DE3336281C2

DE3336281C2 - SAW-Oberflächenwellenbauelement

Info

Publication number: DE3336281C2
Application number: DE3336281A
Authority: DE
Inventors: Nobuo Mikoshiba; Kazuo Tsubouchi; Kazuyoshi Sugai
Original assignee: Individual
Current assignee: Faurecia Clarion Electronics Co Ltd
Priority date: 1982-10-05
Filing date: 1983-10-05
Publication date: 1995-04-20
Anticipated expiration: 2003-10-06
Also published as: FR2534089A1; DE3336281A1; US4516049A; JPS5964908A; JPH0218614B2; FR2534089B1; GB8326084D0; GB2130452A

Description

Die Erfindung betrifft ein SAW-Oberflächenwellenbauelement, bei dem auf einem elastischen Siliciumeinkristall-Substrat mit einer zu einer kristallografischen Ebene des Substrats äquiva lenten Oberflächen und mit einem positiven Temperaturkoeffi zienten der Verzögerungszeit für akustische Oberflächenwellen eine Mehrschichtanordnung aus wenigstens zwei zusätzlichen Schichten vorgesehen ist, die zwecks Kompensation der Wirkungen des positiven Temperaturkoeffizienten der Verzögerungszeit für akustische Oberflächenwellen des Substrats eine Siliciumdioxid schicht mit negativem Temperaturkoeffizienten der Verzögerungs zeit für akustische Oberflächenwellen umfaßt und die eine auf der Siliciumdioxidschicht vorgesehene piezoelektrische Schicht aufweist, welche eine in bezug auf die Oberfläche des Substrats in vorbestimmter Weise orientierte piezoelektrische Achse hat, wobei zur Anregung akustischer Oberflächenwellen und zur Rück wandlung der akustischen Oberflächenwellen in ein elektrisches Signal Elektrodeneinrichtungen vorgesehen sind, die auf der Siliciumdioxidschicht oder auf der piezoelektrischen Schicht angeordnet sind.

Aus der GB 15 36 717 ist ein SAW-Oberflächenwellenbauelement mit den vorstehend genannten Merkmalen bekannt, wobei dieses bekannte SAW-Bauelement eine Drei-Schichten-Struktur aus einem Siliciumeinkristall-Substrat, einer darauf vorgesehenen Silici umdioxidschicht und einer auf der Siliciumdioxidschicht an geordneten piezoelektrischen Schicht aus Zinkoxid aufweist.

Zinkoxid als Material für die piezoelektrische Schicht eignet sich vergleichsweise gut zur Erzielung eines hinreichend großen elektromechanischen Kopplungskoeffizienten. Es hat jedoch - wie das Siliciumeinkristall-Substrat - einen großen und positiven Temperaturkoeffizienten der Verzögerungszeit für akustische Oberflächenwellen. Die Temperatureffektkompensation beruht bei dem bekannten SAW-Bauelement im wesentlichen auf der Wirkung der Siliciumdioxid-Zwischenschicht, die einen negativen Tempe raturkoeffizienten hat. Da der Temperaturkoeffizient des Ge samt-Bauelements möglichst nahezu Null sein soll, ist ange sichts der vergleichsweise großen und positiven Temperaturkoef fizienten der Zinkoxidschicht und des Siliciumeinkristall- Substrats eine relativ dicke Siliciumdioxidschicht für die Kompensation erforderlich. Mit zunehmender Dicke der Silicium dioxidschicht in einer solchen Schichten-Struktur stellen sich jedoch gravierende Nachteile hinsichtlich der akustischen Eigenschaften des SAW-Bauelements ein.

