(57)【要約】【課題】  ニオブ酸カリウム層の薄膜を含むニオブ酸カリウム堆積体の製造方法を提供する。【解決手段】  本発明に係るニオブ酸カリウム堆積体１００の製造方法は，  基板１１の上方にニオブ酸カリウム層１３を形成する工程と、  少なくともニオブ酸カリウム層１３に対して、大気圧より低い圧力下で行う熱処理工程と，を含む。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の上方にニオブ酸カリウム層を形成する工程と、
少なくとも前記ニオブ酸カリウム層に対して、大気圧より低い圧力下で行う熱処理工程と、を含む、ニオブ酸カリウム堆積体の製造方法。
【請求項２】
請求項１において、
前記熱処理工程は、少なくとも酸素を含む雰囲気下で行われ、
前記熱処理工程における酸素分圧は、１．３３Ｐａ以上、１．３３×１０２Ｐａ以下である、ニオブ酸カリウム堆積体の製造方法。
【請求項３】
請求項２において、
前記熱処理工程における酸素分圧は、６．６７Ｐａ以上、６．６７×１０１Ｐａ以下である、ニオブ酸カリウム堆積体の製造方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかにおいて、
前記熱処理工程の温度は、６００℃以上、９００℃以下である、ニオブ酸カリウム堆積体の製造方法。
【請求項５】
請求項４において、
前記熱処理工程の温度は、７００℃以上、８００℃以下である、ニオブ酸カリウム堆積体の製造方法。
【請求項６】
基板の上方にニオブ酸カリウム層を形成する工程と、
少なくとも前記ニオブ酸カリウム層に対して、大気圧より低い圧力下で行う熱処理工程と、
前記ニオブ酸カリウム層の上方に、所定のパターンを有する電極を形成する工程と、を含む、表面弾性波素子の製造方法。
【請求項７】
ペロブスカイト型構造を有し、かつ、カリウムが化学量論組成よりも少ない、ニオブ酸カリウム層。
【請求項８】
基板と、
前記基板の上方に形成され、ペロブスカイト型構造を有し、かつ、カリウムが化学量論組成よりも少ないニオブ酸カリウム層と、
前記ニオブ酸カリウム層の上方に形成された所定のパターンを有する電極と、を含む、表面弾性波素子。
【請求項９】
請求項８に記載の表面弾性波素子を有する、電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ニオブ酸カリウム堆積体の製造方法、ニオブ酸カリウム層、表面弾性波素子およびその製造方法、並びに、電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
情報通信分野の著しい発展に伴い、表面弾性波素子の需要が急速に拡大している。表面弾性波素子の開発の方向としては、小型化、高効率化、高周波化の方向にある。そのためには、より大きな電気機械結合係数ｋ２、より安定的な温度特性、より大きな表面弾性波伝播速度が必要となる。
【０００３】
ところで、ニオブ酸カリウム（ＫＮｂＯ３）（ａ＝０．５６９５ｎｍ、ｂ＝０．３９７３ｎｍ、ｃ＝０．５７２１ｎｍ、以下「斜方晶」としては本指数表示に従う）の単結晶基板は、大きな電気機械結合係数ｋ２を示すことが見出されている。例えば、Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｖｏｌ．３７（１９９８）２９２９．に記載されているように、０°ＹカットＸ伝播ＫＮｂＯ３単結晶基板（以下「０°Ｙ−Ｘ−ＫＮｂＯ３基板」という）は、電気機械結合係数ｋ２が５０％程度という非常に大きな値を示すことが実験で確認されている。また、同文献には、４５°から７５°までの回転ＹカットＸ伝播ＫＮｂＯ３単結晶基板（以下「回転Ｙ−Ｘ−ＫＮｂＯ３基板」という）を用いたフィルタの発振周波数が、室温付近で零温度特性を示すことが報告されている。
【０００４】
圧電体の単結晶基板を用いた表面弾性波素子では、電気機械結合係数ｋ２、温度係数、音速などは、圧電体材料固有の値であり、カット角および伝播方向で決定される。０°Ｙ−Ｘ−ＫＮｂＯ３基板は、大きな電気機械結合係数ｋ２を示すが、４５°から７５°までの回転Ｙ−Ｘ−ＫＮｂＯ３基板のような室温付近での零温度特性を示さない。また、０°Ｙ−Ｘ−ＫＮｂＯ３基板の音速は、同じペロブスカイト型酸化物であるＳｒＴｉＯ３などに比べて遅い。このように、ＫＮｂＯ３単結晶基板を用いるだけでは、高電気機械結合係数ｋ２、零温度特性、高音速の全てを満足させることはできない。一方、何らかの大面積の基板上にニオブ酸カリウム薄膜を形成して表面弾性波素子を作製することは、困難な場合がある。
【非特許文献１】Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｖｏｌ．３７（１９９８）２９２９．
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、ニオブ酸カリウム層の薄膜を含むニオブ酸カリウム堆積体の製造方法、および、該ニオブ酸カリウム層を提供することにある。
【０００６】
本発明の他の目的は、電気機械結合係数ｋ２の大きな表面弾性波素子およびその製造方法を提供することにある。
【０００７】
本発明のさらに他の目的は、上記表面弾性波素子を有する電子機器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係るニオブ酸カリウム堆積体の製造方法は、
基板の上方にニオブ酸カリウム層を形成する工程と、
少なくとも前記ニオブ酸カリウム層に対して、大気圧より低い圧力下で行う熱処理工程と、を含む。
【０００９】
