特許 7636846 素子、電子デバイス、電子機器及びシステム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2025-02-18

(45)【発行日】2025-02-27

(54)【発明の名称】素子、電子デバイス、電子機器及びシステム

(51)【国際特許分類】

   H03H 9/25 20060101AFI20250219BHJP

   H03H 9/145 20060101ALI20250219BHJP

   H10N 30/853 20230101ALI20250219BHJP

   H10N 30/40 20230101ALI20250219BHJP

   H10N 30/87 20230101ALI20250219BHJP

   H10N 30/06 20230101ALI20250219BHJP

   G01N 29/02 20060101ALI20250219BHJP

【ＦＩ】

H03H9/25 Z

H03H9/25 C

H03H9/145 Z

H10N30/853

H10N30/40

H10N30/87

H10N30/06

G01N29/02 501

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2024508147

(86)(22)【出願日】2023-03-13

(86)【国際出願番号】 JP2023009579

(87)【国際公開番号】W WO2023176761

(87)【国際公開日】2023-09-21

【審査請求日】2024-08-27

(31)【優先権主張番号】P 2022038749

(32)【優先日】2022-03-14

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(31)【優先権主張番号】P 2022138848

(32)【優先日】2022-08-31

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】721011637

【氏名又は名称】株式会社Ｇａｉａｎｉｘｘ

(72)【発明者】

【氏名】木島 健

【審査官】石田 昌敏

(56)【参考文献】

【文献】特開２００８－２４１５４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－１５９５８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－１７７６７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－２７５９９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２００３－５１２６３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－２９７３５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－１６９４６６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０３Ｈ ９／１４５－９／７６

Ｈ１０Ｎ ３０／８５３

Ｈ１０Ｎ ３０／４０

Ｈ１０Ｎ ３０／８７

Ｈ１０Ｎ ３０／０６

Ｇ０１Ｎ ２９／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

円柱状、略円柱状、樽状又は略樽状の圧電体を含み、周方向に表面弾性波が伝搬可能となるように１以上のすだれ状電極が前記圧電体の側面に設けられている素子であって、前記表面弾性波の伝搬経路内となる前記側面に反射器が設けられ、
前記圧電体が三方晶又は六方晶の結晶構造を有する圧電性材料からなる単結晶であり、
さらに、前記単結晶のａ面又はｍ面上を伝搬するバルク弾性波を読み取るための第１電極が、前記圧電体の上面である前記ａ面又はｍ面に設けられていることを特徴とする素子。

【請求項2】

前記すだれ状電極が前記反射器を挟んで２以上設けられている請求項１に記載の素子。

【請求項3】

前記すだれ状電極が前記表面弾性波を発生させるＳＡＷ発生手段及び前記表面弾性波を受信するＳＡＷ受信手段を備えている請求項１に記載の素子。

【請求項4】

前記単結晶のｃ面上に前記表面弾性波が伝搬するように構成されている請求項１に記載の素子。

【請求項5】

前記圧電体が、結晶基板上にバッファ層を介してエピタキシャル結晶成長法により積層されている請求項１に記載の素子。

【請求項6】

前記バッファ層が、Ｈｆ又はＺｒを含む金属酸化物を含む請求項５に記載の素子。

【請求項7】

圧電素子を含む電子デバイスであって、前記圧電素子が請求項１に記載の素子であることを特徴とする電子デバイス。

【請求項8】

センサである請求項７に記載の電子デバイス。

【請求項9】

電子デバイスを含む電子機器であって、前記電子デバイスが、請求項７に記載の電子デバイスであることを特徴とする電子機器。

【請求項10】

電子機器を含むシステムであって、前記電子機器が、請求項９に記載の電子機器であることを特徴とするシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、圧電体を用いた素子、電子デバイス、電子機器及びシステムに関する。

