NL8200935A

NL8200935A - Oppervlakte-elastisch golfelement.

Info

Publication number: NL8200935A
Application number: NL8200935A
Authority: NL
Original assignee: Clarion Co Ltd
Priority date: 1981-03-05
Filing date: 1982-03-05
Publication date: 1982-10-01
Also published as: US4449107A; FR2509927A1; JPH029485B2; JPS5856515A; JPS5863214A; JPH027526B2; GB2110033B; JPS57145419A; JPS5856514A; NL8203917A; JPS5861686A; FR2514567A1; DE3208239C2; FR2514567B1; JPH025327B2; JPS5856513A; FR2509927B1; GB2110033A; GB2095948A; JPH027525B2

Description

" — -·- t , “V'* ' ^ ·· .

* * Λ VO 317¾

Qppervlakte-elastisch golfelement

Deze uitvinding heeft betrekking op een oppervlakte-elastisch golfelement met een met hoog rendement werkzame structuur.

Er zijn onlangs verschillende oppervlakte-elastische golf(SEW)elementen ontwikkeld, waarbij gebruik wordt gemaakt van een oppervlakte-elas-5 tische golf, die zich langs het oppervlak van een elastisch materiaal voortplant. Dit is gedaan omdat: 1) een oppervlakte-elastische golf een golfbeweging is die zich dicht langs het oppervlak van een materiaal voortplant; 2) de voortplantingssnelheid daarvan ongeveer 10**^ x de snelheid 10 van elektromagnetische golven zijn, waardoor miniaturisering en hoge concentratie van het element mogelijk is en 3) men verwacht een nieuw met IC gecombineerd element te realiseren.

Fig, 1 toont een voorbeeld van een gebruikelijk oppervlakte-elastisch golfelement, waarbij het referentiecijfer 1 een piezo-elektrisch 15 éénkristalsubstraat, gemaakt van LiFoO^ voorstelt en 2 en 3 op het substraat 1 aangebrachte kam-elektroden zijn, waarbij een van de elektroden, bij voorbeeld 2, dient als een ingangs-elektrode, terwijl de andere elektrode 3 als uitgangselektrode fungeert. Een oppervlakte-elastische golf die door de ingangselektrode 2 is opgewekt, plant zich langs het piezo-20 elektrische éénkristalsubstraat 1 van LilTbOH^ voort en worden afgevoerd via de uitgangselektrode 3.

Het oppervlakte-elastische golfelement met deze opstelling heeft als gevolg van zijn hoge elektro-mechanische koppelingscoëfficiënt K, bij toepassing in filters, enz. met kam-elektroden, verschillende voordelen, 25 zoals het kunnen realiseren van bredeband karakteristieken, gemakkelijke aanpasbaarheid, vermindering van inwegverliezen, vermindering van het aantal tanden van de kam-elektroden, miniaturisering van het element hetgeen leidt tot een vermindering van de produktiekosten. Een dergelijke structuur van een substraat gemaakt van het enkele materiaal LiïïbO^ heeft 30 echter het nadeel dat de voortplantingssnelheid en de elektromechanisehe koppelingscoëfficiënt van het element nagenoeg vastliggen volgens de richting van de kristallijne rangschikking van het oppervlak van het substraat en de voortplantingsinrichting van de oppervlakte-elastische golf is be- 8200935 « i -2- paald door de kristallijne rangschikkingsrichting.

Teneinde dit nadeel te voorkomen en flexibele eigenschappen te verlenen heeft men bij voorbeeld een zinkoxyde/siliciumelement voorgesteld.

De elektromechanische koppelingscoëfficient K kan echter ook niet door 5 een dergelijk element worden verbeterd vergeleken met het LiHbO^ éënkris-talsubstraat.

Het is derhalve een hoofddoel van de uitvinding de voornoemde problemen op te lossen.

Voor dit doel voorziet de onderhavige uitvinding in een oppervlak-10 te-elastisch golfelement waarbij een piezo-elektrische laag, die een zinkoxydelaag omvat, wordt gevormd op een siliciumplaat als substraatmateriaal, dat wordt doorsneden door een oppervlakte evenwijdig aan het (l10)-opper-vlak ((110)-georiënteerd silicium) of andere oppervlakken, waarbij de di-elektrisehe laag zo nodig tussen de siliciumplaat en de piezo-elektrische 15 laag wordt ingebracht.

Volgens de onderhavige uitvinding wordt voorzien in een oppervlakte-elastisch golf (SEW)-element, dat omvat: een (110)-georiënteerd siliciumsubstraat: een zinkoxydelaag, die men op genoemd substraat heeft laten groeien; 20 en elektroden, die op genoemde zinkoxydelaag zijn gevormd.

Fig. 1 toont een doorsnede-aanzicht, die een gebruikelijk element illustreert; fig. 2 en 3 tonen doorsnede-aanzichten, die uitvoeringsvormen vol-25 gens de onderhavige uitvinding illustreren; fig. k toont een karakteristiek diagram van de uitvoeringsvormen van fig. 2 en 3; fig. 5 toont een doorsnede-aanzicht, dat een verdere uitvoeringsvorm van het element volgens de onderhavige uitvinding illustreert; 30 fig. 6 toont een karakteristiek diagram van de uitvoeringsvorm van fig. 5', fig. 7, 9 en 10 tonen doorsnede-aanzichten, die verdere uitvoeringsvormen van de uitvinding illustreren; fig. 8 en 11 tonen karakteristieke diagrammen van de uitvoerings-35 vormen van de fig. 7, 9 en 10; fig. 12, 1U, 16, 18, 20 en 22 tonen doorsnede-aanzichten, die verdere uitvoeringsvormen van de uitvinding illustreren; 8200935 -3- f i fig. 13, 15 5 17» 19, 21 en 2b tonen karakteristieke diagrammen van de uitvoeringsvormen, zoals weergegeven in de direkt voorafgaande tekeningen ; fig. 25, 27, 29, 30 en 31 tonen doorsnede-aanzichten, die verdere 5 uitvoeringsvormen volgens de uitvinding illustreren; fig. 26 en 28 tonen karakteristieke diagrammen van de uitvoeringsvormen zoals weergegeven in de direkt daaraan voorafgaande tekeningen; fig. 32, 3*+, 36 en 37 tonen doorsnede-aanzichten, die verdere uitvoeringsvormen volgens de uitvinding illustreren; 10 fig. 33 en 35 tonen karakteristieke diagrammen van de uitvoerings vormen als weergegeven in de fig. 32, 3*+, 36 en 37; fig. 38, 1+0,Λ2 en i+3 tonen doorsnede-aanzichten, die verdere uitvoeringsvormen van de uitvinding illustreren en fig. 39 en 1+1 tonen karakteristieke diagrammen van de uitvoerings-15 vormen, als weergegeven in de fig. 38, 1+0, 1+2 en 1+3.

De uitvinding zal nu in detail worden beschreven aan de hand van de in de tekeningen geïllustreerde voorkeursuitvoeringsvormen. Fig. 2 toont een doorsnede-aanzicht, dat een uitvoeringsvorm van een SEW-element volgens de uitvinding illustreert, waarin het verwijzingscijfer 1+ een (110)-20 georiënteerd siliciumsubstraat aangeeft, 5 een zinkoxydelaag, zodanig gevormd, dat een daarvan genoemde piezo-elektrische as vertikaal staat op het oppervlak van het siliciumsubstraat 1+, terwijl de cijfers 6 en 7 kam-elektroden zijn op het oppervlak van de zinkoxydelaag 5.

