弾性境界波装置の製造方法および弾性境界波装置
【課題】目標とする周波数特性を有する弾性境界波装置を確実に提供することを可能とする弾性境界波装置の製造方法および弾性境界波装置を得る。
【解決手段】第１の媒質１と、第１の媒質上に積層されている第２の媒質と、第１，第２の媒質との界面に配置されたＩＤＴ電極２とを備える積層体を用意し、第２の媒質の外側からイオンを注入し、周波数を調整する各工程を備える、弾性境界波装置の製造方法。
【解決手段】第１の媒質１と、第１の媒質上に積層されている第２の媒質と、第１，第２の媒質との界面に配置されたＩＤＴ電極２とを備える積層体を用意し、第２の媒質の外側からイオンを注入し、周波数を調整する各工程を備える、弾性境界波装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば共振子や帯域フィルタなどに用いられる弾性境界波装置の製造方法と弾性境界波装置に関し、より詳細には、周波数調整工程を備えた弾性境界波装置の製造方法および弾性境界波装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、弾性表面波装置に代わり、弾性境界波装置が注目されている。弾性境界波装置では、弾性境界波が固体からなる第１，第２の媒質間の境界を伝搬する。従って、弾性境界波装置では、弾性表面波装置に比べて小型化を進めることができる。また、パッケージ構造の簡略化を果たすことができる。
【０００３】
弾性境界波装置をフィルタや共振子として用いる場合、その周波数特性が高精度に設定される必要がある。しかしながら、弾性境界波装置ではＩＤＴ電極が、第１，第２の媒質間の境界に存在する。従って、弾性表面波装置とは異なり周波数調整が困難であった。
【０００４】
下記の特許文献１には、弾性境界波装置の周波数調整方法の一例が開示されている。図１２に示すように特許文献１では、第１の媒質１０１と第２の媒質１０２との境界にＩＤＴ電極１０３が配置されている。第２の媒質１０２は、媒質層１０２ａと、媒質層１０２ｂとを有し、媒質層１０２ａ，１０２ｂ間に改質用媒質層１０２ｃが配置されている。
【０００５】
特許文献１では、第２の媒質１０２の外側から矢印で示すようにレーザー光を照射する。このレーザー光の照射により改質用媒質層１０２ｃが加熱され、改質用媒質層１０２ｃを構成している金属が第２の媒質１０２内に拡散される。この拡散により改質部を形成し、周波数調整を図ることができるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】ＷＯ２００８／０６２６３９ Ａ１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
弾性境界波装置においては、弾性境界波の伝搬エネルギーは、第１の媒質１０１と第２の媒質１０２との境界付近に集中する。従って、特許文献１に記載の周波数調整方法において、所望の周波数特性を得るには、媒質間の境界付近に高精度に改質部を形成する必要があった。
【０００８】
しかしながら、特許文献１に記載の方法では、改質用媒質層１０２ｃ以外の媒質やＩＤＴ電極が拡散して劣化しないように、改質用媒質層１０２ｃの融点を低く抑えたり、拡散しやすい材料を改質用媒質層１０２ｃとして選択する必要があり、装置設計上の制約が大きいという問題があった。加えて、改質用媒質層１０２ｃを改質したり、改質用媒質層１０２ｃを構成する金属を周囲の媒質１０２ａ、１０２ｂに拡散させるために、改質用媒質層１０２ｃの融点付近で融解と凝固作用を生じさせる必要がある。しかし、この融解と凝固を生じさせるために、集光したレーザーで局所加熱を行うと、改質層の膜質や拡散状態が不均一となり、高精度に周波数を調整することが非常に困難であった。従って、所望とする周波数特性を有する弾性境界波装置を得ることが困難であった。
【０００９】
本発明の目的は、所望の周波数特性を有する弾性境界波装置を容易にかつ確実に得ることを可能とする弾性境界波装置の製造方法並びに該弾性境界波装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る弾性境界波装置の製造方法は、圧電体よりなる第１の媒質と、前記第１の媒質上に積層されており、誘電体よりなる第２の媒質と、前記第１の媒質と第２の媒質との界面に配置されたＩＤＴ電極とを備える積層体を用意する工程と、前記第２の媒質の外側からイオンや原子を注入し、周波数を調整する工程とを備える。
【００１１】
本発明に係る弾性境界波装置の製造方法のある特定の局面では、弾性境界波の波長をλとしたときに、前記界面の上下１λ以内の領域に前記イオン注入によりイオンを分布させる。この場合には、弾性境界波の伝搬エネルギーが界面の上下１λ以内の領域に集中するため、弾性境界波装置の周波数特性をより一層高精度に調整することができる。
【００１２】
本発明に係る弾性境界波装置の製造方法の他の特定の局面では、前記イオン注入に際し、Ｌｉ以上の原子量を有する原子のイオンを注入する。この場合には、原子量が大きな原子のイオンを注入するため、注入されたイオンが抜け難い。従って、周波数特性が安定な弾性境界波装置を提供することができる。
【００１３】
本発明に係る弾性境界波装置の製造方法のさらに他の特定の局面では、前記積層体を用意する工程において、前記第２の媒質の厚みを、ＩＤＴ電極により励振される弾性波が弾性境界波ではなく、弾性表面波を主体とする厚みとなるように第２の媒質を形成する。さらに、前記イオン注入工程後に、第２の媒質上に、さらに第２の媒質と同じ誘電体材料または異なる誘電体材料からなる第３の媒質を、ＩＤＴ電極に励振される弾性波が弾性境界波を主体とするように形成する。この場合には、第２の媒質の厚みが薄いため、小さなイオン注入エネルギーにより周波数調整を行うことができる。従って、安価な設備を用いて周波数調整を行うことができる。また、第２の媒質の厚みが薄いので、原子量の大きなイオンを容易に注入することができる。原子量の大きな原子のイオンを注入すると、周波数特性が大きく変化する。従って、周波数調整量に対し、イオンの注入量を減らすことができ、容易に周波数調整を行うことができる。
【００１４】
本発明に係る弾性境界波装置は、圧電体よりなる第１の媒質と、前記第１の媒質上に積層されており、誘電体よりなる第２の媒質と、前記第１の媒質と前記第２の媒質との界面に配置されたＩＤＴ電極とを備え、前記第１の媒質および／または前記第２の媒質が、イオンもしくは原子注入領域を有する、弾性境界波装置である。
【００１５】
本発明に係る弾性境界波装置のある特定の局面では、弾性境界波の波長をλとしたときに、前記界面の上下１λ以内の領域が前記イオンもしくは原子注入領域である。この場合には、弾性境界波装置の周波数特性をより一層高精度に調整することができる。
【００１６】
本発明に係る弾性境界波装置のさらに他の特定の局面では、前記イオンが、Ｌｉ以上の原子量を有する原子のイオンである。この場合には、注入されたイオンが抜け難いので、周波数特性が安定な弾性境界波装置を提供することができる。
【００１７】
