-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine akustische Oberflächenwellen-(SAW, Surface Acoustic
Wave)-Vorrichtung, die Kristallglas verwendet, und genauer gesagt betrifft sie eine akustische
Oberflächenwelleneinrichtung, die eine sogenannte in der Ebene rotierte ST-Schnitt-Kristallplatte
verwendet. Die Erfindung betrifft auch eine Kommunikationsvorrichtung, die die SAW-Einrichtung
verwendet.
-
SAW-Einrichtungen, vertreten durch SAW-Resonatoren und SAW-Filter, die eine akustische
Oberflächenwelle verwenden, nutzen ein planares piezoelektrisches Material. Bekannte SAW-
Einrichtungen haben eine IDT-(Interdigital Transducer)-Elektrodenanordnung auf der
Hauptoberfläche einer flachen piezoelektrischen Scheibe und Reflektoren auf beiden Seiten der
IDT-Elektrodenanordnung, um stabil in einem Hochfrequenzbereich zu oszillieren. ST-Schnitt-SAW-Einrichtungen
sind bekannt, bei denen eine ST-Schnitt-Kristallplatte als piezoelektrisches Material verwendet wird,
um die Frequenzfluktuation aufgrund von Temperaturänderungen zu verringern, und bei der die X-
Achse (elektrische Achse) der ST-Schnitt-Kristallplatte die Ausbreitungsrichtung der akustischen
Oberflächenwelle ist. Fig. 2 ist ein erläuterndes Diagramm eines SAW-Resonators, der ein Beispiel
der SAW-Einrichtung darstellt, wobei (1) eine Draufsicht darauf und (2) ein Teilschnitt entlang der
Linie A-A aus (1) ist.
-
Wie in Fig. 2(1) gezeigt, verwendet ein SAW-Resonator 10 z. B. eine ST-Schnitt-Kristallplatte 12 als
Substrat und hat eine IDT-Elektrodenanordnung 14 in der Mitte der Hauptoberfläche des Substrats.
Die IDT-Elektrodenanordnung 14 ist zusammengesetzt aus einer kammähnlichen positiven Elektrode
14a und negativen Elektrode 14b, wobei ein kammähnliches Elektrodenteil zwischen dem anderen
kammähnlichen Elektrodenteil angeordnet ist. Der SAW-Resonator 10 legt eine
Hochfrequenzspannung an die positive Elektrode 14a und die negative Elektrode 14b an, um akustische
Oberflächenwellen zu erzeugen. Reflektoren 16 (16a und 16b) mit einer Mehrzahl von Kurzschlusselektroden
sind auf beiden Seiten der IDT-Elektrodenanordnung 14 angeordnet. Die Reflektoren 16 reflektieren
die akustischen Oberflächenwellen zur IDT-Elektrodenanordnung 14. JP 9-148879 A offenbart, dass
das Verhältnis der Elektrodenbreite zum Elektrodenabstand auf 0,65 oder mehr eingestellt ist, um
die Frequenzfluktuation aufgrund von Herstellungstoleranz der IDT-Elektrodenanordnung zu verringern.
Genauer gesagt, ist offenbart, dass η ≥ 0,65 erfüllt sein muss, wobei η das Verhältnis einer
Elektrodenbreite Lt und eines Interelektrodenabstands Pt ist, wie in Fig. 2(2) gezeigt. Ht bezeichnet in dieser
Zeichnung die Dicke (Filmdicke) der IDT-Elektrodenanordnung 14.
-
In letzter Zeit nimmt die Nachfrage nach SAW-Einrichtungen mit hoher Resonanzfrequenz mit der
Zunahme der Leistung und Funktionsfähigkeit elektronischer Vorrichtungen zu, so dass der
Interelektrodenabstand Pt der IDT-Elektrodenanordnung 14 des SAW-Resonators 10 abnimmt. Wenn das Verhältnis
η der Elektrodenanordnung 14 auf 0,65 oder mehr gesetzt ist, nimmt der Abstand zwischen der positiven
Elektrode 14a und der dazu benachbarten negativen Elektrode 14b sehr stark ab, so dass es zu einem
Kurzschluss zwischen ihnen bereits durch das Haftenbleiben eines winzigen Partikels kommen kann.
Eine Verringerung der Elektrodenbreite Lt der IDT-Elektroden, um den Kurzschluss zwischen den
Elektroden 14a und 14b zu vermeiden, neigt dazu, ein Brechen der Elektrodenleitungen herbeizuführen.
Es besteht daher ein starker Bedarf nach der Entwicklung einer SAW-Einrichtung mit einer niedrigen
Frequenzfluktuation bezogen auf Schwankungen der Breite der IDT-Elektrodenanordnung 14.
