(57)【要約】  表面弾性波共振器デバイスは、ゲート制御可能な導電層と、インターデジタル・トランスデューサ（ＩＤＴ）と、複数の電気的に分離されたフィンガを含む反射格子と、主オーミック・コンタクトと、ゲート要素と、を支持する基板を含む。ＩＤＴは、接地に接続可能であるように構成されている。導電層は、主オーミック・コンタクトを介して接地に接続可能であるように構成され、一方、前記フィンガのそれぞれは、導電層の側面に電気的に接続されている。これにより、導電層および主オーミック・コンタクトを介してフィンガから接地まで延在するゲート制御可能なチャネルが画定される。ゲート要素は、導電層から電気的に絶縁されている。ゲート要素は、デバイスの動作において、接地に対してこのゲート要素に電圧バイアスを印加することによって、ゲート制御可能なチャネルの電気インピーダンスを連続的に調整できるように構成されている。
2021526750.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面弾性波（ＳＡＷ）共振器デバイスであって、
ゲート制御可能な導電層と、インターデジタル・トランスデューサすなわちＩＤＴと、複数の電気的に分離されたフィンガを含む反射格子と、主オーミック・コンタクトと、ゲート要素と、を支持する基板を含み、
前記ＩＤＴが、接地に接続可能であるように構成され、
前記導電層が、前記主オーミック・コンタクトを介して前記接地に接続可能であるように構成され、一方、前記フィンガのそれぞれが、前記導電層および前記主オーミック・コンタクトを介して、前記フィンガから前記接地まで延在するゲート制御可能なチャネルを画定するように、前記導電層の側面に電気的に接続され、
前記ゲート要素が、前記デバイスの動作において、前記導電層から電気的に絶縁され、前記接地に対してこのゲート要素に電圧バイアスを印加することによって、前記ゲート制御可能なチャネルの電気インピーダンスを連続的に調整できるようにさらに構成されている、
表面弾性波（ＳＡＷ）共振器デバイス。
【請求項２】
前記導電層、前記反射格子、および前記ゲート要素が、前記デバイスにモノリシックに集積されている、
請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記基板上に支持された側部オーミック・コンタクトをさらに備え、
前記反射格子の前記フィンガのそれぞれが、前記側部オーミック・コンタクトのそれぞれを介して前記導電層の側面に接続されている、
請求項１に記載のデバイス。
【請求項４】
バリアをさらに備え、前記バリアは、前記導電層が前記基板と前記バリアとの間に延在するように、前記導電層と前記ゲート要素との間に延在し、それにより、前記ゲート要素を前記導電層から電気的に絶縁する、
請求項３に記載のデバイス。
【請求項５】
前記バリアがベース層および絶縁層の両方を含み、前記絶縁層が、前記ベース層と前記ゲート要素との間に延在するように、前記ベース層上にパターニングされている、
請求項４に記載のデバイス。
【請求項６】
前記側部オーミック・コンタクトおよび前記主オーミック・コンタクトのそれぞれが、前記バリアを貫いて前記導電層まで延在している、
請求項４に記載のデバイス。
【請求項７】
前記主オーミック・コンタクトおよび前記側部オーミック・コンタクトがそれぞれ、前記バリアの上方に突出する先端を含み、それによって、前記バリアが、前記オーミック・コンタクトの突出する先端と前記導電層との間に延在する、
請求項６に記載のデバイス。
【請求項８】
前記バリアおよび前記導電層が全体として前記基板上にメサを形成し、
前記反射格子の前記フィンガのそれぞれが、前記メサの側面に沿って延在する面外部分を含み、前記面外部分が、前記側部オーミック・コンタクトのそれぞれと接触するコンタクト部分につながっている、
請求項７に記載のデバイス。
【請求項９】
前記ＩＤＴが、２組の交互嵌合電極を含み、前記２組のうち一方の組の電極が、それぞれ、前記メサの側面に沿って延在する面外部分を含み、前記面外部分が、前記主オーミック・コンタクトと接触するコンタクト部分につながっている、
請求項８に記載のデバイス。
【請求項１０】
前記基板が圧電材料を含む、
請求項１に記載のデバイス。
【請求項１１】
前記基板が、前記フィンガおよび前記ＩＤＴの要素を支持する１つまたは複数の圧電材料部分を支持する非圧電材料を含む、
請求項１に記載のデバイス。
【請求項１２】
前記複数の電気的に分離されたフィンガが、２組のフィンガに配置され、前記２組のフィンガが、前記基板上で前記ＩＤＴの両側に延在する、
請求項３に記載のＳＡＷ共振器デバイス。
【請求項１３】
前記フィンガのそれぞれが、前記側部オーミック・コンタクトのそれぞれを介して前記導電層の同じ側面に電気的に接続され、前記ＩＤＴがその同じ側面に向かい合って配置されている、
請求項１２に記載のデバイス。
【請求項１４】
前記２組の前記フィンガのそれぞれが、前記フィンガが、それぞれ、第１の部分および第２の部分を呈するように、前記基板と同一面内で曲げられ、それによって前記フィンガの第１の部分が互いに平行になり、前記フィンガの第２の部分が互いに平行になり、
前記２組のうち一方の組の前記フィンガの前記第１の部分が、前記導電層の第１の側面上のそれぞれの側部オーミック・コンタクトに接続し、一方、
前記２組のうちもう一方の組の前記フィンガの前記第１の部分が、前記第１の側面とは反対側の前記導電層の第２の側面上のそれぞれの側部オーミック・コンタクトに接続し、
前記ＩＤＴが、前記導電層の第３の側面に向かい合って配置され、前記第３の側面が、前記第１の側面と前記第２の側面との間で、前記第１の側面および前記第２の側面に隣接して延在し、それによって、前記ＩＤＴが、前記２組のうち一方の組の前記フィンガの第２の部分と前記２組のうちもう一方の組の前記フィンガの第２の部分との間に延在する、
請求項１２に記載のデバイス。
【請求項１５】
前記ゲート要素が、前記反射格子のフィンガが接続する前記導電層の所与の側面に平行に延在する、
請求項１に記載のＳＡＷ共振器デバイス。
【請求項１６】
前記導電層の前記所与の側面が、歯を呈する櫛形プロファイルを有し、それによって、前記反射格子のフィンガが、前記側部オーミック・コンタクトのそれぞれを介して前記歯のそれぞれに接続する、
請求項１に記載のデバイス。
【請求項１７】
前記ゲート要素が、第１のゲート要素であり、前記デバイスが、前記導電層および前記第１のゲート要素から電気的に絶縁された第２のゲート要素をさらに含み、それによって、２つのゲート制御可能なチャネルが前記２組のフィンガに対してそれぞれ画定され、前記チャネルのそれぞれが、前記２組のそれぞれのフィンガから前記接地まで延在し、
前記第１のゲート要素および前記第２のゲート要素がそれぞれ、前記デバイスの動作において、前記接地に対して前記対応するゲート要素に電圧バイアスを印加することによって、前記２つのゲート制御可能なチャネルのそれぞれの電気インピーダンスを独立して、連続的に調整できるように構成されている、
請求項１２に記載のデバイス。
【請求項１８】
前記ＩＤＴが、前記デバイスの動作において、前記２組のフィンガの挙動を分離するように、音響源および音響反射器の両方として作用するように、十分に反射している、
請求項１７に記載のデバイス。
【請求項１９】
表面弾性波（ＳＡＷ）共振器デバイスの製造方法であって、
基板を用意することと、
用意された前記基板上で、ゲート制御可能な導電層が主オーミック・コンタクトを介して接地に接続可能であるように、前記導電層、前記主オーミック・コンタクト、および側部オーミック・コンタクトを含む構造を処理することと、
ゲート要素が前記導電層から電気的に絶縁されるように、製造された前記構造上で前記ゲート要素をパターニングすることと、
