JP2018506930A - 波閉じ込め構造を有する板波デバイス及び作製方法 - Google Patents
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Abstract
Description
Claims (73)
- 微小電気機械システム(MEMS)導波デバイスであって、
単結晶圧電層と、
前記単結晶圧電層内にまたは前記単結晶圧電層上に配置され、前記単結晶圧電層内での横音響波の変換のために構成される複数の電極と、
前記単結晶圧電層に近接して配置され、前記単結晶圧電層内に波長λを有する横励起波を閉じ込めるように構成される少なくとも1つの導波閉じ込め構造と、を備え、前記少なくとも1つの導波閉じ込め構造の各導波閉じ込め構造は、5λより小さい厚さを備え、前記少なくとも1つの導波閉じ込め構造は、1λ〜5λの範囲内の厚さを有する高速波伝搬層を備える、前記微小電気機械システム(MEMS)導波デバイス。 - 前記単結晶圧電層は、ニオブ酸リチウムまたはタンタル酸リチウムの少なくとも一方を含む、請求項1に記載のMEMS導波デバイス。
- 前記単結晶圧電層と前記デバイスの少なくとも1つの下地層との間に結合界面を備える、請求項1に記載のMEMS導波デバイス。
- 前記少なくとも1つの下地層は、(i)前記少なくとも1つの導波閉じ込め構造の1つの導波閉じ込め構造または(ii)前記単結晶圧電層と前記少なくとも1つの導波閉じ込め構造の1つの導波閉じ込め構造との間に配置される任意に設けられる低速波伝搬層の少なくとも一方を備える、請求項3に記載のMEMS導波デバイス。
- 前記単結晶圧電層は、第1の表面及び前記第1の表面に対向する第2の表面を備え、
前記少なくとも1つの導波閉じ込め構造は、前記第1の表面に近接する第1の導波閉じ込め構造を備え、また、前記第2の表面に近接する第2の導波閉じ込め構造を備える、請求項1に記載のMEMS導波デバイス。 - 前記第1の導波閉じ込め構造は前記高速波伝搬層を備え、前記第2の導波閉じ込め構造は別の高速波伝搬層を備える、請求項5に記載のMEMS導波デバイス。
- 前記第1の導波閉じ込め構造または前記第2の導波閉じ込め構造の一方は前記高速波伝搬層を備え、前記第1の導波閉じ込め構造または前記第2の導波閉じ込め構造の他方はブラッグミラーを備える、請求項5に記載のMEMS導波デバイス。
- 前記第1の表面と前記第1の導波閉じ込め構造との間に配置される第1の低速波伝搬層、及び、前記第2の表面と前記第2の導波閉じ込め構造との間に配置される第2の低速波伝搬層を更に備える、請求項5に記載のMEMS導波デバイス。
- 前記単結晶圧電層と前記少なくとも1つの導波閉じ込め構造との間に配置される少なくとも1つの低速波伝搬層を更に備える、請求項1に記載のMEMS導波デバイス。
- 前記少なくとも1つの低速波伝搬層は、前記少なくとも1つの導波閉じ込め構造の各層の厚さと異なる厚さを備える、請求項9に記載のMEMS導波デバイス。
- 前記複数の電極は、前記少なくとも1つの低速波伝搬層内に配置されかつ前記単結晶圧電層と接触状態で配置される複数の電極を含む、請求項9に記載のMEMS導波デバイス。
- 前記複数の電極は、第1の極性の第1の電極の群及び前記第1の極性と反対の第2の極性の第2の電極の群を備えるインターデジタル変換器(IDT)を含み、
前記第2の電極の群は、前記第1の電極の群に関して非共面的である、請求項11に記載のMEMS導波デバイス。 - 前記複数の電極は、第1の極性の第1の電極の群及び前記第1の極性と反対の第2の極性の第2の電極の群を含むインターデジタル変換器(IDT)を備え、
前記単結晶圧電層は複数のリセス領域を含み、
