導波路層を備えるマイクロ音響デバイス
【課題】周波数の温度係数および／または導波路特性に関して改良された、導波路層およびこれに隣接する外套層を有するマイクロ音響デバイスを提供する。
【解決手段】第１の音響波速度ＶＬをもつ導波路層ＷＬと、該導波路層に直接隣接し、第２の音響波速度ＶＭ１を有する第１の外套層Ｍ１とを有しており、導波路で音響波を励起するために電極Ｅ１を備えており、波速度について式ＶＬ＜ＶＭ１が成り立っており、導波路層は異常熱機械挙動をもつ成分を含むガラスであり、導波路層ＷＬは二酸化ゲルマニウム、カルコゲナイドガラス、またはメタリン酸亜鉛を成分として有している。
【解決手段】第１の音響波速度ＶＬをもつ導波路層ＷＬと、該導波路層に直接隣接し、第２の音響波速度ＶＭ１を有する第１の外套層Ｍ１とを有しており、導波路で音響波を励起するために電極Ｅ１を備えており、波速度について式ＶＬ＜ＶＭ１が成り立っており、導波路層は異常熱機械挙動をもつ成分を含むガラスであり、導波路層ＷＬは二酸化ゲルマニウム、カルコゲナイドガラス、またはメタリン酸亜鉛を成分として有している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導波路層およびこれに隣接する外套層を有するマイクロ音響デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
たとえばＳＡＷデバイス（ＳＡＷ＝ｓｕｒｆａｃｅ ａｃｏｕｓｔｉｃ ｗａｖｅ）のように音響波により作動するデバイスの周波数規定特性は、多くの場合、温度に対する依存性を示す。たとえばＳＡＷデバイスの中心周波数の温度係数（ＴＣＦ）は、典型的にはたとえば４０ｐｐｍ／Ｋである。その理由は、温度が上昇すると通常は基板の熱膨張が起こり、それがインターディジタル式のコンバータ構造で電極間隔の拡大につながることにある。この間隔は、コンバータおよびこれに伴ってＳＡＷデバイスの中心周波数を規定するので、それによって波長も長くなり、中心周波数が下がっていく。しかし熱膨張とは音速の変化も結びついている。温度につれて圧電材料の特性も変化するからである。これに加えて、通常用いられる大半の圧電性ウェーハ材料は強い異方性を示すとともに、その特性の結晶軸依存的な温度応答性を有している。
【０００３】
特許文献１には、特に共振周波数の温度応答性を低減するため（ＴＫ補償）のさまざまな方策を組み合わせた、音響波により作動するデバイスが提案されている。このデバイスは上面に導電性のデバイス構造を有するとともに、下面に補償層を有しており、この補償層は、機械的な張力が発生するように、または温度変化が生じたときに生成されるように、基板と結合されている。デバイス構造の上には、比較的厚いＳｉＯ２層が配置されている。この解決法の欠点は、必要な電極の反射率が重い電極によってしか得られないことにある。温度応答性補償をする方策をこのように組み合わせた場合でさえ、完全なＴＫ補償は実現することができない。
【０００４】
マイクロ音響デバイスでは、厚い電極または重い電極によって、たとえばアルミニウムよりも重い金属によって、改善された音波の導波を実現することができる。しかしそれに適した金属は、中心周波数の温度係数（ＴＣＦ）を上昇させ、そのようにして全体的にＴＣＦを上昇させるという欠点を有している。厚い電極を製造するときには、特性の広いばらつきが生じる。しかもこのような電極は高い反射性を示し、被覆層でコーティングするのが困難であり、その場合、被覆層がキャビティを内包する傾向があり（空孔形成）、平坦化するのも難しい。これまでに知られている構造では、重い電極は圧電材料との境界面に音響波エネルギーを結合する。それによって著しく高い割合の音響エネルギーがこの電極内に存在し、このことは出力適合性における問題につながる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第７５８９４５２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の課題は、周波数の温度係数および／または導波路特性に関して改良された、導波路層およびこれに隣接する外套層を有するマイクロ音響デバイスを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この課題は、請求項１の構成要件を備えるマイクロ音響デバイスによって解決される。本発明の好ましい実施形態は、その他の請求項から明らかとなる。
【０００８】
このマイクロ音響デバイスは、第１の音響波速度ＶＬをもつ導波路層を含む導波路を有している。導波路層に直接隣接して、第２の音響波速度ＶＭ１を有する第１の外套層が配置されている。導波路層で音響波を励起するために、電極が設けられている。音響波を導波路層の内部で導波するために、波速度について式ＶＬ＜ＶＭ１が成り立つ。導波路層は、異常熱機械挙動を有する材料を成分の１つとして有するガラスを含んでいる。
【０００９】
異常熱機械挙動をもつ一連の材料が知られているが、そのうち、これまでは結晶質の、非晶質の、またはガラス状のＳｉＯ２だけがマイクロ音響デバイスで適用されている。そこで、異常熱機械特性を有し、ガラス状の態種で使用することができる、または導波路の導波路層としての役目をするガラスに埋設することができる、新たな材料が提案される。このような材料により、温度に起因する周波数シフトが部分的または全面的に補償されるマイクロ音響デバイスを得ることができる。
【００１０】
二酸化ゲルマニウム、カルコゲナイドガラス、またはメタリン酸亜鉛を成分として含む導波路層が提案される。このような新規の材料は、導波路層の導波路特性を改変し、特に最適化することを可能にする。温度補償と改善された導波路特性とを有する導波路層は、導波路層の熱機械挙動に関わりなく、中心周波数の温度係数が改善されたマイクロ音響デバイスをもたらす。改善された導波路では高い波割合が導波路の内部で伝搬し、その結果、その熱機械特性が、劣った導波路の場合よりも強く音響波に影響を及ぼすからである。
【００１１】
第１の外套層は、圧電層または圧電基板であるのが好ましい。圧電層は非圧電基板の上に、特に結晶質の基板の上に、特に半導体基板の上に塗布されていてよい。圧電基板は圧電結晶であるのが好ましく、ないしは、圧電単結晶から断裁されたウェーハであるのが好ましい。
【００１２】
中心周波数の温度定数の補償効果が改善された導波路層は、たとえば二酸化ゲルマニウムを主成分として含んでいる。二酸化ゲルマニウムをベースとするガラスは、これまで補償層として知られてきた二酸化ケイ素層よりも高い密度を有しており、したがって、外套層ないし圧電基板における高い質量負荷につながる。高い質量負荷は、圧電基板または圧電層の上の導波路の導波路特性にとって、高い質量負荷が圧電基板または圧電層の表面で音響波の、特に音響せん断波の、改善された導波を引き起こし、せん断波が基板の容積部へ潜るのを防止するという意味で好ましい。導波路層が公知の導波路よりも高い質量負荷を生成する導波路は、波が伝搬するときの低い損失につながる。これに加えて材料内での音響波速度も、高い質量負荷によって低減される。外套層が変わらないとき、ないしは所与の外套層のとき、導波路および外套層の内部での音響波速度に関する高い差異は、改善された導波路特性につながる。
【００１３】
二酸化ゲルマニウム含有ガラスの薄い層により、ＳｉＯ２からなる導波路層と同じ導波路特性を具体化することができる。薄い層は製造のときに短いプロセス時間しか必要とせず、したがって、特に層厚均等性や層厚管理に関して少ない生産変動を示す。
【００１４】
改善された導波路特性により、薄くて軽い電極の使用も有意義に可能となる。それにより、厚い電極および／または重い電極によって従来は甘受せざるを得なかったあらゆる問題が回避される。改善された導波により、およびゲルマニウム含有のガラス層を厚く構成することが可能なことにより、ＳｉＯ２導波路層で従来実現されてきたＴＫ補償よりも明らかに良好である強力なＴＫ補償が可能である。１つの実施形態では、導波路層は酸化ゲルマニウム含有のガラスを含んでいる。二酸化ゲルマニウムは優れたガラス形成剤であり、ガラスの状態を構成するためにいかなる添加物も必要としない。しかしながら、特にガラスの流動特性および溶融特性を規定ないし改質するガラス形成剤および／またはその他の通常のガラス添加物を含んでいるガラスを、導波路層が含んでいることも可能である。二酸化ゲルマニウム含有のガラスまたは主成分が正常熱機械挙動をもつ材料を含んでいるその他のガラスのための、このようなガラス形成剤および／またはガラス添加物は、たとえば、Ｂ２Ｏ３，ＳｉＯ２，Ｐ２Ｏ５，Ａｓ２Ｏ３，Ｓｂ２Ｏ３，Ｉｎ２Ｏ３，Ｓｎ２Ｏ３，ＰｂＯ２、Ｌｉ２Ｏ，ＣａＯ，Ｎａ２Ｏ，Ｋ２Ｏ，ＭｇＯ，Ｒｂ２Ｏ，Ｃｓ２Ｏ，ＳｒＯ，ＴｅＯ２，ＳｅＯ２，ＭｏＯ２，ＷＯ３，ＢｉＯ３，Ａｌ２Ｏ３，ＢａＯ，Ｖ２ＯおよびＳＯ３から選択される。
【００１５】
１つの実施形態では、導波路層は主成分としてカルコゲナイドまたはメタリン酸亜鉛を含んでいる。これら両方の材料により、導波路層として使用したときにＳｉＯ２に比べて高い質量負荷を生起するガラスを得ることができる。それと同時に、カルコゲナイドガラスやメタリン酸亜鉛ガラスは異常熱機械挙動をもつ材料である。このことは、それがマイクロ音響デバイスで使用されたときに中心周波数の正の温度係数を有しており、そのようにして、マイクロ音響デバイスの温度に起因する周波数ドリフトの補償を惹起することを意味している。
【００１６】
デバイスの別の実施形態では、導波路層が第１の外套層と第２の外套層の間に埋設されることによって導波路が改良される。第２の外套層の波速度ＶＭ２については、第１の外套層内部における波速度についてと同様に、導波路層における波速度ＶＬよりも早い。このように両側で外套層により仕切られた導波路では、改善された導波が行われる。導波路層が（第１の）外套層に対して１つの境界面しか有しておらず、他方の境界面が空気または真空を有している導波路に比べて、このような３つの層を含むサンドイッチ状の導波路は、導波路に作用する外部要因に対して低い感度を有している。導波路層そのものに対する機械的な作用は、導波の変化や導波路の漏れにつながる可能性がある。このことは、導波路層を両側で仕切る２つの外套層によって防止される。
【００１７】
改善された導波により、薄いことによって軽い電極をマイクロ音響デバイスで使用することが可能である。このような電極は、通常、圧電基板ないし圧電層に直接的に接触するように配置され、すなわち第１の外套層と導波路層との間にある。
【００１８】
本発明による３層の導波路層を備えるデバイスは、導波路の特性を損なうことなく、限定されない数の別の層を導波路に配置することを可能にする。特に、別の導波路を第１の導波路の上に配置して、別のフィルタを構成するためにこれを利用することが可能である。それにより、両方の個別フィルタがそれぞれ温度補償される積層フィルタが得られる。
