JPS5856986B2 - 発振素子 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は弾性表面波素子だけで構成された発振素子に関
する。

従来の弾性表面波を用いた発振手段は、人カドランスジ
ューサから生じた弾性表面波を出カドランスジューサで
電気信号に変換し、弾性表面波素子とは別に設けられて
いる増幅器によシ増幅し、人カドランスジューサに信号
を帰還させることをくシかえず方式が用いられておシ、
弾性表面波素子だけで発振手段を構成することはできな
かった。

そのために小型化が困難であり、弾性表面波素子から外
部への接続が繁雑とｆｘ９信頼性にかいても難点となっ
ていた。

本発明は、このような従来の欠点を除いた発振素子を提
供するものであり、弾性表向波の伝搬路内に圧電体に接
して分割した半導体膜を設け、該半導体膜のキャリアの
移動により該弾性表面波を増幅すると共に、正帰還動作
を行ｆｘうようにした増幅手段を有することを特徴とし
、外部増幅器を必要としない発振素子である。

以下その実施例を示す第１図から第３図によって説明す
る。

第１図は、本発明の発振素子の一実施例を部分的に示し
、第１図ａは平面図、第１図すは第１図ａの切断線■−
■に沿った断面図である。

第１図において、１は酸化亜鉛のごとき圧電体、２はＮ
型シリコンのごとき半導体膜、３は不純物を多くドーピ
ングして形成された半導体等からなる電極、４はサファ
イアのごとき基体である。

複数の半導体膜２ば、圧電体１の中に一体に埋設でれて
おり、圧電体１内を伝搬する弾性表面波の伝搬路内の基
体４０表回上に設けられている。

半導体膜２の分割は、電極３を間に配置することによっ
てなされている。

半導体膜２の厚みは、１ミクロン程度であり、圧電体１
の厚みも弾性表面波が良好に伝搬できるように薄くする
ことが望ましい。

電極３ば、各半導体膜２に弾性表面波の伝播方向にそっ
て直流の電界を印加するために設けられており、半導体
膜２にオーム接触している。

電界の印加方法は、（４）、（→で示す電位関係が示す
ように、隣り合う半導体膜で互に反対方向となるように
しである。

半導体膜を分割している同じ電位の間隔ｔ１は、発振周
波数に卦ける弾性表面波の波長λに対してλ／２となる
よ′うに設定しである。

このように形成された発振素子では、電極３で分割岱れ
た半導体膜２のそれぞれの部分が弾性表向波の左右いず
れかの伝播方向についての増幅器として作用する。

すなわち、近接する半導体膜のキャリア、例えばＮ型シ
リコンにおける電子、を弾性表面波の伝播速度よりも高
速で同じ方向に移動させ、その移動により生ずる電界を
用いて弾性表向波を増幅する装置は公知である。

本実施例においては、いずれの方向に伝播する弾性表面
波をも増幅できるように、隣シ合う半導体膜２のキャリ
アの移動方向を矢印で示すように互に反対方向にしであ
る。

キャリアの移動方向と反対の方向に伝播する弾性表面波
は増幅ではなく減衰されることになるが、全体としてい
ずれの方向に伝播する弾性表面波に対しても増幅装置と
して作用するようにしたものである。

本発明は、半導体膜に印加する電圧によって、弾性表面
波の伝播方向に対して順方向に移動するキャリアによる
増幅率を、逆方向に移動するギヤリアによる減衰率より
も大きくすることができるという、弾性表面波増幅器の
非相反的性質を利用するものである。

弾性表面波増幅器の非相反性とは、電極に印加される電
圧（ドリフト電圧）に対して、弾性表面波の伝搬定数の
中に位相定数項（電子のドリフト速度／弾性表同波の速
度）と増幅係数項（減衰係数項）の関係が非対称となる
ことである。

したがって、ドリフト電圧を選択すれば、順方向に伝播
する弾性表面波の減衰率を逆方向に伝播する弾性表面波
の減衰率よりも大きくすることができることになる。

また、半導体膜と電極が周期的に配置されており、その
周期は弾性表面波の波長の１／２に設定でれているので
、それぞれの部分で反射される弾性表面波の位相が一致
するので、これらが反射器の機能も有することになる。

このような動作理論により、第１図のごとき構成では例
えば、右方向へ伝搬する弾性表面波は、同じ移動方向の
キャリアを有する半導体膜２の部分で増幅されながら進
む。

１部の弾性表面波は上記反射機能により反射されながら
進み、最終的には全部の弾性表面波か全反射される。

反射された波は、左方向へさらに増幅されながら進み、
次第に全反射される。

かくして弾性表向波は、反射を繰り返して増幅、減衰を
繰り返すが、前記のように増幅率が大きくなるようにし
であるので、全体としては次第に増幅され、一定のレベ
ルに達して発振現象を呈する。

この発振現象は、通常の自励発振器と同じようにして電
極３に電圧を印加することにより開始する。

第２図は、本発明の発振素子の他の実施例を示し、第２
図ａは平同図、第２図すは第２図ａの切断線■−■に沿
った断面図である。

第１図と同一部分は、同じ香号を付与しである。

第１図と異ることは、複数の半導体膜２が圧電体１の中
に埋設されて孤立していることである。

孤立させることによって分割された半導体膜２のキャリ
アの移動方向は第１図の場合と同じく隣り合う半導体膜
２では互に逆方向である。

隣接する半導体膜の同じ側の電極３同志の間隔ｔ２はλ
／２である。

このような構成でも第１図での説明と同じ理論によって
弾性表面波の左右いずれの方向への伝播に対しても増幅
作用を有し、発麺桿象を呈する。

なお、キャリアの移動方向は必ずしも異ならせる必要は
なく、分割されたそれぞれの半導体膜に同じ方向に電圧
を印加して同じ方向にキャリアが移動するようにしても
良い。

