JPH0213853B2 - - Google Patents
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- JPH0213853B2 JPH0213853B2 JP3924082A JP3924082A JPH0213853B2 JP H0213853 B2 JPH0213853 B2 JP H0213853B2 JP 3924082 A JP3924082 A JP 3924082A JP 3924082 A JP3924082 A JP 3924082A JP H0213853 B2 JPH0213853 B2 JP H0213853B2
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- acoustic wave
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
- H03H9/02—Details
- H03H9/02535—Details of surface acoustic wave devices
- H03H9/02818—Means for compensation or elimination of undesirable effects
- H03H9/02834—Means for compensation or elimination of undesirable effects of temperature influence
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
- H03H9/02—Details
- H03H9/02535—Details of surface acoustic wave devices
- H03H9/02543—Characteristics of substrate, e.g. cutting angles
- H03H9/02574—Characteristics of substrate, e.g. cutting angles of combined substrates, multilayered substrates, piezoelectrical layers on not-piezoelectrical substrate
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- Physics & Mathematics (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Surface Acoustic Wave Elements And Circuit Networks Thereof (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、特性的に優れた新しい構造の弾性表
面波素子に関するものである。
面波素子に関するものである。
弾性表面波（Surface Acoustic Wave）を利
用することにより各種の電気的信号を扱うための
弾性表面波素子を構成する構造（基板）としては
従来、 １ 圧電体基板のみの構造（圧電軸単結晶基板、
圧電セラミツクス基板等）、 ２ 非圧電体基板上に圧電膜を形成した構造、 ３ 半導体基板上に圧電膜を形成した構造、 等が知られている。
用することにより各種の電気的信号を扱うための
弾性表面波素子を構成する構造（基板）としては
従来、 １ 圧電体基板のみの構造（圧電軸単結晶基板、
圧電セラミツクス基板等）、 ２ 非圧電体基板上に圧電膜を形成した構造、 ３ 半導体基板上に圧電膜を形成した構造、 等が知られている。
ところで上述の２の多層構造としては、現在のと
ころサフアイア基板上もしくはガラス基板上にス
パツタリング法等により酸化亜鉛膜（ZnO）を形
成した構造が知られているが、このZnO膜は以下
のような欠点が在存するため問題がある。
ころサフアイア基板上もしくはガラス基板上にス
パツタリング法等により酸化亜鉛膜（ZnO）を形
成した構造が知られているが、このZnO膜は以下
のような欠点が在存するため問題がある。
