JPH1131921A - Voltage controlled oscillator - Google Patents

Voltage controlled oscillator

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JPH1131921A
JPH1131921A JP18802497A JP18802497A JPH1131921A JP H1131921 A JPH1131921 A JP H1131921A JP 18802497 A JP18802497 A JP 18802497A JP 18802497 A JP18802497 A JP 18802497A JP H1131921 A JPH1131921 A JP H1131921A
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JP
Japan
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thin film
piezoelectric
controlled oscillator
voltage controlled
resonator
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Withdrawn
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JP18802497A
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Japanese (ja)
Inventor
Shuji Tsuzumi
修司 津々見
Naoyuki Hanashima
直之 花嶋
Masa Yonezawa
政 米澤
Kazuyasu Hikita
和康 疋田
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Mitsubishi Materials Corp
Original Assignee
Mitsubishi Materials Corp
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  • Oscillators With Electromechanical Resonators (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To vary the VHF through SHF bands in a wide range and also to secure the high stability for a voltage controlled oscillator by forming a lead zilconate titanate(PZT) thin film or a piezoelectric thin film of lead titanate(PT) on a monocrystal substrate and using a piezoelectric resonator obtained by forming a conductive film on the piezoelectric thin film. SOLUTION: A voltage controlled oscillator uses a 1-port or 2-port type surface acoustic wave resonator having a comb-line electrode consisting of a piezoelectric thin film formed on a monocrystal substrate and a conductive film formed on the piezoelectric thin film. The piezoelectric thin film consists of a PZT thin film or PT. For instance, a buffer layer(BST thin film) 52 of 0.2 μm thickness, a PZT thin film 53 of 0.8 μm thickness and Al electrodes 54 of 1500 Å thickness are formed on a sapphire(monocrystal) substrate 51 of 500 μm thickness to obtain a piezoelectric substrate 50. Then a gap W is set at 2 μm (1/2 surface acoustic wave length λ) between Al electrodes 54 (a repeller 54A, a comb-line electrode 54B).

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、圧電共振子を用い
た電圧制御発振器に係り、特に、圧電共振子の圧電体薄
膜としてチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)又はチタン酸
鉛(PbTiO3:PT)を成膜した電圧制御発振器に
関する。
The present invention relates to relates to a voltage controlled oscillator using the piezoelectric resonator, in particular, lead zirconate titanate as the piezoelectric thin film of the piezoelectric resonator (PZT) or lead titanate (PbTiO 3: PT ) Relates to a voltage controlled oscillator.

【0002】[0002]

【従来の技術】圧電性基板を使用した共振子には、水晶
振動子や弾性表面波共振子及び圧電薄膜共振子等がある
が、このような圧電共振子は電気的等価回路で表すと、
いずれも図1のように表すことができる。図1におい
て、C0 は電極間の静電容量と端子間の浮遊容量を加算
したものであり、インダクタンスL1 、キャパシタンス
1 、及び抵抗R1 の直列共振回路は共振子の共振現象
を表している。
2. Description of the Related Art Quartz resonators using piezoelectric substrates are made of quartz.
Vibrators, surface acoustic wave resonators, piezoelectric thin film resonators, etc.
However, when such a piezoelectric resonator is represented by an electric equivalent circuit,
Both can be represented as shown in FIG. Figure 1
And C0Is the sum of the capacitance between the electrodes and the stray capacitance between the terminals
And the inductance L1,capacitance
C 1And the resistance R1Series resonance circuit is the resonance phenomenon of the resonator
Is represented.

【0003】図2は、上記共振子を用いて従来最も多く
使用されているコルピッツ型の電圧制御発振器を示す基
本構成図である。図2において、1は共振子、3は破線
より右側の発振用トランジスタTrを含む回路、C
j は、パラクタ(可変容量ダイオード)2の容量、C11
〜C13はそれぞれキャパシタンス、R11〜R14はそれぞ
れ抵抗を示している。この発振器の等価回路は、共振子
1の側と、それ以外の回路3とに区別して考えれば、図
3のように表すことができる。このようなコルピッツ型
発振器においては、共振子1を共振−反共振の間の周波
数で使用し、誘電性リアクタンス即ちインダクタンスL
として働かせている。この場合、回路3側のリアクタン
スは容量性となり、キャパシタンス(負荷容量)CL
表すことができ、発振周波数はおおむねインダクタンス
LとパラクタCj または負荷容量CLとパラクタCjとの
直列共振周波数となる。
FIG. 2 is a basic configuration diagram showing a Colpitts-type voltage-controlled oscillator that is most frequently used in the prior art using the above-described resonator. In FIG. 2, 1 is a resonator, 3 is a circuit including an oscillation transistor Tr on the right side of a broken line,
j is the capacitance of the varactor (variable capacitance diode) 2, C 11
-C 13 shows the respective capacitances, R 11 to R 14 each resistor. An equivalent circuit of this oscillator can be represented as shown in FIG. 3 when considered separately for the resonator 1 side and the other circuit 3. In such a Colpitts oscillator, the resonator 1 is used at a frequency between resonance and anti-resonance, and the dielectric reactance, that is, the inductance L
Working as In this case, the reactance on the circuit 3 side is capacitive and can be represented by a capacitance (load capacitance) C L , and the oscillation frequency is approximately the series resonance frequency of the inductance L and the parameter C j or the load capacitance C L and the parameter C j. Becomes