【背景技術】

【0002】

圧電素子の一つである弾性表面波（ＳＡＷ：Ｓｕｒｆａｃｅ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｗａｖｅ）素子は、水晶基板などの圧電基板上にすだれ状電極（ＩＤＴ：Ｉｎｔｅｒｄｉｇｉｔａｌ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）を備えている。すだれ状電極は、一対となっており、櫛型の電極が非接触で対向するように圧電基板上に形成されている。このすだれ状電極に交流電圧を印加することで、圧電基板の有する圧電効果および逆圧電効果により、すだれ状電極が形成されている圧電基板の表面および表面付近を周波数帯で振動させることができる。弾性表面波素子は、すだれ状電極の組合せや構成によって、発振器、帯域フィルタ、ジャイロなど、様々な電子機器を構成する電子回路に幅広く用いられている。

【0003】

また、近年においては、例えば、移動体通信に用いられる携帯端末装置の小型化、軽量化が進むとともに、高い通信品質を実現するために、さらに高い精度を有する弾性波素子が求められており、このような要求に応えるべく、球状ＳＡＷセンサ（ボールＳＡＷセンサ）等が検討されている（特許文献１）。ボールＳＡＷセンサは、ＳＡＷの自然なコリメートビームが多重周回する現象を利用して、相互作用距離を平面型センサよりも著しく増加させることができたため、高感度化に有用である。しかしながら、例えばガスセンサ等に用いる場合には、ガスセンサに用いられる感応膜がＳＡＷの減衰を増加させ、高感度化を妨げることになり、また、高周波特性や高感度化のための補正手法等についてもＳＡＷデバイスには課題が多くあり、まだまだ満足のいくものではなく、さらには環境問題等に対する省エネの要求も加わり、これら課題を解決するような新規ＳＡＷ素子が待ち望まれていた。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１４－１１５０８４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明は、環境にやさしく、優れた精度を有する弾性表面波素子、並びに前記弾性表面波素子を用いた電子デバイス、電子機器及びシステムを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意検討した結果、円状又は略円状の圧電体を含み、円周方向又は略円周方向に表面弾性波が伝搬可能となるように１以上のすだれ状電極が前記圧電体に設けられている素子に、前記表面弾性波の伝搬経路内となる前記圧電体に反射器を設けると、驚くべきことに、サニャック効果を用いた位相差による補正を容易に利用できることを知見し、さらに、反射器を用いることにより高感度化の省エネにも成功し、このような素子が、上記した従来の問題を一挙に解決できるものであることを見出した。
また、本発明者らは、上記知見を得た後、さらに検討を重ねて、本発明を完成させるに至った。

【0007】

すなわち、本発明は、以下の発明に関する。
［１］ 円状又は略円状の圧電体を含み、円周方向又は略円周方向に表面弾性波が伝搬可能となるように１以上のすだれ状電極が前記圧電体に設けられている素子であって、前記表面弾性波の伝搬経路内となる前記圧電体に反射器が設けられていることを特徴とする素子。
［２］ 前記圧電体が円柱状、略円柱状、樽状又は略樽状である前記［１］記載の素子。
［３］ 前記すだれ状電極が前記反射器を挟んで２以上設けられている前記［１］又は［２］に記載の素子。
［４］ 前記すだれ状電極が前記弾性表面波を発生させるＳＡＷ発生手段及び前記弾性表面波を受信するＳＡＷ受信手段を備えている前記［１］～［３］のいずれかに記載の素子。
［５］ 前記圧電体の前記円周方向又は前記略円周方向に平行となる面に、前記すだれ電極から伝搬される弾性表面波に起因する信号を検出するための電極が設けられている前記［１］～［４］のいずれかに記載の素子。
［６］ 前記信号が、前記弾性表面波の伝搬方向に垂直な方向に伝搬するＳＨ波である前記［５］記載の素子。
［７］ 前記圧電体が三方晶又は六方晶の結晶構造を有する圧電性材料からなる単結晶である前記［１］～［６］のいずれかに記載の素子。
［８］ 前記単結晶のｃ面上に前記弾性表面波が伝搬するように構成されている前記［７］記載の素子。
［９］ さらに、前記単結晶のａ面又はｍ面上を伝搬するバルク弾性波を読み取るための電極が前記ａ面又はｍ面に設けられている前記［７］又は［８］に記載の素子。
［１０］ 前記圧電体が、結晶基板上にバッファ層を介してエピタキシャル結晶成長法により積層されている前記［１］～［９］のいずれかに記載の素子。
［１１］ 前記バッファ層が、Ｈｆ又はＺｒを含む金属酸化物を含む前記［１０］記載の素子。
［１２］ 圧電素子を含む電子デバイスであって、前記圧電素子が前記［１］～［１１］のいずれかに記載の素子であることを特徴とする電子デバイス。
［１３］ センサである前記［１２］記載の電子デバイス。
［１４］ 電子デバイスを含む電子機器であって、前記電子デバイスが、前記［１２］又は［１３］に記載の電子デバイスであることを特徴とする電子機器。
［１５］ 電子機器を含むシステムであって、前記電子機器が、前記［１４］記載の電子機器であることを特徴とするシステム。

