(57)【要約】【課題】入力変換ユニットおよび出力変換ユニットの線幅を変更することなしに中心周波数を調整することができる高周波表面音波装置の提供。【解決手段】高周波表面音波装置が開示されている。開示の高周波表面音波装置は、そのナノ結晶ダイヤモンド層の厚さを変更することによってその中心周波数を容易に調整することができる。開示の高周波表面音波装置は、シリコン基板、シリコン基板の上に位置するナノ結晶ダイヤモンド層、ナノ結晶ダイヤモンド層の表面に形成した圧電層、入力変換ユニット、および出力変換ユニットを備え、そこでは入力変換ユニットおよび出力変換ユニットは圧電層の表面上か、または下に対で形成される。また、ナノ結晶ダイヤモンド層の厚さは０．５μｍ〜２０μｍであることができる。圧電層はＺｎＯ、ＡｌＮ、またはＬｉＮｂＯ3から作られることができる。圧電層の厚さは０．５μｍ〜５μｍであることができる。【選択図】図２Ａ
2010057155.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン基板と、
前記シリコン基板の上に位置するナノ結晶ダイヤモンド層と、
前記ナノ結晶ダイヤモンド層の表面に形成した圧電層と、
入力変換ユニットと、
出力変換ユニットと、
を備え、前記入力変換ユニットおよび前記出力変換ユニットは前記圧電層の表面に対で形成される高周波表面音波装置。
【請求項２】
前記シリコン基板がシリコン（１００）ダイである請求項１に記載の高周波表面音波装置。
【請求項３】
前記ナノ結晶ダイヤモンド層の厚さが０．５μｍ〜２０μｍの範囲である請求項１に記載の高周波表面音波装置。
【請求項４】
前記圧電層がＲＦマグネトロン・スパッタリング・プロセスによって前記ナノ結晶ダイヤモンド層の表面に形成される請求項１に記載の高周波表面音波装置。
【請求項５】
前記圧電層がＺｎＯ、ＡｌＮ、またはＬｉＮｂＯ3から作られる請求項１に記載の高周波表面音波装置。
【請求項６】
前記入力変換ユニットおよび前記出力変換ユニットの線幅が０．５μｍ〜５μｍの範囲である請求項１に記載の高周波表面音波装置。
【請求項７】
前記入力変換ユニットおよび前記出力変換ユニットがそれぞれインターデジタル電極である請求項１に記載の高周波表面音波装置。
【請求項８】
前記入力変換ユニットおよび前記出力変換ユニットがアルミニウムから作られる請求項１に記載の高周波表面音波装置。
【請求項９】
シリコン基板と、
前記シリコン基板の上に位置するナノ結晶ダイヤモンド層と、
前記ナノ結晶ダイヤモンド層の表面に形成した圧電層と、
入力変換ユニットと、
出力変換ユニットと、
を備え、前記入力変換ユニットおよび前記出力変換ユニットは前記ナノ結晶ダイヤモンド層の表面に対で形成され、前記圧電層は前記入力変換ユニットと前記出力変換ユニットとの間に位置する前記ナノ結晶ダイヤモンド層の表面の一部分を覆う高周波表面音波装置。
【請求項１０】
前記シリコン基板がシリコン（１００）ダイである請求項９に記載の高周波表面音波装置。
【請求項１１】
前記ナノ結晶ダイヤモンド層の厚さが０．５μｍ〜２０μｍの範囲である請求項９に記載の高周波表面音波装置。
【請求項１２】
前記圧電層がＲＦマグネトロン・スパッタリング・プロセスによって前記ナノ結晶ダイヤモンド層の表面に形成される請求項９に記載の高周波表面音波装置。
【請求項１３】
前記圧電層がＺｎＯ、ＡｌＮ、またはＬｉＮｂＯ3から作られる請求項９に記載の高周波表面音波装置。
【請求項１４】
前記入力変換ユニットおよび前記出力変換ユニットの線幅が０．５μｍ〜５μｍの範囲である請求項９に記載の高周波表面音波装置。
【請求項１５】
前記入力変換ユニットおよび前記出力変換ユニットがそれぞれインターデジタル電極である請求項９に記載の高周波表面音波装置。
