JPH02309708A - 圧電薄膜共振子を用いた回路装置 - Google Patents
圧電薄膜共振子を用いた回路装置Info
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- JPH02309708A JPH02309708A JP13064989A JP13064989A JPH02309708A JP H02309708 A JPH02309708 A JP H02309708A JP 13064989 A JP13064989 A JP 13064989A JP 13064989 A JP13064989 A JP 13064989A JP H02309708 A JPH02309708 A JP H02309708A
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Landscapes
- Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
[発明の目的]
(産業上の利用分野)
この発明は圧電薄膜を振動膜とする共振子に係り、特に
VHFおよびUHF用として好適な圧電薄膜共振子に関
する。
VHFおよびUHF用として好適な圧電薄膜共振子に関
する。
(従来の技術)
VHF、UHF帯と℃)っな高い周波数帯で使用でき、
しかも半導体集積回路と一体化が可能な共振子として圧
電3膜共振子が注目されている。
しかも半導体集積回路と一体化が可能な共振子として圧
電3膜共振子が注目されている。
特開昭60−189307号および特開昭例↓4掻号公
報には、このような圧電薄膜共振子の例として、第6図
(a)、 (b)に示すような共振子が記載されている
。
報には、このような圧電薄膜共振子の例として、第6図
(a)、 (b)に示すような共振子が記載されている
。
第6図(a)、(b)においてlは半導体基板であり、
この基板1との間に一部が開口した空隙層2が形成され
るように第1の誘電体膜3を設け、かつ空隙層2に対応
する部分を含んで圧電薄膜4を形成し、この圧電薄WA
4を挟んで空隙層2対応する位置に互いに対抗する一対
の下部電極5および上部型ii6を設け、さらにその上
に第2の誘電体膜7を形成している。
この基板1との間に一部が開口した空隙層2が形成され
るように第1の誘電体膜3を設け、かつ空隙層2に対応
する部分を含んで圧電薄膜4を形成し、この圧電薄WA
4を挟んで空隙層2対応する位置に互いに対抗する一対
の下部電極5および上部型ii6を設け、さらにその上
に第2の誘電体膜7を形成している。
第6図の下部電極8および上部電極9の間に電気信号を
印加することによって、空隙層2に対応した部分の誘電
体膜3.7と圧電薄膜4との複合振動膜が振動すること
により共振子として動作するものである。
印加することによって、空隙層2に対応した部分の誘電
体膜3.7と圧電薄膜4との複合振動膜が振動すること
により共振子として動作するものである。
このような圧電薄膜共振子の電極としては金や金および
チタニウム、金およびクロムなどの二層金属膜が用いら
れている。第7図は従来の圧電薄膜共振子における電極
対向部に示す拡大断面図である。
チタニウム、金およびクロムなどの二層金属膜が用いら
れている。第7図は従来の圧電薄膜共振子における電極
対向部に示す拡大断面図である。
圧電薄膜11としてZnO膜を用いる場合には、下部電
極10および上部電極13はともに以下の理由からAu
層がZnOからなる電圧薄fIA11に接するように設
けられることが望ましい。
極10および上部電極13はともに以下の理由からAu
層がZnOからなる電圧薄fIA11に接するように設
けられることが望ましい。
下部型[10においてはAu層の下にTi層を設けると
、Au膜は強い(II+)軸配向性を示し、このAuJ
ll上に圧電HillのZnO膜を形成すると、ZnO
膜のC軸配向性が良くなり圧電性を高めることができる
からである。また、Tiは第1の誘電体膜12との密着
性を高める働きを兼ね備えている。
、Au膜は強い(II+)軸配向性を示し、このAuJ
ll上に圧電HillのZnO膜を形成すると、ZnO
膜のC軸配向性が良くなり圧電性を高めることができる
からである。また、Tiは第1の誘電体膜12との密着
性を高める働きを兼ね備えている。
一方、上部型513においては、ZnOよりなる圧電薄
膜11上に化学的に安定なAu層を形成することにより
、金属原子がZnO膜中に拡散して比抵抗が低下するの
を防止できるためである。
膜11上に化学的に安定なAu層を形成することにより
、金属原子がZnO膜中に拡散して比抵抗が低下するの
を防止できるためである。
またAu層上のTi層は第2の誘電体膜14との密着性
を高めるためのものである。
を高めるためのものである。
(発明か解決しようとする課M)
しかしながら、上記電極構成には次のような問題の生じ
