特表 2023-544271 表面弾性波デバイス（ＳＡＷ）用の反射構造体

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2023-10-23

(54)【発明の名称】表面弾性波デバイス（ＳＡＷ）用の反射構造体

(51)【国際特許分類】

   H03H 9/145 20060101AFI20231016BHJP

【ＦＩ】

H03H9/145 Z

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023518269

(86)(22)【出願日】2021-09-29

(85)【翻訳文提出日】2023-05-19

(86)【国際出願番号】 EP2021076840

(87)【国際公開番号】W WO2022069573

(87)【国際公開日】2022-04-07

(31)【優先権主張番号】2010072

(32)【優先日】2020-10-01

(33)【優先権主張国・地域又は機関】FR

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】598054968

【氏名又は名称】ソイテック

【氏名又は名称原語表記】Ｓｏｉｔｅｃ

【住所又は居所原語表記】Ｐａｒｃ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｑｕｅ ｄｅｓ ｆｏｎｔａｉｎｅｓ ｃｈｅｍｉｎ Ｄｅｓ Ｆｒａｎｑｕｅｓ ３８１９０ Ｂｅｒｎｉｎ， Ｆｒａｎｃｅ

(74)【代理人】

【識別番号】100107456

【弁理士】

【氏名又は名称】池田 成人

(74)【代理人】

【識別番号】100162352

【弁理士】

【氏名又は名称】酒巻 順一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100123995

【弁理士】

【氏名又は名称】野田 雅一

(72)【発明者】

【氏名】バランドラス， シルヴァン

(72)【発明者】

【氏名】クルジョン， エミリー

(72)【発明者】

【氏名】ベルナール， フローラン

(72)【発明者】

【氏名】ラローシュ， ティエリー

(72)【発明者】

【氏名】ガルシア， ジュリアン

(72)【発明者】

【氏名】クレレ， アレクサンドル

【テーマコード（参考）】

5J097

【Ｆターム（参考）】

5J097AA06

5J097AA21

5J097AA30

5J097DD14

5J097FF03

5J097GG03

5J097GG04

(57)【要約】

本発明は、音波伝搬基板（１１４、１１４’）上に又は音波伝搬基板（１１４、１１４’）内に設けられたすだれ状トランスデューサ構造体（１０２、２５２）及び少なくとも１つの音波反射構造体（１０４、１０６、２５４、２５６）を備える表面弾性波（ＳＡＷ）デバイスであって、すだれ状トランスデューサ構造体（１０２）が、第１の材料を備え、少なくとも１つの音波反射構造体（１０４、１０６）が、第１の材料とは異なる第２の材料を備え、及び／又は、音波反射構造体（１０４、１０６）及びすだれ状トランスデューサ構造体（１０２）は、異なる幾何学的パラメータを有することを特徴とするＳＡＷデバイスに関する。本発明はさらに、前述のＳＡＷデバイスを備えるセンサ、及び、少なくとも１つの音波反射構造体を備えるＳＡＷデバイスを製造するための方法に関する。
【選択図】 図１ａ

【特許請求の範囲】

【請求項1】

音波伝搬基板（１１４、１１４’）上に又は音波伝搬基板（１１４、１１４’）内に設けられたすだれ状トランスデューサ構造体（１０２、２５２）及び少なくとも１つの音波反射構造体（１０４、１０６、２５４、２５６）を備える表面弾性波（ＳＡＷ）デバイスであって、
前記すだれ状トランスデューサ構造体（１０２）が、第１の材料を備え、前記少なくとも１つの音波反射構造体（１０４、１０６）が、前記第１の材料とは異なる第２の材料を備え、及び／又は、
前記音波反射構造体（１０４、１０６）及び前記すだれ状トランスデューサ構造体（１０２）は、異なる幾何学的パラメータを有する、
ことを特徴とするＳＡＷデバイス。

【請求項2】

前記第２の材料の音響インピーダンスρＣ_ｒｅｆ及び前記音波伝搬基板（１１４、１１４’）の音響インピーダンスρＣ_ｓｕｂは、

【数1】

が５０％未満、特に２５％未満であるように整合されている、請求項１に記載のＳＡＷデバイス。

【請求項3】

前記第１の材料及び前記第２の材料が金属であり、特に、前記第２の材料が、白金Ｐｔ、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）又はタンタル（Ｔａ）のうちの１つである、請求項１又は２に記載のＳＡＷデバイス。

【請求項4】

前記音波反射構造体（１０４、１０６）が、互いに電気的に分離された複数の金属ストリップを備える、請求項３に記載のＳＡＷデバイス。

【請求項5】

前記第２の材料及びその結晶方位並びに前記音波伝搬基板（１１４、１１４’）の材料及びその結晶方位が、音波反射への電気的及び機械的寄与が位相外れになるようなものである、請求項４に記載のＳＡＷデバイス。

【請求項6】

前記第２の材料が誘電材料である、請求項１又は２に記載のＳＡＷデバイス。

【請求項7】

パッシベーション層（２２０）が、前記すだれ状トランスデューサ構造体（１０２）の上にのみ存在する、請求項６に記載のＳＡＷデバイス。

【請求項8】

前記パッシベーション層（２２０）及び前記少なくとも１つの反射構造体（１０４、１０６）が、同じ誘電材料から作製されている、請求項７に記載のＳＡＷデバイス。

【請求項9】

前記音波伝搬基板（１１４、１１４’）が、圧電材料として窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、及び誘電材料として酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）又はタンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ_３）又は窒化アルミニウム（ＡｌＮ）又はランガサイト（ＬＧＳ）を備える、請求項６～８のいずれか一項に記載のＳＡＷデバイス。

【請求項10】

前記音波伝搬基板（１１４、１１４’）が、圧電材料としてランガサイト（ＬＧＳ）、及び誘電材料として酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）又は窒化アルミニウム（ＡｌＮ）又はニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）又はタンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ_３）を備える、請求項６～８のいずれか一項に記載のＳＡＷデバイス。

【請求項11】

前記音波伝搬基板（１１４、１１４’）が、圧電材料として窒化ガリウム（ＧａＮ）、及び誘電材料として酸化タンタル（Ｔａ_２Ｏ_５）又は酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）又は窒化ガリウム（ＧａＮ）又は窒化アルミニウム（ＡｌＮ）又はニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）又はタンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ_３）を備える、請求項６～８のいずれか一項に記載のＳＡＷデバイス。

【請求項12】

前記音波伝搬基板が、ベース基板、特に適切な軸線に沿った伝搬を呈するシリコンベース基板又はサファイアベース基板又は石英ベース基板、特に（ＹＸｌｔ）／３６°／９０°に対応するいわゆるＳＴＷカットの上に圧電層を備える複合基板（１１４’）である、請求項１～１１のいずれか一項に記載のＳＡＷデバイス。

【請求項13】

前記圧電層がタンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ_３）であり、前記誘電材料がタンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ_３）又は酸化タンタル（Ｔａ_２Ｏ_５）又は酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）又はランガサイト（ＬＧＳ）又は窒化ガリウム（ＧａＮ）である、請求項６と組み合わせた請求項１２に記載のＳＡＷデバイス。

【請求項14】

前記複合基板（１１４’）がピエゾエレクトリック・オン・インシュレータ（ＰＯＩ）基板である、請求項１２又は１３に記載のＳＡＷデバイス。

【請求項15】

前記圧電層が、Ｓｉ（１００）のベース基板に設けられたトラップリッチの多結晶、非晶質、又は多孔質材料、特に多結晶シリコン、非晶質シリコン、又は多孔質シリコンにおけるＳｉＯ_２におけるＬｉＴａＯ_３（ＹＸｌ）／４２°層である、請求項１４に記載のＳＡＷデバイス。

【請求項16】

前記圧電層が６００ｎｍの厚さを有し、前記ＳｉＯ_２層が５００ｎｍの厚さを有し、前記トラップリッチ多結晶シリコン層が１μｍの厚さを有する、請求項１５に記載のＳＡＷデバイス。

【請求項17】

前記圧電層がＡｌＮ又はＧａＮである、請求項１４に記載のＳＡＷデバイス。

【請求項18】

前記圧電層がニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）であり、前記誘電材料がニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）又は酸化タンタル（Ｔａ_２Ｏ_５）又は酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）又はランガサイト（ＬＧＳ）である、請求項６と組み合わせた請求項１２に記載のＳＡＷデバイス。

【請求項19】

前記圧電層が窒化ガリウム（ＧａＮ）であり、前記誘電材料が酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）又は窒化アルミニウム（ＡｌＮ）又はニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）又はランガサイト（ＬＧＳ）又は窒化ガリウム（ＧａＮ）である、請求項６と組み合わせた請求項１２に記載のＳＡＷデバイス。

