JP3365505B2 - 表面弾性波素子 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ダイヤモンドを含
む表面弾性波素子に関するものであり、特に、ＧＨｚ帯
以上の高周波領域においても良好な動作特性を有する表
面弾性波素子に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、ダイヤモンドを含む表面弾性波素
子としては、特開平１０−２７６０６１号公報に記載さ
れるように、ダイヤモンド層の上にＺｎＯ層を形成し、
このＺｎＯ層の上に表面弾性波の励振及び受信を行う櫛
形電極を形成し、更に、ＺｎＯ層の上に櫛形電極を覆う
ようにしてＳｉＯ2層を形成した表面弾性波素子が知ら
れている。

【０００３】この表面弾性波素子は、櫛形電極の厚さ、
ＺｎＯ層の厚さ及びＳｉＯ2層の厚さを最適な組み合わ
せとすることにより、良好な伝搬特性、電気機械結合特
性及び周波数温度特性を実現し、更に良好な伝搬損失を
実現しようとするものであり、伝搬速度８０００〜１２
０００ｍ／ｓにおいて、周波数温度特性が−１５〜＋１
５ｐｐｍ／゜Ｃであり、電気機械結合係数が０．１〜
１．３％を実現している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
た従来の表面弾性波素子にあっては、１０ＧＨｚ程度の
高周波帯に用いようとすると、伝搬速度を１００００ｍ
／ｓの高速なものとしても、櫛形電極の線幅と線間を合
わせて０．５μｍ程度とし、線幅を０．２５μｍ程度の
細さにする必要がある。このため、量産化には問題があ
る。

【０００５】また、従来材料では、例えば、水晶では、
伝搬速度が３１５０ｍ／ｓであり、到底、高周波帯の表
面弾性波素子には用いることができない。

【０００６】一方、表面弾性波素子において、高周波帯
では電気機械結合係数が小さくなるという問題もある。
例えば、水晶では、基本波で０．１％であるが、５倍波
では０．０２５％と小さくなる。電気機械結合係数が小
さいと、低損失のフィルタを実現できなくなる。

【０００７】そこで本発明は、このような問題点を解決
するためになされたものであって、量産性に適し、高周
波領域で動作特性に優れる表面弾性波素子を提供するこ
とを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明に係る
表面弾性波素子は、ダイヤモンド層と、ダイヤモンド層
の上に形成され厚さｔｚのＺｎＯ層と、ＺｎＯ層の上に
形成され表面弾性波の励振及び受信を行う櫛形電極と、
櫛形電極を覆いＺｎＯ層の上に形成され厚さｔＳのＳｉ
Ｏ2層を備え、二次モードの表面弾性波の基本波の波長
をλとしたときに、ｋｈ１＝５・２π・（ｔｚ／λ）、
ｋｈ２＝５・２π・（ｔＳ／λ）で与えられるｋｈ１及
びｋｈ２が、横軸にｋｈ１、縦軸にｋｈ２を与える二次
元直交座標グラフにおいて、座標（ｋｈ１＝４．４、ｋ
ｈ２＝７．４）で与えられる点Ａと、座標（ｋｈ１＝
５．０、ｋｈ２＝６．９）で与えられる点Ｂと、座標
（ｋｈ１＝５．２、ｋｈ２＝６．２）で与えられる点Ｃ
と、座標（ｋｈ１＝５．０、ｋｈ２＝５．６）で与えら
れる点Ｄと、座標（ｋｈ１＝４．５、ｋｈ２＝５．１）
で与えられる点Ｅと、座標（ｋｈ１＝４．０、ｋｈ２＝
４．６）で与えられる点Ｆと、座標（ｋｈ１＝３．５、
ｋｈ２＝４．４）で与えられる点Ｇと、座標（ｋｈ１＝
３．０、ｋｈ２＝４．１）で与えられる点Ｈと、座標
（ｋｈ１＝２．８、ｋｈ２＝４．０）で与えられる点Ｉ
と、座標（ｋｈ１＝２．６、ｋｈ２＝３．４）で与えら
れる点Ｊと、座標（ｋｈ１＝３．０、ｋｈ２＝３．０）
で与えられる点Ｋと、座標（ｋｈ１＝３．５、ｋｈ２＝
２．９）で与えられる点Ｌと、座標（ｋｈ１＝３．５、
ｋｈ２＝２．０）で与えられる点Ｍと、座標（ｋｈ１＝
３．０、ｋｈ２＝２．０）で与えられる点Ｎと、座標
（ｋｈ１＝２．５、ｋｈ２＝２．０）で与えられる点Ｏ
と、座標（ｋｈ１＝２．０、ｋｈ２＝２．０）で与えら
れる点Ｐと、座標（ｋｈ１＝１．８、ｋｈ２＝２．６）
で与えられる点Ｑと、座標（ｋｈ１＝１．７、ｋｈ２＝
４．０）で与えられる点Ｒと、座標（ｋｈ１＝２．０、
ｋｈ２＝４．５）で与えられる点Ｓと、座標（ｋｈ１＝
２．５、ｋｈ２＝５．２）で与えられる点Ｔと、座標
（ｋｈ１＝３．０、ｋｈ２＝５．７）で与えられる点Ｕ
と、座標（ｋｈ１＝３．５、ｋｈ２＝６．１）で与えら
れる点Ｖと、座標（ｋｈ１＝４．０、ｋｈ２＝６．８）
で与えられる点Ｗと、Ａ点とを順に線分で結ぶ２３本の
線分からなる領域ＡＢＣＤＥＦＧＨＩＪＫＬＭＮＯＰＱ
ＲＳＴＵＶＷＡの２３本の線上を含む内部に与えられ、
励起される二次モードの表面弾性波の５倍高調波が用い
られることを特徴とする。

