JPS5831609A - 薄膜圧電振動子 - Google Patents
薄膜圧電振動子Info
- Publication number
- JPS5831609A JPS5831609A JP12968581A JP12968581A JPS5831609A JP S5831609 A JPS5831609 A JP S5831609A JP 12968581 A JP12968581 A JP 12968581A JP 12968581 A JP12968581 A JP 12968581A JP S5831609 A JPS5831609 A JP S5831609A
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- JP
- Japan
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- thin film
- silicon
- thickness
- piezoelectric
- boron
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- Granted
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
- H03H9/46—Filters
- H03H9/54—Filters comprising resonators of piezo-electric or electrostrictive material
- H03H9/56—Monolithic crystal filters
- H03H9/564—Monolithic crystal filters implemented with thin-film techniques
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は圧電薄膜を用い九五（Ｆ 、 ＵＨＰ用高層高
周波圧電振動子し、特にホウ素を高盛ｊ［Ｋドープした
シリコン薄膜と圧電薄−との組令せからなる複合構造の
振動部位を育する薄膜圧電振動子に関するものである。
周波圧電振動子し、特にホウ素を高盛ｊ［Ｋドープした
シリコン薄膜と圧電薄−との組令せからなる複合構造の
振動部位を育する薄膜圧電振動子に関するものである。
一般に数十Ｍｋｉｚ以上のような高い周波数で使用され
る圧電振動子は、振動モードとして４ｉ−が厚さく比し
て十分広い薄板の厚み振動を使用する。
る圧電振動子は、振動モードとして４ｉ−が厚さく比し
て十分広い薄板の厚み振動を使用する。
厚み振動の共振周波数は厚さに反比例するので高い周波
数で使用するためには厚さ′を薄くしなければならない
。しかし、厚さが４０Ｉクロン程度以下になると平行平
−研磨などの加工が非常に蝋しくなり、したがってバル
ク結晶或いは°セラミ。
数で使用するためには厚さ′を薄くしなければならない
。しかし、厚さが４０Ｉクロン程度以下になると平行平
−研磨などの加工が非常に蝋しくなり、したがってバル
ク結晶或いは°セラミ。
りを用いると基本共振周波数でｓ ｏ ｈｔＨｚ以上の
厚み振動圧電振動子を量産することは困難である。
厚み振動圧電振動子を量産することは困難である。
これに対して、バルク結晶或いはセラミ、りの奇数次の
高−波を使用すれば、同じ厚みで基本波の３倍、５倍、
・・・等の共振周波数が得られ、これはオーバートーン
邊動子として発振器などに使われている。しかし、第１
次の高＃波を用いた場合の容量比は基本波の容量比Ｔｏ
ｎ” 倍となり、このとき共振周波数と反共振周波数
の間−と共振周波との比は、はばｌ／２ｙＨ”となる、
したがって高−波を使ったのでは容量比の増大に伴って
フィルタ、の比帯域幅及び発振器の制御範囲が狭くなり
すぎる結果を招き、これまた実用に適さないことが多く
なる。
