專利名稱：彈性表面波功能元件及使用它的電子電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到諸如彈性表面波放大器和彈性表面波卷積器(convolver)之類的彈性表面波功能元件，其中沿壓電襯底傳播的彈性表面波與半導(dǎo)體中的載流子相互作用，并涉及到使用這類功能元件的移動通信設(shè)備的發(fā)射接收電路等電子電路。
新近，諸如為手提電話之類的移動通信設(shè)備的尺寸已被減小并被設(shè)計成工作于較低的電壓以降低功耗。隨著這一進展，已進行廣泛的研究來開發(fā)能夠安裝在手提設(shè)備中的單片元件。但由于帶通濾波器和雙工器(duplexer)的尺寸比其它高頻元件的尺寸大，故與其它元件一起單片制造這些元件沒有什么優(yōu)點。而且，要將功率放大器制作成單片元件也實在很困難。為此，雙工器、功率放大器、帶通濾波器、安排在帶通濾波器上游的低噪聲放大器等已被發(fā)展成各個分立元件并制作成個別的組件。當這些分立元件被制作成組件時，形成了用來連接多個部分和電路以匹配阻抗的布線，因而作為一個單元，分立元件的尺寸是很大的。
另一方面，對彈性表面波的放大作用已進行了很多研究。為了放大彈性表面波，已知的方法是沿壓電襯底的表面?zhèn)鞑椥员砻娌ú⑹勾瞬óa(chǎn)生的電場與半導(dǎo)體中的載流子發(fā)生耦合。實際的彈性表面波放大器根據(jù)用來傳播彈性表面波的壓電材料與半導(dǎo)體的組合類型被分為三類直接型放大器(圖3)；分離型放大器(圖4)；以及單片型放大器(圖5)。首先，如圖3所示，直接型放大器的結(jié)構(gòu)帶有一個由諸如CdS或GaAs之類材料組成的既有壓電特性又有半導(dǎo)體特性的襯底7，其上制作有輸入和輸出電極4和5，襯底7被夾在用來將直流電場加于襯底7的電極6之間。但迄今仍未找到具有大的壓電特性和大的遷移率的壓電半導(dǎo)體。其次，如圖4所示，分離型放大器的結(jié)構(gòu)中，一個遷移率大的半導(dǎo)體3’排列在壓電特性大的壓電襯底1上，之間有一間隙8，輸入和輸出電極4和5制作在襯底1上，而用來將直流電場加于半導(dǎo)體3’的電極6被制作在半導(dǎo)體3’的二側(cè)。在這類放大器中，半導(dǎo)體與壓電襯底的平坦度以及間隙8的大小，對放大增益有很大的影響。為了獲得實際上可接受的放大增益，間隙8必須做成盡可能小并在工作范圍內(nèi)保持恒定，致使具有這種間隙的放大器的工業(yè)制造非常困難。第三，如圖5所示，單片型放大器的結(jié)構(gòu)中，半導(dǎo)體3’通過介電膜9制作在壓電襯底1上，中間沒有間隙，輸入和輸出電極4和5制作在壓電襯底1上，而用來將直流電場加于半導(dǎo)體層3’的電極6制作在半導(dǎo)體層3’的二側(cè)。單片型放大器能達到高的增益并可被用于高頻區(qū)。而且，單片型放大器被說成適于大批量生產(chǎn)。但至今仍未研究過這些彈性表面波放大器在諸如手提電話之類的移動通信設(shè)備中的應(yīng)用。
為了實現(xiàn)單片型放大器，必須在壓電襯底上制作電學(xué)特性良好的半導(dǎo)體膜，且半導(dǎo)體膜必須足夠薄，以便在彈性表面波與半導(dǎo)體中的載流子之間能發(fā)生有效的相互作用。根據(jù)Tohoku大學(xué)Yamanouchi等人在1970年代的研究(Yamanouchi K.等人，Proceedings of the IEEE，75，P726(1975))，采用將厚度為30nm的SiO涂覆在LiNbO3襯底上，然后在襯底上真空淀積50nm厚的InSb薄膜這樣一種結(jié)構(gòu)，InSb的電子遷移率達到了1,600cm2/Vsec。當1,100V直流電壓加于帶有此半導(dǎo)體膜的彈性表面波放大器時，在195MHz的中心頻率處獲得了凈增益為40dB的放大增益。而且，根據(jù)其理論計算，Yamanouchi等人預(yù)期，由于載流子的表面散射，在50nm厚的InSb薄膜中，最大的電子遷移率為3,000cm2/Vsee(Yamanouchi等人，Shingaku Gihou，US78-17.CPM78-26，p19(1978))。亦即，單片型放大器面臨著難以在壓電襯底上制作具有良好電學(xué)特性的薄膜半導(dǎo)體的麻煩。而且，常規(guī)結(jié)構(gòu)要求一個SiO之類的介電膜以防止InSb和LiNbO3襯底由于氧從LiNbO3襯底擴散而引起的變壞。而且，當彈性表面波放大器被用作手提設(shè)備高頻部分的放大器和帶通濾波器時，若在3-6V的驅(qū)動電壓下沒有放大作用，則這種彈性表面波放大器是毫無用處的。常規(guī)單片放大器需要高的電壓，且沒有能在低電壓下被驅(qū)動的彈性表面波放大器。而且，存在利用彈性表面波與電子之間相互作用的類似彈性表面波放大器的彈性表面波卷積器的增益不夠高的問題。
通常，彈性表面波放大器的放大增益G由下式給出G=Ak2ϵpσh(μE-v)]]>其中A為一常數(shù)，k2為機電耦合系數(shù)，εp為壓電襯底的等效介電常數(shù)，σ為電導(dǎo)率，h為有源層的膜厚度，μ為電子遷移率，E為外加電場，v為彈性表面波的速度。為了在低的可行電平電壓下獲得大的放大增益，必須(1)制作一個電子遷移率高且膜厚盡可能小的半導(dǎo)體薄膜，(2)采用k2盡可能大的壓電襯底。
本發(fā)明人對上述問題進行了廣泛的研究，且發(fā)現(xiàn)借助于在壓電襯底與有源層之間插入一個緩沖層，可獲得具有良好電學(xué)特性的薄膜有源層。本發(fā)明人還發(fā)現(xiàn)，采用至少有三層的多層壓電薄膜結(jié)構(gòu)，可獲得遠大于體結(jié)構(gòu)的壓電襯底機電耦合系數(shù)k2。而且，本發(fā)明人證實，采用半導(dǎo)體層或壓電薄膜襯底制造了彈性表面波放大器，且用這種放大器在可行的低電壓下可獲得良好的放大增益，這樣就實現(xiàn)了本發(fā)明。此外，用本發(fā)明的半導(dǎo)體膜結(jié)構(gòu)，已獲得了5,000cm2/Vsec或更大的有源層電子遷移率。亦即，本發(fā)明提供了一種彈性表面波功能元件，它包含一個壓電襯底、制作在壓電襯底上的輸入和輸出電極、提供在輸入和輸出電極之間的半導(dǎo)體層，此半導(dǎo)體層包括一個有源層及一個與有源層晶格匹配的緩沖層。此處，術(shù)語“有源層”意指使正在傳播著的彈性表面波與半導(dǎo)體中載流子的能量發(fā)生振蕩的層。
