JP2009038602A - 弾性表面波デバイスおよび弾性表面波フィルタ - Google Patents

Abstract

【課題】スプリアス特性を抑制すること。
【解決手段】圧電基板と、圧電基板の表面上に形成され複数の電極指を有するＩＤＴと、を具備し、圧電基板は、圧電基板表面の電極指の長手方向をｙ軸、圧電基板表面のｙ軸に垂直な方向をｘ軸、圧電基板の法線方向をｚ軸としたとき、ｘ軸およびｚ軸方向の変位を成分とする第１表面波モードとｙ軸方向の変位を成分とする第２表面波モードとを有し、電極指の膜厚は、第１表面波モードの反共振点（ＳＡＷモードの反共振点１）の伝搬速度と第２表面波モードの反共振点（ＳＨ−ＳＡＷモードの反共振点１）の伝搬速度とが一致する膜厚ｈｃ／λである弾性表面波デバイスおよび弾性波フィルタである。
【選択図】図１１

Description

本発明は弾性表面波デバイスおよび弾性表面波フィルタに関し、特に、ＩＤＴを有する弾性表面波デバイスおよび弾性表面波フィルタに関する。

弾性表面波（ＳＡＷ：Ｓｕｒｆａｃｅ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｗａｖｅ）を用いた弾性表面波デバイスおよび弾性表面波フィルタは、例えば、４５ＭＨｚから２．５ＧＨｚの周波数帯域における無線信号を処理する各種回路、例えば、送信用バンドパスフィルタ、受信用バンドパスフィルタ、局所発振フィルタ、アンテナ共用器、中間周波数フィルタ、ＦＭ変調器等に広く用いられている。

弾性表面波デバイスは、圧電基板表面の弾性波を電気的に励振または受信するため、圧電基板表面上に形成されたすだれ電極（ＩＤＴ：Ｉｎｔｅｒｄｉｇｉｔａｌ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）を有している。さらに、弾性表面波デバイスは、圧電基板表面上に形成された反射器を有する場合もある。弾性表面波デバイスであるＩＤＴや共振器等を組み合わせることにより、弾性表面波フィルタを構成することができる。

圧電基板としては、圧電性の高い単結晶材料が用いられ、例えばＬｉＮｂＯ_３、ＬｉＴａＯ_３または水晶等が用いられる。さらに、例えば広い帯域幅の弾性表面波フィルタを得るため、電気機械結合係数ｋ２の大きな圧電基板が求められている。大きい電気機械結合係数を有する圧電基板として、例えばＫＮｂＯ_３単結晶基板が注目されている（非特許文献１）。
Jpn. J. Appl. Phys. Vol.40, pp3726-3728(2001).

弾性表面波デバイスおよび弾性表面波フィルタでは、スプリアスを抑制することが求められている。本発明は、スプリアス特性を抑制することが可能な弾性表面波デバイスおよび弾性表面波フィルタを提供することを目的とする。

本発明は、圧電基板と、前記圧電基板の表面上に形成され複数の電極指を有するＩＤＴと、を具備し、前記圧電基板は、前記圧電基板表面の前記電極指の長手方向をｙ軸、前記圧電基板表面の前記ｙ軸に垂直な方向をｘ軸、前記圧電基板の法線方向をｚ軸としたとき、前記ｘ軸および前記ｚ軸方向の変位を成分とする第１表面波モードと前記ｙ軸方向の変位を成分とする第２表面波モードとを有し、前記電極指の膜厚は、前記第１表面波モードの反共振点の伝搬速度と前記第２表面波モードの反共振点の伝搬速度とが一致する膜厚であることを特徴とする弾性表面波デバイスである。本発明によれば、第１表面波モードの反共振点と第２表面波モードの反共振点とから形成されるスプリアスを抑制することができる。

本発明は、前記圧電基板と、圧電基板の表面上に形成され複数の電極指を有するＩＤＴと、を具備し、前記圧電基板は、前記圧電基板表面の前記電極指の長手方向をｙ軸、前記圧電基板表面の前記ｙ軸に垂直な方向をｘ軸、前記圧電基板の法線方向をｚ軸としたとき、前記ｘ軸および前記ｚ軸方向の変位を成分とする第１表面波モードと前記ｙ軸方向の変位を成分とする第２表面波モードとを有し、前記電極指の膜厚は、前記第１表面波モードの反共振点の伝搬速度と前記第２表面波モードの反共振点の伝搬速度とにより発生するスプリアスのピークが−１０ｄＢ以下となる膜厚であることを特徴とする弾性表面波デバイスである。本発明によれば、第１表面波モードの反共振点と第２表面波モードの反共振点とから形成されるスプリアスを抑制することができる。

