(57)【要約】【課題】  基板上に多結晶または単結晶の薄いニオブ酸カリウム層が形成されたニオブ酸カリウム堆積体およびその製造方法を提供する。【解決手段】  ニオブ酸カリウム堆積体１００は、基板１５と、前記基板１５の上方に形成された電極層１４と、前記電極層１４の上方に形成されたニオブ酸カリウム層１３と、を含む。前記ニオブ酸カリウム層は、斜方晶ニオブ酸カリウムの格子定数を２１／２ｃ＜ａ＜ｂとし、かつｂ軸が分極軸であるとき、（１１０）または（００１）配向でエピタキシャル成長しているドメインを含むことができる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板の上方に形成された電極層と、
前記電極層の上方に形成された、ニオブ酸カリウム層またはニオブ酸カリウム固溶体層と、
を含むニオブ酸カリウム堆積体。
【請求項２】
前記ニオブ酸カリウム層は、斜方晶ニオブ酸カリウムの格子定数を２１／２ｃ＜ａ＜ｂとし、かつｂ軸が分極軸であるとき、（１１０）または（００１）配向でエピタキシャル成長しているドメインを含む、ニオブ酸カリウム堆積体。
【請求項３】
請求項１において、
前記ニオブ酸カリウム固溶体層は、Ｋ１−ｘＮａｘＮｂ１−ｙＴａｙＯ３（０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１）で表される固溶体からなる、ニオブ酸カリウム堆積体。
【請求項４】
サファイア基板からなる第１基板上に、岩塩構造の金属酸化物からなるバッファ層を形成する工程と、
前記バッファ層の上方に、多結晶もしくは単結晶のニオブ酸カリウム層またはニオブ酸カリウム固溶体層を形成する工程と、
前記ニオブ酸カリウム層の上方に電極層を形成する工程と、
前記電極層の上方に第２基板を接合する工程と、
前記バッファ層をエッチングで除去して、前記第１基板を分離する工程と、
を含む、ニオブ酸カリウム堆積体の製造方法。
【請求項５】
請求項４において、
前記ニオブ酸カリウム層は、分極軸が前記第１基板に対して平行なドメインを含む、ニオブ酸カリウム堆積体の製造方法。
【請求項６】
請求項４または５において、
前記ニオブ酸カリウム層は、斜方晶ニオブ酸カリウムの格子定数を２１／２ｃ＜ａ＜ｂとし、かつｂ軸が分極軸であるとき、（１１０）または（００１）配向でエピタキシャル成長しているドメインを含む、ニオブ酸カリウム堆積体の製造方法。
【請求項７】
請求項４ないし６のいずれかにおいて、
前記サファイア基板は、Ｒ面（１−１０２）である、ニオブ酸カリウム堆積体の製造方法。
【請求項８】
請求項４ないし７のいずれかにおいて、
前記金属酸化物は、酸化マグネシウムである、ニオブ酸カリウム堆積体の製造方法。
【請求項９】
請求項８において、
前記酸化マグネシウムは、立方晶（１００）配向でエピタキシャル成長している、ニオブ酸カリウム堆積体の製造方法。
【請求項１０】
請求項９において、
前記酸化マグネシウムの［１００］方向ベクトル、および前記ニオブ酸カリウム層の（１１０）配向でエピタキシャル成長しているドメインの［１１０］方向ベクトルあるいは（００１）配向でエピタキシャル成長しているドメインの［００１］方向ベクトルは、前記サファイア基板のＲ面（１−１０２）の法線ベクトルに対して傾いている、ニオブ酸カリウム堆積体の製造方法。
【請求項１１】
請求項１０において、
前記酸化マグネシウムの［１００］方向ベクトル、および前記ニオブ酸カリウム層の（１１０）配向でエピタキシャル成長しているドメインの［１１０］方向ベクトルあるいは（００１）配向でエピタキシャル成長しているドメインの［００１］方向ベクトルは、前記サファイア基板のＲ面（１−１０２）の法線ベクトルに対して、１度以上２０度以下の角度で傾いている、ニオブ酸カリウム堆積体の製造方法。
【請求項１２】
請求項４，７ないし９のいずれかにおいて、
さらに、前記ニオブ酸カリウム層または前記ニオブ酸カリウム固溶体層の表面を研磨する工程を有する、ニオブ酸カリウム堆積体の製造方法。
【請求項１３】
空隙部を有する基板と、
前記基板の上方に形成された第１電極層と、
前記第１電極層の上方に形成された、ニオブ酸カリウム層またはニオブ酸カリウム固溶体層と、
前記ニオブ酸カリウム層またはニオブ酸カリウム固溶体層の上方に形成された第２電極層と、
を含み、
前記第１および第２電極層は、少なくとも前記空隙部の上方に位置する、圧電薄膜振動子。
【請求項１４】
請求項１３において、
前記ニオブ酸カリウム層は、斜方晶ニオブ酸カリウムの格子定数を２１／２ｃ＜ａ＜ｂとし、かつｂ軸が分極軸であるとき、（１１０）または（００１）配向でエピタキシャル成長しているドメインを含む、圧電薄膜振動子。
【請求項１５】
請求項１３または１４において、
前記ニオブ酸カリウム層または前記ニオブ酸カリウム固溶体層の表面は、研磨されている、圧電薄膜振動子。
【請求項１６】
請求項１３ないし１５のいずれかに記載の圧電薄膜振動子を含む、周波数フィルタ。
【請求項１７】
請求項１３ないし１５のいずれかに記載の圧電薄膜振動子を含む、周波数発振器。
【請求項１８】
請求項１７に記載の周波数発振器を含む、電子回路。
【請求項１９】
請求項１６に記載の周波数フィルタ、請求項１７に記載の周波数発振器、および請求項１８に記載の電子回路の少なくとも１つを含む、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およびその製造方法、たとえば情報通信機器に用いられる圧電薄膜振動子、周波数フィルタ、周波数発振器、電子回路、および電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話、無線ＬＡＮなどの情報通信分野においては、通信速度の増大に伴って通信周波数の数ＧＨｚ帯、数１０ＧＨｚ帯領域への高周波化が進んできている。このような高周波化が期待される技術では、従来周波数フィルタとして使用されてきた表面弾性波素子よりも、圧電薄膜振動子（Ｆｉｌｍ  Ｂｕｌｋ  Ａｃｏｕｓｔｉｃ  Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ：ＦＢＡＲ）が注目されてきている。ただし、圧電薄膜振動子の開発の方向も、表面弾性波素子の開発の方向と同様に、小型化および高効率化のために、より大きな電気機械結合係数が重要であり、特にＵＷＢ（Ｕｌｔｒａ  Ｗｉｄｅ  Ｂａｎｄ）システムのような超広帯域が必要になる場合など、高周波フィルタとして用いる場合には、損失の小さく帯域幅の広い通過帯域を得るために、大きな電気機械結合係数が必要となる。
【０００３】
最近ニオブ酸カリウム（ＫＮｂＯ３）（ａ＝０．５６９５ｎｍ、ｂ＝０．５７２１ｎｍ、ｃ＝０．３９７３ｎｍ、以下斜方晶としては本指数表示に従う）の単結晶において、大きな電気機械結合係数の値を示すことが見出された。ａ、ｂ、ｃ軸方向をそれぞれ１、３、２方向とするとき、ｃ軸方向に電界を印加した場合のａ軸の周りのせん断歪みモードでの電気機械結合係数、すなわちｋ２４が４６％と非常に大きい。そこで、このニオブ酸カリウムを薄膜として用いて、電気機械結合係数に優れた圧電薄膜振動子を作製できることが期待される。しかしながら、現在のところ、ニオブ酸カリウムの単相薄膜を大面積の基板上に作製する技術は知られていない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、基板上に多結晶または単結晶の薄いニオブ酸カリウム層が形成されたニオブ酸カリウム堆積体およびその製造方法を提供することにある。
【０００５】
本発明の他の目的は、高周波化に対応でき電気機械結合係数が高く、小型化や省電力化の効果が期待できる圧電薄膜振動子を提供することにある。
【０００６】
本発明のさらに他の目的は、上記圧電薄膜振動子を含む周波数フィルタ、周波数発振器、電子回路、および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】
【０００７】