１ 良質な膜が形成しにくいため圧電性等の点で
十分再現性のあるものが得られない。
十分再現性のあるものが得られない。
２ 高周波領域において弾性表面波の伝播損失が
多い。
多い。
３ 弾性表面波伝播特性の分散が大きい。
４ 弾性表面波の遅延時間τの温度変化率（１／
τ）・（∂τ／∂T）の制御が困難である。（Ｔ：周
囲温度） 本発明はこれらの問題点に対処してなされたも
のであり、弾性表面波に対する遅延時間温度係数
が正である弾性板基板上に窒化アルミニウム膜を
形成した弾性体構造（基板）を用いることを根本
的特徴とするもので、特にSOS（Silicon On
Sapphire）基板を用いた弾性表面波素子を提供
することを目的とするものである。以下図面を参
照して本発明実施例を説明する。
τ）・（∂τ／∂T）の制御が困難である。（Ｔ：周
囲温度） 本発明はこれらの問題点に対処してなされたも
のであり、弾性表面波に対する遅延時間温度係数
が正である弾性板基板上に窒化アルミニウム膜を
形成した弾性体構造（基板）を用いることを根本
的特徴とするもので、特にSOS（Silicon On
Sapphire）基板を用いた弾性表面波素子を提供
することを目的とするものである。以下図面を参
照して本発明実施例を説明する。
第１図は本発明実施例による弾性表面波素子を
示す断面図で、１はSOS基板でサフアイア基板５
およびこの上に形成されたシリコン膜６から成
り、２はこのSOS基板１上に形成された窒化アル
ミニウム膜でその圧電軸（Ｃ軸もしくは〔0001〕
軸）は上記SOS基板面に垂直あるいは平行になる
ように形成される。３，４は上記窒化アルミニウ
ム膜２表面に形成されたくし型状から成る弾性表
面波発生用電極および検出用電極で、Ｈは窒化ア
ルミニウム膜２の膜厚、Ｔはシリコン膜６の膜厚
である。
示す断面図で、１はSOS基板でサフアイア基板５
およびこの上に形成されたシリコン膜６から成
り、２はこのSOS基板１上に形成された窒化アル
ミニウム膜でその圧電軸（Ｃ軸もしくは〔0001〕
軸）は上記SOS基板面に垂直あるいは平行になる
ように形成される。３，４は上記窒化アルミニウ
ム膜２表面に形成されたくし型状から成る弾性表
面波発生用電極および検出用電極で、Ｈは窒化ア
ルミニウム膜２の膜厚、Ｔはシリコン膜６の膜厚
である。
以上の構造の弾性表面波素子に対して、窒化ア
ルミニウム膜２の圧電軸（Ｃ軸もしくは〔0001〕
軸）方向と垂直な方向に弾性表面波を伝播（励
振）させた時、第５図Ａに示すような弾性表面波
の速度分散特性が得られた。同図において横軸は
窒化アルミニウム膜２の膜厚Ｈの規格化された厚
さを2πH／λ（ここでλは弾性表面波の波長）で
示し、縦軸は弾性表面波の位相速度Vpを示すも
のである。同図から明らかなように位相速度Vp
の分散は少なく、しかも非常に大きな値の位相速
度Vpが得られる。
ルミニウム膜２の圧電軸（Ｃ軸もしくは〔0001〕
軸）方向と垂直な方向に弾性表面波を伝播（励
振）させた時、第５図Ａに示すような弾性表面波
の速度分散特性が得られた。同図において横軸は
窒化アルミニウム膜２の膜厚Ｈの規格化された厚
さを2πH／λ（ここでλは弾性表面波の波長）で
示し、縦軸は弾性表面波の位相速度Vpを示すも
のである。同図から明らかなように位相速度Vp
の分散は少なく、しかも非常に大きな値の位相速
度Vpが得られる。
また第６図Ａはそれによつて得られた電気機械
結合係数の特性曲線を示すもので、横軸は2πH／
λで示し、縦軸は電気機械結合係数Ｋの二乗K2
を百分率で示すものである。同図において素子Ａ
が第１図の構造に対応した特性で、規格化膜厚
2πH／λの3.0近傍においてK2は約0.39％が得ら
れた。この値は通常弾性表面波を発生および検出
させるに充分な値である。
結合係数の特性曲線を示すもので、横軸は2πH／
λで示し、縦軸は電気機械結合係数Ｋの二乗K2
を百分率で示すものである。同図において素子Ａ
が第１図の構造に対応した特性で、規格化膜厚
2πH／λの3.0近傍においてK2は約0.39％が得ら
れた。この値は通常弾性表面波を発生および検出
させるに充分な値である。
さらに第７図Ａはそれによつて得られた弾性表
面波に対する遅延時間温度係数（TCD）の特性
