JP2006121634A

JP2006121634A - 弾性表面波共振器とこれを用いた電子装置

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Publication number: JP2006121634A
Application number: JP2004333739A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiko Yamanouchi; 和彦山之内
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2004-10-19
Filing date: 2004-10-19
Publication date: 2006-05-11

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、電極の交差幅を伝搬方向に変化させることにより、励振効率を低下させ、全体の電極対数を大きくすることにより、共振−反共振の周波数幅を狭くする。
【選択図】図１

Description

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、すだれ状電極の変換効率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、正規型のλ／４電極幅のすだれ状電極のみの構造、或いは正規型すだれ状電極の両端にλ／４電極幅の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小さくすることにより、共振と反共振の幅を狭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、電極の交差幅を伝搬方向に変化させることにより、励振効率を低下させ、全体の電極対数を大きくすることにより、共振−反共振の周波数幅を狭くした共振器、及びこれを用いたラダー型フィルタを得るものである。

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、圧電基板或いは圧電薄膜基板上に設けたすだれ状電極において、交差幅を弾性表面波の伝搬方向に変化させた構造のすだれ状電極を用いた弾性表面波共振器、及びこの電極を一周期として、このすだれ状電極或いは類似の電極をＭ周期繰り返した構造の弾性表面波共振器、及びこれらの共振器の両側に反射器を設けた構造の弾性表面波共振器、及びこの共振器を用いた弾性表面波フィルタ及び弾性表面波機能素子が実施例の１である。
実施例の２は、図２のように、圧電基板或いは圧電薄膜基板上に設けたすだれ状電極において、すだれ状電極を弾性表面波の伝搬方向に直角な方向に分割し、分割したすだれ状電極の電極本数を分割した電極毎に、同一、或いは異なった値にすると共に、分割したすだれ状電極の中心位置，ｃ_１，ｃ_２，・・・ｃ_ｋを伝搬方向にＮ・λ（正負電極の中心距離をλ／２、λ：弾性表面波の励振中心波長、Ｎは正の整数）ずらした構造のすだれ状電極において、分割した電極のずらし方として、上の電極の終端が次の電極の最初の電極と接続されているように配置したすだれ状電極を用いた構造の弾性表面波共振器、及びこの電極を一周期として、このすだれ状電極或いは類似の電極をＭ周期繰り返した構造の弾性表面波共振器、及びこれらの共振器の両側に反射器を設けた構造の弾性表面波共振器、及びこの共振器を用いた弾性表面波フィルタ及び弾性表面波機能素子が実施例の２である。実施例の３は、図３のように、圧電基板或いは圧電薄膜基板上に設けたすだれ状電極において、すだれ状電極を弾性表面波の伝搬方向に直角な方向に分割したすだれ状電極において、交差幅をＷ＝αＡとして、α＝１．０の電極とαが０．０５から０．９５の間の値をもつ電極とを一つのすだれ状電極の中で適当な数だけ組み合わせた構造のすだれ状電極共振器、及びこの電極を一周期として、このすだれ状電極をＭ周期繰り返した構造の弾性表面波共振器、及びこの共振器の両側に反射器を設けた構造の弾性表面波共振器、及びこの共振器を用いた弾性表面波フィルタ及び弾性表面波機能素子が実施例の３である。
実施例の４は、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５λ／４、負電極の幅がλ／４、その空隙がλ／４であり、正電極の５λ／４電極を３λ／４電極、λ／４空隙、λ／４電極に分割した構造の弾性表面波共振器、及び正電極の幅が５Ｎλ／４、負電極の幅が５Ｍλ／４、その空隙がλ／４であり、正電極の５Ｎλ／４電極と負電極の幅が５Ｍλ／４、正電極と負電極の最初の部分を３λ／４電極、λ／４空隙、その後の部分をλ／４電極、λ／４空隙に分割した構造の弾性表面波共振器、及びこの電極を一周期として、このすだれ状電極或いは類似の電極をＭ周期繰り返した構造の弾性表面波共振器、及びこれらの共振器の両側に反射器を設けた構造の弾性表面波共振器、及びこの共振器を用いた弾性表面波フィルタ及び弾性表面波機能素子の４である。
実施例の５は、特許請求項の範囲第１項、、第２項、第３項、第４項の共振器において、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、負電極の幅がλ／４、その空隙がλ／４であり、それらの電極の両側に取り出し電極を配置したすだれ状電極において、正の取り出し電極に接続するλ／４幅電極の符号を＋１、負の取り出し電極に接続するλ／４幅電極の符号を−１として、＋１、−１、−１、−１とした構造、或いは正の取り出し電極に接続するλ／４幅電極の符号の数が（２Ｋ＋１）（Ｋ：零を含む正の整数）、負の取り出しに接続するλ／４幅電極の符号の数が（２Ｌ＋１）（Ｌ：零を含む正の整数）のすだれ状電極を一周期として、これらの電極をＮ対構成した構造の弾性表面波共振器、及び一つの共振器の中でＫ、Ｌの値を組み合わせた構造の共振器、及びこれらの共振器の両側に反射器を配置し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の５である。
実施例の６は、特許請求の範囲第１項、第２項、第３項、第４項、第５項において、隣り合う電極中心間の周期はλ／２或いはλ／２の整数倍であり、かつそれらの電極の幅及びキャップが上記の値の±５０％である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６である。
実施例の７は、特許請求の範囲の請求第１項、第２項、第３項、第４項、第５項において、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、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、電極の幅が（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±５０％であり、これらの電極間の距離が（λ／２）×Ｋ（Ｋ：整数）の短絡型及び開放型の反射器をもつ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７である。
実施例の８は、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、及びこれらを用いた電子装置が実施例の８である。
実施例の９は、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、及びこれらを用いた電子装置が実施例の９である。
実施例の１０は、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れらのフィルタを用いた電子装置が実施例の１０である。