【発明の効果】

【0008】

本発明の素子は、環境にやさしく、優れた精度を有する弾性表面波素子であり、本発明の電子デバイス、電子機器及びシステムは、前記弾性表面波素子を備えており、環境にやさしく、前記弾性表面波素子の高精度特性を発揮することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の素子の好適な実施態様の一例を模式的に示す図である。

【図2】本発明の素子に好適に用いられる反射器の一例を模式的に示す図である。

【図3】本発明の素子の別の好適な実施態様の一例を模式的に示す図である。

【図4】本発明の素子における弾性表面波の伝搬方向及びその垂直方向並びにこれらを利用した補正等を模式的に説明する図である。

【図5】実施例において好適に用いられる成膜装置を模式的に示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

本発明の素子は、円状又は略円状の圧電体を含み、円周方向又は略円周方向に表面弾性波が伝搬可能となるように１以上のすだれ状電極が前記圧電体に設けられている素子であって、前記表面弾性波の伝搬経路内となる前記圧電体に反射器が設けられていることを特長とする。

【0011】

前記反射器は、前記表面弾性波（以下、「ＳＡＷ」ともいう。）の伝搬経路内となる前記圧電体に設けられていれば特に限定されず、公知の反射器であってよいが、本発明においては、例えば図１に示すように、ＳＡＷの伝搬方向において、すだれ状電極（以下「ＩＤＴ電極」ともいう。）と隣り合うように位置しているのが好ましい。前記反射器は、例えば、格子状に形成されている電極等であってよく、本発明においては、図２に示すように、互いに対向する１対の反射バスバー２１と、前記１対の反射バスバー２１間において延びる複数の反射電極指２３とを有しているのが好ましい。

【0012】

図２の反射バスバー２１及び反射電極指２３の形状および寸法は、各反射電極指２３の両端が１対の反射バスバー２１に接続されていることを除いては、基本的に、ＩＤＴ電極のバスバー及び電極指と同様であってよい。例えば、各反射電極指２３は、一定の幅でＳＡＷの伝搬方向に直交する方向（Ｄ２方向）に直線状に延びる長尺形状を有しており、互いに同等の長さであり、これら複数の反射電極指２３は、例えば、ＳＡＷの伝搬方向にそれぞれ並べて配列されている。複数の反射電極指２３の本数は、通常、利用を意図しているモードのＳＡＷの反射率が概ね１００％以上となるように設定されている。その理論的な必要最小限の本数は、例えば、数本～１０本程度が好適な例として挙げられ、反射電極指２３の本数は、好ましくは２０本以上である。

【0013】

前記反射器は、通常、ＩＤＴ電極とは電気的に非接続であり、電気的に浮遊状態（外部から電位が付与されない状態）であってもよいし、基準電位等が付与されてもよい。本発明においては、前記反射器が、ＩＤＴ電極のうちの一方の電極部と電気的に接続されていてもよいが、電気的に浮遊状態（外部から電位が付与されない状態）であるのが好ましい。