【００１９】
第２の外套層については、これに適した材料の選択肢は第１の外套層についてよりも広いので、マイクロ音響デバイスの特性をいっそう改善する別の任意の誘電体を適用することができる。このような別の誘電体を備える構造は、改善されたトリミング可能性を有することができる。導波路層の導波に基づき、導波路層と第２の外套層の間の境界層にいっそう多くの波エネルギーが存在するからである。このことは特に、第１の外套層との導波路層の境界層へ、重い電極を用いて波結合をすることとの主要な相違点である。それにより、いっそう正確なトリミングプロセスが可能であり、これを利用して、周波数を特定の値に合わせてより良好に調節することができる。第２の外套層の材料は、導波路層と第２の外套層との間の音響波の速度飛躍が、第１の外套層と導波路層との間よりも大きくなるように選択することができる。しかしながらこの状況が逆になっていてもよい。
【００２０】
第２の外套層は、ＤＬＣ（Ｄｉａｍｏｎｄ Ｌｉｋｅ Ｃａｒｂｏｎ），ＳｉＯｘＮｙ，ＢＮ，ａ−ＣＨ，Ｇｅ，Ｓｉ，ＴｉＯ２，ＷＣ，ＡｌＮ，ＺｎＯ，ＳｉＮ，Ａｌ２Ｏ３、およびＳｉＯ２から選択された材料を主成分として含むことができる。
【００２１】
このような選択の自由度により、第２の外套層に幅広い範囲の特性を与え、ないしは、希望する特性に応じて外套層を選択することが可能である。
【００２２】
１つの好ましい実施形態では、第１の外套層は、ＬｉＮｂＯ３，ＫＮｂＯ３，ＮａＮｂＯ３，ＬｉＴａＯ３，石英、ＺｎＯ，ＡｌＮ，ＳｃＡｌＮ，ＬｉＢ４Ｏ７，ＧａＰＯ４，ランガサイト、ランガナイト、ランガテイトＰＺＴ（ジルコン酸チタン酸鉛）、およびＲＥＣＯＢ（ＲＥのオキソホウ酸カルシウム）から選択された圧電材料であり、このときＲＥは希土類の１つの元素または複数の元素からなる混合物である。
【００２３】
ランガサイト（ＬＧＳ＝Ｌａ３Ｇａ５ＳｉＯ１４）、ランガナイト（ＬＧＮ＝Ｌａ３Ｇａ５．５Ｎｂ０．５Ｏ１４）、ランガテイト（ＬＧＴ＝Ｌａ３Ｇａ５．５Ｔａ０．５Ｏ１４）の系統の他、これら３つの系統からなる混合結晶も適している。その例は、ＣＮＧＳ（＝Ｃａ３ＮｂＧａ３Ｓｉ２Ｏ１４）、ＣＴＧＳ（＝Ｃａ３ＴａＧａ３Ｓｉ２Ｏ１４）、ＳＮＧＳ（＝Ｓｒ３ＮｂＧａ３Ｓｉ２Ｏ１４）、ＳＴＧＳ（＝Ｓｒ３ＴａＧａ３Ｓｉ２Ｏ１４）、ＮＧＳ（＝Ｎｄ３Ｇａ５ＳｉＯ１４）、ＬＧＡＳ（＝Ｌａ３ＡｌｘＧａ５−ｘＳｉＯ１４）このとき１≦ｘ≦０、ＳＧＧ（＝Ｓｒ３Ｇａ２ＧｅＯ１４）、ＮＣＧ（＝Ｎａ２ＣａＧｅ６Ｏ１４）、ＲＥＧＳ（このときＲＥは希土類の元素であり、たとえばＰＧＳ＝Ｐｒ３Ｇａ５ＳｉＯ１４ではＰｒ）、およびＢＴＧＳ（Ｂａ３ＴａＧａ３Ｓｉ２Ｏ１４）などである。ＰＺＴについても、鉛、ジルコニウム、またはチタンが相応の置換元素で置き換えられた、置換された同系統の化合物が適している。
【００２４】
圧電層を含んでいる第２の外套層は、支持基板の上に塗布されていてよい。この支持基板と圧電層の間に１つまたは複数の中間層を配置することも可能である。このような中間層は特に誘電性層であり、圧電層と支持基板の間のより良い付着のため、圧電層のより良い成長のため、または拡散遮蔽層としてのバリア作用のために利用される。
【００２５】
マイクロ音響デバイスの電極は、特に、ＢＡＷデバイス用として適用されているような平坦な電極であってよい。あるいは電極は、ＳＡＷデバイスやＧＢＡＷデバイスで用いることができるインターディジタル電極であってもよい。
【００２６】
電極は少なくとも１つの導電性材料を含んでおり、特に金属または合金を含んでおり、その成分はたとえばＡｌ，Ｃｕ，Ａｕ，Ａｇ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ｗ，Ｎｉ，Ｍｏ，Ｎｂ，Ｖ，Ｔｉ，Ｃｒ，Ｍｇ，Ｆｅ，Ｉｒ，Ｒｕ，Ｒａ，Ｏｓ，および特にポリＳｉやポリＧｅのような高ドーピング半導体から選択されていてよい。
【００２７】
電極は統一された層で構成することができる。電極を多層で製作することも可能であり、このとき異なる層は、異なる導電性材料と異なる層厚を有することができる。
【００２８】
テクノロジー（ＳＡＷ，ＢＡＷ，ＧＢＡＷ）には関わりなく、提案されるデバイスはフィルタ、デュプレクサ、共振器、センサ、共振器フィルタ、モジュール、帯域消去フィルタ、またはノッチフィルタとして構成されていてよい。
【００２９】
このデバイスは、圧電材料をベースとするのではない、あるいはそのようなものを含むのではない、マイクロ音響デバイスであってもよい。マイクロ音響デバイスは、たとえばシリコンマイクロ共振器であってもよく、すなわち誘電性の共振器であってもよい。このような誘電性の共振器は、たとえば電極でコーティングされた誘電性材料、特に結晶でできている。半導体も誘電性の共振器に適している。
【００３０】
導波路層を備えるマイクロ音響デバイスは、インターディジタル電極が少なくとも部分的に導波路層に埋設されたＳＡＷデバイスであってもよい。この場合、インターディジタル電極の表面が導波路層とともに平坦な表面を形成することが可能である。
【００３１】
電極は、下に配置された外套層に構成されたメサ構造の上に配置されていてもよい。このときインターディジタル電極のそれぞれの電極フィンガの間では、圧電材料ないし第１の外套層の材料が所与の深さまで除去される。このときインターディジタル電極の電極フィンガとメサ構造は、共通のエッジを形成する。そして導波路層は外套層の上で、電極が少なくとも部分的に埋設される程度の高さを有している。このような構成により、インターディジタル電極の反射性を、たとえば上記の深さを通じて特定の値に調整し、導波路層の全体的特性を最適化することが可能である。
【００３２】
インターディジタル電極を第１の外套層の中に沈降させ、たとえば第１の外套層の溝の底面に配置することも可能である。第１の外套層とインターディジタル電極は共同で平坦な表面を生じさせ、その上に導波路層が配置される。あるいは、電極の上の残りの溝が導波路層で充填されており、これがさらに追加的に外套層の表面全体を覆っていることも考えられる。さらに、インターディジタル電極がたとえば部分的にのみ第１の外套層に沈降している、これらの実施形態の混合形態も可能である。
【００３３】
さらに別の選択肢の要諦は、電極を第１の外套層の表面の上で間隔をおいて配置し、これをすべての側で導波路層により取り囲んで、全面的にその中に埋設されるようにすることにある。
【００３４】
デバイスはＢＡＷ共振器として構成されていてよい。その場合、１つの実施形態では導波路層は、ＢＡＷ共振器の基板と共振器の底面電極との間に配置される。そして底面電極は、導波路の第２の外套層を形成することができる。
【００３５】
導波路は、第１の外套層と、導波路層と、第２の外套層とからなるサンドイッチとして構成されていてよく、基板とＢＡＷ共振器の底面電極との間に配置される音響ミラーの一部を形成する。音響ミラーは、通常、相対的に高い音響インピーダンスと相対的に低い音響インピーダンスとを交互に有する層を含んでいる。このようにして、インピーダンス飛躍を有する境界面がリフレクタとして機能し、その結果、層厚が適当に選択されていれば、反射されるさまざまな波割合の干渉によって、特定の周波数の消去を行うことができる。音響ミラーの部分層は、消去されるべき波の波長のおよそ４分の１の厚みを有しているのが好ましい。
【００３６】
音響ミラーに一体化可能な導波路では、インピーダンス差が大きいことを踏まえた上で、外套層と導波路層とが選択される。
【００３７】
１つの好ましい構造では、導波路層はＧＢＡＷデバイスの一部である。ガイド音響体積波により作動するこのようなデバイスは、少なくとも一番上の層として圧電層を有している第１の基板の上に構成される。第１の基板は圧電結晶であってもよい。圧電層または圧電結晶は、第１の外套層としての役目を果たすことができる。第１の外套層の上には、平坦に構成されていてよい、またはＳＡＷデバイスの場合と同様にインターディジタル電極であってよい、電極が配置されている。
【００３８】
電極の上には、異常熱機械挙動を有する主成分をもつガラスを本発明に基づいて含む導波路層が配置されている。導波路層の層厚は、中心周波数で導波路の中を伝搬可能な波の波長の１−１００％、好ましくは５−５０％に相当していてよい。
【００３９】
ガラスを含む導波路層の上には、第２の外套層が配置されている。この第２の外套層は別の薄層であってよい。しかしながら、第２の基板を第２の外套層として利用することも可能である。この第２の基板は、適当な結合方法によって導波路層の上に装着され、これと結合されていてよい。しかしながら、少なくとも導波路層を含む層析出を、第２の基板の上で製作のために実施することも可能である。
【００４０】
ＧＢＡＷデバイスでは、第２の基板の上方に第２の導波路層、その上に別の電極、およびその上に第２の基板を装着することが可能であり、それにより、音響波により作動する第２のデバイスが具体化される。第２の音響デバイスの導波路と、第１のマイクロ音響デバイスの導波路は、第２の外套層を共通の外套層として利用する。このような実施形態は、時間と材料とコストを節減する。このようにして、スペースと容積の所要量が削減される、高度に一体化されたデバイスを得ることができる。
【００４１】
このような２つの積層型のデバイスについて、両方の導波路で異なる導波路層を使用することが可能である。このことはたとえば、第１のデバイスには過剰補償される温度応答性ＴＫをもたせるとともに、第２のデバイスには補償されないＴＫをもたせることを可能にし、その場合、第２のデバイスは中心周波数ＴＣＦの負の温度係数を有することになる。導波路と電極を最適化することで、両方のデバイスで温度に起因して生じる差異を、ゼロ値を中心として対称に調整することが可能であり、その結果、両方のデバイスが適当に配線されていれば、完全に補償がなされる複合型デバイスが得られる。
【００４２】
次に、実施例およびこれに対応する図面を参照しながら、本発明について詳しく説明する。各図面は模式的なものであり、寸法に忠実に作成されてはおらず、したがって実際の大きさの関係を反映するものでもない。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１Ａ】インターディジタル電極ないし平坦な電極を備えるマイクロ音響デバイスの単純な実施形態を示す断面図である。
【図１Ｂ】インターディジタル電極ないし平坦な電極を備えるマイクロ音響デバイスの単純な実施形態を示す断面図である。
【図２】圧電層の上に装着されたインターディジタル電極と、第２の外套層を含む導波路とを備えるデバイスを示す断面図である。
【図３】図２に類似するデバイスを示す断面図であるが、インターディジタル電極は基板に沈降している。
【図４】電極が基板へ部分的に沈降している態様である。