前記第2の電極の群は、前記第2の電極の群が前記第1の電極の群に関して非共面的であるように前記複数のリセス領域内に配置される、請求項1に記載のMEMS導波デバイス。 - 前記複数の電極を少なくとも部分的に覆う少なくとも1つの機能層を更に備える、請求項1に記載のMEMS導波デバイス。
- 前記単結晶圧電層は、第1の表面及び前記第1の表面に対向する第2の表面を備え、前記複数の電極は、前記第1の表面上に配置される第1のインターデジタル変換器(IDT)を備え、また、前記第2の表面上に配置される第2のIDTを備える、請求項1に記載のMEMS導波デバイス。
- 前記複数の電極は、前記単結晶圧電層内に少なくとも部分的に埋め込まれたインターデジタル変換器(IDT)を備える、請求項1に記載のMEMS導波デバイス。
- 前記単結晶圧電層は、第1の表面及び前記第1の表面に対向する第2の表面を備え、
前記複数の電極及び前記単結晶圧電層は、結合して、周期分極反転変換器を備え、前記周期分極反転変換器において、前記単結晶圧電層は、異なる極性の複数の横交互領域を備え、前記複数の電極は、前記第1の表面上に配置される第1の固体金属電極を備え、また、前記第2の表面上に配置される第2の固体金属電極を備え、
少なくとも1つの低速波伝搬層は、前記周期分極反転変換器と前記少なくとも1つの導波閉じ込め構造との間に存在する、請求項1に記載のMEMS導波デバイス。 - 前記複数の電極は、第1の電極の区分化層を備え、また、第2の電極の実質的に連続の層を備え、
前記単結晶圧電層は区分化単結晶圧電層を備え、
前記区分化単結晶圧電層は、前記区分化単結晶圧電層の区分が、第1の電極の前記区分化層の区分に実質的に位置合せされた状態で、第1の電極の前記区分化層と前記第2の電極の実質的に連続の層との間に配置される、請求項1に記載のMEMS導波デバイス。 - 第1の電極の前記区分化層の区分の間にギャップを備え、前記ギャップは、低速波伝搬材料で少なくとも部分的に充填される、請求項18に記載のMEMS導波デバイス。
- 前記少なくとも1つの導波閉じ込め構造は、第1の導波閉じ込め構造及び第2の導波閉じ込め構造を備え、
第1の電極の前記区分化層の区分の間のギャップ及び前記区分化単結晶圧電層の区分の間のギャップは低速波伝搬材料で充填され、
前記複数の電極、前記区分化単結晶圧電層、及び前記低速波伝搬材料は、前記第1の導波閉じ込め構造と前記第2の導波閉じ込め構造との間に配置される、請求項18に記載のMEMS導波デバイス。 - 第1の電極の前記区分化層と前記第1の導波閉じ込め構造または前記第2の導波閉じ込め構造の少なくとも一方との間に少なくとも1つの低速波伝搬材料を更に含む、請求項20に記載のMEMS導波デバイス。
- 前記単結晶圧電層は、第1の厚さ領域及び第2の厚さ領域を備え、前記第1の厚さ領域の厚さは前記第2の厚さ領域の厚さと異なり、
前記複数の電極は、前記第1の厚さ領域上にまたは前記第1の厚さ領域に隣接して配置され、前記第1の厚さ領域内で波長λ1を有する第1の横音響波の変換のために構成される第1の複数の電極を備え、また、前記第2の厚さ領域上にまたは前記第2の厚さ領域に隣接して配置され、前記第2の厚さ領域内で波長λ2を有する第2の横音響波の変換のために構成される第2の複数の電極を備え、λ2はλ1と異なる、請求項1に記載のMEMS導波デバイス。 - 前記第1の複数の電極は第1のインターデジタル変換器を備え、前記第2の複数の電極は第2のインターデジタル変換器を備える、請求項22に記載のMEMS導波デバイス。
- 前記少なくとも1つの導波閉じ込め構造と前記単結晶圧電層の少なくとも一部分との間に温度補償層を更に備える、請求項23に記載のMEMS導波デバイス。