【0004】そこで、共振子1に直列に接続したパラク
タ2に印加される逆バイアス電圧(制御電圧)Vr を変
えることにより、Cj がVr-X に比例し発振周波数f0
を下記式(1)に従って可変することができる。
[0004] Therefore, by changing the reverse bias voltage (control voltage) V r applied to Palatka 2 connected in series to the resonator 1, C j is proportional to V rX oscillation frequency f 0
Can be varied according to the following equation (1).

【0005】 △f/f0=-(1/2)・(1/r)・(C0・CL /(C0+CL)2)・(△C/CL) ・・・(1) ただし、rは共振子の容量比C0/C1,△Cはパラクタ
の容量変化量である。
[0005] Δf / f 0 =-(1/2) · (1 / r) · (C 0 · C L / (C 0 + C L ) 2 ) · (△ C / C L ) 1) Here, r is the capacitance ratio C 0 / C 1 of the resonator, and ΔC is the amount of change in the capacitance of the parameter.

【0006】ここで、広い周波数帯域に亘り発振周波数
0 を可変するには、共振−反共振周波数の幅の広い共
振子、即ち、容量比rの小さい共振子と容量変化の大き
いパラクタを使途しなければならない。
Here, in order to vary the oscillation frequency f 0 over a wide frequency band, a resonator having a wide resonance-anti-resonance frequency, that is, a resonator having a small capacitance ratio r and a parameter having a large capacitance change are used. Must.

【0007】ところが、従来の発振器では、図3に示す
如く、共振子と直列にパラクタの容量Cj 及び回路の負
荷容量CL が入るため、共振周波数が上昇し共振子の見
かけ上の容量比が大きくなることから、図4のようにイ
ンダクタンスLs (伸張L)を共振子1に直列に挿入し
た回路4とし、直列容量によって共振周波数を低下さ
せ、共振子の誘導性領域を広くして使用している。
[0007] However, in the conventional oscillator, as shown in FIG. 3, the resonator and the load capacitance C L of the capacitance C j and circuits Palatka enters the series, the volume ratio of the apparent elevated resonator resonant frequency Therefore, as shown in FIG. 4, a circuit 4 in which the inductance L s (extension L) is inserted in series with the resonator 1 as shown in FIG. 4 is used, the resonance frequency is reduced by the series capacitance, and the inductive region of the resonator is widened. I'm using

【0008】しかしながら、この場合でもパラクタの容
量変化量が有限でしかも小さいために、広帯域可変のも
のを実現することは困難であった。
However, even in this case, since the amount of change in the capacitance of the varactor is finite and small, it is difficult to realize a variable varactor with a wide band.

【0009】特開昭61−135205号公報には、上
記問題を解決するために、負性抵抗を伴ったインダクテ
ィブトランジスタ回路を発振回路として使用し、これに
より、共振子の容量比を劣化することなく周波数可変幅
を広くすることが提案されているが、近年の移動体通信
のデジタル化に伴い、周波数の広帯域特性のより一層の
向上が求められ、電圧制御発振器においても、更に広帯
域かつ高安定の可変周波数を持つものが求められている
のが現状である。
Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-135205 discloses that in order to solve the above problem, an inductive transistor circuit having a negative resistance is used as an oscillation circuit, thereby deteriorating the capacitance ratio of the resonator. However, with the recent digitization of mobile communications, further improvements in frequency broadband characteristics are required, and even voltage-controlled oscillators have a wider bandwidth and higher stability. At present, it is required to have a variable frequency.

【0010】ところで、容量比rの小さい共振子は、式
(2)、(3)に示す関係からも明らかなように、電気
機械結合係数k2 の大きい圧電体材料を用いることで実
現できると考えられる。
By the way, a resonator having a small capacitance ratio r can be realized by using a piezoelectric material having a large electromechanical coupling coefficient k 2 , as is clear from the relations shown in equations (2) and (3). Conceivable.

