JPS5863214A - 表面弾性波素子 - Google Patents

表面弾性波素子

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JPS5863214A
JPS5863214A JP56163148A JP16314881A JPS5863214A JP S5863214 A JPS5863214 A JP S5863214A JP 56163148 A JP56163148 A JP 56163148A JP 16314881 A JP16314881 A JP 16314881A JP S5863214 A JPS5863214 A JP S5863214A
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acoustic wave
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zinc oxide
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猛 岡本
Ryuichi Asai
龍一 浅井
Shoichi Minagawa
皆川 昭一
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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
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    • 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
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    • H03H9/02535Details of surface acoustic wave devices
    • H03H9/02543Characteristics of substrate, e.g. cutting angles
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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、高効率で動作しかつ小さな温度係数を有す
る構造の表面弾性波素子に関するものである。
弾性体表面に沿って伝播する表面弾性波を利用した各種
表面弾性波素子が最近盛んに開発されつつある。
表面弾性波素子用圧電基板としてはニオブ酸リチウム(
LiNb03)のような圧電単結晶、ジルコンチタン酸
鉛(PZT)のような圧電セラミックス、非圧電基板上
に設けるようにした酸化亜鉛(ZnO)のような圧電薄
膜が知られている。これらのうち。
ニオブ酸リチウムは電気機械結合係数Kが大きくかつ表
面波伝播損失が小さいが、温度係数が大きいという欠点
を有している。また圧電セラミックスは電気機械結合係
数には大きいが焼結体のために、高周波になる程表面波
伝播損失が大きくなる欠点がある。さらに以上の圧電単
結晶および圧電セラミックスは自身の単一機能しか有し
ていないために用途が限定され、ICと組み合わせて新
しい機能を備えたデバイスを製造yろことは困難である
この点上記圧電薄膜は第1図に示すように、シリコン基
板1のような非圧電基板上に酸化亜鉛膜2等が設けられ
この表面に電極3.4が設けられて素子が構成されるの
で、シリコン基板l上に他の半導体素子を形成すること
により新しい機能を備えたデバイスの実現が可能となる
しかしながら圧電薄膜を用いた表面弾性波素子は、電気
機械結合係数Kが上記圧電単結晶および圧電セラミック
スの場合よりも小さいために、効率良く動作しないとい
う欠点がある。また温度係数が比較的太きいために、信
号の遅延時間を問題とするデバイスに対しては適用しに
くいという欠点がある。
本発明は以上の問題に対処してなされたもので、基板材
料として所−の結晶面でカットされたシリコン基板を用
いこのシリコン基板上に誘電体膜を形成し、少なくとも
この誘電体膜表面に酸化亜鉛膜を形成じ、この酸化亜鉛
膜に接して電極を形成するようにした構造の表面弾性波
素子を提供するものである。
以下図面を参照して本発明実施例を説明する。
第2図は本発明の一実施例による表面弾性波素子を示す
断面図で、5はシリコン基板で(1ip)面と等価な而
でカットされたものから成り、7はそのシリコン基板5
上に部分的に形成された誘電体膜で例えば二酸化シリコ
ンから成り、6はシリコン基板5および誘電体膜7表面
に形成され圧電軸がシリコン基板5面に垂直になるよう
に形成された酸化亜鉛膜、8.9は酸化亜鉛膜6表面に
形成された(し型電極である。
上記酸化亜鉛膜6および誘電体膜7は周知のスパッタ法
、CVD法等の手段で形成され、またくし型電極8.9
はアルミニュウム等の金属が周知の蒸着法等により形成
される。
以上の構造の表面弾性波素子の入力電極8に対し、上記
シリコン5の〔001〕軸方向と等価な方向に表面弾性
波としてセザワ波を励振させる。これにより表面弾性波
