JPH0590893A - Surface acoustic wave element - Google Patents
Surface acoustic wave elementInfo
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- JPH0590893A JPH0590893A JP24802791A JP24802791A JPH0590893A JP H0590893 A JPH0590893 A JP H0590893A JP 24802791 A JP24802791 A JP 24802791A JP 24802791 A JP24802791 A JP 24802791A JP H0590893 A JPH0590893 A JP H0590893A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は、たとえば高周波フィ
ルタなどに用いることができる表面弾性波素子に関する
ものであり、特にダイヤモンド薄膜を用いた表面弾性波
素子に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a surface acoustic wave device that can be used for, for example, a high frequency filter, and more particularly to a surface acoustic wave device using a diamond thin film.
【0002】[0002]
【従来の技術】表面弾性波素子は、弾性体表面を伝播す
る表面波を有した電気−機械変換素子である。図2は、
表面弾性波素子の一般的構造を示している。2. Description of the Related Art A surface acoustic wave element is an electro-mechanical conversion element having a surface wave propagating on the surface of an elastic body. Figure 2
1 shows a general structure of a surface acoustic wave device.
【0003】図2を参照して、表面弾性波素子10は、
圧電体11の上に1対のくし型電極12および13を形
成することにより構成されている。Referring to FIG. 2, the surface acoustic wave device 10 is
It is configured by forming a pair of comb-shaped electrodes 12 and 13 on the piezoelectric body 11.
【0004】くし型電極12に電気信号が印加される
と、圧電体11に歪みが生じ、この歪みが表面弾性波と
なって圧電体11を伝播し、もう一方のくし型電極13
で電気信号として取出される。このように表面弾性波素
子では、表面波の励振に圧電体の圧電現象が利用され
る。When an electric signal is applied to the comb-shaped electrode 12, distortion occurs in the piezoelectric body 11, and this distortion becomes a surface acoustic wave that propagates through the piezoelectric body 11 and the other comb-shaped electrode 13
It is taken out as an electric signal. As described above, in the surface acoustic wave element, the piezoelectric phenomenon of the piezoelectric body is used to excite the surface wave.
【0005】この素子の周波数特性は、図2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、f0 =ν/λ0 で定められる使用
数f 0 を中心とした帯域通過特性となる。The frequency characteristic of this element is as shown in FIG.
And the electrode period in the comb electrode is λ0, Surface acoustic wave
Let ν be the speed of0= Ν / λ0Use defined by
Number f 0The band pass characteristic is centered around.
【0006】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。The surface acoustic wave element 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 can be applied to filters, delay lines, oscillators, resonators, convolvers, correlators, and the like.
【0007】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VT
R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。Particularly, the surface acoustic wave filter has been put into practical use as an intermediate frequency filter for television from an early stage, and further, VT
It has been applied to filters for R and various communication devices.
【0008】この表面弾性波素子は、LiNbO3 およ
びLiTaO3 等の圧電体単結晶上にくし型電極を形成
することによって製造されてきたが、近年、ZnO等の
圧電体薄膜をガラス等の基板上にスパッタ等の技術で成
膜したものが用いられるようになってきている。しかし
ながら、ガラス上に成膜したZnO等の圧電体薄膜は、
通常配向性のある多結晶質であり、散乱による損失が多
く、100MHz以上の高周波帯域で使用するには適し
ていなかった。This surface acoustic wave device has been manufactured by forming a comb-shaped electrode on a piezoelectric single crystal such as LiNbO 3 and LiTaO 3 , but in recent years, a piezoelectric thin film such as ZnO is formed on a substrate such as glass. What has been formed into a film by a technique such as sputtering has come to be used. However, a piezoelectric thin film such as ZnO formed on glass is
Usually, it is a polycrystalline material having an orientation, has a large loss due to scattering, and was not suitable for use in a high frequency band of 100 MHz or more.