フィンガのそれぞれが前記側部オーミック・コンタクトのそれぞれを介して前記導電層の側面に接続するように、前記用意された基板上で、複数の電気的に分離された前記フィンガを含む反射格子を少なくとも部分的にパターニングし、それによって、前記側部オーミック・コンタクト、前記導電層、および前記主オーミック・コンタクトを介して前記フィンガから前記接地に延在するゲート制御可能なチャネルを画定することと、
を含み、
前記ゲート要素が、前記デバイスの動作において、前記接地に対してこのゲート要素に電圧バイアスを印加することによって、前記ゲート制御可能なチャネルの電気インピーダンスを連続的に調整できるようにパターニングされる、
表面弾性波（ＳＡＷ）共振器デバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、ＳＡＷ共振器とも呼ばれる表面弾性波共振器、ならびに関連するデバイス、その動作方法および製造方法の分野に関する。詳細には、本発明は、ゲート制御可能なチャネルを画定し、電界効果トランジスタのゲートとして作用するモノリシックに集積された構造を組み込んだ、電気的に調整可能なＳＡＷ共振器を対象とする。チャネルの導電率は、ゲートとゲート制御可能なチャネルの両端間に印加される電位の関数である。
【０００２】
回路量子電気力学における最近の進歩は、特に超伝導キュービットの分野において、量子コンピュータの前例のない開発を推進してきた。表面弾性波（ＳＡＷ）に基づくユニバーサル量子トランスデューサの最近の提案は、量子フォノン・ダイナミクスを使用した量子計算を可能にしている。量子情報のために圧電材料の機械的特性（音響フォノン）に依存するこの非常に最近の概念は、量子ハイブリッド・システムを実現するための普遍的なプラットフォームを提供する。ＳＡＷ共振器を含むこのような機械システムが、最近、数ＧＨｚおよびミリケルビン範囲で動作する量子レジームにおいて調査された。音響フォノンの人工原子への結合が成功裏に実証された。量子レジームで動作するＳＡＷ共振器は、超伝導キュービットを互いにコヒーレントにリンクさせるだけでなく、量子ドット、スピン・キュービット、トラップ・イオン、およびフォトニック・キャビティなどのシステムに対する潜在的な候補でもある。キュービットを結合するためにフォトンの代わりにフォノンを使用する利点の１つは、同じ周波数のフォトンと比較してフォノンの波長が５桁小さいため、デバイスに必要なフットプリントが劇的に小さくなることである。
【０００３】
対処する必要があるポイントの１つは、ＳＡＷ共振器の周波数である。技術的に言えば、製造公差は、望ましくない周波数シフトにつながるため、所定の周波数と正確に一致する周波数を有するＳＡＷ共振器を製造することは、極めて厳しい要求である。さらに、量子システムなどの装置にＳＡＷ共振器を集積するためには、強い結合を容易にするために、周波数調整可能なＳＡＷ共振器が望ましい。
【０００４】
ＳＡＷ共振器の周波数を調整する１つの方法は、集積されたヒータを使用することである。材料の熱膨張／圧縮に起因して、周波数シフトが観察され、これは、誘起される機械的応力によって引き起こされる。しかしながら、このような手法は、時として適用可能ではない。これは、特に量子計算の場合に当てはまり、その理由は、デバイスの動作温度が量子限界内、すなわちｋＢＴ＜ｈｆでなければならないためであり、ここで、ｋＢはボルツマン定数、Ｔは温度、ｆは周波数、ｈはプランク定数である。
【０００５】
これまでは、ＳＡＷ共振器の電気的調整は、インターデジタル・トランスデューサ（ＩＤＴ：interdigital transducer）の下のまたはミラー格子の下のあるいはその両方のキャリア密度を調整することによって達成されている。キャリア密度の変化は、損失、したがって内部品質係数に影響を及ぼす。この手法は、ＳＡＷ共振器の品質係数を低下させるという欠点を有し、この品質係数は、ＧＨｚ周波数で、従来のデバイスでの強い結合に必要なしきい値よりもあまり大きくない。高次高調波も使用することができる。しかしながら、これは、高次高調波が基本モードの離散した複数の周波数で現れ、したがって連続的に調整可能ではないため、例えば、キュービット（超伝導キュービット、スピン・キュービットなど）との結合に常に適用可能であるとは限らない。
【発明の概要】
【０００６】
本発明の一実施形態では、表面弾性波共振器デバイスまたはＳＡＷ共振器デバイスが提供される。本デバイスは、ゲート制御可能な導電層と、インターデジタル・トランスデューサ（ＩＤＴ）と、複数の電気的に分離されたフィンガを含む反射格子（reflector grating）と、主オーミック・コンタクトと、ゲート要素と、を支持する基板を含む。ＩＤＴは、接地に接続可能であるように構成されている。導電層は、主オーミック・コンタクトを介して前記接地に接続可能であるように構成され、一方、前記フィンガのそれぞれは、導電層の側面に電気的に接続されている。これにより、導電層および主オーミック・コンタクトを介して前記フィンガから接地まで延在するゲート制御可能なチャネルが画定される。加えて、ゲート要素は、導電層から電気的に絶縁されている。ゲート要素はさらに、デバイスの動作において、前記接地に対してこのゲート要素に電圧バイアスを印加することによって、ゲート制御可能なチャネルの電気インピーダンスを連続的に調整できるように構成されている。
【０００７】
ゲートは、電界効果トランジスタ・ゲート（ＦＥＴゲート）と見なすことができ、それによって、チャネルの導電率は、ゲートとゲート制御可能なチャネルの両端間、例えばゲートと主オーミック・コンタクトとの間に印加される電位の関数になる。反射器フィンガは、ゲート制御可能なチャネルを介して主オーミック・コンタクトに接続されたドレイン端子と見なすことができるのに対して、主オーミック・コンタクトは、ソース端子と見なすことができる。ＦＥＴゲートは、反射器フィンガと共通接地との間の電気インピーダンスを連続的に調整するように構成されている。このＦＥＴゲートはさらには、ＦＥＴゲートに印加されるゲート電圧を介して、反射格子の反射係数を連続的に調整するために利用することができる。反射格子からの反射量は、反射格子の個々のフィンガがＦＥＴゲートによって電気的に短絡されているか、開放されているかに依存する。実効的なキャビティ長は、プロセスにおいて、期せずして連続的に調整される。これにより、最終的には、ＳＡＷ共振器モードの周波数調整を達成することが可能になる。
【０００８】
本明細書に記載されるような可能な製造方法により、ＦＥＴ構造、すなわち、導電層、反射格子、およびゲート要素をデバイスにモノリシックに集積することが可能になる。したがって、実施形態では、導電層、反射格子、およびゲート要素は、デバイスにモノリシックに集積されている。
【０００９】
デバイスは、フィンガとゲート・チャネルとの間の十分な電気的接触を確実にするために、側部オーミック・コンタクト（side ohmic contact）をさらに含むことができる。側部オーミック・コンタクトは、基板上に支持されており、反射格子の各フィンガは、側部オーミック・コンタクトのそれぞれを介して導電層の側面に接続されている。ゲート・バイアスを制御することによって、すべての前記フィンガが側部および主オーミック・コンタクトを介して接地に接続され得るか（これにより、反射格子が短絡されることになる）、または接地から電気的に切断され得る。
【００１０】
本発明の一部の実施形態では、デバイスは、ゲートから導電層への漏れ電流を低減または抑制するためのバリアをさらに備える。このバリアは、導電層が基板とバリアとの間に延在するように、全体的に、導電層とゲート要素との間に延在し、それにより、ゲート要素を導電層から電気的に絶縁する。
【００１１】
本発明の一部の実施形態では、バリアは、ベース層および絶縁層の両方を含み、絶縁層は、ベース層とゲート要素との間に延在するようにベース層上にパターニングされる。
【００１２】
本発明の実施形態では、側部オーミック・コンタクトおよび主オーミック・コンタクトのそれぞれは、バリアを貫いて導電層まで延在する。このようにして、コンパクトな構成を達成することができ、オーミック・コンタクトがバリアを貫いて上から下に導電層まで延在し、それによって、例えば、フィンガおよび接地ならびにＩＤＴへの必要とされる複数の接続を容易にしている。