【０００９】また本発明に係る表面弾性波素子は、ダイ
ヤモンド層と、ダイヤモンド層の上に形成され厚さｔｚ
のＺｎＯ層と、ＺｎＯ層の上に形成され表面弾性波の励
振及び受信を行う櫛形電極と、櫛形電極を覆いＺｎＯ層
の上に形成され厚さｔＳのＳｉＯ2層を備え、二次モー
ドの表面弾性波の基本波の波長をλとしたときに、ｋｈ
１＝５・２π・（ｔｚ／λ）、ｋｈ２＝５・２π・（ｔ
Ｓ／λ）で与えられるｋｈ１及びｋｈ２が、横軸にｋｈ
１、縦軸にｋｈ２を与える二次元直交座標グラフにおい
て、座標（ｋｈ１＝４．４、ｋｈ２＝６．９）で与えら
れる点Ａと、座標（ｋｈ１＝５．０、ｋｈ２＝６．４）
で与えられる点Ｂと、座標（ｋｈ１＝５．２、ｋｈ２＝
６．２）で与えられる点Ｃと、座標（ｋｈ１＝５．０、
ｋｈ２＝５．６）で与えられる点Ｄと、座標（ｋｈ１＝
４．６、ｋｈ２＝５．２）で与えられる点Ｅと、座標
（ｋｈ１＝４．４、ｋｈ２＝５．０）で与えられる点Ｆ
と、座標（ｋｈ１＝４．０、ｋｈ２＝４．６）で与えら
れる点Ｇと、座標（ｋｈ１＝３．５、ｋｈ２＝４．４）
で与えられる点Ｈと、座標（ｋｈ１＝３．０、ｋｈ２＝
４．１）で与えられる点Ｉと、座標（ｋｈ１＝２．８、
ｋｈ２＝４．０）で与えられる点Ｊと、座標（ｋｈ１＝
２．６、ｋｈ２＝３．４）で与えられる点Ｋと、座標
（ｋｈ１＝２．８、ｋｈ２＝３．０）で与えられる点Ｌ
と、座標（ｋｈ１＝３．２、ｋｈ２＝２．４）で与えら
れる点Ｍと、座標（ｋｈ１＝２．７、ｋｈ２＝２．４）
で与えられる点Ｎと、座標（ｋｈ１＝２．２、ｋｈ２＝
３．０）で与えられる点Ｏと、座標（ｋｈ１＝２．２、
ｋｈ２＝３．５）で与えられる点Ｐと、座標（ｋｈ１＝
２．５、ｋｈ２＝４．７）で与えられる点Ｑと、座標
（ｋｈ１＝３．０、ｋｈ２＝５．２）で与えられる点Ｒ
と、座標（ｋｈ１＝３．５、ｋｈ２＝５．７）で与えら
れる点Ｓと、座標（ｋｈ１＝４．０、ｋｈ２＝６．３）
で与えられる点Ｔと、Ａ点とを順に線分で結ぶ、２０本
の線分からなる領域ＡＢＣＤＥＦＧＨＩＪＫＬＭＮＯＰ
ＱＲＳＴＡの２０本の線上を含む内部に与えられ、励起
される二次モードの表面弾性波の５倍高調波が用いられ
ることを特徴とする。

【００１０】また本発明に係る表面弾性波素子は、前述
の表面弾性波の動作中心周波数をｆ0、表面弾性波の伝
播速度をｖとしたときに、伝搬速度ｖが４５００〜６５
００ｍ／ｓであり、櫛形電極の電極ピッチｄｍ＋ｄｆ
が、ｄｍ＋ｄｆ＝（５・ｖ）／（２・ｆ0）で与えられ
ることを特徴とする。

【００１１】また本発明に係る表面弾性波素子は、前述
の櫛形電極の電極線幅が０．５μｍ以上であり、表面弾
性波の動作中心周波数が５．０〜１１．３ＧＨｚである
ことを特徴とする。

【００１２】さらに本発明に係る表面弾性波素子は、前
述の櫛形電極の電極線幅が０．５μｍ以上であり、表面
弾性波の動作中心周波数が９．５〜１０．５ＧＨｚであ
ることを特徴とする。

【００１３】これらの発明によれば、励起する二次モー
ドの表面弾性波の５倍高調波を用いることにより、高周
波領域で良好な伝播特性、電気機械結合係数、周波数温
度特性を得ることができる。また、櫛形電極の電極部分
の線幅を大きくできるため、量産性の向上が図れる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、添付図面に基づき、本発明
の実施形態について説明する。尚、各図において同一要
素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。ま
た、図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致して
いない。

