DE10042915B9

DE10042915B9 - Akustooberflächenwellenbauelement und Kommunikationsgerät

Info

Publication number: DE10042915B9
Application number: DE10042915A
Authority: DE
Inventors: Michio Kadota
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1999-09-02
Filing date: 2000-08-31
Publication date: 2012-04-19
Anticipated expiration: 2020-09-01
Also published as: GB0021214D0; DE10042915B4; KR100376906B1; US6366002B1; TW483239B; DE10066396B4; GB2356306A; JP3391309B2; DE10042915A1; GB2356306B; USRE39975E1; JP2001077662A; KR20010030219A

Abstract

Akustooberflächenwellenbauelement mit einem LiTaO3-Substrat (2; 12; 22; 32), das einen Eulerwinkel von (0°, 137°–147°, 0° ± 5°) aufweist; und einem Interdigitalwandler (3; 13a, 13b; 23a, 23b; 33a, 33b), der auf dem LiTaO3-Substrat (2; 12; 22; 32) vorgesehen ist, wobei der Interdigitalwandler (3; 13a, 13b; 23a, 23b; 33a, 33b) als eine Hauptkomponente zumindest Ag, Ta, Mo, Ni, Cr, Zn oder W enthält, wobei der Interdigitalwandler (3; 13a, 13b; 23a, 23b; 33a, 33b) eine normierte Filmdicke H/λ von 0,05 oder weniger aufweist, um eine horizontale Scherwelle anzuregen.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Akustooberflächenwellenbauelement, wie z. B. einen Akustooberflächenwellenresonator, ein Akustooberflächenwellenfilter, eine Gemeinschaftsbetriebsvorrichtung oder eine andere geeignete Vorrichtung, und insbesondere auf ein Akustooberflächenwellenbauelement, das eine horizontale Scherwelle (”SH wave”; SH = Shear Horizontal) verwendet.
Herkömmlicher Weise sind Akustooberflächenwellenbauelemente weithin als Bandpaßfilter für eine Verwendung bei einer mobilen Kommunikationsausrüstung verwendet worden. Ein solcher herkömmlicher Akustooberflächenwellenresonator umfaßt ein Akustooberflächenwellenbauelement mit einem IDT (Interdigitalwandler; IDT = interdigital transducer), der aus Interdigitalelektroden mit Elektrodenfingern besteht, die ineinander greifen, wobei der IDT auf einem piezoelektrischen Substrat angeordnet ist, und wobei ein Akustooberflächenwellenfilter den Akustooberflächenwellenresonator verwendet.
Bei einem solchen Akustooberflächenwellenbauelement ist eine Technik bekannt, bei der eine akustische Oberflächenleckwelle mit einer hohen Dämpfung, die sich in einem Y-X-LiTaO₃-Substrat mit Eulerwinkeln von (0°, –90°, 0°) als einem piezoelektrischen Substrat ausbreitet, in eine akustische Oberflächenwelle eines Love-Wellentyps mit keinem Ausbreitungsverlust umgewandelt wird, indem ein IDT vorgesehen wird, der eine vorbestimmte Dicke aufweist und aus einem Metall hergestellt ist, das eine hohe Masselast aufweist, wie z. B. Au, Ta, W oder ein anderes geeignetes Metall.
11 ist ein Graph, der die Änderung des elektromechanischen Kopplungskoeffizienten k in Abhängigkeit von der Filmdicke H/λ von Au-Elektroden (Elektrodenfilmdicke/Wellenlänge der angeregten akustischen Oberflächenwelle), wenn die Au-Elektroden auf einem LiTaO₃-Substrat eines Y-Schnitt-X-Ausbreitung-Typs, d. h. mit Eulerwinkeln von (0°, –90°, 0°), vorgesehen sind.
Wie es in 11 gezeigt ist, wird eine akustische Oberflächenleckwelle erzeugt, wenn die Filmdicke H/λ der Au-Elektroden 0,03 oder weniger beträgt. In dem Bereich, bei dem H/λ zumindest 0.004 beträgt, wird eine Love-Welle erzeugt. 12 ist ein Kenngraph, der den Ausbreitungsverlust (die Dämpfungskonstante) der akustische Oberflächenleckwelle unter denselben Bedingungen wie denjenigen von 11 zeigt. Die durchgezogene Linie stellt den Ausbreitungsverlust dar, wenn sich die Elektroden in dem elektrischen Kurzschlußzustand befinden, während die gepunktete Linie den Ausbreitungsverlust darstellt, wenn sich die Elektroden in dem Leerlaufzustand befinden. Wie es in 12 gezeigt ist, ist in dem elektrischen Kurzschlußzustand der Ausbreitungsverlust in dem Bereich Null, in dem H/λ zumindest etwa 0,033 beträgt, wobei in dem elektrischen Leerlaufzustand der Ausbreitungsverlust in dem Bereich Null ist, in dem H/λ zumindest etwa 0,044 beträgt. Dementsprechend muß, um eine akustische Oberflächenwelle des SH-Typs ohne Ausbreitungsverlust zu verwenden, die Dicke H/λ der Au-Elektroden in dem elektrischen Kurzschlußzustand abhängig von dem Metallisierungsverhältnis des IDT zumindest 0,033 betragen. Ferner muß für ein Material, wie z. B. Ta, W oder ein anderes geeignetes Material mit einer kleineren Dichte als Au, die Dicke H/λ größer als 0,033 sein.
