JP2005033744A - 弾性表面波共振器とこれを用いた電子装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
従来の弾性表面波共振器は、λ／４の電極幅のため、高周波化するにつれ、電極幅を狭くする必要があるため、作製が困難になると共に、電極抵抗による損失が増大する。
【解決手段】
本発明は、圧電・電歪物質基板上にすだれ状電極を配置し、その両側に反射器を配置した弾性表面波共振器において、λ／２幅の溝、或いはλ／２幅の反射電極を用いることにより、電極抵抗の低減と微細加工が可能となる。
【選択図】図３

Description

発明の詳細な説明

本発明は弾性表面波を用いた共振器及びこれを用いた電子装置に関するもので、すだれ状電極変換器（インターディジタルトランスジューサ、ＩＤＴ）の両端にλ／２幅の反射器を用いた弾性表面波共振器とその作製法及びこの共振器を用いた電子装置に関する。

通常の弾性表面波共振器は、すだれ状電極の両端にλ／４幅の電極型反射器を用いているため、高周波では、電極幅が狭くなるため、電極抵抗による損失が大きくなる、作製が困難になる、バルク波への放射損失が増大する、などの欠陥がある。

発明が解決しようとする課題

本発明は上述したごとき従来の弾性表面波共振器の欠陥を除去すべくなされたものであって、幅の広い溝、或いは電極を用いているため、損失の少ない、微細加工の容易な弾性表面波共振器を提供するものである。

課題を解決するための手段

上述の課題を解決するために、本発明にかかる弾性表面波共振器は、圧電・電歪物質基板の表面或いは圧電薄膜基板にすだれ状電極を配置し、その両側に反射器として、λ／２幅の溝或いは電極を用いることにより、高周波での共振器の特性を改善するものである。

