DE112015001240T5

DE112015001240T5 - Vorrichtung für elastische Wellen

Info

Publication number: DE112015001240T5
Application number: DE112015001240.0T
Authority: DE
Inventors: Michio Kadota; Tetsuya Kimura; Shuji Tanaka; Kenya Hashimoto
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2014-03-14
Filing date: 2015-02-17
Publication date: 2016-12-22
Also published as: WO2015137054A1; JP6447624B2; CN106031033A; CN106031033B; US10312883B2; US20160352304A1; JPWO2015137054A1

Abstract

Es wird eine Vorrichtung für elastische Wellen bereitgestellt, die eine große Bandbreite und ein hohe Schallgeschwindigkeit aufweist. In einer Vorrichtung für elastische Wellen 1 wird eine erste IDT-Elektrode 3 auf einer ersten Hauptfläche 2a eines LiNbO3-Substrats 2 ausgebildet, und eine zweite IDT-Elektrode 4 wird auf einer zweiten Hauptfläche 2b davon ausgebildet. Das Anlegen von Wechselspannungen mit zueinander umgekehrten Phasen an die ersten und zweiten IDT-Elektroden 3 und 4 regt Plattenwellen an, in denen SH-Wellen in einem Modus hoher Ordnung vorherrschen. Die Vorrichtung für elastische Wellen 1 verwendet die Plattenwellen in dem Modus höherer Ordnung, in dem die SH-Wellen vorherrschen.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung für elastische Wellen, die ein LiNbO₃-Substrat verwendet und unter den elastischen Wellen, die sich durch das LiNbO₃-Substrat ausbreiten, Plattenwellen verwendet.
STAND DER TECHNIK
Im Stand der Technik sind verschiedene Vorrichtungen für elastische Wellen vorgeschlagen worden. Bei einer Vorrichtung für elastische Wellen, die in dem unten erwähnten Patentdokument 1 beschrieben ist, wird ein LiNbO₃-Substrat verwendet. Auf beiden Flächen des LiNbO₃-Substrats sind IDT (Interdigitaltransducer)-Elektroden angeordnet. Wechselspannungen von gleicher Phase werden an die IDT-Elektroden, die auf beiden Flächen angeordnet sind, angelegt. Dadurch werden SH-Wellen in einem Modus der Größenordnung null als Plattenwellen verwendet.
Das unten beschriebene Patentdokument 2 offenbart eine Lamb-Wellenvorrichtung, die einen piezoelektrischen Dünnfilm aus LiNbO₃ verwendet. Auch in Patentdokument 2 sind IDT-Elektroden auf beiden Flächen des LiNbO₃ ausgebildet. Patentdokument 2 offenbart ebenfalls eine Struktur, in der eine IDT-Elektrode auf einer Fläche des piezoelektrischen Dünnfilms angeordnet ist, und eine weitere Elektrode, die aus einem Metallfilm besteht, ist auf der anderen Fläche so angeordnet, dass sie der IDT-Elektrode gegenüberliegt. Gemäß Patentdokument 2 werden Wellen in einem Modus hoher Ordnung mit einer Schallgeschwindigkeit von 5000 m/s oder mehr als Lamb-Wellen in dem piezoelektrischen Dünnfilm angeregt.
Zitierungsliste
Patentliteratur

Patentdokument 1: Internationale Publikation Nr. WO2013/021948 A1
Patentdokument 2: Japanische ungeprüfte Patentanmeldungspublikation Nr. 2010-220204

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Technische Aufgabe
Bei der in Patentdokument 1 beschriebenen Vorrichtung für elastische Wellen werden die IDT-Elektroden auf beiden Flächen des LiNbO₃-Substrats ausgebildet. Dies erlaubt eine Erhöhung eines elektromechanischen Kopplungskoeffizienten der SH-Wellen im Modus der Größenordnung null. Dadurch wird eine fraktionale Bandbreite vergrößert.
Jedoch ist eine Schallgeschwindigkeit niedrig, zum Beispiel 3000 bis 4000 m/s. Um eine Frequenz zu erhöhen, muss eine Wellenlänge λ kurz sein. Darum wird es schwierig, die IDT-Elektroden und dergleichen zu bilden.
Andererseits erhält man in der Vorrichtung für elastische Wellen gemäß Patentdokument 2 eine hohe Schallgeschwindigkeit von 5000 m/s oder mehr. Dadurch kann leicht eine hohe Frequenz erhalten werden. Jedoch beschreibt das Patentdokument 2 keine Struktur, in der eine große Bandbreite und ein hohe Schallgeschwindigkeit miteinander vereinbar sind.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer Vorrichtung für elastische Wellen, in der eine hohe Schallgeschwindigkeit und eine hohe fraktionale
Bandbreite miteinander vereinbar sind.
