JPS6135716B2 - - Google Patents
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- JPS6135716B2 JPS6135716B2 JP56160062A JP16006281A JPS6135716B2 JP S6135716 B2 JPS6135716 B2 JP S6135716B2 JP 56160062 A JP56160062 A JP 56160062A JP 16006281 A JP16006281 A JP 16006281A JP S6135716 B2 JPS6135716 B2 JP S6135716B2
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- zinc oxide
- oxide film
- acoustic wave
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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
- H03H9/02—Details
- H03H9/02535—Details of surface acoustic wave devices
- H03H9/02818—Means for compensation or elimination of undesirable effects
- H03H9/02834—Means for compensation or elimination of undesirable effects of temperature influence
-
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- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
- H03H9/02—Details
- H03H9/02535—Details of surface acoustic wave devices
- H03H9/02543—Characteristics of substrate, e.g. cutting angles
- H03H9/02574—Characteristics of substrate, e.g. cutting angles of combined substrates, multilayered substrates, piezoelectrical layers on not-piezoelectrical substrate
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Surface Acoustic Wave Elements And Circuit Networks Thereof (AREA)
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。
を有する構造の表面弾性波素子に関するものであ
る。
弾性体表面に沿つ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。
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（LiNbO3）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ツクス、
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
セラミツクスは電気機械結合係数Ｋ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
および圧電セラミツ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するこ
とは困難である。
チウム（LiNbO3）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ツクス、
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
セラミツクスは電気機械結合係数Ｋ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
および圧電セラミツ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するこ
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１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。
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１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
圧電セラミツ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、信号の遅延時間の問題
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。
は、電気機械結合係数Ｋが上記圧電単結晶および
圧電セラミツ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、信号の遅延時間の問題
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（110）面と等価な結晶面で
カツ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、この酸化亜鉛膜に接
して誘電体膜および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。
で、基板材料として（110）面と等価な結晶面で
カツ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、この酸化亜鉛膜に接
して誘電体膜および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
止を示す断面図で、５はシリコン基板で（110）
面と等価な面でカツ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
直になるように形成された酸化亜鉛膜、７はその
酸化亜鉛膜６表面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、８，９は誘電
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。
止を示す断面図で、５はシリコン基板で（110）
面と等価な面でカツ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
直になるように形成された酸化亜鉛膜、７はその
酸化亜鉛膜６表面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、８，９は誘電
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はアルミニユウム等の金属が周知
の蒸着法等により形成される。
パッタ法、CVD法等の手段で形成され、またく
し型電極８，９はアルミニユ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。
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つて得られた
特性曲線を示すもので、横軸は酸化亜鉛膜６の膜
厚ｈ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Ｋの二剰値K2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
合には、電気機械結合係数Ｋの二剰値K2は第３
図の特性において曲線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。
特性曲線を示すもので、横軸は酸化亜鉛膜６の膜
厚ｈ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Ｋの二剰値K2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
合には、電気機械結合係数Ｋの二剰値K2は第３
図の特性において曲線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。
また直線Ｂはニオブ酸リチウム（LiNbO3）基板
におけるK2の最大値を示すもので、約5.5％の値
となる。更に曲線Ｃは表面弾性波としてレイリー
波を用いた場合のK2の変化を示す。
におけるK2の最大値を示すもので、約5.5％の値
となる。更に曲線Ｃは表面弾性波としてレイリー
波を用いた場合のK2の変化を示す。
第３図の特性から明らかなように、シリコン５
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ｈを0.9＜２
πｈ／λ＜3.0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。
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ｈを0.9＜２
πｈ／λ＜3.0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。
因みに第４図及び第５図は夫々シリコン基板の
カツト面及び表面弾性波を励振すべき伝播軸が
（111），〔112〕及び（100），〔010〕である第２図
と同様な構成の素子のK2の特性図で、K2は本発
明の方が大きく、また曲線Ａ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。
カツト面及び表面弾性波を励振すべき伝播軸が
（111），〔112〕及び（100），〔010〕である第２図
と同様な構成の素子のK2の特性図で、K2は本発
