JPH11116397A - Oriented perovskite type potassium niobate thin membrane, and surface acoustic wave element having the thin membrane - Google Patents
Oriented perovskite type potassium niobate thin membrane, and surface acoustic wave element having the thin membraneInfo
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- JPH11116397A JPH11116397A JP28541897A JP28541897A JPH11116397A JP H11116397 A JPH11116397 A JP H11116397A JP 28541897 A JP28541897 A JP 28541897A JP 28541897 A JP28541897 A JP 28541897A JP H11116397 A JPH11116397 A JP H11116397A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、（０２０）配向ペ
ロブスカイト型ニオブ酸カリウム薄膜及び該薄膜を有す
る弾性表面波素子に関する。さらに詳しくは、本発明
は、圧電性に優れた（０２０）配向ペロブスカイト型ニ
オブ酸カリウム薄膜及び該薄膜を有する電気機械結合性
の良好な弾性表面波素子に関する。The present invention relates to a (020) oriented perovskite-type potassium niobate thin film and a surface acoustic wave device having the thin film. More specifically, the present invention relates to a (020) oriented perovskite-type potassium niobate thin film having excellent piezoelectricity, and a surface acoustic wave device having the electromechanical coupling property having the thin film.
【０００２】[0002]
【従来の技術】弾性表面波素子に用いられる圧電体材料
としては、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、ほ
う酸リチウムなどのバルク単結晶や、酸化亜鉛薄膜など
が知られている。電気信号を櫛形電極などによって励振
し、表面付近を伝搬する波に変換するため、電気機械結
合係数が大きいほど弾性表面波を励振しやすく、また、
広帯域化が可能になることから、電気機械結合係数が大
きい材料が望まれる。現在知られている最も大きな電気
機械結合係数を有する材料はニオブ酸カリウムであり、
その電気機械結合係数は０.５３と、従来最も大きな電
気機械結合係数を有すると考えられていたニオブ酸リチ
ウムの値０.０５５の約１０倍であるということが分か
り、ニオブ酸カリウム単結晶（バルク）を用いた弾性表
面波素子が作製されている（日本学術振興会弾性波素子
技術第１５０委員会第５０回研究会資料、２７頁、１９
９６年１１月２７日、電子情報通信学会総合大会予稿、
２８３頁、１９９７年）。しかし、ニオブ酸カリウム単
結晶は、チョクラルスキー法などにより作製されるが、
均一な単結晶の作製が困難で、その結果非常に高価であ
る。また、弾性表面波素子の小型化や、半導体デバイス
との集積化のためには、薄膜化されることが望ましい。
ニオブ酸カリウム薄膜は、スパッタリング法では、ＫＴ
ａＯ3、ＭｇＡｌ2Ｏ4、（１００）ＭｇＯなどの結晶基
板上に作製されている（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔ
ｔ.、第６１巻、３７３頁、１９９２年、Ａｐｐｌ．Ｐ
ｈｙｓ．Ｌｅｔｔ.、第６５巻、１０７３頁、１９９４
年）。また、ゾル−ゲル法では、（１００）ＭｇＯ、
（０００１）サファイヤなどの結晶基板上に作製されて
いる（Ｊ．Ａｍ．Ｃｅｒａｍ．Ｓｏｃ.、第７７巻、８
２０頁、１９９４年）。さらに、ＫＮｂＯ3（１００）
／ＳｒＴｉＯ3（００１）／Ｓｉ（００１）層状構造に
ついて、位相速度と電気機械結合係数の理論的な解析が
行われている（Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．、第
３６巻、２１９２頁、１９９７年）。しかし、これらの
ニオブ酸カリウム薄膜は、なお圧電性が不十分であり、
弾性表面波素子に利用可能な、さらに圧電性に優れたニ
オブ酸カリウム薄膜が求められていた。2. Description of the Related Art As a piezoelectric material used for a surface acoustic wave device, a bulk single crystal such as lithium niobate, lithium tantalate, lithium borate, and a zinc oxide thin film are known. Since the electric signal is excited by a comb-shaped electrode or the like and converted into a wave propagating near the surface, the larger the electromechanical coupling coefficient, the easier the surface acoustic wave is excited, and
A material having a large electromechanical coupling coefficient is desired because the band can be widened. The material with the largest electromechanical coupling coefficient currently known is potassium niobate,
The electromechanical coupling coefficient was found to be 0.53, which was about 10 times the value of lithium niobate, which was conventionally considered to have the largest electromechanical coupling coefficient, of 0.055. A surface acoustic wave device using a bulk is manufactured (JSPS 150th Committee, 50th meeting 50th meeting materials, page 27, 19).
November 27, 1996, IEICE General Conference
283, 1997). However, potassium niobate single crystals are produced by the Czochralski method or the like,
It is difficult to produce a uniform single crystal, and as a result it is very expensive. Further, in order to reduce the size of the surface acoustic wave element and to integrate it with a semiconductor device, it is desirable that the surface acoustic wave element be made thinner.