【図５】導波路層が電極の輪郭に追随しているデバイスを示す断面図である。
【図６】第２の外套層を共同で利用する２つのＧＢＡＷデバイスからなる積層型デバイスを示す断面図である。
【図７】導波路が共振器と基板の間の音響ミラーの一部であるＢＡＷ共振器を示す断面図である。
【図８】対照構造と、５つの異なる実施例とについてシミュレーションされたＴＣＦである。
【図９】さらに別の５つのシミュレーションされた実施例についてのＴＣＦである。
【図１０】対照例に基づく導波路への波のシミュレーションされた浸透深さである。
【図１１】実施例Ｖ６に基づく導波路への波のシミュレーションされた浸透深さである。
【図１２】実施例ＶＥに基づく導波路への波のシミュレーションされた浸透深さである。
【発明を実施するための形態】
【００４４】
図１Ａは、単純に構成された導波路を備えるマイクロ音響デバイスの模式的な断面図を部分的に示している。この導波路は、第１の外套層Ｍ１と、その上に配置された導波路層ＷＬとを含んでいる。第１の外套層は圧電層または圧電基板である。音響波を励起するために、第１の外套層Ｍ１と導波路層ＷＬとの間には、インターディジタル式に製作された電極Ｅ１が配置されている。このマイクロ音響デバイスは、たとえばニオブ酸リチウム基板またはタンタル酸リチウム基板の上のＳＡＷデバイスである。導波路層ＷＬは、主成分が中心周波数の負の温度係数をもつ材料である、ガラス状の材料を含んでいる。
【００４５】
図１Ｂは、導波路を備えた別のマイクロ音響デバイスを、模式的な断面図として部分的に示している。このデバイスは、第１の外套層Ｍ１と、導波路層ＷＬと、導波路層ＷＬの上に平坦に塗布（形成）された第１の電極Ｅ１とを含んでいる。音響波の生成は、図１Ｂには示さない共振器によって可能となり、その第１の電極が電極Ｅ１である。このような共振器は、圧電材料またはその他の誘電性結晶をベースとして構成されていてよい。
【００４６】
図２は、導波路ＷＬが第２の外套層Ｍ２で追加的に覆われている、図１Ａに対応するマイクロ音響デバイスを模式的な断面図として部分的に示している。第１の電極Ｅ１はインターディジタル式に構成されており、圧電層または圧電基板として構成された第１の外套層Ｍ１の上に配置されている。第２の外套層Ｍ２の材料は、通常、第１の外套層Ｍ１の材料とは相違しているが、第２の外套層の内部での音響速度が導波路層ＷＬよりも高いという条件にしたがうにすぎない。図１から図３に示す実施例の第１の外套層Ｍ１の内部でも、第１の外套層の内部での音響波の速度は導波路層ＷＬよりも高い。
【００４７】
図３は、図２に示すものに類似して構成されているが、第１の電極Ｅ１が第１の外套層Ｍ１に沈降しており、その結果、インターディジタル式の第１の電極Ｅ１と第１の外套層Ｍ１とが共通の平坦な平面を形成し、その上に導波路層ＷＬが配置されている、別のマイクロ音響デバイスの模式的な断面図を部分的に示している。
【００４８】
図４は、インターディジタル式に構成された第１の電極層Ｅ１が部分的にのみ第１の外套層Ｍ１に埋め込まれた、上記のようなマイクロ音響デバイスの実施形態の別の変形例を示している。
【００４９】
図５は、ＳＡＷデバイスの模式的な断面図を部分的に示している。ここではインターディジタル式の第１の電極Ｅ１は、圧電基板である外套層Ｍ１の上に配置されている。導波路層ＷＬは等方性の方法により表面適合的に析出されており、したがって、インターディジタル式の第１の電極Ｅ１の輪郭に追随している。このような導波路層ＷＬの構成は、インターディジタル式の第１の電極Ｅ１の電極フィンガの上に、側方エッジのところで反射を行うことができる導波路層ＷＬからなるメサ構造が形成されるという利点がある。このことは、導波路層ＷＬの塗布によって低減された、第１の電極Ｅ１の反射性を高める。このように、第１の電極Ｅ１の電極フィンガでの反射と、導波路層ＷＬのメサ状の構造のエッジでの反射とが一緒に作用して、音響波の全体的反射を生成する。導波路層ＷＬの内部での第１の電極Ｅ１の反射は、導波路層を備えていない電極に比べて低減される。一方の電極と、他方の導波路層ＷＬないし空気もしくは真空との間の波の速度差が、前述した第１のケースについては大幅に高いからである。
【００５０】
構造化された図５の導波路層ＷＬの上に、第２の外套層を析出することができる。
【００５１】
しかしながら、導波路層ＷＬを機械式の研削または平坦化エッチングプロセスによって剥離し、一方では導波路層の平坦な表面が生じ、また他方では当該表面で第１の電極層Ｅ１の上面が露出して、これらの上面が残りの導波路層ＷＬとともに共通の平坦な表面を形成するようにすることも可能である。
【００５２】
本発明の別の実施形態では、導波路層ＷＬの表面のトポグラフィを事後的な構造化およびその他の方策によって構成することができる。その場合、導波路層ＷＬの表面における隆起部の周期、相対的なフィンガ幅、エッジ角ないしエッジ形状がさまざまに変えられる。
【００５３】
さらに、金属被覆層すなわち電極フィンガそのもののエッジ角を変えることで、導波路層ＷＬの改善された層析出および特により良いエッジ被覆が可能であることが見出されている。公知の導波路層では、一定の層厚を超えると亀裂を生じる傾向が著しく強まるのに対し、９０°とは異なる金属被覆のエッジ角により、およびこれに伴う当該エッジ角にしたがう導波路層ＷＬのトポグラフィにより対処が行われ、そのようにして亀裂が回避される。たとえば７５°傾いて傾斜したエッジ角をもつ電極構造の上の導波路層ＷＬは、通常の９０°のエッジ角をもつ同じ厚みの層よりも明らかに少ない亀裂を示す。別案として、９０°よりも小さい電極フィンガのエッジ角により、導波路層ＷＬの層厚を高めてＴＣＦの補償を改善することができ、その際にいっそう多くの亀裂を生じることがない。
【００５４】
図６は、積層型のＧＢＡＷデバイスの模式的な断面図を部分的に示している。そのひとつは、たとえば図２に準じて構成され、第１の外套層Ｍ１と、外套層の上の第１の電極層Ｅ１と、導波路層ＷＬ１と、第２の外套層Ｍ２とを有し、これらが共同で導波路ＷＧ１を形成する第１のＧＢＡＷデバイスである。第１の外套層Ｍ１は、ＧＢＡＷデバイスの圧電基板ないし圧電層によって構成される。第２の外套層Ｍ２の上に、第２の導波路層ＷＬ２が構成されており、その上に第３の外套層Ｍ３が配置されている。第２の導波路層ＷＬ２と第３の外套層Ｍ３との間には、好ましくは第３の外套層Ｍ３の平坦な表面に、第２の電極Ｅ２が配置されている。
【００５５】
そして第２のＧＢＡＷデバイスは、第２の外套層Ｍ２を第１の導波路ＷＧ１と共同で利用する、第２の導波路ＷＧ２を含んでいる。このデバイスは、第２の外套層Ｍ２に対して対称に構成されていてよい。しかしながら、両方の導波路をそれぞれ異なる材料または異なる特性で構成することも可能である。特に第１および第２のＧＢＡＷデバイスは、中心周波数、導波路層ＷＬの材料、ならびに層厚もしくは電極材料に関して相違していてよい。特に、第２の導波路層ＷＬ２を、第１の導波路層ＷＬ１とは異なる中心周波数の温度係数で構成することが可能である。第１および第２のデバイスを相互に配線することも可能である。
【００５６】
図７は、ＢＡＷ共振器として構成されたマイクロ音響デバイスを模式的な断面図として部分的に示している。このデバイスは、支持体としての役目をする基板ＳＵの上に配置されている。この基板は、機械的に強固な好ましくは結晶として構成された材料を含んでおり、特に、結晶シリコンのような半導体を含んでいる。しかしながら、これ以外の基板材料も可能である。
【００５７】
基板ＳＵの上には、まず最初に、音響インピーダンスが比較的高い層と比較的低い層とを交互に含む音響ミラーＡＳが構成されている。ミラー作用のためには、少なくとも１組のこのような高インピーダンス層と低インピーダンス層が必要であり、その厚みは、通常、反射されるべき波長のおよそ４分の１である。本例では音響ミラーＡＳは、第２の外套層Ｍ２と、導波路層ＷＬ１と、第１の外套層Ｍ１とで構成された導波路を含んでいる。第１の導波路層ＷＬ１はガラスとして構成されており、デバイスの周波数の温度係数（ＴＣＦ）を改善する材料を主成分として含んでいる。両方の外套層Ｍ１およびＭ２は、導波路層ＷＬ１に比べて、音響波の高い波速度を有している。導波路の直接上に、平坦に構成された第１の電極Ｅ１と、圧電層ＰＬと、平坦に構成された第２の電極Ｅ２とを含む共振器そのものが配置されている。
【００５８】
圧電層ＰＬの層厚は波長のほぼ半分であり、もしくはその奇数倍である。
【００５９】
基板と第２の外套層Ｍ２の間には、比較的高い音響インピーダンスと比較的低い音響インピーダンスをもつ別の組のミラー層を形成して音響ミラーＡＳを完全なものにする、別の層が配置されていてよい。音響ミラーＡＳの反射作用は、層を追加するごとに改善されていく。しかしながらそれと同時に、音響ミラーにより反射される波の帯域幅は縮まっていく。
【００６０】
次に、酸化ゲルマニウム含有の導波路層を含む導波路の補償作用について、ＧＢＡＷデバイスのさまざまな実施形態についてのシミュレーション計算を用いて検討する。前提とするのは、追加的に第２の外套層Ｍ２として誘電体層が配置されている図２のＧＢＡＷ構造である。実施例Ｖ１からＶ６のための第１の外套層Ｍ１としては、Ｘ伝播と１５°のカット角とを有し、以下においてＬＮ１５と呼ぶ、Ｙ回転形ニオブ酸リチウム基板からなる圧電性のＬＮ１５ｒｏｔＹＸ基板を用いている。すべての実施例Ｖ１からＶ６は、第１の電極Ｅ１として、１．６４μｍのピッチと０．６の金属被覆比率ηで装着されたインターディジタル電極を含んでいる。ここで実施例Ｖ１は対照としての役目を果たすものであり、電極金属として厚さ２３０ｎｍの金を含んでおり、これは約７％の相対的な金属被覆高さにほぼ相当する。対照例Ｖ１にはないが、その代わりに以後のすべての実施例において導波路層ＷＬに相当する重い電極を取り囲む層は、ＰＶＤ二酸化ケイ素として構成されており、８００ｎｍの厚みを有している。その上に、４．５μｍのＰＥＣＶＤ−ＳｉＯ２で形成された第２の外套層Ｍ２が設けられている。
【００６１】
実施例Ｖ２が対照実験Ｖ１と相違するのは、ＰＶＤ二酸化ケイ素を二酸化ゲルマニウムガラスで置き換えることで、導波路層ＷＬが実際に構成されていることによる。それにより、数多くの利点をもたらす全面的に新規の特性が得られる。公知のＰＶＤＳｉＯ２を使用したケースでは、波は圧電誘電体との境界面のところに局在化され、これは重い電極の使用時には不可避であり、このことは、たとえば上に述べたような欠点を引き起こす。それに対して二酸化ゲルマニウム含有のガラスを使用すると、波はこの層によってのみ伝播される。その結果として、特に改善されたトリミング可能性、温度補償、より良い出力適合性といった利点が得られる。
【００６２】