【0014】

また、本発明においては、前記素子が、前記すだれ状電極が前記弾性表面波を発生させるＳＡＷ発生手段及び前記弾性表面波を受信するＳＡＷ受信手段を備えているのが好ましく、前記圧電体の前記円周方向又は前記略円周方向に平行となる面に、前記すだれ電極から伝搬される弾性表面波に起因する信号を検出するための電極が設けられているのも好ましい。前記信号は、前記弾性表面波に起因する信号であれば特に限定されず、通常、前記弾性表面波の伝搬方向に垂直な方向に伝搬する信号であるが、本発明においては、前記弾性表面波の伝搬方向に垂直な方向に伝搬するＳＨ波であるのが好ましい。このような好ましい範囲によれば、前記信号を用いた補正による精度をより容易に向上させることができ、より高感度のセンサを実現することができる。また、本発明においては、例えば図３に示すように、前記すだれ状電極が前記反射器を挟んで２以上設けられているのがより好ましく、このように構成することで、さらに一段と、前記信号を用いた補正による精度を向上させることができ、より高感度のセンサをより容易に実現することができる。

【0015】

ここで、前記信号を用いた補正の態様の好適な一例を示す。図４に示すように、すだれ状電極１３ａ、１３ｂに電圧が印加されると、すだれ状電極の電極指によって圧電体３に電圧が印加され圧電体３に沿ってＤ１方向及びＤ２方向に伝搬する所定のモードのＳＡＷが励起される。励起されたＳＡＷは、すだれ状電極１３ａ、１３ｂの電極指及び反射器９によって機械的に反射され、電極指のピッチを半波長とする定在波が形成される。定在波は、当該定在波と同一周波数の電気信号に変換され、すだれ状電極の電極指によって取り出される。ここで、回転角速度が加わったＳＡＷの伝搬するＤ１方向の波とＤ２方向の波とに位相差が生じるので、例えば、位相差を表す下記式（１）を利用した補正等が可能となる。

【数1】

（式中、Ωは角速度を示し、ｋは波数を示し、Ｎは積算回数を示し、Ａは上部面積を示す。）

【0016】

また、反射器９により、ＩＤＴ電極１３ａ、１３ｂにおける定在波が強く立ち、共振子としての機能が向上し、さらに、例えばＩＤＴ電極１３ａ、１３ｂと反射器９との境界において、ＳＡＷの一部がバルク波に変換されて圧電体３内へ入り込むなどして、弾性表面波の伝搬方向に垂直な方向すなわちＤ３方向に伝搬する信号を好適に取り出すことができるようになり、これら信号を利用した補正等も可能となる。

【0017】

前記圧電体は、円状又は略円状の圧電体を含んでいれば特に限定されず、どのような形状を有していてもよいが、本発明においては、前記圧電体が円柱状、略円柱状、樽状又は略樽状であるのが好ましい。これら好適な形状は、常法に従い加工して得ることも可能である。前記圧電体の材料も圧電性材料からなるものであれば特に限定されないが、本発明においては、三方晶又は六方晶の結晶構造を有する圧電性材料であるのが好ましい。また、本発明においては、前記圧電体が単結晶であるのが好ましく、三方晶又は六方晶の結晶構造を有する圧電性材料からなる単結晶であるのがより好ましい。このような好ましい範囲によれば、より高感度化を図ることができ、より環境にやさしい素子とすることができる。なお、前記圧電体が、三方晶又は六方晶の結晶構造を有する圧電性材料からなる単結晶である場合には、前記素子は、前記単結晶のｃ面上に前記弾性表面波が伝搬するように構成されているのが好ましく、さらに、前記単結晶のａ面又はｍ面上を伝搬するバルク弾性波を読み取るための電極が前記ａ面又はｍ面に設けられているのも好ましい。このような好ましい範囲によれば、前記素子のさらなる高感度化を容易に実現することができる。

【0018】

本発明においては、前記圧電体は、結晶基板上にバッファ層を介してエピタキシャル結晶成長法により積層されているのが好ましい。前記バッファ層は、本発明の目的を阻害しない限り、特に限定されないが、Ｈｆ又はＺｒを含む金属化合物を含むのが好ましく、Ｈｆ又はＺｒを含む金属酸化物を含むのが好ましい。前記金属化合物は、本発明の目的を阻害しない限り特に限定されず公知の金属化合物であってよい。酸化物であってもよく、窒化物であってもよい。前記金属酸化物は、本発明においては、通常、結晶性金属酸化物であるが、前記結晶性金属酸化物が、構成金属中、Ｈｆ及び／又はＺｒを５０原子％以上含み、Ａｌ、Ｔｉ、Ｙ及びＣｅから選ばれる１種又は２種以上の金属を０．１原子％～５０原子％含むのも好ましく、このような好ましい混晶によれば、前記バッファ層の応力緩和効果をより優れたものとするだけでなく、前記圧電体の圧電特性をより優れたものとすることができる。

