JP3302462B2 - Surface acoustic wave device - Google Patents

Surface acoustic wave device

Info

Publication number
JP3302462B2
JP3302462B2 JP22865693A JP22865693A JP3302462B2 JP 3302462 B2 JP3302462 B2 JP 3302462B2 JP 22865693 A JP22865693 A JP 22865693A JP 22865693 A JP22865693 A JP 22865693A JP 3302462 B2 JP3302462 B2 JP 3302462B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
surface acoustic
acoustic wave
electrode
electrode finger
propagation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP22865693A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH0786868A (en
Inventor
隆裕 佐藤
秀典 阿部
Original Assignee
キンセキ株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by キンセキ株式会社 filed Critical キンセキ株式会社
Priority to JP22865693A priority Critical patent/JP3302462B2/en
Publication of JPH0786868A publication Critical patent/JPH0786868A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3302462B2 publication Critical patent/JP3302462B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、四ほう酸リチウム単結
晶(Li2 4 7 ) を用いた弾性表面波装置に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a surface acoustic wave device using lithium tetraborate single crystal (Li 2 B 4 O 7 ).

【0002】[0002]

【従来の技術】弾性表面波装置は、電気信号を表面波に
変換することで、信号処理を行う回路素子であり、フィ
ルタ、共振子、遅延線などに用いられている。通常、圧
電性を有する弾性体基板(圧電基板)上にインタデジタ
ルトランスジューサ(IDT、櫛形電極、すだれ状電
極)と呼ばれる金属電極を設けることで電気信号から表
面波への変換・逆変換を行っている。弾性表面波装置の
特性は、圧電基板を伝搬する弾性表面波の伝搬特性に依
存している。特に、弾性表面波装置の高周波化に対応す
るためには弾性表面波の伝搬速度の速い圧電基板が必要
である。
2. Description of the Related Art A surface acoustic wave device is a circuit element that performs signal processing by converting an electric signal into a surface wave, and is used for a filter, a resonator, a delay line, and the like. Usually, a metal electrode called an interdigital transducer (IDT, comb-shaped electrode, IDT) is provided on an elastic substrate (piezoelectric substrate) having piezoelectricity to perform conversion and reverse conversion from an electric signal to a surface wave. I have. The characteristics of the surface acoustic wave device depend on the propagation characteristics of the surface acoustic wave propagating through the piezoelectric substrate. In particular, a piezoelectric substrate having a high propagation speed of a surface acoustic wave is required to cope with an increase in the frequency of a surface acoustic wave device.

【0003】弾性表面波装置に用いられる基板材料とし
ては、水晶、タンタル酸リチウム(LiTaO3 )、ニ
オブ酸リチウム(LiNbO3 )、四ほう酸リチウム
(Li 2 4 7 )等が知られている。また、弾性表面
波装置に用いられる弾性表面波としては、レイリー波
(Rayleigh Wave)や、リーキー波(Le
aky Wave、疑似弾性表面波、漏洩弾性表面波)
が主に知られている。
As a substrate material used for a surface acoustic wave device,
Crystal, lithium tantalate (LiTaOThree), D
Lithium Obate (LiNbO)Three), Lithium tetraborate
(Li TwoBFourO7) Etc. are known. Also, elastic surface
Rayleigh waves are used as surface acoustic waves used in wave devices.
(Rayleigh Wave) and leaky waves (Le
aky wave, pseudo surface acoustic wave, leaky surface acoustic wave)
Is mainly known.

【0004】レイリー波は、弾性体の表面を伝搬する表
面波であり、そのエネルギーを圧電基板内へ放散するこ
となく、すなわち、理論上伝搬損失なく伝搬する。レイ
リー波を利用した弾性表面波装置に用いられる基板材料
として、伝搬速度が3100m/secのSTカット水
晶、3300m/secのX−112゜Y LiTaO
3 、4000m/secの128゜Y−X LiNbO
3 、3400m/secの45゜X−Z Li2 4
7 がある。水晶は、温度安定性に優れるが圧電性に乏し
い。逆に、タンタル酸リチウム(LiTaO3 )は、圧
電性に優れるが温度安定性が劣っている。近年、これら
温度安定特性と圧電特性を共に満たす材料として、四ほ
う酸リチウム単結晶(Li2 4 7 )が注目されてい
る(例えば、特公平2−44169号公報、特公昭63
−40044号公報等を参照)。
A Rayleigh wave is a surface wave that propagates on the surface of an elastic body and propagates without dissipating its energy into the piezoelectric substrate, ie, theoretically without propagation loss. As a substrate material used for a surface acoustic wave device using a Rayleigh wave, an ST-cut quartz crystal with a propagation speed of 3100 m / sec, X-112−Y LiTaO with a propagation speed of 3300 m / sec
3 , 4000 m / sec 128 ゜ YX LiNbO
3 , 45 ° X-Z Li 2 B 4 O at 3400 m / sec
There are seven . Quartz has excellent temperature stability but poor piezoelectricity. Conversely, lithium tantalate (LiTaO 3 ) is excellent in piezoelectricity but inferior in temperature stability. In recent years, lithium tetraborate single crystal (Li 2 B 4 O 7 ) has been attracting attention as a material satisfying both the temperature stability characteristic and the piezoelectric characteristic (for example, Japanese Patent Publication No. 2-44169, Japanese Patent Publication No. Sho 63).
No. -40044).

【0005】一方、弾性表面波としてリーキー波と呼ば
れる弾性体の深さ方向にエネルギーを放散しながら伝搬
する弾性表面波(漏洩弾性表面波)を利用することが検
討されている。一般にリーキー波は放射による伝搬損失
が大きく弾性表面波装置に利用できないが、特別な切り
出し角および伝搬方向では比較的伝搬損失が少ないため
利用可能である。例えば、伝搬速度が3900m/se
cのLSTカット水晶、4200m/secの36゜Y
−X LiTaO3 、4500m/secの41゜Y−
X LiNbO3 、4500m/secの64゜Y−X
LiNbO3などが知られている。
On the other hand, use of a surface acoustic wave (leakage surface acoustic wave), which is called a leaky wave and propagates while dissipating energy in the depth direction of an elastic body, has been studied. In general, a leaky wave has a large propagation loss due to radiation and cannot be used for a surface acoustic wave device, but can be used because the propagation loss is relatively small at a special cutting angle and propagation direction. For example, if the propagation speed is 3900 m / se
LST cut crystal of c, 36 ゜ Y of 4200m / sec
-X LiTaO 3, 41 of 4500m / sec ° Y-
X LiNbO 3 , 4500 m / sec, 64 ° YX
LiNbO 3 and the like are known.

【0006】このように、従来から知られている圧電材
料では、その伝搬速度は高々4500m/sec程度の
ものしか得られていないため、更なる高周波化には対応
することができなかった。このような観点から、本願発
明者らは、リーキー波の理論を更に発展させて、四ほう
酸リチウムの切り出し角及び伝搬方向がオイラー角表示
で(0゜〜45゜、45゜〜50゜、80゜〜90゜)
及びそれと等価な範囲内で、従来知られていない非常に
高伝搬速度で、低伝搬損失な弾性表面波が存在すること
を明らかにした(特願平05−042642)。
As described above, the conventionally known piezoelectric material has a propagation speed of only about 4500 m / sec at most, and thus cannot cope with further higher frequencies. From this point of view, the present inventors have further developed the leaky wave theory, and have set the cutout angle and propagation direction of lithium tetraborate in Euler angles (0 ° to 45 °, 45 ° to 50 °, 80 °).゜ ~ 90 ゜)
It has been clarified that a surface acoustic wave with a very high propagation velocity and a low propagation loss, which has not been known so far, exists within a range equivalent thereto (Japanese Patent Application No. 05-042642).

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】弾性表面波装置として
利用するためには、少なくとも一つのIDTが必要であ
る。圧電基板上に電極を形成した場合、電極の質量負荷
効果などによって、弾性表面波の伝搬特性が変化するこ
とが予想される。そのため、良好な弾性表面波の伝搬特
性を与えるIDTの最適な電極指膜厚や電極指幅などの
構造が存在するはずである。
In order to be used as a surface acoustic wave device, at least one IDT is required. When an electrode is formed on a piezoelectric substrate, it is expected that the propagation characteristics of the surface acoustic wave will change due to the effect of mass loading of the electrode and the like. Therefore, there should be a structure such as an optimum electrode finger thickness and electrode finger width of the IDT that gives good surface acoustic wave propagation characteristics.

【0008】しかしながら、オイラー角表示で(0゜〜
45゜、45゜〜50゜、80゜〜90゜)の四ほう酸
リチウムに関しては、良好な弾性表面波の伝搬特性を与
えるIDTの最適な電極指膜厚や電極指幅などの構造に
ついて、何ら知見が得られていなかった。一方、弾性表
面波フィルタの特性を劣化させる原因の一つとして、電
極による多重反射があり、これを抑圧するためダブル電
極IDTが広く用いられている(T.W.Bristol et al:"A
pplication of double electorodes in aoustic surfac
edevice design",proc.IEEE Ultrasonics Symp.,p.343
(1972),A.J.De Vries etal:"Reflection of surface w
ave from three types of I.D.transducers",ibid., p.
353(1972))。ダブル電極IDTは、電極指の極性が2
本ずつ等しく、電極指が同一周期で配置されている。
However, in the Euler angle display (0 °-
Regarding lithium tetraborate (45 °, 45 ° to 50 °, 80 ° to 90 °), the structure of the IDT that provides good surface acoustic wave propagation characteristics, such as the optimal electrode finger thickness and electrode finger width, is not limited. No knowledge was obtained. On the other hand, one of the causes of deteriorating the characteristics of the surface acoustic wave filter is multiple reflection by an electrode, and a double-electrode IDT is widely used to suppress this (TWBristol et al: “A
pplication of double electorodes in aoustic surfac
edevice design ", proc.IEEE Ultrasonics Symp., p.343
(1972), AJDe Vries etal: "Reflection of surface w
ave from three types of IDtransducers ", ibid., p.
353 (1972)). The double electrode IDT has an electrode finger polarity of 2
The electrode fingers are arranged at equal intervals, and the electrode fingers are arranged at the same period.

【0009】このようなダブル電極IDTに対しても、
オイラー角表示で(0゜〜45゜、45゜〜50゜、8
0゜〜90゜)の四ほう酸リチウムに関して、良好な弾
性表面波の伝搬特性を与える最適な電極指膜厚や電極指
幅などの構造について、何ら知見が得られていなかっ
た。本発明の第1の目的は、四ほう酸リチウムの切り出
し角及び伝搬方向がオイラー角表示で(0゜〜45゜、
45゜〜50゜、80゜〜90゜)及びそれと等価な範
囲内にIDTを形成し、伝搬速度が同一の方向に伝搬す
るバルク波の速い横波より速く、縦波を越えない弾性表
面波を利用した弾性表面波装置に対して、良好な伝搬特
性を示すようなIDTの最適な電極構造を提供すること
である。
For such a double electrode IDT,
In Euler angle display (0 ° -45 °, 45 ° -50 °, 8
With respect to lithium tetraborate (0 ° to 90 °), no knowledge has been obtained on an optimum structure such as an electrode finger film thickness and an electrode finger width that provides good surface acoustic wave propagation characteristics. A first object of the present invention is to provide a method in which a cutout angle and a propagation direction of lithium tetraborate are represented by Euler angles (0 ° to 45 °,
45 ° to 50 °, 80 ° to 90 °) and an IDT within the range equivalent thereto, and a surface acoustic wave which is faster than a fast transverse wave of a bulk wave propagating in the same direction and does not exceed a longitudinal wave. An object of the present invention is to provide an optimal electrode structure of an IDT that exhibits good propagation characteristics for a surface acoustic wave device used.

【0010】本発明の第2の目的は、四ほう酸リチウム
の切り出し角及び伝搬方向がオイラー角表示で(0゜〜
45゜、45゜〜50゜、80゜〜90゜)及びそれと
等価な範囲内にダブル電極IDTを形成し、伝搬速度が
同一の方向に伝搬するバルク波の速い横波より速く、縦
波を越えない弾性表面波を利用した弾性表面波装置に対
して、良好な伝搬特性を示すようなダブル電極IDTの
最適な電極構造を提供することである。
A second object of the present invention is that the cut-out angle and the propagation direction of lithium tetraborate are expressed in Euler angles (from 0 ° to 0 °).
45 °, 45 ° to 50 °, 80 ° to 90 °) and a double electrode IDT in the range equivalent thereto, and the propagation speed is faster than the fast transverse wave of the bulk wave propagating in the same direction and exceeds the longitudinal wave. It is an object of the present invention to provide an optimal electrode structure of a double electrode IDT that exhibits good propagation characteristics for a surface acoustic wave device using no surface acoustic wave.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】第1の本発明による弾性
表面波装置は、四ほう酸リチウム単結晶からなる圧電基
板と、前記圧電基板の表面に形成され、弾性表面波を励
起、受信、反射、伝搬するための電極とを有する弾性表
面波装置において、前記電極が、アルミニウムを主成分
とする金属により形成され、前記電極が、1本ずつの電
極指が互いに間挿するように配置された一対の櫛形電極
を有し、前記圧電基板の表面の切り出し角および弾性表
面波の伝搬方向がオイラ角表示で(0°〜45°、45
°〜50°、80°〜90°)およびそれと等価な範囲
内になるように形成され、前記電極指の周期をP、前記
電極指の幅をMとして、前記電極の膜厚hを前記弾性表
面波の波長λで規格化した前記電極の規格化膜厚h/λ
が、次式 0.0165−0.0565×(M/P)+0.050
0×(M/P)2≦(h/λ)≦0.0320−0.0
737×(M/P)+0.0667×(M/P)2 の範囲内であり、前記弾性表面波の速度が同一方向に伝
搬するバルク波の速い横波の速度以上であり、縦波の速
度を越えないことを特徴とする。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a surface acoustic wave device comprising: a piezoelectric substrate made of a single crystal of lithium tetraborate; and a surface acoustic wave which is formed, excited, received, and reflected on the surface of the piezoelectric substrate. In the surface acoustic wave device having an electrode for propagation, the electrode is formed of a metal containing aluminum as a main component, and the electrodes are arranged such that one electrode finger is interposed between the electrodes. It has a pair of comb-shaped electrodes, and the cut-out angle of the surface of the piezoelectric substrate and the propagation direction of the surface acoustic wave are represented by Eulerian angles (0 ° to 45 °, 45 °).
° to 50 °, 80 ° to 90 °) and the equivalent range. The period of the electrode finger is P, the width of the electrode finger is M, and the thickness h of the electrode is the elasticity. Normalized film thickness h / λ of the electrode normalized by the wavelength λ of the surface wave
Is given by the following formula: 0.0165−0.0565 × (M / P) +0.05
0 × (M / P) 2 ≦ (h / λ) ≦ 0.0320−0.0
737 × (M / P) + 0.0667 × (M / P) 2 , and the velocity of the surface acoustic wave is equal to or higher than the velocity of the fast transverse wave of the bulk wave propagating in the same direction, and the velocity of the longitudinal wave. Is not exceeded.

【0012】また、第2の本発明による弾性表面波装置
は、四ほう酸リチウム単結晶からなる圧電基板と、前記
圧電基板の表面に形成され、弾性表面波を励起、受信、
反射、伝搬するための電極とを有する弾性表面波装置に
おいて、前記電極が、アルミニウムを主成分とする金属
により形成され、前記電極が、2本ずつの電極指が互い
に間挿するように配置された一対の櫛形電極を有し、前
記圧電基板の表面の切り出し角および弾性表面波の伝搬
方向がオイラ角表示で(0°〜45°、45°〜50
°、80°〜90°)およびそれと等価な範囲内になる
ように形成され、前記電極指の周期をP、前記電極指の
幅をMとして、前記電極の膜厚hを前記弾性表面波の波
長λで規格化した前記電極の規格化膜厚h/λが、次式 0.0335−0.0791×(M/P)+0.058
4×(M/P)2≦(h/λ)≦0.0835−0.1
65×(M/P)+0.143×(M/P)2 の範囲内であり、前記弾性表面波の速度が同一方向に伝
搬するバルク波の速い横波の速度以上であり、縦波の速
度を越えないことを特徴とする。
A surface acoustic wave device according to a second aspect of the present invention comprises: a piezoelectric substrate made of a single crystal of lithium tetraborate; and a piezoelectric substrate formed on the surface of the piezoelectric substrate, which excites and receives surface acoustic waves.
In a surface acoustic wave device having an electrode for reflection and propagation, the electrode is formed of a metal containing aluminum as a main component, and the electrodes are arranged such that two electrode fingers are interposed between each other. A pair of comb-shaped electrodes, and the cutout angle of the surface of the piezoelectric substrate and the propagation direction of the surface acoustic wave are represented by Eulerian angles (0 ° to 45 °, 45 ° to 50 °).
°, 80 ° to 90 °) and a range equivalent thereto, wherein the period of the electrode finger is P, the width of the electrode finger is M, and the film thickness h of the electrode is the thickness of the surface acoustic wave. The normalized thickness h / λ of the electrode normalized by the wavelength λ is 0.0335−0.0791 × (M / P) +0.058.
4 × (M / P) 2 ≦ (h / λ) ≦ 0.0835-0.1
65 × (M / P) + 0.143 × (M / P) 2 , and the velocity of the surface acoustic wave is equal to or higher than the velocity of the fast transverse wave of the bulk wave propagating in the same direction, and the velocity of the longitudinal wave. Is not exceeded.

【0013】上記発明において、圧電基板の表面である
基板切り出し面としては、(011)、(345)、
(255)、(231)、(356)などを用いること
が望ましい。特に、基板切り出し面として(011)面
を用いることができる範囲内、すなわち、オイラ角表示
で(0°〜2°、45°〜50°、88°〜90°)お
よびそれと等価な範囲内に弾性表面波の伝搬方向がなる
ように電極が形成されていることが望ましい。
[0013] In the above invention, the substrate cut surface, which is the surface of the piezoelectric substrate, may be (011), (345),
It is desirable to use (255), (231), (356) and the like. In particular, within the range where the (011) plane can be used as the substrate cutout surface, that is, within the range equivalent to (0 ° to 2 °, 45 ° to 50 °, 88 ° to 90 °) in Euler angle display. It is desirable that the electrodes are formed so that the propagation direction of the surface acoustic wave is in the same direction.

