DE10152946B4

DE10152946B4 - Oberflächenwellenbauelement und Herstellungsverfahren für dasselbe

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Publication number: DE10152946B4
Application number: DE10152946A
Authority: DE
Inventors: Takeshi Nagaokakyo Nakao; Koji Nagaokakyo Fujimoto; Michio Nagaokakyo Kadota; Toshimaro Nagaokakyo Yoneda
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2000-10-27
Filing date: 2001-10-26
Publication date: 2008-06-19
Anticipated expiration: 2021-10-27
Also published as: GB2372654A; CN1351418A; DE10152946A1; CN1191677C; US6865786B2; US20020074899A1; KR100592363B1; US20040093705A1; GB0124034D0; GB2372654B; KR20020033061A; JP3435638B2; US6617752B2; JP2002135077A

Abstract

Oberflächenwellenbauelement (11), bei dem eine akustische Oberflächenwelle vom Scher-Horizontal-Typ (SH-Typ) verwendbar ist und das folgende Merkmale aufweist:
ein Quarzsubstrat (12); und
mindestens einen Interdigitalwandler (13, 14), der auf dem Quarzsubstrat gebildet und aus Elektroden hergestellt ist, die einen größeren Masselasteffekt als Aluminium aufweisen,
wobei an beiden Seiten des Abschnitts, an dem die Interdigitalwandler (13, 14) vorgesehen sind, in der Ausbreitungsrichtung der akustischen Oberflächenwelle Beugungsgitterreflektoren (15, 16) angeordnet sind,
wobei der anisotrope Index γx der Schallgeschwindigkeit, der durch das Metallisierungsverhältnis „d" und die normierte Filmdicke h/λ des Interdigitalwandlers beeinflußbar ist, gesteuert ist, um in der Nähe von –1 zu liegen, derart, daß eine durch eine Transversalmode-Welle verursachte Welligkeit 0,5 dB oder weniger beträgt, wobei „λ" die Wellenlänge der akustischen Oberflächenwelle angibt, „h" die Filmdicke der Elektroden (13a, 13b, 14a, 14b) des Interdigitalwandlers angibt, und „γx" den anisotropen Index der Schallgeschwindigkeit angibt, in den die Masse der Elektroden...

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Oberflächenwellenbauelemente, beispielsweise Oberflächenwellenresonatoren und Oberflächenwellenfilter, und Herstellungsverfahren für dieselben, und spezieller auf ein Oberflächenwellenbauelement, das eine akustische Oberflächenwelle vom Scher-Horizontal-Typ (SH-Typ) verwendet und eine Struktur zum Verringern einer Transversalmode-Störwelligkeit aufweist, und ein Herstellungsverfahren für dasselbe.
Bei Oberflächenwellenbauelementen wurden bzw. werden als das Elektrodenmaterial eines Interdigitalwandlers (IDT – interdigital transducer) Aluminium oder Legierungen, die Aluminium aufweisen, als Hauptkomponente verwendet. Mindestens ein IDT ist auf einem piezoelektrischen Substrat angeordnet, und Reflektoren oder reflektierende Endflächen sind an beiden Seiten des Bereichs angeordnet, an dem der IDT vorgesehen ist, um einen Resonator oder ein longitudinalgekoppeltes Resonatorfilter zu bilden.
Bei einem solchen Oberflächenwellenbauelement ist es möglich, daß der IDT als ein Wellenleiter dient, um eine Transversalmode-Welle zu erzeugen, und daß eine durch die Transversalmode-Welle verursachte Welligkeit in einem Durchlaßband erzeugt wird. Um die durch die Transversalmode-Welle verursachte Welligkeit zu verringern, werden bzw. wurden diverse Verfahren versucht. Diese Verfahren umfassen ein Verfahren zum Verringern der Schnittpunktbreite von IDTs und ein Wichtungsverfahren.
Es wurde ferner ein Oberflächenwellenbauelement vorgeschlagen (in der ungeprüften japanischen Patentanmeldung Nr. Hei-11-298290 ), bei dem ein Quarzsubstrat verwendet wird.
Ein IDT, der aus einem Metall oder einer Legierung mit Tantal (Ta), das eine größere Masse als Aluminium (Al) aufweist, ist als Hauptkomponente an dem Quarzsubstrat angeordnet, wobei eine akustische Oberflächenwelle vom SH-Typ verwendet wird. Da der IDT aus einem Metall oder einer Legierung mit Tantal, das eine große Masse aufweist, als Hauptkomponente hergestellt ist, ist die Anzahl der Paare der Elektrodenfinger des IDT auf lediglich ca. 10 bis 20 ausgeführt, wodurch das Oberflächenwellenbauelement kompakt ausgeführt ist.
Wenn ein Elektrodenmaterial verwendet wird, das einen großen Masselasteffekt aufweist, beispielsweise ein Material, das Ta als Hauptkomponente aufweist, wird die Schallgeschwindigkeit, die an dem Bereich erhalten wird, an dem ein IDT vorgesehen ist, extrem niedriger als die Schallgeschwindigkeit, die um den Bereich herum erhalten wird. Deshalb ist ein Wellenleitereffekt an dem IDT-Abschnitt sehr groß.
Wenn ein longitudinalgekoppeltes Resonatorfilter hergestellt wird, wird eine Welligkeit, die durch eine Transversalmode-Welle verursacht wird, kompliziert und sehr groß, wie durch Pfeile X in 13 angezeigt ist.
Wie zuvor beschrieben wurde, wurden als Verfahren zum Entfernen einer Welligkeit, die durch eine Transversalmode-Welle verursacht wurde, aus dem Durchlaßband eines Filters oder aus der Nähe eines Resonanzpunktes eines Resonators ein Verfahren A, bei dem eine Schnittpunktbreite klein ausgeführt wird und der Frequenzabstand zwischen einer Grundmode-Welle und einer Transversalmode-Welle groß ausgeführt wird, und ein Verfahren B, bei dem die Schnittpunktbreite eines IDT mit einer cos²-Funktion gewichtet wird, um die Transversalmode-Welle zu eliminieren, herkömmlicherweise versucht.
Bei dem Verfahren A ist es notwendig, die Schnittpunktbreite auf 10λ (λ: Wellenlänge einer akustischen Oberflächenwelle) oder weniger einzustellen. Wenn ein Quarzsubstrat und ein IDT, der ca. 10 bis 20 Elektrodenfingerpaare aufweist, verwendet werden, um ein Oberflächenwellenbauelement zu bilden, übersteigt die Eingangs- und Ausgangsimpedanz 2 kΩ und ist sehr hoch, so daß das Oberflächenwellenbauelement für tatsächliche Produkte nicht verwendet werden kann. Daher ist es notwendig, die Anzahl der Elektrodenfingerpaare zu erhöhen, um die Impedanz zu verringern.
Während das in der oben beschriebenen Veröffentlichung offenbarte Oberflächenwellenbauelement Tantal, das eine große Masse aufweist, als Hauptkomponente verwendet, um Elektroden zu bilden, und ermöglicht, daß die Anzahl von Paaren bei IDTs verringert ist, muß im einzelnen, wenn das Verfahren zum Verringern der Schnittpunktbreite verwendet wird, die Anzahl der Elektrodenfingerpaare erhöht werden, um die Eingangs- und Ausgangsimpedanz zu verringern. Deshalb kann das Oberflächenwellenbauelement nicht kompakt ausgeführt werden.