- 前記温度補償層は、前記第1の厚さ領域に近接して第1の温度補償層厚を含み、また、前記第2の厚さ領域に近接して第2の温度補償層厚を含む、請求項24に記載のMEMS導波デバイス。
- 前記第1の複数の電極は前記第2の複数の電極に関して非共面的である、請求項22に記載のMEMS導波デバイス。
- 5λより大きい厚さを備えるキャリア基板を更に備え、前記少なくとも1つの導波閉じ込め構造の1つの導波閉じ込め構造は、前記キャリア基板と前記単結晶圧電層との間に配置される、請求項1に記載のMEMS導波デバイス。
- 5λより大きい厚さを備えるキャリア基板がなく、前記導波デバイスは板波デバイスを備える、請求項1に記載のMEMS導波デバイス。
- 微小電気機械システム(MEMS)導波デバイスであって、
単結晶圧電層と、
前記単結晶圧電層内にまたは前記単結晶圧電層上に配置され、前記単結晶圧電層内で横音響波の変換のために構成される複数の電極と、
少なくとも1つの低速波伝搬層と、
前記単結晶圧電層に近接して配置され、前記単結晶圧電層内に横励起波を閉じ込めるように構成される少なくとも1つの導波閉じ込め構造と、を備え、前記少なくとも1つの導波閉じ込め構造はブラッグミラーを備え、前記ブラッグミラーは、前記少なくとも1つの低速波伝搬層の1つの低速波伝搬層によって前記単結晶圧電層から分離される、微小電気機械システム(MEMS)導波デバイス。 - 前記ブラッグミラーは、少なくとも1つの低インピーダンス層及び少なくとも1つの高インピーダンス層の少なくとも1つの群を含み、前記少なくとも1つの低インピーダンス層は、前記少なくとも1つの群内で前記少なくとも1つの高インピーダンス層とシーケンシャルに配置される、請求項29に記載のMEMS導波デバイス。
- 前記単結晶圧電層とデバイスの少なくとも1つの下地層との間に結合界面を備える、請求項29に記載のMEMS導波デバイス。
- 前記少なくとも1つの下地層は、(i)前記ブラッグミラーまたは(ii)前記低速波伝搬層の少なくとも一方を備える、請求項29に記載のMEMS導波デバイス。
- 前記単結晶圧電層は、ニオブ酸リチウムまたはタンタル酸リチウムの少なくとも一方を含む、請求項29に記載のMEMS導波デバイス。
- 前記単結晶圧電層は、第1の表面及び前記第1の表面に対向する第2の表面を備え、
前記少なくとも1つの導波閉じ込め構造は、前記第1の表面に近接する第1の導波閉じ込め構造を備え、また、前記第2の表面に近接する第2の導波閉じ込め構造を備える、請求項29に記載のMEMS導波デバイス。 - 前記第1の導波閉じ込め構造は第1のブラッグミラーを備え、前記第2の導波閉じ込め構造は第2のブラッグミラーを備える、請求項34に記載のMEMS導波デバイス。
- 前記第1の導波閉じ込め構造または前記第2の導波閉じ込め構造の一方は前記ブラッグミラーを備え、前記第1の導波閉じ込め構造または前記第2の導波閉じ込め構造の他方は高速波伝搬層を備える、請求項34に記載のMEMS導波デバイス。
- 前記少なくとも1つの低速波伝搬層は、第1の低速波伝搬層及び第2の低速波伝搬層を備え、前記第1の低速波伝搬層は前記第1の表面と前記第1の導波閉じ込め構造との間に配置され、前記第2の低速波伝搬層は前記第2の表面と前記第2の導波閉じ込め構造との間に配置される、請求項34に記載のMEMS導波デバイス。
- 前記少なくとも1つの導波閉じ込め構造は第1の導波閉じ込め構造及び第2の導波閉じ込め構造を備え、
前記複数の電極、前記単結晶圧電層、及び前記少なくとも1つの低速波伝搬層は、前記第1の導波閉じ込め構造と前記第2の導波閉じ込め構造との間に配置される、請求項34に記載のMEMS導波デバイス。 - 前記少なくとも1つの低速波伝搬層は、前記少なくとも1つの導波閉じ込め構造の各層の厚さと異なる厚さを備える、請求項29に記載のMEMS導波デバイス。
