DE19712496A1

DE19712496A1 - Piezoelektrische Dünnfilm-Bauelemente

Info

Publication number: DE19712496A1
Application number: DE1997112496
Authority: DE
Inventors: Tadashi Yonezawa; Shuji Tsutsumi; Naoyuki Hanajima; Katsumi Ogi; Ken-Ya Hashimoto
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 1996-03-26
Filing date: 1997-03-25
Publication date: 1997-10-30

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf piezoelektrische Dünnfilm-Bauelemente, die für Resonatoren und Filter verwendet werden, welche akustische Wellen aus den piezoelektrischen Bauelemente ausnützen. Die vorliegende Erfindung bezieht sich insbesondere auf ein piezoelektrisches Dünnfilm-Bauelement, in dem ein dünner ferroelektrischer Film aus Bleititanatzirkonat (PZT) oder Bleititanat (PT) auf einem Substrat abgeschieden ist.

Piezoelektrische Dünnfilm-Bauelemente werden in Resonatoren und Filtern eingebaut, um als Umformer zwischen elektrischen Signalen und akustischen Wellen zu wirken. Quarz, paraelektrisches AlN, CdS und ZnO und dgl. wurden als piezoelektrische Hochfrequenzmaterialien für diese piezoelektrischen Bauelemente verwendet. In den letzten Jahren wurde nach Filtern mit größeren Bandbreiten und Resonatoren mit breiteren Resonanzfrequenzbereichen verlangt; dabei haben ferroelektrische Metalloxid-Materialien wie z. B. Lithiumniobat, Lithiumtantalat, Bleititanatzirkonat (PZT) und Bleititanat (PT) Aufmerksamkeit auf sich gezogen. Anstrengungen wurden insbesondere bei den praktischen Anwendungen von PZT und PT unternommen, welche große elektromechanische Kopplungskoeffizienten haben, die den Wirkungsgrad der Umformung zwischen elektrischen Signalen und akustischen Wellen angeben; es wurden einige Ideen in dieser Richtung vorgeschlagen oder offenbart.

Solche Beispiele beinhalten ein piezoelektrisches Dünnfilm- Bauelement unter Verwendung einer Kamm-Elektrode als obere Elektrode zur Erzeugung einer akustischen Oberflächenwelle (ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung Nr. 5-145 370) sowie ein piezoelektrisches Dünnfilm-Bauelement, das Massewellen in Schwingungen versetzt, indem eine Spannung an Elektroden, die auf und unter einem dünnen piezoelektrischen Film angeordnet sind, angelegt wird.

Diese Beispiele offenbaren nur den Aufbau piezoelektrischer Dünnfilm-Bauelemente; sie offenbaren nicht ausreichend Filmabscheidungsverfahren, Daten, die piezoelektrische Dünnfilm-Charakteristika aufweisen, und Mittel zum Erhalt von Filtern, die wünschenswerte Bandbreiten aufweisen, oder von Resonatoren, die wünschenswerte Oszillationsfrequenzen haben.

Bei den herkömmlich verwendeten piezoelektrischen Dünnfilm- Bauelementen unter Anwendung einer Dicke-Vibration muß die untere Elektrode, da Massewellen in Schwingung versetzt werden, indem ein elektrisches Feld an Elektroden angelegt wird, die für eine vertikale Polarisation auf und unter dem piezoelektrischen Film angeordnet sind, als terminale Elektrode für die Polarisation unverdeckt (exponiert) sein. Somit muß ein piezoelektrischer Film an der unteren Elektrode so abgeschieden werden, daß ein Teil der unteren Elektrode unbedeckt bleibt, z. B. ein Teil der unteren Elektrode unbedeckt ist, indem der gleichmäßig abgeschiedene piezoelektrische Film unter Anwendung eines Ätzverfahrens entfernt wird, oder die untere Elektrode vor einer Abscheidung des piezoelektrischen Film teilweise maskiert wird. Probleme hinsichtlich dünner Filmmaterialien, die bei solche komplizierten Verfahren zum Freilegen der unteren Elektrode haltbar sind, und hinsichtlich einer Interdiffusion zwischen dünnen Filmen wurden noch nicht gelöst. Somit haben piezoelektrische Dünnfilm-Bauelemente, die mehrschichtige piezoelektrische Filme enthalten, noch kein praktisches Niveau erreicht.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, die oben ausgeführten Nachteile zu beseitigen, ein piezoelektrisches Dünnfilm-Bauelement zu offenbaren, das eine Konfiguration hat, die die verschiedenen Schwierigkeiten der Filmabscheidung überwinden kann, und ein piezoelektrisches Dünnfilm-Bauelement bereitzustellen, das für einen Filter mit einer größeren Bandbreite und einen Resonator mit einem breiten Oszillationsfrequenzbereich verwendet wird.

Ein piezoelektrisches Dünnfilm-Bauelement nach einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfaßt ein Substrat, einen auf dem Substrat ausgebildeten dünnen ferroelektrischen Film und Elektroden zum Anlegen einer Spannung an den dünnen ferroelektrischen Film, wobei mindestens zwei obere Elektroden als die Elektroden bereitgestellt werden, und der dünne ferroelektrische Film ein dünner Blei-Titanatzirkonat (PZT)- oder Blei-Titanat (PT)-Film ist, der durch ein Sol- Gel-Verfahren gebildet wird und durch Anlegen einer Spannung zwischen den Elektrode polarisiert wird.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen des piezoelektrischen Dünnfilm-Bauelementes gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben.

Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung (Ausführungsform Typ A) bezieht sich auf ein piezoelektrisches Dünnfilm-Bauelement, das Massewellen oszilliert, indem eine Spannung an Elektroden auf und unter einem dünnen piezoelektrischen Film angelegt wird; und
eine weitere Ausführungsform (Ausführungsform Typ B) bezieht sich auf ein piezoelektrisches Dünnfilm-Bauelement, das akustische Oberflächenwellen oszilliert, indem eine Kamm- Elektrode als obere Elektrode verwendet wird.

Diese Ausführungsformen (A) und (B) werden nun anhand der Zeichnungen beschrieben.

AUSFÜHRUNGSFORM TYP A

Fig. 1 beinhaltet isometrische Darstellungen, die eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutern; Fig. 1(a) zeigt eine Ausführungsform eines Si-Substrats, das mit einer Isolierschicht ausgestattet ist; und Fig. 1(b) zeigt eine Ausführungsform eines Si-Substrats, das mit einem dünnen Diamantfilm darauf versehen ist.

Fig. 2 ist eine Vorderansicht, die eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;

Fig. 3 ist eine isometrische Ansicht, die eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;

Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei Fig. 4(a) eine Vorderansicht und Fig. 4(b) eine Seitenansicht ist.

(Fig. 5 zeigt ein Beispiel einer Ausführungsform Typ B, die unten beschrieben wird, wobei Kamm-Elektroden eine obere Elektrode bilden).

In den Fig. 1 bis 5 ist jedes Element, das dieselbe Funktion hat, mit demselben Bezugszeichen gekennzeichnet.

In jeder Ausführungsform, wie sie in Fig. 1 beschrieben ist, ist ein piezoelektrisches Dünnfilm-Bauelement ein piezoelektrischer Dünnfilm-Resonator, der ein Substrat 1, eine auf dem Substrat ausgebildete untere Elektrode 2, einen über eine dielektrische Pufferschicht auf der unteren Elektrode ausgebildeten dünner ferroelektrischen Film 3 aus PZT oder PT (in den Zeichnungen nicht gezeigt) und mindestens zwei obere Elektroden 4 (4A und 4B), die auf dem dünnen ferroelektrischen Film ausgebildet sind, umfaßt.

Als Substrat dieses Typs eines piezoelektrischen Dünnfilm- Bauelements sind - obgleich ein Si-Substrat 1 mit einer Isolierschicht 1A in einfacher Weise erhalten werden kann - ein Einkristall- oder Polykristall-Diamantsubstrat und ein Einkristall- oder Polykristall-Diamant auf Si-Substrat ebenfalls bevorzugt. Im Hinblick auf die Verwendung des piezoelektrischen Dünnfilm-Bauelements ist es vorteilhaft, daß das Si-Substrat 1 mit Isolierschicht möglichst dünn ist. Da ein übermäßig dünner Film eine geringe mechanische Festigkeit hat, ist es allerdings günstig, daß seine Dicke etwa 100 bis 300 µm ist.

Ein dünner Film aus Siliciumoxid kann in einfacher Weise als Isolierschicht auf dem Si-Substrat abgeschieden werden, im Hinblick auf das Herstellungsverfahren kann auch ein dünner Film aus Siliciumnitrid verwendet werden. Die Isolierschicht glättet die Substratoberfläche, verhindert eine Elementdiffusion während einer Hitzebehandlung und verleiht dem Substrat eine ausreichend hohe mechanische Festigkeit. Das Ergebnis ist, daß durch ein Sol-Gel-Verfahren ein dünner ferroelektrischer Film hoher Qualität erhalten werden kann.

Da der Oxidfilm 1A keine Antidiffusionswirkungen liefert, wenn er übermäßig dünn ist, oder da er Substratrisse oder Falten bildet, wenn er übermäßig dick ist, ist es bevorzugt, daß die Dicke etwa 0,5 bis 2 µm ist.

Wenn ein Diamant-Substrat verwendet wird, ist ein Si-Substrat 1, das mit einem dünnen Diamantfilm 1D versehen ist, günstig. Da das Si-Substrat 1 mit dem dünnen Diamantfilm 1D ausreichend hohe mechanische Festigkeit hat, kann mit einem Sol-Gel-Verfahren ein hochqualitativer dünner PZT- oder PT- Film gebildet werden.

Wenn der dünne Diamantfilm 1D auf dem Si-Substrat 1 übermäßig dünn ist, wird der Diamant nicht einfach orientiert. Außerdem ist es schwierig, eine glatte Oberfläche und eine verbesserte mechanische Festigkeit zu erhalten. Wenn der Diamantfilm dagegen übermäßig dick ist, ist eine lange Zeitdauer zur Filmabscheidung notwendig, was in einem Anstieg der Kosten resultiert. Außerdem steigt der akustische Verlust an. Daher ist es günstig, daß die Dicke etwa 1 bis 30 µm ist.

Es ist vorteilhaft, daß das Si-Substrat 1 mit einem dünnen Diamantfilm des piezoelektrischen Dünnfilm-Bauelements möglichst dünn ist. Wenn er allerdings übermäßig dünn ist, verschlechtert sich seine mechanische Festigkeit in unbefriedigender Weise. Somit ist die vorteilhafte Dicke etwa 200 bis 600 µm.

