニウムを使用した場合共振周波
数の変化率は−０．０４５％であるのに対し，不純物と
してシリコンを混入した本発明では−０．０１７％であ
り、共振周波数の低下は約１／３に抑えることができる
．なお、アルミニウムにシリコンを混入した上記本発明
の弾性表面波共振子の製造方法により製造した弾性表面
波共振子においても上記のように共振周波数の若干の低
下が見られたが、その原因が弾性表面波の定在波応力に
よる反射器ストリップの劣化によるものであるかどうか
検討するために純粋なアルミニウムとシリコンを混入し
たアルミニウムの２種の共振子を非動作状態で放置し、
各時間経過後における共振周波数の変化をとったところ
，いずれも第４図の曲線４３とほぼ等しい特性が得られ
た．このことから本発明共振子における上記共振周波数
の低下は定在波応力によるグレーテイング反射器の劣化
によるものではなく，他の原因によるものであることが
わかった．つまり本発明の弾性表面波共振子の製造方法
により製造した弾性表面波共振子においては弾性表面波
の定在波応力によってはグレーティング反射器の劣化は
ほとんど起こらないということが明らかになった．事実
、本発明による弾性表面波共振子のグレーティング反射
器を顕微鏡で観察したところ、長時間動作させた後でも
ストリップ膜にはほとんど劣化していないことが認めら
れた． 第５図はアルミニウムに不純物としてシリコンを混入し
、電力を印加しないで１０００時間放置したときの写真
であるが、電力を印加した場合もほとんど変化はなかっ
た．なお、図中のストリップ膜の下辺部に横方向の白線
状部がみられるがこれはシリコンの残渣て漬って、電極
破損部ではない．このシリコンの残渣は必要に応じエッ
チング等で除去することができる． また第６図は表面波励振レベルを変化させたときの共捩
周波数変化率を表わすもので、曲線６１〜６４に示すよ
うに純粋なアルミニウムで反射器を構成したものにおい
ては励振レベルを上げると共振周波数が大きく変化する
のに対し、本発明によると曲線６５に示すように励振レ
ペルの変化に対しても共振周波数はほとんど変化しない
ことがわかる．特に純粋なアルミニウムの反射器ストリ
ップでは励振レベルが大きいほど劣化が大きく共振周波
数の変化が大きくなるのに対し，本発明では励振レベル
が大きくても共振周波数が変化しないことから、本発明
の共振子は励振レベルが高い状態で使用されるほど、そ
の効果が顕著にあらわれる．このように純粋なアルミニ
ウムの反射器ストリップの劣化は励振レベルの大きさに
よって変化するが、一般に励振レベルが何ｍＷ以上のと
きにその劣化が問題になり，それに対して本発明が有効
であるか明確に述べることは難しい．何故なら本実験例
では励振レベルが０．５■Ｗ程度以下でアルミニウム反
射器ストリップに劣化がｌｌＩＷＡされたが、基板材料
、共振周波数、電極形状などが変化すると必ずしもこの
励振レベルが対応しなくなる．しかしながら，反射器ス
トリップの劣化の原因が表面波応力によるものであるこ
とから，共振子表面の応力の大きさが１０’　（Ｎｅｗ
ｔｏｎ／　ｒｒ？　）程度以上のとき反射器ストリップ
の劣化が問題となると考えられ、本発明ではこのような
応力が加わっても反射器ストリップの劣化がなく有効で
ある．このように不純物を混入したアルミニウム膜にお
いて、その劣化が純粋なアルミニウムよりも少ない理由
は正確には解明されていないが、アルミニウムの結晶粒
界に不純物が析出し，これが核となってバウンダリーが
出来、これが金属疲労による劣化を防いでいるものと考
えられる． このように本発明によると、長時間の使用においても共
振周波数の変化の少ない弾性表面波共振子を得ることが
できる． 一方本発明の弾性表面波共振子によるとさらに次のよう
な新しい有効な効果が得られることがわかった．すなわ
ちグレーティング反射器を純粋なアルミニウム膜で構成