Zu diesen Nachteilen zählen die durch die üblicherweise amorphe Siliziumdioxidschicht verursachten Wellenübertragungsverluste, die mit zunehmender Dicke dieser amorphen Schicht überpropor tional zunehmen und insbesondere bei extrem hohen Frequenzen ein kaum noch beherrschbares Problem darstellen. Hinzukommt, daß eine Vergrößerung der Dicke der Siliciumdioxid-Zwischen schicht zu einer Verkleinerung der Schallgeschwindigkeit und zu einer unerwünschten Vergrößerung der Dispersion führt, so daß die Anwendungsmöglichkeiten eines SAW-Bauelements mit einer vergleichsweise dicken Siliciumdioxid-Zwischenschicht, ins besondere im Hochfrequenzbereich, begrenzt sind.

Hinzuweisen ist auch noch darauf, daß sich die Zinkoxid-Pie zoschicht des bekannten SAW-Oberflächenwellenbauelements nur schwierig mit ausreichender Reproduzierbarkeit in bezug auf das piezoelektrische Verhalten herstellen läßt.

Gemäß der GB 1 536 717 können die Elektrodeneinrichtungen unmittelbar auf der Siliciumdioxidschicht oder auf der piezo elektrischen Schicht vorgesehen sein, wobei ferner auf der den Elektrodeneinrichtungen abgewandten Seite der piezoelektrischen Schicht ein abschirmender Metallfilm vorgesehen sein kann.

Ein weiteres temperaturkompensiertes SAW-Oberflächenwellenbau element ist aus der US 3,965,444 bekannt. Das SAW-Bauelement nach der US 3,965,444 hat eine Zwei-Schichten-Struktur aus einem piezoelektrischen Substrat und einer darauf angeordneten Siliciumdioxidschicht, wobei zwischen den beiden Schichten die Elektrodeneinrichtungen vorgesehen sind, welche einen Eingangs wandler und einen Ausgangswandler bilden. Das piezoelektrische Substrat besteht aus Lithiumtantalat oder aus Lithiumniobat, wobei der positive Temperaturkoeffizient der Verzögerungszeit des betreffenden piezoelektrischen Substrats durch den negati ven Temperaturkoeffizienten der Siliciumdioxidschicht kompen siert werden soll.

In der prioritätsälteren, jedoch nachveröffentlichten DE 33 08 365 A1 ist ein SAW-Bauelement beschrieben, bei dem auf einer Fläche eines Substrats mit einem positiven Temperaturkoeffi zienten der Verzögerungszeit für akustische Oberflächenwellen eine piezoelektrische Schicht aus Aluminiumnitrid angeordnet ist, wobei die piezoelektrische Achse der Aluminiumnitrid schicht senkrecht oder parallel zu der Fläche des Substrats liegt und die genannte Fläche des Substrats einer kristallogra fischen Ebene des Substrats äquivalent ist. Das Substrat kann ein Saphirsubstrat, ein Siliciumeinkristall-Substrat oder ein Silicium-auf-Saphir-Substrat (SOS) sein.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein SAW-Bauelement mit den eingangs genannten Merkmalen dahingehend zu verbessern, daß es eine im wesentlichen temperaturunabhängige Verzögerungs zeit für akustische Oberflächenwellen in Raumtemperaturumgebung aufweist und dennoch ausgezeichnete akustische Eigenschaften, insbesondere geringe Übertragungsverluste und geringe Disper sion, selbst bei hohen Frequenzen aufweist.

