温度補償型発振器
【課題】 実装面積の増大を抑制しつつ、温度変化による発振周波数変動を低減させる。
【解決手段】 弾性表面波装置Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３は２次の温度特性を持つように構成し、弾性表面波装置Ｗ１、Ｗ２は、頂点温度が同一で曲率が互いに異なる特性を持つとともに、弾性表面波装置Ｗ３は、頂点温度が弾性表面波装置Ｗ１、Ｗ２のいずれか一方と同じ特性を持つように構成し、弾性表面波装置Ｗ１、Ｗ２にてＳＡＷ発振器Ｓ１、Ｓ２を構成するとともに、弾性表面波装置Ｗ３にて電圧制御ＳＡＷ発振器Ｓ３を構成し、弾性表面波装置Ｗ１、Ｗ２の発振周波数ｆ１、ｆ２の差分（ｆ１−Ｆ２）を周波数／電圧変換回路Ｂ３にて電圧に変換し、電圧制御ＳＡＷ発振器Ｓ３の制御電圧として入力する。
【解決手段】 弾性表面波装置Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３は２次の温度特性を持つように構成し、弾性表面波装置Ｗ１、Ｗ２は、頂点温度が同一で曲率が互いに異なる特性を持つとともに、弾性表面波装置Ｗ３は、頂点温度が弾性表面波装置Ｗ１、Ｗ２のいずれか一方と同じ特性を持つように構成し、弾性表面波装置Ｗ１、Ｗ２にてＳＡＷ発振器Ｓ１、Ｓ２を構成するとともに、弾性表面波装置Ｗ３にて電圧制御ＳＡＷ発振器Ｓ３を構成し、弾性表面波装置Ｗ１、Ｗ２の発振周波数ｆ１、ｆ２の差分（ｆ１−Ｆ２）を周波数／電圧変換回路Ｂ３にて電圧に変換し、電圧制御ＳＡＷ発振器Ｓ３の制御電圧として入力する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は温度補償型発振器に関し、特に、温度補償回路が付加されたＳＡＷ（Ｓｕｒｆａｃｅ Ａｃｃｏｕｓｔｉｃ Ｗａｖｅ）発振器に適用して好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の温度補償型発振器では、温度変化による発振器の周波数変動を抑制するため、温度特性に優れたデバイスの特性を参照しながら、発振器の制御電圧を制御することが行われている。
また、例えば、特許文献１には、弾性表面波共振子の２次の温度特性を補償し、温度変化による発振周波数の変動を減らすために、２個のＮＴＣサーミスタを用いて弾性表面波共振子の温度補償する方法が開示されている。
【０００３】
また、例えば、特許文献２には、共振器型ＳＡＷ発振器の周波数変動を抑えるために、共振器型ＳＡＷ発振器が内蔵するＳＡＷ共振子の表面上に温度検出用トランスデューサを設け、温度検出用トランスデューサの共振周波数から共振器型ＳＡＷ発振器の制御電圧を発生させる方法が開示されている。
【特許文献１】実開平７−２３１２２１号公報
【特許文献２】実開平９−２９８４２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に開示された方法では、ＮＴＣサーミスタとＳＡＷ共振子の特性曲線を合わせ込む必要がある。特に、２次の温度特性を補償する場合、ＳＡＷ共振子の特性曲線の曲率と頂点を合わせなければならず、手間のかかる入念な調整工程が必要となったり、温度補償精度の劣化を招いたりするという問題があった。また、ＮＴＣサーミスタなどの個別の部品を外付けする必要があり、実装面積の増大を招いたり、良好な温度追従性が得られないという問題があった。
【０００５】
また、特許文献２に開示された方法では、共振器型ＳＡＷ発振器の制御電圧を発生させるために、温度検出用トランスデューサの共振周波数の絶対値が用いられている。このため、温度検出用トランスデューサの共振周波数のばらつきによって温度補償精度の劣化を引き起こすという問題があった。また、温度補償を精度よく行うためには、非常に高精度な周波数／電圧変換回路が必要になるとともに、温度検出用トランスデューサの発振周波数を周波数から電圧に直接変換するため、取り扱い周波数が非常に高くなり、回路構成が複雑化するという問題があった。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、実装面積の増大を抑制しつつ、温度変化による発振周波数変動を精度よく補償することが可能な温度補償型発振器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決するために、本発明の一態様に係る温度補償型発振器によれば、２次の温度特性を持つ第１および第２のＳＡＷ発振器と、前記第１および第２のＳＡＷ発振器の発振周波数の差分に対応した電圧に基づいて周波数を可変させる電圧制御ＳＡＷ発振器とを備えることを特徴とする。
これにより、第１および第２のＳＡＷ発振器の発振周波数の差分に基づいて電圧制御ＳＡＷ発振器の制御信号を生成することができる。このため、第１および第２のＳＡＷ発振器の製造バラツキが発生した場合においても、第１および第２のＳＡＷ発振器の発振周波数のバラツキを打ち消すことが可能となるとともに、ＮＴＣサーミスタなどの個別の部品を外付けする必要がなくなり、実装面積の増大を抑制しつつ、温度変化による発振周波数変動を精度よく補償することが可能となる。
【０００８】
また、本発明の一態様に係る温度補償型発振器によれば、前記第１および第２のＳＡＷ発振器の発振周波数を混合する混合器と、前記混合器にて混合された信号から前記第１および第２のＳＡＷ発振器の発振周波数の差分を抽出するローパスフィルタと、前記ローパスフィルタにて抽出された前記第１および第２のＳＡＷ発振器の発振周波数の差分を電圧に変換する周波数／電圧変換回路とをさらに備えることを特徴とする。
【０００９】
これにより、第１および第２のＳＡＷ発振器の発振周波数の差分に対応した電圧に基づいて電圧制御ＳＡＷ発振器の発振周波数を制御することが可能となり、第１および第２のＳＡＷ発振器の発振周波数の差分から電圧に変換することができる。このため、周波数／電圧変換回路における取り扱い周波数を低くすることができ、回路構成を簡易化することが可能となる。
【００１０】
また、本発明の一態様に係る温度補償型発振器によれば、前記第１および第２のＳＡＷ発振器は、頂点温度が同一で曲率が互いに異なる特性を持ち、前記電圧制御ＳＡＷ発振器は、温度特性が前記第１または第２のＳＡＷ発振器のいずれか一方と同じ特性を持つことを特徴とする。
これにより、ＳＡＷ発振器が２次の温度特性を持つ場合においても、手間のかかる入念な調整工程を不要としつつ、第１および第２のＳＡＷ発振器の発振周波数の差分を電圧制御ＳＡＷ発振器の発振周波数の変動量に対応させることができ、温度変化による発振周波数変動を精度よく補償することができる。
【００１１】
また、本発明の一態様に係る温度補償型発振器によれば、半導体チップ上に積層され、２次の温度特性を持つ第１、第２および第３の弾性表面波装置と、前記半導体チップに形成され、前記第１および第２の弾性表面波装置がそれぞれ組み込まれた第１および第２のＳＡＷ発振器の発振周波数の差分に対応した電圧に基づいて、前記第３の弾性表面波装置が組み込まれた電圧制御ＳＡＷ発振器の発振周波数を補正する発振周波数補正部とを備えることを特徴とする。