【0014】[0014]

【作用】最初に、レイリー波とリーキー波の特性理論に
ついて説明する。レイリー波やリーキー波は、以下に説
明する関係式より、その特性を計算することができる
(J.J.Campbell, W.R.Jones, "A Method for Estimatin
g OptimalCrystal Cuts and Propagation Directions f
or Excitation of PiezoelectricSurface Waves", IEEE
transaction on Sonics and Ultrasonics, vol.SU-15,
No.4, pp.209-217, (1968); T.C.Lim, G.W.Farnell, "
Character of Pseudo Surface Waves on Anisotropic C
rystals", The Journal of Acoustical Society ofAmer
ica, vol.45, no.4, pp.845-851, (1968))。
First, the characteristic theory of the Rayleigh wave and the leaky wave will be described. The characteristics of Rayleigh waves and leaky waves can be calculated from the relational equations described below (JJ Campbell, WR Jones, "A Method for Estimatin
g OptimalCrystal Cuts and Propagation Directions f
or Excitation of PiezoelectricSurface Waves ", IEEE
transaction on Sonics and Ultrasonics, vol.SU-15,
No. 4, pp. 209-217, (1968); TCLim, GWFarnell, "
Character of Pseudo Surface Waves on Anisotropic C
rystals ", The Journal of Acoustical Society of Amer
ica, vol. 45, no. 4, pp. 845-851, (1968)).

【0015】一般に、圧電基板表面を伝搬する弾性表面
波の伝搬特性は、ある境界条件の下で運動方程式及びマ
クスウェルの方程式を準静電近似した電荷方程式を解く
ことで求めることができる。運動方程式と電荷方程式を
次に示す。
In general, the propagation characteristics of a surface acoustic wave propagating on the surface of a piezoelectric substrate can be obtained by solving a charge equation obtained by quasi-electrostatic approximation of the equation of motion and Maxwell's equation under certain boundary conditions. The equation of motion and the equation of charge are shown below.

【0016】[0016]

【数1】 (Equation 1)

【0017】[0017]

【数2】 ただし、cijkl(i、j、k、l=1、2、3)は弾性
定数のテンソル、ekij(i、j、k=1、2、3)は
圧電定数のテンソル、εik(i、k=1、2、3)は誘
電定数のテンソル、ρは密度である。Ui は図1に示す
座標系における各方向(X1 を弾性表面波の伝搬方向、
2を圧電基板表面に含まれる弾性表面波の伝搬方向X
1 に垂直な方向、X3 をX1およびX2 に垂直な方向と
する)の変位を示し、Φは静電電位を示し、それぞれ次
式で示される。
(Equation 2) Here, c ijkl (i, j, k, l = 1, 2, 3) is an elastic constant tensor, e kij (i, j, k = 1, 2, 3) is a piezoelectric constant tensor, and ε ik (i , K = 1, 2, 3) is the tensor of the dielectric constant, and ρ is the density. U i represents each direction in the coordinate system shown in FIG. 1 (X 1 is the propagation direction of the surface acoustic wave,
X 2 is the propagation direction X of the surface acoustic wave contained in the piezoelectric substrate surface
Direction perpendicular to the 1, shows a displacement of the X 3 and perpendicular to the X 1 and X 2), [Phi represents the electrostatic potential, respectively represented by the following formula.

【0018】[0018]

【数3】 (Equation 3)

【0019】[0019]

【数4】 ただし、αはx3 方向の減衰定数、βi は振幅定数、κ
は波数、tは時間、vは位相速度である。まず、レイリ
ー波の計算の手順を説明する。実数の位相速度vを仮定
して、上記変位Ui を示す式(3)、静電電位Φを示す
式(4)を、運動方程式(1)と電束密度連続の式
(2)に代入し、振幅定数βi について整理すると、実
数を係数とする減衰定数αの8次方程式が得られる。こ
の8次方程式を解くことで、減衰定数αは共役複素数の
解が得られる。
(Equation 4) However, alpha is x 3 horizontal damping constant, beta i is amplitude constant, kappa
Is the wave number, t is time, and v is the phase velocity. First, the procedure for calculating the Rayleigh wave will be described. Assuming a real phase velocity v, the equation (3) indicating the displacement U i and the equation (4) indicating the electrostatic potential Φ are substituted into the equation of motion (1) and the equation (2) of the electric flux density continuity. Then, by rearranging the amplitude constant β i , an eighth-order equation of the attenuation constant α having a real number as a coefficient is obtained. By solving this eighth-order equation, a solution of a conjugate complex number for the attenuation constant α can be obtained.

【0020】表面波であるためには、波の振幅が基板の
深さ方向に対して減少しなければならないので、減衰定
数αは虚数部が負である解[Im(α(n))<0、n
=1、2、3、4]を選択することになる。選択された
それぞれの減衰定数αに対応して4つの振幅定数β1
β4 が算出される。この対応した振幅定数βiを参照す
ることで、4つの減衰定数αは、x1 方向の変位を主成
分とする縦波成分、x 2 方向又はx3 方向の変位を主成
分とする2種類の横波成分、及び静電電位を主成分とす
る電磁波成分にそれぞれ対応していることがわかる。こ
れら4つの弾性表面波の成分が伝搬可能であるので、伝
搬しうる弾性表面波の各方向の変位Uiおよび静電電位
Φは、それぞれ次式のように4つのモードの線形結合で
表すことができる。
In order to be a surface wave, the amplitude of the wave
Since it must be reduced in the depth direction, the attenuation
The number α is a solution whose imaginary part is negative [Im (α (n)) <0, n
= 1, 2, 3, 4]. chosen
Four amplitude constants β corresponding to the respective damping constants α1~
βFourIs calculated. Referring to the corresponding amplitude constant βi
Thus, the four damping constants α are x1Mainly displacement in direction
The longitudinal wave component to be min, x TwoDirection or xThreeMainly displacement in direction
Two types of transverse wave components and electrostatic potential as main components
It can be seen that they correspond to the respective electromagnetic wave components. This
Since these four surface acoustic wave components can propagate,
Displacement U of each direction of transportable surface acoustic waveiAnd electrostatic potential
Φ is a linear combination of the four modes as
Can be represented.

【0021】[0021]

【数5】 (Equation 5)

【0022】[0022]

【数6】 ただし、A(n) は各モードの振幅比を示す。次に、上記
式(5)、(6)に境界条件を与えることにより、弾性
表面波の伝搬特性を解くようにする。境界条件として
は、弾性体表面での応力が零であることを示す機械的境
界条件[x3 =0において、T13=T23=T33=0]
と、圧電基板表面が開放されている、すなわち、表面で
の電束密度のx3 方向成分が零という電気的境界条件
[x3 =0において、D3 =0]と、表面短絡の場合に
表面での電位が零であるという境界条件[x3 =0にお
いて、Φ=0]である。これら境界条件を満足するよう
な位相速度vを求めることで、レイリー波と呼ばれる弾
性表面波の伝搬特性を解くことができる。
(Equation 6) Here, A (n) indicates the amplitude ratio of each mode. Next, the propagation characteristics of the surface acoustic wave are solved by giving boundary conditions to the above equations (5) and (6). The boundary conditions, the mechanical boundary conditions indicating that the stress of the elastic body surface is zero [in x 3 = 0, T 13 = T 23 = T 33 = 0]
When the piezoelectric substrate surface is open, i.e., [in x 3 = 0, D 3 = 0] electrical boundary requirements that x 3 direction component of electric flux density at the surface is zero and, in the case of surface shorting The boundary condition that the potential on the surface is zero [Φ = 0 at x 3 = 0] is satisfied. By determining the phase velocity v that satisfies these boundary conditions, the propagation characteristics of a surface acoustic wave called a Rayleigh wave can be solved.

【0023】次に、リーキー波の計算手順を説明する。
上述のレイリー波の計算において、上記式(3)、
(4)を式(1)、(2)に代入して減衰定数αを求め
る際に、仮定する位相速度vの値によって、減衰定数α
の解が共役複素数とならずに実数になることがある。例
えば、レイリー波よりも速い位相速度vを仮定した場
合、一方の横波成分(以下「第1の横波成分」という)
に対応した減衰定数αの虚数部は零(すなわち、実根)
となり、圧電基板の深さ方向に対して減衰しない成分が
存在する。したがって、弾性表面波のエネルギーは基板
表面に完全には集中せず、エネルギーを圧電基板の深さ
方向に放散するため、伝搬損失を生じる。
Next, the calculation procedure of the leaky wave will be described.
In the above calculation of the Rayleigh wave, the above equation (3),
When the damping constant α is obtained by substituting (4) into the equations (1) and (2), the damping constant α
May be real instead of conjugate complex. For example, assuming a phase velocity v faster than the Rayleigh wave, one of the transverse wave components (hereinafter referred to as “first transverse wave component”)
The imaginary part of the damping constant α corresponding to is zero (that is, the real root)
And there is a component that does not attenuate in the depth direction of the piezoelectric substrate. Therefore, the energy of the surface acoustic wave is not completely concentrated on the substrate surface, but is dissipated in the depth direction of the piezoelectric substrate, so that a propagation loss occurs.

【0024】この場合、伝搬損失の数字上の表現として
位相速度vを複素数として算出すると、減衰定数αを求
めるための8次方程式の係数も複素数になる。この減衰
定数αの8つの解から、第1の横波成分以外の3つの成
分に対応し、振幅が基板の深さ方向に対して減少する解
を3つ選択する。さらに、他の1つの解として、第1の
横波成分に対応し、振幅が基板の深さ方向に対し増大す
る解を選択し、上記式(5)、(6)に上述した境界条
件を与えることにより、弾性表面波の伝搬特性を解くよ
うにする。このようにして解かれた弾性表面波は、一般
にリーキー波(漏洩弾性表面波)と呼ばれる。
In this case, when the phase velocity v is calculated as a complex number as a numerical expression of the propagation loss, the coefficient of the eighth-order equation for obtaining the attenuation constant α is also a complex number. From the eight solutions of the attenuation constant α, three solutions are selected which correspond to three components other than the first transverse wave component and whose amplitude decreases in the depth direction of the substrate. Further, as another solution, a solution corresponding to the first transverse wave component and having an amplitude increasing in the depth direction of the substrate is selected, and the above-described boundary conditions are given to the above equations (5) and (6). Thus, the propagation characteristic of the surface acoustic wave is solved. The surface acoustic wave solved in this way is generally called a leaky wave (leakage surface acoustic wave).

【0025】次に、本願発明者らは、基板の切り出し角
及び弾性表面波の伝搬方向を特定の範囲に設定した場
合、縦波成分を主成分として圧電基板内部に2種類の横
波成分をバルク波として放射しながら圧電基板の表面を
伝搬する弾性表面波(本SAW)が存在することを予測
し、シミュレーションにより確認した。本SAWは、リ
ーキー波の理論を更に発展させたもので、リーキー波よ
りも速い実数の位相速度vを仮定した場合、2種類の横
波成分に対応した減衰定数の虚数部が共に零(すなわ
ち、共に実根)となり、圧電基板の深さ方向に減衰しな
い成分が2種類存在する。
Next, when the cutout angle of the substrate and the propagation direction of the surface acoustic wave are set to specific ranges, the inventors of the present invention have two types of transverse wave components in the piezoelectric substrate with the longitudinal wave component as the main component. The existence of a surface acoustic wave (this SAW) that propagates on the surface of the piezoelectric substrate while radiating as a wave was predicted and confirmed by simulation. This SAW is a further development of the leaky wave theory. Assuming a real phase velocity v faster than the leaky wave, the imaginary parts of the damping constants corresponding to the two types of transverse wave components are both zero (that is, There are two types of components that do not attenuate in the depth direction of the piezoelectric substrate.

【0026】本SAWのシミュレーションでは、上述し
た式(3)、(4)を式(1)、(2)に代入して、複
素数に拡張した位相速度vから減衰定数αを求める際
に、2種類の横波成分(第1の横波成分及び第2の横波
成分)に対応し、振幅が基板の深さ方向に対して増大す
る解をそれぞれ選択し、他の2つの減衰定数αとして縦
波成分及び電磁波成分に対応し、振幅が基板の深さ方向
に対して減少する解を選択した。すなわち、本SAW
は、2種類の横波成分をバルク波として基板内部にエネ
ルギーを放射しながら表面を伝搬する弾性表面波であ
る。
In the simulation of the present SAW, when the above equations (3) and (4) are substituted into the equations (1) and (2) to obtain the attenuation constant α from the phase velocity v expanded to a complex number, 2 A solution whose amplitude increases in the depth direction of the substrate is selected for each of the three types of shear wave components (the first shear wave component and the second shear wave component), and the longitudinal wave component is set as the other two attenuation constants α. And a solution whose amplitude decreases in the depth direction of the substrate corresponding to the electromagnetic wave component. That is, this SAW
Is a surface acoustic wave that propagates on the surface while radiating energy into the substrate using two types of transverse wave components as bulk waves.

【0027】このようにして求めた位相速度vから、x
1 方向の位相速度vp 、電気機械結合係数k2 、伝搬損
失L、周波数温度係数TCFを求めた。これら位相速度
p、電気機械結合係数k2 、伝搬損失L、周波数温度
係数TCFを次式に示す。
From the phase velocity v thus obtained, x
The phase velocity v p in one direction, the electromechanical coupling coefficient k 2 , the propagation loss L, and the frequency temperature coefficient TCF were determined. The following equation shows the phase velocity v p , the electromechanical coupling coefficient k 2 , the propagation loss L, and the frequency temperature coefficient TCF.

【0028】[0028]

【数7】 (Equation 7)

【0029】[0029]

【数8】 (Equation 8)

【0030】[0030]

【数9】 (Equation 9)

【0031】[0031]

【数10】 ここで、vpo、vpsは、それぞれ表面が電気的開放、電
気的短絡のx1 方向の位相速度、αはx1 方向の熱膨張
係数である。シミュレーションは、四ほう酸リチウム単
結晶基板の切り出し角及び伝搬方向を変化させたときの
弾性表面波特性を計算することを目的として行なった。
任意の切り出し角及び伝搬方向の伝搬特性は、オイラ角
(φ、θ、ψ)で変換された弾性定数、圧電定数、誘電
定数に対して計算することにより求められる。また、同
一の方向に対して伝搬するバルク波(縦波、速い横波、
遅い横波)の位相速度を計算した。
(Equation 10) Here, v po, v ps is the surface electrical open respectively, x 1 direction of the phase velocity of the electrical short, alpha is the thermal expansion coefficient of the x 1 direction. The simulation was performed for the purpose of calculating the surface acoustic wave characteristics when the cutout angle and the propagation direction of the lithium tetraborate single crystal substrate were changed.
The propagation characteristics in an arbitrary cutout angle and propagation direction can be obtained by calculating the elastic constant, piezoelectric constant, and dielectric constant converted by the Euler angles (φ, θ, ψ). In addition, bulk waves (longitudinal waves, fast transverse waves,
The phase velocity of the slow transverse wave was calculated.

【0032】次に、シミュレーション結果について図2
乃至図22を用いて説明する。図2乃至図4は、四ほう
酸リチウム単結晶基板表面にアルミニウムを主成分とす
る電極が形成された弾性表面波装置において、弾性表面
波の伝搬方向をオイラ角表示で(0°、θ、90°)と
し、角度θを変化させた場合の弾性表面波の位相速度v
p 、電気機械結合係数k2 、弾性表面波一波長当たりの
伝搬損失Lのシミュレーション結果である。
Next, FIG.
This will be described with reference to FIGS. FIGS. 2 to 4 show a surface acoustic wave device in which an electrode mainly composed of aluminum is formed on the surface of a lithium tetraborate single crystal substrate, and the propagation direction of the surface acoustic wave is represented by an Eulerian angle (0 °, θ, 90 °). °) and the phase velocity v of the surface acoustic wave when the angle θ is changed
p, electromechanical coupling coefficient k 2, the simulation results of the propagation loss L per SAW wave.

【0033】本SAWの位相速度は、図2に示すよう
に、角度θが変化しても常に5000〜7500m/s
ecと非常に高速であり、バルク波の速い横波よりも速
く、縦波の位相速度を越えることはない。また、図3に
示すように、本SAWは角度θが25°〜90°の広い
範囲において発生しており、角度θが38°〜70°で
は0.6%以上、特に角度θが40°〜60°では1%
以上の電気機械結合係数が得られる。さらに、図4に示
すように、角度θが約55°以下では伝搬損失が小さ
い。
As shown in FIG. 2, the phase velocity of the present SAW is always 5,000 to 7,500 m / s even when the angle θ changes.
ec, which is very fast, faster than the fast transverse wave of the bulk wave, and does not exceed the phase velocity of the longitudinal wave. Further, as shown in FIG. 3, the present SAW is generated in a wide range of angles θ of 25 ° to 90 °, and is 0.6% or more when the angle θ is 38 ° to 70 °, in particular, the angle θ is 40 °. 1% at ~ 60 °
The above electromechanical coupling coefficient is obtained. Further, as shown in FIG. 4, when the angle θ is about 55 ° or less, the propagation loss is small.

【0034】したがって、本SAWは、角度θが38°
〜55°の範囲内で電気機械結合係数が大きく、かつ伝
搬損失が小さくなる。特に、角度θが45°〜50°の
範囲では伝搬損失がより小さくなる。これらの範囲で
は、レイリー波は本SAWに比べ約1/2の3000〜
4000m/secの速度であるので、リーキー波は存
在しない。
Therefore, this SAW has an angle θ of 38 °.
Within the range of up to 55 °, the electromechanical coupling coefficient is large and the propagation loss is small. In particular, when the angle θ is in the range of 45 ° to 50 °, the propagation loss becomes smaller. In these ranges, the Rayleigh wave is 3000, which is about half that of the SAW.
Since the speed is 4000 m / sec, there is no leaky wave.

