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JP3435789B2 - Surface acoustic wave device - Google Patents

Surface acoustic wave device

Info

Publication number
JP3435789B2
JP3435789B2 JP07158694A JP7158694A JP3435789B2 JP 3435789 B2 JP3435789 B2 JP 3435789B2 JP 07158694 A JP07158694 A JP 07158694A JP 7158694 A JP7158694 A JP 7158694A JP 3435789 B2 JP3435789 B2 JP 3435789B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
single crystal
piezoelectric substrate
surface acoustic
acoustic wave
crystal piezoelectric
Prior art date
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Application number
JP07158694A
Other languages
Japanese (ja)
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JPH06326553A (en
Inventor
和生 江田
豊 田口
慶治 大西
関  俊一
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Corp
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Panasonic Corp
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Panasonic Corp, Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Panasonic Corp
Priority to JP07158694A priority Critical patent/JP3435789B2/en
Publication of JPH06326553A publication Critical patent/JPH06326553A/en
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  • Surface Acoustic Wave Elements And Circuit Networks Thereof (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、フィルタや共振子など
に用いる表面弾性波素子に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a surface acoustic wave device used for filters, resonators and the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、移動体通信技術の進歩発展によ
り、通信機器の小型、高周波化が進んでいる。これらの
機器には、必ず発振器や高周波のフィルタが必要であ
り、またこれらの発振器や高周波フィルタに表面弾性波
素子が多く用いられている。
2. Description of the Related Art In recent years, with the progress and development of mobile communication technology, the size and frequency of communication equipment have been increasing. An oscillator and a high frequency filter are always required for these devices, and surface acoustic wave devices are often used for these oscillators and high frequency filters.

【0003】従来の表面弾性波素子、例えば表面弾性波
フィルタや表面弾性波共振子は、ニオブ酸リチウムなど
の圧電基板に櫛形電極を形成し、その電極に交番電界を
加えることによって表面弾性波振動を励振している。移
動体通信機器に使用するためには、高周波で特性の良い
表面弾性波素子が必要である。表面弾性波素子の高周波
特性として重要なのは、フィルタの場合は挿入損失とそ
の温度依存性であり、共振子の場合は共振のQ(損失の
逆数に対応)と共振および反共振の比(容量比)および
その温度依存性である。容量比は共振器型フィルタなど
に用いる場合に、通過帯域に直接関係する。挿入損失、
共振のQ、容量比は、用いる圧電体の電気機械結合係数
に依存し、温度依存性は用いる圧電体の音速の温度依存
性が関与する。
A conventional surface acoustic wave device, such as a surface acoustic wave filter or a surface acoustic wave resonator, has a comb-shaped electrode formed on a piezoelectric substrate of lithium niobate and the like, and an alternating electric field is applied to the electrode to vibrate the surface acoustic wave. Are excited. A surface acoustic wave device having high frequency characteristics is required for use in mobile communication equipment. In the case of a filter, the important high-frequency characteristics of the surface acoustic wave element are the insertion loss and its temperature dependence. In the case of a resonator, the resonance Q (corresponding to the reciprocal of the loss) and the resonance / anti-resonance ratio (capacitance ratio). ) And its temperature dependence. The capacitance ratio is directly related to the pass band when used in a resonator type filter or the like. Insertion loss,
The Q of resonance and the capacitance ratio depend on the electromechanical coupling coefficient of the piezoelectric body used, and the temperature dependence involves the temperature dependence of the speed of sound of the piezoelectric body used.

【0004】また製造面からみると、圧電基板の音速に
より櫛形電極の線幅がきまるため、ホトリソグラフィー
などの微細加工の容易さの点から、圧電基板の音速も重
要である。
From a manufacturing point of view, since the line width of the comb-shaped electrodes varies depending on the acoustic velocity of the piezoelectric substrate, the acoustic velocity of the piezoelectric substrate is also important from the viewpoint of ease of fine processing such as photolithography.

【0005】電気機械結合係数と温度依存性、音速は、
用いる材料およびその結晶方位によって大きく変わる。
ニオブ酸リチウムの場合、64度YカットX軸伝搬で、
電気機械結合係数が11.3%、温度依存性が70pp
m/℃、音速が4742m/秒、128度YカットX軸
伝搬で、電気機械結合係数が5.5%、温度依存性が7
5ppm/℃、音速が3980m/秒、タンタル酸リチ
ウムの場合、36度YカットX軸伝搬で、電気機械結合
係数が5.0%、温度依存性が30ppm/℃、音速が
4160m/秒、水晶の場合、42.5度YカットX軸
伝搬で、電気機械結合係数が0.15%、温度依存性が
0ppm/℃、音速が3158m/秒、ほう酸リチウム
の場合、45度Xカットで、電気機械結合係数が1.0
%、音速が3401m/秒程度である。
The electromechanical coupling coefficient, temperature dependence, and sound velocity are
It depends largely on the material used and its crystal orientation.
In the case of lithium niobate, 64 degree Y-cut X-axis propagation,
Electromechanical coupling coefficient 11.3%, temperature dependence 70pp
m / ° C, sound velocity 4742 m / sec, 128 degree Y-cut X-axis propagation, electromechanical coupling coefficient 5.5%, temperature dependence 7
5 ppm / ° C, sound velocity 3980 m / sec, lithium tantalate, 36 degree Y-cut X-axis propagation, electromechanical coupling coefficient 5.0%, temperature dependence 30 ppm / ° C, sound velocity 4160 m / sec, crystal In the case of 42.5 degrees Y-cut X-axis propagation, electromechanical coupling coefficient 0.15%, temperature dependence 0 ppm / ° C, sound velocity 3158 m / sec, in the case of lithium borate, 45 degrees X-cut, electrical Mechanical coupling coefficient is 1.0
%, The sound velocity is about 3401 m / sec.

【0006】電気機械結合係数の面からいうと、ニオブ
酸リチウムが一般的に望ましい。しかしながら温度依存
性は水晶などに比べて劣る。水晶は温度依存性は極めて
小さいが、電気機械結合係数が小さい。また音速につい
ては、高周波での共振子やフィルタに用いる場合には、
速いほど櫛形電極の線幅を大きくとれるので、64度Y
カットX軸伝搬ニオブ酸リチウムが好ましい。
From the viewpoint of electromechanical coupling coefficient, lithium niobate is generally desirable. However, the temperature dependence is inferior to that of quartz. Quartz has extremely low temperature dependence, but has a small electromechanical coupling coefficient. Regarding the speed of sound, when using it for a resonator or filter at high frequencies,
The faster the line width of the comb-shaped electrode, the greater the width of 64 degrees Y.
Cut X-axis propagating lithium niobate is preferred.

【0007】設計の自由度の観点から言うと、電気機械
結合係数は大きく、また温度依存性が小さく、音速の速
いものがあれば好ましい。しかしながら上記材料では不
十分である。
From the viewpoint of design flexibility, it is preferable that the electromechanical coupling coefficient is large, the temperature dependence is small, and the sound velocity is fast. However, the above materials are not sufficient.

【0008】従来の単一材料からなる圧電基板を用いた
のでは、電気機械結合係数と温度依存性の組合せが限ら
れており、設計の自由度が少ない。また電気機械結合係
数が大きく、温度依存性の小さい材料がない、音速の速
い圧電基板がないという課題があった。
When the conventional piezoelectric substrate made of a single material is used, the combination of the electromechanical coupling coefficient and the temperature dependence is limited, and the degree of freedom in design is small. In addition, there is a problem that there is no material having a large electromechanical coupling coefficient and a small temperature dependence, and there is no piezoelectric substrate having a high acoustic velocity.

【0009】これらの課題を解決するために、積層構造
の表面弾性波素子が知られている。例えば、音速の速い
表面弾性波基板を得るために、サファイヤやダイヤモン
ド等の音速の速い非圧電基板上に圧電膜を積層した構成
が報告されている。(例えば、特開昭64−6291
1)。圧電膜としては、スパッタリングや化学気相成長
法(CVD)などの薄膜形成技術により形成したZnO
やAlNが用いられる。
In order to solve these problems, a surface acoustic wave device having a laminated structure is known. For example, in order to obtain a surface acoustic wave substrate having a high acoustic velocity, a configuration in which a piezoelectric film is laminated on a non-piezoelectric substrate having a high acoustic velocity such as sapphire or diamond has been reported. (For example, JP-A-64-6291
1). As the piezoelectric film, ZnO formed by a thin film forming technique such as sputtering or chemical vapor deposition (CVD)
And AlN are used.

【0010】また、圧電体同士の積層であるZnOとニ
オブ酸リチウムの積層構造が、 A.Armstrong らによっ
て報告されている(Proc. 1972 IEEE Ultrasonics Sym
p. (IEEE, New York, 1972)p.370 )。このような構成
にすると電気機械結合係数に優れた表面弾性波素子が得
られる。
A laminated structure of ZnO and lithium niobate, which is a laminated structure of piezoelectric materials, has been reported by A. Armstrong et al. (Proc. 1972 IEEE Ultrasonics Sym
p. (IEEE, New York, 1972) p.370). With this structure, a surface acoustic wave device having an excellent electromechanical coupling coefficient can be obtained.

【0011】また、温度特性改善のために、Si半導体
基板上に圧電体であるAlN膜を形成し、その上に酸化
珪素の膜を形成して、温度特性を改善する方法が知られ
ている(USP4,516,049)。
In order to improve temperature characteristics, a method is known in which an AlN film which is a piezoelectric material is formed on a Si semiconductor substrate and a silicon oxide film is formed on the AlN film to improve the temperature characteristics. (USP 4,516,049).

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】上記従来の積層技術
は、いずれもスパッタリングやCVDなどの各種薄膜形
成技術を用いた積層構造である。その場合、基板と材料
の組合せに厳しい制限がある。例えば、スパッタリング
などにより形成した圧電膜は、バルク単結晶よりも圧電
特性が劣る。また圧電特性を出すためには、少なくとも
結晶方向を一様に配向させることが必要であるが、配向
させるためには、基板と膜の組合せが極めて限定され
る。また望ましくはエピタキシャル成長技術により単結
晶薄膜を形成するのが好ましいが、この場合には基板と
膜の組合せが更に限定される。例えば、水晶、ニオブ酸
リチウム、タンタル酸リチウム、ほう酸リチウムなど通
常表面弾性波素子に用いられる圧電材料では、基板材料
が異なる場合、良好なエピタキシャル膜は得られれてい
ない。そのためこの場合にも、設計の自由度が乏しく、
電気機械結合係数が大きく温度依存性に優れ、音速に優
れた材料が乏しいと言う課題があった。
The above-mentioned conventional stacking techniques are all stacked structures using various thin film forming techniques such as sputtering and CVD. In that case, there are severe restrictions on the combination of substrate and material. For example, a piezoelectric film formed by sputtering or the like has inferior piezoelectric characteristics to a bulk single crystal. Further, in order to obtain the piezoelectric characteristics, it is necessary to orient at least the crystal direction uniformly, but the combination of the substrate and the film is extremely limited for the orientation. Further, it is preferable to form the single crystal thin film by the epitaxial growth technique, but in this case, the combination of the substrate and the film is further limited. For example, in piezoelectric materials such as quartz, lithium niobate, lithium tantalate, and lithium borate, which are usually used for surface acoustic wave devices, good epitaxial films have not been obtained when the substrate materials are different. Therefore, even in this case, the degree of freedom in design is poor,
There is a problem that there are few materials that have a large electromechanical coupling coefficient, excellent temperature dependence, and excellent sound speed.

【0013】特性的には、電気機械結合係数の大きい圧
電材料、例えば、PZTを誘電体や半導体などの基板に
積層できれば、電気機械結合係数の大きい基板になるこ
とはわかっているが、現実にはそれをうまく実現できる
手段がない。上記の薄膜技術で作った場合、圧電材料を
所定の方向に配向させてつくることが必要となるが、基
板との組合せが著しく制限されるため、実用的なものは
得られていない。また各種接着剤を用いると、接着剤が
表面弾性波伝搬の界面にはいり、表面弾性波が減衰し、
好ましい特性が得られない。
Characteristically, it is known that if a piezoelectric material having a large electromechanical coupling coefficient, such as PZT, can be laminated on a substrate such as a dielectric or a semiconductor, a substrate having a large electromechanical coupling coefficient can be obtained. Has no means of achieving it. When the thin film technique is used, it is necessary to orient the piezoelectric material in a predetermined direction. However, since the combination with the substrate is extremely limited, a practical material has not been obtained. If various adhesives are used, the adhesive enters the interface of surface acoustic wave propagation and the surface acoustic waves are attenuated,
The desired characteristics cannot be obtained.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の表面弾性波素子は、複数の単結晶圧電基板
からなり、少なくとも前記基板の一方の表面に、無機薄
膜層を有し、それぞれの無機薄膜層および基板表面を、
平坦化、鏡面化、清浄化、親水化処理して、重ね合わせ
熱処理することにより直接接合されて積層されており、
前記単結晶圧電基板に表面弾性波を励振するための櫛形
電極を設けたものであ
[Means for Solving the Problems ] To solve the above problems
In the surface acoustic wave device of the present invention is composed of a plurality of single crystal piezoelectric substrate, at least one surface of the substrate has an inorganic thin film layer, each inorganic thin film layer and the substrate surface,
Flattened, mirror-finished, cleaned, hydrophilized, and heat-treated for superposition to be directly bonded and laminated.
Wherein Ru der those provided shaped electrode for exciting a surface acoustic wave in the single crystalline piezoelectric substrate.

【0015】また前記無機薄膜層の厚みは、好ましくは
使用する表面弾性波の波長の1/2波長以下の厚みがよ
い。
The thickness of the inorganic thin film layer is preferably 1/2 wavelength or less of the wavelength of the surface acoustic wave used.

【0016】また前記無機薄膜層は好ましくは珪素また
は珪素化合物がよい。
The inorganic thin film layer is preferably silicon or a silicon compound.

【0017】また前記櫛形電極は前記無機薄膜層と前記
単結晶圧電基板の界面に設けてもよい。
The comb-shaped electrode may be provided at the interface between the inorganic thin film layer and the single crystal piezoelectric substrate.

【0018】また前記櫛形電極を前記無機薄膜層と前記
単結晶圧電基板の界面に設け、接地電極を前記単結晶圧
電基板表面に設けてもよい。
The comb-shaped electrode may be provided at the interface between the inorganic thin film layer and the single crystal piezoelectric substrate, and the ground electrode may be provided on the surface of the single crystal piezoelectric substrate.

【0019】また接地電極を前記無機薄膜層と前記単結
晶圧電基板の界面に設けてもよい。
A ground electrode may be provided at the interface between the inorganic thin film layer and the single crystal piezoelectric substrate.

【0020】また珪素化合物は酸化珪素または窒化珪素
であってもよい。
The silicon compound may be silicon oxide or silicon nitride.

【0021】また前記単結晶圧電基板間の音速が異なる
ことにより、単一単結晶圧電基板では得られない圧電特
性と音速を持った複合単結晶圧電基板が得られる。
Further, since the acoustic velocities of the single crystal piezoelectric substrates are different, a composite single crystal piezoelectric substrate having piezoelectric characteristics and acoustic velocity which cannot be obtained by the single single crystal piezoelectric substrate can be obtained.

【0022】また前記単結晶圧電基板間の電気機械結合
係数が異なることにより単一単結晶圧電基板では得られ
ない圧電特性を持った複合単結晶圧電基板が得られる。
Further, since the electromechanical coupling coefficient between the single crystal piezoelectric substrates is different, a composite single crystal piezoelectric substrate having piezoelectric characteristics which cannot be obtained by the single single crystal piezoelectric substrate can be obtained.

【0023】とくに前記単結晶圧電基板のうち、表面弾
性波励振部分の単結晶圧電基板の電気機械結合係数が、
前記他の部分の単結晶圧電基板の電気機械結合係数より
も大きいことにより、単一単結晶圧電基板では得られな
い圧電特性を持った複合単結晶圧電基板が得られる。
In particular, among the single crystal piezoelectric substrates, the electromechanical coupling coefficient of the single crystal piezoelectric substrate at the surface acoustic wave excitation portion is
Since the electromechanical coupling coefficient of the other portion of the single crystal piezoelectric substrate is larger than that of the single crystal piezoelectric substrate, a composite single crystal piezoelectric substrate having piezoelectric characteristics that cannot be obtained by the single single crystal piezoelectric substrate can be obtained.

【0024】また前記単結晶圧電基板はニオブ酸リチウ
ムまたはタンタル酸リチウムまたはほう酸リチウムまた
は水晶が好ましい。
The single crystal piezoelectric substrate is preferably lithium niobate, lithium tantalate, lithium borate, or quartz.

【0025】また前記表面弾性波を励振する単結晶圧電
基板がニオブ酸リチウムであり、他方の単結晶圧電基板
が水晶であってもよい。
The single crystal piezoelectric substrate for exciting the surface acoustic wave may be lithium niobate, and the other single crystal piezoelectric substrate may be quartz.

【0026】また前記表面弾性波を励振する単結晶圧電
基板の厚みは、好ましくは使用する表面弾性波の波長の
3波長以下の厚みであるのがよい。
The thickness of the single crystal piezoelectric substrate for exciting the surface acoustic wave is preferably 3 wavelengths or less of the wavelength of the surface acoustic wave used.

【0027】また少なくとも一つの単結晶圧電基板と非
圧電基板からなり、前記単結晶圧電基板と前記非圧電基
板が、それぞれの基板表面を、平坦化、鏡面化、清浄
化、親水化処理して、重ね合わせ熱処理することにより
直接接合されて積層されており、前記単結晶圧電基板に
表面弾性波を励振するための櫛形電極を設け、前記非圧
電基板は、ガラス、ほう素または非晶質炭素またはグラ
ファイトとしたものである。
Further, it comprises at least one single-crystal piezoelectric substrate and a non-piezoelectric substrate, and the single-crystal piezoelectric substrate and the non-piezoelectric substrate have their respective substrate surfaces flattened, mirror-finished, cleaned and hydrophilized. are stacked directly joined by overlay a heat treatment, provided the comb electrodes for exciting a surface acoustic wave on said single crystal piezoelectric substrate, wherein the non-pressure
The substrate is glass, boron or amorphous carbon or glass.
It was a fight .

【0028】また本発明による表面弾性波素子は、少な
くとも1つの単結晶圧電基板と非圧電基板からなり、前
記単結晶圧電基板と前記非圧電基板が、少なくとも前記
基板の一方の表面に、無機薄膜層を有し、それぞれの無
機薄膜層および基板表面を、平坦化、鏡面化、清浄化、
親水化処理して、重ね合わせ熱処理することにより直接
接合されて積層されており、前記単結晶圧電基板に表面
弾性波を励振するための櫛形電極を設けたものであって
もよい。
Further, the surface acoustic wave device according to the present invention comprises at least one single crystal piezoelectric substrate and a non-piezoelectric substrate, and the single crystal piezoelectric substrate and the non-piezoelectric substrate have an inorganic thin film on at least one surface of the substrate. Layer, each of the inorganic thin film layer and the substrate surface are flattened, mirrored, cleaned,
Alternatively, the single crystal piezoelectric substrate may be provided with a comb-shaped electrode for exciting surface acoustic waves, which are directly bonded and laminated by a hydrophilic treatment and an overlay heat treatment.

【0029】また前記無機薄膜層の厚みは、好ましくは
使用する表面弾性波の波長の1/2波長以下の厚みがよ
い。
The thickness of the inorganic thin film layer is preferably 1/2 wavelength or less of the wavelength of the surface acoustic wave used.

【0030】また前記無機薄膜層は好ましくは珪素また
は珪素化合物がよい。
The inorganic thin film layer is preferably silicon or a silicon compound.

