JPH0583068A - Surface acoustic wave element - Google Patents
Surface acoustic wave elementInfo
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- JPH0583068A JPH0583068A JP24564591A JP24564591A JPH0583068A JP H0583068 A JPH0583068 A JP H0583068A JP 24564591 A JP24564591 A JP 24564591A JP 24564591 A JP24564591 A JP 24564591A JP H0583068 A JPH0583068 A JP H0583068A
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- acoustic wave
- surface acoustic
- diamond layer
- comb
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- Surface Acoustic Wave Elements And Circuit Networks Thereof (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は、高周波フィルタなど
に用いられる表面弾性波素子に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a surface acoustic wave device used for high frequency filters and the like.
【0002】[0002]
【従来の技術】表面弾性波素子は、弾性体表面を伝搬す
る表面波を利用した電気−機械変換素子であり、例え
ば、図2に示すような一般的構造を有する。表面弾性波
素子20において、表面波の励振には圧電体21による
圧電現象が利用される。圧電体21に設けられた一方の
くし型電極22に電気信号を印加すると、圧電体21に
ひずみが生じ、これが表面弾性波となって圧電体21を
伝播し、もう一方のくし型電極23で電気信号として取
出される。この素子の周波数特性は、図に示すように、
くし型電極における電極の周期をλ0、表面弾性波の速
度をνとすれば、f 0=ν/λ0で定められる周波数f
0を中心とした帯域通過特性となる。2. Description of the Related Art Surface acoustic wave devices propagate on the surface of an elastic body.
Is an electro-mechanical conversion element using surface waves,
For example, it has a general structure as shown in FIG. Surface acoustic wave
In the element 20, the piezoelectric body 21 excites the surface wave.
The piezoelectric phenomenon is used. One provided on the piezoelectric body 21
When an electric signal is applied to the comb electrode 22, the piezoelectric body 21
Strain is generated, which becomes a surface acoustic wave and causes the piezoelectric body 21 to move.
Propagate, and the other comb-shaped electrode 23 collects it as an electric signal.
Will be issued. The frequency characteristic of this element is, as shown in the figure,
The electrode period of the comb electrode is λ0, Surface acoustic wave speed
If the degree is ν, f 0= Ν / λ0Frequency f defined by
0The band pass characteristic is centered around.
【0003】表面弾性波素子は、部品点数が少なく、小
型にすることができ、しかも表面波の伝播経路上におい
て信号の出入れが容易である。この素子は、フィルタ、
遅延線、発振器、共振器、コンボルバ、および相関器等
に応用することができる。特に、表面弾性波フィルタ
は、早くからテレビの中間周波数フィルタとして実用化
され、さらにVTRおよび各種の通信機器用フィルタに
応用されてきている。The surface acoustic wave device has a small number of parts, can be made compact, and can easily input and output signals on the propagation path of the surface wave. This element is a filter,
It can be applied to delay lines, oscillators, resonators, convolvers, correlators, and the like. In particular, the surface acoustic wave filter has been put to practical use as an intermediate frequency filter for television from early on, and further applied to a VTR and various communication device filters.
【0004】上記表面弾性波素子に関して、例えば移動
通信等の分野に用いられる表面弾性波フィルタなどは、
より高い周波数域で使用できる素子が望まれている。上
式で示されるように、電極の周期λ0がより小さくなる
か、表面波の速度νがより大きくなれば、素子の周波数
特性はより高い中心周波数f0を有するようになる。こ
れに関し、例えば本出願人による特開昭64−6291
1は、表面弾性波の速度νを大きくするため、ダイヤモ
ンド層上に圧電体を積層した表面弾性波素子を開示して
いる。ダイヤモンド中の音速は最も大きく、しかもダイ
ヤモンドは物理的および化学的に安定である。したがっ
て、ダイヤモンドは素子のf0を大きくするために適当
な材料である。Regarding the surface acoustic wave element, for example, a surface acoustic wave filter used in the field of mobile communication is
A device that can be used in a higher frequency range is desired. As shown in the above equation, when the electrode period λ 0 becomes smaller or the surface wave velocity ν becomes larger, the frequency characteristic of the device has a higher center frequency f 0 . In this regard, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 64-6291
No. 1 discloses a surface acoustic wave element in which a piezoelectric material is laminated on a diamond layer in order to increase the velocity ν of the surface acoustic wave. The speed of sound in diamond is the highest and yet diamond is physically and chemically stable. Therefore, diamond is a suitable material for increasing the element f 0 .