Während die Dicke des IDT zunimmt, nimmt jedoch die Herstellungsgenauigkeit ab. Dementsprechend kann eine ausreichend große Dicke nicht erzielt werden. Falls die Flimdicke nicht ausreichend groß ist, d. h. die Dicke H/λ für die Au-Elektroden beispielsweise zumindest 0,033 beträgt, kann ein Ausbreitungsverlust von Null nicht erzielt werden.
Anderseits beträgt die Filmdicke H/λ (Elektrodendicke/angeregte SH-Wellenlänge), mit der die Elektrodenfinger eines IDT mit einer üblichen Genauigkeit hergestellt werden können, bis zu 0,05. Wenn der Ausbreitungsverlust Null sein soll, muß die Filmdicke H/λ zumindest 0,033 betragen. Folglich ist der Bereich der Filmdicke, bei der die Elektrodenfinger des IDT mit einer hohen Genauigkeit gebildet werden können, sehr schmal.
Falls darüber hinaus ein IDT aus einem Elektrodenmaterial mit einer leicht kleineren Dichte als derjenigen von Au gebildet wird, wie z. B. aus Ta oder W, muß die Dicke der Elektroden verglichen zu derjenigen von Au-Elektroden weiter erhöht werden. Folglich kann der Ausbreitungsverlust innerhalb des Bereichs von Filmdicken, bei denen der Film genau gebildet werden kann, nicht auf Null reduziert werden.
Bezüglich Materialien, wie z. B. Au, die verglichen zu Elektrodenmaterialien, die bei den IDTs von Akustooberflächenwellenbauelementen üblicherweise verwendet werden, wie z. B. Al, eine erheblich höhere Dichte aufweisen, unterscheiden sich die Frequenzen sogar bei geringen Änderungen der Filmdicke, der Elektrodenfingerbreite und des Elektrodenfingerabstandes der IDTs. Folglich werden, nachdem die IDTs gebildet sind, die Frequenzen durch Abstimmen der IDTs konditioniert. Wenn jedoch ein IDT aus Au gebildet wird, um einen Wert von H/λ von etwa beispielsweise 0,034 aufzuweisen, die Frequenz aber weniger als ein gewünschter Wert beträgt, wird eine solche Frequenzkonditionierung ausgeführt und dabei bewirkt, daß die Filmdicke H/λ weniger als 0,033 beträgt. Dies bedeutet, das der Ausbreitungsverlust nicht auf Null eingestellt werden kann.
Die US 5,283,037 A offenbart einen chemischen Sensor, bei dem ein erster Interdigitalwandler und ein zweiter Interdigitalwandler auf einem piezoelektrischen Substrat aus LiTaO₃ angeordnet sind. Zwischen den Interdigitalwandlern ist eine Einfangstruktur vorgesehen, um eine horizontale Scherwelle zu erzeugen. Die Interdigitalwandler weisen Elektroden auf, die aus einem Metall gebildet sind und eine Dicke von 0,1 bis 1,0 Mikron, eine Breite 1 bis 100 Mikron und einen jeweiligen Elektrodenabstand in einem Bereich 1 bis 100 Mikron umfassen. Die Einfangstruktur kann aus einem Metall oder einem elektrisch isolierenden Material gebildet sein. Der chemische Sensor weist eine sensitive Schicht auf, die auf der Einfangstruktur aufgebracht ist, um ein selektives Erfassen von Substanzen dadurch zu ermöglichen, daß die sensitive Schicht mit einer Komponente der zu messenden Flüssigkeit reagiert, so daß die Masse dieser Schicht verändert wird.
US 5,302,877 A zeigt ein Oberflächenschallbauelement, bei dem ein Substrat aus Li₂B₄O₇ verwendet wird, um eine hohe Ausbreitungsgeschwindigkeit zu erreichen. Das Bauelement weist Interdigitalwandler aus Aluminium oder Gold auf, die auf dem Lithium-Tetraborat-Substrat angeordnet sind, um eine Oberflächenschallwelle zu erzeugen.
Die internationale Patentanmeldung WO 97/25776 A1 befasst sich mit einem Hochfrequenz-SAW-Element, bei dem die Oberfläche bezüglich der Kristallrichtungen eine vorbestimmte, optimierte Orientierung besitzt, die die Ausbreitung einer akustischen Oberflächenwelle mit geringer Dämpfung ermöglicht.
Die deutsche Patentanmeldung 196 41 662 befasst sich mit einer Oberflächenakustikwellenvorrichtung, bei der eine verlustbehaftete akustische Oberflächenwelle verwendet wird, und die einen optimierten Schnittwinkel eines piezoelektrischen Substrates aufweist, auf dem ein Elektrodenmuster, welches aus Aluminium, Gold oder Kupfer besteht, angeordnet ist.
Die Veröffentlichung ”Characteristics of Leaky SAWs on 36-LiTaO₃ in Periodic Structures of Heavy Electrodes”, Victor P. Plessky und Clinton S. Hartmann, befasst sich mit der Ausbreitung von Oberflächenwellen auf einem 36-LiTaO₃-Substrat, welches Gold- und Platinelektroden aufweist.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Akustooberflächenwellenbauelement mit geringeren Ausbreitungsverlusten zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch ein Akustooberflächenwellenbauelement gemäß Anspruch 1 und 2 gelöst.