Fig. 3 toont een andere uitvoeringsvorm volgens de uitvinding, waar-25 in het referentiecijfer 8 een diëlektrische laag weergeeft, gemaakt van bij voorbeeld een siliciumdioxydelaag die tussen het siliciumsubstraat 1+ en de zinkoxydelaag 5 is geschoven. De siliciumdioxydelaag kan men laten groeien door het siliciumsubstraat 1+ aan een verhittingstrap te onderwerpen in een oxyderende atmosfeer.

30 De SEW-elementen als weergegeven in de fig. 2 en 3 worden op de vol gende wijze vervaardigd.

Eerst wordt het (110)-georiënteerde siliciumsubstraat vervaardigd.

De zinkoxydelaag 5 met 6,8 micrometer dikte en met c-as-oriëntatie wordt dan op het siliciumsubstraat k aangebracht door de KF-kathodeopstuivings-35 methode. Bij de uitvoeringsvorm van fig. 3 wordt een diëlektrische laag 8 van siliciumdioxyde eerst cp het siliciumsubstraat k door de als boven beschreven verhittingstrap gevormd. Vervolgens wordt een aluminiumlaag op 8200935 ï £ -k- de zinkoxydelaag 5 gevormd volgens de DC-kathodeopstuivingsmethode en daaraanvolgend gedeeltelijk verwijderd door een foto-etsmethode ter vorming van kam-elektroden 6 en J} waarvan elektrode 6 als ingangselektrode 7 als uitgangselektrode wordt toegepast. In een dergelijk geval is elke tand 5 van de kam-elektrode ongeveer 6 micrometer "breed en is de elektrodesteek ongeveer 2b micrometer.

Aan de ingangselektrode 6 van het oppervlakte-elastische golfele-ment, dat in de voomoemde methode is vervaardigd, wordt een signaal toegevoerd, dat een Sezawa-golf opwekt, als een oppervlakte-elastische golf 10 die zich hij voorbeeld uit een geschikte signaal-genererende keten G (in de volgende uitvoeringsvoorbeelden niet weergegeven) voortplant naar de [00l]-as-richting van de zinkoxydelaag 5 en wordt geëxiteerd door het signaal. Aldus plant de oppervlakte-elastische golf zich voort langs het oppervlak van de zinkoxydelaag 5 en bereikt de uitgangselektrode 7.

15 Hg. b toont de karakteristieken van het element volgens de uitvoe ringsvormen van fig. 2 en 3, waarin de X-as de waarde voorstelt, verkregen door de gestandaardiseerde dikte h in de formule 2Ά/λ (λ= golflengte van SEW) te substitueren, terwijl de Y-as de vierkantswaarde K2 van de elektromechanische koppelingscoëfficiënt K in percentages voorstelt.

20 Wanneer de elektrische geleidbaarheid bij de grenslaag tussen het silicium-substraat U en de zinkoxydelaag 5 hoog is, in de structuur als weergegeven in fig. 2, en wanneer de elektrische geleidbaarheid aan het oppervlak van het siliciumsubstraat U hoog is en de dikte H van de diëlektrische laag 8 kleiner is dan de dikte h van de zinkoxydelaag 5 in de structuur van 25 fig. 3, variëren de karakteristieke eigenschappen als weergegeven door de kromme A in fig. U. Incidenteel is de kromme A die van de Sezawa-golf.

1 o . .

De rechte lijn toont de KT-karaktenstiek, die worden verkregen bij toepassing van een LiHbO^-substraat, die de maximum-waarde van 5,5$ bereikt .

30 Zoals blijkt uit de karakteristiek van fig. b kan men, wanneer men de oppervlakte-elastische golf zich laat voortplanten in de [001]-asrichting op het oppervlak van de zinkoxydelaag 5, een elektromechanische koppelingscoëfficiënt verkrijgen, die groot genoeg is om een hoog rendement van het element te realiseren door de dikte h van de zinkoxydelaag 5 zodanig vast te stellen, dat deze voldoet aan de vergelijking 0,9<2*Kh/A< 35 3»0. Wanneer bij voorbeeld de Y-as 2-trh/X werd ingesteld op 1,78, kon een p KT" die 6% bedraagt, worden verkregen. Deze waarde is nagenoeg gelijk aan de 8200935 Z f -5- theoretische waarde,

De elekt romechanische koppelingscoëfficiënt K kan naar wens worden rastgesteld door de dikte h van de zinkoxydelaag 5> de oriëntatie van iet siliciumsubstraat , de voortplantingsas voor de oppervlakte-elasti-5 sche golf en dergelijke te variëren.

De diëlektrische laag 8, die is geplaatst tussen het siliciumsub-straat U en de zinkoxydelaag 5, fungeert ter stabilisatie van de oppervlakkige karakteristiek van het siliciumsubstraat U, waarmede aldus effectief een stabiele functie van het element kan worden gerealiseerd.

10 Fig. 7 toont een doorsnede-aanzicht dat een'andere uitvoeringsvorm van het SEW-element volgens de uitvinding illustreert, waarbij dezelfde cijfers als van fig. 2 dezelfde of soortgelijke onderdelen aanduiden.

Het cijfer 5A heeft betrekking op een zinkoxydelaag die zodanig is gevormd dat deze de ingangs- en uitgangskamelektroden 6 en 7, die op het silicium-15 substraat k zijn gevormd, geheel bedekt, waarbij de piezo-elektrische as daarvan loodrecht op het oppervlak van het siliciumsubstraat ^ staat.

Fig. 8 toont de karakteristiek verkregen volgens de uitvoeringsvorm van fig. 7· De waarde van K~ varieert in reactie op een variatie van de dikte h van de zinkoxydelaag 5A zoals weergegeven door de kromme A^.

20 Deze kromme A^ heeft tevens betrekking op Sezawa-golven.

Kromme toont de -karakteristiek, verkregen wanneer de Sezawa-golf wordt geëxiteerd in de [001]-asrichting van het silicium bij toepassing van een [110]-georiënteerd siliciumsubstraat.

Zoals blijkt uit de karakteristiek van fig. 8 is bij het voortplan-25 ten van de oppervlakte-elastische golf in de [001] -asrichting van het silicium de elektromechanische koppelingscoëfficiënt groot genoeg om een hoog rendement van het element te realiseren, hetgeen wordt verkregen o.m. door het zodanig vaststellen van de dikte h van de zinkoxydelaag 5A, dat deze voldoet aan de uitdrukking 1,2 < 2 Tfh/λ < 3,0.

30 Fig. 9 toont een verdere uitvoeringsvorm volgens de uitvinding, waarin wordt voorzien in een diëlektrische laag 8 van siliciumdioxyde, bij voorbeeld op het oppervlak van een zinkoxydelaag 5A.

Fig. 10 toont een doorsnede-aanzicht, dat een verdere uitvoeringsvorm van het SEW-element volgens de uitvinding illustreert, waarin een 35 metallische laag 15 op de zinkoxydelaag 5A wordt gevormd.

Bij het exiteren van de Sezawa-golf, een type oppervlakte-elastische golf, in de [001]-asrichting van het silicium via de ingangselektro- 8200935 i ·> -6- de 6 van het SEW-element als hoven geconstrueerd, worden de karakteristieken als weergegeven in fig. 11 verkregen. Wanneer de dikte H van de metallische laag 5 in fig. 10 voldoende klein is vergeleken met de golflengte van de oppervlakte-elastische golf, varieert de waarde van in reactie 5 op een variatie van de dikte h van de zinkoxydelaag 5A als weergegeven door de kromme A^· Kromme A^ heeft tevens betrekking op de Sezawa-golf.

