JP4385607B2 - 表面弾性波素子、周波数フィルタ、発振器、電子回路並びに電子機器 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、表面弾性波素子、周波数フィルタ、発振器、電子回路並びに電子機器に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、携帯電話等の移動体通信を中心とした通信分野の著しい発展に伴い、表面弾性波素子及び該表面弾性波素子を利用した各種機器の需要が急速に拡大している。表面弾性波素子は、水晶等の単結晶物質を用いることで発展してきたものであるが、近年の更なる高周波化、或いは半導体素子との集積化を鑑みると、圧電薄膜からなる表面弾性波素子の開発が要求されている。
圧電薄膜を用いた表面弾性波素子としては、例えば、サファイヤ面上に酸化亜鉛圧電結晶膜を形成させたものや(例えば、特許文献1参照。)、基板上にダイヤモンド状炭素膜層を形成させ、該炭素膜層上に圧電体膜を形成させたもの(例えば、特許文献2参照。)、更には、サファイヤ基板上にニオブ酸リチウム薄膜を形成させたもの等が提案されている(例えば、非特許文献1参照。)。
【0003】
一方、上記のような表面弾性波素子を、シリコン基板上に半導体素子と共に集積化させることは、表面弾性波素子を利用した各種機器の小型化、或いは高性能化に有用であり、例えば、半導体素子を形成したシリコン基板上に、単結晶物質からなる表面弾性波素子を接合させたものが提案されている(例えば、特許文献3参照。)。
【0004】
【特許文献1】
特開平7−50436号公報
【特許文献2】
特開平1−103310号公報
【特許文献3】
特開平6−120416号公報
【非特許文献1】
Appl.Phys.Lett. Vol.62(1993)pp.3046−3048
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術においては、以下のような問題点を有していた。
サファイヤ基板上に酸化亜鉛やニオブ酸リチウム等の薄膜を形成させる場合、前記サファイヤ基板上にCMOS等の半導体素子を形成させることが困難であるという問題があった。
また、シリコン基板上に酸化亜鉛薄膜を形成させることは可能であるが、酸化亜鉛の電気機械結合係数(以下、k2と表記する)が低い。従って、例えば、表面弾性波素子を高周波フィルタに採用する場合、帯域幅の広い通過帯域を得るために、高k2であるタンタル酸リチウムやニオブ酸リチウム等の材料を使用することが理想であるが、シリコン基板上に高品質の配向膜を形成させることが困難であるという問題があった。
更に、シリコン基板上に形成されたダイヤモンド状炭素膜上に酸化亜鉛薄膜を形成させる場合、前記ダイヤモンド状炭素膜上に半導体素子を形成させることが困難であるという問題があった。同様に、酸化亜鉛以外のニオブ酸リチウムやタンタル酸リチウム等の材質からなる薄膜を形成させた場合でも困難である。
一方、半導体素子を形成したシリコン基板上に、単結晶物質からなる表面弾性波素子を接合させる場合、該表面弾性波素子の特性は、単結晶板のカット角に影響されるという問題があった。
【0006】
本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、基板の材質をシリコンに限定することなく、高性能の表面弾性波素子を提供し、更に、半導体素子と集積化が可能な発振器等を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明の表面弾性波素子においては、シリコンからなる基板と、前記基板の上方に形成され、酸化シリコンからなる非晶質膜と、前記非晶質膜上に該非晶質膜と当接して形成され、前記基板の表面に対して垂直方向に配向した第1の圧電体層と、前記第1の圧電体層をバッファ層として該第1の圧電体層上に積層され、前記第1の圧電体層の表面に対して垂直方向に配向した第2の圧電体層と、を備え、前記第1の圧電体層が酸化亜鉛からなっているとともに、前記第2の圧電体層が窒化アルミニウム、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム、又は、LiNb1−xTaxO3(0<x<1)のいずれかからなることを特徴としている。
【0008】
本発明の表面弾性波素子においては、基板上に、導電膜と、該導電膜上に、少なくとも1種の圧電薄膜とを備えることを特徴としている。