【請求項１６】
前記入力変換ユニットおよび前記出力変換ユニットがアルミニウムから作られる請求項９に記載の高周波表面音波装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は表面音波装置、より詳細には高周波表面音波装置に関するものであり、この装置はそのナノ結晶ダイヤモンド層の厚さを変更することによってその中心周波数を調整することができる。
【背景技術】
【０００２】
現在、材料技術の発展によって、高周波表面音波装置はフィルターとして使用され得る。高周波表面音波装置は移動通信技術で広く使用されている。その上、高周波表面音波装置は多くの利点、例えば低損失、高減衰、ならびに限られたサイズおよび重量などを有するので、高周波表面音波装置の応用は広い。しかしながら、最もよく知られている基板、すなわちＬｉＮｂＯ3基板の場合は、ＬｉＮｂＯ3基板を備える高周波表面音波装置の中心周波数が１８００ＭＨｚを達成する必要があるなら、高周波表面音波装置の入力変換ユニットおよび出力変換ユニットの線幅は０．５μｍ程度の狭さである必要があり、これは従来の接触式アライナによって製造することは困難である。
【０００３】
その一方で、高周波表面音波装置の応用分野を広げるために、業界は高周波表面音波装置の中心周波数を調整するためにいくつかの解決法を既に提案している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
図１Ａおよび図１Ｂを参照すると、従来の高周波表面音波装置は、圧電基板１１、入力変換ユニット１２、および出力変換ユニット１３を備え、そこでは入力変換ユニット１２および出力変換ユニット１３は圧電基板１１の表面に対で形成されている。圧電基板１１は石英、ＬｉＮｂＯ3またはＬｉＴａＯ3から作られる。しかながら、いったん入力変換ユニット１２および出力変換ユニット１３の線幅が確定されると、従来の高周波表面音波装置の中心周波数は調整するのが非常に困難である。換言すれば、従来の高周波表面音波装置の中心周波数を調整する唯一の方法は、入力変換ユニット１２および出力変換ユニット１３の線幅を変更することである。さらに、入力変換ユニット１２および出力変換ユニット１３の線幅を変更するつもりである場合は、新しい線幅による新しいパターンを有する新しいフォトマスクを製造する必要がある。結果として、新しいフォトマスクに係わる余分なコストおよび時間が発生する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
従って、そのナノ結晶ダイヤモンド層の厚さを変更することによってその中心周波数を調整することができる高周波表面音波装置が必要である。その一方で、圧電基板から作られた層構造を有する高周波表面音波装置の中心周波数の調整が圧電層の厚さを変更することによって達成され得るけれども、その中心周波数の非常に大きい上昇は、圧電層の厚さを変更し、かつ高周波表面音波装置において高音速を有する材料、例えばナノ結晶ダイヤモンド層を用いることによってだけ達成され得る。
【０００６】
本発明の第１目的は、そのナノ結晶ダイヤモンド層の厚さを変更することによってその中心周波数を調整することができる高周波表面音波装置を提供することである。
【０００７】
本発明の第２目的は、その中心周波数を調整する方法を簡単にし、その応用の柔軟性を拡大することができる高周波表面音波装置を提供することである。
【０００８】
目的を達成するために、本発明の高周波表面音波装置は、シリコン基板、シリコン基板の上に位置するナノ結晶ダイヤモンド層、ナノ結晶ダイヤモンド層の表面に形成した圧電層、入力変換ユニット、および出力変換ユニットを備え、そこでは入力変換ユニットおよび出力変換ユニットは圧電層の表面に対で形成される。