【００１５】図１に本実施形態に係る表面弾性波素子の
断面図を示す。本図に示すように、本実施形態に係る表
面弾性波素子１は、シリコン製の基板２の上にダイヤモ
ンド層３を備えている。ダイヤモンド層３を構成するダ
イヤモンドとしては、天然型ダイヤモンド、合成ダイヤ
モンドのいずれであってもよい。また、単結晶ダイヤモ
ンド、多結晶ダイヤモンド又はアモルファスダイヤモン
ドのいずれを用いてもよい。なお、図１では、シリコン
の基板２上に薄膜としてダイヤモンド層３を形成してい
るが、ダイヤモンド単体を用いてもよい。

【００１６】合成ダイヤモンドの場合は、ＣＶＤ、イオ
ンプレーティング法、ＰＶＤ、熱フィラメント法など、
あらゆる製造方法を用いてダイヤモンド層を形成するこ
とができる。

【００１７】ダイヤモンド層３の上には、ＺｎＯ層４が
形成されている。ＺｎＯ層４は、構成するＺｎＯがｃ軸
配向性ＺｎＯであることが望ましい。ここで、「ｃ軸配
向」であるとは、ＺｎＯ膜の（００１）面が基板と平行
であるように形成されていることをいう。形成されたＺ
ｎＯ膜がｃ軸配向であり、また多結晶であれば、ＺｎＯ
の本来有する圧電性を十分に利用した表面弾性波素子を
実現することが可能となる。

【００１８】ＺｎＯ層４の上には、櫛形電極５が形成さ
れている。櫛形電極５は、表面弾性波の励振及び受信を
行うものである。図２に示すように、櫛形電極５は、例
えば、シングル電極タイプとされ、電極５１と電極５２
を備えて構成される。

【００１９】電極５１と電極５２は、相対向して設けら
れ、それぞれ他方へ向けて突出する櫛歯状の電極部５３
を多数形成している。

【００２０】この電極部５３のピッチ（線幅ｄｍ＋線間
ｄｆ）は、表面弾性波の動作中心周波数をｆ0、表面弾
性波の伝播速度をｖとすると、次の式（１）により与え
られる。

【００２１】 ｄｍ＋ｄｆ＝（５・ｖ）／（２・ｆ0） ‥‥（１） また、伝搬速度ｖが４５００〜６５００ｍ／ｓである場
合、電極部５３は、その線幅ｄｍを０．５μｍ以上とし
て形成される。このため、電極部５３がある程度の線幅
を有するため、櫛形電極５の製造が容易となり、表面弾
性波素子１の量産が容易となる。

【００２２】なお、図２では、シングル電極タイプのも
のを示したが、櫛形電極５としては、二本の電極部５３
を一組として突出させるダブル電極タイプのものであっ
てもよい。

【００２３】また、櫛形電極５を挟み込むように、両側
に反射器電極（グレーティング反射器等）を配置し、入
出力電極間で発生する表面弾性波を反射器電極の間で多
重反射させ定在波を発生させる表面弾性波共振器の構成
をとってもよい。

【００２４】櫛型電極５などを構成する材料は、導電性
材料であればよく、加工性等の点からはアルミニウムが
好ましく用いられる。

【００２５】また、櫛型電極５などにアルミニウムを用
いた場合、アルミニウム製の櫛型電極５における表面弾
性波の伝播速度の温度変化は、ダイヤモンド層３及びＺ
ｎＯ層４の温度変化と同符号であり、ＳｉＯ2層６の温
度変化と異符号である。

【００２６】ＺｎＯ層４の上には、櫛形電極５を覆うよ
うにしてＳｉＯ2層６が形成されている。ＳｉＯ2層６
は、表面弾性波素子１における温度特性を良好にする機
能を有し、また、圧電体及び櫛型電極５に対する保護膜
としても機能し、外部環境からの湿気及び不純物等の影
響を著しく低減させるものである。

【００２７】このＳｉＯ2層６を構成するＳｉＯ2として
は、アモルファスであることが望ましい。また、ＳｉＯ
2層６の表面弾性波の伝播速度の温度変化は、ダイヤモ
ンド層３及びＺｎＯ層４の温度変化と異符号となってい
る。このため、例えば表面弾性波素子１の温度が上昇す
ると、ＳｉＯ2層６の表面弾性波の伝播速度は増大が、
ダイヤモンド層３及びＺｎＯ層４の表面弾性波の伝播速
度は減少する。従って、ＳｉＯ2層６がダイヤモンド層
３及びＺｎＯ層４における伝播速度の温度変化を相殺
し、その結果、表面弾性波素子１の伝播速度が温度変化
に対し安定したものとなる。

【００２８】次に、本実施形態に係る表面弾性波素子１
の実施例を説明する。

【００２９】この実施例では、圧電体であるＺｎＯ層４
の厚さｔｚと保護層であるＳｉＯ2層６の厚さｔＳを変
えて表面弾性波素子１を製造し、最適な伝播速度ｖ、電
気機械結合係数Ｋ2及び温度周波数特性ＴＣＦを与える
ようなＺｎＯ層４の厚さｔｚ及びＳｉＯ2層６の厚さｔ
Ｓの最適化を行った。

【００３０】（第一実施例）本実施例の表面弾性波素子
は、以下のように製造した。

【００３１】１０ｍｍ×１０ｍｍ×１ｍｍのシリコン基
板上にマイクロ波プラズマＣＶＤ法を用いてダイヤモン
ドを５０μｍまで成膜した後、ダイヤモンド表面をダイ
ヤモンドコート研磨機を用いて膜厚２０μｍまで研磨し
た。多結晶ダイヤモンドの原料には、ＣＨ4をＨ2で１０
０倍に希釈したガスを用いた。