【請求項20】

前記圧電層が窒化アルミニウム（ＡｌＮ）であり、前記誘電材料が酸化タンタル（Ｔａ_２Ｏ_５）又は酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）又は窒化ガリウム（ＧａＮ）又はランガサイト（ＬＧＳ）又は窒化アルミニウム（ＡｌＮ）である、請求項６と組み合わせた請求項１２に記載のＳＡＷデバイス。

【請求項21】

前記幾何学的パラメータは、前記音波反射構造体（１０４、１０６）及び前記すだれ状トランスデューサ構造体（１０２）の幅又は高さのうちの１つである、請求項１～２０のいずれか一項に記載のＳＡＷデバイス。

【請求項22】

前記すだれ状トランスデューサ構造体（２５２）の各側に１つずつ、第１の音波反射構造体（２５４）及び第２の音波反射構造体（２５６）を備え、前記第１の音波反射構造体及び第２の音波反射構造体（２５４、２５６）が２つの異なる材料を備え、及び／又は、前記第１の音波反射構造体及び第２の音波反射構造体（２５４、２５６）が異なるピッチ（ｐ３、ｐ４）を有する、請求項１～２１のいずれか一項に記載のＳＡＷデバイス。

【請求項23】

第２のすだれ状トランスデューサ構造体（３１２、３１６）を備え、前記すだれ状トランスデューサ構造体及び前記第２のすだれ状トランスデューサ構造体が、互いに電気的に接続されており、追加の反射構造体（３１０）により互いに分離されている、請求項１～２２のいずれか一項に記載のＳＡＷデバイス。

【請求項24】

前記追加の反射構造体（３１０）が、前記第２の材料とは異なる第３の材料を備える、請求項２３に記載のＳＡＷデバイス。

【請求項25】

請求項１～２４のいずれか一項に記載のＳＡＷデバイスを備える、物理的パラメータを検知するためのセンサデバイス。

【請求項26】

音波伝搬基板上に又は音波伝搬基板内に設けられた音波反射構造体及びすだれ状トランスデューサ構造体を有する、特に請求項１～２５のいずれか一項に記載のＳＡＷデバイスを製造するための方法であって、
誘電体層を前記音波伝搬基板の上に形成するステップａ）と、前記誘電体層をパターニングすることにより、前記少なくとも１つの音波反射構造体を形成するステップｂ）と、
を含むことを特徴とする方法。

【請求項27】

前記ステップａ）が、前記誘電体層を前記すだれ状トランスデューサ構造体の上に形成することにより、パッシベーション層を前記トランスデューサ構造体の上に形成することを含む、請求項２６に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、少なくとも１つの反射構造体を備える表面弾性波（ＳＡＷ）デバイス、及びそのようなデバイスを備えるセンサに関する。本発明は、そのようなＳＡＷデバイスを製造するための方法にも関する。

【背景技術】

【0002】

表面弾性波デバイス、特に共振器デバイスは、フィルタ及びセンサなどのますます多くの実用例において用いられている。圧電基板に設けられたすだれ状トランスデューサ（ＩＤＴ）により、表面弾性波が形成される。表面弾性波を反射し空洞を形成するために、短絡した金属フィンガの大型アレイにより形成されるブラッグ反射器が、ＩＤＴの各側に設けられる。１ポートデバイスにおいて、ＩＤＴは、入力電気信号を受信して表面弾性波を生成すると共に、反射された音波を測定して出力信号を提供する。２ポートデバイスにおいては、第２のＩＤＴが空洞に挿入され、反射波を検知するために用いられる。ＳＡＷ温度センサでは、温度の変化が、出力ＩＤＴにより検出される共振周波数の変化を生じさせる。

【0003】

ＳＡＷデバイスの設計は、複数のパラメータが満たされるものでなければならない。それらには、十分な電気機械結合、十分に高い品質因子、及びブラッグミラーの高い反射率が含まれる。現行の設計においては、ますます小型化するデバイスへの統合を可能とするコンパクト設計と同時に十分に高い反射率を提供することが、特に困難である。これは、特にセンサアプリケーションについて当てはまる。

【0004】

別の対象分野は、ＳＡＷ温度センサの高温アプリケーションである。この文脈において、高温は、５００℃を超える温度にあたる。従来技術の温度ＳＡＷセンサは、高温に対するその電気的応答に影響する材料特性の変化をこうむる。ＰＴ、ＴＡ、Ｗ、Ｉｒ、Ｐｄ又はＡｕなどの１０００℃超の溶融温度を呈する高原子数の金属の音波反射構造体は、より高い温度において劣化し、及び／又は、より高い温度でその物理的特性の大幅な変動、特に反射率の損失を示す。高温において高い反射率値を示すモリブデンなどの他の金属は、その高い融点（Ｍｏの場合は２５００℃超）に起因して、産業製造プロセスにおいて取り扱うことが困難である。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

したがって、本発明の目的は、よりコンパクトな設計を提供し、及び／又は高温アプリケーションに好適である表面弾性波デバイスの代替的設計を提供することにより、上記の難点を克服することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

この目的は、音波伝搬基板上に又は音波伝搬基板内に設けられたすだれ状トランスデューサ構造体及び少なくとも１つの音波反射構造体を備える表面弾性波（ＳＡＷ）デバイスであって、すだれ状トランスデューサ構造体が、第１の材料を備え、少なくとも１つの音波反射構造体が、第１の材料とは異なる第２の材料を備え、及び／又は、音波反射構造体及びすだれ状トランスデューサ構造体は、異なる幾何学的パラメータを有することを特徴とするＳＡＷデバイスにより実現される。設計者がミラー及びＩＤＴの材料及び／又は幾何学的パラメータを独立して選定することを可能とすることにより、ミラー及びＩＤＴに同じ金属並びに同じジオメトリを用いる従来技術よりも高い自由度が提供されるため、電気機械結合、品質因子、反射率又は温度安定性などのＳＡＷデバイスの重要なパラメータをより良好に最適化することができる。同時に、反射率が最適化される場合、ミラーにおいて必要なストリップの数を低減することができ、それにより、ＳＡＷデバイスがよりコンパクトになる。

【0007】

変形例によれば、第２の材料の音響インピーダンスρＣ_ｒｅｆ及び音波伝搬基板の音響インピーダンスρＣ_ｓｕｂは、

【数1】

が５０％未満、特に２５％未満であるように整合されてもよい。音響インピーダンスが整合するように材料を選定することにより、反射率の増大を観測することができる。

【0008】

本発明の変形例によれば、第１の材料及び第２の材料は金属であり、特に、第２の材料は、白金（Ｐｔ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）又はタンタル（Ｔａ）のうちの１つである。金属を用いることにより製造プロセスが簡略化し、特にリフトオフの製造プロセスステップを用いることができ、これは、特に蒸着法を用いる場合に十分に制御することができる。代替例によれば、イリジウム（Ｉｒ）又はジルコニウム（Ｚｒ）が第２の材料として用いられてもよい。

【0009】

本発明の変形例によれば、音波反射構造体は、互いに電気的に分離された複数の金属ストリップを備えてもよい。さらに別の変形例によれば、第２の材料及びその結晶方位並びに音波伝搬基板の材料及びその結晶方位は、音波反射への電気的及び機械的寄与が位相外れになるようなものである。よって、例えばアルミニウム（Ａｌ）ストリップを用いたＬｉＮｂＯ_３（ＹＸｌ）／１２８°カットにおけるレイリー波の場合のように、電気的及び機械的な反射効果が同位相でない結晶方位を用いる場合、開回路条件が特に好ましい。その場合、機械的及び電気的な反射寄与の間の破壊的結合効果を防止することができる。

【0010】

本発明の変形例によれば、第２の材料は誘電材料である。驚くべきことに、音波反射構造体に誘電材料を用いることで、高温アプリケーションにおけるその使用を可能とする、特に５００℃を超える高温における反射率値が提供される。温度に伴う反射率の変動も、高温アプリケーションにおける許容可能な感度を有するセンサを提供することを可能とするのに十分に低い。電気的反射効果がなく、したがって破壊的結合のリスクがないため、機械的反射効果による利点が得られる。この機械的効果の利点を得るためには、波が障害物に入ることが可能でなくてはならない。よって、上記で説明したようなインピーダンス整合により、所望の反射を補助することができる。

【0011】

本発明の変形例によれば、表面弾性波デバイスは、ＳＡＷデバイスのすだれ状トランスデューサ構造体の上にのみ設けられたパッシベーション層をさらに備えてもよい。パッシベーション層は、電極を保護し、よって、特に５００℃超の温度について、ＩＤＴ電極の金属完全性を向上させる。

【0012】

本発明の変形例によれば、パッシベーション層及び少なくとも１つの反射構造体は、同じ誘電材料から作製されてもよい。したがって、少なくとも１つの反射構造体及びパッシベーション層の両方が、同じ製造ステップ中に設けられてもよい。よって、ＩＤＴ及び音波反射構造体に異なる材料が用いられる場合であっても、製造プロセスを簡単に保つことができる。