【００１２】
これにより、第１および第２のＳＡＷ発振器の発振周波数の差分に対応した電圧に基づいて電圧制御ＳＡＷ発振器の発振周波数を制御することが可能となるとともに、半導体チップ上に弾性表面波装置を集積化することができる。このため、第１および第２のＳＡＷ発振器を近接して配置することが可能となり、チップ間またはウェハ間で弾性表面波装置の製造バラツキが発生した場合においても、第１および第２のＳＡＷ発振器の特性のバラツキを打ち消すことが可能となるとともに、温度追従性を向上させることが可能となり、実装面積の増大を抑制しつつ、温度特性補償を精度よく行うことが可能となる。また、第１および第２のＳＡＷ発振器の発振周波数の差分をとることで、取り扱い周波数を低くすることが可能となり、回路構成を簡略化しつつ、温度変化による発振周波数変動を低減させることができる。
【００１３】
また、本発明の一態様に係る温度補償型発振器によれば、前記弾性表面波装置は、前記半導体チップ上に積層された前記薄膜圧電体と、前記薄膜圧電体上に形成されたＩＤＴ電極とを備えることを特徴とする。
これにより、薄膜圧電体を半導体チップ上に成膜することで、弾性表面波装置を半導体チップ上に積層することが可能となり、実装面積の増大を抑制しつつ、温度変化による発振周波数変動を低減させることができる。
【００１４】
また、本発明の一態様に係る温度補償型発振器によれば、前記第１のＳＡＷ発振器は、前記半導体チップに形成され、前記第１の弾性表面波装置が組み込まれた発振ループを構成する第１の帰還回路を備え、前記第２のＳＡＷ発振器は、前記半導体チップに形成され、前記第２の弾性表面波装置が組み込まれた発振ループを構成する第２の帰還回路を備え、前記電圧制御ＳＡＷ発振器は、前記半導体チップに形成され、前記第３の弾性表面波装置が組み込まれた発振ループを構成する第３の帰還回路と、前記電圧制御ＳＡＷ発振器の発振周波数を制御する可変容量コンデンサとを備え、前記発振周波数補正部は、前記第１および第２のＳＡＷ発振器の発振周波数を混合する混合器と、前記混合器にて混合された信号から前記第１および第２のＳＡＷ発振器の発振周波数の差分を抽出するローパスフィルタと、前記ローパスフィルタにて抽出された前記第１および第２のＳＡＷ発振器の発振周波数の差分を電圧に変換する周波数／電圧変換回路とを備えることを特徴とする。
【００１５】
これにより、温度補償型発振器の構成要素のうち弾性表面波装置以外の部分を半導体チップに形成することを可能としつつ、弾性表面波装置を半導体チップ上に積層することが可能となるとともに、第１および第２のＳＡＷ発振器の発振周波数の差分に対応した電圧に基づいて電圧制御ＳＡＷ発振器の発振周波数を制御することが可能となる。このため、チップ間またはウェハ間での弾性表面波装置の製造バラツキに対応しつつ、温度特性補償を精度よく行うことが可能となるとともに、弾性表面波装置および回路部品を集積化することを可能として、実装面積の増大を抑制することができる。
【００１６】
また、本発明の一態様に係る温度補償型発振器によれば、前記第１および第２のＳＡＷ発振器は、頂点温度が同一で曲率が互いに異なる特性を持ち、前記電圧制御ＳＡＷ発振器は、温度特性が前記第１または第２のＳＡＷ発振器のいずれか一方と同じ特性を持つことを特徴とする。
これにより、ＳＡＷ発振器が２次の温度特性を持つ場合においても、手間のかかる入念な調整工程を不要としつつ、第１および第２のＳＡＷ発振器の発振周波数の差分を電圧制御ＳＡＷ発振器の発振周波数の変動量に対応させることができ、温度変化による発振周波数変動を精度よく補償することができる。
【００１７】
また、本発明の一態様に係る温度補償型発振器によれば、前記第１および第２の弾性表面波装置の薄膜圧電体は、ゼロ温度係数を持つ誘電体の組み合わせをそれぞれ有するとともに、前記誘電体の膜厚が互いに異なることを特徴とする。
これにより、頂点温度が同一で曲率が互いに異なる特性を第１および第２のＳＡＷ発振器にそれぞれ持たせることが可能となるとともに、第１および第２のＳＡＷ発振器を同一の半導体チップ上に集積化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態に係る温度補償型発振器について図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る温度補償型発振器の構成を示す図である。
図１において、ＳＡＷ発振器Ｓ１、Ｓ２には、弾性表面波装置Ｗ１、Ｗ２が設けられるとともに、電圧制御ＳＡＷ発振器Ｓ３には、弾性表面波装置Ｗ３が設けられている。ここで、弾性表面波装置Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３には、弾性表面波を励振するＩＤＴ（インターデジタルトランスデューサ）電極が設けられるとともに、弾性表面波を反射する反射器電極が設けられている。なお、ＩＤＴ電極は、互いにかみ合うように配置された１組の櫛形電極にて構成することができる。
【００１９】
そして、弾性表面波装置Ｗ１の櫛形電極間には、帰還ループを構成する３段構成のインバータＮ１〜Ｎ３が接続され、弾性表面波装置Ｗ１およびインバータＮ１〜Ｎ３にてＳＡＷ発振器Ｓ１が構成されている。また、弾性表面波装置Ｗ１の櫛形電極間には抵抗Ｒ１が接続されている。
また、弾性表面波装置Ｗ２の櫛形電極間には、帰還ループを構成する３段構成のインバータＮ４〜Ｎ６が接続され、弾性表面波装置Ｗ２およびインバータＮ４〜Ｎ６にてＳＡＷ発振器Ｓ２が構成されている。また、弾性表面波装置Ｗ２の櫛形電極間には抵抗Ｒ２が接続されている。
【００２０】
また、弾性表面波装置Ｗ３の櫛形電極間には、帰還ループを構成する３段構成のインバータＮ７〜Ｎ９が接続されるとともに、１組の櫛形電極にはバリキャップＣｇ、Ｃｇがそれぞれ接続され、弾性表面波装置Ｗ３、インバータＮ７〜Ｎ９およびバリキャップＣｇ、Ｃｇにて電圧制御ＳＡＷ発振器Ｓ３が構成されている。また、弾性表面波装置Ｗ３の櫛形電極間には抵抗３２が接続されている。なお、抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３はなくてもよい。
【００２１】
また、ＳＡＷ発振器Ｓ１、Ｓ２の発振周波数ｆ１、ｆ２を混合する混合器Ｂ１、混合器Ｂ１にて混合された信号からＳＡＷ発振器Ｓ１、Ｓ２の発振周波数の差分（ｆ１−ｆ２）を抽出するローパスフィルタＢ２、ＳＡＷ発振器Ｓ１、Ｓ２の発振周波数の差分（ｆ１−ｆ２）を電圧に変換する周波数／電圧変換回路Ｂ３および周波数／電圧変換回路Ｂ３から出力された電圧のレベルをシフトさせるレベルコンバータＢ４が設けられている。そして、レベルコンバータＢ４の出力は、バリキャップＣｇ、Ｃｇの制御電圧端子に接続されている。
【００２２】