上記構成において、前記圧電基板はＫＮｂＯ_３からなる構成とすることができる。

本発明は、θ回転ＹカットＸ伝搬で特徴付けられる基板方位において、θが４０°以上８０°以下であるＫＮｂＯ_３からなる圧電基板と、前記圧電基板の表面上に形成され複数の電極指を有するＩＤＴと、を具備することを特徴とする弾性表面波デバイスである。本発明によれば、スプリアスを抑制することができる。

上記構成において、前記電極指はアルミニウムからなり、前記電極指の膜厚をｈ、前記電極指２本分の周期をλとしたとき、ｈ／λ≦０．００１１５×θ＋０．０５６でありかつ、ｈ／λ≧０．００２０５×θ−０．０３７である構成とすることができる。この構成によれば、スプリアスをより抑制することができる。

上記構成において、前記電極指は銅からなり、前記電極指の膜厚をｈ、前記電極指２本分の周期をλとしたとき、ｈ／λ≦０．０００８７×θ＋０．００７でありかつ、ｈ／λ≧０．０００９９×θ−０．０２１である構成とすることができる。この構成によれば、スプリアスをより抑制することができる。

上記構成において、前記電極指は金からなり、前記電極指の膜厚をｈ、前記電極２本分の周期をλとしたとき、ｈ／λ≦０．０００４１×θ＋０．０１０でありかつ、ｈ／λ≧０．０００５８×θ−０．０１４である構成とすることができる。この構成によれば、スプリアスを抑制することができる。

本発明は、請求項１から７のいずれか一項記載の表面弾性波デバイスを有することを特徴とする弾性表面波フィルタである。本発明によれば、弾性表面波フィルタのスプリアスをより抑制することができる。

本発明は、圧電基板と、前記圧電基板の表面上に形成され複数の電極指を有するＩＤＴと、を具備し、前記圧電基板は、前記圧電基板表面の前記電極指の長手方向をｙ軸、前記圧電基板表面の前記ｙ軸に垂直な方向をｘ軸、前記圧電基板の法線方向をｚ軸としたとき、前記ｘ軸および前記ｚ軸方向の変位を成分とする第１表面波モードと前記ｙ軸方向の変位を成分とする第２表面波モードとを有し、前記電極指の膜厚は、前記第１表面波モードの反共振点の伝搬速度と、前記第２表面波モードの反共振点の伝搬速度と、が一致する電極指の膜厚以下であることを特徴とする弾性表面波フィルタである。本発明によれば、第１表面波モードの反共振点と第２表面波モードの反共振点とから形成されるスプリアスを抑制することができる。

本発明は、前記圧電基板はＫＮｂＯ_３からなる構成とすることができる。

本発明は、前記弾性表面波フィルタはＤＭＳである構成とすることができる。

本発明によれば、第１表面波モードの反共振点と第２表面波モードの反共振点とから形成されるスプリアスを抑制することができる。

圧電基板としてＫＮｂＯ_３を用いた弾性表面波デバイスおよび弾性表面波フィルタの特性についてＦＥＭ（有限要素法）−ＢＥＭ（境界要素法）を用いシミュレーションを行った。ＦＥＭ−ＢＥＭは、例えば1998 IEEE Ultrasonics Symposium, pp157-186に示されているように、圧電基板内を伝搬する様々なモードの弾性波の振る舞いを含む弾性表面波デバイスおよび弾性表面波フィルタの特性をシミュレーションする方法として用いられる。

図１（ａ）および図１（ｂ）を用い、シミュレーションに用いた弾性表面波フィルタの構造について説明する。図１（ａ）は、弾性表面波フィルタの平面図である。図１（ａ）を参照に、単結晶ＫＮｂＯ_３からなる圧電基板１０上に、金属膜からなる入力ＩＤＴ２０、出力ＩＤＴ２２および反射器２４等の電極パターンが形成されている。入力ＩＤＴ２０の両側に出力ＩＤＴ２２が設けられ、出力ＩＤＴ２２の外側に反射器２４が設けられている。入力ＩＤＴ２０は入力端子３０に接続され、出力ＩＤＴ２２は出力端子３２に接続されている。これにより、ＤＭＳ（２重モード型弾性表面波フィルタ）が構成される。

入力ＩＤＴ２０は、入力端子３０から入力ＩＤＴ２０に入力された電気信号を圧電基板１０表面を伝搬する弾性表面波に変換する。反射器２４は弾性表面波を反射する。これにより、弾性表面波は反射され２つの反射器２４間を繰り返し伝搬する。出力ＩＤＴ２２は、弾性表面波を電気信号に変換し、出力端子３２に出力する。