【0013】

変形例によれば、音波伝搬基板は、圧電材料として窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、及び誘電材料として酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）又はタンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ_３）又は窒化アルミニウム（ＡｌＮ）又はランガサイト（ＬＧＳ）を備えてもよい。別の変形例によれば、音波伝搬基板は、圧電材料としてランガサイト（ＬＧＳ）、及び誘電材料として酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）又は窒化アルミニウム（ＡｌＮ）又はニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）又はタンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ_３）を備えてもよい。変形例によれば、音波伝搬基板は、圧電材料として窒化ガリウム（ＧａＮ）、及び誘電材料として酸化タンタル（Ｔａ_２Ｏ_５）又は酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）又は窒化ガリウム（ＧａＮ）又は窒化アルミニウム（ＡｌＮ）又はニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）又はタンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ_３）を備えてもよい。それらの材料については、高い反射率及び高い温度安定性を観測することができる。

【0014】

本発明の変形例によれば、音波伝搬基板は、ベース基板、特に適切な軸線に沿った伝搬を呈するシリコンベース基板又はサファイアベース基板又はさらに石英基板、特にＹＸｌｔ）／３６°／９０°に対応するいわゆるＳＴＷカットの上に圧電層を備える複合基板であってもよい。複合基板は、ＳＡＷデバイスの性能を向上させることができ、設計の柔軟性をもたらす。複合基板を用いることにより、特に、圧電層により誘導されるせん断波又は縦波などの、レイリー波以外の音波を用いることが可能となる。

【0015】

本発明の変形例によれば、圧電層はタンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ_３）であってもよく、誘電材料はタンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ_３）又は酸化タンタル（Ｔａ_２Ｏ_５）又は酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）又はランガサイト（ＬＧＳ）又は窒化ガリウム（ＧａＮ）であってもよい。別の変形例によれば、圧電層はニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）であってもよく、誘電材料はニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）又は酸化タンタル（Ｔａ_２Ｏ_５）又は酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）又はランガサイト（ＬＧＳ）であってもよい。また別の変形例によれば、圧電層は窒化ガリウム（ＧａＮ）であってもよく、誘電材料は酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）、又は窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、又はニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）、又はランガサイト（ＬＧＳ）である。それらの材料については、高い反射率及び高い温度安定性を観測することができる。

【0016】

好適な変形例によれば、圧電基板は、特にＳｉ（１００）のベース基板に設けられたいわゆるトラップリッチポリシリコン層におけるＳｉＯ_２におけるＬｉＴａＯ_３（ＹＸｌ）／４２°層を有する、ピエゾエレクトリック・オン・インシュレータ（ＰＯＩ）基板であってもよい。このタイプの基板は通常、厚さ６００ｎｍの圧電層、５００ｎｍのＳｉＯ_２層、及び１μｍのトラップリッチポリシリコン層を有する。このＰＯＩ基板は、せん断波に特によく適しており、縦波は、ＬｉＴａＯ_３（ＹＸｌｔ）／４２°／９０°を最上層として用いる場合にアクセス可能となる。トラップリッチ層は、ベース基板の分離性能を向上させることができ、例えば多結晶シリコン、非晶質シリコン、又は多孔質シリコンなどの多結晶、非晶質、又は多孔質材料のうちの少なくとも１つにより形成されてもよい。「トラップリッチ」という用語においては、導電層なしで、しかし導電層を形成して、電荷を吸収することが可能な層が理解される。

【0017】

変形例によれば、ＰＯＩ基板の圧電層は、ＡｌＮ又はＧａＮである。これらの材料も、音波を提供する。

【0018】

変形例によれば、圧電層はニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）であってもよく、誘電材料はニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）又は酸化タンタル（Ｔａ_２Ｏ_５）又は酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）又はランガサイト（ＬＧＳ）であってもよい。変形例によれば、圧電層は窒化ガリウム（ＧａＮ）であってもよく、誘電材料は酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）又は窒化アルミニウム（ＡｌＮ）又はニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）又はランガサイト（ＬＧＳ）又は窒化ガリウム（ＧａＮ）である。変形例によれば、圧電層は窒化アルミニウム（ＡｌＮ）であってもよく、誘電材料は酸化タンタル（Ｔａ_２Ｏ_５）又は酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）又は窒化ガリウム（ＧａＮ）又はランガサイト（ＬＧＳ）又は窒化アルミニウム（ＡｌＮ）である。それらの材料については、高い反射率値が観測される。

【0019】

変形例によれば、幾何学的パラメータは、音波反射構造体及びすだれ状トランスデューサ構造体の幅又は高さのうちの１つであってもよい。それらのパラメータは、標準的な層堆積及びパターニングの製造ステップにおいて容易に変化させることができる。

【0020】

本発明の変形例によれば、ＳＡＷデバイスは、すだれ状トランスデューサ構造体の各側に１つずつ、第１の音波反射構造体及び第２の音波反射構造体を備えてもよく、第１の音波反射構造体及び第２の音波反射構造体は２つの異なる材料を備え、及び／又は、第１の音波反射構造体及び第２の音波反射構造体は異なるピッチを有する。２つのミラーは挙動が異なるため、示差センサを簡単な手段により形成することができる。

【0021】

変形例によれば、ＳＡＷデバイスは、互いに電気的に接続され、追加の反射構造体により互いに分離された２つのＩＤＴを備えてもよい。そのような設計は、追加の反射構造体が２つの別個の共振空洞への分離を向上させるため、示差測定において用いることができる。２つの接続されたＩＤＴの間に配置された追加の反射構造体は、両方の空洞において共振器として機能するのに必要な反射率を提供する。よって、ＩＤＴが音波源及び反射器の両方として用いられる従来技術の示差ＳＡＷデバイスと比較して、反射率をＩＤＴの電気機械結合から切り離すことができ、それにより、デバイスの仕様を満たすように両方を互いに独立して設計することができる。２つのミラーに２つの異なるピッチが用いられる場合、対応するピッチを有する２つの追加の反射構造体が、２つのＩＤＴの間に設けられてもよい。

【0022】

変形例によれば、追加の反射構造体は、第２の材料とは異なる第３の材料を備えてもよい。よって、２つのＩＤＴの間の音波反射構造体について、高温アプリケーションにおける反射率及び安定性に関する同じ利点を実現することができる。よって、本発明によれば、追加の反射構造体、又はＩＤＴが配置される音波反射構造体のうちの少なくとも１つが、誘電材料から作製される。

【0023】

本発明の変形例によれば、少なくとも１つの反射構造体は、３００未満のストリップを備えてもよい。よって、ブラッグ反射器において金属電極と比較して向上した反射率を有する誘電材料を用いることで、金属反射構造体と比較してよりコンパクトな反射構造体を実現することができる。よって、ＳＡＷデバイスの全体サイズを低減することができる。ストリップの数は通常、アプリケーションに依存する。フィルタについては、ミラーが１５～４０のストリップから構成されてもよく、一方で電極反射率がより小さい場合が多い共振センサについては、より多くのストリップが必要であるが、３００未満で十分である。

【0024】

本発明の目的はまた、前述のＳＡＷデバイスを備える、物理的パラメータを検知するためのセンサデバイスにより実現される。誘電材料を用いることで、ＳＡＷセンサデバイスを、例えば５００℃超の高温アプリケーションにおいて用いることができる。物理的パラメータは、温度、圧力、歪み等であってもよい。

【0025】

本発明の目的はまた、音波伝搬基板上に又は音波伝搬基板内に少なくとも１つの音波反射構造体及びすだれ状トランスデューサ構造体を備える、特に上述のＳＡＷデバイスを製造するための方法であって、誘電体層を音波伝搬基板上及び／又は音波伝搬基板内に形成するステップａ）と、誘電体層をパターニングすることにより、少なくとも１つの音波反射構造体を形成するステップｂ）とを含むことを特徴とする方法により実現される。向上した反射率特性及び温度安定性を有する本発明に係るＳＡＷデバイスの製造プロセスは、標準的なＳＡＷデバイスの製造プロセスに適合可能である。

【0026】

本発明の変形例によれば、ステップａ）は、誘電体層をＳＡＷデバイスのすだれ状トランスデューサ構造体の上に形成することにより、パッシベーション層をトランスデューサ構造体の上に形成することを含む。よって、同じ堆積ステップを用いて、ＩＤＴデバイスのパッシベーション層を実現して、ＩＤＴデバイスの金属要素及び音波反射構造体を同時に保護することができる。よって、ＩＤＴ及び音波反射構造体に２つの異なる材料が用いられる場合であっても、パッシベーション層及び音波反射構造体を同時に実現することができるため、追加の製造作業が限定される。