【0035】図5乃至図7は、弾性表面波の伝搬方向を
オイラ角表示で(15°、θ、90°)とし、角度θを
変化させた場合の位相速度vp 、電気機械結合係数
2 、伝搬損失Lのシミュレーション結果である。ま
た、図8乃至図10は、弾性表面波の伝搬方向をオイラ
角表示で(30°、θ、90°)とし、角度θを変化さ
せた場合の位相速度vp 、電気機械結合係数k2 、伝搬
損失Lのシミュレーション結果である。
5 to 7 show the phase velocity v p and the electromechanical coupling coefficient k when the propagation direction of the surface acoustic wave is represented by an Eulerian angle (15 °, θ, 90 °) and the angle θ is changed. 2. Simulation results of propagation loss L. FIGS. 8 to 10 show the phase velocity v p and the electromechanical coupling coefficient k 2 when the propagation direction of the surface acoustic wave is represented by an Eulerian angle (30 °, θ, 90 °) and the angle θ is changed. And simulation results of the propagation loss L.

【0036】さらに、図11乃至図13は、弾性表面波
の伝搬方向をオイラ角表示で(45°、θ、90°)と
し、角度θを変化させた場合の位相速度vp 、電気機械
結合係数k2 、伝搬損失Lのシミュレーション結果であ
る。これら図2乃至図13から明らかなように、四ほう
酸リチウムの対称性を考慮すると、オイラ角表示(φ、
θ、ψ)の角度φに関係なく、角度θが30°〜90°
の範囲内において位相速度の速い本SAWが存在し、角
度θが38°〜55°の範囲内において、本SAWは、
位相速度が速く、電気機械結合係数が大きく、伝搬損失
が小さいことがわかる。特に、角度θが45°〜50°
の範囲においては、本SAWの伝搬損失はさらに小さ
い。また、本SAWの位相速度は、バルク波の速い横波
よりも速く、縦波の位相速度を越えない。
FIGS. 11 to 13 show the phase velocity v p when the propagation direction of the surface acoustic wave is represented by Eulerian angles (45 °, θ, 90 °) and the angle θ is changed, and the electromechanical coupling. It is a simulation result of the coefficient k 2 and the propagation loss L. As is apparent from FIGS. 2 to 13, considering the symmetry of lithium tetraborate, the Euler angles (φ,
angle θ is 30 ° to 90 ° regardless of the angle φ of θ, ψ)
The present SAW having a high phase velocity exists within the range of, and when the angle θ is within the range of 38 ° to 55 °, the present SAW is
It can be seen that the phase velocity is high, the electromechanical coupling coefficient is large, and the propagation loss is small. In particular, when the angle θ is 45 ° to 50 °
In this range, the propagation loss of the present SAW is even smaller. Further, the phase velocity of the present SAW is faster than the fast transverse wave of the bulk wave, and does not exceed the phase velocity of the longitudinal wave.

【0037】次に、圧電基板の(011)カット面(オ
イラ角表示で(0°、47.3°、ψ))における弾性
表面波の伝搬特性をシミュレーション計算した。図14
乃至図16は、オイラ角表示で(0°、47.3°、
ψ)とし、角度ψを変化させた場合の位相速度vp 、電
気機械結合係数k2 、伝搬損失Lのシミュレーション結
果である。
Next, the propagation characteristics of the surface acoustic wave on the (011) cut surface of the piezoelectric substrate ((0 °, 47.3 °, で in Eulerian angle)) were calculated by simulation. FIG.
16 to 16 show Euler angles (0 °, 47.3 °,
ψ) and simulation results of the phase velocity v p , the electromechanical coupling coefficient k 2 , and the propagation loss L when the angle ψ is changed.

【0038】本SAWの位相速度は、図14に示すよう
に、角度θが変化しても常に7000〜7500m/s
ecと非常に高速である。また、図15に示すように、
本SAWは、角度ψが40°〜90°の範囲において存
在し、角度ψが80°〜90°の範囲において高い電気
機械結合係数が得られる。さらに、図16に示すよう
に、本SAWの伝搬損失は、角度ψが88°〜90°に
おいて非常に低くなる。したがって、本SAWは、角度
ψが90°のとき、電気機械結合係数が最大となり、伝
搬損失が最小となる。
As shown in FIG. 14, the phase velocity of this SAW is always 7000 to 7500 m / s even when the angle θ changes.
ec and very fast. Also, as shown in FIG.
In the present SAW, the angle ψ exists in the range of 40 ° to 90 °, and a high electromechanical coupling coefficient is obtained in the range of the angle ψ of 80 ° to 90 °. Further, as shown in FIG. 16, the propagation loss of the present SAW becomes very low when the angle ψ is 88 ° to 90 °. Therefore, in the present SAW, when the angle ψ is 90 °, the electromechanical coupling coefficient becomes maximum and the propagation loss becomes minimum.

【0039】次に、弾性表面波の伝搬方向がオイラ角表
示で(0°、47.3°、90°)である場合の弾性表
面波の伝搬特性をシミュレーション計算した。図17乃
至図20は、電極材料をアルミニウムを主成分とする金
属材料とし、電極の膜厚を変化させた場合の位相速度v
p 、電気機械結合係数k2 、伝搬損失L、周波数温度係
数TCFの計算結果を示している。このシミュレーショ
ン計算において、電気的開放とは、金属膜と基板との界
面でx3 方向の電束密度が零であること[x3 =0にお
いて、D3 =0]を意味し、電気的短絡とは、金属膜の
電位が零であること[x3 =0において、Φ=0]を意
味しているとして計算した。
Next, the propagation characteristics of the surface acoustic wave when the propagation direction of the surface acoustic wave was (0 °, 47.3 °, 90 °) in the Eulerian angle representation were calculated by simulation. 17 to 20 show phase velocities v when the electrode material is a metal material containing aluminum as a main component and the film thickness of the electrode is changed.
It shows calculation results of p , electromechanical coupling coefficient k 2 , propagation loss L, and frequency temperature coefficient TCF. In this simulation calculation, the electrical open, that the electric flux density at the interface with x 3 direction between the metal film and the substrate is zero [in x 3 = 0, D 3 = 0] means, electrical shorts Is calculated as meaning that the potential of the metal film is zero [Φ = 0 when x 3 = 0].

【0040】電極の膜厚hを弾性表面波の波長λで規格
化した規格化膜厚h/λを0.0%から6.0%に変化
させると、図17に示すように、位相速度は徐々に低下
し、図18に示すように、電気機械結合係数は1.2%
から3.1%に増大する。また、規格化膜厚h/λが
0.0%から6.0%の範囲では、図19に示すよう
に、伝搬損失は0.01dB/λ以下と非常に低いこと
がわかる。さらに、周波数温度係数は、図20に示すよ
うに、規格化膜厚h/λが0.0%から5.0%の範囲
では、約20ppm/℃以下の優れた温度特性が得られ
る。
When the normalized film thickness h / λ obtained by normalizing the electrode film thickness h with the wavelength λ of the surface acoustic wave is changed from 0.0% to 6.0%, as shown in FIG. Gradually decreases, and as shown in FIG. 18, the electromechanical coupling coefficient is 1.2%.
To 3.1%. In addition, when the normalized film thickness h / λ is in the range of 0.0% to 6.0%, as shown in FIG. 19, it can be seen that the propagation loss is as low as 0.01 dB / λ or less. Further, as shown in FIG. 20, excellent temperature characteristics of about 20 ppm / ° C. or less are obtained as the frequency temperature coefficient when the normalized film thickness h / λ is in the range of 0.0% to 5.0%.

【0041】次に、本SAWの性質を確認するために、
基板の深さ方向の変位及び電位分布について計算した。
図21及び図22は、弾性表面波の伝搬方向がオイラ角
表示で(0°、47.3°、90°)の場合、電極(ア
ルミニウム)の規格化膜厚が3%のときのシミュレーシ
ョン結果である。図21は電気的開放の場合の計算結果
であり、図22は電気的短絡の場合の計算結果である。
図21及び図22において、横軸は変位U1 (x1 方向
の変位)、変位U3 (x3 方向の変位)、静電電位Φの
相対振幅値であり、縦軸は波長で規格化した基板表面か
らの規格化深さである。
Next, in order to confirm the properties of this SAW,
The displacement and the potential distribution in the depth direction of the substrate were calculated.
FIGS. 21 and 22 show simulation results when the normalized thickness of the electrode (aluminum) is 3% when the propagation direction of the surface acoustic wave is represented by Eulerian angles (0 °, 47.3 °, 90 °). It is. FIG. 21 shows a calculation result in the case of electrical opening, and FIG. 22 shows a calculation result in the case of electrical short.
21 and 22, the horizontal axis represents the displacement U 1 (x 1 direction displacement), the displacement U 3 (x 3 direction of displacement), a relative amplitude value of the electrostatic potential [Phi, the vertical axis normalized by the wavelength This is the normalized depth from the substrate surface.

【0042】図21、図22から明らかなように、弾性
表面波の変位、静電電位は基板表面付近に集中してお
り、縦波成分が支配的である。このように、四ほう酸リ
チウム単結晶基板の切り出し角及び弾性表面波の伝搬方
向をオイラ角表示で(0°〜45°、45°〜50°、
80°〜90°)およびそれと等価な範囲とすれば、伝
搬損失が充分低く、伝搬速度がレイリー波およびリーキ
ー波よりも速く、かつ、電気機械結合係数が十分大きい
弾性表面波を利用した弾性表面波装置を実現することが
できる。
As apparent from FIGS. 21 and 22, the displacement and electrostatic potential of the surface acoustic wave are concentrated near the substrate surface, and the longitudinal wave component is dominant. As described above, the cut-out angle and the propagation direction of the surface acoustic wave of the lithium tetraborate single crystal substrate are represented by Eulerian angles (0 ° to 45 °, 45 ° to 50 °,
80 ° to 90 °) and an equivalent range, a surface acoustic wave utilizing a surface acoustic wave having a sufficiently low propagation loss, a higher propagation velocity than Rayleigh waves and leaky waves, and a sufficiently large electromechanical coupling coefficient. A wave device can be realized.

【0043】なお、四ほう酸リチウム単結晶は点群4m
mの対称性を有し、弾性表面波の特性も所定の対称性を
有するので、上記オイラ角で示した方向は(0°〜36
0°、45°〜50°、80°〜100°)などの等価
の方向も含むものである。次に、本願発明者は、弾性表
面波の速度が同一方向に伝搬するバルク波の速い横波の
速度以上であり、縦波の速度を越えない弾性表面波を利
用し、四ほう酸リチウム単結晶基板の表面の切り出し角
及び弾性表面波の伝搬方向がオイラー角表示で(0゜〜
45゜、45゜〜50゜、80゜〜90゜)及びそれと
等価な範囲内になるように基板上に形成されたアルミニ
ウムよりなるIDTの最適な電極指幅及び電極指膜厚を
シミュレーションにより求めた。
The lithium tetraborate single crystal has a point group of 4 m.
m, and the characteristics of the surface acoustic wave also have a predetermined symmetry. Therefore, the direction indicated by the Eulerian angle is (0 ° to 36 °).
0 °, 45 ° to 50 °, and 80 ° to 100 °). Next, the inventor of the present application uses a surface acoustic wave in which the speed of the surface acoustic wave is equal to or higher than the speed of the fast transverse wave of the bulk wave propagating in the same direction and does not exceed the speed of the longitudinal wave. The cutout angle of the surface and the propagation direction of the surface acoustic wave are represented by Euler angles (0 ° to
45 °, 45 ° to 50 °, 80 ° to 90 °) and the optimum electrode finger width and electrode finger thickness of the IDT made of aluminum formed on the substrate so as to fall within the range equivalent thereto. Was.

【0044】図23に示すモデルを用いてシミュレーシ
ョンを行った。圧電基板上にピッチPで電極指が形成さ
れている。電極指の幅はMであり、膜厚はhである。極
性の異なる電極指が1本ずつ交互に配置されている。図
23に示すモデルのIDTの弾性表面波の伝搬特性は、
電極指(ストリップ)による周期的な摂動効果により1
次のブラック反射を生じ、伝搬定数κ(波数)に周波数
分散を生じる。まず、この伝搬定数κの周波数分散をシ
ミュレーションする。弾性表面波の変位Ui と静電変位
φはフロケ(Floquet)の定理を用いて、次の空
間高調波の和で表される。
A simulation was performed using the model shown in FIG. Electrode fingers are formed at a pitch P on the piezoelectric substrate. The width of the electrode finger is M, and the film thickness is h. Electrode fingers having different polarities are alternately arranged one by one. The propagation characteristics of the surface acoustic wave of the IDT of the model shown in FIG.
1 due to periodic perturbation effect by electrode finger (strip)
The next black reflection occurs, and frequency dispersion occurs in the propagation constant κ (wave number). First, the frequency dispersion of the propagation constant κ is simulated. The displacement U i and the electrostatic displacement φ of the surface acoustic wave are expressed by the sum of the following spatial harmonics using Floquet's theorem.

【0045】[0045]

【数11】 [Equation 11]

【0046】[0046]

【数12】 ここで、減衰定数α(m,n) と振幅定数βi (m,n) は、式
(3)、式(4)と同様にして求めることができ、空間
高調波の振幅定数A(m,n) は、式(11)、式(12)
に次の境界条件を与えることにより求める。弾性的な境
界条件として、ストリップ下では変位U1 、U2 、U3
とx3 方向での応力T3jが連続であり、ストリップ間で
はx3 方向での応力T3jが零、また、電気的な境界条件
として、ストリップ下では静電電位φが一定、ストリッ
プ間ではx3 方向での電気密度D 3 が連続を適用する。
また、図23に示すモデルで、電気端子を開放した場合
(開放ストリップ)はストリップ上の全電荷が零、短絡
の場合(短絡ストリップ)はストリップ上の静電電位φ
が零を与える。以上のシミュレーションから、ある角周
波数ωに対する伝搬定数κを求めることができる。な
お、空間高調波の次吸mは、充分に大きな有限の数とし
てシミュレーションしている。
(Equation 12)Where the damping constant α(m, n)And the amplitude constant βi (m, n)Is the expression
(3) can be obtained in the same manner as in equation (4).
Harmonic amplitude constant A(m, n)Are given by Equations (11) and (12)
Is given by giving the following boundary conditions. Elastic boundary
As a field condition, the displacement U under the strip1, UTwo, UThree
And xThreeStress T in the direction3jIs continuous and between strips
Is xThreeStress T in the direction3jIs zero and the electrical boundary condition
The static potential φ is constant under the strip,
XThreeDensity D in the direction ThreeApply continuation.
In the model shown in FIG. 23, when the electric terminals are opened.
(Open strip) has zero charge on the strip, short circuit
In the case of (short-circuit strip), the electrostatic potential φ on the strip
Gives zero. From the above simulation, we can see that
The propagation constant κ for the wave number ω can be obtained. What
The next absorption m of the space harmonic is a sufficiently large finite number.
Is simulating.

【0047】一般に、伝搬定数κが1次のブラック反射
の条件(Re(κ)=π/P、Pはストリップ周期長)
を満足する周波数帯域であるストップバンドを生じる。
開放ストリップに対するストップバンドの両端の周波数
をf1o、f2oとし、短絡ストリップ列に対するストップ
バンドの両端の周波数をf1s、f2sとし、このストップ
バンドの両端の周波数のうち、ほぼ近い値となるものを
2o、f2sとする。すると、共振周波数は短絡ストリッ
プのストップバンドの端f1sに、反共振周波数は開放ス
トリップのストップバンドの端f1oに一致する。このf
1s及びf1oよりk2 =(f1o−f1s)/f1oの関係から
電気機械結合係数k2 を求めることができる。また、伝
搬定数κの減衰成分(Im(κ)=0)は、レイリー波
の場合はストップバンドの両端で零となるが、リーキー
波及び本SAWの場合は零とならない。
Generally, the condition of black reflection where the propagation constant κ is the first order (Re (κ) = π / P, P is the strip period length)
A stop band, which is a frequency band that satisfies
The frequencies at both ends of the stop band with respect to the open strip are f 1o and f 2o, and the frequencies at both ends of the stop band with respect to the short-circuit strip row are f 1s and f 2s. things the f 2o, and f 2s. Then, the resonance frequency coincides with the end f 1s of the stop band of the short strip, and the anti-resonance frequency coincides with the end f 1o of the stop band of the open strip. This f
Than 1s and f 1o k 2 = (f 1o -f 1s) / f can be determined electromechanical coupling coefficient k 2 from the relationship of 1o. The attenuation component (Im (κ) = 0) of the propagation constant κ is zero at both ends of the stop band in the case of a Rayleigh wave, but is not zero in the case of a leaky wave and the present SAW.

【0048】したがって、上述のシミュレーションによ
り求めた伝搬定数κにより、IDTや反射ストリップで
の伝搬特性として実際のデバイスにおいて重要となる共
振周波数f1s、反共振周波数f1o付近の伝搬定数κの減
衰成分α1s、α1o、及び、共振周波数f1s、反共振周波
数f1oから求めた電気機械結合係数k2 により伝搬特性
の評価を行った。
Therefore, the attenuation component of the propagation constant κ near the resonance frequency f 1s and the anti-resonance frequency f 1o , which are important in the actual device as the propagation characteristics in the IDT and the reflection strip, is obtained from the propagation constant κ obtained by the above simulation. alpha 1s, alpha 1o, and the resonance frequency f 1s, was evaluated for propagation characteristics by the electromechanical coupling coefficient k 2 obtained from the anti-resonance frequency f 1o.

【0049】シミュレーションは、四ほう酸リチウム単
結晶基板の切り出し角及び伝搬方向がオイラー角表示
で、(0゜〜45°、45゜〜50゜、80゜〜90
゜)及びそれと等価な範囲内になるように基板上にアル
ミニウムよりなるIDTが形成され、弾性表面波の速度
が同一方向に伝搬するバルク波の速い横波の速度以上で
あり、縦波の速度を越えない弾性表面波を利用した弾性
表面波装置において、IDTの電極指幅及び電極指膜厚
を変化させたときの弾性表面波の伝搬特性(ストップバ
ンド端周波数、伝搬損失、電気機械結合係数)を計算す
ることを目的とした。
In the simulation, the cut-out angle and the propagation direction of the lithium tetraborate single crystal substrate are represented by Euler angles (0 ° to 45 °, 45 ° to 50 °, 80 ° to 90 °).
ID) and an IDT made of aluminum is formed on the substrate so as to fall within the range equivalent thereto, and the speed of the surface acoustic wave is equal to or higher than the speed of the fast transverse wave of the bulk wave propagating in the same direction. In a surface acoustic wave device using a surface acoustic wave that does not exceed, the propagation characteristics of the surface acoustic wave when the electrode finger width and the electrode finger thickness of the IDT are changed (stop band edge frequency, propagation loss, electromechanical coupling coefficient) Was calculated.

