DE60016964T2

DE60016964T2 - Akustische oberflächenwellenanordnung

Info

Publication number: DE60016964T2
Application number: DE60016964T
Authority: DE
Inventors: Akihiro Yokozemachi Chichibu-gun BUNGO; Ryohei Yokozemachi Chichibu-gun KIMURA; Koji Hasegawa; Masanori Koshiba
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 1999-11-11
Filing date: 2000-10-31
Publication date: 2005-05-19
Anticipated expiration: 2020-11-01
Also published as: AU7963000A; EP1229645A4; EP1229645B1; DE60016964D1; US7075390B1; WO2001035528A1; EP1229645A1

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein akustisches Oberflächenwellenbauelement, das in mobilen Kommunikationsgeräten usw. verwendet wird.
Hintergrund der Erfindung
Obwohl mobile Kommunikationsgeräte, wie ein Funktelefon und ein portables Endgerät, sich in den letzten Jahren schnell verbreitet haben, wird ein Filter, der in diesen Endgeräten verwendet wird, mit den Eigenschaften eines geringen Energieverlustes, einem breiten Frequenzband und einer kleinen Größe usw. benötigt. Ein akustischer Oberflächenwellenfilter (SAW=Surface Acoustic Wave) des Sendertyps wird in der Praxis verwendet, wobei der genannte Filter einen einphasigen, unidirektionalen Wandler als ein Bauelement hat, welches diese Eigenschaften erfüllt. Bei einem einphasigen, unidirektionalen Filter wird eine Phasendifferenz zwischen einer Anregungswelle und einer reflektierten Welle zur gleichen Phase, um sich in eine vordere Richtung (nach vorne gerichtete Richtung) zu verstärken und um sich in einer umgekehrten Richtung (rückwärts gerichtete Richtung) auszulöschen. Folglich setzt sich die akustische Oberflächenwelle verstärkt nur in der nach vorne gerichteten Richtung fort. Auf diese Weise ist es theoretisch möglich, einen Filter mit Verlusten von weniger als 1 dB zu realisieren, indem eine Sendeelektrode und Empfangselektrode in Richtung der unidirektionalen Eigenschaft gegenübergesetzt werden.
Als Technologie zur Realisierung der unidirektionalen Wandler wurden EWC-SPUDT und DART-SPUDT, die die asymmetrische Elektrodenstruktur verwenden, entworfen. Neben diesen Filtern, die die Asymmetrie der Elektrodenstruktur verwenden, gibt es einen natürlichen unidirektionalen Filter (NSPUDT: Natural Single Phase Unidirectional Transducer). Der natürliche unidirektionale Filter realisiert die unidirektionale Eigenschaft durch Verwenden der Asymmetrie eines Substratkristalls. Somit ist die unidirektionale Eigenschaft mit dem Wandler realisierbar, der die Struktur, genannt reguläre Interdigitalwandler-(IDT)-Struktur, hat, bei der die multiplen positiven / negativen Elektrodenfinger, bei denen sowohl die Elektrodenbreite als auch der Elektrodenabstand λ/4 beträgt, kontinuierlich und periodisch angeordnet worden sind.
Selbst wenn ein regulärer IDT auf einem ST-X Quarzkristall-Substrat ausgebildet wird, verteilt sich die akustische Oberflächenwelle, die durch den Anregungsantrieb des genannten IDT erzeugt wurde, auf einem ST-X Quarzkristall-Substrat in den zwei Richtungen des genannten IDT und entwickelt keine unidirektionale Eigenschaft. Das heißt die natürliche unidirektionale Eigenschaft zeigt die Charakteristik des Substrats, bei dem die Oberflächenwelle streng in einer Richtung erregt wurde, wenn das reguläre IDT auf einer Substratoberfläche eines piezoelektrischen Kristalls ausgebildet ist. Beim akustischen Oberflächenwellenwandler, der das natürliche unidirektionale Substrat verwendet, können die Vorwärtsrichtungen des Wandlers auf der Sendeseite und des Wandlers auf der Empfangsseite nicht entgegengesetzt werden, da eine Anisotropie des Substrats selbst verwendet wird. Wenn die unidirektionale Eigenschaft zwischen der Sendeelektrode und der Empfangselektrode nicht umgedreht werden kann, ist es unmöglich, Filter mit geringen Verlusten herzustellen.
Als Mittel zur Lösung dieses Problems wird in Tokukai Hei 8-125484 von Mr. Takeuchi usw. der akustische Oberflächenwellenwandler vorgeschlagen, bei dem die Elektrodenstruktur die Richtung der natürlichen unidirektionalen Eigenschaft umkehrt, wobei der genannte akustische Oberflächenwellenwandler aus den positiven und negativen Elektrodenfingern, die eine Breite von fast λ/8 hatten und mit einer Schrittweite von λ angeordnet waren und den schwimmenden Elektroden bestand, die die Breite von 3/8λ aufwiesen und die mit dem Kantenintervall von fast λ/8 zwischen den genannten positiven Elektrodenfingern und negativen Elektrodenfingern angeordnet waren.
Der Filter mit geringen Verlusten, der die unidirektionale Eigenschaft umkehrt, wird von Mr. Takeuchi u.a. in Tokukai Hei 8-204492 vorgeschlagen, wobei der genannte Filter die Elektrodenstruktur verwendet, die die Richtung der natürlichen, unidirektionalen Eigenschaft umdreht. Die Elektrodenstruktur, die die Richtung der natürlichen, unidirektionalen Eigenschaft umdreht und die von Mr. Takeuchi u.a. vorgeschlagen wird, ist, wenn die Wellenlänge der akustischen Oberflächenwelle λ ist, wie folgt ausgebildet; der positive Elektrodenfinger und der negative Elektrodenfinger sind mit einer Schrittweite λ angeordnet; beziehungsweise der Abstand zwischen jedem Mittelpunkt der positiven Elektrode und der negativen Elektrode beträgt λ/2; die schwimmende Elektrode, die die Breite von λ/4 aufweist, ist zwischen dem positiven Elektrodenfinger und dem negativen Elektrodenfinger ausgebildet; und der Abstand zwischen jeder Kante des positiven Elektrodenfingers oder des negativen Elektrodenfingers und der schwimmenden Elektrode ist so gestaltet, dass er λ/16 betragen kann. Des Weiteren ist wenigstens die schwimmende Elektrode eines benachbarten Paares kurzgeschlossen (5 im zuvor genannten Patent) und es ist ebenso umfasst, dass alle schwimmenden Elektroden kurzgeschlossen sind (6 im zuvor genanten Patent).
Die Charakteristik des akustischen Oberflächenwellenbauelements hängt ab von der Charakteristik des piezoelektrischen Kristalls, das als Substrat verwendet wird. Es ist wichtig, dass als Charakteristiken dieses piezoelektrischen Kristalls ein elektromechanischer Kopplungskoeffizient groß und eine Frequenz-Temperatur-Eigenschaft gut sind. Nun wird Langasit als Kristall herangezogen, das simultan diese zwei Eigenschaften erfüllt. Wenn Langasit in (Φ, θ, ψ) der Eulerschen Winkelbetrachtung beschrieben wird, liegt Langasit im im Bereich -5° ≤Φ ≤5°, 135° ≤θ ≤145° und 20° ≤ψ ≤30°, hat einen elektromechanischen Kopplungskoeffizienten von 0,3 % – 0.4 % und eine Frequenz-Temperatur-Eigenschaft eine sekundäre Abhängigkeit zeigt, und die Scheiteltemperatur nahe der Zimmertemperatur liegt. Ein elektromechanischer Kopplungskoeffizient beträgt das zweifache eines Quarzkristalls, und dieser Wert ist sehr gut. Folglich wird erwartet, dass Langasit in den akustischen Oberflächenwellenfiltern mit geringen Verlusten anwendbar ist.
Langasit-Einkristalle, die in den zuvor genannten Bereichen der Eulerschen Winkelbetrachtung liegen, weisen eine NSPUDT-Charakteristik auf und zur Realisierung des Filters mit geringen Verlusten, der dieses Substrat verwendet, ist es notwendig, die Elektrodenstruktur so auszubilden, dass die Richtung der unidirektionalen Eigenschaft der der Sendeelektrode und Empfangselektrode zuwider läuft. Wenn folglich der reguläre IDT als Sendeelektrode verwendet wird, wobei die multiplen positiven / negativen Elektrodenfinger, wobei sowohl die Elektrodenbreite als auch die Elektrodenbeabstandung λ/4 betragen, periodisch und kontinuierlich angeordnet worden sind, ist die Struktur, durch die unidirektionale Eigenschaft invertiert wird, in der Empfangselektrode zu verwenden. Bei der Elektrodenstruktur, die von Mr. Takeuchi u.a. vorgeschlagen wurde, kann die optimale unidirektionale Inversion auf dem Langasitsubstrat nicht erreicht werden, und die Forderung nach Realisierung eines Filters mit geringen Verlusten kann nicht erfüllt werden.
Diese Erfindung wurde hinsichtlich des zuvor Genannten gemacht und zielt darauf ab, das akustische Oberflächenwellenbauelement anzubieten, das fähig ist, den akustischen Oberflächenwellen-(SAW)-Filter vom Sendetyp mit geringsten Verlusten zu beinhalten.
Offenbarung der Erfindung
Die Erfindung, die in Anspruch 1 beschrieben ist, ist ein akustisches Oberflächenwellenbauelement mit einem akustischen Oberflächenwellenwandler, der den positiven Elektrodenfinger, den negativen Elektrodenfinger und die schwimmende, zwischen diesen Fingern angeordnete Elektrode aufweist, welche auf einem Langasit- Einkristallsubstrat ausgebildet sind, bei welchem die Substratausrichtung und die Ausbreitungsrichtung der akustischen Oberflächenwellen so ausgewählt sind, dass sie die natürliche unidirektionale (gleichgerichtete) Eigenschaft aufweisen. Des Weiteren ist der oben genannte, akustische Oberflächenwellenwandler so mit den Elektroden, die entlang der Ausbreitungsrichtung der Oberflächenwelle angeordnet sind, ausgebildet, dass die natürliche unidirektionale Eigenschaft umgekehrt wird.
Die in dem Anspruch 2 beschriebene Erfindung ist zusätzlich zu dem akustischen Oberflächenwellenbauelement gemäß Anspruch 1 dadurch charakterisiert, dass die oben genannte Langasit-Einkristallstruktur im Bereich -5° ≤Φ ≤5°, 135° ≤θ ≤145° und 20° ≤ψ ≤ 30° liegt oder die entsprechende Orientierung in der Kristallographie ist, wenn die Substratorientierung und die Ausbreitungsrichtung der akustischen Oberflächenwellen in (Φ, θ, ψ) der Eulerschen Winkelbetrachtung beschrieben sind.
Die in dem Anspruch 3 beschriebene Erfindung ist zusätzlich zu dem akustischen Oberflächenwellenbauelement gemäß Anspruch 2 dadurch charakterisiert, dass im Abstandsverhältnis zwischen dem oben genannten, positiven Elektrodenfinger, negativen Elektrodenfinger und der schwimmenden Elektrode in dem oben genannten akustischen Oberflächenwellenwandler die Dicke des oben genannten, positiven Elektrodenfingers und negativen Elektrodenfingers sich etwa zu λ/8 bestimmt, der Abstand zwischen jedem Mittelpunkt des positiven Elektrodenfingers und dem negativen Elektrodenfinger etwa 6/8 λ beträgt, der Abstand g zwischen dem jeweiligen Mittelpunkt des positiven Elektrodenfingers und der schwimmenden Elektrode 13/40 λ ≤g ≤14/40 λ ist, und die Breite W der schwimmenden Elektrode 11/40 λ ≤W ≤13/40 λ ist, wenn λ die Wellenlänge der akustischen Oberflächenwelle ist.
