ニオブ酸カリウム堆積体およびその製造方法、圧電薄膜振動子、周波数フィルタ、発振器、電子回路、並びに、電子機器
【課題】 ニオブ酸カリウムの薄膜を有する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】 本発明に係るニオブ酸カリウム堆積体１００の製造方法は，
Ｒ面サファイア基板からなる基板１１の上方にバッファ層１２を形成する工程と、
バッファ層１２の上方に、擬立方晶表示において（１００）配向でエピタキシャル成長したニオブ酸カリウム層１３またはニオブ酸カリウム固溶体層を形成する工程と、
ニオブ酸カリウム層１３またはニオブ酸カリウム固溶体層の上方に電極層を形成する工程と、を含み、
ニオブ酸カリウム層１３またはニオブ酸カリウム固溶体層の（１００）面は、Ｒ面サファイア基板１１のＲ面（１−１０２）に対して，［１１−２０］方向ベクトルを回転軸として傾くように形成される。
【解決手段】 本発明に係るニオブ酸カリウム堆積体１００の製造方法は，
Ｒ面サファイア基板からなる基板１１の上方にバッファ層１２を形成する工程と、
バッファ層１２の上方に、擬立方晶表示において（１００）配向でエピタキシャル成長したニオブ酸カリウム層１３またはニオブ酸カリウム固溶体層を形成する工程と、
ニオブ酸カリウム層１３またはニオブ酸カリウム固溶体層の上方に電極層を形成する工程と、を含み、
ニオブ酸カリウム層１３またはニオブ酸カリウム固溶体層の（１００）面は、Ｒ面サファイア基板１１のＲ面（１−１０２）に対して，［１１−２０］方向ベクトルを回転軸として傾くように形成される。
【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、圧電薄膜振動子、周波数フィルタ、発振器、電子回路、並びに、電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
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高周波化が進んできている。このような高周波化のためのデバイスとして、圧電薄膜振動子（Film Bulk Acoustic Resonator：ＦＢＡＲ）が注目されている。圧電薄膜振動子では、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必要である。
【０００３】
ところで、ニオブ酸カリウム（ＫＮｂＯ３）（ａ＝０．５６９５ｎｍ、ｂ＝０．３９７３ｎｍ、ｃ＝０．５７２１ｎｍ、以下「斜方晶」としては本指数表示に従う）の単結晶基板は、大きな電気機械結合係数を示すことが見出されている。例えば、Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｖｏｌ．３７（１９９８）２９２９．に記載されているように、０°ＹカットＸ伝播ＫＮｂＯ３単結晶基板は、電気機械結合係数が５０％程度という非常に大きな値を示すことが実験で確認されている。しかしながら、何らかの大面積の基板上にニオブ酸カリウム薄膜を形成して圧電薄膜振動子を作製することは、困難な場合がある。
【非特許文献１】Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｖｏｌ．３７（１９９８）２９２９．
【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、ニオブ酸カリウムの薄膜を有する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、電気機械結合係数の大きな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、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】
本発明に係る第１のニオブ酸カリウム堆積体の製造方法は、
Ｒ面サファイア基板からなる基板の上方にバッファ層を形成する工程と、
前記バッファ層の上方に、擬立方晶表示において（１００）配向でエピタキシャル成長し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を形成する工程と、
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上方に電極層を形成する工程と、を含み、
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（１００）面は、前記Ｒ面サファイア基板のＲ面（１−１０２）に対して、［１１−２０］方向ベクトルを回転軸として傾くように形成される。
【０００８】
このニオブ酸カリウム堆積体の製造方法によれば、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（１００）面が、前記Ｒ面サファイア基板のＲ面（１−１０２）に対して、［１１−２０］方向ベクトルを回転軸として傾くように形成される。この製造方法によれば、このような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を有するニオブ酸カリウム堆積体を提供することができる。このニオブ酸カリウム堆積体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。
【０００９】
なお、本発明において、特定のもの（以下、「Ａ」という）の上方に他の特定のもの（以下、「Ｂ」という）を形成するとは、Ａ上に直接Ｂを形成する場合と、Ａ上に、Ａ上の他のものを介してＢを形成する場合と、を含む。また、本発明において、Ａの上方に形成されたＢとは、Ａ上に直接形成されたＢと、Ａ上に、Ａ上の他のものを介して形成されたＢと、を含む。
【００１０】
本発明に係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または前記ニオブ酸カリウム固溶体層の（１００）面が、前記Ｒ面サファイア基板のＲ面（１−１０２）と成す角は、１度以上１５度以下となるように形成されることができる。
【００１１】
本発明に係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、斜方晶ニオブ酸カリウムの格子定数を２１／２ｂ＜ａ＜ｃとし、かつｃ軸が分極軸であるとき、ｂ軸配向でエピタキシャル成長しているドメインを含むように形成され、
前記ｂ軸は、前記Ｒ面サファイア基板のＲ面（１−１０２）に対して、［１１−２０］方向ベクトルを回転軸として傾くように形成されることができる。
【００１２】
本発明に係るニオブ酸カリウム堆積体の製造方法において、
前記ｂ軸が前記Ｒ面サファイア基板のＲ面（１−１０２）と成す角は、１度以上１５度以下となるように形成されることができる。
【００１３】
本発明に係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、立方晶（１００）配向でエピタキシャル成長するように形成され、
前記バッファ層の（１００）面は、前記Ｒ面サファイア基板のＲ面（１−１０２）に対して、［１１−２０］方向ベクトルを回転軸として傾くように形成されることができる。
【００１４】
本発明に係る第２のニオブ酸カリウム堆積体の製造方法は、
Ｒ面サファイア基板からなる基板の上方に立方晶（１００）配向でエピタキシャル成長したバッファ層を形成する工程と、
前記バッファ層の上方に、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または前記ニオブ酸カリウム固溶体層の上方に電極層を形成する工程と、を含み、
前記バッファ層の（１００）面は、前記Ｒ面サファイア基板のＲ面（１−１０２）に対して、［１１−２０］方向ベクトルを回転軸として傾くように形成される。
【００１５】
本発明に係るニオブ酸カリウム堆積体の製造方法において、
前記バッファ層の（１００）面が、前記Ｒ面サファイア基板のＲ面（１−１０２）と成す角は、１度以上１５度以下となるように形成されることができる。
【００１６】
本発明に係るニオブ酸カリウム堆積体の製造方法において、
前記バッファ層としては、岩塩構造の金属酸化物を用いることができる。
【００１７】
本発明に係るニオブ酸カリウム堆積体の製造方法において、
前記金属酸化物としては、酸化マグネシウムを用いることができる。
【００１８】
本発明に係るニオブ酸カリウム堆積体の製造方法において、
前記電極層の上方に他の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、前記基板を分離する工程と、を含むことができる。
【００１９】
本発明に係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固溶体層としては、Ｋ１−ｘＮａｘＮｂ１−ｙＴａｙＯ３（０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１）で表される固溶体を用いることができる。
【００２０】
本発明に係るニオブ酸カリウム堆積体は、上述のニオブ酸カリウム堆積体の製造方法により得られる。
【００２１】
本発明に係る第１のニオブ酸カリウム堆積体は、
Ｒ面サファイア基板からなる基板と、
前記基板の上方に形成されたバッファ層と、
前記バッファ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前記ニオブ酸カリウム固溶体層の上方に形成された電極層と、を含み、
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は、擬立方晶表示において（１００）配向でエピタキシャル成長しており、
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（１００）面は、前記Ｒ面サファイア基板のＲ面（１−１０２）に対して、［１１−２０］方向ベクトルを回転軸として傾いている。
【００２２】
本発明に係る第２のニオブ酸カリウム堆積体は、
Ｒ面サファイア基板からなる基板と、
前記基板の上方に形成されたバッファ層と、
前記バッファ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前記ニオブ酸カリウム固溶体層の上方に形成された電極層と、を含み、
前記バッファ層は、立方晶（１００）配向でエピタキシャル成長しており、
前記バッファ層の（１００）面は、前記Ｒ面サファイア基板のＲ面（１−１０２）に対して、［１１−２０］方向ベクトルを回転軸として傾いている。
【００２３】
本発明に係る圧電薄膜振動子は、上述のニオブ酸カリウム堆積体を含む。
【００２４】
本発明に係る周波数フィルタは、上述の圧電薄膜振動子を含む。
【００２５】
本発明に係る発振器は、上述の圧電薄膜振動子を含む。
【００２６】
本発明に係る電子回路は、上述の周波数フィルタおよび上述の発振器のうちの少なくとも一方を含む。
【００２７】
本発明に係る電子機器は、上述の電子回路を含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明に好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２９】
１．第１の実施形態
１．１． 図１〜図３は、本実施形態に係るニオブ酸カリウム堆積体１００を模式的に示す断面図である。図１に示すように、本実施形態に係るニオブ酸カリウム堆積体１００は、基板１１と、基板１１上に形成されたバッファ層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、ニオブ酸カリウム層１３上に形成された電極層１４と、を含むことができる。
【００３０】
基板１１としては、Ｒ面サファイア基板を用いることができる。Ｒ面サファイア基板を用いることは、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ができる点、大面積基板を安価に入手できる点、さらに、エッチング液への耐性があり、繰返して利用できる点で好ましい。
【００３１】
バッファ層１２としては、例えば、岩塩構造の金属酸化物を用いることができる。岩塩構造の金属酸化物としては、例えば、ＭｇＯ（酸化マグネシウム）を用いることができる。バッファ層１２については、後に詳述する。
【００３２】
電極層１４の材質は特に限定されず、例えば、Ｐｔ、Ｉｒ、Ａｕ、Ｃｒ、ＩｒＯｘ、ＳｒＲｕＯ３、Ｎｂ−ＳｒＴｉＯ３、Ｌａ−ＳｒＴｉＯ３、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。
【００３３】
ニオブ酸カリウム層１３は、単結晶または多結晶のニオブ酸カリウムを有する。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１０μｍ以下とすることができる。ニオブ酸カリウム層１３については、後に詳述する。
【００３４】
また、本実施形態に係るニオブ酸カリウム堆積体１００は、図２に示すように、さらに、電極層１４上に形成された他の基板（以下「第２基板」ともいう）１５を有することができる。第２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。第２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、樹脂基板などを用いることができる。また、第２基板１５の膜厚は、本実施形態に係るニオブ酸カリウム堆積体１００を適用するデバイスなどによって適宜選択される。
【００３５】
また、本実施形態に係るニオブ酸カリウム堆積体１００は、図３に示すように、第２基板１５と、第２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、を含むことができる。
【００３６】
また、本実施形態では、上述したニオブ酸カリウム層１３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、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））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。
【００３７】
１．２． 次に、ニオブ酸カリウム堆積体１００の製造方法について述べる。
【００３８】
（１）まず、図１に示すように、Ｒ面サファイア基板からなる基板（以下「Ｒ面サファイア基板」ともいう）１１を用意する。Ｒ面サファイア基板１１は、予め脱脂洗浄されている。脱脂洗浄は、Ｒ面サファイア基板１１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。
【００３９】
（２）次に、図１に示すように、レーザーアブレーション法によって、Ｒ面サファイア基板１１上にＭｇＯからなるバッファ層１２を形成する。
【００４０】
具体的には、脱脂洗浄したＲ面サファイア基板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。次に、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。
【００４１】
次に、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Ｒ面サファイア基板１１上に向けて出射され、Ｒ面サファイア基板１１上に接触する。その結果、Ｒ面サファイア基板１１上に、立方晶（１００）配向のＭｇＯからなるバッファ層１２がエピタキシャル成長によって形成される。そして、バッファ層１２の（１００）面は、Ｒ面サファイア基板１１のＲ面（１−１０２）（以下、単に「Ｒ面」ということもある。）に対して、［１１−２０］方向ベクトルを回転軸として傾いていることが好ましい。このことを図４および図５を用いて説明する。
【００４２】
図４は、六方晶のサファイア結晶を模式的に示す図であり、図５は、バッファ層１２の（１００）面の傾きを模式的に示す図である。Ｒ面サファイア基板１１のＲ面（１−１０２）とは、図４におけるＮ−Ｓ面である。図５に示すように、Ｒ面サファイア基板１１のＮ−Ｓ面（即ち、Ｒ面）に対して、バッファ層１２の（１００）面は、［１１−２０］方向ベクトルを回転軸として傾いている。言い換えるならば、バッファ層１２の（１００）面と、Ｒ面とが交差する直線は、［１１−２０］方向ベクトルと平行である。このようなバッファ層１２を形成することにより、後に述べる所望のニオブ酸カリウム層１３を得ることができる。バッファ層１２の（１００）面が、Ｒ面サファイア基板１１のＲ面（１−１０２）と成す角δは、１度以上１５度以下であるのが好ましい。
【００４３】
