JPH0537287A

JPH0537287A - 超高周波発振器／共振器

Info

Publication number: JPH0537287A
Application number: JP2418551A
Authority: JP
Inventors: Ronald Legge; ロナルド・レツジ; Curtis D Moyer; カーテイス・デー・モイヤー
Original assignee: Motorola Inc
Current assignee: Motorola Solutions Inc
Priority date: 1990-01-03
Filing date: 1990-12-28
Publication date: 1993-02-12
Also published as: US5023503A; CA2033318C; MX167068B; DE4100060A1; CA2033318A1; DE4100060C2

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】超高周波発振波を生成するために、圧電ビー
ムを用いてＡＣ信号をろ波する方法を提供する。また、
他の半導体デバイスとモノリシック集積化が可能な、圧
電共振器を提供する。【構成】圧電層１３は機械的支持体１４上に形成さ
れ、その一部がビーム１６を形成する。このビーム１６
は機械的支持体１４から伸び、空隙１２がビーム１６の
下に形成されている。音波が圧電層１３内で伝播する
と、ビーム１６は空隙内において共振周波数で自由に振
動する。駆動電極１７は圧電層１３に対してショットキ
接觸をし、その下に空乏領域１９が形成される。共振周
波数成分を有し、ろ波されていないＡＣ信号が、駆動電
極１７に結合されて、音波を生成する。ビームの振動に
よって圧電層上に生じる表面電荷によって、共振周波数
成分は空乏領域１９を通り抜ける。また共振周波数成分
は、トンネル電流により空隙を通り抜けることができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、一般に共振器および発
振器に関し、さらに詳しくは他の電子デバイスと集積回
路を組むことが可能な圧電共振器および発振器に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】ラジオ受信装置、特にページング受信
器、セルラ無線機およびマイクロ波衛星通信システムを
設計する際に、システムを構成するコンポーネントはで
きるだけスペースをとらないことが望ましい。また、で
きるだけ多くのコンポーネントを１つの集積回路に組み
入れることが望ましい。このように集積化することによ
り、無線装置を製造するのに必要な接続箇所を少なく
し、信頼性を大幅に向上させ、製造コストを削減でき
る。

【０００３】コンパクト化の他に、動作周波数の高周波
数化が進んでいる。このため、電子コンポーネントで使
用するギガヘルツ（ＧＨｚ）で動作可能な半導体材料が
利用されている。ガリウムヒ素集積回路はギガヘルツで
動作可能である。高周波無線装置の動作で基本的な問題
の１つに、情報の送受信に用いる高周波発振信号を生成
するという問題がある。同様に、ギガヘルツ周波数範囲
で高周波フィルタとして利用可能な共振回路が必要とさ
れる。

【０００４】特定の結晶材料は圧電特性を有することが
以前から知られている。具体的には、外部応力を加える
と結晶表面に電荷が生じる、いわゆる直接的圧電効果が
ある。また、結晶表面に外部から電荷を印加すると結晶
が歪んだり変形する、いわゆる逆圧電効果がある。これ
らの効果は、バルク音波（ｂｕｌｋａｃｏｕｓｔｉｃ
ｗａｖｅ）を結晶中、一般的には結晶の相対する面に
配置した電極間を伝播させる結晶発振器やその他のデバ
イスで長年利用されてきた。

【０００５】一般に、高周波発振器および共振器を製作
するのに水晶が用いられる。このような水晶発振器は、
音波が水晶本体（バルク）全体にわたって伝播するた
め、バルク音波デバイス（ｂｕｌｋａｃｏｕｓｔｉｃ
ｗａｖｅｄｅｖｉｃｅ）と呼ばれている。しかし、
水晶発振器は他のコンポーネントとの集積化が不可能で
あり、従って、回路板やハイブリッド基板上で他のコン
ポーネントに結合しなければならない。また、水晶発振
器技術では、高周波数における発振器能力が限定され
る。このようにバルク波を用いることにより、水晶発振
器やフィルタは良好な温度安定性が得られるが、その周
波数は過大な静電容量により約２００メガヘルツ（ＭＨ
ｚ）、より一般的には５０ＭＨｚ以下に制限される。そ
の結果、高周波化を達成するためには、周波数逓倍器な
どのコンポーネントを追加しなければならない。また、
逓倍器により高周波数が得られても、精度と安定性が犠
牲になる。周波数逓倍回路のコスト、精度およびサイズ
は必要な倍数に比例するため、できるだけ周波数倍数を
小さくすることが有利である。

