JP2000101383A - 弾性表面波デバイス - Google Patents
弾性表面波デバイスInfo
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- JP2000101383A JP2000101383A JP10268520A JP26852098A JP2000101383A JP 2000101383 A JP2000101383 A JP 2000101383A JP 10268520 A JP10268520 A JP 10268520A JP 26852098 A JP26852098 A JP 26852098A JP 2000101383 A JP2000101383 A JP 2000101383A
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- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
- H03H9/02—Details
- H03H9/02535—Details of surface acoustic wave devices
- H03H9/02543—Characteristics of substrate, e.g. cutting angles
- H03H9/0259—Characteristics of substrate, e.g. cutting angles of langasite substrates
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- Acoustics & Sound (AREA)
- Surface Acoustic Wave Elements And Circuit Networks Thereof (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 弾性表面波共振器や弾性表面波フィルタを構
成するのに適しているとともにナチュラル単相形一方向
性変換器特性を実現できる弾性表面波デバイスを提供す
る。 【構成】 ２重回転Ｙカット（αＹ−θＸ）のランガサ
イト(La3Ga5SiO14) の単結晶より成り、Ｙ軸からの回転
角αがほぼ50°± 5°で、Ｘ軸からの回転角θがほぼ19
°〜30°となるようにカットした基板11と、基板の異方
性と相俟ってナチュラル単相形ー方向性変換器特性を出
現させる送信側電極12と、基板の異方性に基づくナチュ
ラル単相形ー方向性変換器特性を打ち消す構造の受信側
電極13とを設けるかこのナチュラル単相形ー方向性変換
器特性による方向性を反転する受信側電極を設ける。送
信側電極12として、それぞれ幅がλ／４の正電極および
負電極をλ／４のエッジ間隔をおいて交互に配置した正
規型電極を設け、受信側電極として、それぞれ電極幅が
λ/8の正電極および負電極を２本づつエッジ間隔がλ/8
となるように交互にすだれ状に配置したダブル電極を設
ける。
成するのに適しているとともにナチュラル単相形一方向
性変換器特性を実現できる弾性表面波デバイスを提供す
る。 【構成】 ２重回転Ｙカット（αＹ−θＸ）のランガサ
イト(La3Ga5SiO14) の単結晶より成り、Ｙ軸からの回転
角αがほぼ50°± 5°で、Ｘ軸からの回転角θがほぼ19
°〜30°となるようにカットした基板11と、基板の異方
性と相俟ってナチュラル単相形ー方向性変換器特性を出
現させる送信側電極12と、基板の異方性に基づくナチュ
ラル単相形ー方向性変換器特性を打ち消す構造の受信側
電極13とを設けるかこのナチュラル単相形ー方向性変換
器特性による方向性を反転する受信側電極を設ける。送
信側電極12として、それぞれ幅がλ／４の正電極および
負電極をλ／４のエッジ間隔をおいて交互に配置した正
規型電極を設け、受信側電極として、それぞれ電極幅が
λ/8の正電極および負電極を２本づつエッジ間隔がλ/8
となるように交互にすだれ状に配置したダブル電極を設
ける。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、弾性表面波（ＳＡＷ）
フィルタ、弾性表面波共振器や弾性表面波ガイドなどの
ような弾性表面波デバイスに関するものであり、特にナ
チュラル単相形一方向性変換器（Natural Single-Phase
UnidirectionalTransducerを省略してNSPUDTと呼ばれ
ている) 特性を利用した低損失のＳＡＷフィルタを実現
することができる弾性表面波デバイスに関するものであ
る。
フィルタ、弾性表面波共振器や弾性表面波ガイドなどの
ような弾性表面波デバイスに関するものであり、特にナ
チュラル単相形一方向性変換器（Natural Single-Phase
UnidirectionalTransducerを省略してNSPUDTと呼ばれ
ている) 特性を利用した低損失のＳＡＷフィルタを実現
することができる弾性表面波デバイスに関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】従来、例えば弾性表面波フィルタを実現
するためには、電気機械結合係数Ｋ2 が大きく、パワー
フローアングル(PFA) が小さく、一次遅延時間温度特性
(TCD) が小さいなどの特性が要求されている。さらに、
最近の電子機器の傾向として小型軽量化、省電力化が望
まれているが、弾性表面波デバイスにおいてもそのよう
な要求がなされるようになってきている。
するためには、電気機械結合係数Ｋ2 が大きく、パワー
フローアングル(PFA) が小さく、一次遅延時間温度特性
(TCD) が小さいなどの特性が要求されている。さらに、
最近の電子機器の傾向として小型軽量化、省電力化が望
まれているが、弾性表面波デバイスにおいてもそのよう
な要求がなされるようになってきている。
【０００３】また、従来、弾性表面波デバイスの一つと
して、圧電性基板の上に単相信号源の位相が180 °異な
る２端子にそれぞれ接続される電極である正電極および
負電極をインターディジタル形（すだれ状) に組み合わ
せた送信側変換器と、同じく正電極および負電極をイン
ターディジタルに組み合わせた受信側変換器とを配置
し、特定の周波数帯域の信号のみを選択的に取り出すト
ランスバーサル型弾性表面波フィルタが広く実用化され
ている。
して、圧電性基板の上に単相信号源の位相が180 °異な
る２端子にそれぞれ接続される電極である正電極および
負電極をインターディジタル形（すだれ状) に組み合わ
せた送信側変換器と、同じく正電極および負電極をイン
ターディジタルに組み合わせた受信側変換器とを配置
し、特定の周波数帯域の信号のみを選択的に取り出すト
ランスバーサル型弾性表面波フィルタが広く実用化され
ている。
【０００４】このような弾性表面波フィルタにおいて
は、挿入損失を低く抑えるとともに帯域内でのリップル
を小さく抑えることが要求されている。通常のインター
ディジタル形の電極構造を使用する場合には、両方向性
となるため、理論的な最小損失が6dB となり、挿入損失