また、バッファ層１２としてＭｇＯを用いることにより、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ことが可能である。
【００４４】
バッファ層１２の厚さは、特に限定されないが、Ｒ面サファイア基板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以下であることが好ましい。
【００４５】
なお、マグネシウム原子、または後の工程における所望の原子をターゲットから叩き出す方法としては、上述したレーザー光をターゲット表面に照射する方法の他、例えば、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。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て、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、より効率良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、プルームが十分基板１１に到達でき、バッファ層１２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、ターゲットと基板１１との距離（以下「ターゲット基板間距離」という）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）次に、図１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原子、ニオブ原子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、Ｒ面サファイア基板１１上に向けて出射されてバッファ層１２に接触する。その結果、バッファ層１２上に、擬立方晶表示において（１００）配向のニオブ酸カリウム層１３がエピタキシャル成長によって形成される。そして、図５に示すように、ニオブ酸カリウム層１３の（１００）面は、Ｒ面サファイア基板１１のＲ面（１−１０２）に対して、［１１−２０］方向ベクトルを回転軸として傾いている。なお、図５は、上述したように、バッファ層１２の（１００）面の傾きを模式的に示す図であるが、同様に、ニオブ酸カリウム層１３の（１００）面の傾きを模式的に示す図でもある。
【００５０】
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２１／２ｂ＜ａ＜ｃとし、かつｃ軸が分極軸であるとき、ｂ軸配向でエピタキシャル成長しているドメイン（以下「斜方晶ｂ軸配向ドメイン」ともいう）を含むことが好ましい。そして、ｂ軸は、Ｒ面サファイア基板１１のＲ面（１−１０２）に対して、［１１−２０］方向ベクトルを回転軸として傾いていることが好ましい。このようなニオブ酸カリウム層１３を用いることにより、後述するように、電気機械結合係数の大きな圧電薄膜振動子２００（図２１参照）を得ることができる。
【００５１】
ニオブ酸カリウム層１３の（１００）面が、Ｒ面サファイア基板１１のＲ面（１−１０２）と成す角Δは、１度以上１５度以下であるのが好ましい。より具体的には、斜方晶ニオブ酸カリウムのｂ軸がＲ面サファイア基板１１のＲ面（１−１０２）と成す角は、１度以上１５度以下であるのが好ましい。なお、ニオブ酸カリウム層１３の（１００）面がＲ面と成す角Δは、バッファ層１２の（１００）面がＲ面と成す角δと同じであることも、違うこともできる。
【００５２】
また、レーザーアブレーション法の条件は、プルームが十分バッファ層１２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。
【００５３】
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、ニオブ酸カリウムを単結晶、または多結晶（好ましくは単相の多結晶）とすることができる。
【００５４】
なお、上述した例では、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１３の形成には、Ｔｒｉ−Ｐｈａｓｅ−Ｅｐｉｔａｘｙ法に適した組成比のターゲットを用いることができる。Ｔｒｉ−Ｐｈａｓｅ−Ｅｐｉｔａｘｙ法は、気相原料を固液共存領域の温度に保持した基体に堆積し、液相中から固相を析出させる方法である。
【００５５】
具体的には、まず、基体（本実施形態では、基板１１と、バッファ層１２とからなる）上に堆積させた直後の液相状態のＫｘＮｂ１−ｘＯｙにおけるカリウムのモル組成比ｘが、０．５≦ｘ≦ｘＥの範囲となるような気相原料であるプルームを基体に供給する。なお、ｘＥは、所定の酸素分圧下におけるＫＮｂＯ３と３Ｋ２Ｏ・Ｎｂ２Ｏ５との共晶点におけるｘである。次に、基体の温度Ｔｓを、ＴＥ≦Ｔｓ≦Ｔｍの範囲に保持することにより、プルームの供給で基体上に堆積させたＫｘＮｂ１−ｘＯｙの残液を蒸発させる。これにより、ＫｘＮｂ１−ｘＯｙからＫＮｂＯ３単結晶を基体上に析出させることができる。なお、ＴＥは、所定の酸素分圧下におけるＫＮｂＯ３と３Ｋ２Ｏ・Ｎｂ２Ｏ５との共晶点における温度である。また、Ｔｍは、所定の酸素分圧下であって、基体上に堆積させた直後の液相状態のＫｘＮｂ１−ｘＯｙにおける完全溶融温度である。
【００５６】
（４）次に、図１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。
【００５７】
具体的には、Ｒ面サファイア基板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ストロンチウム原子、ルテニウム原子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Ｒ面サファイア基板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。
【００５８】
レーザー光の照射時の各条件は、プルームが十分基板１１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。
【００５９】
以上の工程により、図１に示すニオブ酸カリウム堆積体１００を形成することができる。
【００６０】
（５）次に、図２に示すように、電極層１４の上に第２基板１５を接着する。第２基板１５を電極層１４に接着する方法としては、例えば、エポキシ系等の接着剤または半田などを用いた接着法、あるいは、金−金または金−アルミなどの金属間固体接合法などを用いることができる。
【００６１】
以上の工程により、図２に示すニオブ酸カリウム堆積体１００を形成することができる。
【００６２】
（６）次に、図３に示すように、バッファ層１２をウェットエッチングすることにより、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、Ｒ面サファイア基板１１とを分離する。
【００６３】
ウェットエッチングには、バッファ層１２のみを溶解して他の層に悪影響を与えないエッチング液を用いる。本実施形態では、バッファ層１２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。
【００６４】
以上の工程により、図３に示すニオブ酸カリウム堆積体１００を形成することができる。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
１．３． 本実施形態によれば、Ｒ面サファイア基板１１の上に立方晶（１００）配向のＭｇＯからなるバッファ層１２を形成し、バッファ層１２の上に気相法を用いてニオブ酸カリウム層１３を形成する。これにより、ニオブ酸カリウムの単一相薄膜をｂ軸配向でエピタキシャル成長させることができる。このニオブ酸カリウム層１３を用いることにより、後述するように、電気機械結合係数の大きな圧電薄膜振動子２００（図２１参照）を得ることができる。
【００６８】
さらに、本実施形態によれば、ニオブ酸カリウム層１３の（１００）面は、Ｒ面サファイア基板１１のＲ面（１−１０２）に対して、［１１−２０］方向ベクトルを回転軸として傾いている。このニオブ酸カリウム層１３を用いることにより、後述するように、電気機械結合係数のより一層大きな圧電薄膜振動子２００を得ることができる。
【００６９】
また、本実施形態によれば、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、さらに第２基板１５を電極層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。従って、電極層１４を構成する成分がニオブ酸カリウム層１３に拡散してその特性を劣化させることがない。
【００７０】
１．４．実験例
（１） まず、第１の実験例について説明する。本実験例では、以下の方法によりニオブ酸カリウム堆積体１００を形成した。本実験例では、単相の多結晶ニオブ酸カリウムの薄膜を得ることができた。
【００７１】
まず、Ｒ面サファイア単結晶基板からなる基板１１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った。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。次に、基板１１を基板ホルダーに装填した後、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。
【００７２】
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の条件で基板１１に照射し、ＭｇＯからなるバッファ層１２を形成した。ターゲット基板間距離は７０ｍｍとし、照射時間は３０分とし、バッファ層１２の膜厚は１０ｎｍとした。
【００７３】
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、ターゲット表面にＫ、Ｎｂ、Ｏ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７５０℃、酸素分圧１×１０−１Ｔｏｒｒの条件で基板１１に向けて照射し、バッファ層１２の上にニオブ酸カリウム層１３を形成した。ターゲット基板間距離は７０ｍｍとし、照射時間は２４０分とし、ニオブ酸カリウム層１３の膜厚は１μｍとした。
【００７４】
本実験例で得られたニオブ酸カリウム層１３のＸ線回折パターン（２θ−θスキャン）を図６に示す。図６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、本実験例で得られたニオブ酸カリウムは、多結晶ではあるが単相であることが確認された。
【００７５】
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、ターゲット表面にＳｒ、Ｒｕ、Ｏ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３００℃、酸素分圧１×１０−２Ｔｏｒｒの条件で基板１１に向けて照射し、ＳｒＲｕＯ３層からなる電極層１４を形成した。ターゲットと基板１１との距離は７０ｍｍとし、照射時間は６０分とし、電極層１４の膜厚は１００ｎｍとした。
【００７６】
次に、電極層１４の上にシリコンからなる第２基板１５を接着剤（エポキシ系接着材）により接着し、ニオブ酸カリウム堆積体１００（図２参照）を得た。
【００７７】
その後、得られたニオブ酸カリウム堆積体１００をリン酸溶液に浸漬して、ＭｇＯからなるバッファ層１２をエッチングし、基板１１を分離した。このようにして、第２基板１５の上に、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（図３参照）を得た。
【００７８】
（２） 次に、第２の実験例について説明する。本実験例では、以下の方法によりニオブ酸カリウム堆積体１００を形成した。本実験例では、単結晶のニオブ酸カリウムの薄膜を得ることができた。
【００７９】
まず、第１の実験例と同様に、Ｒ面サファイア単結晶基板からなる基板１１の脱脂洗浄を行った。次に、第１の実験例と同様に、基板１１を基板ホルダーに装填した後、真空装置内に基板ホルダーごと導入し、酸素ガスを導入し、４００℃まで加熱昇温した。このとき、図７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。
【００８０】
次に、マグネシウムターゲットの表面に、周波数２０Ｈｚの条件でＫｒＦエキシマレーザー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。この際、エネルギー密度、パルス長、波長はそれぞれ、第１の実験例と同条件とした。このプラズマプルームを基板１１に照射し、ＭｇＯからなるバッファ層１２を形成した。この際、基板温度、酸素分圧、ターゲット基板間距離、照射時間、膜厚はそれぞれ、第１の実験例と同条件とした。
【００８１】
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８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からなるバッファ層１２がエピタキシャル成長していることが確認された。
【００８２】
さらに、この堆積体のＭｇＯからなるバッファ層１２のＸ線回折パターン（２θ−θスキャン）を図９に示す。図９に示すように、基板１１のピークの他には観測されなかった。２θ値をＭｇＯ（２００）（ａ＝０．４２１２ｎｍとすると２θ＝４２．９２°）に固定した場合のＸ線回折パターン（ωスキャン）を図１０および図１１に示す。ωスキャンの回転軸がサファイア［１１−２０］に平行な場合には、図１０に示すように、中心より９．２°シフトしたピークが観測された。ωスキャンの回転軸がサファイア［−１１０１］に平行な場合には、図１１に示すように、ピークは観測されなかった。これらの結果から、基板１１より約９°傾いたＭｇＯ（１００）膜が成長していることが確認された。
【００８３】
次に、Ｋ０．６７Ｎｂ０．３３Ｏｙターゲットの表面に、エネルギー密度２Ｊ／ｃｍ２の条件でＫｒＦエキシマレーザーのパルス光を入射し、ターゲット表面にＫ、Ｎｂ、Ｏのプラズマプルームを発生させた。この際、周波数、パルス長はそれぞれ、第１の実験例と同条件とした。このプラズマプルームを、基板温度６００℃、酸素分圧１×１０−２Ｔｏｒｒの条件で基板１１に向けて照射し、バッファ層１２の上にニオブ酸カリウム層１３を形成した。ニオブ酸カリウム層１３の膜厚は０．５μｍとした。また、ターゲット基板間距離、照射時間はそれぞれ、第１の実験例と同条件とした。
【００８４】
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１２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。
【００８５】
さらに、この堆積体のニオブ酸カリウム（ＫＮｂＯ３）層１３のＸ線回折パターン（２θ−θスキャン）を図１３に示す。図１３に示すように、ＫＮｂＯ３を擬立方晶の面指数で表記すると、ＫＮｂＯ３（１００）ｐｃ、ＫＮｂＯ３（２００）ｐｃのピークが観測された。従って、ＫＮｂＯ３は（１００）ｐｃ配向していることが確認された。ＫＮｂＯ３（２００）ｐｃ（２θ＝４５．１２°）のＸ線回折パターン（ωスキャン）を図１４および図１５に示す。ωスキャンの回転軸がサファイア［１１−２０］に平行な場合には、図１４に示すように、中心より６．３°シフトしたピークが観測された。ωスキャンの回転軸がサファイア［−１１０１］に平行な場合には、図１５に示すように、ピークは観測されなかった。これらの結果から、基板１１より約６°傾いたＫＮｂＯ３（１００）ｐｃ膜が成長していることが確認された。
【００８６】
また、Ｘ線回折極点図を測定したところ、図１６〜図１８に示す結果が得られた。図１６、図１７、図１８は、それぞれ、サファイア（０００６）（２θ＝４１．７°）、ＭｇＯ（２０２）（２θ＝６２．３°）、ＫＮｂＯ３（１０１）ｐｃ（２θ＝３１．５°）のＸ線回折極点図である。図１７および図１８に示すように、ＭｇＯ（２０２）およびＫＮｂＯ３（１０１）ｐｃのスポットは、ともに４回対称性を示しており、面間でＫＮｂＯ３（１００）ｐｃ／ＭｇＯ（１００）／サファイア（１−１０２）、面内でＫＮｂＯ３［０１０］ｐｃ／／ＭｇＯ［０１０］／／サファイア［１１−２０］のエピタキシャル成長方位の関係になっていることが分かった。また、図１７および図１８に示すように、４スポットの中心が極点図の中心（Ｐｓｉ＝０度）からサファイア［−１１０１］方向に、それぞれ９度程度、６度程度シフトしている。これらは、上述したωスキャンのシフト量と一致している。従って、ＭｇＯからなるバッファ層１２は、（１００）面が基板１１のＲ面に対して、［１１−２０］方向ベクトルを回転軸として、９度程度傾いた状態でエピタキシャル成長しており、ニオブ酸カリウム層１３は、擬立方晶表示において（１００）面が基板１１のＲ面に対して、［１１−２０］方向ベクトルを回転軸として、６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。