高−波を使用すれば、同じ厚みで基本波の３倍、５倍、
・・・等の共振周波数が得られ、これはオーバートーン
邊動子として発振器などに使われている。しかし、第１
次の高＃波を用いた場合の容量比は基本波の容量比Ｔｏ
ｎ” 倍となり、このとき共振周波数と反共振周波数
の間−と共振周波との比は、はばｌ／２ｙＨ”となる、
したがって高−波を使ったのでは容量比の増大に伴って
フィルタ、の比帯域幅及び発振器の制御範囲が狭くなり
すぎる結果を招き、これまた実用に適さないことが多く
なる。
高調波を用いる他の方法は、基板の上に圧電薄Ｉｌｌを
作成し圧電４膜の厚ざが半波長となる共振モードに於い
て基板を麺次振動させるものであり、この場合基板の厚
さが半波長の＊ａ倍に等しいときに容量比は最小値を持
つが、この容量比の最小値社共畿モードが高次になるに
従ってやはり増大する。この方法に於いても基板を薄く
することができないために、５０ ＭＨ，以上の周波数
ではかなり高次の共振モードを用いることＫなり、した
がって基板の厚さを半波長の整数倍に一致させ九として
も容量比が大きいためフィルタの比帯域幅反び発ａＳの
制御範囲は狭くなり実用に適さない。
作成し圧電４膜の厚ざが半波長となる共振モードに於い
て基板を麺次振動させるものであり、この場合基板の厚
さが半波長の＊ａ倍に等しいときに容量比は最小値を持
つが、この容量比の最小値社共畿モードが高次になるに
従ってやはり増大する。この方法に於いても基板を薄く
することができないために、５０ ＭＨ，以上の周波数
ではかなり高次の共振モードを用いることＫなり、した
がって基板の厚さを半波長の整数倍に一致させ九として
も容量比が大きいためフィルタの比帯域幅反び発ａＳの
制御範囲は狭くなり実用に適さない。
振＃部分の厚さを薄くして容量比の小さな圧電振動子を
得る方法として杜、たとえば特許公告昭４６−２５５７
９ＫＰ−いて提案されているよ５にシリコン、水晶など
の基板上に８ｉｏ！のような絶縁材料の薄膜と圧電薄膜
とを層状に作成し、振動子として使用する部分の基板を
工、チングによって除去することにより、振動部分は８
ｉ０．のような絶縁材料の薄膜と圧電薄膜とからなり、
外縁部を基板によって支持され九構造の薄膜圧電振動子
が知られている。このような？ＩＩＭ圧電振動子は、そ
の損ＩＩｈ部分を薄くできるので、５０ ＭＨｚ以り数
千ＭＨ１Ｋ ＆ぶ周波数においても基本振動或いは第２
次、第３ｒＸなどの低次のＡｍ波振−を使用することが
でき、したがって広い比帯域のフィルタ友び制御範囲の
広い発振器を実現することができる。
得る方法として杜、たとえば特許公告昭４６−２５５７
９ＫＰ−いて提案されているよ５にシリコン、水晶など
の基板上に８ｉｏ！のような絶縁材料の薄膜と圧電薄膜
とを層状に作成し、振動子として使用する部分の基板を
工、チングによって除去することにより、振動部分は８
ｉ０．のような絶縁材料の薄膜と圧電薄膜とからなり、
外縁部を基板によって支持され九構造の薄膜圧電振動子
が知られている。このような？ＩＩＭ圧電振動子は、そ
の損ＩＩｈ部分を薄くできるので、５０ ＭＨｚ以り数
千ＭＨ１Ｋ ＆ぶ周波数においても基本振動或いは第２
次、第３ｒＸなどの低次のＡｍ波振−を使用することが
でき、したがって広い比帯域のフィルタ友び制御範囲の
広い発振器を実現することができる。
しかし上記のような４Ｍ圧電振動子の機械的強度及び會
響四クォリティ７アクタＱは低く、この点の改暑が望ま
れていた。その後これらの特性が改善された薄膜圧ｉｉ
ｔ振動子として振動部分において圧電薄膜と組合せる４
１１！材料としてホウ素を高濃度にドープしたシリコン
薄膜を用いた振動子が提案された。
響四クォリティ７アクタＱは低く、この点の改暑が望ま
れていた。その後これらの特性が改善された薄膜圧ｉｉ
ｔ振動子として振動部分において圧電薄膜と組合せる４
１１！材料としてホウ素を高濃度にドープしたシリコン
