(57)【要約】本発明は、金属ストリップ構造体が圧電材料と機械的に結合されている音響学的表面波構造素子に関する。本発明は、金属ストリップ構造体がＣｕからなる、この種の表面波構造素子を、構造素子の負荷が高い場合であっても、ストリップ構造体での音響移動ができるだけ簡単に実現可能である工業的手段で顕著に減少させることができるかまたは完全に阻止されることができる程度に形成させるという課題に基づく。この課題は、本発明によれば、金属ストリップ構造体が多結晶性組織および／またはナノ結晶性組織を有しおよび／または無定形状態で存在し、１つ以上の別の金属元素、合金および／または化合物０原子％〜最大で１０原子％の混合物を有する、Ｃｕを基礎とする材料からなることによって解決される。更に、ストリップ構造体は、本発明によれば、１つ以上の拡散遮断層で被覆されているかまたは包囲されている。本発明による構造素子は、例えばフィルター、音響光学モジュレーター、アクチュエーター、コンボルバーまたはセンサーとして使用可能である。
2004519171.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電材料上にＣｕからなる金属ストリップ構造体が施こされている音響学的表面波構造素子において、金属ストリップ構造体が多結晶性組織および／またはナノ結晶性組織を有しおよび／または無定形状態で存在し、１つ以上の別の金属元素、合金および／または化合物０原子％〜最大で１０原子％の混合物を有する、Ｃｕを基礎とする材料からなり、ストリップ構造体が１つ以上の拡散遮断層で被覆されているかまたは包囲されていることを特徴とする、音響学的表面波構造素子。
【請求項２】
拡散遮断層上に付着補助層および／または保護層が存在している、請求項１記載の音響学的表面波構造素子。
【請求項３】
拡散遮断層が保護層および／または付着補助層として形成されている、請求項１記載の音響学的表面波構造素子。
【請求項４】
混合された元素がＡｇ、Ｔａ、Ｗ、Ｓｉ、Ｚｒ、ＣｒおよびＴｉの群から選択されている、請求項１記載の音響学的表面波構造素子。
【請求項５】
ストリップ構造体がＡｇ５０原子ｐｐｍ〜５．０原子ｐｐｍ、有利にＡｇ１００原子ｐｐｍ〜２．０原子％を有する、Ｃｕを基礎とする合金からなる、請求項１記載の音響学的表面波構造素子。
【請求項６】
混合された合金がＡｇ、Ｔａ、Ｗ、Ｓｉ、Ｚｒ、ＣｒおよびＴｉの群の２つ以上の元素からなる、請求項１記載の音響学的表面波構造素子。
【請求項７】
ストリップ構造体がＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、ＣｒＯ２および／またはＡｌ２Ｏ３で被覆されているかまたは包囲されている、請求項１記載の音響学的表面波構造素子。
【請求項８】
ストリップ構造体が圧電材料上に載置されているかまたは圧電材料の溝中にストリップの高さに関連して完全にかまたは部分的に嵌め込まれて配置されている、請求項１記載の音響学的表面波構造素子。
【請求項９】
ストリップ構造体が非圧電支持体上に載置されているかまたは非圧電支持体の溝中にストリップの高さに関連して完全にかまたは部分的に嵌め込まれて配置されており、この場合部分的または完全に嵌め込まれたストリップ構造体は、上面で圧電板と結合されているかまたは上面および部分的に側面で圧電層で被覆されている、請求項１記載の音響学的表面波構造素子。
【請求項１０】
非圧電支持体が絶縁材料または半導体材料、殊にダイヤモンド、Ｓｉ、ＧａＡｓもしくはＧｅまたはＳｉもしくはＧｅの化合物からなる、請求項９記載の音響学的表面波構造素子。
【請求項１１】
ストリップ構造体が単層または多重層として形成されている、請求項１記載の音響学的表面波構造素子。
【請求項１２】
多重層中で隣接する層が互いに異なる材料からなる、請求項１１記載の音響学的表面波構造素子。
【請求項１３】
ストリップ構造体と非圧電支持体との間および／または多重層の層間および／またはストリップ構造体と圧電材料との間に拡散遮断層および／または付着補助層が配置されている、請求項１から１２までのいずれか１項に記載の音響学的表面波構造素子。