この場合でも、一方に伝播する際に増幅され、反対方向
に伝播する際には減衰するが、全体としては増幅率が大
きくなるようにドリフト電圧などを設定する。

半導体膜のそれぞれの部分で反射でれて伝播方向を変え
た弾性表面波は位相が一致させられるとともに、反射を
繰り返しながら次第に増幅されて発振現象を呈するよう
になる。

第３図は、本発明の発振素子の他の実施例を断面図で示
している。

第１図とほぼ同じ構成であり、半導体膜２は電極３で分
割されているが、反射器６が別に設けられている。

第１図に示した実施例では、半導体膜２が孤立していな
いので反射機能が不充分になシやすく、圧電体１の端部
５をなめらかにして反射を完全に行うようにする必要も
生じる。

第３図はこの点に関する改良であり、反射器６は金属ス
トリップアレーにより形成される。

本発明は実施例にとられれることなく多くの応用範囲を
有する。

例えば基体４としては、サファイアの他に圧電体である
リチウムナイオベート（ＬｉＮｂｏ３ ）を用い、半導
体膜２としてはセレン化カド□ウム（ＣｄＳｅ ）。

アンチモン化インヂウム（ＩｎＳｂ）を用いてもよい。

この場合は、半導体膜２を埋設する圧電体は不要となる
。

又基体４は、半導体膜２と導電型の異る単結晶半導体を
用いてもよい。

さらに又、半導体膜２と電極３は基体４の素面に直接設
ける必要はなく、例えば第２図において圧電体１上に設
けてもよい。

さらに半導体膜２のキャリアの移動方向に左右両方向共
混在する場合、第２図の実施例では隣り合う半導体膜２
のキャリアの移動方向が互に反対方向になるようにした
が、連続した複数個について同方向にし、別に逆方向に
した複数個を連続して並べてもよい。

周期的にキャリアの移動方向が変るようにすればよいの
である。

電極３としては、不純物を多くドープした半導体を実施
例として用いたが、金属膜を用いてもよいことは言うま
でもない。

反射器６としては、金属のストリップアレーを実施例と
して用いたが、溝によって形成することも可能である。

なお、本発明の発振素子の出力を外部へ送り出す場合に
は、電極３から直接行うことも可能であるが、別にすだ
れ状電極を設けてもよい。

かくのごとき本発明の構成は、通常の半導体集積回路の
製作工程が適用可能でこの技術を用いれば容易に完全キ
ノリシック構造の弾性表面波発振素子の製作が可能であ
る。

又本発明の電極３に印加する電圧が数１０Ｖでよいこと
は、従来の増幅器の印加電圧が数１００〜数１０００Ｖ
であったことに比較してきわめてすぐれた点である。

そして軽量化、小型化、信頼性のいずれの見地からも従
来のものに比較しすぐれて卦り、ＶＨＦ。

ＵＨＦ帯等の発振素子として広い用途を有するものであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の発振素子の一実施例の部分図であり、
第１図ａばその平面図、第１図すは新面図である。 第２図は本発明の発振素子の他の実施例を示す部分図で
あり、。 第２図ａはその平面図、第２図すは断面図である。 第３図は本発明の発振素子のさらに別の実施列を示す部
分断面図である。 １・・・・・・圧電体、２・・・・・・半導体膜、３・
・・・・・電極、４・・・・・・基体、５・・・・・・
圧電体端部、６・・曲反射器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 弾性表向波の伝搬路内に圧電体に接して半導体膜を
   設け、該半導体膜のキャリアの移動により該弾性表面波
   を増幅する発振素子において、該半導体膜を複数に分割
   し、各々の半導体膜にキャリアを移動曝せる電界を印加
   して弾性表面波のキャリアの移動方向の増幅率をキャリ
   アの移動方向と反対方向の減衰率よりも大きくして増幅
   するとともに、該弾性表面波の反射を繰返すことを特徴
   とする発振素子。 ２ 該半導体膜が該半導体膜に電圧を印加する電極によ
   って分割されている特許請求の範囲第１項記載の発振素
   子。 ３ 該半導体膜を一定の間隔をおいて孤立させることに
   よジ分割しである特許請求の範囲第１項記載の発振素子
   。 ４ 弾性表面波の伝搬方向を伝搬路にそって反対方向へ
   変える手段を合せ設けた特許請求の範囲第１項、第２項
   または第３項記載の発振素子。 ５ 該半導体膜のキャリアの移動方向が該伝搬路にそっ
   て左右両方向のいずれもが混在するように電圧が印加さ
   れている特許請求の範囲第１項、第２項または第３項記
   載の発振素子。 ６ 該半導体膜のキャリアの移動方向が該伝搬路にそっ
   て左右両方向のいずれかに統一するように電圧が印加さ
   れている特許請求の範囲第１項、第２項または第３項記
   載の発振素子。