Es ist vorteilhaft, wenn die Dicke des SiO₂-Films 1A, der auf der Rückseite des Si-Substrats angeordnet ist, 0,5 bis 1,5 µm ist.

Ein solches Si-Substrat 1 mit einem dünnen Diamantfilm kann hergestellt werden, indem ein dünner Diamantfilm mit einer gewünschten Dicke auf einem Si-Substrat unter Anwendung eines Dampfphasen-Abscheidungsverfahrens hergestellt werden.

In dem piezoelektrischen Dünnfilm-Bauelement, Typ A, muß eine untere Elektrode 2 auf der Isolierschicht 1A oder dem dünnen Diamantfilm 1D des Substrats 1 gebildet werden. Als untere Elektrode 2 kann eine leitende Metallschicht durch ein Vakuumbeschichtungsverfahren unter Verwendung von Pt, Ir, Al oder dgl. abgeschieden werden. Die Dicke beträgt im allgemeinen etwa 1 000 bis 2 000 Å.

Zur Abscheidung eines dünnen ferroelektrischen Films ist es vorteilhaft, daß eine Ti-Schicht (in den Zeichnungen nicht gezeigt) vor Abscheidung der unteren Elektrode 2 gebildet wird.

Da ein Sol-Gel-Verfahren von einer Schrumpfung während Trocknungs- und Heizschritten bei der Abscheidung eines dünnen ferroelektrischen Films begleitet wird, wird gerade noch ein dünner Film mit über 5 µm abgeschieden. Allerdings ist eine Dicke des dünnen ferroelektrischen Films von weniger als 0,1 µm nicht günstig, da dies zu wenig ist, um als dünner piezoelektrischer Film zu arbeiten. Wenn dagegen die Ti- Schicht auf dem Si- oder Diamant-Substrat, das einen Oxidfilm hat, abgeschieden wird, kann ein dünner ferroelektrischer Film mit einer relativ großen Dicke abgeschieden werden, indem die Ti-Schicht als Haftschicht zwischen dem Si-Substrat und der unteren Elektrode fungiert.

Die Ti-Schicht kann durch ein Verfahren der Vakuumzerstäubung oder dgl. abgeschieden werden, und es ist vorteilhaft, daß die Dicke etwa 50 bis 500 Å ist. Für die Abscheidung der Ti-Schicht ist eine Dicke von weniger als 50 Å nicht ausreichend. Bei diesem Typ des piezoelektrischen Dünnfilm- Bauelements wird ein ferroelektrischer Film, der PZT oder PT enthält, auf der unteren Elektrode 2 abgeschieden. Im Fall eines dünnen PZT-Films ist es zur Abscheidung eines hochqualitativen dünnen PZT-Films vorteilhaft, wenn vor der Abscheidung des PZT-Films eine PbTiO₃-Pufferschicht (Bleititanat oder PT), die in den Zeichnungen nicht dargestellt ist, abgeschieden wird. PT verbessert die Filmcharakteristika, da PT bei niedriger Temperatur kristallisiert und eine Bleidiffusion in den darauf abgeschiedenen PZT-Film verhindern kann.

Die PT-Pufferschicht kann wie im Fall des dünnen PCT-Film ebenfalls durch ein Sol-Gel-Verfahren abgeschieden werden. Vorzugsweise beträgt die Dicke etwa 0,01 bis 0,1 µm. Eine Dicke des dünnen PT-Films von weniger als 0,01 µm liefert keine zufriedenstellenden Merkmale, während eine Dicke von über 0,1 µm die Merkmale des dünnen PCT-Films verschlechtert.

Die Dicke des dünnen piezoelektrischen PZT-Films 3 gemäß der vorliegenden Erfindung muß für einen hohen Frequenzbereich nicht größer als 10 µm sein. Die Dicke ist vorzugsweise 0,1 bis 10 µm und bevorzugter 0,2 bis 3 µm und wird in diesem Dickebereich entsprechend der Verwendung festgelegt. Wenn der dünne PZT-Film übermäßig dünn ist, können keine zufriedenstellenden piezoelektrischen Wirkungen erzielt werden. Wenn er dagegen übermäßig dick ist, kann kein qualitativ hochwertiger Film gebildet werden.

Als obere Elektroden 4 (4A und 4B) kann auf dem dünnen ferroelektrischen PZT- oder PT-Film 3 unter Anwendung eines Vakuumzerstäubungsverfahrens durch eine Schablone eine leitende Metallschicht, die der für die untere Elektrode 2, wie sie oben beschrieben wurde, entspricht, gebildet werden. Die Dicke ist dabei im allgemeinen 1 000 bis 2 000 Å.

In der vorliegenden Erfindung sind zwei obere Elektroden 4A und 4B ausgebildet. Der Abstand zwischen den zwei oberen Elektroden 4A und 4B ist größer als die Dicke des dünnen ferroelektrischen PZT- oder PT-Films 3.

Wenn der Abstand zwischen den oberen Elektrode kleiner als die Dicke des dünnen ferroelektrischen PZT- oder PT-Films 3 ist, wird ein Kurzschluß auftreten, wenn zur Polarisation zwischen den oberen Elektrode 4A und 4B eine Spannung angelegt wird. Auf diese Weise kann keine Polarisation des dünnen ferroelektrischen Films in vertikaler Richtung erreicht werden. Ein übermäßig großer Abstand zwischen den oberen Elektroden bewirkt allerdings ein unerwünschtes Ansteigen in der Bauelementgröße.

Vorzugsweise entspricht der Abstand zwischen den oberen Elektroden dem 2- bis 200-fachen der Dicke des dünnen ferroelektrischen Films, d. h. 0,2 bis 2000 µm für einen dünnen PZT- oder PT-Film mit einer Dicke von 0,1 bis 10 µm, und bevorzugter dem 10- bis 100-fache der Dicke des dünnen ferroelektrischen Films.

Bei den piezoelektrischen Dünnfilm-Resonatoren ist die Ausbildung eines hochqualitativen dünnen PZT- oder PT-Films äußerst wichtig. Der dünne PZT-Film arbeitet als dünner piezoelektrischer Film mit ausreichender Polarisation. Wenn allerdings die Filmqualität minderwertig ist, kann kein zur Polarisation ausreichendes elektrisches Feld angelegt werden, und damit kann der dünne Film nicht als dünner piezoelektrischer Film wirken.

Da zur Polarisation ein elektrisches Feld zwischen zwei oberen Elektroden - wie oben bereits ausgeführt wurde - und nicht zwischen der unteren und oberen Elektrode angelegt wird, kann ein dünner piezoelektrischer Film, der zufriedenstellend arbeitet, ohne Schwierigkeiten durch herkömmliche Filmabscheidungsverfahren erhalten werden.

In der vorliegenden Erfindung kann ein hohler Abschnitt 5 gebildet werden, indem die Seite des Si-Substrats 1, die der die untere Elektrode bildenden Seite gegenüberliegt geätzt wird. Eine solche Formung des hohlen Abschnitts 5 ermöglicht ausgedehntes Oszillieren niedriger Modi und verbessert Oszillationsfrequenz und Einfügungsdämpfungs-Charakteristika, obgleich sich die mechanische Festigkeit leicht verschlechtert.

Der hohle Abschnitt wird vorzugsweise bis zu einer Tiefe, die 50 bis 100% der des Si-Substrats 1 entspricht, angebracht, so daß sie in einer Position auf der gegenüberliegenden Seite der oberen Elektroden 4A und 4B liegt.

Eine Isolierschicht 6 kann teilweise auf dem ferroelektrischen Film 3 ausgebildet sein, und die oberen Elektroden 4A und 4B als terminale Elektroden sind so ausgebildet, daß sie über die Isolierschicht 6 und den ferroelektrischen Film 3 eine Brücke schlagen, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist. Die Isolierschicht kann aus SiO₂, SiN, AlN, TiO₂, Al₂O₃ gebildet werden und die bevorzugte Dicke ist etwa 0,05 bis 1 µm.

Wenn die Isolierschicht 6 in dieser Weise gebildet ist, kann das Substrat Si mit einem hohlen Abschnitt 5 versehen sein, wie dies in Fig. 4 dargestellt ist.

Im folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung eines piezoelektrischen Dünnfilm- Bauelements, Typ A beschrieben.

Zunächst werden getrennt voneinander eine Ti-Schicht und eine untere Elektrode an der Oberfläche einer oxidischen Isolierschicht, die auf einem Si-Substrat angebracht ist, durch ein Verfahren der Vakuumzerstäubung abgeschieden.

Als nächstes wird eine flüssige Zusammensetzung zur Bildung eines dünnen PbTiO₃-Films auf die untere Elektrode aufgetragen und bei 150 bis 400°C getrocknet, wobei die flüssige Zusammensetzung hergestellt wird, indem eine Blei- Verbindung wie z. B. Bleiacetat und eine Titan-Verbindung wie z. B. Titanisopropoxid oder Titanbutoxid in einem gegebenen Molverhältnis in einem Lösungsmittel wie z. B. Methoxyethanol oder einem Essigsäureester aufgelöst werden, so daß das Gesamtgewicht der gelösten Stoffe 1 bis 10 Gew.-% ist. Dieses Verfahren wird wiederholt, bis die PT-Pufferschicht eine vorher bestimmte Dicke erreicht.

Außerdem wird eine flüssige Zusammensetzung zur Bildung eines dünnen PZT-Films durch ein Verfahren der Schleuderbeschichtung darauf aufgetragen und bei 150 bis 600°C getrocknet, wobei die flüssige Zusammensetzung hergestellt wird, indem eine Blei-Verbindung wie z. B. ein Bleicarboxylat, beispielsweise Bleiacetat oder ein Bleialkoxid, beispielsweise Bleidiisopropoxid; eine Zirkonium-Verbindung wie z. B. Zirkoniumalkoxid wie Tetraethoxyzirkonium, Tetraisopropoxyzirkonium, Tetrabutoxyzirkonium oder Dimethoxydiisopropoxyzirkonium; und eine Titan-Verbindung wie z. B. Titanalkoxid, beispielsweise Tetraethoxytitan, Tetraisopropoxytitan, Tetrabutoxytitan oder Dimethoxydiisopropoxytitan in einem gegebenen Molverhältnis in einem Lösungsmittel wie z. B. 2-Methoxyethanol gelöst werden, so daß das Gesamtgewicht der gelösten Verbindungen 10 bis 20 Gew.-%, ausgedrückt als Metalloxide, beträgt. Dieses Verfahren wird wiederholt, bis der PZT-Film eine vorherbestimmte Dicke erreicht. Das Substrat wird bei 600 bis 700°C für 1 min bis 1 h getrocknet, wobei ein dünner PZT-Film erhalten wird.