【請求項１４】
拡散遮断層がＴａ、Ｔｉ、Ｗ、Ａｇ、Ａｕ、Ａｌまたはこれらの酸化物もしくは窒化物もしくはフッ化物からなるか、或いはこれらの材料の多重層からなる、請求項１３記載の音響学的表面波構造素子。
【請求項１５】
付着補助層がＣｒ、Ｔｉ、Ｗ、Ｔａ、Ｓｉまたはこれらの化合物からなる、請求項１３記載の音響学的表面波構造素子。
【請求項１６】
ナノ結晶性組織を有するストリップ構造体を形成させる場合には、粒度は、主に５０ｎｍ未満である、請求項１記載の音響学的表面波構造素子。
【請求項１７】
ストリップ構造体が組成式Ｃｕ（１００−ｘ）Ａｇｘで示される、Ｃｕを基礎とする合金からなり、この場合ｘは、合金の共融点である５９〜６２の範囲内の値、殊に６０．１の値に調節される、請求項１から１６までのいずれか１項に記載の音響学的表面波構造素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
技術分野
本発明は、金属ストリップ構造体が圧電材料と機械的に結合されている音響学的表面波構造素子に関する。この種の構造素子は、例えばフィルター、音響光学モジュレーター、アクチュエーター、コンボルバーまたはセンサーとして使用可能である。
【０００２】
背景技術
公知の音響学的表面波構造素子のストリップ構造体は、Ａｌを基礎とし、殊に高い効率および振幅を実現させる場合には、音響移動の負荷下にある。この場合、ストリップ構造体の材料は、部分的に輸送され、このことは、一面で空隙の形成およびストリップの中断を生じ、他面、堆積物の成長および側面での形成を生じる。更に、損傷の特徴は、ストリップ構造体の部分的な層剥離にある。この変化は、構造素子の機能の損傷をまねき、したがって例えばフィルターの場合にアドミタンスおよび挿入損失（Ｅｉｎｆｕｅｇｅｄａｅｍｐｆｕｎｇ）に関連して構造素子の全てが故障するまでフィルター周波数のシフトまたは全フィルター特性値のシフトをまねく。
【０００３】
音響移動の減少のために、既に種々の工業的解決は、公知である。解決の１つは、ストリップ構造体の製造のために高度に組織化されたかまたは単結晶のＡｌ層の使用にある。しかし、この方法は、ストリップ構造体の製造に極めて費用がかかるという欠点を有している。
【０００４】
別の方法は、２層のＡｌ層の使用にあり、この場合Ａｌは、微少量の別の元素、殊にＣｕまたはＴｉと合金化されており、その際には、異なる合金組成を有する層が互いに組み合わされている（米国特許第４７７５８１４号明細書）。
【０００５】
また、１１個のＡｌ層を有する多層系も公知であり、この場合には、層系の主成分である個々のＡｌ層の間にそれぞれ例えばＴｉまたはＣｕからなるＡｌ不含の中間層が大量のエラストマー成分を有する移動抑制剤として配置されている（米国特許第５８４４３７４号明細書）。これに基づくストリップ構造体は、工業的に極めて費用がかかる。
【０００６】
漏洩波構造素子の場合には、Ａｌストリップ構造体に硬質の被覆層、例えばＡｌ酸化物、Ａｌケイ化物またはＡｌホウ化物を備えさせることは、公知である（ドイツ連邦共和国特許第１９７５８１９５号明細書）。この場合、この層は、塗布されるかまたはＡｌとの反応によって製造される。しかし、支持体、ならびに上層および金属化層の厚さは、表面波の減衰が僅かでも生じるために、波型に適合されていなければならない。
【０００７】
また、移動効果の減少のためにダイヤモンド支持体上で単結晶成長したＣｕ層使用されるような音響学的表面波装置も公知である（ドイツ連邦共和国特許第６９３０７９７４号明細書Ｔ２）。しかし、この単結晶層系の工業的費用および工業的反応費用は、極めて高い。この場合、必要とされる再現可能性および費用の有効性を有するこの技術の工業的実現可能性は、殆んど不可能である。その上、Ｃｕ単結晶の製造は、一般に困難である。それというのも、このためにこれまでの認識により、層と支持体との間で格子欠陥の極めて僅かな適合性が必要とされ、ひいてはこの技術がしばしば使用される圧電支持体材料、例えばＬｉＮｂＯ３、ＬｉＴａＯ３または石英にとって緩衝層なしでは実施不可能であろうと思われるからである。