在本發(fā)明中，由于借助于在壓電襯底和有源層之間插入一個緩沖層可改善有源區(qū)的結(jié)晶性，故薄膜有源層可具有有源層的非常良好的電學(xué)特性。而且，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，形成有源層的晶體的晶格常數(shù)與形成緩沖層的晶體的晶格常數(shù)被做成相等或相近，從而可進一步改善有源層的結(jié)晶性，且即使當有源層為薄膜形式的情況下，也可大大地改善有源層的電學(xué)特性。本發(fā)明人還發(fā)現(xiàn)，借助于采用含Sb的化合物半導(dǎo)體作為本發(fā)明的緩沖層，可獲得更加好的電學(xué)特性。本發(fā)明的緩沖層的特征是高的電阻和其中彈性表面波的小的衰減。本發(fā)明的緩沖層具有即使在壓電襯底上不提供SiO之類的介電膜的情況下也可防止有源層由于來自壓電襯底的氧而變壞以及在低溫下生長致使不損害壓電襯底的優(yōu)越性質(zhì)。
本發(fā)明的壓電襯底包含一個至少帶有三個薄膜層的多層壓電體，此層至少有二個不同的機電耦合系數(shù)。在多層壓電體的各層中，其中央層具有最大的機電耦合系數(shù)。這方便了彈性表面波能量在表面上的集中，以致機電耦合系數(shù)被做成遠大于組成各層的各壓電體的機電耦合系數(shù)。
用使用本發(fā)明的半導(dǎo)體層的彈性表面波放大器可在手提電器所用的可行的低電壓下獲得放大效果。而且，采用本發(fā)明的多層壓電體可獲得遠為更高的放大增益。
而且，對于彈性表面波卷積器，由于半導(dǎo)體層的電子遷移率高，故被回轉(zhuǎn)的彈性表面波與電子之間的相互作用被加強了，致使可獲得比常規(guī)結(jié)構(gòu)更高的增益。
而且，當在可行的低電壓下具有大的放大增益的本發(fā)明的彈性表面波功能元件被用作移動通信設(shè)備中的(i)帶通濾波器和低噪聲放大器，(ii)帶通濾波器和功率放大器，或(iii)帶通濾波器、放大器和雙工器時，可使移動通信設(shè)備的尺寸大大減小，變薄且重量減輕。因此，諸如手提電話或無繩電話之類的移動通信設(shè)備的發(fā)送/接收電路屬于本發(fā)明范圍之列，其中具有高放大增益的彈性表面波功能元件被制作成放大器和帶通濾波器，或放大器、帶通濾波器和雙工器。
下面將詳細描述本發(fā)明。

圖1示出了本發(fā)明的一個基本的彈性表面波功能元件。圖1A剖面圖示出了本發(fā)明的彈性表面波功能元件，而圖1B透視圖示出了本發(fā)明的彈性表面波功能元件。參考號1、2、3、4和5分別表示壓電襯底、緩沖層、有源層、輸入電極和輸出電極。
根據(jù)本發(fā)明，輸入和輸出電極4和5彼此以一定距離安排在壓電襯底1上，在壓電襯底1上電極之間通過緩沖層2制作了有源層3。
在本發(fā)明中，壓電襯底1可以是一個壓電單晶襯底或一個壓電薄膜襯底。對于壓電單晶襯底，氧化物基的壓電襯底較好。例如，最好采用LiNbO3、LiTaO3或Li2B4O7。而且，LiNbO3的襯底切割表面最好是64°Y切割、41°Y切割或128°Y切割或Y切割，而LiTaO3最好是36°Y切割。壓電薄膜襯底具有這樣的結(jié)構(gòu)，其中壓電薄膜被制作在藍寶石或硅等的單晶襯底上。壓電薄膜的最佳薄膜材料包括例如ZnO、LiNbO3、LiTaO3、PZT、PbTiO3、BaTiO3或Li2B4O7。而且，諸如SiO、SiO2之類的介電膜可插入在硅襯底和上述壓電薄膜之間。借助于在藍寶石、硅之類的單晶襯底上逐層地生長上述不同類型的壓電薄膜，可制作一個多層膜作為壓電薄膜襯底。
當本發(fā)明的壓電襯底1包含一個至少由三個至少具有二個不同的機電耦合系數(shù)的層組成的多層壓電元件，且其中位于多層壓電體中央部位的壓電膜具有最大的機電耦合系數(shù)時，可獲得大的機電耦合系數(shù)。
關(guān)于多層壓電襯底，下面將參照圖2詳細描述三層結(jié)構(gòu)的一個例子。本發(fā)明的多層壓電襯底20的結(jié)構(gòu)中，在壓電襯底21上提供了一個第一壓電膜22和一個第二壓電膜23。此處，壓電襯底21、第一壓電膜22和第二壓電膜23的機電耦合系數(shù)分別設(shè)為k、k1和k2，且壓電襯底21、第一壓電膜22和第二壓電膜23的表面波速度分別設(shè)為V、V1和V2。第一和第二壓電膜22和23的薄膜厚度分別設(shè)為h1和h2。則必須使k1大于k和k2，且k1最好為k和k2的1.2倍或更大，為2倍或更大則更好。而且，當k1大于k和k2且V1大于V和V2時，可獲得遠為更大的機電耦合系數(shù)。V1最好比V和V2大100m/s，大250m/s則更好。而且，h1通常大于等于30nm且小于等于20μm，大于等于80nm且小于等于5μm更好，而大于等于100nm且小于等于2μm則更好得多。通常。h1/h2大于等于0.1且小于等于500，最好是大于等于0.15且小于等于50，而大于等于0.5且小于等于21則更好。當彈性表面波的波長為λ時，h1/λ為1或更小，且h2/λ為1或更小，h1/λ最好是0.5或更小且h2/λ最好是0.4或更小，h1/λ為0.25或更小且h2/λ為0.25或更小則更好。
為了改善不僅彈性表面波放大器和彈性表面波卷積器而且彈性表面波濾波器、彈性表面波諧振器等的彈性表面波元件的特性，最好采用本發(fā)明的耦合系數(shù)大的多層壓電襯底20。
