DE112009003528B4

DE112009003528B4 - Abstimmbares Filter

Info

Publication number: DE112009003528B4
Application number: DE112009003528.0T
Authority: DE
Inventors: Michio Kadota
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2008-11-18
Filing date: 2009-11-18
Publication date: 2015-11-12
Anticipated expiration: 2029-11-19
Also published as: US20110199168A1; KR20110084244A; KR101310717B1; JPWO2010058570A1; US8310321B2; WO2010058570A1; JP2013066250A; DE112009003528T5; JP5494842B2; JP5420564B2; CN102217194A

Abstract

Abstimmbares Filter, umfassend: – einen Oberflächenschallwellenresonator mit – einem piezoelektrisches Substrat aus LiNbO3 mit Euler-Winkeln von (0°, 80° bis 130°, 0°), das eine in einer Oberseite ausgebildete Ausnehmung aufweist, und – einer IDT-Elektrode, bei der ein Metallmaterial, das hauptsächlich mindestens aus einem Material hergestellt ist, das aus der Gruppe Au, Pt, W, Ta, Ag, Cu, Mo und Ni ausgewählt ist, in die Ausnehmung eingebettet ist, – wobei, wenn λ eine Wellenlänge einer Oberflächenschallwelle ist, eine Beziehung zwischen dem Metall, aus dem die IDT-Elektrode hauptsächlich besteht, einer Untergrenze einer Filmdicke der Elektrode und einem Metallisierungsverhältnis eine Beziehung ist, die in Tabelle 1 gezeigt ist; eine Obergrenze der Filmdicke der Elektrode einen der in Tabelle 1 gezeigten Werte hat; und das Metallisierungsverhältnis in einem Bereich von 0,15 bis 0,85 liegt, und – einen regelbaren Kondensator, der mit dem Oberflächenschallwellenresonator verbunden ist. [Tabelle 1] (X: Metallisierungsverhältnis)Elektrode Untergrenze der Filmdicke (λ) Obergrenze der Filmdicke (λ) Au 0,0381 – 0,0211X – 0,0222X2 0,25 Pt 0,0501 – 0,0445X – 0,0031X2 0,25 W 0,0748 – 0,0978X + 0,0444X2 0,25 Ta 0,0739 – 0,0789X + 0,0222X2 0,25 Ag 0,1287 – 0,1767X + 0,0667X2 0,25 Cu 0,1883 – 0,23X + 0,0667X2 0,25 Mo 0,1497 – 0,0990X 0,25 Ni 0,22112 – 0,13613X + 0,0439X2 0,25

Description

TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein abstimmbares Filter, das als ein Bandfilter in einem Kommunikationssystem verwendet wird, und betrifft insbesondere ein abstimmbares Filter, das einen Oberflächenschallwellenresonator enthält.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Von einem Bandfilter, das in einem Kommunikationssystem verwendet wird, wird gelegentlich gewünscht, daß es ein Durchlaßband justieren kann. Es sind bereits verschiedene Bandfilter, d. h. abstimmbare Filter, die diesen Wunsch erfüllen können, vorgeschlagen worden.
Zum Beispiel offenbart die JP 2005-217852 A ein abstimmbares Filter, das mit mehreren Oberflächenschallwellenresonatoren und mehreren regelbaren Kondensatoren arbeitet. 52 ist ein Schaltbild des in JP 2005-217852 A beschriebenen abstimmbaren Filters.
In einem abstimmbaren Filter 101 sind mehrere Reihenarmresonatoren 104 und 105 in Reihe mit einem Reihenarm verbunden, der einen Eingangsanschluß 102 und einen Ausgangsanschluß 103 miteinander koppelt. Des Weiteren sind Parallelarmresonatoren 106 und 107 jeweils mit mehreren Parallelarmen verbunden, die zwischen dem Reihenarm und einem Erdungspotential angeordnet sind. Die Reihenarmresonatoren 104 und 105 und die Parallelarmresonatoren 106 und 107 sind aus Oberflächenschallwellenresonatoren gebildet.
Eine Abzweigfilterschaltung, welche die Reihenarmresonatoren 104 und 105 und die Parallelarmresonatoren 106 und 107 enthält, ist konfiguriert. Des Weiteren sind regelbare Kondensatoren 108 bis 115 angeschlossen, um das Durchlaßband verstellbar zu machen. Insbesondere ist der regelbare Kondensator 108 mit dem Reihenarmresonator 104 parallel geschaltet, und der regelbare Kondensator 110 ist mit dem Reihenarmresonator 104 und dem regelbaren Kondensator 108 in Reihe geschaltet. Gleichermaßen ist der regelbare Kondensator 109 mit dem Reihenarmresonator 105 parallel geschaltet und mit dem regelbaren Kondensator 111 in Reihe geschaltet.
Der regelbare Kondensator 112 ist mit dem Parallelarmresonator 106 parallel geschaltet, und der regelbare Kondensator 114 ist mit dem Parallelarmresonator 106 und dem regelbaren Kondensator 112 in Reihe geschaltet. Gleichermaßen ist der regelbare Kondensator 113 mit dem Parallelarmresonator 107 parallel geschaltet und mit dem regelbaren Kondensator 115 in Reihe geschaltet.
Die US 2007/0120439 A1 zeigt eine Oberflächenschallwellenvorrichtung mit in Ausnehmungen eines Substrats eingebetteter IDT-Elektrode.
Die JP 2005-348139 A lehrt einen Oberflächenschallwellenresonator, der einen SiO₂ Film umfasst, der dazu dient, die Oberseite eines piezoelektrischen LiTaO₃-Substrats mit Euler-Winkeln von (0°, 85° bis 150°, 0°) zu bedecken.
Die JP 2002-330055 A zeigt eine Oberflächenschallwellenvorrichtung, bei der eine IDT-Elektrode mehrere Elektrodenfinger enthält und ein Vorsprung mit einer Höhe gleich einer Dicke der Elektrodenfinger auf einer Oberfläche eines SiO₂-Films mindestens an einer Position oberhalb der Elektrodenfinger ausgebildet ist.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Technisches Problem
In dem abstimmbaren Filter 101 kann eine Resonanzfrequenz FrS eines Schaltungsabschnitts des Reihenarms in dem Maße ansteigen, wie die Kapazitäten der regelbaren Kondensatoren 110 und 111, d. h. die Reihenkapazität, kleiner wird. Des Weiteren kann eine Antiresonanzfrequenz FaS des Reihenarms in dem Maße kleiner werden, wie die Parallelkapazität, d. h. die elektrostatischen Kapazitäten der regelbaren Kondensatoren 108 und 109, größer werden.
Gleichermaßen können eine Resonanzfrequenz FrP und eine Antiresonanzfrequenz FaP eines Schaltungsabschnitts des Parallelarms verändert werden, indem die Kapazitäten der regelbaren Kondensatoren 112 und 113, die parallel geschaltet sind, und die Kapazitäten der regelbaren Kondensatoren 114 und 115, die in Reihe geschaltet sind, verändert werden. Dementsprechend kann die Mittenfrequenz des gesamten abstimmbaren Filters 101 verändert werden, indem die Kapazitäten der regelbaren Kondensatoren 108 bis 115 verändert werden.
Jedoch hat das in JP 2005-217852 A beschriebene abstimmbare Filter 101 insofern ein Problem, als die für die Reihenarmresonatoren 104 und 105 und die Parallelarmresonatoren 106 und 107 verwendeten Oberflächenschallwellenresonatoren kleine elektromechanische Kopplungskoeffizienten haben. Des Weiteren besteht das Problem, daß der absolute Wert eines Frequenz-Temperaturkoeffizienten FTK hoch ist. Des Weiteren ist die Anzahl der Komponenten, wie zum Beispiel die Oberflächenschallwellenresonatoren und die regelbaren Kondensatoren, in dem Reihenarm und dem Parallelarm groß.
Vor dem Hintergrund der Probleme des Standes der Technik ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung die Bereitstellung eines abstimmbaren Filters, das einen elektromechanischen Kopplungskoeffizienten eines Oberflächenschallwellenresonators vergrößern kann, folglich ein Bandbreitenverhältnis des Oberflächenschallwellenresonators vergrößern kann, einen variablen Frequenzbereich des abstimmbaren Filters vergrößern kann und eine Veränderung der Kennlinie infolge einer Veränderung der Temperatur verringern kann, indem der absolute Wert eines Frequenz-Temperaturkoeffizienten FTK verkleinert wird.
Lösung des Problems

Gemäß der Erfindung wird ein abstimmbarer Filter bereitgestellt, das einen Oberflächenschallwellenresonator enthält, der ein piezoelektrisches Substrat aus LiNbO₃ mit Euler-Winkeln von (0°, 80° bis 130°, 0°) aufweist und eine in einer Oberseite ausgebildete Ausnehmung und eine IDT-Elektrode aufweist, wobei ein Metallmaterial, das hauptsächlich mindestens aus einem Material hergestellt ist, das aus der Gruppe Au, Pt, W, Ta, Ag, Cu, Mo und Ni ausgewählt ist, in die Ausnehmung eingebettet ist, wobei, wenn λ eine Wellenlänge einer Oberflächenschallwelle ist, eine Beziehung zwischen dem Metall, aus dem die IDT-Elektrode hauptsächlich besteht, einer Untergrenze einer Filmdicke der Elektrode und einem Metallisierungsverhältnis eine Beziehung ist, die in Tabelle 1 gezeigt ist, eine Obergrenze der Filmdicke der Elektrode einen der in Tabelle 1 gezeigten Werte hat, und das Metallisierungsverhältnis in einem Bereich von 0,15 bis 0,85 liegt; und einen regelbaren Kondensator enthält, der mit dem Oberflächenschallwellenresonator verbunden ist. [Tabelle 1] (X: Metallisierungsverhältnis)

Elektrode	Untergrenze der Filmdicke (λ)	Obergrenze der Filmdicke (λ)
Au	0,0381 – 0,0211X – 0,0222X²	0,25
Pt	0,0501 – 0,0445X – 0,0031X²	0,25
W	0,0748 – 0,0978X + 0,0444X²	0,25
Ta	0,0739 – 0,0789X + 0,0222X²	0,25
Ag	0,1287 – 0,1767X + 0,0667X²	0,25
Cu	0,1883 – 0,23X + 0,0667X²	0,25
Mo	0,1497 – 0,0990X	0,25
Ni	0,22112 – 0,13613X + 0,0439X²	0,25

Wenn P ein Ausbildungsabstand von Elektrodenfingern ist und M eine Breite der Elektrodenfinger ist, so ist das Metallisierungsverhältnis von einer Größenordnung M/P der Breite M der Elektrodenfinger mit Bezug auf den Ausbildungsabstand P der Elektrodenfinger.

Zur Bezugnahme wird ein abstimmbares Filter gezeigt, das einen Oberflächenschallwellenresonator enthält, der ein piezoelektrisches Substrat aus LiNbO₃ mit Euler-Winkeln von (0°, 80° bis 130°, 0°) aufweist und eine in einer Oberseite ausgebildete Ausnehmung und eine IDT-Elektrode aufweist, wobei ein Metallmaterial, das hauptsächlich mindestens aus einem Material hergestellt ist, das aus der Gruppe Au, Pt, W, Ta, Ag, Cu, Mo und Ni ausgewählt ist, in die Ausnehmung eingebettet ist, wobei, wenn λ eine Wellenlänge einer Oberflächenschallwelle ist, eine Beziehung zwischen dem Metall, aus dem die IDT-Elektrode hauptsächlich besteht, einer Untergrenze einer Filmdicke der Elektrode und einem Metallisierungsverhältnis eine Beziehung ist, die in den 42 bis 49 und Tabelle 2 gezeigt ist, eine Obergrenze der Filmdicke der Elektrode von einem der Werte ist, die in Tabelle 2 gezeigt sind, und das Metallisierungsverhältnis größer als 0,5 ist; und das einen regelbaren Kondensator enthält, der mit dem Oberflächenschallwellenresonator verbunden ist. [Tabelle 2] (X: Metallisierungsverhältnis)

Dabei kann die Beziehung zwischen dem Metall, aus dem die IDT-Elektrode hauptsächlich besteht, der Filmdicke der Elektrode und dem Metallisierungsverhältnis eine Beziehung, wie sie in Tabelle 3 gezeigt ist, und die Obergrenze der Filmdicke der Elektrode von einem der Werte, die in Tabelle 3 gezeigt sind, sein. [Tabelle 3] X: Metallisierungsverhältnis)

Elektrode	Untergrenze der Filmdicke (λ)	Obergrenze der Filmdicke (λ)
Au	0,0343 – 0,0190X – 0,0200X²	0,25
Pt	0,045 – 0,0401X – 0,0028X²	0,25
W	0,0673 – 0,0880X + 0,040X²	0,25
Ta	0,0665 – 0,0710X + 0,020X²	0,25
Ag	0,1158 – 0,1590X + 0,060X²	0,25
Cu	0,1695 – 0,207X + 0,060X²	0,25
Mo	0,1347 – 0,0891X	0,25
Ni	0,1997 – 0,1259X + 0,0358X²	0,25

Die Obergrenze der Filmdicke wird auf der Grundlage des Auftretens eines Phänomens bestimmt, bei dem ein Störsignal erzeugt wird, weil der Reflexionskoeffizient übermäßig groß ist.
Gemäß der Erfindung wird ein abstimmbares Filter bereitgestellt, das einen Oberflächenschallwellenresonator enthält, der ein piezoelektrisches Substrat aus LiNbO₃ mit Euler-Winkeln von (0°, 80° bis 130°, 0°) aufweist und eine in einer Oberseite ausgebildete Ausnehmung und eine IDT-Elektrode aufweist, wobei Al oder eine Legierung, die hauptsächlich aus Al besteht, in die Ausnehmung eingebettet ist, wobei, wenn λ eine Wellenlänge einer Oberflächenschallwelle ist, eine normalisierte Filmdicke H/λ der IDT-Elektrode mindestens 0,036 und maximal 0,4 beträgt, eine Beziehung zwischen einer Obergrenze einer normalisierten Filmdicke von Al und einem Metallisierungsverhältnis eine in Tabelle 4 gezeigte Beziehung ist, eine Untergrenze der normalisierten Filmdicke von Al ein in Tabelle 4 gezeigter Wert ist, und ein Metallisierungsverhältnis kleiner als 0,5 oder größer als 0,5 ist; und das einen regelbaren Kondensator enthält, der mit dem Oberflächenschallwellenresonator verbunden ist. [Tabelle 4] (Y: Al-Filmdicke, X: Metallisierungsverhältnis)

