JP2006060759A - 弾性表面波共振器とこれを用いた電子装置 - Google Patents

Abstract

【課題】任意の帯域幅の共振器及びフィルタを提供する。
【解決手段】大きな電気機械結合係数を持つ圧電・電歪物質基板の表面或いは圧電薄膜基板上にすだれ状電極を配置した共振器、或いはその両側に反射器を配置した構造の共振器において、数個の共振器を直列に接続する構造、或いは圧電基板上に誘電体薄膜を付着させた基板上にすだれ状電極及び反射器を設けた構造、或いは弾性表面波共振器の表面に誘電体を付着させ、さらにはその上に導体膜を付着させる構造とする。
【選択図】図１

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、弾性表面波共振器を直列に接続した構造、変換効率を低下させた構造、或いは基板表面に誘電体膜を設けることにより、電気機械結合係数を低下させた構造の弾性表面波共振器に関する。

通常の弾性表面波共振器は、すだれ状電極のみの構造、或いはすだれ状電極の両端に反射器を設けた構造であり、共振と反共振の周波数幅は、用いる基板の電気機械結合係数（ｋ^２）でほぼ決定される。従って、大きなｋ^２の基板では、比較的狭い帯域幅のフィルタには用いられなかった。

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、電極構造を工夫することにより見かけ上の電気機械結合を低下させることにより、変換効率と反射係数を小さくした、或いは単位長さ当たりの反射器の数を大きくすることにより、共振と反共振の幅を小さくした構造の弾性表面波共振器に関するものであり、任意の帯域幅の共振器及びフィルタ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、本発明に係る弾性表面波共振器は、大きな電気機械結合係数をもつ圧電・電歪物質基板の表面或いは圧電薄膜基板上にすだれ状電極を配置した共振器、或いはその両側に反射器を配置した構造の共振器において、数個の共振器を直列に接続する方法、単位長さ当たりの励振の数及び反射器の数を少なくする方法、或いは圧電基板上に誘電体薄膜を付着させた基板上にすだれ状電極及び反射器を設けた構造、或いは弾性表面波共振器の表面に誘電体を付着させ、さらにその上に導体膜を付着させる構造とすることにより、共振器の共振と反共振の幅を制御するものである。

