JPS63144610A

JPS63144610A - 弾性表面波コンボルバ

Info

Publication number: JPS63144610A
Application number: JP29329486A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Okamoto; 猛岡本; Teruo Niitsuma; 新妻　照夫; Shoichi Minagawa; 皆川　昭一
Original assignee: Clarion Co Ltd
Current assignee: Faurecia Clarion Electronics Co Ltd
Priority date: 1986-12-08
Filing date: 1986-12-08
Publication date: 1988-06-16
Anticipated expiration: 2011-01-31
Also published as: JPH0810812B2

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】Ａ、産業上の利用分野本発明体圧電膜と半導体で構成されるモノリシック弾性
表面波（以下本明細書においてはＳＡＷと略記する。）
コンボルバの構造に関する。

Ｂ１発明の概要半導体基板上に圧電膜を形成し、その圧電膜上に矩形状
の出力ゲート電極の両側それぞれに少なくとも　２個の
同じ　ＳＡＷ　トランスデユーサ（以下本明細書におい
ては　ＩＤＴ　と略記する。）を設ける。それらの複数
個の　ＩＤＴ　のうち出力ゲート電極を挟さむ任意の１
対を入カドランスデューサとする。

本発明の有利な実施の態様においては、上記複数個の　
ＩＤＴ　は少なくとも３個であって、ＩＤＴの電極対数
を　Ｎに設計した場合には、複数の同じ電極対数をＮ／
２　　とし、それらの　ＩＤＴの電極周期が連続となる
ようにする。それらの　よりＴ　のうち隣接する２個の
　ＩＤＴ　を連結して一体化し、それらの一体化した入
力　ＩＤＴがゲートを挟んで１対存在する。

Ｃ３従来の技術従来、　　ＳＡＷ素子は水晶、ニオブ酸リチウム。

等の単結晶基板や、酸化亜鉛、窒化アルミニウム。

等の圧電体膜を非圧電体のガラス、シリコン、等の基板
上に形成して構成されている。　　ＳＡＷ素子は、これ
らの材料を用いて、フィルタ、共振器。

遅延線１等と組み合せて、小型、無調整というＳＡＷの
特徴を利用して、広く実用化されている。

しかし、無調整とは言っても、生産工程においては、結
晶基板の面方位軸の精度、工程上の　ＳＡＷ伝播方向と
結晶軸の間の誤差、ＩＤＴ　の金属膜厚の誤差および分
布や　１．ＤＴ　の電極幅１等により中心周波数や遅延
時間にばらつきが生じる。

したがって、　ＳＡＷ素子の動作状態においてのトリミ
ングが必要になる。

このトリミングの方法はＳＡＷ素子表面に種々の誘電膜
を形成し、　　ＳＡＷの伝播速度を可変にする方法や、
　ＩＤＴ電極等にレーザ光を照射し、電極金属を溶断す
る方法が考案されている。

しかし、これらの方法は素子自体を加工するため、素子
に損傷を与える危険性がある。特にＳＡＷと半導体を組
み合わせた素子においては、半導体に損傷を与える危険
性が大きい。

また、上述のトリミング方法においては、蒸着機、スパ
ッタ装置、またはレーザ装置を用いるので、高価であり
、さらに大きな空間が必要になる欠点がある。さらに、
圧電体膜をスパッタリング法や蒸着法により非圧電体基
板上に形成した層状構造のＳＡＷ素子においては、圧電
体膜の膜厚の目標値からのずれまたはウェハ内の膜厚分
布が特性のばらつきを生じさせる。例えば、第１１図に
示すように、圧電体である酸化亜鉛膜７　を非圧電体で
あるシリコン９上に形成した層状構造において、酸化亜
鉛膜の膜厚ｈ　に対するＳＡＷの速度ｖ（ｍ／ｓ）の関
係の一例を第１２図に示す６図中、λはＳＡＷの波長で
あり、１はレーレ−波は、２　はセザワ波についての速
度分散曲線である。酸化亜鉛膜の膜厚ｈ　とＳＡＷの波
長λ　の間には一定の関係があり、圧電体７の膜厚ｈ　
により速度が大きく変化することがわかる。