【0027】

参照符号が本発明の特徴を識別する添付の図面と併せて、以下の説明を参照することにより、本発明が理解され得る。

【図面の簡単な説明】

【0028】

【図1a】本発明の第１の実施形態に係るＳＡＷデバイスの側面図を示す。

【図1b】本発明の第１の実施形態の変形例に係るＳＡＷデバイスの側面図を示す。

【図1c】音響インピーダンス値の表を提示する。

【図1d】算出された反射率値の表を提示する。

【図2】本発明の第２の実施形態に係るＳＡＷデバイスの側面図を示す。

【図3a】本発明の第３の実施形態に係るＳＡＷデバイスの上面図を示す。

【図3b】本発明の第４の実施形態に係るＳＡＷデバイスの上面図を示す。

【図4a】従来技術の例に係るＰｔ及びＴａについての位相速度及び反射率のシミュレートされた分散特性を示す。

【図4b】従来技術の例に係るＰｔ及びＴａについての位相速度及び反射率のシミュレートされた分散特性を示す。

【図5a】本発明の第１の実施形態に係るＡｌＮ及びＧａＮについての位相速度及び反射率のシミュレートされた分散特性を示す。

【図5b】本発明の第１の実施形態に係るＳｉ_３Ｎ_４及びＡｌ_２Ｏ_３についての位相速度及び反射率のシミュレートされた分散特性を示す。

【図5c】本発明の第１の実施形態に係るＳｉＯ_２及びＴａ_２Ｏ_５についての位相速度及び反射率のシミュレートされた分散特性を示す。

【図6a】本発明の第１の実施形態のＬＧＳ（ＹＸｌｔ）／４８．５°／２６．７°におけるレイリー波についての、反射格子障害物材料としてのＳｉ_３Ｎ_４の比ａ／ｐ（金属ストリップの幅ａを格子周期ｐで割ったもの）及びｈ／λ（％）（電極の高さｈを格子周期ｐの２倍にも等しい音波波長λで割ったもの）に対する速度（ｍ／ｓ）との変動の計算の結果を示す。

【図6b】本発明の第１の実施形態のＬＧＳ（ＹＸｌｔ）／４８．５°／２６．７°におけるレイリー波についての、反射格子障害物材料としてのＳｉ_３Ｎ_４の比ａ／ｐ（金属ストリップの幅ａを格子周期ｐで割ったもの）及びｈ／λ（％）（電極の高さｈを格子周期ｐの２倍にも等しい音波波長λで割ったもの）に対する反射係数（％）の変動の計算の結果を示す。

【図7a】本発明の第１の実施形態のＬＧＳ（ＹＸｌｔ）／４８．５°／２６．７°におけるレイリー波についての、反射格子障害物材料としてのＡｌＮの比ａ／ｐ及びｈ／λ（％）に対する速度（ｍ／ｓ）の変動の計算の結果を示す。

【図7b】本発明の第１の実施形態のＬＧＳ（ＹＸｌｔ）／４８．５°／２６．７°におけるレイリー波についての、反射格子障害物材料としてのＡｌＮの比ａ／ｐ及びｈ／λ（％）に対する反射係数（％）の変動の計算の結果を示す。

【図8a】本発明の第１の実施形態のＬＧＳ（ＹＸｌｔ）／４８．５°／２６．７°におけるレイリー波についての、反射格子障害物材料としてのＡｌ_２Ｏ_３の比ａ／ｐ及びｈ／λ（％）に対する速度（ｍ／ｓ）の変動の計算の結果を示す。

【図8b】本発明の第１の実施形態のＬＧＳ（ＹＸｌｔ）／４８．５°／２６．７°におけるレイリー波についての、反射格子障害物材料としてのＡｌ_２Ｏ_３の比ａ／ｐ及びｈ／λ（％）に対する反射係数（％）の変動の計算の結果を示す。

【図9a】本発明の第１の実施形態のＬＧＳ（ＹＸｌｔ）／４８．５°／２６．７°におけるレイリー波についての、反射格子障害物材料としてのＳｉＯ_２の比ａ／ｐ及びｈ／λ（％）に対する速度（ｍ／ｓ）の変動の計算の結果を示す。

【図9b】本発明の第１の実施形態のＬＧＳ（ＹＸｌｔ）／４８．５°／２６．７°におけるレイリー波についての、反射格子障害物材料としてのＳｉＯ_２の比ａ／ｐ及びｈ／λ（％）に対する反射係数（％）の変動の計算の結果を示す。

【図10a】従来技術に係る例のＣカットサファイアウエハにおけるＡｌＮ（ＹＸｌ）／９０°層を備える複合基板におけるＭｏ及びＰｔ電極の速度及び反射率のシミュレートされた分散特性を示す。

【図10b】本発明の第１の実施形態に係るＣカットサファイアウエハにおけるＡｌＮ（ＹＸｌ）／９０°層を備える複合基板におけるＳｉ_３Ｎ_４及びＡｌ_２Ｏ_３についてのシミュレートされた分散特性を示す。

【図11a】本発明の第１の実施形態のＣカットサファイアウエハにおけるＡｌＮ（ＹＸｌ）／９０°層についてのＡｌ_２Ｏ_３系電極についての比ａ／ｐ及びｈ／λ（％）に対する速度（ｍ／ｓ）の変動の計算の結果を示す。

【図11b】本発明の第１の実施形態のＣカットサファイアウエハにおけるＡｌＮ（ＹＸｌ）／９０°層についてのＡｌ_２Ｏ_３系電極についての比ａ／ｐ及びｈ／λ（％）に対する反射係数（％）の変動の計算の結果を示す。

【図12a】本発明の第１の実施形態のＣカットサファイアウエハにおけるＧａＮ（ＹＸｌ）／９０°層についてのＡｌ_２Ｏ_３系電極についての比ａ／ｐ及びｈ／λ（％）に対する速度（ｍ／ｓ）の変動の計算の結果を示す。

【図12b】本発明の第１の実施形態のＣカットサファイアウエハにおけるＧａＮ（ＹＸｌ）／９０°層についてのＡｌ_２Ｏ_３系電極についての比ａ／ｐ及びｈ／λ（％）に対する反射係数（％）の変動の計算の結果を示す。

【図13】本発明の第５の実施形態に係る表面弾性波ＳＡＷデバイスを製造するための方法のステップの模式図を示す。

【図14】本発明の第６の実施形態に係る表面弾性波ＳＡＷデバイスを製造するための方法のステップの模式図を示す。

【図15】本発明の第７の実施形態に係る表面弾性波ＳＡＷデバイスを製造するための方法のステップの模式図を示す。

【発明を実施するための形態】

【0029】

図１ａは、本発明に係る表面弾性波（ＳＡＷ）デバイス１００を示す。本実施形態におけるＳＡＷデバイス１００は、２つの音波反射構造体１０４、１０６の間に設けられた１つのすだれ状トランスデューサ構造体（ＩＤＴ）１０２を備えるシングルポート共振器である。本実施形態において、トランスデューサ構造体１０２は、反射構造体１０４、１０６に対して距離ｄを空けて対称に配置される。トランスデューサ構造体１０２及びそれに隣り合う音波反射構造体１０４、１０６は、音響空洞を形成し、ＩＤＴ１０２と音波反射構造体１０４及び１０６との間の自由空間１１６、１１８は、それぞれ寸法Ｌ１及びＬ２を有する。本実施形態において、トランスデューサ構造体１０２は対称に配置され、よってＬ１＝Ｌ２であるが、変形例によれば、Ｌ１はＬ２と異なっていてもよい。

【0030】

すだれ状トランスデューサ構造体１０２及び音波反射構造体１０４、１０６は、音波伝搬基板１１４に形成される。

【0031】

音波伝搬基板１１４は、バルク圧電基板、例えばニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ_３）、石英（ＳｉＯ_２）、オルトリン酸ガリウム（ＧａＰＯ_４）、ランガサイト（ＬＧＳ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）若しくは窒化ガリウム（ＧａＮ）、又は複合基板１１４’であってもよい。

【0032】

複合基板１１４’は、ベース基板の上に形成される、波長λ以下程度の厚さ、特に約２０μｍ以下の厚さの圧電材料の層を備える。圧電層は、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ_３）、ランガサイト（ＬＧＳ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）又は窒化ガリウム（ＧａＮ）の層であってもよい。ベース基板は、適切な軸線に沿った伝搬を呈するシリコン若しくはサファイア系基板又は石英基板、特に（ＹＸｌｔ）／３６°／９０°に対応するいわゆるＳＴＷカットであってもよい。