Elektrode Untergrenze Obergrenze

Al 0,036 λ Y = –0,9X + 0,766
Gemäß einem Aspekt eines anderen abstimmbaren Filters ist eine Beziehung zwischen dem Metall, aus dem die IDT-Elektrode hauptsächlich besteht, der Obergrenze der Filmdicke der Elektrode und dem Metallisierungsverhältnis eine Beziehung, wie sie in Tabelle 5 gezeigt ist, und die Untergrenze der Filmdicke der Elektrode ist ein Wert, wie er in Tabelle 5 gezeigt ist. [Tabelle 5] (Y: Al-Filmdicke, X: Metallisierungsverhältnis)

Elektrode Untergrenze Obergrenze

Al 0,036 λ Y = –0,81X + 0,689
Bei einem abstimmbaren Filter, das einen Oberflächenschallwellenresonator enthält, der ein piezoelektrisches Substrat aus LiNbO₃ mit Euler-Winkeln von (0°, 80° bis 130°, 0°) aufweist und eine in einer Oberseite ausgebildete Ausnehmung und eine IDT-Elektrode aufweist, wobei ein Metallmaterial, das hauptsächlich mindestens aus einem Material hergestellt ist, das aus der Gruppe Au, Pt, W, Ta, Ag, Cu, Mo und Ni ausgewählt ist, in die Ausnehmung eingebettet ist, kann, wenn λ eine Wellenlänge einer Oberflächenschallwelle ist, eine Dicke H/λ der Elektrode, die hauptsächlich aus Au, Pt, W oder Ta besteht, maximal 0,006, eine Dicke H/λ der Elektrode, die hauptsächlich aus Ag besteht, maximal 0,01, oder eine Dicke H/λ der Elektrode, die hauptsächlich aus Cu, Mo oder Ni besteht, maximal 0,013 betragen; und ein regelbarer Kondensator vorgesehen sein, der mit dem Oberflächenschallwellenresonator verbunden ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt des abstimmbaren Filters gemäß der vorliegenden Erfindung enthält der Oberflächenschallwellenresonator mehrere Oberflächenschallwellenresonatoren, und die mehreren Oberflächenschallwellenresonatoren sind zwischen einem Eingangsanschluß und einen Ausgangsanschluß in Reihe geschaltet. Der regelbare Kondensator enthält einen ersten und einen zweiten regelbaren Kondensator, wobei der erste regelbare Kondensator mit mindestens einem der mehreren Oberflächenschallwellenresonatoren in Reihe geschaltet ist und der zweite regelbare Kondensator mit mindestens einem der mehreren Oberflächenschallwellenresonatoren parallel geschaltet ist. Außerdem enthält das abstimmbare Filter des Weiteren eine Induktivität, die zwischen einem Knoten der mehreren Oberflächenschallwellenresonatoren und einer Erdung angeschlossen ist, und Anpassungskondensatoren, die zwischen dem Eingangsanschluß und der Erdung bzw. zwischen dem Ausgangsanschluß und der Erdung angeschlossen sind.
Gemäß einem weiteren Aspekt des abstimmbaren Filters gemäß der vorliegenden Erfindung haben die Anpassungskondensatoren und die Induktivität Impedanzen in einem Bereich von 20 bis 100 Ω.
Vorteilhafte Effekte der Erfindung
Mit dem abstimmbaren Filter gemäß der vorliegenden Erfindung kann mit der Konfiguration, bei der der Oberflächenschallwellenresonator mit dem regelbaren Kondensator verbunden ist, der elektromechanische Kopplungskoeffizient des Oberflächenschallwellenresonators vergrößert werden, da der Oberflächenschallwellenresonator die Struktur hat, bei der die IDT-Elektrode durch Einfüllen des Elektrodenmaterials in die Aussparung in der Oberseite des piezoelektrischen Substrats aus LiNbO₃ oder LiTaO₃ gebildet wird. Dementsprechend kann ein Oberflächenschallwellenresonator mit einem großen Bandbreitenverhältnis erhalten werden, und somit kann das abstimmbare Filter mit einem breiten variablen Frequenzbereich bereitgestellt werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1(a) ist eine Illustration, die eine Schaltungskonfiguration eines abstimmbaren Filters gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; 1(b) ist eine schaubildhafte Draufsicht, die einen Oberflächenschallwellenresonator zeigt, der in der Ausführungsform verwendet wird; 1(c) ist eine vorderseitige Querschnittsansicht eines Teils entlang der Linie I-I in 1(b), und 1(d) ist eine vorderseitige Querschnittsansicht einer Struktur ohne einen in 1(c) gezeigten SiO₂-Film.
2 ist eine Illustration, die Frequenzkennlinien eines Oberflächenschallwellenresonators zeigt, die in Beispiel 1 gemessen wurden, und die insbesondere eine Impedanzkennlinie und eine Phasenkennlinie des Oberflächenschallwellenresonators mit einem SiO₂-Film zeigt.
3 ist ein Schaltbild eines abstimmbaren Filters gemäß einem Referenzbeispiel.
4 ist eine Illustration, die eine Veränderung der Filterkennlinie zeigt, wenn eine elektrostatische Kapazität eines regelbaren Kondensators in einer Filterschaltung gemäß dem Referenzbeispiel in 3 in Beispiel 2 verändert wird.
5 ist eine Illustration, die eine Veränderung des Reflexionskoeffizienten zeigt, wenn eine normalisierte Filmdicke H/λ einer IDT-Elektrode eines Oberflächenschallresonators von 36°YX-LiTaO₃ in Beispiel 3 verändert wird.
6 ist eine Illustration, die eine Veränderung des elektromechanischen Kopplungskoeffizienten k² zeigt, wenn die normalisierte Filmdicke H/λ der IDT-Elektrode des Oberflächenschallresonators von 36°YX-LiTaO₃ in Beispiel 3 verändert wird.
7 ist eine Illustration, die die Beziehung zwischen der normalisierten Filmdicke H/λ einer IDT-Elektrode und dem Reflexionskoeffizienten zeigt, wenn die normalisierte Filmdicke h/λ eines SiO₂-Films, der in einem Oberflächenschallwellenresonator aus 13°YX-LiTaO₃ ausgebildet ist, in Beispiel 4 0,2, 0,3 oder 0,4 beträgt.
8 ist eine Illustration, die die Beziehung zwischen der normalisierten Filmdicke H/λ der IDT-Elektrode und dem elektromechanischen Kopplungskoeffizienten k² zeigt, wenn die normalisierte Filmdicke h/λ des SiO₂-Films, der in dem Oberflächenschallwellenresonator ausgebildet ist, in Beispiel 4 0,2, 0,3, und 0,4 beträgt.
9 ist eine Illustration, die die Beziehung zwischen θ von Euler-Winkeln von (0°, θ, 0°) eines jeden von Oberflächenschallwellenresonatoren mit verschiedenen Strukturen unter Verwendung von LiNbO₃ und dem Reflexionskoeffizienten zeigt, wenn in Beispiel 5 die normalisierte Filmdicke h/λ eines SiO₂-Films 0,25 beträgt und die normalisierte Filmdicke H/λ einer IDT-Elektrode aus Pt 0,04 oder 0,08 beträgt.
10 ist eine Illustration, die die Beziehung zwischen θ der Euler-Winkel von (0°, θ, 0°) eines jeden der Oberflächenschallwellenresonatoren mit den verschiedenen Strukturen unter Verwendung von LiNbO₃ und dem elektromechanischen Kopplungskoeffizienten zeigt, wenn in Beispiel 5 die normalisierte Filmdicke h/λ des SiO₂-Films 0,25 beträgt und die normalisierte Filmdicke H/λ der IDT-Elektrode aus Pt 0,04 oder 0,08 beträgt.
11 ist eine Illustration, die die Beziehung zwischen θ der Euler-Winkel von (0°, θ, 0°) eines jeden der Oberflächenschallwellenresonatoren mit den verschiedenen Strukturen unter Verwendung von LiNbO₃ und dem Reflexionskoeffizienten zeigt, wenn in Beispiel 5 die normalisierte Filmdicke h/λ des SiO₂-Films 0,25 beträgt und die normalisierte Filmdicke H/λ einer IDT-Elektrode aus Au 0,04 oder 0,08 beträgt.
12 ist eine Illustration, die die Beziehung zwischen θ der Euler-Winkel von (0°, θ, 0°) eines jeden der Oberflächenschallwellenresonatoren mit den verschiedenen Strukturen unter Verwendung von LiNbO₃ und dem elektromechanischen Kopplungskoeffizienten zeigt, wenn in Beispiel 5 die normalisierte Filmdicke h/λ des SiO₂-Films 0,25 beträgt und die normalisierte Filmdicke H/λ der IDT-Elektrode aus Au 0,04 oder 0,08 beträgt.
13 ist eine Illustration, die die Beziehung zwischen θ der Euler-Winkel von (0°, θ, 0°) eines jeden der Oberflächenschallwellenresonatoren mit den verschiedenen Strukturen unter Verwendung von LiNbO₃ und dem Reflexionskoeffizienten zeigt, wenn in Beispiel 5 die normalisierte Filmdicke h/λ des SiO₂-Films 0,25 beträgt und die normalisierte Filmdicke H/λ einer IDT-Elektrode aus Cu 0,04 oder 0,08 beträgt.
14 ist eine Illustration, die die Beziehung zwischen θ der Euler-Winkel von (0°, θ, 0°) eines jeden der Oberflächenschallwellenresonatoren mit den verschiedenen Strukturen unter Verwendung von LiNbO₃ und dem elektromechanischen Kopplungskoeffizienten zeigt, wenn in Beispiel 5 die normalisierte Filmdicke h/λ des SiO₂-Films 0,25 beträgt und die normalisierte Filmdicke H/λ der IDT-Elektrode aus Cu 0,04 oder 0,08 beträgt.
15 ist eine Illustration, die die Beziehung zwischen θ der Euler-Winkel von (0°, θ, 0°) eines jeden der Oberflächenschallwellenresonatoren mit den verschiedenen Strukturen unter Verwendung von LiNbO₃ und dem Reflexionskoeffizienten zeigt, wenn in Beispiel 5 die normalisierte Filmdicke h/λ des SiO₂-Films 0,25 beträgt und die normalisierte Filmdicke H/λ einer IDT-Elektrode aus Al 0,04 oder 0,08 beträgt.
16 ist eine Illustration, die die Beziehung zwischen θ der Euler-Winkel von (0°, θ, 0°) eines jeden der Oberflächenschallwellenresonatoren mit den verschiedenen Strukturen unter Verwendung von LiNbO₃ und dem elektromechanischen Kopplungskoeffizienten zeigt, wenn in Beispiel 5 die normalisierte Filmdicke h/λ des SiO₂-Films 0,25 beträgt und die normalisierte Filmdicke H/λ der IDT-Elektrode aus Al 0,04 oder 0,08 beträgt.
17 ist eine Illustration, die die Beziehung zwischen θ der Euler-Winkel von (0°, θ, 0°) eines jeden der Oberflächenschallwellenresonatoren und dem Reflexionskoeffizienten zeigt, wenn in Beispiel 5 LiTaO₃ verwendet wird, die normalisierte Filmdicke h/λ des SiO₂-Films 0,25 beträgt und die normalisierte Filmdicke H/λ der IDT-Elektrode aus Pt 0,02, 0,04 oder 0,08 beträgt.
18 ist eine Illustration, die die Beziehung zwischen θ der Euler-Winkel von (0°, θ, 0°) eines jeden der Oberflächenschallwellenresonatoren und dem elektromechanischen Kopplungskoeffizienten zeigt, wenn in Beispiel 5 LiTaO₃ verwendet wird, die normalisierte Filmdicke h/λ des SiO₂-Films 0,25 beträgt und die normalisierte Filmdicke H/λ der IDT-Elektrode aus Pt 0,02, 0,04 oder 0,08 beträgt.
19 ist eine Illustration, die eine Impedanzkennlinie und eine Phasenkennlinie eines Oberflächenschallwellenresonators zeigt, wenn in Beispiel 6 ein LiNbO₃-Substrat verwendet wird, in eine IDT-Elektrode Cu auf eine Dicke von 6% oder 10% der Wellenlänge eingebettet ist und das Metallisierungsverhältnis 0,5 beträgt.
20 ist eine Illustration, die eine Impedanzkennlinie und eine Phasenkennlinie eines Oberflächenschallwellenresonators zeigt, wenn in Beispiel 6 das LiNbO₃-Substrat verwendet wird, in eine IDT-Elektrode Cu auf eine Dicke H/λ von 0,1 eingebettet ist und das Metallisierungsverhältnis der IDT-Elektrode 0,4, 0,45, 0,5, 0,55 oder 0,6 beträgt.
21 ist eine Illustration, die eine Impedanzkennlinie und eine Phasenkennlinie einer Oberflächenschallwellenvorrichtung zeigt, wenn in Beispiel 6 das LiNbO₃-Substrat verwendet wird, das Metallisierungsverhältnis 0,6 beträgt und in eine IDT-Elektrode Cu auf eine Dicke H/λ von 0,06 oder 0,1 eingebettet ist.
22 ist eine Illustration, die die Beziehung zwischen der normalisierten Filmdicke H/λ einer IDT-Elektrode und der Oberflächenschallwellengeschwindigkeit zeigt, wenn in Beispiel 6 ein LiNbO₃-Substrat mit Euler-Winkeln von (0°, 100°, 0°), d. h. mit 10° Y-Schnitt und X-Ausbreitung, verwendet wird, in die IDT-Elektrode Au eingebettet ist und das Metallisierungsverhältnis 0,5 beträgt.
23 ist eine Illustration, die die Beziehung zwischen der normalisierten Filmdicke H/λ einer IDT-Elektrode und der Oberflächenschallwellengeschwindigkeit zeigt, wenn in Beispiel 6 das LiNbO₃-Substrat mit den Euler-Winkeln von (0°, 100°, 0°), d. h. mit 10° Y-Schnitt und X-Ausbreitung, verwendet wird, in die IDT-Elektrode Pt eingebettet ist und das Metallisierungsverhältnis 0,5 beträgt.
24 ist eine Illustration, die die Beziehung zwischen der normalisierten Filmdicke H/λ einer IDT-Elektrode und der Oberflächenschallwellengeschwindigkeit zeigt, wenn in Beispiel 6 das LiNbO₃-Substrat mit den Euler-Winkeln von (0°, 100°, 0°), d. h. mit 10° Y-Schnitt und X-Ausbreitung, verwendet wird, in die IDT-Elektrode W eingebettet ist und das Metallisierungsverhältnis 0,5 beträgt.
25 ist eine Illustration, die die Beziehung zwischen der normalisierten Filmdicke H/λ einer IDT-Elektrode und der Oberflächenschallwellengeschwindigkeit zeigt, wenn in Beispiel 6 das LiNbO₃-Substrat mit den Euler-Winkeln von (0°, 100°, 0°), d. h. mit 10° Y-Schnitt und X-Ausbreitung, verwendet wird, in die IDT-Elektrode Ta eingebettet ist und das Metallisierungsverhältnis 0,5 beträgt.
26 ist eine Illustration, die die Beziehung zwischen der normalisierten Filmdicke H/λ einer IDT-Elektrode und der Oberflächenschallwellengeschwindigkeit zeigt, wenn in Beispiel 6 das LiNbO₃-Substrat mit den Euler-Winkeln von (0°, 100°, 0°), d. h. mit 10° Y-Schnitt und X-Ausbreitung, verwendet wird, in die IDT-Elektrode Ag eingebettet ist und das Metallisierungsverhältnis 0,5 beträgt.
27 ist eine Illustration, die die Beziehung zwischen der normalisierten Filmdicke H/λ einer IDT-Elektrode und der Oberflächenschallwellengeschwindigkeit zeigt, wenn in Beispiel 6 das LiNbO₃-Substrat mit den Euler-Winkeln von (0°, 100°, 0°), d. h. mit 10° Y-Schnitt und X-Ausbreitung, verwendet wird, in die IDT-Elektrode Cu eingebettet ist und das Metallisierungsverhältnis 0,5 beträgt.