Potassium niobate thin film is made of KT by sputtering method.
Fabricated on a crystal substrate such as aO 3 , MgAl 2 O 4 , (100) MgO (Appl. Phys. Let
t., 61, 373, 1992, Appl. P
hys. Lett., 65, 1073, 1994.
Year). In the sol-gel method, (100) MgO,
(0001) Sapphire or other crystal substrate (J. Am. Ceram. Soc., Vol. 77, 8
20, p. 1994). Furthermore, KNbO 3 (100)
The theoretical analysis of the phase velocity and the electromechanical coupling coefficient has been performed on the / SrTiO 3 (001) / Si (001) layered structure (Jpn. J. Appl. Phys., 36, 2192, 1997). Year). However, these potassium niobate thin films still have insufficient piezoelectricity,
There has been a demand for a potassium niobate thin film which can be used for a surface acoustic wave device and has excellent piezoelectricity.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】本発明は、圧電性に優
れた（０２０）配向ペロブスカイト型ニオブ酸カリウム
薄膜及び該薄膜を有する電気機械結合性の良好な弾性表
面波素子を提供することを目的としてなされたものであ
る。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a (020) oriented perovskite-type potassium niobate thin film having excellent piezoelectricity and a surface acoustic wave device having the electromechanical coupling property having the thin film. It was done as.
【０００４】[0004]
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記の課
題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、分極軸を基板に
垂直に向けた（０２０）配向ペロブスカイト型ニオブ酸
カリウム薄膜は圧電性に優れ、該ニオブ酸カリウム薄膜
を用いることにより、優れた性能を有する弾性表面波素
子を容易に製造することができることを見いだし、この
知見に基づいて本発明を完成するに至った。すなわち、
本発明は、（１）結晶基板上に物理蒸着法（ＰＶＤ法）
で作製した（０２０）配向ペロブスカイト型ニオブ酸カ
リウム薄膜、（２）結晶基板が、チタン酸ストロンチウ
ム基板である第(１)項に記載の（０２０）配向ペロブス
カイト型ニオブ酸カリウム薄膜、（３）結晶基板が、タ
ンタル酸リチウム基板である第(１)項に記載の（０２
０）配向ペロブスカイト型ニオブ酸カリウム薄膜、
（４）電界印加により分極処理されている第(１)項乃至
第(３)項のいずれかに記載の（０２０）配向ペロブスカ
イト型ニオブ酸カリウム薄膜、（５）（０２０）配向ペ
ロブスカイト型ニオブ酸カリウム薄膜を有することを特
徴とする弾性表面波素子、（６）（０２０）配向ペロブ
スカイト型ニオブ酸カリウム薄膜が、物理蒸着法（ＰＶ
Ｄ法）により作製されてなる第(５)項に記載の弾性表面
波素子、（７）（０２０）配向ペロブスカイト型ニオブ
酸カリウム薄膜が、チタン酸ストロンチウム基板上に作
製されてなる第(５)項又は第(６)項に記載の弾性表面波
素子、（８）（０２０）配向ペロブスカイト型ニオブ酸
カリウム薄膜が、タンタル酸リチウム基板上に作製され
てなる第(５)項又は第(６)項に記載の弾性表面波素子、
及び、（９）（０２０）配向ペロブスカイト型ニオブ酸
カリウム薄膜が、電界印加により分極処理されてなる第
(５)項乃至第(８)項のいずれかに記載の弾性表面波素
子、を提供するものである。The present inventors have conducted intensive studies to solve the above-mentioned problems. As a result, the (020) -oriented perovskite-type potassium niobate thin film having a polarization axis oriented perpendicular to the substrate is a piezoelectric film. It has been found that a surface acoustic wave device having excellent performance and excellent performance can be easily manufactured by using the potassium niobate thin film, and the present invention has been completed based on this finding. That is,
The present invention provides (1) a physical vapor deposition method (PVD method) on a crystal substrate.
(020) Oriented perovskite-type potassium niobate thin film according to item (1), wherein the (020) -oriented potassium perovskite-type potassium niobate thin film prepared in (1) is a strontium titanate substrate, and (3) crystal. (02) The substrate according to (1), wherein the substrate is a lithium tantalate substrate.
0) oriented perovskite-type potassium niobate thin film,
(4) The (020) oriented perovskite-type potassium niobate thin film according to any one of the items (1) to (3), which is polarized by applying an electric field, and (5) the (020) oriented perovskite-type niobate. A surface acoustic wave device comprising a potassium thin film; and (6) a (020) -oriented perovskite-type potassium niobate thin film formed by a physical vapor deposition method (PV
D), the surface acoustic wave device according to item (5), and (7) a (020) oriented perovskite-type potassium niobate thin film formed on a strontium titanate substrate. Item (5) or (6), wherein the surface acoustic wave device according to item (6) or (8), wherein the (8) (020) oriented perovskite-type potassium niobate thin film is formed on a lithium tantalate substrate. Surface acoustic wave element according to the paragraph,
And a (9) (020) -oriented perovskite-type potassium niobate thin film obtained by applying a polarization treatment by applying an electric field.