Auf dem resultierenden dünnen PZT-Film kann durch ein Verfahren der Vakuumzerstäubung oder ein CVD-Verfahren, wenn notwendig, eine Isolierschicht, wie z. B. ein SiO₂-Film, abgeschieden werden; dann werden durch ein Verfahren der Vakuumzerstäubung zwei obere Elektroden in einem vorgegebenen Muster ausgebildet. Ein elektrisches Gleichstromfeld mit 200 bis 500 kV/cm wird bei 120 bis 200°C für 10 bis 60 min zwischen den beiden Elektrode angelegt, um den dünnen PZT- Film zu polarisieren. Nach einer Polarisation arbeitet der dünne PZT-Film als dünner piezoelektrischer Film.

Wenn ein dünner PZT-Film nicht in ausreichender Qualität ausgebildet wurde, kann keine ausreichende Polarisation bei dem dünnen piezoelektrischen Film erreicht werden. Somit sind in der vorliegenden Erfindung die Bedingungen zur Bildung des Substrats, der unteren Elektrode, des dünnen PZT-Films und der oberen Elektroden in der vorliegenden Erfindung optimiert, um einen zufriedenstellenden dünnen PZT-Film herzustellen.

Wenn ein hohler Abschnitt durch Ätzen des Si-Substrats gebildet wird, wie dies in den Fig. 2 und 4 dargestellt ist, kann das Substrat unter Verwendung einer Ätz-Lösung wie z. B. Tetramethylammoniumhydroxid (TMAH) teilweise entfernt werden.

Die Ausführungsform, Typ B, wird nun anhand der Zeichnungen beschrieben.

Fig. 5 zeigt eine Ausführungsform, Typ B, gemäß der vorliegenden Erfindung, in der Kamm-Elektroden als obere Elektroden anstelle der zwei Elektroden in den Fig. 1 bis 4 ausgebildet sind.

In den Fig. 1 bis 5 werden Elemente, die dieselbe Funktion haben, mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet.

Mit diesem Ausführungstyp wird ein akustisches Oberflächenwellen-Bauelement offenbart, das ein Substrat 1, einen dünnen ferroelektrischen PZT- oder PT-Film 3, der über eine dielektrische Pufferschicht auf dem Substrat 1 ausgebildet ist, und obere Kamm-Elektroden 4 (4a, 4b, 4c und 4d), die auf der dünnen ferroelektrischen Schicht ausgebildet sind, umfaßt. Ein Si-Substrat 1 mit einer Isolierschicht 1A ist das am einfachsten erhältliche Substrat für diesen Typ eines piezoelektrischen Dünnfilm-Bauelements, aber es können auch Einkristall-Substrate wie z. B. Saphir, MgO und SrTiO₃ verwendet werden.

Bevor ein dünner ferroelektrischer PZT- oder PT-Film 3 auf dem Substrat ausgebildet wird, kann vorzugsweise ein dünner ferroelektrischer Film beispielsweise ein Barium-Strontium- Titanat (BST)-Film, Strontiumtitanat (STO)-Film oder Bariumtitanat (BTO)-Film als Pufferschicht auf dem Substrat ausgebildet werden, um einen dünnen ferroelektrischen Film 3 hoher Qualität herzustellen.

Die dünne BST-, STO- oder BTO-Filmpufferschicht kann wie der dünne ferroelektrisch PZT- oder PT-Film durch ein Sol-Gel- Verfahren gebildet werden. Eine übermäßig große Dicke beeinträchtigt die piezoelektrischen Charakteristika nachteilig, wohingegen eine übermäßig geringe Dicke den Verlust des den Blei-Antidiffusionseffekt bedeutet. Daher beträgt die Dicke im allgemeinen 0,01 bis 0,2 µm und vorzugsweise 0,01 bis 0,15 µm.

Der dünne ferroelektrische Film 3 wird als dünner piezoelektrischer Film, der an der Pufferschicht ausgebildet ist, bereitgestellt, indem ein dünner, durch ein Sol-Gel- Verfahren abgeschiedener Film mittels Gleichstromspannung, die zwischen den Kamm-Elektroden 4a und 4b und zwischen den Kamm-Elektroden 4c und 4d angelegt wird, polarisiert wird.

Die Dicke des dünnen ferroelektrischen Films, der in dieser Weise gebildet wurde, kann in Abhängigkeit von einer gewünschten Resonanzfrequenz und dem elektromechanischen Kopplungskoeffizienten bestimmt werden und ist im allgemeinen 0,03 bis 5 µm. Bei einer Dicke von weniger als 0,03 µm werden akustische Oberflächenwellen nicht oszilliert, während bei einer Dicke von über 5 µm akustische Oberflächenwellen aufgrund von Fehlern in der Filmqualität ebenfalls nicht oszilliert werden.

Der leitende Film zur Bildung von zwei oberen Kamm-Elektroden wird unter Verwendung eines leitenden Materials wie z. B. Al, Pt oder Au nach einem herkömmlichen Verfahren mit Linienbreite und Linienabstand (nachfolgend als L·S = line width and space bezeichnet), die von den gewünschten Charakteristika abhängen, in einem herkömmlichen Verfahren musterförmig ausgebildet.

Die Polarisation des dünnen PZT- oder PT-Films kann durch Anlegen einer Gleichstromspannung mit 20 bis 50 V zwischen zwei oberen Kamm-Elektroden (zwischen 4a und 4b und zwischen 4c und 4d in Fig. 5), die auf dem dünnen PZT- oder PT-Film ausgebildet sind, für 1 bis 60 min erreicht werden. Wenn der dünne PZT- oder PT-Film ausreichend polarisiert ist, arbeitet der Film als dünner piezoelektrischer Film. Wenn allerdings der dünne PZT- oder PT-Film von schlechter Qualität ist, arbeitet er nicht als dünner piezoelektrischer Film, da kein zur Polarisation des Films ausreichendes elektrisches Feld angelegt werden kann.

Nachfolgend wird eine bevorzugte Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung eines akustischen Oberflächenwellen-Bauelements als Ausführungsform Typ B in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung anhand eines akustischen PZT-Oberflächenwellen-Bauelements, das ein Si- Substrat verwendet, beschrieben.

Zunächst wird auf einem Si-Substrat, das mit einem Oxidfilm versehen ist, mit einem Sol-Gel-Verfahren folgendermaßen ein dünner BST-, STO- oder BTO-Film als Pufferschicht gebildet:
Eine flüssige Zusammensetzung zur Bildung eines dünnen BST-, STO- oder BTO-Films wird mittels Aufschleuderverfahren auf das Si-Substrat, das einen Oxidfilm aufweist, aufgetragen und bei 400 bis 600°C getrocknet, wobei die flüssige Zusammensetzung hergestellt wird, indem eine Barium- Verbindung wie z. B. Bariumcarboxylat, d. h. Barium-2- ethylhexanoat; eine Strontium-Verbindung wie z. B. ein Strontiumcarboxylat, wie Strontium-2-ethylhexanoat; eine Titan-Verbindung, wie z. B. ein Titanalkoxid, beispielsweise Tetraethoxytitan, Tetraisopropoxytitan, Tetrabutoxytitan oder ein Dimethoxydiisopropoxytitan und eine Carbonsäure wie 2- Ethylhexansäure oder 2-Ethylpropionsäure in einem gegebenen Molverhältnis in einem Lösungsmittel wie z. B. Isoamylpropionat aufgelöst werden, so daß das Gesamtgewicht der gelösten Verbindungen 0,5 bis 8 Gew.-%, ausgedrückt in Metalloxiden, ist. Dieses Verfahren wird wiederholt, bis der dünne BST-, STO- oder BTO-Film eine vorher bestimmte Dicke erreicht. Das Substrat wird bei 600 bis 700°C für 1 min bis 1 h gebrannt, wobei ein dünner BST-, STO- oder BTO-Film erhalten wird.

Als nächstes wird ein dünner ferroelektrischer PZT- oder PT- Film mit einem ähnlichen Verfahren wie das Verfahren zur Bildung des dünnen ferroelektrischen PZT- oder PT-Films in der Ausführungsform Typ A, das oben beschrieben wurde, auf der Pufferschicht ausgebildet.

Nachdem obere Kamm-Elektroden, die ein leitfähiges Material wie z. B. Al, Pt oder Au enthalten, mit einem herkömmlichen Muster bildenden Verfahren mit einer Linienbreite und einem Linienabstand entsprechend den gewünschten Charakteristika auf dem dünnen PZT- oder PT-Film ausgebildet sind, wird der dünne PZT- oder PT-Film durch Anlegen einer Spannung zwischen die beiden Kamm-Elektroden polarisiert, wobei ein akustisches Oberflächenwellen-Bauelement fertiggestellt wird.

(Anwendung der Ausführungsform Typ B)

Als Beispiele zur Erläuterung einer Anwendung der Ausführungsform Typ B gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein programmierbarer akustischer Oberflächenwellen-Resonator und ein akustischer Oberflächenwellen-Filter beschrieben.

Ein herkömmliches programmierbares akustisches Oberflächenwellen-Bauelement, das Ausgangscodes neu speichern kann, wie es in Fig. 7 dargestellt ist, wird von D. P. Morgan ("Surface Wave Device For Signal Processing" Elsevier, 1991, S. 286 bis 288) offenbart. Das programmierbare akustische Oberflächenwellen-Bauelement umfaßt Eingangskamm- Elektroden 8 und eine Vielzahl von unabhängigen Umformerelementen 9, die an einem paraelektrischen Substrat 10′ angeordnet sind, sowie eine Spannung anlegende Einheit 7 für ein wechselweises Anlegen einer positiven oder negativen Spannung an diese Umformerelemente 9.

Jedes Umformerelement 9 umfaßt eine erste Elektrode 9a und eine zweite Elektrode 9b, und die Spannung anlegende Einheit 7 kann die zwischen der ersten und zweiten Elektrode 9a und 9b angelegte Spannung positiv oder negativ ändern. Der Polarisationszustand des paraelektrischen Substrats 10′ zwischen den Elektrode 9a und 9b wird umgekehrt, indem die Polarität der zwischen den Elektrode 9a und 9b angelegten Spannung geändert wird; der Ausgangscode aus dem Umformerelement 9 kann willkürlich in 0 oder 1 geändert werden.