図１（ｂ）は、ＩＤＴの電極指２６のうち２本を示した断面模式図である。図１（ｂ）を参照に、圧電基板１０上に電極指２６が設けられている。２本（これを１対という）分の電極指２６の周期を周期λとする。すなわち、電極指２６のピッチはλ／２である。電極指２６を構成する金属膜の膜厚をｈとし、周期λで規格化し、ｈ／λで表す。また、電極指２６の幅ｗは、ｗ＝λ／４としている。圧電基板１０表面の電極指２６の長手方向をｙ軸とし、圧電基板１０表面のｙ軸に垂直な方向（弾性表面波の伝搬方向）をｘ軸とし、圧電基板１０の法線方向をｚ軸とする。

図１（ａ）で示した弾性表面波フィルタのシミュレーションの各条件は以下である。
ＩＤＴ２０、２２の電極周期： λ＝２．２８μｍ
反射器２４の電極周期： ０．９λ
ＩＤＴ同士、ＩＤＴと反射器との間隔：０．２５λ
ＩＤＴ２０、２２の電極指数： ７本（３．５対）
反射器２４の電極数： ３０本

図２から図６は、周波数に対する減衰量のシミュレーション結果を示した図である。ここで、圧電基板１０は６０°回転Ｙ板Ｘ伝搬ＫＮｂＯ_３、電極材料はＡｌ（アルミニウム）とし、図２から図６は電極膜厚（つまり電極指の膜厚）ｈ／λをそれぞれ０．０６、０．０８、０．１０、０．１２および０．１４としている。図２を参照に、通過帯域には細かいリップルが観測される。通過帯域の高周波数側に大きなスプリアスが観測される。図２から図６にかけて、電極膜厚ｈ／λが大きくなるにともない、スプリアスが低周波数側に移動しつつ、スプリアスの大きさは小さくなる。通過帯域の高周波数側が低周波数側に移動し、通過帯域が狭くなる。

図２から図６のような振る舞いは、単一の表面波モードでは説明することができず、２つの表面波モードを考慮することとなる。なお、２つの表面波モードについては、日本学術振興会弾性波技術第１５０委員会第５９回（１９９８年）研究会資料に記載されている。

図２から図６に示した弾性表面波フィルタの通過帯域およびスプリアスの電極膜厚ｈ／λ依存の原因を調べるため、弾性表面波デバイスとして共振器とＩＤＴについて、シミュレーションを行った。

図７（ａ）および図７（ｂ）はそれぞれシミュレーションした共振器とＩＤＴの平面図である。図７（ａ）を参照に、シミュレーションした共振器は、圧電基板１０上にＩＤＴ２０とＩＤＴ２０の両側に反射器２４とが設けられている。図７（ｂ）を参照に、シミュレーションしたＩＤＴは圧電基板１０上にＩＤＴ２０が設けられている。なお、図７（ａ）および図７（ｂ）においては、電極指の本数は省略して図示している。

図７（ａ）および図７（ｂ）で示した共振器およびＩＤＴのシミュレーションの各条件は以下である。なお、ＩＤＴにおいて反射器は設けられていない。
ＩＤＴ２０、２２の電極指周期： λ＝２．２８μｍ
反射器２４の電極周期： ０．９λ
ＩＤＴ同士、ＩＤＴと反射器との間隔：０．２５λ
ＩＤＴ２０、２２の電極指数： １８本（９対）
反射器２４の電極数： ３０本

図８から図１０は、周波数に対する減衰量（通過特性）のシミュレーション結果を示した図である。ここで、圧電基板１０は６０°回転Ｙ板Ｘ伝搬ＫＮｂＯ_３、電極材料はＡｌ（アルミニウム）とし、図８から図１０は電極指の膜厚ｈ／λをそれぞれ０．０２、０．１２、０．２０としている。実線はＩＤＴの結果を、破線は共振器の結果を示す。図８を参照に、共振器（破線）は、３２５０ＭＨｚから３８００ＭＨｚ付近では細かいリップルが観測できる。これに対し、ＩＤＴ（実線）では、リップルはほとんど観測されない。これは、共振器においては、反射器の影響が現れているものと考えている。図９および図１０を参照に、ｈ／λ＝０．１２および０．２０では、共振器とＩＤＴとの通過特性はほぼ一致している。

以下、ＩＤＴの通過特性に注目し説明する。図８に戻り、ｈ／λ＝０．０２では、２つの極小点が観測される。この２つの極小点は、後述するようにそれぞれ反共振点１（図８において反共振１と示す）と反共振点２（図８において反共振２と示す）である。反共振点１は反共振点２より低周波数側に位置している。反共振点１と反共振点２との間では通過特性に極大となる点がある。この極大をスプリアスといい、極大点における減衰量をスプリアスレベルとする。図９を参照に、ｈ／λ＝０．１２では、反共振点１と反共振点２とがほぼ一致しており、スプリアスは観測されない。そこで、スプリアスレベルとしては通過特性の極小値とする。図１０を参照に、ｈ／λ＝０．２０では、反共振点１は反共振点２より高周波数側に観測される。スプリアスも観測される。