上記の表面弾性波素子によれば、基板の材質により、前記基板上に直接には配向しにくい圧電薄膜を、導電膜を介して形成させることにより好適に配向させつつ、成膜させることが可能となる。従って、圧電薄膜として電気機械結合係数を高くすることができる材質を選択することができ、高性能の表面弾性波素子とすることが可能となる。更に、この場合、圧電薄膜の膜厚を薄くすることができるので、表面弾性波素子の形成時間の短縮と、形成材料の削減が実現可能となる。
【0009】
本発明の表面弾性波素子においては、前記圧電薄膜は、六方晶系の結晶構造を有する材料からなることを特徴としており、特に、前記材料は、酸化亜鉛(ZnO)、窒化アルミニウム(AlN)、タンタル酸リチウム(LiTaO3)、ニオブ酸リチウム(LiNbO3)、又は、LiNbl−xTaxO3(0<x<1)のいずれかであることを特徴としている。
これによれば、基板上に、所望の配向を有する圧電薄膜を効率良く形成させつつ、高性能の表面弾性波素子とすることが可能となる。
【0010】
本発明の表面弾性波素子においては、前記導電膜は、六方晶系の結晶構造を有する材料からなることを特徴としており、特に、前記材料は、酸素欠損による電子キャリア型の酸化亜鉛(ZnO)であることを特徴としている。
これによれば、基板上に、所望の配向を有する導電膜を効率良く形成させつつ、高性能の表面弾性波素子とすることが可能となる。
【0011】
本発明の表面弾性波素子においては、前記少なくとも2種の圧電薄膜のうち、前記基板に接する層となる圧電薄膜の材質は、酸化亜鉛(ZnO)であることを特徴としている。
これによれば、基板の材質に影響されることなく、基板上に好適に配向した圧電薄膜(酸化亜鉛層)を形成させることが可能となる。従って、前記圧電薄膜上に、更に積層する圧電薄膜の材質の選択範囲を拡げることができる。
【0012】
本発明の表面弾性波素子においては、前記基板の材質は、シリコン(Si)、若しくは、シリコンを含有してなる化合物であることを特徴としている。
これによれば、基板の材質を、シリコンに限定することなく、シリコン化合物でもよいため、高性能である表面弾性波素子の使用用途を、更に増加させることが可能となる。
【0013】
本発明の周波数フィルタにおいては、上記のいずれかに記載の表面弾性波素子が備える前記圧電薄膜、又は該圧電薄膜上に配設された保護膜の上に形成された第1の電極と、前記圧電薄膜又は前記保護膜の上に形成され、前記第1の電極に印加される電気信号によって前記圧電薄膜に生ずる表面弾性波の特定の周波数又は特定の帯域の周波数に共振して電気信号に変換する第2の電極とを備えることを特徴としている。
上記の周波数フィルタによれば、電気機械結合係数が高いため、比帯域幅の広い周波数フィルタを提供することができる。
【0014】
本発明の発振器においては、上記のいずれかに記載の表面弾性波素子が備える前記圧電薄膜、又は該圧電薄膜上に配設された保護膜の上に形成され、印加される電気信号によって前記圧電薄膜に表面弾性波を発生させる電気信号印加用電極と、前記圧電薄膜又は前記保護膜の上に形成され、前記電気信号印加用電極によって発生される表面弾性波の特定の周波数成分又は特定の帯域の周波数成分を共振させる共振用電極と、前記電気信号印加用電極に接続された発振回路とを備えることを特徴としている。
上記の発振器によれば、表面弾性波素子が備える圧電薄膜の電気機械結合係数が高いため、伸長コイルを省略することができ、回路構成が簡単な発振器を提供することができる。また、トランジスタ等から構成される発振回路を備えているので、トランジスタとの集積化が可能となり、発振器の小型化が可能となる。
【0015】
本発明の発振器においては、前記発振回路を構成するトランジスタは、TFTであることを特徴としている。
これによれば、トランジスタを形成させる基板の材質がシリコンに限定されないので、容易に表面弾性波素子と集積でき、更に、集積可能となる基板構成の選択枝の幅を拡げることが可能となる。
【0016】
本発明の電子回路においては、上記の発振器と、前記発振器に設けられている前記電気信号印加用電極に対して前記電気信号を印加する電気信号供給素子とを備えてなり、前記電気信号の周波数成分から特定の周波数成分を選択し、若しくは特定の周波数成分に変換し、又は、前記電気信号に対して所定の変調を与え、所定の復調を行い、若しくは所定の検波を行う機能を有することを特徴としている。
上記の電子回路によれば、この電子回路に設けられた発振器に備えられた表面弾性波素子を構成する圧電薄膜の電気機械結合係数が高く、発振回路との集積化が可能なため、小型で高性能な電子機器を提供することができる。