-
Um andererseits die Frequenzfluktuation aufgrund von Temperaturänderungen weiter zu verringern, wird
manchmal eine ST-Schnitt-Kristallplatte 12 in der Ebene um die 2'-Achse (siehe Fig. 1) gedreht, und die
so erhaltene Kristallplatte (im Folgenden einfach als "gedrehte Kristallplatte") wird verwendet. Auch bei
einer SAW-Einrichtung, die eine solche gedrehte Kristallplatte verwendet, variiert jedoch die
Resonanzfrequenz in Abhängigkeit vom Wert von η. Kurz gesagt, können Schwankungen in der Elektrodenbreite
der IDT-Elektroden die Resonanzfrequenz der SAW-Einrichtung variieren. Auch auf dem gleichen Wafer
gebildete SAW-Einrichtungen können sich aufgrund von Schwankungen der Elektrodenbreite in der
Resonanzfrequenz unterscheiden; daher ist es schwierig, die Resonanzfrequenz auf einer "pro Wafer"-
Grundlage zu steuern. Die Frequenz jeder SAW-Einrichtung muss deshalb individuell kontrolliert werden,
wenn sie in einer Packung oder dergleichen montiert wird, was sehr viel Zeit und Arbeit in Anspruch
nimmt. Eine Verringerung der Schwankungen der Resonanzfrequenz der SAW-Einrichtung aufgrund der
Herstellungstoleranz der Elektrodenbreite erfordert eine hochgenaue Ausrichtvorrichtung oder
dergleichen. Dadurch nehmen die Gerätekosten zu, was zu einer Zunahme der Kosten der SAW-Einrichtung
führt.
-
Die vorliegende Erfindung ist gemacht worden, um die obigen Probleme zu lösen, und ein Ziel von ihr ist,
eine SAW-Einrichtung zu schaffen, die eine gedrehte Kristallplatte wie oben definiert verwendet und eine
verringerte Fluktuation der Resonanzfrequenz in Bezug auf Schwankungen der
IDT-Elektrodenanordnung hat. Ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung ist, das Regeln der Frequenz der
SAW-Einrichtung zu erleichtern.
-
Diese Aufgaben werden gelöst durch eine SAW-Einrichtung wie in Anspruch 1 beansprucht, und durch
ihre bevorzugten Ausgestaltungen, wie in den abhängigen Ansprüchen beansprucht.
-
Die Erfinder haben Forschung, Untersuchungen und Experimente in unterschiedlicher Art an einem
SAW-Resonator durchgeführt, der eine gedrehte Kristallplatte verwendet. Als Ergebnis haben sie
Schnittwinkel gefunden, bei denen die Frequenzfluktuation in Bezug auf Temperaturänderungen und die
Fluktuation der Resonanzfrequenz in Bezug auf Schwankungen der Elektrodenbreite Lt bei ca. η = 0,5
klein ist. Die vorliegende Erfindung ist auf der Grundlage solcher Feststellungen gemacht worden.
-
Mit der beanspruchten Anordnung kann die Fluktuation der Resonanzfrequenz in Bezug auf
Schwankungen der Elektrodenbreite der IDT-Elektrodenanordnung deutlich verringert werden. Es besteht daher kein
Bedarf für eine kostspielige und hochpräzise Ausrichtvorrichtung und dergleichen, um die Fluktuation der
Resonanzfrequenz aufgrund der Herstellungstoleranz der Elektrodenbreite zu verringern. Nicht nur
photolithographische Verarbeitung und Ätzverarbeitung, sondern auch die Frequenz des hergestellten
SAW-Resonators können leicht kontrolliert werden: so kann die Zeit zum Kontrollieren der Frequenz
verkürzt werden und die Kosten können verringert werden.
-
Eine bevorzugte Ausgestaltung einer SAW-Einrichtung und einer diese verwendenden
Kommunikationsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung werden mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen im
Detail beschrieben. Komponenten, die den im Stand der Technik beschriebenen Komponenten
entsprechen, werden mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, und eine erneute Beschreibung von ihnen wird
fortgelassen.
-
Fig. 1 ist eine erläuternde Ansicht einer gedrehten Kristallplatte.
-
Fig. 2 ist eine erläuternde Ansicht eines SAW-Resonators, wobei (1) eine Draufsicht und (2) ein
Querschnitt entlang der Linie A-A aus (1) ist.
-
Fig. 3 ist ein Diagramm, das die Schwankung der Resonanzfrequenz in Bezug auf die
Elektrodenbreite für einen herkömmlichen ST-Schnitt-SAW-Resonator und einen SAW-Resonator
gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung vergleicht.
-
Fig. 4 ist ein Diagramm, das die Schwankungsverteilung der Resonanzfrequenz von auf dem
gleichen Wafer gebildeten Resonatoren für den herkömmlichen Resonator und einen
erfindungsgemäßen zeigt.
