JPH09205340A - 表面弾性波素子用ダイヤモンド基材と素子及びその製造方法 - Google Patents
表面弾性波素子用ダイヤモンド基材と素子及びその製造方法Info
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- JPH09205340A JPH09205340A JP1180896A JP1180896A JPH09205340A JP H09205340 A JPH09205340 A JP H09205340A JP 1180896 A JP1180896 A JP 1180896A JP 1180896 A JP1180896 A JP 1180896A JP H09205340 A JPH09205340 A JP H09205340A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ダイヤモンド層を用いた表面弾性波フィルタ
ー素子が高周波領域で良好なフィルター特性を持つもの
とする。 【解決手段】 Si基板１上に窒素添加したダイヤモンド
層２を成長させ、その上にAl櫛型電極５及び圧電体層３
を形成させた。このようにダイヤモンド層中に窒素を添
加した基材７は、10μm以下の短い波長や5μm以下の特
に短い波長でも伝播損失が小さく、また、1GHz以上の高
い周波数や2GHz以上の特に高い周波数でも伝播損失の小
さいものとなる。
ー素子が高周波領域で良好なフィルター特性を持つもの
とする。 【解決手段】 Si基板１上に窒素添加したダイヤモンド
層２を成長させ、その上にAl櫛型電極５及び圧電体層３
を形成させた。このようにダイヤモンド層中に窒素を添
加した基材７は、10μm以下の短い波長や5μm以下の特
に短い波長でも伝播損失が小さく、また、1GHz以上の高
い周波数や2GHz以上の特に高い周波数でも伝播損失の小
さいものとなる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、数百MHzからGHz帯
の高い周波数領域で動作する表面弾性波素子用基材に関
するものであり、更に、その基材と少なくとも圧電体と
を組み合わせた表面弾性波素子に関するものである。
の高い周波数領域で動作する表面弾性波素子用基材に関
するものであり、更に、その基材と少なくとも圧電体と
を組み合わせた表面弾性波素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】高い周波数での応用を考えて、ダイヤモ
ンド層を利用した表面弾性波素子が開発されている。
（特開昭64-62911号公報、特開平3-198412号公報）すな
わち固体表面にエネルギーが集中して伝播する表面弾性
波を利用した表面弾性波素子は、小型で性能の安定した
ものを作れることからテレビジョン受信機の中間周波フ
ィルター等として利用されている。更に衛星通信や移動
体通信等、通信の高周波数化に伴ってGHz帯で利用でき
る表面弾性波素子が必要とされ、基材材料の物質として
は最大の速さの波の伝播速度を有するダイヤモンド層を
用いたものが検討されている。
ンド層を利用した表面弾性波素子が開発されている。
（特開昭64-62911号公報、特開平3-198412号公報）すな
わち固体表面にエネルギーが集中して伝播する表面弾性
波を利用した表面弾性波素子は、小型で性能の安定した
ものを作れることからテレビジョン受信機の中間周波フ
ィルター等として利用されている。更に衛星通信や移動
体通信等、通信の高周波数化に伴ってGHz帯で利用でき
る表面弾性波素子が必要とされ、基材材料の物質として
は最大の速さの波の伝播速度を有するダイヤモンド層を
用いたものが検討されている。
【０００３】このダイヤモンド層を基材に用いた表面弾
性波素子は、以下のように作成される。まず、Si等の基
板の上に、気相合成によりダイヤモンド層を形成する。
この気相合成されたダイヤモンド層の表面を研磨により
平滑にする。さらに、この表面が平滑になった気相合成
ダイヤモンド層を基材として、この上に櫛形電極と圧電