【００１３】
本発明の一部の実施形態では、主オーミック・コンタクトおよび側部オーミック・コンタクトはそれぞれ、バリアの上方に突出する先端を含み、それによって、バリアがオーミック・コンタクトの突出先端と導電層との間に延在する。
【００１４】
本発明の一部の実施形態では、バリアおよび導電層は、全体として基板上にメサを形成し、反射格子の各フィンガは、メサの側面に沿って延在する面外部分を含み、この面外部分が側部オーミック・コンタクトのそれぞれと接触するコンタクト部分につながっている。
【００１５】
本発明の一部の実施形態では、ＩＤＴは、２組の交互嵌合電極（interdigitatedelectrode）を含み、前記２組のうち一方の組の電極は、それぞれ、メサの側面に沿って延在する面外部分を含み、この面外部分が主オーミック・コンタクトと接触するコンタクト部分につながっている。
【００１６】
本発明の実施形態では、前記基板は、圧電材料を含む。しかしながら、変形形態では、基板は、フィンガおよびＩＤＴの要素を支持する１つまたは複数の圧電材料部分を支持する非圧電材料を含む。
【００１７】
本発明の一部の実施形態では、前記フィンガは、２組のフィンガに配置され、２組のフィンガが基板上でＩＤＴの両側に延在する。
【００１８】
一部の実施形態では、前記フィンガのそれぞれは、側部オーミック・コンタクトのそれぞれを介して導電層の同じ側面に電気的に接続され、ＩＤＴは、その同じ側面に向かい合って配置されている。
【００１９】
本発明の一部の実施形態では、フィンガが、それぞれ、第１の部分および第２の部分を呈するように、２組のフィンガのそれぞれが基板と同一面内で曲げられ、それによって、フィンガの第１の部分が互いに平行になり、フィンガの第２の部分が互いに平行になる。２組のうち一方の組のフィンガの第１の部分は、導電層の第１の側面のそれぞれの側部オーミック・コンタクトに接続するのに対して、２組のうちもう一方の組のフィンガの第１の部分は、前記第１の側面と反対側の導電層の第２の側面のそれぞれの側部オーミック・コンタクトに接続する。ＩＤＴは、導電層の第３の側面に向かい合って配置され、この第３の側面が、前記第１の側面と前記第２の側面との間で、前記第１の側面および前記第２の側面に隣接して延在し、それによって、ＩＤＴが、２組のうち一方の組のフィンガの第２の部分と２組のうちもう一方の組のフィンガの第２の部分との間に延在することになる。
【００２０】
本発明の一部の実施形態では、ゲート要素は、反射格子のフィンガが接続する導電層の所与の側面に平行に延在する。
【００２１】
本発明の一部の実施形態では、導電層の前記所与の側面は、歯を呈する櫛形プロファイル（comb profile）を有し、それによって、反射格子のフィンガが側部オーミック・コンタクトのそれぞれを介して歯のそれぞれに接続する。
【００２２】
本発明の一部の実施形態では、前記ゲート要素は、第１のゲート要素であり、デバイスは、導電層および第１のゲート要素から電気的に絶縁された第２のゲート要素をさらに含み、それによって、２つのゲート制御可能なチャネルが２組のフィンガに対してそれぞれ画定される。チャネルのそれぞれは、２組のそれぞれのフィンガから接地まで延在する。第１のゲート要素および第２のゲート要素はそれぞれ、デバイスの動作において、前記接地に対して対応するゲート要素に電圧バイアスを印加することによって、２つのゲート制御可能なチャネルのそれぞれの電気インピーダンスを独立して、連続的に調整できるように構成されている。
【００２３】
本発明の一部の実施形態では、ＩＤＴは、デバイスの動作において、２組の反射器フィンガの挙動を（完全に）分離するように、音響源および音響反射器の両方として作用するように十分に反射する。
【００２４】
本発明の別の実施形態では、上述したようなＳＡＷ共振器デバイスを動作させる方法が提供される。すなわち、導電層とＩＤＴのそれぞれが接地に接続可能であり、導電層は、主オーミック・コンタクトを介して前記接地に接続可能であり、一方、フィンガのそれぞれは、前述したように、ゲート制御可能なチャネルを画定するように導電層の側面に電気的に接続されている。本方法は、接地に対してゲート要素に電圧バイアスを印加することによって、ゲート制御可能なチャネルの電気インピーダンスを調整するステップを含む。ゲート制御可能なチャネルの電気インピーダンスは、例えば、反射格子の反射係数を調整するように調整されてもよい。加えて、この反射係数は、場合により、ＳＡＷ共振器の周波数を調整するように調整されてもよい。
【００２５】
本発明の実施形態では、本方法は、前記電気インピーダンスを調整する前に、前記デバイスを製造することと、前記電気インピーダンスの初期値をチェックすることと、をさらに含み、それによって、前記インピーダンスが前記初期値から逸脱する所望の値に達するように調整される。
【００２６】
本発明の一部の実施形態では、本方法は、前記実際の値をチェックする前に、製造されたＳＡＷデバイスを装置に集積することをさらに含む。例えば、前記装置は、量子計算デバイスであってもよく、ここで、ＳＡＷデバイスは、量子計算デバイスの２つの計算回路をリンクさせる。
【００２７】
本発明の別の実施形態によると、上述したようなＳＡＷ共振器デバイスの製造方法が提供される。基本的に、本方法では、基板を用意し、基板上でＦＥＴ様の構造を処理する必要がある。このＦＥＴ様の構造は、導電性層が主オーミック・コンタクトを介して接地に接続可能であるように、ゲート制御可能な導電層、主オーミック・コンタクト、および側部オーミック・コンタクトを含む。次に、ゲート要素が導電層から電気的に絶縁されるように、製造された構造上でゲート要素がパターニングされる。最後に、反射格子が、用意された基板上で少なくとも部分的にパターニングされる。格子は、フィンガのそれぞれが側部オーミック・コンタクトのそれぞれを介して導電層の側面に接続するように、複数の電気的に分離されたフィンガを含む。これにより、側部オーミック・コンタクト、導電層、および主オーミック・コンタクトを介して、前記フィンガから接地まで延在するゲート制御可能なチャネルを画定することが可能になる。ゲート要素は、デバイスの動作において、前記接地に対してゲート要素に電圧バイアスを印加することによって、ゲート制御可能なチャネルの電気インピーダンスを連続的に調整できるようにパターニングされなければならない。
【００２８】
本発明を具現化するＳＡＷデバイス、そのようなデバイスを動作させる方法、および関連する製造方法が、非限定的な例として、添付の図面を参照して次に説明される。
【００２９】
添付の図面は、同様の参照番号が別々の図面全体を通して同一または機能的に類似の要素を指し、以下の詳細な説明とともに本明細書に組み込まれ、その一部を形成し、本発明の様々な実施形態をさらに例示し、本発明に従った様々な原理および利点をすべて説明する役割を果たす。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】従来の表面弾性波（ＳＡＷ）共振器の上面図である。
【図２】本発明の実施形態に含まれるような、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）ゲートとして動作する構造をモノリシックに集積したＳＡＷ共振器の上面図である。
【図３】図２のデバイスと同様のデバイスの上面図であり、本発明の実施形態におけるような、追加の構造的詳細を示している。
【図４Ａ】図３のデバイスの２Ｄ断面図であり、断面図が取られた面が図３の破線によって示されている。
【図４Ｂ】図３のデバイスの２Ｄ断面図であり、断面図が取られた面が図３の破線によって示されている。
【図４Ｃ】図３のデバイスの２Ｄ断面図であり、断面図が取られた面が図３の破線によって示されている。
【図４Ｄ】図３のデバイスの２Ｄ断面図であり、断面図が取られた面が図３の破線によって示されている。