薄膜を用いた振動子が提案された。
この提案でホウ素を高濃度にドープしたシリコン薄膜を
用いた理由は次のと導りである。
用いた理由は次のと導りである。
−殻に基板に用いる材料としては表−が（ｉｏｏ）面で
ある工うなシリコンが使用される。なぜならば例えばＫ
ＯＨ、エチレンジアミンのようなエツチング液を用いれ
ば、（１（Ｂｅ）ｄｉの工、チング遮度に比較して（１
１１） ＠の工、チング速度が非常に小さいとい５工、
チングの異方性を示し、したがって面方向への工、チ／
ダの拡がりが極めて小さく振動部分の空孔を寸法精度良
く作成することができるためである。したがって薄膜材
料としては前述０ＫＯＨ、エチレンシアｊ／のような工
、チンダ液に侵されに（いような材料に限定されるがｓ
ｌｏ、。
ある工うなシリコンが使用される。なぜならば例えばＫ
ＯＨ、エチレンジアミンのようなエツチング液を用いれ
ば、（１（Ｂｅ）ｄｉの工、チング遮度に比較して（１
１１） ＠の工、チング速度が非常に小さいとい５工、
チングの異方性を示し、したがって面方向への工、チ／
ダの拡がりが極めて小さく振動部分の空孔を寸法精度良
く作成することができるためである。したがって薄膜材
料としては前述０ＫＯＨ、エチレンシアｊ／のような工
、チンダ液に侵されに（いような材料に限定されるがｓ
ｌｏ、。
８３、Ｎ、などの材料に比べて、シリコン基板表面への
形成が容易であること１機械的強度が高いこと、貴響的
タオリディ・７アクタＱが大きいことｄとの理由から圧
電薄膜と組合せる薄膜材料としてはホウ素を高濃度にド
ープしたシリコン薄膜が最も優れている。
形成が容易であること１機械的強度が高いこと、貴響的
タオリディ・７アクタＱが大きいことｄとの理由から圧
電薄膜と組合せる薄膜材料としてはホウ素を高濃度にド
ープしたシリコン薄膜が最も優れている。
したがうて振動部位がホウ素を高濃度にドープし九シリ
コン薄膜と圧電１１１Ｉｌｌとからなる薄膜圧電振動子
は、上記のことかられかるように機械的値Ｊｌ！が高く
、會響的りオψティ・７アクタＱが大合いという大きな
着炎を奮する。しかしホウ素を高濃度にドープし九シリ
コン薄ｊｌ紘導電率が非常に大きい丸め、振動子の特性
に関して次のような重大な欠点を膚している。すなわち
、こ０よ５な振動子は、圧電薄膜の両−Ｋｔ＆けた電極
付近へのエネルギー閉じ込め効果を利用したいわゆるエ
ネルギー閉じ込め振動子とするのが普遍であるが、ホウ
素を高濃度にドープしたシリコン薄膜社導電率が非常に
大きいため、該シリコン薄膜と、圧電薄膜との界面に設
ける電極は部分電極とすることが不可能であり、したが
って特に反共振周波数付近においてエネルギー閉じ込め
効果が不完全となる結果、帯域外減衰量が小さくなり、
また圧電薄膜上の部分電極と入出力電極とを接線するリ
ード線部に於いても弾性波がｍ振される結果、周波数特
性に多くのり、プルを生じるという欠点である。
コン薄膜と圧電１１１Ｉｌｌとからなる薄膜圧電振動子
は、上記のことかられかるように機械的値Ｊｌ！が高く
、會響的りオψティ・７アクタＱが大合いという大きな
着炎を奮する。しかしホウ素を高濃度にドープし九シリ
コン薄ｊｌ紘導電率が非常に大きい丸め、振動子の特性
に関して次のような重大な欠点を膚している。すなわち
、こ０よ５な振動子は、圧電薄膜の両−Ｋｔ＆けた電極
付近へのエネルギー閉じ込め効果を利用したいわゆるエ
ネルギー閉じ込め振動子とするのが普遍であるが、ホウ
素を高濃度にドープしたシリコン薄膜社導電率が非常に
大きいため、該シリコン薄膜と、圧電薄膜との界面に設
ける電極は部分電極とすることが不可能であり、したが
って特に反共振周波数付近においてエネルギー閉じ込め
効果が不完全となる結果、帯域外減衰量が小さくなり、
また圧電薄膜上の部分電極と入出力電極とを接線するリ
ード線部に於いても弾性波がｍ振される結果、周波数特