28 ist eine Illustration, die die Beziehung zwischen der normalisierten Filmdicke H/λ einer IDT-Elektrode und der Oberflächenschallwellengeschwindigkeit zeigt, wenn in Beispiel 6 das LiNbO₃-Substrat mit den Euler-Winkeln von (0°, 100°, 0°), d. h. mit 10° Y-Schnitt und X-Ausbreitung, verwendet wird, in die IDT-Elektrode Mo eingebettet ist und das Metallisierungsverhältnis 0,5 beträgt.
29 ist eine Illustration, die die Beziehung zwischen der normalisierten Filmdicke H/λ einer IDT-Elektrode und der Oberflächenschallwellengeschwindigkeit zeigt, wenn in Beispiel 6 das LiNbO₃-Substrat mit den Euler-Winkeln von (0°, 100°, 0°), d. h. mit 10° Y-Schnitt und X-Ausbreitung, verwendet wird, in die IDT-Elektrode Al eingebettet ist und das Metallisierungsverhältnis 0,5 beträgt.
30 ist eine Illustration, die die Beziehung zwischen der normalisierten Filmdicke H/λ einer IDT-Elektrode und der Oberflächenschallwellengeschwindigkeit, die fr entspricht, zeigt, wenn in Beispiel 6 das LiNbO₃-Substrat mit den Euler-Winkeln von (0°, 100°, 0°), d. h. mit 10° Y-Schnitt und X-Ausbreitung, verwendet wird, in die IDT-Elektrode Al eingebettet ist und das Metallisierungsverhältnis 0,45 beträgt.
31 ist eine Illustration, die die Beziehung zwischen der normalisierten Filmdicke H/λ einer IDT-Elektrode und der Oberflächenschallwellengeschwindigkeit, die fr entspricht, zeigt, wenn in Beispiel 6 das LiNbO₃-Substrat mit den Euler-Winkeln von (0°, 100°, 0°), d. h. mit 10° Y-Schnitt und X-Ausbreitung, verwendet wird, in die IDT-Elektrode Al eingebettet ist und das Metallisierungsverhältnis 0,55 beträgt.
32 ist eine Illustration, die die Beziehung zwischen der normalisierten Filmdicke H/λ einer IDT-Elektrode und der Oberflächenschallwellengeschwindigkeit, die fr entspricht, zeigt, wenn in Beispiel 6 das LiNbO₃-Substrat mit den Euler-Winkeln von (0°, 100°, 0°), d. h. mit 10° Y-Schnitt und X-Ausbreitung, verwendet wird, in die IDT-Elektrode Al eingebettet ist und das Metallisierungsverhältnis 0,85 beträgt.
33 ist eine Illustration, die Frequenzkennlinien der Oberflächenschallwellenresonatoren zeigt, die in Beispiel 1 gemessen wurden, wobei durchgezogene Linien eine Impedanzkennlinie und eine Phasenkennlinie des Oberflächenschallwellenresonators mit dem SiO₂-Film darstellen und durchbrochene Linien eine Impedanzkennlinie und eine Phasenkennlinie des Oberflächenschallwellenresonators ohne den SiO₂-Film darstellen.
34 ist ein Schaltbild eines abstimmbaren Filters gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
35 ist eine Illustration, die eine Veränderung der Filterkennlinie des abstimmbaren Filters gemäß der zweiten Ausführungsform zeigt, wenn in dem abstimmbaren Filter die Kapazitäten von regelbaren Kondensatoren C2 und C6 zueinander äquivalent sind und die Kapazität des regelbaren Kondensators C2 0,25, 0,5, 0,75 oder 1,0 pF beträgt.
36 ist eine Illustration, die Impedanzkennlinien eines Oberflächenschallwellenresonators, der eine IDT-Elektrode enthält, die durch Einfüllen von Metall in eine Aussparung in einem piezoelektrischen Substrat gebildet wird, und eines Oberflächenschallwellenresonators, der eine IDT-Elektrode enthält, die aus Metall besteht und auf einer Oberseite eines piezoelektrischen Substrats ausgebildet ist, zeigt.
37 ist ein Schaltbild eines abstimmbaren Filters gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
38 ist eine Illustration, die eine Veränderung der Filterkennlinie des abstimmbaren Filters gemäß der dritten Ausführungsform zeigt, wenn die elektrostatischen Kapazitäten von regelbaren Kondensatoren C2 und C3 zueinander äquivalent sind, die elektrostatischen Kapazitäten von regelbaren Kondensatoren CP1 und CP2 zueinander äquivalent sind und die elektrostatischen Kapazitäten der regelbaren Kondensatoren C2 und C3 und CP1 und CP2 verändert werden.
39 ist eine Illustration, die die Beziehung zwischen Resonanz- und Antiresonanzgeschwindigkeiten der Oberflächenschallwelle und der Cu-Filmdicke einer Struktur, in der eine Cu-Elektrode auf LiNbO₃ mit Euler-Winkeln von (0°, 94°, 0°) ausgebildet ist, zeigt.
40 ist eine Illustration, die die Beziehung zwischen dem elektromechanischen Kopplungskoeffizienten und der Cu-Filmdicke einer Struktur, in der die Cu-Elektrode auf LiNbO₃ mit den Euler-Winkeln von (0°, 94°, 0°) ausgebildet ist, und einer Struktur, in der die Cu-Elektrode in eine Aussparung in einem LiNbO₃-Substrat eingebettet ist, zeigt.
41 ist eine Illustration, die die Abhängigkeit der Ni-Filmdicke von einer Resonanz- und Antiresonanzfrequenz-Schallgeschwindigkeit mit verschiedenen Metallisierungsverhältnisen einer Struktur zeigt, bei der eine Ni-Elektrode in LiNbO₃ mit den Euler-Winkeln von (0°, 100°, 0°) eingebettet ist.
42 ist eine Illustration, die die Beziehung zwischen dem Metallisierungsverhältnis einer Struktur, bei der eine Au-Elektrode in LiNbO₃ mit den Euler-Winkeln von (0°, 100°, 0°) eingebettet ist, und dem Untergrenzenwert der Au-Filmdicke zeigt.
43 ist eine Illustration, die die Beziehung zwischen dem Metallisierungsverhältnis einer Struktur, bei der eine Pt-Elektrode in LiNbO₃ mit den Euler-Winkeln von (0°, 100°, 0°) eingebettet ist, und dem Untergrenzenwert der Pt-Filmdicke zeigt.
44 ist eine Illustration, die die Beziehung zwischen dem Metallisierungsverhältnis einer Struktur, bei der eine W-Elektrode in LiNbO₃ mit den Euler-Winkeln von (0°, 100°, 0°) eingebettet ist, und dem Untergrenzenwert der W-Filmdicke zeigt.
45 ist eine Illustration, die die Beziehung zwischen dem Metallisierungsverhältnis einer Struktur, bei der eine Ta-Elektrode in LiNbO₃ mit den Euler-Winkeln von (0°, 100°, 0°) eingebettet ist, und dem Untergrenzenwert der Ta-Filmdicke zeigt.
46 ist eine Illustration, die die Beziehung zwischen dem Metallisierungsverhältnis einer Struktur, bei der eine Ag-Elektrode in LiNbO₃ mit den Euler-Winkeln von (0°, 100°, 0°) eingebettet ist, und dem Untergrenzenwert der Ag-Filmdicke zeigt.
47 ist eine Illustration, die die Beziehung zwischen dem Metallisierungsverhältnis einer Struktur, bei der eine Cu-Elektrode in LiNbO₃ mit den Euler-Winkeln von (0°, 100°, 0°) eingebettet ist, und dem Untergrenzenwert der Cu-Filmdicke zeigt.
48 ist eine Illustration, die die Beziehung zwischen dem Metallisierungsverhältnis einer Struktur, bei der eine Mo-Elektrode in LiNbO₃ mit den Euler-Winkeln von (0°, 100°, 0°) eingebettet ist, und dem Untergrenzenwert der Mo-Filmdicke zeigt.
49 ist eine Illustration, die die Beziehung zwischen dem Metallisierungsverhältnis einer Struktur, bei der eine Ni-Elektrode in LiNbO₃ mit den Euler-Winkeln von (0°, 100°, 0°) eingebettet ist, und dem Untergrenzenwert der Ni-Filmdicke zeigt.
50 ist eine Illustration, die die Beziehung zwischen dem Metallisierungsverhältnis einer Struktur, bei der eine Al-Elektrode in LiNbO₃ mit den Euler-Winkeln von (0°, 100°, 0°) eingebettet ist, und dem Obergrenzenwert der Al-Filmdicke zeigt.
51(a) ist ein Schaltbild eines abstimmbaren Filters gemäß einer Modifizierung der vorliegenden Erfindung, und 51(b) ist ein Schaltbild eines abstimmbaren Filters gemäß einer weiteren Modifizierung der vorliegenden Erfindung, bei der zusätzlich einen Schaltung, die einen Reihenarm mit einem Reihenarmresonator S3 und einen Parallelarm mit einer Induktivität L5 enthält, durch Kaskadenschaltung angeschlossen ist.
52 ist ein Schaltbild eines abstimmbaren Filters gemäß dem Stand der Technik.
BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die vorliegende Erfindung wird nun durch Beschreiben von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Figuren offenbart.
1(a) ist ein Schaltbild eines abstimmbaren Filters gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; 1(b) ist eine schaubildhafte Draufsicht auf einen Oberflächenschallwellenresonator, der für das abstimmbare Filter benutzt wird; 1(c) ist eine vorderseitige Querschnittsansicht eines Teils entlang der Linie I-I in 1(b); und 1(d) ist eine vorderseitige Querschnittsansicht einer Struktur ohne einen in 1(c) gezeigten SiO₂-Film.
Wie in 1(a) gezeigt, enthält ein abstimmbares Filter 1 einen Eingangsanschluß 2 und einen Ausgangsanschluß 3. Mehrere Reihenarmresonatoren S1 und S2 sind mit einem Reihenarm in Reihe geschaltet, der den Eingangsanschluß 2 und den Ausgangsanschluß 3 miteinander koppelt. Ein regelbarer Kondensator 4 ist mit dem Reihenarmresonator S1 auf der Eingangsseite des Reihenarmresonators S1 in Reihe geschaltet. Außerdem ist ein regelbarer Kondensator 5 mit dem Reihenarmresonator S2 auf der Ausgangsseite des Reihenarmresonators S2 in Reihe geschaltet.
Ein erster Parallelarm, der den Reihenarm und ein Erdungspotential miteinander koppelt, ist auf der Eingangsseite des Reihenarmresonators S1 ausgebildet. Ein Parallelarmresonator P1 ist mit dem ersten Parallelarm verbunden. In dem erster Parallelarm, ein regelbarer Kondensator 6 ist in Reihe geschaltet mit dem Parallelarmresonator P1. Außerdem ist ein zweiter Parallelarm zwischen einem Knoten der Reihenarmresonatoren S1 und S2 und dem Erdungspotential ausgebildet. Ein zweiter Parallelarmresonator P2 ist mit dem zweiten Parallelarm verbunden. Ein regelbarer Kondensator 7 ist mit dem Parallelarmresonator P2 in Reihe geschaltet. Des Weiteren ist ein dritter Parallelarm auf der Ausgangsseite des Reihenarmresonators S2 so ausgebildet, daß der Reihenarm und das Erdungspotential miteinander gekoppelt werden. Ein Parallelarmresonator P3 und ein regelbarer Kondensator 8 sind mit dem dritten Parallelarm verbunden. Der regelbare Kondensator 8 ist mit dem Parallelarmresonator P3 in Reihe geschaltet.
Die Reihenarmresonatoren S1 und S2 und die Parallelarmresonatoren P1 bis P3 werden durch Oberflächenschallwellenresonatoren gebildet. Mit einem Abzweigfilter wird ein Durchlaßband durch eine Resonanzfrequenz eines Reihenarmresonators und eine Antiresonanzfrequenz eines Parallelarmresonators gebildet, wie es im Stand der Technik bekannt ist. Wenn die regelbaren Kondensatoren 4 bis 8 mit den Reihenarmresonatoren oder den Parallelarmresonatoren in Reihe geschaltet sind, und wenn die elektrostatischen Kapazitäten der regelbaren Kondensatoren 4 bis 8 verändert werden, so können die Resonanzkennlinien in dem Reihenarm und den Parallelarmen verändert werden. Somit kann, wie bei dem in PTL 1 beschriebenen abstimmbaren Filter, die Mittenfrequenz des abstimmbaren Filters 1 verändert werden.
Die Reihenarmresonatoren S1 und S2 und die Parallelarmresonatoren P1 bis P3 werden durch Oberflächenschallwellenresonatoren gebildet. Die Struktur des Reihenarmresonators S1 wird als ein repräsentatives Beispiel eines Oberflächenschallwellenresonators beschrieben. Wie in 1(b) bis 1(d) gezeigt, enthält der Oberflächenschallwellenresonator, der den Reihenarmresonator S1 bildet, ein piezoelektrisches Substrat 11. In dieser Ausführungsform besteht das piezoelektrische Substrat 11 aus LiNbO₃ mit 15° Y-Schnitt und X-Ausbreitung. Das heißt, ein LiNbO₃-Substrat mit Euler-Winkeln von (0°, 105°, 0°) wird als das piezoelektrische Substrat 11 verwendet.
Mehrere Aussparungen 11b sind als Ausnehmungen in einer Oberseite 11a des piezoelektrischen Substrats 11 ausgebildet. Durch Befüllen der Aussparungen 11b mit einem Elektrodenmaterial wird eine IDT-Elektrode 12 gebildet. Wie in 1(b) gezeigt, sind in dieser Ausführungsform Reflektoren 13 und 14 auf beiden Seiten der IDT-Elektrode 12 in einer Ausbreitungsrichtung der Oberflächenschallwellen ausgebildet. Auf diese Weise wird ein Oberflächenschallwellenresonator vom Einzelporttyp gebildet.
Die Reflektoren 13 und 14 werden ebenfalls in der Weise gebildet, daß mehrere Aussparungen in der Oberseite 11a des piezoelektrischen Substrats 11 mit einem Elektrodenmaterial befällt werden.
Wie in 1(c) und 1(d) gezeigt, ist eine Oberseite der IDT-Elektrode 12, d. h. eine Oberseite von Elektrodenfingern, mit der Oberseite 11a des piezoelektrischen Substrats 11 bündig.
Das heißt, nachdem die IDT-Elektrode 12 und die Reflektoren 13 und 14 ausgebildet sind, ist die Oberseite 11a des piezoelektrischen Substrats 11 flach. In der Struktur in 1(c) ist ein SiO₂-Film 15 ausgebildet, um die Oberseite 11a des piezoelektrischen Substrats 11 zu bedecken. In der Struktur in 1(d) ist kein SiO₂-Film ausgebildet.
Obgleich der Reihenarmresonator S1 als Beispiel beschrieben wurde, hat der Reihenarmresonator S2 eine ähnliche Konfiguration. Außerdem sind die Reihenarmresonatoren S1 und S2 so eingestellt, daß die Resonanzfrequenzen innerhalb des Durchlaßbandes des abstimmbaren Filters 1 angeordnet sind und die Antiresonanzfrequenzen in einem Sperrband auf der höheren Seite des Durchlaßbandes angeordnet sind. Im Gegensatz dazu sind die Parallelarmresonatoren P1 bis P3 so eingestellt, daß die Resonanzfrequenzen in einem Sperrband auf der unteren Seite des Durchlaßbandes angeordnet sind und die Antiresonanzfrequenzen innerhalb des Durchlaßbandes angeordnet sind.