【0033】

複合基板１１４’はまた、ピエゾエレクトリック・オン・インシュレータ（ＰＯＩ）基板であってもよい。一例によれば、圧電層は、Ｓｉ（１００）のベース基板に設けられたいわゆるトラップリッチポリシリコン層におけるＳｉＯ_２におけるＬｉＴａＯ_３（ＹＸｌ）／４２°層である。トラップリッチ層は、ベース基板の分離性能を向上させることができ、例えば多結晶シリコン、非晶質シリコン、又は多孔質シリコンなどの多結晶、非晶質、又は多孔質材料のうちの少なくとも１つにより形成されてもよい。「トラップリッチ」という用語においては、導電層なしで、しかし導電層を形成して、電荷を吸収することが可能な層が理解される。ここで、圧電層は６００ｎｍの厚さを有し、ＳｉＯ_２層は５００ｎｍの厚さを有し、トラップリッチポリシリコン層は１μｍの厚さを有する。代替例によれば、圧電層は、ＡｌＮ又はＧａＮである。

【0034】

音波反射構造体１０４、１０６及び／又はトランスデューサ構造体１０２が少なくとも部分的に音波基板１１４内に配置される変形例において、基板１１４が複合基板である場合、音波反射構造体１０４、１０６及び／又はトランスデューサ構造体１０２は、少なくとも部分的に複合基板の圧電層に埋め込まれる。

【0035】

ＩＤＴ１０２は、互いに交互に噛み合わされた、それぞれ複数の電極フィンガを各々が有する、対向するすだれ状櫛形電極１０８及び１１０を備える。電極及び電極フィンガ１０８及び１１０は、第１の材料、すなわち任意の好適な導電材料、例えばアルミニウム又はアルミニウム合金から作製される。高温アプリケーション、例えば５００℃超の場合、ＩＤＴ１０２の櫛形電極１０８、１１０は、Ｔｉ／Ｐｔ、Ｔａ／Ｐｔ、Ｉｒ、Ｚｒ、Ｗ、Ｍｏの電極であってもよい。これは、それらの金属が高温に適合可能であるためである。

【0036】

図１ａに示すように、すだれ状櫛形電極１０８、１１０は、２つの隣り合う電極フィンガの間における端から端までの電極フィンガ距離、より正確には、図示のようにそれぞれのフィンガの左端から左端までの距離として画定されるピッチｐ１を有する。ピッチｐ１は、ｐ１＝λ／２により与えられるブラッグ条件を満たすことが好ましく、λは、当該トランスデューサ構造体の動作音波波長である。よって、トランスデューサ構造体は、ブラッグ条件において機能する。変形例においては、トランスデューサ構造体がブラッグ条件外で動作してもよい。すだれ状櫛形電極１０８、１１０のフィンガは、高さｈ１及び幅ａ１を有する。

【0037】

音波反射構造体１０４、１０６は各々、複数の平行なストリップ１１２を備える。本発明によれば、音波反射構造体１０４、１０６のストリップ１１２は、ＩＤＴ１０２の第１の材料とは異なる第２の材料から作製される。ストリップは、幅ａ２及び高さｈ２を有する。

【0038】

音波反射構造体１０４、１０６は、図１ａに示すように音波反射構造体１０４、１０６内のストリップ１１２間における端から端まで（左端から左端まで）の距離に対応する、ストリップ１１２のピッチｐ２により画定される。本実施形態における音波反射構造体１０４、１０６のストリップ１１２のピッチｐ２は、トランスデューサ構造体１０２の電極ピッチｐ１と同じである。

【0039】

変形例において、音波反射構造体１０４、１０６のストリップ１１２のピッチｐ２は、非同期共振器を形成するように、トランスデューサ構造体１０２の電極ピッチｐ１と異なっていてもよい。ｐ１及びｐ２は、音波反射構造体１０４、１０６がその反射関数スペクトル中心をＩＤＴ１０２の同期周波数に有するように選定される。これにより、共振器の電気機械結合が低減するが、所与のミラー長さについてのＱ因子が増大し、ミラーのコンパクト性を向上させることができる。

【0040】

ｐ１及びｐ２であるにもかかわらず、その両方がブラッグ条件を満たすと考えられる。これは、ＩＤＴはディラック関数を提供せず、２つの異なるピッチ（異なるが互いに近い）を可能とするスペクトル拡散を有するｓｉｎｘ／ｘ関数を提供するためである。

【0041】

図１ａにおいて、音波反射構造体１０４及び１０６の高さｈ２及び幅ａ２は、ＩＤＴ１０２の電極フィンガの高さｈ１及び幅ａ１と同じである。音波反射構造体１０４、１０６及びＩＤＴ１０２は、別個の製造ステップにより製造され、したがって、例えば電気機械結合、品質因子及び反射率に関して、全体的なデバイス特性を向上させるために、異なる幾何学的パラメータを実現して、両方の高さ及び幅を互いに対して最適化することが容易になる。結果として、図１ｂに示すように、ＩＤＴ１０２のフィンガ及び音波反射構造体１０４、１０６のピッチ及び／又は高さ及び／又は幅は、異なっていてもよい。ここでは、ａ１＜ａ２且つｈ１＜ｈ２である改変されたＳＡＷデバイス１００’を示している。

【0042】

第１の実施形態の第１の変形例によれば、第１の材料及び第２の材料は、共に金属であるが、その種類が異なる。第１の材料は、圧電基板１１４又は１１４’に応じて電気機械結合及び品質因子を最適化するように選定され、一方で第２の材料は、ミラー及びＩＤＴに同じ材料を用いるＳＡＷデバイスと比較してミラーの反射率を最適化又は少なくとも向上させるように選定される。そうすることにより、ＩＤＴ及びミラーに同じ金属を用いる従来技術のＳＡＷデバイスと比較して、音波反射構造体１０４、１０６に必要なストリップ１１２の数を低減することができる。よって、本発明に係るＳＡＷデバイスがよりコンパクトになる。

【0043】

音波反射構造体１０４、１０６において金属ストリップ１１２を用いる場合、それらは互いに電気的に分離されてもよく、それにより、金属障害物が浮遊した電気状態になるので、音波の反射を支配する法則の音響的部分のみを考慮すればよい。これは、第２の材料及びその結晶方位並びに音波伝搬基板１１４、１１４’の材料及びその結晶方位が、音波反射への電気的及び機械的寄与が位相外れになるようなものである場合に当てはまる。これは例えば、Ａｌ電極を用いたＬｉＮｂＯ_３（ＹＸｌ）／１２８°カットにおけるレイリー波について当てはまる。その場合、機械的及び電気的な反射寄与の間の破壊的結合効果を防止することができる。

【0044】

第１の実施形態の第２の変形例によれば、第２の材料は、誘電材料である。この場合、ストリップ１１２は、互いに分離されてもよく、又は、例えばある種のバスバーにより、境界部において互いに接続されてもよく、それにより機械的密着性を向上させることができる。

【0045】

以下で実例においてさらに示すように、ＬＧＳの（ＹＸｌｔ）／４８．５°／２６．７°カットの圧電基板の上に設けられる誘電材料の第１の群、例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）、又は窒化シリコン（Ｓｉ_３Ｎ_４）は、金属反射構造体と比較して、より高い反射率特性をもたらす。これらはまた、従来技術の金属反射構造体と比較して、温度に対する向上した安定性を呈する。

【0046】

同じ圧電基板における、誘電材料の第２の群、例えば、Ｔａ_２Ｏ_５又は二酸化シリコン（ＳｉＯ_２）などの誘電体では、金属ストリップを備える従来技術の反射構造体と比較して、温度に対する向上した安定性が観測される。これについては、さらに下記で示す。同時に、十分に高い反射率値も実現され、これによっても、それらが高温アプリケーションに好適なものとなる。

【0047】

よって、本発明に係るＳＡＷデバイスは、従来技術のＳＡＷデバイスと比較して温度の変動に対する向上した安定性を有することにより、高温アプリケーションに用いることができる。

【0048】

誘電材料の第１の群は、ＩＤＴと同じ金属を用いる金属反射構造体と比較して、十分に高い全体的な反射率を実現するためにより少数のストリップ１１２、特に３００未満のストリップを設ければよいという追加の利点を提供する。よって、本発明に係る音波反射構造体１０４、１０６をよりコンパクトにすることができ、それによりＳＡＷデバイス１００の全体サイズが低減する。これは、特に短絡条件において、効果的な波動結合を可能とするＩＤＴにおける電極高さについてのストリップ反射率が常に１％よりも大幅に小さい、シリコン又はサファイアにおけるＧａＮ又はＡｌＮなどの複合基板におけるレイリー波について特に当てはまる。

【0049】

音波反射構造体１０４、１０６の音響インピーダンスρＣ_ｒｅｆ及び音波伝搬基板の音響インピーダンスρＣ_ｓｕｂが整合し、よって可能な限り近くなる、又は少なくとも

【数2】

が５０％未満、特に２５％未満になるように選定される場合に、より高い反射率値が観測され得ると考えられる。インピーダンス値が完全に整合している場合、障害物を圧電体に完全に埋め込むことができない。