は酸化亜鉛膜6表面を伝播して出力電極9に至る。
第3図は以上の本発明実施例によって得られた特性曲線
を示すもので、横軸は酸化亜鉛膜6の膜厚りの規格化さ
れた厚さを2πh/λ(ここでλは表面弾性波の波長)
で示し、縦軸は電気機械結合係数にの二乗値Kを百分率
で示している。第2図の本発明実施例構造において、シ
リコン基板5と酸化亜鉛膜6間の境界近傍の導電率が高
い場合ては、電気機械結合係数にの二乗値には第3図の
特性において曲線へのような変化をする。なおこの曲線
Aは表面弾性波のうち上記のようなセザワ波についての
曲線を示している。
また直線Bはニオブ酸リチウム(LiN1)03 )基
板におけるKの最大値を−示すもので、約5.5%の値
 −どなる。
第3図の特性から明らかなように、シリコン5表面の(
001)軸方向と等価な方向に表面弾性波を伝播させた
場合、酸化亜鉛膜6の膜厚りを0.9(2πh/λ〈3
,0の範囲となるように選ぶこと((よリ、高効率で動
作させ得る大きな値の電気機械結合係数を得ることがで
きる。
第4図は本発明の他の実施例による表面弾性波素子を示
す断面図で、5′はシリコン基板で(100)面と等価
な面でカットされたものから成り、その仙薬2図と同一
部分は同一番号で示しである。
以上の構造の表面弾性波素子の入力電極8に対しては、
シリコン5′の〔O1l〕軸方向と等価な方向に表面弾
性波としてセザワ波を励振させる。
第5図は以上の実施例によって得られた特性曲線を示す
もので、上記構造においてシリコン基板5と酸化亜鉛膜
6間の境界近傍の導電率が高い場合には、電気機械結合
係数にの二乗値には曲線Aのような変化をする。なおこ
の曲線Aは表面弾性波のうち上記のようなセザワ波につ
いての曲線を示している。
また直1IiIilBはニオブ酸リチウム(LiNt)
03 )基板におけるKの最大値を示すもので約5.5
%の値となる。
第5図の特性から明らかなように、シリコン5′表面の
(011)軸方向と等価な方向に表面弾性波を伝播させ
た場合、酸化亜鉛膜6の膜厚りをo、9〈2πh/λ〈
3,5  の範囲となるように選ぶことにより、高効率
で動作させ得る大きな値の電気機械結合係数を得ること
ができる。
上述のように、シリコン基板5と酸化亜鉛膜6間の境界
近傍の導電率が高いということは、第6図のようにその
境界部に金属膜1oを形成した構造でも同じ効果が得ら
れることを意味している。
またシリコン基板5がエピタキシャル成長層を有してい
るような場合でもバルク抵抗を下げることができるので
第2図の構造と同じ効果を得ることができる。
第7図は本発明の他の実施例を示すもので、表面弾性波
の波長より十分小さな膜厚を有する二酸化シリコン等の
誘電体膜1】を、シリコン5 (5’)の全表面に一様
に形成した構造を示し、この構造でも第2図および第4
 ””[1の構造と同じ効果を得ることができる。
以上のように構成することにより、誘電体膜7を構成し
ている二酸化シリコンはシリコン基板5と酸化亜鉛膜6
とで決定する素子の温度係数を打ち消す方向に働くため
に、素子全体としては小さな温度係数を持たせることが
できる。
さらにまた本発明の他の実施例として、(し型電極はシ
リコン基板または誘電体膜上に設けた構造にすることが
できる。またその(し型電極に対向した酸化亜鉛膜上に
金属膜を付着させた構造にしても良い。
本文実施例中では酸化亜鉛膜6の圧電軸がシリコン基板
5に対して垂直に形成された場合を示したが、基板5面
に垂直な方向からの傾きがほぼ10度以下の圧電軸の場
合にもほぼ同等の特性が得られる。またシリコン基板5
のカット面および表面弾性波を励振すべき伝播軸は、そ
れぞれ(llO)ITI。
(100)面および〔001)軸方向、〔O11〕軸方
向から数置ずれている場合にもほぼ同等の特性が得られ
ることがわかった。
以上説明して明らかなように本発明によれば、基板材料
としての所定の結晶面でカットされたシリコン基板を用
いこのシリコン基板上に誘電体膜を形成し、少な(とも
この誘電体膜表面に酸化亜鉛膜を形成し、この酸化亜鉛
膜表面に電極を形成するように構成するものであるから
、電気機械結合係数に柔軟性を持たせることができ、任
意な値に設定することができる。また誘電体膜を設ける
ことにより温度係数を小さくすることができる。
このように電気機械結合係数を太き(することができる
ので、表面弾性波トランスジューサのインピーダンスを
小さくできて整合がとり易くなるため高効率で動作し得
る表面弾性波素子が実現できる。
またそれと共に表面弾性波トランスジューサの電極対数
を少なくすることができるため、素子の小型化が可能に
なりコストダウンを計ることができる。
さらに温度係数が小さくなることで表面弾性波素子の安
定な動作を行わせることができる。
本発明のように表面弾性波として特にセザワ波を用いる
場合は、その位相速度が犬なる性質を利特に高周波用素
子の実現を計る場合有利となる。
本発明は特にシリコン基板としてIC用基板と共通の基
板を用いることにより、小型化、高集積化された新しい
機能を有するデバイスが得られるので広範囲な用途に適
用して効果的である。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来例を示す断面図、第2図、第4図、第6図