In dem abstimmbaren Filter 1 dieser Ausführungsform können, da die Reihenarmresonatoren S1 und S2 und die Parallelarmresonatoren P1 bis P3 die oben beschriebenen Strukturen haben, die elektromechanischen Kopplungskoeffizienten k² der Oberflächenschallwellenresonatoren vergrößert werden, und somit kann das Bandbreitenverhältnis vergrößert werden. Außerdem kann, da der SiO₂-Film gebildet wird, der absolute Wert eines Frequenz-Temperaturkoeffizienten FTK verkleinert werden, und eine Veränderung der Kennlinie infolge einer Veränderung der Temperatur kann verringert werden. Dies wird mit Bezug auf die 2 bis 8 beschrieben.
BEISPIEL 1
2 ist eine Illustration, die eine Impedanzkennlinie und eine Phasenkennlinie des Oberflächenschallwellenresonators zeigt, wenn ein LiNbO₃-Substrat mit 15° Y-Schnitt und X-Ausbreitung, d. h. ein LiNbO₃-Substrat mit Euler-Winkeln von (0°, 105°, 0°), verwendet wird, das Elektrodenmaterial aus Al besteht und die Filmdicke H/λ der IDT-Elektrode 12 0,17 beträgt und die Filmdicke h/λ des SiO₂-Films 0,22 beträgt, wobei λ die Wellenlänge des Oberflächenschallwellenresonators ist. Zum Vergleich veranschaulichen durchbrochene Linien in 33 eine Impedanz-Frequenz-Kennlinie und eine Phasenkennlinie eines Oberflächenschallwellenresonators, der auf ähnliche Weise ausgebildet ist; mit der Ausnahme, daß der SiO₂-Film nicht ausgebildet ist. Des Weiteren verdeutlichen durchgezogene Linien in 33 die Kennlinien in 2, so daß der Vergleich verständlicher wird.
Wie in 33 gezeigt, betrug das Minimum-Maximum-Verhältnis, das das Verhältnis einer Impedanz an einem Antiresonanzpunkt zu einer Impedanz mit einer Resonanzfrequenz darstellt, 57,5 dB, wenn der SiO₂-Film nicht ausgebildet war. Im Gegensatz dazu betrug das Minimum-Maximum-Verhältnis für die Struktur mit dem SiO₂-Film 60,2 dB. Auf diese Weise konnte das Minimum-Maximum-Verhältnis vergrößert werden. Des Weiteren betrug der Frequenz-Temperaturkoeffizient FTK – 120 ppm/°C, wenn der SiO₂-Films nicht ausgebildet war. Im Gegensatz dazu betrug der Frequenz-Temperaturkoeffizient FTK –10 bis –30 ppm/°C, wenn der SiO₂-Film ausgebildet war. Auf diese Weise konnte der absolute Wert verkleinert werden.
Dementsprechend wird festgestellt, daß der elektromechanische Kopplungskoeffizient k² aufgrund der Ausbildung des SiO₂-Films ein wenig kleiner wird; jedoch kann das Minimum-Maximum-Verhältnis vergrößert werden. Außerdem wird festgestellt, daß die Temperaturkennlinie verbessert werden kann.
BEISPIEL 2
Als nächstes wurde ein abstimmbares Filter 21, wie in 3 gezeigt, gebildet, und eine Veränderung der Filterkennlinie aufgrund einer Veränderung der elektrostatischen Kapazität eines regelbaren Kondensators wurde untersucht. In dem in 3 gezeigten abstimmbaren Filter 21 sind Reihenarmresonatoren S1 und S2 in einem Reihenarm, der einen Eingangsanschluß 22 und einen Ausgangsanschluß 23 miteinander koppelt, miteinander in Reihe geschaltet. Ein regelbarer Kondensator C2 ist mit dem Reihenarmresonator S1 auf der Eingangsseite des Reihenarmresonators S1 in Reihe geschaltet. Ein Parallelarm, der den Reihenarm und ein Erdungspotential miteinander koppelt, ist auf der Eingangsseite des Reihenarmresonators S1 ausgebildet. Ein Kondensator C1 ist mit dem Parallelarm verbunden.
Ein zweiter Parallelarm ist zwischen einem Knoten der Reihenarmresonatoren S1 und S2 und dem Erdungspotential ausgebildet. Eine Induktivität L1 ist mit dem zweiten Parallelarm verbunden. Außerdem ist ein regelbarer Kondensator C3 mit dem Reihenarmresonator S2 auf der Ausgangsseite des Reihenarmresonators S2 verbunden. Des Weiteren koppelt ein dritter Parallelarm den Ausgangsanschluß 23 und das Erdungspotential miteinander. Ein Kondensator C4 ist mit dem dritten Parallelarm verbunden. Selbst wenn ein Kondensator anstelle der Induktionsspule L1 verwendet wird, wird eine ähnliche Kennlinie erhalten.
Ähnlich dem obigen Beispiel wurde für die Reihenarmresonatoren S1 und S2 jeweils ein LiNbO₃-Substrat mit 15° Y-Schnitt und X-Ausbreitung verwendet, d. h. mit den Euler-Winkeln von (0°, 105°, 0°), Al als das Elektrodenmaterial wurde in Aussparungen in einer Oberseite des Substrats eingebettet, und eine IDT-Elektrode und Reflektoren mit einer normalisierten Filmdicke H/λ von 0,17 wurden ausgebildet. Der SiO₂-Film wurde nicht ausgebildet. Außerdem wurden in der Struktur, bei der die regelbaren Kondensatoren C2 und C3 äquivalente elektrostatischen Kapazitäten haben, wie in 4 gezeigt, die elektrostatischen Kapazitäten zu 1, 2, 5, 10, 25, 50 oder 100 pF geändert, und die Filterkennlinie wurde gemessen.
Die elektrostatischen Kapazitäten der Reihenarmresonatoren S1 und S2 wurden justiert, indem die Anzahl der Paare oder die Überschneidungsbreite von Elektrodenfingern der IDT-Elektrode verändert wurden. Die Induktivität L1 hatte einen Wert von 12 nH.
4 zeigt eine Veränderung der Filterkennlinie, wenn die elektrostatischen Kapazitäten der Kondensatoren C1 bis C4 und der Reihenarmresonatoren S1 und S2 wie oben beschrieben verändert werden. Wie in 4 gezeigt, wird festgestellt, daß, wenn die Kapazität von 1 bis 100 pF verändert wird, die Mittenfrequenz des Filters innerhalb eines Bereichs von ungefähr 2,21 GHz bis ungefähr 2,48 GHz verändert wird. Und zwar wird festgestellt, daß die Mittenfrequenz um etwa 11% verändert wird. Auf diese Weise wird festgestellt, daß das Durchlaßband des Filters, der eine solche Schaltungskonfiguration hat, justiert werden kann, indem die elektrostatischen Kapazitäten der Kondensatoren C1 bis C4 verändert werden. Wie weiter unten noch beschrieben wird, kann durch Anschließen eines Kondensators zwischen dem Eingangsanschluß 22 und dem Ausgangsanschluß 23 in 3 die Dämpfung von hohen Frequenzen von 2,53 GHz oder höher verbessert werden.
In diesem Beispiel wurde LiNbO₃ mit den Euler-Winkeln von (0°, 105°, 0°) verwendet. Jedoch wurde mittels eines Experiments durch den Erfinder der vorliegenden Anmeldung festgestellt, daß ein ähnliches Ergebnis wie bei diesem Beispiel erhalten werden konnte, wenn ein LiNbO₃-Substrat mit Euler-Winkeln von (0°, 80° bis 130°, 0°) verwendet wurde.
BEISPIEL 3
Es wurden Oberflächenschallwellenresonatoren mit verschiedenen Strukturen hergestellt, indem ein LiTaO₃-Substrat mit Euler-Winkeln von (0°, 126°, 0°) als das piezoelektrische Substrat verwendet wurde, wobei Au als das Elektrodenmaterial zum Einsatz kam, und das piezoelektrische Substrat mit dem SiO₂-Film beschichtet wurde. Wenn λ die Wellenlänge war, die durch den Abstand von Elektrodenfingern der IDT-Elektrode des Oberflächenschallwellenresonators bestimmt wurde, so betrug die normalisierte Dicke h/λ, die durch Normalisieren der Dicke h des SiO₂-Films durch die Wellenlänge λ erhalten wurde, 0,3. Es wurden erste bis vierte Oberflächenschallwellenresonatoren A bis D hergestellt.
Ein erster Oberflächenschallwellenresonator A hat eine Struktur, bei der eine Elektrode auf einer Oberseite eines piezoelektrischen Substrats ausgebildet ist und ein SiO₂-Film darauf ausgebildet ist. Ein Vorsprung ist auf einer Oberseite des SiO₂-Films ausgebildet. Der Vorsprung ist oberhalb der Elektrode angeordnet und hat eine Höhe, die einer Dicke der Elektrode entspricht.
Ein zweiter Oberflächenschallwellenresonator B ähnelt dem ersten Oberflächenschallwellenresonator A; mit der Ausnahme, daß sich kein Vorsprung auf einer Oberseite eines SiO₂-Films befindet. Die Oberseite des SiO₂-Films ist flach.
Ein dritter Oberflächenschallwellenresonator C hat eine Struktur, bei der Aussparungen, die in einer Oberseite eines piezoelektrischen Substrats angeordnet sind, mit einem Elektrodenmaterial gefüllt werden, wodurch eine IDT-Elektrode und Reflektoren gebildet werden. Eine Oberseite der Elektrode ist mit der Oberseite des piezoelektrischen Substrats bündig. Ein Vorsprung ist auf der Oberseite des SiO₂-Films ausgebildet. Der Vorsprung ist oberhalb der Elektrode angeordnet und hat eine Höhe im Wesentlichen gleich einer Dicke der Elektrode.
Ein vierter Oberflächenschallwellenresonator D hat eine Struktur ähnlich der des dritten Oberflächenschallwellenresonators C; mit der Ausnahme, daß kein Vorsprung auf einer Oberseite eines SiO₂-Films ausgebildet ist und die Oberseite des SiO₂-Films flach ist.
5 zeigt eine Veränderung des Reflexionskoeffizienten eines jeden der ersten bis vierten Oberflächenschallwellenresonatoren A bis D, wenn die normalisierte Filmdicke h/λ des SiO₂-Films 0,3 beträgt und die normalisierte Filmdicke H/λ der Elektrode verändert wird. Des Weiteren ist 6 eine Illustration, die eine Veränderung des elektromechanischen Kopplungskoeffizienten k² eines jeden der ersten bis vierten Oberflächenschallwellenresonatoren zeigt, wenn die normalisierte Filmdicke H/λ der Elektrode verändert wird. Der Frequenz-Temperaturkoeffizient FTK des SiO₂-Films hat einen positiven Wert, und der Frequenz-Temperaturkoeffizient FTK des LiTaO₃-Substrats hat einen negativen Wert, wie im Stand der Technik bekannt ist. Somit kann in beiden Fällen der absolute Wert des Frequenz-Temperaturkoeffizienten FTK verkleinert werden, und die Temperaturkennlinie kann infolge der Ausbildung des SiO₂-Films verbessert werden.
Wie in den 5 und 6 gezeigt, wird der elektromechanische Kopplungskoeffizient k² verkleinert, wenn bei dem ersten Oberflächenschallwellenresonator A, dem zweiten Oberflächenschallwellenresonator B und dem dritten Oberflächenschallwellenresonator C der SiO₂-Film ausgebildet wird. Insbesondere wird der elektromechanische Kopplungskoeffizient k² in dem Maße verkleinert, wie die normalisierte Filmdicke H/λ der IDT-Elektrode vergrößert wird.
Im Gegensatz dazu wird bei dem vierten Oberflächenschallwellenresonator D festgestellt, daß der elektromechanische Kopplungskoeffizient k² groß sein kann, indem die normalisierte Filmdicke der IDT-Elektrode auf einen bestimmten Bereich festgelegt wird. Indem man bei dem vierten Oberflächenschallwellenresonator D, dessen SiO₂-Film eine flache Oberseite hat, die normalisierte Filmdicke H/λ der IDT-Elektrode auf einen Bereich von 0,01 bis 0,09 festlegt, kann der elektromechanische Kopplungskoeffizient k² effektiv groß sein.
Außerdem wird, wie in 5 gezeigt, bei jedem der ersten bis vierten Oberflächenschallwellenresonatoren A bis D der Reflexionskoeffizient in dem Maße vergrößert, wie die Filmdicke der IDT-Elektrode vergrößert wird.
Beim Vergleich der Ergebnisse der dritten und vierten Oberflächenschallwellenresonatoren C und D kann, wenn die dritten und vierten Oberflächenschallwellenresonatoren C und D äquivalente normalisierte Filmdicken für die IDT-Elektroden haben, der Reflexionskoeffizient des dritten Oberflächenschallwellenresonators C mit dem Vorsprung auf die Oberseite größer sein als der des vierten Oberflächenschallwellenresonators D. Um also einen großen Reflexionskoeffizienten zu erhalten, wird festgestellt, daß auf der Oberseite des SiO₂-Films zweckmäßigerweise der Vorsprung ausgebildet wird.
Der Reflexionskoeffizient reicht aus, solange der Reflexionskoeffizient je nach Verwendungszweck mindestens einen bestimmten Wert (zum Beispiel 0,02) hat. Um also eine Veränderung des Reflexionskoeffizienten infolge einer Veränderung der Filmdicke der IDT-Elektrode zu verringern und einen Resonator mit großer Bandbreite zu bilden, wird festgestellt, daß der vierte Oberflächenschallwellenresonator D, bei dem die Oberseite des SiO₂-Films flach ist, zweckmäßig ist.
Wie oben beschrieben, kann in diesem Beispiel, das die Struktur hat, bei der Au in die Aussparungen, die in der Oberseite des piezoelektrischen LiTaO₃-Substrats mit den Euler-Winkeln von (0°, 126°, 0°) angeordnet sind, eingebettet ist, um die IDT-Elektrode zu bilden, und bei dem der SiO₂-Film darauf ausgebildet ist, der elektromechanische Kopplungskoeffizient effektiv groß sein, indem die normalisierte Filmdicke H/λ der IDT-Elektrode auf einen Bereich von 0,01 bis 0,09 festgelegt wird, solange die Oberfläche des SiO₂-Films flach ist. Dementsprechend kann das Bandbreitenverhältnis vergrößert werden. Wenn der Reihenarmresonator und der Parallelarmresonator des abstimmbaren Filters verwendet werden, so können die Frequenzkennlinien des abstimmbaren Filters zusätzlich effektiv justiert werden. Ähnliche Ergebnisse werden auch dann erhalten, wenn eine Elektrode aus einem anderen Material als Au hergestellt wird.
BEISPIEL 4
Als nächstes wurden eine IDT-Elektrode und Reflektoren ausgebildet, indem ein LiNbO₃-Substrat mit Euler-Winkeln von (0°, 103°, 0°) als das piezoelektrische Substrat verwendet wurde und Aussparungen in einer Oberseite des piezoelektrischen Substrats mit Au als dem Elektrodenmaterial ausgefüllt wurden. Außerdem wurde ein SiO₂-Film auf der Oberseite des piezoelektrischen Substrats ausgebildet. Ein Vorsprung wurde auf einer Oberseite des SiO₂-Films ausgebildet. Der Vorsprung hatte eine Höhe gleich einer Dicke der IDT-Elektrode. Das heißt, der in Beispiel 3 hergestellte dritte Oberflächenschallwellenresonator C wurde gebildet.
