(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電性薄膜を有する圧電バルク振動素子を備える発振素子と、一対の電極に挟まれた強誘電性薄膜または反強誘電性薄膜を備える可変容量素子とを有し、前記圧電性薄膜と前記強誘電性薄膜または前記反強誘電性薄膜とが共通の連続した膜であり、前記発振素子と前記可変容量素子とが直列接続されており、前記可変容量素子の両端に印加される制御電圧によりインピーダンス特性が制御される電圧制御発振器。
【請求項２】
前記圧電性薄膜の厚みと前記強誘電性薄膜または前記反強誘電性薄膜の厚みとが異なる請求項１の電圧制御発振器。
【請求項３】
前記可変容量素子に、強誘電性薄膜または反強誘電性薄膜の蓄積電荷量の履歴曲線における飽和電圧以上の電圧を印加した後、制御電圧を印加するか、または、前記飽和電圧を印加した状態で、その飽和電圧とは逆極性の制御電圧を印加することによりインピーダンス特性が制御される請求項１又は２に記載の電圧制御発振器。
【請求項４】
前記強誘電性薄膜および前記反強誘電性薄膜がエピタキシャル膜である請求項１〜３のいずれか一項に記載の電圧制御発振器。
【請求項５】
前記強誘電性薄膜がＰｂ含有ペロブスカイト結晶またはＢａＴｉＯ3結晶を含み、前記反強誘電性薄膜がＰｂＺｒＯ3結晶を含む請求項１〜４のいずれか一項に記載の電圧制御発振器。
【請求項６】
位相同期ループにおける電圧制御発振器として用いられる際に、位相同期ループを動作させるときの入力設定周波数が、前記可変容量素子に飽和電圧を印加したときの発振周波数と一致するか、または、前記可変容量素子に、前記飽和電圧以上の電圧が印加された後に位相同期ループで使用される請求項１〜５のいずれか一項に記載の電圧制御発振器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、移動体通信機器等に利用される電圧制御発振器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近、８００MHz帯から１．９GHz帯を利用した携帯電話、ＰＨＳ等の移動体通信が急速に普及し、加入者増に対応するため、また、世界共通の電話を実現するため、ＩＭＴ２０００システム等の新しい規格の導入が検討されている。このＩＭＴ２０００システムでは、フェーズ１として、最大ビットレートが２Mbpsまでのシステムの導入が検討されている。このシステムでは、帯域幅を５MHz／１０MHz／２０MHzに広げた広帯域ＣＤＭＡ方式と、周波数ホッピングを盛り込んだＴＤＭＡ方式とが検討された。前者は、直接拡散符号を用いているため、電波の多重伝搬路の干渉により現状では使用帯域幅の限界が５MHzから１０MHzといわれており、新たな干渉キャンセル技術の開発が不可欠である。後者は、周波数ホッピングのための高速な周波数シンセサイザが必要であり、この周波数シンセサイザには、中心周波数２GHz帯で動作し、周波数可変幅が５MHzから２０MHz（規格化周波数可変幅０．２５％から１％）であるＶＣＯ（電圧制御発振器）回路が必要である。
【０００３】
これらのシステムの端末には、利便性を向上させるために従来よりも小型であることが強く要求されている。端末の小型化には、使用する部品の小型化が不可欠である。周波数シンセサイザに用いられるＶＣＯ回路の小型化については、従来のディスクリート部品から、ベアチップ実装、さらにはモノリシック化が有効であると考えられているが、さまざまな課題を克服する必要があり、実用化はなかなか進んでいない。
【０００４】
ところで、単結晶圧電材料を用いた圧電バルク振動素子や弾性表面波共振器は、小型、無調整、高Ｑで共振損失が小さいなどの特徴があり、バラクタダイオードと組み合わせてＶＣＯ回路に利用されている。
【０００５】
しかし、ＬｉＴａＯ3等の単結晶を用いた圧電バルク振動素子を利用したＶＣＯ回路は、その使用可能な周波数範囲が数百メガヘルツ以下なので、２GHz帯を利用する通信システムへの適用は不可能である。一方、弾性表面波共振器を用いたＶＣＯ回路は、９００MHz帯まで研究されている。しかしながら、周波数可変素子のキーパーツであるバラクタダイオードは、２GHz帯の周波数では、抵抗成分が増大し、Ｑが大幅に低くなり、Ｃ／Ｎが低下し、実用的な特性は得られない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、圧電バルク振動素子または弾性表面波共振器を発振素子として有するＶＣＯ（電圧制御発振器）において、中心周波数２GHz帯での実用的な動作を可能とし、かつ、十分な周波数可変幅を実現することである。また、本発明の他の目的は、このようなＶＣＯの小型化を実現することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、下記（１）〜（７）の本発明により達成される。
（１）  圧電性薄膜を有する圧電バルク振動素子を備える発振素子と、一対の電極に挟まれた強誘電性薄膜または反強誘電性薄膜を備える可変容量素子とを有し、前記圧電性薄膜と前記強誘電性薄膜または前記反強誘電性薄膜とが共通の連続した膜であり、前記発振素子と前記可変容量素子とが直列接続されており、前記可変容量素子の両端に印加される制御電圧によりインピーダンス特性が制御される電圧制御発振器。
（２）  前記圧電性薄膜の厚みと前記強誘電性薄膜または前記反強誘電性薄膜の厚みとが異なる上記（１）の電圧制御発振器。
（３）  前記可変容量素子に、強誘電性薄膜または反強誘電性薄膜の蓄積電荷量の履歴曲線における飽和電圧以上の電圧を印加した後、制御電圧を印加するか、または、前記飽和電圧を印加した状態で、その飽和電圧とは逆極性の制御電圧を印加することによりインピーダンス特性が制御される上記（１）又は（２）の電圧制御発振器。
（４）  前記強誘電性薄膜および前記反強誘電性薄膜がエピタキシャル膜である上記（１）〜（３）のいずれかの電圧制御発振器。
（５）  前記強誘電性薄膜がＰｂ含有ペロブスカイト結晶またはＢａＴｉＯ3結晶を含み、前記反強誘電性薄膜がＰｂＺｒＯ3結晶を含む上記（１）〜（４）のいずれかの電圧制御発振器。
（６）  位相同期ループにおける電圧制御発振器として用いられる際に、位相同期ループを動作させるときの入力設定周波数が、前記可変容量素子に飽和電圧を印加したときの発振周波数と一致するか、または、前記可変容量素子に、前記飽和電圧以上の電圧が印加された後に位相同期ループで使用される上記（１）〜（５）のいずれかの電圧制御発振器。
【０００８】
【発明の実施の形態】
第１実施例
図１に、発振素子として圧電バルク振動素子を利用したＶＣＯの実施例を示す。
【０００９】
このＶＣＯは、ダイヤフラム１が形成されたＳｉ（１００）単結晶基板（以下、単にＳｉ基板という）２を有し、Ｓｉ基板２上に、酸化シリコン層／酸化ジルコニウム層／チタン酸バリウム層からなるバッファ層３、白金からなる下地電極４、ＰＺＴからなる強誘電性・圧電性薄膜５およびＡｕからなる上部電極６１、６２をこの順で有する。
【００１０】
ダイヤフラム１は、Ｓｉ基板２を図中下面側からエッチングすることにより形成したものであり、厚さは２０μmである。
【００１１】
強誘電性・圧電性薄膜５は、フォトリソグラフィー技術により部分的にエッチングしてある。エッチングした領域は、ダイヤフラム１上を除く領域の一部である。強誘電性・圧電性薄膜５の厚さは０．７μmであり、エッチング領域では０．６μmである。上部電極６１は、エッチング領域上に存在し、上部電極６２は、ダイヤフラム１上に存在する。強誘電性・圧電性薄膜５は、多元蒸着法により形成したが、ＭＢＥ法やＲＦマグネトロンスパッタ法などによって形成することもできる。この強誘電性・圧電性薄膜５が、後述するエピタキシャル膜であることは、ＲＨＥＥＤにより確認した。Ｘ線回折による分析では、この薄膜は９０°ドメインが形成された（００１）配向膜であり、ピーク強度比は、（１００）／（００１）＝０．９８であった。また、蛍光Ｘ線による組成分析の結果、膜中の原子比はＺｒ：Ｔｉ＝２３．８：７６．２であった。
【００１２】
このＶＣＯにおいて、強誘電性・圧電性薄膜５のエッチングされた領域と、これを挟む下地電極４および上部電極６１とが、可変容量素子を構成する。また、ダイヤフラム１上の強誘電性・圧電性薄膜５と、これを挟む下地電極４および上部電極６２とが、圧電バルク振動素子を構成する。両素子において強誘電性・圧電性薄膜５の厚さが異なるのは、それぞれの素子に最適化したためである。なお、上部電極６１の寸法は１４μm角であり、上部電極６２の寸法は１５μm角である。また、上部電極６１は、圧電バルク振動素子のインピーダンス特性への影響がないように、上部電極６２の端から約２００μm離れた位置に設けてある。
