(57)【要約】【課題】  絶縁体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、サファイア基板１１と、前記サファイア基板１１の上方に形成されたニオブ酸カリウム層１３と、を含む。ニオブ酸カリウム堆積体１００は、さらに、前記サファイア基板１１の上方に形成された、金属酸化物からなるバッファ層１２を有し、該バッファ層１２の上方に前記ニオブ酸カリウム層１３が形成される。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
サファイア基板と、
前記サファイア基板の上方に形成されたニオブ酸カリウム層と、
を含むニオブ酸カリウム堆積体。
【請求項２】
請求項１において、
さらに、前記サファイア基板の上方に形成された、金属酸化物からなるバッファ層を有し、該バッファ層の上方に前記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。
【請求項３】
請求項１または２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、ニオブ酸カリウム堆積体。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかにおいて、
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、（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５】
請求項１ないし４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。
【請求項６】
請求項２ないし５のいずれかにおいて、
前記バッファ層は、岩塩構造を有する金属酸化物からなる、ニオブ酸カリウム堆積体。
【請求項７】
請求項６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。
【請求項８】
請求項７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。
【請求項９】
請求項８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。
【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。
【請求項１１】
サファイア基板と、
前記サファイア基板の上方に形成された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１２】
請求項１１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１３】
サファイア基板の上方に、岩塩構造を有する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を形成する工程と、
を含む、ニオブ酸カリウム堆積体の製造方法。
【請求項１４】
請求項１３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１５】
請求項１３または１４において、
さらに、前記ニオブ酸カリウム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１６】
請求項１ないし１２のいずれかに記載のニオブ酸カリウム堆積体と、電極とを含む、表面弾性波素子。
【請求項１７】
請求項１６において、
前記ニオブ酸カリウム堆積体の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、表面弾性波素子。
【請求項１８】
請求項１６または１７に記載の表面弾性波素子を含む、周波数フィルタ。
【請求項１９】
請求項１６または１７に記載の表面弾性波素子を含む、周波数発振器。
【請求項２０】
請求項１９に記載の周波数発振器を含む、電子回路。
【請求項２１】
請求項１８に記載の周波数フィルタ、請求項１９に記載の周波数発振器、および請求項２０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表面弾性波素子、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】
携帯電話などの移動体通信を中心とした通信分野の著しい発展に伴い、表面弾性波素子の需要が急速に拡大している。表面弾性波素子の開発の方向としては、小型化、高効率化、高周波化の方向にある。そのためには、より大きな電気機械結合係数（ｋ２）、より安定な温度特性、より大きな表面弾性波伝播速度、が必要となる。例えば表面弾性波素子を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は高い電気機械結合係数が望まれる。共振周波数を高周波化するためには、インターディジタル型電極（Ｉｎｔｅｒ−Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）のピッチのデザインルールの限界からしても、より音速の速い材料が望まれている。さらに、使用温度領域での特性の安定化を得るためには、中心周波数温度係数（ＴＣＦ）が小さいことが必要となる。
【０００３】
表面弾性波素子は、従来、主として圧電体の単結晶上にインターディジタル型電極を形成した構造が用いられてきた。圧電単結晶の代表的なものとしては、水晶、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）などがある。例えば、広帯域化や通過帯域の低損失化が要求されるＲＦフィルタの場合には、電気機械結合係数の大きいＬｉＮｂＯ３が用いられる。一方、狭帯域でも安定な温度特性が必要なＩＦフィルタの場合は、中心周波数温度係数の小さい水晶が用いられる。さらに、電気機械結合係数および中心周波数温度係数がそれぞれＬｉＮｂＯ３と水晶の間にあるＬｉＴａＯ３はその中間的な役割を果たしている。ただし、電気機械結合係数の最も大きいＬｉＮｂＯ３でも、電気機械結合係数は２０％程度であった。
【０００４】
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）単結晶において、大きな電気機械結合係数の値を示すカット角が見出された。Ｅｌｅｔｒｏｎ．Ｌｅｔｔ．Ｖｏｌ．３３（１９９７）１９３．に記載されているように、０°ＹカットＸ伝播（以下、「０°Ｙ−Ｘ」という）ＫＮｂＯ３単結晶板は、電気機械結合係数が５３％と非常に大きな値を示すことが計算によって予測された。さらに、Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｖｏｌ．３７（１９９８）２９２９．に記載されているように、０°Ｙ−ＸＫＮｂＯ３単結晶板は電気機械結合係数が５０％の大きな値を示すことが実験でも確認され、４５°から７５°までの回転Ｙ−ＸＫＮｂＯ３単結晶基板を用いたフィルタの発振周波数が、室温付近で零温度特性を示すことが報告されている。これらの０°Ｙ−Ｘを含めた回転Ｙ−ＸＫＮｂＯ３単結晶板は、特開平１０−６５４８８号公報に記載されている。
