説明

表面弾性波装置

【課題】 同一基板上に形成された励振周波数の異なる複数の表面弾性波素子から、特定の帯域を選択して出力させる。
【解決手段】 励振周波数が互いに異なる複数の表面弾性波素子W1〜W4およびスイッチング動作を行う電界効果型トランジスタM1〜M4を設け、電界効果型トランジスタM1〜M4を半導体チップ21に形成するとともに、表面弾性波素子W1〜W4を半導体チップ21上に積層し、表面弾性波素子W1〜W4から出力された出力信号OUT1〜4を電界効果型トランジスタM1〜M4にて選択し、出力信号OUTとして出力する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は表面弾性波装置に関し、特に、表面弾性波装置からの出力の多チャンネル化を図る方法に適用して好適なものである。
【背景技術】
【0002】
表面弾性波装置では、スペクトラム通信方式の復調器として利用されるSAWコンボルバがある。そして、SAWコンボルバの周波数特性の広帯域化を図るため、圧電基板上のくし型電極のピッチを連続的に変化させたチャープ型電極を入力トランスデューサとして用いるようにしたものがある。
また、例えば、特許文献1には、圧電膜/絶縁層/半導体基板の積層構造を利用したモノリシック型SAWコンボルバにおいて、圧電膜上に設けられたゲート電極の一方の側にそれぞれ同等な表面弾性波トランスデューサを複数設けることにより、表面弾性波の遅延時間調整を容易化する方法が開示されている。
【特許文献1】特開昭63−144610号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
しかしながら、従来の表面弾性波装置では、同一基板上に形成された励振周波数の異なる複数の表面弾性波素子から、特定の帯域を選択して出力させることはできないという問題があった。
そこで、本発明の目的は、同一基板上に形成された励振周波数の異なる複数の表面弾性波素子から、特定の帯域を選択して出力させることが可能な表面弾性波装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0004】
上述した課題を解決するために、本発明の一態様に係る表面弾性波装置によれば、半導体チップ上に積層された薄膜圧電体と、前記薄膜圧電体上に形成された励振周波数の異なる複数の表面弾性波素子と、前記半導体チップに形成され、前記表面弾性波素子からの出力を切り替えるスイッチング素子とを備えることを特徴とする。
これにより、スイッチング素子が形成された半導体チップ上に表面弾性波素子を積層配置することが可能となるとととともに、表面弾性波素子の帯域を切り替えられるようにすることができる。このため、チップサイズの増大を抑制しつつ、表面弾性波装置からの出力のチャンネル切り替えを実現することが可能となる。
【0005】
また、本発明の一態様に係る表面弾性波装置によれば、前記表面弾性波素子は、IDT電極の周期が異なるように構成されていることを特徴とする。
これにより、薄膜圧電体上に形成されるIDT電極の線幅を変えることで、励振周波数の異なる複数の表面弾性波素子を半導体チップ上に積層配置することが可能となり、製造工程の増大を伴うことなく、表面弾性波装置からの出力の多チャンネル化を図ることができる。
【0006】
また、本発明の一態様に係る表面弾性波装置によれば、前記スイッチング素子は、前記表面弾性波素子を2個づつ組にしてそれらのいずれか一方の出力が順次選択されるように構成されていることを特徴とする。
これにより、表面弾性波素子の個数よりも少ない信号で表面弾性波素子を選択することができ、表面弾性波素子の帯域の切り替えを効率よく行うことができる。
【0007】
また、本発明の一態様に係る表面弾性波装置によれば、前記スイッチング素子は、前記表面弾性波素子からの出力端子にそれぞれ接続されたトランジスタであることを特徴とする。
これにより、トランジスタのオン/オフ制御を行うことで、表面弾性波装置からの出力のチャンネル切り替えを実現することが可能となり、スイッチング素子を簡易な構成で実現することができる。
【0008】
また、本発明の一態様に係る表面弾性波装置によれば、前記スイッチング素子は、前記表面弾性波素子からの出力端子にそれぞれ接続されたダイオードであることを特徴とする。
