JPH04109709A - 弾性表面波素子 - Google Patents
弾性表面波素子Info
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- JPH04109709A JPH04109709A JP22934090A JP22934090A JPH04109709A JP H04109709 A JPH04109709 A JP H04109709A JP 22934090 A JP22934090 A JP 22934090A JP 22934090 A JP22934090 A JP 22934090A JP H04109709 A JPH04109709 A JP H04109709A
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- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims abstract description 42
- PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M copper(1+);methylsulfanylmethane;bromide Chemical compound Br[Cu].CSC PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims abstract description 32
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 31
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Landscapes
- Surface Acoustic Wave Elements And Circuit Networks Thereof (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
(イ)産業上の利用分野
本発明はサファイア単結晶基板上に窒化アルミニウム圧
電膜を形成した弾性表面波素子に関するものである。
電膜を形成した弾性表面波素子に関するものである。
(ロ)従来の技術
弾性表面波素子は小形で、しかも温度及び経年変化に対
して安定である上、櫛型電極の形状を変よることによっ
て、任意のフィルター特性が得られる為、例えばテレビ
ジョン受像機のIFフィルター、衛星放送用のIFフィ
ルター、VTRのRFコンバータ発信器等に広く応用さ
れている。
して安定である上、櫛型電極の形状を変よることによっ
て、任意のフィルター特性が得られる為、例えばテレビ
ジョン受像機のIFフィルター、衛星放送用のIFフィ
ルター、VTRのRFコンバータ発信器等に広く応用さ
れている。
弾性表面波素子においては、電気エネルギーを弾性表面
波(機械)エネルギーに変換する際の効率を表わす電気
機械結合係数(K″)ができるだけ大きいことが望まし
い。
波(機械)エネルギーに変換する際の効率を表わす電気
機械結合係数(K″)ができるだけ大きいことが望まし
い。
本願出願人は、特開平1 106514号公報(HO3
H9/ 25 )及び特開平1−125012号公報(
HO3H9/25)にて、基板上に弾性表面波の数波要
分の厚さ(例えば、20〜30pm)の窒化アルミニウ
ム圧電膜を形成した弾性表面波素子において、窒化アル
ミニウム圧電膜のC軸配向方向を圧電膜法線に対して傾
けた弾性表面波素子を提案した。この弾性表面波素子に
よれば、従来の弾性表面波素子よりも高い電気機械結合
係数を得ることができる。
H9/ 25 )及び特開平1−125012号公報(
HO3H9/25)にて、基板上に弾性表面波の数波要
分の厚さ(例えば、20〜30pm)の窒化アルミニウ
ム圧電膜を形成した弾性表面波素子において、窒化アル
ミニウム圧電膜のC軸配向方向を圧電膜法線に対して傾
けた弾性表面波素子を提案した。この弾性表面波素子に
よれば、従来の弾性表面波素子よりも高い電気機械結合
係数を得ることができる。
従来、サファイア単結晶基板上に窒化アルミニウム圧電
膜を形成した弾性表面波素子としては、特開昭58−1
56215号公報(HO3H9/25)に示されている
ものが知られている。この弾性表面波素子は、窒化アル
ミニウム圧電膜が弾性表面波の1波長以下の厚みで形成
されている。
膜を形成した弾性表面波素子としては、特開昭58−1
56215号公報(HO3H9/25)に示されている
ものが知られている。この弾性表面波素子は、窒化アル