【０００５】
圧電単結晶基板を用いた表面弾性波素子では、電気機械結合係数、温度係数、音速などの特性は材料固有の値であり、カット角および伝播方向で決定される。０°Ｙ−ＸＫＮｂＯ３単結晶基板は電気機械結合係数に優れるが、４５°から７５°までの回転Ｙ−ＸＫＮｂＯ３単結晶基板のような零温度特性は室温付近において示さない。また、伝播速度は同じペロブスカイト型酸化物であるＳｒＴｉＯ３やＣａＴｉＯ３に比べて遅い。このように、ＫＮｂＯ３単結晶基板を用いるだけでは、高音速、高電気機械結合係数、零温度特性を全て満足させることはできない。
【０００６】
そこで、何らかの基板上に圧電体薄膜を堆積し、その膜厚を制御して、音速や電気機械結合係数、温度特性を向上させることが期待される。Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｖｏｌ．３２（１９９３）２３３７．に記載されているようなサファイア基板上に酸化亜鉛（ＺｎＯ）薄膜を形成したもの、あるいはＪｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｖｏｌ．３２（１９９３）Ｌ７４５．に記載されているようなサファイア基板上にＬｉＮｂＯ３薄膜を形成したものなどが挙げられる。従って、ＫＮｂＯ３についても、基板上に薄膜化して、諸特性を全て向上させることが期待される。
【０００７】
ここで圧電薄膜としては、その電気機械結合係数、温度特性を引き出すために最適な方向に配向することが望ましく、リーキー波伝播に伴う損失をなるべく小さくするためには、平坦で緻密なエピタキシャル膜であることが望ましい。電気機械結合係数が５０％のＹ−ＸＫＮｂＯ３は、擬立方晶（１００）に相当し、電気機械結合係数が１０％の９０°Ｙ−ＸＫＮｂＯ３は、擬立方晶（１１０）に相当する。従って例えば、ＳｒＴｉＯ３（１００）あるいは（１１０）単結晶基板を用いることで、電気機械結合係数が５０％のＹ−ＸＫＮｂＯ３薄膜あるいは電気機械結合係数が１０％の９０°Ｙ−ＸＫＮｂＯ３薄膜を得ることが期待される。
【０００８】
しかし、現在のところ、ニオブ酸カリウムの単相薄膜、ならびにＹ−Ｘエピタキシャルニオブ酸カリウム薄膜を大面積の絶縁体基板上に作製することができていない。
【特許文献１】特開平１０−６５４８８号公報
【非特許文献１】Ｅｌｅｔｒｏｎ．Ｌｅｔｔ．Ｖｏｌ．３３（１９９７）１９３．
【非特許文献２】Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｖｏｌ．３７（１９９８）２９２９．
【非特許文献３】Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｖｏｌ．３２（１９９３）２３３７．
【非特許文献４】Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｖｏｌ．３２（１９９３）Ｌ７４５．
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、絶縁体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。
【００１０】
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の期待できる表面弾性波素子を提供することにある。
【００１１】
本発明のさらに他の目的は、上記表面弾性素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】
【００１２】
本発明にかかるニオブ酸カリウム堆積体は、
サファイア基板と、
前記サファイア基板の上方に形成されたニオブ酸カリウム層と、
を含む。
【００１３】
本発明によれば、絶縁性基板上に、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。
【００１４】
本発明にかかるニオブ酸カリウム堆積体において、さらに、前記サファイア基板の上方に形成された、金属酸化物からなるバッファ層を有し、該バッファ層の上方に前記ニオブ酸カリウム層が形成されることができる。本発明によれば、サファイア基板上にバッファ層を有することにより、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。
【００１５】
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。
【００１６】
本発明にかかるニオブ酸カリウム堆積体おいて、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、（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。
【００１７】
本発明にかかるニオブ酸カリウム堆積体において、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。
【００１８】
本発明にかかるニオブ酸カリウム堆積体おいて、前記バッファ層は、岩塩構造を有する金属酸化物からなることができる。かかる金属酸化物は、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。
【００１９】
本発明にかかるニオブ酸カリウム堆積体において、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。
【００２０】
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の代わりに、ニオブ酸カリウム固溶体層であることができる。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ことができる。
【００２１】
本発明にかかるニオブ酸カリウム堆積体の製造方法は、
サファイア基板の上方に、岩塩構造を有する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を形成する工程と、を含むことができる。
【００２２】
本発明の製造方法において、さらに、前記ニオブ酸カリウム層の表面を研磨する工程を有することができる。
【００２３】
本発明にかかる表面弾性波素子は、本発明にかかるニオブ酸カリウム堆積体と、電極とを含む。
【００２４】
本発明にかかる表面弾性波素子において、前記ニオブ酸カリウム堆積体の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。
【００２５】
本発明にかかる周波数フィルタは、本発明にかかる表面弾性波素子を含む。
【００２６】
本発明にかかる周波数発振器は、本発明にかかる表面弾性波素子を含む。
【００２７】
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。
【００２８】