本発明にかかるニオブ酸カリウム堆積体は、
基板と、
前記基板の上方に形成された電極層と、
前記電極層の上方に形成された、ニオブ酸カリウム層またはニオブ酸カリウム固溶体層と、
を含む。
【０００８】
本発明によれば、基板上に、高い電気機械結合係数を有するニオブ酸カリウム薄膜が形成されたニオブ酸カリウム堆積体を提供できる。
【０００９】
なお、本発明において、「Ａ」の上方に「Ｂ」を形成するとは、「Ａ」の上に直接「Ｂ」を形成する場合、もしくは「Ａ」の上に「Ａ」および「Ｂ」と異なる他の部材を介して「Ｂ」を形成する場合を含む。
【００１０】
本発明にかかるニオブ酸カリウム堆積体において、前記ニオブ酸カリウム層は、斜方晶ニオブ酸カリウムの格子定数を２１／２ｃ＜ａ＜ｂとし、かつｂ軸が分極軸であるとき、（１１０）または（００１）配向でエピタキシャル成長しているドメインを含むことができる。
【００１１】
本発明にかかるニオブ酸カリウム堆積体において、前記ニオブ酸カリウム固溶体層は、Ｋ１−ｘＮａｘＮｂ１−ｙＴａｙＯ３（０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１）で表される固溶体からなる。
【００１２】
本発明にかかるニオブ酸カリウム堆積体の製造方法は、
サファイア基板からなる第１基板上に、岩塩構造の金属酸化物からなるバッファ層を形成する工程と、
前記バッファ層の上方に、多結晶もしくは単結晶のニオブ酸カリウム層またはニオブ酸カリウム固溶体層を形成する工程と、
前記ニオブ酸カリウム層の上方に電極層を形成する工程と、
前記電極層の上方に第２基板を接合する工程と、
前記バッファ層をエッチングで除去して、前記第１基板を分離する工程と、
を含む。
【００１３】
本発明にかかるニオブ酸カリウム堆積体の製造方法において、さらに、前記サファイア基板の上方に岩塩構造の金属酸化物からなるバッファ層を有することによし、結晶性に優れたニオブ酸カリウム層を得ることができる。
【００１４】
本発明にかかるニオブ酸カリウム堆積体の製造方法において、前記ニオブ酸カリウム層は、分極軸が前記サファイア基板に対して平行なドメインを含むことができる。また、本発明において、前記ニオブ酸カリウム層は、斜方晶ニオブ酸カリウムの格子定数を２１／２ｃ＜ａ＜ｂとし、かつｂ軸が分極軸であるとき、（１１０）または（００１）配向でエピタキシャル成長しているドメインを含むことができる。本発明によれば、ニオブ酸カリウム層が上記ドメインを有することにより、高い電気機械結合係数を有する。
【００１５】
本発明にかかるニオブ酸カリウム堆積体の製造方法において、前記サファイア基板は、Ｒ面（１−１０２）であることができる。かかるサファイア基板を用いることにより、エピタキシャル成長したバッファ層を得ることができる。
【００１６】
本発明にかかるニオブ酸カリウム堆積体の製造方法において、前記バッファ層は、酸化マグネシウムであることができる。さらに、前記酸化マグネシウムは、立方晶（１００）配向でエピタキシャル成長していることができる。このようなバッファ層を用いることにより、多結晶もしくは単結晶のニオブ酸カリウム層を形成することができる。
【００１７】
本発明にかかるニオブ酸カリウム堆積体の製造方法において、前記酸化マグネシウムの［１００］方向ベクトル、および前記ニオブ酸カリウム層の（１１０）配向でエピタキシャル成長しているドメインの［１１０］方向ベクトルあるいは（００１）配向でエピタキシャル成長しているドメインの［００１］方向ベクトルは、前記サファイア基板のＲ面（１−１０２）の法線ベクトルに対して傾いている。ここで、法線ベクトルに対する傾斜角度は、１度以上２０度以下の角度であることができる。
【００１８】
本発明にかかるニオブ酸カリウム堆積体の製造方法において、
さらに、前記ニオブ酸カリウム層またはニオブ酸カリウム固溶体層の表面を研磨する工程を有することができる。
【００１９】
本発明にかかる圧電薄膜振動子は、空隙部を有する基板と、
前記基板の上方に形成された第１電極層と、
前記第１電極層の上方に形成された、ニオブ酸カリウム層またはニオブ酸カリウム固溶体層と、
前記ニオブ酸カリウム層またはニオブ酸カリウム固溶体層の上方に形成された第２電極層と、
を含み、
前記第１および第２電極層は、少なくとも前記空隙部の上方に位置する。
【００２０】
本発明にかかる圧電薄膜振動子において、前記ニオブ酸カリウム層または前記ニオブ酸カリウム固溶体層の表面は、研磨されていることができる。
【００２１】
本発明にかかる周波数フィルタは、本発明にかかる圧電薄膜振動子を含む。
【００２２】
本発明にかかる周波数発振器は、本発明にかかる圧電薄膜振動子を含む。
【００２３】
本発明にかかる電子回路は、本発明にかかる周波数発振器を含む。
【００２４】
本発明にかかる電子機器は、本発明にかかる周波数フィルタ、周波数発振器および電子回路の少なくとも１つを含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の一実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２６】
１．ニオブ酸カリウム堆積体およびその製造方法
図１（Ａ）〜（Ｅ）は、本実施の形態にかかるニオブ酸カリウム堆積体およびその製造方法を模式的に示す断面図である。
【００２７】
１．１．ニオブ酸カリウム堆積体
図１（Ｅ）に示すように、本実施の形態に係るニオブ酸カリウム堆積体１００は、基板１５と、基板１５上に形成された電極層１４と、電極層１４上に形成されたニオブ酸カリウム層１３とを含む。
【００２８】
基板１５の材質は特に限定されず、エッチングなどによってパターニングができるものを用いることができる。基板１５としては、例えばシリコン基板、感光性ガラス等のガラス基板、金属基板、樹脂基板などを例示できる。また、基板１５の膜厚は、本実施形態にかかるニオブ酸カリウム堆積体を適用するデバイスなどによって適宜選択される。
【００２９】
電極層１４の材質は特に限定されず、公知のものを用いることができる。電極層１４としては、例えばＰｔ、Ｉｒ、ＩｒＯｘ、ＳｒＲｕＯ３、Ｎｂ−ＳｒＴｉＯ３、Ｌａ−ＳｒＴｉＯ３、あるいはＮｂ−（Ｌａ，Ｓｒ）ＣｏＯ３などの電極材料を用いることができる。ここで、Ｎｂ−ＳｒＴｉＯ３はＳｒＴｉＯ３にＮｂをドープしたものであり、Ｌａ−ＳｒＴｉＯ３はＳｒＴｉＯ３にＬａをドープしたものであり、Ｎｂ−（Ｌａ，Ｓｒ）ＣｏＯ３は（Ｌａ，Ｓｒ）ＣｏＯ３にＮｂをドープしたものである。これらの材料において、金属酸化物は、導電性や化学的安定性に優れ、また気相成長による成膜が可能なため、電極層１４の材料として好ましい。
【００３０】
ニオブ酸カリウム層１３は、多結晶または単結晶構造を有する。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、１０ｎｍ以上１００００ｎｍ以下とすることができる。また、ニオブ酸カリウム層１３は、斜方晶ニオブ酸カリウムの格子定数を２１／２ｃ＜ａ＜ｂとし、かつｂ軸が分極軸であるとき、（００１）配向でエピタキシャル成長しているドメインを含むことが好ましい。ニオブ酸カリウム層１３がこのようなドメインを含むことにより、高い電気機械結合係数を得ることができる。
【００３１】
本実施の形態では、上述したニオブ酸カリウム層の代わりに、ニオブ酸カリウムのニオブおよびカリウムの一部が他の元素で置換されたニオブ酸カリウム固溶体の層であってもよい。このようなニオブ酸カリウム固溶体としては、例えば、Ｋ１−ｘＮａｘＮｂ１−ｙＴａｙＯ３（０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１）で表される固溶体を挙げることができる。このことは、以下に述べる実施形態でも同様である。
【００３２】
１．２．ニオブ酸カリウム堆積体の製造方法
つぎに、ニオブ酸カリウム堆積体の製造方法について述べる。
【００３３】