曲線を示すもので、横軸は2πH／λで示し、縦軸
は弾性表面波の遅延時間τの温度変化率（１／
τ）・（∂τ／∂T）をppm／℃単位で示すものであ
る。ここでSOS基板１は正の遅延時間温度係数数
を有しているのに対し、窒化アルミニウム膜２は
逆に負の遅延時間温度係数を有しているために、
同図から明らかなようにその総合特性は両者が補
償し合つた値となり、窒化アルミニウム膜２の膜
厚Ｈの変化に応じて変わつてくる。特に上記記膜
厚Ｈを1.0＜2πH／λ＜4.0の範囲に選ぶことによ
り遅延時間の温度変化率を零に近ずけることがで
きる。
面波に対する遅延時間温度係数（TCD）の特性
曲線を示すもので、横軸は2πH／λで示し、縦軸
は弾性表面波の遅延時間τの温度変化率（１／
τ）・（∂τ／∂T）をppm／℃単位で示すものであ
る。ここでSOS基板１は正の遅延時間温度係数数
を有しているのに対し、窒化アルミニウム膜２は
逆に負の遅延時間温度係数を有しているために、
同図から明らかなようにその総合特性は両者が補
償し合つた値となり、窒化アルミニウム膜２の膜
厚Ｈの変化に応じて変わつてくる。特に上記記膜
厚Ｈを1.0＜2πH／λ＜4.0の範囲に選ぶことによ
り遅延時間の温度変化率を零に近ずけることがで
きる。
次に第１図の構造の弾性表面波素子に対して、
窒化アルミニウム膜２の圧電軸（Ｃ軸もしくは
〔0001〕軸）方向と水平な方向に弾性表面波を伝
播させた時は、第５図Ｂに示すような弾性表面波
の速度分散特性が得られた。同図から明らかなよ
うに位相速度Vpの分散は少なく、しかも非常に
大きな値の位相速度Vpが得られる。
窒化アルミニウム膜２の圧電軸（Ｃ軸もしくは
〔0001〕軸）方向と水平な方向に弾性表面波を伝
播させた時は、第５図Ｂに示すような弾性表面波
の速度分散特性が得られた。同図から明らかなよ
うに位相速度Vpの分散は少なく、しかも非常に
大きな値の位相速度Vpが得られる。
また第６図Ｂはその時得られた電気寄械結合係
数の特性曲線を示すもので、曲線Ａが第１図の構
造に対応した特性で、規格化膜厚2πH／λの2.9
近傍においてK2は約0.88％が得られた。この値は
通常弾性表面波を発生および検出させるに充分な
値である。
数の特性曲線を示すもので、曲線Ａが第１図の構
造に対応した特性で、規格化膜厚2πH／λの2.9
近傍においてK2は約0.88％が得られた。この値は
通常弾性表面波を発生および検出させるに充分な
値である。
さらに第７図Ｂはその時得られた弾性表面波に
対する遅延時間温度係数（TCD）の特性曲線を
示すもので、特に窒化アルミニウム膜２の膜厚Ｈ
を1.0＜2πH／λ＜4.0の範囲に選ぶことにより遅
延時間の温度変化率を零に近づけることができ
る。
対する遅延時間温度係数（TCD）の特性曲線を
示すもので、特に窒化アルミニウム膜２の膜厚Ｈ
を1.0＜2πH／λ＜4.0の範囲に選ぶことにより遅
延時間の温度変化率を零に近づけることができ
る。
第２図乃至第４図は本発明の他の実施例を示す
断面図で、第２図はSOS基板１の表面部に弾性表
面波発生電極３および検出用電極４を形成した
後、これらを覆うように窒化アルミニウム膜２を
形成した構造を示すものである。また第３図は
SOS基板１の表面部に部分的に第２電極として一
対のしやへい板電極７を形成した後、これらを覆
うように窒化アルミニウム膜２を形成しこの表面
に第１電極として弾性表面波発生電極３および検
出用電極４を形成し構造を示すものである。
断面図で、第２図はSOS基板１の表面部に弾性表
面波発生電極３および検出用電極４を形成した
後、これらを覆うように窒化アルミニウム膜２を
形成した構造を示すものである。また第３図は
SOS基板１の表面部に部分的に第２電極として一
対のしやへい板電極７を形成した後、これらを覆
うように窒化アルミニウム膜２を形成しこの表面
に第１電極として弾性表面波発生電極３および検
出用電極４を形成し構造を示すものである。
さらに第４図はSOS基板１の表面部に第１電極
として弾性表面波発生電極３および検出用電極４
を形成した後、これを覆うように窒化アルミニウ
ム膜２を形成しこの表面に部分的に第２電極とし
て一対のしやへい板電極７を形成した構造を示す