Um die im vorhergehenden beschriebenen Probleme zu lösen, liefern bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung ein Akustooberflächenwellenbauelement, bei dem die IDTs mit einer hohen Genauigkeit erzeugt werden, die Ausbreitungsverluste in dem IDT und dem piezoelektrischen Substrat annähernd 0 sind, und der Konditionierungsbereich für die Frequenzabstimmung wesentlich breiter als für Akustooberflächenwellenbauelemente herkömmlicher Art ist.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung umfaßt ein Akustooberflächenwellenbauelement ein LiTaO₃-Substrat und einen Interdigitalwandler, der auf dem LiTaO₃-Substrat vorgesehen ist. Der Interdigitalwandler umfaßt zumindest Au, Ag, Ta, Mo, Cu, Ni, Cr, Zn oder W, wobei der Interdigitalwandler eine normierte Filmdicke H/λ von etwa 0,05 oder weniger aufweist, um eine horizontale Scherwelle zu erregen.
Falls der Interdigitalwandler Au als eine Hauptkomponente aufweist, weist das Substrat vorzugsweise Eulerwinkel von etwa (0°, 125°–146°, 0° ± 5°) auf, wobei die standartisierte Filmdicke H/λ vorzugsweise innerhalb des Bereiches von etwa 0,001 bis etwa 0,05 liegt.
Falls der Interdigitalwandler Ag als eine Hauptkomponente aufweist, weist das Substrat vorzugsweise Eulerwinkel von etwa (0°, 125°–140°, 0° ± 5°) auf, wobei die standartisierte Filmdicke H/λ vorzugsweise innerhalb des Bereiches von etwa 0,002 bis etwa 0,05 liegt.
Falls der Interdigitalwandler Ta als eine Hauptkomponente aufweist, weist das Substrat vorzugsweise Eulerwinkel von etwa (0°, 125°–140°, 0° ± 5°) auf, wobei die standartisierte Filmdicke H/λ vorzugsweise innerhalb des Bereiches von etwa 0,002 bis etwa 0,05 liegt.
Falls der Interdigitalwandler Mo als eine Hauptkomponente aufweist, weist das Substrat vorzugsweise Eulerwinkel von etwa (0°, 125°–134°, 0° ± 5°) auf, wobei die standartisierte Filmdicke H/λ vorzugsweise innerhalb des Bereiches von etwa 0,005 bis etwa 0,05 liegt.
Falls der Interdigitalwandler Cu als eine Hauptkomponente aufweist, weist das Substrat vorzugsweise Eulerwinkel von etwa (0°, 125°–137°, 0° ± 5°) auf, wobei die standartisierte Filmdicke H/λ vorzugsweise innerhalb des Bereiches von etwa 0,003 bis etwa 0,05 liegt.
Falls der Interdigitalwandler Ni als eine Hauptkomponente aufweist, weist das Substrat vorzugsweise Eulerwinkel von etwa (0°, 125°–133°, 0° ± 5°) auf, wobei die standartisierte Filmdicke H/λ vorzugsweise innerhalb des Bereiches von etwa 0,006 bis 0,05 liegt.
Falls der Interdigitalwandler Cr als eine Hauptkomponente aufweist, weist das Substrat vorzugsweise Eulerwinkel von etwa (0°, 125°–147°, 0° ± 5°) auf, wobei die standartisierte Filmdicke H/λ vorzugsweise innerhalb des Bereiches von etwa 0,003 bis etwa 0,05 liegt.
Falls der Interdigitalwandler Zn als eine Hauptkomponente aufweist, weist das Substrat vorzugsweise Eulerwinkel von etwa (0°, 125°–137°, 0° ± 5°) auf, wobei die standartisierte Filmdicke H/λ vorzugsweise innerhalb des Bereiches von etwa 0,003 bis etwa 0,05 liegt.
Falls der Interdigitalwandler W als eine Hauptkomponente aufweist, weist das Substrat vorzugsweise Eulerwinkel von etwa (0°, 125°–138°, 0° ± 5°) auf, wobei die standartisierte Filmdicke H/λ vorzugsweise innerhalb des Bereiches von etwa 0,002 bis etwa 0,05 liegt.
Das im vorhergehenden erklärte Akustooberflächenwellenbauelement ist für eine Verwendung bei einem Kommunikationsgerät geeignet.
Gemäß den bevorzugten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung wird auf einem LiTaO₃-Substrat mit geeigneten Eulerwinkeln ein IDT aus einem Elektrodenmaterial mit einer hohen spezifischen Schwere, wie z. B. Au, Ag, Ta, Mo, Cu, Ni, Cr, Zn, Pt, W oder einem anderen geeigneten Material, mit einer geeigneten Filmdicke gebildet, wodurch eine SH-Welle mit einem geringen Ausbreitungsverlust erregt wird. Folglich wird die Akustooberflächenleckwellenkomponente erheblich reduziert. Es wird ein Akustooberflächenwellenbauelement mit einem sehr niedrigen Ausbreitungsverlust hergestellt.
