JPH0567941A - 弾性表面波素子 - Google Patents

弾性表面波素子

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JPH0567941A
JPH0567941A JP22891191A JP22891191A JPH0567941A JP H0567941 A JPH0567941 A JP H0567941A JP 22891191 A JP22891191 A JP 22891191A JP 22891191 A JP22891191 A JP 22891191A JP H0567941 A JPH0567941 A JP H0567941A
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JP
Japan
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diamond
layer
acoustic wave
surface acoustic
carbon film
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Pending
Application number
JP22891191A
Other languages
English (en)
Inventor
Akihiro Yagou
昭広 八郷
Takahiro Imai
貴浩 今井
Hideaki Nakahata
英章 中幡
Naoharu Fujimori
直治 藤森
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
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Publication date
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  • Surface Acoustic Wave Elements And Circuit Networks Thereof (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 数百MHzから数GHzでの高周波領域で良
好な特性を有する弾性表面波素子を提供することを目的
とする。 【構成】 ダイヤモンド層又はダイヤモンド状炭素膜層
と電極層と圧電体層からなる弾性表面波素子において、
ダイヤモンド層又はダイヤモンド状炭素膜層の表面を研
磨したことを特徴とする。ダイヤモンド層又はダイヤモ
ンド状炭素膜層は気相合成法により形成し、その一部ま
たは全部を絶縁性ダイヤモンドで形成する。 【効果】 数100MHzから数GHz帯の高周波領域
で動作する挿入損失が小さい弾性表面波素子が再現性良
く得られる。高周波帯の帯域通過フィルター、共振器、
発振器、コンボルバー等に好適である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は数百MHzから数GH
zに動作周波数を持つ弾性表面波素子に関する。
【0002】
【従来の技術】固体表面にエネルギーが集中して伝搬す
る弾性表面波を利用した弾性表面波素子は、小型で作製
しやすく温度特性等が安定である為、TV受信用フィル
ター等として利用されている。一般に弾性表面波素子
は、圧電体の表面に櫛形の電極を形成して構成されてい
る。
【0003】弾性表面波素子の動作周波数は表面弾性波
の伝搬速度及び波長で決定され、波長は櫛形電極の周期
長で決定される。近年、伝送情報量が増大し、伝送信号
がマイクロ波領域に拡大しつつあり、GHz帯で使用で
きる素子の需要が高まっている。同じ電極を用いた場
合、即ち同じ波長で弾性表面波素子を使用する場合、弾
性表面波素子基材中の波の伝搬速度が大きい方が、高い
周波数まで扱える。
【0004】そこでGHzの高周波領域で使用可能な弾
性表面波素子として、物質中最高の音速を持つダイヤモ
ンド(横波の速度:13000m/s、縦波の速度:1
6000m/s)を基材として用いた素子が考案されて
いる。(例えば特開昭64−62911号公報)
【0005】ダイヤモンドを基材として用いた弾性表面
波素子では、ダイヤモンドの単結晶または気相合成法で
形成したダイヤモンド層の上に圧電体を形成している。
この場合、ダイヤモンド及び圧電体薄膜の膜厚により波
の伝搬速度が異なるため、所望の動作周波数を得るには
ダイヤモンドを必要な大きさおよび厚さに整形する必要