Kromme toonde -karakteristiek verkregen bij toepassing van het [100]-georiënteerde siliciumsubstraat en het opwekken van de Sezawa golf in de [001]-asrichting van het silicium.

10 Zoals blijkt uit de karakteristiek van fig. 11 is bij het voort planten van de oppervlakte-elastische golf in de [001]-asrichting van het silicium, de elektromechanische koppelingscoëfficiënt groot genoeg om een hoog rendement van het element te realiseren door de dikte h van de zinkoxydelaag 5A zodanig vast te stellen, dat deze voldoet aan de uit-15 drukking 1,0^ 2irh/^<2,6.

De metallische laag 15 behoeft de zinkoxydelaag 5A niet volledig te bedekken, deze behoeft alleen ten minste de delen juist boven de kam-elektroden 6 ea 7 ts bedekken. .

Bij deze opstelling kan de elektromechanische koppelingscoëfficiënt 20 K naar wens worden vastgelegd door variatie van de dikte h van de zinkoxydelaag 5A, de oriëntatie van het siliciumsubstraat h, de voortplantingsas van de oppervlakte-elastische golf, enz.

Fig. 12 toont een doorsnede-aanzicht dat een uitvoeringsvorm van het SEW-element volgens de uitvinding illustreert, waarbij dezelfde verwij-25 zingscijfers als die van fig, 2 dezelfde of analoge onderdelen aanduiden.

Het verwijzingscijfer ^A geeft een (100)-georiënteerd siliciumsubstraat aan.

Dit element wordt op de volgende wijze vervaardigd.

Het (100)-georiënteerde siliciumsubstraat hk wordt vervaardigd en 30 de zinkoxydelaag 5, die U-11 micrometer dik is en georiënteerd is in de c-asrichting laat men op het siliciumsubstraat ^A aangroeien door de EF-kathodeopstuivingsmethode. Er wordt over de zinkoxydelaag 5 door de DC-ka-thodeopstuivingsmethode een aluminiumlaag gevormd, waarna deze gedeeltelijk wordt verwijderd ter vorming van de kamelektroden 6 en 7, waarvan de elek-35 trode 6 wordt toegepast als de ingangselektrode, terwijl de andere dient als uitgangselektrode. In een dergelijk geval is elke tand van de elektroden 6 en 7 3-9 micrometer breed en is de elektrodesteek 12-38 micrometer.

8200935 Λ i -7-

Via de ingangs elektrode 6 van het SEW-element als hoven geconstrueerd, wordt een Sezawa-golf, geëxciteerd in de [011]-asrichting van het silicium. Bijgevolg plant de oppervlakte-elastische golf zich voor langs het oppervlak van de zinkoxydelaag 5 en bereikt de uitgangselektrode J.

5 Fig. 13 toont de karakteristieken die worden verkregen bij de uit voeringsvorm van fig. 12. Wanneer het elektrische geleidingsvermogen bij het grensvlak tussen het siliciumsubstraat kk en de zinkoxydelaag 5 in fig. 12 hoog is, variëren de karakteristieke eigenschappen als weergegeven door de kromme A^ in fig. 13. De kromme heeft tevens betrekking op de 10 Sezawa-golf. De rechte lijn toont de maximale waarde 5,5% van K^, verkregen bij toepassing van een LiFbO^-sübstraat.

Zoals blijkt uit de karakteristieken weergegeven in fig. 13 kan wanneer de oppervlakte-elastische golf zich voortplant in de [001]-asrichting van het silicium een elektromechanische koppelingscoëfficiënt 15 die groot genoeg is om een hoog rendement van het element te realiseren worden verkregen, wanneer men de dikte h van de zinkoxydelaag 5 zodanig vast stelt dat deze voldoet aan de uitdrukking Q,9< 2 rfh/>>< 3,5· . Fig. 1 k toont een andere uitvoeringsvorm volgens de uitvinding, waarin een diëlektrische laag 8 van bij voorbeeld siliciumdioxyde met 20 [l00]-georiënteerde siliciumsubstraat kk door het siliciumsubstraat te oxyderen.

Bij het exciteren van een Sezawa-golf via de ingangselektrode 6 van SEW-element in de [011]-asrichting van het silicium, werden de karakteristieke eigenschappen als weergegeven in fig. 15 verkregen. Wanneer het elek-25 trische geleidingsvermogen op het oppervlak van het siliciumsubstraat bA hoog is en de dikte H van de diëlektrische laag 8 klein vergeleken met de dikte h van de zinkoxydelaag 5 in fig. 1U, variëren de karakteristiek als weergegeven door de kromme A^ in fig. 15. De kromme A,_ heeft tevens betrekking op de Sezawa-golf. De rechte lijn B_ toont de maximale waarde van 30 verkregen bij toepassing van een LiFbO^-substraat.

Zoals blijkt uit de karakteristieken van fig. 15 kan bij het voort-. planten van de oppervlakte-elastische golf in de [011]-asrichting van het silicium, een elektromechanische koppelingscoëfficiënt worden verkregen die hoog genoeg is om een hoog rendement van het element te realiseren 35 door de dikte h van de zinkoxydelaag 5 zodanig vast te stellen dat deze voldoet aan de uitdrukking 0,9 <, 2 Tl h/ \ <^3,5.

Fig. 16 toont een verdere uitvoeringsvorm volgens de uitvinding, 8200935 -8- waarin een metallische laag 15 op het (100)-georiënteerde siliciumsub-straat Ua wordt gevormd.

Bij het exciteren van de Sezawa-golf via de ingangselektrode 6 van het als boven geconstrueerde SEW-element, in de [011]-asrichting van het 5 silicium worden de karakteristieken als weergegeven in fig, 17 verkregen. Wanneer de dikte ïï’ van de metallische laag 15 voldoende klein is vergeleken met de golflengte van de oppervlakte-elastische golf in de uitvoeringsvorm van fig. 16, varieert de karakteristiek als weergegeven door kromme Ag in fig. 17. Kromme Ag heeft tevens betrekking op de Sezawa-golf. 10 Kromme Bg toont de K2-karakteristiek, verkregen bij toepassing van [100]-georiënteerd siliciumsubstraat en het exciteren van de Sezawa-golf in de [001]-asrichting.

Zoals blijkt uit de karakteristieken van fig. 17 kan bij het voortplanten van de oppervlakte-elastische golf in de [011]-asrichting van het 15 silicium, een elektromechanische koppelingscoëfficiënt worden verkregen, die groot genoeg is om een hoog rendement van het element te realiseren door de dikte h van zinkoxydelaag 5 zodanig vast te stellen, dat deze voldoet aan de uitdrukking 0,9 <21ïhA<3,5.

Fig. 18 toont een verdere uitvoeringsvorm volgens de uitvinding, 20 waarin men een zinkoxydelaag 5 laat groeien op het [100] -georiënteerd siliciumsubstraat bA en kamelektroden 6 en 7 op de zinkoxydelaag 5 worden aangebracht.

Bij het opwekken van een Sezawa-golf in de [011]-asrichting van het silicium via de ingangselektrode 6 van het als boven geconstrueerde 25 SEW-element worden de karakteristieken als weergegeven in fig. 19 verkregen. De waarde van K2 varieert als weergegeven door kromme A^ in reactie op de dikte van de zinkoxydelaag 5. Kromme Aj heeft tevens betrekking op een Sezawa-golf.