Ferner wird der Ausbreitungsverlust auch dann im wesentlichen Null, wenn die Filmdicke extrem klein ist. Dementsprechend wird sogar dann, wenn die Filmdicke durch das Abstimmen des IDTs, um die Frequenz zu steuern, verändert wird, im Gegensatz zu den herkömmlichen Akustooberflächenwellenbauelementen verhindert, daß sich der Ausbreitungsverlust verschlechtert. Folglich ist der Konditionierungsbereich für die Frequenzabstimmung viel breiter als bei den herkömmlichen Akustooberflächenwellenbauelementen.
Weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen derselben unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen deutlich werden.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend bezugnehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Draufsicht eines Akustooberflächenwellenresonators gemäß einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
2 eine Draufsicht eines Akustooberflächenwellenresonatorfilters des Longitudinalkopplungstyps gemäß einem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
3 eine Draufsicht eines Akustooberflächenwellenresonatorfilters des Transversalkopplungstyps gemäß einem dritten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
4 eine Draufsicht eines Akustooberflächenwellenfilters des Kettengliedtyps gemäß einem vierten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
5 ein Blockdiagramm eines Kommunikationsgerätes gemäß einem fünften und sechsten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
6 einen Kenngraphen, der die Beziehung zwischen der normierten Filmdicke des IDT und des Ausbreitungsverlustes zeigt, wenn sich die Elektroden eines Akustooberflächenwellenbauelementes der bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung in dem elektrischen Kurzschlußzustand befinden;
7 einen Kenngraphen, der die Beziehung zwischen der normierten Filmdicke des IDTs und des Ausbreitungsverlustes zeigt, wenn sich die Elektroden des Akustooberflächenwellenbauelementes der bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung in dem elektrischen Leerlaufzustand befinden;
8 einen Kenngraphen, der die Beziehung zwischen der normierten Filmdicke H/λ des IDTs eines Akustooberflächenwellenbauelementes der bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung und dem elektromechanischen Kopplungskoeffizienten zeigt;
9 einen Kenngraphen, der die Beziehung zwischen der normierten Filmdicke H/λ des IDTs und des Schnittwinkels zeigt, an dem der Ausbreitungsverlust Null ist, wenn sich die Elektroden eines Akustooberflächenwellenbauelementes der bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung in dem Kurzschlußzustand befinden;
10 einen Kenngraphen, der die Beziehung zwischen der normierten Filmdicke H/λ des IDTs und dem elektromechanischen Kopplungskoeffizienten zeigt, wenn sich die Elektroden eines Akustooberflächenwellenbauelementes der bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung in dem Leerlaufzustand befinden;
11 einen Kenngraphen, der die Beziehung zwischen der normierten Filmdicke H/λ des IDTs und dem elektromechanischen Kopplungskoeffizienten k bei einem Y-Schnitt-X-Ausbreitung-LiTaO₃-Substrat zeigt; und
12 einen Kenngraphen, der die Beziehung zwischen der normierten Filmdicke H/λ des IDTs des Akustooberflächenwellenbauelementes und dem Ausbreitungsverlust k bezüglich eines Y-Schnitt-X-Ausbreitung-LiTaO₃-Substrats zeigt.
1 ist eine Draufsicht eines Akustooberflächenwellenresonators in der Form eines Akustooberflächenwellenbauelementes gemäß einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Wie es in 1 zu sehen ist, umfaßt ein Akustooberflächenwellenresonator 1 zumindest einen IDT 3 und Reflektoren 4 auf beiden Seiten des IDT 3, die auf einem piezoelektrischen Substrat 2 vorgesehen sind, das aus einem LiTaO₃-Einkristall mit Eulerwinkeln von beispielsweise etwa (0°, 126°, 0°) hergestellt ist.
Der IDT 3 ist derart konfiguriert, daß ein Satz von Interdigitalelektroden, die als eine Hauptkomponente zumindest Au, Ag, Ta, Mo, Cu, Ni, Cr, Zn oder W aufweisen, derart angeordnet ist, daß sich die Interdigitalzahnabschnitte der jeweiligen Interdigitalelektroden gegenüberliegen.
Die Elektrodenfinger, die die Interdigitalzahnabschnitte des IDT 3 bilden, weisen vorzugsweise eine normierte Filmdicke H/λ von etwa 5% oder weniger und insbesondere eine normierte Filmdicke H/λ (Elektrodendicke/angeregte SH-Wellenlänge) ≤ 0,05 auf. In diesem Bereich werden die Elektrodenfinger mit einer hohen Genauigkeit angeordnet.
2 ist eine Draufsicht eines Akustooberflächenwellenresonatorfilters des Longitudinalkopplungstyps eines Akustooberflächenwellenbauelementes gemäß dem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Wie es in 2 zu sehen ist, umfaßt das Akustooberflächenwellenresonatorfilter des Longitudinalkopplungstyps zumindest zwei IDTs 13a und 13b und Reflektoren 14 auf beiden Seiten der IDTs 13a, 13b, die auf einem piezoelektrischen Substrat 12 vorgesehen sind, das aus einem LiTaO₃-Einkristall mit Eulerwinkeln von beispielsweise etwa (0°, 126°, 0°) hergestellt ist.