【００１３】
可変容量素子の誘電率をウエハープローバで測定したところ、約２４０ε0であった。ここで、ε0は真空の誘電率である。
【００１４】
なお、図１に示すＳｉ基板２ならびにその上の薄膜および電極は、Ｓｉウエハをエッチングしてダイヤフラムを形成し、Ｓｉウエハ上に電極および薄膜を形成した後、ダイシング装置を用いてチップに分割することにより作製した。
【００１５】
Ｓｉ基板２の下面は、ダイボンド剤１０によりパッケージ１１の底面に接着され、パッケージ１１の上部は蓋１３により封止されている。パッケージ１１内には、外部と連絡する外部接続端子Ａ、Ｂ、Ｃが存在し、これらは、ワイヤ１２を介して上部電極６１、下地電極４、上部電極６２とそれぞれ電気的に接続して、可変容量素子と圧電バルク振動素子とを直列に接続している。図４に、このＶＣＯの動作を説明するための電気的等価回路を示す。図４において、可変容量素子２０２と発振素子（圧電バルク振動素子）２０１とは直列に接続されている。図４に示すＡ、Ｂ、Ｃは、図１に示す外部接続端子Ａ、Ｂ、Ｃに対応する。
【００１６】
このＶＣＯにおいて、パッケージ１１の外部端子を利用し、Sawyer-Tower法に基づいて、可変容量素子の上部電極６１と下地電極４との間に最大振幅５V程度の低周波電圧を印加したところ、図２に示す蓄積電荷量の履歴曲線１４が得られた。図２から、この場合の飽和電圧が約４Vであることがわかる。また、この履歴曲線１４の傾きから、図３に示す容量の印加電圧依存性曲線１５を得た。図３の縦軸は、印加電圧が零のときの容量で規格化してある。この可変容量素子は、低周波電圧や直流電圧を印加した後でも、履歴曲線や容量の経時変化が小さく、可変容量素子として十分に実用に耐えることが判明した。
【００１７】
図４を用いて、このＶＣＯの動作を説明する。能動回路２００は、負性抵抗−Ｒｃと容量リアクタンスＸｃとをもち、発振素子２０１はインピーダンスＲｅ（ｗ）＋ｊＸｅ（ｗ）をもち、可変容量素子２０２はインピーダンスＲ（Ｖ）＋ｊＸ（Ｖ）をもつとしてある。ここでＶは、可変容量素子２０２に印加する電圧を表す。このＶＣＯ回路の発振条件は、Ｒ（Ｖ）＋Ｒｅ（ｗ）＜｜Ｒｃ｜およびＸｅ（ｗ）＋Ｘ（Ｖ）＝Ｘｃであることが知られており、また、高周波帯で使用可能な能動回路のＸｃは、一般的に３０〜１００Ω程度の値をもつことも知られている。
【００１８】
第１実施例における可変容量素子の飽和電圧である４Vを図４のＡＢ間に印加したときのＡＣ間におけるインピーダンスの共振特性を、図５に示す。図中、インピーダンスの実数部、虚数部、絶対値をそれぞれ、曲線２３、２４、２５で示す。本実施例では、強誘電性・圧電性薄膜５がエピタキシャル膜なので、可変容量素子の損失が極めて小さくなり、その結果、共振周波数近傍におけるインピーダンスの実数部が数オーム以下となり、発振条件の一部であるＲ（Ｖ）＋Ｒｅ（ｗ）＜｜Ｒｃ｜を十分に満たしている。
【００１９】
図６に、図４のＡＢ間の印加電圧（制御電圧）を変化させたときの、ＡＣ間におけるインピーダンスの絶対値および虚数部の変化を示す。同図において、曲線２６、２７、２８は、制御電圧がそれぞれ３．５V、１．３V、−０．５Vのときのインピーダンスの絶対値を表し、曲線２９、３０、３１は、制御電圧がそれぞれ３．５V、１．３V、−０．５Vのときのインピーダンスの虚数部を表す。なお、この測定は、飽和電圧である４VをＡＢ間に印加した後に行った。能動回路のリアクタンスＸｃを一般的な値である５０Ωに設定し、ＡＢ間の制御電圧を３．５Vから−０．５Vまで変化させたとき、発振条件を満たす周波数を図６から見積もると、２．０４２GHzから２．０２０GHzまで変化することがわかる。これを規格化周波数可変幅に直すと、約１％となる。
【００２０】
また、図４のＡＢ間に、可変容量素子のもう一方の飽和電圧である−４Vを印加した後、能動回路のリアクタンスＸｃを５０Ωと設定し、制御電圧を−３．５V、−１．３V、＋０．５Vと変化させると、発振条件を満たす周波数は２．０４２GHzから２．０２０GHzまで変化した。この場合も、規格化周波数可変幅が約１％となる。
【００２１】
図１３に、位相同期ループの概念図を示す。この位相同期ループは、位相差検出器（位相位相比較器）１００、ループフィルタ１０１、増幅器１０２およびＶＣＯ１０３からなる。この位相同期ループを動作させると、まず、ＶＣＯ１０３の入力電圧が零に設定された自走周波数で発振し、その後、入力信号の設定周波数に引き込まれる。この実施例のＶＣＯを図１３に示すＶＣＯ１０３として用い、図４のＡＢ間に直流電圧５Vを印加してから位相同期ループを動作させると、増幅器１０２からフィードバックされたＶＣＯへの入力電圧が零で発振し始め、ＶＣＯの出力周波数は２．０４２GHzとなり、この周波数より低い周波数に設定した入力周波数に自動的に引きこまれた。
【００２２】
ここでは図４のＡＢ間に直流電圧を印加したが、強誘電性薄膜の自発分極が追随しない低周波電圧を印加してもよい。また、制御電圧を印加する前にＡＢ間に印加する電圧は、蓄積電荷量の履歴曲線における飽和電圧以上の電圧であればよい。飽和電圧以上の電圧を印加すれば、図２に示すような定まった履歴曲線を利用できるので、制御電圧に対応する安定した発振周波数が得られる。また、絶対値が飽和電圧以上であれば、ＡＢ間に印加する電圧はマイナス側であってもよく、例えば、印加電圧を−５Vとしてもよい。なお、制御電圧は、飽和電圧以下とする。
【００２３】
また、ＡＢ間に前記飽和電圧を印加しながら制御電圧を印加する構成としてもよい。この場合、ＡＢ間に飽和電圧を印加しながら、別の回路を用いてＡＢ間に制御電圧を印加する。この場合、制御電圧は飽和電圧に対し逆極性とし、ＡＢ間の電圧が飽和電圧を超えないようにする。この構成においても、制御電圧に対応する安定した発振周波数が得られる。
【００２４】
位相同期ループでは、まず、ＶＣＯへの入力電圧が零の自走周波数で発振するため、従来のＶＣＯを本発明のＶＣＯに単に置き換えた場合、可変容量素子に電圧が印加されず、制御電圧に対応する安定した発振周波数が得られない場合がある。しかし、上記したようにＡＢ間にいったん電圧を印加した後、制御電圧を印加するか、電圧を印加しながら制御電圧を印加することにより、正確な動作が可能となる。
【００２５】
また、本発明のＶＣＯを位相同期ループに適用する場合、位相同期ループを動作させるときの入力設定周波数を、可変容量素子に上記飽和電圧を印加したときの発振周波数と一致させる構成としてもよい。この場合には、上記飽和電圧に相当する電圧が可変容量素子に自動的に印加されるため、正確な動作が可能となる。そして、その後に、入力設定周波数を所望の値に設定すればよい。
【００２６】
上記したように、本発明では発振素子に可変容量素子を接続し、図４のＡＢ間に制御電圧を印加することによりＡＣ間のインピーダンスを変化させて、発振周波数を変更可能とする。本発明のＶＣＯには、携帯電話等で利用されている５V以下程度の低電圧を制御電圧として用い、２GHz前後の高周波域において規格化周波数可変幅１％程度以上を実現できることが要求される。そこで、このような要求を満足するために可変容量素子に必要とされる特性について考察する。
【００２７】
前述したように図６には、図４のＡＢ間の制御電圧を変化させたときのＡＣ間のインピーダンス変化を示してある。図６において、曲線２９、３０、３１は、制御電圧がそれぞれ３．５V、１．３V、−０．５Vのときのインピーダンス虚数部の周波数応答を表す。図６に示されるように、同一周波数で比較したとき、インピーダンス虚数部は制御電圧が増大するにしたがって低下する。可変容量素子を接続しない状態での周波数応答曲線を基準にすると、制御電圧の増大に伴って周波数応答曲線は図中垂直方向にほぼ平行に移動する。そして、この平行移動によるインピーダンス虚数部の低下の度合いは、可変容量素子の強誘電性薄膜または反強誘電性薄膜の特性に依存する。具体的には、図３に示される電圧−規格化容量曲線に固有のものとなる。この電圧−規格化容量曲線は、薄膜の組成、結晶性、厚さなどに依存する。
【００２８】
図１４に、インピーダンス虚数部の周波数応答曲線を模式的に示す。曲線３０１は、可変容量素子を接続しない場合であり、本明細書ではこれを基準曲線という。曲線３０２は制御電圧−０．５Vの場合であり、基準曲線からの平行移動量（低下量）はｄ-0.5Ωである。曲線３０３は制御電圧３．５Vの場合であり、基準曲線からの平行移動量（低下量）はｄ3.5Ωである。可変容量素子における制御電圧を−０．５〜３．５Vの間で変化させることによる規格化周波数可変幅は、（λmax−λmin）／λmaxで表される。発振周波数は、能動回路のリアクタンスＸｃと等しいインピーダンス値に対応する周波数なので、ここでは、インピーダンス虚数部が５０Ω（能動回路のＸｃの一般的な値）となる周波数を採用する。したがって、λminは曲線３０２において５０Ωに対応する周波数であり、λmaxは曲線３０３において５０Ωに対応する周波数である。２GHz程度の高周波域ではλmax−λminに対しλmaxが著しく大きいため、規格化周波数可変幅は実質的にλmax−λminの大きさで決定されることになる。