このニオブ酸カリウム堆積体の製造方法によれば、前記基板の上方に前記ニオブ酸カリウム層を形成する工程と、少なくとも前記ニオブ酸カリウム層に対して、大気圧より低い圧力下で行う熱処理工程と、を含む。これにより、前記ニオブ酸カリウム層はペロブスカイト型構造を保ちつつ、前記ニオブ酸カリウム層におけるカリウムを化学量論組成よりも少なくすることができる。これにより、前記ニオブ酸カリウム層の絶縁性を向上させることができる。そして、前記ニオブ酸カリウム層を用いることにより、電気機械結合係数ｋ２の大きな表面弾性波素子を得ることができる。
【００１０】
なお、本発明に係る記載では、「上方」という文言を、例えば、「特定のもの（以下、「Ａ」という）の「上方」に他の特定のもの（以下、「Ｂ」という）を形成する」などと用いる場合に、Ａ上に直接Ｂを形成するような場合と、Ａ上に他のものを介してＢを形成するような場合とが含まれるものとして、「上方」という文言を用いている。
【００１１】
本発明に係るニオブ酸カリウム堆積体の製造方法において、
前記熱処理工程は、少なくとも酸素を含む雰囲気下で行われ、
前記熱処理工程における酸素分圧は、１．３３Ｐａ（０．０１Ｔｏｒｒ）以上、１．３３×１０２Ｐａ（１Ｔｏｒｒ）以下であることができる。
【００１２】
本発明に係るニオブ酸カリウム堆積体の製造方法において、
前記熱処理工程における酸素分圧は、６．６７Ｐａ（０．０５Ｔｏｒｒ）以上、６．６７×１０１Ｐａ（０．５Ｔｏｒｒ）以下であることができる。
【００１３】
本発明に係るニオブ酸カリウム堆積体の製造方法において、
前記熱処理工程の温度は、６００℃以上、９００℃以下であることができる。
【００１４】
本発明に係るニオブ酸カリウム堆積体の製造方法において、
前記熱処理工程の温度は、７００℃以上、８００℃以下であることができる。
【００１５】
本発明に係る表面弾性波素子の製造方法は、
基板の上方にニオブ酸カリウム層を形成する工程と、
少なくとも前記ニオブ酸カリウム層に対して、大気圧より低い圧力下で行う熱処理工程と、
前記ニオブ酸カリウム層の上方に、所定のパターンを有する電極を形成する工程と、を含む。
【００１６】
本発明に係るニオブ酸カリウム層は、
ペロブスカイト型構造を有し、かつ、カリウムが化学量論組成よりも少ない。
【００１７】
本発明に係る表面弾性波素子は、
基板と、
前記基板の上方に形成され、ペロブスカイト型構造を有し、かつ、カリウムが化学量論組成よりも少ないニオブ酸カリウム層と、
前記ニオブ酸カリウム層の上方に形成された所定のパターンを有する電極と、を含む。
【００１８】
本発明に係る電子機器は、上述の表面弾性波素子を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明に好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２０】
１．第１の実施形態
１．１．  図１は、本実施形態に係るニオブ酸カリウム層１３およびニオブ酸カリウム堆積体１００を模式的に示す断面図である。図１に示すように、本実施形態に係るニオブ酸カリウム堆積体１００は、基板（第１電極）１１と、基板１１上に形成されたニオブ酸カリウム層１３と、ニオブ酸カリウム層１３上に形成された第２電極１４と、を含むことができる。
【００２１】
基板１１としては、例えば、ニオブ添加チタン酸ストロンチウム単結晶基板を用いることができる。
【００２２】
ニオブ酸カリウム層１３は、ペロブスカイト型構造を有し、かつ、カリウムが化学量論組成よりも少ない。このことは、後述する実験例において確認されている。ニオブ酸カリウム層１３の厚さは、特に限定されず、適用されるデバイスなどによって適宜選択されるが、例えば、１００ｎｍ以上１０μｍ以下とすることができる。
【００２３】
また、ニオブ酸カリウム層１３におけるニオブおよびカリウムの一部は、他の元素で置換されることができる。即ち、ニオブ酸カリウム層１３は、ニオブ酸カリウム固溶体の層であることができる。このようなニオブ酸カリウム固溶体としては、例えば、ニオブ酸タンタル酸ナトリウムカリウム固溶体（Ｋ１−ｘＮａｘＮｂ１−ｙＴａｙＯ３（０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１））などを挙げることができる。
【００２４】
第２電極１４の形状は、特に限定されず、例えば、１５０μｍφ、１００ｎｍ厚の円柱状とすることができる。
【００２５】
１．２．  次に、本実施形態に係るニオブ酸カリウム堆積体１００の製造方法について、図１、図２を参照しながら説明する。図２は、本実施形態に係るニオブ酸カリウム堆積体１００の製造方法を模式的に示す断面図である。
【００２６】
（１）まず、例えば、ニオブ添加チタン酸ストロンチウム単結晶基板からなる基板１１を脱脂洗浄することができる。脱脂洗浄は、基板１１を有機溶媒に浸漬させ、超音波洗浄機を用いて行うことができる。ここで、有機溶媒としては、特に限定されないが、例えばエチルアルコールとアセトンとの１：１混合液を使用することができる。
【００２７】
（２）次に、図２に示すように、レーザーアブレーション法によって、基板１１上にニオブ酸カリウム層１３を形成する。
【００２８】
具体的には、基板１１を基板ホルダーに装填したあと、室温での背圧が１．３３×１０−６Ｐａ（１×１０−８Ｔｏｒｒ）の真空装置内に基板ホルダーごと導入する。
【００２９】
