(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（１１０）シリコン基板と（０１０）ニオブ酸カリウム圧電薄膜を有する表面弾性波素子であって、前記シリコン基板、その上に形成された第１の酸化物薄膜層、該第１の酸化物薄膜層の上に形成された第２の酸化物薄膜層、該第２の酸化物薄膜層の上に形成された前記ニオブ酸カリウム圧電薄膜、及びその上に形成された酸化物または窒化物からなる保護薄膜を有し、前記第１の酸化物薄膜層が酸化ストロンチウム、または酸化マグネシウムから形成され、前記第２の酸化物薄膜層がチタン酸ストロンチウムから形成されていることを特徴とする表面弾性波素子。
【請求項２】
（１００）シリコン基板と（０１０）ニオブ酸カリウム圧電薄膜を有する表面弾性波素子であって、前記シリコン基板、その上に形成された第１の酸化物薄膜層、該第１の酸化物薄膜層の上に形成された第２の酸化物薄膜層、該第２の酸化物薄膜層の上に形成された前記ニオブ酸カリウム圧電薄膜、及び該ニオブ酸カリウム圧電薄膜の上に形成された酸化物または窒化物からなる保護薄膜を有し、前記第１の酸化物薄膜層が酸化セリウム、酸化ジルコニウム、又はイットリウム安定化酸化ジルコニウムから形成され、前記第２の酸化物薄膜層がチタン酸ストロンチウムから形成されていることを特徴とする表面弾性波素子。
【請求項３】
請求項１または２に記載の表面弾性波素子が備える前記保護膜又は前記圧電薄膜の上に形成された第１の電極と、
前記保護膜又は前記圧電薄膜の上に形成され、前記第１の電極に印加される電気信号によって前記圧電体層に生ずる表面弾性波の特定の周波数又は特定の帯域の周波数に共振して電気信号に変換する第２の電極と
を備えることを特徴とする周波数フィルタ。
【請求項４】
請求項１または２に記載の表面弾性波素子が備える前記保護膜又は前記圧電薄膜の上に形成され、印加される電気信号によって前記圧電薄膜に表面弾性波を発生させる電気信号印加用電極と、
前記保護膜又は前記圧電薄膜の上に形成され、前記電気信号印加用電極によって発生される表面弾性波の特定の周波数成分又は特定の帯域の周波数成分を共振させる共振用電極と
を備えることを特徴とする発振器。
【請求項５】
請求項４に記載の発振器と、
前記発振器に設けられている前記電気信号印加用電極に対して前記電気信号を印加する電気信号供給素子とを備えてなり、
前記電気信号の周波数成分から特定の周波数成分を選択し若しくは特定の周波数成分に変換し、又は、前記電気信号に対して所定の変調を与え、所定の復調を行い、若しくは所定の検波を行う機能を有することを特徴とする電子回路。
【請求項６】
請求項３に記載の周波数フィルタ、請求項４に記載の発振器、及び請求項５に記載の電子回路の少なくとも１つを有することを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、情報通信分野に用いられる圧電薄膜を有する表面弾性波素子、周波数フィルタ、発振器、電子回路、及び電子機器、とりわけシリコン基板とニオブ酸カリウム圧電薄膜を有する表面弾性波素子、周波数フィルタ、発振器、電子回路、及び電子機器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
現在、表面弾性波素子の性能向上のため、高い電気機械結合係数（以下「k2」と表記する。）を有する圧電材料を用いた表面弾性波素子が望まれている。従来、ニオブ酸リチウムがk2 が高い材料として知られており、レーリー波で５．５％を示す。しかし、ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ  ＬＥＴＴＥＲＳ  Ｖｏｌ．３３、Ｎｏ３（１９９７）ｐ１９３に記載されているように、ニオブ酸カリウム（以下「ＫＮｂＯ3」と表記する。）でk2が５０％を超えることが示され近年注目を集めている。また、特開平１０−６５４８８号公報に記載されているように、ＫＮｂＯ3薄膜を用いた表面弾性波素子も研究されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の表面弾性波素子には、以下のような問題点がある。
まず、ＫＮｂＯ3単結晶を用いた表面弾性波素子では、高品質で大きなＫＮｂＯ3単結晶を作製するのが困難であり、量産性に欠け実用的でない。一方、ＫＮｂＯ3薄膜を用いた表面弾性波素子では、音速やk2などの特性がＫＮｂＯ3の結晶方向に依存するため、ＫＮｂＯ3 薄膜の配向コントロールが必要である。特開２０００−２７８０８４号公報に記載されているように、チタン酸ストロンチウム（以下ＳｒＴｉＯ3）の（１１０）配向基板を用いることによりＫＮｂＯ3（０１０）エピタキシャル膜が得られることが知られている。この指数付けは、ｂ軸の格子定数が一番大きいとした場合である。しかし、ＳｒＴｉＯ3基板を用いてＫＮｂＯ3薄膜の配向コントロールができたとしても、２インチ以上の大きなＳｒＴｉＯ3基板を作製することは難しく、やはり量産性に向かない。仮に作製できたとしてもコストの面から実用的ではないと考えられる。