Das erfindungsgemäße SAW-Oberflächenwellenbauelement besteht aus einem elastischen Siliciumeinkristall-Substrat mit einer zu einer kristallografischen Ebene des Substrats äquivalenten Oberfläche und einem positiven Temperaturkoeffizienten der Verzögerungszeit für akustische Oberflächenwellen, einer auf der genannten Oberfläche des Substrats vorgesehenen Mehr schichtanordnung, die zwecks Kompensation der Wirkungen des positiven Temperaturkoeffizienten der Verzögerungszeit für akustische Oberflächenwellen des Substrats eine Siliciumdioxid schicht mit negativem Temperaturkoeffizienten der Verzögerungs zeit für akustische Oberflächenwellen und eine auf der Silizi umdioxidschicht vorgesehene piezoelektrische Schicht aus Alumi niumnitrid mit einem negativen Temperaturkoeffizienten der Verzögerungszeit für akustische Oberflächenwellen aufweist, deren piezoelektrische Achse senkrecht oder parallel zur Ober fläche des Substrats orientiert ist, einer ersten Elektroden einrichtung zur Erzeugung akustischer Oberflächenwellen und einer zweiten Elektrodeneinrichtung zur Erfassung von akusti schen Oberflächenwellen, wobei die erste Elektrodeneinrichtung und die zweite Elektrodeneinrichtung auf der Siliciumdioxid schicht oder auf der Aluminiumnitridschicht vorgesehen sind.

Bei dem erfindungsgemäßen SAW-Oberflächenwellenbauelement trägt neben der Siliciumdioxidschicht auch die Aluminiumnitridschicht zur Kompensation des positiven Temperaturkoeffizienten des Siliciumeinkristall-Substrats bei. Dieser Beitrag ist wesent lich und erlaubt es, die Dicke der Siliciumdioxidschicht so gering zu halten, daß der elektromechanische Kopplungskoeffi zient infolge der Maßnahmen zur Temperatureffektkompensation nicht merklich beeinträchtigt wird, die Wellenübertragungsver luste vergleichsweise klein bleiben, die Schallgeschwindigkeit durch die Maßnahmen zur Temperatureffektkompensation nicht nennenswert vermindert wird und ferner die Dispersion gering ist.

Die Aluminiumnitridschicht kann darüber hinaus auf einfache Weise ausgezeichnet reproduzierbar hergestellt werden.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1-4 Schnittansichten von vier verschiedenen Ausführungsbeispielen der Erfindung,

Fig. 5(A)-5(F), 6(A) und 6(B) sowie 7(A)-7(F) Schaubilder zur Darstellung der mit den erfindungsgemäßen SAW-Oberflächenwellen bauelementen nach Fig. 1-4 erzielten Er gebnisse.

Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform eines erfindungsgemäß aufgebauten SAW-Oberflächenwellenbauelementes in einer Schnittansicht. Dabei bedeuten das Bezugszeichen 1 ein Substrat aus Siliciumeinkristall, das längs einer kristallografischen Fläche, nämlich der (111), (110) oder (100)-Ebene, geschnitten wurde; 2 eine Schicht aus Siliciumdioxid (SiO₂), die auf dein Substrat 1 aus dem Siliciumeinkristall angeordnet ist, und 3 eine Schicht aus Aluminiumnitrid, die so auf der Schicht 2 aus Silicium dioxid (SiO₂) ausgebildet ist, daß ihre piezoelektrische Achse (C-Achse oder [0001]-Achse) senkrecht oder parallel zu der kristallografischen Fläche des Substrats 1 liegt. Die Bezugs zeichen 4 und 5 be treffen eine Elektrode zur Erzeugung von akustischen Oberflächenwellen bzw. eine Elektrode zu deren Erfassung. Beide Elektroden sind auf der mehrschichtigen Anordnung, z. B. in kammförmiger Ausbildung, auf der Aluminiumnitridschicht 3 angeordnet. Das Bezugszeichen D bezieht sich auf die Dicke der Siliciumdioxidschicht 2 und das Bezugszeichen H auf die Dicke der Aluminiumnitridschicht 3.

Wenn bei einem derartig aufgebauten SAW-Oberflächenwellenbauelement akustische Oberflächenwellen senkrecht zur Rich tung der piezoelektrischen Achse der Aluminiumnitritschicht 3 entstehen (sich ausbreiten), wird der in Fig. 5A, 5B und 5C gezeigte Verlauf der Geschwindigkeit der akustischen Oberflächenwellen erhalten. In diesen Figuren ist auf der Abszisse die normierte Dicke der Aluminiumnitridschicht 3 als 2πlH/λ aufgetragen (λ bedeutet die Wellenlänge der akustischen Oberflächenwelle). Auf der Ordinate ist die Phasengeschwindigkeit V_p der akustischen Oberflächenwelle aufgetragen. Bei dein Parameter handelt es sich um die normierte Dicke 2π/λ der Siliziumoxidschicht 2.