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】
【００２９】
以下、本発明の一実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００３０】
１．ニオブ酸カリウム堆積体およびその製造方法
図１（Ａ）〜（Ｃ）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。
【００３１】
１．１．ニオブ酸カリウム堆積体
図１（Ｃ）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、サファイア単結晶基板１１と、サファイア単結晶基板１１上に形成された酸化マグネシウム（ＭｇＯ）からなるバッファ層１２と、バッファ層１２上に形成されたニオブ酸カリウム層１３とを含む。
【００３２】
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であって、安価で入手可能であるという点で好ましい。
【００３３】
バッファ層１２は、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）からなり、立方晶（１００）配向している。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。
【００３４】
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。
【００３５】
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、１００ｎｍ以上１００００ｎｍ以下とすることができる。
【００３６】
ニオブ酸カリウム層１３は、さらに以下の特徴を有することができる。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
（１）図１（Ａ）に示すように、サファイア単結晶基板１１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。
【００４２】
（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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
（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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
この工程では、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。
【００５２】
以上の工程によって、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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
また、本実施形態では、バッファ層およびニオブ酸カリウム層の成膜方法として、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。
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。
【００５６】
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。
【００５７】
次いで、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。
【００５８】
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。
【００５９】
このようにして得られたニオブ酸カリウム堆積体におけるニオブ酸カリウム層の表面をコロイダルシリカ研磨液を用いたバフ研磨によって研磨した。図２（Ａ），（Ｂ）に、研磨前後におけるニオブ酸カリウム層の表面モフォロジーの走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真を示す。研磨前のニオブ酸カリウム層の表面は、図２（Ａ）に示すように、多結晶粒子からなり表面モフォロジーに劣ることが確認された。これに対し、研磨後のニオブ酸カリウム層の表面は、図２（Ｂ）に示すように、平滑な表面を有していることが確認された。
【００６０】
また、本実施例で得られた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３に示す。図３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。
【００６１】
（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。
【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。このとき、図４（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。
【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。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４（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。
【００６４】
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。
【００６５】
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４（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。
【００６６】
さらに、本実施例で得られたニオブ酸カリウム（ＫＮｂＯ３）層のＸ線回折パターン（２θ−θスキャン）を図５に示す。図５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（００１）およびＫＮｂＯ３（００２）ピークしか観測されず、ＫＮｂＯ３が（００１）配向（ｃ軸配向）していることが確認された。
【００６７】
また、ＫＮｂＯ３（１１１）ピークについてＸ線回折極点図を測定したところ、図６に示す結果が得られた。図６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（００１）配向（ｃ軸配向）でエピタキシャル成長しており、面内方向で［０１０］軸（分極軸）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［００１］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。
【００６８】