【0050】シミュレーション結果について図を用いて
詳細に説明する。図24乃至図28に、四ほう酸リチウ
ム単結晶基板の切り出し角及び弾性表面波の伝搬方向が
オイラー角表示で(0゜、47.3゜、90゜)すなわ
ち、(011)面のX軸に対して垂直な伝搬方向となる
ように、アルミニウムを主成分とするIDTが形成され
た弾性表面波装置における本弾性表面波(本SAW)の
伝搬特性の計算結果を示す。ここで、周波数はP=50
cm(λ=2P=1m)として規格化した。
The simulation results will be described in detail with reference to the drawings. FIGS. 24 to 28 show that the cutout angle and the propagation direction of the surface acoustic wave of the lithium tetraborate single crystal substrate are represented by Euler angles (0 °, 47.3 °, 90 °), that is, the X-axis of the (011) plane. The calculation result of the propagation characteristics of the present surface acoustic wave (the present SAW) in the surface acoustic wave device in which the IDT containing aluminum as a main component is formed so that the propagation direction is perpendicular to the direction is shown. Here, the frequency is P = 50
cm (λ = 2P = 1 m).

【0051】図24は、電極指ピッチPで規格化した電
極指幅(M/P)が0.3で、電極指膜厚h/λを変化
させた場合における、ストップバンド端周波数(f1s
2s、f1o、f2o)、フリー部の周波数(ffree)及び
金属部の周波数(fmetal )の計算結果(図24
(a))、伝搬損失(α1s、α1o)の計算結果(図24
(b))、電気機械結合係数k2 の計算結果(図24
(c))である。
FIG. 24 shows the stop band edge frequency (f 1s ) when the electrode finger width (M / P) normalized by the electrode finger pitch P is 0.3 and the electrode finger film thickness h / λ is changed. ,
f 2s , f 1o , f 2o ), the frequency of the free part (f free ), and the frequency of the metal part (f metal ) (FIG. 24)
(A)), calculation results of propagation loss (α 1s , α 1o ) (FIG. 24)
(B)), calculation results of the electromechanical coupling coefficient k 2 (FIG. 24)
(C)).

【0052】電極指膜厚hを電極周期の2倍の値(λ=
2P)で規格化した規格化膜厚h/λが0.0から3.
0%に変化させると、図24(a)に示すように、開放
及び短絡に対するストップバンド幅(f2o−f1o)、
(f2s−f1s)は広くなり、図24(c)に示すよう
に、電気機械結合係数k2 は1.0から3.5%に増大
し、特に、規格化膜厚h/λが約0.4%以上では電気
機械結合係数k2 は1.5%以上となる。図24(b)
に示すように、伝搬損失は、規格化膜厚h/λが約2%
以上で急激に増加するが、規格化膜厚h/λが薄い場合
は比較的小さい。α 1sは約1.6%以下で、α1oは約
1.9%以下で伝搬損失が0.05dB/λ以下とな
り、特に、α1sは1.1%付近で最小となる。
The electrode finger thickness h is set to a value twice as long as the electrode cycle (λ =
2P), the normalized film thickness h / λ is from 0.0 to 3.
When it is changed to 0%, as shown in FIG.
And the stop bandwidth (f2o−f1o),
(F2s−f1s) Becomes wider, as shown in FIG.
The electromechanical coupling coefficient kTwoIncreased from 1.0 to 3.5%
In particular, when the normalized film thickness h / λ is about 0.4% or more,
Mechanical coupling coefficient kTwoIs 1.5% or more. FIG. 24 (b)
As shown in the figure, the normalized loss h / λ is about 2%.
The value increases sharply as described above, but when the normalized film thickness h / λ is small.
Is relatively small. α 1sIs less than about 1.6%, α1oIs about
At 1.9% or less, the propagation loss becomes 0.05 dB / λ or less.
In particular, α1sIs minimum around 1.1%.

【0053】したがって、電極指幅M/Pが0.3の
時、電極指の規格化膜厚h/λが0.4%〜1.6%の
範囲で、電気機械結合係数k2 が大きく、伝搬損失が小
さくなる。図25は、電極指ピッチPで規格化した電極
指幅(M/P)が0.4で、電極指膜厚h/λを変化さ
せた場合における、ストップバンド端周波数(f1s、f
2s、f1o、f2o)、フリー部の周波数(ffree)及び金
属部の周波数(fmetal )の計算結果(図25
(a))、伝搬損失(α1s、α1o)の計算結果(図25
(b))、電気機械結合係数k2 の計算結果(図25
(c))である。
Therefore, when the electrode finger width M / P is 0.3, the electromechanical coupling coefficient k 2 is large when the normalized thickness h / λ of the electrode finger is in the range of 0.4% to 1.6%. , The propagation loss is reduced. FIG. 25 shows the stop band edge frequencies (f 1s , f) when the electrode finger width (M / P) normalized by the electrode finger pitch P is 0.4 and the electrode finger thickness h / λ is changed.
2s , f 1o , f 2o ), the calculation results of the free portion frequency (f free ) and the metal portion frequency (f metal ) (FIG. 25)
(A)), calculation results of propagation loss (α 1s , α 1o ) (FIG. 25)
(B)), calculation results of the electromechanical coupling coefficient k 2 (FIG. 25)
(C)).

【0054】電極指膜厚hを電極周期の2倍の値(λ=
2P)で規格化した規格化膜厚h/λが0.0から3.
0%に変化させると、図25(a)に示すように、開放
及び短絡に対するストップバンド幅(f2o−f1o)、
(f2s−f1s)は広くなり、図25(c)に示すよう
に、電気機械結合係数k2 は1.2から3.9%に増大
し、特に、規格化膜厚h/λが約0.2%以上では電気
機械結合係数k2 は1.5%以上となる。図25(b)
に示すように、伝搬損失は、規格化膜厚h/λが約2%
以上で急激に増加するが、規格化膜厚h/λが薄い場合
は比較的小さい。α 1sは約1.3%以下で、α1oは約
1.6%以下で伝搬損失が0.05dB/λ以下とな
り、特に、α1sは0.9%付近で最小となる。
The electrode finger thickness h is set to a value twice as long as the electrode period (λ =
2P), the normalized film thickness h / λ is from 0.0 to 3.
When it is changed to 0%, as shown in FIG.
And the stop bandwidth (f2o−f1o),
(F2s−f1s) Becomes wider, as shown in FIG.
The electromechanical coupling coefficient kTwoIncreased from 1.2 to 3.9%
In particular, when the normalized film thickness h / λ is about 0.2% or more,
Mechanical coupling coefficient kTwoIs 1.5% or more. FIG. 25 (b)
As shown in the figure, the normalized loss h / λ is about 2%.
The value increases sharply as described above, but when the normalized film thickness h / λ is small.
Is relatively small. α 1sIs less than about 1.3%, α1oIs about
At 1.6% or less, the propagation loss becomes 0.05 dB / λ or less.
In particular, α1sIs minimum around 0.9%.

【0055】したがって、電極指幅M/Pが0.4の
時、電極指の規格化膜厚h/λが0.2%〜1.3%の
範囲で、電気機械結合係数k2 が大きく、伝搬損失が小
さくなる。図26は、電極指ピッチPで規格化した電極
指幅(M/P)が0.5で、電極指膜厚h/λを変化さ
せた場合における、ストップバンド端周波数(f1s、f
2s、f1o、f2o)、フリー部の周波数(ffree)及び金
属部の周波数(fmetal )の計算結果(図26
(a))、伝搬損失(α1s、α1o)の計算結果(図26
(b))、電気機械結合係数k2 の計算結果(図26
(c))である。
Therefore, when the electrode finger width M / P is 0.4, the electromechanical coupling coefficient k 2 is large when the normalized thickness h / λ of the electrode finger is in the range of 0.2% to 1.3%. , The propagation loss is reduced. FIG. 26 shows the stop band edge frequencies (f 1s , f 1 ) when the electrode finger width (M / P) normalized by the electrode finger pitch P is 0.5 and the electrode finger thickness h / λ is changed.
2s , f 1o , f 2o ), the calculation results of the free portion frequency (f free ) and the metal portion frequency (f metal ) (FIG. 26)
(A)), calculation results of propagation loss (α 1s , α 1o ) (FIG. 26)
(B)), calculation results of the electromechanical coupling coefficient k 2 (FIG. 26)
(C)).

【0056】電極指膜厚hを電極周期の2倍の値(λ=
2P)で規格化した規格化膜厚h/λが0.0から3.
0%に変化させると、図26(a)に示すように、開放
及び短絡に対するストップバンド幅(f2o−f1o)、
(f2s−f1s)は広くなり、図26(c)に示すよう
に、電気機械結合係数k2 は1.4から4.1%に増大
し、特に、規格化膜厚h/λが約0.07%以上では電
気機械結合係数k2 は1.5%以上となる。図26
(b)に示すように、伝搬損失は、規格化膜厚h/λが
約2%以上で急激に増加するが、規格化膜厚h/λが薄
い場合は比較的小さい。α1sは約1.2%以下で、α1o
は約1.4%以下で伝搬損失が0.05dB/λ以下と
なり、特に、α1sは0.8%付近で最小となる。
The electrode finger thickness h is set to a value twice as long as the electrode period (λ =
2P), the normalized film thickness h / λ is from 0.0 to 3.
When it is changed to 0%, as shown in FIG. 26A, the stop band width (f 2o −f 1o ) for open and short circuit,
(F 2s −f 1s ) increases, and as shown in FIG. 26C , the electromechanical coupling coefficient k 2 increases from 1.4 to 4.1%, and in particular, the normalized film thickness h / λ increases. electromechanical coupling coefficient k 2 is about 0.07% or more is 1.5% or more. FIG.
As shown in (b), the propagation loss sharply increases when the normalized film thickness h / λ is about 2% or more, but is relatively small when the normalized film thickness h / λ is small. α 1s is about 1.2% or less, α 1o
Is about 1.4% or less, the propagation loss is 0.05 dB / λ or less, and α 1s becomes minimum especially near 0.8%.

【0057】したがって、電極指幅M/Pが0.5の
時、電極指の規格化膜厚h/λが0.07%〜1.2%
の範囲で、電気機械結合係数k2 が大きく、伝搬損失が
小さくなる。図27は、電極指ピッチPで規格化した電
極指幅(M/P)が0.6で、電極指膜厚h/λを変化
させた場合における、ストップバンド端周波数(f1s
2s、f1o、f2o)、フリー部の周波数(ffree)及び
金属部の周波数(fmetal )の計算結果(図27
(a))、伝搬損失(α1s、α1o)の計算結果(図27
(b))、電気機械結合係数k2 の計算結果(図27
(c))である。
Therefore, when the electrode finger width M / P is 0.5, the normalized thickness h / λ of the electrode finger is 0.07% to 1.2%.
In the range, the electromechanical coupling coefficient k 2 is large, the propagation loss is reduced. FIG. 27 shows the stop band edge frequencies (f 1s , f 1s ) when the electrode finger width (M / P) normalized by the electrode finger pitch P is 0.6 and the electrode finger thickness h / λ is changed.
f 2s , f 1o , f 2o ), the frequency of the free part (f free ) and the frequency of the metal part (f metal ) (FIG. 27)
(A)), calculation results of propagation loss (α 1s , α 1o ) (FIG. 27)
(B)), calculation results of the electromechanical coupling coefficient k 2 (FIG. 27)
(C)).

【0058】電極指膜厚hを電極周期の2倍の値(λ=
2P)で規格化した規格化膜厚h/λが0.0から3.
0%に変化させると、図27(a)に示すように、開放
及び短絡に対するストップバンド幅(f2o−f1o)、
(f2s−f1s)は広くなり、図27(c)に示すよう
に、電気機械結合係数k2 は1.4から4.0%に増大
し、特に、規格化膜厚h/λが約0.05%以上では電
気機械結合係数k2 は1.5%以上となる。図27
(b)に示すように、伝搬損失は、規格化膜厚h/λが
約2%以上で急激に増加するが、規格化膜厚h/λが薄
い場合は比較的小さい。α1sは約1.2%以下で、α1o
は約1.4%以下で伝搬損失が0.05dB/λ以下と
なり、特に、α1sは0.8%付近で最小となる。
The electrode finger thickness h is set to a value twice as long as the electrode period (λ =
2P), the normalized film thickness h / λ is from 0.0 to 3.
When it is changed to 0%, as shown in FIG. 27A, the stop band width (f 2o −f 1o ) for open and short circuit,
(F 2s −f 1s ) increases, and as shown in FIG. 27C, the electromechanical coupling coefficient k 2 increases from 1.4 to 4.0%, and in particular, the normalized film thickness h / λ increases. electromechanical coupling coefficient k 2 is about 0.05% or more is 1.5% or more. FIG.
As shown in (b), the propagation loss sharply increases when the normalized film thickness h / λ is about 2% or more, but is relatively small when the normalized film thickness h / λ is small. α 1s is about 1.2% or less, α 1o
Is about 1.4% or less, the propagation loss is 0.05 dB / λ or less, and α 1s becomes minimum especially near 0.8%.

【0059】したがって、電極指幅M/Pが0.6の
時、電極指の規格化膜厚h/λが0.05%〜1.2%
の範囲で、電気機械結合係数k2 が大きく、伝搬損失が
小さくなる。図28は、電極指ピッチPで規格化した電
極指幅(M/P)が0.7で、電極指膜厚h/λを変化
させた場合における、ストップバンド端周波数(f1s
2s、f1o、f2o)、フリー部の周波数(ffree)及び
金属部の周波数(fmetal )の計算結果(図28
(a))、伝搬損失(α1s、α1o)の計算結果(図28
(b))、電気機械結合係数k2 の計算結果(図28
(c))である。
Therefore, when the electrode finger width M / P is 0.6, the normalized thickness h / λ of the electrode finger is 0.05% to 1.2%.
In the range, the electromechanical coupling coefficient k 2 is large, the propagation loss is reduced. FIG. 28 shows the stop band end frequencies (f 1s , f 1s , f 2) when the electrode finger width (M / P) normalized by the electrode finger pitch P is 0.7 and the electrode finger thickness h / λ is changed.
f 2s , f 1o , f 2o ), the frequency of the free part (f free ) and the frequency of the metal part (f metal ) (FIG. 28)
(A)), calculation results of propagation loss (α 1s , α 1o ) (FIG. 28)
(B)), Calculation result of electromechanical coupling coefficient k 2 (FIG. 28)
(C)).

【0060】電極指膜厚hを電極周期の2倍の値(λ=
2P)で規格化した規格化膜厚h/λが0.0から3.
0%に変化させると、図28(a)に示すように、開放
及び短絡に対するストップバンド幅(f2o−f1o)、
(f2s−f1s)は広くなり、図28(c)に示すよう
に、電気機械結合係数k2 は1.4から3.8%に増大
し、特に、規格化膜厚h/λが約0.15%以上では電
気機械結合係数k2 は1.5%以上となる。図28
(b)に示すように、伝搬損失は、規格化膜厚h/λが
約2%以上で急激に増加するが、規格化膜厚h/λが薄
い場合は比較的小さい。α1sは約1.3%以下で、α1o
は約1.5%以下で伝搬損失が0.05dB/λ以下と
なり、特に、α1sは0.9%付近で最小となる。
The electrode finger thickness h is set to a value twice as long as the electrode period (λ =
2P), the normalized film thickness h / λ is from 0.0 to 3.
When it is changed to 0%, as shown in FIG. 28A, the stop band width (f 2o −f 1o ) for open and short circuit,
(F 2s −f 1s ) increases, and as shown in FIG. 28C , the electromechanical coupling coefficient k 2 increases from 1.4 to 3.8%, and in particular, the normalized film thickness h / λ increases. electromechanical coupling coefficient k 2 is about 0.15% or more is 1.5% or more. FIG.
As shown in (b), the propagation loss sharply increases when the normalized film thickness h / λ is about 2% or more, but is relatively small when the normalized film thickness h / λ is small. α 1s is less than about 1.3%, α 1o
Is about 1.5% or less, the propagation loss becomes 0.05 dB / λ or less, and α 1s becomes minimum especially around 0.9%.

【0061】したがって、電極指幅M/Pが0.7の
時、電極指の規格化膜厚h/λが0.15%〜1.3%
の範囲で、電気機械結合係数k2 が大きく、伝搬損失が
小さくなる。以上の説明から明らかになった、電気機械
結合係数k2 が大きく、伝搬損失が小さくなる、電極指
の幅M/P及び規格化膜厚h/λの最適領域を、図29
にハッチングした領域として示す。
Therefore, when the electrode finger width M / P is 0.7, the normalized thickness h / λ of the electrode finger is 0.15% to 1.3%.
In the range, the electromechanical coupling coefficient k 2 is large, the propagation loss is reduced. FIG. 29 shows the optimum region of the electrode finger width M / P and the normalized film thickness h / λ where the electromechanical coupling coefficient k 2 is large and the propagation loss is small, as apparent from the above description.
Are shown as hatched areas.

【0062】この最適領域を数式をもって表現すると、 0.0165−0.0565×(M/P)+0.050
0×(M/P)2≦(h/λ)≦0.0320−0.0
737×(M/P)+0.0667×(M/P)2 となる。
When this optimum area is expressed by a mathematical formula, 0.0165−0.0565 × (M / P) +0.050
0 × (M / P) 2 ≦ (h / λ) ≦ 0.0320−0.0
737 × (M / P) + 0.0667 × (M / P) 2

【0063】なお、α1sが最小となる電極指の規格化膜
厚h/λを数式をもって表現すると、 h/λ=0.0210−0.0462×(M/P)+
0.0417×(M/P)2 となる。
When the normalized film thickness h / λ of the electrode finger at which α 1s is minimized is expressed by a mathematical formula, h / λ = 0.0210−0.0462 × (M / P) +
0.0417 × (M / P) 2 .