【０００４】
量産性およびコストを考えるとシリコン（以下「Ｓｉ」と表記する。）基板を利用することが有望であるが、Ｓｉ基板上に直接ＫＮｂＯ3薄膜を形成しても格子のミスマッチなどのため高品質なエピタキシャル薄膜を得ることは困難であり、その結果高いk2を得ることもできない。
【０００５】
本発明の目的は以上に述べた問題点を解決することであり、量産性およびコスト面で有利なＳｉ基板を用い、Ｓｉ基板上に高品質なＫＮｂＯ3のエピタキシャル薄膜を形成し、高いk2を有する表面弾性波素子を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の態様は、（１１０）シリコン基板と（０１０）ニオブ酸カリウム圧電薄膜を有する表面弾性波素子であって、前記シリコン基板上に形成された第１の酸化物薄膜層、該第１の酸化物薄膜層上に形成された第２の酸化物薄膜層、該第２の酸化物薄膜層上に形成された前記ニオブ酸カリウム圧電薄膜、及び該ニオブ酸カリウム圧電薄膜上に形成された酸化物または窒化物からなる保護薄膜を有する表面弾性波素子である。
上記構成によれば、シリコン基板上に第１の酸化物薄膜層および第２の酸化物薄膜層を順にエピタキシャル成長させることが可能であり、さらにその上に高品質なＫＮｂＯ3エピタキシャル薄膜も作製可能となる。特に（０１０）ＫＮｂＯ3エピタキシャル薄膜の作製が容易となり、量産性およびコスト面で有利な、高いk2を有する表面弾性波素子を提供することができる。
【０００７】
前記第１の酸化物薄膜層は、好ましくは酸化ストロンチウム（以下「ＳｒＯ」と表記する。）、または酸化マグネシウム（以下「ＭｇＯ」と表記する。）から形成された物である。
これら第１の酸化物薄膜は（１１０）シリコン基板上にエピタキシャル成長可能であり、最終的に、ＫＮｂＯ3 のエピタキシャル成長をさせることを可能にする。このＫＮｂＯ3 は、（０１０）配向のものが作製容易である。
【０００８】
前記第２の酸化物薄膜は、好ましくはＳｒＴｉＯ3 から形成された物である。ＳｒＴｉＯ3 は、上記第１の酸化物上にエピタキシャル成長可能であり、このＳｒＴｉＯ3 膜上にＫＮｂＯ3 のエピタキシャル成長を可能にする。このＫＮｂＯ3 は、（０１０）配向のものが作製容易である。
【０００９】
本発明の第２の態様は、（１００）シリコン基板と（０１０）ＫＮｂＯ3 圧電薄膜を有する表面弾性波素子であって、前記シリコン基板、その上に形成された第１の酸化物薄膜層、該第１の酸化物薄膜層上に形成された第２の酸化物薄膜層、該第２の酸化物薄膜層上に形成された前記ＫＮｂＯ3 圧電薄膜、及び該ＫＮｂＯ3 圧電薄膜上に酸化物または窒化物から形成された保護薄膜を有する表面弾性波素子である。
上記構成によれば、シリコン基板上に第１の酸化物薄膜層および第２の酸化物薄膜層を順にエピタキシャル成長させることが可能であり、さらにその上に高品質なＫＮｂＯ3エピタキシャル薄膜も作製可能となる。特に（０１０）ＫＮｂＯ3エピタキシャル薄膜の作製が容易となり、量産性およびコスト面で有利な、高いk2を有する表面弾性波素子を提供することができる。
【００１０】
前記第１の酸化物薄膜層は、好ましくは酸化セリウム（以下「ＣｅＯ2 」と表記する。）、酸化ジルコニウム（以下「ＺｒＯ2 」と表記する。）または酸化イットリウム安定化酸化ジルコニウム（以下「ＹＳＺ」と表記する。）から形成された物である。
これら第１の酸化物薄膜は（１００）シリコン基板上にエピタキシャル成長可能であり、最終的にＫＮｂＯ3 、特に（０１０）ＫＮｂＯ3のエピタキシャル成長を可能にする。
【００１１】
前記第２の酸化物薄膜は、好ましくはチタン酸ストロンチウム（以下「ＳｒＴｉＯ3 」と表記する。）から形成された物である。
ＳｒＴｉＯ3 は、上記第１の酸化物上にエピタキシャル成長可能であり、このＳｒＴｉＯ3 膜上にＫＮｂＯ3 、特に（０１０）ＫＮｂＯ3のエピタキシャル成長を可能にする。
【００１２】
前記第１の態様と第２の態様とを較べれば、第２の態様の方が、酸化物層の形成において、比較的高温高真空を必要としないこと、及び（１００）シリコン基板の方が（１１０）シリコン基板よりも市場に多く出回っていて安価である点で、好ましい。
【００１３】
本発明の表面弾性波素子は、前記圧電薄膜の上に、又は前記保護薄膜の上に電極が形成される。しかしながら、前記電極を前記圧電薄膜の上に設けるときは、電極形成プロセスにおいて、前記圧電薄膜が水などにより劣化される恐れがあり、また、圧電薄膜及び電極の上に後に保護薄膜を形成したとき、保護薄膜を通して電極を取り出す必要が生じて周波数フィルタの製作が面倒になり、コスト高となる。従って、前記電極は前記保護薄膜の上に形成するのが好ましい。