【0011】 容量比r=C0 /C1 ……(2) 電気機械結合係数k2 =1/(1+r)……(3) なお、従来、電圧制御発振器の共振子の圧電体材料につ
いては、圧電体基板としてタンタル酸リチウム(LiT
aO3 )やニオブ酸リチウム(LiNbO3 )等を用い
ることが提案されている(特開平2−104120号公
報、特開平2−12585号公報)。
Capacity ratio r = C 0 / C 1 (2) Electromechanical coupling coefficient k 2 = 1 / (1 + r) (3) Conventionally, as for the piezoelectric material of the resonator of the voltage controlled oscillator, Lithium tantalate (LiT) as a piezoelectric substrate
It has been proposed to use aO 3 ) or lithium niobate (LiNbO 3 ) (Japanese Patent Laid-Open Nos. 2-104120 and 2-128585).

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来、
電圧制御発振器の共振子の圧電体材料として提案されて
いるLiTaO3 やLiNbO3 は、電気機械結合係数
2 は小さいが温度特性は良好であるか、或いは、電気
機械結合係数k2 は大きいが温度特性が悪いというよう
に、電気機械結合係数k2 と温度特性の少なくとも一方
が劣り、両特性を共に満足するものではない。
However, conventionally,
LiTaO 3 or LiNbO 3 proposed as a piezoelectric material of a resonator of a voltage controlled oscillator has a small electromechanical coupling coefficient k 2 but good temperature characteristics, or has a large electromechanical coupling coefficient k 2. as that temperature characteristics is poor, at least one of the electromechanical coupling coefficient k 2 and the temperature characteristics are poor, not to both satisfy the both properties.

【0013】このため、電気機械結合係数k2 が大きい
圧電体材料により容量比rの小さい共振子を実現して、
要求特性を満足する広帯域可変の電圧制御発振器を提供
することが困難であった。
Therefore, a resonator having a small capacitance ratio r is realized by a piezoelectric material having a large electromechanical coupling coefficient k 2 ,
It has been difficult to provide a wideband variable voltage controlled oscillator that satisfies the required characteristics.

【0014】本発明は上記従来の問題点を解決し、従来
の圧電体材料に比べて電気機械結合係数k2 が大きく、
かつQ値が大きく、しかも、温度特性の良好な圧電体材
料を用いた共振子を組み込むことで、VHF〜SHF帯
域に対応し、広帯域可変、高安定の電圧制御発振器を提
供することを目的とする。
The present invention solves the above-mentioned conventional problems, and has a larger electromechanical coupling coefficient k 2 than the conventional piezoelectric material.
The object of the present invention is to provide a wide-band variable and highly stable voltage controlled oscillator that supports a VHF to SHF band by incorporating a resonator using a piezoelectric material having a large Q value and good temperature characteristics. I do.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】本発明の電圧制御発振器
は、単結晶基板と、該単結晶基板上に形成された圧電体
薄膜と、該圧電体薄膜上に形成された導電性膜とを備え
る圧電共振子を用いた電圧制御発振器において、該圧電
体薄膜がチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)薄膜又はチタ
ン酸鉛(PT)薄膜であることを特徴とする。
A voltage controlled oscillator according to the present invention comprises a single crystal substrate, a piezoelectric thin film formed on the single crystal substrate, and a conductive film formed on the piezoelectric thin film. In the voltage controlled oscillator using the provided piezoelectric resonator, the piezoelectric thin film is a lead zirconate titanate (PZT) thin film or a lead titanate (PT) thin film.

【0016】PZT及びPTは、電気機械結合係数k2
が大きく、かつQ値が大きく、しかも温度特性が良好で
あるため、PZT薄膜又はPT薄膜を形成した圧電共振
子を用いることにより、VHF〜SHF帯域に対応し、
広帯域可変、高安定の電圧制御発振器を提供することが
できる。
PZT and PT are the electromechanical coupling coefficients k 2
Is large, the Q value is large, and the temperature characteristics are good. Therefore, by using a piezoelectric resonator formed with a PZT thin film or a PT thin film, it is possible to cope with the VHF to SHF band,
It is possible to provide a wide-band variable and highly stable voltage controlled oscillator.

【0017】本発明において、圧電共振子としては次の
ものが挙げられる。
In the present invention, the following are examples of the piezoelectric resonator.

【0018】 単結晶基板と、該単結晶基板上に形成
された圧電体薄膜と、該圧電体薄膜上に形成された導電
性膜よりなる櫛形電極とを備える弾性表面波共振子。 単結晶基板と、該単結晶基板上に形成された圧電体
薄膜と、該圧電体薄膜上に形成された導電性膜よりなる
櫛形電極とを備える1ポート型弾性表面波共振子。 単結晶基板と、該単結晶基板上に形成された圧電体
薄膜と、該圧電体薄膜上に形成された導電性膜よりなる
櫛形電極とを備える2ポート型弾性表面波共振子。
A surface acoustic wave resonator including a single crystal substrate, a piezoelectric thin film formed on the single crystal substrate, and a comb-shaped electrode formed of a conductive film formed on the piezoelectric thin film. A one-port surface acoustic wave resonator including a single crystal substrate, a piezoelectric thin film formed on the single crystal substrate, and a comb-shaped electrode formed of a conductive film formed on the piezoelectric thin film. A two-port surface acoustic wave resonator including a single crystal substrate, a piezoelectric thin film formed on the single crystal substrate, and a comb-shaped electrode formed of a conductive film formed on the piezoelectric thin film.