【図４Ｅ】図３のデバイスの２Ｄ断面図であり、断面図が取られた面が図３の破線によって示されている。
【図４Ｆ】図４Ｅの変形形態であり、ＳＡＷデバイスに使用される基板が本質的に非圧電材料で作られている。
【図５】図３のデバイスの変形形態の上面図である。本デバイスは、本発明の実施形態におけるように、対応するゲート要素に電圧バイアスを印加することによって、２つのチャネルのそれぞれの電気インピーダンスを独立して、連続的に調整することを可能にする。
【図６】図３のデバイスの変形形態の上面図である。本デバイスは、本発明の実施形態におけるように、対応するゲート要素に電圧バイアスを印加することによって、２つのチャネルのそれぞれの電気インピーダンスを独立して、連続的に調整することを可能にする。
【図７】図３のデバイスの変形形態の上面図であり、本図で提案された設計は、対応するゲート要素を有する２つのゲート制御可能なチャネルを画定する。本デバイスは、本発明の実施形態におけるように、対応するゲート要素に電圧バイアスを印加することによって、２つのチャネルのそれぞれの電気インピーダンスを独立して、連続的に調整することを可能にする。
【図８】図３のデバイスの変形形態の上面図であり、本図で提案された設計は、対応するゲート要素を有する２つのゲート制御可能なチャネルを画定する。本デバイスは、本発明の実施形態におけるように、対応するゲート要素に電圧バイアスを印加することによって、２つのチャネルのそれぞれの電気インピーダンスを独立して、連続的に調整することを可能にする。
【図９】本発明の実施形態におけるような、図３，図５、または図６に示すようなデバイスを動作させる方法の流れ図である。
【図１０】本発明の実施形態による、そのようなデバイスの高レベルの製造ステップを捕捉する流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
添付の図面は、本発明の実施形態に含まれるような、デバイスまたはその一部の簡略化された表現を示す。図面に描かれた技術的特徴は、必ずしも縮尺通りではない。図中の同様または機能的に類似した要素には、別段の定めがない限り、同じ参照番号が割り当てられている。
【００３２】
前述したように、製造公差に起因して、所定の周波数を有するＳＡＷ共振器を製造することは非常に困難である。ＳＡＷ共振器の周波数を電気的に調整することができれば、この問題は解決されるであろう。より一般的には、周波数を電気的に調整することができる周波数調整可能なＳＡＷ共振器が望まれる。この観察から開始して、本発明者らは、解決策を考案し、これについてここで詳細に論じる。
【００３３】
図２〜図８を参照して、本発明の一態様が最初に説明され、これは、以下ではＳＡＷ共振器と呼ばれる周波数調整可能な表面弾性波共振器デバイス１〜５に関する。
【００３４】
ＳＡＷ共振器１〜５は、複数の素子を支持する基板１０を備え、これらの素子には、ゲート制御可能な導電層２０と、インターデジタル・トランスデューサ３１〜３２（または略してＩＤＴ）と、複数の電気的に分離されたフィンガ４１、４２を含む反射格子４１〜４２と、主オーミック・コンタクト５０と、ゲート要素６０と、が含まれる。
【００３５】
図３、図５〜図８に見られるように、導電層２０、ＩＤＴ３１〜３２、および反射格子４１〜４２は、基板１０上に、すなわち基板１０と直接接触して、または基板１０の上方に、横方向に配置されている。反射器フィンガ４１、４２およびＩＤＴ３１〜３２の少なくとも一部は、基板上に画定された音響トラック内で、導電層２０に対して横方向に延在して、ＳＡＷ共振器を構成する。
【００３６】
ＩＤＴ３１〜３２は、接地面に接続可能であるように構成されている。ＳＡＷ共振器で一般的に使用されるＩＤＴと同様に、このＩＤＴ３１〜３２は、電気信号を表面弾性波（ＳＡＷ）に変換し、それとは逆にＳＡＷを電気信号に変換するように構成されているが、フィンガ４１、４２は、面内の横方向反射器として作用する。実施形態では、ＩＤＴ３１〜３２は、主オーミック・コンタクトを介して、例えば、層２０の一部を介して（オーミック・コンタクトのレベルで）、または別の導電層を介して接地に接続されてもよい。それでも、ＩＤＴの要素の一部のみ（すなわち、ＩＤＴフィンガのサブセット３１１のみ）は、それ自体知られているように、接地電位に接続されるように意図されている。例えば、図３に見られるように、すべての交互するフィンガ３１１は、主オーミック・コンタクト５０を通して接地に接続されてもよい。そのような実施態様では、主オーミック・コンタクト５０は、フィンガ３１１が主コンタクト５０に接続されるように、期せずして十分に近接している。さらに、任意の他の適切な接触点（接地電位がある場合）をその目的のために同様に使用することできる。
【００３７】
本明細書で層２０に対して使用されるような、「ゲート制御可能な導電層」という用語は、ゲートを通して導電率を変化させることができる、材料の１つまたは複数の部分を含む構造化された材料の層を指す。導電層２０は、接地に接続可能に構成されている。すなわち、層２０は、主オーミック・コンタクト５０を介して接地に接続することができる。一方、前記フィンガ４１、４２のそれぞれは、導電層２０の側面に電気的に接続されている。このような構成により、ゲート制御可能なチャネルを画定することができ、このチャネルがフィンガ４１、４２から導電層２０および主オーミック・コンタクトを介して接地まで延在する。
【００３８】
ゲート要素６０は、導電層２０から電気的に絶縁されている。さらに、要素６０は、デバイス１〜５の動作において、接地に対してこのゲート要素６０に電圧バイアスを印加することによって、ゲート制御可能なチャネルの電気インピーダンスを連続的に調整することができるように構成されている。
【００３９】
材料に関して、導電層２０は、例えば、以下の材料、すなわち、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）、ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ）３、ドープされたシリコン（Ｓｉ）、またはさらに、別のドープされた半導体材料のうちの１つまたは複数を含むことができる。反射格子およびＩＤＴに可能な材料には、数ある例の中でも、アルミニウム（Ａｌ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、およびモリブデン（Ｍｏ）が含まれる。アルミニウムは、室温で音響損失が低く、１Ｋ未満で損失がない（超伝導体の）ため、使用することができる。オーミック・コンタクトは、例えば、Ａｕ、金／ゲルマニウム合金（Ａｕ／Ｇｅ）、Ｓｉ、またはニッケル（Ｎｉ）、またはさらに、例えば、ＳｉとＮｉの交互層のスタックを含むことができる。より一般的には、十分なオーミック・コンタクトを確実にするために、他の共晶系（合金）を企図することができる。例えば、Ｎｉ／Ｇｅ／Ａｕ合金は、ＧａＡｓ層２０に適した選択枝であり、一方、Ｔｉ／Ａｌ／Ｎｉ／Ａｕは、例えば、ＧａＮ層２０に使用することができ、ＩｎＳｎＯ２は、ＺｎＯ層２０に使用することができる。当業者は、他の潜在的に適した組合せを同様に考案することができる。完全を期すために、基板１０は、場合により、圧電材料を含むことができる。しかしながら、変形形態では、後で詳細に論じるように、基板は圧電性でなくてもよい。
【００４０】
本明細書に記載されるような可能な製造方法により、デバイス１〜５において、ＦＥＴ構造、すなわち導電層２０、反射格子４１〜４２、およびゲート要素６０をモノリシックに集積することが可能になる。したがって、ゲートは、電界効果トランジスタ・ゲート（ＦＥＴゲート）と見なすことができる一体型の要素として具体化することができる。チャネルの導電率は、ゲートとゲート制御可能なチャネルの両端間、例えばゲートと主オーミック・コンタクトとの間に印加される電位の関数である。反射器フィンガ４１、４２は、ゲート制御可能なチャネルを介して主オーミック・コンタクトに接続されているドレイン端子として見ることができ、一方、主オーミック・コンタクトは、ソース端子として見ることができる。