【００３２】そして、このダイヤモンドの上に、ＺｎＯ
多結晶をＡｒと酸素の混合ガスでスパッタする方法によ
り、ＺｎＯ薄膜を形成した。スパッタ条件は、基板温度
４００゜Ｃ、ＲＦパワー１６０Ｗ、圧力２．７Ｐａとし
た。スパッタの時間を変えることにより、ＺｎＯの膜厚
を変化させることができる。そして、ｋｈ１＝１．６〜
６．０となるように、ＺｎＯ層の膜厚ｔｚを変えたもの
を作製した。

【００３３】ここで、ｋｈ１は、ＺｎＯ層の厚さを表面
弾性波の波長λに対して相対的に表現するためのパラメ
ータであり、次の式（２）により表されるものである。

【００３４】 ｋｈ１＝２π・（ｔｚ／λ_M） ＝５・２π・（ｔｚ／λ） ‥‥（２） 但し、λ_Mは、５倍高調波の波長であり、λ／５であ
る。

【００３５】次に、ＺｎＯ層の上にＡｌを抵抗加熱法に
より蒸着し、櫛形電極を形成した。櫛形電極は、フォト
リソグラフィー及びエッチングにより、シングル電極構
造の持つさまざまな線幅のものを形成した。

【００３６】そして、櫛形電極を覆うようにして、Ｚｎ
Ｏ層の上に非晶質ＳｉＯ2膜を形成した。非晶質ＳｉＯ2
膜の形成は、基板温度１５０゜Ｃ、高周波パワー２００
Ｗ、Ａｒ：Ｏ2＝１：１の混合ガス、圧力０．０１Ｔｏ
ｒｒ、ターゲットＳｉＯ2の条件の下でスパッタリング
より行った。スパッタの時間を変えることにより、Ｓｉ
Ｏ2の膜厚を変化させることができる。そして、ｋｈ２
＝２．０〜５．０となるように、ＳｉＯ2層の膜厚ｔＳ
を変えたものを作製した。

【００３７】ここで、ｋｈ２は、ＳｉＯ2層の厚さを表
面弾性波の波長λに対して相対的に表現するためのパラ
メータであり、次の式（３）により表されるものであ
る。

【００３８】 ｋｈ２＝２π・（ｔＳ／λ_M） ＝５・２π・（ｔＳ／λ） ‥‥（３） このようにして、図１に示すような構造を有し、ＺｎＯ
層４及びＳｉＯ2層６の厚さの異なる表面弾性波素子を
製造した。

【００３９】そして、これらの各表面弾性波素子につい
て、電極５１に高周波電力を印加して二次モードの表面
弾性波を励起させ、ｖ＝ｆλ_M（ｆ：中心周波数）の関
係から、励起された表面弾性波の伝播速度を求めた。

【００４０】各表面弾性波素子の電気機械結合係数Ｋ2
は、ネットワークアナライザ（横河ヒューレットパッカ
ード社製、８７９１Ａ）を用いて二次モードにおいて測
定された各表面弾性波素子の櫛形電極の放射コンダクタ
ンスの実部Ｇに基づき、次の式（４）により求めた。

【００４１】 Ｋ2＝Ｇ／（８・ｆ0・Ｃ・Ｎ） ‥‥（４） 但し、ｆ0は中心周波数、Ｃは櫛形電極の全静電容量、
Ｎは櫛形電極の対の数である。

【００４２】そして、温度周波数特性ＴＣＦは、表面弾
性波素子をヒーターで加熱し、室温から８０゜Ｃまで変
化させ、１０゜Ｃおきに中心周波数を測定したところ、
直線関係が得られ、この直線の傾きから求めた。

【００４３】また、表面弾性波素子のＺｎＯ層の正確な
厚さｔｚ及びＳｉＯ2層の正確な厚さｔＳは、上述した
各パラメータを測定した後、表面弾性波素子を切断し、
切断面をＳＥＭで観察することにより求めた。そして、
厚さｔｚ、ｔＳに基づいて、パラメータｋｈ１及びｋｈ
２を求め、対応するパラメータの結果を評価した。

【００４４】図３は、本実施例により製造された表面弾
性波素子について、ＺｎＯ層の厚さとＳｉＯ2層の厚さ
に対する電気機械結合係数Ｋ2の変化を二次元直交座標
グラフとして示したものである。図３のグラフにおい
て、横軸はＺｎＯ層の厚さに関するパラメータｋｈ１
（上述の式（２）参照）であり、縦軸はＳｉＯ2層の厚
さに関するパラメータｋｈ２（上述の式（３）参照）で
ある。また、グラフの各曲線に付随する数値は、曲線に
対応する電気機械結合係数Ｋ2の値である。これらの単
位は％である。

【００４５】図４は、本実施例により製造された表面弾
性波素子について、ＺｎＯ層の厚さとＳｉＯ2層の厚さ
に対する伝播速度ｖの変化を二次元直交座標グラフとし
て示したものである。図４のグラフにおいて、横軸はＺ
ｎＯ層の厚さに関するパラメータｋｈ１、縦軸はＳｉＯ
2層の厚さに関するパラメータｋｈ２である。また、グ
ラフの各曲線に付随する数値は、曲線に対応する伝播速
度ｖの値である。伝播速度ｖの単位は、ｍ／ｓである。