【0017】
本発明の電子機器においては、上記の周波数フィルタ、上記の発振器、及び上記の電子回路の少なくとも1つを有することを特徴としている。
これによれば、この電子機器の有する圧電薄膜の電気機械結合係数が高いため、小型で、高性能な電子機器を提供することができる。
【0018】
本発明の発振器の製造方法においては、表面弾性波素子と、発振回路とを備える発振器の製造方法において、第1の基板上に、前記表面弾性波素子を形成させる第1工程と、第2の基板上に、TFTを形成させる第2工程と、前記第1の基板上に、前記TFTを転写させて前記発振回路を形成させる第3工程とを有することを特徴としている。
上記の製造方法によれば、第1の基板上に表面弾性波素子を形成させ、その後、第1の基板とは異なる第2の基板上で形成させたTFTを、第1の基板上に転写させて、TFTと表面弾性波素子を集積させるので、第1の基板上にTFTを直接形成させることが困難か、形成させることが適さない材料であっても、転写により好適に形成させることが可能となる。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る表面弾性波素子、周波数フィルタ、発振器及びその製造方法、電子回路並びに電子機器の実施形態を、図1乃至図9を参照して説明する。
これらの図面は、いずれも概略図であり、各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各部材毎に縮尺を異ならせている。
【0020】
〔第1実施形態〕
図1に、第1の実施形態である表面弾性波素子の構造を示す断面図を示す。
表面弾性波素子は、シリコン(以下、「Si」と表記する)基板1と、第1の圧電体層(圧電薄膜)2と、第2の圧電体層3と、保護膜としての酸化物又は窒化物からなる保護層4と、電極5とから構成されている。電極5は、上部から観察すれば、例えば、図3及び図4に示されているような、インターディジタル型電極(Inter−Digital Transducer:以下、「IDT電極」と表記する)41、42、51、52、53のような形状を有する。
【0021】
以下、上記構成からなる本実施形態の表面弾性波素子の製造方法を示す。
まず、Si基板1上に、第1の圧電体層2として、六方晶系の結晶構造を有する酸化亜鉛(以下、「ZnO」と表記する)薄膜を、レーザーアブレーション法を用いて形成する。ターゲット材は、リチウム(以下、「Li」と表記する)を10mol%添加させたZnOセラミックスとした。これにより、ZnO薄膜は、酸素欠損が補償され、良好な圧電薄膜となる。更に、成膜条件を、酸素分圧13Pa(0.1Torr)、基板温度500℃として成膜したところ、Si基板1の表面に対して垂直方向に配向したZnO薄膜が形成された。この場合、ZnO薄膜の膜厚は、薄いほど好ましく、特に、100nm程度とすることが望ましい。また、ZnOは、成膜させる表面部の配向によらず、該表面部に対して垂直方向に配向しやすい物質であるために、成膜条件を適宜調整させることにより、Si基板上に限らず、非晶質の酸化シリコン(以下、「SiO2」と表記する)膜上でも、ZnO薄膜をSiO2膜表面に対して垂直方向に配向させることが可能である。なお、酸素分圧及び基板温度は、上記の値に限定されるものではなく、更には、ZnO薄膜の成膜方法についても、レーザーアブレーション法に限定されるものではない。
【0022】
次に、第1の圧電体層2上に、第2の圧電体層3として、六方晶系の結晶構造を有するニオブ酸リチウム(以下、「LiNbO3」と表記する)薄膜を、レーザーアブレーション法を用いて形成する。成膜条件を、酸素分圧1.3Pa(0.01Torr)、基板温度500℃として成膜したところ、下層のZnO薄膜の配向に誘因され、第1の圧電体層2の表面に対して垂直方向に配向したLiNbO3薄膜が形成された。この場合、LiNbO3薄膜の膜厚は、厚いほど好ましく、特に、1μm程度とすることが望ましい。
【0023】
次に、第2の圧電体層3上に、保護層4として、SiO2薄膜を、レーザーアブレーション法を用いて形成する。保護層4は、下層の圧電体層に水分や不純物の混入を防止するための層であって、本目的を満たす限り、材質をSiO2に限定するものではない。
【0024】
次に、保護層4上に、アルミニウム(以下、「Al」と表記する)薄膜を成膜し、パターニングを施すことにより、所望の形状を有する電極5が形成される。
【0025】
