JPS60124111A - 表面弾性波素子 - Google Patents

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４０るｔｔＩ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１−る氷面弾性波ン利用した各
種表面弾性波素子が最近盛んに開発されつつある。この
坤由としては、第１代表面弾性波の伝播速度はｔ＆Ｌｉ
波速度の約１０　倍であり、素子の小型化と高密度化が
可能であること０ 第２に表面弾性波は物餡衣面ン伝抽するため広送路の任
意の場ｊ３ｒから信号のタッピングが可能であることつ
第３に物質表面にエネルギーが集中していることから、
元や半導体のキャリアとの相互作用ン利用したデバイス
、あるいは尚いエネルギー密度により非線形効果を利用
したデバイスに応用できることつ 第４にその製造技術［ＩＣ技術が活用できるため、ＩＣ
と組み合わせた新しい素子の実現が期待でさること１等
が挙げられる。

８１４１図および第２図は従来の状面弾性波素子の構造
を示すもので、ｌはニオブＬ俊リチウム（いＮｂＯ２）
４ｈからなる圧′Ｆｔｆ　＆　＆で１３２’　Ｙカット
されたものからなり、２はシリコンからなる半導体基板
で（ｉｏｏ）面とほぼ等価な面でカットされたものから
なり、３は酸化亜鉛（ＺｎＯ）からなる圧電薄膜で（０
００１）面とほぼ等価な面が上記シリコン基板２のカッ
ト面と平行になるように形成されたものからなり、４．
５は上記ニオブ酸リチウム基数１上および酸化亜鉛膜３
上に互いＶＣ交差するように設けられたくし型１．惨で
、レリえは４＆ゴ人カ埠、極、５は出力−、極として使
用されるうここで人カー極４から励振された表（２）弾
性波は上記ニオブ酸リチウム基板１表面あるいは酸化亜
鉛膜３表面を伝播してＷ刀幣極５から取り出される。

これらの構造において第１図においては入［Ｗ弾性波と
してレイリー波ン用いて伝播さセた場合。

素子特性上貞曽な指標である嵯気機械結合係舷にの二来
値には約５．５％と大きな値が得られるので、この利点
をｆ＆かしてガ々の分Ｗｆｔｔｒ一応用されている。

しかしその反面基板が単一材料から構成されているため
ＶＣ，電気機械結合係数Ｋが基板結晶軸方向およびそれ
に対する表面弾性波の伝播方向によって固定化されてし
まう欠点かある。

この点記２図においては表面弾性波としてセザワ波ヶ用
いてシリコン基板２の（０１１）軸方向とほぼ等価な方
向に伝播させた場合、Ｍ化亜鉛膜３の膜厚ｈＪ’ｒｓ折
によって不まる成る値に選ふことによりに２特性に柔軟
性ンｂたセることができ。

また第１図構造よりも大きな札気樟械結合係数Ｋｔ得る
ことができる。■えは上ｄ己醒化亜鉛膜厚ｈ１をωｈ１
＝８０００（ωは表面弾性波の角周波数）に選ぶことに
よりＫは約６．０４％を得ることができる。

しかしこの構造では酸化亜鉛膜３はスパッタ技術等によ
り形成されるが、上記のように最適特性乞待るにはその
膜厚ン比較的大きく形成する必しがあるため生産性の点
でコストアップになるのが避けられない欠点がある。こ
のためできるだけ不さな膜厚でできるだけ太さな竜気機
械結合係林Ｋが得られるような構造が望まれている。

本発明は以上の問題に対処してなされたもので。

（１００）面とほぼ等価な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二酸化シリコン
膜と、この二敵化シリコン膜上に（０００１）面とほぼ
等価な面が上記シリコン基板のカット面と平行になるよ
うに形成された鹸化亜鉛膜と、この酸化亜鉛膜上に形Ｆ
ｌｔされた電極とを含み、上記シリコン基板の〔Ｏ１ｌ
〕軸方向とほぼ等価な方向に表面弾性波を伝播させるよ
うに構成して従来欠点を除去するようにした我面弾性波
素子ン提供することを目的とするものである。以下図面
を参照して本発明実施例〉説１！ＩＱＴる。

