JPH025331B2 - - Google Patents
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- JPH025331B2 JPH025331B2 JP56163793A JP16379381A JPH025331B2 JP H025331 B2 JPH025331 B2 JP H025331B2 JP 56163793 A JP56163793 A JP 56163793A JP 16379381 A JP16379381 A JP 16379381A JP H025331 B2 JPH025331 B2 JP H025331B2
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- single crystal
- surface acoustic
- acoustic wave
- aluminum nitride
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-
- 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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- H03H9/02614—Treatment of substrates, e.g. curved, spherical, cylindrical substrates ensuring closed round-about circuits for the acoustical waves
- H03H9/02622—Treatment of substrates, e.g. curved, spherical, cylindrical substrates ensuring closed round-about circuits for the acoustical waves of the surface, including back surface
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- 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(圧電体単結晶基板、
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(圧電体単結晶基板、
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。
これらのうち、同一半導体基板上に集積回路と
共に弾性表面波素子を形成することができる3の
モノリシツク構造が用途上有利であり、今後発展
していくと思われる。
共に弾性表面波素子を形成することができる3の
モノリシツク構造が用途上有利であり、今後発展
していくと思われる。
ところで上述の3のモノリシツク構造として
は、現在のところシリコン(Si)単結晶基板上に
もしくはサフアイア基板上に形成されたシリコン
単結晶(以下SOS:Silicon On Sapphireと称
す)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存在するために実用
上にあたつては問題がある。
は、現在のところシリコン(Si)単結晶基板上に
もしくはサフアイア基板上に形成されたシリコン
単結晶(以下SOS:Silicon On Sapphireと称
す)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存在するために実用
上にあたつては問題がある。
1 電圧印加により電気的不安定性が生ずる。
2 良質な膜が形成しにくいため、比抵抗、圧電
性等の点で十分再現性のあるものが得られな
い。
性等の点で十分再現性のあるものが得られな
い。
3 シリコン単結晶層上に保護膜(SiO2)を必
要とする。
要とする。
4 高周波領域において弾性表面波の伝播損失が
多い。
多い。
5 弾性表面波伝播特性において分布が大きい。
6 通常のシリコンICプロセスと合致しない。
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、SOS基板上に窒化アルミニウム単結晶
エピタキシヤル層をその圧電軸が上記基板と平行
なるように形成した弾性体構造を用いることを要
旨とする。
のであり、SOS基板上に窒化アルミニウム単結晶
エピタキシヤル層をその圧電軸が上記基板と平行
なるように形成した弾性体構造を用いることを要
旨とする。
以下図面を参照して本発明の一実施例を説明す
る。
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はサフアイア基板で通常(011
2)結晶面と等価な面(R面)でカツトされたも
のから成り、1′はその上に形成された通常
(100)面と等価な面から成る膜厚Tを有するシリ
コン単結晶層、2はこのシリコン単結晶層1′上
に形成された窒化アルミニウム(AlN)単結晶
エピタキシヤル層でその圧電軸は上記サフアイア