- 前記複数の電極は、前記少なくとも1つの低速波伝搬層内に配置されかつ前記単結晶圧電層と接触状態で配置される複数の電極を含む、請求項29に記載のMEMS導波デバイス。
- 前記複数の電極は、第1の極性の第1の電極の群及び前記第1の極性と反対の第2の極性の第2の電極の群を備えるインターデジタル変換器(IDT)を含み、
前記第2の電極の群は、前記第1の電極の群に関して非共面的である、請求項29に記載のMEMS導波デバイス。 - 前記複数の電極は、第1の極性の第1の電極の群及び前記第1の極性と反対の第2の極性の第2の電極の群を含むインターデジタル変換器(IDT)を備え、
前記単結晶圧電層は複数のリセス領域を含み、
前記第2の電極の群は、前記第2の電極の群が前記第1の電極の群に関して非共面的であるように前記複数のリセス領域内に配置される、請求項29に記載のMEMS導波デバイス。 - 前記複数の電極を少なくとも部分的に覆う少なくとも1つの機能層を更に備える、請求項29に記載のMEMS導波デバイス。
- 前記単結晶圧電層は、第1の表面及び前記第1の表面に対向する第2の表面を備え、前記複数の電極は、前記第1の表面上に配置される第1のインターデジタル変換器(IDT)を備え、また、前記第2の表面上に配置される第2のIDTを備える、請求項29に記載のMEMS導波デバイス。
- 前記複数の電極は、前記単結晶圧電層内に少なくとも部分的に埋め込まれたインターデジタル変換器(IDT)を備える、請求項29に記載のMEMS導波デバイス。
- 前記単結晶圧電層は、第1の表面及び前記第1の表面に対向する第2の表面を備え、
前記複数の電極及び前記単結晶圧電層は、結合して、周期分極反転変換器を備え、前記周期分極反転変換器において、前記単結晶圧電層は、異なる極性の複数の横交互領域を備え、前記複数の電極は、前記第1の表面上に配置される第1の固体金属電極を備え、また、前記第2の表面上に配置される第2の固体金属電極を備え、
少なくとも1つの低速波伝搬層は、前記周期分極反転変換器と前記少なくとも1つの導波閉じ込め構造との間に存在する、請求項29に記載のMEMS導波デバイス。 - 前記複数の電極は、第1の電極の区分化層を備え、また、第2の電極の実質的に連続の層を備え、
前記単結晶圧電層は区分化単結晶圧電層を備え、
前記区分化単結晶圧電層は、前記区分化単結晶圧電層の区分が、第1の電極の前記区分化層の区分に実質的に位置合せされた状態で、第1の電極の前記区分化層と前記第2の電極の実質的に連続の層との間に配置される、請求項29に記載のMEMS導波デバイス。 - 第1の電極の前記区分化層の区分の間にギャップを備え、前記ギャップは、低速波伝搬材料で少なくとも部分的に充填される、請求項47に記載のMEMS導波デバイス。
- 前記少なくとも1つの導波閉じ込め構造は、第1の導波閉じ込め構造及び第2の導波閉じ込め構造を備え、
第1の電極の前記区分化層の区分の間のギャップ及び前記区分化単結晶圧電層の区分の間のギャップは低速波伝搬材料で充填され、
前記複数の電極、前記区分化単結晶圧電層、及び前記低速波伝搬材料は、前記第1の導波閉じ込め構造と前記第2の導波閉じ込め構造との間に配置される、請求項47に記載のMEMS導波デバイス。 - 第1の電極の前記区分化層と前記第1の導波閉じ込め構造または前記第2の導波閉じ込め構造の少なくとも一方との間に少なくとも1つの低速波伝搬材料を更に含む、請求項47に記載のMEMS導波デバイス。
- 前記単結晶圧電層は、第1の表面及び前記第1の表面に対向する第2の表面を備え、