Eine Veränderung des Reflexionskoeffizienten und eine Veränderung des elektromechanischen Kopplungskoeffizienten wurde bewerkstelligt, indem die normalisierte Filmdicke h/λ des SiO₂-Films und die normalisierte Filmdicke H/λ der IDT-Elektrode verändert wurden. 7 ist eine Illustration, die eine Veränderung des Reflexionskoeffizienten aufgrund einer Veränderung der normalisierten Filmdicke H/λ der IDT-Elektrode zeigt, wenn die normalisierte Filmdicke des SiO₂-Films 0,2, 0,3 oder 0,4 beträgt. 8 ist eine Illustration, die eine Veränderung des elektromechanischen Kopplungskoeffizienten k² zeigt.
Wie in 7 gezeigt, wird festgestellt, daß, wenn die normalisierte Filmdicke h/λ des SiO₂-Films 0,2, 0,3 oder 0,4 beträgt, der Reflexionskoeffizient in dem Maße vergrößert wird, wie die normalisierte Filmdicke H/λ der IDT-Elektrode vergrößert wird.
Wie in 8 gezeigt, wenn die normalisierte Filmdicke h/λ des SiO₂-Films 0,2 beträgt, so wird der elektromechanische Kopplungskoeffizient k² in dem Maße verkleinert, wie die normalisierte Filmdicke H/λ der IDT-Elektrode vergrößert wird.
Im Gegensatz dazu wird, wenn die normalisierte Filmdicke h/λ des SiO₂-Films 0,3 oder 0,4 beträgt, der elektromechanische Kopplungskoeffizient k² in dem Maße vergrößert, wie die normalisierte Filmdicke H/λ der IDT-Elektrode vergrößert wird, und der elektromechanische Kopplungskoeffizient k² wird verkleinert, wenn H/λ weiter vergrößert wird. Oder anders ausgedrückt: Wie in 8 gezeigt, kann für den dritten Oberflächenschallwellenresonator C, der den Vorsprung auf der Oberseite des SiO₂-Films aufweist, der elektromechanische Kopplungskoeffizient k² vergrößert werden, indem die normalisierte Filmdicke h/λ des SiO₂-Films auf mindestens 0,3 eingestellt wird und indem die normalisierte Filmdicke H/λ der IDT-Elektrode ausgewählt wird.
Wenn die normalisierte Filmdicke h/λ des SiO₂-Films kleiner als 0,2 ist, so wird, wenn die normalisierte Filmdicke H/λ der IDT-Elektrode vergrößert wird, der Reflexionskoeffizient vergrößert, während der elektromechanische Kopplungskoeffizient k² verkleinert wird. Somit haben der Reflexionskoeffizient und der elektromechanische Kopplungskoeffizient k² eine Kompromißbeziehung zueinander. Solange jedoch der Reflexionskoeffizient je nach Verwendungszweck mindestens einen bestimmten Wert hat, braucht der Reflexionskoeffizient nicht sehr groß zu sein.
Wenn die normalisierte Filmdicke h/λ des SiO₂-Films mindestens 0,3 beträgt, so können durch Auswählen der normalisierten Filmdicke H/λ der IDT-Elektrode sowohl der Reflexionskoeffizient als auch der elektromechanische Kopplungskoeffizient k² im nötigen Umfang vergrößert werden. Somit kann bei der Struktur, bei der die Aussparungen in der Oberseite des LiNbO₃ ausgebildet wurden, die Elektrode in den Aussparungen ausgebildet wurde, der SiO₂-Film darauf ausgebildet wurde und der Vorsprung auf der Oberseite des SiO₂-Films ausgebildet ist, die normalisierte Filmdicke h/λ des SiO₂-Films mindestens 0,2 betragen.
Da bei diesem Beispiel die Struktur verwendet wird, bei der die Aussparungen, die in der Oberseite des piezoelektrischen Substrats von LiNbO₃ mit den Euler-Winkeln von (0°, 103°, 0°) angeordnet sind, mit Au gefüllt werden, der SiO₂-Films ausgebildet ist und der Vorsprung auf der Oberseite des SiO₂-Films ausgebildet ist, wie oben beschrieben, können sowohl der elektromechanische Kopplungskoeffizient k² als auch der Reflexionskoeffizient vergrößert werden. Wenn die Struktur als der Reihenarmresonator oder der Parallelarmresonator des abstimmbaren Filters verwendet wird, so kann die Temperaturkennlinie des abstimmbaren Filters verbessert werden, und der elektromechanische Kopplungskoeffizient kann verbessert werden. Dementsprechend kann die Bandbreite weiter effektiv justiert werden.
BEISPIEL 5
In den Beispielen 3 und 4 wurde LiTaO₃ mit den Euler-Winkeln von (0°, 126°, 0°) oder LiNbO₃ mit den Euler-Winkeln von (0°, 103°, 0°) verwendet. Mit einem Experiment des Erfinders der vorliegenden Anmeldung wurde festgestellt, daß ein ähnliches Resultat erhalten werden konnte, selbst wenn LiTaO₃ mit den Euler-Winkeln von (0°, 85° bis 150°, 0°) verwendet wurde.
Außerdem wurde festgestellt, daß ein ähnliches Resultat erhalten werden konnte, selbst wenn LiTaO₃ mit den Euler-Winkeln von (0°, 80° bis 130°, 0°) verwendet wurde.
Dies wird mit Bezug auf die 9 bis 16 beschrieben. Eine Struktur ähnlich der des vierten Oberflächenschallwellenresonators D in Beispiel 3 wurde durch Ausbilden von Aussparungen in einer Oberseite eines LiNbO₃-Substrats mit den Euler-Winkeln von (0°, θ, 0°), Befüllen der Aussparungen mit Metall zum Herstellen einer IDT-Elektrode und Ausbilden eines SiO₂-Films darauf erhalten. Zum Vergleich wurde ein Oberflächenschallwellenresonator gemäß einem Vergleichsbeispiel mit der gleichen Struktur wie der Oberflächenschallwellenresonator B hergestellt, indem eine Elektrode auf einem LiNbO₃-Substrat mit den Euler-Winkeln von (0°, θ, 0°) ausgebildet und ein SiO₂-Film dergestalt darauf ausgebildet wurde, daß eine Oberseite des SiO₂-Films flach wurde. Die normalisierte Filmdicke h/λ des SiO₂-Films betrug 0,25 in einem Bereich, in dem sich keine Elektrode befand.
Für jede der beiden Arten der Oberflächenschallwellenresonatoren wurde Pt als das Elektrodenmaterial verwendet, und die normalisierte Filmdicke H/λ der Elektrode betrug 0,04 oder 0,08. Es wurden eine Veränderung des Reflexionskoeffizienten und eine Veränderung des elektromechanischen Kopplungskoeffizienten für θ der Euler-Winkel gemessen. 9 und 10 zeigen die Ergebnisse.
Wie in den 9 und 10 gezeigt, wird, wenn Pt als das Elektrodenmaterial verwendet wird, bei dem Oberflächenschallwellenresonator, der der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung entspricht, festgestellt, daß ein hinreichend großer elektromechanischer Kopplungskoeffizient erhalten werden kann, solange die Euler-Winkel von LiNbO₃ innerhalb des Bereichs von (0°, 80° bis 130°, 0°) liegen. Dann wurde das Elektrodenmaterial von Pt zu Au, Cu oder Al gewechselt. Gleichermaßen wurden die Beziehung zwischen den Euler-Winkeln und dem Reflexionskoeffizienten und die Beziehung zwischen den Euler-Winkeln und dem elektromechanischen Kopplungskoeffizienten erhalten. Die 11 bis 16 zeigen die Ergebnisse. Wie in den 11 bis 16 gezeigt, konnte selbst dann, wenn Au, Cu oder Al als das Elektrodenmaterial verwendet wurden, ein großer elektromechanischer Kopplungskoeffizient wie in Beispiel 4 erhalten werden, solange θ der Euler-Winkel von LiNbO₃ innerhalb des Bereichs von 80° bis 130° lag. Außerdem wurde festgestellt, daß ein großer elektromechanischer Kopplungskoeffizient mit beliebigen Werten von Euler-Winkeln erhalten werden konnte, wenn der Oberflächenschallwellenresonator die gleiche Struktur wie die Struktur des Oberflächenschallwellenresonators D anstelle der Struktur des Oberflächenschallwellenresonators B hatte.
Gleichermaßen wurde eine Struktur ähnlich der des vierten Oberflächenschallwellenresonators D in Beispiel 3 durch Ausbilden von Aussparungen in einer Oberseite eines LiTaO₃-Substrats mit den Euler-Winkeln von (0°, θ, 0°), Befüllen der Aussparungen mit Metall zum Herstellen einer IDT-Elektrode und Ausbilden eines SiO₂-Films darauf erhalten. Außerdem wurde zum Vergleich ein Oberflächenschallwellenresonator gemäß einem Vergleichsbeispiel mit der gleichen Struktur wie der Oberflächenschallwellenresonator B hergestellt, indem eine Elektrode auf einem LiTaO₃-Substrat mit den Euler-Winkeln von (0°, θ, 0°) ausgebildet wurde und ein SiO₂-Film dergestalt darauf ausgebildet wurde, daß eine Oberseite des SiO₂-Films flach wird. Die normalisierte Filmdicke h/λ des SiO₂-Films betrug 0,25 in einem Bereich, in dem sich keine Elektrode befindet.
Für jede der beiden Arten der Oberflächenschallwellenresonatoren wurde Pt als das Elektrodenmaterial verwendet, und die normalisierte Filmdicke H/λ der Elektrode betrug 0,02, 0,04 oder 0,08. Es wurden eine Veränderung des Reflexionskoeffizienten und eine Veränderung des elektromechanischen Kopplungskoeffizienten für θ der Euler-Winkel gemessen. Die 17 und 18 zeigen die Ergebnisse. Für LiTaO₃ wurde festgestellt, daß der elektromechanische Kopplungskoeffizient groß war und die Bandbreite effektiv justiert werden konnte, solange LiTaO₃ mit den Euler-Winkeln von (0°, 85° bis 150°, 0°) verwendet wurde. Außerdem wurde mit einem Experiment des Erfinders der vorliegenden Erfindung festgestellt, daß der elektromechanische Kopplungskoeffizient groß sein konnte, selbst wenn das Elektrodenmaterial von Pt zu Au, Cu oder Al gewechselt wurde, solange θ der Euler-Winkel in einem ähnlichen Bereich lag. Außerdem ermöglicht die Struktur, bei der die Elektrode in die Aussparungen eingebettet ist, einen größeren elektromechanischen Kopplungskoeffizienten.
Solange (0°, θ, 0°) in einem Bereich von (0° ± 5°, θ, 0° ± 5°) liegt, d. h. wenn φ und ψ der Euler-Winkel jeweils innerhalb des Bereichs von 0° ± 5° liegen, wird im Hinblick auf die Euler-Winkel von LiTaO₃ und LiNbO₃ festgestellt, daß ein Ergebnis, das einem Ergebnis ähnelt, wenn φ und ψ der Euler-Winkel jeweils 0° sind, erhalten werden kann. Es ist also anzumerken, daß die Tatsache, daß φ und ψ 0° sind, bedeutet, daß φ und ψ jeweils den Bereich von 0° ± 5° zulassen.
BEISPIEL 6
Ein Oberflächenschallwellenresonator, der in einem Abzweigfilter oder einem Resonatorfilter verwendet wird, bietet eine gute Antiresonanzkennlinie, wenn keine niedrige Transversalwellengeschwindigkeit eines piezoelektrischen Substrats zwischen einer Schallgeschwindigkeit, die einer Resonanzfrequenz des Oberflächenschallwellenresonators entspricht, und einer Schallgeschwindigkeit, die einer Antiresonanzfrequenz des Oberflächenschallwellenresonators entspricht, liegt. Wenn die niedrige Transversalwellengeschwindigkeit des piezoelektrischen Substrats zwischen der Schallgeschwindigkeit, die der Resonanzfrequenz des Oberflächenschallwellenresonators entspricht, und der Schallgeschwindigkeit, die der Antiresonanzfrequenz des Oberflächenschallwellenresonators entspricht, liegt, so wird ein Störsignal einer Frequenz, die der niedrigen Transversalwelle entspricht, zwischen der Resonanzfrequenz und der Antiresonanzfrequenz erzeugt. Somit wird keine gute Antiresonanzkennlinie erhalten.
19 ist eine Illustration, die Impedanz-Frequenz-Kennlinien und Phase-Frequenz-Kennlinien eines Oberflächenschallwellenresonators zeigt, wenn Aussparungen in einer Oberseite eines LiNbO₃-Substrats mit Y-Schnitt und X-Ausbreitung ausgebildet sind und eine IDT-Elektrode durch Befüllen der Aussparungen mit Cu gebildet ist. 19 zeigt die Ergebnisse, wenn die Tiefe der Aussparungen, d. h. die Dicke H/λ der IDT-Elektrode aus Cu, 6% = 0,06 und 10% = 0,1 der Wellenlänge λ beträgt. Die horizontale Achse von 19 ist nicht durch die Frequenz dargestellt, sondern ist durch die Schallgeschwindigkeit dargestellt, die das Produkt aus der Frequenz der Oberflächenschallwelle und der Wellenlänge λ ist.
Wie in 19 gezeigt, beträgt, wenn die Dicke H/λ der IDT-Elektrode aus Cu 0,06 mißt, die Schallgeschwindigkeit, die der Antiresonanzfrequenz entspricht, etwa 4200 m/s, so daß diese Geschwindigkeit höher ist als die Schallgeschwindigkeit von 4060 m/s der niedrigen transversalen Körperwelle von LiNbO₃. Eine niedrige Transversalwelle ist zwischen der Resonanzfrequenz und der Antiresonanzfrequenz vorhanden, und ein Abschnitt der Impedanzkennlinienkurve um die Antiresonanzfrequenz ist nicht spitz, sondern rund.
Im Gegensatz dazu beträgt, wenn die Dicke der IDT-Elektrode aus Cu 0,1 mißt, die Schallgeschwindigkeit, die der Antiresonanzfrequenz entspricht, etwa 3900 m/s, und diese Geschwindigkeit ist niedriger als die Schallgeschwindigkeit von 4060 m/s der niedrigen transversalen Körperwelle von LiNbO₃. Somit ist die Impedanzkennlinie um die Antiresonanzfrequenz spitz. Es wird eine gute Kennlinie erhalten.
