JPH0575373A - 表面弾性波素子 - Google Patents

表面弾性波素子

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JPH0575373A
JPH0575373A JP25711791A JP25711791A JPH0575373A JP H0575373 A JPH0575373 A JP H0575373A JP 25711791 A JP25711791 A JP 25711791A JP 25711791 A JP25711791 A JP 25711791A JP H0575373 A JPH0575373 A JP H0575373A
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JP
Japan
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diamond
surface acoustic
acoustic wave
piezoelectric
layer
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JP25711791A
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English (en)
Inventor
Katsuo Sato
勝男 佐藤
Masatoshi Nakayama
正俊 中山
Masanori Shibahara
正典 柴原
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TDK Corp
Original Assignee
TDK Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 高い音速を維持しつつ且つ圧電体膜の膜厚の
変動に基づく周波数の変動を抑制することができる表面
弾性波素子を提供する。 【構成】 基板上に、ダイヤモンド状層、圧電体層及び
電極を備えた表面弾性波素子において、上記圧電体層の
厚さが電極間距離により定まる波長の1/2以下の厚さ
を有し且つ上記ダイヤモンド状層が8500m/s以下
の音速を有するダイヤモンド状材料から構成されている
ことを特徴とする上記表面弾性波素子

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ダイヤモンド状炭素膜
層を圧電体層と組み合わせて備える表面弾性波素子に関
し、更に詳細には、高音速を確保し且つ製造時における
圧電体の膜厚変動による製品間の周波数特性のばらつき
が少ない、ダイヤモンド状炭素膜層を圧電体層と組み合
わせて備える表面弾性波素子に関する。
【0002】
【従来技術及び発明が解決しようとする課題】物質の表
面近傍を伝搬する表面弾性波(SAW)を利用したフィ
ルタがTV・VTR用の中間周波フィルタとして実用化
されている。最近、自動車電話/携帯電話といった移動
体通信用のフィルタへの応用が検討されている。移動体
通信には、通常、数百MHz〜数GHzの周波数が利用
され、それに従い高周波のSAWフィルタが要求され
る。
【0003】SAWフィルタの動作周波数fは、使用す
る基板の音速をυ、基板上に形成する電極パターンの同
極性電極指ピッチ(波長)をλとすると、おおむねf=
υ/λとなる。従って高周波化するにはλを小さくする
か、υを大きくすることが必要である。λを小さくする
には、電極パターンの微細加工が必要になり、これには
加工技術の限界がある。一方、υを大きくするには、ダ
イヤモンドのような高音速基板を使うことが考えられる
が、ダイヤモンド自体は圧電性がないので、さらにダイ
ヤモンド層上に圧電膜を形成することが必要となる。こ
のようなダイヤモンド薄膜を基板と圧電体膜間に形成し
たSAWフィルタがいくつか知られている。
【0004】昭和63年3月15日に出願された特開平
1−233819号及び昭和63年9月1日に出願され
た特開昭2−20910号には、単結晶半導体基板上
に、ダイヤモンド結晶薄膜及び窒化アルミニウム薄膜を
順次形成した三層複合構造弾性表面波素子が開示されて
おり、同一出願人により昭和63年11月18日に出願
された特開昭2−137413号には、誘電体薄膜及び
圧電体薄膜が形成されたダイヤモンド単結晶を基板に埋
め込んだ弾性表面波デバイスの製造方法が記載されてい
る。これらの出願はいずれも単結晶等の結晶体ダイヤモ
ンドを対象としている。
【0005】昭和62年7月16日に出願された特開昭
64−20714号は、基板上にダイヤモンド薄膜、イ
ンタデジタルトランスデューサー及び圧電体膜とを組み
合わせて備えた表面波装置を開示している。この出願に
おいて、ダイヤモンド薄膜は、スパッタリング、真空蒸
着、イオンプレーティング、CVD等の方法で形成され
ることが記載されている。この技術で開示されたダイヤ
モンド状膜の音速は約12000m/sであることが記
載されている。
【0006】昭和62年9月3日に出願された特開昭6
4−62911号は、単結晶または多結晶ダイヤモンド
層と圧電体層と電極層とを有する表面弾性波素子を開示
しており、同一出願人により昭和62年10月16日に
出願された特開平1−103310号は、ダイヤモンド
状炭素膜層と圧電体層と電極層とを有する表面弾性波素
子を開示している。しかしながら、かかるダイヤモンド
状炭素膜層の物性及び作成条件は何ら特定されていな
い。
【0007】また、平成1年3月14日に特許出願され
た特開平2−239715号には、ダイヤモンド基板上
に圧電体薄膜が形成された弾性表面波基板が開示されて
おり、ダイヤモンドとして人工及び天然ダイヤモンドを
対象としているが、圧電体の膜厚、ダイヤモンドの物性
に関して何ら記載されていない。
【0008】しかしながら、上記のダイヤモンド単結晶
や音速の比較的高いダイヤモンド状炭素膜をそれらの半
分程度の音速を持つ圧電層を組み合わせると、圧電体膜
の膜厚の変動に伴って音速の変化の割合も大きくなると
いう問題があった。すなわち、圧電体膜をCVD法等を
用いてダイヤモンド薄膜上に形成すると、得られた圧電
体の膜厚にばらつきが生じ、それによってかかる圧電体
層を用いた素子の周波数特性が製品間で大きく異なって
くるという深刻な問題があった。図1は、基板上にダイ
ヤモンド単結晶膜またはダイヤモンド状炭素膜及びAl
N圧電体を順次形成した表面弾性波素子について、圧電
体膜の膜厚を表す因子kH(kは波数で2π/λ、Hは
圧電体の膜厚)に対する音速の関係を示すグラフであ
る。図中、縦軸は音速、横軸は規格された膜厚kHをそ
れぞれ示し、ダイヤモンド単結晶を用いた場合及び表面
弾性波音速が約8000m/sのダイヤモンド状炭素膜
を用いた場合の音速特性曲線を示す。このグラフから、
ダイヤモンド状単結晶膜を用いると、ダイヤモンド状炭
素膜を用いた場合に比べて、音速の絶対値自体は高いが