Bei dem Verfahren B erhöht ein Wichten selbst einen Verlust. Da ein Wichten den Bereich eines Schnittpunktbreitenabschnitts verringert, wird zudem die Impedanz des Oberflächenwellenbauelements auf dieselbe Weise wie bei dem Verfahren A sehr hoch. Um die Impedanz zu verringern, muß die Schnittpunktbreite deshalb zweimal so groß sein wie die erforderliche Länge. Folglich kann das Oberflächenwellenbauelement nicht kompakt ausgeführt werden.
Mit anderen Worten ist, wenn entweder das Verfahren A oder das Verfahren B verwendet wird, ein Vorteil des in der oben beschriebenen Veröffentlichung offenbarten Oberflächenwellenbauelements beeinträchtigt, wenn eine durch eine Transversalmode-Welle verursachte Welligkeit verringert werden soll, was das Bauelement kompakt macht.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Oberflächenwellenbauelement, das eine akustische Oberflächenwelle vom SH-Typ verwendet, eine Kommunikationsvorrichtung, die ein Oberflächenwellenbauelement verwendet, sowie ein Herstellungsverfahren für ein Oberflächenwellenbauelement, das eine akustische Oberflächenwelle vom SH-Typ verwendet, zu schaffen, bei denen die durch eine Transversalmode-Welle verursachte Welligkeit reduziert ist.
Diese Aufgabe wird durch ein Oberflächenwellenbauelement gemäß Anspruch 1, eine Kommunikationsvorrichtung gemäß Anspruch 12 oder ein Herstellungsverfahren gemäß Anspruch 13 gelöst.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß sie ein Oberflächenwellenbauelement, das Elektroden aufweist, die aus einem Material hergestellt sind, das einen größeren Masselasteffekt als Aluminium aufweist, das kompakt ausgeführt werden kann, das eine Struktur aufweist, die eine durch eine Transversalmode-Welle verursachte Welligkeit unterdrücken kann, und das eine akustische Oberflächenwelle vom SH-Typ verwendet, und ein Herstellungsverfahren für dasselbe schafft.
Das vorstehende Ziel wird bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung durch die Bereitstellung eines Oberflächenwellenbauelements, das eine akustische Oberflächenwelle vom SH-Typ verwendet, erreicht, das ein Quarzsubstrat und mindestens einen Interdigitalwandler umfaßt, der auf dem Quarzsubstrat gebildet und aus Elektroden hergestellt ist, die einen größeren Masselasteffekt als Aluminium aufweisen, wobei das Metallisierungsverhältnis „d" und die normierte Filmdicke h/λ des Interdigitalwandlers gesteuert sind, um in spezifischen Bereichen zu liegen, derart, daß eine durch eine Transversalmode-Welle verursachte Welligkeit 0,5 dB oder weniger beträgt, wobei „λ" die Wellenlänge der akustischen Oberflächenwelle angibt und „h" die Filmdicke der Elektroden des Interdigitalwandlers angibt.
Bei dem Oberflächenwellenbauelement sind das Metallisierungsverhältnis „d" und die normierte Filmdicke h/λ des Interdigitalwandlers gesteuert, um in den spezifischen Bereichen zu liegen, derart, daß die durch die Transversalmode-Welle verursachte Welligkeit 0,5 dB oder weniger beträgt. Deshalb wird sogar in einem Fall, bei dem ein IDT verwendet wird, der aus Elektroden gebildet ist, die einen größeren Masselasteffekt als Aluminium aufweisen, und bei dem die Anzahl der Elektrodenfingerpaare reduziert ist, um das Bauelement kompakt auszuführen, die durch die Transversalmode-Welle verursachte Welligkeit effektiv unterdrückt. Folglich wird ein kompaktes Oberflächenwellenbauelement, das eine akustische Oberflächenwelle vom SH-Typ verwendet und eine gute Frequenzcharakteristik aufweist, geschaffen.
Bei dem Oberflächenwellenbauelement kann der Interdigitalwandler mindestens eine Elektrodenschicht umfassen, die aus einem Metall hergestellt ist, das eine größere Masse als Aluminium aufweist.
Bei dem Oberflächenwellenbauelement kann der Interdigitalwandler aus einem einzigen Metall, das eine größere Masse als Aluminium aufweist, hergestellt sein.
Das vorstehende Ziel wird bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung durch die Bereitstellung eines Oberflächenwellenbauelements, das eine akustische Oberflächenwelle vom SH-Typ verwendet, geschaffen, das ein Quarzsubstrat und mindestens einen Interdigitalwandler umfaßt, der auf dem Quarzsubstrat gebildet und aus Tantal hergestellt ist, wobei die normierte Filmdicke h/λ des Interdigitalwandlers in einem Bereich von 0,6d + 1,65 bis 0,6d + 1,81 liegt, wobei „d" das Metallisierungsverhältnis des Interdigitalwandlers angibt, „λ" die Wellenlänge der akustischen Oberflächenwelle angibt und „h" die Filmdicke der Elektroden des Interdigitalwandlers angibt.
Da bei dem Oberflächenwellenbauelement mindestens ein Interdigitalwandler, der aus Tantal hergestellt ist, auf dem Quarzsubstrat gebildet ist, und die normierte Filmdicke h/λ des Interdigitalwandlers in einem Bereich von 0,6d + 1,65 bis 0,6d + 1,81 liegt, wobei „d" das Metallisierungsverhältnis angibt, wird eine durch eine Transversalmode-Welle verursachte Welligkeit effektiv unterdrückt. Deshalb wird sogar in einem Fall, in dem mindestens ein aus Tantal hergestellter IDT gebildet ist, und die Anzahl der Paare der Elektrodenfinger in dem IDT verringert ist, um das Bauelement kompakt auszuführen, die durch die Transversalmode-Welle verursachte Welligkeit effektiv unterdrückt. Folglich wird ein Oberflächenwellenbauelement, das eine akustische Oberflächenwelle vom SH-Typ verwendet und eine gute Frequenzcharakteristik aufweist, geschaffen.
Das vorstehende Ziel wird bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung durch die Bereitstellung eines Oberflächenwellenbauelements, das eine akustische Oberflächenwelle vom SH-Typ verwendet, geschaffen, das ein Quarzsubstrat und mindestens einen Interdigitalwandler umfaßt, der auf dem Quarzsubstrat gebildet und aus Wolfram hergestellt ist, wobei die normierte Filmdicke h/λ des Interdigitalwandlers in einem Bereich von 0,6d + 0,85 bis 0,6d + 1,30 liegt, wobei „d" das Metallisierungsverhältnis des Interdigitalwandlers angibt, „λ" die Wellenlänge der akustischen Oberflächenwelle angibt und „h" die Filmdicke der Elektroden des Interdigitalwandlers angibt.
Da bei dem Oberflächenwellenbauelement mindestens ein aus Wolfram hergestellter Interdigitalwandler auf dem Quarzsubstrat gebildet ist, und die normierte Filmdicke h/λ des Interdigitalwandlers in einem Bereich von 0,6d + 0,85 bis 0,6d + 1,30 liegt, ist eine durch eine Transversalmode-Welle verursachte Welligkeit sogar in einem Fall verringert, in dem die Anzahl der Paare der Elektrodenfinger in dem IDT verringert ist, um das Bauelement kompakt auszuführen. Folglich wird ein kompaktes Oberflächenwellenbauele ment, das eine akustische Oberflächenwelle vom SH-Typ verwendet und eine gute Frequenzcharakteristik aufweist, geschaffen.
Gemäß dem Oberflächenwellenbauelement, das die obige Struktur aufweist, wird die Transversalmode-Welligkeit auf 1,5 dB oder weniger unterdrückt.