最好采用具有大的電子遷移率的構(gòu)成本發(fā)明的半導(dǎo)體層的有源層。構(gòu)成有源層的半導(dǎo)體膜的最佳例子包括GaAs、InSb、InAs和PbTe。最好使用不僅二元化合物半導(dǎo)體而且由這些二元半導(dǎo)體的組合衍生的三元和四元混晶。例如，三元混晶InxGa1-xAs、InAsySb1-y、InzGa1-zSb以及四元混晶InxGa1-xAsySb1-y等。最好使用諸如由InAs、InSb、InAsSb、InGaSb、InGaAsSb等組成的那些含In的半導(dǎo)體薄膜，因為它們具有非常大的電子遷移率。而且，有源層可以是借助于堆疊不同組分的半導(dǎo)體膜而形成的多層膜。有源層的電子遷移率最好是5,000cm2/Vsec或更高，以便獲得大的彈性表面波放大器的放大增益，而為了獲得非常好的放大增益，10,000cm2/Vsec更好。為了獲得這一大的電子遷移率，有源層組分InxGa1-xAs中的x的范圍可為0≤x≤1.0，最好是0.5≤x≤1.0，0.8≤x≤1.0則更好。當InAsySb1-y的y范圍為0≤y≤1.0(0.5≤y≤1.0則更好)時，可獲得大的電子遷移率。InzGa1-zSb中z的范圍最好是0.5≤z≤1.0，而0.8≤z≤1.0則更好。
而且，當有源層的膜厚h為5nm或更小時，其晶體特性變壞且無法獲得高的電子遷移率。另一方面，當h為500nm或更大時，有源層的電阻被降低且彈性表面波與載流子的相互作用效率被同時降低。亦即，為了獲得高的電子遷移率并有效地實現(xiàn)彈性表面波與載流子的相互作用，有源層膜厚h的范圍必須是5nm≤h≤500nm，最好是10nm≤h≤350nm，且12nm≤h≤200nm更好。而且，有源層的薄層電阻值最好是10Ω或更高，50Ω或更高更好，且100Ω或更高最好。
制作在本發(fā)明的壓電襯底上的緩沖層最好是絕緣的或半絕緣的。但大的電阻值也是合用的。例如，緩沖層的電阻值至少為有源層的5-10倍或更大，最好是100倍或更大，而1000倍或更大更好。
最好使用例如GaSb、AlSb、ZnTe或CdTe之類的二元晶體作為高阻緩沖層。最好使用AlGaSb、AlAsSb、GaAsSb和AlInSb之類的三元晶體。最好使用AlGaAsSb、AlInGaSb、AlInAsSb、AlInPSb和AlGaPSb之類的四元晶體。而且，當緩沖層的組分被確定時，緩沖層的晶格常數(shù)被調(diào)整成與組成有源層的晶體的晶格常數(shù)相同或相近。這樣就可獲得有源層的高電子遷移率。此處，當有源層與緩沖層的晶格常數(shù)之差為±7％或更小，最好是±5％或更小且更好是±2％或更小時，二者的晶格常數(shù)彼此相近。
而且，在壓電襯底1上制作緩沖層2的實際步驟中，晶格弛豫極為迅速地發(fā)生，特別是在含Sb的緩沖層中。即使其與壓電襯底1的晶格失配很大，只要生長一個極薄的緩沖層膜，且緩沖層以特定于組成緩沖層2的晶體的晶格常數(shù)開始生長，晶格無序完全被弛豫。在剛要生長有源層之前，緩沖層表面處于極為滿意的條件，從而大大改善了制作在緩沖層2上的有源層3的結(jié)晶性。因此，含Sb的化合物半導(dǎo)體特別適合于用作緩沖層2。
緩沖層2越厚，其結(jié)晶性就越好。但從方便彈性表面波與載流子相互作用的觀點出發(fā)，緩沖層2最好盡可能薄。更具體地說，緩沖層的最佳膜厚h3為10nm≤h3≤1,000nm，而最好是20nm≤h3≤500nm。
而且，由于緩沖層2可在低溫下生長，故有可能不僅防止壓電襯底1由于氧的泄漏而變壞，而且還可防止制作在緩沖層2上的有源層3由于氧從壓電襯底1的遷移而變壞。而且，本發(fā)明的緩沖層2的明顯特征是它起保護層的作用，用來保護壓電襯底1和有源層3，這樣就無需提供SiO或SiO2組成的介電膜形式的保護層。
介電膜即使在壓電襯底1和緩沖層2之間也不出現(xiàn)問題。用作介電膜的材料的例子是SiO、SiO2、氮化硅、CeO2、CaF2、BaF2、SrF2、TiO2、Y2O3、ZrO2、MgO和Al2O3。介電膜盡可能薄。介電膜的厚度最好是100nm或更小，而50nm或更小則更好。
比之諸如插入在常規(guī)單片型放大器的壓電襯底1與有源層3’之間的SiO之類的介電膜9，本發(fā)明的緩沖層2對有源層是晶格匹配的，且具有對半導(dǎo)體來說出人意外的大的介電常數(shù)和高電阻率。因此，彈性表面波的電場在本發(fā)明的緩沖層2中衰減小得多。因此，彈性表面波電場與有源層3中載流子之間的相互作用比常規(guī)情況下更為有效，致使本發(fā)明的緩沖層2可以做成比常規(guī)介電膜9更厚。
而且，在有源層3上可生長一個介電膜或半導(dǎo)體膜作為保護層以便保護有源層3。上面指出的各種組分可用作介電膜。與緩沖層相同的組分可用作半導(dǎo)體膜。
通常，任何一種方法，只要可生長薄膜，都可用來制作諸如緩沖層2和有源層3之類的膜。特別受偏愛的是使用分子束外延(MBE)方法、金屬有機分子束外延(MOMBE)方法、金屬有機化學(xué)汽相淀積(MOCVD)方法以及原子層外延(ALE)方法。
而且，在本發(fā)明中，壓電襯底1上的輸入和輸出電極4和5是具有叉指結(jié)構(gòu)的電極。對于這類電極，切趾換能器、提取權(quán)重換能器、單向換能器、正常型換能器之類，特別是單向換能器可降低由彈性表面波的雙向性質(zhì)所造成的損耗。因此，最好使用單向換能器。雖然對輸入電極4和輸出電極5的材料沒有特別的限制，但最好使用例如Al、Au、Pt、Cu、Al-Ti合金、Al-Cu合金、Al和Ti多層電極。
在緩沖層2被制作成使輸入和輸出電極4和5被嵌埋的情況下，輸入和輸出電極4和5在第一步驟中制作。這就無需考慮半導(dǎo)體薄膜的凹凸，使得可以用接觸曝光來進行亞微米量級的電極超微細加工。
但由于輸入和輸出電極4和5被嵌埋在緩沖層2之中，故必須選擇在緩沖層制作工序中形變、熔化或擴散最小的電極材料。電極材料的最佳例子包括Pt、Au、Cu、Al、Cr、Mo、Ni、Ta、Ti、W之類。而且，采用Ti-Pt、Ti-Al、Ti-Au、Cr-Au、Cr-Pt等組成的多層電極也是較好的。
對用作向本發(fā)明的彈性表面波放大器中的半導(dǎo)體層施加直流電場的電極6的材料沒有特別的限制。此電極材料的最佳例子包括Al、Au、Ni/Au、Ti/Au、Cu/Ni/Au、AuGe/Ni/Au之類。
當彈性表面波功能元件被用作要求具有高功率承受特性的功率放大器的一部分時，輸入和輸出電極4和5必須采用能承受大功率即約為數(shù)瓦功率的電極材料。這種能承受大功率的電極的抗高功率最佳材料的例子包括外延Al膜、Al-Cu膜以及Al-Cu/Cu/Al-Cu多層膜、摻Ti的Al膜、摻Cu的Al膜、摻Pd的Al膜。