このようなことは、後述の周波数フィルタ及び発振器についても言える。
【００１４】
本発明の第３の態様は、上記の何れかに記載の表面弾性波素子が備える前記圧電薄膜の上に、又は前記保護薄膜の上に形成された第１の電極と、前記圧電薄膜の上に、又は前記保護薄膜の上に形成され、前記第１の電極に印加される電気信号によって前記圧電薄膜に生ずる表面弾性波の特定の周波数又は特定の帯域の周波数に共振して電気信号に変換する第２の電極とを備えたことを特徴とする周波数フィルタである。
この構成によれば、ｋ2 が高いため、比帯域幅の広い周波数フィルタを提供することができる。
【００１５】
本発明の第４の態様は、上記の何れかに記載の表面弾性波素子が備える前記圧電薄膜の上に、又は前記保護薄膜の上に形成され、印加される電気信号によって前記圧電薄膜に表面弾性波を発生させる電気信号印加用電極と、前記圧電薄膜の上に、又は前記保護薄膜の上に形成され、前記電気信号印加用電極によって発生される表面弾性波の特定の周波数成分又は特定の帯域の周波数成分を共振させる共振用電極とを備えたことを特徴とする発振器である。
この構成によれば、前記表面弾性波素子が備える圧電薄膜のｋ2 が高いため、伸長コイルを省略することができ、回路構成が簡単な発振器を提供することができる。また、ＩＣとの集積化が可能となり、小型で高性能な発振器を提供することができる。
【００１６】
本発明の第５の態様は、上記の発振器と、この発振器に設けられている前記電気信号印加用電極に対して前記電気信号を印加する電気信号供給素子とを備え、前記電気信号の周波数成分から特定の周波数成分を選択し若しくは特定の周波数成分に変換し、又は、前記電気信号に対して所定の変調を与え、所定の復調を行い、若しくは所定の検波を行うことを特徴とする電子回路である。
この構成によれば、この電子回路に設けられた発振器に備えられた表面弾性波素子を構成する圧電薄膜のｋ2 が高く、ＩＣとの集積化が可能なため、小型で高性能な電子回路を提供することができる。
【００１７】
本発明の第６の態様は、上記の周波数フィルタ、上記の発振器、及び上記の電子回路の少なくとも１つを含むことを特徴とする電子機器である。
この構成によれば、この電子機器の有する圧電薄膜のｋ2 が高いため、小型で高性能な電子機器を提供することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を実施例にしたがって詳細に説明する。
〔実施形態１〕
図１は本実施形態１における表面弾性波素子の断面構造を示す図である。この表面弾性波素子は、Ｓｉ基板１と、第１の酸化物薄膜層２と、第２の酸化物薄膜層３と、ニオブ酸カリウム薄膜（ＫＮｂＯ3薄膜）４と、保護層としての酸化物または窒化物とからなる薄膜５と電極６で構成される。この電極６は、上部から観察すれば、例えば、図３及び４に示されているようなＩＤＴ電極４１、４２、５１、５２、５３のような形状を持っている。
【００１９】
上記構成からなる本実施形態の表面弾性波素子の作製プロセスを具体的に示す。まずＳｉ（１１０）単結晶基板１上に第１の酸化物薄膜層２としてここでは酸化ストロンチウム（以下ＳｒＯ）薄膜を、レーザーアブレーション法を用いて形成する。１．３×１０-5Ｐａ（１０-7Ｔｏｒｒ）の酸素プラズマ中にて基板温度７００℃で成膜したところ、Ｓｉ（１１０）基板上に（１１０）配向のＳｒＯ薄膜が形成された。X線回折の極点図によりＳｒＯ薄膜の面内配向を調べたところ、面内も配向していることが確認された。すなわち、Ｓｉ（１１０）基板上に（１１０）配向のＳｒＯ薄膜がエピタキシャル成長していることが確認された。
この配向関係は、ＳｉとＳｒＯとの結晶格子の関係によるものと考えられる。なお、真空度と基板温度は上記値に限られない。ここで、ＳｒＯは水分に弱く、電極６のパターニング時にダメージを受けるため、できるだけ薄く形成することが必要である。
【００２０】
次に、第１の酸化物薄膜層２のＳｒＯ薄膜上に第２の酸化物薄膜層３であるＳｒＴｉＯ3 薄膜を同じくレーザーアブレーション法を用いて形成する。なお、レーザーアブレーション装置は複数のターゲットを装着することが可能であり、連続的にいくつかの異なる材料を成膜することが可能である。０．０１３Ｐａ（１０-4Ｔｏｒｒ）の酸素プラズマ中、基板温度６００℃で成膜したところ、（１１０）配向のＳｒＯ薄膜上に（１１０）配向のＳｒＴｉＯ3薄膜がエピタキシャル成長することが確認された。この配向関係もＳｒＯとペロブスカイト構造のＳｒＴｉＯ3との結晶格子および格子定数の関係によるものと考えられる。
【００２１】