を低く抑えることができない欠点がある。一方、このよ
うな欠点を解消するために、複数の受信側変換器を複数
の送信側変換器の両側に配置した多電極構造方式( マル
チトランスデューサ方式) が提案されている。このよう
な多電極構造方式の弾性表面波フィルタでは、挿入損失
を1.5〜2dB 程度まで低くすることができるが、これら
変換器の制御が非常に難しく良好な位相特性や周波数特
性が得られないばかりでなく、製造も非常に難しいとい
う欠点がある。弾性表面波デバイスの性能を向上するに
は、低損失化のみでなく位相特性の平坦化および通過域
のリップル、阻止域の抑圧といった周波数特性の改善も
重要な問題である。
は、挿入損失を低く抑えるとともに帯域内でのリップル
を小さく抑えることが要求されている。通常のインター
ディジタル形の電極構造を使用する場合には、両方向性
となるため、理論的な最小損失が6dB となり、挿入損失
を低く抑えることができない欠点がある。一方、このよ
うな欠点を解消するために、複数の受信側変換器を複数
の送信側変換器の両側に配置した多電極構造方式( マル
チトランスデューサ方式) が提案されている。このよう
な多電極構造方式の弾性表面波フィルタでは、挿入損失
を1.5〜2dB 程度まで低くすることができるが、これら
変換器の制御が非常に難しく良好な位相特性や周波数特
性が得られないばかりでなく、製造も非常に難しいとい
う欠点がある。弾性表面波デバイスの性能を向上するに
は、低損失化のみでなく位相特性の平坦化および通過域
のリップル、阻止域の抑圧といった周波数特性の改善も
重要な問題である。
【０００５】上述した要求を満たすために、理想的には
１ｄＢ以下の挿入損失と良好な位相および周波数特性が
可能となる一方向性変換器が使用されている。この一方
向性変換器としては、種々の型式のものが提案されてい
るが、大別して(a) 多相形一方向性変換器と、(b) 単相
形一方向性変換器とがある。さらに、後者の単相形一方
向性変換器としては、電極構造の非対称性、質量負荷効
果による内部反射を用いた単相形一方向性変換器、励振
電極の間に反射バンクを配置した反射バンク形一方向性
変換器、浮き電極による反射を用いた単相形一方向性変
換器や基板の異方性を利用するナチュラル単相形一方向
性変換器などが提案されている。これらの一方向性変換
器を用いた弾性表面波デバイスでは、励振波と反射波と
の位相差が、前進方向では同相となり、それと反対の方
向では逆相となることによって方向性を持たせるように
している。
１ｄＢ以下の挿入損失と良好な位相および周波数特性が
可能となる一方向性変換器が使用されている。この一方
向性変換器としては、種々の型式のものが提案されてい
るが、大別して(a) 多相形一方向性変換器と、(b) 単相
形一方向性変換器とがある。さらに、後者の単相形一方
向性変換器としては、電極構造の非対称性、質量負荷効
果による内部反射を用いた単相形一方向性変換器、励振
電極の間に反射バンクを配置した反射バンク形一方向性
変換器、浮き電極による反射を用いた単相形一方向性変
換器や基板の異方性を利用するナチュラル単相形一方向
性変換器などが提案されている。これらの一方向性変換
器を用いた弾性表面波デバイスでは、励振波と反射波と
の位相差が、前進方向では同相となり、それと反対の方
向では逆相となることによって方向性を持たせるように
している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】従来、弾性表面波の基
板としては、水晶、タンタル酸リチュウム(LiTaO3)、ニ
オブ酸リチュウム(LiNbO3)などの単結晶が広く用いられ
ているが、本発明者等は、特開平8-97672 号公報におい
てリチュウムテトラボレート(Li2B4O7) の単結晶を用い
ることを提案している。しかし、これらの弾性表面波デ
バイス用の単結晶は、いずれも最適なものではなく、し
たがって特性が最適な弾性表面波デバイスを得ることが
難しかった。
板としては、水晶、タンタル酸リチュウム(LiTaO3)、ニ
オブ酸リチュウム(LiNbO3)などの単結晶が広く用いられ
ているが、本発明者等は、特開平8-97672 号公報におい
てリチュウムテトラボレート(Li2B4O7) の単結晶を用い
ることを提案している。しかし、これらの弾性表面波デ
バイス用の単結晶は、いずれも最適なものではなく、し
たがって特性が最適な弾性表面波デバイスを得ることが
難しかった。
【０００７】例えば、弾性表面波共振器を実現するため
には、先ず電気機械結合係数K2が大きいこと、反射が大
きいこと、パワーフローアングルPFA が小さいこと、温
度特性TCD が小さいことなどが要求される。また、弾性
表面波フィルタ用の基板としては、電気機械結合係数が
大きいこと、反射が小さいこと、パワーフローアングル
が小さいこと、温度特性が良好なことなどが要求される
が、これらの条件を同時に満たす基板を得ることは非常
に困難である。
には、先ず電気機械結合係数K2が大きいこと、反射が大
きいこと、パワーフローアングルPFA が小さいこと、温
度特性TCD が小さいことなどが要求される。また、弾性
表面波フィルタ用の基板としては、電気機械結合係数が
大きいこと、反射が小さいこと、パワーフローアングル
が小さいこと、温度特性が良好なことなどが要求される
が、これらの条件を同時に満たす基板を得ることは非常
に困難である。
【０００８】上述したナチュラル単相形一方向性変換器
以外の単相形一方向性変換器においては、いずれも電極
構造が複雑となり、特に電極エッジ間の間隔および電極
幅はλ/4よりも狭くする必要があり、動作周波数が高く
なるのに伴ってこの寸法はきわめて小さくなり、所望の
寸法を有する電極を正確に製造することが困難となる欠
点がある。
以外の単相形一方向性変換器においては、いずれも電極
構造が複雑となり、特に電極エッジ間の間隔および電極
幅はλ/4よりも狭くする必要があり、動作周波数が高く
なるのに伴ってこの寸法はきわめて小さくなり、所望の
寸法を有する電極を正確に製造することが困難となる欠
点がある。
【０００９】このような欠点を解消する手段の一つとし
て、圧電性基板自体の異方性によって電極エッジ間隔や
電極幅がλ/4の通常の電極を使用するにも拘らず一方向
特性を持たせたナチュラル単相形一方向性変換器（NSPU
DT) が提案されている。このNSPUDT動作を採用した弾性
表面波デバイスでは、基板自体の異方性を利用している
が、このような異方性によりNSPUDT特性を示す圧電性基
板としては、従来から水晶基板、LiNbO3基板、LiTaO3基
板などが知られている。しかしながら、これら従来の基
板を用いたNSPUDTでは、電気機械結合係数K2が小さいこ
と、一次遅延時間温度係数が零でないこと、パワーフロ
ーアングルが零でないこと、方向性反転電極が容易に実
現できないことなどの理由のため、理想的な弾性表面波
デバイスを得るのが難しく、実用上の制約を受ける欠点
がある。
て、圧電性基板自体の異方性によって電極エッジ間隔や
電極幅がλ/4の通常の電極を使用するにも拘らず一方向