ることが新たに実験結果から判明しな。
ることが新たに実験結果から判明しな。
すなわち、上記電極構成の圧電薄膜共振子を温度85°
C、直流電圧3v印加の条件で高温連続動作試験を実施
しなところ、数十時間後には上下電極間に絶縁破壊が発
生しな、この場合、上下電極に印加する電圧の極性を変
えても同様であった。
C、直流電圧3v印加の条件で高温連続動作試験を実施
しなところ、数十時間後には上下電極間に絶縁破壊が発
生しな、この場合、上下電極に印加する電圧の極性を変
えても同様であった。
この現象は電圧印加後、ZnO膜内に電流が流れ、局部
的に温度上昇をきたし、再び電流が増加するという正の
フィードバック作用が働き最終的に絶縁破壊に至ったも
のと考えられる。従来、一般的なZnO膜の厚み方向の
耐電圧は10’v/m程度であるが、前記試験結果によ
れば、用いなZnO膜厚は3μmであるから106■/
m以下と1桁以上耐電圧が低く実用に供することができ
ないという問題があった。
的に温度上昇をきたし、再び電流が増加するという正の
フィードバック作用が働き最終的に絶縁破壊に至ったも
のと考えられる。従来、一般的なZnO膜の厚み方向の
耐電圧は10’v/m程度であるが、前記試験結果によ
れば、用いなZnO膜厚は3μmであるから106■/
m以下と1桁以上耐電圧が低く実用に供することができ
ないという問題があった。
この発明は上記の問題点を解決するためになされたもの
で、耐電圧が高く安定でかつ信頼性の高い圧電薄膜共振
子を提供することを目的としている。
で、耐電圧が高く安定でかつ信頼性の高い圧電薄膜共振
子を提供することを目的としている。
[発明の構成]
(課題を解決するための手段)
この発明の圧電薄膜共振子は、圧電薄膜を挟んで対向す
る少なくとも2個の電極を有し、圧て前記下部電極側が
前記上部電極側より高い電位を有するように構成したこ
とを特徴としている。
る少なくとも2個の電極を有し、圧て前記下部電極側が
前記上部電極側より高い電位を有するように構成したこ
とを特徴としている。
(作用)
この発明の圧電薄形共振子は、耐電圧の高い構成として
いるので、直流電圧が印加される実装上の場合において
も安定に動作し、したがって高信頼性化を計ることがで
きる。また直流をカットするためのコンデンサが不要と
なり発振回路等を構成することが84となる。
いるので、直流電圧が印加される実装上の場合において
も安定に動作し、したがって高信頼性化を計ることがで
きる。また直流をカットするためのコンデンサが不要と
なり発振回路等を構成することが84となる。
(実施例)
以下、図面を参照してこの発明の詳細な説明する。
まず、従来の構成において前述した絶縁破壊現象の発生
するメカニズムを考察する。実験した圧電薄形共振子の
ZnO膜厚は3μmであり、3Vの直流電圧を印加した
場合は106v/m以下の電界で絶縁破壊が生じた0通
常、この膜厚程度では10’v/mの耐電圧を示すなめ
ZnO膜の真性的な欠陥とは考えにくい。
するメカニズムを考察する。実験した圧電薄形共振子の
ZnO膜厚は3μmであり、3Vの直流電圧を印加した
場合は106v/m以下の電界で絶縁破壊が生じた0通
常、この膜厚程度では10’v/mの耐電圧を示すなめ
ZnO膜の真性的な欠陥とは考えにくい。
そこで、第4図に示すように上部電極を化学的に最も安
定なAu一層のみとし、直流電圧の極性を変えて同様の
動作試験を行った。
定なAu一層のみとし、直流電圧の極性を変えて同様の
動作試験を行った。
その結果、上記電極側を陽極、下部電極側を陰極とした
場合には24時間経過後に絶縁破壊が生じたが、逆様性
1なわち上部電極側を陰極、下部電極側を陽極とした場
合には500時間経過しても全く異常はなく共振子特性
も変動はなかった。さらに、30vを印加しても絶縁破
壊は発生せず10’v/mの耐電圧を存していることが
判った。
場合には24時間経過後に絶縁破壊が生じたが、逆様性
1なわち上部電極側を陰極、下部電極側を陽極とした場
合には500時間経過しても全く異常はなく共振子特性
も変動はなかった。さらに、30vを印加しても絶縁破
壊は発生せず10’v/mの耐電圧を存していることが
判った。
また、第5図はこれに関連するV−I特性を示すもので
、■の特性は下部電極側を陽極とした場合、■の特性は
下部電極側を陰極とした場合である。■においては10
−” A程度の微小電流しか流れておらず、高い抵抗値
を示している。これに対して、■においては急激な電流
が流れていることが判った。
、■の特性は下部電極側を陽極とした場合、■の特性は
下部電極側を陰極とした場合である。■においては10
−” A程度の微小電流しか流れておらず、高い抵抗値
を示している。これに対して、■においては急激な電流
が流れていることが判った。
以上の実験結果から、直流電圧印加後には次の様な物理
的現象が生じているものと考えられる。
的現象が生じているものと考えられる。