続いて、第２の酸化物薄膜層３のＳｒＴｉＯ3薄膜上に圧電材料であるＫＮｂＯ3薄膜４を同じくレーザーアブレーション法を用いて連続形成する。このとき、Ｋが蒸発しやすいので、ターゲット組成はＫリッチにするとよい。０．０１３Ｐａ（１０-4Ｔｏｒｒ）の酸素プラズマ中、基板温度６００℃で成膜したところ、（１１０）配向のＳｒＴｉＯ3エピタキシャル薄膜上に（０１０）配向のＫＮｂＯ3薄膜４がエピタキシャル成長していることが確認された。このときのＫＮｂＯ3薄膜４の膜厚は１μｍとした。ＳｒＴｉＯ3とＫＮｂＯ3は同じペロブスカイト構造であるが、この配向関係は格子定数の関係によるものであり、特開平１０−６５４８８号公報に記載されているものと同じであった。
以上のように、（１１０）Ｓｉ基板１上に第１の酸化物薄膜層２のＳｒＯ薄膜と第２の酸化物薄膜層３のＳｒＴｉＯ3薄膜をそれぞれ（１１０）配向、（１１０）配向にエピタキシャル成長させることができ、さらにＳｒＴｉＯ3薄膜を（１１０）配向させることによりその上に形成するＫＮｂＯ3薄膜４を（０１０）配向にエピタキシャル成長させることができる。ＫＮｂＯ3の＜０１０＞方向は分極軸方向である。
【００２２】
なお、Ｓｉ基板上に直接ＳｒＴｉＯ3薄膜を形成しようとすると、相互の結晶構造、格子定数が異なるため、また相互拡散が起こるため、ＳｒＴｉＯ3エピタキシャル薄膜の作製は困難である。すなわち、（１１０）Ｓｉ基板とＳｒＴｉＯ3薄膜の間にＳｒＯ薄膜を形成することにより、はじめてＳｒＴｉＯ3エピタキシャル薄膜の作製が可能となり、その上に形成されるＫＮｂＯ3薄膜を高品質化できた。
【００２３】
次に、ＫＮｂＯ3薄膜４上に同じくレーザーアブレーション法を用いて保護層の酸化物または窒化物からなる薄膜５としてＳｉＯ2アモルファス薄膜を連続形成する。ＫＮｂＯ3のＫが水分と反応しやすく経時変化を起こしやすいため、保護層があることが望ましい。また、ＳｉＯ2は温度係数の符号がＫＮｂＯ3と逆のため温度特性をコントロールする役割も果たす。ＳｉＯ2と同様な役割を果たす材料として窒化アルミニウム（以下ＡｌＮ）があり、したがってＡｌＮ薄膜を保護層として用いても良い。
【００２４】
最後に、ＳｉＯ2上にアルミニウム薄膜を形成し、パターニングして電極６を形成して表面弾性波素子１０が作製される。
【００２５】
以上のような方法で作製した表面弾性波素子の特性を評価したところ、１０％以上のｋ2が再現性よく得られた。ただし、ｋ2の値はＫＮｂＯ3薄膜４の品質および膜厚に依存するため、第１の酸化物薄膜層２および第２の酸化物薄膜層３を含め高品質な膜を得る成膜技術と膜厚の適正が必要である。
なお、ここでは、第１の酸化物薄膜層２にＳｒＯ薄膜を用いたが、ＭｇＯ薄膜を用いても同様な効果が得られた。
【００２６】
〔実施形態２〕
図２は本実施形態２における表面弾性波素子の断面構造を示す図である。この表面弾性波素子は、Ｓｉ基板１１と第１の酸化物薄膜層１２と第２の酸化物薄膜層１３とＫＮｂＯ3薄膜１４と保護層としての酸化物または窒化物からなる薄膜１５と電極１６で構成される。この電極１６は、上部から観察すれば、例えば、図３及び４に示されているようなＩＤＴ電極４１、４２、５１、５２、５３のような形状を持っている。
【００２７】
上記構成からなる本実施形態の表面弾性波素子の作製プロセスを具体的に示す。まずＳｉ（１００）単結晶基板１１上に第１の酸化物薄膜層１２としてここでは酸化セリウム（以下ＣｅＯ2）薄膜を、レーザーアブレーション法を用いて形成する。１．３×１０-5Ｐａ（１０-7Ｔｏｒｒ）の酸素プラズマ中で基板温度５００℃で成膜したところ、Ｓｉ（１００）基板上に（１００）配向のＣｅＯ2薄膜が形成された。X線回折の極点図によりＣｅＯ2 薄膜の面内配向を調べたところ、面内も配向していることが確認された。すなわち、Ｓｉ（１００）基板上に（１００）配向のＣｅＯ2 薄膜がエピタキシャル成長していることが確認された。
【００２８】
次に、第１の酸化物薄膜層１２のＣｅＯ2 薄膜上に第２の酸化物薄膜層１３であるＳｒＴｉＯ3 薄膜を同じくレーザーアブレーション法を用いて形成する。なお、レーザーアブレーション装置は複数のターゲットを装着することが可能であり、連続的にいくつかの異なる材料を成膜することが可能である。０．０１３Ｐａ（１０-4Ｔｏｒｒ）の酸素プラズマ中、基板温度６００℃で成膜したところ、（１００）配向のＣｅＯ2 薄膜上に（１１０）配向のＳｒＴｉＯ3 薄膜がエピタキシャル成長することが確認された。この配向関係も螢石型構造のＣｅＯ2 とペロブスカイト構造のＳｒＴｉＯ3 との結晶格子および格子定数の関係によるものと考えられる。
【００２９】
続いて、第２の酸化物薄膜層１３のＳｒＴｉＯ3 薄膜上に圧電材料であるＫＮｂＯ3 薄膜１４を同じくレーザーアブレーション法を用いて連続形成する。このとき、Ｋが蒸発しやすいので、ターゲット組成はＫリッチにするとよい。１０-4Ｔｏｒｒの酸素プラズマ中、基板温度６００℃で成膜したところ、（１１０）配向のＳｒＴｉＯ3 エピタキシャル薄膜上に（０１０）配向のＫＮｂＯ3 薄膜１４がエピタキシャル成長していることが確認された。この時のＫＮｂＯ3 薄膜１４の膜厚を１μｍとした。ＳｒＴｉＯ3 とＫＮｂＯ3 は同じペロブスカイト構造であるが、この配向関係は格子定数の関係によるものであり、特開平１０−６５４８８号公報に記載されているものと同じであった。