Die IDTs 13a und 13b sind vorzugsweise aus einem Elektrodenmaterial hergestellt, das als eine Hauptkomponente zumindest Au, Ag, Ta, Mo, Cu, Ni, Cr, Zn oder W aufweist, und sind derart konfiguriert, daß ein Satz von Interdigitalelektroden derart angeordnet ist, daß sich die Interdigitalzahnabschnitte der jeweiligen Interdigitalelektroden gegenüberliegen. Ferner sind die IDTs 13a, 13b im wesentlichen parallel zueinander unter einen gewünschten Abstand in der Akustooberflächenwellenausbreitungsrichtung angeordnet. Ferner weisen bei diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel die Elektrodenfinger, die die Interdigitalzahnabschnitte jedes IDTs 13a und 13b bilden, vorzugsweise eine normierte Filmdicke H/λ von etwa 5% oder weniger und insbesondere vorzugsweise eine normierte Filmdicke H/λ (Elektrodendicke/angeregte SH-Wellenlänge) ≤ 0,05 auf. In diesem Bereich werden die Elektrodenfinger mit einer hohen Genauigkeit gebildet.
3 ist eine Draufsicht eines Akustooberflächenwellenresonatorfilters des Transversalkopplungstyps als ein Akustooberflächenwellenbauelement gemäß dem dritten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Wie es in 3 zu sehen ist, umfaßt das Akustooberflächenwellenresonatorfilter 21 des Transversalkopplungstyps zumindest zwei IDTs 23a, 23b und Reflektoren 24a, 24b auf jeder Seite der IDTs 23a, 23b, die auf einem piezoelektrischen Substrat 22 vorgesehen sind, das aus einem LiTaO₃-Einkristall mit Eulerwinkeln von beispielsweise etwa (0°, 126°, 0°) hergestellt ist.
Die IDTs 23a, 23b sind vorzugsweise aus einem Elektrodenmaterial hergestellt, das als eine Hauptkomponente zumindest Au, Ag, Ta, Mo, Cu, Ni, Cr, Zn oder W aufweist, und sind mit einem Satz von Interdigitalelektroden konfiguriert, der derart vorgesehen ist, daß sich die Interdigitalzahnabschnitte der jeweiligen Interdigitalelektroden 23a, 23b gegenüberliegen. Die IDTs 23a und 23b sind in einer im wesentlichen senkrechten Richtung relativ zu der Akustooberflächenwellenausbreitungsrichtung angeordnet. Bei diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel weisen die Elektrodenfinger, die die Interdigitalzahnabschnitte jedes IDTs 23a, 23b bilden, wie bei dem ersten und dem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel vorzugsweise eine normierte Filmdicke H/λ von etwa 5% oder weniger und insbesondere vorzugsweise eine normierte Filmdicke H/λ (Elektrodendicke/angeregte SH-Wellenlänge) ≤ 0,05 auf. In diesem Bereich werden die Elektrodenfinger mit einer hohen Genauigkeit gebildet.
4 ist eine Draufsicht eines Akustooberflächenwellenfilters eines Kettengliedtyps als ein Akustooberflächenwellenbauelement gemäß dem vierten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Wie in 4 zu sehen ist, umfaßt das Akustooberflächenwellenfilter 31 des Kettengliedtyps IDTs 33a, 33b und Reflektoren 34a, 34b auf jeder Seite der IDTs 33a, 33b, die auf einem piezoelektrischen Substrat 32 vorgesehen sind, das aus einem LiTaO₃-Einkristall mit Eulerwinkeln von beispielsweise etwa (0°, 126°, 0°) hergestellt ist.
Die IDTs 33a, 33b sind vorzugsweise aus einem Elektrodenmaterial hergestellt, das als eine Hauptkomponente zumindest Au, Ag, Ta, Mo, Cu, Ni, Cr, Zn oder W aufweist, und weisen die Konfiguration auf, bei der ein Satz von Interdigitalelektroden derart vorgesehen ist, daß sich die Interdigitalzahnabschnitte der jeweiligen Interdigitalelektroden gegenüberliegen. Die IDTs 33a sind in dem Reihenarm bzw. dem seriell geschalteten Arm angeordnet, während die IDTs 33b in dem Parallelarm bzw. dem parallel geschalteten Arm angeordnet sind, um eine Kettengliedkonfiguration zu liefern. Bei diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel weisen die Elektrodenfinger, die die Interdigitalzahnabschnitte jedes IDTs 33a und 33b bilden, wie auch bei dem ersten, dem zweiten und dem dritten bevorzugten Ausführungsbeispiel vorzugsweise eine normierte Filmdicke H/λ von etwa 5% oder weniger und vorzugsweise eine normierte Filmdicke H/λ (Elektrodendicke/angeregte SH-Wellenlänge) ≤ 0,05 auf. In diesem Bereich werden die Elektrodenfinger mit einer hohen Genauigkeit gebildet.
Als nächstes werden ein fünftes und sechstes bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben. 5 ist ein Blockdiagramm, das eine Gemeinschaftsbetriebsvorrichtung bzw. ein Doppelfunktionsvorrichtung gemäß einem vierten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung und ein Kommunikationsgerät gemäß einem fünften bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
Wie es in 5 zu sehen ist, ist ein Kommunikationsgerät 41 derart konfiguriert, daß der Antennenanschluß einer Gemeinschaftsbetriebsvorrichtung 44, die ein Akustooberflächenwellenfilter 42 zum Empfangen und ein Akustooberflächenwellenfilter 43 zum Senden aufweist, mit einer Antenne 45 verbunden ist, der Ausgangsanschluß der Gemeinschaftsbetriebsvorrichtung 44 mit einer Empfangsschaltung 46 verbunden ist, und der Eingangsanschluß mit einer Sendeschaltung 47 verbunden ist. Bei der Gemeinschaftsbetriebsvorrichtung 44 sind als das Empfangsakustooberflächenwellenfilter 42 und das Sendeakustooberflächenwellenfilter 43 jedes oder eine Kombination der Akustooberflächenwellenfilter 11 bis 21 gemäß dem ersten bis vierten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung umfaßt.