(5) A surface acoustic wave device according to any one of (8) to (8).
【０００５】[0005]
【発明の実施の形態】本発明の（０２０）配向ペロブス
カイト型ニオブ酸カリウム薄膜は、結晶基板上に物理蒸
着法（ＰＶＤ法）により作製されたものである。本発明
の（０２０）配向ペロブスカイト型ニオブ酸カリウム薄
膜は、分極軸が基板表面に対して垂直になっているため
に、優れた圧電性を有し、弾性表面波素子の圧電体基板
として特に好適に使用することができる。ここで、（０
２０）配向とは、ニオブ酸カリウム結晶の（０２０）面
が基板表面に対して、平行になっていることを意味す
る。この場合、軸方向をＪＣＰＤＳカードに準じて記述
すれば、軸の長さはｂ軸＞ａ軸＞ｃ軸で、ｂ軸が分極軸
となる。すなわち、（０２０）配向とは、この分極軸が
基板に垂直になっていることを意味する。本発明におい
て、（０２０）配向ペロブスカイト型ニオブ酸カリウム
薄膜とは、ＸＲＤパターンにおいて、ペロブスカイト型
ニオブ酸カリウムのピークの中で、（０２０）面に対応
するピーク強度が最大であるペロブスカイト型ニオブ酸
カリウム薄膜であり、（０２０）面に対応するピーク強
度Ｉ(020)と（１１１）面に対応するピーク強度Ｉ(111)
の比Ｉ(020)／Ｉ(111)が１０以上であることが好まし
い。（０２０）配向ペロブスカイト型ニオブ酸カリウム
薄膜を作製する結晶基板には特に制限はなく、例えば、
チタン酸ストロンチウム、タンタル酸リチウム、ニオブ
酸リチウム、サファイヤ、酸化マグネシウムなどの単結
晶基板や多結晶基板などを挙げることができる。これら
の中で、チタン酸ストロンチウム基板及びタンタル酸リ
チウム基板を特に好適に使用することができる。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The (020) oriented perovskite-type potassium niobate thin film of the present invention is produced on a crystal substrate by physical vapor deposition (PVD). The (020) oriented perovskite-type potassium niobate thin film of the present invention has excellent piezoelectricity because the polarization axis is perpendicular to the substrate surface, and is particularly suitable as a piezoelectric substrate of a surface acoustic wave device. Can be used for Where (0
20) Orientation means that the (020) plane of the potassium niobate crystal is parallel to the substrate surface. In this case, if the axial direction is described according to the JCPDS card, the length of the axis is b axis> a axis> c axis, and the b axis is the polarization axis. That is, the (020) orientation means that this polarization axis is perpendicular to the substrate. In the present invention, the (020) oriented perovskite-type potassium niobate thin film refers to a perovskite-type potassium niobate having the maximum peak intensity corresponding to the (020) plane among the peaks of the perovskite-type potassium niobate in the XRD pattern. a thin film, the peak intensity I corresponding to (020) plane (020) and the peak corresponding to the (111) plane intensity I (111)
It is preferable that the ratio I (020) / I (111) is 10 or more. The crystal substrate for producing the (020) oriented perovskite-type potassium niobate thin film is not particularly limited.
A single crystal substrate or a polycrystalline substrate of strontium titanate, lithium tantalate, lithium niobate, sapphire, magnesium oxide, or the like can be given. Among these, a strontium titanate substrate and a lithium tantalate substrate can be particularly preferably used.
【０００６】チタン酸ストロンチウム基板は、（１１
０）面が表面になるようにカットした単結晶のものを使
用すると、（０２０）に強く配向したペロブスカイト型
ニオブ酸カリウム薄膜を得ることができる。また、表面
に（１１０）配向したチタン酸ストロンチウム薄膜を有
する基板を用いても、（０２０）配向ペロブスカイト型
ニオブ酸カリウム薄膜を作製することができる。チタン
酸ストロンチウム（１１０）面は、単位格子の両辺の長
さが３.９１Åと５.５２Åであり、（０２０）配向ペロ
ブスカイト型ニオブ酸カリウムの格子間隔は３.９７Å
と５.７０Åであり、両者の値が非常に近いために、ニ
オブ酸カリウム薄膜が（０２０）に優先的に配向するも
のと考えられる。タンタル酸リチウム基板は、Ｘカット
（軸の長さ Ｘ軸＝Ｙ軸＜Ｚ軸）したものを使用する
と、（０２０）に強く配向したペロブスカイト型ニオブ
酸カリウム薄膜を得ることができる。また、Ｘ軸が表面
に垂直になるように配向したタンタル酸リチウム薄膜を
有する基板を用いても、（０２０）配向ペロブスカイト
型ニオブ酸カリウム薄膜を作製することができる。図１
(ａ)は、チタン酸ストロンチウム（ＳＴＯ）基板上に作
製した本発明の（０２０）配向ペロブスカイト型ニオブ
酸カリウム薄膜のＸＲＤパターンであり、図１(ｂ)は、
タンタル酸リチウム（ＬＴ）基板上に作製した本発明の
（０２０）配向ペロブスカイト型ニオブ酸カリウム薄膜
のＸＲＤパターンである。ＸＲＤパターンより、これら
のニオブ酸カリウム薄膜は、強く（０２０）配向してい
ることが分かる。A strontium titanate substrate is (11)
When a single crystal cut so that the (0) plane becomes the surface is used, a perovskite-type potassium niobate thin film strongly oriented to (020) can be obtained. Further, a (020) oriented perovskite-type potassium niobate thin film can also be prepared using a substrate having a (110) oriented strontium titanate thin film on the surface. The strontium titanate (110) plane has both sides of the unit cell of 3.91 ° and 5.52 °, and the lattice spacing of (020) -oriented potassium perovskite niobate is 3.97 °.