以上のように、（１００）Ｓｉ基板１１上に第１の酸化物薄膜層１２のＣｅＯ2 薄膜と第２の酸化物薄膜層１３のＳｒＴｉＯ3 薄膜をそれぞれ（１００）配向、（１１０）配向にエピタキシャル成長させることができ、さらにＳｒＴｉＯ3 薄膜を（１１０）配向させることによりその上に形成するＫＮｂＯ3 薄膜１４を（０１０）配向にエピタキシャル成長させることができた。
【００３０】
ＫＮｂＯ3 の＜０１０＞方向は分極軸方向である。なお、Ｓｉ基板上に直接ＳｒＴｉＯ3 薄膜を形成しようとすると、相互の結晶構造、格子定数が異なるため、また相互拡散が起こるため、ＳｒＴｉＯ3 エピタキシャル薄膜の作製は困難である。すなわち、Ｓｉ基板とＳｒＴｉＯ3 薄膜の間にＣｅＯ2 薄膜を形成することにより、はじめてＳｒＴｉＯ3 エピタキシャル薄膜の作製が可能となり、その上に形成されるＫＮｂＯ3 薄膜を高品質化できた。
【００３１】
次に、ＫＮｂＯ3薄膜１４上に同じくレーザーアブレーション法を用いて保護層の酸化物または窒化物からなる薄膜１５としてＳｉＯ2アモルファス薄膜を連続形成する。ＫＮｂＯ3 のＫが水分と反応しやすく経時変化を起こしやすいため、保護層があることが好ましい。また、ＳｉＯ2 は温度係数の符号がＫＮｂＯ3 と逆のため温度特性をコントロールする役割も果たす。ＳｉＯ2 と同様な役割を果たす材料として窒化アルミニウム（以下ＡｌＮ）があり、したがってＡｌＮ薄膜を保護層として用いても良い。
【００３２】
最後に、ＳｉＯ2上にアルミニウム薄膜を形成し、パターニングして電極１６を形成して表面弾性波素子が作製される。
【００３３】
以上のような方法で作製した表面弾性波素子の特性を評価したところ、１０％以上のｋ2が再現性よく得られた。ただし、ｋ2の値はＫＮｂＯ3薄膜１４の品質および膜厚に依存するため、第１の酸化物薄膜層１２および第２の酸化物薄膜層１３を含め高品質な膜を得る成膜技術と膜厚の適正が必要である。
尚、ここではＣｅＯ2 を用いたが、ＺｒＯ2 やＹＳＺを用いても同様な結果が得られる。
【００３４】
〔実施形態３〕
図３は、本実施形態の周波数フィルタの外観を示す斜視図である。図３に示した周波数フィルタは基板４０を有する。この基板４０は、例えば図１に示した（１１０）Ｓｉ基板１上に第１の酸化物（ＳｒＯ又はＭｇＯ）層２、第２の酸化物層（ＳｒＴｉＯ3 ）３、ＫＮｂＯ3 圧電薄膜４、及び保護層（ＳｉＯ2 層又はＡｌＮ層）５を順に積層して形成した基板、図２に示した（１００）Ｓｉ基板１１上に第１の酸化物（ＣｅＯ2 、ＺｒＯ2 又はＹＳＺ）層１２、第２の酸化物層（ＳｒＴｉＯ3 層）１３、ＫＮｂＯ3 圧電薄膜１４、及び保護層（ＳｉＯ2 層又はＡｌＮ層）１５を順に積層して形成した基板である。
【００３５】
この基板４０上面にはＩＤＴ電極（インターディジタル型電極：Ｉｎｔｅｒ−Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）４１及び４２が形成されている。ＩＤＴ電極４１，４２は、例えばＡｌ又はＡｌ合金により形成され、その厚みは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、基板４０の上面には吸音部４３，４４が形成されている。吸音部４３，４４は、基板４０の表面を伝播する表面弾性波を吸収するものである。基板４０上に形成されたＩＤＴ電極４１には高周波信号源４５が接続されており、ＩＤＴ電極４２には信号線が接続されている。尚、上記ＩＤＴ電極４１は本発明にいう第１電極に相当し、ＩＤＴ電極４２は本発明にいう第２電極に相当する。
【００３６】
上記構成において、高周波信号源４５から高周波信号が出力されると、この高周波信号はＩＤＴ電極４１に印加され、これによって基板４０の上面に表面弾性波が発生する。この表面弾性波は約５０００ｍ／ｓ程度の速度で基板４０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又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。尚、上記特定の周波数又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。このようにして、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内、特定の周波数又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）ことができる。
