JPS63260313A - 弾性表面波コンボルバ - Google Patents

弾性表面波コンボルバ

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JPS63260313A
JPS63260313A JP62094490A JP9449087A JPS63260313A JP S63260313 A JPS63260313 A JP S63260313A JP 62094490 A JP62094490 A JP 62094490A JP 9449087 A JP9449087 A JP 9449087A JP S63260313 A JPS63260313 A JP S63260313A
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JP
Japan
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surface acoustic
acoustic wave
electrode
semiconductor layer
sub
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JP62094490A
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English (en)
Inventor
Shuichi Mitsuzuka
三塚 秀一
Takeshi Okamoto
猛 岡本
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Faurecia Clarion Electronics Co Ltd
Original Assignee
Clarion Co Ltd
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Publication date
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    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06GANALOGUE COMPUTERS
    • G06G7/00Devices in which the computing operation is performed by varying electric or magnetic quantities
    • G06G7/12Arrangements for performing computing operations, e.g. operational amplifiers
    • G06G7/19Arrangements for performing computing operations, e.g. operational amplifiers for forming integrals of products, e.g. Fourier integrals, Laplace integrals, correlation integrals; for analysis or synthesis of functions using orthogonal functions
    • G06G7/195Arrangements for performing computing operations, e.g. operational amplifiers for forming integrals of products, e.g. Fourier integrals, Laplace integrals, correlation integrals; for analysis or synthesis of functions using orthogonal functions using electro- acoustic elements

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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】 [産業上の利用分野] 本発明は弾性表面波コンボルバ(以下SAWコンボルバ
と称する)に係り、特にセルフコンボリューション信号
を減少せしめるための改良に関する。
[発明の概要] SAWコンボルバにおいて、ゲート電極と各入力電極間
に副電極が設けられていて、各副電極にはその下の半導
体層を反転状態となるようなバイアス電圧が印加される
ことによりセルフコンボリューションを減少させたもの
である。
[従来の技術] 同図において、1は圧電体層、2は絶縁体層、3は半導
体層、4はゲート電極、5は入力電極。
例えばくし形電極、6は裏面電極、7は入力端子。
8は出力端子であり、2つのくし形電極5に印加された
入力信号のコンボリューション信号がゲート電極4から
取り出される。
第5図の構造は、コンボルバのコンボリューション効率
が極めて高いという特徴を有している。
[発明が解決しようとする問題点コ しかし、第5図の構造では、2つのくし形電極5(以後
1.D、Tと称す)に入力した信号の間のコンボリュー
ション信号の他に、セルフコンボリューション信号と呼
ばれる不必要な信号が生じる。
セルフコンボリューション信号とは、1つの1.D。
Tによって生起された表面波が、対向する1、D。
Tによって反射されることによって生ずる信号であり、
自分自身のコンボリューション信号に対応する。第6図
にその様子を示す、第2図において入力信号P1.P、