Dies kann auch mit Bezug auf 27 beschrieben werden (die später noch beschrieben wird). 27 zeigt die Abhängigkeit der Cu-Filmdicke von der Schallgeschwindigkeit einer Struktur, bei der eine Cu-Elektrode mit einem Metallisierungsverhältnis von 0,5 in LiNbO₃ mit Euler-Winkeln von (0°, 100°, 0°) eingebettet ist. In der Figur stellt fa eine Obergrenzenfrequenz eines Sperrbands dar, die der Antiresonanzfrequenz entspricht, wenn die Elektrode offen ist, und fr stellt eine Untergrenzenfrequenz des Sperrbandes das, die der Resonanzfrequenz entspricht, wenn die Elektrode kurzgeschlossen ist, wobei die Frequenzen durch eine Finite-Elemente-Methode analysiert werden. Die Figur zeigt, daß die niedrige Geschwindigkeit der transversalen Körperwelle zwischen der Resonanzfrequenz und der Antiresonanzfrequenz liegt, wenn die normalisierte Filmdicke H/λ der Cu-Elektrode innerhalb eines Bereichs von 0,01 bis 0,09 liegt, die Kennlinie rund ist oder ein Störsignal erzeugt wird, und somit kann keine gute Frequenzkennlinie erhalten werden. Die 39 und 40 zeigen die Abhängigkeit der Cu-Elektrodendicke von der Schallgeschwindigkeit und dem elektromechanischen Kopplungskoeffizienten einer Struktur, bei der eine Cu-Elektrode auf LiNbO₃ mit Euler-Winkeln von (0°, 94°, 0°) vorhanden ist. Bei der Struktur, bei der die Cu-Elektrode auf dem LiNbO₃-Substrat vorhanden ist, wie in 39 gezeigt, verläßt die niedrige Transversalwellengeschwindigkeit den Bereich der Resonanz- und Antiresonanz-Schallgeschwindigkeiten, wenn die Cu-Elektrodendicke H/λ mindestens 0,04 beträgt. Jedoch ist, wie in 40 gezeigt, der elektromechanische Kopplungskoeffizient kleiner als der elektromechanische Kopplungskoeffizient der Struktur, in die die Cu-Elektrode eingebettet ist. In den 27 und 39 unterscheiden sich die Werte von θ der Euler-Winkel geringfügig voneinander; jedoch die im Wesentlichen gleichen Werte werden erhalten, wenn θ der Euler-Winkel θ = 94° und θ = 100° ist.
Die Schallgeschwindigkeiten mit den Resonanz- und Antiresonanzfrequenzen kann nicht nur durch das Material der IDT-Elektrode und die Dicke der IDT-Elektrode kontrolliert werden, sondern auch durch das Metallisierungsverhältnis der IDT-Elektrode. 20 ist eine Illustration, die eine Impedanzkennlinie und eine Phasenkennlinie der gleichen Struktur wie in 19 zeigt, wenn die Dicke der IDT-Elektrode aus Cu 0,1 ist und das Metallisierungsverhältnis 0,4, 0,45, 0,5, 0,55 oder 0,6 beträgt.
Wie in 20 gezeigt, ist, wenn das Metallisierungsverhältnis 0,4 beträgt, die Schallgeschwindigkeit mit der Antiresonanzfrequenz höher als die niedrige transversale Körperwellengeschwindigkeit. Im Gegensatz dazu ist, wenn das Metallisierungsverhältnis 0,45, 0,50, 0,55 oder 0,6 beträgt, die Schallgeschwindigkeit mit der Antiresonanzfrequenz niedriger als die niedrige transversale Körperwellengeschwindigkeit. Die Impedanzkennlinie um die Antiresonanzfrequenz wird spitz.
21 ist eine Illustration, die eine Impedanzkennlinie und eine Phasenkennlinie der gleichen Struktur wie in 19 zeigt, wenn das Metallisierungsverhältnis der IDT-Elektrode aus Cu 0,6 beträgt. Wie in 19 gezeigt, ist, wenn die Dicke H/λ der IDT-Elektrode aus Cu 0,06 beträgt und das Metallisierungsverhältnis 0,5 beträgt, die Schallgeschwindigkeit der Antiresonanzfrequenz höher als die transversale Körperwellengeschwindigkeit. Im Gegensatz dazu kann, wie in 21 gezeigt, selbst wenn die Dicke H/λ der IDT-Elektrode aus Cu 6% der Wellenlänge, d. h. 0,06, beträgt und das Metallisierungsverhältnis 0,6 beträgt, die Schallgeschwindigkeit mit der Antiresonanzfrequenz niedriger sein als die transversale Körperwellengeschwindigkeit. Wie oben beschrieben, kann die Schallgeschwindigkeit mit der Antiresonanzfrequenz niedriger werden als die transversale Körperwellengeschwindigkeit, indem man das Metallisierungsverhältnis erhöht, anstatt den Metalltyp der IDT-Elektrode und die Dicke der IDT-Elektrode zu ändern. Dementsprechend beträgt, wenn die Cu-Dicke H/λ 0,1 mißt, das Metallisierungsverhältnis zweckmäßigerweise mindestens 0,45, und wenn die Cu-Dicke H/λ 0,06 mißt, so beträgt das Metallisierungsverhältnis zweckmäßigerweise mindestens 0,6. Das Metallisierungsverhältnis beträgt bevorzugt maximal 0,87. Wenn das Metallisierungsverhältnis größer als 0,87 ist, so kann sich die Elektrode kurzschließen. Bei der Resonatorstruktur können Frequenzen oder Schallgeschwindigkeiten an der Obergrenze und der Untergrenze des Sperrbandes, wenn die Elektrode offen ist, und Frequenzen oder Schallgeschwindigkeiten an der Obergrenze und der Untergrenze des Sperrbandes, wenn die Elektrode kurzgeschlossen ist, durch eine Finite-Elemente-Methode berechnet werden. Zwei der vier Schallgeschwindigkeiten entsprechen einander im Wesentlichen, eine höhere Schallgeschwindigkeit der übrigen zwei Schallgeschwindigkeiten entspricht der Schallgeschwindigkeit mit der Antiresonanzfrequenz, und die niedrigere Schallgeschwindigkeit entspricht der Schallgeschwindigkeit mit der Resonanzfrequenz. Um also einen guten Resonator mit einer steilen Impedanzkennlinie mit der Antiresonanzfrequenz zu erhalten, wie oben beschrieben, wird verhindert, daß die transversale Körperwellengeschwindigkeit zwischen den Schallgeschwindigkeiten liegt, die den Grenzen des Sperrbandes entsprechen, das den Resonanz- und Antiresonanzfrequenzen entspricht. Um also ein abstimmbares Filter mit einer guten Kennlinie zu erhalten, wird vorzugsweise ein Resonator verwendet, der die obige Bedingung erfüllt.
Da ein abstimmbares Filter mit einer niedrigeren Frequenz als einer Antiresonanzfrequenz arbeitet, ist eine Resonanzkennlinie in einem Abschnitt mit Frequenzen, die im praktischen Gebrauch um etwa 10% niedriger sind als die Antiresonanzfrequenz, möglicherweise nicht spitz. Das heißt, die Schallgeschwindigkeit mit der Antiresonanzfrequenz kann um etwa 10% höher sein als die transversale Körperwellengeschwindigkeit, oder die Schallgeschwindigkeit mit der Resonanzfrequenz kann niedriger sein als die transversale Körperwellengeschwindigkeit.
Die 22 bis 28 und 41 sind Illustrationen, die jeweils die Beziehung zwischen der normalisierten Filmdicke H/λ einer IDT-Elektrode in einer Oberflächenschallwellenvorrichtung mit der in 1(d) gezeigten Struktur, bei der die IDT-Elektrode durch Einbetten von Au, Pt, W, Ta, Ag, Cu, Mo oder Ni in Aussparungen in einer Oberseite von LiNbO₃ mit 10° Y-Schnitt und X-Ausbreitung, d. h. mit Euler-Winkeln von (0°, 100°, 0°), gebildet wird, und den Schallgeschwindigkeiten der Oberflächenschallwelle an den Ober- und Untergrenzen eines Sperrbandes, wenn die Elektrode offen ist, und an den Ober- und Untergrenzen des Sperrband, wenn die Elektrode kurzgeschlossen ist, zeigen. In jedem Fall beträgt das Metallisierungsverhältnis der IDT-Elektrode 0,5. In den 22 bis 28 stellt fr die Schallgeschwindigkeit dar, die der Resonanzfrequenz entspricht, und fa stellt die Schallgeschwindigkeit dar, die der Antiresonanzfrequenz entspricht. Eine durchbrochene Linie bei 4060 m/s stellt die transversale Körperwellengeschwindigkeit dar.
Wie in den 22 bis 28 und 41 gezeigt, wird festgestellt, daß gute Resonanzkennlinien erhalten werden, wenn die normalisierten Dicken H/λ der Elektroden aus Au, Pt, W, Ta, Ag, Cu, Mo und Ni bevorzugt mindestens 0,022, mindestens 0,027, mindestens 0,037, mindestens 0,04, mindestens 0,06, mindestens 0,09, mindestens 0,10 bzw. mindestens 0,14. Der im praktischen Gebrauch zulässige Bereich ist ein Bereich mit Werten, die um 10% kleiner sind als die oben genannten Werte. Somit können im praktischen Gebrauch zulässige Kennlinien erhalten werden, wenn die Werte mindestens 0,02, mindestens 0,024, mindestens 0,033, mindestens 0,036, mindestens 0,051, mindestens 0,081, mindestens 0,09 und mindestens 0,126 betragen.
In den 22 bis 28 und 41 beträgt die Obergrenze der normalisierten Dicke H/λ der IDT-Elektrode 0,14 oder 0,2. Jedoch wird im Wesentlichen der gleiche Wert auch dann erhalten, wenn die normalisierte Dicke H/λ 0,14 überschreitet, solange der Wert maximal 0,3 beträgt und alle Antiresonanzfrequenzen fa maximal die Transversalwellengeschwindigkeit haben. Wenn die Dicke H/λ der IDT-Elektrode 0,30 überschreitet, so kann es schwierig sein, eine Elektrode aus einem hochdichten Metall zu verarbeiten.
Wenn das Metallisierungsverhältnis der IDT-Elektrode hoch ist, so kann die Filmdicke der IDT-Elektrode klein sein, wie in den 20 und 21 gezeigt. Wenn zum Beispiel bei der IDT-Elektrode aus Ni in 41 das Metallisierungsverhältnis 0,65 beträgt, so kann die Dicke H/λ der IDT-Elektrode zweckmäßigerweise mindestens 0,125 betragen, und im praktischen Gebrauch kann sie mindestens 0,112 betragen. Wenn das Metallisierungsverhältnis 0,8 beträgt, so kann die Dicke H/λ der IDT-Elektrode mindestens 0,085 betragen, und im praktischen Gebrauch kann sie mindestens 0,077 betragen. Der Untergrenzenwert der Filmdicke mit Bezug auf das Metallisierungsverhältnis ist in den 42 bis 49 gezeigt. Das Metallisierungsverhältnis kann bevorzugt in einem Bereich von 0,15 bis 0,85 liegen. Besonders bevorzugt kann das Metallisierungsverhältnis größer als 0,5 sein. Das Metallisierungsverhältnis, das im Bereich von 0,15 bis 0,85 liegt oder mindestens 0,5 beträgt, und die Untergrenze der Elektrodenfilmdicke sind bevorzugt Werte, die in den 42 bis 49 und Tabelle 1 (oben beschrieben) gezeigt sind; die Obergrenze ist bevorzugt einer der Werte, die in Tabelle 1 gezeigt sind; und die Obergrenze ist bevorzugt einer der Werte, die in Tabelle 1 gezeigt sind. Es ist anzumerken, daß die Obergrenze der Filmdicke im praktischen Gebrauch um 10 kleiner sein kann, wie oben beschrieben. Des Weiteren ist selbst dann, wenn die Schnittwinkel des LiNbO₃-Substrats verändert werden, eine Veränderung der Schallgeschwindigkeit die gleiche. Auf diese Weise ist die zweckmäßige Dicke der IDT-Elektrode im Wesentlichen die gleiche.
Jedoch verhält sich nur die IDT-Elektrode aus Al außergewöhnlich. Bei jeder der IDT-Elektroden, die aus den jeweiligen, in den 22 bis 28 gezeigten Materialien hergestellt sind, werden die Schallgeschwindigkeit, die der Resonanzfrequenz fr entspricht, und die Schallgeschwindigkeit, die der Antiresonanzfrequenz fa entspricht, rasch von einer Region mit höher Geschwindigkeit als die Region der transversalen Körperwellengeschwindigkeit zu einer Region mit niedrigerer Geschwindigkeit als die Region der transversalen Körperwellengeschwindigkeit geändert, wenn die Dicke der IDT-Elektrode verändert wird. Im Gegensatz dazu sind, wie in 29 gezeigt, wenn die IDT-Elektrode aus Al verwendet wird, die Schallgeschwindigkeit, die der Resonanzfrequenz entspricht, und die Schallgeschwindigkeit, die der Antiresonanzfrequenz entspricht, unabhängig von der Dicke der Elektrode höher als die transversale Körperwellengeschwindigkeit. Darum ist es vorstellbar, daß die Verschlechterung der Kennlinien zwischen der Resonanzfrequenz und der Antiresonanzfrequenz nicht eintritt, weil die transversale Körperwellengeschwindigkeit nicht zwischen der Resonanzschallgeschwindigkeit und der Antiresonanzschallgeschwindigkeit liegt. Durchbrochene Linien in 33 verdeutlichen eine Impedanzkennlinie und eine Phasenkennlinie einer Struktur ähnlich der oben beschriebenen; mit der Ausnahme, daß eine IDT-Elektrode aus Al verwendet wird und die Dicke H/λ der IDT-Elektrode 0,17 beträgt. Wie in 33 gezeigt, ist die Impedanzkennlinienkurve bei der Antiresonanzfrequenz relativ spitz, und somit wird festgestellt, daß eine gute Kennlinie erhalten wird. Da die transversale Körperwellengeschwindigkeit nicht zwischen der Schallgeschwindigkeit mit der Resonanzfrequenz und der Schallgeschwindigkeit mit der Antiresonanzfrequenz liegt, wird insbesondere festgestellt, daß eine gute Kennlinie erhalten wird.
Wenn die IDT-Elektrode aus Al verwendet wird, so liegt die Dicke H/λ der Elektrode bevorzugt in einem Bereich von 0,04 bis 0,33. Die Zahl 0,04 ist die Filmdicke H/λ von Al, dessen Schallgeschwindigkeit, die der Resonanzfrequenz fr entspricht, von der Schallgeschwindigkeit an der Untergrenze eines Sperrbandes, wenn die Elektrode kurzgeschlossen ist, zu der Schallgeschwindigkeit an der Obergrenze des Sperrbandes geändert wird. Die Zahl 0,33 ist, obgleich nicht gezeigt, die Filmdicke von Al, dessen Schallgeschwindigkeit, die der Resonanzfrequenz fr entspricht, und dessen Schallgeschwindigkeit, die der Antiresonanzfrequenz fa entspricht, sind höher als die transversale Körperwellengeschwindigkeit. Es ist besonders bevorzugt, daß das Metallisierungsverhältnis in einem Bereich von 0,15 bis 0,85 liegt und daß sowohl die Schallgeschwindigkeit, die der Resonanzfrequenz fr entspricht, als auch die Schallgeschwindigkeit, die der Antiresonanzfrequenz fa entspricht, in einem Bereich liegen, der höher als die transversale Körperwellengeschwindigkeit ist. Hinsichtlich der Verarbeitung können Aussparungen mit einem großen Metallisierungsverhältnis und eine geringen Tiefe einfacher hergestellt werden als Aussparungen mit einem geringen Metallisierungsverhältnis und einer großen Tiefe. Darum ist das Metallisierungsverhältnis zweckmäßigerweise größer als 0,5.
Im Fall von Au, Pt, W, Ta, Ag, Cu, Mo oder Ni wird die Schallgeschwindigkeit je nach Filmdicke rasch verringert. Wenn jedoch die niedrige Transversalwelle nicht zwischen den Schallgeschwindigkeiten von fr und fa liegt, so wird eine gute Resonanzkennlinie erhalten. Bei der Struktur, bei der die Elektrode in das Substrat eingebettet ist, beträgt die normalisierte Filmdicke H/λ der Elektrode aus Au, Pt, W oder Ta bevorzugt maximal 0,006, die normalisierte Filmdicke H/λ der Elektrode aus Ag beträgt bevorzugt maximal 0,01, oder die normalisierte Filmdicke H/λ der Elektrode aus Cu, Mo oder Ni beträgt bevorzugt maximal 0,013. Dementsprechend kann eine gute Kennlinie erhalten werden.