【００３７】
〔実施形態４〕
図４は、本発明の一実施形態の発振器の外観を示す斜視図である。図４に示した発振器は基板５０を有する。この基板５０は、例えば図１に示した（１１０）Ｓｉ基板１上に第１の酸化物（ＳｒＯ又はＭｇＯ）層２、第２の酸化物層（ＳｒＴｉＯ3 ）３、ＫＮｂＯ3 圧電薄膜４、及び保護層（ＳｉＯ2 層又はＡｌＮ層）５を順に積層して形成した基板、図２に示した（１００）Ｓｉ基板１１上に第１の酸化物（ＣｅＯ2 、ＺｒＯ2 又はＹＳＺ）層１２、第２の酸化物層（ＳｒＴｉＯ3 層）１３、ＫＮｂＯ3 圧電薄膜１４、及び保護層（ＳｉＯ2 層又はＡｌＮ層）１５を順に積層して形成した基板である。
【００３８】
この基板５０上面にはＩＤＴ電極５１が形成されており、更に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５１〜５３は、例えばＡｌ又はＡｌ合金により形成され、それぞれの厚みはＩＤＴ電極５１〜５３各々のピッチの１００分の１程度に設定される。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。尚、ＩＤＴ電極５１は、本発明にいう電気信号印加用電極に相当し、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又は特定の帯域の周波数成分を共振させる本発明にいう共振用電極に相当する。
【００３９】
上記構成において、高周波信号源５４から高周波信号が出力されると、この高周波信号はＩＤＴ電極５１の一方の櫛歯状電極５１ａに印加され、これによって基板５０の上面にＩＤＴ電極５２側に伝播する表面弾性波及びＩＤＴ電極５３側に伝播する表面弾性波が発生する。尚、この表面弾性波の速度は５０００ｍ／ｓ程度である。これらの表面弾性波の内の特定の周波数成分の表面弾性波はＩＤＴ電極５２及び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、特定の周波数成分又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又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た周波数（又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に取り出すことができる。
【００４０】
図５は、本発明の実施形態の表面弾性波素子（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、（ａ）は側面透視図であり、（ｂ）は上面透視図である。ＶＣＳＯは金属製（アルミニウム又はステンレス製）の筐体６０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及び発振器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、発振器６３に印加する周波数を制御するものである。
【００４１】
発振器６３は、基板６４上に、ＩＤＴ電極６５ａ〜６５ｃが形成されており、その構成は図４に示した発振器とほぼ同様である。尚、基板６４は、例えば図１に示した（１１０）Ｓｉ基板１上に第１の酸化物（ＳｒＯ又はＭｇＯ）層２、第２の酸化物層（ＳｒＴｉＯ3 ）３、ＫＮｂＯ3 圧電薄膜４、及び保護層（ＳｉＯ2 層又はＡｌＮ層）５を順に積層して形成した基板、図２に示した（１００）Ｓｉ基板１１上に第１の酸化物（ＣｅＯ2 、ＺｒＯ2 又はＹＳＺ）層１２、第２の酸化物層（ＳｒＴｉＯ3 層）１３、ＫＮｂＯ3 圧電薄膜１４、及び保護層（ＳｉＯ2 層又はＡｌＮ層）１５を順に積層して形成した基板である。
【００４２】
また、基板６１上には、ＩＣ６２と発振器６３とを電気的に接続するための配線６６がパターニングされている。ＩＣ６２及び配線６６が例えば金線等のワイヤー線６７によって接続され、発振器６３及び配線６６が金線等のワイヤー線６８によって接続されることにより、ＩＣ６２と発振器６３とが配線６６を介して電気的に接続されている。尚、ＩＣ６２と発振器６３を同一Ｓｉ基板上に集積することも可能である。
【００４３】
図５に示したＶＣＳＯは、例えば図６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６は、ＰＬＬ回路の基本構成を示すブロック図である。図６に示したように、ＰＬＬ回路は、位相比較器７１、低域フィルタ７２、増幅器７３、及びＶＣＯ７４から構成される。
【００４４】
