(57)【要約】本発明は、弾性波伝搬基板（２０２）と、相互嵌合櫛形電極（２１６）を含む少なくとも１つのトランスデューサ構造（２０４）と、少なくとも１つの反射手段であって、少なくとも１つの反射器（２０６、２０８、２１０）を含む、少なくとも１つの反射手段と、を備える表面弾性波タグデバイスに関し、弾性波伝搬基板（２０２）がベース基板（２２６）及び圧電層（２２４）を含む複合基板（２０２）であり、ベース基板（２２６）に対する圧電層（２２４）の結晶方位が、圧電層（２２４）内部での、弾性波に対応する伝播方向へのせん断波の伝播を可能にするようなものである、ことを特徴とする。本発明は、物理量決定デバイス及びそのような表面弾性波タグデバイス（２００）の製造方法にも関する。【選択図】  図２
2021516906.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
弾性波伝搬基板（２０２、３２４、４２４、５０２、６０４、７００）と、相互嵌合櫛形電極（２１６、２１８、３１６、３１８）を含む、前記基板（２０２、３２４、４２４、５０２、６０４、７００）上に設けられた少なくとも１つのトランスデューサ構造（２０４、３０６、３０８、６１０）と、少なくとも１つの反射手段であって、弾性波の伝搬方向に、前記少なくとも１つのトランスデューサ構造（２０４、３０６、３０８、６１０）に対して距離を置いて配置された少なくとも１つの反射器（２０６、２０８、２１０、３０８、３１０、３１２、６１６、６１８、６２０）を含む、少なくとも１つの反射手段と、
を備える、表面弾性波タグデバイスにおいて、
前記弾性波伝搬基板（２０２、３２４、４２４、５０２、６０４、７００）が、ベース基板（２２６、５０４、６０２、７０４）及び圧電層（２２４、５０６、６００、７０２）を含む複合基板（２０２、３２４、４２４、５０２、６０４、７００）であり、
前記ベース基板（２２６、５０４、６０２、７０４）に対する前記圧電層（２２４、５０６、６００、７０２）の結晶方位が、前記圧電層（２２４、５０６、６００、７０２）内部での、前記弾性波に対応する伝播方向へのせん断波の伝播を可能にするようなものである、
ことを特徴とする、表面弾性波タグデバイス。
【請求項２】
前記圧電層（２２４、５０６、６００、７０２）がタンタル酸リチウムＬｉＴａＯ３又はニオブ酸リチウムＬｉＮｂＯ３である、請求項１に記載の表面弾性波タグデバイス。
【請求項３】
前記圧電層（２２４、５０６、６００、７０２）がニオブ酸リチウムＬｉＮｂＯ３であり、前記ベース基板（２２６、５０６、６００、７０４）に対する前記圧電層（２２４、５０６、６００、７０２）の前記結晶方位が標準規格ＩＥＥＥ  １９４９  Ｓｔｄ−１７６に準拠して（ＹＸＩ）／θであり、θが、１８０°を法として０°〜１００°、特に０°〜５０°、又は１４０°〜１８０°の間に含まれる前記結晶方位の角度である、請求項２に記載の表面弾性波タグデバイス。
【請求項４】
前記圧電層（２２４、５０６、６００、７０２）がタンタル酸リチウムＬｉＴａＯ３であり、前記ベース基板（２２６、５０４、６０２、７０４）に対する前記圧電層（２２４、５０６、６００、７０２）の前記結晶方位が、標準規格ＩＥＥＥ  １９４９  Ｓｔｄ−１７６に準拠して（ＹＸＩ）／θであり、θが、１８０°を法として−３０°〜９０°、特に２０°〜６０°の間に含まれる、さらに特に３６°程度又は４２°程度の前記結晶方位の角度である、請求項２に記載の表面弾性波タグデバイス。
【請求項５】
前記複合基板（２０２、３２４、４２４、５０２、６０４、７００）の前記ベース基板（２２６、５０４、６０２、７０４）がシリコン、ダイヤモンド、サファイア、炭化ケイ素、溶融石英、又は石英結晶のうちの１つである、請求項１〜４のいずれか一項に記載の表面弾性波タグデバイス。
【請求項６】
前記ベース基板（２２６、５０４、６０２、７０４）の少なくとも一部（５１４、６３６）が変形可能である、請求項１〜５のいずれか一項に記載の表面弾性波タグデバイス。
【請求項７】
前記反射手段の前記少なくとも１つの反射器（２０６、２０８、２１０、３０８、３１０、３１２、６１６、６１８、６２０）が１つ又は複数の金属ストリップ（２１２、３２０、６２２）を含み、前記金属ストリップ（２１２、３２０、６２２）が互いに接続される、又は接地されている。請求項１〜６のいずれか一項に記載の表面弾性波タグデバイス。
【請求項８】
少なくとも１つが請求項１〜７のいずれか一項に記載のものである、２つ以上の表面弾性波タグデバイス（２００、３０２、３０４、４０２、４０４、６３８、７１８）を含む物理量決定デバイス。
【請求項９】
前記２つ以上の表面弾性波タグデバイス（２００、３０２、３０４、４０２、４０４、６３８、７１８）の前記トランスデューサ構造（２０４、３０６、４０６、４０８、６１０）に接続された、１つのみのタグアンテナ（２１４、３２２、４２２）をさらに備える、請求項８に記載の物理量決定デバイス。
【請求項１０】
前記表面弾性波タグデバイス（２００、３０２、３０４、４０２、４０４、６３８、７１８）のうちの１つが表面弾性波共振器（４０４）であり、前記表面弾性波タグデバイス（２００、３０２、３０４、４０２、６３８、７１８）のうちの少なくとも１つが請求項１〜７のいずれか一項に記載のものである、請求項８又は９に記載の物理量決定デバイス。
【請求項１１】
前記表面弾性波共振器（４０４）が、前記表面弾性波タグデバイス（２００、３０２、３０４、４０２、４０４、６３８、７１８）のうちの少なくとも１つに対して、それらが２つの異なる表面弾性波伝搬方向を有するように配置されている、請求項１０に記載の物理量決定デバイス。
【請求項１２】
前記表面弾性波共振器（４０４）が、その表面弾性波伝搬方向が、前記圧電層（２２４、５０６、６００、７０２）の結晶軸のうちの１つに平行であり、前記表面弾性波タグデバイス（２００、３０２、３０４、４０２、６３８、７１８）のうちの少なくとも１つの前記表面弾性波伝搬方向と角度ψをなすように、前記表面弾性波タグデバイス（２００、３０２、３０４、４０２、６３８、７１８）のうちの前記少なくとも１つに対して配置されている、請求項１０又は１１に記載の物理量決定デバイス。
【請求項１３】
前記表面弾性波共振器（４０４）がレイリー波を使用するように構成され、前記表面弾性波タグデバイス（２００、３０２、３０４、４０２、６３８、７１８）の少なくとも１つがせん断波を使用するように構成されている、請求項１０〜１２のいずれか一項に記載の物理量決定デバイス。
【請求項１４】
温度及び／又は圧力及び／又は力を測定するように構成され、並びに／或いは識別を可能にするように構成されている、請求項８〜１３のいずれか一項に記載の物理量決定デバイス。
【請求項１５】
ａ）ベース基板上に圧電層を設けるステップと、
ｂ）前記圧電層上にトランスデューサ構造を設けるステップと、
を含み、
ステップａ）において、前記ベース基板に対する前記圧電層の結晶方位が弾性波に対応するせん断波の伝播を可能にするように、前記圧電層が設けられる、
請求項１〜７のいずれか一項に記載の表面弾性波タグデバイスの製造方法。
【請求項１６】
前記ベース基板を薄くするステップをさらに含む、請求項１５に記載の表面弾性波タグデバイスの製造方法。
【請求項１７】
前記ベース基板を薄くする前記ステップが、前記圧電層が取り付けられている表面の反対側の表面の一部を薄くするステップを含む、請求項１６に記載の表面弾性波タグデバイスの製造方法。
【請求項１８】
前記ベース基板を薄くする前記ステップが、エッチング、研削、又は化学機械研磨を含む、請求項１６に記載の表面弾性波タグデバイスの製造方法。
【請求項１９】
前記ベース基板が、半導体オンインシュレータ（ＳＯＩ）基板であり、前記半導体オンインシュレータ（ＳＯＩ）基板の絶縁層が前記ベース基板を薄くする前記ステップに対するエッチストップとして機能する、請求項１６〜１８のいずれか一項に記載の表面弾性波タグ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、ＲＦＩＤ及びセンサ用途のための表面弾性波タグデバイスに関し、より詳細には、表面弾性波タグデバイスのための複合基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
