共振器
【課題】簡易に半導体集積回路上に形成可能な共振器を提供する。
【解決手段】共振器は、半導体基板と、第１の音響波伝播層と、第１の音響波反射層と、を備える。前記第１の音響波伝播層は、前記半導体基板に、第１の方向に長辺、前記第１の方向とは異なる第２の方向に短辺をそれぞれ有する形状で形成される。前記第１の音響波反射層は、少なくとも前記第１の音響波伝播層の前記第１の方向の両端に形成される。前記第１の音響波反射層の前記第１の方向の幅は、前記第１の音響波伝播層と前記第１の音響波反射層との界面での音響波の音の強さ反射係数または音の強さ透過係数が所定値以上となるよう形成される。
【解決手段】共振器は、半導体基板と、第１の音響波伝播層と、第１の音響波反射層と、を備える。前記第１の音響波伝播層は、前記半導体基板に、第１の方向に長辺、前記第１の方向とは異なる第２の方向に短辺をそれぞれ有する形状で形成される。前記第１の音響波反射層は、少なくとも前記第１の音響波伝播層の前記第１の方向の両端に形成される。前記第１の音響波反射層の前記第１の方向の幅は、前記第１の音響波伝播層と前記第１の音響波反射層との界面での音響波の音の強さ反射係数または音の強さ透過係数が所定値以上となるよう形成される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、共振器に関する。
【背景技術】
【０００２】
共振器として、水晶の圧電効果を利用した水晶振動子が広く用いられている。水晶振動子の機械系振動を利用することで、電気系振動のみを用いたインダクタンスより大きなインダクタンス成分を実現できる。ところが、水晶振動子を半導体集積回路上に形成することは極めて困難である。
【０００３】
半導体集積回路においても、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）共振器のように、機械系振動を利用したデバイスを半導体基板上に形成することもできるが、特殊なプロセスが必要である。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】G. Weinreich, Physical Review, 104 (1956) pp. 321 - 324
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
簡易に半導体集積回路上に形成可能な共振器を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
実施形態によれば、共振器は、半導体基板と、第１の音響波伝播層と、第１の音響波反射層と、を備える。前記第１の音響波伝播層は、前記半導体基板に、第１の方向に長辺、前記第１の方向とは異なる第２の方向に短辺をそれぞれ有する形状で形成される。前記第１の音響波反射層は、少なくとも前記第１の音響波伝播層の前記第１の方向の両端に形成される。前記第１の音響波反射層の前記第１の方向の幅は、前記第１の音響波伝播層と前記第１の音響波反射層との界面での音響波の音の強さ反射係数または音の強さ透過係数が所定値以上となるよう形成される。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第１の実施形態に係る共振器１００の上面図。
【図２】第１の実施形態に係る共振器１００の斜視図。
【図３】第１の実施形態に係る共振器１００の断面図。
【図４】ある領域ｎにおいて、入射波および反射波が存在する様子を示す図。
【図５】領域１〜３に音響波が存在する様子を示す図。
【図６】ＳｉＯ２膜２の幅ｗと透過係数ＴＩとの関係を示すグラフ。
【図７】ＳｉＯ２膜２の幅ｗと反射係数ＲＩとの関係を示すグラフ。
【図８】共振器１００の一例を示す断面図。
【図９】共振器１００の第１の変形例を示す斜視図。
【図１０】共振器１００の第２の変形例を示す断面図。
【図１１】第２の実施形態に係る共振器１０１の断面図。
【図１２】第３の実施形態に係る共振器１０２の断面図。
【図１３】第４の実施形態に係る共振器１０３の断面図。
【図１４】第５の実施形態に係る共振器１０４の断面図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、実施形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。
【０００９】
（第１の実施形態）
図１〜図３はそれぞれ、第１の実施形態に係る共振器１００の上面図、斜視図および断面図である。共振器１００は、シリコン基板（半導体基板）１０と、ｐ型拡散層（第１の音響波伝播層）１と、ＳｉＯ２膜（第１の音響波反射層）２と、ｎウェル３と、コンタクト４と、配線５とを備えている。
【００１０】
シリコン基板１０の表面には、例えば不純物としてリンあるいはヒ素がドーピングされたｎウェル３が形成される。ｎウェル３の内側に、例えば不純物としてホウ素がドーピングされたｐ型拡散層１が形成される。
【００１１】
ｎウェル３の内側で、ｐ型拡散層１を囲うように溝６がシリコン基板１０に形成され、その中にＳｉＯ２膜２が埋め込まれている。ＳｉＯ２膜２は、いわゆるＳＴＩ（Shallow Trench Isolation）と呼ばれる構造であり、ｐ型拡散層１をシリコン基板１０上に形成される他の素子と電気的に分離する。コンタクト４は、ｐ型拡散層１上に形成され、ｐ型拡散層１と配線５とを電気的に接続する。配線５は他の素子（不図示）と接続される。
【００１２】
図１〜図３の共振器１００は簡易な構造であるため、通常のＣＭＯＳプロセスにより形成できる。
【００１３】
一般に、キャリアを有する半導体中では、電荷密度が変化すると体積が変化し、体積が変化すると電荷密度が変化すること、すなわち、電気と機械振動との相互作用が知られている。より具体的には、ρを電荷密度、Φを体積変化に比例する変数、ｃを半導体中の音速とすると、下記の方程式が成立する。
【数１】
【００１４】
上式の左辺は音響波の伝搬を表す方程式であり、電荷密度ρの変化があると（右辺）、音速ｃの音響波が伝播する（左辺）ことを示している。
【００１５】
このことを図１〜図３の共振器１００に当てはめる。共振器１００では、ｐ型拡散層１にキャリアとしてホールが存在する。コンタクト４から電気入力が与えられるとｐ型拡散層１の電荷密度が変化し、その結果、ｐ型拡散層１が音響波伝播層となって音響波が伝播する。一方、ＳｉＯ２膜２は音響波反射層として機能する。すなわち、音響波はｐ型拡散層１とＳｉＯ２膜２との界面で反射し、ｐ型拡散層１に音響定在波が生じる。この音響定在波の周波数はｐ型拡散層１の長辺の長さとｐ型拡散層１中の音速ｃとに応じて定まる。