次に、レーザー光をニオブ酸カリウム層用のターゲット、例えばＫｘＮｂＯｙターゲット（ｘは、例えば１．０以上４．０以下）に照射し、このターゲットからカリウム原子、ニオブ原子および酸素原子を叩き出すレーザーアブレーション法により、プルームを発生させる。そして、このプルームは、基板１１上に向けて照射される。その結果、基板１１上に擬立方晶表示において（１００）配向のニオブ酸カリウム層１３がエピタキシャル成長によって形成される。
【００３０】
レーザーアブレーション法の条件は、プルームが十分に基板１１に到達できるならば、特に限定されない。レーザー光の照射時の条件としては、例えば、レーザーエネルギー密度が２Ｊ／ｃｍ２以上４Ｊ／ｃｍ２以下、レーザー周波数が５Ｈｚ以上２０Ｈｚ以下、ターゲット基板間距離が３０ｍｍ以上１００ｍｍ以下、基板温度が６００℃以上８００℃以下、堆積中の酸素分圧が１．３３Ｐａ（１×１０−２Ｔｏｒｒ）以上１．３３×１０２Ｐａ（１Ｔｏｒｒ）以下とすることができる。
【００３１】
なお、ニオブ酸カリウム層１３の成膜方法としては、レーザーアブレーション法に限定されず、例えば蒸着法、ＭＯＣＶＤ法、スパッタ法などを用いることができる。
【００３２】
（３）次に、図１に示すように、ニオブ酸カリウム層１３をパターニングすることができる。パターニングは、公知のリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いて行うことができる。
【００３３】
（４）次に、図１に示すように、ニオブ酸カリウム層１３の上に第２電極１４を形成する。第２電極１４は、例えば、スパッタ法およびリフトオフ法の組み合わせ等により形成することができる。第２電極１４としては、例えば、白金（Ｐｔ）、イリジウム（Ｉｒ）などを用いることができる。なお、第２電極１４の材料はこれらに限定されない。
【００３４】
（５）次に、大気圧より低い圧力下（即ち、真空下）で、少なくともニオブ酸カリウム層１３に対して（本実施形態では、上述までの工程により形成された堆積体に対して）熱処理を行う。この熱処理工程は、ニオブ酸カリウム層１３におけるカリウムが、化学量論組成よりも少なくなるように、かつ、ニオブ酸カリウム層１３がペロブスカイト型構造を保つように行われる。例えば、この熱処理工程は、酸素を含む雰囲気下で行われることができる。この場合の酸素分圧は、例えば、１．３３Ｐａ（０．０１Ｔｏｒｒ）以上、１．３３×１０２Ｐａ（１Ｔｏｒｒ）以下とすることができ、好ましくは、６．６７Ｐａ（０．０５Ｔｏｒｒ）以上、６．６７×１０１Ｐａ（０．５Ｔｏｒｒ）以下とすることができる。即ち、例えば、１．３３Ｐａ（０．０１Ｔｏｒｒ）より小さな酸素分圧では、カリウムが蒸発し過ぎて、異相（ニオブ：カリウム＝４：６）が発生する。その結果、圧電性が低下する。また、１．３３×１０２Ｐａ（１Ｔｏｒｒ）より大きな酸素分圧では、熱処理によるカリウムの蒸発が抑えられ、絶縁性が向上しない。また、この熱処理工程は、酸素と、酸素以外の気体（例えば窒素）を含む雰囲気下で行うことができる。この場合の酸素分圧は、上述の範囲であることができる。
【００３５】
また、この熱処理工程における基板温度は、例えば、６００℃以上、９００℃以下とすることができ、好ましくは、７００℃以上、８００℃以下とすることができる。即ち、例えば、６００℃より低い温度では、熱処理によるカリウムの蒸発が抑えられ、絶縁性が向上しない。また、９００℃より高い温度では、異相（ニオブ：カリウム＝４：６）が発生し、圧電性が低下したり、基板との反応が生じたりする。熱処理の時間は、例えば１時間とすることができる。
【００３６】
なお、この熱処理工程は、ニオブ酸カリウム層１３を形成した後に行えばよく、例えば、第２電極１４を形成する前に行うことも可能である。
【００３７】
以上の工程により、本実施形態に係るニオブ酸カリウム堆積体１００を形成することができる。
【００３８】
１．３．  本実施形態によれば、基板１１の上にニオブ酸カリウム層１３を形成し、その後、大気圧より低い圧力下で熱処理を行う。これにより、ニオブ酸カリウム層１３はペロブスカイト型構造を保ちつつ、ニオブ酸カリウム層１３におけるカリウムを化学量論組成よりも少なくすることができる。これにより、ニオブ酸カリウム層１３の絶縁性を向上させることができる。このことは、後述する実験例において確認されている。そして、このニオブ酸カリウム層１３を用いることにより、後述するように、電気機械結合係数ｋ２の大きな表面弾性波素子２００（図６参照）を得ることができる。
【００３９】
１．４．実験例
（１）  次に、実験例について説明する。本実験例では、以下の方法によりニオブ酸カリウム堆積体１００を形成した。
【００４０】
まず、０．５ｗｔ％Ｎｂ２Ｏ５添加ＳｒＴｉＯ３（１００）基板からなる基板１１を有機溶媒に浸漬させ、超音波洗浄機を用いて脱脂洗浄を行った。ここで、有機溶媒としては、エチルアルコールとアセトンの１：１混合液を使用した。次に、基板１１を基板ホルダーに装填した後、室温での背圧１．３３×１０−６Ｐａ（１×１０−８Ｔｏｒｒ）の真空装置内に基板ホルダーごと導入した。
【００４１】
次に、Ｋ１．５ＮｂＯｙターゲットの表面に、エネルギー密度３Ｊ／ｃｍ２、周波数１０Ｈｚ、パルス長１０ｎｓの条件でＫｒＦエキシマレーザーのパルス光を入射し、ターゲット表面にＫ、Ｎｂ、Ｏのプラズマプルームを発生させた。このプラズマプルームを、基板温度６００℃、酸素分圧６．６７×１０１Ｐａ（０．５Ｔｏｒｒ）の条件で基板１１に向けて照射し、基板１１の上にニオブ酸カリウム層１３を形成した。ターゲット基板間距離は７０ｍｍとし、照射時間は３００分とし、ニオブ酸カリウム層１３の厚さは０．５μｍとした。
【００４２】