（１）図１（Ａ）に示すように、サファイア単結晶基板１１（第１基板）を用意する。サファイア単結晶基板１１は、予め脱脂洗浄されている。脱脂洗浄は、サファイア単結晶基板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混合液を使用することができる。
【００３４】
サファイア単結晶基板１１としては、Ｒ面（１−１０２）基板が用いることができる。このようなサファイア単結晶基板は、バッファ層１２およびニオブ酸カリウム層１３をエピタキシャル成長させることのできる大面積基板が安価で入手できるという点に加え、エッチング液への耐性があり繰返し利用が可能であるという点で、好ましい。
【００３５】
（２）図１（Ｂ）に示すように、レーザーアブレーション法によって、サファイア単結晶基板１１上にＭｇＯからなるバッファ層１２を形成する。
【００３６】
具体的には、脱脂洗浄したサファイア単結晶基板１１を基板ホルダーに装填したあと、室温での背圧が１×１０−８Ｔｏｒｒの真空装置内に基板ホルダーごと導入する。ついで、例えば、５×１０−５Ｔｏｒｒの酸素分圧になるように酸素ガスを導入し、赤外線ランプを用いて２０℃／分で４００℃まで加熱昇温する。なお、昇温速度、基板温度、圧力などの条件は、これに限るものではない。
【００３７】
次いで、レーザー光をバッファ層用のマグネシウムターゲットに照射し、このターゲットからマグネシウム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、このプルームはサファイア単結晶基板１１上に向けて出射され、サファイア単結晶基板１１上に接触し、サファイア単結晶基板１１上に、立方晶（１００）配向のＭｇＯがエピタキシャル成長によって形成される。
【００３８】
バッファ層１２の厚さは、特に限定されないが、サファイア単結晶基板１１とニオブ酸カリウム層１３の反応を防ぎ、かつ酸化マグネシウム自身の潮解性によるニオブ酸カリウム層１３の劣化を防ぐ、という点を考慮すると５ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることができる。バッファ層１２として、立方晶（１００）配向したＭｇＯを用いることにより、後に述べる特定のドメインを有するニオブ酸カリウム層を得ることができる。
【００３９】
ここで、バッファ層１２として、立方晶（１００）配向したＭｇＯを用いる利点は、ＭｇＯがサファイア単結晶基板１１上にニオブ酸カリウム層１３をエピタキシャル成長させることができる、ということ以外に、Ｍｇ２＋がニオブ酸カリウム層１３のＮｂ５＋を置換してＫ（Ｍｇ，Ｎｂ）Ｏ３が生成した場合においてもニオブ酸カリウム層１３の絶縁性を低下させない、ということにもある。
【００４０】
なお、マグネシウム原子あるいは後の工程で所望の原子をターゲットから叩き出す方法としては、前述したようにレーザー光をターゲット表面に照射する方法の他、たとえば、アルゴンガス（不活性ガス）プラズマや電子線等をターゲット表面に照射（入射）する方法を用いることもできる。ただし、これらの中では、レーザー光をターゲット表面に照射する方法が好ましい。このような方法によれば、レーザー光の入射窓を備えた簡易な構成の真空装置を用いることにより、原子をターゲットから容易にかつ確実に叩き出すことができる。
【００４１】
ターゲットに照射するレーザー光としては、波長が１５０〜３００ｎｍ程度、パルス長が１〜１００ｎｓ程度のパルス光が好適に用いられる。具体的には、レーザー光としては、ＡｒＦエキシマレーザー、ＫｒＦエキシマレーザー、ＸｅＣｌエキシマレーザー等のエキシマレーザー、さらにＹＡＧレーザー、ＹＶＯ４レーザー、ＣＯ２レーザーなどが挙げられる。これらの中でも、特にＡｒＦエキシマレーザーまたはＫｒＦエキシマレーザーが好適とされる。ＡｒＦエキシマレーザーおよびＫｒＦエキシマレーザーは、いずれも取り扱いが容易であり、また、より効率よく原子をターゲットから叩き出すことができる。
【００４２】
レーザー光の照射時の各条件は、マグネシウムプラズマが十分基板に到達でき、バッファ層としてのＭｇＯがエピタキシャル成長できるのであれば、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３００℃以上６００℃以下、堆積中の酸素分圧が１×１０−５Ｔｏｒｒ以上１×１０−３Ｔｏｒｒ以下とすることができる。
【００４３】
（３）図１（Ｃ）に示すように、レーザーアブレーション法によって、バッファ層１２上にニオブ酸カリウム層１３を形成する。
【００４４】
具体的には、レーザー光をバッファ層用のターゲット、例えばＫ０．６Ｎｂ０．４Ｏｙターゲットに照射し、このターゲットからカリウム、ニオブ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、サファイア単結晶基板１１上に向けて出射されてバッファ層１２に接触し、バッファ層１２上にニオブ酸カリウム層１３が形成される。
【００４５】
このレーザーアブレーション法においては、カリウムおよびニオブのプラズマが十分基板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１×１０−２Ｔｏｒｒ以上１Ｔｏｒｒ以下とすることができる。
【００４６】
この工程で得られるニオブ酸カリウム層１３は、以下の特徴を有することができる。
【００４７】
すなわち、ニオブ酸カリウム層１３は、その分極軸がサファイア単結晶基板１１に対して平行なドメインを含むことができる。より具体的には、ニオブ酸カリウム層１３は、斜方晶ニオブ酸カリウムの格子定数を２１／２ｃ＜ａ＜ｂとし、かつｂ軸が分極軸であるとき、（００１）配向でエピタキシャル成長しているドメインを含むことが好ましい。ニオブ酸カリウム層１３がこのようなドメインを含むことにより、高い電気機械結合係数を得ることができる。
【００４８】
さらに、後に詳述するように、ニオブ酸カリウム層１３が単結晶の場合には、バッファ層１２を構成する酸化マグネシウムの［１００］方向ベクトル、および前記ニオブ酸カリウム層１３の（１１０）配向でエピタキシャル成長しているドメインの［１１０］方向ベクトルあるいは（００１）配向でエピタキシャル成長しているドメインの［００１］方向ベクトルは、前記サファイア基板のＲ面（１−１０２）の法線ベクトルに対して傾いていることが好ましい。この傾斜角度は、前記法線ベクトルに対して、好ましくは１度以上２０度以下である。
【００４９】
（４）図１（Ｄ）に示すように、ニオブ酸カリウム層１３上に、例えばＳｒＲｕＯ３からなる電極層１４を形成する。
【００５０】
具体的には、基板１１の温度を３００℃まで下げた後、レーザー光をＳｒＲｕＯ３ターゲット表面に照射し、このターゲットからＳｒ，ＲｕおよびＯ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、このプルームはサファイア単結晶基板１１上に向けて出射され、ニオブ酸カリウム層１３に接触して、ＳｒＲｕＯ３からなる電極層１４がエピタキシャル成長によって形成される。
【００５１】
レーザー光の照射時の各条件は、ＳｒおよびＲｕのプラズマが十分基板に到達でき、ＳｒＲｕＯ３層がエピタキシャル成長できるのであれば、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２００℃以上４００℃以下、堆積中の酸素分圧が１×１０−３Ｔｏｒｒ以上１×１０−１Ｔｏｒｒ以下とすることができる。
【００５２】
（５）図１（Ｄ）に示すように、電極層１４の上に基板１５（第２基板）を接着する。基板１５を電極層１４に接着する方法としては、例えば、エポキシ系などの接着剤、あるいは半田、金−金あるいは金−アルミなどの金属間固体接合、などの接合方法を用いることができる。また、基板１５としては、前述したように、例えばシリコン基板、感光性ガラスなど、該基板をエッチングなどによってパターニンできるものであればよい。
【００５３】