位相比較器７１は、入力端子７０から入力される信号の位相（又は周波数）とＶＣＯ７４から出力される信号の位相（又は周波数）とを比較し、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。低域フィルタ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は低域フィルタ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発振する周波数がある範囲で連続的に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（又は周波数）とＶＣＯ７４から出力される信号の位相（又は周波数）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端子７０から入力される信号の周波数に同期させる。ＶＣＯ７４から出力される信号の周波数が入力端子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。
【００４５】
〔実施形態５〕
図７は、本発明の一実施形態の電子回路の電気的構成を示すブロック図である。尚、図７に示した電子回路は、例えば図８に示す携帯電話機１００の内部に設けられる回路である。図８は、本発明の一実施形態による電子機器の１つとしての携帯電話機の外観の一例を示す斜視図である。図８に示した携帯電話機１００は、アンテナ１０１、受話器１０２、送話器１０３、液晶表示部１０４、及び操作釦部１０５等を備えて構成されている。
【００４６】
図７に示した電子回路は、図８に示す携帯電話機１００内に設けられる電子回路の基本構成を示し、送話器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、及び入力／表示回路９４を含んで構成される。尚、現在実用化されている携帯電話機は、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。
【００４７】
送話器８０は、例えば音波信号を電気信号に変換するマイクロフォン等で実現され、図８に示す携帯電話機１００中の送話器１０３に相当するものである。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、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。尚、送信ミキサ８２に供給される信号の周波数は、例えば３８０ＭＨｚ程度である。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。尚、送信フィルタ８３から出力される信号は図示していない変換回路により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８３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。
【００４８】
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へ出力し、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。尚、送受信分波器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。尚、低雑音増幅器８７から出力される信号は、図示していない変換回路により中間信号（ＩＦ）に変換される。
【００４９】
受信フィルタ８８は図示していない変換回路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。尚、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９０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、復調処理等の処理を施す回路である。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８に示す携帯電話機１００中の受話器１０２に相当するものである。
【００５０】
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）及び受信ミキサ８９へ供給する信号（例えば、周波数１９０ＭＨｚ）を生成する回路である。尚、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、更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、及び入力／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、図８に示す携帯電話機１００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８に示す携帯電話機１００の液晶表示部１０４及び操作釦部１０５に相当する。