-
Fig. 5 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Elektrodenbreite und der
Resonanzfrequenzschwankung eines SAW-Resonators gemäß der Erfindung mit Eulerwinkeln von (0°,
117° und 46,4° bis 46,6°) zeigt.
-
Fig. 6 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Elektrodenbreite und der
Resonanzfrequenzschwankung eines SAW-Resonators gemäß der Erfindung mit Eulerwinkeln von (0°,
117° und 44,9° bis 45,1°) zeigt.
-
Fig. 7 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Elektrodenbreite und der
Resonanzfrequenzschwankung eines SAW-Resonators gemäß der Erfindung mit Eulerwinkeln von (0°,
122° und 46,9° bis 47,1°) zeigt.
-
Fig. 8 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Elektrodenbreite und der
Resonanzfrequenzschwankung eines SAW-Resonators gemäß der Erfindung mit Eulerwinkeln von (0°,
122° und 42,6° bis 42,8°) zeigt.
-
Fig. 9 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Elektrodenbreite und der
Resonanzfrequenzschwankung eines SAW-Resonators gemäß der Erfindung mit Eulerwinkeln von (0°,
132° und 48,8° bis 49,0°) zeigt.
-
Fig. 10 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Elektrodenbreite und der
Resonanzfrequenzschwankung eines SAW-Resonators gemäß der Erfindung mit Eulerwinkeln von (0°,
132° und 40,0° bis 40,2°) zeigt.
-
Fig. 11 ist ein Diagramm, das den Bereich von ψ in Bezug auf θ zeigt, der auf der Grundlage von
Fig. 5 bis 10 erhalten wird, wobei die Eulerwinkel (φ, θ und ψ) sind.
-
Fig. 12 ist ein Diagramm, das die Schwankung der Resonanzfrequenzen in Bezug auf die
Elektrodenfilmdicke für den herkömmlichen ST-Schnitt-SAW-Resonator und den SAW-
Resonator gemäß der Erfindung zeigt.
-
Fig. 13 ist ein Diagramm, das die Verteilung von Schwankungen der Resonanzfrequenz aufgrund
von Schwankungen der Filmdicke von auf dem gleichen Wafer gebildeten Resonatoren
für den herkömmlichen ST-Schnitt-SAW-Resonator und den SAW-Resonator gemäß der
Erfindung zeigt.
-
Fig. 14 ist ein Vergleichsdiagramm von Alterungseigenschaften für den herkömmlichen ST-
Schnitt-SAW-Resonator und den SAW-Resonator gemäß der Erfindung.
-
Fig. 15 ist ein schematisches Blockdiagramm einer erfindungsgemäßen
Kommunikationsvorrichtung.
-
Fig. 1 ist ein Diagramm, das die Schnittwinkel eines Kristalls zum Erhalten eines SAW-Resonators
gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt. In Fig. 1 stellen die X-Achse, Y-Achse und Z-Achse die
jeweiligen kristallographischen Achsen des Kristalls dar, wobei die X-Achse die sogenannte elektrische
Achse, die Y-Achse die mechanische Achse und die Z-Achse die optische Achse ist.
-
Eine ST-Schnitt-Kristallplatte 20 zum Erzeugen eines ST-Schnitt-SAW-Resonators wird erhalten durch
Drehen einer Z-Kristallplatte 22 mit Eulerwinkeln (0°, 0° und 0°) um die X-Achse um θ = 113° bis 135°
und Schneiden entlang der kristallographischen Achsen (X, Y' und 2'). Ein SAW-Resonator 30 gemäß
einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird aus einer in diesem Text als "gedrehte Kristallplatte"
bezeichneten Platte gebildet. Eine "gedrehte Kristallplatte", so wie der Ausdruck hier verwendet wird, ist
eine Kristallplatte, die durch Drehen der ST-Schnitt-Kristallplatte 20 in einer XY'-Ebene erhalten wird, die
in der Ebene einer Hauptoberfläche der ST-Schnitt-Kristallplatte 20 liegt. Genauer gesagt ist die gedrehte
Kristallplatte eine Platte, die durch Drehen der ST-Schnitt-Kristallplatte 20 weiter um die 2'-Achse um ψ =
± (40° bis 49°) erhalten wird, so dass sich die akustische Oberflächenwelle entlang der X'-Achse
ausbreitet, die eine elektrische Achse ist. Die so weiter gedrehte ST-Schnitt-Kristallplatte hat eine
niedrige Rate der Frequenzänderungen in Bezug auf Temperaturänderungen und eine sehr hohe
Temperaturcharakteristik.
