JPH1131942A - 弾性表面波モジュール素子及びその製造方法 - Google Patents
弾性表面波モジュール素子及びその製造方法Info
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- JPH1131942A JPH1131942A JP18484497A JP18484497A JPH1131942A JP H1131942 A JPH1131942 A JP H1131942A JP 18484497 A JP18484497 A JP 18484497A JP 18484497 A JP18484497 A JP 18484497A JP H1131942 A JPH1131942 A JP H1131942A
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- acoustic wave
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- Surface Acoustic Wave Elements And Circuit Networks Thereof (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 電力効率の高い弾性表面波モジュール素子の
構造とその製造方法を提供する。 【解決手段】 基板４の上にＬｉＴａＯ3 薄膜５を形成
し、その上にＬｉＴａＯ3 よりも電気機械結合係数の大
きい圧電性薄膜６を積層形成する。さらに、圧電性薄膜
６の上に弾性表面波送信用電極７及び受信用電極８を形
成する。この場合、基板４の上にＬｉＴａＯ3 薄膜５を
形成した後、直ちに圧電性薄膜６を形成する。
構造とその製造方法を提供する。 【解決手段】 基板４の上にＬｉＴａＯ3 薄膜５を形成
し、その上にＬｉＴａＯ3 よりも電気機械結合係数の大
きい圧電性薄膜６を積層形成する。さらに、圧電性薄膜
６の上に弾性表面波送信用電極７及び受信用電極８を形
成する。この場合、基板４の上にＬｉＴａＯ3 薄膜５を
形成した後、直ちに圧電性薄膜６を形成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、移動体通信などに
広く用いられている弾性表面波モジュール素子の構造、
及びその製造方法に関する。
広く用いられている弾性表面波モジュール素子の構造、
及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】現在、自動車無線などの移動体通信シス
テムにおいては、数１０ＭＨｚ〜数１００ＭＨｚの周波
数帯域が使用されている。これら移動体通信機器のほと
んどに、固体表面に発生する弾性表面波（Surface Acou
stic Wave；SAW）を利用したＳＡＷ素子がフィルターを
中心として使用されている。一般に、ＳＡＷ素子は、圧
電体基板表面に設けられた櫛型電極に電波が印加される
ことによって基板表面にＳＡＷを励振、発振し、また、
ＳＡＷを受信する。市販されているＳＡＷ素子において
は、ＳＡＷの音速が温度変化に対して安定な水晶や、音
速の大きいＬｉＴａＯ3 単結晶が基板として用いられて
いる。
テムにおいては、数１０ＭＨｚ〜数１００ＭＨｚの周波
数帯域が使用されている。これら移動体通信機器のほと
んどに、固体表面に発生する弾性表面波（Surface Acou
stic Wave；SAW）を利用したＳＡＷ素子がフィルターを
中心として使用されている。一般に、ＳＡＷ素子は、圧
電体基板表面に設けられた櫛型電極に電波が印加される
ことによって基板表面にＳＡＷを励振、発振し、また、
ＳＡＷを受信する。市販されているＳＡＷ素子において
は、ＳＡＷの音速が温度変化に対して安定な水晶や、音
速の大きいＬｉＴａＯ3 単結晶が基板として用いられて
いる。
【０００３】さらに、急増する移動体通信機器の需要を
充すため、１．５ＧＨｚ以上のさらに高周波帯域でのシ
ステム稼働が主流となりつつある。ＳＡＷ素子の動作周
波数は、前記櫛型電極の電極周期、基板の音速によって
決定されることから、より音速の大きい基板材料の開発
と、高調波を利用した音速の高速化を企図した圧電薄膜
を用いたＳＡＷ素子の開発とが精力的に進められてい
る。特に、圧電薄膜を用いたＳＡＷ素子の製造は、シス
テムの集積化、小型化、低価格化に有利である。代表的
圧電材料であるＬｉＮｂＯ3 、ＬｉＴａＯ3 の薄膜化も
多く試みられてきた（特公平２−１８４５９９号、特公
平３−１７９８１１号、特公平５−９０８９２号等の各
公報参照）。
充すため、１．５ＧＨｚ以上のさらに高周波帯域でのシ
ステム稼働が主流となりつつある。ＳＡＷ素子の動作周
波数は、前記櫛型電極の電極周期、基板の音速によって
決定されることから、より音速の大きい基板材料の開発
と、高調波を利用した音速の高速化を企図した圧電薄膜
を用いたＳＡＷ素子の開発とが精力的に進められてい
る。特に、圧電薄膜を用いたＳＡＷ素子の製造は、シス
テムの集積化、小型化、低価格化に有利である。代表的
圧電材料であるＬｉＮｂＯ3 、ＬｉＴａＯ3 の薄膜化も