【0064】以上のシミュレーションにおいては、四ほ
う酸リチウム単結晶基板の切り出し角及び弾性表面波の
伝搬方向がオイラー角表示で(0゜、47.3゜、90
゜)であったが、オイラー角表示で(0゜〜45゜、4
5゜〜50゜、80゜〜90゜)の範囲に拡張しても同
様の結果が得られる。次に、本願発明者は、弾性表面波
の速度が同一方向に伝搬するバルク波の速い横波の速度
以上であり、縦波の速度を越えない弾性表面波を利用
し、四ほう酸リチウム単結晶基板の表面の切り出し角及
び弾性表面波の伝搬方向がオイラー角表示で(0゜〜4
5゜、45゜〜50゜、80゜〜90゜)及びそれと等
価な範囲内になるように基板上に形成されたアルミニウ
ムよりなるダブル電極IDTの最適な電極指幅及び電極
指膜厚をシミュレーションにより求めた。
In the above simulation, the cutout angle of the lithium tetraborate single crystal substrate and the propagation direction of the surface acoustic wave are represented by Euler angles (0 °, 47.3 °, 90 °).
゜), but in Euler angle display (0 ° to 45 °, 4
The same result can be obtained by extending the range to 5 ° to 50 °, 80 ° to 90 °). Next, the inventor of the present application uses a surface acoustic wave in which the speed of the surface acoustic wave is equal to or higher than the speed of the fast transverse wave of the bulk wave propagating in the same direction and does not exceed the speed of the longitudinal wave. The cutout angle of the surface and the propagation direction of the surface acoustic wave are represented by Euler angles (0 ° to 4 °).
5 °, 45 ° to 50 °, 80 ° to 90 °) and the optimum electrode finger width and electrode finger thickness of the double electrode IDT made of aluminum formed on the substrate so as to fall within the range equivalent thereto. Determined by

【0065】図30に示すモデルを用いてシミュレーシ
ョンを行った。圧電基板上にピッチPで電極指が形成さ
れている。電極指の幅はMであり、膜厚はhである。極
性の異なる電極指が2本ずつ交互に配置されている。図
30に示すモデルのダブル電極IDTの弾性表面波の伝
搬特性を図23に示したモデルと同様のシミュレーショ
ン方法により評価した。
A simulation was performed using the model shown in FIG. Electrode fingers are formed at a pitch P on the piezoelectric substrate. The width of the electrode finger is M, and the film thickness is h. Two electrode fingers having different polarities are alternately arranged. The propagation characteristics of the surface acoustic wave of the double electrode IDT of the model shown in FIG. 30 were evaluated by the same simulation method as that of the model shown in FIG.

【0066】シミュレーションは、四ほう酸リチウム単
結晶基板の切り出し角及び伝搬方向がオイラー角表示
で、(0゜〜45°、45゜〜50゜、80゜〜90
゜)及びそれと等価な範囲内になるように基板上にアル
ミニウムよりなるダブル電極IDTが形成され、弾性表
面波の速度が同一方向に伝搬するバルク波の速い横波の
速度以上であり、縦波の速度を越えない弾性表面波を利
用した弾性表面波装置において、ダブル電極IDTの電
極指幅及び電極指膜厚を変化させたときの弾性表面波の
伝搬特性(ストップバンド端周波数、伝搬損失、電気機
械結合係数)を計算することを目的とした。
In the simulation, the cut-out angle and the propagation direction of the lithium tetraborate single crystal substrate are represented by Euler angles (0 ° to 45 °, 45 ° to 50 °, 80 ° to 90 °).
Ii) and a double electrode IDT made of aluminum is formed on the substrate so as to fall within the range equivalent thereto, and the velocity of the surface acoustic wave is equal to or higher than the velocity of the fast transverse wave of the bulk wave propagating in the same direction. In a surface acoustic wave device using a surface acoustic wave that does not exceed the velocity, the propagation characteristics of the surface acoustic wave when the electrode finger width and electrode finger thickness of the double electrode IDT are changed (stop band edge frequency, propagation loss, electric (Mechanical coupling coefficient).

【0067】シミュレーション結果について図を用いて
詳細に説明する。図31乃至図36に、四ほう酸リチウ
ム単結晶基板の切り出し角及び弾性表面波の伝搬方向が
オイラー角表示で(0゜、47.3゜、90゜)すなわ
ち、(011)面のX軸に対して垂直な伝搬方向となる
ように、アルミニウムを主成分とするダブル電極IDT
が形成された弾性表面波装置における本弾性表面波(本
SAW)の伝搬特性の計算結果を示す。ここで、周波数
はP=25cm(λ=4P=1m)として規格化した。
The simulation result will be described in detail with reference to the drawings. In FIG. 31 to FIG. 36, the cutout angle and the propagation direction of the surface acoustic wave of the lithium tetraborate single crystal substrate are represented by Euler angles (0 °, 47.3 °, 90 °), that is, the X-axis of the (011) plane. Double electrode IDT mainly composed of aluminum so that the propagation direction is perpendicular to the
4 shows calculation results of propagation characteristics of the present surface acoustic wave (the present SAW) in the surface acoustic wave device in which is formed. Here, the frequency was standardized as P = 25 cm (λ = 4P = 1 m).

【0068】図31は、電極指ピッチPで規格化した電
極指幅(M/P)が0.3で、電極指膜厚h/λを変化
させた場合における、ストップバンド端周波数(f1s
2s、f1o、f2o)、フリー部の周波数(ffree)及び
金属部の周波数(fmetal )の計算結果(図31
(a))、伝搬損失(α1s、α1o)の計算結果(図31
(b))、電気機械結合係数k2 の計算結果(図31
(c))である。
FIG. 31 shows the stop band edge frequency (f 1s ) when the electrode finger width (M / P) normalized by the electrode finger pitch P is 0.3 and the electrode finger film thickness h / λ is changed. ,
f 2s , f 1o , f 2o ), the frequency of the free part (f free ) and the frequency of the metal part (f metal ) (FIG. 31)
(A)), calculation results of propagation loss (α 1s , α 1o ) (FIG. 31)
(B)), calculation results of the electromechanical coupling coefficient k 2 (FIG. 31)
(C)).

【0069】電極指膜厚hを電極周期の4倍の値(λ=
4P)で規格化した規格化膜厚h/λが0.0から5.
0%に変化させると、図31(a)に示すように、スト
ップバンド端周波数(f1s、f2s、f1o、f2o)は徐々
に低下し、図31(c)に示すように、電気機械結合係
数k2 は1.0から3.2%に増大し、特に、規格化膜
厚h/λが約1.5%以上では電気機械結合係数k2
1.5%以上となる。図31(b)に示すように、α1s
は約4.7%以下で、α1oは約3.8%以下で伝搬損失
が0.05dB/λ以下となり、特に、α1sは2.8%
付近で最小となる。
The electrode finger thickness h is set to a value four times the electrode period (λ =
4P), the normalized film thickness h / λ standardized from 0.0 to 5.
When it is changed to 0%, as shown in FIG. 31A , the stop band edge frequencies (f 1s , f 2s , f 1o , f 2o ) gradually decrease, and as shown in FIG. increases from the electromechanical coupling coefficient k 2 is 1.0 to 3.2%, in particular, is 1.5% or more electromechanical coupling coefficient k 2 is a normalized film thickness h / lambda of about 1.5% or more . As shown in FIG. 31 (b), α 1s
Is about 4.7% or less, α 1o is about 3.8% or less, and the propagation loss is 0.05 dB / λ or less. In particular, α 1s is 2.8%
It becomes minimum near.

【0070】したがって、電極指幅M/Pが0.3の
時、電極指の規格化膜厚h/λが1.5%〜4.7%の
範囲で、電気機械結合係数k2 が大きく、伝搬損失が小
さくなる。図32は、電極指ピッチPで規格化した電極
指幅(M/P)が0.4で、電極指膜厚h/λを変化さ
せた場合における、ストップバンド端周波数(f1s、f
2s、f1o、f2o)、フリー部の周波数(ffree)及び金
属部の周波数(fmetal )の計算結果(図32
(a))、伝搬損失(α1s、α1o)の計算結果(図32
(b))、電気機械結合係数k2 の計算結果(図32
(c))である。
Therefore, when the electrode finger width M / P is 0.3, the electromechanical coupling coefficient k 2 is large when the normalized thickness h / λ of the electrode finger is in the range of 1.5% to 4.7%. , The propagation loss is reduced. FIG. 32 shows the stop band edge frequencies (f 1s , f 1 ) when the electrode finger width (M / P) normalized by the electrode finger pitch P is 0.4 and the electrode finger film thickness h / λ is changed.
2s , f 1o , f 2o ), the calculation result of the free portion frequency (f free ), and the metal portion frequency (f metal ) (FIG. 32)
(A)), calculation results of propagation loss (α 1s , α 1o ) (FIG. 32)
(B)), calculation results of the electromechanical coupling coefficient k 2 (FIG. 32)
(C)).

【0071】電極指膜厚hを電極周期の4倍の値(λ=
4P)で規格化した規格化膜厚h/λが0.0から5.
0%に変化させると、図32(a)に示すように、スト
ップバンド端周波数(f1s、f2s、f1o、f2o)は徐々
に低下し、図32(c)に示すように、電気機械結合係
数k2 は1.0から3.2%に増大し、特に、規格化膜
厚h/λが約1.2%以上では電気機械結合係数k2
1.5%以上となる。図32(b)に示すように、α1s
は約4.0%以下で、α1oは約3.4%以下で伝搬損失
が0.05dB/λ以下となり、特に、α1sは2.3%
付近で最小となる。
The electrode finger thickness h is set to a value four times the electrode period (λ =
4P), the normalized film thickness h / λ standardized from 0.0 to 5.
When it is changed to 0%, as shown in FIG. 32A, the stop band end frequencies (f 1s , f 2s , f 1o , f 2o ) gradually decrease, and as shown in FIG. increases from the electromechanical coupling coefficient k 2 is 1.0 to 3.2%, in particular, is 1.5% or more electromechanical coupling coefficient k 2 is a normalized film thickness h / lambda of about 1.2% or more . As shown in FIG. 32 (b), α 1s
Is about 4.0% or less, α 1o is about 3.4% or less, and the propagation loss is 0.05 dB / λ or less. In particular, α 1s is 2.3%
It becomes minimum near.

【0072】したがって、電極指幅M/Pが0.4の
時、電極指の規格化膜厚h/λが1.2%〜4.0%の
範囲で、電気機械結合係数k2 が大きく、伝搬損失が小
さくなる。図33は、電極指ピッチPで規格化した電極
指幅(M/P)が0.5で、電極指膜厚h/λを変化さ
せた場合における、ストップバンド端周波数(f1s、f
2s、f1o、f2o)、フリー部の周波数(ffree)及び金
属部の周波数(fmetal )の計算結果(図33
(a))、伝搬損失(α1s、α1o)の計算結果(図33
(b))、電気機械結合係数k2 の計算結果(図33
(c))である。
Therefore, when the electrode finger width M / P is 0.4, the electromechanical coupling coefficient k 2 is large when the normalized thickness h / λ of the electrode finger is in the range of 1.2% to 4.0%. , The propagation loss is reduced. FIG. 33 shows the stop band edge frequencies (f 1s , f 1 ) when the electrode finger width (M / P) normalized by the electrode finger pitch P is 0.5 and the electrode finger thickness h / λ is changed.
2s , f 1o , f 2o ), the frequency of the free part (f free ) and the frequency of the metal part (f metal ) (FIG. 33)
(A)), calculation results of propagation loss (α 1s , α 1o ) (FIG. 33)
(B)), calculation results of the electromechanical coupling coefficient k 2 (FIG. 33)
(C)).

【0073】電極指膜厚hを電極周期の4倍の値(λ=
4P)で規格化した規格化膜厚h/λが0.0から5.
0%に変化させると、図33(a)に示すように、スト
ップバンド端周波数(f1s、f2s、f1o、f2o)は徐々
に低下し、図33(c)に示すように、電気機械結合係
数k2 は1.0から3.5%に増大し、特に、規格化膜
厚h/λが約0.8%以上では電気機械結合係数k2
1.5%以上となる。図33(b)に示すように、α1s
は約3.8%以下で、α1oは約3.1%以下で伝搬損失
が0.05dB/λ以下となり、特に、α1sは2.1%
付近で最小となる。
The electrode finger thickness h is set to a value four times the electrode period (λ =
4P), the normalized film thickness h / λ standardized from 0.0 to 5.
When it is changed to 0%, as shown in FIG. 33 (a), the stop band edge frequencies (f 1s , f 2s , f 1o , f 2o ) gradually decrease, and as shown in FIG. increases from the electromechanical coupling coefficient k 2 is 1.0 to 3.5%, in particular, is 1.5% or more electromechanical coupling coefficient k 2 is a normalized film thickness h / lambda of about 0.8% or more . As shown in FIG. 33 (b), α 1s
Is about 3.8% or less, α 1o is about 3.1% or less, and the propagation loss is 0.05 dB / λ or less. In particular, α 1s is 2.1%
It becomes minimum near.

【0074】したがって、電極指幅M/Pが0.5の
時、電極指の規格化膜厚h/λが0.8%〜3.8%の
範囲で、電気機械結合係数k2 が大きく、伝搬損失が小
さくなる。図34は、電極指ピッチPで規格化した電極
指幅(M/P)が0.6で、電極指膜厚h/λを変化さ
せた場合における、ストップバンド端周波数(f1s、f
2s、f1o、f2o)、フリー部の周波数(ffree)及び金
属部の周波数(fmetal )の計算結果(図34
(a))、伝搬損失(α1s、α1o)の計算結果(図34
(b))、電気機械結合係数k2 の計算結果(図34
(c))である。
Therefore, when the electrode finger width M / P is 0.5, the electromechanical coupling coefficient k 2 is large when the normalized thickness h / λ of the electrode finger is in the range of 0.8% to 3.8%. , The propagation loss is reduced. FIG. 34 shows the stop band edge frequencies (f 1s , f 1 ) when the electrode finger width (M / P) normalized by the electrode finger pitch P is 0.6 and the electrode finger thickness h / λ is changed.
2s , f 1o , f 2o ), the calculation result of the frequency of the free part (f free ) and the frequency of the metal part (f metal ) (FIG. 34)
(A)), calculation results of propagation loss (α 1s , α 1o ) (FIG. 34)
(B)), calculation results of the electromechanical coupling coefficient k 2 (FIG. 34)
(C)).

【0075】電極指膜厚hを電極周期の4倍の値(λ=
4P)で規格化した規格化膜厚h/λが0.0から5.
0%に変化させると、図34(a)に示すように、スト
ップバンド端周波数(f1s、f2s、f1o、f2o)は徐々
に低下し、図34(c)に示すように、電気機械結合係
数k2 は1.2から3.3%に増大し、特に、規格化膜
厚h/λが約0.7%以上では電気機械結合係数k2
1.5%以上となる。図34(b)に示すように、α1s
は約3.5%以下で、α1oは約2.8%以下で伝搬損失
が0.05dB/λ以下となり、特に、α1sは2.0%
付近で最小となる。
The electrode finger thickness h is set to a value four times the electrode period (λ =
4P), the normalized film thickness h / λ standardized from 0.0 to 5.
When it is changed to 0%, the stop band end frequencies (f 1s , f 2s , f 1o , f 2o ) gradually decrease as shown in FIG. 34 (a), and as shown in FIG. 34 (c), increases from the electromechanical coupling coefficient k 2 is 1.2 to 3.3%, in particular, is 1.5% or more electromechanical coupling coefficient k 2 is a normalized film thickness h / lambda of about 0.7% or more . As shown in FIG. 34 (b), α 1s
Is about 3.5% or less, α 1o is about 2.8% or less, and the propagation loss is 0.05 dB / λ or less. In particular, α 1s is 2.0%
It becomes minimum near.

【0076】したがって、電極指幅M/Pが0.6の
時、電極指の規格化膜厚h/λが0.7%〜3.5%の
範囲で、電気機械結合係数k2 が大きく、伝搬損失が小
さくなる。図35は、電極指ピッチPで規格化した電極
指幅(M/P)が0.7で、電極指膜厚h/λを変化さ
せた場合における、ストップバンド端周波数(f1s、f
2s、f1o、f2o)、フリー部の周波数(ffree)及び金
属部の周波数(fmetal )の計算結果(図35
(a))、伝搬損失(α1s、α1o)の計算結果(図35
(b))、電気機械結合係数k2 の計算結果(図35
(c))である。
Therefore, when the electrode finger width M / P is 0.6, the electromechanical coupling coefficient k 2 is large when the normalized thickness h / λ of the electrode finger is in the range of 0.7% to 3.5%. , The propagation loss is reduced. FIG. 35 shows stop band edge frequencies (f 1s , f 1 ) when the electrode finger width (M / P) normalized by the electrode finger pitch P is 0.7 and the electrode finger film thickness h / λ is changed.
2s , f 1o , f 2o ), the calculation results of the free portion frequency (f free ) and the metal portion frequency (f metal ) (FIG. 35)
(A)), calculation results of propagation loss (α 1s , α 1o ) (FIG. 35)
(B)), calculation results of the electromechanical coupling coefficient k 2 (FIG. 35)
(C)).

【0077】電極指膜厚hを電極周期の4倍の値(λ=
4P)で規格化した規格化膜厚h/λが0.0から5.
0%に変化させると、図35(a)に示すように、スト
ップバンド端周波数(f1s、f2s、f1o、f2o)は徐々
に低下し、図35(c)に示すように、電気機械結合係
数k2 は1.2から3.0%に増大し、特に、規格化膜
厚h/λが約0.7%以上では電気機械結合係数k2
1.5%以上となる。図35(b)に示すように、α1s
は約3.8%以下で、α1oは約2.8%以下で伝搬損失
が0.05dB/λ以下となり、特に、α1sは1.8%
付近で最小となる。
The electrode finger thickness h is set to a value four times the electrode period (λ =
4P), the normalized film thickness h / λ standardized from 0.0 to 5.
When it is changed to 0%, the stop band edge frequencies (f 1s , f 2s , f 1o , f 2o ) gradually decrease as shown in FIG. 35 (a), and as shown in FIG. 35 (c), increases from the electromechanical coupling coefficient k 2 is 1.2 to 3.0%, in particular, is 1.5% or more electromechanical coupling coefficient k 2 is a normalized film thickness h / lambda of about 0.7% or more . As shown in FIG. 35 (b), α 1s
Is about 3.8% or less, α 1o is about 2.8% or less, and the propagation loss is 0.05 dB / λ or less. In particular, α 1s is 1.8%
It becomes minimum near.

