JPS60210018A - 薄膜圧電振動子 - Google Patents
薄膜圧電振動子Info
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- JPS60210018A JPS60210018A JP6629484A JP6629484A JPS60210018A JP S60210018 A JPS60210018 A JP S60210018A JP 6629484 A JP6629484 A JP 6629484A JP 6629484 A JP6629484 A JP 6629484A JP S60210018 A JPS60210018 A JP S60210018A
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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
- H03H9/15—Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material
- H03H9/17—Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material having a single resonator
- H03H9/171—Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material having a single resonator implemented with thin-film techniques, i.e. of the film bulk acoustic resonator [FBAR] type
- H03H9/172—Means for mounting on a substrate, i.e. means constituting the material interface confining the waves to a volume
- H03H9/174—Membranes
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- Physics & Mathematics (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)
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】
水発明は圧電性薄膜を用いたＶＨＦ、 ＵＨＦ用高周波
圧電振動子に関し、特にシリコン薄膜と圧電、性薄膜と
を主振動部材とする複合構造の振動部位を有する薄膜圧
電撮動子に関するものである。
圧電振動子に関し、特にシリコン薄膜と圧電、性薄膜と
を主振動部材とする複合構造の振動部位を有する薄膜圧
電撮動子に関するものである。
（従来技術とその問題点）
近来、５０ＭＨ′を以上の高周波領域においてバルク波
厚み振動の基本振動或いは低次の高調波振動が利用でき
る圧電振動子が提案された。たとえは、ケー・エム・ラ
ーキン、ジェイ・ニス・ワオン（Ｋ、Ｍ、Ｌａｋｉｎ＋
Ｊ、Ｓ、Ｗａｎｇ）にエリ、アプライド・フィツクス・
レターズ（Ａｐｐｌｉｅｄ ＰｈｙｓｉｃｓＬｅｔｔｅ
ｒｓ） １９８１年２月１日号（Ｖｏｌ 、３８ 、Ｎ
ｎ ３ ）１２５ページから１２７ページに、［Ａｃｏ
ｕｓｔｉｃ ＢｕｌｋＷａｖｅ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ
Ｒｅ５ｏｎａｔｏｒｓ Ｊと題して発表された一文にお
いては第１図に示した如き構造のものが示されている。
厚み振動の基本振動或いは低次の高調波振動が利用でき
る圧電振動子が提案された。たとえは、ケー・エム・ラ
ーキン、ジェイ・ニス・ワオン（Ｋ、Ｍ、Ｌａｋｉｎ＋
Ｊ、Ｓ、Ｗａｎｇ）にエリ、アプライド・フィツクス・
レターズ（Ａｐｐｌｉｅｄ ＰｈｙｓｉｃｓＬｅｔｔｅ
ｒｓ） １９８１年２月１日号（Ｖｏｌ 、３８ 、Ｎ