【００４６】図５は、本実施例により製造された表面弾
性波素子について、ＺｎＯ層の厚さとＳｉＯ2層の厚さ
に対する温度周波数特性ＴＣＦの変化を二次元直交座標
グラフとして示したものである。図４のグラフにおい
て、横軸はＺｎＯ層の厚さに関するパラメータｋｈ１、
縦軸はＳｉＯ2層の厚さに関するパラメータｋｈ２であ
る。また、グラフの各曲線に付随する数値は、曲線に対
応する温度周波数特性ＴＣＦの値である。温度周波数特
性ＴＣＦの単位は、ｐｐｍ／゜Ｃである。

【００４７】ここで、図３において電気機械結合係数Ｋ
2が０．２〜０．５６％を満たし、図４において伝播速
度ｖが４５００ｍ／ｓ以上を満たし、かつ、図５におい
て温度周波数特性ＴＣＦが−２０〜＋２０ｐｐｍ／゜Ｃ
を満たすｋｈ１及びｋｈ２の数値範囲を図６に示す。

【００４８】図６は、図３〜図５と同様に、横軸をｋｈ
１、縦軸をｋｈ２とした二次元直交座標グラフである。
本図において、電気機械結合係数Ｋ2が０．２〜０．５
６％であり、伝播速度ｖが４５００ｍ／ｓ以上であり、
かつ、温度周波数特性ＴＣＦが−２０〜＋２０ｐｐｍ／
゜Ｃであるｋｈ１及びｋｈ２の数値は、本図中の点Ａ、
Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｉ、Ｊ、Ｋ、Ｌ、Ｍ、
Ｎ、Ｏ、Ｐ、Ｑ、Ｒ、Ｓ、Ｔ、Ｕ、Ｖ、Ｗ、Ａを順に線
分で結んでなる領域（各線分上を含む）で与えられる。

【００４９】ここで、点Ａは座標（ｋｈ１＝４．４、ｋ
ｈ２＝７．４）で与えられ、点Ｂは座標（ｋｈ１＝５．
０、ｋｈ２＝６．９）で与えられ、点Ｃは座標（ｋｈ１
＝５．２、ｋｈ２＝６．２）で与えられ、点Ｄは座標
（ｋｈ１＝５．０、ｋｈ２＝５．６）で与えられ、点Ｅ
は座標（ｋｈ１＝４．５、ｋｈ２＝５．１）で与えら
れ、点Ｆは座標（ｋｈ１＝４．０、ｋｈ２＝４．６）で
与えられ、点Ｇは座標（ｋｈ１＝３．５、ｋｈ２＝４．
４）で与えられ、点Ｈは座標（ｋｈ１＝３．０、ｋｈ２
＝４．１）で与えられ、点Ｉは座標（ｋｈ１＝２．８、
ｋｈ２＝４．０）で与えられ、点Ｊは座標（ｋｈ１＝
２．６、ｋｈ２＝３．４）で与えられ、点Ｋは座標（ｋ
ｈ１＝３．０、ｋｈ２＝３．０）で与えられ、点Ｌは座
標（ｋｈ１＝３．５、ｋｈ２＝２．９）で与えられ、点
Ｍは座標（ｋｈ１＝３．５、ｋｈ２＝２．０）で与えら
れ、点Ｎは座標（ｋｈ１＝３．０、ｋｈ２＝２．０）で
与えられ、点Ｏは座標（ｋｈ１＝２．５、ｋｈ２＝２．
０）で与えられ、点Ｐは座標（ｋｈ１＝２．０、ｋｈ２
＝２．０）で与えられ、点Ｑは座標（ｋｈ１＝１．８、
ｋｈ２＝２．６）で与えられ、点Ｒは座標（ｋｈ１＝
１．７、ｋｈ２＝４．０）で与えられ、点Ｓは座標（ｋ
ｈ１＝２．０、ｋｈ２＝４．５）で与えられ、点Ｔは座
標（ｋｈ１＝２．５、ｋｈ２＝５．２）で与えられ、点
Ｕは座標（ｋｈ１＝３．０、ｋｈ２＝５．７）で与えら
れ、点Ｖは座標（ｋｈ１＝３．５、ｋｈ２＝６．１）で
与えられ、点Ｗは座標（ｋｈ１＝４．０、ｋｈ２＝６．
８）で与えられる。

【００５０】すなわち、励起される二次モードの表面弾
性波の５倍高調波を用い、図６に示す点Ａ、Ｂ、Ｃ、
Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｉ、Ｊ、Ｋ、Ｌ、Ｍ、Ｎ、Ｏ、
Ｐ、Ｑ、Ｒ、Ｓ、Ｔ、Ｕ、Ｖ、Ｗ、Ａを順に線分で結ん
でなる領域（各線分上を含む）で与えられるｋｈ１及び
ｋｈ２の数値をとることにより、電気機械結合係数Ｋ2
が０．２〜０．５６％であり、伝播速度ｖが４５００ｍ
／ｓ以上であり、かつ、温度周波数特性ＴＣＦが−２０
〜＋２０ｐｐｍ／゜Ｃである表面弾性波素子が得られ
る。