ものである。
として弾性表面波発生電極３および検出用電極４
を形成した後、これを覆うように窒化アルミニウ
ム膜２を形成しこの表面に部分的に第２電極とし
て一対のしやへい板電極７を形成した構造を示す
ものである。
以上の各構造の弾性表面波素子に対して、窒化
アルミニウム膜２の圧電軸方向と垂直な方向に弾
性表面波を伝播させた時、第５図Ａに示すような
弾性表面波の速度分散特性とほぼ同じものが得ら
れ、また第７図Ａに示すような弾性表面波に対す
る遅延時間温度係数（TCD）の特性とほぼ同じ
ものが得られた。さらに第６図Ａに示すような
K2特性が得られ、各々素子Ｂ（第２図構造）、素
子Ｃ（第３図構造）、素子Ｄ（第４図構造）に対応
した特性が得られた。すなわち素子Ｂでは規格化
膜厚2πH／λの3.1近傍においてK2は0.35％のダ
ブルピーク特性が得られ、素子Ｄでは規格化膜厚
2πH／λの0.27および0.36において各々K2は0.27
％および0.45％のダブルピーク特性が得られた、
これら値は通常弾性表面波を発生および検出させ
るに充分な値である。
アルミニウム膜２の圧電軸方向と垂直な方向に弾
性表面波を伝播させた時、第５図Ａに示すような
弾性表面波の速度分散特性とほぼ同じものが得ら
れ、また第７図Ａに示すような弾性表面波に対す
る遅延時間温度係数（TCD）の特性とほぼ同じ
ものが得られた。さらに第６図Ａに示すような
K2特性が得られ、各々素子Ｂ（第２図構造）、素
子Ｃ（第３図構造）、素子Ｄ（第４図構造）に対応
した特性が得られた。すなわち素子Ｂでは規格化
膜厚2πH／λの3.1近傍においてK2は0.35％のダ
ブルピーク特性が得られ、素子Ｄでは規格化膜厚
2πH／λの0.27および0.36において各々K2は0.27
％および0.45％のダブルピーク特性が得られた、
これら値は通常弾性表面波を発生および検出させ
るに充分な値である。
同様に第２図乃至第４図の各構造の弾性表面波
素子に対して、窒化アルミニウム膜２の圧電軸方
向と水平な方向に弾性表面波を伝播させた時、第
５図Ｂに示すような弾性表面波の速度分散とほぼ
同じものが得られ、また、第７図Ｂに示すような
弾性表面波に対する遅延時間温度係数（TCD）
の特性とほぼ同じものが得られた。さらに第６図
Ｂに示すようなK2特性が得られ、各々素子Ｂ（第
２図構造）、素子Ｃ（第３図構造）、素子Ｄ（第４図
構造）に対応した特性が得られた。すなわち素子
Ｂでは規格化膜厚2πH／λの0.4および0.29におい
て各々K2は0.15％および0.62％のダブルピーク特
性が得られ、素子Ｃでは規格化膜厚2πH／λの
1.9近傍においてK2は約0.97％が得られ、素子Ｄ
は規格化膜厚2πH／λの2.8近傍においてK2は約
0.7％が得られた。
素子に対して、窒化アルミニウム膜２の圧電軸方
向と水平な方向に弾性表面波を伝播させた時、第
５図Ｂに示すような弾性表面波の速度分散とほぼ
同じものが得られ、また、第７図Ｂに示すような
弾性表面波に対する遅延時間温度係数（TCD）
の特性とほぼ同じものが得られた。さらに第６図
Ｂに示すようなK2特性が得られ、各々素子Ｂ（第
２図構造）、素子Ｃ（第３図構造）、素子Ｄ（第４図
構造）に対応した特性が得られた。すなわち素子
Ｂでは規格化膜厚2πH／λの0.4および0.29におい
て各々K2は0.15％および0.62％のダブルピーク特
性が得られ、素子Ｃでは規格化膜厚2πH／λの
1.9近傍においてK2は約0.97％が得られ、素子Ｄ
は規格化膜厚2πH／λの2.8近傍においてK2は約
0.7％が得られた。
これらの値は通常弾性表面波を発生および検出
させるのに充分な値である。
させるのに充分な値である。
第６図Ａ，Ｂから明らかなように規格化膜厚
2πH／λを0.1〜6.0の範囲に選ぶことにより、実
用上充分な値のK2を得ることができ圧電特性に
優れていることを示している。
2πH／λを0.1〜6.0の範囲に選ぶことにより、実
用上充分な値のK2を得ることができ圧電特性に
優れていることを示している。
各実施例で用いられた窒化アルミニウム膜はバ
ンドギヤツプが約6.2eVと大きく、また比抵抗が
1016cm以上のものが容易に得られるので良好な絶
縁性を示す。この窒化アルミニウム膜およびシリ