導波の役目ないし境界面に波を結合する役目を電極が担わなくてよくなるので、電極をこれに関わりなく他の特性に関して、たとえば導電率や出力適合性に関して、最適化することができる。Ｖ２に比べて実験Ｖ３では、第１の電極Ｅ１の金属が銅で置き換えられている。実施例Ｖ４では、第１の電極層Ｅ１の厚みが１１５ｎｍに減らされている。実施例Ｖ５では、銅電極の厚みが３３０ｎｍに増やされている。二酸化ゲルマニウムガラスからなる導波路層ＷＬの厚みは、１０００ｎｍに増やされている。Ｖ６の実施例では、第１の電極層（Ｃｕ）の厚みが３００ｎｍに減らされている。各実験Ｖ（ｘ）のその他のすべてのパラメータは、それぞれ先行する実験Ｖ（ｘ−１）のパラメータと同じに選択されている。
【００６３】
図８は、このようなＧＢＡＷデバイスについてシミュレーションないし算出された中心周波数の温度係数ＴＣＦを示しており、実験Ｖ１からＶ６についてプロットされている。実験Ｖ４を除き、本発明に基づくすべての実施例（Ｖ２，Ｖ３，Ｖ５およびＶ６）が、ＳｉＯ２からなる公知の導波路を備えるＧＢＡＷデバイスに比べて相応に改善された、好ましく小さいＴＣＦを有していることが明らかである。Ｖ４は、特定の回路では利点となり得る過剰補償の可能性さえ示している。Ｖ３，Ｖ５およびＶ６の実施例はゼロに近いＴＣＦを有している。それにより、ほぼゼロのＴＣＦを高い帯域幅と組み合わせる構造が初めて見出されている。
【００６４】
図９は、５つの別の実施例ＶＡ，ＶＢ，ＶＣ，ＶＤおよびＶＥについてシミュレーションされたＴＣＦをグラフ図として示している。ＶＡでは、ＬＮ１５基板の上に金からなる第１の電極層が２３０ｎｍの厚で塗布（形成）されており、これは相対的な金属被覆高さの約７％に相当している。導波路層としては、厚さ１３００ｎｍの二酸化ゲルマニウムガラス層が用いられている。第２の外套層として、４．５μｍのＰＥＣＶＤ二酸化ケイ素が塗布（形成）されている。実験ＶＢでは、金電極の厚みが１１５ｎｍに減らされる。二酸化ゲルマニウムガラスからなる導波路層の厚みも、８００ｎｍに減らされる。
【００６５】
実施例ＶＣでは、０°のカット角をもつニオブ酸リチウム基板が使用され、以下においてはこれをＬＮ０と表記する。その他のパラメータは、実施例ＶＢと同じに選択されている。
【００６６】
実施例ＶＤでは、実施例ＶＣに比べて、電極材料としてアルミニウムが選択されるとともに、第１の電極が２３０ｎｍの厚みで塗布（形成）される。導波路層としては、８００ｎｍの厚みの二酸化ゲルマニウムガラスが用いられる。
【００６７】
実施例ＶＥでは、電極材料として厚さ１００ｎｍのアルミニウムが選択され、これはＡｌ２Ｏ３からなる薄いパッシベーション層を備えている。それと同時に、導波路層ＷＬの厚みが８７５ｎｍに増やされ、金属被覆の厚みηが０．３に減らされる。
【００６８】
実験ＶＡからＶＥにおいても、二酸化ゲルマニウム含有の導波路により、ＴＣＦの非常に良好な補償がＧＢＡＷデバイスで得られることが明らかである。実験ＶＤを例外として、ＴＣＦ値のシミュレーションはゼロの近傍を表しており、このことはほぼ完全に補償されたＴＣＦに相当している。実験ＶＥは、軽い電極によって良好なＴＫ補償を実現でき、ＴＫ過剰補償でさえも実現できることを示している。
【００６９】
本発明による導波路構造の良好な導波路特性は、導波路の個々の原子の偏位の強さを導波路の深さに対してプロットしたシミュレーションから明らかとなる。ここで深さゼロとしては圧電基板の表面が選択され、ないしは、第２の外套層と電極層との間の境界面が選択される。このとき偏位の最大値は波の中心に相当しており、それぞれの導波路内での波の相対的な局在化を表している。
【００７０】
図１０は、対照実験Ｖ１に基づく導波路への波の浸透深さを示している。導波路の個々の層の間の境界面が明記されている。上側の第１の外套層の上方には、真空が想定されている。ここで波は重いＡｕ電極の上側領域に局在化しており、電極よりも上方の層では導波路特性がほぼ存在していないことが明らかである。
【００７１】
それに対して図１１は、実験Ｖ６に基づく導波路への波の浸透深さを示している。ここでは波は導波路層の中央部に局在化していることが明らかである。Ｖ６では、電極は比較的重いＣｕでできている。それにより、酸化ゲルマニウムを含む導波路の改善された導波が表れている。波が導波路層の中へ明らかに引き込まれているからである。
【００７２】
図１２は、実験ＶＥに基づく導波路への波の浸透深さを示している。ここでは比較的軽くて比較的薄いＡｌ電極が使用されているが、この場合にも最大の偏位は、事実上、酸化ゲルマニウムを含む導波路層の中央部で起こっている。第１の外套層としては酸化アルミニウムが選択されている。
【００７３】
改善された導波との関連における改善されたＴＣＦ補償は、ＧＢＡＷデバイスについては、各実施例および図８から図１２に示すように証明される。二酸化ゲルマニウムガラスと適当な導波路層とを備えるＳＡＷデバイス、ＢＡＷ共振器、およびその他のマイクロ音響デバイスについても、これに準ずる結果が予想される。したがって本発明はこれらの実施例に限定されるものではなく、ガラス状の導波路層を含み、特に二酸化ゲルマニウムガラス含有のガラス、またはメタリン酸亜鉛もしくはカルコゲナイドからなるガラスでできた導波路を備える、あらゆるデバイスを包含するものである。
【符号の説明】
【００７４】
ＷＬ，ＷＬ１，ＷＬ２ 導波路層
ＶＬ 導波路層における波速度
Ｍ１ 第１の外套層
ＶＭ１ 第１の外套層における波速度
ＰＳ 圧電層または圧電基板
Ｍ２ 第２の外套層
ＶＭ２ 波速度
ＡＳ 音響ミラー
ＰＬ 圧電層
ＷＧ１，ＷＧ２ 導波路
ＭＬ３ 第３の外套層
ＳＵ 基板
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導波路層およびこれに隣接する外套層を有するマイクロ音響デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
たとえばＳＡＷデバイス（ＳＡＷ＝ｓｕｒｆａｃｅ ａｃｏｕｓｔｉｃ ｗａｖｅ）のように音響波により作動するデバイスの周波数規定特性は、多くの場合、温度に対する依存性を示す。たとえばＳＡＷデバイスの中心周波数の温度係数（ＴＣＦ）は、典型的にはたとえば４０ｐｐｍ／Ｋである。その理由は、温度が上昇すると通常は基板の熱膨張が起こり、それがインターディジタル式のコンバータ構造で電極間隔の拡大につながることにある。この間隔は、コンバータおよびこれに伴ってＳＡＷデバイスの中心周波数を規定するので、それによって波長も長くなり、中心周波数が下がっていく。しかし熱膨張とは音速の変化も結びついている。温度につれて圧電材料の特性も変化するからである。これに加えて、通常用いられる大半の圧電性ウェーハ材料は強い異方性を示すとともに、その特性の結晶軸依存的な温度応答性を有している。
【０００３】
特許文献１には、特に共振周波数の温度応答性を低減するため（ＴＫ補償）のさまざまな方策を組み合わせた、音響波により作動するデバイスが提案されている。このデバイスは上面に導電性のデバイス構造を有するとともに、下面に補償層を有しており、この補償層は、機械的な張力が発生するように、または温度変化が生じたときに生成されるように、基板と結合されている。デバイス構造の上には、比較的厚いＳｉＯ２層が配置されている。この解決法の欠点は、必要な電極の反射率が重い電極によってしか得られないことにある。温度応答性補償をする方策をこのように組み合わせた場合でさえ、完全なＴＫ補償は実現することができない。
【０００４】
マイクロ音響デバイスでは、厚い電極または重い電極によって、たとえばアルミニウムよりも重い金属によって、改善された音波の導波を実現することができる。しかしそれに適した金属は、中心周波数の温度係数（ＴＣＦ）を上昇させ、そのようにして全体的にＴＣＦを上昇させるという欠点を有している。厚い電極を製造するときには、特性の広いばらつきが生じる。しかもこのような電極は高い反射性を示し、被覆層でコーティングするのが困難であり、その場合、被覆層がキャビティを内包する傾向があり（空孔形成）、平坦化するのも難しい。これまでに知られている構造では、重い電極は圧電材料との境界面に音響波エネルギーを結合する。それによって著しく高い割合の音響エネルギーがこの電極内に存在し、このことは出力適合性における問題につながる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第７５８９４５２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の課題は、周波数の温度係数および／または導波路特性に関して改良された、導波路層およびこれに隣接する外套層を有するマイクロ音響デバイスを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この課題は、請求項１の構成要件を備えるマイクロ音響デバイスによって解決される。本発明の好ましい実施形態は、その他の請求項から明らかとなる。
【０００８】
このマイクロ音響デバイスは、第１の音響波速度ＶＬをもつ導波路層を含む導波路を有している。導波路層に直接隣接して、第２の音響波速度ＶＭ１を有する第１の外套層が配置されている。導波路層で音響波を励起するために、電極が設けられている。音響波を導波路層の内部で導波するために、波速度について式ＶＬ＜ＶＭ１が成り立つ。導波路層は、異常熱機械挙動を有する材料を成分の１つとして有するガラスを含んでいる。
【０００９】
異常熱機械挙動をもつ一連の材料が知られているが、そのうち、これまでは結晶質の、非晶質の、またはガラス状のＳｉＯ２だけがマイクロ音響デバイスで適用されている。そこで、異常熱機械特性を有し、ガラス状の態種で使用することができる、または導波路の導波路層としての役目をするガラスに埋設することができる、新たな材料が提案される。このような材料により、温度に起因する周波数シフトが部分的または全面的に補償されるマイクロ音響デバイスを得ることができる。
【００１０】
二酸化ゲルマニウム、カルコゲナイドガラス、またはメタリン酸亜鉛を成分として含む導波路層が提案される。このような新規の材料は、導波路層の導波路特性を改変し、特に最適化することを可能にする。温度補償と改善された導波路特性とを有する導波路層は、導波路層の熱機械挙動に関わりなく、中心周波数の温度係数が改善されたマイクロ音響デバイスをもたらす。改善された導波路では高い波割合が導波路の内部で伝搬し、その結果、その熱機械特性が、劣った導波路の場合よりも強く音響波に影響を及ぼすからである。
【００１１】
第１の外套層は、圧電層または圧電基板であるのが好ましい。圧電層は非圧電基板の上に、特に結晶質の基板の上に、特に半導体基板の上に塗布されていてよい。圧電基板は圧電結晶であるのが好ましく、ないしは、圧電単結晶から断裁されたウェーハであるのが好ましい。
【００１２】