前記少なくとも1つの導波閉じ込め構造は、少なくとも1つの高速波伝搬層を含む第1の導波閉じ込め構造を備え、また、少なくとも1つのブラッグミラーを含む第2の導波閉じ込め構造を備え、
以下の特徴(i)及び(ii)、
(i)前記第1の導波閉じ込め構造は前記第1の表面に近接して配置され、前記第2の導波閉じ込め構造は前記第2の表面に近接して配置される、
または(ii)前記第1の導波閉じ込め構造は前記第2の表面に近接して配置され、前記第2の導波閉じ込め構造は前記第1の表面に近接して配置される、
の一方を含む、請求項29に記載のMEMS導波デバイス。 - 前記単結晶圧電層は、第1の厚さ領域及び第2の厚さ領域を備え、前記第1の厚さ領域の厚さは前記第2の厚さ領域の厚さと異なり、
前記複数の電極は、前記第1の厚さ領域上にまたは前記第1の厚さ領域に隣接して配置され、前記第1の厚さ領域内で波長λ1を有する第1の横音響波の変換のために構成される第1の複数の電極を備え、また、前記第2の厚さ領域上にまたは前記第2の厚さ領域に隣接して配置され、前記第2の厚さ領域内で波長λ2を有する第2の横音響波の変換のために構成される第2の複数の電極を備え、λ2はλ1と異なる、請求項29に記載のMEMS導波デバイス。 - 前記第1の複数の電極は第1のインターデジタル変換器を備え、前記第2の複数の電極は第2のインターデジタル変換器を備える、請求項52に記載のMEMS導波デバイス。
- 前記少なくとも1つの導波閉じ込め構造と前記単結晶圧電層の少なくとも一部分との間に温度補償層を更に備える、請求項52に記載のMEMS導波デバイス。
- 前記温度補償層は、前記第1の厚さ領域に近接して第1の温度補償層厚を含み、また、前記第2の厚さ領域に近接して第2の温度補償層厚を含む、請求項54に記載のMEMS導波デバイス。
- 前記第1の複数の電極は前記第2の複数の電極に関して非共面的である、請求項52に記載のMEMS導波デバイス。
- 5λより大きい厚さを備えるキャリア基板を更に備え、前記少なくとも1つの導波閉じ込め構造の1つの導波閉じ込め構造は、前記キャリア基板と前記単結晶圧電層との間に配置される、請求項29に記載のMEMS導波デバイス。
- 5λより大きい厚さを備えるキャリア基板がなく、前記導波デバイスは板波デバイスを備える、請求項29に記載のMEMS導波デバイス。
- 微小電気機械システム(MEMS)導波デバイスであって、
区分化単結晶圧電層と、
前記区分化単結晶圧電層内にまたは前記区分化単結晶圧電層上に配置され、前記区分化単結晶圧電層内での波長λを有する横音響波の変換のために構成される複数の電極であって、第1の電極の区分化層を備える、前記複数の電極と、
前記区分化単結晶圧電層に近接して配置され、前記区分化単結晶圧電層内に横励起波を閉じ込めるように構成される少なくとも1つの導波閉じ込め構造と、を備え、
前記区分化単結晶圧電層の区分は、第1の電極の前記区分化層の区分に実質的に位置合せされる、微小電気機械システム(MEMS)導波デバイス。 - 前記複数の電極は、第2の電極の実質的に連続の層を更に備える、請求項59に記載のMEMS導波デバイス。
- 第1の電極の前記区分化層の区分の間にギャップを備え、前記ギャップは、低速波伝搬材料で少なくとも部分的に充填される、請求項59に記載のMEMS導波デバイス。
- 前記少なくとも1つの導波閉じ込め構造は、第1の導波閉じ込め構造及び第2の導波閉じ込め構造を備え、
第1の電極の前記区分化層の区分の間のギャップ及び前記区分化単結晶圧電層の区分の間のギャップは低速波伝搬材料で充填され、
前記複数の電極、前記区分化単結晶圧電層、及び前記低速波伝搬材料は、前記第1の導波閉じ込め構造と前記第2の導波閉じ込め構造との間に配置される、請求項59に記載のMEMS導波デバイス。 - (i)第1の電極の前記区分化層と(ii)前記第1の導波閉じ込め構造または前記第2の導波閉じ込め構造の少なくとも一方との間に、少なくとも1つの低速波伝搬材料を更に含む、請求項62に記載のMEMS導波デバイス。