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】一方、くし型電極は、
従来、フォトリソグラフィを用いて形成されてきた。フ
ォトリソグラフィを用いる場合、微細加工技術の制約か
ら、電極幅を0.5μm程度より小さくすることは困難
であった。上述したようにダイヤモンドを用いることに
よって、素子の中心周波数f0を大きくすることができ
るが、それ以上にf0を大きくしたい場合、電極幅を変
更していく必要があった。On the other hand, the comb-shaped electrode is
Conventionally, it has been formed using photolithography. When using photolithography, it was difficult to make the electrode width smaller than about 0.5 μm due to the restriction of the fine processing technology. As described above, it is possible to increase the center frequency f 0 of the element by using diamond, but in order to increase f 0 further, it was necessary to change the electrode width.
【0006】また、上述したダイヤモンドを用いる素子
では、ダイヤモンドと圧電体の間にくし型電極をはさむ
構造が弾性波の速度を大きくする上で好ましいが、この
構造を形成するためダイヤモンド層上にくし型電極を形
成し、その上に圧電体層を積層させると、圧電体層の厚
みがダイヤモンド層上の部分と電極上の部分で異なって
きた。このように圧電体層の厚みが異なると、弾性波の
散乱が多くなり損失が増加する。In the element using diamond described above, a structure in which a comb-shaped electrode is sandwiched between the diamond and the piezoelectric body is preferable in order to increase the velocity of the elastic wave, but in order to form this structure, a comb is formed on the diamond layer. When a mold electrode was formed and a piezoelectric layer was laminated on it, the thickness of the piezoelectric layer was different between the portion on the diamond layer and the portion on the electrode. When the piezoelectric layers have different thicknesses in this manner, elastic waves are more scattered and loss increases.
【0007】この発明の目的は、上記問題点を解決し、
より高い周波数域で作動することができ、かつ、損失の
少ない表面弾性波素子を提供することにある。An object of the present invention is to solve the above problems,
It is an object of the present invention to provide a surface acoustic wave device that can operate in a higher frequency range and has less loss.
【0008】[0008]
【課題を解決するための手段】この発明に従う表面弾性
波素子は、ダイヤモンド層と、ダイヤモンド層上に設け
られる圧電体層と、ダイヤモンド層と圧電体層の間に設
けられ、両層に密着するくし型電極とを備える素子にお
いて、くし型電極がダイヤモンド層において集束イオン
ビームによりイオン注入された領域であることを特徴と
する。A surface acoustic wave device according to the present invention is provided with a diamond layer, a piezoelectric layer provided on the diamond layer, and between the diamond layer and the piezoelectric layer, and adheres to both layers. An element having a comb-shaped electrode is characterized in that the comb-shaped electrode is a region of the diamond layer that is ion-implanted by a focused ion beam.