Die Fig. 5A, 5B und 5C zeigen den Verlauf bei Schallwellen ausbreitung in Richtung der [112]-Achse auf einer (111)- Fläche des Siliciumeinkristallsubstrates 1, ferner in Richtung der [001]-Achse auf einer (110)-Fläche des Siliciumeinkristallsubstrates 1 und schließlich in Rich tung der [110]-Achse auf einer (001)-Fläche des Substrates 1.

Aus den Fig. 5A, 5B und 5C geht hervor, daß die Streuung der Phasengeschwindigkeit V_p gering ist. Ferner können sehr hohe Werte für die Phasengeschwindigkeit V_p erhalten werden.

Fig. 6A zeigt den Verlauf des elektromechanischen Kopplungs koeffizienten, wie er aus den zuvor abgehandelten Ergebnissen erhalten wird. Dabei ist auf der Abszisse der Wert 2πH/λ und auf der Ordinate der quadratische Wert für den elektro mechanischen Kopplungskoeffizienten K in Prozent aufgetragen. Die Figur zeigt den Verlauf bei einer Ausbreitung der akustischen Oberflächenwelle längs der [110]-Richtung auf einer (001)-Fläche des Siliciumeinkristallsubstrates 1. Das SAW-Oberflächenwellenbauelement A in dieser Figur entspricht dem nach Fig. 1. Aus dem Verlauf der Kurven ist zu schließen, daß Werte für K² erhalten werden können, die für die Erzeugung und Er fassung von akustischen Oberflächenwellen ausreichen. Außerdem zeigt das Diagramm, daß die Bauelemente gute piezo elektrische Eigenschaften besitzen.

Fig. 7A, 7B und 7C zeigen den bei dem oben beschriebenen Bauelement erhaltenen Verlauf des Temperaturkoeffizien ten der Verzögerungszeit (TCD) für akustische Oberflächen wellen. Auf der Abszisse ist der Wert 2πH/λ und auf der Ordinate das Variationsverhältnis der Verzögerungs zeit (τ) in Abhängigkeit von der Temperatur (1/τ)·(dτ/dT) in ppm/°C aufgetragen.

Fig. 7A, 7B und 7C zeigen den Verlauf bei einer Ausbreitung der akustischen Oberflächenwelle in Richtung der [112]-Achse auf der (111)-Fläche des Siliciumeinkristallsubstrates 1, in Richtung der [001]-Achse auf der (110)-Fläche des Substrates 1 bzw. in Richtung der [110]-Achse auf der (001)-Fläche des Substrates 1. Da das Siliciumeinkristall substrat 1 für die Verzögerungszeit positive Temperatur koeffizienten hat,während die betreffenden Temperaturkoeffizienten der Siliciumdioxidschicht 2 und der Aluminiumnitrid schicht 3 negativ sind, führt dies im Ergebnis da zu, daß sich diese Koeffizienten gegeneinander aufheben. Ferner ändern sich die Temperaturkoeffizienten mit der Dicke D der Siliciumdioxidschicht 2 und der Dicke H der Aluminiumnitridschicht 3. Wenn man daher in geeigneter Weise die Werte für die Dicken D und H auswählt, läßt sich eine Annäherung des Temperaturkoeffizienten an den Wert Null er reichen.

Sofern sich die akustischen Oberflächenwellen parallel zur piezoelektrischen Achse der Aluminiumnitridschicht 3 - und damit anders als bei dem SAW-Bauelement nach Fig. 1 - ausbreiten, wird ein Verlauf der Geschwindigkeit der akustischen Oberflächenwellen ge mäß Fig. 5D, 5E und 5F erhalten.