発明の効果

以上の共振器の計算結果の一例として、図５に、図１の構造の共振器を用いた、零温度特性、ｋ^２＝０．２２をもつＳｉＯ_２／５°Ｙ−ＸＬｉＮｂＯ_３基板を用いたラダー型フィルタの特性を示す。通常のλ／４幅電極と反射器を用いたラダー型フィルタでは、中心周波数２ＧＨｚで帯域幅３６０ＭＨｚ（Δｆ／ｆ_０＝０．１８）と広帯域特性をもち、現在の携帶電話用のフィルタとしては、広すぎて使えない。一方、本発明の図２のすだれ状電極の両側にλ／４電極幅の反射器をもつ構造では、図５のように、中心周波数２ＧＨｚで帯域幅１７０ＭＨｚ（Δｆ／ｆ_０＝０．０８５）で、かつ零温度特性のフィルタが得られる。また、本特許では、大きなｋ^２をもつ基板を用いて、任意の帯域幅をもつ共振器、及びフィルタを得ることができる。また、図６に図４の構造の共振器を用いた、零温度特性、ｋ^２＝０．２２をもつＳｉＯ_２／５°Ｙ−ＸＬｉＮｂＯ_３基板を用いたラダー型フィルタの特性を示す。この場合は、数２ＧＨｚで帯域幅１１０ＭＨｚ（Δｆ／ｆ_０＝０．０５．５）と現在の携帯電話用のフィルタに最適な帯域をもち、かつ零温度特性のフィルタが得られる。また、本特許では、大きなｋ^２をもつ基板を用いて、任意の帯域幅をもつ共振器、及びフィルタを得ることができる。

本発明に係る電極幅がλ／４幅、空隙がλ／４からなるすだれ状電極の電極の交差幅を伝搬方向に変化させた電極を２周期配置したた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幅、空隙がλ／４からなるすだれ状電極の電極の交差幅を３分割した構造の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幅、空隙がλ／４からなるすだれ状電極の電極の交差幅の幅係数αを１．０と０．５とした構造の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５λ／４電極幅を、３λ／４、空隙がλ／４、電極幅λ／４に分割した構造の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。発明に係るＳｉＯ_２／５°Ｙ−ＸＬｉＮｂＯ_３基板上の図１の構造の共振器を用いたラダー型フィルタの周波数特性である。発明に係るＳｉＯ_２／５°Ｙ−ＸＬｉＮｂＯ_３基板上の図４の構造の共振器を用いたラダー型フィルタの周波数特性である。

符号の説明

１…基板、２…重み付けすだれ状電極、３…正の取り出し電極、４…負の取り出し電極、５…反射器、６…重み付け単位電極、７…繰り返された単位電極、８…交差幅一定の電極の重み付けすだれ状電極、９…第一の交差電極、１０…第２の交差電極、１１…第３の交差電極、１２…α＝１．０の電極、１３…α＝０．５の電極、１４…５λ／４電極を分割した電極、１５…３λ／４幅の電極、１６…λ／４幅電極、１７…ラダー型フィルタの周波数特性、１８…周波数［ＧＨｚ］，１９…挿入損失［ｄＢ］、２０…ラダー型フィルタの周波数特性

