(57)【要約】  本発明は、固有弾性率と呼ばれる第１のヤング率および固有密度と呼ばれる第１の密度を有する材料の層を含む音響構造に関し、当該層が、前記第１のヤング率および前記第１の密度を有する少なくとも１個の第１の領域（Ｚ１）と、前記材料の層の体積内に埋め込まれていて、前記層の体積内に原子を注入および／または拡散することにより得られる第２のヤング率および／または第２の密度を有する少なくとも１個の第２の領域（Ｚ２）を含むことを特徴とする。
2013545353.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固有弾性率と呼ばれる第１のヤング率および固有密度と呼ばれる第１の密度を有する材料の層を含む音響構造において、前記層が、前記第１のヤング率および前記第１の密度を有する少なくとも１個の第１の領域（Ｚ１）と、前記材料の層の体積内に埋め込まれていて、前記層の体積内に原子を注入および／または拡散することにより得られる第２のヤング率および／または第２の密度を有する少なくとも１個の第２の領域（Ｚ２）を含むことを特徴とする音響構造。
【請求項２】
前記第２のヤング率および／または前記第２の密度が、前記注入および／または拡散による、前記第２の領域における新相の生成および／または含有物から生じることを特徴とする、請求項１に記載の音響構造。
【請求項３】
前記材料が圧電材料であって、前記構造が音響波を生成すべく前記層の表面上に電極（Ｅｓ、Ｅｓｉ）を含むことを特徴とする、請求項１または２のいずれか１項に記載の音響構造。
【請求項４】
弾性波の導波路（ＧＺ２）を生成すべく含有物および／または新相が埋め込まれた副層を含むことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の音響構造。
【請求項５】
少なくとも１個の第１の上側電極および１個の第２の上側電極を含み、前記第２の領域が、バルクＳＭＲ型の波共振器を画定すべく、埋め込みブラッグミラー構造（ＭＲ）を画定する含有物および／または新相の周期的な副層を含むことを特徴とする、請求項３に記載の音響構造。
【請求項６】
前記第２の領域が、フォノニック結晶構造を画定すべく含有物および／または新相の周期的構造を含むことを特徴とする、請求項１に記載の音響構造。
【請求項７】
前記共振器間の結合を最適化すべく第２のヤング率および／または第２の密度の第２の領域により分離された結合共振器構造を画定する上側電極（ＥＳ１、ＥＳ２）を更に含むことを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載の音響構造。
【請求項８】
前記２個の結合共振器の外縁に含有物および／または新相を含む第３のヤング率および／または第３の密度の第３の領域（Ｚ３）を更に含んでいることにより前記第３の領域における圧電材料内の横方向音響波の伝搬が前記第２の領域におけるよりも大幅に減少し、前記第３の領域内の含有物の密度および／または性質および／または相が前記第２の領域のそれらとは異なることを特徴とする、請求項７に記載の音響構造。
【請求項９】
前記材料がニオブ酸リチウムＬｉＮｂＯ３であって、前記第２の領域が水素原子の注入および／または拡散により形成された新相を含み、前記第２の領域が前記第２のヤング率を有するＨｘＬｉ（１−ｘ）ＮｂＯ３型の材料を含むことを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項に記載の音響構造。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１項に記載の音響構造の製造方法において、
以下のステップ、すなわち
−前記第１の領域から前記第２の領域を分離すべくマスクを生成するステップと、
−新相および／または含有物を生成することにより前記マスクを介して前記第２の領域を画定すべく原子を注入および／または拡散するステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項１１】
電極を生成する少なくとも１個のステップを更に含み、前記構造が音響波共振器であることを特徴とする、請求項１０に記載の音響構造製造方法。
【請求項１２】
原子を注入および／または拡散するステップの後にアニーリングステップを含むことを特徴とする、請求項１０または１１に記載の音響構造製造方法。
【請求項１３】
第２の連続的な注入および／または拡散領域を生成すべく同様のエネルギーで原子を注入および／または拡散する逐次的動作を含むことを特徴とする、請求項１０〜１２のいずれか１項に記載の音響構造製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の分野は、圧電材料（ＬｉＮｂＯ３、ＬｉＴａＯ３等）で作られた音響装置（共振器およびフィルタ、あるいは任意選択で光音響変調器）の分野である。
【背景技術】
【０００２】