Als nächstes wird die normierte Filmdicke H/λ (Elektrodendicke/angeregte SH-Wellenlänge) bezugnehmend auf Beispiel beschrieben.
6 ist ein Graph, der die Änderung des Ausbreitungsverlustes zeigt, die auftritt, wenn die normierte Filmdicke H/λ (Elektrodendicke/angeregte SH-Wellenlänge) des Films, der auf einem LiTaO₃-Einkristall mit Eulerwinkeln von etwa (0°, 126°, 0°) vorgesehen ist, zwischen etwa 0,00 und etwa 0,05 variiert wird, wobei der Fall eingeschlossen ist, daß auf dem piezoelektrischen Substrat keine Elektrode vorgesehen ist (H/λ = 0). Die Elektroden befinden sich in dem elektrischen Kurzschlußzustand.
Wie es in 6 zu sehen ist, nimmt für jedes der Materialien der Ausbreitungsverlust mit zunehmender Dicke allmählich zu. Der Ausbreitungsverlust ist jedoch wesentlich niedriger als derjenige des herkömmlichen Love-Wellen-Filters, der durch die durchgezogene Linie in 12 angezeigt ist. Wie es in 6 gezeigt ist, ist bezüglich Au der Ausbreitungsverlust bei H/λ = 0,025 am größten. In diesem Fall beträgt der Ausbreitungsverlust etwa 0,04 dB/λ. Dementsprechend wird der Ausbreitungsverlust verglichen zu dem Ausbreitungsverlust von 0,32 dB/λ bei H/λ = 0,025 und dem maximalen Ausbreitungsverlust von 0,7 dB des herkömmlichen Love-Wellen-Filters, der durch die durchgezogene Linie in 12 angezeigt ist, wesentlich verbessert.
7 ist ein Graph, der die Änderung des Ausbreitungsverlustes zeigt, die auftritt, wenn die normierte Filmdicke H/λ (Elektrodendicke/angeregte SH-Wellenlänge) des Films, der auf einem LiTaO₃-Einkristall mit Eulerwinkeln von etwa (0°, 126°, 0°) vorgesehen ist, zwischen etwa 0,00 und 0,05 variiert wird, wobei der Fall eingeschlossen ist, daß auf dem piezoelektrischen Substrat keine Elektrode vorgesehen ist (H/λ = 0). Die Elektroden befinden sich in dem elektrischen Leerlaufzustand.
Wie es in 7 zu sehen ist, nimmt für jedes Material der Ausbreitungsverlust mit zunehmender Dicke allmählich zu. Der Ausbreitungsverlust ist jedoch wesentlich niedriger als derjenige des herkömmlichen Love-Wellen-Filters, der durch die gepunktete Linie in 12 angezeigt ist. Wie es in 7 gezeigt ist, ist bezüglich Au der Ausbreitungsverlust bei H/λ = 0,029 am größten. In diesem Fall beträgt der Ausbreitungsverlust etwa 0,142 dB/λ. Dementsprechend wird der Ausbreitungsverlust verglichen zu dem Ausbreitungsverlust von 0,08 dB/λ bei H/λ = 0,029 und dem maximalen Ausbreitungsverlust von 1,18 dB des herkömmlichen Love-Wellen-Filters, der durch die gepunktete Linie in 12 angezeigt ist, wesentlich verbessert.
Der Grund dafür besteht darin, daß bei dem herkömmlichen LiTaO₃-Substrat mit den Eulerwinkeln von (0° –90°, 0°) die Love-Welle angeregt wird, während bei dem Akustooberflächenwellenbauelement der bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung eine SH-Welle mit einem sehr niedrigen Ausbreitungsverlust verwendet wird. Hier wurde Au beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf Au eingeschränkt. In dem Fall anderer Materialien, wie z. B. Ag, Ta, Mo, Cu, Ni, Cr, Zn, Pt, W oder anderer geeigneter Materialien, wird auf ähnliche Weise eine SH-Welle verwendet. Folglich wird der Ausbreitungsverlust ähnlich zu dem Fall, bei dem Au verwendet wird, wesentlich verbessert.
Die Filmdicke, bei der eine SH-Welle bei dem Akustooberflächenwellenbauelement der verschiedenen bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung ausreichend verwendet werden kann, variiert abhängig von den Elektrodenmaterialien. Die H/λ-Werte betragen beispielsweise zumindest etwa 0,001 für Au, zumindest etwa 0,002 für Ag, zumindest etwa 0,002 für Ta, zumindest etwa 0,005 für Mo, zumindest etwa 0,003 für Cu, zumindest etwa 0,006 für Ni, zumindest etwa 0,003 für Cr, zumindest etwa 0,003 für Zn und zumindest 0,002 für W. Unter Berücksichtigung des Ausbreitungsverlustes und des elektromechanischen Kopplungskoeffizienten ist es geeignet, daß die H/λ-Werte größer als diese Werte sind.