本發(fā)明的彈性表面波放大器的結(jié)構(gòu)中可至少有二個分隔的半導(dǎo)體層被相繼地一個挨一個地制作在輸入和輸出電極4和5之間，此外提供有消除沿相反于彈性表面波傳播方向的方向載流子運動的安排或消除半導(dǎo)體層之間的有源層3的安排。用這種結(jié)構(gòu)，本發(fā)明可在低電壓下獲得高的放大增益。例如，如圖6所示，用臺面腐蝕技術(shù)將半導(dǎo)體層分隔，或在臺面腐蝕工序之后，在半導(dǎo)體層之間充以介電物質(zhì)(未示出)，致使可清除反向電場造成的沿相反方向的載流子運動。
在本發(fā)明的彈性表面波卷積器中，制作在壓電襯底上的電極被用作二個輸入電極。而且，回轉(zhuǎn)之后的彈性表面波信號被從分別制作在半導(dǎo)體層上部和壓電襯底下部的取出電極取出。對取出電極的材料沒有限制。具體地說，最好用Al、Au、Pt、Cu之類作為取出電極的材料。
在圖7所示的常規(guī)手提電話機中，連接于天線10的是一個連接于接收放大器12的雙工器11和一個發(fā)射放大器13，接收和發(fā)射放大器12和13中的每一個連接于帶通濾波器14。相反，如圖8所示，當根據(jù)本發(fā)明能夠以高的放大增益進行放大的彈性表面波功能元件被用于RF部分時，只有一個用來接收的彈性表面波放大器15和一個用來發(fā)射的彈性表面波放大器16被連接于天線10。因此，根據(jù)本發(fā)明，如圖8所示，RF部分的元件數(shù)目可減少，且各個元件可做得緊湊、重量輕且薄。亦即，本發(fā)明能以低成本提供緊湊的重量輕的手提電器終端。
圖1A剖面圖示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的彈性表面波功能元件；圖1B透視圖示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的彈性表面波功能元件；圖2剖面圖示出了本發(fā)明的多層壓電襯底；圖3剖面圖示出了一個常規(guī)直接型放大器；圖4剖面圖示出了一個常規(guī)分隔型放大器；圖5剖面圖示出了一個常規(guī)單片放大器；圖6剖面圖示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的一個半導(dǎo)體層分隔型彈性表面波放大器；圖7示意圖示出了手提電話的RF部分；圖8示意圖示出了不用雙工器和根據(jù)本發(fā)明的放大器而制作的一個發(fā)射/接收電路；圖9剖面圖示出了一個彈性表面波放大器，其中的輸入和輸出電極嵌埋在緩沖層中；圖10剖面圖示出了一個采用根據(jù)本發(fā)明的多層壓電體的表面聲學(xué)波放大器；以及圖11剖面圖示出一個根據(jù)本發(fā)明一個實施例的彈性表面波卷積器。
下面參照具體實施例來描述本發(fā)明。實施例1
在64°Y切割的3英寸直徑的LiNbO3單晶襯底上蒸發(fā)淀積10nm厚的SiO2之后，用MBE方法生長150nm的Al0.38In0.62Sb作為緩沖層。之后，生長50nm的InSb作為有源層。然后，生長2nm的GaSb作為保護層，這樣就制作了一個半導(dǎo)體層。此半導(dǎo)體層的電子遷移率為32,000cm2/Vs。此處，半導(dǎo)體電子遷移率是用范德堡方法測得的。
然后，用腐蝕工藝清除預(yù)定位置處的半導(dǎo)體層以暴露一部分壓電襯底。用光刻工藝在壓電襯底表面上制作叉指式Al電極作為輸入/輸出電極。此電極為正常型式，間距為0.75μm，傳播長度為300μm。隨后，在有源層上制作用來施加直流電場的電極。彈性表面波的傳播長度最好設(shè)定為彈性表面波長度與正整數(shù)的乘積。
然后測定彈性表面波放大器的特性。用網(wǎng)絡(luò)分析器(Yokokawa HP，8510B)借助于找到施加電場后的增益(或插入損耗)與施加電場之前的插入損耗之間的差值，而對其放大增益進行評估。作為根據(jù)本發(fā)明實施例1的彈性表面波放大器的評估結(jié)果，放大增益為22dB，其中直流外加電壓為3V，而中心頻率為1,520MHz。此放大增益值適用于手提電器高頻部分的低噪聲放大器和帶通濾波器。實施例2與實施例1相同的樣品被腐蝕清除半導(dǎo)體的預(yù)定部位以暴露一部分壓電襯底。用光刻法制作叉指式Al電極作為輸入和輸出電極。此電極是正常型的，間距為1.4μm，傳播長度為280μm。隨后，在有源層上制作用來施加直流電場的電極。
然后測量彈性表面波放大器的特性。其放大增益用與實施例1相同的方法進行評估。作為本發(fā)明實施例2的彈性表面波放大器的評估結(jié)果，放大增益為12dB，其中直流外加電壓為3V，而中心頻率為800MHz。這一放大增益值適用于手提電器高頻部分的低噪聲放大器和帶通濾波器。對比實施例1作為與實施例2的一個比較，進行了對比實施例1。在64°Y切割的直徑為3英寸的LiNbO3單晶襯底上，用蒸發(fā)方法淀積10nm的SiO2之后，用MBE方法生長50nm的InSb作為有源層。之后，生長2nm的GaSb作為保護層，這樣就制作了半導(dǎo)體層。測量了半導(dǎo)體層的電學(xué)特性。但在此對比實施例中，作為有源層的InSb是通過SiO2膜直接制作在壓電襯底上的。因此，有源層的晶體性質(zhì)是不充分的，且其電子遷移率只有1,700cm2/Vs。
之后，預(yù)定位置處的半導(dǎo)體層被腐蝕以暴露壓電襯底。用光刻工藝在壓電襯底的表面上制作叉指式Al電極分別作為輸入和輸出電極。此電極是正常型的，間距為1.4μm，傳播長度為280μm。隨后，在有源層上制作用來施加直流電場的電極。之后，與實施例2相似地測量彈性表面波放大特性，但未觀察到放大效應(yīng)。實施例3在64°Y切割的直徑為3英寸的LiNbO3單晶襯底上用蒸發(fā)方法淀積10nm的SiO2之后，用MBE方法生長200nm的Al0.5Ga0.5Sb作為緩沖層。之后，生長60nm的InAs0.5Sb0.5作為有源層。隨后，生長2nm的GaSb作為保護層，這樣就制作了半導(dǎo)體層。此半導(dǎo)體層的電子遷移率為30,000cm2/Vs。