性に多くのり、プルを生じるという欠点である。
本発明の目的は、上記のような欠点を除いた薄膜圧電振
動子を提供することであり、本発明の最たる特徴線ホウ
素を高貴直にドープしたシリコン薄膜と圧電＊＊との間
に５ｌｏｈ８１１Ｎ４ナト０ｆｌｈ縁材料の薄膜を一層
有し、この絶縁材料と圧電薄膜との昇−Ｋｇ分電１ｉｔ
−設けた構造にある６本発ｖ４によれば圧電薄膜ｏｓｔ
ｉの電極は共ＫＩ！１分電極とすることが可能てあり、
したがりて帯域外減衰量が大きく、周液数特性上Ｋ ９
ｙプルのない良好な薄膜圧電振動子を得ることができ
る。
動子を提供することであり、本発明の最たる特徴線ホウ
素を高貴直にドープしたシリコン薄膜と圧電＊＊との間
に５ｌｏｈ８１１Ｎ４ナト０ｆｌｈ縁材料の薄膜を一層
有し、この絶縁材料と圧電薄膜との昇−Ｋｇ分電１ｉｔ
−設けた構造にある６本発ｖ４によれば圧電薄膜ｏｓｔ
ｉの電極は共ＫＩ！１分電極とすることが可能てあり、
したがりて帯域外減衰量が大きく、周液数特性上Ｋ ９
ｙプルのない良好な薄膜圧電振動子を得ることができ
る。
以下、実施例にしたがって本発明を詳ｊｌＫ説明する。
第１．２図は本実＠Ｏ薄馬圧電振動子を利用したエネル
ギー閉じ込め二重モードフィルタＯ構造を示す、第１図
は平−図、第２図線断−図である。
ギー閉じ込め二重モードフィルタＯ構造を示す、第１図
は平−図、第２図線断−図である。
第１．２図に＄いて１は表向が（Ｚｏｏ） １ｍである
ようなシリコン基板、２は工、チングによりて基板ＩＫ
設は九空孔であり、３線拡散、エビタヤシャル成長或い
はイオン注入によって形成し九ホウ素を高ａｍにドープ
したシリコン薄膜である。４は本実−の最良る特徴とす
るととろＯ胞縁材薄属であり、九とえ＃１８１０麿ｅ
８１ ｍ Ｎ４ などのｌｌ属をスバ、タリｙダ法、Ｃ
ＶＤ法など０７ｊ法で形成する。
ようなシリコン基板、２は工、チングによりて基板ＩＫ
設は九空孔であり、３線拡散、エビタヤシャル成長或い
はイオン注入によって形成し九ホウ素を高ａｍにドープ
したシリコン薄膜である。４は本実−の最良る特徴とす
るととろＯ胞縁材薄属であり、九とえ＃１８１０麿ｅ
８１ ｍ Ｎ４ などのｌｌ属をスバ、タリｙダ法、Ｃ
ＶＤ法など０７ｊ法で形成する。
Ｓ杜絶縁材薄膜４の上く形成したダラクンＦＩＥ極であ
る。６社圧電薄朧であり、材料としては酸化１［鉛（Ｚ
ｍＯ）を用いた。Ｚｏｏはスバ、タリング法、ＣＶＤ法
、イオン・プレーティンダ法などにょうてＣ軸が基板−
に対して垂直に配向した薄膜を再現性良く作成でき、し
かも高い抵抗率を持−）丸薄膜となる特長を有している
。さらにＺ、ＯＫ関してれ厚みたて振動モードのエネル
ギー閉じ込めが可能なことも知られている。７は圧電薄
膜上に形成し九電緬であり、一方は入力端子８に、他方
は出方端子９に１ａ統声れている。
る。６社圧電薄朧であり、材料としては酸化１［鉛（Ｚ
ｍＯ）を用いた。Ｚｏｏはスバ、タリング法、ＣＶＤ法
、イオン・プレーティンダ法などにょうてＣ軸が基板−
に対して垂直に配向した薄膜を再現性良く作成でき、し
かも高い抵抗率を持−）丸薄膜となる特長を有している
。さらにＺ、ＯＫ関してれ厚みたて振動モードのエネル
ギー閉じ込めが可能なことも知られている。７は圧電薄
膜上に形成し九電緬であり、一方は入力端子８に、他方
は出方端子９に１ａ統声れている。
以下に夾際に行なり九勇造工薯を述べ、本夾施例を具体
的に説明する。（１０Ｇ）シリコン基板表−にホウ素Ｏ
蟲度がｌＸｌ０／７であるようなシリプン層を２μｍ成
長させ、この上にスバ、タリングｆ、によって３０００
ＸＯ８１０ｍ薄履を形成し九。
的に説明する。（１０Ｇ）シリコン基板表−にホウ素Ｏ
蟲度がｌＸｌ０／７であるようなシリプン層を２μｍ成
長させ、この上にスバ、タリングｆ、によって３０００
ＸＯ８１０ｍ薄履を形成し九。
８１０、薄膜上Ｋ Ｃｒを下端にしてム鶴をｚｏｏｏｉ
蒸着しフォトリングラフィにより所望のグラウンド電極