特性を持たせたナチュラル単相形一方向性変換器（NSPU
DT) が提案されている。このNSPUDT動作を採用した弾性
表面波デバイスでは、基板自体の異方性を利用している
が、このような異方性によりNSPUDT特性を示す圧電性基
板としては、従来から水晶基板、LiNbO3基板、LiTaO3基
板などが知られている。しかしながら、これら従来の基
板を用いたNSPUDTでは、電気機械結合係数K2が小さいこ
と、一次遅延時間温度係数が零でないこと、パワーフロ
ーアングルが零でないこと、方向性反転電極が容易に実
現できないことなどの理由のため、理想的な弾性表面波
デバイスを得るのが難しく、実用上の制約を受ける欠点
がある。
【００１０】さらに、上述したように弾性表面波の小型
軽量化および省電力化に対しては、基板における弾性表
面波の速度が問題となる。すなわち、基板の音速が遅い
方が良い。しかしながら、従来の弾性表面波デバイスの
基板の音速は、3000m/s 以上とかなり高速であるので、
小型軽量化、省電力化が困難である。
軽量化および省電力化に対しては、基板における弾性表
面波の速度が問題となる。すなわち、基板の音速が遅い
方が良い。しかしながら、従来の弾性表面波デバイスの
基板の音速は、3000m/s 以上とかなり高速であるので、
小型軽量化、省電力化が困難である。
【００１１】また、弾性表面波デバイスの基板としてラ
ンガサイト単結晶基板が最近注目されてきている。この
ランガサイト結晶が水晶結晶と同じく三方晶系に属し、
水晶に比べて電気機械結合係数が大きく、相転移温度が
高いことが報告されている（「第17回超音波シンポジウ
ム予稿集」、p.305, 1996 ）。また、Ｘカットのランガ
サイト単結晶において、Ｙ軸からの回転角θが10〜20°
の領域で、温度特性がほぼ零となることが報告されてい
る( 「第17回超音波シンポジウム予稿集」、p.307, 199
6 ）。また、弾性表面波デバイスではなく、バルク振動
子の基板としてランガサイトを使用することも報告され
ている（「1996 IEEE INTERNATIONAL FREQUENCY CONTRO
L SYMPOSIUM, FILTER AND RESONATOR USING LANGASITE
」、 PP.379 〜 382, 1996）。さらにまた、Ｘ軸から
の回転角αが50°で、Ｙ軸からの回転角が22.5°〜24°
の二重回転Ｙカットランガサイト単結晶基板が、ＳＴ−
Ｘ水晶基板に匹敵する良好な温度特性を有することも報
告されている（「Japan J.Appl. Phys. 」 Vol. 37, pa
rt 1, No. 5B, p. 2909, 1998 および「第27回ＥＭシン
ポジウム予稿集」, p. 125, 1998）。このように、ラン
ガサイト単結晶については、弾性表面波の速度、電気機
械結合係数、温度特性について幾つかの報告がなされて
いるが、電極反射特性についての検討はなされていなか
った。特に、ランガサイト単結晶が、異方性による一方
向性特性を有すること、すなわち、NSPUDT動作を示すこ
とはこれらの文献には述べられていない。
ンガサイト単結晶基板が最近注目されてきている。この
ランガサイト結晶が水晶結晶と同じく三方晶系に属し、
水晶に比べて電気機械結合係数が大きく、相転移温度が
高いことが報告されている（「第17回超音波シンポジウ
ム予稿集」、p.305, 1996 ）。また、Ｘカットのランガ
サイト単結晶において、Ｙ軸からの回転角θが10〜20°
の領域で、温度特性がほぼ零となることが報告されてい
る( 「第17回超音波シンポジウム予稿集」、p.307, 199
6 ）。また、弾性表面波デバイスではなく、バルク振動
子の基板としてランガサイトを使用することも報告され
ている（「1996 IEEE INTERNATIONAL FREQUENCY CONTRO
L SYMPOSIUM, FILTER AND RESONATOR USING LANGASITE
」、 PP.379 〜 382, 1996）。さらにまた、Ｘ軸から
の回転角αが50°で、Ｙ軸からの回転角が22.5°〜24°
の二重回転Ｙカットランガサイト単結晶基板が、ＳＴ−
Ｘ水晶基板に匹敵する良好な温度特性を有することも報
告されている（「Japan J.Appl. Phys. 」 Vol. 37, pa
rt 1, No. 5B, p. 2909, 1998 および「第27回ＥＭシン
ポジウム予稿集」, p. 125, 1998）。このように、ラン
ガサイト単結晶については、弾性表面波の速度、電気機
械結合係数、温度特性について幾つかの報告がなされて
いるが、電極反射特性についての検討はなされていなか
った。特に、ランガサイト単結晶が、異方性による一方
向性特性を有すること、すなわち、NSPUDT動作を示すこ
とはこれらの文献には述べられていない。
【００１２】本発明者等は、ランガサイト単結晶基板
が、弾性表面波デバイスの基板として有利に使用できる
ことを既に提案している（「音響学会講演集」1-8-22,
p. 997, 1997）。この論文では、種々のランガサイト単
結晶基板について、その特性を検討した結果が示されて
おり、２重回転Ｙカット（αＹ−θＸ）のランガサイト
単結晶基板についても、α＝0 °〜30°、θ＝0 °〜20
°のカット角において優れた一方向性特性(NSPUDT)特性
を示すことが示されている。しかしながら、その後さら
に研究を進めた結果、このようなカット角を有するラン
ガサイト単結晶基板のパワーフローアングル(PFA) が零
でなく、最良の弾性表面波デバイスを提供するものでは
ないことが明らかとなった。
が、弾性表面波デバイスの基板として有利に使用できる
ことを既に提案している（「音響学会講演集」1-8-22,
p. 997, 1997）。この論文では、種々のランガサイト単
結晶基板について、その特性を検討した結果が示されて
おり、２重回転Ｙカット（αＹ−θＸ）のランガサイト
単結晶基板についても、α＝0 °〜30°、θ＝0 °〜20
°のカット角において優れた一方向性特性(NSPUDT)特性
を示すことが示されている。しかしながら、その後さら
に研究を進めた結果、このようなカット角を有するラン
ガサイト単結晶基板のパワーフローアングル(PFA) が零
でなく、最良の弾性表面波デバイスを提供するものでは
ないことが明らかとなった。
【００１３】本発明の目的は上述した従来の種々の欠点
を解消もしくは軽減し、それぞれ優れた特性を有する共
振器およびフィルタとして構成することができる弾性表
面波デバイスを提供しようとするものである。
を解消もしくは軽減し、それぞれ優れた特性を有する共
振器およびフィルタとして構成することができる弾性表
面波デバイスを提供しようとするものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明による弾性表面波
デバイスは、２重回転Ｙカット（αＹ−θＸ）のランガ
サイト(La3Ga5SiO14) の単結晶より成り、Ｙ軸からの回
転角αがほぼ50°± 5°で、Ｘ軸からの回転角θがほぼ