以下、本発明を図面に示した実施例に基づいて詳細に説明する。
図１、図２のように、圧電・電歪物質基板１の表面或いは圧電薄膜基板にすだれ状電極を配置し、その両側に反射器を配置した弾性表面波共振器において、基本動作周波数での波長をλ_０として、基板１の表面に、その周期がλ_０であり、その膜厚がＨ_１、その幅ａ、ｂがλ_０／４の正電極５と負電極６とが配置されている基板の両側に、その溝の深さＨ _２、その周期がλ_０、その幅ｗ_１がλ_０／２、その位置がすだれ状電極の中心から溝の中心までの距離がｄ_１である溝４を配置した構造とすることにより、すだれ状電極弾性表面共振器が得られる。
上記の共振器において、電極４、５の幅ａ、ｂの範囲が０．０５λ_０から０．５λ_０の範囲であり、その厚さＨ_１が０．００１λ_０から０．３λ_０の範囲であり、溝の深さＨ_２が０．００１λ_０から０．３λ_０の範囲であり、その幅ｗ_１が０．１λから０．９λの範囲であり、溝４の中心と正負電極、５、６の中心との間の距離ｄ_１が０．１λから１．５λの範囲にある構造とすることにより、高性能の共振器が得られる。
図３、図４のように、圧電・電歪物質基板１の表面或いは圧電薄膜基板にすだれ状電極を配置し、その両側に反射器を配置した弾性表面波共振器において、基本動作周波数での波長をλ_０として、基板１の表面に、その周期がλ_０であり、その膜厚がＨ_１、その幅ａ、ｂがλ_０／４の正電極５と負電極６とが配置されている基板の両側に、膜厚がＨ_３、幅ｗ_２がλ_０／２、その周期がλ_０、その位置がすだれ状電極の中心から電極の中心までの距離がｄ_２の電極７を配置した構造とすることにより、すだれ状電極弾性表面共振器が得られる。ここで、図４の反射電極の短絡用の電極８、９は必ずしも必要ではない。
上記の弾性表面波共振器において、電極４、５の幅ａ、ｂの範囲が０．０５λ_０から０．５λ_０の範囲であり、その厚さＨ_１が０．００１λ_０から０．３λ_０の範囲であり、電極の膜厚Ｈ_３が０．００１λ_０から０．３λ_０の範囲であり、その幅ｗ_２が０．１λから０．９λの範囲であり、電極７の中心と正負電極、５、６の中心との間の距離ｄ_２が０．１λから１．５λの範囲にある構造とすることにより、高性能の弾性表面波共振器が得られる。
図５、図６のように、圧電・電歪物質基板１の表面或いは圧電薄膜基板にすだれ状電極を配置し、その両側に反射器を配置した弾性表面波共振器において、基本動作周波数での波長をλ_０として、基板１の表面に、その周期がλ_０であり、その膜厚がＨ_１、その幅ａ、ｂがλ_０／４の正電極５と負電極６とが配置されている基板の両側に、その溝の深さ溝Ｈ_４、その周期がλ_０／２、その幅ｗ_３がλ_０／４、その位置がすだれ状電極の中心から溝の中心までの距離がｄ_３である溝１０を配置した後、膜厚がＨ_５、幅ｗ_４がλ_０／２、その周期がλ_０、その位置がすだれ状電極の中心から電極の中心までの距離がｄ_４の電極１１を配置した構造、或いは膜厚がＨ_５、幅ｗ_５がλ_０／４、その周期がλ_０／２、その位置がすだれ状電極の中心から電極の中心までの距離がｄ_４の電極１１を配置した構造とすることにより、特性の良いすだれ状電極弾性表面共振器が得られる。図６の反射電極の短絡用の電極８、９は必ずしも必要ではない。
上記の共振器において、電極４、５の幅ａ、ｂの範囲が０．０５λ_０から０．５λ_０の範囲であり、その厚さＨ_１が０．００１λ_０から０．３λ_０の範囲であり、溝の深さＨ_４が０．００１λ_０から０．３λ_０の範囲であり、その幅ｗ_３が０．１λ_０から０．５λ_０の範囲であり、溝１０の中心と正負電極、５、６の中心との間の距離ｄ_３が０．１λから１．５λの範囲にある、電極の膜厚Ｈ_５が０．００１λ_０から０．３λ_０の範囲であり、その幅ｗ_４が０．１λ_０から０．９λ_０、幅ｗ_５が０．１λ_０から０．５λ_０のの範囲であり、電極１１の中心と正負電極、５、６の中心との間の距離ｄ_４が０．１λから１．５λの範囲にある構造とすることによいすだれ状電極弾性表面波共振器が得られる。
上記の共振器において、その作製法として、基板１上に溝４、１０を作製した後、２枚以上のマスクを用いたマスク合わせ法、或いは電子ビーム２重露光法などを用いて正負電極５、６、反射電極７、１１を作製した構造のすだれ状電極弾性表面波共振器も本特許に含まれる。
また、上記の共振器において、正負電極及び金属膜として、Ａｌ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ａｕ、Ａｇ、Ｗ、Ｔｉなど或いはこれらの合金、また圧電体基板１として、水晶、ランガサイト系単結晶、Ｌｉ_２Ｂ_４Ｏ_７単結晶、ＢＧＯ単結晶、ＢＳＯ単結晶、ＬｉＮｂＯ_３単結晶、ＬｉＴａＯ_３単結晶、ＫＮｂＯ_３単結晶、ＰＺＴなど、圧電薄膜として、ＺｎＯ、ＡｌＮ、ＬｉＴａＯ_３、ＬｉＮｂＯ_３、ＫＮｂＯ_３、Ｔａ_２Ｏ_５、ＰＺＴ、など、を用いた構造のすだれ状電極弾性表面波共振器も本特許に含まれる。
また、上記の弾性表面波共振器上にその膜厚Ｈ_６が０．００５λ_０から０．５λ_０の範囲にあるＳｉＯ_２薄膜、或いは正の周波数温度特性をもつガラスなどの誘電体膜を付着させた構造のすだれ状電極弾性表面波共振器も本特許に含まれる。
また、すだれ状電極変換器の内部に反射器をもつ一方向性弾性表面波変換器において、上記構造の電極幅がほぼλ／４、或いはλ／２の反射器を内蔵した一方向性すだれ状電極も本特許に含まれる。
また、上記の波共振器をラダー型或いはラティス型に構成した弾性表面波フィルタも本特許に含まれる。
また、上記の構造の内部反射形一方向性弾性表面波変換器の波長λ_０で動作する周波数を基本動作角周波数ω_０として、Ｎを１、２、３、…などの整数とし、Ｎω_０で動作する上記構造の弾性表面波共振器及びこの変換器を用いた電子装置も本特許に含まれる。