【0078】したがって、電極指幅M/Pが0.7の
時、電極指の規格化膜厚h/λが0.7%〜3.8%の
範囲で、電気機械結合係数k2 が大きく、伝搬損失が小
さくなる。以上の説明から明らかになった、電気機械結
合係数k2 が大きく、伝搬損失α 1sが小さくなる、電極
指の幅M/P及び規格化膜厚h/λの最適領域を、図3
6にハッチングした領域として示す。
Therefore, the electrode finger width M / P is 0.7
When the normalized thickness h / λ of the electrode finger is 0.7% to 3.8%,
Range, the electromechanical coupling coefficient kTwoLarge and low propagation loss
It will be cheap. From the above explanation, the electromechanical connection
Coefficient kTwoIs large and the propagation loss α 1sThe electrode becomes smaller
FIG. 3 shows the optimum areas of the finger width M / P and the normalized film thickness h / λ.
6 is shown as a hatched area.

【0079】この最適領域を数式をもって表現すると、 0.0335−0.0791×(M/P)+0.058
4×(M/P)2≦(h/λ)≦0.0835−0.1
653×(M/P)+0.1429×(M/P)2 となる。
When this optimum area is expressed by a mathematical formula, 0.0335−0.0791 × (M / P) +0.058
4 × (M / P) 2 ≦ (h / λ) ≦ 0.0835-0.1
653 × (M / P) + 0.1429 × (M / P) 2

【0080】また、電気機械結合係数k2 が大きく、伝
搬損失α1oが小さくなる、電極指の幅M/P及び規格化
膜厚h/λの最適領域を、数式をもって表現すると、 0.0335−0.0791×(M/P)+0.058
4×(M/P)2≦(h/λ)≦0.0599−0.0
932×(M/P)+0.0686×(M/P)2 となる。
The optimum area of the electrode finger width M / P and the normalized film thickness h / λ where the electromechanical coupling coefficient k 2 is large and the propagation loss α 1o is small can be expressed by the following equation: −0.0791 × (M / P) +0.058
4 × (M / P) 2 ≦ (h / λ) ≦ 0.0599−0.0
932 × (M / P) + 0.0686 × (M / P) 2

【0081】なお、α1sが最小となる電極指の規格化膜
厚h/λを数式をもって表現すると、 h/λ=0.0870−0.3601×(M/P)+
0.6643×(M/P)2−0.4167×(M/
P)3 となる。
When the normalized thickness h / λ of the electrode finger at which α 1s is minimized is expressed by a mathematical formula, h / λ = 0.0870−0.3601 × (M / P) +
0.6643 × (M / P) 2 −0.4167 × (M / P
P) It becomes 3 .

【0082】以上のシミュレーションにおいては、四ほ
う酸リチウム単結晶基板の切り出し角及び弾性表面波の
伝搬方向がオイラー角表示で(0゜、47.3゜、90
゜)であったが、オイラー角表示で(0゜〜45゜、4
5゜〜50゜、80゜〜90゜)の範囲に拡張しても同
様の結果が得られる。
In the above simulation, the cutout angle of the lithium tetraborate single crystal substrate and the propagation direction of the surface acoustic wave are represented by Euler angles (0 °, 47.3 °, 90 °).
゜), but in Euler angle display (0 ° to 45 °, 4
The same result can be obtained by extending the range to 5 ° to 50 °, 80 ° to 90 °).

【0083】[0083]

【実施例】本発明の第1の実施例による弾性表面波装置
を図37及び図38を用いて説明する。本実施例による
弾性表面波装置を図37に示す。本実施例の弾性表面波
装置はトランスバーサルフィルタであり、主面が(01
1)面である四ほう酸リチウム単結晶からなる圧電基板
21の表面に、同一構造の入力IDT22と出力IDT
23が形成され、これら入力IDT22と出力IDT2
3間の伝搬領域に、入力IDT22及び出力IDT23
と同一周期及び同一開口長の短絡ストリップ24が形成
されている。
EXAMPLE A surface acoustic wave device according to a first example of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 37 shows a surface acoustic wave device according to this embodiment. The surface acoustic wave device according to the present embodiment is a transversal filter having a main surface of (01
1) An input IDT 22 and an output IDT 22 having the same structure are provided on the surface of a piezoelectric substrate 21 made of lithium tetraborate single crystal, which is a plane.
23, the input IDT22 and the output IDT2.
3, the input IDT 22 and the output IDT 23
Short-circuit strips 24 having the same period and the same opening length are formed.

【0084】入力IDT22、出力IDT23は、それ
ぞれ、20対、電極指ピッチ4μm、開口長400μm
であり、弾性表面波の伝搬方向がオイラ角表示で(0
°、47.3°、90°)となるような向きに形成され
ている。入力IDT22、出力IDT23、短絡ストリ
ップ24は、同じ厚さのアルミニウム膜により形成さ
れ、弾性表面波の伝搬方向がX軸方向に対して垂直な向
きになるように形成されている。
The input IDT 22 and the output IDT 23 each have 20 pairs, an electrode finger pitch of 4 μm, and an aperture length of 400 μm.
And the propagation direction of the surface acoustic wave is represented by an Eulerian angle (0
°, 47.3 °, 90 °). The input IDT 22, the output IDT 23, and the shorting strip 24 are formed of an aluminum film having the same thickness, and are formed so that the propagation direction of the surface acoustic wave is perpendicular to the X-axis direction.

【0085】ストップバンドの両端の周波数は、通過周
波数特性のメインローブに生じるストップバンドの反射
に基づく大きな減衰域の両端の周波数より測定し、伝搬
損失は、伝搬路長を400μm、800μm、1200
μmと変えた場合のストップバンド端周波数の挿入損失
の変化より測定し、電気機械結合係数k2 はIDT2
2、23の入力アドミッタンスより測定した。
The frequencies at both ends of the stop band are measured from the frequencies at both ends of a large attenuation region based on the reflection of the stop band generated in the main lobe of the pass frequency characteristic. The propagation loss is determined by setting the propagation path length to 400 μm, 800 μm, 1200 μm.
The electromechanical coupling coefficient k 2 was measured from the change in the insertion loss at the stop band edge frequency when it was changed to μm.
It was measured from 2,23 input admittances.

【0086】図38に、電極指線幅が電極指周期に対し
て0.5で、電極指膜厚を変化させたときのストップバ
ンドの両端の周波数(図38(a))、伝搬損失(図3
8(b))、電気機械結合係数k2 (図38(c))の
測定結果(●、■)を計算結果(実線)と共に示す。図
38より明らかなように、実験結果と計算結果は比較的
よい一致を示し、電極指膜厚が1%付近では伝搬損失が
非常に小さくなっており、電気機械結合係数k2 がおよ
そ2.1%となっていることがわかった。
FIG. 38 shows the frequency at both ends of the stop band (FIG. 38A) and the propagation loss ( FIG.
8 (b)) and the measurement results (●, Δ) of the electromechanical coupling coefficient k 2 (FIG. 38 (c)) are shown together with the calculation results (solid line). As is clear from FIG. 38, the experimental results and the calculation results show a relatively good agreement, and the propagation loss is very small when the electrode finger thickness is around 1%, and the electromechanical coupling coefficient k 2 is about 2. It turned out to be 1%.

【0087】本発明の第2の実施例による弾性表面波装
置を図39及び図40を用いて説明する。本実施例によ
る弾性表面波装置を図39に示す。本実施例の弾性表面
波装置はトランスバーサルフィルタであり、主面が(0
11)面である四ほう酸リチウム単結晶からなる圧電基
板21の表面に、同一構造のダブル電極の入力IDT2
2と出力IDT23が形成され、これら入力IDT22
と出力IDT23間の伝搬領域に、ダブル電極の入力I
DT22及び出力IDT23と同一周期及び同一開口長
の短絡ストリップ24が形成されている。
A surface acoustic wave device according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 39 shows a surface acoustic wave device according to this embodiment. The surface acoustic wave device according to the present embodiment is a transversal filter, and has a main surface of (0
11) An input IDT2 of a double electrode having the same structure is provided on the surface of the piezoelectric substrate 21 made of lithium tetraborate single crystal, which is a plane.
2 and an output IDT 23 are formed.
In the propagation area between the output IDT 23 and the
A shorting strip 24 having the same period and the same opening length as the DT 22 and the output IDT 23 is formed.

【0088】入力IDT22、出力IDT23は、それ
ぞれ、20対、電極指ピッチ4μm、開口長400μm
であり、弾性表面波の伝搬方向がオイラ角表示で(0
°、47.3°、90°)となるような向きに形成され
ている。入力IDT22、出力IDT23、短絡ストリ
ップ24は、同じ厚さのアルミニウム膜により形成さ
れ、弾性表面波の伝搬方向がX軸方向に対して垂直な向
きになるように形成されている。
The input IDT 22 and the output IDT 23 each have 20 pairs, an electrode finger pitch of 4 μm, and an aperture length of 400 μm.
And the propagation direction of the surface acoustic wave is represented by an Eulerian angle (0
°, 47.3 °, 90 °). The input IDT 22, the output IDT 23, and the shorting strip 24 are formed of an aluminum film having the same thickness, and are formed so that the propagation direction of the surface acoustic wave is perpendicular to the X-axis direction.

【0089】ストップバンドの両端の周波数は、短絡ス
トリップの場合、反射量がほとんど0であるため求める
ことができない。そこで、ストップバンドの両端の周波
数f 1s、f1oの中心周波数として、通過周波数特性のメ
インローブの中心周波数で評価した。伝搬損失は、伝搬
路長を400μm、800μm、1200μmと変えた
場合の中心周波数の挿入損失の変化より測定し、電気機
械結合係数k2 はダブル電極IDT22、23の入力ア
ドミッタンスより測定した。
The frequency at both ends of the stop band is
In the case of a trip, since the reflection amount is almost 0, it is obtained
Can not do. Therefore, the frequency at both ends of the stop band
Number f 1s, F1oThe center frequency of the
Evaluation was made at the center frequency of the inlobe. The propagation loss is
The path length was changed to 400 μm, 800 μm, 1200 μm
Measurement from the change in insertion loss at the center frequency when
Mechanical coupling coefficient kTwoAre the input electrodes of the double electrode IDTs 22 and 23.
It was measured by domitance.

【0090】図40に、電極指線幅が電極指周期に対し
て0.5で、電極指膜厚を変化させたときのストップバ
ンドの中心周波数(図38(a))、伝搬損失(図38
(b))、電気機械結合係数k2 (図38(c))の測
定結果(○)を計算結果(実線、破線)と共に示す。図
40より明らかなように、実験結果と計算結果は比較的
よい一致を示し、電極指膜厚が2%付近では伝搬損失が
小さくなっており、電気機械結合係数k2 がおよそ2.
4%となっていることがわかった。
FIG. 40 shows the center frequency of the stop band (FIG. 38A) and the propagation loss (FIG. 38A) when the electrode finger line width is 0.5 with respect to the electrode finger cycle and the electrode finger film thickness is changed. 38
(B)) The measurement results (○) of the electromechanical coupling coefficient k 2 (FIG. 38 (c)) are shown together with the calculation results (solid line, broken line). As is clear from FIG. 40, the experimental results and the calculated results show a relatively good agreement, the propagation loss is small when the electrode finger thickness is around 2%, and the electromechanical coupling coefficient k 2 is about 2.
It turned out that it was 4%.

【0091】本発明は上記実施例に限らず種々の変形が
可能である。例えば、本発明の弾性表面波装置としては
上記実施例の弾性表面波装置とは異なる構造でもよい。
例えば、一対のグレーティング反射器の間にIDTを設
けた共振子型フィルタや、共振子にも本発明を適用でき
る。また、多数のIDTを並列に接続した構造(IID
T構造)の弾性表面波装置にも本発明を適用することも
できる。
The present invention is not limited to the above embodiment, but can be variously modified. For example, the surface acoustic wave device of the present invention may have a different structure from the surface acoustic wave device of the above embodiment.
For example, the present invention can be applied to a resonator type filter in which an IDT is provided between a pair of grating reflectors and a resonator. Also, a structure in which many IDTs are connected in parallel (IID
The present invention can also be applied to a surface acoustic wave device having a (T structure).

【0092】[0092]

【発明の効果】以上の通り、第1の発明によれば、四ほ
う酸リチウム単結晶からなる圧電基板と、圧電基板の表
面に形成され、弾性表面波を励起、受信、反射、伝搬す
るための電極とを有する弾性表面波装置において、電極
が、アルミニウムを主成分とする金属により形成され、
電極が、1本ずつの電極指が互いに間挿するように配置
された一対の櫛形電極を有し、圧電基板の表面の切り出
し角および弾性表面波の伝搬方向がオイラ角表示で(0
°〜45°、45°〜50°、80°〜90°)および
それと等価な範囲内になるように形成され、電極指の周
期をP、電極指の幅をMとして、電極の膜厚hを弾性表
面波の波長λで規格化した電極の規格化膜厚h/λが、
次式 0.0165−0.0565×(M/P)+0.050
0×(M/P)2≦(h/λ)≦0.0320−0.0
737×(M/P)+0.0667×(M/P)2 の範囲内にしたので、電気機械結像係数k2 が大きく、
伝搬損失が小さく、バルク波の速い横波の速度より速い
高速な弾性表面波を利用した弾性表面波装置を実現する
ことができる。
As described above, according to the first aspect, the piezoelectric substrate made of lithium tetraborate single crystal and the piezoelectric substrate formed on the surface of the piezoelectric substrate for exciting, receiving, reflecting, and propagating surface acoustic waves are provided. In a surface acoustic wave device having an electrode, the electrode is formed of a metal containing aluminum as a main component,
The electrode has a pair of comb-shaped electrodes arranged such that one electrode finger is interposed between the electrodes, and the cutout angle of the surface of the piezoelectric substrate and the propagation direction of the surface acoustic wave are represented by Eulerian angles (0
° to 45 °, 45 ° to 50 °, 80 ° to 90 °) and the equivalent range. The period of the electrode finger is P, the width of the electrode finger is M, and the film thickness h of the electrode. Is normalized by the wavelength λ of the surface acoustic wave.
The following formula: 0.0165-0.0565 x (M / P) + 0.050
0 × (M / P) 2 ≦ (h / λ) ≦ 0.0320−0.0
737 × (M / P) + 0.0667 × (M / P) 2 , the electromechanical imaging coefficient k 2 is large,
A surface acoustic wave device that has a small propagation loss and uses a high-speed surface acoustic wave that is faster than the speed of a fast transverse wave of a bulk wave can be realized.

【0093】また、第2の発明によれば、四ほう酸リチ
ウム単結晶からなる圧電基板と、圧電基板の表面に形成
され、弾性表面波を励起、受信、反射、伝搬するための
電極とを有する弾性表面波装置において、電極が、アル
ミニウムを主成分とする金属により形成され、電極が、
2本ずつの電極指が互いに間挿するように配置された一
対の櫛形電極を有し、圧電基板の表面の切り出し角およ
び弾性表面波の伝搬方向がオイラ角表示で(0°〜45
°、45°〜50°、80°〜90°)およびそれと等
価な範囲内になるように形成され、電極指の周期をP、
電極指の幅をMとして、電極の膜厚hを弾性表面波の波
長λで規格化した電極の規格化膜厚h/λが、次式 0.0335−0.0791×(M/P)+0.058
4×(M/P)2≦(h/λ)≦0.0835−0.1
65×(M/P)+0.143×(M/P)2 の範囲内にしたので、電気機械結像係数k2 が大きく、
伝搬損失が小さく、バルク波の速い横波の速度より速い
高速な弾性表面波を利用した弾性表面波装置を実現する
ことができる。
According to the second aspect of the present invention, there is provided a piezoelectric substrate made of lithium tetraborate single crystal, and electrodes formed on the surface of the piezoelectric substrate for exciting, receiving, reflecting, and propagating surface acoustic waves. In the surface acoustic wave device, the electrode is formed of a metal containing aluminum as a main component, and the electrode is
It has a pair of comb-shaped electrodes arranged such that two electrode fingers are interposed between each other, and the cut-out angle of the surface of the piezoelectric substrate and the propagation direction of the surface acoustic wave are represented by Eulerian angles (0 ° to 45 °).
°, 45 ° to 50 °, 80 ° to 90 °) and the equivalent range, and the period of the electrode finger is P,
Assuming that the width of the electrode finger is M and the electrode thickness h is normalized by the wavelength λ of the surface acoustic wave, the normalized film thickness h / λ of the electrode is 0.0335−0.0791 × (M / P). +0.058
4 × (M / P) 2 ≦ (h / λ) ≦ 0.0835-0.1
65 × (M / P) + 0.143 × (M / P) 2 , the electromechanical imaging coefficient k 2 is large,
A surface acoustic wave device that has a small propagation loss and uses a high-speed surface acoustic wave that is faster than the speed of a fast transverse wave of a bulk wave can be realized.

【0094】さらに、この範囲を(0°〜2°、45°
〜50°、88°〜90°)およびそれと等価な範囲と
すれば、伝搬損失が充分低く、伝搬速度が速く、かつ、
電気機械結合係数が充分な弾性表面波を利用した弾性表
面波装置を実現することができる。
Further, this range is defined as (0 ° -2 °, 45 °
5050 °, 88 ° -90 °) and equivalent ranges, the propagation loss is sufficiently low, the propagation speed is high, and
A surface acoustic wave device using a surface acoustic wave having a sufficient electromechanical coupling coefficient can be realized.