単結晶圧電材料は産業界において、特に共振器またはフィルタの合成を可能にする表面音響波（ＳＡＷ）またはバルク音響波（ＢＡＷ）要素を生成すべく広範に用いられている。これらのアプリケーションのために、最も一般的に用いられる圧電基板は、水晶、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３、ＬｉＴａＯ３）であり、あるいはランガサイト基板である。これらの材料のうち、ニオブ酸およびタンタル酸リチウムはまた、光学指数が機械的応力の関数として比較的大幅に変動するため、これらは例えば光音響変調器の生成における選択肢の候補となる。
【０００３】
上述の基板のバルク性により、音響波の伝搬媒体は前記基板だけ、および１個以上の追加的な、任意選択で堆積された層により形成され得る。従ってこれにより、表面波（基板の表面で必然的に導波された波）、堆積層内で導波された波、または基板と堆積層の界面内で導波された波だけが利用可能である。これら全てのケースにおいて、生成された要素は、圧電基板Ｓｐｉｅｚｏの表面に直接、または層ＣＳと圧電基板Ｓｐｉｅｚｏの界面に設けられた互いにかみ合う櫛形電極ＰＥｉにより波が生じる構成を各々例示する図１ａ、１ｂに示すように、互いにかみ合う櫛の形で基板の表面に堆積された電極を用いて、音響波を生成または受信するか、またはその両方を同時に行なう。
【０００４】
図１ａ、１ｂに示すような表面波要素の利点は、表面波が本質的に基板に局所化されることにより、堆積材料と比較して弾性、誘電性および圧電性の再現性が優れている、材料内における不均質性（粒界、ずれ等）が存在しないため音響損失が最小化される等、単結晶材料の特性を利用できるようになることである。
【０００５】
対照的に、短所として、結晶方位の改善が可能であるにもかかわらず、表面波の伝搬速度が基板の組成材料により設定されて、一般には比較的低い値（４０００〜５０００ｍ／ｓの範囲約）に留まる点である。高周波アプリケーション（数ギガヘルツ）の場合、電極の形状寸法は、励起したいモードの波長に関連付けられて極めて小さいため、制御が技術的に困難になる。界面波の場合にも同じ問題が生じる。
【０００６】
互いにかみ合う櫛の寸法が小さくなることに対する解決策の一つは、表面波よりも速い伝搬速度を有する波を用いることである。これは基板の表面に堆積された層内で導波された波の場合である。そのような波は理論的に、実質的に無限の伝搬速度に達することができる。より現実的には、１秒当たり数十キロメートルの位相速度を有しているため、既に、同じ周波数で、電極の形状の画定に対する制約が大幅に緩和されている波を利用することが可能である。
【０００７】
この場合の主な短所は、これらの波が本質的に追加された層に局所化されることである。これにより二通りの結果が生じる。第一に、波がもはや単結晶性ではない媒体内を伝搬するため、たとえこれらの波が完全に閉じ込められると仮定しても、表面波よりも大きい損失が生じる。第二に、音響エネルギーの大部分が堆積層に局所化されたとしても、圧電材料内で変換（電気エネルギーの機械的エネルギーへの変換およびその逆）が生じる。従って、結果的に、この変換の効率は大幅に低下するため、最終要素（より狭い帯域を有する帯域通過フィルタ、共振がより目立たない共振器等）の性能が低下する。
【０００８】
基板の厚さ方向に伝搬するバルク波と呼ばれる波を利用することも可能である。これらの波は、例えば図２ａに示すように圧電基板Ｓｐｉｅｚｏを囲む電極対（一方の電極を上側電極ＥＳと呼び、他方の電極を下側電極Ｅｉと呼ぶ）により励起される。この場合の共振周波数は、圧電ウェーハの厚さと直接関係している。低周波アプリケーション（数メガヘルツ）の場合、基板は典型的に厚さ約３００〜５００μｍでなければならない。
【０００９】
より高い周波数では、約１ギガヘルツの周波数でのアプリケーションに数百ナノメートル程度の、より薄い厚さを用いることが必要になる。これは、圧電層Ｃｐｉｅｚｏを形成すべく基板が薄くされ、上側電極Ｅｓおよび下側電極Ｅｉにより波が励起されていることを示す図２ｂに示すように所望の厚さの膜を形成すべく基板を局所エッチングすることにより得られる。この技術は現在、水晶共振器に用いられているが、利用可能な各種の化学または物理エッチング技術に対して極めて高い抵抗性を有しているため、ＬｉＴａＯ３またはＬｉＮｂＯ３等の材料に適用するのは困難である。
【００１０】
また、求められる厚さの精度が高いため、局所的薄化を用いるアプローチはこれまで断念されてきた。現在、圧電薄膜堆積技術の利用が好適であり、当該技術によりはるかに良好な均質性および厚さの制御が得られる。このように生じた要素は、懸濁圧電膜が形成された場合はＦＢＡＲ（膜バルク音響共振器）、または複数の積層（光学的ブラッグミラーに相当）を用いて音響閉じ込めが得られた場合はＳＭＲ（個体実装共振器）と呼ばれる。たとえこれらの要素において過去１０年間に相当の進歩が見られるにしても、依然として多くの重大な短所がある。
−圧電膜堆積技術では材料の結晶方位を容易に選択することができない。実際には、単一の方位しか可能でないため、利用したい波の正確な特徴（分極化、伝搬速度等）が求められる。
−従来この種の要素、すなわち、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）または酸化亜鉛（ＺｎＯ）に用いた圧電材料の特性は、表面波アプリケーションに用いる材料（ＬｉＮｂＯ３またはＬｉＴａＯ３）材料の特性よりも大幅に劣っているため、極めて広帯域フィルタ、極めて高い過電圧係数を有する共振器等の合成が妨げられる。