基板1面に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単結晶エピタキシヤル層
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
ニウム単結晶エピタキシヤル層2の膜厚である。
示す断面図で、1はサフアイア基板で通常(011
2)結晶面と等価な面(R面)でカツトされたも
のから成り、1′はその上に形成された通常
(100)面と等価な面から成る膜厚Tを有するシリ
コン単結晶層、2はこのシリコン単結晶層1′上
に形成された窒化アルミニウム(AlN)単結晶
エピタキシヤル層でその圧電軸は上記サフアイア
基板1面に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単結晶エピタキシヤル層
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
ニウム単結晶エピタキシヤル層2の膜厚である。
第2図a,bは本発明の他の実施例を示す断面
図で、aはシリコン単結晶基板1′の表面部に弾
性表面波発生用電極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単
結晶エピタキシヤル層2を形成した構造を示し、
bは上記シリコン単結晶基板1′表面部に部分的
に高抵抗層7もしくは空乏層を形成し、これらの
層に低抵抗シリコンから成るくし型状の弾性表面
波発生用電極5および検出用電極6を埋込み形成
した後にこれらを覆うように窒化アルミニウム単
結晶エピタキシヤル層2を形成した構造を示すも
のである。
図で、aはシリコン単結晶基板1′の表面部に弾
性表面波発生用電極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単
結晶エピタキシヤル層2を形成した構造を示し、
bは上記シリコン単結晶基板1′表面部に部分的
に高抵抗層7もしくは空乏層を形成し、これらの
層に低抵抗シリコンから成るくし型状の弾性表面
波発生用電極5および検出用電極6を埋込み形成
した後にこれらを覆うように窒化アルミニウム単
結晶エピタキシヤル層2を形成した構造を示すも
のである。
第3図a,bは本発明のその他の実施例を示す
もので、aはシリコン単結晶基板1の表面部に部
分的に第2電極として一対のしやへい電極8を形
成した後、これらを覆うように窒化アルミニウム
単結晶エピタキシヤル層2を形成しこの表面に第
1電極として弾性表面波検出用電極3および検出
用電極4を形成した構造を示し、bは上記シリコ
ン単結晶基板1′の表面部に部分的に低抵抗シリ
コン層9を形成した後、これらを覆うように窒化
シリコン単結晶エピタキシヤル層2を形成しこの
表面に第1電極として上記発生用電極3および検
出用電極4を形成した構造を示すものである。
もので、aはシリコン単結晶基板1の表面部に部
分的に第2電極として一対のしやへい電極8を形
成した後、これらを覆うように窒化アルミニウム
単結晶エピタキシヤル層2を形成しこの表面に第
1電極として弾性表面波検出用電極3および検出
用電極4を形成した構造を示し、bは上記シリコ
ン単結晶基板1′の表面部に部分的に低抵抗シリ
コン層9を形成した後、これらを覆うように窒化
シリコン単結晶エピタキシヤル層2を形成しこの
表面に第1電極として上記発生用電極3および検
出用電極4を形成した構造を示すものである。
第4図a,bは本発明のその他の実施例を示す
もので、aはシリコン単結晶基板1′表面部に第
1電極として弾性表面波発生用電極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
アルミニウム単結晶エピタキシヤル層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
い電極8を形成した構造を示し、bは上記シリコ
ン単結晶基板1′表面部に部分的に高抵抵抗層7
もしくは空乏層を形成し、これらの層に低抵抗シ
リコンから成るくし型状の第1電極としての上記
発生用電極5および検出用電極6を埋め込み形成
した後、これらを覆うように窒化アルミニウム単
結晶エピタキシヤル層2を形成しこの表面に第2
電極として一対のしやへい電極8を形成した構造
を示すものである。
もので、aはシリコン単結晶基板1′表面部に第
1電極として弾性表面波発生用電極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
アルミニウム単結晶エピタキシヤル層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
い電極8を形成した構造を示し、bは上記シリコ
ン単結晶基板1′表面部に部分的に高抵抵抗層7
もしくは空乏層を形成し、これらの層に低抵抗シ
リコンから成るくし型状の第1電極としての上記
発生用電極5および検出用電極6を埋め込み形成
した後、これらを覆うように窒化アルミニウム単
結晶エピタキシヤル層2を形成しこの表面に第2
電極として一対のしやへい電極8を形成した構造
を示すものである。
以上の第1図乃至第4図a,bに示した構造の
弾性表面波素子に対し、その窒化アルミニウム単
結晶エピタキシヤル膜2の圧電軸方向と等価な方