【００２９】
図１４において、ｄ3.5−ｄ-0.5をｄ-0.5で規格化した値、すなわち（ｄ3.5−ｄ-0.5）／ｄ-0.5を、本明細書ではインピーダンス虚数部の規格化変化幅と呼ぶ。（ｄ3.5−ｄ-0.5）／ｄ-0.5は、λmax−λminと密接に相関する値である。特定の強誘電性薄膜または反強誘電性薄膜を備える可変容量素子を接続した場合、ｄ3.5およびｄ-0.5は可変容量素子の電極面積に依存して変化するが、（ｄ3.5−ｄ-0.5）／ｄ-0.5は電極面積によらず一定となる。（ｄ3.5−ｄ-0.5）／ｄ-0.5が一定である場合、可変容量素子の電極面積が小さいほどｄ3.5およびｄ-0.5は大きくなる。インピーダンス応答曲線が直線であれば、（ｄ3.5−ｄ-0.5）／ｄ-0.5が一定の条件下でｄ3.5およびｄ-0.5が増大すると、λmaxおよびλminが高周波側に移動すると共にλmax−λminが大きくなって規格化周波数可変幅が大きくなるが、実際にはインピーダンス応答曲線は高周波側ほど傾きが増大する。このため、可変容量素子の電極面積がある程度小さくなると、λmax−λminは減少に向かうことになる。一方、電極面積が大きくなるほどｄ3.5およびｄ-0.5は小さくなる。（ｄ3.5−ｄ-0.5）／ｄ-0.5が一定の条件下でｄ3.5およびｄ-0.5が減少すると、λmaxおよびλminが低周波側に移動すると共にλmax−λminが小さくなって規格化周波数可変幅が小さくなる。
【００３０】
したがって、可変容量素子の電極面積を適宜選択することにより、最大の規格化周波数可変幅が得られることになる。例えば、１４μm角の電極を設けた場合、
ｄ3.5＝１９９Ω、
ｄ-0.5＝１０９Ω、
（ｄ3.5−ｄ-0.5）／ｄ-0.5＝０．８２、
λmax＝２．０４２GHz、
λmin＝２．０２０GHz、
規格化周波数可変幅＝１．０９％
となる。これに対し、１０μm角の電極を設けた場合、
ｄ3.5＝３９２Ω、
ｄ-0.5＝２１５Ω、
（ｄ3.5−ｄ-0.5）／ｄ-0.5＝０．８２、
λmax＝２．０６３GHz、
λmin＝２．０４５GHz、
規格化周波数可変幅＝０．８８％
となる。また、３０μm角の電極を設けた場合、
ｄ3.5＝４３．７Ω、
ｄ-0.5＝２３．９Ω、
（ｄ3.5−ｄ-0.5）／ｄ-0.5＝０．８２、
λmax＝１．９８９GHz、
λmin＝１．９７８GHz、
規格化周波数可変幅＝０．５６％
となる。すなわち、上記３例の中では、１４μm角の電極を設けた場合以外は、１％以上の規格化周波数可変幅を得ることはできない。
【００３１】
なお、（ｄ3.5−ｄ-0.5）／ｄ-0.5は、可変容量素子の強誘電性薄膜または反強誘電性薄膜の特性によって決定され、また、最大の規格化周波数可変幅が得られる電極面積は（ｄ3.5−ｄ-0.5）／ｄ-0.5の値に対応して変化するため、制御電圧−０．５〜３．５Vのときに最大の規格化周波数可変幅を与える電極面積は、可変容量素子の強誘電性薄膜または反強誘電性薄膜の特性に応じて求めればよい。ただし、（ｄ3.5−ｄ-0.5）／ｄ-0.5が小さすぎると、適切な電極面積を選んでもλmax−λminを大きくすることが難しくなる。具体的には、圧電材料としてＰＺＴエピタキシャル膜またはＫＮｂＯ3単結晶を用いた発振素子（弾性表面波共振器または圧電バルク振動素子）と同等のインピーダンス特性を有する発振素子において、制御電圧を−０．５〜３．５Vとしたときに規格化周波数可変幅を１％以上とするためには、（ｄ3.5−ｄ-0.5）／ｄ-0.5が０．７６以上であることが好ましい。一方、（ｄ3.5−ｄ-0.5）／ｄ-0.5が大きすぎると、周波数応答曲線の傾きが大きくなる周波数領域を使うことになり、この周波数領域ではインピーダンスの実数部が増大して発振条件Ｒ（Ｖ）＋Ｒｅ（ｗ）＜｜Ｒｃ｜を満たせなくなる。したがって、（ｄ3.5−ｄ-0.5）／ｄ-0.5の値は、上記発振条件を満足する周波数領域において所望の規格化周波数可変幅が得られるものであればよい。例えば、ここで例示する発振素子を用いた場合に規格化周波数可変幅を１％以上とするためには、（ｄ3.5−ｄ-0.5）／ｄ-0.5が１．３５以下であることが好ましい。
【００３２】
さらに、上記した動作原理から、インピーダンス虚数部の周波数応答曲線の傾きが小さいほど、規格化周波数可変幅を大きくできることがわかる。周波数応答曲線の傾きは、発振素子の圧電性材料の電気機械結合係数ｋ2に反比例する。圧電性材料のｋ2は、薄膜ではＰＺＴエピタキシャル膜が最大であり、単結晶ではＫＮｂＯ3が最大である。したがって、これらの圧電性材料を用いることにより、規格化周波数可変幅を大きくすることができる。
【００３３】
第２実施例
図７に、発振素子として弾性表面波共振器を利用したＶＣＯの実施例を示す。
【００３４】
このＶＣＯは、Ｓｉ基板２を有し、Ｓｉ基板２上に、酸化シリコン層／酸化ジルコニウム層／チタン酸バリウム層からなるバッファ層３、白金からなる下地電極４およびＰＺＴからなる強誘電性・圧電性薄膜５１、５２を有する。強誘電性・圧電性薄膜５１、５２は、厚さが異なる。強誘電性・圧電性薄膜５１上には、Ａｕからなる上部電極６１が設けられ、強誘電性・圧電性薄膜５２上には、それぞれＡｌからなる櫛形電極６３およびストリップ反射器（図示せず）が設けられている。
【００３５】
強誘電性・圧電性薄膜５１、５２は、第１実施例と同様にして形成した強誘電性・圧電性薄膜を、フォトリソグラフィー技術によりエッチングすることにより形成した。強誘電性・圧電性薄膜５１の厚さは０．６μmであり、強誘電性・圧電性薄膜５２の厚さは０．７μmである。
【００３６】
このＶＣＯにおいて、強誘電性・圧電性薄膜５１と、これを挟む下地電極４および上部電極６１とが、可変容量素子を構成する。また、強誘電性・圧電性薄膜５２と、これを挟む下地電極４および櫛形電極６３、ストリップ反射器とが、弾性表面波共振器を構成する。両素子において強誘電性・圧電性薄膜の厚さが異なるのは、それぞれの素子に最適化したためである。また、両素子において強誘電性・圧電性薄膜を独立させたのは、互いへの影響を抑えるためである。上部電極６１の寸法は、３５μm角であり、開口長１５μmをもつ櫛形電極６３とストリップ反射器とにおいて、線幅は０．４μmである。櫛形電極６３の対数は３０、ストリップ反射器の本数は１００とした。櫛形電極６３とストリップ反射器との距離は、中心間距離で０．８μmとした。櫛形電極６３およびストリップ反射器は、弾性表面波の伝搬方向が図７を垂直に貫くように、かつ、上部電極６１との中心間距離が２００μmとなるように配置し、上部電極６１による弾性表面波共振器のインピーダンス特性への影響がないように配慮した。
【００３７】
なお、図７に示すＳｉ基板２ならびにその上の薄膜および電極は、Ｓｉウエハ上に電極および薄膜を形成した後、ダイシング装置を用いてチップに分割することにより作製した。
【００３８】
Ｓｉ基板２の下面は、ダイボンド剤１０によりパッケージ１１の底面に接着され、パッケージ１１の上部は蓋１３により封止されている。パッケージ１１内には、外部と連絡する外部接続端子Ａ、Ｂ、Ｃが存在し、これらは、ワイヤ１２を介して上部電極６１、下地電極４、櫛形電極６３の出力電極パッドとそれぞれ電気的に接続している。また、櫛形電極６３の入力電極パッドは、ワイヤ１２を介して下地電極４に接続している。このＶＣＯにおいても、可変容量素子と発振素子である弾性表面波共振器とは、直列に接続されている。
【００３９】
このＶＣＯの可変容量素子について、第１実施例と同様にして蓄積電荷量の履歴曲線を得、これから飽和電圧を求めたところ、４Vであった。この可変容量素子においても、図３に示すような容量の印加電圧依存性が存在する。
【００４０】
したがって、可変容量素子と弾性表面波共振器とを直列接続したＶＣＯの動作は、図４を用いて説明した第１実施例の動作と同じとなる。そこで、可変容量素子にその飽和電圧である４Vを印加した後、印加電圧（制御電圧）を３．５Vまたは−０．５Vに設定して、ＶＣＯのＡＣ間におけるインピーダンスの絶対値および虚数部を測定した。結果を図８に示す。図８において、曲線４４、４５は、印加電圧がそれぞれ３．５V、−０．５Vのときのインピーダンスの絶対値を表し、曲線４６、４７は、印加電圧がそれぞれ３．５V、−０．５Vのときのインピーダンスの虚数部を表す。
