JP2000252788A - Surface acoustic wave device - Google Patents

Surface acoustic wave device

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JP2000252788A
JP2000252788A JP5313699A JP5313699A JP2000252788A JP 2000252788 A JP2000252788 A JP 2000252788A JP 5313699 A JP5313699 A JP 5313699A JP 5313699 A JP5313699 A JP 5313699A JP 2000252788 A JP2000252788 A JP 2000252788A
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JP
Japan
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acoustic wave
surface acoustic
wave device
electrode
single crystal
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Pending
Application number
JP5313699A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Shinji Inoue
真司 井上
Masao Takeuchi
正男 竹内
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Kyocera Corp
Original Assignee
Kyocera Corp
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Publication date
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  • Surface Acoustic Wave Elements And Circuit Networks Thereof (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a surface acoustic wave device with a small size and low power consumption that has a characteristic of a natural single phase unidirectional transducer. SOLUTION: Stimulation electrodes 2a, 2b to generate a surface acoustic wave are provided onto a substrate 1 having a Langasite structure and made of an oxide single crystal containing at least lanthanum, gallium and VA group elements. The surface acoustic wave device S satisfies any of conditions (1); 90 deg.<=ϕ<100 deg., 145 deg.<=θ<=170 deg., 110<=ψ<=140 deg., (2); 100 deg.<=ϕ<110 deg., 140 deg.<=θ<=165 deg., 120 deg.<=ψ<=155 deg., and (3); 110 deg.<=≃<=120 deg., 120 deg.<=θ<=160 deg., 135 deg.<=ψ<=170 deg., where ϕ, θ, ψare parameters denoting Euler's angle representation that indicate a cut angle of the substrate 1 and a propagation direction or a surface acoustic wave.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、ランガサイト構造
を有し、特に少なくともランタン,ガリウム,ニオブ及
び/又はタンタル元素を含有する酸化物単結晶を基板材
料として用いた弾性表面波装置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 Unidirection
al Transducer:NSPUDT)特性を利
用した低損失のSAWフィルターを実現することのでき
る弾性表面波装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a surface acoustic wave device having a langasite structure and, in particular, using a single crystal oxide containing at least lanthanum, gallium, niobium and / or tantalum as a substrate material. Yes, especially natural single-phase unidirectional converters (Natural
Single-Phase Unidirection
The present invention relates to a surface acoustic wave device capable of realizing a low-loss SAW filter using an al-Transducer (NSPUDT) characteristic.

【0002】[0002]

【従来技術とその課題】近年、携帯電話を始めとする移
動体通信端末機が急速に普及してきている。この端末機
には小型軽量化、省電力化が必須となっており、端末機
を構成する部品にもそのような要求は強く要望されてい
る。その携帯端末機の構成部品の一つである弾性表面波
装置の例として、圧電基板上に単相信号源の位相が18
0°異なる2端子に、それぞれ接続される櫛状に組み合
わせた送信及び受信変換器とを配置し、特定の周波数帯
域の信号のみを選択的に取出す送受信型弾性表面波装置
が広く実用化されている。
2. Description of the Related Art In recent years, mobile communication terminals such as portable telephones have rapidly become widespread. It is essential for the terminal to be small and light and to have low power consumption, and there is a strong demand for such components in the terminal. As an example of a surface acoustic wave device which is one of the components of the portable terminal, a single-phase signal source having a phase of 18
A transmitting and receiving surface acoustic wave device that selectively connects only a signal of a specific frequency band by arranging a comb-shaped transmitting and receiving converter connected to two terminals different from each other by 0 ° has been widely put into practical use. I have.

【0003】弾性表面波装置を実現するためには、電気
機械結合係数(k2 )が大きく、パワーフロー角(PF
A)が小さく、温度特性(TCD)が小さいなどの特性
が要求され、従来、温度特性の良好な水晶が最も広く使
われてきた。しかしながら、水晶は温度特性が良好な反
面、音速が早く電気機械結合係数が小さい。
In order to realize a surface acoustic wave device, the electromechanical coupling coefficient (k 2 ) is large and the power flow angle (PF)
A) is required to have characteristics such as a small temperature characteristic (TCD) and a small temperature characteristic (TCD), and a crystal having a good temperature characteristic has been most widely used. However, quartz has good temperature characteristics, but has a high sound speed and a small electromechanical coupling coefficient.

【0004】最近、新圧電単結晶としてランガサイト系
単結晶が注目されており、この単結晶は水晶に比べ音速
が遅く、電気機械結合係数が2〜3倍あり、温度特性も
水晶に匹敵することから、水晶に代る圧電材料として大
いに期待されている。このランガサイト系単結晶の中で
も、特に、La3 Ta0.5 Ga5.5 14(LGT)が注
目されている(例えば、特開平10−284983号公
報を参照)。
Recently, a langasite-based single crystal has been attracting attention as a new piezoelectric single crystal, and this single crystal has a lower sound speed than a quartz crystal, has an electromechanical coupling coefficient of two to three times, and has a temperature characteristic comparable to that of a quartz crystal. Therefore, it is expected to be a great piezoelectric material in place of quartz. Among these langasite-based single crystals, La 3 Ta 0.5 Ga 5.5 O 14 (LGT) has attracted particular attention (see, for example, JP-A-10-284983).