【０００８】
発明の開示
本発明は、Ｃｕからの金属ストリップ構造体が圧電材料と機械的に結合されている音響学的表面波構造素子を、構造素子の負荷が高い場合であっても、ストリップ構造体での音響移動ができるだけ簡単に実現可能である工業的手段で顕著に減少させることができるかまたは完全に阻止されることができる程度に形成させるという課題に基づく。
【０００９】
この課題は、本発明によれば、金属ストリップ構造体が多結晶性組織および／またはナノ結晶性組織を有しおよび／または無定形状態で存在し、１つ以上の別の金属元素、合金および／または化合物０原子％〜最大で１０原子％の混合物を有する、Ｃｕを基礎とする材料からなることによって解決される。更に、ストリップ構造体は、本発明によれば、１つ以上の拡散遮断層で被覆されているかまたは包囲されている。
【００１０】
本発明の好ましい実施態様によれば、拡散遮断層上には、付着補助層および／または保護層が存在しているか、または拡散遮断層は、保護層および／または付着補助層として形成されている。
【００１１】
この場合、混合された元素は、有利にＡｇ、Ｔａ、Ｗ、Ｓｉ、Ｚｒ、ＣｒおよびＴｉの群から選択されている。
【００１２】
本発明の好ましい実施態様によれば、ストリップ構造体は、Ａｇ５０原子ｐｐｍ〜５．０原子ｐｐｍ、有利にＡｇ１００原子ｐｐｍ〜２．０原子％を有する、Ｃｕを基礎とする合金からなる。
【００１３】
混合された合金は、有利にＡｇ、Ｔａ、Ｗ、Ｓｉ、Ｚｒ、ＣｒおよびＴｉの群の２つ以上の元素からなる。
【００１４】
ストリップ構造体は、有利にＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、ＣｒＯ２および／またはＡｌ２Ｏ３で被覆されていてもよいし、包囲されていてもよい。
【００１５】
本発明によるストリップ構造体は、圧電材料上に載置されていてもよいし、圧電材料の溝中にストリップの高さに関連して完全にかまたは部分的に嵌め込まれて配置されていてもよい。
【００１６】
また、本発明によれば、ストリップ構造体は、非圧電支持体上に載置されていてもよいし、非圧電支持体の溝中にストリップの高さに関連して完全にかまたは部分的に嵌め込まれて配置されていてもよく、この場合部分的または完全に嵌め込まれたストリップ構造体は、上面で圧電板と結合されているかまたは上面および部分的に側面で圧電層で被覆されている。
【００１７】
この場合、非圧電支持体は、絶縁材料または半導体材料、殊にダイヤモンド、Ｓｉ、ＧａＡｓもしくはＧｅまたはＳｉもしくはＧｅの化合物からなることができる。
【００１８】
ストリップ構造体は、単層または多重層として形成されていてもよく、この場合には、多重層中で隣接する層は、互いに異なる材料から構成されていてもよい。
【００１９】
好ましくは、ストリップ構造体と非圧電支持体との間および／または多重層の層間および／またはストリップ構造体と圧電材料との間に拡散遮断層および／または付着補助層が配置されていてもよい。
【００２０】
拡散遮断層は、有利にＴａ、Ｔｉ、Ｗ、Ａｇ、Ａｕ、Ａｌまたはこれらの酸化物もしくは窒化物もしくはフッ化物からなるか、或いはこれらの材料の多重層からなる。
【００２１】
付着補助層としてＣｒ、Ｔｉ、Ｗ、Ｔａ、Ｓｉまたはこれらの化合物が設けられている。
【００２２】
多結晶性組織を有するストリップ構造体を形成させる場合には、粒度は、主に５０ｎｍ未満である。
【００２３】
また、本発明の課題の解決のために、ストリップ構造体は、組成式Ｃｕ（１００−ｘ）Ａｇｘで示される、Ｃｕを基礎とする合金からなり、この場合ｘは、合金の共融点である５９〜６２の範囲内の値、殊に６０．１の値に調節されていることが設けられている。
【００２４】
本発明による音響学的表面波構造素子は、この種の公知の構造素子と比較して音響移動に対する明らかに高い抵抗、ひいては長い寿命を有する。それというのも、ストリップ構造体での音響移動は、本質的に減少されており、一定の場合には、実際に完全に回避されているからである。この利点は、殊にストリップ構造体に使用される材料によって達成されるが、しかし、ストリップ構造体と圧電材料およびその被覆との機械的結合の方法によっても達成され、この場合この被覆は、本発明により設けられた遮断層および／または保護層によって形成されている。本発明は、音響学的表面波構造素子、殊に変換器構造体およびリフレクターストリップの場合に使用される全ての金属ストリップ構造体に有利に使用することができる。