19°〜30°となるようにカットした基板と、この基板上
に形成され、基板の異方性と相俟ってナチュラル単相形
ー方向性変換器特性を出現させる構造の第１の電極と、
前記基板上に形成され、基板の異方性に基づくナチュラ
ル単相形ー方向性変換器特性を打ち消す構造の第２の電
極とを具えることを特徴とするものである。
デバイスは、２重回転Ｙカット（αＹ−θＸ）のランガ
サイト(La3Ga5SiO14) の単結晶より成り、Ｙ軸からの回
転角αがほぼ50°± 5°で、Ｘ軸からの回転角θがほぼ
19°〜30°となるようにカットした基板と、この基板上
に形成され、基板の異方性と相俟ってナチュラル単相形
ー方向性変換器特性を出現させる構造の第１の電極と、
前記基板上に形成され、基板の異方性に基づくナチュラ
ル単相形ー方向性変換器特性を打ち消す構造の第２の電
極とを具えることを特徴とするものである。
【００１５】さらに本発明による弾性表面波デバイス
は、２重回転Ｙカット（αＹ−θＸ）のランガサイト(L
a3Ga5SiO14) の単結晶より成り、Ｙ軸からの回転角αが
ほぼ50°± 5°で、Ｘ軸からの回転角θがほぼ19°〜30
°となるようにカットした基板と、この基板上に形成さ
れ、基板の異方性と相俟ってナチュラル単相形ー方向性
変換器特性を出現させる構造の第１の電極と、前記基板
上に形成され、基板の異方性に基づくナチュラル単相形
ー方向性変換器特性の方向性を反転させる構造の第２の
電極とを具えることを特徴とするものである。
は、２重回転Ｙカット（αＹ−θＸ）のランガサイト(L
a3Ga5SiO14) の単結晶より成り、Ｙ軸からの回転角αが
ほぼ50°± 5°で、Ｘ軸からの回転角θがほぼ19°〜30
°となるようにカットした基板と、この基板上に形成さ
れ、基板の異方性と相俟ってナチュラル単相形ー方向性
変換器特性を出現させる構造の第１の電極と、前記基板
上に形成され、基板の異方性に基づくナチュラル単相形
ー方向性変換器特性の方向性を反転させる構造の第２の
電極とを具えることを特徴とするものである。
【００１６】このような本発明による弾性表面波デバイ
スにおいては、ランガサイト単結晶基板の異方性と相俟
ってナチュラル単相形ー方向性変換器特性を出現させる
電極としては、それぞれ幅がλ／４の正電極および負電
極をλ／４のエッジ間隔をおいて交互に配置した正規型
のインターディジタル形電極を設けるのが好適である
が、その他の構造の電極とすることもできる。また、ラ
ンガサイト単結晶基板の異方性に基づくナチュラル単相
形ー方向性変換器特性を打ち消す構造の電極としては、
それぞれ電極幅がλ/8の正電極および負電極を２本づつ
エッジ間隔がλ/8となるように交互にすだれ状に配置し
たダブル電極を設けるのが好適であるが、その他の構造
の電極を設けることもできる。さらに、基板の異方性に
基づくナチュラル単相形ー方向性変換器特性の方向性を
反転させる構造の電極としては、それぞれλ/8の幅の正
電極および負電極を具え、これらを順次の電極の中心間
の距離がほぼλ/2となるようにすだれ状に配置し、λ/4
の幅を有する浮き電極を、正電極および負電極のエッジ
からエッジ間隔がほぼλ/16 だけ離間して配置したイン
ターディジタル形方向性反転電極を設けるのが好適であ
るが、その他の構造の電極を設けることもできる。
スにおいては、ランガサイト単結晶基板の異方性と相俟
ってナチュラル単相形ー方向性変換器特性を出現させる
電極としては、それぞれ幅がλ／４の正電極および負電
極をλ／４のエッジ間隔をおいて交互に配置した正規型
のインターディジタル形電極を設けるのが好適である
が、その他の構造の電極とすることもできる。また、ラ
ンガサイト単結晶基板の異方性に基づくナチュラル単相
形ー方向性変換器特性を打ち消す構造の電極としては、
それぞれ電極幅がλ/8の正電極および負電極を２本づつ
エッジ間隔がλ/8となるように交互にすだれ状に配置し
たダブル電極を設けるのが好適であるが、その他の構造
の電極を設けることもできる。さらに、基板の異方性に
基づくナチュラル単相形ー方向性変換器特性の方向性を
反転させる構造の電極としては、それぞれλ/8の幅の正
電極および負電極を具え、これらを順次の電極の中心間
の距離がほぼλ/2となるようにすだれ状に配置し、λ/4
の幅を有する浮き電極を、正電極および負電極のエッジ
からエッジ間隔がほぼλ/16 だけ離間して配置したイン
ターディジタル形方向性反転電極を設けるのが好適であ
るが、その他の構造の電極を設けることもできる。
【００１７】本発明による弾性表面波デバイスは、上述
したようにナチュラル単相形ー方向性変換器特性を出現
させる異方性を有するランガサイト単結晶基板を用いて
いるが、このランガサイト単結晶基板の電気機械結合係
数K2が大きく、反射が大きく、一次遅延時間温度特性TC
D が小さく、特にパワーフローアングルPFA がきわめて
小さいという利点がある。さらに、一方の電極として、
この基板の異方性と相俟ってナチュラル単相形ー方向性
変換器特性を出現させる構造のものを設けているので、
きわめて損失が小さな弾性表面波フィルタを実現するこ
とができる。ここで、本発明では、ランガサイト単結晶
基板を、Ｙ軸からの回転角αがほぼ50°± 5°で、Ｘ軸
からの回転角θがほぼ19°〜30°となるようにカットし
たした２重回転Ｙカットに限定しており、上述するよう
にこの範囲内で良好なNSPUDT動作が得られることを確認
しているが、その他の角度範囲においてもNSPUDT動作が
実現できる可能性はある。
したようにナチュラル単相形ー方向性変換器特性を出現
させる異方性を有するランガサイト単結晶基板を用いて
いるが、このランガサイト単結晶基板の電気機械結合係
数K2が大きく、反射が大きく、一次遅延時間温度特性TC
D が小さく、特にパワーフローアングルPFA がきわめて
小さいという利点がある。さらに、一方の電極として、
この基板の異方性と相俟ってナチュラル単相形ー方向性
変換器特性を出現させる構造のものを設けているので、
きわめて損失が小さな弾性表面波フィルタを実現するこ
とができる。ここで、本発明では、ランガサイト単結晶
基板を、Ｙ軸からの回転角αがほぼ50°± 5°で、Ｘ軸
からの回転角θがほぼ19°〜30°となるようにカットし
たした２重回転Ｙカットに限定しており、上述するよう
にこの範囲内で良好なNSPUDT動作が得られることを確認
しているが、その他の角度範囲においてもNSPUDT動作が
実現できる可能性はある。
【００１８】
【作用】本発明においては、レイリー波タイプの弾性表
面波について理論的解析をおこなった。このために、弾
性表面波の位相速度、電位などの計算に良く用いられる
Cambell & Jones の方法を採用した。また、ストリップ
電極の反射係数やNSPUDTカットの探索には、電極の摂動
効果を１次の効果としてすだれ状電極を有する変換器(I
nterDigital Transducer:IDT) の動作解析に反映させた
モード結合理論と、モード結合パラメータの弾性表面波
粒子速度や電位、ストリップ電極の材質、電極構造依存
性を閉じた形の式で表すことのできる摂動論との二つの