【０００９】
その一方で、本発明の高周波表面音波装置はまた、シリコン基板、シリコン基板の上に位置するナノ結晶ダイヤモンド層、ナノ結晶ダイヤモンド層の表面に形成した圧電層、入力変換ユニット、および出力変換ユニットを備えることが可能であり、そこでは入力変換ユニットおよび出力変換ユニットはナノ結晶ダイヤモンド層の表面に対で形成され、圧電層は入力変換ユニットと出力変換ユニットとの間に位置するナノ結晶ダイヤモンド層の表面の一部分を覆う。
【００１０】
従って、本発明の高周波表面音波装置は、その入力変換ユニットおよび出力変換ユニットの線幅を変更する必要なく、そのナノ結晶ダイヤモンド層の厚さを変更することによってその中心周波数を調整することができる。結果として、本発明の高周波表面音波装置の中心周波数を調整する方法は簡単になって、単にそのナノ結晶ダイヤモンド層の堆積時間を制御するだけである。従って、本発明の高周波表面音波装置の応用の柔軟性は従来の高周波表面音波装置のそれよりも大きい。
【００１１】
本発明の高周波表面音波装置の基板はどんな種類の材料からも作られ得るが、その基板はシリコン（１００）ダイであることが好ましい。本発明の高周波表面音波装置のナノ結晶ダイヤモンド層は任意の厚さを有することができるが、そのナノ結晶ダイヤモンド層の厚さは０．５μｍ〜２０μｍの範囲であることが好ましい。本発明の高周波表面音波装置の圧電層はどんな種類の材料からも作られ得るが、その圧電層はＺｎＯ、ＡｌＮ、またはＬｉＮｂＯ3から作られることが好ましい。本発明の高周波表面音波装置の圧電層はどんな種類の製造プロセスによってもナノ結晶ダイヤモンド層の表面に形成され得るが、その圧電層は、ＲＦ（Radio Frequency）マグネトロン・スパッタリング・プロセス、電子ビーム蒸着プロセス、化学気相堆積プロセス、エキシマレーザー堆積プロセス、ゾル・ゲルプロセス、または物理気相堆積プロセスによってナノ結晶ダイヤモンド層の表面に形成されることが好ましい。本発明の高周波表面音波装置の入力変換ユニットおよび出力変換ユニットはどんな種類の線幅も有することができるが、その線幅は０．５μｍ〜５μｍの範囲であることが好ましい。本発明の高周波表面音波装置の入力変換ユニットおよび出力変換ユニットはどんな種類の材料からも作られ得るが、それはアルミニウムから作られることが好ましい。本発明の高周波表面音波装置の入力変換ユニットおよび出力変換ユニットの厚さは５０ｎｍ〜２００ｎｍの範囲であることが好ましい。
【００１２】
本発明の他の目的、利点、および新規な特徴について、添付図面を用いた次の詳細な説明によってより明らかにする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
実施形態１
図２Ａおよび図２Ｂを参照すると、図２Ａは本発明の第１実施形態による高周波表面音波装置の斜視図であり、図２Ｂは図２Ａの面ＢＢ’に沿って切った断面図である。
【００１４】
本発明の第１実施形態による高周波表面音波装置は、シリコン基板２１、ナノ結晶ダイヤモンド層２２、圧電層２３、入力変換ユニット２４、および出力変換ユニット２５を備え、そこでは入力変換ユニット２４および出力変換ユニット２５は圧電層２３の表面に対で形成される。第１実施形態では、ＺｎＯから作られた圧電層２３はＲＦマグネトロン・スパッタリング・プロセスによってナノ結晶ダイヤモンド層２２の表面に形成される。ＲＦマグネトロン・スパッタリング・プロセスの堆積パラメーターを下の表１に示す。
【００１５】
【表１】
2010057155.tif 000003
【００１６】