次に、公知のリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いて、ニオブ酸カリウム層１３をパターニングした。
【００４３】
次に、スパッタ法およびリフトオフ法を用いて、ニオブ酸カリウム層１３の上に白金（Ｐｔ）からなる第２電極１４を形成した。第２電極１４の形状は、１５０μｍφ、１００ｎｍ厚の円柱状とした。
【００４４】
次に、室温での背圧１．３３×１０−６Ｐａ（１×１０−８Ｔｏｒｒ）の真空装置内に、上述までの工程により得られた堆積体を導入した。次に、該真空装置内に酸素を導入し、酸素雰囲気下で熱処理を行い、ニオブ酸カリウム堆積体１００（図１参照）を得た。熱処理の条件は、酸素分圧１．３３×１０１Ｐａ（０．１Ｔｏｒｒ）、基板温度８００℃、処理時間１時間とした。
【００４５】
熱処理の前後での第１電極（基板）１１と第２電極１４との間の電流密度−電圧曲線を測定した結果を図３に示す。なお、図３において、電流密度はＪ（Ａ／ｃｍ２）、電圧はＶ（Ｖ）、熱処理前の測定結果はｂｅｆｏｒｅ、熱処理後の測定結果はａｆｔｅｒとして示している。また、第２電極１４を正、第１電極１１を負としたときの電圧Ｖを正符号で表している。即ち、正電圧は第１電極（基板）１１からニオブ酸カリウム層１３への電子の注入を示しており、負電圧は第２電極１４からニオブ酸カリウム層１３への電子の注入を示している。図３に示すように、正電圧と負電圧の両方とも、熱処理によって電流密度Ｊが低減しており、特に＋２Ｖ付近では、３×１００Ａ／ｃｍ２から２×１０−４Ａ／ｃｍ２へと約４桁も値が小さくなっている。第２電極１４の直径が１５０μｍ、ニオブ酸カリウム層１３の膜厚が０．５μｍであることから、抵抗率に換算すると、４×１０４Ωｃｍから７×１０８Ωｃｍへと約４桁も値が大きくなっている。
【００４６】
さらに、熱処理の前におけるニオブ酸カリウム層１３のＸ線回折パターン（２θ−θスキャン）を図４に示し、熱処理の後におけるニオブ酸カリウム層１３のＸ線回折パターン（２θ−θスキャン）を図５に示す。熱処理前後でのニオブ酸カリウム層１３の構造変化はなく、ペロブスカイト型構造を保っていることが確認された。
【００４７】
また、ＩＣＰ組成分析を行ったところ、ニオブ酸カリウム層１３におけるＫ／Ｎｂモル比は、熱処理前は１．０１であり、熱処理後は０．９９であった。この測定結果により、熱処理の前後でのニオブ酸カリウム層１３の組成は、Ｋ１．０１Ｎｂ１．００Ｏ３．００からＫ０．９９Ｎｂ１．００Ｏ３．００となっていることが分かった。即ち、熱処理後のニオブ酸カリウム層におけるカリウムが、化学量論組成よりも少なくなっていることが確認された。
【００４８】
以上の測定結果により、ニオブ酸カリウム層１３におけるカリウムが本発明に係る熱処理によって蒸発し、それにより絶縁性が向上することが確認された。
【００４９】
２．第２の実施形態
２．１．  次に、本発明を適用した第２の実施形態に係る表面弾性波素子の一例について、図面を参照しながら説明する。図６は、本実施形態に係る表面弾性波素子２００を模式的に示す断面図である。図６において、図１に示すニオブ酸カリウム堆積体１００の部材と実質的に同じ部材には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
【００５０】
表面弾性波素子２００は、基板１１と、基板１１上に形成されたニオブ酸カリウム層１３と、ニオブ酸カリウム層１３上に形成された第２電極１４と、を含む。第２電極１４は、インターディジタル型電極（以下、「ＩＤＴ電極」という）を構成する。ＩＤＴ電極は、所定のパターンを有する。
【００５１】
本実施形態に係る表面弾性波素子２００は、本発明に係るニオブ酸カリウム堆積体、例えば、図１に示すニオブ酸カリウム堆積体１００を含む。従って、表面弾性波素子２００を構成するニオブ酸カリウム層１３は、ニオブ酸カリウム堆積体１００のニオブ酸カリウム層１３と同じ特徴を有する。
【００５２】
２．２．  本実施形態に係る表面弾性波素子２００は、本発明に係るニオブ酸カリウム堆積体を用いて、例えば以下のようにして形成される。
【００５３】
まず、図１に示すニオブ酸カリウム堆積体１００のニオブ酸カリウム層１３上に、例えば真空蒸着法により金属層を形成する。金属層としては、例えばアルミニウムを用いることができる。次に、公知のリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いて金属層をパターニングすることにより、ニオブ酸カリウム層１３上にＩＤＴ電極を構成する第２電極１４を形成する。
【００５４】
２．３．  本実施形態に係る表面弾性波素子は、本発明に係るニオブ酸カリウム堆積体を有する。従って、本実施形態によれば、電気機械結合係数ｋ２の大きな表面弾性波素子を実現することが可能となる。このことは、後述する実験例において確認されている。
【００５５】
２．４．  次に、本実施形態に係る表面弾性波素子２００について行った実験例について述べる。
【００５６】
（１）  上述した第１の実施形態における実験例のニオブ酸カリウム堆積体１００を用いて、表面弾性波素子２００を形成した。なお、ＩＤＴ電極としては、厚さ１００ｎｍのアルミニウム層を用いた。また、比較例として、本発明に係る熱処理工程を行わずに形成したニオブ酸カリウム堆積体を用いて、表面弾性波素子を形成した。熱処理工程を行わなかった点以外は、第１の実施形態における実験例と同じ形成条件とした。
【００５７】