ミニウム圧電膜が弾性表面波の1波長以下の厚みで形成
されている。
圧電膜がこのような弾性表面波の数波長以下の厚さの薄
膜である場合、電気機械結合係数は圧電膜の結晶構造や
膜厚等の特性のみならず、基板の結晶構造等に関係する
。そして、上記公報では、窒化アルミニウム圧電膜のC
軸をサファイア単結晶基板に対して平行あるいは垂直に
なるよう形成して、窒化アルミニウム圧電膜の膜厚の最
適条件についての考察が為されている。
膜である場合、電気機械結合係数は圧電膜の結晶構造や
膜厚等の特性のみならず、基板の結晶構造等に関係する
。そして、上記公報では、窒化アルミニウム圧電膜のC
軸をサファイア単結晶基板に対して平行あるいは垂直に
なるよう形成して、窒化アルミニウム圧電膜の膜厚の最
適条件についての考察が為されている。
(ハ)考案が解決しようとする課題
しかしながら、上記公報においては、窒化アルミニウム
圧電膜のC軸がシリコン単結晶基板に対して平行もしく
は垂直にした場合のみについて開示されているに過ぎず
、この場合の電気機械結合係数は最適な条件において0
: 8 %であった。
圧電膜のC軸がシリコン単結晶基板に対して平行もしく
は垂直にした場合のみについて開示されているに過ぎず
、この場合の電気機械結合係数は最適な条件において0
: 8 %であった。
そこで本発明は、サファイア単結晶基板上に弾性表面波
の数波長以下の窒化アルミニウム圧電膜を弾性表面波の
数波長以下の厚みで形成した弾性表面波素子においても
、窒化アルミニウム圧電膜のC軸をサファイア単結晶基
板に対して傾けることによって、従来よりも電気機械結
合係数の大きい弾性表面波素子を実現することを目的と
するものである。
の数波長以下の窒化アルミニウム圧電膜を弾性表面波の
数波長以下の厚みで形成した弾性表面波素子においても
、窒化アルミニウム圧電膜のC軸をサファイア単結晶基
板に対して傾けることによって、従来よりも電気機械結
合係数の大きい弾性表面波素子を実現することを目的と
するものである。
(ニ)課題を解決するための手段
本発明はサファイア単結晶基板と、該サファイア単結晶
基板上に形成される単結晶もしくはC軸配向窒化アルミ
ニウム圧電膜とを備える弾性表面波素子であって、弾性
表面波の伝播方向軸と前記サファイア単結晶基板表面の
法線軸とを含む投影面へのiij記窒化アルミニウム圧
電膜のC軸の投影軸が前記法線軸に対して所定の傾斜角
(θ)を有することを特徴とする。
基板上に形成される単結晶もしくはC軸配向窒化アルミ
ニウム圧電膜とを備える弾性表面波素子であって、弾性
表面波の伝播方向軸と前記サファイア単結晶基板表面の
法線軸とを含む投影面へのiij記窒化アルミニウム圧
電膜のC軸の投影軸が前記法線軸に対して所定の傾斜角
(θ)を有することを特徴とする。
(ホ)作 用
本発明による弾性表面波素子は上記のように構成するこ
とにより電気機械結合係数が向上する。
とにより電気機械結合係数が向上する。
(へ)実施例
本発明の一実施例を図面に従い説明する。
第1図は本発明による弾性表面波素子の構造を示す図で
ある。(1)はサファイア単結晶基板である6(2)は
サファイア単結晶基板(1)上にCVD法あるいはスパ
ッタリング法等により形成された単結晶もしくはC軸配
向性の窒化アルミニウム圧電膜である。(1a)は弾性
表面波の伝播方向を示すX軸、(1b)はサファイア単
結晶基板(1)表面の法線方向を示すZ軸、(IC)は
X軸(1a)および2軸(lb)に対して垂直な方向を
示すY軸である。(2a)は窒化アルミニウム圧電膜(
2)のC軸である。(2a’)は弾性表面波の伝播方向
軸(X軸(la))とサファイア単結晶基板表面の法線
軸(Z軸(lb))とを含む投影面(X−Z面)へのC
軸(2a)の投影軸である。この投影軸(2a ’ )
は法線軸(Z軸(lb))に対して所定の傾斜角(θ)
を有している。
ある。(1)はサファイア単結晶基板である6(2)は
サファイア単結晶基板(1)上にCVD法あるいはスパ
ッタリング法等により形成された単結晶もしくはC軸配
向性の窒化アルミニウム圧電膜である。(1a)は弾性
表面波の伝播方向を示すX軸、(1b)はサファイア単
結晶基板(1)表面の法線方向を示すZ軸、(IC)は
X軸(1a)および2軸(lb)に対して垂直な方向を
示すY軸である。(2a)は窒化アルミニウム圧電膜(
2)のC軸である。(2a’)は弾性表面波の伝播方向
軸(X軸(la))とサファイア単結晶基板表面の法線
軸(Z軸(lb))とを含む投影面(X−Z面)へのC
軸(2a)の投影軸である。この投影軸(2a ’ )
は法線軸(Z軸(lb))に対して所定の傾斜角(θ)