表面弾性波（ＳＡＷ）タグデバイスは、１９８０年代後半から高周波識別デバイス（ＲＦＩＤ）タグとして使用されてきた。最新技術によると、ＳＡＷタグデバイスは、単一のトランスデューサ及びトランスデューサの片側に様々な遅延で配置された一組の反射器、並びにアンテナを有する圧電基板を備える。入射ＲＦ信号は、ＳＡＷタグに取り付けられたアンテナによって捕捉され、ＳＡＷタグをアクティブにし、ＳＡＷタグデバイスの反射応答として再送信される。
【０００３】
この種のデバイスの設計について考慮すべき性能指数は、電気機械結合係数ｋｓ２、動作周波数の温度安定性、及びブラッグ条件での反射器の反射係数である。
【０００４】
ＳＡＷタグデバイスは、（ＹＸＩ）／１２８°によって与えられる結晶方位のバルク圧電ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）の表面を進むレイリー波の使用に依存している。電気機械結合係数ｋｓ２が５〜６％の場合、この構成により、数ｃｍ〜数メートルの距離で遠隔問い合わせすることができる、２．４５ＧＨｚを中心とする周波数帯で動作するＳＡＷタグを生成することが可能になる。
【０００５】
しかし、バルクのニオブ酸リチウムでレイリー波を使用すると、６％を超える電気機械結合係数ｋｓ２を得ることができず、したがって、デバイスに問い合わせることができる距離が制限される。
【０００６】
さらに、ニオブ酸リチウムは、実際には、遅延の温度係数（ＴＣＤ）に対して最小約７０ｐｐｍ／Ｋの強い温度ドリフトを示し、これにより、温度以外の任意の他の物理的パラメータを測定するセンサとして使用することができるアーキテクチャを実現することが困難になる。
【発明の概要】
【０００７】
本発明の目的は、ＲＦＩＤ及びセンサ用途のための、特に温度以外の物理的パラメータを測定するための改善された性能を有する、複合基板上に堆積させた表面弾性波（ＳＡＷ）タグデバイスを提供することによって、前述した欠点を克服することである。
【０００８】
本発明の目的は、弾性波伝搬基板と、相互嵌合櫛形電極を含む、基板上に設けられた少なくとも１つのトランスデューサ構造と、少なくとも１つの反射手段であって、弾性波の伝播方向に、少なくとも１つのトランスデューサ構造に対して距離を置いて配置された少なくとも１つの反射器を含む、少なくとも１つの反射手段と、を備える、表面弾性波タグデバイスによって達成され、弾性波伝播基板がベース基板及び圧電層を含む複合基板であり、ベース基板に対する圧電層の結晶方位が、圧電層内部での、弾性波に対応する伝搬方向へのせん断波の伝搬を可能にするようなものである、ことを特徴とする。
【０００９】
このようなデバイスでは、ベース基板に対する圧電層の相対的な結晶方位に起因して、せん断波が圧電層内を伝播する支配的な波であり、最新技術のＳＡＷタグデバイスのようなレイリー波ではない。せん断波の温度安定性は、提案された複合基板を使用すると、バルクＬｉＮｂＯ３のレイリー波の温度安定性と比較して改善されるため、温度の測定に加えて、力、圧力などの機械的パラメータの測定にＳＡＷタグデバイスの適用を拡張することが可能になる。さらに、考慮される複合基板におけるせん断波モードは、バルクＬｉＮｂＯ３のレイリー波モードと比較して、より強い電気機械結合係数ｋｓ２を呈し、ベース基板に対する圧電層のこのような相対的な結晶方位を使用することにより、約２倍〜約５倍の電気機械結合係数ｋｓ２の増加ももたらされる。したがって、遠隔問い合わせのための距離を増大させたＳＡＷタグデバイスを得ることが可能である。
【００１０】
本発明の変形形態によると、複合基板の圧電層は、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）又はニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）とすることができる。
【００１１】
本発明の変形形態によると、圧電層は、ニオブ酸リチウムＬｉＮｂＯ３であり、ベース基板に対する圧電層の結晶方位は、標準規格ＩＥＥＥ  １９４９  Ｓｔｄ−１７６に準拠して（ＹＸＩ）／θであり、θは、１８０°を法として０°〜１００°、特に０°〜５０°、又は１４０°〜１８０°の間に含まれる結晶方位の角度である。この特定の結晶方位の範囲では、せん断波モードは、圧電層の内部を進み、４０００ｍ／秒以上の高速伝播速度及び約６５ｐｐｍ／Ｋの絶対最大ＴＣＦ値、並びに２０％を超えるｋｓ２値を観察することができる。一般に、せん断波モードは、ＳＡＷタグの動作を可能にするのに十分な大きさの電気機械結合係数ｋｓ２を呈するが、これに対して、（ＹＸＩ）／１２８°の方位に近いカット角度だけがこの目的のためにレイリー波を利用することを可能にする。したがって、［０°〜１００°］及び［１４０°〜１８０°］の範囲のカット角度は、せん断波モードの使用に有利であり、レイリー波は、［１００°〜１８０°］の範囲の任意の結晶カットを使用して利用することができる。
【００１２】
本発明の変形形態によると、圧電層は、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）であり、ベース基板に対する圧電層の結晶方位は、標準規格ＩＥＥＥ  １９４９  Ｓｔｄ−１７６に準拠して（ＹＸＩ）／θであり、θは、１８０°を法として−３０°〜９０°、特に０°〜９０°の間に含まれる結晶方位の角度である。この特定の範囲の結晶方位では、せん断波モードがレイリーモードよりも支配的であり、約４０００ｍ／秒の高速伝播速度と、−２０ｐｐｍ／Ｋ未満に含まれるＴＣＦと、約３％〜１２％のｋｓ２値と、を観察することができる。特に、２０°〜６０°の間に含まれるθの範囲に対して、さらに特に、１８０°を法として、３６°程度又は４２°程度のθに対して、ＴＣＦは、ゼロに近くなり得る。
【００１３】
本発明の変形形態によると、複合基板のベース基板は、シリコンである。圧電層をシリコンに転写するには、圧電ソース基板にイオン注入を使用して転写される層を規定し、ソース基板をシリコン基板に取り付け、熱処理又は機械的処理によって層を転写するスマートカット（ＳｍａｒｔＣｕｔ）（商標）のような大量生産方法を使用することができる。代替として、ダイヤモンド、サファイア、炭化ケイ素、溶融石英、又は石英結晶などのベース基板を使用することができる。複合基板のベース基板は、層状シリコン−絶縁体−シリコン基板に対応するシリコンオンインシュレータ基板（ＳＯＩ）とすることができ、絶縁層は、ＳｉＯ２層とすることができることが好ましい。
【００１４】
本発明の変形形態によると、ベース基板は、シリカとタングステン、又はシリカと窒化ケイ素、又はシリカと窒化アルミニウムなどの交互に並んだ低／高音響インピーダンス層から構成されたブラッグミラーを含むこともできる。ブラッグミラーは、モードの放射された部分を圧電層に向けて反射することができ、デバイス構造に機械的安定性を追加することもできるため、ベース基板に向かうエネルギー損失を減少させる。
【００１５】
本発明の変形形態によると、ベース基板の少なくとも一部は、変形可能であってもよい。したがって、例えば、反射されたせん断波の飛行時間の差につながる圧力又は振動などの、変形から生じる機械的パラメータを測定することができるＳＡＷタグデバイスを有することが可能である。
【００１６】
本発明の変形形態によると、反射手段の少なくとも１つの反射器は、１つ又は複数の金属ストリップを含み、前記金属ストリップは、互いに接続されていてもよく、又は接地に接続されていてもよい。前述したように金属ストリップを接続することにより、モノリシック（ＹＸＩ）／１２８°ＬｉＮｂＯ３上のレイリー波の最先技術の状況とは対照的に、ブラッグ条件での反射器の反射係数が改善される。ブラッグ条件での反射器の反射係数の改善により、結果としてトランスデューサ構造による反射波の検出がより良好になる。したがって、最新技術のＳＡＷタグデバイスと比較して、改善された応答信号を有するＳＡＷタグデバイスを得ることが可能になる。
