JPS60192410A - 弾性表面波素子 - 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】 本発明は新規な弾性表面波素子？提供する。

詳しくは、窒化ｌルミニウム焼結体よりなる板状基板の
少なくとも片方の面に圧電性薄膜及び電極を積層してな
る弾性表面波素子に関する。

弾性表面波素子は電子機械１機器の一部として広く使用
されている。例えばガラス基板上に酸化亜鉛の薄膜を形
成し、その表面に電極を設けた弾性表面波素子は電波の
フィルタ−材例えばテレビの映像中間周波数用フィルタ
ー、ＦＭ中間周波数用フィルターとして使用されている
。しかしながら、従来の弾性表面波素子は高周波用とし
て使用するのに十分にその機能を発揮し得ない欠陥があ
る。そのため、近年に於いては高周波用フィルターとし
ても満足の出来る弾性表面波素子の開発が要求されてい
る。

本発明者等は鋭意弾性表面波素子の開発にたずされって
来たが、窒化アルミニウム基板を使用する新規な弾性表
面波素子が著しくすぐれた特性を発揮することを見出し
、更に研究な続けた給米、本発明を完成しここに提案す
るに至った。

すなわち、本発明は窒化アルミニウム焼結体よりなる板
状基板の少なくとも片方の面に圧電伏′４膜及び電極を
積ｊ−シてなる弾性表面波素子である。

本発明で使用する窒化アルミニウム焼結体は特に制限さ
れることなく、窒化アルミニウムから主としてなる焼結
体であれば如何なるものも使用することが出来る。一般
には弾性表面波素子の性格上、基板の表面は平滑で、気
孔などのないものが好適である。この意味から特に次ぎ
のような新規な窒化アルミニウム焼結体を使用すると好
ましい。

すなわち、窒化アルミニウム焼結体で、その機械的に破
断した破断面が明瞭な輪郭によって互いに区別されるｉ
　Ｘ１ｌｌな結晶粒の緊密な充填状態によって形成され
ており、該微細な結晶粒の該破断面における該明瞭な輪
郭は多角形状であり、該微細な結晶は核明瞭な輪郭によ
って規定される該破断面における平均粒子径をＤ（μｍ
）で定義するとき、０．３　Ｄ〜１．８Ｄ好ましくは０
．５Ｄ〜１．５Ｄの範囲の粒子径を持つ結晶粒が少なく
とも７０％を占めることによって構成されている窒化ア
ルミニウム焼結体である。また、前記窒化アルミニウム
焼結体は密度が３．２０１／　／ｃｒｄ以上、好ましく
は３．２３．１／７７以上のものが好適に採用される。

更にまた、陽イオン不純物の含有量が０．３重量％以下
、好ましくは０．１重量％以下の上記性状を有する窒化
アルミニウム焼結体は特にすぐれた透明性を示すので好
適に採用される。

前記窒化アルミニウム焼結体は新規なものであり、この
ような焼結体は例えば次ぎのようにして製造すればよい
。すなわち、平均粒子径２μｍ以下かつ３μｎＬ以下の
粒子のものを７０容量％以上の割合で含みかつ酸素含有
量が３重量％以下好ましくは１．５重量％以下及び窒化
アルミニウムの純度が９５％以上好ましくは９７％以上
で、好ましくは陽イオン不純物を０．３重量％以下好ま
しくは０．１ニア１ｉ：量％以下含有する窒化アルミニ
ウム粉末を、周期律表第１１ａ族金属及び同第Ｈａ族金
属から選ばれた少な（とも一種の金属酸化物または焼結
時に該金属となりうる金属化合物の存在下または不存在
下に、常圧または３０〜５００に９／ｃｒ／ｌの加圧下
に１６００〜２１００’Ｃの温（５） 皮下に加熱焼結することによって得られる。