【0009】この発明に従う集束イオンビームは、液体
金属イオン源を用いることによって形成することができ
る。集束イオンビームにおいて、例えば、B−Pt、B
−Ni−Pt、B−NiまたはB−Be−Si−Ni−
Pdを液体金属イオン源とすればB+イオンを、As−
Ptを液体金属イオン源とすればAs2+イオンを注入
することができる。また、集束イオンビームのビーム径
は最小で数十nmとすることができるため、微細な領域
(クォーターミクロンレベルの領域)にイオン注入する
ことができる。さらに、集束イオンビームを用いればマ
スクレスでイオン注入することができる。The focused ion beam according to the present invention can be formed by using a liquid metal ion source. In the focused ion beam, for example, B-Pt, B
-Ni-Pt, B-Ni or B-Be-Si-Ni-
If Pd is the liquid metal ion source, B + ions are
As 2+ ions can be implanted by using Pt as the liquid metal ion source. Further, since the focused ion beam can have a minimum beam diameter of several tens nm, it is possible to implant ions in a fine region (a region of quarter micron level). Furthermore, if a focused ion beam is used, maskless ion implantation can be performed.
【0010】この発明に従うダイヤモンド層は、表面弾
性波素子を作り込むための基板とすることができる他、
適当な材料の基板上に形成されたダイヤモンド層として
もよい。ダイヤモンド層は単結晶および多結晶のいずれ
であってもよい。また、ダイヤモンド層は、例えば、炭
化水素等を原料ガスとする気相合成によって形成するこ
とができる。この気相合成法は、電子放射材を加熱して
原料ガスを活性化する方法、プラズマにより原料ガスを
励起する方法、光によりガスを分解励起する方法および
イオン衝撃により原料ガスから多結晶ダイヤモンドを成
長させる方法等を含む。一方、基板としてのダイヤモン
ドは、例えば、温度差法により超高圧下で合成した単結
晶ダイヤモンドを加工して準備することができる。The diamond layer according to the present invention can be used as a substrate for forming a surface acoustic wave device,
It may be a diamond layer formed on a substrate made of a suitable material. The diamond layer may be either single crystal or polycrystal. Further, the diamond layer can be formed by vapor phase synthesis using hydrocarbon or the like as a source gas. This vapor phase synthesis method is a method of activating a raw material gas by heating an electron emitting material, a method of exciting the raw material gas by plasma, a method of decomposing and exciting the gas by light, and a method of ion-impacting polycrystalline diamond from the raw material gas. Including a method of growing. On the other hand, the diamond as the substrate can be prepared, for example, by processing a single crystal diamond synthesized under an ultrahigh pressure by a temperature difference method.
【0011】この発明に従う圧電体層は、ZnO、Al
N、Pb(Zr,Ti)O3、(Pb,La)(Zr,
Ti)O3、LiTaO3、LiNbO3、SiO2、
Ta 2O5、Nb2O5、BeO、Li2B4O7、K
NbO3、ZnS、ZnSeおよびCdSからなる群か
ら選択された1つまたは2つ以上の化合物を主成分とす
ることができる。圧電体層は、単結晶および多結晶のい
ずれであってもよいが、素子をより高周波域で使用する
ためには、表面波の散乱が少ない単結晶がより好まし
い。また、ZnO、AlNおよびPb(Zr,Ti)O
3等の圧電体層は、CVD法によって形成することがで
きる。The piezoelectric layer according to the present invention is made of ZnO, Al.
N, Pb (Zr, Ti) OThree, (Pb, La) (Zr,
Ti) OThree, LiTaOThree, LiNbOThree, SiOTwo,
Ta TwoO5, NbTwoO5, BeO, LiTwoBFourO7, K
NbOThree, ZnS, ZnSe and CdS?
Based on one or more compounds selected from
You can The piezoelectric layer is made of single crystal or polycrystal.
Can be offset, but use the device in a higher frequency range
For this reason, single crystals with less surface wave scattering are more preferable.
Yes. In addition, ZnO, AlN and Pb (Zr, Ti) O
ThreeThe piezoelectric layer such as can be formed by the CVD method.
Wear.