理論を組み合わせた解析方法を用いた。さらに、ランガ
サイト単結晶の材料定数については、Kaminskii やSilv
estrova 等が発表している定数を用いておこなった。そ
の結果、ランガサイト単結晶が弾性表面波デバイス用の
基板としてきわめて優れた特性を有することが確認でき
た。
面波について理論的解析をおこなった。このために、弾
性表面波の位相速度、電位などの計算に良く用いられる
Cambell & Jones の方法を採用した。また、ストリップ
電極の反射係数やNSPUDTカットの探索には、電極の摂動
効果を１次の効果としてすだれ状電極を有する変換器(I
nterDigital Transducer:IDT) の動作解析に反映させた
モード結合理論と、モード結合パラメータの弾性表面波
粒子速度や電位、ストリップ電極の材質、電極構造依存
性を閉じた形の式で表すことのできる摂動論との二つの
理論を組み合わせた解析方法を用いた。さらに、ランガ
サイト単結晶の材料定数については、Kaminskii やSilv
estrova 等が発表している定数を用いておこなった。そ
の結果、ランガサイト単結晶が弾性表面波デバイス用の
基板としてきわめて優れた特性を有することが確認でき
た。
【００１９】
【実施例】以下の説明では、弾性表面波の伝搬方向をｘ
1 軸、基板の法線方向をx3軸とし、基板カット方位と伝
搬方向を右手系のオイラー角表示（λ，μ，θ）で表す
ことにする。モード結合理論では、モード結合方程式を
支配する４つのパラメータ、すなわち自己結合係数
κ11、モード間結合係数κ12、変換係数ζ、単位長当た
り静電容量Ｃの内、モード間結合係数κ12が電極反射に
直接関係する。また、モード間結合係数κ12は、基板の
異方性とストリップ電極の反射を積極的に利用する単相
ー方向性変換器であるNSPUDTの動作の中核をなすパラメ
ータである。通常の両方向性IDT では、モード間結合係
数κ12は実数であるが、NSPUSTや構造の非対称性を利用
するー方向性IDT(SPUIDT) では複素数となる。
1 軸、基板の法線方向をx3軸とし、基板カット方位と伝
搬方向を右手系のオイラー角表示（λ，μ，θ）で表す
ことにする。モード結合理論では、モード結合方程式を
支配する４つのパラメータ、すなわち自己結合係数
κ11、モード間結合係数κ12、変換係数ζ、単位長当た
り静電容量Ｃの内、モード間結合係数κ12が電極反射に
直接関係する。また、モード間結合係数κ12は、基板の
異方性とストリップ電極の反射を積極的に利用する単相
ー方向性変換器であるNSPUDTの動作の中核をなすパラメ
ータである。通常の両方向性IDT では、モード間結合係
数κ12は実数であるが、NSPUSTや構造の非対称性を利用
するー方向性IDT(SPUIDT) では複素数となる。
【００２０】１次のオーダーの摂動論によれば、電極周
期λで規格化したモード間結合係数κ12は次式(1) で表
される。
期λで規格化したモード間結合係数κ12は次式(1) で表
される。
【数１】 ここで、ｈは電極膜厚、右辺の第１項のＫE は電極の電
気的摂動を表し、第２項は弾性的摂動を表すものであ
る。また、モード間結合係数κ12とストリップ電極の１
波長当たりの反射係数とは次の関係がある。
気的摂動を表し、第２項は弾性的摂動を表すものであ
る。また、モード間結合係数κ12とストリップ電極の１
波長当たりの反射係数とは次の関係がある。
【数２】 ここで、＊は複素共役記号、 r+ と r- は、それぞれ＋
ｘ1 向きと−ｘ1 向きに見たときの反射係数で、NSPUDT
の場合、 r+ ≠ r- である。最適のNSPUDT動作が得られ
る位相条件は、次式で与えられる。
ｘ1 向きと−ｘ1 向きに見たときの反射係数で、NSPUDT
の場合、 r+ ≠ r- である。最適のNSPUDT動作が得られ
る位相条件は、次式で与えられる。
【数３】 ここで、複号は順方向が図１の＋ｘ1 方向のとき＋符
号、−ｘ1 方向のとき−符号を取る。電極の膜厚が十分
厚く、電気的摂動項が無視できるような場合には、モー
ド間結合係数κ12の位相角２φ0 は弾性的摂動項の位相
角２φM で決まり、φM ＝±45°のとき最適なNSPUDT動
作が得られることになる。
号、−ｘ1 方向のとき−符号を取る。電極の膜厚が十分
厚く、電気的摂動項が無視できるような場合には、モー
ド間結合係数κ12の位相角２φ0 は弾性的摂動項の位相
角２φM で決まり、φM ＝±45°のとき最適なNSPUDT動
作が得られることになる。
【００２１】本発明者等は、幾つかのカットについて、
弾性表面波速度ＶR 、電気機械結合係数Ｋ2 、ストリッ
プ電極の幅をλ/4とした場合の(1) 式のパラメータ
ＫE 、ＫM 、φ Mを計算した結果を以下に示す。図１
は、α回転Ｙカットで、弾性表面波の伝搬方向ｘ1 を結
晶軸Ｘから角度θだけずらした２重回転Ｙカットのラン
ガサイト単結晶基板を示すものである。このときの伝搬
特性を図２に示す。なお、この場合のランガサイト単結
晶基板は、α＝50°、すなわちオイラー表示では（0
°, 140 °, θ) としたものである。図２Ａは弾性表面
波の音速ＶR および電気機械結合係数Ｋ2 を、図２Ｂは
パワーフローアングルＰＦＡを、図２Ｃは一次遅延時間
温度係数ＴＤＣを示すものである。本発明で用いるラン
ガサイト単結晶基板では、α≒50°± 5°とし、θ≒19
°〜30°の範囲に限定しているが、 以下のその理由に
ついて説明する。
弾性表面波速度ＶR 、電気機械結合係数Ｋ2 、ストリッ
プ電極の幅をλ/4とした場合の(1) 式のパラメータ
ＫE 、ＫM 、φ Mを計算した結果を以下に示す。図１
は、α回転Ｙカットで、弾性表面波の伝搬方向ｘ1 を結
晶軸Ｘから角度θだけずらした２重回転Ｙカットのラン
ガサイト単結晶基板を示すものである。このときの伝搬
特性を図２に示す。なお、この場合のランガサイト単結
晶基板は、α＝50°、すなわちオイラー表示では（0
°, 140 °, θ) としたものである。図２Ａは弾性表面
波の音速ＶR および電気機械結合係数Ｋ2 を、図２Ｂは
パワーフローアングルＰＦＡを、図２Ｃは一次遅延時間
温度係数ＴＤＣを示すものである。本発明で用いるラン
ガサイト単結晶基板では、α≒50°± 5°とし、θ≒19
°〜30°の範囲に限定しているが、 以下のその理由に
ついて説明する。
【００２２】先ず、θの下限値をほぼ19°とした理由
は、図２Ａに示すようにＫ 2 がほぼ20°をピークとして
θがこれから小さくなると急激に減少すること、図２Ｂ
に示すようにＰＦＡが18°から急激に減少すること、図
２Ｃに示すようにＴＣＤが-10ppm/ ℃よりも小さくなっ
てしまうことなどのためである。ここで、ＴＣＤは、±
10ppm/℃の範囲内に収めるのが好適である。また、θの
上限をほぼ30°とした理由は、この値を越えると、図２
Ａに示すようにＫ2 が0.3%よりも小さくなってしまうた
めである。さらに、αをほぼ50°± 5°の範囲内に限定
したのは、上述したデータはαを50°とした場合である
が、この値から±10% 程度変動しても良好な特性が得ら