体層を形成する。
性波素子は、以下のように作成される。まず、Si等の基
板の上に、気相合成によりダイヤモンド層を形成する。
この気相合成されたダイヤモンド層の表面を研磨により
平滑にする。さらに、この表面が平滑になった気相合成
ダイヤモンド層を基材として、この上に櫛形電極と圧電
体層を形成する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上述のようなダイヤモ
ンド層を基材に用いた表面弾性波素子では、表面弾性波
がダイヤモンド層を伝播する際にエネルギーの損失が発
生する。この損失は、表面弾性波の波長が短くなるほ
ど、すなわち、使用周波数が高くなるほど増大する傾向
があり、従来の低い周波数領域での水晶やLiTaO3あるい
はLiNbO3を用いた表面弾性波フィルター素子に比して、
ダイヤモンド層を用いた表面弾性波素子の利点が最も活
かされるべき高い周波数領域での特性が低下してしまう
という問題点があった。この発明は、上述の問題点を解
決して優れた特性を有する表面弾性波素子にふさわしい
ダイヤモンド基材と併せてその製造方法を提供すること
にある。
ンド層を基材に用いた表面弾性波素子では、表面弾性波
がダイヤモンド層を伝播する際にエネルギーの損失が発
生する。この損失は、表面弾性波の波長が短くなるほ
ど、すなわち、使用周波数が高くなるほど増大する傾向
があり、従来の低い周波数領域での水晶やLiTaO3あるい
はLiNbO3を用いた表面弾性波フィルター素子に比して、
ダイヤモンド層を用いた表面弾性波素子の利点が最も活
かされるべき高い周波数領域での特性が低下してしまう
という問題点があった。この発明は、上述の問題点を解
決して優れた特性を有する表面弾性波素子にふさわしい
ダイヤモンド基材と併せてその製造方法を提供すること
にある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明に従う表面弾性波
素子用基材及び素子では、少なくとも気相合成ダイヤモ
ンド層と圧電体層と表面弾性波を励振する電極とが積層
されており、その気相合成ダイヤモンド層に窒素が添加
（ドーピング）されている。その窒素添加量は0.1ppmか
ら20000ppmであることが望ましく、さらには5ppmから30
00ppmであることが望ましい。圧電体は、ZnO、LiNbO3、
LiTaO3、AlN、Pb(Zr,Ti)O3、(Pb,La) (Zr,Ti)O3、Si
O2、KNbO3、Li2B4O7のうちの少なくとも１種の化合物を
主成分とする無機物資で形成されていることが望まし
い。
素子用基材及び素子では、少なくとも気相合成ダイヤモ
ンド層と圧電体層と表面弾性波を励振する電極とが積層
されており、その気相合成ダイヤモンド層に窒素が添加
（ドーピング）されている。その窒素添加量は0.1ppmか
ら20000ppmであることが望ましく、さらには5ppmから30
00ppmであることが望ましい。圧電体は、ZnO、LiNbO3、
LiTaO3、AlN、Pb(Zr,Ti)O3、(Pb,La) (Zr,Ti)O3、Si
O2、KNbO3、Li2B4O7のうちの少なくとも１種の化合物を
主成分とする無機物資で形成されていることが望まし
い。
【０００６】素子の温度特性を改善するために圧電体層
上にSiO2層を付加した素子とすることもできる。又表面
弾性波を励振する電極は、Al、Al-Cu、Al-Si-Cu、Al-Ti
等、一般的に表面弾性波素子に用いられる電極材料を用
いることができる。なお、本発明に従う表面弾性波素子
の製造方法では、前記気相合ダイヤモンドが、少なくと
も水素原子、炭素原子、窒素原子を含む原料ガスを用い
たCVD法で形成されており、そのガスの窒素の炭素に対
する原子比が10ppmから10000ppmであることを特徴とす
る。
上にSiO2層を付加した素子とすることもできる。又表面
弾性波を励振する電極は、Al、Al-Cu、Al-Si-Cu、Al-Ti
等、一般的に表面弾性波素子に用いられる電極材料を用
いることができる。なお、本発明に従う表面弾性波素子