-
Auf diese Weise wird der SAW-Resonator 30 unter Verwendung einer gedrehten Kristallplatte mit
Eulerwinkeln (0°, 113° bis 135° und ± (40° bis 49°)) gebildet. Der SAW-Resonator 30 zeigt eine extrem
niedrige Fluktuation der Resonanzfrequenz in Bezug auf Schwankungen der Elektrodenbreite der IDT-
Elektrodenanordnung 14 bei einem bestimmten Verhältnis der Elektrodenbreite und des
Interelektrodenabstands der IDT-Elektrodenanordnung 14.
-
Fig. 3 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen diesem Verhältnis ~der Elektrodenbreite
(Linienbreite) zum Interelektrodenabstand der IDT-Elektrodenanordnung für den SAW-Resonator 30 gemäß der
vorliegenden Erfindung und den herkömmlichen (ST-Schnitt-) SAW-Resonator vergleicht. Bezogen auf
Fig. 3 bezeichnet die horizontale Achse das Verhältnis η. Die vertikale Achse bezeichnet die
Frequenzabweichung der Resonanzfrequenz in ppm. Hier ist η ausgedrückt durch η = (Lt/Pt), wobei Lt die
Elektrodenbreite der IDT-Elektrodenanordnung 14 und Pt der Interelektrodenabstand ist, wie in Fig. 2(2)
gezeigt.
-
Bezogen auf Fig. 3 bezeichnet das Symbol • den SAW-Resonator 30 und das Symbol ♦ den
herkömmlichen SAW-Resonator. Der herkömmliche Resonator ist so ausgebildet, dass die SAW sich in Richtung
der Eulerwinkel (0°, 123° und 0°) ausbreitet. Der erfindungsgemäße SAW-Resonator 30, der in der
Ebene um die 2'-Achse gedreht ist, ist so ausgebildet, dass sich die akustische Oberflächenwelle in
Richtung der Eulerwinkel (0°, 123° und 43,0°) ausbreitet. Fig. 3 zeigt die Abweichung der
Resonanzfrequenz mit Bezug auf die Resonanzfrequenz bei η = 0,5.
-
Wie in der Zeichnung gezeigt, kann bei dem SAW-Resonator 30 die Fluktuation der Resonanzfrequenz in
Bezug auf die Schwankungen der Elektrodenbreite Lt deutlich verringert werden, indem η im Bereich von
0,45 ≤ η ≤ 0,7 gesetzt wird. Die vorliegende Erfindung setzt daher den Wert η auf 0,5 oder mehr und 0,65
oder weniger, d. h. 0,5 ≤ η ≤ 0,65, um einen Kurzschluss zwischen der positiven Elektrode 14a und der
negativen Elektrode 14b der IDT-Elektrodenanordnung 14 durch die Abnahme des
Interelektrodenabstandes bei zunehmender Frequenz des SAW-Resonators und das Brechen von Elektrodenleitungen in
der IDT-Elektrodenanordnung 14 zu verhindern.
-
Folglich kann beim SAW-Resonator 30 die Fluktuation der Resonanzfrequenz (Frequenzabweichung)
aufgrund von Schwankungen der Elektrodenbreite Lt aufgrund von Herstellungstoleranzen der IDT-
Elektrodenanordnung 14 verringert werden. Der SAW-Resonator 30 ist daher bereit für eine Erhöhung
seiner Frequenz, wobei die Frequenz auf einer "pro-Wafer"-Grundlage kontrolliert werden kann, so dass
der Zeitraum für die Frequenzkontrolle verkürzt werden kann. Auch die Kontrolle individueller
Resonanzfrequenzen, die herkömmlicherweise erforderlich war, kann bei einer gewissen vorgeschriebenen
Genauigkeit fortgelassen werden, was eine erhebliche Kostenreduktion ermöglicht.
-
Der erfindungsgemäße SAW-Resonator 30 mit Eulerwinkeln (0°, 113° bis 135° und ± (40° bis 49°)) hat
im Verhältnis zu Schwankungen der Elektrodenbreite eine winzige Frequenzabweichung. Deshalb
ermöglicht es die Erfindung mit dem oben beschriebenen SAW-Resonator 30, auf einfache Weise einen
SAW-Resonator mit einer Frequenzabweichung unterhalb eines vorgegebenen Werts zu erhalten, ohne
dass eine kostspielige hochpräzise Ausricht- oder Ätzvorrichtung verwendet wird. Außerdem ermöglicht
der SAW-Resonator 30 eine Verringerung der herstellungsbedingten Frequenzabweichung und
ermöglicht so die Verwendung eines großformatigen Wafers und eine vereinfachte Steuerung eines
Photolithographieprozesses.