Das programmierbare akustische Oberflächenwellen-Bauelement, das in Fig. 7 dargestellt ist, muß zum Betrieb des akustischen Oberflächenwellen-Bauelements mit der Spannung anlegenden Einheit 7 ausgestattet sein; von der Spannung anlegenden Einheit 7 muß zu jedem Umformerelement 9 eine Spannung angelegt werden.

Im Gegensatz dazu kann ein programmierbares akustisches Oberflächenwellen-Bauelement, das einen dünnen piezoelektrischen Film in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung verwendet, vorbestimmte Ausgangssignale erzeugen, ohne daß konstant eine Spannung an das Umformerelement angelegt ist.

Genauer ausgedrückt, ein akustisches Oberflächenwellen- Bauelement gemäß der vorliegenden Erfindung, das in Fig. 6 dargestellt ist, ist mit einem Umformerelement auf dem piezoelektrischen Substrat versehen, das erste Elektroden 12a und zweite Elektrode 12b, die den ersten Elektroden gegenüberliegen, umfaßt, und kann Ausgangscodes verhindern oder neu schreiben, indem die Polarität der Spannung, die zwischen der ersten Elektrode 12a und der zweiten Elektrode 12b angelegt ist, umgekehrt wird. Das piezoelektrische Substrat umfaßt einen Substrathauptkörper und einen auf dem Substrathauptkörper ausgebildeten dünnen ferroelektrischen Film. Der dünne ferroelektrische Film zwischen den Elektroden wird durch eine Spannung polarisiert, welche zwischen den ersten und zweiten Elektroden angelegt wird, um einen Ausgangscode einzustellen. Der eingestellte Ausgangscode wird durch Remananz sogar nach Entfernen der angelegten Spannung beibehalten.

Wenn eine Spannung an das akustische Oberflächenwellen- Bauelement der vorliegenden Erfindung, wie es in dem Beispiel von Fig. 7 dargestellt ist, angelegt wird, wird der dünne dielektrische Film zwischen den Elektroden der Umformerelemente polarisiert und Code 1 oder 2 kann in dem Umformerelement eingestellt werden.

Wenn allerdings ein dünner ferroelektrischer Film als Elektroden des Umformerelements eingesetzt wird, bleibt der oben beschriebene Code aufgrund der Remaneszens des ferroelektrischen Materials zurück. Der durch Anlegen einer Spannung an das Umformerelement eingestellte Code kann als eingestellter Code von dem akustischen Oberflächenwellen- Bauelement ausgegeben werden, selbst nachdem die Spannung anlegende Einheit entfernt ist.

Außerdem kann der Polarisationszustand umgekehrt werden, indem eine Spannung mit umgekehrter Polarität an das Umformerelement angelegt wird; auf diese Weise wird der Ausgangscode gelöscht, nachdem der Code in das Umformerelement eingegeben worden war. Auf diese Weise ist das akustische Oberflächenwellen-Bauelement programmierbar.

Dementsprechend kann das akustische Oberflächenwellen- Bauelement als programmierbarer akustischer Oberflächenwellen- Resonator und programmierbarer akustischer Oberflächenwellen- Filter eingesetzt werden. Bei einem automatischen Identifizierungssystem, das mit dem akustischen Oberflächenwellen-Bauelement ausgestattet ist, kann ein ID- Code von einem Transponder (ID-Karte) neu beschrieben werden.

Das akustische Oberflächenwellen-Bauelement in der oben angeführten Ausführungsform wird nun detaillierter anhand der Zeichnungen beschrieben.

Fig. 6(a) ist eine Draufsicht des akustischen Oberflächenwellen-Bauelements, und Fig. 6(b) ist ein Schaltplan der Spannung anlegenden Einheit des akustischen Oberflächenwellen-Bauelements.

Nr. 10 bezeichnet in den Zeichnungen eine Oberfläche des dünnen ferroelektrischen Films 3, der PZT oder PT enthält und auf dem Substrathauptkörper ausgebildet ist; auf der Oberfläche des dünnen ferroelektrischen Films 3 ist eine Gruppe von Eingangs-Kamm-Elektroden 11 und eine Gruppe Ausgangs-Kamm-Elektroden (Umformerelemente) 12 angeordnet. Die Gruppe von Eingangs-Kamm-Elektroden 11 besteht aus einer ersten Kamm-Elektrode 11a und einer zweiten Kamm-Elektrode 11b, die sich einem bestimmten Abstand gegenüberliegen.

Die Umformerelemente 12 bestehen aus ersten Elektroden 12a und zweiten Elektrode 12b; vier ersten Elektrode 12a sind in dieser Ausführungsform wie ein Kamm miteinander verbunden, was in den Zeichnungen dargestellt ist. Jede der zweiten Elektroden 12b ist gerade und zwischen benachbarten ersten Elektroden 12a und 12a angeordnet.

In dieser Ausführungsform werden drei Umformerelemente 12 durch drei zweite Elektroden 12b, die zwischen den ersten Elektroden 12a angeordnet sind, gebildet.

Jede zweite Elektrode 12b kann durch Batterien 14 und 15 in der Spannung anlegenden Einheit über eine Spule 16 und einen Umschalter 17 mit Strom versorgt werden. Jede zweite Elektrode 12 ist über einen Kondensator 18 mit einer Ausgangsklemme 19 verbunden, um Gleichstromspannung auszuschalten und Wechselstromspannung durchzulassen. Die ersten Elektroden 12a sind an die Ausgangsklemme 20 angeschlossen. Die ersten Elektroden 12a sind über eine Erdung an die Batterien 14 und 15 angeschlossen.

In dem akustischen Oberflächenwellen-Bauelement mit einer derartigen Konfiguration kann mittels eines Umschalters 17 sowohl positive wie negative Spannung an die drei Umformerelemente 12 angelegt werden. Wenn eine positive Spannung an die drei zweiten Elektroden 12b angelegt wird, ist der Ausgangscode [111], und wenn negative Spannung an diese zweiten Elektrode 12b angelegt wird, ist der Ausgangscode [000]. Durch Veränderung der Polarität der an diese zweiten Elektrode 12b angelegten Spannungen kann jede Kombination von 0 und 1 erhalten werden.

Wenn einmal eine Spannung an jedes Umformerelement 12 mit Hilfe der Spannung anlegenden Einheit 13 angelegt ist, wird der eingestellte Code durch Remanenz des dünnen ferroelektrischen Films 3 nach Entfernen der angelegten Spannung beibehalten (d. h. wenn jede zweite Elektrode 12b von den Batterien 14 und 15 abgeschaltet ist).

Daher kann das akustische Oberflächenwellen-Bauelement nach Einstellung des Codes allein ohne die Spannung anlegende Einheit 13 betrieben werden, wie dies in Fig. 6(c) dargestellt ist. Der eingestellte Code ist durch Umkehren der Spannung, die an jedes Umformerelement 12 angelegt ist, unter Verwendung der Spannung anlegenden Einheit 13 veränderbar.

Fig. 8 ist ein Schaltkreis, der eine andere Spannung anlegende Einheit 13′ zum Anlegen einer positiven oder negativen Spannung an jede zweite Elektrode 12b darstellt. Jede Elektrode 12b ist über Dioden, die in derselben oder entgegengesetzten Richtung parallel angeordnet sind, mit einer Schaltungsverknüpfung verbunden. Die Schaltungsverknüpfung 23 ist mit einem positiven oder negativen Impulsgenerator 24 verbunden. Ein Befehlssignal wird von einem Codegenerator 25 zu der Schaltungsverknüpfung 23 und dem Impulsgenerator 24 gegeben, um die Polarität der an jede Elektrode 12b angelegten Spannung zu bestimmen.

Der Pulsgenerator 24 gibt basierend auf dem Signal aus dem Codegenerator 25 einen positiven oder negativen Impuls aus; der Impuls wird durch die Schaltungsverknüpfung 23 in eine der drei Elektroden 12b eingegeben. Der Code wird durch die Remanenz jedes Umformerelements 12 eingestellt.

Obgleich in Fig. 6 3 Umformerelemente verwendet werden, kann die Anzahl der Umformerelemente 2, 4 oder mehr sein.

Außerdem kann ein Ausgangscode eingestellt werden, indem eine Spannung in die Eingangs-Kamm-Elektroden in der vorliegenden Erfindung angelegt wird.

Fig. 9(a) zeigt eine Ausführungsform, in der Bezugszeichen Nr. 11′ Eingangs-Kamm-Elektroden darstellt und Bezugszeichen Nr. 12′ Ausgangs-Kamm-Umformerelemente darstellt. Impulsspannungen aus einem Impulsgenerator 24 in der Spannung anlegenden Einheit 13′ werden über eine Schaltungsverknüpfung 23 und Dioden 22 den Eingangs-Kamm-Elektroden 11′ zugeführt. Bezugszeichen Nr. 26 stellt eine Einheit dar, die die Dioden 26 und den Kondensator 18 umfaßt.

Fig. 9(b) zeigt ein akustisches Oberflächenwellen- Bauelement, in dem die Polarität jeder Eingangs-Kamm- Elektrode 11′′ mit Umschaltern 27, die an beiden Seiten der Eingangs-Kamm-Elektrode angeordnet sind, veränderbar ist.

In dieser Ausführungsform werden ebenfalls alle die Materialien für Substrat, dünnen ferroelektrischen Film und Elektroden, die oben beschrieben wurden (Ausführungsform Typ B), bevorzugt verwendet.

Als weitere Ausführungsform werden im folgenden ein akustischer Oberflächenwellen-Resonator und ein akustischer Oberflächenwellen-Filter beschrieben.

Wie in Fig. 10 dargestellt ist, sind in dem akustischen Oberflächenwellen-Bauelement dieser Ausführungsform eine untere Elektrode und ein dünner ferroelektrischer Film in der genannten Reihenfolge auf ein Substrat laminiert, ist eine Reihe von engen ersten oberen Elektrode 41 parallel auf der Oberfläche des dünnen ferroelektrischen Films 3 angeordnet und sind enge zweite obere Elektroden 42 zwischen den ersten oberen Elektroden 41 angeordnet. Die Dicke des dünnen ferroelektrischen Films ist kleiner als der Abstand zwischen der ersten oberen Elektrode 41 und der zweiten oberen Elektrode 42. Das Bauelement ist mit einer Spannung anlegenden Einheit für ein wechselweises Anlegen einer positiven oder negativen Ladung an jede obere Elektrode ausgestattet. Außerdem sind elastische Wellenreflektoren 50 an beiden Seiten der Gruppe der oberen Elektrode, die aus den ersten und zweiten oberen Elektroden besteht, entlang der Elektrodengruppierung angeordnet.