コン膜は単結晶であることが望ましいが、周知の
MO−CVD技術を用いることにより共に単結晶
エピタシヤル膜を容易に形成することができる。
ンドギヤツプが約6.2eVと大きく、また比抵抗が
1016cm以上のものが容易に得られるので良好な絶
縁性を示す。この窒化アルミニウム膜およびシリ
コン膜は単結晶であることが望ましいが、周知の
MO−CVD技術を用いることにより共に単結晶
エピタシヤル膜を容易に形成することができる。
また従来においてのスパツタリング法等による
酸化亜鉛膜等に比べ窒化アルミニウム膜は再現性
に優れ、膜質が均一なものが得られるので特に高
周波における伝搬損失を小さく抑えることができ
る。
酸化亜鉛膜等に比べ窒化アルミニウム膜は再現性
に優れ、膜質が均一なものが得られるので特に高
周波における伝搬損失を小さく抑えることができ
る。
特に上記窒化アルミニウム膜は弾性表面波に対
する遅延時間温度係数が負である性質を有してい
るので、SOS基板のようにそれと逆に遅延時間温
度係数が正である性質を有している基板上に形成
すれば遅延時間温度係数は相互に補償されるため
に、温度変化に対して安定な特性を得ることがで
きる。特に温度変化に対する素子の安定性は共振
器、発振器等の狭帯域信号処理素子において最も
重要な性能であるが、上記各実施例構造によれば
温度変化に対して安定な動作を行なわせることが
できる。しかも高周波化、低損失化も併せて計る
ことができる。
する遅延時間温度係数が負である性質を有してい
るので、SOS基板のようにそれと逆に遅延時間温
度係数が正である性質を有している基板上に形成
すれば遅延時間温度係数は相互に補償されるため
に、温度変化に対して安定な特性を得ることがで
きる。特に温度変化に対する素子の安定性は共振
器、発振器等の狭帯域信号処理素子において最も
重要な性能であるが、上記各実施例構造によれば
温度変化に対して安定な動作を行なわせることが
できる。しかも高周波化、低損失化も併せて計る
ことができる。
上記窒化アルミニウム膜を形成すべき基板とし
てはSOS基板に限らず、遅延時間温度係数が負で
ある材料であれば任意のものを選択することがで
きる。
てはSOS基板に限らず、遅延時間温度係数が負で
ある材料であれば任意のものを選択することがで
きる。
以上述べて明らかなように本発明によれば、弾
性表面波に対する遅延時間温度係数が正である
SOS基板上に窒化アルミニウム膜を形成するよう
にした弾性体構造を用いるものであるから、特性
的に優れた弾性表面波素子を得ることができる。
性表面波に対する遅延時間温度係数が正である
SOS基板上に窒化アルミニウム膜を形成するよう
にした弾性体構造を用いるものであるから、特性
的に優れた弾性表面波素子を得ることができる。
以上説明した本発明によれば次のような効果が
得られる。
得られる。
１ 弾性表面波速度が大きいため高周波での波長
が大きくなるので、くし状電極の製造が容易に
なる。
が大きくなるので、くし状電極の製造が容易に
なる。
２ 膜厚変動による周波数変動率が小さいため設
計した動作周波数に合わせた素子の製造が容易
となるので、歩留り向上によるコストダウンを
計ることができる。
計した動作周波数に合わせた素子の製造が容易
となるので、歩留り向上によるコストダウンを
計ることができる。
３ 弾性表面波素子の遅延時間を零に近ずけるこ
とができる。
とができる。
４ 絶縁性に富んだ窒化アルミニウム膜を容易に
得ることができ、またMO−CVD技術により
その単結晶エピタキシヤル層の形成も容易とな
る。
得ることができ、またMO−CVD技術により
その単結晶エピタキシヤル層の形成も容易とな
る。
なお本文実施例中で示した基板および基板上に
形成された窒化アルミニウム膜の結晶面および弾
性表面波を励振（伝播させる結晶方向は、実施例
以外に適当な選択を行なつても同様な効果を得る
ことが可能である。
形成された窒化アルミニウム膜の結晶面および弾
性表面波を励振（伝播させる結晶方向は、実施例
以外に適当な選択を行なつても同様な効果を得る
ことが可能である。
第１図乃至第４図はいずれも本発明実施例を示
す断面図、第５図Ａ，Ｂ、第６図Ａ，Ｂおよび第
７図Ａ，Ｂにいずれも本発明により得られた結果