Die Erfindung, die in Anspruch 4 beschrieben wird, ist durch das akustische Oberflächenwellenbauelement mit einem Oberflächenwellenwandler charakterisiert, der den positiven Elektrodenfinger, den negativen Elektrodenfinger und die schwimmende, zwischen diesen Fingern angeordnete Elektrode aufweist, welche auf einem Langasit-Einkristallsubstrat ausgebildet sind, bei welchem die Substratausrichtung und die Ausbreitungsrichtung der akustischen Oberflächenwellen so ausgewählt sind, dass sie die natürliche unidirektionale Eigenschaft aufweisen, und wobei der schwimmender Finger so geformt ist, so dass der schwimmender Elektrodenfinger eines benachbarten Paares den oben genannten, negativen Elektrodenfinger kurzschließt. Des Weiteren ist bei dem oben genannten, akustischen Oberflächenwellenwandler jede Elektrode so entlang der Ausbreitungsrichtung der akustischen Oberflächenwelle ausgebildet, dass die natürliche unidirektionale Eigenschaft umgekehrt wird.
Die Erfindung, die in Anspruch 5 beschrieben ist, ist das akustische Oberflächenwellenbauelement gemäß Anspruch 4, wobei die oben genannte Langasit-Einkristallstruktur im Bereich –5° ≤Φ ≤5°, 135° ≤θ ≤145° und 20° ≤ψ ≤30° liegt, wenn das genannte Einkristallsubstrat in (Φ, θ, ψ) der Eulerschen Winkelbetrachtung beschrieben wird oder die entsprechende Orientierung dieses Wertes hat.
Die Erfindung, die in Anspruch 6 beschrieben ist, ist das akustische Oberflächenwellenbauelement gemäß Anspruch 5, wobei im Abstandsverhältnis zwischen dem oben genannten, positiven Elektrodenfinger, dem negativen Elektrodenfinger und dem schwimmenden Elektrodenfinger der Abstand zwischen jedem Mittelpunkt des genannten, positiven Elektrodenfingers und dem genannten, negativen Elektrodenfinger etwa λ/2 beträgt, die Breite d der beiden Elektrodenfinger sich etwa zu λ/4 bestimmt, der Abstand g zwischen dem jeweiligen Mittelpunkt des zuvor genannten, positiven Elektrodenfingers und dem Elektrodenfinger der oben genannten, schwimmenden Elektrode, welcher einer der Finger des Elektrodenpaares ist, aus dem die genannte schwimmende Elektrode besteht und welcher in der oben genannten Ausbreitungsrichtung der Oberflächenwelle benachbart zum genannten positiven Elektrodenfinger angeordnet ist, 48 λ / 240 ≤g ≤56 λ / 240 ist, und wobei die oben genannte schwimmende Elektrode dahingehend ungleichmäßig ausgebildet ist, dass jeder Elektrodenfinger des genannten einen Paares an Elektrodenfingern zum benachbarten positiven oder negativen Elektrodenfinger aufschließt, der an der benachbarten linken Seite angeordnet ist.
Die Erfindung, die in Anspruch 7 beschrieben ist, ist das akustische Oberflächenwellenbauelement mit dem Oberflächenwellenwandler, welcher auf dem Langasit-Einkristallsubstrat ausgebildet ist, bei welchem die Substratausrichtung und die Ausbreitungsrichtung der akustischen Oberflächenwellen so ausgewählt sind, dass sie die natürliche unidirektionale Eigenschaft aufweisen, und der den positiven Elektrodenfinger, der in der Periode der Wellenlänge λ der akustischen Oberflächenwelle angeordnet ist, und erste und zweite negative Elektrodenfinger, die auf einer Seite des genannten positiven Elektrodenfingers angeordnet sind, aufweist. Des Weiteren ist beim oben genannten, akustischen Oberflächenwellenwandler jede oben genannte Elektrode entlang der Ausbreitungsrichtung der akustischen Oberflächenwelle ausgebildet sind, dass die natürliche unidirektionale Eigenschaft umgekehrt werden kann.
Die Erfindung, die in Anspruch 8 beschrieben ist, ist das akustische Oberflächenwellenbauelement gemäß Anspruch 7, wobei die oben genannte Langasit-Einkristallstruktur die Substratorientierung und die Ausbreitungsrichtung im Bereich –5° ≤Φ ≤5°, 135° ≤θ ≤145° und 20° ≤ψ ≤30° oder der äquivalenten Werte hat, wenn die Substratorientierung und die Ausbreitungsrichtung der akustischen Oberflächenwellen in (Φ, θ, ψ) der Eulerschen Winkelbetrachtung beschrieben sind.
Die Erfindung, die in Anspruch 9 beschrieben ist, ist das akustische Oberflächenwellenbauelement gemäß Anspruch 8, wobei im Abstandsverhältnis zwischen den ersten und zweiten negativen Elektrodenfingern zum oben genannten, positiven Elektrodenfinger und den Breiten dieser Elektrodenfinger die Breite des oben genannten, positiven Elektrodenfingers sich etwa zu λ/8 bestimmt, der Abstand d1 vom Mittelpunkt des genannten positiven Elektrodenfingers zum ersten negativen Elektrodenfinger, dessen Breite W1 im Bereich 18/80λ ≤W1 ≤20/80λ liegt, 23/80λ ≤d1 ≤25/80λ und mehr ist, der Abstand d2 vom Mittelpunkt des genannten positiven Elektrodenfingers zum zweiten negativen Elektrodenfinger, dessen Breite W2 im Bereich 20/80λ ≤W2 ≤26/80λ liegt, 54/80λ ≤d2 ≤ 55/80λ ist, wenn λ die Wellenlänge der akustischen Oberflächenwelle ist.
Kurzbeschreibung der Figuren
1 ist ein Grundriss, der die Elektrodenstruktur eines regulären IDT zeigt.
2 ist eine erläuternde Zeichnung, die das Abstandsverhältnis zwischen dem Anregungsmittelpunkt und dem Reflektionsmittelpunkt zeigt, um die unidirektionale Eigenschaft beim regulären, in 1 gezeigten IDT zu realisieren.
3 ist der Grundriss, der den IDT einer herkömmlichen TCS-RDT Struktur zeigt.
4 ist der Grundriss, der die Elektrodenstruktur des IDT, welcher im akustischen Oberflächenwellenbauelement des erfindungsgemäßen Beispiels verwendet wird, zeigt.
5 ist die Charakteristik, die die Elektrodenschichtdicken-Abhängigkeit des Phasenterms des Modenkopplungskoeffizienten κ₁₂ zeigt.
6 ist die Charakteristik, die die Elektrodenschichtdicken-Abhängigkeit des Anregungskoeffizienten ζ zeigt.
7 ist die Charakteristik, die die Elektrodenschichtdicken-Abhängigkeit der Phasendifferenz (α–β) des Modenkopplungskoeffizienten und des Anregungskoeffizienten zeigt.
8 ist die Charakteristik, die die Elektrodenschichtdicken-Abhängigkeit der Positionen des Anregungsmittelpunkts und des Reflexionsmittelpunkts im IDT der TCS-RDT Struktur zeigt.
9 ist die Charakteristik, die die Elektrodenschichtdicken-Abhängigkeit der Positionen des Anregungsmittelpunkts und des Reflexionsmittelpunkts im IDT, der im akustischen Oberflächenwellenbauelement des erfindungsgemäßen Beispiels verwendet wird, zeigt.
10 ist der Grundriss, der die Struktur des akustischen Oberflächenwellenfilters des Sendertyps zeigt, der in dieser Erfindung angewandt wird.
11 ist die Charakteristik, die die Frequenzcharakteristik des akustischen Oberflächenwellenfilters des Sendertyps, der in dieser Erfindung angewandt wurde und des akustischen Oberflächenwellenfilters des Sendertyps, der im IDT der TCS-RDT Struktur als Empfangselektrode verwendet wird, zeigt.
12 ist die Charakteristik, die aus der, in 11 gezeigten Frequenzcharakteristik in der Nähe des Durchgangsbereichs des Filters vergrößert wurde.
13 ist der Grundriss, der den IDT der herkömmlichen EWD-RDT Struktur zeigt.
14 ist der Grundriss, der die Elektrodenstruktur des IDT, welcher im akustischen Oberflächenwellenbauelement des erfindungsgemäßen Beispiels verwendet wird, zeigt.
15 ist die Charakteristik, die die Elektrodenschichtdicken-Abhängigkeit der Phasendifferenz (α–β) des Modenkopplungskoeffizienten und des Anregungskoeffizienten zeigt.
16 ist die Charakteristik, die die Elektrodenschichtdicken-Abhängigkeit der Positionen des Anregungsmittelpunkts und des Reflexionsmittelpunkts im IDT der EWD-RDT Struktur zeigt.
17 ist die Charakteristik, die die Elektrodenschichtdicken-Abhängigkeit der Positionen des Anregungsmittelpunkts und des Reflexionsmittelpunkts im IDT zeigt, der im akustischen Oberflächenwellenbauelement des erfindungsgemäßen Beispiels verwendet wird.
18 ist der Grundriss, der die Struktur des akustischen Oberflächenwellenfilters des Sendertyps zeigt, der in dieser Erfindung angewandt wird.
19 ist die Charakteristik, die die Frequenzcharakteristik des akustischen Oberflächenwellenfilters des Sendertyps, der in dieser Erfindung angewandt wurde und des akustischen Oberflächenwellenfilters des Sendertyps, der im IDT der EWD-RDT Struktur als Empfangselektrode verwendet wird, zeigt.
20 ist die Charakteristik, die aus der, in 19 gezeigten Frequenzcharakteristik in der Nähe des Durchgangsbereichs des Filters vergrößert wurde.
21 ist die Charakteristik, die Abhängigkeit der Phasendifferenz (α–β) des Modenkopplungskoeffizienten und des Anregungskoeffizienten vom Verhältnis g/λ zeigt, wobei λ die Wellenlänge des akustischen Oberflächenwelle und g der Abstand zwischen den Mittelpunkten des positiven Elektrodenfingers und der schwimmenden Elektrode im akustischen Oberflächenwandler sind.
22 ist der Grundriss, der die Elektrodenstruktur des IDT, welcher im akustischen Oberflächenwellenbauelement des erfindungsgemäßen Beispiels verwendet wird, zeigt.
23 ist die Charakteristik, die die Elektrodenschichtdicken-Abhängigkeit der Phasendifferenz (α–β) des Anregungskoeffizienten ζ und des Modenkopplungskoeffizienten κ₁₂ zeigt.
24 ist die Charakteristik, die die Elektrodenschichtdicken-Abhängigkeit des normierten Anregungskoeffizienten zeigt.
25 ist die Charakteristik, die die Elektrodenschichtdicken-Abhängigkeit der Positionen des Anregungsmittelpunkts und des Reflexionsmittelpunkts im IDT zeigt, der im akustischen Oberflächenwellenbauelement des erfindungsgemäßen Beispiels verwendet wird.
26 ist der Grundriss, der die Struktur des akustischen Oberflächenwellenfilters des Sendertyps zeigt, der in dieser Erfindung angewandt wird.
27 ist die Charakteristik, die die Frequenzcharakteristik des akustischen Oberflächenwellenfilters des Sendertyps, der in dieser Erfindung angewandt wurde und des akustischen Oberflächenwellenfilters des Sendertyps, der im IDT der TCS-RDT Struktur als Empfangselektrode verwendet wird, zeigt.
Beste Ausführungsform der Erfindung
Das erste Beispiel
Nachfolgend wird das erste Beispiel dieser Erfindung im Detail anhand der Figuren erklärt. Zuerst wird das Prinzip anhand 1 erklärt, wobei die natürliche unidirektionale (gleichgerichtete) Eigenschaft auftritt, wenn die sogenannte reguläre Elektrode (IDT des regulären Typs) auf dem piezoelektrischen Langasitsubstrat ausgebildet wird, auf dem die vielfachen positiven / negativen Elektrodenfinger, bei denen die Elektrodenbreite und der Abstand zwischen jeder Elektrode λ/4 beträgt, kontinuierlich und periodisch angeordnet sind und einer Anregung ausgesetzt wird. Die schematische Darstellung der regulären Elektrode ist in 1 dargestellt. In dieser Darstellung besteht die reguläre Elektrode aus der positiven Elektrode 1 und der negativen Elektrode 2, und das elektrisch Feld ist zwischen dem positiven Elektrodenfinger 1A, welcher die positive Elektrode 1 bildet und den negativen Elektrodenfingern 2A und 2B, welche die negative Elektrode 2 bilden und die auf beiden Seiten dieses positiven Elektrodenfingers 1A angeordnet sind, aufgetreten. Dabei liegt der Anregungsmittelpunkt der akustischen Oberflächenwelle, die auf dem piezoelektrischen Langasitsubstrat durch Anregung mit diesem elektrischen Feld erzeugt wird, nahe dem Mittelpunkt A des positiven Elektrodenfingers 1A.