Bei dem Oberflächenwellenbauelement kann die normierte Filmdicke h/λ in einem Bereich von 0,6d + 1,00 bis 0,6d + 1,23 liegen. In diesem Fall wird die Transversalmode-Welligkeit auf 0,5 dB oder weniger unterdrückt.
Bei den oben beschriebenen Oberflächenwellenbauelementen kann eine Mehrzahl der Interdigitalwandler gebildet sein, um ein longitudinalgekoppeltes Resonatorfilter darzustellen. In diesem Fall ist ein kompaktes longitudinalgekoppeltes Resonatorfilter geschaffen, das eine gute Frequenzcharakteristik aufweist. Bei den oben beschriebenen Oberflächenwellenbauelementen können longitudinalgekoppelte Resonatorfilter in mindestens zwei Stufen in Kaskade geschaltet sein.
Bei den oben beschriebenen Oberflächenwellenbauelementen kann der Interdigitalwandler auf dem Quarzsubstrat angeordnet sein, um einen Ein-Tor-Oberflächenwellenresonator darzustellen. In diesem Fall wird ein kompakter Ein-Tor-Oberflächenwellenresonator, der eine gute Frequenzcharakteristik aufweist, geschaffen.
Die oben beschriebenen Oberflächenwellenbauelemente können derart konfiguriert sein, daß eine Mehrzahl der Interdigitalwandler auf dem Quarzsubstrat gebildet ist; jeder Interdigitalwandler stellt einen Ein-Tor-Oberflächenwellenresonator dar; und die Mehrzahl der Interdigitalwandler ist verbunden, um ein Leiter-Typ-Filter auf dem Quarzsubstrat darzustellen.
Die oben beschriebenen Oberflächenwellenbauelemente können derart konfiguriert sein, daß eine Mehrzahl der Interdigitalwandler auf dem Quarzsubstrat gebildet ist; jeder Interdigitalwandler stellt einen Ein-Tor-Oberflächenwellenresonator dar; und die Mehrzahl der Interdigitalwandler ist verbunden, um ein Gitter-Typ-Filter auf dem Quarzsubstrat darzustellen.
In den obigen beiden Fällen sind kompakte Leiter-Typ-Filter und Gitter-Typ-Filter mit guten Frequenzcharakteristika geschaffen.
Die oben beschriebenen Oberflächenwellenbauelemente werden weithin für Oberflächenwellenresonatoren und Oberflächenwellenfilter verwendet. Das vorstehende Ziel kann durch die Bereitstellung einer Kommunikationsvorrichtung, die eines der oben beschriebenen Oberflächenwellenbauelemente verwendet, erreicht werden.
Das vorstehende Ziel wird bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung durch die Bereitstellung eines Herstellungsverfahrens für ein Oberflächenwellenbauelement, das eine akustische Oberflächenwelle vom SH-Typ verwendet, erreicht, wobei das Verfahren einen Schritt des Herstellens eines Quarzsubstrats; einen Schritt des Bildens eines Metallfilms, der einen größeren Masselasteffekt als Aluminium aufweist, auf dem Quarzsubstrat, und einen Schritt des Strukturierens des Metallfilms durch reaktives Ionenätzen oder durch ein Abhebeverfahren, derart, daß das Metallisierungsverhältnis „d" und die normierte Filmdicke h/λ des Interdigitalwandlers, die eine Transversalmode-Störwelligkeit auf 1,5 dB oder weniger einstellen, erfüllt sind, um mindestens einen Interdigitalwandler zu bilden, wobei „d" das Metallisierungsverhältnis des Interdigitalwandlers angibt, „λ" die Wellenlänge einer akustischen Oberflächenwelle angibt und „h" die Filmdicke des Interdigitalwandlers angibt, umfaßt.
Bei dem Herstellungsverfahren für ein Oberflächenwellenbauelement, das eine akustische Oberflächenwelle vom SH-Typ verwendet, ist ein Metallfilm, der einen größeren Masselasteffekt als Aluminium aufweist, auf dem Quarzsubstrat gebildet, und durch das reaktive Ionenätzen oder durch das Abhebeverfahren wird ein Strukturieren auf den Metallfilm angewandt, derart, daß das Metallisierungsverhältnis „d" und die normierte Filmdicke h/λ, die eine Transversalmode-Welligkeit auf 1,0 dB oder weniger einstellen, erfüllt sind, um mindestens einen Interdigitalwandler zu bilden. Daher wird die Transversalmode-Welligkeit in dem Bauelement unterdrückt, auch wenn das Paar der Elektrodenfinger verringert ist, um das Bauelement kompakt auszuführen. Da durch das reaktive Ionenätzen oder das Abhebeverfahren eine Strukturierung durchgeführt wird, wird zudem immer ein IDT gebildet, der die vorstehende normierte Filmdicke h/λ erfüllt.
Das Herstellungsverfahren für ein Oberflächenwellenbauelement, das eine akustische Oberflächenwelle vom SH-Typ verwendet und oben beschrieben ist, kann derart konfiguriert sein, daß der Metallfilm aus Tantal hergestellt ist und ein Strukturieren durch das reaktive Ionenätzen oder das Abhebeverfahren durchgeführt wird, derart, daß die normierte Filmdicke h/λ in einem Bereich von 0,6d + 1,50 bis 0,65d + 1,87, vorzugsweise in einem Bereich von 0,6d + 1,65 bis 0,6d + 1,81 liegt, um mindestens einen Interdigitalwandler zu bilden.
Das Herstellungsverfahren für ein Oberflächenwellenbauelement, das eine akustische Oberflächenwelle vom SH-Typ verwendet und oben beschrieben wurde, kann derart konfiguriert sein, daß der Metallfilm aus Wolfram hergestellt ist und ein Strukturieren durch das reaktive Ionenätzen oder das Abhebeverfahren durchgeführt wird, derart, daß die normierte Filmdicke h/λ in einem Bereich von 0,6d + 0,85 bis 0,6d + 1,30, vorzugsweise in einem Bereich von 0,6d + 1,00 bis 0,6d + 1,23 liegt, um mindestens einen Interdigitalwandler zu bilden.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Draufsicht, die das Oberflächenwellenbauelement gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
2A und 2B die Dämpfung-Frequenz-Charakteristika des Oberflächenwellenbauelements, die erhalten werden, wenn ein Metallisierungsverhältnis „d" auf 0,75 eingestellt ist und eine normierte Filmdicke h/λ auf 1,8 % bzw. 2,0 % eingestellt ist;
3A und 3B die Dämpfung-Frequenz-Charakteristika des Oberflächenwellenbauelements, die erhalten werden, wenn das Metallisierungsverhältnis „d" auf 0,75 eingestellt ist und die normierte Filmdicke h/λ auf 2,2 % bzw. 2,4 % eingestellt ist;
4 die Beziehung zwischen einer normierten Filmdicke h/λ und einem anisotropen Index, die bei einer Struktur erhalten wird, bei der ein Interdigitalwandler (IDT), der aus Tantal (Ta) hergestellt ist, auf einem Quarzsubstrat gebildet ist;
5 einen Bereich, bei dem eine durch eine Transversalmode-Welle verursachte Welligkeit gemäß der vorliegenden Erfindung unterdrückt werden kann, und die Beziehung zwischen dem Metallisierungsverhältnis und der normierten Filmdicke h/λ;
6A Dämpfung-Frequenz-Charakteristika, die erhalten werden, wenn das Metallisierungsverhältnis „d" auf 0,75 eingestellt ist, die normierte Filmdicke h/λ auf 2,15 % eingestellt ist und die Schnittpunktbreite der Elektrodenfinger auf 10λ, 25λ und 40λ eingestellt ist;
6B Dämpfung-Frequenz-Charakteristika, die erhalten werden, wenn das Metallisierungsverhältnis „d" auf 0,75 eingestellt ist, die normierte Filmdicke h/λ auf 2,15 % eingestellt ist und die Schnittpunktbreite von Elektrodenfingern auf 60λ, 85λ und 100λ eingestellt ist;
7 die Beziehung zwischen einer normierten Filmdicke h/λ und einem anisotropen Index, die bei einer Struktur erhalten wird, bei der ein aus Wolfram (W) hergestellter IDT auf einem Quarzsubstrat gebildet ist;
8 einen Bereich, bei dem eine durch eine Transversalmode-Welle verursachte Welligkeit gemäß der vorliegenden Erfindung unterdrückt werden kann, und die Beziehung zwischen dem Metallisierungsverhältnis und der normierten Filmdicke h/λ;
9 eine Draufsicht, die eine Modifizierung des Oberflächenwellenbauelements gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
10 ein Schaltbild, das eine Leiter-Typ-Schaltung zeigt, die als eine Filterschaltung dient, die aus einem Oberflächenwellenbauelement der vorliegenden Erfindung gebildet ist;
11 ein umrissenes Blockdiagramm, das ein Sendegerät und ein Empfangsgerät zeigt, bei dem ein Oberflächenwellenbauelement gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
12 ein umrissenes Blockdiagramm, das ein weiteres Sendegerät und Empfangsgerät zeigt, bei dem ein Oberflächenwellenbauelement gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
13 eine Ansicht, die Dämpfung-Frequenz-Charakteristik zeigt, die zum Beschreiben eines Problems eines herkömmlichen Oberflächenwellenbauelements verwendet wird.