【００８７】
また、ラマン散乱スペクトルを測定したところ、図１９および図２０に示す結果が得られた。図１９、図２０はそれぞれ、ｚ（ｘ，ｘ）−ｚ、ｚ（ｘ，ｙ）−ｚの幾何学的配置に対応している。ここで、幾何学的配置を示す式は、「入射光の運動量の方向（入射光の偏光方向，散乱光の偏光方向）−散乱光の運動量の方向」を意味している。ｚ（ｘ，ｘ）−ｚの幾何学的配置においては、図１９に示すように、２８０ｃｍ−１および６００ｃｍ−１付近のＡ１振動モードのピークは強く観察されるが、２５０ｃｍ−１および５３０ｃｍ−１付近のＢ１振動モードのピークはほとんど観察されない。一方、ｚ（ｘ，ｙ）−ｚの幾何学的配置においては、図２０に示すように、２５０ｃｍ−１および５３０ｃｍ−１付近のＢ１振動モードのピークは強く観察されるが、２８０ｃｍ−１および６００ｃｍ−１付近のＡ１振動モードのピークはほとんど観察されない。即ち、ｚ（ｘ，ｙ）−ｚの配置の場合と、ｚ（ｘ，ｘ）−ｚの配置の場合とでは、Ａ１振動モードとＢ１振動モードとのピーク強度の大きさが逆転している。
【００８８】
この結果から、擬立方晶（１００）配向で取り得る斜方晶（１０１）ドメインおよび斜方晶（０１０）ドメイン（斜方晶ｂ軸配向ドメイン）のうち、どちらが支配的かを考察する。表１は、各ドメイン構造に対して、ラマン散乱スペクトルに観測されるフォノンモードの選択則を空間群に基づいて求めたものである。なお、表１における「Ｏ」は観測されることを示し、「Ｎ」は観測されないことを示す。
【００８９】
【表１】
【００９０】
入射光の偏光面と散乱光の偏光面とを平行または直交にしたとき、（０１０）ドメインの場合、分極軸が入射光の電界と平行または直交するため、Ａ１、Ｂ１モードのうちの一方が選択的に観測される。一方、（１０１）ドメインの場合、分極軸が入射光の電界とねじれの位置になるため、偏光面の向きによらず、Ａ１、Ｂ１モードの両方が一緒に観測される。従って、図１９および図２０の結果は、（０１０）ドメイン（斜方晶ｂ軸配向ドメイン）が支配的だと仮定したときのピークの選択則と一致しており、得られたニオブ酸カリウム層１３が斜方晶ｂ軸配向ドメインからなることを示している。
【００９１】
また、このラマン散乱スペクトルの測定結果と、上述したＸ線回折の測定結果とにより、斜方晶のニオブ酸カリウムのｂ軸が、基板１１のＲ面に対して、［１１−２０］方向ベクトルを回転軸として傾いていることが確認された。
【００９２】
次に、基板温度を３００℃まで下げた後、第１の実験例と同条件でＳｒＲｕＯ３層からなる電極層１４を形成した。
【００９３】
次に、電極層１４の上にシリコンからなる第２基板１５を接着剤（エポキシ系接着材）により接着し、ニオブ酸カリウム堆積体１００（図２参照）を得た。
【００９４】
その後、得られたニオブ酸カリウム堆積体１００をリン酸溶液に浸漬して、ＭｇＯからなるバッファ層１２をエッチングし、基板１１を分離した。このようにして、第２基板１５の上に、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（図３参照）を得た。
【００９５】
２．第２の実施形態
２．１． 次に、本発明を適用した第２の実施形態に係る圧電薄膜振動子の一例について、図面を参照しながら説明する。図２１は、本実施形態に係る圧電薄膜振動子２００を模式的に示す断面図である。図２１において、図３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し、詳細な説明を省略する。
【００９６】
圧電薄膜振動子２００は、空隙部１５ａを有する第２基板１５と、第２基板１５上に形成された電極層（以下「第１電極層」ともいう）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。
【００９７】
本実施形態に係る圧電薄膜振動子２００は、後述するように、本発明に係るニオブ酸カリウム堆積体、例えば、図３に示すニオブ酸カリウム堆積体１００を加工して構成される。従って、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。ニオブ酸カリウム層１３は、上述したように、単結晶または多結晶のニオブ酸カリウムから構成されている。
【００９８】
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。
【００９９】
２．２． 本実施形態に係る圧電薄膜振動子２００は、本発明に係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。
【０１００】
まず、図３に示すニオブ酸カリウム堆積体１００の第２基板１５の表面に、リソグラフィー技術およびエッチング技術を用いてレジスト層（図示せず）を形成する。このレジスト層は、空隙部１５ａの形成領域に開口部を有する。次に、レジスト層をマスクとして、第２基板１５を異方性エッチングして空隙部１５ａを形成する。異方性エッチングには、例えば、公知のドライエッチング法等を用いることができる。
【０１０１】
次に、ニオブ酸カリウム層１３の上に、例えば、スパッタ法およびリフトオフ法を用いて第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を平面的に見て覆うように形成される。
【０１０２】
２．３． 本実施形態に係る圧電薄膜振動子は、本発明に係るニオブ酸カリウム堆積体を有する。従って、本実施形態によれば、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可能となる。
【０１０３】
２．４． 次に、本実施形態に係る圧電薄膜振動子２００について行った実験例について述べる。
【０１０４】
（１） 上述した第１の実施形態における第１の実験例のニオブ酸カリウム堆積体１００を用いて、第１の実験例の圧電薄膜振動子２００を形成した。ニオブ酸カリウム堆積体１００は、単相の多結晶のニオブ酸カリウム層１３を有する。
【０１０５】
得られた圧電薄膜振動子２００について、第１電極層１４と第２電極層１６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られた音速は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られた電気機械結合係数は３０％であった。
【０１０６】
また、ニオブ酸カリウムの代わりに、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２００の場合も同様の効果が得られた。
【０１０７】
（２） また、上述した第１の実施形態における第２の実験例のニオブ酸カリウム堆積体１００を用いて、第２の実験例の圧電薄膜振動子２００を形成した。ニオブ酸カリウム堆積体１００は、単結晶のニオブ酸カリウム層１３を有する。このニオブ酸カリウム層は、斜方晶ｂ軸配向ドメインを含み、該ｂ軸は、基板１１のＲ面に対して、［１１−２０］方向ベクトルを回転軸として傾いている。
【０１０８】
得られた圧電薄膜振動子２００について、第１電極層１４と第２電極層１６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られた音速は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られた電気機械結合係数は４０％であった。このように、多結晶のニオブ酸カリウム層１３を用いた場合（実験例１の場合）の電気機械結合係数（３０％）に比べ、単結晶のニオブ酸カリウム層１３をｂ軸が傾いた状態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されることが明らかとなった。
【０１０９】
３．第３の実施形態
次に、本発明を適用した第３の実施形態に係る発振器および周波数フィルタの一例について、図面を参照しながら説明する。図２２は、本実施形態に係る発振器２５０の回路構成を示す図である。なお、図２２に示すＩＮ、ＯＵＴ、Ｖｐはそれぞれ、制御用入力信号、発振出力、電源電圧を意味する。
【０１１０】
発振器２５０は、図２２に示すように、周波数可変の圧電薄膜振動子２００（図２１参照）を有する。発振器２５０は、例えば、電圧制御発振器（Voltage Controlled Oscillator：ＶＣＯ）である。図２２に示すように、トランジスタＴｒ、およびその周りのいくつかの受動部品により、コルピッツ型の発振器２５０が構成されている。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の一方の電極層が接続されている。圧電薄膜振動子２００の他方の電極層は、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。これらの周波数およびキャパシタＣ１，Ｃ２，Ｃ３の容量により発振器２５０の発振周波数は決定される。従って、圧電薄膜振動子２００に電圧を印加することにより、発振器２５０の発振周波数を変化させることができる。即ち、圧電薄膜振動子２００に印加される電圧により、発振器２５０の発振周波数を制御できる。
【０１１１】
発振器２５０は、例えば、図２３に示すＰＬＬ回路のＶＣＯとして用いられる。図２３は、ＰＬＬ回路の基本構成を示すブロック図である。ＰＬＬ回路は、位相比較器７１、低域フィルタ７２、増幅器７３、およびＶＣＯ７４から構成されている。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）と、ＶＣＯ７４から出力される信号の位相（または周波数）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ものである。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るものである。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ものである。ＶＣＯ７４は、入力された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。
【０１１２】
このような構成のもとに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、ＶＣＯ７４から出力される信号の位相（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ようになる。
【０１１３】
また、圧電薄膜振動子２００（図２１参照）を用いて周波数フィルタを構成することができる。周波数フィルタは、例えば、周波数可変の複数の圧電薄膜振動子２００と、周波数制御用端子と、を含む。周波数制御用端子に直流電圧が加えられると、それぞれの圧電薄膜振動子２００に直流電圧が加わり、それに応じて各圧電薄膜振動子２００の共振周波数、反共振周波数が変化する。従って、周波数制御用端子に電圧を印加することにより、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。即ち、周波数制御用端子に印加される電圧により、周波数フィルタの通過周波数帯域を制御できる。
【０１１４】
以上述べたように、本実施形態に係る周波数フィルタおよび発振器は、本発明に係る電気機械結合係数の大きな圧電薄膜振動子を有する。従って、本実施形態によれば、周波数フィルタおよび発振器の小型化を実現することが可能となる。
【０１１５】
４．第４の実施形態
４．１． 次に、本発明を適用した第４の実施形態に係る電子回路および電子機器の第１の例について、図面を参照しながら説明する。図２４は、本実施形態に係る電子機器３００の電気的構成を示すブロック図である。電子機器３００とは、例えば携帯電話機である。
【０１１６】
電子機器３００は、電子回路３１０、送話部８０、受話部９１、入力部９４、表示部９５、およびアンテナ部８６を有する。電子回路３１０は、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、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、周波数シンセサイザ９２、および制御回路９３を有する。
【０１１７】
電子回路３１０において、送信フィルタ８３および受信フィルタ８８として、上述した周波数フィルタを用いることができる。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うち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（図２３参照）のＶＣＯ７４として、図２２に示す発振器を用いることができる。
【０１１８】
送話部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るものである。送信信号処理回路８１は、送話部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ものである。送信フィルタ８３は、中間周波数（以下、「ＩＦ」と表記する）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ものである。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）によってＲＦ信号に変換される。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へ出力するものである。
【０１１９】
送受分波器８５は、送信電力増幅器８４から出力されるＲＦ信号をアンテナ部８６へ出力し、アンテナ部８６から電波の形で送信するものである。また、送受分波器８５は、アンテナ部８６で受信した受信信号を分波して、低雑音増幅器８７へ出力するものである。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ものである。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）によってＩＦに変換される。
【０１２０】
受信フィルタ８８は、変換回路（図示せず）によって変換された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ものである。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、受信フィルタ８８から出力される信号をミキシングするものである。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。受話部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るものである。
【０１２１】
周波数シンセサイザ９２は、送信ミキサ８２へ供給する信号、および、受信ミキサ８９へ供給する信号を生成する回路である。周波数シンセサイザ９２は、ＰＬＬ回路を有し、このＰＬＬ回路から出力される信号を分周して新たな信号を生成することができる。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、入力部９４、および表示部９５を制御する。表示部９５は、例えば携帯電話機の使用者に対して機器の状態を表示する。入力部９４は、例えば携帯電話機の使用者の指示を入力する。
【０１２２】
４．２． 次に、本発明を適用した第４の実施形態に係る電子回路および電子機器の第２の例について、図面を参照しながら説明する。本実施形態では、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２５は、本実施形態に係るリーダライタ２０００を用いた通信システム３０００を示す図であり、図２６は、図２５に示す通信システム３０００の概略ブロック図である。
【０１２３】
図２５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、を含む。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」ともいう）を非接触情報媒体２２００へ送信し、または非接触情報媒体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を使用することができる。図２５および図２６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１７２と、を含む。アンテナ部２１１０と制御インターフェース部２１２０とは、ケーブル２１８０によって電気的に接続されている。また、図示はしないが、リーダライタ２０００は、制御インターフェース部２１２０を介して、外部ホスト装置（処理装置など）に接続されている。
