JP2003535546A - 表面弾性波装置 - Google Patents
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Abstract
Description
とした2次元のSAW装置の電極構造の設計に関する。
励起,検出,減衰」,物理の音響,原理,方法,W.P.マソン(W.P.Ma
son)とR.N.サーストン(R.N.Thurston)編集,アカデミッ
ク・プレス(Academic Press)、1970年,Vol.VII,
219頁〜272頁; デイ(Day)他著,「環状の圧電気表面波」,音波と超音波に関するIEE
E会報,1972年10月,Vol.SU−19,No.4,461頁〜466
頁; シー(Shih)他著,「強誘電体フィルム複合構造のSAW特性の理論研究
」,超音波,強誘電体,そして周波数制御に関するIEEE会報,1998年3
月,Vol.45,No.2,305頁〜316頁; SAW装置は、圧電基板上に形成される変換器によって電気信号を、弾性表面
波に変換し、弾性表面波が、基板の表面上を伝搬するように構成されている。こ
の装置は、圧電結晶、リチウムナイオベート(LiNbO3)、石英などの圧電
物質か、圧電セラミック物質、エピタキシャル(Pb(ZrTi)O3)(以下
「PZT」という)、酸化亜鉛(ZnO)などか、もしくはシリコン上の酸化亜
鉛(ZnO)のような非圧電基板上に積み重ねられる圧電薄膜によって構成され
る。このSAW装置は、一対の電気SAW変換器と、それらの間に設けられたS
AW伝搬路とを含む。通常、SAW伝搬路は、両方の変換器に普通に使用され、
研磨された圧電基板の一部で構成される。
板表面上を移動する。表面弾性波は、このように電源の超短波周波数を保持して
いる間は、緩慢な音の特性を持つ。これらの特性を利用するSAW装置は、遅延
線、フィルター、パルスプロセッサ、および他の超短波装置・回路を使用するこ
とができる。
波が移動する距離とによって決定される。
、入出力変換器の電極パターンとによって決定される。
の方向は、波先の方向を決定する。
間領域が、1波長領域を定義するように、単フェーズを維持している。
つのフェーズ制御が実行される。とりわけ、複数の電極フィンガー(電極片)を
持つ、2つの櫛形状電極は、互いに、対向し、噛み合い、そして相反するフェー
ズで維持される。2つの電極片と電極片間の2つの隙間領域は、1波長領域を定
義する。一般に、電極片と電極片間の隙間領域はすべて、λ/4と同じ幅lを有
する。ここで、λはSAWの波長を表す。
一般に1方向にのみ移動する。本発明の目的は、2次元の表面弾性波を生成する
ことができる新型のSAW装置を開発することにある。
に配した電極パターンを含む2次元の表面弾性波装置用の電極層を提案する。
、第1配列の片は、第2配列の片に対してある角度で方向付けけされている。方
向付けの角度は90度である。
面弾性波装置を提案する。
。この装置は、圧電層と基板層の間に配置される下部電極層を備える。
ってもよく、この装置は、さらに圧電層上に配置される頂部電極層を備えている
。
れてきた。この装置は、単フェーズ装置であり、2次元の表面弾性波を生成する
ことができる。
2から成り、各電極は、複数の導電フィンガー3,4を有するアームを備えてい
る。そのフィンガーはアームから伸びる電極片であり、フィンガー間の非導電隙
間領域で、非導電表面に沿って、交互に間隔を設けて配置されている。図1で示
されるように、各導電フィンガーの幅と、それらの間の非導電の隙間は、λ/4
に等しい。ここでλはSAWの波長である。SAW装置の作動周波数の上限は、
変換器を決めるために使用されるフォトリソグラフィック技術の能力によって決
定される。
フィック能力のための可能な作動周波数を2倍にする。図2Aでは、単フェーズ