次に、フォトレジスト層が圧電層２３の表面に施される。フォトリソグラフィープロセスを実行して、インターデジタル電極のパターンが形成される。後で、約１００ｎｍの厚さのアルミニウム層が蒸着プロセスによってパターン上に形成される。アルミニウム層およびフォトレジスト層の不要な部分がリフトオフプロセスによって除去される。入力変換ユニット２４および出力変換ユニット２５は圧電層２３の表面に形成される。上のプロセス完了後に、ナノ結晶ダイヤモンド層２２の厚さは約５μｍである。ＺｎＯから作られる圧電層２３の厚さは約１．２μｍである。入力変換ユニット２４および出力変換ユニット２５はアルミニウムから作られ、その線幅は約５μｍである。
【００１７】
本発明の第１実施形態による高周波表面音波装置の周波数応答を図２Ｃに示す。図に示すように、高周波表面音波装置の中心周波数は約２５５．８４ＭＨｚである。
【００１８】
その一方で、２つの高周波表面音波装置もまた上述の同じ製造プロセスによって形成される。これらの２つの高周波表面音波装置において、ナノ結晶ダイヤモンド層の厚さは互いに異なり、それらはそれぞれ２．１μｍおよび４．３μｍである。その上、これらの２つの高周波表面音波装置の他の要素（例えば、シリコン基板、圧電層、入力変換ユニット、および出力変換ユニットなど）のサイズおよび材料は、本発明の第１実施形態による高周波表面音波装置の相当する要素と同じである。
【００１９】
これらの２つの高周波表面音波装置の表面音波の位相速度、および本発明の第１実施形態による高周波表面音波装置の表面音波のそれが測定され、測定結果を図２Ｄに示す。図に示すように、本発明の第１実施形態による高周波表面音波装置の他の要素（例えば、シリコン基板、圧電層、入力変換ユニット、および出力変換ユニットなど）のサイズおよび材料が同じままであっても、その表面音波の位相速度はそのナノ結晶ダイヤモンド層の厚さを変更することによって調整され得る。
【００２０】
実施形態２
図３Ａおよび図３Ｂを参照すると、図３Ａは本発明の第２実施形態による高周波表面音波装置の斜視図であり、図３Ｂは図３Ａの面ＣＣ’に沿って切った断面図である。
【００２１】
本発明の第２実施形態による高周波表面音波装置は、シリコン基板３１、ナノ結晶ダイヤモンド層３２、圧電層３３、入力変換ユニット３４、および出力変換ユニット３５を備え、そこでは入力変換ユニット３４および出力変換ユニット３５はナノ結晶ダイヤモンド層３２の表面に対で形成され、圧電層３３は入力変換ユニット３４と出力変換ユニット３５との間に位置するナノ結晶ダイヤモンド層３２の表面の一部分を覆う。
【００２２】
本実施形態では、フォトレジスト層がナノ結晶ダイヤモンド層３２の表面に施される。フォトリソグラフィープロセスを実行して、インターデジタル電極のパターンが形成される。後で、約１００ｎｍの厚さのアルミニウム層が蒸着プロセスによってパターン上に形成される。アルミニウム層およびフォトレジスト層の不要な部分がリフトオフプロセスによって除去される。入力変換ユニット３４および出力変換ユニット３５はナノ結晶ダイヤモンド層３２の表面に形成される。次に、ＺｎＯから作られる圧電層３３はＲＦマグネトロン・スパッタリング・プロセスによってナノ結晶ダイヤモンド層３２の表面に形成され、そこでは圧電層３３は入力変換ユニット３４と出力変換ユニット３５との間に位置するナノ結晶ダイヤモンド層３２の表面の一部分を覆う。ＲＦマグネトロン・スパッタリング・プロセスの堆積パラメーターを上の表１に示す。
【００２３】
上のプロセス完了後に、ナノ結晶ダイヤモンド層３２の厚さは約３．６μｍである。ＺｎＯから作られる圧電層３３の厚さは約１．２μｍである。入力変換ユニット３４および出力変換ユニット３５はアルミニウムから作られ、その線幅は約５μｍである。
【００２４】
本発明の第２実施形態による高周波表面音波装置の周波数応答を図３Ｃに示す。図に示すように、高周波表面音波装置の中心周波数は約４２５．２２５ＭＨｚである。