【００４１】
ＦＥＴゲートは、反射器フィンガ４１、４２と共通接地との間の電気インピーダンスを連続的に調整するように構成されている。さらにはこれを利用して、ＦＥＴゲートに印加されるゲート電圧を介して、反射格子の反射係数を連続的に調整することができる。反射格子からの反射量は、反射格子の個々のフィンガ４１、４２がＦＥＴゲートによって電気的に短絡されているか、または開放されているかに依存する。実効的なキャビティ長は、プロセスにおいて、期せずして連続的に調整される。これにより、最終的には、ＳＡＷ共振器モードの周波数調整を達成することが可能になる。対照的に、図１に示すような従来技術のデバイスは、周波数の調整ができず、このようなＳＡＷ共振器は、いずれのＦＥＴゲートも集積していない。
【００４２】
本発明は、一部の実施形態では、ＳＡＷフィルタにも適用され、このＳＡＷフィルタは、例えば、本明細書に記載されるような２つの接続された共振器から実現することができることに留意されたい。したがって、本明細書で開示されるような共振器は、調整可能なＳＡＷフィルタ、またはさらには、別のＳＡＷデバイスのためのビルディング・ブロックと見なすことができる。
【００４３】
図３および図４Ａ〜図４Ｃをより詳細に参照すると、ＳＡＷ共振器は、基板１０上に支持された側部オーミック・コンタクト５５を含むことができる。このようにして、反射格子のフィンガ４１、４２のそれぞれは、それぞれの側部オーミック・コンタクト５５を介して導電層２０の側面に十分に接続することができる。側部オーミック・コンタクト５５の機能は、フィンガ４１、４２とゲート・チャネルとの間の十分な電気的接触を保証することである。実施形態（図４参照）に含まれるように、フィンガの垂直部分４１ｖ、４２ｖがフィンガと層２０との間の十分に良好な電気的接触をすでに確保している場合があり、その場合には、側部オーミック・コンタクト５５は、省略されてもよいことに留意されたい。しかしながら、これは、導電層２０が単なる２Ｄ電子／正孔ガスに還元される場合には、典型的には不可能である。そして、より一般的には、電気的接続を改善するために側部オーミック・コンタクトが望まれる場合がある。
【００４４】
下向きの三角形の記号は、描写のために、添付の図面において、オーミック・コンタクト５０、５５と導電層２０との間の電気的接続を示すために使用されていることに留意されたい。原理的には、層２０への電気的接続を得ることを可能にする任意の物理的構造が企図されてもよい。しかしながら、実際には、フィラメント状の接続が、オーミック・コンタクト５０、５５と導電層２０との間に求められることがある。これは、導電層２０への金属拡散をもたらすアニーリングによって達成することができる。
【００４５】
図４Ａ〜図４Ｄに見られるように、ＳＡＷ共振器デバイス１〜５は、有利には、電気的バリア１５、８０を備えることができる。このバリアは、導電層２０がさらには基板１０とバリア１５、８０との間に延在するように、全体的に、導電層２０とゲート要素６０との間に延在し、それにより、ゲート要素６０を導電層２０から電気的に絶縁する。
【００４６】
このバリアは、例えば、導電層２０を直接被覆する連続層１５として、またはゲート要素６０の下のパターニングされた層部分８０として、あるいはその両方として設けられてもよい。すなわち、このバリアは、実際には、絶縁層８０がベース層１５上にパターニングされた、ベース層１５および絶縁層８０の両方を含む二重構造化層１５、８０であってもよい。この場合、絶縁層８０は、図３〜図４の実施形態で想定されているように、層１５とゲート要素６０との間に延在する。そのような実施形態では、ベース層１５の平均平面は、導電層２０の平均平面とゲート要素６０の平均平面との間に延在する。一方、導電層２０の平均平面は、基板１０の平均平面とベース層１５の平均平面との間に延在する。
【００４７】
このバリア１５、８０は、特に、酸化物などの絶縁体、または場合により、半導体がゲート６０と導電層２０との間の電気的バリアとして作用することができるという条件で、半導体を含むことができる。ベース層１５は、例えば、導電層２０が、層２０内の電荷キャリアに対する電位障壁として機能する半導体層１５によって覆われたドープされた半導体層である特定の実施形態におけるように、圧電材料をさらに含むことができる。例えば、層２０は、ＧａＡｓを含むことができ、一方、層１５は、ＡｌＧａＡｓを含むことができる。
【００４８】
導電層２０およびベース層１５は、基板１０の上方にメサを形成するように、全体として処理（例えば、エッチング）されてもよい。このような構成により、導電層２０、格子４１〜４２、およびゲート要素６０をモノリシックに集積することが可能になる。加えて、これにより、後述するように、主オーミック・コンタクト５０がベース層１５内に設けられ、ベース層１５を貫通して延在することができるため、導電層２０を、主オーミック・コンタクト５０を介して接地に容易に接続することが可能になる。
【００４９】
ベース層１５は、例えば、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＨｆＯ２などの酸化物、またはドープされていない半導体材料を含むことができる。半導体材料の場合、導電層２０は、典型的には、例えば、層１５および１０にＧａＡｓおよびＡｌＧａＡｓのような材料をそれぞれ使用して、小さなバンドギャップを有するドープされた半導体層として実施される。このようにして、可動電荷キャリアが層２０に閉じ込められたままになる。
【００５０】
絶縁層８０は、酸化物であってもよい。ゲート要素６０は、下の層８０を直接覆ってもよい。図３では、描写のために、層部分８０がゲート要素６０よりも広く見えていることに留意されたい（図４では一貫した描写が使用されている）。しかしながら、これは必須ではなく、ゲート要素６０および下にある酸化物は、実質的に同じ幅を有してもよい。
【００５１】
絶縁層８０を設けることは、必ずしも必要ではない。例えば、層１５上にショットキーゲート（金属−半導体界面）を実現することが可能であって、ゲートの下の導電層２０をゲート作用／バイアスを介して完全に空乏化することができると仮定すると、絶縁層８０は不要である。同様に、例えば、２次元ガスへの適用のために、この層８０は、必要とされない。
【００５２】
それでも、そのような絶縁層８０は、すべての場合において、ゲート６０から導電層２０への漏れ電流を低減するのに有用である場合がある。したがって、実施形態では、バリア１５、８０は、ベース層１５および絶縁層８０の両方を含み、図４Ｂ、図４Ｃに示すように、絶縁層８０は、ベース層１５とゲート要素６０との間に延在するように、ベース層１５上にパターニングされる。
【００５３】
逆に、絶縁層８０が存在する場合、層１５は、必ずしも必要ではない。したがって、変形形態では、絶縁層８０のみが設けられ、下にベース層１５はない。
【００５４】
図４Ａ〜図４Ｃに示すように、側部オーミック・コンタクト５５および主オーミック・コンタクト５０のそれぞれは、ベース層１５を貫いて導電層２０まで延在することができる。オーミック・コンタクト（例えば、Ｎｉ／Ａｕ／Ｇｅ共晶合金）は、この層をエッチングすることによって、またはアニーリングすることによって、あるいはその両方によって、バリア１５を貫いて容易に製造することができる。
【００５５】
ゲート・バイアスＵｔｕｎｅを制御することによって、共振器のすべてのフィンガ４１、４２が側部および主オーミック・コンタクト５０を介して接地に接続され得るか（これにより、反射格子４１〜４２が短絡されることになる）、または接地から電気的に切断され得る。フィンガ４１、４２は、普通ならば、その機能が給電線（feed line）信号をサポートすることである要素３３、３４には接続されていないことに留意されたい。図３を参照されたい。
【００５６】