【００１１】
より最近では、Ｍ．Ｐｉｊｏｌａｔ，Ａ．Ｒｅｉｎｈａｒｄｔ，Ｅ．Ｄｅｆａｙ，Ｃ．Ｄｅｇｕｅｔ，Ｄ．Ｍｅｒｃｉｅｒ，Ｍ．Ａｉｄ，Ｊ−Ｓ  Ｍｏｕｌｅｔ，Ｂ．Ｇｈｙｓｅｌｅｎ，Ｄ．Ｇａｃｈｏｎ，Ｓ．Ｂａｌｌａｎｄｒａｓによる論文「Ｌａｒｇｅ  Ｑ．ｆ  ｐｒｏｄｕｃｔ  ｆｏｒ  ＨＢＡＲ  ｕｓｉｎｇ  ＳｍａｒｔＣｕｔ  ｔｒａｎｓｆｅｒ  ｏｆ  ＬｉＮｂＯ３  ｔｈｉｎ  ｌａｙｅｒｓ  ｏｎｔｏ  ＬｉＮｂＯ３  ｓｕｂｓｔｒａｔｅ」（Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ｔｈｅ  ２００８  ＩＥＥＥ  Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｓ  Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ，ｐ  ２０１−２０４）に記述されているような、例えば結合／薄化の組み合せ、またはＬｉＮｂＯ３に関するスマートカット処理等の薄膜転写技術により、元の材料に固有の特性を維持しながら、薄い単結晶圧電膜（厚さが数百ナノメートル）を他の基板に結合した状態で形成することができる。従って上述の短所のいくつかをこれらの技術により解決することができる。それにもかかわらず、ここで用いるプロセスには現時点では依然として克服が困難な技術的制約がある。すなわち、
−「ホスト」基板（最終要素の基板）および「ドナー」基板（追加された層が形成される基板）は互いに接着可能でなければならない。従って、これらは共に平坦でなければならない。これらはまた、接着に整合する表面を有していなければならず、且つ
−追加された層とホスト基板の膨張係数の差により、特に差動膨張を吸収するために弾性層を使用することが望ましくない場合、任意の種類の接着を用いることは必ずしも可能でない。従って、シリコン基板にＬｉＮｂＯ３の層を追加することは困難であり、これらの現象を克服するにはＬｉＮｂＯ３の層を同一材料で作られた基板に追加することが好適である。この制約により、可能なスタックの数が大幅に減り、現時点では追加された層を用いたＳＭＲ素子の開発が遅れている。
【００１２】
この状況において、本発明は特に、ＳＡＷまたはＢＡＷアプリケーション、あるいは追加された層を使用するアプリケーションにおいても単結晶層の使用に関連する問題の解決が可能な解決策を提供し、より一般的には、前記構造の体積内に注入される物質の導入により音響特性の改善、更には最適化も可能な音響構造の生成を可能にし、従ってヤング率および／または密度を改善する解決策を提供するものである。
【００１３】
材料内に各種の原子を注入した結果、光学特性、主に媒体の光学指数が改善することが知られている。この原理は、Ｇ．Ｄｅｓｔｅｆａｎｉｓ，Ｊ．Ｐ．Ｇａｉｌｌａｒｄ，Ｅ．Ｌ．Ｌｉｇｅｏｎ，Ｓ．Ｖａｌｅｔｔｅ，Ｂ．Ｗ．Ｆａｒｍｅｒｙ，Ｐ．Ｄ．Ｔｏｗｎｓｅｎｄ，Ａ．Ｐｅｒｅｚによる論文「Ｔｈｅ  ｆｏｒｍａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｗａｖｅｇｕｉｄｅｓ  ａｎｄ  ｍｏｄｕｌａｔｏｒｓ  ｉｎ  ＬｉＮｂＯ３  ｂｙ  ｉｏｎ  ｉｍｐｌａｎｔａｔｉｏｎ」（Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．５０（１２）ｐ．７８９８，１９７９）に記述されているように各種の基板に対し広く適用および試験されてきた。より一般的には、注入は、注入されるスペース、注入が実行される材料、注入エネルギー、注入分量、および適用される各種のアニールに応じて各種の効果を有し、当該効果は場合により、
−元の結晶に電子空孔および／または欠損が形成され、媒体の電子特性、従って光学特性を改善し、
−媒体のいくつかの原子の注入された原子による置換。この結果、元の材料とは異なる新規の化合物が局所的に形成され、再び光学指数が改善し、
−注入物質の析出によりナノスケールの含有物が形成される。注入された物質に応じて、これらの含有物は、気泡（例えば水素またはヘリウムの注入）または固体含有物（例えば炭素またはチタンの注入）の形式をなしていてよい。
【００１４】
第１の効果が先験的に、媒体の機械的特性に対して僅かな影響しか与えないか、または全く影響しないが、逆に、他の２個の効果は音響波の伝搬条件を改善する。
【００１５】
同様に、化学反応により、結晶内の原子を、外部発生源から生じて拡散により圧電媒体内に侵入する原子で置換されることが知られている。最も一般的な例は、例えば、酸浴槽により供給される水素原子を、ニオブ酸（ＨＮｂＯ３）またはＨＮｂＯ３のような化合物を形成するためにニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）内のリチウム原子で置換するプロトン交換である。このケースは例えば、Ｊ．Ｌ．Ｊａｃｋｅｌ，Ｃ．Ｅ．Ｒｉｃｅ，Ｊ．Ｊ．Ｖｅｓｅｌｋａによる論文「Ｐｒｏｔｏｎ  ｅｘｃｈａｎｇｅ  ｆｏｒ  ｈｉｇｈ−ｉｎｄｅｘ  ｗａｖｅｇｕｉｄｅｓ  ｉｎ  ＬｉＮｂＯ３」（Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ  Ｖｏｌ．４１，ｎｏ．７，ｐ．６０７，１９８２）に記述されている。この種の反応では、上述の置換と同一の効果が生じるため、媒体の音響特性の局所的改善が可能になる。注入による置換との違いは、この種の処理では元の材料を表面の近くだけで改善する点である。しかし、上述の論文に示すように、この改善は元の媒体内の極めて深い（約１０ミクロン）所まで伸長できる点で、含有物がサンプルの表面に接続しないことは確実であるが注入エネルギーにより制限される典型的には数ミクロン程度の深さに局所化される注入技術とは対照的である。