れると推測されるためである。
は、図２Ａに示すようにＫ 2 がほぼ20°をピークとして
θがこれから小さくなると急激に減少すること、図２Ｂ
に示すようにＰＦＡが18°から急激に減少すること、図
２Ｃに示すようにＴＣＤが-10ppm/ ℃よりも小さくなっ
てしまうことなどのためである。ここで、ＴＣＤは、±
10ppm/℃の範囲内に収めるのが好適である。また、θの
上限をほぼ30°とした理由は、この値を越えると、図２
Ａに示すようにＫ2 が0.3%よりも小さくなってしまうた
めである。さらに、αをほぼ50°± 5°の範囲内に限定
したのは、上述したデータはαを50°とした場合である
が、この値から±10% 程度変動しても良好な特性が得ら
れると推測されるためである。
【００２３】このように、本発明では上述した角度範囲
を設定することにより、図２Ａに示すように従来の水晶
基板に比べてほぼ２倍以上の大きな電気機械結合係数Ｋ
2 を得ることができ、図２Ｂに示すようにパワーフロー
アングルＰＦＡが0°〜20°ときわめて小さく、図２Ｃ
に示すように一次遅延時間温度係数ＴＤＣも±10ppm/℃
の範囲内となり、その結果として優れた特性を有する弾
性表面波デバイスを実現できることが分かった。
を設定することにより、図２Ａに示すように従来の水晶
基板に比べてほぼ２倍以上の大きな電気機械結合係数Ｋ
2 を得ることができ、図２Ｂに示すようにパワーフロー
アングルＰＦＡが0°〜20°ときわめて小さく、図２Ｃ
に示すように一次遅延時間温度係数ＴＤＣも±10ppm/℃
の範囲内となり、その結果として優れた特性を有する弾
性表面波デバイスを実現できることが分かった。
【００２４】上述したように、本発明による弾性表面波
デバイスにおいて用いるランガサイト単結晶での弾性表
面波の電気機械結合係数Ｋ2 は0.39〜0.46の範囲であ
り、ST-Xカットの水晶に比べて大きな値となっている。
また、伝搬速度ＶRは2700〜2750m/s となっており、従
来のものに比べて小さい値となっている。したがって、
本発明によれば、小型軽量で消費電力の小さな弾性表面
波デバイスを実現することができる。ここで、弾性表面
波の伝搬速度は、アルミ電極を用いる場合には、電極下
側での伝搬速度がそれ以外の部分での伝搬速度よりも著
しく低くなり、また金電極を用いる場合には、電極直下
でもそれ以外の部分でも伝搬速度はほぼ等しくなる。こ
のような特性を利用して、例えば弾性表面波を導波する
ガイドを構成することができる。すなわち、弾性表面波
は音速の高い部分に集中する特性があるので、ガイドの
周辺部にアルミニウム電極を設けて音速を速くすること
により、伝搬損失や分散の小さい弾性表面波ガイドを実
現することができる。
デバイスにおいて用いるランガサイト単結晶での弾性表
面波の電気機械結合係数Ｋ2 は0.39〜0.46の範囲であ
り、ST-Xカットの水晶に比べて大きな値となっている。
また、伝搬速度ＶRは2700〜2750m/s となっており、従
来のものに比べて小さい値となっている。したがって、
本発明によれば、小型軽量で消費電力の小さな弾性表面
波デバイスを実現することができる。ここで、弾性表面
波の伝搬速度は、アルミ電極を用いる場合には、電極下
側での伝搬速度がそれ以外の部分での伝搬速度よりも著
しく低くなり、また金電極を用いる場合には、電極直下
でもそれ以外の部分でも伝搬速度はほぼ等しくなる。こ
のような特性を利用して、例えば弾性表面波を導波する
ガイドを構成することができる。すなわち、弾性表面波
は音速の高い部分に集中する特性があるので、ガイドの
周辺部にアルミニウム電極を設けて音速を速くすること
により、伝搬損失や分散の小さい弾性表面波ガイドを実
現することができる。
【００２５】図３は電極をアルミで形成した場合につい
て、モード結合係数の弾性的摂動分ＫM （h/λ)exp(2j
φM ) のＫM とφM を計算した結果を示す。この図３か
ら明らかなように、θ＝ほぼ19°〜30°の範囲におい
て、φM ＝50〜53°で、最適NSPUDT特性動作が得られる
角度φ=45 °に近いものである。まら、ＫMの値は、水
晶基板のNSPUDT方位よりも大きく、比較的薄いストリッ
プ電極膜厚でも十分な方向性が得られることが期待でき
る。
て、モード結合係数の弾性的摂動分ＫM （h/λ)exp(2j
φM ) のＫM とφM を計算した結果を示す。この図３か
ら明らかなように、θ＝ほぼ19°〜30°の範囲におい
て、φM ＝50〜53°で、最適NSPUDT特性動作が得られる
角度φ=45 °に近いものである。まら、ＫMの値は、水
晶基板のNSPUDT方位よりも大きく、比較的薄いストリッ
プ電極膜厚でも十分な方向性が得られることが期待でき
る。
【００２６】図４は、膜厚に対する（0 °, 140 °, 2
2.5°) のランガサイト単結晶基板のストリップ電極の
反射係数の大きさと位相を、上述した式(2) を用いて形
成した結果を示すものである。両方向性基板において
は、r + = r - , ∠r + = ∠ r - =±90°であるのに対
し、この方位の膜厚に対する反射係数の振る舞いは非常
に異なっているので、弾性表面波デバイスを構成する際
には注意する必要がある。
2.5°) のランガサイト単結晶基板のストリップ電極の
反射係数の大きさと位相を、上述した式(2) を用いて形
成した結果を示すものである。両方向性基板において
は、r + = r - , ∠r + = ∠ r - =±90°であるのに対
し、この方位の膜厚に対する反射係数の振る舞いは非常
に異なっているので、弾性表面波デバイスを構成する際
には注意する必要がある。
【００２７】次に、上述した２重回転Ｙカットのランガ
サイト単結晶基板を用いてNSPUDT動作をさせる場合の変
換特性について説明する。図５は、対数が150 、開口長
が100 λの正規形電極を設けたNSPUDTの変換損失を示す
ものであり、α=50 °、θ=22.5 °の２重回転カット
（オイラー表示では(0°, 140 °, 22.5°) カット）の
基板を用い、電極の材質をアルミニウムとし、電極の膜
厚と弾性表面波の波長λとの比h/λを0.01とした場合で
ある。この図５において、実線は−x1の向きでの変換損
失を表し、破線は＋x1の向きでの変換損失を表してい
る。中心周波数においては、順方向と逆方向との変換損
失差が大きくなり、良好な一方向性、すなわちNSPUDT特
性が現れていることがわかる。
サイト単結晶基板を用いてNSPUDT動作をさせる場合の変
換特性について説明する。図５は、対数が150 、開口長
が100 λの正規形電極を設けたNSPUDTの変換損失を示す
ものであり、α=50 °、θ=22.5 °の２重回転カット
（オイラー表示では(0°, 140 °, 22.5°) カット）の
基板を用い、電極の材質をアルミニウムとし、電極の膜
厚と弾性表面波の波長λとの比h/λを0.01とした場合で
ある。この図５において、実線は−x1の向きでの変換損
失を表し、破線は＋x1の向きでの変換損失を表してい
る。中心周波数においては、順方向と逆方向との変換損