【0005】従来、このような弾性表面波装置において
は、挿入損失を低く抑えるとともに、帯域内でのリップ
ルや帯域外のスプリアスを小さく抑えることが要求され
ている。通常の櫛状電極は、弾性表面波の波長λに対し
電極指の幅がλ/4となる構造を用いるが、この電極構
造は電極より励振する弾性波の進行方向が両方向性とな
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。
Conventionally, in such a surface acoustic wave device, it is required to suppress the insertion loss and the ripple inside the band and the spurious outside the band as well. An ordinary comb-shaped electrode uses a structure in which the width of the electrode finger is λ / 4 with respect to the wavelength λ of the surface acoustic wave. There is a disadvantage that the theoretical minimum loss is 6 dB and the insertion loss cannot be suppressed low.

【0006】一方、このような欠点を解消するために、
浮電極を用いたり、電極膜厚を周期的に変化させたり、
グループ型IDTを用いることなどで、弾性波の進行方
向を一方向に偏らせ、挿入損失を低くすることが可能で
ある。
On the other hand, in order to eliminate such disadvantages,
Using floating electrodes, changing the electrode thickness periodically,
By using a group-type IDT, the traveling direction of the elastic wave can be biased in one direction, and the insertion loss can be reduced.

【0007】しかしながら、これらの電極では波長に対
する電極指幅が通常より小さくなるので製造が非常に難
しく、また、重み付けなどの設計が極めて困難なため必
要な周波数特性が得にくいといった欠点がある。弾性表
面波装置の性能には低挿入損失であることに加え、位相
特性の平坦化や通過帯域内のリップル、帯域外のスプリ
アス抑制といった周波数特性の改善も要求される。
However, these electrodes have disadvantages in that the electrode finger width with respect to the wavelength is smaller than usual, so that it is very difficult to manufacture them, and it is very difficult to design such as weighting, so that it is difficult to obtain necessary frequency characteristics. In addition to low insertion loss, the performance of the surface acoustic wave device requires improvement in frequency characteristics such as flattening of phase characteristics, ripples in a pass band, and suppression of spurious components outside a band.

【0008】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指幅や電極指
間隔がλ/4の通常の電極を用いるにもかかわらず、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が
提案されている。このNSPUDT動作を示す圧電基板
には、従来より水晶、LiNbO3 単結晶、LiTaO
3 単結晶、及びLi2 4 7 単結晶等が知られてい
る。
As one of means for solving such a drawback, a one-way characteristic can be obtained despite the use of a normal electrode having an electrode finger width and electrode finger spacing of λ / 4 due to the anisotropy of the piezoelectric substrate itself. There has been proposed a natural single-phase one-way converter having the following. Conventionally, a quartz substrate, a LiNbO 3 single crystal, a LiTaO
Three single crystals and Li 2 B 4 O 7 single crystals are known.

【0009】しかしながら、これら従来の材料を用いた
NSPUDTでは、電気機械結合係数k2 が小さいこ
と、また零温度係数がなく、パワーフロー角が零でない
ことなどの理由から、実用上の制約を受ける欠点があ
る。さらに、上述したように、弾性表面波装置の小型軽
量化に対しては、基板における弾性表面波速度が問題と
なり、遅い方が良いが、従来の材料の音速は3000m
/s以上と高速であるので小型軽量化の面からも問題が
あった。
However, NSPUDTs using these conventional materials are limited in practical use because of a small electromechanical coupling coefficient k 2 , no zero temperature coefficient, and a non-zero power flow angle. There are drawbacks. Further, as described above, the surface acoustic wave velocity on the substrate is a problem in reducing the size and weight of the surface acoustic wave device, and the lower the better, the faster the sound speed of the conventional material is 3000 m.
/ S or higher, there is a problem in terms of size and weight reduction.