圧電体の膜厚がわずかに変動するとこの素子から得られ
る音速も一層大きく変動することがわかる。また、圧電
体の膜厚が薄くなる程、膜厚の変動に対する音速の変動
も大きくなることがわかる。一方で、kHがあまり大き
くなると音波は圧電体層を伝搬するようになるために音
速の低い表面弾性波素子しか得られない。
【0009】従って、本発明の目的は、高音速を維持し
つつ且つ製造時の圧電体膜の膜厚の変動に基づく製品間
の周波数特性の変動を低減することができる表面弾性波
素子を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明者は上記従来技術
の欠点を解消すべく鋭意検討、研究を重ねた結果、図1
に示した試験結果に基づいて、表面弾性波素子の圧電体
膜の膜厚を調整し且つ所定の音速を有するダイヤモンド
状炭素膜を用いることによって、製造時の圧電体膜の膜
厚の変動に基づく周波数変動を抑制することができ且つ
比較的高周波数を得ることができること見出した。
【0011】すなわち、本発明は、基板上に、ダイヤモ
ンド状炭素膜層、圧電体層及び電極を備えた表面弾性波
素子において、上記圧電体層の厚さが上記電極の同極性
電極指間隔で定まる波長の1/2以下の厚さを有し且つ
上記ダイヤモンド状層が8500m/s以下の表面弾性
波音速を有するダイヤモンド状炭素膜材料から構成され
ていることを特徴とする上記表面弾性波素子を提供する
ものである。
【0012】また、本発明は、基板上に、ダイヤモンド
状炭素膜層、圧電体層及び電極を備えた表面弾性波素子
において、上記圧電体層の厚さが上記電極の同極性電極
指間隔で定まる波長の1/2以下の厚さを有し、上記ダ
イヤモンド状炭素膜層が上記波長の1.5倍以上の厚さ
及び8500m/s以下の表面弾性波音速を有するダイ
ヤモンド状炭素膜材料から構成されていることを特徴と
する上記表面弾性波素子を提供するものである。
【0013】本発明に従えば、本発明の表面弾性波素子
で用いる圧電体の膜厚は、電極間距離で定まる波長の1
/2以下である必要がある。圧電体の膜厚がくし型電極
の波長の1/2を超えると、図1からもわかるようにか
かる圧電体から構成した素子の周波数が低下するために
好ましくない。
【0014】本発明で用いる圧電体材料としては、Zn
O、AlN,ZnS,LiNbO3、Pb(Zr,T
i)O3 、LiTaO3、SiO2 、Ta25 等が挙
げられるが、特にそれらに制限されない。AlNはZn
Oよりも音速を向上出来るため有利である。これらの圧
電材料は、スパッタリング、真空蒸着、CVD等の種々
の方法により形成できる。これらの圧電体膜は一般には
ダイヤモンド状炭素膜層上に形成されるが、成膜時の基
板温度を高くするのが好ましい。また、上記のような圧
電体層の膜厚を調整することは、スッパタリングの時間
等の条件を適宜調節することによりなし得る。
【0015】本発明に従えば、本発明の表面弾性波素子
は基板と圧電体層との間にダイヤモンド状炭素膜層が提
供され、かかるダイヤモンド状炭素膜層の表面弾性波音
速は8500m/s以下である必要がある。図1に示す
ようにダイヤモンド単結晶では圧電体膜の厚さの変化に
よる周波数の変動(図中の曲線の傾斜)が極めて高いた
めに、本発明では適当ではない。ダイヤモンド状炭素膜
であっても、圧電体膜の厚さの変化による周波数の変動
を低減することと一定の高音速を確保することとのバラ
ンスから、その表面弾性波音速が8500m/s以下で
あるダイヤモンド状炭素膜が要求される。
【0016】本発明に用いるダイヤモンド状炭素膜層
は、種々の方法で形成できるが、特に、平滑度の高いダ
イヤモンド状炭素膜層が得られるという理由でイオン化
蒸着法が好ましい。ダイヤモンド状層の膜厚が余り薄い
と下地である基板により音速に悪影響を及ぼされるため
に、電極の電極間距離により定まる波長の1.5倍以上
の膜厚が好ましい。基板上に音速が8500m/s以下
のダイヤモンド状炭素膜層を形成するには、例えば、特
開平第1−234396号、同第1−234397号、
同2−196095号等に記載されたイオン化蒸着装置
を用いて形成することができる。
【0017】上記のようなダイヤモンド状炭素膜層を形
成する基板材料は特に制限されず、アルミナ、SiC、
Si34 等のセラミックス、Mo、W等の金属、C
o、Ni、Feの少なくとも一種を含む合金及びガラ
ス、Si等の種々の材料を用いることができる。
【0018】本発明に用いる電極層は、アルミニウム、
金等の金属が用いられる。電極層の形成は、フォトリソ
グラフィーが好適である。電極層の形成位置は、特に限
定されず、圧電体層上、ダイヤモンド状層上のいずれで
もかまわず、電極の形状はくし型が一般的である。ま
た、対向電極の有無及び位置も特に制限されない。
【0019】
【実施例】イオン化蒸着装置によりSi基板上にダイヤ
モンド状炭素膜を形成した。イオン化蒸着装置は、前記
の特開平第1−234396号、同第1−234397
号、同第2−196095号に示されているような装置
を用い、グリッド電圧Va及びフィラメント電圧Vdを
適宜調節することによって、それぞれ、表面波音速が8
000m/秒及び6000m/秒を有するダイヤモンド
状炭素膜を基板上に形成した。Va 、Vd及び得られた
ダイヤモンド状炭素膜の表面波音速の関係を表1に示
す。
【0020】
【表1】 実験No. Va (V) Vd(V) 表面波音速(m/秒) (kH→0) 1 −900 −30 8000 2 −700 −20 6000
【0021】また、上記のように形成されたダイヤモン
ド状炭素膜上に、圧電膜としてAlNをスパッタ法によ
り種々の膜厚で形成した。例えば、kH=0.5の場合
の表面弾性波音速とそのkHに対する変化率を表2に示
す。
【0022】
【表2】 υ0.5 (m/s) (Δυ/Δ(kH))/υ0.5 単結晶ダイヤモンド 9540 15.2% ダイヤモンド状炭素膜 7690 6.8% 表2より、ダイヤモンド状炭素膜を用いると、音速では
従来のLiNbO3 の約2倍になり、一方で、表面波音
速のkHに対する変化率から判断すると、表面弾性波素
子を量産した場合に、音速特性及びそれに比例する周波
数特性の製品間のバラツキが単結晶ダイヤモンドを用い
た場合に比べて半分以下になることがわかる。
【0023】
【発明の効果】本発明の表面弾性波素子によれば、従来
知られているLiNbO3 等の単結晶基板に比べて高周
波数のSAWフィルターが得られ、また圧電体の膜厚変
動による表面弾性波素子の周波数の変動が少ない。
【図面の簡単な説明】
【図1】基板と圧電体間にダイヤモンド薄膜を有する表
面弾性波素子において、圧電体の膜厚の変化に対する素
子の音速の変化の割合を示すグラフである。
【符号の説明】
1:基板上にダイヤモンド単結晶層及びAlN圧電体層
を順次形成した表面弾性波素子の音速特性 2:基板上にダイヤモンド状炭素膜層及びAlN圧電体
層を順次形成した表面弾性波素子の音速特性