向に弾性表面波を励振(伝播)させた時、第5図
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単結晶
エピタキシヤル層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。
弾性表面波素子に対し、その窒化アルミニウム単
結晶エピタキシヤル膜2の圧電軸方向と等価な方
向に弾性表面波を励振(伝播)させた時、第5図
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単結晶
エピタキシヤル層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。
またKT=2πT/λはシリコン単結晶層1′の
膜厚Tの規格化された厚さを示し、パラメータと
して表わしてある。
膜厚Tの規格化された厚さを示し、パラメータと
して表わしてある。
同図から明らかなように、速度分散特性におい
て第1モードAと第2モードBとの2つのモード
が現われ、上記パラメータKTを0〜1.2の範囲で
増加させると第1モードAにおいて規格化膜厚
2πH/λの2.0近傍で位相速度は極小値を示すよ
うになる。また2πH/λが0.5〜5.0の範囲におい
て、KT=0の構造(すなわちサフアイア基板1
上に窒化アルミニウム単結晶エピタキシヤル層2
が直接形成された構造)よりも、KTが0.5→0.8
→1.0→1.2というように大きくなるにしたがつ
て、位相速度Vpの分散は少なくなり特に0.8以上
が効果的である。
て第1モードAと第2モードBとの2つのモード
が現われ、上記パラメータKTを0〜1.2の範囲で
増加させると第1モードAにおいて規格化膜厚
2πH/λの2.0近傍で位相速度は極小値を示すよ
うになる。また2πH/λが0.5〜5.0の範囲におい
て、KT=0の構造(すなわちサフアイア基板1
上に窒化アルミニウム単結晶エピタキシヤル層2
が直接形成された構造)よりも、KTが0.5→0.8
→1.0→1.2というように大きくなるにしたがつ
て、位相速度Vpの分散は少なくなり特に0.8以上
が効果的である。
第6図は電気機械結合係数の特性曲線を示すも
ので、横軸は第5図と同様な2πH/λで示し、縦
軸は電気機械結合係数Kの二乗値K2で百分率で
示すものである。同図においてA、B、C、Dは
各々第1図、第2図a,b、第3図a,b、第4
図a,bの構造に対応しており、KT=1.2におけ
るK2特性を示している。2πH/λが0.5〜5.0の範
囲において望ましいK2が得られ、圧電性に優れ
ていることを示している。第6図の特性はKT=
1.2の場合であるが、KTが0〜1.2の範囲におい
てはあまり差は見られなかつた。
ので、横軸は第5図と同様な2πH/λで示し、縦
軸は電気機械結合係数Kの二乗値K2で百分率で
示すものである。同図においてA、B、C、Dは
各々第1図、第2図a,b、第3図a,b、第4
図a,bの構造に対応しており、KT=1.2におけ
るK2特性を示している。2πH/λが0.5〜5.0の範
囲において望ましいK2が得られ、圧電性に優れ
ていることを示している。第6図の特性はKT=
1.2の場合であるが、KTが0〜1.2の範囲におい
てはあまり差は見られなかつた。
以上の実施例構造のようにSOS基板上に窒化ア
ルミニウム単結晶エピタキシヤル層を形成するこ
とにより、弾性表面波速度の周波数分散を小さく
できると共に圧電性も良好に向上させることがで
きる。すなわち、弾性表面波(SAW)広帯域信
号処理素子において、SAW速度の周波数分散が
大きくなると信号伝播に伴なう波形歪が無視でき
なくなつて素子動作が劣化するようになるが、上
記実施例の構造を採用することによりKHが0.5〜
5.0およびKTが0〜1.2の範囲では波形歪を小さ
く抑えることができ、また圧電性を改善すること
ができる。上記広帯域信号処理素子としては遅延
線、フイルタ、コンボルバ、コリレータ、フーリ
エ変換器、パラメトリツク相互作用素子等があげ
られるが、これらに限らず共振器、発振器等の狭
帯域信号処理素子について適用しても同様な効果
が得られ、これに伴い設計した動作周波数に合わ
せた素子が製造し易くなるので歩留りが向上して
コストダウンを計ることもできる。
ルミニウム単結晶エピタキシヤル層を形成するこ
とにより、弾性表面波速度の周波数分散を小さく
できると共に圧電性も良好に向上させることがで
きる。すなわち、弾性表面波(SAW)広帯域信
号処理素子において、SAW速度の周波数分散が
大きくなると信号伝播に伴なう波形歪が無視でき
なくなつて素子動作が劣化するようになるが、上
記実施例の構造を採用することによりKHが0.5〜
5.0およびKTが0〜1.2の範囲では波形歪を小さ
く抑えることができ、また圧電性を改善すること
ができる。上記広帯域信号処理素子としては遅延
線、フイルタ、コンボルバ、コリレータ、フーリ
エ変換器、パラメトリツク相互作用素子等があげ
られるが、これらに限らず共振器、発振器等の狭
帯域信号処理素子について適用しても同様な効果
が得られ、これに伴い設計した動作周波数に合わ
せた素子が製造し易くなるので歩留りが向上して
コストダウンを計ることもできる。
第7図は特に第2モードBの場合の電気機械結