得られた表面弾性波素子２００について、ＩＤＴ電極間での表面弾性波の伝播速度Ｖｏｐｅｎを測定した。その結果から求められた音速は、５０００ｍ／ｓであった。また、ＩＤＴ電極間を金属薄膜で覆った場合の表面弾性波の伝播速度Ｖｓｈｏｒｔとの差から求められた電気機械結合係数ｋ２は３５％であった。これに対し、比較例に係る表面弾性波素子における電気機械結合係数ｋ２は５％であった。このように、本発明に係る熱処理工程を行うことによって、電気機械結合係数ｋ２が改善されることが明らかとなった。
【００５８】
また、ニオブ酸カリウムの代わりに、ニオブ酸タンタル酸ナトリウムカリウム固溶体（Ｋ１−ｘＮａｘＮｂ１−ｙＴａｙＯ３、０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１）を用いた表面弾性波素子２００の場合も同様の効果が得られた。
【００５９】
次に、本発明を電子機器（例えば、周波数フィルタ、発振器、電子回路などを含む）に適用する実施形態について説明する。本発明に係る電子機器は、上述した表面弾性波素子を有する。なお、電子機器は上述したものに限定されるわけではない。
【００６０】
３．第３の実施形態
３．１．  まず、本発明を適用した第３の実施形態に係る周波数フィルタの一例について、図面を参照しながら説明する。図７は、本実施形態の周波数フィルタを模式的に示す図である。
【００６１】
図７に示すように、周波数フィルタは基体１４０を有する。基体１４０は、第２の実施形態に係る表面弾性波素子（例えば図６参照）における基板１１と、ニオブ酸カリウム層１３と、を含む。基体１４０の上面には、ＩＤＴ電極１４１，１４２が形成されている。ＩＤＴ電極１４１，１４２は、第２の実施形態に係る表面弾性波素子における第２電極１４に相当する。従って、本実施形態に係る周波数フィルタは、第２の実施形態に係る表面弾性波素子を含む。
【００６２】
また、ＩＤＴ電極１４１，１４２を挟むように、基体１４０の上面には吸音部１４３，１４４が形成されている。吸音部１４３，１４４は、基体１４０の表面を伝播する表面弾性波を吸収するものである。基体１４０上に形成されたＩＤＴ電極１４１には高周波信号源１４５が接続されており、ＩＤＴ電極１４２には信号線（信号は、端子１４６ａ，１４６ｂから取り出される）が接続されている。
【００６３】
３．２．  本実施形態に係る周波数フィルタは、本発明に係る電気機械結合係数ｋ２の大きな表面弾性波素子を有する。従って、本実施形態によれば、周波数フィルタの小型化を実現することが可能となる。
【００６４】
４．第４の実施形態
４．１．  次に、本発明を適用した第４の実施形態に係る発振器の一例について、図面を参照しながら説明する。図８は、本実施形態に係る発振器を模式的に示す図である。
【００６５】
図８に示すように、発振器は基体１５０を有する。基体１５０は、上述した周波数フィルタと同様に、第２の実施形態に係る表面弾性波素子における基板１１と、ニオブ酸カリウム層１３と、を含む。
【００６６】
基体１５０の上面には、ＩＤＴ電極１５１が形成されており、さらに、ＩＤＴ電極１５１を挟むように、ＩＤＴ電極１５２，１５３が形成されている。ＩＤＴ電極１５１，１５２，１５３は、第２の実施形態に係る表面弾性波素子における第２電極１４に相当する。従って、本実施形態に係る発振器は、第２の実施形態に係る表面弾性波素子を含む。
【００６７】
ＩＤＴ電極１５１を構成する一方の櫛歯状電極１５１ａには、高周波信号源１５４が接続されており、他方の櫛歯状電極１５１ｂには、信号線（信号は、端子１５５ａ，１５５ｂから取り出される）が接続されている。なお、ＩＤＴ電極１５１は、電気信号印加用電極に相当し、ＩＤＴ電極１５２，１５３は、ＩＤＴ電極１５１によって発生される表面弾性波の特定の周波数成分または特定の帯域の周波数成分を共振させる共振用電極に相当する。
【００６８】
４．２．  図９および図１０は、上述した発振器をＶＣＳＯ（Voltage Controlled ＳＡＷ Oscillator：電圧制御ＳＡＷ発振器）に応用した場合の一例を模式的に示す図であり、図９は側面透視図であり、図１０は上面透視図である。
【００６９】
ＶＣＳＯは、金属製（Ａｌまたはステンレススチール製）の筐体６０内部に実装されて構成されている。基板６１上には、ＩＣ（Integrated Circuit）６２および発振器６３が実装されている。この場合、ＩＣ６２は、外部の回路（不図示）から入力される電圧値に応じて、発振器６３に印加する周波数を制御する発振回路である。
【００７０】
発振器６３は、基体６４上に、ＩＤＴ電極６５ａ〜６５ｃが形成されており、その構成は、図８に示す発振器と同様である。即ち、発振器６３は、第２の実施形態に係る表面弾性波素子を含む。
【００７１】
基板６１上には、ＩＣ６２と発振器６３とを電気的に接続するための配線６６がパターニングされている。ＩＣ６２および配線６６が、例えば金線等のワイヤー線６７によって接続され、発振器６３および配線６６が金線等のワイヤー線６８によって接続されている。これにより、ＩＣ６２と発振器６３とが配線６６を介して電気的に接続されている。
【００７２】
図９および図１０に示すＶＣＳＯは、例えば、図１１に示すＰＬＬ回路のＶＣＯ（Voltage Controlled Oscillator）として用いられる。図１１は、ＰＬＬ回路の基本構成を示すブロック図である。ＰＬＬ回路は、位相比較器７１、低域フィルタ７２、増幅器７３、およびＶＣＯ７４から構成されている。位相比較器７１は、入力端子７０から入力される信号（以下「入力信号」という）の位相（または周波数）と、ＶＣＯ７４から出力される信号の位相（または周波数）とを比較し、その差に応じて値が設定される誤差電圧信号を出力するものである。低域フィルタ７２は、位相比較器７１から出力される誤差電圧信号の位置の低周波成分のみを通過させるものである。増幅器７３は、低域フィルタ７２から出力される信号を増幅するものである。ＶＣＯ７４は、入力された電圧値に応じて発振する周波数が、ある範囲で連続的に変化する発振回路である。