【0050】

これは、図１ｃ及び図１ｄに示す表に示されている。

【0051】

図１ｃは、音波のタイプに応じた様々な材料についての音響インピーダンスを示す。

【0052】

このデータから、ストリップ１１２の所与の形態、ここでは矩形断面、１μｍの周期ｐ、並びに０．５の障害物レーションａ／ｐ及び５％の相対高さｈ／λについて、レイリー型の音波について室温、すなわち２５℃において反射率を計算した。誘電材料及び金属材料の両方について、問題の音響的部分、すなわち電気的境界条件の断絶なしでの障害物に起因する反射のみを数値シミュレーションにより解いたことに留意されたい。実際、障害物は、浮遊した電気状態にある。

【0053】

図１ｄを参照の通り、基板及び障害物材料の音響インピーダンスが近い、特に可能な限り近い場合に、ストリップごとの高い反射率値が得られる。これらの結果は、以下のように実現される数値シミュレーションにより得られた。すなわち、波は、言及した材料の類似の障害物から構成された無限の周期的格子の下で伝搬するものと仮定される。波がどのように励振されるかは考慮されていない。阻止帯域は、問題の自由度に共に関連する行列の行列式を計算し（ＦＥＭ／ＢＥＭシステムと呼ばれる）、周波数に対するゼロを追跡することにより決定される。金属障害物について、開回路電気条件（ｏｃ）が仮定される。これは、全ての格子電極が独立であり、対応する大域的電荷が各電極について無いことを意味する。図１ｄの表において、第１行は、上記で定義したＰＯＩ基板である、標準的なＰＯＩ基板（標準ＰＯＩ）に関する。

【0054】

図１ｄにおいて与えられる実例に加えて、Ｔａ_２Ｏ_５を有するＳｉ（１１１）における１μｍのトラップリッチ層における１μｍのＳｉＯ_２におけるＬｉＮｂＯ_３（ＹＸｌ）／４１° ５００ｎｍを有するＰＯＩ基板 Ｒ＝８．９％の反射率が観測される。金属ストリップについては、開回路構成におけるＭｏについてＲ＝１７．３％の反射値が得られる。

【0055】

コンパクトな反射器のより正確な例を与えるために、上述のようなＳｉ（１００）のベース基板に設けられたトラップリッチポリシリコン層におけるＳｉＯ_２におけるＬｉＴａＯ_３（ＹＸｌ）／４２°層の圧電層を有するＰＯＩ基板における短絡されたＡｌストリップを用いた反射器が分析される。ここで、圧電層は６００ｎｍの厚さを有し、ＳｉＯ_２層は５００ｎｍの厚さを有し、トラップリッチポリシリコン層は１μｍの厚さを有し、ストリップごとに１０％～１５％の反射係数が観測される。図１ｄの表を見ると、Ｐｔ、Ｗ、Ｍｏ又はＴａなどの開回路条件における他の金属については、よりいっそう高い反射率値が観測され得る。よって、無線センサアプリケーションに適合可能な高いＱ因子をもたらす、５０未満のストリップを有する音波反射構造体を用いることができる。よって、概して、１０％を超える単一障害物の反射係数により、ミラー長さを１００未満のストリップ／障害物まで低減することが可能となる。

【0056】

シングルポート共振器１００は、以下のように機能する。すだれ状トランスデューサは、入来する電気信号の電気エネルギーを音波エネルギーに変換する。音波は、基板１１４の表面にわたって進行し、音波伝搬方向に配置された音波反射構造体１０４、１０６によりＩＤＴ１０２に反射し戻される。共振周波数において、音波反射構造体１０４、１０６の間の同期の条件が満たされ、それにより、音波反射構造体の下で生じる異なる反射のコヒーレントな付加を得ることが可能となる。このとき、音響エネルギーの最大値が共振空洞内で観測され、電気的な観点では、トランスデューサにより流される電流の振幅の最大値が観測される。一例として、シングルポート共振器が、アンテナに接続される場合に遠隔でインテロゲートされ得るＳＡＷタグデバイスとして用いられてもよい。

【0057】

図２は、本発明の第２の実施形態を示す。第２の材料として誘電体を用いる変形例における第１の実施形態と第２の実施形態との間の唯一の差異は、トランスデューサ構造体１０２の上にパッシベーション層２２０が存在することである。図１ａと同じ参照符号を付した特徴については、改めて説明はせず、図１ａが参照される。

【0058】

パッシベーション層２２０は、電極を保護するために、すだれ状トランスデューサ構造体１０２の上にのみ存在する。第２の材料が誘電材料である場合、パッシベーション層２２０は、音波反射構造体１０４、１０６のストリップ１１２と同じ誘電材料から作製されることが好ましい。よって、さらに下記で説明するように、デバイスの両方の要素を同じ処理ステップ中に製造することができる。実施形態の変形例においては、パッシベーション層及び音波反射構造体のストリップに異なる誘電材料が用いられてもよい。

【0059】

図３ａは、本発明に係る第３の実施形態を示す。本実施形態において、ＳＡＷデバイス２５０は、示差センサである。示差センサ２５０は、圧電基板２５８に形成された２つの音波反射構造体２５４及び２５６の間に配置されたすだれ状トランスデューサ構造体（ＩＤＴ）２５２を備える。ＩＤＴ２５２は、第１又は第２の実施形態のＩＤＴ１０２に対応し、圧電基板２５８は、第１の実施形態の基板１１４に対応する。本実施形態において、第１の反射構造体及び第２の反射構造体２５４及び２５６は、互いに対して２つの異なる材料を備える、及び／又は、異なるピッチｐ３、ｐ４を有する。

【0060】

一方のミラーが一方側に一方の誘電体を有し、他方のミラーが他方側に他方の誘電体を有する場合、共振周波数は、示差挙動をもたらす。異なるピッチｐ３及びｐ４を用いる場合も、同じ効果が得られる。

【0061】

図３ｂは、本発明に係る第４の実施形態を示す。本実施形態において、ＳＡＷデバイス３００は、ハイブリッド示差センサである。

【0062】

ハイブリッド示差センサ３００は、２つの音波反射構造体３０６及び３０８の間に配置された２つのすだれ状トランスデューサ構造体３０２、３０４と、圧電基板３３４に形成された２つのＩＤＴ３０２、３０４の間に配置された追加の反射構造体３１０とを備える。圧電基板３３４は、第１の実施形態の基板１１４に対応する。

【0063】

本実施形態において、ＩＤＴ３０２の櫛形電極３１２、３１４及びＩＤＴ３０４の櫛形電極３１６、３１８は、同じジオメトリを有する。さらに、２つのＩＤＴ３０２及び３０４は、互いに電気的に接続される。櫛形電極３１２及び３１６は、Ｅ１で示される入力を形成し、櫛形電極３１４及び３１８は、Ｓ１で示される出力を形成する。

【0064】

本実施形態において、ＩＤＴ３０２及び３０４は、ブラッグ条件において動作するように構成されてもよく、又は、ブラッグ条件外で機能するように設計されてもよい。ブラッグ条件外での動作は、指向性効果を低減するのに有用であり得る。

【0065】

音波反射構造体３０６は、ＩＤＴ３０２に対して距離ｇ１を空けて配置される。音波反射構造体３０８は、ＩＤＴ３０４に対して距離ｇ２を空けて配置される。各音波反射構造体３０６、３０８は、１つ又は複数のストリップ３２２を備える。ストリップは、ＩＤＴの電極と同じピッチを有する。追加の反射構造体３１０も、複数のストリップ３２４を備える。ストリップ３２４の数は、音波反射構造体３０６、３０８と比較して同じである、又は異なる。それらは、導電材料が用いられ、反射に対する電気的及び機械的な寄与が位相外れである場合、開構成である。誘電材料が用いられる場合、ストリップは、例えばバスバーのような構造を用いて、接続されてもよく又は接続されなくてもよい。

【0066】

本発明によれば、追加の反射構造体３１０を含め、音波反射構造体３０６、３０８のうちの少なくとも１つ、好ましくは全てが、第１の実施形態及び第２の実施形態に関して上記で説明したＩＤＴのものとは異なる誘電材料又は金属材料から作製される。改めて、ミラー及びＩＤＴにおける誘電体及び金属のストリップは、同じ又は異なる高さ及び／又は同じ又は異なる幅を有してもよい。

【0067】

反射構造体３０６とそれに隣り合うトランスデューサ構造体３０２との間に配置される領域３２６は、幅ｇ１の音響空洞３２６を形成する。同様に、反射構造体３０８とそれに隣り合うトランスデューサ構造体３０４との間に配置される領域３２８は、幅ｇ２の別の音響空洞３２８を形成する。