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を作製する際に、Ｒ面サファイア単結晶基板および立方晶（１００）配向のＭｇＯからなるバッファ層を用いて、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薄膜は、電気機械結合係数の大きな表面弾性波素子を得ることができる。したがって、かかる表面弾性波素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は小型化を実現でき、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。
【００６９】
２．表面弾性波素子
図７は、本発明における表面弾性波素子２００の一実施の形態を模式的に表す断面図である。
【００７０】
表面弾性波素子２００は、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堆積体１００（図１参照）を含んで構成される。具体的には、サファイア単結晶基板１１上に、バッファ層１２およびニオブ酸カリウム層１３が順次積層されている。さらに、ニオブ酸カリウム層１３上に、所定のパターンを有するインターディジタル型電極（以下、「ＩＤＴ電極」という）１８，１９が形成されている。
【００７１】
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。
【００７２】
かかる表面弾性波素子２００は、例えば以下のようにして形成される。
【００７３】
まず、金属、例えばアルミニウムを用いた真空蒸着により、ニオブ酸カリウム堆積体１００のニオブ酸カリウム層１３上に金属層を堆積する。次に、金属層に対し、公知のリソグラフィーおよびドライエッチング技術を用いてパターニングを行い、ニオブ酸カリウム層１３上にＩＤＴ電極１８、１９を形成する。
【００７４】
以下、本実施形態にかかる表面弾性波素子について行った実験例について述べる。
【００７５】
（１）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表面弾性波素子を形成した。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。なお、ＩＤＴ電極としては、厚さ１００ｎｍのアルミニウム層を用いた。
【００７６】
得られた表面弾性波素子について、ＩＤＴ電極１８、１９の間での表面弾性波の遅延時間Ｖｏｐｅｎから求めた音速は５０００ｍ／ｓであった。また、ＩＤＴ電極１８、１９の間を金属薄膜で覆った場合の表面弾性波の遅延時間Ｖｓｈｏｒｔとの差から求めた電気機械結合係数は１０％であった。
【００７７】
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）を用いた表面弾性波素子の場合も同様の効果が得られた。
【００７８】
（２）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表面弾性波素子を形成した。このニオブ酸カリウム堆積体は、単結晶のニオブ酸カリウム層を有する。なお、ＩＤＴ電極としては、厚さ１００ｎｍのアルミニウム層を用いた。
【００７９】
得られた表面弾性波素子について、ＩＤＴ電極１８、１９の間での表面弾性波の遅延時間Ｖｏｐｅｎから求めた音速は５０００ｍ／ｓであった。また、ＩＤＴ電極１８、１９の間を金属薄膜で覆った場合の表面弾性波の遅延時間Ｖｓｈｏｒｔとの差から求めた電気機械結合係数は、ニオブ酸カリウム層が（００１）配向の単結晶であるため３５％であった。上記（１）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（１０％）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。
【００８０】
３．周波数フィルタ
図８は、本発明の一実施形態にかかる周波数フィルタの外観を示す斜視図である。図８に示した周波数フィルタは、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堆積体１００（以下、これを「基体４００」という）を含んで構成される。具体的には、基体４００は、サファイア単結晶基板上に、バッファ層およびニオブ酸カリウム層が順次積層されて構成されている。周波数フィルタは、さらに、基体４００のニオブ酸カリウム層上に、所定のパターンを有するＩＤＴ電極４１，４２が形成されている。
【００８１】
ＩＤＴ電極４１，４２は、例えば、アルミニウムまたはアルミニウム合金により形成される。また、ＩＤＴ電極４１，４２の厚みは、ＩＤＴ電極４１，４２のピッチの１００分の１程度に設定される。また、ＩＤＴ電極４１，４２を挟むように、基体４００の上面には、吸音部４３，４４が形成されている。吸音材４３，４４は、基体４００の表面を伝播する表面弾性波を吸収するものである。基体４００上に形成された、一方のＩＤＴ電極４１には高周波信号源４５が接続されており、他方のＩＤＴ電極４２には信号線が接続されている。
【００８２】
上記の構成において、高周波信号源４５から高周波信号が出力されると、該高周波信号は、ＩＤＴ電極４１に印加され、基体４００の上面に表面弾性波が発生する。該表面弾性波は、約４０００ｍ／ｓ程度の速度で基体４００上面を伝播する。ＩＤＴ電極４１から吸音部４３側へ伝播した表面弾性波は、吸音部４３で吸収されるが、ＩＤＴ電極４２側へ伝播した表面弾性波のうち、ＩＤＴ電極４２のピッチ等に応じて定まる特定の周波数、または、特定の帯域の周波数の表面弾性波は、電気信号に変換されて、信号線を介して端子４６ａ、４６ｂに取り出される。なお、上記特定の周波数、または、特定の帯域の周波数以外の周波数成分は、大部分がＩＤＴ電極４２を通過して吸音部４４に吸収される。
【００８３】
このように、本実施形態の周波数フィルタが備えるＩＤＴ電極４１に供給した電気信号のうち、特定の周波数、または、特定の帯域の周波数の表面弾性波のみを得る（フィルタリング）することが可能となる。
【００８４】
４．周波数発振器
図９は、本発明の一実施形態にかかる周波数発振器の外観を示す斜視図である。図９に示した周波数発振器は、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堆積体１００（以下、これを「基体５００」という）を含んで構成される。具体的には、基体５００は、サファイア単結晶基板上に、バッファ層およびニオブ酸カリウム層が順次積層されて構成されている。周波数発振器は、さらに、基体５００のニオブ酸カリウム層上に、所定のパターンを有するＩＤＴ電極５１が形成されており、さらに、ＩＤＴ電極５１を挟むように、ＩＤＴ電極５２、５３が形成されている。ＩＤＴ電極５１、５２、５３は、例えばアルミニウムまたはアルミニウム合金により形成されている。ＩＤＴ電極５１、５２、５３のそれぞれの厚みは、ＩＤＴ電極５１、５２、５３の各ピッチの１００分の１程度に設定される。また、ＩＤＴ電極５１を構成する一方の櫛歯状電極５１ａには、高周波信号源５４が接続されており、他方の櫛歯状電極５１ｂには信号線が接続されている。なお、ＩＤＴ電極５２、５３は、ＩＤＴ電極５１によって発生される表面弾性波の特定の周波数成分、または、特定の帯域の周波数成分を共振させる共振用電極である。