Lösung der Aufgabe
Eine Vorrichtung für elastische Wellen gemäß einer ersten Erfindung dieser Anmeldung enthält ein LiNbO₃-Substrat, das eine erste Hauptfläche und eine zweite Hauptfläche auf einer der ersten Hauptfläche gegenüberliegenden Seite aufweist, eine erste IDT-Elektrode, die auf der ersten Hauptfläche des LiNbO₃-Substrats angeordnet ist, und eine zweite IDT-Elektrode, die auf der zweiten Hauptfläche des LiNbO₃-Substrats so angeordnet ist, dass sie der ersten IDT-Elektrode über das LiNbO₃-Substrat hinweg gegenüberliegt. Wenn Wechselspannungen mit zueinander umgekehrten Phasen an die erste IDT-Elektrode und die zweite IDT-Elektrode angelegt werden, so werden Plattenwellen in einem Modus hoher Ordnung, in dem SH-Wellen vorherrschen, in dem LiNbO₃-Substrat als elastische Wellen angeregt.
Bei einer spezifischen Ausführung der Vorrichtung für elastische Wellen gemäß der ersten Erfindung sind in den Euler-Winkeln (φ, θ, ψ) des LiNbO₃-Substrats φ = 0 ± 5°, ψ = 0 ± 5°, und θ beträgt 72° oder mehr und 97° oder weniger.
Bei einer weiteren spezifischen Ausführung der Vorrichtung für elastische Wellen gemäß der ersten Erfindung beträgt die Dicke des LiNbO₃-Substrats 0,05λ oder mehr und 0,52λ oder weniger, wenn λ eine Wellenlänge repräsentiert, die durch den Mittenabstand von Elektrodenfingern der ersten und zweiten IDT-Elektroden bestimmt wird.
Bei einer weiteren spezifischen Ausführung der Vorrichtung für elastische Wellen gemäß der ersten Erfindung beträgt das Metallisierungsverhältnis einer jeden der ersten und zweiten IDT-Elektroden 0,15 oder mehr und 0,77 oder weniger.
Bei einer weiteren spezifischen Ausführung der Vorrichtung für elastische Wellen gemäß der ersten Erfindung haben die ersten und zweiten IDT-Elektroden jeweils einen Elektrodenfilm aus Al oder einer Legierung, die Al als einen Hauptbestandteil aufweist, und die Filmdicke eines jeden der Elektrodenfilme beträgt 0,035λ oder weniger, wenn λ eine Wellenlänge repräsentiert, die durch den Mittenabstand von Elektrodenfingern der ersten und zweiten IDT-Elektroden bestimmt wird. Eine Vorrichtung für elastische Wellen gemäß einer zweiten Erfindung dieser Anmeldung enthält ein LiNbO₃-Substrat, das eine erste Hauptfläche und eine zweite Hauptfläche auf einer der ersten Hauptfläche gegenüberliegenden Seite aufweist, eine IDT-Elektrode, die auf der ersten Hauptfläche des LiNbO₃-Substrats angeordnet ist, und einen Elektrodenfilm, der auf der zweiten Hauptfläche des LiNbO₃-Substrats so angeordnet ist, dass er einen gesamten Bereich belegt, der durch äußere Ränder der IDT-Elektrode in einer Grundrissansicht von der Seite der ersten Hauptfläche umschlossen ist. Wenn eine Wechselspannung an die IDT-Elektrode angelegt wird, so werden Plattenwellen in einem Modus hoher Ordnung, in dem SH-Wellen vorherrschen, in dem LiNbO₃-Substrat als elastische Wellen angeregt.
Bei einer spezifischen Ausführung Vorrichtung für elastische Wellen gemäß der zweiten Erfindung sind in den Euler-Winkeln (φ, θ, ψ) des LiNbO₃-Substrats φ = 0 ± 5°, ψ = 0 ± 5°, und θ beträgt 68° oder mehr und 96° oder weniger.
Bei einer weiteren spezifischen Ausführung der Vorrichtung für elastische Wellen gemäß der zweiten Erfindung beträgt die Dicke des LiNbO₃-Substrats 0,05λ oder mehr und 0,18λ oder weniger, wenn λ eine Wellenlänge repräsentiert, die durch den Mittenabstand von Elektrodenfingern der IDT-Elektrode bestimmt wird.
