JP2002016469A - 表面波装置 - Google Patents
表面波装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 水晶基板に圧電薄膜を形成した表面波装置に
おいて、温度特性が良好であり、かつレイリー波の電気
機械結合係数Ｋ2 を拡大し得る表面波装置を提供する。 【解決手段】 水晶基板２と、前記水晶基板２上に形成
された圧電薄膜５と、前記水晶基板２と前記圧電薄膜５
との間に形成されたくし歯電極３ａ〜４ｂとを備え、前
記圧電薄膜５の膜厚をＨ、表面波の波長をλとしたとき
に、圧電薄膜５の波長λで規格化された膜厚Ｈ／λが
０．０５以上とされている表面波装置１。
おいて、温度特性が良好であり、かつレイリー波の電気
機械結合係数Ｋ2 を拡大し得る表面波装置を提供する。 【解決手段】 水晶基板２と、前記水晶基板２上に形成
された圧電薄膜５と、前記水晶基板２と前記圧電薄膜５
との間に形成されたくし歯電極３ａ〜４ｂとを備え、前
記圧電薄膜５の膜厚をＨ、表面波の波長をλとしたとき
に、圧電薄膜５の波長λで規格化された膜厚Ｈ／λが
０．０５以上とされている表面波装置１。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、水晶基板を用いた
表面波装置に関し、特に、水晶基板上に圧電薄膜を積層
してなる表面波基板を用いた表面波装置の改良に関す
る。
表面波装置に関し、特に、水晶基板上に圧電薄膜を積層
してなる表面波基板を用いた表面波装置の改良に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】従来、例えば移動体通信機器の帯域フィ
ルタなどに表面波装置が広く用いられている。表面波
（以下、ＳＡＷ）装置は、圧電体と接するように少なく
とも一対のくし歯電極を形成してなる少なくとも１つの
インターデジタルトランスデューサ（以下、ＩＤＴ）を
形成した構造を有する。
ルタなどに表面波装置が広く用いられている。表面波
（以下、ＳＡＷ）装置は、圧電体と接するように少なく
とも一対のくし歯電極を形成してなる少なくとも１つの
インターデジタルトランスデューサ（以下、ＩＤＴ）を
形成した構造を有する。
【０００３】また、近年、圧電薄膜を用いたＳＡＷ装置
も種々提案されている。すなわち、ガラス基板や圧電基
板などの弾性体基板上に圧電薄膜を形成してなる表面波
基板を用いたＳＡＷ装置が提案されている。
も種々提案されている。すなわち、ガラス基板や圧電基
板などの弾性体基板上に圧電薄膜を形成してなる表面波
基板を用いたＳＡＷ装置が提案されている。
【０００４】上記圧電薄膜及び弾性体基板を積層してな
る表面波基板を用いた構成では、図２２（ａ）及び
（ｂ）並びに図２３（ａ）及び（ｂ）に示す４種類の構
造が知られている。すなわち、図２２（ａ）に示すＳＡ
Ｗ装置１０１では、弾性体基板１０２上に圧電薄膜１０
３が形成されており、圧電薄膜１０３上にＩＤＴ１０４
が形成されている。他方、図２２（ｂ）に示すＳＡＷ装
置１０５では、ＩＤＴ１０４が圧電薄膜１０３の下面
に、すなわち弾性体基板１０２と圧電薄膜１０３との間
の界面に形成されている。
る表面波基板を用いた構成では、図２２（ａ）及び
（ｂ）並びに図２３（ａ）及び（ｂ）に示す４種類の構
造が知られている。すなわち、図２２（ａ）に示すＳＡ
Ｗ装置１０１では、弾性体基板１０２上に圧電薄膜１０
３が形成されており、圧電薄膜１０３上にＩＤＴ１０４
が形成されている。他方、図２２（ｂ）に示すＳＡＷ装
置１０５では、ＩＤＴ１０４が圧電薄膜１０３の下面
に、すなわち弾性体基板１０２と圧電薄膜１０３との間
の界面に形成されている。
【０００５】また、図２３（ａ）に示すＳＡＷ装置１０
６では、弾性体基板１０２上に、短絡電極１０７が形成
されており、該短絡電極１０７上に圧電薄膜１０３が積
層されている。ＩＤＴ１０４は、圧電薄膜１０３上に形
成されている。すなわち、ＳＡＷ装置１０６は、図２２
（ａ）に示したＳＡＷ装置１０１において、弾性体基板
１０２と圧電薄膜１０３との界面に短絡電極１０７を挿
入した構造に相当する。
６では、弾性体基板１０２上に、短絡電極１０７が形成
されており、該短絡電極１０７上に圧電薄膜１０３が積
層されている。ＩＤＴ１０４は、圧電薄膜１０３上に形
成されている。すなわち、ＳＡＷ装置１０６は、図２２
（ａ）に示したＳＡＷ装置１０１において、弾性体基板
１０２と圧電薄膜１０３との界面に短絡電極１０７を挿
入した構造に相当する。
【０００６】図２３（ｂ）に示すＳＡＷ装置１０８で
は、短絡電極１０７が圧電薄膜１０３上に形成されてい
る。また、ＩＤＴ１０４が弾性体基板１０２と圧電薄膜
１０３との間の界面に形成されている。従って、ＳＡＷ
装置１０８は、図２２（ｂ）に示したＳＡＷ装置１０５
において、圧電薄膜１０３の上面に短絡電極１０７を形
成した構造に相当する。
は、短絡電極１０７が圧電薄膜１０３上に形成されてい
る。また、ＩＤＴ１０４が弾性体基板１０２と圧電薄膜
１０３との間の界面に形成されている。従って、ＳＡＷ
装置１０８は、図２２（ｂ）に示したＳＡＷ装置１０５
において、圧電薄膜１０３の上面に短絡電極１０７を形
成した構造に相当する。
【０００７】上記ＳＡＷ装置１０１，１０５，１０６，
１０８を、ＩＤＴ１０４の形成位置及び短絡電極１０７
の有無のみを異ならせ、他の構成は同一とし、圧電薄膜
としてＺｎＯ薄膜、弾性体基板としてガラス基板を用い
た場合の電気機械結合係数を図２４に示す。
１０８を、ＩＤＴ１０４の形成位置及び短絡電極１０７
の有無のみを異ならせ、他の構成は同一とし、圧電薄膜
としてＺｎＯ薄膜、弾性体基板としてガラス基板を用い
た場合の電気機械結合係数を図２４に示す。
【０００８】図２４では、上記４種類のＳＡＷ装置にお
けるＺｎＯ薄膜の規格化された膜厚Ｈ／λに対する電気
機械結合係数の変化が示されている。なお、本明細書に
おいて、Ｈは圧電薄膜の厚みを、λは励振される表面波
の波長を示す（単位はいずれも同じ）。
けるＺｎＯ薄膜の規格化された膜厚Ｈ／λに対する電気
機械結合係数の変化が示されている。なお、本明細書に
おいて、Ｈは圧電薄膜の厚みを、λは励振される表面波
の波長を示す（単位はいずれも同じ）。
【０００９】また、実線ＡがＳＡＷ装置１０１の結果
を、破線ＢがＳＡＷ装置１０５の結果を、一点鎖線Ｃは
ＳＡＷ装置１０６の結果を、二点鎖線ＤがＳＡＷ装置１
０８の結果を示す。
を、破線ＢがＳＡＷ装置１０５の結果を、一点鎖線Ｃは
ＳＡＷ装置１０６の結果を、二点鎖線ＤがＳＡＷ装置１
０８の結果を示す。
【００１０】図２４から明らかなように、Ｈ／λを選択
することにより、ＳＡＷ装置１０５，１０８において、
ＳＡＷ装置１０１，１０６に比べて大きな電気機械結合
係数の得られることがわかる。
することにより、ＳＡＷ装置１０５，１０８において、
ＳＡＷ装置１０１，１０６に比べて大きな電気機械結合
係数の得られることがわかる。
【００１１】従って、従来、ガラス基板１０２上にＺｎ
Ｏ薄膜１０３を形成した構造では、ＩＤＴ１０４をガラ
ス基板１０２とＺｎＯ薄膜１０３との間の界面に形成し
たほうが大きな電気機械係合係数が得られるとされてい
た。なお、図２４中のセザワ波と記載してある波は、レ
イリー波の高次モードの表面波である。
Ｏ薄膜１０３を形成した構造では、ＩＤＴ１０４をガラ
ス基板１０２とＺｎＯ薄膜１０３との間の界面に形成し
たほうが大きな電気機械係合係数が得られるとされてい
た。なお、図２４中のセザワ波と記載してある波は、レ
イリー波の高次モードの表面波である。
【００１２】また、ＩＥＥＥ ＵＬＴＲＡＳＯＮＩＣＳ
ＳＹＭＰＯＳＩＵＭ（１９９７）２６１〜２６６頁や
日本学術振興会弾性波素子技術第１５０委員会５９回研