図１１および図１２は、圧電基板１０を６０°Ｙ回転Ｘ伝搬ＫＮｂＯ_３とし、図８から図１０と同様のシミュレーションを各電極膜厚ｈ／λについて行った結果である。図１１および図１２において、黒丸および白丸はシミュレーションした値を示し、実線および破線はシミュレーション値を補間した線である。図１１は、ＩＤＴの反共振点１および反共振点２の周波数を電極膜厚ｈ／λに対し示した図であり、図１２は、ＩＤＴのスプリアスレベルを電極膜厚ｈ／λに対し示した図である。図１１を参照に、反共振点１の周波数は、電極膜厚ｈ／λに対しあまり依存しないが、反共振点２の周波数は、電極膜厚ｈ／λが大きくなると低くなる。電極膜厚ｈ／λが、クロスポイントｈｃ／λにおいて、反共振点１と反共振点２とが一致し、電極膜厚ｈ／λがｈｃ／λより小さいときは、反共振点１の周波数は反共振点２の周波数より低い、電極膜厚ｈ／λがｈｃ／λより大きいときは、反共振点１の周波数は反共振点２の周波数より高い。クロスポイントｈｃ／λは約０．１２である。図１２を参照に、スプリアスレベルはクロスポイントｈｃ／λ近傍において最小となる。

図２から図６において、電極膜厚ｈ／λが大きくなるにともない、通過帯域の高周波数側の肩が低周波数側に移動する現象は、図１１のように、反共振点２が低くなることに起因すると考えられる。つまり、通過帯域の高周波数側の肩を形成する反共振点１は周波数依存が小さいが、反共振点２は電極膜厚ｈ／λが大きくなるにともない急激に低くなる。このため、反共振点２に起因する減衰極により、通過帯域の高周波数側の肩が低周波数側に移動し、通過帯域が狭くなるものと考えられる。

また、図２から図６において、通過帯域の高周波側にスプリアスが観測され、電極膜厚ｈ／λが大きくなるにともない、スプリアスの周波数が低くなる。さらに、電極膜厚ｈ／λが大きくなるにともない、スプリアスが小さくなる。これは、反共振点１と反共振点２との間の極大がスプリアスとなり、図１２のように、クロスポイントｈｃ／λ近傍において、スプリアスレベルが最小となることに起因すると考えられる。

以上のように、図２から図６の弾性表面波フィルタの振る舞いは、弾性表面波フィルタを構成するＩＤＴに２つの反共振点が形成されることに起因することがわかった。

図１３は、圧電基板１０を２０°Ｙ回転Ｘ伝搬ＫＮｂＯ_３としたときの図１１と同様のシミュレーション結果である。図１３より、０．１０以下では、反共振点１と反共振点２とが判別不能である。図１４は、圧電基板１０を８０°Ｙ回転Ｘ伝搬ＫＮｂＯ_３としたときの図１１と同様のシミュレーション結果である。図１４より、反共振点１と反共振点２とのクロスポイントｈｃ／λは約０．１４である。

以下に、スプリアスレベルが小さくなるＩＤＴの電極膜厚の好ましい範囲について説明する。まず、電極材料としてＡｌを用い、ＫＮｂＯ_３基板のＹ回転角θを０°から９０°まで１０°刻みで変化させ、図１２と同様に、電極膜厚ｈ／λに対するスプリアスレベルを図１５に図示した。図１５において、各ドットはシミュレーションした値を示し、実線はシミュレーション値を補間した線である。回転角θが０°および９０°のときは、２つの反共振点は現れない。回転角θが１０°から３０°のときは、スプリアスレベルの最小値は現れない。回転角θが４０°から８０°のときは、回転角θが大きくなるにつれて、スプリアスレベルの最小値となる電極膜厚ｈ／λ（ほぼクロスポイントｈｃ／λに相当する）が大きくなる。弾性波デバイスを用い回路を設計する際は、スプリアスレベルが−１０ｄＢ以下となることが好ましい。

図１６は、Ｙ回転角θに対する電極膜厚ｈ／λを示した図である。図１６において、黒丸は図１５から求めたスプリアスレベルが−１０ｄＢとなる電極膜厚ｈ／λ、黒丸を結ぶ点線は、黒丸を補間した線である。点線Ｕ０はスプリアスレベルが−１０ｄＢとなる上限、点線Ｌ０は下限を示している。破線ｈｃは、図１５からもとめたスプリアスレベルが最小となる電極膜厚ｈ／λを補間した線である。