【0019】

前記結晶基板（以下、単に「基板」ともいう）は、基板材料等、本発明の目的を阻害しない限り特に限定されず、公知の結晶基板であってよい。有機化合物であってもよいし、無機化合物であってもよい。本発明においては、前記結晶基板が無機化合物を含んでいるのが好ましい。本発明においては、前記基板が、表面の一部または全部に結晶を有するものであるのが好ましく、結晶成長側の主面の全部または一部に結晶を有している結晶基板であるのがより好ましく、結晶成長側の主面の全部に結晶を有している結晶基板であるのが最も好ましい。前記結晶は、本発明の目的を阻害しない限り特に限定されず、結晶構造等も特に限定されないが、立方晶系、正方晶系、三方晶系、六方晶系、斜方晶系又は単斜晶系の結晶であるのが好ましく、三方晶系又は六方晶系の結晶であるのがより好ましい。また、前記結晶基板は、オフ角を有していてもよく、前記オフ角としては、例えば、０．２°～１２．０°のオフ角などが挙げられる。ここで、「オフ角」とは、基板表面と結晶成長面とのなす角度をいう。前記基板形状は、特に限定されないが、板状であって、前記バッファ層の支持体となるものであれば特に限定されない。絶縁体基板であってもよいし、半導体基板であってもよいが、本発明においては、前記基板が、Ｓｉ基板であるのが好ましく、結晶性Ｓｉ基板であるのがより好ましく、（１００）に配向している結晶性Ｓｉ基板であるのが最も好ましい。なお、前記基板材料としては、例えば、Ｓｉ基板の他に周期律表第３族～第１５族に属する１種若しくは２種以上の金属又はこれらの金属の酸化物等が挙げられる。前記基板の形状は、特に限定されず、略円形状（例えば、円形、楕円形など）であってもよいし、多角形状（例えば、３角形、正方形、長方形、５角形、６角形、７角形、８角形、９角形など）であってもよく、様々な形状を好適に用いることができる。また、本発明においては、大面積の基板を用いることもできる。

【0020】

また、本発明においては、前記結晶基板が平坦面を有するのが好ましいが、前記結晶基板が表面の一部または全部に凹凸形状を有しているのも、前記エピタキシャル膜の結晶成長の品質をより良好なものとし得るので、好ましい。前記の凹凸形状を有する結晶基板は、表面の一部または全部に凹部または凸部からなる凹凸部が形成されていればそれでよく、前記凹凸部は、凸部または凹部からなるものであれば特に限定されず、凸部からなる凹凸部であってもよいし、凹部からなる凹凸部であってもよいし、凸部および凹部からなる凹凸部であってもよい。また、前記凹凸部は、規則的な凸部または凹部から形成されていてもよいし、不規則な凸部または凹部から形成されていてもよい。本発明においては、前記凹凸部が周期的に形成されているのが好ましく、周期的かつ規則的にパターン化されているのがより好ましい。前記凹凸部の形状としては、特に限定されず、例えば、ストライプ状、ドット状、メッシュ状またはランダム状などが挙げられるが、本発明においては、ドット状またはストライプ状が好ましく、ドット状がより好ましい。また、凹凸部が周期的かつ規則的にパターン化されている場合には、前記凹凸部のパターン形状が、三角形、四角形（例えば正方形、長方形若しくは台形等）、五角形若しくは六角形等の多角形状、円状、楕円状などの形状であるのが好ましい。なお、ドット状に凹凸部を形成する場合には、ドットの格子形状を、例えば正方格子、斜方格子、三角格子、六角格子などの格子形状にするのが好ましく、三角格子の格子形状にするのがより好ましい。前記凹凸部の凹部または凸部の断面形状としては、特に限定されないが、例えば、コの字型、Ｕ字型、逆Ｕ字型、波型、または三角形、四角形（例えば正方形、長方形若しくは台形等）、五角形若しくは六角形等の多角形等が挙げられる。なお、前記結晶基板の厚さは、特に限定されないが、好ましくは、５０～２０００μｍであり、より好ましくは１００～１０００μｍである。