多く試みられてきた（特公平２−１８４５９９号、特公
平３−１７９８１１号、特公平５−９０８９２号等の各
公報参照）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】前記圧電材料には、そ
れぞれ固有の特性がある。電気エネルギーから圧電エネ
ルギーへの変換効率を表す電気機械結合係数ｋ2 は、Ｌ
iＮbＯ3 については５〜２０％と大きく、ＬｉＴａＯ3
については０．５〜８％である。一般に、ｋ2 が大きい
ほど、電気信号による弾性波が誘起され易くなる。一
方、ＳＡＷの伝搬減衰率は、ＬｉＴａＯ3 でほぼゼロで
あるのに対し、ＬｉＮｂＯ3 では０．０４ｄＢ／λと、
水晶の１００倍程度大きい。伝搬減衰率はＳＡＷ素子の
挿入損失の増大に直接効いてくるものであり、小さいほ
ど有利であることは言うまでもない。従って、ＬｉＮｂ
Ｏ3 、ＬｉＴａＯ3 の薄膜を基板上に成長させた構造で
あるＬｉＮｂ1-x Ｔａx Ｏ3 の混相系の薄膜では、ＳＡ
Ｗ素子の変換効率を満たすことができず、未だ十分に圧
電薄膜の利点を活かした素子構造は提供されていない。
れぞれ固有の特性がある。電気エネルギーから圧電エネ
ルギーへの変換効率を表す電気機械結合係数ｋ2 は、Ｌ
iＮbＯ3 については５〜２０％と大きく、ＬｉＴａＯ3
については０．５〜８％である。一般に、ｋ2 が大きい
ほど、電気信号による弾性波が誘起され易くなる。一
方、ＳＡＷの伝搬減衰率は、ＬｉＴａＯ3 でほぼゼロで
あるのに対し、ＬｉＮｂＯ3 では０．０４ｄＢ／λと、
水晶の１００倍程度大きい。伝搬減衰率はＳＡＷ素子の
挿入損失の増大に直接効いてくるものであり、小さいほ
ど有利であることは言うまでもない。従って、ＬｉＮｂ
Ｏ3 、ＬｉＴａＯ3 の薄膜を基板上に成長させた構造で
あるＬｉＮｂ1-x Ｔａx Ｏ3 の混相系の薄膜では、ＳＡ
Ｗ素子の変換効率を満たすことができず、未だ十分に圧
電薄膜の利点を活かした素子構造は提供されていない。
【０００５】本発明は、従来技術における前記課題を解
決するためになされたものであり、電力効率の高いＳＡ
Ｗモジュール素子の構造と、安定なＳＡＷモジュール素
子の製造方法を提供することを目的とする。
決するためになされたものであり、電力効率の高いＳＡ
Ｗモジュール素子の構造と、安定なＳＡＷモジュール素
子の製造方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明に係る弾性表面波モジュール素子の構成は、
基板上にＬｉＴａＯ3 薄膜が形成され、その上にＬｉＴ
ａＯ3 よりも電気機械結合係数の大きい圧電性薄膜が積
層形成され、さらにその上に弾性表面波送信用及び受信
用の電極が形成されたことを特徴とする。この弾性表面
波モジュール素子の構成によれば、電気信号が電気機械
結合係数の大きい圧電性薄膜によって高効率に弾性表面
波に変換され、この弾性表面波が減衰率の小さいＬｉＴ
ａＯ3 薄膜中を伝搬することとなるので、弾性表面波モ
ジュール素子の電力効率を高めることができる。
め、本発明に係る弾性表面波モジュール素子の構成は、
基板上にＬｉＴａＯ3 薄膜が形成され、その上にＬｉＴ
ａＯ3 よりも電気機械結合係数の大きい圧電性薄膜が積
層形成され、さらにその上に弾性表面波送信用及び受信
用の電極が形成されたことを特徴とする。この弾性表面
波モジュール素子の構成によれば、電気信号が電気機械
結合係数の大きい圧電性薄膜によって高効率に弾性表面
波に変換され、この弾性表面波が減衰率の小さいＬｉＴ
ａＯ3 薄膜中を伝搬することとなるので、弾性表面波モ
ジュール素子の電力効率を高めることができる。
【０００７】また、前記本発明の弾性表面波モジュール
素子の構成においては、圧電性薄膜が、ＬｉＮｂＯ3 、
Ｌｉ2 Ｂ4 Ｏ7 、ＺｎＯ、ＡｌＮ、Ｔａ2 Ｏ5 、Ｐｂ−
Ｎｄ−Ｔｉ−Ｍｎ−Ｉｎ−Ｏ、Ｐｂ−Ｚｎ−Ｔｉ−Ｏ、
ＫＮｂＯ3 からなる群から選ばれた１つであるのが好ま
しい。この好ましい例によれば、圧電性薄膜とＬｉＴａ
Ｏ3 薄膜との格子整合性が高くなり、その結果、弾性表
面波モジュール素子の動作を安定させることができる。
素子の構成においては、圧電性薄膜が、ＬｉＮｂＯ3 、
Ｌｉ2 Ｂ4 Ｏ7 、ＺｎＯ、ＡｌＮ、Ｔａ2 Ｏ5 、Ｐｂ−
Ｎｄ−Ｔｉ−Ｍｎ−Ｉｎ−Ｏ、Ｐｂ−Ｚｎ−Ｔｉ−Ｏ、
ＫＮｂＯ3 からなる群から選ばれた１つであるのが好ま
しい。この好ましい例によれば、圧電性薄膜とＬｉＴａ
Ｏ3 薄膜との格子整合性が高くなり、その結果、弾性表
面波モジュール素子の動作を安定させることができる。
【０００８】また、前記本発明の弾性表面波モジュール
素子の構成においては、基板が、サファイア、Ｓｉ、Ｓ
ｉＣ、ＧａＡｓ、ガラス、ダイヤモンドからなる群から
選ばれた１つであるのんが好ましい。この好ましい例に
よれば、ＬｉＴａＯ3 薄膜との温度特性の補償が可能と
なり、その結果、弾性表面波モジュール素子の動作を安
定させることができる。
素子の構成においては、基板が、サファイア、Ｓｉ、Ｓ
ｉＣ、ＧａＡｓ、ガラス、ダイヤモンドからなる群から