Bei einer weiteren spezifischen Ausführung der Vorrichtung für elastische Wellen gemäß der zweiten Erfindung beträgt das Metallisierungsverhältnis der IDT-Elektrode 0,1 oder mehr und 0,68 oder weniger.
Bei einer weiteren spezifischen Ausführung der Vorrichtung für elastische Wellen gemäß der zweiten Erfindung hat die IDT-Elektrode einen Elektrodenfilm aus Al oder einer Legierung, die Al als einen Hauptbestandteil aufweist, und die Filmdicke des Elektrodenfilms beträgt 0,022λ oder weniger, wenn λ eine Wellenlänge repräsentiert, die durch den Mittenabstand von Elektrodenfingern der IDT-Elektrode bestimmt wird.
Vorteilhafte Effekte der Erfindung
Gemäß den ersten und zweiten Erfindungen dieser Anmeldung erlaubt die Verwendung der Plattenwellen in dem Modus höherer Ordnung, in dem die SH-Wellen vorherrschen, eine Erhöhung einer Schallgeschwindigkeit. Ferner erlaubt die vorliegende Erfindung auch eine Erhöhung einer fraktionalen Bandbreite. Darum sind in der Vorrichtung für elastische Wellen, welche die Plattenwellen verwendet, eine hohe Schallgeschwindigkeit und eine hohe fraktionale Bandbreite miteinander vereinbar.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1(a) ist eine vordere Schnittansicht einer Vorrichtung für elastische Wellen gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und 1(b) ist eine schematische Grundrissansicht, die die Struktur einer Elektrode davon zeigt.
2(a) bis 2(f) sind schematische Ansichten, die einen S0-Modus, einen S1-Modus, einen A0-Modus, einen A1-Modus, einen SH0-Modus bzw. einen SH1-Modus erläutern.
3 ist ein Kurvendiagramm, das die Beziehung zwischen einem Euler-Winkel θ und der Schallgeschwindigkeit von SH-Wellen in einem Modus erster Ordnung in der Vorrichtung für elastische Wellen gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.
4 ist ein Kurvendiagramm, das die Beziehung zwischen dem Euler-Winkel θ und einer fraktionalen Bandbreite in der Vorrichtung für elastische Wellen gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.
5 ist ein Kurvendiagramm, das die Beziehung zwischen der Dicke (× λ) eines LiNbO₃-Substrats und der fraktionalen Bandbreite in der Vorrichtung für elastische Wellen gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.
6 ist ein Kurvendiagramm, das die Beziehung zwischen dem Metallisierungsverhältnis einer IDT-Elektrode und der fraktionalen Bandbreite in der Vorrichtung für elastische Wellen gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.
7 ist ein Kurvendiagramm, das die Beziehung zwischen der Filmdicke (× λ) eines Al-Films, der die IDT-Elektrode bildet, und der fraktionalen Bandbreite in der Vorrichtung für elastische Wellen gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.
8 ist eine schematische vordere Schnittansicht einer Vorrichtung für elastische Wellen gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
9 ist ein Kurvendiagramm, das die Beziehung zwischen einem Euler-Winkel θ und der Schallgeschwindigkeit von SH-Wellen in einem Modus erster Ordnung in der Vorrichtung für elastische Wellen gemäß der zweiten Ausführungsform zeigt.
10 ist ein Kurvendiagramm, das die Beziehung zwischen dem Euler-Winkel θ und einer fraktionalen Bandbreite in der Vorrichtung für elastische Wellen gemäß der zweiten Ausführungsform zeigt.
11 ist ein Kurvendiagramm, das die Beziehung zwischen der Dicke (× λ) eines LiNbO₃-Substrats und der fraktionalen Bandbreite in der Vorrichtung für elastische Wellen gemäß der zweiten Ausführungsform zeigt.
12 ist ein Kurvendiagramm, das die Beziehung zwischen dem Metallisierungsverhältnis einer IDT-Elektrode und der fraktionalen Bandbreite in der Vorrichtung für elastische Wellen gemäß der zweiten Ausführungsform zeigt.
13 ist ein Kurvendiagramm, das die Beziehung zwischen der Filmdicke (× λ) eines Al-Films, der die IDT-Elektrode bildet, und der fraktionalen Bandbreite in der Vorrichtung für elastische Wellen gemäß der zweiten Ausführungsform zeigt.
BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
Konkrete Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden unten mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben, um die vorliegende Erfindung zu erläutern. Es ist anzumerken, dass jede in dieser Spezifikation beschriebene Ausführungsform nur ein Beispiel ist und dass Komponenten zwischen den verschiedenen Ausführungsformen teilweise substituiert oder kombiniert werden können.