Des Weiteren werden bei dieser Elektrodenstruktur die Elektrodenfinger, die die Elektrodenbreite von λ/4 aufweisen und periodisch angeordnet sind, zur Reflexionsquelle der akustischen Oberflächenwelle. Da die Reflexion auf der Unstetigkeit der akustischen Impedanz beruht, wird die akustische Oberflächenwelle an der Kante jedes Elektrodenfingers reflektiert. Obwohl die akustische Oberflächenwelle an zwei Stellen der beiden Enden des Elektrodenfingers auf diese Weise reflektiert wird, kann angenommen werden, dass die genannte Welle gleichermaßen im Mittelpunkt des Elektrodenfingers reflektiert wird. Die Phase der reflektierten Welle wird zu diesem Zeitpunkt verändert. Diese Variation ist abhängig von der Art und Schnittfläche des piezoelektrischen Substrats, der Ausbreitungsrichtung der akustischen Oberflächenwelle und der Art des Elektrodenmaterials und dessen Dicke. Wenn zum Beispiel ein ST-Schnitt X-Ausbreitung Quarzkristall als piezoelektrisches Substrat und A1 als metallisches Material verwendet wird, hinkt die Phase der Reflexionswelle um 90° hinterher, d.h. die Phasenänderung beträgt 90°.
Auf der anderen Seite, wenn ein regulärer IDT gebildet wird, bei dem das Langasiteinkristall als Substrat verwendet wird, A1 als Elektrodenmaterial verwendet wird, wird die Phasenänderung der akustischen Oberflächenwelle, die mit den Elektrodenfingern reflektiert wird, zu –90 + 2α, wobei das Langasiteinkristall im Bereich –5° ≤Φ ≤5°, 135° ≤θ ≤145° und 20° ≤ψ ≤30° liegt oder die entsprechende Orientierung dieses Wertes in der Kristallographie hat, wenn die Substratorientierung und die Ausbreitungsrichtung der akustischen Oberflächenwellen in (Φ, θ, ψ) der Eulerschen Winkelbetrachtung als piezoelektrisches Kristall beschrieben sind. Diese 2α werden als Phasenverschiebung im Zeitpunkt der Reflektion definiert, und falls der Reflexionsmittelpunkt definiert ist, wird der Reflexionsmittelpunkt lediglich um das Maß aus dem Mittelpunkt des Elektrodenfinger verschoben, das äquivalent zu diesen 2α ist, die Verschiebung δ des Reflexionsmittelpunkt wird durch die Formel (1) angegeben. 2δ = (α/2π)λ (1)
Wenn δ positiv ist, wird der Reflexionsmittelpunkt nach rechts vom Mittelpunkt des Elektrodenfingers verschoben, und wenn δ negativ ist, wird der Reflexionsmittelpunkt nach links verschoben.
Wenn die Verschiebung des Reflexionsmittelpunkts und des Mittelpunkts des Elektrodenfingers λ/8 ist, wird die Phase im Punkt A der Welle, die von einer Erregung am positiven Elektrodenfinger angeregt wird, der Welle, die am Reflexionsmittelpunkt B des negativen Elektrodenfingers 2A, der benachbart zum genannten Elektrodenfinger 1A liegt und der Welle, die an der Kante C des genannten Elektrodenfingers 1A unter Verwendung der 1 bestimmt und als Ergebnis wird die Phase im Punkt A, wo die Welle entlang des Weges A→ B→ A reflektiert wird, durch die Formel (2) angegeben. –2 × 3λ/8 × 2π/λ–π/2= –2π (2)
Diese Phase ist die gleiche Phase, wie die der Anregungswelle. Auf der anderen Seite ist die Phase im Punkt A, wo die Welle entlang des Weges A→C→A reflektiert wird, durch die Formel (3) angegeben. –2 × λ/8 × 2π/λ–π/2= –π (3)
Diese Phase ist die umgekehrte Phase der Anregungswelle. Aus diesem Grund wird die akustische Oberflächenwelle stark auf der rechten Seite der 1 erregt und die unidirektionale Eigenschaft wird realisiert.
Aus dem zuvor genannten Grund, wie in 2 gezeigt ist, wird es möglich, wenn der Abstand zwischen dem Anregungsmittelpunkt und dem Reflexionsmittelpunkt den Wert der Formel (4) annimmt, die unidirektionale Eigenschaft der Richtung vom Anregungsmittelpunkt zum Reflexionsmittelpunkt zu realisieren. λ/8 + nλ/2 (n=0, 1, 2 ....) (4)
D.h., wenn die Position des Anregungsmittelpunkts und des Reflexionsmittelpunkts spezifiziert werden kann, kann daraus gefolgert werden, ob der akustische Oberflächenwandler unidirektionale Eigenschaft hat oder nicht, wenn die periodische Elektrodenstruktur (IDT), in der die akustische Oberflächenwelle angeregt werden kann, auf dem beliebigen Kristall ausgebildet ist. Die Position des Anregungsmittelpunkts und des Reflexionsmittelpunkts wird durch den Modenkopplungsparameter beschrieben, wenn eine Modenkopplungstheorie angewandt wird.
Der Modenkopplungsparameter besteht aus dem Selbstkopplungskoeffizienten κ₁₁, dem Modenkopplungskoeffizienten κ₁₂, dem Anregungskoeffizienten ζ und der elektrostatischen Kapazität C. Hier wird der Modenkopplungskoeffizient durch die Formel (5) beschrieben und ist äquivalent zur Verschiebung des Reflexionsmittelpunkts aus dem Basisniveau, und die Größe der genannten Verschiebung wird mit Formel (1) ausgedrückt. κ12= |κ12|ej2α (5)
Des Weiteren bestimmt sich der Anregungskoeffizient nach Formel (6), und es ist zu beachten, dass der Anregungsmittelpunkt an einer Stelle legt, die nur durch die Formel (7) vom Basisniveau getrennt wird. ζ=|ζ|ejβ (6) γ= (β/2π)λ (7)
Somit kann es in der Relation der Formel (8) liegen, zwischen den Phasen des Modenkopplungskoeffizienten κ₁₂ und dem Anregungskoeffizienten ζ, so dass die Differenz zwischen dem Reflexionsmittelpunkt und dem Anregungsmittelpunkt die Formel (4) erfüllen kann. α–β = π/4 + nπ (n: 0, 1, 2, --) (8)
Hierbei wird das Ergebnis, analysiert nach der Modenkopplungstheorie, angegeben, wobei die unidirektionale Umkehrelektrodenstruktur (sie wird TCS-RDT genannt:
Tranduction Center Shift type Reversal of Directivity Transducer structure), die von Mr. Takeuchi in Tokukai Hei 8-125484 vorgeschlagen wird, und die Position des Anregungsmittelpunkts und des Reflexionsmittelpunkts in dem akustischen Oberflächenbauelement der erfindungsgemäßen Beispiels analysiert werden. Die Schnittfläche und Ausbreitungsrichtung des Langasitsubstrats sind hier in (0°, 140°, 24°) durch die Eulersche Winkelbetrachtung beschrieben. Des Weiteren wird A1 als Elektrodenmaterial verwendet. Die TCS-RDT Struktur ist in 3 dargestellt und die Elektrodenstruktur des akustischen Oberflächenwellenbauelements des erfindungsgemäßen Beispiels ist in 4 gezeigt.
In 3 besteht die Elektrode der TCS-RDT Struktur aus der positiven Elektrode 10, der negativen Elektrode 20, und sowohl die Elektrodenbreiten der positiven Elektrodenfinger 12 und 14, welche die genannte, positive Elektrode 10 bilden, als auch die Breiten der negativen Elektrodenfinger 22 und 24, die die genannte, negative Elektrode bilden, betragen λ/8 und der Abstand zwischen jedem Mittelpunkt des positiven Elektrodenfingers 12 und des negativen Elektrodenfingers 24 beträgt 6λ/8. Des Weiteren entspricht die Elektrodenbreite der schwimmenden Elektrode 30, die zwischen dem positiven Elektrodenfinger 12 und dem negativen Elektrodenfinger 24 geschaffen ist, 3λ/8, und der Abstand g zwischen dem Mittelpunkt des positiven Elektrodenfingers 12 und der schwimmenden Elektrode 30 ist 3λ/8.
Auf der anderen Seite besteht die Elektrode des akustischen Oberflächenwellenwandlers, der im erfindungsgemäßen Beispiel des akustischen Oberflächenwellenbauelements verwendet wird, aus der positiven Elektrode 100 und der negativen Elektrode 200, wie in 4 gezeigt. Sowohl die Elektrodenbreiten der positiven Elektrodenfinger 102 und 104, welche die positive Elektrode 100 bilden, als auch die Breiten der negativen Elektrodenfinger 202 und 204, die die negative Elektrode bilden, betragen λ/8. Zusätzlich beträgt der Abstand zwischen jedem Mittelpunkt des positiven Elektrodenfingers 102 und des negativen Elektrodenfingers 204 6λ/8. Des Weiteren entspricht die Elektrodenbreite der schwimmenden Elektrode 300, die zwischen dem positiven Elektrodenfinger 102 und dem negativen Elektrodenfinger 204 geschaffen ist, 11λ/40, und der Abstand g zwischen den Mittelpunkten des positiven Elektrodenfingers 102 und der schwimmenden Elektrode 300 ist 13λ/40.
Des Weiteren sind in 3 und 4 die Basisniveaus der Phase des Anregungskoeffizienten ζ und des Modenkopplungskoeffizienten κ₁₂ die beiden Mittelpunkte der negativen Elektrodenfinger 24 und 204 mit der Breite von λ/8.
Ferner wird die Elektrodenschichtdickenabhängigkeit des Phasenterms 2a in 5 gezeigt, wobei 2a der Phasenterm des Modenkopplungskoeffizienten κ₁₂ der Elektrodenstruktur des akustischen Oberflächenwellenwandlers ist, der in dem akustischen Oberflächenwellenbauelement in der Ausbildung als TCS-RDT Struktur und als erfindungsgemäßes Beispiel verwendet wird. Des Weiteren wird die Elektrodenschichtdickenabhängigkeit des Phasenterms β in 6 gezeigt, wobei β der Phasenterm des Anregungskoeffizienten ζ der TCS-RDT Struktur und der erfindungsgemäßen Elektrodenstruktur ist. Die Elektrodenschichtdickenabhängigkeit der Phasendifferenz (α–β) zwischen dem Anregungskoeffizienten ζ und dem Modenkopplungskoeffizienten κ₁₂wird in 7 gezeigt. Die Bedeutung, dass das Vorzeichen (engl. code) der Phasendifferenz (α–β) negativ anzeigt, ist, dass die Richtung der unidirektionalen Eigenschaft der TCS-RDT Struktur die umgekehrte Richtung zur Richtung der natürlichen unidirektionalen Eigenschaft ist. Aus dem Ergebnis ist abzuleiten, dass bei der TCS-RDT Struktur, wenn die normierte Elektrodenschichtdicke H/λ (H ist die Elektrodendicke) zwischen 0 und 0,05 geändert wird, die Größe der Phasendifferenz von –30° bis nahezu auf 0° variiert und –45° nicht erreicht, welches der Winkel ist, der die unidirektionale Eigenschaft optimiert, wie aus der Formel (8) deutlich wird. Auf der anderen Seite kann bei Verwendung der Elektrodenstruktur aus dem erfindungsgemäßen Beispiel, wenn die normierte Dicke über 0,013 liegt, deutlich werden, dass die Phasendifferenz (α–β) –45° beträgt, was die unidirektionale Eigenschaft optimiert.