【００１６】
物質を注入するかまたは物質の拡散を強制する本発明の背景にある原理は、媒体の機械的特性を局所的に改善するために利用可能であって、新規の音響要素構造の形成を可能にするため、特に結晶材料との関連性が高い。より一般的には、本発明は、材料の弾性を改善することにより材料の弾性的挙動を改善すべく任意の種類の材料を用いても同様に有利である。
【００１７】
代替的に、元の材料内における含有物の形成を利用してもよい。これらの含有物が数十ギガヘルツよりも低い周波数において音響波長よりもはるかに小さい（数ミクロンまたは数百ナノメートルに対して数十ナノメートル）ため、波を屈折させることはなく、波があたかも元の材料の特性と含有物の特性の間に特性が存在する同等の媒体内を伝搬しているように振る舞うことを許す。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１８】
従って、本発明の主題の一つは、固有弾性率と呼ばれる第１のヤング率および固有密度と呼ばれる第１の密度を有する材料の層を含む音響構造であって、当該層が、前記第１のヤング率および前記第１の密度を有する少なくとも１個の第１の領域と、前記材料の層の体積内に埋め込まれていて、前記層の体積内に原子を注入および／または拡散することにより得られる第２のヤング率および／または第２の密度を有する少なくとも１個の第２の領域を含むことを特徴とする。
【００１９】
このように元の材料内に形成された第２の材料で作られ、自身の圧電性の一部を失った第２の領域は従って、表面電極とは接触しない。
【００２０】
本発明の一変形例によれば、第２のヤング率および／または第２の密度は、前記注入および／または拡散による、第２の領域における新相の生成および／または含有物から生じる。
【００２１】
本発明の一変形例によれば、当該材料は圧電材料であって、前記構造は音響波を生成すべく前記層の表面上に電極を含んでいる。
【００２２】
第１の領域では当該材料は依然として圧電性であるが、注入が実行された後で、第２の領域では必ずしもそうではない点に注意されたい。
【００２３】
本発明の一変形例によれば、当該音響構造は、弾性波の導波路を生成すべく含有物および／または新相が埋め込まれた副層を含んでいる。
【００２４】
本発明の一変形例によれば、当該音響構造は、少なくとも１個の第１の上側電極および１個の第２の上側電極を含み、第２の領域は、バルクＳＭＲ型の波共振器を画定すべく、埋め込みブラッグミラー構造を画定する含有物および／または新相の周期的な副層を含んでいる。
【００２５】
本発明の一変形例によれば、第２の領域は、フォノニック結晶構造を画定すべく含有物および／または新相の周期的構造を含んでいる。
【００２６】
本発明の一変形例によれば、当該音響構造は更に、前記共振器間の結合を最適化すべく第２のヤング率および／または第２の密度の第２の領域により分離された結合共振器構造を画定する上側電極を含んでいる。
【００２７】
本発明の一変形例によれば、当該音響構造は更に、２個の結合共振器の外縁に含有物および／または新相を含む第３のヤング率および／または第３の密度の第３の領域を含んでいることにより前記第３の領域における圧電材料内の音響波の横方向への伝搬が前記第２の領域におけるよりも大幅に減少し、第３の領域内の含有物の密度および／または性質および／または相が第２の領域のそれらとは異なる。
【００２８】
本発明の一変形例によれば、当該材料は、ニオブ酸リチウムＬｉＮｂＯ３であって、第２の領域は水素原子の注入および／または拡散により形成された新相を含み、第２の領域は前記第２のヤング率を有するＨｘＬｉ（１−ｘ）ＮｂＯ３型の材料を含んでいる。
【００２９】
本発明の別の主題は、本発明による音響構造の製造方法であって、以下のステップ、すなわち
−前記第１の領域から前記第２の領域を分離すべくマスクを生成するステップと、
−新相および／または含有物を生成することにより当該マスクを介して前記第２の領域を画定すべく原子を注入および／または拡散するステップとを含むことを特徴としている。
【００３０】
本発明の一変形例によれば、本方法は更に、電極を生成する少なくとも１個のステップを含み、前記構造は音響波共振器である。
【００３１】
本発明の一変形例によれば、本方法は、原子を注入および／または拡散するステップの後にアニーリングステップを含んでいる。
【００３２】
本発明の一変形例によれば、本方法は、第２の連続的な注入および／または拡散領域を生成すべく同様のエネルギーで原子を注入および／または拡散する逐次的動作を含んでいる。