の製造方法では、前記気相合ダイヤモンドが、少なくと
も水素原子、炭素原子、窒素原子を含む原料ガスを用い
たCVD法で形成されており、そのガスの窒素の炭素に対
する原子比が10ppmから10000ppmであることを特徴とす
る。
【０００７】
【発明の実施の態様】本発明による気相合成ダイヤモン
ド層は、窒素の炭素に対する原子比が10ppmから10000pp
mである、少なくとも水素原子、炭素原子、窒素原子を
含む原料ガスを用いたCVD法で形成されており、ダイヤ
モンド層中に0.1ppmから20000ppmの窒素を含有させた場
合、結晶粒径の細かい緻密な層であって多結晶体であ
り、伝播する表面弾性波の波長が1μmから10μmという
短い波長であっても、表面弾性波のエネルギー損失が極
めて小さくでき、素子の特性を大きく改善することがで
きる。ダイヤモンド層中に窒素を20000ppm以上添加する
と、かえって表面弾性波の速度が低下し伝播損失も増大
する。
ド層は、窒素の炭素に対する原子比が10ppmから10000pp
mである、少なくとも水素原子、炭素原子、窒素原子を
含む原料ガスを用いたCVD法で形成されており、ダイヤ
モンド層中に0.1ppmから20000ppmの窒素を含有させた場
合、結晶粒径の細かい緻密な層であって多結晶体であ
り、伝播する表面弾性波の波長が1μmから10μmという
短い波長であっても、表面弾性波のエネルギー損失が極
めて小さくでき、素子の特性を大きく改善することがで
きる。ダイヤモンド層中に窒素を20000ppm以上添加する
と、かえって表面弾性波の速度が低下し伝播損失も増大
する。
【０００８】本願のダイヤモンド層は単結晶ではなく、
多結晶体において、表面弾性波のエネルギー損失が極め
て少ない素子が得られるのである。本発明においては、
シリコン基板を単結晶にする必要もなく、ダイヤモンド
層が多結晶においても優れた特性を有することを見出し
た。
多結晶体において、表面弾性波のエネルギー損失が極め
て少ない素子が得られるのである。本発明においては、
シリコン基板を単結晶にする必要もなく、ダイヤモンド
層が多結晶においても優れた特性を有することを見出し
た。
【０００９】なお、図１には、表面弾性波素子用ダイヤ
モンド基材と素子の断面図（概念図）、図２には最上層
にSiO2層が付加されたものの断面図（概念図）、図３に
は傾視図（概念図）のうち、図１の（ｃ）及び図２の
（ｃ）に該当するものを図３（ａ）（ｂ）として示して
いる。これらの図においては、１はシリコン基板、２は
ダイヤモンド層、３は圧電体層、４はSiO2層、５はAl櫛
型電極、６は短絡用電極である。又、７は表面弾性波フ
ィルター素子用基板、８は表面弾性波フィルターであ
る。
モンド基材と素子の断面図（概念図）、図２には最上層
にSiO2層が付加されたものの断面図（概念図）、図３に
は傾視図（概念図）のうち、図１の（ｃ）及び図２の
（ｃ）に該当するものを図３（ａ）（ｂ）として示して
いる。これらの図においては、１はシリコン基板、２は
ダイヤモンド層、３は圧電体層、４はSiO2層、５はAl櫛
型電極、６は短絡用電極である。又、７は表面弾性波フ
ィルター素子用基板、８は表面弾性波フィルターであ
る。
【００１０】短絡用電極６は、所謂アースを取るために
付すもので、電極材料で出来ている。図１及び図２の
（ａ）、（ｃ）には短絡用電極６の付されていないもの
を示している。又Al櫛形電極５もダイヤモンド層２ある
いは圧電体層３の上に付されるものである。以下の実施
例は、図１又は図２の（ｃ）に該当する例を示している
が、本願発明は（ｃ）以外の図１又は図２の（ａ）
（ｂ）及び（ｄ）にも適用出来るのである。
付すもので、電極材料で出来ている。図１及び図２の
（ａ）、（ｃ）には短絡用電極６の付されていないもの
を示している。又Al櫛形電極５もダイヤモンド層２ある
いは圧電体層３の上に付されるものである。以下の実施
例は、図１又は図２の（ｃ）に該当する例を示している
が、本願発明は（ｃ）以外の図１又は図２の（ａ）
（ｂ）及び（ｄ）にも適用出来るのである。
【００１１】