1 ist eine Draufsicht eines longitudinalgekoppelten Filters vom Resonatortyp, das als ein Oberflächenwellenbauelement gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dient.
Ein longitudinalgekoppeltes Filter vom Resonatortyp 11 verwendet ein rechtwinkliges, plattenförmiges Quarzsubstrat 12. Auf dem Quarzsubstrat 12 sind Interdigitalwandler (IDTs) 13 und 14 gebildet. Der IDT 13 weist ein Paar von Kammelektroden 13a und 13b auf, der IDT 14 weist ein Paar von Kammelektroden 14a und 14b auf, und die Elektrodenfinger des Paares sind abwechselnd angeordnet. Die Elektrodenfinger der Kammelektroden 13a, 13b, 14a und 14b erstrecken sich in der Richtung, die senkrecht zu einer Ausbreitungsrichtung einer akustischen Oberflächenwelle verläuft.
Deshalb sind die IDTs 13 und 14 in der Ausbreitungsrichtung der akustischen Oberflächenwelle angeordnet. An beiden Seiten des Abschnitts, an dem die IDTs 13 und 14 vorgesehen sind, sind in der Ausbreitungsrichtung der akustischen Oberflächenwelle Beugungsgitterreflektoren 15 und 16 angeordnet. Die Reflektoren 15 und 16 weisen eine Struktur auf, bei der eine Mehrzahl von Elektrodenfingern an beiden Enden kurzgeschlossen ist, und die Elektrodenfinger der Reflektoren 15 und 16 erstrecken sich in der Richtung, die senkrecht zu der Ausbreitungsrichtung der akustischen Oberflächenwelle verläuft.
Bei dem longitudinalgekoppelten Oberflächenwellenfilter vom Resonatortyp 11 sind die IDTs 13 und 14 und die Reflektoren 15 und 16 aus Tantal (Ta) hergestellt, was ein Elektrodenmaterial ist, das eine größere Masse aufweist als Aluminium (Al). Bei den IDTs 13 und 14 ist die Filmdicke h/λ der IDTs 13 und 14, die durch die Wellenlänge der akustischen Oberflächenwelle normiert ist, auf 0,6d + 1,65 bis 0,6d + 1,81 eingestellt, wobei „d" das Metallisierungsverhältnis angibt, „h" die Filmdicke einer Elektrode angibt und „λ" die Wellenlänge der akustischen Oberflächenwelle angibt.
Das Metallisierungsverhältnis „d" bezieht sich auf das Verhältnis der Breite eines Elektrodenfingers zu der Summe der Breite des Zwischenraums zwischen Elektrodenfingern in der Ausbreitungsrichtung der akustischen Oberflächenwelle und der Breite des Elektrodenfingers in der Ausbreitungsrichtung der akustischen Oberflächenwelle.
Da bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die IDTs 13 und 14 aus Ta, das eine große Masse aufweist, hergestellt sind, kann die Anzahl der Paare der Elektrodenfinger der IDTs 13 und 14 klein, auf 19 oder weniger, eingestellt sein, und dadurch ist das Bauelement kompakt ausgeführt.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung stellten fest, daß eine durch eine Transversalmode-Welle verursachte Welligkeit effektiv unterdrückt wird, auch wenn die IDTs 13 und 14 aus einem Elektrodenmaterial einer großen Masse, das Ta aufweist, hergestellt sind, und die Anzahl der Paare der Elektrodenfinger der IDTs klein ausgeführt ist, wenn die normierte Filmdicke h/λ und das Metallisierungsverhältnis in den vorstehenden Bereichen liegen, und gelangten zu der vorliegenden Erfindung.
Es werden nun spezifische experimentelle Beispiele verwendet, um die vorliegende Erfindung zu beschreiben.
Ein Quarzsubstrat, das eine durch Euler-Winkel (0°, 127°, 90°) angegebene Quarzausrichtung aufweist, wurde als das Quarzsubstrat 12 verwendet, und die IDTs 13 und 14 und die Reflektoren 15 und 16 wurden durch Verwenden von Ta als Elektrodenmaterial auf dem Quarzsubstrat 12 gebildet. Die Anzahl der Paare der Elektrodenfinger der IDTs 13 und 14 wurde auf 13 eingestellt, und die Anzahl der Elektrodenfinger der Reflektoren 15 und 16 wurde auf 10 eingestellt. Diverse longitudinalgekoppelte Oberflächenwellenfilter vom Resonatortyp 11, die eine SH-Welle verwenden, wurden so ausgeführt, daß sie eine unterschiedliche normierte Filmdicke h/λ in einem Bereich von 0,017 bis 0,025 aufweisen, während das Metallisierungsverhältnis „d" der IDTs 13 und 14 in einem Bereich von 0,5 bis 0,90 liegt. 2 und 3 zeigen die Dämpfung-Frequenz-Charakteristik eines Teils der wie oben beschrieben ausgeführten Oberflächenwellenbauelemente. 2A zeigt eine Charakteristik, die erhalten wurde, wenn das Metallisierungsverhältnis „d" auf 0,75 eingestellt und h/λ auf 0,018 eingestellt war. 2B zeigt eine Charakteristik, die erhalten wurde, wenn das Metallisierungsverhältnis „d" auf 0,75 eingestellt und h/λ auf 0,02 eingestellt war. 3A zeigt eine Charakteristik, die erhalten wurde, wenn das Metallisierungsverhältnis „d" auf 0,75 eingestellt und h/λ auf 0,022 eingestellt war. 3B zeigt eine Charakteristik, die erhalten wurde, wenn das Metallisierungsverhältnis „d" auf 0,75 eingestellt und h/λ auf 0,024 eingestellt war.
In den 2A bis 3B zeigen gestrichelte Linien Charakteristika mit einem vergrößerten Dämpfungsmaßstab, der rechts an der vertikalen Achse aufgetragen ist.