なお、上記における窒化アルミニウムはアルミニウムと
窒素の１：１の化合物であり、これ以外のものを原則と
してすべて不純物として取扱う。ただし、窒化アルミニ
ウム粉末の表面は空気中で不可避的に酸化されＡＬ−Ｎ
結合がＡＬ−０結合に置代っているので、このＡ　Ｌ　
−０結合しているアルミニウムは陽イオン不純物とはみ
なさない。また焼結助剤となる成分についても陽イオン
不純物とはみなさない。更に、下記説明における平均粒
子径とは光透過式の粒度分布測定器による体積基準の中
間粒子径をいう。

前記のような特性を有する窒化アルミニウム粉末も新規
なものであり、例えば次ぎのよう圧して得ら」またもの
が好適に使用出来る。

粒子と灰分含量０２重量％以下で平均粒子径が１μｍ以
下のカーボン微粉末とを、例えば（６） ニウム微粉末対該カーボン微粉末の重量比は１：０．３
６〜１：１であり； （２）得られた緊密混合物を、適宜乾燥し、窒素または
アンモニアの雰囲気下で１４００〜１７００℃の温度で
焼成し； （３）次いで得られた微粉末を酸素を含む雰囲気下で６
００〜９００℃の温度で加熱して未反応のカーボンを加
熱除去し、窒化アルミニウム含量が少なくとも９５亜量
％ｌであり、結合酸系の含量が最大３．０重度％好まし
くは１．５重量％であり、かつ不純物としての金属化合
物の含量が金属として最大０．３重量％である平均粒子
径が２μｍ以下の窒化アルミニウム粉末を生成せしめる ことによって製造することができる。

また上ｆ１６フルミナ、カーボン等の原料に伴われて混
入するかあるいは窒化アルミニウム粉末の製造工程で混
入する不純物は極力少なくすべきで、例えば、不純物と
しての金属化合物の含有量が金属として０．３重量％以
下好ましくは０．２重量％以下更に好ましくは０．１重
量％以下のものを用いるのが好ましい。特に上記不純物
成分の金属のうち、鉄、クロム。

ニッケル、コバルト、銅、亜鉛またはチタン成分が、こ
れらの不純物の含有量を金属として全含量が０．１重量
％以下のとき、前記窒化アルミニウム粉末は窒化アルミ
ニウム焼結体に透光性を付与するので好適である。

本発明の弾性表面波素子は前記したよ５に窒化アルミニ
ウム焼結体よりなる板状基板の少なくとも片方の面に圧
電性薄膜を積層する必要がある。該圧電性薄膜の材質は
弾性表面波素子としての年月なさまたげない限り公知の
ものを使用することが出来る。例えば、一般には特に酸
化亜鉛及び窒化アルミニウムの材質を選ぶことは好適で
ある。また、該圧電性薄膜を積層する方法も特に限定さ
れず公知の手段及び装置を使用すればよい。一般には例
えば、圧電性薄膜を与える材料例えば酸化亜鉛焼結体、
窒化アルミニウム焼結体等を用い高周波マグネトロンス
パッタリング法などの手段で付与すればよい。更には窒
化アルミニウム薄膜を積層形成する方法としては、窒素
を含む雰囲気下に金属アルミニウムを高周波マグネトロ
ンスパッタリングして反応性薄膜として析出させる方法
も採用出来る。

また、電極を設ける方法も特に限定されず。

公知の方法を採用することが出来る。一般には金やアル
ミニウムなどの櫛形電極を、前記窒化アルミニウム焼結
体よりなる板状基板の表面にあるいは該窒化アルミニウ
ム焼結体よりなる板状基板の表面に圧電性薄膜を積層し
た後該薄膜上に設ける方法が好適に採用出来る。

本発明の弾性表面波素子は後述する実施例でも明らかな
よ５に、高い電気機械結合係数及び低い温度係数を有す
る特徴を発揮する。

東にまた、窒化アルミニウム焼結体を基板と（９） するために、伝搬速度が、従来基板例えばガラス基板に
比べて数倍以上高い利点を有するので、高周波用弾性表
面波素子とＥ７て極めてすぐれている。

本発明を更に具体的に説明するため以下実施例を挙げて
説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるもの
ではない。