【００１７】
本発明の変形形態によると、少なくとも１つが前述したようなものである、２つ以上のＳＡＷタグデバイスを備える物理量決定デバイスは、２つ以上のＳＡＷタグデバイスのトランスデューサ構造に接続された、１つのみのタグアンテナをさらに備えることができる。本デバイスは、２つ以上のパラメータを測定することができ、これらのパラメータを１つのアンテナのみを使用して送信することができる。１つのアンテナのみを使用することにより、構造が単純化される。
【００１８】
本発明の変形形態によると、物理量決定デバイスに含まれる２つ以上のＳＡＷタグデバイスのうちの１つのＳＡＷタグデバイスは、表面弾性波共振器とすることができ、ＳＡＷタグデバイスのうちの少なくとも１つは、前述したようなものとすることができる。この物理量決定デバイスでは、ＳＡＷ共振器により、物理パラメータの測定が行われるデバイスの識別が可能になる。ＳＡＷ共振器により識別が可能になり、ＳＡＷタグデバイスのうちの少なくとも１つにより、例えば、温度又は圧力などの物理量の測定が可能になる。
【００１９】
本発明の変形形態によると、物理量決定デバイスの表面弾性波共振器は、物理量決定デバイスの表面弾性波タグデバイスのうちの少なくとも１つに対して、それらが２つの異なる表面弾性波伝播方向を有するように配置することができる。表面弾性波共振器の表面弾性波伝搬方向は、圧電層の結晶軸のうちの１つに平行であり、表面弾性波タグデバイスのうちの少なくとも１つの表面弾性波伝搬方向と角度ψをなすことが好ましい。その結果、角度ψは、表面弾性波共振器が物理量決定デバイスの所望の用途に必要な弾性波のタイプを生成することができるように、選択することができる。どちらのデバイスも、同じタイプの弾性波を使用することができ、両方とも、せん断波であるか、又はレイリー波であるか、或いは圧電層の配向及び選択された伝播方向によって可能になる任意の他のタイプの弾性波である。
【００２０】
本発明の変形形態では、表面弾性波共振器は、レイリー波を使用するように構成することができ、物理量決定デバイスの表面弾性波タグデバイスのうちの少なくとも１つは、せん断波を使用するように構成することができる。したがって、表面弾性波共振器が識別を行うことができ、表面弾性波タグデバイスのうちの少なくとも１つが測定を行うことができる。
【００２１】
本発明の変形形態によると、物理量決定デバイスは、温度及び／又は圧力及び／又は力を測定するように構成され、並びに／或いは識別を可能にするように構成されている。したがって、１つのＳＡＷデバイスにおいて、デバイスの識別を可能にし、デバイスの物理パラメータのうちの１つ又は複数を測定することが可能になる。
【００２２】
本発明の目的は、ａ）ベース基板上に圧電層を設けるステップと、ｂ）圧電層上にトランスデューサ構造を設けるステップと、を含む、ＳＡＷタグデバイスを製造する方法によっても達成され、ステップａ）において、圧電層は、ベース基板に対する圧電層の結晶方位が、弾性波に対応するせん断波の伝播を可能にするようなものであるように設けられる。例えばスマートカット（商標）技術を使用した層転写を用いることができる。
【００２３】
本発明の変形形態によると、上述したＳＡＷタグデバイスの製造方法は、ベース基板を薄くするステップをさらに含む。例えば、ベース基板の薄化は、振動質量又は膜を生み出すことができる。この構成では、ＳＡＷタグデバイスは、力又は変形を測定することができる。
【００２４】
本発明の変形形態によると、ベース基板を薄くするステップは、圧電層が取り付けられている表面の反対側の表面の一部を薄くするステップを含む。したがって、ＳＡＷタグデバイスは、ＳＡＷタグデバイスが変形に対して敏感になるように、ベース基板の薄くなった部分の真上に配置することができる。
【００２５】
本発明の変形形態によると、ベース基板を薄くするステップは、湿式若しくは乾式のエッチング、研削又は化学機械研磨によって行われる。
【００２６】
本発明の変形形態によると、ベース基板は、半導体オンインシュレータ（ＳＯＩ）基板とすることができ、半導体オンインシュレータ（ＳＯＩ）基板の絶縁体層は、ベース基板を薄くするステップに対するエッチストップとして機能することができる。このようなＳＯＩ基板をベース基板として使用することにより、ベース基板の裏面のエッチングされた部分の厚さを正確に制御することが可能になる。
【００２７】
本発明は、添付の図面と併せて以下の説明を参照することによって理解することができ、参照番号は、本発明の特徴を識別している。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】最新技術による表面弾性波タグデバイスを示す図である。
【図２】本発明の第１の実施形態による表面弾性波タグデバイスを示す図である。
【図３ａ】圧電層とベース基板との間に１００ｎｍのＳｉＯ２層を有する、本発明による複合基板を使用する表面弾性波タグデバイスの特性を示す図である。
【図３ｂ】圧電層とベース基板との間に１００ｎｍのＳｉＯ２層を有する、本発明による複合基板を使用する表面弾性波タグデバイスの特性を示す図である。
【図４】本発明による複合基板に対する、Ｘ軸上の結晶方位角度θ及びＹ軸上の伝搬角度ψの関数としてプロットされたビームステアリング効果ηと電気機械結合係数ｋｓ２の値を示す図である。
【図５ａ】本発明の第２の実施形態による２つの表面弾性波タグデバイスを備える物理量決定デバイスを示す図である。
【図５ｂ】本発明による表面弾性波タグデバイス及びＳＡＷ共振器デバイスを備える、本発明の第３の実施形態による物理量決定デバイスを示す図である。
【図５ｃ】本発明の第４の実施形態による２つの表面弾性波タグデバイスを備える物理量決定デバイスを示す図である。
【図６】本発明による表面弾性波タグデバイスを製造するための方法のステップの概略図である。
【図７】本発明の別の実施形態による表面弾性波タグデバイスを製造するための方法のステップの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
図１は、最新技術による表面弾性波タグデバイス１００を示す。
【００３０】
ＳＡＷタグデバイス１００は、トランスデューサ構造１０４を有する基板１０２と、図１に示すような伝播方向Ｘに、トランスデューサ構造１０４の片側に様々な遅延で配置された一組の反射器１０６、１０８、及び１１０と、を備える。これらの反射器１０６、１０８、及び１１０は、１つ又は複数のアルミニウムストリップ１１２を含む。ＳＡＷタグデバイスは、トランスデューサ構造１０４に接続されたアンテナ１１４も備える。
【００３１】
トランスデューサ構造１０４は、それぞれが複数の電極フィンガ１２０、１２２をそれぞれ含む、２つの相互嵌合櫛形電極１１６及び１１８を含む。
【００３２】
トランスデューサ構造１０４が設けられる基板１０２は、図１に示されるように結晶軸Ｘ、Ｙ、及びＺを有する圧電バルク材料である。例として本明細書に記載される圧電バルク材料１０２は、特に結晶カット（ＹＸＩ）／１２８°又はＹＺを有するニオブ酸リチウムＬｉＮｂＯ３であってもよい。
【００３３】
反射器に基づくＳＡＷタグデバイス１００の動作原理が図１に概略的に示されている。遠隔読み取り器１２４は、トランスデューサ構造１０４に直接接続されたタグアンテナ１１４によって受信される電磁要求パルス１２６を放射する。トランスデューサ構造１０４は、電磁信号１２６を表面弾性レイリー波１２８に変換し、この表面弾性レイリー波１２８が、図１に示される圧電材料１０２の結晶方向Ｘに沿って、基板１０２の表面に沿って伝搬する。
【００３４】