Die Fig. 5D, 5E und 5F zeigen den Verlauf bei einer Wellen ausbreitung in Richtung der [112]-Achse auf der (111)-Fläche des Substrates 1, in Richtung der [001]-Achse auf der (110)-Fläche und in Richtung der [110]-Achse auf der (001)- Fläche des Substrates.

Nach Fig. 5D, 5E und 5F ist die Streuung der Phasenge schwindigkeit V_p gering. Ferner können sehr hohe Werte für die Phasengeschwindigkeit V_p erzielt werden.

Fig. 63 zeigt den Verlauf des elektromechanischen Kopplungs effizienten bei einer Ausbreitung der akustischen Oberflächen welle in Richtung der [100]-Achse auf der (001)-Fläche des Siliciumeinkristallsubstrates 1. Das SAW-Bauelement A entspricht dem in Fig. 1 gezeigten. Die Kurven zeigen, daß man Werte für K² erhalten kann, die zur Erzeugung und Erfassung von akustischen Oberflächenwellen aus reichen, und daß die Bauelemente gute piezoelektrische Eigenschaften besitzen.

Fig. 7D, 7E und 7F zeigen den Verlauf des Temperatur koeffizienten der Verzögerungszeit (TCD) für die mit diesen Bauelementen erhaltenen akustischen Oberflächen wellen.

Fig. 7D, 7E und 7F zeigen den Verlauf bei einer Oberflächenwellenausbreitung längs der [112]-Achse auf der (111)-Fläche des Siliciumeinkristallsubstrates 1, längs der [001]-Achse auf der (110)-Fläche bzw. längs der [110]-Achse auf der (001)-Fläche.

Aus Fig. 7A bis 7F geht hervor, daß geringe Variations verhältnisse der Verzögerungszeit in Abhängigkeit von der Temperatur erhalten werden können, indem man den Wert für die Dicke D der Siliciumdioxidschicht 2 so wählt, daß er der Beziehung 0<2πD/λ<1,0 entspricht,und den Wert für die Dicke H der Aluminiumnitridschicht 3 so wählt, daß er der Beziehung 0,1<2π/λ<3,0 entspricht. Ferner kann durch geeignete Wahl der kristallografischen Fläche des Siliciumeinkristallsubstrates 1, der Dicke D der Silicium dioxidschicht 2 und der Dicke H der Aluminiumnitridschicht 3 der Temperaturkoeffizient annähernd auf Null gebracht werden.

Fig. 2 bis 4 zeigen Schnittansichten von anderen Aus führungsformen der Erfindung. Fig. 2 zeigt den Aufbau eines SAW-Bauelementes, bei dem zunächst auf einem Siliciumeinkristall substrat 1 eine Siliciumdioxidschicht 2 ausgebildet worden ist. Darauf wurde eine Elektrode 4 zur Erzeugung der akustischen Oberflächenwellen und eine Elektrode 5 zu deren Erfassung angeordnet. Fig. 3 zeigt dagegen den Aufbau eines SAW-Bauelementes, bei dem zunächst auf ein Siliciumein kristallsubstrat 1 eine Siliciumdioxidschicht ausgebildet worden ist, auf der ein Paar Abschirmelektroden 6 als zweite Elektroden angeordnet sind. Eine Aluminiumnitrid schicht überdeckt die Siliciumdioxidschicht einschließlich der Abschirmelektroden. Schließlich befindet sich eine Elektrode 4 zur Erzeugung von akustischen Oberflächenwellen und eine Elektrode 5 zu deren Erfassung als erste Elektroden auf der Oberfläche besagter Aluminiumnitridschicht 3.