Wenn das Substrat leitend ist, kann das Substrat selbst eine untere Elektrode sein.

Fig. 10(a) ist eine Draufsicht des akustischen Oberflächenwellen-Bauelements gemäß der vorliegenden Erfindung; und Fig. 10(b) ist eine Querschnitt entlang der Linie B-B in Fig. 10(a).

Eine untere Elektrode 2 ist an einem rechteckigen Substrat 1 angebracht und darauf ist ein dünner ferroelektrischer Film 3 ausgebildet.

In der Mitte des Substrats sind in Längsrichtung schmale erste obere Elektroden 41 ausgebildet; zwischen den ersten oberen Elektroden 1 sind schmale zweite obere Elektroden 42 ausgebildet. Diese ersten und zweiten oberen Elektroden 41 und 42 sind in Querrichtung des Substrats parallel angeordnet. Die ersten und zweiten oberen Elektroden 41 und 42 sind in gleichem Abstand angeordnet. Die Dicke des dünnen ferroelektrischen Films ist kleiner als der Abstand P zwischen der ersten oberen Elektrode 41 und der zweiten oberen Elektrode 42.

An beiden Seiten der oberen Elektroden-Gruppe, die aus den ersten und zweiten oberen Elektroden 41 und 42 besteht, sind Reflektoren 50 angebracht. Jeder Reflektor 50 besteht aus einer Reihe von Reflexionsabschnitten 5a parallel zu den ersten und zweiten oberen Elektrode 41, 42 sowie aus Kurzschlußabschnitten 50b zum Verbinden der Reflexionsabschnitte 50a miteinander. Der Abstand zwischen den Reflexionsabschnitten 50a ist derselbe wie der zwischen den ersten und zweiten oberen Elektroden 41, 42.

Die oberen Elektroden 41 sind über ihre jeweiligen Kondensatoren 61 mit einer Anschlußklemme 20 verbunden. Ferner können die oberen Elektroden 41 über ihre jeweiligen Spulen 42 und Umschalter 81 an Batterie 14 oder Batterie 15 angeschlossen sein. Die positive Elektrode der Batterie 14 ist mit den oberen Elektroden 41 verbunden, und die negative Elektrode der Batterie 15 ist mit den oberen Elektroden 41 verbunden.

Die oberen Elektroden 42 sind über ihre jeweiligen Kondensatoren 62 mit einer Anschlußklemme 19 verbunden. Auch die oberen Elektroden 42 können über ihre jeweiligen Spulen 72 und Umschalter 82 mit der Batterie 14 oder 15 verbunden sein. Die positive Elektrode der Batterie 15 ist an die oberen Elektroden angeschlossen und die negative Elektrode der Batterie 15 ist an die oberen Elektroden 42 angeschlossen.

An die ersten und zweiten oberen Elektroden 41 und 42 des akustischen Oberflächenwellen-Bauelements, das eine derartige Konfiguration hat, können sowohl positive wie negative Spannungen angelegt werden. Beim Oszillieren dieses akustischen Oberflächenwellen-Bauteils werden Schwingungswellen, die durch die Elektrodengruppe erzeugt werden, durch die Reflektoren 50 reflektiert und erzeugen eine stationäre Welle, was zur Resonanz führt. Die Resonanzfrequenz hängt von der an die ersten und zweiten oberen Elektroden 41 und 42 angelegte Spannung ab.

Die Resonanzfrequenz ist auf f eingestellt, wenn eine positive oder negative Spannung an alle ersten und zweiten oberen Elektroden 41 und 42 angelegt ist (Fall 1 unten). Wenn eine positive Spannung an die ersten oberen Elektroden 41 und eine negative Spannung an die zweiten oberen Elektroden angelegt ist (Fall 2 unten), ist die Resonanzfrequenz 2f. Die Resonanzfrequenz ist wie folgt veränderbar, indem die Kombination der an die ersten und zweiten unteren Elektroden 41 und 42 angelegten Spannungen modifiziert wird.

Wenn N 2 (wobei N die Anzahl derselben Polaritäten in den oberen Elektroden angibt) hat eine abwechselnde Anordnung auf N positiven Polaritäten (+) und N negativen Polaritäten (-) eine Resonanzfrequenz von f/N.

Nachdem Spannungen aus den Batterien 14 und 15 zu den ersten und zweiten oberen Elektroden 41 und 42 angelegt wurden und die Batterien abgeschaltet wurden, können die Resonanzfrequenz-Charakteristika aufgrund einer Remanenz des dünnen ferroelektrischen Films 3 aufrecht erhalten werden. Die Polarität kann auch umgekehrt werden, indem die umgekehrte Spannung angelegt wird, um eine andere Resonanzfrequenz zu erzeugen.

Dieses akustische Oberflächenwellen-Bauelement kann als programmierbarer akustischer Oberflächenwellen-Resonator oder -Filter verwendet werden.

[BEISPIELE]

Die vorliegende Erfindung wird nun detaillierter anhand von Beispielen beschrieben.

Beispiele für die Ausführungsform Typ A BEISPIELE A1 bis A16

Durch ein Verfahren der Vakuumzerstäubung wurden eine Ti-Schicht mit einer Dicke von 500 Å und eine Pt-Schicht als untere Elektrode mit einer Dicke von 2 000 Å getrennt auf einem 250 µm dickes Si-Substrat, das eine Oxid-Schicht in einer Dicke von 1 µm aufwies, abgeschieden.

Mit einem Sol-Gel-Verfahren wurde ein dünner PZT- oder PT-Film der in Tabelle 1 beschrieben ist, auf der PT-Schicht als untere Elektrode abgeschieden.

Vor Abscheidung des dünnen PZT- oder PT-Films wurde ein dünner PT-Film mit einer Dicke von 0,01 µm als Pufferschicht durch ein Sol-Gel-Verfahren abgeschieden.

Bei der Abscheidung der PT-Pufferschicht wurde eine flüssige Zusammensetzung zur Bildung des dünnen PT-Films verwendet, wobei die flüssige Zusammensetzung durch Auflösen von Bleiacetat und Titanisopropoxid in Methoxyethanol in einem bestimmtem Molverhältnis hergestellt wurde.

Bei der PZT-Filmabscheidung wurde eine flüssige Zusammensetzung zur Bildung des dünnen PZT-Films verwendet, wobei die flüssige Zusammensetzung hergestellt wurde, indem ein vorbestimmtes Molverhältnis von Bleiacetat, Zirkoniumbutoxid und Titanisopropoxid in einer Lösung aufgelöst wurden, so daß der Gesamtgehalt an gelösten Verbindungen 10 bis 20 Gew.-% betrug. Die Lösung wurde durch ein Aufschleuderverfahren aufgetragen und bei 400°C getrocknet. Das Verfahren wurde wiederholt, bis der Film eine bestimmte Dicke erreichte. Schließlich wurde der gebildete dünne PZT-Film eine Stunde lang bei 650°C gebrannt.

Ein Beispiel für die flüssige Zusammensetzung zur Bildung eines dünnen PZT-Films (der Gesamtgehalt als Metalloxide: 20 Gew.-%) ist folgendes:

Bleiacetat:
23,985 Gew.-%
Tetrabutoxyzirkonium:	11,455 Gew.-%
Isopropoxytitan	7,842 Gew.-%
2-Methoxyethanol:	Ausgleich

Bei Abscheidung des dünnen PT-Films wurde der dünne PT-Film direkt ohne Abscheidung einer Pufferschicht auf der Pt-Schicht der unteren Elektrode abgeschieden.

In diesem Fall wurde eine flüssige Zusammensetzung zur Bildung eines dünnen PT-Films verwendet, wobei die flüssige Zusammensetzung durch Auflösen von Bleiacetat und Titanisopropoxid in Methoxymethanol in einem bestimmten Molverhältnis hergestellt wurde, so daß der Gesamtgehalt an gelösten Verbindungen 10 Gew.-% betrug.

Mit einem Vakuumzerstäubungsverfahren wurden zwei 70 µm × 70 µm große quadratische obere Aluminium-Elektroden mit einer Dicke von 1 500 Å und einem Zwischenelektrodenabstand von 180 µm - wie in Fig. 1 dargestellt ist - auf dem dünnen PZT- oder PT-Film ausgebildet.

Zwischen den oberen Elektroden wurde bei 150°C 10 min lang ein elektrisches Gleichstromfeld von 300 kV/cm angelegt. Die dünnen PZT- und PT-Filme wurden in vertikaler Richtung polarisiert und dadurch piezoelektrische Dünnfilm-Resonatoren hergestellt.

Die Grund-Resonanzfrequenz der vertikalen Schwingung jedes resultierenden dünnen piezoelektrischen Films ist in Fig. 1 dargestellt.

VERGLEICHSBEISPIELE A1 bis A2

Wie in Beispiel A1 bzw. A12, außer der Abstand zwischen den oberen Elektroden 0,2 µm war, was kleiner war als die Dicke des dünnen PZT-Films und des dünnen PT-Films, wurden ein dünner PZT-Film und einer dünner PT-Film hergestellt.

Die Polarisation dieser Filme durch Anlegen eines elektrischen Gleichstromfeldes war wegen eines Kurzschlusses zwischen den oberen Elektrode unbefriedigend.

BEISPIEL A17

Es wurde ein piezoelektrischer Dünnfilm-Resonator, wie in Beispiel A1 hergestellt, außer daß die PZT-Filmdicke 0,8 µm betrug und zwei rechteckige (80 µm × 75 µm) obere Aluminium- Elektroden mit einem Zwischenelektrodenabstand von 75 µm gebildet wurden. Die Resonanzfrequenz und die Einfügungsdämpfung sind in Tabelle 2 angegeben.

BEISPIEL A18

Es wurde ein piezoelektrischer Dünnfilm-Resonator wie in Beispiel A17 hergestellt, außer daß ein hohler Abschnitt in einer Größe von 235 µm × 75 µm × 235 µm (Tiefe) an der Seite des Si-Substrats, die der Seite, an der die oberen Elektroden ausgebildet waren gegenüberlag, bereitgestellt wurde, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist. Resonanzfrequenz und Einfügungsdämpfung sind in Tabelle 2 angegeben.