以上のように、圧電体層としてLiNbO3薄膜をSi基板1上に直接成膜させる場合、相互の結晶構造及び格子定数が異なり、また、相互拡散が発生するために、配向させることが難しいのであるが、本実施形態では、バッファ層として、第1の圧電体層(ZnO薄膜)2を形成させるので、Si基板1上に、LiNbO3からなる圧電体層を形成させることが可能となる。これにより、本実施形態の表面弾性波素子の特性を評価したところ、k2値は、3%であった。
【0026】
なお、第1の圧電体層2にZnO薄膜を採用することにより、第2の圧電体層3に採用することが可能な材料としては、LiNbO3に限定されず、例えば、同様に六方晶系の結晶構造を有する材質であって、窒化アルミニウム(以下、「AlN」と表記する)、タンタル酸リチウム(以下、「LiTaO3」と表記する)、又は、LiNbl−xTaxO3(0<x<1)等が挙げられる。特に、AlNは、伝導する音速が高速であるため、表面弾性波素子の高周波化に好適である。
【0027】
更に、本実施形態では、基板1として、Si基板を採用したが、例えば、Si基板上にSiO2等の非晶質層を形成させた基板や、Si基板上にダイヤモンド状炭素膜を形成させた基板、更には、Si基板上に窒化シリコン(以下、「Si3N4」と表記する)や炭化シリコン(以下、「SiC」と表記する)等の膜を形成させた基板等も好適に採用することが可能である。Si基板は安価であり、大量生産に好適であるという利点に対して、SiO2等の非晶質層上に圧電体層が形成可能であることは、即ち、半導体素子が形成された基板の保護層(SiO2膜)上に圧電薄膜を形成することができることを意味する。更に、Si基板上にダイヤモンド状炭素膜を形成させた基板や、Si3N4やSiC等の膜を形成させた基板上に圧電体層が形成可能であることは、LiNbO3やLiTaO3からなる圧電体層を形成させても、高周波化を図ることが可能となる。
【0028】
〔第2実施形態〕
図2に、第2の実施形態である表面弾性波素子の構造を示す断面図であり、本図中において、図1と同一構成のものには、同一の符号を付している。
本実施形態における表面弾性波素子では、基本的な構成は図1に示す第1の実施形態と同様であるが、第1の実施形態において第1の圧電体層2を構成するZnO薄膜が圧電体層ではなく、導電層6を形成していることを特徴としている。
【0029】
本実施形態の表面弾性波素子の製造方法では、第1の実施形態と比較し、導電層6を構成するZnO薄膜の成膜条件が異なる。
Si基板1上に、導電層6として、ZnO薄膜をレーザーアブレーション法を用いて形成する。この場合、ターゲット材は、ZnOセラミックスとする。ここで、成膜条件を、酸素分圧1.3Pa(0.01Torr)以下、基板温度500℃として成膜することにより、ZnO薄膜は、酸素欠損が顕著となり、電子キャリア型の導電膜となる。
更に、上記導電層6上に、第1の実施形態と同様に、LiNbO3薄膜からなる圧電体層7を形成させた。
【0030】
以上のように、本実施形態では、バッファ層として、導電層(ZnO薄膜)6を形成させるので、第1の実施形態と同様に、Si基板1上に、LiNbO3からなる圧電体層を形成させることができるとともに、圧電体層7の膜厚を、第1の実施形態の第2の圧電体層3の膜厚よりも薄い、500nmとした場合でも、k2値を3%とすることができる。従って、表面弾性波素子の特性を低下させることなく、表面弾性波素子の形成時間の短縮、及び薄膜形成材料の削減等が可能となる。
【0031】
〔第3実施形態〕
図3は、本実施形態の周波数フィルタの外観を示す斜視図である。
図3に示すように、周波数フィルタは、基板40を有する。基板40には、例えば、図1に示した、Si基板1上に第1の圧電体層(ZnO薄膜)2、第2の圧電体層(LiNbO3薄膜)3、及び保護層(SiO2薄膜)4を順に積層して形成した基板、若しくは、図2に示した、Si基板1上に導電層(ZnO薄膜)層6、圧電体層(LiNbO3薄膜)7、及び保護層(SiO2薄膜)4を順に積層して形成した基板が採用される。
【0032】
基板40の上面には、IDT電極41及び42が形成されている。IDT電極41,42は、例えばAl又はAl合金により形成され、その厚みはIDT電極41,42のピッチの100分の1程度に設定される。また、IDT電極41,42を挟むように、基板40の上面には吸音部43,44が形成されている。吸音部43,44は、基板40の表面を伝播する表面弾性波を吸収するものである。基板40上に形成されたIDT電極41には高周波信号源45が接続されており、IDT電極42には信号線が接続されている。