然后，腐蝕預(yù)定部位處的半導(dǎo)體層以暴露壓電襯底。用光刻工藝在壓電襯底表面上制作叉指式Al電極分別作為輸入和輸出電極。此電極是正常型的，間距為0.6μm，傳播長度為240μm。隨后，在有源層上制作用來施加直流電場的電極。
然后測量彈性表面波放大器的特性。用與實施例1相同的方法來評估其放大增益。作為本發(fā)明實施例3的彈性表面波放大器的評估結(jié)果，放大增益為26dB，其中的直流外加電壓為3V，而中心頻率為1,900MHz。這一放大增益值適用于手提電器高頻部分的低噪聲放大器和帶通濾波器。實施例4在64°Y切割的直徑為3英寸的LiNbO3單晶襯底上用蒸發(fā)方法淀積10nm的SiO2之后，用MBE方法生長150nm的Al0.5Ga0.5Sb作為緩沖層。之后，生長50nm的InAs0.5Sb0.5作為有源層。隨后，生長2nm的GaSb作為保護層，這樣就制作了半導(dǎo)體層。此半導(dǎo)體層的電子遷移率為20,900cm2/Vs。
然后腐蝕預(yù)定位置處的半導(dǎo)體層以暴露壓電襯底。用光刻工藝在壓電襯底表面上制作叉指式Al電極分別作為輸入和輸出電極。此電極是正常型的，間距為0.75μm，傳播長度為300μm。隨后，在有源層上制作用來施加直流電場的電極。
然后，測量彈性表面波放大器的特性。其放大增益用與實施例1相同的方法進行評估。作為本發(fā)明實施例4的彈性表面波放大器的評估結(jié)果，放大增益為13dB，其中的直流外加電壓為3V，而中心頻率為1,530MHz。這一放大增益值適用于手提電器高頻部分的低噪聲放大器和帶通濾波器。實施例5在64°Y切割的直徑為3英寸的LiNbO3上用蒸發(fā)方法淀積10nm的SiO2之后，用MBE方法生長100nm的Al0.5Ga0.5Sb作為緩沖層。之后，生長200nm的InAs0.5Sb0.5作為有源層。隨后，生長2nm的GaSb作為保護層，這樣就制作了半導(dǎo)體層。此半導(dǎo)體層的電子遷移率為32,000cm2/Vs。
然后腐蝕預(yù)定位置處的半導(dǎo)體層以暴露壓電襯底。用光刻工藝在壓電襯底表面上制作叉指式Al電極分別作為輸入和輸出電極。此電極是正常型的，間距為0.75μm，傳播長度為300μm。隨后，在有源層上制作用來施加直流電場的電極。
然后測量彈性表面波放大器的特性。其放大增益用與實施例1相同的方法進行評估。作為本發(fā)明實施例5的彈性表面波的評估結(jié)果，放大增益為6dB，其中的直流外加電壓為6V，而中心頻率為1,505MHz。因此，在低達6V的電壓下獲得放大效應(yīng)。對比實施例2作為與實施例4的一個比較，進行了對比實施例2。在64°Y切割的直徑為3英寸的LiNbO3單晶襯底上用蒸發(fā)方法淀積10nm的SiO2之后，用MBE方法生長50nm的InAs0.5Sb0.5作為有源層。之后，生長2nm的GaSb作為保護層，這樣就制作了半導(dǎo)體層。測量了此半導(dǎo)體層的電學(xué)特性。但在此對比實施例中，有源層InAs0.5Sb0.5是通過SiO2膜直接制作在壓電襯底上的。因此，有源層的結(jié)晶性是不夠好的，其電子遷移率僅為1,200cm2/Vs。
之后腐蝕預(yù)定位置處的半導(dǎo)體層以暴露壓電襯底。用光刻工藝在壓電襯底表面上制作叉指式Al電極分別作為輸入和輸出電極。此電極是正常型的，間距為0.75μm，傳播長度為300μm。隨后，在有源層上制作用來施加直流電場的電極。之后測量彈性表面波放大特性，但未觀察到放大效應(yīng)。實施例6在64°Y切割的直徑為3英寸的LiNbO3單晶襯底上用蒸發(fā)方法淀積10nm的SiO2之后，用MBE方法生長150nm的Al0.5Ga0.5Sb作為緩沖層。之后，生長350nm的InAs作為有源層。隨后，生長2nm的GaSb作為保護層，這樣就制作了半導(dǎo)體層。此半導(dǎo)體層的電子遷移率為22,000cm2/Vs。
然后腐蝕預(yù)定位置處的半導(dǎo)體層以暴露壓電襯底。用光刻工藝在壓電襯底表面上制作叉指式Al電極分別作為輸入和輸出電極。此電極是正常型的，間距為0.6μm，傳播長度為240μm。隨后，在有源層上制作用來施加直流電場的電極。
然后測量彈性表面波放大器的特性。其放大增益用與實施例1相同的方法進行評估。作為實施例6的彈性表面波放大器的評估結(jié)果，放大增益為2dB，其中的直流外加電壓為6V，而中心頻率為1500MHz。因此，在低達6V的電壓下獲得了放大效應(yīng)。實施例7在64°Y切割的直徑為3英寸的LiNbO3單晶襯底上用蒸發(fā)方法淀積10nm的SiO2之后，用MBE方法生長150nm的Al0.5Ga0.5As0.12Sb0.88作為緩沖層。之后，生長50nm的InAs作為有源層。隨后，生長2nm的GaSb作為保護層，這樣就制作了半導(dǎo)體層。此半導(dǎo)體層的電子遷移率為13,000cm2/Vs。
然后腐蝕預(yù)定位置處的半導(dǎo)體層以暴露壓電襯底。用光刻工藝在壓電襯底表面上制作叉指式Al電極分別作為輸入和輸出電極。此電極是正常型的，間距為1.4μm，傳播長度為560μm。隨后，在有源層上制作用來施加直流電場的電極。
然后測量彈性表面波放大器的特性。其放大增益用與實施例1相同的方法進行評估。作為實施例7的彈性表面波放大器的評估結(jié)果，放大增益為6dB，其中的直流外加電壓為5V，而中心頻率為810MHz。因此，在低達5V的電壓下獲得了放大效應(yīng)。實施例8在64°Y切割的直徑為3英寸的LiNbO3單晶襯底上用蒸發(fā)方法淀積10nm的SiO2之后，用MBE方法生長150nm的Al0.5Ga0.5As0.12Sb0.88作為緩沖層。之后，生長20nm的InAs作為有源層。隨后，生長2nm的GaSb作為保護層，這樣就制作了半導(dǎo)體層。此半導(dǎo)體層的電子遷移率為8000cm2/Vs。
然后腐蝕預(yù)定位置處的半導(dǎo)體層以暴露壓電襯底。用光刻工藝在壓電襯底表面上制作叉指式Al電極分別作為輸入和輸出電極。此電極是正常型的，間距為1.4μm，傳播長度為560μm。隨后，在有源層上制作用來施加直流電場的電極。