【0031】また前記櫛形電極は前記無機薄膜層と前記
単結晶圧電基板の界面に設けてもよい。
The comb electrodes may be provided at the interface between the inorganic thin film layer and the single crystal piezoelectric substrate.

【0032】また前記櫛形電極は前記無機薄膜層と前記
非圧電基板の界面に設けてもよい。
The comb-shaped electrode may be provided at the interface between the inorganic thin film layer and the non-piezoelectric substrate.

【0033】また前記櫛形電極を前記無機薄膜層と前記
単結晶圧電基板の界面に設け、接地電極を前記単結晶圧
電基板表面に設けてもよい。
The comb electrodes may be provided at the interface between the inorganic thin film layer and the single crystal piezoelectric substrate, and the ground electrode may be provided on the surface of the single crystal piezoelectric substrate.

【0034】また接地電極を前記無機薄膜層と前記単結
晶圧電基板の界面に設けてもよい。
A ground electrode may be provided at the interface between the inorganic thin film layer and the single crystal piezoelectric substrate.

【0035】また珪素化合物は酸化珪素または窒化珪素
であってもよい。
The silicon compound may be silicon oxide or silicon nitride.

【0036】また前記単結晶圧電基板と前記非圧電基板
の音速が異なることにより、単一単結晶圧電基板では得
られない圧電特性と音速を持った単結晶圧電基板が得ら
れる。
Further, since the acoustic velocity of the single crystal piezoelectric substrate is different from that of the non-piezoelectric substrate, a single crystal piezoelectric substrate having piezoelectric characteristics and acoustic velocity which cannot be obtained by a single single crystal piezoelectric substrate can be obtained.

【0037】特に前記単結晶圧電基板の音速が遅くて
も、前記非圧電基板の音速が速ければ、高周波用表面弾
性波素子として、ホトリソグラフィーなどの製造に有利
な複合単結晶圧電基板となる。
In particular, if the speed of sound of the non-piezoelectric substrate is high even if the speed of sound of the single crystal piezoelectric substrate is low, a composite single crystal piezoelectric substrate, which is advantageous for manufacturing photolithography or the like, can be obtained as a high frequency surface acoustic wave device.

【0038】また前記単結晶圧電基板はニオブ酸リチウ
ムまたはタンタル酸リチウムまたはほう酸リチウムまた
は水晶が好ましい。
The single crystal piezoelectric substrate is preferably lithium niobate, lithium tantalate, lithium borate, or quartz.

【0039】また前記非圧電基板は、ガラス、ほう素ま
たは非晶質炭素またはグラファイトが好ましい。
The non-piezoelectric substrate is preferably glass, boron, amorphous carbon or graphite.

【0040】また前記単結晶圧電基板の厚みが使用する
表面弾性波の波長の1波長以下の厚みが適している。
Further, it is suitable that the thickness of the single crystal piezoelectric substrate is one wavelength or less of the wavelength of the surface acoustic wave used.

【0041】また前記単結晶圧電基板の熱膨張率が前記
非圧電基板の熱膨張率よりも大きいことにより温度依存
性に優れた複合単結晶圧電基板が得られる。
Since the coefficient of thermal expansion of the single crystal piezoelectric substrate is larger than that of the non-piezoelectric substrate, a composite single crystal piezoelectric substrate having excellent temperature dependence can be obtained.

【0042】[0042]

【作用】上記のような構成とすることにより、積層した
界面近傍を表面弾性波が伝搬することから、複合単結晶
圧電基板の電気機械結合係数、音速、温度依存性は、そ
れぞれの基板単独の電気機械結合係数、音速、温度依存
性と異なるものが得られる。
With the above structure, the surface acoustic wave propagates in the vicinity of the laminated interface, so that the electromechanical coupling coefficient, sound velocity, and temperature dependence of the composite single crystal piezoelectric substrate are independent of each substrate. Different electromechanical coupling coefficient, sound velocity, and temperature dependence are obtained.

【0043】[0043]

【実施例】以下本発明の実施例の表面弾性波素子の構成
とその製造方法について、図面を参照しながら説明す
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The structure of a surface acoustic wave device according to an embodiment of the present invention and its manufacturing method will be described below with reference to the drawings.

【0044】(参考例1) 本発明の表面弾性波素子の構造の第1の実施例の斜視図
を図1(a)に、また図1(a)の、A−A’部断面構
造を、図1(b)に示す。
Reference Example 1 A perspective view of a first embodiment of the structure of the surface acoustic wave device of the present invention is shown in FIG. 1 (a), and a sectional view taken along the line AA 'of FIG. 1 (a) is shown. , As shown in FIG.

【0045】図1において、10は単結晶圧電基板、2
0は単結晶圧電薄板(単結晶圧電基板であるが、表面弾
性波を励振する方の基板は、薄板化して用いるため、単
結晶圧電基板10と区別するために、以降単結晶圧電薄
板と記述する)、30、30’は単結晶圧電薄板20の
上に設けた櫛形電極である。櫛形電極はここでは簡略化
して表示している。
In FIG. 1, 10 is a single crystal piezoelectric substrate, 2
0 is a single crystal piezoelectric thin plate (a single crystal piezoelectric substrate is used, but the substrate that excites surface acoustic waves is used as a thin plate, and is hereinafter referred to as a single crystal piezoelectric thin plate in order to distinguish it from the single crystal piezoelectric substrate 10. , 30 and 30 ′ are comb-shaped electrodes provided on the single crystal piezoelectric thin plate 20. The comb-shaped electrodes are shown here in a simplified manner.

【0046】単結晶圧電基板10と単結晶圧電薄板20
は、例えば単結晶圧電体であるニオブ酸リチウム、タン
タル酸リチウム、ほう酸リチウム、水晶が適している。
Single crystal piezoelectric substrate 10 and single crystal piezoelectric thin plate 20
For example, single crystal piezoelectric materials such as lithium niobate, lithium tantalate, lithium borate, and quartz are suitable.

【0047】表面弾性波素子としての機能は、櫛形電極
30に高周波信号を入れることにより、その近傍の圧電
部に表面弾性波が励振され、それが積層構造を経て、他
方の櫛形電極30’に伝搬して、櫛形電極30’下部の
圧電部で再び電気信号に変換されるものである。ここで
は櫛形電極を用いた表面弾性波素子の基本構成を示した
もので、実際に高周波フィルタや共振子にする場合に
は、櫛形電極の数を増したり、構成を変えたりする。
The function as a surface acoustic wave element is that when a high frequency signal is applied to the comb-shaped electrode 30, the surface acoustic wave is excited in the piezoelectric portion in the vicinity of the comb-shaped electrode 30, and the surface acoustic wave is passed through the laminated structure to the other comb-shaped electrode 30 '. It propagates and is converted into an electric signal again in the piezoelectric portion below the comb-shaped electrode 30 '. Here, the basic structure of the surface acoustic wave device using the comb-shaped electrodes is shown, and when actually forming a high frequency filter or a resonator, the number of the comb-shaped electrodes is increased or the structure is changed.

【0048】単結晶圧電基板10と単結晶圧電薄板20
は、それぞれ扱い易い厚みの単結晶圧電基板を用意し、
それぞれの基板表面を平坦化、鏡面化、清浄化、親水化
処理して、重ね合わせ熱処理することにより直接接合さ
れて積層された後、単結晶圧電薄板20側が所定の厚み
に研磨、薄板化されたものである。
Single crystal piezoelectric substrate 10 and single crystal piezoelectric thin plate 20
Prepares a single crystal piezoelectric substrate with a thickness that is easy to handle.
The surfaces of the respective substrates are flattened, mirror-finished, cleaned, hydrophilized, and laminated and heat-treated to be directly bonded and laminated, and then the single crystal piezoelectric thin plate 20 side is polished and thinned to a predetermined thickness. It is a thing.

【0049】ここで用いた直接接合の意味について説明
する。
The meaning of the direct bonding used here will be described.

【0050】まず直接接合の製造プロセスについて説明
する。
First, the manufacturing process of direct bonding will be described.

【0051】具体的には、例えば、圧電体として、単結
晶のニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、ほう酸リ
チウム、水晶を用いた場合について説明する。
Specifically, for example, the case where a single crystal of lithium niobate, lithium tantalate, lithium borate, or quartz is used as the piezoelectric body will be described.

【0052】まず直接接合しようとする2枚の圧電体表
面を、平坦化した後、鏡面研磨し、洗浄にする。必要に
応じてエッチングにより表面層を除去する。ニオブ酸リ
チウム、タンタル酸リチウム、水晶のエッチングには弗
酸系エッチング液を用いる。ほう酸リチウムの場合には
弱酸でよい。次に表面を親水化処理する。具体的には、
例えばアンモニアー過酸化水素溶液に浸すことにより、
表面に水酸基が容易に付着するようになり親水化され
る。次に純水で十分洗浄する。これにより各単結晶圧電
基板表面に水酸基が付着する。この状態で2枚の単結晶
圧電基板を重ね合わせると、主として水酸基のファンー
デアーワールス力により2枚の基板が吸着する。この状
態でも強固な接着状態となるが、さらにこの状態で、1
00℃以上の温度で数10分から数10時間熱処理する
ことにより、界面から水構成成分が次第に抜けていく。
これに伴い、水酸基の水素結合主体の結合から酸素や水
素、また基板構成原子のかかわる結合が進み、基板構成
原子同士の接合が序々に始まり接合は非常に強化され
る。特に珪素や酸素がある場合、共有結合が進み、結合
が強化される。
First, the surfaces of the two piezoelectric bodies to be directly bonded are flattened, then mirror-polished and washed. If necessary, the surface layer is removed by etching. A hydrofluoric acid-based etching solution is used for etching lithium niobate, lithium tantalate, and quartz. In the case of lithium borate, a weak acid may be used. Next, the surface is hydrophilized. In particular,
For example, by immersing in ammonia-hydrogen peroxide solution,
Hydroxyl groups easily attach to the surface and are made hydrophilic. Then, it is thoroughly washed with pure water. As a result, hydroxyl groups are attached to the surface of each single crystal piezoelectric substrate. When two single crystal piezoelectric substrates are stacked in this state, the two substrates are adsorbed mainly by the van der Waals force of the hydroxyl group. Even in this state, a strong adhesive state is obtained, but in this state, 1
By performing heat treatment at a temperature of 00 ° C. or higher for several tens of minutes to several tens of hours, water constituent components gradually escape from the interface.
Along with this, bonds relating to oxygen, hydrogen, and substrate-constituting atoms progress from the bond of hydrogen-bonding group of hydroxyl group, and the joining of the substrate-constituting atoms gradually starts to be strengthened. Especially in the presence of silicon and oxygen, covalent bonding proceeds and the bonding is strengthened.

【0053】熱処理温度としては、特に200−100
0℃の範囲で、用いる圧電体の圧電特性が失われない範
囲が好ましい。
The heat treatment temperature is, in particular, 200-100.
A range of 0 ° C. in which the piezoelectric characteristics of the piezoelectric body used are not lost is preferable.

【0054】図2は、ニオブ酸リチウムとタンタル酸リ
チウムを、前述の方法で直接接合した直接接合界面の透
過電子顕微鏡(TEM)写真を示したものである。熱処
理温度は、400℃、1時間である。TEM像におい
て、それぞれの基板側に見える線は、いわゆる原子の格
子像と呼ばれるもので、この線の間隔が格子間隔に対応
していることから、接合が格子すなわち原子オーダー
(1nm程度)の精度で接合されていることがわかる。
このように高精度でかつ界面に介在物なしに接合できる
ことから表面弾性波伝搬に対する損失が極めて少ない。
FIG. 2 shows a transmission electron microscope (TEM) photograph of a direct bonding interface in which lithium niobate and lithium tantalate were directly bonded by the above-mentioned method. The heat treatment temperature is 400 ° C. for 1 hour. In the TEM image, the lines seen on the respective substrate sides are so-called atomic lattice images. Since the distance between these lines corresponds to the lattice distance, the junction has a lattice, that is, atomic order (about 1 nm) accuracy. You can see that they are joined with.
As described above, since the bonding can be performed with high accuracy and without inclusions at the interface, the loss for surface acoustic wave propagation is extremely small.

【0055】通常の接着剤を用いて接合した場合、接着
剤の厚みは、数μm以下にすることは困難であり、その
ため表面弾性波を著しく減衰させることから実用に耐え
ない。
In the case of bonding with a normal adhesive, it is difficult to reduce the thickness of the adhesive to several μm or less, and therefore, the surface acoustic wave is significantly attenuated, which is not practical.

【0056】スパッタリング、化学気相成長法、真空蒸
着などの薄膜技術を用いて、圧電体を形成した場合、か
なり良好な接合界面が得られるが、得られる圧電体の圧
電特性は、バルクのものよりもはるかに劣るものであ
り、また得られる圧電体の種類もZnO、AlNなどに
限られる。またその結晶方位も、基板の結晶方位によっ
て制限され、また特定の方位、例えばC軸方向など成長
しやすい方位が限られる。
When a piezoelectric body is formed by using a thin film technique such as sputtering, chemical vapor deposition, vacuum deposition, etc., a fairly good bonding interface can be obtained, but the piezoelectric characteristic of the obtained piezoelectric body is that of a bulk. It is far inferior to the above, and the types of piezoelectric bodies obtained are limited to ZnO, AlN, and the like. The crystal orientation is also limited by the crystal orientation of the substrate, and the specific orientation, for example, the orientation that facilitates growth such as the C-axis direction is limited.

【0057】本実施例の直接接合技術を用いれば、単結
晶圧電体であるニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウ
ム、ほう酸リチウム、水晶においてバルクの性質を保っ
たまま、また任意の結晶方位で複合圧電基板が得られる
ものである。
If the direct bonding technique of this embodiment is used, the composite piezoelectric substrate can be formed in any crystal orientation while maintaining the bulk property in the single crystal piezoelectric materials lithium niobate, lithium tantalate, lithium borate, and quartz. Is obtained.

【0058】また直接接合前もしくは直接接合後に、一
方の圧電体を研磨などの加工により薄板化することが容
易にできる。通常は、直接接合後、一方の圧電体を使用
する表面弾性波の波長に適した厚みに研磨などのより薄
板化し、その後、櫛形電極を形成する。ハンドリング可
能な厚みであれば、あらかじめその厚みに設定しておい
てから直接接合してもよい。しかし、ハンドリング困難
な場合、通常50μm程度から以下の場合は、直接接合
してから研磨して薄板化した方がよい。
Also, before or after direct bonding, one of the piezoelectric bodies can be easily thinned by processing such as polishing. Usually, after direct bonding, one of the piezoelectric bodies is made thinner by polishing or the like to a thickness suitable for the wavelength of the surface acoustic wave using the piezoelectric body, and then the comb-shaped electrode is formed. If it is a thickness that can be handled, it may be set to that thickness in advance and then directly bonded. However, when it is difficult to handle, ordinarily from about 50 μm to the following, it is better to directly bond and then polish to make a thin plate.

【0059】本実施例の直接接合を用いると、界面が原
子オーダーの平坦度で接合されているため、高精度に均
一化された薄板化が可能であり、具体的には、3μm+
−0.01μm程度の薄板化が可能となる。これも直接
接合の利点である。
When the direct bonding of this embodiment is used, the interface is bonded with the flatness on the atomic order, so that it is possible to make a thin plate which is uniformized with high accuracy. Specifically, 3 μm +
It is possible to reduce the thickness to about 0.01 μm. This is also an advantage of direct bonding.

【0060】図1の構成において、単結晶圧電基板10
と単結晶圧電薄板20の圧電特性、音速、温度依存性、
熱膨張率を適当に組み合わせることにより、設計自由度
の大きい種々の複合単結晶圧電基板からなる表面弾性波
素子が得られる。
In the configuration of FIG. 1, the single crystal piezoelectric substrate 10
And piezoelectric characteristics of the single crystal piezoelectric thin plate 20, sound velocity, temperature dependence,
By appropriately combining the coefficients of thermal expansion, it is possible to obtain a surface acoustic wave element composed of various composite single crystal piezoelectric substrates having a high degree of freedom in design.

【0061】表面弾性波素子の特性は、主に電気機械結
合係数、音速、音速の温度依存性によって決まる。フィ
ルタなどに適用した場合、電気機械結合係数は挿入損
失、通過帯域幅に関係する。一般に電気機械結合係数が
大きいほど、挿入損失は少なくなり、通過帯域幅は広く
なる。通過帯域は用途によって、広い方が良い場合と、
反対に狭い方が良い場合とある。
The characteristics of the surface acoustic wave device are mainly determined by the electromechanical coupling coefficient, the speed of sound, and the temperature dependence of the speed of sound. When applied to a filter or the like, the electromechanical coupling coefficient is related to insertion loss and pass band width. Generally, the larger the electromechanical coupling coefficient, the smaller the insertion loss and the wider the pass band width. Depending on the application, the wider passband may be better,
On the contrary, sometimes it is better to be narrow.

【0062】また音速は、櫛形電極の電極幅を決定す
る。櫛形電極の電極幅およびその間隔は、通常1/4波
長程度に設定することから、高周波の用途では、音速が
速いほど、製造においてホトリソグラフィーなどの微細
加工が容易になり、好ましい。
The speed of sound determines the electrode width of the comb-shaped electrode. Since the electrode width of the comb-shaped electrodes and the distance between them are usually set to about 1/4 wavelength, in high frequency applications, the faster the speed of sound, the easier microfabrication such as photolithography in manufacturing, which is preferable.

【0063】一方、低周波の用途においては、あるいは
信号遅延線などの用途においては、音速が遅いほど素子
寸法を小さくできることから好ましい。
On the other hand, in low frequency applications, or in applications such as signal delay lines, the slower the speed of sound, the smaller the element size, which is preferable.

【0064】温度依存性は、一般に小さいほど好まし
い。
Generally, the smaller the temperature dependence, the better.

【0065】(参考例1−1) 図3は、参考例1における第1の具体的実施例の構造を
示したもので、単結晶圧電基板にタンタル酸リチウム
を、単結晶圧電薄板にニオブ酸リチウムを用いた例であ
る。
( Reference Example 1-1) FIG. 3 shows the structure of the first specific example in Reference Example 1, in which lithium tantalate was used for the single crystal piezoelectric substrate and niobate was used for the single crystal piezoelectric thin plate. This is an example using lithium.

【0066】図3において、11は、36度Y−カッ
ト、X軸伝搬の単結晶タンタル酸リチウムからなるは単
結晶圧電基板、21は、41度Y−カット、X軸伝搬の
単結晶ニオブ酸リチウムからなる単結晶圧電薄板で、単
結晶圧電基板11と単結晶圧電薄板21とは、前述の直
接接合により複合化されている。
In FIG. 3, 11 is a single crystal piezoelectric substrate made of 36 ° Y-cut, X-axis propagating single crystal lithium tantalate, and 21 is 41 ° Y-cut, X-axis propagating single crystal niobate. In the single crystal piezoelectric thin plate made of lithium, the single crystal piezoelectric substrate 11 and the single crystal piezoelectric thin plate 21 are combined by the above-mentioned direct bonding.

【0067】30、30’は単結晶圧電薄板21の上に
設けた櫛形電極である。ここでは簡略化して表示してあ
る。
Reference numerals 30 and 30 ′ are comb-shaped electrodes provided on the single crystal piezoelectric thin plate 21. Here, the display is simplified.

【0068】41度Y−カット、X軸伝搬の単結晶ニオ
ブ酸リチウムの電気機械結合係数は17.2%、音速は
4792m/秒、36度Y−カット、X軸伝搬の単結晶
タンタル酸リチウムの電気機械結合係数は5−7%、音
速は4160m/秒である。
The electromechanical coupling coefficient of 41 ° Y-cut, X-axis propagating single crystal lithium niobate is 17.2%, the speed of sound is 4792 m / sec, 36 ° Y-cut, X-axis propagating single crystal lithium tantalate. Has an electromechanical coupling coefficient of 5-7% and a sound velocity of 4160 m / sec.