究資料（１９９８）２３〜２８頁〔以下、文献１と略
す。〕には、本発明者により、水晶基板上にＺｎＯ薄膜
を形成してなる表面波基板を用いた場合の弾性表面波の
各種特性が示されている。図２５（ａ）及び（ｂ）並び
に図２６を参照してこれを説明する。この先行技術に
は、周波数時間温度特性ＴＣＦがプラスの値をもつカッ
ト角及び伝搬方向の水晶基板上に、周波数温度係数ＴＣ
ＦがマイナスのＺｎＯ薄膜を形成することにより、ＴＣ
Ｆがゼロである表面波基板が得られることが理論と実験
とにより確認されている。
ＳＹＭＰＯＳＩＵＭ（１９９７）２６１〜２６６頁や
日本学術振興会弾性波素子技術第１５０委員会５９回研
究資料（１９９８）２３〜２８頁〔以下、文献１と略
す。〕には、本発明者により、水晶基板上にＺｎＯ薄膜
を形成してなる表面波基板を用いた場合の弾性表面波の
各種特性が示されている。図２５（ａ）及び（ｂ）並び
に図２６を参照してこれを説明する。この先行技術に
は、周波数時間温度特性ＴＣＦがプラスの値をもつカッ
ト角及び伝搬方向の水晶基板上に、周波数温度係数ＴＣ
ＦがマイナスのＺｎＯ薄膜を形成することにより、ＴＣ
Ｆがゼロである表面波基板が得られることが理論と実験
とにより確認されている。
【００１３】なお、この文献１における理論は、ＩＥＥ
Ｅ ｔｒａｎｓ．Ｓｏｎｉｃｓ ＆Ｕｌｔｒａｓｏｎ．
ｖｏｌ．ＳＵ−１５，No. ４（１９６８）２０９頁〜に
基づいている。
Ｅ ｔｒａｎｓ．Ｓｏｎｉｃｓ ＆Ｕｌｔｒａｓｏｎ．
ｖｏｌ．ＳＵ−１５，No. ４（１９６８）２０９頁〜に
基づいている。
【００１４】図２５（ａ）は、上記文献１に記載されて
いる２９°４５′回転Ｙ板３５°Ｘ伝搬〔オイラー角
（０°、１１９°４５′、３５°）〕の水晶基板におけ
る図２２（ａ）のＳＡＷ装置のＴＣＦのＺｎＯ膜厚依存
性を示し、図２５（ｂ）は、上記文献１に記載されてい
る４２°４５′回転Ｙ板３５°Ｘ伝搬〔オイラー角（０
°、１３２°４５′、３５°）〕における図２２（ａ）
のＳＡＷ装置のＴＣＦのＺｎＯ膜厚依存性を示す。ま
た、図２６は、圧電薄膜としてＺｎＯ薄膜、弾性体基板
として水晶基板を用いたＳＡＷ装置のレイリー波とスプ
リアス波であるセザワ波の電気機械結合係数を示す。図
２６における実線Ａ〜Ｃは、それぞれ、図２２（ａ）、
図２２（ｂ）及び図２３（ａ）に示す構造のＳＡＷ装置
のレイリー波の電気機械結合係数を示し、破線Ａ″、
Ｃ″及びＤ″は、図２２（ａ）、図２３（ａ）及び図２
３（ｂ）の構造を有するＳＡＷ装置におけるスプリアス
となるセザワ波の電気機械結合係数の変化を示す。
いる２９°４５′回転Ｙ板３５°Ｘ伝搬〔オイラー角
（０°、１１９°４５′、３５°）〕の水晶基板におけ
る図２２（ａ）のＳＡＷ装置のＴＣＦのＺｎＯ膜厚依存
性を示し、図２５（ｂ）は、上記文献１に記載されてい
る４２°４５′回転Ｙ板３５°Ｘ伝搬〔オイラー角（０
°、１３２°４５′、３５°）〕における図２２（ａ）
のＳＡＷ装置のＴＣＦのＺｎＯ膜厚依存性を示す。ま
た、図２６は、圧電薄膜としてＺｎＯ薄膜、弾性体基板
として水晶基板を用いたＳＡＷ装置のレイリー波とスプ
リアス波であるセザワ波の電気機械結合係数を示す。図
２６における実線Ａ〜Ｃは、それぞれ、図２２（ａ）、
図２２（ｂ）及び図２３（ａ）に示す構造のＳＡＷ装置
のレイリー波の電気機械結合係数を示し、破線Ａ″、
Ｃ″及びＤ″は、図２２（ａ）、図２３（ａ）及び図２
３（ｂ）の構造を有するＳＡＷ装置におけるスプリアス
となるセザワ波の電気機械結合係数の変化を示す。
【００１５】図２５（ａ）及び（ｂ）から、図２２
（ａ）のＳＡＷ装置では、規格化されたＺｎＯ膜の膜厚
を選択することにより、ＴＣＦがゼロとなることがわか
る。下記の表１は、上述した先行技術に記載の図２２
（ａ）のＳＡＷ装置（Ａｌ／ＺｎＯ／水晶の積層構造）
と、従来より知られているＴＣＦの良好なＳＡＷ装置と
の比較を示す。
（ａ）のＳＡＷ装置では、規格化されたＺｎＯ膜の膜厚
を選択することにより、ＴＣＦがゼロとなることがわか
る。下記の表１は、上述した先行技術に記載の図２２
（ａ）のＳＡＷ装置（Ａｌ／ＺｎＯ／水晶の積層構造）
と、従来より知られているＴＣＦの良好なＳＡＷ装置と
の比較を示す。
【００１６】
【表１】
【００１７】図２６及び表１から、図２２（ａ）のＳＡ
Ｗ装置は、ＳＴ−Ｘ水晶基板やＬａ 3Ｇａ5ＳｉＯ14基板
よりも大きい、１％程度の電気機械結合係数Ｋ2 が得ら
れ、同等の電気機械係合係数Ｋ2 を有するＬｉ2Ｂ4Ｏ7
基板に比べて、音速が２０％程度低いことがわかる。こ
のことは、図２２（ａ）のＳＡＷ装置により、トランス
バーサル型ＳＡＷフィルタを構成した場合、ＳＴ−Ｘ水
晶基板やＬａ3Ｇａ5ＳｉＯ14基板の場合よりも低損失で
あり、Ｌｉ2Ｂ4Ｏ7 基板の場合よりも小型でかつ温度に
よる周波数偏差が小さいことを意味している。
Ｗ装置は、ＳＴ−Ｘ水晶基板やＬａ 3Ｇａ5ＳｉＯ14基板
よりも大きい、１％程度の電気機械結合係数Ｋ2 が得ら
れ、同等の電気機械係合係数Ｋ2 を有するＬｉ2Ｂ4Ｏ7
基板に比べて、音速が２０％程度低いことがわかる。こ
のことは、図２２（ａ）のＳＡＷ装置により、トランス
バーサル型ＳＡＷフィルタを構成した場合、ＳＴ−Ｘ水
晶基板やＬａ3Ｇａ5ＳｉＯ14基板の場合よりも低損失で
あり、Ｌｉ2Ｂ4Ｏ7 基板の場合よりも小型でかつ温度に
よる周波数偏差が小さいことを意味している。
【００１８】ところで、図２６において、圧電薄膜とし
てＺｎＯ薄膜、弾性体基板として水晶基板を用いた場
合、図２２（ｂ）のＳＡＷ装置におけるレイリー波の電
気機械結合係数は、図２２（ａ）及び図２３（ａ）のＳ
ＡＷ装置におけるレイリー波の電気機械結合係数よりも
小さいことが示されており、この傾向は弾性体基板とし
てガラス基板を用いた場合の傾向と反している。
てＺｎＯ薄膜、弾性体基板として水晶基板を用いた場
合、図２２（ｂ）のＳＡＷ装置におけるレイリー波の電
気機械結合係数は、図２２（ａ）及び図２３（ａ）のＳ
ＡＷ装置におけるレイリー波の電気機械結合係数よりも
小さいことが示されており、この傾向は弾性体基板とし
てガラス基板を用いた場合の傾向と反している。
【００１９】このように、図２２（ａ）及び図２３
（ａ）のＳＡＷ装置は、良好なＴＣＦと大きな電気機械
結合係数を併せ持つため、これを用いることにより、移
動体通信機器の帯域フィルタなどの表面波装置の高性能
化を図ることができる。
（ａ）のＳＡＷ装置は、良好なＴＣＦと大きな電気機械
結合係数を併せ持つため、これを用いることにより、移
動体通信機器の帯域フィルタなどの表面波装置の高性能
化を図ることができる。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図２２
（ａ）及び図２３（ａ）のＳＡＷ装置においても、な
お、電気機械結合係数が不足し、表面波装置に要求され
る特性を十分に満たすことができないという問題があっ
た。移動体通信では、従来のアナログ方式からディジタ
ル方式、そして符号拡散方式との方式が移行しつつあ
る。例えば、ディジタル方式や符号拡散方式に用いられ
る中間周波数フィルタでは、低群遅延偏差と低挿入損失
が要求される。群遅延偏差の小さい表面波装置による帯
域フィルタとして、トランスバーサル型フィルタが知ら
れているが、従来の表面波基板でトランスバーサル型フ
ィルタを構成した場合、電気機械結合係数が不足し、上
記要求に答えることはできなかった。
（ａ）及び図２３（ａ）のＳＡＷ装置においても、な
お、電気機械結合係数が不足し、表面波装置に要求され
る特性を十分に満たすことができないという問題があっ
た。移動体通信では、従来のアナログ方式からディジタ
ル方式、そして符号拡散方式との方式が移行しつつあ
