JP6731539B2 - 弾性波素子およびその製造方法 - Google Patents
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Description
圧電性材料基板、
前記圧電性材料基板上に設けられた中間層であって、酸化珪素、窒化アルミニウムおよびサイアロンからなる群より選ばれた一種以上の材質からなる中間層、
前記中間層上に設けられた接合層であって,五酸化タンタル、五酸化ニオブ、酸化チタン、ムライト、高抵抗シリコンおよび酸化ハフニウムからなる群より選ばれた一種以上の材質からなる接合層、
多結晶セラミックスからなり、前記接合層に対して直接接合された支持基板、および
前記圧電性材料基板上に設けられた電極
を備えており、前記中間層の厚さが前記接合層の厚さの5倍以上、25倍以下であることを特徴とする。
圧電性材料基板上に中間層を設け、前記中間層が酸化珪素、窒化アルミニウムおよびサイアロンからなる群より選ばれた一種以上の材質からなる工程、
前記中間層上に接合層を設け、前記接合層が、五酸化タンタル、五酸化ニオブ、酸化チタン、ムライト、高抵抗シリコンおよび酸化ハフニウムからなる群より選ばれた一種以上の材質からなる工程、
前記接合層の表面に中性化ビームを照射することで活性化面とする工程、
多結晶セラミックスからなる支持基板の表面に中性化ビームを照射することで活性化面とする工程、
前記接合層の前記活性化面と前記支持基板の前記活性化面とを直接接合する工程、および
前記圧電性材料基板上に電極を設ける工程
を有しており、前記中間層の厚さが前記接合層の厚さの5倍以上、25倍以下であることを特徴とする、弾性波素子の製造方法に係るものである。
弾性波は、本来、圧電性材料基板1A中のみを伝搬するべきものである。しかし、多結晶セラミックスからなる支持基板5上に圧電性材料基板1Aを直接接合したタイプの弾性波素子においては、接合界面に沿って微細なアモルファス層が生成し、弾性波の一部がこのアモルファス層中を伝搬すると共に、更にアモルファス層を超えて支持基板5内でも伝搬弾性波が支持基板中を伝搬する傾向が見られた。この結果、弾性波素子のQ値が劣化する傾向が見られた。
弾性波素子としては、弾性表面波素子やラム波素子、薄膜共振子(FBAR)などが知られている。例えば、弾性表面波素子は、圧電性材料基板の表面に、弾性表面波を励振する入力側のIDT(Interdigital Transducer)電極(櫛形電極、すだれ状電極ともいう)と弾性表面波を受信する出力側のIDT電極とを設けたものである。入力側のIDT電極に高周波信号を印加すると、電極間に電界が発生し、弾性表面波が励振されて圧電基板上を伝搬していく。そして、伝搬方向に設けられた出力側のIDT電極から、伝搬された弾性表面波を電気信号として取り出すことができる。
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。
測定装置として、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。このとき、測定条件は、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。
図1〜図3を参照しつつ説明した方法に従って、図3(b)に示す弾性波素子10を作製した。
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基板(LT基板)を圧電性材料基板1として使用した。また、支持基板5として、OF部を有し、直径が4インチ,厚さが230μmのサイアロン基板を用意した。LT基板は、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。圧電性材料基板1の表面1aと支持基板5の表面5a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。算術平均粗さは原子間力顕微鏡(AFM)で、縦10μm×横10μmの正方形の視野を評価した。
実施例A1と同様にして弾性波素子10を作製した。ただし、接合層3の厚さを、表1に示すように変更した(具体的には、接合層3の厚さが、実施例A2では0.02μm、実施例A3では0.05μm、実施例A4では0.1μm、実施例A5では0.5μmである。)。得られた素子10について、Q値と表面弾性波の波長λとを測定し、結果を表1に示す。なお、実施例A2〜A5では、実施例A1と同様、接合層3と支持基板5との間が、接合界面となる。
実施例A1と同様にして弾性波素子を作製した。ただし、接合層3を設けず、中間層2の表面と支持基板5の表面とを直接接合した。得られた素子について、Q値と表面弾性波の波長λとを測定し、結果を表1に示す。なお、比較例A1では、中間層2と支持基板5との間が、接合界面となる。