Auf der Grundlage des Ergebnisses der 3 und 4 wird die Elektrodenschichtdickenabhängigkeit oberhalb der Position des Anregungsmittelpunkts und des Reflexionsmittelpunkts der TCS-RDT Struktur (3) in 8 dargestellt. Die Elektrodenschichtdickenabhängigkeit oberhalb der Position des Anregungsmittelpunkts und des Reflexionsmittelpunkts der Elektrodenstruktur (4) des akustischen Oberflächenwandlers, welches im erfindungsgemäßen Beispiel des akustischen Oberflächenwellenbauelements verwendet wird, ist in 9 dargestellt. In jeder Darstellung der 8 und 9, ist der Grundriss der Elektrodenstruktur oberhalb dargestellt, und die Schnittansicht der Elektrodenstruktur ist im unteren Bereich des Graphen gezeigt, um die relative Position zur Ausbreitungsrichtung der akustischen Oberflächenwelle zu verdeutlichen. Des Weiteren sind in diesen Figuren der Reflexionsmittelpunkt mit O und der Anregungsmittelpunkt mit X bezeichnet.
Wie in 9 dargestellt ist, kann bei der Elektrodenstruktur des akustischen Oberflächenwandlers, der im erfindungsgemäßen Beispiel des akustischen Oberflächenwellenbauelements verwendet wird, weil der Reflexionsmittelpunkt links vom Anregungsmittelpunkt vorhanden ist, und der Abstand zwischen beiden Mittelpunkten etwa λ/8 beträgt, deutlich werden, dass die Richtung der unidirektionalen Eigenschaft auf der linken Seite der Darstellung liegt und dass die unidirektionale Eigenschaft zur Richtung der natürlichen unidirektionalen Richtung umgekehrt ist.
Des Weiteren beträgt beim Abstandsverhältnis zwischen dem zuvor genannten, positiven Elektrodenfinger, dem negativen Elektrodenfinger und der schwimmenden Elektrode im akustischen Oberflächenwandler, wenn die Wellenlänge der akustischen Oberflächenwelle λ ist, die Breite des zuvor genannten positiven Elektrodenfingers und des negativen Elektrodenfingers etwa λ/8, der Abstand zwischen jedem Mittelpunkt der beiden Elektrodenfinger etwa 6/8λ, und der Abstand g zwischen dem jeweiligen Mittelpunkt des positiven Elektrodenfingers und der schwimmenden Elektrode 13/40λ ≤g ≤14/40λ Falls zusätzlich die Breite W der schwimmenden Elektrode 11/40λ ≤W ≤13/40λ ist, kann die unidirektionale Eigenschaft zur Richtung der natürlichen unidirektionalen Eigenschaft umgekehrt werden.
Nachfolgend werden zwei Arten von Prototypen des sendenden akustischen Oberflächenwellenfilters hergestellt, die unter Verwendung der Elektrodenstruktur des akustischen Oberflächenwellenwandlers, der in dem erfindungsgemäßen Beispiel des akustischen Oberflächenfilters verwendet wird, gebildet werden, und das Ergebnis dieser ermittelten Eigenschaften ist dargestellt. Die Schnittfläche / Ausbreitungsrichtung des verwendeten Langasitsubstrats wird mit (0°, 140°, 24°) gemäß der Eulerschen Winkelbetrachtung beschrieben. Des Weiteren wurde A1 als Elektrodenmaterial verwendet. Die Struktur des ersten akustischen Oberflächenwellenfilters des sendenden Typs (er wird als Filter #1 beschrieben) als Testbeispiel ist in 10 dargestellt. In dieser Figur sind auf dem Langasitsubstrat 300 der reguläre IDT 310 als sendende Elektrode und IDT 320 als Empfangselektrode entlang der Ausbreitungsrichtung der akustischen Oberflächenwelle (die Richtung + X) ausgebildet. Der reguläre IDT 310 besteht aus der positiven Elektrode 312 und der negativen Elektrode 314, und der positive Elektrodenfinger 313 und der negative Elektrodenfinger 315, wobei sowohl die Breite der Elektrode als auch der Abstand zwischen den genannten Elektroden λ/4 beträgt, sind so ausgebildet, dass sie kontinuierlich und periodisch angeordnet sind, um die unidirektionale Eigenschaft unter Verwendung der NPUDT Charakteristik zu realisieren.
Des Weiteren verwendet IDT 320 als Empfangselektrode die erfindungsgemäße Elektrodenstruktur und besteht aus der positiven Elektrode 322, der negativen Elektrode 324 und der schwimmenden Elektrode 330. Hierbei betragen die Elektrodenbreite des positiven Elektrodenfingers 323 und des negativen Elektrodenfingers 325 λ/8, und der Abstand zwischen jedem Mittelpunkt der beiden Elektrodenfinger 323 und 325 beträgt 6λ/8. Zusätzlich beträgt der Abstand g zwischen dem jeweiligen Mittelpunkt des positiven Elektrodenfingers 323 und der schwimmenden Elektrode 330 13λ/40, und die Breite W der schwimmenden Elektrode 330 ist 11λ/40. Die Struktur dieser Empfangselektrode ist die gleiche Struktur, wie in 4 gezeigt.
Beim zweiten akustischen Oberflächenwellenfilter des Sendertyps als Testbeispiel #2 (er wird nachfolgend als Filter #2 beschrieben) wird der selbe reguläre IDT wie beim akustischen Oberflächenwellenfilter des Sendertyps gemäß zuvor genanntem ersten Beispiel als Senderelektrode verwendet, und der IDT der TCS-RDT Struktur, die in 4 gezeigt ist, wird als Empfangselektrode verwendet. Beide Filter sind so angeordnet, dass sie der unidirektionalen Eigenschaft der Sende- und Empfangselektrode entgegenwirken, wie in 10 gezeigt ist. Des Weiteren ist an beiden Endpunkten des Langasitsubstrats 300 ein Dämpfungsmittel 340 vorgesehen, um eine Reflexion der akustischen Oberflächenwelle an den Kanten zu absorbieren. Die Zykluslänge λ der Elektrodenfinger des Filters #1 und #2 beträgt 32,15 μm und die A1 Dicke der Elektrode beträgt 500 nm (5000 Å). Die ausdünnende Gewichtung liegt bei der Sende- und Empfangselektrode vor.
Das Messergebnis der Frequenzcharakteristik des Filters #1 und des Filters #2 ist in 11 und 12 dargestellt. 12 ist die Charakteristik, die aus der, in 11 gezeigten Frequenzcharakteristik in der Nähe des Durchgangsbereichs des Filters vergrößert wurde. Die 11 und 12 zeigen, dass die Pegelminderung des Durchgangsbandbereichs, die Welligkeit im Band und die Retardationswelligkeit des Bandes beim erfindungsgemäßen Filter verbessert werden. Wie in Tabelle 1 spezifiziert ist, beträgt die Pegelminderung des Durchgangsbandbereichs beim Filter #2 –9,0 im Vergleich zu dem Filter #1 mit –8,0 dB, und die Welligkeit im Band ist 0,58 bei Filter #2 m Vergleich zu Filter #1 mit 0,24 dB. Des Weiteren beträgt die Retardationswelligkeit des Bandes beim Filter #2 80,0 ns im Vergleich zum Filter #1 mit 69,5 ns.
Das zweite Beispiel
Nachfolgend wird das zweite Beispiel dieser Erfindung im Detail anhand der Figuren erklärt. Zuerst wird das Prinzip anhand 1 erklärt, wobei die natürliche unidirektionale (gleichgerichtete) Eigenschaft auftritt, wenn die sogenannte reguläre Elektrode (IDT des regulären Typs) auf dem piezoelektrischen Langasitsubstrat ausgebildet wird, auf dem die vielfachen positiven / negativen Elektrodenfinger, bei denen die Elektrodenbreite und der Abstand zwischen jeder Elektrode λ/4 beträgt, kontinuierlich und periodisch angeordnet sind, und einer Anregung ausgesetzt wird. Die schematische Darstellung der regulären Elektrode ist in 1 dargestellt. In dieser Darstellung besteht die reguläre Elektrode aus der positiven Elektrode 1 und der negativen Elektrode 2, und das elektrische Feld ist zwischen dem positiven Elektrodenfinger 1A, welcher die positive Elektrode 1 bildet und den negativen Elektrodenfingern 2A und 2B, welche die negative Elektrode 2 bilden und die auf beiden Seiten dieses positiven Elektrodenfingers 1A angeordnet sind, aufgetreten. Dabei liegt der Anregungsmittelpunkt der akustischen Oberflächenwelle, die auf dem piezoelektrischen Langasitsubstrat durch Anregung mit diesem elektrischen Feld erzeugt wird, nahe dem Mittelpunkt A des positiven Elektrodenfingers 1A.
Des Weiteren werden bei dieser Elektrodenstruktur die Elektrodenfinger, die die Elektrodenbreite von λ/4 aufweisen und periodisch angeordnet sind, zur Reflexionsquelle der akustischen Oberflächenwelle. Da die Reflexion auf der Unstetigkeit der akustischen Impedanz beruht, wird die akustische Oberflächenwelle an der Kante jedes Elektrodenfingers reflektiert. Obwohl die akustische Oberflächenwelle an zwei Stellen der beiden Enden des Elektrodenfingers auf diese Weise reflektiert wird, kann angenommen werden, dass die genannte Welle gleichermaßen im Mittelpunkt des Elektrodenfingers reflektiert wird. Die Phase der reflektierten Welle wird zu diesem Zeitpunkt verändert. Diese Variation ist abhängig von der An und Schnittfläche des piezoelektrischen Substrats, der Ausbreitungsrichtung der akustischen Oberflächenwelle und der Art des Elektrodenmaterials und dessen Dicke. Wenn zum Beispiel ein ST-Schnitt X-Ausbreitung Quarzkristall als piezoelektrisches Substrat und A1 als metallisches Material verwendet wird, hinkt die Phase der Reflexionswelle um 90° hinterher, d.h. die Phasenänderung beträgt 90°.
Auf der anderen Seite, wenn ein regulärer IDT gebildet wird, bei dem das Langasiteinkristall als Substrat verwendet wird, A1 als Elektrodenmaterial verwendet wird, wird die Phasenänderung der akustischen Oberflächenwelle, die mit den Elektrodenfingern reflektiert wird, zu –90 + 2α, wobei das Langasiteinkristall im Bereich –5° ≤Φ ≤5°, 135° ≤θ ≤145° und 20° ≤ψ ≤30° liegt oder die entsprechende Orientierung dieses Weges in der Kristallographie hat, wenn die Substratorientierung und die Ausbreitungsrichtung der akustischen Oberflächenwellen in (Φ, θ, ψ) der Eulerschen Winkelbetrachtung als piezoelektrisches Kristall beschrieben sind. Diese 2α werden als Phasenverschiebung im Zeitpunkt der Reflektion definiert, und falls der Reflexionsmittelpunkt definiert ist, wird der Reflexionsmittelpunkt lediglich um das Maß aus dem Mittelpunkt des Elektrodenfinger verschoben, das äquivalent zu diesen 2α ist, die Verschiebung δ des Reflexionsmittelpunkt wird durch die Formel (1) angegeben. 2δ = (α/2π)λ (1)
Wenn δ positiv ist, wird der Reflexionsmittelpunkt nach rechts vom Mittelpunkt des Elektrodenfingers verschoben, und wenn δ negativ ist, wird der Reflexionsmittelpunkt nach links verschoben.
Wenn die Verschiebung des Reflexionsmittelpunkts und des Mittelpunkts des Elektrodenfingers λ/8 ist, wird die Phase im Punkt A der Welle, die von einer Erregung am positiven Elektrodenfinger angeregt wird, der Welle, die am Reflexionsmittelpunkt B des negativen Elektrodenfingers 2A, der benachbart zum genannten Elektrodenfinger 1A liegt und der Welle, die an der Kante C des genannten Elektrodenfingers 1A unter Verwendung der 1 bestimmt und als Ergebnis wird die Phase im Punkt A, wo die Welle entlang des Weges A→ B→ A reflektiert wird, durch die Formel (2) angegeben. –2 × (3λ/8) × 2π/λ – π/2= –2π (2)
Diese Phase ist die gleiche Phase, wie die der Anregungswelle. Auf der anderen Seite ist die Phase im Punkt A, wo die Welle entlang des Weges A→ C→ A reflektiert wird, durch die Formel (3) angegeben. –2 (λ/8) × 2π/λ – π/2= – 2π (3)
Diese Phase ist die umgekehrte Phase der Anregungswelle. Aus diesem Grund wird die akustische Oberflächenwelle stark auf der rechten Seite der 1 erregt und die unidirektionale Eigenschaft wird realisiert.