【0068】

一方の空洞、例えば３２６は、負の周波数温度補償（ＴＣＦ）値を呈するＡｌ_２Ｏ_３の層により覆われ、他方の空洞３２８は、正のＴＣＦを呈するＳｉＯ_２の層により覆われる。したがって、２つの空洞は、温度変化にさらされた場合に異なる挙動を示し、それにより、結果として生じる周波数変化の異なる挙動がもたらされ、このとき、一方の周波数を他方から引くことによって示差測定が可能となる。よって、差分値をＳＡＷセンサ３００により検知することができる。

【0069】

さらに、パッシベーション層が、トランスデューサ構造体３０２、３０４の上に形成される。変形例において、パッシベーション層は、追加の反射構造体３１０が金属ストリップ３２４を有する場合、追加の反射構造体３１０の上に延びていてもよい。パッシベーション層はまた、空洞３２６の上に延びていてもよい。典型的には、パッシベーション層は、音波反射構造体のうちの少なくとも１つに用いられる誘電材料と同じ材料から作製される。

【0070】

本発明の変形例において、第１の実施形態と同様に、反射構造体３０６、３０８及び／又は追加の反射構造体３１０は、少なくとも部分的に圧電層又は圧電基板３３４に埋め込まれてもよい。

【0071】

２つのＩＤＴの間に追加の反射構造体３１０を組み込むことは、第２の空洞の形成がＩＤＴの設計とは独立であるという利点を有する。特に、例えば５００℃超の高温アプリケーションにおいて、ＩＤＴの電気機械結合及び安定性に注目し、それとは別に、ミラーについて、例えば誘電材料を用いることにより、十分に高い反射率に注目することが可能である。

【0072】

さらなる変形例において、第２の反射構造体３０８は、第１の反射構造体３０６と比較して異なるピッチを有してもよく、この場合、追加の反射構造体３１０を２つの部分に分割する必要があり、各部分が、音波反射構造体３０６、３０８のうちの一方のピッチを有する。

【0073】

以下、誘電体の反射構造体を用いる有利な効果について、音波反射構造体の同じ幾何学的寸法を用いるが、ＩＤＴと同じ金属材料、ＩＤＴの同じ金属材料及び形状、並びに同じ圧電基板を用いる反射構造体と比較して説明する。

【0074】

以下において、基板の一部、最上層の断片、及び反射構造体からなる有限要素メッシュにより、問題の非同次部分がシミュレートされる。基板は、媒質表面のグリーン関数、すなわちその音響電気的インパルス応答を用いて、境界要素によりシミュレートされる。このアプローチは、例えば、Ｓ．Ｂａｌｌａｎｄｒａｓ、Ｒ．Ｌａｒｄａｔ、Ｍ．Ｗｉｌｍ、Ｔｈ．Ｐａｓｔｕｒｅａｕｄ、Ａ．Ｒｅｉｎｈａｒｄｔ、Ｎ．Ｃｈａｍｐａｖｅｒｔ、Ｗ．Ｓｔｅｉｃｈｅｎ、Ｗ．Ｄａｎｉａｕ、Ｖ．Ｌａｕｄｅ、Ｒ．Ａｒｍａｔｉ、Ｇ．Ｍａｒｔｉｎの「Ａ ｍｉｘｅｄ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ／ｂｏｕｎｄａｒｙ ｅｌｅｍｅｎｔ ａｐｐｒｏａｃｈ ｔｏ ｓｉｍｕｌａｔｅ ｃｏｍｐｌｅｘ ｇｕｉｄｅｄ ｅｌａｓｔｉｃ ｗａｖｅ ｐｅｒｉｏｄｉｃ ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｓ」、Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．１０５（１）、０１４９１１（２００９）において詳述されている。

【0075】

図４～図１１は、レイリー波に関するシミュレート結果について説明する。

【0076】

図４ａ及び図４ｂは、ＬＧＳの（ＹＸｌｔ）／４８．５°／２６．７°カットにおいてブラッグ条件で動作する無限の周期的格子の下で伝搬するレイリー型の波についての、従来技術の２つの例に係る表面弾性波の励振及び反射についてのシミュレートされた分散特性を示す。表面比、すなわち電極幅と格子ピッチとの間の比又は機械的周期ａ／ｐは、０．５に固定され、相対電極厚さ、すなわち絶対電極高さと波長ｈ／λとの間の比は、１％に固定される。１０μｍの波長λが設定され、よって高さｈは１００ｎｍであった。

【0077】

表面弾性波の励振及び検出に用いられるＩＤＴは、Ｐｔ又はＴａ系電極を備え、音波反射構造体の周期的格子と同じジオメトリを有していた。ＩＤＴの材料は、音波反射構造体のものと同じである。

【0078】

Ｐｔ系電極の場合、図４ａは、単一の反射電極における波の反射が０．７％未満であり、音波反射構造体の動作条件、すなわち開回路であるか短絡であるかにかかわらず、温度と共に１０％よりも大きく変動することを示す。図４ｂにおいて見ることができるように、Ｔａ系電極は、Ｐｔ系電極よりもわずかに良好であるが、依然として１％よりもはるかに小さく、温度による変動は両方の金属でほぼ同じである。

【0079】

反射構造体の下で観測される位相速度は、ＩＤＴの下の速度との合致が実現され得るようなものである。

【0080】

図５ａ、図５ｂ及び図５ｃは、同じＩＤＴ構造体を用いるが、本発明に係る反射構造体を用い、よって、誘電材料、すなわちここではＡｌＮ、ＧａＮ（図５ａ）、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｓｉ_３Ｎ_４（図５ｂ）並びにＳｉＯ_２及びＴａ２Ｏ３（図５ｃ）をベースとするストリップを用いた、図４ａ及び図４ｂと同じタイプのグラフを示す。誘電材料を用いる場合、電気的寄与を考慮する必要がないため、図４ａのような開回路又は短絡の区別が必要でない。

【0081】

図５ａは、ＡｌＮストリップとＧａＮストリップとの比較に対応する。ＧａＮについては、０℃～７００℃の温度範囲にわたって、約２．０２％～２．０９％の間で変動する反射率が観測される。ＡｌＮについては、同じ温度範囲にわたって、約１．９８％～２．０５％の間で変動する反射率が観測される。よって、両方の誘電材料について、反射率は金属電極と比較してより高く、２％程度の温度に応じた反射率のより小さい変動が観測される。

【0082】

図５ｂは、Ａｌ_２Ｏ_３ストリップとＳｉ_３Ｎ_４ストリップとの比較に対応する。Ｓｉ_３Ｎ_４については、反射率が約２．０５％～２．３％まで温度と共に実質的に増大し、よって、５％程度の温度変動を示す。Ａｌ_２Ｏ_３に関しては、反射率が２．５４％～２．６％の間で変動し、温度範囲全体にわたって２％未満の相当に小さい変動が生じ、５００℃超ではほぼ一定である。

【0083】

図５ｃは、ＳｉＯ_２ストリップとＴａ_２Ｏ_５ストリップとの比較に対応する。両方の材料は、図５ａ及び図５ｂの誘電材料と比較してより低い反射率を示す。ＳｉＯ_２については、０．６４％～０．７％までの温度に伴う反射率の増大が観測され、よって、５％程度の温度変動が生じる。Ｔａ_２Ｏ_５に関しては、反射率がわずかにより良好で０．８５％～０．９２％の間で変動し、よって５％未満の変動が生じる。

【0084】

誘電材料ＳｉＯ_２及びＴａ_２Ｏ_５は、そのように誘電材料ＡｌＮ、ＧａＮ、Ａｌ_２Ｏ_３、又はＳｉ_３Ｎ_４と比較してより低い反射率をもたらし、実際、上記の例えば重金属Ｔａのものと同等であるが、特に５００℃超の温度に伴う反射率の変動が金属の場合よりも良好である。

【0085】

図６～図９は、２５℃の固定温度におけるＬＧＳ（ＹＸｌｔ）／４８．５°／２６．７°カット及び電極に用いられる様々な誘電材料についての比ａ／ｐ及びｈ／λ（％）に対する（ａ）位相速度（ｍ／ｓ）及び（ｂ）反射係数（％）の変動の計算の結果を示す。

【0086】

図６ａ及び図６ｂは、Ｓｉ_３Ｎ_４系電極についての計算の結果を示す。

【0087】

図７ａ及び図７ｂは、ＡｌＮ系電極についての計算の結果を示す。

【0088】

図８ａ及び図８ｂは、Ａｌ_２Ｏ_３系電極についての計算の結果を示す。

【0089】

図９ａ及び図９ｂは、ＳｉＯ_２系電極についての計算の結果を示す。

【0090】

見ることができるように、誘電材料ＡｌＮ、Ａｌ_２Ｏ_３、又はＳｉ_３Ｎ_４については、標準的なＳＡＷ製造プロセスに適合可能なパラメータウィンドウにおいて、６％又はさらにＡｌ_２Ｏ_３の場合には８％までの反射係数を得ることができる。ＳｉＯ_２の場合でも、３％までの反射係数を得ることができる。音波反射構造体及びＩＤＴのジオメトリを互いに独立して最適化することができるため、ＳＡＷデバイスの設計者が柔軟性を得る。