る。例えば、ディジタル方式や符号拡散方式に用いられ
る中間周波数フィルタでは、低群遅延偏差と低挿入損失
が要求される。群遅延偏差の小さい表面波装置による帯
域フィルタとして、トランスバーサル型フィルタが知ら
れているが、従来の表面波基板でトランスバーサル型フ
ィルタを構成した場合、電気機械結合係数が不足し、上
記要求に答えることはできなかった。
【００２１】本発明の目的は、水晶基板及び圧電薄膜を
積層してなる表面波基板を用いたＳＡＷ装置において、
温度特性が良好であり、かつ電気機械結合係数が大きな
ＳＡＷ装置を提供することにある。
積層してなる表面波基板を用いたＳＡＷ装置において、
温度特性が良好であり、かつ電気機械結合係数が大きな
ＳＡＷ装置を提供することにある。
【００２２】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を達
成するために成されたものであり、本願の広い局面によ
れば、水晶基板と、前記水晶基板上に形成された圧電薄
膜と、前記水晶基板と前記圧電薄膜間に形成されたくし
歯電極とを備え、前記圧電薄膜の膜厚をＨ、表面波の波
長をλとしたときに、圧電薄膜の規格化膜厚Ｈ／λが
０．０５以上とされていることを特徴とする、表面波装
置が提供される。
成するために成されたものであり、本願の広い局面によ
れば、水晶基板と、前記水晶基板上に形成された圧電薄
膜と、前記水晶基板と前記圧電薄膜間に形成されたくし
歯電極とを備え、前記圧電薄膜の膜厚をＨ、表面波の波
長をλとしたときに、圧電薄膜の規格化膜厚Ｈ／λが
０．０５以上とされていることを特徴とする、表面波装
置が提供される。
【００２３】本発明のある特定の局面では、圧電薄膜の
規格化膜厚Ｈ／λは０．２０以上とされている。本発明
の別の特定の局面では、圧電薄膜がマイナス面で前記基
板及び／またはくし歯電極に接しているように構成され
る。
規格化膜厚Ｈ／λは０．２０以上とされている。本発明
の別の特定の局面では、圧電薄膜がマイナス面で前記基
板及び／またはくし歯電極に接しているように構成され
る。
【００２４】本発明のさらに他の特定の局面では、圧電
薄膜上に形成された短絡電極がさらに備えられる。本発
明の別の特定の局面では、水晶基板のオイラー角が、図
６におけるレイリー波のパワーフロー角ＰＦＡが±２．
５°となる範囲にある。
薄膜上に形成された短絡電極がさらに備えられる。本発
明の別の特定の局面では、水晶基板のオイラー角が、図
６におけるレイリー波のパワーフロー角ＰＦＡが±２．
５°となる範囲にある。
【００２５】本発明の他の特定の局面では、水晶基板の
オイラー角が、図７における表面波装置の周波数温度係
数ＴＣＦが±２５ｐｐｍ／℃となる範囲にある。本発明
の他の特定の局面では、水晶基板のオイラー角が、図７
における表面波装置の周波数温度係数ＴＣＦが±５ｐｐ
ｍ／℃となる範囲にある。
オイラー角が、図７における表面波装置の周波数温度係
数ＴＣＦが±２５ｐｐｍ／℃となる範囲にある。本発明
の他の特定の局面では、水晶基板のオイラー角が、図７
における表面波装置の周波数温度係数ＴＣＦが±５ｐｐ
ｍ／℃となる範囲にある。
【００２６】本発明の他の特定の局面では、水晶基板の
オイラー角が、図８におけるレイリー波の電気機械結合
係数Ｋ2 が０．８％以上となる範囲にある。本発明の特
定の局面では、水晶基板のオイラー角が、図９における
スプリアス波の電気機械結合係数ＫSP 2 が０．１％以下
となる範囲にある。
オイラー角が、図８におけるレイリー波の電気機械結合
係数Ｋ2 が０．８％以上となる範囲にある。本発明の特
定の局面では、水晶基板のオイラー角が、図９における
スプリアス波の電気機械結合係数ＫSP 2 が０．１％以下
となる範囲にある。
【００２７】本発明の別の特定の局面では、圧電薄膜の
周波数温度係数ＴＣＦがマイナスの値を有する。本発明
の別の特定の局面では、水晶基板のオイラー角が、図１
８における利用しようとする表面波と利用しない不要表
面波のパワーフロー角の差ΔＰＦＡが±１°となる範囲
にある。
周波数温度係数ＴＣＦがマイナスの値を有する。本発明
の別の特定の局面では、水晶基板のオイラー角が、図１
８における利用しようとする表面波と利用しない不要表
面波のパワーフロー角の差ΔＰＦＡが±１°となる範囲
にある。
【００２８】本発明のさらに他の特定の局面では、水晶
基板のオイラー角（φ、θ、ψ）のφが−３５〜＋３５
°とされている。なお、本発明においては、水晶基板の
上述した特定のオイラー角に対して結晶学的に等価なオ
イラー角の水晶基板を用いてもよい。
基板のオイラー角（φ、θ、ψ）のφが−３５〜＋３５
°とされている。なお、本発明においては、水晶基板の
上述した特定のオイラー角に対して結晶学的に等価なオ
イラー角の水晶基板を用いてもよい。
【００２９】本発明において、上記圧電薄膜は、好まし
くは、ＺｎＯ、ＡｌＮ、Ｔａ2Ｏ5及びＣｄＳからなる群
から選択した１種により構成される。
くは、ＺｎＯ、ＡｌＮ、Ｔａ2Ｏ5及びＣｄＳからなる群
から選択した１種により構成される。
【００３０】
【発明の実施の形態】図１（ａ）及び（ｂ）は、本発明
の一実施例に係る表面波装置を示す平面図及び要部を拡
大して示す部分切欠正面断面図である。
の一実施例に係る表面波装置を示す平面図及び要部を拡
大して示す部分切欠正面断面図である。
【００３１】表面波装置１では、水晶基板２上に、イン
ターデジタルトランスデューサ（ＩＤＴ）３，４が形成
されている。ＩＤＴ３，４は、それぞれ、一対のくし歯
電極３ａ，３ｂ，４ａ，４ｂを有する。ＩＤＴ３，４は
表面波伝搬方向において所定距離を隔てて配置されてい
る。すなわち、本実施例の表面波装置１は、周知のトラ
ンスバーサル型表面波フィルタと同様にＩＤＴ３，４が
構成されている。
ターデジタルトランスデューサ（ＩＤＴ）３，４が形成
されている。ＩＤＴ３，４は、それぞれ、一対のくし歯
電極３ａ，３ｂ，４ａ，４ｂを有する。ＩＤＴ３，４は
表面波伝搬方向において所定距離を隔てて配置されてい
る。すなわち、本実施例の表面波装置１は、周知のトラ
ンスバーサル型表面波フィルタと同様にＩＤＴ３，４が
構成されている。
【００３２】本実施例の特徴は、ＩＤＴ３，４を覆うよ
うに、圧電薄膜５が積層されており、該圧電薄膜５の膜
厚をＨ、表面波波長をλとしたときに、圧電薄膜５の規
格化膜厚Ｈ／λが０．０５以上とされていることにあ
り、それによって電気機械結合係数Ｋ2 が大きくされて
おり、かつ温度特性も良好とされている。これを、以下
においてより詳細に説明する。
うに、圧電薄膜５が積層されており、該圧電薄膜５の膜
厚をＨ、表面波波長をλとしたときに、圧電薄膜５の規
格化膜厚Ｈ／λが０．０５以上とされていることにあ
り、それによって電気機械結合係数Ｋ2 が大きくされて
おり、かつ温度特性も良好とされている。これを、以下
においてより詳細に説明する。
【００３３】本願発明者らは、弾性体基板として水晶基
板を用い、該水晶基板上に圧電薄膜としてＺｎＯ薄膜を
形成してなる表面波基板を用いた表面波装置、特に前述
した図２２（ｂ）及び図２３（ｂ）に示した積層構造を
有する表面波装置の特性について、弾性体基板としてガ
ラス基板を用いた場合の傾向と反対であることに疑念を
抱き、前述した先行技術とは別の角度から検討した。
板を用い、該水晶基板上に圧電薄膜としてＺｎＯ薄膜を
形成してなる表面波基板を用いた表面波装置、特に前述
した図２２（ｂ）及び図２３（ｂ）に示した積層構造を
有する表面波装置の特性について、弾性体基板としてガ
ラス基板を用いた場合の傾向と反対であることに疑念を
抱き、前述した先行技術とは別の角度から検討した。
【００３４】図２及び図３は、圧電薄膜としてＺｎＯ薄