【0010】本発明は、このような従来の欠点を解消も
しくは軽減し、優れた特性を有する弾性表面波装置を提
供することを目的とする。
An object of the present invention is to provide a surface acoustic wave device having excellent characteristics by eliminating or reducing such conventional disadvantages.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明者等はランガサイト構造を有し、少なくと
もランタン,ガリウム,VA族元素を含有する酸化物単
結晶に注目し、実際に育成したLa3 Ga5.5 Nb0.5
14単結晶とLa3 Ga5.5 Ta0.5 14単結晶の特性
値に基づいて行ったコンピュータシミュレーションと実
際の試作により、NSPUDT動作、電気機械結合係
数、群遅延時間温度係数、音速、パワーフロー角等の基
本特性値が最適となるカット面、および弾性表面波の伝
搬方向を探索し、実際に作製したLGNの基板上に弾性
表面波を発生させる励振電極を形成した弾性表面波装置
において、基板のカット角,弾性表面波が伝搬する方向
が、右手系オイラー角表示(φ,θ,ψ)で、90°
≦φ<100°のとき145°≦θ≦170°,110
°≦ψ≦140°、100°≦φ<110°のとき1
40°≦θ≦165°,120°≦ψ≦155°、1
10°≦φ≦120°のとき120°≦θ≦160°,
135°≦ψ≦170°であることを見出した。なお、
図1において結晶軸をX,Y,Zとし、弾性表面波の伝
搬方向をa、基板に垂直な方向をcとし、a及びcに垂
直な方向をbとした場合に表示した(φ,θ,ψ)をオ
イラー角表示という。
In order to achieve the above object, the present inventors have focused on an oxide single crystal having a langasite structure and containing at least lanthanum, gallium, and a group VA element. La 3 Ga 5.5 Nb 0.5
The NSPUDT operation, the electromechanical coupling coefficient, the group delay time temperature coefficient, the sound velocity, and the power flow angle were obtained by computer simulation and actual trial production based on the characteristic values of O 14 single crystal and La 3 Ga 5.5 Ta 0.5 O 14 single crystal. In a surface acoustic wave device having an excitation electrode for generating a surface acoustic wave on a substrate of an actually manufactured LGN by searching for a cut surface and a propagation direction of the surface acoustic wave at which the basic characteristic values such as Is 90 degrees in the right-handed Euler angle display (φ, θ, ψ).
When ≦ φ <100 °, 145 ° ≦ θ ≦ 170 °, 110
1 when ° ≦ ψ ≦ 140 °, 100 ° ≦ φ <110 °
40 ° ≦ θ ≦ 165 °, 120 ° ≦ ψ ≦ 155 °, 1
When 10 ° ≦ φ ≦ 120 °, 120 ° ≦ θ ≦ 160 °,
It was found that 135 ° ≦ ψ ≦ 170 °. In addition,
FIG. 1 shows the case where the crystal axes are X, Y, and Z, the propagation direction of the surface acoustic wave is a, the direction perpendicular to the substrate is c, and the directions perpendicular to a and c are b (φ, θ). , Ψ) are called Euler angles.

【0012】また、送受信型弾性表面波装置において
は、送信及び受信電極のいずれか一方に双方向性電極又
は一方向性反転電極を用いると、きわめて損失の小さな
弾性表面波装置を得ることができる。
Further, in a transmission / reception type surface acoustic wave device, when a bidirectional electrode or a unidirectional inversion electrode is used for one of a transmission electrode and a reception electrode, an extremely small loss surface acoustic wave device can be obtained. .

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施形態につい
て図面に基づき詳細に説明する。La3 Ga5.5 Nb
0.5 14単結晶は、高周波加熱方式あるいは抵抗加熱方
式の単結晶育成炉内において、単結晶の原料(La2
3 ,Ga2 3 ,Nb2 5 の混合物、あるいはLa3
Ga5.5 Nb0.5 14等)を入れた坩堝を所定温度に加
熱することにより、原料を溶融し、この融液に種子結晶
を浸し、この種子結晶を融液に対して所定の回転数、引
き上げ速度で結晶の育成を行う。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. La 3 Ga 5.5 Nb
The 0.5 O 14 single crystal is fed into a single crystal growing furnace of a high-frequency heating method or a resistance heating method in a single crystal raw material (La 2 O
3 , a mixture of Ga 2 O 3 and Nb 2 O 5 , or La 3
The raw material is melted by heating the crucible containing Ga 5.5 Nb 0.5 O 14 ) to a predetermined temperature, the seed crystal is immersed in the melt, and the seed crystal is pulled up by a predetermined number of revolutions with respect to the melt. The crystal grows at a speed.

【0014】次に、得られた育成単結晶からオイラー角
表示(φ,θ,ψ)で、90°≦φ<100°のとき
145°≦θ≦170°、100°≦φ<110°の
とき140°≦θ≦165°、110°≦φ≦120
°のとき120°≦θ≦160°のカット面の基板を切
り出し、鏡面研磨を行い、この基板上に弾性表面波が伝
搬する方向、すなわち、それぞれのカット面に110°
≦ψ≦140°、120°≦ψ≦155°、135°≦
ψ≦170°に一致するように励振電極を形成して、例
えば図2に示すような伝搬型の弾性表面波装置Sを作製
する。
Next, from the obtained grown single crystal, in terms of Euler angles (φ, θ, ψ), when 90 ° ≦ φ <100 °, 145 ° ≦ θ ≦ 170 ° and 100 ° ≦ φ <110 ° When 140 ° ≦ θ ≦ 165 °, 110 ° ≦ φ ≦ 120
At the time of °, cut out the substrate of the cut surface of 120 ° ≦ θ ≦ 160 °, perform mirror polishing, and the direction in which the surface acoustic wave propagates on this substrate, that is, 110 ° on each cut surface.
≤ψ≤140 °, 120 ° ≤ψ≤155 °, 135 ° ≤
Excitation electrodes are formed so as to be equal to ψ ≦ 170 °, and, for example, a propagation type surface acoustic wave device S as shown in FIG. 2 is manufactured.