【００３３】
本発明の一変形例によれば、本方法は、副構造、特にブラッグミラーを生成するための第２の不連続領域を生成すべく充分に異なる注入および／または拡散エネルギーを有する原子を注入および／または拡散させる逐次的動作を含んでいる。
【００３４】
より一般的には、フォノニック結晶を形成するためにｍ本発明は、
−新物質（新相）または前記材料内での伝搬波長より寸法が小さい含有物を含む前記材料を形成すべく圧電材料内に原子を注入するステップ、または
−材料内へ化学物質を拡散させるプロセスを実行し、その結果再び新物質を形成するステップのいずれかを含む任意のプロセスのいずれかを用いてよい。
【００３５】
添付図面を参照しながら以下の非限定的な記述を精査することにより本発明に対する理解が深まり、他の利点が明らかになろう。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１ａ−ｂ】波を励起または検出すべく、表面に直接堆積された櫛、および基板の表面に堆積された層により覆われた櫛を利用する表面波要素を各々示す。
【図２ａ−ｂ】バルク圧電基板および薄化された圧電基板を用いるバルク波要素を示す。
【図３】本発明の第１の変形例、すなわちブラッグミラー副構造を形成する注入領域を含むバルク波共振器を示す。
【図４】注入材料の濃度分布を深さの関数として示す。
【図５】異なる深さｈ１、ｈ２を中心とする別々の分布を重ね合わせることにより濃度が更に広がった濃度分布を示す。
【図６】ブラッグミラー副構造の生成を可能にする深さｈ１、ｈ２、ｈ３およびｈ４において周期的な濃度分布を示す。
【図７ａ−ｄ】図３に示す共振器の製造方法の各種ステップを示す。
【図８ａ】ＬＦＥ（「ｌａｔｅｒａｌ  ｆｉｅｌｄ  ｅｘｃｉｔａｉｏｎ（横方向場励起励起）」の略語）共振器の上面図を示す。
【図８ｂ】導波共振器の上面図を示す。
【図９】３次元フォノニック結晶を介して結合される横方向結合音響フィルタの一例の上面図を示す。
【図１０】第２のヤング率および／または第２の密度の第２の注入領域の存在により結合が最適化された横方向結合共振器を含むフィルタの一例の断面図を示す。
【図１１ａ−ｅ】本発明による、ＬＦＥ型共振器を使用し、且つ３次元フォノニック結晶およびブラッグミラー副構造を含んでいるフィルタの一例の生成を可能にする方法の一例のステップを示す。
【図１２ａ−ｅ】一体化ブラッグミラー構造を含むフィルタの一例の生成を可能にする方法の一例のステップを示す。
【図１３】本発明による、伝搬媒体内の所与の深さに原子を注入することにより形成された界面に沿って導波された波を利用している要素の実施形態を示す。
【図１４ａ−ｃ】図１３に示す注入された導波路構造の生成を可能にする方法のステップを示す。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
一般に、本発明の弾性構造はこのように第１のヤング率および／または第１の密度の材料の層内に、機械的特性、または特に音響伝搬を用いるアプリケーションに合わせた電子機械的特性をも利用可能にすべく少なくとも局所的に第２のヤング率および／または第２の密度を有する層を設けるべく原子注入または化学物質の拡散により前記ヤング率および／または前記密度が改善している少なくとも１個の領域を含んでいる。
【００３８】
従って、本発明によれば、弾性、従って特に音響特性が改善可能であるという事実により、例えば、従来から存在した多層構造（音響導波路、ブラッグミラー等）に類似した構造を簡単に、しかし多くの層の堆積を必要とせずに形成することができる。
【００３９】
注入技術（注入物質および注入エネルギーの選択）または拡散技術（拡散物質の発生源、反応の温度および時間の選択）の柔軟性により、元の媒体を異なる深さで異なる厚さにわたり異なる方法（水素、ヘリウムまたは炭素の含有、または新規化合物の形成）で改善することができる。これにより、想定する周期的構造の形成だけでなく、極めて不均質な構造の形成も可能になる。
【００４０】
最後に、注入または拡散反応は、マスクの組（注入または拡散された物質の侵入を止めるレジストその他の材料で作られた）を介して実行することができるため、上述の構造を所定の特徴内にのみ形成することができる。その結果、多数のマスクおよび多数の異なる注入および／または拡散を組み合せることにより３次元構造を形成することが可能になる。
【００４１】
従来の音響構造と局所的に改善した領域を組み合せることにより、特に有利な構造を設計することが可能であり、そのいくつかについて非網羅的な例として以下に述べる。
【実施例】
【００４２】
ＳＭＲ型のバルク弾性波共振器構造の例
一般に、ＳＭＲ型バルク波共振器は、圧電材料の厚い層、２個の上側電極、およびブラッグミラー副構造を含んでいる。図３に、原子注入により生成された埋込み層によりブラッグミラー構造が形成された、本発明によるＳＭＲ型共振器を示す。より正確には、第１のヤング率および／または第１の密度の材料Ｍ１内に、第２のヤング率および／または第２の密度を有する材料Ｍ２の層が注入により生成されていて、前記層は各々の深さｈ１、ｈ２、．．．、ｈＮにおいて生成され、深さｈｉと深さｈｉ＋１の距離は、ブラッグミラー副構造を有する積層の配列を設けるべく例えば半波長に等しく、２個の上側電極Ｅ１、Ｅ２は第１のヤング率の材料の表面に生成されている。