これにより、ダイオードのオン/オフ制御を行うことで、表面弾性波装置からの出力のチャンネル切り替えを実現することが可能となり、スイッチング素子を簡易な構成で実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0009】
以下、本発明の実施形態に係る表面弾性波装置について図面を参照しながら説明する。
図1(a)は、本発明の第1実施形態に係る表面弾性波装置の概略構成を示す図である。
図1において、表面弾性波装置には、励振周波数が互いに異なる複数の表面弾性波素子W1〜W4が設けられ、表面弾性波素子W1〜W4には入力信号INが共通に入力されるとともに、表面弾性波素子W1〜W4からは出力信号OUT1〜OUT4が個々に出力される。また、表面弾性波装置には、スイッチング動作を行うスイッチング素子S1〜S3が設けられている。ここで、スイッチング素子S1は、表面弾性波素子W1、W2の出力信号OUT1、OUT2を切り替えるように接続され、スイッチング素子S2は、表面弾性波素子W3、W4の出力信号OUT3、OUT4を切り替えるように接続され、スイッチング素子S3は、スイッチング素子S1、S2の出力を切り替えるように接続されている。
【0010】
そして、表面弾性波素子W1〜W4に共通に入力された入力信号INは、表面弾性波素子W1〜W4の励振周波数に対応した帯域に分離され、表面弾性波素子W1、W2の出力信号OUT1、OUT2はスイッチング素子S1に入力され、表面弾性波素子W3、W4の出力信号OUT3、OUT4はスイッチング素子S2に入力される。そして、スイッチング素子S1は、表面弾性波素子W1、W2の出力信号OUT1、OUT2のうちのいずれか一方を選択してスイッチング素子S3に出力し、スイッチング素子S2は、表面弾性波素子W3、W4の出力信号OUT3、OUT4のうちのいずれか一方を選択してスイッチング素子S3に出力する。そして、スイッチング素子S3は、スイッチング素子S1、S2から出力された信号のうちのいずれか一方を選択し、表面弾性波素子W1〜W4からそれぞれ出力された出力信号OUT1〜OUT4のうちのいずれか一つを出力信号OUTとして出力する。
【0011】
図2は、図1の表面弾性波装置における周波数選択方法を示す図である。
図2において、表面弾性波素子W1には、表面弾性波P1を励振するIDT(インターデジタルトランスデューサ)電極1a、1bが設けられるとともに、表面弾性波P1にて誘起された電圧を検出するIDT電極1c、1dが設けられている。なお、IDT電極1a、1bおよびIDT電極1c、1dは、互いにかみ合うように配置された1組の櫛形電極にてそれぞれ構成することができ、IDT電極1a〜1dの周期は、表面弾性波P1の周波数がf1になるように設定することができる。
【0012】
また、表面弾性波素子W2には、表面弾性波P2を励振するIDT電極2a、2bが設けられるとともに、表面弾性波P2にて誘起された電圧を検出するIDT電極2c、2dが設けられている。なお、IDT電極2a、2bおよびIDT電極2c、2dは、互いにかみ合うように配置された1組の櫛形電極にてそれぞれ構成することができ、IDT電極2a〜2dの周期は、表面弾性波P2の周波数がf2になるように設定することができる。
【0013】
また、表面弾性波素子W3には、表面弾性波P3を励振するIDT電極3a、3bが設けられるとともに、表面弾性波P3にて誘起された電圧を検出するIDT電極3c、3dが設けられている。なお、IDT電極3a、3bおよびIDT電極3c、3dは、互いにかみ合うように配置された1組の櫛形電極にてそれぞれ構成することができ、IDT電極3a〜3dの周期は、表面弾性波P3の周波数がf3になるように設定することができる。
【0014】
また、表面弾性波素子W4には、表面弾性波P4を励振するIDT電極4a、4bが設けられるとともに、表面弾性波P4にて誘起された電圧を検出するIDT電極4c、4dが設けられている。なお、IDT電極4a、4bおよびIDT電極4c、4dは、互いにかみ合うように配置された1組の櫛形電極にてそれぞれ構成することができ、IDT電極4a〜4dの周期は、表面弾性波P4の周波数がf4になるように設定することができる。
【0015】