により生ずる弾性表面波S1と82の目的とするコンボ
リューション信号P outの他に、Slとその反射波
Sirの間、及びS2とその反射波S2rの間、におい
てもコンボリューション信号が生じることは明らかであ
ろう。後者の二つの信号がセルフコンポリ亙−シ3ン信
号である。
さて、このようなセルフコンボリューション信号は、コ
ンボルバの出力にとっては、スプリアスノイズとしてあ
られれ、コンボルバのダイナミックレンジを低下させる
という好ましくない影響を与える。特に第5図のような
従来構造では、ゲート電極4の長さが短くなると、その
影響が縦著になるという欠点がある。この点に関し、よ
り詳細には1次の文献を参照されたい。
文献[1] S 、 Minagava 、  at al“Eff
icisnt  ZnO−5iO,−5i Sazaw
a wavaConvolver”、I[EEE Tr
ans 5onics Ultrason。
vol、5lI−32,Na3.5eptes+ber
 1985.pp670−674このようなセルフコン
ボリューション信号の影響を減少させるための一般的な
方法としては1例えば、デュアルゲートのコンボルバ(
文献[2コ)や、一方向性トランスデユーサの利用(文
献[3])などの方法がある。
文献[2] 1、YaO。
“High−performance elastic
 convolvervithParabolic h
orns ” 、 Proc、1980 IEIEEU
ltrason Symp、、1980.pp37−4
2文献[3] C−L 、 West t ”5Avconvolver employing u
nidirectonaltransducers f
or improved efficiency”。
Proc、1982.Ultrason Symp、、
1982.ppH9−123しかし、前者の方法では素
子面積が大きくなり、外部回路も複雑になるという欠点
があるし、後者の方法では、やはり素子面積が増加し、
また、周波数帯域を拡げることが困難であるという欠点
がある。
従って本発明の目的は上述した従来のSAWコンボルバ
の構造を大幅に変更することなく、しかも簡単な外部回
路を付加するのみでセルフコンボリューション信号を抑
圧できるSAWコンボルバを提供することにある。
[問題点を解決するための手段] 本発明はかかる目的を達成するため、少なくとも圧電体
層/半導体層又は圧電体層/絶縁体層/半導体層の積層
構造体上に1対の入力電極及び1個のゲート電極を有す
るSAWコンボルバにおいて、該ゲート電極と各入力電
極間に副電極を設け、該副電極にその下の半導体層が反
転状態となるようなバイアス電圧を印加したことを要旨
とする。
[作用] 上記構成のSAWコンボルバにおいては、副電極の下の
半導体層が反転状態となっているので、入力信号によっ
て生起された弾性表面波は僅かに減衰されるのみである
が、その反射波は大幅に減衰されるので、コンボリュー
ション信号は減少される。
[実施例] 以下図面に示す実施例を参照して本発明を説明すると、
本発明によるモノリシックSAWコンボルバの一実施例
の構造を第1図に示す、同図に示す如くこの実施例では
、従来構造と異なり、ゲート電極13と、くし形電極1
2の間で、しかも弾性表面波の伝播路上に、二つの副電
極14を設置し、さらにその副電極に直流バイアス源1
5よりバイアス電圧を印加する。そのバイアス電圧の値
は、副電極14の下の絶縁体層10と半導体層11の界
面部において、半導体層側が反転状態となるような程度
とする。
なお、本発明で用いる半導体層11は、特に限定されな
い1通常のバルク基板でも良いし1文献[1]で示され
ているようなエピタキシャル基板(n/n十基板基板い
はP/P十基板基板も良い。
より高いコンボリューション効率を得るためには、エピ
タキシャル基板を用いる方が望ましい。また、第1図に
は絶縁体層10を有する積層構造体が示されているが、
絶縁体層の無い積層構造体であっても良い。ただし、素
子の安定的な動作をはがる意味では、絶縁体層の存在す
る積層構造体の方が望ましい。なお第1図で9は圧電体
層、16は裏面電極、17は入力端子、18は出力端子
である。
次に上記実施例においてセルフコンボリューション信号
が抑圧される理由を以下に述べる。また、実際に本発明
を実施した場合の実験結果も示す。
第2図に示したようにセルフコンボリューション発生の
原因は、おもに、対向する1、D、Tでの弾性表面波の
反射波にある。従ってセルフコンボリューション信号を
抑圧するには、第2図において、反射波Sir、S、r
の強度を、進行波S、、 S。
に比べて充分に減衰させれば良い。
本発明者は、第1図に示したような副電極14によって
上述した動作が実現し得ることを見出した。すなわち、
第1図の副電極14に、その下の半導体層11が反転状
態となるようなバイアス電圧を印加すると、第2図に示
したように、入力信号P、、P、によって生起された弾
性表面波S 1 fS2については減衰が小さいが、ゲ
ート電極13を通過したあとの進行波5LZ52′や、
1.D、T12で反射された弾性表面波S try S
、rについては、減衰が大きくなるような状態となるこ
とがわかった。このような状態になれば、反射波Slr
S2rは、進行波S1.S、に比べて充分に小さくなり
、セルフコンポリューシュン信号のレベルが減少するこ
とは明らかである。
次に第2図のような状態が実現する理由を述べる。その
理由は、金属層/圧電体層/半導体層の積層構造体では
、その構造体を伝播する表面波の伝播損失が、表面波の
パワーに依存するためである。第3図に、第5図の構造
のSAWコンボルバを用い、2つのくし形電極(1,D
、T)の間の挿入損失を、ゲート電極の電圧に対して測