選ばれた１つであるのんが好ましい。この好ましい例に
よれば、ＬｉＴａＯ3 薄膜との温度特性の補償が可能と
なり、その結果、弾性表面波モジュール素子の動作を安
定させることができる。
【０００９】また、前記本発明の弾性表面波モジュール
素子の構成においては、圧電性薄膜の厚さが、弾性表面
波の波長λよりも薄いのが好ましい。この好ましい例に
よれば、通常の圧電単結晶を用いたＳＡＷ素子よりも挿
入損失が小さくなり、弾性表面波モジュール素子の動作
がさらに安定することとなる。
素子の構成においては、圧電性薄膜の厚さが、弾性表面
波の波長λよりも薄いのが好ましい。この好ましい例に
よれば、通常の圧電単結晶を用いたＳＡＷ素子よりも挿
入損失が小さくなり、弾性表面波モジュール素子の動作
がさらに安定することとなる。
【００１０】また、本発明に係る弾性表面波モジュール
素子の製造方法は、基板上にＬｉＴａＯ3 薄膜が形成さ
れ、その上にＬｉＴａＯ3 よりも電気機械結合係数の大
きい圧電性薄膜が積層形成され、さらにその上に弾性表
面波送信用及び受信用の電極が形成された弾性表面波モ
ジュール素子の製造方法であって、前記基板上に前記Ｌ
ｉＴａＯ3 薄膜を形成した後、直ちに前記圧電性薄膜を
形成することを特徴とする。この弾性表面波モジュール
素子の製造方法によれば、ＬｉＴａＯ3 薄膜と圧電性薄
膜の界面に不純物層が介在することがないので、弾性表
面波モジュール素子の動作を安定させることが可能とな
る。
素子の製造方法は、基板上にＬｉＴａＯ3 薄膜が形成さ
れ、その上にＬｉＴａＯ3 よりも電気機械結合係数の大
きい圧電性薄膜が積層形成され、さらにその上に弾性表
面波送信用及び受信用の電極が形成された弾性表面波モ
ジュール素子の製造方法であって、前記基板上に前記Ｌ
ｉＴａＯ3 薄膜を形成した後、直ちに前記圧電性薄膜を
形成することを特徴とする。この弾性表面波モジュール
素子の製造方法によれば、ＬｉＴａＯ3 薄膜と圧電性薄
膜の界面に不純物層が介在することがないので、弾性表
面波モジュール素子の動作を安定させることが可能とな
る。
【００１１】また、前記本発明の弾性表面波モジュール
素子の製造方法においては、基板上への薄膜形成を、少
なくとも２つの蒸発源を用いて行うのが好ましい。この
好ましい例によれば、ＬｉＴａＯ3 薄膜上に圧電性薄膜
をエピタキシャル成長させることができるので、弾性表
面波モジュール素子の動作をさらに安定させることがで
きる。また、この場合には、蒸発源として、スパッタリ
ングターゲットを用いるのが好ましい。この好ましい例
によれば、ＬｉＴａＯ3 薄膜、圧電性薄膜の構成元素の
組成比率、結晶状態を容易に制御することができるの
で、弾性表面波モジュール素子の動作をさらに安定させ
ることができる。
素子の製造方法においては、基板上への薄膜形成を、少
なくとも２つの蒸発源を用いて行うのが好ましい。この
好ましい例によれば、ＬｉＴａＯ3 薄膜上に圧電性薄膜
をエピタキシャル成長させることができるので、弾性表
面波モジュール素子の動作をさらに安定させることがで
きる。また、この場合には、蒸発源として、スパッタリ
ングターゲットを用いるのが好ましい。この好ましい例
によれば、ＬｉＴａＯ3 薄膜、圧電性薄膜の構成元素の
組成比率、結晶状態を容易に制御することができるの
で、弾性表面波モジュール素子の動作をさらに安定させ
ることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、実施の形態を用いて本発明
をさらに具体的に説明する。圧電性薄膜を用いた薄膜Ｓ
ＡＷ素子の開発を行うに当たって、本発明者らは、種々
の圧電性薄膜を用いて作製したＳＡＷ素子と、従来から
幅広く使用されているＬｉＴａＯ3 、ＬｉＮｂＯ3 、水
晶単結晶を用いたＳＡＷ素子の特性を比較検討した。
をさらに具体的に説明する。圧電性薄膜を用いた薄膜Ｓ
ＡＷ素子の開発を行うに当たって、本発明者らは、種々
の圧電性薄膜を用いて作製したＳＡＷ素子と、従来から
幅広く使用されているＬｉＴａＯ3 、ＬｉＮｂＯ3 、水
晶単結晶を用いたＳＡＷ素子の特性を比較検討した。
【００１３】図１は従来のＳＡＷフィルターの基本構造
を示す概略図である。図１において、ＳＡＷは、圧電体
基板１の表面に櫛型に加工された送信用電極２を設ける
ことによって励振され、同じく、櫛型に加工された受信
用電極３を設けることによって検知される。基板１上の
送信用電極２及び受信用電極３の空間周期λ（又は、励
振されるＳＡＷの波長ともいう）、電極指の対数や交差
の度合などにより、種々の周波数特性を有する無線周波
数帯の帯域通過フィルターを作製することが可能であ
る。素子の中心周波数（動作周波数）ｆ0 と空間周期λ
の関係は、基本的に下記（数１）によって表される。
を示す概略図である。図１において、ＳＡＷは、圧電体
基板１の表面に櫛型に加工された送信用電極２を設ける
ことによって励振され、同じく、櫛型に加工された受信
用電極３を設けることによって検知される。基板１上の
送信用電極２及び受信用電極３の空間周期λ（又は、励
振されるＳＡＷの波長ともいう）、電極指の対数や交差
の度合などにより、種々の周波数特性を有する無線周波
