JPS6320044B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は電気信号と表面弾性波（以下表面波と
略記する）との変換をするための表面弾性波トラ
ンスジユーサに関する。

［従来の技術］ 表面弾性波を用いた信号処理を行なうに当つて
は交流電気信号と表面信号波との変換作用をなす
ための変換手段を必須のものとする。

そして、上記の変換手段として従来は(イ)櫛形電
極を用いたもの、および(ロ)一旦バルク波を発生さ
せてからこのバルク波を表面波に変換するように
したもの等があつた。

［発明が解決しようとする問題点］ まず上記(イ)のものは第１図に示すように、圧電
体１上に金属薄膜状の２つの櫛形電極２，２′を
交叉させた構造からなるもので、比較的狭帯域用
の変換器として多く用いられるものであるが、広
帯域特性を付与させる場合には構成上の複雑さを
伴うばかりか、変換効率が落ちてしまうという難
点があつた。また、数100MHz以上等の高周波域
用に構成するためには櫛形電極２，２′間の間隔
を非常に狭くしなければならず、このため超微細
加工技術が必要とされ、その歩留りが低下するば
かりか、細幅状の櫛形であるため、電気抵抗によ
る損失も免れ得なかつた。

他方前記(ロ)のものは、第２図に示すように圧電
膜３に電極４，４′を取付けたバルク波トランス
ジユーサを圧電体等の基板５下方に配設するとと
もに、基板５の表面部にはグレーテイング（周期
的溝）６等を設け、バルク波トランスジユーサで
発生させたバルク波７をグレーテイング６等の作
用により表面波に変換するというものであつた。

しかし、上記のものはバルク波から表面波に２
段階を経て変換するというものであるから、変換
効率が悪く、また不要な波も発生してしまう等の
欠点があつた。

本発明は、上記のような微細加工を不要とする
とともに、超高周波電気信号の変換を効率よくな
し得るようにした表面弾性波トランスジユーサを
提供することを目的とする。

［問題点を解決すための手段］ 上記目的を達成するため、本発明は半導体と該
半導体上方に積層された圧電体とを具えた積層体
と、該積層体における圧電体上面に配置された１
枚の板状電極と、該板状電極に接続され、前記積
層体の膜厚方向に印加される直流バイアス信号お
よび交流電気信号と、前記積層体における半導体
下面に形成されたオーミツク接触用電極とからな
ることを特徴とするものである。

［作用］ 板状電極下方の半導体の表面部に表面電荷層容
量非線形性を生じさせておき、さらに上記の電極
に周波数ｆの交流電気信号を供給すると、パラメ
トリツク相互作用により周波数ｆ／２の表面波が
発生し、この表面波が電極の左右に向けて伝播す
る。

［実施例］ 次に図面に基づいて本発明を具体的に説明す
る。

第３図は本発明表面弾性波トランスジユーサの
側面図であつて、図中符号ＳはシリコンSi材料等
により形成された半導体基板、Ｉは酸化亜鉛ZnO
等により形成された圧電体膜、I′はシリコン酸化
膜SiO₂等の保護膜であつて、この保護膜I′は半導
体基板Ｓ表面の安定化膜として作用させる。上記
の半導体基板Ｓ、保護膜I′および圧電体膜Ｉによ
り積層体を形成させる。上記の積層体を作成する
に当つては圧電体側を基板とし、この圧電体基板
上に半導体膜を適宜積層させるようにしてもよ
い。半導体基板Ｓの導電形に関してはｐ形、ｎ形
のいずれでもよく、適用した導電形のいずれかに
対応させて後述の直流バイアス電圧の極性を選
び、半導体基板Ｓの表面部に空間電荷層を発生さ
せるようにすればよい。

圧電体膜Ｉ上における符号M₁は、直流バイア
ス電圧および交流電気信号供給用の金属板状電極
にして、この金属電極M₁は蒸着膜等により薄板
状に形成する。

電極M₁は、交流電流阻止用のチヨークコイル
CHおよび直流バイアス電圧印加用の電圧可変直
流電源Ｅを介して接地に連ねるとともに、直流電
流阻止用のコンデンサＣおよび交流電気信号源１
２を介して接地に連ねる。符号M₂は半導体基板
Ｓとオーミツク接触をとるための電極である。

また符号１３はシリコングリス等の音波（表面
波）吸収材である。この音波吸収材１３の配設に
より表面信号波１１，１１′のうち一方に向けて
進行する表面信号波１１′を吸収させ、一方向性
の表面信号波１１を出力させるためのものであ
る。