すなわち、上部電極側を陽極とした場合には第4図にお
いて電子e−の流れは右側の破壊線矢印で示すように下
部電極から上部電極へ向う。
いて電子e−の流れは右側の破壊線矢印で示すように下
部電極から上部電極へ向う。
この時に活性なTi原子は電子e−の流れの力によりA
u層を突き抜けZnO膜中へ移動する。
u層を突き抜けZnO膜中へ移動する。
ZnO圧電薄膜は結晶が繊維状多結晶であり無数の結晶
粒界が走っていることから、この粒界にそ啜 ってT i i子の移動が起りやすくなり、電界の集中
した部分で絶縁破壊が生じる。一方、上部電極側を陰極
とした場合には電子e−の流れは左側の破、線矢印で示
すように上部電極から下部電極へいため、絶縁破壊は生
じにくい。
粒界が走っていることから、この粒界にそ啜 ってT i i子の移動が起りやすくなり、電界の集中
した部分で絶縁破壊が生じる。一方、上部電極側を陰極
とした場合には電子e−の流れは左側の破、線矢印で示
すように上部電極から下部電極へいため、絶縁破壊は生
じにくい。
上記のように半導体のAI配線でFMIMとなっている
エレクトロマイグレーションと類似した現象か生じるこ
とを明らかにしたとともに、上部電極をAu一層とし、
直流電圧が印加される場合には上部電極側が陰極となる
ようにすることによって、絶縁破壊の問題を解決できる
ことがわかっな。
エレクトロマイグレーションと類似した現象か生じるこ
とを明らかにしたとともに、上部電極をAu一層とし、
直流電圧が印加される場合には上部電極側が陰極となる
ようにすることによって、絶縁破壊の問題を解決できる
ことがわかっな。
第1図(a)(b)はこの発明の圧電薄膜共振子を用い
て発振器を構成した実施例の平面図および樅断面図であ
る。
て発振器を構成した実施例の平面図および樅断面図であ
る。
この発振器は図示のように半導体基板21上に圧電薄膜
共振子22と集積回路23が一体化して形成され、4個
所の配線パターン2/Ia、24b、25a、25bに
よって接続されてワンタ・ソ÷化されている。
共振子22と集積回路23が一体化して形成され、4個
所の配線パターン2/Ia、24b、25a、25bに
よって接続されてワンタ・ソ÷化されている。
圧電薄膜共振子22は、半導体基板21上にS 1 v
N4 、 S i 02等の保護[31がまず形成さ
れ、この保護膜31上に例えば5in2からなる第1の
誘導体ylA32が保護膜31と間に一部が33a、3
3bで示す開口部を有する空隙層33ができるように形
成されている。
N4 、 S i 02等の保護[31がまず形成さ
れ、この保護膜31上に例えば5in2からなる第1の
誘導体ylA32が保護膜31と間に一部が33a、3
3bで示す開口部を有する空隙層33ができるように形
成されている。
さらに、この第1の誘導体膜 32の上に第1の電極3
41例えばZnO膜からなる圧電性薄膜35、第2の電
極36、および第2の誘電体膜37を順次形成すること
によって構成される。
41例えばZnO膜からなる圧電性薄膜35、第2の電
極36、および第2の誘電体膜37を順次形成すること
によって構成される。
第1の電極34と第2の電極36は圧電性薄膜35を挟
んで空隙層33に対応する位置で互いに対向するように
設けられている。
んで空隙層33に対応する位置で互いに対向するように
設けられている。
空隙層33の厚さは、共振子の動作周波数における振動
膜の振動変位の数倍以上あれば十分であり、作成の容易
さらに数百へ〜数μm程度が適当である。なお、第1図
(a)(b)において38.39は接続口、40は直流
電源電圧端子、41a、41bは出力端子、42はアー
ス端子である。
膜の振動変位の数倍以上あれば十分であり、作成の容易
さらに数百へ〜数μm程度が適当である。なお、第1図
(a)(b)において38.39は接続口、40は直流
電源電圧端子、41a、41bは出力端子、42はアー
ス端子である。
このような構成の圧電薄膜共振子22の第1の電極34
と第2の電極36との間に電気信号を印加すると、空隙
層33上の第1の誘電体膜32、圧電性薄膜35および
第2の誘電体膜37よりな−る複合振動膜が振動するこ
とにより共振器として動作するものである。
と第2の電極36との間に電気信号を印加すると、空隙
層33上の第1の誘電体膜32、圧電性薄膜35および
第2の誘電体膜37よりな−る複合振動膜が振動するこ
とにより共振器として動作するものである。
第2図にこの発振器の回路図を示す。この回路図かられ
かるように、圧電薄膜共振子22にトランジスタTrの
バイアスのための直流電圧Eが印加されている。ここで
端子Cは正の電位、端子りは負の電位となることから端
子Cに圧電薄膜共振子22の下部電極を接続し、端子り
には上部電極を接続する。第2図中、R,〜R1は↑k
a C、〜C1はコンデンサを示している。
かるように、圧電薄膜共振子22にトランジスタTrの
バイアスのための直流電圧Eが印加されている。ここで