失差が大きくなり、良好な一方向性、すなわちNSPUDT特
性が現れていることがわかる。
【００２８】上述したように本発明による２重回転Ｙカ
ットのランガサイト単結晶基板は優れた一方向性を示す
ものであるが、例えばこれを弾性表面波フィルタとして
用いる場合には、電極の構成が問題となる。すなわち、
NSPUDT基板の難点は、同じ電極構造の変換器では送受の
順方向が互いに向き合ったフィルタ( 一方向性変換器の
組) が得られず、挿入損失が大きくなることである。こ
の点を解決する方法としては、一方の変換器の方向性を
逆転するか、λ/8ダブル電極などを用いて反射を打ち消
して方向性をなくすことである。このように方向性を逆
転したり、打ち消したりする電極としては、本願人の出
願に係る特開平8-97672 号、同8-125484号、同8-204492
号や同9-135142号公報の明細書および図面に開示されて
いる種々の方向性反転電極をそのまま利用することがで
きる。
ットのランガサイト単結晶基板は優れた一方向性を示す
ものであるが、例えばこれを弾性表面波フィルタとして
用いる場合には、電極の構成が問題となる。すなわち、
NSPUDT基板の難点は、同じ電極構造の変換器では送受の
順方向が互いに向き合ったフィルタ( 一方向性変換器の
組) が得られず、挿入損失が大きくなることである。こ
の点を解決する方法としては、一方の変換器の方向性を
逆転するか、λ/8ダブル電極などを用いて反射を打ち消
して方向性をなくすことである。このように方向性を逆
転したり、打ち消したりする電極としては、本願人の出
願に係る特開平8-97672 号、同8-125484号、同8-204492
号や同9-135142号公報の明細書および図面に開示されて
いる種々の方向性反転電極をそのまま利用することがで
きる。
【００２９】図６は、本発明による弾性表面波デバイス
の第１の実施例を示す線図である。本例では、(0°, 14
0 °, 22.5°) カットのランガサイト単結晶基板11を用
い、その上に送信側トランスデューサとしてλ/4の正規
型のインターディジタル形電極12を形成し、受信側トラ
ンスデューサとしてλ/8幅のダブル電極13を形成して弾
性表面波フィルタを構成したものである。λ/4幅の正規
型の電極12は、ランガサイト単結晶基板11の異方性と相
俟ってNSPUDT特性を示すものであるが、λ/8幅のダブル
電極13はこのNSPUDT特性の方向性を打ち消すものであ
る。
の第１の実施例を示す線図である。本例では、(0°, 14
0 °, 22.5°) カットのランガサイト単結晶基板11を用
い、その上に送信側トランスデューサとしてλ/4の正規
型のインターディジタル形電極12を形成し、受信側トラ
ンスデューサとしてλ/8幅のダブル電極13を形成して弾
性表面波フィルタを構成したものである。λ/4幅の正規
型の電極12は、ランガサイト単結晶基板11の異方性と相
俟ってNSPUDT特性を示すものであるが、λ/8幅のダブル
電極13はこのNSPUDT特性の方向性を打ち消すものであ
る。
【００３０】正規型のインターディジタル形電極12は、
ランガサイト単結晶基板11の異方性に基づいてNSPUDT特
性を示すものであり、それぞれλ/4の電極幅を有する正
電極12a および負電極12b を、これらを弾性表面波の伝
搬方向に見てλ/4のエッジ間隔を置いてすだれ状に交互
に配置したものであり、例えばアルミニウムで形成する
ことができる。λ/8幅のダブル電極13は、それぞれ電極
幅がλ/8の正電極13a および負電極13b を２本づつエッ
ジ間隔がλ/8となるように交互にすだれ状に配置したも
のであり、同じくアルミニウムで形成されており、同一
の膜厚を有している。
ランガサイト単結晶基板11の異方性に基づいてNSPUDT特
性を示すものであり、それぞれλ/4の電極幅を有する正
電極12a および負電極12b を、これらを弾性表面波の伝
搬方向に見てλ/4のエッジ間隔を置いてすだれ状に交互
に配置したものであり、例えばアルミニウムで形成する
ことができる。λ/8幅のダブル電極13は、それぞれ電極
幅がλ/8の正電極13a および負電極13b を２本づつエッ
ジ間隔がλ/8となるように交互にすだれ状に配置したも
のであり、同じくアルミニウムで形成されており、同一
の膜厚を有している。
【００３１】図７は本発明による弾性表面波トランスデ
ューサの第２の実施例の電極構成および動作を示す線図
である。本例では、NSPUDT特性を有する基板として前例
と同様に(0°, 140 °, 22.5°) カットのランガサイト
単結晶基板21を用い、送信側トランスデューサとしてλ
/4の正規型のインターディジタル形電極22を形成し、受
信側トランスデューサとして浮き電極を有する電極23を
形成して弾性表面波フィルタを構成したものであり、こ
の電極23はNSPUDT特性の方向性を反転するものである。
ューサの第２の実施例の電極構成および動作を示す線図
である。本例では、NSPUDT特性を有する基板として前例
と同様に(0°, 140 °, 22.5°) カットのランガサイト
単結晶基板21を用い、送信側トランスデューサとしてλ
/4の正規型のインターディジタル形電極22を形成し、受
信側トランスデューサとして浮き電極を有する電極23を
形成して弾性表面波フィルタを構成したものであり、こ
の電極23はNSPUDT特性の方向性を反転するものである。
【００３２】受信側の電極23は、それぞれλ/8の幅の正
電極23a および負電極23b を具え、順次の電極の中心間
の距離がほぼλ/2となるようにすだれ状に配置してあ
る。また、浮き電極23c は、ほぼλ/4の巾を有し、正電
極23a および負電極23b のエッジからエッジ間隔がほぼ
λ/16 だけ離間して配置されている。浮き電極23c は一
つの対の中では橋絡部23c によって短絡されている。ま
た、これらの正電極23a 、負電極23b および浮き電極23
c はすべてアルミニウムで形成されており、同一の膜厚
を有している。
電極23a および負電極23b を具え、順次の電極の中心間
の距離がほぼλ/2となるようにすだれ状に配置してあ
る。また、浮き電極23c は、ほぼλ/4の巾を有し、正電
極23a および負電極23b のエッジからエッジ間隔がほぼ
λ/16 だけ離間して配置されている。浮き電極23c は一
つの対の中では橋絡部23c によって短絡されている。ま
た、これらの正電極23a 、負電極23b および浮き電極23
c はすべてアルミニウムで形成されており、同一の膜厚
を有している。
【００３３】本発明は上述した実施例にのみ限定される
ものではなく、幾多の変更や変形が可能である。例え
ば、第１および第２の実施例において用いた送信側電極
や、第１の実施例の受信側の方向性を打ち消し電極や第
２の実施例における受信側の方向性反転電極としては、
特開平8-97672 号、同8-125484号、同8-204492号や同9-
135142号公報などに記載されている種々の構造の電極を
用いることができる。
ものではなく、幾多の変更や変形が可能である。例え