した弾性表面波共振子では共振抵抗が２４オームでＱは
約１２０００であるのに対し、アルミニウムにシリコン
２％を混入したものでは共振抵抗１７オームでＱは約１
７０００のものが得られた．これは多数試作したサンプ
ルの平均値であり、いずれも約２０％程度のバラツキは
あるが、純粋なアルミニウムでグレーテイング反射器を
構成した場合に比べて顕著なＱの増大が認められる．前
述のように弾性表面波共振子は発振器やフィルタに適用
されるが、Ｑの大きい共振子ほど安定な発振器を構成す
ることができ，またＱの大きい共振子ほど挿入損失の少
ないフィルタを構成することができるので、本発明の弾
性表面波共振子の製造方法はかかる点からも極めて有効
である．以上のように本発明によると安定かつ特性の良
好なる弾性表面波共振子を得ることができる．なお、前
記実施例では圧電性基板としてＸカットＬｉＴａＯ，を
用いた場合について説明したが、水晶，ＬｉＴｂＯ３等
の圧電性基板に対しても同様に適用でき有効である．ま
た本発明はグレーティング反射器を有する弾性表面波共
振子すべてに適用でき、前記実施例のパターンに限定さ
れるものではない．さらにまたアルミニウムに混入する
不純物はシリコンだけでなく，銅、Ｎｉ．　Ｃｒ．　Ｍ
ｇ等を一諸に混入することも有効であると思われる． またこれら不純物の混入したアルミニウム膜を形成する
のに予め不純物を適当な重量混入させたアルミニウムを
ターゲットにし、スパッタ蒸着による蒸着を行えば純粋
アルミニウム膜での弾性表面波共振子の製造プロセスと
全く同一の工程で行うことができる．

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）および（ｂ）は純粋なアルミニウム反射器
ストリップの使用前および長時間動作後の表面の状態を
示す顕微鏡写真、第２図（ａ）および（ｂ）はグレーテ
ィング反射器ストリップの劣化部分および弾性表面波の
定在波の応力分布を示す図、第３図は本発明の弾性表面
波共振子の製造方法の一実施例を示す図、第４図は本発
明の実施例に依る共振子の動作時間に対する共振周波数
の変化を示す図，第５図は本発明による反討器ストリッ
プの顕微鏡写真、第６図は表面波励振レベルの変化に対
する共振周波数の変化を示す図である．３１・・・圧電
性基板、３２・・・インターディジタル電極、３３，　
３４・・・グレーティング反射器．代理人　弁理士　則
　近　憲　佑 同　　　　竹　花　喜久男 ＠２図 ３２ｂ 第３図 手 続 補 正 書 （方式）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）圧電性基板上に入力電気信号を弾性表面波に変換
   するための弾性表面波用変換器を形成する工程と、 この弾性表面波用変換器に対向するように、かつ前記圧
   電性基板上に前記弾性表面波を反射するための複数の金
   属ストリップを周期的に配列してなる反射器を形成する
   工程とを備え、前記反射器を形成する工程は、前記反射
   器を構成する金属ストリップを、シリコンを不純物とし
   て含有したアルミニウムをターゲットとし、スパッタ蒸
   着によりアルミニウム膜を形成してなる工程であること
   を特徴とする弾性表面波共振子の製造方法。
2. （２）前記弾性表面波用変換器を形成する工程は、シリ
   コンを不純物として含有したアルミニウムをターゲット
   とし、スパッタ蒸着によりアルミニウム膜を形成してな
   る工程であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の弾性表面波共振子の製造方法。
3. （３）前記弾性表面波用変換器を形成する工程と、前記
   反射器を形成する工程とは、同時に行われることを特徴
   とする特許請求の範囲第２項記載の弾性表面波共振子の
   製造方法。