【０１２４】
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する。アンテナ部２１１０は、図２５に示すように、所定の通信領域（点線で示す領域）を有する。アンテナ部２１１０は、ループアンテナ１１２および整合回路１１４により構成される。
【０１２５】
制御インターフェース部２１２０は、送信部１６１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１６８と、コントローラ１６０と、を含む。
【０１２６】
送信部１６１は、外部装置（図示せず）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１６１は、発振回路１６２と、変調回路１６３と、駆動回路１６４と、を含む。発振回路１６２は、所定の周波数のキァリアを発生させるための回路である。発振回路１６２は、通常、水晶振動子等を用いて構成されるが、上述した本発明に係る発振器を用いることにより、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１６３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る。駆動回路１６４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。
【０１２７】
キャンセル部１６５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１６５は、ロジック回路１６６と、キャンセル回路１６７と、を含む。
【０１２８】
受信部１６８は、検波部１６９と、復調回路１７０と、を含む。受信部１６８は、非接触情報媒体２２００が送信した信号を復元する。検波部１６９は、例えば、ループアンテナ１１２に流れる電流の変化を検出する。検波部１６９は、例えばＲＦフィルタを含むことができる。ＲＦフィルタとしては、通常、水晶振動子等を用いるが、上述した本発明に係る周波数フィルタを用いることにより、通信周波数の高周波化、検出感度の向上、小型化が可能となる。復調回路１７０は、検波部１６９で検出された変化分を復調する回路である。
【０１２９】
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。電源回路１７２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回路である。なお、内蔵電池を電力源とすることもできる。
【０１３０】
非接触情報媒体２２００は、リーダライタ２０００と電磁波（電波）を用いて交信する。非接触情報媒体２２００としては、例えば、非接触ＩＣタグ、非接触ＩＣカードなどを挙げることができる。
【０１３１】
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から非接触情報媒体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１６１に送られる。送信部１６１では、発振回路１６２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、このキャリアが変調回路１６３により変調されて、変調高周波信号が出力される。変調回路１６３から出力される変調高周波信号は、駆動回路１６４を介してアンテナ部２１１０に供給される。これと同時に、キャンセル部１６５が、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。
【０１３２】
非接触情報媒体２２００においては、アンテナ部１８６を介して、変調高周波信号が受信回路１８０に供給される。また、変調高周波信号は、電源回路１８２に供給されて、非接触情報媒体２２００の各部に必要な所定の電源電圧が生成される。受信回路１８０から出力されたデータは、復調されてロジック制御回路１８４に供給される。ロジック制御回路１８４は、クロック１８３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データをメモリ１８５に書き込む。
【０１３３】
非接触情報媒体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１６３からは無変調で一定振幅の高周波信号が出力される。高周波信号は、駆動回路１６４、アンテナ部２１１０のループアンテナ１１２を介して、非接触情報媒体２２００に送られる。
【０１３４】
非接触情報媒体２２００においては、メモリ１８５から読み出されたデータがロジック制御回路１８４で処理されて、送信回路１８１に供給される。送信回路１８１では、データの‘１’、‘０’ビットに応じて、スイッチがＯＮ／ＯＦＦする。
【０１３５】
リーダライタ２０００においては、送信回路１８１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の負荷が変動する。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、高周波電流は、非接触情報媒体２２００から供給されるデータによって振幅変調される。この高周波電流は、受信部１６８の検波部１６９で検出され、復調回路１７０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、外部装置などに送られる。
【０１３６】
４．３． 本実施形態に係る電子回路および電子機器は、本発明に係る電気機械結合係数の大きな圧電薄膜振動子を有する。従って、本実施形態によれば、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。
【０１３７】
上記のように、本発明の実施例について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できるであろう。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。
【０１３８】
例えば、本発明に係る周波数フィルタ、発振器はそれぞれ、ＵＷＢシステム、携帯電話機、無線ＬＡＮ等における広帯域フィルタ、ＶＣＯに適用することができる。
【０１３９】
また、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その一例として挙げて説明した。しかしながら、本発明はこれらに限定されることなく、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。例えば、ＢＳ（Broadcast Satellite）放送等を受信するチューナなど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、光ケーブル中を伝播する光信号等を用いるＨＵＢなど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。
【図面の簡単な説明】
【０１４０】
【図１】第１の実施形態に係るニオブ酸カリウム堆積体を模式的に示す断面図。
【図２】第１の実施形態に係るニオブ酸カリウム堆積体を模式的に示す断面図。
【図３】第１の実施形態に係るニオブ酸カリウム堆積体を模式的に示す断面図。
【図４】六方晶のサファイア結晶を模式的に示す図。
【図５】バッファ層およびニオブ酸カリウム層の傾きを模式的に示す図。
【図６】第１の実験例に係るニオブ酸カリウム層のＸ線回折図。
【図７】第２の実験例に係るサファイア基板のＲＨＨＥＤパターン。
【図８】第２の実験例に係るバッファ層のＲＨＨＥＤパターン。
【図９】第２の実験例に係るバッファ層の２θ−θスキャンのＸ線回折図。
【図１０】第２の実験例に係るバッファ層のωスキャンのＸ線回折図。
【図１１】第２の実験例に係るバッファ層のωスキャンのＸ線回折図。
【図１２】第２の実験例に係るＫＮｂＯ３層のＲＨＨＥＤパターン。
【図１３】第２の実験例に係るＫＮｂＯ３層の２θ−θスキャンのＸ線回折図。
【図１４】第２の実験例に係るＫＮｂＯ３層のωスキャンのＸ線回折図。
【図１５】第２の実験例に係るＫＮｂＯ３層のωスキャンのＸ線回折図。
【図１６】第２の実験例に係るサファイア基板のＸ線回折極点図。
【図１７】第２の実験例に係るバッファ層のＸ線回折極点図。
【図１８】第２の実験例に係るＫＮｂＯ３のＸ線回折極点図。
【図１９】第２の実験例に係るＫＮｂＯ３のラマン散乱スペクトル。
【図２０】第２の実験例に係るＫＮｂＯ３のラマン散乱スペクトル。
【図２１】第２の実施形態に係る圧電薄膜振動子の断面図。
【図２２】第３の実施形態に係る発振器の回路構成を示す図。
【図２３】ＰＬＬ回路の基本構成を示すブロック図。
【図２４】第４の実施形態に係る電子回路の構成を示すブロック図。
【図２５】第４の実施形態に係るリーダライタを用いた通信システムを示す図。
【図２６】図２５に示す通信システムの概略ブロック図。
【符号の説明】
【０１４１】
１１ 基板（Ｒ面サファイア基板）、１２ バッファ層、１３ ニオブ酸カリウム層、１４ 電極層（第１電極層）、１５ 第２基板、１６ 第２電極層、７０ 入力端子、７１ 位相比較器、７２ 低域フィルタ、７３ 増幅器、７４ ＶＣＯ、８０ 送話部、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 アンテナ部、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 受話部、９２ 周波数シンセサイザ、９３ 制御回路、９４ 入力部、９５ 表示部、１００ ニオブ酸カリウム堆積体、１１２ ループアンテナ、１１４ 整合回路、１６０ コントローラ、１６１ 送信部、１６２ 発振回路、１６３ 変調回路、１６４ 駆動回路、１６５ キャンセル部、１６６ ロジック回路、１６７ キャンセル回路、１６８ 受信部、１６９ 検波部、１７０ 復調回路、１７２ 電源回路、１８０ 受信回路、１８１ 送信回路、１８２ 電源回路、１８３ クロック、１８４ ロジック制御回路、１８５ メモリ、１８６ アンテナ部、２００ 圧電薄膜振動子、２５０ 発振器、３００ 電子機器、３１０ 電子回路、２０００ リーダライタ、２１０５ 本体、２１１０ アンテナ部、２１２０ 制御インターフェース部、２２００ 非接触情報媒体，３０００ 通信システム
【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、圧電薄膜振動子、周波数フィルタ、発振器、電子回路、並びに、電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
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高周波化が進んできている。このような高周波化のためのデバイスとして、圧電薄膜振動子（Film Bulk Acoustic Resonator：ＦＢＡＲ）が注目されている。圧電薄膜振動子では、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必要である。
【０００３】
ところで、ニオブ酸カリウム（ＫＮｂＯ３）（ａ＝０．５６９５ｎｍ、ｂ＝０．３９７３ｎｍ、ｃ＝０．５７２１ｎｍ、以下「斜方晶」としては本指数表示に従う）の単結晶基板は、大きな電気機械結合係数を示すことが見出されている。例えば、Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｖｏｌ．３７（１９９８）２９２９．に記載されているように、０°ＹカットＸ伝播ＫＮｂＯ３単結晶基板は、電気機械結合係数が５０％程度という非常に大きな値を示すことが実験で確認されている。しかしながら、何らかの大面積の基板上にニオブ酸カリウム薄膜を形成して圧電薄膜振動子を作製することは、困難な場合がある。
【非特許文献１】Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｖｏｌ．３７（１９９８）２９２９．
【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、ニオブ酸カリウムの薄膜を有する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、電気機械結合係数の大きな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、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】
本発明に係る第１のニオブ酸カリウム堆積体の製造方法は、
Ｒ面サファイア基板からなる基板の上方にバッファ層を形成する工程と、
前記バッファ層の上方に、擬立方晶表示において（１００）配向でエピタキシャル成長し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を形成する工程と、
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上方に電極層を形成する工程と、を含み、
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（１００）面は、前記Ｒ面サファイア基板のＲ面（１−１０２）に対して、［１１−２０］方向ベクトルを回転軸として傾くように形成される。
【０００８】
このニオブ酸カリウム堆積体の製造方法によれば、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（１００）面が、前記Ｒ面サファイア基板のＲ面（１−１０２）に対して、［１１−２０］方向ベクトルを回転軸として傾くように形成される。この製造方法によれば、このような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を有するニオブ酸カリウム堆積体を提供することができる。このニオブ酸カリウム堆積体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。
【０００９】
なお、本発明において、特定のもの（以下、「Ａ」という）の上方に他の特定のもの（以下、「Ｂ」という）を形成するとは、Ａ上に直接Ｂを形成する場合と、Ａ上に、Ａ上の他のものを介してＢを形成する場合と、を含む。また、本発明において、Ａの上方に形成されたＢとは、Ａ上に直接形成されたＢと、Ａ上に、Ａ上の他のものを介して形成されたＢと、を含む。
【００１０】
本発明に係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または前記ニオブ酸カリウム固溶体層の（１００）面が、前記Ｒ面サファイア基板のＲ面（１−１０２）と成す角は、１度以上１５度以下となるように形成されることができる。
【００１１】
本発明に係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、斜方晶ニオブ酸カリウムの格子定数を２１／２ｂ＜ａ＜ｃとし、かつｃ軸が分極軸であるとき、ｂ軸配向でエピタキシャル成長しているドメインを含むように形成され、
前記ｂ軸は、前記Ｒ面サファイア基板のＲ面（１−１０２）に対して、［１１−２０］方向ベクトルを回転軸として傾くように形成されることができる。
【００１２】
本発明に係るニオブ酸カリウム堆積体の製造方法において、
前記ｂ軸が前記Ｒ面サファイア基板のＲ面（１−１０２）と成す角は、１度以上１５度以下となるように形成されることができる。
【００１３】
本発明に係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、立方晶（１００）配向でエピタキシャル成長するように形成され、
前記バッファ層の（１００）面は、前記Ｒ面サファイア基板のＲ面（１−１０２）に対して、［１１−２０］方向ベクトルを回転軸として傾くように形成されることができる。
【００１４】
本発明に係る第２のニオブ酸カリウム堆積体の製造方法は、
Ｒ面サファイア基板からなる基板の上方に立方晶（１００）配向でエピタキシャル成長したバッファ層を形成する工程と、
前記バッファ層の上方に、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または前記ニオブ酸カリウム固溶体層の上方に電極層を形成する工程と、を含み、