-
Genauer gesagt muss bei einem SAW-Resonator mit einer Resonanzfrequenz von 300 MHz, um die
Abweichung der Resonanzfrequenz innerhalb von ± 90 kHz (= ± 300 ppm) zu halten, die Schwankung Δη
von η auf Δη < ± 0,01158 bei dem herkömmlichen ST-Schnitt-SAW-Resonator gesetzt werden. Mit
anderen Worten beträgt bei dem herkömmlichen SAW-Resonator für eine Elektrodenbreite Lt von 2,625 µm
die zulässige Toleranz der Elektrodenbreite ca. ± 0,122 µm. Andererseits muss bei dem SAW-
Resonator 30 gemäß dieser Ausgestaltung, um eine Resonanzfrequenz mit einer Abweichung von ± 90 kHz
zu erzielen, Δη < ± 0,04181 erfüllt sein, und wenn die Elektrodenbreite Lt 2,718 µm beträgt, ist die
zulässige Toleranz der Elektrodenbreite ca. ± 0,454 µm.
-
Um bei einem SAW-Resonator mit einer Resonanzfrequenz von 1 GHz die zulässige Abweichung der
Resonanzfrequenz auf ± 300 kHz (= ± 300 ppm) zu setzen, muss Δη < ± 0,01158 bei dem
herkömmlichen SAW-Resonator erfüllt sein. Wenn bei dem herkömmlichen SAW-Resonator die Elektrodenbreite Lt
0,787 µm beträgt, so beträgt die zulässige Toleranz der Elektrodenbreite Lt ca. ± 0,036 µm. Bei dem
SAW-Resonator 30 gemäß dieser Ausgestaltung hingegen muss Δη < ± 0,04181 erfüllt sein, und wenn
die Elektrodenbreite Lt 0,815 µm beträgt, ist die zulässige Toleranz ca. ± 0,136 mm. Mit anderen Worten
ist bei dem SAW-Resonator 30 nach dieser Ausgestaltung die zulässige Toleranz der Elektrodenbreite Lt
ca. 3,7 mal größer als bei dem herkömmlichen SAW-Resonator. Infolgedessen ist bei dem SAW-
Resonator 30 die Steuerung des Photolithographieprozesses und des Ätzprozesses vereinfacht, was
eine Kostenverringerung ermöglicht.
-
Bei der obigen Berechnung ist die Schallgeschwindigkeit vs ausgedrückt durch vs = 3150 m/s in der
herkömmlichen ST-Schnitt-Kristallplatte und vs = 3261 m/s in der gedrehten Kristallplatte, d. h. der in der
Ebene um die 2'-Achse gedrehten ST-Schnitt-Kristallplatte.
-
Fig. 4 zeigt ein Histogramm (Frequenzverteilung), das die Schwankungen der Resonanzfrequenz unter
auf dem gleichen Wafer gebildeten Resonatoren und die kumulative relative Häufigkeit in Prozent angibt.
Das hohle Balkendiagramm in der Zeichnung gibt die Frequenzverteilung des SAW-Resonators 30
gemäß der Erfindung an, und ein Symbol • bezeichnet den Prozentsatz der kumulativen relativen
Häufigkeit. Das diagonal schraffierte Balkendiagramm in der Zeichnung gibt die Frequenzverteilung des
herkömmlichen SAW-Resonators an, und ein Symbol × gibt den Prozentsatz der kumulativen relativen
Häufigkeit an. Sowohl der herkömmliche SAW-Resonator als auch der SAW-Resonator 30 nach der
Ausgestaltung haben eine Zielresonanzfrequenz von 622 MHz. Die horizontale Achse in Fig. 4 gibt die
Frequenzabweichung relativ zu dieser Zielresonanzfrequenz in ppm an; die linke vertikale Achse gibt die
Häufigkeit an, und die rechte vertikale Achse gibt den Prozentsatz der kumulativen relativen Häufigkeit
an.
-
Wie in Fig. 4 deutlich gezeigt, hat der SAW-Resonator 30 einen extrem kleinen Schwankungsbereich der
Resonanzfrequenz im Vergleich zu dem herkömmlichen SAW-Resonator. Folglich kann die Resonanz
des SAW-Resonators 30 leicht auf dem Wafer kontrolliert werden, wodurch die Notwendigkeit einer
Einzelkontrolle der Frequenz jeder SAW-Einrichtung fortfällt.
-
Fig. 5 bis 10 zeigen die Beziehung zwischen dem Verhältnis η (= Lt/Pt) und der Frequenzabweichung
(in ppm) der Resonanzfrequenz für verschiedene Schnittwinkel von gedrehten Kristallplatten eines SAW-
Resonators. In diesen Zeichnungen gibt die horizontale Achse das Verhältnis η an, und die vertikale
Achse gibt die Frequenzabweichung (in ppm) der Resonanzfrequenz an. Wenn ein Punkt, wo die
Steigung der Kennlinie 0 ist, im Bereich von 0,5 ≤ η ≤ 0,65 existiert, kann die Abweichung der
Resonanzfrequenz bezogen auf die Fluktuation von q als sehr klein angesehen werden.