および第7図はいずれも本発明実施例を示す断面図、第
3図および第5図は共に本発明により得られた結果を示
す特性図である。 5.5′・・・シリコン基板、6・・・酸化亜鉛膜、7
゜IJ・・・誘電体膜、8.9・・・くし型電極、10
・・・金属膜。 特許出願人  クラリオン株式会社 手続補正書(自船 1 事件の表示 昭和56年%1FFIil  第163148号3 補
正をする者 事件との関係  特許出し人 住所 名 称 (148)  り2リオン株式会社4代理人〒
105 住 所  東京都港区芝3丁目2番14号芝三丁目ピル
5 補正の対象 1、 明細書第1頁第4行目乃至第3頁第1行目の特許
請求の範囲の記載を別紙の通り訂正する。 2 明細書第7頁第11行目乃至第u行目の「シリコン
基板5」v「シリコン基板5′」ニ訂正する。 ゛3.明細書纂8頁第加行目の[誘電体117Jを「誘
電体11111J#c訂正する。 4、図面な別紙の通り訂正する。 特許請求の範囲 1、所定の結晶面でカットされたシリコン基板誘電体膜
と、少なくともこの誘電体11表面に形成された酸化亜
鉛膜と、この酸化亜鉛膜に接するように形成された電極
とt含み、上記シリコンの所定の結晶軸方向に表面弾性
波を伝播させるように構成したこと141黴とする表面
弾性波素子。 λ 上記所定の結晶面が(llO)面と等価な面から成
ることt%徴とする特許請求の範囲第1項記載の表面弾
性波素子。 3、上記所定の結晶軸方向が(ooi)軸方向と等価な
方向から成ることを特徴とする特許請求の範囲第1項又
は第2項記載の表面弾性波素子。 4、上記所定の結晶面が(100)面と等価な面から成
り、上記所定の結晶軸方向が(011)軸方向と等価な
方向から成ることを特徴とする特許請求の範囲第五項記
載の表面弾性波素子。 5、 上記酸化亜鉛膜の圧電軸がシリコン基板面に対し
て垂直または垂直方向に対して10度以下の傾きを持つ
こと1に:%徴とする特許請求の範囲第1項乃至第4項
のいずれかに記載の表面弾性波素子。 6、上記酸化亜鉛膜の膜厚りが0.9 (2πh/λ(
3,5(ただし、λは表面弾性波の波長を示す)の範囲
IIc属することt特徴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表面弾性波素子。 7、 上記誘電体膜が二酸化シリコンから成ることを特
徴とする特許請求の範囲第1項乃至第6項のいずれかに
記載の表面弾性波素子。 8、 上記誘電体膜がシリコン基板上に一様な厚さに形
成されることを特徴とする特許請求の範囲第1項乃至第
7項のいずれかに記載の表面弾性波素子0 9、上記誘電体膜がシリコン基板上に段差を有するよう
(形成されることt特徴とする特許請求の範囲第1項乃
至第7項のいずれかに記載の表面弾性波素子。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、 所定の結晶面でカットされたシリコン基板と、こ
    のシリコン基板上に形成された誘電体膜と、少なくとも
    この誘電体膜表面に形成された酸化亜鉛膜と、この酸化
    亜鉛膜に接するように形成された電極とを含み、上記シ
    リコンの所定の結晶軸方向に表面弾性波を伝播させるよ
    うに構成したことを特徴とする表面弾性波素子。 2、上記所定の結晶而が(110)面と等価な面から成
    ることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の表面弾
    性波素子。 3、上記所定の結晶軸方向が(00t、)軸方向と等価
    な方向から成ることを特徴とする特許請求の範囲第1項
    又は第2項記載の表面弾性波素子。 4、 上記所定の結晶而が(100)面と等価な而から
    成り、上記所定の結晶軸方向が(On)軸方向と等価な
    方向から成ることを特徴とする特許請求の範囲第1項記
    載の表面弾性波素子。 5、上記酸化亜鉛膜の圧電軸がシリコン基板面に対して
    垂直または垂直方向に対して10度以下の傾きを持つこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第1項乃至第4項のいず
    れかに記載の表面弾性波素子。 6、上記酸化亜鉛膜の膜厚りが0.9 (2πh/λ(
    3,5(ただし、λは表面弾性波の波長を示す)の範囲
    に属することを特徴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表面弾性波素子。 7 上記誘電体膜が二酸化シリコンから成ることを特徴
    とする特許請求の範囲第1項乃至第6項のいずれかに記
    載の表面弾性波素子。 8 上記誘電体膜がシリコン基板上に一様な厚さに形成
    されることを特徴とする特許請求の範囲第1項乃至第7
    項のいずれかに記載の表面弾性波素子。 9、上記誘電体膜がシリコン基板上に段差を有するよう
    に形成されることを特徴とする特許請求の範囲第1項乃
    至第7項のいずれかに記載の表面弾性波素+。′
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