Aus dem zuvor genannten Grund, wie in 2 gezeigt ist, wird es möglich, wenn der Abstand zwischen dem Anregungsmittelpunkt und dem Reflexionsmittelpunkt den Wert der Formel (4) annimmt, die unidirektionale Eigenschaft der Richtung vom Anregungsmittelpunkt zum Reflexionsmittelpunkt zu realisieren. λ/8 + nλ/2 (n=0, 1, 2....) (4)
D.h., wenn die Position des Anregungsmittelpunkts und des Reflexionsmittelpunkts spezifiziert werden kann, kann daraus gefolgert werden, ob der akustische Oberflächenwandler unidirektionale Eigenschaft hat oder nicht, wenn die periodische Elektrodenstruktur (IDT), in der die akustische Oberflächenwelle erregt werden kann, auf dem beliebigen Kristall ausgebildet ist. Die Position des Anregungsmittelpunkts und des Reflexionsmittelpunkts wird durch den Modenkopplungsparameter beschrieben, wenn die Modenkopplungstheorie angewandt wird.
Der Modenkopplungsparameter besteht aus dem Selbstkopplungskoeffizienten, dem Modenkopplungskoeffizienten, dem Anregungskoeffizienten und der elektrostatischen Kapazität C. Hier wird der Modenkopplungskoeffizient κ₁₂ durch die Formel (5) beschrieben und die Phase von κ₁₂ ist äquivalent zur Verschiebung des Reflexionsmittelpunkts aus dem Basisniveau, und die Größe der genannten Verschiebung wird mit Formel (1) ausgedrückt. κ12= |κ12|ej2α (5)
Des Weiteren bestimmt sich der Anregungskoeffizient nach Formel (6), und es ist zu beachten, dass der Anregungsmittelpunkt an einer Stelle legt, die nur durch die Formel (7) vom Basisniveau getrennt wird. ζ=|ζ|ejβ (6) γ= (β/2π)λ (7)
Somit kann es in der Relation der Formel (8) liegen, zwischen den Phasen des Modenkopplungskoeffizienten κ₁₂ und dem Anregungskoeffizienten ζ, so dass die Differenz zwischen dem Reflexionsmittelpunkt und dem Anregungsmittelpunkt die Formel (4) erfüllen kann. α–β = π/4 + nπ (n= 0, 1, 2,..) (8)
Hierbei wird das Ergebnis, analysiert nach der Modenkopplungstheorie, angegeben, wobei die unidirektionale Umkehrelektrodenstruktur (sie wird nachfolgend EWD-RDT genannt), die von Mr. Takeuchi in Tokukai Hei 8-204492 vorgeschlagen wird, und die Positionen des Anregungsmittelpunkts und des Reflexionsmittelpunkts in dem akustischen Oberflächenbauelement des erfindungsgemäßen Beispiels analysiert werden. Die Schnittfläche und Ausbreitungsrichtung des Langasitsubstrats sind hier in (0°, 140°, 24°) durch die Eulersche Winkelbetrachtung beschrieben. Des Weiteren wird A1 als Elektrodenmaterial verwendet. Die EWD-RDT Struktur ist in 13 dargestellt, und die Elektrodenstruktur des akustischen Oberflächenwellenbauelements des erfindungsgemäßen Beispiels ist in 14 gezeigt.
In 13 besteht die Elektrode der EWD-RDT Struktur aus der positiven Elektrode 410, der negativen Elektrode 420, und sowohl die Elektrodenbreiten der positiven Elektrodenfinger 412 und 414 , welche die genannte, positive Elektrode 410 bilden, als auch des negativen Elektrodenfingers 422, der die genannte, negative Elektrode 420 bildet, betragen λ/8 und der Abstand zwischen jedem Mittelpunkt des positiven Elektrodenfingers 412 und des negativen Elektrodenfingers 422 beträgt λ/2. Des Weiteren ist der Elektrodenfinger, der die Breite λ/4 aufweist, zwischen dem positiven Elektrodenfinger und dem negativen Elektrodenfinger angeordnet. Zum Beispiel wird die schwimmende Elektrode 430 ausgebildet, indem die Elektrodenfinger 432 und 434, die das benachbarte eine Paar sind, kurzgeschlossen werden, und der Abstand zwischen jeder Kante des positiven Elektrodenfingers 412, 414 oder dem positiven Elektrodenfinger 422 und der schwimmenden Elektrode 430 ist λ/16.
Auf der anderen Seite besteht die Elektrode des akustischen Oberflächenwellenwandlers, der im erfindungsgemäßen Beispiel des akustischen Oberflächenwellenbauelements verwendet wird, aus der positiven Elektrode 150 und der negativen Elektrode 250, wie in 14 gezeigt. Sowohl die Elektrodenbreiten der positiven Elektrodenfinger 152 und 154, welche die positive Elektrode 150 bilden, als auch des negativen Elektrodenfingers 252, der die negative Elektrode bildet, betragen λ/16. Der Abstand zwischen dem positiven Elektrodenfinger 152 und dem negativen Elektrodenfinger 252 beträgt λ/2. Des Weiteren ist die schwimmende Elektrode 350 ausgebildet, indem ein Paar der Elektrodenfinger 352 und 354 so ausgebildet wird, dass es durch Überspreizen mit dem negativen Elektrodenfinger zwischen dem positiven Elektrodenfinger 152 und dem positiven Elektrodenfinger kurzschließt, und die Breite der genannten Elektrodenfinger 352 und 354 ist λ/4, und der Abstand g zwischen dem jeweiligen Mittelpunkt des positiven Elektrodenfingers 152 und der Elektrode 352 ist 7λ/32, wobei der genannte Elektrodenfinger 352 einer aus dem genannten Elektrodenpaar 352 und 354 ist, das die schwimmende Elektrode 350 bildet und an die positiven Elektrodenfinger 152 in der Ausbreitungsrichtung der akustischen Oberflächenwelle angrenzt.
Des Weiteren sind in 13 und 14 die Basisniveaus der Phase des Anregungskoeffizienten ζ und des Modenkopplungskoeffizienten κ₁₂ die Mittelpunkte des positiven Elektrodenfingers 414 mit der Breite von λ/8 und des positiven Elektrodenfingers 154 mit der Breite λ/16.
Nachfolgend wird die Elektrodenschichtdickenabhängigkeit der Phasendifferenz (α–β) zwischen dem Anregungskoeffizienten ζ und dem Modenkopplungskoeffizienten κ₁₂ in 15 gezeigt. Die Bedeutung, dass das Vorzeichen (engl. code) der Phasendifferenz (α–β) negativ anzeigt, ist, dass die Richtung der unidirektionalen Eigenschaft der EWD-RDT Struktur die umgekehrte Richtung zur Richtung der natürlichen unidirektionalen Eigenschaft ist. Aus dem Ergebnis ist abzuleiten, dass bei der EWD-RDT Struktur, wenn die normierte Elektrodenschichtdicke H/λ (H ist die Elektrodendicke) zwischen 0 und 0,05 geändert wird, die Größe der Phasendifferenz bis 32° von nahezu –37,5° variiert und –45° nicht erreicht, welches der Winkel ist, der die unidirektionale Eigenschaft optimiert, wie aus der Formel (8) deutlich wird. Auf der anderen Seite kann bei Verwendung der Elektrodenstruktur aus dem erfindungsgemäßen Beispiel, wenn die normierte Dicke über 0,012 liegt, deutlich werden, dass die Phasendifferenz (α–β) –45° beträgt, was die unidirektionale Eigenschaft optimiert.
Auf der Grundlage des Ergebnisses der 13 und 14 wird die Elektrodenschichtdickenabhängigkeit oberhalb der Position des Anregungsmittelpunkts und des Reflexionsmittelpunkts der EWD-RDT Struktur (13) in 16 dargestellt. Die Elektrodenschichtdickenabhängigkeit oberhalb der Position des Anregungsmittelpunkts und des Reflexionsmittelpunkts der Elektrodenstruktur (14) des akustischen Oberflächenwandlers, welches im erfindungsgemäßen Beispiel des akustischen Oberflächenwellenbauelements verwendet wird, ist in 17 dargestellt. In jeder Darstellung der 16 und 17, ist der Grundriss der Elektrodenstruktur oberhalb dargestellt, und die Schnittansicht der Elektrodenstruktur ist im unteren Bereich des Graphen gezeigt, um die relative Position zur Ausbreitungsrichtung der akustischen Oberflächenwelle zu verdeutlichen. Des Weiteren sind in diesen Figuren der Reflexionsmittelpunkt mit O und der Anregungsmittelpunkt mit X bezeichnet.
Wie in 17 dargestellt ist, kann bei der Elektrodenstruktur des akustischen Oberflächenwandlers, der im erfindungsgemäßen Beispiel des akustischen Oberflächenwellenbauelements verwendet wird, weil der Reflexionsmittelpunkt links vom Anregungsmittelpunkt vorhanden ist, und der Abstand zwischen beiden Mittelpunkten etwa λ/8 beträgt, deutlich werden, dass die Richtung der unidirektionalen Eigenschaft auf der linken Seite der Darstellung liegt und dass die unidirektionale Eigenschaft zur Richtung der natürlichen unidirektionalen Richtung umgekehrt ist.
Des Weiteren ist die Charakteristik der g/λ Abhängigkeit der Phasendifferenz (α–β) zwischen dem Anregungskoeffizienten ζ und dem Modenkopplungskoeffizienten in 21 dargestellt, wobei der Abstand g der Abstand zwischen dem jeweiligen Mittelpunkt des positiven Elektrodenfingers des akustischen Oberflächenwandlers und des Elektrodenfingers der schwimmenden Elektrode ist, die eines der Elektrodenpaare ist, die die schwimmenden Elektroden bilden und an den genannten, positiven Elektrodenfinger in der Ausbreitungsrichtung der akustischen Oberflächenwelle angrenzen, und λ ist die Wellenlänge der akustischen Oberflächenwelle. Wie in dieser Darstellung gezeigt, kann daraus geschlossen werden, dass die Phasendifferenz (α–β) den Wert –45° annimmt, wenn g/λ im Bereich von 48/240 ≤g/λ ≤56/240.
Des Weiteren beträgt beim Abstandsverhältnis zwischen dem zuvor genannten, positiven Elektrodenfinger, dem negativen Elektrodenfinger und der schwimmenden Elektrode im akustischen Oberflächenwandler, wenn die Wellenlänge der akustischen Oberflächenwelle λ ist, der Abstand zwischen dem jeweiligen Mittelpunkt des zuvor erwähnten positiven Elektrodenfingers und des negativen Elektrodenfingers etwa λ/2, und die Breite d beider Elektrodenfinger ist λ/20 ≤d ≤λ/10, die Breite W des Elektrodenfingers der zuvor genannten schwimmenden Elektrode beträgt etwa λ/4 und der Abstand g zwischen jedem Mittelpunkt des zuvor genannten, positiven Elektrodenfingers und dem Mittelpunkt des Elektrodenfingers der zuvor genannten, schwimmenden Elektrode ist 48λ/240 ≤g ≤56λ/240, wobei der genannte Elektrodenfinger der zuvor erwähnten schwimmenden Elektrode einer aus einem Elektrodenfingerpaar ist, welches die zuvor genannte, schwimmende Elektrode bildet und an den genannten positiven Elektrodenfinger in der Ausbreitungsrichtung der akustischen Oberflächenwelle angrenzt. Wenn zusätzlich bei der zuvor erwähnten schwimmenden Elektrode jeder Elektrodenfinger des zuvor erwähnten Paares seitwärts ausgebildet sein, um auf den positiven Elektrodenfinger oder den negativen Elektrodenfinger aufzuschließen, welches auf der linken Seite des genannten Elektrodenfingers ist, kann die zuvor erwähnte schwimmende Elektrode die unidirektionale Eigenschaft zur Richtung der natürlichen unidirektionalen Richtung umkehren.