発明の効果

本発明の一方向性弾性表面波変換器は以上説明したごとく構成するものであるから、グレーティング構造の溝を作製した圧電体基板に簡単なマスク合わせを用いてすだれ状電極を作製する方法、或いはλ／２幅の反射電極を作製する方法により本特許の共振器が得られるので、通常一般の弾性表面波デバイスとほとんど同等のコストで安価に製造可能であるので、高周波で高性能のフィルタが容易に得られる。
以上の共振器の計算結果の一例として、図７は１２８°Ｙ−Ｘ ＬｉＮｂＯ_３基板に図１の構造の共振器を作製した場合の共振特性である。

本発明に係るλ／２幅のグルーブ型弾性表面波共振器の実施例を示す電極構成の断面図である。 本発明に係るλ／２幅のグルーブ型弾性表面波共振器の実施例を示す電極構成の平面図である。 本発明に係るλ／２幅の電極型一方向性弾性表面波共振器の実施例を示す電極構成の断面図である。 本発明に係るλ／２幅の電極型一方向性弾性表面波共振器の実施例を示す電極構成の平面図である。 本発明に係るλ／４幅のグルーブとλ／２型のサセプタンス変化型弾性表面波共振器の実施例を示す電極構成の断面図である。 本発明に係るサセプタンス変化型弾性表面波共振器の実施例を示す電極構成の平面図である。 本発明の１２８°Ｙ−Ｘ ＬｉＮｂＯ_３基板上にλ／２型のグルーブをもつ弾性表面波共振器の共振特性の計算結果の一例である。

符号の説明

１…基板、２…正のすだれ状電極の取り出し電極、３…負のすだれ状電極の取り出し電極、４…溝、５…正のすだれ状電極指、６…負のすだれ状電極指、７…反射電極、８…短絡用の電極、９…短絡用の電極、１０…溝、１１…反射電極、１２…共振特性

Claims (11)