【００１６】
したがって、共振器１００は特定の周波数のみで共振する共振器となる。ｐ型拡散層１の長辺の長さが短いほど定在波の波長は短くなるため、ｐ型拡散層１の長辺の長さに応じて、共振周波数を調整できる。また、シリコン基板１０、ｎウェル３あるいはｐ型拡散層１にバイアスを印加することにより共振周波数を調整することもできる。
【００１７】
音響波はｐ型拡散層１とＳｉＯ２膜２との界面で全反射するわけではなく、一部はＳｉＯ２膜２およびｎウェル３へ透過する。そこで、以下に説明するように、ＳｉＯ２膜２の幅（ｐ型拡散層１の長辺方向の長さ、以下同じ）ｗを適切に形成することで、効率よく音響波をｐ型拡散層１に閉じ込めることができる。
【００１８】
図４は、ある領域ｎにおいて、入射波および反射波が存在する様子を示す図である。以下、入射波および反射波の進行方向をｘ軸とする。
【００１９】
入射波および反射波の音圧の実効値をそれぞれｐｉｎ（ｘ），ｐｒｎ（ｘ）とし、領域ｎの密度および音速をそれぞれρｎ，ｃｎとする。密度と音速との積は音響インピーダンス（固有インピーダンス）Ｚｎと呼ばれる量であり、下記（１）式で定義される。
ρn * cn = Zan ・・・（１）
【００２０】
領域ｎでは、入射波および反射波が重畳されているため、領域ｎの位置ｘにおける音圧ｐｎ（ｘ）は複素表示で下記（２）式により表される。
pn(x) = (pin * e-jknx + prn * ejknx) * ejωt ・・・（２）
ここで、ｋｎは波数であり、下記（３）式で表される。
kn = ω / cn ・・・（３）
【００２１】
一方、領域ｎの位置ｘにおける粒子速度ｖｎ（ｘ）は、下記（４）式で表される。
【数２】
【００２２】
上記（４）式に（１）〜（３）式を代入することにより、粒子速度ｖｎは、下記（５）式で表される。
vn(x) = Zan-1 (pin * e-jknx - prn * ejknx) * ejωt ・・・（５）
【００２３】
続いて、以上の議論を図１〜図３の共振器１００に当てはめる。図５は、ｐ型拡散層１が形成される領域（以下、領域１）、ＳｉＯ２膜２が形成される領域（以下、領域２）およびｎウェル３が形成される領域（以下、領域３）に音響波が存在する様子を示す図である。
【００２４】
領域１には、入射波と、領域２との界面（ｘ＝−ｗ）で反射された反射波とが存在する。領域２には、入射波と、領域３との界面（ｘ＝０）で反射された反射波とが存在する。また、領域３は無限に長いと仮定しており、領域３には領域２から透過した透過波のみが存在する。
【００２５】
そして、領域１，２，３の位置ｘにおける音圧ｐ１（ｘ），ｐ２（ｘ），ｐ３（ｘ）は、上記（２）式を用いて下記（６）〜（８）式でそれぞれ表される。
p1(x) = (pi1 * e-jk1x + pr1 * ejk1x) * ejωt ・・・（６）
p2(x) = (pi2 * e-jk2x + pr2 * ejk2x) * ejωt ・・・（７）
p3(x) = (pt3 * e-jk3x) * ejωt ・・・（８）
ここで、上記（２）式中のｎに代わる数字１，２，３は領域名を表している。また、領域３には透過波しか存在せず、その音圧の実効値をｐｔ３としている。
【００２６】
境界条件として、ｘ＝−ｗにおいて領域１と領域２とは連続しているので、音圧ｐ１（ｘ）と音圧ｐ２（ｘ）は等しくなる。つまり、ｐ１（−ｗ）＝ｐ２（−ｗ）であるから、下記（９）式が成立する。
pi1 * ejk1w + pr1 * e-jk1w = pi2 * ejk2w + pr2 * e-jk2w ・・・（９）
【００２７】
同様に、ｐ２（０）＝ｐ３（０）となるから、下記（１０）式が成立する。
pi2 + pr2 = pt3・・・（１０）
【００２８】
一方、領域１，２，３の位置ｘにおける粒子速度ｖ１（ｘ），ｖ２（ｘ），ｖ３（ｘ）は、上記（５）式を用いて下記（１１）〜（１３）式でそれぞれ表される。
v1(x) = Za1-1 (pi1 * e-jk1x - pr1 * ejk1x) * ejωt ・・・（１１）
v2(x) = Za2-1 (pi2 * e-jk2x - pr2 * ejk2x) * ejωt ・・・（１２）
v3(x) = Za3-1 (pt3 * e-jk3x) * ejωt ・・・（１３）
ここで、上記（５）式中のｎに代わる数字１，２，３は領域名を表している。さらに、説明を簡略化するために、ｐ型拡散層１およびｎウェル３の両領域の密度および音速が等しいと仮定すると、上記（１）式よりＺａ１＝Ｚａ３である。
【００２９】
境界条件として、ｘ＝−ｗにおいて領域１と領域２とは連続しているので、粒子速度ｖ１（ｘ）と粒子速度ｖ１（ｘ）は等しくなる。つまり、ｖ１（−ｗ）＝ｖ２（−ｗ）であるから、下記（１４）式が成立する。
Za1-1 (pi1 * ejk1w - pr1 * e-jk1w) = Za2-1 (pi2 * ejk2w - pr2 * e-jk2w) ・・・（１４）
【００３０】
同様に、ｖ２（０）＝ｖ３（０）となるから、Ｚａ１＝Ｚａ３を考慮すると下記（１５）式が成立する。
Za2-1 (pi2 - pr2) = Za1-1 * pt3 ・・・（１５）
【００３１】
上記（９），（１０），（１４），（１５）式を変形すると、下記の（１６），（１７）式が得られる。
【数３】
【数４】
【００３２】
この２式より、音圧反射係数Ｒｐおよび音圧透過係数Ｔｐはそれぞれ下記（１８），（１９）式のようになる。
【数５】
【数６】
【００３３】
一方、粒子速度反射係数Ｒｖおよび粒子速度透過係数Ｔｖはそれぞれ下記（２０），（２１）式のようになる。
【数７】
【数８】
【００３４】
以上から、音の強さ反射係数ＲＩ（＝Ｒｐ＊Ｒｖ、以下、単に反射係数ＲＩ）および音の強さ透過係数ＴＩ（＝Ｔｐ＊Ｔｖ、以下、単に透過係数ＴＩ）はそれぞれ下記（２２），（２３）式のようになる。
【数９】
【数１０】
【００３５】
上記（２３），（２４）式におけるｋ２ｗは、（３）式より下記（２４）式の関係が成立する。
k2 * w = ω / cn * w = 2π * w / λ2 ・・・（２４）