It is considered that the potassium niobate thin film is preferentially oriented to (020) because both values are very close. If the lithium tantalate substrate used is X-cut (length of axis X axis = Y axis <Z axis), a perovskite-type potassium niobate thin film which is strongly oriented to (020) can be obtained. Further, a (020) oriented perovskite-type potassium niobate thin film can also be prepared using a substrate having a lithium tantalate thin film oriented so that the X axis is perpendicular to the surface. FIG.
(a) is an XRD pattern of a (020) -oriented perovskite-type potassium niobate thin film of the present invention prepared on a strontium titanate (STO) substrate, and FIG.
5 is an XRD pattern of a (020) -oriented perovskite-type potassium niobate thin film of the present invention formed on a lithium tantalate (LT) substrate. The XRD pattern shows that these potassium niobate thin films are strongly (020) oriented.
【０００７】本発明の（０２０）ペロブスカイト型ニオ
ブ酸カリウム薄膜は、物理蒸着法（ＰＶＤ法）により作
製される。使用する物理蒸着法には特に制限はなく、例
えば、スパッタリング法、分子線エピタキシー法、イオ
ンプレーティング法などを挙げることができる。これら
の中で、スパッタリング法は、ターゲットの作製が容易
で、経済的に薄膜を作製することができるので、特に好
適に使用することができる。スパッタリング法によれ
ば、例えば、ニオブ酸カリウム粉末と炭酸カリウム粉末
を混合して、石英ガラスなどに被着させたターゲット
に、アルゴンガス−酸素ガス混合雰囲気中で、高周波マ
グネトロンスパッタリングを行い、（０２０）配向ペロ
ブスカイト型ニオブ酸カリウム薄膜を作製することがで
きる。本発明において、（０２０）配向ペロブスカイト
型ニオブ酸カリウム薄膜は、電界印加により分極処理さ
れたものであることが好ましい。分極処理の方法には特
に制限はなく、例えば、（０２０）配向ペロブスカイト
型ニオブ酸カリウム薄膜を、空中放電や表面放電を防ぐ
ためにシリコーンオイルなどの絶縁性液体中に浸漬し、
１５０〜２２０℃に加熱して直流電界を印加して分極処
理し、電界を印加したまま冷却した後、電界印加を終了
することにより、効果的に分極処理を施すことができ
る。（０２０）配向ペロブスカイト型ニオブ酸カリウム
薄膜に分極処理を施すことにより、分極の向きを変え、
圧電性を向上させることができる。The (020) perovskite-type potassium niobate thin film of the present invention is produced by a physical vapor deposition method (PVD method). The physical vapor deposition method used is not particularly limited, and examples thereof include a sputtering method, a molecular beam epitaxy method, and an ion plating method. Among them, the sputtering method can be particularly preferably used because the target can be easily manufactured and the thin film can be economically manufactured. According to the sputtering method, for example, high-frequency magnetron sputtering is performed in a mixed atmosphere of argon gas and oxygen gas on a target obtained by mixing a potassium niobate powder and a potassium carbonate powder, and adhering to a target such as quartz glass. ) An oriented perovskite-type potassium niobate thin film can be prepared. In the present invention, the (020) -oriented perovskite-type potassium niobate thin film is preferably one subjected to a polarization treatment by applying an electric field. There is no particular limitation on the method of the polarization treatment. For example, a (020) oriented perovskite-type potassium niobate thin film is immersed in an insulating liquid such as silicone oil to prevent air discharge and surface discharge.
By heating to 150 to 220 ° C. and applying a DC electric field to perform polarization processing, and cooling while applying the electric field, the polarization processing can be effectively performed by terminating the electric field application. By subjecting the (020) oriented perovskite-type potassium niobate thin film to a polarization treatment, the direction of polarization is changed,
The piezoelectricity can be improved.