数帯の帯域通過フィルターを作製することが可能であ
る。素子の中心周波数（動作周波数）ｆ0 と空間周期λ
の関係は、基本的に下記（数１）によって表される。
【００１４】
【数１】
【００１５】ここで、ｖは基板１に固有のＳＡＷ位相速
度（ＳＡＷ伝搬速度）である。水晶のＳＡＷ位相速度が
３１５８ｍ／ｓであり、現行の移動体通信機器に使用さ
れている周波数帯域が１００ＭＨｚ〜１ＧＨｚであるこ
とから、送信用電極２及び受信用電極３の空間周期λは
３〜３０μｍに設定される必要があることが分かる。通
常、送信用電極２及び受信用電極３には蒸着されたＡｌ
が用いられる。本発明者らは、中心周波数ｆ0 が３１５
ＭＨｚの水晶ＳＡＷ素子用の送信用電極２及び受信用電
極３を設けて、ＳＡＷ素子を作製し、その特性を測定し
た。水晶よりもＳＡＷ位相速度ｖの大きいＬｉＴａＯ3
やＬｉＮｂＯ3 （ｖ〜５０００ｍ／ｓ）を基板１として
用いた場合には、ＳＡＷ素子の中心周波数ｆ0 は、３１
５ＭＨｚよりも大きくなる。
度（ＳＡＷ伝搬速度）である。水晶のＳＡＷ位相速度が
３１５８ｍ／ｓであり、現行の移動体通信機器に使用さ
れている周波数帯域が１００ＭＨｚ〜１ＧＨｚであるこ
とから、送信用電極２及び受信用電極３の空間周期λは
３〜３０μｍに設定される必要があることが分かる。通
常、送信用電極２及び受信用電極３には蒸着されたＡｌ
が用いられる。本発明者らは、中心周波数ｆ0 が３１５
ＭＨｚの水晶ＳＡＷ素子用の送信用電極２及び受信用電
極３を設けて、ＳＡＷ素子を作製し、その特性を測定し
た。水晶よりもＳＡＷ位相速度ｖの大きいＬｉＴａＯ3
やＬｉＮｂＯ3 （ｖ〜５０００ｍ／ｓ）を基板１として
用いた場合には、ＳＡＷ素子の中心周波数ｆ0 は、３１
５ＭＨｚよりも大きくなる。
【００１６】本発明者らが作製したＳＡＷ素子は、水
晶、ＬｉＴａＯ3 、ＬｉＮｂＯ3 の単結晶基板タイプ、
サファイア（α−Ａｌ2 Ｏ3 ）基板上にＬｉＴａＯ3 薄
膜やＬｉＮｂＯ3 薄膜を堆積した圧電性薄膜／非圧電性
基板タイプ、ＬｉＮｂＯ3 単結晶基板上にＬｉＴａＯ3
薄膜を堆積したものやＬｉＴａＯ3 単結晶基板上にＬｉ
ＮｂＯ3 薄膜を堆積した圧電性薄膜／圧電性基板タイプ
である。ＬｉＴａＯ3 薄膜、ＬｉＮｂＯ3 薄膜は、ディ
スク状に焼結成形したＬｉ−Ｔａ−Ｏ、Ｌｉ−Ｎｂ−Ｏ
のセラミックスターゲットを、それぞれ高周波マグネト
ロンでスパッタして、２μｍの膜厚で形成した。そし
て、ＳＡＷ素子の特性として、中心周波数ｆ0 、挿入損
失、中心周波数の温度特性τを測定し、比較した。τ
は、温度範囲−２５℃〜＋８５℃における中心周波数ｆ
0 変化として定義した。
晶、ＬｉＴａＯ3 、ＬｉＮｂＯ3 の単結晶基板タイプ、
サファイア（α−Ａｌ2 Ｏ3 ）基板上にＬｉＴａＯ3 薄
膜やＬｉＮｂＯ3 薄膜を堆積した圧電性薄膜／非圧電性
基板タイプ、ＬｉＮｂＯ3 単結晶基板上にＬｉＴａＯ3
薄膜を堆積したものやＬｉＴａＯ3 単結晶基板上にＬｉ
ＮｂＯ3 薄膜を堆積した圧電性薄膜／圧電性基板タイプ
である。ＬｉＴａＯ3 薄膜、ＬｉＮｂＯ3 薄膜は、ディ
スク状に焼結成形したＬｉ−Ｔａ−Ｏ、Ｌｉ−Ｎｂ−Ｏ
のセラミックスターゲットを、それぞれ高周波マグネト
ロンでスパッタして、２μｍの膜厚で形成した。そし
て、ＳＡＷ素子の特性として、中心周波数ｆ0 、挿入損
失、中心周波数の温度特性τを測定し、比較した。τ
は、温度範囲−２５℃〜＋８５℃における中心周波数ｆ
0 変化として定義した。
【００１７】本発明者らが得た実験結果を下記（表１）
に示す。
に示す。
【００１８】
【表１】
【００１９】中心周波数ｆ0 は、各構造のＳＡＷ音速に
依存している。また、一般に、単結晶だけからなるＳＡ
Ｗ素子に比べて、薄膜構造からなるＳＡＷ素子の方が挿
入損失が大きいと言われている。それは、薄膜の表面の
凹凸や、薄膜と基板の界面の不完全性に起因しているも
のと考えられている。ＬｉＴａＯ3 薄膜／サファイア、
ＬｉＮｂＯ3 薄膜／サファイア構造のＳＡＷ素子は、Ｌ
ｉＴａＯ3 単結晶、ＬｉＮｂＯ3 単結晶、ＬｉＴａＯ3
薄膜／ＬｉＮｂＯ3 単結晶、ＬｉＮｂＯ3 薄膜／ＬｉＴ
ａＯ3 単結晶構造よりも温度特性τが小さく、また、Ｌ
ｉＴａＯ3 薄膜／ＬｉＮｂＯ3 単結晶、ＬｉＮｂＯ3 薄
膜／ＬｉＴａＯ3 単結晶構造よりも挿入損失が小さいこ
とが分かった。これらの予備的な実験結果から、ＬｉＴ
ａＯ3 はＬｉＮｂＯ3 、水晶に比べてＳＡＷの伝搬損失
が小さいことが考えられ、ＳＡＷ素子の温度特性τは、
薄膜の膜厚等を変えることにより、水晶並に小さくする
ことができると期待される。電気エネルギーから機械エ
ネルギーへのエネルギー変換効率を表す電気機械結合係
数ｋ2 は、水晶、ＬｉＴａＯ3 、ＬｉＮｂＯ3 でそれぞ
れ０．１〜０．２、０．５〜８、４〜１７％と見積もら
れており、ｋ2 が大きいほど、システム全体での省電力
化が可能である。また、ＳＡＷ送信用／受信用櫛型電極
の櫛数を減らすことができ、ＳＡＷ素子そのものの面積
を小さくすることできることから、素子の製造コストを
低減することができる。以上のことから、ＳＡＷの伝搬