ここで、弾性表面波装置Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３は２次の温度特性（ゼロ温度係数）を持つように構成することができる。また、弾性表面波装置Ｗ１、Ｗ２は、頂点温度が同一で曲率が互いに異なる特性を持つとともに、弾性表面波装置Ｗ３は、頂点温度が弾性表面波装置Ｗ１、Ｗ２のいずれか一方と同じ特性を持つように構成することができる。そして、弾性表面波装置Ｗ１、Ｗ２に対して頂点温度が同一で曲率が互いに異なる特性を持たせる場合、弾性表面波が励振される圧電体として、ゼロ温度係数を持つ誘電体の組み合わせのうち、誘電体の膜厚が互いに異なる組み合わせを選択することができる。例えば、弾性表面波装置Ｗ１、Ｗ２のＩＤＴ電極が配置される圧電体としてＳｉＯ2とＺｎＯとの積層構造を用いた場合、ゼロ温度係数を持つＳｉＯ2とＺｎＯの組み合わせのうち、ＳｉＯ2とＺｎＯとの膜厚が互いに異なる組み合わせを選択することができる。
【００２３】
図２は、ＳＩＯ2およびＺｎＯの膜厚と一次温度係数（ＴＣＤ［ｐｐｍ／℃］）との関係を示す図である。
図２において、ＳＩＯ2膜上に積層されたＺｎＯ膜上にＩＤＴ電極が形成された弾性表面波装置において、ＳＩＯ2膜とＺｎＯ膜との膜厚の組み合わせを適宜選択することによりゼロ温度係数（ＴＣＤ＝０）を実現することができる。すなわち、弾性表面波の波長をλ、ＳＩＯ2膜の膜厚をｔ_ＳＩＯ2［μｍ］、ＺｎＯ膜の膜厚をｔ_ＺｎＯ［μｍ］とした場合、ｋｈ（ＳＩＯ2）＝２π（ｔ_ＳＩＯ2／λ）、ｋｈ（ＺｎＯ）＝２π（ｔ_ＺｎＯ／λ）と表すと、ｋｈ（ＳＩＯ2）を一定としたままｋｈ（ＺｎＯ）を増加させると、一次温度係数は徐々に減少する。そして、一定のｋｈ（ＳＩＯ2）に対して一次温度係数がゼロとなるｋｈ（ＺｎＯ）が存在することが判る。
【００２４】
そして、図１において、弾性表面波装置Ｗ１からの出力はインバータＮ１〜Ｎ３を介して帰還され、発振周波数ｆ１の信号が混合器Ｂ１に入力される。また、弾性表面波装置Ｗ２からの出力はインバータＮ４〜Ｎ６を介して帰還され、発振周波数ｆ２の信号が混合器Ｂ１に入力される。
そして、発振周波数ｆ１、ｆ２の信号が混合器Ｂ１に入力されると、これらの発振周波数ｆ１、ｆ２の和（ｆ１＋ｆ２）の信号と、これらの発振周波数ｆ１、ｆ２の差分（ｆ１−ｆ２）の信号が生成され、これらの信号がローパスフィルタＢ２に入力される。そして、発振周波数ｆ１、ｆ２の和（ｆ１＋ｆ２）の信号と、これらの発振周波数ｆ１、ｆ２の差分（ｆ１−ｆ２）の信号がローパスフィルタＢ２に入力されると、発振周波数ｆ１、ｆ２の和（ｆ１＋ｆ２）の信号が遮断され、発振周波数の差分（ｆ１−ｆ２）が抽出される。そして、ローパスフィルタＢ２にて抽出された発振周波数の差分（ｆ１−ｆ２）は、周波数／電圧変換回路Ｂ３に入力され、周波数／電圧変換回路Ｂ３に発振周波数の差分（ｆ１−ｆ２）が電圧に変換される。そして、周波数／電圧変換回路Ｂ３にて得られた電圧は、レベルコンバータＢ４にて電圧のレベルがシフトされた後、バリキャップＣｇ、Ｃｇに制御電圧として入力される。
【００２５】
図３は、図１の温度補償型発振器の温度特性の補正方法を示す図である。ここで、図３（ａ）は、弾性表面波装置Ｗ１、Ｗ２の温度と周波数偏移との関係を示す図、図３（ｂ）は、電圧制御ＳＡＷ発振器Ｓ３の制御電圧と発振周波数との関係を示す図、図３（ｃ）は、電圧制御ＳＡＷ発振器Ｓ３の補正前と補正後の温度と周波数偏移との関係を示す図である。
【００２６】
図３（ａ）において、弾性表面波装置Ｗ１、Ｗ２の頂点温度に対して弾性表面波装置Ｗ１、Ｗ２の温度が上昇すると、弾性表面波装置Ｗ１、Ｗ２は、頂点温度が同一で曲率が互いに異なる特性を持つことから、弾性表面波装置Ｗ１の発振周波数ｆ１、ｆ２は伴に下降し、弾性表面波装置Ｗ１、Ｗ２の発振周波数ｆ１、ｆ２の差分（ｆ１−ｆ２）が発生する。また、弾性表面波装置Ｗ３は弾性表面波装置Ｗ２と同じ２次の温度特性を持つものとすると、弾性表面波装置Ｗ３の発振周波数ｆ３は、図３（ｃ）に示すように、弾性表面波装置Ｗ２の発振周波数ｆ２と同様に下降する。
【００２７】
そして、ＳＡＷ発振器Ｓ１、Ｓ２の発振周波数ｆ１、ｆ２の差分（ｆ１−ｆ２）が発生すると、発振周波数ｆ１、ｆ２の差分（ｆ１−ｆ２）が周波数／電圧変換回路Ｂ３にて電圧に変換される。そして、発振周波数ｆ１、ｆ２の差分（ｆ１−ｆ２）に対応した電圧がレベルコンバータＢ４を介してバリキャップＣｇ、Ｃｇに入力される。
ここで、バリキャップＣｇ、Ｃｇは、制御電圧が高くなると容量が小さくなる。このため、バリキャップＣｇ、Ｃｇに入力される制御電圧が高くなると、図３（ｂ）に示すように、弾性表面波装置Ｗ３の発振周波数ｆ３は上昇する。この結果、図３（ｃ）に示すように、温度上昇による弾性表面波装置Ｗ３の発振周波数ｆ３の低下を抑制することができ、温度変化による発振周波数変動を低減させることが可能となる。
【００２８】
一方、弾性表面波装置Ｗ１、Ｗ２の頂点温度に対して弾性表面波装置Ｗ１、Ｗ２の温度が下降すると、弾性表面波装置Ｗ１の発振周波数ｆ１、ｆ２は伴に下降し、弾性表面波装置Ｗ１、Ｗ２の発振周波数ｆ１、ｆ２の差分（ｆ１−ｆ２）が発生する。また、弾性表面波装置Ｗ３は弾性表面波装置Ｗ２と同じ２次の温度特性を持つものとすると、弾性表面波装置Ｗ３の発振周波数ｆ３は、図３（ｃ）に示すように、弾性表面波装置Ｗ２の発振周波数ｆ２と同様に下降する。
【００２９】
そして、ＳＡＷ発振器Ｓ１、Ｓ２の発振周波数ｆ１、ｆ２の差分（ｆ１−ｆ２）が発生すると、発振周波数ｆ１、ｆ２の差分（ｆ１−ｆ２）が周波数／電圧変換回路Ｂ３にて電圧に変換される。そして、発振周波数ｆ１、ｆ２の差分（ｆ１−ｆ２）に対応した電圧がレベルコンバータＢ４を介してバリキャップＣｇ、Ｃｇに入力される。
そして、発振周波数ｆ１、ｆ２の差分（ｆ１−ｆ２）に対応した電圧がバリキャップＣｇ、Ｃｇに入力されると、弾性表面波装置Ｗ３の発振周波数ｆ３は上昇する。この結果、図３（ｃ）に示すように、温度上昇による弾性表面波装置Ｗ３の発振周波数ｆ３の低下を抑制することができ、温度変化による発振周波数変動を低減させることが可能となる。
【００３０】
なお、インバータＮ１〜Ｎ９、混合器Ｂ１、ローパスフィルタＢ２、周波数／電圧変換回路Ｂ３、レベルコンバータＢ４、抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３およびバリキャップＣｇ、Ｃｇを半導体チップに形成するとともに、これらの素子が形成された半導体チップ上に弾性表面波装置Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３を積層するようにしてもよい。
図４は、図１の温度補償型発振器の構成例を示す断面図である。
【００３１】
図４において、半導体基板１には素子形成領域２が設けられ、素子形成領域２にはトランジスタ、抵抗、容量などの素子が形成されている。また、素子形成領域２が設けられた半導体基板１上には層間絶縁膜３が形成され、層間絶縁膜３には、素子形成領域２に接続された配線層４が形成されている。また、層間絶縁膜３上には、配線層４に接続されたパッド電極５が形成されている。そして、素子形成領域２に形成された素子および配線層４にて、図１のインバータＮ１〜Ｎ９、混合器Ｂ１、ローパスフィルタＢ２、周波数／電圧変換回路Ｂ３、レベルコンバータＢ４、抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３およびバリキャップＣｇ、Ｃｇなどを構成することができる。なお、半導体基板１の材質としては、例えば、Ｓｉ、Ｇｅ、ＳｉＧｅ、ＳｉＣ、ＳｉＳｎ、ＰｂＳ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＧａＰ、ＧａＮ、ＺｎＳｅなどを用いることができる。