バター／とした０次にスバ、タリング法によって１１μ
ｍＯＺｍＯ薄展を形成し、Ｚ、０ 薄膜上にリフト・オ
フによってＡＩの電極を形成した。最後にシリコン基板
の裏−に形成し九８ ｌ 、 Ｎ、薄膜をマスクとして
ＫＯＨ水溶液によって基板の裏−から工、チンダをし振
動部分Ｏ空孔を形成した０以上のよ５ｅＣして作威し九
フィルタは第３図に示すごとく予想通り約１８０１＆を
中心周波数とする帯域通過フィルタ骨性を示した。この
際シリコン基板と２鳳０薄膜との関に８１０．層を持九
ない構造のフィルタを同様の１薯で製造した。このフィ
ルタの周波数特性を第４１１に示す。第３図及び第４図
から判かると詔り８ｉ０．層を持九ない構造のフィルタ
では特に高周液傭での帯域外減衰量が低下して奢り、ま
た周波数特性にす、プルが顕著に見られるのに対し、シ
Ｖ＝ｙｌＨａとｚａＯ薄朧との間に８１０、層を有する
構造のフィルタで線帯域外減衰量が大きく、リップルは
はとんと見られず、本発明の有用性が実証され丸。
蒸着しフォトリングラフィにより所望のグラウンド電極
バター／とした０次にスバ、タリング法によって１１μ
ｍＯＺｍＯ薄展を形成し、Ｚ、０ 薄膜上にリフト・オ
フによってＡＩの電極を形成した。最後にシリコン基板
の裏−に形成し九８ ｌ 、 Ｎ、薄膜をマスクとして
ＫＯＨ水溶液によって基板の裏−から工、チンダをし振
動部分Ｏ空孔を形成した０以上のよ５ｅＣして作威し九
フィルタは第３図に示すごとく予想通り約１８０１＆を
中心周波数とする帯域通過フィルタ骨性を示した。この
際シリコン基板と２鳳０薄膜との関に８１０．層を持九
ない構造のフィルタを同様の１薯で製造した。このフィ
ルタの周波数特性を第４１１に示す。第３図及び第４図
から判かると詔り８ｉ０．層を持九ない構造のフィルタ
では特に高周液傭での帯域外減衰量が低下して奢り、ま
た周波数特性にす、プルが顕著に見られるのに対し、シ
Ｖ＝ｙｌＨａとｚａＯ薄朧との間に８１０、層を有する
構造のフィルタで線帯域外減衰量が大きく、リップルは
はとんと見られず、本発明の有用性が実証され丸。
以上Ｏように本実ＩｉＪ！に従えばυＨＰ、ＶＨＦ帯域
に於いて、機械的債度が高（、音響的なりオリティ・７
アタタＱが大会く、しかも゛帯域外減衰量・が大きく周
旋数ＩＩ＃性にリップルのない薄膜圧電ｌｉＩ励子が提
供できる。
に於いて、機械的債度が高（、音響的なりオリティ・７
アタタＱが大会く、しかも゛帯域外減衰量・が大きく周
旋数ＩＩ＃性にリップルのない薄膜圧電ｌｉＩ励子が提
供できる。
第１．２図は本発明の一実篇例であるエネルギー閉じ込
め二重モードフィルタの構造を示し、＃Ｉ１図は平ｄｉ
図、＃ｇ２図は断面図である１図において、１杜表−が
（１０Ｇ）−であるようなシリプ／晶板、２雌工、チン
グによって基板に作成した空孔である。３はホウ素を高
澁度にドープしたシリコン薄膜、４は絶縁材料の薄膜で
ある。５はグラ／ド電極、６は圧電薄膜、７は上部電極
、８は入力電極、９は出力電極である。 第３図は本発明の実施例であるエネルギー閉じ込め二重
モードフィルタの周波数特性を示す。横軸はＭｌ（、単
位で表わした周液数であり、縦軸はｄＢ単位で表わした
減衰量である。２ 第４図は従来の構造のエネルギーｌじ込め二重モードフ
ィルタの周波数特性を示す。 第１図 ′ｌ 第２図 第３図 周速数（ＮＨＫ ）
め二重モードフィルタの構造を示し、＃Ｉ１図は平ｄｉ
図、＃ｇ２図は断面図である１図において、１杜表−が
（１０Ｇ）−であるようなシリプ／晶板、２雌工、チン
グによって基板に作成した空孔である。３はホウ素を高
澁度にドープしたシリコン薄膜、４は絶縁材料の薄膜で
ある。５はグラ／ド電極、６は圧電薄膜、７は上部電極
、８は入力電極、９は出力電極である。 第３図は本発明の実施例であるエネルギー閉じ込め二重
モードフィルタの周波数特性を示す。横軸はＭｌ（、単
位で表わした周液数であり、縦軸はｄＢ単位で表わした