【００４１】
ここで、図４における能動回路のリアクタンスＸｃを一般的な値である５０Ωに設定し、印加電圧を３．５Vから−０．５Vまで変化させたとき、発振条件を満たす周波数を図８から見積もると、規格化周波数可変幅が約１％となることがわかる。
【００４２】
第３実施例
図９（Ｅ）に、発振素子として圧電バルク振動素子を用いたＶＣＯの実施例を示す。
【００４３】
このＶＣＯは、ダイヤフラム１が形成されたＳｉ基板２を有し、Ｓｉ基板２上に、酸化シリコン層／酸化ジルコニウム層／チタン酸バリウム層からなるバッファ層３、白金からなる下地電極４をこの順で有し、下地電極４上に、ＰｂＺｒＯ3からなる反強誘電性薄膜５３およびその上の上部電極６１と、ＰＺＴからなる強誘電性・圧電性薄膜５およびその上の上部電極６２とを、それぞれ有する。ダイヤフラム１および強誘電性・圧電性薄膜５は、第１実施例と同様にして形成したものである。
【００４４】
強誘電性・圧電性薄膜５および上部電極６２は、ダイヤフラム１上に存在し、下地電極４とあわせて圧電バルク振動素子を構成する。一方、反強誘電性薄膜５３および上部電極６１は、ダイヤフラム１上を除く領域の一部に形成され、下地電極４とあわせて可変容量素子を構成する。上部電極６１は３０μm角であり、上部電極６２は１５μm角である。上部電極６１は、圧電バルク振動素子のインピーダンス特性への影響がないように、上部電極６２の端から２００μm離れた位置に設けてある。
【００４５】
ここで、両素子の製造プロセスを、図９（Ａ）〜図９（Ｄ）により説明する。まず、ダイヤフラム１を形成したＳｉ基板２上に、バッファ層３、下地電極４および強誘電性・圧電性薄膜５を第１実施例と同様にして形成する。次いで、強誘電性・圧電性薄膜５上に、エッチング可能な誘電体薄膜５４を形成する［図９（Ａ）］。続いて、誘電体薄膜５４および強誘電性・圧電性薄膜５を、圧電バルク振動素子となる領域を除いて、フォトリソグラフィー技術により除去する［図９（Ｂ）］。次いで、除去により現れた下地電極４上に、厚さ約０．６μmの反強誘電性薄膜５３を形成する［図９（Ｃ）］。次に、強誘電性・圧電性薄膜５上に残っている誘電体薄膜５４をエッチングにより除去した後、反強誘電性薄膜５３上に上部電極６１を、強誘電性・圧電性薄膜５上に上部電極６２をそれぞれ形成する［図９（Ｄ）］。
【００４６】
図９（Ｅ）において、Ｓｉ基板２の下面は、ダイボンド剤１０によりパッケージ１１の底面に接着され、パッケージ１１の上部は蓋１３により封止されている。パッケージ１１内には、外部と連絡する外部接続端子Ａ、Ｂ、Ｃが存在し、これらは、ワイヤ１２を介して上部電極６１、下地電極４、上部電極６２とそれぞれ電気的に接続している。このＶＣＯにおいても、可変容量素子と発振素子である圧電バルク振動素子とは、直列に接続されている。
【００４７】
このＶＣＯにおいて、パッケージ１１の外部端子を利用し、Sawyer-Tower法に基づいて、可変容量素子の上部電極６１と下地電極４との間に最大振幅５V程度の低周波電圧を印加したところ、図１０に示す蓄積電荷量の履歴曲線１４が得られた。この履歴曲線は、二重ヒステリシス曲線となっている。また、この履歴曲線１４の傾きから、容量の印加電圧依存性曲線を得た。この可変容量素子は、低周波電圧や直流電圧を印加した後でも、履歴曲線や容量の経時変化が小さく、十分に実用に耐えることが判明した。
【００４８】
このＶＣＯの動作は、図４を用いて説明した第１実施例の動作と同じとなる。このＶＣＯの圧電バルク振動素子は、第１実施例と同一である。このＶＣＯにおいて、可変容量素子にその飽和電圧である５Vを印加した後、印加電圧（制御電圧）を５Vから２．５Vまで変化させてＶＣＯのＡＣ間におけるインピーダンスの絶対値と虚数部を測定すると、図８と同様な結果が得られた。図４に示す能動回路のリアクタンスＸｃを一般的な値である５０Ωに設定して、発振条件を満たす周波数を図８から見積もると、規格化周波数可変幅が約１％となることがわかる。
【００４９】
なお、強誘電性・圧電性薄膜５として、２重ヒステリシス曲線をもつ強誘電体であるＢａＴｉＯ3薄膜を用いた場合でも、可変容量素子として同様な機能が得られる。
【００５０】
上記第１、第２および第３実施例では、小型化および製造工程の簡略化を考慮して、１枚のＳｉ基板を可変容量素子と発振素子との両方で利用しているが、各素子を別々のＳｉ基板上に形成してもよい。また、下地電極も両素子で共通であるが、下地電極を素子ごとに独立して設け、両素子をワイヤなどにより直列接続する構成としてもよい。また、上記各実施例では、強誘電性・圧電性薄膜をＰＺＴから構成したが、このほか、例えば特開平９−３２１３６２号公報に記載されている、ｃ軸配向したＰｂ含有ペロブスカイト強誘電性薄膜を用いることもできる。
【００５１】
第１実施例および第３実施例では、ダイヤフラムの厚さを２０μmとしたが、機械的強度を保持できる範囲であれば、さらに薄くしてもよい。また、ダイヤフラム上に圧電性薄膜を形成した後、ダイヤフラムを裏面側からエッチングしてＳｉを完全に除去してもよい。
【００５２】
第４実施例
図１１に、発振素子として弾性表面波共振器を利用したＶＣＯの実施例を示す。
【００５３】
このＶＣＯは、可変容量素子と、弾性表面波共振器とを有し、これらがパッケージ１１内に並んで配置されている。
【００５４】
可変容量素子は、Ｓｉ基板２を有し、この上に、酸化シリコン層／酸化ジルコニウム層／チタン酸バリウム層からなるバッファ層３、白金からなる下地電極４、ＰＺＴからなる強誘電性・圧電性薄膜５およびＡｕからなる上部電極６１をこの順で有する。上部電極６１の寸法は、３５μm角である。ダイヤフラム１および強誘電性・圧電性薄膜５は、第１実施例と同様にして形成した。
【００５５】
弾性表面波共振器は、ＫＮｂＯ3単結晶基板２１を有し、この上に、櫛形電極６３およびストリップ反射器（図示せず）を有する。櫛形電極６３の対数、ストリップ反射器の本数および両者の中心間距離は、第２実施例と同じである。
【００５６】
Ｓｉ基板２とＫＮｂＯ3単結晶基板２１とは、ダイボンド剤１０によりパッケージ１１底面に接着され、パッケージ１１の上部は蓋１３により封止されている。パッケージ１１内には、外部と連絡する外部接続端子Ａ、Ｂ、Ｃが存在し、これらは、ワイヤ１２を介して上部電極６１、下地電極４、櫛形電極６３の出力電極パッドとそれぞれ電気的に接続している。また、櫛形電極６３の入力電極パッドは、ワイヤ１２を介して下地電極４に接続している。このＶＣＯにおいても、可変容量素子と発振素子である弾性表面波共振器とは、直列に接続されている。
【００５７】
このＶＣＯにおいて、可変容量素子は第２実施例における可変容量素子と同一である。したがって、蓄積電荷量の履歴曲線および容量の印加電圧依存性も同一である。また、可変容量素子と弾性表面波共振器とを直列に接続したＶＣＯの動作は、図４を用いて説明した第１実施例の動作と同じとなる。
【００５８】
そこで、可変容量素子にその飽和電圧である４Vを印加した後、印加電圧（制御電圧）を３．５V、１．３V、−０．５Vに設定して、ＶＣＯのＡＣ間におけるインピーダンスの絶対値および虚数部を測定した。結果を図１２に示す。図１２において、曲線８７、８８、８９は、印加電圧がそれぞれ３．５V、１．３V、−０．５Vのときのインピーダンスの絶対値を表し、曲線９０、９１、９２は、印加電圧がそれぞれ３．５V、１．３V、−０．５Vのときのインピーダンスの虚数部を表す。
【００５９】
ここで、図４における能動回路のリアクタンスＸｃを一般的な値である５０Ωに設定し、印加電圧を３．５Vから−０．５Vまで変化させたとき、発振条件を満たす周波数を図１２から見積もると、規格化周波数可変幅が約１．２％となることがわかる。
【００６０】
可変容量素子の各部の構成
次に、本発明のＶＣＯにおける可変容量素子の各部の構成を、より詳細に説明する。
【００６１】
基板
本発明で用いる基板の材料は特に限定されないが、好ましくは単結晶を用いる。具体的には、例えば、マグネシア、チタン酸ストロンチウム、サファイア、ジルコニア、安定化ジルコニア、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム等の絶縁体や、ガリウム砒素、シリコン等の半導体などのいずれを用いてもよいが、好ましくはＳｉ単結晶を用いる。特に、Ｓｉ単結晶の（１００）面が基板表面となるように用いた場合、特性の優れた機能性エピタキシャル膜を形成できる。また、Ｓｉは半導体素子に汎用されているため、本発明のＶＣＯを他の半導体素子と複合化する場合にも好適である。また、他の半導体素子と組み合わせて使用する場合でも、基板の熱膨張係数が一致するので好ましい。例えばＭｇＯ基板の熱膨張係数はＳｉと一桁異なるので、このような用途に不適当である。また、Ｓｉは、比較的安価である。