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。
実施例の１は、図１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上にすだれ状電極を配置した共振器、或いはすだれ状電極の両側に反射器を配置した弾性表面波共振器において、共振器を２個或いは２個以上を作製した後、これらの共振器を直列に接続した構造の弾性表面波共振器及びこれを用いた電子装置が実施例の１である。
実施例の２は、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上にすだれ状電極を配置した共振器において、伝搬路上にすだれ状電極を同位相で合い加わるように２個或いは２個以上作製した後、各々のすだれ状電極を直列に接続した構造の弾性表面波共振器、或いは直列に接続したすだれ状電極の両側に反射器を配置した弾性表面波共振器及びこれを用いた電子装置が実施例の２である。
実施例の３は、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上にすだれ状電極を配置した共振器、或いはすだれ状電極の両側に反射器を配置した弾性表面波共振器において、正電極のみからなる電極、及び負電極のみからなるすだれ状電極をお互いが交差しないように作製した後、正電極間と負電極間に浮き電極を挿入した構造の弾性表面波共振器及びこの浮き電極を直列に２個以上構成した弾性表面波共振器、及びこれらの共振器の両端に反射器を設けた構造の弾性表面波共振器、及びこれを用いた電子装置が実施例の３である。
実施例の４は、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上にすだれ状電極を作製した構造、あるいはその両側に反射器を配置した構造の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として、正電極の幅が（λ／４＋Ｍλ）（Ｍ：正の整数）、負電極の幅が（λ／４＋Ｎλ）（Ｎ：正の整数）、その空隙が（λ／４）及び（λ／４＋Ｎλ）、或いはそれらの幅が上記の値の±３０％であり、正負電極間の距離が（λ／２）×Ｋ（Ｋ：正の整数）からなるすだれ状電極共振器、或いはこのすだれ状電極の両側に反射器をもつ弾性表面波共振器、及びこれらのすだれ状電極のＭ、Ｎの値をすだれ状電極内でＭ＝０、Ｎ＝０も含めて組み合わせた構造の弾性表面波共振器及びこれらの共振器を用いた電子装置が実施例の４である。
実施例の５は、図７、図８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上にすだれ状電極とその両側に反射器を配置した構造の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として、通常のすだれ状電極、或いは特許請求の範囲第３項のすだれ状電極の両側に反射器を配置した構造の弾性表面波共振器において、反射器の幅が（λ／２）×Ｍ（Ｍ：正の整数）でその空隙が（λ／２）×Ｎ（Ｎ：整数）或いは、（λ／４）×（２Ｍ＋１），でその空隙が（λ／４）×（２Ｎ−１）、或いはそれらの幅が上記の値の±３０％であり、グレーティング電極間の距離が（λ／２）×Ｋ（Ｋ：整数）の短絡型の反射器グレーティングをもつ構造の弾性表面波共振器及びこれを用いた電子装置が、実施例の５である。
実施例の６は、図９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上に誘電体薄膜６を付着させた弾性表面波共振器、及びその上に弾性波表面波共振器を作製した後、その上に金属膜７を付着させた構造の共振器、或いはこの共振器上にさらに誘電体薄膜８を付着させた構造の弾性表面波共振器、及び上記の金属膜７として、反射器上にのみ付着させた構造の弾性表面波共振器及びこれを用いた電子装置が実施例の７である。
実施例の７は、実施例の６の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として、薄膜６の膜厚をＨ_１として、、薄膜６の膜厚Ｈ_１／λが、０．００１から０．０２の範囲にある弾性表面波共振器及びこれを用いた電子装置が実施例の７である。
実施例の８は、実施例の１から７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、ＴａＯ_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が実施例の８である。
実施例の９は、実施例の１から８の弾性表面波共振器上に、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が実施例の９である。
実施例の１０は、実施例の１から９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が実施例の１０である。また、上記のすだれ状電極の周期及び反射器の周期が±３０％の範囲で変化させた共振器も本特許に含まれるものとする。

発明の効果

以上の共振器の計算結果の一例として、図９はｋ^２＝０．２５をもつＳｉＯ_２／５°Ｙ−Ｘ ＬｉＮｂＯ_３基板の図６の構造の共振器のアドミッタンス特性であり、λ／４の電極幅からなるすだれ状電極の帯域幅が、２ＧＨｚの中心周波数で、２２０ＭＨｚに対して、本特許の帯域幅は約８０ＭＨｚと約１／３の狭い特性の共振器が得られる。また、本特許の共振器では、広い電極幅の共振器が得られるので、超高周波で作製が容易であると同時に電極抵抗による損失を低減できる。

本発明に係る弾性表面波共振器を直列に接続した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。 本発明に係る複数の弾性表面波共振器を伝搬路上に配置すると共に、これらの共振器を直列に接続した弾性表面波共振器の電極構成の平面図である。 本発明に係る正負電極間に浮き電極を挿入した構造の弾性表面波共振器の電極構成の平面図であり、浮き電極の数が１の場合である。 本発明に係る正負電極間に浮き電極を挿入した構造の弾性表面波共振器の電極構成の平面図であり、浮き電極の数が２の場合である。 本発明に係る電極幅がλ／４幅、空隙がλ／４、電極幅が（λ／４＋λ）の周期からなる弾性表面波共振器の電極構成の平面図及び断面図である。 本発明に係る電極幅が（λ／４＋λ）幅、空隙がλ／４、電極幅が（λ／４＋λ）幅の周期からなる弾性表面波共振器の電極構成の平面図及び断面図である。 すだれ状電極の両端にλ／２型構造の反射器をもつ弾性表面波共振器の断面図である。 すだれ状電極の両端に３λ／４反射器、λ／４空隙をもつ構造の弾性表面波共振器の断面図である。 圧電体基板上に誘電体薄膜を付着させ、その上にすだれ状電極を作製した構造の表面波共振器の断面図である。 発明に係るＳｉＯ_２／５°Ｙ−Ｘ ＬｉＮｂＯ_３基板上の図６の構造の共振器のアドミッタンス特性である。