【0021】

以下、本発明の好適な態様を、図面を用いて説明するが、本発明はこれら好適な態様に限定されるものではない。

【0022】

図１は、本発明の好適な素子の一例を示す。図１の素子は、結晶基板１上に、バッファ層２がエピタキシャル結晶成長法により形成されており、前記バッファ層２上には、圧電体３が形成されている。圧電体３は、円柱状に加工されており、側面には、すだれ状電極１３及び反射器９が形成されている。また、圧電体３の上面には、取り出し電極１５が形成されている。取り出し電極１５は、前記すだれ電極から伝搬される弾性表面波に起因する信号を検出するための電極であり、前記弾性表面波の伝搬方向に垂直な方向に伝搬するＳＨ波等を検出する検出器に接続されている。なお、すだれ状電極１３及び反射器９並びに取り出し電極の形成は、それぞれ公知の手段を用いて行われてよい。すだれ状電極１３に電圧が印加されると、圧電体３の圧電効果により、すだれ状電極１３の隣り合う電極指間の圧電体上にひずみが生じ表面波が励振される。すだれ状電極は、電極指が周期的に配置されており、表面波はその波長と電極指周期が等しい場合に最も強く励振される。表面に形成された電極間隔で周波数が決まるため、フォトリソ加工等することにより、容易に高周波に対応することができる。

【0023】

前記素子は、常法に従い、電子デバイスに好適に用いられる。例えば、前記素子を、圧電素子として、電源や電気／電子回路と接続し、回路基板に搭載したり、パッケージしたりすることにより様々な電子デバイスを構成することができる。本発明においては、前記電子デバイスが、圧電デバイスであるのが好ましく、例えば、ジャイロスコープ、モーションセンサ等の電子機器における圧電デバイスとして利用可能である。また、例えば、増幅器と整流回路を接続しパッケージすれば、磁気センサなどの各種センサに利用可能である。

【0024】

前記電子デバイスは、常法に従い電子機器に好適に用いられる。前記電子機器としては、上記した電子機器以外にも様々な電子機器に適用可能であり、より具体的に例えば、液体吐出ヘッド、液体吐出装置、振動波モータ、光学機器、振動装置、撮像装置、圧電音響部品や該圧電音響部品を有する音声再生機器、音声録音機器、携帯電話、各種情報端末等が好適な例として挙げられる。

【0025】

また、前記電子機器は、常法に従いシステムにも適用され、かかるシステムとしては、例えばセンサーシステム等が挙げられる。

【実施例】

【0026】

（圧電体の作製例）
Ｓｉ基板（１００）の結晶成長面側をＲＩＥで処理し、酸素の存在下、加熱して熱酸化膜を形成した後、酸素を用いずに、蒸着法にて、蒸着源の金属と、Ｓｉ基板上の酸化膜中の酸素とを熱反応させ、結晶性金属酸化物の単結晶をＳｉ基板上に形成した。ついで、酸素を流し、温度を下げ、かつ圧力を上げて、蒸着法にて、結晶性金属酸化物の単結晶膜を前記結晶として成膜した。なお、この成膜時の蒸着法の各条件は次の通りであった。
蒸着源 ： Ｈｆ、Ｚｒ
電圧 ： ３．５～４．７５Ｖ
圧力 ： ３×１０^－２～６×１０^－２Ｐａ
基板温度 ： ４５０～７００℃