【0019】[0019]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の電
圧制御発振器の実施の形態を説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the voltage controlled oscillator according to the present invention will be described with reference to the drawings.

【0020】本発明の電圧制御発振器は、圧電共振子と
して単結晶基板と、この単結晶基板上に形成されたPZ
T薄膜又はPT薄膜の圧電体薄膜と、この圧電体薄膜上
に形成された導電性膜とを備える圧電共振子を用いるこ
と以外は従来の圧電共振子を用いた電圧制御発振器と同
様の構成とすることができ、従って、その回路にはコル
ピッツ型回路を用いて、図2又は図4に示すような構成
の電圧制御発振器とすることができる。
The voltage controlled oscillator according to the present invention comprises a single crystal substrate as a piezoelectric resonator and a PZ formed on the single crystal substrate.
Except for using a piezoelectric resonator including a piezoelectric thin film of a T thin film or a PT thin film and a conductive film formed on the piezoelectric thin film, a configuration similar to that of a conventional voltage controlled oscillator using a piezoelectric resonator is used. Therefore, a Colpitts type circuit can be used as the circuit, and a voltage controlled oscillator having a configuration as shown in FIG. 2 or FIG. 4 can be obtained.

【0021】本発明に係る圧電共振子の単結晶基板とし
ては、ダイヤモンド、サファイヤ、MgO、SrTiO3
等の単結晶を用いることが出来る。
As the single crystal substrate of the piezoelectric resonator according to the present invention, diamond, sapphire, MgO, SrTiO 3
Etc. can be used.

【0022】単結晶基板上の圧電体薄膜としてのPZT
またはPT薄膜は、必要に応じて、その厚さを10μm
以下として成膜した薄膜を、櫛形電極間に電界をかけて
分極処理することにより形成したものである。
PZT as Piezoelectric Thin Film on Single Crystal Substrate
Alternatively, the thickness of the PT thin film may be 10 μm if necessary.
The thin film formed as follows is formed by applying an electric field between the comb-shaped electrodes and performing a polarization process.

【0023】このような単結晶基板上に圧電体薄膜を形
成するには、ゾルゲル法を採用するのが好ましく、例え
ば、次のような方法で形成することができる。
In order to form a piezoelectric thin film on such a single crystal substrate, it is preferable to employ a sol-gel method. For example, it can be formed by the following method.

【0024】即ち、PZT薄膜の形成には、酢酸鉛等の
鉛化合物、ジルコニウムブトキシド、ジルコニウムプロ
ポキシド等のジルコニウム化合物及びチタニウムイソプ
ロポキシド、チタニウムブトキシド等のチタン化合物を
所定のモル比で、合計濃度が10〜20重量%程度とな
るように、メトキシエタノール、酢酸エステル等の溶剤
に溶解したPZT薄膜形成用組成物を基板に塗布し、1
50〜400℃で乾燥し、所定の膜厚になるように、こ
の塗布、乾燥を繰り返す。最後に500〜800℃で1
分〜1時間焼成する。
That is, for forming the PZT thin film, a total concentration of a lead compound such as lead acetate, a zirconium compound such as zirconium butoxide and zirconium propoxide and a titanium compound such as titanium isopropoxide and titanium butoxide in a predetermined molar ratio is used. The composition for forming a PZT thin film dissolved in a solvent such as methoxyethanol or acetic ester is applied to the substrate so that the
The coating and drying are repeated at a temperature of 50 to 400 ° C. to obtain a predetermined film thickness. Finally at 500-800 ° C
Bake for minutes to 1 hour.

【0025】また、PT薄膜の形成には、酢酸鉛等の鉛
化合物及びチタニウムイソプロポキシド、チタニウムブ
トキシド等のチタン化合物の所定のモル比で、合計濃度
が10〜20重量%程度になるように、メトキシエタノ
ール、酢酸エステル等の溶剤に溶解したPT薄膜形成用
組成物を基板に塗布し、150〜400℃で乾燥し、所
定の膜厚になるように、この塗布、乾燥を繰り返す、最
後に500〜800℃で1分〜1時間焼成する。
In forming the PT thin film, a total concentration of a lead compound such as lead acetate or the like and a titanium compound such as titanium isopropoxide or titanium butoxide is set to be about 10 to 20% by weight at a predetermined molar ratio. , A methoxyethanol, a composition for forming a PT thin film dissolved in a solvent such as acetic ester is applied to a substrate, dried at 150 to 400 ° C., and the application and drying are repeated to a predetermined thickness. Bake at 500-800 ° C for 1 minute to 1 hour.