【００５１】また、表面弾性波素子の伝搬速度ｖが４５
００〜６５００ｍ／ｓである場合、上述の式（１）によ
り、櫛形電極の電極部の線幅を０．５μｍ以上として形
成することができる。このため、櫛形電極の製造が容易
となり、表面弾性波素子の量産が容易となる。

【００５２】また、櫛形電極の電極部の線幅を０．５μ
ｍ以上とし、表面弾性波の動作中心周波数を５．０〜１
１．３ＧＨｚとした場合又は表面弾性波の動作中心周波
数を９．５〜１０．５ＧＨｚとした場合でも、上述した
電気機械結合係数Ｋ2、伝播速度ｖ及び温度周波数特性
ＴＣＦの特性が得られる。

【００５３】（第二実施例）本実施例の表面弾性波素子
は、第一実施例と同様な手法を用い、条件を変更して１
０ＧＨｚの中心周波数で動作する表面弾性波素子を製造
した。

【００５４】ＺｎＯの膜厚ｔｚを変化させてパラメータ
ｋｈ１が２．０〜６．０となるように表面弾性波素子を
製造した。また、ＳｉＯ2の膜厚ｔＳを変化させてパラ
メータｋｈ２が２．０〜８．０となるように表面弾性波
素子を製造した。

【００５５】そして、第一実施例と同様に、ＺｎＯ層の
厚さとＳｉＯ2層の厚さに対する電気機械結合係数Ｋ2、
伝播速度ｖ及び温度周波数特性ＴＣＦの変化を表した二
次元直交座標グラフを作成し、それらの二次元直交座標
グラフに基づいて、電気機械結合係数Ｋ2が０．４〜
０．５６％を満たし、伝播速度ｖが４５００ｍ／ｓ以上
を満たし、かつ、温度周波数特性ＴＣＦが−２０〜＋２
０ｐｐｍ／゜Ｃを満たすｋｈ１及びｋｈ２の数値範囲を
二次元直交座標グラフとして表した。

【００５６】その二次元直交座標グラフを図７に示す。

【００５７】図７において、横軸はｋｈ１、縦軸はｋｈ
２である。本図において、電気機械結合係数Ｋ2が０．
４〜０．５６％であり、伝播速度ｖが４５００ｍ／ｓ以
上であり、かつ、温度周波数特性ＴＣＦが−２０〜＋２
０ｐｐｍ／゜Ｃであるｋｈ１及びｋｈ２の数値は、本図
中の点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｉ、Ｊ、Ｋ、
Ｌ、Ｍ、Ｎ、Ｏ、Ｐ、Ｑ、Ｒ、Ｓ、Ｔ、Ａを順に線分で
結んでなる領域（各線分上を含む）で与えられる。

【００５８】ここで、点Ａは座標（ｋｈ１＝４．４、ｋ
ｈ２＝６．９）で与えられ、点Ｂは座標（ｋｈ１＝５．
０、ｋｈ２＝６．４）で与えられ、点Ｃは座標（ｋｈ１
＝５．２、ｋｈ２＝６．２）で与えられ、点Ｄは座標
（ｋｈ１＝５．０、ｋｈ２＝５．６）で与えられ、点Ｅ
は座標（ｋｈ１＝４．６、ｋｈ２＝５．２）で与えら
れ、点Ｆは座標（ｋｈ１＝４．４、ｋｈ２＝５．０）で
与えられ、点Ｇは座標（ｋｈ１＝４．０、ｋｈ２＝４．
６）で与えられ、点Ｈは座標（ｋｈ１＝３．５、ｋｈ２
＝４．４）で与えられ、点Ｉは座標（ｋｈ１＝３．０、
ｋｈ２＝４．１）で与えられ、点Ｊは座標（ｋｈ１＝
２．８、ｋｈ２＝４．０）で与えられ、点Ｋは座標（ｋ
ｈ１＝２．６、ｋｈ２＝３．４）で与えられ、点Ｌは座
標（ｋｈ１＝２．８、ｋｈ２＝３．０）で与えられ、点
Ｍは座標（ｋｈ１＝３．２、ｋｈ２＝２．４）で与えら
れ、点Ｎは座標（ｋｈ１＝２．７、ｋｈ２＝２．４）で
与えられ、点Ｏは座標（ｋｈ１＝２．２、ｋｈ２＝３．
０）で与えられ、点Ｐは座標（ｋｈ１＝２．２、ｋｈ２
＝３．５）で与えられ、点Ｑは座標（ｋｈ１＝２．５、
ｋｈ２＝４．７）で与えられ、点Ｒは座標（ｋｈ１＝
３．０、ｋｈ２＝５．２）で与えられ、点Ｓは座標（ｋ
ｈ１＝３．５、ｋｈ２＝５．７）で与えられ、点Ｔは座
標（ｋｈ１＝４．０、ｋｈ２＝６．３）で与えられる。