Wenn also – im Hinblick auf die in den 22 bis 28 gezeigt Ergebnisse – das Metallisierungsverhältnis größer als 0,5 ist, so ist ein bevorzugter Bereich für die Dicke der IDT-Elektrode aus einem der oben erwähnten Metallmaterialen ein in Tabelle 6 gezeigter Bereich. [Tabelle 6] (X: Metallisierungsverhältnis)

Des Weiteren ist ein anderer Bereich in Tabelle 7 gezeigt. [Tabelle 7] (X: Metallisierungsverhältnis)

Elektrode	Untergrenze der Filmdicke (λ)	Obergrenze der Filmdicke (λ)
Au	0,0343 – 0,0190X – 0,0200X²	0,25
Pt	0,0451 – 0,0401X – 0,0028X²	0,25
W	0,0673 – 0,0880X + 0,040X²	0,25
Ta	0,0665 – 0,0710X + 0,020X²	0,25
Ag	0,1158 – 0,1590X + 0,060X²	0,25
Cu	0,1695 – 0,207X + 0,060X²	0,25
Mo	0,1347 – 0,0891X	0,25
Ni	0,1997 – 0,1259X + 0,0358X²	0,25

Die 30 bis 32 sind Illustrationen, die jeweils die Beziehung zwischen der Filmdicke H/λ eines Metallfilms aus Al, der eine IDT-Elektrode bildet, und der Schallgeschwindigkeit der Oberflächenschallwelle einer Oberflächenschallwellenvorrichtung, die durch Befüllen von in einem LiNbO₃-Substrat mit Euler-Winkeln von (0°, 100°, 0°) angeordneten Aussparungen mit Al hergestellt wird, zeigen, wenn das Metallisierungsverhältnis der IDT-Elektrode aus Al 0,45, 0,55 oder 0,85 beträgt. Die 30 bis 32 zeigen jeweils das Ergebnis der Schallgeschwindigkeit, die der Resonanzfrequenz an der Obergrenze eines Sperrbandes entspricht, wenn die Elektrode kurzgeschlossen ist. Die Antiresonanzfrequenz ist höher als die Resonanzfrequenz. Somit zeigen die 30 bis 32 Bedingungen, die kein Störsignal zwischen der Resonanzfrequenz und der Antiresonanzfrequenz erzeugen, wenn die Resonanzfrequenz höher als die transversale Körperwellengeschwindigkeit ist.
Im Allgemeinen wird davon ausgegangen, daß, sofern nicht beide Schallgeschwindigkeiten, die den Resonanz- und Antiresonanzfrequenzen entsprechen, die transversale Körperwellengeschwindigkeit oder niedriger sind, keine gute Kennlinie erhalten wird, weil eine verlustbehaftete Oberflächenwelle erzeugt wird. Jedoch wird zum ersten Mal festgestellt, daß eine gute Resonanzkennlinie erhalten wird, wenn die transversale Körperwellengeschwindigkeit nicht zwischen den Resonanz- und Antiresonanzfrequenzen liegt.
Wie in 30 gezeigt, wird festgestellt, daß die Geschwindigkeit, die der Resonanzfrequenz fr entspricht, etwa 4060 m/s beträgt, wenn das Metallisierungsverhältnis 0,45 beträgt und wenn die IDT-Elektrode aus Al eine normalisierte Filmdicke von 0,37 hat, d. h. ungefähr eine Dicke von 0,37λ. Gleichermaßen wird festgestellt, daß die Schallgeschwindigkeit der Oberflächenschallwelle die transversale Körperwellengeschwindigkeit von 4060 m/s ist, wenn das Metallisierungsverhältnis 0,55 beträgt und wenn die normalisierte Filmdicke H/λ der IDT-Elektrode aus Al 0,25 beträgt, wie in 31 gezeigt, und wenn das Metallisierungsverhältnis 0,85 beträgt und wenn die normalisierte Filmdicke H/λ der IDT-Elektrode aus Al 0,065 beträgt, wie in 32 gezeigt.
Wie in den 30 bis 32 gezeigt, kann, wenn die IDT-Elektrode aus Al verwendet wird und die IDT-Elektrode eine Dicke H/λ in einem Bereich von 0,04 bis 0,37 hat, das Metallisierungsverhältnis 0,45 oder weniger betragen. Außerdem kann, wenn die IDT-Elektrode eine normalisierte Filmdicke H/λ in einem Bereich von 0,04 bis 0,029 hat, das Metallisierungsverhältnis 0,55, d. h. mindestens 0,55, betragen.
50 zeigt das Metallisierungsverhältnis und den Obergrenzenwert der Filmdicke der Al-Elektrode. Dieser Wert erfüllt einen Ausdruck von Y = –0,9X + 0,766, wobei X ein Metallisierungsverhältnis ist und Y eine Dicke von Al ist. Somit beträgt die Filmdicke H/λ der Al-Elektrode mindestens 0,04, und die Obergrenze ist ein Wert, der diesen Ausdruck erfüllt oder kleiner ist.
Die Obergrenze des Metallisierungsverhältnis beträgt bevorzugt 0,85. Wenn die Obergrenze 0,85 überschreitet, so kann die Ausbildung einer Elektrode schwierig sein.
Somit ist der bevorzugte Bereich der Filmdicke der IDT-Elektrode, bei der Al oder eine Al-Legierung in das LiNbO₃-Substrat eingebettet ist, ein Bereich, der in Tabelle 8, basierend auf den 29 bis 32 und 50, gezeigt ist. [Tabelle 8] (Y: Al-Filmdicke, X: Metallisierungsverhältnis)

Elektrode Untergrenze Obergrenze

Al 0,036 λ Y = –0,9X + 0,766
Außerdem ist ein anderer Bereich in Tabelle 9 gezeigt. [Tabelle 9] (Y: Al-Filmdicke, X: Metallisierungsverhältnis)