【００４３】
本発明によれば、ブラッグミラー副構造は、ニオブ酸リチウムの基板に比較的容易に生成することができる。この特定のケースにおいて、水素の注入によりリチウム原子と注入原子の間に置換反応が生じることがある。従って、ＨｘＬｉ（１−ｘ）ＮｂＯ３相は、元のニオブ酸リチウムとは大幅に異なる機械的特性を形成する。
【００４４】
図４に、本発明による弾性構造における注入材料内の濃度分布を示し、深さｈ１において、充分な注入分量を有する第２のヤング率の材料の層を画定可能であることを示す。
【００４５】
従って、この濃度分布と同様の（または反対の）音響特性（弾性および密度）の分布が得られる。一例として、ニオブ酸リチウムへの水素の注入により、８×１０１６原子／ｃｍ２の分量に対して１３０ナノメートルの厚さが得られ、または１．３×１０１５原子／ｃｍ２の分量に対して２０２ナノメートルの厚さが得られる。
【００４６】
従って、任意選択で、当該分布を広げるために、異なるエネルギーでの多数の注入により、図５に示すように、異なる深さｈ１、ｈ２を中心とする別々の分布を重ね合わせることにより濃度が更に広がった濃度分布を形成することができる。
【００４７】
当該動作を異なるエネルギーで何度も繰り返すことにより、図６に示すように、深さｈ１、ｈ２、ｈ３およびｈ４で周期的な濃度分布が得られる。この結果、音響特性の周期的変化が生じ、音響波を反射するブラッグミラーが形成される。分布の幅および周期性を調整することにより、所望の周波数で動作する音響ミラーが得られる。当該ミラーの透過率に関しては、生じた周期の数により設定される。当該アプリケーションの場合、波反射効果を生じるのは構造の周期性であるため、音響特性、従って注入物質の濃度の大きい勾配は必須ではない点に注意されたい。元の材料と形成された新相との低い音響コントラスト、従って、多くの異なる注入を適用することにより補償できる。
【００４８】
マスクを用いてこれらの注入を生成することは充分可能であるため、ミラーを共振器だけに合わせて画定し、他の場所では元の材料を変更する必要がない点に注意されたい。
【００４９】
例示的なプロセスについて、図７ａ〜７ｄを参照しながら以下に述べる。
−予め洗浄されたニオブ酸リチウムの基板Ｓから始めて、図７ａに示すような注入マスクＭａｓｑを画定すべくフォトリソグラフィ動作を実行する。
−図７ｂに示すように、図６に示すものなどの周期的注入分布を形成すべくエネルギーを減少させながら、且つブラッグミラー副構造ＭＲを画定可能としながら水素注入動作を逐次実行する。
−次に、図７ｃに示すようにレジストマスクＭａｓｑを除去して均質化アニーリングステップを実行する。
−最後に、図７ｄに示すように、例えばアルミニウム製の上側電極Ｅｓ１、Ｅｓ２を画定すべく、金属に続いて別のマスキングレジスト層を堆積し、フォトリソグラフィ動作を実行し、エッチングを実行してレジストを除去する。
【００５０】
電極は、ＬＦＥ用の２個の対向する電極、または導波構造用の互いにかみ合う櫛の形状であってよい。
【００５１】
図８ａ、８ｂは、上側電極Ｅｉおよび注入領域Ｚ２が第２のヤング率および／または第２の密度の材料に対応しているＬＦＥ型共振器の一例の上面図を示す。
【００５２】
一般に、ＳＭＲ型共振器において、ミラー構造が形成されたならば、基板の表面とミラーの最上部との間に局所化された共振音響空洞が必然的に得られる。Ｚカットニオブ酸リチウム基板において、当該空洞内を垂直に伝搬する剪断音響波は、水平電場の印加による圧電効果を介して生成される。当該電場は、例えば、横方向電場を介して励起されたＬＦＥ共振器を形成すべく、隣接配置された２個の電極を形成することにより得られる。
【００５３】
水素注入の結果、注入領域の外では問題が殆ど生じないため、元の材料の圧電性が受ける影響は極く僅かである。この種の共振器は従って、約５ＧＨｚの周波数で約５６％の電子機械的結合係数（エネルギーを電気形式から機械形式に、または逆向きに、変換する効率の尺度）を有する。
【００５４】
上と比較して、窒化アルミニウムの堆積された薄膜に基づく従来の（ＳＭＲ）圧電共振器技術では同じ周波数で約６％の圧電結合係数しか得られない。本明細書に記述するような要素は従って、例えば、比較的簡単な技術を用いて極めて広い帯域のフィルタを合成可能にする。
【００５５】
同一技術により、図８ｂに示すように、バルク波共振器電極を互いにかみ合う櫛の形状をなす金属化により代替した場合、交互に異なる注入分布ら形成された音響ミラーにより同様に閉じ込められる、横方向に伝搬する波を利用することが可能になる。
【００５６】
３次元フォノニック結晶構造の例
フォノニック結晶は、フォトニック結晶の弾性類似体である。これらは、固体基材内における含有物の２または３次元配列である。周期的効果は次いで、波の伝搬が大幅に改善するかまたは不可能でありさえする「バンドギャップ」の形成を可能にする。２次元配置は、伝搬媒体に開口をエッチングし、任意選択でそれらを異なる材料で埋めることにより生成することができる。現時点では、従来のマイクロエレクトロニクス技術を用いるミクロンサイズのまたはナノスケールの３次元ネットワークの形成は依然として困難である。