符号の説明

１…基板、２…すだれ状電極、３…反射電極、４…接続電極、５…浮き電極、６…誘電体膜、７…金属膜、８…誘電体膜、９…短絡用の電極、１０…溝、１１…反射電極、１２…共振特性

Claims (10)

1. 圧電・電歪物質基板１の表面或いは圧電薄膜基板上にすだれ状電極を配置した共振器、或いはすだれ状電極の両側に反射器を配置した弾性表面波共振器において、共振器を２個或いは２個以上を作製した後、これらの共振器を直列に接続した構造の弾性表面波共振器及びこれを用いた電子装置。
2. 圧電・電歪物質基板１の表面或いは圧電薄膜基板上にすだれ状電極を配置した共振器において、伝搬路上にすだれ状電極を同位相で合い加わるように２個或いは２個以上作製した後、各々のすだれ状電極を直列に接続した構造の弾性表面波共振器、或いは直列に接続したすだれ状電極の両側に反射器を配置した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上にすだれ状電極を配置した共振器、或いはすだれ状電極の両側に反射器を配置した弾性表面波共振器において、正電極のみからなる電極、及び負電極のみからなるすだれ状電極をお互いが交差しないように作製した後、正電極間と負電極間に浮き電極を挿入した構造の弾性表面波共振器、及びこれらの共振器の両端に反射器を配置した構造の弾性表面波共振器、及びこの浮き電極を直列に２個以上構成した弾性表面波共振器及びこれを用いた電子装置。
4. 圧電・電歪物質基板１の表面或いは圧電薄膜基板上にすだれ状電極を作製した構造、あるいはその両側に反射器を配置した構造の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として、正電極の幅が（λ／４＋Ｍλ）（Ｍ：正の整数）、負電極の幅が（λ／４＋Ｎλ）（Ｎ：正の整数）、その空隙が（λ／４）及び（λ／４＋Ｎλ）、或いはそれらの幅が上記の値の±３０％であり、正負電極間の距離が（λ／２）×Ｋ（Ｋ：正の整数）からなるすだれ状電極共振器、或いはこのすだれ状電極の両側に反射器をもつ弾性表面波共振器、及びこれらのすだれ状電極のＭ、Ｎの値をすだれ状電極内でＭ＝０、Ｎ＝０も含めて組み合わせた構造の弾性表面波共振器及びこれらの共振器を用いた電子装置。
5. 圧電・電歪物質基板１の表面或いは圧電薄膜基板上にすだれ状電極とその両側に反射器を配置した構造の弾性比較的波共振器において、基本動作周波数での波長をλとして、通常のすだれ状電極、或いは特許請求の範囲第１項、第２項、第３項、第４項のすだれ状電極の両側に反射器を配置した構造の弾性表面波共振器において、反射器の幅が（λ／２）×Ｍ（Ｍ：正の整数）でその空隙が（λ／２）×Ｎ（Ｎ：正の整数）或いは、（λ／４）×（２Ｍ＋１），でその空隙が（λ／４）×（２Ｎ−１）、或いはそれらの幅が上記の値の±３０％であり、グレーティング電極間の距離が（λ／２）×Ｋ（Ｋ：整数）の短絡型の反射器グレーティングをもつ構造の弾性表面波共振器及びこれを用いた電子装置。
6. 圧電・電歪物質基板１の表面或いは圧電薄膜基板上に誘電体薄膜６を付着させた弾性表面波共振器、及びその上に弾性波共振器を作製した後、その上に金属膜７を付着させた構造の共振器、或いはこの共振器上にさらに誘電体薄膜８を付着させた構造の弾性表面波共振器、及び上記の金属膜７として、反射器上にのみ付着させた構造の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６項の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として、薄膜６の膜厚をＨ_１として、、薄膜６の膜厚Ｈ_１／λが、０．００１から０．０２の範囲にある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、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. 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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