ここで、λ２は、ＳｉＯ２膜２中の音響波の波長であり、共振器１００の共振周波数とＳｉＯ２膜２での音速ｃ２により依存する値である。ＳｉＯ２膜２について、音速ｃ２＝５．９＊１０５ｃｍ／ｓｅｃ、密度ρ２＝２．２ｇ／ｃｍ３とし、ｐ型拡散層１およびｎウェル３の音速ｃ１，ｃ３および密度ρ１，ρ３は、シリコン基板１０の音速および密度とそれぞれ等しく、音速ｃ１＝ｃ３＝８．４３＊１０５ｃｍ／ｓｅｃ、密度ρ１＝ρ３＝２．３３ｇ／ｃｍ３として、それぞれ音響インピーダンスＺａ１，Ｚａ２を算出し、透過係数ＴＩおよび反射係数ＲＩを計算する。
【００３６】
図６は、ＳｉＯ２膜２の幅ｗと透過係数ＴＩとの関係を示すグラフであり、図７は、ＳｉＯ２膜２の幅ｗと反射係数ＲＩとの関係を示すグラフである。図６および図７の横軸は、ＳｉＯ２膜２の幅ｗを音響波の波長λ２で正規化したｗ／λ２である。
【００３７】
図６および図７に示すように、ＳｉＯ２膜２の幅ｗがλ２／２の整数倍である場合に、透過係数ＴＩが最大となり、反射係数ＲＩが最小となる。また、ｍを正の整数として下記（２５）式が成立する場合、すなわち、ＳｉＯ２膜２の幅ｗがλ２／４の奇数倍である場合に、反射係数ＲＩが最大となり、透過係数ＴＩが最小となる。
w = (2m - 1) * λ2 / 4 ・・・（２５）
【００３８】
図８は、上記（２５）式を満たす共振器１００の一例を示す断面図である。ｐ型拡散層１とＳｉＯ２膜２との界面で音響波が反射するが、ＳｉＯ２膜２の幅ｗをλ２／４あるいはその奇数倍とすることにより反射係数ＲＩが最大となり、効率よく音響波を閉じ込めることができる。
【００３９】
また、必ずしもＳｉＯ２膜２の幅ｗをちょうどλ２／４の奇数倍としなくてもよく、所望の反射係数ＲＩを得るための幅ｗを上記（２２）式あるいは図７から定めてもよい。例えば、反射係数ＲＩを０．１以上にしたい場合は、ｗ／λ２を約０．１３〜０．３７等にすればよい。あるいは、ＳｉＯ２膜２の幅ｗがλ２／４の奇数倍となるよう設計しておけば、多少製造ばらつきがあったとしても、反射係数ＲＩを大きくできる。
【００４０】
このように、第１の実施形態では、共振器１００はシリコン基板１０上のｐ型拡散層１およびＳｉＯ２膜２により構成されるため、簡易に共振器１００を半導体集積回路上に形成することができる。さらに、ＳｉＯ２膜２の幅ｗを適切に設定することにより、反射係数ＲＩを大きくすることができ、効率よく音響波を閉じ込めることができる。
【００４１】
なお、共振器１００の構造は図１〜図３に限定されるものではない。音響波をｐ型拡散層１内に効率よく閉じ込めるためには、図１〜図３に示すように不純物拡散層を取り囲むように音響波反射層が設けられるのが望ましいが、少なくとも、不純物拡散領域の長辺方向の両端に音響波反射層が形成されていればよい。例えば、図９に示すように、ＳｉＯ２膜２をｐ型拡散層１の長辺方向の両端にのみ形成し、短辺方向にはｎウェル３が形成されていてもよい。また、音響波はシリコン基板１０に対して垂直方向にも伝播するため、図１０に示すように、ＳｉＯ２膜２を十分深くまで形成することにより、効率よく音響波を閉じ込めることができる。
【００４２】
（第２の実施形態）
上述した第１の実施形態は、共振器１００が、１つのｐ型拡散層１と、その両端に形成されるＳｉＯ２膜２を備えるものであった。これに対し、第２の実施形態は、複数のｐ型拡散層を形成するものである。以下、第１の実施形態との共通点は省略し、相違点を中心に説明する。
【００４３】
図１１は、第２の実施形態に係る共振器１０１の断面図である。共振器１０１は、ｐ型拡散層（第１の音響波伝播層）１ａと、その両端に形成されるＳｉＯ２膜（第１の音響波反射層）２ａ，２ｂと、その両端に形成されるｐ型拡散層（第２の音響波伝播層）１ｂ，１ｃと、その両端に形成されるＳｉＯ２膜（第２の音響波反射層）２ｃ，２ｄとを備えている。ＳｉＯ２膜２ａ，２ｂは、図２に示すようにｐ型拡散層１ａを取り囲むように一体に形成されてもよいし、図９に示すように分離して形成されてもよい。ＳｉＯ２膜２ｃ，２ｄも同様である。
【００４４】
第１の実施形態と同様に、ＳｉＯ２膜２ａ，２ｂの幅をλ２／４の奇数倍にすることで、ｐ型拡散層１ａとＳｉＯ２膜２ａ，２ｂとの界面での音響波の反射係数ＲＩを大きくすることができる。ただし、図７に示すように、反射係数ＲＩが１になるわけではなく、音響波の一部はｐ型拡散層１ａからＳｉＯ２膜２ａ，２ｂへ透過してしまう。
【００４５】
そこで、この透過波をさらにｐ型拡散層１ａに反射させるべく、ＳｉＯ２膜２ａ，２ｂの外側にｐ型拡散層１ｂ，１ｃを形成する。そして、その幅をλ１／４の奇数倍にすることにより、ＳｉＯ２膜２ａ，２ｂとｐ型拡散層１ｂ，１ｃとのそれぞれの界面での反射係数を大きくすることができる。なお、λ１は、ｐ型拡散層１ｂ，１ｃ中の音響波の波長であり、共振器１０１の共振周波数とｐ型拡散層１ｂ，１ｃでの音速すなわちシリコン中の音速ｃ１に依存する値である。
【００４６】
そして、ＳｉＯ２膜２ａ，２ｂからｐ型拡散層１ｂ，１ｃへ透過する音響波を、さらにｐ型拡散層１ａに反射させるべく、ｐ型拡散層１ｂ，１ｃの外側にＳｉＯ２膜２ｃ，２ｄを形成する。そして、その幅をλ２／４の奇数倍にすることにより、ｐ型拡散層１ｂ，１ｃとＳｉＯ２膜２ｃ，２ｄとのそれぞれの界面での反射係数を大きくすることができる。
【００４７】
このように、第２の実施形態では、ｐ型拡散層１ａの外側にＳｉＯ２膜２ａ〜２ｄおよびｐ型拡散層１ｂ，１ｃを設けるため、さらに効率よく音響波を閉じ込めることができる。
【００４８】
なお、図１１の共振器１０１は３つのｐ型拡散層１ａ〜１ｃを備える例を示しているが、共振器１０１の外側にさらにｐ型拡散層およびＳｉＯ２膜を形成してもよい。
【００４９】
（第３の実施形態）
上記（２２）式によると、ｐ型拡散層１の音響インピーダンスＺａ１と、ＳｉＯ２膜２の音響インピーダンスＺａ２との差が大きいほど、反射係数ＲＩが大きくなる。そのため、ＳｉＯ２膜２に代えて、これより音速および密度が大きい材料、例えばＳｉＮ等を音響波反射層として設けることにより、反射係数ＲＩをさらに大きくできる。
【００５０】
また、さらに音響インピーダンスを大きくするため、ｐ型拡散層１の両端を空気層とするデバイス構造にしてもよい。図１２は、第３の実施形態に係る共振器１０２の断面図である。本実施形態の共振器１０２は、図３等におけるＳｉＯ２膜２が形成されず、ｐ型拡散層１は空気層２’と接して形成され、空気層２’が音響波反射層となる。
【００５１】
空気層の音響インピーダンス（およそ４．０９＊１０２Ｎｓ／ｍ３）は、ｐ型拡散層１（シリコン）の音響インピーダンス（およそ１．９２＊１０７Ｎｓ／ｍ３）と比べて非常に小さいため、上記（２２）式より、０．０００１≦ｗ／λ２≦０．４９９９という広い範囲で反射係数ＲＩを０．９９以上とすることができる。
