JP6708773B2 - 接合体および弾性波素子 - Google Patents
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Description
前記支持基板がムライトからなり、
前記圧電性材料層の材質がLiAO3であり(Aは、ニオブおよびタンタルからなる群より選ばれた一種以上の元素である)、
前記支持基板と前記圧電性材料層との界面に沿って存在する界面層および前記界面層と前記支持基板との間に存在する支持基板側中間層を備えており、前記界面層および前記支持基板側中間層が、それぞれ、ニオブおよびタンタルからなる群より選ばれた一種以上の元素、酸素、アルミニウムおよび珪素を主成分としている。
そして、前記圧電性材料層におけるニオブおよびタンタルからなる群より選ばれた一種以上の前記元素の原子比率を100としたとき、前記界面層における前記元素の原子比率は50〜90であり、前記支持基板側中間層における前記元素の原子比率は6〜30であることを特徴とする。
あるいは、前記界面層におけるアルゴンの原子比率は1.8〜2.5原子%であり、前記支持基板側中間層におけるアルゴンの原子比率は0.1〜0.5原子%であることを特徴とする。
本発明の接合体は、支持基板および圧電性材料層を備えている接合体であって、支持基板がムライトからなり、圧電性材料層の材質がLiAO3である(Aは、ニオブおよびタンタルからなる群より選ばれた一種以上の元素である)。例えば、図1(a)に示す接合体1においては、支持基板3の活性化面3aに対して圧電性材料層2の活性化面2aが直接接合されている。なお、2bは、圧電性材料層2の主面であり、3bは支持基板3の主面である。
支持基板3と圧電性材料層2との界面に沿って界面層4が設けられており、界面層4と支持基板3との間に支持基板側中間層5が存在している。界面層4および支持基板側中間層5が、それぞれ、ニオブおよびタンタルからなる群より選ばれた一種以上の元素、酸素、アルミニウムおよび珪素を主成分とする材質からなる。
支持基板3の組成: Al6O13Si2
圧電性材料層2の組成: LiAO3(A=Ta、Nb)
このような微構造によって、ムライトからなる支持基板上に、ニオブ酸リチウムやタンタル酸リチウムからなる圧電性材料層を強固に安定して接合できることを見いだした。
測定装置:
透過型電子顕微鏡(日本電子製 JEM−ARM200F)を用いて微構造観察する。
測定条件:
FIB(集束イオンビーム)法にて薄片化したサンプルに対して、加速電圧200kVにて観察する。
測定装置:
元素分析装置(日本電子製JED−2300T)を用いて元素分析を行う。
測定条件:
FIB(集束イオンビーム)法にて薄片化したサンプルに対して、加速電圧200kV、X線取出角21.9°、立体角0.98sr、取込時間30秒にて分析する。
ニオブおよびタンタルからなる群より選ばれた一種以上の元素(A)、酸素(O)、アルミニウム(Al)、珪素(Si)およびアルゴン(Ar)の原子比率を、圧電性材料層、界面層、支持基板側中間層および支持基板の各部分で測定する。元素(A)の原子比率は、TaとNbとの合計量とする。この際、各部分において、前記元素比率の合計が100原子%になるように調整し、各原子の原子比率(原子%)を算出する。
また、支持基板側中間層における元素(A)の原子比率は、界面層における元素(A)の原子比率よも低いことが通常である。
図4〜図5は、支持基板を圧電性材料層の表面に直接接合する製造例を説明するための模式図である。
本発明の接合体の用途は特に限定されず、例えば、弾性波素子や光学素子に好適に適用できる。
また圧電性材料層がニオブ酸リチウムからなる場合には、弾性表面波の伝搬方向であるX軸を中心に、Y軸からZ軸に60〜68°(例えば64°)回転した方向のものを用いるのが伝搬損失が小さいため好ましい。更に、圧電性材料層の大きさは、特に限定されないが、例えば、直径50〜150mm,厚さが0.2〜60μmである。
まず、圧電性材料層、支持基板の表面(接合面)を平坦化して平坦面を得る。ここで、各表面を平坦化する方法は、ラップ(lap)研磨、化学機械研磨加工(CMP)などがある。また、平坦面は、Ra≦1nmが好ましく、0.3nm以下にすると更に好ましい。
次いで、研磨剤の残渣の除去のため、圧電性材料層、支持基板の表面を洗浄する。表面を洗浄する方法は、ウエット洗浄、ドライ洗浄、スクラブ洗浄などがあるが、簡便かつ効率的に清浄表面を得るためには、スクラブ洗浄が好ましい。この際には、洗浄液としてセミクリーンM−LOを用いた後に、アセトンとIPAの混合溶液を用いてスクラブ洗浄機にて洗浄することが特に好ましい。