【００６２】
強誘電性薄膜、反強誘電性薄膜
本発明のＶＣＯでは、ＩＭＴ２０００システム等の携帯電話等で使用される数ボルト程度の電圧において、自発分極変化による誘電率変化を利用して可変容量素子を動作させるために、強誘電体および反強誘電体として薄膜を用いる。例えば、バルク単結晶を用いる場合、加工技術の限度から厚さが２００μm以上となるため、数ボルト程度の電圧では自発分極変化による誘電率変化は利用できない。本発明において可変容量素子に用いる強誘電性薄膜および反強誘電性薄膜の厚さは、数ボルト程度の電圧を印加したときに自発分極変化による誘電率変化が利用できるように、すなわち、例えば前記飽和電圧が１〜９V程度となるように適宜設定すればよいが、通常、０．１〜２０μmとすることが好ましい。
【００６３】
本発明において、少なくとも可変容量素子に用いる強誘電性薄膜および反強誘電性薄膜は、以下に説明するエピタキシャル膜であることが好ましい。Jpn. J. Appl. Phys. Vol. 36 (1997) pp.6069-6072に記載されているように、従来の強誘電性薄膜、例えば、ゾルゲル法で作製したＰＺＴ薄膜は、直流電圧あるいは低周波電圧印加後の誘電率や圧電特性が、印加電圧の大きさによって異なり、再現性に問題があるが、以下に説明するエピタキシャル膜では、前記実施例に示されるように、誘電率や圧電特性が直流電圧あるいは低周波電圧印加によって影響を受けず、良好な再現性が得られる。
【００６４】
以下、エピタキシャル膜である強誘電性薄膜および反強誘電性薄膜を、機能性エピタキシャル膜と総称する。
【００６５】
機能性エピタキシャル膜に用いる材料は特に限定されず、強誘電性または反強誘電性を有するものから適宜選択すればよいが、例えば以下の材料が好適である。
【００６６】
（Ａ）ペロブスカイト型材料：ＢａＴｉＯ3；ＰｂＴｉＯ3、希土類元素含有チタン酸鉛、ＰＺＴ（ジルコンチタン酸鉛）、ＰＬＺＴ（ジルコンチタン酸ランタン鉛）等のＰｂ系ペロブスカイト化合物；Ｂｉ系ペロブスカイト化合物など。以上のような単純、複合、層状の各種ペロブスカイト化合物。
【００６７】
（Ｂ）タングステンブロンズ型材料：ＳＢＮ（ニオブ酸ストロンチウムバリウム）、ＰＢＮ（ニオブ酸鉛バリウム）等のタングステンブロンズ型酸化物など。
【００６８】
（Ｃ）ＹＭｎＯ3系材料：希土類元素（ＳｃおよびＹを含む）とＭｎとＯとを含み、六方晶系ＹＭｎＯ3構造をもつ酸化物など。例えば、ＹＭｎＯ3、ＨｏＭｎＯ3等。
【００６９】
以下、これらの材料について、より詳細に説明する。
【００７０】
ペロブスカイト型材料のうち、ＢａＴｉＯ3やＰｂ含有ペロブスカイト化合物などは、一般に式ＡＢＯ3で表される。ここで、ＡおよびＢは各々陽イオンを表す。ＡはＣａ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｐｂ、Ｋ、Ｎａ、Ｌｉ、ＬａおよびＣｄから選ばれた１種以上であることが好ましく、ＢはＴｉ、Ｚｒ、ＴａおよびＮｂから選ばれた１種以上であることが好ましい。
【００７１】
こうしたペロブスカイト型化合物における原子比Ａ／Ｂは、好ましくは０．８〜１．３であり、より好ましくは０．９〜１．２である。
【００７２】
Ａ／Ｂをこのような範囲にすることによって、誘電体の絶縁性を確保することができ、また結晶性を改善することが可能になるため、誘電体特性または強誘電特性を改善することができる。これに対し、Ａ／Ｂが０．８未満では結晶性の改善効果が望めなくなり、またＡ／Ｂが１．３をこえると均質な薄膜の形成が困難になってしまう。
【００７３】
このようなＡ／Ｂは、成膜条件を制御することによって実現する。また、ＡＢＯ3におけるＯの比率は、３に限定されるものではない。ペロブスカイト材料によっては、酸素欠陥または酸素過剰で安定したペロブスカイト構造を組むものがあるので、ＡＢＯxにおいて、ｘの値は、通常、２．７〜３．３程度である。なお、Ａ／Ｂは、蛍光Ｘ線分析法から求めることができる。
【００７４】
本発明で用いるＡＢＯ3型のペロブスカイト化合物としては、Ａ1+Ｂ5+Ｏ3、Ａ2+Ｂ4+Ｏ3、Ａ3+Ｂ3+Ｏ3、ＡXＢＯ3、Ａ（Ｂ′0.67Ｂ″0.33）Ｏ3、Ａ（Ｂ′0.33Ｂ″0.67）Ｏ3、Ａ（Ｂ0.5+3Ｂ0.5+5）Ｏ3、Ａ（Ｂ0.52+Ｂ0.56+）Ｏ3、Ａ（Ｂ0.51+Ｂ0.57+）Ｏ3、Ａ3+（Ｂ0.52+Ｂ0.54+）Ｏ3、Ａ（Ｂ0.251+Ｂ0.755+）Ｏ3、Ａ（Ｂ0.53+Ｂ0.54+）Ｏ2.75、Ａ（Ｂ0.52+Ｂ0.55+）Ｏ2.75等のいずれであってもよい。
【００７５】
具体的には、ＰＺＴ、ＰＬＺＴ等のＰｂ系ペロブスカイト化合物、ＣａＴｉＯ3、ＢａＴｉＯ3、ＰｂＴｉＯ3、ＫＴａＯ3、ＢｉＦｅＯ3、ＮａＴａＯ3、ＳｒＴｉＯ3、ＣｄＴｉＯ3、ＫＮｂＯ3、ＬｉＮｂＯ3、ＬｉＴａＯ3、およびこれらの固溶体等である。
【００７６】
なお、上記ＰＺＴは、ＰｂＺｒＯ3−ＰｂＴｉＯ3系の固溶体である。また、上記ＰＬＺＴは、ＰＺＴにＬａがドープされた化合物であり、ＡＢＯ3の表記に従えば、（Ｐｂ0.89〜0.91Ｌａ0.11〜0.09）（Ｚｒ0.65Ｔｉ0.35）Ｏ3で示される。
【００７７】
また、層状ペロブスカイト化合物のうちＢｉ系層状化合物は、一般に
式  Ｂｉ2Ａm-1ＢmＯ3m+3
で表わされる。上記式において、ｍは１〜５の整数、Ａは、Ｂｉ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｐｂ、Ｎａ、Ｋおよび希土類元素（ＳｃおよびＹを含む）のいずれかであり、Ｂは、Ｔｉ、ＴａおよびＮｂのいずれかである。具体的には、Ｂｉ4Ｔｉ3Ｏ12、ＳｒＢｉ2Ｔａ2Ｏ9、ＳｒＢｉ2Ｎｂ2Ｏ9などが挙げられる。本発明では、これらの化合物のいずれを用いてもよく、これらの固溶体を用いてもよい。
【００７８】
本発明に用いることが好ましいペロブスカイト型化合物は、チタン酸塩ないしチタン酸塩含有ペロブスカイト型化合物、例えばＢａＴｉＯ3、ＳｒＴｉＯ3、ＰＬＺＴ、ＰＺＴ、ＣａＴｉＯ3、ＰｂＴｉＯ3（チタン酸鉛）、希土類元素含有チタン酸鉛等であり、より好ましいものはＢａＴｉＯ3、ＳｒＴｉＯ3、ＰＺＴ、ＰｂＴｉＯ3、希土類元素含有チタン酸鉛であり、特に好ましいものは、Ｒ（Ｒは、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｅｕ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｙｂ、Ｙ、Ｓｍ、Ｇｄ、ＥｒおよびＬａから選択された少なくとも１種の希土類元素）、Ｐｂ、ＴｉならびにＯを含有する希土類元素含有チタン酸鉛である。
【００７９】
このような希土類元素含有チタン酸鉛としては、元素の構成比が
（Ｐｂ＋Ｒ）／Ｔｉ＝０．８〜１．３、
Ｐｂ／（Ｐｂ＋Ｒ）＝０．５〜０．９９
の範囲にあるものが好ましい。この組成の希土類元素含有チタン酸鉛は、特開平１０−１７３９４号公報に開示されている。
【００８０】
タングステンブロンズ型材料としては、強誘電体材料集のLandolt-Boernstein Vol.16記載のタングステンブロンズ型材料が好ましい。具体的には、（Ｂａ，Ｓｒ）Ｎｂ2Ｏ6、（Ｂａ，Ｐｂ）Ｎｂ2Ｏ6、ＰｂＮｂ2Ｏ6、ＰｂＴａ2Ｏ6、ＢａＴａ2Ｏ6、ＰｂＮｂ4Ｏ11、ＳｒＮｂ2Ｏ6、ＢａＮｂ2Ｏ6等やこれらの固溶体が好ましく、特に、ＳＢＮ｛（Ｂａ，Ｓｒ）Ｎｂ2Ｏ6｝やＰＢＮ｛（Ｂａ，Ｐｂ）Ｎｂ2Ｏ6｝が好ましい。
【００８１】
ＹＭｎＯ3系材料は、化学式ＲＭｎＯ3で表せる。Ｒは希土類元素（ＳｃおよびＹを含む）から選ばれた１種以上であることが好ましい。ＹＭｎＯ3系材料における原子比Ｒ／Ｍｎは、好ましくは０．８〜１．２であり、より好ましくは０．９〜１．１である。このような範囲にすることにより、絶縁性を確保することができ、また結晶性を改善することが可能になるため、強誘電特性を改善することができる。これに対し、原子比Ｒ／Ｍｎが０．８未満または１．２を超える範囲では、結晶性が低下する傾向がある。また特に、原子比Ｒ／Ｍｎが１．２を超える範囲では、強誘電性が得られず、常誘電的特性になる傾向があり、分極を利用した素子への応用が不可能になってくることがある。このような範囲のＲ／Ｍｎは、成膜条件を制御することによって実現できる。なお、Ｒ／Ｍｎは、蛍光Ｘ線分析により求めることができる。ＹＭｎＯ3系材料の比誘電率は、バルクで１０〜５０程度、薄膜で１０〜１００程度である。
【００８２】