【0009】一方、移動通信等の分野に用いられる表面
弾性波フィルタにおいては、より高い周波数域で使用で
きる素子が望まれている。上述したように、電極周期λ
0 がより小さくなるか、あるいは表面波の速度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。On the other hand, in the surface acoustic wave filter used in the field of mobile communication and the like, an element which can be used in a higher frequency band is desired. As described above, the electrode period λ
When 0 becomes smaller or the velocity ν of the surface wave becomes larger, the frequency characteristic of the element has a higher center frequency f 0 .
【0010】そこで、弾性波がより早く伝播される材
料、たとえばサファイヤおよびダイヤモンド等の上に圧
電体膜を積層した表面弾性波素子が開発されてきている
(たとえば、特開昭54−38874および特開昭64
−62911)。Therefore, a surface acoustic wave device has been developed in which a piezoelectric film is laminated on a material that allows acoustic waves to propagate faster, such as sapphire and diamond. Kaisho 64
-62911).
【0011】特に、ダイヤモンド中における音速は最も
速く、さらに熱的および化学的にも安定であるので、表
面弾性波素子を形成する基板としてダイヤモンドが注目
されている。ダイヤモンドを用いる表面弾性波素子は、
生産性および価格の面から、基板上にダイヤモンド薄膜
を形成し、このダイヤモンド薄膜上に圧電体薄膜を形成
するものが主に検討されている。In particular, diamond has attracted attention as a substrate for forming a surface acoustic wave device because it has the highest sound velocity in diamond and is stable both thermally and chemically. The surface acoustic wave device using diamond is
From the viewpoint of productivity and cost, a method of forming a diamond thin film on a substrate and forming a piezoelectric thin film on the diamond thin film is mainly studied.
【0012】図3は従来のダイヤモンド薄膜を用いた表
面弾性波素子を示す断面図である。図3を参照して、シ
リコンなどの基板21の上にダイヤモンド薄膜22が形
成される。このダイヤモンド22の上に金属をエッチン
グなどによってパターニングしたくし型電極23が形成
されている。このくし型電極23を形成したダイヤモン
ド薄膜22の上に圧電体層としてZnO膜24が形成さ
れている。FIG. 3 is a sectional view showing a conventional surface acoustic wave device using a diamond thin film. Referring to FIG. 3, a diamond thin film 22 is formed on a substrate 21 such as silicon. A comb-shaped electrode 23 formed by patterning a metal by etching or the like is formed on the diamond 22. A ZnO film 24 is formed as a piezoelectric layer on the diamond thin film 22 on which the comb-shaped electrode 23 is formed.
【0013】[0013]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うなダイヤモンド薄膜を用いた従来の表面弾性波素子に
おいては、くし型電極として金属膜を用いているため、
ダイヤモンド薄膜上に段差が形成されてしまい、伝播さ
れる表面弾性波に反射および散乱等が生じ、フィルター
特性におけるリップルの原因や伝播損失などの原因にな
っていた。However, in the conventional surface acoustic wave device using such a diamond thin film, since the metal film is used as the comb-shaped electrode,
Since a step is formed on the diamond thin film, the propagating surface acoustic wave is reflected and scattered, which causes ripples in the filter characteristics and propagation loss.
【0014】この発明の目的は、このような従来の表面
弾性波素子の問題点を解消し、表面弾性波の伝播損失や
リップルを軽減することができ、高い効率で良好な特性
を示す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 problems of the conventional surface acoustic wave device, to reduce the propagation loss and ripple of the surface acoustic wave, and to show the surface acoustic wave exhibiting good characteristics with high efficiency. To provide a wave element.
【0015】[0015]
【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形成
される圧電体薄膜と、一定の波長の表面弾性波を発生さ
せこれを取出すための1対の電極を備え、電極の少なく
とも一方が、ダイヤモンド層の一部を導電化処理するこ
とにより形成されていることを特徴としている。A surface acoustic wave element according to the present invention is a diamond layer, a piezoelectric thin film formed on the diamond layer, and a surface acoustic wave having a constant wavelength for generating and extracting the surface acoustic wave. A pair of electrodes is provided, and at least one of the electrodes is formed by subjecting a part of the diamond layer to a conductive treatment.