（実施例１） Si基板１上に、窒素、メタン、水素混合
ガス（窒素の炭素に対する原子比：ゼロから20000ppm）
を用いたマイクロ波プラズマCVD法において、厚さ35μm
のダイヤモンド層２を成長させた。 （ダイヤモンド層形成条件） マイクロ波パワー ：150W 反応ガス（分子比）：N2:ゼロから200ppm、CH4:2%:、
H2:残り ガス圧力 ：40mTorr 形成温度 ：800℃
ガス（窒素の炭素に対する原子比：ゼロから20000ppm）
を用いたマイクロ波プラズマCVD法において、厚さ35μm
のダイヤモンド層２を成長させた。 （ダイヤモンド層形成条件） マイクロ波パワー ：150W 反応ガス（分子比）：N2:ゼロから200ppm、CH4:2%:、
H2:残り ガス圧力 ：40mTorr 形成温度 ：800℃
【００１２】このダイヤモンド層２を研磨することによ
り、ダイヤモンド層２の厚さが20μmの表面弾性波素子
８用の基材７を用意した。次に、厚さ400ÅのAl層を直
流スパッタリングにより形成し、写真製版（フォトリソ
グラフィー）法を用いて、電極線幅および電極線間隔が
1μm（表面弾性波の波長：4μm）のAl櫛型電極５を形成
した。
り、ダイヤモンド層２の厚さが20μmの表面弾性波素子
８用の基材７を用意した。次に、厚さ400ÅのAl層を直
流スパッタリングにより形成し、写真製版（フォトリソ
グラフィー）法を用いて、電極線幅および電極線間隔が
1μm（表面弾性波の波長：4μm）のAl櫛型電極５を形成
した。
【００１３】さらに、スパッタリング法により、厚さ32
00ÅのZnO(2atomic%のLiを含有）圧電体層３を形成し
た。 （ZnO層形成条件） RFパワー ：150W スパッタガス：Ar:O2 = 80:20 ガス圧力 ：50mTorr 形成温度 ：300℃
00ÅのZnO(2atomic%のLiを含有）圧電体層３を形成し
た。 （ZnO層形成条件） RFパワー ：150W スパッタガス：Ar:O2 = 80:20 ガス圧力 ：50mTorr 形成温度 ：300℃
【００１４】このようにして作製した表面弾性波素子の
2.5GHz近傍の透過帯域から測定した表面弾性波の１波長
当たりの伝播損失を表１に示した。併せて２次イオン質
量分析（SIMS）で測定したダイヤモンド層２中の窒素添
加量を記載した。ダイヤモンド層中の窒素添加量が0.1p
pmから20000ppmの範囲、特に5ppmから3000ppmの範囲に
於いて、伝播損失の小さい良好な周波数フィルター機能
を有する表面弾性波素子が得られる。
2.5GHz近傍の透過帯域から測定した表面弾性波の１波長
当たりの伝播損失を表１に示した。併せて２次イオン質
量分析（SIMS）で測定したダイヤモンド層２中の窒素添
加量を記載した。ダイヤモンド層中の窒素添加量が0.1p
pmから20000ppmの範囲、特に5ppmから3000ppmの範囲に
於いて、伝播損失の小さい良好な周波数フィルター機能
を有する表面弾性波素子が得られる。
【００１５】
【表１】
【００１６】（実施例２） Si基板１上に、窒素、メタ
ン、水素混合ガス（窒素の炭素に対する原子比：200pp
m）を用いたマイクロ波プラズマCVD法において、厚さ35
μmのダイヤモンド層２を成長させた。 （ダイヤモンド層形成条件） マイクロ波パワー ：150W 反応ガス（分子比）：N2:2ppm、CH4:2%:、H2:残り ガス圧力 ：40mTorr 形成温度 ：800℃
ン、水素混合ガス（窒素の炭素に対する原子比：200pp
m）を用いたマイクロ波プラズマCVD法において、厚さ35
μmのダイヤモンド層２を成長させた。 （ダイヤモンド層形成条件） マイクロ波パワー ：150W 反応ガス（分子比）：N2:2ppm、CH4:2%:、H2:残り ガス圧力 ：40mTorr 形成温度 ：800℃
【００１７】このダイヤモンド層２を研磨することによ
り、ダイヤモンド層２の厚さが20μmの表面弾性波素子
８用の基材７を用意した。この基材７のダイヤモンド層
２への窒素添加量は110ppmであった。次に、厚さ400Å
のAl層を直流スパッタリングにより形成し、写真製版