【0091】

さらに、誘電体格子／ストリップの下の位相速度は、金属系ストリップの下よりも質量負荷に対する感度が低い。これは、共振器周波数を制御するために特に重要である。しかしながら、金属電極は波の励振及び検出に必要なので、ＩＤＴ金属の位相速度に対する影響を排除することができない。よって、技術的パラメータに対する全体的なデバイス感度が低減するように、位相速度が整合されてもよい。

【0092】

図１０ａ及び図１０ｂは、複合基板を用いる場合のシミュレート結果を示す。

【0093】

図１０ａは、１ＧＨｚ付近の周波数における、Ｃカットサファイアウエハにおける１μｍ厚ＡｌＮ（ＹＸｌ）／９０°層におけるレイリー波の分散特性を示す。表面比、すなわち電極幅と格子ピッチとの間の比又は機械的周期ａ／ｐは、０．５に固定され、相対電極厚さ、すなわち絶対電極高さと波長ｈ／λとの間の比は、１％に固定される。５．４μｍの波長λを設定したことにより、厚さは５４ｎｍとなる。音波の励振及び検出に用いられるＩＤＴは、同じジオメトリを有していた。

【0094】

図１０ａは、Ｐｔ系及びＭｏ系金属ストリップについての結果を示し、一方で図１０ｂは、本発明に係るＡｌ_２Ｏ_３及びＳｉ_３Ｎ_４系ストリップについての結果を示す。

【0095】

Ｐｔ系及びＭｏ系ストリップについては、０．１％未満の結合因子が開回路及び短絡の両方において観測される。

【0096】

Ｐｔストリップについては、反射率が低温において相当に高く、０℃において約２．５％であるが、その後１％の値まで低下する。それに対し、Ｍｏストリップは、約０．７％の相当に一定の値を有するが、これは１％未満である。結合係数が０．１％よりも低いため、この設計は依然としてＳＡＷデバイスに適合しない。

【0097】

本発明に係る誘電体系ストリップでは、状況が改善される。図１０ｂに示すように、反射係数の変動は、Ａｌ_２Ｏ_３について１．２％～１．４％である。Ｓｉ_３Ｎ_４については、１．０５％～１．１５％の間の変動が観測され得る。よって、誘電体反射構造体は、金属系ストリップと比較して、反射係数のより良好な安定性を示す。

【0098】

図１１ａ及び図１１ｂは、ＣカットサファイアウエハにおけるＡｌＮ（ＹＸｌ）／９０°層についてのＡｌ_２Ｏ_３系電極についての比ａ／ｐ及びｈ／λ（％）に対する（ａ）速度（ｍ／ｓ）及び（ｂ）反射係数（％）の変動の計算の結果を示す。音波反射構造体について、１０％にまで至る反射係数をもたらす幾何学的パラメータを見出すことができる。

【0099】

図１２ａ及び図１２ｂは、Ｃカットサファイアウエハにおける異なる複合基板、すなわちＧａＮ（ＹＸｌ）／９０°層におけるＡｌ_２Ｏ_３系電極についての比ａ／ｐ及びｈ／λ（％）に対する（ａ）速度（ｍ／ｓ）及び（ｂ）反射係数（％）の変動の計算の結果を示す。本発明に係る本例においても、反射率が１０％まで至ることができる。

【0100】

図１３は、本発明の第５の実施形態に係る表面弾性波ＳＡＷデバイスを製造するための方法の模式図を示す。本方法は、第２の実施形態に係るＳＡＷデバイス２００を得るために用いられ、上記で既に用いたものと同じ参照符号を付した特徴については、改めて詳細に説明はせず、参照がなされる。

【0101】

本方法は、音波伝搬基板１１４を用意し、層堆積及びパターニングのステップの組み合わせを用いて、すだれ状トランスデューサ構造体１０２をその櫛形電極１０８及び１１０と共に形成する第１のステップ４００を含む。

【0102】

本発明によれば、本方法は、誘電体層５００を基板１１４に形成するステップ４０２をさらに含む。誘電体は、上記で言及した誘電材料のうちの１つである。よって、ＡｌＮ、ＧａＮ、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｓｉ_３Ｎ_４、Ｔａ_２Ｏ_５又はＳｉＯ_２である。ここで、層５００は、基板１１４の全面を覆い、よってＩＤＴ１０２も覆う。

【0103】

次に、パターニングステップ４０４に続いて、音波反射構造体１０４及び１０６並びにパッシベーション層２２０が形成される。誘電体層５００のパターニングは、レジスト塗布ステップ、リソグラフィステップ、及びエッチングなどの材料除去ステップを含む。よって、１つのプロセスステップにおいて、音波反射構造体１０４、１０６及びパッシベーション層２２０が得られる。よって、本発明に係る方法は、金属反射構造体及びＩＤＴにおけるパッシベーション層を有するＳＡＷデバイスのための従来技術の製造プロセスよりも複雑でない。

【0104】

図１４に示す第６の実施形態によれば、音波反射構造体６０４、６０６のストリップ６１２は、少なくとも部分的に埋め込まれるように音波伝搬基板６１４に形成されてもよい。

【0105】

この場合、パターニングステップ、例えばリソグラフィ及びエッチングは、ステップ４１０に示すように、トランスデューサ構造体１０２の両側において溝６４０、６４２を基板１１４に形成するために用いられる。

【0106】

その後、ステップ４１２で示すように、誘電体層６１６が、音波基板１１４の全面に形成される。

【0107】

その後の材料除去ステップ、例えば機械的及び／又は化学的な材料除去ステップに続いて、音波反射構造体６０４、６０６が、溝６４０及び６４２に存在するストリップ６１２により形成される。

【0108】

本実施形態において、音波反射構造体６０４、６０６は、音波伝搬基板６１４内に完全に埋め込まれ、誘電材料で充填される。本発明の変形例において、音波反射構造体は、ストリップが基板の上方にも延びるように、部分的にのみ埋め込まれてもよい。さらなる変形例において、ＩＤＴ１０２は、少なくとも部分的に埋め込まれてもよい。

【0109】

図１５は、第７の実施形態に係る表面弾性波デバイスを製造するための方法の模式図を示す。本方法により、第１の実施形態に係るＳＡＷデバイス１００を得ることができる。改めて、上記で既に用いたものと同じ参照符号を付した特徴については、改めて詳細に説明はせず、上記が参照される。

【0110】

本方法は、図１３に示す第５の実施形態に基づく。

【0111】

ステップ４２０を参照の通り、基板１１４にＩＤＴ１０２を設けた後、レジスト塗膜７２０がＩＤＴ１０２の上に設けられる。次いで、ステップ４２２を参照の通り、誘電体層５００が形成される。よって、誘電体層５００は、図１３のように、トランスデューサ構造体１０２に直接堆積されない。

【0112】

次いで、ステップ４２４で示すように、リフトオフプロセスが行われて、レジスト塗膜７２０、及びトランスデューサ構造体１０２の位置における誘電体層７１６が除去される。

【0113】

最後に、その後のステップ４２６に示す誘電体層７１６のパターニングの後、トランスデューサ構造体１０２の隣に音波反射構造体１０４、１０６が得られる。よって、本実施形態において、トランスデューサ構造体１０２は、プロセスの終了時にパッシベーション層を備えない。

【0114】

その後の堆積ステップが、音波反射構造体のものとは異なる材料のパッシベーション層を付加するために行われてもよい。

【0115】

本発明は、誘電体系反射構造体を用いて、従来技術の金属系反射構造体と比較して摂氏数百度の温度変化に対してより変動の小さい６％までの実効反射率を得るために、ＬＧＳのような圧電単結晶及び関連する基板又はＡｌＮ／シリコン又はＧａＮ／サファイアなどの高温アプリケーションに適合可能な材料におけるＳＡＷデバイスを提供する。

【0116】

本発明の複数の実施形態について説明した。しかしながら、以下の特許請求の範囲を逸脱しない限りにおいて、様々な修正及び拡張がなされてもよいことを理解されたい。

【図1a】

【図1b】

【図1c】

【図1d】

【図2】

【図3a】

【図3b】

【図4a】

【図4b】

【図5a】

【図5b】

【図5c】

【図6a】

【図6b】

【図7a】

【図7b】

【図8a】

【図8b】

【図9a】

【図9b】

【図10a】

【図10b】

【図11a】

【図11b】

【図12a】

【図12b】

【図13】

【図14】

【図15】

【国際調査報告】