【0026】本発明において、圧電体薄膜としてのPZ
T薄膜又はPT薄膜は、高周波対応とするために膜厚1
0μm以下であることが必要とされ、好ましくは0.1
〜10μm、より好ましくは0.2〜3μmの範囲で使
用目的に応じて適宜決定される。なお、PZT薄膜又は
PT薄膜の膜厚が薄過ぎると圧電効果が得られず、逆
に、厚過ぎると良好な膜質が得られない。
In the present invention, PZ as a piezoelectric thin film is used.
T thin film or PT thin film has a thickness of 1
0 μm or less, preferably 0.1 μm or less.
The range is from 10 to 10 μm, more preferably from 0.2 to 3 μm. If the PZT thin film or the PT thin film is too thin, the piezoelectric effect cannot be obtained, and if it is too thick, good film quality cannot be obtained.

【0027】本発明においては、このPZT又はPT薄
膜の形成に先立ち、基板上にチタン酸バリウムストロン
チウム(BST)、チタン酸ストロンチウム(STO)
又はチタン酸バリウム(BTO)等のバッファー層を形
成しても良い。このようなバッファー層を形成すること
により、鉛拡散防止作用により、PZT薄膜又はPT薄
膜の鉛欠損が防止されるという効果が奏される。このバ
ッファー層はゾルゲル法により形成することができ、そ
の膜厚は通常の場合、0.01〜2μm、特に0.01
〜0.2μmであることが好ましい。
In the present invention, prior to the formation of the PZT or PT thin film, barium strontium titanate (BST) and strontium titanate (STO) are formed on a substrate.
Alternatively, a buffer layer of barium titanate (BTO) or the like may be formed. By forming such a buffer layer, an effect of preventing lead deficiency in the PZT thin film or the PT thin film by the effect of preventing lead diffusion can be achieved. This buffer layer can be formed by a sol-gel method, and its film thickness is usually 0.01 to 2 μm, especially 0.01 to 2 μm.
It is preferably from 0.2 to 0.2 μm.

【0028】圧電体薄膜上の導電性膜としては、Al,
Cu,Ag,Au,Pt等の導電性金属膜が好適であ
り、このような導電性膜はスパッタ法等で形成すること
ができ、その厚さは、通常の場合1000〜2000μ
m程度である。
As the conductive film on the piezoelectric thin film, Al,
A conductive metal film such as Cu, Ag, Au, and Pt is suitable. Such a conductive film can be formed by a sputtering method or the like, and its thickness is usually 1000 to 2000 μm.
m.

【0029】[0029]

【実施例】以下に実施例を挙げて本発明の電圧制御発振
器の構成及び効果をより具体的に説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The construction and effects of the voltage controlled oscillator of the present invention will be described more specifically with reference to embodiments.

【0030】[実施例1]図2のコルピッツ回路に共振
子1として1ポート型弾性表面波共振子を組み込んで9
00MHz帯の電圧制御発振器としたものを実施例1と
した。図5(a)は本実施例で用いた1ポート型弾性表
面波共振子の電極構成を示す平面図、図5(b)は同断
面の拡大図である。この1ポート型弾性表面波共振子の
圧電基板50は、サファイヤ基板(厚さ500μm)5
1上に厚さ0.2μmのバッファー層(BST薄膜)5
2、厚さ0.8μmのPZT薄膜53及び厚さ1500
ÅのAl電極54よりなり、Al電極(反射電極54
A,櫛形電極54B)54の間隙Wは2μm(弾性表面
波の波長λの1/2)である。
Embodiment 1 A one-port type surface acoustic wave resonator is incorporated as the resonator 1 into the Colpitts circuit of FIG.
Example 1 was a voltage controlled oscillator in the 00 MHz band. FIG. 5A is a plan view showing the electrode configuration of the one-port type surface acoustic wave resonator used in the present embodiment, and FIG. 5B is an enlarged view of the same section. The piezoelectric substrate 50 of the one-port type surface acoustic wave resonator is a sapphire substrate (thickness: 500 μm).
0.2 μm thick buffer layer (BST thin film) 5 on 1
2. 0.8 μm thick PZT thin film 53 and 1500 thickness
AlAl electrode (reflection electrode 54)
A, the gap W between the comb electrodes 54B) 54 is 2 μm (m of the wavelength λ of the surface acoustic wave).

【0031】この電圧制御発振器において、制御電圧V
r を0〜5Vまで可変した場合の発振周波数の変化を図
8に示す。
In this voltage controlled oscillator, the control voltage V
FIG. 8 shows a change in the oscillation frequency when r is varied from 0 to 5V.