【００５７】
本発明により、上述のブラッグミラーの場合のように異なる厚さで注入する技術と、マスク（２次元特徴を画定するため）を組み合せることにより材料Ｚ１内に３次元構造Ｚ２を形成することが可能になる。当該アプリケーションの場合、含有物は置換または析出効果により得られる。
【００５８】
このような結晶を用いて、例えば導波路構造または音響レンズ構成を形成してもよい。
【００５９】
これらの結晶を製造する技術は、上述の、および図７ａ〜７ｃに示すものと同じプロセスステップを用いる。
【００６０】
このような結晶を例えば共振器と合わせて用いて、共振空洞内に生じた波を横方向に閉じ込めることができるため、フィルタ型アプリケーションの場合に最終的な要素の品質係数を向上させることができる。
【００６１】
具体的には、従来技術では、興味深いフィルタのカテゴリは結合共振器を用いるものであって、これらのフィルタは一般に「ｃｏｕｐｌｅｄ  ｒｅｓｏｎａｔｏｒ  ｆｉｌｔｅｒ（結合共振器フィルタ）」の略語であるＣＲＦと表記される。
【００６２】
より正確には、モノリシックフィルタと呼ばれる水晶製の音響フィルタは、共振器間の横方向結合を用いる。この場合、共振器は隣接して配置されている。共振器の外では必然的に一過性である厚さ剪断（ＴＳ）波が次いで励起され、共振器間の距離を変化させることにより、伝導されるエネルギーを変化させ、従ってフィルタの通過帯域の幅を改善することができる。当該フィルタは従って、横方向結合またはモノリシックフィルタと呼ばれる。
【００６３】
図９は従って、３次元フォノニック結晶を介した横方向音響結合を有するフィルタの一例の上面図を示し、ブラッグミラー副構造の組成注入領域ＺＭＲおよびフォノニック結晶の組成注入領域ＺＣＰを上側電極Ｅｉと共に示している。
【００６４】
図１０は従って、注入領域の存在により結合が最適化された横方向結合共振器を含むフィルタの一例を示す。より正確には、結合共振器は、上側電極ＥＳ１、ＥＳ２と、基板Ｓの表面に生成された下側電極Ｅｉ１、Ｅｉ２との間に挿入された第１のヤング率の第１の領域Ｚ１を画定する圧電材料の層から生成されている。共振器間の結合は、原子注入により生成された第２の領域Ｚ２の存在により最適化されていて、前記領域の音響特性を調整可能にすると共に、原子注入によりブラッグミラー副構造ＭＲの生成を可能にする。
【００６５】
一体化ミラー構造を有する横方向結合ＳＭＲ共振器の生成を可能にする製造プロセスの一例を、図１１ａ〜１１ｅを参照しながら以下に詳細に述べる。
【００６６】
第１の例において、図１１ａに示すように、ニオブ酸リチウム基板Ｓを洗浄する動作を実行し、続いてブラッグミラー構造の注入領域の遮蔽を目的とする第１のマスクＭａｓｑ１を画定するフォトリソグラフィ動作を実行する。
【００６７】
次に、図１１ｂに示すように、ブラッグミラー構造ＭＲを得るために周期的注入分布を形成すべくエネルギーを減少させながら水素注入動作を逐次実行する。
【００６８】
次に、図１１ｃに示すように、レジストマスクを除去し、次いで新規のフォトリソグラフィ動作を実行して、フォノニック結晶ＺＣＰの組成特徴の領域を画定すべく第２の注入マスクＭａｓｑ２を画定する。
【００６９】
図１１ｄに示すように、次いでマスクＭａｓｑ２を介した周期的注入分布を形成すべくエネルギーを減少させながら水素注入を逐次実行し、次いでマスクＭａｓｑ２を除去して均質化アニールを実行する。
【００７０】
最後に、図１１ｅに示すように、上側電極Ｅｓ１、Ｅｓ２を画定すべく、例えばアルミニウム製の金属層を堆積させ、フォトリソグラフィ動作およびエッチング動作を実行し、次いでレジストを除去することが可能である。
【００７１】
音響的に結合したい共振器の間に配置された２次元フォノニック結晶だけを用いて等価な構造を得ることができる。当該２次元フォノニック結晶構造は、上述のプロトン交換プロセスを用いて生成される。ブラッグミラーおよび電極の生成に関して、当該生成は先の例と同一である。この種の構造の生成を可能にする技術ステップは、例えば以下の図に示している。
【００７２】
図１２ａに示すように、圧電性のニオブ酸リチウム基板Ｓを洗浄する動作を実行し、続いて第１のマスクＭａｓｑ１および注入領域を画定するフォトリソグラフィ動作を実行する。
【００７３】
次に、図１２ｂに示すように、ブラッグミラーＭＲを生成する周期的注入分布を形成すべくエネルギーを減少させながら水素注入動作を逐次実行する。
【００７４】
次に、図１２ｃに示すように、新規のフォトリソグラフィ動作によるレジストマスクの除去によりプロトン交換用の第２のマスクＭａｓｑ２を画定する。
【００７５】
次に、溶融（２４９°Ｃを超える温度）安息香酸（Ｃ６Ｈ５ＣＯＯＨ）の浴槽内での浸漬を介してプロトン交換を実行する。次いでアルコールによる洗い流しを実行し、続いてレジストの除去を実行してフォノニック結晶構造ＺＣＰを画定することができる。
【００７６】
最後に、以下の動作、すなわち図１２ｅに示すように、例えばアルミニウム製の上側電極Ｅｓ１、Ｅｓ２を画定すべく、堆積、フォトリソグラフィ、エッチングおよびレジスト除去を実行する。