膜、弾性体基板としてオイラー角（０、１１９°４
５′、３５°）のＸ伝搬水晶基板を用いた場合の、図２
２（ａ），（ｂ）及び図２３（ａ），（ｂ）の構造を有
する各ＳＡＷ装置を伝搬するレイリー波における、Ｚｎ
Ｏ薄膜の規格化された厚みと、電気機械結合係数との関
係を示し、図４及び図５は、レイリー波近傍に発生する
スプリアス波における、ＺｎＯ薄膜の規格化された厚み
と電気機械結合係数の関係を示す。
膜、弾性体基板としてオイラー角（０、１１９°４
５′、３５°）のＸ伝搬水晶基板を用いた場合の、図２
２（ａ），（ｂ）及び図２３（ａ），（ｂ）の構造を有
する各ＳＡＷ装置を伝搬するレイリー波における、Ｚｎ
Ｏ薄膜の規格化された厚みと、電気機械結合係数との関
係を示し、図４及び図５は、レイリー波近傍に発生する
スプリアス波における、ＺｎＯ薄膜の規格化された厚み
と電気機械結合係数の関係を示す。
【００３５】なお、図２及び図４では、ＺｎＯ薄膜のオ
イラー角は（０°、０°、０°）とし、図３及び図５で
は、ＺｎＯ薄膜のオイラー角は（０°、１８０°、０
°）とし、ＺｎＯ薄膜の極性を反転している。
イラー角は（０°、０°、０°）とし、図３及び図５で
は、ＺｎＯ薄膜のオイラー角は（０°、１８０°、０
°）とし、ＺｎＯ薄膜の極性を反転している。
【００３６】ここで、図２〜図５の結果は、上記先行技
術に記載のｃａｍｂｅｌｌらの手法ではなく、文献（電
子通信学会論文誌Ｖｏｌ．Ｊ６８−Ｃ Ｎｏｌ（１９８
５）２１〜２７頁）に提案されている有限要素法を利用
して求め、電気機械結合係数Ｋ2 は、上記有限要素法に
より自由表面の音速Ｖｆと、短絡表面の音速Ｖｍとを導
出し、下記の式（１）により求めた。
術に記載のｃａｍｂｅｌｌらの手法ではなく、文献（電
子通信学会論文誌Ｖｏｌ．Ｊ６８−Ｃ Ｎｏｌ（１９８
５）２１〜２７頁）に提案されている有限要素法を利用
して求め、電気機械結合係数Ｋ2 は、上記有限要素法に
より自由表面の音速Ｖｆと、短絡表面の音速Ｖｍとを導
出し、下記の式（１）により求めた。
【００３７】 Ｋ2 ＝２×（Ｖｆ−Ｖｍ）／Ｖｆ…式（１） 図２〜図５において、図２２（ｂ）のＳＡＷ装置のレイ
リー波のＺｎＯ薄膜の厚さが０．０５λを超えると、Ｚ
ｎＯ薄膜を形成しない場合に比べて電気機械結合係数Ｋ
2 は大きくなる。
リー波のＺｎＯ薄膜の厚さが０．０５λを超えると、Ｚ
ｎＯ薄膜を形成しない場合に比べて電気機械結合係数Ｋ
2 は大きくなる。
【００３８】また、上記ＺｎＯ薄膜の厚みが０．２０λ
〜０．２４λの範囲を超えると、図２２（ｂ）のＳＡＷ
装置のレイリー波の電気機械結合係数Ｋ2 は、図２２
（ａ）及び図２３（ａ）及び（ｂ）のＳＡＷ装置のレイ
リー波の電気機械係合決数Ｋ2よりも大きくなる。特
に、ＺｎＯ薄膜の厚みが０．５λ付近では、図２２
（ａ）のＳＡＷ装置のレイリー波の電気機械結合係数の
３倍に達する。
〜０．２４λの範囲を超えると、図２２（ｂ）のＳＡＷ
装置のレイリー波の電気機械結合係数Ｋ2 は、図２２
（ａ）及び図２３（ａ）及び（ｂ）のＳＡＷ装置のレイ
リー波の電気機械係合決数Ｋ2よりも大きくなる。特
に、ＺｎＯ薄膜の厚みが０．５λ付近では、図２２
（ａ）のＳＡＷ装置のレイリー波の電気機械結合係数の
３倍に達する。
【００３９】また、ＺｎＯ薄膜の厚みが０．２７λ〜
０．３１λの範囲を超えると、図２３（ｂ）のＳＡＷ装
置のレイリー波の電気機械結合係数は、図２２（ａ）及
び図２３（ａ）のＳＡＷ装置におけるレイリー波の電気
機械結合係数よりも大きくなる。
０．３１λの範囲を超えると、図２３（ｂ）のＳＡＷ装
置のレイリー波の電気機械結合係数は、図２２（ａ）及
び図２３（ａ）のＳＡＷ装置におけるレイリー波の電気
機械結合係数よりも大きくなる。
【００４０】以上の計算結果は、弾性体基板としてガラ
ス基板を用いた場合の図２４の結果と同様であり、図２
５に示した前述した文献１における理論値とは傾向が異
なる。
ス基板を用いた場合の図２４の結果と同様であり、図２
５に示した前述した文献１における理論値とは傾向が異
なる。
【００４１】また、ＺｎＯ薄膜のオイラー角を（０°、
０°、０°）とした場合は、ＺｎＯ薄膜のオイラー角を
（０°、１８０°、０°）とした場合よりも、レイリー
波の電気機械結合係数Ｋ2 は大きく、スプリアスの電気
機械結合係数Ｋ2 が小さい傾向がある。
０°、０°）とした場合は、ＺｎＯ薄膜のオイラー角を
（０°、１８０°、０°）とした場合よりも、レイリー
波の電気機械結合係数Ｋ2 は大きく、スプリアスの電気
機械結合係数Ｋ2 が小さい傾向がある。
【００４２】以上の計算により、図２２（ｂ）及び図２
３（ｂ）の構造のＳＡＷ表面波装置を、水晶基板上にＺ
ｎＯ薄膜を形成してなる表面波基板を用いることによ
り、電気機械結合係数Ｋ2 を大幅に高め得ることがわか
る。
３（ｂ）の構造のＳＡＷ表面波装置を、水晶基板上にＺ
ｎＯ薄膜を形成してなる表面波基板を用いることによ
り、電気機械結合係数Ｋ2 を大幅に高め得ることがわか
る。
【００４３】ところで、表面波基板の代表的な評価項目
としては、電気機械結合係数Ｋ2 だけでなく、パワーフ
ロー角ＰＦＡ及び周波数温度特性ＴＣＦが挙げられる。
また、圧電薄膜としてＺｎＯ薄膜を、弾性体基板として
水晶基板を用いた図２２（ａ）〜図２３（ｂ）に示した
各積層構造を有するＳＡＷ装置では、レイリー波の１１
０％程度の音速を持つスプリアス波が生じる。従って、
スプリアス波の電気機械結合係数ＫSP 2 も重要な評価項
目となる。
としては、電気機械結合係数Ｋ2 だけでなく、パワーフ
ロー角ＰＦＡ及び周波数温度特性ＴＣＦが挙げられる。
また、圧電薄膜としてＺｎＯ薄膜を、弾性体基板として
水晶基板を用いた図２２（ａ）〜図２３（ｂ）に示した
各積層構造を有するＳＡＷ装置では、レイリー波の１１
０％程度の音速を持つスプリアス波が生じる。従って、
スプリアス波の電気機械結合係数ＫSP 2 も重要な評価項
目となる。
【００４４】すなわち、表面波基板では、ＰＦＡ、ＴＣ
Ｆ及びＫSP 2 が小さいことが望ましい。そこで、弾性体
基板として水晶基板を用い、圧電薄膜としてＺｎＯ薄膜
を用いた図２２（ｂ）の構造、すなわち図１（ｂ）と同
じ構造のＳＡＷ装置において、水晶基板のオイラー角
（０°、θ、ψ）及びＺｎＯ薄膜の厚み、レイリー波の
パワーフロー角ＰＦＡ、周波数温度係数ＴＣＦ、レイリ
ー波の電気機械結合係数Ｋ 2 と、スプリアス波の電気機
械結合係数ＫSP 2 との関係を、有限要素法を用いて計算
した。結果を、図６〜図９、図１０〜図１３及び図１４
〜図１７を参照して説明する。
Ｆ及びＫSP 2 が小さいことが望ましい。そこで、弾性体
基板として水晶基板を用い、圧電薄膜としてＺｎＯ薄膜
を用いた図２２（ｂ）の構造、すなわち図１（ｂ）と同
じ構造のＳＡＷ装置において、水晶基板のオイラー角
（０°、θ、ψ）及びＺｎＯ薄膜の厚み、レイリー波の
パワーフロー角ＰＦＡ、周波数温度係数ＴＣＦ、レイリ
ー波の電気機械結合係数Ｋ 2 と、スプリアス波の電気機
械結合係数ＫSP 2 との関係を、有限要素法を用いて計算
した。結果を、図６〜図９、図１０〜図１３及び図１４
〜図１７を参照して説明する。
【００４５】図６〜図９は、ＺｎＯ／Ａｌ／水晶基板を
伝搬する表面波の基板方位依存性を示す図であり、この
場合ＺｎＯの規格化膜厚は０．２０λとされている。図
６はレイリー波のパワーフロー角、図７はレイリー波の
周波数温度係数ＴＣＦ、図８はレイリー波の電気機械結
合係数Ｋ2 を、図９はスプリアス波の電気機械結合係数
ＫSP 2 の方位依存性をそれぞれ示す。
伝搬する表面波の基板方位依存性を示す図であり、この
場合ＺｎＯの規格化膜厚は０．２０λとされている。図
６はレイリー波のパワーフロー角、図７はレイリー波の