前記バッファ層の（１００）面は、前記Ｒ面サファイア基板のＲ面（１−１０２）に対して、［１１−２０］方向ベクトルを回転軸として傾くように形成される。
【００１５】
本発明に係るニオブ酸カリウム堆積体の製造方法において、
前記バッファ層の（１００）面が、前記Ｒ面サファイア基板のＲ面（１−１０２）と成す角は、１度以上１５度以下となるように形成されることができる。
【００１６】
本発明に係るニオブ酸カリウム堆積体の製造方法において、
前記バッファ層としては、岩塩構造の金属酸化物を用いることができる。
【００１７】
本発明に係るニオブ酸カリウム堆積体の製造方法において、
前記金属酸化物としては、酸化マグネシウムを用いることができる。
【００１８】
本発明に係るニオブ酸カリウム堆積体の製造方法において、
前記電極層の上方に他の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、前記基板を分離する工程と、を含むことができる。
【００１９】
本発明に係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固溶体層としては、Ｋ１−ｘＮａｘＮｂ１−ｙＴａｙＯ３（０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１）で表される固溶体を用いることができる。
【００２０】
本発明に係るニオブ酸カリウム堆積体は、上述のニオブ酸カリウム堆積体の製造方法により得られる。
【００２１】
本発明に係る第１のニオブ酸カリウム堆積体は、
Ｒ面サファイア基板からなる基板と、
前記基板の上方に形成されたバッファ層と、
前記バッファ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前記ニオブ酸カリウム固溶体層の上方に形成された電極層と、を含み、
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は、擬立方晶表示において（１００）配向でエピタキシャル成長しており、
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（１００）面は、前記Ｒ面サファイア基板のＲ面（１−１０２）に対して、［１１−２０］方向ベクトルを回転軸として傾いている。
【００２２】
本発明に係る第２のニオブ酸カリウム堆積体は、
Ｒ面サファイア基板からなる基板と、
前記基板の上方に形成されたバッファ層と、
前記バッファ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前記ニオブ酸カリウム固溶体層の上方に形成された電極層と、を含み、
前記バッファ層は、立方晶（１００）配向でエピタキシャル成長しており、
前記バッファ層の（１００）面は、前記Ｒ面サファイア基板のＲ面（１−１０２）に対して、［１１−２０］方向ベクトルを回転軸として傾いている。
【００２３】
本発明に係る圧電薄膜振動子は、上述のニオブ酸カリウム堆積体を含む。
【００２４】
本発明に係る周波数フィルタは、上述の圧電薄膜振動子を含む。
【００２５】
本発明に係る発振器は、上述の圧電薄膜振動子を含む。
【００２６】
本発明に係る電子回路は、上述の周波数フィルタおよび上述の発振器のうちの少なくとも一方を含む。
【００２７】
本発明に係る電子機器は、上述の電子回路を含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明に好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２９】
１．第１の実施形態
１．１． 図１〜図３は、本実施形態に係るニオブ酸カリウム堆積体１００を模式的に示す断面図である。図１に示すように、本実施形態に係るニオブ酸カリウム堆積体１００は、基板１１と、基板１１上に形成されたバッファ層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、ニオブ酸カリウム層１３上に形成された電極層１４と、を含むことができる。
【００３０】
基板１１としては、Ｒ面サファイア基板を用いることができる。Ｒ面サファイア基板を用いることは、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ができる点、大面積基板を安価に入手できる点、さらに、エッチング液への耐性があり、繰返して利用できる点で好ましい。
【００３１】
バッファ層１２としては、例えば、岩塩構造の金属酸化物を用いることができる。岩塩構造の金属酸化物としては、例えば、ＭｇＯ（酸化マグネシウム）を用いることができる。バッファ層１２については、後に詳述する。
【００３２】
電極層１４の材質は特に限定されず、例えば、Ｐｔ、Ｉｒ、Ａｕ、Ｃｒ、ＩｒＯｘ、ＳｒＲｕＯ３、Ｎｂ−ＳｒＴｉＯ３、Ｌａ−ＳｒＴｉＯ３、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。
【００３３】
ニオブ酸カリウム層１３は、単結晶または多結晶のニオブ酸カリウムを有する。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１０μｍ以下とすることができる。ニオブ酸カリウム層１３については、後に詳述する。
【００３４】
また、本実施形態に係るニオブ酸カリウム堆積体１００は、図２に示すように、さらに、電極層１４上に形成された他の基板（以下「第２基板」ともいう）１５を有することができる。第２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。第２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、樹脂基板などを用いることができる。また、第２基板１５の膜厚は、本実施形態に係るニオブ酸カリウム堆積体１００を適用するデバイスなどによって適宜選択される。
【００３５】
また、本実施形態に係るニオブ酸カリウム堆積体１００は、図３に示すように、第２基板１５と、第２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、を含むことができる。
【００３６】
また、本実施形態では、上述したニオブ酸カリウム層１３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、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））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。
【００３７】
１．２． 次に、ニオブ酸カリウム堆積体１００の製造方法について述べる。
【００３８】
（１）まず、図１に示すように、Ｒ面サファイア基板からなる基板（以下「Ｒ面サファイア基板」ともいう）１１を用意する。Ｒ面サファイア基板１１は、予め脱脂洗浄されている。脱脂洗浄は、Ｒ面サファイア基板１１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。
【００３９】
（２）次に、図１に示すように、レーザーアブレーション法によって、Ｒ面サファイア基板１１上にＭｇＯからなるバッファ層１２を形成する。
【００４０】
具体的には、脱脂洗浄したＲ面サファイア基板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。次に、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。
【００４１】
次に、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Ｒ面サファイア基板１１上に向けて出射され、Ｒ面サファイア基板１１上に接触する。その結果、Ｒ面サファイア基板１１上に、立方晶（１００）配向のＭｇＯからなるバッファ層１２がエピタキシャル成長によって形成される。そして、バッファ層１２の（１００）面は、Ｒ面サファイア基板１１のＲ面（１−１０２）（以下、単に「Ｒ面」ということもある。）に対して、［１１−２０］方向ベクトルを回転軸として傾いていることが好ましい。このことを図４および図５を用いて説明する。
【００４２】
図４は、六方晶のサファイア結晶を模式的に示す図であり、図５は、バッファ層１２の（１００）面の傾きを模式的に示す図である。Ｒ面サファイア基板１１のＲ面（１−１０２）とは、図４におけるＮ−Ｓ面である。図５に示すように、Ｒ面サファイア基板１１のＮ−Ｓ面（即ち、Ｒ面）に対して、バッファ層１２の（１００）面は、［１１−２０］方向ベクトルを回転軸として傾いている。言い換えるならば、バッファ層１２の（１００）面と、Ｒ面とが交差する直線は、［１１−２０］方向ベクトルと平行である。このようなバッファ層１２を形成することにより、後に述べる所望のニオブ酸カリウム層１３を得ることができる。バッファ層１２の（１００）面が、Ｒ面サファイア基板１１のＲ面（１−１０２）と成す角δは、１度以上１５度以下であるのが好ましい。
【００４３】
また、バッファ層１２としてＭｇＯを用いることにより、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ことが可能である。
【００４４】
バッファ層１２の厚さは、特に限定されないが、Ｒ面サファイア基板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以下であることが好ましい。
【００４５】
なお、マグネシウム原子、または後の工程における所望の原子をターゲットから叩き出す方法としては、上述したレーザー光をターゲット表面に照射する方法の他、例えば、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。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て、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、より効率良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、プルームが十分基板１１に到達でき、バッファ層１２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、ターゲットと基板１１との距離（以下「ターゲット基板間距離」という）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）次に、図１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原子、ニオブ原子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、Ｒ面サファイア基板１１上に向けて出射されてバッファ層１２に接触する。その結果、バッファ層１２上に、擬立方晶表示において（１００）配向のニオブ酸カリウム層１３がエピタキシャル成長によって形成される。そして、図５に示すように、ニオブ酸カリウム層１３の（１００）面は、Ｒ面サファイア基板１１のＲ面（１−１０２）に対して、［１１−２０］方向ベクトルを回転軸として傾いている。なお、図５は、上述したように、バッファ層１２の（１００）面の傾きを模式的に示す図であるが、同様に、ニオブ酸カリウム層１３の（１００）面の傾きを模式的に示す図でもある。
【００５０】
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２１／２ｂ＜ａ＜ｃとし、かつｃ軸が分極軸であるとき、ｂ軸配向でエピタキシャル成長しているドメイン（以下「斜方晶ｂ軸配向ドメイン」ともいう）を含むことが好ましい。そして、ｂ軸は、Ｒ面サファイア基板１１のＲ面（１−１０２）に対して、［１１−２０］方向ベクトルを回転軸として傾いていることが好ましい。このようなニオブ酸カリウム層１３を用いることにより、後述するように、電気機械結合係数の大きな圧電薄膜振動子２００（図２１参照）を得ることができる。
【００５１】
ニオブ酸カリウム層１３の（１００）面が、Ｒ面サファイア基板１１のＲ面（１−１０２）と成す角Δは、１度以上１５度以下であるのが好ましい。より具体的には、斜方晶ニオブ酸カリウムのｂ軸がＲ面サファイア基板１１のＲ面（１−１０２）と成す角は、１度以上１５度以下であるのが好ましい。なお、ニオブ酸カリウム層１３の（１００）面がＲ面と成す角Δは、バッファ層１２の（１００）面がＲ面と成す角δと同じであることも、違うこともできる。
【００５２】
また、レーザーアブレーション法の条件は、プルームが十分バッファ層１２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。
【００５３】
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、ニオブ酸カリウムを単結晶、または多結晶（好ましくは単相の多結晶）とすることができる。
【００５４】
なお、上述した例では、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１３の形成には、Ｔｒｉ−Ｐｈａｓｅ−Ｅｐｉｔａｘｙ法に適した組成比のターゲットを用いることができる。Ｔｒｉ−Ｐｈａｓｅ−Ｅｐｉｔａｘｙ法は、気相原料を固液共存領域の温度に保持した基体に堆積し、液相中から固相を析出させる方法である。
【００５５】
具体的には、まず、基体（本実施形態では、基板１１と、バッファ層１２とからなる）上に堆積させた直後の液相状態のＫｘＮｂ１−ｘＯｙにおけるカリウムのモル組成比ｘが、０．５≦ｘ≦ｘＥの範囲となるような気相原料であるプルームを基体に供給する。なお、ｘＥは、所定の酸素分圧下におけるＫＮｂＯ３と３Ｋ２Ｏ・Ｎｂ２Ｏ５との共晶点におけるｘである。次に、基体の温度Ｔｓを、ＴＥ≦Ｔｓ≦Ｔｍの範囲に保持することにより、プルームの供給で基体上に堆積させたＫｘＮｂ１−ｘＯｙの残液を蒸発させる。これにより、ＫｘＮｂ１−ｘＯｙからＫＮｂＯ３単結晶を基体上に析出させることができる。なお、ＴＥは、所定の酸素分圧下におけるＫＮｂＯ３と３Ｋ２Ｏ・Ｎｂ２Ｏ５との共晶点における温度である。また、Ｔｍは、所定の酸素分圧下であって、基体上に堆積させた直後の液相状態のＫｘＮｂ１−ｘＯｙにおける完全溶融温度である。
【００５６】
（４）次に、図１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。
【００５７】
具体的には、Ｒ面サファイア基板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ストロンチウム原子、ルテニウム原子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Ｒ面サファイア基板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。
【００５８】
レーザー光の照射時の各条件は、プルームが十分基板１１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。
【００５９】
以上の工程により、図１に示すニオブ酸カリウム堆積体１００を形成することができる。
【００６０】
（５）次に、図２に示すように、電極層１４の上に第２基板１５を接着する。第２基板１５を電極層１４に接着する方法としては、例えば、エポキシ系等の接着剤または半田などを用いた接着法、あるいは、金−金または金−アルミなどの金属間固体接合法などを用いることができる。
【００６１】
以上の工程により、図２に示すニオブ酸カリウム堆積体１００を形成することができる。
【００６２】
（６）次に、図３に示すように、バッファ層１２をウェットエッチングすることにより、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、Ｒ面サファイア基板１１とを分離する。
【００６３】
ウェットエッチングには、バッファ層１２のみを溶解して他の層に悪影響を与えないエッチング液を用いる。本実施形態では、バッファ層１２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。
【００６４】
以上の工程により、図３に示すニオブ酸カリウム堆積体１００を形成することができる。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