Kromme B^ toont de K2-karakteristieken verkregen bij toepassing van 30 een [100]-georiënteerd siliciumsubstraat en opwekking van een Sezwa-golf in de [001]-asrichting van het silicium.

Zoals blijkt uit de karakteristieken van fig. 19 kan bij voortplanting van de oppervlakte-elastische golf in de [011]-asrichting van het silicium een elektromechanische koppelingscoëfficiënt worden verkregen, 35 die groot genoeg is om een hoog rendement van het element te realiseren door de dikte h van de zinkoxydelaag 5 zodanig vast te stellen, dat deze voldoet aan de uitdrukking 1,0<2ΤΓh/λ^3,5- 8200935 -9-

Fig. 20 toont nog een andere uitvoeringsvorm volgens de uitvinding waarin de kamelektroden 6 en 7 zijn aangetracht op het [100] -georiënteerde siliciumsubstraat en men een zinkoxydelaag 5A op het siliciumsubstraat U laat groeien, zodanig dat deze de elektroden 6 en 7 geheel bedekt, 5 Bij het exciteren van de Sezawa-golf in de [011]-asrichting van het silicium via de ingangselektrode 6 van het als boven geconstrueerde SEW-element werden de karakteristieken, als weergegeven in fig. 21, verkregen. De waarde van is afhankelijk van de dikte h van de zinkoxydelaag 5A als weergegeven door kromme Ag. Kromme Ag heeft tevens betrekking op de 10 Sezawa-golf.

Kromme Bg toont de -karakteristiek, verkregen bij toepassing van een [100]-georiënteerd siliciumsubstraat bij het exciteren van een Sezawa-golf in de [001]-asrichting van het silicium.

Zoals blijkt uit de karakteristieken van fig. 21 kan men bij het 15 voortplanten van de oppervlakte-elastische golf in de [011]-asrichting van het silicium een elektromagnetische koppelingscoëfficiënt verkrijgen, die groot genoeg is om een hoog rendement van het element te realiseren door de dikte h van de zinkoxydelaag 5A zodanig vast te stellen, dat deze voldoet aan de uitdrukking 1,04. 2‘H/h/A<3,0.

20 Fig. 22 toont een verdere uitvoeringsvorm van de uitvinding, waarin men een diëlektrische laag 8 van bij voorbeeld siliciumdioxyde op het oppervlak van de zinkoxydelaag 5A laat groeien, zoals weergegeven in fig.20.

Fig. 23 toont een andere uitvoeringsvorm volgens de uitvinding, waarbij verder een metallische laag 15 op de zinkoxydelaag 5A op het [100]-25 georiënteerde siliciumsubstraat bk wordt gevormd.

Bij het opwekken van een Sezawa-golf via de ingangselektrode 6 van het als boven geconstrueerde SEW-element in de [011]-asrichting van het silicium, kunnen de karakteristieken als weergegeven in fig. 2b worden verkregen. Wanneer de dikte H* van de metallische laag 15 in fig. 23 voldoen-30 de klein is, vergeleken met de golflengte van de oppervlakte-elastische golf, varieert de waarde van als weergegeven door de kromme A afhanke- y lijk van de dikte h van de zinkoxydelaag 5A. Kromme A^ heeft tevens betrekking op een Sezawa-golf.

Kromme B^ toont de -karakteristiek, verkregen bij toepassing van 35 een [100]-georiënteerd siliciumsubstraat en het opwekken van een Sezawa-golf in de [011]-asrichting.

Zoals blijkt uit de karakteristieken van fig. 2b kan men bij het 8200935 £ * -10- voortplanten van de oppervlakte-elastische golf in de [011]-asrichting van het silicium een elektromechanische koppelingscoëfficiënt verkrijgen, die groot genoeg is om een hoog rendement van het element te realiseren door de dikte h van de zinkoxydelaag 5A zodanig vast te leggen, dat deze 5 voldoet aan de uitdrukking 1,0<2*ττΊι/λ<2,β.

In de "bovengenoemde uitvoeringsvormen is de piezo-elektrische as van de zinkoxydelaag 5 of 5A loodrecht op het siliciumsubstraat 4 of bA geplaatst. Er is echter gevonden dat nagenoeg dezelfde karakteristieken kunnen worden verkregen, zelfs wanneer de piezo-elektrische as ten opzich-10 te van de vertikale lijn op het substraatoppervlak met 10° helft en zelfs indien het snijvlak van het siliciumsubstraat b en de voortplantingsas voorfaet exciteren van de oppervlakte-elastische golf verschillende graden afwijken van resp. het [100]-oppervlak en de [001]-as.

Het is verder -te verwachten dat zelfs een hoog rendement van het 15 element kan worden gerealiseerd, wanneer het elektrisch geleidingsvermo-gen bij het grensvlak tussen het siliciumsubstraat en de zinkoxydelaag niet zo hoog is of zelfs indien de elektrische potentiaal, die binnen het siliciumsubstraat en de zinkoxydelaag wordt opgewekt, in plaats van de kam-elektroden aan te brengen, wordt toegepast.

20 Zoals blijkt uit de bovengenoemde beschrijving is het volgens de uitvinding mogelijk door toepassing van een [110]- of [100]-georiënteerd siliciumsubstraat, door het laten groeien van een een zinkoxydelaag-omvat-tende piezo-elektrische laag op het substraat omvat en door zo nodig een diëlektrische laag tussen het substraat en de piezo-elektrische laag aan 25 te brengen, op flexibele wijze de elektromagnetische koppelingscoëfficiënt op gewenste waarden in te stellen. Wanneer derhalve het element in een kam-elektroden omvattend filter wordt toegepast, is het mogelijk een SEW-ele-ment met een hoger rendement te verkrijgen, waarbij verschillende voordelen worden gehandhaafd, t.w. het realiseren van een bredebandkarakteristiek, 30 gemakkelijke aanpasbaarheid, vermindering van de invoegverliezen, vermindering van het aantal tanden van de kamelektroden en miniaturiseren van het element, verlaging van de produktiekosten, enz.

De uitvinding is bijzonder effectief inzoverre het daardoor mogelijk is een geminiaturiseerd en sterk geconcentreerd element te verkrijgen 35 onder toepassing van een gebruikelijk substraat voor een IC-keten, zoals het siliciumsubstraat.

Fig. 5 toont een andere uitvoeringsvorm volgens de uitvinding, waar- 8200935 ·*· * -11- in een substraat 1k van silicium is bekleed door een metallische laag 15 met de dikte h^. Het substraat 1k wordt verder nekleed met een zinkoxyde-laag 13 met een dikte h. Daarna wordt op de zihkoxydelaag 13 een kamelek-trode 11 gevormd waarmee de oppervlakte-elastische golf wordt opgewekt 5 en voortgeplant. In dit geval wordt [l10]-georiënteerd silicium als het substraat ik toegepast en wordt de Sezawa-golf als oppervlakte-elastische golf gebruikt* Bij deze opste-ling van het SEW-element als weergegeven in fig. 5, kan, wanneer de dikte van de metallische laag 15 voldoende klein is vergeleken met de golflengte van de oppervlakte-elastische golf, het 10 verband tussen de vierkantswaarde K2 van de elektrische machine-koppelings-coëfficiënt K en de dikte h van de zihkoxydelaag 13 worden uitgedrukt door de kromme 6 van fig. 6. Kromme 6 is die van de Sezawa-golf, die wordt geëxciteerd en voortgeplant langs het oppervlak van het siliciumsubstraat ik in de [001]-asrichting, d.w.z. naar het bodemoppervlak. In fig. 6 stelt 15 de ï-as de vierkantswaarde van de elektrische machinekoppelingscoëffi- ciënt K in percentages voor, terwijl de X-as de waarde voorstelt verkregen door de dikte h van de zihkoxydelaag 13 in de formule 2‘Tf'hA te substitueren. Vermeld wordt dat de eenheid een absoluut (dimensieloos) getal is.