回転角θが４０°から８０°において、電極膜厚ｈ／λを点線Ｕ０と点線Ｌ０との間の範囲に設定することにより、スプリアスレベルを−１０ｄＢ以下とすることができる。電極膜厚ｈ／λを実線Ｕ１以下かつ実線Ｌ１以上の範囲、
すなわち、
ｈ／λ≦０．００１１５×θ＋０．０５６
かつ
ｈ／λ≧０．００２０５×θ−０．０３７
とすることにより、スプリアスレベルを小さくすることができる。
さらに、実線Ｕ１以下かつ実線Ｌ２以上の範囲
すなわち、
ｈ／λ≦０．００１１５×θ＋０．０５６
かつ
ｈ／λ≧０．００１６×θ＋０．００１１
とすることにより、スプリアスレベルをほぼ−１０ｄＢ以下とすることができる。

次に、電極材料としてＣｕ（銅）を用い、ＫＮｂＯ_３基板について、電極膜厚の好ましい範囲について調べた。図１７および図１８は、電極材料がＣｕである以外は、図１５および図１６と同様にシミュレーションした図である。図１８より、電極材料がＣｕの場合の電極膜厚を、回転角θが４０°から８０°であり、実線Ｕ３以下かつ実線Ｌ３以上の範囲、
すなわち、
ｈ／λ≦０．０００８７×θ＋０．００７
かつ
ｈ／λ≧０．０００９９×θ−０．０２１
とすることにより、スプリアスレベルを小さくすることができる。
さらに、実線Ｕ４以下かつ実線Ｌ４以上の範囲
すなわち、
ｈ／λ≦０．０００９０×θ＋０．００４
かつ
ｈ／λ≧０．００１０３×θ−０．０１７
とすることにより、スプリアスレベルをほぼ−１０ｄＢ以下とすることができる。

次に、電極材料としてＡｕ（金）を用い、ＫＮｂＯ_３基板について、電極膜厚の好ましい範囲について調べた。図１９および図２０は、電極材料がＡｕである以外は、図１５および図１６と同様にシミュレーションした図である。図２０より、電極材料がＡｕの場合の電極膜厚を、回転角θが４０°から８０°であり、実線Ｕ５以下かつ実線Ｌ５以上の範囲、
すなわち、
ｈ／λ≦０．０００４１×θ＋０．０１０
かつ
ｈ／λ≧０．０００５８×θ−０．０１４
とすることにより、スプリアスレベルを小さくすることができる。
さらに、実線Ｕ６以下かつ実線Ｌ６以上の範囲
すなわち、
ｈ／λ≦０．０００５０×θ＋０．００１
かつ
ｈ／λ≧０．０００５９×θ−０．０１１
とすることにより、スプリアスレベルをほぼ−１０ｄＢ以下とすることができる。

以上のシミュレーションは、電極材料がＡｌ、ＣｕまたはＡｕの場合について計算しているが、例えばＴｉ等の添加物が添加された電極材料であっても、物性がＡｌ、ＣｕまたはＡｕと大きく変わらなければ、それぞれ図１６、図１８または図２０の結果を用いることができる。

図２１は、回転角が６０°Ｙ回転Ｘ伝搬ＫＮｂＯ_３基板を用い、電極材料としてＡｌ、ＣｕおよびＡｕを用いた場合の密度に対するクロスポイントｈｃ／λを示した図である。電極材料の密度が大きくなるとクロスポイントｈｃ／λは小さくなる。

以上のように、電極材料として主にＡｌ、主にＣｕまたは主にＡｕを用いる場合の好ましい電極膜厚を範囲を求めることができた。次に、２つの反共振点がいかなる表面波モードによるものかを分散解析手法を用い解析した。

分散特性を解析する分散解決手法としてProc. 1996 Freq. Contr. Symp. pp. 300-307. (1996). には、電極部をＦＥＭを用い解析し、圧電基板部をスペクトル領域法を用いる方法が記載されている。このような分散解析を行うソフトウエアとしてＦＥＭＳＤＡを用いた。