Claims

圧電基板或いは圧電薄膜基板上に設けたすだれ状電極において、交差幅を弾性表面波の伝搬方向に変化させた構造のすだれ状電極を用いた弾性表面波共振器、及びこの電極を一周期として、このすだれ状電極或いは類似の電極をＭ周期繰り返した構造の弾性表面波共振器、及びこれらの共振器の両側に反射器を設けた構造の弾性表面波共振器、及びこの共振器を用いた弾性表面波フィルタ及び弾性表面波機能素子。
圧電基板或いは圧電薄膜基板上に設けたすだれ状電極において、すだれ状電極を弾性表面波の伝搬方向に直角な方向に分割し、分割したすだれ状電極の電極本数を分割した電極毎に、同一、或いは異なった値にすると共に、分割したすだれ状電極の中心位置、ｃ_１，ｃ_２，・・・ｃ_ｋを伝搬方向にＮ・λ（正負電極の中心距離をλ／２、λ：弾性表面波の励振中心波長、Ｎは正の整数）ずらした構造のすだれ状電極において、分割した電極のずらし方として、上の電極の終端が次ぎの電極の最初の電極と接続されているように配置したすだれ状電極を用いた構造の弾性表面波共振器、及びこの電極を一周期として、このすだれ状電極或いは類似の電極をＭ周期繰り返した構造の弾性表面波共振器、及びこれらの共振器の両側に反射器を設けた構造の弾性表面波共振器、及びこの共振器を用いた弾性表面波フィルタ及び弾性表面波機能素子。
圧電基板或いは圧電薄膜基板上に設けたすだれ状電極において、すだれ状電極を弾性表面波の伝搬方向に直角な方向に分割したすだれ状電極において、交差幅をＷ＝αＡとして、α＝１．０の電極とαが０．０５から０．９５の間の値をもつ電極とを一つのすだれ状電極の中で適当な数だけ組み合わせた構造のすだれ状電極共振器、及びこの電極を一周期として、このすだれ状電極或いは類似の電極をＭ周期繰り返した構造の弾性表面波共振器、及びこの共振器の両側に反射器を設けた構造の弾性表面波共振器、及びこの共振器を用いた弾性表面波フィルタ及び弾性表面波機能素子。
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５λ／４、負電極の幅がλ／４、その空隙がλ／４であり、正電極の５λ／４電極を３λ／４電極、λ／４空隙、λ／４電極に分割した構造の弾性表面波共振器、及び正電極の幅が５Ｎλ／４、負電極の幅が５Ｍλ／４、その空隙がλ／４であり、正電極の５Ｎλ／４電極と負電極の幅が５Ｍλ／４、正電極と負電極の最初の部分を３λ／４電極、λ／４空隙、その後の部分をλ／４電極、λ／４空隙に分割した構造の弾性表面波共振器、及びこの電極を一周期として、このすだれ状電極或いは類似の電極をＭ周期繰り返した構造の弾性表面波共振器、及びこれらの共振器の両側に反射器を設けた構造の弾性表面波共振器、及びこの共振器を用いた弾性表面波フィルタ及び弾性表面波機能素子。
特許請求項の範囲第１項、第２項、第３項、第４項の共振器において、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、負電極の幅がλ／４、その空隙がλ／４であり、それらの電極の両側に取り出し電極を配置したすだれ状電極において、正の取り出し電極に接続するλ／４幅電極の符号を＋１、負の取り出し電極に接続するλ／４幅電極の符号を−１として、＋１、−１、−１、−１とした構造、或いは正の取り出し電極に接続するλ／４幅電極の符号の数が（２Ｋ＋１）（Ｋ：零を含む正の整数）、負の取り出しに接続するλ／４幅電極の符号の数が（２Ｌ＋１）（Ｌ：零を含む正の整数）のすだれ状電極を一周期として、これらの電極をＮ対構成した構造の弾性表面波共振器、及び一つの共振器の中でＫ、Ｌの値を組み合わせた構造の共振器、及びこれらの共振器の両側に反射器を配置し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。
特許請求の範囲第１項、第２項、第３項、第４項、第５項において、隣り合う電極中心間の周期はλ／２或いはλ／２の整数倍であり、かつそれらの電極の幅及びギャップが上記の値の±５０％である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。
特許請求の範囲の請求第１項、第２項、第３項、第４項、第５項において、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、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、電極の幅が（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±５０％であり、これらの電極間の距離が（λ／２）×Ｋ（Ｋ：整数）の短絡型及び開放型の反射器をもつ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。
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。
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。
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。