然后測量彈性表面波放大器的特性。其放大增益用與實施例1相同的方法進行評估。作為實施例8的彈性表面波放大器的評估結(jié)果，放大增益為3dB，其中的直流外加電壓為6V，而中心頻率為835MHz。因此，在低達6V的電壓下獲得了放大效應(yīng)。實施例9在64°Y切割的直徑為3英寸的LiNbO3單晶襯底上用蒸發(fā)方法淀積10nm的SiO2之后，用MBE方法生長150nm的Al0.5Ga0.5As0.12Sb0.88作為緩沖層。之后，生長10nm的InAs作為有源層。隨后，生長2nm的GaSb作為保護層，這樣就制作了半導(dǎo)體層。此半導(dǎo)體層的電子遷移率為5,000cm2/Vs。
然后腐蝕預(yù)定位置處的半導(dǎo)體層以暴露壓電襯底。用光刻工藝在壓電襯底表面上制作叉指式Al電極分別作為輸入和輸出電極。此電極是正常型的，間距為0.75μm，傳播長度為300μm。隨后，在有源層上制作用來施加直流電場的電極。然后測量彈性表面波放大器的特性。放大增益用與實施例1相同的方法進行評估。作為實施例9的彈性表面波放大器的評估結(jié)果，放大增益為4dB，其中的直流外加電壓為6V，而中心頻率為1,560MHz。因此，在低達6V的電壓下獲得了放大效應(yīng)。對比實施例3作為與實施例7的一個比較，進行了對比實施例3。在64°Y切割的直徑為3英寸的LiNbO3單晶襯底上用蒸發(fā)方法淀積10nm的SiO2之后，用MBE方法生長50nm的InAs作為有源層。之后，生長2nm的GaSb作為保護層，這樣就制作了半導(dǎo)體層。測量了此半導(dǎo)體層的電學(xué)特性。但在此對比實施例中，有源層InAs是通過SiO2膜直接制作在壓電襯底上的。因此，有源層的結(jié)晶性不夠好，其電子遷移率僅為900cm2/Vs。之后，腐蝕預(yù)定位置處的半導(dǎo)體層以暴露壓電襯底。用光刻工藝在壓電襯底表面上制作叉指式Al電極分別作為輸入和輸出電極。此電極是正常型的，間距為1.4μm，傳播長度為560μm。隨后，在有源層上制作用來施加直流電場的電極。然后測量彈性表面波放大特性，但未觀察到放大效應(yīng)。實施例10在128°Y切割的直徑為3英寸的LiNbO3單晶襯底上用MBE方法生長50nm的Al0.5Ga0.5As0.1Sb0.9作為緩沖層之后，生長400nm的InSb作為有源層，這樣就制作了半導(dǎo)體層。此半導(dǎo)體層的電子遷移率為7,000cm2/Vs，且其載流子濃度為1×1016cm-3。
然后用與實施例1相同的方法制造彈性表面波放大器。電極是正常型的，間距為0.75μm，傳播長度為300μm。
作為彈性表面波放大器特性測量的結(jié)果，放大增益為3dB，其中的直流外加電壓為5V，而中心頻率為1,500MHz。因此，在低達5V的電壓下獲得了放大效應(yīng)。而且，即使不用任何SiO介電膜，也未觀察到氧從LiNbO3襯底擴散所造成的LiNbO3襯底變壞或InSb有源層變壞。結(jié)果證實Al0.5Ga0.5As0.1Sb0.9緩沖層起到了半導(dǎo)體有源層和壓電襯底保護膜的作用。對比實施例4作為與實施例10的一個比較，進行了對比實施例4、用MBE方法直接在64°Y切割的直徑為3英寸的LiNbO3單晶襯底上用MBE法生長50nm的InSb作為有源層，這樣就制作了半導(dǎo)體層。測量了此半導(dǎo)體層的電學(xué)特性。在此對比實施例中，由于InSb是直接生長在LiNbO3襯底上而沒有制作介電膜之類的保護層，故有源層InSb膜的質(zhì)量由于氧從LiNbO3漏出而變壞。因此測不到電子遷移率。實施例11制造了帶有圖9所示剖面結(jié)構(gòu)的彈性表面波放大器。
用正常接觸曝光的光刻工藝，在128°Y切割的直徑為3英寸的LiNbO3單晶襯底1上制作了叉指式Ti-Pt電極作為輸入和輸出電極4和5。電極4和5是正常型的，間距為1.4μm，傳播長度為364μm。隨后，用MBE方法生長150nm的Al0.38In0.62Sb作為緩沖層2，其生長方式使輸入和輸出叉指電極4和5被嵌埋在襯底1上。之后，生長50nm的InSb作為有源層3，這樣就制作了半導(dǎo)體層。此半導(dǎo)體層的遷移率為34，000cm2/Vs。
然后，在用離子銑方法清除掉預(yù)定位置處的有源層3之后，在有源層3上制作用來施加直流電場的電極6(圖9示出了其結(jié)構(gòu)的剖面圖)。之后，用蒸發(fā)方法淀積一個鈍化用的氮化硅膜，然后制作窗口。測量了彈性表面波放大器的特性。結(jié)果，放大增益高達17dB，其中的直流外加電壓為6V，而中心頻率為809MHz。實施例12制造了具有圖10所示剖面結(jié)構(gòu)的彈性表面波放大器。
用激光燒蝕方法在Y切割的LiTaO3單晶襯底1上生長了厚度為2.0μm的LiNbO3層17，并在LiNbO3層17上生長一個厚度為0.1μm的LiTaO3層18，這樣就制作了一個三層結(jié)構(gòu)的多層壓電襯底。作為用俄歇電子能譜對生長的薄膜進行分析的結(jié)果，證實LiNbO3膜17和LiTaO3膜18中未形成任何化學(xué)比無序。而且由X衍射發(fā)現(xiàn)，(110)LiNbO3層17和(110)LiTaO3層18以無孿晶且無疇的狀態(tài)被異質(zhì)外延生長。
為了測量多層壓電襯底的機電耦合系數(shù)，用普通光刻工藝制作了一個Al的梳狀電極，使表面波的波長變成8μm。用網(wǎng)絡(luò)分析器測得的機電耦合系數(shù)高達20.0％。
此外，利用多層壓電襯底以與實施例10相同的方法制作了圖10所示的彈性表面波放大器。作為彈性表面波放大器特性測量的結(jié)果，放大增益為12dB，其中的直流外加電壓為5V，而中心頻率為1,500MHz。證實具有明顯地大的機電耦合系數(shù)的多層壓電襯底在本實施例中表現(xiàn)出極佳的彈性表面波放大器的放大效應(yīng)，大約比實施例10所得到的高四倍。對比實施例5作為與實施例12的一個比較，進行了對比實施例5。對實施例12中的多層壓電襯底的機電耦合系數(shù)與組成各層的材料的以及一個二層壓電襯底的機電耦合系數(shù)進行了比較。用與實施例12相同的方法得到的組成各層的材料的機電耦合系數(shù)的結(jié)果是在單晶(110)LiNbO3中為4.7％，而在單晶(110)LiTaO3中為0.68％。