本発明に用いることが好ましいＹＭｎＯ3系材料は、結晶構造が六方晶系のものである。
【００８３】
ＹＭｎＯ3系材料は、六方晶系の結晶構造を持つものと斜方晶系の結晶構造を持つものとが存在する。強誘電性を得るためには、六方晶系の結晶材料とする必要がある。具体的には、組成が実質的にＹＭｎＯ3、ＨｏＭｎＯ3、ＥｒＭｎＯ3、ＹｂＭｎＯ3、ＴｍＭｎＯ3、ＬｕＭｎＯ3であるものか、これらの固溶体などである。
【００８４】
機能性エピタキシャル膜は、ペロブスカイト結晶構造を有し、少なくとも（００１）配向を有することが好ましい。（００１）配向では、＜００１＞軸が機能性エピタキシャル膜の面内方向に垂直であり、ペロブスカイト系の結晶構造を持つＰｂＴｉＯ3系材料の多くは強誘電性が＜００１＞軸で得られるので、（００１）面が膜面内に平行である（００１）単一配向膜であることがより好ましい。
【００８５】
なお、本明細書における単一配向膜とは、基板表面と平行に目的とする結晶面がそろっている結晶化膜のことを意味する。具体的には、例えば、（００１）単一配向膜、すなわちｃ面単一配向膜は、膜の２θ−θＸ線回折において、（００Ｌ）面以外の反射強度が（００Ｌ）面反射の最大ピーク強度の１０％以下、好ましくは５％以下のものである。なお、本明細書において（００Ｌ）は、（００１）や（００２）などの等価な面を総称する表示である。
【００８６】
本明細書におけるエピタキシャル膜とは、基板表面と平行に目的とする結晶面がそろっている結晶化膜であって、膜面内をＸ−Ｙ面とし、膜厚方向をＺ軸としたとき、結晶がＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸方向にともにそろって配向しているものである。具体的には、第一に、上記した単一配向膜である必要がある。第二に、ＲＨＥＥＤ評価でスポットまたはストリークパターンを示す必要がある。これらの条件を満足すれば、エピタキシャル膜といえる。なお、ＲＨＥＥＤとは、反射高速電子線回折（Reflction High Energy Electron Diffraction）であり、ＲＨＥＥＤ評価は、膜面内における結晶軸の配向の指標である。
【００８７】
ただし、本発明では、（１００）面が膜面内に平行となっている（１００）配向の結晶が（００１）配向結晶に混在していてもよい。（１００）配向結晶は９０°ドメインを形成することがあり、この場合、自発分極をわずかに減少させるが、大きな障害にはならない。また、９０°ドメインが形成されると、薄膜内の応力が減少するので、強誘電体特性の向上に効果的であることもある。Ｘ線回折におけるピーク強度比は、通常、（１００）／（００１）が３以下であることが好ましい。
【００８８】
なお、（００１）単一配向でなくても、混在する結晶が（１００）配向である場合には、本明細書において定義するエピタキシャル膜に包含されるものとする。この場合のエピタキシャル膜とは、第一に、Ｘ線回折による測定を行ったとき、目的とするふたつの面以外のものの反射のピーク強度が目的とする面の最大ピーク強度の１０％以下、好ましくは５％以下である必要がある。具体的には、膜の２θ−θＸ線回折において、（００Ｌ）面および（Ｈ００）面以外のピーク強度が、（００Ｌ）面または（Ｈ００）面の最大ピーク強度の１０％以下、好ましくは５％以下である。第二に、ＲＨＥＥＤ評価でスポットまたはストリークパターンを示す必要がある。これらの条件を満足すれば、本明細書において定義するエピタキシャル膜であることとする。なお、本明細書において（Ｈ００）は、（１００）や（２００）などの等価な面を総称する表示である。
【００８９】
Ｓｉ（１００）基板を用いる場合の機能性エピタキシャル膜とＳｉ（１００）基板との好ましい結晶軸方位関係は、以下の通りである。なお、Ｓｉは立方晶である。ペロブスカイト構造の機能性エピタキシャル膜が（００１）単一配向である場合、ペロブスカイト［１００］//Ｓｉ［０１０］である。また、機能性エピタキシャル膜が（００１）配向と（１００）配向とが混在したものである場合、ペロブスカイト（００１）配向結晶についてはペロブスカイト［１００］//Ｓｉ［０１０］であり、ペロブスカイト（１００）配向結晶についてはペロブスカイト［００１］//Ｓｉ［０１０］である。すなわち、機能性エピタキシャル膜とＳｉ基板とは、面内に存在する軸同士も平行であることが好ましい。
【００９０】
バッファ層
基板と機能性エピタキシャル膜との間には、前記実施例に示すように、バッファ層を設けることが好ましい。また、下地電極を設ける場合には、バッファ層は下地電極と基板との間に設けることが好ましい。バッファ層は、以下に説明する第１バッファ層および／または第２バッファ層を含むことが好ましい。
【００９１】
（第１バッファ層）
第１バッファ層は、前記した式ＡＢＯ3で表されるペロブスカイト結晶構造を有する。Ａとしては、Ｃａ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｐｂ、Ｋ、Ｎａ、Ｌｉ、ＬａおよびＣｄの１種以上、特にＢａまたはＳｒが好ましく、Ｂとしては、Ｔｉ、Ｚｒ、ＴａおよびＮｂの１種以上、特にＴｉが好ましい。すなわち、第１バッファ層は、チタン酸バリウムまたはチタン酸ストロンチウムを主成分とすることが好ましい。
【００９２】
第１バッファ層における原子比Ａ／Ｂは、好ましくは０．８〜１．３、より好ましくは０．９〜１．２である。Ａ／Ｂが０．８未満では結晶性の改善効果が望めなくなり、またＡ／Ｂが１．３を超えると均質な薄膜の形成が困難になってしまう。Ａ／Ｂの組成比は、蛍光Ｘ線分析により求めることができる。ＡＢＯ3におけるＯの比率は、前記したように３に限らず、２．７〜３．３の範囲にあればよい。
【００９３】
第１バッファ層は、正方晶であるときは（００１）単一配向、すなわち基板表面と平行にｃ面が単一に配向したものであることが好ましく、立方晶であるときは（１００）単一配向、すなわち基板表面と平行にａ面が単一に配向したものであることが好ましく、いずれの場合でもエピタキシャル膜であることがより好ましい。また、第１バッファ層とＳｉ（１００）基板との結晶方位関係は、正方晶［１００］//Ｓｉ［０１０］または立方晶［０１０］//Ｓｉ［０１０］であることが好ましい。すなわち、バッファ層と基板とは、面内において軸同士が平行であることが好ましい。このような積層構造は、さらにこの構造上に形成される下地電極や機能性エピタキシャル膜の結晶性を向上させて、これらを単一配向膜やエピタキシャル膜として形成するのに効果的である。第１バッファ層は機能性エピタキシャル膜との格子整合性が良好であるため、結晶性の高い機能性エピタキシャル膜が得られる。
【００９４】
（第２バッファ層）
第１バッファ層と第２バッファ層とを設ける場合、第２バッファ層は、基板と第１バッファ層との間に設ける。第２バッファ層は、以下に説明する酸化ジルコニウム系薄膜から構成するか、これと、以下に説明する希土類酸化物系薄膜とから構成する。なお、両薄膜を設ける場合、希土類酸化物系薄膜は、機能性エピタキシャル膜側に設けられる。
【００９５】
酸化ジルコニウム系薄膜は、酸化ジルコニウムを主成分とするか、希土類元素（ＳｃおよびＹを含む）により安定化された酸化ジルコニウム（安定化ジルコニア）を主成分とする。この薄膜を設けることにより、その上に設けられる第１バッファ層や機能性エピタキシャル膜の剥離を防止できる。また、この薄膜は、チタン酸バリウム等からなる第１バッファ層との格子整合性がよいため、結果として結晶性の高い機能性エピタキシャル膜を形成できる。
【００９６】
酸化ジルコニウムおよび安定化ジルコニアは、Ｚｒ1-xＲxＯ2-δ（ＲはＳｃおよびＹを含む希土類元素であり、ｘ＝０〜０．７５、δ＝０〜０．５である）で表わされる組成のものが好ましい。ｘおよびδの限定理由については、後述する。Ｒとしては、Ｐｒ、Ｃｅ、Ｎｄ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、ＨｏおよびＥｒから選択される少なくとも１種であることが好ましい。
【００９７】
酸化ジルコニウム系薄膜は、単一の結晶配向を有していることが望ましい。これは、複数の結晶面を有する薄膜においては粒界が存在するため、その上の第１バッファ層や機能性エピタキシャル膜のエピタキシャル成長が不可能になるためである。具体的には、正方晶または単斜晶であるときは（００１）単一配向、立方晶であるときは（１００）単一配向であることが好ましく、いずれの場合でもエピタキシャル膜であることがより好ましい。このような良好な結晶性の酸化ジルコニウム系薄膜が形成できれば、粒界による物理量の攪乱等がなくなり、酸化ジルコニウム系薄膜上に良質の第１バッファ層、下地電極および機能性エピタキシャル膜が得られる。