【０００６】バルク音波デバイスとは別に、電気音響デ
バイス（ｅｌｅｃｔｒｏａｃｏｕｓｔｉｃｄｅｖｉｃ
ｅ）と呼ばれる他の圧電デバイスは２種類に分類され
る：すなわち、表面音波型（ｓｕｒｆａｃｅａｃｏｕ
ｓｔｉｃｗａｖｅ：ＳＡＷ）と浅深バルク音波型（ｓ
ｈａｌｌｏｗｂｕｌｋａｃｏｕｓｔｉｃｗａｖｅ：
ＳＢＡＷ）である。その名前が示すように、各タイプ
は、圧電膜に対する音波の位置を示している：すなわ
ち、ＳＡＷ型では音波が表面にあり、ＳＢＡＷ型では表
面のすぐ下にある。ＳＢＡＷ方式を用いたデバイスはＳ
ＡＷ型デバイスに比較して安定しており、また高周波で
動作可能であるため広く普及している。

【０００７】音波は、圧電膜に電界を加えることにより
膜内に生じる。ほとんどの圧電膜は絶縁体であるので、
膜に電界を加えることは簡単である。縦波は、圧電膜の
相対する表面にわたって電界を加えることで得られ、ま
た横波は単一表面上に配置した２本の電極により得られ
る。発振電界またはパルス電界を膜に加えると、発振音
波が生じる。音波発振器／共振器を作るためには、定在
音波を膜内に発生させなければならない。定在音波の周
波数は、デバイスの形状および圧電材料の物性に応じて
変化する。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】また、シリコン構造を
ミクロ形成（ｍｉｃｏｒｍａｃｈｉｎｉｎｇ）して、内
部に音波を生成すると発振できる振動板（ｄｉａｐｈｒ
ａｇｍ）、ビーム（ｂｅａｍ）およびカンチレバー・ビ
ーム（ｃａｎｔｉｌｅｖｅｒｂｅａｍ）を作る技術も
知られている。シリコンは圧電材料ではないので、ミク
ロ形成したシリコン構造の上に圧電層を形成しないと電
気音響デバイスは作ることができなかった。これらのミ
クロ形成構造は従来の半導体製造技術を用いて形成でき
ることから、ミクロ形成された構造では形状を小さくで
きるので高周波動作が可能となる。しかし、圧電膜は非
圧電半導体構造上に付着されるので、ミクロ形成法を用
いたとしても、圧電膜はさもなければ静止状態にある構
造（ｑｕｉｅｓｃｅｎｔｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）によっ
て支持されていた。圧電膜と非圧電材料を機械的に結合
させると、音波が減衰され、音波フィルタおよび発振器
のＱ（ｑｕａｌｉｔｙｆａｃｔｏｒ）は低下する。これ
まで、圧電層が支持されていないデバイスは入手できな
かった。

【０００９】従って、本発明の目的は、超高周波数の発
振波を生成する方法を提供することである。

【００１０】本発明の他の目的は、他の半導体デバイス
とモノリシック集積化が可能な圧電共振器を提供するこ
とである。

【００１１】さらに、本発明の目的は、改善された信頼
性を有する共振器を提供することである。

【００１２】本発明の別の目的は、圧電素子が非圧電材
料によって支持されていない圧電共振器を提供すること
である。

【００１３】さらに、本発明の他の目的は、圧電半導体
材料を用いる電気音響共振器／発振器を提供することで
ある。

【００１４】本発明のさらに別の目的は、ショットキ・
ゲートを用いて音波を発生する電気音響共振器を提供す
ることである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明のこれらおよび他
の目的および利点は、電気発振信号をろ波する方法によ
って得られ、ここで、圧電膜が機械的支持体上に形成さ
れ、圧電膜の一部が機械的支持体から伸びるビームを形
成し、それによりビームの下に空隙が形成され、音波が
圧電層中を伝播する時、このビームは空隙内において共
振周波数で自由に振動する。