実施例　１ 純度９９．９９％（不純物分析値を表１に示す）で平均
粒子径が０．５２μｍで３μｍ以下の粒子の割合が９５
　ｖｏｔ％のアルミナ１００重量部と、灰分０．０８ｗ
ｔ％で平均粒子径が０．４５μｍのカーボンブラック５
０重量部とを、ナイロン製ポットとナイロンコーティン
グしたポールを用いエタノールを分散媒体として均一に
ボールミル混合した。得られた混合物を乾燥後、高純度
黒鉛製平皿に入れ電気炉内に窒素ガスを３ｔ／ｍ１ｙｒ
で連続的に供給しながら１６００℃の温度で６時間加熱
した。

得られた反応混合物を空気中で７５０℃の温（１０） 度で４時間加熱し、未反応のカーボンを酸化除去した。

得られた白色の粉末はＸ線回折分析（Ｘｒａｙ　ｄｉｆ
ｆｒａｃｔｉｏｎ　ａｎａｌｙｓｉｍ　）の結果、単相
（ｓｉｎｇｌｅ　ｐｈａｓｅ）のＡｔＮでありＡｔ、０
８の回折ピークは無かった。また該粉末の平均粒子径を
粒度分布測定器（相場製作１．３１μｍであり、３μｍ
以下が９０容量％を占めた。走査型電子顕微鏡による観
察ではこの粉末は平均０．７μｍ程度の均一な粒子であ
った。また比表面積の測定値は４．０ｍ”／、ｊｉ’で
あった。この粉末の分析値を表２に示す。

表　Ｉ　Ａｔ、０８粉末分析値 Ａｔ２０．含有量　９９．９９％ 元　素　含有量（ｐｐｒｎ） Ｍｇ　（５ Ｃｒ　＜１０ Ｓｉ　３０ Ｚｎ　＜５ Ｆｅ　２２ Ｃｕ　＜５ Ｃａ　＜　２　Ｏ Ｎｉ　１５ Ｔｉ　〈　５ 表　２　ＡｔＮ粉末分析値 ＡｔＮ含有量　９７．８％ 元　素　含有量 Ｍｇ　＜５　（ｐｐｍ） ｃｒ　２１（／／） ｓｌ　１２５（／／） ｚｎ　９　（〃　） Ｆｅ　２０（ｔｔ） Ｃｕ　く５　（〃） Ｍｎ　５　（〃　） Ｎｉ　２７（ｔｔ） ＴＩ　＜５（／／） Ｃｏ　＜５（〃） Ａｔ６４．８　（ｗｔ％） Ｎ　３３４　（〃　） ０　１．１　（１／　） ＣＯ，１１（１／　） このようにして得られた窒化アルミニウム粉末に硝酸カ
ルシウム、　Ｃａ（Ｎｏ８）、−４Ｈ，０をＣａＯ換算
で０．５重量％となるよ５添加しエタノールを分散媒と
して均一に混合した。

混合後攪拌しながら徐々にエタノールを飛ばして乾燥し
た。この混合粉末を内径４Ｑｘｉ＋の黒鉛製モールドに
充填し、１気圧の窒素ガス中、圧力２００に９／ｃｙｌ
、温度１９００℃、１時間の条件でホットプレス焼結し
た。得られた厚さ約２鰭の透光感のある焼結体は密度３
．２６，９／ｄであった。この焼結体を切断後研磨し、
最終的に表面粗さが約５０ＯＡで大きさが１３問×１３
ｎで厚さ０．６　ｚｗｒの基板を作成した。この基板上
に周期１００μｒｒＬ２５対、開口４．４　ｍ　、中心
距離５．５龍のＡｕの櫛形電極をフォトエツチング法で
設けた。さらにこの基板上にリチウム入りＺｎＯターゲ
ウトを酸素、アルゴン等量の混合ガスを用い圧力Ｉ　Ｘ
　１０　Ｔｏｒｒ中で高周波マグネトロンスパッタリン
グにより厚さ５．３３〜４２．１μｍのＣ軸配向薄膜を
形成した。さらにＺｎＯ表面を短絡するために、ＺｎＯ
薄膜上に櫛形電極と同じ面積にＡｔを蒸着し、上部電極
を有（１３） する素子を作成した。この素子の電気機械結合係数（カ
）を膜厚（ｈ）と波長（λ）の比ｈ／λに対して１次モ
ードを用いて測定したところ、ｈ／λ＝０．１２の時に
２＝　６．６％、ｈ／λ＝０．１９でが＝５５％、ｈ／
λ＝０．３３でに〜２．２％であった。また伝搬速度（
Ｖｐ）とｈ／λとの関係は、ｈ／λ＝０．１２，０．１
９゜０．３３に対し各ＪＩＶＰ＝６５５０．５５４０　
。