ば、第１および第２の実施例において用いた送信側電極
や、第１の実施例の受信側の方向性を打ち消し電極や第
２の実施例における受信側の方向性反転電極としては、
特開平8-97672 号、同8-125484号、同8-204492号や同9-
135142号公報などに記載されている種々の構造の電極を
用いることができる。
【００３４】
【発明の効果】上述したように本発明の弾性表面波デバ
イスによれば、Ｙ軸からの回転角αが50°± 5°で、Ｘ
軸からの回転角θがほぼ19°〜30°となるようにカット
した２重回転Ｙカットのランガサイト単結晶を基板とし
て用いることにより、電気機械結合係数Ｋ2 が大きく、
パワーフロー角が小さく、一次遅延時間温度係数が小さ
く、しかも基板の異方性に基づくNSPUDT動作、すなわち
ナチュラル単相形一方向性変換器動作が可能となり、挿
入損失が小さく、位相特性も優れた弾性表面波デバイス
を実現することができる。また、いずれの場合にも、弾
性表面波の伝搬速度は従来のものに比べて著しく低くな
るので、小型軽量で消費電力の少ない弾性表面波デバイ
スが得られることになる。さらに、このように弾性表面
波の伝搬速度が低いことから、アルミニウム電極を用い
る場合には中心周波数の低下がなく、伝搬損失や分散の
小さい弾性表面波ガイドを実現することができる。
イスによれば、Ｙ軸からの回転角αが50°± 5°で、Ｘ
軸からの回転角θがほぼ19°〜30°となるようにカット
した２重回転Ｙカットのランガサイト単結晶を基板とし
て用いることにより、電気機械結合係数Ｋ2 が大きく、
パワーフロー角が小さく、一次遅延時間温度係数が小さ
く、しかも基板の異方性に基づくNSPUDT動作、すなわち
ナチュラル単相形一方向性変換器動作が可能となり、挿
入損失が小さく、位相特性も優れた弾性表面波デバイス
を実現することができる。また、いずれの場合にも、弾
性表面波の伝搬速度は従来のものに比べて著しく低くな
るので、小型軽量で消費電力の少ない弾性表面波デバイ
スが得られることになる。さらに、このように弾性表面
波の伝搬速度が低いことから、アルミニウム電極を用い
る場合には中心周波数の低下がなく、伝搬損失や分散の
小さい弾性表面波ガイドを実現することができる。
【図１】図１は、本発明による弾性表面波デバイスのラ
ンガサイト単結晶基板のカット角を説明するための線図
である。
ンガサイト単結晶基板のカット角を説明するための線図
である。
【図２】図２Ａ〜Ｃは図１に示す基板を用いるときの種
々の特性のカット角θに対する変化を示すグラフであ
る。
々の特性のカット角θに対する変化を示すグラフであ
る。
【図３】図３は、本発明による弾性表面波デバイスに用
いるランガサイト単結晶基板の特性を示すグラフであ
る。
いるランガサイト単結晶基板の特性を示すグラフであ
る。
【図４】図４は、本発明による弾性表面波デバイスに用
いるランガサイト単結晶基板の特性を示すグラフであ
る。
いるランガサイト単結晶基板の特性を示すグラフであ
る。
【図５】図３は、本発明による弾性表面波デバイスに用
いるランガサイト単結晶基板上の電極反射特性を示すグ
ラフである。
いるランガサイト単結晶基板上の電極反射特性を示すグ
ラフである。
【図６】図６は、ランガサイト単結晶基板を用いる本発
明の弾性表面波デバイスの一実施例の構成を示す線図で
ある。
明の弾性表面波デバイスの一実施例の構成を示す線図で
ある。
【図７】図７は、ランガサイト単結晶基板を用いる本発
明の弾性表面波デバイスの第２の実施例の構成を示す線
図である。
明の弾性表面波デバイスの第２の実施例の構成を示す線
図である。
１１ ランガサイト単結晶基板、 １２ 送信側の正規
型電極、 １３ 受信側λ/8ダブル電極、 ２１ ラン
ガサイト単結晶基板、 ２２ 送信側の正規型電極、
２３ 受信側方向性反転電極
型電極、 １３ 受信側λ/8ダブル電極、 ２１ ラン
ガサイト単結晶基板、 ２２ 送信側の正規型電極、
２３ 受信側方向性反転電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5J097 AA01 AA22 AA35 CC15 DD04 DD05 DD08 DD27 FF01 GG01 KK04 KK05 KK07
Claims (6)
- 【請求項１】 ２重回転Ｙカット（αＹ−θＸ）のラン
ガサイト(La3Ga5SiO 14) の単結晶より成り、Ｙ軸からの
回転角αがほぼ50°± 5°で、Ｘ軸からの回転角θがほ
ぼ19°〜30°となるようにカットした基板と、この基板
上に形成され、基板の異方性と相俟ってナチュラル単相
形ー方向性変換器特性を出現させる構造の第１の電極
と、前記基板上に形成され、基板の異方性に基づくナチ
ュラル単相形ー方向性変換器特性を打ち消す構造の第２
の電極とを具えることを特徴とする弾性表面波デバイ
ス。 - 【請求項２】 前記ランガサイト単結晶基板の異方性と
相俟ってナチュラル単相形ー方向性変換器特性を出現さ
せる電極として、それぞれ幅がλ／４の正電極および負
電極をλ／４のエッジ間隔をおいて交互に配置した正規
型のインターディジタル形電極を設けたことを特徴とす
る請求項１に記載の弾性表面波デバイス。 - 【請求項３】 前記ランガサイト単結晶基板の異方性に
基づくナチュラル単相形ー方向性変換器特性を打ち消す
構造の電極として、それぞれ電極幅がλ/8の正電極およ
び負電極を２本づつエッジ間隔がλ/8となるように交互
にすだれ状に配置したダブル電極を設けたことを特徴と
する請求項１に記載の弾性表面波デバイス。 - 【請求項４】 ２重回転Ｙカット（αＹ−θＸ）のラン
ガサイト(La3Ga5SiO 14) の単結晶より成り、Ｙ軸からの
回転角αがほぼ50°± 5°で、Ｘ軸からの回転角θがほ
ぼ19°〜30°となるようにカットした基板と、この基板
上に形成され、基板の異方性と相俟ってナチュラル単相
形ー方向性変換器特性を出現させる構造の第１の電極
と、前記基板上に形成され、基板の異方性に基づくナチ
ュラル単相形ー方向性変換器特性の方向性を反転させる
構造の第２の電極とを具えることを特徴とする弾性表面
波デバイス。 - 【請求項５】 前記ランガサイト単結晶基板の異方性と
相俟ってナチュラル単相形ー方向性変換器特性を出現さ
せる電極として、それぞれ幅がλ／４の正電極および負
電極をλ／４のエッジ間隔をおいて交互に配置した正規
型のインターディジタル形電極を設けたことを特徴とす
る請求項４に記載の弾性表面波デバイス。 - 【請求項６】 前記ランガサイト単結晶基板の異方性に
基づくナチュラル単相形ー方向性変換器特性の方向性を
反転させる電極として、それぞれλ/8の幅の正電極およ
び負電極を具え、これらを順次の電極の中心間の距離が
ほぼλ/2となるようにすだれ状に配置し、λ/4の幅を有
する浮き電極を、正電極および負電極のエッジからエッ
ジ間隔がほぼλ/16 だけ離間して配置したインターディ
ジタル形方向性反転電極を設けたことを特徴とする請求
項４に記載の弾性表面波デバイス。
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