【0015】すなわち、基板1のカット面1a上にアル
ミニウム等の金属を真空蒸着法により被着形成した後、
リフトオフ法および/またはエッチング法により電極指
と電極指間隔がそれぞれ波長λの1/4となる通常の励
振電極2a(送信側電極)と例えば電極指と電極指間隔
がλ/8で隣合う2本の電極指が同一電界となる周期を
持つダブル電極2b(受信側電極)を形成する。なお、
図中Aは送信側の励振電極に交流信号を入力するための
電源であり、Bは電気信号を検出するための検出器であ
る。
That is, after a metal such as aluminum is formed on the cut surface 1a of the substrate 1 by vacuum evaporation,
A normal excitation electrode 2a (transmitting electrode) having an electrode finger-to-electrode spacing of と of the wavelength λ by a lift-off method and / or an etching method, for example, is adjacent to the electrode finger at an electrode finger-to-electrode spacing of λ / 8. The two electrode fingers form a double electrode 2b (receiving electrode) having the same electric field period. In addition,
In the drawing, A is a power supply for inputting an AC signal to the excitation electrode on the transmission side, and B is a detector for detecting an electric signal.

【0016】ここで、φ,θ,およびψを上記角度に決
定したのは、コンピュータシミュレーションとそれによ
って得られた伝搬方位を試作測定により確認し、上記範
囲の基板面の結晶方位および伝搬方向が、NSPUDT
動作を利用した弾性表面波装置として最も良好な基本特
性であったからである。
Here, φ, θ, and ψ were determined to be the above-mentioned angles because the propagation direction obtained by the computer simulation was confirmed by trial measurement, and the crystal direction and the propagation direction of the substrate surface in the above range were determined. , NSPUDT
This is because it was the most basic characteristic as a surface acoustic wave device utilizing the operation.

【0017】このコンピュータシミュレーションの解析
方法は、上記のようにして育成した単結晶の物性値を用
い、さらにCambell等の方法(例えば、J.J.
Cambell et al:IEEE.Trans.
Sonics.Ultrason.15(1968)2
09を参照)と1次オーダーの摂動論から計算した。な
お、パラメータとしては、c定数(N/m2 ),e定数
(C/m2 ),比誘電率,線膨張係数,密度(Kg/m
3 ),およびそれらの一次温度係数(/℃),二次温度
係数(/℃2 )を使用した。
The computer simulation analysis method uses the physical property values of the single crystal grown as described above, and further uses a method such as Cambell (for example, JJ.
Cambell et al: IEEE. Trans.
Sonics. Ultrason. 15 (1968) 2
09) and the first order perturbation theory. The parameters include c constant (N / m 2 ), e constant (C / m 2 ), relative permittivity, linear expansion coefficient, and density (Kg / m 2 ).
3 ) and their primary temperature coefficient (/ ° C) and secondary temperature coefficient (/ ° C2 ) were used.

【0018】上記コンピュータシミュレーションの結果
によれば、例えばLa3 Ga5.5 Nb0.5 14の場合を
図3〜図6に示すが、電気機械結合係数(k2 )が大き
く、しかも室温における群遅延時間温度係数(TCD)
も約0ppm/℃、また、パワーフロー角がほぼ0°で
あり、NSPUDT動作の効率的に発生するカット面と
弾性表面波の伝搬方向は、(φ,θ,ψ)で90°≦
φ<100°のとき145°≦θ≦170°、110°
≦ψ≦140°、100°≦φ<110°のとき14
0°≦θ≦165°、120°≦ψ≦155°、11
0°≦φ≦120°のとき120°≦θ≦160°、1
35°≦ψ≦170°であることが判明した。
According to the results of the above computer simulation, for example, in the case of La 3 Ga 5.5 Nb 0.5 O 14 , FIGS. 3 to 6 show that the electromechanical coupling coefficient (k 2 ) is large and the group delay time at room temperature is large. Temperature coefficient (TCD)
Is about 0 ppm / ° C., the power flow angle is almost 0 °, and the propagation direction of the cut surface and the surface acoustic wave that efficiently generates NSPUDT operation is (φ, θ, ψ) 90 ° ≦
When φ <100 °, 145 ° ≦ θ ≦ 170 °, 110 °
≦ と き ≦ 140 °, 100 ° ≦ φ <110 ° 14
0 ° ≦ θ ≦ 165 °, 120 ° ≦ ψ ≦ 155 °, 11
When 0 ° ≦ φ ≦ 120 °, 120 ° ≦ θ ≦ 160 °, 1
It was found that 35 ° ≦ ψ ≦ 170 °.

【0019】ここで、NSPUDT動作について説明す
る。摂動論より電極周期λで規格化したモード間結合係
数κ12は数1で表される。hは電極膜厚、右辺の第一項
のKEは電気的摂動を示し、第二項は機械的摂動を示す
ものである。最適のNSPUDT動作が得られる位相条
件は数2のようになり電気的摂動項の無視できる条件
(電極膜厚が厚い場合など)ではκ12の位相角2φoは
機械的摂動項の位相角2φMで決まり、φM=45°の
時に最も強いNSPUDT動作が得られる。図7に(1
10°,145°,ψ)の場合のφMを示すがψ=14
5°付近でφM=45°であることがわかる。NSPU
DT動作はφM=45°で最大となるが、φM=20°
〜60°で実用的な動作は得られる。
Here, the NSPUDT operation will be described. Intermodal coupling coefficient kappa 12 obtained by normalizing from perturbation theory in electrode period λ is represented by the number 1. h is the thickness of the electrode, KE in the first term on the right side indicates electrical perturbation, and the second term indicates mechanical perturbation. Phase angle 2φo optimum NSPUDT phase condition operation is obtained conditions negligible electrical perturbation terms are as Equation 2 (for example, if the electrode film thickness is large), the kappa 12 in the phase angle 2φM mechanical perturbation terms As a result, the strongest NSPUDT operation is obtained when φM = 45 °. FIG.
10 °, 145 °, ψ) shows φM, but ψ = 14
It can be seen that φM = 45 ° around 5 °. NSPU
The DT operation is maximum at φM = 45 °, but φM = 20 °
A practical operation can be obtained at 60 °.