【００３２】
そして、層間絶縁膜３上には、パッド電極５を避けるようにして、ＳｉＯ2層６が成膜され、ＳｉＯ2層６上には、ＺｎＯ層７が積層されている。そして、ＺｎＯ層７上には、図１の弾性表面波装置Ｗ１〜Ｗ３にそれぞれ対応して配置されたＩＤＴ電極８ａ〜８ｃが形成されている。そして、ＩＤＴ電極８ａ〜８ｃは、アルミ配線９を介してパッド電極５に接続されている。なお、アルミ配線９は、ＩＤＴ電極８ａ〜８ｃと一括形成するようにしてもよい。
【００３３】
ここで、ＳｉＯ2層６、ＺｎＯ層７およびＩＤＴ電極８ａにて図１の弾性表面波装置Ｗ１を構成し、ＳｉＯ2層６、ＺｎＯ層７およびＩＤＴ電極８ｂにて図１の弾性表面波装置Ｗ２を構成し、ＳｉＯ2層６、ＺｎＯ層７およびＩＤＴ電極８ｃにて図１の弾性表面波装置Ｗ３を構成することができる。そして、弾性表面波装置Ｗ１、Ｗ２に対して頂点温度が同一で曲率が互いに異なる特性を持たせるために、図２のゼロ温度係数を持つＳｉＯ2層６とＺｎＯ層７との膜厚の組み合わせのうち、ＳｉＯ2層６とＺｎＯ層７との膜厚が互いに異なる組み合わせを選択することができる。例えば、弾性表面波装置Ｗ１のＳｉＯ2層６とＺｎＯ層７との膜厚の組み合わせとして、図２のＰ１点のＳｉＯ2層６とＺｎＯ層７との膜厚の組み合わせを選択し、弾性表面波装置Ｗ２のＳｉＯ2層６とＺｎＯ層７との膜厚の組み合わせとして、図２のＰ２点のＳｉＯ2層６とＺｎＯ層７との膜厚の組み合わせを選択することができる。また、弾性表面波装置Ｗ３の頂点温度が弾性表面波装置Ｗ１、Ｗ２のいずれか一方と同じ特性を持つようにするために、例えば、弾性表面波装置Ｗ２と同一のＳｉＯ2層６とＺｎＯ層７との膜厚の組み合わせを選択することができる。
【００３４】
これにより、温度補償型発振器の構成要素のうち弾性表面波装置Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３以外の部分を半導体チップに形成することを可能としつつ、弾性表面波装置Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３を半導体チップ上に積層することが可能となるとともに、ＳＡＷ発振器Ｓ１、Ｓ２の発振周波数の差分に対応した電圧に基づいて電圧制御ＳＡＷ発振器Ｓ３の発振周波数を制御することが可能となる。このため、チップ間またはウェハ間での弾性表面波装置Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３の製造バラツキに対応しつつ、温度特性補償を精度よく行うことが可能となるとともに、弾性表面波装置Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３および回路部品を集積化することを可能として、実装面積の増大を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の一実施形態に係る温度補償型発振器の構成を示す回路図。
【図２】ＳＩＯ2およびＺｎＯの膜厚と一次温度係数との関係を示す図。
【図３】図１の温度補償型発振器の温度特性の補正方法を示す図。
【図４】図１の温度補償型発振器の構成例を示す断面図。
【符号の説明】
【００３６】
Ｓ１、Ｓ２ ＳＡＷ発振器、Ｓ３ 電圧制御ＳＡＷ発振器、Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３ 弾性表面波装置Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３ 抵抗、Ｃｇ１、Ｃｄ１、Ｃｇ２、Ｃｄ２ バリキャップ、Ｂ１ 混合器、Ｂ２ ローパスフィルタ、Ｂ３ 周波数／電圧変換回路、Ｂ４ レベル変換回路、Ｎ１〜Ｎ９ インバータ、１ 半導体基板、２ 素子形成領域、３ 層間絶縁膜、４ 配線層、５ パッド電極、６ ＳｉＯ2層、７ ＺｎＯ層、８ａ、８ｂ、８ｃ ＩＤＴ電極、９ アルミ配線
【技術分野】
【０００１】
本発明は温度補償型発振器に関し、特に、温度補償回路が付加されたＳＡＷ（Ｓｕｒｆａｃｅ Ａｃｃｏｕｓｔｉｃ Ｗａｖｅ）発振器に適用して好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の温度補償型発振器では、温度変化による発振器の周波数変動を抑制するため、温度特性に優れたデバイスの特性を参照しながら、発振器の制御電圧を制御することが行われている。
また、例えば、特許文献１には、弾性表面波共振子の２次の温度特性を補償し、温度変化による発振周波数の変動を減らすために、２個のＮＴＣサーミスタを用いて弾性表面波共振子の温度補償する方法が開示されている。
【０００３】
また、例えば、特許文献２には、共振器型ＳＡＷ発振器の周波数変動を抑えるために、共振器型ＳＡＷ発振器が内蔵するＳＡＷ共振子の表面上に温度検出用トランスデューサを設け、温度検出用トランスデューサの共振周波数から共振器型ＳＡＷ発振器の制御電圧を発生させる方法が開示されている。
【特許文献１】実開平７−２３１２２１号公報
【特許文献２】実開平９−２９８４２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に開示された方法では、ＮＴＣサーミスタとＳＡＷ共振子の特性曲線を合わせ込む必要がある。特に、２次の温度特性を補償する場合、ＳＡＷ共振子の特性曲線の曲率と頂点を合わせなければならず、手間のかかる入念な調整工程が必要となったり、温度補償精度の劣化を招いたりするという問題があった。また、ＮＴＣサーミスタなどの個別の部品を外付けする必要があり、実装面積の増大を招いたり、良好な温度追従性が得られないという問題があった。
【０００５】
また、特許文献２に開示された方法では、共振器型ＳＡＷ発振器の制御電圧を発生させるために、温度検出用トランスデューサの共振周波数の絶対値が用いられている。このため、温度検出用トランスデューサの共振周波数のばらつきによって温度補償精度の劣化を引き起こすという問題があった。また、温度補償を精度よく行うためには、非常に高精度な周波数／電圧変換回路が必要になるとともに、温度検出用トランスデューサの発振周波数を周波数から電圧に直接変換するため、取り扱い周波数が非常に高くなり、回路構成が複雑化するという問題があった。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、実装面積の増大を抑制しつつ、温度変化による発振周波数変動を精度よく補償することが可能な温度補償型発振器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決するために、本発明の一態様に係る温度補償型発振器によれば、２次の温度特性を持つ第１および第２のＳＡＷ発振器と、前記第１および第２のＳＡＷ発振器の発振周波数の差分に対応した電圧に基づいて周波数を可変させる電圧制御ＳＡＷ発振器とを備えることを特徴とする。