【0012】[0012]
【発明の作用効果】この発明の素子では、ダイヤモンド
層の表面部分で所定の領域がイオン注入によって電気的
に活性化され、くし型電極とされている。このようにダ
イヤモンド層にくし型電極を作り込んだため、その上に
形成される圧電体層は電極上の部分とダイヤモンド層上
の部分とで厚みが異なることなく、均一の厚さで形成さ
れる。したがって、この発明に従えば、上述した従来の
表面弾性波素子に比べ弾性波の散乱が抑制された低損失
の素子を提供することができる。In the element of the present invention, a predetermined region on the surface portion of the diamond layer is electrically activated by ion implantation to form a comb-shaped electrode. Since the comb-shaped electrode is formed in the diamond layer in this way, the piezoelectric layer formed on top of it has a uniform thickness with no difference in thickness between the electrode and diamond layer. It Therefore, according to the present invention, it is possible to provide a low-loss element in which the scattering of elastic waves is suppressed as compared with the above-described conventional surface acoustic wave element.
【0013】また、この発明の素子において、くし型電
極は集束イオンビームによって形成されるので、電極幅
λ0をクォーターミクロンレベルにすることができる。
そして電極幅の精度も高い。したがって、この発明の素
子は、従来よりも高い周波数域で作動させることがで
き、しかも優れた信頼性を有する。Further, in the element of the present invention, since the comb-shaped electrode is formed by the focused ion beam, the electrode width λ 0 can be set to the quarter micron level.
The accuracy of the electrode width is also high. Therefore, the device of the present invention can be operated in a higher frequency range than before, and has excellent reliability.
【0014】さらに、集束イオンビームによるイオン注
入は、上述したようにマスクレスで実施することができ
る。すなわち、レジスト形成工程なしにくし型電極を直
接形成することができるので、その製造工程を大幅に短
縮することができる。またさらに、集束イオンビームに
よる電極形成はコンピュータの情報に従って自動的に行
なうことができるため、電極についてカスタムメイドの
表面弾性波素子を容易に提供することができる。このよ
うに、この発明の素子は少量多品種生産に適している。Further, the ion implantation by the focused ion beam can be carried out without a mask as described above. That is, since the comb-shaped electrode can be directly formed without the resist forming step, the manufacturing process can be greatly shortened. Furthermore, since the electrode formation by the focused ion beam can be automatically performed according to the information of the computer, it is possible to easily provide a custom-made surface acoustic wave element for the electrode. As described above, the device of the present invention is suitable for low-volume, high-mix production.
【0015】[0015]
【実施例】この発明に従う高周波フィルタを以下の通り
作成した。EXAMPLE A high frequency filter according to the present invention was prepared as follows.
【0016】図1(a)を参照して、まず単結晶ダイヤ
モンドの基板を準備した。この基板を集束イオンビーム
装置に設置し、液体金属イオン源にB−Niを用い、引
出し電極とエミッタ電極の間に約100keVの電圧を
かけてB+イオンビームを発生させた。イオンビームを
走査しながらマスクレスで基板1にB+イオンを注入し
た。ビームの走査によりイオン注入された領域はくし型
電極の形状とされた。次に、アニーリングによって、イ
オン注入された領域は、p型低抵抗層からなる0.3μ
mライン&スペースのくし型電極2aおよび2bとされ
た(図1(b))。続いて、基板をマグネトロンスパッ
タ装置に移し、スパッタ出力100W、基板温度380
℃の条件下、ZnO多結晶体をAr:O2=1:1の混
合ガスでスパッタするマグネトロンスパッタリングによ
り、ZnO圧電体3を基板1上に堆積させた。(図1
(c))。以上の方法により形成した高周波フィルタの
共振周波数は約8GHzであった。Referring to FIG. 1A, first, a single crystal diamond substrate was prepared. This substrate was placed in a focused ion beam apparatus, B-Ni was used as a liquid metal ion source, and a voltage of about 100 keV was applied between the extraction electrode and the emitter electrode to generate a B + ion beam. B + ions were implanted into the substrate 1 without a mask while scanning the ion beam. The ion-implanted region was formed into a comb-shaped electrode by scanning the beam. Next, by annealing, the ion-implanted region has a p-type low resistance layer of 0.3 μm.