-
Die Erfinder haben festgestellt, dass es einen Bereich von θ und ψ gibt, wo ein solcher Punkt, an dem die
Steigung der Kennlinie 0 ist, existiert. Fig. 5 bis 10 belegen die Grenze, an der die Kennlinie einen
Punkt mit Steigung 0 hat oder nicht hat.
-
In allen Zeichnungen ist von den Eulerwinkeln (φ, θ und ψ) φ = 0°. In Fig. 5 und 6 ist θ = 117°. In Fig.
5 bedeutet ein Quadratsymbol, dass ψ = 46,4° ist, ein Dreiecksymbol bedeutet, dass ψ = 46,5° ist, und
ein Kreissymbol bedeutet, dass ψ = 46,6° ist. In Fig. 6 bedeutet ein Quadratsymbol, dass ψ = 44,9° ist,
ein Dreiecksymbol bedeutet, dass ψ = 45,0° ist, und ein Kreissymbol bedeutet, dass ψ = 45,1° ist. In
Fig. 7 und 8 ist θ = 122°. In Fig. 7 bedeutet ein Quadratsymbol, dass ψ = 46,9° ist, ein Dreiecksymbol
bedeutet, dass ψ = 47,0° ist, und ein Kreissymbol bedeutet, dass θ = 47,1° ist. In Fig. 8 bedeutet ein
Quadratsymbol, dass ψ = 42,6° ist, ein Dreiecksymbol bedeutet, dass ψ = 42,7° ist, und ein Kreissymbol
bedeutet, dass ψ = 42,8° ist. In Fig. 9 und 10 ist θ = 132°. In Fig. 9 bedeutet ein Quadratsymbol, dass
ψ = 48,8° ist, ein Dreiecksymbol bedeutet, dass ψ = 48,9° ist, und ein Kreissymbol bedeutet, dass ψ =
49,0° ist. In Fig. 10 bedeutet ein Quadratsymbol, dass ψ = 40,0° ist, ein Dreiecksymbol bedeutet, dass
ψ = 40,71° ist, und ein Kreissymbol bedeutet, dass ψ = 40,2° ist.
-
Die oberen und unteren Grenzen von ψ in Bezug auf θ in dem Bereich von θ und ψ, wo die Steigung der
Kennlinie 0 ist, wie aus den in den Zeichnungen dargestellten Ergebnissen erhalten, sind in Fig. 11
dargestellt, wobei die Linie, die die untere Grenze angibt, ausgedrückt ist durch
ψ = -0,317θ + 81,82° (1)
und die obere Grenze ausgedrückt ist durch
ψ = 0,160θ + 27,78° (2)
-
Der Bereich von ψ in Bezug auf θ ist durch die diagonal schraffierte Fläche in Fig. 11 dargestellt. Die
Kennlinie hat eine Steigung 0, wenn ψ und θ in diesem schraffierten Bereich sind, wo die Abweichung
der Resonanzfrequenz relativ zur Fluktuation von θ extrem klein ist.
-
Da die gedrehte Kristallplatte in dem Fall, wo ψ positiv rotiert ist, wie in Fig. 1, und im Fall, wo ψ negativ,
entgegengesetzt zu Fig. 1 rotiert ist, die gleiche ist, ist die untere Grenze von ψ gegeben durch
|ψ| = |-0,317θ + 81,82°| (3)
und die untere Grenze ist gegeben durch
|ψ| = |0,160θ + 27,78°| (4)
-
Der SAW-Resonator 30 mit Eulerwinkel von (0°, 113° bis 135° und ± (40° bis 49°)) zeigt im Vergleich
zum herkömmlich ST-Schnitt-SAW-Resonator eine kleine Abweichung der Resonanzfrequenz in Bezug
zu Schwankungen der Filmdicke Ht der IDT-Elektrodenanordnung 14. Fig. 12 zeigt die Beziehung
zwischen den Schwankungen der Elektrodenfilmdicke der IDT-Elektrodenanordnung 14 und der
Abweichung der Resonanzfrequenz, wobei die horizontale Achse Ht/λ anzeigt und die vertikale Achse
die Abweichung der Resonanzfrequenz in ppm anzeigt, wobei λ die Wellenlänge der akustischen
Oberflächenwelle bei der Resonanzfrequenz bezeichnet.
-
Ein Symbol ♦ bezeichnet die Messergebnisse des herkömmlichen SAW-Resonators mit Eulerwinkeln
(0°, 123° und 0°) und zeigt die Frequenzabweichung mit Bezug auf Ht/λ. = 0,03. Ein Symbol • gibt die
Messergebnisse des SAW-Resonators 30 mit Eulerwinkeln (0°, 123° und 46,0°) an und zeigt die
Frequenzabweichung mit Bezug auf Ht/λ = 0,035.