【0032】なお、本実施例では、圧電体薄膜としての
PZT薄膜は、酢酸鉛とジルコニウムブトキシドとチタ
ニウムイソプロポキシドとを所定のモル比で合計濃度2
0重量%となるように2−メトキシエタノールに溶解し
たPZT薄膜形成用溶液を用い、スピンコートにより塗
布した後400℃で乾燥し、この塗布、乾燥を所定の膜
厚になるまで繰り返し、最後に650℃で60分焼成す
ることにより形成した。
In this embodiment, the PZT thin film as the piezoelectric thin film has a total concentration of lead acetate, zirconium butoxide and titanium isopropoxide of 2 at a predetermined molar ratio.
Using a solution for forming a PZT thin film dissolved in 2-methoxyethanol so as to be 0% by weight, applying by spin coating, drying at 400 ° C., repeating this application and drying until a predetermined film thickness is reached. It was formed by firing at 650 ° C. for 60 minutes.

【0033】また、導電性膜はスパッタ法により形成し
た。
The conductive film was formed by a sputtering method.

【0034】[実施例2]図2のコルピッツ回路に共振
子1として1ポート型弾性表面波共振子を組み込んで9
00MHz帯の電圧制御発振器としたものを実施例2と
した。図6(a)は本実施例で用いた1ポート型弾性表
面波共振子の電極構成を示す平面図、図6(b)は同断
面の拡大図である。この1ポート型弾性表面波共振子の
圧電基板60は、サファイヤ基板(厚さ500μm)6
1上に厚さ0.2μmのバッファー層(BST薄膜)6
2、厚さ0.85μmのPT薄膜63及び厚さ1500
ÅのAl電極64よりなり、Al電極(反射電極64
A,櫛形電極64B)64の間隙Wは2μm(弾性表面
波の波長λの1/2)である。
[Embodiment 2] A one-port surface acoustic wave resonator is incorporated as the resonator 1 into the Colpitts circuit of FIG.
Example 2 was a voltage controlled oscillator in the 00 MHz band. FIG. 6A is a plan view showing an electrode configuration of the one-port type surface acoustic wave resonator used in this embodiment, and FIG. 6B is an enlarged view of the same section. The piezoelectric substrate 60 of the one-port type surface acoustic wave resonator includes a sapphire substrate (thickness: 500 μm) 6
0.2 μm thick buffer layer (BST thin film) 6 on 1
2. A PT thin film 63 having a thickness of 0.85 μm and a thickness of 1500
AlAl electrode 64 (reflection electrode 64)
A, the gap W between the comb electrodes 64B) 64 is 2 μm (1 / of the wavelength λ of the surface acoustic wave).

【0035】この電圧制御発振器において、制御電圧V
r を0〜5Vまで可変した場合の発振周波数の変化を図
9に示す。
In this voltage controlled oscillator, the control voltage V
FIG. 9 shows a change in the oscillation frequency when r is varied from 0 to 5V.

【0036】なお、本実施例では、PT薄膜は、酢酸鉛
とチタニウムイソプロポキシドを所定のモル比で合計濃
度10重量%となるように2−メトキシエタノールに溶
解したPT薄膜形成用溶液を用い、スピンコートにより
塗布した後400℃で乾燥し、この塗布、乾燥を所定の
膜厚になるまで繰り返し、最後に650℃で60分焼成
することにより形成した。
In this embodiment, the PT thin film is a PT thin film forming solution in which lead acetate and titanium isopropoxide are dissolved in 2-methoxyethanol at a predetermined molar ratio to give a total concentration of 10% by weight. After coating by spin coating, the coating was dried at 400 ° C., and the coating and drying were repeated until a predetermined film thickness was reached, and finally, the coating was baked at 650 ° C. for 60 minutes to form a film.

【0037】また、導電性膜はスパッタ法により形成し
た。
The conductive film was formed by a sputtering method.

【0038】[実施例3]図2のコルピッツ回路に共振
子1として2ポート型弾性表面波共振子を組み込んで9
00MHz帯の電圧制御発振器としたものを実施例3と
した。図7(a)は本実施例で用いた2ポート型弾性表
面波共振子の電極構成を示す平面図、図7(b)は同断
面の拡大図である。この2ポート型弾性表面波共振子の
圧電基板70は、単結晶ダイヤモンド基板(厚さ300
μm)71上に厚さ0.2μmのバッファー層(BST
薄膜)72、厚さ0.8μmのPZT薄膜73及び厚さ
1500ÅのAl電極74よりなり、Al電極(反射電
極74A,櫛形電極74B)54の間隙Wは2μm(弾
性表面波の波長λの1/2)である。
Embodiment 3 A two-port type surface acoustic wave resonator is incorporated as the resonator 1 in the Colpitts circuit of FIG.
Example 3 was a voltage controlled oscillator in the 00 MHz band. FIG. 7A is a plan view showing the electrode configuration of the two-port surface acoustic wave resonator used in the present embodiment, and FIG. 7B is an enlarged view of the same section. The piezoelectric substrate 70 of this two-port surface acoustic wave resonator is a single crystal diamond substrate (thickness 300).
0.2 μm thick buffer layer (BST)
A thin film 72, a PZT thin film 73 having a thickness of 0.8 μm, and an Al electrode 74 having a thickness of 1500 ° are formed. A gap W between the Al electrodes (reflection electrode 74 A, comb electrode 74 B) is 2 μm (one of the wavelength λ of the surface acoustic wave). / 2).