を有している。
(3)は櫛形の送信電極、(4)は櫛形の受信電極であ
り、窒化アルミニウム圧電膜(2)上に互いに対向して
形成される。弾性表面波は送信電極(3)から受信電極
(4)に向かって矢印(W)の方向、すなわちX軸(1
a)方向に伝播する。
り、窒化アルミニウム圧電膜(2)上に互いに対向して
形成される。弾性表面波は送信電極(3)から受信電極
(4)に向かって矢印(W)の方向、すなわちX軸(1
a)方向に伝播する。
なお、本実施例では送信電極(3)および受信電極(4
)は窒化アルミニウム圧電膜(2)上に形成しているが
、サファイア単結晶基板(1)と窒化アルミニウム圧電
膜(2)との間に形成してもよい。
)は窒化アルミニウム圧電膜(2)上に形成しているが
、サファイア単結晶基板(1)と窒化アルミニウム圧電
膜(2)との間に形成してもよい。
第2図は第1図に示す実施例の弾性表面波素子を収納し
たパッケージの外観図である。入力端子(5)(5“)
は弾性表面波素子上の送信電極(3)に、出力端子(6
)(6°)は弾性表面波素子上の受信電極(4)にそれ
ぞれ電気的に接続されている。
たパッケージの外観図である。入力端子(5)(5“)
は弾性表面波素子上の送信電極(3)に、出力端子(6
)(6°)は弾性表面波素子上の受信電極(4)にそれ
ぞれ電気的に接続されている。
外部から電気信号が入力端子(5)(5’)に入力され
ると、送信電極(3)から入力信号に応じた弾性表面波
が励振される。そして弾性表面波は受信電極(4)で受
信され、再び電気信号として出力端子(6)(6’)か
ら出力される。
ると、送信電極(3)から入力信号に応じた弾性表面波
が励振される。そして弾性表面波は受信電極(4)で受
信され、再び電気信号として出力端子(6)(6’)か
ら出力される。
次に、上記構成の弾性表面波素子の電気機械結合係数に
ついて調べた結果について説明する。
ついて調べた結果について説明する。
電気機械結合係数の算出に際しては、例えば、I E
E E T ransaction on 5oni
cs and Ultrasonics、vol、5U
−15,No4,0ctober 1968. p20
9−217”A Method for Estima
ting Optimal Crystal Cuts
and P ropagation Dir−ect
ion for Excitation of P 1
ezoelectric 5urfa、ce Wave
sに開示された計算手法を用いることが出来る。
E E T ransaction on 5oni
cs and Ultrasonics、vol、5U
−15,No4,0ctober 1968. p20
9−217”A Method for Estima
ting Optimal Crystal Cuts
and P ropagation Dir−ect
ion for Excitation of P 1
ezoelectric 5urfa、ce Wave
sに開示された計算手法を用いることが出来る。
斯種計算手法は、窒化アルミニウム圧電膜の異方性及び
圧電性を考慮した圧電基本式、ニュートンの運動方程式
、マックスウェルの電磁方程式等を、数値解析により解
くものであり、これによって窒化アルミニウム圧電膜の
表面を電気的に短絡したときの表面波伝播速度vmと、
自由表面での伝播速度Vfとが算出される。
圧電性を考慮した圧電基本式、ニュートンの運動方程式
、マックスウェルの電磁方程式等を、数値解析により解
くものであり、これによって窒化アルミニウム圧電膜の
表面を電気的に短絡したときの表面波伝播速度vmと、
自由表面での伝播速度Vfとが算出される。
そして、このVm、Vfから電気機械結合係数は、“表
面波デバイスとその応用”電子材料工業全編、16頁に
も開示されている様に、次式によって計算される。
面波デバイスとその応用”電子材料工業全編、16頁に
も開示されている様に、次式によって計算される。
K ”= 2 (V f −Vm)/ V f第3図は
、第1図に示されるような構造の弾性表面波素子におい
て、サファイア単結晶基板(1)が(0001)結晶面
もしくはそれと等価な面からなり、弾性表面波の伝播方
向軸がサファイア単結晶層(1)の[1−100]軸も
しくはそれと等価な軸であり、且つ窒化アルミニウム圧
電膜(2)のC軸(2a)が投影面内にあるとき(C軸
(2a)が投影軸(2a ’ )に等しいとき)、傾斜
角(θ)を0度から90度の範囲で変化させたときの電
気機械結合係数(Kりの特性曲線を示すものである。(
A)は2πh/λ=2.0、(B)は2πh/λ=3.