【００５２】
このように、第３の実施形態では、ｐ型拡散層１と音響インピーダンスが大きく異なる空気層２’を音響波反射層とするため、反射係数ＲＩを大きくすることができる空気層の幅の範囲を広げることができる。
【００５３】
（第４の実施形態）
上述した第１〜第３の実施形態は、シリコン基板１０の水平方向に音響波を閉じ込めることを念頭に置いていた。これに対し、第４の実施形態は、垂直方向にも音響波を閉じ込めるものである。
【００５４】
図１３は、第４の実施形態に係る共振器１０４の断面図である。図３と共通する構成部分には同一の符号を付しており、以下では相違点を中心に説明する。
【００５５】
共振器１０３は、ｐ型拡散層１およびＳｉＯ２膜２の下に、さらにＳｉＯ２層（第３の音響波反射層）７を備えている。ＳｉＯ２層７は、例えばＳＯＩ（Silicon on Insulator）プロセスにより製造できる。
【００５６】
ＳｉＯ２層７により、垂直方向に音響波を閉じ込めることができる。ＳｉＯ２層７の厚さｄは反射係数ＲＩが大きくなるようにするのが望ましく、第１の実施形態と同様の考察により、λ１／４の奇数倍にすることにより、特に効率よく音響波を閉じ込めることができる。
【００５７】
ＳＯＩ基板は、例えばＳＩＭＯＸ（Separation by Implanted Oxygen）法により製造される。すなわち、シリコン基板に酸素イオンを打ち込み、その後熱処理を行ってＳｉＯ２層が形成される。このとき、打ち込む酸素イオンの量に応じてＳｉＯ２層の厚さを制御できる。したがって、反射係数ＲＩが大きくなるよう、酸素イオンを打ち込めばよい。
【００５８】
このように、第４の実施形態では、ＳｉＯ２層７上にｐ型拡散層１およびＳｉＯ２膜２を形成するため、垂直方向にも音響波を閉じ込めることができる。
【００５９】
（第５の実施形態）
第５の実施形態は、ｐ型拡散層を多く形成して、取り出せる信号の数を増やすものである。
【００６０】
図１４は、第５の実施形態に係る共振器１０４の断面図である。共振器１０４は、複数（同図では３つ）のｐ型拡散層（第１および第２の音響波伝播層）１と、これらを互いに分離する位置に形成されるＳｉＯ２膜（第１の音響波反射層）２１と、ｐ型拡散層１の両端に形成されるＳｉＯ２膜（第２の音響波反射層）２２とを備えている。
【００６１】
ＳｉＯ２膜２１の幅は、他の実施形態とは異なりλ２／２の整数倍とする。その結果、図６および図７に示すように、反射係数ＲＩは０となり、透過係数ＴＩが１となる。すなわち、ＳｉＯ２膜２１により、ｐ型拡散層１どうしは電気的には分離されるが、音響波は通過する。一方、ＳｉＯ２膜２２の幅は、他の実施形態同様にλ２／４の奇数倍とする。
【００６２】
これにより、両端のＳｉＯ２膜２２間に、効率よく音響波を閉じ込めることができる。
【００６３】
本実施形態では、複数のｐ型拡散層１を形成するため、共振器１０４からｐ型拡散層１と同数の共振信号を取り出すことができる。
【００６４】
なお、上述した各実施形態で説明した構造を組み合わせてもよい。また、各実施形態の共振器は、ｎウェル３およびｐ型拡散層１を形成しているが、導電型を逆にし、ｐウェル３’およびｎ型拡散層１’を形成してもよい。共振器は、例えば発振器やフィルタに用いることができる。発振器に用いる場合、共振周波数が共振器の形状で定まるため、周波数精度を高くできる。
【００６５】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００６６】
１，１ａ〜１ｃ ｐ型拡散層
２，２ａ〜２ｄ，２１，２２ ＳｉＯ２膜
３ ｎウェル
４ コンタクト
５ 配線
６ 溝
１０ シリコン基板
１００〜１０４ 共振器
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、共振器に関する。
【背景技術】
【０００２】
共振器として、水晶の圧電効果を利用した水晶振動子が広く用いられている。水晶振動子の機械系振動を利用することで、電気系振動のみを用いたインダクタンスより大きなインダクタンス成分を実現できる。ところが、水晶振動子を半導体集積回路上に形成することは極めて困難である。
【０００３】
半導体集積回路においても、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）共振器のように、機械系振動を利用したデバイスを半導体基板上に形成することもできるが、特殊なプロセスが必要である。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】G. Weinreich, Physical Review, 104 (1956) pp. 321 - 324
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
簡易に半導体集積回路上に形成可能な共振器を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
実施形態によれば、共振器は、半導体基板と、第１の音響波伝播層と、第１の音響波反射層と、を備える。前記第１の音響波伝播層は、前記半導体基板に、第１の方向に長辺、前記第１の方向とは異なる第２の方向に短辺をそれぞれ有する形状で形成される。前記第１の音響波反射層は、少なくとも前記第１の音響波伝播層の前記第１の方向の両端に形成される。前記第１の音響波反射層の前記第１の方向の幅は、前記第１の音響波伝播層と前記第１の音響波反射層との界面での音響波の音の強さ反射係数または音の強さ透過係数が所定値以上となるよう形成される。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第１の実施形態に係る共振器１００の上面図。
【図２】第１の実施形態に係る共振器１００の斜視図。
【図３】第１の実施形態に係る共振器１００の断面図。
【図４】ある領域ｎにおいて、入射波および反射波が存在する様子を示す図。
【図５】領域１〜３に音響波が存在する様子を示す図。
【図６】ＳｉＯ２膜２の幅ｗと透過係数ＴＩとの関係を示すグラフ。
【図７】ＳｉＯ２膜２の幅ｗと反射係数ＲＩとの関係を示すグラフ。
【図８】共振器１００の一例を示す断面図。
【図９】共振器１００の第１の変形例を示す斜視図。
【図１０】共振器１００の第２の変形例を示す断面図。
【図１１】第２の実施形態に係る共振器１０１の断面図。
【図１２】第３の実施形態に係る共振器１０２の断面図。