第３−は本発明実施例による表面弾性波素子馨示す断面
図で、１１は（１００）面とほぼ等価な面でカットされ
たシリコン基板、１２はこのシリコン基板１１上に形成
された膜）ｋＪｈ２を有する三酸化シリコン（５ｉ０２
）膜、１３はこの二酸化シリコン膜１２上［（０００１
）（２）とほぼ等価な面が上記シリコン基板１１のカッ
ト面と平行になるように形成された膜ＪすｈＩＹ：有す
る酸化亜鉛膜、１４．１５は各々互いに交差するように
形成されたくし型電極からなる人力電極および出力電極
、　１６は上記酸化亜鉛膜１３と二酸化シリコン膜１２
間に形成された導電膜で膜厚は無限に小さいことが望ま
しい。

なお上記導電膜１６あるいは酸化亜鉛膜１３はくし型電
極１４．１５の少な（とも反差幅部分の真下に位１１す
るよ５に形成されることが望ましい。

以上の構造（Ｚｎ０（０００１）／　５ｉｎ２／　Ｓｉ
　（１００）　（０１１）と略記）の表面弾性波素子に
対し１表面弾性波としてセザワ波を用いてシリコン基板
１１の（０１１）軸方向とほぼ等価な方向に伝播させる
ことにより第４図および第５図のようなに％性曲線が得
られた。

＃４４図において横軸は二酸化シリコン膜１２の膜厚ｈ
２の厚さをωｈ２（ωは角周波数）で示し、縦動は電気
機械結合係ｉＫの二乗値に２Ｙ百分率で示すものである
。また第５図において横軸は酸化亜鉛膜ｈ１の厚さ馨ω
ｈ＋　（ωは角周波＆７りで示し。

縦軸は一気機械結合係ｉＫの二乗値Ｋｇ百分率で示すも
のであろう第４図においてはωｈｌ　＝　７０００に設
定した状態でωｈ２Ｙ変化させた（望ましくは１２６〜
１００００の範囲内で）場合のＫの変化を示し、第５図
においてはωｈ２　＝　１０００に設定した状態でωｈ
１を変化させた（望ましくは４２００〜１５０００の範
囲内で）場合のに２の変化７示している。

第４図および第５図から明らかなように、［化亜鉛膜１
３の膜厚ｈ１および二酸化シリコン膜１２の膜厚ｈ２ン
各々ωｈ１　＝　７０００およびωｂ２　＝　１０００
に遺ぷことにより、Ａ点において極大値に２＝６．１２
％が得られた。

上記値は第２図の従来ｔＭ造でｔｂられた値（Ｋ＝　６
．０４％、ωｈｌ　＝　８０００）よりも大であり、し
かも酸化亜鉛１３の膜厚ｈ１は二酸化シリコン膜１２を
介在させることにより従来のωＪ　＝　８０００からω
ｈ、＝７０００へと／Ｊ％さく′することかできる。

これにより生並性の点でコストダウンを創ることができ
る。

また酸化亜鉛膜１３の膜厚Ｊおよび二酸化シリコン膜１
２の膜厚ｈ２を前記した範囲内で釉々Ｗ、を整すること
により、特性の点でｂｅ米構造より優れた柔軟性を持っ
た表面弾性波素子を実現することかできる。

なおシリコン基板１１のカット面は（１００）面とほぼ
等価な面、酸化亜鉛膜１３は（０００１）面とほぼ等価
な面およびシリコン基板１１の伝播軸は（０１１）軸方
向とほぼ等価な方向の場合ＶＣ例をとって説明したが、
それらに示した所定値から１０ａ以下の傾きを有してい
る場合でも素子特性には本質的差異は認められない。

第６図は本発明の池の実施例としてコンボルバ用素子に
適用した例を示すもので、１７は酸化亜鉛膜１３上の人
力電極１４と出力電極１５間に設けられたゲート電極で
あるう この構造によれば導電膜１６がそのまま設けられている
ので前実施例同様に１＜特性ＫＦ！Ｉｋれた素子を得る
ことができる。

なお（し型電極の代りＫ、シリコン基板１１　、二酸化
シリコン膜１２および酸化亜鉛膜１３内に発生する電気
的ポテンシャルン利用することかできる。

以上述べて明らかなように本発明によれは。

（１００）面とほぼ等価な面でカン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二酸化’／リコ
ン膜と、この二酸化シリコンＭ上ｉＣ（０００１）面と
ほぼ等価な面が上記シリコン基板のカット面と平行にな
るように形成された酸化亜鉛膜と、この酸化亜鉛膜上に
形成された一極とを含み。