1(a) ist eine vordere Schnittansicht einer Vorrichtung für elastische Wellen gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und 1(b) ist eine schematische Grundrissansicht, die die Struktur einer Elektrode davon zeigt.
Eine Vorrichtung für elastische Wellen 1 hat ein LiNbO₃-Substrat 2. Die Euler-Winkel des LiNbO₃-Substrats 2 werden im Weiteren durch (φ, θ, ψ) dargestellt. Die Euler-Winkel liegen bevorzugt innerhalb der Grenzen von (0 ± 5°, θ, 0 ± 5°). In diesen Grenzen können SH-Wellen, als Plattenwellen, effizient angeregt werden. Das LiNbO₃-Substrat 2 hat eine erste Hauptfläche 2a und eine zweite Hauptfläche 2b auf der der ersten Hauptfläche 2a gegenüberliegenden Seite.
Auf der ersten Hauptfläche 2a ist eine erste IDT-Elektrode 3 ausgebildet. 1(b) zeigt die Struktur der ersten IDT-Elektrode 3. Die erste IDT-Elektrode 3 hat mehrere Elektrodenfinger 3a und mehrere Elektrodenfinger 3b. Die mehreren Elektrodenfinger 3a und die mehreren Elektrodenfinger 3b sind zwischeneinander angeordnet.
Auf der zweiten Hauptfläche 2b ist eine zweite IDT-Elektrode 4 ausgebildet. In einer Draufsicht hat die zweite IDT-Elektrode 4 die gleiche Form wie die erste IDT-Elektrode 3. Elektrodenfinger 4a und 4b der zweiten IDT-Elektrode 4 liegen den Elektrodenfingern 3a und 3b der ersten IDT-Elektrode 3 über das LiNbO₃-Substrat 2 hinweg gegenüber. Die IDT-Elektrode 3 und die IDT-Elektrode 4 werden durch Anlegen von Wechselspannungen mit zueinander umgekehrten Phasen angesteuert.
Die IDT-Elektroden 3 und 4 bestehen in dieser Ausführungsform aus Al. Alternativ kann eine Legierung, die Al als einen Hauptbestandteil aufweist, verwendet werden. Al als den Hauptbestandteil zu haben, bedeutet hier dass die IDT-Elektroden 3 und 4 aus einer Al-Legierung von 50 Gewicht % oder mehr bestehen. Die IDT-Elektroden 3 und 4 können eine Mehrschichtstruktur aus einem Al-Film und einem weiteren Metallfilm haben.
Bei dieser Ausführungsform regt das Anlegen der Wechselspannungen mit den zueinander umgekehrten Phasen an die IDT-Elektrode 3 und die IDT-Elektrode 4 effektiv SH-Wellen in einem Modus erster Ordnung als zu verwendende Plattenwellen an. Es ist zu beachten, dass die SH-Wellen in dem Modus erster Ordnung den Plattenwellen in einem Modus hoher Ordnung, in dem die SH-Wellen vorherrschen, entsprechen.
Es ist anzumerken, dass in dieser Spezifikation die Plattenwellen in dem Modus höherer Ordnung, in dem die SH-Wellen vorherrschen, die SH-Wellen in dem Modus erster Ordnung sowie SH-Wellen in Modi höherer Ordnung als der Modus erster Ordnung enthalten. Anders ausgedrückt: Plattenwellen in Modi höherer Ordnung als einem Modus der Größenordnung null, der ein Grundmodus der SH-Wellen ist, werden als die Plattenwellen in dem Modus höherer Ordnung, in dem die SH-Wellen vorherrschen, bezeichnet. Der Grund, warum die SH-Wellen als „vorherrschend“ bezeichnet werden, ist, dass die angeregten Plattenwellen auch andere Komponenten als die SH-Wellen enthalten. „Vorherrschend“ bedeutet, dass eine SH-Wellenkomponente mindestens 50 % der Vibrationsenergie in dem oben angesprochenen angeregten Modus ausmacht.