- (i)第1の電極の前記区分化層と(ii)前記導波閉じ込め構造との間に、少なくとも1つの低速波伝搬材料を更に含む、請求項59に記載のMEMS導波デバイス。
- 微小電気機械システム(MEMS)導波デバイスであって、
第1の厚さ領域及び第2の厚さ領域を備える単結晶圧電層であって、前記第1の厚さ領域の厚さは前記第2の厚さ領域の厚さと異なる、前記単結晶圧電層と、
前記第1の厚さ領域上にまたは前記第1の厚さ領域に隣接して配置され、前記第1の厚さ領域内で波長λ1を有する第1の横音響波の変換のために構成される第1の複数の電極と、
前記第2の厚さ領域上にまたは前記第2の厚さ領域に隣接して配置され、前記第2の厚さ領域内で波長λ2を有する第2の横音響波の変換のために構成される第2の複数の電極であって、λ2はλ1と異なる、前記第2の複数の電極と、
前記単結晶圧電層に近接して配置され、前記第1の厚さ領域内に前記第1の横音響波を閉じ込めるように構成され、前記第2の厚さ領域内に前記第2の横音響波を閉じ込めるように構成される少なくとも1つの導波閉じ込め構造と、を備え、
前記第1の複数の電極は前記第2の複数の電極に関して非共面的である、前記微小電気機械システム(MEMS)導波デバイス。 - 前記少なくとも1つの導波閉じ込め構造は、(i)高速波伝搬材料及び(ii)温度補償層によって前記単結晶圧電層から分離されるブラッグミラーからなる群から選択される、請求項65に記載のMEMS導波デバイス。
- 前記少なくとも1つの導波閉じ込め構造は、λ1及びλ2のそれぞれより小さい厚さを備える、請求項65に記載のMEMS導波デバイス。
- 前記単結晶圧電層と前記少なくとも1つの導波閉じ込め構造の少なくとも一部分との間に配置される温度補償層を更に備える、請求項65に記載のMEMS導波デバイス。
- 前記温度補償層は、前記第1の厚さ領域に近接して第1の温度補償層厚を備え、また、前記第2の厚さ領域に近接して第2の温度補償層厚を備える、請求項68に記載のMEMS導波デバイス。
- 微小電気機械システム(MEMS)導波デバイスを作製する方法であって、
第1の厚さ領域及び第2の厚さ領域を画定するため、単結晶圧電材料層を局所的に薄化することであって、前記第1の厚さ領域の厚さは前記第2の厚さ領域の厚さと異なる、前記薄化すること、
結合界面を設けるため、前記局所的に薄化した単結晶圧電材料層を下地層上にまたは前記下地層を覆って結合させること、
前記第1の厚さ領域上にまたは前記第1の厚さ領域に隣接して配置され、前記第1の厚さ領域内で波長λ1を有する横音響波の変換のために構成される第1の複数の電極を画定すること、及び、
前記第2の厚さ領域上にまたは前記第2の厚さ領域に隣接して配置され、前記第2の厚さ領域内で波長λ2を有する横音響波の変換のために構成される第2の複数の電極を画定することを含む、前記方法。 - 前記局所的に薄化した単結晶圧電材料層を前記下地層上にまたは前記下地層を覆って結合させる前に、前記単結晶圧電材料層の少なくとも1つの表面を平坦化することを更に含む、請求項70に記載の方法。
- 温度補償材料を、前記第1の厚さ領域または前記第2の厚さ領域の少なくとも一方の表面上に堆積させることを更に含む、請求項70に記載の方法。
- 前記下地層は、(i)高速波伝搬層、(ii)ブラッグミラー、または(iii)基板の少なくとも1つを備える、請求項70に記載の方法。
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