0、(C)は2πh/λ=4.0の場合の電気機械結合
係数の特性曲線である。ただし、hは窒化アルミニウム
圧電膜(2)の膜厚、λは弾性表面波の波長を表す。
、第1図に示されるような構造の弾性表面波素子におい
て、サファイア単結晶基板(1)が(0001)結晶面
もしくはそれと等価な面からなり、弾性表面波の伝播方
向軸がサファイア単結晶層(1)の[1−100]軸も
しくはそれと等価な軸であり、且つ窒化アルミニウム圧
電膜(2)のC軸(2a)が投影面内にあるとき(C軸
(2a)が投影軸(2a ’ )に等しいとき)、傾斜
角(θ)を0度から90度の範囲で変化させたときの電
気機械結合係数(Kりの特性曲線を示すものである。(
A)は2πh/λ=2.0、(B)は2πh/λ=3.
0、(C)は2πh/λ=4.0の場合の電気機械結合
係数の特性曲線である。ただし、hは窒化アルミニウム
圧電膜(2)の膜厚、λは弾性表面波の波長を表す。
これら特性曲線(A )(B )(C)は何れも傾斜角
(θ)が0度から大きくなるに従い電気機械結合係数(
K″)は増加し、ある傾斜角(θ)になるとピークに達
し、その後減少している。この特性から、電気機械結合
係数(K8)は、特性曲線(A)では傾斜角(θ)が約
44度〜90度、(B)では約36度〜90度、そして
(C)では約34度〜90度の範囲において、傾斜角(
θ)が90度、すなわち窒化アルミニウム圧電膜(2)
のC軸(2a)が、サファイア単結晶基板(2)と平行
のときよりも大きくなることがわかる。例えば特性曲線
(C)(2πh/λ=4.0)においては、傾斜角(θ
)が0度より大きくなるに従い電気機械結合係数(Kり
は大きくなり、傾斜角(θ)が約50度で最高値1.0
%を示している。
(θ)が0度から大きくなるに従い電気機械結合係数(
K″)は増加し、ある傾斜角(θ)になるとピークに達
し、その後減少している。この特性から、電気機械結合
係数(K8)は、特性曲線(A)では傾斜角(θ)が約
44度〜90度、(B)では約36度〜90度、そして
(C)では約34度〜90度の範囲において、傾斜角(
θ)が90度、すなわち窒化アルミニウム圧電膜(2)
のC軸(2a)が、サファイア単結晶基板(2)と平行
のときよりも大きくなることがわかる。例えば特性曲線
(C)(2πh/λ=4.0)においては、傾斜角(θ
)が0度より大きくなるに従い電気機械結合係数(Kり
は大きくなり、傾斜角(θ)が約50度で最高値1.0
%を示している。
また、2πh/λの値が小さい捏持性曲線のピークはな
だらかになっており、2πh/λが約2.0より小さく
なると特性曲線はピークを持たなくなる。
だらかになっており、2πh/λが約2.0より小さく
なると特性曲線はピークを持たなくなる。
このように、2πh/λが2.0以上で、傾斜角(θ)
が30度≦θ<90度の範囲にある時、(K″)が約0
.5%を超える高い値の電気機械結合係数(K ”)を
持つ弾性表面波素子が得られる。
が30度≦θ<90度の範囲にある時、(K″)が約0
.5%を超える高い値の電気機械結合係数(K ”)を
持つ弾性表面波素子が得られる。
第4図は第3図の場合に高い効果が得られる30度≦θ
<90度の角度領域をハツチングを施して示したもので
ある。このように結晶軸を中心として対称の関係にある
角度範囲で全く同じ効果が得られるのは、結晶学的にも
明らかである。
<90度の角度領域をハツチングを施して示したもので
ある。このように結晶軸を中心として対称の関係にある
角度範囲で全く同じ効果が得られるのは、結晶学的にも
明らかである。
なお、本実施例では傾斜角(θ)に対する電気機械結合
係数(Kりの特性を、窒化アルミニウム圧電膜(2)の
C軸(2a)が投影面内にある場合について説明したが
、C軸(2a)は投影面から外にずれた場合にも略同様
の結果が得られる。
係数(Kりの特性を、窒化アルミニウム圧電膜(2)の
C軸(2a)が投影面内にある場合について説明したが
、C軸(2a)は投影面から外にずれた場合にも略同様
の結果が得られる。
(ト)発明の詳細
な説明したように、本発明はサファイア単結晶基板上に
、単結晶もしくはC軸配向窒化アルミニウム圧電膜を形
成した弾性表面波素子において、窒化アルミニウム圧電
膜のC軸をサファイア単結晶基板表面にすして傾斜させ
ることにより、従来よりも電気機械結合係数が大きい優