減衰量である。２ 第４図は従来の構造のエネルギーｌじ込め二重モードフ
ィルタの周波数特性を示す。 第１図 ′ｌ 第２図 第３図 周速数（ＮＨＫ ）
Claims (1)
- ホウ素を高濃度にドープしたシリコン薄膜と圧電薄膜と
からなる振動部位を持ち、振動部位にあたる部分を工、
チングによって取り除いた基板によって外縁部を支持し
た構造の薄膜圧電振動子において砿シリコン薄展と圧電
薄膜との間に、絶縁材料の薄膜の層を有することを特徴
とする薄膜圧電振動子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12968581A JPS5831609A (ja) | 1981-08-19 | 1981-08-19 | 薄膜圧電振動子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12968581A JPS5831609A (ja) | 1981-08-19 | 1981-08-19 | 薄膜圧電振動子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5831609A true JPS5831609A (ja) | 1983-02-24 |
| JPH0211043B2 JPH0211043B2 (ja) | 1990-03-12 |
Family
ID=15015642
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12968581A Granted JPS5831609A (ja) | 1981-08-19 | 1981-08-19 | 薄膜圧電振動子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5831609A (ja) |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58121817A (ja) * | 1982-01-14 | 1983-07-20 | Murata Mfg Co Ltd | 圧電共振子 |
| JPS59202722A (ja) * | 1983-04-30 | 1984-11-16 | Murata Mfg Co Ltd | 複合圧電共振子 |
| EP0155145A2 (en) * | 1984-03-09 | 1985-09-18 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Piezoelectric resonating device |
| JPS62169509A (ja) * | 1986-01-21 | 1987-07-25 | Toyo Commun Equip Co Ltd | 複合構造を有するオ−バ−ト−ン発振用圧電共振子 |
| US4870313A (en) * | 1985-04-11 | 1989-09-26 | Toyo Communication Equipment Co., Ltd. | Piezoelectric resonators for overtone oscillations |
| JPH02113616A (ja) * | 1988-10-24 | 1990-04-25 | Hitachi Ltd | 弾性波フィルタ、及びそれを用いたアンテナ分波器 |
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-
1981
- 1981-08-19 JP JP12968581A patent/JPS5831609A/ja active Granted
Patent Citations (1)
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