次いで、表面弾性波１２８は、基板１０２上のトランスデューサ構造１０４から所定の位置に配置された反射器１０６、１０８、及び１１０によって部分的に反射１３０、１３４、１３８され、部分的に透過１３２、１３６される。トランスデューサ構造１０４に戻る反射された表面弾性波１３０、１３４、及び１３８は、反射器１０６、１０８、１１０の位置に基づいたコードを担持する。この符号化方法は、反射パルスの時間遅延に基づいている。反射された表面弾性波１３０、１３４、及び１３８がトランスデューサ構造１０４に戻ると、音響信号は、電気的形態に再変換され、タグアンテナ１１４によって再送信される。次いで、応答信号が読み取り器１２４によって検出され、復号化される。
【００３５】
ＳＡＷタグデバイスは、圧電材料の結晶方向Ｘの伝播方向に伝播する表面弾性波としてレイリー波を使用する。
【００３６】
ＳＡＷタグデバイスは、遠隔問い合わせすることができるセンサとして使用され、物理量の無線測定を提供する。この物理量が何であれ、絶対物理量の測定を保証するために、又はセンサに影響を与える相関する外部摂動を抑制するために、差動測定を実施するのが好ましい。
【００３７】
多くの環境パラメータの変化に対するＳＡＷセンサの感度のために、センサにおいてある種の基準信号又はセンサシステムにおいて１つ若しくは複数の基準デバイスを使用するのが通例であった。
【００３８】
ＳＡＷタグデバイスの熱ドリフトは、数１０ｐｐｍ／Ｋであるため、ＳＡＷタグデバイスを使用して力、圧力などの機械的パラメータを測定する場合、ＳＡＷタグデバイスによってアクセス可能な全体の測定値からこの大きさを減算するために、温度を測定する必要がある。
【００３９】
図２は、本発明による表面弾性波タグデバイスを示す。
【００４０】
ＳＡＷタグデバイス２００は、トランスデューサ構造２０４、特に１つトランスデューサ構造のみを有する基板２０２と、図２に示すように伝播方向Ｘに、トランスデューサ構造２０４の片側に、様々な遅延で配置された一組の反射器２０６、２０８、及び２１０と、を備える。これらの反射器２０６、２０８、及び２１０は、通常、１つ又は複数の金属ストリップ２１２、例えば、アルミニウムストリップを含む。ＳＡＷタグデバイス２００は、トランスデューサ構造２０４に接続されたアンテナ２１４も備える。
【００４１】
変形形態では、反射器２０６、２０８、及び２１０は、トランスデューサ構造２０４の両側に配置することもできる。別の変形形態では、反射器の組は、より多い又はより少ない反射器を含み、各反射器は、より多い又はより少ない金属ストリップ２１２を有することができる。
【００４２】
本発明の変形形態では、反射器の金属ストリップ２１２は、互いに接続されていても、及び／又は短絡されていてもよい。これにより、モノリシック（ＹＸＩ）／１２８°ＬｉＮｂＯ３上のレイリー波の最新技術の状況とは対照的に、ブラッグ条件での反射器の反射係数の改善がもたらされる。ブラッグ条件では、電気的及び機械的負荷に起因する反射波は、ブラッグ条件での反射器の反射係数の改善により、結果としてトランスデューサ構造２０４による反射波の検出がより良好になるように同相である。
【００４３】
トランスデューサ構造２０４は、それぞれが複数の電極フィンガ２２０、２２２をそれぞれ含む２つの相互嵌合櫛形電極２１６及び２１８を含む。
【００４４】
従来技術とは対照的に、トランスデューサ構造２０４が設けられる基板２０２は、複合基板である。複合基板２０２は、ベース基板２２６の上に形成された結晶軸Ｘ、Ｙ、及びＺを有する圧電材料２２４の層を含む。
【００４５】
本実施形態の圧電層２２４は、ニオブ酸リチウムＬｉＮｂＯ３、好ましくは、標準規格ＩＥＥＥ  １９４９  Ｓｔｄ−１７６に準拠して（ＹＸＩ）／θとして定義されるベース基板に対する結晶方位を有し、０°＜θ＜１００°又は１４０°＜θ＜１８０°のＬｉＮｂＯ３であり、又はタンタル酸リチウムＬｉＴａＯ３、好ましくは、標準規格ＩＥＥＥ  １９４９  ＳＴＤ−１７６に準拠して（ＹＸＩ）／θとして定義されるベース基板に対する結晶方位を有し、θが３０°〜９０°であるＬｉＴａＯ３である。圧電層２２４は、好ましくは単結晶である。
【００４６】
ベース基板２２６上に形成された圧電層２２４の厚さは、１波長λ以下のオーダであり、特に約２μｍ以下、特にλ／４、さらに特にλ／１０のオーダである。ここで、１波長λは、ブラッグ条件に対して定義されるように、トランスデューサ構造２０４の機械的周期の２倍である。ベース基板２２６の厚さｔは、その熱膨張を圧電層２２４に課し（ｉｍｐｏｓｅ）、温度変化に対するトランスデューサの感度を低下させるように、圧電層２２４の厚さよりも大きくなければならない。好ましい状況は、圧電層２２４の厚さよりも少なくとも１０倍、特に５０１００倍大きいベース基板２２６の厚さに相当し、これは、２５０〜５００μｍに等しいベース基板の厚さに相当する。
【００４７】
本発明の第１の実施形態で使用されるベース基板２２６は、シリコン基板である。シリコン基板の配向は、例えば（１１０）、（１１１）、又は（００１）などの他の結晶方位と比較して弾性波伝搬速度がより高いために、好ましくは（１００）であるが、これらの他の結晶方位も使用することができる。Ｓｉの温度膨張係数は、２．６ｐｐｍ／℃近辺にあるため、ＳＡＷタグデバイスの組み合わされた温度膨張係数は、一般に、圧電層２２４の厚さ及び接合界面２２８における応力レベルに応じて、２．６ｐｐｍ／℃から、使用される圧電材料２２４の温度膨張係数までの範囲内にある。複合基板２０２の温度膨張係数を効果的に低下させることにより、トランスデューサ構造２０４の周波数の温度係数（ＴＣＦ）の低下がもたらされる。圧電層２２４の熱膨張よりも小さく、最大で１０倍小さい、又はそれ以上に小さい熱膨張を呈し、したがって、全体的な複合熱膨張を課し、ＴＣＦの低減と同様に最適なＴＣＦ制御をもたらすベース基板２２６を使用することも有利である。
【００４８】
前述したように、ベース基板２２６に異なる材料を使用することによって、設計の柔軟性を向上させることができる。シリコンの代わりに、ダイヤモンド、サファイア、炭化ケイ素、窒化アルミニウム、溶融石英、又は石英結晶などの高い弾性波伝搬速度を有する他の基板材料、より一般的には、４５００ｍ／秒以上の低速せん断バルク波速度（ＳＳＢＷ速度）を呈する任意の材料を選択することができる。低速せん断バルク波速度は、ベース基板の配向に敏感であり、例えば、（１１１）シリコンに対しては、その速度は、約４５００ｍ／秒であるのに対し、（１００）シリコンに対しては、その速度は、約５７００ｍ／秒である。
【００４９】
また、シリコンよりも熱膨張が小さい材料、すなわち、例えば、一部のアモルファス石英組成物、又はパイレックスガラス、又はマイカ、又は炭化ケイ素は、結果として得られるデバイスのＴＣＦを制御するためのベース基板として有利に使用することができる。
【００５０】
本発明の変形形態では、ベース基板は、圧電材料の最上層の近くにトラップリッチ層をさらに含むことができ、前記トラップリッチ層は、ベース基板の絶縁性能を改善し、例えば、多結晶シリコン、アモルファスシリコン、又は多孔質シリコンなどの、多結晶材料、アモルファス材料、又は多孔質材料のうちの少なくとも１つによって形成することができるが、本発明は、そのような材料に限定されない。
【００５１】
変形形態では、ベース基板は、半導体オンインシュレータ（ＳＯＩ）基板であってもよい。シリコンオンインシュレータ基板（ＳＯＩ）は、層状シリコン−絶縁体−シリコン基板に相当する。絶縁層は、ＳｉＯ２層とすることができる。
【００５２】
本実施形態では、圧電材料層２２４のベース基板２２６への取り付けを改善するために、圧電層２２４とベース基板２２６との間の表面２２８に薄いＳｉＯ２層２３０が設けられている。ＳｉＯ２層２３０は、１００ｎｍの厚さであるが、変形形態では、ＳｉＯ２層２３０の厚さは、変化してもよく、１００ｎｍよりも厚くても薄くてもよく、特に１０ｎｍ〜６μｍの間で変化してもよい。誘電体ＳｉＯ２層２３０の存在は、電気化学結合係数ｋｓ２、複合基板２０２の温度安定性、並びに波の位相速度を変更することができる。この影響は、層の厚さに依存し、例えば、ＳｉＯ２層の厚さを増加させると、波の位相速度が低下する。したがって、ＳｉＯ２層２３０の厚さは、ＳＡＷタグデバイスの所望の用途にとって必要な電気化学結合係数ｋｓ２、複合基板２０２の温度安定性、及び波の位相速度を得るために、複合基板２０２の特性を最適化するパラメータを表す。