【０００８】本発明の弾性表面波素子は、（０２０）配
向ペロブスカイト型ニオブ酸カリウム薄膜を有するもの
である。図２は、本発明の弾性表面波素子の一態様の斜
視図である。結晶基板１の上に（０２０）配向ペロブス
カイト型ニオブ酸カリウム薄膜２が作製され、送信櫛形
電極３と受信櫛形電極４が設けられている。送信櫛形電
極より送信された電気信号は、（０２０）配向ペロブス
カイト型ニオブ酸カリウム薄膜において機械信号である
弾性表面波に励振され、さらに、受信櫛形電極により受
信されて再び電気信号に変換される。本発明の弾性表面
波素子は、電気機械結合係数の大きい（０２０）配向ペ
ロブスカイト型ニオブ酸カリウム薄膜を使用しているの
で、電気機械結合性が良好であり、優れたフィルター特
性を有する。本発明の弾性表面波素子において、櫛形電
極の材質には特に制限はなく、例えば、金、銀、アルミ
ニウム、チタン、タングステン、モリブデンなどを用い
ることができる。櫛形電極を作製する方法には特に制限
はなく、例えば、フォトエッチング、電子ビームエッチ
ングなどにより作製することができる。フォトエッチン
グにより櫛形電極を作製するためには、例えば、結晶基
板上に作製した本発明の（０２０）配向ペロブスカイト
型ニオブ酸カリウム薄膜上にアルミニウムなどの金属層
を形成し、さらにその上にフォトレジストを均一に塗布
する。フォトレジストが乾燥したのち、ネガマスクを載
せて紫外線を照射し、光の当たった部分だけを重合させ
る。これを現像液に入れ、光の当たらなかった部分のみ
を溶かして、金属層を露出させ、さらに加熱してフォト
レジストを完全に硬化させる。その後、水酸化ナトリウ
ムなどのアルカリ性溶液又は硝酸などの酸性溶液を用い
て露出した金属部分を除去し、櫛形電極を完成すること
ができる。The surface acoustic wave device of the present invention has a (020) oriented perovskite-type potassium niobate thin film. FIG. 2 is a perspective view of one embodiment of the surface acoustic wave device of the present invention. A (020) -oriented perovskite-type potassium niobate thin film 2 is formed on a crystal substrate 1, and a transmission comb electrode 3 and a reception comb electrode 4 are provided. The electric signal transmitted from the transmitting comb-shaped electrode is excited by a surface acoustic wave which is a mechanical signal in the (020) -oriented perovskite-type potassium niobate thin film, and is further received by the receiving comb-shaped electrode and converted into an electric signal again. Since the surface acoustic wave element of the present invention uses a (020) -oriented potassium perovskite-type potassium niobate thin film having a large electromechanical coupling coefficient, it has good electromechanical coupling properties and excellent filter characteristics. In the surface acoustic wave device of the present invention, the material of the comb-shaped electrode is not particularly limited, and for example, gold, silver, aluminum, titanium, tungsten, molybdenum, or the like can be used. There is no particular limitation on the method of manufacturing the comb-shaped electrode, and the electrode can be manufactured by, for example, photoetching, electron beam etching, or the like. In order to manufacture a comb-shaped electrode by photoetching, for example, a metal layer such as aluminum is formed on a (020) -oriented perovskite-type potassium niobate thin film of the present invention formed on a crystal substrate, and a photoresist is further formed thereon. Is applied uniformly. After the photoresist has dried, a negative mask is placed and ultraviolet light is applied to polymerize only the lighted parts. This is put in a developing solution, and only the portion not exposed to light is dissolved to expose the metal layer, and further heated to completely cure the photoresist. Thereafter, the exposed metal portion is removed using an alkaline solution such as sodium hydroxide or an acidic solution such as nitric acid, so that a comb-shaped electrode can be completed.
【０００９】本発明の弾性表面波素子において、（０２
０）ペロブスカイト型ニオブ酸カリウム薄膜は、物理蒸
着法（ＰＶＤ法）により作製されたものであることが好
ましい。物理蒸着法の中で、スパッタリング法は、ター
ゲットの作製が容易で、経済的に薄膜を作製することが
できるので、特に好適に使用することができる。スパッ
タリング法によれば、例えば、ニオブ酸カリウム粉末と
炭酸カリウム粉末を混合して、石英ガラスなどに被着さ
せたターゲットに、アルゴンガス−酸素ガス混合雰囲気
中で、高周波マグネトロンスパッタリングを行い、（０
２０）配向ペロブスカイト型ニオブ酸カリウム薄膜を作
製することができる。本発明の弾性表面波素子において
は、（０２０）配向ペロブスカイト型ニオブ酸カリウム
薄膜が、チタン酸ストロンチウム基板上に作製されたも
のであることが好ましい。（１１０）面が表面になるよ
うにカットしたチタン酸ストロンチウム単結晶、又は、
表面に（１１０）配向したチタン酸ストロンチウム薄膜
を有する基板を用いることにより、（０２０）に強く配
向したペロブスカイト型ニオブ酸カリウム薄膜を得るこ
とができ、電気機械結合性が良好で優れたフィルター特
性を有する弾性表面波素子を作製することができる。In the surface acoustic wave device according to the present invention, (02
0) The perovskite-type potassium niobate thin film is preferably produced by a physical vapor deposition method (PVD method). Among physical vapor deposition methods, a sputtering method is particularly preferably used because a target can be easily manufactured and a thin film can be economically manufactured. According to the sputtering method, for example, high-frequency magnetron sputtering is performed in a mixed atmosphere of argon gas and oxygen gas on a target obtained by mixing potassium niobate powder and potassium carbonate powder, and adhering to a target such as quartz glass.