Fig. 4 zeigt den Aufbau eines weiteren SAW-Bauelementes, bei dem zunächst auf einem Siliciumeinkristallsubstrat 1 eine Siliciumdioxidschicht ausgebildet worden ist. Auf der Oberfläche dieser Siliciumdioxidschicht sind eine Elektrode 4 zur Erzeugung von akustischen Oberflächenwellen und eine Elektrode 5 zu deren Erfassung als erste Elektroden angeordnet. Eine Aluminiumnitridschicht 3 ist auf der Silicium dioxidschicht 2 einschließlich der ersten Elektroden vor gesehen. Schließlich sind als zweite Elektroden zwei Abschirmelektroden 6 auf der Oberfläche der Aluminiumnitrid schicht 3 ausgebildet.

Für die vorstehend beschriebenen SAW-Bauelemente ergeben sich bei einer Ausbreitung der akustischen Oberflächen wellen senkrecht zur piezoelektrischen Achse der Aluminium nitridschicht 3 die in Fig. 5A, 5B und 5C gezeigten Ver läufe für die Geschwindigkeit. Aus den Kurven geht hervor, daß die Streuung der Phasengeschwindigkeit V_p klein ist. Ferner können sehr große Werte für die Phasengeschwin digkeit V_p erhalten werden.

Auf der Grundlage dieser Ergebnisse wurden Werte für den Faktor K² erhalten, wie sie in Fig. 6A gezeigt sind.

In Fig. 6A entsprechen die Bauelemente B, C und D denjeni gen, die in Fig. 2, 3 bzw. 4 dargestellt sind. Aus dem Kurvenverlauf geht hervor, daß die Werte für K² zur Er zeugung und Erfassung von akustischen Oberflächenwellen ausreichen, und daß die Bauelemente gute piezoelektrische Eigenschaften besitzen.

Mittels dieser Bauelemente wurden die in Fig. 7A, 7B und 7C gezeigten Verläufe für den Temperaturkoeffizienten der Verzögerungszeit TCD erhalten.

Aus diesen Kurven geht hervor, daß sich die Variations verhältnisse der Verzögerungszeit in Abhängigkeit von der Temperatur an Null annähern lassen, wenn man in geeigneter Weise den Wert für die Dicke D der Siliciumdioxidschicht 2 und die Dicke H der Aluminiumnitridschicht 3 wählt.

Bei einer Wellenausbreitung parallel zur piezoelektrischen Achse der Aluminiumnitridschicht 3 bei den in Fig. 2 bis 4 gezeigten SAW-Bauelementen wurde eine Geschwindigkeitsstreuung erhalten, wie sie in Fig. 5D, 5E und 5F gezeigt ist. Daraus geht hervor, daß die Streuung der Phasengeschwindigkeit V_p klein ist, und daß sich sehr hohe Werte für die Phasengeschwindigkeit V_p er zielen lassen.

Auf der Grundlage dieser Ergebnisse wurde der Verlauf für K² gemäß Fig. 6B erzielt. Aus dieser Figur geht her vor, daß für K² Werte erhalten werden können, die aus reichen, um akustische Oberflächenwellen zu erzeugen und zu erfassen, und daß die Bauelemente gute piezoelektrische Eigenschaften besitzen.

Bei diesen Bauelementen wurde ein Verlauf des Temperatur koeffizienten der Verzögerungszeit (TDC) für die akustischen Oberflächenwellen erhalten, wie er in Fig. 7D, 7E und 7F gezeigt ist. Aus diesen Figuren geht hervor, daß man kleine Variationsverhältnisse der Verzögerungszeit in Abhängigkeit von der Temperatur erzielen kann, indem man einen Wert für die Dicke D der Siliciumdioxidschicht 2 im Bereich von 0<2πD/λ<1,0 und für die Dicke H der Aluminiumnitridschicht 3 im Bereich von 0,1<2πH/λ<3,0 wählt. Ferner kann durch geeignete Wahl der kristallo grafischen Fläche des Siliciumeinkristallsubstrates 1, der Dicke D der Siliciumdioxidschicht 2 und der Dicke H der Aluminiumnitridschicht 3 eine Annäherung des Temperaturkoeffizienten an den Wert Null erreicht werden.