本発明に係る弾性境界波装置のさらに別の特定の局面では、前記第２の媒質の厚みが、ＩＤＴ電極により励振される弾性波が弾性境界波ではなく弾性表面波を主体とする厚みとされており、前記第２の媒質上に積層されており、前記第２の媒質と同じ誘電体材料または異なる誘電体材料からなる第３の媒質をさらに備える。ＩＤＴ電極により励振される弾性波が弾性境界波を主体とするように上記第３の媒質が形成されている。この場合には、第２の媒質の厚みが薄いため、イオン注入エネルギーが小さくてすむ。従って、安価な設備を用いて、周波数調整を行うことができるので、弾性境界波装置の製造コストを低減することができる。加えて、原子量の大きなイオンを注入することも容易である。そのため、周波数調整を容易に行うことができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係る弾性境界波装置の製造方法および弾性境界波装置によれば、ＩＤＴ電極が第１，第２の媒質の界面に配置された積層体を得た段階で、イオン注入により周波数を調整することができる。従って、弾性境界波装置を完成させた後に、目標とする周波数特性を得るように周波数を容易に調整することができる。あるいは、ＩＤＴ電極により励振される弾性波が弾性表面波を主体とする厚みとなるように第２の媒質を形成した後に、イオン注入により容易に周波数を調整することができる。
【００１９】
また、上記イオン注入により周波数を調整するものであるため、第１，第２の媒質の界面付近にイオンを確実に分布させることができる。従って周波数調整を高精度に行うことができる。よって、本発明によれば、目標とする周波数特性を有する弾性境界波装置を容易にかつ確実に提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】（ａ）は、本発明の一実施形態における弾性境界波装置の製造方法において、イオン注入により周波数を調整する工程を説明するための正面断面図であり、（ｂ）は該弾性境界波装置の電極構造を説明するための部分拡大正面断面図である。
【図２】図２は、第１の実施形態の弾性境界波装置を伝搬する弾性境界波の振動変位分布を示す模式図である。
【図３】第１の実施形態の弾性境界波装置の製造方法におけるイオン注入量と、周波数変化量との関係を示す図である。
【図４】第１の実施形態の弾性境界波装置の製造方法におけるイオン注入量と、インピーダンス変化量との関係を示す図である。
【図５】（ａ）は、第１の実施形態の弾性境界波装置の製造方法において、イオン注入を行う前、並びにイオン注入量が１×１０１５ａｔｏｍ／ｃｍ２としてイオン注入を行った後のインピーダンス特性を示す図であり、（ｂ）は第１の実施形態の弾性境界波装置の製造方法において、イオン注入を行う前、並びにイオン注入量が１×１０１５ａｔｏｍ／ｃｍ２としてイオン注入を行った後の位相特性を示す図である。
【図６】（ａ）は、第１の実施形態の弾性境界波装置の製造方法において、イオン注入を行う前、並びにイオン注入量が３×１０１５ａｔｏｍ／ｃｍ２としてイオン注入を行った後のインピーダンス特性を示す図であり、（ｂ）は第１の実施形態の弾性境界波装置の製造方法において、イオン注入を行う前、並びにイオン注入量が３×１０１５ａｔｏｍ／ｃｍ２としてイオン注入を行った後の位相特性を示す図である。
【図７】（ａ）は、第１の実施形態の弾性境界波装置の製造方法において、イオン注入を行う前、並びにイオン注入量が１×１０１６ａｔｏｍ／ｃｍ２としてイオン注入を行った後のインピーダンス特性を示す図であり、（ｂ）は第１の実施形態の弾性境界波装置の製造方法において、イオン注入を行う前、並びにイオン注入量が１×１０１６ａｔｏｍ／ｃｍ２としてイオン注入を行った後の位相特性を示す図である。
【図８】（ａ）は、第１の実施形態の弾性境界波装置の製造方法において、イオン注入を行う前、並びにイオン注入量が５×１０１６ａｔｏｍ／ｃｍ２としてイオン注入を行った後のインピーダンス特性を示す図であり、（ｂ）は第１の実施形態の弾性境界波装置の製造方法において、イオン注入を行う前、並びにイオン注入量が５×１０１６ａｔｏｍ／ｃｍ２としてイオン注入を行った後の位相特性を示す図である。
【図９】Ｈｅ＋イオンを注入した場合のイオン注入量と周波数変化量との関係を示す図である。
【図１０】Ｂ＋イオンを注入した場合のイオン注入量と周波数変化量との関係を示す図である。
【図１１】（ａ）及び（ｂ）は、本発明の他の実施形態の弾性境界波装置の製造方法を示す各模式的正面断面図である。
【図１２】従来の弾性境界波装置の周波数調整方法を説明するための模式的正面断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面を参照しつつ、本発明の具体的な実施形態を説明することにより、本発明を明らかにする。
【００２２】
図１（ａ）及び（ｂ）を参照して、本発明の一実施形態に係る弾性境界波装置の製造方法を説明する。まず、図１に示されている第１の媒質１を用意する。第１の媒質１としては、本実施形態では、２５°ＹカットＬｉＮｂＯ３基板を用いる。もっとも、第１の媒質１は、他の圧電体により形成されていてもよい。このような圧電体としては、上記カット角以外のＬｉＮｂＯ３、あるいはＬｉＴａＯ３、水晶、圧電セラミックスなどを挙げることができる。また、ガラス基板やＳｉ基板、サファイア基板などの支持基板上に圧電膜を形成した圧電膜と支持基板の積層体を圧電体としてもよい。
【００２３】
第１の媒質１上に、ＩＤＴ電極２と、図示しない反射器を形成する。ＩＤＴ電極２の形成方法は特に限定されず、蒸着またはスパッタリングなどの薄膜形成方法を用いることができる。本実施形態では、ＩＤＴ電極２として、図１（ｂ）に拡大して示す積層金属膜からなるＩＤＴ電極を形成する。この積層金属膜では、下から順に、Ｔｉ膜２ａ、Ｐｔ膜２ｂ、ＴｉＯ２膜２ｃ、ＡｌＣｕ膜２ｄ、ＴｉＯ２膜２ｅ、Ｐｔ膜２ｆ及びＮｉＣｒ膜２ｇの順序でこれらの金属膜が積層されている。各金属膜の膜厚は以下の通りとする。なお、ＡｌＣｕ膜はＡｌを主成分としてＣｕを含有させた合金である。
【００２４】
ＮｉＣｒ／Ｐｔ／ＴｉＯ２／ＡｌＣｕ／ＴｉＯ２／Ｐｔ／Ｔｉ＝１０／２２／２０／２２５／２０／３６／１０（単位はｎｍ）。
【００２５】
ＩＤＴ電極と反射器を構成する電極指の周期は、２．０１μｍであり、この電極指周期が弾性境界波装置の応答周波数における弾性境界波の波長λに相当する。ＩＤＴ電極の交差幅は２８．７μｍであり、ＩＤＴ電極の電極指本数は２２７本、ＩＤＴ電極の弾性境界波伝搬方向両側に配置された反射器の電極指本数はそれぞれ３１本、ＩＤＴ電極と反射器の電極指幅の波長に対する比は０．２５である。
【００２６】
上記ＩＤＴ電極２を形成した後に、ＳｉＯ２膜３を形成する。ＳｉＯ２膜３の成膜は、スパッタリングなどの適宜の方法により行い得る。ＳｉＯ２膜３の膜厚は１２１３ｎｍである。
【００２７】
次に、ＳｉＯ２膜３上に、ＳｉＮ膜４をスパッタリングにより成膜する。ＳｉＮ膜４の膜厚は４００ｎｍである。
【００２８】
上記ＳｉＯ２膜３及びＳｉＮ膜４が、第２の媒質に相当する。
【００２９】
なお、図１（ａ）では図示を省略しているが、ＩＤＴ電極２に電気的に接続されるように、ＩＤＴ電極２を形成する工程において、電極引き出しパッドを形成しておく。また、上記電極引き出しパッド上のＳｉＯ２膜３及びＳｉＮ膜４を除去するように、フォトリソグラフィ法によりＳｉＯ２膜３及びＳｉＮ膜４をパターニングする。
【００３０】
このようにして得た積層体において、周波数特性を測定する。本実施形態では、ＩＤＴ電極２の両側に反射器が構成されている１ポート型弾性境界波共振子が構成されている。従って、上記周波数特性として、共振特性、インピーダンス特性及び／またはインピーダンススミスチャートなどを測定する。しかる後、図１（ａ）の矢印で示すように、第２の媒質の外側から、具体的には上記ＳｉＮ膜４の上方から日本真空技術性ＩＭＸ−３５００ＲＳ（中電流密度イオン注入機）を用い、金属イオンを注入する。本実施形態では、金属イオンとしてＬｉイオンを注入する。イオン注入では、イオンを第１の媒質１と、ＳｉＯ２膜３及びＳｉＮ膜４からなる第２の媒質との界面付近に確実に分布させることができる。このようにして、図１（ａ）に示すように、イオンが注入された領域５を形成することができる。イオンが注入された領域５が形成されると、ＩＤＴ電極２で励振された弾性境界波の伝搬挙動が変化し、周波数特性が変化する。