【００２５】
発明を実施するための最良の形態
次に本発明を実施例およびそれに属する図１〜７につき詳説する。この場合、図においては本発明の説明にとって本質的な、本発明による構造素子の部分が示されている。
【００２６】
図１〜３には、ストリップ構造体のストリップ１の１つが明示されており、これは、圧電材料２上に付着されている。ストリップ構造体は、Ａｇ１．０原子％の添加量を有する銅からなる。圧電材料は、例えば単結晶のＬｉＮｂＯ３、ＬｉＴａＯ３、ＳｉＯ２、Ｌａ３Ｇａ５ＳｉＯ１４、Ｌｉ２Ｂ４Ｏ７、ＧａＰＯ４、ＺｎＯまたはＡｌＮからなることができる。ストリップ１の上面および図２および３においてストリップ１の側面は、ＴａＮからなる拡散遮断層８で被覆されており、この場合この拡散遮断層は、殊にＯ２およびＣｕの拡散を阻止する。図３による装置の場合、ストリップ１と圧電材料２との間には、なおＴａからなる付着補助層９が存在し、この場合この付着補助層は、同時に拡散遮断層８としても機能する。図４による図示によれば、ストリップ１は、圧電材料２中に切り込まれた溝３内に嵌め込まれ、全面を拡散遮断層８で包囲されている。
【００２７】
図５による装置の場合、ストリップ１は、非圧電支持体４中に切り込まれた溝５内に存在する。ストリップ１は、その上面で圧電材料２と結合されている。図６および７による装置の場合には、それぞれストリップ構造体の２つのストリップ１が図示されている。この場合、ストリップ１は、高さに関連して部分的にのみ溝５内に嵌め込まれており、この場合この溝は、非圧電支持体４内に切り込まれている。図６による装置の場合、ストリップ１は、上面で圧電材料２からなる板６と結合されている。図７による装置の場合、非圧電支持体から突出する、ストリップ１の面は、圧電材料２からなる層７で覆われている。
【００２８】
非圧電支持体４は、図５〜７による装置の場合に半導体材料、実際にＳｉからなる。その他の点では、図１〜４の記載と同様の材料が使用される。
【００２９】
Ｃｕ層、拡散遮断層および付着補助層ならびに保護層は、有利に薄膜技術の公知方法で、例えばマグネトロンスパッタリングまたはＭＯ−ＣＶＤ、電子線蒸着もしくは電気メッキによって施与される。
【００３０】
本発明によるストリップ構造体は、全ての商業的な圧電支持体または非圧電支持体上に、実際に載置されるかまたは部分的もしくは完全に溝内に存在するストリップ構造体として設けられていてよい。この場合、マイクロエレクトロニクスから公知の構造化方法、例えばリフトオフ技術またはエッチング技術が使用されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】
ストリップ構造体のストリップの１実施態様を示す略図。
【図２】
ストリップ構造体のストリップの１実施態様を示す略図。
【図３】
ストリップ構造体のストリップの１実施態様を示す略図。
【図４】
圧電材料中に切り込まれた溝内に嵌め込まれストリップの１実施態様を示す略図。
【図５】
非圧電支持体中に切り込まれた溝内に存在するストリップの１実施態様を示す略図。
【図６】
非圧電支持体中に切り込まれた溝内に存在するストリップの１実施態様を示す略図。
【図７】
非圧電支持体中に切り込まれた溝内に存在するストリップの１実施態様を示す略図。
【符号の説明】
１  ストリップ、  ２  圧電材料、  ３  溝、  ４  非圧電支持体、  ５  溝、  ６  圧電材料からなる板、  ７  圧電材料からなる層、  ８  拡散遮断層、  ９  付着補助層
【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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