JPS58156217A - 弾性表面波素子 - Google Patents

弾性表面波素子

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JPS58156217A
JPS58156217A JP3924082A JP3924082A JPS58156217A JP S58156217 A JPS58156217 A JP S58156217A JP 3924082 A JP3924082 A JP 3924082A JP 3924082 A JP3924082 A JP 3924082A JP S58156217 A JPS58156217 A JP S58156217A
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surface acoustic
film
aluminum nitride
acoustic wave
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御子柴 宣夫
Kazuo Tsubouchi
和夫 坪内
Kazuyoshi Sukai
須貝 和義
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/02Details
    • H03H9/02535Details of surface acoustic wave devices
    • H03H9/02818Means for compensation or elimination of undesirable effects
    • H03H9/02834Means for compensation or elimination of undesirable effects of temperature influence
    • HELECTRICITY
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    • H03H9/00Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/02Details
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    • H03H9/02543Characteristics of substrate, e.g. cutting angles
    • H03H9/02574Characteristics of substrate, e.g. cutting angles of combined substrates, multilayered substrates, piezoelectrical layers on not-piezoelectrical substrate

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  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Surface Acoustic Wave Elements And Circuit Networks Thereof (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、特性的に優れた新しい構造の弾性表面波素子
Ellするものである。
弾性表面波(8urface Acoustic Wa
ve ) !利用することKより各種の電気的信号を扱
うための弾性表1iiilIL素子を構成する構造(基
板)としては従来、 1、圧電体基板のみの構造(圧電体単結晶基板、圧電セ
ラきツクス基板等)、 2、非圧電体基板上に圧電膜を形成した構造、3、半導
体基板上に圧電l[v形成した構造、等が知られている
トコ口で上遮り1の多層構造としては、現在のトコロナ
ファイア画板上もしくは勿ラス1IkIfL上にスパッ
タリング法4IKより酸化亜鉛膜(Zn0)を形成した
構造が知られているが、このZnO展は以下のような欠
点が在存するため間層がある。
L 良質な膜が形成しにくいため圧電性等の点で十分再
amのあるものが得られない。
λ 高周波−域において弾性表WAI/ILの伝播損失
が多い。
龜 弾性1III波伝播特性の分散が大きい。
L 弾性表1+技の這延峙飄τの温度変化率(1/τ)
・(aτ/8T)の制御が間離である。(T:周■温度
)本発明はこれらの1IlllIIJ1に対処してなさ
れたものであり、弾性表面6NK対する遅延時間温度係
数が正である弾性体基板上に窒化アルミニウム膜を形成
した弾性体構造(基板)V用いることV機本的特黴とす
るもので、41 fC808(8i1icon 0n8
apphire )基I[を用いた弾性表面波素子を提
供するととV目的とするものである。以下WJ面を参照
して本発明実施例を説明する。
m1lliは本発明実施例による弾性表面波素子を示す
断面図で、1は808基板でサファイア基鈑Sおよびこ
の上虻形成されたシリコン膜6から威り、2はこのSO
8基板1上に形成された窒化アル1=りム膜でその圧電
軸(C軸もしくは(0001)軸)は上記SO8基板m
K垂直あるいは平行になるように形成される。3.4は
上記窒化アルミニウム属2表面に形成されたくし層状か
ら成る弾性表Ii波発生用電極および検出用電極で、H
は窒化アルミニウム膜2の膜厚、Tはシリコン膜6の膜
厚である。
以上の構造の弾性表面液素子に対して、窒化アルミニウ
ムl112の圧電軸(C軸もしくは(0001)軸)方
向と垂直な方向に弾性表面波を伝播(励振)させた時、
第5図(AJK示すような弾性表面波の適度分散特性が
得られた。同1iiIにおいて横軸は窒化アルミニウム