1. 圧電・電歪物質基板１の表面或いは圧電薄膜基板にすだれ状電極を配置し、その両側に反射器を配置した弾性表面波共振器において、基本動作周波数での波長をλ_０として、基板１の表面に、その周期がλ_０であり、その膜厚がＨ_１、その幅ａ、ｂがλ_０／４の正電極５と負電極６とが配置されている基板の両側に、その溝の深さＨ_２、その周期がλ_０、その幅ｗ_１がλ_０／２、その位置がすだれ状電極の中心から溝の中心までの距離がｄ_１である溝４を配置した構造のすだれ状電極弾性表面共振器及びこれを用いた電子装置。
2. 特許請求の範囲第１項の弾性表面波変換器において、電極４、５の幅ａ、ｂの範囲が０．０５λ_０から０．５λ_０の範囲であり、その厚さＨ_１が０．００１λ_０から０．３λ_０の範囲であり、溝の深さＨ_２が０．００１λ_０から０．３λ_０の範囲であり、その幅ｗ_１が０．１λから０．９λの範囲であり、溝４の中心と正負電極、５、６の中心との間の距離ｄ_１が０．１λからｌ．５λの範囲にある構造のすだれ状電極弾性表面波共振器及びこれを用いた電子装置。
3. 圧電・電歪物質基板１の表面或いは圧電薄膜基板にすだれ状電極を配置し、その両側に反射器を配置した弾性表面波共振器において、基本動作周波数での波長をλ_０として、基板１の表面に、その周期がλ_０であり、その膜厚がＨ_１、その幅ａ、ｂがλ_０／４の正電極５と負電極６とが配置されている基板の両側に、膜厚がＨ_３、幅ｗ_２がλ_０／２、その周期がλ_０、その位置がすだれ状電極の中心から電極の中心までの距離がｄ_２の電極７を配置した構造のすだれ状電極弾性表面共振器及びこれを用いた電子装置。
4. 特許請求の範囲第３項の弾性表面波変換器において、電極４、５の幅ａ、ｂの範囲が０．０５λ_０から０．５λ_０の範囲であり、その厚さＨ_１が０．００１λ_０から０．３λ_０の範囲であり、電極の膜厚Ｈ_３が０．００１λ_０から０．３λ_０の範囲であり、その幅ｗ_２が０．１λから０．９λの範囲であり、電極７の中心と正負電極、５、６の中心との間の距離ｄ_２が０．１λから１．５λの範囲にある構造のすだれ状電極弾性表面波共振器及びこれを用いた電子装置。
5. 圧電・電歪物質基板１の表面或いは圧電薄膜基板にすだれ状電極を配置した、その両側に反射器を配置した弾性表面波共振器において、基本動作周波数での波長をλ_０として、基板１の表面に、その周期がλ_０であり、その膜厚がＨ_１、その幅ａ、ｂがλ_０／４の正電極５と負電極６とが配置されている基板の両側に、その溝の深さＨ_４、その周期がλ_０／２、その幅ｗ_３がλ_０／４、その位置がすだれ状電極の中心から溝の中心までの距離がｄ _３である溝１０を配置した後、膜厚がＨ_５、幅ｗ_４がλ_０／２、その周期がλ_０、その位置がすだれ状電極の中心から電極の中心までの距離がｄ_４の電極１１を配置した構造、或いは膜厚がＨ_５、幅ｗ_５がλ_０／４、その周期がλ_０／２、その位置がすだれ状電極の中心から電極の中心までの距離がｄ_４の電極１１を配置した構造のすだれ状電極弾性表面共振器及びこれを用いた電子装置。
6. 特許請求の範囲第５項の弾性表面波変換器において、電極４、５の幅ａ、ｂの範囲が０．０５λ_０から０．５λ_０の範囲であり、その厚さＨ_１が０．００１λ_０から０．３λ_０の範囲であり、溝の深さＨ_４が０．００１λ_０から０．３λ_０の範囲であり、その幅ｗ_３が０．１λ_０から０．５λ_０の範囲であり、溝１０の中心と正負電極、５、６の中心との間の距離ｄ_３が０．ｌλから１．５λの範囲にあり、電極の膜厚Ｈ_５が０．００１λ_０から０．３λ_０の範囲であり、その幅ｗ_４が０．１λ_０から０．９λ_０、幅ｗ_５が０．１λ_０から０．５λ_０のの範囲であり、電極１１の中心と正負電極、５、６の中心との間の距離ｄ_４が０．１λから１．５λの範囲にある構造のすだれ状電極弾性表面波共振器及びこれを用いた電子装置。
7. 特許請求の範囲第１項、第２項、第３項、第４項、第５項、第６項、第７項において、その作製法として、基板１上に溝４、１０を作製した後、２枚以上のマスクを用いたマスク合わせ法、或いは電子ビーム２重露光法などを用いて正負電極５、６、反射電極７、１１を作製した構造のすだれ状電極弾性表面波共振器及びこれを用いた電子装置。
8. 特許請求の範囲、第１項、第２項、第３項、第４項、第５項、第６項、第７項において、正負電極及び金属膜として、Ａｌ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ａｕ、Ａｇ、Ｗ、Ｔｉなど或いはこれらの合金、また圧電体基板１として、水晶、ランガサイト系単結晶、Ｌｉ_２Ｂ_４Ｏ_７単結晶、ＢＧＯ単結晶、ＢＳＯ単結晶、ＬｉＮｂＯ_３単結晶、ＬｉＴａＯ_３単結晶、ＫＮｂＯ_３単結晶、ＰＺＴなど、圧電薄膜として、ＺｎＯ、ＡｌＮ、ＬｉＴａＯ_３、ＬｉＮｂＯ_３、ＫＮｂＯ_３、Ｔａ_２Ｏ_５、ＰＺＴ、など、を用いた構造のすだれ状電極弾性表面波共振器及びこれを用いた電子装置。
9. 特許請求の範囲、第１項、第２項、第３項、第４項、第５項、第６項、第７項、第８項の弾性表面波共振器上にその膜厚Ｈ_６が０．００５λ_０から０．５λ_０の範囲にあるＳｉＯ _２薄膜、或いは正の周波数温度特性をもつガラスなどの誘電体膜を付着させた構造のすだれ状電極弾性表面波共振器及びこれを用いた電子装置。
10. すだれ状電極変換器の内部に反射器をもつ一方向性弾性表面波変換器において、上記構造の電極幅がほぼλ／４、及びλ／２の反射器を内蔵した一方向性すだれ状電極とこの変換器を用いた電子装置。
11. 特許請求の範囲、第１項、第２項、第３項、第４項、第５項、第６項、第７項、第８項、第９項、第１０項の弾性表面波共振器をラダー型、ラティス型に構成した弾性表面波フィルタとこのフィルタを用いた電子装置。

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