【００５３】
１％〜２５％以上の強い結合と、周波数の温度係数ＴＣＦが異なる材料の組合せによる温度安定性と、高い弾性波伝搬速度と、の組合せを有する複合基板２０２により、ＳＡＷタグデバイス２００の性能が向上する。
【００５４】
さらに、本実施形態では、そして本発明によると、ベース基板２２６に対する圧電材料層２２４の相対的な結晶方位に起因して、せん断波が圧電層２２４の結晶方向Ｘに伝播する支配的な波であり、最新技術のＳＡＷタグデバイスのようなレイリー波ではない。複合基板２０２上のせん断波の温度安定性は、モノリシック（ＹＸＩ）／１２８°ＬｉＮｂＯ３上のレイリー波の温度安定性よりも優れているため、温度の測定に加えて、力、圧力などの機械的パラメータの測定にＳＡＷタグデバイスの適用を拡張することが可能になる。
【００５５】
さらに、ＬｉＴａＯ３層に基づく複合基板上のせん断波モードは、５．８％程度の電気機械結合係数ｋｓ２を有するモノリシック（ＹＸＩ）／１２８°ＬｉＮｂＯ３のレイリー波モードと比較して、１０％を超えるより強い電気機械結合係数ｋｓ２を呈することができる。例えば、圧電材料層としてベース基板に対してＬｉＴａＯ３（ＹＸＩ）／４２°の結晶方位を使用すると、１１．３％程度のより強い電気機械結合係数ｋｓ２が達成され、電気機械結合係数ｋｓ２が約２倍増加することになる。ＬｉＮｂＯ３ベースの複合ウエハについては、２０％を超える電気機械結合係数ｋｓ２を達成することでき、したがって約５倍の電気機械結合の増加を達成することができる。電気機械結合のこの増加により、遠隔問い合わせの距離が増加したＳＡＷタグデバイスがもたらされる。
【００５６】
最後に、本発明による複合基板上のせん断波モードは、モノリシック（ＹＸＩ）／１２８°ＬｉＮｂＯ３上のレイリー波モードよりも約５〜１０％速い、４０００ｍ／秒を上回る又はそれに類似した速度で伝播し、これは、モノリシック（ＹＸＩ）／１２８°ＬｉＮｂＯ３ではなく、ＬｉＴａＯ３／シリコンベース基板の複合基板を使用すると、所与の周波数、例えば２．４５ＧＨｚの場合、ＳＡＷタグデバイスの電極フィンガの幅がより大きくなるため、技術的な製造上の観点から有利である。
【００５７】
図３ａ及び図３ｂは、シリコンベース基板、厚さ１００ｎｍのＳｉＯ２誘電体層、及び厚さ５００ｎｍの圧電層を有する複合基板のレイリーモード並びに純粋なせん断波モードの分散曲線を示す。
【００５８】
図３ａの場合、圧電材料としてＬｉＮｂＯ３が使用されているが、図３ｂについては、ＬｉＴａＯ３が使用されている。動作周波数は、２．４５ＧＨｚである。
【００５９】
図３ａ及び図３ｂは、それぞれ、せん断モード及びレイリーモードの両方について、左のＹ軸にガイド波の位相速度（ｍ／秒）を、右のＹ軸に電気機械結合係数ｋｓ２（％）及びＴＣＦ（ｐｐｍ／Ｋ）の値を、Ｘ軸のベース基板に対する圧電層のカットの回転角度θの関数としてプロットしている。
【００６０】
図３ａからわかるように、ニオブ酸リチウムの場合、実質的にすべてのせん断モードは、ＳＡＷタグデバイスの用途に適した電気機械結合係数ｋｓ２の値を有している。ニオブ酸リチウムを用いたせん断波を使用するための好ましい構成は、５０〜６５ｐｐｍ／Ｋの間に含まれるＴＣＦの最大絶対値、すなわち、５０ｐｐｍ／Ｋを超えるＴＣＤを利用するために、０°〜１００°又は１４０°〜１８０°のカット角度に対応する。基本的な対称性の理由から、波の特性は、角度θ（Ｘ軸の周りの回転）に対して１８０°ごとに同一であることがわかることに留意されたい。実際、ＳＡＷタグデバイスの動作は、これらの構成の最大電気機械結合係数ｋｓ２が２０％よりも大きいことを考えると、０°〜＋５０°の角度θで使用する必要がある。
【００６１】
圧電材料のＸ結晶軸方向に沿ったせん断波の伝播軸の使用は、せん断波に対して、電気機械結合係数ｋｓ２が最大になるため、好ましいが、レイリー波に対しては、このような構成では、波面方向とエネルギー方向との差であるビームステアリング効果が発生しない。しかしながら、対応する電気機械結合係数ｋｓ２が５％を超え、特に３％以上であることを条件として、他の伝搬方向は、ＳＡＷタグ用途に依然として使用可能である。
【００６２】
図３ｂからわかるように、タンタル酸リチウムのレイリーモードは、３％を超える電気機械結合係数ｋｓ２に達していない。一方、電気機械結合係数ｋｓ２が３％〜１２％の場合、純粋なせん断波は、１８０°を法として角度範囲−３０°／＋９０°で利用可能である。
【００６３】
さらに、角度範囲０°〜＋９０°では、２０ｐｐｍ／Ｋ未満のＴＣＦの絶対値が達成され、これは、圧力や、応力の組合せ（トルク、加速度、力、振動など）を含む任意のパラメータなどの、温度とは異なる物理的パラメータの測定に適した値である。これらの結晶カット構成は、温度に関連しないあらゆる用途に特に有利であると思われる。
【００６４】
θが２０°〜６０°の間に含まれ、特にθが３６°に等しく、したがって（ＹＸＩ）／３６°カットのタンタル酸リチウムの（ＹＸＩｔ）／θカットについては、ＴＣＦは、ゼロに近いことが、さらにわかる。
【００６５】
さらに、ＴＣＦは、角度範囲−３０°／０°において温度の測定に適合していることがわかる。
【００６６】
タンタル酸リチウムは、−５０〜＋５ｐｐｍ／Ｋの「調整可能な」温度感度をさらに呈し、その自由度を利用することができる。ニオブ酸リチウムは、これとは対照的に、絶対値で５０ｐｐｍ／Ｋを超えるＴＣＦを示す。
【００６７】
熱の影響を受けにくい、又は影響さえ受けない基板にアクセスすることができるという事実により、物理量、特に機械的特性を簡単かつ効率的な方法で測定することができる。センサが熱の影響を受けない場合、機械的特性の測定において熱変動によって引き起こされる干渉が低減する。したがって、図１のような最新技術によるＳＡＷセンサを使用する場合のように、関心のある機械的特性の測定値を取得することが、より簡単かつより効率的になる。
【００６８】
図４は、ＳｉＯ２オンシリコン基板上のタンタル酸リチウムについて、ビームステアリング効果η及び電気機械結合係数ｋｓ２の値を、Ｘ軸にプロットされた結晶方位の角度θ及びＹ軸にプロットされた伝播角度ψの関数として示す。
【００６９】
スカラー機械的変位場を呈するせん断波については、任意の伝播方向を考慮することができる。しかしながら、Ｘ軸などの結晶方向に沿って伝播するとすぐに、せん断場とサジタル変位場との間の混合を示すビームステアリングが生じる。それにもかかわらず、ゼロビームステアリング角とともに３％を超える電気機械結合係数ｋｓ２を達成することができる結晶カットファミリが存在する。
【００７０】
図４によると、この結晶方位領域は、（ＹＸｗＩｔ）／Φ／θ／ψによって定義され、Φ＝０°、８０°＜θ＜１５０°、５０°＜ψ＜８０°である。この領域では、結合係数は、ゼロに近いか又は等しいビームステアリング角で、７．０％を超えることがある。
【００７１】
せん断波に対しては、Ｘ軸に沿った伝播方向を使用して、電気機械結合係数ｋｓ２を最大化することができる。
【００７２】
図５ａは、本発明の第２の実施形態による２つの表面弾性波タグデバイスを備える物理量決定デバイスを示す。
【００７３】
図５ａに示す物理量決定デバイス３００は、本発明による２つの表面弾性波タグデバイス３０２及び３０４を備える。物理量決定デバイス３００は、様々な物理パラメータ、例えば、温度及び圧力を測定することができるマルチ物理センサに相当する。
【００７４】
変形形態では、物理量決定デバイス３００は、本発明による３つ以上の表面弾性波タグデバイスを備えることができる。
【００７５】