損失が小さい材料と、ｋ2 の大きい材料を薄膜化して組
み合わせ、積層すれば、ｋ2 が大きく、温度特性τと挿
入損失の小さいＳＡＷ素子が得られることを本発明者ら
は見い出した。
依存している。また、一般に、単結晶だけからなるＳＡ
Ｗ素子に比べて、薄膜構造からなるＳＡＷ素子の方が挿
入損失が大きいと言われている。それは、薄膜の表面の
凹凸や、薄膜と基板の界面の不完全性に起因しているも
のと考えられている。ＬｉＴａＯ3 薄膜／サファイア、
ＬｉＮｂＯ3 薄膜／サファイア構造のＳＡＷ素子は、Ｌ
ｉＴａＯ3 単結晶、ＬｉＮｂＯ3 単結晶、ＬｉＴａＯ3
薄膜／ＬｉＮｂＯ3 単結晶、ＬｉＮｂＯ3 薄膜／ＬｉＴ
ａＯ3 単結晶構造よりも温度特性τが小さく、また、Ｌ
ｉＴａＯ3 薄膜／ＬｉＮｂＯ3 単結晶、ＬｉＮｂＯ3 薄
膜／ＬｉＴａＯ3 単結晶構造よりも挿入損失が小さいこ
とが分かった。これらの予備的な実験結果から、ＬｉＴ
ａＯ3 はＬｉＮｂＯ3 、水晶に比べてＳＡＷの伝搬損失
が小さいことが考えられ、ＳＡＷ素子の温度特性τは、
薄膜の膜厚等を変えることにより、水晶並に小さくする
ことができると期待される。電気エネルギーから機械エ
ネルギーへのエネルギー変換効率を表す電気機械結合係
数ｋ2 は、水晶、ＬｉＴａＯ3 、ＬｉＮｂＯ3 でそれぞ
れ０．１〜０．２、０．５〜８、４〜１７％と見積もら
れており、ｋ2 が大きいほど、システム全体での省電力
化が可能である。また、ＳＡＷ送信用／受信用櫛型電極
の櫛数を減らすことができ、ＳＡＷ素子そのものの面積
を小さくすることできることから、素子の製造コストを
低減することができる。以上のことから、ＳＡＷの伝搬
損失が小さい材料と、ｋ2 の大きい材料を薄膜化して組
み合わせ、積層すれば、ｋ2 が大きく、温度特性τと挿
入損失の小さいＳＡＷ素子が得られることを本発明者ら
は見い出した。
【００２０】以下に、具体的実施例を挙げて、本発明を
さらに詳細に説明する。 （実施例１）図２は本実施例で作製した積層構造体の断
面概略図である。図２に示すように、基板４の上には、
圧電性薄膜５、６が順次積層されている。圧電性薄膜６
の上には、ＳＡＷ発振／受信用の電極７、８がそれぞれ
形成されている。本実施例においては、基板４として、
ｃ面カットされた単結晶サファイア（α−Ａｌ2 Ｏ3）
を用いた。ＬｉＴａＯ3 圧電性薄膜５は、ＬｉＣＯ3 、
Ｔａ2 Ｏ5 粉体をＬｉ：Ｔａ＝１：１となるように秤量
し、混合、焼成した後、直径７５ｍｍ、厚み５ｍｍのデ
ィスク状に成形したターゲットを用いた高周波スパッタ
法で形成した。スパッタは、サファイア基板４を６００
℃に加熱し、Ａｒ：Ｏ2 ＝１：１（１Ｐａ）の雰囲気ガ
スの下、高周波（１３．５６ＭＨｚ）電力７５Ｗで行っ
た。ＬｉＴａＯ3 圧電性薄膜５を形成した後、ＬｉＴａ
Ｏ3 圧電性薄膜５の上にＬｉＮｂＯ3 圧電性薄膜６を形
成した。ＬｉＮｂＯ3 圧電性薄膜６は、ＬｉＣＯ3 、Ｎ
ｂ 2 Ｏ5 粉体をＬｉ：Ｎｂ＝１：１となるように秤量
し、混合、焼成した後、直径７５ｍｍ、厚み５ｍｍのデ
ィスク状に成形したターゲットを用い、ＬｉＴａＯ3圧
電性薄膜５の形成時と同じ条件の高周波スパッタ法で形
成した。基板４の上に、ＬｉＴａＯ3 圧電性薄膜５を
１．５μｍの膜厚で、ＬｉＮｂＯ3 圧電性薄膜６を０．
５μｍの膜厚で形成した表面上に、Ａｌ電極７、８を形
成し、ＳＡＷフィルターを作製した。上記（表１）に示
した結果と比較するため、本発明者らは、Ａｌ電極７、
８を中心周波数ｆ0 が３１５ＭＨｚの水晶ＳＡＷ素子用
のパターンにして、ＳＡＷ素子を作製し、その特性を測
定した。その結果、素子ごとのバラツキが多少見られた
が、中心周波数ｆ0 は４００ＭＨｚ〜４１０ＭＨｚであ
り、ＳＡＷ位相速度も水晶に比べて大きく、挿入損失が
２．２０±０．２０ｄＢ、温度特性がτ〜＋２ｐｐｍ／
℃と良好であった。さらに、電気機械結合係数ｋ2 も５
％以上と水晶に比べてはるかに大きいことを見い出し
た。
さらに詳細に説明する。 （実施例１）図２は本実施例で作製した積層構造体の断
面概略図である。図２に示すように、基板４の上には、
圧電性薄膜５、６が順次積層されている。圧電性薄膜６
の上には、ＳＡＷ発振／受信用の電極７、８がそれぞれ
形成されている。本実施例においては、基板４として、
ｃ面カットされた単結晶サファイア（α−Ａｌ2 Ｏ3）
を用いた。ＬｉＴａＯ3 圧電性薄膜５は、ＬｉＣＯ3 、
Ｔａ2 Ｏ5 粉体をＬｉ：Ｔａ＝１：１となるように秤量
し、混合、焼成した後、直径７５ｍｍ、厚み５ｍｍのデ
ィスク状に成形したターゲットを用いた高周波スパッタ
法で形成した。スパッタは、サファイア基板４を６００
℃に加熱し、Ａｒ：Ｏ2 ＝１：１（１Ｐａ）の雰囲気ガ
スの下、高周波（１３．５６ＭＨｚ）電力７５Ｗで行っ
た。ＬｉＴａＯ3 圧電性薄膜５を形成した後、ＬｉＴａ
Ｏ3 圧電性薄膜５の上にＬｉＮｂＯ3 圧電性薄膜６を形
成した。ＬｉＮｂＯ3 圧電性薄膜６は、ＬｉＣＯ3 、Ｎ
ｂ 2 Ｏ5 粉体をＬｉ：Ｎｂ＝１：１となるように秤量
し、混合、焼成した後、直径７５ｍｍ、厚み５ｍｍのデ
ィスク状に成形したターゲットを用い、ＬｉＴａＯ3圧