本発明の実施形態では、主オーミック・コンタクト５０および側部オーミック・コンタクト５５はそれぞれ、ベース層１５の上方に突出する先端５０ｔ、５５ｔを含む。すなわち、バリアのベース層１５は、オーミック・コンタクトの突出する先端５０ｔ、５５ｔと層２０との間に延在する。このようにして、コンパクトな構成を達成することができ、オーミック・コンタクト５０、５５が層１５を貫いて上から導電層２０まで延在し、それによって、例えば、フィンガ４１、４２および接地ならびにＩＤＴ３１〜３２への必要とされる複数の接続を容易にしている。
【００５７】
本発明の実施形態では、バリアのベース層１５および導電層２０は、全体として基板１０上にメサを形成する。さらに、反射格子のフィンガ４１、４２のそれぞれは、メサの側面に沿って延在する面外部分４１ｖ、４２ｖを含む。この面外部分４１ｖ、４２ｖは、フィンガのコンタクト部分４１ｃ、４２ｃにつながり、この部分が、側部オーミック・コンタクト５５のそれぞれと接触する。変形形態では、先に述べたように、フィンガは、層２０の側面に直接接続することができる。
【００５８】
図４Ｄ、図４Ｅに見られるように、ＩＤＴ３１〜３２は、典型的には、２組３１１、３１２の交互嵌合電極を含む。組３１１の電極は、それぞれ、メサの側面に沿って延在する面外部分３１１ｖを含むことができる。この面外部分３１１ｖは、主オーミック・コンタクト５０と接触するコンタクト部分３１１ｃにつながっている。変形形態では、電極３１１は、それぞれ、フィンガ４１、４２と同様に、主オーミック・コンタクト５０のレベルで導電層２０の側面に接触することができる。すなわち、電極３１１は、部分３１１ｖおよび３１１ｃを介して層２０の側面に、または主オーミック・コンタクト５０に直接接続することができる。
【００５９】
前述したように、基板１０は、場合により、圧電材料１０を含むことができる。しかしながら、図４Ｆに示すような変形形態では、基板は、１つまたは複数の圧電材料部分１１を支持する非圧電材料１０ａ（例えば、Ｓｉ）を含み、この圧電材料部分１１がさらにはフィンガ４１、４２およびＩＤＴ３１の要素を支持する。ＦＥＴ様の構造も、非圧電基板１０ａ上に堆積させることができる（図４Ｆには示されていない）。圧電層１１は、場合により、（例えば、Ｓｉ）基板１０ａ全体にわたって延在する場合があるとしても、その必要はないことに留意されたい。反射器フィンガ４１、４２の下およびＩＤＴフィンガ３１、３２の下に圧電層部分１１をパターニングすることで十分である。
【００６０】
ＳＡＷ共振器に対して、多くの構造的な変形形態を企図することができる。例えば、図３、図５〜図８に示すようなＳＡＷ共振器デバイス１〜５では、フィンガ４１、４２は、２組で配置され、２組のフィンガ４１、４２が、基板１０上でＩＤＴ３１〜３２の両側に延在する。図６の例では、デバイス３の各フィンガ４１、４２は、本質的に単一の直線部分（基板１０と同一面内に）を含み、それによって２組の直線フィンガ４１、４２がＩＤＴの両側に延在する。図３、図５、図７、および図８の例では、デバイス１、２、４、および５の各フィンガ４１、４２は、軸ｘに沿って延在する、フィンガ４１、４２の２組の下側部分を特に画定する２つの屈曲部分を本質的に（面内に）含む。下側部分は、ＩＤＴの両側に配置された２組を形成する。
【００６１】
より詳細には、図６の実施形態では、前記フィンガ４１、４２のそれぞれは、導電性層２０の（軸ｙに沿って延在する）同じ側面に、側部オーミック・コンタクト５５のそれぞれを介して電気的に接続され、ＩＤＴ３１〜３２は、その同じ側面に向かい合って配置されている。その場合、反射器フィンガ４１、４２を曲げる必要はない。
【００６２】
逆に、図３、図５、図７、および図８の実施形態では、各フィンガ４１、４２は、基板１０と同一面内で曲げられている。したがって、各フィンガ４１、４２は、（軸ｙに平行に延在する）第１の部分および（軸ｘに平行に延在する）第２の部分を呈し、それによって、フィンガ４１、４２の第１の部分が互いに平行になり、フィンガの第２の部分が互いに平行になる。フィンガ４１の第１の部分は、導電層２０の（左手側で軸ｘに平行な）第１の側面でそれぞれのオーミック・コンタクト５５に接続するが、フィンガ４２の第１の部分は、層２０の（右手側で軸ｘに平行な）第２の側面で、すなわち、前記第１の側面とは反対側でそれぞれのオーミック・コンタクト５５に接続する。加えて、ＩＤＴ３１〜３２は、導電層２０の第３の（中央の）側面と向かい合って配置されている。すなわち、この第３の側面は、層２０の第１および第２の側面のそれぞれとの間で、それらに隣接して、軸ｙに平行に延在している。そのような構造的配置では、ＩＤＴ３１〜３２は、フィンガ４１の第２の部分とフィンガ４２の第２の部分との間に延在する。
【００６３】
図３、図５〜図８に示す実施形態のそれぞれにおいて、ゲート要素６０は、反射格子のフィンガ４１、４２が普通ならば接続している導電層２０の所与の側面に特に平行に（すなわち、軸ｘに平行に）延在している。図６の例では、ゲート要素６０は、フィンガ４１、４２が接続する層２０の単一の側面に特に平行に延在している（すなわち、ｙに沿って延在している）。図３、図５、図７、および図８の例では、ゲート要素６０は、２つの部分を含むように構造化され、各部分は、層２０の反対側の側面に平行に（すなわち、軸ｘに沿って）延在し、この側面に両側のフィンガ４１、４２が接続している。
【００６４】
図３、図６、および図７の実施形態では、ＳＡＷ共振器１、３、４は、導電層２０を含み、その側面（すなわち、ｘに沿って延在する）は、歯を呈する櫛形プロファイルを有する。ここで、反射格子のフィンガ４１、４２は、それぞれの側部オーミック・コンタクト５５を介してそれぞれの歯に接続している。すなわち、各フィンガ４１、４２は、それぞれの側部コンタクト５５およびそれぞれの歯を介して層２０に接続し、ゲート制御可能なチャネルへの十分な電気的接続を確立する。この接続は、代わりに、図５および図８の例では、層２０の切欠き（notch）によって接続が達成されている。
【００６５】
ここで、図７および図８に注目すると、その設計によって、共振器４、５を２つの独立した共振器に分割することが可能になり、それらのチャネル・インピーダンスを、しかしながら依然として、独立して調整することができる。このような設計により、特に、キャビティ内で非対称のスタンディング・モードを得ることが可能になる。詳細には、ＳＡＷ共振器４、５は、それぞれ、同様に構成された第１のゲート要素６１および第２のゲート要素６２を含む。ゲート要素６２は、層２０および第１のゲート要素６１の両方から電気的に絶縁されていることに留意されたい。このようにして、２つのゲート制御可能なチャネルを、２組のフィンガ４１、４２に対してそれぞれ画定することができる。各チャネルは、それぞれの組のフィンガから接地まで延在している。第１および第２のゲート要素６１、６２は、それぞれ、デバイス４、５の動作において、接地に対して対応するゲート要素に電圧バイアスを印加することによって、それぞれのチャネルの電気インピーダンスを独立して、連続的に調整することを可能にするように構成されている。
【００６６】
ＩＤＴは、例えば、動作において、２組のフィンガ４１、４２の挙動を分離するように、音響源および音響反射器の両方として作用するのに十分に反射する材料で作られてもよい。このようにして、共振器を２つの独立した共振器に分割することができ、それにもかかわらず、これによって同じＩＤＴで読み出すことができ、電気的に独立して調整することができる。その目的のために、金のような高密度金属がＩＤＴに使用されてもよい。このように、ＩＤＴの反射が高いと、共振器の左手側が右手側から完全に分離されることになり、ＩＤＴは、音響源および反射器として同時に作用する。
【００６７】
ここで、本発明の別の態様について図９を参照して説明し、本図は、上述したようなＳＡＷ共振器１〜５を動作させる方法に関するものである。
【００６８】