ｎ ３ ）１２５ページから１２７ページに、［Ａｃｏ
ｕｓｔｉｃ ＢｕｌｋＷａｖｅ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ
Ｒｅ５ｏｎａｔｏｒｓ Ｊと題して発表された一文にお
いては第１図に示した如き構造のものが示されている。
この第１図に示す圧電振動子は、表面が（１００）面で
あるようなシリコン基板１１の表面に拡散或いはエピタ
キシャル成是シこよってボロンを７ Ｘ １０”ｃｒｆ
Ｌ−”以上の濃度にドープしたシリコン薄膜１２を形成
した後、エチレンジアミン、ピーカテコール及び水から
なるエツチング液（以下ＥＤＰ液という）によって基板
１１に空孔１０を形成し、さらにシリコン薄膜１２の上
に圧部゛性薄膜１３、下部電極１４を形成し、またシリ
コン薄膜１２の他面に下部電極１５を形成することによ
って製造される。上記論文においては酸化亜鉛（ＺｎＯ
）からなる圧電性薄膜が１μｍ１シリコン薄膜が６μｍ
の場合に共振点４３５ＭＨ％におけるクォリティ・ファ
クタ（以下Ｑという）として３０００という値か示され
ている。
あるようなシリコン基板１１の表面に拡散或いはエピタ
キシャル成是シこよってボロンを７ Ｘ １０”ｃｒｆ
Ｌ−”以上の濃度にドープしたシリコン薄膜１２を形成
した後、エチレンジアミン、ピーカテコール及び水から
なるエツチング液（以下ＥＤＰ液という）によって基板
１１に空孔１０を形成し、さらにシリコン薄膜１２の上
に圧部゛性薄膜１３、下部電極１４を形成し、またシリ
コン薄膜１２の他面に下部電極１５を形成することによ
って製造される。上記論文においては酸化亜鉛（ＺｎＯ
）からなる圧電性薄膜が１μｍ１シリコン薄膜が６μｍ
の場合に共振点４３５ＭＨ％におけるクォリティ・ファ
クタ（以下Ｑという）として３０００という値か示され
ている。
しかしながら、シリコン薄膜上に形成されたＺｎＯ薄膜
はＣ軸配向した多結晶膜であり、その音響的損失はシリ
コンに比較して大きい。上記論文において３０００とい
う比較的大きなＱが得られているのはシリコン薄膜に比
べてＺｎＯの厚さが１／６と小さいためである。たとえ
ば、ティー・ダブリュー・グラドコフスキー（Ｔ 、Ｗ
、 Ｇｒｕｄｋｏｗｓｋｉ ）らにエリアブライド・フ
ィジクス・レクーズ（Ａｐｐｌｉ−ｅｄ Ｐｈｙｓｉｃ
ｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ ）１９８０年１２月１日号（Ｖｏ
ｌ 、 ３７ ＋１ｔＬ１１ ） ９９３ページから９
９５ページに「Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌ −ｍｏｄｅ
ＶＨＦ／ＵＨＦ ｍ１ｎｉａｔｕｒｅ ａｃｏ−ｕｇｔ
ｉｃ ｒｅｓｏｎａｔｏｒａ ａｎｄ ｆｉｌｔｅｒｓ
ｏｎ ５ｉｌｉｃｏｎ Ｊと題して発表された論文に
おいては、 ＺｎＯか２．１μｍ１シリコンが４．４μ
ｍの場合、５００Ｍ）ＩににおいてＱが１２００であっ
たと示されている。この場合シリコンに対するＺｎＯの
厚さ比は０．４８であり、ラーキンらの場合に比べてＺ
ｎＯの占める割合が大きいため、ＺｎＯの音響的損失に
よってＱが小さくなっている。
はＣ軸配向した多結晶膜であり、その音響的損失はシリ
コンに比較して大きい。上記論文において３０００とい
う比較的大きなＱが得られているのはシリコン薄膜に比
べてＺｎＯの厚さが１／６と小さいためである。たとえ
ば、ティー・ダブリュー・グラドコフスキー（Ｔ 、Ｗ
、 Ｇｒｕｄｋｏｗｓｋｉ ）らにエリアブライド・フ
ィジクス・レクーズ（Ａｐｐｌｉ−ｅｄ Ｐｈｙｓｉｃ
ｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ ）１９８０年１２月１日号（Ｖｏ
ｌ 、 ３７ ＋１ｔＬ１１ ） ９９３ページから９
９５ページに「Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌ −ｍｏｄｅ
ＶＨＦ／ＵＨＦ ｍ１ｎｉａｔｕｒｅ ａｃｏ−ｕｇｔ
ｉｃ ｒｅｓｏｎａｔｏｒａ ａｎｄ ｆｉｌｔｅｒｓ