【００１６】少なくとも１つの駆動電極が圧電膜に結合
され、この圧電膜に対してショットキ接触を形成するこ
とが望ましい。空乏領域が、ショットキ接触により駆動
電極の下に形成される。ろ波されていないＡＣ信号が駆
動電極に結合されると、このろ波されていないＡＣ信号
に共振周波数成分が含まれている時、音波が生じる。ビ
ームの振動により圧電膜に生じる表面電荷により、ろ波
されていないＡＣ信号の共振周波数成分が空乏領域中を
通り抜けるか、あるいは半導体デバイスをスイッチング
する。または、共振周波数成分はトンネル電流（ｔｕｎ
ｎｅｌｃｕｒｒｅｎｔ）により空隙内を通り抜けさせ
ることができる。

【００１７】

【実施例】図１は、本発明の圧電共振器の第１実施例に
ついて製造工程初期におけるきわめて簡略な断面図であ
る。この基本構造について多くの変形例が本発明の方法
を用いて可能であり、容易に想像できることが理解され
る。圧電共振器は個別のコンポーネンとして製造でき、
また集積回路上で他の電子デバイスと集積させて、同調
増幅器または発振器機能を得ることができる。同調増幅
器は、共振器にゲイン構造を追加することにより得ら
れ、また発振器は、共振器にゲイン構造と適切な帰還
（ｆｅｅｄｂａｃｋ）を追加することにより得られる。
共振器として機能する本発明の第１および第２実施例に
ついて説明し、また第３実施例はトンネル・ゲイン素子
（ｔｕｎｎｅｌｉｎｇｇａｉｎｅｌｅｍｅｎｔ）を
有する共振器について説明する。これら３つの実施例
は、構造的にはそれほど変わりなく、本発明の異なる動
作モードについて説明するものである。

【００１８】第１実施例において、半導体層１１は半絶
縁または高抵抗層から成り、またガリウムヒ素（ＧａＡ
ｓ）等のＩＩＩ−Ｖ族化合物材料から成る。ＧａＡｓで
は、他の高周波デバイスを同一層上に形成できかつ既知
の半導体製造技術を用いて共振構造を製造できるため、
ＧａＡｓが有用である。半導体層１１は、エピタキシャ
ル成長技術を用いて他の半導体または半絶縁基板上に形
成することができる。

【００１９】第１実施例において、半導体層１４はドー
ピングされた半導体材料から成る。半導体層１４は、半
導体層１１を覆う連続した層として形成される。圧電層
１３は、ビーム支持体１４上に形成される。圧電層１３
については、従来の半導体技術を用いてパターン形成
し、エッチングされる。また、圧電層１３は半導体層１
４に対して選択的エッチングが可能でなくてはならな
い。この選択的エッチングは、半導体層１４がガリウム
ヒ素（ＧａＡｓ）から成り、また圧電層１３がアルミニ
ウム・ガリウムヒ素（ＡｌＧａＡｓ）または同様な半導
体から成る場合、容易に実現できる。ビーム支持体１４
として適切な材料を選ぶ限り、他の組成の圧電層も圧電
層１３として利用できる。

【００２０】図２は、製造工程を進めた図１の構造を示
す。圧電層１３においてパターン形成を行い、エッチン
グした後、半導体層１４に選択的エッチングを行い、圧
電層１３の下をカットする。このようにエッチングを施
すことにより、圧電層１３のビーム部１６の下に空隙１
２が形成される。ビ−ム１６は、図２の点線で示す撓ん
だビーム１６’，１６”からわかるように空隙１２内に
おいて自由に振動する。