これにより、第１および第２のＳＡＷ発振器の発振周波数の差分に基づいて電圧制御ＳＡＷ発振器の制御信号を生成することができる。このため、第１および第２のＳＡＷ発振器の製造バラツキが発生した場合においても、第１および第２のＳＡＷ発振器の発振周波数のバラツキを打ち消すことが可能となるとともに、ＮＴＣサーミスタなどの個別の部品を外付けする必要がなくなり、実装面積の増大を抑制しつつ、温度変化による発振周波数変動を精度よく補償することが可能となる。
【０００８】
また、本発明の一態様に係る温度補償型発振器によれば、前記第１および第２のＳＡＷ発振器の発振周波数を混合する混合器と、前記混合器にて混合された信号から前記第１および第２のＳＡＷ発振器の発振周波数の差分を抽出するローパスフィルタと、前記ローパスフィルタにて抽出された前記第１および第２のＳＡＷ発振器の発振周波数の差分を電圧に変換する周波数／電圧変換回路とをさらに備えることを特徴とする。
【０００９】
これにより、第１および第２のＳＡＷ発振器の発振周波数の差分に対応した電圧に基づいて電圧制御ＳＡＷ発振器の発振周波数を制御することが可能となり、第１および第２のＳＡＷ発振器の発振周波数の差分から電圧に変換することができる。このため、周波数／電圧変換回路における取り扱い周波数を低くすることができ、回路構成を簡易化することが可能となる。
【００１０】
また、本発明の一態様に係る温度補償型発振器によれば、前記第１および第２のＳＡＷ発振器は、頂点温度が同一で曲率が互いに異なる特性を持ち、前記電圧制御ＳＡＷ発振器は、温度特性が前記第１または第２のＳＡＷ発振器のいずれか一方と同じ特性を持つことを特徴とする。
これにより、ＳＡＷ発振器が２次の温度特性を持つ場合においても、手間のかかる入念な調整工程を不要としつつ、第１および第２のＳＡＷ発振器の発振周波数の差分を電圧制御ＳＡＷ発振器の発振周波数の変動量に対応させることができ、温度変化による発振周波数変動を精度よく補償することができる。
【００１１】
また、本発明の一態様に係る温度補償型発振器によれば、半導体チップ上に積層され、２次の温度特性を持つ第１、第２および第３の弾性表面波装置と、前記半導体チップに形成され、前記第１および第２の弾性表面波装置がそれぞれ組み込まれた第１および第２のＳＡＷ発振器の発振周波数の差分に対応した電圧に基づいて、前記第３の弾性表面波装置が組み込まれた電圧制御ＳＡＷ発振器の発振周波数を補正する発振周波数補正部とを備えることを特徴とする。
【００１２】
これにより、第１および第２のＳＡＷ発振器の発振周波数の差分に対応した電圧に基づいて電圧制御ＳＡＷ発振器の発振周波数を制御することが可能となるとともに、半導体チップ上に弾性表面波装置を集積化することができる。このため、第１および第２のＳＡＷ発振器を近接して配置することが可能となり、チップ間またはウェハ間で弾性表面波装置の製造バラツキが発生した場合においても、第１および第２のＳＡＷ発振器の特性のバラツキを打ち消すことが可能となるとともに、温度追従性を向上させることが可能となり、実装面積の増大を抑制しつつ、温度特性補償を精度よく行うことが可能となる。また、第１および第２のＳＡＷ発振器の発振周波数の差分をとることで、取り扱い周波数を低くすることが可能となり、回路構成を簡略化しつつ、温度変化による発振周波数変動を低減させることができる。
【００１３】
また、本発明の一態様に係る温度補償型発振器によれば、前記弾性表面波装置は、前記半導体チップ上に積層された前記薄膜圧電体と、前記薄膜圧電体上に形成されたＩＤＴ電極とを備えることを特徴とする。
これにより、薄膜圧電体を半導体チップ上に成膜することで、弾性表面波装置を半導体チップ上に積層することが可能となり、実装面積の増大を抑制しつつ、温度変化による発振周波数変動を低減させることができる。
【００１４】
また、本発明の一態様に係る温度補償型発振器によれば、前記第１のＳＡＷ発振器は、前記半導体チップに形成され、前記第１の弾性表面波装置が組み込まれた発振ループを構成する第１の帰還回路を備え、前記第２のＳＡＷ発振器は、前記半導体チップに形成され、前記第２の弾性表面波装置が組み込まれた発振ループを構成する第２の帰還回路を備え、前記電圧制御ＳＡＷ発振器は、前記半導体チップに形成され、前記第３の弾性表面波装置が組み込まれた発振ループを構成する第３の帰還回路と、前記電圧制御ＳＡＷ発振器の発振周波数を制御する可変容量コンデンサとを備え、前記発振周波数補正部は、前記第１および第２のＳＡＷ発振器の発振周波数を混合する混合器と、前記混合器にて混合された信号から前記第１および第２のＳＡＷ発振器の発振周波数の差分を抽出するローパスフィルタと、前記ローパスフィルタにて抽出された前記第１および第２のＳＡＷ発振器の発振周波数の差分を電圧に変換する周波数／電圧変換回路とを備えることを特徴とする。
【００１５】
これにより、温度補償型発振器の構成要素のうち弾性表面波装置以外の部分を半導体チップに形成することを可能としつつ、弾性表面波装置を半導体チップ上に積層することが可能となるとともに、第１および第２のＳＡＷ発振器の発振周波数の差分に対応した電圧に基づいて電圧制御ＳＡＷ発振器の発振周波数を制御することが可能となる。このため、チップ間またはウェハ間での弾性表面波装置の製造バラツキに対応しつつ、温度特性補償を精度よく行うことが可能となるとともに、弾性表面波装置および回路部品を集積化することを可能として、実装面積の増大を抑制することができる。
【００１６】
また、本発明の一態様に係る温度補償型発振器によれば、前記第１および第２のＳＡＷ発振器は、頂点温度が同一で曲率が互いに異なる特性を持ち、前記電圧制御ＳＡＷ発振器は、温度特性が前記第１または第２のＳＡＷ発振器のいずれか一方と同じ特性を持つことを特徴とする。
これにより、ＳＡＷ発振器が２次の温度特性を持つ場合においても、手間のかかる入念な調整工程を不要としつつ、第１および第２のＳＡＷ発振器の発振周波数の差分を電圧制御ＳＡＷ発振器の発振周波数の変動量に対応させることができ、温度変化による発振周波数変動を精度よく補償することができる。
【００１７】
また、本発明の一態様に係る温度補償型発振器によれば、前記第１および第２の弾性表面波装置の薄膜圧電体は、ゼロ温度係数を持つ誘電体の組み合わせをそれぞれ有するとともに、前記誘電体の膜厚が互いに異なることを特徴とする。
これにより、頂点温度が同一で曲率が互いに異なる特性を第１および第２のＳＡＷ発振器にそれぞれ持たせることが可能となるとともに、第１および第２のＳＡＷ発振器を同一の半導体チップ上に集積化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態に係る温度補償型発振器について図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る温度補償型発振器の構成を示す図である。