実施例A3(接合層の厚さが0.05μm)と同様にして弾性波素子を作製した。ただし、接合層3と支持基板5とを直接接合しなかった。その代わりに、中間層2と圧電性材料基板1Aとを実施例A3と同様にして直接接合した。得られた素子について、Q値と表面弾性波の波長λとを測定し、結果を表1に示す。なお、比較例A2では、中間層2と圧電性材料基板1Aとの間が、接合界面となる。
実施例A1と同様にして弾性波素子を作製した。ただし、接合層3を設けなかった。また、中間層2と圧電性材料基板1Aとを実施例A1と同様にして直接接合した。得られた素子について、Q値と表面弾性波の波長λとを測定し、結果を表1に示す。なお、比較例A3では、中間層2と圧電性材料基板1Aとの間が、接合界面となる。
特に、実施例A2〜A4に示すように、中間層2の厚さ/接合層3の厚さが、5〜25であるとき、Q値を著しく増加させることができる(Q値:2000〜2500)。
実施例A3と同様にして弾性波素子を作製した。ただし、中間層2の材質を窒化アルミニウムまたはサイアロンに変更した。得られた素子10について、Q値と表面弾性波の波長λとを測定し、結果を表2に示す。なお、実施例B1、B2では、実施例A3と同様、接合層3と支持基板5との間が、接合界面となる。
実施例A3と同様にして弾性波素子を作製した。ただし、接合層3の材質を、五酸化ニオブ、酸化チタン、ムライトに変更した。得られた素子10について、Q値と表面弾性波の波長λとを測定し、結果を表2に示す。なお、実施例B3〜B5では、実施例A3と同様、接合層3と支持基板5との間が、接合界面となる。
実施例A3と同様にして弾性波素子を作製した。ただし、支持基板5の材質を、ムライトまたは窒化アルミニウムに変更した。得られた素子10について、Q値と表面弾性波の波長λとを測定し、結果を表2に示す。なお、実施例B7、B8では、実施例A3と同様、接合層3と支持基板5との間が、接合界面となる。
なお、表2では、実施例A3と同様、中間層2の厚さ/接合層3の厚さを10としたが、実施例A2、A4と同様に、中間層2の厚さ/接合層3の厚さを5〜25とすることで、Q値を著しく増加させることができる。
実施例A3と同様にして弾性波素子を作製した。ただし、接合層3の材質を、高抵抗シリコン(HR−Si)または酸化ハフニウムに変更した。得られた素子10について、Q値と表面弾性波の波長λとを測定し、結果を表3に示す。なお、実施例B9、B10では、実施例A3と同様、接合層3と支持基板5との間が、接合界面となる。
なお、表3では、実施例A3と同様、中間層2の厚さ/接合層3の厚さを10としたが、実施例A2、A4と同様に、中間層2の厚さ/接合層3の厚さを5〜25とすることで、Q値を著しく増加させることができる。
Claims (4)
- 圧電性材料基板、
前記圧電性材料基板上に設けられた中間層であって、酸化珪素、窒化アルミニウムおよびサイアロンからなる群より選ばれた一種以上の材質からなる中間層、
前記中間層上に設けられた接合層であって,五酸化タンタル、五酸化ニオブ、酸化チタン、ムライト、高抵抗シリコンおよび酸化ハフニウムからなる群より選ばれた一種以上の材質からなる接合層、
多結晶セラミックスからなり、前記接合層に対して直接接合された支持基板、および
前記圧電性材料基板上に設けられた電極
を備えており、前記中間層の厚さが前記接合層の厚さの5倍以上、25倍以下であることを特徴とする、弾性波素子。 - 前記接合層と前記支持基板との界面に沿ってアモルファス層が存在することを特徴とする、請求項1記載の弾性波素子。
- 圧電性材料基板上に中間層を設け、前記中間層が酸化珪素、窒化アルミニウムおよびサイアロンからなる群より選ばれた一種以上の材質からなる工程、
前記中間層上に接合層を設け、前記接合層が、五酸化タンタル、五酸化ニオブ、酸化チタン、ムライト、高抵抗シリコンおよび酸化ハフニウムからなる群より選ばれた一種以上の材質からなる工程、
前記接合層の表面に中性化ビームを照射することで活性化面とする工程、
多結晶セラミックスからなる支持基板の表面に中性化ビームを照射することで活性化面とする工程、
前記接合層の前記活性化面と前記支持基板の前記活性化面とを直接接合する工程、および
前記圧電性材料基板上に電極を設ける工程
を有しており、前記中間層の厚さが前記接合層の厚さの5倍以上、25倍以下であることを特徴とする、弾性波素子の製造方法。 - 前記接合層と前記支持基板との界面に沿ってアモルファス層を生成させることを特徴とする、請求項3記載の弾性波素子の製造方法。
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