【００７３】
このような構成のもとにＰＬＬ回路は、入力端子７０から入力される位相（または周波数）と、ＶＣＯ７４から出力される信号の位相（または周波数）との差が減少するように動作し、ＶＣＯ７４から出力される信号の周波数を入力信号の周波数に同期させる。ＶＣＯ７４から出力される信号の周波数が入力信号の周波数に同期すると、その後は一定の位相差を除いて入力信号に一致し、また、入力信号の変化に追従するような信号を出力するようになる。
【００７４】
４．３．  本実施形態に係る発振器は、本発明に係る電気機械結合係数ｋ２の大きな表面弾性波素子を有する。従って、本実施形態によれば、発振器の小型化を実現することが可能となる。
【００７５】
５．第５の実施形態
５．１．  次に、本発明を適用した第５の実施形態に係る電子回路および電子機器の第１の例について、図面を参照しながら説明する。図１２は、本実施形態に係る電子機器３００の電気的構成を示すブロック図である。電子機器３００とは、例えば携帯電話機である。
【００７６】
電子機器３００は、電子回路３１０、送話部８０、受話部９１、入力部９４、表示部９５、およびアンテナ部８６を有する。電子回路３１０は、送信信号処理回路８１、送信ミキサ８２、送信フィルタ８３、送信電力増幅器８４、送受分波器８５、低雑音増幅器８７、受信フィルタ８８、受信ミキサ８９、受信信号処理回路９０、周波数シンセサイザ９２、および制御回路９３を有する。
【００７７】
電子回路３１０において、送信フィルタ８３および受信フィルタ８８として、第３の実施形態に係る周波数フィルタ（例えば図７参照）を用いることができる。フィルタリングする周波数（通過させる周波数）は、送信ミキサ８２から出力される信号のうちの必要となる周波数、および、受信ミキサ８９で必要となる周波数に応じて、送信フィルタ８３および受信フィルタ８８で個別に設定されている。また、周波数シンセサイザ９２内に設けられるＰＬＬ回路（例えば図１１参照）のＶＣＯ７４として、例えば図８に示す発振器、または、例えば図９および図１０に示すＶＣＳＯを用いることができる。即ち、周波数シンセサイザ９２は、第４の実施形態に係る発振器を含むことができる。
【００７８】
送話部８０は、例えば音波信号を電気信号に変換するマイクロフォン等で実現されるものである。送信信号処理回路８１は、送話部８０から出力される電気信号に対して、例えばＤ／Ａ変換処理、変調処理等の処理を施す回路である。送信ミキサ８２は、周波数シンセサイザ９２から出力される信号を用いて送信信号処理回路８１から出力される信号をミキシングするものである。送信フィルタ８３は、中間周波数（以下、「ＩＦ」と表記する）の必要となる周波数の信号のみを通過させ、不要となる周波数の信号をカットするものである。送信フィルタ８３から出力される信号は、変換回路（図示せず）によってＲＦ信号に変換される。送信電力増幅器８４は、送信フィルタ８３から出力されるＲＦ信号の電力を増幅し、送受分波器８５へ出力するものである。
【００７９】
送受分波器８５は、送信電力増幅器８４から出力されるＲＦ信号をアンテナ部８６へ出力し、アンテナ部８６から電波の形で送信するものである。また、送受分波器８５は、アンテナ部８６で受信した受信信号を分波して、低雑音増幅器８７へ出力するものである。低雑音増幅器８７は、送受分波器８５からの受信信号を増幅するものである。低雑音増幅器８７から出力される信号は、変換回路（図示せず）によってＩＦに変換される。
【００８０】
受信フィルタ８８は、変換回路（図示せず）によって変換されたＩＦの必要となる周波数の信号のみを通過させ、不要となる周波数の信号をカットするものである。受信ミキサ８９は、周波数シンセサイザ９２から出力される信号を用いて、受信フィルタ８８から出力される信号をミキシングするものである。受信信号処理回路９０は、受信ミキサ８９から出力される信号に対して、例えばＡ／Ｄ変換処理、復調処理等の処理を施す回路である。受話部９１は、例えば電気信号を音波に変換する小型スピーカ等で実現されるものである。
【００８１】
周波数シンセサイザ９２は、送信ミキサ８２へ供給する信号、および、受信ミキサ８９へ供給する信号を生成する回路である。周波数シンセサイザ９２は、ＰＬＬ回路を有し、このＰＬＬ回路から出力される信号を分周して新たな信号を生成することができる。制御回路９３は、送信信号処理回路８１、受信信号処理回路９０、周波数シンセサイザ９２、入力部９４、および表示部９５を制御する。表示部９５は、例えば携帯電話機の使用者に対して機器の状態を表示する。入力部９４は、例えば携帯電話機の使用者の指示を入力する。
【００８２】
５．２．  次に、本発明を適用した第５の実施形態に係る電子回路および電子機器の第２の例について、図面を参照しながら説明する。本実施形態では、電子機器の例として、リーダライタ２０００およびそれを用いた通信システム３０００について説明する。図１３は、本実施形態に係るリーダライタ２０００を用いた通信システム３０００を示す図であり、図１４は、図１３に示す通信システム３０００の概略ブロック図である。
【００８３】