【００９８】
Ｓｉ（１００）基板表面に、第２バッファ層（Ｚｒ1-xＲxＯ2-δ）および第１バッファ層（ＢａＴｉＯ3）が順次積層されているとき、これらの結晶方位関係は、ＢａＴｉＯ3（００１）//Ｚｒ1-xＲxＯ2-δ（００１）//Ｓｉ（１００）、かつＢａＴｉＯ3［１００］//Ｚｒ1-xＲxＯ2-δ［１００］//Ｓｉ［０１０］であることが好ましい。これは、第２バッファ層および第１バッファ層がいずれも正方晶である場合であるが、これらの薄膜が立方晶である場合でも、面内において軸同士が平行であることが好ましいという点では同様である。
【００９９】
ＹＢＣＯなどの従来例からの類推では、（００１）配向のＢａＴｉＯ3エピタキシャル膜を得ようとすると、その結晶方位関係は、ＢａＴｉＯ3（００１）//Ｚｒ1-xＲxＯ2-δ（００１）//Ｓｉ（１００）、かつＢａＴｉＯ3［１１０］//Ｚｒ1-xＲxＯ2-δ［１００］//Ｓｉ［０１０］となり、ＢａＴｉＯ3の単位格子は、Ｚｒ1-xＲxＯ2-δの格子に対してｃ面内で４５°回転して格子の整合がとれてエピタキシャル成長すると推定される。しかし、本発明者らの実験によると、そのような結晶方位関係は構成困難であり、ＢａＴｉＯ3（００１）//Ｚｒ1-xＲxＯ2-δ（００１）//Ｓｉ（１００）、かつＢａＴｉＯ3［１００］//Ｚｒ1-xＲxＯ2-δ［１００］//Ｓｉ［０１０］の関係でエピタキシャル成長することを見いだした。Ｚｒ1-xＲxＯ2-δ膜のａ軸は０．５２nmであり、ＢａＴｉＯ3膜のａ軸は０．４０nmであるので、４５°面内で回転して格子整合するＢａＴｉＯ3［１１０］//Ｚｒ1-xＲxＯ2-δ［１００］//Ｓｉ［０１０］の関係では、ミスフィットが８．４％になる。これに対し、本発明者らによる実験において見いだされたＢａＴｉＯ3［１００］//Ｚｒ1-xＲxＯ2-δ［１００］//Ｓｉ［０１０］では、ＢａＴｉＯ3結晶のａ面とＺｒ1-xＲxＯ2-δ結晶のａ面とは回転せずにそのまま整合し、この際、Ｚｒ1-xＲxＯ2-δ３格子（０．５２×３＝１．５６［nm］）に対し、ＢａＴｉＯ3４格子（０．４０×４＝１．６０［nm］）が整合する。このとき、ミスフィットは２．６％であり、よくマッチングする。このように、ＢａＴｉＯ3［１００］//Ｚｒ1-xＲxＯ2-δ［１００］//Ｓｉ［０１０］の関係を利用することにより、（００１）配向のエピタキシャルＢａＴｉＯ3膜、すなわち、結晶性に優れた第１バッファ層を得ることができる。
【０１００】
ＺｒＯ2 は高温から室温にかけて立方晶→正方晶→単斜晶と相転移を生じる。立方晶を安定化するために希土類元素を添加したものが、安定化ジルコニアである。Ｚｒ1-xＲxＯ2-δ膜の結晶性はｘの範囲に依存する。Jpn.J.Appl.Phys.27(8)L1404-L1405(1988)に報告されているように、ｘが０．２未満である組成域では正方晶または単斜晶の結晶になる。これまで、ｘが０．２以上の立方晶領域では単一配向のエピタキシャル膜が得られている。ただし、ｘが０．７５を超える領域では、立方晶ではあるが、例えば（１００）単一配向は得られず、（１１１）配向の結晶が混入する。一方、正方晶または単斜晶となる領域では、J.Appl.Phys.58(6)2407-2409(1985)にも述べられているように、得ようとするもの以外の配向面が混入し、単一配向のエピタキシャル膜は得られていない。
【０１０１】
したがって、結晶配向の点からは、Ｚｒ1-x Ｒx Ｏ2-δにおいてｘは０．２〜０．７５であることが好ましい。この場合のｘのより好ましい範囲は、０．２〜０．５０である。酸化ジルコニウム系薄膜がエピタキシャル膜であれば、その上に形成される第１バッファ層、下地電極、機能性エピタキシャル膜をエピタキシャル成長させやすい。
【０１０２】
酸化ジルコニウム系薄膜を構成する安定化ジルコニアが含む希土類元素は、基板の格子定数および酸化ジルコニウム系薄膜上に設けられる薄膜の格子定数と、酸化ジルコニウム系薄膜の格子定数とを好ましくマッチングさせるために、その種類および添加量が選択される。例えば、上記した格子定数０．５２nmのＺｒ1-xＲxＯ2-δは、ＲがＹであり、ｘが０．３のものである。Ｒの種類を固定したままｘを変更すれば格子定数を変えることができるが、ｘだけの変更ではマッチングの調整可能領域が狭い。ここで、例えばＹに替えてＰｒを用いると、格子定数を大きくすることが可能であり、第１バッファ層のＢａＴｉＯ3結晶とのマッチングを最適化することができる。
【０１０３】
なお、酸素欠陥を含まない酸化ジルコニウムは、化学式ＺｒＯ2で表わされるが、希土類元素を添加した酸化ジルコニウムは、添加した希土類元素の種類、量および価数により酸素の量が変化し、Ｚｒ1-xＲxＯ2-δにおけるδは、通常、上記した範囲となる。
【０１０４】
Ｚｒ1-xＲxＯ2-δにおいてｘが０．２未満である領域、特に、酸素を除く構成元素中におけるＺｒの比率が９３mol%を超える高純度の組成域では、上述したように結晶性が良好とはならず、また、良好な表面性も得られていなかった。しかし、本発明者らが検討を重ねた結果、例えば前記特開平１０−１７３９４号公報に記載されている製造方法を適用することにより、上記した単一配向、さらにはエピタキシャル成長が可能となり、表面性も良好となることがわかった。高純度のＺｒＯ2膜には、以下に述べるようなメリットがある。
【０１０５】
酸素を除く構成元素中におけるＺｒの比率が高いほど、すなわちＺｒＯ2の純度が高いほど絶縁抵抗も高くなり、リーク電流も小さくなることから、高純度のＺｒＯ2膜は絶縁特性を必要とする場合には好ましい。また、金属一絶縁体一半導体構造（ＭＩＳ構造）においてＺｒＯ2を絶縁体として用いた場合、ＹＳＺ（Ｙ安定化ジルコニア）を絶縁体として用いた場合にみられるＣ−Ｖ特性のヒステリシスがなくなるので、ＭＩＳ素子として界面特性が優れる。この理由としては、Ｓｉ基板と酸化ジルコニウム系薄膜との間で熱膨張係数の違いにより発生する応力がＺｒＯ2の相転移により緩和されること、および、ＺｒＯ2の酸素欠陥が少ないことが考えられる。ＹＳＺは相転移がないため応力が緩和されず、また、希土類元素を添加しているために酸素欠陥が多い。
【０１０６】
したがって、良好な結晶性および表面性が得られる場合には、酸化ジルコニウム系薄膜中の酸素を除く構成元素中におけるＺｒの比率は高いほど好ましく、具体的には、好ましくは９３mol%超、より好ましくは９５mol%以上、さらに好ましくは９８mol%以上、最も好ましくは９９．５mol%以上である。なお、酸素およびＺｒを除く構成元素は、通常、希土類元素やＰなどである。Ｚｒの比率の上限は、現在のところ９９．９９mol%程度である。また、現在の高純度化技術ではＺｒＯ2とＨｆＯ2との分離は難しいので、ＺｒＯ2の純度は、通常、Ｚｒ＋Ｈｆでの純度を指している。したがって、本明細書におけるＺｒＯ2の純度は、ＨｆとＺｒとを同元素とみなして算出された値であるが、ＨｆＯ2は本発明における酸化ジルコニウム系薄膜においてＺｒＯ2と全く同様に機能するため、問題はない。
【０１０７】
なお、第２バッファ層を形成する場合、第２バッファ層中の酸素がＳｉ単結晶基板の表面付近に拡散し、基板表面付近が浅く（例えば５nm程度以下）酸化されてＳｉＯ2などの酸化層が形成されることがある。また、成膜の方法によっては、第２バッファ層形成時にＳｉ基板表面にＳｉ酸化物層が残留する場合がある。前記実施例において、３層構造のバッファ層の最も基板側に存在する酸化シリコン層は、このようにして形成されたものである。
【０１０８】
次に、希土類酸化物系薄膜について説明する。
【０１０９】
上記したように、第２バッファ層として上記した安定化ジルコニアを用いたとき、Ｃ−Ｖ特性にヒステリシスがみられ、この点においてＺｒＯ2高純度膜に劣る。この場合、酸化ジルコニウム系薄膜上に希土類酸化物系薄膜を積層することにより、Ｃ−Ｖ特性のヒステリシスをなくすことができる。また、希土類酸化物系薄膜を積層することにより、機能性エピタキシャル膜との間での格子整合のマッチングがより良好となる。
【０１１０】
なお、希土類酸化物系薄膜を酸化ジルコニウム系薄膜の上に形成するのは、希土類酸化物系薄膜だけでは（００１）単一配向や（１００）単一配向の膜が形成できず、立方晶の（１１１）配向の膜となってしまうからである。
【０１１１】
希土類酸化物系薄膜は、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、ＹｂおよびＬｕの少なくとも１種、特に、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、ＨｏおよびＥｒの少なくとも１種を含有する希土類酸化物から実質的に構成されていることが好ましい。なお、２種以上の希土類元素を用いるとき、その比率は任意である。