Elektrode Untergrenze Obergrenze

Al 0,036 λ Y = –0,81X + 0,689
Selbst wenn die Elektrode aus Au, Pt, W, Ta, Ag, Cu, Mo oder Ni in das LN-Substrat eingebettet ist, kann, wenn beide Schallgeschwindigkeiten, die der Resonanzfrequenz und der Antiresonanzfrequenz entsprechen, niedriger sind als die niedrige Transversalwellengeschwindigkeit, ein Resonator ohne Störsignal infolge der niedrigen Transversalwelle erhalten werden. In diesem Fall hat die Elektrode aus Au, Pt, W oder Ta bevorzugt eine normalisierte Filmdicke H/λ von maximal 0,006; die Elektrode aus Ag hat bevorzugt eine normalisierte Filmdicke H/λ von maximal 0,01; oder die Elektrode aus Cu, Mo oder Ni hat bevorzugt eine normalisierte Filmdicke H/λ von maximal 0,013. Dementsprechend kann eine gute Kennlinie mit einem geringen Störsignal erhalten werden.
34 ist ein Schaltbild eines abstimmbaren Filters gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In einem abstimmbaren Filter 31, das in 34 gezeigt ist, sind Reihenarmresonatoren S1 und S2 in einem Reihenarm, der einen Eingangsanschluß 32 und einen Ausgangsanschluß 33 miteinander koppelt, miteinander in Reihe geschaltet. Ein regelbarer Kondensator C2 ist mit dem Reihenarmresonator S1 auf der Eingangsseite des Reihenarmresonators S1 in Reihe geschaltet. Ein Parallelarm, der den Reihenarm und ein Erdungspotential miteinander koppelt, ist auf der Eingangsseite des Reihenarmresonators S1 ausgebildet. Ein Kondensator C1 ist mit dem Parallelarm verbunden.
Ein zweiter Parallelarm ist zwischen einem Knoten der Reihenarmresonatoren S1 und S2 und dem Erdungspotential ausgebildet. Eine Induktivität L4 ist in den zweiten Parallelarm eingefügt. Außerdem ist ein regelbarer Kondensator C6 auf der Ausgangsseite des Reihenarmresonators S2 verbunden. Des Weiteren koppelt ein dritter Parallelarm den Ausgangsanschluß 3 und das Erdungspotential miteinander. Ein Kondensator C7 ist mit dem dritten Parallelarm verbunden. Außerdem ist in dem abstimmbaren Filter 31 ein Kondensator Cf parallel in den Reihenarm eingefügt, der den Eingangsanschluß 32 und den Ausgangsanschluß 33 miteinander koppelt.
Das abstimmbare Filter 31 in 34 ähnelt dem abstimmbaren Filter 21 in 3; mit der Ausnahme, daß der Kondensator Cf eingefügt ist.
Oberflächenschallwellenresonatoren mit einer Kennlinie, die in 36 durch eine durchgezogene Linie dargestellt ist, oder insbesondere die Oberflächenschallwellenresonatoren, die jeweils eine Dicke H/λ einer IDT-Elektrode aus Cu von 0,1 und ein Metallisierungsverhältnis von 0,6 aufweisen, werden als die Reihenarmresonatoren S1 und S2 verwendet, und auf diese Weise wird das abstimmbare Filter 31 gebildet. 35 zeigt eine Kennlinie des abstimmbaren Filters 31 in diesem Fall. Wie in 35 gezeigt, kann, indem die elektrostatischen Kapazitäten der Kondensatoren C2 und C6 zueinander äquivalent eingestellt werden und die elektrostatischen Kapazitäten auf 0,5 pF, 0,75 pF und 1,0 pF vergrößert werden, die Mittenfrequenz zu 1860 MHz, 1813 MHz und 1750 MHz verändert werden. Das heißt, mit Bezug auf 1813 MHz wird festgestellt, daß die Mittenfrequenz innerhalb eines Bereichs von ±3% verändert werden kann. In diesem Fall kann ein Verlust verkleinert werden, wenn Elemente, die mit dem Erdungspotential verbunden sind, wie zum Beispiel der Kondensator C1, die Induktivität L4, und der Kondensator C7, so angeordnet werden, daß ihre Impedanzen in einem Bereich von 20 bis 100 Ω liegen.
Insbesondere liegen die Impedanzen der Elemente, die in den Parallelarm eingefügt sind, der mit dem Erdungspotential verbunden ist, zweckmäßigerweise in einem Bereich von 20 bis 100 Ω. Wenn die Impedanzwerte innerhalb dieses Bereichs liegen, so erhält man eine gute Impedanzanpassung mit Bezug auf die Schaltung, die den Kondensatoren C1 oder C7 oder der Induktivität L4 vor- oder nachgeschaltet ist. Dementsprechend kann ein Einfügungsverlust verringert werden.
37 ist ein Schaltbild eines abstimmbaren Filters gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Ein abstimmbares Filter 41 in 37 ähnelt im Wesentlichen dem abstimmbaren Filter 31 in 34. Ein Unterschied ist, daß ein regelbarer Kondensator CP1, der mit einem Reihenarmresonator S1 parallel geschaltet ist, und ein regelbarer Kondensator CP2, der mit einem Reihenarmresonator S2 parallel geschaltet ist, bereitgestellt sind.
Regelbare Kondensatoren C2 und C3, die mit dem Reihenarm S1 und S2 in Reihe geschaltet sind, sind erste regelbare Kondensatoren gemäß der vorliegenden Erfindung. Des Weiteren sind regelbare Kondensatoren CP1 und CP2, die mit den Reihenarmresonatoren S1 bzw. S2 parallel geschaltet sind, zweite regelbare Kondensatoren gemäß der vorliegenden Erfindung. In dieser Ausführungsform sind die ersten regelbaren Kondensatoren C2 und C3 und die zweiten regelbaren Kondensatoren CP1 und CP2 jeweils mit allen Reihenarmresonatoren S1 und S2 verbunden. Jedoch kann in der vorliegenden Erfindung der erste regelbare Kondensator mit mindestens einem Oberflächenschallwellenresonator aus den mehreren Oberflächenschallwellenresonatoren in Reihe geschaltet sein, die als die Reihenarmresonatoren dienen, die in dem Reihenarm angeordnet sind. Gleichermaßen kann der zweite regelbare Kondensator mit mindestens einem Oberflächenschallwellenresonator parallel geschaltet sein. Außerdem kann ein Kondensator anstelle der Induktivität L4 verwendet werden.
Mit diesem abstimmbaren Filter 41 kann die Mittenfrequenz verändert werden, ohne eine Durchlaßbandbreite zu verändern und ohne daß eine Dämpfung in einer höheren Region mit Bezug auf das Durchlaßband verschlechtert wird. Dies wird unten mit Bezug auf die 36 und 38 beschrieben. Eine durchgezogene Linie in 36 veranschaulicht eine Impedanz-Frequenz-Kennlinie gemäß einem Beispiel einer Oberflächenschallwellenvorrichtung der vorliegenden Erfindung, bei der Aussparungen in einem LiNbO₃-Substrat mit Metall gefüllt sind. Eine durchbrochene Linie veranschaulicht eine Impedanzkennlinie einer Oberflächenschallwellenvorrichtung, bei der zum Vergleich eine Elektrode auf LiNbO₃ ausgebildet ist. Es wird festgestellt, daß die durch die durchgezogene Linie dargestellte Kennlinie den Vorteil hat, daß das Band zwischen der Resonanzfrequenz und der Antiresonanzfrequenz im Vergleich zu der durch die durchbrochene Linie dargestellten Kennlinie breit ist.
In dem abstimmbaren Filter 41 sind, wenn die Oberflächenschallwellenvorrichtungen, die IDT-Elektroden vom eingebetteten Typ mit den oben genannten Resonanzkennlinien enthalten, als die Reihenarmresonatoren S1 und S2 verwendet werden, die Kapazitäten der regelbaren Kondensatoren C2 und C3 zueinander äquivalent, und die Kapazitäten der regelbaren Kondensatoren CP1 und CP2 sind zueinander äquivalent. 38 zeigt Frequenzkennlinien wenn die elektrostatischen Kapazitäten wie in 38 gezeigt verändert werden.
Wie in 38 gezeigt, wird, wenn die elektrostatischen Kapazitäten von C2 und CP1 zu C2 = 0,5 pF und CP1 = 0 (CP1 ist nicht angeschlossen), C2 = 0,75 und CP1 = 1 pF sowie 02 = 1,0 pF und CP1 = 3 pF verändert werden, festgestellt, daß die Mittenfrequenz um 7% auf 1858, 1798 und 1733 MHz verändert werden kann. Der Impedanzwert ist 35 Ω mit 1800 MHz, wenn die elektrostatischen Kapazitäten der Kondensatoren C1 und C4 2,5 pF betragen. Dieser Impedanzwert stimmt im Wesentlichen mit einer externen Impedanz von 50 Ω überein. Auf diese Weise kann der Einfügungsverlust verkleinert werden. Außerdem beträgt eine Impedanz der Induktivität L4 (Induktivitätswert von 4,5 nH) mit einer Frequenz von etwa 1800 MHz 45 Ω.
37 ist das Schaltbild des abstimmbaren Filters gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der regelbare Kondensator C2 ist mit einer Parallelverbindungsschaltung aus dem regelbaren Kondensator CP1 und dem Reihenarmresonator S1 in Reihe geschaltet. Gleichermaßen ist der regelbare Kondensator C3 mit einer Parallelverbindungsschaltung aus dem regelbaren Kondensator CP2 und dem Reihenarmresonator S2 in Reihe geschaltet.
Wie in 51(a) einer Modifizierung gezeigt, kann ein regelbarer Kondensator CP1 mit einer Reihenverbindungsschaltung aus einem Reihenarmresonator S1 und einem regelbaren Kondensator C2 parallel geschaltet sein. Gleichermaßen kann ein regelbarer Kondensator CP2 mit einer Reihenverbindungsschaltung aus einem Reihenarmresonator S2 und einem regelbaren Kondensator C3 parallel geschaltet sein.
37 zeigt das abstimmbare Filter, das die Reihenarmresonatoren S1 und S2 in dem Reihenarm enthält. Jedoch kann, wie in 51(b) einer weiteren Modifizierung gezeigt, eine Schaltung, die einen Reihenarm mit einem Reihenarmresonator S3 und einen Parallelarm mit einer Induktivität L5 enthält, zusätzlich durch Kaskadenschaltung verbunden sein. Regelbare Kondensatoren sind mit S1, S2 und S3 parallel oder in Reihe geschaltet. Jedoch kann ein Teil der regelbaren Kondensatoren auch weggelassen werden. Außerdem kann eine Induktivität L4 durch einen Kondensator ersetzt werden.
Obgleich in den obigen Beispielen der Oberflächenschallwellenresonator und das abstimmbare Filter, bei dem der regelbare Kondensator mit dem Oberflächenschallwellenresonator in Reihe geschaltet ist, beschrieben wurden, ist das Merkmal der vorliegenden Erfindung der Oberflächenschallwellenresonator, der in dem abstimmbaren Filter verwendet wird. Darum unterliegt die Schaltungskonfiguration des abstimmbaren Filters keinerlei besonderen Einschränkungen. Das heißt, die vorliegende Erfindung kann auf ein typisches abstimmbares Filter angewendet werden, bei dem regelbare Kondensatoren mit Oberflächenschallwellenresonatoren in Reihe und/oder parallel geschaltet sind.
Außerdem unterliegt die Struktur eines regelbaren Kondensators keinerlei besonderen Einschränkungen. Es kann ein geeigneter regelbarer Kondensator verwendet werden, dessen elektrostatische Kapazität mechanisch oder elektrisch verändert werden kann.
Bezugszeichenliste

1: abstimmbares Filter
2: Eingangsanschluß
3: Ausgangsanschluß
4 bis 8: regelbarer Kondensator
11: piezoelektrisches Substrat
11a: Oberseite
11b: Aussparung
12: IDT-Elektrode
12a, 12b: Kammelektrode
13, 14: Reflektor
15: SiO₂-Film
21: abstimmbares Filter
22: Eingangsanschluß
23: Ausgangsanschluß
31: abstimmbares Filter
32: Eingangsanschluß
33: Ausgangsanschluß
41: abstimmbares Filter
C1, C4, C7: Kondensator
C2, C3, C6: regelbarer Kondensator
Cf: dritter Kondensator
CP1, CP2: regelbarer Kondensator
L1, L4, L5: Induktivität
P1 bis P3: Parallelarmresonator
S1 bis S3: Reihenarmresonator
S11, S12: Reihenarmresonator Schaltung

Claims

Abstimmbares Filter, umfassend: – einen Oberflächenschallwellenresonator mit – einem piezoelektrisches Substrat aus LiNbO₃ mit Euler-Winkeln von (0°, 80° bis 130°, 0°), das eine in einer Oberseite ausgebildete Ausnehmung aufweist, und – einer IDT-Elektrode, bei der ein Metallmaterial, das hauptsächlich mindestens aus einem Material hergestellt ist, das aus der Gruppe Au, Pt, W, Ta, Ag, Cu, Mo und Ni ausgewählt ist, in die Ausnehmung eingebettet ist, – wobei, wenn λ eine Wellenlänge einer Oberflächenschallwelle ist, eine Beziehung zwischen dem Metall, aus dem die IDT-Elektrode hauptsächlich besteht, einer Untergrenze einer Filmdicke der Elektrode und einem Metallisierungsverhältnis eine Beziehung ist, die in Tabelle 1 gezeigt ist; eine Obergrenze der Filmdicke der Elektrode einen der in Tabelle 1 gezeigten Werte hat; und das Metallisierungsverhältnis in einem Bereich von 0,15 bis 0,85 liegt, und – einen regelbaren Kondensator, der mit dem Oberflächenschallwellenresonator verbunden ist. [Tabelle 1] (X: Metallisierungsverhältnis) Elektrode Untergrenze der Filmdicke (λ) Obergrenze der Filmdicke (λ) Au 0,0381 – 0,0211X – 0,0222X² 0,25 Pt 0,0501 – 0,0445X – 0,0031X² 0,25 W 0,0748 – 0,0978X + 0,0444X² 0,25 Ta 0,0739 – 0,0789X + 0,0222X² 0,25 Ag 0,1287 – 0,1767X + 0,0667X² 0,25 Cu 0,1883 – 0,23X + 0,0667X² 0,25 Mo 0,1497 – 0,0990X 0,25 Ni 0,22112 – 0,13613X + 0,0439X² 0,25
Abstimmbares Filter, umfassend: – einen Oberflächenschallwellenresonator mit – einem piezoelektrisches Substrat aus LiNbO₃ mit Euler-Winkeln von (0°, 80° bis 130°, 0°), das eine in einer Oberseite ausgebildete Ausnehmung aufweist, und – einer IDT-Elektrode, bei der Al oder eine Legierung, die hauptsächlich aus Al besteht, in die Ausnehmung eingebettet ist, – wobei, wenn λ eine Wellenlänge einer Oberflächenschallwelle ist, eine normalisierte Filmdicke H/λ der IDT-Elektrode mindestens 0,036 und maximal 0,4 beträgt; eine Beziehung zwischen einer Obergrenze einer normalisierten Filmdicke von Al und einem Metallisierungsverhältnis eine Beziehung ist, die in Tabelle 4 gezeigt ist; eine Untergrenze der normalisierten Filmdicke von Al ein in Tabelle 4 gezeigter Wert ist; und ein Metallisierungsverhältnis kleiner als 0,5 oder größer als 0,5 ist, und – einen regelbaren Kondensator, der mit dem Oberflächenschallwellenresonator verbunden ist. [Tabelle 4] (Y: Al-Filmdicke, X: Metallisierungsverhältnis) Elektrode Untergrenze Obergrenze Al 0,036 λ Y = –0,9X + 0,766
Abstimmbares Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 2, – wobei der Oberflächenschallwellenresonator mehrere Oberflächenschallwellenresonatoren enthält und die mehreren Oberflächenschallwellenresonatoren zwischen einem Eingangsanschluß und einen Ausgangsanschluß in Reihe geschaltet sind, – wobei der regelbare Kondensator einen ersten und einen zweiten regelbaren Kondensator enthält, wobei der erste regelbare Kondensator mit mindestens einem der mehreren Oberflächenschallwellenresonatoren in Reihe geschaltet ist, der zweite regelbarer Kondensator mit mindestens einem der mehreren Oberflächenschallwellenresonatoren parallel geschaltet ist, und – wobei das abstimmbare Filter des Weiteren umfaßt: – eine Induktivität, die zwischen einem Knoten der mehreren Oberflächenschallwellenresonatoren und einer Erdung angeschlossen ist, und – Anpassungskondensatoren, die zwischen dem Eingangsanschluß und der Erdung bzw. zwischen dem Ausgangsanschluß und der Erdung angeschlossen sind.
Abstimmbares Filter nach Anspruch 3, wobei die Anpassungskondensatoren und die Induktivität Impedanzen in einem Bereich von 20 bis 100 Ω haben.