Es ist zu beachten, dass Plattenwellen entsprechend ihren Verschiebungskomponenten in Lamb-Wellen (die überwiegend Komponenten in einer Ausbreitungsrichtung von elastischen Wellen und einer piezoelektrischen Dickenrichtung enthalten) und SH-Wellen (die überwiegend SH-Komponenten enthalten) klassifiziert werden. Darüber hinaus werden die Lamb-Wellen in einen symmetrischen Modus (S-Modus) und einen antisymmetrischen Modus (A-Modus) klassifiziert. Im symmetrischen Modus stimmen Verschiebungen in Bezug auf eine Halbierende in der Dicke eines piezoelektrischen Körpers überein. Im antisymmetrischen Modus haben Verschiebungen eine entgegengesetzte Richtung. Tiefgestellte Zahlen bezeichnen die Anzahl von Knoten in der Dickenrichtung. Eine A₁-Modus-Lamb-Welle meint hier eine Lamb-Welle in einem antisymmetrischen Modus erster Ordnung. 2 zeigt die S-Modi und die A-Modi der Lamb-Wellen und die Ausbreitungsmodi der SH-Wellen. In den 2(a) bis 2(d) geben Pfeile die Verschiebungsrichtungen der elastischen Wellen an. In den 2(e) und 2(f) entsprechen die Richtungen orthogonal zu der Ebene des Papiers den Verschiebungsrichtungen der elastischen Wellen. Die SH-Welle in einem Modus der Größenordnung null, wie in 2(e) gezeigt, ist eine Grundwelle der SH-Wellen, und diese Ausführungsform verwendet die SH-Wellen in dem Modus erster Ordnung, wie in 2(f) gezeigt.
3 ist ein Kurvendiagramm, das Veränderungen der Schallgeschwindigkeit der SH-Wellen in dem Modus erster Ordnung zeigt, wenn der θ der Euler-Winkel (0°, θ, 0°) des oben erwähnten LiNbO₃-Substrats 2 variiert wird. Hier wurde die Dicke des LiNbO₃-Substrats auf 0,1λ eingestellt, wobei λ eine Wellenlänge darstellte, die durch den Mittenabstand der Elektrodenfinger bestimmt wird. Die IDT-Elektroden hatten eine Filmdicke von 0,01λ und ein Metallisierungsverhältnis von 0,3.
Wie aus 3 zu erkennen ist, wird eine hohe Schallgeschwindigkeit von 17500 m/s oder mehr realisiert, wenn der Euler-Winkel θ im Bereich von 40° bis 160° liegt.
4 ist ein Kurvendiagramm, das die Beziehung zwischen dem Euler-Winkel θ und einer fraktionalen Bandbreite in der Vorrichtung für elastische Wellen 1 zeigt, die die gleiche Struktur wie oben beschrieben aufweist. Hier bezieht sich die fraktionale Bandbreite auf die Fraktion. Das heißt, die Differenz der Frequenz zwischen einer Antiresonanzfrequenz und einer Resonanzfrequenz wird durch die Resonanzfrequenz in einem Oberflächenschallwellenresonator geteilt.
Wie aus 4 zu erkennen ist, beträgt – wenn der Euler-Winkel θ 72° oder mehr und 97° oder weniger beträgt – die fraktionale Bandbreite 0,17 oder mehr, das heißt 17 % oder mehr. In zum Stand der Technik gehörenden Vorrichtungen für elastische Wellen liegt die fraktionale Bandbreite in der Größenordnung von maximal 17 %. Darum wurde herausgefunden, dass ein Euler-Winkel θ von 72° oder mehr und 97° oder weniger, wie oben beschrieben, eine große Bandbreite erlaubt.
Der Euler-Winkel θ beträgt besonders bevorzugt 79° oder mehr und 91° oder weniger. In diesem Fall wird die fraktionale Bandbreite 20 % oder mehr.
5 ist ein Kurvendiagramm, das die Beziehung zwischen der Dicke (× λ) des oben erwähnten LiNbO₃-Substrats 2 und der fraktionalen Bandbreite zeigt. Es ist zu beachten, dass die Euler-Winkel hier auf (0°, 83°, 0°) eingestellt waren. Die IDT-Elektroden hatten eine Filmdicke von 0,01λ und ein Metallisierungsverhältnis von 0,3.
Wie aus 5 zu erkennen ist, kann, wenn die Dicke des LiNbO₃-Substrats 2 0,05λ oder mehr und 0,52λ oder weniger beträgt, die fraktionale Bandbreite 0,17 oder mehr betragen, das heißt 17 % oder mehr. Die Dicke des LiNbO₃-Substrats 2 beträgt bevorzugt 0,07λ oder mehr und 0,17λ oder weniger. In diesem Fall kann die fraktionale Bandbreite 20 % oder mehr betragen.
6 ist ein Kurvendiagramm, das die Beziehung zwischen dem Metallisierungsverhältnis der IDT-Elektroden und der fraktionalen Bandbreite zeigt. Hier hatte das LiNbO₃-Substrat Euler-Winkel von (0°, 83°, 0°) und eine Dicke von 0,1λ. Die IDT-Elektroden bestanden aus einem Al-Film und hatten eine Dicke von 0,01λ.