（６）図１（Ｅ）に示すように、バッファ層１４をウエットエッチングすることにより、サファイア単結晶基板１１と、ニオブ酸カリウム層１３，電極層１４および第２基板１５の積層体とを分離する。
【００５４】
ウエットエッチングには、バッファ層１４のみを溶解して他の層に悪影響を与えない液を用いる。本実施形態では、バッファ層１４としてＭｇＯを用いているので、エッチング液としては、例えばリン酸や硝酸などの酸性溶液を用いることができる。
【００５５】
本実施形態では、レーザーアブレーション時の条件を選択することにより、ニオブ酸カリウムは多結晶（好ましくは単相の多結晶）あるいは単結晶構造となる。
【００５６】
以上の工程によって、基板１５上に、電極層１４およびニオブ酸カリウム層１３が順に積層されたニオブ酸カリウム堆積体１００が得られる。
【００５７】
さらに、必要に応じて、ニオブ酸カリウム層１３の表面を平坦化するための研磨処理を行うことができる。このような研磨処理としては、バフ研磨、ＣＭＰ（Chemical  Mechanical  Polishing）などを用いることができる。
【００５８】
以上のプロセスでは、ニオブ酸カリウム層１３を形成するための工程（３）において、Ｋ０．６Ｎｂ０．４Ｏｙターゲットを用いたが、ターゲットの組成比はこれに限定されない。例えば、ニオブ酸カリウム層の形成には、Ｔｒｉ−Ｐｈａｓｅ−Ｅｐｉｔａｘｙ法、すなわち、気相原料を固液共存領域の温度に保持した基板に堆積し、液相中から固相を析出させることができるのに適した組成比のターゲットを用いることができる。具体的には、所定の酸素分圧におけるＫＮｂＯ３と３Ｋ２Ｏ・Ｎｂ２Ｏ５との共晶点Ｅにおける温度およびモル組成比をＴＥおよびｘＥとするとき（ｘは、ＫｘＮｂ１−ｘＯｙで表現されるときのカリウム（Ｋ）とニオブ（Ｎｂ）とのモル組成比）、基体（この例では、サファイア基板と、該基板上に形成されたバッファ層とからなる）上に堆積させた直後の液相状態の組成ｘが、０．５≦ｘ≦ｘＥの範囲となる気相状態の原料であるプラズマプルームを基体に供給する。そして、この酸素分圧およびこのｘにおける完全溶融温度をＴｍとするとき、基体の温度ＴｓをＴＥ≦Ｔｓ≦Ｔｍの範囲に保持することにより、プラズマプルーム２４から基体上に堆積させたＫｘＮｂ１−ｘＯｙの残液を蒸発させながら、ＫｘＮｂ１−ｘＯｙからＫＮｂＯ３単結晶を基体上に析出させることができる。
【００５９】
また、本実施形態では、バッファ層１２，ニオブ酸カリウム層１３および電極層１４の成膜方法として、レーザーアブレーションを用いたが、成膜方法はこれに限定されず、例えば蒸着法、ＭＯＣＶＤ法、スパッタ法を用いることができる。
【００６０】
本実施形態の製造方法によれば、６００〜８００℃程度の温度を必要とするニオブ酸カリウム層１３を形成した後に、一旦基板温度を例えば３００℃以下に下げた後に電極層１４を形成し、さらに基板１５を接着などの手段によって電極層１４に接合することができる。このように、ニオブ酸カリウム層１３を形成した後に該ニオブ酸カリウム層１３を高温度にさらす工程が必要ないので、電極層を構成する成分がニオブ酸カリウム層に拡散してその特性を劣化させるようなことがない。
【００６１】
１．３．実施例
（１）第１の実施例
以下の方法によって、ニオブ酸カリウム堆積体を形成した、この実施例では、単相の多結晶ニオブ酸カリウム層を得ることができた。
【００６２】
まず、サファイア単結晶基板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う。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。脱脂洗浄したサファイア単結晶基板を基板ホルダーに装填したあと、室温での背圧１×１０−８Ｔｏｒｒの真空装置内に基板ホルダーごと導入し、５×１０−５Ｔｏｒｒの酸素分圧になるように酸素ガスを導入し、赤外線ランプを用いて２０℃／分で４００℃まで加熱昇温した。
【００６３】
次に、マグネシウム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（波長２４８ｎｍ）のパルス光を入射し、ターゲット表面にマグネシウム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４００℃、酸素分圧５×１０−５Ｔｏｒｒの条件で、ターゲットから７０ｍｍ離れた位置にあるサファイア単結晶基板に３０分間照射し、エピタキシャル成長したＭｇＯからなるバッファ層を１０ｎｍの厚さで堆積した。
【００６４】
次に、Ｋ０．６Ｎｂ０．４Ｏｙ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、Ｋ、Ｎｂ、Ｏのプラズマプルームを、基板温度７５０℃、酸素分圧１×１０−１Ｔｏｒｒの条件で、ターゲットから７０ｍｍ離れた位置にあるサファイア単結晶基板に２４０分間照射し、バッファ層上にニオブ酸カリウム層を１μｍの厚さで堆積した。
【００６５】
次に、基板温度を３００℃まで下げた後、ＳｒＲｕＯ３ターゲット表面に、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、Ｓｒ、Ｒｕ、Ｏのプラズマプルームを、基板温度３００℃、酸素分圧１×１０−２Ｔｏｒｒの条件で、ターゲットから７０ｍｍ離れた位置にあるサファイア単結晶基板に向けて６０分間照射し、ＳｒＲｕＯ３層からなる電極層を１００ｎｍ堆積した。次に、電極層上にシリコン基板を接着剤（エポキシ系接着材）を用いて接着し、積層体を得た。
【００６６】
その後、得られた積層体をリン酸溶液に浸漬して、ＭｇＯからなるバッファ層をエッチングし、サファイア単結晶基板を分離した。このようにして、シリコン基板上に、電極層およびニオブ酸カリウムが順に積層されたニオブ酸カリウム堆積体を得た。
【００６７】
本実施例で得られたニオブ酸カリウム堆積体のニオブ酸カリウム層のＸ線回折パターン（２θ−θスキャン）を図２に示す。図２のＸ線回折パターンに示される全てのピークは、サファイアおよびニオブ酸カリウムに帰属され、それ以外の化合物に帰属されるピークは観察されない。従って、本実施例で得られたニオブ酸カリウム層は、多結晶ではあるが単相であることが確認された。
【００６８】
（２）第２の実施例
以下の方法によって、ニオブ酸カリウム堆積体を形成した、この実施例では、単結晶のニオブ酸カリウム層を得ることができた。
【００６９】
まず、サファイア単結晶基板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う。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。脱脂洗浄したサファイア単結晶基板を基板ホルダーに装填したあと、室温での背圧１×１０−８Ｔｏｒｒの真空装置内に基板ホルダーごと導入し、５×１０−５Ｔｏｒｒの酸素分圧になるように酸素ガスを導入し、赤外線ランプを用いて２０℃／分で４００℃まで加熱昇温した。このとき、図３（Ａ）に示すように、サファイア［１１−２０］方向からの反射高速電子線回折（Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ  Ｈｉｇｈ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ（ＲＨＥＥＤ））により得られたパターンには、単結晶特有の菊池ラインや強反射点が観測された。
【００７０】
次に、マグネシウムターゲットの表面に、エネルギー密度２．５Ｊ／ｃｍ２、周波数２０Ｈｚ、パルス長１０ｎｓの条件でＫｒＦエキシマレーザー（波長２４８ｎｍ）のパルス光を入射し、ターゲット表面にマグネシウム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４００℃、酸素分圧５×１０−５Ｔｏｒｒの条件で、ターゲットから７０ｍｍ離れた位置にあるサファイア単結晶基板に３０分間照射し、ＭｇＯからなるバッファ層を１０ｎｍの厚さで堆積した。
【００７１】