【0020】[0020]

【数1】 (Equation 1)

【0021】[0021]

【数2】 (Equation 2)

【0022】なお、上記オイラー角表示は、空間群P3
21のLGNの対称性や弾性表面波に対する周期性等に
より上記各数値をとりうる。すなわち、例えば(φ,
θ,ψ)は(φ+120°,θ,ψ)、(φ+60°,
360°−θ,ψ)、(120°−φ,θ,180°−
ψ)、(60°−φ,360°−θ,ψ)と等価であ
り、同一の特性をもつ。また、(0°,θ,ψ)におい
ては(0°,θ,180°−ψ)と等価対称であり、同
一の特性をもつ。
The above Euler angle display is based on the space group P3
The above numerical values can be taken according to the symmetry of the LGN 21 and the periodicity with respect to the surface acoustic wave. That is, for example, (φ,
θ, ψ) is (φ + 120 °, θ, ψ), (φ + 60 °,
360 ° -θ, ψ), (120 ° -φ, θ, 180 °-
ψ), (60 ° -φ, 360 ° -θ, ψ) and have the same characteristics. Further, (0 °, θ, ψ) is equivalently symmetric with (0 °, θ, 180 ° -ψ) and has the same characteristics.

【0023】上記のように作製した弾性表面波装置につ
いて、k2 ,TCDの測定を行い、バンドパスフィルタ
として良好な伝搬方向の実測を行なったところ、上記シ
ミュレーション結果ときわめて整合性のよい結果が得ら
れた。また、La3 Ga5.5Nb0.5 14単結晶(LG
N)は、図6に示すように、表面波速度が2700m/
秒程度で水晶の表面波速度3150m/秒と比較して小
さく、低周波フィルタとして用いる場合に小型化が可能
となり、バンドパスフィルタとして好適に使用可能であ
る。ここで、LGNと水晶から同じ周波数のフィルター
を作製した場合、電極指幅は表面波速度に比例するた
め、IDT部分の面積で約15%の小型化が可能とな
る。さらに、k2 や誘電率が水晶と比べ大きいことも小
型化に寄与するため更なる小型化が期待できる。また、
NSPUDT動作を利用するので挿入損失が小さくな
り、省電力化にも最適である。
With respect to the surface acoustic wave device manufactured as described above, k 2 and TCD were measured, and a good measurement of the propagation direction was performed as a band-pass filter. Obtained. In addition, La 3 Ga 5.5 Nb 0.5 O 14 single crystal (LG
N), as shown in FIG. 6, the surface wave velocity is 2700 m /
In seconds, it is smaller than the surface wave velocity of quartz of 3150 m / sec, and when used as a low frequency filter, it can be miniaturized and can be suitably used as a bandpass filter. Here, when a filter having the same frequency is manufactured from LGN and quartz, the electrode finger width is proportional to the surface wave velocity, so that the size of the IDT portion can be reduced by about 15%. Furthermore, the fact that k 2 and the dielectric constant are larger than those of quartz also contributes to miniaturization, so that further miniaturization can be expected. Also,
Since the NSPUDT operation is used, the insertion loss is reduced, which is optimal for power saving.

【0024】なお、弾性表面波装置は伝搬型だけでなく
共振器型など各種タイプのフィルタや振動子等にも適用
が可能であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変
更し実施が可能である。
The surface acoustic wave device can be applied not only to the propagation type but also to various types of filters such as resonators, vibrators, and the like, and can be appropriately modified and implemented without departing from the gist of the present invention. It is.

【0025】また、組成については、主にランタン−ガ
リウム−ニオブ系、ランタン−ガリウム−タンタル系、
ランタン−ガリウム−ニオブ−タンタル系の単結晶であ
れば、ニオブとタンタルはVA族元素であるので同様な
効果が期待できる。
The composition is mainly lanthanum-gallium-niobium, lanthanum-gallium-tantalum,
In the case of a lanthanum-gallium-niobium-tantalum single crystal, a similar effect can be expected since niobium and tantalum are VA group elements.

【0026】[0026]

【実施例】次に、本発明のより具体的な実施例について
説明する。 〔例1〕調和組成比に混合されたLa3 Ga5.5 Nb
0.5 14単結晶(LGN)の原料2500gを、内径φ
100mm、高さ90mmのIr製坩堝に充填し、高周
波式単結晶育成炉にて、Ar:O2 =90:10となる
ように流量調整した雰囲気ガスを流しながら、上記原料
を約1500℃で融解した後、この融液面に種子結晶を
接触させて単結晶を成長させた。
Next, more specific embodiments of the present invention will be described. [Example 1] La 3 Ga 5.5 Nb mixed in a harmonic composition ratio
2500 g of raw material of 0.5 O 14 single crystal (LGN)
The above-mentioned raw material was charged at about 1500 ° C. in an Ir crucible having a height of 100 mm and a height of 90 mm while flowing an atmosphere gas in a high-frequency single crystal growing furnace whose flow rate was adjusted so that Ar: O 2 = 90: 10. After melting, a single crystal was grown by bringing a seed crystal into contact with the melt surface.