端子Cは正の電位、端子りは負の電位となることから端
子Cに圧電薄膜共振子22の下部電極を接続し、端子り
には上部電極を接続する。第2図中、R,〜R1は↑k
a C、〜C1はコンデンサを示している。
第1図で説明すれば、下部電極すなわち、第1の電極3
4と接続されている端子は正の電イiであり、第2図の
端子Cに対応し、上部電極すなわち第2の電極36と接
続されている端子は負の電位であり、第2図の端子りに
対応する。
4と接続されている端子は正の電イiであり、第2図の
端子Cに対応し、上部電極すなわち第2の電極36と接
続されている端子は負の電位であり、第2図の端子りに
対応する。
すなわち陽極側(端子C)にAuおよびTiからなる下
部の第1の電極34、陰極側(端子D)にAuからなる
上部の第2の電極36が接続されるように配置している
。
部の第1の電極34、陰極側(端子D)にAuからなる
上部の第2の電極36が接続されるように配置している
。
このように構成した発振器を 電源電圧6Vで
高温動作試験を行ったところ、長時間安定して動作して
実用上問題のないことがわかった。
高温動作試験を行ったところ、長時間安定して動作して
実用上問題のないことがわかった。
なお、圧電薄膜共振子22と集積回路23をボンディン
グワイヤー等で接続する場合には、上部電極側はボンデ
ィング強度が弱いなめ、ポンディングパッド゛のみにA
11およびTi、AuおよびCrの構成をとって密着
性を高めることが望ましい。
グワイヤー等で接続する場合には、上部電極側はボンデ
ィング強度が弱いなめ、ポンディングパッド゛のみにA
11およびTi、AuおよびCrの構成をとって密着
性を高めることが望ましい。
次に第3図によりこの発明の他の実施例を説明する。第
3図は共通の下部電極41に対して複数の上部電極42
a、42bを対向させて配設し、各電極対向部間の弾性
的結合を利用する帯域フィルタを構成したものである。
3図は共通の下部電極41に対して複数の上部電極42
a、42bを対向させて配設し、各電極対向部間の弾性
的結合を利用する帯域フィルタを構成したものである。
共通の下部電極41をAuおよびTiによって構成し、
上部電極42a、42bをAuによって構成し、外部か
ら印加される直流電圧に対して上部電極41側が負の電
位、下部電極側が正の電位となるように極性を選ぶこと
によって特性劣化を生じることか°ない。
上部電極42a、42bをAuによって構成し、外部か
ら印加される直流電圧に対して上部電極41側が負の電
位、下部電極側が正の電位となるように極性を選ぶこと
によって特性劣化を生じることか°ない。
なお、この発明は、上記各実施例に限定されるものでは
なく要旨を変更しない範囲において種々変形して実施す
ることができる。
なく要旨を変更しない範囲において種々変形して実施す
ることができる。
例えば共通の下部電極に対して複数の上部電極を直交す
るように対向して配設し、各電極対向部間を弾性的結合
が無視できる程度に離すかあるいは各電極対向部間に講
や吸音剤を設けることによって独立した複数の共振子を
有する多素子型共振子を構成することも可能である。
るように対向して配設し、各電極対向部間を弾性的結合
が無視できる程度に離すかあるいは各電極対向部間に講
や吸音剤を設けることによって独立した複数の共振子を
有する多素子型共振子を構成することも可能である。
さらに、圧電薄膜の材質は、Zloに限らず、ALN
、Ta201.PbTiOx等のC軸配向膜を用いても
子の発明を実施することができる。
、Ta201.PbTiOx等のC軸配向膜を用いても
子の発明を実施することができる。
[発明の効果]
この発明によれば、対電圧が高く、安定でかつ信頼性の
高い圧電薄膜共振子を提供することができる。
高い圧電薄膜共振子を提供することができる。
第1図はこの発明の圧電薄膜共振子を用いて発振器を構
成した実施例を示すもので、(a)は同実施例の平面図
、(b)は(a)図B−B’線部分において矢印の方向
に視た縦断面図、第2図は第1図の実施例の回路構成図
、第3図はこの発明の圧電薄膜共振子を用いてフィルタ
を構成した実施例の斜視図、第4図はこの発明の圧電薄
膜共振子の作用を従来の場合と対比して示す作用説明図
、第5図は第4図と関連するV−I特性図、第6図は従
来の圧電ぽ膜共振子の一例を示すもので(a)は平面図
、(b)は(a)(iB−B′線部分において矢印の方
向に視た縦断面図、第7図は従来の圧電薄膜共振子にお
いて電極対向部の構成を示ず縦断面図である。 21・・・半導体基板 22・・・圧電薄膜共振子 23・・・集積回路24
a、24b、25a、25b −・・配線パターン31
・・・保護膜 32・・・第1図の誘伝体膜33
・・・空隙層 33a、33b・・・開口部34
・・・第1の電w135・・・圧電性薄膜36・・・第
2の電極 37・・・第2の誘電(IF、膜38.3
9・・・接続口 40−・・直流電源電圧端子41