【0069】しかしこのように直接接合により複合化し
た複合単結晶圧電基板では、単結晶圧電薄板21の厚み
を、用いる表面弾性波の波長に応じて適当な厚みに設定
してやることにより、実質的な電気機械結合係数と音速
が、それぞれの圧電体とは異なる特性が得られる。
However, in the composite single crystal piezoelectric substrate composited by direct bonding as described above, the thickness of the single crystal piezoelectric thin plate 21 is set to an appropriate thickness in accordance with the wavelength of the surface acoustic wave to be used, so that the substantial The electromechanical coupling coefficient and the sound velocity are different from those of the piezoelectric bodies.

【0070】例えば約200MHzで櫛形電極を励振す
る場合、櫛形電極の間隔を1/4波長で約5μm(音速
を4160m/秒と考える)とし、単結晶圧電薄板21
の厚みを1/4波長から3波長である、5−60μmに
設定することにより、電気機械結合係数、音速とも、単
結晶圧電薄板21の36度Y−カット、X軸伝搬の単結
晶タンタル酸リチウムの値とも、単結晶圧電基板11の
41度Y−カット、X軸伝搬の単結晶ニオブ酸リチウム
とも異なる値が得られる。
For example, when the comb-shaped electrodes are excited at about 200 MHz, the interval between the comb-shaped electrodes is set to about 5 μm at 1/4 wavelength (the sound velocity is considered to be 4160 m / sec), and the single crystal piezoelectric thin plate 21 is used.
By setting the thickness of the single-crystal piezoelectric thin plate 21 to 36 ° Y-cut and X-axis propagating single-crystal tantalic acid, the electromechanical coupling coefficient and the sound velocity are both set to 5-60 μm, which is from ¼ wavelength to 3 wavelengths. With respect to the value of lithium, a value different from the 41 ° Y-cut of the single crystal piezoelectric substrate 11 and the single crystal lithium niobate of X axis propagation is obtained.

【0071】具体的には、例えば、それぞれ中間の値が
得られる。単結晶圧電薄板21の厚みを、1/2波長か
ら1波長程度に設定すると、電気機械結合係数が10%
で、音速が4500m/秒程度の値が得られる。この場
合、電気機械結合係数、音速とも、もとのそれぞれの圧
電体の中間の値が得られることにより、例えば、高周波
で帯域の狭いフィルタに適した表面弾性波素子となる。
Specifically, for example, intermediate values are obtained. When the thickness of the single crystal piezoelectric thin plate 21 is set to about 1 wavelength to about 1 wavelength, the electromechanical coupling coefficient is 10%.
Thus, a sound velocity of about 4500 m / sec can be obtained. In this case, since both the electromechanical coupling coefficient and the sound velocity have intermediate values of the original piezoelectric bodies, for example, the surface acoustic wave element is suitable for a filter having a high frequency and a narrow band.

【0072】このような複合化の効果は、単結晶圧電薄
板21の厚みが特に1/4波長から1波長の間が著しい
が、単結晶圧電薄板の厚みが3波長程度でも効果が認め
られる。
The effect of such a combination is remarkable when the thickness of the single crystal piezoelectric thin plate 21 is particularly between 1/4 wavelength and one wavelength, but the effect is recognized even when the thickness of the single crystal piezoelectric thin plate is about 3 wavelengths.

【0073】本実施例では主に電気機械結合係数と音速
に及ぼす効果を示すものである。
The present embodiment mainly shows the effect on the electromechanical coupling coefficient and the speed of sound.

【0074】(参考例1−2) 図4は、参考例1における第2の具体的実施例の構造を
示したもので、単結晶圧電基板に水晶(単結晶)を、単
結晶圧電薄板にニオブ酸リチウムを用いた例である。
Reference Example 1-2 : FIG. 4 shows the structure of the second specific example in Reference Example 1, in which a single crystal piezoelectric substrate is made of quartz (single crystal) and a single crystal piezoelectric thin plate is made of quartz. This is an example using lithium niobate.

【0075】図4において、12は、43度Y−カッ
ト、X軸伝搬の水晶からなるは単結晶圧電基板、21は
参考例1−1)と同様、41度Y−カット、X軸伝搬
の単結晶ニオブ酸リチウムからなる単結晶圧電薄板で、
単結晶圧電基板12と単結晶圧電薄板21は、前述の直
接接合により複合化されている。
In FIG. 4, 12 is a 43 ° Y-cut, X-axis propagating single crystal piezoelectric substrate, and 21 is 41 ° Y-cut, X-axis propagating as in ( Reference Example 1-1). A single crystal piezoelectric thin plate made of single crystal lithium niobate,
The single crystal piezoelectric substrate 12 and the single crystal piezoelectric thin plate 21 are combined by the above-mentioned direct bonding.

【0076】30、30’は単結晶圧電薄板21の上に
設けた櫛形電極である。ここでは簡略化して表示してあ
る。
Reference numerals 30 and 30 ′ are comb-shaped electrodes provided on the single crystal piezoelectric thin plate 21. Here, the display is simplified.

【0077】41度Y−カット、X軸伝搬の単結晶ニオ
ブ酸リチウムの電気機械結合係数は17.2%、音速は
4792m/秒、温度依存性は、約50ppm/℃、4
3度Y−カット、X軸伝搬の水晶の電気機械結合係数は
0.16%、音速は3158m/秒、温度依存性は0p
pm/℃である。
The electromechanical coupling coefficient of 41 ° Y-cut, X-axis propagating single crystal lithium niobate is 17.2%, the speed of sound is 4792 m / sec, and the temperature dependence is about 50 ppm / ° C., 4
The electromechanical coupling coefficient of 3 degree Y-cut, X-axis propagating crystal is 0.16%, the speed of sound is 3158 m / sec, and the temperature dependence is 0 p.
pm / ° C.

【0078】この場合も(参考例1−1)と同様、単結
晶圧電薄板の厚みを、用いる表面弾性波の波長に応じて
適当な厚みに設定してやることにより、実質的な電気機
械結合係数と音速と温度依存性が、それぞれの圧電体と
は異なる特性が得られる。
Also in this case, as in ( Reference Example 1-1), by setting the thickness of the single crystal piezoelectric thin plate to an appropriate thickness according to the wavelength of the surface acoustic wave used, a substantial electromechanical coupling coefficient is obtained. It is possible to obtain characteristics in which the speed of sound and the temperature dependence are different from those of the piezoelectric bodies.

【0079】例えば約200MHzで櫛形電極を励振す
る場合、櫛形電極の間隔を1/4波長で約4μm(音速
を3158m/秒と考える)とし、単結晶圧電薄板21
の厚みを1/4波長から3波長である、4−48μmに
設定することにより、電気機械結合係数、音速、温度依
存性とも、単結晶圧電薄板21の41度Y−カット、X
軸伝搬の単結晶ニオブ酸リチウムの値とも、単結晶圧電
基板12の43度Y−カット、X軸伝搬の水晶とも異な
る値が得られる。
For example, when the comb-shaped electrodes are excited at about 200 MHz, the interval between the comb-shaped electrodes is set to about 4 μm at 1/4 wavelength (sound velocity is considered to be 3158 m / sec), and the single crystal piezoelectric thin plate 21 is used.
Of the electromechanical coupling coefficient, sonic velocity, and temperature dependency of the single crystal piezoelectric thin plate 21 by 41 degrees Y-cut, X by setting the thickness of the single crystal piezoelectric thin plate 21 to 4 to 48 μm, which is three wavelengths from ¼ wavelength.
A value different from that of the axial-propagation single crystal lithium niobate and a value of 43 ° Y-cut of the single-crystal piezoelectric substrate 12 and X-axis propagation crystal is obtained.

【0080】例えば、それぞれ中間の値が得られる。単
結晶圧電薄板21の厚みを、1/2波長から1波長程度
に設定すると、電気機械結合係数が5%で、音速が33
00m/秒、温度依存性が30ppm/℃程度の値が得
られる。この場合、電気機械結合係数、音速、温度依存
性とも、もとのそれぞれの圧電体の中間の値が得られる
ことにより、非常に温度依存性の少ないフィルタに適し
た表面弾性波素子となる。
For example, intermediate values are obtained. When the thickness of the single-crystal piezoelectric thin plate 21 is set to about 1/2 wavelength to about 1 wavelength, the electromechanical coupling coefficient is 5% and the sound velocity is 33%.
A value of 00 m / sec and a temperature dependence of about 30 ppm / ° C. can be obtained. In this case, since the electromechanical coupling coefficient, the sound velocity, and the temperature dependence have intermediate values of the original piezoelectric materials, the surface acoustic wave device is suitable for a filter having very little temperature dependence.

【0081】このような複合化の効果は、単結晶圧電薄
板21の厚みが特に1/4波長から1波長の間が著しい
が、単結晶圧電薄板の厚みが3波長程度でも効果が認め
られる。
The effect of such combination is remarkable when the thickness of the single crystal piezoelectric thin plate 21 is particularly between 1/4 wavelength and one wavelength, but the effect is recognized even when the thickness of the single crystal piezoelectric thin plate is about 3 wavelengths.

【0082】本実施例では主に温度依存性におよぼす効
果を示すものである。
The present example mainly shows the effect on the temperature dependence.

【0083】(参考例1−3) 図5は、参考例1における第3の具体的実施例の構造を
示したもので、単結晶圧電基板に水晶(単結晶)を、単
結晶圧電薄板にタンタル酸リチウムを用いた例である。
Reference Example 1-3 FIG. 5 shows the structure of the third specific example of Reference Example 1, in which a single crystal piezoelectric substrate is made of quartz (single crystal) and a single crystal piezoelectric thin plate is made of quartz. This is an example using lithium tantalate.

【0084】図5において、12は、(参考例1−1)
と同様、43度Y−カット、X軸伝搬の水晶からなるは
単結晶圧電基板、22は、36度Y−カット、X軸伝搬
の単結晶タンタル酸リチウムからなる単結晶圧電薄板
で、単結晶圧電基板12と単結晶圧電薄板22は、前述
の直接接合により複合化されている。
In FIG. 5, 12 is ( Reference Example 1-1).
Similarly, a single crystal piezoelectric substrate made of 43 ° Y-cut, X-axis propagating quartz, 22 is a single crystal piezoelectric thin plate made of 36 ° Y-cut, X-axis propagating single crystal lithium tantalate. The piezoelectric substrate 12 and the single crystal piezoelectric thin plate 22 are combined by the above-mentioned direct bonding.

【0085】30、30’は単結晶圧電薄板22の上に
設けた櫛形電極である。ここでは簡略化して表示してあ
る。
Reference numerals 30 and 30 ′ are comb-shaped electrodes provided on the single crystal piezoelectric thin plate 22. Here, the display is simplified.

【0086】36度Y−カット、X軸伝搬の単結晶タン
タル酸リチウムの電気機械結合係数は5−7%、音速は
4160m/秒、温度依存性は、約30ppm/℃、4
3度Y−カット、X軸伝搬の水晶の電気機械結合係数は
0.16%、音速は3158m/秒、温度依存性は0p
pm/℃である。
36 ° Y-cut, X-axis propagation single crystal lithium tantalate has an electromechanical coupling coefficient of 5-7%, a sound velocity of 4160 m / sec, and a temperature dependence of about 30 ppm / ° C.
The electromechanical coupling coefficient of 3 degree Y-cut, X-axis propagating crystal is 0.16%, the speed of sound is 3158 m / sec, and the temperature dependence is 0 p.
pm / ° C.

【0087】この場合も(参考例1−1)と同様、単結
晶圧電薄板の厚みを、用いる表面弾性波の波長に応じて
適当な厚みに設定してやることにより、実質的な電気機
械結合係数と音速と温度依存性が、それぞれの圧電体と
は異なる特性が得られる。
Also in this case, as in ( Reference Example 1-1), the thickness of the single crystal piezoelectric thin plate is set to an appropriate thickness according to the wavelength of the surface acoustic wave to be used, whereby a substantial electromechanical coupling coefficient is obtained. It is possible to obtain characteristics in which the speed of sound and the temperature dependence are different from those of the piezoelectric bodies.

【0088】例えば約200MHzで櫛形電極を励振す
る場合、櫛形電極の間隔を1/4波長で約4μm(音速
を3158m/秒と考える)とし、単結晶圧電薄板21
の厚みを1/4波長から3波長である、4−48μmに
設定することにより、電気機械結合係数、音速、温度依
存性とも、単結晶圧電薄板22の36度Y−カット、X
軸伝搬の単結晶タンタル酸リチウムの値とも、単結晶圧
電基板12の43度Y−カット、X軸伝搬の水晶とも異
なる値が得られる。
For example, when the comb-shaped electrodes are excited at about 200 MHz, the interval between the comb-shaped electrodes is set to about 4 μm at 1/4 wavelength (the sound velocity is considered to be 3158 m / sec), and the single crystal piezoelectric thin plate 21 is used.
Of the electromechanical coupling coefficient, sonic velocity, and temperature dependency of the monocrystalline piezoelectric thin plate 22 by 36 degrees Y-cut, X by setting the thickness of the single crystal piezoelectric thin plate 22 to 4 to 48 μm, which is from ¼ wavelength to 3 wavelengths.
A value different from that of the axially propagated single crystal lithium tantalate and a value of 43 ° Y-cut of the single crystal piezoelectric substrate 12 and that of the X axis propagated crystal are obtained.

【0089】例えば、それぞれ中間の値が得られる。単
結晶圧電薄板22の厚みを、1/2波長から1波長程度
に設定すると、電気機械結合係数が2%で、音速が33
00m/秒、温度依存性が20ppm/℃程度の値が得
られる。この場合、電気機械結合係数、音速、温度依存
性とも、もとのそれぞれの圧電体の中間の値が得られる
ことにより、非常に温度依存性の少ないフィルタに適し
た表面弾性波素子となる。
For example, intermediate values are obtained. When the thickness of the single crystal piezoelectric thin plate 22 is set to about 1/2 wavelength to about 1 wavelength, the electromechanical coupling coefficient is 2% and the sound velocity is 33%.
A value of 00 m / sec and a temperature dependence of about 20 ppm / ° C. can be obtained. In this case, since the electromechanical coupling coefficient, the sound velocity, and the temperature dependence have intermediate values of the original piezoelectric materials, the surface acoustic wave device is suitable for a filter having very little temperature dependence.

【0090】このような複合化の効果は、単結晶圧電薄
板21の厚みが特に1/4波長から1波長の間が著しい
が、単結晶圧電薄板の厚みが3波長程度でも効果が認め
られる。
The effect of such combination is remarkable when the thickness of the single crystal piezoelectric thin plate 21 is particularly between 1/4 wavelength and one wavelength, but the effect is recognized even when the thickness of the single crystal piezoelectric thin plate is about 3 wavelengths.

【0091】本実施例では主に温度依存性におよぼす効
果を示すものである。
The present example mainly shows the effect on the temperature dependence.

【0092】(参考例1−4) 図6は、参考例1における第4の具体的実施例の構造を
示したもので、単結晶圧電基板に単結晶ほう酸リチウム
を、単結晶圧電薄板にニオブ酸リチウムを用いた例であ
る。
Reference Example 1-4 FIG. 6 shows the structure of the fourth specific example of Reference Example 1, in which a single crystal piezoelectric substrate is made of single crystal lithium borate and a single crystal piezoelectric thin plate is made of niobium. This is an example using lithium acid.

【0093】図6において、13は、45度X−カッ
ト、Z軸伝搬の単結晶ほう酸リチウムからなるは単結晶
圧電基板、21は(参考例1−1)と同様、41度Y−
カット、X軸伝搬の単結晶ニオブ酸リチウムからなる単
結晶圧電薄板で、単結晶圧電基板13と単結晶圧電薄板
21は、前述の直接接合により複合化されている。
In FIG. 6, 13 is a 45 ° X-cut, Z-axis propagating single crystal lithium borate single crystal piezoelectric substrate, and 21 is 41 ° Y-, as in ( Reference Example 1-1).
A single crystal piezoelectric thin plate made of cut and X-axis propagating single crystal lithium niobate. The single crystal piezoelectric substrate 13 and the single crystal piezoelectric thin plate 21 are combined by the above-mentioned direct bonding.

【0094】30、30’は単結晶圧電薄板21の上に
設けた櫛形電極である。ここでは簡略化して表示してあ
る。
Reference numerals 30 and 30 ′ are comb-shaped electrodes provided on the single crystal piezoelectric thin plate 21. Here, the display is simplified.

【0095】41度Y−カット、X軸伝搬の単結晶ニオ
ブ酸リチウムの電気機械結合係数は17.2%、音速は
4792m/秒、温度依存性は、約50ppm/℃、4
5度X−カット、Z軸伝搬の単結晶ほう酸リチウムの電
気機械結合係数は1%、音速は3401m/秒、温度依
存性は0ppm/℃である。
The electromechanical coupling coefficient of 41 ° Y-cut, X-axis propagating single crystal lithium niobate is 17.2%, the speed of sound is 4792 m / sec, and the temperature dependence is about 50 ppm / ° C., 4
The electromechanical coupling coefficient of 5 ° X-cut, Z-axis propagating single crystal lithium borate is 1%, the speed of sound is 3401 m / sec, and the temperature dependence is 0 ppm / ° C.

【0096】この場合も(参考例1−1)と同様、単結
晶圧電薄板の厚みを、用いる表面弾性波の波長に応じて
適当な厚みに設定してやることにより、実質的な電気機
械結合係数と音速と温度依存性が、それぞれの圧電体と
は異なる特性が得られる。
Also in this case, as in ( Reference Example 1-1), by setting the thickness of the single crystal piezoelectric thin plate to an appropriate thickness according to the wavelength of the surface acoustic wave used, a substantial electromechanical coupling coefficient is obtained. It is possible to obtain characteristics in which the speed of sound and the temperature dependence are different from those of the piezoelectric bodies.

【0097】例えば約200MHzで櫛形電極を励振す
る場合、櫛形電極の間隔を1/4波長で約4μm(音速
を3401m/秒と考える)とし、単結晶圧電薄板21
の厚みを1/4波長から3波長である、4−48μmに
設定することにより、電気機械結合係数、音速、温度依
存性とも、単結晶圧電薄板21の41度Y−カット、X
軸伝搬の単結晶ニオブ酸リチウムの値とも、単結晶圧電
基板13の45度X−カット、Z軸伝搬の単結晶ほう酸
リチウムとも異なる値が得られる。
For example, when the comb-shaped electrodes are excited at about 200 MHz, the interval between the comb-shaped electrodes is set to about 4 μm at 1/4 wavelength (the sound velocity is considered to be 3401 m / sec), and the single crystal piezoelectric thin plate 21 is used.
Of the electromechanical coupling coefficient, sonic velocity, and temperature dependency of the single crystal piezoelectric thin plate 21 by 41 degrees Y-cut, X by setting the thickness of the single crystal piezoelectric thin plate 21 to 4 to 48 μm, which is three wavelengths from ¼ wavelength.
A value different from the axial propagation single crystal lithium niobate and the 45 ° X-cut of the single crystal piezoelectric substrate 13 and the Z axis propagation single crystal lithium borate is obtained.