【００２１】電極１７は、圧電層１３に対してショット
キ接触を形成し、ビーム１６に隣接して設けられる。電
極１８は、機械的支持体１４に対してオーム接触を形成
し、ビーム１６から離間して形成される。第１実施例で
は、図３に示すバイアス供給源２２によって電極１７に
電圧を印加することができ、そのため動作中にショット
キ電極はバイアスされる。この接触に逆バイアスが加え
られると、図２の電極１７の下に半絶縁領域１９が生
じ、圧電層１３において電界を発生する。ショットキ接
触を用いる場合、半絶縁領域１９は逆バイアスが加えら
れると、ショットキ接触の空乏領域にすぎなくなる。適
切な設計により、ショットキ接触の空乏深さをゼロバイ
アスにすることで、バイアス供給源２２は不要となる。
この空乏領域により、発振電界（励振電界とも呼ばれ
る）が圧電層１３に生成される。空乏領域１９が電極１
８から電極１７に電流が流れるのを妨げているため、電
極１８は圧電層１３と接触してもよい。

【００２２】従来、圧電半導体では励振電界を生成する
ことが困難であるため、圧電半導体は音波共振器または
音波発振器として使用されなかった。しかし、ショット
キ・ダイオードの空乏領域を用いることにより、この問
題が解決される。空乏領域とは別に、接触１７の下にプ
ロトンを注入して半導体ＡｌＧａＡｓまたはＧａＡｓ材
料を半絶縁材料に変える方法など他の関連技術も利用で
きる。圧電層１３の一部を絶縁層に変えるか、あるいは
その部分を空乏化するだけで、励振電界を生成すること
が可能となる。

【００２３】図３は、図２の共振器の上面図である。ビ
ーム１６は、１ミクロン×１ミクロンの方形であること
が望ましく、空隙１２上に伸びている。電極１７は、図
３では見えない機械的支持体１４上に設けられたビーム
１６の端部近くに形成される。相互接続１５は、電極１
７を外部信号２１およびバイアス電圧２２に結合する。
前述のように、バイアス電圧２２は、ショットキ接触の
ゼロ・バイアス電位により供給してもよく、したがって
実際の電圧源は必要なくてもよい。図では１つの電極し
か図示していないが、複数の電極１７を圧電層１３に結
合させて形成してもよい。第１実施例において、電極１
７は、動作中ショットキ接触を逆バイアス状態に保つＤ
Ｃバイアス２２に結合される。また、電極１７は、カン
チレバ・ビーム（ｃａｎｔｉｌｅｖｅｒｂｅａｍ）１
６に振動を生成する発振信号２１に結合される。発振信
号２１は、例えば、共振器に結合されたアンテナによっ
て受信された信号でもよい。

【００２４】電極１７を形成・配置してビーム１６に対
する圧電結合を最大限にする方法は、表面音波（ｓｕｒ
ｆａｃｅａｃｏｕｓｔｉｃｗａｖｅ：ＳＡＷ）では
なく浅深バルク音波（ｓｈａｌｌｏｗｂｕｌｋ∵ａｃ
ｏｕｓｔｉｃｗａｖｅ：ＳＢＡＷ）を励振する電極１
７の形成方法同様によく知られている。ＳＢＡＷデバイ
スのほうが寿命が長く、また圧電層１３への異物の混入
や老化によってそれほど影響を受けないので、ＳＡＷよ
りもＳＢＡＷのほうが好まれる。

【００２５】カンチレバ・ビームの代わりに、図４，５
の第２実施例に示されるような完全に支持されたビーム
としてビーム１６を形成することができる。同様な技術
を用いて、ビーム１６の代わりに振動板（ｄｉａｐｈｒ
ａｇｍ）を形成することができる。図４，５におけるす
べての参照番号は、図２．３における同様な構造素子と
同一ものである。図５に示すように、完全に支持された
ビームを用いると、ビーム１６の相対する両端に電極１
７を形成するのに都合がよく、したがって、電極１７を
配置する際の柔軟性が向上する。電極１７の一方は、ビ
ーム１６内でＳＢＡＷを励振するために用いられ、また
他方の電極はＳＢＡＷを検知し、その機械的エネルギを
電気信号に変換するのに用いられる。図３に示すＤＣバ
イアス２２は、図４では省略してあり、空乏領域１９
は、ショットキ接触１７のゼロ・バイアス電位によって
形成される。ろ波されていないＡＣ信号２１（図示せ
ず）は、一方のポート２３に印加され、また他方のポー
ト２３はろ波された出力を検出するのに用いられる。基
本周波数および調波周波数（ｈａｒｍｏｎｉｃｆｒｅ
ｑｕｅｎｃｙ）は、使用する発振構造に応じて異なる
が、動作原理はカンチレバ・ビーム（図２．３）につい
ても完全に支持されたビーム（図４，５）についても同
じである。本発明の動作は、カンチレバ・ビーム構造に
ついてのみ説明する。