変換器は、フィンガー間の非導電の隙間領域8を伴って、アームから伸びる複数
の導電フィンガー7を有する導電アーム6を備える。図示されるように、フィン
ガー間の間隔、並びに、各フィンガーの幅はλ/2である。ここで、λはSAW
の波長である。
は、フィンガー7を備え、図2Aで図示されるようなパターン化された頂部電極
層を備える。この下に、変換器は、酸化亜鉛(ZnO)層9と、アルミニウム(
Al)下部電極層10と、二酸化ケイ素(SiO2)緩衝層11と、シリコン層
12と、アルミニウム(Al)電極層13とを備える。一般に、酸化亜鉛(Zn
O)層9の厚さは、電極フィンガー7間の間隔よりも、一般には3〜10倍小さ
いので、その電界線は平行である。
の場合、電極フィンガー7間の間隔は、結晶の厚さよりもずっと小さい。従って
、電界の周縁は、図示されるようになる。図2Cでは、導電フィンガー7を備え
、単フェーズにパターン化された電極層は、リチウムナイオベート(LiNbO3 )基板14上に配置され、後部電極15は、リチウムナイオベート(LiNb
O3)基板の後側に積み重ねられる。層状の結晶構造と単結晶構造との間の電界
パターンに存在する、固有な差異が、層状構造の単フェーズ変換器を、単結晶構
造の対応物よりも効果的にする。
した基板の側面概略図を示す。図3Aでは、基板は、頂部電極層16(アルミニ
ウム(Al)、金(Au)等)と、圧電層17(酸化亜鉛(ZnO)、PZT、
リチウムナイオベート(LiNbO3)、リチウムタンタレート(LiTaO3 )等)と、下部電極層18(アルミニウム(Al)、金(Au)等)と、緩衝層
19(二酸化ケイ素(SiO2)、窒化ケイ素(Si3N4)、ダイアモンド等
)と、弾性基板層20(サファイア、シリコン(Si)、ガリウムヒ素(GaA
s)、リン化インジウム(InP)、融解石英、ガラス等)と、後部電極層21
(アルミニウム(Al)、金(Au)等)とを備える。図3Bでは、緩衝層19
はなく、一方、図3Cでは、下部電極層18と緩衝層19の両方がない。
かなる基板をも意味する。従って、弾性SAWは、その上を移動することができ
る。
例を示す側面概略図である。
す。
る頂部電極層16を伴って、図3Aの基板は使用された。例えば、このパターン
化された電極層22は、図5,図6に示されるようにパターン化してもよい。下
部電極層18はパターン化されない。図4Aは、単フェーズモードで操作する第
1実施例用の電界パタ−ンを示す。すなわち、全ての電極パターン22は同じフ
ェーズで維持される。
る下部電極層18を伴って、図3Aの基板が使用された。例えば、このパターン
化された電極層22は、図5,図6に示されるようにパターン化してもよい。頂
部電極層16は、パターン化されないでいる。図4Bは、単フェーズモードで操
作する第2実施例用の電界パターンを示す。すなわち、すべての電極パターン2
2は同じフェーズで維持される。
域25を有し、直線片電極の2つの配列23,24を含む。配列23,24は、
互いに、電気的に接触しており、その結果、パターン化された電極層は、標準的
なフォトリソグラフィと、メタリゼーション(metallization)プ
ロセスを使用して製造してもよい。実施例では、この配列23,24は、互いに
90度に方向付けけされる。このように、この配列23,24は、それぞれ、x
,y方向に同時に伝搬する、2つの異なる超音波の波長λ1,λ2を決定する。
する。2つの弾性表面波は、2つの周波数成分を含む電源を設けることによって
作ってもよい。もし電源が1つの周波数成分しか含まないのならば、配列が同じ
超音波の波長を決めない限り、1つの表面弾性波しか作らない。
置し、直線電極を異なる幅で一般化してもよく、異なる方向および、異なる波長
で超音波を発生させるようにしてもよい。
同心で環状の電極片26の配列を含む。電極層パターンは、波長λ3を有するラ
ジアル方向の超音波を決める。環状の電極片26は、放射状片28によって、そ