-
Wie an Fig. 12 zu sehen ist, zeigt der erfindungsgemäße SAW-Resonator eine kleinere Fluktuation der
Resonanzfrequenz in Bezug auf eine Änderung der Elektrodenfilmdicke Ht als der herkömmliche SAW-
Resonator. Bei dem SAW-Resonator 30 ist die Steuerung des Elektrodenätzens beim Steuern der
Frequenz einfach, wodurch eine Verringerung der Frequenzabweichung unter auf dem gleichen Wafer
gebildeten SAW-Resonatoren möglich ist.
-
Um z. B. bei dem SAW-Resonator mit einer Resonanzfrequenz von 300 MHz die Frequenzabweichung,
wenn die Elektrodenbreite Lt der IDT-Elektrodenanordnung auf einen bestimmten Wert gesteuert ist, auf
den Bereich von ± 30 kHz (= ± 100 ppm) zu setzen, vorausgesetzt, dass die
Referenz-Elektrodenfilmdicke auf Ht/λ = 0,03 gesetzt ist, beträgt die zulässige Toleranz Δ(Ht/λ) ca. ± 0,00013, und die
Elektrodenfilmdicke Ht beträgt 315,0 t 1,366 nm bei dem herkömmlichen SAW-Resonator. Bei dem SAW-
Resonator gemäß dieser Erfindung beträgt, wenn die Referenz-Elektrodenfilmdicke auf Ht/λ = 0,03
gesetzt ist, die zulässige Toleranz Δ(Ht/λ) ca. ± 0,00022, und die Elektrodenfilmdicke Ht beträgt 326,1 ±
2,391 nm. Mit anderen Worten ist die zulässige Toleranz der Elektrodenfilmdicke des SAW-Resonators
nach dieser Ausgestaltung ca. 2 mal so groß wie die des herkömmlichen SAW-Resonators. Deshalb
kann die Schwankungsbreite der Resonanzfrequenz unter auf dem gleichen Wafer gebildeten SAW-
Resonatoren klein werden; dies erleichtert die Steuerung der Resonanzfrequenz durch Elektrodenätzen
usw.
-
Fig. 13 zeigt die Fluktuation der Resonanzfrequenz aufgrund von Schwankungen der Elektrodenfilmdicke
Ht, wenn die Elektrodenbreite Lt der IDT-Elektrodenanordnung der auf dem gleichen Wafer gebildeten
SAW-Resonatoren auf einen bestimmten Wert geregelt ist. Die horizontale Achse in der Zeichnung gibt
die Elektrodenbreite Lt an, und die vertikale Achse gibt die Frequenzabweichung der Resonanzfrequenz
in ppm an. Die untere linke Gruppe in der Zeichnung sind die SAW-Resonatoren gemäß der Erfindung.
Die obere rechte Gruppe sind die herkömmlichen ST-Schnitt-SAW-Resonatoren.
-
Die für die Messung verwendeten SAW-Resonatoren sind jeweils aus einer gedrehten Kristallplatte mit
Eulerwinkeln (0°, 123° und 43,0°) gebildet, wobei die Resonanzfrequenz 806 MHz und die
Ziel-Elektrodenfilmdicke Ht 130 ± 1.3 nm beträgt. Die herkömmlichen ST-Schnitt-SAW-Resonatoren sind jeweils aus
einer Kristallplatte mit Eulerwinkeln (0°, 123° und 0°) gebildet, wobei die Resonanzfrequenz 863 MHz ist
und die Ziel-Elektrodenfilmdicke Ht 90 ± 0,9 nm ist. Die in der Zeichnung dargestellten Pfeile geben den
Bereich einer Frequenzabweichung ±3σ an. Der Bereich von ±3σ war für die SAW-Resonatoren gemäß
der Erfindung ca. 300 ppm und für die herkömmlichen SAW-Resonatoren ca. 1000 ppm. Da ein wichtiger
Faktor, der Schwankungen der Frequenz auch bei gleicher Linienbreite bewirkt, die Elektrodendicke ist,
wird angenommen, dass die Schwankungen der Resonanzfrequenz in Fig. 13 auf Schwankungen der
Filmdicke Ht der IDT-Elektrodenanordnung zurückgehen.
-
Die Untersuchungen der Erfinder haben gezeigt, dass der SAW-Resonator gemäß der Erfindung auch
überlegene Eigenschaften im Hinblick auf Alterung, d. h. langfristige Änderungen der Resonanzfrequenz,
aufweist. Es wird angenommen, dass die langfristige Änderung der Resonanzfrequenz auf die Änderung
der Elektrodenfilmdicke der IDT-Elektrodenanordnung aufgrund von Resten von im Prozess der
Herstellung des SAW-Resonators verwendetem Gas usw. zurückgehen.