このようにして得られた堆積体について、サファイア［１１−２０］方向からのＲＨＥＥＤパターンを求めたところ、図３（Ｂ）に示すパターンが得られた。このＲＨＥＥＤパターンには、回折パターンが現れており、ＭｇＯのバッファ層がエピタキシャル成長していることが確認された。
【００７２】
次に、Ｋ０．６７Ｎｂ０．３３Ｏｙターゲットの表面に、エネルギー密度２Ｊ／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、Ｋ、Ｎｂ、Ｏのプラズマプルームを、基板温度６００℃、酸素分圧１×１０−２Ｔｏｒｒの条件で、ターゲットから７０ｍｍ離れた位置にあるサファイア単結晶基板に２４０分間照射し、バッファ層上にニオブ酸カリウム（ＫＮｂＯ３）層を０．５μｍの厚さで堆積した。
【００７３】
このようにして得られた堆積体について、サファイア［１１−２０］方向からのＲＨＥＥＤパターンを求めたところ、図３（Ｃ）に示すパターンが得られた。このパターンには、明確な回折パターンが現れており、ニオブ酸カリウムがエピタキシャル成長していることが確認された。
【００７４】
さらに、この積層体のニオブ酸カリウム（ＫＮｂＯ３）層のＸ線回折パターン（２θ−θスキャン）を図４に示す。図４のＸ線回折パターンから、サファイア基板のピークの他には、ＫＮｂＯ３（１１０）およびＫＮｂＯ３（２２０）ピークしか観測されず、ＫＮｂＯ３が（１１０）配向していることが確認された。
【００７５】
また、ＫＮｂＯ３（０１０）ピークについてＸ線回折極点図を測定したところ、図５に示す結果が得られた。図５から、４回対称を示すスポットが３０度＜Ｐｓｉ＜６０度に観測されたことから、ＫＮｂＯ３層は（１１０）配向でエピタキシャル成長しており、面内方向で［００１］軸が９０度異なる２つのドメインが存在することが分かった。また、その４スポットの中心が極点図の中心（Ｐｓｉ＝０度）から１０度ずれていることより、ＫＮｂＯ３層は、その［１１０］ベクトルがサファイアＲ面（１−１０２）の法線ベクトルに対して１０度程度傾いた状態でエピタキシャル成長していることが確認された。
【００７６】
次に、基板温度を３００℃まで下げた後、ＳｒＲｕＯ３ターゲット表面に、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、Ｓｒ、Ｒｕ、Ｏのプラズマプルームを、基板温度３００℃、酸素分圧１×１０−２Ｔｏｒｒの条件で、ターゲットから７０ｍｍ離れた位置にあるサファイア単結晶基板に向けて６０分間照射し、ＳｒＲｕＯ３層からなる電極層を１００ｎｍ堆積した。
【００７７】
次に、電極層上にシリコン基板をエポキシ系接着剤によって接着した後、リン酸溶液でＭｇＯからなるバッファ層をエッチングし、サファイア単結晶基板を分離した。このようにして、シリコン基板上に、電極層およびニオブ酸カリウムが順に積層されたニオブ酸カリウム堆積体を得た。
【００７８】
以上述べたように、本実施形態によれば、気相法を用いてニオブ酸カリウム層１３を作製する際に、Ｒ面サファイア単結晶基板１１および立方晶（１００）配向のＭｇＯからなるバッファ層１２を用いて、ニオブ酸カリウムの単一相薄膜をｃ軸配向でエピタキシャル成長させることができる。かかるニオブ酸カリウム層１３を用いることにより、電気機械結合係数の大きな圧電薄膜振動子を得ることができる。したがって、この圧電薄膜振動子を適用することにより、周波数フィルタおよび周波数発振器の小型化を実現でき、さらに、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。
【００７９】
さらに、本実施形態によれば、ニオブ酸カリウム層１３を形成した後に該ニオブ酸カリウム層１３を高温度にさらす工程が必要ないので、電極層を構成する成分がニオブ酸カリウム層に拡散してその特性が劣化するようなことがない。
【００８０】
２．圧電薄膜振動子
図６は、本発明の実施形態かかる圧電薄膜振動子２００を模式的に表す断面図である。図６において、図１（Ｅ）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、同一の符号を付す。
【００８１】
圧電薄膜振動子２００は、空隙部１５ａを有する基板１５と、基板１５上に形成された第１電極層１４と、第１電極層１４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電極層１６と、を含む。そして、第１電極層１４および第２電極層１６は、少なくとも空隙部１５ａの上方に位置する。空隙部１５ａでは、第１電極層１４が露出している。
【００８２】
本実施形態にかかる圧電薄膜振動子２００は、後述するように、本発明にかかるニオブ酸カリウム堆積体、例えば１．で述べたニオブ酸カリウム積層体１００（図１（Ｅ）参照）を加工して構成される。したがって、圧電薄膜振動子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。
【００８３】
ニオブ酸カリウム層１３は、１．で述べたように、多結晶または単結晶のニオブ酸カリウムから構成されている。本実施の形態では、ニオブ酸カリウム（ＫＮｂＯ３）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））を用いることもできる。これらのことは、以下に述べる各素子についても同様である。
【００８４】
第１電極層１４の材質としては、１．で述べたと同様のものを例示できる。第２電極層１６の材質としては、特に限定されず、第１電極層１４と同様のものを用いることができ、例えばＰｔ、Ｉｒ、Ａｌ、Ａｕ、Ｃｕなどが好ましい。
【００８５】
かかる圧電薄膜振動子２００は、本実施形態にかか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。
【００８６】
まず、本実施形態にかかるニオブ酸カリウム堆積体１００（図１（Ｅ）参照）の基板１５の表面に、リソグラフィーおよびエッチングにてレジスト層（図示せず）を形成する。このレジスト層は、空隙部の形成領域に開口部を有する。次いで、レジスト層をマスクとして、基板１５を異方性エッチングして空隙部１５ａを形成する。エッチング方法は、特に限定されず、基板１５の材質等によって選択され、公知のドライエッチングあるいはウエットエッチングを用いることができる。
【００８７】
次に、ニオブ酸カリウム層１３の表面にリソグラフィーおよびエッチングにてレジスト層（図示せず）を形成する。このレジスト層は、第２電極層の形成領域に開口部を有する。次いで、例えばスパッタにて白金層を形成した後、リフトオフによって第２電極層１６を形成する。このとき、第２電極層１６は、空隙部１５ａの上方に位置し、かつ、空隙部１５ａを平面的にみて覆うように形成される。
【００８８】
以下、本実施形態にかかる圧電薄膜振動子について行った実験例について述べる。
【００８９】
まず、１．３．（１）で述べた第１の実施例のニオブ酸カリウム堆積体を用いて圧電薄膜振動子を形成した。このニオブ酸カリウム堆積体は、単相の多結晶ニオブ酸カリウム層を有する。この圧電薄膜振動子について、第１電極層および第２電極層との間の圧電振動を測定した。その結果、共振周波数から求めた音速は５０００ｍ／ｓであった。また、共振周波数および反共振周波数から求めた電気機械結合係数は０．３０であった。
【００９０】
また、ニオブ酸カリウム（ＫＮｂＯ３）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）を用いた圧電薄膜振動子の場合も同様の効果が得られた。
【００９１】
また、１．３．（２）で述べた第２の実施例で得られたニオブ酸カリウム堆積体を用いて圧電薄膜振動子を形成した。このニオブ酸カリウム堆積層は、単結晶のニオブ酸カリウム層を有する。この圧電薄膜振動子について、第１電極層および第２電極層との間の圧電振動を測定した。その結果、共振周波数から求めた音速は５０００ｍ／ｓであった。また、共振周波数および反共振周波数から求めた電気機械結合係数は０．４０であった。このように、多結晶のニオブ酸カリウム層を用いた場合の電気機械結合係数と比べ、ニオブ酸カリウム層を（００１）配向でエピタキシャル成長させることによって、電気機械結合係数が改善することが明らかとなった。