8 ist ein Kenngraph, der die Änderung des elektromechanischen Kopplungskoeffizienten jedes Elektrodenmaterials bei verschiedenen Filmdicken zeigt. Die Substratmaterialien, die Schnittwinkel und die Ausbreitungsrichtungen sind die selben wie diejenigen von 6 und 7. Wie es in 8 gezeigt ist, wird für jedes der metallischen Materialien ein relativ hoher elektromechanischer Kopplungskoeffizient erhalten. Ferner ist, wie es in 8 zu sehen ist, verglichen zu dem elektromechanischen Kopplungskoeffizienten eines metallischen Materials mit einer kleineren spezifischen Dichte, wie z. B. Al, der elektromechanische Kopplungskoeffizient jedes der anderen metallischen Materialien mit einer höheren spezifischen Dichte erhöht.
9 und 10 sind Kenngraphen, die die Filmdicken und Schnittwinkel Θ zeigen, bei denen die Ausbreitungsverluste Null sind. 9 und 10 zeigen die Schnittwinkel, bei denen die Ausbreitungsverluste Null sind, während sich die Elektroden in dem elektrischen Kurzschlußzustand bzw. in dem elektrischen Leerlaufzustand befinden. Bei einem in der Praxis verwendeten IDT gibt es Bereiche, wo ein Elektrodenfinger vorhanden ist, und Bereiche, wo ein Elektrodenfinger fehlt. Der IDT weist eine Kennlinie auf, die sich abhängig von dem Metallisierungsverhältnis zwischen der in 9 und 10 gezeigten befindet. Der Schnittwinkel ist gemäß dem Eulerwinkelangabesystem (ϕ, Θ, φ) auf (0°, Θ, 0° ± 5°) eingestellt, wobei Θ variiert wird, und o eine Ausbreitungsrichtung darstellt, und wobei der Fehler von etwa ±5° einem derartigen Ausmaß entspricht, der innerhalb der Toleranz des Ausbreitungsverlustes liegt.
In 9 und 10 ist zu sehen, daß in dem Fall, daß Au als die Elektroden des IDTs verwendet wird, der Schnittwinkel, bei dem der Ausbreitungsverlust von 0 erzielt wird, etwa (0°, 125°–146°, 0° ± 5°) gemäß dem Eulerwinkelangabesystem (ϕ, Θ, φ) beträgt.
Ferner ist ersichtlich, daß in dem Fall, daß Ag als die Elektroden des IDTs verwendet wird, der Schnittwinkel, bei dem der Ausbreitungsverlust von 0 erzielt wird, etwa (0°, 125°–140°, 0° ± 5°) gemäß dem Eulerwinkelangabesystem (ϕ, Θ, φ) beträgt.
Es ist ersichtlich, daß in dem Fall, daß Ta als die Elektroden des IDTs verwendet wird, der Schnittwinkel, bei dem der Ausbreitungsverlust von 0 erzielt wird, etwa (0°, 125°–140°, 0° ± 5°) gemäß dem Eulerwinkelangabesystem (ϕ, Θ, φ) beträgt.
Es ist ersichtlich, daß in dem Fall, daß Mo als die Elektroden des IDTs verwendet wird, der Schnittwinkel, bei dem der Ausbreitungsverlust von 0 erzielt wird, etwa (0°, 125°–134°, 0° ± 5°) gemäß dem Eulerwinkelangabesystem (ϕ, Θ, φ) beträgt.
Es ist ersichtlich, daß in dem Fall, daß Cu als die Elektroden des IDTs verwendet wird, der Schnittwinkel, bei dem der Ausbreitungsverlust von 0 erzielt wird, etwa (0°, 125°–137°, 0° ± 5°) gemäß dem Eulerwinkelangabesystem (ϕ, Θ, φ) beträgt.
Es ist ersichtlich, daß in dem Fall, daß Ni als die Elektroden des IDTs verwendet wird, der Schnittwinkel, bei dem der Ausbreitungsverlust von 0 erzielt wird, etwa (0°, 125°–133°, 0° ± 5°) gemäß dem Eulerwinkelangabesystem (ϕ, Θ, φ) beträgt.
Es ist ersichtlich, daß in dem Fall, daß Cr als die Elektroden des IDTs verwendet wird, der Schnittwinkel, bei dem der Ausbreitungsverlust von 0 erzielt wird, etwa (0°, 125°–147°, 0° ± 5°) gemäß dem Eulerwinkelangabesystem (ϕ, Θ, φ) beträgt.
Es ist ersichtlich, daß in dem Fall, daß Zn als die Elektroden des IDTs verwendet wird, der Schnittwinkel, bei dem der Ausbreitungsverlust von 0 erzielt wird, etwa (0°, 125°–137°, 0° ± 5°) gemäß dem Eulerwinkelangabesystem (ϕ, Θ, φ) beträgt.
Es ist ersichtlich, daß in dem Fall, daß W als die Elektroden des IDTs verwendet wird, der Schnittwinkel, bei dem der Ausbreitungsverlust von 0 erzielt wird, etwa (0°, 125°–138°, 0° ± 5°) gemäß dem Eulerwinkelangabesystem (ϕ, Θ, φ) beträgt.
Dementsprechend wird unter Verwendung eines LiTaO₃-Substrats mit einem Schnittwinkel, der in 9 und 10 gezeigt ist, und einem Elektrodenmaterial mit der im vorhergehenden beschriebenen Filmdicke ein Akustooberflächenwellenbauelement hergestellt, das einen Ausbreitungsverlust von im wesentlichen 0 aufweist.