（フォトリソグラフィー）法を用いて、電極線幅および
電極線間隔が0.5μmから4.0μm（表面弾性波の波長：2
μmから16μm）のAl櫛型電極５を形成した。
り、ダイヤモンド層２の厚さが20μmの表面弾性波素子
８用の基材７を用意した。この基材７のダイヤモンド層
２への窒素添加量は110ppmであった。次に、厚さ400Å
のAl層を直流スパッタリングにより形成し、写真製版
（フォトリソグラフィー）法を用いて、電極線幅および
電極線間隔が0.5μmから4.0μm（表面弾性波の波長：2
μmから16μm）のAl櫛型電極５を形成した。
【００１８】さらに、スパッタリング法により、厚さ16
00Åから12700ÅのZnO(2atomic%のLiを含有）圧電体層
３を形成した。ZnO層３の形成条件は、実施例１と同様
である。また、比較のため、窒素を混合しないで作成し
たダイヤモンド層２のある基材７を用いて同様の実験を
行った。
00Åから12700ÅのZnO(2atomic%のLiを含有）圧電体層
３を形成した。ZnO層３の形成条件は、実施例１と同様
である。また、比較のため、窒素を混合しないで作成し
たダイヤモンド層２のある基材７を用いて同様の実験を
行った。
【００１９】このようにして作製した表面弾性波素子の
透過帯域から測定した表面弾性波の１波長当たりの伝播
損失と表面弾性波の波長およびフィルターの中心周波数
を表２に示す。ダイヤモンド層中に窒素を添加した基材
を用いた方が、10μm以下の短い波長や5μm以下の特に
短い波長でも伝播損失の小さい良好な表面弾性波素子が
得られる。また、1GHz以上の高い周波数や2GHz以上の特
に高い周波数でも伝播損失の小さい良好な周波数フィル
ター機能を有する表面弾性波素子が得られる。
透過帯域から測定した表面弾性波の１波長当たりの伝播
損失と表面弾性波の波長およびフィルターの中心周波数
を表２に示す。ダイヤモンド層中に窒素を添加した基材
を用いた方が、10μm以下の短い波長や5μm以下の特に
短い波長でも伝播損失の小さい良好な表面弾性波素子が
得られる。また、1GHz以上の高い周波数や2GHz以上の特
に高い周波数でも伝播損失の小さい良好な周波数フィル
ター機能を有する表面弾性波素子が得られる。
【００２０】
【表２】
【００２１】
【発明の効果】以上の様に、本発明によれば基板上に窒
素を添加したダイヤモンド層を用いることにより1GHz以
上の高い周波数でも伝播損失が小さい表面弾性波素子用
基材及び素子を得ることが出来る。
素を添加したダイヤモンド層を用いることにより1GHz以
上の高い周波数でも伝播損失が小さい表面弾性波素子用
基材及び素子を得ることが出来る。
【図１】表面弾性波素子用ダイヤモンド基材及び素子の
断面を示す概念図である。
断面を示す概念図である。
【図２】図１の最上段にSiO2層が付加されたものを示す
図である。
図である。
【図３】表面弾性波素子用ダイヤモンド基材及び素子の
斜視図（概念図）である。
斜視図（概念図）である。
１・・・シリコン基板 ２・・・ダイヤモンド層 ３・・・圧電体層 ４・・・SiO2層 ５・・・Al櫛型電極 ６・・・短絡用電極 ７・・・表面弾性波フィルター素子用基材 ８・・・表面弾性波フィルター素子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 北林 弘之 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 (72)発明者 鹿田 真一 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 (7)
- 【請求項１】 シリコン等の基板の上にダイヤモンド層
を有する表面弾性波素子用ダイヤモンド基材において、
該ダイヤモンド層に窒素が添加されていることを特徴と
する表面弾性波素子用ダイヤモンド基材。 - 【請求項２】 前記ダイヤモンド層の窒素添加量が0.1p
pmから20000ppmであることを特徴とする請求項１記載の
表面弾性波素子用ダイヤモンド基材。 - 【請求項３】 前記ダイヤモンド層の窒素添加量が5ppm