合係数Kの二乗値K2特性を示すものである。同
図から明らかなようにK2値は小さくなつて圧電
性は小さいが、第5図から明らかなようにSAW
音速は第1モードAに比べ速くなり、かつ音速の
分散も小さくなるので、共振器のように圧電性の
要求されない素子に適用すれば十分実用的であ
る。また音速が第1モードAよりも大きいことか
ら、電極パターンの加工が容易となるメリツトも
得られる。
合係数Kの二乗値K2特性を示すものである。同
図から明らかなようにK2値は小さくなつて圧電
性は小さいが、第5図から明らかなようにSAW
音速は第1モードAに比べ速くなり、かつ音速の
分散も小さくなるので、共振器のように圧電性の
要求されない素子に適用すれば十分実用的であ
る。また音速が第1モードAよりも大きいことか
ら、電極パターンの加工が容易となるメリツトも
得られる。
窒化アルミニウム膜は従来における酸化亜鉛膜
に比べ本質的に良好な絶縁性と電気的安定性を有
し、またICプロセスに対して無害なので半導体
集積回路と同一基板上に形成することが可能であ
る。この場合MO−CVD技術を用いることによ
り容易に形成することができ、MO−CVD技術
は半導体ICプロセスに合致する。さらに窒化ア
ルミニウム膜は膜質が均一なので高周波における
伝播損失を小さく抑えることができる。
に比べ本質的に良好な絶縁性と電気的安定性を有
し、またICプロセスに対して無害なので半導体
集積回路と同一基板上に形成することが可能であ
る。この場合MO−CVD技術を用いることによ
り容易に形成することができ、MO−CVD技術
は半導体ICプロセスに合致する。さらに窒化ア
ルミニウム膜は膜質が均一なので高周波における
伝播損失を小さく抑えることができる。
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 エピタキシヤル膜による窒化アルミニウム膜
を用いるので、膜質が均一であり高周波での伝
播損失が小さい。
を用いるので、膜質が均一であり高周波での伝
播損失が小さい。
2 弾性表面波音速が大きいため高周波での波長
が大きくなり、くし型電極等の製造が容易にな
る。
が大きくなり、くし型電極等の製造が容易にな
る。
3 弾性表面波音速の周波数分散が小さく抑えら
れるので、信号伝播に伴なう波形歪が小さくな
る。
れるので、信号伝播に伴なう波形歪が小さくな
る。
4 共通半導体基板上に集積回路および弾性表面
波素子を形成するモノリシツク構造が可能とな
る。
波素子を形成するモノリシツク構造が可能とな
る。
5 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は1016Ωcm以上のも
のが得られるため、電気的に安定であり、MO
−CVD技術を用いて容易に形成できるためシ
リコンのICプロセスと合致する。
6.2eVと大きくまた比抵抗は1016Ωcm以上のも
のが得られるため、電気的に安定であり、MO
−CVD技術を用いて容易に形成できるためシ
リコンのICプロセスと合致する。
6 窒化アルミニウム膜の圧電軸がサフアイア基
板と平行なので、電気機械結合係数が約1%程
度と大きなものが得られる。
板と平行なので、電気機械結合係数が約1%程
度と大きなものが得られる。
以上のように本発明による構造は、特に弾性表
面波素子と半導体集積回路とを同一半導体基板上
に形成することができるため広範囲の用途への適
用が可能となる。
面波素子と半導体集積回路とを同一半導体基板上
に形成することができるため広範囲の用途への適
用が可能となる。
第1図、第2図a,b、第3図a,bおよび第
4図a,bはいずれも本発明実施例を示す断面
図、第5図乃至第7図は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……サフアイア基板、1′……シリコン単結
晶層、2……窒化アルミニウム単結晶エピタキシ
ヤル層、3,4,5,6……くし型電極、7……
高抵抗シリコン層、8……しやへい電極、9……
低抵抗シリコン層。
4図a,bはいずれも本発明実施例を示す断面
図、第5図乃至第7図は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……サフアイア基板、1′……シリコン単結
晶層、2……窒化アルミニウム単結晶エピタキシ
ヤル層、3,4,5,6……くし型電極、7……
高抵抗シリコン層、8……しやへい電極、9……
低抵抗シリコン層。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1 サフアイア基板と、この上に形成されたシリ
コン単結晶層と、このシリコン単結晶層上に形成
され、かつ圧電軸が上記サフアイア基板と平行な
窒化アルミニウム単結晶エピタキシヤル層と、こ
れらの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 上記シリコン単結晶層が(001)結晶面もし
くはそれと等価な面から成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素子。 3 上記窒化アルミニウム単結晶エピタキシヤル
層の圧電軸と等価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2項記載の