第１３図は第１１図に示す素子の平面図およびＳＡＷコ
ンボルバとして用いる時の電気的構成を示す１図中、３
は層状構造からなる基板であり、コンボルバの出力ゲー
ト　６は入力　ＩＤＴ４．５間に設けられている。１’
３．１４　は入力ＩＤＴ用整合回路、１５は出力ゲート
用整合回路であり、それぞれは端子１０．１０’　　；
　　１１゜１１′　；　および１２　を介して接続され
ている。

例えば、第１１図および第１３図に示すコンボルバをス
ペクトラム拡散通信（５ｐｒｅａｄ　Ｓｐｅｃｔｒｕｍ
Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　）　（以下本明細書にお
いてはＳＳＣと略記する。）受信機として用いる場合に
は、端子１６　に目的信号を、端子１７　に参照信号を
入力し、端子　１８　からそれぞれの入力信号の相関出
力が得られる。

この動作において１例えば面入力拡散信号が端子１６お
よび１７　に入力されてから端子１８　に相関出力が発
生するまその時間は第１４図に示す出力ゲート　６　の
ＳＡＷ伝播方向の長さ　Ω　に依存する。第１４図の　
１９　は第１３図の　ＩＤＴ４　から右方向に伝播する
ＳＡＷ　を示し、２０は　ＩＤＴ５　から左方向に伝播
するＳＡＷを示す０例えば、肩入力信号が同時に端子１
６および１７に入力された場合には、第１４図に示すよ
うに、ゲート　１６上に丁度面入力信号が重なった時刻
において相関出力が得られる。

すなわち、信号が入力されてから相関出力が発生するま
での時間Ｔはゲート長　０　だけＳＡＷが伝播した後で
ある。たゾし、端子１６　から端子１０，１０″までの
時間、端子１７　がら端子１１．１１’　までの時間は
、一般に、ゲート長Ｑ　に対応する遅延時間に対して無
視できるので、Ｖ　を　ＳＡＷの速度とすれば、Ｔは（
１）式で表わされる。

Ω Ｔ＝□　　　　　・・・・・・・・・（１）■ （１）式で表わされる　ＳＡＷの速度Ｖは、上述したよ
うに、酸化亜鉛膜の膜厚ｈ　によりばらつ＜、シたがっ
て、ＳＳＣ受信機において、入力信号が印加されてから
相関出力を得るまでの時間にばらつきが生じる。

このような圧電膜のウェハ内における膜厚分布および目
標の膜層からのずれは作製方法および作製装置に依存す
るが、一般に生じる問題である。

そして、ある膜厚範囲または遅延時間範囲を満足する部
分をウェハから選択すればよいが、この場合には歩留り
が低下する。

Ｄ、考案が解決しようとする問題点本発明の目的は、層状構造のＳＡＷコンボルバにおいて
、遅延時間を調整するに当り、素子に損傷を与えずに、
容易に調整を可能にする。安価な　ＳＡＷコンボルバを
提供することである。

Ｅ０問題点を解決するための手段上記目的を達成するために１本願の第１の発明による　
ＳＡＷコンボルバは、半導体基板と、該半導体基板の上
に設けられた圧電膜と、該圧電膜の上に設けられたゲー
ト電極と、上記圧電膜上であって、上記ゲート電極の両
側に設けられ、少なくとも一方の側に複数個設けられた
各々同等なＩＤＴ　とを含むことを要旨とする。

本願の第２の発明による　ＳＡＷコンボルバは、半導体
基板と、該半導体基板の上に設けられた圧電膜と、該圧
電膜の上に設けられたゲート電極と。

上記圧電膜上であって、上記ゲート電極の両側に設けら
れ、各々は同等であり、少なくとも一方の側で少なくと
も３個で、　ＳＡＷの伝播方向に対して各電極の周期が
連続となる°ように配置され、所望のＳＡＷの伝播時間
によって定まる特定の隣接する二つが連結されている　
ＩＤＴ　を含む。