Wie aus 6 zu erkennen ist, wird das Metallisierungsverhältnis bevorzugt auf 0,15 oder mehr und 0,77 oder weniger eingestellt. Dadurch kann die fraktionale Bandbreite mit Gewissheit 0,17 oder mehr betragen, das heißt 17 % oder mehr.
7 ist ein Kurvendiagramm, das die Beziehung zwischen der Filmdicke (λ) der IDT-Elektroden aus Al und der fraktionalen Bandbreite zeigt. Hier hatte das LiNbO₃-Substrat Euler-Winkel von (0°, 83°, 0°) und eine Dicke von 0,1λ. Das Metallisierungsverhältnis der IDT-Elektroden betrug 0,3.
Wie aus 7 zu erkennen ist, beträgt die Filmdicke von Al bevorzugt 0,035λ oder weniger. In diesem Fall kann die fraktionale Bandbreite 0,17 oder mehr betragen, das heißt 17 % oder mehr.
8 ist eine vordere Schnittansicht einer Vorrichtung für elastische Wellen gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Eine Vorrichtung für elastische Wellen 11 hat ein LiNbO₃-Substrat 2. Eine IDT-Elektrode 3 ist auf einer ersten Hauptfläche 2a des LiNbO₃-Substrats 2 ausgebildet. Die IDT-Elektrode 3 hat mehrere Elektrodenfinger 3a und mehrere Elektrodenfinger 3b, wie bei der IDT-Elektrode 3 gemäß der ersten Ausführungsform. Die IDT-Elektrode 3 besteht aus Al.
Bei der zweiten Ausführungsform wird ein Elektrodenfilm 14 auf einer zweiten Hauptfläche 2b des LiNbO₃-Substrats 2 angeordnet. In einer Draufsicht von der Seite der ersten Hauptfläche 2a ist der Elektrodenfilm 14 in einer solchen Form, dass er äußere Ränder von Elektrodenfingern enthält, die Abschnitte der ersten IDT-Elektrode 3 kreuzen. Der Elektrodenfilm 14 wird als eine schwebende Elektrode verwendet.
Die IDT-Elektrode 3 und der Elektrodenfilm 14 können anstelle von Al jeweils aus einer Legierung bestehen, die Al als einen Hauptbestandteil aufweist. Die IDT-Elektrode 3 und der Elektrodenfilm 14 können jeweils eine Mehrschichtstruktur aus einem Al-Film und einem weiteren Metallfilm haben. Ferner kann der Elektrodenfilm 14 aus einem Metall, wie zum Beispiel Ti, Au, Ni oder Cr, oder einer leitfähigen Verbindung, wie zum Beispiel ZnO oder ITO, bestehen.
Bei der Vorrichtung für elastische Wellen 11 gemäß der zweiten Ausführungsform regt das Anlegen von Wechselspannung an die erste IDT-Elektrode 3 Plattenwellen eines Modus hoher Ordnung, in dem SH-Wellen vorherrschen, an. Auch in dieser Ausführungsform erlaubt die Verwendung der Plattenwellen des Modus hoher Ordnung, in dem die SH-Wellen vorherrschen, eine hohe Schallgeschwindigkeit und eine große Bandbreite.
9 ist ein Kurvendiagramm, das Veränderungen der Schallgeschwindigkeit der SH-Wellen in dem Modus erster Ordnung zeigt, wenn der θ der Euler-Winkel (0°, θ, 0°) des oben erwähnten LiNbO₃-Substrats variiert wird. Hier wurde die Dicke des LiNbO₃-Substrats 2 auf 0,1λ eingestellt, wobei λ eine Wellenlänge darstellte, die durch den Mittenabstand der Elektrodenfinger bestimmt wird. Die IDT-Elektrode 3 hatte eine Filmdicke von 0,01λ und ein Metallisierungsverhältnis von 0,3. Der Elektrodenfilm 14 hatte eine Filmdicke von 0,01λ. Wie aus 9 zu erkennen ist, wird eine hohe Schallgeschwindigkeit von 20000 m/s oder mehr realisiert, wenn der Euler-Winkel θ im Bereich von 50° bis 110° liegt.
10 ist ein Kurvendiagramm, das die Beziehung zwischen dem Euler-Winkel θ und einer fraktionalen Bandbreite in der Vorrichtung für elastische Wellen 11 zeigt, die die gleiche Struktur wie oben beschrieben aufweist. Hier bezieht sich die fraktionale Bandbreite auf die Fraktion, das heißt, die Differenz der Frequenz zwischen einer Antiresonanzfrequenz und einer Resonanzfrequenz wird durch die Resonanzfrequenz in einem Oberflächenschallwellenresonator geteilt.