中心周波数の温度定数の補償効果が改善された導波路層は、たとえば二酸化ゲルマニウムを主成分として含んでいる。二酸化ゲルマニウムをベースとするガラスは、これまで補償層として知られてきた二酸化ケイ素層よりも高い密度を有しており、したがって、外套層ないし圧電基板における高い質量負荷につながる。高い質量負荷は、圧電基板または圧電層の上の導波路の導波路特性にとって、高い質量負荷が圧電基板または圧電層の表面で音響波の、特に音響せん断波の、改善された導波を引き起こし、せん断波が基板の容積部へ潜るのを防止するという意味で好ましい。導波路層が公知の導波路よりも高い質量負荷を生成する導波路は、波が伝搬するときの低い損失につながる。これに加えて材料内での音響波速度も、高い質量負荷によって低減される。外套層が変わらないとき、ないしは所与の外套層のとき、導波路および外套層の内部での音響波速度に関する高い差異は、改善された導波路特性につながる。
【００１３】
二酸化ゲルマニウム含有ガラスの薄い層により、ＳｉＯ２からなる導波路層と同じ導波路特性を具体化することができる。薄い層は製造のときに短いプロセス時間しか必要とせず、したがって、特に層厚均等性や層厚管理に関して少ない生産変動を示す。
【００１４】
改善された導波路特性により、薄くて軽い電極の使用も有意義に可能となる。それにより、厚い電極および／または重い電極によって従来は甘受せざるを得なかったあらゆる問題が回避される。改善された導波により、およびゲルマニウム含有のガラス層を厚く構成することが可能なことにより、ＳｉＯ２導波路層で従来実現されてきたＴＫ補償よりも明らかに良好である強力なＴＫ補償が可能である。１つの実施形態では、導波路層は酸化ゲルマニウム含有のガラスを含んでいる。二酸化ゲルマニウムは優れたガラス形成剤であり、ガラスの状態を構成するためにいかなる添加物も必要としない。しかしながら、特にガラスの流動特性および溶融特性を規定ないし改質するガラス形成剤および／またはその他の通常のガラス添加物を含んでいるガラスを、導波路層が含んでいることも可能である。二酸化ゲルマニウム含有のガラスまたは主成分が正常熱機械挙動をもつ材料を含んでいるその他のガラスのための、このようなガラス形成剤および／またはガラス添加物は、たとえば、Ｂ２Ｏ３，ＳｉＯ２，Ｐ２Ｏ５，Ａｓ２Ｏ３，Ｓｂ２Ｏ３，Ｉｎ２Ｏ３，Ｓｎ２Ｏ３，ＰｂＯ２、Ｌｉ２Ｏ，ＣａＯ，Ｎａ２Ｏ，Ｋ２Ｏ，ＭｇＯ，Ｒｂ２Ｏ，Ｃｓ２Ｏ，ＳｒＯ，ＴｅＯ２，ＳｅＯ２，ＭｏＯ２，ＷＯ３，ＢｉＯ３，Ａｌ２Ｏ３，ＢａＯ，Ｖ２ＯおよびＳＯ３から選択される。
【００１５】
１つの実施形態では、導波路層は主成分としてカルコゲナイドまたはメタリン酸亜鉛を含んでいる。これら両方の材料により、導波路層として使用したときにＳｉＯ２に比べて高い質量負荷を生起するガラスを得ることができる。それと同時に、カルコゲナイドガラスやメタリン酸亜鉛ガラスは異常熱機械挙動をもつ材料である。このことは、それがマイクロ音響デバイスで使用されたときに中心周波数の正の温度係数を有しており、そのようにして、マイクロ音響デバイスの温度に起因する周波数ドリフトの補償を惹起することを意味している。
【００１６】
デバイスの別の実施形態では、導波路層が第１の外套層と第２の外套層の間に埋設されることによって導波路が改良される。第２の外套層の波速度ＶＭ２については、第１の外套層内部における波速度についてと同様に、導波路層における波速度ＶＬよりも早い。このように両側で外套層により仕切られた導波路では、改善された導波が行われる。導波路層が（第１の）外套層に対して１つの境界面しか有しておらず、他方の境界面が空気または真空を有している導波路に比べて、このような３つの層を含むサンドイッチ状の導波路は、導波路に作用する外部要因に対して低い感度を有している。導波路層そのものに対する機械的な作用は、導波の変化や導波路の漏れにつながる可能性がある。このことは、導波路層を両側で仕切る２つの外套層によって防止される。
【００１７】
改善された導波により、薄いことによって軽い電極をマイクロ音響デバイスで使用することが可能である。このような電極は、通常、圧電基板ないし圧電層に直接的に接触するように配置され、すなわち第１の外套層と導波路層との間にある。
【００１８】
本発明による３層の導波路層を備えるデバイスは、導波路の特性を損なうことなく、限定されない数の別の層を導波路に配置することを可能にする。特に、別の導波路を第１の導波路の上に配置して、別のフィルタを構成するためにこれを利用することが可能である。それにより、両方の個別フィルタがそれぞれ温度補償される積層フィルタが得られる。
【００１９】
第２の外套層については、これに適した材料の選択肢は第１の外套層についてよりも広いので、マイクロ音響デバイスの特性をいっそう改善する別の任意の誘電体を適用することができる。このような別の誘電体を備える構造は、改善されたトリミング可能性を有することができる。導波路層の導波に基づき、導波路層と第２の外套層の間の境界層にいっそう多くの波エネルギーが存在するからである。このことは特に、第１の外套層との導波路層の境界層へ、重い電極を用いて波結合をすることとの主要な相違点である。それにより、いっそう正確なトリミングプロセスが可能であり、これを利用して、周波数を特定の値に合わせてより良好に調節することができる。第２の外套層の材料は、導波路層と第２の外套層との間の音響波の速度飛躍が、第１の外套層と導波路層との間よりも大きくなるように選択することができる。しかしながらこの状況が逆になっていてもよい。
【００２０】
第２の外套層は、ＤＬＣ（Ｄｉａｍｏｎｄ Ｌｉｋｅ Ｃａｒｂｏｎ），ＳｉＯｘＮｙ，ＢＮ，ａ−ＣＨ，Ｇｅ，Ｓｉ，ＴｉＯ２，ＷＣ，ＡｌＮ，ＺｎＯ，ＳｉＮ，Ａｌ２Ｏ３、およびＳｉＯ２から選択された材料を主成分として含むことができる。
【００２１】
このような選択の自由度により、第２の外套層に幅広い範囲の特性を与え、ないしは、希望する特性に応じて外套層を選択することが可能である。
【００２２】
１つの好ましい実施形態では、第１の外套層は、ＬｉＮｂＯ３，ＫＮｂＯ３，ＮａＮｂＯ３，ＬｉＴａＯ３，石英、ＺｎＯ，ＡｌＮ，ＳｃＡｌＮ，ＬｉＢ４Ｏ７，ＧａＰＯ４，ランガサイト、ランガナイト、ランガテイトＰＺＴ（ジルコン酸チタン酸鉛）、およびＲＥＣＯＢ（ＲＥのオキソホウ酸カルシウム）から選択された圧電材料であり、このときＲＥは希土類の１つの元素または複数の元素からなる混合物である。
【００２３】
ランガサイト（ＬＧＳ＝Ｌａ３Ｇａ５ＳｉＯ１４）、ランガナイト（ＬＧＮ＝Ｌａ３Ｇａ５．５Ｎｂ０．５Ｏ１４）、ランガテイト（ＬＧＴ＝Ｌａ３Ｇａ５．５Ｔａ０．５Ｏ１４）の系統の他、これら３つの系統からなる混合結晶も適している。その例は、ＣＮＧＳ（＝Ｃａ３ＮｂＧａ３Ｓｉ２Ｏ１４）、ＣＴＧＳ（＝Ｃａ３ＴａＧａ３Ｓｉ２Ｏ１４）、ＳＮＧＳ（＝Ｓｒ３ＮｂＧａ３Ｓｉ２Ｏ１４）、ＳＴＧＳ（＝Ｓｒ３ＴａＧａ３Ｓｉ２Ｏ１４）、ＮＧＳ（＝Ｎｄ３Ｇａ５ＳｉＯ１４）、ＬＧＡＳ（＝Ｌａ３ＡｌｘＧａ５−ｘＳｉＯ１４）このとき１≦ｘ≦０、ＳＧＧ（＝Ｓｒ３Ｇａ２ＧｅＯ１４）、ＮＣＧ（＝Ｎａ２ＣａＧｅ６Ｏ１４）、ＲＥＧＳ（このときＲＥは希土類の元素であり、たとえばＰＧＳ＝Ｐｒ３Ｇａ５ＳｉＯ１４ではＰｒ）、およびＢＴＧＳ（Ｂａ３ＴａＧａ３Ｓｉ２Ｏ１４）などである。ＰＺＴについても、鉛、ジルコニウム、またはチタンが相応の置換元素で置き換えられた、置換された同系統の化合物が適している。
【００２４】
圧電層を含んでいる第２の外套層は、支持基板の上に塗布されていてよい。この支持基板と圧電層の間に１つまたは複数の中間層を配置することも可能である。このような中間層は特に誘電性層であり、圧電層と支持基板の間のより良い付着のため、圧電層のより良い成長のため、または拡散遮蔽層としてのバリア作用のために利用される。
【００２５】
マイクロ音響デバイスの電極は、特に、ＢＡＷデバイス用として適用されているような平坦な電極であってよい。あるいは電極は、ＳＡＷデバイスやＧＢＡＷデバイスで用いることができるインターディジタル電極であってもよい。
【００２６】
電極は少なくとも１つの導電性材料を含んでおり、特に金属または合金を含んでおり、その成分はたとえばＡｌ，Ｃｕ，Ａｕ，Ａｇ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ｗ，Ｎｉ，Ｍｏ，Ｎｂ，Ｖ，Ｔｉ，Ｃｒ，Ｍｇ，Ｆｅ，Ｉｒ，Ｒｕ，Ｒａ，Ｏｓ，および特にポリＳｉやポリＧｅのような高ドーピング半導体から選択されていてよい。
【００２７】
電極は統一された層で構成することができる。電極を多層で製作することも可能であり、このとき異なる層は、異なる導電性材料と異なる層厚を有することができる。
【００２８】
テクノロジー（ＳＡＷ，ＢＡＷ，ＧＢＡＷ）には関わりなく、提案されるデバイスはフィルタ、デュプレクサ、共振器、センサ、共振器フィルタ、モジュール、帯域消去フィルタ、またはノッチフィルタとして構成されていてよい。
【００２９】
このデバイスは、圧電材料をベースとするのではない、あるいはそのようなものを含むのではない、マイクロ音響デバイスであってもよい。マイクロ音響デバイスは、たとえばシリコンマイクロ共振器であってもよく、すなわち誘電性の共振器であってもよい。このような誘電性の共振器は、たとえば電極でコーティングされた誘電性材料、特に結晶でできている。半導体も誘電性の共振器に適している。
【００３０】
導波路層を備えるマイクロ音響デバイスは、インターディジタル電極が少なくとも部分的に導波路層に埋設されたＳＡＷデバイスであってもよい。この場合、インターディジタル電極の表面が導波路層とともに平坦な表面を形成することが可能である。
【００３１】
電極は、下に配置された外套層に構成されたメサ構造の上に配置されていてもよい。このときインターディジタル電極のそれぞれの電極フィンガの間では、圧電材料ないし第１の外套層の材料が所与の深さまで除去される。このときインターディジタル電極の電極フィンガとメサ構造は、共通のエッジを形成する。そして導波路層は外套層の上で、電極が少なくとも部分的に埋設される程度の高さを有している。このような構成により、インターディジタル電極の反射性を、たとえば上記の深さを通じて特定の値に調整し、導波路層の全体的特性を最適化することが可能である。
【００３２】
インターディジタル電極を第１の外套層の中に沈降させ、たとえば第１の外套層の溝の底面に配置することも可能である。第１の外套層とインターディジタル電極は共同で平坦な表面を生じさせ、その上に導波路層が配置される。あるいは、電極の上の残りの溝が導波路層で充填されており、これがさらに追加的に外套層の表面全体を覆っていることも考えられる。さらに、インターディジタル電極がたとえば部分的にのみ第１の外套層に沈降している、これらの実施形態の混合形態も可能である。
【００３３】
さらに別の選択肢の要諦は、電極を第１の外套層の表面の上で間隔をおいて配置し、これをすべての側で導波路層により取り囲んで、全面的にその中に埋設されるようにすることにある。