【００３１】
上記のようにして、イオン注入により周波数特性を調整することができる。このイオン注入による具体的な周波数調整結果については、後程具体的な実験例に基づき説明する。
【００３２】
本実施形態では、上記のように、上記積層体を得た後に、外部からイオン注入を行うだけで、弾性境界波装置の周波数調整を容易にかつ確実に行うことができる。
【００３３】
なお、上記実施形態では、第２の媒質は、ＳｉＯ２膜３及びＳｉＮ膜４により形成したが、１種類の誘電体により第２の媒質を構成してもよい。また、第２の媒質を構成する材料についてもＳｉＯ２やＳｉＮに限らず、様々な誘電体を用いることができる。
【００３４】
次に、具体的な実験例を説明する。
【００３５】
図１（ａ）に示した上記積層体を用意した後、日本真空技術性ＩＭＸ−３５００ＲＳ（中電流密度イオン注入機）を用い、注入エネルギー２００ＫｅＶでＬｉ＋イオンを第２の媒質の上面から注入し、周波数調整を図った。この場合、イオン注入量を１×１０１４ａｔｏｍ／ｃｍ２〜１×１０１７ａｔｏｍ／ｃｍ２の範囲で種々異ならせ、周波数調整を行った。結果を図３及び図４に示す。図３は、イオン注入量と周波数変化量との関係を示す。図３において、〇が共振周波数Ｆｒを×が反共振周波数Ｆａを示す。
【００３６】
図３から明らかなように、イオン注入量が増加するにつれて、共振周波数及び反共振周波数が低くなっていることがわかる。すなわち、イオン注入量と共振周波数及び反共振周波数との間に負の相関のあることがわかる。従って、イオン注入量を変化させることにより、周波数を目標周波数となるように容易に調整することができる。
【００３７】
なお、図４は、上記イオン注入量とインピーダンス変化量との関係を示す。インピーダンス変化量とは反共振周波数のインピーダンスに対する共振周波数におけるインピーダンスに対する比の変化量を示す。図４から明らかなように、イオン注入を行っても、インピーダンス比はさほど変化していないことがわかる。
【００３８】
上記イオン注入量を変化させた場合の具体的なインピーダンス特性及び位相特性の変化の例を、図５〜図８に具体的に示す。
【００３９】
図５（ａ）、図６（ａ）、図７（ａ）及び図８（ａ）は、イオン注入前とイオン注入後のインピーダンス特性を示し、図５（ｂ）、図６（ｂ）、図７（ｂ）及び図８（ｂ）はイオン注入前とイオン注入後の位相特性をそれぞれ示す図である。図５〜図８において、実線がイオン注入後の特性を、破線がイオン注入前の特性を示す。
【００４０】
また、イオン注入量は、以下の通りである。
【００４１】
図５（ａ）及び（ｂ）では、イオン注入量は１×１０１５ａｔｏｍ／ｃｍ２、図６（ａ）及び（ｂ）では、３×１０１５ａｔｏｍ／ｃｍ２、図７（ａ）及び（ｂ）では、１×１０１６ａｔｏｍ／ｃｍ２、図８（ａ）及び（ｂ）では、５×１０１６ａｔｏｍ／ｃｍ２である。
【００４２】
上記図５〜図８の結果は、前述した図３及び図４にまとめた結果に対応する。
【００４３】
なお、図３及び図４のイオン注入量が１×１０１４ａｔｏｍ／ｃｍ２とした場合のインピーダンス変化及び位相変化については変化量が少ないため、図示を省略した。
【００４４】
上記実験例から明らかなように、イオン注入量を制御することにより、共振周波数や反共振周波数を高精度に調整し得ることがわかる。
【００４５】
上記実施形態において、イオン注入により周波数を高精度に調整し得るのは、イオン注入によれば図１に示した領域５のように、第１，第２の媒質間の境界付近にイオンを分布させることができることによると考えられる。図２に示すように、上記弾性境界波装置の弾性波の振動変位分布より、第１の媒質と第２の媒質との境界付近に弾性波のエネルギーが集中する。図２の縦軸の深さ０．０は、第１の媒質と第２の媒質の境界を示し、マイナス方向が第１の媒質側であり、プラスの方向が第２の媒質側である。図２において、Ｕ１は伝搬方向の変位分布、Ｕ２は伝搬方向と垂直で境界に水平な方向の振動変位成分、Ｕ３は伝搬方向と境界に垂直な方向の振動変位成分であり、弾性境界波は多くの場合、Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３の振動変位成分が結合しながら一つの伝搬モードとして伝搬する。図２から明らかなように、弾性境界波の波長λとしたときに、深さが０．０±１．０λの範囲に、弾性波のエネルギーが分布しており、０．０±０．７λの範囲にほとんどが集中して、深さ０．０、すなわち、第１の媒質と第２の媒質の境界に近づくに従い徐々にエネルギーが大きくなる。また、第２の媒質を構成するＳｉＯ２及びＳｉＮのうち、より低音速なＳｉＯ２の内側で急峻に振動変位が増加する。従って、イオン注入により、上記境界の上下１λの部分にイオン分布させることにより、弾性波の伝搬挙動を変化させることができ、上下０．７λの範囲でより大きく弾性波の伝搬挙動を変化させることができる。すなわち、周波数を大きく変化させることができる。さらに、媒質２を高音速な膜と低音速な膜を積層して構成した場合、低音速な膜にエネルギーが多く分布することがわかる。従って、周波数をより大きく調整することができる。
【００４６】
上記実施形態におけるＬｉイオンの分布をＬＳＳ理論（例えば、 非特許文献Ｊ． Ｌｉｎｄｈａｒｄ ｅｔ ａｌ． ： Ｒａｎｇｅ ｃｏｎｃｅｐｔｓ ａｎｄ ｈｅａｖｙ ｉｏｎ ｒａｎｇｅｓ． Ｍａｔ． Ｆｙｓ． Ｍｅｄｄ． Ｄａｎ． Ｖｉｄ． Ｓｅｌｓｋ．， Ｖｏｌ． ３３， ｐ．１−３９， １９６３）に基づき解析したところ、ＬｉＮｂＯ３基板１とＳｉＯ２膜３の境界から７７０ｎｍ（λ＝２．０１μｍなので０．３８λ）離れたＳｉＯ２膜３の膜中の位置を中心にＬｉが分布していることが確かめられた。
【００４７】
上記実験例でイオン注入により周波数特性が大きく変化したのは、弾性波のエネルギーが分布している第１の媒質と第２の媒質の境界付近の、０．３８λの領域に、図１に示した領域５が形成されていることによると考えられる。さらに言えば、高音速なＳｉＮと低音速なＳｉＯ２を積層して構成した第２の媒質のうち、境界に近いＳｉＯ２の内部に領域５が構成されたため、より大きな周波数変化が得られたと考えられる。
【００４８】
なお、上記実施例において、イオン注入に用いたイオン注入機の制約により注入エネルギーは２００ｋｅＶに抑えたため、第２の媒質を構成するＳｉＮ膜の厚みを４００ｎｍとした。このため、ＳｉＮ表面にわずかに振動エネルギーが分布している。そこで、上記実施例と同じ手順で、イオン注入したサンプルとイオン注入していないサンプルを作成し、イオン注入した後に、４００ｎｍのＳｉＮ膜の上にＳｉＮを１６００ｎｍ成膜して表面に振動エネルギーが分布していない完全な境界波を作成し、イオン注入したサンプルとイオン注入していないサンプルの周波数差を比較した。その結果、イオン注入により変化した周波数と同じ周波数変化を確認した。これらの検討により、イオン注入による周波数変化が、４００ｎｍのＳｉＮ膜表面のイオンミリングによる厚みの変化に起因するものではなく、イオン注入により境界付近にＬｉを分布させて媒質２の弾性定数を改変し、境界波の伝搬挙動を変化させたことに起因するものだと判断できる。
【００４９】
