JP2006270906A

JP2006270906A - 温度高安定・高結合溝構造弾性表面波基板とその基板を用いた弾性表面波機能素子

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Publication number: JP2006270906A
Application number: JP2005121549A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiko Yamanouchi; 和彦山之内
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-03-23
Filing date: 2005-03-23
Publication date: 2006-10-05

Abstract

【目的】本発明は、溝（グレーティンググルーブ）を設けた圧電性基板上にすだれ状電極を作製することにより、温度の変化に対する中心周波数の変化の小さい擬似弾性表面波基板、或いは電気機械結合係数の大きな基板を得ることを目的としている。
【構成】圧電性基板１の表面に弾性表面波の伝搬方向に直角な溝（グルーブ）２を作製した構造の圧電性基板上に溝に埋め込まれたすだれ状電極を用いた構造であって、圧電性基板として、回転Ｙ−Ｘ伝搬のＬｉＴａＯ_３、ＬｉＮｂＯ_３、或いは水晶、ランガサイトなどの零ＴＣＦ基板を用いて従来の特性より大きなｋ^２の基板、或いは従来より優れたＴＣＦの基板を得るのが本特許の構成である。
【選択図】図２

Description

本発明は元の圧電性基板より大きな電気機械結係数（ｋ^２）、及び周波数温度特性（ＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＣｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｏｆＦｒｅｑｕｅｎｃｙ、ＴＣＦ）がより優れた零或いは零に近い値をもつ温度安定性に優れた電極／溝／圧電体基板、及びＳｉＯ_２／電極／溝／圧電体基板を用いた擬似弾性表面波及び弾性表面波、及びこれらの基板を用いた弾性表面波フィルタ及び機能素子に関する。

圧電性基板表面にすだれ状電極を設けた弾性表面波変換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は、テレビの中間周波数帯のフィルタ、移動体通信用のフィルタとして、広く応用されている。これらのフィルタでは、比較的帯域幅が広い特性が要求される。また、温度の変化に対する周波数特性の変化の小さい変換器及びフィルター要求されている。しかし、従来の広い帯域幅をもつフィルタは電気機械結合係数（ｋ^２）の大きな圧電体基板が用いられているが、ｋ^２の大きな基板は一般に温度特性が悪く、温度安定性に欠ける。一方、温度安定性に優れた弾性表面波基板として、ＳＴ−カット水晶、ＬＳＴ−カット水晶などが提案されいるが、これらの単結晶基板は、高安定の発振器として有用であるが、電気機械結合係数が小さいので、広い帯域幅をもち、挿入損失の小さいフィルタには向かない。

発明が解決しようとする課題

これからの超高速を目指したＵＷＢ通信システムに向けて超広帯域フィルタ、信号源、ＶＣＯなどのデバイスが求められている中で、弾性表面波材料もより大きなｋ^２をもつ基板、或いは温度安定性に優れ基板が求められている。

発明が解決するための手段

本発明は、圧電性基板表面に伝搬方向に直角な方向に周期的な溝（グルーブ）を作製し、その溝部分にすだれ状電極を埋め込んだ構造を弾性表面波変換器を構成することにより、基板のオリジナルな値より大きなｋ^２をもつ基板、及びオリジナルなＴＣＦより小さいＴＣＦをもつ基板を得ることによい、従来より優れた弾性表面波基板を得ることを目的としている。

実施例の１は、図１のように、圧電性基板１の表面に弾性表面波の伝搬方向に直角な溝（グルーブ）２を作製した構造の圧電性基板であって、弾性表面波の波長をλ、その溝の深さをＨ_１，溝の伝搬方向の幅をａ、溝の周期をｐとして、ｐ＝λ、λ／２、λ／４、或いはλからλ／６の範囲で可変させた構造であり、その深さＨ_１／λが０．００５から０．５の範囲であり、その溝の幅ａ／ｐが０．０１から０．９の範囲の構造の弾性表面波基板及びこれらの基板を用いた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、溝構造の表面に膜厚Ｈ_２の金属薄膜を付けた構造であって、金属薄膜の膜厚Ｈ_２／λが、０．００５から０．５の範囲にある構造であり、その金属膜の構造として、溝と基板表面を一様に覆った金属膜、或いは溝の部分に埋め込まれた構造、或いは溝にかかるように付着させた構造、或いは溝にまたがるように付着させた構造であって、金属電極の接続法として、開放型及び短絡型構造のグレーティング構造電極、或いはλ／２周期の溝に対して正規型構造のすだれ状電極、或いはλ／４周期の電極に対してダブル電極構造のすだれ状電極からなる弾性表面波基板及びこれらの基板を用いた弾性表面波機能素子が実施例の２である。