Bei der in 2A gezeigten Charakteristik wird festgestellt, daß die durch einen Pfeil Al angezeigte Welligkeit in der Mitte eines Durchlaßbandes erzeugt wurde, und eine Anzahl Y1 bis Y3 von Welligkeiten an der Seite der niedrigeren Frequenz des Durchlaßbandes auftrat. Auch bei der in 2B gezeigten Charakteristik wird festgestellt, daß in dem Durchlaßband eine große Welligkeit auftrat, wie durch einen Pfeil A2 angezeigt ist, und an der Seite einer niedrigeren Frequenz des Durchlaßbandes eine Welligkeit erzeugt wurde, wie durch Pfeile Y4 bis Y6 angezeigt ist.
Bei der in 3B angezeigten Charakteristik wird festgestellt, daß die durch die Pfeile A3 und A4 angezeigte große Welligkeit in dem Durchlaßband erzeugt wurde, und eine Welligkeit Y7 und Y8 an der Seite einer höheren Frequenz des Durchlaßbandes auftrat.
Im Gegensatz dazu trat bei der in 3A gezeigten Charakteristik keine sehr große Welligkeit in dem Durchlaßband auf, und in der Nähe des Durchlaßbandes trat sogar auf der Seite einer niedrigeren Frequenz und der Seite einer höheren Frequenz des Durchlaßbandes eine geringe Welligkeit auf.
Wenn also das Metallisierungsverhältnis „d" und die normierte Filmdicke h/λ eingestellt sind, um die Anzahl der Elektrodenfingerpaare zu reduzieren, um das Bauelement kompakt auszuführen, wird eine durch eine Transversalmode-Welle verursachte Welligkeit effektiv unterdrückt.
Mit anderen Worten weist die vorliegende Erfindung dahingehend ein Merkmal auf, daß, selbst wenn IDTs unter Verwendung eines metallischen Materials, beispielsweise Tantal, das eine größere Masse als Aluminium aufweist, gebildet werden, um die Anzahl von Elektrodenfingern zu reduzieren, um das Bauelement kompakt auszuführen, das Metallisierungsverhältnis „d" und die normierte Filmdicke h/λ der IDTs ausgewählt sind, um eine durch eine Transversalmode-Welle verursache Welligkeit zu unterdrücken.
Wie oben beschrieben ist, wird die in den IDTs 13 und 14 erhaltene Schallgeschwindigkeit sehr viel langsamer als die um dieselben herum erhaltene, und ein Wellenleitereffekt wird stark, wenn IDTs unter Verwendung eines Metalls, das eine große Masse aufweist, gebildet werden. Deshalb wird eine durch eine Transversalmode-Welle verursachte Welligkeit groß, wie bei dem in der vorstehenden Anmeldung offenbarten Oberflächenwellenbauelement. Aus 2A bis 3B geht jedoch klar hervor, daß eine durch eine Transversalmode-Welle verursachte Welligkeit bei einer Filmdicke „h", die in dem spezifischen Bereich liegt, in einem geringen Maß auftritt. Wenn die verwendete Filmdicke dünner ist als eine Filmdicke, die in dem spezifischen Bereich liegt, tritt eine durch eine Transversalmode-Welle verursachte Welligkeit an der Seite einer niedrigeren Frequenz des Durchlaßbandes auf, wie in 2A und 2B gezeigt ist. Wenn die verwendete Filmdicke dicker ist als eine Filmdicke, die in dem spezifischen Bereich liegt, tritt eine durch eine Transversalmode-Welle verursachte Welligkeit an der Seite einer höheren Frequenz des Durchlaßbandes auf, wie in 3B gezeigt ist.
Bei Oberflächenwellenbauelementen, die IDTs aufweisen, die aus einem Material hergestellt sind, das Aluminium als Hauptkomponente aufweist, tritt das oben beschriebene Phänomen nicht auf, bei dem die Frequenz dort, wo eine Welligkeit auftritt, je nach der Filmdicke von der Seite der niedrigeren Frequenz zu der Seite der höheren Frequenz verschoben wird. Wenn die IDTs 13 und 14 durch Verwendung eines metallischen Materials, wie zum Beispiel Tantal, das eine größere Masse als Aluminium aufweist, gebildet werden, tritt das obige Phänomen der Welligkeit-Frequenz-Verschiebung auf. Die folgende Ursache hierfür ist zu erwarten.
In dem Artikel „The Effect of Diffraction an the Design of Acoustic Surface Wave Devices", von Thomas L. Szabo und Andrew J. Slobodnik, Jr., in IEEE TRANSACTIONS ON SONICS AND ULTRASONICS, Bd. SU-20, Nr. 3, S. 240-251, Juli 1973, ist ein Analysenerfahren angegeben, das ein Wellenleitermodell verwendet, um die Frequenz zu berechnen, bei der eine Transversalmode-Welle erzeugt wird. Gemäß diesem Analyseverfahren wird die Ursache im folgenden beschrieben.
Die senkrecht zu den Elektrodenfingern der IDTs 13 und 14 verlaufende Richtung wird auf eine Referenz 0 (rad) eingestellt, und die Schallgeschwindigkeit einer akustischen Oberflächenwelle, die sich in einer Richtung ausbreitet, die von der Referenz 0 durch einen Winkel θ (rad) verschoben ist, wird auf V_saw(θ) eingestellt. Daraufhin wird V_saw(θ) bezüglich θ durch eine quadratische Funktion V_saw(θ) = V₀ {1 + (γ/2)θ²) genähert, wobei γ als der anisotrope Index der Schallgeschwindigkeit in einem Substrat bezeichnet und in diversen Dokumenten beschrieben ist. Bei einem ST-geschnittenen Quarzsubstrat ist γ beispielsweise 0,378.
Wenn die Frequenz, bei der eine Transversalmode-Welle erzeugt wird, durch das Wellenleitermodell berechnet wird, wobei γ eingebracht wird, tritt die Transversalmode-Welle mehr an der Seite der höheren Frequenz auf als die Grundmode-Welle, wenn γ größer ist als –1. Wenn γ kleiner ist als –1, tritt die Transversalmode-Welle mehr an der Seite einer niedrigeren Frequenz auf als die Grundmode-Welle.
Bei dem ST-geschnittenen Quarzsubstrat tritt die Transversalmode-Welle deshalb an der Seite einer höheren Frequenz auf als die Grundmode-Welle. Es ist in der Tat bekannt, daß der Transversalmode bei Oberflächenwellenbauelementen, die aus Aluminium hergestellte Elektroden aufweisen und eine Rayleigh-Welle verwenden, an der Seite einer höheren Frequenz auftritt als der Grundmode.
Der anisotrope Index γ der Schallgeschwindigkeit in einem Substrat muß mit der Masse von Elektroden erhalten werden, die in Betracht gezogen werden, wenn Elektroden auf dem Substrat gebildet sind. Deshalb gibt γx in der folgenden Beschreibung den anisotropen Index der Schallgeschwindigkeit an, bei dem die Masse von Elektroden in Betracht gezo gen wird. Diesbezüglich wird beispielsweise auf Seite 243 des obigen Artikels verwiesen.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung stellten ausgehend von der obigen Tatsache fest, daß folgendes in Betracht gezogen werden kann.