れぞれ電気的に接続している。
の基板を使って製造してもよい。例えば、図5,図6で図示される方法で、頂部
電極層16がパターン化され、または下部電極層18がパターン化される。
酸化亜鉛(ZnO)、PZT、リチウムナイオベート(LiNbO3)、リチウ
ムタンタレート(LiTaO3)等によって形成してもよい。
アモンドフィルム等のような、誘電体薄膜である。この層は、一般に結晶度や、
圧電層の組織を改良したものが備えられる。それはSAWの速度を上昇させるの
にも使用することができる。
Ti)のような金属薄膜か、酸化亜鉛:アルミニウムドープ(Al:ZnO)、
スズドープ酸化インジウム(ITO)、アンチモンドープ酸化スズ(ATO)の
ような導電性の酸化薄膜か、もしくはp−タイプシリコンのような半導体フィル
ムで構成される。
のような結晶体物質か、融解石英、ガラス等のような弾性的なアイソトロピック
物質の非結晶体か、酸化亜鉛(ZnO)、PZT、リチウムナイオベート(Li
NbO3)、リチウムタンタレート(LiTaO3)等のような導電物質か、ま
たはケイ素(Si)、ゲルマニウム(Ge)、ガリウムヒ素(GaAs)、リン
化インジウム(InP)、窒化アルミニウム(AIN)、ガリウムナイトライド
(GaN)等のような半導体物質でもよい。
電物質でも、半導体物質でもよく、また頂部電極層はパターン化される。
を使用することができ、また、より多用性を有する。またSAWの遅延線と、共
振器と、フィルターに使用することができる。基板として半導体を使用すること
によって、同じチップ上のSAW装置と電気回路を一体化することも可能である
。
を示す上面図である。
的な電界パターンを図示する側面概略図である。
型的な電界パターンを図示する側面概略図である。
側面概略図である。
側面概略図である。
る。
Claims (12)
- 【請求項1】 少なくとも2方向で、導電領域と非導電領域を交互に配した電極パターンを含
む2次元の表面弾性波装置用の電極層。 - 【請求項2】 前記電極パターンは、実質上直線で平行な導電物質片の第1,第2配列を含み
、該第1配列の片は、前記第2配列の片に対してある角度で方向付けされている
請求項1に記載の電極構造。 - 【請求項3】 前記角度が90度である請求項2に記載の電極構造。
- 【請求項4】 前記電極パターンは、同心で環状の導電片の配列を含む請求項1に記載の電極
構造。 - 【請求項5】 前記導電片の幅は、該導電片間の間隔とほぼ等しい請求項2から4のうちいず
れかに記載の電極構造。 - 【請求項6】 圧電層と、弾性基板層と、請求項1から5のいずれかによってパターン化され
た電極層を含む2次元の表面弾性波装置。 - 【請求項7】 前記パターン化された電極層は、前記圧電層上に配置される頂部電極層である
請求項6に記載の2次元の表面弾性波装置。 - 【請求項8】 前記圧電層と前記基板層の間に配置される下部電極層を備える請求項7に記載
の2次元の表面弾性波装置。 - 【請求項9】 前記パターン化された電極層は、前記圧電層と前記基板層の間に配置される下
部電極層であり、前記装置は、前記圧電層上に配置される頂部電極層を備える請
求項6に記載の2次元の表面弾性波装置。 - 【請求項10】 前記下部電極層と前記基板層の間に緩衝層を備える請求項8または9に記載の
2次元の表面弾性波装置。 - 【請求項11】 添付図面の図3A〜図6のいずれか、又はそれらの図を組み合わせたものを引
用して実質上上述され、および/または実質上図示される2次元の弾性波装置用
の電極構造。 - 【請求項12】 添付図面の図3A〜図6のいずれか、又はそれらの図を組み合わせたものを引
用して実質上上述され、および/または実質上図示される2次元の弾性波装置。
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