【００５９】すなわち、図７に示す点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、
Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｉ、Ｊ、Ｋ、Ｌ、Ｍ、Ｎ、Ｏ、Ｐ、
Ｑ、Ｒ、Ｓ、Ｔ、Ａを順に線分で結んでなる領域（各線
分上を含む）で与えられるｋｈ１及びｋｈ２の数値をと
ることにより、電気機械結合係数Ｋ2が０．４〜０．５
６％であり、伝播速度ｖが４５００ｍ／ｓ以上であり、
かつ、温度周波数特性ＴＣＦが−２０〜＋２０ｐｐｍ／
゜Ｃである表面弾性波素子が得られる。

【００６０】また、表面弾性波素子の伝搬速度ｖが４５
００〜６５００ｍ／ｓである場合、上述の式（１）によ
り、櫛形電極の電極部の線幅を０．５μｍ以上として形
成することができる。このため、櫛形電極の製造が容易
となり、表面弾性波素子の量産が容易となる。

【００６１】また、櫛形電極の電極部の線幅を０．５μ
ｍ以上とし、表面弾性波の動作中心周波数を５．０〜１
１．３ＧＨｚとした場合又は表面弾性波の動作中心周波
数を９．５〜１０．５ＧＨｚとした場合でも、上述した
電気機械結合係数Ｋ2、伝播速度ｖ及び温度周波数特性
ＴＣＦの特性が得られる。

【００６２】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、励
起する二次モードの表面弾性波の５倍高調波を用いるこ
とにより、高周波領域で良好な伝播特性、電気機械結合
係数、周波数温度特性を得ることができる。

【００６３】また、櫛形電極の電極部分の線幅を大きく
できるため、量産性の向上が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係る表面弾性波素子の説明
図である。

【図２】図１の表面弾性波素子における櫛形電極の説明
図である。

【図３】第一実施例に係る表面弾性波素子における電気
機械結合係数の説明図である。

【図４】第一実施例に係る表面弾性波素子における伝播
特性の説明図である。

【図５】第一実施例に係る表面弾性波素子における温度
周波数特性の説明図である。

【図６】第一実施例に係る表面弾性波素子におけるパラ
メータｋｈ１及びｋｈ２の説明図である。

【図７】第二実施例に係る表面弾性波素子におけるパラ
メータｋｈ１及びｋｈ２の説明図である。

【符号の説明】

１…表面弾性波素子、２…基板、３…ダイヤモンド層、
４…ＺｎＯ層、５…櫛形電極、６…ＳｉＯ2層。

フロントページの続き (72)発明者 藤井 知 兵庫県伊丹市昆陽北一丁目１番１号 住 友電気工業株式会社 伊丹製作所内 (72)発明者 鹿田 真一 兵庫県伊丹市昆陽北一丁目１番１号 住 友電気工業株式会社 伊丹製作所内 (56)参考文献 特開 平10−276061（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−51248（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−198412（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−83078（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H03H 9/145 H03H 9/25