20) An oriented perovskite-type potassium niobate thin film can be prepared. In the surface acoustic wave device of the present invention, it is preferable that the (020) oriented perovskite-type potassium niobate thin film is formed on a strontium titanate substrate. Strontium titanate single crystal cut so that the (110) plane is the surface, or
By using a substrate having a (110) -oriented strontium titanate thin film on its surface, a perovskite-type potassium niobate thin film strongly oriented to (020) can be obtained, and excellent filter characteristics with good electromechanical coupling property can be obtained. A surface acoustic wave element having the same can be manufactured.
【００１０】本発明の弾性表面波素子においては、（０
２０）配向ペロブスカイト型ニオブ酸カリウム薄膜が、
タンタル酸リチウム基板上に作製されたものであること
が好ましい。Ｘカット（軸の長さ Ｘ軸＝Ｙ軸＜Ｚ軸）
されたタンタル酸リチウム単結晶、又は、Ｘ軸が表面に
垂直になるように配向したタンタル酸リチウム薄膜を有
する基板を用いることにより、（０２０）に強く配向し
たペロブスカイト型ニオブ酸カリウム薄膜を得ることが
でき、電気機械結合性が良好で優れたフィルター特性を
有する弾性表面波素子を作製することができる。本発明
の弾性表面波素子においては、（０２０）配向ペロブス
カイト型ニオブ酸カリウム薄膜は、電界印加により分極
処理されたものであることが好ましい。（０２０）配向
ペロブスカイト型ニオブ酸カリウム薄膜に分極処理を施
すことにより、分極の向きを変え、圧電性を向上させる
ことができる。本発明弾性表面波素子は、分極軸が基板
表面に対して垂直であり、優れた圧電性を有する（０２
０）配向ペロブスカイト型ニオブ酸カリウム薄膜を用い
るため、電気機械結合性が良好で優れたフィルター特性
を有する。また、本発明の弾性表面波素子は、（０２
０）配向ペロブスカイト型ニオブ酸カリウム薄膜を用い
るため、非常に小型化することが可能であり、さらに、
半導体技術を利用して、集積化した弾性表面波素子を容
易に大量生産することができる。In the surface acoustic wave device of the present invention, (0
20) An oriented perovskite-type potassium niobate thin film is
It is preferable that the substrate is formed on a lithium tantalate substrate. X cut (axis length X axis = Y axis <Z axis)
Obtaining a Perovskite-Type Potassium Niobate Thin Film Strongly Oriented to (020) by Using the Performed Lithium Tantalate Single Crystal or a Substrate Having a Lithium Tantalate Thin Film Oriented so that the X-Axis Is Perpendicular to the Surface Thus, a surface acoustic wave device having good electromechanical coupling and excellent filter characteristics can be manufactured. In the surface acoustic wave device of the present invention, it is preferable that the (020) -oriented perovskite-type potassium niobate thin film has been subjected to a polarization treatment by applying an electric field. By subjecting the (020) oriented perovskite-type potassium niobate thin film to a polarization treatment, the direction of polarization can be changed and piezoelectricity can be improved. The surface acoustic wave device of the present invention has a polarization axis perpendicular to the substrate surface and has excellent piezoelectricity (02
0) Since an oriented perovskite-type potassium niobate thin film is used, it has good electromechanical coupling and excellent filter characteristics. In addition, the surface acoustic wave device of the present invention has a (02
0) Since an oriented perovskite-type potassium niobate thin film is used, the size can be extremely reduced.
Utilizing semiconductor technology, integrated surface acoustic wave devices can be easily mass-produced.