【００２６】図２．３に示す構造は、直列共振構造とし
て機能する。ビーム１６は、その形状によって決まる共
振周波数を有する。共振周波数成分を有するろ波されて
いないＡＣ信号２１が半絶縁領域１９に印加されると、
ビーム１６はその共振周波数で振動する。ろ波されてい
ないＡＣ信号２１は、Ｓ／Ｎ比（ｓｉｇｎａｌ−ｔｏ−
ｎｏｉｓｅｒａｔｉｏ）の低い信号でもよく、例え
ば、アンテナからの信号でもよい。共振周波数とは異な
る周波数の不要信号は、ビーム１６の発振に対してわず
かな影響しか及ぼさない。ビーム１６の振動、特に機械
的支持体１４の端部近傍における振動により、ビーム１
６の支持された端部近傍で、発振表面電荷が圧電層１３
の上面および底面において生成される。この表面電荷
は、共振周波数で発振し、そのため共振周波数の信号を
空乏領域内で圧電的に通過させる。共振周波数のろ波さ
れていないＡＣ信号の成分のみが空乏領域１９を通過で
きるので、ＡＣ信号がろ波される。

【００２７】ショットキ接触の代わりに、他の半導体ス
イッチを用いることもできる。例えば、圧電層１３によ
って駆動されるベースを有するバイポーラ・トランジス
タまたは圧電層１３に隣接したあるいは圧電層１３によ
って駆動されるチャネルを有する電界効果トランジスタ
は、共振表面電荷から共振信号を検知するよう機能でき
る。これらのデバイスは、図４．５に示す第２実施例に
おいて等しく有用である。トランジスタを検出素子とし
て使用することにより、共振ゲイン構造が提供される。

【００２８】図６に示す第３実施例の断面図は、構造的
には図２の実施例に類似している。ただし、図示の素子
の抵抗率および使用材料はこの２つの実施例で異なる。
第３実施例において、層３１は導電材料から成り、ｎ型
ＧａＡｓまたはＡｌＧａＡｓが好ましい。信号強度が層
３１における抵抗加熱で失われないように層３１の抵抗
率は小さいほうが有利である。層３１は、必要に応じ
て、エピタキシャル成長方法により半絶縁基板または半
導体基板上に形成してもよい。

【００２９】絶縁層４２は、導電層３１を上層から電気
的に絶縁するために形成される。絶縁層４２は、バンド
ギャップの広い半絶縁材料でもよく、または導電層３１
と反対の導電型の領域であってもよい。絶縁領域４２
は、主にビーム３６を導電層３１から絶縁する機能を持
つ。絶縁層を圧電層３３の下に形成するなど、その他多
くの配置や方法を用いて絶縁を施すことができる。

【００３０】機械的支持層３４、圧電層３３およびビー
ム３６は、図２で説明したものと同様な選択的エッチン
グ処理により形成される。しかし、第３実施例において
は、ビーム３６の抵抗率は小さくなくてはならず、また
オーム接触３８をビーム３６に形成しなければならな
い。オーム接触３８を圧電層３３と機械的支持体３４の
両方に結合することが好ましい。しかし、第１実施例と
同様に、励振電界を圧電層３３に発生させて音波を付勢
しなければならない。ショットキ接触３７は空乏領域３
９を形成し、この空乏領域により励振電界が生成でき
る。ショットキ接触３７が、励振電極として機能し、図
２．３で説明したショットキ接触と同様に機能する。

【００３１】図７は、図６に示す共振器の上面図であ
る。この構造は、電極３７に設けた開口部４３を除けば
図３に示した構造と基本的には同じである。電極３７の
両方は、ビーム３６と離間して互いに接合している。た
だし、簡単に示すため電極３７の両方が接合している部
分は図示されていない。開口部４３は、図６に示す空乏
領域３９が電極３８とビーム３６との間に電流が流れる
ことを妨ぐことがないようにビーム３６を電極３８に結
合する機能を有する。