The electrodes were made into m-line & space comb-shaped electrodes 2a and 2b (FIG. 1 (b)). Then, the substrate is transferred to a magnetron sputtering device, the sputtering output is 100 W, the substrate temperature is 380
The ZnO piezoelectric body 3 was deposited on the substrate 1 by magnetron sputtering in which the ZnO polycrystal was sputtered with a mixed gas of Ar: O 2 = 1: 1 under the condition of ° C. (Fig. 1
(C)). The resonance frequency of the high frequency filter formed by the above method was about 8 GHz.
【0017】一方、上記実施例においてくし型電極の形
成のみ通常のフォトリソグラフィおよび通常のイオン注
入装置を用いてB+注入を行ない、他は上記実施例と同
様にして表面弾性波素子を形成した。その結果、約0.
6μmライン&スペースのくし型電極が形成され、素子
の共振周波数は約4GHzであった。On the other hand, in the above-mentioned embodiment, B + implantation was carried out only by the formation of the comb-shaped electrode by using the ordinary photolithography and the ordinary ion implantation equipment, and the surface acoustic wave device was formed in the same manner as in the above-mentioned embodiment. .. As a result, about 0.
A 6 μm line & space comb-shaped electrode was formed, and the resonance frequency of the device was about 4 GHz.
【0018】以上の結果より、この発明に従う素子はよ
り高い周波数域で作動できるものであることが明らかと
なった。From the above results, it became clear that the device according to the present invention can operate in a higher frequency range.
【図1】この発明に従う表面弾性波素子の一例につい
て、その製造工程を示すための断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of an example of a surface acoustic wave device according to the present invention.
【図2】表面弾性波素子の一般的構造を示す斜視図であ
る。FIG. 2 is a perspective view showing a general structure of a surface acoustic wave device.
1 基板 2a、2b くし型電極 3 ZnO圧電体 1 Substrate 2a, 2b Comb type electrode 3 ZnO piezoelectric body
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Continued Front Page (72) Inventor Naoji Fujimori 1-1-1 Kunyokita, Itami City, Hyogo Prefecture Sumitomo Electric Industries, Ltd. Itami Works
Claims (1)
上に設けられる圧電体層と、前記ダイヤモンド層と前記
圧電体層の間に設けられ、両層に密着するくし型電極と
を備える表面弾性波素子において、 前記くし型電極が、前記ダイヤモンド層において集束イ
オンビームによりイオン注入された領域であることを特
徴とする、表面弾性波素子。1. A surface acoustic wave device comprising a diamond layer, a piezoelectric layer provided on the diamond layer, and a comb-shaped electrode provided between the diamond layer and the piezoelectric layer and in close contact with both layers. 2. The surface acoustic wave device according to claim 1, wherein the comb-shaped electrode is a region of the diamond layer that is ion-implanted by a focused ion beam.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP24564591A JPH0583068A (en) | 1991-09-25 | 1991-09-25 | Surface acoustic wave element |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP24564591A JPH0583068A (en) | 1991-09-25 | 1991-09-25 | Surface acoustic wave element |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0583068A true JPH0583068A (en) | 1993-04-02 |
Family
ID=17136734
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP24564591A Pending JPH0583068A (en) | 1991-09-25 | 1991-09-25 | Surface acoustic wave element |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0583068A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1996012344A1 (en) * | 1994-10-13 | 1996-04-25 | Kobe Steel Usa, Inc. | Diamond surface acoustic wave devices and associated method |
-
1991
- 1991-09-25 JP JP24564591A patent/JPH0583068A/en active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1996012344A1 (en) * | 1994-10-13 | 1996-04-25 | Kobe Steel Usa, Inc. | Diamond surface acoustic wave devices and associated method |
US5576589A (en) * | 1994-10-13 | 1996-11-19 | Kobe Steel Usa, Inc. | Diamond surface acoustic wave devices |
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