JPS6116610A - 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ＭＪ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（
Ｌ　１Ｎｂ０３　）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５Ｋ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【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ｋｍ造することは国難である。

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ｌ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ｉＥ電極、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を
る。

しかしながら圧電薄膜を用いた表面弾性板素子は、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大きいために、信
号の遅延時間な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（１００）面と等価な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酸化亜鉛族を形
成し、この酸化亜鉛膜に接して誘電体膜および電極な形
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的を説明する。

第２図は本発明の一実施的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、６はその上に形成され圧
電軸がシリコン基板５面に垂直にかるように形成された
酸化亜鉛族、７はその酸化亜ｆｊ＆展６表面に部分的に
形成された＃電体展で−Ｊえば二酸化シリコンから成り
、８，９はａ電体膜７が存在していない酸化亜鉛膜６表
面に形成されたくし型電極である。

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
はアルミニウム等の金属が周知の蒸着−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＆８に対し、上記
シリコン５の（０１１）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Ｉｉ＆６表面を伝播して出力電極９に至る。

弗３図は以上の本発明実施的によって得られた特性曲線
を示すもので、横軸は酸化亜鉛族６の躾厚りの規格化さ
れた厚さを２πｈ１λ（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に’に百分
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ｊｉ４６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２は
第３図の特性において曲１ｗＡのような変化ｔする。な
おこの曲ｉＡは表面弾性波のうち上記のようなセザワ仮
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（ＬｉＮｂ０ａ　）基板
におけるに２の最大値を示すもので、約５．５％の値と
をる。更に曲線Ｃは表面弾性波としてレイリー波な用い
た場合のに２の変化を示している〇第３図の特性から明
らかなように、シリコン５の（ｏｏｉ　Ｅ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Ｍ６の
展厚りを０．９＜２πｈ／λ＜３．０の範囲とをるよう
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１！！械結合係数を得ることができる。

因みに第６図及び第７図は夫々シリコン基板のカット面
及び表面弾性波を励振すべき伝播軸が（１１１ン、　　
（１１−２）及び（１００）　＃　　（０１０）である
第２図と同様な構成の素子のに２の特性図でに２は本発
明の方が大きく、また曲線へのピーク値における膜厚も
本発明の方が薄く製作上有利である。

上述のように、シリコン基板５と酸化亜鉛膜６間の境界
近傍の導電率が島いということは、第４図のようにその
境界部に金属膜ｌＯ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
るような場合でもノく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５図は本発明の他の実施ｆＰ４に示すもので、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１１　Ｙ、くし型電極８，９表面を含んだ
酸化亜鉛膜６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ｓ我し
ている二酸化シリコンはシリコン基＆５と酸化亜鉛膜６
とで決定する素子の温度係数な打ち消す方向に働くため
に、素子全体としてば小さな温度係数な持たせることが
できる。

さらにまた本発明の他の実施的とじて、＜シ屋電極はシ
リコン基板上に設けた構造にすることができろ。またそ
のくし型電極に対向した酸化亜鉛膜上に金属族を付着さ
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
ｖｃ垂直な方向からの１嘆きがほぼ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（１００）面および（０１１）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酸化亜鉛膜を形成し、この酸化亜
鉛Ｍ表面に誘′１体膜および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
ａ８篭体換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大きくすることができる
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釦
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板として特にセザワ波？用いる
場合は、その位相速度が大なる性質を利用して特に高周
波用素子の実現を計る場合有利とをる。

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Ｋ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図は従来的を示す断面図、第２図、第４図およびＭ
５図はいずれも本発明実施例を示す断面図、第３図は本
発明により得られた結果を示す特性図、第６図及び第７
図は夫々他の素子Ｓ成例の特性図である。 ５・・・シリコン基板、６・・・酸化亜鉛膜、７，１１
・・・誘電体膜、８．９・・・（し型電極、１０・・・
金属族。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、（１００）面と等価な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誘電体膜
   および電極とを含み、上記シリコンの〔０１１〕軸方向
   と等価な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項に記載の表面弾性
   波素子。 ３、上記酸化亜鉛膜の膜厚ｈ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２
   項のいずれかに記載の表面弾性波素子。 ４、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３項のいずれかに記
   載の表面弾性波素子。 ５、上記誘電体膜が酸化亜鉛膜表面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４
   項のいずれかに記載の表面弾性波素子。 ６、上記誘電体膜が酸化亜鉛膜表面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４項のいずれかに記載の表面弾性波素子。