がある。
【0006】しかし、ダイヤモンドは非常に脆いため
に、例えば、高圧合成単結晶ダイヤモンドを使用する場
合、整形の際に切削されたダイヤモンド粒により表面に
凹凸が生じてしまう。また気相合成法によるダイヤモン
ドは多結晶で、各結晶粒の成長方向や成長時間が異なる
ため、成長した層の表面に凹凸ができる。例えば、50
μmの膜厚の気相合成多結晶ダイヤモンドでは、表面に
約7μmもの凹凸がある。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】このようなダイヤモン
ド表面に圧電体薄膜を形成すると、ダイヤモンド表面の
影響を受けて、圧電体薄膜も凸凹になり、伝搬損失の増
加をもたらすと共に、場所により圧電体薄膜の膜厚が異
なってしまい、必要な動作周波数を持つ弾性表面波素子
を再現性良く作製することが出来なかった。また表面の
凹凸のために電極の形状を一様にすることが難しく、素
子の特性に悪影響を与えていた。本発明はこのような問
題点を解決し、数百MHzから数GHzでの高周波領域
で良好な特性を有する弾性表面波素子を提供することを
目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明の弾性表面波素子
は、ダイヤモンド層又はダイヤモンド状炭素膜層と電極
層と圧電体層からなる弾性表面波素子において、ダイヤ
モンド層又はダイヤモンド状炭素膜層の表面を研磨した
ことを特徴とする。ダイヤモンド層は単結晶ダイヤモン
ド又は多結晶ダイヤモンドであり、ダイヤモンド層又は
ダイヤモンド状炭素膜層は気相合成法により形成され
る。また、ダイヤモンド層又はダイヤモンド状炭素膜層
の一部または全部を絶縁性ダイヤモンドで形成する。
【0009】
【作用】ダイヤモンドまたは基材上に成膜したダイヤモ
ンド若しくはダイヤモンド状炭素膜の表面を研磨したの
ち、電極層および圧電体層を形成すれば、ダイヤモンド
層表面の凹凸に起因する問題が解決でき、数100MH
zから数GHz帯の高周波領域で動作する弾性表面波素
子を再現性良く供給することが出来る。
【0010】
【実施例】(実施例)10mm×10mm×0.3mm
のSi基材上にマイクロ波プラズマCVD法を用いてダ
イヤモンドを50μmの厚みに成膜した後、ダイヤモン
ド表面をダイヤモンドコート研磨機を用いて厚み10μ
mまで研磨した。表面粗さは約5nmであった。多結晶
ダイヤモンドの原料にはCH4をH2で100倍に希釈し
たガスを用いた。(単結晶ダイヤモンドは、超高圧合成
法による人工Ib型ダイヤモンドの(100)面を研磨
したものである。)研磨したダイヤモンド表面に抵抗加
熱法によりAlを50nmの厚みに蒸着し、フォトリソ
グラフィー法を用いて電極幅及び電極間幅が2μmの櫛
形電極を作製した。電極の作製はウェットエッチング法
を用いた。その上に圧電体層としてZnO薄膜を形成し
た。ZnO薄膜は、ZnO多結晶をArとO2の混合ガ
スでスパッタする方法で得た。
【0011】(比較例)比較実験として、マイクロ波プ
ラズマCVD法で成膜した膜厚50μmのダイヤモンド
の表面を研磨せずに電極及び圧電体層を形成した弾性表
面波素子を作製した。ダイヤモンド表面の荒さは約6μ
mであった。またダイヤモンドと特性を比較するため
に、基材として多結晶Al23を用いたものを作製し
た。実施例及び比較例の評価結果を表1に示す。表1に
おいて、実施例の欄に数字を記したものは本発明の実施
例であり、同欄に比と記したものは比較例である。基材
の表面を研磨した場合に優れた特性が得られることが確
認できた。
【0012】
【表1】
【0013】本発明の弾性表面波素子はダイヤモンド又
は基材上に成膜したダイヤモンド若しくはダイヤモンド
状炭素膜、圧電体層、及び櫛形電極と表面短絡用電極を
有する各種の構造をとることが出来る。例えば、図2は
基材1の上にダイヤモンド層又はダイヤモンド状炭素膜
層2を成膜してこれを誘電体とし、ダイヤモンド層又は
ダイヤモンド状炭素膜層2の表面を研磨したのち、ダイ
ヤモンド層又はダイヤモンド状炭素膜層2の表面に櫛形
電極3を形成し、その上に圧電体層4を形成した弾性表
面波素子である。
【0014】図3は、基材1の上にダイヤモンド層又は
ダイヤモンド状炭素膜層2を成膜してこれを誘電体と
し、ダイヤモンド層又はダイヤモンド状炭素膜層2の表
面を研磨したのち、ダイヤモンド層又はダイヤモンド状
炭素膜層2の表面に圧電体層4を形成し、その上に櫛形
電極3を形成した弾性表面波素子である。