Nachfolgend wird das Ergebnis der beurteilten Charakteristiken dargestellt, wobei zwei Arten des sendenden akustischen Oberflächenwellenfilters zu Testzwecken hergestellt wurden, die unter Verwendung der Elektrodenstruktur des akustischen Oberflächenwellenwandlers, der in dem erfindungsgemäßen Beispiel des akustischen Oberflächenfilters verwendet wird, gebildet werden. Die Schnittfläche / Ausbreitungsrichtung des verwendeten Langasitsubstrats wird mit (0°, 140°, 24°) gemäß der Eulerschen Winkelbetrachtung beschrieben. Des Weiteren wurde A1 als Elektrodenmaterial verwendet. Die Struktur des ersten akustischen Oberflächenwellenfilters des sendenden Typs (er wird als Filter #1 beschrieben) als Testbeispiel ist in 18 dargestellt. In dieser Figur sind auf dem Langasitsubstrat 500 der reguläre IDT 510 als sendende Elektrode und IDT 520 als Empfangselektrode entlang der Ausbreitungsrichtung der akustischen Oberflächenwelle (die Richtung + X) ausgebildet. Der reguläre IDT 510 besteht aus der positiven Elektrode 512 und der negativen Elektrode 514, und sind so ausgebildet, dass die vielfachen, positiven Elektrodenfinger 513 und die negativen Elektrodenfinger 515, wobei sowohl die Elektrodenbreite als auch der Abstand zwischen jeder Elektrode λ/4 beträgt, kontinuierlich und periodisch angeordnet sein können, und hat die unidirektionale Eigenschaft unter Verwendung der NSPUDT Charakteristik realisiert.
Des Weiteren verwendet IDT 520 als Empfangselektrode die erfindungsgemäße Elektrodenstruktur und besteht aus der positiven Elektrode 522, der negativen Elektrode 524 und der schwimmenden Elektrode 530. Hierbei betragen die Elektrodenbreite des positiven Elektrodenfingers 523 und des negativen Elektrodenfingers 525 λ/16, beträgt der Abstand zwischen jedem Mittelpunkt der beiden Elektrodenfinger 523 und 525 λ/2, beträgt der Abstand g zwischen dem jeweiligen Mittelpunkt des positiven Elektrodenfingers 523 und des Elektrodenfingers 532, welcher die angrenzende, schwimmende Elektrode 530 bildet, 7λ/32, und ist die Breite W der schwimmenden Elektrode 530 λ/4. Die Struktur dieser Empfangselektrode ist die gleiche Struktur, wie in 4 gezeigt.
Beim zweiten akustischen Oberflächenwellenfilter des Sendertyps (er wird nachfolgend als Filter #2 beschrieben) als Beispiel wird der selbe reguläre IDT wie beim zuvor genannten ersten akustischen Oberflächenwellenfilter des Sendertyps für die Senderelektrode verwendet, und der IDT der EWD-RDT Struktur, die in 13 gezeigt ist, wird als Empfangselektrode verwendet. Beide Filter sind so angeordnet, dass sie der unidirektionalen Eigenschaft der Sende- und Empfangselektrode entgegenwirken, wie in 18 gezeigt ist. Des Weiteren ist das Dämpfungsmittel 540 zur Absorbierung von Reflexionen der akustischen Oberflächenwelle an den Kanten an beiden Enden des Langasitsubstrats 500 vorgesehen. Die Zykluslänge λ der Elektrodenfinger des Filters #1 und #2 beträgt 32,15μm und die Dicke der Elektrode A1 beträgt 300 nm (3000 Å). Die ausdünnende Gewichtung liegt bei der Sende- und Empfangselektrode vor.
Die Messergebnisse der Frequenzcharakteristik des Filters #1 und des Filters #2 sind in 19 und 20 dargestellt. 20 ist die vergrößerte Darstellung der in 19 gezeigten Frequenzcharakteristik in der Nähe des Durchgangsbereichs des Filters. Die 19 und 20 zeigen, dass die Pegelminderung des Durchgangsbandbereichs, die Welligkeit im Band und die Retardationswelligkeit des Bandes beim erfindungsgemäßen Filter verbessert werden. Wie in Tabelle 2 spezifiziert ist, beträgt die Pegelminderung des Durchgangsbandbereichs beim Filter #2 –10,68 dB im Vergleich zu dem Filter #1 mit –8,84 dB, und die Welligkeit im Band ist 0,46 dB bei Filter #2 im Vergleich zu Filter #1 mit 0,33 dB.
Das dritte Beispiel
Nachfolgend wird das dritte Beispiel dieser Erfindung im Detail anhand der Figuren erklärt. Zuerst wird das Prinzip anhand 1 erklärt, wobei die natürliche unidirektionale Eigenschaft auftritt, wenn die sogenannte reguläre Elektrode (IDT des regulären Typs) auf dem piezoelektrischen Langasitsubstrat ausgebildet wird, auf dem die vielfachen positiven / negativen Elektrodenfinger, bei denen die Elektrodenbreite und der Abstand zwischen jeder Elektrode λ/4 beträgt, kontinuierlich und periodisch angeordnet sind, und einer Anregung ausgesetzt wird. Die schematische Darstellung der regulären Elektrode ist in 1 dargestellt. In dieser Darstellung besteht die reguläre Elektrode aus der positiven Elektrode 1 und der negativen Elektrode 2, und das elektrische Feld ist zwischen dem positiven Elektrodenfinger 1A, welcher die positive Elektrode 1 bildet und den negativen Elektrodenfingern 2A und 2B, welche die negative Elektrode 2 bilden und die auf beiden Seiten dieses positiven Elektrodenfingers 1A angeordnet sind, aufgetreten. Dabei liegt der Anregungsmittelpunkt der akustischen Oberflächenwelle, die auf dem piezoelektrischen Langasitsubstrat durch Anregung mit diesem elektrischen Feld erzeugt wird, nahe dem Mittelpunkt A des positiven Elektrodenfingers 1A.
Des Weiteren ist bei dieser Elektrodenstruktur der periodisch angeordnete Elektrodenfinger mit der Elektrodenbreite λ/4 die Reflexionsquelle der akustischen Oberflächenwelle. Da die Reflexion auf der Unstetigkeit der akustischen Impedanz beruht, wird die akustische Oberflächenwelle an der Kante jedes Elektrodenfingers reflektiert. Obwohl die akustische Oberflächenwelle an zwei Stellen der beiden Enden des Elektrodenfingers auf diese Weise reflektiert wird, kann angenommen werden, dass die genannte Welle gleichermaßen im Mittelpunkt des Elektrodenfingers reflektiert wird. Die Phase der reflektierten Welle wird zu diesem Zeitpunkt verändert. Diese Variation ist abhängig von der Art und Schnittfläche des piezoelektrischen Substrats, der Ausbreitungsrichtung der akustischen Oberflächenwelle und der Art des Elektrodenmaterials und dessen Dicke. Wenn zum Beispiel ein ST-Schnitt X-Ausbreitung Quarzkristall als piezoelektrisches Substrat und A1 als metallisches Material verwendet wird, hinkt die Phase der Reflexionswelle um 90° hinterher, d.h. die Phasenänderung beträgt 90°.
Auf der anderen Seite, wenn das Langasiteinkristall als Substrat verwendet wird, wobei das Langasiteinkristall im Bereich –5° ≤Φ ≤5°, 135° ≤θ ≤145° und 20° ≤ψ ≤30° liegt oder die entsprechende Orientierung dieses Wertes in der Kristallographie hat, wenn die Substratorientierung und die Ausbreitungsrichtung der akustischen Oberflächenwellen in (Φ, θ, ψ) der Eulerschen Winkelbetrachtung als piezoelektrisches Kristall beschrieben sind, und der reguläre IDT unter Verwendung von A1 als Elektrodenmaterial gebildet wird, wird die Phasenänderung der akustischen Oberflächenwelle, die mit den Elektrodenfingern reflektiert wird, zu –90 + 2α. Wenn diese 2α als Phasenverschiebung im Zeitpunkt der Reflektion definiert werden, und falls der Reflexionsmittelpunkt definiert ist, wird der Reflexionsmittelpunkt lediglich um das Maß aus dem Mittelpunkt des Elektrodenfinger verschoben, das äquivalent zu diesen 2α ist. Dann wird die Verschiebung δ des Reflexionsmittelpunkts durch die Formel (1) angegeben. 2δ = (α/2π)λ (1)
Wenn δ positiv ist, wird der Reflexionsmittelpunkt nach rechts vom Mittelpunkt des Elektrodenfingers verschoben, und wenn δ negativ ist, wird der Reflexionsmittelpunkt nach links verschoben.
Wenn die Verschiebung des Reflexionsmittelpunkts und des Mittelpunkts des Elektrodenfingers λ/8 ist, wird die Phase im Punkt A der Welle, die von einer Erregung am positiven Elektrodenfinger 1A angeregt wird und der Welle, die an jedem Reflexionsmittelpunkt B und C des negativen Elektrodenfingers 2A, und 2B reflektiert wird, unter Verwendung der 1 bestimmt. Zuerst wird die Phase im Punkt A der Welle, die entlang des Weges A→ B→ A reflektiert wird, durch die Formel (2) angegeben. –2 × 3λ/8 × 2π/λ – π/2= –2π (2)
Diese reflektierte Welle hat die gleiche Phase, wie die der Anregungswelle. Auf der anderen Seite ist die Phase im Punkt A der Welle, die entlang des Weges A→ C→ A reflektiert wird, durch die Formel (3) angegeben. –2×λ/8×2π/λ–π/2=–π (3)
Diese reflektierte Welle ist die bzgl. der Phase Entgegengesetzte der Anregungswelle. Aus diesem Grund wird die akustische Oberflächenwelle stark auf der rechten Seite der 1 erregt und die unidirektionale Eigenschaft wird realisiert.
Aus dem zuvor genannten Grund, wie in 2 gezeigt ist, wird es möglich, wenn der Abstand zwischen dem Anregungsmittelpunkt und dem Reflexionsmittelpunkt die Relation der Formel (4) erfüllt, die unidirektionale Eigenschaft der Richtung vom Anregungsmittelpunkt zum Reflexionsmittelpunkt zu realisieren. λ/8 + nλ/2 (n=0, 1, 2....) (4)
D.h., wenn die Position des Anregungsmittelpunkts und des Reflexionsmittelpunkts spezifiziert werden kann, kann daraus gefolgert werden, ob der akustische Oberflächenwandler unidirektionale Eigenschaft hat oder nicht, wenn die periodische Elektrodenstruktur (IDT), in der die akustische Oberflächenwelle erregt werden kann, auf dem beliebigen Kristall ausgebildet ist. Die Position des Anregungsmittelpunkts und des Reflexionsmittelpunkts werden durch den Modenkopplungsparameter beschrieben, wenn gleichzeitig die Modenkopplungstheorie angewandt wird.
Der Modenkopplungsparameter besteht aus dem Selbstkopplungskoeffizienten, dem Modenkopplungskoeffizienten, dem Anregungskoeffizienten und der elektrostatischen Kapazität C. Hier wird der Modenkopplungskoeffizient κ₁₂ durch die Formel (5) beschrieben und die Phase von κ₁₂ ist äquivalent zur Verschiebung des Reflexionsmittelpunkts aus dem Basisniveau, und die Größe der genannten Verschiebung wird mit Formel (1) ausgedrückt. κ12= |κ12|ej2α (5)
Die Phase des Modenkopplungskoeffizienten κ₁₂ ist äquivalent zur Verschiebung des Reflexionsmittelpunkts aus dem Basisebene, und die Größe dieser Verschiebung wird mit Formel (1) ausgedrückt. Des Weiteren bestimmt sich der Anregungskoeffizient ζ nach Formel (6). ζ=|ζ|ejβ (6)
Der Anregungsmittelpunkt kann an einer Stelle angeordnet sein, der nur durch die in Formel (7) angeordnete Größe von der Basisebene getrennt ist. γ= (β/2π)λ (7)
Damit die Differenz zwischen dem Reflexionsmittelpunkt und dem Anregungsmittelpunkt die Formel (4) erfüllt, ist somit das Verhältnis der Formel (8) zwischen den Phasen des Modenkopplungskoeffizienten κ₁₂ und dem Anregungskoeffizienten ζ erforderlich. α–β = π/4 + nπ (n= 0, 1, 2,..) (8)
Hierbei wird das Ergebnis, analysiert nach der Modenkopplungstheorie, angegeben, wobei die Positionen des Anregungsmittelpunkts und des Reflexionsmittelpunkts über der unidirektionale Umkehrelektrodenstruktur (sie wird TCS-RDT: Tranduction Center Shift type Reversal of Directivity Transducer structure genannt), die von Mr. Takeuchi in Tokukai Hei 8-204492 vorgeschlagen wird und über dem akustischen Oberflächenbauelement des erfindungsgemäßen Beispiels analysiert werden. Die Schnittfläche und Ausbreitungsrichtung des Langasitsubstrats sind hier in (0°, 140°, 24°) durch die Eulersche Winkelbetrachtung beschrieben. Des Weiteren wird A1 als Elektrodenmaterial verwendet. Die TCS-RDT Struktur ist in 3 dargestellt, und die Elektrodenstruktur des akustischen Oberflächenwellenbauelements des erfindungsgemäßen Beispiels ist in 22 gezeigt.