【0039】この電圧制御発振器において、制御電圧V
r を0〜5Vまで可変した場合の発振周波数の変化を図
10に示す。
In this voltage controlled oscillator, the control voltage V
FIG. 10 shows a change in the oscillation frequency when r is varied from 0 to 5V.

【0040】なお、本実施例では、圧電体薄膜としての
PZT薄膜は、酢酸鉛とジルコニウムブトキシドとチタ
ニウムイソプロポキシドとを所定のモル比で合計濃度2
0重量%となるように2−メトキシエタノールに溶解し
たPZT薄膜形成用溶液を用い、スピンコートにより塗
布した後400℃で乾燥し、この塗布、乾燥を所定の膜
厚になるまで繰り返し、最後に650℃で60分焼成す
ることにより形成した。
In this embodiment, the PZT thin film as the piezoelectric thin film is composed of lead acetate, zirconium butoxide, and titanium isopropoxide in a total concentration of 2 at a predetermined molar ratio.
Using a solution for forming a PZT thin film dissolved in 2-methoxyethanol so as to be 0% by weight, applying by spin coating, drying at 400 ° C., repeating this application and drying until a predetermined film thickness is reached. It was formed by firing at 650 ° C. for 60 minutes.

【0041】また、導電性膜はスパッタ法により形成し
た。
The conductive film was formed by a sputtering method.

【0042】また、実施例においては、いずれも圧電共
振子を図2に示すコルピッツ回路に組み込んで特性を調
べたが、比較のため、特開昭61−135205号公報
に記載される電圧制御発振器(A)及び同公報において
従来例として挙げた電圧制御発振器(B)について以下
の実施例と同様にして測定した発振周波数の変化を図1
1に示した。
In each of the embodiments, the piezoelectric resonator was incorporated in the Colpitts circuit shown in FIG. 2 and the characteristics were examined. For comparison, the voltage controlled oscillator described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-135205 was used for comparison. FIG. 1 shows changes in the oscillation frequency measured in the same manner as in the following examples for (A) and the voltage-controlled oscillator (B) listed as a conventional example in the same publication.
1 is shown.

【0043】以上の結果から、本発明の電圧制御発振器
は、従来の圧電基板を用いたものに比べ、非常に広帯域
な、制御感度の高いものであることが明らかである。
From the above results, it is clear that the voltage controlled oscillator of the present invention has a very wide band and high control sensitivity as compared with the conventional one using a piezoelectric substrate.

【0044】[0044]

【発明の効果】本発明によると、単結晶基板上に構成さ
れたチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)又はチタン酸鉛
(PT)薄膜と、上記圧電薄膜上に構成された導電性膜
が構成された圧電共振子を用いた電圧制御発振器は、大
きな電気機械結合係数k、優れたQ特性を有するチタン
酸ジルコン酸鉛(PZT)又はチタン酸鉛(PT)を用
いるため、効果として、非常に広帯域の周波数をカバ−
するS/N比の優れた電圧制御発振器が提供出来る。
According to the present invention, a lead zirconate titanate (PZT) or lead titanate (PT) thin film formed on a single crystal substrate and a conductive film formed on the piezoelectric thin film are formed. A voltage-controlled oscillator using a piezoelectric resonator uses lead zirconate titanate (PZT) or lead titanate (PT) having a large electromechanical coupling coefficient k and excellent Q characteristics, so that the effect is very wide band. Cover the frequency of
A voltage controlled oscillator having an excellent S / N ratio can be provided.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 圧電共振子の電気的等価回路図である。FIG. 1 is an electrical equivalent circuit diagram of a piezoelectric resonator.

【図2】 コルピッツ型電圧制御発振器の基本構成図で
ある。
FIG. 2 is a basic configuration diagram of a Colpitts type voltage controlled oscillator.

【図3】 図2の電圧制御発振器の等価回路図である。FIG. 3 is an equivalent circuit diagram of the voltage controlled oscillator of FIG.

【図4】 広帯域可変にしたコルピッツ型電圧制御発振
器の構成図である。
FIG. 4 is a configuration diagram of a Colpitts-type voltage controlled oscillator that is made variable in a wide band.

【図5】 図5(a)は、実施例1で用いた1ポート型
弾性表面波共振子の電極構成を示す平面図、図5(b)
は、同断面の拡大図である。
FIG. 5A is a plan view showing an electrode configuration of the one-port type surface acoustic wave resonator used in Example 1, and FIG.
Is an enlarged view of the same section.