【0098】例えば、それぞれ中間の値が得られる。単
結晶圧電薄板21の厚みを、1/2波長から1波長程度
に設定すると、電気機械結合係数が5%で、音速が35
00m/秒、温度依存性が30ppm/℃程度の値が得
られる。この場合、電気機械結合係数、音速、温度依存
性とも、もとのそれぞれの圧電体の中間の値が得られる
ことにより、非常に温度依存性の少ないフィルタに適し
た表面弾性波素子となる。
For example, intermediate values can be obtained. When the thickness of the single-crystal piezoelectric thin plate 21 is set to about 1/2 wavelength to 1 wavelength, the electromechanical coupling coefficient is 5% and the sound velocity is 35%.
A value of 00 m / sec and a temperature dependence of about 30 ppm / ° C. can be obtained. In this case, since the electromechanical coupling coefficient, the sound velocity, and the temperature dependence have intermediate values of the original piezoelectric materials, the surface acoustic wave device is suitable for a filter having very little temperature dependence.

【0099】このような複合化の効果は、単結晶圧電薄
板21の厚みが特に1/4波長から1波長の間が著しい
が、単結晶圧電薄板の厚みが3波長程度でも効果が認め
られる。
The effect of such combination is remarkable when the thickness of the single crystal piezoelectric thin plate 21 is particularly between 1/4 wavelength and 1 wavelength, but the effect is recognized even when the thickness of the single crystal piezoelectric thin plate is about 3 wavelengths.

【0100】本実施例では主に温度依存性におよぼす効
果を示すものである。
In this example, the effect mainly on the temperature dependence is shown.

【0101】以上単結晶圧電体として、ニオブ酸リチウ
ム、タンタル酸リチウム、ほう酸リチウム、水晶の特定
の組合せのみを示したが、これ以外の種々の組合せにお
いても、その組合せに応じて種々の電気機械結合係数、
音速、温度依存性をもった複合単結晶圧電基板が得られ
る。
Although only a specific combination of lithium niobate, lithium tantalate, lithium borate and quartz has been shown as the single crystal piezoelectric body, various combinations other than this, various electric machines according to the combination are also shown. Coupling coefficient,
A composite single crystal piezoelectric substrate having sonic velocity and temperature dependency can be obtained.

【0102】(実施例1) 本発明の表面弾性波素子の構造の第2の実施例の斜視図
を図7(a)に、また斜視図7(a)の、A−A’部断
面構造を、図7(b)に示す。
( Embodiment 1 ) A perspective view of a second embodiment of the structure of the surface acoustic wave device of the present invention is shown in FIG. 7 (a), and a sectional view taken along the line AA 'of FIG. 7 (a). Is shown in FIG.

【0103】図7において、10、20、30、30’
参考例1と同様、それぞれ単結晶圧電基板、単結晶圧
電薄板、単結晶圧電薄板20の上に形成された櫛形電極
である。櫛形電極はここでもやはり簡略化して表示して
いる。40は、単結晶圧電基板10と単結晶圧電薄板2
0の間に形成された無機薄膜層である。
In FIG. 7, 10, 20, 30, 30 '
Are the single crystal piezoelectric substrates, the single crystal piezoelectric thin plates, and the comb-shaped electrodes formed on the single crystal piezoelectric thin plates 20, respectively, as in Reference Example 1 . Here again, the comb-shaped electrodes are shown in a simplified manner. Reference numeral 40 denotes the single crystal piezoelectric substrate 10 and the single crystal piezoelectric thin plate 2.
It is an inorganic thin film layer formed between 0.

【0104】単結晶圧電基板10と単結晶圧電薄板20
は、参考例1と同様、例えば単結晶圧電体であるニオブ
酸リチウム、タンタル酸リチウム、ほう酸リチウム、水
晶が適している。
Single crystal piezoelectric substrate 10 and single crystal piezoelectric thin plate 20
For example , as in Reference Example 1 , single crystal piezoelectric materials such as lithium niobate, lithium tantalate, lithium borate, and quartz are suitable.

【0105】無機薄膜層としては、珪素や酸化珪素、窒
化珪素などの珪素化合物、ほう珪酸化合物などの珪酸化
合物が適している。無機薄膜層の厚みは、使用する表面
弾性波の波長にたいして十分薄い方が好ましく、具体的
には1/2波長以下が好ましい。
Suitable inorganic thin film layers are silicon compounds such as silicon, silicon oxide and silicon nitride, and silicic acid compounds such as borosilicate compounds. The thickness of the inorganic thin film layer is preferably sufficiently thin with respect to the wavelength of the surface acoustic wave used, and specifically, it is preferably ½ wavelength or less.

【0106】表面弾性波素子としての機能は、参考例1
と同様、櫛形電極30に高周波信号を入れることによ
り、その近傍の圧電部に表面弾性波が励振され、それが
積層構造を経て、他方の櫛形電極30’に伝搬して、櫛
形電極30’下部の圧電部で再び電気信号に変換される
ものである。 ここでは櫛形電極を用いた表面弾性波素
子の基本構成を示したもので、実際に高周波フィルタや
共振子にする場合には、櫛形電極の数を増したり、構成
を変えたりする。
The function as the surface acoustic wave device is as shown in Reference Example 1.
Similarly, by applying a high frequency signal to the comb-shaped electrode 30, a surface acoustic wave is excited in the piezoelectric portion in the vicinity of the comb-shaped electrode 30 and propagates to the other comb-shaped electrode 30 'through the laminated structure to form a lower part of the comb-shaped electrode 30'. It is converted back into an electric signal by the piezoelectric section of. Here, the basic structure of the surface acoustic wave device using the comb-shaped electrodes is shown, and when actually forming a high frequency filter or a resonator, the number of the comb-shaped electrodes is increased or the structure is changed.

【0107】単結晶圧電基板10と単結晶圧電薄板20
は、少なくとも前記圧電体の一方の基板表面に、無機薄
膜層を有し、それぞれの無機薄膜層および基板表面を平
坦化、鏡面化、清浄化、親水化処理して、重ね合わせ熱
処理することにより直接接合されて積層されたものであ
る。
Single crystal piezoelectric substrate 10 and single crystal piezoelectric thin plate 20
Has an inorganic thin film layer on at least one substrate surface of the piezoelectric body, and each inorganic thin film layer and the substrate surface are flattened, mirror-finished, cleaned, hydrophilized, and then subjected to a heat treatment by superposition. It is directly joined and laminated.

【0108】ここで用いた直接接合の意味は、参考例1
と同様である。
The meaning of the direct bonding used here is as in Reference Example 1.
Is the same as.

【0109】本実施例における直接接合の製造プロセス
について説明する。
A manufacturing process of direct bonding in this embodiment will be described.

【0110】具体的には、例えば、圧電体として、単結
晶のニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、ほう酸リ
チウム、水晶を用いた場合について説明する。
Specifically, for example, the case where a single crystal of lithium niobate, lithium tantalate, lithium borate, or quartz is used as the piezoelectric body will be described.

【0111】また無機薄膜層として、珪素、酸化珪素、
窒化珪素、ほう珪酸ガラスを用いた場合について説明す
る。
As the inorganic thin film layer, silicon, silicon oxide,
The case where silicon nitride or borosilicate glass is used will be described.

【0112】まず直接接合しようとする2枚の圧電体表
面を平坦化、鏡面化、洗浄する。必要に応じてエッチン
グにより表面層を除去する。
First, the surfaces of the two piezoelectric bodies to be directly bonded are flattened, mirror-finished, and washed. If necessary, the surface layer is removed by etching.

【0113】次に2枚の圧電体の内、少なくとも一方の
基板の接合予定表面に、薄膜技術により無機薄膜層を形
成する。無機薄膜層は、上記材料について、いずれもス
パッタリング、化学気相成長法、真空蒸着により形成で
きる。膜厚は、使用する表面弾性波の波長よりも十分薄
くする。具体的には使用する表面弾性波の1/2波長以
下、さらに好ましくは1/10波長以下、例えば0.1
−1μm程度である。
Next, an inorganic thin film layer is formed by a thin film technique on the surface to be bonded of at least one of the two piezoelectric bodies. The inorganic thin film layer can be formed of any of the above materials by sputtering, chemical vapor deposition, or vacuum vapor deposition. The film thickness is made sufficiently thinner than the wavelength of the surface acoustic wave used. Specifically, it is 1/2 wavelength or less of the surface acoustic wave to be used, more preferably 1/10 wavelength or less, for example 0.1.
It is about -1 μm.

【0114】次に接合予定の圧電体または無機薄膜層表
面を、必要に応じ(無機薄膜層形成前に平坦化、鏡面
化、清浄化を行っているので、無機薄膜層が良好に形成
されておれば不要)平坦化、鏡面化したのち、親水化処
理する。以後の処理は、参考例1と同様である。
Next, the surface of the piezoelectric body or the inorganic thin film layer to be joined is, if necessary (flattened, mirror-finished, and cleaned before the formation of the inorganic thin film layer, so that the inorganic thin film layer is well formed). (It is unnecessary if necessary.) After flattening and mirror-finishing, apply hydrophilic treatment. The subsequent processing is the same as in Reference Example 1 .

【0115】具体的には、例えばアンモニアー過酸化水
素溶液に浸すことにより、表面に水酸基が容易に付着す
るようになり親水化される。次に純水で十分洗浄する。
これにより各基板表面に水酸基が付着する。この状態で
2枚の基板を重ね合わせると、主として水酸基のファン
ーデアーワールス力により2枚の基板が吸着する。この
状態でも強固な接着状態となるが、さらにこの状態で、
100℃以上の温度で数10分から数10時間熱処理す
ることにより、界面から水構成成分が次第に抜けてい
く。これに伴い、水酸基の水素結合主体の結合から酸素
や水素、また基板構成原子のかかわる結合が進み、基板
構成原子同士の接合が序々に始まり接合は非常に強化さ
れる。特に無機薄膜層として、珪素を含有しており、さ
らに酸素が周辺に十分存在するので、共有結合が進み、
結合が強化される。
Specifically, by immersing in, for example, an ammonia-hydrogen peroxide solution, hydroxyl groups easily adhere to the surface and are made hydrophilic. Then, it is thoroughly washed with pure water.
As a result, hydroxyl groups are attached to the surface of each substrate. When the two substrates are superposed in this state, the two substrates are adsorbed mainly by the van der Waals force of the hydroxyl group. Even in this state, it will be a strong adhesion state, but in this state,
By performing heat treatment at a temperature of 100 ° C. or higher for several tens of minutes to several tens of hours, water constituent components gradually escape from the interface. Along with this, bonds relating to oxygen, hydrogen, and substrate-constituting atoms progress from the bond of hydrogen-bonding group of hydroxyl group, and the joining of the substrate-constituting atoms gradually starts to be strengthened. In particular, since the inorganic thin film layer contains silicon and oxygen is sufficiently present in the periphery, covalent bonding proceeds,
The bond is strengthened.

【0116】熱処理温度としては、特に200−100
0℃の範囲で、用いる圧電体の特性が失われない範囲が
好ましい。
The heat treatment temperature is, in particular, 200-100.
A range of 0 ° C. in which the characteristics of the piezoelectric body used are not lost is preferable.

【0117】この場合の直接接合も、参考例1と同様、
接合が原子オーダーの精度で接合されているから、表面
弾性波伝搬に対する損失が極めて少ない。また無機薄膜
層の厚みは、使用する表面弾性波の波長に比べて十分薄
くした場合、無機薄膜層での表面弾性波の損失も極めて
少なく、実質上問題とならない。したがって直接接合の
利点は、参考例1と同様である。
The direct bonding in this case is also the same as in Reference Example 1 .
Since the joining is performed with the accuracy of atomic order, the loss for the propagation of the surface acoustic wave is extremely small. Further, when the thickness of the inorganic thin film layer is made sufficiently thin as compared with the wavelength of the surface acoustic wave to be used, the loss of the surface acoustic wave in the inorganic thin film layer is extremely small, and there is practically no problem. Therefore, the advantage of direct joining is the same as that of the reference example 1 .

【0118】本実施例の特徴は、参考例1と比べて、直
接接合界面に無機薄膜層があることである。このことに
より、2つの利点が得られる。
The feature of this embodiment is that an inorganic thin film layer is present at the direct bonding interface as compared with Reference Example 1 . This has two advantages.

【0119】第1の利点は、接合時に界面に多少のゴミ
があっても、直接接合時に、ゴミがこの無機薄膜層の中
にとりこまれるため、接合時の製造歩留まりが向上す
る。
The first advantage is that even if there is some dust on the interface during joining, the dust is taken into this inorganic thin film layer during direct joining, so the manufacturing yield during joining is improved.

【0120】第2の利点は、電極をこの無機薄膜層の中
に容易に埋め込むことができることから、表面弾性波素
子としての設計の自由度がさらに増すことである。
The second advantage is that the electrode can be easily embedded in the inorganic thin film layer, which further increases the degree of freedom in designing the surface acoustic wave device.

【0121】図8は、無機薄膜層の中に、電極を埋め込
んだ構造の実施例を示したものである。
FIG. 8 shows an embodiment of a structure in which an electrode is embedded in an inorganic thin film layer.

【0122】図8(a)において、10、20は、それ
ぞれ単結晶圧電基板および単結晶圧電薄板である。3
1、31’は、無機薄膜層40の中に埋め込まれた櫛形
電極である。櫛形電極は、下の基板側に形成されてい
る。また櫛形電極の端部は、図示してないが外部回路と
接続できるように露出している。
In FIG. 8A, reference numerals 10 and 20 designate a single crystal piezoelectric substrate and a single crystal piezoelectric thin plate, respectively. Three
Reference numerals 1 and 31 ′ are comb electrodes embedded in the inorganic thin film layer 40. The comb-shaped electrode is formed on the lower substrate side. Although not shown, the ends of the comb electrodes are exposed so that they can be connected to an external circuit.

【0123】図8(b)は、櫛形電極を単結晶圧電薄板
側に形成した例である。
FIG. 8B shows an example in which the comb-shaped electrode is formed on the single crystal piezoelectric thin plate side.

【0124】図8(c)は、図8(a)の構成におい
て、単結晶圧電薄板上面に接地電極35を設けた例であ
る。
FIG. 8C shows an example in which the ground electrode 35 is provided on the upper surface of the single crystal piezoelectric thin plate in the structure of FIG. 8A.

【0125】図8(d)は、図8(b)の構成におい
て、単結晶圧電薄板上面に接地電極35を設けた例であ
る。
FIG. 8D shows an example in which the ground electrode 35 is provided on the upper surface of the single crystal piezoelectric thin plate in the structure of FIG. 8B.

【0126】図8(e)は、図7の構成において、接地
電極35’を、無機薄膜層内に形成した例である。
FIG. 8E shows an example in which the ground electrode 35 'is formed in the inorganic thin film layer in the structure of FIG.

【0127】このような電極構成による特性の違いは、
定性的には以下のようになる。基本的には、電界が、上
下の基板のおもにどこに集中するかに依存する。単結晶
圧電薄板に電界の集中しやすい順に示すと、図8
(e)、図7、図8(d)(c)、図8(b)(a)の
順となる。定性的には、ほぼこの順に、上下の基板の特
性を混合した圧電特性が積層構造の圧電特性として得ら
れる。
The difference in characteristics due to such an electrode structure is as follows.
Qualitatively it is as follows. Basically, it depends on where the electric field is concentrated on the upper and lower substrates. FIG. 8 shows the order in which electric fields are easily concentrated on the single crystal piezoelectric thin plate.
(E), FIG. 7, FIG. 8 (d) (c), FIG. 8 (b) (a). Qualitatively, in almost this order, the piezoelectric characteristics obtained by mixing the characteristics of the upper and lower substrates are obtained as the piezoelectric characteristics of the laminated structure.

【0128】したがって、このような電極構成にした場
合、図7と同じ圧電体と厚みを用いても、表面弾性波励
振のされ方が異なり、当然、図7の圧電特性と異なる圧
電特性が得られる。具体的には、例えば、電気機械結合
係数が大きくなるという効果が得られる。
Therefore, in the case of such an electrode structure, even if the same piezoelectric body and thickness as those in FIG. 7 are used, the way in which surface acoustic wave is excited is different, and naturally, piezoelectric characteristics different from those in FIG. 7 are obtained. To be Specifically, for example, the effect of increasing the electromechanical coupling coefficient can be obtained.

【0129】図8の構造を得る場合には、単結晶圧電基
板の表面を、平坦化、鏡面化、清浄化した後、櫛形電極
を形成し、その上に上記した如く、各種薄膜技術によ
り、無機薄膜層を形成し、以下前述の製造プロセスによ
り直接接合することにより得られる。櫛形電極を埋め込
む場合は、無機薄膜層は十分高抵抗でなければならな
い。
In order to obtain the structure of FIG. 8, the surface of the single crystal piezoelectric substrate is flattened, mirror-finished, and cleaned, and then a comb-shaped electrode is formed. It can be obtained by forming an inorganic thin film layer and directly bonding it by the above-described manufacturing process. When embedding the comb-shaped electrodes, the inorganic thin film layer must have sufficiently high resistance.

【0130】図7または図8の構成においても、単結晶
圧電基板10と単結晶圧電薄板20の圧電特性、音速、
温度依存性、熱膨張率を適当に組み合わせることによ
り、設計自由度の大きい種々の複合単結晶圧電基板から
なる表面弾性波素子が得られる。
Also in the configuration of FIG. 7 or FIG. 8, the piezoelectric characteristics of the single crystal piezoelectric substrate 10 and the single crystal piezoelectric thin plate 20, the sound velocity,
By appropriately combining the temperature dependence and the coefficient of thermal expansion, a surface acoustic wave device composed of various composite single crystal piezoelectric substrates having a high degree of design freedom can be obtained.

【0131】(実施例1−1) 図9は、実施例1における第1の具体的実施例の構造を
示したもので、単結晶圧電基板にタンタル酸リチウム
を、単結晶圧電薄板にニオブ酸リチウムを、無機薄膜層
に珪素を用いた例である。
( Example 1-1) FIG. 9 shows the structure of the first specific example of Example 1. Lithium tantalate was used for the single crystal piezoelectric substrate and niobate was used for the single crystal piezoelectric thin plate. In this example, lithium is used and silicon is used for the inorganic thin film layer.

【0132】図9において、(参考例1−1)と同様、
11は、36度Y−カット、X軸伝搬の単結晶タンタル
酸リチウムからなるは単結晶圧電基板、21は、41度
Y−カット、X軸伝搬の単結晶ニオブ酸リチウムからな
る単結晶圧電薄板である。また41はスパッタリングま
たは化学気相成長法または真空蒸着により単結晶圧電基
板11の上に形成した珪素(非晶質または多結晶)層で
ある。
In FIG. 9, similar to ( Reference Example 1-1),
11 is a 36 degree Y-cut, X-axis propagating single crystal lithium tantalate single crystal piezoelectric substrate, 21 is a 41 degree Y-cut, X-axis propagating single crystal lithium niobate single crystal piezoelectric thin plate. Is. Reference numeral 41 is a silicon (amorphous or polycrystalline) layer formed on the single crystal piezoelectric substrate 11 by sputtering, chemical vapor deposition or vacuum deposition.

【0133】単結晶圧電薄板21は、珪素層41との界
面で、前述の直接接合により複合化されている。30、
30’は、(参考例1−1)と同様、単結晶圧電薄板2
1の上に設けた櫛形電極である。ここでは簡略化して表
示してある。
The single crystal piezoelectric thin plate 21 is compounded at the interface with the silicon layer 41 by the direct bonding described above. 30,
30 'is a single crystal piezoelectric thin plate 2 as in ( Reference Example 1-1).
It is a comb-shaped electrode provided on top of 1. Here, the display is simplified.

【0134】本実施例においても、無機薄膜層の厚みを
十分薄く(1/2波長以下、さらに好ましくは1/10
波長以下)することにより、圧電特性の設計自由度とし
ては、(参考例1−1)とほぼ同様の効果が得られる。
Also in this example, the thickness of the inorganic thin film layer was made sufficiently thin (1/2 wavelength or less, more preferably 1/10).
By setting the wavelength to the wavelength or less), as the degree of freedom in designing the piezoelectric characteristics, an effect substantially similar to that of ( Reference Example 1-1) can be obtained.