周波数温度係数ＴＣＦ、図８はレイリー波の電気機械結
合係数Ｋ2 を、図９はスプリアス波の電気機械結合係数
ＫSP 2 の方位依存性をそれぞれ示す。
【００４６】図６〜図９の等高線は、それぞれ、上記パ
ワーフロー角ＰＦＡ、周波数温度係数ＴＣＦ、電気機械
結合係数Ｋ2 及びＫSP 2 が同じ部分であることを意味す
る。図１０〜図１３及び図１４〜図１７も同様の結果を
示すものであるが、図１０〜図１３はＺｎＯ膜の規格化
膜厚が０．２５λとされており、図１４〜図１７では、
ＺｎＯ膜の規格化膜厚が０．３０λとされている。
ワーフロー角ＰＦＡ、周波数温度係数ＴＣＦ、電気機械
結合係数Ｋ2 及びＫSP 2 が同じ部分であることを意味す
る。図１０〜図１３及び図１４〜図１７も同様の結果を
示すものであるが、図１０〜図１３はＺｎＯ膜の規格化
膜厚が０．２５λとされており、図１４〜図１７では、
ＺｎＯ膜の規格化膜厚が０．３０λとされている。
【００４７】図６〜図１７において、斜線が交差してい
るハッチングで示す各矢印Ｘで示す領域は、電気機械結
合係数Ｋ2 が小さいなどの理由により計算値が得られな
かった条件である。図６、図１０、図１４及び図７、図
１１、図１５におけるＰＦＡ及びＴＣＦは下記の式
（２）及び（３）によりそれぞれ求めた値である。
るハッチングで示す各矢印Ｘで示す領域は、電気機械結
合係数Ｋ2 が小さいなどの理由により計算値が得られな
かった条件である。図６、図１０、図１４及び図７、図
１１、図１５におけるＰＦＡ及びＴＣＦは下記の式
（２）及び（３）によりそれぞれ求めた値である。
【００４８】 ＰＦＡ＝ｔａｎ-1（Ｖｆ-1×∂Ｖｆ／∂ψ）…式（２） ＴＣＦ＝Ｖｆ-1×∂Ｖｆ／∂Ｔ−α…式（３） 式（２）において、ψは表面波の伝搬方向（度）、Ｔは
温度（℃）、αは表面波の伝搬方向における熱膨張係数
を示す。
温度（℃）、αは表面波の伝搬方向における熱膨張係数
を示す。
【００４９】図６、図１０及び図１４より、パワーフロ
ー角ＰＦＡが、−２．５〜＋２．５°と小さい条件は、
図６の太線Ｙ１，Ｙ２で囲まれた斜線のハッチングを付
した領域であることがわかる。
ー角ＰＦＡが、−２．５〜＋２．５°と小さい条件は、
図６の太線Ｙ１，Ｙ２で囲まれた斜線のハッチングを付
した領域であることがわかる。
【００５０】また、図７、図１１、図１５より、周波数
温度係数ＴＣＦが、−２５〜＋２５ｐｐｍ／℃と小さい
条件は、図７の線Ｔ１，Ｔ２で囲まれており、かつ斜線
のハッチングを付して示した領域であることがわかる。
特に、Ｌｉ2Ｂ4Ｏ7 基板よりも小さい−５〜＋５ｐｐｍ
／℃となる条件は、図７の線Ｔ３，Ｔ４、図１１の線Ｔ
５，Ｔ６、図１５の線Ｔ７，Ｔ８で囲まれた領域である
ことがわかる。
温度係数ＴＣＦが、−２５〜＋２５ｐｐｍ／℃と小さい
条件は、図７の線Ｔ１，Ｔ２で囲まれており、かつ斜線
のハッチングを付して示した領域であることがわかる。
特に、Ｌｉ2Ｂ4Ｏ7 基板よりも小さい−５〜＋５ｐｐｍ
／℃となる条件は、図７の線Ｔ３，Ｔ４、図１１の線Ｔ
５，Ｔ６、図１５の線Ｔ７，Ｔ８で囲まれた領域である
ことがわかる。
【００５１】また、電気機械結合係数Ｋ2 は、前述のよ
うにＺｎＯ膜厚を０．０５λ以上とすればＺｎＯ薄膜を
形成しない場合に比べて大きくできるが、オイラー角を
調整することでさらなる改善が可能となる。例えば、図
８において、太線Ｋで囲んだ範囲は結合係数が０．８％
以上となり、従来の図２２（ａ）のＳＡＷ装置の結合係
数と同等もしくはそれ以上の値を示す。ＺｎＯ膜厚を増
加すると全てのオイラー角で結合係数が増加するが、特
定の膜厚において、結合係数の大きい範囲は図８の太線
Ｋで囲まれた範囲となる。
うにＺｎＯ膜厚を０．０５λ以上とすればＺｎＯ薄膜を
形成しない場合に比べて大きくできるが、オイラー角を
調整することでさらなる改善が可能となる。例えば、図
８において、太線Ｋで囲んだ範囲は結合係数が０．８％
以上となり、従来の図２２（ａ）のＳＡＷ装置の結合係
数と同等もしくはそれ以上の値を示す。ＺｎＯ膜厚を増
加すると全てのオイラー角で結合係数が増加するが、特
定の膜厚において、結合係数の大きい範囲は図８の太線
Ｋで囲まれた範囲となる。
【００５２】さらに、図９、図１３及び図１７から、ス
プリアス波の電気機械結合係数ＫSP 2 が０〜０．１と小
さい条件は、太線Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３で囲まれた領域であ
ることがわかる。
プリアス波の電気機械結合係数ＫSP 2 が０〜０．１と小
さい条件は、太線Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３で囲まれた領域であ
ることがわかる。
【００５３】従って、水晶基板上に圧電薄膜が形成され
ており、該水晶基板と圧電薄膜との間にくし歯電極が形
成されている図１（ｂ）の構造を有する表面波装置にお
いて、上記水晶基板のオイラー角を、上述した各範囲に
設定することにより、ＰＦＡ、ＴＣＦ及びＫSP 2 が小さ
く、レイリー波の電気機械結合係数Ｋ2 が大きい表面波
装置を提供し得ることがわかる。
ており、該水晶基板と圧電薄膜との間にくし歯電極が形
成されている図１（ｂ）の構造を有する表面波装置にお
いて、上記水晶基板のオイラー角を、上述した各範囲に
設定することにより、ＰＦＡ、ＴＣＦ及びＫSP 2 が小さ
く、レイリー波の電気機械結合係数Ｋ2 が大きい表面波
装置を提供し得ることがわかる。
【００５４】次に、具体的な実験例につき説明する。と
ころで、パワーフロー角とは、表面波の位相速度の方向
と群速度の方向の差を示す角度であり、パワーフロー角
が存在する場合、表面波のエネルギーはくし歯電極の電
極指の垂線方向に対し、パワーフロー角だけずれて伝搬
する。このときの表面波エネルギーの損失ＬPFA は、下
記の式（４）で表される。
ころで、パワーフロー角とは、表面波の位相速度の方向
と群速度の方向の差を示す角度であり、パワーフロー角
が存在する場合、表面波のエネルギーはくし歯電極の電
極指の垂線方向に対し、パワーフロー角だけずれて伝搬
する。このときの表面波エネルギーの損失ＬPFA は、下
記の式（４）で表される。
【００５５】 ＬPFA ＝１０×ｌｏｇ10〔｛Ｗ−ｔａｎ（ＰＦＡ）｝／Ｗ〕 （ｄＢ／λ） …式（４） 式（４）において、Ｗは表面波の波長をλで規格化され
たくし歯電極の交差幅を示す。
たくし歯電極の交差幅を示す。
【００５６】従って、前述したように、表面波基板では
パワーフロー角ＰＦＡは０°であることが望ましい。し
かしながら、ＰＦＡが存在する場合、くし歯電極の設計
難度は高くなるが、図２１に示すように、表面波基板１
１上におけるくし歯電極１２の電極指配置角θ
strip と、ＰＦＡとを一致させることにより、θstrip
とＰＦＡとの差に起因する挿入損失の劣化を抑制するこ
とができる。反対に、電極指の配置角度とＰＦＡが異な
っていると、挿入損失は劣化することになる。
パワーフロー角ＰＦＡは０°であることが望ましい。し
かしながら、ＰＦＡが存在する場合、くし歯電極の設計
難度は高くなるが、図２１に示すように、表面波基板１
１上におけるくし歯電極１２の電極指配置角θ
strip と、ＰＦＡとを一致させることにより、θstrip
とＰＦＡとの差に起因する挿入損失の劣化を抑制するこ
とができる。反対に、電極指の配置角度とＰＦＡが異な
っていると、挿入損失は劣化することになる。
【００５７】本発明に係る表面波基板では、レイリー波
の１１０％程度の音速を有するスプリアス波が存在す
る。電極指配置角度θstripを、レイリー波のパワーフ
ロー角ＰＦＡと一致させた上記くし歯電極では、レイリ
ー波とスプリアス波のパワーフロー角の差をΔＰＦＡと