よって、本発明においては、好ましくはイオン注入により、第１の媒質及び／または第２の媒質において、上記境界の上下１λの範囲内の領域にイオン注入を行えばよい。境界の上下０．７λから１λの領域にイオンを注入した場合、大きな周波数変化は得られない。しかしながら、イオン注入量に対して周波数かつゆるやかに変化することが予想される。従って、周波数の微調整に好適である。一方、周波数の製造バラツキが大きく、大きく周波数を変化させるように周波数調整を行う場合には、大半のエネルギーが分布する領域、すなわち境界の上下０．７λの範囲内の領域にイオンを注入することが好ましい。それによって、周波数を大きく変化させることができる。
【００５０】
さらに、第１の媒質もしくは第２の媒質が積層構造であることも好ましい。それによって、急峻にエネルギーが増加する境界に近い媒質層の中にイオン注入を行うことにより、より大きく周波数を変化させることができる。従って、周波数の製造バラツキが大きい場合にも対応でき、望ましい。
【００５１】
上記実験例と同様にして、ただし、注入するイオン種はＨｅ＋及びＢ＋イオンとして周波数調整を試みた。結果を図９及び図１０に示す。図９は、Ｈｅ＋イオンを注入した場合のイオン注入量と周波数変化量との関係を示し、図１０は、Ｂ＋イオンを注入した場合のイオン注入量と周波数変化量との関係を示す。図９及び図１０においても、図３と同様に、〇が共振周波数Ｆｒを、×が反共振周波数Ｆａを示す。
【００５２】
図９から明らかなように、Ｈｅ＋イオンを注入した場合、周波数特性は変化するものの、注入量と周波数変化量とに相関はあまりみられない。これは、Ｈｅ＋イオンの場合には、注入されたイオンが抜けやすいため、イオン注入の効果がばらつくためと考えられる。従って、好ましくは、Ｈｅよりも原子量の大きな原子のイオンすなわちＬｉ及びＬｉよりも大きな原子量の原子のイオンを注入することが望ましい。もっとも、Ｈｅ＋イオンを注入した場合においても、図９から明らかなように、共振周波数及び反共振周波数を変化させることはできる。従って、周波数特性を調整することができる。
【００５３】
同様に、図１０に示すように、Ｂ＋イオンを注入した場合も、イオン注入量と、周波数変化量との間には、さほど変化は認められないが、周波数特性を調整することができる。Ｌｉに比べＢは原子量が大きいためＬｉと同じ２００ｋｅＶで注入した場合でも、注入深さは浅くなり、第１の媒質と第２の媒質の境界から０．４５λの位置（ＳｉＯ２厚は０．６λなので、０．４５λはＳｉＯ２の中となる）を中心として図１に示した領域５が形成されたため、周波数変化量が小さくなったのだと考察される。また、Ｂは原子量が大きいことから、注入されたイオンによる領域５の密度の変化は大きくなり、また、引き起こされる周囲の膜の歪みは大きくなるため、同量のイオンを、同じ深さに注入した場合はＢの方がＬｉより変化量は大きくなる。
【００５４】
図１１（ａ），（ｂ）は、本発明の他の実施形態に係る弾性境界波装置の製造方法を説明するための模式的正面断面図である。第２の実施形態では、図１１（ａ）に示すように、まず、第１の媒質１、ＩＤＴ電極２及び第２の媒質１１をこの順序で積層してなる積層体１２を用意する。第１の媒質１、ＩＤＴ電極２及び第２の媒質１１は、前述した実施形態と同様の材料で構成することができる。ただし、本実施形態では、第２の媒質１１の厚みを、ＩＤＴ電極２を励振した際に、励振される弾性波が弾性境界波ではなく、弾性表面波が主体であるように、第２の媒質１１を成膜する。
【００５５】
この段階で、矢印で示すようにイオン注入を行い、領域５を形成し、周波数調整を行う。すなわち、弾性表面波装置である積層体１２の段階で周波数調整をイオン注入により行う。このように、弾性表面波装置の段階で周波数調整を行ってもよい。
【００５６】
次に、周波数調整後に、第２の媒質１１上に、第３の媒質１３を積層する。第３の媒質１３は、第２の媒質１１と同じ誘電体材料で形成されてもよく、異なる誘電体材料で形成されてもよい。
【００５７】
ただし、第３の媒質１３を積層することにより、ＩＤＴ電極２に電圧を印加して励振される弾性波が弾性境界波となるように、第３の媒質１３を積層する。すなわち、第２の媒質１１と第３の媒質１３との合計厚みが励振される弾性波が弾性境界波となるようにして、弾性境界波装置を得る。
【００５８】
本実施形態では、弾性表面波装置である積層体１２の段階で周波数調整が行われる。従って、本実施形態においても、ＩＤＴ電極２は第１，第２の媒質間に埋め込まれているものの、外部からイオン注入を行うことにより、高精度に周波数調整を行うことができる。よって、本実施形態においても、最終的に目標とする周波数特性を有する弾性境界波装置を容易にかつ確実に得ることができる。
【００５９】
また、本発明の作用は、打ち込んだ粒子による密度や歪みの変化により境界波のエネルギーが分布する領域における媒質の密度や弾性定数が変化することによる。したがって、本発明の効果は打ち込んだ粒子がイオンのみではなく、加速したイオンに対して、ニュートラライザなどを用いて電子を供給してイオンを中和して、原子としてから注入した場合でも同様な効果が得られる。
【符号の説明】
【００６０】
１…第１の媒質
２…ＩＤＴ電極
２ａ…Ｔｉ膜
２ｂ…Ｐｔ膜
２ｃ…ＴｉＯ２膜
２ｄ…ＡｌＣｕ膜
２ｅ…ＴｉＯ２膜
２ｆ…Ｐｔ膜
２ｇ…ＮｉＣｒ膜
３…ＳｉＯ２膜
４…ＳｉＮ膜
５…領域
１１…第２の媒質
１２…積層体
１３…第３の媒質
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば共振子や帯域フィルタなどに用いられる弾性境界波装置の製造方法と弾性境界波装置に関し、より詳細には、周波数調整工程を備えた弾性境界波装置の製造方法および弾性境界波装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、弾性表面波装置に代わり、弾性境界波装置が注目されている。弾性境界波装置では、弾性境界波が固体からなる第１，第２の媒質間の境界を伝搬する。従って、弾性境界波装置では、弾性表面波装置に比べて小型化を進めることができる。また、パッケージ構造の簡略化を果たすことができる。
【０００３】
弾性境界波装置をフィルタや共振子として用いる場合、その周波数特性が高精度に設定される必要がある。しかしながら、弾性境界波装置ではＩＤＴ電極が、第１，第２の媒質間の境界に存在する。従って、弾性表面波装置とは異なり周波数調整が困難であった。
【０００４】
下記の特許文献１には、弾性境界波装置の周波数調整方法の一例が開示されている。図１２に示すように特許文献１では、第１の媒質１０１と第２の媒質１０２との境界にＩＤＴ電極１０３が配置されている。第２の媒質１０２は、媒質層１０２ａと、媒質層１０２ｂとを有し、媒質層１０２ａ，１０２ｂ間に改質用媒質層１０２ｃが配置されている。
【０００５】
特許文献１では、第２の媒質１０２の外側から矢印で示すようにレーザー光を照射する。このレーザー光の照射により改質用媒質層１０２ｃが加熱され、改質用媒質層１０２ｃを構成している金属が第２の媒質１０２内に拡散される。この拡散により改質部を形成し、周波数調整を図ることができるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】ＷＯ２００８／０６２６３９ Ａ１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
弾性境界波装置においては、弾性境界波の伝搬エネルギーは、第１の媒質１０１と第２の媒質１０２との境界付近に集中する。従って、特許文献１に記載の周波数調整方法において、所望の周波数特性を得るには、媒質間の境界付近に高精度に改質部を形成する必要があった。
【０００８】