Ｆ１作用第２図に示す断面図のように、半導体として例えばシリ
コン　２７　を、そしてその上に圧電体膜例えば酸化亜
鉛膜２６　をスパッタリング法等により形成する。そし
て酸化亜鉛膜２６上に金属から成る複数個の入力　ＩＤ
Ｔ２１〜２４．矩形状の出力ゲート　２５　を形成する
。

第１図に示すように、入力　ＩＤＴ２１　〜２４　は出
力ゲート　２５　の左右の両端に、そして　ＳＡＷの伝
播路状に複数個配置する。そして。

第１図では左右に２個づ＼の　ＩＤＴ　を設けであるが
、例えばゲートの左端の　ＩＤＴ　　２１，２２のうち
いずれか一方を入力　ＩＤＴ用端子２８゜２８′に接続
する。また、同様に、ゲートの右端の　ＩＤＴ　　２３
．２４　のうちいずれか一方を入力　ＩＤＴ用端子２９
．２９’に接続する。

このように、入力　ＩＤＴ　　２１．２２　および２３
．２４　　が重ならないようにすることにより。

入力端子３０．３１　　に入力信号を印加すれば。

ＩＤＴ　　２１，２２　　のどちらか一方と　ＩＤＴ部
３．２４　　のどちらか一方から　ＳＡＷ　が発生し、
それぞれの　ＩＤＴ　と出力ゲート　２５　の間の距離
および出力ゲート　２５　の長さ、　ＳＡＷの速度から
決まる遅延時間の後に相関出力が端子３４　より発生す
る。

したがって、一方の入力　ＩＤＴ　を２個以上、そして
同様に他方の　ＩＤＴ　を２個以上出力ゲートの両端に
設けて、目的の遅延時間範囲になるような　ＩＤＴ　を
選択し、入力　ＩＤＴ用端子２８．２８’と　２９．２
９’に接続することにより、入力信号が印加されてから
相関出力を得るまでの遅延時間を調整することができる
。

二２で、入力　ＩＤＴ用端子に無接続となるＩＤＴ　が
存在するが、一般に、コンボルバは広帯域信号を取り扱
うために、　ＩＤＴ　の電極対数は少ない。したがって
、これらの無接続　ＩＤＴがＳＡＷ伝播路上に存在して
いても、反射波等の不要波レベルは非常に小さいために
、無視できる。もしこれらの　ＩＤＴ　による機械的反
射を軽減しなければならないときは、　ＩＤＴ　をダブ
ル電極構造にすればよい。

第１図の複数個の　ＩＤＴは目的の　ＩＤＴ　インピー
ダンス、帯域幅から決定する電極対数Ｎを持った、全て
同等な　ＩＤＴ　である６第３図に示すように、例えば
出力ゲート　２５の左側の　ＩＤＴ部について　ＩＤＴ
　２１，２２の中心間距離が　Ｑｌだけ離れているとす
ると。

ＩＤＴ２１と２２による遅延時間差ΔＴは（２）式にな
り、 ΔＴ　＝□　　　　　・・・・・・・・・（２）■ そして、ＩＤＴ　　２１．２２　　が重ならない条件（
３）が要求される。

Ｑｌ＞Ｎλ　　　　　　　　′　　（３）ここで　λは
ＳＡＷの波長である。

（２）および（３）式からＮλ ΔＴ〉□　　　　・・・・・・・・・（４）第１図およ
び第３図ではそれぞれ２個の　ＩＤＴがゲートの左側と
右側に設けられているが、２個以上設けられている場合
にも、同様に（４）式のようにΔＴだけ離散的な遅延時
間差になる。