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

【図1】弾性表面波のシミュレーションに用いる座標系
と境界条件を示した図である。
FIG. 1 is a diagram showing a coordinate system and boundary conditions used for simulation of a surface acoustic wave.

【図2】四ほう酸リチウム単結晶基板表面にアルミニウ
ムを主成分とする電極が形成された弾性表面波装置にお
いて、四ほう酸リチウム単結晶基板の切り出し角および
伝搬方向(0°、θ、90°)の角度θを変化させた場
合の位相速度vp のシミュレーション結果を示すグラフ
である。
FIG. 2 shows a cutout angle and a propagation direction (0 °, θ, 90 °) of a lithium tetraborate single crystal substrate in a surface acoustic wave device in which an electrode mainly composed of aluminum is formed on the surface of a lithium tetraborate single crystal substrate. it is a graph showing a simulation result of the phase velocity v p in the case of changing the angle theta.

【図3】四ほう酸リチウム単結晶基板表面にアルミニウ
ムを主成分とする電極が形成された弾性表面波装置にお
いて、四ほう酸リチウム単結晶基板の切り出し角および
伝搬方向(0°、θ、90°)の角度θを変化させた場
合の電気機械結合係数k 2 のシミュレーション結果を示
すグラフである。
[FIG. 3] Aluminum aluminum on the surface of a lithium tetraborate single crystal substrate
Surface acoustic wave device with electrodes composed mainly of
The cutting angle of the lithium tetraborate single crystal substrate and
When the angle θ of the propagation direction (0 °, θ, 90 °) is changed
Electromechanical coupling coefficient k TwoShow simulation results
This is a graph.

【図4】四ほう酸リチウム単結晶基板表面にアルミニウ
ムを主成分とする電極が形成された弾性表面波装置にお
いて、四ほう酸リチウム単結晶基板の切り出し角および
伝搬方向(0°、θ、90°)の角度θを変化させた場
合の伝搬損失Lのシミュレーション結果を示すグラフで
ある。
FIG. 4 shows a cutout angle and a propagation direction (0 °, θ, 90 °) of a lithium tetraborate single crystal substrate in a surface acoustic wave device in which an electrode mainly composed of aluminum is formed on the surface of a lithium tetraborate single crystal substrate. 6 is a graph showing simulation results of the propagation loss L when the angle θ is changed.

【図5】四ほう酸リチウム単結晶基板表面にアルミニウ
ムを主成分とする電極が形成された弾性表面波装置にお
いて、四ほう酸リチウム単結晶基板の切り出し角および
伝搬方向(15°、θ、90°)の角度θを変化させた
場合の位相速度vp のシミュレーション結果を示すグラ
フである。
FIG. 5 shows a cutout angle and a propagation direction (15 °, θ, 90 °) of a lithium tetraborate single crystal substrate in a surface acoustic wave device in which an electrode mainly composed of aluminum is formed on the surface of a lithium tetraborate single crystal substrate. it is a graph showing a simulation result of the phase velocity v p in the case of changing the angle theta.

【図6】四ほう酸リチウム単結晶基板表面にアルミニウ
ムを主成分とする電極が形成された弾性表面波装置にお
いて、四ほう酸リチウム単結晶基板の切り出し角および
伝搬方向(15°、θ、90°)の角度θを変化させた
場合の電気機械結合係数k2 のシミュレーション結果を
示すグラフである。
FIG. 6 shows a cutout angle and a propagation direction (15 °, θ, 90 °) of a lithium tetraborate single crystal substrate in a surface acoustic wave device in which an electrode mainly containing aluminum is formed on the surface of a lithium tetraborate single crystal substrate. is a graph showing the simulation results of the electromechanical coefficient k 2 in the case of changing the angle theta.

【図7】四ほう酸リチウム単結晶基板表面にアルミニウ
ムを主成分とする電極が形成された弾性表面波装置にお
いて、四ほう酸リチウム単結晶基板の切り出し角および
伝搬方向(15°、θ、90°)の角度θを変化させた
場合の伝搬損失Lのシミュレーション結果を示すグラフ
である。
FIG. 7 shows a cutout angle and a propagation direction (15 °, θ, 90 °) of a lithium tetraborate single crystal substrate in a surface acoustic wave device in which an electrode mainly composed of aluminum is formed on the surface of a lithium tetraborate single crystal substrate. 6 is a graph showing simulation results of the propagation loss L when the angle θ is changed.

【図8】四ほう酸リチウム単結晶基板表面にアルミニウ
ムを主成分とする電極が形成された弾性表面波装置にお
いて、四ほう酸リチウム単結晶基板の切り出し角および
伝搬方向(30°、θ、90°)の角度θを変化させた
場合の位相速度vp のシミュレーション結果を示すグラ
フである。
FIG. 8 shows a cutout angle and a propagation direction (30 °, θ, 90 °) of a lithium tetraborate single crystal substrate in a surface acoustic wave device in which an electrode mainly containing aluminum is formed on the surface of a lithium tetraborate single crystal substrate. it is a graph showing a simulation result of the phase velocity v p in the case of changing the angle theta.

【図9】四ほう酸リチウム単結晶基板表面にアルミニウ
ムを主成分とする電極が形成された弾性表面波装置にお
いて、四ほう酸リチウム単結晶基板の切り出し角および
伝搬方向(30°、θ、90°)の角度θを変化させた
場合の電気機械結合係数k2 のシミュレーション結果を
示すグラフである。
FIG. 9 shows a cutout angle and a propagation direction (30 °, θ, 90 °) of a lithium tetraborate single crystal substrate in a surface acoustic wave device in which an electrode mainly composed of aluminum is formed on the surface of a lithium tetraborate single crystal substrate. is a graph showing the simulation results of the electromechanical coefficient k 2 in the case of changing the angle theta.

【図10】四ほう酸リチウム単結晶基板表面にアルミニ
ウムを主成分とする電極が形成された弾性表面波装置に
おいて、四ほう酸リチウム単結晶基板の切り出し角およ
び伝搬方向(30°、θ、90°)の角度θを変化させ
た場合の伝搬損失Lのシミュレーション結果を示すグラ
フである。
FIG. 10 shows a cutout angle and a propagation direction (30 °, θ, 90 °) of a lithium tetraborate single crystal substrate in a surface acoustic wave device in which an electrode mainly composed of aluminum is formed on the surface of a lithium tetraborate single crystal substrate. 6 is a graph showing simulation results of the propagation loss L when the angle θ is changed.

【図11】四ほう酸リチウム単結晶基板表面にアルミニ
ウムを主成分とする電極が形成された弾性表面波装置に
おいて、四ほう酸リチウム単結晶基板の切り出し角およ
び伝搬方向(45°、θ、90°)の角度θを変化させ
た場合の位相速度vp のシミュレーション結果を示すグ
ラフである。
FIG. 11 shows a cutout angle and a propagation direction (45 °, θ, 90 °) of a lithium tetraborate single crystal substrate in a surface acoustic wave device in which an electrode mainly containing aluminum is formed on the surface of a lithium tetraborate single crystal substrate. it is a graph showing a simulation result of the phase velocity v p in the case of changing the angle theta.

【図12】四ほう酸リチウム単結晶基板表面にアルミニ
ウムを主成分とする電極が形成された弾性表面波装置に
おいて、四ほう酸リチウム単結晶基板の切り出し角およ
び伝搬方向(45°、θ、90°)の角度θを変化させ
た場合の電気機械結合係数k2 のシミュレーション結果
を示すグラフである。
FIG. 12 shows a cutout angle and a propagation direction (45 °, θ, 90 °) of a lithium tetraborate single crystal substrate in a surface acoustic wave device in which an electrode mainly containing aluminum is formed on the surface of a lithium tetraborate single crystal substrate. is a graph showing the simulation results of the electromechanical coefficient k 2 in the case of changing the angle theta.

【図13】四ほう酸リチウム単結晶基板表面にアルミニ
ウムを主成分とする電極が形成された弾性表面波装置に
おいて、四ほう酸リチウム単結晶基板の切り出し角およ
び伝搬方向(45°、θ、90°)の角度θを変化させ
た場合の伝搬損失Lのシミュレーション結果を示すグラ
フである。
FIG. 13 shows a cutout angle and a propagation direction (45 °, θ, 90 °) of a lithium tetraborate single crystal substrate in a surface acoustic wave device in which an electrode mainly containing aluminum is formed on the surface of a lithium tetraborate single crystal substrate. 6 is a graph showing simulation results of the propagation loss L when the angle θ is changed.

【図14】四ほう酸リチウム単結晶基板表面にアルミニ
ウムを主成分とする電極が形成された弾性表面波装置に
おいて、四ほう酸リチウム単結晶基板の(011)カッ
ト面上で、伝搬方向ψを変化させた場合の位相速度vp
のシミュレーション結果を示すグラフである。
FIG. 14 shows a surface acoustic wave device in which an electrode mainly composed of aluminum is formed on the surface of a lithium tetraborate single crystal substrate, and the propagation direction 変 化 is changed on the (011) cut surface of the lithium tetraborate single crystal substrate. Phase velocity v p
6 is a graph showing a simulation result of FIG.

【図15】四ほう酸リチウム単結晶基板表面にアルミニ
ウムを主成分とする電極が形成された弾性表面波装置に
おいて、四ほう酸リチウム単結晶基板の(011)カッ
ト面上で、伝搬方向ψを変化させた場合の電気機械結合
係数k2 のシミュレーション結果を示すグラフである。
FIG. 15 shows a surface acoustic wave device in which an electrode mainly composed of aluminum is formed on the surface of a lithium tetraborate single crystal substrate, by changing the propagation direction 変 化 on the (011) cut surface of the lithium tetraborate single crystal substrate. is a graph showing the simulation results of the electromechanical coefficient k 2 of if.

【図16】四ほう酸リチウム単結晶基板表面にアルミニ
ウムを主成分とする電極が形成された弾性表面波装置に
おいて、四ほう酸リチウム単結晶基板の(011)カッ
ト面上で、伝搬方向ψを変化させた場合の伝搬損失Lの
シミュレーション結果を示すグラフである。
FIG. 16 shows that in a surface acoustic wave device in which an electrode mainly composed of aluminum is formed on the surface of a lithium tetraborate single crystal substrate, the propagation direction 変 化 is changed on the (011) cut surface of the lithium tetraborate single crystal substrate. 9 is a graph showing a simulation result of a propagation loss L in a case where the transmission loss L has occurred.

【図17】四ほう酸リチウム単結晶基板表面にアルミニ
ウムを主成分とする電極が形成された弾性表面波装置に
おいて、四ほう酸リチウム単結晶基板の切り出し角およ
び伝搬方向をオイラ角(0°、47.3°、90°)と
し、電極の規格化膜厚h/λを変化させた場合の位相速
度vp のシミュレーション結果を示すグラフである。
FIG. 17 shows a cut-off angle and a propagation direction of the lithium tetraborate single crystal substrate in the surface acoustic wave device in which an electrode containing aluminum as a main component is formed on the surface of the lithium tetraborate single crystal substrate. 3 °, 90 °), and is a graph showing simulation results of the phase velocity v p when the normalized film thickness h / λ of the electrode is changed.

【図18】四ほう酸リチウム単結晶基板表面にアルミニ
ウムを主成分とする電極が形成された弾性表面波装置に
おいて、四ほう酸リチウム単結晶基板の切り出し角およ
び伝搬方向をオイラ角(0°、47.3°、90°)と
し、電極の規格化膜厚h/λを変化させた場合の電気機
械結合係数k2 のシミュレーション結果を示すグラフで
ある。
FIG. 18 is a diagram illustrating a surface acoustic wave device in which an electrode containing aluminum as a main component is formed on the surface of a lithium tetraborate single crystal substrate. 3 °, 90 °) and a graph showing a simulation result of the electromechanical coupling coefficient k 2 when the normalized film thickness h / λ of the electrode is changed.

【図19】四ほう酸リチウム単結晶基板表面にアルミニ
ウムを主成分とする電極が形成された弾性表面波装置に
おいて、四ほう酸リチウム単結晶基板の切り出し角およ
び伝搬方向をオイラ角(0°、47.3°、90°)と
し、電極の規格化膜厚h/λを変化させた場合の伝搬損
失Lのシミュレーション結果を示すグラフである。
FIG. 19 is a diagram illustrating a surface acoustic wave device in which an electrode mainly composed of aluminum is formed on the surface of a lithium tetraborate single crystal substrate. 3 is a graph showing simulation results of the propagation loss L when the normalized thickness h / λ of the electrode is changed.

【図20】四ほう酸リチウム単結晶基板表面にアルミニ
ウムを主成分とする電極が形成された弾性表面波装置に
おいて、四ほう酸リチウム単結晶基板の切り出し角およ
び伝搬方向をオイラ角(0°、47.3°、90°)と
し、電極の規格化膜厚h/λを変化させた場合の周波数
温度係数TCFのシミュレーション結果を示すグラフで
ある。
FIG. 20 is a diagram illustrating a surface acoustic wave device in which an electrode containing aluminum as a main component is formed on the surface of a lithium tetraborate single crystal substrate. 3 °, 90 °), and is a graph showing simulation results of the frequency temperature coefficient TCF when the normalized film thickness h / λ of the electrode is changed.

【図21】四ほう酸リチウム単結晶基板表面に弾性表面
波の伝搬方向が(0°、47.3°、90°)になるよ
うに、アルミニウムを主成分とする電極が形成された弾
性表面波装置において、基板表面が電気的開放の場合の
基板の深さ方向の変位分布U1 、U3 、電位分布Φのシ
ミュレーション結果を示すグラフである。
FIG. 21 shows a surface acoustic wave in which an electrode mainly composed of aluminum is formed on the surface of a lithium tetraborate single crystal substrate so that the propagation direction of the surface acoustic wave is (0 °, 47.3 °, 90 °). 6 is a graph showing a simulation result of displacement distributions U 1 and U 3 and a potential distribution Φ in the depth direction of the substrate when the substrate surface is electrically open in the apparatus.

【図22】四ほう酸リチウム単結晶基板表面に弾性表面
波の伝搬方向が(0°、47.3°、90°)になるよ
うに、アルミニウムを主成分とする電極が形成された弾
性表面波装置において、基板表面が電気的短絡の場合の
基板の深さ方向の変位分布U1 、U3 、電位分布Φのシ
ミュレーション結果を示すグラフである。
FIG. 22 shows a surface acoustic wave in which an electrode mainly composed of aluminum is formed on the surface of a lithium tetraborate single crystal substrate so that the propagation direction of the surface acoustic wave is (0 °, 47.3 °, 90 °). 6 is a graph showing simulation results of displacement distributions U 1 and U 3 and a potential distribution Φ in the depth direction of the substrate when the substrate surface is electrically short-circuited in the apparatus.

【図23】第1の発明による弾性表面波装置のシミュレ
ーションに用いたモデルを示す図である。
FIG. 23 is a diagram showing a model used for simulation of the surface acoustic wave device according to the first invention.

【図24】四ほう酸リチウム単結晶基板表面にアルミニ
ウムを主成分とするIDTが形成された弾性表面波装置
において、四ほう酸リチウム単結晶基板の切り出し角お
よび伝搬方向をオイラ角表示で(0°、47.3°、9
0°)とし、電極指幅M/Pが0.3で、電極指膜厚h
/λを変化させた場合における、ストップバンド端周波
数(同図(a))、伝搬損失(同図b))、電気機械結
合係数(同図(c))のシミュレーション結果を示すグ
ラフである。
FIG. 24 is a diagram illustrating a cut-out angle and a propagation direction of a lithium tetraborate single crystal substrate in an Eulerian angle display (0 °, 47.3 °, 9
0 °), the electrode finger width M / P is 0.3, and the electrode finger thickness h
10 is a graph showing simulation results of stop band edge frequency (FIG. 10A), propagation loss (FIG. 10B), and electromechanical coupling coefficient (FIG. 10C) when / λ is changed.

【図25】四ほう酸リチウム単結晶基板表面にアルミニ
ウムを主成分とするIDTが形成された弾性表面波装置
において、四ほう酸リチウム単結晶基板の切り出し角お
よび伝搬方向をオイラ角表示で(0°、47.3°、9
0°)とし、電極指幅M/Pが0.4で、電極指膜厚h
/λを変化させた場合における、ストップバンド端周波
数(同図(a))、伝搬損失(同図b))、電気機械結
合係数(同図(c))のシミュレーション結果を示すグ
ラフである。
FIG. 25 shows a cut-off angle and a propagation direction of a lithium tetraborate single crystal substrate in an Eulerian angle display (0 °, 47.3 °, 9
0 °), the electrode finger width M / P is 0.4, and the electrode finger thickness h
10 is a graph showing simulation results of stop band edge frequency (FIG. 10A), propagation loss (FIG. 10B), and electromechanical coupling coefficient (FIG. 10C) when / λ is changed.

【図26】四ほう酸リチウム単結晶基板表面にアルミニ
ウムを主成分とするIDTが形成された弾性表面波装置
において、四ほう酸リチウム単結晶基板の切り出し角お
よび伝搬方向をオイラ角表示で(0°、47.3°、9
0°)とし、電極指幅M/Pが0.5で、電極指膜厚h
/λを変化させた場合における、ストップバンド端周波
数(同図(a))、伝搬損失(同図b))、電気機械結
合係数(同図(c))のシミュレーション結果を示すグ
ラフである。
FIG. 26 shows a cut-off angle and a propagation direction of a lithium tetraborate single crystal substrate in an Eulerian angle display (0 °, 47.3 °, 9
0 °), the electrode finger width M / P is 0.5, and the electrode finger thickness h
10 is a graph showing simulation results of stop band edge frequency (FIG. 10A), propagation loss (FIG. 10B), and electromechanical coupling coefficient (FIG. 10C) when / λ is changed.