２つの表面弾性波タグデバイス３０２及び３０４のそれぞれは、トランスデューサ構造３０６と、図５ａに示すように、伝播方向Ｘにトランスデューサ構造３０６の片側に様々な遅延で配置された一組の反射器３０８、３１０、及び３１２と、を含む。反射器３０８、３１０、及び３１２は、トランスデューサ構造３０６の両側に配置することもできる。トランスデューサ構造３０６は、それぞれが複数の電極フィンガ３１８を含む２つの相互嵌合櫛形電極３１４及び３１６を備える。反射器３０８、３１０、及び３１２は、通常、１つ又は数個の金属ストリップ３２０を含む。
【００７６】
ＳＡＷタグデバイスは、トランスデューサ構造３０６に接続されたアンテナ３２２も備える。本実施形態では、アンテナ３２２は、２つのＳＡＷタグデバイス３０２、３０４の両方のトランスデューサ構造３０６に実際に接続している。本発明の一態様によると、いくつのＳＡＷタグデバイス３０２、３０４が使用されるかとは無関係に、１つのアンテナ３２２のみが使用される。本発明の他の一態様によると、各ＳＡＷタグデバイスは、問い合わせ距離を有利にするために、それ自体のアンテナに結合されてもよい。
【００７７】
本実施形態では、２つの表面弾性波タグデバイス３０２及び３０４は、互いに接続されている。接続は、直列又は並列のいずれかとすることができる。変形形態では、それらは、互いに接続されていなくてもよい。
【００７８】
本実施形態では、２つの表面弾性波タグデバイス３０２及び３０４は、同じ構造を有し、これは、それらのトランスデューサ構造３０６、反射器３０８、３１０、及び３１２、並びにそれらの設計が同じ寸法を有することを意味する。本実施形態の変形形態では、これらは、意図された用途に適合するように異なる寸法を有することもできる。
【００７９】
トランスデューサ構造３０６、並びに反射器３０８、３１０、及び３１２が設けられている基板３２４は、第１の実施形態の複合基板２０２と同じであり、したがって、その特徴については再び詳細に説明しないが、その説明については上記を参照されたい。
【００８０】
本実施形態では、２つの表面弾性波タグデバイス３０２及び３０４は両方とも、温度又は機械的量などの物理量をそれぞれ決定するためのセンサとして使用することができる。
【００８１】
物理量決定デバイス３００では、ベース基板２２６に対する圧電層２２４の相対的な結晶方位に起因して、せん断波が圧電層２２４内を伝播する支配的な波である。せん断波の温度安定性は、従来技術のデバイスで使用されるようなレイリー表面波の温度安定性よりも優れているため、ＳＡＷタグデバイスの適用を、温度以外のパラメータ、特に力、圧力などの機械的パラメータの測定に拡張することが可能になる。
【００８２】
さらに、例えば、複合基板上のＬｉＴａＯ３（ＹＸＩ）／４２°上でせん断波を使用した場合、得られる電気機械結合係数ｋｓ２は、約１１．３％であり、これは、モノリシック（ＹＸＩ）／１２８°のＬｉＮｂＯ３上でレイリー波を使用した場合の約２倍の大きさに相当し、これらの最新技術のデバイスでは５．８％程度の電気機械結合係数ｋｓ２が得られている。ＬｉＮｂＯ３ベースの複合ウエハに対しては、角度θが［０°〜５０°］の範囲で定義される（ＹＸＩ）／θのＬｉＮｂＯ３カットを考慮すると、２０％を超える電気機械結合係数ｋｓ２を達成することができ、これは、上述したような最新技術のデバイスの約５倍の大きさに相当する。この結果、両方のＳＡＷタグデバイスを１つのアンテナのみに結合させることが可能になり、これは、上述したレイリー波を使用している場合には、少なくとも極めて不利である。実際、レイリー波の場合、結合係数が低いため、エネルギー損失が大きくなる。したがって、物理量決定デバイス３００の設計は、より簡単になり、その適用可能性を拡張する。
【００８３】
図５ｂは、本発明の第３の実施形態による、２つの表面弾性波タグデバイスを備える物理量決定デバイスを示し、それらのうちの少なくとも１つが本発明によるものである。
【００８４】
図５ｂに示す物理量決定デバイス４００は、第２の実施形態の物理量決定デバイス３００と同様に、２つの表面弾性波タグデバイス４０２及び４０４を備え、相違点は、表面弾性波タグデバイス４０２の一方をセンサとして使用することができ、もう一方の表面弾性波タグデバイス４０４を識別のために使用することができるということである。したがって、物理量決定デバイス４００は、１つの基板４２４のみを使用して、識別及び測定活動の両方を提供することができる。
【００８５】
物理量決定デバイス４００の基板４２４は、第１の実施形態の複合基板２０２と同じであり、したがって、その特徴については再度詳細に説明しないが、その説明については上記を参照されたい。
【００８６】
変形形態では、物理量決定デバイス４００は、本発明による３つ以上の表面弾性波タグデバイスを備えることができ、それらのうちの１つは、識別のために使用され、他は、センサとして使用される。
【００８７】
ＳＡＷタグデバイス４０４又は共振器が識別を可能にし、ＳＡＷタグデバイス４０２が物理量、例えば温度の測定を可能にする。ＳＡＷ共振器は、一般に、共振周波数を測定パラメータとして使用するが、ＳＡＷタグセンサは、遅延線の時間遅延又は圧縮された信号応答を、測定量を示すためのパラメータとして使用する。
【００８８】
ＳＡＷタグデバイス４０２及びＳＡＷ共振器４０４は、異なる周波数で、例えば、ＳＡＷタグデバイスに対しては２．４５ＧＨｚ、及びＳＡＷ共振器デバイスに対しては４３４又は８６６ＭＨｚで動作することができる。共振器及び遅延は、原理的に同じ性能指数を必要としないため、両方のデバイスは、同じベース基板２２６上に作製することができ、異なるタイプのモードを使用することができる。例えば、ＳＡＷタグデバイス４０２は、６％を超える電気機械結合係数ｋｓ２を有するせん断波を使用することができ、一方、ＳＡＷ共振器デバイス４０４は、０．１〜０．５％の範囲の電気機械結合係数を有するレイリー波を使用することができる。２つのＳＡＷデバイス４０２、４０４は、図４ｂに示すように、特定の伝播方向、例えば、ＳＡＷタグデバイス４０２に対してはＬｉＴａＯ３（ＹＸＩ）／４２°、及びＳＡＷ共振器デバイス４０４のレイリー波に対してはＬｉＴａＯ３（ＹＸＩｔ）／４２°／９０°を利用することができる。
【００８９】
本実施形態では、ＳＡＷタグデバイス４０２及びＳＡＷ共振器デバイス４０４は、異なる構造を有し、これは、それらのトランスデューサ構造４０６、４０８それぞれと、反射器４１０、４１２、及び４１４とが、異なる設計及び／又は寸法を有することを意味する。本実施形態の変形形態では、これらは、意図された用途に適合するように同じ寸法及び／又は設計を有することもできる。
【００９０】
本実施形態では、トランスデューサ構造４０６、４０８、並びに反射器４１０、４１２、及び４１４は、第２の実施形態のトランスデューサ構造３０６、並びに反射器３１０、３１２及び３１４と同じ特徴、すなわち、相互嵌合櫛形電極３１４及び３１６、電極フィンガ３１８、並びに金属ストリップ３２０を有し、より詳細についてはそれらの上記の説明を参照されたい。
【００９１】
図５ｂでは、ＳＡＷタグデバイス４０２の弾性波の伝搬方向は、複合基板４２４の圧電層２２４の結晶方向Ｘに沿っており、一方、ＳＡＷ共振器デバイス４０４の弾性波の伝搬方向は、圧電層２２４の結晶方向Ｘと比較して角度ψだけ回転している。標準規格ＩＥＥＥ  １９４９  Ｓｔｄ−１７６に準拠して、複合基板４２４の圧電層２２４のカットは、ＳＡＷタグデバイス４０２に対しては（ＹＸＩ）／θ、及びＳＡＷ共振デバイス４０４に対しては（ＹＸＩｔ）／θ／ψとして定義される。
【００９２】
図５ｂでは、角度ψは、９０°の値を有するが、本実施形態の変形形態では、用途に必要なＳＡＷ共振器デバイス４０４によって生成される弾性波のタイプに応じて、ψの別の値を使用することができる。
【００９３】
図５ｂでは、９０°の角度ψは、ＳＡＷタグデバイス４０２がせん断波を使用し、一方、ＳＡＷ共振器デバイス４０４がレイリー波を使用するという結果をもたらす。本実施形態の変形形態では、ＳＡＷタグ４０２及び共振器４０４デバイスは両方とも、同じタイプの弾性波を使用することができ、両方ともせん断波であるか、又はレイリー波であるか、又は選択された圧電層２２４の配向によって可能になる任意の他のタイプの弾性波である。