電性薄膜５の形成時と同じ条件の高周波スパッタ法で形
成した。基板４の上に、ＬｉＴａＯ3 圧電性薄膜５を
１．５μｍの膜厚で、ＬｉＮｂＯ3 圧電性薄膜６を０．
５μｍの膜厚で形成した表面上に、Ａｌ電極７、８を形
成し、ＳＡＷフィルターを作製した。上記（表１）に示
した結果と比較するため、本発明者らは、Ａｌ電極７、
８を中心周波数ｆ0 が３１５ＭＨｚの水晶ＳＡＷ素子用
のパターンにして、ＳＡＷ素子を作製し、その特性を測
定した。その結果、素子ごとのバラツキが多少見られた
が、中心周波数ｆ0 は４００ＭＨｚ〜４１０ＭＨｚであ
り、ＳＡＷ位相速度も水晶に比べて大きく、挿入損失が
２．２０±０．２０ｄＢ、温度特性がτ〜＋２ｐｐｍ／
℃と良好であった。さらに、電気機械結合係数ｋ2 も５
％以上と水晶に比べてはるかに大きいことを見い出し
た。
【００２１】さらに、基板４として、サファイア以外
に、Ｓｉ、ＳｉＣ、ＧａＡｓ、ガラス、ダイヤモンドを
用いた場合にも、同様の効果があることを確認した。ま
た、圧電性薄膜６として、ＬｉＮｂＯ3 以外にＬｉ2 Ｂ
4 Ｏ7 、ＺｎＯ、ＡｌＮ、Ｔａ2 Ｏ5 、Ｐｂ−Ｎｄ−Ｔ
ｉ−Ｍｎ−Ｉｎ−Ｏ、Ｐｂ−Ｚｎ−Ｔｉ−Ｏ、ＫＮｂＯ
3 を用いた場合にも、同様の効果が得られることを確認
した。
に、Ｓｉ、ＳｉＣ、ＧａＡｓ、ガラス、ダイヤモンドを
用いた場合にも、同様の効果があることを確認した。ま
た、圧電性薄膜６として、ＬｉＮｂＯ3 以外にＬｉ2 Ｂ
4 Ｏ7 、ＺｎＯ、ＡｌＮ、Ｔａ2 Ｏ5 、Ｐｂ−Ｎｄ−Ｔ
ｉ−Ｍｎ−Ｉｎ−Ｏ、Ｐｂ−Ｚｎ−Ｔｉ−Ｏ、ＫＮｂＯ
3 を用いた場合にも、同様の効果が得られることを確認
した。
【００２２】さらに、圧電性薄膜６の厚さが、電極７、
８の空間周期λ（又は、励振される弾性表面波の波長と
もいう）よりも薄い場合には、同様の効果が再現性良く
得られることも見い出した。
８の空間周期λ（又は、励振される弾性表面波の波長と
もいう）よりも薄い場合には、同様の効果が再現性良く
得られることも見い出した。
【００２３】尚、本実施例においては、ＳＡＷ発振／受
信用の電極７、８を圧電薄膜６の上に形成したが、電極
７、８を薄膜５の表面上、もしくは基板４上に形成して
も、同様の効果が得られることも確認した。
信用の電極７、８を圧電薄膜６の上に形成したが、電極
７、８を薄膜５の表面上、もしくは基板４上に形成して
も、同様の効果が得られることも確認した。
【００２４】また、本実施例においては、ＳＡＷフィル
ターを試料として用いたが、ＳＡＷフィルターだけでな
く発振器、共振器、遅延器など弾性表面波を利用したモ
ジュール素子すべてについて同様な効果があることも確
認した。
ターを試料として用いたが、ＳＡＷフィルターだけでな
く発振器、共振器、遅延器など弾性表面波を利用したモ
ジュール素子すべてについて同様な効果があることも確
認した。
【００２５】本実施例においては、図２に示す構造のＳ
ＡＷ素子が良好な特性を示すことを見い出したが、得ら
れる特性にバラツキがあった。そこで、本発明者らは、
図２において、基板４上への薄膜５、６の形成を同一真
空中で行えば、基板４と薄膜５の界面、薄膜５と薄膜６
の界面が、大気で汚染されることなく、安定し、ＳＡＷ
を散乱させることもなく、さらに高品質化が図られるも
のと考え、第２の発明をするに至った。以下に、具体的
実施例を挙げて説明する。
ＡＷ素子が良好な特性を示すことを見い出したが、得ら
れる特性にバラツキがあった。そこで、本発明者らは、
図２において、基板４上への薄膜５、６の形成を同一真
空中で行えば、基板４と薄膜５の界面、薄膜５と薄膜６
の界面が、大気で汚染されることなく、安定し、ＳＡＷ
を散乱させることもなく、さらに高品質化が図られるも
のと考え、第２の発明をするに至った。以下に、具体的
実施例を挙げて説明する。
【００２６】（実施例２）図３は本実施例で用いた二元
スパッタ装置の真空部の構造概略図である。図３におい
て、９、１０は蒸発源を示し、焼成後にそれぞれ直径７
５ｍｍ、厚み５ｍｍのディスク状に成形されたＬｉ−Ｔ
ａ−ＯターゲットとＬｉ−Ｎｂ−Ｏターゲットである。
基板１１として、ｃ面カットされた単結晶サファイア
（α−Ａｌ2Ｏ3 ）を用い、基板ホルダー１２に設置し
た。基板ホルダー１２には、基板１１を加熱するための
ヒーターが内蔵されている。
スパッタ装置の真空部の構造概略図である。図３におい
て、９、１０は蒸発源を示し、焼成後にそれぞれ直径７
５ｍｍ、厚み５ｍｍのディスク状に成形されたＬｉ−Ｔ
ａ−ＯターゲットとＬｉ−Ｎｂ−Ｏターゲットである。
基板１１として、ｃ面カットされた単結晶サファイア
（α−Ａｌ2Ｏ3 ）を用い、基板ホルダー１２に設置し
た。基板ホルダー１２には、基板１１を加熱するための
ヒーターが内蔵されている。
【００２７】以上のように構成された二元スパッタ装置
を用いて、基板１１を６００℃に加熱し、真空部にＡ
ｒ：Ｏ2 ＝４：１の混合ガスを導入し、成膜を行った。
まず、ターゲット９に５０Ｗの高周波電力を注入して、
膜厚１．５μｍのＬｉＴａＯ3膜を形成した後、直ちに
ターゲット９に注入していた高周波電力を０Ｗにし、ガ