【0027】次に、この育成結晶から上記コンピュータ
シミュレーションで得た最適なカット面、すなわち図1
に示すようなオイラー角表示でφ=110°,θ=14
5°の面が得られるように切り出し、鏡面研磨を行い、
図2に模式的に示すように、基板1上に電極指幅約6μ
m、送信側電極2aの電極指対数20対、ダブル電極の
受信側電極2bの電極指対数20対からなる励振電極等
を所定の方向となるように形成して、伝搬型の弾性表面
波装置Sを作製した。
Next, the optimum cut plane obtained from the grown crystal by the above computer simulation, ie, FIG.
Φ = 110 °, θ = 14 in Euler angle display as shown in
Cut out to obtain a 5 ° surface, perform mirror polishing,
As schematically shown in FIG. 2, an electrode finger width of about 6 μm
m, a transmission type surface acoustic wave device in which excitation electrodes and the like having 20 pairs of electrode fingers of the transmission-side electrode 2a and 20 pairs of electrode fingers of the double-side reception electrode 2b are formed in a predetermined direction. S was produced.

【0028】上記励振電極は、アルミニウムを真空蒸着
法により厚み約6000Åに被着形成後、リフトオフ法
により櫛形状に形成したものである。
The excitation electrode is formed by depositing aluminum to a thickness of about 6000 ° by a vacuum evaporation method, and then forming it in a comb shape by a lift-off method.

【0029】次に、上述のように作製した弾性表面波装
置について、音速、群遅延時間温度係数(TCD)、電
気機械結合係数(k2 )を求めた。
Next, the sound velocity, group delay time temperature coefficient (TCD), and electromechanical coupling coefficient (k 2 ) of the surface acoustic wave device manufactured as described above were determined.

【0030】ここで、音速は中心周波数とλ(24μ
m)との積から、TCDの測定は中心周波数(ここで
は、約112MHz とした)の温度に対する変化率か
ら、k2 はネットワークアナライザによるアドミタンス
円から算出した。この測定の結果、オイラー角表示
(φ,θ,ψ)で、φ=110°,θ=145°,ψ=
145°で表される伝搬方向の弾性表面波装置の音速,
TCD,k2 ,PFAは、それぞれ約2700(m/
s)、0(ppm/℃),0.4(%),0.15
(°)となり、非常に良好な結果を得ることができた。
ただし、PFAは実測不可能であるので解析値を用い
た。
Here, the sound speed is determined by the center frequency and λ (24 μm).
m), the TCD was calculated from the rate of change of the center frequency (here, about 112 MHz) with respect to the temperature, and k 2 was calculated from the admittance circle by the network analyzer. As a result of this measurement, in the Euler angle display (φ, θ, ψ), φ = 110 °, θ = 145 °, ψ =
Sound velocity of the surface acoustic wave device in the propagation direction represented by 145 °,
TCD, k 2 , and PFA are about 2700 (m /
s), 0 (ppm / ° C), 0.4 (%), 0.15
(°), and very good results could be obtained.
However, since PFA cannot be measured, an analysis value was used.

【0031】また、同一方位に比較のためNSPUDT
動作の生じないそれぞれ20対の送受信ダブル電極構造
の伝搬型弾性表面波装置を作製した。ダブル電極は励振
の波長と反射波の波長が異なるため、励振波長の反射効
果が無く、双方向性の変換器となるためナチュラル一方
向性変換器動作が得られない。
For comparison in the same direction, NSPUDT
Propagation type surface acoustic wave devices having 20 pairs of transmission / reception double electrodes, each of which does not operate, were manufactured. Since the excitation wavelength and the wavelength of the reflected wave are different from each other in the double electrode, there is no reflection effect of the excitation wavelength, and the double electrode is a bidirectional converter, so that a natural one-way converter operation cannot be obtained.

【0032】その結果、図8に示すように、周波数11
2.5MHzにおいてNSPUDT動作波形3は双方向
波形4に比べ約5dBもの挿入損失の低下が得られた。
また、図9(a)に示すNSPUDT動作波形における
3倍波のスプリアスレベルが、図9(b)に示す比較特
性に比べ大幅に改善されていることがわかる。なお、図
8、図9はNSPUDT動作による挿入損失の比較を目
的としているため測定系の反射損失は測定系との整合は
取っていない。以上より弾性表面波装置に必要な伝搬特
性が優れていることは明らかである。
As a result, as shown in FIG.
At 2.5 MHz, the insertion loss of the NSPUDT operation waveform 3 was about 5 dB lower than that of the bidirectional waveform 4.
Also, it can be seen that the spurious level of the third harmonic in the NSPUDT operation waveform shown in FIG. 9A is greatly improved as compared with the comparison characteristic shown in FIG. 9B. Since FIGS. 8 and 9 are intended to compare the insertion loss by the NSPUDT operation, the reflection loss of the measurement system is not matched with the measurement system. It is apparent from the above that the propagation characteristics required for the surface acoustic wave device are excellent.