このΔＴを小さくできれば、遅延時間に対してより細か
な調整が可能となる。以下にこの方法について説明する
。

第４図は出力ゲート　２５　の左側の　ＩＤＴ　につい
ての構造を示す、ここで入力　ＩＤＴの電極対数をＮと
なるように設計した場合には、ＩＤＴ　　３５〜３７の
電極対数はＮ／２　であり、そして、それぞれの電極周
期が連続になるように３個の同等な　ＩＤＴ　　’＆　
　ＳＡＷの伝播方向に沿って配置する。ここで、３５’
、３６’、３７’はＩＤＴ　　３５〜３７のボンディン
グパッド部である。

ここで、例えば　ＩＤＴ　３６．３７　のボンディング
パッド　３６’、３７’の隣合うものどうしをボンディ
ングワイヤ等により接続して、入力ＩＤＴ用端子に接続
すれば、ＩＤＴ　　３６と３７を一体とする　ＩＤＴ　
が入力　ＩＤＴ　　となる。また、同様に　ＩＤＴ　　
３５．３６　のボンディングパッド　３５’、３６’　
を接続し、入力　ＩＤＴ用端子に接続すれば、　　ＩＤ
Ｔ　　３５．３６　　を一体とする　ＩＤＴ　が入力　
ＩＤＴ　となる。

それぞれの　３５’、３６’、３７’の電極対数はＮ／
２　であり、電極周期が連続となっているので、一体化
した入力　ＩＤＴ　は設計したＮの電極対数となる。

この場合の遅延時間差ΔＴは第５図より（７）式になる
。

（５）および（６）式から　　　　ｖこのように（４）式に較べ少なくとも　１／２になる。

したがってより細かな遅延時間調整となる。

以上第４図および第５図では、ゲートの左側のＩＤＴ　
について述べたが、ゲート２５の右側のＩＤＴ　につい
ても同様に構成する。

また、第４図および第５図では、電極対数Ｎ／２　を持
った３個の　ＩＤＴ　について述べたが、３以上のＮ／
２　対を持った複数の同等な　ＩＤＴ　を構成し、隣り
合った２個の　ＩＤＴ　　をボンディングワイヤ等によ
り連結して、一つの電極対数Ｎ　を持つ入力　ＩＤＴ　
とすることにより、より広い遅延時間調整が可能となる
。

Ｇ、実施例以下に、図面を参照しながら、実施例を用いて本発明を
一層詳細に説明するが、それらは例示に過ぎず１本発明
の枠を越えることなしにいろいろな変形や改良があり得
ることは勿論である。

第１図は本発明によるＳＡＷコンボルバの平面図、第２
図はその断面図を示し１図中、２６は圧電体膜、２７は
半導体、２１，２２，２３゜２４　は入力　ＩＤＴ、２
５　は出力ゲート、２８゜２８’、２９．２９’は入力
　ＩＤＴ用端子、３０．３１　は入力端子、３４　は出
力端子、３２゜３３　は入力整合回路、３４′は出力整
合回路を示す。

第２図に示す酸化亜鉛膜２６　とシリコン２７　の間に
、第６図に示すように、シリコン表面の保護膜としてシ
リコン酸化膜３８　を形成してもよい。また、第１図か
ら第６図までのＳＡＷコンボルバにおいて、ＳＡＷとし
てセザワ波を用いることにより、大きな電気−機械結合
を得ることができるので、効率が高いコンボルバを得る
ことができる。さらに１文献日本音響学会講演論文集昭
５７年１０月第５９１頁から第５９２頁に掲載されてい
る浅井、その他の論文に詳細にまとめられているように
、シリコン　２７　として（１００）面でＳＡＷの伝播
方向を［１１０１方向および（１１０）面で　［１００
］方向の伝播の場合において特に電気−機械結合係数が
大きい、したがって、コンボルバにおいて広帯域化が可
能であり、また効率も大きくなる特徴がある。