図１４に示すように、通信システム３０００は、リーダライタ２０００と、非接触情報媒体２２００と、を含む。リーダライタ２０００は、キャリア周波数ｆｃを有する電波Ｗ（以下「キャリア」ともいう）を非接触情報媒体２２００へ送信し、または非接触情報媒体２２００から受信し、無線通信を利用して非接触情報媒体２２００と交信する。電波Ｗは任意の周波数帯のキャリア周波数ｆｃを使用することができる。図１３および図１４に示されるように、リーダライタ２０００は、本体２１０５と、本体２１０５上面に位置するアンテナ部２１１０と、本体２１０５内部に格納される制御インターフェース部２１２０と、電源回路１７２と、を含む。アンテナ部２１１０と制御インターフェース部２１２０とは、ケーブル２１８０によって電気的に接続されている。また、図示はしないが、リーダライタ２０００は、制御インターフェース部２１２０を介して、外部ホスト装置（処理装置など）に接続されている。
【００８４】
アンテナ部２１１０は、非接触情報媒体２２００との間で情報の通信を行う機能を有する。アンテナ部２１１０は、図１３に示すように、所定の通信領域（点線で示す領域）を有する。アンテナ部２１１０は、ループアンテナ１１２および整合回路１１４により構成される。
【００８５】
制御インターフェース部２１２０は、送信部１６１と、減衰振動キャンセル部（以下「キャンセル部」という）１４０と、受信部１６８と、コントローラ１６０と、を含む。
【００８６】
送信部１６１は、外部装置（図示せず）より送信されたデータを変調し、ループアンテナ１１２に送信する。送信部１６１は、発振回路１６２と、変調回路１６３と、駆動回路１６４と、を含む。発振回路１６２は、所定の周波数のキァリアを発生させるための回路である。発振回路１６２は、通常、水晶振動子等を用いて構成されるが、上述した第４の実施形態に係る発振器を用いることにより、通信周波数の高周波化、検出感度の向上が可能となる。変調回路１６３は、キャリアを与えられた情報に従って変調する回路である。駆動回路１６４は、変調されたキャリアを受けて電力増幅し、アンテナ部２１１０を駆動する。
【００８７】
キャンセル部１６５は、キャリアのＯＮ／ＯＦＦに伴い、アンテナ部２１１０のループアンテナ１１２によって発生する減衰振動を抑制する機能を有する。キャンセル部１６５は、ロジック回路１６６と、キャンセル回路１６７と、を含む。
【００８８】
受信部１６８は、検波部１６９と、復調回路１７０と、を含む。受信部１６８は、非接触情報媒体２２００が送信した信号を復元する。検波部１６９は、例えば、ループアンテナ１１２に流れる電流の変化を検出する。検波部１６９は、例えばＲＦフィルタを含むことができる。ＲＦフィルタとしては、通常、水晶振動子等を用いるが、上述した第３の実施形態に係る周波数フィルタを用いることにより、通信周波数の高周波化、検出感度の向上、小型化が可能となる。復調回路１７０は、検波部１６９で検出された変化分を復調する回路である。
【００８９】
コントローラ１６０は、復調した信号から情報を取り出して外部装置に転送する。電源回路１７２は、外部より電力の供給を受けて適宜電圧変換を行い、各回路に対し必要電力を供給する回路である。なお、内蔵電池を電力源とすることもできる。
【００９０】
非接触情報媒体２２００は、リーダライタ２０００と電磁波（電波）を用いて交信する。非接触情報媒体２２００としては、例えば、非接触ＩＣタグ、非接触ＩＣカードなどを挙げることができる。
【００９１】
次に、本実施形態のリーダライタ２０００を用いた通信システム３０００の動作について説明する。リーダライタ２０００から非接触情報媒体２２００にデータが送られる場合には、図示しない外部装置からのデータは、リーダライタ２０００において、コントローラ１６０で処理されて送信部１６１に送られる。送信部１６１では、発振回路１６２から一定振幅の高周波信号がキャリアとして供給されており、このキャリアが変調回路１６３により変調されて、変調高周波信号が出力される。変調回路１６３から出力される変調高周波信号は、駆動回路１６４を介してアンテナ部２１１０に供給される。これと同時に、キャンセル部１６５が、変調高周波信号のＯＦＦタイミングに同期して、所定のパルス信号を生成し、ループアンテナ１１２における減衰振動の抑制に寄与する。
【００９２】
非接触情報媒体２２００においては、アンテナ部１８６を介して、変調高周波信号が受信回路１８０に供給される。また、変調高周波信号は、電源回路１８２に供給されて、非接触情報媒体２２００の各部に必要な所定の電源電圧が生成される。受信回路１８０から出力されたデータは、復調されてロジック制御回路１８４に供給される。ロジック制御回路１８４は、クロック１８３の出力に基づいて動作し、供給されるデータを処理して所定のデータをメモリ１８５に書き込む。
【００９３】
非接触情報媒体２２００からリーダライタ２０００にデータが送られる場合は、リーダライタ２０００において、変調回路１６３からは無変調で一定振幅の高周波信号が出力される。高周波信号は、駆動回路１６４、アンテナ部２１１０のループアンテナ１１２を介して、非接触情報媒体２２００に送られる。
【００９４】
非接触情報媒体２２００においては、メモリ１８５から読み出されたデータがロジック制御回路１８４で処理されて、送信回路１８１に供給される。送信回路１８１では、データの‘１’、‘０’ビットに応じて、スイッチがＯＮ／ＯＦＦする。
【００９５】