【００８５】
上記の構成において、高周波信号源５４から高周波信号が出力されると、該高周波信号は、ＩＤＴ電極５１の一方の櫛歯状電極５１ａに印加され、基板５００の上面にＩＤＴ電極５２側に伝播する表面弾性波、およびＩＤＴ電極５３側に伝播する表面弾性波が発生する。該表面弾性波は、約４０００ｍ／ｓ程度の速度である。これらの表面弾性波のうちの特定の周波数成分の表面弾性波は、ＩＤＴ電極５２およびＩＤＴ電極５３で反射され、ＩＤＴ電極５２とＩＤＴ電極５３との間には定在波が発生する。この特定の周波数成分の表面弾性波がＩＤＴ電極５２、５３で反射を繰り返すことにより、特定の周波数成分、または、特定の帯域の周波数成分が共振して、振幅が増大する。この特定の周波数成分、または、特定の帯域の周波数成分の表面弾性波の一部は、ＩＤＴ電極５１の他方の櫛歯状電極５１ｂから取り出され、ＩＤＴ電極５２とＩＤＴ電極５３との共振周波数に応じて周波数（または、ある程度の帯域を有する周波数）の電気信号が端子５５ａと端子５５ｂに取り出すことが可能となる。
【００８６】
図１０（Ａ），（Ｂ）は、本発明の実施形態の表面弾性波素子（周波数発振器）をＶＣＳＯ（Ｖｏｌｔａｇｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  ＳＡＷ  Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ：電圧制御ＳＡＷ発振器）に応用した一例を示す図であり、図１０（Ａ）は、側面透視図であり、図１０（Ｂ）は、上面透視図である。ＶＣＳＯは、金属製（アルミニウムまたはステンレススチール製等）の筐体６００内部に実装される。６１は基板であり、この基板６１上にＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）６２および本発明にかかる周波数発振器６３が実装されている。ＩＣ６２は、外部の回路（図示せず）から入力される電圧値に応じて、周波数発振器６３に印加する周波数を制御するものである。
【００８７】
周波数発振器６３は、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堆積体１００（以下、これを「基体６４」という）を含んで構成される。具体的には、基体６４は、サファイア単結晶基板上に、バッファ層およびニオブ酸カリウム層が順次積層されて構成されている。周波数発振器６３は、さらに、基体６４のニオブ酸カリウム層上に、所定のパターンを有するＩＤＴ電極６５ａ、６５ｂ、６５ｃが形成されており、その構成は、図９に示した周波数発振器とほぼ同様である。
【００８８】
基板６１上には、ＩＣ６２と、周波数発振器６３とを電気的に接続するための配線６６がパターンニングされている。ＩＣ６２および配線６６が、例えば、金線等のワイヤ線６７によって接続され、周波数発振器６３および配線６６が、金線等のワイヤ線６８によって接続されることにより、ＩＣ６２と、周波数発振器６３とが配線６６を介して電気的に接続されている。
【００８９】
図１０（Ａ），（Ｂ）に示したＶＣＳＯは、例えば、図１１に示すＰＬＬ回路のＶＣＯ（Ｖｏｌｔａｇｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）として用いられる。ここで、ＰＬＬ回路について簡単に説明する。図１１は、ＰＬＬ回路の基本構成を示すブロック図である。図１１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。
【００９０】
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。
【００９１】
５．電子回路
５．１．第１の例
図１２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１２に示した電子回路は、例えば、図１３に示す携帯電話機１０００の内部に設けられる回路である。図１３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１３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。
【００９２】
図１２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。
【００９３】
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１３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。
【００９４】
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。
【００９５】
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１５中の受話器１０２に相当するものである。
【００９６】
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１３に示した液晶表示部１０４および操作ボタン１０５に相当する。
【００９７】
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として図８に示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１３に示したＰＬＬ回路のＶＣＯ７４として、図９に示した周波数発振器、または図１０（Ａ），（Ｂ）に示した周波数発振器（ＶＣＳＯ）を設けたものである。
【００９８】
５．２．第２の例
図１６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１６に示したブロック図は、例えば、図１４，図１５に示すリーダライタ２０００に設けられる回路図である。
【００９９】
図１４〜図１６を参照して本発明の実施形態にかかるリーダライタ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１４に示すように、通信システム３０００は、リーダライタ２０００と、非接触情報媒体２２００とを有している。図１５は、図１４に示すリーダライタの概略ブロック図である。図１６は、図１５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。
【０１００】
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１４，図１５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。
【０１０１】
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１４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。