すると、ΔＰＦＡに起因するスプリアス波の損失ＬPFAS
P は式（４）と同様に、下記の式（５）により表され
る。
の１１０％程度の音速を有するスプリアス波が存在す
る。電極指配置角度θstripを、レイリー波のパワーフ
ロー角ＰＦＡと一致させた上記くし歯電極では、レイリ
ー波とスプリアス波のパワーフロー角の差をΔＰＦＡと
すると、ΔＰＦＡに起因するスプリアス波の損失ＬPFAS
P は式（４）と同様に、下記の式（５）により表され
る。
【００５８】 ＬPFASP ＝１０×ｌｏｇ10〔｛Ｗ−ｔａｎ（ΔＰＦＡ）｝／Ｗ〕 （ｄＢ／λ ）…式（５） 式（５）より、ΔＰＦＡを大きくすることにより、スプ
リアス波の応答を抑圧し得ることがわかる。例えば、Ｗ
＝１０λのくし歯電極において、表面波が２００λ伝搬
すると、ΔＰＦＡが１°の場合、１．５ｄＢ程度スプリ
アス波を抑圧することができる。
リアス波の応答を抑圧し得ることがわかる。例えば、Ｗ
＝１０λのくし歯電極において、表面波が２００λ伝搬
すると、ΔＰＦＡが１°の場合、１．５ｄＢ程度スプリ
アス波を抑圧することができる。
【００５９】図１８〜図２０は、ΔＰＦＡの基板依存性
を示す図である。図１８〜図２０は、図６〜図１７の場
合と同様に、ＺｎＯ／Ａｌ／水晶基板の構造のＳＡＷ装
置において、ＺｎＯ膜の厚みを０．２０λ、０．２５λ
及び０．３０λとした場合のそれぞれΔＰＦＡの基板依
存性を示す。図１８〜図２０における等高線は、ΔＰＦ
Ａが同じ値であることを示し、図１８〜図２０より、Δ
ＰＦＡが±１°以上となる条件は、図１８の線Ｐである
ことがわかる。
を示す図である。図１８〜図２０は、図６〜図１７の場
合と同様に、ＺｎＯ／Ａｌ／水晶基板の構造のＳＡＷ装
置において、ＺｎＯ膜の厚みを０．２０λ、０．２５λ
及び０．３０λとした場合のそれぞれΔＰＦＡの基板依
存性を示す。図１８〜図２０における等高線は、ΔＰＦ
Ａが同じ値であることを示し、図１８〜図２０より、Δ
ＰＦＡが±１°以上となる条件は、図１８の線Ｐである
ことがわかる。
【００６０】図２７はＺｎＯの規格化膜厚が０．３λ、
オイラー角（φ、１１７°、０°）である場合のレイリ
ー波の電気機械結合係数Ｋ2とスプリアス波の電気機械
結合係数Ｋsp 2の基板方位φ依存性である。図２７より
スプリアス波の電気機械結合係数Ｋsp 2が０〜０．１％
と小さい条件はφが−３５°〜＋３５°、＋８５°〜＋
１５５°であることがわかる。
オイラー角（φ、１１７°、０°）である場合のレイリ
ー波の電気機械結合係数Ｋ2とスプリアス波の電気機械
結合係数Ｋsp 2の基板方位φ依存性である。図２７より
スプリアス波の電気機械結合係数Ｋsp 2が０〜０．１％
と小さい条件はφが−３５°〜＋３５°、＋８５°〜＋
１５５°であることがわかる。
【００６１】本発明の基本原理は、前述した文献１に記
載のように、周波数温度特性ＴＣＦがプラスの値を有す
るカット角及び伝搬方向の水晶基板上に、ＴＣＦがマイ
ナスの値を有する圧電薄膜を形成することにより、水晶
基板の温度特性と圧電薄膜の温度特性とを相殺し、良好
な周波数温度特性を得ることにある。従って、好ましく
は、上記圧電薄膜としては、ＴＣＦがマイナスの値を有
するものが用いられる。
載のように、周波数温度特性ＴＣＦがプラスの値を有す
るカット角及び伝搬方向の水晶基板上に、ＴＣＦがマイ
ナスの値を有する圧電薄膜を形成することにより、水晶
基板の温度特性と圧電薄膜の温度特性とを相殺し、良好
な周波数温度特性を得ることにある。従って、好ましく
は、上記圧電薄膜としては、ＴＣＦがマイナスの値を有
するものが用いられる。
【００６２】なお、上記実施例では、圧電薄膜として、
ＺｎＯ薄膜を形成した場合につき説明したが、ＺｎＯ薄
膜の他、ＴＣＦがプラスである圧電薄膜、例えばＡｌ
Ｎ、Ｔａ2Ｏ5 またはＣｄＳなどからなる圧電薄膜を用
いてもよい。
ＺｎＯ薄膜を形成した場合につき説明したが、ＺｎＯ薄
膜の他、ＴＣＦがプラスである圧電薄膜、例えばＡｌ
Ｎ、Ｔａ2Ｏ5 またはＣｄＳなどからなる圧電薄膜を用
いてもよい。
【００６３】さらに、水晶基板については、圧電薄膜が
積層される側の面がプラス面及びマイナス面のいずれで
あってもよい。また、水晶基板上に圧電薄膜を形成した
場合の弾性表面波は、若干ＳＨ方向の変位成分を有する
ことがあるが、本願明細書においては、便宜上、このよ
うにレイリー波が変形した弾性表面波を含めてレイリー
波と称していることを指摘しておく。
積層される側の面がプラス面及びマイナス面のいずれで
あってもよい。また、水晶基板上に圧電薄膜を形成した
場合の弾性表面波は、若干ＳＨ方向の変位成分を有する
ことがあるが、本願明細書においては、便宜上、このよ
うにレイリー波が変形した弾性表面波を含めてレイリー
波と称していることを指摘しておく。
【００６４】また、本願に示した計算値はＺｎＯ薄膜の
緻密性が良好な条件での計算値である。ＺｎＯ膜の緻密
性が低い場合は、ＺｎＯ膜の膜厚が薄い場合の計算値と
近い値となることを指摘しておく。
緻密性が良好な条件での計算値である。ＺｎＯ膜の緻密
性が低い場合は、ＺｎＯ膜の膜厚が薄い場合の計算値と
近い値となることを指摘しておく。
【００６５】
【発明の効果】本発明に係る表面波装置では、水晶基板
上に圧電薄膜が形成されており、該水晶基板と圧電薄膜
間にくし歯電極が形成されており、圧電薄膜の規格化膜
厚Ｈ／λが０．０５以上とされているので、レイリー波
の電気機械結合係数Ｋ2 が大きい表面波装置を提供する
ことができる。
上に圧電薄膜が形成されており、該水晶基板と圧電薄膜
間にくし歯電極が形成されており、圧電薄膜の規格化膜
厚Ｈ／λが０．０５以上とされているので、レイリー波
の電気機械結合係数Ｋ2 が大きい表面波装置を提供する
ことができる。
【００６６】特に、圧電薄膜の規格化膜厚Ｈ／λが０．
２０以上の場合には、レイリー波の電気機械結合係数Ｋ
2 をより一層大きくすることができる。圧電薄膜がマイ
ナス面で、水晶基板及び／またはくし歯電極に接してい
る場合には、すなわち圧電薄膜のプラス面が上面となる
ように構成することにより、電気機械結合係数Ｋ2 をさ
らに大きくすることができる。
２０以上の場合には、レイリー波の電気機械結合係数Ｋ
2 をより一層大きくすることができる。圧電薄膜がマイ
ナス面で、水晶基板及び／またはくし歯電極に接してい
る場合には、すなわち圧電薄膜のプラス面が上面となる
ように構成することにより、電気機械結合係数Ｋ2 をさ
らに大きくすることができる。
【００６７】また、圧電薄膜上に短絡電極がさらに形成
されていてもよく、その場合においても、本発明に従っ
て電気機械結合係数Ｋ2 の大きな表面波装置を構成する
ことができる。
されていてもよく、その場合においても、本発明に従っ
て電気機械結合係数Ｋ2 の大きな表面波装置を構成する
ことができる。
【００６８】また、水晶基板のオイラー角が、図６の線
Ｙ１，Ｙ２で囲まれた範囲にある場合には、パワーフロ
ー角を±２．５°とすることができる。水晶基板のオイ
ラー角が、図７の線Ｔ１，Ｔ２で囲まれた範囲の場合に
は、表面波装置の周波数温度係数ＴＣＦを±２５ｐｐｍ
／℃とすることができ、温度依存性の少ない表面波装置
を提供することができる。特に、水晶基板のオイラー角
が図７の線Ｔ３，Ｔ４で囲まれた範囲にある場合には、
表面波装置の周波数温度係数ＴＣＦを±５ｐｐｍ／℃と
することができる。
Ｙ１，Ｙ２で囲まれた範囲にある場合には、パワーフロ
ー角を±２．５°とすることができる。水晶基板のオイ
ラー角が、図７の線Ｔ１，Ｔ２で囲まれた範囲の場合に
は、表面波装置の周波数温度係数ＴＣＦを±２５ｐｐｍ
／℃とすることができ、温度依存性の少ない表面波装置
を提供することができる。特に、水晶基板のオイラー角