BEISPIEL A19

Es wurde ein piezoelektrischer Dünnfilm-Resonator wie in Beispiel A12 hergestellt, außer daß die PZT-Filmdicke 0,8 µm war und zwei rechteckige (80 µm × 75 µm) obere Aluminium- Elektroden mit einem Zwischenelektrodenabstand von 75 µm ausgebildet wurden. Resonanzfrequenz und Einfügungsdämpfung sind in Tabelle 2 angegeben.

BEISPIEL A20

Es wurde ein piezoelektrischer Dünnfilm-Resonator wie in Beispiel A19 hergestellt, außer daß ein hohler Abschnitt in einer Größe von 235 µm × 75 µm × 235 µm (Tiefe) auf der Seite des Si-Substrats angebracht war, die der Seite gegenüberlag, an der die oberen Elektroden ausgebildet waren, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist. Resonanzfrequenz und Einfügungsdämpfung sind in Tabelle 2 angegeben.

BEISPIELE A21 UND A22

Nach Abscheidung eines dünnen PZT-Films und eines dünnen PT-Films wie in Beispiel A7 bzw. A20 wurde durch ein Verfahren der Vakuumzerstäubung auf diesem - allerdings nicht im Schwingungsbereich - ein SiO₂-Film mit einer Dicke von 1 µm ausgebildet, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist; dann wurden oberen Elektroden mit einem Elektrodenzwischenabstand von 10 µm für den PZT-Film oder 75 µm für den PT-Film gebildet, um so eine Brücke zwischen dem SiO₂-Film und dem dünnen PZT- oder PT-Film zu bilden. Es wurden zwei piezoelektrische Dünnfilm-Resonatoren hergestellt. In diesen piezoelektrischen Dünnfilm-Resonatoren war die Fläche des Bereichs, der auf dem dünnen PZT-Film ausgebildet war, 70 µm × 70 µm, der Bereich des Abschnitts, der auf dem dünnen PT-Film ausgebildet war 80 µm × 75 µm, die Fläche es Bereichs, der auf dem SiO₂-Film ausgebildet war, 100 µm × 100 µm. Die Breite der Verbindung betrug 20 µm.

Die Scheinwiderstände der piezoelektrischen Dünnfilm- Resonatoren wurden mit jenen der Beispiele A7 und A20 verglichen, um die Abhängigkeit des Scheinwiderstands im oberen Elektrodenbereich zu klären. Die Scheinwiderstände der piezoelektrischen Dünnfilm-Resonatoren in Beispiel A7 und A20 waren annähernd 50 Ω und jene in den Beispielen A21 und A22 waren ebenfalls etwa 50 Ω. Somit ändern sich die elektrischen Charakteristika nicht mit der Resonator- Konfiguration; es kann eine verstärkte Struktur erreicht werden, indem die Positionen, an denen die oberen Elektroden ausgebildet werden, verschoben werden.

Als nächstes werden Beispiele für eine Abscheidung eines dünnen PZT- oder PT-Films unter Verwendung eines dünnen Diamantfilm-Substrats beschrieben.

BEISPIELE A23 UND A24

Mit einem Verfahren der Vakuumzerstäubung wurden auf einen 250 µm dicken Si-Substrat, auf dem ein dünner Diamantfilm mit einer Dicke von 20 µm ausgebildet war, eine Ti-Schicht mit einer Dicke von 500 Å und eine Pt-Schicht als untere Elektrode mit einer Dicke von 2 000 Å getrennt abgeschieden.

Auf der Pt-Schicht als der unteren Elektrode wurde mittels Sol-Gel-Verfahren ein dünner PZT- oder PT-Film mit einer Dicke von 0,8 µm abgeschieden.

Es wurde eine flüssige Zusammensetzung zur PZT- Filmabscheidung verwendet, in der Bleiacetat, Zirkoniumbutoxid und Titanisopropoxid in einem bestimmten Molverhältnis in einer Lösung aufgelöst waren, so daß der Gesamtgehalt an gelösten Bestandteilen 18 Gew.-% war; zur PT-Filmabscheidung wurde eine flüssige Zusammensetzung verwendet, in der Bleiacetat und Titanpropoxid in einem bestimmten Verhältnis in einer Lösung aufgelöst waren, so daß der Gesamtfeststoffgehalt 10 Gew.-% betrug. Diese flüssigen Zusammensetzungen wurden schleuderbeschichtet und bei 400°C getrocknet. Dieses Verfahren wurde wiederholt, bis der Film eine vorherbestimmte Dicke erreichte, dann wurde das Substrat 1 h lang bei 650°C gebrannt.

Als nächstes wurden zwei rechteckige (70 µm × 75 um) obere Elektroden 4A und 4B, die eine Dicke von 1 500 Å und einen Elektrodenzwischenabstand hatten, in einem Verfahren der Vakuumzerstäubung auf den dünnen PZT- oder PT-Film aufgemustert, wie dies in Fig. 1b dargestellt ist.

Zwischen die oberen Elektroden wurde 10 min lang bei 150°C ein elektrisches Gleichstromfeld mit 300 kV/cm angelegt. Sowohl der dünne PZT- wie auch der PT-Film wurden in vertikaler Richtung polarisiert und dadurch piezoelektrische Dünnfilm-Resonatoren hergestellt.

Die Grund-Resonanzfrequenz und die Einfügungsdämpfung der vertikalen Schwingung für jeden resultierenden piezoelektrischen dünnen Film sind in Tabelle 3 angegeben.

VERGLEICHSBEISPIELE A3 UND A4

Es wurden ein Dünnfilm-PZT-Resonator und ein Dünnfilm-PT- Resonator wie in den Beispielen A23 bzw. A24 hergestellt, außer daß 250 µm dicke Si-Substrate, die einen Oberflächenoxidfilm mit einer Dicke von 1 µm hatten, verwendet wurden. Die Grund-Resonanzfrequenz und die Einfügungsdämpfung der vertikalen Schwingung für jeden dünnen piezoelektrischen Film sind in Tabelle 3 angegeben.

Die in Tabelle 3 angeführten Resultate erläutern, daß sich die Einfügungsdämpfung verbessert, wenn eine dünner Diamantfilm verwendet wird.

VERGLEICHSBEISPIELE A5 UND A6

Es wurde ein PZT-Dünnfilm-Resonator und ein PT-Dünnfilm- Resonator, wie sie in Beispiel A23 bzw. Beispiel A24 verwendet wurden, mit der Ausnahme, daß der Elektrodenabstand 0,2 µm war, was kleiner war als die Dicke des dünnen PZT- oder des dünnen PT-Films, hergestellt. Die Resonatoren konnten wegen eines Kurzschlusses, der auftrat, wenn ein elektrisches Gleichstromfeld zwischen den oberen Elektroden angelegt wurde, nicht polarisiert werden.

BEISPIEL A25

Es wurde ein piezoelektrischer Dünnfilm-Resonator, wie er in Beispiel A23 hergestellt wurde, allerdings mit der Ausnahme, daß die PZT-Filmdicke 0,8 µm war und daß zwei rechteckige (80 µm × 75 µm) obere Aluminium-Elektroden mit einem Elektrodenabstand ausgebildet wurden. Die Frequenzresonanz und die Einfügungsdämpfung sind in Tabelle 4 angegeben.

BEISPIEL A26

Es wurde ein piezoelektrischer Dünnfilm-Resonator wie in Beispiel A25 hergestellt, allerdings mit der Ausnahme, daß ein hohler Abschnitt mit 235 µm × 75 µm × 235 µm (Tiefe) auf der Seite des Si-Substrats ausgebildet wurde, die der Seite, auf der die oberen Elektroden ausgebildet waren, gegenüberlag, was in Fig. 2 dargestellt ist. Die Frequenzresonanz und die Einfügungsdämpfung sind in Tabelle 4 dargestellt. Der hohle Abschnitt beeinträchtigt wegen des dünnen Diamantfilms, der auf dem Substrat abgeschieden ist, die Festigkeit nicht.

BEISPIEL A27

Nachdem ein dünner PZT-Film wie in Beispiel A23 abgeschieden worden war, wurde mittels eines Verfahrens der Vakuumzerstäubung ein SiO₂-Film mit einer Dicke von 1 µm auf dem dünnen PZT-Film - außer im Vibrationsbereich - abgeschieden; dann wurden die oberen Elektroden 4A und 4B, die eine Dicke von 1 500 Å hatten, mit einem Elektrodenzwischenraum so ausgebildet, daß sie eine Brücke zwischen dem SiO₂-Film und dem dünnen PZT-Film bildeten. Auf diese Weise wurde ein piezoelektrischer Dünnfilm-Resonator hergestellt. Die Fläche des Abschnitts der oberen Elektrode, die auf dem dünnen PZT-Film ausgebildet war, war 70 µm × 70 µm; die Fläche des Abschnitts der oberen Elektrode, die auf dem SiO₂-Film ausgebildet war, war 100 µm × 100 µm, und die Breite der Verbindung war 20 µm.

Der Scheinwiderstand dieses piezoelektrischen Dünnfilm- Resonators wurde mit dem von Beispiel A23 verglichen, um die Abhängigkeit des Scheinwiderstandes von der Fläche der oberen Elektroden zu klären. Die piezoelektrischen Dünnfilm- Resonatoren von Beispiel A23 und A27 hatten etwa 50 Ω. Damit ändert sich der Scheinwiderstand durch eine solche Konfigurationsveränderung nicht; es wird eine verstärkte Struktur durch Verschiebung der Positionen, an denen die oberen Elektroden ausgebildet sind, erreicht.

Beispiele für die Ausführungsform Typ B BEISPIELE B1 BIS B7

Auf einem Einkristall-Si-Substrat (3 inch Durchmesser, Dicke 250 µm), das einen Oberflächenoxidfilm (1 µm Dicke) hatte, wurde durch ein Sol-Gel-Verfahren eine dünne BST- Pufferschicht, eine dünne STO-Pufferschicht bzw. eine dünne BTO-Pufferschicht mit einer Dicke von jeweils 0,15 µm getrennt abgeschieden; dann wurde darauf ein dünner PZT-Film mit einer Dicke von 0,8 µm darauf abgeschieden.

Um die dünnen BST-, STO-, BTO- und PZT-Filme zu bilden, wurden die folgenden Zusammensetzungen mit einer Apparatur zur Aufschleuderbeschichtung aufgetragen und bei 400°C getrocknet; dieses Verfahren wurde wiederholt, bis eine vorher bestimmte Dicke erreicht wurde, dann wurde das Substrat 1 h lang bei 650°C gebrannt.