【0027】

結晶性金属酸化物の単結晶膜の成膜に用いた蒸着成膜装置を図５に示す。図５の成膜装置は、ルツボに金属源１１０１ａ～１１０１ｂ、アース１１０２ａ～１１０２ｈ、ＩＣＰ電極１１０３ａ～１１０３ｂ、カットフィルター１１０４ａ～１１０４ｂ、ＤＣ電源１１０５ａ～１１０５ｂ、ＲＦ電源１１０６ａ～１１０６ｂ、ランプ１１０７ａ～１１０７ｂ、Ａｒ源１１０８、反応性ガス源１１０９、電源１１１０、基板ホルダー１１１１、基板１１１２、カットフィルター１１１３、ＩＣＰリング１１１４、真空槽１１１５及び回転軸１１１６を少なくとも備えている。なお、図１３のＩＣＰ電極１１０３ａ～１１０３ｂは基板１１１２の中心側に湾曲した略凹曲面形状又はパラボラ形状を有している。

【0028】

図５に示すように、基板１１１２を基板ホルダー１１１１上に係止する。ついで、電源１１１０と回転機構（図示せず）とを用いて回転軸１１１６を回転させ、基板１１１２を回転させる。また、基板１１２をランプ１１０７ａ～１１０７ｂによって加熱し、真空ポンプ（図示せず）によって真空槽１１１５内を排気により真空又は減圧下にする。その後、真空槽１１１５内にＡｒ源１１０８からＡｒガスを導入し、ＤＣ電源１１０５ａ～１１０５ｂ、ＲＦ電源１１０６ａ～１１０６ｂ、ＩＣＰ電極１１０３ａ～１１０３ｂ、カットフィルター１１０４ａ～１１０４ｂ、及びアース１１０２ａ～１１０２ｈを用いて基板１１１２上にアルゴンプラズマを形成することにより、基板１１１２の表面の清浄化を行う。

【0029】

真空槽１１１５内にＡｒガスを導入するとともに反応性ガス源１１０９を用いて反応性ガスを導入する。このとき、ランプヒーターであるランプ１１０７ａ～１１０７ｂのオンとオフとを交互に繰り返すことで、より良質な結晶成長膜を形成することができるように構成されている。

【0030】

次に、結晶性金属酸化物の単結晶膜の上に、導電膜として、白金（Ｐｔ）の金属膜をスパッタリング法により形成した。この際の条件を、以下に示す。
装置 ： ＵＬＶＡＣ社製スパッタリング装置ＱＡＭ－４
圧力 ： １．２０×１０^－１Ｐａ
ターゲット ： Ｐｔ
電力 ： １００Ｗ（ＤＣ）
厚さ ： １００ｎｍ
基板温度 ： ４５０～６００℃

【0031】

次に、導電膜上に、ＳＲＯ膜を、スパッタリング法により形成した。この際の条件を、以下に示す。
装置 ： ＵＬＶＡＣ社製スパッタリング装置ＱＡＭ－４
パワー ： １５０Ｗ（ＲＦ）
ガス ： Ａｒ
圧力 ： １．８Ｐａ
基板温度 ： ６００℃
厚さ ： ２０ｎｍ

【0032】

次に、ＳＲＯ膜上に、圧電膜として、Ｐｂ（Ｚｒ_０．５２Ｔｉ_０．４８）Ｏ_３膜（ＰＺＴ膜）を、塗布法により形成した。この際の条件を、以下に示す。

【0033】

Ｐｂの原料として酢酸鉛を用い、Ｚｒの原料として硝酸ジルコニウムを用い、Ｔｉの原料としてチタンイソプロポキシドを用いた。また、Ｐｂ、Ｚｒ及びＴｉの各原料を、Ｐｂ：Ｚｒ：Ｔｉ＝１００＋δ：５２：４８の組成比になるように混合し、溶媒は原料の溶解性を考慮して純水とし、加水分解を制御するため酢酸を添加した。更に、粘度調整用にポリビニルピロリドン粉末を混合溶解させたエタノール（ＰＺＴ１ｍｏｌに対し０．５～３．０ｍｏｌ）を添加して用いた。最後に、塗布時の濡れ性調整用に、２ｎブトキシエタノールを適量混合し、原料溶液としてのゾル・ゲル溶液を調製した。