【0015】図4は、基材1の上にダイヤモンド層又は
ダイヤモンド状炭素膜層2を成膜してこれを誘電体と
し、ダイヤモンド層又はダイヤモンド状炭素膜層2の表
面を研磨したのち、ダイヤモンド層又はダイヤモンド状
炭素膜層2の表面に櫛形電極3を形成し、その上に圧電
体層4を形成し、さらにその上に表面短絡用電極5を形
成した弾性表面波素子である。
【0016】図5は、基材1の上にダイヤモンド層又は
ダイヤモンド状炭素膜層2を成膜してこれを誘電体と
し、ダイヤモンド層又はダイヤモンド状炭素膜層2の表
面を研磨したのち、ダイヤモンド層又はダイヤモンド状
炭素膜層2の表面に表面短絡用電極5を形成し、その上
に圧電体層4を形成したのち、櫛形電極3を形成した弾
性表面波素子である。
【0017】図6にダイヤモンド層又はダイヤモンド状
炭素膜層のみを誘電体とする弾性表面波素子の一例につ
いて示す。圧電体層又は電極を形成するダイヤモンド層
又はダイヤモンド状炭素膜層2の表面を研磨し、ダイヤ
モンド層又はダイヤモンド状炭素膜層2に櫛形電極3を
形成し、その上に圧電体層4を形成している。
【0018】圧電体としてはLiNbO3、LiTa
3、SiO2、ZnO等の酸化物圧電体、又はAlN等
の窒化物圧電体、PLZT等のセラミクス圧電体、その
ほか、ZnS、ZnSe、CdS等の単結晶、及び多結
晶材料を使用できる。特に薄膜形成が容易である、Zn
O膜、AlN膜が好ましい。
【0019】櫛形電極及び表面短絡用電極用材料として
はエッチングによる電極の作製が可能で、抵抗率が小さ
い金属であるAu、Al、Cu、Ti、Mo、W等、ま
たTiの上にAlを蒸着した様な2種類以上の金属を用
いることも可能である。櫛形電極の作製方法は、電極用
金属成膜後、レジストを電極用金属表面に均一に塗布
し、ガラス等の透明平板に櫛形電極パターンを有するマ
スクをのせた後、水銀ランプ等を用いて露光、又は電子
ビームにより電極を直接形成することも可能である。そ
の後現像してレジストによる櫛形電極を形成する。
【0020】電極のエッチング方法は、例えば、Al等
の低融点金属としては水酸化ナトリウム溶液等のアルカ
リ性溶液、硝酸等の酸性溶液によるウェットエッチング
法でエッチング可能である。高融点金属もフッ酸と硝酸
の混合溶液を用いてエッチング可能である。またBCl
3等のガスを用いて、反応性イオンエッチング法により
電極を作製することも可能である。
【0021】また、半導電性ダイヤモンドを用いて櫛形
電極を形成することも可能である。ダイヤモンドの高純
度のものは誘電率の低い絶縁体である。しかしB,A
l、P、S等の不純物を導入したり、イオン注入や電子
線照射により格子欠陥を導入すると、半導電性ダイヤモ
ンドを形成出来る。
【0022】ダイヤモンド層又はダイヤモンド状炭素膜
層は、基材の一部であってもよいが、基材の全部であっ
てもよい。ダイヤモンド層又はダイヤモンド状炭素膜層
は、その全部が絶縁性であってもよいが、その一部が半
導電性であってもよい。またダイヤモンド又はダイヤモ
ンド状炭素膜を成膜するための基材としては、Si、M
o、W等多くの無機材料を使用できる。
【0023】ダイヤモンド又はダイヤモンド状炭素膜表
面を研磨する方法としては、ダイヤモンド研磨板を用い
て直接ダイヤモンド又はダイヤモンド状炭素膜表面を研
磨する方法がある。この方法で研磨を行うと、数nmの
研磨精度で表面研磨出来る。さらに研磨精度を上げる方
法として、高温加圧水素雰囲気中でダイヤモンドをグラ
ファイト化させながら、表面を研磨する方法等があり、
2nm以下の精度でダイヤモンドの表面研磨を行うこと
が出来る。
【0024】ダイヤモンド薄膜の形成方法はCVD法、
プラズマCVD法、PVD法、熱フィラメント法等、公
知の方法で行うことができる。またダイヤモンド状炭素
膜の形成方法は、プラズマCVD法、イオンビーム蒸着
法、スパッタリング等を用いることが出来る。反応室内
のガスをプラズマ化するための方法としては、高周波、
低周波等による、グロー放電法、アーク放電法等の各種
放電法等を用いることができる。
【0025】ダイヤモンドを形成する方法としては、水
素原子を含む化合物を用いて成膜出来る。またハロゲン
原子を供給し得るガスと水素原子を含む化合物を用いて
成膜出来る。またダイヤモンド状炭素膜は水素原子を含
む化合物を用いて成膜出来る。ハロゲン原子を供給し得
るガスとは、ハロゲン分子はもちろん、ハロゲン化有機
化合物、ハロゲン化無機化合物等のハロゲン原子を分子
内に含む化合物を全て含有する。例えば、フッ化メタ