図２２は、電極材料がＡｌ、基板が５０°Ｙ回転Ｘ伝搬ＫＮｂＯ_３基板、電極膜厚ｈ／λ＝０．１４の場合の分散特性の計算結果であり、規格化した周波数に対する弾性表面波の伝搬速度を示している。ＳＡＷ（Ｓｈｏｒｔ）は後述するＳＡＷモードで、隣り合う電極指が同電位のときのモードである。ＳＡＷ（ｏｐｅｎ）はＳＡＷモードで、隣り合う電極指が開放されたときのモードである。同様に、ＳＨ−ＳＡＷ（Ｓｈｏｒｔ）は後述するＳＨ−ＳＡＷモードで、隣り合う電極指が同電位のときのモードである。ＳＨ−ＳＡＷ（ｏｐｅｎ）はＳＨ−ＳＡＷモードで、隣り合う電極指が開放されたときのモードである。なお、線が途切れている箇所は、計算が収束しなかった箇所である。図２２中の定在波が成り立つ条件における、Ａ、Ｂ、ＣおよびＤ点が、それぞれＳＡＷモードの共振点、ＳＡＷモードの反共振点、ＳＨ−ＳＡＷモードの共振点およびＳＨ−ＳＡＷモードの反共振点に対応する。

電極材料としてＡｌ、基板として２０°Ｙ回転Ｘ伝搬ＫＮｂＯ_３基板を用い、電極膜厚ｈ／λを変化させた場合の各共振点、反共振点での伝搬速度を解析した。図２３に結果を示す。ＳＡＷモードの反共振点とＳＨ−ＳＡＷモードの反共振点に着目する。電極膜厚ｈ／λが０．１０以下では、ＳＡＷモードとＳＨ−ＳＡＷモードとの反共振点が接近し、判別不能である。これは、伝搬速度を周波数に対応させると、図１３と良く一致する結果である。すなわち、図１３では、０．１０以下では、反共振点１と反共振点２とが判別不能である。

次に、基板として６０°Ｙ回転Ｘ伝搬ＫＮｂＯ_３基板を用い、同様の解析を行なった結果を図２４に示す。ＳＡＷモードの反共振点とＳＨ−ＳＡＷモードの反共振点に着目する。ＳＡＷモードの反共振点では、電極膜厚ｈ／λが大きくなると、伝搬速度はやや小さくなる。一方、ＳＨ−ＳＡＷモードの反共振点では、電極膜厚ｈ／λが大きくなると伝搬速度が急激に小さくなる。これにより、電極膜厚ｈ／λが約０．１２のとき、ＳＡＷモードとＳＨ−ＳＡＷモードの反共振点が交差する。このような振る舞いは、伝搬速度を周波数に対応させると、図１１と良く一致する結果である。

次に、基板として８０°Ｙ回転Ｘ伝搬ＫＮｂＯ_３基板を用い、同様の解析を行なった結果を図２５に示す。ＳＡＷモードの反共振点とＳＨ−ＳＡＷモードの反共振点に着目する。ＳＨ−ＳＡＷモードの反共振点は、電極膜厚ｈ／λが０．１５から０．２以外では、観測されていない。しかしながら、電極膜厚ｈ／λが０．１５から０．２のＳＨ−ＳＡＷモードの反共振点を外挿すると、電極膜厚ｈ／λが約０．１４のとき、ＳＡＷモードとＳＨ−ＳＡＷモードの反共振点が交差する。このような振る舞いは、伝搬速度を周波数に対応させると、図１４と良く一致する結果である。

電極材料がＡｌのとき、圧電基板１０の回転角θを４０°から８０°まで１０°刻みに変化させた場合の電極膜厚ｈ／λに対するＳＡＷモードの反共振点とＳＨ−ＳＡＷモードの反共振点とを、図２３から図２５と同様に解析した。回転角θに対する電極膜厚ｈ／λを図１６の黒三角で示す。黒三角を結ぶ実線ＣＰは、シミュレーション結果を補間する線である。実線ＣＰは、クロスポイントｈｃ／λである破線ｈｃとほぼ一致している。

このように、図８から図１４に示した反共振点１はＳＡＷモードの反共振点に対応し、反共振点２はＳＨ−ＳＡＷモード反共振点に対応することがわかった。次にＳＡＷモードおよびＳＨ−ＳＡＷモードの圧電基板表面の変位状態を調査した。

図２６から図２９は、図２４のＥからＦの箇所の圧電基板表面における変位状態を解析した結果である。図２６から図２９において、横軸は図１（ｂ）のｘ軸に対応し、電極指２６の中央をＸ＝０としλで規格化したものである。すなわち、Ｘ＝−０．５、０．５は隣接する電極指２６の中点に対応し、Ｘ＝−０．２５から０．２５の間が電極指２６に対応する。縦軸は、圧電基板１０表面のｘ、ｙ、ｚ軸方向（図１（ｂ）参照）の変位量（任意に規格化した量）を示す。