そして、周波数f1〜f4の帯域を含む入力信号INが表面弾性波素子W1〜W4に共通に入力されると、周波数f1の表面弾性波P1がIDT電極1a、1bにて励振され、表面弾性波P1が圧電体を介してIDT電極1c、1dに伝播する。そして、表面弾性波P1がIDT電極1c、1dに伝播すると、表面弾性波P1にて誘起された電圧がIDT電極1c、1dにて検出され、出力信号OUT1としてスイッチング素子S1に出力される。
【0016】
また、周波数f1〜f4の帯域を含む入力信号INが表面弾性波素子W1〜W4に共通に入力されると、周波数f2の表面弾性波P2がIDT電極2a、2bにて励振され、表面弾性波P2が圧電体を介してIDT電極2c、2dに伝播する。そして、表面弾性波P2がIDT電極2c、2dに伝播すると、表面弾性波P2にて誘起された電圧がIDT電極2c、2dにて検出され、出力信号OUT2としてスイッチング素子S1に出力される。
【0017】
また、周波数f1〜f4の帯域を含む入力信号INが表面弾性波素子W1〜W4に共通に入力されると、周波数f3の表面弾性波P3がIDT電極3a、3bにて励振され、表面弾性波P3が圧電体を介してIDT電極3c、3dに伝播する。そして、表面弾性波P3がIDT電極3c、3dに伝播すると、表面弾性波P3にて誘起された電圧がIDT電極3c、3dにて検出され、出力信号OUT3としてスイッチング素子S2に出力される。
【0018】
また、周波数f1〜f4の帯域を含む入力信号INが表面弾性波素子W1〜W4に共通に入力されると、周波数f4の表面弾性波P4がIDT電極4a、4bにて励振され、表面弾性波P4が圧電体を介してIDT電極4c、4dに伝播する。そして、表面弾性波P4がIDT電極4c、4dに伝播すると、表面弾性波P4にて誘起された電圧がIDT電極4c、4dにて検出され、出力信号OUT4としてスイッチング素子S2に出力される。
【0019】
図3は、図1の表面弾性波装置におけるスイッチング素子S1〜S3の構成例を示す図である。
図3において、例えば、スイッチング素子S1には、Pチャンネル電界効果型トランジスタM1およびNチャンネル電界効果型トランジスタM2を設けることができる。ここで、Pチャンネル電界効果型トランジスタM1およびNチャンネル電界効果型トランジスタM2のソースは共通に接続し、Pチャンネル電界効果型トランジスタM1には、入力信号IN1を入力し、Nチャンネル電界効果型トランジスタM2には、入力信号IN2を入力することができる。また、Pチャンネル電界効果型トランジスタM1およびNチャンネル電界効果型トランジスタM2のゲートは共通に接続し、電圧V1を印加することができる。
【0020】
そして、Pチャンネル電界効果型トランジスタM1およびNチャンネル電界効果型トランジスタM2のゲートに入力される電圧V1をハイにすると、Pチャンネル電界効果型トランジスタM1はオフするとともに、Nチャンネル電界効果型トランジスタM2はオンし、入力信号IN2を出力信号OUT11として出力させることができる。
一方、Pチャンネル電界効果型トランジスタM1およびNチャンネル電界効果型トランジスタM2のゲートに入力される電圧V1をロウにすると、Pチャンネル電界効果型トランジスタM1はオンするとともに、Nチャンネル電界効果型トランジスタM2はオフし、入力信号IN1を出力信号OUT11として出力させることができる。
【0021】
図4は、図1の表面弾性波装置における周波数選択特性を示す図である。
図4において、表面弾性波素子W1〜W4からは周波数f1〜f4の帯域がそれぞれ出力されるものとする。そして、例えば、スイッチング素子S1を表面弾性波素子W2側に切り替えるとともに、スイッチング素子S3をスイッチング素子S1側に切り替えることにより、周波数f1〜f4の帯域のうち周波数f2の帯域を選択することができる。
【0022】
図5は、図1の表面弾性波装置の構成例を示す断面図である。
図5において、半導体チップ21には素子形成領域22が設けられるとともに、半導体チップ21上には絶縁層23が形成され、絶縁層23には、素子形成領域22に接続された配線層24が形成されている。また、絶縁層23には、配線層24に接続されたパッド電極25が形成されている。なお、半導体チップ21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。ここで、素子形成領域22および配線層24には、図1のスイッチング素子S1〜S3が形成されている。
【0023】