弾性表面波素子。 4 上記窒化アルミニウム単結晶エピタキシヤル
層の膜厚Hが、0.5<2πH/λ<5.0(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2項又は第3項記載
の弾性表面波素子。 5 上記シリコン単結晶層の膜厚Tが、2πT/λ
<1.2(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
2項乃至第4項のいずれかに記載の弾性表面波素
子。 6 上記電極が窒化アルミニウム単結晶エピタキ
シヤル層の表面部に形成されたことを特徴とする
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。 7 上記電極がシリコン単結晶層と窒化アルミニ
ウム単結晶エピタキシヤル層間に形成されたこと
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。 8 上記電極が窒化アルミニウム単結晶エピタキ
シヤル層の表面部に一対の第1電極として形成さ
れ、上記シリコン単結晶層と窒化アルミニウム単
結晶エピタキシヤル層間に他に第2電極として一
対のしやへい電極が形成されたことを特徴とする
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。 9 上記電極がシリコン単結晶層と窒化アルミニ
ウム単結晶エピタキシヤル層間に一対の第1電極
として形成され、上記窒化アルミニウム単結晶エ
ピタキシヤル層の表面部に他に第2電極として一
対のしやへい電極が形成されたことを特徴とする
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 (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP16379381A JPS5864815A (ja) | 1981-10-14 | 1981-10-14 | 弾性表面波素子 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP16379381A JPS5864815A (ja) | 1981-10-14 | 1981-10-14 | 弾性表面波素子 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS5864815A JPS5864815A (ja) | 1983-04-18 |
JPH025331B2 true JPH025331B2 (ja) | 1990-02-01 |
Family
ID=15780802
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP16379381A Granted JPS5864815A (ja) | 1981-10-14 | 1981-10-14 | 弾性表面波素子 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS5864815A (ja) |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH01125012A (ja) * | 1987-11-09 | 1989-05-17 | Sanyo Electric Co Ltd | 弾性表面波素子 |
JPH01106514A (ja) * | 1987-10-19 | 1989-04-24 | Sanyo Electric Co Ltd | 弾性表面波素子 |
JPH01233819A (ja) * | 1988-03-15 | 1989-09-19 | Fujitsu Ltd | 弾性表面波ディバイス |
JPH01236712A (ja) * | 1988-03-17 | 1989-09-21 | Fujitsu Ltd | 弾性表面波ディバイス |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS513183A (en) * | 1974-06-24 | 1976-01-12 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Atsudenseisoshi |
-
1981
- 1981-10-14 JP JP16379381A patent/JPS5864815A/ja active Granted
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS513183A (en) * | 1974-06-24 | 1976-01-12 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Atsudenseisoshi |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS5864815A (ja) | 1983-04-18 |
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