【図27】四ほう酸リチウム単結晶基板表面にアルミニ
ウムを主成分とするIDTが形成された弾性表面波装置
において、四ほう酸リチウム単結晶基板の切り出し角お
よび伝搬方向をオイラ角表示で(0°、47.3°、9
0°)とし、電極指幅M/Pが0.6で、電極指膜厚h
/λを変化させた場合における、ストップバンド端周波
数(同図(a))、伝搬損失(同図b))、電気機械結
合係数(同図(c))のシミュレーション結果を示すグ
ラフである。
FIG. 27 shows a cut-off angle and a propagation direction of a lithium tetraborate single crystal substrate in an Eulerian angle display (0 °, 47.3 °, 9
0 °), the electrode finger width M / P is 0.6, and the electrode finger thickness h
10 is a graph showing simulation results of stop band edge frequency (FIG. 10A), propagation loss (FIG. 10B), and electromechanical coupling coefficient (FIG. 10C) when / λ is changed.

【図28】四ほう酸リチウム単結晶基板表面にアルミニ
ウムを主成分とするIDTが形成された弾性表面波装置
において、四ほう酸リチウム単結晶基板の切り出し角お
よび伝搬方向をオイラ角表示で(0°、47.3°、9
0°)とし、電極指幅M/Pが0.7で、電極指膜厚h
/λを変化させた場合における、ストップバンド端周波
数(同図(a))、伝搬損失(同図b))、電気機械結
合係数(同図(c))のシミュレーション結果を示すグ
ラフである。
FIG. 28 shows a cut-off angle and a propagation direction of a lithium tetraborate single crystal substrate in Euler angles (0 °, 47.3 °, 9
0 °), the electrode finger width M / P is 0.7, and the electrode finger thickness h
10 is a graph showing simulation results of stop band edge frequency (FIG. 10A), propagation loss (FIG. 10B), and electromechanical coupling coefficient (FIG. 10C) when / λ is changed.

【図29】四ほう酸リチウム単結晶基板表面にアルミニ
ウムを主成分とするIDTが形成された弾性表面波装置
において、電気機械結合係数が大きく、伝搬損失が小さ
くなる、電極指の幅M/P及び規格化膜厚h/λの最適
領域を示すグラフである。
FIG. 29 is a diagram illustrating a surface acoustic wave device in which an IDT containing aluminum as a main component is formed on the surface of a lithium tetraborate single crystal substrate, in which the electromechanical coupling coefficient is large and the propagation loss is small; It is a graph which shows the optimal area of normalized film thickness h / λ.

【図30】第2の発明による弾性表面波装置のシミュレ
ーションに用いたモデルを示す図である。
FIG. 30 is a diagram showing a model used for simulation of the surface acoustic wave device according to the second invention.

【図31】四ほう酸リチウム単結晶基板表面にアルミニ
ウムを主成分とするダブル電極IDTが形成された弾性
表面波装置において、四ほう酸リチウム単結晶基板の切
り出し角および伝搬方向をオイラ角表示で(0°、4
7.3°、90°)とし、電極指幅M/Pが0.3で、
電極指膜厚h/λを変化させた場合における、ストップ
バンド端周波数(同図(a))、伝搬損失(同図
b))、電気機械結合係数(同図(c))のシミュレー
ション結果を示すグラフである。
FIG. 31 shows a cutout angle and a propagation direction of a lithium tetraborate single crystal substrate in Euler angle display in a surface acoustic wave device in which a double electrode IDT mainly containing aluminum is formed on the surface of a lithium tetraborate single crystal substrate. °, 4
7.3 °, 90 °), the electrode finger width M / P is 0.3,
Simulation results of the stop band edge frequency (FIG. 9A), propagation loss (FIG. 10B), and electromechanical coupling coefficient (FIG. 10C) when the electrode finger thickness h / λ is changed are shown. It is a graph shown.

【図32】四ほう酸リチウム単結晶基板表面にアルミニ
ウムを主成分とするダブル電極IDTが形成された弾性
表面波装置において、四ほう酸リチウム単結晶基板の切
り出し角および伝搬方向をオイラ角表示で(0°、4
7.3°、90°)とし、電極指幅M/Pが0.4で、
電極指膜厚h/λを変化させた場合における、ストップ
バンド端周波数(同図(a))、伝搬損失(同図
b))、電気機械結合係数(同図(c))のシミュレー
ション結果を示すグラフである。
FIG. 32 shows a cut-off angle and a propagation direction of a lithium tetraborate single crystal substrate expressed in Euler angles (0) °, 4
7.3 °, 90 °), the electrode finger width M / P is 0.4,
Simulation results of the stop band edge frequency (FIG. 9A), propagation loss (FIG. 10B), and electromechanical coupling coefficient (FIG. 10C) when the electrode finger thickness h / λ is changed are shown. It is a graph shown.

【図33】四ほう酸リチウム単結晶基板表面にアルミニ
ウムを主成分とするダブル電極IDTが形成された弾性
表面波装置において、四ほう酸リチウム単結晶基板の切
り出し角および伝搬方向をオイラ角表示で(0°、4
7.3°、90°)とし、電極指幅M/Pが0.5で、
電極指膜厚h/λを変化させた場合における、ストップ
バンド端周波数(同図(a))、伝搬損失(同図
b))、電気機械結合係数(同図(c))のシミュレー
ション結果を示すグラフである。
FIG. 33 shows a cut-off angle and a propagation direction of a lithium tetraborate single crystal substrate in Euler angle display in a surface acoustic wave device in which a double electrode IDT mainly containing aluminum is formed on the surface of a lithium tetraborate single crystal substrate. °, 4
7.3 °, 90 °), the electrode finger width M / P is 0.5,
Simulation results of the stop band edge frequency (FIG. 9A), propagation loss (FIG. 10B), and electromechanical coupling coefficient (FIG. 10C) when the electrode finger thickness h / λ is changed are shown. It is a graph shown.

【図34】四ほう酸リチウム単結晶基板表面にアルミニ
ウムを主成分とするダブル電極IDTが形成された弾性
表面波装置において、四ほう酸リチウム単結晶基板の切
り出し角および伝搬方向をオイラ角表示で(0°、4
7.3°、90°)とし、電極指幅M/Pが0.6で、
電極指膜厚h/λを変化させた場合における、ストップ
バンド端周波数(同図(a))、伝搬損失(同図
b))、電気機械結合係数(同図(c))のシミュレー
ション結果を示すグラフである。
FIG. 34 shows a cut-off angle and a propagation direction of a lithium tetraborate single crystal substrate expressed by an Eulerian angle in a surface acoustic wave device in which a double electrode IDT mainly containing aluminum is formed on the surface of a lithium tetraborate single crystal substrate. °, 4
7.3 °, 90 °), the electrode finger width M / P is 0.6,
Simulation results of the stop band edge frequency (FIG. 9A), propagation loss (FIG. 10B), and electromechanical coupling coefficient (FIG. 10C) when the electrode finger thickness h / λ is changed are shown. It is a graph shown.

【図35】四ほう酸リチウム単結晶基板表面にアルミニ
ウムを主成分とするダブル電極IDTが形成された弾性
表面波装置において、四ほう酸リチウム単結晶基板の切
り出し角および伝搬方向をオイラ角表示で(0°、4
7.3°、90°)とし、電極指幅M/Pが0.7で、
電極指膜厚h/λを変化させた場合における、ストップ
バンド端周波数(同図(a))、伝搬損失(同図
b))、電気機械結合係数(同図(c))のシミュレー
ション結果を示すグラフである。
FIG. 35 shows a cut-off angle and a propagation direction of a lithium tetraborate single crystal substrate in Euler angle display in a surface acoustic wave device in which a double electrode IDT containing aluminum as a main component is formed on the surface of a lithium tetraborate single crystal substrate. °, 4
7.3 °, 90 °), the electrode finger width M / P is 0.7,
Simulation results of the stop band edge frequency (FIG. 9A), propagation loss (FIG. 10B), and electromechanical coupling coefficient (FIG. 10C) when the electrode finger thickness h / λ is changed are shown. It is a graph shown.

【図36】四ほう酸リチウム単結晶基板表面にアルミニ
ウムを主成分とするダブル電極IDTが形成された弾性
表面波装置において、電気機械結合係数が大きく、伝搬
損失が小さくなる、電極指の幅M/P及び規格化膜厚h
/λの最適領域を示すグラフである。
FIG. 36 is a diagram illustrating a surface acoustic wave device in which a double electrode IDT containing aluminum as a main component is formed on the surface of a lithium tetraborate single crystal substrate, the electromechanical coupling coefficient is large, the propagation loss is small, and the electrode finger width M / P and normalized film thickness h
6 is a graph showing an optimum region of / λ.

【図37】本発明の第1の実施例による弾性表面波装置
を示す図である。
FIG. 37 is a diagram showing a surface acoustic wave device according to a first embodiment of the present invention.

【図38】本発明の第1の実施例による弾性表面波装置
において、電極指膜厚を変化させたときのストップバン
ドの両端の周波数(同図(a))、伝搬損失(同図
(b))、電気機械結合係数(同図(c))の測定結果
とシミュレーション結果を示すグラフである。
38A and 38B show the frequency at both ends of the stop band and the propagation loss when the electrode finger thickness is changed in the surface acoustic wave device according to the first embodiment of the present invention. 3) is a graph showing the measurement results and simulation results of the electromechanical coupling coefficient (FIG. 3C).

【図39】本発明の第1の実施例による弾性表面波装置
を示す図である。
FIG. 39 is a diagram showing a surface acoustic wave device according to a first embodiment of the present invention.

【図40】本発明の第1の実施例による弾性表面波装置
において、電極指膜厚を変化させたときのストップバン
ドの両端の周波数(同図(a))、伝搬損失(同図
(b))、電気機械結合係数(同図(c))の測定結果
とシミュレーション結果を示すグラフである。
40A and 40B show the frequency at both ends of the stop band and the propagation loss when the electrode finger thickness is changed in the surface acoustic wave device according to the first embodiment of the present invention. 3) is a graph showing the measurement results and simulation results of the electromechanical coupling coefficient (FIG. 3C).

【符号の説明】[Explanation of symbols]

21…圧電基板 22…入力IDT 23…出力IDT 24…短絡ストリップ 25…電極指 26…絶縁層 27…絶縁層 Reference Signs List 21 piezoelectric substrate 22 input IDT 23 output IDT 24 short-circuit strip 25 electrode finger 26 insulating layer 27 insulating layer

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H03H 9/25 H03H 9/145 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H03H 9/25 H03H 9/145

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 四ほう酸リチウム単結晶からなる圧電基
板と、前記圧電基板の表面に形成され、弾性表面波を励
起、受信、反射、伝搬するための電極とを有する弾性表
面波装置において、 前記電極が、アルミニウムを主成分とする金属により形
成され、 前記電極が、1本ずつの電極指が互いに間挿するように
配置された一対の櫛形電極を有し、前記圧電基板の表面
の切り出し角および弾性表面波の伝搬方向がオイラ角表
示で(0°〜45°、45°〜50°、80°〜90
°)およびそれと等価な範囲内になるように形成され、 前記電極指の周期をP、前記電極指の幅をMとして、前
記電極の膜厚hを前記弾性表面波の波長λで規格化した
前記電極の規格化膜厚h/λが、次式 0.0165−0.0565×(M/P)+0.050
0×(M/P)2≦(h/λ)≦0.0320−0.0
737×(M/P)+0.0667×(M/P)2 の範囲内であり、 前記弾性表面波の速度が同一方向に伝搬するバルク波の
速い横波の速度以上であり、縦波の速度を越えないこと
を特徴とする弾性表面波装置。
1. A surface acoustic wave device comprising: a piezoelectric substrate made of a lithium tetraborate single crystal; and an electrode formed on a surface of the piezoelectric substrate, for exciting, receiving, reflecting, and propagating a surface acoustic wave. The electrode is formed of a metal containing aluminum as a main component, and the electrode has a pair of comb-shaped electrodes arranged such that one electrode finger is inserted between each other, and a cutout angle of a surface of the piezoelectric substrate. And the propagation direction of the surface acoustic wave is represented by Eulerian angles (0 ° to 45 °, 45 ° to 50 °, 80 ° to 90 °).
°) and the equivalent range thereof, wherein the period of the electrode finger is P, the width of the electrode finger is M, and the film thickness h of the electrode is normalized by the wavelength λ of the surface acoustic wave. The normalized film thickness h / λ of the electrode is expressed by the following formula: 0.0165−0.0565 × (M / P) +0.050
0 × (M / P) 2 ≦ (h / λ) ≦ 0.0320−0.0
737 × (M / P) + 0.0667 × (M / P) 2 , and the velocity of the surface acoustic wave is equal to or higher than the velocity of the fast transverse wave of the bulk wave propagating in the same direction, and the velocity of the longitudinal wave. Surface acoustic wave device characterized by not exceeding.
【請求項2】 四ほう酸リチウム単結晶からなる圧電基
板と、前記圧電基板の表面に形成され、弾性表面波を励
起、受信、反射、伝搬するための電極とを有する弾性表
面波装置において、 前記電極が、アルミニウムを主成分とする金属により形
成され、 前記電極が、2本ずつの電極指が互いに間挿するように
配置された一対の櫛形電極を有し、前記圧電基板の表面
の切り出し角および弾性表面波の伝搬方向がオイラ角表
示で(0°〜45°、45°〜50°、80°〜90
°)およびそれと等価な範囲内になるように形成され、 前記電極指の周期をP、前記電極指の幅をMとして、前
記電極の膜厚hを前記弾性表面波の波長λで規格化した
前記電極の規格化膜厚h/λが、次式 0.0335−0.0791×(M/P)+0.058
4×(M/P)2≦(h/λ)≦0.0835−0.1
653×(M/P)+0.1429×(M/P)2 の範囲内であり、 前記弾性表面波の速度が同一方向に伝搬するバルク波の
速い横波の速度以上であり、縦波の速度を越えないこと
を特徴とする弾性表面波装置。
2. A surface acoustic wave device comprising: a piezoelectric substrate made of a lithium tetraborate single crystal; and electrodes formed on a surface of the piezoelectric substrate, for exciting, receiving, reflecting, and propagating surface acoustic waves. The electrode is formed of a metal containing aluminum as a main component, and the electrode has a pair of comb-shaped electrodes arranged such that two electrode fingers are interposed between each other, and a cutout angle of a surface of the piezoelectric substrate. And the propagation direction of the surface acoustic wave is represented by Eulerian angles (0 ° to 45 °, 45 ° to 50 °, 80 ° to 90 °).
°) and the equivalent range thereof, wherein the period of the electrode finger is P, the width of the electrode finger is M, and the film thickness h of the electrode is normalized by the wavelength λ of the surface acoustic wave. The normalized film thickness h / λ of the electrode is expressed by the following equation: 0.0335−0.0791 × (M / P) +0.058
4 × (M / P) 2 ≦ (h / λ) ≦ 0.0835-0.1
653 × (M / P) + 0.1429 × (M / P) 2 , wherein the velocity of the surface acoustic wave is equal to or greater than the velocity of the fast transverse wave of the bulk wave propagating in the same direction, and the velocity of the longitudinal wave Surface acoustic wave device characterized by not exceeding.
【請求項3】 請求項1又は2記載の弾性表面波装置に
おいて、 前記圧電基板の表面の切り出し角および弾性表面波の伝
搬方向がオイラ角表示で(0°〜2°、45°〜50
°、88°〜90°)およびそれと等価な範囲内になる
ように前記電極が形成されていることを特徴とする弾性
表面波装置。
3. The surface acoustic wave device according to claim 1, wherein the cutout angle of the surface of the piezoelectric substrate and the propagation direction of the surface acoustic wave are represented by Eulerian angles (0 ° to 2 °, 45 ° to 50 °).
°, 88 ° to 90 °) and the equivalent range.
JP22865693A 1993-09-14 1993-09-14 Surface acoustic wave device Expired - Fee Related JP3302462B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP22865693A JP3302462B2 (en) 1993-09-14 1993-09-14 Surface acoustic wave device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP22865693A JP3302462B2 (en) 1993-09-14 1993-09-14 Surface acoustic wave device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH0786868A JPH0786868A (en) 1995-03-31
JP3302462B2 true JP3302462B2 (en) 2002-07-15

Family

ID=16879756

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP22865693A Expired - Fee Related JP3302462B2 (en) 1993-09-14 1993-09-14 Surface acoustic wave device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3302462B2 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003124778A (en) * 2001-10-05 2003-04-25 Samsung Electro Mech Co Ltd One-way surface acoustic wave converter

Also Published As

Publication number Publication date
JPH0786868A (en) 1995-03-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4162465A (en) Surface acoustic wave device with reflection suppression
CN1902817B (en) Boundary acoustic wave device
JP3244094B2 (en) Surface acoustic wave device
EP0024927B1 (en) Surface acoustic wave resonator device
EP0166880A2 (en) Surface acoustic wave device
JP3568025B2 (en) Surface wave device and communication device
JP3126416B2 (en) Surface acoustic wave device
JP2004135267A (en) Surface acoustic wave device
JP3281510B2 (en) Surface acoustic wave device
US5302877A (en) Surface acoustic wave device
US6426584B2 (en) Elastic wave device
JP3302462B2 (en) Surface acoustic wave device
Sato et al. Propagation properties of longitudinal leaky surface waves on lithium tetraborate
US4370633A (en) Acoustic wave bandpass electrical filters
GB2097212A (en) Acoustic wave bandpass electrical filters
Suzuki et al. Coupled‐mode theory of SAW periodic structures
JP3378388B2 (en) Surface acoustic wave device
JP3364037B2 (en) Surface acoustic wave device
US4290033A (en) Shallow bulk acoustic wave devices employing energy trapping
JP3329115B2 (en) Surface wave device
CN111869104A (en) Transducer structure for source rejection in SAW filter devices
Marshall et al. Mode conversion in surface-acoustic-wave reflective arrays
JP3307284B2 (en) 2-port SAW resonator
JP3090219B2 (en) Surface acoustic wave device
JP3597454B2 (en) Surface acoustic wave device

Legal Events

Date Code Title Description
S533 Written request for registration of change of name

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090426

Year of fee payment: 7

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090426

Year of fee payment: 7

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100426

Year of fee payment: 8

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100426

Year of fee payment: 8

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110426

Year of fee payment: 9

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110426

Year of fee payment: 9

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120426

Year of fee payment: 10

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130426

Year of fee payment: 11

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130426

Year of fee payment: 11

S533 Written request for registration of change of name

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130426

Year of fee payment: 11

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees
S531 Written request for registration of change of domicile

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350