Wie aus 10 zu erkennen ist, beträgt, wenn der Euler-Winkel θ 68° oder mehr und 96° oder weniger beträgt, die fraktionale Bandbreite 0,17 oder mehr, das heißt 17 % oder mehr. Es ist zu beachten, dass der gleiche Effekt innerhalb der Grenzen von φ = 0 ± 5° und ψ = 0 ± 5° erhalten werden kann. Darum wurde herausgefunden, dass ein Euler-Winkel θ von 68° oder mehr und 96° oder weniger, wie oben beschrieben, eine große Bandbreite erlaubt. Der Euler-Winkel θ beträgt besonders bevorzugt 72° oder mehr und 92° oder weniger. In diesem Fall kann die fraktionale Bandbreite 20 % oder mehr betragen.
11 ist ein Kurvendiagramm, das die Beziehung zwischen der Dicke (× λ) des oben erwähnten LiNbO₃-Substrats 2 und der fraktionalen Bandbreite zeigt. Es ist zu beachten, dass die Euler-Winkel hier auf (0°, 83°, 0°) eingestellt waren. Die IDT-Elektrode 3 hatte eine Filmdicke von 0,01λ und ein Metallisierungsverhältnis von 0,3. Der Elektrodenfilm 14 hatte eine Filmdicke von 0,01λ.
Wie aus 11 zu erkennen ist, kann, wenn die Dicke des LiNbO₃-Substrats 2 0,05λ oder mehr und 0,18λ oder weniger beträgt, die fraktionale Bandbreite 0,17 oder mehr betragen, das heißt 17 % oder mehr. Die Dicke des LiNbO₃-Substrats 2 beträgt besonders bevorzugt 0,07λ oder mehr und 0,16λ oder weniger. In diesem Fall kann die fraktionale Bandbreite 20 % oder mehr betragen.
12 ist ein Kurvendiagramm, das die Beziehung zwischen dem Metallisierungsverhältnis der IDT-Elektrode und der fraktionalen Bandbreite zeigt. Hier hatte das LiNbO₃-Substrat Euler-Winkel von (0°, 83°, 0°) und eine Dicke von 0,1λ. Die IDT-Elektroden bestanden aus einem Al-Film und hatten eine Dicke von 0,01λ. Der Elektrodenfilm 14 hatte eine Filmdicke von 0,01λ.
Wie aus 12 zu erkennen ist, wird das Metallisierungsverhältnis bevorzugt auf 0,1 oder mehr und 0,68 oder weniger eingestellt. Dadurch kann die fraktionale Bandbreite mit Gewissheit 0,17 oder mehr betragen, das heißt 17 % oder mehr.
13 ist ein Kurvendiagramm, das die Beziehung zwischen der Dicke (λ) der IDT-Elektrode 3 aus Al und der fraktionalen Bandbreite zeigt. Hier hatte das LiNbO₃-Substrat Euler-Winkel von (0°, 83°, 0°) und eine Dicke von 0,1λ. Das Metallisierungsverhältnis der IDT-Elektrode 3 betrug 0,3.
Wie aus 13 zu erkennen ist, beträgt die Filmdicke von Al bevorzugt 0,022λ oder weniger. In diesem Fall kann die fraktionale Bandbreite 0,17 oder mehr betragen, das heißt 17 % oder mehr.
Die oben angesprochenen ersten und zweiten Ausführungsformen beschreiben die Oberflächenschallwellenresonatoren, aber die Vorrichtung für elastische Wellen gemäß der vorliegenden Erfindung ist nicht auf Oberflächenschallwellenresonatoren beschränkt. Die vorliegende Erfindung ist weithin auf Oberflächenschallwellenfilter anwendbar, die mehrere IDT-Elektroden und verschiedene Vorrichtungen für elastische Wellen aufweisen. Darum ist die Anzahl der IDT-Elektroden nicht speziell beschränkt.
Es ist zu beachten, dass die Euler-Winkel (φ, θ, ψ) äquivalente kristallografische Ausrichtungen sein können.