【0135】さらに本実施例の場合には、無機薄膜層が
あることにより、前述の如く製造上有利であり、また電
極配置の自由度が増す。
Further, in the case of the present embodiment, the presence of the inorganic thin film layer is advantageous in manufacturing as described above, and the degree of freedom of electrode arrangement is increased.

【0136】(実施例1−2) 図10は、実施例1における第2の具体的実施例の構造
を示したもので、単結晶圧電基板に水晶(単結晶)を、
単結晶圧電薄板にニオブ酸リチウムを、無機薄膜層に酸
化珪素または窒化珪素を用いた例である。
( Embodiment 1-2 ) FIG. 10 shows the structure of the second concrete embodiment of Embodiment 1, in which a single crystal piezoelectric substrate is made of quartz (single crystal).
This is an example in which lithium niobate is used for the single crystal piezoelectric thin plate and silicon oxide or silicon nitride is used for the inorganic thin film layer.

【0137】図10において、12は、43度Y−カッ
ト、X軸伝搬の水晶からなるは単結晶圧電基板、21
は、41度Y−カット、X軸伝搬の単結晶ニオブ酸リチ
ウムからなる単結晶圧電薄板である。また42はスパッ
タリングまたは化学気相成長法または真空蒸着により、
単結晶圧電基板12の上に形成した酸化珪素(非晶質)
または窒化珪素(非晶質)層である。
In FIG. 10, reference numeral 12 is a single crystal piezoelectric substrate made of crystal of 43 ° Y-cut and X-axis propagation, and 21.
Is a single crystal piezoelectric thin plate made of 41 ° Y-cut, X-axis propagating single crystal lithium niobate. Also, 42 is formed by sputtering, chemical vapor deposition or vacuum deposition,
Silicon oxide (amorphous) formed on single crystal piezoelectric substrate 12
Alternatively, it is a silicon nitride (amorphous) layer.

【0138】単結晶圧電薄板21は、酸化珪素または窒
化珪素層42との界面で、前述の直接接合により複合化
されている。30、30’は、(実施例1−1)と同
様、単結晶圧電薄板21の上に設けた櫛形電極である。
ここでは簡略化して表示してある。
The single crystal piezoelectric thin plate 21 is compounded at the interface with the silicon oxide or silicon nitride layer 42 by the above-mentioned direct bonding. Reference numerals 30 and 30 ′ are comb-shaped electrodes provided on the single crystal piezoelectric thin plate 21, similarly to ( Example 1-1).
Here, the display is simplified.

【0139】本実施例においても、無機薄膜層の厚みを
十分薄く(1/2波長以下、さらに好ましくは1/10
波長以下)することにより、圧電特性の設計自由度とし
ては、(参考例1−2)とほぼ同様の効果が得られる。
Also in this embodiment, the thickness of the inorganic thin film layer is sufficiently thin (1/2 wavelength or less, more preferably 1/10).
By setting the wavelength to the wavelength or less), the degree of freedom in designing the piezoelectric characteristics is substantially the same as that of Reference Example 1-2 .

【0140】さらに本実施例の場合には、無機薄膜層が
あることにより、前述の如く製造上有利であり、また電
極配置の自由度が増す。
Further, in the case of the present embodiment, the presence of the inorganic thin film layer is advantageous in manufacturing as described above, and the degree of freedom of electrode arrangement is increased.

【0141】(実施例1−3) 図11は、実施例1における第3の具体的実施例の構造
を示したもので、単結晶圧電基板に水晶(単結晶)を、
単結晶圧電薄板にタンタル酸リチウムを、無機薄膜層に
ほう珪酸系ガラスを用いた例である。
Example 1-3 FIG. 11 shows the structure of Example 3 of Example 1, in which a single crystal piezoelectric substrate is made of quartz (single crystal).
This is an example in which lithium tantalate is used for the single crystal piezoelectric thin plate and borosilicate glass is used for the inorganic thin film layer.

【0142】図11において、12は、(実施例1
1)と同様、43度Y−カット、X軸伝搬の水晶からな
るは単結晶圧電基板、22は、36度Y−カット、X軸
伝搬の単結晶タンタル酸リチウムからなる単結晶圧電薄
板である。また43はスパッタリングまたは化学気相成
長法または真空蒸着により、単結晶圧電基板12の上に
形成したほう珪酸系ガラス層である。
In FIG. 11, numeral 12 indicates ( Example 1-
Similar to 1), a single crystal piezoelectric substrate made of 43 ° Y-cut, X-axis propagating quartz, and 22 is a single crystal piezoelectric thin plate made of 36 ° Y-cut, X-axis propagating single crystal lithium tantalate. . Reference numeral 43 is a borosilicate glass layer formed on the single crystal piezoelectric substrate 12 by sputtering, chemical vapor deposition or vacuum deposition.

【0143】単結晶圧電薄板22は、ほう珪酸ガラス層
43との界面で、前述の直接接合により複合化されてい
る。30、30’は、(実施例1−1)と同様、単結晶
圧電薄板22の上に設けた櫛形電極である。ここでは簡
略化して表示してある。
The single crystal piezoelectric thin plate 22 is compounded at the interface with the borosilicate glass layer 43 by the above-mentioned direct bonding. 30 and 30 ′ are comb-shaped electrodes provided on the single crystal piezoelectric thin plate 22 as in the case of ( Example 1-1). Here, the display is simplified.

【0144】本実施例においても、無機薄膜層の厚みを
十分薄く(1/2波長以下、さらに好ましくは1/10
波長以下)することにより、圧電特性の設計自由度とし
ては、(参考例1−3)とほぼ同様の効果が得られる。
Also in this embodiment, the thickness of the inorganic thin film layer is sufficiently thin (1/2 wavelength or less, more preferably 1/10).
By setting the wavelength to the wavelength or less), as the degree of freedom in designing the piezoelectric characteristics, an effect similar to that of ( Reference Example 1-3 ) can be obtained.

【0145】さらに本実施例の場合には、無機薄膜層が
あることにより、前述の如く製造上有利であり、また電
極配置の自由度が増す。
Further, in the case of the present embodiment, the presence of the inorganic thin film layer is advantageous in manufacturing as described above, and the degree of freedom of the electrode arrangement is increased.

【0146】(実施例1−4) 図12は、実施例1における第4の具体的実施例の構造
を示したもので、単結晶圧電基板に単結晶ほう酸リチウ
ムを、単結晶圧電薄板に単結晶ニオブ酸リチウムを、無
機薄膜層に酸化珪素または窒化珪素層を用いた例であ
る。
Example 1-4 FIG. 12 shows the structure of the fourth specific example of Example 1, in which a single crystal piezoelectric substrate is made of single crystal lithium borate and a single crystal piezoelectric thin plate is made of single crystal. In this example, crystalline lithium niobate is used as the inorganic thin film layer using a silicon oxide or silicon nitride layer.

【0147】図12において、13は、45度X−カッ
ト、Z軸伝搬の単結晶ほう酸リチウムからなるは単結晶
圧電基板、21は、41度Y−カット、X軸伝搬の単結
晶ニオブ酸リチウムからなる単結晶圧電薄板である。
In FIG. 12, 13 is a 45 ° X-cut, Z-axis propagating single crystal lithium borate single crystal piezoelectric substrate, and 21 is 41 ° Y-cut, X-axis propagating single crystal lithium niobate. Is a single crystal piezoelectric thin plate.

【0148】また42はスパッタリングまたは化学気相
成長法または真空蒸着により、単結晶圧電基板13の上
に形成した酸化珪素(非晶質)または窒化珪素(非晶
質)層である。
Reference numeral 42 is a silicon oxide (amorphous) or silicon nitride (amorphous) layer formed on the single crystal piezoelectric substrate 13 by sputtering, chemical vapor deposition or vacuum deposition.

【0149】単結晶圧電薄板21は、酸化珪素または窒
化珪素層42との界面で、前述の直接接合により複合化
されている。30、30’は、(実施例1−1)と同
様、単結晶圧電薄板21の上に設けた櫛形電極である。
ここでは簡略化して表示してある。
The single crystal piezoelectric thin plate 21 is compounded at the interface with the silicon oxide or silicon nitride layer 42 by the above-mentioned direct bonding. Reference numerals 30 and 30 ′ are comb-shaped electrodes provided on the single crystal piezoelectric thin plate 21, similarly to ( Example 1-1).
Here, the display is simplified.

【0150】本実施例においても、無機薄膜層の厚みを
十分薄く(1/2波長以下、さらに好ましくは1/10
波長以下)することにより、圧電特性の設計自由度とし
ては、(参考例1−4)とほぼ同様の効果が得られる。
Also in this embodiment, the thickness of the inorganic thin film layer is sufficiently thin (1/2 wavelength or less, more preferably 1/10).
By setting the wavelength equal to or less than the wavelength, the same degree of freedom as the design freedom of the piezoelectric characteristic can be obtained as in Reference Example 1-4.

【0151】さらに本実施例の場合には、無機薄膜層が
あることにより、前述の如く製造上有利であり、また電
極配置の自由度が増す。
Further, in the case of the present embodiment, the presence of the inorganic thin film layer is advantageous in manufacturing as described above, and the degree of freedom of the electrode arrangement is increased.

【0152】以上単結晶圧電体として、ニオブ酸リチウ
ム、タンタル酸リチウム、ほう酸リチウム、水晶、無機
薄膜層として、珪素、酸化珪素や窒化珪素、ほう珪酸系
ガラスの特定の組合せのみを示したが、これ以外の種々
の組合せにおいても、その組合せに応じて種々の電気機
械結合係数、音速、温度依存性をもった複合単結晶圧電
基板が得られる。
Although only single combinations of lithium niobate, lithium tantalate, lithium borate, quartz as the single crystal piezoelectric body and silicon, silicon oxide, silicon nitride and borosilicate glass as the inorganic thin film layer have been shown above, Even in various combinations other than this, a composite single crystal piezoelectric substrate having various electromechanical coupling coefficients, sonic velocities, and temperature dependences can be obtained according to the combinations.

【0153】(実施例2) 本発明の表面弾性波素子の構造の第3の実施例の斜視図
を図13(a)に、また斜視図13(a)の、A−A’
部断面構造を、図13(b)に示す。
(Embodiment 2 ) A perspective view of a third embodiment of the structure of the surface acoustic wave device of the present invention is shown in FIG. 13 (a), and AA 'in the perspective view 13 (a).
The partial cross-sectional structure is shown in FIG.

【0154】図13において、50は非圧電基板、20
は単結晶圧電薄板、30、30’は単結晶圧電薄板20
の上に設けた櫛形電極である。櫛形電極はここでは簡略
化して表示している。
In FIG. 13, 50 is a non-piezoelectric substrate, and 20 is a non-piezoelectric substrate.
Is a single crystal piezoelectric thin plate, and 30 and 30 'are single crystal piezoelectric thin plates 20.
It is a comb-shaped electrode provided on the top. The comb-shaped electrodes are shown here in a simplified manner.

【0155】非圧電基板50は、例えば、ガラスなどの
音速の遅い基板、熱膨張率の小さい基板、またはほう
素、非晶質炭素、グラファイトなどの音速の速い基板で
あり、単結晶圧電薄板20は、例えば単結晶圧電体であ
るニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、ほう酸リチ
ウム、水晶が適している。
The non-piezoelectric substrate 50 is, for example, a substrate having a low sound velocity such as glass, a substrate having a small coefficient of thermal expansion, or a substrate having a high sound velocity such as boron, amorphous carbon or graphite, and the single crystal piezoelectric thin plate 20. For example, single crystal piezoelectric materials such as lithium niobate, lithium tantalate, lithium borate, and quartz are suitable.

【0156】表面弾性波素子としての機能は、参考例1
と同様、櫛形電極30に高周波信号を入れることによ
り、その近傍の圧電部に表面弾性波が励振され、それが
積層構造を経て、他方の櫛形電極30’に伝搬して、櫛
形電極30’下部の圧電部で再び電気信号に変換される
ものである。
The function as a surface acoustic wave device is shown in Reference Example 1.
Similarly, by applying a high frequency signal to the comb-shaped electrode 30, a surface acoustic wave is excited in the piezoelectric portion in the vicinity of the comb-shaped electrode 30 and propagates to the other comb-shaped electrode 30 'through the laminated structure to form a lower part of the comb-shaped electrode 30'. It is converted back into an electric signal by the piezoelectric section of.

【0157】ここでは櫛形電極を用いた表面弾性波素子
の基本構成を示したもので、実際に高周波フィルタや共
振子にする場合には、櫛形電極の数を増したり、構成を
変えたりする。
Here, the basic structure of the surface acoustic wave device using the comb-shaped electrodes is shown, and when actually forming a high frequency filter or a resonator, the number of comb-shaped electrodes is increased or the structure is changed.

【0158】非圧電基板50と単結晶圧電薄板20は、
それぞれの表面を、平坦化、鏡面化、清浄化、親水化処
理して、重ね合わせ熱処理することにより直接接合され
て積層されたものである。
The non-piezoelectric substrate 50 and the single crystal piezoelectric thin plate 20 are
The respective surfaces are flattened, mirror-finished, cleaned, hydrophilized, and subjected to a heat treatment for superposition to be directly bonded and laminated.

【0159】ここで用いた直接接合の意味は、参考例1
と同様である。
The meaning of the direct bonding used here is as in Reference Example 1.
Is the same as.

【0160】次に本実施例における製造プロセスについ
て説明する。
Next, the manufacturing process in this embodiment will be described.

【0161】具体的には、例えば、非圧電基板として、
ガラス、またはほう素、非晶質炭素、グラファイトを、
圧電体として、単結晶のニオブ酸リチウム、タンタル酸
リチウム、ほう酸リチウム、水晶を用いた場合について
説明する。
Specifically, for example, as a non-piezoelectric substrate,
Glass, boron, amorphous carbon, graphite,
A case where single crystal lithium niobate, lithium tantalate, lithium borate, or quartz is used as the piezoelectric body will be described.

【0162】まず直接接合しようとする非圧電基板と圧
電体表面を、平坦化、鏡面研磨し、洗浄する。必要に応
じてエッチングにより表面層を除去する。ニオブ酸リチ
ウム、タンタル酸リチウム、水晶のエッチングには弗酸
系エッチング液を用いる。ほう酸リチウムの場合には弱
酸でよい。非圧電基板表面も弗酸系溶液で洗浄する。
First, the non-piezoelectric substrate to be directly bonded and the piezoelectric body surface are flattened, mirror-polished, and washed. If necessary, the surface layer is removed by etching. A hydrofluoric acid-based etching solution is used for etching lithium niobate, lithium tantalate, and quartz. In the case of lithium borate, a weak acid may be used. The surface of the non-piezoelectric substrate is also washed with a hydrofluoric acid solution.

【0163】次に表面を親水化処理する。以下のプロセ
スは、参考例1と同様である。具体的には、例えばアン
モニアー過酸化水素溶液に浸すことにより、表面に水酸
基が容易に付着するようになり親水化される。次に純水
で十分洗浄する。これにより各基板表面に水酸基が付着
する。この状態で2枚の基板を重ね合わせると、主とし
て水酸基のファンーデアーワールス力により2枚の基板
が吸着する。この状態でも強固な接着状態となるが、さ
らにこの状態で、100℃以上の温度で数10分から数
10時間熱処理することにより、界面から水構成成分が
次第に抜けていく。これに伴い、水酸基の水素結合主体
の結合から酸素や水素、また基板構成原子のかかわる結
合が進み、基板構成原子同士の接合が序々に始まり接合
は非常に強化される。特に珪素や炭素、酸素がある場
合、共有結合が進み、結合が強化される。
Next, the surface is hydrophilized. The following process is similar to that of Reference Example 1 . Specifically, by immersing in, for example, an ammonia-hydrogen peroxide solution, hydroxyl groups easily adhere to the surface and are made hydrophilic. Then, it is thoroughly washed with pure water. As a result, hydroxyl groups are attached to the surface of each substrate. When the two substrates are superposed in this state, the two substrates are adsorbed mainly by the van der Waals force of the hydroxyl group. Even in this state, a strong adhesion state is obtained, but by further performing heat treatment at a temperature of 100 ° C. or higher for several tens minutes to several tens hours in this state, the water constituent components gradually escape from the interface. Along with this, bonds relating to oxygen, hydrogen, and substrate-constituting atoms progress from the bond of hydrogen-bonding group of hydroxyl group, and the joining of the substrate-constituting atoms gradually starts to be strengthened. In particular, when silicon, carbon, or oxygen is present, the covalent bond proceeds and the bond is strengthened.

【0164】熱処理温度としては、特に200−100
0℃の範囲で、用いる圧電体の特性が失われない範囲が
好ましい。また酸化やすいものの場合は、非酸化性雰囲
気で熱処理することが必要となる。
The heat treatment temperature is, in particular, 200-100.
A range of 0 ° C. in which the characteristics of the piezoelectric body used are not lost is preferable. In the case of an easily oxidizable material, it is necessary to perform heat treatment in a non-oxidizing atmosphere.

【0165】この場合の接合も、参考例1と同様、接合
が格子すなわち原子オーダーの精度で接合されているこ
とから表面弾性波伝搬に対する損失が極めて少ない。
As in the case of Reference Example 1 , the junction in this case also has a very small loss with respect to surface acoustic wave propagation since the junction is made with a lattice, that is, with atomic-order accuracy.

【0166】ほう素、非晶質炭素、グラファイトは、各
種基板の上に薄膜技術で形成したものであってもよい。
その膜厚が、使用する表面弾性波の波長よりも十分厚け
ればよい。
Boron, amorphous carbon and graphite may be formed on various substrates by a thin film technique.
It suffices that the film thickness is sufficiently thicker than the wavelength of the surface acoustic wave used.

【0167】図13の構成において、非圧電基板50の
音速、熱膨張率と、単結晶圧電薄板20の圧電特性、音
速、温度依存性、熱膨張率を適当に組み合わせることに
より、設計自由度の大きい種々の複合圧電基板からなる
表面弾性波素子が得られる。
In the configuration shown in FIG. 13, the sound velocity and thermal expansion coefficient of the non-piezoelectric substrate 50 and the piezoelectric characteristics, sound velocity, temperature dependence, and thermal expansion coefficient of the single crystal piezoelectric thin plate 20 are appropriately combined so that the degree of freedom in design can be increased. A surface acoustic wave device composed of various large composite piezoelectric substrates can be obtained.

【0168】(実施例2−1) 図14は、実施例2における第1の具体的実施例の構造
を示したもので、非圧電基板に音速の遅いガラスを、単
結晶圧電薄板に単結晶ニオブ酸リチウムを用いた例であ
る。
( Embodiment 2-1) FIG. 14 shows the structure of the first concrete embodiment of the second embodiment, in which a non-piezoelectric substrate is made of glass having a slow sound velocity and a single crystal piezoelectric thin plate is made of a single crystal. This is an example using lithium niobate.

【0169】図14において、21は、41度Y−カッ
ト、X軸伝搬の単結晶ニオブ酸リチウムからなるは単結
晶圧電基板、51は、ほう珪酸鉛系ガラスで、非圧電基
板51と単結晶圧電薄板21は、前述の直接接合により
複合化されている。
In FIG. 14, 21 is a 41 ° Y-cut, X-axis propagating single-crystal piezoelectric substrate made of single-crystal lithium niobate, and 51 is lead borosilicate glass, which is a non-piezoelectric substrate 51 and a single crystal. The piezoelectric thin plate 21 is compounded by the above-mentioned direct bonding.