しかしながら、特許文献１に記載の方法では、改質用媒質層１０２ｃ以外の媒質やＩＤＴ電極が拡散して劣化しないように、改質用媒質層１０２ｃの融点を低く抑えたり、拡散しやすい材料を改質用媒質層１０２ｃとして選択する必要があり、装置設計上の制約が大きいという問題があった。加えて、改質用媒質層１０２ｃを改質したり、改質用媒質層１０２ｃを構成する金属を周囲の媒質１０２ａ、１０２ｂに拡散させるために、改質用媒質層１０２ｃの融点付近で融解と凝固作用を生じさせる必要がある。しかし、この融解と凝固を生じさせるために、集光したレーザーで局所加熱を行うと、改質層の膜質や拡散状態が不均一となり、高精度に周波数を調整することが非常に困難であった。従って、所望とする周波数特性を有する弾性境界波装置を得ることが困難であった。
【０００９】
本発明の目的は、所望の周波数特性を有する弾性境界波装置を容易にかつ確実に得ることを可能とする弾性境界波装置の製造方法並びに該弾性境界波装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る弾性境界波装置の製造方法は、圧電体よりなる第１の媒質と、前記第１の媒質上に積層されており、誘電体よりなる第２の媒質と、前記第１の媒質と第２の媒質との界面に配置されたＩＤＴ電極とを備える積層体を用意する工程と、前記第２の媒質の外側からイオンや原子を注入し、周波数を調整する工程とを備える。
【００１１】
本発明に係る弾性境界波装置の製造方法のある特定の局面では、弾性境界波の波長をλとしたときに、前記界面の上下１λ以内の領域に前記イオン注入によりイオンを分布させる。この場合には、弾性境界波の伝搬エネルギーが界面の上下１λ以内の領域に集中するため、弾性境界波装置の周波数特性をより一層高精度に調整することができる。
【００１２】
本発明に係る弾性境界波装置の製造方法の他の特定の局面では、前記イオン注入に際し、Ｌｉ以上の原子量を有する原子のイオンを注入する。この場合には、原子量が大きな原子のイオンを注入するため、注入されたイオンが抜け難い。従って、周波数特性が安定な弾性境界波装置を提供することができる。
【００１３】
本発明に係る弾性境界波装置の製造方法のさらに他の特定の局面では、前記積層体を用意する工程において、前記第２の媒質の厚みを、ＩＤＴ電極により励振される弾性波が弾性境界波ではなく、弾性表面波を主体とする厚みとなるように第２の媒質を形成する。さらに、前記イオン注入工程後に、第２の媒質上に、さらに第２の媒質と同じ誘電体材料または異なる誘電体材料からなる第３の媒質を、ＩＤＴ電極に励振される弾性波が弾性境界波を主体とするように形成する。この場合には、第２の媒質の厚みが薄いため、小さなイオン注入エネルギーにより周波数調整を行うことができる。従って、安価な設備を用いて周波数調整を行うことができる。また、第２の媒質の厚みが薄いので、原子量の大きなイオンを容易に注入することができる。原子量の大きな原子のイオンを注入すると、周波数特性が大きく変化する。従って、周波数調整量に対し、イオンの注入量を減らすことができ、容易に周波数調整を行うことができる。
【００１４】
本発明に係る弾性境界波装置は、圧電体よりなる第１の媒質と、前記第１の媒質上に積層されており、誘電体よりなる第２の媒質と、前記第１の媒質と前記第２の媒質との界面に配置されたＩＤＴ電極とを備え、前記第１の媒質および／または前記第２の媒質が、イオンもしくは原子注入領域を有する、弾性境界波装置である。
【００１５】
本発明に係る弾性境界波装置のある特定の局面では、弾性境界波の波長をλとしたときに、前記界面の上下１λ以内の領域が前記イオンもしくは原子注入領域である。この場合には、弾性境界波装置の周波数特性をより一層高精度に調整することができる。
【００１６】
本発明に係る弾性境界波装置のさらに他の特定の局面では、前記イオンが、Ｌｉ以上の原子量を有する原子のイオンである。この場合には、注入されたイオンが抜け難いので、周波数特性が安定な弾性境界波装置を提供することができる。
【００１７】
本発明に係る弾性境界波装置のさらに別の特定の局面では、前記第２の媒質の厚みが、ＩＤＴ電極により励振される弾性波が弾性境界波ではなく弾性表面波を主体とする厚みとされており、前記第２の媒質上に積層されており、前記第２の媒質と同じ誘電体材料または異なる誘電体材料からなる第３の媒質をさらに備える。ＩＤＴ電極により励振される弾性波が弾性境界波を主体とするように上記第３の媒質が形成されている。この場合には、第２の媒質の厚みが薄いため、イオン注入エネルギーが小さくてすむ。従って、安価な設備を用いて、周波数調整を行うことができるので、弾性境界波装置の製造コストを低減することができる。加えて、原子量の大きなイオンを注入することも容易である。そのため、周波数調整を容易に行うことができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係る弾性境界波装置の製造方法および弾性境界波装置によれば、ＩＤＴ電極が第１，第２の媒質の界面に配置された積層体を得た段階で、イオン注入により周波数を調整することができる。従って、弾性境界波装置を完成させた後に、目標とする周波数特性を得るように周波数を容易に調整することができる。あるいは、ＩＤＴ電極により励振される弾性波が弾性表面波を主体とする厚みとなるように第２の媒質を形成した後に、イオン注入により容易に周波数を調整することができる。
【００１９】
また、上記イオン注入により周波数を調整するものであるため、第１，第２の媒質の界面付近にイオンを確実に分布させることができる。従って周波数調整を高精度に行うことができる。よって、本発明によれば、目標とする周波数特性を有する弾性境界波装置を容易にかつ確実に提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】（ａ）は、本発明の一実施形態における弾性境界波装置の製造方法において、イオン注入により周波数を調整する工程を説明するための正面断面図であり、（ｂ）は該弾性境界波装置の電極構造を説明するための部分拡大正面断面図である。
【図２】図２は、第１の実施形態の弾性境界波装置を伝搬する弾性境界波の振動変位分布を示す模式図である。
【図３】第１の実施形態の弾性境界波装置の製造方法におけるイオン注入量と、周波数変化量との関係を示す図である。
【図４】第１の実施形態の弾性境界波装置の製造方法におけるイオン注入量と、インピーダンス変化量との関係を示す図である。
【図５】（ａ）は、第１の実施形態の弾性境界波装置の製造方法において、イオン注入を行う前、並びにイオン注入量が１×１０１５ａｔｏｍ／ｃｍ２としてイオン注入を行った後のインピーダンス特性を示す図であり、（ｂ）は第１の実施形態の弾性境界波装置の製造方法において、イオン注入を行う前、並びにイオン注入量が１×１０１５ａｔｏｍ／ｃｍ２としてイオン注入を行った後の位相特性を示す図である。
【図６】（ａ）は、第１の実施形態の弾性境界波装置の製造方法において、イオン注入を行う前、並びにイオン注入量が３×１０１５ａｔｏｍ／ｃｍ２としてイオン注入を行った後のインピーダンス特性を示す図であり、（ｂ）は第１の実施形態の弾性境界波装置の製造方法において、イオン注入を行う前、並びにイオン注入量が３×１０１５ａｔｏｍ／ｃｍ２としてイオン注入を行った後の位相特性を示す図である。
【図７】（ａ）は、第１の実施形態の弾性境界波装置の製造方法において、イオン注入を行う前、並びにイオン注入量が１×１０１６ａｔｏｍ／ｃｍ２としてイオン注入を行った後のインピーダンス特性を示す図であり、（ｂ）は第１の実施形態の弾性境界波装置の製造方法において、イオン注入を行う前、並びにイオン注入量が１×１０１６ａｔｏｍ／ｃｍ２としてイオン注入を行った後の位相特性を示す図である。