が図７の線Ｔ３，Ｔ４で囲まれた範囲にある場合には、
表面波装置の周波数温度係数ＴＣＦを±５ｐｐｍ／℃と
することができる。
【００６９】さらに、水晶基板のオイラー角が、図８の
線Ｋで囲まれた範囲にある場合には、レイリー波の電気
機械結合係数Ｋ2 を０．８％以上とすることができる。
水晶基板のオイラー角が、図９の線Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３で
囲まれた範囲にある場合には、スプリアス波の電気機械
結合係数ＫSP 2 を０．１％以下とすることができ、スプ
リアス波の影響を抑制することができる。
線Ｋで囲まれた範囲にある場合には、レイリー波の電気
機械結合係数Ｋ2 を０．８％以上とすることができる。
水晶基板のオイラー角が、図９の線Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３で
囲まれた範囲にある場合には、スプリアス波の電気機械
結合係数ＫSP 2 を０．１％以下とすることができ、スプ
リアス波の影響を抑制することができる。
【００７０】圧電薄膜の周波数温度係数ＴＣＦがマイナ
スの値を有する場合には、水晶基板の周波数温度係数と
相殺されて、温度依存性の少ない表面波装置を容易に構
成することができる。
スの値を有する場合には、水晶基板の周波数温度係数と
相殺されて、温度依存性の少ない表面波装置を容易に構
成することができる。
【００７１】水晶基板のオイラー角が、図１８の線Ｐで
囲まれた範囲にある場合には、利用しようとする表面波
と利用しない不要表面波とのパワーフロー角の差ΔＰＦ
Ａが±１°の範囲とされるので、特性に優れた表面波装
置を提供することができる。特に、隣り合うＩＤＴ間の
距離Ｌ11が、ＩＤＴの電極指交差幅をＷとしたときに、
Ｌ11＞Ｗ／ｔａｎ（ΔＰＦＡ）である場合には、不要表
面波の影響をより効果的に抑制することができる。
囲まれた範囲にある場合には、利用しようとする表面波
と利用しない不要表面波とのパワーフロー角の差ΔＰＦ
Ａが±１°の範囲とされるので、特性に優れた表面波装
置を提供することができる。特に、隣り合うＩＤＴ間の
距離Ｌ11が、ＩＤＴの電極指交差幅をＷとしたときに、
Ｌ11＞Ｗ／ｔａｎ（ΔＰＦＡ）である場合には、不要表
面波の影響をより効果的に抑制することができる。
【図１】（ａ）及び（ｂ）は、本発明の一実施例に係る
表面波装置を説明するための概略構成図であり、（ａ）
は平面図、（ｂ）は要部断面図。
表面波装置を説明するための概略構成図であり、（ａ）
は平面図、（ｂ）は要部断面図。
【図２】各種積層構造のＳＡＷ装置においてオイラー角
（０°、１１９．７５°、３５°）の水晶基板上にオイ
ラー角（０°、０°、０°）のＺｎＯ膜を形成したとき
のレイリー波のＺｎＯ規格化膜厚と電気機械結合係数Ｋ
2 との関係を示す図。
（０°、１１９．７５°、３５°）の水晶基板上にオイ
ラー角（０°、０°、０°）のＺｎＯ膜を形成したとき
のレイリー波のＺｎＯ規格化膜厚と電気機械結合係数Ｋ
2 との関係を示す図。
【図３】各種積層構造のＳＡＷ装置においてオイラー角
（０°、１１９．７５°、３５°）の水晶基板上にオイ
ラー角（０°、１８０°、０°）のＺｎＯ膜を形成した
ときのレイリー波のＺｎＯ規格化膜厚とレイリー波の電
気機械結合係数Ｋ2 との関係を示す図。
（０°、１１９．７５°、３５°）の水晶基板上にオイ
ラー角（０°、１８０°、０°）のＺｎＯ膜を形成した
ときのレイリー波のＺｎＯ規格化膜厚とレイリー波の電
気機械結合係数Ｋ2 との関係を示す図。
【図４】各種積層構造のＳＡＷ装置においてオイラー角
（０°、１１９．７５°、３５°）の水晶基板上にオイ
ラー角（０°、０°、０°）のＺｎＯ膜を形成したとき
のレイリー波のＺｎＯ規格化膜厚とスプリアス波の電気
機械結合係数ＫSp 2 との関係を示す図。
（０°、１１９．７５°、３５°）の水晶基板上にオイ
ラー角（０°、０°、０°）のＺｎＯ膜を形成したとき
のレイリー波のＺｎＯ規格化膜厚とスプリアス波の電気
機械結合係数ＫSp 2 との関係を示す図。
【図５】各種積層構造のＳＡＷ装置においてオイラー角
（０°、１１９．７５°、３５°）の水晶基板上にオイ
ラー角（０°、１８０°、０°）のＺｎＯ膜を形成した
ときのレイリー波のＺｎＯ規格化膜厚とスプリアス波の
電気機械結合係数ＫSp 2との関係を示す図。
（０°、１１９．７５°、３５°）の水晶基板上にオイ
ラー角（０°、１８０°、０°）のＺｎＯ膜を形成した
ときのレイリー波のＺｎＯ規格化膜厚とスプリアス波の
電気機械結合係数ＫSp 2との関係を示す図。
【図６】ＺｎＯの規格化膜厚が０．２０λである場合
の、レイリー波のパワーフロー角の基板方位依存性を示
す図。
の、レイリー波のパワーフロー角の基板方位依存性を示
す図。
【図７】ＺｎＯの規格化膜厚が０．２０λである場合
の、レイリー波の周波数温度係数ＴＣＦの基板方位依存
性を示す図。
の、レイリー波の周波数温度係数ＴＣＦの基板方位依存
性を示す図。
【図８】ＺｎＯの規格化膜厚が０．２０λである場合
の、レイリー波の電気機械結合係数Ｋ2 の基板方位依存
性を示す図。
の、レイリー波の電気機械結合係数Ｋ2 の基板方位依存
性を示す図。
【図９】ＺｎＯの規格化膜厚が０．２０λである場合
の、スプリアス波の電気機械結合係数ＫSP 2 の基板方位
依存性を示す図。
の、スプリアス波の電気機械結合係数ＫSP 2 の基板方位
依存性を示す図。
【図１０】ＺｎＯの規格化膜厚が０．２５λである場合
の、レイリー波のパワーフロー角の基板方位依存性を示
す図。
の、レイリー波のパワーフロー角の基板方位依存性を示
す図。
【図１１】ＺｎＯの規格化膜厚が０．２５λである場合
の、レイリー波の周波数温度係数ＴＣＦの基板方位依存
性を示す図。
の、レイリー波の周波数温度係数ＴＣＦの基板方位依存
性を示す図。
【図１２】ＺｎＯの規格化膜厚が０．２５λである場合
の、レイリー波の電気機械結合係数Ｋ2 の基板方位依存
性を示す図。
の、レイリー波の電気機械結合係数Ｋ2 の基板方位依存
性を示す図。
【図１３】ＺｎＯの規格化膜厚が０．２５λである場合
の、スプリアス波の電気機械結合係数ＫSP 2 の基板方位
依存性を示す図。
の、スプリアス波の電気機械結合係数ＫSP 2 の基板方位
依存性を示す図。
【図１４】ＺｎＯの規格化膜厚が０．３０λである場合
の、レイリー波のパワーフロー角の基板方位依存性を示
す図。
の、レイリー波のパワーフロー角の基板方位依存性を示
す図。
【図１５】ＺｎＯの規格化膜厚が０．３０λである場合
の、レイリー波の周波数温度係数ＴＣＦの基板方位依存
性を示す図。
の、レイリー波の周波数温度係数ＴＣＦの基板方位依存
性を示す図。
【図１６】ＺｎＯの規格化膜厚が０．３０λである場合
の、レイリー波の電気機械結合係数Ｋ2 の基板方位依存
性を示す図。
の、レイリー波の電気機械結合係数Ｋ2 の基板方位依存
性を示す図。
【図１７】ＺｎＯの規格化膜厚が０．３０λである場合
の、スプリアス波の電気機械結合係数ＫSP 2 の基板方位
依存性を示す図。
の、スプリアス波の電気機械結合係数ＫSP 2 の基板方位
依存性を示す図。
【図１８】ＺｎＯの規格化膜厚が０．２０λである場合
の、ΔＰＦＡの基板方位依存性を示す図。
の、ΔＰＦＡの基板方位依存性を示す図。
【図１９】ＺｎＯの規格化膜厚が０．２５λである場合
の、ΔＰＦＡの基板方位依存性を示す図。
の、ΔＰＦＡの基板方位依存性を示す図。
【図２０】ＺｎＯの規格化膜厚が０．３０λである場合
の、ΔＰＦＡの基板方位依存性を示す図。
の、ΔＰＦＡの基板方位依存性を示す図。
【図２１】表面波装置におけるくし歯電極の電極指配置
角θstrip とパワーフロー角ＰＦＡとの関係を説明する