【図１３】第４の実施形態に係る共振器１０３の断面図。
【図１４】第５の実施形態に係る共振器１０４の断面図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、実施形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。
【０００９】
（第１の実施形態）
図１〜図３はそれぞれ、第１の実施形態に係る共振器１００の上面図、斜視図および断面図である。共振器１００は、シリコン基板（半導体基板）１０と、ｐ型拡散層（第１の音響波伝播層）１と、ＳｉＯ２膜（第１の音響波反射層）２と、ｎウェル３と、コンタクト４と、配線５とを備えている。
【００１０】
シリコン基板１０の表面には、例えば不純物としてリンあるいはヒ素がドーピングされたｎウェル３が形成される。ｎウェル３の内側に、例えば不純物としてホウ素がドーピングされたｐ型拡散層１が形成される。
【００１１】
ｎウェル３の内側で、ｐ型拡散層１を囲うように溝６がシリコン基板１０に形成され、その中にＳｉＯ２膜２が埋め込まれている。ＳｉＯ２膜２は、いわゆるＳＴＩ（Shallow Trench Isolation）と呼ばれる構造であり、ｐ型拡散層１をシリコン基板１０上に形成される他の素子と電気的に分離する。コンタクト４は、ｐ型拡散層１上に形成され、ｐ型拡散層１と配線５とを電気的に接続する。配線５は他の素子（不図示）と接続される。
【００１２】
図１〜図３の共振器１００は簡易な構造であるため、通常のＣＭＯＳプロセスにより形成できる。
【００１３】
一般に、キャリアを有する半導体中では、電荷密度が変化すると体積が変化し、体積が変化すると電荷密度が変化すること、すなわち、電気と機械振動との相互作用が知られている。より具体的には、ρを電荷密度、Φを体積変化に比例する変数、ｃを半導体中の音速とすると、下記の方程式が成立する。
【数１】
【００１４】
上式の左辺は音響波の伝搬を表す方程式であり、電荷密度ρの変化があると（右辺）、音速ｃの音響波が伝播する（左辺）ことを示している。
【００１５】
このことを図１〜図３の共振器１００に当てはめる。共振器１００では、ｐ型拡散層１にキャリアとしてホールが存在する。コンタクト４から電気入力が与えられるとｐ型拡散層１の電荷密度が変化し、その結果、ｐ型拡散層１が音響波伝播層となって音響波が伝播する。一方、ＳｉＯ２膜２は音響波反射層として機能する。すなわち、音響波はｐ型拡散層１とＳｉＯ２膜２との界面で反射し、ｐ型拡散層１に音響定在波が生じる。この音響定在波の周波数はｐ型拡散層１の長辺の長さとｐ型拡散層１中の音速ｃとに応じて定まる。
【００１６】
したがって、共振器１００は特定の周波数のみで共振する共振器となる。ｐ型拡散層１の長辺の長さが短いほど定在波の波長は短くなるため、ｐ型拡散層１の長辺の長さに応じて、共振周波数を調整できる。また、シリコン基板１０、ｎウェル３あるいはｐ型拡散層１にバイアスを印加することにより共振周波数を調整することもできる。
【００１７】
音響波はｐ型拡散層１とＳｉＯ２膜２との界面で全反射するわけではなく、一部はＳｉＯ２膜２およびｎウェル３へ透過する。そこで、以下に説明するように、ＳｉＯ２膜２の幅（ｐ型拡散層１の長辺方向の長さ、以下同じ）ｗを適切に形成することで、効率よく音響波をｐ型拡散層１に閉じ込めることができる。
【００１８】
図４は、ある領域ｎにおいて、入射波および反射波が存在する様子を示す図である。以下、入射波および反射波の進行方向をｘ軸とする。
【００１９】
入射波および反射波の音圧の実効値をそれぞれｐｉｎ（ｘ），ｐｒｎ（ｘ）とし、領域ｎの密度および音速をそれぞれρｎ，ｃｎとする。密度と音速との積は音響インピーダンス（固有インピーダンス）Ｚｎと呼ばれる量であり、下記（１）式で定義される。
ρn * cn = Zan ・・・（１）
【００２０】
領域ｎでは、入射波および反射波が重畳されているため、領域ｎの位置ｘにおける音圧ｐｎ（ｘ）は複素表示で下記（２）式により表される。
pn(x) = (pin * e-jknx + prn * ejknx) * ejωt ・・・（２）
ここで、ｋｎは波数であり、下記（３）式で表される。
kn = ω / cn ・・・（３）
【００２１】
一方、領域ｎの位置ｘにおける粒子速度ｖｎ（ｘ）は、下記（４）式で表される。
【数２】
【００２２】
上記（４）式に（１）〜（３）式を代入することにより、粒子速度ｖｎは、下記（５）式で表される。
vn(x) = Zan-1 (pin * e-jknx - prn * ejknx) * ejωt ・・・（５）
【００２３】
続いて、以上の議論を図１〜図３の共振器１００に当てはめる。図５は、ｐ型拡散層１が形成される領域（以下、領域１）、ＳｉＯ２膜２が形成される領域（以下、領域２）およびｎウェル３が形成される領域（以下、領域３）に音響波が存在する様子を示す図である。
【００２４】
領域１には、入射波と、領域２との界面（ｘ＝−ｗ）で反射された反射波とが存在する。領域２には、入射波と、領域３との界面（ｘ＝０）で反射された反射波とが存在する。また、領域３は無限に長いと仮定しており、領域３には領域２から透過した透過波のみが存在する。
【００２５】
そして、領域１，２，３の位置ｘにおける音圧ｐ１（ｘ），ｐ２（ｘ），ｐ３（ｘ）は、上記（２）式を用いて下記（６）〜（８）式でそれぞれ表される。
p1(x) = (pi1 * e-jk1x + pr1 * ejk1x) * ejωt ・・・（６）
p2(x) = (pi2 * e-jk2x + pr2 * ejk2x) * ejωt ・・・（７）
p3(x) = (pt3 * e-jk3x) * ejωt ・・・（８）
ここで、上記（２）式中のｎに代わる数字１，２，３は領域名を表している。また、領域３には透過波しか存在せず、その音圧の実効値をｐｔ３としている。
【００２６】
境界条件として、ｘ＝−ｗにおいて領域１と領域２とは連続しているので、音圧ｐ１（ｘ）と音圧ｐ２（ｘ）は等しくなる。つまり、ｐ１（−ｗ）＝ｐ２（−ｗ）であるから、下記（９）式が成立する。
pi1 * ejk1w + pr1 * e-jk1w = pi2 * ejk2w + pr2 * e-jk2w ・・・（９）
【００２７】
同様に、ｐ２（０）＝ｐ３（０）となるから、下記（１０）式が成立する。
pi2 + pr2 = pt3・・・（１０）
【００２８】