【0016】この発明の表面弾性波素子のダイヤモンド
層は、基板上に形成されたダイヤモンド薄膜であっても
よく、また単結晶のダイヤモンド基板であってもよい。
ダイヤモンド薄膜を形成する基板としては、特に限定さ
れないが、たとえば、Si、Mo、W、GaAs、およ
びLiNbO3 などの半導体材料および無機材料の基板
を用いることができる。The diamond layer of the surface acoustic wave device of the present invention may be a diamond thin film formed on a substrate or may be a single crystal diamond substrate.
The substrate on which the diamond thin film is formed is not particularly limited, but for example, a substrate made of a semiconductor material such as Si, Mo, W, GaAs, and LiNbO 3 and an inorganic material can be used.
【0017】このように形成されるダイヤモンド薄膜の
場合には、ダイヤモンド薄膜は単結晶であってもよい
し、多結晶であってもよい。またアモルファス状態のダ
イヤモンド状炭素膜であってもよい。In the case of the diamond thin film thus formed, the diamond thin film may be a single crystal or a polycrystal. It may also be an amorphous diamond-like carbon film.
【0018】ダイヤモンド薄膜を基板上に形成させる場
合の形成方法は、特に限定されるものではないが、たと
えば、CVD法、マイクロ波プラズマCVD法、プラズ
マCVD法、PVD法、および熱フィラメント法などの
方法を用いることができる。The method for forming the diamond thin film on the substrate is not particularly limited, but for example, a CVD method, a microwave plasma CVD method, a plasma CVD method, a PVD method, a hot filament method, or the like. Any method can be used.
【0019】原料ガスを分解励起してダイヤモンドを気
相合成法で成長させる方法としては、たとえば、1)熱
電子放射材を1500K以上の温度に過熱して原料ガス
を活性化する方法、2)直流、高周波又はマイクロ波電
界による放電を利用する方法、3)イオン衝撃を利用す
る方法、4)レーザーなどの光を照射する方法、5)原
料ガスを燃焼させる方法、がある。As the method of decomposing and exciting the raw material gas to grow diamond by the vapor phase synthesis method, for example, 1) a method of activating the raw material gas by heating the thermoelectron emitting material to a temperature of 1500 K or higher, 2) There are a method of using discharge by a direct current, a high frequency or a microwave electric field, 3) a method of using ion bombardment, 4) a method of irradiating light such as a laser, and 5) a method of burning a source gas.
【0020】この発明において、使用する原料物質とし
ては、炭素含有化合物が一般的である。この炭素含有化
合物は、好ましくは水素ガスと組合せて用いられる。ま
た必要に応じて、酸素含有化合物および/または不活性
ガスと組合せて用いられる場合もある。In the present invention, the raw material used is generally a carbon-containing compound. This carbon-containing compound is preferably used in combination with hydrogen gas. Further, if necessary, it may be used in combination with an oxygen-containing compound and / or an inert gas.