De kromme J in fig. 6 toont het verband tussen de vierkantswaarde van de 20 elektromechanisehe koppelingscoëfficiënt K en de dikte h van de zinkoxyde-laag, die wordt verkregen bij toepassing van het [100]-georiënteerde siliciumsubstraat 1k, als weergegeven in fig. 5 bij het opwekken en voortplanten van de Sezawa-golf in de richting van de [010]-as.

Op het [110]-georiënteerde siliciumsubstraat ik wordt een metalli-25 sche laag 15 van aluminium gevormd door de EP (hoge frequentie)-kathode-opstuivingsmethode. Later wordt de zihkoxydelaag 13, die k-11 micrometer dik is en c-as georiënteerd op de metallische laag 15 aangebracht door DC (gelijkstroom)-kathodeopstuivingsmethode. Daarna wordt een patroon voor de kamelektrode 11, die dienst doet als ingangselektrode, op de zinkoxyde-30 laag 13 gevormd volgens de foto-etsmethode. Daarbij is elke tand van de kamelektrode 11 3-13,5 micrometer breed en de elektrodesteek is 12—5^- micrometer. Onder toepassing van het siliciumsubstraat 1k dat onder genoemde omstandigheden is gemaakt, werd een proef voor het opwekken en voortplanten van de oppervlakte-elastische golf in de richting van de [0.0-1]-as, 35 d.w.z. naar het bodemoppervlak uitgevoerd. De tekens x in fig. 6 tonen de waarden aan, die met deze proef zijn verkregen en die dicht bij de theoretische waarden liggen.

8200935 3 *· -12-

Zoals blijkt uit fig. 5 omvat bet oppervlakte-elastische golfele-ment volgens deze uitvoeringsvorm laminaten van de metallische aluminium-laag 15, de zinkoxydelaag 13, enz. waardoor een vrije keuze van de elektro-mechanische koppelingscoëfficiënt K mogelijk is door op de juiste wijze de 5 dikte h van de zinkoxydelaag 13 in te stellen enz..

Dankzij de metallische aluminiumlaag 15 kan de elektromechanische koppelingscoëfficiënt K vrij worden gekozen zelfs wanneer de specifieke weerstand van het siliciumsubstraat 14 hoog is, hetgeen leidt tot een vermindering van de demping van de oppervlakte-elastische golf, veroorzaakt 10 door elektrische geluidseffecten.

Zoals blijkt uit fig. ê kan men bij toepassing van het siliciumsubstraat 1U en het opwekken en doen voortplanten van de oppervlakte-elastische golf in de [001]-asrichting, d.w.z. naar het bodemoppervlak, de elektromechanische koppelingscoëfficiënt K groot maken door de dikte h van de 15 zinkoxydelaag 13 zodanig vast te stellen dat deze voldoet aan de uitdrukking 0,942^11/)^3,5.

. In de bovengenoemde uitvoeringsvorm staat de piezo-elektrische as van de zinkoxydelaag 13 loodrecht op het bodemoppervlak van het siliciumsubstraat 1½. Indien echter de hellingshoek van de piezo-elektrische as 20 ten opzichte van het bodemoppervlak van het siliciumsubstraat 1^ tussen 80-110° ligt, zullen de karakteristieken van het SEW-element nagenoeg niet variëren.

Hoewel de oppervlakte-elastische golf wordt geëxciteerd en voortgeplant in de [001]-asrichting, d.w.z. naar het bodemoppervlak langs het 25 siliciumsubstraat 1U, kan de golf echter ook in andere richtingen worden geëxciteerd en voortgeplant.

De kamelektrode 11 kan worden vervangen door elektroden van andere typen. Bij toepassing van de kamelektrode 11 is het noodzakelijk deze juist boven de op het siliciumsubstraat 1U gevormde aluminiumlaag te plaatsen.

30 Het is duidelijk dat het mogelijk is een element met een hoog rendement te realiseren, zelfs bij toepassing van de elektrische potentiaal, die in het siliciumsubstraat 1h en de zinkoxydelaag 13 wordt opgewekt in plaats van de elektrode 11.

Omdat in de onderhavige uitvoeringsvorm gebruik wordt gemaakt van 35 het siliciumsubstraat 1^ is het mogelijk deze algemeen toe te passen als een IC-substraat.

Hoewel verder het [110]-oppervlak en de [00l]-as zijn gekozen voor 8200935 * * -13- het doorsnijden van het siliciumsub s traat 1¼ en het opwekken en door voortplanten van de oppervlakte-elastische golf treden geen grote variaties van de karakteristieken op indien dit oppervlak en deze as enigszins afwijken.

Door variatie van het snijoppervlak van het siliciumsubstraat, de 5 voortplantingsrichting, de dikte van de lagen, enz. kan men nog grotere elektromechanische koppelingscoëfficiënten bereiken.

Fig. 25 toont een doorsnedeaanzicht van een verdere uitvoeringsvorm van het SEW-element volgens de uitvinding, waarin het referentiecijfer 27 een elastisch element aanduidt, gemaakt van siliciumdioxyde of bij voor-10 beeld saffier. Het cijfer 25 verwijst naar een [110]-georiënteerde sili-ciumlaag op het elastische element 27, 26 naar een zinkoxydelaag, zodanig gevormd dat de piezo-elektrische as ervan loodrecht staat op het oppervlak van de siliciumlaag 25 en 28 en 29 verwijzen naar kamelektroden op de zinkoxydelaag 2 6.

15 De zinkoxydelaag 26 kan gevormd worden volgens de bekende opstui- vingsmethode, de CVD-methode, en dergelijke en de kamelektroden 28 en 29 kunnen worden gevormd door metaal, zoals aluminium, volgens bekende deposit iemethoden af te zetten.

Wanneer een Sezawa-golf wordt opgewekt via de ingangselektrode 28 20 van het als boven geconstrueerde SEW-element, in de [001]-asrichting van het silicium 25, plant de oppervlakte-elastische golf zich voort langs de zinkoxydelaag 26 en bereikt de uitgangselektrode 29.

Fig. 26 toont de karakteristieken vérkregen door de uitvoeringsvorm van fig. 25· Wanneer de elektrische geleidbaarheid bij het grensvlak tus-25 sen de siliciumlaag 25 en de zinkoxydelaag 26 hoog is, varieert de vier-kantswaarde K2 van de elektromechanische koppelingscoëfficiënt K als weergegeven door de kromme A^q in fig. 26. Kromme A^q heeft betrekking op de Sezawa-golf.

De rechte lijn B toont de waarde van K2 verkregen door een lithium-30 niobiumoxyde (LilIbO^)-substraat, die ongeveer 5,5% bereikt.

Zoals blijkt uit de karakteristieken van fig. 2o kan men bij het doen voortplanten van de oppervlakte-elastische golf in de [001]-asrichting een elektromechanische koppelingscoëfficiënt verkrijgen, die groot genoeg is om een hoog rendement van het element te realiseren door de dikte van 35 de zinkoxydelaag 26 zodanig vast te stellen, dat deze voldoet aan de uitdrukking 0,9< 2Tvh/7\<3,0.