【0170】30、30’は表面波励振用の櫛形電極
で、参考例1と同様の基本構成例を示したものである。
Reference numerals 30 and 30 ′ are comb-shaped electrodes for exciting surface waves, and show the same basic constitution example as in Reference Example 1 .

【0171】41度Y−カット、X軸伝搬の単結晶ニオ
ブ酸リチウムの電気機械結合係数は17.2%、音速は
4792m/秒、ほう珪酸鉛系ガラス基板の音速は10
00−2000m/秒である。
The electromechanical coupling coefficient of 41 ° Y-cut, X-axis propagating single crystal lithium niobate was 17.2%, the speed of sound was 4792 m / sec, and the speed of sound of the lead borosilicate glass substrate was 10.
00-2000 m / sec.

【0172】この場合も(参考例1−1)と同様、単結
晶圧電薄板の厚みを、用いる表面弾性波の波長に応じて
適当な厚みに設定してやることにより、実質的な電気機
械結合係数と音速が、用いた圧電体とは異なる特性が得
られる。
Also in this case, as in ( Reference example 1-1), the thickness of the single crystal piezoelectric thin plate is set to an appropriate thickness according to the wavelength of the surface acoustic wave to be used, so that a substantial electromechanical coupling coefficient is obtained. A characteristic in which the speed of sound is different from that of the piezoelectric body used can be obtained.

【0173】例えば約200MHzで櫛形電極を励振す
る場合、櫛形電極の間隔を1/4波長で約2.5μm
(音速を2000m/秒と考える)とし、単結晶圧電薄
板21の厚みを1/4波長から1波長である、2.5−
10μmに設定することにより、電気機械結合係数、音
速とも、単結晶圧電薄板21の41度Y−カット、X軸
伝搬の単結晶ニオブ酸リチウムの値とも、非圧電基板5
1のほう珪酸鉛ガラス基板とも異なる値が得られる。
For example, when the comb electrodes are excited at about 200 MHz, the interval between the comb electrodes is about 2.5 μm at ¼ wavelength.
(Consider the sound velocity is 2000 m / sec), and the thickness of the single crystal piezoelectric thin plate 21 is from 1/4 wavelength to 1 wavelength, 2.5-
By setting the thickness to 10 μm, both the electromechanical coupling coefficient and the sound velocity, the 41 ° Y-cut of the single crystal piezoelectric thin plate 21, the value of the single crystal lithium niobate propagating in the X axis, and the non-piezoelectric substrate 5 are set.
A value different from that of the lead borosilicate glass substrate of 1 is obtained.

【0174】例えば、それぞれ中間の値が得られる。単
結晶圧電薄板21の厚みを、1/2波長から1波長程度
に設定すると、電気機械結合係数が1−5%で、音速が
1500−2500m/秒、程度の値が得られる。この
場合、電気機械結合係数、音速とも、もとのそれぞれの
基板の中間の値が得られることにより、電気機械結合係
数は比較的大きくて、音速の比較的遅い特性が得られる
ことから、低周波のフィルタや遅延線に適した表面弾性
波素子となる。
For example, intermediate values are obtained. When the thickness of the single crystal piezoelectric thin plate 21 is set to about 1/2 wavelength to about 1 wavelength, the electromechanical coupling coefficient is 1-5% and the sound velocity is 1500-2500 m / sec. In this case, since both the electromechanical coupling coefficient and the sound velocity are intermediate values of the original substrates, the electromechanical coupling coefficient is relatively large and the sound velocity is relatively slow. The surface acoustic wave device is suitable for a frequency filter and a delay line.

【0175】このような複合化の効果は、単結晶圧電薄
板21の厚みが特に1/2波長から1波長の間が著し
い。
The effect of such compounding is remarkable when the thickness of the single crystal piezoelectric thin plate 21 is particularly between 1/2 wavelength and 1 wavelength.

【0176】本実施例では主に音速におよぼす効果を示
すものである。
The present example mainly shows the effect on the speed of sound.

【0177】(実施例2−2) 図15は、実施例2における第2の具体的実施例の構造
を示したもので、非圧電基板に、音速の速い、ほう素ま
たは非晶質炭素またはグラファイトを、単結晶圧電薄板
にニオブ酸リチウムを用いた例である。
[0177] (Example 2-2) FIG. 15 shows the structure of the second specific example in the second embodiment, the non-piezoelectric substrate, fast acoustic velocity, boron or amorphous carbon, This is an example of using graphite and a single crystal piezoelectric thin plate made of lithium niobate.

【0178】図15において、21は、41度Y−カッ
ト、X軸伝搬の単結晶ニオブ酸リチウムからなるは単結
晶圧電基板、52は、非圧電基板で、ほう素または非晶
質炭素またはグラファイトである。非圧電基板52と単
結晶圧電薄板21は、前述の直接接合により複合化され
ている。
In FIG. 15, 21 is a single crystal piezoelectric substrate made of 41 ° Y-cut, X-axis propagating single crystal lithium niobate, 52 is a non-piezoelectric substrate, and boron or amorphous carbon or graphite. Is. The non-piezoelectric substrate 52 and the single crystal piezoelectric thin plate 21 are combined by the above-mentioned direct bonding.

【0179】30、30’は表面波励振用の櫛形電極
で、参考例1と同様の基本構成例を示したものである。
Reference numerals 30 and 30 ′ are comb-shaped electrodes for exciting surface waves, and show the same basic constitution example as in Reference Example 1 .

【0180】41度Y−カット、X軸伝搬の単結晶ニオ
ブ酸リチウムの電気機械結合係数は17.2%、音速は
4792m/秒、非圧電基板の音速は、ほう素が10,
000m/秒、非晶質炭素が約10,000m/秒、グ
ラファイトが10,000−15,000m/秒であ
る。
The electromechanical coupling coefficient of 41 ° Y-cut, X-axis propagating single crystal lithium niobate was 17.2%, the sound velocity was 4792 m / sec, and the sound velocity of the non-piezoelectric substrate was 10 for boron.
000 m / sec, amorphous carbon is about 10,000 m / sec, and graphite is 10,000-15,000 m / sec.

【0181】この場合も(参考例1−1)と同様、単結
晶圧電薄板の厚みを、用いる表面弾性波の波長に応じて
適当な厚みに設定してやることにより、実質的な電気機
械結合係数と音速が、用いた圧電体とは異なる特性が得
られる。
Also in this case, as in ( Reference Example 1-1), by setting the thickness of the single crystal piezoelectric thin plate to an appropriate thickness according to the wavelength of the surface acoustic wave used, a substantial electromechanical coupling coefficient is obtained. A characteristic in which the speed of sound is different from that of the piezoelectric body used can be obtained.

【0182】例えば約200MHzで櫛形電極を励振す
る場合、櫛形電極の間隔を各非圧電基板の音速の1/4
波長とし、単結晶圧電薄板21の厚みを1/4波長から
1波長に設定することにより、電気機械結合係数、音速
とも、単結晶圧電薄板21の41度Y−カット、X軸伝
搬の単結晶ニオブ酸リチウムの値とも、非圧電基板52
とも異なる値が得られる。
For example, when the comb-shaped electrodes are excited at about 200 MHz, the interval between the comb-shaped electrodes is ¼ of the sound velocity of each non-piezoelectric substrate.
By setting the wavelength and the thickness of the single crystal piezoelectric thin plate 21 from 1/4 wavelength to 1 wavelength, the electromechanical coupling coefficient and the sound velocity are 41 degrees Y-cut of the single crystal piezoelectric thin plate 21 and a single crystal of X-axis propagation. Both the value of lithium niobate and the non-piezoelectric substrate 52
Different values are obtained.

【0183】例えば、それぞれ中間の値が得られる。単
結晶圧電薄板21の厚みを、1/2波長から1波長程度
に設定すると、電気機械結合係数が1−5%で、音速が
5000−12000m/秒程度の値が得られる。この
場合、電気機械結合係数、音速とも、もとのそれぞれの
基板の中間の値が得られることにより、電気機械結合係
数は比較的大きくて、音速の速い特性が得られることか
ら、高周波のフィルタに適した表面弾性波素子となる。
For example, intermediate values are obtained. When the thickness of the single crystal piezoelectric thin plate 21 is set to about 1/2 wavelength to about 1 wavelength, the electromechanical coupling coefficient is 1-5%, and the sound velocity is about 5000-12000 m / sec. In this case, since both the electromechanical coupling coefficient and the sound velocity have intermediate values of the original substrates, the electromechanical coupling coefficient is relatively large and a high sound velocity characteristic is obtained. The surface acoustic wave device is suitable for.

【0184】このような複合化の効果は、単結晶圧電薄
板21の厚みが特に1/4波長から1波長の間が著し
い。
The effect of such compounding is remarkable when the thickness of the single crystal piezoelectric thin plate 21 is particularly between 1/4 wavelength and 1 wavelength.

【0185】本実施例では主に音速におよぼす効果を示
すものである。
The present example mainly shows the effect on the speed of sound.

【0186】(実施例2−3) 図16は、実施例2における第3の具体的実施例の構造
を示したもので、単結晶圧電薄板にニオブ酸リチウム
を、非圧電基板に、熱膨張率が単結晶圧電薄板よりもの
小さいガラスを用いた例である。
( Embodiment 2-3 ) FIG. 16 shows the structure of the third concrete embodiment of the second embodiment . The single crystal piezoelectric thin plate is made of lithium niobate, and the non-piezoelectric substrate is made of thermal expansion. This is an example of using a glass having a rate smaller than that of a single crystal piezoelectric thin plate.

【0187】図16において、21は、41度Y−カッ
ト、X軸伝搬の単結晶ニオブ酸リチウムからなるは単結
晶圧電基板、53は、非圧電基板で、熱膨張率の小さい
ガラスである。非圧電基板53と単結晶圧電薄板21
は、前述の直接接合により複合化されている。
In FIG. 16, reference numeral 21 is a single crystal piezoelectric substrate made of 41 ° Y-cut, X-axis propagating single crystal lithium niobate, and 53 is a non-piezoelectric substrate having a small coefficient of thermal expansion. Non-piezoelectric substrate 53 and single crystal piezoelectric thin plate 21
Are compounded by the above-mentioned direct bonding.

【0188】30、30’は表面波励振用の櫛形電極
で、参考例1と同様の基本構成例を示したものである。
Reference numerals 30 and 30 ′ are comb-shaped electrodes for exciting a surface wave, and show the same basic constitution example as in Reference Example 1 .

【0189】本実施例の場合は、単結晶圧電薄板21の
厚みが、使用する表面波の波長より厚くてもかまわな
い。
In the case of this embodiment, the single crystal piezoelectric thin plate 21 may be thicker than the wavelength of the surface wave used.

【0190】このような構造において、非圧電基板53
に用いる材料の熱膨張率を、単結晶圧電薄板21に用い
る材料の熱膨張率よりも小さいものに選ぶことにより、
温度依存性に優れた表面弾性波素子が得られる。
In such a structure, the non-piezoelectric substrate 53
The thermal expansion coefficient of the material used for is selected to be smaller than the thermal expansion coefficient of the material used for the single crystal piezoelectric thin plate 21,
A surface acoustic wave device having excellent temperature dependence can be obtained.

【0191】例えば、単結晶圧電基板として厚み100
μmのニオブ酸リチウムを用い(熱膨張率は結晶方位に
よって異なり、7.5−15ppm/℃である)、ガラ
ス基板として厚み1mm、熱膨張率が4ppm/℃のも
のを選ぶことにより、圧電体の厚みが、使用する表面弾
性波の波長の数倍以上あっても、電気機械結合係数を落
とすことなく、温度依存性を、10−20%改善するこ
とができる。
For example, a single crystal piezoelectric substrate having a thickness of 100
By using lithium niobate of μm (the coefficient of thermal expansion is 7.5-15 ppm / ° C. depending on the crystal orientation), a glass substrate having a thickness of 1 mm and a coefficient of thermal expansion of 4 ppm / ° C. Even if the thickness is several times the wavelength of the surface acoustic wave to be used, the temperature dependence can be improved by 10 to 20% without lowering the electromechanical coupling coefficient.

【0192】これは、単結晶圧電薄板21と非圧電基板
53が直接接合により、原子オーダーレベルで結合され
ているので、温度の上昇により、熱膨張率の差の基づく
圧縮応力が単結晶圧電薄板21に加わり、温度依存性が
改善されたものと考えられる。
Since the single crystal piezoelectric thin plate 21 and the non-piezoelectric substrate 53 are directly bonded to each other at the atomic order level, the compressive stress due to the difference in the coefficient of thermal expansion is increased due to the temperature rise. It is considered that the temperature dependency was improved by adding No. 21.

【0193】したがって、単結晶圧電薄板よりも熱膨張
率の小さい保持基板を用いることにより、電気機械結合
係数はほぼ同じでありながら、温度特性の改善された表
面弾性波素子を得ることができる。
Therefore, by using the holding substrate having a coefficient of thermal expansion smaller than that of the single crystal piezoelectric thin plate, it is possible to obtain a surface acoustic wave device having an improved temperature characteristic while having substantially the same electromechanical coupling coefficient.

【0194】例えばタンタル酸リチウムの熱膨張率は、
4−16ppm/℃、ほう酸リチウムの熱膨張率は、4
−13ppm/℃、水晶の熱膨張率は、7.5−14p
pm/℃であり、これに対してガラス基板は熱膨張率が
4−10ppm/℃のものが自由に選べる。したがって
単結晶圧電基板に、特定の結晶方位を向いたタンタル酸
リチウム、ほう酸リチウム、水晶などを用い、その結晶
方位の熱膨張率よりも熱膨張率の小さいガラス基板を用
いる事により、本実施例と同様の効果が得られる。上記
効果を得るのに、保持する側の基板が非圧電基板である
必要はない。
For example, the coefficient of thermal expansion of lithium tantalate is
4-16 ppm / ° C, the coefficient of thermal expansion of lithium borate is 4
-13ppm / ℃, the coefficient of thermal expansion of quartz is 7.5-14p
pm / ° C. On the other hand, a glass substrate having a coefficient of thermal expansion of 4-10 ppm / ° C can be freely selected. Therefore, by using a single crystal piezoelectric substrate, such as lithium tantalate, lithium borate, and crystal oriented in a specific crystal orientation, and by using a glass substrate having a thermal expansion coefficient smaller than that of the crystal orientation, The same effect as can be obtained. The substrate on the holding side does not need to be a non-piezoelectric substrate to obtain the above effect.

【0195】以上単結晶圧電体として、ニオブ酸リチウ
ム、タンタル酸リチウム、ほう酸リチウム、水晶を用
い、非圧電基板として、ガラス、ほう素、非晶質炭素、
グラファイトの特定の組合せのみを示したが、これ以外
の種々の組合せにおいても、その組合せに応じて種々の
電気機械結合係数、音速、温度依存性をもった複合単結
晶圧電基板が得られる。
Lithium niobate, lithium tantalate, lithium borate, and quartz are used as the single crystal piezoelectric body, and glass, boron, amorphous carbon, and non-piezoelectric substrate are used.
Although only a specific combination of graphite is shown, a composite single crystal piezoelectric substrate having various electromechanical coupling coefficients, sonic velocities, and temperature dependences can be obtained in various combinations other than this.

【0196】(実施例3) 本発明の表面弾性波素子の構造の第4の実施例の斜視図
を図17(a)に、また斜視図17(a)の、A−A’
部断面構造を、図17(b)に示す。
( Embodiment 3 ) A perspective view of a fourth embodiment of the structure of the surface acoustic wave device of the present invention is shown in FIG. 17 (a), and AA 'in FIG. 17 (a).
The partial cross-sectional structure is shown in FIG.

【0197】図17において、20、30、30’、5
0は実施例2と同様、それぞれ単結晶圧電薄板、単結晶
圧電薄板20の上に形成された櫛形電極、非圧電基板で
ある。櫛形電極はここでもやはり簡略化して表示してい
る。40は、非圧電基板50と単結晶圧電薄板20の間
に形成された無機薄膜層である。
In FIG. 17, 20, 30, 30 ', 5
Similarly to the second embodiment, reference numeral 0 denotes a single crystal piezoelectric thin plate, a comb-shaped electrode formed on the single crystal piezoelectric thin plate 20, and a non-piezoelectric substrate. Here again, the comb-shaped electrodes are shown in a simplified manner. Reference numeral 40 is an inorganic thin film layer formed between the non-piezoelectric substrate 50 and the single crystal piezoelectric thin plate 20.

【0198】非圧電基板50は、実施例2と同様、例え
ば、ほう素、非晶質炭素、グラファイトなどの音速の速
い基板、またはガラスなどの音速の遅い基板、熱膨張率
の小さい基板であり、単結晶圧電薄板20は、実施例2
と同様、例えば単結晶圧電体であるニオブ酸リチウム、
タンタル酸リチウム、ほう酸リチウム、水晶が適してい
る。
The non-piezoelectric substrate 50 is, for example, a substrate having a high sound velocity such as boron, amorphous carbon or graphite, a substrate having a slow sound velocity such as glass, or a substrate having a small coefficient of thermal expansion, as in the second embodiment . Example 2 of the single crystal piezoelectric thin plate 20
Similarly to, for example, lithium niobate which is a single crystal piezoelectric material,
Lithium tantalate, lithium borate and quartz are suitable.

【0199】無機薄膜層としては、実施例1と同様、珪
素や酸化珪素、窒化珪素などの珪素化合物、ほう珪酸化
合物などの珪酸化合物が適している。無機薄膜層の厚み
は、使用する表面弾性波の波長にたいして十分薄い方が
好ましく、具体的には1波長以下とくに1/10波長以
下が好ましい。
As the inorganic thin film layer, a silicon compound such as silicon, silicon oxide or silicon nitride, or a silicic acid compound such as a borosilicate compound is suitable as in the first embodiment . The thickness of the inorganic thin film layer is preferably sufficiently thin with respect to the wavelength of the surface acoustic wave used, and specifically, it is preferably 1 wavelength or less, particularly 1/10 wavelength or less.

【0200】表面弾性波素子としての機能は、参考例1
と同様、櫛形電極30に高周波信号を入れることによ
り、その近傍の圧電部に表面弾性波が励振され、それが
積層構造を経て、他方の櫛形電極30’に伝搬して、櫛
形電極30’下部の圧電部で再び電気信号に変換される
ものである。 ここでは櫛形電極を用いた表面弾性波素
子の基本構成を示したもので、実際に高周波フィルタや
共振子にする場合には、櫛形電極の数を増したり、構成
を変えたりする。
The function as the surface acoustic wave device is shown in Reference Example 1.
Similarly, by applying a high frequency signal to the comb-shaped electrode 30, a surface acoustic wave is excited in the piezoelectric portion in the vicinity of the comb-shaped electrode 30 and propagates to the other comb-shaped electrode 30 'through the laminated structure to form a lower part of the comb-shaped electrode 30'. It is converted back into an electric signal by the piezoelectric section of. Here, the basic structure of the surface acoustic wave device using the comb-shaped electrodes is shown, and when actually forming a high frequency filter or a resonator, the number of the comb-shaped electrodes is increased or the structure is changed.

【0201】非圧電基板10と単結晶圧電薄板20は、
少なくとも前記基板の一方の表面に、無機薄膜層を有
し、それぞれの無機薄膜層および基板表面を、平坦化、
鏡面化、清浄化して親水化処理し、重ね合わせ熱処理す
ることにより直接接合されて積層されたものである。
The non-piezoelectric substrate 10 and the single crystal piezoelectric thin plate 20 are
At least one surface of the substrate has an inorganic thin film layer, each inorganic thin film layer and the substrate surface is flattened,
It is a product that is directly bonded and laminated by being mirror-finished, cleaned, hydrophilized, and heat-treated for superposition.