In 3 besteht die Elektrode der TCS-RDT Struktur aus der positiven Elektrode 10, der negativen Elektrode 20, und, wenn die Wellenlänge der akustischen Oberflächenwelle λ ist, betragen sowohl die Elektrodenbreiten der positiven Elektrodenfinger 12 und 14 als auch der negativen Elektrodenfinger 22 und 24 λ/8, wobei die positiven Elektrodenfinger 12 und 14 die positive Elektrode 10 bilden, und die negativen Elektrodenfinger 22 und 24 die negative Elektrode 20 bilden. Zusätzlich beträgt der Abstand zwischen jedem Mittelpunkt des positiven Elektrodenfingers 12 und des negativen Elektrodenfingers 24 6λ/8. Des Weiteren entspricht die Elektrodenbreite der schwimmenden Elektrode 30, die zwischen dem positiven Elektrodenfinger 12 und dem negativen Elektrodenfinger 24 geschaffen ist, 3λ/8, und der Abstand g zwischen dem Mittelpunkt des positiven Elektrodenfingers 12 und der schwimmenden Elektrode 30 ist 3λ/8.
Auf der anderen Seite besteht die Elektrode des akustischen Oberflächenwellenwandlers, der im erfindungsgemäßen Beispiel des akustischen Oberflächenwellenbauelements verwendet wird, aus der positiven Elektrode 160 und der negativen Elektrode 260, wie in 22 gezeigt. Und wenn die Wellenlänge der akustischen Oberflächewelle λ ist, betragen die Elektrodenbreiten der positiven Elektrodenfinger 162 und 164, welche die positive Elektrode 160 bilden, etwa λ/8. Zusätzlich sind der erste negative Elektrodenfinger 262 und der zweite negative Elektrodenfinger 264 auf einer Seite (in 22, auf der rechtsseitiger Seite) des einen positiven Elektrodenfingers 162 ausgebildet. Hier beträgt der Abstand d1 vom Mittelpunkt des positiven Elektrodenfingers 162 zum Mittelpunkt des negativen Elektrodenfingers, dessen Elektrodenbreite W1 im Bereich 18/80 λ ≤W1 20/80λ liegt, 262 23/80λ ≤d1 ≤25/80 λ. Des Weiteren beträgt der Abstand d2 vom Mittelpunkt des positiven Elektrodenfingers 162 zum Mittelpunkt des negativen Elektrodenfingers, dessen Elektrodenbreite W2 im Bereich 20/80λ ≤W2 ≤26/80λ liegt, 264 54/80λ ≤d2 ≤55/80λ.
Die Elektrodenschichtdickenabhängigkeit der Phasendifferenz (α–β) des Anregungskoeffizienten ζ und des Modenkopplungskoeffizienten κ₁₂ in der Elektrodenstruktur des akustischen Oberflächenwellenwandlers, der in dem akustischen Oberflächenwellenbauelement mit TCS-RDT Struktur und im erfindungsgemäßen Beispiel verwendet wird, wird in 23 gezeigt. Betreffend die Elektrodenstrukturparameter der empfangsseitigen Elektrode, beträgt die Breite des ersten positiven Elektrodenfingers etwa λ/8, und der Abstand d1 zwischen dem jeweiligen Mittelpunkt des ersten negativen Elektrodenfingers, dessen Elektrodenbreite W1 20/80 λ beträgt, und des ersten positiven Elektrodenfingers beträgt 23/80 λ Des Weiteren beträgt der Abstand d2 zwischen dem jeweiligen Mittelpunkt des zweiten negativen Elektrodenfingers, dessen Elektrodenbreite W2 26/80 λ beträgt, und des ersten positiven Elektrodenfingers 54/80 λ Aus diesem Ergebnis ist abzuleiten, dass bei der TCS-RDT Struktur die normierte Elektrodenschichtdicke H/λ (H ist die Elektrodendicke) zwischen 0 und 0,05 variiert, die Größe von (α–β) von –30° bis nahezu auf 0° variiert und –45° nicht erreicht, welches der Winkel ist, der die unidirektionale Eigenschaft optimiert, wie aus der Formel (8) deutlich wird. Auf der anderen Seite kann bei Verwendung der Elektrodenstruktur aus dem erfindungsgemäßen Beispiel, wenn die normierte Dicke zwischen etwa 0,01 und 0,05 liegt, deutlich werden, dass die Phasendifferenz (α–β) –45° beträgt, was die unidirektionale Eigenschaft optimiert.
Des Weiteren ist die Elektrodenschichtdickenabhängigkeit des normierten Anregungskoeffizienten ζ· λ / 2 √(ω·C) in der Elektrodenstruktur des akustischen Oberflächenwellenbauelements des erfindungsgemäßen Beispiels und der TCS-RDT Struktur in 24 dargestellt. ioberhalb der Position des Anregungsmittelpunkts und des Reflexionsmittelpunkts der TCS-RDT Struktur (3) in 8 dargestellt. Bei der Elektrodenstruktur des akustischen Oberflächenwellenbauelements des erfindungsgemäßen Beispiels nimmt der Wert des normierten Anregungskoeffizienten im Vergleich zur TCS-RDT Struktur um etwa 10% zu. Da der Anregungskoeffizient äquivalent zur Umwandlungseffizienz der elektrischen / akustischen Umwandlung ist, ist es möglich, falls ein hoher Wert des Anregungskoeffizienten erhalten wird, ein Bauelement mit geringen Verlusten herzustellen.
Die Abhängigkeit der Elektrodenschichtdicke über der Position des Anregungsmittelpunkts und des Reflexionsmittelpunkts zur Elektrodenstruktur des akustischen Oberflächenwandlers des erfindungsgemäßen Beispiels ist in 25 dargestellt. In der 25 ist der Grundriss der Elektrodenstruktur oberhalb dargestellt, und die Schnittansicht der Elektrodenstruktur ist im unteren Bereich in Relation zum Grundriss dargestellt, um die relative Position zur Ausbreitungsrichtung der akustischen Oberflächenwelle zu verdeutlichen. Des Weiteren sind in diesen Figuren der Reflexionsmittelpunkt mit O und der Anregungsmittelpunkt mit X bezeichnet.
Wie in dieser Figur dargestellt ist, kann bei der Elektrodenstruktur des akustischen Oberflächenwandlers, der im erfindungsgemäßen Beispiel des akustischen Oberflächenwellenbauelements verwendet wird, weil der Reflexionsmittelpunkt links vom Anregungsmittelpunkt vorhanden ist, und der Abstand zwischen beiden Mittelpunkten etwa λ/8 beträgt, deutlich werden, dass die Richtung der unidirektionalen Eigenschaft auf der linken Seite der Darstellung liegt und dass die unidirektionale Eigenschaft zur Richtung der natürlichen unidirektionalen Richtung umgekehrt ist.
Nachfolgend werden zwei Arten von sendenden akustischen Oberflächenwellenfiltern zu Testzwecken hergestellt, die unter Verwendung der Elektrodenstruktur des akustischen Oberflächenwellenwandlers, der in dem erfindungsgemäßen Beispiel des akustischen Oberflächenfilters verwendet wird, gebildet werden, und das Ergebnis dieser ermittelten Eigenschaften ist dargestellt. Die Schnittfläche und die Ausbreitungsrichtung des verwendeten Langasitsubstrats wird mit (0°, 140°, 24°) gemäß der Eulerschen Winkelbetrachtung beschrieben. Des Weiteren wurde A1 als Elektrodenmaterial verwendet. Die Struktur des ersten akustischen Oberflächenwellenfilters des sendenden Typs (er wird als Filter #1 beschrieben) als Beispiel ist in 26 dargestellt. In dieser Figur sind auf dem Langasitsubstrat 600 der reguläre IDT 610 als sendende Elektrode und IDT 620 als Empfangselektrode entlang der Ausbreitungsrichtung der akustischen Oberflächenwelle (die Richtung + X) ausgebildet. Der reguläre IDT 610 besteht aus der positiven Elektrode 612 und der negativen Elektrode 614 und ist do ausgebildet, dass die vielfachen positiven Elektrodenfinger 613 und die negativen Elektrodenfinger 615, bei denen sowohl die Elektrodenbreiten als auch die Elektrodenbeabstandung λ/4 beträgt, kontinuierlich und periodisch angeordnet werden können und hat die unidirektionale Eigenschaft unter Verwendung der NPUDT Charakteristik realisiert.
Des Weiteren verwendet IDT 620 als Empfangselektrode die Elektrodenstruktur des akustischen Oberflächenwellenbauelements des erfindungsgemäßen Beispiels und besteht aus der positiven Elektrode 622 und der negativen Elektrode 624. Bei den Elektrodenstrukturparametern der empfangsseitigen Elektrode, beträgt die Elektrodenbreite des positiven Elektrodenfingers 623 etwa λ/8, und der Abstand d1 vom Mittelpunkt des positiven Elektrodenfingers 623 zum Zentrum des ersten negativen Elektrodenfingers 625, bei dem die Breite W1 20/80λ beträgt, ist 23/80λ. Des Weiteren beträgt der Abstand d2 vom Mittelpunkt des zweiten negativen Elektrodenfingers 624, bei dem die Elektrodenbreite W2 26/80λ ist, zum Mittelpunkt des ersten positiven Elektrodenfingers 623 54/80λ Auf der anderen Seite wird beim zweiten akustischen Oberflächenwellenfilter des Sendertyps (wo er als Filter #2 beschrieben wird) als Beispiel derselbe reguläre IDT als akustischer Oberflächenwellenfilter des Sendertyps wie beim ersten akustischer Oberflächenwellenfilter des Sendertyps für die Senderelektrode verwendet, und der verwendete IDT der TCS-RDT Struktur, die in 3 gezeigt ist, wird als Empfangselektrode verwendet. Beide Filter sind so angeordnet, dass sie der unidirektionalen Eigenschaft der Sende- und Empfangselektrode entgegenwirken, wie in 26 gezeigt ist.
Des Weiteren ist an beiden Endpunkten des Langasitsubstrats 600 ein Dämpfungsmittel 640 vorgesehen, um eine Reflexion der akustischen Oberflächenwelle an den Kanten zu absorbieren. Die Zykluslänge λ der Elektrodenfinger des Filters #1 und #2 beträgt 32,15μm und die Dicke der A1 Elektrode des Filters #1 und #2 beträgt 500 nm (5000 Å). Die ausdünnende Gewichtung liegt bei der Sende- und Empfangselektrode vor.
Das Messergebnis der Frequenzcharakteristiken des Filters #1 und des Filters #2 ist in der 27 dargestellt. 27 zeigt, dass die Mindestpegelminderung des Durchgangsbandbereichs, die Welligkeit im Band und die Retardationswelligkeit des Bandes beim erfindungsgemäßen Filter verbessert werden. Wie in Tabelle 3 spezifiziert ist, beträgt die Mindestpegelminderung des Durchgangsbandbereichs beim Filter #2 –9,0 dB im Vergleich zu dem Filter #1 mit –7,8 dB, und die Welligkeit im Band ist 0,58 bei Filter #2 m Vergleich zu Filter #1 mit 0,21 dB. Des Weiteren beträgt die Retardationswelligkeit des Bandes beim Filter #2 80,0 ns im Vergleich zum Filter #1 mit 67,3 ns.