ス雰囲気と基板１１の温度を一定に保ったままターゲッ
ト１０に同じく５０Ｗの高周波電力を注入して、ＬｉＴ
ａＯ3 膜上に膜厚０．５μｍのＬｉＮｂＯ3 膜を形成し
た。ＬｉＮｂＯ3 膜を形成した後、上記実施例１と同様
に、表面上に、Ａｌ電極を形成し、図２に示す断面を有
するＳＡＷフィルターを作製した。上記（表１）に示し
た結果と比較するため、本発明者らは、電極７、８を中
心周波数が３１５ＭＨｚの水晶ＳＡＷ素子用のパターン
にして、ＳＡＷ素子を作製し、その特性を測定した。そ
の結果、中心周波数ｆ0 、温度特性τ、電気機械結合係
数ｋ2 は上記実施例１と同じく良好であったが、さら
に、挿入損失は２．００ｄＢ以下で、上記実施例１に比
べて１０％も上昇することが分かった。
を用いて、基板１１を６００℃に加熱し、真空部にＡ
ｒ：Ｏ2 ＝４：１の混合ガスを導入し、成膜を行った。
まず、ターゲット９に５０Ｗの高周波電力を注入して、
膜厚１．５μｍのＬｉＴａＯ3膜を形成した後、直ちに
ターゲット９に注入していた高周波電力を０Ｗにし、ガ
ス雰囲気と基板１１の温度を一定に保ったままターゲッ
ト１０に同じく５０Ｗの高周波電力を注入して、ＬｉＴ
ａＯ3 膜上に膜厚０．５μｍのＬｉＮｂＯ3 膜を形成し
た。ＬｉＮｂＯ3 膜を形成した後、上記実施例１と同様
に、表面上に、Ａｌ電極を形成し、図２に示す断面を有
するＳＡＷフィルターを作製した。上記（表１）に示し
た結果と比較するため、本発明者らは、電極７、８を中
心周波数が３１５ＭＨｚの水晶ＳＡＷ素子用のパターン
にして、ＳＡＷ素子を作製し、その特性を測定した。そ
の結果、中心周波数ｆ0 、温度特性τ、電気機械結合係
数ｋ2 は上記実施例１と同じく良好であったが、さら
に、挿入損失は２．００ｄＢ以下で、上記実施例１に比
べて１０％も上昇することが分かった。
【００２８】尚、本実施例においては、ＳＡＷフィルタ
ーを試料として用いたが、ＳＡＷフィルターだけでなく
発振器、共振器、遅延器など弾性表面波を利用したモジ
ュール素子すべてについて同様の効果が得られることも
確認した。
ーを試料として用いたが、ＳＡＷフィルターだけでなく
発振器、共振器、遅延器など弾性表面波を利用したモジ
ュール素子すべてについて同様の効果が得られることも
確認した。
【００２９】また、本実施例においては、基板１１上へ
の薄膜形成を、２つの蒸発源９、１０を用いて行った
が、蒸発源は３つ以上であってもよい。
の薄膜形成を、２つの蒸発源９、１０を用いて行った
が、蒸発源は３つ以上であってもよい。
【００３０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の弾性表面
波モジュール素子の構成によれば、電気信号が電気機械
結合係数の大きい圧電性薄膜によって高効率に弾性表面
波に変換され、この弾性表面波が減衰率の小さいＬｉＴ
ａＯ3 薄膜中を伝搬することとなるので、弾性表面波モ
ジュール素子の電力効率を高めることができる。
波モジュール素子の構成によれば、電気信号が電気機械
結合係数の大きい圧電性薄膜によって高効率に弾性表面
波に変換され、この弾性表面波が減衰率の小さいＬｉＴ
ａＯ3 薄膜中を伝搬することとなるので、弾性表面波モ
ジュール素子の電力効率を高めることができる。
【００３１】また、本発明の弾性表面波モジュール素子
の製造方法によれば、ＬｉＴａＯ3薄膜と圧電性薄膜の
界面に不純物層が介在することがないので、弾性表面波
モジュール素子の動作を安定させることが可能となる。
の製造方法によれば、ＬｉＴａＯ3薄膜と圧電性薄膜の
界面に不純物層が介在することがないので、弾性表面波
モジュール素子の動作を安定させることが可能となる。
【図１】従来の弾性表面波フィルターの基本構造を示す
概略図である。
概略図である。
【図２】本発明の一実施の形態の弾性表面波フィルター
の構造を示す概略断面図である。
の構造を示す概略断面図である。
【図３】本発明の一実施の形態の弾性表面波フィルター
の製造に用いた二元スパッタ装置を示す概略構成図であ
る。
の製造に用いた二元スパッタ装置を示す概略構成図であ
る。
１ 圧電体 ２、７ 送信用櫛型電極 ３、８ 受信用櫛型電極 ４、１１ サファイアイ基板 ５ ＬｉＴａＯ3 薄膜 ６ ＬｉＮｂＯ3 薄膜 ９ Ｌｉ−Ｔａ−Ｏターゲット １０ Ｌｉ−Ｎｂ−Ｏターゲット １２ 基板ホルダー
Claims (7)
- 【請求項１】 基板上にＬｉＴａＯ3 薄膜が形成され、
その上にＬｉＴａＯ3よりも電気機械結合係数の大きい
圧電性薄膜が積層形成され、さらにその上に弾性表面波
送信用及び受信用の電極が形成された弾性表面波モジュ
ール素子。 - 【請求項２】 圧電性薄膜が、ＬｉＮｂＯ3 、Ｌｉ2 Ｂ
4 Ｏ7 、ＺｎＯ、ＡｌＮ、Ｔａ2 Ｏ5 、Ｐｂ−Ｎｄ−Ｔ
ｉ−Ｍｎ−Ｉｎ−Ｏ、Ｐｂ−Ｚｎ−Ｔｉ−Ｏ、ＫＮｂＯ
3 からなる群から選ばれた１つである請求項１に記載の
弾性表面波モジュール素子。 - 【請求項３】 基板が、サファイア、Ｓｉ、ＳｉＣ、Ｇ
ａＡｓ、ガラス、ダイヤモンドからなる群から選ばれた
１つである請求項１に記載の弾性表面波モジュール素
子。 - 【請求項４】 圧電性薄膜の厚さが、弾性表面波の波長