在形成于二層結(jié)構(gòu)中的組成材料的情況下，也測量了機電耦合系數(shù)。亦即，用與實施例12相同的激光燒蝕方法，在Y切割的LiTaO3襯底上生長一個LiNbO3膜，機電耦合系數(shù)的測量結(jié)果是，在LiNbO3/LiTaO3二層結(jié)構(gòu)中為3.0％，這比單晶(110)LiNbO3的低。
因此，已發(fā)現(xiàn)在三層結(jié)構(gòu)中，根據(jù)本發(fā)明的多層壓電襯底的機電耦合系數(shù)可大大地提高。在實施例12中得到的機電耦合系數(shù)大約被增加四倍，從而提高了彈性表面波放大器的放大增益。實施例13用與實施例10相同的方法，在128°Y切割的LiNbO3襯底上生長一個半導(dǎo)體層。隨后，腐蝕預(yù)定位置處的半導(dǎo)體層以暴露壓電襯底。用光刻工藝在壓電襯底上制作叉指式Al-Cu/Cu/Al-Cu多層電極作為可承受大功率的輸入和輸出電極。此電極是正常型的，間距為0.75μm，傳播長度為300μm。隨后，在有源層上制作用來施加直流電場的電極。
借助于從信號發(fā)生器(Anritsu MG3670A)送出一個RF信號以使用功率計和功率傳感器(Yokokawa HP，437B和8481H)測量放大增益和發(fā)射功率，從而評估彈性表面波放大器的特性。放大增益為22dB，發(fā)射功率為2.2W，其中的直流外加電壓為3V，而中心頻率為1,520MHz。因此，此實施例中的彈性表面波放大器可用作移動通信設(shè)備之類的高頻部分中的極好的功率放大器，而且對降低這類電器的尺寸有顯著的貢獻。實施例14同實施例10一樣，在128°Y切割的LiNbO3襯底上生長了半導(dǎo)體層。然后，此半導(dǎo)體層被加工成排列在稍后要制作的輸入和輸出電極之間，并被腐蝕以便將半導(dǎo)體層分隔成圖6所示的三個部分。在壓電襯底的暴露表面上制作叉指Al電極作為輸入和輸出電極。電極間距和傳播波長與實施例10中的相同。而且，在各個分隔的有源區(qū)上制作用來施加直流電場的電極。
借助于平行于各有源層而施加直流電場來評估本發(fā)明的彈性表面波放大器的特性。結(jié)果，放大增益為8dB，其中的直流外加電壓為5V，而中心頻率為1,500MHz。證實已獲得大致3倍于實施例10的放大增益提高。實施例15制作了具有圖11所示剖面結(jié)構(gòu)的彈性表面波卷積器。
同實施例10那樣，在128°Y切割的LiNbO3襯底1上生長了一個半導(dǎo)體層。然后，在預(yù)定位置處腐蝕作為緩沖層2的半導(dǎo)體層以暴露壓電襯底1。用光刻工藝在壓電襯底1的表面上制作輸入電極4。而且，如圖11所示，在半導(dǎo)體頂部及壓電襯底底部制作取出電極19，這樣就制得了彈性表面波卷積器。
此外，采用本發(fā)明的彈性表面波卷積器，當用頻率分析器測量1,000MHz頻率的放大特性時，從取出電極19可能獲得非線性信號形式的回轉(zhuǎn)輸出。實施例16采用本發(fā)明實施例1中制作的彈性表面波放大器、混頻器和直角相位調(diào)制器，制造了手提電話RF部分的接收電路。在彈性表面波放大器與混頻器之間未提供用來匹配阻抗的特別電路。通常，對于由低噪聲放大器和高頻帶通濾波器構(gòu)成的部分，只采用彈性表面波放大器。被π/4QPSK調(diào)制的RF信號從信號發(fā)生器被饋至如上制造的手提電話RF部分的接收電路，以便用向量信號分析器(Yokokawa HP 89441A)測量接收RF信號后的I和Q輸出信號的解調(diào)誤差。因此，當輸入信號的強度為-10～-102dBm時，最大誤差向量的大小是16％rms。而且，作為輸入數(shù)據(jù)與解調(diào)數(shù)據(jù)比較的結(jié)果，在被解調(diào)的數(shù)據(jù)中沒有誤差。而且，用噪聲指數(shù)計(Y0kokawa HP 8970B)和噪聲源(Ykokawa HP346B)測量了彈性表面波放大器的噪聲指數(shù)和放大增益。結(jié)果，在810MHz下，噪聲指數(shù)為2.5dB，而放大增益為14dB；在826MHz下，噪聲指數(shù)為3dB，而放大增益為12dB；在815MHz下，噪聲指數(shù)為1.8dB，而放大增益為16dB。此外，用網(wǎng)絡(luò)分析器測量了通帶以外的衰減特性。測得940MHz下的插入損耗為35dB，而在956MHz下的插入損耗為40dB?？傊炎C實用彈性表面波放大器取代低噪聲放大器和帶通濾波器可以得到接收電路。而且，若采用本發(fā)明這一實施例的彈性表面波放大器，則可單片制成高頻低噪聲放大器，從而導(dǎo)致接收電路部件數(shù)量的減少。實施例17用直角相位調(diào)制器、混頻器、帶通濾波器及彈性表面波放大器制作了手提電話RF部分的接收電路。通常，本發(fā)明的彈性表面波放大器被用作待要構(gòu)成功率放大器的部件。被π/4QPSK調(diào)制過的RF信號從信號發(fā)生器被饋至彈性表面波放大器，以使用向量信號分析器測量I和Q輸出信號的解調(diào)誤差。結(jié)果，在948MHz的中心頻率下，誤差向量的大小是5.5％rms。此時，發(fā)射電功率是2.2W。已證實當用頻譜分析器測量輸出信號的頻譜時，它符合日本數(shù)字系統(tǒng)汽車電話系統(tǒng)標準規(guī)范(RCRSTD-27)。總之，已證實用彈性表面波放大器取代常規(guī)的功率放大器可提供發(fā)射電路以降低功率放大器部分的尺寸。實施例18不用帶通濾波器而制作了相似于實施例17的手提電話RF部分的發(fā)射電路。結(jié)果，在948MHz的中心頻率下，誤差向量的大小為4％rms。然后證實此時的發(fā)射電功率為3.2W，且發(fā)射頻譜符合RCR STD-27。總之，采用彈性表面波放大器取代常規(guī)的功率放大組件和帶通濾波器，可制造發(fā)射電路，以致功率放大和帶通濾波器能夠單片地制作。實施例19用通帶為810-826MHz的彈性表面波放大器取代接收電路的低噪聲放大器和帶通濾波器，并用通帶為940-956MHz的彈性表面波放大器取代發(fā)射電路的功率放大器和帶通濾波器，制作了發(fā)射/接收電路。