ン、フッ化エタン、トリフッ化メタン、フッ化エチレン
等のパラフィン系、オレフィン系、脂環式、芳香族等の
有機化合物、ハロゲン化シランの様な無機化合物等であ
る。
【0026】ハロゲンガスを成膜室内に導入することに
より基材温度を下げることができ、200℃〜900℃
でダイヤモンドが成膜できる。ハロゲンガスは水素元素
との結合力が大きく原子半径の小さい方が好ましい。特
に低圧で安定な膜を成膜するためには、フッ素化合物が
好ましい。また水素原子を含む化合物としては、例えば
メタン、エタン、プロパン等の脂肪族炭化水素、ベンゼ
ン、ナフタレン等の芳香族炭化水素の他、エチレン、プ
ロピレン等の不飽和炭化水素、アンモニア、ビドラジン
等のヘテロ原子を有する有機化合物などである。
【0027】
【発明の効果】本発明によれば、数100MHzから数
GHz帯の高周波領域で動作する挿入損失が小さい弾性
表面波素子が再現性良く得られる。高周波帯の帯域通過
フィルター、共振器、発振器、コンボルバー等に好適で
ある。
【図面の簡単な説明】
【図1】1つの電極片が交互に並ぶ様にした櫛形電極の
例を示す平面図である。
【図2】本発明の弾性表面波素子の1例を示す断面図で
ある。
【図3】本発明の弾性表面波素子の別の1例を示す断面
図である。
【図4】本発明の弾性表面波素子で表面短絡用電極を有
する1例を示す断面図である。
【図5】本発明の弾性表面波素子で表面短絡用電極を有
する弾性表面波素子の別の一例である。
【図6】ダイヤモンド層又はダイヤモンド状炭素膜の上
に電極、圧電体層を形成した弾性表面波素子の例を示す
断面図である。
【符号の説明】
1:ダイヤモンド成膜用基材 2:ダイヤモンド層又はダイヤモンド状炭素膜層 3:櫛形電極 4:圧電体層 5:表面短絡用電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藤森 直治 兵庫県伊丹市昆陽北一丁目1番1号 住友 電気工業株式会社伊丹製作所内

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ダイヤモンド層又はダイヤモンド状炭素
    膜層と電極層と圧電体層からなる弾性表面波素子におい
    て、ダイヤモンド層又はダイヤモンド状炭素膜層の表面
    を研磨したことを特徴とする弾性表面波素子。
  2. 【請求項2】 ダイヤモンド層が単結晶ダイヤモンド又
    は多結晶ダイヤモンドである請求項1記載の弾性表面波
    素子。
  3. 【請求項3】 ダイヤモンド層又はダイヤモンド状炭素
    膜層が気相合成法により形成された請求項1又は2記載
    の弾性表面波素子。
  4. 【請求項4】 ダイヤモンド層又はダイヤモンド状炭素
    膜層の一部または全部が絶縁性ダイヤモンドである請求
    項1〜3のいずれかに記載の弾性表面波素子。
JP22891191A 1991-09-09 1991-09-09 弾性表面波素子 Pending JPH0567941A (ja)

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JP22891191A JPH0567941A (ja) 1991-09-09 1991-09-09 弾性表面波素子

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1998052279A1 (fr) * 1997-05-12 1998-11-19 Hitachi, Ltd. Dispositif a onde elastique
JP2008081847A (ja) * 2007-11-30 2008-04-10 Nippon Itf Kk 硬質炭素被膜部材の製造方法
JP2014535168A (ja) * 2011-10-28 2014-12-25 インディアン インスティテュート オブ テクノロジー マドラス 圧電デバイスならびに圧電デバイスを準備および使用する方法

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US9362378B2 (en) 2011-10-28 2016-06-07 Indian Institute Of Technology Madras Piezoelectric devices and methods for their preparation and use
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