【００７７】
本変形例によれば、各共振器は圧電材料の表面上に一対の上側電極Ｅｓ１、Ｅｓ２を含んでいて、所与の電極対は互いに極めて近接して、典型的には数ミクロン未満の距離をあけて配置されており、音響波は再び圧電材料のバルク内を伝搬するが、前記材料の平面に平行な電場により生成される。
【００７８】
埋め込み導波路構造の例
本発明の第３の可能なアプリケーションは、界面に沿って導かれる波を利用する要素の形成からなる。このような界面は、伝搬媒体内の所与の深さに原子を注入することにより形成されるため、第１のヤング率および／または第１の密度の領域Ｚ１に対応する材料内に第２のヤング率の前記領域を含む導波路Ｇｚ２を画定することができる。これらの原子が充分な数だけ注入されると、それらは析出して、所与のラインにおいて局所化されたナノガス含有物を形成する。局所的に、薄いラインに沿って、伝搬速度が周囲媒体の伝搬速度よりも遅い等価な媒体が次いで形成される。これにより波は、表面電極ＥＳｉが存在することにより、図１３に示すように、界面により導波されたまま（元の材料内で一過性であるため）、当該界面に沿って伝搬できる。
【００７９】
当該要素自体は従って、以下のステップを含む以下のプロセスを用いて生成される。
−所望の導波ラインに沿った原子の注入、
−析出アニール、および
−基板の表面上で互いにかみ合う櫛の形状をなす（例えばアルミニウム製の）電極の堆積および構造化。
【００８０】
置換の生起を意図した注入によって当該界面を生成することもまた可能である点に注意されたい。
【００８１】
図１４ａ〜１４ｃに、この観点から、そのような埋め込み導波路が得られるプロセスの一例を示す。
【００８２】
図１４ａに示すように、ニオブ酸リチウム基板Ｓを洗浄し、次いで注入マスクＭａｓｑを画定すべくフォトリソグラフィ動作を実行する。
【００８３】
次に、図１４ｂに示すように、導波界面ＧＺ２の生成が望まれる深さにヘリウムを注入する動作を実行する。
【００８４】
次いでレジストマスクを除去し、析出動作を実行する。
【００８５】
最後に、図１４ｃに示すように、例えばアルミニウム製の上側電極Ｅｓ１、Ｅｓ２を画定すべく金属層を堆積し、フォトリソグラフィ動作、エッチングおよびレジストの除去を実行する。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７ａ】
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【図７ｂ】
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【図７ｃ】
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【図７ｄ】
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【図８ａ】
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【図８ｂ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１ａ】
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【図１１ｂ】
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【図１１ｃ】
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【図１１ｄ】
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【図１１ｅ】
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【図１２ａ】
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【図１２ｂ】
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【図１２ｃ】
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【図１２ｄ】
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【図１２ｅ】
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【図１３】
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【図１４ａ】
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【図１４ｂ】
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【図１４ｃ】
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【国際調査報告】
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