【0021】炭素含有化合物としては、たとえばメタ
ン、エタン、プロパン、ブタン等のパラフィン系炭化水
素:エチレン、プロピレン、ブチレン等のオレフィン系
炭化水素:アセチレン、アリレン等のアセチレン系炭化
水素:ブタジエン等のジオレフィン系炭化水素:シクロ
プロパン、シクロブタン、シクロペンタン、シクロヘキ
サン等の脂環式炭化水素:シクロブタジエン、ベンゼ
ン、トルエン、キシレン、ナフタレン等の芳香族炭化水
素:アセトン、ジエチルケトン、ベンゾフェノン等のケ
トン類:メタノール、エタノール等のアルコール類:ト
リメチルアミン、トリエチルアミンなどのアミン類:炭
酸ガス、一酸化炭素などを挙げることができる。これら
は、1種を単独で用いることもできるし、2種以上を併
用することもできる。あるいは炭素含有化合物は、グラ
ファイト、石炭、コークスなどの炭素原子のみから成る
物質であってもよい。Examples of the carbon-containing compound include paraffinic hydrocarbons such as methane, ethane, propane and butane: olefinic hydrocarbons such as ethylene, propylene and butylene: acetylene hydrocarbons such as acetylene and arylene: diene such as butadiene. Olefinic hydrocarbons: cycloaliphatic hydrocarbons such as cyclopropane, cyclobutane, cyclopentane and cyclohexane: aromatic hydrocarbons such as cyclobutadiene, benzene, toluene, xylene and naphthalene: ketones such as acetone, diethyl ketone and benzophenone: Alcohols such as methanol and ethanol: amines such as trimethylamine and triethylamine: carbon dioxide gas, carbon monoxide and the like. These can be used individually by 1 type and can also use 2 or more types together. Alternatively, the carbon-containing compound may be a substance composed of only carbon atoms, such as graphite, coal or coke.
【0022】酸素含有化合物としては、酸素、水、一酸
化炭素、二酸化炭素、過酸化水素が容易に入手できるゆ
え好ましい。As the oxygen-containing compound, oxygen, water, carbon monoxide, carbon dioxide and hydrogen peroxide are preferable because they are easily available.
【0023】不活性ガスは、たとえば、アルゴン、ヘリ
ウム、ネオン、クリプトン、キセノン、ラドンである。The inert gas is, for example, argon, helium, neon, krypton, xenon or radon.
【0024】この発明に用いられる圧電体薄膜として
は、ZnO、AlN、Pb(Zr,Ti)O3 、(P
b,La)(Zr,Ti)O3 、LiTaO3 、LiN
bO3 、SiO2 、Ta2 O5 、Nb2 O5 、BeO、
Li2 B4 O7 、KNbO3 、ZnS、ZnSeおよび
CdSなどを主成分とするものを使用することができ
る。圧電体薄膜は、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、表
面波の散乱が少ない単結晶がより好ましい。The piezoelectric thin film used in the present invention includes ZnO, AlN, Pb (Zr, Ti) O 3 , and (P
b, La) (Zr, Ti) O 3 , LiTaO 3 , LiN
bO 3 , SiO 2 , Ta 2 O 5 , Nb 2 O 5 , BeO,
It is possible to use those containing Li 2 B 4 O 7 , KNbO 3 , ZnS, ZnSe, CdS and the like as main components. The piezoelectric thin film may be either a single crystal or a polycrystal, but a single crystal with less scattering of surface waves is more preferable because the element is used in a higher frequency range.
【0025】ZnO、AlNおよびPb(Zr,Ti)
O3 等の圧電体薄膜は、CVD法によって形成すること
ができる。ZnO, AlN and Pb (Zr, Ti)
The piezoelectric thin film such as O 3 can be formed by the CVD method.
【0026】表面弾性波を発生させこれを取出すための
電極としては、くし型電極またはインタデジタル・トラ
ンスデューサ(IDT)電極といわれる電極がある。こ
の発明では、このくし型電極を金属によって形成するの
ではなくダイヤモンド層の一部を導電化処理することに
よって形成している。As an electrode for generating and extracting the surface acoustic wave, there is an electrode called a comb-shaped electrode or an interdigital transducer (IDT) electrode. In the present invention, the comb-shaped electrode is not formed of metal, but is formed by subjecting a part of the diamond layer to conductivity.
【0027】このような導電化処理は、ダイヤモンド層
の表面を水素プラズマ等により水素化することにより行
なうことができる。またダイヤモンド層の表面にH+ を
イオン注入法等でドーピングすることによっても導電化
処理することができる。プラズマで活性化した水素で水
素化処理して電極を形成する場合には、たとえばくし型
電極のパターンとなるようにダイヤモンド層の上をマス
クしておき水素化処理を施すことができる。また、H+
のイオン注入による方法においても同様にマスクを用い
てパターニングすることができる。Such conductivity treatment can be performed by hydrogenating the surface of the diamond layer with hydrogen plasma or the like. The conductivity can also be obtained by doping H + on the surface of the diamond layer by an ion implantation method or the like. When the electrode is formed by hydrogenating with hydrogen activated by plasma, the diamond layer may be masked so as to have a comb-shaped electrode pattern and then hydrogenated. Also, H +
Similarly, in the method of ion implantation, the patterning can be performed using a mask.