采用了與實施例16相同的接收部分彈性表面波放大器，并采用了與實施例17相同的發(fā)射部分彈性表面波放大器。天線端被連接于發(fā)射電路和接收電路，其中的微帶線特征阻抗被調(diào)為50Ω，而不用雙工器。與實施例16和實施例17相似地測量了如上所述地制作的發(fā)射/接收電路的接收特性和發(fā)射特性。作為接收特性的測量結(jié)果，當輸入信號的強度為-10～-102dBm時，最大誤差向量的大小是18％rms。而且，此時在數(shù)據(jù)解調(diào)中不存在誤差。作為發(fā)射特性的測量結(jié)果，在948MHz的中心頻率下，誤差向量的大小是5.4％rms。而且，已證實此時的發(fā)射電功率為3.0W，且發(fā)射頻譜符合RCR STD-27。總之，已證實，在手提電話RF部分的發(fā)射-接收電路中，采用彈性表面波放大器的電路可被用來取代低噪聲放大器和帶通濾波器，取代功率放大組件和帶通濾波器，以及取代雙工器。因此，當采用本發(fā)明這一實施例的發(fā)射/接收電路時，可以大大地減少常規(guī)手提通信設(shè)備RF部分的零件數(shù)目，以致能為極大地降低手提設(shè)備終端的尺寸、重量和價格作出貢獻。對比實施例6用常規(guī)的GaAs FET、電容器等構(gòu)成的功率放大組件的典型尺寸是25mm×12mm×3.7mm。相反，實施例17的彈性表面波放大器為5mm×5mm×2mm，以致本發(fā)明可使常規(guī)功率放大器的尺寸極大地減小。
采用本發(fā)明的彈性表面波功能元件，可大大地改善彈性表面波放大器的增益或彈性表面波卷積器的效率。本發(fā)明的彈性表面波放大器可在低電壓下獲得高的放大增益，這實際上是很有利的，使它可應(yīng)用于移動通信電器的高頻部分。而且，本發(fā)明允許采用一個單一元件來取代已被用作分立元件且尺寸很大的放大器、帶通濾波器或雙工器。于是本發(fā)明就可對低成本地生產(chǎn)緊湊的重量輕的厚度減小了的移動通信電器作出貢獻。
權(quán)利要求
1.一種彈性表面波功能元件，它包含一個壓電襯底；一個制作在上述壓電襯底上的輸入電極和輸出電極；以及制作在上述輸入電極和上述輸出電極之間的半導(dǎo)體層，其中上述半導(dǎo)體層包括一個有源層和一個緩沖層，上述緩沖層的晶格常數(shù)與上述有源層的匹配。
2.權(quán)利要求1所述的彈性表面波功能元件，其中所述的緩沖層包含至少含有銻的化合物。
3.權(quán)利要求1或2所述的彈性表面波功能元件，其中所述的有源層包含至少含有銦的化合物。
4.權(quán)利要求1-3中任何一個所述的彈性表面波功能元件，其中所述的有源層的膜厚為5nm-500nm。
5.一種彈性表面波功能元件，它包含一個壓電襯底；以及制作在上述壓電襯底上的輸入和輸出電極，其中所述的壓電襯底包含一個含有至少三個帶有至少二個不同的機電耦合系數(shù)的層組成的多層壓電體，且其中上述多層壓電體的上述至少三個層的中間層具有最大的機電耦合系數(shù)。
6.權(quán)利要求5所述的彈性表面波功能元件，其中所述的多層壓電體由三個層組成，上述壓電體的上述中間層由LiNbO3組成，而上述壓電體的其余各層由LiTaO3組成。
7.權(quán)利利要求5或6所述的彈性表面波功能元件，其中一個單向換能器被用作輸入-輸出換能器。
8.權(quán)利要求5或6所述的彈性表面波功能元件，其中半導(dǎo)體層存在于上述輸入電極和上述輸出電極之間。
9.權(quán)利要求8所述的彈性表面波功能元件，其中所述的半導(dǎo)體層由一個有源層和一個緩沖層組成，上述緩沖層的晶格常數(shù)與上述有源層的匹配。
10.權(quán)利要求1-4、8和9中任何一個所述的彈性表面波功能元件，還包含一個用于輸入-輸出功率轉(zhuǎn)換的單向換能器。
11.權(quán)利要求1-4、8-10中任何一個所述的彈性表面波放大器，還包含用來向上述半導(dǎo)體層施加直流電場的電極。
12.權(quán)利要求11所述的彈性表面波放大器，其中二個或更多個半導(dǎo)體層存在于上述輸入和輸出電極之間，且其中所述的放大器有一個消除載流子沿反方向在上述輸入電極和上述輸出電極之間運動的構(gòu)造，或一個在上述半導(dǎo)體層之間不存在有源層的構(gòu)造。
13.權(quán)利要求11所述的彈性表面波放大器，其中制作了一個嵌埋有上述輸入和輸出電極的緩沖層，并在上述緩沖層上制作了一個有源層。
14.權(quán)利要求11所述的彈性表面波放大器，其中所述的輸入和輸出電極具有承受大功率的結(jié)構(gòu)。
15.一種彈性表面波卷積器，它包含權(quán)利要求1-4和8-10所述的上述壓電襯底上的二個電極作為輸入電極以及在上述半導(dǎo)體層上部和上述壓電結(jié)構(gòu)下部一致形成的取出電極。
16.一種發(fā)射/接收電路，它包含一個作為放大器和帶通濾波器的或作為放大器、帶通濾波器和雙工器的權(quán)利要求11-15中任何一個所述的彈性表面波功能元件。
17.權(quán)利要求16所述的發(fā)射/接收電路，其中所述的發(fā)射/接收電路是一種用來將信號發(fā)射到移動通信設(shè)備或從移動通信設(shè)備接收信號的電路。
全文摘要
一種彈性表面波功能元件,它包括一個具有大的機電耦合系數(shù)的壓電襯底或多層壓電襯底(1)、制作在襯底上的電子遷移率高的且包括一個有源層(3)和一個與有源層晶格匹配的緩沖層(2)的半導(dǎo)體層、以及制作在半導(dǎo)體層兩側(cè)上的一個輸入電極(4)和一個輸出電極(5)。此元件在低電壓下有大的放大增益。也可得到使用該彈性表面波功能元件的移動通信設(shè)備的高頻單元的發(fā)射接收電路。
文檔編號H03H9/00GK1178612SQ96192474
公開日1998年4月8日 申請日期1996年2月16日 優(yōu)先權(quán)日1996年2月16日
發(fā)明者山之內(nèi)和彥, 久世直洋, 柴田佳彥, 菅野康人 申請人:旭化成工業(yè)株式會社, 山之內(nèi)和彥