第４図および第５図においては、ボンディングパッド間
をボンディングワイヤで接続したが、第７図に示すよう
に、それぞれの　ＩＤＴ　からの端子のうち例えば４０
　と　４１．４０’　と　４１′。

４２　と　４３．４２′と４３′のように隣接する端子
を接続してそれぞれ入力　ＩＤＴ　とすることができる
。

また、第８図に示すように、　ＩＤＴ　に対向するシリ
コン酸化膜３８上に金属膜４５　を形成すれば、ＩＤＴ
での電気−機械結合係数は増大するためにより有効であ
る。（上記文献参照）第８図においてシリコン酸化膜３
８　が薄い場合には、金属膜４５　はシリコン酸化膜３
８　の上ではなくて、第９図に示すように、シリコン酸
化膜３８　とシリコン　２７の間に配置しても同等な効
果を得ることができる。

第８図の構成においては、　ＩＤＴ　部では金属膜４５
上に酸化亜鉛膜２６　が形成され、出力ゲート電極部２
５ではシリコン酸化膜３８上に酸化亜鉛膜２６　が形成
される。しかし、第９図に磨いては、ＩＤＴ部と出力ゲ
ート電極の両者の領域でシリコン酸化膜上に酸化亜鉛膜
が形成されるので、酸化亜鉛膜の膜質が均一になる特徴
を有している。さらに、第９図においては、ＩＤＴに対
向するシリコン表面に金属層４５　を形成することはイ
オン注入により高不純物密度領域を形成することに等し
い。

さらに、　　ＩＤＴ　はゲート電極部２５　の両側に必
ずしも複数個設けられる必要はなく、第１０図に示すよ
うに、片側では単数であっても類似の効果が得られるこ
とは明らかである。

Ｈ０発明の詳細な説明した通り１本発明によれば、　ＳＡＷコンボルバ
において、信号が入力してから相関出力を得るまでの遅
延時間調整を容易で、安価で素子に損傷を与えずに行な
うことができる。また、この調整方法および構造により
遅延時間に多少のばらつきがあっても調整可能なために
歩留りが向上する。