膜2の膜厚Hの規格化された厚さを2πH/λ(ここで
λは弾性表1ii1a*、の波長)で示し、縦軸は弾性
表面波の位相速度v、を示す°ものである。同図から明
らかなように位相速度V、の分散は少なく、しかも非常
に大きな値の位相遮gV。
が得られる。
また48図(2)はそれによって得られた電気機械結合
係数の特性−Isを示すもので、横軸は2πH/λで示
し、縦軸は電気機械結合係数にの二乗−を百分率で示す
ものである。#j1図において素子Aが1113■の構
造#c111応した特性で、規格化膜厚211:H/λ
の10近傍においてKは約0.39うが得られた。この
値は通常弾性率1lirILv発生および検出させるに
充分な値である。
さらにgyg^はそれによって得られた弾性表面6NK
対する遅延時間温度係数(TCD)の特性―纏を示すも
ので、横軸は2πH/λで示し、縦軸は弾性表■披の遅
延時間τの温度変化率(’/r)。
(#r/JIT)をppm/を単位で示すものである。
ここで808基仮1は正の迩蔦時閲温巌係ah有してい
るのに対し、窒化アルミニウムm2は逆に負の遷延時間
温度係数!有しているために、M■から明らかなようK
その総合特性は萄47@@l、會った値となり、窒化ア
ルミニウム膜20膜厚Hの変化に応じて変ってくる。4
1に上記膜厚H4’1.0<2πH/λ<4.0の範1
1に選ぶこと虻より遅鷺時間の温度変化率V零に近ずけ
ることができる。
次Km1図の構造の弾性11面波素子に対して、窒化ア
ルミニウム膜2の圧電軸(C軸もしくは(OOOJ)軸
)方向と水平な方向に弾性表111ILを伝播させた時
は、lIs図@に示すよ5な弾性11面波の適度分散特
性が得られた。Wi411Iから明らかなよう#!c位
相速度Vpの分散は少なく、しかも非常に大きな値の位
相速度Vpが得られる。
またIIG図(ロ)はその時得られた電気機械納会係数
の特性曲線を示すもので、l!!IIIAがm1lli
の構造に対応した特性で、規格化膜厚2KH/λの29
= 近傍にオイてKは約0.88%か得られた。この値は通
常弾性表面波を発生および検出させるに充分な値である
さらに@7m@はその時得られた弾性表面波に対する遅
延時間温度係数(TCD)の特性−一を示すもので、4
1に窒化アル1=りム1142のIIjlHを1.0(
2富H/λ<4.0の範■に遍ぶことにより遷延時間の
温度変化率を零に近ずけることができる。
112m乃至第481は本発明の他の実施例を示す断−
1で、gasは808基板10表m5Wc弾性表iit
*発生用電413および検出用電@4を形成した後、こ
れらを榎うように窒化アルミニウム膜2を形成したI!
−を示すものである。また113図は8081板1の表
1liII虻蕩分的に第2電極として一対のしやへい電
極7を形成した後、これらを覆うよjKll化アルミニ
ウムII&2を形成しこの表面lCa1l電極として弾
性lI画波発生用電4j3および検出用電Ik4を形成
した構造を示すものである。
さらにII4園は80al基板10表向部に槙1電極と
して弾性II−波発生用電極3および検出用電極4を形
成した後、これらを覆うように窒化アルミニウム&2を
形成しこの表mK11分的[112電極として一対のし
やへい電極7を形成した構造を示すものである。
以上の各構造り弾性表面波素子に対して、窒化アルlx
ウム膜2の圧電軸方向と垂直な方向に弾性表面波を伝播
させた時、纂5装置に示すような弾性表面液の速度分散
特性と嫌ば同じものが得られ、またl[7図(A)K示
すよう、な弾性表面波に対する遅胤時間温本係数(TC
D)の特性とほば岡じものが得られた。さらにaSS^
(示すよ5なが特性が得られ゛、各々素子BCIK2図
構造)、素子C(113図構造)、素子D(314g構
造)虻対応した特性が得られた。すなわち素子Bでは規
格化膜厚2冨H/λの3.1近傍においてKはO,SS
%のダブルビーク特性が得られ、素子りでは規格化膜厚
2πH/λのQ、27および0.36において各々に″
は0.27%および0.45%のダブルビーク特性が得
られた。これらの値は通常弾性表面波を発生および検出
さセるに充分な値である。
同様に菖2図乃至第4図の各構造の弾性表面波素子に対
し【、窒化アルミニウム層2の圧電軸方向と水平な方向
に弾性ININII/ILを伝播させた時、纂511@
に示すような弾性表Ii/IILの適度分散とaば同じ
ものが得られ、また第7図に)に示すような弾性表向*
C対する運気時間温度係II(TCD)の特性と嫌Pi
同じものが得られた。さらに纂6s@に示すよ5なに4
I性が得られ、各々素子B(纂2WA構造)、素子C(
113m!l構造)゛、素子D(謳481樽造)K対応
した特性が得られた。すなわち素子Bでは規格化膜厚2
1g11/λの0.4および0.29に#いて各々に3
は0.15%および0.62%のダブルビーク特性が得
られ、素子Cでは規格化膜厚2gH/λのL9近傍にお
いてKは約0.97%が得られ、素子りでは規格化膜厚
2πH/λの28近傍においてKは約0.7%が得られ
た。
これらの値は通常弾性表面直な発生および検出させるに
充分な値である。
纂5aiAJ、@から明らかなように規格化膜厚2冨H
/λを(Ll〜賑Oの範11に選ぶことにより、実用上
充分な値のに3値を得ることができ圧電性に優れ(いる
ことを示している。
舎実施例で用いられた窒化アルミニウム属はバンドギャ
ップが約1z@vと大きく、また比抵抗が、1@、−以
上の−のが容易に得られるので良好な絶縁性を示す、こ
の窒化アルミニウム層およびシリコン膜は単結晶である
ことが望ましいが、周知のNo−CVD技術を用いるこ
と虻より共に単結晶エピタキシャル膜を容易虻形成する
ことができる・また従来に―いてのスパッタリング法等
による酸化4を鉛膜に比べ窒化アルミニウム膜は再楓性
に優れ、膜質が均一なものが得られるので411に高層