-
Die Erfinder haben einen Alterungsversuch für den herkömmlichen SAW-Resonator und den SAW-
Resonator gemäß der Erfindung durchgeführt und sie verglichen. Alle verwendeten
Untersuchungsproben hatten eine Resonanzfrequenz von 644 MHz. In dem Alterungsversuch wurde nach 1000-stündigem
Aufenthalt in einem Thermostaten bei 125° jede Untersuchungsprobe aus dem Thermostaten
herausgenommen und auf Zimmertemperatur abgekühlt, anschließend wurde die Resonanzfrequenz gemessen,
um das Ausmaß der Fluktuation in Bezug auf die Resonanzfrequenz vor ihrer Einbringung in den
Thermostaten zu erhalten. Fig. 14 zeigt die Ergebnisse. Wie in Fig. 14 deutlich gezeigt, hat der
erfindungsgemäße SAW-Resonator im Vergleich zum herkömmlichen SAW-Resonator nur die halbe
Fluktuation der Resonanzfrequenz, so dass auch eine SAW-Einrichtung mit überlegenen
Alterungseigenschaften geschaffen ist.
-
Fig. 15 ist ein schematisches Blockdiagramm eines optischen Schnittstellenmoduls, das eine
Kommunikationsvorrichtung als eine Ausgestaltung der Erfindung mit der erfindungsgemäßen SAW-Einrichtung
darstellt. Bezogen auf Fig. 15 wandelt das optische Schnittstellenmodul ein Lichtsignal in ein elektrisches
Signal und umgekehrt um, um Senden und Empfang von Daten über ein optisches Netzwerk
durchzuführen. Das optische Schnittstellenmodul 40 aus dieser Ausgestaltung wandelt z. B. ein 10,3125-Gbit-
Lichtsignal und ein 3,125-Gbit-elektrisches Signal (vier Leitungen) ineinander um.
-
Genauer gesagt ist das optische Schnittstellenmodul 40 mit einem
E/O-(elektrisch/optisch-)Wandlerabschnitt 46 versehen. Der Wandlerabschnitt 46 wandelt ein von einem
P/S-(parallel/seriell-)Wandlerabschnitt 44 eingegebenes elektrisches Signal in ein Lichtsignal um und gibt es an ein optisches Netzwerk
aus. Außerdem wandelt in dem optischen Schnittstellenmodul 40 ein
O/E-(optisch/elektrisch-)Wandlerabschnitt 47 ein von dem optischen Netzwerk ausgegebenes Lichtsignal in ein elektrisches Signal um
und gibt es an einen S/P-(seriell/parallel-)Wandlerabschnitt 45 aus.
-
Das optische Schnittstellenmodul 40 umfasst Oszillatoren (OSCs) 48 und 49, die SAW-Einrichtungen mit
den oben beschriebenen SAW-Resonatoren 30 sind. Diese Oszillatoren 48 und 49 geben Taktsignale mit
einer über einen langen Zeitraum konstanten Frequenz aus. Die von den Oszillatoren 48 und 49ausgegebenen Taktsignale werden als Referenzsignale an einen 3,125-Gbit-S/P-Wandlerabschnitt 41
und P/S-Wandlerabschnitt 42 ausgegeben, die über einen Bit-Code-Wandlerabschnitt 43 verbunden sind,
sowie an einen 10,3125-Gbit-P/S-Wandlerabschnitt 44 und einen S/P-Wandlerabschnitt 45.
-
Das optische Schnittstellenmodul 40 mit einer solchen Anordnung kann über einen langen Zeitraum
Daten an ein optisches Netzwerk senden und von ihm empfangen. Dies hat die Wirkung, dass ein
Hochgeschwindigkeits-Kommunikationsnetzwerksystem, dargestellt durch 10-Gbit-Ethernet, das in der
Lage ist, eine große Datenmenge wie etwa ein bewegtes Bild zu übertragen, stabilen Betrieb über einen
langen Zeitraum leicht aufrechterhalten kann.
-
Wie oben beschrieben, kann gemäß der vorliegenden Erfindung die Fluktuation der Resonanzfrequenz in
Bezug auf Schwankungen der Elektrodenbreite einer IDT-Elektrodenanordnung erheblich verringert
werden. Deshalb erfordert die vorliegende Erfindung keine kostspielige, hochpräzise Ausrichtvorrichtung
und dergleichen. Auch die Frequenz eines hergestellten SAW-Resonators kann leicht kontrolliert werden,
so dass die Zeit zum Kontrollieren der Frequenz verkürzt werden kann und die Kosten verringert werden
können.