表面波のパラメトリツク発生を行なわせるため
には、(1)圧電膜の圧電性、(2)半導体表面キヤリア
濃度、(3)バイアス電圧印加による空乏層の発生、
(4)交流電気信号（ポンプ電力）による半導体表面
キヤリアの変調の各条件を満たすことが必要とな
るが、このうち(4)の条件を効率的に起こすために
はオーミツク接地電極を設けることが好ましい。
オーミツク電極は、接地部分のインピーダンスを
低くしてロスを少なくし、外部から電気信号（直
流）、ポンプ電力（交流）を効率よく半導体表面
の空間電荷層容量部に印加させることができて、
効果的に表面波を発生させるものである。

本発明の実施例たる表面弾性波発生器は上述の
ように構成され、以下のように動作する。動作の
説明に当つて交流電気信号から表面信号波に変換
する場合について述べる。

まず電圧可変直流電源Ｅから適宜値の直流バイ
アス電圧を電極M₁に印加させて半導体基板Ｓの
表面部に表面電荷層容量非線形性を付与させてお
く。次いで交流電気信号源１２から同じく電極
M₁に周波数ｆの交流電気信号を供給すると、こ
の交流電気信号自身の電力と前記の表面電荷層容
量非線形性とのパラメトリツク相互作用により周
波数ｆ／２の表面信号波１１，１１′が発生し、
この表面信号波１１，１１′が図において電極M₁
の左右方向に向けて伝播する。

このとき電極M₁に供給する交流電気信号の周
波数を、例えば2fとすれば変換される表面信号波
１１，１１′の周波数はｆとなる。そして交流電
気信号の周波数を広帯域にわたつて変化させて
も、これに応じた表面信号波１１，１１′が発生
する。

また変換された表面信号波１１，１１′の強さ
は電極M₁における表面信号波伝播方向の長さお
よび半導体基板表面部の非線形の強さ等により左
右される。この非線形の強さは、直流バイアス電
圧値により決まる半導体基板の表面電荷層容量非
線形性および供給する交流電気信号電力の大きさ
によつて決まるものである。

したがつて実際の運用にあたつては交流電気信
号の周波数ならびに電力の大きさ、および非線形
の強さを適宜に選ぶことにより、これに応じた周
波数および大きさの表面信号波を発生させること
ができる。

図示のように圧電体Ｉ部の一方に音波吸収材１
３を設けておけば、この方向への表面信号波１
１′は吸収されて反射することがない。また、前
述の実施例において圧電体Ｉの材料は酸化亜鉛に
より形成したが、酸化亜鉛のみに限らず、ニオブ
酸リチウム（LiNbO₃）、窒化アルミニウム
（AIN）、硫化カドミウム（CdS）、硫化亜鉛
（ZnS）等のその他の圧電材料により形成しても
よい。

［発明の効果］ 上述のように、本発明は半導体と圧電体とを備
えさせた積層体における前記圧電体の表面部に、
直流バイアス電圧および交流電気信号が印加され
るとともに１枚の板状金属からなる表面波発生用
電極を配設したものであるから、パラメトリツク
作用により交流電気信号と表面信号波との交換を
行ない、従来例では達成できなかつた超高周波域
においても効率良く変換することができ、電気信
号の周波数、電力の大きさ、および非線形の強さ
等を選ぶことにより、広い周波数帯域にわたり任
意の周波数の表面信号波を発生させることが可能
である。また圧電体表面部の電極は、半導体基板
の表面部に所要の空間電荷層を生じさせるもので
あれば、その形状制約を受けることなく、単に１
枚の板状金属であればよいから、櫛形電極のごと
き微細加工を全く必要としない。さらに半導体と
圧電体とを基板と膜状等によりモノリシツクに構
成し得る積層体としたから、再現性を向上できる
とともに集積化も可能である等の優れた効果を有
する。

【図面の簡単な説明】

第１図は櫛形電極を適用した従来例を示す斜視
図、第２図は他の従来例を示す側面図、第３図は
本発明の実施例たる表面弾性波トランスジユーサ
を説明するための回路図で積層体は一部を切欠い
た側面図をもつて示す。 １１，１１′……表面信号波、１２……交流電
気信号源、１３……音波吸収材、Ｃ……コンデン
サ、CH……チヨーク、Ｅ……電圧可変直流電
源、Ｉ……圧電体、I′……保護膜、M₁……電極、
M₂……オーミツク接触用電極、Ｓ……半導体。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 半導体と該半導体上方に積層された圧電体と
   を具えた積層体と、該積層体における圧電体上面
   に配置された１枚の板状電極と、該板状電極に接
   続され、前記積層体の膜厚方向に印加される直流
   バイアス信号および交流電気信号と、前記積層体
   における半導体下面に形成されたオーミツク接触
   用電極とからなることを特徴とする表面弾性波ト
   ランスジユーサ。