【００３４】
デバイスはＢＡＷ共振器として構成されていてよい。その場合、１つの実施形態では導波路層は、ＢＡＷ共振器の基板と共振器の底面電極との間に配置される。そして底面電極は、導波路の第２の外套層を形成することができる。
【００３５】
導波路は、第１の外套層と、導波路層と、第２の外套層とからなるサンドイッチとして構成されていてよく、基板とＢＡＷ共振器の底面電極との間に配置される音響ミラーの一部を形成する。音響ミラーは、通常、相対的に高い音響インピーダンスと相対的に低い音響インピーダンスとを交互に有する層を含んでいる。このようにして、インピーダンス飛躍を有する境界面がリフレクタとして機能し、その結果、層厚が適当に選択されていれば、反射されるさまざまな波割合の干渉によって、特定の周波数の消去を行うことができる。音響ミラーの部分層は、消去されるべき波の波長のおよそ４分の１の厚みを有しているのが好ましい。
【００３６】
音響ミラーに一体化可能な導波路では、インピーダンス差が大きいことを踏まえた上で、外套層と導波路層とが選択される。
【００３７】
１つの好ましい構造では、導波路層はＧＢＡＷデバイスの一部である。ガイド音響体積波により作動するこのようなデバイスは、少なくとも一番上の層として圧電層を有している第１の基板の上に構成される。第１の基板は圧電結晶であってもよい。圧電層または圧電結晶は、第１の外套層としての役目を果たすことができる。第１の外套層の上には、平坦に構成されていてよい、またはＳＡＷデバイスの場合と同様にインターディジタル電極であってよい、電極が配置されている。
【００３８】
電極の上には、異常熱機械挙動を有する主成分をもつガラスを本発明に基づいて含む導波路層が配置されている。導波路層の層厚は、中心周波数で導波路の中を伝搬可能な波の波長の１−１００％、好ましくは５−５０％に相当していてよい。
【００３９】
ガラスを含む導波路層の上には、第２の外套層が配置されている。この第２の外套層は別の薄層であってよい。しかしながら、第２の基板を第２の外套層として利用することも可能である。この第２の基板は、適当な結合方法によって導波路層の上に装着され、これと結合されていてよい。しかしながら、少なくとも導波路層を含む層析出を、第２の基板の上で製作のために実施することも可能である。
【００４０】
ＧＢＡＷデバイスでは、第２の基板の上方に第２の導波路層、その上に別の電極、およびその上に第２の基板を装着することが可能であり、それにより、音響波により作動する第２のデバイスが具体化される。第２の音響デバイスの導波路と、第１のマイクロ音響デバイスの導波路は、第２の外套層を共通の外套層として利用する。このような実施形態は、時間と材料とコストを節減する。このようにして、スペースと容積の所要量が削減される、高度に一体化されたデバイスを得ることができる。
【００４１】
このような２つの積層型のデバイスについて、両方の導波路で異なる導波路層を使用することが可能である。このことはたとえば、第１のデバイスには過剰補償される温度応答性ＴＫをもたせるとともに、第２のデバイスには補償されないＴＫをもたせることを可能にし、その場合、第２のデバイスは中心周波数ＴＣＦの負の温度係数を有することになる。導波路と電極を最適化することで、両方のデバイスで温度に起因して生じる差異を、ゼロ値を中心として対称に調整することが可能であり、その結果、両方のデバイスが適当に配線されていれば、完全に補償がなされる複合型デバイスが得られる。
【００４２】
次に、実施例およびこれに対応する図面を参照しながら、本発明について詳しく説明する。各図面は模式的なものであり、寸法に忠実に作成されてはおらず、したがって実際の大きさの関係を反映するものでもない。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１Ａ】インターディジタル電極ないし平坦な電極を備えるマイクロ音響デバイスの単純な実施形態を示す断面図である。
【図１Ｂ】インターディジタル電極ないし平坦な電極を備えるマイクロ音響デバイスの単純な実施形態を示す断面図である。
【図２】圧電層の上に装着されたインターディジタル電極と、第２の外套層を含む導波路とを備えるデバイスを示す断面図である。
【図３】図２に類似するデバイスを示す断面図であるが、インターディジタル電極は基板に沈降している。
【図４】電極が基板へ部分的に沈降している態様である。
【図５】導波路層が電極の輪郭に追随しているデバイスを示す断面図である。
【図６】第２の外套層を共同で利用する２つのＧＢＡＷデバイスからなる積層型デバイスを示す断面図である。
【図７】導波路が共振器と基板の間の音響ミラーの一部であるＢＡＷ共振器を示す断面図である。
【図８】対照構造と、５つの異なる実施例とについてシミュレーションされたＴＣＦである。
【図９】さらに別の５つのシミュレーションされた実施例についてのＴＣＦである。
【図１０】対照例に基づく導波路への波のシミュレーションされた浸透深さである。
【図１１】実施例Ｖ６に基づく導波路への波のシミュレーションされた浸透深さである。
【図１２】実施例ＶＥに基づく導波路への波のシミュレーションされた浸透深さである。
【発明を実施するための形態】
【００４４】
図１Ａは、単純に構成された導波路を備えるマイクロ音響デバイスの模式的な断面図を部分的に示している。この導波路は、第１の外套層Ｍ１と、その上に配置された導波路層ＷＬとを含んでいる。第１の外套層は圧電層または圧電基板である。音響波を励起するために、第１の外套層Ｍ１と導波路層ＷＬとの間には、インターディジタル式に製作された電極Ｅ１が配置されている。このマイクロ音響デバイスは、たとえばニオブ酸リチウム基板またはタンタル酸リチウム基板の上のＳＡＷデバイスである。導波路層ＷＬは、主成分が中心周波数の負の温度係数をもつ材料である、ガラス状の材料を含んでいる。
【００４５】
図１Ｂは、導波路を備えた別のマイクロ音響デバイスを、模式的な断面図として部分的に示している。このデバイスは、第１の外套層Ｍ１と、導波路層ＷＬと、導波路層ＷＬの上に平坦に塗布（形成）された第１の電極Ｅ１とを含んでいる。音響波の生成は、図１Ｂには示さない共振器によって可能となり、その第１の電極が電極Ｅ１である。このような共振器は、圧電材料またはその他の誘電性結晶をベースとして構成されていてよい。
【００４６】
図２は、導波路ＷＬが第２の外套層Ｍ２で追加的に覆われている、図１Ａに対応するマイクロ音響デバイスを模式的な断面図として部分的に示している。第１の電極Ｅ１はインターディジタル式に構成されており、圧電層または圧電基板として構成された第１の外套層Ｍ１の上に配置されている。第２の外套層Ｍ２の材料は、通常、第１の外套層Ｍ１の材料とは相違しているが、第２の外套層の内部での音響速度が導波路層ＷＬよりも高いという条件にしたがうにすぎない。図１から図３に示す実施例の第１の外套層Ｍ１の内部でも、第１の外套層の内部での音響波の速度は導波路層ＷＬよりも高い。
【００４７】
図３は、図２に示すものに類似して構成されているが、第１の電極Ｅ１が第１の外套層Ｍ１に沈降しており、その結果、インターディジタル式の第１の電極Ｅ１と第１の外套層Ｍ１とが共通の平坦な平面を形成し、その上に導波路層ＷＬが配置されている、別のマイクロ音響デバイスの模式的な断面図を部分的に示している。
【００４８】
図４は、インターディジタル式に構成された第１の電極層Ｅ１が部分的にのみ第１の外套層Ｍ１に埋め込まれた、上記のようなマイクロ音響デバイスの実施形態の別の変形例を示している。
【００４９】
図５は、ＳＡＷデバイスの模式的な断面図を部分的に示している。ここではインターディジタル式の第１の電極Ｅ１は、圧電基板である外套層Ｍ１の上に配置されている。導波路層ＷＬは等方性の方法により表面適合的に析出されており、したがって、インターディジタル式の第１の電極Ｅ１の輪郭に追随している。このような導波路層ＷＬの構成は、インターディジタル式の第１の電極Ｅ１の電極フィンガの上に、側方エッジのところで反射を行うことができる導波路層ＷＬからなるメサ構造が形成されるという利点がある。このことは、導波路層ＷＬの塗布によって低減された、第１の電極Ｅ１の反射性を高める。このように、第１の電極Ｅ１の電極フィンガでの反射と、導波路層ＷＬのメサ状の構造のエッジでの反射とが一緒に作用して、音響波の全体的反射を生成する。導波路層ＷＬの内部での第１の電極Ｅ１の反射は、導波路層を備えていない電極に比べて低減される。一方の電極と、他方の導波路層ＷＬないし空気もしくは真空との間の波の速度差が、前述した第１のケースについては大幅に高いからである。
【００５０】
構造化された図５の導波路層ＷＬの上に、第２の外套層を析出することができる。
【００５１】
しかしながら、導波路層ＷＬを機械式の研削または平坦化エッチングプロセスによって剥離し、一方では導波路層の平坦な表面が生じ、また他方では当該表面で第１の電極層Ｅ１の上面が露出して、これらの上面が残りの導波路層ＷＬとともに共通の平坦な表面を形成するようにすることも可能である。
【００５２】
本発明の別の実施形態では、導波路層ＷＬの表面のトポグラフィを事後的な構造化およびその他の方策によって構成することができる。その場合、導波路層ＷＬの表面における隆起部の周期、相対的なフィンガ幅、エッジ角ないしエッジ形状がさまざまに変えられる。
【００５３】
さらに、金属被覆層すなわち電極フィンガそのもののエッジ角を変えることで、導波路層ＷＬの改善された層析出および特により良いエッジ被覆が可能であることが見出されている。公知の導波路層では、一定の層厚を超えると亀裂を生じる傾向が著しく強まるのに対し、９０°とは異なる金属被覆のエッジ角により、およびこれに伴う当該エッジ角にしたがう導波路層ＷＬのトポグラフィにより対処が行われ、そのようにして亀裂が回避される。たとえば７５°傾いて傾斜したエッジ角をもつ電極構造の上の導波路層ＷＬは、通常の９０°のエッジ角をもつ同じ厚みの層よりも明らかに少ない亀裂を示す。別案として、９０°よりも小さい電極フィンガのエッジ角により、導波路層ＷＬの層厚を高めてＴＣＦの補償を改善することができ、その際にいっそう多くの亀裂を生じることがない。
【００５４】
図６は、積層型のＧＢＡＷデバイスの模式的な断面図を部分的に示している。そのひとつは、たとえば図２に準じて構成され、第１の外套層Ｍ１と、外套層の上の第１の電極層Ｅ１と、導波路層ＷＬ１と、第２の外套層Ｍ２とを有し、これらが共同で導波路ＷＧ１を形成する第１のＧＢＡＷデバイスである。第１の外套層Ｍ１は、ＧＢＡＷデバイスの圧電基板ないし圧電層によって構成される。第２の外套層Ｍ２の上に、第２の導波路層ＷＬ２が構成されており、その上に第３の外套層Ｍ３が配置されている。第２の導波路層ＷＬ２と第３の外套層Ｍ３との間には、好ましくは第３の外套層Ｍ３の平坦な表面に、第２の電極Ｅ２が配置されている。