【００３２】動作中、励振信号４４を電極３７と電極３
８との間に印加することにより、振動がカンチレバ・ビ
ーム３６内に生じる。励振信号４４は、ビーム３６がそ
の励振周波数で絶えず発振するように、正の帰還回路網
で与えられることが好ましい。この振動が、カンチレバ
・ビーム３６を半導体層３１に近づけたり遠ざけたりす
る。空隙３２は、カンチレバ・ビーム３６と導電層３１
との間の電流の流れを阻止する絶縁バリアを形成する。
ビーム３６が、点線のビーム３６”で図示されるように
導電層３１の近くで発振すると、電子がビーム３６から
導電層３１に通り抜ける（ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ）。空隙
バリアを通り抜ける電子の数は、ビーム３６から導電層
３１までの距離と密接に関係している。電子の通り抜け
は、ファウラ・ノルトハイム・トンネル（Ｆｏｗｌｅｒ
−Ｎｏｒｄｈｅｉｍｔｕｎｎｅｌｉｎｇ）という現象
により生じる。ファウラ・ノルトハイム・トンネルが生
じるためには、空隙３２の深さが５〜１００オングスト
ローム台でなくてはならない。ビーム３６と導電層３１
との距離が０．１ナノメータ変化するたびに、トンネル
電流は約１桁増加する。

【００３３】ビーム３６が発振すると、発振電流が空隙
３２内を通り抜ける。従って、空隙３２を通り抜ける発
振電流の振幅は、ビーム３６の発振周波数と密接に関係
している。空隙３２を流れて導電層３１に至る電流は、
電極４１を介して外部回路に結合される。わかりやすい
ように、電極４１は導電層３１の底面に図示している
が、導電層３１は上面から接触するほうがより一般的で
あることが理解される。

【００３４】カンチレバ・ビーム３６の発振周波数は、
厚さ、幅および長さを含むカンチレバ・ビーム３６の寸
法によって決まる。寸法すべては、薄膜付着法（ｆｉｌ
ｍｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、フォトリトグラフ法（ｐｈ
ｏｔｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）およびエッチング等の
よく知られた半導体製造方法によって制御されるので、
数十オングストローム台から数ミクロメータ台までの寸
法は正確かつ再現性よく実現できる。

【００３５】きわめて微少な寸法で形成できるため超高
周波発振器が実現できることに加え、第３実施例は周波
数逓倍器を用いずに超高周波発振を達成できるという利
点を有する。ファウラ・ノルトハイム・トンネル現象は
電流のスイッチング動作に関連しているため、非常に多
くの非直線性（ｎｏｎｌｉｎｅａｒｉｔｙ）が発振電流
信号に付加される。この非直線性は、時間領域では共振
周波数において反復する急峻な電流パルスとしてみなさ
れる。しかし、周波数領域では、この急峻なパルスは、
共振周波数の高次調波（ｈｉｇｈｏｒｄｅｒｈａｒ
ｍｏｎｉｃｓ）成分を多く含んだ電流出力としてみなす
ことができる。１ＧＨｚ程度の共振周波数はビーム３６
により得られるが、発振信号は９ＧＨｚ以上の出力によ
り得られる。周波数領域信号を取り出す方法はよく知ら
れている。

【発明の効果】

【００３６】以上から、本発明の圧電共振器／発振器を
製造するために用いる一切の構造および材料は、半導体
デバイス製造方法と整合性がとれており、特にガリウム
ヒ素基板等のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体材料におけるデ
バイス製造力法と整合性がとれている。以上説明してき
た共振器それぞれは、適切な帰還を与えることにより発
振器にすることができる。増幅器、フィルタなどを本発
明の圧電発振器と共に容易に集積回路化することがで
き、回路の動作周波数および信頼性を大幅に向上させる
と同時にコストの節減が図られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】製造工程初期の１ポート共振器から成る本発明
の第１実施例の拡大断面図である。