Industrielle Ausführbarkeit
Gemäß dieser Erfindung hat das akustische Oberflächenwellenbauelement den akustischen Oberflächenwellenwandler, der aus dem positiven Elektrodenfinger, dem negativen Elektrodenfinger und der schwimmenden Elektrode besteht, die zwischen denjenigen Fingern ausgebildet ist, die auf der Oberfläche des Langasiteinkristallsubstrats ausgebildet sind, bei dem die Substratorientierung und die Ausbreitungsrichtung der akustischen Oberfläche so gewählt wurden, dass es natürliche unidirektionale Eigenschaft haben könnte. Da der zuvor erwähnte akustische Oberflächenwandler mit jeder zuvor erwähnten Elektrode entlang der Ausbreitungsrichtung der akustischen Oberflächenwelle ausgebildet wird, so dass die natürliche unidirektionale Eigenschaft umgekehrt werden könnte durch Parameter zur Spezifizierung der Elektrodenstruktur, wird es ermöglicht, den akustischen Oberflächenwellenfilter des Sendertyps mit geringen Verlusten durch Auswahl geeigneter Parameter zur Spezifizierung des Elektrodenstruktur herzustellen. Das heißt, die Breite des zuvor erwähnten, positiven Elektrodenfingers und des negativen Elektrodenfingers, der Abstand zwischen jedem Mittelpunkt des zuvor erwähnten positiven Elektrodenfingers und des negativen Elektrodenfingers, der Abstand zwischen jedem Mittelpunkt des zuvor genannten, positiven Elektrodenfingers und der schwimmenden Elektrode, und die Breite der zuvor erwähnten, schwimmenden Elektrode werden geeignet gewählt.
Gemäß dieser Erfindung hat das akustische Oberflächenwellenbauelement den akustischen Oberflächenwellenwandler, der aus dem positiven Elektrodenfinger, dem negativen Elektrodenfinger und der schwimmenden Elektrode besteht, die zwischen denjenigen Fingern ausgebildet ist, die auf der Oberfläche des Langasiteinkristallsubstrats ausgebildet sind, bei dem die Substratorientierung und die Ausbreitungsrichtung der akustischen Oberfläche so gewählt wurden, dass es die natürliche unidirektionale Eigenschaft haben könnte, wobei diese schwimmende Elektrode ausgebildet wurde, so dass der Elektrodenfinger des angrenzenden Paares durch Hinüberreichen des zuvor erwähnten negativen Elektrodenfingers kurzgeschlossen werden könnte. Das des Weiteren der zuvor erwähnte akustische Oberflächenwandler mit jeder zuvor erwähnten Elektrode entlang der Ausbreitungsrichtung der akustischen Oberflächenwelle ausgebildet wird, so dass die natürliche unidirektionale Eigenschaft umgekehrt werden könnte, kann es durch Auswahl geeigneter Parameter zur Spezifizierung der Elektrodenstruktur ermöglicht werden, den akustischen Oberflächenwellenfilter des Sendertyps herzustellen. Das heißt, die Breite des zuvor erwähnten, positiven Elektrodenfingers und des negativen Elektrodenfingers, der Abstand zwischen jedem Mittelpunkt des zuvor erwähnten positiven Elektrodenfingers und des negativen Elektrodenfingers, der Abstand zwischen jedem Mittelpunkt des zuvor genannten, positiven Elektrodenfingers und der schwimmenden Elektrode, und die Breite der zuvor erwähnten, schwimmenden Elektrode werden geeignet gewählt.
Gemäß dieser Erfindung hat das akustische Oberflächenwellenbauelement ferner den akustischen Oberflächenwellenwandler, der aus dem positiven Elektrodenfinger, der auf der Oberfläche des Langasiteinkristallsubstrats ausgebildet ist und in Zyklen der Wellenlänge λ der akustischen Oberflächenwelle installiert ist, wobei die Substratorientierung und die Ausbreitungsrichtung der akustischen Oberfläche so gewählt wurden, dass es die natürliche unidirektionale Eigenschaft haben könnte, und dem ersten negativen Elektrodenfinger und dem zweiten negativen Elektrodenfinger besteht, die auf einer Seite des genannten positiven Elektrodenfingers angeordnet sind. Da der zuvor erwähnte akustische Oberflächenwandler mit jeder zuvor erwähnten Elektrode entlang der Ausbreitungsrichtung der akustischen Oberflächenwelle ausgebildet wird, so dass die natürliche unidirektionale Eigenschaft umgekehrt werden könnte, wird es ermöglicht, den akustischen Oberflächenwellenfilter des Sendertyps durch Auswahl geeigneter Parameter zur Spezifizierung des Elektrodenstruktur herzustellen. Das heißt, die Breite des obigen ersten und zweiten positiven Elektrodenfingers und des ersten und zweiten negativen Elektrodenfingers, der Abstand zwischen jedem Mittelpunkt des ersten positiven Elektrodenfingers und des ersten und zweiten negativen Elektrodenfingers, werden geeignet gewählt.
Tabelle 1
Tabelle 2
Tabelle 3

Claims

Ein akustisches Oberflächenwellenbauelement mit einem Oberflächenwellenwandler, der einen positiven Elektrodenfinger (102), einen negativen Elektrodenfinger (204) und eine schwimmende, zwischen diesen Fingern angeordnete Elektrode (300) aufweist, welche auf einem Langasit-Einkristallsubstrat ausgebildet sind, bei welchem die Substratausrichtung und die Ausbreitungsrichtung der Oberflächenwellen so ausgewählt sind, dass sie die natürliche gleichgerichtete Eigenschaft aufweisen, wobei der oben genannte, akustische Oberflächenwellenwandler so mit den Elektroden, die entlang der Ausbreitungsrichtung der Oberflächenwelle angeordnet sind, ausgebildet ist, dass die natürliche gleichgerichtete Eigenschaft umgekehrt wird, wobei die oben genannte Langasit-Einkristallstruktur im Bereich –5° ≤Φ ≤5°, 135° ≤θ ≤145° und 20° ≤ψ ≤30° liegt oder die entsprechende Orientierung in der Kristallographie ist, wenn die Substratorientierung und die Ausbreitungsrichtung der akustischen Oberflächenwellen in (Φ, θ, ψ) der Eulerschen Winkelbetrachtung beschrieben sind, und wobei im Abstandsverhältnis zwischen dem oben genannten, positiven Elektrodenfinger, dem negativen Elektrodenfinger und der schwimmenden Elektrode in dem oben genannten, akustischen Oberflächenwellenwandler die Dicke des oben genannten, positiven Elektrodenfingers (102) und negativen Elektrodenfingers (204) sich etwa zu λ/8 bestimmt, der Abstand zwischen jedem Mittelpunkt des positiven Elektrodenfingers (102) und dem negativen Elektrodenfinger (204) etwa 6/8 λ beträgt, der Abstand g zwischen jedem Mittelpunkt des positiven Elektrodenfingers und der schwimmenden Elektrode 13/40 λ ≤g ≤14/40 λ ist, und die Dicke W der schwimmenden Elektrode 11/40 λ ≤W ≤13/40 λ ist, wenn λ die Wellenlänge der akustischen Oberflächenwelle ist.
Ein akustisches Oberflächenwellenbauelement mit einem Oberflächenwellenwandler, der einen positiven Elektrodenfinger (152), einen negativen Elektrodenfinger (252) und eine schwimmende, zwischen diesen Fingern angeordnete Elektrode (350) aufweist, welche auf einem Langasit-Einkristallsubstrat ausgebildet sind, bei welchem die Substratausrichtung und die Ausbreitungsrichtung der Oberflächenwellen so ausgewählt sind, dass sie die natürliche gleichgerichtete Eigenschaft aufweisen, und wobei ein schwimmender Finger (352) so geformt ist, so dass ein schwimmender Elektrodenfinger eines benachbarten Paares den oben genannten, negativen Elektrodenfinger kurzschließt, wobei der oben genannte, akustische Oberflächenwellenwandler, jede oben genannte Elektrode so entlang der Ausbreitungsrichtung der akustischen Oberflächenwelle ausgebildet sind, dass die natürliche gleichgerichtete Eigenschaft umgekehrt wird, wobei die oben genannte Langasit-Einkristallstruktur im Bereich –5° ≤Φ ≤5°, 135° ≤θ ≤145° und 20° ≤ψ ≤30° liegt oder die entsprechende Orientierung dieses Wertes hat, wenn die Substratorientierung und die Ausbreitungsrichtung der akustischen Oberflächenwellen in (Φ, θ, ψ) der Eulerschen Winkelbetrachtung beschrieben sind, und wobei im Abstandsverhältnis zwischen dem oben genannten, positiven Elektrodenfinger, dem negativen Elektrodenfinger und dem schwimmenden Elektrodenfinger der Abstand zwischen jedem Mittelpunkt des positiven Elektrodenfingers (152) und dem negativen Elektrodenfinger (252) etwa λ/2 beträgt, die Dicke der beiden Elektrodenfinger sich etwa zu λ/4 bestimmt, der Abstand g zwischen jedem Mittelpunkt des positiven Elektrodenfingers (152) und dem Elektrodenfinger der oben genannten, schwimmenden Elektrode (352), welcher einer der Finger des Elektrodenpaares ist, aus dem die genannte schwimmende Elektrode besteht und welcher in der oben genannten Ausbreitungsrichtung der Oberflächenwelle benachbart zum genannten positiven Elektrodenfinger angeordnet ist, 48 λ/240 ≤g ≤56 λ/240 ist, und wobei die oben genannte schwimmende Elektrode so ausgebildet ist, dass jede linksseitige Kante eines jeden Fingers der schwimmenden Elektrode näher zu einem benachbarten positiven oder negativen Elektrodenfinger angeordnet ist, als die rechtsseitige Kante.
Ein akustisches Oberflächenwellenbauelement mit einem Oberflächenwellenwandler, welcher auf einem Langasit-Einkristallsubstrat ausgebildet ist, bei welchem die Substratausrichtung und die Ausbreitungsrichtung der Oberflächenwellen so ausgewählt sind, dass sie die natürliche gleichgerichtete Eigenschaft aufweisen, und der einen positiven Elektrodenfinger (623), der in der Periode der Wellenlänge λ der akustischen Oberflächenwelle angeordnet ist, und erste (625) und zweite (626) negative Elektrodenfinger, die auf einer Seite des genannten positiven Elektrodenfingers angeordnet sind, aufweist, wobei der oben genannte, akustische Oberflächenwellenwandler, jede oben genannte Elektrode entlang der Ausbreitungsrichtung der akustischen Oberflächenwelle ausgebildet sind, dass die natürliche gleichgerichtete Eigenschaft umgekehrt werden kann, und wobei die oben genannte Langasit-Einkristallstruktur im Bereich –5° ≤Φ ≤5°, 135° ≤θ ≤145° und 20° ≤ψ ≤30° oder bei äquivalenten Werten liegt, wenn die Substratorientierung und die Ausbreitungsrichtung der akustischen Oberflächenwellen in (Φ, θ, ψ) der Eulerschen Winkelbetrachtung beschrieben sind.
Ein akustisches Oberflächenwellenbauelement gemäß Anspruch 3, wobei im Abstandsverhältnis zwischen den ersten und zweiten negativen Elektrodenfingern zum oben genannten, positiven Elektrodenfinger und den Dicken dieser Elektrodenfinger die Dicke des oben genannten, positiven Elektrodenfingers sich etwa zu λ/8 bestimmt, der Abstand d1 vom Mittelpunkt des genannten, positiven Elektrodenfingers zum ersten negativen Elektrodenfinger, dessen Weite W1 im Bereich 18/80λ ≤W1 ≤ 20/80λ liegt, 23/80λ ≤d1 ≤25/80λ und mehr ist, der Abstand d2 vom Mittelpunkt des genannten positiven Elektrodenfingers zum zweiten negativen Elektrodenfinger, dessen Weite W2 im Bereich 20/80λ ≤W2 ≤ 26/80λ liegt, 54/80λ ≤d2 ≤55/80λ ist, wenn λ die Wellenlänge der akustischen Oberflächenwelle ist.