すなわち、ゲート制御可能な導電層２０と、ＩＤＴ３１〜３２と、複数の分離されたフィンガ４１、４２を含む格子４１〜４２と、オーミック・コンタクト５０と、ゲート要素６０と、を支持する基板１０を含むＳＡＷ共振器が用意される（ステップＳ１０、図９）。層２０およびＩＤＴ３１〜３２は両方とも、Ｓ２０で接地に接続可能である（層２０は、オーミック・コンタクト５０を介して接地に接続する）。図２〜図８を参照して前述したように、各フィンガ４１、４２は、層２０の側面に電気的に接続され、それにより、ゲート制御可能なチャネルを画定する。
【００６９】
デバイス１〜５は、ゲート制御可能なチャネルの電気インピーダンスを調整すること（ステップＳ３０〜Ｓ６０）によって動作し、これは、接地に対して電圧バイアスＵｔｕｎｅをゲート要素６０に印加することによって達成される。
【００７０】
ゲート制御可能なチャネルの電気インピーダンスを調整することは、典型的には、Ｓ４０で反射格子４１〜４２の反射係数を調整するように行われ、この係数を調整することは、有利には、ＳＡＷ共振器の周波数をＳ５０で調整するように行われてもよい。
【００７１】
より詳細には、単一の反射器電極の反射係数ｒは、次のように表すことができる。
【数１】
2021526750.tif 000003
ここで、ｊは、虚数単位、Ｐｚ（η）は、メタライゼーション比ηに依存する圧電係数であり、Ｋ２は、電気機械結合係数、Ｆｚは、機械的反射係数、ａは、反射格子のメタライゼーション厚さ、λは、ＳＡＷ共振器が動作している波長である。上記の式は通常、
【数２】
2021526750.tif 000004
に対して有効であり、それ以外の場合は、高次の機械的反射係数を考慮する必要がある。圧電係数Ｐｚ（η）は、開放／短絡された反射格子に対して正／負であることが知られている。機械的反射係数ＦｚがＰｚ（η）の大きさに匹敵する場合、反射係数ｒの大幅な変化が、開放されたミラー反射器から短絡されたミラー反射器へ、またはその逆に切り替えることによって引き起こされ得る。機械的反射係数Ｆｚの大きさは、デバイスの製造中およびデバイスの製造に従って設定することができる。これは、溝付きアレイの多層反射器のような反射器材料自体、およびメタライゼーションの厚さａによって達成することができる。反射係数ｒの調整可能性制御により、物理的なキャビティ長ｄと侵入深さ２Ｌｐの合計である実効キャビティ長Ｌｃを調整することが可能になる。共振器モードｆｎは、次のように表され、
【数３】
2021526750.tif 000005
反射係数ｒを制御することによって調整することができる。上記の式で、ｖは、表面弾性波の位相速度、λ０／ｆ０は、共振器が動作する波長／周波数である。（侵入深さの２倍である２Ｌｐが物理的なキャビティ長ｄよりも大きい場合のように）、
【数４】
2021526750.tif 000006
を仮定すると、共振器モードｆｎおよび自由スペクトル範囲（Δｆ＝ｆｎ＋１−ｆｎ）は、｜ｒ｜の関数として線形に調整することができる。すなわち、
ｆｎ＝ｎｆ０｜ｒ｜、Δｆ＝ｆ０｜ｒ｜
【００７２】
したがって、圧電反射格子係数Ｐｚ（η）のバイアス調整可能性を利用して、反射係数ｒを調整することが可能である。
【００７３】
本発明の実施形態では、前記電気インピーダンスを調整する前に、デバイス１〜５は、例えば、本発明の別の態様に関するプロセスＳ１００〜Ｓ１８０（図１０）に従って製造される。製造が完了すると、Ｓ１５で電気インピーダンスの初期値をチェックしたい場合がある。そして、このインピーダンスは、所望の値、例えば、動作においてデバイスに望まれる所定の値に正確に一致するように、その後Ｓ３０〜Ｓ６０で調整されてもよい。Ｓ３０〜Ｓ６０でインピーダンスを調整すると、ステップＳ１５でチェックされるように、通常、初期値から逸脱する新しいインピーダンス値が生じる。
【００７４】
チャネルのインピーダンスは、典型的には、デバイス１〜５の製造後、およびデバイス１〜５の別のデバイスまたは装置への集積後に、例えば、装置の供給前または供給後に、調整される。すなわち、デバイス１〜５は、典型的には、Ｓ１５で前記実際の値をチェックする前に、Ｓ１０でより洗練されたデバイスまたは装置に集積される。しかし、本手法のおかげで、ＳＡＷ共振器１〜５を集積した後、インピーダンスを補正することができる。
【００７５】
例えば、図３、図５、および図６に示すようなＳＡＷ共振器１〜３を量子計算デバイスに集積することができる。その場合、ＳＡＷデバイスは、典型的には、量子計算デバイスの２つの計算回路（すなわち、キュービット）をリンクさせることができる。変形形態では、ＳＡＷ共振器１〜５は、例えば、スピン・ロジック・デバイスのように、例えば、電子ガスを本質的に２次元の領域に閉じ込めるための半導体材料の２つの隣接する層間の界面などの電子閉じ込め層を含む装置に実装することができる。例えば、量子ドット、スピン・キュービット、トラップ・イオン、およびフォトニック・キャビティなどの他の用途が考えられる。
【００７６】
デバイス４、５が図７および図８におけるように２つのゲート制御可能なチャネルを含む場合、各チャネルのインピーダンスは、デバイス１〜５の製造後に、例えば、デバイスを別のデバイスまたは装置に集積した後に、独立に調整することができる。
【００７７】
ここで、図１０を参照して、ＳＡＷ共振器１〜５の製造方法に関する本発明の別の態様を説明する。
【００７８】
Ｓ１００で基板１０が用意される。次いで、ＦＥＴ様の構造がＳ１１０〜Ｓ１４０で処理され、それにより、本構造がゲート制御可能な導電層２０、主オーミック・コンタクト５０、および側部オーミック・コンタクト５５を含むようになる。これは、層２０が主オーミック・コンタクト５０を介して接地に接続可能であるように行われる。次いで、ゲート要素６０は、ゲート要素が導電層２０から電気的に絶縁されるように、Ｓ１５０〜Ｓ１６０で製造された構造上でパターニングされる。反射格子は、Ｓ１６０で、用意された基板１０上で少なくとも部分的にパターニングされる。ステップＳ１６０は、反射格子が複数の電気的に分離されたフィンガ４１、４２を含むように実行され、ここで、各フィンガ４１、４２は、それぞれの側部オーミック・コンタクト５５を介して層２０の側面に接続する。これは、先に説明したように、側部オーミック・コンタクト５５、導電層２０、および主オーミック・コンタクトを介して、前記フィンガから接地まで延在するゲート制御可能なチャネルを画定する。デバイス１〜５の所望の特性と矛盾することなく、ゲート要素６０は、ＳＡＷ共振器の動作において、ゲート制御可能なチャネルの電気インピーダンスを（接地に対してこのゲート要素に電圧バイアスを印加することによって）連続的に調整することができるように、Ｓ１６０でパターニングされる。
【００７９】
本発明の実施形態では、最初にＳ１００で、導電層２０をすでにホスト（ｈｏｓｔ）している圧電基板が用意される。次いで、本構造がメサを形成するようにＳ１３０でパターニングされ、その上にトランジスタが製造される。ステップＳ１３０の前に、ベース（バリア）層１５を層２０上に堆積させることができる。次のステップＳ１４０では、オーミック・コンタクトがメサの上に製造される。場合により、酸化物８０を次の処理ステップＳ１５０で堆積させ、層１５を補完し、バリアを形成することができる。しかしながら、先に説明したように、このステップは、必須ではない。酸化物８０は、圧電基板が導電性バルク層を含む場合は、必要な場合がある。しかしながら、２次元ガスの場合、これは、必要ではないが、酸化物層は依然として漏れ電流を最小化するのに有用である場合がある。Ｓ１５０での酸化物の堆積後、Ｓ１６０でゲートがメサの上に画定される。次いで、Ｓ１７０で反射格子を堆積させ、最後に、Ｓ１８０で、接地面（これは、任意の導電体であってもよい）、給電線（例えば、アルミニウム）、およびＩＤＴがパターニングされる。
【００８０】