【0033】
上記構成において、高周波信号源45から高周波信号が出力されると、この高周波信号はIDT電極41に印加され、これによって基板40の上面に表面弾性波が発生する。この表面弾性波は、約5000m/s程度の速度で基板40上面を伝播する。IDT電極41から吸音部43側へ伝播した表面弾性波は、吸音部43で吸収されるが、IDT電極42側へ伝播した表面弾性波のうち、IDT電極42のピッチ等に応じて定まる特定の周波数又は特定の帯域の周波数の表面弾性波は電気信号に変換されて、信号線を介して端子46a,46bに取り出される。尚、上記特定の周波数又は特定の帯域の周波数以外の周波数成分は、大部分がIDT電極42を通過して吸音部44に吸収される。このようにして、本実施形態の周波数フィルタが備えるIDT電極41に供給した電気信号の内、特定の周波数又は特定の帯域の周波数の表面弾性波のみを得る(フィルタリングする)ことができる。
【0034】
〔第4実施形態〕
図4は、本実施形態の発振器の外観を示す斜視図である。
図4に示すように、発振器は、基板50を有する。基板50には、例えば、図1に示した、Si基板1上に第1の圧電体層(ZnO薄膜)2、第2の圧電体層(LiNbO3薄膜)3、及び保護層(SiO2薄膜)4を順に積層して形成した基板、若しくは、図2に示した、Si基板1上に導電層(ZnO薄膜)層6、圧電体層(LiNbO3薄膜)7、及び保護層(SiO2薄膜)4を順に積層して形成した基板が採用される。
【0035】
基板50上面には、IDT電極51が形成されており、更に、IDT電極51を挟むように、IDT電極52,53が形成されている。IDT電極51〜53は、例えばAl又はAl合金により形成され、それぞれの厚みはIDT電極51〜53各々のピッチの100分の1程度に設定される。IDT電極51を構成する一方の櫛歯状電極51aには、高周波信号源54が接続されており、他方の櫛歯状電極51bには、信号線が接続されている。なお、IDT電極51は、電気信号印加用電極に相当し、IDT電極52,53は、IDT電極51によって発生される表面弾性波の特定の周波数成分又は特定の帯域の周波数成分を共振させる共振用電極に相当する。
【0036】
上記構成において、高周波信号源54から高周波信号が出力されると、この高周波信号は、IDT電極51の一方の櫛歯状電極51aに印加され、これによって基板50の上面にIDT電極52側に伝播する表面弾性波及びIDT電極53側に伝播する表面弾性波が発生する。なお、この表面弾性波の速度は5000m/s程度である。これらの表面弾性波の内の特定の周波数成分の表面弾性波は、IDT電極52及びIDT電極53で反射され、IDT電極52とIDT電極53との間には定在波が発生する。この特定の周波数成分の表面弾性波がIDT電極52,53で反射を繰り返すことにより、特定の周波数成分又は特定の帯域の周波数成分が共振して、振幅が増大する。この特定の周波数成分又は特定の帯域の周波数成分の表面弾性波の一部は、IDT電極51の他方の櫛歯状電極51bから取り出され、IDT電極52とIDT電極53との共振周波数に応じた周波数(又はある程度の帯域を有する周波数)の電気信号が端子55aと端子55bに取り出すことができる。
【0037】
図5は、本発明の実施形態の表面弾性波素子(発振器)をVCSO(Voltage Controlled SAW Oscillator:電圧制御SAW発振器)に応用した一例を示す図であり、(a)は側面透視図であり、(b)は上面透視図である。
VCSOは、金属製(Al又はステンレススチール製)の筐体60内部に実装される。基板61上には、IC(Integrated Circuit)62及び発振器63が実装されている。この場合、IC62は、外部の回路(不図示)から入力される電圧値に応じて、発振器63に印加する周波数を制御する発振回路である。
【0038】
発振器63は、基板64上に、IDT電極65a〜65cが形成されており、その構成は、図4に示した発振器とほぼ同様である。なお、基板64には、例えば、図1に示した、Si基板1上に第1の圧電体層(ZnO薄膜)2、第2の圧電体層(LiNbO3薄膜)3、及び保護層(SiO2薄膜)4を順に積層して形成した基板、若しくは、図2に示した、Si基板1上に導電層(ZnO薄膜)層6、圧電体層(LiNbO3薄膜)7、及び保護層(SiO2薄膜)4を順に積層して形成した基板が採用される。
【0039】