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板上に、ダイヤモンド状炭素膜層、圧
    電体層及び電極を備えた表面弾性波素子において、 上記圧電体層の厚さが上記電極の同極性電極指間隔で定
    まる波長の1/2以下の厚さを有し且つ上記ダイヤモン
    ド状層が8500m/s以下の表面弾性波音速を有する
    ダイヤモンド状炭素膜材料から構成されていることを特
    徴とする上記表面弾性波素子。
  2. 【請求項2】 基板上に、ダイヤモンド状炭素膜層、圧
    電体層及び電極を備えた表面弾性波素子において、 上記圧電体層の厚さが上記電極の同極性電極指間隔で定
    まる波長の1/2以下の厚さを有し、上記ダイヤモンド
    状炭素膜層が上記波長の1.5倍以上の厚さ及び850
    0m/s以下の表面弾性波音速を有するダイヤモンド状
    炭素膜材料から構成されていることを特徴とする上記表
    面弾性波素子。
  3. 【請求項3】 上記圧電体層がAlNからなる請求項1
    または2の表面弾性波素子。
JP25711791A 1991-09-10 1991-09-10 表面弾性波素子 Withdrawn JPH0575373A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020120191A (ja) * 2019-01-21 2020-08-06 京セラ株式会社 弾性波装置

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Effective date: 19981203