【0202】ここで用いた直接接合の意味は、参考例1
と同様である。
The meaning of the direct bonding used here is Reference Example 1
Is the same as.

【0203】本実施例における直接接合の製造プロセス
について説明する。
A manufacturing process of direct bonding in this embodiment will be described.

【0204】具体的には、例えば、圧電体として、単結
晶のニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、ほう酸リ
チウム、水晶を、絶縁体として、ガラス、ほう素、非晶
質炭素、グラファイトを、また無機薄膜層として、珪
素、酸化珪素、窒化珪素、ほう珪酸ガラスを用いた場合
について説明する。
Specifically, for example, single crystal lithium niobate, lithium tantalate, lithium borate, and quartz are used as the piezoelectric body, and glass, boron, amorphous carbon, and graphite are used as the insulator, and an inorganic material. The case where silicon, silicon oxide, silicon nitride, or borosilicate glass is used as the thin film layer will be described.

【0205】まず直接接合しようとする圧電体と非圧電
基板表面を、平坦化、鏡面研磨し、洗浄する。必要に応
じてエッチングにより表面層を除去する。ニオブ酸リチ
ウム、タンタル酸リチウム、水晶のエッチングには弗酸
系エッチング液を用いる。ほう酸リチウムの場合には弱
酸でよい。ガラス、ほう素、非晶質炭素、グラファイト
は弗酸系を用いる。
First, the surfaces of the piezoelectric body and the non-piezoelectric substrate to be directly bonded are flattened, mirror-polished, and washed. If necessary, the surface layer is removed by etching. A hydrofluoric acid-based etching solution is used for etching lithium niobate, lithium tantalate, and quartz. In the case of lithium borate, a weak acid may be used. Hydrofluoric acid is used for glass, boron, amorphous carbon, and graphite.

【0206】次に2枚の基板の内、少なくとも一方の基
板の接合予定表面に、薄膜技術により無機薄膜層を形成
する。無機薄膜層は、上記材料について、いずれもスパ
ッタリング、化学気相成長法、真空蒸着により形成でき
る。膜厚は、使用する表面弾性波の波長よりも十分薄く
する(1/2波長以下、さらに好ましくは1/10波長
以下)。例えば0.1−1μm程度である。
Next, an inorganic thin film layer is formed on at least one of the two substrates to be bonded on the surface to be joined by thin film technology. The inorganic thin film layer can be formed of any of the above materials by sputtering, chemical vapor deposition, or vacuum vapor deposition. The film thickness is made sufficiently thinner than the wavelength of the surface acoustic wave used (1/2 wavelength or less, more preferably 1/10 wavelength or less). For example, it is about 0.1-1 μm.

【0207】次に接合予定の圧電体または無機薄膜層表
面を、平坦化、鏡面化、清浄化する。無機薄膜層形成前
の基板表面状態が、十分平坦で鏡面化され、清浄になっ
ていれば、必ずしもあらためて処理する必要はない。つ
いで各表面を親水化処理する。以下の処理は、実施例2
と同様である。
Next, the surface of the piezoelectric body or the inorganic thin film layer to be joined is flattened, mirror-finished, and cleaned. If the surface state of the substrate before the formation of the inorganic thin film layer is sufficiently flat, mirror-finished, and clean, it is not always necessary to treat it again. Then, each surface is hydrophilized. The following processing is performed in the second embodiment.
Is the same as.

【0208】具体的には、例えばアンモニアー過酸化水
素溶液に浸すことにより、表面に水酸基が容易に付着す
るようになり親水化される。次に純水で十分洗浄する。
これにより各基板表面に水酸基が付着する。この状態で
2枚の基板を重ね合わせると、主として水酸基のファン
ーデアーワールス力により2枚の基板が吸着する。この
状態でも強固な接着状態となるが、さらにこの状態で、
100℃以上の温度で数10分から数10時間熱処理す
ることにより、界面から水構成成分が次第に抜けてい
く。これに伴い、水酸基の水素結合主体の結合から酸素
や水素、また基板構成原子のかかわる結合が進み、基板
構成原子同士の接合が序々に始まり接合は非常に強化さ
れる。特に無機薄膜層として、珪素を含有しており、さ
らに酸素が周辺に十分存在するので、共有結合が進み、
結合が強化される。
Specifically, by immersing in, for example, an ammonia-hydrogen peroxide solution, hydroxyl groups easily adhere to the surface and are made hydrophilic. Then, it is thoroughly washed with pure water.
As a result, hydroxyl groups are attached to the surface of each substrate. When the two substrates are superposed in this state, the two substrates are adsorbed mainly by the van der Waals force of the hydroxyl group. Even in this state, it will be a strong adhesion state, but in this state,
By performing heat treatment at a temperature of 100 ° C. or higher for several tens of minutes to several tens of hours, water constituent components gradually escape from the interface. Along with this, bonds relating to oxygen, hydrogen, and substrate-constituting atoms progress from the bond of hydrogen-bonding group of hydroxyl group, and the joining of the substrate-constituting atoms gradually starts to be strengthened. In particular, since the inorganic thin film layer contains silicon and oxygen is sufficiently present in the periphery, covalent bonding proceeds,
The bond is strengthened.

【0209】熱処理温度としては、特に200−100
0℃の範囲で、用いる圧電体の特性が失われない範囲が
好ましい。
The heat treatment temperature is, in particular, 200-100.
A range of 0 ° C. in which the characteristics of the piezoelectric body used are not lost is preferable.

【0210】この場合の直接接合も、参考例1と同様、
接合が原子オーダーの精度で接合されているから、表面
弾性波伝搬に対する損失が極めて少ない。また無機薄膜
層の厚みは、使用する表面弾性波の波長に比べて十分薄
いので、無機薄膜層での表面弾性波の損失も極めて少な
く、実質上問題とならない。したがって直接接合の利点
は、参考例1と同様である。
The direct joining in this case is also the same as in Reference Example 1 .
Since the joining is performed with the accuracy of atomic order, the loss for the propagation of the surface acoustic wave is extremely small. Further, since the thickness of the inorganic thin film layer is sufficiently smaller than the wavelength of the surface acoustic wave to be used, the loss of the surface acoustic wave in the inorganic thin film layer is extremely small, and there is practically no problem. Therefore, the advantage of direct joining is the same as that of the reference example 1 .

【0211】本実施例の特徴は、実施例2と比べて、直
接接合界面に無機薄膜層があることである。このことに
より、実施例1と同様2つの利点が得られる。
The feature of this embodiment is that an inorganic thin film layer is present at the direct bonding interface as compared with the second embodiment. As a result, two advantages are obtained as in the first embodiment .

【0212】第1の利点は、接合時に界面に多少のゴミ
があっても、直接接合時に、ゴミがこの無機薄膜層の中
にとりこまれるため、接合時の製造歩留まりが向上す
る。
The first advantage is that even if there is some dust on the interface during joining, the dust is taken into the inorganic thin film layer during direct joining, so the manufacturing yield during joining is improved.

【0213】第2の利点は、電極をこの無機薄膜層の中
に容易に埋め込むことができることから、表面弾性波素
子としての設計の自由度がさらに増すことである。
The second advantage is that the electrodes can be easily embedded in the inorganic thin film layer, which further increases the degree of freedom in designing the surface acoustic wave device.

【0214】図18は、無機薄膜層の中に、電極を埋め
込んだ構造の実施例を示したものである。
FIG. 18 shows an embodiment having a structure in which an electrode is embedded in an inorganic thin film layer.

【0215】図18(a)において、50、20は、そ
れぞれ非圧電基板および単結晶圧電薄板である。31、
31’は、無機薄膜層40の中に埋め込まれた櫛形電極
である。櫛形電極は、下の基板側に形成されている。ま
た櫛形電極の端部は、図示してないが外部回路と接続で
きるように露出している。
In FIG. 18A, reference numerals 50 and 20 denote a non-piezoelectric substrate and a single crystal piezoelectric thin plate, respectively. 31,
31 'is a comb-shaped electrode embedded in the inorganic thin film layer 40. The comb-shaped electrode is formed on the lower substrate side. Although not shown, the ends of the comb electrodes are exposed so that they can be connected to an external circuit.

【0216】図18(b)は、櫛形電極を単結晶圧電薄
板側に形成した例である。
FIG. 18B shows an example in which a comb-shaped electrode is formed on the single crystal piezoelectric thin plate side.

【0217】図18(c)は、図18(a)の構成にお
いて、単結晶圧電薄板上面に接地電極35を設けた例で
ある。
FIG. 18C shows an example in which the ground electrode 35 is provided on the upper surface of the single crystal piezoelectric thin plate in the structure of FIG. 18A.

【0218】図18(d)は、図18(b)の構成にお
いて、単結晶圧電薄板上面に接地電極35を設けた例で
ある。
FIG. 18D is an example in which the ground electrode 35 is provided on the upper surface of the single crystal piezoelectric thin plate in the structure of FIG. 18B.

【0219】図18(e)は、図17の構成において、
接地電極35’を、無機薄膜層内に形成した例である。
FIG. 18 (e) shows the configuration of FIG.
This is an example in which the ground electrode 35 'is formed in the inorganic thin film layer.

【0220】このような電極構成による特性の違いは、
実施例1と同様であり、定性的には以下のようになる。
基本的には、電界が、上下の基板のおもにどこに集中す
るかに依存する。単結晶圧電薄板に電界の集中しやすい
順に示すと、図18(e)、図17、図18(d)
(c)、図18(b)(a)の順となる。定性的には、
ほぼこの順に、上下の基板の特性を混合した圧電特性が
積層構造の圧電特性として得られる。
The difference in characteristics due to such an electrode structure is as follows.
This is the same as in Example 1, and is qualitatively as follows.
Basically, it depends on where the electric field is concentrated on the upper and lower substrates. FIG. 18E, FIG. 17 and FIG. 18D show the single crystal piezoelectric thin plates in the order in which the electric field tends to concentrate.
The order of (c) and FIG. Qualitatively,
In almost this order, the piezoelectric characteristics obtained by mixing the characteristics of the upper and lower substrates are obtained as the piezoelectric characteristics of the laminated structure.

【0221】したがって、このような電極構成にした場
合、図17と同じ圧電体と厚みを用いても、表面弾性波
励振のされ方が異なり、当然、図17の圧電特性と異な
る圧電特性が得られる。具体的には、例えば、電気機械
結合係数が大きくなるという効果が得られる。
Therefore, in the case of such an electrode structure, even if the same piezoelectric body and thickness as those in FIG. 17 are used, the way in which surface acoustic wave is excited is different, and naturally, piezoelectric characteristics different from those in FIG. 17 are obtained. To be Specifically, for example, the effect of increasing the electromechanical coupling coefficient can be obtained.

【0222】図18の構造を得る場合には、非圧電基板
もしくは単結晶圧電基板の表面を、平坦化、鏡面研磨
し、清浄化した後、櫛形電極を形成し、その上に、上記
した如く、各種薄膜技術により、無機薄膜層を形成し、
以下前述の製造プロセスにより直接接合することにより
得られる。
In order to obtain the structure shown in FIG. 18, the surface of the non-piezoelectric substrate or the single crystal piezoelectric substrate is flattened, mirror-polished, and cleaned, and then a comb-shaped electrode is formed thereon. , Forming an inorganic thin film layer by various thin film technologies,
It can be obtained by directly joining by the above manufacturing process.

【0223】図17または図18の構成においても、非
圧電基板50と単結晶圧電薄板20の圧電特性、音速、
温度依存性、熱膨張率を適当に組み合わせることによ
り、設計自由度の大きい種々の複合単結晶圧電基板から
なる表面弾性波素子が得られる。
Also in the configuration of FIG. 17 or 18, the piezoelectric characteristics of the non-piezoelectric substrate 50 and the single crystal piezoelectric thin plate 20, the sound velocity,
By appropriately combining the temperature dependence and the coefficient of thermal expansion, a surface acoustic wave device composed of various composite single crystal piezoelectric substrates having a high degree of design freedom can be obtained.

【0224】(実施例3−1) 図19は、実施例3における第1の具体的実施例の構造
を示したもので、非圧電基板に音速の遅いガラスを、単
結晶圧電薄板に単結晶ニオブ酸リチウムを、無機薄膜層
に珪素を用いた例である。
( Embodiment 3-1) FIG. 19 shows the structure of the first specific embodiment of the third embodiment . The non-piezoelectric substrate is made of glass having a slow sound velocity, and the single crystal piezoelectric thin plate is made of a single crystal. In this example, lithium niobate is used and silicon is used for the inorganic thin film layer.

【0225】図19において、21は、41度Y−カッ
ト、X軸伝搬の単結晶ニオブ酸リチウムからなるは単結
晶圧電薄板、51は、ほう珪酸鉛系ガラスである。41
はスパッタリングまたは化学気相成長法または真空蒸着
により非圧電基板51の上に形成した珪素(非晶質また
は多結晶)である。
In FIG. 19, 21 is a 41 ° Y-cut, X-axis propagating single crystal piezoelectric thin plate made of single crystal lithium niobate, and 51 is lead borosilicate glass. 41
Is silicon (amorphous or polycrystalline) formed on the non-piezoelectric substrate 51 by sputtering, chemical vapor deposition or vacuum deposition.

【0226】非圧電基板51は、珪素層41との界面
で、単結晶圧電薄板21と前述の直接接合により複合化
されている。
The non-piezoelectric substrate 51 is combined with the single crystal piezoelectric thin plate 21 at the interface with the silicon layer 41 by the above-mentioned direct bonding.

【0227】30、30’は表面波励振用の櫛形電極
で、参考例1と同様の基本構成例を示したものである。
Reference numerals 30 and 30 'are comb-shaped electrodes for exciting a surface wave, and show the same basic constitution example as in Reference Example 1 .

【0228】このような構成においても、無機薄膜層の
厚みが、使用する表面弾性波の波長に比較して十分薄け
れば(1/2波長以下、さらに好ましくは1/10波長
以下)、実施例(3−1)とほぼ同様の効果が得られ
る。
Even in such a constitution, if the thickness of the inorganic thin film layer is sufficiently smaller than the wavelength of the surface acoustic wave to be used (1/2 wavelength or less, more preferably 1/10 wavelength or less), the operation is carried out. An effect similar to that of the example (3-1) can be obtained.

【0229】(実施例3−2) 図20は、実施例3における第2の具体的実施例の構造
を示したもので、非圧電基板に、音速の速いほう素また
は非晶質炭素またはグラファイトを、単結晶圧電薄板に
単結晶ニオブ酸リチウムを、無機薄膜層に酸化珪素また
は窒化珪素を用いた例である。
( Embodiment 3-2) FIG. 20 shows the structure of the second specific embodiment of the third embodiment, in which boron or amorphous carbon or graphite having a high sound velocity is formed on the non-piezoelectric substrate. Is an example in which single crystal lithium niobate is used for the single crystal piezoelectric thin plate and silicon oxide or silicon nitride is used for the inorganic thin film layer.

【0230】図20において、21は、41度Y−カッ
ト、X軸伝搬の単結晶ニオブ酸リチウムからなるは単結
晶圧電基板、52は、非圧電基板で、ほう素または非晶
質炭素またはグラファイト、42はスパッタリングまた
は化学気相成長法または真空蒸着により、非圧電基板5
2の上に形成した酸化珪素(非晶質)または窒化珪素
(非晶質)層である。
In FIG. 20, 21 is a single crystal piezoelectric substrate made of 41 ° Y-cut, X-axis propagating single crystal lithium niobate, 52 is a non-piezoelectric substrate, and boron or amorphous carbon or graphite. , 42 are non-piezoelectric substrates 5 formed by sputtering, chemical vapor deposition or vacuum deposition.
2 is a silicon oxide (amorphous) layer or a silicon nitride (amorphous) layer formed on the second layer.

【0231】非圧電基板52と単結晶圧電薄板21は、
42の無機薄膜層を介して、前述の直接接合により複合
化されている。
The non-piezoelectric substrate 52 and the single crystal piezoelectric thin plate 21 are
It is compounded by the above-mentioned direct bonding through the inorganic thin film layer 42.

【0232】30、30’は表面波励振用の櫛形電極
で、参考例1と同様の基本構成例を示したものである。
Reference numerals 30 and 30 ′ are comb-shaped electrodes for exciting surface waves, and show the same basic constitution example as in Reference Example 1 .

【0233】このような構成においても、無機薄膜層の
厚みが、使用する表面弾性波の波長に比較して十分薄け
れば(1/2波長以下、さらに好ましくは1/10波長
以下)、実施例(3−2)とほぼ同様の効果が得られ
る。
Even in such a structure, if the thickness of the inorganic thin film layer is sufficiently smaller than the wavelength of the surface acoustic wave to be used (1/2 wavelength or less, more preferably 1/10 wavelength or less), the operation is carried out. An effect similar to that of the example (3-2) can be obtained.

【0234】(実施例3−3) 図21は、実施例3における第3の具体的実施例の構造
を示したもので、単結晶圧電薄板にニオブ酸リチウム
を、非圧電基板に、熱膨張率が単結晶圧電薄板よりもの
小さいガラスを、無機薄膜層にほう珪酸化合物を用いた
例である。
[0234] (Example 3 -3) 21, shows the structure of a third specific example of Example 3, lithium niobate in the single crystal piezoelectric thin plate, the non-piezoelectric substrate, the thermal expansion This is an example in which glass whose ratio is smaller than that of a single crystal piezoelectric thin plate and a borosilicate compound is used in the inorganic thin film layer.

【0235】図21において、21は、41度Y−カッ
ト、X軸伝搬の単結晶ニオブ酸リチウムからなるは単結
晶圧電基板、53は、非圧電基板で、熱膨張率の小さい
ガラスである。43は、スパッタリングまたは化学気相
成長法または真空蒸着により非圧電基板53の上に形成
したほう珪酸ガラス層である。
In FIG. 21, reference numeral 21 is a single crystal piezoelectric substrate made of 41 ° Y-cut, X-axis propagating single crystal lithium niobate, and 53 is a non-piezoelectric substrate having a small coefficient of thermal expansion. Reference numeral 43 is a borosilicate glass layer formed on the non-piezoelectric substrate 53 by sputtering, chemical vapor deposition or vacuum deposition.

【0236】非圧電基板53と単結晶圧電薄板21は、
ほう珪酸ガラス層43を介して、前述の直接接合により
複合化されている。
The non-piezoelectric substrate 53 and the single crystal piezoelectric thin plate 21 are
The borosilicate glass layer 43 is used to form a composite by the direct bonding described above.

【0237】30、30’は表面波励振用の櫛形電極
で、参考例1と同様の基本構成例を示したものである。
Reference numerals 30 and 30 ′ are comb-shaped electrodes for exciting surface waves, and show the same basic constitution example as that of the reference example 1 .

【0238】このような構成においても、無機薄膜層の
厚みが、使用する表面弾性波の波長に比較して十分薄け
れば(1/2波長以下、さらに好ましくは1/10波長
以下)、実施例(3−3)とほぼ同様の効果が得られ
る。上記効果を得るのに、保持する側の基板が非圧電基
板である必要はない。
Even in such a structure, if the thickness of the inorganic thin film layer is sufficiently smaller than the wavelength of the surface acoustic wave to be used (1/2 wavelength or less, more preferably 1/10 wavelength or less), the operation is carried out. The same effect as in Example (3-3) can be obtained. The substrate on the holding side does not need to be a non-piezoelectric substrate to obtain the above effect.