１．３． 本実施形態によれば、Ｒ面サファイア基板１１の上に立方晶（１００）配向のＭｇＯからなるバッファ層１２を形成し、バッファ層１２の上に気相法を用いてニオブ酸カリウム層１３を形成する。これにより、ニオブ酸カリウムの単一相薄膜をｂ軸配向でエピタキシャル成長させることができる。このニオブ酸カリウム層１３を用いることにより、後述するように、電気機械結合係数の大きな圧電薄膜振動子２００（図２１参照）を得ることができる。
【００６８】
さらに、本実施形態によれば、ニオブ酸カリウム層１３の（１００）面は、Ｒ面サファイア基板１１のＲ面（１−１０２）に対して、［１１−２０］方向ベクトルを回転軸として傾いている。このニオブ酸カリウム層１３を用いることにより、後述するように、電気機械結合係数のより一層大きな圧電薄膜振動子２００を得ることができる。
【００６９】
また、本実施形態によれば、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、さらに第２基板１５を電極層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。従って、電極層１４を構成する成分がニオブ酸カリウム層１３に拡散してその特性を劣化させることがない。
【００７０】
１．４．実験例
（１） まず、第１の実験例について説明する。本実験例では、以下の方法によりニオブ酸カリウム堆積体１００を形成した。本実験例では、単相の多結晶ニオブ酸カリウムの薄膜を得ることができた。
【００７１】
まず、Ｒ面サファイア単結晶基板からなる基板１１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った。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。次に、基板１１を基板ホルダーに装填した後、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。
【００７２】
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の条件で基板１１に照射し、ＭｇＯからなるバッファ層１２を形成した。ターゲット基板間距離は７０ｍｍとし、照射時間は３０分とし、バッファ層１２の膜厚は１０ｎｍとした。
【００７３】
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、ターゲット表面にＫ、Ｎｂ、Ｏ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７５０℃、酸素分圧１×１０−１Ｔｏｒｒの条件で基板１１に向けて照射し、バッファ層１２の上にニオブ酸カリウム層１３を形成した。ターゲット基板間距離は７０ｍｍとし、照射時間は２４０分とし、ニオブ酸カリウム層１３の膜厚は１μｍとした。
【００７４】
本実験例で得られたニオブ酸カリウム層１３のＸ線回折パターン（２θ−θスキャン）を図６に示す。図６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、本実験例で得られたニオブ酸カリウムは、多結晶ではあるが単相であることが確認された。
【００７５】
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、ターゲット表面にＳｒ、Ｒｕ、Ｏ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３００℃、酸素分圧１×１０−２Ｔｏｒｒの条件で基板１１に向けて照射し、ＳｒＲｕＯ３層からなる電極層１４を形成した。ターゲットと基板１１との距離は７０ｍｍとし、照射時間は６０分とし、電極層１４の膜厚は１００ｎｍとした。
【００７６】
次に、電極層１４の上にシリコンからなる第２基板１５を接着剤（エポキシ系接着材）により接着し、ニオブ酸カリウム堆積体１００（図２参照）を得た。
【００７７】
その後、得られたニオブ酸カリウム堆積体１００をリン酸溶液に浸漬して、ＭｇＯからなるバッファ層１２をエッチングし、基板１１を分離した。このようにして、第２基板１５の上に、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（図３参照）を得た。
【００７８】
（２） 次に、第２の実験例について説明する。本実験例では、以下の方法によりニオブ酸カリウム堆積体１００を形成した。本実験例では、単結晶のニオブ酸カリウムの薄膜を得ることができた。
【００７９】
まず、第１の実験例と同様に、Ｒ面サファイア単結晶基板からなる基板１１の脱脂洗浄を行った。次に、第１の実験例と同様に、基板１１を基板ホルダーに装填した後、真空装置内に基板ホルダーごと導入し、酸素ガスを導入し、４００℃まで加熱昇温した。このとき、図７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。
【００８０】
次に、マグネシウムターゲットの表面に、周波数２０Ｈｚの条件でＫｒＦエキシマレーザー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。この際、エネルギー密度、パルス長、波長はそれぞれ、第１の実験例と同条件とした。このプラズマプルームを基板１１に照射し、ＭｇＯからなるバッファ層１２を形成した。この際、基板温度、酸素分圧、ターゲット基板間距離、照射時間、膜厚はそれぞれ、第１の実験例と同条件とした。
【００８１】
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８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からなるバッファ層１２がエピタキシャル成長していることが確認された。
【００８２】
さらに、この堆積体のＭｇＯからなるバッファ層１２のＸ線回折パターン（２θ−θスキャン）を図９に示す。図９に示すように、基板１１のピークの他には観測されなかった。２θ値をＭｇＯ（２００）（ａ＝０．４２１２ｎｍとすると２θ＝４２．９２°）に固定した場合のＸ線回折パターン（ωスキャン）を図１０および図１１に示す。ωスキャンの回転軸がサファイア［１１−２０］に平行な場合には、図１０に示すように、中心より９．２°シフトしたピークが観測された。ωスキャンの回転軸がサファイア［−１１０１］に平行な場合には、図１１に示すように、ピークは観測されなかった。これらの結果から、基板１１より約９°傾いたＭｇＯ（１００）膜が成長していることが確認された。
【００８３】
次に、Ｋ０．６７Ｎｂ０．３３Ｏｙターゲットの表面に、エネルギー密度２Ｊ／ｃｍ２の条件でＫｒＦエキシマレーザーのパルス光を入射し、ターゲット表面にＫ、Ｎｂ、Ｏのプラズマプルームを発生させた。この際、周波数、パルス長はそれぞれ、第１の実験例と同条件とした。このプラズマプルームを、基板温度６００℃、酸素分圧１×１０−２Ｔｏｒｒの条件で基板１１に向けて照射し、バッファ層１２の上にニオブ酸カリウム層１３を形成した。ニオブ酸カリウム層１３の膜厚は０．５μｍとした。また、ターゲット基板間距離、照射時間はそれぞれ、第１の実験例と同条件とした。
【００８４】
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１２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。
【００８５】
さらに、この堆積体のニオブ酸カリウム（ＫＮｂＯ３）層１３のＸ線回折パターン（２θ−θスキャン）を図１３に示す。図１３に示すように、ＫＮｂＯ３を擬立方晶の面指数で表記すると、ＫＮｂＯ３（１００）ｐｃ、ＫＮｂＯ３（２００）ｐｃのピークが観測された。従って、ＫＮｂＯ３は（１００）ｐｃ配向していることが確認された。ＫＮｂＯ３（２００）ｐｃ（２θ＝４５．１２°）のＸ線回折パターン（ωスキャン）を図１４および図１５に示す。ωスキャンの回転軸がサファイア［１１−２０］に平行な場合には、図１４に示すように、中心より６．３°シフトしたピークが観測された。ωスキャンの回転軸がサファイア［−１１０１］に平行な場合には、図１５に示すように、ピークは観測されなかった。これらの結果から、基板１１より約６°傾いたＫＮｂＯ３（１００）ｐｃ膜が成長していることが確認された。
【００８６】
また、Ｘ線回折極点図を測定したところ、図１６〜図１８に示す結果が得られた。図１６、図１７、図１８は、それぞれ、サファイア（０００６）（２θ＝４１．７°）、ＭｇＯ（２０２）（２θ＝６２．３°）、ＫＮｂＯ３（１０１）ｐｃ（２θ＝３１．５°）のＸ線回折極点図である。図１７および図１８に示すように、ＭｇＯ（２０２）およびＫＮｂＯ３（１０１）ｐｃのスポットは、ともに４回対称性を示しており、面間でＫＮｂＯ３（１００）ｐｃ／ＭｇＯ（１００）／サファイア（１−１０２）、面内でＫＮｂＯ３［０１０］ｐｃ／／ＭｇＯ［０１０］／／サファイア［１１−２０］のエピタキシャル成長方位の関係になっていることが分かった。また、図１７および図１８に示すように、４スポットの中心が極点図の中心（Ｐｓｉ＝０度）からサファイア［−１１０１］方向に、それぞれ９度程度、６度程度シフトしている。これらは、上述したωスキャンのシフト量と一致している。従って、ＭｇＯからなるバッファ層１２は、（１００）面が基板１１のＲ面に対して、［１１−２０］方向ベクトルを回転軸として、９度程度傾いた状態でエピタキシャル成長しており、ニオブ酸カリウム層１３は、擬立方晶表示において（１００）面が基板１１のＲ面に対して、［１１−２０］方向ベクトルを回転軸として、６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。
【００８７】
また、ラマン散乱スペクトルを測定したところ、図１９および図２０に示す結果が得られた。図１９、図２０はそれぞれ、ｚ（ｘ，ｘ）−ｚ、ｚ（ｘ，ｙ）−ｚの幾何学的配置に対応している。ここで、幾何学的配置を示す式は、「入射光の運動量の方向（入射光の偏光方向，散乱光の偏光方向）−散乱光の運動量の方向」を意味している。ｚ（ｘ，ｘ）−ｚの幾何学的配置においては、図１９に示すように、２８０ｃｍ−１および６００ｃｍ−１付近のＡ１振動モードのピークは強く観察されるが、２５０ｃｍ−１および５３０ｃｍ−１付近のＢ１振動モードのピークはほとんど観察されない。一方、ｚ（ｘ，ｙ）−ｚの幾何学的配置においては、図２０に示すように、２５０ｃｍ−１および５３０ｃｍ−１付近のＢ１振動モードのピークは強く観察されるが、２８０ｃｍ−１および６００ｃｍ−１付近のＡ１振動モードのピークはほとんど観察されない。即ち、ｚ（ｘ，ｙ）−ｚの配置の場合と、ｚ（ｘ，ｘ）−ｚの配置の場合とでは、Ａ１振動モードとＢ１振動モードとのピーク強度の大きさが逆転している。
【００８８】
この結果から、擬立方晶（１００）配向で取り得る斜方晶（１０１）ドメインおよび斜方晶（０１０）ドメイン（斜方晶ｂ軸配向ドメイン）のうち、どちらが支配的かを考察する。表１は、各ドメイン構造に対して、ラマン散乱スペクトルに観測されるフォノンモードの選択則を空間群に基づいて求めたものである。なお、表１における「Ｏ」は観測されることを示し、「Ｎ」は観測されないことを示す。
【００８９】
【表１】
【００９０】
入射光の偏光面と散乱光の偏光面とを平行または直交にしたとき、（０１０）ドメインの場合、分極軸が入射光の電界と平行または直交するため、Ａ１、Ｂ１モードのうちの一方が選択的に観測される。一方、（１０１）ドメインの場合、分極軸が入射光の電界とねじれの位置になるため、偏光面の向きによらず、Ａ１、Ｂ１モードの両方が一緒に観測される。従って、図１９および図２０の結果は、（０１０）ドメイン（斜方晶ｂ軸配向ドメイン）が支配的だと仮定したときのピークの選択則と一致しており、得られたニオブ酸カリウム層１３が斜方晶ｂ軸配向ドメインからなることを示している。
【００９１】
また、このラマン散乱スペクトルの測定結果と、上述したＸ線回折の測定結果とにより、斜方晶のニオブ酸カリウムのｂ軸が、基板１１のＲ面に対して、［１１−２０］方向ベクトルを回転軸として傾いていることが確認された。
【００９２】
次に、基板温度を３００℃まで下げた後、第１の実験例と同条件でＳｒＲｕＯ３層からなる電極層１４を形成した。
【００９３】
次に、電極層１４の上にシリコンからなる第２基板１５を接着剤（エポキシ系接着材）により接着し、ニオブ酸カリウム堆積体１００（図２参照）を得た。
【００９４】
その後、得られたニオブ酸カリウム堆積体１００をリン酸溶液に浸漬して、ＭｇＯからなるバッファ層１２をエッチングし、基板１１を分離した。このようにして、第２基板１５の上に、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（図３参照）を得た。
【００９５】
２．第２の実施形態
２．１． 次に、本発明を適用した第２の実施形態に係る圧電薄膜振動子の一例について、図面を参照しながら説明する。図２１は、本実施形態に係る圧電薄膜振動子２００を模式的に示す断面図である。図２１において、図３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し、詳細な説明を省略する。
【００９６】
圧電薄膜振動子２００は、空隙部１５ａを有する第２基板１５と、第２基板１５上に形成された電極層（以下「第１電極層」ともいう）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。
【００９７】
本実施形態に係る圧電薄膜振動子２００は、後述するように、本発明に係るニオブ酸カリウム堆積体、例えば、図３に示すニオブ酸カリウム堆積体１００を加工して構成される。従って、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。ニオブ酸カリウム層１３は、上述したように、単結晶または多結晶のニオブ酸カリウムから構成されている。
【００９８】
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。
【００９９】
２．２． 本実施形態に係る圧電薄膜振動子２００は、本発明に係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。
【０１００】
まず、図３に示すニオブ酸カリウム堆積体１００の第２基板１５の表面に、リソグラフィー技術およびエッチング技術を用いてレジスト層（図示せず）を形成する。このレジスト層は、空隙部１５ａの形成領域に開口部を有する。次に、レジスト層をマスクとして、第２基板１５を異方性エッチングして空隙部１５ａを形成する。異方性エッチングには、例えば、公知のドライエッチング法等を用いることができる。
【０１０１】
次に、ニオブ酸カリウム層１３の上に、例えば、スパッタ法およびリフトオフ法を用いて第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を平面的に見て覆うように形成される。
【０１０２】
２．３． 本実施形態に係る圧電薄膜振動子は、本発明に係るニオブ酸カリウム堆積体を有する。従って、本実施形態によれば、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可能となる。
【０１０３】
２．４． 次に、本実施形態に係る圧電薄膜振動子２００について行った実験例について述べる。
【０１０４】
（１） 上述した第１の実施形態における第１の実験例のニオブ酸カリウム堆積体１００を用いて、第１の実験例の圧電薄膜振動子２００を形成した。ニオブ酸カリウム堆積体１００は、単相の多結晶のニオブ酸カリウム層１３を有する。
【０１０５】
得られた圧電薄膜振動子２００について、第１電極層１４と第２電極層１６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られた音速は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られた電気機械結合係数は３０％であった。
【０１０６】
また、ニオブ酸カリウムの代わりに、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２００の場合も同様の効果が得られた。
【０１０７】
（２） また、上述した第１の実施形態における第２の実験例のニオブ酸カリウム堆積体１００を用いて、第２の実験例の圧電薄膜振動子２００を形成した。ニオブ酸カリウム堆積体１００は、単結晶のニオブ酸カリウム層１３を有する。このニオブ酸カリウム層は、斜方晶ｂ軸配向ドメインを含み、該ｂ軸は、基板１１のＲ面に対して、［１１−２０］方向ベクトルを回転軸として傾いている。
【０１０８】