ｏｎ ５ｉｌｉｃｏｎ Ｊと題して発表された論文に
おいては、 ＺｎＯか２．１μｍ１シリコンが４．４μ
ｍの場合、５００Ｍ）ＩににおいてＱが１２００であっ
たと示されている。この場合シリコンに対するＺｎＯの
厚さ比は０．４８であり、ラーキンらの場合に比べてＺ
ｎＯの占める割合が大きいため、ＺｎＯの音響的損失に
よってＱが小さくなっている。
上記のように、従来シリコンの上に形成されていた圧電
性薄膜は多結晶膜であるため音響的損失が大きく、シリ
コン薄膜に対する圧、電性薄膜の厚さ比が大きくなると
、小さなＱ値しか得られないという欠点があった。振動
子の電気機械結合係数はシリコン薄膜に対する圧電性薄
膜の厚さ比が小さＸなるにしたがって急激に減少するか
ら、実用的な見地からはシリコン薄膜に対する圧電性薄
膜の厚さ比が十分大きく、かつＱ値の大きい振動子が必
要である。
性薄膜は多結晶膜であるため音響的損失が大きく、シリ
コン薄膜に対する圧、電性薄膜の厚さ比が大きくなると
、小さなＱ値しか得られないという欠点があった。振動
子の電気機械結合係数はシリコン薄膜に対する圧電性薄
膜の厚さ比が小さＸなるにしたがって急激に減少するか
ら、実用的な見地からはシリコン薄膜に対する圧電性薄
膜の厚さ比が十分大きく、かつＱ値の大きい振動子が必
要である。
（発明の目的）
本発明の目的は、このような従来の欠点を除去せしめて
、電気機械結合係数が大きく、かつＱ値の大きい薄膜圧
電振動子を提供することにある。
、電気機械結合係数が大きく、かつＱ値の大きい薄膜圧
電振動子を提供することにある。
（発明の構成）
本発明によれば、ボロンを高濃度にドープしたシリコン
単結晶からなる薄膜部材と、その上に形成された酸化物
単結晶薄膜と、さらに酸化物単結晶薄膜の上に形成され
た圧電性単結晶薄膜と電極とから構成される振動部位を
有し、該振動部位の周縁部かシリコン基板によって支持
さ１７１ｃ構遵に特徴とする薄膜圧電振動子が得られる
。
単結晶からなる薄膜部材と、その上に形成された酸化物
単結晶薄膜と、さらに酸化物単結晶薄膜の上に形成され
た圧電性単結晶薄膜と電極とから構成される振動部位を
有し、該振動部位の周縁部かシリコン基板によって支持
さ１７１ｃ構遵に特徴とする薄膜圧電振動子が得られる
。
本発明は上述の構成をとることにより従来技術の問題点
を解決した。
を解決した。
次に本発明の詳細な説明する。
第２図に本発明による薄膜圧電振動子の構造の一例を示
す。まず面方位が（１００）のシリコン基板１１の表面
に拡散〆或いはエピタキシャル成長によってボロンを７
Ｘ １０”ｃＩｒＬ−”以上の濃度にドープしたシリ
コン薄膜１２を形成した後、この上にスピネル、マグネ
シア、サファイアなどの酸化物単結晶薄膜１６をエピタ
キシャル成長させる。薄膜の成長方法としてはＣＶＤ法
が適当であるが、ＭＯ−ＣＶＤ法、分子線エピタキシー
法などによっても成長させることができる。次にＥＤＰ
液によってシリコン基板１１のエツチングを行なって空
孔１２を形成する。次に酸化物単結晶薄膜１６の上に圧
電性薄膜１３をエピタキシャル成長させる。圧電性薄膜
としては酸化亜鉛（ＺｎＯ）或いは屋化アルミニウム（
ＡＩＮ ）が適当であり、成長方法としては低温化の観
点からスパッタ法が適当であるが、ＣＶＤ法、ＭＯ−Ｃ
ＶＤ法、イオンブレーティング法などによっても成長さ
せることができる。圧電性薄膜１３の表面及びシリコン
薄膜１２の下面には電極１４．１５ を形成する。従来
、シリコン基板の上にはＣ軸配向した多結晶の圧電性薄
膜しか成長できなかったが、本発明においては、シリコ
ン上にまず酸化物単結晶薄膜をエピタキシャル成長させ
、この上に圧電性薄膜を成長させることにより、単結晶
の圧電性薄膜を形成することができ、この点が本発明の
大きな特徴である。単結晶の圧電、性薄膜は従来の多結
晶膜に比べて音響的損失が極めて小さく、シたがって本
発明の振動子では、シリコン薄膜に対する圧電性薄膜の
厚さ比が大きい場合においても、十分大きなＱ値が得ら
れる。
す。まず面方位が（１００）のシリコン基板１１の表面
に拡散〆或いはエピタキシャル成長によってボロンを７