Flüssige Zusammensetzung zur BST-Filmabscheidung (Gesamtgehalt an reduzierten Metalloxiden: 7 Gew.-%):

Barium-2-ethylhexanoat:
9,514 Gew.-%
Strontium-2-ethylhexanoat:	3,598 Gew.-%
Tetraisopropoxytitan:	9,205 Gew.-%
2-Ethylhexansäure:	18,50 Gew.-%
Isoamylpropionat:	Ausgleich

Flüssige Zusammensetzung zur STO-Filmabscheidung (Gesamtgehalt an reduzierten Metalloxiden: 7 Gew.-%):

Strontium-2-ethylhexanoat:
14,269 Gew.-%
Tetraisopropoxytitan:	10,950 Gew.-%
2-Ethylhexansäure:	22,015 Gew.%
Isoamylpropionat:	Ausgleich

Flüssige Zusammensetzung zur BTO-Filmabscheidung (Gesamtgehalt an reduzierten Metalloxiden: 7 Gew.-%):

Barium-2-ethylhexanoat:
12,722 Gew.-%
Tetraisopropoxytitan:	8,616 Gew.-%
2-Ethylhexansäure:	17,31 Gew.-%
Isoamylpropionat:	Ausgleich

Flüssige Zusammensetzung zur PZT-Filmabscheidung (Gesamtgehalt der reduzierten Metalloxide: 20 Gew.-%):

Bleiacetat:
23,985 Gew.-%
Tetraisopropoxytitan:	7,842 Gew.-%
2-Methoxyethanol:	Ausgleich

Es wurden Aluminium-Kamm-Elektroden mit dem in Fig. 5 angegebenen Muster (LAS ist in Tabelle 3 angegeben) gebildet; der dünne PZT-Film wurde polarisiert, indem eine Gleichstromspannung von 30 V zwischen Kamm-Elektroden 4a und 4b und zwischen Kamm-Elektroden 4c und 4d für 10 min angelegt wurde.

Das akustische Oberflächenwellen-Bauelement oszilliert akustische Oberflächen aufgrund einer Oberflächenverformung, die durch den piezoelektrischen Effekt verursacht wird, wenn ein elektrisches Signal zwischen die Elektroden 4a und 4b gegeben wird. Wenn der Abstand zwischen den Elektrode 4c und 4d die Hälfte der akustischen Oberflächenwellenlänge ist, werden akustische Oberflächenwellen stark oszilliert und das Bauelement arbeitet als akustisches Oberflächenwellen- Bauelement.

Es wurde ein elektrisches Signal zwischen die Elektroden 4a und 4b des akustischen Oberflächenwellen-Bauelements gebracht und das Ausgangssignal aus den Elektroden 4c und 4d gemessen. Die in Tabelle 5 angegebenen Grund-Resonanzfrequenzen wurden beobachtet.

BEISPIELE B8 BIS B10

In jedem Beispiel wurde ein dünner PZT-Film mit einer Dicke von 0,8 µm durch ein Sol-Gel-Verfahren an spiegelblanken Einkristall-Saphir (5 cm × 5 cm × 0,7 mm Tiefe) abgeschieden. Die flüssige Zusammensetzung für die PZT-Filmabscheidung und die Bedingungen dafür sind wie die, die oben beschrieben wurden und zur Abscheidung des dünnen PZT-Films verwendet wurden.

Es wurden obere Kamm-Elektroden mit unterschiedlichem Elektrodenabstand (LAS ist in Tabelle 4 angegeben) ausgebildet und der dünne PZT-Film wurde unter denselben Bedingungen wie oben bei der Herstellung eines akustischen Oberflächenwellen-Bauelements polarisiert.

Es wurde ein elektrisches Signal zwischen die Elektroden 4a und 4b des akustischen Oberflächenwellen-Bauelements gebracht und das Ausgangssignal aus den Elektroden 4c und 4d gemessen. Die Grundresonanzfrequenzen, die in Tabelle 6 angegeben sind, wurden gemessen.

Da die Polarisationsrichtungen zwischen den oberen Elektroden in diesen Beispielen wechseln, ist die Frequenz die zweifache der, die auftritt, wenn die Polarisationsrichtungen vertikal zu den Kamm-Elektroden gleich sind.

BEISPIEL B11

Wie in Beispiel B4 wurde ein dünner PZT-Film mit einer Dicke von 1 µm auf dem Si-Substrat abgeschieden. Das in Fig. 6 angegebene Elektrodenmuster, das eine Linienbreite (L·S) von µm hatte, wurde auf dem dünnen PZT-Film gebildet. Jede Kreuzungslänge zwischen den Elektroden 11a und 11b und zwischen den Elektrode 12a und 12b wurde auf 400 µm festgelegt. Die Batterien 14 und 15 hatten eine Spannung von 30 V.

An jedes Umformerelement in dem akustischen Oberflächenwellen-Bauelement, das eine derartige Konfiguration hat, wurde eine positive oder negative Spannung angelegt; der Code wurde durch Entfernen der Spannung eingestellt. Wenn Eingangsimpulse mit einer Pulsdauer von 500 ns angewendet wurden, wurde eine Signalwellenform, die dem eingestellten Code entsprach, ausgegeben. Der eingegebene Code wurde wiederholt geändert und immer eine Signalwellenform, die dem eingegebenen Code entsprach, ausgegeben.

Wie bereits oben ausgeführt wurde, ist der eingestellte Code in der vorliegenden Erfindung neu schreibbar, das akustische Oberflächenwellen-Bauelement und somit der Resonator, Filter und die ID-Karte, die dasselbe verwenden, können nach Entfernung der zur Code-Einstellung angelegten Spannung arbeiten.

Das das akustische Oberflächenwellen-Bauelement nach Code- Einstellung ohne die Spannung anlegende Einheit allein arbeiten kann, ist es leicht und kompakt.

BEISPIEL B12

Auf einem 4 inch Silicium-Substrat wurde nach einem Sol-Gel- Verfahren ein dünner PZT-Film mit einer Dicke von 1 µm ausgebildet. Dann wurden Aluminium-Elektroden 41 und 42, die eine Dicke von 0,1 µm hatten, wie in Fig. 10 mit einer Linienbreite und einem Linienabstand von 4 µm auf den dünnen PZT-Film als Muster aufgebracht. Es wurden Reflektoren 50, die dieselbe Linienbreite und Linienabstand des Reflexionsbereichs hatten, angeordnet. Die Spannung der Batterien 14 und 15 war 30 Volt.

An die oberen Elektroden 41 und 42 des akustischen Oberflächenwellen-Bauelements wurde eine positive Spannung angelegt und wieder entfernt. Das akustische Oberflächenwellen-Bauelement oszillierte mit einer Oszillationsfrequenz von 200 MHz. Es wurde immer eine Signalwellenform, die dem eingegebenen Code entsprach, ausgegeben. Die Resonanzfrequenz war 400 MHz, wenn das Spannungsmuster von Fall 2 angelegt wurde; die Resonanzfrequenz war 100 MHz, wenn das Spannungsmuster von Fall 3 angelegt wurde; und die Resonanzfrequenz war 66 MHz, wenn das Spannungsmuster von Fall 4 angelegt wurde.

Es wurde eine untere Pt-Elektrode mit einer Dicke von 0,2 µm auf einem MgO-Substrat gebildet. Unter Verwendung des MgO- Substrats wurde wie oben ausgeführt, ein akustisches Oberflächenwellen-Bauelement hergestellt. Das Bauelement hatte dieselbe Resonanzfrequenz wie das, das oben beschrieben wurde.

[VORTEILE]

Da ein dünner piezoelektrischer PZT- oder PT-Film in einem piezoelektrischen Dünnfilm-Bauelement, Ausführungsform Typ A gemäß der vorliegenden Erfindung, wie oben beschrieben, verwendet wird, kann das piezoelektrische Dünnfilm-Bauelement als Filter mit großer Bandbreite und als Resonator mit einer weiten Oszillationsfrequenz arbeiten.

Da die beiden oberen Elektroden in einem bestimmten Abstand angeordnet sind, ist es nicht notwendig, daß die untere Elektrode als terminale Elektrode verwendet wird. Damit sind keine beschwerlichen Schritte zur Freilegung der unteren Elektrode erforderlich; der piezoelektrische Dünnfilmresonator kann in einfacher Weise hergestellt werden.

Durch Bildung eines dünnen dielektrischen Pufferfilms wie z. B. eines BST-, STO- oder BTO-Films kann ein billiges Einkristall-Si-Substrat verwendet werden, was zu einer Kostenverringerung führt.

Da ein piezoelektrisches Dünnfilm-Bauelement, das die Resonanzfrequenz verändern kann, in einer weiteren Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung erhältlich ist, kann der eingestellte Code verändert werden. Das piezoelektrische Dünnfilm-Bauelement kann nach Entfernung der zur Code-Einstellung angelegten Spannung arbeiten, und wird wegen seiner in einfacher Weise veränderbaren Resonanzfrequenz vorzugsweise in Resonatoren, Filtern und ID- Karten eingesetzt.

Das piezoelektrische Dünnfilm-Bauelement kann nach Einstellung der Resonanzfrequenz (des Codes) allein ohne die Spannung anlegende Einheit verwendet werden und ist daher leicht und kompakt.

[KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN] [Fig. 1]

Isometrische Ansichten, die eine Ausführungsform Typ A der vorliegenden Erfindung darstellen; Fig. 1(a) zeigt ein Si- Substrat und Fig. 1(b) zeigt ein Si-Substrat, das einen dünnen Oberflächendiamantfilm hat.

[Fig. 2]

Eine Vorderansicht, die eine andere Ausführungsform Typ A der vorliegenden Erfindung zeigt.

[Fig. 3]

Eine isometrische Ansicht, die eine weitere Ausführungsform Typ A der vorliegenden Erfindung darstellt.

[Fig. 4]

Zeichnungen, die noch eine weitere Ausführungsform Typ A der vorliegenden Erfindung darstellen; Fig. 4(a) ist eine Vorderansicht und Fig. 4(b) ist eine Seitenansicht.

[Fig. 5]

Eine Draufsicht, die ein Muster einer oberen Kamm-Elektrode eines akustischen Oberflächenwellen-Bauelements, das in Ausführungsform Typ B der vorliegenden Erfindung verwendet wird, darstellt.