【００５５】
そして第２のＧＢＡＷデバイスは、第２の外套層Ｍ２を第１の導波路ＷＧ１と共同で利用する、第２の導波路ＷＧ２を含んでいる。このデバイスは、第２の外套層Ｍ２に対して対称に構成されていてよい。しかしながら、両方の導波路をそれぞれ異なる材料または異なる特性で構成することも可能である。特に第１および第２のＧＢＡＷデバイスは、中心周波数、導波路層ＷＬの材料、ならびに層厚もしくは電極材料に関して相違していてよい。特に、第２の導波路層ＷＬ２を、第１の導波路層ＷＬ１とは異なる中心周波数の温度係数で構成することが可能である。第１および第２のデバイスを相互に配線することも可能である。
【００５６】
図７は、ＢＡＷ共振器として構成されたマイクロ音響デバイスを模式的な断面図として部分的に示している。このデバイスは、支持体としての役目をする基板ＳＵの上に配置されている。この基板は、機械的に強固な好ましくは結晶として構成された材料を含んでおり、特に、結晶シリコンのような半導体を含んでいる。しかしながら、これ以外の基板材料も可能である。
【００５７】
基板ＳＵの上には、まず最初に、音響インピーダンスが比較的高い層と比較的低い層とを交互に含む音響ミラーＡＳが構成されている。ミラー作用のためには、少なくとも１組のこのような高インピーダンス層と低インピーダンス層が必要であり、その厚みは、通常、反射されるべき波長のおよそ４分の１である。本例では音響ミラーＡＳは、第２の外套層Ｍ２と、導波路層ＷＬ１と、第１の外套層Ｍ１とで構成された導波路を含んでいる。第１の導波路層ＷＬ１はガラスとして構成されており、デバイスの周波数の温度係数（ＴＣＦ）を改善する材料を主成分として含んでいる。両方の外套層Ｍ１およびＭ２は、導波路層ＷＬ１に比べて、音響波の高い波速度を有している。導波路の直接上に、平坦に構成された第１の電極Ｅ１と、圧電層ＰＬと、平坦に構成された第２の電極Ｅ２とを含む共振器そのものが配置されている。
【００５８】
圧電層ＰＬの層厚は波長のほぼ半分であり、もしくはその奇数倍である。
【００５９】
基板と第２の外套層Ｍ２の間には、比較的高い音響インピーダンスと比較的低い音響インピーダンスをもつ別の組のミラー層を形成して音響ミラーＡＳを完全なものにする、別の層が配置されていてよい。音響ミラーＡＳの反射作用は、層を追加するごとに改善されていく。しかしながらそれと同時に、音響ミラーにより反射される波の帯域幅は縮まっていく。
【００６０】
次に、酸化ゲルマニウム含有の導波路層を含む導波路の補償作用について、ＧＢＡＷデバイスのさまざまな実施形態についてのシミュレーション計算を用いて検討する。前提とするのは、追加的に第２の外套層Ｍ２として誘電体層が配置されている図２のＧＢＡＷ構造である。実施例Ｖ１からＶ６のための第１の外套層Ｍ１としては、Ｘ伝播と１５°のカット角とを有し、以下においてＬＮ１５と呼ぶ、Ｙ回転形ニオブ酸リチウム基板からなる圧電性のＬＮ１５ｒｏｔＹＸ基板を用いている。すべての実施例Ｖ１からＶ６は、第１の電極Ｅ１として、１．６４μｍのピッチと０．６の金属被覆比率ηで装着されたインターディジタル電極を含んでいる。ここで実施例Ｖ１は対照としての役目を果たすものであり、電極金属として厚さ２３０ｎｍの金を含んでおり、これは約７％の相対的な金属被覆高さにほぼ相当する。対照例Ｖ１にはないが、その代わりに以後のすべての実施例において導波路層ＷＬに相当する重い電極を取り囲む層は、ＰＶＤ二酸化ケイ素として構成されており、８００ｎｍの厚みを有している。その上に、４．５μｍのＰＥＣＶＤ−ＳｉＯ２で形成された第２の外套層Ｍ２が設けられている。
【００６１】
実施例Ｖ２が対照実験Ｖ１と相違するのは、ＰＶＤ二酸化ケイ素を二酸化ゲルマニウムガラスで置き換えることで、導波路層ＷＬが実際に構成されていることによる。それにより、数多くの利点をもたらす全面的に新規の特性が得られる。公知のＰＶＤＳｉＯ２を使用したケースでは、波は圧電誘電体との境界面のところに局在化され、これは重い電極の使用時には不可避であり、このことは、たとえば上に述べたような欠点を引き起こす。それに対して二酸化ゲルマニウム含有のガラスを使用すると、波はこの層によってのみ伝播される。その結果として、特に改善されたトリミング可能性、温度補償、より良い出力適合性といった利点が得られる。
【００６２】
導波の役目ないし境界面に波を結合する役目を電極が担わなくてよくなるので、電極をこれに関わりなく他の特性に関して、たとえば導電率や出力適合性に関して、最適化することができる。Ｖ２に比べて実験Ｖ３では、第１の電極Ｅ１の金属が銅で置き換えられている。実施例Ｖ４では、第１の電極層Ｅ１の厚みが１１５ｎｍに減らされている。実施例Ｖ５では、銅電極の厚みが３３０ｎｍに増やされている。二酸化ゲルマニウムガラスからなる導波路層ＷＬの厚みは、１０００ｎｍに増やされている。Ｖ６の実施例では、第１の電極層（Ｃｕ）の厚みが３００ｎｍに減らされている。各実験Ｖ（ｘ）のその他のすべてのパラメータは、それぞれ先行する実験Ｖ（ｘ−１）のパラメータと同じに選択されている。
【００６３】
図８は、このようなＧＢＡＷデバイスについてシミュレーションないし算出された中心周波数の温度係数ＴＣＦを示しており、実験Ｖ１からＶ６についてプロットされている。実験Ｖ４を除き、本発明に基づくすべての実施例（Ｖ２，Ｖ３，Ｖ５およびＶ６）が、ＳｉＯ２からなる公知の導波路を備えるＧＢＡＷデバイスに比べて相応に改善された、好ましく小さいＴＣＦを有していることが明らかである。Ｖ４は、特定の回路では利点となり得る過剰補償の可能性さえ示している。Ｖ３，Ｖ５およびＶ６の実施例はゼロに近いＴＣＦを有している。それにより、ほぼゼロのＴＣＦを高い帯域幅と組み合わせる構造が初めて見出されている。
【００６４】
図９は、５つの別の実施例ＶＡ，ＶＢ，ＶＣ，ＶＤおよびＶＥについてシミュレーションされたＴＣＦをグラフ図として示している。ＶＡでは、ＬＮ１５基板の上に金からなる第１の電極層が２３０ｎｍの厚で塗布（形成）されており、これは相対的な金属被覆高さの約７％に相当している。導波路層としては、厚さ１３００ｎｍの二酸化ゲルマニウムガラス層が用いられている。第２の外套層として、４．５μｍのＰＥＣＶＤ二酸化ケイ素が塗布（形成）されている。実験ＶＢでは、金電極の厚みが１１５ｎｍに減らされる。二酸化ゲルマニウムガラスからなる導波路層の厚みも、８００ｎｍに減らされる。
【００６５】
実施例ＶＣでは、０°のカット角をもつニオブ酸リチウム基板が使用され、以下においてはこれをＬＮ０と表記する。その他のパラメータは、実施例ＶＢと同じに選択されている。
【００６６】
実施例ＶＤでは、実施例ＶＣに比べて、電極材料としてアルミニウムが選択されるとともに、第１の電極が２３０ｎｍの厚みで塗布（形成）される。導波路層としては、８００ｎｍの厚みの二酸化ゲルマニウムガラスが用いられる。
【００６７】
実施例ＶＥでは、電極材料として厚さ１００ｎｍのアルミニウムが選択され、これはＡｌ２Ｏ３からなる薄いパッシベーション層を備えている。それと同時に、導波路層ＷＬの厚みが８７５ｎｍに増やされ、金属被覆の厚みηが０．３に減らされる。
【００６８】
実験ＶＡからＶＥにおいても、二酸化ゲルマニウム含有の導波路により、ＴＣＦの非常に良好な補償がＧＢＡＷデバイスで得られることが明らかである。実験ＶＤを例外として、ＴＣＦ値のシミュレーションはゼロの近傍を表しており、このことはほぼ完全に補償されたＴＣＦに相当している。実験ＶＥは、軽い電極によって良好なＴＫ補償を実現でき、ＴＫ過剰補償でさえも実現できることを示している。
【００６９】
本発明による導波路構造の良好な導波路特性は、導波路の個々の原子の偏位の強さを導波路の深さに対してプロットしたシミュレーションから明らかとなる。ここで深さゼロとしては圧電基板の表面が選択され、ないしは、第２の外套層と電極層との間の境界面が選択される。このとき偏位の最大値は波の中心に相当しており、それぞれの導波路内での波の相対的な局在化を表している。
【００７０】
図１０は、対照実験Ｖ１に基づく導波路への波の浸透深さを示している。導波路の個々の層の間の境界面が明記されている。上側の第１の外套層の上方には、真空が想定されている。ここで波は重いＡｕ電極の上側領域に局在化しており、電極よりも上方の層では導波路特性がほぼ存在していないことが明らかである。
【００７１】
それに対して図１１は、実験Ｖ６に基づく導波路への波の浸透深さを示している。ここでは波は導波路層の中央部に局在化していることが明らかである。Ｖ６では、電極は比較的重いＣｕでできている。それにより、酸化ゲルマニウムを含む導波路の改善された導波が表れている。波が導波路層の中へ明らかに引き込まれているからである。
【００７２】
図１２は、実験ＶＥに基づく導波路への波の浸透深さを示している。ここでは比較的軽くて比較的薄いＡｌ電極が使用されているが、この場合にも最大の偏位は、事実上、酸化ゲルマニウムを含む導波路層の中央部で起こっている。第１の外套層としては酸化アルミニウムが選択されている。
【００７３】
改善された導波との関連における改善されたＴＣＦ補償は、ＧＢＡＷデバイスについては、各実施例および図８から図１２に示すように証明される。二酸化ゲルマニウムガラスと適当な導波路層とを備えるＳＡＷデバイス、ＢＡＷ共振器、およびその他のマイクロ音響デバイスについても、これに準ずる結果が予想される。したがって本発明はこれらの実施例に限定されるものではなく、ガラス状の導波路層を含み、特に二酸化ゲルマニウムガラス含有のガラス、またはメタリン酸亜鉛もしくはカルコゲナイドからなるガラスでできた導波路を備える、あらゆるデバイスを包含するものである。
【符号の説明】
【００７４】
ＷＬ，ＷＬ１，ＷＬ２ 導波路層
ＶＬ 導波路層における波速度
Ｍ１ 第１の外套層
ＶＭ１ 第１の外套層における波速度
ＰＳ 圧電層または圧電基板
Ｍ２ 第２の外套層
ＶＭ２ 波速度
ＡＳ 音響ミラー
ＰＬ 圧電層
ＷＧ１，ＷＧ２ 導波路
ＭＬ３ 第３の外套層
ＳＵ 基板
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導波路（ＷＧ）を備えるマイクロ音響デバイスにおいて、
第１の音響波速度ＶＬをもつ導波路層（ＷＬ）と、該導波路層に直接隣接し、第２の音響波速度ＶＭ１を有する第１の外套層（Ｍ１）とを有しており、
前記導波路で音響波を励起するために電極（Ｅ１）を備えており、
波速度について式ＶＬ＜ＶＭ１が成り立っており、
前記導波路層は異常熱機械挙動をもつ成分を含むガラスであり、
前記導波路層（ＷＬ）は二酸化ゲルマニウム、カルコゲナイドガラス、またはメタリン酸亜鉛を成分として有しているマイクロ音響デバイス。
【請求項２】
前記第１の外套層（Ｍ１）は圧電層（ＰＬ）または圧電基板である、請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記導波路層（ＷＬ）は二酸化ゲルマニウムを主成分として有するガラスである、請求項１または２に記載のデバイス。