基板61上には、IC62と発振器63とを電気的に接続するための配線66がパターニングされている。IC62及び配線66が例えば金線等のワイヤー線67によって接続され、発振器63及び配線66が金線等のワイヤー線68によって接続されることにより、IC62と発振器63とが配線66を介して電気的に接続されている。
【0040】
また、上記のVCSOは、IC62と発振器(表面弾性波素子)63を同一基板上に集積させて形成させることも可能である。
図6に、IC62と発振器63とを集積させたVCSOの概略図を示す。
なお、本図中においては、発振器63は、第1の実施形態における表面弾性波素子の構造を有するものとし、図1及び図5と同一の構成部材には、同一の符号を付している。
【0041】
図6に示すように、VCSOは、IC62と発振器63とにおいて、Si基板61(1)を共有させて形成されている。IC62と、発振器63に備えられた電極65aとは、不図示であるが電気的に接続されている。本発明では、IC62を構成するトランジスタとして、特に、TFT(薄膜トランジスタ)を採用することを特徴としている。これによれば、基板61の材質をSiに限定させることなく、例えば、Si基板上にダイヤモンド状炭素膜を形成させた基板や、Si3N4やSiC等の膜を形成させた基板上にトランジスタを形成させることが可能となり、VCSO等の発振器の用途により、種々の構成を形成することが可能となる。
【0042】
更に、IC62を構成するトランジスタとしてTFTを採用することにより、本発明では、まず、Si基板(第1の基板)61上に、発振器(表面弾性波素子)63を形成させ、その後、Si基板61とは別の第2の基板上で形成させたTFTを、Si基板61上に転写させて、TFTと発振器63を集積させるので、基板上にTFTを直接形成させることが困難か、形成させることが適さない材料であっても、転写により好適に形成させることが可能となる。転写方法については、種々の方法が採用可能であるが、特に、特開平11−26733号公報に記載の転写方法が好適に採用できる。
【0043】
図5及び図6に示したVCSOは、例えば、図7に示すPLL回路のVCO(Voltage Controlled Oscillator)として用いられる。ここで、PLL回路について簡単に説明する。
【0044】
図7は、PLL回路の基本構成を示すブロック図である。
図7に示すように、PLL回路は、位相比較器71、低域フィルタ72、増幅器73、及びVCO74から構成される。位相比較器71は、入力端子70から入力される信号の位相(又は周波数)とVCO74から出力される信号の位相(又は周波数)とを比較し、その差に応じて値が設定される誤差電圧信号を出力する。低域フィルタ72は、位相比較器71から出力される誤差電圧信号の位置の低周波成分のみを通過させ、増幅器73は、低域フィルタ72から出力される信号を増幅する。VCO74は、入力される電圧値に応じて発振する周波数がある範囲で連続的に変化する発振回路である。PLL回路は、入力端子70から入力される位相(又は周波数)とVCO74から出力される信号の位相(又は周波数)との差が減少するように動作し、VCO74から出力される信号の周波数を入力端子70から入力される信号の周波数に同期させる。VCO74から出力される信号の周波数が入力端子70から入力される信号の周波数に同期すると、その後は一定の位相差を除いて入力端子70から入力される信号に一致し、また、入力信号の変化に追従するような信号を出力する。
【0045】
〔第5実施形態〕
図8は、本実施形態の電子回路の電気的構成を示すブロック図である。
なお、図8に示す電子回路は、例えば、図9に示す携帯電話機100の内部に設けられる回路である。
図9は、本実施形態による電子機器の1つとしての携帯電話機の外観の一例を示す斜視図である。
図9に示した携帯電話機100は、アンテナ101、受話器102、送話器103、液晶表示部104、及び操作釦部105等を備えて構成されている。
【0046】
図8に示した電子回路は、図9に示す携帯電話機100内に設けられる電子回路の基本構成を示し、送話器80、送信信号処理回路81、送信ミキサ82、送信フィルタ83、送信電力増幅器84、送受分波器85、アンテナ86a,86b、低雑音増幅器87、受信フィルタ88、受信ミキサ89、受信信号処理回路90、受話器91、周波数シンセサイザ92、制御回路93、及び入力/表示回路94を含んで構成される。なお、現在実用化されている携帯電話機は、周波数変換処理を複数回行っているため、その回路構成はより複雑となっている。
【0047】