実施例の３は、実施例１、及び実施例２の構造の圧電性基板１として、圧電性基板１を伝搬する弾性表面波として、レーレー型の弾性表面波より速い速度をもつブランチの擬似弾性表面波を用いた擬似弾性表面波基板であって、回転Ｙ板のカット角が２５度から５０度の範囲のＬｉＴａＯ_３基板であり、かつ弾性表面波の伝搬方向がＸ軸或いはＸ軸からプラス・マイナス５度の範囲である弾性表面波基板を用いたのが実施例の３でる。この基板を用いることにより、図３のように、溝の深さＨ_１／λ＝０．２５の場合、ほぼ零ＴＣＦの基板が得られることが判る。

実施例の４は、実施例１及び実施例２の構造の圧電性基板１として、圧電性基板１を伝搬する弾性表面波として、レーレー型の弾性表面波より速い速度をもつブランチの擬似弾性表面波を用いた擬似弾性表面波基板であって、回転Ｙ板のカット角が−１０度から４０度の範囲のＬｉＮｂＯ_３基板であり、かつ弾性表面波の伝搬方向がＸ軸或いはＸ軸からプラス・マイナス５度の範囲である弾性表面波基板を用いたのが、実施例の４でる。この基板を用いることにより、図５のように、溝の深さＨ_１／λ＝０．０５の場合、ｋ^２＝０．３５が得られることが判る。

実施例５は、実施例１及び実施例２の構造の圧電性基板１として、圧電性基板１として、この基板を伝搬する弾性表面波として、レーレー型の弾性表面波より速い速度をもつブランチの擬似弾性表面波を用いた擬似弾性表面波基板であって、回転Ｙ板のカット角が１００度から１３０度の範囲の水晶基板及び零周波数温度特性をもつ水晶基板、及び遅い横波より遅い速度のレーレー型の弾性表面波基板であって、回転Ｙ板のカット角が３６度から５０度の範囲の水晶、回転Ｙ板のカット角が１２０度から１４０度の範囲のＬｉＮｂＯ_３基板及びＬｉＴａＯ_３基板であり、かつ弾性表面波の伝搬方向がＸ軸或いはＸ軸からプラス・マイナス５度の範囲である基板、及びＬｉＴａＯ_３基板のＸ−カットの伝搬方向が１１２度を中心としてプラス・マイナス５度の範囲である基弾性表面波基板が実施例の５である。本構造の溝構造のすだれ状電極を用いることにより、溝の深さＨ_１／λ＝０．０５で約２倍のｋ^２が得られる。

実施例の１から５までの基板上に薄膜３として、ＳｉＯ_２薄膜、正の周波数温度特許をもつガラスなどの誘電体膜を付着させた構造であり、弾性表面波の波長をλとして、薄膜の膜厚をＨ_３として、Ｈ_３／λを、０．００１から０．５の範囲で付着させた構造の擬似弾性表面波及び弾性表面波基板、及びこれらの弾性表面波基板を用いた弾性表面波機能素子が実施例の６である。本構造とすることにより、零ＴＣＦの弾性表面波基板が得られる。

実施例の１から６までの金属薄膜３として、アルミニューム薄膜、銅薄膜、タングステン薄膜、チタン薄膜、或いはアルミニューム金属膜と銅、チタン、或いは銅とチタン、クロムなどとの組み合わせ金属薄膜などからなる擬似弾性表面波及び弾性表面波基板、及びこれらの弾性表面波基板を用いた弾性表面波機能素子が実施例の７である。

実施例の８は、実施例の１から７において、溝の中に付着させる金属膜膜の膜厚として、基板表面がほぼ平坦になるように金属膜を付着させた構造であり、平坦度として、基板表面からの膜厚をΔＨとして、ΔＨ／λが±０．０６以下である構造の擬似弾性表面波及び弾性表面波基板、及びこれらの弾性表面波基板を用いた弾性表面波機能素子が実施例の８である。

実施例の１から８において、弾性表面波を励振する“すだれ状電極”部分のＳｉＯ_２薄膜の膜厚と、弾性表面波が伝搬する部分、或いは弾性表面波を反射させる周期構造の電極部分のＳｉＯ_２の膜厚が同じ構造及び異なる構造の弾性表面波基板とこれらの弾性表面波基板を用いた弾性表面波機能素子、及びこの弾性表面波が擬似弾性表面波である擬似弾性表面波基板、及びこれらの弾性表面波基板を用いた弾性表面波機能素子が実施例の９である。