図２６を参照に、電極膜厚ｈ／λが０．０８のときのＳＡＷモードの反共振点は、ｘ軸方向およびｚ軸方向の変位を主体とした振動モードであることがわかる。図２７を参照に、電極膜厚ｈ／λが０．１８のときのＳＡＷモードの反共振点は、ｘ軸方向およびｚ軸方向の変位を主体とした振動モードであることがわかる。図２８を参照に、電極膜厚ｈ／λが０．０８のときのＳＨ−ＳＡＷモードの反共振点は、ｙ軸方向の変位を主体とした振動モードであることがわかる。図２９を参照に、電極膜厚ｈ／λが０．１８のときのＳＨ−ＳＡＷモードの反共振点は、ｙ軸方向の変位を主体とした振動モードであることがわかる。

以上のように、図８から図１４に示した反共振点１はｘ軸およびｚ軸方向の変位を成分とするＳＨ−ＳＡＷモードの反共振点であり、反共振点２はｙ軸方向の変位を成分とするＳＡＷモードの反共振点であることが確認できた。

図３０は、弾性表面波フィルタについて、ＦＥＭ−ＢＥＭシミュレーションを行った結果である。なお、入出力負荷条件は図２から図６とは若干異なる。
ＩＤＴ２０、２２の電極周期： λ＝２．２８μｍ
反射器２４の電極周期： ０．９λ
ＩＤＴ同士、ＩＤＴと反射器との間隔：０．２５λ
ＩＤＴ２０、２２の電極指数： ７本（３．５対）
反射器２４の電極数： ３０本
電極材料： Ａｌ
基板： ６０°Ｙ回転Ｘ伝搬ＫＮｂＯ_３
また、電極膜厚ｈ／λを０．０８、０．１０および０．１２としている。

図３０を参照に、通過帯域幅は電極膜厚ｈ／λが大きくなると狭くなる。これは、図１１を用い説明したように、反共振点２（ＳＨ−ＳＡＷモードの反共振点）の周波数が低下して、通過帯域の高周波側の肩を形成する反共振点１（ＳＡＷモードの反共振点）に接近したためと考えられる。また、通過帯域の高周波側に生じたスプリアスは、通過帯域幅は電極膜厚ｈ／λが大きくなると、低周波数側に移動する。電極膜厚ｈ／λが０．１２では、スプリアスは非常に小さくなる。これは、図１２において、電極膜厚ｈ／λがクロスポイントｈｃ／λ付近のときスプリアスレベルが小さくなることに対応していると考えられる。スプリアスが通過帯域より高周波側に形成されている場合、つまり、電極膜厚ｈ／λがクロスポイントｈｃ／λより小さい場合、反共振点２は反共振点１より高周波側となる。よって、スプリアスは、通過帯域に対し高周波側に生じる。また、通過帯域は広く確保することができる。通過帯域外でのスプリアスが影響しないようなフィルタにおいては、電極膜厚ｈ／λをクロスポイントｈｃ／λより小さくすることにより通過帯域を広くすることができる。

以上のシミュレーションは、基板としてＫＮｂＯ３、電極材料としてＡｌ、Ｃｕ、Ａｕを用いておこなった。しかしながら、図２６から図２８に示したように、圧電基板１０は、ｘ軸およびｚ軸方向の変位を成分とする第１表面波モード（例えばＳＡＷモード）とｙ軸方向の変位を成分とする第２表面波モード（例えばＳＨ−ＳＡＷモード）とを有していればよい。図２４のように、電極膜厚ｈ／λが、第１表面波モード（例えばＳＡＷモード）の反共振点の伝搬速度と、第２表面波モード（例えばＳＨ−ＳＡＷモード）の反共振点の伝搬速度と、が一致するように設定されていればよい。このとき、図１１のように、反共振点１と反共振点２との周波数が略一致する。よって、図１２のように、反共振点１および反共振点２からなるスプリアスを抑制することができる。

また、図１６のように、反共振点１と反共振点２とにより発生するスプリアスが−１０ｄＢであるように電極膜厚ｈ／λを選択することにより、スプリアスを抑制することができる。

さらに、図３０で説明したように、弾性表面波フィルタにおいては、通過帯域外にスプリアスが生じてもよい場合がある。この場合、電極膜厚ｈ／λは、反共振点１と反共振点２との周波数が略一致する電極膜厚（ｈｃ／λ）より小さいことが好ましい。これにより、通過帯域を広くすることができる。