Darüber hinaus werden elektromechanische Kopplungsfaktoren erhalten, die größer als derjenige von Al sind, und die Akustooberflächenwellenfilter mit einem kleineren Einfügungsverlust realisieren können.
Bei dem ersten bis sechsten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird ein Akustooberflächenwellenbauelement mit Reflektoren beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf ein solches Bauelement beschränkt, sondern ist auch auf ein Akustooberflächenwellenbauelement mit keinen Reflektoren anwendbar.

Claims

Akustooberflächenwellenbauelement mit einem LiTaO₃-Substrat (2; 12; 22; 32), das einen Eulerwinkel von (0°, 137°–147°, 0° ± 5°) aufweist; und einem Interdigitalwandler (3; 13a, 13b; 23a, 23b; 33a, 33b), der auf dem LiTaO₃-Substrat (2; 12; 22; 32) vorgesehen ist, wobei der Interdigitalwandler (3; 13a, 13b; 23a, 23b; 33a, 33b) als eine Hauptkomponente zumindest Ag, Ta, Mo, Ni, Cr, Zn oder W enthält, wobei der Interdigitalwandler (3; 13a, 13b; 23a, 23b; 33a, 33b) eine normierte Filmdicke H/λ von 0,05 oder weniger aufweist, um eine horizontale Scherwelle anzuregen.
Akustooberflächenwellenbauelement mit einem LiTaO₃-Substrat (2; 12; 22; 32); und einem Interdigitalwandler (3; 13a, 13b; 23a, 23b; 33a, 33b), der auf dem LiTaO₃-Substrat (2; 12; 22; 32) vorgesehen ist, wobei der Interdigitalwandler (3; 13a, 13b; 23a, 23b; 33a, 33b) als eine Hauptkomponente zumindest Mo, Ni, Cr oder Zn enthält, wobei der Interdigitalwandler (3; 13a, 13b; 23a, 23b; 33a, 33b) eine normierte Filmdicke H/λ von 0,05 oder weniger aufweist, um eine horizontale Scherwelle anzuregen.
Akustooberflächenwellenbauelement gemäß Anspruch 1, bei dem der Interdigitalwandler (3; 13a, 13b; 23a, 23b; 33a, 33b) Ag als eine Hauptkomponente aufweist, das Substrat Eulerwinkel von etwa (0°, 125°–140°, 0° ± 5°) aufweist, und die normierte Filmdicke H/λ innerhalb des Bereiches von 0,002 bis 0,05 liegt.
Akustooberflächenwellenbauelement gemäß Anspruch 1, bei dem der Interdigitalwandler (3; 13a, 13b; 23a, 23b; 33a, 33b) Ta als eine Hauptkomponente aufweist, das Substrat Eulerwinkel von etwa (0°, 125°–140°, 0° ± 5°) aufweist, und die normierte Filmdicke H/λ innerhalb des Bereiches von 0,002 bis 0,05 liegt.
Akustooberflächenwellenbauelement gemäß Anspruch 1, bei dem der Interdigitalwandler (3; 13a, 13b; 23a, 23b; 33a, 33b) Mo als eine Hauptkomponente aufweist, das Substrat Eulerwinkel von etwa (0°, 125°–134°, 0° ± 5°) aufweist, und die normierte Filmdicke H/λ innerhalb des Bereiches von 0,005 bis 0,05 liegt.
Akustooberflächenwellenbauelement gemäß Anspruch 1, bei dem der Interdigitalwandler (3; 13a, 13b; 23a, 23b; 33a, 33b) Ni als eine Hauptkomponente aufweist, das Substrat Eulerwinkel von etwa (0°, 125°–133°, 0° ± 5°) aufweist, und die normierte Filmdicke H/λ innerhalb des Bereiches von 0,006 bis 0,05 liegt.
Akustooberflächenwellenbauelement gemäß Anspruch 1, bei dem der Interdigitalwandler (3; 13a, 13b; 23a, 23b; 33a, 33b) Cr als eine Hauptkomponente aufweist, das Substrat Eulerwinkel von etwa (0°, 125°–147°, 0° ± 5°) aufweist, und die normierte Filmdicke H/λ innerhalb des Bereiches von 0,003 bis 0,05 liegt.
Akustooberflächenwellenbauelement gemäß Anspruch 1, bei dem der Interdigitalwandler (3; 13a, 13b; 23a, 23b; 33a, 33b) Zn als eine Hauptkomponente aufweist, das Substrat Eulerwinkel von etwa (0°, 125°–137°, 0° ± 5°) aufweist, und die normierte Filmdicke H/λ innerhalb des Bereiches von 0,003 bis 0,05 liegt.
Akustooberflächenwellenbauelement gemäß Anspruch 1, bei dem der Interdigitalwandler (3; 13a, 13b; 23a, 23b; 33a, 33b) W als eine Hauptkomponente aufweist, das Substrat Eulerwinkel von etwa (0°, 125°–138°, 0° ± 5°) aufweist, und die normierte Filmdicke H/λ innerhalb des Bereiches von 0,002 bis 0,05 liegt.
Kommunikationsgerät mit einem Akustooberflächenwellenbauelement gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9.