Fig. 27 toont een doorsnede-aanzicht van een SEW-element als een 8200935 -1 liver dere uitvoeringsvorm volgens de uitvinding, waarin het referentiecijfer 25A een [100]-georiënteerd siliciumsubstraat weergeeft en de andere structuur gelijk is aan het element als weergegeven in fig. 25.

Ten opzichte van de ingangselektrode 28 van het als hoven gecon-5 strueerde SEW-element wordt een Sezawa-golf opgewekt in de [001]-asrichting.

Fig. 28 toont de karakteristieken van het element in fig. 28, waarbij wanneer de elektrische geleidbaarheid bij het grensvlak tussen het siliciumsubstraat 25A en de zinkoxydelaag 26 hoog is, de vierkantswaar-10 de K2 van de elektromechanische koppelingscoefficiënt K varieert als weergegeven door kromme A^. Kromme A^ heeft betrekking op een Sezawa-golf.

De rechte lijn toont de maximale waarde van K2 verkregen met een lithiumniobiumoxyde (LiFbO^)-substraat, die ongeveer 5-,51 bereikt.

Zoals blijkt uit de karakteristieken van fig. 28 kan men bij het 15 doen voortplanten van de oppervlakte-elastische golf in de [011]-asrichting van het silicium 25A, een elektromechanische koppelingscoefficiënt verkrijgen, die groot genoeg is om een hoog rendement van het element te realiseren, door de dikte h van de zinkoxydelaag 25 zodanig vast te leggen, dat deze voldoet aan de uitdrukking 0,9< 2^/λ< 3,5.

20 In het bijzonder bij toepassing van saffier als het elastische ele ment 27 in de uitvoeringsvormen van fig. 25 en 27 is het mogelijk en gemakkelijk een epitaxiale groei van de enkele kristallijne siliciumlaag 25 op het saffier in een SOS ( silicium-op-saffier)-wijze toe te laten.

Het SOS-substraat dat als boven wordt geproduceerd, maakt de fabricage van 25 het SEW-element en het halfgeleiderelement op hetzelfde substraat én in dezelfde werkwijze mogelijk.

Als boven beschreven betekent de hoge elektrische geleidbaarheid bij het grensvlak tussen het siliciumsubstraat 25 en de zinkoxydelaag 26, dat hetzelfde effect kan worden bereikt, zelfs wanneer een metallische laag 30 30 op het grensvlak als weergegeven in fig. 29 wordt gevormd. Omdat verder de massaweerstand kan worden verlaagd zelfs wanneer de siliciumlaag 25 een epitaxiaal gegroeide laag omvat, kan hetzelfde effect worden verkregen.

Bij toepassing van siliciumdioxyde als het elastische element 27 fungeert het siliciumdioxyde zodanig dat de temperatuurcoëfficiënt van het 35 element, bepaald door de siliciumlaag 25 en de zinkoxydelaag 26, wordt geëlimineerd waardoor het element in zijn geheel een lage temperatuurcoëfficiënt bezit. Derhalve kan de vertragingstijd-temperatuurcoëfficiënt worden 8200935 -15- * 4 verminderd.

De kamelektroden 28 en 29 op de siliciumlaag 25 kunnen worden aangebracht als weergegeven in de uitvoeringsvorm, van fig. 30. Het is tevens mogelijk een dergelijke structuur te kiezen als van fig. 31, waarbij een 5 metallische laag 30 aan een zinkoxydelaag 26, die de kamelektroden 28 en 29 bedekt, wordt gehecht.

In de uitvoeringsvorm van fig. 30 en 31 kan siliciumdioxyde worden aangebracht, teneinde de siliciumlaag 25 te beschermen.

In de bovengenoemde uitvoeringsvormen wordt de piezo-elektrische as 10 van de zinkoxydelaag 26 loodrecht op de siliciumlaag 25 aangebracht. Men kan echter nagenoeg dezelfde karakteristieken verkrijgen, zelfs wanneer de piezo-elektrische as van de vertikale lijn op het substraat oppervlak binnen 10° afwijkt en zelfs indien het kristallijne oppervlak van de siliciumlaag 25 en de voortplantingsas voor het opwekken van de oppervlakte-elas-15 tische golf verschillende graden afwijken van het [110]-oppervlak of de [001]-as.

Zoals uit de bovenstaande beschrijving blijkt kan men door een siliciumlaag met een voorafbepaalde kristallijne oriëntatie in contact te brengen met een elastisch element, een zinkoxydelaag op de siliciumlaag te la-20 ten groeien en de elektroden in ontact met de zinkoxydelaag aan te brengen, op flexibele wijze de elektromechanische koppelingscoëfficiënt op de gewenste waarde instellen. De mogelijkheid de elektromechanische koppelingscoëfficiënt vast te leggen maakt het mogelijk de impedantie van een SEW-omzetter te verlagen, terwijl een gemakkelijke aanpasbaarheid en uitvoe-25 ring van een SEW-element met hoog rendement mogelijk is. Tegelijkertijd kan, omdat het aantal elektrodeorganen van de SEW-omzetter kan worden verminderd, het element worden geminiaturiseerd en de produktiekosten worden verlaagd.

Verder kan de temperatuurscoëfficiënt klein worden gemaakt door te voorzien in een elastisch element, hetgeen leidt tot een stabiele werking 30 van het SEW-element.

Fig. 32 toont een doorsnede-aanzicht, dat een verdere uitvoeringsvorm van het SEW-element volgens de uitvinding illustreert, waarbij het referentiecijfer 35 een [110]-georiënteerd siliciumsubstraat aangeeft.

Cijfer 36 verwijst naar een zinkoxydelaag, die zodanig is gevormd dat de 35 piezo-elektrische as daarvan loodrecht op het oppervlak van het siliciumsubstraat 35 is gevormd, 37 naar een diëlektrische laag van siliciumdioxyde, die bij voorbeeld gedeeltelijk is gevormd op het oppervlak van de zink- 8200^35 -16- oxydelaag 36 en 38 en 39 verwijzen naar kamelektroden die zijn gevormd binnen dezelfde ringgeleider als de diëlektrische laag 37 en naar de zinkoxydelaag 36 die niet door de diëlektrische laag 37 is bekleed.

Ten opzichte van de ingangselektrode 38 van het als hoven geconstru-5 eerde SEW-element, wordt een Sezawa-golf opgewekt in de [001]-asrichting van het silicium 35« De oppervlakte-elastische golf plant zich dan voort langs het oppervlak van de zinkoxydelaag 36 en bereikt de uitgangselektrode 39.

Fig. 33 toont de karakteristieken verkregen met de uitvoeringsvorm 10 van fig. 32, waarbij, wanneer de elektrische geleidbaarheid bij de grenslaag tussen het siliciumsubstraat 35 en de zinkoxydelaag 36 hoog is, de vierkantswaarde van de elektromechanische koppelingscoëfficiënt K

varieert als weergegeven door kromme in fig. 33. Kromme Ag heeft betrekking op een Sezawa-golf.

15 De rechte lijn B g toont de maximale waarde van verkregen met een lithiumnuibiumoxyde (LiFbQ^-substraat, die ongeveer 5,5% bereikt.

Zoals duidelijk blijkt uit de karakteristieken van fig. 33 kan men wanneer men de oppervlakte-elastische golf in de [001]-asrichting van het silicium 35 doet voortplanten, een elektromechanische koppelingscoëffi-20 ciënt verkrijgen die groot genoeg is om een hoog rendement voor het element te realiseren door de dikte h van de zinkoxydelaag 36 zodanig vast te leggen dat deze voldoet aan de uitdrukking 0,9 <2-if h/?k<3,0.