【0033】〔例2〕La3 Ga5.5 Ta0.5 14で表
される組成比に混合された単結晶用原料2500gをそ
れぞれ用意し、内径φ100mm、高さ90mmのIr
製坩堝に充填し、高周波式単結晶育成炉にて、Ar:O
2 =90:10となるように流量調整した雰囲気ガスを
流しながら、上記原料を融点以上の約1550℃で融解
した後、この融液面に種子結晶を接触させて単結晶を成
長させた。
[Example 2] 2500 g of a single crystal raw material mixed in a composition ratio represented by La 3 Ga 5.5 Ta 0.5 O 14 was prepared, and Ir having an inner diameter of 100 mm and a height of 90 mm was prepared.
Crucible and Ar: O in high frequency single crystal growing furnace
The raw material was melted at about 1550 ° C. above the melting point while flowing an atmosphere gas whose flow rate was adjusted so that 2 = 90: 10, and then a seed crystal was brought into contact with the melt surface to grow a single crystal.

【0034】次に、この育成結晶から上記コンピュータ
シミュレーションで得た最適なカット面である図1に示
すようなオイラー角表示でφ=110°,θ=145°
の面が得られるように切り出し、実施例1と同じの伝搬
型の弾性表面波装置Sを作製した。なお、電極材料や構
造、厚みなどの条件もすべて実施例1と同様とした。
Next, φ = 110 ° and θ = 145 ° in the Euler angle display as shown in FIG. 1 which are the optimal cut planes obtained by the computer simulation from the grown crystal.
Then, the same surface acoustic wave device S as in Example 1 was manufactured. The conditions such as the electrode material, structure, and thickness were all the same as in Example 1.

【0035】次に、作製した弾性表面波装置について、
群遅延時間温度係数(TCD)、電気機械結合係数(k
2 )を実施例1と同一の手法を用いて求めた。
Next, regarding the manufactured surface acoustic wave device,
Group delay time temperature coefficient (TCD), electromechanical coupling coefficient (k
2 ) was determined using the same method as in Example 1.

【0036】この測定の結果、オイラー角表示(φ,
θ,ψ)で、φ=110°,θ=145°,ψ=145
°で表される伝搬方向の弾性表面波装置の音速、TC
D、k2、PFA は、それぞれほぼ2700(m/
s)、0.5(ppm/℃),0.31(%),0.2
3(°)となり、非常に良好な結果を得ることができ
た。ただし、PFAは実測不可能であるので解析値を用
いた。
As a result of this measurement, the Euler angle display (φ,
θ, ψ), φ = 110 °, θ = 145 °, ψ = 145
Sound velocity of surface acoustic wave device in the propagation direction expressed in °, TC
D, k 2 and PFA are approximately 2700 (m /
s), 0.5 (ppm / ° C), 0.31 (%), 0.2
3 (°), and very good results were obtained. However, since PFA cannot be measured, an analysis value was used.

【0037】また、同一基板を用いて比較のためNSP
UDT動作の起らないそれぞれ20対の送受信ダブル電
極構造の伝搬型弾性表面波装置を作製した結果、図10
に示す通り、周波数112.5MHzにおいてNSPU
DT動作波形5は双方向波形6に比べ約2dBもの挿入
損失の低下が得られた。これにより、弾性表面波装置に
必要な伝搬特性が優れていることがわかった。なお、図
10はNSPUDT動作による挿入損失の比較を目的と
しているため測定系の反射損失は測定系との整合は取っ
ていない。
The same substrate is used for comparison with NSP.
As a result of fabricating a transmission type surface acoustic wave device having a double electrode structure of 20 pairs of transmission and reception in which no UDT operation occurs, FIG.
As shown in the figure, NSPU at a frequency of 112.5 MHz
In the DT operation waveform 5, the insertion loss was reduced by about 2 dB as compared with the bidirectional waveform 6. This proved that the propagation characteristics required for the surface acoustic wave device were excellent. Since the purpose of FIG. 10 is to compare the insertion loss by the NSPUDT operation, the reflection loss of the measurement system is not matched with the measurement system.

【0038】本結果はNbをTaに置換した場合の効果
は大きく変らないことをしめしており、それはNbやT
aが単結晶全体に対して添加される比率が低いことやN
bとTaが価数や化学特性的に類似した特徴を持ってい
るためと考えられる。
The present results show that the effect of substituting Nb for Ta does not change much,
a is added to the entire single crystal at a low ratio,
It is considered that b and Ta have similar characteristics in terms of valence and chemical characteristics.

【0039】また、この結果から、La3 Ga5.5 Nb
0.5-x Tax 14におけるxの値が0〜0.5の範囲内
で同様の効果が期待できる。
Also, from the results, La 3 Ga 5.5 Nb
The value of x in 0.5-x Ta x O 14 is the same effect can be expected in the range of 0 to 0.5.