【０１１２】
希土類酸化物系薄膜が積層されている場合、酸化ジルコニウム系薄膜は、元素分布が均一な膜であってもよく、膜厚方向に組成が変化する傾斜構造膜であってもよい。傾斜構造膜とする場合、基板側から希土類酸化物系薄膜側にかけて、酸化ジルコニウム系薄膜中の希土類元素含有率を徐々または段階的に増大させると共に、Ｚｒ含有率を徐々または段階的に減少させる。このような傾斜構造膜とすることにより、酸化ジルコニウム系薄膜と希土類酸化物系薄膜との間の格子のミスフィットが小さくなるか、あるいは存在しなくなり、希土類酸化物系薄膜を高結晶性のエピタキシャル膜とすることが容易となる。
【０１１３】
なお、希土類酸化物系薄膜に添加する希土類元素は、酸化ジルコニウム系薄膜に添加する希土類元素と同一のものを用いることが好ましい。
【０１１４】
酸化ジルコニウム系薄膜および希土類酸化物系薄膜には、特性改善のために添加物を導入してもよい。例えば、これらの薄膜にＣａやＭｇなどのアルカリ土類元素をドーピングすると、膜のピンホールが減少し、リークを抑制することができる。また、ＡｌおよびＳｉは、膜の抵抗率を向上させる効果がある。さらに、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉなどの遷移金属元素は、膜中において不純物による準位（トラップ準位）を形成することができ、この準位を利用することにより導電性の制御が可能になる。
【０１１５】
下地電極
基板と機能性エピタキシャル膜との間に、機能性エピタキシャル膜に密着して設けられる下地電極は、機能性エピタキシャル膜用の電極および機能性エピタキシャル膜のデバイス応用に必要な構造を構成するための下部電極として機能する。
【０１１６】
下地電極は金属から構成されることが好ましいが、Ｉｎを含む酸化物や導電性ペロブスカイト酸化物であってもよく、金属膜と酸化物膜とを積層した構成としてもよい。金属としては、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｒｅ、Ｐｄ、ＲｈおよびＲｕの少なくとも１種を含有する金属単体や合金が好ましい。Ｉｎを含む酸化物または導電性ペロブスカイト酸化物としては、例えば、Ｉｎ2Ｏ3、Ｉｎ2Ｏ3（Ｓｎドープ）、（Ｒ，Ｓｒ）ＣｏＯ3、（Ｒ，Ｓｒ，Ｃａ）ＲｕＯ3、（Ｒ，Ｓｒ）ＲｕＯ3、ＳｒＲｕＯ3、（Ｒ，Ｓｒ）ＭｎＯ3、またはこれらの関連化合物が好ましい。なお、これらの化合物において、ＲはＳｃおよびＹを含む希土類元素である。
【０１１７】
下地電極は第１バッファ層と同様に、正方晶であるときは（００１）単一配向、立方晶であるときは（１００）単一配向であることが好ましく、いずれの場合でもエピタキシャル膜であることがより好ましい。また、下地電極とＳｉ（１００）基板との結晶方位関係は、正方晶［１００］//Ｓｉ［０１０］または立方晶［０１０］//Ｓｉ［０１０］であることが好ましい。すなわち、薄膜と基板とは、面内において軸同士が平行であることが好ましい。このような積層構造は、さらにこの構造上に形成される機能性エピタキシャル膜の結晶性を向上させて、単一配向膜やエピタキシャル膜として形成するのに効果的である。下地電極は機能性エピタキシャル膜との格子整合性が良好であるため、結晶性の高い機能性エピタキシャル膜が得られる。
【０１１８】
下地電極は、バルクでの比抵抗が１０-5〜１０-2Ωcmであることが好ましい。また、薄膜としての比抵抗も１０-5〜１０-2Ωcmであることが好ましい。なお、下地電極は、超電導材料から構成されていてもよい。
【０１１９】
各薄膜、下地電極の結晶性、表面性および厚さ
下地電極やバッファ層は、その上に形成される薄膜の結晶性を向上させるために、結晶性が良好でかつ表面が平坦であることが好ましい。
【０１２０】
薄膜の結晶性は、Ｘ線回折における反射ピークのロッキングカーブの半値幅や、ＲＨＥＥＤによる像のパターンで調べることができる。また、表面性は、ＲＨＥＥＤ像のストリーク性、およびＡＦＭ（原子間力顕微鏡）で測定した表面粗さ（十点平均粗さ）で調べることができる。
【０１２１】
下地電極の厚さは、通常、５０〜５００nmとすることが好ましい。また、第１バッファ層の厚さは５〜２００nm程度、第２バッファ層の厚さは５〜５０nm程度とすることが好ましい。
【０１２２】
形成方法
機能性エピタキシャル膜、バッファ層および下地電極の形成には、蒸着法、ＭＢＥ法、ＲＦマグネトロンスパッタ法などを用いることが好ましく、特に、前記特開平１０−１７３９４号公報に記載された方法を用いることが好ましい。
【０１２３】
【発明の効果】
本発明では、蓄積電荷量が印加電圧に対して履歴を示す強誘電性薄膜または反強誘電性薄膜を一対の電極で挟んで可変容量素子とし、この可変容量素子に直列に、発振素子（圧電バルク振動素子または弾性表面波共振器）を接続することにより、ＶＣＯを構成する。すなわち、本発明は、上記可変容量素子をバラクタダイオードの代替として使用するという、全く新しい発想に基づくものである。バラクタダイオードは、２GHz程度の高周波領域において、抵抗成分が増大し、Ｑが大幅に低くなり、Ｃ／Ｎが低下するという問題があるが、本発明の可変容量素子を用いることにより、これらの問題が解決される。
【０１２４】
本発明では、可変容量素子において強誘電性材料および反強誘電性材料を薄膜化して用いるので、数ボルトの電圧で動作させることができ、かつ、十分な周波数可変幅が得られる。
【０１２５】
また、本発明では、可変容量素子と発振素子とを一体的に形成することが可能であり、半導体素子とのモノリシック化も可能なので、小型化に有利である。
【０１２６】
さらに、可変容量素子において強誘電性薄膜および反強誘電性薄膜をエピタキシャル膜とすることにより、１．５〜２GHz帯においても十分に大きなＱが得られ、また、特性の安定性が良好となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施例のＶＣＯを示す断面図である。
【図２】第１実施例における蓄積電荷量の履歴曲線を示すグラフである。
【図３】第１実施例における容量の印加電圧依存性を示すグラフである。
【図４】本発明のＶＣＯの動作を説明するための回路図である。
【図５】第１実施例におけるインピーダンスの周波数応答を示すグラフである。
【図６】第１実施例におけるインピーダンスの印加電圧依存性を示すグラフである。
【図７】第２実施例のＶＣＯを示す断面図である。
【図８】第２実施例におけるインピーダンスの印加電圧依存性を示すグラフである。
【図９】（Ａ）〜（Ｄ）は、第３実施例のＶＣＯの製造工程を説明するための断面図であり、（Ｅ）は、第３実施例のＶＣＯを示す断面図である。
【図１０】第３実施例における蓄積電荷量の履歴曲線を示すグラフである。
【図１１】第４実施例のＶＣＯを示す断面図である。
【図１２】第４実施例におけるインピーダンスの印加電圧依存性を示すグラフである。
【図１３】位相同期ループの概念図である。
【図１４】可変容量素子の接続によるインピーダンス虚数部の周波数応答曲線の変化を示すグラフである。
【符号の説明】
１  ダイヤフラム
２  Ｓｉ基板
２１  ＫＮｂＯ3単結晶基板
３  バッファ層
４  下地電極
５、５１、５２  強誘電性・圧電性薄膜
５３  反強誘電性薄膜
５４  誘電体薄膜
６１、６２  上部電極
６３  櫛形電極
１０  ダイボンド剤
１１  パッケージ
１２  ワイヤ
１３  蓋
１００  位相差検出器
１０１  ループフィルタ
１０２  増幅器
１０３  ＶＣＯ
２００  能動回路
２０１  発振素子
２０２  可変容量素子
Ａ、Ｂ、Ｃ  外部接続端子
【図１】
0004036544.tif 000002
【図２】
0004036544.tif 000003
【図３】
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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】
0004036544.tif 000009
【図９】
0004036544.tif 000010
【図１０】
0004036544.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
0004036544.tif 000013
【図１３】
0004036544.tif 000014
【図１４】
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