Wenn nämlich ein Elektrodenmaterial verwendet wird, das Aluminium als Hauptkomponente aufweist, was für derzeitige Oberflächenwellenbauelemente häufig verwendet wird, wird eine leichte Änderung bei γx durch die Wirkungen der Filmdicke der Elektroden bewirkt, und das Metallisierungsverhältnis tritt auf, und γx verschiebt sich nicht stark von γ des Substrats selbst. Wenn jedoch ein Elektrodenmaterial, das eine große Masse aufweist, wie zum Beispiel Tantal, verwendet wird, verändert der Masselasteffekt der Elektroden, nämlich die Filmdicke der Elektroden, γx in großem Maße. Es kann erwartet werden, daß, wenn die Filmdicke der Elektroden gering ist, γx < –1, und die Transversalmode-Welle an der Seite einer niedrigeren Frequenz des Durchlaßbandes erzeugt wird, und daß, wenn die Filmdicke der Elektroden groß ist, γx allmählich auf γx > –1 ansteigt, und die Transversalmode-Welle an der Seite einer höheren Frequenz des Durchlaßbandes erzeugt wird. Da es für die Transversalmode-Welle schwierig ist, in der Nähe von γx = –1, was zwischen γx < –1 und γx > –1 liegt, aufzutreten, ist ferner zu erwarten, daß eine durch die Transversalmode-Welle verursachte Welligkeit verringert oder vollständig beseitigt werden kann, wie in 3A gezeigt ist.
Um die vorstehende Annahme zu beweisen, wurde γx durch das Finite-Elemente-Verfahren geschätzt. Insbesondere wurde das Metallisierungsverhältnis „d" auf 0,75 eingestellt, die normierte Filmdicke h/λ wurde geändert, und der anisotrope Index γx wurde beobachtet. 4 zeigt das Ergebnis.
Aus 4 geht klar hervor, daß γx bei einer Grenze, die in der Nähe von h/λ = 2,2 % angeordnet war, von dem Bereich, in dem γx < –1, zu dem Bereich, in dem γx > –1, verschoben wurde.
Unter Berücksichtigung des vorstehenden experimentellen Ergebnisses wurde ein Bereich erhalten, bei dem erwogen wird, daß die durch die Transversalmode-Welle verursachte Wellig keit im wesentlichen beseitigt wurde, das heißt, ein Bereich, bei dem die Welligkeit 0,5 dB oder weniger beträgt. Folglich stellte man fest, daß, wenn das Metallisierungsverhältnis auf 0,75 eingestellt war, die normierte Filmdicke h/λ 2,10 % bis 2,25 % betragen mußte (γx –1,10 bis –0,96 betragen mußte).
Das Metallisierungsverhältnis „d" wurde bei dem Oberflächenwellenbauelement 11 geändert, um Werte aufzuweisen, einschließlich der obigen, das Finite-Elemente-Verfahren wurde auf dieselbe Weise verwendet, und Bereiche, bei denen die Welligkeit auf 1,5 dB oder weniger oder auf 0,5 dB oder weniger verringert werden konnte, wurden erhalten. 5 zeigt das Ergebnis.
Aus 5 geht klar hervor, daß die normierte Filmdicke in dem Bereich von 0,6d + 1,50 bis 0,6d + 1,87 liegen mußte, um die durch die Transversalmode-Welle verursachte Welligkeit in dem Band auf 1,5 dB oder weniger einzustellen, und in einem Bereich von 0,6d + 1,65 bis 0,6d + 1,81 liegen mußte, beides eingeschlossen, um die durch die Transversalmode-Welle verursachte Welligkeit in dem Band auf 0,5 dB oder weniger einzustellen. Wie oben beschrieben wurde, versteht es sich, daß das Metallisierungsverhältnis „d" und die normierte Filmdicke h/λ bei dem longitudinalgekoppelten Oberflächenwellenfilter vom Resonatortyp 11 eingestellt sind, um die durch die Transversalmode-Welle verursachte Welligkeit effektiv zu unterdrücken, ohne die Schnittpunktbreite zu Wichten. Mit anderen Worten kann die durch die Transversalmode-Welle verursachte Welligkeit effektiv unterdrückt werden, ohne zu verhindern, daß das longitudinalgekoppelte Oberflächenwellenfilter vom Resonatortyp 11 kompakt ausgeführt wird.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung prüften auch den Grad einer Wirkung, die durch eine Änderung der Schnittpunktbreite der Elektrodenfinger der IDTs auf die durch die Transversalmode-Welle verursachte Welligkeit verursacht wurde. 6A und 6B zeigen Dämpfung-Frequenz-Charakteristika, die bei dem longitudinalgekoppelten Oberflächenwellenfilter vom Resonatortyp 11 erhalten wurden, wenn die IDTs 13 und 14 durch Verwendung von Ta gebildet wurden, das Metallisierungsverhältnis „d" auf 0,75 eingestellt wurde und h/λ auf 2,15 % eingestellt wurde, auf dieselbe Weise wie bei dem oben beschriebenen Experiment, und die Schnittpunktbreite der Elektrodenfinger zu 10λ, 25λ, 40λ, 60λ, 80λ und 100λ geändert wurde. In den 6A und 6B zeigen gestrichelte Linien Hauptabschnitte der Dämpfung-Frequenz-Charakteristika mit einem vergrößerten Dämpfungsmaßstab, der rechts an der vertikalen Achse aufgetragen ist.
Aus 6A und 6B wird klar, daß die durch die Transversalmode-Welle verursachte Welligkeit nicht auftrat, auch wenn die Schnittpunktbreite in großem Umfang geändert wurde.
Bei den in 4 und 5 gezeigten Experimenten waren die IDTs aus Ta hergestellt. Bei der vorliegenden Erfindung ist das für die IDTs verwendete Elektrodenmaterial jedoch nicht auf Ta beschränkt.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung stellten die IDTs 13 und 14 auch mit Wolfram (W) statt Ta her, prüften die Änderung des anisotropen Index γx, während die normierte Filmdicke geändert wurde, und erhielten den Bereich der normierten Filmdicke dort, wo die Welligkeit in dem Band auf 1,5 dB oder weniger oder auf 0,5 dB oder weniger verringert werden kann, während das Metallisierungsverhältnis „d" geändert wurde, auf dieselbe Weise wie bei den in 4 und 5 gezeigten Experimenten. 7 und 8 zeigen die Ergebnisse.
Aus 7 geht klar hervor, daß, wenn das Metallisierungsverhältnis „d" auf 0,75 eingestellt wurde, die normierte Filmdicke h/λ 1,3 % bis 1,75 % betragen mußte, um die Welligkeit auf 1,5 dB oder weniger einzustellen, und 1,45 % bis 1,68 % betragen mußte, um die Welligkeit auf 0,5 dB oder weniger einzustellen. Aus 8 geht klar hervor, daß, wenn das Metallisierungsverhältnis „d" geändert wurde, die normierte Filmdicke in einem Bereich von 0,6d + 0,85 bis 0,6d + 1,30 liegen mußte, um die durch die Transversalmode-Welle verursachte Welligkeit in dem Band auf 1,5 dB oder weniger einzustellen, und in einem Bereich von 0,6d + 1,00 bis 0,6d + 1,23 liegen mußte, um die durch die Transversalmode-Welle verursachte Welligkeit in dem Band auf 0,5 dB oder weniger einzustellen.
Bei dem vorstehenden Ausführungsbeispiel wurde ein einstufiges longitudinalgekoppeltes Oberflächenwellenfilter vom Resonatortyp beschrieben. Zwei longitudinalgekoppelte Oberflächenwellenfilter vom Resonatortyp können als ein in 9 gezeigtes Oberflächenwellenbauelement 21 in Kaskade geschaltet sein. In diesem Fall umfaßt ein longitudinalgekoppeltes Oberflächenwellenfilter vom Resonatortyp einer ersten Stufe IDTs 23 und 24 und Reflektoren 25 und 26, und ein longitudinalgekoppeltes Oberflächenwellenfilter vom Resonatortyp einer zweiten Stufe umfaßt IDTs 27 und 28 und Reflektoren 29 und 30. Die longitudinalgekoppelten Oberflächenwellenfilter vom Resonatortyp der ersten Stufe und der zweiten Stufe weisen dieselbe Struktur auf wie das in 1 gezeigte longitudinalgekoppelte Oberflächenwellenfilter vom Resonatortyp. Von den Kammelektroden 23a und 23b des IDT 23 des longitudinalgekoppelten Oberflächenwellenfilters vom Resonatortyp der ersten Stufe ist eine Kammelektrode 23b mit einer Kammelektrode 28a von den Kammelektroden 28a und 28b des IDT 28 des longitudinalgekoppelten Oberflächenwellenfilters vom Resonatortyp der zweiten Stufe elektrisch verbunden.