ための模式図。
角θstrip とパワーフロー角ＰＦＡとの関係を説明する
ための模式図。
【図２２】（ａ）及び（ｂ）は、表面波装置における基
板、圧電薄膜及びくし歯電極の積層構造例を説明するた
めの模式的断面図。
板、圧電薄膜及びくし歯電極の積層構造例を説明するた
めの模式的断面図。
【図２３】（ａ）及び（ｂ）は、表面波装置における基
板、圧電薄膜及びくし歯電極の積層構造例を説明するた
めの模式的断面図。
板、圧電薄膜及びくし歯電極の積層構造例を説明するた
めの模式的断面図。
【図２４】従来の表面波装置におけるＺｎＯ薄膜の規格
化された膜厚と、電気機械結合係数Ｋｓとの関係を示す
図。
化された膜厚と、電気機械結合係数Ｋｓとの関係を示す
図。
【図２５】（ａ）及び（ｂ）は、先行技術に記載の表面
波装置のＺｎＯ膜厚に対する周波数温度係数ＴＣＦの依
存性を示す図。
波装置のＺｎＯ膜厚に対する周波数温度係数ＴＣＦの依
存性を示す図。
【図２６】先行技術に記載されている、ＺｎＯの規格化
された膜厚Ｈ／λと電気機械結合係数との関係を示す
図。
された膜厚Ｈ／λと電気機械結合係数との関係を示す
図。
【図２７】ＺｎＯの規格化膜厚が０．３λ、オイラー角
（φ、１１７°、０°）である場合のレイリー波の電気
機械結合係数Ｋ2とスプリアス波の電気機械結合係数Ｋ
sp 2の基板方位φ依存性を示す図。
（φ、１１７°、０°）である場合のレイリー波の電気
機械結合係数Ｋ2とスプリアス波の電気機械結合係数Ｋ
sp 2の基板方位φ依存性を示す図。
１…表面波装置 ２…水晶基板 ３，４…ＩＤＴ ３ａ，３ｂ，４ａ，４ｂ…くし歯電極 ５…圧電薄膜
Claims (14)
- 【請求項１】 水晶基板と、前記水晶基板上に形成され
た圧電薄膜と、前記水晶基板と前記圧電薄膜間に形成さ
れたくし歯電極とを備え、前記圧電薄膜の膜厚をＨ、表
面波の波長をλとしたときに、圧電薄膜の規格化膜厚Ｈ
／λが０．０５以上とされていることを特徴とする、表
面波装置。 - 【請求項２】 前記圧電薄膜の規格化膜厚Ｈ／λが０．
２０以上とされている、請求項１に記載の表面波装置。 - 【請求項３】 前記圧電薄膜がマイナス面で前記基板及
び／またはくし歯電極に接している、請求項１または２
に記載の表面波装置。 - 【請求項４】 前記圧電薄膜上に形成された短絡電極を
さらに備える、請求項１〜３のいずれかに記載の表面波
装置。 - 【請求項５】 前記水晶基板のオイラー角が、図６にお
けるレイリー波のパワーフロー角ＰＦＡが±２．５°と
なる範囲にある、請求項１〜４のいずれかに記載の表面
波装置。 - 【請求項６】 前記水晶基板のオイラー角が、図７にお
ける表面波装置の周波数温度係数ＴＣＦが±２５ｐｐｍ
／℃となる範囲にある、請求項１〜４のいずれかに記載
の表面波装置。 - 【請求項７】 前記水晶基板のオイラー角が、図７にお
ける表面波装置の周波数温度係数ＴＣＦが±５ｐｐｍ／
℃となる範囲にある、請求項６に記載の表面波装置。 - 【請求項８】 前記水晶基板のオイラー角が、図８にお
けるレイリー波の電気機械結合係数Ｋ2 が０．８％以上
の範囲にある、請求項１〜７のいずれかに記載の表面波
装置。 - 【請求項９】 前記水晶基板のオイラー角が、図９にお
けるスプリアス波の電気機械結合係数ＫSP 2 が０．１％
以下の範囲にある領域にある、請求項１〜７のいずれか
に記載の表面波装置。 - 【請求項１０】 前記圧電薄膜の周波数温度係数ＴＣＦ
がマイナスの値を有する、請求項１〜９のいずれかに記
載の表面波装置。 - 【請求項１１】 前記水晶基板のオイラー角が、図１８
における利用しようとする表面波と利用しない不要表面
波のパワーフロー角の差ΔＰＦＡが±１°となる範囲に
ある、請求項１〜１０のいずれかに記載の表面波装置。 - 【請求項１２】 前記水晶基板のオイラー角（φ、θ、
ψ）のφが−３５〜＋３５°であることを特徴とする、
請求項１〜１１のいずれかに記載の表面波装置。 - 【請求項１３】 前記水晶基板のオイラー角が請求項５
〜９、１１または１２に記載のオイラー角に対して結晶
学的に等価であることを特徴とする、表面波装置。 - 【請求項１４】 前記圧電薄膜が、ＺｎＯ、ＡｌＮ、Ｔ
ａ2Ｏ5 及びＣｄＳからなる群から選択した１種からな
る、請求項１〜１３のいずれかに記載の表面波装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001126441A JP3963081B2 (ja) | 2000-04-28 | 2001-04-24 | 表面波装置 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000-130168 | 2000-04-28 | ||
| JP2000130168 | 2000-04-28 | ||
| JP2001126441A JP3963081B2 (ja) | 2000-04-28 | 2001-04-24 | 表面波装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002016469A true JP2002016469A (ja) | 2002-01-18 |
| JP3963081B2 JP3963081B2 (ja) | 2007-08-22 |
Family
ID=26591169
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001126441A Expired - Fee Related JP3963081B2 (ja) | 2000-04-28 | 2001-04-24 | 表面波装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3963081B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007010663A1 (ja) * | 2005-07-22 | 2007-01-25 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | 弾性境界波装置 |
| US7176903B2 (en) | 2003-10-07 | 2007-02-13 | Fujitsu Limited | Piezoelectric element and touch screen utilizing the same |
| KR100802882B1 (ko) * | 2005-11-18 | 2008-02-13 | 후지쯔 가부시끼가이샤 | 압전 소자, 그 제조 방법 및 터치 패널 장치 |
-
2001
- 2001-04-24 JP JP2001126441A patent/JP3963081B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| WO2007010663A1 (ja) * | 2005-07-22 | 2007-01-25 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | 弾性境界波装置 |
| KR100802882B1 (ko) * | 2005-11-18 | 2008-02-13 | 후지쯔 가부시끼가이샤 | 압전 소자, 그 제조 방법 및 터치 패널 장치 |
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| JP3963081B2 (ja) | 2007-08-22 |
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