図１において、ＳＡＷ発振器Ｓ１、Ｓ２には、弾性表面波装置Ｗ１、Ｗ２が設けられるとともに、電圧制御ＳＡＷ発振器Ｓ３には、弾性表面波装置Ｗ３が設けられている。ここで、弾性表面波装置Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３には、弾性表面波を励振するＩＤＴ（インターデジタルトランスデューサ）電極が設けられるとともに、弾性表面波を反射する反射器電極が設けられている。なお、ＩＤＴ電極は、互いにかみ合うように配置された１組の櫛形電極にて構成することができる。
【００１９】
そして、弾性表面波装置Ｗ１の櫛形電極間には、帰還ループを構成する３段構成のインバータＮ１〜Ｎ３が接続され、弾性表面波装置Ｗ１およびインバータＮ１〜Ｎ３にてＳＡＷ発振器Ｓ１が構成されている。また、弾性表面波装置Ｗ１の櫛形電極間には抵抗Ｒ１が接続されている。
また、弾性表面波装置Ｗ２の櫛形電極間には、帰還ループを構成する３段構成のインバータＮ４〜Ｎ６が接続され、弾性表面波装置Ｗ２およびインバータＮ４〜Ｎ６にてＳＡＷ発振器Ｓ２が構成されている。また、弾性表面波装置Ｗ２の櫛形電極間には抵抗Ｒ２が接続されている。
【００２０】
また、弾性表面波装置Ｗ３の櫛形電極間には、帰還ループを構成する３段構成のインバータＮ７〜Ｎ９が接続されるとともに、１組の櫛形電極にはバリキャップＣｇ、Ｃｇがそれぞれ接続され、弾性表面波装置Ｗ３、インバータＮ７〜Ｎ９およびバリキャップＣｇ、Ｃｇにて電圧制御ＳＡＷ発振器Ｓ３が構成されている。また、弾性表面波装置Ｗ３の櫛形電極間には抵抗３２が接続されている。なお、抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３はなくてもよい。
【００２１】
また、ＳＡＷ発振器Ｓ１、Ｓ２の発振周波数ｆ１、ｆ２を混合する混合器Ｂ１、混合器Ｂ１にて混合された信号からＳＡＷ発振器Ｓ１、Ｓ２の発振周波数の差分（ｆ１−ｆ２）を抽出するローパスフィルタＢ２、ＳＡＷ発振器Ｓ１、Ｓ２の発振周波数の差分（ｆ１−ｆ２）を電圧に変換する周波数／電圧変換回路Ｂ３および周波数／電圧変換回路Ｂ３から出力された電圧のレベルをシフトさせるレベルコンバータＢ４が設けられている。そして、レベルコンバータＢ４の出力は、バリキャップＣｇ、Ｃｇの制御電圧端子に接続されている。
【００２２】
ここで、弾性表面波装置Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３は２次の温度特性（ゼロ温度係数）を持つように構成することができる。また、弾性表面波装置Ｗ１、Ｗ２は、頂点温度が同一で曲率が互いに異なる特性を持つとともに、弾性表面波装置Ｗ３は、頂点温度が弾性表面波装置Ｗ１、Ｗ２のいずれか一方と同じ特性を持つように構成することができる。そして、弾性表面波装置Ｗ１、Ｗ２に対して頂点温度が同一で曲率が互いに異なる特性を持たせる場合、弾性表面波が励振される圧電体として、ゼロ温度係数を持つ誘電体の組み合わせのうち、誘電体の膜厚が互いに異なる組み合わせを選択することができる。例えば、弾性表面波装置Ｗ１、Ｗ２のＩＤＴ電極が配置される圧電体としてＳｉＯ2とＺｎＯとの積層構造を用いた場合、ゼロ温度係数を持つＳｉＯ2とＺｎＯの組み合わせのうち、ＳｉＯ2とＺｎＯとの膜厚が互いに異なる組み合わせを選択することができる。
【００２３】
図２は、ＳＩＯ2およびＺｎＯの膜厚と一次温度係数（ＴＣＤ［ｐｐｍ／℃］）との関係を示す図である。
図２において、ＳＩＯ2膜上に積層されたＺｎＯ膜上にＩＤＴ電極が形成された弾性表面波装置において、ＳＩＯ2膜とＺｎＯ膜との膜厚の組み合わせを適宜選択することによりゼロ温度係数（ＴＣＤ＝０）を実現することができる。すなわち、弾性表面波の波長をλ、ＳＩＯ2膜の膜厚をｔ_ＳＩＯ2［μｍ］、ＺｎＯ膜の膜厚をｔ_ＺｎＯ［μｍ］とした場合、ｋｈ（ＳＩＯ2）＝２π（ｔ_ＳＩＯ2／λ）、ｋｈ（ＺｎＯ）＝２π（ｔ_ＺｎＯ／λ）と表すと、ｋｈ（ＳＩＯ2）を一定としたままｋｈ（ＺｎＯ）を増加させると、一次温度係数は徐々に減少する。そして、一定のｋｈ（ＳＩＯ2）に対して一次温度係数がゼロとなるｋｈ（ＺｎＯ）が存在することが判る。
【００２４】
そして、図１において、弾性表面波装置Ｗ１からの出力はインバータＮ１〜Ｎ３を介して帰還され、発振周波数ｆ１の信号が混合器Ｂ１に入力される。また、弾性表面波装置Ｗ２からの出力はインバータＮ４〜Ｎ６を介して帰還され、発振周波数ｆ２の信号が混合器Ｂ１に入力される。
そして、発振周波数ｆ１、ｆ２の信号が混合器Ｂ１に入力されると、これらの発振周波数ｆ１、ｆ２の和（ｆ１＋ｆ２）の信号と、これらの発振周波数ｆ１、ｆ２の差分（ｆ１−ｆ２）の信号が生成され、これらの信号がローパスフィルタＢ２に入力される。そして、発振周波数ｆ１、ｆ２の和（ｆ１＋ｆ２）の信号と、これらの発振周波数ｆ１、ｆ２の差分（ｆ１−ｆ２）の信号がローパスフィルタＢ２に入力されると、発振周波数ｆ１、ｆ２の和（ｆ１＋ｆ２）の信号が遮断され、発振周波数の差分（ｆ１−ｆ２）が抽出される。そして、ローパスフィルタＢ２にて抽出された発振周波数の差分（ｆ１−ｆ２）は、周波数／電圧変換回路Ｂ３に入力され、周波数／電圧変換回路Ｂ３に発振周波数の差分（ｆ１−ｆ２）が電圧に変換される。そして、周波数／電圧変換回路Ｂ３にて得られた電圧は、レベルコンバータＢ４にて電圧のレベルがシフトされた後、バリキャップＣｇ、Ｃｇに制御電圧として入力される。
【００２５】
図３は、図１の温度補償型発振器の温度特性の補正方法を示す図である。ここで、図３（ａ）は、弾性表面波装置Ｗ１、Ｗ２の温度と周波数偏移との関係を示す図、図３（ｂ）は、電圧制御ＳＡＷ発振器Ｓ３の制御電圧と発振周波数との関係を示す図、図３（ｃ）は、電圧制御ＳＡＷ発振器Ｓ３の補正前と補正後の温度と周波数偏移との関係を示す図である。
【００２６】
図３（ａ）において、弾性表面波装置Ｗ１、Ｗ２の頂点温度に対して弾性表面波装置Ｗ１、Ｗ２の温度が上昇すると、弾性表面波装置Ｗ１、Ｗ２は、頂点温度が同一で曲率が互いに異なる特性を持つことから、弾性表面波装置Ｗ１の発振周波数ｆ１、ｆ２は伴に下降し、弾性表面波装置Ｗ１、Ｗ２の発振周波数ｆ１、ｆ２の差分（ｆ１−ｆ２）が発生する。また、弾性表面波装置Ｗ３は弾性表面波装置Ｗ２と同じ２次の温度特性を持つものとすると、弾性表面波装置Ｗ３の発振周波数ｆ３は、図３（ｃ）に示すように、弾性表面波装置Ｗ２の発振周波数ｆ２と同様に下降する。
【００２７】
そして、ＳＡＷ発振器Ｓ１、Ｓ２の発振周波数ｆ１、ｆ２の差分（ｆ１−ｆ２）が発生すると、発振周波数ｆ１、ｆ２の差分（ｆ１−ｆ２）が周波数／電圧変換回路Ｂ３にて電圧に変換される。そして、発振周波数ｆ１、ｆ２の差分（ｆ１−ｆ２）に対応した電圧がレベルコンバータＢ４を介してバリキャップＣｇ、Ｃｇに入力される。
ここで、バリキャップＣｇ、Ｃｇは、制御電圧が高くなると容量が小さくなる。このため、バリキャップＣｇ、Ｃｇに入力される制御電圧が高くなると、図３（ｂ）に示すように、弾性表面波装置Ｗ３の発振周波数ｆ３は上昇する。この結果、図３（ｃ）に示すように、温度上昇による弾性表面波装置Ｗ３の発振周波数ｆ３の低下を抑制することができ、温度変化による発振周波数変動を低減させることが可能となる。
【００２８】