５ｏ２ｏｍ／秒であった。またｈ／λ＝０．１９の場合
、中心周波数の温度依存性は一４０ｐｐｍ／℃であった
。

また、前記窒化アルミニウム焼結体Ｖ機械として添付す
る。この写真（７ｃＩｎＸ　１０［）を用いて焼結体を
構成する粒子形及び粒子径を測定した。粒子は明瞭な輪
郭をもつ多角形状の微細な結晶粒から形成されており、
その平均粒子径Ｄ（長径と短径の平均値）は６，９μａ
ｌであり、０．３　Ｄ　〜１．８　Ｄすなわち２．１μ
ｍ（１４） 〜１２４μｍの範囲の粒子径をもつ結晶粒子の個数の割
合が９７％を占めるものであった。

実施例　２ 実施例１のＺｎＯターゲットの代りに金属アルミニウム
をターゲットとして窒素、アルゴン等量の混合ガスを用
い、圧力Ｉ　Ｘ　１０−２Ｔｏｒｒ、基板温度２００℃
の条件で高周波マグネ）ｐンスパッタリングすることに
よってＣ軸配向したＡ／、Ｎ薄膜形成させ、ＡｔＮ基板
とＡｔＮ薄膜の界面に櫛形電極をもつ構造の素子を作成
した。実施例１と同様にして電気機械係数を測定したと
ころ、ｈ／λ＝０．１８でＫ１１＝　６．０％、■ｐ＝
７２２０ｒｒＬ／秒であった。

【図面の簡単な説明】

添付図面第１図は、実施例１で得られた窒化アルミニウ
ム焼結体を機械的に破断し、その一部を顕微鏡で５つし
た写真である。 第１図

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）窒化アルミニウム焼結体よりなる板状基板の少な
   くとも片方の面に圧電性薄膜及び電極を積層してなる弾
   性表面波素子。
2. （２）窒化アルミニウム焼結体が機械的な破断面が明瞭
   な輪郭によって互に区別される微細な結晶粒の緊密な充
   填状態によって形成されており、該微細な結晶粒の該破
   断面における該明瞭な輪郭は多角形状であり、該微細な
   結晶は該明瞭な輪郭によって規定される該破断面におけ
   る平均粒子径をＤ（μｍ）で定義するとき０．３　Ｄ−
   １，８Ｄの範囲の粒子径を持つ結晶粒の個数が少なくと
   も７０％を占めることによって構成されているものであ
   る特許請求の範囲（１）記載の弾性表面波菓子。
3. （３）　窒化アルミニウム焼結体が密度３．２０１１／
   ｄ以−Ｆである特許請求の範囲（１）記載の弾性表面波
   素子。
4. （４）　窒化アルミニウム焼結体が陽イオン不純物を０
   ．３重に％以下含有している特許請求の範囲（１）記載
   の弾性表面波素子。
5. （５）圧電性薄膜が酸化亜鉛または窒化アルミニウムの
   薄膜である特許請求の範囲（１）記載の弾性表面波素子
   。
6. （６）″［極が櫛形′ｆ！Ｌ極である特許請求の範囲（
   １）記載の弾性表面波素子。