得られた圧電薄膜振動子２００について、第１電極層１４と第２電極層１６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られた音速は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られた電気機械結合係数は４０％であった。このように、多結晶のニオブ酸カリウム層１３を用いた場合（実験例１の場合）の電気機械結合係数（３０％）に比べ、単結晶のニオブ酸カリウム層１３をｂ軸が傾いた状態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されることが明らかとなった。
【０１０９】
３．第３の実施形態
次に、本発明を適用した第３の実施形態に係る発振器および周波数フィルタの一例について、図面を参照しながら説明する。図２２は、本実施形態に係る発振器２５０の回路構成を示す図である。なお、図２２に示すＩＮ、ＯＵＴ、Ｖｐはそれぞれ、制御用入力信号、発振出力、電源電圧を意味する。
【０１１０】
発振器２５０は、図２２に示すように、周波数可変の圧電薄膜振動子２００（図２１参照）を有する。発振器２５０は、例えば、電圧制御発振器（Voltage Controlled Oscillator：ＶＣＯ）である。図２２に示すように、トランジスタＴｒ、およびその周りのいくつかの受動部品により、コルピッツ型の発振器２５０が構成されている。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の一方の電極層が接続されている。圧電薄膜振動子２００の他方の電極層は、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。これらの周波数およびキャパシタＣ１，Ｃ２，Ｃ３の容量により発振器２５０の発振周波数は決定される。従って、圧電薄膜振動子２００に電圧を印加することにより、発振器２５０の発振周波数を変化させることができる。即ち、圧電薄膜振動子２００に印加される電圧により、発振器２５０の発振周波数を制御できる。
【０１１１】
発振器２５０は、例えば、図２３に示すＰＬＬ回路のＶＣＯとして用いられる。図２３は、ＰＬＬ回路の基本構成を示すブロック図である。ＰＬＬ回路は、位相比較器７１、低域フィルタ７２、増幅器７３、およびＶＣＯ７４から構成されている。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）と、ＶＣＯ７４から出力される信号の位相（または周波数）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ものである。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るものである。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ものである。ＶＣＯ７４は、入力された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。
【０１１２】
このような構成のもとに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、ＶＣＯ７４から出力される信号の位相（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ようになる。
【０１１３】
また、圧電薄膜振動子２００（図２１参照）を用いて周波数フィルタを構成することができる。周波数フィルタは、例えば、周波数可変の複数の圧電薄膜振動子２００と、周波数制御用端子と、を含む。周波数制御用端子に直流電圧が加えられると、それぞれの圧電薄膜振動子２００に直流電圧が加わり、それに応じて各圧電薄膜振動子２００の共振周波数、反共振周波数が変化する。従って、周波数制御用端子に電圧を印加することにより、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。即ち、周波数制御用端子に印加される電圧により、周波数フィルタの通過周波数帯域を制御できる。
【０１１４】
以上述べたように、本実施形態に係る周波数フィルタおよび発振器は、本発明に係る電気機械結合係数の大きな圧電薄膜振動子を有する。従って、本実施形態によれば、周波数フィルタおよび発振器の小型化を実現することが可能となる。
【０１１５】
４．第４の実施形態
４．１． 次に、本発明を適用した第４の実施形態に係る電子回路および電子機器の第１の例について、図面を参照しながら説明する。図２４は、本実施形態に係る電子機器３００の電気的構成を示すブロック図である。電子機器３００とは、例えば携帯電話機である。
【０１１６】
電子機器３００は、電子回路３１０、送話部８０、受話部９１、入力部９４、表示部９５、およびアンテナ部８６を有する。電子回路３１０は、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、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、周波数シンセサイザ９２、および制御回路９３を有する。
【０１１７】
電子回路３１０において、送信フィルタ８３および受信フィルタ８８として、上述した周波数フィルタを用いることができる。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うち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（図２３参照）のＶＣＯ７４として、図２２に示す発振器を用いることができる。
【０１１８】
送話部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るものである。送信信号処理回路８１は、送話部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ものである。送信フィルタ８３は、中間周波数（以下、「ＩＦ」と表記する）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ものである。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）によってＲＦ信号に変換される。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へ出力するものである。
【０１１９】
送受分波器８５は、送信電力増幅器８４から出力されるＲＦ信号をアンテナ部８６へ出力し、アンテナ部８６から電波の形で送信するものである。また、送受分波器８５は、アンテナ部８６で受信した受信信号を分波して、低雑音増幅器８７へ出力するものである。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ものである。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）によってＩＦに変換される。
【０１２０】
受信フィルタ８８は、変換回路（図示せず）によって変換された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ものである。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、受信フィルタ８８から出力される信号をミキシングするものである。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。受話部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るものである。
【０１２１】
周波数シンセサイザ９２は、送信ミキサ８２へ供給する信号、および、受信ミキサ８９へ供給する信号を生成する回路である。周波数シンセサイザ９２は、ＰＬＬ回路を有し、このＰＬＬ回路から出力される信号を分周して新たな信号を生成することができる。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、入力部９４、および表示部９５を制御する。表示部９５は、例えば携帯電話機の使用者に対して機器の状態を表示する。入力部９４は、例えば携帯電話機の使用者の指示を入力する。
【０１２２】
４．２． 次に、本発明を適用した第４の実施形態に係る電子回路および電子機器の第２の例について、図面を参照しながら説明する。本実施形態では、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２５は、本実施形態に係るリーダライタ２０００を用いた通信システム３０００を示す図であり、図２６は、図２５に示す通信システム３０００の概略ブロック図である。
【０１２３】
図２５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、を含む。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」ともいう）を非接触情報媒体２２００へ送信し、または非接触情報媒体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を使用することができる。図２５および図２６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１７２と、を含む。アンテナ部２１１０と制御インターフェース部２１２０とは、ケーブル２１８０によって電気的に接続されている。また、図示はしないが、リーダライタ２０００は、制御インターフェース部２１２０を介して、外部ホスト装置（処理装置など）に接続されている。
【０１２４】
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する。アンテナ部２１１０は、図２５に示すように、所定の通信領域（点線で示す領域）を有する。アンテナ部２１１０は、ループアンテナ１１２および整合回路１１４により構成される。
【０１２５】
制御インターフェース部２１２０は、送信部１６１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１６８と、コントローラ１６０と、を含む。
【０１２６】
送信部１６１は、外部装置（図示せず）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１６１は、発振回路１６２と、変調回路１６３と、駆動回路１６４と、を含む。発振回路１６２は、所定の周波数のキァリアを発生させるための回路である。発振回路１６２は、通常、水晶振動子等を用いて構成されるが、上述した本発明に係る発振器を用いることにより、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１６３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る。駆動回路１６４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。
【０１２７】
キャンセル部１６５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１６５は、ロジック回路１６６と、キャンセル回路１６７と、を含む。
【０１２８】
受信部１６８は、検波部１６９と、復調回路１７０と、を含む。受信部１６８は、非接触情報媒体２２００が送信した信号を復元する。検波部１６９は、例えば、ループアンテナ１１２に流れる電流の変化を検出する。検波部１６９は、例えばＲＦフィルタを含むことができる。ＲＦフィルタとしては、通常、水晶振動子等を用いるが、上述した本発明に係る周波数フィルタを用いることにより、通信周波数の高周波化、検出感度の向上、小型化が可能となる。復調回路１７０は、検波部１６９で検出された変化分を復調する回路である。
【０１２９】
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。電源回路１７２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回路である。なお、内蔵電池を電力源とすることもできる。
【０１３０】
非接触情報媒体２２００は、リーダライタ２０００と電磁波（電波）を用いて交信する。非接触情報媒体２２００としては、例えば、非接触ＩＣタグ、非接触ＩＣカードなどを挙げることができる。
【０１３１】
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から非接触情報媒体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１６１に送られる。送信部１６１では、発振回路１６２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、このキャリアが変調回路１６３により変調されて、変調高周波信号が出力される。変調回路１６３から出力される変調高周波信号は、駆動回路１６４を介してアンテナ部２１１０に供給される。これと同時に、キャンセル部１６５が、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。
【０１３２】
非接触情報媒体２２００においては、アンテナ部１８６を介して、変調高周波信号が受信回路１８０に供給される。また、変調高周波信号は、電源回路１８２に供給されて、非接触情報媒体２２００の各部に必要な所定の電源電圧が生成される。受信回路１８０から出力されたデータは、復調されてロジック制御回路１８４に供給される。ロジック制御回路１８４は、クロック１８３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データをメモリ１８５に書き込む。
【０１３３】
非接触情報媒体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１６３からは無変調で一定振幅の高周波信号が出力される。高周波信号は、駆動回路１６４、アンテナ部２１１０のループアンテナ１１２を介して、非接触情報媒体２２００に送られる。
【０１３４】
非接触情報媒体２２００においては、メモリ１８５から読み出されたデータがロジック制御回路１８４で処理されて、送信回路１８１に供給される。送信回路１８１では、データの‘１’、‘０’ビットに応じて、スイッチがＯＮ／ＯＦＦする。
【０１３５】
リーダライタ２０００においては、送信回路１８１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の負荷が変動する。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、高周波電流は、非接触情報媒体２２００から供給されるデータによって振幅変調される。この高周波電流は、受信部１６８の検波部１６９で検出され、復調回路１７０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、外部装置などに送られる。
【０１３６】
４．３． 本実施形態に係る電子回路および電子機器は、本発明に係る電気機械結合係数の大きな圧電薄膜振動子を有する。従って、本実施形態によれば、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。
【０１３７】
上記のように、本発明の実施例について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できるであろう。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。
【０１３８】
例えば、本発明に係る周波数フィルタ、発振器はそれぞれ、ＵＷＢシステム、携帯電話機、無線ＬＡＮ等における広帯域フィルタ、ＶＣＯに適用することができる。
【０１３９】
また、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その一例として挙げて説明した。しかしながら、本発明はこれらに限定されることなく、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。例えば、ＢＳ（Broadcast Satellite）放送等を受信するチューナなど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、光ケーブル中を伝播する光信号等を用いるＨＵＢなど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。
【図面の簡単な説明】
【０１４０】
【図１】第１の実施形態に係るニオブ酸カリウム堆積体を模式的に示す断面図。
【図２】第１の実施形態に係るニオブ酸カリウム堆積体を模式的に示す断面図。
【図３】第１の実施形態に係るニオブ酸カリウム堆積体を模式的に示す断面図。