実施例の１から９において、上記の基板の周波数温度特性（ＴＣＦ）として、表面短絡に近い場合のＴＣＦと表面開放に近いＴＣＦの和が−１５ｐｐｍ／°Ｃ以下である弾性表面波基板、及びこれらの弾性表面波基板を用いた弾性表面波機能素子が実施例の１０である。

実施例の１から９において、上記の薄膜基板を用いた高周波帯の多位相型一方向性“すだれ状電極”弾性表面波変換器を用いたフィルタ、集積型のすだれ状電極を用いたフィルタ、内部反射型の一方向性すだれ状電極弾性表面波変換器を用いたフィルタ、共振器構造の“すだれ状電極”弾性表面波変換器を用いたフィルタ或いはこの共振器をラダー型に用いたフィルタ或いはラティス型に用いたフィルタ、或いは、すだれ状電極がタップ電極からなるマッチドフィルタが実施例の９である。

発明の効果

回転２５°〜５０°Ｙ−ＸＬｉＴａＯ_３弾性表面波基板を用いた溝構造電極に対するＴＣＦが図３であり、溝の深さＨ_１／λ＝０．２５の場合、零ＴＣＦが得られることが判る。また、この場合のｋ^２が図４であり、溝構造とすることにより、Ｈ_１／λ＝０．２５では、ｋ^２＝０．１１と溝の無い場合の２倍の値が得るれる。また、回転５°Ｙ−Ｘ伝搬基板のｋ^２が図５であり、溝の深さＨ_１／λ＝０．０５の場合、ｋ^２＝０．３５と大きな値が得られていることが判る。また、１２８°Ｙ−ＸＬｉＮｂＯ_３基板でも、溝の深さＨ_１／λ＝０．１の場合、ｋ^２＝０．０９と大な値が得られていることが判る。また、溝構造すだれ状電極構造基板上に正のＴＣＦをもつＳｉＯ_２薄膜を付着させることにより、大きなｋ^２をもつ零ＴＣＦ基板が得られる。特に、図７のように、３６°Ｙ−ＸＬｉＴａＯ_３を中心とした基板では、非常に薄いＳｉＯ_２膜であるＨ_３／λ＝０．１５で零ＴＣＦ基板が得られる。また、表面短絡のＴＣＦと表面開放のＴＣＦの和が零ＴＣＦとなる基板を用いることにより、ラダー型フィルタの周波数特性が零ＴＣＦに近い値のフィルタが得られる。
また、溝構造とすることにより、平坦な表面をもつＳｉＯ_２／溝構造圧電基板が容易に得られる。

溝構造をもつ圧電性弾性表面波基板の平面図と断面図。溝構造をもつ圧電性弾性表面波基板上の溝部分にすだれ状電極を埋め込んだ構造の弾性表面波変換器の平面図と断面図。３６°回転Ｙ−Ｘ伝搬のＬｉＴａＯ_３の溝の深さに対するＴＣＦ３６°回転Ｙ−Ｘ伝搬のＬｉＴａＯ_３の溝の深さに対するｋ^２５°回転Ｙ−Ｘ伝搬のＬｉＮｂＯ_３の溝の深さに対するｋ^２１２８°回転Ｙ−Ｘ伝搬のＬｉＮｂＯ_３の溝の深さに対するｋ^２３６°回転Ｙ−Ｘ伝搬のＬｉＴａＯ_３の溝の深さＨ_１／λ＝０．１とした場合のＳｉＯ_２膜厚Ｈ_３／λ＝０．１をに対する溝を短絡した場合のＴＣＦと開放した場合のＴＣＦ