から3000ppmであることを特徴とする請求項１記載の表
面弾性波素子用ダイヤモンド基材。 - 【請求項４】 請求項１〜３のいずれか１項に記載のダ
イヤモンド層が、少なくとも水素原子、炭素原子、窒素
原子を含む原料ガスを用いたCVD法で形成され、該ガス
の窒素の炭素に対する原子比が10ppm〜10000ppmである
ことを特徴とする表面弾性波素子用ダイヤモンド基材の
製造方法。 - 【請求項５】 請求項１〜３のいずれか１項に記載の基
材上に少なくとも圧電体層と電極とを有する表面弾性波
素子。 - 【請求項６】 請求項５記載の圧電体層が、ZnO、LiNbO
3、LiTaO3、AlN、Pb(Zr,Ti)O3、(Pb,La) (Zr,Ti)O3、Si
O2、KNbO3、Li2B4O7の少なくとも１種の化合物を主成分
とする無機物質で構成されていることを特徴とする表面
弾性波素子。 - 【請求項７】 最上層に、SiO2層が付加されていること
を特徴とする請求項５又は請求項６記載の表面弾性波素
子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP01180896A JP3692588B2 (ja) | 1996-01-26 | 1996-01-26 | 表面弾性波素子用ダイヤモンド基材と素子及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP01180896A JP3692588B2 (ja) | 1996-01-26 | 1996-01-26 | 表面弾性波素子用ダイヤモンド基材と素子及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09205340A true JPH09205340A (ja) | 1997-08-05 |
| JP3692588B2 JP3692588B2 (ja) | 2005-09-07 |
Family
ID=11788139
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP01180896A Expired - Fee Related JP3692588B2 (ja) | 1996-01-26 | 1996-01-26 | 表面弾性波素子用ダイヤモンド基材と素子及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3692588B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2017111139A (ja) * | 2015-12-18 | 2017-06-22 | サーモ フィッシャー サイエンティフィック （ブレーメン） ゲーエムベーハー | 分析的プラズマ分光計用の液体試料導入システム及び方法 |
| WO2023162448A1 (ja) * | 2022-02-24 | 2023-08-31 | 信越半導体株式会社 | 高周波デバイス用基板、及びその製造方法 |
-
1996
- 1996-01-26 JP JP01180896A patent/JP3692588B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2017111139A (ja) * | 2015-12-18 | 2017-06-22 | サーモ フィッシャー サイエンティフィック （ブレーメン） ゲーエムベーハー | 分析的プラズマ分光計用の液体試料導入システム及び方法 |
| WO2023162448A1 (ja) * | 2022-02-24 | 2023-08-31 | 信越半導体株式会社 | 高周波デバイス用基板、及びその製造方法 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3692588B2 (ja) | 2005-09-07 |
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