λよりも薄い請求項１に記載の弾性表面波モジュール素
子。 - 【請求項５】 基板上にＬｉＴａＯ3 薄膜が形成され、
その上にＬｉＴａＯ3よりも電気機械結合係数の大きい
圧電性薄膜が積層形成され、さらにその上に弾性表面波
送信用及び受信用の電極が形成された弾性表面波モジュ
ール素子の製造方法であって、前記基板上に前記ＬｉＴ
ａＯ3 薄膜を形成した後、直ちに前記圧電性薄膜を形成
することを特徴とする弾性表面波モジュール素子の製造
方法。 - 【請求項６】 基板上への薄膜形成を、少なくとも２つ
の蒸発源を用いて行う請求項５に記載の弾性表面波モジ
ュール素子の製造方法。 - 【請求項７】 蒸発源として、スパッタリングターゲッ
トを用いる請求項６に記載の弾性表面波モジュール素子
の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18484497A JPH1131942A (ja) | 1997-07-10 | 1997-07-10 | 弾性表面波モジュール素子及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18484497A JPH1131942A (ja) | 1997-07-10 | 1997-07-10 | 弾性表面波モジュール素子及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1131942A true JPH1131942A (ja) | 1999-02-02 |
Family
ID=16160310
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18484497A Pending JPH1131942A (ja) | 1997-07-10 | 1997-07-10 | 弾性表面波モジュール素子及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1131942A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000278084A (ja) * | 1999-03-24 | 2000-10-06 | Yamaha Corp | 弾性表面波素子 |
| US7564174B2 (en) | 2006-09-11 | 2009-07-21 | Fujitsu Media Devices Limited | Acoustic wave device and filter |
| US7659653B2 (en) | 2006-09-19 | 2010-02-09 | Fujitsu Media Devices Limited | Acoustic wave device and filter |
| WO2011046117A1 (ja) * | 2009-10-13 | 2011-04-21 | 株式会社村田製作所 | 弾性表面波装置 |
| CN103257756A (zh) * | 2012-02-21 | 2013-08-21 | 铼钻科技股份有限公司 | 表面声波式触控面板及其制造方法 |
-
1997
- 1997-07-10 JP JP18484497A patent/JPH1131942A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000278084A (ja) * | 1999-03-24 | 2000-10-06 | Yamaha Corp | 弾性表面波素子 |
| US7564174B2 (en) | 2006-09-11 | 2009-07-21 | Fujitsu Media Devices Limited | Acoustic wave device and filter |
| US7659653B2 (en) | 2006-09-19 | 2010-02-09 | Fujitsu Media Devices Limited | Acoustic wave device and filter |
| WO2011046117A1 (ja) * | 2009-10-13 | 2011-04-21 | 株式会社村田製作所 | 弾性表面波装置 |
| US8384268B2 (en) | 2009-10-13 | 2013-02-26 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Surface acoustic wave device having an increased surface acoustic wave velocity and an increased electromechanical coupling coefficient |
| CN103257756A (zh) * | 2012-02-21 | 2013-08-21 | 铼钻科技股份有限公司 | 表面声波式触控面板及其制造方法 |
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