【請求項４】
前記導波路層（ＷＬ）は二酸化ゲルマニウムを５５から１００重量％の割合で有している、請求項３に記載のデバイス。
【請求項５】
前記導波路層（ＷＬ）の別の成分としてガラス形成剤、ガラス改質剤、および／またはガラス安定剤が含まれている、請求項３または４に記載のデバイス。
【請求項６】
ガラス形成剤、ガラス改質剤、および／またはガラス安定剤はＢ２Ｏ３，ＳｉＯ２，Ｐ２Ｏ５，Ａｓ２Ｏ３，Ｓｂ２Ｏ３，Ｉｎ２Ｏ３，Ｓｎ２Ｏ３，ＰｂＯ２、Ｌｉ２Ｏ，ＣａＯ，Ｎａ２Ｏ，Ｋ２Ｏ，ＭｇＯ，Ｒｂ２Ｏ，Ｃｓ２Ｏ，ＳｒＯ，ＴｅＯ２，ＳｅＯ２，ＭｏＯ２，ＷＯ３，ＢｉＯ３，Ａｌ２Ｏ３，ＢａＯ，Ｖ２ＯおよびＳＯ３から選択されている、請求項５に記載のデバイス。
【請求項７】
前記導波路層（ＷＬ）はカルコゲナイドガラスまたはメタリン酸亜鉛を主成分として含んでいる、請求項１または２に記載のデバイス。
【請求項８】
前記導波路層は前記第１の外套層と第２の外套層の間に埋設されており、前記第２の外套層は第３の音響波速度ＶＭ２を有しており、該音響波速度については式ＶＭ２＞ＶＬが成り立つ、請求項１から７のいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項９】
前記第２の外套層はＤＬＣ，ＳｉＯｘＮｙ，ＢＮ，ａ−ＣＨ，Ｇｅ，Ｓｉ，ＴｉＯ２，ＷＣ，ＡｌＮ，ＺｎＯ，ＳｉＮ，Ａｌ２Ｏ３、およびＳｉＯ２から選択された材料を主成分として含んでいる、請求項１から８のいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項１０】
前記第１の外套層はＬｉＮｂＯ３，ＫＮｂＯ３，ＮａＮｂＯ３，ＬｉＴａＯ３，石英、ＺｎＯ，ＡｌＮ，ＳｃＡｌＮ，ＬｉＢ４Ｏ７，ＧａＰＯ４，ランガサイト、ランガナイト、ランガテイトＰＺＴ、およびＲＥＣＯＢから選択された圧電材料であり、このときＲＥは希土類の１つの元素または複数の元素からなる混合物であり、ＣＯＢはオキソホウ酸カルシウムである、請求項２から９のいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項１１】
前記第１の外套層はＳＡＷデバイスのための圧電層または圧電基板であり、該デバイスでは電極が前記圧電層または前記圧電基板の上に配置されてインターディジタル電極として構成されるとともに、前記導波路層が前記基板の上で前記電極の電極フィンガの間に配置されており、または前記基板の上で前記電極を覆うように配置されている、請求項１から１０のいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項１２】
前記デバイスは基板の上に配置されたＢＡＷ共振器であり、該共振器では前記導波路層が前記基板と前記共振器の底面電極との間に配置されている、請求項１から１０のいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項１３】
前記第１の外套層、前記導波路層、および前記第２の外套層からなる組み合わせがサンドイッチを形成しており、該サンドイッチは音響ミラーの一部を形成するとともに、前記基板と前記ＢＡＷ共振器の底面電極との間に配置されている、請求項１２に記載のデバイス。
【請求項１４】
前記導波路層はＧＢＡＷデバイスの一部であり、前記電極を備える基板が上に配置されている、請求項１から１３のいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項１５】
前記第２の外套層は前記導波路層の上に配置された第２の基板によって形成されている、請求項１４に記載のデバイス。
【請求項１６】
中心周波数の温度応答性が相応に調整された導波路層によって正である、すなわち過剰補償される第１のフィルタと、
前記第１のフィルタと電気的に配線された第２のフィルタとを含んでおり、
前記第２のフィルタは中心周波数の負の温度応答性を有しており、
前記第１のフィルタと前記第２のフィルタの配線は、前記デバイスが全体として中心周波数の温度応答性の完全な補償を示すように行われている、請求項１から１５のいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項１】
導波路（ＷＧ）を備えるマイクロ音響デバイスにおいて、
第１の音響波速度ＶＬをもつ導波路層（ＷＬ）と、該導波路層に直接隣接し、第２の音響波速度ＶＭ１を有する第１の外套層（Ｍ１）とを有しており、
前記導波路で音響波を励起するために電極（Ｅ１）を備えており、
波速度について式ＶＬ＜ＶＭ１が成り立っており、
前記導波路層は異常熱機械挙動をもつ成分を含むガラスであり、
前記導波路層（ＷＬ）は二酸化ゲルマニウム、カルコゲナイドガラス、またはメタリン酸亜鉛を成分として有しているマイクロ音響デバイス。
【請求項２】
前記第１の外套層（Ｍ１）は圧電層（ＰＬ）または圧電基板である、請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記導波路層（ＷＬ）は二酸化ゲルマニウムを主成分として有するガラスである、請求項１または２に記載のデバイス。
【請求項４】
前記導波路層（ＷＬ）は二酸化ゲルマニウムを５５から１００重量％の割合で有している、請求項３に記載のデバイス。
【請求項５】
前記導波路層（ＷＬ）の別の成分としてガラス形成剤、ガラス改質剤、および／またはガラス安定剤が含まれている、請求項３または４に記載のデバイス。
【請求項６】
ガラス形成剤、ガラス改質剤、および／またはガラス安定剤はＢ２Ｏ３，ＳｉＯ２，Ｐ２Ｏ５，Ａｓ２Ｏ３，Ｓｂ２Ｏ３，Ｉｎ２Ｏ３，Ｓｎ２Ｏ３，ＰｂＯ２、Ｌｉ２Ｏ，ＣａＯ，Ｎａ２Ｏ，Ｋ２Ｏ，ＭｇＯ，Ｒｂ２Ｏ，Ｃｓ２Ｏ，ＳｒＯ，ＴｅＯ２，ＳｅＯ２，ＭｏＯ２，ＷＯ３，ＢｉＯ３，Ａｌ２Ｏ３，ＢａＯ，Ｖ２ＯおよびＳＯ３から選択されている、請求項５に記載のデバイス。
【請求項７】
前記導波路層（ＷＬ）はカルコゲナイドガラスまたはメタリン酸亜鉛を主成分として含んでいる、請求項１または２に記載のデバイス。
【請求項８】
前記導波路層は前記第１の外套層と第２の外套層の間に埋設されており、前記第２の外套層は第３の音響波速度ＶＭ２を有しており、該音響波速度については式ＶＭ２＞ＶＬが成り立つ、請求項１から７のいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項９】
前記第２の外套層はＤＬＣ，ＳｉＯｘＮｙ，ＢＮ，ａ−ＣＨ，Ｇｅ，Ｓｉ，ＴｉＯ２，ＷＣ，ＡｌＮ，ＺｎＯ，ＳｉＮ，Ａｌ２Ｏ３、およびＳｉＯ２から選択された材料を主成分として含んでいる、請求項１から８のいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項１０】
前記第１の外套層はＬｉＮｂＯ３，ＫＮｂＯ３，ＮａＮｂＯ３，ＬｉＴａＯ３，石英、ＺｎＯ，ＡｌＮ，ＳｃＡｌＮ，ＬｉＢ４Ｏ７，ＧａＰＯ４，ランガサイト、ランガナイト、ランガテイトＰＺＴ、およびＲＥＣＯＢから選択された圧電材料であり、このときＲＥは希土類の１つの元素または複数の元素からなる混合物であり、ＣＯＢはオキソホウ酸カルシウムである、請求項２から９のいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項１１】
前記第１の外套層はＳＡＷデバイスのための圧電層または圧電基板であり、該デバイスでは電極が前記圧電層または前記圧電基板の上に配置されてインターディジタル電極として構成されるとともに、前記導波路層が前記基板の上で前記電極の電極フィンガの間に配置されており、または前記基板の上で前記電極を覆うように配置されている、請求項１から１０のいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項１２】
前記デバイスは基板の上に配置されたＢＡＷ共振器であり、該共振器では前記導波路層が前記基板と前記共振器の底面電極との間に配置されている、請求項１から１０のいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項１３】
前記第１の外套層、前記導波路層、および前記第２の外套層からなる組み合わせがサンドイッチを形成しており、該サンドイッチは音響ミラーの一部を形成するとともに、前記基板と前記ＢＡＷ共振器の底面電極との間に配置されている、請求項１２に記載のデバイス。
【請求項１４】
前記導波路層はＧＢＡＷデバイスの一部であり、前記電極を備える基板が上に配置されている、請求項１から１３のいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項１５】
前記第２の外套層は前記導波路層の上に配置された第２の基板によって形成されている、請求項１４に記載のデバイス。
【請求項１６】
中心周波数の温度応答性が相応に調整された導波路層によって正である、すなわち過剰補償される第１のフィルタと、
前記第１のフィルタと電気的に配線された第２のフィルタとを含んでおり、
前記第２のフィルタは中心周波数の負の温度応答性を有しており、
前記第１のフィルタと前記第２のフィルタの配線は、前記デバイスが全体として中心周波数の温度応答性の完全な補償を示すように行われている、請求項１から１５のいずれか１項に記載のデバイス。
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１Ｂ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１３−１１５８２６（Ｐ２０１３−１１５８２６Ａ）
【公開日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−２６１７４１（Ｐ２０１２−２６１７４１）
【出願日】平成２４年１１月２９日（２０１２．１１．２９）
【出願人】（３００００２１６０）エプコス アクチエンゲゼルシャフト (318)
【氏名又は名称原語表記】ＥＰＣＯＳ ＡＧ
【住所又は居所原語表記】Ｓｔ．−Ｍａｒｔｉｎ−Ｓｔｒａｓｓｅ ５３， Ｄ−８１６６９ Ｍｕｅｎｃｈｅｎ， Ｇｅｒｍａｎｙ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年１１月２９日（２０１２．１１．２９）
【出願人】（３００００２１６０）エプコス アクチエンゲゼルシャフト (318)
【氏名又は名称原語表記】ＥＰＣＯＳ ＡＧ
【住所又は居所原語表記】Ｓｔ．−Ｍａｒｔｉｎ−Ｓｔｒａｓｓｅ ５３， Ｄ−８１６６９ Ｍｕｅｎｃｈｅｎ， Ｇｅｒｍａｎｙ
【Ｆターム（参考）】
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