また、コンボルバは一般に広帯域信号を取り扱うから、
入力　ＩＤＴ　の電極対数は小さいので、この部分を複
数個設けても必要な面積はそれほど大きくはならない。

さらにこれらの複数個の　ＩＤＴ　を設けるための工程
は出力ゲート電極等と一体化して作製するので、何ら従
来の工程に対して増すものではない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による　ＳＡＷコンボルバの平面図、第
２図はその断面図、第３図から第５図までは本発明を説
明するための　ＩＤＴ　とゲート電極の上面図、第６図
および第８図から第１０図までは本発明の四つの異なっ
た実施の態様によるＳＡＷコンボルバの断面図、第７図
は本発明の一実施の態様による　ＳＡＷ　コンボルバの
上面図、第１１図はＳＡＷコンボルバの一般的構成を示
す断面図、第１２図は波長と　ＳＡＷ伝播速度の関係を
示すグラフ、第１３図は従来のＳＡＷコンボルバの上面
図、第１４図はＳＡＷ伝播方向を説明するための概念図
である。２６・・・・・・・・・圧電体膜、２７・・・・・・・
・・半導体、２１゜２２．２３．２４・・・・・・・・
・入力　ＩＤＴ　、２５・・・・・・・・・出力ゲート
、２８．２８’　、２９．２９’・・・・・・°°°入
力　ＩＤＴ用端子、３０，３１・・・・・・・・・入力
端子、３４は出力端子、３２．３３・・・・・・・・・
入力整合回路、３４′・・・・・・・・・出力整合回路
。特許出願人　クラリオン株式会社う２１．２２．２”３．２４　　＾凌１［）Ｔ２５、土ｌ
ケート２８．２ぎ、２９．２９’・ＡオＩＤＴＪキ多３０．３
１　：　Ａオｔ＠＋３２．３３　　六オ贅１合Ｂ１４３４　ましｔ文＃）３４°：出ツタ［冶イユ路５ＡＶＩン木’ンｌ／Ａ−’Ｆ面圏第１図ＳＡＷ　コンネ゛ルパ゛断面図第２図ふ１１０７とゲート電藷上ｍ図第３図ＩＤＴ　ｋグーＩ−ｖｍ上ｇ！ｏｇＪ第４図ｚＩＤＴ　ｌケートｆ本家上ｍ図１電芹着抽冴」画第６図ＳＡＷコン、衣°、レバ゛Ｊ：面２第７図ＳＡＷコンホノに八−’Ｍ１２面図ＳＡＷコン木ノメハ゛謙４２盾ｉｆｇ第９図ＳＡＷ　コンネ°ツメへ′ＵｒｔＩＦｉＪ第１Ｏ図一峠ｔ！５Ｊ＃面Ｕ第１１図コンホ゛ノＶノでｖ’ｔづへ一的ｔ＃、祠ビｍ第１３図２０−［暉Ｉロエコ第１４図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）（ａ）半導体基板、（ｂ）該半導体基板の上に設けられた圧電膜、（ｃ）該
圧電膜の上に設けられたゲート電極、および（ｄ）上記圧電膜上であって、上記ゲート電極の両側に
設けられ、少なくとも一方の側に複数個設けられた各々
同等な弾性表面波トランスデューサを含むことを特徴とする弾性表面波コンボルバ。
（２）（ａ）半導体基板、（ｂ）該半導体基板の上に設けられた圧電膜、（ｃ）該
圧電膜の上に設けられたゲート電極、および（ｄ）上記圧電膜上であって、上記ゲート電極の両側に
設けられ、各々は同等であり、少なくとも一方の側で少
なくとも３個で、弾性表面波の伝播方向に対して各電極
の周期が連続となるように配置され、所望の弾性表面波
の伝播時間によって定まる特定の隣接する二つが連結さ
れている弾性表面波トランスデューサを含むことを特徴とする弾性表面波コンボルバ。
（３）上記複数のトランスデューサの隣接する２個のト
ランスデューサの連結がそれぞれのトランスデューサの
ボンディングパッド部をワイヤボンディングで接続する
ことで行なわれことを特徴とする、特許請求の範囲第２
項記載の弾性表面波コンボルバ。
（４）上記圧電膜が酸化亜鉛膜であり、上記半導体がシ
リコンであることを特徴とする、特許請求の範囲第１項
から第３項までのいずれか一つに記載の弾性表面波コン
ボル弾性表面波コンボルバ。
（５）さらに、上記酸化亜鉛膜とシリコンの間にシリコ
ン酸化膜を有することを特徴とする、特許請求の範囲第
４項記載の弾性表面波コンボルバ。
（６）弾性表面波としてセザワ波を用いることを特徴と
する、特許請求の範囲第４項または第５項記載の弾性表
面波コンボルバ。
（７）シリコンのカット面が（１００）であり、弾性表面波の伝播方向が［１１０］であることを
特徴とする、特許請求の範囲第６項記載の弾性表面波コ
ンボルバ。
（８）シリコンのカット面が（１１０）であり、弾性表面波の伝播方向が［１００］であることを
特徴とする、特許請求の範囲第６項記載の弾性表面波コ
ンボルバ。
（９）上記酸化亜鉛膜とシリコン酸化膜の間の弾性表面
波トランスデューサに対向する領域に金属膜を有するこ
とを特徴とする、特許請求の範囲第７項または第８項記
載の弾性表面波コンボルバ。
（１０）上記シリコン表面の弾性表面波トランスデュー
サに対向する領域に高不純物密度層を有することを特徴
とする、特許請求の範囲第７項または第８項記載の弾性
表面波コンボルバ。
（１１）上記弾性表面波トランスデューサがダブル電極
構造を持つことを特徴とする、特許請求の範囲第９項ま
たは第１０項記載の弾性表面波コンボルバ。