Da die bei den vorbeschriebenen Ausführungsformen ver wendete Aluminiumnitridschicht 3 eine große Bandlücke hat, die etwa 6,2 eV beträgt, und da ferner leicht eine Schicht mit einem hohen spezifischen Widerstand erhalten werden kann, der größer als 10¹⁶Ωcm ist, handelt es sich um eine sehr gut isolierende Schicht. Diese Aluminiumnitrid schicht 3 kann nach bekannten Verfahren, z. B. dem MO-CVD- Verfahren, durch Aufdampfen oder dgl. gebildet werden. Da ferner die Aluminiumnitridschicht 3 eine gute Reproduzier barkeit und Gleichförmigkeit aufweist, können insbesondere im Hochfrequenzbereich die Wellenausbreitungsverluste klein ge halten werden.

Da die Aluminiumnitridschicht und die Siliciumdioxidschicht negative Temperaturkoeffizienten in Bezug auf die Verzögerungs zeit für akustische Oberflächenwellen besitzen, heben sich die Temperaturkoeffizienten gegeneinander auf, wenn die be sagten Schichten auf einem Siliciumeinkristallsubstrat mit einem positiven Temperaturkoeffizienten ausgebildet sind.

Folglich kann in Bezug auf Temperaturänderungen ein sta biles Verhalten erzielt werden. Die Stabilität des SAW-Bauelementes in Bezug auf Temperaturänderungen stellt eine der wichtigsten Eigenschaften für Bauelemente dar, die Signale mit schmaler Bandbreite verarbeiten, wie es z. B. bei Resonatoren, Oszillatoren und dergl. der Fall ist. Diese Bauelemente können daher in Bezug auf Temperatur änderungen in stabiler Weise betrieben werden, wenn man einen Aufbau gemäß der vorerwähnten Ausführungsformen vorsieht.

Ferner kann eine akustische Oberflächenwelle mit hoher Geschwindigkeit erhalten werden, wenn man den Aufbau gemäß der vorerwähnten Ausführungsformen der Erfindung wählt. Die Frequenzstreuung der akustischen Oberflächen welle sowie das Geschwindigkeits- und Frequenzänderungs verhältnis aufgrund von Dickenschwankungen können klein gehalten werden, wobei das SAW-Bauelement gute piezoelektrische Eigenschaften aufweist.

Da das erfindungsgemäße SAW-Oberflächenwellenbauelement einen elastischen Aufbau hat, bei dem auf einem elastischen Substrat mit einem positiven Temperaturkoeffizienten in Bezug auf die Verzögerungszeit der akustischen Oberflächenwellen eine Siliciumdioxid schicht ausgebildet ist und auf dieser eine Aluminiumnitrid schicht sich befindet, die beide negative Koeffizienten in Bezug auf die Verzögerungszeit besitzen, können Bauelemente mit ausgezeichneten Eigenschaften erzielt werden.

Erfindungsgemäße SAW-Oberflächenwellenbauelemente bieten folgende Vorteile:

1. Da die Wellenlänge im Hochfrequenzbereich aufgrund der hohen Geschwindigkeiten der akustischen Oberflächenwellen groß ist, erweist sich die Herstellung von kammförmigen Elektroden und dg. als einfach.
2. Die Herstellung von SAW-Oberflächenwellenbauelementen, die auf eine bestimmte Arbeitsfrequenz abgestimmt sind, ist vergleichsweise einfach, da Variationen der Schichtdicke nur kleine Frequenzänderungen bewirken. Die Produktionsleistung kann daher erhöht, und damit können die Produktionskosten gesenkt werden.
3. Das Variationsverhältnis der Verzögerungszeit in Abhängig keit von der Temperatur für das SAW-Oberflächenwellenbauelement kann auf Null reduziert werden.
4. Es lassen sich qualitativ hochwertige Siliciumdioxid schichten und Aluminiumnitridschichten mit guten isolierenden Eigenschaften ohne weiteres nach bekannten Verfahren, z. B. dem MO-CVD-Verfahren erzielen.