【００９４】
ＳＡＷ共振器デバイス４０４がＳＡＷタグデバイス４０２に対して９０°の角度ψで配置されているということは、ＳＡＷ共振器デバイス４０２のトランスデューサ構造４０６、並びに反射器４１０、４１２、及び４１４も、ＳＡＷ共振器デバイス４０４のトランスデューサ構造４０８、並びに反射器４１０、４１２、及び４１４に対して９０°の角度ψで配置されていることを意味する。
【００９５】
ＳＡＷタグデバイス４０２及びＳＡＷ共振器デバイス４０４は、同じアンテナ４２２に接続されている。本実施形態の変形形態では、各ＳＡＷデバイス４０２、４０４は、それ自体のアンテナを有することができる。
【００９６】
ＳＡＷタグデバイス４０２とＳＡＷ共振器デバイス４０４も互いに接続されている。接続は、共振器がＳＡＷタグよりも低い周波数で動作すると仮定すると、高周波での共振器の寄与に依存する。この場合、ＳＡＷタグデバイスは、共振器の純粋なコンデンサとして振る舞い、並列又は直列に接続することができるが、最も好ましくは直列であり、そうでなければ、共振器の容量よりも本質的にはるかに大きいＳＡＷタグデバイスの容量が、共振器の電気機械結合を無効にすることになる。
【００９７】
各ＳＡＷデバイス４０２、４０４がそれ自体のアンテナを有する変形形態では、ＳＡＷタグデバイス４０２及びＳＡＷ共振器デバイス４０４は、それらが同じ帯域／周波数動作を共有しないため、独立して機能することもできる。
【００９８】
図５ｂでは、デバイスは両方とも同じ圧電材料２２４上に作製されているが、本実施形態の変形形態では、ＳＡＷタグデバイス４０２は、第１の圧電材料を含むことができ、ＳＡＷ共振器デバイス４０４は、第２の圧電材料を含むことができ、第１及び第２の圧電材料は両方とも、同じベース基板２２６の上にある。
【００９９】
図５ｃは、本発明の第４の実施形態による２つの表面弾性波タグデバイスを備える物理量決定デバイスを示す。
【０１００】
図５ｃに示す物理量決定デバイス５００は、第２の実施形態の物理量決定デバイス３００と同様に、２つの表面弾性波タグデバイス３０２及び３０４を備えており、したがって、その特徴については再び詳細に説明しないが、その説明については上記を参照されたい。
【０１０１】
変形形態では、物理量決定デバイス５００は、本発明による３つ以上の表面弾性波タグデバイスを備えることができる。
【０１０２】
トランスデューサ構造３０６、並びに反射器３０８、３１０、及び３１２が設けられている物理量決定デバイス５００の基板５０２は、第１の実施形態の複合基板２０２と同じであり、したがって、その特徴については再び詳細に説明しないが、その説明については上記を参照されたい。
【０１０３】
物理量決定デバイス５００は、物理量決定デバイス５００の側断面図において、図５ｃに示すように、ベース基板５０４をくり抜いて、表面弾性波タグデバイスの一方の下に特定の厚さの材料のみを残すように、物理量決定デバイス５００の複合基板５０２のベース基板５０４を部分的に薄くすることができるという点で、第２実施形態の物理量決定デバイス３００とは異なる。
【０１０４】
圧電材料５０６及びベース基板５０４に応じて、ベース基板５０４は、図５ｃに示すように、その表面５０８の薄化プロセスによってくり抜かれ、ＳＡＷタグデバイス３０４の下に厚さｔ２のベース基板５０４のみを残すことができる。図５ｃでは、ベース基板５０４の表面５０８は、ＳｉＯ２層５１２を介して圧電材料５０６がベース基板５０４に取り付けられている表面５１０の反対側の表面である。この種のアーキテクチャを使用して、温度変動を補償することができ、したがってデバイスの温度に対する感度を下げることができる。
【０１０５】
さらに、シリコンベース基板５０４を、その表面５０８で薄くすることができるという事実により、ベース基板５０４の領域５１４の結果として生じる厚さを、振動、圧力などに反応するのに十分に薄くすることができるため、シリコンベース基板５０４の領域５１４を変形可能にすることができる。
【０１０６】
領域５１４は、圧電層５０６の上に設けられた２つの表面弾性波タグデバイス３０２又は３０４の一方の下に位置する。図５ｃでは、ベース基板５０４の薄化領域５１４は、表面弾性波タグデバイス３０２の下にのみ位置している。
【０１０７】
変形形態では、薄化領域５１４は、２つの反射器の間、すなわち、３０８と３１０との間、最終的には３１０と３１２との間のベース基板５２４に配置することもできる。
【０１０８】
したがって、ＳＡＷタグデバイス３０２の下のベース基板５０４の薄化領域５１４の存在により、ＳＡＷタグデバイス３０２を、圧力、振動などの機械的パラメータを測定するために使用することができる。ベース基板５０４の薄化領域５１４の振動又は圧力の変化は、反射器によって反射されるモードの時間遅延の変動につながる。時間遅延のこれらの変動は、ＳＡＷタグデバイス３０２のトランスデューサ構造によって検出され、振動又は圧力パラメータを測定することを可能にする。
【０１０９】
変形形態によると、ベース基板の表面の薄化は、物理量測定デバイスのセンサとして機能するＳＡＷタグデバイスのそれぞれの下で行うことができる。図４ｂに示すような物理量測定デバイスの構成も利用することができる。
【０１１０】
図６は、図５ｃに示すような、本発明による表面弾性波タグデバイスを製造するための方法のステップの概略図を示す。
【０１１１】
本方法は、複合基板６０４を形成するためにベース基板６０２上に厚さｔを有する圧電層６００を設けるステップａ）を含む。
【０１１２】
本発明による複合基板６０４を実現するために、プロセスのステップａ）において、ベース基板６０２が用意される。ベース基板６０２は、シリコンベース基板、或いはダイヤモンド、サファイア、炭化シリコン、窒化アルミニウム、溶融石英、又は石英結晶などの、高い弾性波伝搬速度を有する任意の他の基板材料である。
【０１１３】
圧電層６００は、単結晶ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）又はタンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）のいずれかである。ベース基板６０２上に形成された圧電層６００の厚さｔは、波長λのオーダであり、特に波長よりも小さく、例えばλ／４、又はさらにλ／１０、さらに特に０．５μｍである。
【０１１４】
複合基板６０２では、ステップａ）に示すように、圧電層６００は、圧電層６００が、ベース基板６０２に対して、弾性波に対応するせん断波の伝播を可能にするような結晶方位を有するように設けられている。
【０１１５】
圧電材料層６００がニオブ酸リチウムＬｉＮｂＯ３である場合、ベース基板６０２に対する圧電材料ＬｉＮｂＯ３の結晶方位は、標準規格ＩＥＥＥ  １９４９  ＳＴＤ−１７６に準拠して（ＹＸＩ）／θであり、θは、１８０°を法として、０°〜１００°、特に０°〜５０°、又は１４０°〜１８０°の間に含まれる結晶方位の角度である。
【０１１６】
タンタル酸リチウムＬｉＴａＯ３が圧電材料層６００として使用される場合、ベース基板６０２に対する圧電材料ＬｉＴａＯ３の結晶方位は、標準ＩＥＥＥ  １９４９  Ｓｔｄ−１７６に準拠して（ＹＸＩ）／θであり、θは、１８０°を法として、−３０°〜９０°、特に２０°〜６０°の間に含まれる結晶方位の角度である。
【０１１７】
圧電層６００を設ける前に、ベース基板６０２の上に薄い１００ｎｍのＳｉＯ２層６０６が設けられ、取り付けを改善する。ＳｉＯ２層は、Ｓｉベース基板６０２上に自然に存在してもよく、又は堆積技法を使用して形成されてもよい。
【０１１８】
取り付け前に、取り付けが行われる圧電層６００の側面及び／又はベース基板６０２の側面６０８の研磨などの、追加の処理ステップを追加することができる。
【０１１９】