1m1における伝搬損失を小さく抑えることができる。
@に上記窒化アルi ニウム膜は弾性表−I/1.#c
対する遍凰時間温度係数が負である性質を有しているの
で、808基板のようにそれと逆(遅鷺時間温度係数が
正である性質を有している基板上に形成すれば運気時間
温直係緻は相互に補償されるために、温度変化に対して
安定な特性を得ることができる。%に温度変化に均する
素子の安定性は共振器、発振器等の狭蕾域儒号J16瑠
嵩子において最も重畳な性能であるが、上記会実施例構
造によれば温度変化に対して安定な動作を行なわせると
と゛ができる。しか4i4周液化、低損失化も併せて計
ることができる。
上記窒化アルミニウム層を形成すべき基板としては80
8!4IK隅らず、遁駕時間温度係黴が負である#科で
あれば任意のものを選択することができる。
以上述べて明らかなように本実明和よれば1弾性II1
1mK対する遅蔦時間温度係数が正である808基板上
に窒化アルミニウム膜を形成するよ5Kした弾性体構造
を用いるものであるから、41性的に優れた弾性表fI
#L素子を得ることができる。
以上説明し′た本実@によれば次のような効果が得られ
る。
1、 弾性1IIii波速度が大きいため高周波での波
長か大きくなるので、くし置状電極勢の製造が容易にな
る。
2.11犀変−(よる周波数変動率が小さいため設計し
た動作周波数に合わせた素子の製造が容易となるので、
歩留り向上によるコストダウンを計ることができる。
3、弾性表面波素子の遅鷺時間を零に近ずける− こと
ができる。
4、Il!i1縁性に富んだ窒化アルミ−ラム膜な容易
に得ることかで幹、またMO−CVD i@により七の
単結晶子ビタキシャル膜の形成も容易となる。
なお本文実施例中で示した基板および基板上に形成され
た窒化アルミニウム膜の結晶画および弾性表vAalを
励振(伝播)させる結晶方向は、実施例以外に適当な選
択を行なっても同様な効果を得ることが可能である。
【図面の簡単な説明】
91図乃至纂4#4はいずれも本発明実施例を示す断面
図、第5図(5)、@、第68囚、(ロ)および纂7図
^、(ハ)はいずれも本発明により得られた結果を示す
特性図である。 l・・・808基板、2・・・窒化アルミニウム膜、3
・・・弾性表面波発生用電極、4・・・弾性II!面波
検波検出用電極・・・サファイア、6・・・シリコン膜
、7・・・しやへい電極。 特許出願人 御子柴 宣 夫 坪  内  和  夫 代理人 弁境士  永 1)武三部 第1図 第4図 第5図(A) 跣H/χ□ 第7図(El) 第7図(A) 手続補正書(方式・峠) 昭和q年 脣許願第39240号 2、−一の堪称 弾+t**ait*素子 3、 補正をする者 事件との関係   轡許出1[人 4、代理人〒105 住 所  東京都港区芝3丁目2番14号芝三丁目ビル
5、補正の対象

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1.808基板と、この808基板上に形成されかつ圧
    電軸が配向した窒化アルミニウム膜と、これら所定位a
    lllK形成された電極とを含むことを特徴とする弾性
    11面波素子。 2、 上記窒化アルミニウム膜の圧電軸が上記SO8基
    徹画板垂直虻なるように形成されたことを特徴とする特
    許請求の範囲第1項記載の弾性表WJ#IL素子。 3゜ 上記窒化アル1ニウム膜の圧電軸が上記808基
    板mK水千になるように形成されたことを特徴とする特
    許請求の範囲第1項記載の弾性表向波素子。 4、 上記窒化アルミニウム族の圧電軸方向と垂直ある
    いは水平な方向に弾性表面波を伝播させることV*黴と
    する特許請求の範囲第1項又は第2項記載の弾性表im
    a嵩子。 5、上記窒化アルミニウム族の膜厚Hが0.1<2πH
    /λ〈&O(ただし、λは弾性表面波の波畏を示す)の
    範1tttc属することv特徴とする特許請求の範囲第
    4項記載の弾性表向波素子。 6、上記窒化アルミニウム膜が単結晶エピタキシャル膜
    からなることv4I像とする特許請求の範囲第1項乃至
    第5項のいずれかに記載の弾性表面波素子。
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DE3348369A DE3348369C2 (de) 1982-03-11 1983-03-09 Akustische Oberflächenwellen ausbildende Vorrichtung
DE3348366A DE3348366C2 (de) 1982-03-11 1983-03-09 Akustische Oberflächenwellen bildende Vorrichtung
GB08306526A GB2120037B (en) 1982-03-11 1983-03-09 Surface acoustic wave device
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NL8300879A NL8300879A (nl) 1982-03-11 1983-03-10 Akoestische oppervlaktegolfinrichting.
FR8303952A FR2523382B1 (fr) 1982-03-11 1983-03-10 Dispositif a onde acoustique de surface
GB08624225A GB2181917B (en) 1982-03-11 1986-10-09 Surface acoustic wave device
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