そして、絶縁層23上には、パッド電極25を避けるようにして、薄膜圧電体26が成膜されている。なお。薄膜圧電体26としては、例えば、ZnO層、SiO2層、四ほう酸リチウム、PZT層またはこれらの積層構造などを用いることができる。そして、薄膜圧電体26上には、図2のIDT電極1a〜1d、2a〜2d、3a〜3d、4a〜4dが形成され、複数の表面弾性波素子W1〜W4が構成されている。また、薄膜圧電体26上には、IDT電極1a〜1d、2a〜2d、3a〜3d、4a〜4dにそれぞれ接続された接続電極29が形成されている。そして、IDT電極1a〜1d、2a〜2d、3a〜3d、4a〜4dは、接続電極29をそれぞれ介してパッド電極25に接続され、表面弾性波素子W1、W2がスイッチング素子S1に接続されるとともに、表面弾性波素子W3、W4がスイッチング素子S2に接続されている。
【0024】
これにより、スイッチング素子S1〜S3が形成された半導体チップ21上に表面弾性波素子W1〜W4を積層配置した上で、表面弾性波素子W1〜W4の帯域を切り替えることができ、チップサイズの増大を抑制しつつ、表面弾性波装置からの出力のチャンネル切り替えを実現することが可能となる。
図6は、本発明の第2実施形態に係る表面弾性波装置の概略構成を示す図である。
【0025】
図6において、表面弾性波装置には、励振周波数が互いに異なる複数の表面弾性波素子W11〜W14が設けられ、表面弾性波素子W11〜W14には入力信号INが共通に入力されるとともに、表面弾性波素子W11〜W14からは出力信号OUT1〜OUT4が個々に出力される。また、表面弾性波装置には、スイッチング動作を行う電界効果型トランジスタM11〜M14が設けられている。そして、表面弾性波素子W11〜W14の出力側には電界効果型トランジスタM11〜M14のソースがそれぞれ接続され、電界効果型トランジスタM11〜M14のドレインは共通に接続されている。
【0026】
そして、表面弾性波素子W11〜W14に共通に入力された入力信号INは、表面弾性波素子W11〜W14の励振周波数に対応した帯域に分離され、電界効果型トランジスタM11〜M14にそれぞれ出力される。そして、電界効果型トランジスタM11〜M14のゲート電極に制御電圧V11〜V14をそれぞれ印加することにより、電界効果型トランジスタM11〜M14のいずれかをオンさせ、表面弾性波素子W11〜W14から出力されたいずれかの出力信号OUT1〜OUT4を選択し、出力信号OUTとして出力させる。
【0027】
ここで、電界効果型トランジスタM11〜M14を半導体チップに形成するとともに、表面弾性波素子W11〜W14を半導体チップ上に積層し、表面弾性波素子W11〜W14を電界効果型トランジスタM11〜M14にそれぞれ接続することができる。
これにより、チップサイズの増大を抑制しつつ、表面弾性波素子W11〜W14の帯域を切り替えることが可能となり、表面弾性波装置からの出力のチャンネル切り替えを実現することが可能となる。
【0028】
図7は、本発明の第3実施形態に係る表面弾性波装置の概略構成を示す図である。
図7において、表面弾性波装置には、励振周波数が互いに異なる複数の表面弾性波素子W21〜W24が設けられ、表面弾性波素子W21〜W24には入力信号INが共通に入力されるとともに、表面弾性波素子W21〜W24からは出力信号OUT1〜OUT4が個々に出力される。また、表面弾性波装置には、スイッチング動作を行うダイオードD1〜D4が設けられている。そして、表面弾性波素子W21〜W24の出力側にはダイオードD1〜D4のカソードがそれぞれ接続されるとともに、ダイオードD1〜D4のカソードは、結合コンデンサC11〜C14をそれぞれ介して共通に接続され、ダイオードD1〜D4のアノードはそれぞれ接地されている。
【0029】
そして、表面弾性波素子W21〜W24に共通に入力された入力信号INは、表面弾性波素子W21〜W24の励振周波数に対応した帯域に分離され、出力信号OUTとして出力される。ここで、ダイオードD1〜D4のカソード電位V21〜V24をそれぞれ制御し、いずれか1個の電位V21〜V24をハイに設定するとともに、残りの電位V21〜V24をロウに設定する。すると、カソード電位V21〜V24がハイに設定されたダイオードD1〜D4は高インピーダンス状態となり、そのダイオードD1〜D4に接続された表面弾性波素子W21〜W24の出力信号OUT1〜4が選択されて、出力信号OUTとして出力される。
【0030】