ビーム照射による活性化時の電圧は0.5〜2.0kVとすることが好ましく、電流は50〜200mAとすることが好ましい。
図4〜図5を参照しつつ説明した方法に従い、接合体を得た。
具体的には、オリエンテーションフラット部(OF部)を有し、直径が4インチ、厚さが250μmのタンタル酸リチウム(LT)からなる圧電性材料層2を準備した。圧電性材料層2は、弾性表面波(SAW)の伝搬方向をXとし、切り出し角が回転Yカット板である46°YカットX伝搬LT基板を用いた。圧電性材料層2の表面2cは、算術平均粗さRaが1nmとなるように鏡面研磨しておいた。
スクラブ洗浄機にて洗浄後に支持基板3と圧電性材料層2を、真空チャンバーに導入した。10−6Pa台まで真空引きした後、それぞれの基板の接合面に高速原子ビーム(加速電圧0.5kV、Ar流量27sccm)を120sec間照射した。次いで、圧電性材料層2のビーム照射面(活性化面)2aと支持基板3の活性化面3aとを接触させた後、10000Nで2分間加圧して両基板を接合した(図5(a))。
なお、比較例1では、界面層が珪素を含有していないので本発明の範囲外となる。
比較例1と同様にして接合体を製造した。ただし、接合時に基板の接合面に照射する高速電子ビームの加速電圧を0.6kVに変更した。
得られた接合体について、圧電性材料層、界面層、支持基板側中間層、支持基板における酸素(O)、アルミニウム(Al)、珪素(Si)、タンタル(Ta)、アルゴン(Ar)の各原子比率を測定し、結果を表2に示す。
比較例1と同様にして接合体を製造した。ただし、接合時に基板の接合面に照射する高速電子ビームの加速電圧を実施例2は1.0kV、実施例3は1.2kV、実施例4は1.5kVに変更した。
Claims (8)
- 支持基板および圧電性材料層を備えている接合体であって、
前記支持基板がムライトからなり、
前記圧電性材料層の材質がLiAO3であり(Aは、ニオブおよびタンタルからなる群より選ばれた一種以上の元素である)、
前記支持基板と前記圧電性材料層との界面に沿って存在する界面層および前記界面層と前記支持基板との間に存在する支持基板側中間層を備えており、前記界面層および前記支持基板側中間層が、それぞれ、ニオブおよびタンタルからなる群より選ばれた一種以上の元素、酸素、アルミニウムおよび珪素を主成分としており、
前記圧電性材料層におけるニオブおよびタンタルからなる群より選ばれた一種以上の前記元素の原子比率を100としたとき、前記界面層における前記元素の原子比率は50〜90であり、前記支持基板側中間層における前記元素の原子比率は6〜30であることを特徴とする、接合体。 - 支持基板および圧電性材料層を備えている接合体であって、
前記支持基板がムライトからなり、
前記圧電性材料層の材質がLiAO3であり(Aは、ニオブおよびタンタルからなる群より選ばれた一種以上の元素である)、
前記支持基板と前記圧電性材料層との界面に沿って存在する界面層および前記界面層と前記支持基板との間に存在する支持基板側中間層を備えており、前記界面層および前記支持基板側中間層が、それぞれ、ニオブおよびタンタルからなる群より選ばれた一種以上の元素、酸素、アルミニウムおよび珪素を主成分としており、
前記界面層におけるアルゴンの原子比率は1.8〜2.5原子%であり、前記支持基板側中間層におけるアルゴンの原子比率は0.1〜0.5原子%であることを特徴とする、接合体。 - 前記界面層における珪素比率が前記支持基板側中間層における珪素比率よりも高いことを特徴とする、請求項1または2記載の接合体。
- 前記支持基板における珪素比率を100としたときの前記界面層における珪素比率が41以上、98以下であることを特徴とする、請求項3記載の接合体。
- 前記支持基板における珪素比率を100としたときの前記界面層における珪素比率が51以上、89以下であることを特徴とする、請求項4記載の接合体。
- 前記支持基板側中間層におけるアルミニウム比率が前記支持基板におけるアルミニウム比率よりも高いことを特徴とする、請求項1〜5のいずれか一つの請求項に記載の接合体。
- 前記支持基板におけるアルミニウム比率を100としたとき、前記支持基板側中間層におけるアルミニウム比率が112以上、116以下であることを特徴とする、請求項6記載の接合体。
- 請求項1〜7のいずれか一つの請求項に記載の接合体、および前記圧電性材料層上に設けられた電極を備えていることを特徴とする、弾性波素子。
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