【００９２】
３．周波数発振器および周波数フィルタ
図７は、本発明の一実施形態にかかる周波数発振器の回路構成を示すブロック図である。図７は、前述した本発明にかかる圧電薄膜振動子を用い、周波数可変の該圧電薄膜振動子を利用した電圧制御発振器（Ｖｏｌｔａｇｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ：ＶＣＯ）の構成例を示している。この回路はトランジスタＴｒとそのまわりのいくつかの受動部品により、コルピッツ型の発振器を構成している。トランジスタＴｒのベースには、キャパシタＣ３を介して圧電薄膜振動子２００が接続されている。圧電薄膜振動子２００は、さらにグランドに接地されている。圧電薄膜振動子２００に、抵抗Ｒ１を介して周波数制御用の直流電圧が加えられると、電圧の大きさに応じて、共振周波数、反共振周波数が変化する。そのため、これらの周波数とキャパシタＣ１、Ｃ２、Ｃ３で決まる発振回路の発振周波数を変化させることができる。
【００９３】
また、本発明の圧電薄膜振動子は、直流電圧を変えることにより通過帯域を電圧で制御できる、周波数フィルタとして利用することができる。その場合、この周波数フィルタは、本発明による複数の周波数可変の圧電薄膜振動子と周波数制御用端子により構成され、周波数制御用端子に直流電圧を加えると、それぞれの圧電薄膜振動子に直流電圧が加わり、それに応じて振動子の共振周波数、反共振周波数が変化し、周波数フィルタの通過周波数帯域を変化させることができる。
【００９４】
前述したＶＣＯは、例えば、図８に示すＰＬＬ回路のＶＣＯとして用いられる。ここで、ＰＬＬ回路について簡単に説明する。図８は、ＰＬＬ回路の基本構成を示すブロック図である。図８に示したように、ＰＬＬ回路は、位相比較器７１、低減フィルタ７２、増幅器７３、およびＶＣＯ７４から構成される。
【００９５】
位相比較器７１は、入力端子７０から入力される信号の位相（または、周波数）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。低減フィルタ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、増幅器７３は、低減フィルタ７２から出力される信号を増幅する。ＶＣＯ７４は、入力される電圧値に応じてある範囲で連続的に発振周波数が変化する発振回路である。かかる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７０から入力される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端子７０から入力される信号に一致し、また、入力信号の変化に追従するような信号を出力する。
【００９６】
４．電子回路
４．１．第１の例
図９は、本発明の一実施形態にかかる電子回路の電気的構成を示すブロック図である。なお、図９に示した電子回路は、例えば、図１０に示す携帯電話機１０００の内部に設けられる回路である。図１０は、本発明の一実施形態にかかる電子機器の一つとして携帯電話機の外観の一例を示す斜視図である。図１０に示した携帯電話機１０００は、アンテナ１０１、受話器１０２、送話機１０３、液晶表示部１０４、および操作ボタン１０５等を備えている。
【００９７】
図９に示した電子回路は、携帯電話機１０００内に設けられる電子回路の基本構成を示し、送話機８０、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、アンテナ８６ａ、８６ｂ、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、受話器９１、周波数シンセサイザ９２、制御回路９３、および入力／表示回路９４を含んで構成される。なお、現在実用化されている。送信信号処理回路８１は、送話器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、携帯電話機は周波数変換処理を複数回行っているため、その回路構成は、より複雑となっている。
【００９８】
送話器８０は、例えば、音波信号を電波信号に変換するマイクロフォン等で実現され、図１０中の送話器１０３に相当するものである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。なお、送信ミキサ８２に供給される信号の周波数は、例えば、３８０ＭＨｚである。送信フィルタ８３は、中間周波数（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。なお、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）によりＲＦ信号に変換される。このＲＦ信号の周波数は、例えば、１．９ＧＨｚ程度である。送信電力増幅器８４は、送信フィルタ８２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。
【００９９】
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８６ａ、８６ｂから電波の形で送信する。また、送受分波器８５は、アンテナ８６ａ、８６ｂ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。なお、送受分波器８５から出力される受信信号の周波数は、例えば、２．１ＧＨｚ程度である。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。なお、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）により中間信号（ＩＦ）に変換される。
【０１００】
受信フィルタ８８は、変換回路（図示せず）により変換された中間周波数（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。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。なお、受信ミキサ８９に供給される中間周波数は、例えば、１９０ＭＨｚ程度である。受信信号処理回路８０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、復調処理等を施す回路である。受話器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、図１０中の受話器１０２に相当するものである。
【０１０１】
周波数シンセサイザ９２は、送信ミキサ８２へ供給する信号（例えば、周波数３８０ＭＨｚ程度）および受信ミキサ８９へ供給する信号（例えば、周波数３８０ＭＨｚ程度）および受信ミキサ８９へ供給する信号（例えば、周波数１９０ＭＨｚ程度）を生成する回路である。なお、周波数シンセサイザ９２は、例えば、７６０ＭＨｚの発振周波数で発信するＰＬＬ回路を備え、このＰＬＬ回路から出力される信号を分周して周波数が３８０ＭＨｚの信号を生成し、さらに、分周して周波数が１９０ＭＨｚの信号を生成する。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、および入力／表示回路９４を制御することにより携帯電話機の全体動作を制御する。入力／表示回路９４は、携帯電話機１０００の使用者に対して機器の状態を表示したり、操作者の指示を入力するためのものであり、例えば、図１０に示した液晶表示部１０４および操作ボタン１０５に相当する。
【０１０２】