Ferner wird bei dem Oberflächenwellenbauelement 21 eine durch eine Transversalmode-Welle verursachte Welligkeit effektiv unterdrückt, wenn die IDTs 23, 24, 27 und 28 auf dieselbe Weise strukturiert sind wie bei dem vorstehenden Ausführungsbeispiel.
Ein Oberflächenwellenbauelement gemäß der vorliegenden Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen longitudinalgekoppelten Oberflächenwellenfilter vom Resonatortyp beschränkt. Insbesondere wird auch bei einem in 10 gezeigten Ein-Tor-Oberflächenwellenresonator 31 eine durch eine Transversalmode-Welle verursachte Welligkeit unterdrückt, wenn ein auf einem Quarzsubstrat 32 gebildeter IDT 33 auf dieselbe Weise strukturiert ist wie die in dem vorstehenden Ausführungsbeispiel beschriebenen IDTs 13 und 14. In 10 sind ferner Kammelektroden 33a und 33b und Reflektoren 34 und 35 gezeigt.
Ferner kann die vorliegende Erfindung auch auf diverse Oberflächenwellenfilter angewandt werden, bei denen eine Mehrzahl der Ein-Tor-Oberflächenwellenresonatoren angeordnet ist und die Mehrzahl der Oberflächenwellenresonatoren elektrisch verbunden ist, um Filterschaltungen zu bilden. Wie in 11 gezeigt ist, kann beispielsweise eine Mehrzahl von Ein-Tor-SAW-Resonatoren auf einem Quarzsubstrat verbunden sein, um ein Leiter-Typ-Filter zu bilden, das eine Mehrzahl von Reihenresonatoren S1 bis S3 und eine Mehrzahl von Parallelresonatoren P1 bis P4 aufweist. Auf dieselbe Weise kann eine Mehrzahl von Ein-Tor-Oberflächenwellenresonatoren verbunden sein, um eine Gitter-Typ-Schaltung zu bilden.
Bei dem vorstehenden Ausführungsbeispiel sind die IDTs 13 und 14 aus Ta hergestellt. Bei der vorliegenden Erfindung kann ein IDT aus einem Metall hergestellt sein, das eine größere Masse als Aluminium aufweist. Ein IDT ist nicht unbedingt aus einem einzigen Metallmaterial hergestellt. Es sei denn, der gesamte IDT weist eine kleinere Masse auf als ein IDT, der aus Aluminium hergestellt ist, kann er eine Struktur aufweisen, bei der eine Mehrzahl von Elektrodenschichten laminiert sind. In diesem Fall muß zumindest eine Elektrodenschicht aus einem Metall oder einer Legierung hergestellt sein, das bzw. die eine größere Masse als Aluminium aufweist.
Die vorliegende Erfindung kann auch auf diverse Oberflächenwellenbauelemente angewandt werden, beispielsweise auf Oberflächenwellenresonatoren und Oberflächenwellenfilter. Wenn die vorliegende Erfindung beispielsweise auf ein Oberflächenwellenfilter angewandt wird, eignet sie sich für ein Bandfilter eines mobilen Sende- und Empfangsgeräts.
In 12 ist eine Antenne 161 mit einem Duplexer 162 verbunden. Zwischen den Duplexer 162 und die Mischvorrichtung 163, die sich auf einer Empfangsseite befindet, sind ein Oberflächenwellenfilter 164 und ein Verstärker 165 geschaltet, die eine RF-Stufe darstellen. Ein Oberflächenwellenfilter einer IF-Stufe 169 ist mit der Mischvorrichtung 163 verbunden. Zwischen den Duplexer 162 und eine Mischvorrichtung 166, die sich auf einer Sendeseite befindet, sind ein Verstärker 167 und ein Oberflächenwellenfilter 168 geschaltet, die eine RF-Stufe darstellen.
Ein Oberflächenwellenbauelement gemäß der vorliegenden Erfindung kann bei dem obigen Sende- und Empfangsgerät 160 erfolgreich als das Oberflächenwellenfilter 169 verwendet werden.
Bei einem Oberflächenwellenbauelement der vorliegenden Erfindung ist zumindest ein IDT, der aus einer Elektrodenstruktur gebildet ist, die einen größeren Masseeffekt als Al aufweist, auf einem Quarzsubstrat gebildet, und das IDT-Metallisierungsverhältnis „d" und die normierte Filmdicke h/λ sind gesteuert, um in spezifischen Bereichen zu liegen, derart, daß eine durch eine Transversalmode-Welle verursachte Welligkeit 0,5 dB oder weniger beträgt. Um einen IDT zu bilden, der die normierte Filmdicke h/λ erfüllt, wird in diesem Fall geeigneterweise ein Verfahren verwendet, bei dem ein Metallfilm auf einem Quarzsubstrat gebildet ist, und es wird reaktives Ionenätzen oder ein Abhebeverfahren angewandt, um ein Strukturieren durchzuführen, um zumindest einen IDT zu bilden. Um einen IDT zu bilden, der aus einem Material hergestellt ist, das Aluminium als Hauptkomponente aufweist, wird herkömmlicherweise weithin ein Strukturieren durch Naßätzen durchgeführt. Naßätzen ist nicht für eine sehr feine maschinelle Bearbeitung geeignet, und es ist unmöglich, Naßätzen zu verwenden, um einen IDT zu bilden, der eine Linienbreite aufweist, die die oben beschriebene spezifische normierte Filmdicke h/λ erfüllt. Elektrodenfinger, die eine Linienbreite aufweisen, die die normierte Filmdicke h/λ erfüllt, können mit hoher Präzision gebildet werden, indem das Strukturierungsverfahren mit reaktivem Ionenätzen oder bei dem Abhebeverfahren verwendet wird.
Wenn es bei einem Oberflächenwellenbauelement gemäß der vorliegenden Erfindung notwendig ist, ein Quarzsubstrat zu schleifen, um eine Frequenz einzustellen, oder wenn eine Elektrodenschicht unter einer Elektrodenschicht gebildet ist, die aus einem Metall, beispielsweise Ta, das eine große Masse aufweist, hergestellt ist, muß die Filmdicke eines IDT auf einen äquivalenten Wert bezüglich der obigen normierten Filmdicke h/λ eingestellt werden, wobei eine Wirkung, die durch das Schleifen des Quarzsubstrats verursacht wird, auf eine Masselast, die durch die Elektrodenschicht verursacht wird, die eine größere Masse als Aluminium aufweist, oder die Masselastoperation der darunter angeordneten Elektrodenschicht umfassend in Betracht gezogen wird. Bei dieser Einstellung wird eine Welligkeit, die durch eine Transversalmode-Welle verursacht wird, auf dieselbe Weise wie bei dem vorstehenden Ausführungsbeispiel wirksam unterdrückt.