一方、カソード電位V21〜V24がロウに設定されたダイオードD1〜D4は短絡状態となり、そのダイオードD1〜D4に接続された表面弾性波素子W21〜W24の出力は接地されて、その表面弾性波素子W21〜W24からの出力信号OUT1〜4は遮断される。
これにより、ダイオードD1〜D4のオン/オフ制御を行うことで、表面弾性波装置からの出力のチャンネル切り替えを実現することが可能となり、表面弾性波素子W21〜W24の帯域を切り替えるためのスイッチング素子を簡易な構成で実現することが可能となる。
【0031】
ここで、ダイオードD1〜D4および結合コンデンサC11〜C14を半導体チップに形成するとともに、表面弾性波素子W21〜W24を半導体チップ上に積層し、表面弾性波素子W21〜W24をダイオードD1〜D4にそれぞれ接続することができる。
これにより、表面弾性波素子W21〜W24の帯域を切り替えられるようにした上で、表面弾性波素子W21〜W24の帯域を切り替えるためのスイッチング素子としてダイオードD1〜D4を用いることができる。このため、チップサイズの増大を抑制しつつ、表面弾性波装置からの出力のチャンネル切り替えを実現することが可能となるとともに、スイッチング素子の構成を簡易化することが可能となる。
【0032】
なお、上述した実施形態では、4チャンネル分の表面弾性波素子を半導体チップ上に積層する方法を例にとって説明したが、2チャンネル、3チャンネルまたは5チャンネル以上の表面弾性波素子を半導体チップ上に積層するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【0033】
【図1】本発明の第1実施形態に係る表面弾性波装置の概略構成を示す図。
【図2】図1の表面弾性波装置における周波数選択方法を示す図。
【図3】図1の表面弾性波装置におけるスイッチング素子の構成例を示す図。
【図4】図1の表面弾性波装置における周波数選択特性を示す図。
【図5】図1の表面弾性波装置の構成例を示す断面図。
【図6】本発明の第2実施形態に係る表面弾性波装置の概略構成を示す図。
【図7】本発明の第3実施形態に係る表面弾性波装置の概略構成を示す図。
【符号の説明】
【0034】
W1〜W4、W11〜W14、W21〜W24 表面弾性波素子、S1〜S3 スイッチング素子、M1、M2、M11〜M14 電界効果型トランジスタ、1a〜1d、2a〜2d、3a〜3d、4a〜4d IDT電極、1、11 圧電体基板、21 半導体チップ、22 素子形成領域、23 絶縁層、24、29 配線層、25 パッド電極、26 薄膜圧電体、D1〜D4 ダイオード、C11〜C14 結合コンデンサ

【特許請求の範囲】
【請求項1】
半導体チップ上に積層された薄膜圧電体と、
前記薄膜圧電体上に形成された励振周波数の異なる複数の表面弾性波素子と、
前記半導体チップに形成され、前記表面弾性波素子からの出力を切り替えるスイッチング素子とを備えることを特徴とする表面弾性波装置。
【請求項2】
前記表面弾性波素子は、IDT電極の周期が異なるように構成されていることを特徴とする請求項1記載の表面弾性波装置。
【請求項3】
前記スイッチング素子は、
前記表面弾性波素子を2個づつ組にしてそれらのいずれか一方の出力が順次選択されるように構成されていることを特徴とする請求項1または2記載の表面弾性波装置。
【請求項4】
前記スイッチング素子は、
前記表面弾性波素子からの出力端子にそれぞれ接続されたトランジスタであることを特徴とする請求項1または2記載の表面弾性波装置。
【請求項5】
前記スイッチング素子は、
前記表面弾性波素子からの出力端子にそれぞれ接続されたダイオードであることを特徴とする請求項1または2記載の表面弾性波装置。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【公開番号】特開2006−229808(P2006−229808A)
【公開日】平成18年8月31日(2006.8.31)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2005−43525(P2005−43525)
【出願日】平成17年2月21日(2005.2.21)
【出願人】(000002369)セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Fターム(参考)】