【図８】（ａ）は、第１の実施形態の弾性境界波装置の製造方法において、イオン注入を行う前、並びにイオン注入量が５×１０１６ａｔｏｍ／ｃｍ２としてイオン注入を行った後のインピーダンス特性を示す図であり、（ｂ）は第１の実施形態の弾性境界波装置の製造方法において、イオン注入を行う前、並びにイオン注入量が５×１０１６ａｔｏｍ／ｃｍ２としてイオン注入を行った後の位相特性を示す図である。
【図９】Ｈｅ＋イオンを注入した場合のイオン注入量と周波数変化量との関係を示す図である。
【図１０】Ｂ＋イオンを注入した場合のイオン注入量と周波数変化量との関係を示す図である。
【図１１】（ａ）及び（ｂ）は、本発明の他の実施形態の弾性境界波装置の製造方法を示す各模式的正面断面図である。
【図１２】従来の弾性境界波装置の周波数調整方法を説明するための模式的正面断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面を参照しつつ、本発明の具体的な実施形態を説明することにより、本発明を明らかにする。
【００２２】
図１（ａ）及び（ｂ）を参照して、本発明の一実施形態に係る弾性境界波装置の製造方法を説明する。まず、図１に示されている第１の媒質１を用意する。第１の媒質１としては、本実施形態では、２５°ＹカットＬｉＮｂＯ３基板を用いる。もっとも、第１の媒質１は、他の圧電体により形成されていてもよい。このような圧電体としては、上記カット角以外のＬｉＮｂＯ３、あるいはＬｉＴａＯ３、水晶、圧電セラミックスなどを挙げることができる。また、ガラス基板やＳｉ基板、サファイア基板などの支持基板上に圧電膜を形成した圧電膜と支持基板の積層体を圧電体としてもよい。
【００２３】
第１の媒質１上に、ＩＤＴ電極２と、図示しない反射器を形成する。ＩＤＴ電極２の形成方法は特に限定されず、蒸着またはスパッタリングなどの薄膜形成方法を用いることができる。本実施形態では、ＩＤＴ電極２として、図１（ｂ）に拡大して示す積層金属膜からなるＩＤＴ電極を形成する。この積層金属膜では、下から順に、Ｔｉ膜２ａ、Ｐｔ膜２ｂ、ＴｉＯ２膜２ｃ、ＡｌＣｕ膜２ｄ、ＴｉＯ２膜２ｅ、Ｐｔ膜２ｆ及びＮｉＣｒ膜２ｇの順序でこれらの金属膜が積層されている。各金属膜の膜厚は以下の通りとする。なお、ＡｌＣｕ膜はＡｌを主成分としてＣｕを含有させた合金である。
【００２４】
ＮｉＣｒ／Ｐｔ／ＴｉＯ２／ＡｌＣｕ／ＴｉＯ２／Ｐｔ／Ｔｉ＝１０／２２／２０／２２５／２０／３６／１０（単位はｎｍ）。
【００２５】
ＩＤＴ電極と反射器を構成する電極指の周期は、２．０１μｍであり、この電極指周期が弾性境界波装置の応答周波数における弾性境界波の波長λに相当する。ＩＤＴ電極の交差幅は２８．７μｍであり、ＩＤＴ電極の電極指本数は２２７本、ＩＤＴ電極の弾性境界波伝搬方向両側に配置された反射器の電極指本数はそれぞれ３１本、ＩＤＴ電極と反射器の電極指幅の波長に対する比は０．２５である。
【００２６】
上記ＩＤＴ電極２を形成した後に、ＳｉＯ２膜３を形成する。ＳｉＯ２膜３の成膜は、スパッタリングなどの適宜の方法により行い得る。ＳｉＯ２膜３の膜厚は１２１３ｎｍである。
【００２７】
次に、ＳｉＯ２膜３上に、ＳｉＮ膜４をスパッタリングにより成膜する。ＳｉＮ膜４の膜厚は４００ｎｍである。
【００２８】
上記ＳｉＯ２膜３及びＳｉＮ膜４が、第２の媒質に相当する。
【００２９】
なお、図１（ａ）では図示を省略しているが、ＩＤＴ電極２に電気的に接続されるように、ＩＤＴ電極２を形成する工程において、電極引き出しパッドを形成しておく。また、上記電極引き出しパッド上のＳｉＯ２膜３及びＳｉＮ膜４を除去するように、フォトリソグラフィ法によりＳｉＯ２膜３及びＳｉＮ膜４をパターニングする。
【００３０】
このようにして得た積層体において、周波数特性を測定する。本実施形態では、ＩＤＴ電極２の両側に反射器が構成されている１ポート型弾性境界波共振子が構成されている。従って、上記周波数特性として、共振特性、インピーダンス特性及び／またはインピーダンススミスチャートなどを測定する。しかる後、図１（ａ）の矢印で示すように、第２の媒質の外側から、具体的には上記ＳｉＮ膜４の上方から日本真空技術性ＩＭＸ−３５００ＲＳ（中電流密度イオン注入機）を用い、金属イオンを注入する。本実施形態では、金属イオンとしてＬｉイオンを注入する。イオン注入では、イオンを第１の媒質１と、ＳｉＯ２膜３及びＳｉＮ膜４からなる第２の媒質との界面付近に確実に分布させることができる。このようにして、図１（ａ）に示すように、イオンが注入された領域５を形成することができる。イオンが注入された領域５が形成されると、ＩＤＴ電極２で励振された弾性境界波の伝搬挙動が変化し、周波数特性が変化する。
【００３１】
上記のようにして、イオン注入により周波数特性を調整することができる。このイオン注入による具体的な周波数調整結果については、後程具体的な実験例に基づき説明する。
【００３２】
本実施形態では、上記のように、上記積層体を得た後に、外部からイオン注入を行うだけで、弾性境界波装置の周波数調整を容易にかつ確実に行うことができる。
【００３３】
なお、上記実施形態では、第２の媒質は、ＳｉＯ２膜３及びＳｉＮ膜４により形成したが、１種類の誘電体により第２の媒質を構成してもよい。また、第２の媒質を構成する材料についてもＳｉＯ２やＳｉＮに限らず、様々な誘電体を用いることができる。
【００３４】
次に、具体的な実験例を説明する。
【００３５】
図１（ａ）に示した上記積層体を用意した後、日本真空技術性ＩＭＸ−３５００ＲＳ（中電流密度イオン注入機）を用い、注入エネルギー２００ＫｅＶでＬｉ＋イオンを第２の媒質の上面から注入し、周波数調整を図った。この場合、イオン注入量を１×１０１４ａｔｏｍ／ｃｍ２〜１×１０１７ａｔｏｍ／ｃｍ２の範囲で種々異ならせ、周波数調整を行った。結果を図３及び図４に示す。図３は、イオン注入量と周波数変化量との関係を示す。図３において、〇が共振周波数Ｆｒを×が反共振周波数Ｆａを示す。
【００３６】
図３から明らかなように、イオン注入量が増加するにつれて、共振周波数及び反共振周波数が低くなっていることがわかる。すなわち、イオン注入量と共振周波数及び反共振周波数との間に負の相関のあることがわかる。従って、イオン注入量を変化させることにより、周波数を目標周波数となるように容易に調整することができる。
【００３７】
なお、図４は、上記イオン注入量とインピーダンス変化量との関係を示す。インピーダンス変化量とは反共振周波数のインピーダンスに対する共振周波数におけるインピーダンスに対する比の変化量を示す。図４から明らかなように、イオン注入を行っても、インピーダンス比はさほど変化していないことがわかる。
【００３８】
上記イオン注入量を変化させた場合の具体的なインピーダンス特性及び位相特性の変化の例を、図５〜図８に具体的に示す。
【００３９】
図５（ａ）、図６（ａ）、図７（ａ）及び図８（ａ）は、イオン注入前とイオン注入後のインピーダンス特性を示し、図５（ｂ）、図６（ｂ）、図７（ｂ）及び図８（ｂ）はイオン注入前とイオン注入後の位相特性をそれぞれ示す図である。図５〜図８において、実線がイオン注入後の特性を、破線がイオン注入前の特性を示す。
【００４０】
また、イオン注入量は、以下の通りである。
【００４１】
図５（ａ）及び（ｂ）では、イオン注入量は１×１０１５ａｔｏｍ／ｃｍ２、図６（ａ）及び（ｂ）では、３×１０１５ａｔｏｍ／ｃｍ２、図７（ａ）及び（ｂ）では、１×１０１６ａｔｏｍ／ｃｍ２、図８（ａ）及び（ｂ）では、５×１０１６ａｔｏｍ／ｃｍ２である。
【００４２】
上記図５〜図８の結果は、前述した図３及び図４にまとめた結果に対応する。
【００４３】