【００１１】[0011]
【実施例】以下に、実施例を挙げて本発明をさらに詳細
に説明するが、本発明はこれらの実施例によりなんら限
定されるものではない。 実施例１ チタン酸ストロンチウム単結晶基板を、表面が（１１
０）面となるようにカットし、鏡面研磨した。ニオブ酸
カリウムと炭酸カリウムの混合粉末（モル比１：１）を
石英ガラス上に被着させたターゲットを用いて、アルゴ
ンガス分圧０.３６Ｐａ、酸素分圧０.０４Ｐａ、基板温
度５００℃、高周波電力５０Ｗ、成膜時間１３時間の条
件で、高周波スパッタリングを行い、この結晶基板上
に、膜厚約１.３μｍの（０２０）配向ペロブスカイト
型ニオブ酸カリウム薄膜を作製した。作製した薄膜のＸ
ＲＤパターンを、図１(ａ)に示す。このＸＲＤパターン
より、ペロブスカイト型ニオブ酸カリウム薄膜は、強く
（０２０）配向していることが分かる。この（０２０）
配向ペロブスカイト型ニオブ酸カリウム薄膜の上に、電
極ピッチ０.９３７５λ、対数３０対、伝搬路５０λ、
開口長１８λ（弾性表面波の波長λ＝３.７５μｍ）の
図３に示すアルミニウム櫛形電極を形成し、弾性表面波
素子を作製した。この弾性表面波素子についてフィルタ
ー特性を測定したところ、図４に示すように１.０１GHz
付近に弾性表面波を観測した。実施例２タンタル酸リチ
ウム単結晶基板をＸ軸に垂直に切断し、鏡面研磨した。
ニオブ酸カリウムと炭酸カリウムの混合粉末（モル比
１：１）を石英ガラス上に被着させたターゲットを用い
て、アルゴンガス分圧０.３６Ｐａ、酸素分圧０.０４Ｐ
ａ、基板温度５００℃、高周波電力５０Ｗ、成膜時間１
３時間の条件で、高周波スパッタリングを行い、この結
晶基板上に、膜厚約１.３μｍの（０２０）配向ペロブ
スカイト型ニオブ酸カリウム薄膜を作製した。作製した
薄膜のＸＲＤパターンを、図１(ｂ)に示す。このＸＲＤ
パターンより、ペロブスカイト型ニオブ酸カリウム薄膜
は、強く（０２０）配向していることが分かる。EXAMPLES The present invention will be described in more detail with reference to the following Examples, which should not be construed as limiting the present invention. Example 1 A strontium titanate single crystal substrate was placed on a surface (11
0) The surface was cut and mirror-polished. Using a target in which a mixed powder of potassium niobate and potassium carbonate (molar ratio 1: 1) was applied on quartz glass, a partial pressure of argon gas was 0.36 Pa, a partial pressure of oxygen was 0.04 Pa, and a substrate temperature was 500 ° C. Under the conditions of a high frequency power of 50 W and a film formation time of 13 hours, high frequency sputtering was performed to produce a (020) oriented perovskite-type potassium niobate thin film having a thickness of about 1.3 μm on the crystal substrate. X of the prepared thin film
The RD pattern is shown in FIG. The XRD pattern shows that the perovskite-type potassium niobate thin film is strongly (020) oriented. This (020)
On the oriented perovskite-type potassium niobate thin film, an electrode pitch of 0.9375λ, a logarithm of 30 pairs, a propagation path of 50λ,
The aluminum comb-shaped electrode shown in FIG. 3 having an aperture length of 18λ (the wavelength of the surface acoustic wave λ = 3.75 μm) was formed, and a surface acoustic wave device was manufactured. When the filter characteristics of this surface acoustic wave device were measured, as shown in FIG.
A surface acoustic wave was observed in the vicinity. Example 2 A lithium tantalate single crystal substrate was cut perpendicular to the X-axis and mirror-polished.
Using a target in which a mixed powder of potassium niobate and potassium carbonate (molar ratio 1: 1) was applied on quartz glass, an argon gas partial pressure of 0.36 Pa and an oxygen partial pressure of 0.04 P
a, substrate temperature 500 ° C., high frequency power 50 W, film formation time 1
Under the conditions of 3 hours, high-frequency sputtering was performed, and a (020) -oriented perovskite-type potassium niobate thin film having a thickness of about 1.3 μm was formed on the crystal substrate. The XRD pattern of the prepared thin film is shown in FIG. This XRD
The pattern shows that the perovskite-type potassium niobate thin film is strongly (020) oriented.
【００１２】[0012]
【発明の効果】本発明の弾性表面波素子は、結晶基板上
に物理蒸着法（ＰＶＤ法）によって容易に作製すること
ができる圧電性に優れた（０２０）配向ペロブスカイト
型ニオブ酸カリウム薄膜を用いるため、非常に小型化す
ることができ、また、半導体技術を利用して、集積化し
た弾性表面波素子を大量生産することが可能となる。The surface acoustic wave device of the present invention uses a (020) oriented perovskite-type potassium niobate thin film having excellent piezoelectricity which can be easily formed on a crystal substrate by physical vapor deposition (PVD). Therefore, it is possible to extremely reduce the size, and it is possible to mass-produce an integrated surface acoustic wave device using semiconductor technology.
【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]
【図１】図１は、本発明の（０２０）配向ペロブスカイ
ト型ニオブ酸カリウム薄膜のＸＲＤパターンである。FIG. 1 is an XRD pattern of a (020) -oriented perovskite-type potassium niobate thin film of the present invention.