[Fig. 6]

Zeichnungen, die eine Konfiguration des akustischen Oberflächenwellen-Bauelements, Ausführungsform Typ B der vorliegenden Erfindung zeigen; Fig. 6(a) ist eine Draufsicht, Fig. 6(b) ist ein Schaltkreis einer Spannung anlegenden Einheit und Fig. 6(c) ist ein Blockdiagramm, das den Zustand ohne die Spannung anlegende Einheit zeigt.

[Fig. 7]

Ein Blockdiagramm eines herkömmlichen akustischen Oberflächenwellen-Bauelements.

[Fig. 8]

Ein Schaltkreis, der eine andere Spannung anlegende Einheit darstellt, die in einer Ausführungsform Typ B der vorliegenden Erfindung verwendet wird.

[Fig. 9]

Ein Blockdiagramm eines akustischen Oberflächenwellen- Bauelements gemäß einer weiteren Ausführungsform Typ B der vorliegenden Erfindung.

[Fig. 10]

Zeichnungen, die eine Konfiguration eines akustischen Oberflächenwellen-Bauelements in Übereinstimmung mit Ausführungsform Typ B der vorliegenden Erfindung zeigen; Fig. 10(a) ist eine Draufsicht und Fig. 10(b) ist ein Querschnitt entlang der Linie B-B in Fig. 10(a).

Bezugszeichenliste

1 Substrat (Si-Substrat)
1A Isolierschicht (Siliciumoxid-Film)
1D Dünner Diamantfilm
2 Untere Elektrode
3 Dünner ferroelektrischer Film (dünner PZT- oder PT-Film)
4A, 4B Obere Elektrode
4a, 4b, 4c, 4d Obere Kamm-Elektrode
5 Hohler Abschnitt
6 Isolierschicht
8, 9 Obere Kamm-Elektrode in einem herkömmlichen Bauelement
10 Substratoberfläche eines dünnen ferroelektrischen Films
10′ Substratoberfläche eines dünnen paraelektrischen Films
11, 11′ Obere Kammeingabe-Elektrode
11a, 11b, 12a, 12b Elektrode
13, 13′ Spannung anlegende Einheit
14, 15 Batterie
17 Umschalter
19, 20 Ausgangsklemme
22 Diode
23 Schaltungsverknüpfung
24 Impulsgeneratorstromkreis
25 Codegenerator
41 Erste obere Elektrode
42 Zweite obere Elektrode
50 Reflektor
61, 62 Kondensator
71, 72 Resistor

Tabelle 1

Tabelle 2

PZT

PT

Tabelle 3

Tabelle 4

Tabelle 5

Tabelle 6

Claims

1. Piezoelektrisches Dünnfilm-Bauelement, das ein Substrat, einen durch ein Sol-Gel-Verfahren auf diesem Substrat ausgebildeten dünnen ferroelektrischen Film und Elektroden zum Anlegen einer Spannung an den dünnen elektrischen Film umfaßt, wobei mindestens zwei obere Elektroden als die Elektroden angeordnet sind und der dünne ferroelektrische Film ein dünner Bleititanatzirkonat (PZT)- oder Bleititanat (PT)-Film ist, der durch Anlegen einer Spannung zwischen die Elektroden polarisiert wird.

2. Piezoelektrisches Dünnfilm-Bauelement nach Anspruch 1, wobei das piezoelektrische Dünnfilm-Bauelement ein dünner piezoelektrischer Resonator ist, der ein Substrat, eine auf dem Substrat ausgebildete untere Elektrode, einen auf der unteren Elektrode ausgebildeten dünnen ferroelektrischen Film, der PZT oder PT enthält, und zwei auf dem dünnen ferroelektrischen Film angebrachte Elektroden umfaßt, wobei der dünne ferroelektrische Film durch Anlegen einer Spannung zwischen den oberen Elektroden polarisiert wird.

3. Piezoelektrisches Dünnfilm-Bauelement nach Anspruch 2, wobei der dünne ferroelektrische Film, der PZT oder PT enthält, durch ein Sol-Gel-Verfahren gebildet wird und eine Dicke zwischen 0,1 und 10 µm hat.

4. Piezoelektrisches Dünnfilm-Bauelement nach Anspruch 2, wobei das Substrat ein Si-Substrat, das mit einer Isolierschicht versehen ist, ein Einkristall- oder Polykristall-Diamantsubstrat, oder ein Si-Substrat, das mit einem dünnen Einzelkristall- oder Polykristall- Diamantfilm versehen ist, ist.

5. Piezoelektrisches Dünnfilm-Bauelement nach Anspruch 2, wobei das Substrat ein Si-Substrat, das mit einer Isolierschicht versehen ist, ist, und der dünne ferroelektrische Film, der PZT oder PT enthält, an der unteren Elektrode, welche auf dem Substrat ausgebildet ist, über eine dielektrische Pufferschicht gebildet wird.

6. Piezoelektrisches Dünnfilm-Bauelement nach Anspruch 5, wobei die dielektrische Pufferschicht eine durch ein Sol-Gel-Verfahren gebildete Bleititanat (PT)-Schicht ist und eine Dicke zwischen 0,01 und 0,3 µm hat.

7. Piezoelektrisches Dünnfilm-Bauelement nach Anspruch 2, wobei der Abstand zwischen den zwei oberen Elektroden größer als die Dicke des dünnen ferroelektrischen Films, der PZT oder PT enthält, ist.

8. Piezoelektrisches Dünnfilm-Bauelement nach Anspruch 7, wobei der Abstand zwischen den zwei oberen Elektroden das 2- bis 200-fache der Dicke des dünnen ferroelektrischen Films, der PZT oder PT enthält, ist.

9. Piezoelektrisches Dünnfilm-Bauelement nach Anspruch 2, wobei durch Ätzen an der Seite des Substrats, die der, an der die untere Elektrode ausgebildet ist, gegenüber liegt, ein hohler Abschnitt gebildet wird.

10. Piezoelektrisches Dünnfilm-Bauelement nach Anspruch 1, wobei das piezoelektrische Dünnfilm-Bauelement ein akustisches Oberflächenwellen-Bauelement ist, das ein Substrat, einen durch ein Sol-Gel-Verfahren auf der unteren Elektrode ausgebildeten dünnen ferroelektrischen Film, der PZT oder PT enthält, und mindestens zwei obere Kamm-Elektroden, die auf dem dünnen ferroelektrischen Film ausgebildet sind, umfaßt, und wobei der dünne ferroelektrische Film durch Anlegen einer Spannung zwischen die oberen Elektrode polarisiert wird.

11. Piezoelektrisches Dünnfilm-Bauelement nach Anspruch 10, wobei der dünne ferroelektrische Film, der PZT und PT enthält, durch ein Sol-Gel-Verfahren gebildet wird und eine Dicke zwischen 0,03 und 5 µm hat.

12. Piezoelektrisches Dünnfilm-Bauelement nach Anspruch 10, wobei das piezoelektrische Dünnfilm-Bauelement ein akustisches Oberflächenwellen-Bauelement ist, das ein Si-Einkristall-Substrat, das mit einer Isolierschicht versehen ist, einen dünnen ferroelektrischen Film, der PZT oder PT enthält und durch eine dielektrische Pufferschicht auf dem Si-Einkristall-Substrat ausgebildet ist, und zwei auf dem dünnen ferroelektrischen Film ausgebildete obere Kamm- Elektroden umfaßt.

13. Piezoelektrisches Dünnfilm-Bauelement nach Anspruch 12, wobei die dielektrische Pufferschicht durch ein Sol-Gel- Verfahren gebildet wird und Barium-Strontium-Titanat (BST), Strontiumtitanat (STO) oder Bariumtitanat (BTO) enthält.

14. Piezoelektrisches Dünnfilm-Bauelement nach Anspruch 10, wobei das Substrat ein Si-Einkristall-Substrat, das mit einer Isolierschicht versehen ist, ein Einkristall- oder Polykristall-Diamanten-Substrat, oder ein Einkristall- Substrat, das Saphir, Magnesiumoxid oder Strontiumtitanat enthält, ist.

15. Piezoelektrisches Dünnfilm-Bauelement nach Anspruch 10, wobei die Polarisationsrichtung des dünnen ferroelektrischen Films, der PZT oder PT enthält, in geeigneter Weise veränderbar ist, indem wechselweise eine positive oder negative Spannung zwischen die beiden oberen Kamm-Elektroden angelegt wird.

16. Piezoelektrisches Dünnfilm-Bauelement nach Anspruch 15, wobei der Abstand zwischen den zwei oberen Elektroden größer als die Dicke des dünnen ferroelektrischen Films, der PZT oder PT enthält, ist.

17. Piezoelektrisches Dünnfilm-Bauelement nach Anspruch 15, wobei das piezoelektrische Dünnfilm-Bauelement mit einer Spannung anlegenden Einheit zum wechselweisen Anlegen einer positiven oder negativen Spannung zwischen den zwei oberen Elektroden ausgestattet ist, ein Ausgangscode festgelegt wird, indem der dünne ferroelektrische Film durch wechselweises Anlegen von positiver oder negativer Spannung zwischen den Elektroden polarisiert wird, und der Ausgangscode nach Entfernung der angelegten Spannung mittels Remanenz aufrecht erhalten wird.

18. Akustischer Oberflächenwellen-Resonator oder -filter, der das in Anspruch 15 beschriebene piezoelektrische Dünnfilm-Bauelement verwendet.

19. ID-Karte für ein automatisches Identifizierungssystem, die das in Anspruch 15 beschriebene piezoelektrische Dünnfilm-Bauelement verwendet.

20. Akustisches Oberflächenwellen-Bauelement, umfassend: eine unten angeordnete Elektrode und einen dünnen ferroelektrischen Film, die in dieser Reihenfolge auf einem Substrat laminiert sind; eine Reihe von schmalen ersten oberen Elektroden, die auf dem dünnen ferroelektrischen Film angeordnet sind; eine Reihe von schmalen zweiten oberen Elektroden, die zwischen den ersten oberen Elektroden angeordnet sind, wobei die Dicke des ferroelektrischen Films kleiner ist als der Abstand zwischen der ersten oberen Elektrode und der zweiten oberen Elektrode; eine Spannung anlegende Einheit für ein wechselweises Anlegen einer positiven oder negativen Spannung; einen Reflektor für elastische Wellen, der an beiden Seiten entlang der Richtung der Elektrodengruppierung der oberen Elektrodengruppe, die die ersten und zweiten oberen Elektroden umfaßt, angeordnet ist.

21. Akustischer Oberflächenwellen-Resonator oder -filter, der das in Anspruch 20 beschriebene piezoelektrische Dünnfilm-Bauelement verwendet.