以上の構成の電子回路において、送信フィルタ８３および受信フィルタ８８として前述した周波数フィルタが用いられる。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内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回路は、図８に示したＰＬＬ回路のＶＣＯ７４として、図７に示した周波数発振器を設けたものである。
【０１０３】
４．２．第２の例
図１３は、本発明の一実施形態にかかる電子回路の電気的構成を示すブロック図である。なお、図１３に示したブロック図は、例えば、図１１，図１２に示すリーダライタ２０００に設けられる回路図である。
【０１０４】
図１１〜図１３を参照して、本発明の実施形態にかかる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１１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とを有している。図１２は、図１１に示すリーダライタの概略ブロック図である。図１３は、図１２に示すリーダライタ２０００の構成を概略的に示す回路図である。
【０１０５】
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」と表現する場合もある。）を非接触情報媒体２２００へ送信し、あるいは非接触情報媒体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（例えば、１３．５６ＭＨｚ）を使用することができる。図１１，図１２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１７０とを有している。アンテナ部２１１０と制御インターフェース部２１２０は、ケーブル２１８０によって電気的に接続されている。また、リーダライタ２０００は、制御インターフェース部２１２０を介して更なる図示しない外部ホスト装置（処理装置、制御装置、パーソナルコンピュータ、ディスプレイなど）に接続されている。
【０１０６】
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し、図１１に示されるように、アンテナ部２１１０は通信装置２０００の上面に位置し、所定の通信領域（図中、点線で示す領域）を有している。アンテナ部２１１０は、ループアンテナ１１２と整合回路１１４により構成される。
【０１０７】
制御インターフェース部２１２０は、送信部１３０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１５０と、コントローラ１６０とを内蔵している。
【０１０８】
送信部１３０は、図示しない外部装置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１３０は発振回路１３２と、変調回路１３４と、駆動回路１３６とを有する。発振回路１３２は所定の周波数のキァリアを発生するための回路であり、通常は水晶振動子またはセラミック振動子等を使用することにより構成されるが、本発明の周波数発振器を使用することにより、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１３４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り、例えば、通常のＣＭＯＳ ＡＮＤゲート回路等で構成することができる。この場合、変調方式としては、振幅変調方式の一種であるＡＳＫ（Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）１００％方式であるが、他の変調方式例えばＰＳＫ（Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）方式，ＦＳＫ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）方式であってもよい。最後に、駆動回路１３６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。駆動回路１３６は、本実施形態において、抵抗とトランジスタにより構成される。なお、本明細書に記載された送信部１３０は例示的であって、これと同様の作用を奏する構成を適用することを排除するものでない。
【０１０９】
キャンセル部１４０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１４０はロジック回路１４２と、キャンセル回路１４６とを有し、キャンセル回路１４６の後述するトランジスタ１４７と上述した駆動回路１３６のトランジスタがワイヤードＯＲとなるように接続されている。
【０１１０】
受信部１５０は、図示しない検波手段（電流検出手段）と、復調回路とを有し、非接触情報媒体２２００が送信した信号を復元する。本実施形態において、検波手段はループアンテナ１１２に流れる電流の変化を検出する手段であって、例えば、当該周知の電流検出手段より構成することができる。なお、検波手段は、本実施形態において電流検出手段として実現されるが、非接触情報媒体２２００が送信した信号を検出可能ないかなる構成であってよい。また、復調回路は電流検出手段で検出された変化分を復調する回路であって、これもまた当該周知のいかなる技術の適用を排除するものでない。
【０１１１】
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。コントローラ１６０は、例えば、ＣＰＵより構成されても良いし、これと異なる制御および／または処理回路であってもよい。
【０１１２】
電源回路１７０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ものであるが、場合によっては内蔵電池を電力源としてもよい。電源回路１７０は、本実施形態において、アンテナ部２１１０を１５Ｖ電源で駆動する。なお、電源回路１７０は当業界周知のいかなる技術をも適用可能であり、ここでの詳細な説明は省略する。
【０１１３】
図１１を参照して、上述のリーダライタ２０００と交信可能な非接触情報媒体２２００について説明する。
【０１１４】
非接触情報媒体２２００は、リーダライタ２０００と電磁波（電波）を使用して交信する。本実施形態において、非接触情報媒体２２００は、用途に合わせた任意の形状（例えば、ペンダント形状、コイン形状、キー形状、カード形状、タグ形状など）を有することができ、非接触ＩＣタグとして実現されている（以下、非接触ＩＣタグ２２００と交換可能に使用する）。但し、非接触情報媒体２２００は、クレジットカードと同一寸法を有する、いわゆるＩＳＯ（国際標準化機構：Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏａｌ Ｏｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎ ｆｏｒ Ｓｔａｎｄａｒｄｉｚａｔｉｏｎ）サイズ（縦５４ｍｍ、横８５．６ｍｍ、厚さ０．７６ｍｍ）のＩＣカードとして実現されてもよい。また、かかるＩＣカードにおいて、クレジットカードやキャッシュカードなどの磁気ストライプを有するカード媒体に適用されることを妨げるのもではない。更に、非接触情報媒体２２００は、選択的に、エンボス、サインパネル、ホログラム、刻印、ホットスタンプ、画像プリント、写真などが形成されてもよい。
【０１１５】
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ＩＣタグ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１３０に送られる。この送信部１３０では、発振回路１３２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、このキャリアがデータで変調されて変調高周波信号が出力される。この場合、変調方式としては、振幅変調、周波数変調、位相変調などいずれであってもよい。変調回路１３４から出力される変調高周波信号は駆動回路１３６を介してアンテナ部２１１０に供給される。