【０１０２】
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。
【０１０３】
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ＣＭＯＳＡＮＤ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。
【０１０４】
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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
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。
【０１０７】
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。
【０１０８】
再び、図１４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。
【０１０９】
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。
【０１１０】
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。
【０１１１】
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。
【０１１２】
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。
【０１１３】
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。
【０１１４】
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。
【０１１５】
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。
【０１１６】
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。
【０１１７】
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。
【０１１８】
以上、本発明の実施形態にかかる表面弾性波素子、周波数フィルタ、周波数発振器、電子回路、電子機器およびリーダライタ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を、電子回路として携帯電話機内に設けられる電子回路を一例に挙げて説明した。しかしながら、本発明は、携帯電話機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。
【０１１９】
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。
【０１２０】
さらに、本発明は、ＵＷＢ（Ｕｌｔｒａ  Ｗｉｄｅ  Ｂａｎｄ）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。
【０１２１】
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表面弾性波素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】
【０１２２】
【図１】（Ａ）〜（Ｃ）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】（Ａ）および（Ｂ）は、本発明の実施形態において得られたニオブ酸カリウム層の表面の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）顕微鏡写真。
【図３】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４】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線回折図。
【図６】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７】本発明の実施形態にかかる表面弾性波素子の断面図。
【図８】本発明の実施形態にかかる周波数フィルタの外観を示す斜視図。
【図９】本発明の実施形態にかかる周波数発振器の外観を示す斜視図。
【図１０】（Ａ），（Ｂ）は、本発明の実施形態にかかる表面弾性波素子（周波数発振器）をＶＣＳＯに応用した一例を示す側面透視図および上面透視図。
【図１１】ＰＬＬ回路の基本構成を示すブロック図。
【図１２】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１３】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１４】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１５】図１４に示すリーダライタの概略ブロック図。
【図１６】図１５に示すリーダライタの構成を示す回路図。
【符号の説明】
【０１２３】
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、１８  ＩＤＴ電極、１９  ＩＤＴ電極、４１  ＩＤＴ電極、４２  ＩＤＴ電極、４３  吸音材、４４  吸音材、４５  高周波信号源、４６  端子、５１  ＩＤＴ電極、５２  ＩＤＴ電極、５３  ＩＤＴ電極、５４  高周波信号源、５５  端子、６１  基板、６２  ＩＣ、６３  周波数発振器、６４  基板、６５  ＩＤＴ電極、６６  配線、６７  ワイヤ線、６８  ワイヤ線、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体、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、４００  基体、５００  基体、６００  筐体、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３】
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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１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図２】
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【図４】
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【図５】
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