【図6】 図6(a)は、実施例2で用いた1ポート型
弾性表面波共振子の電極構成を示す平面図、図6(b)
は、同断面の拡大図である。
FIG. 6A is a plan view showing an electrode configuration of a one-port surface acoustic wave resonator used in Example 2, and FIG. 6B.
Is an enlarged view of the same section.

【図7】 図7(a)は、実施例3で用いた2ポート型
弾性表面波共振子の電極構成を示す平面図、図7(b)
は、同断面の拡大図である。
FIG. 7A is a plan view showing an electrode configuration of a two-port type surface acoustic wave resonator used in Example 3, and FIG.
Is an enlarged view of the same section.

【図8】 実施例1の電圧制御発振器の特性を示すグラ
フである。
FIG. 8 is a graph showing characteristics of the voltage controlled oscillator according to the first embodiment.

【図9】 実施例2の電圧制御発振器の特性を示すグラ
フである。
FIG. 9 is a graph illustrating characteristics of the voltage controlled oscillator according to the second embodiment.

【図10】 実施例3の電圧制御発振器の特性を示すグ
ラフである。
FIG. 10 is a graph showing characteristics of the voltage controlled oscillator according to the third embodiment.

【図11】 比較例に係る電圧制御発振器の特性を示す
グラフである。
FIG. 11 is a graph showing characteristics of a voltage controlled oscillator according to a comparative example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

50,60,70圧電基板 51,61,71 単結晶基板 52,62,72バッファー層 53,73 PZT薄膜 54,64,74 Al電極 63 PT薄膜 50, 60, 70 Piezoelectric substrate 51, 61, 71 Single crystal substrate 52, 62, 72 Buffer layer 53, 73 PZT thin film 54, 64, 74 Al electrode 63 PT thin film

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 疋田 和康 東京都千代田区大手町一丁目5番1号 三 菱マテリアル株式会社内 ──────────────────────────────────────────────────の Continuing on the front page (72) Inventor Kazuyasu Hikita 1-5-1, Otemachi, Chiyoda-ku, Tokyo Mitsubishi Materials Corporation

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 単結晶基板と、該単結晶基板上に形成さ
れた圧電体薄膜と、該圧電体薄膜上に形成された導電性
膜とを備える圧電共振子を用いた電圧制御発振器におい
て、上記圧電体薄膜がチタン酸ジルコン酸鉛薄膜又はチ
タン酸鉛薄膜であることを特徴とする電圧制御発振器。
A voltage controlled oscillator using a piezoelectric resonator including a single crystal substrate, a piezoelectric thin film formed on the single crystal substrate, and a conductive film formed on the piezoelectric thin film, A voltage controlled oscillator, wherein the piezoelectric thin film is a lead zirconate titanate thin film or a lead titanate thin film.
【請求項2】 上記圧電共振子が、単結晶基板と、該単
結晶基板上に形成された圧電体薄膜と、該圧電体薄膜上
に形成された導電性膜よりなる櫛形電極とを備える弾性
表面波共振子であることを特徴とする請求項1記載の電
圧制御発振器。
2. The elastic body according to claim 1, wherein the piezoelectric resonator includes a single crystal substrate, a piezoelectric thin film formed on the single crystal substrate, and a comb-shaped electrode formed of a conductive film formed on the piezoelectric thin film. The voltage controlled oscillator according to claim 1, wherein the voltage controlled oscillator is a surface acoustic wave resonator.
【請求項3】 上記圧電共振子が、単結晶基板と、該単
結晶基板上に形成された圧電体薄膜と、該圧電体薄膜上
に形成された導電性膜よりなる櫛形電極とを備える1ポ
ート型弾性表面波共振子であることを特徴とする請求項
1記載の電圧制御発振器。
3. The piezoelectric resonator according to claim 1, wherein the piezoelectric resonator includes a single crystal substrate, a piezoelectric thin film formed on the single crystal substrate, and a comb-shaped electrode made of a conductive film formed on the piezoelectric thin film. 2. The voltage controlled oscillator according to claim 1, wherein the voltage controlled oscillator is a port type surface acoustic wave resonator.
【請求項4】 上記圧電共振子が、単結晶基板と、該単
結晶基板上に形成された圧電体薄膜と、該圧電体薄膜上
に形成された導電性膜よりなる櫛形電極とを備える2ポ
ート型弾性表面波共振子であることを特徴とする請求項
1記載の電圧制御発振器。
4. A piezoelectric resonator comprising: a single crystal substrate; a piezoelectric thin film formed on the single crystal substrate; and a comb-shaped electrode formed of a conductive film formed on the piezoelectric thin film. 2. The voltage controlled oscillator according to claim 1, wherein the voltage controlled oscillator is a port type surface acoustic wave resonator.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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