【0034】

次に、調製したゾル・ゲル溶液を、基板上に滴下し、２０００ｒｐｍで１分間回転させ、基板上にゾル・ゲル溶液をスピンコート（塗布）することにより、前駆体を含む膜を形成した。そして、１５０℃の温度のホットプレート上に、基板を載置し、更に３５０℃の温度のホットプレート上に、基板を載置することにより、溶媒を蒸発させて膜を乾燥させた。この工程を５回繰り返して５層を同条件で積層した後、酸素（Ｏ_２）雰囲気中、６５０℃で３分間熱処理して前駆体を酸化して結晶化させた。以上のプロセスを１０回繰り返し、Ｐｂ（Ｚｒ_０．５２Ｔｉ_０．４８）Ｏ_３膜（ＰＺＴ膜）を作製した。この時の総膜厚は１０μｍであった。

【0035】

得られた圧電体の素子への適用例を、以下、図を用いてより具体的に説明するが、本発明は、これら適用例に限定されるものではない。なお、本発明においては、特に断りがない限り、公知の手段を用いて、前記圧電体から素子及び電子デバイス等を製造することができる。

【0036】

図３は、本発明の好適な態様である素子の一例を示す。図３の素子は、図１とは、２つのすだれ状電極が前記反射器を挟んで設けられている点で異なる。また、図３の素子は、前記ＳＨ波を検出するためのＳＨ波検出器及びＳＡＷを検出するためのＳＡＷ受信器を備えている。図３の素子は、圧電体３が、円柱状に加工されており、側面には、すだれ状電極１３ａ、１３ｂ及び反射器９が公知の手段を用いて形成されている。また、圧電体３の上面には、取り出し電極１５が常法に従い形成されている。取り出し電極１５は、前記弾性表面波の伝搬方向に垂直な方向に伝搬するＳＨ波を検出するＳＨ波検出器１８に接続されている。なお、すだれ状電極１３ａ、１３ｂ及び反射器９並びに取り出し電極の形成は、それぞれ公知の手段を用いて行われてよい。すだれ状電極１３ａ、１３ｂに電圧が印加されると、圧電体３の圧電効果により、すだれ状電極１３ａ、１３ｂのそれぞれ隣り合う電極指間の圧電体上にひずみが生じ表面波が励振される。また、すだれ状電極１３ａには、ＳＡＷ受信器１９が接続されており、ＳＡＷ伝搬経路内に伝搬する弾性表面波を検出できるように構成されている。弾性表面波は、反射器９により、圧電体３の表面を図４に示すＤ１方向及びＤ２方向にそれぞれ伝搬し、つまり互いに対向する方向に弾性表面波が伝搬し、これにより、位相差が生じるとともに、すだれ状電極１３ａ、１３ｂと反射器９との間等で生じたバルク弾性波を取り出し電極１５を介して検出することにより、弾性表面波とバルク弾性波とを利用する、環境にやさしい高精度かつ高感度のセンサを作製することができる。

【産業上の利用可能性】

【0037】

本発明の素子は、種々の用途に適用可能であるが、特に圧電センサに好適に用いられ、例えばセンサーシステム用の電子デバイス等に適用される。

【符号の説明】

【0038】

１ 結晶基板
２ バッファ層
３ 圧電体
９ 反射器
１０ 素子
１３ すだれ状電極
１３ａ すだれ状電極
１３ｂ すだれ状電極
１５ 取り出し電極
１８ ＳＨ波検出器
１９ ＳＡＷ受信器
２１ 反射バスバー
２３ 反射電極指
１１０１ａ～１０１ｂ 金属源
１１０２ａ～１０２ｊ アース
１１０３ａ～１０３ｂ ＩＣＰ電極
１１０４ａ～１０４ｂ カットフィルター
１１０５ａ～１０５ｂ ＤＣ電源
１１０６ａ～１０６ｂ ＲＦ電源
１１０７ａ～１０７ｂ ランプ
１１０８ Ａｒ源
１１０９ 反応性ガス源
１１１０ 電源
１１１１ 基板ホルダー
１１１２ 基板
１１１３ カットフィルター
１１１４ ＩＣＰリング
１１１５ 真空槽
１１１６ 回転軸

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】