なお、図３及び図４のイオン注入量が１×１０１４ａｔｏｍ／ｃｍ２とした場合のインピーダンス変化及び位相変化については変化量が少ないため、図示を省略した。
【００４４】
上記実験例から明らかなように、イオン注入量を制御することにより、共振周波数や反共振周波数を高精度に調整し得ることがわかる。
【００４５】
上記実施形態において、イオン注入により周波数を高精度に調整し得るのは、イオン注入によれば図１に示した領域５のように、第１，第２の媒質間の境界付近にイオンを分布させることができることによると考えられる。図２に示すように、上記弾性境界波装置の弾性波の振動変位分布より、第１の媒質と第２の媒質との境界付近に弾性波のエネルギーが集中する。図２の縦軸の深さ０．０は、第１の媒質と第２の媒質の境界を示し、マイナス方向が第１の媒質側であり、プラスの方向が第２の媒質側である。図２において、Ｕ１は伝搬方向の変位分布、Ｕ２は伝搬方向と垂直で境界に水平な方向の振動変位成分、Ｕ３は伝搬方向と境界に垂直な方向の振動変位成分であり、弾性境界波は多くの場合、Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３の振動変位成分が結合しながら一つの伝搬モードとして伝搬する。図２から明らかなように、弾性境界波の波長λとしたときに、深さが０．０±１．０λの範囲に、弾性波のエネルギーが分布しており、０．０±０．７λの範囲にほとんどが集中して、深さ０．０、すなわち、第１の媒質と第２の媒質の境界に近づくに従い徐々にエネルギーが大きくなる。また、第２の媒質を構成するＳｉＯ２及びＳｉＮのうち、より低音速なＳｉＯ２の内側で急峻に振動変位が増加する。従って、イオン注入により、上記境界の上下１λの部分にイオン分布させることにより、弾性波の伝搬挙動を変化させることができ、上下０．７λの範囲でより大きく弾性波の伝搬挙動を変化させることができる。すなわち、周波数を大きく変化させることができる。さらに、媒質２を高音速な膜と低音速な膜を積層して構成した場合、低音速な膜にエネルギーが多く分布することがわかる。従って、周波数をより大きく調整することができる。
【００４６】
上記実施形態におけるＬｉイオンの分布をＬＳＳ理論（例えば、 非特許文献Ｊ． Ｌｉｎｄｈａｒｄ ｅｔ ａｌ． ： Ｒａｎｇｅ ｃｏｎｃｅｐｔｓ ａｎｄ ｈｅａｖｙ ｉｏｎ ｒａｎｇｅｓ． Ｍａｔ． Ｆｙｓ． Ｍｅｄｄ． Ｄａｎ． Ｖｉｄ． Ｓｅｌｓｋ．， Ｖｏｌ． ３３， ｐ．１−３９， １９６３）に基づき解析したところ、ＬｉＮｂＯ３基板１とＳｉＯ２膜３の境界から７７０ｎｍ（λ＝２．０１μｍなので０．３８λ）離れたＳｉＯ２膜３の膜中の位置を中心にＬｉが分布していることが確かめられた。
【００４７】
上記実験例でイオン注入により周波数特性が大きく変化したのは、弾性波のエネルギーが分布している第１の媒質と第２の媒質の境界付近の、０．３８λの領域に、図１に示した領域５が形成されていることによると考えられる。さらに言えば、高音速なＳｉＮと低音速なＳｉＯ２を積層して構成した第２の媒質のうち、境界に近いＳｉＯ２の内部に領域５が構成されたため、より大きな周波数変化が得られたと考えられる。
【００４８】
なお、上記実施例において、イオン注入に用いたイオン注入機の制約により注入エネルギーは２００ｋｅＶに抑えたため、第２の媒質を構成するＳｉＮ膜の厚みを４００ｎｍとした。このため、ＳｉＮ表面にわずかに振動エネルギーが分布している。そこで、上記実施例と同じ手順で、イオン注入したサンプルとイオン注入していないサンプルを作成し、イオン注入した後に、４００ｎｍのＳｉＮ膜の上にＳｉＮを１６００ｎｍ成膜して表面に振動エネルギーが分布していない完全な境界波を作成し、イオン注入したサンプルとイオン注入していないサンプルの周波数差を比較した。その結果、イオン注入により変化した周波数と同じ周波数変化を確認した。これらの検討により、イオン注入による周波数変化が、４００ｎｍのＳｉＮ膜表面のイオンミリングによる厚みの変化に起因するものではなく、イオン注入により境界付近にＬｉを分布させて媒質２の弾性定数を改変し、境界波の伝搬挙動を変化させたことに起因するものだと判断できる。
【００４９】
よって、本発明においては、好ましくはイオン注入により、第１の媒質及び／または第２の媒質において、上記境界の上下１λの範囲内の領域にイオン注入を行えばよい。境界の上下０．７λから１λの領域にイオンを注入した場合、大きな周波数変化は得られない。しかしながら、イオン注入量に対して周波数かつゆるやかに変化することが予想される。従って、周波数の微調整に好適である。一方、周波数の製造バラツキが大きく、大きく周波数を変化させるように周波数調整を行う場合には、大半のエネルギーが分布する領域、すなわち境界の上下０．７λの範囲内の領域にイオンを注入することが好ましい。それによって、周波数を大きく変化させることができる。
【００５０】
さらに、第１の媒質もしくは第２の媒質が積層構造であることも好ましい。それによって、急峻にエネルギーが増加する境界に近い媒質層の中にイオン注入を行うことにより、より大きく周波数を変化させることができる。従って、周波数の製造バラツキが大きい場合にも対応でき、望ましい。
【００５１】
上記実験例と同様にして、ただし、注入するイオン種はＨｅ＋及びＢ＋イオンとして周波数調整を試みた。結果を図９及び図１０に示す。図９は、Ｈｅ＋イオンを注入した場合のイオン注入量と周波数変化量との関係を示し、図１０は、Ｂ＋イオンを注入した場合のイオン注入量と周波数変化量との関係を示す。図９及び図１０においても、図３と同様に、〇が共振周波数Ｆｒを、×が反共振周波数Ｆａを示す。
【００５２】
図９から明らかなように、Ｈｅ＋イオンを注入した場合、周波数特性は変化するものの、注入量と周波数変化量とに相関はあまりみられない。これは、Ｈｅ＋イオンの場合には、注入されたイオンが抜けやすいため、イオン注入の効果がばらつくためと考えられる。従って、好ましくは、Ｈｅよりも原子量の大きな原子のイオンすなわちＬｉ及びＬｉよりも大きな原子量の原子のイオンを注入することが望ましい。もっとも、Ｈｅ＋イオンを注入した場合においても、図９から明らかなように、共振周波数及び反共振周波数を変化させることはできる。従って、周波数特性を調整することができる。
【００５３】
同様に、図１０に示すように、Ｂ＋イオンを注入した場合も、イオン注入量と、周波数変化量との間には、さほど変化は認められないが、周波数特性を調整することができる。Ｌｉに比べＢは原子量が大きいためＬｉと同じ２００ｋｅＶで注入した場合でも、注入深さは浅くなり、第１の媒質と第２の媒質の境界から０．４５λの位置（ＳｉＯ２厚は０．６λなので、０．４５λはＳｉＯ２の中となる）を中心として図１に示した領域５が形成されたため、周波数変化量が小さくなったのだと考察される。また、Ｂは原子量が大きいことから、注入されたイオンによる領域５の密度の変化は大きくなり、また、引き起こされる周囲の膜の歪みは大きくなるため、同量のイオンを、同じ深さに注入した場合はＢの方がＬｉより変化量は大きくなる。
【００５４】
図１１（ａ），（ｂ）は、本発明の他の実施形態に係る弾性境界波装置の製造方法を説明するための模式的正面断面図である。第２の実施形態では、図１１（ａ）に示すように、まず、第１の媒質１、ＩＤＴ電極２及び第２の媒質１１をこの順序で積層してなる積層体１２を用意する。第１の媒質１、ＩＤＴ電極２及び第２の媒質１１は、前述した実施形態と同様の材料で構成することができる。ただし、本実施形態では、第２の媒質１１の厚みを、ＩＤＴ電極２を励振した際に、励振される弾性波が弾性境界波ではなく、弾性表面波が主体であるように、第２の媒質１１を成膜する。
【００５５】