Ｘ １０”ｃＩｒＬ−”以上の濃度にドープしたシリ
コン薄膜１２を形成した後、この上にスピネル、マグネ
シア、サファイアなどの酸化物単結晶薄膜１６をエピタ
キシャル成長させる。薄膜の成長方法としてはＣＶＤ法
が適当であるが、ＭＯ−ＣＶＤ法、分子線エピタキシー
法などによっても成長させることができる。次にＥＤＰ
液によってシリコン基板１１のエツチングを行なって空
孔１２を形成する。次に酸化物単結晶薄膜１６の上に圧
電性薄膜１３をエピタキシャル成長させる。圧電性薄膜
としては酸化亜鉛（ＺｎＯ）或いは屋化アルミニウム（
ＡＩＮ ）が適当であり、成長方法としては低温化の観
点からスパッタ法が適当であるが、ＣＶＤ法、ＭＯ−Ｃ
ＶＤ法、イオンブレーティング法などによっても成長さ
せることができる。圧電性薄膜１３の表面及びシリコン
薄膜１２の下面には電極１４．１５ を形成する。従来
、シリコン基板の上にはＣ軸配向した多結晶の圧電性薄
膜しか成長できなかったが、本発明においては、シリコ
ン上にまず酸化物単結晶薄膜をエピタキシャル成長させ
、この上に圧電性薄膜を成長させることにより、単結晶
の圧電性薄膜を形成することができ、この点が本発明の
大きな特徴である。単結晶の圧電、性薄膜は従来の多結
晶膜に比べて音響的損失が極めて小さく、シたがって本
発明の振動子では、シリコン薄膜に対する圧電性薄膜の
厚さ比が大きい場合においても、十分大きなＱ値が得ら
れる。
（実施例）
以下本発明の実施例について詳細に説明する。
（実施例１．）
表面が（１００）面であるようなシリコン基板の表面に
ＣＶＤ法でボロンを７Ｘ１０”儂−３以上の濃度にドー
プした厚さ３μｍのシリコン薄膜をエピタキシャル成長
させた。この上にＣＶＤ法で厚さ０．２μｍのマグイシ
ア・スピネル（ＭｇＯ・Ａ ｌ ｚ Ｏｓ ）をエピタ
キシャル成長させた後、窒化シリコン（Ｓｔ、Ｎ４）膜
をエツチング・マスクとしてシリコン基板の裏面からＥ
ＤＰ液によってエツチングを行ない、空孔を形成した。
ＣＶＤ法でボロンを７Ｘ１０”儂−３以上の濃度にドー
プした厚さ３μｍのシリコン薄膜をエピタキシャル成長
させた。この上にＣＶＤ法で厚さ０．２μｍのマグイシ
ア・スピネル（ＭｇＯ・Ａ ｌ ｚ Ｏｓ ）をエピタ
キシャル成長させた後、窒化シリコン（Ｓｔ、Ｎ４）膜
をエツチング・マスクとしてシリコン基板の裏面からＥ
ＤＰ液によってエツチングを行ない、空孔を形成した。
次にマグネシア・スピネル単結晶膜の上に厚さ４μｍの
ＺｎＯをＲＦマグネトロン・スパッタ法を用いて基板温
度５００℃でエピタキシャル成長させた。Ｘ線回折及び
電子線回折にエリ、 ＺｎＯ膜は単結晶膜であることが
確認された。ＺｎＯ単結晶膜の表面及びシリコン薄膜の
下面に蒸着法によってアルミニウムの電極を形成して第
２図の構造の薄膜圧電振動子を作成した。
ＺｎＯをＲＦマグネトロン・スパッタ法を用いて基板温
度５００℃でエピタキシャル成長させた。Ｘ線回折及び
電子線回折にエリ、 ＺｎＯ膜は単結晶膜であることが
確認された。ＺｎＯ単結晶膜の表面及びシリコン薄膜の
下面に蒸着法によってアルミニウムの電極を形成して第
２図の構造の薄膜圧電振動子を作成した。
（実施例２．）
圧電性薄膜としてＡＩＮをマグネシア・スピネル単結晶
膜の上にエピタキシャル成長させ、実施例１とまったく
同様に薄膜圧電動子を作成した。実施例１と同様にＡＩ
Ｎ膜は単結晶膜であることが確認された。
膜の上にエピタキシャル成長させ、実施例１とまったく
同様に薄膜圧電動子を作成した。実施例１と同様にＡＩ
Ｎ膜は単結晶膜であることが確認された。
以上の他に酸化物単結晶薄膜としてマグネシア（ＭｇＯ
入サフサファイアＬ２０ｓ）をシリコン薄膜上にエピタ
キシャル成長させ、この上にＺｎＯ或いはＡＩＮをエピ
タキシャル成長させた薄膜圧電振動子も実施例１と同様
の方法で作成した。
入サフサファイアＬ２０ｓ）をシリコン薄膜上にエピタ
キシャル成長させ、この上にＺｎＯ或いはＡＩＮをエピ
タキシャル成長させた薄膜圧電振動子も実施例１と同様
の方法で作成した。
従来の薄膜圧電振動子、すなわちシリコン薄膜上にＺｎ