【0040】[0040]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の弾性表面
波装置によれば、NSPUDT動作の良好な最適なカッ
ト面の基板上に励振電極を形成したので、電気機械結合
係数が大きく、温度特性も良好で、パワーフロー角も小
さく、音速が低いことに加え、NSPUDT動作により
低損失でスプリアスやリップルの小さな特性が得られ、
フィルター特性にすぐれ小型で低消費電力な弾性表面波
装置が可能となる。
As described above, according to the surface acoustic wave device of the present invention, since the excitation electrode is formed on the substrate having the optimum cut surface with good NSPUDT operation, the electromechanical coupling coefficient is large and the temperature is high. The characteristics are good, the power flow angle is small, the sound speed is low, and in addition to the NSPUDT operation, characteristics with low loss and small spurious and ripple are obtained.
A small surface acoustic wave device with low power consumption and excellent filter characteristics can be realized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】オイラー角表示を説明するための摸式図であ
る。
FIG. 1 is a schematic diagram for explaining Euler angle display.

【図2】本発明に係る弾性表面波装置を摸式的に示した
斜視図である。
FIG. 2 is a perspective view schematically showing a surface acoustic wave device according to the present invention.

【図3】LGNにおけるφ=110°の場合のk2 と伝
搬方位との関係を表すグラフである。
FIG. 3 is a graph showing the relationship between k 2 and the propagation direction when φ = 110 ° in LGN.

【図4】LGNにおけるφ=110°の場合のTCDと
伝搬方位との関係を表すグラフである。
FIG. 4 is a graph showing the relationship between TCD and propagation azimuth when φ = 110 ° in LGN.

【図5】LGNにおけるφ=110°の場合のPFAと
伝搬方位との関係を表すグラフである。
FIG. 5 is a graph showing the relationship between PFA and propagation azimuth when φ = 110 ° in LGN.

【図6】LGNにおけるφ=110°の場合の弾性表面
波速度と伝搬方位との関係を表すグラフである。
FIG. 6 is a graph showing the relationship between the surface acoustic wave velocity and the propagation direction when φ = 110 ° in LGN.

【図7】LGN:(110°,145°,ψ)の場合の
反射係数とφMとの関係を表すグラフである。
FIG. 7 is a graph showing the relationship between the reflection coefficient and φM in the case of LGN: (110 °, 145 °, ψ).

【図8】LGN:(110°,145°,145°)の
場合のNSPUDT動作を示すフィルター特性の実測結
果である。
FIG. 8 is an actual measurement result of a filter characteristic indicating an NSPUDT operation in the case of LGN: (110 °, 145 °, 145 °).

【図9】(a)はLGN:(110°,145°,14
5°)のNSPUDT動作における広域周波数特性であ
る。(b)はLGN:(110°,145°,145
°)の双方向動作における広域周波数特性である。
FIG. 9 (a) shows LGN: (110 °, 145 °, 14
5 °) in the NSPUDT operation. (B) is LGN: (110 °, 145 °, 145)
°) Wide-band frequency characteristics in bidirectional operation.

【図10】La3 Ga5.5 Ta0.5 14組成の(110
°,145°,145°)の場合のNSPUDT動作を
示すフィルター特性の実測結果である。
FIG. 10 shows a graph of (110) having a composition of La 3 Ga 5.5 Ta 0.5 O 14.
(°, 145 °, 145 °) is an actual measurement result of the filter characteristic indicating the NSPUDT operation.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1:基板 1a:カット面 2a:送信側電極 2b:受信側電極 3:NSPUDT動作波形 4:双方向波形 5:NSPUDT波形 6:双方向波形 S:弾性表面波装置 1: substrate 1a: cut surface 2a: transmission side electrode 2b: reception side electrode 3: NSPUDT operation waveform 4: bidirectional waveform 5: NSPUDT waveform 6: bidirectional waveform S: surface acoustic wave device

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ランガサイト構造を有し、少なくともラ
ンタン,ガリウム,VA族元素を含有する酸化物単結晶
から成る基板上に、弾性表面波を発生させる励振電極を
設けた弾性表面波装置であって、前記基板のカット角及
び弾性表面波の伝搬方向を示すオイラー角表示(φ,
θ,ψ)の各パラメータが、下記条件(1)〜(3)の
いずれかを満足することを特徴とする弾性表面波装置。 (1)90°≦φ<100°,145°≦θ≦170
°,110°≦ψ≦140° (2)100°≦φ<110°,140°≦θ≦165
°,120°≦ψ≦155° (3)110°≦φ≦120°,120°≦θ≦160
°,135°≦ψ≦170°
1. A surface acoustic wave device having an excitation electrode for generating a surface acoustic wave on a substrate having a langasite structure and made of an oxide single crystal containing at least a lanthanum, gallium, and VA element. The Euler angle display (φ, φ) indicating the cut angle of the substrate and the propagation direction of the surface acoustic wave.
θ, ψ), wherein each parameter satisfies one of the following conditions (1) to (3). (1) 90 ° ≦ φ <100 °, 145 ° ≦ θ ≦ 170
°, 110 ° ≦ ψ ≦ 140 ° (2) 100 ° ≦ φ <110 °, 140 ° ≦ θ ≦ 165
°, 120 ° ≦ ψ ≦ 155 ° (3) 110 ° ≦ φ ≦ 120 °, 120 ° ≦ θ ≦ 160
°, 135 ° ≦ ψ ≦ 170 °
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2001050601A1 (en) * 2000-01-07 2001-07-12 Tdk Corporation Surface acoustic wave device

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