a、41b・・・出力端子 42・・・アース端子ぢ隘
#士 第2図 461−19111−) 46 k 97
#jh44ア9を声シ 43々J毫1 第3図 第4p 1(A) 第5図
成した実施例を示すもので、(a)は同実施例の平面図
、(b)は(a)図B−B’線部分において矢印の方向
に視た縦断面図、第2図は第1図の実施例の回路構成図
、第3図はこの発明の圧電薄膜共振子を用いてフィルタ
を構成した実施例の斜視図、第4図はこの発明の圧電薄
膜共振子の作用を従来の場合と対比して示す作用説明図
、第5図は第4図と関連するV−I特性図、第6図は従
来の圧電ぽ膜共振子の一例を示すもので(a)は平面図
、(b)は(a)(iB−B′線部分において矢印の方
向に視た縦断面図、第7図は従来の圧電薄膜共振子にお
いて電極対向部の構成を示ず縦断面図である。 21・・・半導体基板 22・・・圧電薄膜共振子 23・・・集積回路24
a、24b、25a、25b −・・配線パターン31
・・・保護膜 32・・・第1図の誘伝体膜33
・・・空隙層 33a、33b・・・開口部34
・・・第1の電w135・・・圧電性薄膜36・・・第
2の電極 37・・・第2の誘電(IF、膜38.3
9・・・接続口 40−・・直流電源電圧端子41
a、41b・・・出力端子 42・・・アース端子ぢ隘
#士 第2図 461−19111−) 46 k 97
#jh44ア9を声シ 43々J毫1 第3図 第4p 1(A) 第5図
Claims (1)
- 圧電薄膜を挟んで対向する少なくとも2個の電極を有
し、圧電薄膜下の下部電極が金およびチタニウムからな
り上部電極が金からなるとともに、直流印加電圧に対し
て前記下部電極側が前記上部電極側より高い電位を有す
るように構成したことを特徴とする圧電薄膜共振子。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP13064989A JPH02309708A (ja) | 1989-05-24 | 1989-05-24 | 圧電薄膜共振子を用いた回路装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP13064989A JPH02309708A (ja) | 1989-05-24 | 1989-05-24 | 圧電薄膜共振子を用いた回路装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH02309708A true JPH02309708A (ja) | 1990-12-25 |
Family
ID=15039301
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP13064989A Pending JPH02309708A (ja) | 1989-05-24 | 1989-05-24 | 圧電薄膜共振子を用いた回路装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH02309708A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1317797A1 (de) | 2000-09-12 | 2003-06-11 | Infineon Technologies AG | Akustischer resonator |
US6842088B2 (en) | 2001-05-11 | 2005-01-11 | Ube Industries, Ltd. | Thin film acoustic resonator and method of producing the same |
-
1989
- 1989-05-24 JP JP13064989A patent/JPH02309708A/ja active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1317797A1 (de) | 2000-09-12 | 2003-06-11 | Infineon Technologies AG | Akustischer resonator |
US6842088B2 (en) | 2001-05-11 | 2005-01-11 | Ube Industries, Ltd. | Thin film acoustic resonator and method of producing the same |
US7140084B2 (en) | 2001-05-11 | 2006-11-28 | Ube Industries, Ltd. | Method of producing thin film bulk acoustic resonator |
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