リーダライタ２０００においては、送信回路１８１のスイッチがＯＮ／ＯＦＦすると、アンテナ部２１１０のループアンテナ１１２の負荷が変動する。このため、ループアンテナ１１２に流れる高周波電流の振幅が変動する。即ち、高周波電流は、非接触情報媒体２２００から供給されるデータによって振幅変調される。この高周波電流は、受信部１６８の検波部１６９で検出され、復調回路１７０で復調されてデータが得られる。このデータは、コントローラ１６０で処理され、外部装置などに送られる。
【００９６】
５．３．  本実施形態に係る電子回路および電子機器は、本発明に係る電気機械結合係数ｋ２の大きな表面弾性波素子を有する。従って、本実施形態によれば、電子回路および電子機器の省電力化を実現することが可能となる。
【００９７】
上記のように、本発明の実施例について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できるであろう。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。
【００９８】
例えば、本発明に係る周波数フィルタ、発振器はそれぞれ、ＵＷＢシステム、携帯電話機、無線ＬＡＮ等における広帯域フィルタ、ＶＣＯに適用することができる。
【００９９】
また、例えば、上記実施形態においては、電子機器として携帯電話機およびリーダライタを用いた通信システムを、電子回路として携帯電話機およびリーダライタ内に設けられる電子回路をその一例として挙げて説明した。しかしながら、本発明はこれらに限定されることなく、種々の移動体通信機器およびその内部に設けられる電子回路に適用することができる。例えば、ＢＳ（Broadcast Satellite）放送等を受信するチューナなどの据置状態で使用される通信機器およびその内部に設けられる電子回路、光ケーブル中を伝播する光信号等を用いるＨＵＢなどの電子機器およびその内部に設けられる電子回路にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１００】
【図１】第１の実施形態に係るニオブ酸カリウム堆積体を模式的に示す断面図。
【図２】第１の実施形態のニオブ酸カリウム堆積体の製造方法を模式的に示す図。
【図３】実験例における熱処理前後の電流密度−電圧曲線の測定結果を示す図。
【図４】実験例に係るニオブ酸カリウム層の熱処理前のＸ線回折図。
【図５】実験例に係るニオブ酸カリウム層の熱処理後のＸ線回折図。
【図６】第２の実施形態に係る表面弾性波素子を示す断面図。
【図７】第３の実施形態に係る周波数フィルタを示す斜視図。
【図８】第４の実施形態に係る発振器を示す斜視図。
【図９】第４の実施形態に係る発振器をＶＣＳＯに応用した一例を示す概略図。
【図１０】第４の実施形態に係る発振器をＶＣＳＯに応用した一例を示す概略図。
【図１１】ＰＬＬ回路の基本構成を示すブロック図。
【図１２】第５の実施形態に係る電子回路の構成を示すブロック図。
【図１３】第５の実施形態に係るリーダライタを用いた通信システムを示す図。
【図１４】第５の実施形態に係る通信システムの概略ブロック図。
【符号の説明】
【０１０１】
１１  基板（第１電極）、１３  ニオブ酸カリウム層、１４  第２電極、６０  筐体、６１  基板、６２  ＩＣ、６３  発振器、６４  基体、６６  配線、６７  ワイヤー線、６８  ワイヤー線、７０  入力端子、７１  位相比較器、７２  低域フィルタ、７３  増幅器、７４  ＶＣＯ、８０  送話部、８１  送信信号処理回路、８２  送信ミキサ、８３  送信フィルタ、８４  送信電力増幅器、８５  送受分波器、８６  アンテナ部、８７  低雑音増幅器、８８  受信フィルタ、８９  受信ミキサ、９０  受信信号処理回路、９１  受話部、９２  周波数シンセサイザ、９３  制御回路、９４  入力部、９５  表示部、１００  ニオブ酸カリウム堆積体、１１２  ループアンテナ、１１４  整合回路、１４０  基体、１４１，１４２  ＩＤＴ電極、１４３，１４４  吸音部、１４５  高周波信号源、１５０  基体、１５１，１５２，１５３  ＩＤＴ電極、１５４  高周波信号源、１６０  コントローラ、１６１  送信部、１６２  発振回路、１６３  変調回路、１６４  駆動回路、１６５  キャンセル部、１６６  ロジック回路、１６７  キャンセル回路、１６８  受信部、１６９  検波部、１７０  復調回路、１７２  電源回路、１８０  受信回路、１８１  送信回路、１８２  電源回路、１８３  クロック、１８４  ロジック制御回路、１８５  メモリ、１８６  アンテナ部、２００  表面弾性波素子、３００  電子機器、３１０  電子回路、２０００  リーダライタ、２１０５  本体、２１１０  アンテナ部、２１２０  制御インターフェース部、２１８０  ケーブル、２２００  非接触情報媒体，３０００  通信システム
【図１】
2006321676.tif 000003
【図２】
2006321676.tif 000004
【図３】
2006321676.tif 000005
【図４】
2006321676.tif 000006
【図５】
2006321676.tif 000007
【図６】
2006321676.tif 000008
【図７】
2006321676.tif 000009
【図８】
2006321676.tif 000010
【図９】
2006321676.tif 000011
【図１０】
2006321676.tif 000012
【図１１】
2006321676.tif 000013
【図１２】
2006321676.tif 000014
【図１３】
2006321676.tif 000015
【図１４】
2006321676.tif 000016