一方、弾性表面波装置Ｗ１、Ｗ２の頂点温度に対して弾性表面波装置Ｗ１、Ｗ２の温度が下降すると、弾性表面波装置Ｗ１の発振周波数ｆ１、ｆ２は伴に下降し、弾性表面波装置Ｗ１、Ｗ２の発振周波数ｆ１、ｆ２の差分（ｆ１−ｆ２）が発生する。また、弾性表面波装置Ｗ３は弾性表面波装置Ｗ２と同じ２次の温度特性を持つものとすると、弾性表面波装置Ｗ３の発振周波数ｆ３は、図３（ｃ）に示すように、弾性表面波装置Ｗ２の発振周波数ｆ２と同様に下降する。
【００２９】
そして、ＳＡＷ発振器Ｓ１、Ｓ２の発振周波数ｆ１、ｆ２の差分（ｆ１−ｆ２）が発生すると、発振周波数ｆ１、ｆ２の差分（ｆ１−ｆ２）が周波数／電圧変換回路Ｂ３にて電圧に変換される。そして、発振周波数ｆ１、ｆ２の差分（ｆ１−ｆ２）に対応した電圧がレベルコンバータＢ４を介してバリキャップＣｇ、Ｃｇに入力される。
そして、発振周波数ｆ１、ｆ２の差分（ｆ１−ｆ２）に対応した電圧がバリキャップＣｇ、Ｃｇに入力されると、弾性表面波装置Ｗ３の発振周波数ｆ３は上昇する。この結果、図３（ｃ）に示すように、温度上昇による弾性表面波装置Ｗ３の発振周波数ｆ３の低下を抑制することができ、温度変化による発振周波数変動を低減させることが可能となる。
【００３０】
なお、インバータＮ１〜Ｎ９、混合器Ｂ１、ローパスフィルタＢ２、周波数／電圧変換回路Ｂ３、レベルコンバータＢ４、抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３およびバリキャップＣｇ、Ｃｇを半導体チップに形成するとともに、これらの素子が形成された半導体チップ上に弾性表面波装置Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３を積層するようにしてもよい。
図４は、図１の温度補償型発振器の構成例を示す断面図である。
【００３１】
図４において、半導体基板１には素子形成領域２が設けられ、素子形成領域２にはトランジスタ、抵抗、容量などの素子が形成されている。また、素子形成領域２が設けられた半導体基板１上には層間絶縁膜３が形成され、層間絶縁膜３には、素子形成領域２に接続された配線層４が形成されている。また、層間絶縁膜３上には、配線層４に接続されたパッド電極５が形成されている。そして、素子形成領域２に形成された素子および配線層４にて、図１のインバータＮ１〜Ｎ９、混合器Ｂ１、ローパスフィルタＢ２、周波数／電圧変換回路Ｂ３、レベルコンバータＢ４、抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３およびバリキャップＣｇ、Ｃｇなどを構成することができる。なお、半導体基板１の材質としては、例えば、Ｓｉ、Ｇｅ、ＳｉＧｅ、ＳｉＣ、ＳｉＳｎ、ＰｂＳ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＧａＰ、ＧａＮ、ＺｎＳｅなどを用いることができる。
【００３２】
そして、層間絶縁膜３上には、パッド電極５を避けるようにして、ＳｉＯ2層６が成膜され、ＳｉＯ2層６上には、ＺｎＯ層７が積層されている。そして、ＺｎＯ層７上には、図１の弾性表面波装置Ｗ１〜Ｗ３にそれぞれ対応して配置されたＩＤＴ電極８ａ〜８ｃが形成されている。そして、ＩＤＴ電極８ａ〜８ｃは、アルミ配線９を介してパッド電極５に接続されている。なお、アルミ配線９は、ＩＤＴ電極８ａ〜８ｃと一括形成するようにしてもよい。
【００３３】
ここで、ＳｉＯ2層６、ＺｎＯ層７およびＩＤＴ電極８ａにて図１の弾性表面波装置Ｗ１を構成し、ＳｉＯ2層６、ＺｎＯ層７およびＩＤＴ電極８ｂにて図１の弾性表面波装置Ｗ２を構成し、ＳｉＯ2層６、ＺｎＯ層７およびＩＤＴ電極８ｃにて図１の弾性表面波装置Ｗ３を構成することができる。そして、弾性表面波装置Ｗ１、Ｗ２に対して頂点温度が同一で曲率が互いに異なる特性を持たせるために、図２のゼロ温度係数を持つＳｉＯ2層６とＺｎＯ層７との膜厚の組み合わせのうち、ＳｉＯ2層６とＺｎＯ層７との膜厚が互いに異なる組み合わせを選択することができる。例えば、弾性表面波装置Ｗ１のＳｉＯ2層６とＺｎＯ層７との膜厚の組み合わせとして、図２のＰ１点のＳｉＯ2層６とＺｎＯ層７との膜厚の組み合わせを選択し、弾性表面波装置Ｗ２のＳｉＯ2層６とＺｎＯ層７との膜厚の組み合わせとして、図２のＰ２点のＳｉＯ2層６とＺｎＯ層７との膜厚の組み合わせを選択することができる。また、弾性表面波装置Ｗ３の頂点温度が弾性表面波装置Ｗ１、Ｗ２のいずれか一方と同じ特性を持つようにするために、例えば、弾性表面波装置Ｗ２と同一のＳｉＯ2層６とＺｎＯ層７との膜厚の組み合わせを選択することができる。
【００３４】
これにより、温度補償型発振器の構成要素のうち弾性表面波装置Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３以外の部分を半導体チップに形成することを可能としつつ、弾性表面波装置Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３を半導体チップ上に積層することが可能となるとともに、ＳＡＷ発振器Ｓ１、Ｓ２の発振周波数の差分に対応した電圧に基づいて電圧制御ＳＡＷ発振器Ｓ３の発振周波数を制御することが可能となる。このため、チップ間またはウェハ間での弾性表面波装置Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３の製造バラツキに対応しつつ、温度特性補償を精度よく行うことが可能となるとともに、弾性表面波装置Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３および回路部品を集積化することを可能として、実装面積の増大を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の一実施形態に係る温度補償型発振器の構成を示す回路図。
【図２】ＳＩＯ2およびＺｎＯの膜厚と一次温度係数との関係を示す図。
【図３】図１の温度補償型発振器の温度特性の補正方法を示す図。
【図４】図１の温度補償型発振器の構成例を示す断面図。
【符号の説明】
【００３６】
Ｓ１、Ｓ２ ＳＡＷ発振器、Ｓ３ 電圧制御ＳＡＷ発振器、Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３ 弾性表面波装置Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３ 抵抗、Ｃｇ１、Ｃｄ１、Ｃｇ２、Ｃｄ２ バリキャップ、Ｂ１ 混合器、Ｂ２ ローパスフィルタ、Ｂ３ 周波数／電圧変換回路、Ｂ４ レベル変換回路、Ｎ１〜Ｎ９ インバータ、１ 半導体基板、２ 素子形成領域、３ 層間絶縁膜、４ 配線層、５ パッド電極、６ ＳｉＯ2層、７ ＺｎＯ層、８ａ、８ｂ、８ｃ ＩＤＴ電極、９ アルミ配線
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２次の温度特性を持つ第１および第２のＳＡＷ発振器と、
前記第１および第２のＳＡＷ発振器の発振周波数の差分に対応した電圧に基づいて周波数を可変させる電圧制御ＳＡＷ発振器とを備えることを特徴とする温度補償型発振器。
【請求項２】