Fig. 3^· toont een doorsnede-aanzicht dat een verdere uitvoeringsvorm van de uitvinding illustreert, waarbij het verwijzingscijfer 35A een 25 D00]-georiënteerd siliciumsubstraat aanduidt en de andere cijfers naar dezelfde onderdelen als in fig. 32 verwijzen.

Met betrekking tot de ingangselektrode 38 van het als boven opgestelde SEW-element, wordt een Sezawa-golf in de [011]-asrichting van het silicium 35A geëxciteerd.

30 Fig. 35 toont de eigenschappen, verkregen door de uitvoeringsvorm van fig. 3^, waarbij wanneer de elektrische geleidbaarheid bij het grensvlak tussen het siliciumsubstraat 35 en de zinkoxydelaag 36 hoog is, de vierkantswaarde ΥΓ van de elektromechanische koppelingscoëfficiënt K varieert als weergegeven door de kromme A^· De kromme A^ heeft betrekking op 35 een Sezawa-golf.

De rechte lijn 3^ toont de maximale waarde van verkregen met een lithiumniobiumoxyde (LiFbO^)-substraat, waarbij ongeveer 5,5% wordt bereikt.

8200935 -rr-

Zoals blijkt uit de karakteristieken van fig. 35 kan men bij bet doen voortplanten van de oppervlakte-elastische golf in de [011]-asrichting van het silicium 35A een elektromechanische koppelingscoëfficiënt verkrijgen, die groot genoeg is om een hoog rendement van het element te 5 realiseren door de dikte h van de zinkoxydelaag 36 zodanig vast te leggen, dat deze voldoet aan de uitdrukking 0,9<2irh/?K3,5.

Een hoge elektrische geleidbaarheid bij het grensvlak tussen het siliciumsubstraat 35 en de zinkoxydelaag 36 als boven beschreven, betekent, dat hetzelfde effect kan worden verkregen zelfs indien een metallische 10 laag kO bij het grensvlak wordt gevormd zoals blijkt uit fig. 36. Omdat verder de massaweerstand kan worden verlaagd, zelfs wanneer het silicium-substraat 35 een epitaxiale groeilaag bevat, kan hetzelfde effect als dat van fig. 32 worden verkregen.

Fig. 37 toont een verdere uitvoeringsvorm volgens de uitvinding, 15 waarin de diëlektrische laag 37A van siliciumdioxyde enz. met voldoende kleine dikte vergeleken met de golflengte van de oppervlakte-elastische golf, in vlakke toestand zodanig wordt gevormd, dat deze de kamelektro-den 38 en 39 over de gehele zinkoxydelaag 36 volledig bedekt. Bij deze structuur kan aldus hetzelfde effect als in fig. 32 en 36 worden bereikt.

20 Door het siliciumdioxyde dat de diëlektrische laag 37 vormt wordt de temperatuurscoëfficiënt van het element als bepaald door het silicium-substraat 35 en de zinkoxydelaag 36 geëlimineerd, waardoor het element als totaal een kleine temperatuurscoëfficiënt bezit.

De kamelektroden kunnen op het siliciumsubstraat worden aangebracht 25 en een metallische laag kan aan de zinkoxydelaag, die de kamelektroden bedekt, worden vastgehecht.

In de boven beschreven uitvoeringsvormen wordt de piezo-elektrische as van de zinkoxydelaag 36 loodrecht geplaatst op het siliciumsubstraat 35· Zelfs indien de piezo-elektrische as helt ten opzichte van de vertikale 30 lijn op het substraat 35 binnen een hoek van 10°, kunnen echter nagenoeg dezelfde karakteristieken worden verkregen. Ook als de oriëntatie van het siliciumsubstraat 35 en de voortplantingsas voor excitatie in de richting van resp. het [110]- of [100]-oppervlak en de [001]— of [01l]-as enige graden afwijken kunnen dezelfde karakteristieken worden verkregen.

35 Fig. 38 toont een docrsnede-aanzicht van een SEW-element als uit voeringsvorm volgens de uitvinding, waarbij het vervijzingscijfer 5 een [l10]-georiënteerd siliciumsubstraat aanduidt. Cijfer 17 verwijst naar een 8200935 -18- * diëlektrische laag van siliciumdioxyde, bij voorbeeld gedeeltelijk gevormd op het siliciumsubstraat 1*5, ^ naar een zinkoxydelaag die zodanig is gevormd dat de piezo-elektrische as ervan loodrecht is geplaatst op het siliciumsubstraat 1*5 en de diëlektrische laag 1*7, terwijl 1*8 en 1*9 ver-5 wijzen naar kamelektroden op de zinkoxydelaag 1+6.

Via de ingangselektrode 1*8 van het als boven geconstrueerde SEW-element wordt een Sezawa-golf in de [001]-asrichting van het silicium 1*5 geëxciteerd die langs de oppervlakte van de zinkoxydelaag 1*6 voortplant en de uitgangselektrode 1*9 bereikt.

10 Fig. 39 toont de karakteristieken verkregen door de uitvoeringsvorm van fig. 38, waarbij, wanneer de elektrische geleidbaarheid bij het grensvlak tussen het siliciumsubstraat 1+5 en de zinkoxydelaag 1*6 hoog is, de vierkantswaarde van de elektromechanische koppelingscoëfficiënt K va rieert als weergegeven door de kromme A^. Kromme heeft betrekking op 15 een Sezawa-golf.

De rechte lijn toont de maximale waarden van verkregen door een lithiumniobiumoxyde (LiïTbO^)-substraat, die ongeveer 5,5% bereikt.

Zoals blijkt uit de karakteristieken in fig. 39 kan men bij het laten voortplanten van de oppervlakte-elastische golf in de [0011-asrieh-20 ting, een elektromechanische koppelingscoëfficiënt verkrijgen die groot genoeg is om een hoog rendement van het element te realiseren door de dikte h van de zinkoxydelaag 1*6 zodanig vast te leggen dat deze voldoet aan de uitdrukking 0,9<.2·*Ίι/λ<3,0.

Fig. 1*0 toont een doorsnede-aanzicht dat een SEW-element illustreert 25 in een verdere uitvoeringsvorm volgens de uitvinding, waarin het verwij-zingscijfer 1*5A een [100]-georiënteerd siliciumsubstraat aanduidt en de andere cijfers betrekking hebben op dezelfde onderdelen als in fig. 38.

Ten opzichte van de ingangs elektrode 1*8 van het als boven geconstrueerde SEW-element wordt een Sezawa-golf geëxciteerd in de [01l]-as-30 richting van het silicium 1*5A.

Fig. 1*1 toont de karakteristieken van de uitvoeringsvorm van fig. 1*0, waarbij, wanneer de elektrische geleidbaarheid bij het grensvlak tussen het siliciumsubstraat 1*5 en de zinkoxydelaag 1*6 hoog is, de vier-kantswaarde van de elektromechanische koppelingscoëfficiënt K varieert 35 als weergegeven door de kromme A^._ Deze kromme heeft betrekking op een Sezawa-golf.

De rechte lijn toont de maximale waarde van verkregen door 8200935 -19- een siliciumniobiumoxyde (LiïïbO^)-substraat, die ongeveer 5,5% bereikt.

Zoals blijkt uit de karakteristieken van fig. 1+1 kan men bij bet doen voortplanten van de oppervlakte-elastiscbe golf in de [011]-asrichting van het silicium 1+5A, een elektromechanische koppelingscoëfficiënt 5 verkrijgen, die groot genoeg is om een hoog rendement van het element te realiseren door de dikte h van de zinkoxydelaag k6 zodanig vast te leggen, dat deze voldoet aan de uitdrukking 0,9 < 2vrti/)^<3,5.