一方、領域１，２，３の位置ｘにおける粒子速度ｖ１（ｘ），ｖ２（ｘ），ｖ３（ｘ）は、上記（５）式を用いて下記（１１）〜（１３）式でそれぞれ表される。
v1(x) = Za1-1 (pi1 * e-jk1x - pr1 * ejk1x) * ejωt ・・・（１１）
v2(x) = Za2-1 (pi2 * e-jk2x - pr2 * ejk2x) * ejωt ・・・（１２）
v3(x) = Za3-1 (pt3 * e-jk3x) * ejωt ・・・（１３）
ここで、上記（５）式中のｎに代わる数字１，２，３は領域名を表している。さらに、説明を簡略化するために、ｐ型拡散層１およびｎウェル３の両領域の密度および音速が等しいと仮定すると、上記（１）式よりＺａ１＝Ｚａ３である。
【００２９】
境界条件として、ｘ＝−ｗにおいて領域１と領域２とは連続しているので、粒子速度ｖ１（ｘ）と粒子速度ｖ１（ｘ）は等しくなる。つまり、ｖ１（−ｗ）＝ｖ２（−ｗ）であるから、下記（１４）式が成立する。
Za1-1 (pi1 * ejk1w - pr1 * e-jk1w) = Za2-1 (pi2 * ejk2w - pr2 * e-jk2w) ・・・（１４）
【００３０】
同様に、ｖ２（０）＝ｖ３（０）となるから、Ｚａ１＝Ｚａ３を考慮すると下記（１５）式が成立する。
Za2-1 (pi2 - pr2) = Za1-1 * pt3 ・・・（１５）
【００３１】
上記（９），（１０），（１４），（１５）式を変形すると、下記の（１６），（１７）式が得られる。
【数３】
【数４】
【００３２】
この２式より、音圧反射係数Ｒｐおよび音圧透過係数Ｔｐはそれぞれ下記（１８），（１９）式のようになる。
【数５】
【数６】
【００３３】
一方、粒子速度反射係数Ｒｖおよび粒子速度透過係数Ｔｖはそれぞれ下記（２０），（２１）式のようになる。
【数７】
【数８】
【００３４】
以上から、音の強さ反射係数ＲＩ（＝Ｒｐ＊Ｒｖ、以下、単に反射係数ＲＩ）および音の強さ透過係数ＴＩ（＝Ｔｐ＊Ｔｖ、以下、単に透過係数ＴＩ）はそれぞれ下記（２２），（２３）式のようになる。
【数９】
【数１０】
【００３５】
上記（２３），（２４）式におけるｋ２ｗは、（３）式より下記（２４）式の関係が成立する。
k2 * w = ω / cn * w = 2π * w / λ2 ・・・（２４）
ここで、λ２は、ＳｉＯ２膜２中の音響波の波長であり、共振器１００の共振周波数とＳｉＯ２膜２での音速ｃ２により依存する値である。ＳｉＯ２膜２について、音速ｃ２＝５．９＊１０５ｃｍ／ｓｅｃ、密度ρ２＝２．２ｇ／ｃｍ３とし、ｐ型拡散層１およびｎウェル３の音速ｃ１，ｃ３および密度ρ１，ρ３は、シリコン基板１０の音速および密度とそれぞれ等しく、音速ｃ１＝ｃ３＝８．４３＊１０５ｃｍ／ｓｅｃ、密度ρ１＝ρ３＝２．３３ｇ／ｃｍ３として、それぞれ音響インピーダンスＺａ１，Ｚａ２を算出し、透過係数ＴＩおよび反射係数ＲＩを計算する。
【００３６】
図６は、ＳｉＯ２膜２の幅ｗと透過係数ＴＩとの関係を示すグラフであり、図７は、ＳｉＯ２膜２の幅ｗと反射係数ＲＩとの関係を示すグラフである。図６および図７の横軸は、ＳｉＯ２膜２の幅ｗを音響波の波長λ２で正規化したｗ／λ２である。
【００３７】
図６および図７に示すように、ＳｉＯ２膜２の幅ｗがλ２／２の整数倍である場合に、透過係数ＴＩが最大となり、反射係数ＲＩが最小となる。また、ｍを正の整数として下記（２５）式が成立する場合、すなわち、ＳｉＯ２膜２の幅ｗがλ２／４の奇数倍である場合に、反射係数ＲＩが最大となり、透過係数ＴＩが最小となる。
w = (2m - 1) * λ2 / 4 ・・・（２５）
【００３８】
図８は、上記（２５）式を満たす共振器１００の一例を示す断面図である。ｐ型拡散層１とＳｉＯ２膜２との界面で音響波が反射するが、ＳｉＯ２膜２の幅ｗをλ２／４あるいはその奇数倍とすることにより反射係数ＲＩが最大となり、効率よく音響波を閉じ込めることができる。
【００３９】
また、必ずしもＳｉＯ２膜２の幅ｗをちょうどλ２／４の奇数倍としなくてもよく、所望の反射係数ＲＩを得るための幅ｗを上記（２２）式あるいは図７から定めてもよい。例えば、反射係数ＲＩを０．１以上にしたい場合は、ｗ／λ２を約０．１３〜０．３７等にすればよい。あるいは、ＳｉＯ２膜２の幅ｗがλ２／４の奇数倍となるよう設計しておけば、多少製造ばらつきがあったとしても、反射係数ＲＩを大きくできる。
【００４０】
このように、第１の実施形態では、共振器１００はシリコン基板１０上のｐ型拡散層１およびＳｉＯ２膜２により構成されるため、簡易に共振器１００を半導体集積回路上に形成することができる。さらに、ＳｉＯ２膜２の幅ｗを適切に設定することにより、反射係数ＲＩを大きくすることができ、効率よく音響波を閉じ込めることができる。
【００４１】
なお、共振器１００の構造は図１〜図３に限定されるものではない。音響波をｐ型拡散層１内に効率よく閉じ込めるためには、図１〜図３に示すように不純物拡散層を取り囲むように音響波反射層が設けられるのが望ましいが、少なくとも、不純物拡散領域の長辺方向の両端に音響波反射層が形成されていればよい。例えば、図９に示すように、ＳｉＯ２膜２をｐ型拡散層１の長辺方向の両端にのみ形成し、短辺方向にはｎウェル３が形成されていてもよい。また、音響波はシリコン基板１０に対して垂直方向にも伝播するため、図１０に示すように、ＳｉＯ２膜２を十分深くまで形成することにより、効率よく音響波を閉じ込めることができる。
【００４２】
（第２の実施形態）
上述した第１の実施形態は、共振器１００が、１つのｐ型拡散層１と、その両端に形成されるＳｉＯ２膜２を備えるものであった。これに対し、第２の実施形態は、複数のｐ型拡散層を形成するものである。以下、第１の実施形態との共通点は省略し、相違点を中心に説明する。
【００４３】
図１１は、第２の実施形態に係る共振器１０１の断面図である。共振器１０１は、ｐ型拡散層（第１の音響波伝播層）１ａと、その両端に形成されるＳｉＯ２膜（第１の音響波反射層）２ａ，２ｂと、その両端に形成されるｐ型拡散層（第２の音響波伝播層）１ｂ，１ｃと、その両端に形成されるＳｉＯ２膜（第２の音響波反射層）２ｃ，２ｄとを備えている。ＳｉＯ２膜２ａ，２ｂは、図２に示すようにｐ型拡散層１ａを取り囲むように一体に形成されてもよいし、図９に示すように分離して形成されてもよい。ＳｉＯ２膜２ｃ，２ｄも同様である。
【００４４】