明の方が大きく、また曲線Ａ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高いということは、第６
図のようにその境界部に金属膜１０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。
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１０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がエピタキシヤル成長層を
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。
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１１を、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。
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を、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。
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、くし型
電極はシリコン基板上に設けた構造にすることが
できる。またそのく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。
電極はシリコン基板上に設けた構造にすることが
できる。またそのく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のカツト面および表面
弾性波を励振すべき伝播軸は、それぞれ（110）
面、（100）面および〔001〕軸方向、および
〔011〕軸方向から数度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つた。
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のカツト面および表面
弾性波を励振すべき伝播軸は、それぞれ（110）
面、（100）面および〔001〕軸方向、および
〔011〕軸方向から数度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つた。
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ツトされたシリ
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、この酸化亜鉛膜表面に誘電体膜および
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。
基板材料として所定の結晶面でカツトされたシリ
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、この酸化亜鉛膜表面に誘電体膜および
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大きくすること
ができるので、表面弾性波トランスジユーサのイ
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。
ができるので、表面弾性波トランスジユーサのイ
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ユーサの
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。
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。
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
なる。
を用いる場合は、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
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。
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。
第１図は従来例を示す断面図、第２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図は本発明により得られた結果を示す特
性図、第４図及び第７図は夫々他の素子構成例の
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……くし型電極、１０
……金属膜。
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図は本発明により得られた結果を示す特
性図、第４図及び第７図は夫々他の素子構成例の
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……くし型電極、１０
……金属膜。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ （110）面と等価な結晶面でカツトされたシ
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〔001〕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。
Priority Applications (17)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56031562A JPS57145419A (en) | 1981-03-05 | 1981-03-05 | Surface acoustic wave element |
| JP56139724A JPS5844806A (ja) | 1981-03-05 | 1981-09-07 | 弾性表面波用素子 |
| JP56153827A JPS5856515A (ja) | 1981-03-05 | 1981-09-30 | 表面弾性波素子 |
| JP56153826A JPS5856514A (ja) | 1981-03-05 | 1981-09-30 | 表面弾性波素子 |
| JP56153825A JPS5856513A (ja) | 1981-03-05 | 1981-09-30 | 表面弾性波素子 |
| JP56160062A JPS5861686A (ja) | 1981-03-05 | 1981-10-09 | 表面弾性波素子 |
| JP56163148A JPS5863214A (ja) | 1981-03-05 | 1981-10-12 | 表面弾性波素子 |
| US06/354,430 US4449107A (en) | 1981-03-05 | 1982-03-03 | Surface elastic wave element |
| FR8203628A FR2509927B1 (fr) | 1981-03-05 | 1982-03-04 | Element a onde elastique de surface |
| GB8206465A GB2095948B (en) | 1981-03-05 | 1982-03-04 | Surface elastic wave element |
| DE3208239A DE3208239C2 (de) | 1981-03-05 | 1982-03-05 | Oberflächenwellenbauelement |
| NL8200935A NL8200935A (nl) | 1981-03-05 | 1982-03-05 | Oppervlakte-elastisch golfelement. |
| NL8203917A NL8203917A (nl) | 1981-03-05 | 1982-10-08 | Element voor elastische oppervlaktegolven. |
| FR8216922A FR2514567B1 (fr) | 1981-03-05 | 1982-10-08 | Element a onde elastique de surface |
| GB08228854A GB2110033B (en) | 1981-03-05 | 1982-10-08 | Surface elastic wave element |
| US06/433,483 US4480209A (en) | 1981-10-09 | 1982-10-08 | Surface acoustic wave device having a specified crystalline orientation |
| DE19823237358 DE3237358A1 (de) | 1981-03-05 | 1982-10-08 | Element fuer elastische oberflaechenwellen |
Applications Claiming Priority (7)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56031562A JPS57145419A (en) | 1981-03-05 | 1981-03-05 | Surface acoustic wave element |
| JP56139724A JPS5844806A (ja) | 1981-03-05 | 1981-09-07 | 弾性表面波用素子 |
| JP56153825A JPS5856513A (ja) | 1981-03-05 | 1981-09-30 | 表面弾性波素子 |
| JP56153826A JPS5856514A (ja) | 1981-03-05 | 1981-09-30 | 表面弾性波素子 |
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| JP56160062A JPS5861686A (ja) | 1981-03-05 | 1981-10-09 | 表面弾性波素子 |
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