これにより、導電層２０をホストする圧電基板１０を含む図３に示すような共振器１を実現することが特に可能になり、ここで、図３、図５〜図８を参照して前述したように、すべての反射器フィンガ４１、４２が互いに電気的に分離され、共通ゲート６０を介して接地に接続される。ゲート・バイアスＵｔｕｎｅを制御することによって、共振器のすべてのフィンガがオーミック・コンタクト５０、５５を介して接地に接続され得て、その結果、反射格子が短絡されることになるか、または接地から電気的に切断され得る（反射格子を開放する）。
【００８１】
上記の状況（短絡および開放された反射器）は、より一般的なケースの特殊なケースであり、ここで、トランジスタのチャネル・インピーダンスは、ゲート・バイアスＵｔｕｎｅによって０Ω（短絡された反射器）から無限大（開放された反射器）まで連続的に制御することができる。
【００８２】
変形形態では、図５に示すようなデバイス２を達成することができ、ここで、各反射器電極は、共通のゲート６０を介して隣接する反射器電極に接続される。バイアスＵｔｕｎｅを制御することによって、トランジスタのチャネル・インピーダンスを０Ω（短絡された反射器）から無限大（開放された反射器）まで連続的に制御することができる。それでも、図３に示す構造は、図５に示すデバイスと比較して、ほぼ間違いなくより簡単であり、通常、より小さなフットプリントを達成することができる。
【００８３】
図６に例示されるように、他の構造設計が可能である。加えて、図３、図５、および図６の設計は、先に説明したように、共振器の奇数から偶数の音響モードをＩＤＴに結合することを可能にするようにさらに修正することができる。これは、特に、共通ゲートを２つの別個のゲート６１、６２に分割することによって達成することができ、これによりさらには、左右の反射器の反射係数を独立して制御することができる（図７、図８）。このような場合、定在音波は、櫛形トランスデューサの位置に応じて空間的にシフトさせることができる。キャビティ内の空間的な定在音響モード・プロファイルがＩＤＴの位置に対して対称である場合、偶数または奇数の音響モードのみがＩＤＴに結合することができ、これは、反射器フィンガの反射係数の符号に依存する。Ｕｔｕｎｅ１≠Ｕｔｕｎｅ２の場合のように、システムの対称性が壊れている場合、空間的な定在音響モード・プロファイルは、ＩＤＴの位置に従ってシフトする。この結果としてスペクトルが修正され、一部の好ましいケースでは、音響奇数モードおよび偶数モードを同時にＩＤＴに結合することができるため、ＩＤＴ帯域幅内のすべてのキャビティ・モードを読み出すことが可能になる。
【００８４】
キャビティを２つの独立したキャビティ（図７、図８の左および右のキャビティ）に完全に分離する高度に反射する櫛形トランスデューサが達成される場合、Ｕｔｕｎｅ１およびＵｔｕｎｅ２を制御することによって、２つの独立したスペクトルを同時に読み取り、修正することができる。
【００８５】
上述したような方法は、集積回路チップあるいは他の電子デバイス、例えば量子コンピュータまたはスピン・ロジック・デバイスなどの製造において使用することができる。本明細書に記載される方法の一部は、集積回路チップの製造において使用することができる。結果として得られる装置は、製造者によって、生の形態、例えば、生ウエハの形態で（すなわち、複数のパッケージされていないチップを有する単一のウエハとして）、ベア・ダイとして、またはパッケージされた形態で配布されてもよい。パッケージされた形態の場合、ＳＡＷ共振器は、例えば、シングル・チップ・パッケージ（マザーボードまたは他のより高レベルのキャリアに取り付けられたリードを有するプラスチック・キャリアなど）に、あるいはマルチチップ・パッケージ（表面配線または埋込み配線のいずれかあるいは両方を有するセラミック・キャリアなど）に実装されたチップ上に集積されてもよい。次いで、いずれの場合も、チップは、（ａ）マザーボードなどの中間製品もしくは（ｂ）最終製品のいずれかの一部として、他のチップ、ディスクリート回路素子、または他の信号処理デバイス、あるいはその組合せとともに集積され得る。最終製品は、ローエンド用途から高度なコンピュータ製品に至るまでの、集積回路チップを含むあらゆる製品であってもよい。
【００８６】
本発明の一例では、表面弾性波（ＳＡＷ）共振器デバイスを動作させる方法が提供され、本方法は、ゲート制御可能な導電層と、インターデジタル・トランスデューサすなわちＩＤＴと、複数の電気的に分離されたフィンガを含む反射格子と、主オーミック・コンタクトと、ゲート要素と、を支持する基板含むＳＡＷ共振器デバイスを用意することであって、導電層およびＩＤＴのそれぞれが接地に接続可能であり、導電層は、主オーミック・コンタクトを介して前記接地に接続されており、一方、前記フィンガのそれぞれは、導電層の側面に電気的に接続され、それにより、導電層および主オームコンタクトを介して前記フィンガから接地まで延在するゲート制御可能なチャネルを画定する、前記用意することと、前記接地に対してゲート要素に電圧バイアスを印加することによって、ゲート制御可能なチャネルの電気インピーダンスを調整することと、を含む。
【００８７】
ゲート制御可能なチャネルの電気インピーダンスは、好ましくは、反射格子の反射係数を調整するように調整される。
【００８８】
前記反射係数は、好ましくは、ＳＡＷ共振器の周波数を調整するように調整される。
【００８９】
本方法は、前記電気インピーダンスを調整することの前に、デバイスを製造することと、前記電気インピーダンスの初期値をチェックし、それによって、前記インピーダンスが、前記初期値から逸脱する所望の値に達するように調整されることと、をさらに含むことができる。
【００９０】
本方法は、前記実際の値をチェックすることの前に、製造されたＳＡＷデバイスを装置に集積することをさらに含むことができる。
【００９１】
前記装置は、好ましくは、量子計算デバイスであり、ここで、ＳＡＷデバイスは、量子計算デバイスの２つの計算回路をリンクさせる。
【００９２】
限られた数の実施形態、変形形態、および添付の図面を参照して本発明を説明してきたが、当業者は、本発明の範囲から逸脱することなく、様々な変更を行うことができ、均等物で代用することができることを理解されよう。特に、所与の実施形態、変形形態に列挙される、または図面に示される特徴（デバイス様または方法様）は、本発明の範囲から逸脱することなく、別の実施形態、変形形態、または図面の別の特徴と組み合わせるか、または置き換えることができる。したがって、上記の実施形態または変形形態のいずれかに関して説明された特徴の様々な組合せが企図されてもよく、それらは添付の特許請求の範囲内に留まる。加えて、本発明の範囲から逸脱することなく、特定の状況または材料を本発明の教示に適合させるために、多くのわずかな変更が行われてもよい。したがって、本発明は、開示された特定の実施形態に限定されず、本発明は、添付の特許請求の範囲内にあるすべての実施形態を含むことが意図されている。加えて、上で明示的に触れたもの以外の多くの他の変形形態を企図することができる。例えば、明示的に引用されたもの以外の他の材料が企図されてもよい。
【図１】
2021526750.tif 000007
【図２】
2021526750.tif 000008
【図３】
2021526750.tif 000009
【図４Ａ】
2021526750.tif 000010
【図４Ｂ】
2021526750.tif 000011
【図４Ｃ】
2021526750.tif 000012
【図４Ｄ】
2021526750.tif 000013
【図４Ｅ】
2021526750.tif 000014
【図４Ｆ】
2021526750.tif 000015
【図５】
2021526750.tif 000016
【図６】
2021526750.tif 000017
【図７】
2021526750.tif 000018
【図８】
2021526750.tif 000019
【図９】
2021526750.tif 000020
【図１０】
2021526750.tif 000021
【国際調査報告】
2021526750.tif 000022
2021526750.tif 000023