【００２５】
その一方で、２つの高周波表面音波装置もまた上述の同じ製造プロセスによって形成される。これらの２つの高周波表面音波装置において、ナノ結晶ダイヤモンド層の厚さは互いに異なり、それらはそれぞれ４．３μｍおよび５．０μｍである。その上、これらの２つの高周波表面音波装置の他の要素（例えば、シリコン基板、圧電層、入力変換ユニット、および出力変換ユニットなど）のサイズおよび材料は、本発明の第２実施形態による高周波表面音波装置の相当する要素と同じである。
【００２６】
これらの２つの高周波表面音波装置の表面音波の位相速度、および本発明の第２実施形態による高周波表面音波装置の表面音波のそれが測定され、測定結果を図３Ｄに示す。図に示すように、本発明の第２実施形態による高周波表面音波装置の表面音波の位相速度はナノ結晶ダイヤモンド層の厚さを変更することによって調整され得る。その上に、それの他の要素（例えば、シリコン基板、圧電層、入力変換ユニット、および出力変換ユニットなど）のサイズおよび材料は同じままである。
【００２７】
上述のように、本発明の高周波表面音波装置は、その入力変換ユニットおよび出力変換ユニットの線幅を変更する必要なく、そのナノ結晶ダイヤモンド層の厚さを変更することによってその中心周波数を調整することができる。結果として、本発明の高周波表面音波装置の中心周波数を調整する方法は簡単になって、単にそのナノ結晶ダイヤモンド層の堆積時間を制御するだけである。従って、本発明の高周波表面音波装置の応用の柔軟性は従来の高周波表面音波装置のそれよりも大きい。
【００２８】
本発明をその好ましい実施形態に関して説明したが、多くの他の可能な変更および改変が本発明の精神および範囲を逸脱せずに行われ得ることを理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１Ａ】従来の高周波表面音波装置の斜視図である。
【図１Ｂ】図１Ａの面ＡＡ’に沿って切った断面図である。
【図２Ａ】本発明の第１実施形態による高周波表面音波装置の斜視図である。
【図２Ｂ】図２Ａの面ＢＢ’に沿って切った断面図である。
【図２Ｃ】本発明の第１実施形態による高周波表面音波装置の周波数応答を示す。
【図２Ｄ】本発明の第１実施形態による高周波表面音波装置における表面音波の位相速度とナノ結晶ダイヤモンド層の厚さとの関係を示す。
【図３Ａ】本発明の第２実施形態による高周波表面音波装置の斜視図である。
【図３Ｂ】図３Ａの面ＣＣ’に沿って切った断面図である。
【図３Ｃ】本発明の第２実施形態による高周波表面音波装置の周波数応答を示す。
【図３Ｄ】本発明の第２実施形態による高周波表面音波装置における表面音波の位相速度とナノ結晶ダイヤモンド層の厚さとの関係を示す。
【符号の説明】
【００３０】
１１  圧電基板
１２  入力変換ユニット
１３  出力変換ユニット
２１  シリコン基板
２２  ナノ結晶ダイヤモンド層
２３  圧電層
２４  入力変換ユニット
２５  出力変換ユニット
３１  シリコン基板
３２  ナノ結晶ダイヤモンド層
３３  圧電層
３４  入力変換ユニット
３５  出力変換ユニット
【図１Ａ】
2010057155.tif 000004
【図１Ｂ】
2010057155.tif 000005
【図２Ａ】
2010057155.tif 000006
【図２Ｂ】
2010057155.tif 000007
【図２Ｃ】
2010057155.tif 000008
【図２Ｄ】
2010057155.tif 000009
【図３Ａ】
2010057155.tif 000010
【図３Ｂ】
2010057155.tif 000011
【図３Ｃ】
2010057155.tif 000012
【図３Ｄ】
2010057155.tif 000013