送話器80は、例えば音波信号を電気信号に変換するマイクロフォン等で実現され、図9に示す携帯電話機100中の送話器103に相当するものである。送信信号処理回路81は、送話器80から出力される電気信号に対して、例えばD/A変換処理、変調処理等の処理を施す回路である。送信ミキサ82は、周波数シンセサイザ92から出力される信号を用いて送信信号処理回路81から出力される信号をミキシングする。なお、送信ミキサ82に供給される信号の周波数は、例えば380MHz程度である。送信フィルタ83は、中間周波数(以下、「IF」と表記する)の必要となる周波数の信号のみを通過させ、不要となる周波数の信号をカットする。なお、送信フィルタ83から出力される信号は図示していない変換回路によりRF信号に変換される。このRF信号の周波数は、例えば1.9GHz程度である。送信電力増幅器84は、送信フィルタ83から出力されるRF信号の電力を増幅し、送受分波器85へ出力する。
【0048】
送受分波器85は、送信電力増幅器84から出力されるRF信号をアンテナ86a,86bへ出力し、アンテナ86a,86bから電波の形で送信する。また、送受分波器85はアンテナ86a,86bで受信した受信信号を分波して、低雑音増幅器87へ出力する。なお、送受信分波器85から出力される受信信号の周波数は、例えば2.1GHz程度である。低雑音増幅器87は送受分波器85からの受信信号を増幅する。尚、低雑音増幅器87から出力される信号は、図示していない変換回路によりIFに変換される。
【0049】
受信フィルタ88は、図示していない変換回路により変換されたIFの必要となる周波数の信号のみを通過させ、不要となる周波数の信号をカットする。受信ミキサ89は、周波数シンセサイザ92から出力される信号を用いて送信信号処理回路81から出力される信号をミキシングする。なお、受信ミキサ89に供給される中間周波数は、例えば190MHz程度である。受信信号処理回路90は受信ミキサ89から出力される信号に対して、例えばA/D変換処理、復調処理等の処理を施す回路である。受話器91は、例えば電気信号を音波に変換する小型スピーカ等で実現され、図9に示す携帯電話機100中の受話器102に相当するものである。
【0050】
周波数シンセサイザ92は、送信ミキサ82へ供給する信号(例えば、周波数380MHz程度)及び受信ミキサ89へ供給する信号(例えば、周波数190MHz)を生成する回路である。なお、周波数シンセサイザ92は、例えば760MHzの発振周波数で発信するPLL回路を備え、このPLL回路から出力される信号を分周して周波数が380MHzの信号を生成し、更に分周して周波数が190MHzの信号を生成する。制御回路93は、送信信号処理回路81、受信信号処理回路90、周波数シンセサイザ92、及び入力/表示回路94を制御することにより携帯電話機の全体動作を制御する。入力/表示回路94は、図9に示す携帯電話機100の使用者に対して機器の状態を表示したり、操作者の指示を入力するためのものであり、例えば図9に示す携帯電話機100の液晶表示部104及び操作釦部105に相当する。
【0051】
以上の構成の電子回路において、送信フィルタ83及び受信フィルタ88として、図3に示した周波数フィルタが用いられている。フィルタリングする周波数(通過させる周波数)は、送信ミキサ82から出力される信号の内の必要となる周波数、及び、受信ミキサ89で必要となる周波数に応じて送信フィルタ83及び受信フィルタ88で個別に設定されている。また、周波数シンセサイザ92内に設けられるPLL回路は、図7に示したPLL回路のVCO74として、図4に示した発振器又は図5及び図6に示した発振器(VCSO)を設けたものである。
【0052】
〔第6実施形態〕
図9は、本実施形態の携帯電話機の斜視図である。
この図において、100は携帯電話、101はアンテナ、102は受話器、103は送話器、104は液晶表示部、105は操作釦部である。
【0053】
以上、本発明の実施形態による表面弾性波素子、周波数フィルタ、発振器及びその製造方法、電子回路、及び電子機器について説明したが、本発明は、上記実施形態に制限されず、本発明の範囲内で自由に変更が可能である。
例えば、上記実施形態においては電子機器として携帯電話機を、電子回路として携帯電話機内に設けられる電子回路を一例に挙げて説明した。しかしながら、本発明は、携帯電話機に限定される訳ではなく、種々の移動体通信機器及びその内部に設けられる電子回路に適用することができる。
【0054】