第１の実施形態と同様に、ＳｉＯ２膜２ａ，２ｂの幅をλ２／４の奇数倍にすることで、ｐ型拡散層１ａとＳｉＯ２膜２ａ，２ｂとの界面での音響波の反射係数ＲＩを大きくすることができる。ただし、図７に示すように、反射係数ＲＩが１になるわけではなく、音響波の一部はｐ型拡散層１ａからＳｉＯ２膜２ａ，２ｂへ透過してしまう。
【００４５】
そこで、この透過波をさらにｐ型拡散層１ａに反射させるべく、ＳｉＯ２膜２ａ，２ｂの外側にｐ型拡散層１ｂ，１ｃを形成する。そして、その幅をλ１／４の奇数倍にすることにより、ＳｉＯ２膜２ａ，２ｂとｐ型拡散層１ｂ，１ｃとのそれぞれの界面での反射係数を大きくすることができる。なお、λ１は、ｐ型拡散層１ｂ，１ｃ中の音響波の波長であり、共振器１０１の共振周波数とｐ型拡散層１ｂ，１ｃでの音速すなわちシリコン中の音速ｃ１に依存する値である。
【００４６】
そして、ＳｉＯ２膜２ａ，２ｂからｐ型拡散層１ｂ，１ｃへ透過する音響波を、さらにｐ型拡散層１ａに反射させるべく、ｐ型拡散層１ｂ，１ｃの外側にＳｉＯ２膜２ｃ，２ｄを形成する。そして、その幅をλ２／４の奇数倍にすることにより、ｐ型拡散層１ｂ，１ｃとＳｉＯ２膜２ｃ，２ｄとのそれぞれの界面での反射係数を大きくすることができる。
【００４７】
このように、第２の実施形態では、ｐ型拡散層１ａの外側にＳｉＯ２膜２ａ〜２ｄおよびｐ型拡散層１ｂ，１ｃを設けるため、さらに効率よく音響波を閉じ込めることができる。
【００４８】
なお、図１１の共振器１０１は３つのｐ型拡散層１ａ〜１ｃを備える例を示しているが、共振器１０１の外側にさらにｐ型拡散層およびＳｉＯ２膜を形成してもよい。
【００４９】
（第３の実施形態）
上記（２２）式によると、ｐ型拡散層１の音響インピーダンスＺａ１と、ＳｉＯ２膜２の音響インピーダンスＺａ２との差が大きいほど、反射係数ＲＩが大きくなる。そのため、ＳｉＯ２膜２に代えて、これより音速および密度が大きい材料、例えばＳｉＮ等を音響波反射層として設けることにより、反射係数ＲＩをさらに大きくできる。
【００５０】
また、さらに音響インピーダンスを大きくするため、ｐ型拡散層１の両端を空気層とするデバイス構造にしてもよい。図１２は、第３の実施形態に係る共振器１０２の断面図である。本実施形態の共振器１０２は、図３等におけるＳｉＯ２膜２が形成されず、ｐ型拡散層１は空気層２’と接して形成され、空気層２’が音響波反射層となる。
【００５１】
空気層の音響インピーダンス（およそ４．０９＊１０２Ｎｓ／ｍ３）は、ｐ型拡散層１（シリコン）の音響インピーダンス（およそ１．９２＊１０７Ｎｓ／ｍ３）と比べて非常に小さいため、上記（２２）式より、０．０００１≦ｗ／λ２≦０．４９９９という広い範囲で反射係数ＲＩを０．９９以上とすることができる。
【００５２】
このように、第３の実施形態では、ｐ型拡散層１と音響インピーダンスが大きく異なる空気層２’を音響波反射層とするため、反射係数ＲＩを大きくすることができる空気層の幅の範囲を広げることができる。
【００５３】
（第４の実施形態）
上述した第１〜第３の実施形態は、シリコン基板１０の水平方向に音響波を閉じ込めることを念頭に置いていた。これに対し、第４の実施形態は、垂直方向にも音響波を閉じ込めるものである。
【００５４】
図１３は、第４の実施形態に係る共振器１０４の断面図である。図３と共通する構成部分には同一の符号を付しており、以下では相違点を中心に説明する。
【００５５】
共振器１０３は、ｐ型拡散層１およびＳｉＯ２膜２の下に、さらにＳｉＯ２層（第３の音響波反射層）７を備えている。ＳｉＯ２層７は、例えばＳＯＩ（Silicon on Insulator）プロセスにより製造できる。
【００５６】
ＳｉＯ２層７により、垂直方向に音響波を閉じ込めることができる。ＳｉＯ２層７の厚さｄは反射係数ＲＩが大きくなるようにするのが望ましく、第１の実施形態と同様の考察により、λ１／４の奇数倍にすることにより、特に効率よく音響波を閉じ込めることができる。
【００５７】
ＳＯＩ基板は、例えばＳＩＭＯＸ（Separation by Implanted Oxygen）法により製造される。すなわち、シリコン基板に酸素イオンを打ち込み、その後熱処理を行ってＳｉＯ２層が形成される。このとき、打ち込む酸素イオンの量に応じてＳｉＯ２層の厚さを制御できる。したがって、反射係数ＲＩが大きくなるよう、酸素イオンを打ち込めばよい。
【００５８】
このように、第４の実施形態では、ＳｉＯ２層７上にｐ型拡散層１およびＳｉＯ２膜２を形成するため、垂直方向にも音響波を閉じ込めることができる。
【００５９】
（第５の実施形態）
第５の実施形態は、ｐ型拡散層を多く形成して、取り出せる信号の数を増やすものである。
【００６０】
図１４は、第５の実施形態に係る共振器１０４の断面図である。共振器１０４は、複数（同図では３つ）のｐ型拡散層（第１および第２の音響波伝播層）１と、これらを互いに分離する位置に形成されるＳｉＯ２膜（第１の音響波反射層）２１と、ｐ型拡散層１の両端に形成されるＳｉＯ２膜（第２の音響波反射層）２２とを備えている。
【００６１】
ＳｉＯ２膜２１の幅は、他の実施形態とは異なりλ２／２の整数倍とする。その結果、図６および図７に示すように、反射係数ＲＩは０となり、透過係数ＴＩが１となる。すなわち、ＳｉＯ２膜２１により、ｐ型拡散層１どうしは電気的には分離されるが、音響波は通過する。一方、ＳｉＯ２膜２２の幅は、他の実施形態同様にλ２／４の奇数倍とする。
【００６２】
これにより、両端のＳｉＯ２膜２２間に、効率よく音響波を閉じ込めることができる。
【００６３】
本実施形態では、複数のｐ型拡散層１を形成するため、共振器１０４からｐ型拡散層１と同数の共振信号を取り出すことができる。
【００６４】
なお、上述した各実施形態で説明した構造を組み合わせてもよい。また、各実施形態の共振器は、ｎウェル３およびｐ型拡散層１を形成しているが、導電型を逆にし、ｐウェル３’およびｎ型拡散層１’を形成してもよい。共振器は、例えば発振器やフィルタに用いることができる。発振器に用いる場合、共振周波数が共振器の形状で定まるため、周波数精度を高くできる。
【００６５】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００６６】
１，１ａ〜１ｃ ｐ型拡散層
２，２ａ〜２ｄ，２１，２２ ＳｉＯ２膜
３ ｎウェル
４ コンタクト
５ 配線
６ 溝
１０ シリコン基板
１００〜１０４ 共振器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板と、
前記半導体基板に、第１の方向に長辺、前記第１の方向とは異なる第２の方向に短辺をそれぞれ有する形状で形成される第１の音響波伝播層と、