ベース層６０２の上に圧電層６００を設けることは、層転写プロセス、例えば、ＳｍａｒｔＣｕｔ（商標）プロセスを使用して実現することができる。層転写プロセスの間、転写される層を含むソース基板は、好ましくは接合によってハンドル基板に取り付けられる。熱処理及び／又は機械的処理に続いて、圧電層６００が所定の分割ゾーンで剥離され、以て、ハンドル基板、ここではベース基板６０２上に転写される。
ステップｂ）によると、トランスデューサ構造６１０は、層堆積ステップとパターニングステップの組合せを使用して、圧電層６００上に形成される。図２からわかるように、トランスデューサ構造６１０は、それぞれが複数の電極手段６１２及び６１４をそれぞれ含む２つの相互嵌合櫛形電極を含む。相互嵌合櫛形電極並びにそれらのそれぞれの電極手段６１２及び６１４は、導電性金属、例えばアルミニウム、又はアルミニウム合金、又はタングステンで形成される。
【０１２０】
本方法は、層堆積ステップとパターニングステップの組合せを使用して、圧電層６００上に一組の反射器６１６、６１８、及び６２０を形成するステップも含む。反射器６１６、６１８、及び６２０は、通常、１つ又は複数の金属ストリップ６２２、例えばアルミニウムを含み、トランスデューサ構造６１０の片側、ここでは図５の伝播方向ｘの右側に位置する。これらの反射器は、トランスデューサ構造６１０から所定の距離に配置される。
【０１２１】
ＳＡＷタグデバイス６２４に使用される層、それらの材料、それらの厚さ、及び結晶方位の選択は、所定の電気機械結合係数ｋｓ２、所定の周波数温度係数ＴＣＦ、及び圧電層６００内を進む音響せん断波の弾性波伝搬速度を達成するように行われる。
【０１２２】
本方法は、アンテナを形成するステップも含む。
【０１２３】
上述したように、２つ以上のＳＡＷタグデバイスを圧電層６００上に設けることができる。これらは、すべて同時に製造することができる。
【０１２４】
図５による実施形態を達成するために、本方法は、ベース基板６０２を薄くするステップｃ）をさらに含む。
【０１２５】
本発明の変形形態によると、ベース基板６０２を薄くするステップｃ）は、圧電層６００がＳｉＯ２層６０６を介してベース基板６０２に取り付けられている表面６０８の反対側のベース基板６０２の表面６２８を、トランスデューサ構造６１０と反射器６１６、６１８、及び６２０との間に位置する寸法Ｒによって規定される領域６３０にわたって薄くするステップ６２６を含む。薄化は、深掘り反応性イオンエッチングなどの乾式エッチング技法、又はＫＯＨ若しくはＴＭＡＨエッチングなどの湿式エッチングプロセス、研削、化学機械研磨、或いは任意の他の機械的プロセスによって達成することができる。マスク又は保護層６３２を、ベース基板６０２の側面６２８上に使用して、エッチングされるベース基板６０２の寸法Ｒの領域６３０を規定することができる。このマスク又は保護層６３２は、その後、薄化ステップの後、又は製造プロセスの終了時に除去することができる。
【０１２６】
図６ｄに示す薄化の結果、ベース基板６０２の薄化領域６３６の厚さｔ２は、ベース基板６０２の残りの部分の厚さｔ１よりも小さくなる。薄化ステップ６２６は、ベース基板６０２の寸法Ｒの領域６３６の、結果として生じる厚さｔ２を振動、圧力、又は力などの下で変形させるのに十分な薄さにすることができるため、変形可能なベース基板６０２の領域６３６を提供する。
【０１２７】
図６ｄの最終的な表面弾性波タグデバイス６３８に示すように、ベース基板６０２の表面６２８の薄化ステップ６２６は、ベース基板６０２の表面６２８の寸法Ｒの領域６３６にわたって行うことができる。しかし、この薄化ステップにより、結果として、Ｒ１が、薄化ステップ６２６が行われる領域の寸法Ｒよりも小さいか又は大きく、厚さｔ２がｔ１よりも小さい、寸法Ｒ１のベース基板６０２の領域６３６を得ることができる。したがって、ベース基板６０２の領域６３６は、ｔ１とｔ２との間で変化する厚さを有することができる。
【０１２８】
変形形態では、薄化領域６３６は、２つの反射器の間、すなわち３０８と３１０との間、最終的には６１８と６２０との間のベース基板６０２に配置することもできる。
【０１２９】
図６ｄでは、最終的な表面弾性波タグデバイス６３８の場合、周辺部のベース基板６０２の厚さｔ１は、ベース基板６０２の中心の厚さｔ２よりも大きい。したがって、領域６３６内のベース基板６０２の残りの材料が温度挙動を課すため、温度の影響とは無関係に測定を行うための所望の温度安定性を依然として達成することができる。
【０１３０】
複合基板６０４上に２つ以上のＳＡＷタグデバイスを使用する場合に、物理量測定デバイスが少なくとも２つのＳＡＷタグデバイス又はそれらの一部のみを含む場合、ベース基板６０２の表面６２８の薄化ステップ６２６は、物理量測定デバイスのセンサとして機能するＳＡＷタグデバイスのそれぞれの下で行うことができる。
【０１３１】
図７は、本発明の別の実施形態による表面弾性波タグデバイスを製造するための方法のステップの概略図を示す。
【０１３２】
本方法は、図６に示す方法に基づいているが、表面弾性波タグデバイス用のベース基板６０２の代わりに、シリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）ベース基板７０４が使用されている。したがって、図７ａ〜図７ｄに示すステップは、図６ａ〜図６ｄに示すステップに対応する。
【０１３３】
複合基板７００は、ベース基板７０４の上に形成された圧電材料７０２の層を含み、ベース基板７０４は、シリコンオンインシュレータ基板（ＳＯＩ）である。シリコンオンインシュレータ基板（ＳＯＩ）は、層状のシリコン−絶縁体−シリコン基板に相当する。絶縁層７０６は、ＳｉＯ２層とすることができる。絶縁層７０６は、ベース基板７０４の表面７０８から深さｄに配置されている。
【０１３４】
薄い１００ｎｍのＳｉＯ２層７１０が、圧電層７０２を設ける前の表面７１２において、ベース基板７０４の上に設けられ、取り付けを改善する。ＳｉＯ２層は、Ｓｉベース基板７０４上に自然に存在してもよく、又は堆積技術を使用して形成されてもよい。
【０１３５】
ベース基板７０４を薄くするステップｃ）６２６の間、絶縁層７０６は、有利には、領域６３６におけるエッチングされたベース基板７０４の厚さｈが、ベース基板７０４の絶縁層７０６の位置深さｄに対応するように、エッチストップとして機能してもよい。絶縁層７０６の存在は、所望の膜の厚さｔ２を制御及び達成することを可能にする。
【０１３６】
このようなＳＯＩ基板をベース基板７０４として使用することにより、最終的なＳＡＷタグデバイス７１８のための、シリコン基板の裏面にエッチングされる膜の厚さｔ２の正確な制御が可能になる。
【０１３７】
本発明によると、少なくとも３％の、最大２０％以上の所定のレベルの電気機械結合係数ｋｓ２を提供する複合基板６０４、７００を得ることができ、４０００ｍ／秒程度〜最大７０００ｍ／秒の伝播速度及び−５０〜＋５ｐｐｍ／Ｋの間に含まれる調整可能な温度安定性を達成することができる。このような複合基板の場合、約２倍〜最大約５倍の電気機械結合係数ｋｓ２の増加、したがって、レイリーモードを使用するデバイスよりも本発明によるせん断波モードを使用して、デバイスを遠隔問い合わせする距離の増加を観察することができる。このような複合基板を使用すると、バルク圧電基板と比較して、ＳＡＷタグデバイスの設計及び性能、並びにその適用範囲を改善することができる。
【０１３８】
本発明のいくつかの実施形態が記載された。それにもかかわらず、以下の特許請求の範囲から逸脱することなく、様々な変更及び改良を行うことができることを理解されたい。
【図１】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図５ｃ】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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