【0028】マスクとしては、特に限定されるものでは
ないが、たとえば、SiO2 などを用いることができ
る。The mask is not particularly limited, but SiO 2 or the like can be used, for example.
【0029】電極のパターニングの方法としては、逆
に、ダイヤモンド層の表面全体を水素化処理しておき、
その後にくし型電極以外の部分を酸素等で高抵抗化して
もよい。As a method of patterning the electrodes, conversely, the entire surface of the diamond layer is hydrogenated,
After that, the portion other than the comb-shaped electrode may be made highly resistive with oxygen or the like.
【0030】この発明において、ダイヤモンド層の導電
化処理は、上記の水素化処理に限定されるものではな
く、その他の不純物をドーピングしたり、イオン注入し
たりする方法でもよく、ダイヤモンド層を導電化する処
理であればいかなる処理でもよい。In the present invention, the electroconductivity treatment of the diamond layer is not limited to the above hydrogenation treatment, and other methods such as doping with impurities or ion implantation may be used. Any process may be used as long as it is a process.
【0031】[0031]
【発明の作用効果】この発明に従う表面弾性波素子で
は、ダイヤモンド層の一部を導電化処理することにより
電極を形成させている。このため、従来のような電極形
成によるダイヤモンド層上の段差がなくなるので、表面
弾性波の反射および散乱等を減少させることができ、伝
播損失を著しく低減させることができる。このため、高
い効率の表面弾性波素子とすることができ、高周波フィ
ルタとして用いる場合には、フィルタ特性に優れた高周
波フィルタとすることができる。In the surface acoustic wave device according to the present invention, the electrodes are formed by subjecting a part of the diamond layer to electroconductivity. For this reason, since there is no step on the diamond layer due to the conventional electrode formation, reflection and scattering of surface acoustic waves can be reduced, and propagation loss can be significantly reduced. Therefore, it is possible to obtain a highly efficient surface acoustic wave device, and when used as a high frequency filter, a high frequency filter having excellent filter characteristics can be obtained.
【0032】[0032]
【実施例】図1は、この発明に従う表面弾性波素子を示
す断面図である。図1を参照して、シリコン基板1の上
にはダイヤモンド薄膜2が形成されている。このダイヤ
モンド薄膜2上にSiO2 のマスクを電極形成領域以外
の部分に形成する。このようにマスクした状態で、水素
プラズマによりマスクされていないダイヤモンド薄膜2
の部分を水素化処理し、くし型電極のパターンで導電性
部分を形成し、ダイヤモンド水素化電極3を形成する。
次にマスクのSiO2 をエッチング除去し、次いでダイ
ヤモンド水素化3を形成したダイヤモンド薄膜2の上に
圧電体薄膜としてのZnO薄膜を形成する。1 is a sectional view showing a surface acoustic wave device according to the present invention. Referring to FIG. 1, a diamond thin film 2 is formed on a silicon substrate 1. A SiO 2 mask is formed on the diamond thin film 2 in a portion other than the electrode formation region. In this masked state, the diamond thin film 2 not masked by hydrogen plasma
Is hydrogenated to form a conductive portion in the pattern of a comb-shaped electrode, and the diamond hydrogenation electrode 3 is formed.
Next, SiO 2 of the mask is removed by etching, and then a ZnO thin film as a piezoelectric thin film is formed on the diamond thin film 2 on which the hydrogenated diamond 3 is formed.