少なくとも前記第１の音響波伝播層の前記第１の方向の両端に形成される第１の音響波反射層と、を備え、
前記第１の音響波反射層の前記第１の方向の幅は、前記第１の音響波伝播層と前記第１の音響波反射層との界面での音響波の音の強さ反射係数または音の強さ透過係数が所定値以上となるよう形成されることを特徴とする共振器。
【請求項２】
前記第１の音響波反射層の前記第１の方向の幅は、前記第１の音響波反射層での音響波の波長に応じて定められることを特徴とする請求項１に記載の共振器。
【請求項３】
前記第１の音響波反射層の前記第１の方向の幅は、前記第１の音響波反射層での音響波の波長の１／４の奇数倍または１／２の整数倍であることを特徴とする請求項１または２に記載の共振器。
【請求項４】
前記第１の音響波反射層は、二酸化ケイ素、窒化ケイ素または空気層であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の共振器。
【請求項５】
前記第１の音響波伝播層は、前記半導体基板に形成された不純物拡散層であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の共振器。
【請求項６】
前記第１の音響波反射層の両端に形成される第２の音響波伝播層と、
前記第２の音響波伝播層の両端に形成される第２の音響波反射層と、を備えることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の共振器。
【請求項７】
前記第２の音響波伝播層の前記第１の方向の幅は、前記第１の音響波伝播層での音響波の波長の１／４の奇数倍であることを特徴とする請求項６に記載の共振器。
【請求項８】
前記第２の音響波反射層の前記第１の方向の幅は、前記第２の音響波反射層での音響波の波長の１／４の奇数倍であることを特徴とする請求項６または７に記載の共振器。
【請求項９】
前記第１の音響波反射層の前記第１の方向の幅は、前記第１の音響波反射層での音響波の波長の１／２の整数倍であることを特徴とする請求項６に記載の共振器。
【請求項１０】
前記第１の音響波伝播層の下に形成された第３の音響波反射層を備えることを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の共振器。
【請求項１１】
前記第３の音響波反射層の厚さは、前記第１の音響波伝播層での音響波の波長の１／４の奇数倍であることを特徴とする請求項１０に記載の共振器。
【請求項１２】
半導体基板と、
前記半導体基板に、長辺および短辺を有する形状で形成され、少なくとも前記長辺方向の側面が空気層と接している音響波伝播層と、を備えることを特徴とする共振器。
【請求項１】
半導体基板と、
前記半導体基板に、第１の方向に長辺、前記第１の方向とは異なる第２の方向に短辺をそれぞれ有する形状で形成される第１の音響波伝播層と、
少なくとも前記第１の音響波伝播層の前記第１の方向の両端に形成される第１の音響波反射層と、を備え、
前記第１の音響波反射層の前記第１の方向の幅は、前記第１の音響波伝播層と前記第１の音響波反射層との界面での音響波の音の強さ反射係数または音の強さ透過係数が所定値以上となるよう形成されることを特徴とする共振器。
【請求項２】
前記第１の音響波反射層の前記第１の方向の幅は、前記第１の音響波反射層での音響波の波長に応じて定められることを特徴とする請求項１に記載の共振器。
【請求項３】
前記第１の音響波反射層の前記第１の方向の幅は、前記第１の音響波反射層での音響波の波長の１／４の奇数倍または１／２の整数倍であることを特徴とする請求項１または２に記載の共振器。
【請求項４】
前記第１の音響波反射層は、二酸化ケイ素、窒化ケイ素または空気層であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の共振器。
【請求項５】
前記第１の音響波伝播層は、前記半導体基板に形成された不純物拡散層であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の共振器。
【請求項６】
前記第１の音響波反射層の両端に形成される第２の音響波伝播層と、
前記第２の音響波伝播層の両端に形成される第２の音響波反射層と、を備えることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の共振器。
【請求項７】
前記第２の音響波伝播層の前記第１の方向の幅は、前記第１の音響波伝播層での音響波の波長の１／４の奇数倍であることを特徴とする請求項６に記載の共振器。
【請求項８】
前記第２の音響波反射層の前記第１の方向の幅は、前記第２の音響波反射層での音響波の波長の１／４の奇数倍であることを特徴とする請求項６または７に記載の共振器。
【請求項９】
前記第１の音響波反射層の前記第１の方向の幅は、前記第１の音響波反射層での音響波の波長の１／２の整数倍であることを特徴とする請求項６に記載の共振器。
【請求項１０】
前記第１の音響波伝播層の下に形成された第３の音響波反射層を備えることを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の共振器。
【請求項１１】
前記第３の音響波反射層の厚さは、前記第１の音響波伝播層での音響波の波長の１／４の奇数倍であることを特徴とする請求項１０に記載の共振器。
【請求項１２】
半導体基板と、
前記半導体基板に、長辺および短辺を有する形状で形成され、少なくとも前記長辺方向の側面が空気層と接している音響波伝播層と、を備えることを特徴とする共振器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１３−９１５３（Ｐ２０１３−９１５３Ａ）
【公開日】平成２５年１月１０日（２０１３．１．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１４０４８２（Ｐ２０１１−１４０４８２）
【出願日】平成２３年６月２４日（２０１１．６．２４）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月１０日（２０１３．１．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月２４日（２０１１．６．２４）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]