【0239】以上単結晶圧電体として、ニオブ酸リチウ
ム、タンタル酸リチウム、ほう酸リチウム、水晶を用
い、非圧電基板として、ガラス、ほう素、非晶質炭素、
グラファイト、無機薄膜層として、珪素、酸化珪素や窒
化珪素他の珪素化合物の特定の組合せのみを示したが、
これ以外の種々の組合せにおいても、その組合せに応じ
て種々の電気機械結合係数、音速、温度依存性をもった
複合単結晶圧電基板が得られる。
Lithium niobate, lithium tantalate, lithium borate, and quartz are used as the single crystal piezoelectric body, and glass, boron, amorphous carbon, and non-piezoelectric substrate are used.
Only specific combinations of silicon, silicon oxide, silicon nitride and other silicon compounds have been shown as graphite and inorganic thin film layers.
Even in various combinations other than this, a composite single crystal piezoelectric substrate having various electromechanical coupling coefficients, sonic velocities, and temperature dependences can be obtained according to the combinations.

【0240】以上いずれの実施例においても、2枚の基
板の直接接合で説明したが、さらに枚数を増して積層し
ても、同様の効果を得ることができる。
Although any of the above embodiments has been described by directly joining two substrates, the same effect can be obtained even if the number of substrates is increased.

【0241】また実施例1においては、無機薄膜層
を一方の基板側にのみ形成する例で説明したが、両方の
基板表面に形成してもよい。
In the first and third embodiments, the example in which the inorganic thin film layer is formed only on one substrate side has been described, but it may be formed on both substrate surfaces.

【0242】また電極材料は、アルミニウム、金など通
常の金属材料を用いることができる。
Further, as the electrode material, a usual metal material such as aluminum or gold can be used.

【0243】[0243]

【発明の効果】上記のような構成とすることにより、電
気機械結合係数、音速、温度依存性の組合せの自由度が
大幅に増し、特に電気機械結合係数が大きくて、温度依
存性の小さい表面弾性波素子が得られる。
With the above-mentioned structure, the degree of freedom in the combination of the electromechanical coupling coefficient, the speed of sound, and the temperature dependency is greatly increased, and in particular, the surface having a large electromechanical coupling coefficient and a small temperature dependency. An elastic wave device is obtained.

【0244】また直接接合界面に、無機薄膜層を介在さ
せることにより、製造歩留まりが向上するとともに、電
極配置の構成の自由度が増すことにより、さらに圧電特
性の設計の自由度が増す。
By interposing the inorganic thin film layer at the direct bonding interface, the manufacturing yield is improved, and the degree of freedom in the arrangement of the electrodes is increased, so that the degree of freedom in designing the piezoelectric characteristics is further increased.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の第1の参考例の構成図FIG. 1 is a configuration diagram of a first reference example of the present invention.

【図2】本発明により直接接合した複合圧電基板の界面
の粒子構造を示す透過電子顕微鏡写真
FIG. 2 is a transmission electron micrograph showing a grain structure of an interface of a composite piezoelectric substrate directly bonded according to the present invention.

【図3】本発明の第1の参考例の第1の具体例の構成図FIG. 3 is a configuration diagram of a first specific example of the first reference example of the present invention.

【図4】本発明の第1の参考例の第2の具体例の構成図FIG. 4 is a configuration diagram of a second specific example of the first reference example of the present invention.

【図5】本発明の第1の参考例の第3の具体例の構成図FIG. 5 is a configuration diagram of a third specific example of the first reference example of the present invention.

【図6】本発明の第1の参考例の第4の具体例の構成図FIG. 6 is a configuration diagram of a fourth specific example of the first reference example of the present invention.

【図7】本発明の第の実施例の構成図FIG. 7 is a configuration diagram of a first embodiment of the present invention.

【図8】本発明の第の実施例の電極配置の具体例の構
成図
FIG. 8 is a configuration diagram of a specific example of electrode arrangement according to the first embodiment of the present invention.

【図9】本発明の第の実施例の第1の具体例の構成図Figure 9 is a configuration diagram of a first specific example of the first embodiment of the present invention

【図10】本発明の第の実施例の第2の具体例の構成
FIG. 10 is a configuration diagram of a second specific example of the first embodiment of the present invention.

【図11】本発明の第の実施例の第3の具体例の構成
FIG. 11 is a configuration diagram of a third example of the first embodiment of the present invention.

【図12】本発明の第の実施例の第4の具体例の構成
FIG. 12 is a configuration diagram of a fourth specific example of the first embodiment of the present invention.

【図13】本発明の第の実施例の構成図FIG. 13 is a configuration diagram of a second embodiment of the present invention.

【図14】本発明の第の実施例の第1の具体例の構成
FIG. 14 is a configuration diagram of a first specific example of the second embodiment of the present invention.

【図15】本発明の第の実施例の第2の具体例の構成
Figure 15 is a configuration diagram of a second example of the second embodiment of the present invention

【図16】本発明の第の実施例の第3の具体例の構成
FIG. 16 is a configuration diagram of a third example of the second embodiment of the present invention.

【図17】本発明の第の実施例の構成図FIG. 17 is a configuration diagram of a third embodiment of the present invention.

【図18】本発明の第の実施例の電極配置の具体例の
構成図
FIG. 18 is a configuration diagram of a specific example of electrode arrangement according to the third embodiment of the present invention.

【図19】本発明の第の実施例の第1の具体例の構成
FIG. 19 is a block diagram of a first concrete example of the third embodiment of the present invention.

【図20】本発明の第の実施例の第2の具体例の構成
FIG. 20 is a configuration diagram of a second specific example of the third embodiment of the present invention.

【図21】本発明の第の実施例の第3の具体例の構成
Figure 21 is a configuration diagram of a third example of the third embodiment of the present invention

【符号の説明】 10 単結晶圧電基板 20 単結晶圧電薄板 30 櫛形電極 30’ 櫛形電極 11 単結晶圧電基板(ニオブ酸リチウム) 12 単結晶圧電基板(タンタル酸リチウム) 13 単結晶圧電基板(水晶) 21 単結晶圧電薄板(ニオブ酸リチウム) 22 単結晶圧電薄板(タンタル酸リチウム) 31 櫛形電極(埋め込み) 31’ 櫛形電極(埋め込み) 32 櫛形電極(埋め込み) 32’ 櫛形電極(埋め込み) 33 接地電極(表面) 34 接地電極(埋め込み) 40 無機薄膜層 41 無機薄膜層(珪素) 42 無機薄膜層(酸化珪素または窒化珪素) 43 無機薄膜層(珪酸化物) 50 非圧電基板 51 非圧電基板(ガラス;低音速) 52 非圧電基板(ほう素または非晶質炭素;高音速) 53 非圧電基板(ガラス;低熱膨張率)[Explanation of symbols] 10 Single crystal piezoelectric substrate 20 Single crystal piezoelectric thin plate 30 comb-shaped electrode 30 'comb electrode 11 Single crystal piezoelectric substrate (lithium niobate) 12 Single crystal piezoelectric substrate (lithium tantalate) 13 Single crystal piezoelectric substrate (crystal) 21 Single crystal piezoelectric thin plate (lithium niobate) 22 Single crystal piezoelectric thin plate (lithium tantalate) 31 Comb-shaped electrode (embedded) 31 'comb-shaped electrode (embedded) 32 comb-shaped electrode (embedded) 32 'comb-shaped electrode (embedded) 33 Ground electrode (surface) 34 Ground electrode (embedded) 40 Inorganic thin film layer 41 Inorganic thin film layer (silicon) 42 Inorganic thin film layer (silicon oxide or silicon nitride) 43 Inorganic thin film layer (silica oxide) 50 Non-piezoelectric substrate 51 Non-piezoelectric substrate (glass; low sonic velocity) 52 Non-piezoelectric substrate (boron or amorphous carbon; high sound velocity) 53 Non-piezoelectric substrate (glass; low coefficient of thermal expansion)

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 関 俊一 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭61−92021(JP,A) 特開 平4−283957(JP,A) 特開 昭62−122148(JP,A) 特開 昭62−121777(JP,A) 特開 平3−196610(JP,A) 特開 昭61−294846(JP,A) 特開 平2−62108(JP,A) 特開 昭63−285195(JP,A) 特開 昭50−87794(JP,A) 特開 昭51−8845(JP,A) 特開 昭51−25951(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H03H 9/25 H03H 9/145 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Shunichi Seki 1006 Kadoma, Kadoma City, Osaka Prefecture Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. (56) References JP 61-92021 (JP, A) JP 4- 283957 (JP, A) JP 62-122148 (JP, A) JP 62-121777 (JP, A) JP 3-196610 (JP, A) JP 61-294846 (JP, A) JP-A 2-62108 (JP, A) JP-A 63-285195 (JP, A) JP-A 50-87794 (JP, A) JP-A 51-8845 (JP, A) JP-A 51-25951 (JP, A) (58) Fields surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H03H 9/25 H03H 9/145

Claims (28)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】複数の単結晶圧電基板からなり、前記単結
晶圧電基板同士が、少なくとも前記一方の基板表面に、
無機薄膜層を有し、それぞれの無機薄膜層および基板表
面を平坦化、鏡面化、清浄化、親水化して、重ね合わせ
熱処理することにより直接接合されて積層されており、
前記単結晶圧電基板に表面弾性波を励振するための櫛形
電極を設けたことを特徴とする表面弾性波素子。
1. A plurality of single crystal piezoelectric substrates, wherein the single crystal piezoelectric substrates are at least on the surface of the one substrate,
Having an inorganic thin film layer, each inorganic thin film layer and the substrate surface are flattened, mirror-finished, cleaned, hydrophilized, and directly bonded and laminated by heat treatment for superposition, and laminated.
A surface acoustic wave device comprising a comb-shaped electrode for exciting a surface acoustic wave on the single crystal piezoelectric substrate.
【請求項2】無機薄膜層の厚みが使用する表面弾性波の
波長の1/2波長以下の厚みであることを特徴とする請
求項記載の表面弾性波素子。
2. A surface acoustic wave device according to claim 1, wherein the thickness of the inorganic thin layer is 1/2 wavelength or less of the thickness of the wavelength of the surface acoustic wave to be used.
【請求項3】無機薄膜層が珪素または珪素化合物である
ことを特徴とする請求項記載の表面弾性波素子。
3. A surface acoustic wave device according to claim 1, wherein the inorganic thin layer is characterized in that it is a silicon or a silicon compound.
【請求項4】櫛形電極を無機薄膜層と単結晶圧電基板の
界面に設けたことを特徴とする請求項記載の表面弾性
波素子。
4. A surface acoustic wave device according to claim 1, characterized in that the comb-shaped electrodes provided on the surface of the inorganic thin film layer and the single crystal piezoelectric substrate.
【請求項5】接地電極を無機薄膜層と単結晶圧電基板の
界面に設けたことを特徴とする請求項記載の表面弾性
波素子。
5. A surface acoustic wave device according to claim 1, characterized in that provided on the interface between the ground electrode inorganic thin layer single crystal piezoelectric substrate.
【請求項6】接地電極を単結晶圧電基板の表面に設けた
ことを特徴とする請求項記載の表面弾性波素子。
6. The surface acoustic wave device according to claim 4, wherein the ground electrode is provided on the surface of the single crystal piezoelectric substrate.
【請求項7】珪素化合物が酸化珪素または窒化珪素であ
ることを特徴とする請求項記載の表面弾性波素子。
7. A surface acoustic wave device according to claim 1, wherein the silicon compound is characterized in that it is a silicon oxide or silicon nitride.
【請求項8】積層された単結晶圧電基板の音速が異なる
ことを特徴とする請求項記載の表面弾性波素子。
8. A surface acoustic wave device according to claim 1, wherein the acoustic velocity of the stacked single crystal piezoelectric substrate are different from each other.
【請求項9】単結晶圧電基板のうち、表面弾性波励振部
分の単結晶圧電基板の音速の温度依存性が、前記他の部
分の単結晶圧電基板の音速の温度依存性よりも大きいこ
とを特徴とする請求項記載の表面弾性波素子。
9. The temperature dependence of the sound velocity of the single crystal piezoelectric substrate in the surface acoustic wave excited portion of the single crystal piezoelectric substrate is larger than the temperature dependence of the sound velocity of the single crystal piezoelectric substrate in the other portion. surface acoustic wave device according to claim 1, wherein.
【請求項10】単結晶圧電基板のうち、表面弾性波励振
部分の単結晶圧電基板の電気機械結合係数が、前記他の
部分の単結晶圧電基板の電気機械結合係数よりも大きい
ことを特徴とする請求項記載の表面弾性波素子。
10. An electromechanical coupling coefficient of a single crystal piezoelectric substrate of a surface acoustic wave excited portion of the single crystal piezoelectric substrate is larger than an electromechanical coupling coefficient of a single crystal piezoelectric substrate of the other portion. The surface acoustic wave device according to claim 1 .
【請求項11】単結晶圧電基板がニオブ酸リチウムまた
はタンタル酸リチウムまたはほう酸リチウムまたは水晶
であることを特徴とする請求項記載の表面弾性波素
子。
11. A surface acoustic wave device according to claim 1, wherein the single crystalline piezoelectric substrate is characterized in that it is a lithium lithium niobate or tantalate or lithium borate or quartz.
【請求項12】表面弾性波を励振する単結晶圧電基板が
ニオブ酸リチウムであり、他方の単結晶圧電基板が水晶
であることを特徴とする請求項記載の表面弾性波素
子。
12. The single crystal piezoelectric substrate for exciting surface acoustic waves is lithium niobate, the surface acoustic wave device according to claim 1, wherein the other of the single crystal piezoelectric substrate characterized in that it is a crystal.
【請求項13】表面弾性波を励振する単結晶圧電基板の
厚みが使用する表面弾性波の波長の3波長以下の厚みで
あることを特徴とする請求項記載の表面弾性波素子。
13. A surface acoustic wave device according to claim 1, wherein the thickness of the single crystal piezoelectric substrate for exciting surface acoustic waves is 3 wavelengths less of the thickness of the wavelength of the surface acoustic wave to be used.
【請求項14】少なくとも1つの単結晶圧電基板と非圧
電基板からなり、前記単結晶圧電基板と前記非圧電基板
が、それぞれの基板表面を、平坦化、鏡面化、清浄化、
親水化処理して、重ね合わせ熱処理することにより直接
接合されて積層されており、前記単結晶圧電基板に表面
弾性波を励振するための櫛形電極を設け、前記非圧電基
板が、ほう素または非晶質炭素またはグラファイトであ
ことを特徴とする表面弾性波素子。
14. A substrate comprising at least one single crystal piezoelectric substrate and a non-piezoelectric substrate, wherein the single crystal piezoelectric substrate and the non-piezoelectric substrate have their respective substrate surfaces flattened, mirror-finished, cleaned,
By hydrophilic treatment, are stacked directly joined by overlay a heat treatment, provided the comb electrodes for exciting a surface acoustic wave on said single crystal piezoelectric substrate, wherein the non-piezoelectric base
The plate is boron or amorphous carbon or graphite
Surface acoustic wave device characterized by that.
【請求項15】少なくとも1つの単結晶圧電基板と非圧
電基板からなり、前記単結晶圧電基板と前記非圧電基板
が、少なくとも前記基板の一方の表面に、無機薄膜層を
有し、前記無機薄膜層および基板表面を、平坦化、鏡面
化、清浄化、親水化処理して、重ね合わせ熱処理するこ
とにより直接接合されて積層されており、前記単結晶圧
電基板に表面弾性波を励振するための櫛形電極を設けた
ことを特徴とする表面弾性波素子。
15. An inorganic thin film comprising at least one single crystal piezoelectric substrate and a non-piezoelectric substrate, wherein the single crystal piezoelectric substrate and the non-piezoelectric substrate have an inorganic thin film layer on at least one surface of the substrate. The layers and the surface of the substrate are flattened, mirror-finished, cleaned, hydrophilized, and laminated and heat-bonded to be directly bonded to each other, so as to excite surface acoustic waves on the single crystal piezoelectric substrate. A surface acoustic wave device having a comb-shaped electrode.
【請求項16】無機薄膜層の厚みが使用する表面弾性波
の波長の1/2波長以下の厚みであることを特徴とする
請求項15記載の表面弾性波素子。
16. The surface acoustic wave device according to claim 15, wherein the thickness of the inorganic thin film layer is not more than half the wavelength of the surface acoustic wave used.
【請求項17】無機薄膜層が珪素または珪素化合物であ
ることを特徴とする請求項15記載の表面弾性波素子。
17. The surface acoustic wave device according to claim 15, wherein the inorganic thin film layer is made of silicon or a silicon compound.
【請求項18】櫛形電極を無機薄膜層と単結晶圧電基板
の界面に設けたことを特徴とする請求項15記載の表面
弾性波素子。
18. The surface acoustic wave device according to claim 15 , wherein a comb-shaped electrode is provided at the interface between the inorganic thin film layer and the single crystal piezoelectric substrate.
【請求項19】櫛形電極を無機薄膜層と非圧電基板の界
面に設けたことを特徴とする請求項15記載の表面弾性
波素子。
19. The surface acoustic wave device according to claim 15 , wherein a comb-shaped electrode is provided at the interface between the inorganic thin film layer and the non-piezoelectric substrate.
【請求項20】接地電極を無機薄膜層と非圧電基板の界
面に設けたことを特徴とする請求項15記載の表面弾性
波素子。
20. The surface acoustic wave device according to claim 15 , wherein a ground electrode is provided at an interface between the inorganic thin film layer and the non-piezoelectric substrate.
【請求項21】接地電極を単結晶圧電基板の表面に設け
たことを特徴とする請求項18または19記載の表面弾
性波素子。
21. A surface acoustic wave device according to claim 18 or 19, wherein in that a ground electrode on the surface of the single crystal piezoelectric substrate.
【請求項22】珪素化合物が酸化珪素または窒化珪素で
あることを特徴とする請求項15記載の表面弾性波素
子。
22. The surface acoustic wave device according to claim 15 , wherein the silicon compound is silicon oxide or silicon nitride.
【請求項23】単結晶圧電基板の音速が、非圧電基板の
音速よりも遅いことを特徴とする請求項15記載の表面
弾性波素子。
23. The surface acoustic wave device according to claim 15 , wherein the acoustic velocity of the single crystal piezoelectric substrate is slower than that of the non-piezoelectric substrate.
【請求項24】単結晶圧電基板の音速が、非圧電基板の
音速よりも速いことを特徴とする請求項15記載の表面
弾性波素子。
24. The surface acoustic wave device according to claim 15 , wherein the acoustic velocity of the single crystal piezoelectric substrate is higher than that of the non-piezoelectric substrate.
【請求項25】単結晶圧電基板がニオブ酸リチウムまた
はタンタル酸リチウムまたはほう酸リチウムまたは水晶
であることを特徴とする請求項15記載の表面弾性波素
子。
25. The surface acoustic wave device according to claim 15, wherein the single crystal piezoelectric substrate is lithium niobate, lithium tantalate, lithium borate, or quartz.
【請求項26】非圧電基板が、ほう素または非晶質炭素
またはグラファイトであることを特徴とする請求項15
記載の表面弾性波素子。
26. non-piezoelectric substrate, according to claim 15, characterized in that boron is the elementary or amorphous carbon or graphite
The surface acoustic wave device described.
【請求項27】単結晶圧電基板の厚みが使用する表面弾
性波の波長の1波長以下の厚みであることを特徴とする
請求項15から26のいずれかに記載の表面弾性波素
子。
27. A surface acoustic wave device according to claim 15, wherein 26 to be a wavelength less the thickness of the wavelength of the surface acoustic wave thickness of the single crystal piezoelectric substrate is used.
【請求項28】単結晶圧電基板の熱膨張率が非圧電基板
の熱膨張率よりも大きいことを特徴とする請求項15
載の表面弾性波素子。
28. The surface acoustic wave device according to claim 15, wherein the coefficient of thermal expansion of the single crystal piezoelectric substrate is larger than that of the non-piezoelectric substrate.
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