Ｏ或いはＡＩＮの多結晶膜を形成したものと、本発明の
前記実施例の薄膜圧電振動子について、共振点における
Ｑ値を測定して比較した。シリコン薄膜と圧電性薄膜の
厚さは実施例に示しだとおり３μツ及び４μｍである。
Ｏ或いはＡＩＮの多結晶膜を形成したものと、本発明の
前記実施例の薄膜圧電振動子について、共振点における
Ｑ値を測定して比較した。シリコン薄膜と圧電性薄膜の
厚さは実施例に示しだとおり３μツ及び４μｍである。
共振周波数はＺｎＯを用いたものでは約５００ＭＨ２％
ＡＩＮを用いたものでは約４００ＭＨ２であった。測定
の結果、従来の撮動子では８００、本発明の振動子では
３０００というＱ値が得られた。
ＡＩＮを用いたものでは約４００ＭＨ２であった。測定
の結果、従来の撮動子では８００、本発明の振動子では
３０００というＱ値が得られた。
（発明の効果）
以上詳細に述べた通り、本発明によれば電気機械結合係
数が大きく、かつ従来に比べ圧電、性薄膜の膜厚をシリ
コン薄膜の膜厚に対して相対的に厚くしてもＱ ｌｌ（
ｆの大きい薄膜圧電振動子がイＵられる。
数が大きく、かつ従来に比べ圧電、性薄膜の膜厚をシリ
コン薄膜の膜厚に対して相対的に厚くしてもＱ ｌｌ（
ｆの大きい薄膜圧電振動子がイＵられる。
第１図は従来の薄膜圧電振動子の概略図、第２図は本発
明の一実施例を示す薄膜圧電振動子の概略図である。 図においてｌＯは空孔、１１はシリコン基板、１２はシ
リコン薄膜、１３は圧電性薄膜、１４．１５は電極、１
６は酸化物単結晶薄膜をそれぞれ示す。 オ １ 図
明の一実施例を示す薄膜圧電振動子の概略図である。 図においてｌＯは空孔、１１はシリコン基板、１２はシ
リコン薄膜、１３は圧電性薄膜、１４．１５は電極、１
６は酸化物単結晶薄膜をそれぞれ示す。 オ １ 図
Claims (3)
- （１）ボロンを高濃度にドープしたシリコン単結晶から
なる薄膜部材と該薄膜部材の上に形成された酸化物単結
晶薄膜と、該酸化物単結晶薄膜の上に形成された圧電性
単結晶薄膜と電極とから構成される振動部位を有し、該
振動部位の周縁部がシリコン基板によって支持された構
造を特徴とする薄膜圧電振動子。 - （２）シリコン単結晶からなる薄膜部材の上に形成され
た酸化物単結晶薄膜はスピネル、マグネシア、サファイ
アのうちの１以上の材料からなる単結晶薄膜である特許
請求の範囲第１項記載の薄膜圧電撮動子。 - （３）酸化物単結晶薄膜の上に形成された圧電性単結晶
薄膜は酸化亜鉛、窒化アルミニウムのいずれかの材料か
らなる単結晶薄膜である特許請求の純
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6629484A JPS60210018A (ja) | 1984-04-03 | 1984-04-03 | 薄膜圧電振動子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6629484A JPS60210018A (ja) | 1984-04-03 | 1984-04-03 | 薄膜圧電振動子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60210018A true JPS60210018A (ja) | 1985-10-22 |
| JPH0548642B2 JPH0548642B2 (ja) | 1993-07-22 |
Family
ID=13311654
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6629484A Granted JPS60210018A (ja) | 1984-04-03 | 1984-04-03 | 薄膜圧電振動子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60210018A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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