【図２】図２は、本発明の弾性表面波素子の一態様の斜
視図である。FIG. 2 is a perspective view of one embodiment of the surface acoustic wave device of the present invention.
【図３】図３は、櫛形電極の説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram of a comb electrode.
【図４】図４は、弾性表面波素子のフィルター特性を示
すグラフである。FIG. 4 is a graph showing a filter characteristic of the surface acoustic wave device.
１ 結晶基板 ２ （０２０）配向ペロブスカイト型ニオブ酸カリウム
薄膜 ３ 送信櫛形電極 ４ 受信櫛形電極Reference Signs List 1 crystal substrate 2 (020) oriented perovskite-type potassium niobate thin film 3 transmitting comb-shaped electrode 4 receiving comb-shaped electrode
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小島 俊之 宮城県仙台市太白区八木山弥生町18−10 氏家ハイツ205 (72)発明者 橋間 英和 兵庫県西宮市浜松原町２番21号 山村硝子 株式会社内 (72)発明者 小西 明男 兵庫県西宮市浜松原町２番21号 山村硝子 株式会社内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Toshiyuki Kojima 18-10 Ujiie Heights 18-10 Yayoyama Yayoi-machi, Taishiro-ku, Sendai-shi, Miyagi Prefecture In-company (72) Inventor Akio Konishi 2-21 Hamamatsubara-cho, Nishinomiya-shi, Hyogo Yamamura Glass Co., Ltd.
Claims (9)
製した（０２０）配向ペロブスカイト型ニオブ酸カリウ
ム薄膜。1. A (020) -oriented perovskite-type potassium niobate thin film formed on a crystal substrate by a physical vapor deposition method (PVD method).
である請求項１に記載の（０２０）配向ペロブスカイト
型ニオブ酸カリウム薄膜。2. The (020) oriented perovskite-type potassium niobate thin film according to claim 1, wherein the crystal substrate is a strontium titanate substrate.
る請求項１に記載の（０２０）配向ペロブスカイト型ニ
オブ酸カリウム薄膜。3. The (020) oriented perovskite-type potassium niobate thin film according to claim 1, wherein the crystal substrate is a lithium tantalate substrate.
１乃至請求項３のいずれかに記載の（０２０）配向ペロ
ブスカイト型ニオブ酸カリウム薄膜。4. The (020) oriented perovskite-type potassium niobate thin film according to claim 1, which is polarized by applying an electric field.
カリウム薄膜を有することを特徴とする弾性表面波素
子。5. A surface acoustic wave device comprising a (020) oriented perovskite-type potassium niobate thin film.
カリウム薄膜が、物理蒸着法（ＰＶＤ法）により作製さ
れてなる請求項５に記載の弾性表面波素子。6. The surface acoustic wave device according to claim 5, wherein the (020) oriented perovskite-type potassium niobate thin film is produced by a physical vapor deposition method (PVD method).
カリウム薄膜が、チタン酸ストロンチウム基板上に作製
されてなる請求項５又は請求項６に記載の弾性表面波素
子。7. The surface acoustic wave device according to claim 5, wherein the (020) oriented perovskite-type potassium niobate thin film is formed on a strontium titanate substrate.
カリウム薄膜が、タンタル酸リチウム基板上に作製され
てなる請求項５又は請求項６に記載の弾性表面波素子。8. The surface acoustic wave device according to claim 5, wherein the (020) oriented perovskite-type potassium niobate thin film is formed on a lithium tantalate substrate.
カリウム薄膜が、電界印加により分極処理されてなる請
求項５乃至請求項８のいずれかに記載の弾性表面波素
子。9. The surface acoustic wave device according to claim 5, wherein the (020) oriented perovskite-type potassium niobate thin film is polarized by applying an electric field.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28541897A JPH11116397A (en) | 1997-10-17 | 1997-10-17 | Oriented perovskite type potassium niobate thin membrane, and surface acoustic wave element having the thin membrane |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28541897A JPH11116397A (en) | 1997-10-17 | 1997-10-17 | Oriented perovskite type potassium niobate thin membrane, and surface acoustic wave element having the thin membrane |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11116397A true JPH11116397A (en) | 1999-04-27 |
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ID=17691271
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28541897A Pending JPH11116397A (en) | 1997-10-17 | 1997-10-17 | Oriented perovskite type potassium niobate thin membrane, and surface acoustic wave element having the thin membrane |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11116397A (en) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN105200522A (en) * | 2015-08-13 | 2015-12-30 | 陕西师范大学 | Large-area perovskite thin sheet and preparation and application thereof |
| WO2016159393A1 (en) * | 2016-03-22 | 2016-10-06 | 住友電気工業株式会社 | Ceramic substrate, laminate, and saw device |
-
1997
- 1997-10-17 JP JP28541897A patent/JPH11116397A/en active Pending
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| US10340886B2 (en) | 2016-03-22 | 2019-07-02 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Ceramic substrate, layered body, and saw device |
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