Claims

1. SAW-Oberflächenwellenbauelement, bestehend aus

- einem elastischen Siliciumeinkristall-Substrat (1) mit einer zu einer kristallografischen Ebene des Substrats (1) äquivalenten Oberfläche und einem positiven Tempera turkoeffizienten der Verzögerungszeit für akustische Oberflächenwellen,
- einer auf der genannten Oberfläche des Substrats (1) vorgesehenen Mehrschichtanordnung, die zwecks Kompensa tion der Wirkungen des positiven Temperaturkoeffizienten der Verzögerungszeit für akustische Oberflächenwellen des Substrats (1) eine Siliciumdioxidschicht (2) mit negativem Temperaturkoeffizienten der Verzögerungszeit für akustische Oberflächenwellen und eine auf der Sili ciumdioxidschicht (2) vorgesehene piezoelektrische Schicht (3) aus Aluminiumnitrid mit einem negativen Temperaturkoeffizienten der Verzögerungszeit für aku stische Oberflächenwellen aufweist, deren piezoelek trische Achse senkrecht oder parallel zur Oberfläche des Substrats (1) orientiert ist, und
- einer ersten Elektrodeneinrichtung (4) zur Erzeugung akustischer Oberflächenwellen sowie einer zweiten Elek trodeneinrichtung (5) zur Erfassung von akustischen Oberflächenwellen, wobei die erste Elektrodeneinrichtung (4) und die zweite Elektrodeneinrichtung (5) auf der Siliciumdioxidschicht oder auf der Aluminiumnitrid schicht vorgesehen sind.

2. SAW-Oberflächenwellenbauelement nach Anspruch 1, zur Anre gung von akustischen Oberflächenwellen, die sich in Rich tung senkrecht oder parallel zur piezoelektrischen Achse der Aluminiumnitridschicht (3) fortpflanzen, wobei die kristallografische Ebene eine (111)-Ebene ist und die Dicke H der Aluminiumnitridschicht (3) in dem durch 2πHλ<3,0 definierten Bereich liegt, worin λ die Wellen länge der akustischen Oberflächenwellen bezeichnet.

3. SAW-Oberflächenwellenbauelement nach Anspruch 1, zur Anre gung von akustischen Oberflächenwellen, die sich in Rich tung senkrecht oder parallel zur piezoelektrischen Achse der Aluminiumnitridschicht fortpflanzen, wobei die kri stallografische Ebene eine (110)-Ebene ist und die Dicke H der Aluminiumnitridschicht (3) in dem durch 2πH/λ<6,0 definierten Bereich liegt, worin λ die Wellenlänge der akustischen Oberflächenwellen bezeichnet.

4. SAW-Oberflächenwellenbauelement nach Anspruch 1, zur Anre gung von akustischen Oberflächenwellen, die sich in Rich tung senkrecht oder parallel zur piezoelektrischen Achse der Aluminiumnitridschicht (3) fortpflanzen, wobei die kristallografische Ebene eine (100)-Ebene ist und die Dicke H der Aluminiumnitridschicht (3) in dem durch 2πH/λ<6,0 definierten Bereich liegt, worin λ die Wellen länge der akustischen Oberflächenwellen bezeichnet.

5. SAW-Oberflächenwellenbauelement nach einem der vorherge henden Ansprüche, wobei der ersten und der zweiten Elek trodeneinrichtung (4, 5) jeweils eine Abschirmelektrode (6) an der von den Elektrodeneinrichtungen (4, 5) abge wandten Seite der Aluminiumnitridschicht (3) gegenüber liegt.