この段階で、矢印で示すようにイオン注入を行い、領域５を形成し、周波数調整を行う。すなわち、弾性表面波装置である積層体１２の段階で周波数調整をイオン注入により行う。このように、弾性表面波装置の段階で周波数調整を行ってもよい。
【００５６】
次に、周波数調整後に、第２の媒質１１上に、第３の媒質１３を積層する。第３の媒質１３は、第２の媒質１１と同じ誘電体材料で形成されてもよく、異なる誘電体材料で形成されてもよい。
【００５７】
ただし、第３の媒質１３を積層することにより、ＩＤＴ電極２に電圧を印加して励振される弾性波が弾性境界波となるように、第３の媒質１３を積層する。すなわち、第２の媒質１１と第３の媒質１３との合計厚みが励振される弾性波が弾性境界波となるようにして、弾性境界波装置を得る。
【００５８】
本実施形態では、弾性表面波装置である積層体１２の段階で周波数調整が行われる。従って、本実施形態においても、ＩＤＴ電極２は第１，第２の媒質間に埋め込まれているものの、外部からイオン注入を行うことにより、高精度に周波数調整を行うことができる。よって、本実施形態においても、最終的に目標とする周波数特性を有する弾性境界波装置を容易にかつ確実に得ることができる。
【００５９】
また、本発明の作用は、打ち込んだ粒子による密度や歪みの変化により境界波のエネルギーが分布する領域における媒質の密度や弾性定数が変化することによる。したがって、本発明の効果は打ち込んだ粒子がイオンのみではなく、加速したイオンに対して、ニュートラライザなどを用いて電子を供給してイオンを中和して、原子としてから注入した場合でも同様な効果が得られる。
【符号の説明】
【００６０】
１…第１の媒質
２…ＩＤＴ電極
２ａ…Ｔｉ膜
２ｂ…Ｐｔ膜
２ｃ…ＴｉＯ２膜
２ｄ…ＡｌＣｕ膜
２ｅ…ＴｉＯ２膜
２ｆ…Ｐｔ膜
２ｇ…ＮｉＣｒ膜
３…ＳｉＯ２膜
４…ＳｉＮ膜
５…領域
１１…第２の媒質
１２…積層体
１３…第３の媒質
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電体よりなる第１の媒質と、前記第１の媒質上に積層されており、誘電体よりなる第２の媒質と、前記第１の媒質と第２の媒質との界面に配置されたＩＤＴ電極とを備える積層体を用意する工程と、
前記第２の媒質の外側からイオンもしくは原子を注入し、周波数を調整する工程とを備える、弾性境界波装置の製造方法。
【請求項２】
弾性境界波の波長をλとしたときに、前記界面の上下１λ以内の領域に前記イオン注入によりイオンを分布させる、請求項１に記載の弾性境界波装置の製造方法。
【請求項３】
前記イオン注入に際し、Ｌｉ以上の原子量を有する原子のイオンを注入する、請求項１または２に記載の弾性境界波装置の製造方法。
【請求項４】
前記積層体を用意する工程において、前記第２の媒質の厚みを、ＩＤＴ電極により励振される弾性波が弾性境界波ではなく、弾性表面波を主体とする厚みとなるように第２の媒質を形成し、
前記イオン注入工程後に、第２の媒質上に、さらに第２の媒質と同じ誘電体材料または異なる誘電体材料からなる第３の媒質を、ＩＤＴ電極に励振される弾性波が弾性境界波を主体とするように形成する工程をさらに備える、請求項１〜３のいずれか１項に記載の弾性境界波装置の製造方法。
【請求項５】
圧電体よりなる第１の媒質と、
前記第１の媒質上に積層されており、誘電体よりなる第２の媒質と、
前記第１の媒質と前記第２の媒質との界面に配置されたＩＤＴ電極とを備え、
前記第１の媒質および／または前記第２の媒質が、イオンもしくは原子注入領域を有する、弾性境界波装置。
【請求項６】
弾性境界波の波長をλとしたときに、前記界面の上下１λ以内の領域が前記イオンもしくは原子注入領域である、請求項５に記載の弾性境界波装置。
【請求項７】
前記イオンが、Ｌｉ以上の原子量を有する原子のイオンである、請求項５または請求項６に記載の弾性境界波装置。
【請求項８】
前記第２の媒質の厚みが、ＩＤＴ電極により励振される弾性波が弾性境界波ではなく弾性表面波を主体とする厚みとされており、
前記第２の媒質上に積層されており、前記第２の媒質と同じ誘電体材料または異なる誘電体材料からなる第３の媒質をさらに備え、ＩＤＴ電極により励振される弾性波が弾性境界波を主体とするように前記第３の媒質が形成されている、請求項５〜７のいずれか１項に記載の弾性境界波装置。
【請求項１】
圧電体よりなる第１の媒質と、前記第１の媒質上に積層されており、誘電体よりなる第２の媒質と、前記第１の媒質と第２の媒質との界面に配置されたＩＤＴ電極とを備える積層体を用意する工程と、
前記第２の媒質の外側からイオンもしくは原子を注入し、周波数を調整する工程とを備える、弾性境界波装置の製造方法。
【請求項２】
弾性境界波の波長をλとしたときに、前記界面の上下１λ以内の領域に前記イオン注入によりイオンを分布させる、請求項１に記載の弾性境界波装置の製造方法。
【請求項３】
前記イオン注入に際し、Ｌｉ以上の原子量を有する原子のイオンを注入する、請求項１または２に記載の弾性境界波装置の製造方法。
【請求項４】
前記積層体を用意する工程において、前記第２の媒質の厚みを、ＩＤＴ電極により励振される弾性波が弾性境界波ではなく、弾性表面波を主体とする厚みとなるように第２の媒質を形成し、
前記イオン注入工程後に、第２の媒質上に、さらに第２の媒質と同じ誘電体材料または異なる誘電体材料からなる第３の媒質を、ＩＤＴ電極に励振される弾性波が弾性境界波を主体とするように形成する工程をさらに備える、請求項１〜３のいずれか１項に記載の弾性境界波装置の製造方法。
【請求項５】
圧電体よりなる第１の媒質と、
前記第１の媒質上に積層されており、誘電体よりなる第２の媒質と、
前記第１の媒質と前記第２の媒質との界面に配置されたＩＤＴ電極とを備え、
前記第１の媒質および／または前記第２の媒質が、イオンもしくは原子注入領域を有する、弾性境界波装置。
【請求項６】
弾性境界波の波長をλとしたときに、前記界面の上下１λ以内の領域が前記イオンもしくは原子注入領域である、請求項５に記載の弾性境界波装置。
【請求項７】
前記イオンが、Ｌｉ以上の原子量を有する原子のイオンである、請求項５または請求項６に記載の弾性境界波装置。
【請求項８】
前記第２の媒質の厚みが、ＩＤＴ電極により励振される弾性波が弾性境界波ではなく弾性表面波を主体とする厚みとされており、
前記第２の媒質上に積層されており、前記第２の媒質と同じ誘電体材料または異なる誘電体材料からなる第３の媒質をさらに備え、ＩＤＴ電極により励振される弾性波が弾性境界波を主体とするように前記第３の媒質が形成されている、請求項５〜７のいずれか１項に記載の弾性境界波装置。
【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２０１２−７０３５５（Ｐ２０１２−７０３５５Ａ）
【公開日】平成２４年４月５日（２０１２．４．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１１６１１７（Ｐ２０１１−１１６１１７）
【出願日】平成２３年５月２４日（２０１１．５．２４）
【出願人】（０００００６２３１）株式会社村田製作所 (3,635)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年４月５日（２０１２．４．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月２４日（２０１１．５．２４）
【出願人】（０００００６２３１）株式会社村田製作所 (3,635)
【Ｆターム（参考）】
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