【００５１】
以上の構成の電子回路において、送信フィルタ８３及び受信フィルタ８８として図３に示した周波数フィルタが用いられている。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、及び、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及び受信フィルタ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６に示したＰＬＬ回路のＶＣＯ７４として、図４に示した発振器又は図５に示した発振器（ＶＣＳＯ）を設けたものである。
【００５２】
〔実施形態６〕
図８は、本発明の一実施形態の携帯電話機の斜視図である。この図において、１００は携帯電話、１０１はアンテナ、１０２は受話器、１０３は送話器、１０４は液晶表示部、１０５は操作釦部である。
【００５３】
以上、本発明の実施形態による表面弾性波素子、周波数フィルタ、発振器、電子回路、及び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訳ではなく、種々の移動体通信機器及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。
【００５４】
更に、移動体通信機器のみならずＢＳ及びＣＳ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及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。更には、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又は光ケーブル中を伝播する光信号を用いるＨＵＢ等の電子機器及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。
【００５５】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、（１１０）シリコン基板又は（１００）シリコン基板とＫＮｂＯ3 圧電薄膜を用いた表面弾性波素子であって、前記シリコン基板上に第１の酸化物薄膜層を形成し、該第１の酸化物薄膜層上に第２の酸化物薄膜層を形成し、該第２の酸化物薄膜層上に前記ＫＮｂＯ3 圧電薄膜を形成し、さらに該ＫＮｂＯ3 圧電薄膜上に酸化物または窒化物からなる薄膜を形成することにより、Ｓｉ基板上に第１の酸化物薄膜層および第２の酸化物薄膜層を順にエピタキシャル成長させることが可能であり、さらにその上に高品質なＫＮｂＯ3 エピタキシャル薄膜も作製可能となり、量産性およびコスト面で有利な、安定で高いk2を有する表面弾性波素子を提供することができる。
更に、この表面弾性波素子を用いて、省エネルギーに優れた周波数フィルタ、発振器、電子回路、及び電子機器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施形態１の表面弾性波素子の断面構造を示す図である。
【図２】  本発明の実施形態２の表面弾性波素子の断面構造を示す図である。
【図３】  本発明の実施形態３の周波数フィルタの外観を示す斜視図である。
【図４】  本発明の一実施形態による発振器の外観を示す斜視図である。
【図５】  本発明の実施形態の表面弾性波素子（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、（ａ）は側面透視図であり、（ｂ）は上面図透視図である。
【図６】  ＰＬＬ回路の基本構成を示すブロック図である。
【図７】  本発明の一実施形態による電子回路の電気的構成を示すブロック図である。
【図８】  本発明の一実施形態による電子機器の１つとしての携帯電話機の外観の一例を示す斜視図である。
【符号の説明】
１  シリコン基板
２  第１の酸化物薄膜層
３  第２の酸化物薄膜層
４  ニオブ酸カリウム圧電薄膜（ＫＮｂＯ3薄膜）
５  保護層（酸化物または窒化物からなる薄膜）
６  電極
１０、２０  表面弾性波素子
４１  周波数フィルタにおける第１の電極
４２  周波数フィルタにおける第２の電極
５１  発振器における電気信号印加用電極
５２、５３  発振器における強震用電極
【図１】
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【図２】
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【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】
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