前記第１および第２のＳＡＷ発振器の発振周波数を混合する混合器と、
前記混合器にて混合された信号から前記第１および第２のＳＡＷ発振器の発振周波数の差分を抽出するローパスフィルタと、
前記ローパスフィルタにて抽出された前記第１および第２のＳＡＷ発振器の発振周波数の差分を電圧に変換する周波数／電圧変換回路とをさらに備えることを特徴とする請求項１記載の温度補償型発振器。
【請求項３】
前記第１および第２のＳＡＷ発振器は、頂点温度が同一で曲率が互いに異なる特性を持ち、前記電圧制御ＳＡＷ発振器は、温度特性が前記第１または第２のＳＡＷ発振器のいずれか一方と同じ特性を持つことを特徴とする請求項１または２記載の温度補償型発振器。
【請求項４】
半導体チップ上に積層され、２次の温度特性を持つ第１、第２および第３の弾性表面波装置と、
前記半導体チップに形成され、前記第１および第２の弾性表面波装置がそれぞれ組み込まれた第１および第２のＳＡＷ発振器の発振周波数の差分に対応した電圧に基づいて、前記第３の弾性表面波装置が組み込まれた電圧制御ＳＡＷ発振器の発振周波数を補正する発振周波数補正部とを備えることを特徴とする温度補償型発振器。
【請求項５】
前記弾性表面波装置は、
前記半導体チップ上に積層された前記薄膜圧電体と、
前記薄膜圧電体上に形成されたＩＤＴ電極とを備えることを特徴とする請求項４記載の温度補償型発振器。
【請求項６】
前記第１のＳＡＷ発振器は、
前記半導体チップに形成され、前記第１の弾性表面波装置が組み込まれた発振ループを構成する第１の帰還回路を備え、
前記第２のＳＡＷ発振器は、
前記半導体チップに形成され、前記第２の弾性表面波装置が組み込まれた発振ループを構成する第２の帰還回路を備え、
前記電圧制御ＳＡＷ発振器は、
前記半導体チップに形成され、前記第３の弾性表面波装置が組み込まれた発振ループを構成する第３の帰還回路と、
前記電圧制御ＳＡＷ発振器の発振周波数を制御する可変容量コンデンサとを備え、
前記発振周波数補正部は、
前記第１および第２のＳＡＷ発振器の発振周波数を混合する混合器と、
前記混合器にて混合された信号から前記第１および第２のＳＡＷ発振器の発振周波数の差分を抽出するローパスフィルタと、
前記ローパスフィルタにて抽出された前記第１および第２のＳＡＷ発振器の発振周波数の差分を電圧に変換する周波数／電圧変換回路とを備えることを特徴とする請求項５記載の温度補償型発振器。
【請求項７】
前記第１および第２のＳＡＷ発振器は、頂点温度が同一で曲率が互いに異なる特性を持ち、前記電圧制御ＳＡＷ発振器は、温度特性が前記第１または第２のＳＡＷ発振器のいずれか一方と同じ特性を持つことを特徴とする請求項５または６記載の温度補償型発振器。
【請求項８】
前記第１および第２の弾性表面波装置の薄膜圧電体は、ゼロ温度係数を持つ誘電体の組み合わせをそれぞれ有するとともに、前記誘電体の膜厚が互いに異なることを特徴とする請求項７記載の温度補償型発振器。
【請求項１】
２次の温度特性を持つ第１および第２のＳＡＷ発振器と、
前記第１および第２のＳＡＷ発振器の発振周波数の差分に対応した電圧に基づいて周波数を可変させる電圧制御ＳＡＷ発振器とを備えることを特徴とする温度補償型発振器。
【請求項２】
前記第１および第２のＳＡＷ発振器の発振周波数を混合する混合器と、
前記混合器にて混合された信号から前記第１および第２のＳＡＷ発振器の発振周波数の差分を抽出するローパスフィルタと、
前記ローパスフィルタにて抽出された前記第１および第２のＳＡＷ発振器の発振周波数の差分を電圧に変換する周波数／電圧変換回路とをさらに備えることを特徴とする請求項１記載の温度補償型発振器。
【請求項３】
前記第１および第２のＳＡＷ発振器は、頂点温度が同一で曲率が互いに異なる特性を持ち、前記電圧制御ＳＡＷ発振器は、温度特性が前記第１または第２のＳＡＷ発振器のいずれか一方と同じ特性を持つことを特徴とする請求項１または２記載の温度補償型発振器。
【請求項４】
半導体チップ上に積層され、２次の温度特性を持つ第１、第２および第３の弾性表面波装置と、
前記半導体チップに形成され、前記第１および第２の弾性表面波装置がそれぞれ組み込まれた第１および第２のＳＡＷ発振器の発振周波数の差分に対応した電圧に基づいて、前記第３の弾性表面波装置が組み込まれた電圧制御ＳＡＷ発振器の発振周波数を補正する発振周波数補正部とを備えることを特徴とする温度補償型発振器。
【請求項５】
前記弾性表面波装置は、
前記半導体チップ上に積層された前記薄膜圧電体と、
前記薄膜圧電体上に形成されたＩＤＴ電極とを備えることを特徴とする請求項４記載の温度補償型発振器。
【請求項６】
前記第１のＳＡＷ発振器は、
前記半導体チップに形成され、前記第１の弾性表面波装置が組み込まれた発振ループを構成する第１の帰還回路を備え、
前記第２のＳＡＷ発振器は、
前記半導体チップに形成され、前記第２の弾性表面波装置が組み込まれた発振ループを構成する第２の帰還回路を備え、
前記電圧制御ＳＡＷ発振器は、
前記半導体チップに形成され、前記第３の弾性表面波装置が組み込まれた発振ループを構成する第３の帰還回路と、
前記電圧制御ＳＡＷ発振器の発振周波数を制御する可変容量コンデンサとを備え、
前記発振周波数補正部は、
前記第１および第２のＳＡＷ発振器の発振周波数を混合する混合器と、
前記混合器にて混合された信号から前記第１および第２のＳＡＷ発振器の発振周波数の差分を抽出するローパスフィルタと、
前記ローパスフィルタにて抽出された前記第１および第２のＳＡＷ発振器の発振周波数の差分を電圧に変換する周波数／電圧変換回路とを備えることを特徴とする請求項５記載の温度補償型発振器。
【請求項７】
前記第１および第２のＳＡＷ発振器は、頂点温度が同一で曲率が互いに異なる特性を持ち、前記電圧制御ＳＡＷ発振器は、温度特性が前記第１または第２のＳＡＷ発振器のいずれか一方と同じ特性を持つことを特徴とする請求項５または６記載の温度補償型発振器。
【請求項８】
前記第１および第２の弾性表面波装置の薄膜圧電体は、ゼロ温度係数を持つ誘電体の組み合わせをそれぞれ有するとともに、前記誘電体の膜厚が互いに異なることを特徴とする請求項７記載の温度補償型発振器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００６−６７０７９（Ｐ２００６−６７０７９Ａ）
【公開日】平成１８年３月９日（２００６．３．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２４５１９０（Ｐ２００４−２４５１９０）
【出願日】平成１６年８月２５日（２００４．８．２５）
【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３月９日（２００６．３．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年８月２５日（２００４．８．２５）
【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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