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ダイヤモンド層と、 前記ダイヤモンド層の上に形成され厚さｔｚのＺｎＯ層
   と、 前記ＺｎＯ層の上に形成され表面弾性波の励振及び受信
   を行う櫛形電極と、 前記櫛形電極を覆い前記ＺｎＯ層の上に形成され厚さｔ
   ＳのＳｉＯ2層と、を備え、 二次モードの前記表面弾性波の基本波の波長をλとした
   ときに、ｋｈ１＝５・２π・（ｔｚ／λ）、ｋｈ２＝５
   ・２π・（ｔＳ／λ）で与えられる前記ｋｈ１及び前記
   ｋｈ２が、横軸に前記ｋｈ１、縦軸に前記ｋｈ２を与え
   る二次元直交座標グラフにおいて、座標（ｋｈ１＝４．
   ４、ｋｈ２＝７．４）で与えられる点Ａと、座標（ｋｈ
   １＝５．０、ｋｈ２＝６．９）で与えられる点Ｂと、座
   標（ｋｈ１＝５．２、ｋｈ２＝６．２）で与えられる点
   Ｃと、座標（ｋｈ１＝５．０、ｋｈ２＝５．６）で与え
   られる点Ｄと、座標（ｋｈ１＝４．５、ｋｈ２＝５．
   １）で与えられる点Ｅと、座標（ｋｈ１＝４．０、ｋｈ
   ２＝４．６）で与えられる点Ｆと、座標（ｋｈ１＝３．
   ５、ｋｈ２＝４．４）で与えられる点Ｇと、座標（ｋｈ
   １＝３．０、ｋｈ２＝４．１）で与えられる点Ｈと、座
   標（ｋｈ１＝２．８、ｋｈ２＝４．０）で与えられる点
   Ｉと、座標（ｋｈ１＝２．６、ｋｈ２＝３．４）で与え
   られる点Ｊと、座標（ｋｈ１＝３．０、ｋｈ２＝３．
   ０）で与えられる点Ｋと、座標（ｋｈ１＝３．５、ｋｈ
   ２＝２．９）で与えられる点Ｌと、座標（ｋｈ１＝３．
   ５、ｋｈ２＝２．０）で与えられる点Ｍと、座標（ｋｈ
   １＝３．０、ｋｈ２＝２．０）で与えられる点Ｎと、座
   標（ｋｈ１＝２．５、ｋｈ２＝２．０）で与えられる点
   Ｏと、座標（ｋｈ１＝２．０、ｋｈ２＝２．０）で与え
   られる点Ｐと、座標（ｋｈ１＝１．８、ｋｈ２＝２．
   ６）で与えられる点Ｑと、座標（ｋｈ１＝１．７、ｋｈ
   ２＝４．０）で与えられる点Ｒと、座標（ｋｈ１＝２．
   ０、ｋｈ２＝４．５）で与えられる点Ｓと、座標（ｋｈ
   １＝２．５、ｋｈ２＝５．２）で与えられる点Ｔと、座
   標（ｋｈ１＝３．０、ｋｈ２＝５．７）で与えられる点
   Ｕと、座標（ｋｈ１＝３．５、ｋｈ２＝６．１）で与え
   られる点Ｖと、座標（ｋｈ１＝４．０、ｋｈ２＝６．
   ８）で与えられる点Ｗと、前記Ａ点とを順に線分で結
   ぶ、２３本の線分からなる領域ＡＢＣＤＥＦＧＨＩＪＫ
   ＬＭＮＯＰＱＲＳＴＵＶＷＡの前記２３本の線上を含む
   内部に与えられ、 励起される前記二次モードの表面弾性波の５倍高調波が
   用いられること、を特徴とする表面弾性波素子。
2. 【請求項２】 ダイヤモンド層と、 前記ダイヤモンド層の上に形成され厚さｔｚのＺｎＯ層
   と、 前記ＺｎＯ層の上に形成され表面弾性波の励振及び受信
   を行う櫛形電極と、 前記櫛形電極を覆い前記ＺｎＯ層の上に形成され厚さｔ
   ＳのＳｉＯ2層と、を備え、 二次モードの前記表面弾性波の基本波の波長をλとした
   ときに、ｋｈ１＝５・２π・（ｔｚ／λ）、ｋｈ２＝５
   ・２π・（ｔＳ／λ）で与えられる前記ｋｈ１及び前記
   ｋｈ２が、横軸に前記ｋｈ１、縦軸に前記ｋｈ２を与え
   る二次元直交座標グラフにおいて、座標（ｋｈ１＝４．
   ４、ｋｈ２＝６．９）で与えられる点Ａと、座標（ｋｈ
   １＝５．０、ｋｈ２＝６．４）で与えられる点Ｂと、座
   標（ｋｈ１＝５．２、ｋｈ２＝６．２）で与えられる点
   Ｃと、座標（ｋｈ１＝５．０、ｋｈ２＝５．６）で与え
   られる点Ｄと、座標（ｋｈ１＝４．６、ｋｈ２＝５．
   ２）で与えられる点Ｅと、座標（ｋｈ１＝４．４、ｋｈ
   ２＝５．０）で与えられる点Ｆと、座標（ｋｈ１＝４．
   ０、ｋｈ２＝４．６）で与えられる点Ｇと、座標（ｋｈ
   １＝３．５、ｋｈ２＝４．４）で与えられる点Ｈと、座
   標（ｋｈ１＝３．０、ｋｈ２＝４．１）で与えられる点
   Ｉと、座標（ｋｈ１＝２．８、ｋｈ２＝４．０）で与え
   られる点Ｊと、座標（ｋｈ１＝２．６、ｋｈ２＝３．
   ４）で与えられる点Ｋと、座標（ｋｈ１＝２．８、ｋｈ
   ２＝３．０）で与えられる点Ｌと、座標（ｋｈ１＝３．
   ２、ｋｈ２＝２．４）で与えられる点Ｍと、座標（ｋｈ
   １＝２．７、ｋｈ２＝２．４）で与えられる点Ｎと、座
   標（ｋｈ１＝２．２、ｋｈ２＝３．０）で与えられる点
   Ｏと、座標（ｋｈ１＝２．２、ｋｈ２＝３．５）で与え
   られる点Ｐと、座標（ｋｈ１＝２．５、ｋｈ２＝４．
   ７）で与えられる点Ｑと、座標（ｋｈ１＝３．０、ｋｈ
   ２＝５．２）で与えられる点Ｒと、座標（ｋｈ１＝３．
   ５、ｋｈ２＝５．７）で与えられる点Ｓと、座標（ｋｈ
   １＝４．０、ｋｈ２＝６．３）で与えられる点Ｔと、前
   記Ａ点とを順に線分で結ぶ、２０本の線分からなる領域
   ＡＢＣＤＥＦＧＨＩＪＫＬＭＮＯＰＱＲＳＴＡの前記２
   ０本の線上を含む内部に与えられ、 励起される前記二次モードの表面弾性波の５倍高調波が
   用いられること、を特徴とする表面弾性波素子。
3. 【請求項３】 前記表面弾性波の動作中心周波数をｆ
   0、前記表面弾性波の伝播速度をｖとしたときに、 前記伝搬速度ｖが４５００〜６５００ｍ／ｓであり、 前記櫛形電極の電極ピッチが、ｄｍ＋ｄｆ＝（５・ｖ）
   ／（２・ｆ0）で与えられること、を特徴とする請求項
   １又は２に記載の表面弾性波素子。
4. 【請求項４】 前記櫛形電極の電極線幅が０．５μｍ以
   上であり、 前記表面弾性波の動作中心周波数が５．０〜１１．３Ｇ
   Ｈｚ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。
5. 【請求項５】 前記櫛形電極の電極線幅が０．５μｍ以
   上であり、 前記表面弾性波の動作中心周波数が９．５〜１０．５Ｇ
   Ｈｚ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。