【図２】製造工程を進めた図１の１ポート共振器の断面
図である。

【図３】図２の共振器の上面図である。

【図４】２ポート共振器からなる本発明の第２実施例の
断面図である。

【図５】図４の２ポート共振器の上面図である。

【図６】ゲインを有する共振器からなる本発明の第３実
施例の断面図である。

【図７】図６の共振器の上面図である。

【符号の説明】

１１半導体層１２空隙１３圧電層１４機械的支持体１６，１６’，１６” （カンチレバ）ビーム１７，１８電極１９空乏領域２１外部信号２２バイアス電圧２３ポート３１導電層３２空隙３３圧電層３４機械的支持体３６，３６’，３６” ビーム３７ショットキ接触３８オーム接触３９空乏層４１電極４２絶縁層４３開口部４４励振信号

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】導電層を設ける段階；所定の深さの空隙に
よって導電層から離間した圧電層を設ける段階であっ
て、当該圧電層が当該空隙内で自由に振動するところの
段階；圧電層内で浅深バルク音波（ｓｈａｌｌｏｗｂ
ｕｌｋａｃｏｕｓｔｉｃｗａｖｅ；ＳＢＡＷ）を付勢
する段階；および空隙を通り抜けて圧電層と導電層との
間に流れる電流から発振電気信号を検出するする段階；
によって構成されることを特徴とする発振電気信号生成
方法。
【請求項２】導電層がドーピングされた半導体から成る
ことを特徴とする請求項１の方法。
【請求項３】所定の深さが５オングストロームから１０
０オングストロームであることを特徴とする請求項１の
方法。
【請求項４】圧電層が導電層上を伸びるカンチレバ・ビ
ームから成ることを特徴とする請求項１の方法。
【請求項５】圧電層が支持された２つの端部を有しかつ
導電層上に伸びるビームから成ることを特徴とする請求
項１の方法。
【請求項６】所定の深さが空隙を通り抜けさせる（ｔｕ
ｎｎｅｌｉｎｇ）ことにより電流が空隙を流れることが
できる深さであることを特徴とする請求項１の方法。
【請求項７】空隙を含む導電層；導電層上に形成された
圧電層であって、導電層から伸びてビームを形成し、ビ
ームが共振周波数で自由に振動するところの圧電層；圧
電層に形成され圧電層内で振動を付勢する第１電極；第
１電極の下の半絶縁領域；および導電層に結合される第
２電極から構成され、圧電電荷が共振周波数の電気信号
を半絶縁領域において結合することを特徴とする直列共
振器。
【請求項８】導電層がドーピングされたガリウムヒ素か
ら成ることを特徴とする請求項７の共振器。
【請求項９】圧電層がカンチレバ・ビームを形成するこ
とを特徴とする請求項７の共振器。
【請求項１０】圧電層が支持された２つの端部を有する
ビームを形成することを特徴とする請求項７の共振器。
【請求項１１】空隙の深さが１００オングストローム以
下であることを特徴とする請求項７の共振器。
【請求項１２】電流発振周波数がカンチレバ・ビームの
寸法によって決まることを特徴とする請求項９の共振
器。
【請求項１３】ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体基板；基板の
一部から上に伸びる機械的支持体；第１部分が機械的支
持体に形成され、第２部分が機械的支持体から伸びかつ
自由に振動する半導体層；半導体層内で音波を伝播させ
る手段；および機械的支持体の近傍の半導体層に形成さ
れた半導体スイッチから構成され、前記半導体スイッチ
が半導体層の表面電荷によって制御されることを特徴と
する圧電共振器。
【請求項１４】半導体スイッチが半導体層の第１部分に
おいて形成されることを特徴とする請求項１３の共振
器。
【請求項１５】半導体スイッチがショットキ・ダイオー
ドから成ることを特徴とする請求項１４の共振器。
【請求項１６】半導体スイッチが電解効果トランジスタ
から成ることを特徴とする請求項１４の共振器。
【請求項１７】半導体層が圧電材料から成ることを特徴
とする請求項１４の共振器。
【請求項１８】基板が導体であり、電流が量子トンネル
効果により半導体スイッチを通り抜けて半導体層の第２
部分から基板に流れることを特徴とする請求項１３の共
振器。
【請求項１９】半導体スイッチがさらに半導体層に対す
る整流接触およびオーム接触から成ることを特徴とする
請求項１３の共振器。