Een hoge elektrische geleidbaarheid bij de grenslaag tussen het siliciumsubstraat 1+5 en de zinkoxydelaag b6 geeft de mogelijkheid, het-10 zelfde effect te bereiken, zelfs indien een metallische laag 50 op het grensvlak is gevormd, zoals blijkt uit fig. 1+2. Omdat verder de massaweer-stand kan worden verminderd, zelfs wanneer het siliciumsubstraat 1+5 een epitaxiale groeilaag omvat, kan hetzelfde effect als in de uitvoeringsvorm van fig. 38 worden verkregen.

15 Pig. 1+3 toont een verdere uitvoeringsvorm volgens de uitvinding waarbij een diëlektrische laag 1+7 van siliciumdioxyde, enz. met een voldoend kleine dikte vergeleken met de golflengte van de oppervlakte-elasti-sche golf op het silicium 1+5 (1+5A) wordt aangebracht door groeien.

Deze structuur geeft tevens hetzelfde effect als in de uitvoeringsvormen 20 van fig. 38 en 1+0.

Omdat siliciumdioxyde, dat de diëlektrische laag 1+7 vormt, zodanig functioneert, dat de temperatuurscoëfficiënt van het element, bepaald door het siliciumsubstraat 1+5 en de zinkoxydelaag 1+6, wordt geëlimineerd, heeft het element in zijn totaliteit een kleine temperatuurscoëfficiënt.

25 De kamelektroden kunnen op het siliciumsubstraat of op de diëlek trische laag worden aangebracht en een metallische laag kan worden gehecht aan de zinkoxydelaag, die de kamelektroden bedekt.

In de bovengenoemde uitvoeringsvormen wordt de piezo-elektrische as van de zinkoxydelaag k6 loodrecht op het siliciumsubstraat 1+5 of 1+5A op-30 gesteld. Men kan echter vrijwel dezelfde eigenschappen verkrijgen zelfs indien de piezo-elektrische as helt ten opzichte van de vertikale lijn op het substraat 1+5 binnen bij benadering 10°. Verder is gevonden dat nagenoeg dezelfde eigenschappen kunnen worden verkregen, zelfs wanneer de oriëntatie van het siliciumsubstraat 1+5 en de voortplantingsas voor het exciteren 35 van de oppervlakte-elastische golf verschillende graden afwijken van het [110]- of [100]-oppervlak en de [001]- of [01l]-as.

8200935

Claims

1. Oppervlakte-elastische golf (SEW)-element, met het kenmerk, dat dit omvat: een [110]-georiënteerd siliciumsubstraat; een zinkoxydelaag, die men heeft laten groeien op genoemd substraat; 5 en op genoemde zinkoxydelaag gevormde elektroden.

2. SEW-element, met het kenmerk, dat dit omvat: een [110]-georiënteerd siliciumsubstraat; op genoemd substraat gevormde elektroden en een zinkoxydelaag, die men op genoemde elektroden en siliciumsubstraat 10 heeft laten groeien.

3. SEW-element, met het kenmerk, dat dit omvat: · een [100]-georiënteerd siliciumsubstraat; een zinkoxydelaag, die men op genoemd siliciumsubstraat heeft laten groeien en op genoemd zinkoxydelaag gevormde elektroden. 15 *+. SEW-element, met het kenmerk, dat dit omvat: een [100]-georiënteerd siliciumsubstraat; op genoemd substraat gevormde elektroden; alsmede een zinkoxydelaag, die op genoemde elektroden en siliciumsubstraat heeft laten groeien. 20 5* SEW-element, met het kenmerk, dat dit omvat: een [110]-georiënteerd siliciumsubstraat; een op ten minste een deel van genoemd substraat gevormde metallische laag ; een zinkoxydelaag, die men op genoemde metallische laag heeft laten groeien 25 alsmede op genoemde zinkoxydelaag gevormde elektroden.

6. SEW-element, met het kenmerk, dat dit omvat: een elastisch orgaan; een op genoemd elastisch orgaan gevormde siliciumlaag met een voorafbepaal-de kristallijne oriëntatie; 30 een zinkoxydelaag, die men op genoemde siliciumlaag heeft laten groeien en op genoemde zinkoxydelaag gevormde elektroden.

7. SEW-element,. met het kenmerk, dat dit omvat: een siliciumsubstraat met een voorafbepaalde kristallijne oriëntatie; een zinkoxydelaag die men op genoemd substraat heeft laten groeien en 35 een op genoemde zinkoxydelaag gevormde diëlektrische laag en. elektroden. 8200935 -21-

8. SEW-element, met het kenmerk, dat dit omvat: een siliciumsubstraat met een voorafbepaalde kristallijne oriëntatie; een op ten minste een deel van genoemd substraat gevormde diëlektrische laag; 5 een in contact met genoemde diëlektrische laag gevormde zinkoxydelaag en op genoemde zinkoxydelaag gevormde elektroden.

9. SEW-element volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat dit verder een metallische op genoemde zinkoxydelaag gevormde laag omvat.

10. SEW-element, met het kenmerk, dat dit omvat: 10 een [110]-georiënteerd siliciumsubstraat; een op genoemd substraat gevormde diëlektrische laag; een op genoemde diëlektrische laag gevormde zinkoxydelaag en op genoemde zinkoxydelaag gevormde elektroden.

11. SEW-element volgens conclusie 9 of 10, met het kenmerk, dat de 15 piezo-elektrische as van genoemde zinkoxydelaag loodrecht staat op het oppervlak van genoemd siliciumsubstraat.

12. SEW-element volgens conclusie 9 of 10, met het kenmerk, dat de piezo-elektrische as van genoemde zinkoxydelaag helt met niet meer dan 10° ten opzichte van de vertikale lijn op het siliciumsubstraatoppervlak.

13. SEW-element volgens conclusies 1, 2, 9 of 10, met het kenmerk, dat genoemde zinkoxydelaag een zodanige dikte h heeft ten opzichte van de golflengte van de oppervlakte-elastisehe golf, die zich binnen genoemd element voortplant, dat wordt voldaan aan de uitdrukking 0,9 <.2Tfh/^ <3,0. lh. SEW-element volgens conclusies 3-9» met het kenmerk, dat genoemde 25 zinkoxydelaag een zodanige dikte h heeft ten opzichte van de golflengte van de oppervlakte-elastisehe golf, die zich binnen genoemd element voortplant, dat wordt voldaan aan de uitdrukking 0,9 <,2Trh/^<3,5.

15· SEW-element volgens conclusie 1 of 10, met het kenmerk, dat dit verder een orgaan omvat voor het aan genoemde elektroden toevoeren van een 30 signaal, voor het doen voortplanten van de oppervlakte-elastisehe golf in de [001]-asrichting van genoemde zinkoxydelaag.

16. SEW-element volgens conclusie 2 of 9, met het kenmerk, dat dit verder een orgaan omvat voor het aan genoemde elektroden toevoeren van een signaal voor het opwekken van een oppervlakte-elastisehe golf die zich 35 voortplant in de [001]-asrichting van genoemd siliciumsubstraat.

17. SEf-element volgens conclusies 3, ^ of 'ik, met het kenmerk, dat deze verder een orgaan om vat voor het aan genoemde elektrode toevoeren van 8200935 -22- een signaal voor het opwekken van een oppervlakte-elastische golf, die zich voortplant in de [011]-asrichting van genoemd siliciumsubstraat. 8200935