れた特性を有する弾性表面波素子を実現できる。
、単結晶もしくはC軸配向窒化アルミニウム圧電膜を形
成した弾性表面波素子において、窒化アルミニウム圧電
膜のC軸をサファイア単結晶基板表面にすして傾斜させ
ることにより、従来よりも電気機械結合係数が大きい優
れた特性を有する弾性表面波素子を実現できる。
第1図は本発明による弾性表面波素子の構造をj(す図
、第2図は本発明による弾性表面波素fを収納したパッ
ケージの外観を示す図、第3図は傾斜角(θ)に対する
電気機械結合係数(K’)の特性曲線を示す図、第4図
は高い電気機械結合係数が得られる傾斜角の範囲を示す
図である。 (1)・・・サファイア単結晶基板、(2)・・・窒化
アルミニウム圧電膜、(3)・・・送信電極、(4)・
・・受信電極、(1a)・・・伝播方向軸(X軸)、(
lb)・・・法線軸(Z軸) 、C2a>−C軸、(2
a ’ )−・投影軸。
、第2図は本発明による弾性表面波素fを収納したパッ
ケージの外観を示す図、第3図は傾斜角(θ)に対する
電気機械結合係数(K’)の特性曲線を示す図、第4図
は高い電気機械結合係数が得られる傾斜角の範囲を示す
図である。 (1)・・・サファイア単結晶基板、(2)・・・窒化
アルミニウム圧電膜、(3)・・・送信電極、(4)・
・・受信電極、(1a)・・・伝播方向軸(X軸)、(
lb)・・・法線軸(Z軸) 、C2a>−C軸、(2
a ’ )−・投影軸。
Claims (5)
- (1)サファイア単結晶基板と、該サファイア単結晶基
板上に形成される単結晶もしくはC軸配向窒化アルミニ
ウム圧電膜とを備える弾性表面波素子において、弾性表
面波の伝播方向軸と前記サファイア単結晶基板表面の法
線軸とを含む投影面への前記窒化アルミニウム圧電膜の
C軸の投影軸が前記法線軸に対して所定の傾斜角(θ)
を有することを特徴とする弾性表面波素子。 - (2)前記サファイア単結晶基板は(0001)結晶面
もしくはそれと等価な面からなることを特徴とする請求
項1記載の弾性表面波素子。 - (3)前記窒化アルミニウム圧電膜の膜厚(h)が2π
h/λ≧2.0(ただし、λは弾性表面波の波長を示す
)の範囲に設定されていることを特徴とする請求項2記
載の弾性表面波素子。 - (4)前記C軸は前記投影面内にあり、前記傾斜角(θ
)が30度≦θ<90度の範囲に設定されていることを
特徴とする請求項3記載の弾性表面波素子。 - (5)前記伝播方向軸は前記サファイア単結晶基板の[
1■00]軸もしくはそれと等価な軸であることを特徴
とする請求項4記載の弾性表面波素子。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP22934090A JPH04109709A (ja) | 1990-08-29 | 1990-08-29 | 弾性表面波素子 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP22934090A JPH04109709A (ja) | 1990-08-29 | 1990-08-29 | 弾性表面波素子 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH04109709A true JPH04109709A (ja) | 1992-04-10 |
Family
ID=16890628
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP22934090A Pending JPH04109709A (ja) | 1990-08-29 | 1990-08-29 | 弾性表面波素子 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH04109709A (ja) |
Cited By (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6259186B1 (en) | 1997-06-02 | 2001-07-10 | Asahi Kasei Kabushiki Kaisha | Surface acoustic wave functional wave |
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