Claims

Oberflächenwellenbauelement (11), bei dem eine akustische Oberflächenwelle vom Scher-Horizontal-Typ (SH-Typ) verwendbar ist und das folgende Merkmale aufweist: ein Quarzsubstrat (12); und mindestens einen Interdigitalwandler (13, 14), der auf dem Quarzsubstrat gebildet und aus Elektroden hergestellt ist, die einen größeren Masselasteffekt als Aluminium aufweisen, wobei an beiden Seiten des Abschnitts, an dem die Interdigitalwandler (13, 14) vorgesehen sind, in der Ausbreitungsrichtung der akustischen Oberflächenwelle Beugungsgitterreflektoren (15, 16) angeordnet sind, wobei der anisotrope Index γx der Schallgeschwindigkeit, der durch das Metallisierungsverhältnis „d" und die normierte Filmdicke h/λ des Interdigitalwandlers beeinflußbar ist, gesteuert ist, um in der Nähe von –1 zu liegen, derart, daß eine durch eine Transversalmode-Welle verursachte Welligkeit 0,5 dB oder weniger beträgt, wobei „λ" die Wellenlänge der akustischen Oberflächenwelle angibt, „h" die Filmdicke der Elektroden (13a, 13b, 14a, 14b) des Interdigitalwandlers angibt, und „γx" den anisotropen Index der Schallgeschwindigkeit angibt, in den die Masse der Elektroden eingeht.
Oberflächenwellenbauelement (11) gemäß Anspruch 1, bei dem der Interdigitalwandler (13, 14) mindestens eine Elektrodenschicht umfaßt, die aus einem Metall hergestellt ist, das eine größere Masse als Aluminium aufweist.
Oberflächenwellenbauelement (11) gemäß Anspruch 1 oder 2, bei dem der Interdigitalwandler (13, 14) aus einem einzigen Metall hergestellt ist, das eine größere Masse als Aluminium aufweist.
Oberflächenwellenbauelement (11) gemäß Anspruch 1, wobei der mindestens eine Interdigitalwandler (13, 14) aus Tantal hergestellt ist, wobei die normierte Filmdicke h/λ des Interdigitalwandlers in einem Bereich von 0,6d + 1,65 bis 0,6d + 1,81 liegt, wobei „d" das Metallisierungsverhältnis des Interdigitalwandlers angibt, „λ" die Wellenlänge der akustischen Oberflächenwelle angibt und „h" die Filmdicke der Elektroden (13a, 13b, 14a, 14b) des Interdigitalwandlers angibt.
Oberflächenwellenbauelement (11) gemäß Anspruch 1, wobei der mindestens eine Interdigitalwandler (13, 14) aus Wolfram hergestellt ist, wobei die normierte Filmdicke h/λ des Interdigitalwandlers in einem Bereich von 0,6d + 0,85 bis 0,6d + 1,30 liegt, wobei „d" das Metallisierungsverhältnis des Interdigitalwandlers angibt, „λ" die Wellenlänge der akustischen Oberflächenwelle angibt und „h" die Filmdicke der Elektroden (13a, 13b, 14a, 14b) des Interdigitalwandlers angibt.
Oberflächenwellenbauelement (11) gemäß Anspruch 5, bei dem die normierte Filmdicke h/λ in einem Bereich von 0,6d + 1,00 bis 0,6d + 1,23 liegt.
Oberflächenwellenbauelement (11) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem eine Mehrzahl der Interdigi talwandler (13, 14) gebildet ist, um ein longitudinalgekoppeltes Resonatorfilter darzustellen.
Oberflächenwellenbauelement (11) gemäß Anspruch 7, bei dem longitudinalgekoppelte Resonatorfilter in mindestens zwei Stufen in Kaskade geschaltet sind.
Oberflächenwellenbauelement (11) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem der Interdigitalwandler (13, 14) auf dem Quarzsubstrat angeordnet ist, um einen Ein-Tor-Oberflächenwellenresonator darzustellen.
Oberflächenwellenbauelement (11) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem eine Mehrzahl der Interdigitalwandler (13, 14) auf dem Quarzsubstrat gebildet ist; jeder Interdigitalwandler einen Ein-Tor-Oberflächenwellenresonator darstellt; und die Mehrzahl der Interdigitalwandler verbunden ist, um ein Leiter-Typ-Filter auf dem Quarzsubstrat darzustellen.
Oberflächenwellenbauelement (11) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem eine Mehrzahl der Interdigitalwandler (13, 14) auf dem Quarzsubstrat gebildet ist; jeder Interdigitalwandler einen Ein-Tor-Oberflächenwellenresonator darstellt; und die Mehrzahl der Interdigitalwandler verbunden ist, um ein Gitter-Typ-Filter auf dem Quarzsubstrat darzustellen.
Kommunikationsvorrichtung, die ein Oberflächenwellenbauelement (11) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 verwendet.
Herstellungsverfahren für ein Oberflächenwellenbauelement (11), bei dem eine akustische Oberflächenwelle vom SH-Typ verwendbar ist, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: einen Schritt des Herstellens eines Quarzsubstrats; einen Schritt des Bildens eines Metallfilms, der einen größeren Masselasteffekt als Aluminium aufweist, auf dem Quarzsubstrat, und einen Schritt des Strukturierens des Metallfilms durch reaktives Ionenätzen oder durch ein Abtragungsverfahren, derart, daß der anisotrope Index γx der Schallgeschwindigkeit, der durch das Metallisierungsverhältnis „d" und die normierte Filmdicke h/λ eines Interdigitalwandlers (13, 14) beeinflußt wird, gesteuert wird, um in der Nähe von –1 zu liegen, wodurch eine Transversalmode-Störwelligkeit von 0,5 dB oder weniger erfüllt wird, um mindestens einen Interdigitalwandler zu bilden, und um an beiden Seiten des Abschnitts, an dem die Interdigitalwandler (13, 14) vorgesehen sind, in der Ausbreitungsrichtung der akustischen Oberflächenwelle Beugungsgitterreflektoren (15, 16) zu bilden, wobei „d" das Metallisierungsverhältnis des Interdigitalwandlers angibt, „λ" die Wellenlänge einer akustischen Oberflächenwelle angibt und „h" die Filmdicke des Interdigitalwandlers angibt.
Herstellungsverfahren gemäß Anspruch 13, bei dem der Metallfilm aus Tantal hergestellt ist und ein Strukturieren durch das reaktive Ionenätzen oder das Abtragungsverfahren durchgeführt wird, derart, daß die normierte Filmdicke h/λ in einem Bereich von 0,6d + 1,50 bis 0,6d + 1,87 liegt, um mindestens einen Interdigitalwandler (13, 14) zu bilden.
Herstellungsverfahren gemäß Anspruch 14, bei dem das Strukturieren durch das reaktive Ionenätzen oder durch das Abtragungsverfahren durchgeführt wird, derart, daß die normierte Filmdicke h/λ des Interdigitalwandlers (13, 14) in einem Bereich von 0,6d + 1,65 bis 0,6d + 1,81 liegt.
Herstellungsverfahren gemäß einem der Ansprüche 13 bis 15, bei dem der Metallfilm aus Wolfram hergestellt ist und ein Strukturieren durch das reaktive Ionenätzen oder das Abtragungsverfahren durchgeführt wird, derart, daß die normierte Filmdicke h/λ in einem Bereich von 0,6d + 0,85 bis 0,6d + 1,30 liegt, um mindestens einen Interdigitalwandler (13, 14) zu bilden.
Herstellungsverfahren gemäß Anspruch 16, bei dem ein Strukturieren durch das reaktive Ionenätzen oder das Abtragungsverfahren durchgeführt wird, derart, daß die normierte Filmdicke h/λ des Interdigitalwandlers (13, 14) in einem Bereich von 0,6d + 1,00 bis 0,6d + 1,23 liegt.