符号の説明

１−圧電体基板、２−グレーティング溝、３−溝に埋め込まれたすだれ状電極、４−取り出し電極、５−短絡のＴＣＦ、６−開放のＴＣＦ

Claims

圧電性基板の表面に弾性表面波の伝搬方向に直角な溝（グレーティンググルーブ）を作製した構造の圧電性基板であって、弾性表面波の波長をλ、溝の周期をｐ、その溝の深さをＨ_１，溝の伝搬方向の幅をａとして、その周期ｐがλ、λ／２、λ／４、であり、その深さＨ_１／λが０．００５から０．５の範囲であり、その溝の幅ａ／ｐが０．０１から０．９の範囲の構造の弾性表面波基板及びこれらの基板を用いた弾性表面波機能素子。
特許請求の範囲の請求項１において、上記の溝構造の表面に膜厚Ｈ_２の金属薄膜を付けた構造であって、金属薄膜３の膜厚Ｈ_２／λが、０．００５から０．５の範囲にある構造であり、その金属膜の構造として、溝と基板表面を一様に覆った金属膜、或いは溝の部分に埋め込まれた構造、或いは溝にかかるように付着させた構造、或いは溝にまたがるように付着させた構造であって、金属電極の接続法として、開放型及び短絡型構造のグレーティング構造電極、或いはλ／２周期の溝に対して正負交互となる構造のすだれ状電極、或いはλ／４周期の電極に対してダブル電極構造のすだれ状電極からなる弾性表面波基板及びこれらの基板を用いた弾性表面波機能素子。
特許請求の範囲の請求項１、請求項２において、圧電性基板１を伝搬する弾性表面波として、レーレー型の弾性表面波より速い速度をもつブランチの擬似弾性表面波を用いた擬似弾性表面波基板であって、回転Ｙ板のカット角が２５度から５０度の範囲のＬｉＴａＯ_３基板であり、かつ弾性表面波の伝搬方向がＸ軸或いはＸ軸からプラス・マイナス５度の範囲であり、弾性表面波の波長をλ、溝の周期ｐ、その溝の深さをＨ_１，溝の幅をａとして、溝の周期がλ、λ／２、λ／４、であり、その深さＨ_１／λが０．００５から０．５の範囲であり、その溝の幅ａ／ｐが０．０１から０．９の範囲の構造の弾性表面波基板であり、かつ膜厚Ｈ_２の金属薄膜を付けた構造であって、金属薄膜の膜厚Ｈ_２／λが、０．００５から０．５の範囲にある構造であり、その金属膜の構造として、一様な金属膜、或いはその電極の幅ｂ／ｐが０．０１から０．９の範囲の構造の弾性表面波基板であり、その電極が溝の部分に埋め込まれた構造、或いは溝にかかるように付着させた構造、或いは溝にまたがるように金属膜を付着させた構造の弾性表面波基板であって、電極の接続法として、開放型及び短絡型構造のグレーティング構造電極、或いはλ／２周期の溝に対して正負交互となるすだれ状電極、或いはλ／４電極に対してダブル電極構造のすだれ状電極、及び及びこれらの基板を用いた弾性表面波機能素子。
特許請求の範囲の請求項１、請求項２において、圧電性基板１を伝搬する弾性表面波として、レーレー型の弾性表面波より速い速度をもつブランチの擬似弾性表面波を用いた擬似弾性表面波基板であって、回転Ｙ板のカット角が−１０度から４０度の範囲のＬｉＮｂＯ_３基板であり、かつ弾性表面波の伝搬方向がＸ軸或いはＸ軸からプラス・マイナス５度の範囲であり、弾性表面波の波長をλ、溝の周期ｐ、その溝の深さをＨ_１，溝の幅をａとして、溝の周期がλ、λ／２、λ／４、であり、その深さＨ_１／λが０．００５から０．５の範囲であり、その溝の幅ａ／ｐが０．０１から０．９の範囲の構造の弾性表面波基板であり、かつ膜厚Ｈ_２の金属薄膜を付けた構造であって、金属薄膜の膜厚Ｈ_２／λが、０．００５から０．５の範囲にある構造であり、その金属膜の構造として、一様な金属膜、或いはその電極の幅ｂ／ｐが０．０１から０．９の範囲の構造の弾性表面波基板であり、その電極が溝の部分に埋め込まれた構造、或いは溝にかかるように付着させた構造、或いは溝にまたがるように金属膜を付着させた構造の弾性表面波基板であって、開放型及び短絡型構造のグレーティング構造電極、或いはλ／２周期の溝に対して正負交互となるすだれ状電極、或いはλ／４電極に対してダブル電極構造のすだれ状電極、及び及びこれらの基板を用いた弾性表面波機能素子。