【0033】なお、この実施例では、ダイヤモンド薄膜
2の厚みを15μmとし、ZnO薄膜の厚みを0.9μ
mとした。またダイヤモンド水素化電極3の水素プラズ
マによる水素化処理の条件は、圧力20Torr、マイ
クロ波プラズマパワー300W、H2 ガス流量200s
ccm、3分間とした。In this embodiment, the diamond thin film 2 has a thickness of 15 μm and the ZnO thin film has a thickness of 0.9 μm.
m. The conditions for hydrogenating the diamond hydrogenation electrode 3 with hydrogen plasma are as follows: pressure 20 Torr, microwave plasma power 300 W, H 2 gas flow rate 200 s.
ccm was 3 minutes.
【0034】以上のようにして得られた図1に示すよう
な表面弾性波素子と、図3に示すような金属のエッチン
グにより形成されたくし型電極を有する従来の表面弾性
波素子とを、フィルター特性において比較したところ、
図1に示すこの発明に従う表面弾性波素子は、リップル
がなく、伝播損失も半分と小さいものであった。A surface acoustic wave device as shown in FIG. 1 obtained as described above and a conventional surface acoustic wave device having a comb-shaped electrode formed by etching a metal as shown in FIG. 3 were used as a filter. When comparing the characteristics,
The surface acoustic wave device according to the present invention shown in FIG. 1 has no ripple and the propagation loss is as small as half.
【0035】上記の実施例では、基板上に形成したダイ
ヤモンド薄膜の一部を導電化処理して電極を形成した
が、この発明はこのようなダイヤモンド薄膜に限定され
るものではなく、ダイヤモンド層全体が単結晶のダイヤ
モンド基板であってもよい。In the above embodiment, the diamond thin film formed on the substrate is partially electroconductively treated to form the electrode, but the present invention is not limited to such a diamond thin film, and the whole diamond layer is formed. May be a single crystal diamond substrate.
【0036】また導電化処理は上記実施例の水素化処理
に限定されるものではなく、その他のボロンなどのドー
ピングなどによる導電化処理であってもよい。The conductivity treatment is not limited to the hydrogenation treatment of the above embodiment, but may be a conductivity treatment by doping with other boron or the like.
【図1】この発明に従う表面弾性波素子を示す断面図で
ある。FIG. 1 is a cross-sectional view showing 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.
【図3】従来の表面弾性波素子を示す断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view showing a conventional surface acoustic wave device.
1 基板 2 ダイヤモンド薄膜 3 ダイヤモンド水素化電極 4 ZnO薄膜 1 substrate 2 diamond thin film 3 diamond hydrogenation electrode 4 ZnO thin film
───────────────────────────────────────────────────── 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 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (72) Inventor Naoji Fujimori 1-1-1 Kunyokita, Itami City, Hyogo Prefecture Sumitomo Electric Industries, Ltd. Itami Works
Claims (1)
形成される圧電体薄膜と、特定の波長の表面弾性波を発
生させこれを取出すための1対の電極とを備える表面弾
性波素子において、 前記電極の少なくとも一方が、前記ダイヤモンド層の一
部を導電化処理することにより形成されていることを特
徴とする、表面弾性波素子。1. A surface acoustic wave device comprising a diamond layer, a piezoelectric thin film formed on the diamond layer, and a pair of electrodes for generating and extracting a surface acoustic wave of a specific wavelength, wherein: At least one of the electrodes is formed by subjecting a part of the diamond layer to a conductive treatment, and a surface acoustic wave element.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP24802791A JPH0590893A (en) | 1991-09-26 | 1991-09-26 | Surface acoustic wave element |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP24802791A JPH0590893A (en) | 1991-09-26 | 1991-09-26 | Surface acoustic wave element |
Publications (1)
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JPH0590893A true JPH0590893A (en) | 1993-04-09 |
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ID=17172118
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JP24802791A Pending JPH0590893A (en) | 1991-09-26 | 1991-09-26 | Surface acoustic wave element |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JPH0590893A (en) |
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- 1991-09-26 JP JP24802791A patent/JPH0590893A/en active Pending
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