定した結果を示す、第3図では、比較のためにゲート電
極と裏面電極の間の電圧−容量特性も示した。第3図は
、AQ/ZnO/5iOz/n−8i/’n÷−5iの
積層構造体で、ゲート長20mのコンボルバを用いた場
合の例である(入力信号の周波数215MHz)、第3
図を見ると、挿入損失は、入力電力に依存することがわ
かる。特に、ゲート電圧を。
半導体層が反転状態になるような電圧にすると、入力電
力による挿入損失の差は非常に大きくなることがわかる
。これは、そのような状態では、表面波の伝播損失が、
そのパワーが大きく依存していることを示す。第3図か
ら、表面波のパワーが大きい時は、伝播損失が小さく、
パワーが小さい時は、伝播損失が大きくなることがわか
る。第1図の副電極の部分も第5図と同様に金属層/圧
電体層/半導体層の構造体であるから、副電極にバイア
ス電圧を印加すれば、上述したことと、まったく同じ現
象が生じる。すなわち、副電極部を通過する弾性表面波
は、そのパワーが大きい場合は伝播損失が小さく、逆に
パワーが小さい場合は伝播損失が大きい、その際、副電
極下の半導体層が反転状態になるようなバイアス電圧を
印加すれば、パワーによる伝播損失の差を大きくするこ
とができるのは、第3図の場合と同様である。副電極の
長さとしては、できるだけ短い方が素子寸法を小さくで
きるので、副電極には、半導体層が反転状態となるよう
なバイアス電圧を印加することが望ましい、その状態で
はパワーによる伝播損失の差が大きいので、短い長さで
も、副電極を通過する表面波の減衰量のパワー依存性を
大きくすることができるからである。副電極部の表面波
の減衰量は前述した理由によって、表面波のパワーが大
きい場合は小さく、パワーが小さい場合は大きくなる。
一方、第2図において1弾性表面波S1. S2は、1
.D、Tから生起されたばかりであるのでパワーが大き
いが、弾性表面波S、’、s、″tsxrtS2rは長
い距離を進行したあとの波であるのでパワーは小さい。
従って第2図においてSl、S、に対する減衰量は小さ
く、S i′+ St’tStrt S、rに対する減
衰量は大きくなる9以上が本発明の動作の基本原理であ
る。
次に、本発明を実施した場合の実験結果の一例を第4図
に示す、第4図は、副電極が存在する点を除けば、第3
図の実験で用いた素子と同じ構造のものである。ただし
、ゲート長は15瞳、各副電極の長さは2.3mmであ
る。第4図は、2つの1、D、Tに同じパワーの入力信
号を加えた場合、ゲート電極から出力するセルフコンボ
リューション出力Psと、コンボリューション出力Pc
t&測定し、その比をとったものである。第4図の横軸
は、一つの1.D、Tに入力する入力電力の大きさであ
る。入力信号は215MHzのセザワ波である。
第4図では、ゲート電極Vgと、副電極のバイアス電圧
Vcの値を変えた時の結果を比較している。
第3図を見てわかるように電圧−1vは、半導体が空乏
〜弱反転の状態に対応し、電圧−5vは、半導体が反転
状態になるような電圧である。第4図を見ると、副電極
に、半導体層が反転状態になるような電圧を印加すると
、セルフコンボリューションレベルが低下し、コンボリ
ューション信号に対するセルフコンボリューション信号
の抑圧度を、従来より、数dB〜10dB以上改善でき
ることがわかる。
以上のように、本発明によれば、従来構造を大きく変え
ることなく、シかも簡単な外部回路によってセルフコン
ボリューション信号を抑圧することができる。
なお、本発明で用いる圧電体層/絶縁体層/半導体層の
積層構造体の各層の具体的な材質としては、特に限定は
しないが、半導体層としては、例えばSiやGaAsを
用いることができ、絶縁体層としては、Sio、やSi
、N4 を用いることができる。また、圧電体層として
は、ZnOや、AflNなどを用いることができる。特
に、コンボリューション効率を高くできるものとして、
ZnO/5in2/Siの構造体で、しかも弾性表面波
の伝播モードがセザワ波であるようにするのが有利であ
る。その場合、Siの面方位を(110)とし、弾性表
面波の伝播方向を[1001とすると、弾性表面波の電
機機械結合定数を大きくすることができるため特に有利
である。また、Siの面方位を(100)とし、弾性表
面波の伝播方向を[1101としても、電機機械結合定
数がかなり大きいので、上記の条件の次に有利と言える
6また。前述したように、全体の構造で、絶縁体が無い
構造としても、基本的な動作は可能である。
[発明の効果] 以上説明したように本発明によれば、従来のSAWコン
ボルバ構造を大幅に変更することなくセルフコンボリュ
ーション信号を抑圧することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示す斜視図、第2図はその
動作説明図、第3図は従来のSAWコンボルバの実測特
性図、第4図は本発明のSAWコ9・・・圧電体層、 10・・・絶縁体層、 11・・・半導体層、 12・・・くし形電極、 13・・・ゲート電極、 14・・・副電極、 15・・・バイアス電源。 第1図 9;圧嗜俸1     16 i 1m電極13;ゲー
ト111極 141副9m 15i&11役Jul曳+CイTス 第2図 51′、 Sz′、S+r、S2r ;AH<第3図 キャλ謹欠(dB)$量(PF) ゲート電斥 (V) 第4図 s −tds) 印ルフコンどリュージョン出力乙コンメリ
エーシーン比力のル〕C λカミ力(dBm)
JP62094490A 1987-04-17 1987-04-17 弾性表面波コンボルバ Pending JPS63260313A (ja)

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