特許請求の範囲の請求項１、請求項２において、圧電性基板１として、この基板を伝搬する弾性表面波として、レーレー型の弾性表面波より速い速度をもつブランチの擬似弾性表面波を用いた擬似弾性表面波基板であって、回転Ｙ板のカット角が１００度から１３０度の範囲の水晶基板及び零或いは±８ｐｐｍ／°Ｃ周波数温度特性をもつ水晶基板、及び遅い横波より遅い速度のレーレー型の弾性表面波基板であって、回転Ｙ板のカット角が３６度から５０度の範囲の水晶、回転Ｙ板のカット角が１２０度から１４０度の範囲のＬｉＮｂＯ_３基板及びＬｉＴａＯ_３基板であり、かつ弾性表面波の伝搬方向がＸ軸或いはＸ軸からプラス・マイナス５度の範囲である基板、及びＬｉＴａＯ_３基板のＸ−カットの伝搬方向が１１２度を中心としてプラス・マイナス５度の範囲である基板であって、弾性表面波の波長をλとして、溝の周期をｐ、その溝の深さをＨ_１，溝の幅をａとして、溝の周期がλ、λ／２、λ／４、であり、その深さＨ_１／λが０．００５から０．５の範囲であり、その溝の幅ａ／ｐが０．０１から０．９の範囲の構造の弾性表面波基板であり、かつ膜厚Ｈ_２の金属薄膜を付けた構造であって、金属薄膜の膜厚Ｈ_２／λが、０．００５から０．５の範囲にある構造であり、その金属膜の構造として、一様な金属膜、或いはその電極の幅ｂ／ｐが０．０１から０．９の範囲の構造の弾性表面波基板であり、その電極が溝の部分に埋め込まれた構造、或いは溝にかかるように付着させた構造、或いは溝にまたがるように金属膜を付着させた構造の弾性表面波基板であって、開放型及び短絡型構造のグレーティング構造電極、λ／２周期の溝に対して正負交互となるすだれ状電極、λ／４電極に対してダブル電極構造のすだれ状電極、及び及びこれらの基板を用いた弾性表面波機能素子。
特許請求の範囲の請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５において、上記の基板の上に薄膜３を付着させた構造であり、薄膜３として、ＳｉＯ_２薄膜、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であり、弾性表面波の波長をλとして、薄膜の膜厚をＨ_３として、Ｈ_３／λを、０．００１から０．８の範囲で付着させた構造の擬似弾性表面波及び弾性表面波基板、及びこれらの弾性表面波基板を用いた弾性表面波機能素子。
特許請求の範囲の請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５、請求項６において、金属薄膜３として、アルミニューム薄膜、銅薄膜、タングステン薄膜、チタン薄膜、或いはアルミニューム金属膜と銅、チタン、或いは銅とチタン、クロムなどとの組み合わせた金属薄膜などからなる擬似弾性表面波及び弾性表面波基板、及びこれらの弾性表面波基板を用いた弾性表面波機能素子。
特許請求の範囲の請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５、請求項６、請求項７において、溝の中に付着させる金属膜膜の膜厚として、基板表面がほぼ平坦になるように金属膜を付着させた構造であり、平坦度として、基板表面からの膜厚をΔＨとして、ΔＨ／λが±０．０６以下である構造の擬似弾性表面波及び弾性表面波基板、及びこれらの弾性表面波基板を用いた弾性表面波機能素子。
特許請求の範囲の請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５、請求６項、請求項７、請求項８おいて、弾性表面波を励振する“すだれ状電極”部分のＳｉＯ_２薄膜の膜厚と、弾性表面波が伝搬する部分、或いは弾性表面波を反射させる周期構造の電極部分のＳｉＯ_２の膜厚が同じ構造及び異なる構造の弾性表面波基板とこれらの弾性表面波基板を用いた弾性表面波機能素子、及びこの弾性表面波が擬似弾性表面波である擬似弾性表面波基板、及びこれらの弾性表面波基板を用いた弾性表面波機能素子。
特許請求の範囲の請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５、請求項６、請求項７、請求項８、請求項９において、上記の基板の周波数温度特性（ＴＣＦ）として、表面短絡に近い場合のＴＣＦと表面開放に近いＴＣＦの和が−１５ｐｐｍ／°Ｃ以下である弾性表面波基板、及びこれらの弾性表面波基板を用いた弾性表面波機能素子。
特許請求の範囲の請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５、請求項６、請求項７、請求項８、請求項９、請求項１０において、上記の薄膜基板を用いた高周波帯の多位相型一方向性“すだれ状電極”弾性表面波変換器を用いたフィルタ、集積型のすだれ状電極を用いたフィルタ、内部反射型の一方向性すだれ状電極弾性表面波変換器を用いたフィルタ、共振器構造の“すだれ状電極”弾性表面波変換器を用いたフィルタ或いはこの共振器をラダー型に用いたフィルタ或いはラティス型に用いたフィルタ、或いは、すだれ状電極がタップ電極からなるマッチドフィルタ。