を示す特性図である。 １……SOS基板、２……窒化アルミニウム膜、
３……弾性表面波発生電極、４……弾性表面波検
出用電極、５……サフアイア、６……シリコン
膜、７……しやへい電極。
す断面図、第５図Ａ，Ｂ、第６図Ａ，Ｂおよび第
７図Ａ，Ｂにいずれも本発明により得られた結果
を示す特性図である。 １……SOS基板、２……窒化アルミニウム膜、
３……弾性表面波発生電極、４……弾性表面波検
出用電極、５……サフアイア、６……シリコン
膜、７……しやへい電極。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ SOS基板と、このSOS基板上に形成されかつ
圧電軸が配向した窒化アルミニウム膜と、これら
所定位置に形成された電極とを含むことを特徴と
する弾性表面波素子。 ２ 上記窒化アルミニウム膜の圧電軸が上記SOS
基板面に垂直になるように形成されたことを特徴
とする特許請求の範囲第１項記載の弾性表面波素
子。 ３ 上記窒化アルミニウム膜の圧電軸が上記SOS
基板面に水平になるように形成されたことを特徴
とする特許請求の範囲第１項記載の弾性表面波素
子。 ４ 上記窒化アルミニウム膜の圧電軸方向と垂直
あるいは水平な方向に弾性表面波を伝播させるこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項又は第２項
記載の弾性表面波素子。 ５ 上記窒化アルミニウム膜の膜厚Ｈが0.1＜
2πH／λ＜6.0（ただし、λは弾性表面波の波長を
示す）の範囲に属することを特徴とする特許請求
の範囲第４項記載の弾性表面波素子。 ６ 上記窒化アルミニウム膜が単結晶エピタキシ
ヤル膜からなることを特徴とする特許請求の範囲
第１項乃至第５項のいずれかに記載の弾性表面波
素子。
Priority Applications (10)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3924082A JPS58156217A (ja) | 1982-03-11 | 1982-03-11 | 弾性表面波素子 |
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| JP3924082A JPS58156217A (ja) | 1982-03-11 | 1982-03-11 | 弾性表面波素子 |
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Family
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Family Applications (1)
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Country Status (1)
| Country | Link |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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Families Citing this family (4)
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-
1982
- 1982-03-11 JP JP3924082A patent/JPS58156217A/ja active Granted
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JP2010190774A (ja) * | 2009-02-19 | 2010-09-02 | Toshiba Corp | 慣性センサおよび慣性測定装置 |
Also Published As
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| JPS58156217A (ja) | 1983-09-17 |
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