【０１１６】
本実施形態では、これと同時に、減衰振動キャンセル部１４０が、かかる変調高周波信号の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。よって、かかるリーダライタ２０００は非接触情報媒体２２００と良好な通信状態を得ることができる。
【０１１７】
このときには、リーダライタ２０００に非接触ＩＣタグ２２００が近接されており、リーダライタ２０００のループアンテナ１１２と非接触ＩＣタグ２２００の図示しないコイルとが電磁結合されている。
【０１１８】
そこで、非接触ＩＣタグ２２００においては、変調高周波信号が図示しない受信回路に供給される。また、この変調高周波信号は図示しない電源回路に供給されて非接触ＩＣタグ２２００の各部に必要な所定の電源電圧（例えば、３．３Ｖ）が生成される。また、図示しない受信回路から出力されたデータは、復調されて図示しないロジック制御回路に供給される。図示しないロジック制御回路は図示しないクロック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ものを図示しないメモリに書き込む。
【０１１９】
非接触ＩＣタグ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１３４からは無変調で一定振幅の高周波信号が出力され、駆動回路１３６、アンテナ部２１１０のループアンテナ１１２を介して非接触ＩＣタグ２２００に送られる。
【０１２０】
一方、非接触ＩＣタグ２２００においては、図示しないメモリから読み出されたデータが図示しないロジック制御回路で処理されて図示しない送受信回路に供給される。この送受信回路の図示しない送信回路は例えば負荷抵抗とスイッチとからなり、データの‘１’、‘０’ビットに応じてこのスイッチがＯＮ／ＯＦＦする。
【０１２１】
リーダライタ２０００においては、上記のように送受信回路の図示しない送信回路のスイッチがＯＮ／ＯＦＦすると、アンテナ部２１１０のループアンテナ１１２の両端子からループアンテナ１１２側をみた負荷が変動し、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、この高周波電流は非接触ＩＣタグ２２００の図示しないロジック制御回路から図示しない送信回路に供給されるデータによって振幅変調されたものである。この高周波電流は受信部１５０の図示しない電流検出手段で検出され、これもまた図示しない受信回路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、図示しない外部装置などに送られる。
【０１２２】
上述した通信システム３０００は、非接触ＩＣカードやＩＣタグと同様に様々な多目的用途が見込まれている。これらの分野には、金融（キャッシュカード、クレジットカード、電子マネー管理、ファームバンキング、ホームバンキングなど）流通（ショッピングカード、商品券など）、医療（診察券、健康保険証、健康手帳など）、交通（ストアードフェア（ＳＦ）カード、回数券、免許証、定期券、パスポートなど）、保険（保険証券など）、証券（証券など）、教育（学生証、成績証など）、企業（ＩＤカードなど）、行政（印鑑証明、住民票など）などが含まれる。例えば、非接触ＩＣタグ２２００がＩＤ情報をそのメモリに格納している場合には、通信システム３０００は、会社、研究所、大学などの入出力管理媒体として使用することができる。
【０１２３】
以上、本発明の実施形態にかかる圧電薄膜振動子、周波数フィルタ、周波数発振器、電子回路、電子機器について説明したが、本発明は、上記実施形態に制限されず、本発明の範囲内で自由に変更が可能である。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例に挙げて説明した。しかしながら、本発明は、これらに限定されるものではなく、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。
【０１２４】
また、本発明は、移動体通信機器のみならずＢＳ（Ｂｒｏａｄｃａｓｔ  Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ）およびＣＳ（Ｃｏｍｍｅｒｃｉａｌ  Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ）放送を受信さするチューナ等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にも適用することができる。また、本発明は、通信キャリアとして空中を伝播する電波を使用する通信機器のみならず、同軸ケーブル中を伝播する高周波信号、または光ケーブル中を伝播する光信号を用いるＨＵＢ等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。
【０１２５】
さらに、本発明は、ＵＷＢシステムにおける広帯域フィルタ、携帯電話の広帯域フィルタ、無線ＬＡＮのＶＣＳＯ、広帯域フィルタ等に適用することができる。
【０１２６】
以上述べたように、本発明にかかるニオブ酸カリウム堆積体によれば、電気機械結合係数の大きな圧電薄膜振動子を実現することができ、周波数フィルタおよび周波数発振器の小型化を実現でき、さらに、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。
【図面の簡単な説明】
【０１２７】
【図１】（Ａ）〜（Ｅ）は、本発明の実施形態にかかるニオブ酸カリウム堆積体およびその製造方法を表す断面図。
【図２】本発明の実施形態において得られたニオブ酸カリウムのＸ線回折図。
【図３】（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明の実施形態で得られたニオブ酸カリウムのＲＨＨＥＤパターン。
【図４】本発明の実施形態で得られたニオブ酸カリウムのＸ線回折図。
【図５】本発明の実施形態で得られたニオブ酸カリウムのＸ線回折極点図。
【図６】本発明の実施形態にかかる圧電薄膜振動子の断面図。
【図７】本発明の実施形態にかかる周波数発振器の回路構成を示すブロック図。
【図８】ＰＬＬ回路の基本構成を示すブロック図。
【図９】本発明の実施形態にかかる電子回路の電気的構成を示すブロック図。
【図１０】本発明の実施形態にかかる電子機器の一例としての携帯電話機の外観を示す斜視図。
【図１１】本発明の実施形態にかかるリーダライタを用いた通信システムを示す図。
【図１２】図１１に示すリーダライタの概略ブロック図。
【図１３】図１１に示すリーダライタの構成を示す回路図。
【符号の説明】
【０１２８】
１１  サファイア単結晶基板、１２  バッファ層、１３  ニオブ酸カリウム層、１４  電極層、１５  基板、７０  入力端子、７１  位相比較器、７２  低減フィルタ、７３  増幅器、７４  ＶＣＯ、８０  送話器、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、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  受話器、９２  周波数シンセサイザ、９３  制御回路、９４  入力／表示回路、１００  ニオブ酸カリウム堆積層、１０１  アンテナ、１０２  受話器、１０３  送話器、１０４  液晶表示部、１０５  操作ボタン、１３０  通信部、１３２  発振回路、１３４  変調回路、１３６  駆動回路、２００  圧電薄膜振動子、１０００  携帯電話機、２０００  リーダライタ、２２００  非接触情報媒体、３０００  通信システム
【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図３】
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