上記シリコン基板の（０１１）軸方向とほぼ等価な方向
に表面弾性波を伝播させるように構成したものであるか
ら、電気機械結合係数を大きくとることができるので表
面弾性波素子を効率よく動作させることかできる。

なお本発明によればシリコン基板として集積回路と共通
基板ン用いることにより、集積回路技術〉活用して機能
素子と牛専体素子を一体化した小型かつ高密度な素子の
実現が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は共に従来例を示す断面図。 第３図および第６図は共に本発明実施例〉示′１−　ｔ
ｎｒ面図、第４図および第５図は共に本発明によって得
られ１こ結果を示す特性図である。 １１・・・シリコン基数、１２・・・二酸化シリコン膜
、１３・・・酸化亜鉛膜、１４・・・人力電極、１５・
・・出力電極、１６・・・導電膜、１７・・・ゲート電
極。 特許出願人　クラリオン株式会社 ≠／Ｂ ｒ２履 蒸３図 手続補正書 昭和５９年４８８日 特許庁長官　着　杉　相　夫　殿 １　事件の表示 昭和５８年特許願　第２３２４４４号 ２　発明の名称 表面弾性波素子 ３　補正をする者 事件との関係　特許出願人 住所 名　称　（ｉ４８）　クラリオン株式会社４代理人〒１
０５ 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 明細書の尭９Ｊの詳細な説明の欄 （１１本頗明ａＳン下記の通り補正する。 頁　行　補正前　補正後 ７　６　「三酸化」　「二酸化」 １０　７　「の代りにＪ　ｒｖ用いずとも」１０　９　
「ことができる」　「素子の実現が期待できる」 （２）　同書第１０頁第４行乃至第５行１等電膜Ｌ６が
そのまま設けられているので」を削除する。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、（１００）面とほぼ等仙１な而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二酸化シ
   リコン膜と、この二数化シリコン物上に（０００１）面
   とほぼ等１曲な面か上記シリコン基板のカット面と平行
   になるように形成された酸化亜鉛膜と、この酸化亜鉛膜
   上に形成された１、儲とを含み、上記シリコン基数の（
   ０１１’）軸方向とほぼ等価な方向に表面弾性波素子抽
   さセるように構成したこと馨特戯とする表面弾性波素子
   。 ２　上記結晶面およびその伝播軸が所定結晶向および＠
   播軸方回から１０ａ以内の１嘆きを持つことを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の表面弾性波素子。 ３、　上記表面弾性波素子としてセザワ波ン用いること
   ぞ％醋とする特許請求のホ［ｌｌ囲第１項又は第２項記
   載の表面弾性波素子。 ４、　上記酸化亜鉛膜の膜厚１］１か、　４２００　＜
   ωｈ、＜１５０００　（ただし、ωは表面弾性波の角周
   波数）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３埃のいずれかに記載の表面弾性波素子。 ５、　上記二酸化シリコン膜の膜厚ｈ２が、　ｉ２６＜
   ωｈ２＜１００００（ただし、ωは表面弾性波の角周波
   数）の範囲に纏１−ることを特徴とする特許請求の範囲
   ８１４１狙乃至第４項のいずれかに記載の表面弾性波素
   子。 ６、　上記ば化亜鉛膜と二酸化シリコン膜間に専一膜が
   形成されること馨特顛と１−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、　上記電極がくし型構造７自することぞ特徴とする
   特許請求の範囲第１項乃至第６狽のいずれかに記載の表
   面弾性波素子。 ８、　上記専一膜が上記（し型１極の少な（とも父走幅
   部分の兵１圧位籠することン特歎とする特許請求の範題
   第ｉ、ＩＩ４乃至８１！７項のいずれかに記載の表面弾
   性波素子。 ９．　上記鹸化亜鉛膜が上記くし型電、極の少な（とも
   交差幅部分の真下に位＆１−ることを特徴とする特許請
   求のｋＩ四第１項乃至第８項のいずれかに記載の表面弾
   性波素子つ １１Ｊ、上記シリコン基板として集積回路と共通の基板
   ン用いたことン特−と１゛るｌ持杆錆求の範囲第１項乃
   至第９項のいずれかに記載の表面弾性波素子。