更に、移動体通信機器のみならずBS及びCS放送を受信するチューナ等の据置状態で使用される通信機器及びその内部に設けられる電子回路にも適用することができる。更には、通信キャリアとして空中を伝播する電波を使用する通信機器のみならず、同軸ケーブル中を伝播する高周波信号又は光ケーブル中を伝播する光信号を用いるHUB等の電子機器及びその内部に設けられる電子回路にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 第1の実施形態に係る表面弾性波素子を示す断面図である。
【図2】 第2の実施形態に係る表面弾性波素子を示す断面図である。
【図3】 第3の実施形態に係る周波数フィルタを示す斜視図である。
【図4】 第4の実施形態に係る発振器を示す斜視図である。
【図5】 図4の発振器をVCSOに応用した一例を示す概略図である。
【図6】 図4の発振器をVCSOに応用した一例を示す概略図である。
【図7】 PLL回路の基本構成を示すブロック図である。
【図8】 第5の実施形態に係る電子回路の構成を示すブロック図である。
【図9】 第6の実施形態に係る携帯電話機を示す斜視図である。
【符号の説明】
1,61・・・基板、2・・・第1の圧電体層(圧電薄膜)、3・・・第2の圧電体層(圧電薄膜)、4・・・保護膜、5・・・電極、6・・・導電膜、7・・・圧電体層(圧電薄膜)、41・・・IDT電極(第1の電極)、42・・・IDT電極(第2の電極)、51,65a・・・電気信号印加用電極、52,53,65b,65c・・・共振用電極、62・・・IC(TFT,発振回路)
Claims (9)
- シリコンからなる基板と、
前記基板の上方に形成され、酸化シリコンからなる非晶質膜と、
前記非晶質膜上に該非晶質膜と当接して形成され、前記基板の表面に対して垂直方向に配向した第1の圧電体層と、
前記第1の圧電体層をバッファ層として該第1の圧電体層上に積層され、前記第1の圧電体層の表面に対して垂直方向に配向した第2の圧電体層と、を備え、
前記第1の圧電体層が酸化亜鉛からなっているとともに、
前記第2の圧電体層が窒化アルミニウム、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム、又は、LiNb1−xTaxO3(0<x<1)のいずれかからなることを特徴とする表面弾性波素子。 - 前記基板の表層に半導体素子が形成されており、前記非晶質膜が前記半導体素子の保護膜であることを特徴とする請求項1に記載の表面弾性波素子。
- 前記第1の圧電体層が酸素欠損による電子キャリア型の酸化亜鉛であることを特徴とする請求項1又は2に記載の表面弾性波素子。
- 前記第1の圧電体層が六方晶系の結晶構造を有することを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の表面弾性波素子。
- 請求項1から4のいずれか一項に記載の表面弾性波素子が備える前記圧電薄膜、又は該圧電薄膜上に配設された保護膜の上に形成された第1の電極と、
前記圧電薄膜又は前記保護膜の上に形成され、前記第1の電極に印加される電気信号によって前記圧電薄膜に生ずる表面弾性波の特定の周波数又は特定の帯域の周波数に共振して電気信号に変換する第2の電極と、を備えることを特徴とする周波数フィルタ。 - 請求項1から4のいずれか一項に記載の表面弾性波素子が備える前記圧電薄膜、又は該圧電薄膜上に配設された保護膜の上に形成され、印加される電気信号によって前記圧電薄膜に表面弾性波を発生させる電気信号印加用電極と、
前記圧電薄膜又は前記保護膜の上に形成され、前記電気信号印加用電極によって発生される表面弾性波の特定の周波数成分又は特定の帯域の周波数成分を共振させる共振用電極と、
前記電気信号印加用電極に接続された発振回路と、を備えることを特徴とする発振器。 - 前記発振回路を構成するトランジスタは、TFTであることを特徴とする請求項6記載の発振器。
- 請求項6又は7に記載の発振器と、
前記発振器に設けられている前記電気信号印加用電極に対して前記電気信号を印加する電気信号供給素子とを備えてなり、
前記電気信号の周波数成分から特定の周波数成分を選択し、若しくは特定の周波数成分に変換し、又は、前記電気信号に対して所定の変調を与え、所定の復調を行い、若しくは所定の検波を行う機能を有することを特徴とする電子回路。 - 請求項5に記載の周波数フィルタ、請求項6又は7に記載の発振器、及び請求項8に記載の電子回路の少なくとも1つを有することを特徴とする電子機器。
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