Bezugszeichenliste

1: Vorrichtung für elastische Wellen
2: LiNbO₃-Substrat
2a: erste Hauptfläche
2b: zweite Hauptfläche
3: erste IDT-Elektrode
3a, 3b: Elektrodenfinger
4: zweite IDT-Elektrode
4a, 4b: Elektrodenfinger
11: Vorrichtung für elastische Wellen
14: Elektrodenfilm

Claims

Vorrichtung für elastische Wellen, umfassend: ein LiNbO₃-Substrat, das eine erste Hauptfläche und eine zweite Hauptfläche auf einer der ersten Hauptfläche gegenüberliegenden Seite aufweist, eine erste IDT-Elektrode, die auf der ersten Hauptfläche des LiNbO₃-Substrats angeordnet ist, und eine zweite IDT-Elektrode, die auf der zweiten Hauptfläche des LiNbO₃-Substrats so angeordnet ist, dass sie der ersten IDT-Elektrode über das LiNbO₃-Substrat hinweg gegenüberliegt, wobei, wenn Wechselspannungen mit zueinander umgekehrten Phasen an die erste IDT-Elektrode und die zweite IDT-Elektrode angelegt werden, eine Plattenwelle in einem Modus hoher Ordnung, in der eine SH-Welle vorherrscht, in dem LiNbO₃-Substrat als eine elastische Welle angeregt wird.
Vorrichtung für elastische Wellen nach Anspruch 1, wobei in den Euler-Winkeln (φ, θ, ψ) des LiNbO₃-Substrats φ = 0 ± 5°, ψ = 0 ± 5°, und θ 72° oder mehr und 97° oder weniger beträgt.
Vorrichtung für elastische Wellen nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Dicke des LiNbO₃-Substrats 0,05λ oder mehr und 0,52λ oder weniger beträgt, wenn λ eine Wellenlänge repräsentiert, die durch den Mittenabstand von Elektrodenfingern der ersten und zweiten IDT-Elektroden bestimmt wird.
Vorrichtung für elastische Wellen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Metallisierungsverhältnis einer jeden der ersten und zweiten IDT-Elektroden 0,15 oder mehr und 0,77 oder weniger beträgt.
Vorrichtung für elastische Wellen nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die ersten und zweiten IDT-Elektroden jeweils einen Elektrodenfilm aus Al oder einer Legierung, die Al als einen Hauptbestandteil aufweist, haben, und die Filmdicke eines jeden der Elektrodenfilme 0,035λ oder weniger beträgt, wenn λ eine Wellenlänge repräsentiert, die durch den Mittenabstand von Elektrodenfingern der ersten und zweiten IDT-Elektroden bestimmt wird.
Vorrichtung für elastische Wellen, umfassend: ein LiNbO₃-Substrat, das eine erste Hauptfläche und eine zweite Hauptfläche auf einer der ersten Hauptfläche gegenüberliegenden Seite aufweist, eine IDT-Elektrode, die auf der ersten Hauptfläche des LiNbO₃-Substrats angeordnet ist, und einen Elektrodenfilm, der auf der zweiten Hauptfläche des LiNbO₃-Substrats so angeordnet ist, dass er einen gesamten Bereich belegt, der durch äußere Ränder der IDT-Elektrode in einer Grundrissansicht von der Seite der ersten Hauptfläche umschlossen ist, wobei, wenn eine Wechselspannung an die IDT-Elektrode angelegt wird, eine Plattenwelle in einem Modus hoher Ordnung, in der eine SH-Welle vorherrscht, in dem LiNbO₃-Substrat als eine elastische Welle angeregt wird.
Vorrichtung für elastische Wellen nach Anspruch 6, wobei in den Euler-Winkeln (φ, θ, ψ) des LiNbO₃-Substrats φ = 0 ± 5°, ψ = 0 ± 5°, und θ 68° oder mehr und 96° oder weniger beträgt.
Vorrichtung für elastische Wellen nach Anspruch 6 oder 7, wobei die Dicke des LiNbO₃-Substrats 0,05λ oder mehr und 0,18λ oder weniger beträgt, wenn λ eine Wellenlänge repräsentiert, die durch den Mittenabstand von Elektrodenfingern der IDT-Elektrode bestimmt wird.
Vorrichtung für elastische Wellen nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei das Metallisierungsverhältnis der IDT-Elektrode 0,1 oder mehr und 0,68 oder weniger beträgt.
Vorrichtung für elastische Wellen nach einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei die IDT-Elektrode einen Elektrodenfilm aus Al oder einer Legierung, die Al als einen Hauptbestandteil aufweist, hat, und die Filmdicke des Elektrodenfilms 0,022λ oder weniger beträgt, wenn λ eine Wellenlänge repräsentiert, die durch den Mittenabstand von Elektrodenfingern der IDT-Elektrode bestimmt wird.