【図４】六方晶のサファイア結晶を模式的に示す図。
【図５】バッファ層およびニオブ酸カリウム層の傾きを模式的に示す図。
【図６】第１の実験例に係るニオブ酸カリウム層のＸ線回折図。
【図７】第２の実験例に係るサファイア基板のＲＨＨＥＤパターン。
【図８】第２の実験例に係るバッファ層のＲＨＨＥＤパターン。
【図９】第２の実験例に係るバッファ層の２θ−θスキャンのＸ線回折図。
【図１０】第２の実験例に係るバッファ層のωスキャンのＸ線回折図。
【図１１】第２の実験例に係るバッファ層のωスキャンのＸ線回折図。
【図１２】第２の実験例に係るＫＮｂＯ３層のＲＨＨＥＤパターン。
【図１３】第２の実験例に係るＫＮｂＯ３層の２θ−θスキャンのＸ線回折図。
【図１４】第２の実験例に係るＫＮｂＯ３層のωスキャンのＸ線回折図。
【図１５】第２の実験例に係るＫＮｂＯ３層のωスキャンのＸ線回折図。
【図１６】第２の実験例に係るサファイア基板のＸ線回折極点図。
【図１７】第２の実験例に係るバッファ層のＸ線回折極点図。
【図１８】第２の実験例に係るＫＮｂＯ３のＸ線回折極点図。
【図１９】第２の実験例に係るＫＮｂＯ３のラマン散乱スペクトル。
【図２０】第２の実験例に係るＫＮｂＯ３のラマン散乱スペクトル。
【図２１】第２の実施形態に係る圧電薄膜振動子の断面図。
【図２２】第３の実施形態に係る発振器の回路構成を示す図。
【図２３】ＰＬＬ回路の基本構成を示すブロック図。
【図２４】第４の実施形態に係る電子回路の構成を示すブロック図。
【図２５】第４の実施形態に係るリーダライタを用いた通信システムを示す図。
【図２６】図２５に示す通信システムの概略ブロック図。
【符号の説明】
【０１４１】
１１ 基板（Ｒ面サファイア基板）、１２ バッファ層、１３ ニオブ酸カリウム層、１４ 電極層（第１電極層）、１５ 第２基板、１６ 第２電極層、７０ 入力端子、７１ 位相比較器、７２ 低域フィルタ、７３ 増幅器、７４ ＶＣＯ、８０ 送話部、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 アンテナ部、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 受話部、９２ 周波数シンセサイザ、９３ 制御回路、９４ 入力部、９５ 表示部、１００ ニオブ酸カリウム堆積体、１１２ ループアンテナ、１１４ 整合回路、１６０ コントローラ、１６１ 送信部、１６２ 発振回路、１６３ 変調回路、１６４ 駆動回路、１６５ キャンセル部、１６６ ロジック回路、１６７ キャンセル回路、１６８ 受信部、１６９ 検波部、１７０ 復調回路、１７２ 電源回路、１８０ 受信回路、１８１ 送信回路、１８２ 電源回路、１８３ クロック、１８４ ロジック制御回路、１８５ メモリ、１８６ アンテナ部、２００ 圧電薄膜振動子、２５０ 発振器、３００ 電子機器、３１０ 電子回路、２０００ リーダライタ、２１０５ 本体、２１１０ アンテナ部、２１２０ 制御インターフェース部、２２００ 非接触情報媒体，３０００ 通信システム
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｒ面サファイア基板からなる基板の上方にバッファ層を形成する工程と、
前記バッファ層の上方に、擬立方晶表示において（１００）配向でエピタキシャル成長し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を形成する工程と、
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上方に電極層を形成する工程と、を含み、
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（１００）面は、前記Ｒ面サファイア基板のＲ面（１−１０２）に対して、［１１−２０］方向ベクトルを回転軸として傾くように形成される、ニオブ酸カリウム堆積体の製造方法。
【請求項２】
請求項１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（１００）面が、前記Ｒ面サファイア基板のＲ面（１−１０２）と成す角は、１度以上１５度以下となるように形成される、ニオブ酸カリウム堆積体の製造方法。
【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、斜方晶ニオブ酸カリウムの格子定数を２１／２ｂ＜ａ＜ｃとし、かつｃ軸が分極軸であるとき、ｂ軸配向でエピタキシャル成長しているドメインを含むように形成され、
前記ｂ軸は、前記Ｒ面サファイア基板のＲ面（１−１０２）に対して、［１１−２０］方向ベクトルを回転軸として傾くように形成される、ニオブ酸カリウム堆積体の製造方法。
【請求項４】
請求項３において、
前記ｂ軸が前記Ｒ面サファイア基板のＲ面（１−１０２）と成す角は、１度以上１５度以下となるように形成される、ニオブ酸カリウム堆積体の製造方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかにおいて、
前記バッファ層は、立方晶（１００）配向でエピタキシャル成長するように形成され、
前記バッファ層の（１００）面は、前記Ｒ面サファイア基板のＲ面（１−１０２）に対して、［１１−２０］方向ベクトルを回転軸として傾くように形成される、ニオブ酸カリウム堆積体の製造方法。
【請求項６】
Ｒ面サファイア基板からなる基板の上方に立方晶（１００）配向でエピタキシャル成長したバッファ層を形成する工程と、
前記バッファ層の上方に、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または前記ニオブ酸カリウム固溶体層の上方に電極層を形成する工程と、を含み、
前記バッファ層の（１００）面は、前記Ｒ面サファイア基板のＲ面（１−１０２）に対して、［１１−２０］方向ベクトルを回転軸として傾くように形成される、ニオブ酸カリウム堆積体の製造方法。
【請求項７】
請求項５または６において、
前記バッファ層の（１００）面が、前記Ｒ面サファイア基板のＲ面（１−１０２）と成す角は、１度以上１５度以下となるように形成される、ニオブ酸カリウム堆積体の製造方法。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかにおいて、
前記バッファ層としては、岩塩構造の金属酸化物を用いる、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、
前記金属酸化物としては、酸化マグネシウムを用いる、ニオブ酸カリウム堆積体の製造方法。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれかにおいて、
前記電極層の上方に他の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１１】
請求項１〜１０のいずれかにおいて、
前記ニオブ酸カリウム固溶体層としては、Ｋ１−ｘＮａｘＮｂ１−ｙＴａｙＯ３（０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１）で表される固溶体を用いる、ニオブ酸カリウム堆積体の製造方法。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれかに記載のニオブ酸カリウム堆積体の製造方法により得られる、ニオブ酸カリウム堆積体。
【請求項１３】
Ｒ面サファイア基板からなる基板と、
前記基板の上方に形成されたバッファ層と、
前記バッファ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前記ニオブ酸カリウム固溶体層の上方に形成された電極層と、を含み、
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は、擬立方晶表示において（１００）配向でエピタキシャル成長しており、
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（１００）面は、前記Ｒ面サファイア基板のＲ面（１−１０２）に対して、［１１−２０］方向ベクトルを回転軸として傾いている、ニオブ酸カリウム堆積体。
【請求項１４】
Ｒ面サファイア基板からなる基板と、
前記基板の上方に形成されたバッファ層と、
前記バッファ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前記ニオブ酸カリウム固溶体層の上方に形成された電極層と、を含み、
前記バッファ層は、立方晶（１００）配向でエピタキシャル成長しており、
前記バッファ層の（１００）面は、前記Ｒ面サファイア基板のＲ面（１−１０２）に対して、［１１−２０］方向ベクトルを回転軸として傾いている、ニオブ酸カリウム堆積体。
【請求項１５】
請求項１２〜１４のいずれかに記載のニオブ酸カリウム堆積体を含む、圧電薄膜振動子。
【請求項１６】
請求項１５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１５に記載の圧電薄膜振動子を含む、発振器。
【請求項１８】
請求項１６に記載の周波数フィルタおよび請求項１７に記載の発振器のうちの少なくとも一方を含む、電子回路。
【請求項１９】
請求項１８に記載の電子回路を含む、電子機器。
【請求項１】
Ｒ面サファイア基板からなる基板の上方にバッファ層を形成する工程と、
前記バッファ層の上方に、擬立方晶表示において（１００）配向でエピタキシャル成長し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を形成する工程と、
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上方に電極層を形成する工程と、を含み、
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（１００）面は、前記Ｒ面サファイア基板のＲ面（１−１０２）に対して、［１１−２０］方向ベクトルを回転軸として傾くように形成される、ニオブ酸カリウム堆積体の製造方法。
【請求項２】
請求項１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（１００）面が、前記Ｒ面サファイア基板のＲ面（１−１０２）と成す角は、１度以上１５度以下となるように形成される、ニオブ酸カリウム堆積体の製造方法。
【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、斜方晶ニオブ酸カリウムの格子定数を２１／２ｂ＜ａ＜ｃとし、かつｃ軸が分極軸であるとき、ｂ軸配向でエピタキシャル成長しているドメインを含むように形成され、
前記ｂ軸は、前記Ｒ面サファイア基板のＲ面（１−１０２）に対して、［１１−２０］方向ベクトルを回転軸として傾くように形成される、ニオブ酸カリウム堆積体の製造方法。
【請求項４】
請求項３において、
前記ｂ軸が前記Ｒ面サファイア基板のＲ面（１−１０２）と成す角は、１度以上１５度以下となるように形成される、ニオブ酸カリウム堆積体の製造方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかにおいて、
前記バッファ層は、立方晶（１００）配向でエピタキシャル成長するように形成され、
前記バッファ層の（１００）面は、前記Ｒ面サファイア基板のＲ面（１−１０２）に対して、［１１−２０］方向ベクトルを回転軸として傾くように形成される、ニオブ酸カリウム堆積体の製造方法。
【請求項６】
Ｒ面サファイア基板からなる基板の上方に立方晶（１００）配向でエピタキシャル成長したバッファ層を形成する工程と、
前記バッファ層の上方に、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または前記ニオブ酸カリウム固溶体層の上方に電極層を形成する工程と、を含み、
前記バッファ層の（１００）面は、前記Ｒ面サファイア基板のＲ面（１−１０２）に対して、［１１−２０］方向ベクトルを回転軸として傾くように形成される、ニオブ酸カリウム堆積体の製造方法。
【請求項７】
請求項５または６において、
前記バッファ層の（１００）面が、前記Ｒ面サファイア基板のＲ面（１−１０２）と成す角は、１度以上１５度以下となるように形成される、ニオブ酸カリウム堆積体の製造方法。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかにおいて、
前記バッファ層としては、岩塩構造の金属酸化物を用いる、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、
前記金属酸化物としては、酸化マグネシウムを用いる、ニオブ酸カリウム堆積体の製造方法。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれかにおいて、
前記電極層の上方に他の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１１】
請求項１〜１０のいずれかにおいて、
前記ニオブ酸カリウム固溶体層としては、Ｋ１−ｘＮａｘＮｂ１−ｙＴａｙＯ３（０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１）で表される固溶体を用いる、ニオブ酸カリウム堆積体の製造方法。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれかに記載のニオブ酸カリウム堆積体の製造方法により得られる、ニオブ酸カリウム堆積体。
【請求項１３】
Ｒ面サファイア基板からなる基板と、
前記基板の上方に形成されたバッファ層と、
前記バッファ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前記ニオブ酸カリウム固溶体層の上方に形成された電極層と、を含み、
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は、擬立方晶表示において（１００）配向でエピタキシャル成長しており、
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（１００）面は、前記Ｒ面サファイア基板のＲ面（１−１０２）に対して、［１１−２０］方向ベクトルを回転軸として傾いている、ニオブ酸カリウム堆積体。
【請求項１４】
Ｒ面サファイア基板からなる基板と、
前記基板の上方に形成されたバッファ層と、
前記バッファ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前記ニオブ酸カリウム固溶体層の上方に形成された電極層と、を含み、
前記バッファ層は、立方晶（１００）配向でエピタキシャル成長しており、
前記バッファ層の（１００）面は、前記Ｒ面サファイア基板のＲ面（１−１０２）に対して、［１１−２０］方向ベクトルを回転軸として傾いている、ニオブ酸カリウム堆積体。
【請求項１５】
請求項１２〜１４のいずれかに記載のニオブ酸カリウム堆積体を含む、圧電薄膜振動子。
【請求項１６】
請求項１５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１５に記載の圧電薄膜振動子を含む、発振器。
【請求項１８】
請求項１６に記載の周波数フィルタおよび請求項１７に記載の発振器のうちの少なくとも一方を含む、電子回路。
【請求項１９】
請求項１８に記載の電子回路を含む、電子機器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図７】
【図８】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図７】
【図８】
【図１２】
【公開番号】特開２００６−２４５４１３（Ｐ２００６−２４５４１３Ａ）
【公開日】平成１８年９月１４日（２００６．９．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−６０９１４（Ｐ２００５−６０９１４）
【出願日】平成１７年３月４日（２００５．３．４）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年９月１４日（２００６．９．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年３月４日（２００５．３．４）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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