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

図１（ａ）および図１（ｂ）はシミュレーションに用いたフィルタの構造を示す図である。 図２は、ｈ／λが０．０６のときのフィルタの通過特性を示す図である。 図３は、ｈ／λが０．０８のときのフィルタの通過特性を示す図である。 図４は、ｈ／λが０．１０のときのフィルタの通過特性を示す図である。 図５は、ｈ／λが０．１２のときのフィルタの通過特性を示す図である。 図６は、ｈ／λが０．１４のときのフィルタの通過特性を示す図である。 図７（ａ）および図７（ｂ）は、それぞれシミュレーションに用いた共振器およびＩＤＴの構造を示す図である。 図８は、ｈ／λが０．０２のときの共振器とＩＤＴとの通過特性を示す図である。 図９は、ｈ／λが０．１２のときの共振器とＩＤＴとの通過特性を示す図である。 図１０は、ｈ／λが０．２０のときの共振器とＩＤＴとの通過特性を示す図である。 図１１は、回転角が６０°のときの電極膜厚に対する反共振点１および反共振点２の周波数を示した図である。 図１２は、スプリアスレベルを電極膜厚に対して示した図である。 図１３は、回転角が２０°のときの電極膜厚に対する反共振点１および反共振点２の周波数を示した図である。 図１４は、回転角が８０°のときの電極膜厚に対する反共振点１および反共振点２の周波数を示した図である。 図１５は、電極材料がＡｌの電極膜厚に対するスプリアスレベルを示した図である。 図１６は、電極材料がＡｌの回転角に対する電極膜厚を示した図である。 図１７は、電極材料がＣｕの電極膜厚に対するスプリアスレベルを示した図である。 図１８は、電極材料がＣｕの回転角に対する電極膜厚を示した図である。 図１９は、電極材料がＡｕの電極膜厚に対するスプリアスレベルを示した図である。 図２０は、電極材料がＡｕの回転角に対する電極膜厚を示した図である。 図２１は、電極材料の密度に対するクロスポイントｈｃ／λを示した図である。 図２２は、分散特性の解析結果を示した図である。 図２３は、回転角が２０°のときの電極膜厚に対する各モードの伝搬速度を示した図である。 図２４は、回転角が６０°のときの電極膜厚に対する各モードの伝搬速度を示した図である。 図２５は、回転角が８０°のときの電極膜厚に対する各モードの伝搬速度を示した図である。 図２６は、ｈ／λが０．０８、ＳＡＷモードの反共振点で圧電基板表面の変位状態を示す図である。 図２７は、ｈ／λが０．１８、ＳＡＷモードの反共振点で圧電基板表面の変位状態を示す図である。 図２８は、ｈ／λが０．０８、ＳＨ−ＳＡＷモードの反共振点で圧電基板表面の変位状態を示す図である。 図２９は、ｈ／λが０．１８、ＳＨ−ＳＡＷモードの反共振点で圧電基板表面の変位状態を示す図である。 図３０は弾性波フィルタの通過特性を示す図である。

符号の説明

１０ 圧電基板
２０ 入力ＩＤＴ
２２ 出力ＩＤＴ
２４ 反射器

Claims (11)

1. 圧電基板と、
   前記圧電基板の表面上に形成され複数の電極指を有するＩＤＴと、を具備し、
   前記圧電基板は、前記圧電基板表面の前記電極指の長手方向をｙ軸、前記圧電基板表面の前記ｙ軸に垂直な方向をｘ軸、前記圧電基板の法線方向をｚ軸としたとき、前記ｘ軸および前記ｚ軸方向の変位を成分とする第１表面波モードと前記ｙ軸方向の変位を成分とする第２表面波モードとを有し、
   前記電極指の膜厚は、前記第１表面波モードの反共振点の伝搬速度と前記第２表面波モードの反共振点の伝搬速度とが一致する膜厚であることを特徴とする弾性表面波デバイス。
2. 圧電基板と、
   前記圧電基板の表面上に形成され複数の電極指を有するＩＤＴと、を具備し、
   前記圧電基板は、前記圧電基板表面の前記電極指の長手方向をｙ軸、前記圧電基板表面の前記ｙ軸に垂直な方向をｘ軸、前記圧電基板の法線方向をｚ軸としたとき、前記ｘ軸および前記ｚ軸方向の変位を成分とする第１表面波モードと前記ｙ軸方向の変位を成分とする第２表面波モードとを有し、
   前記電極指の膜厚は、前記第１表面波モードの反共振点の伝搬速度と前記第２表面波モードの反共振点の伝搬速度とにより発生するスプリアスのピークが−１０ｄＢ以下となる膜厚であることを特徴とする弾性表面波デバイス。
3. 前記圧電基板はＫＮｂＯ_３からなることを特徴とする請求項１または２記載の弾性表面波デバイス。
4. θ回転ＹカットＸ伝搬で特徴付けられる基板方位において、θが４０°以上８０°以下であるＫＮｂＯ_３からなる圧電基板と、
   前記圧電基板の表面上に形成され複数の電極指を有するＩＤＴと、を具備することを特徴とする弾性表面波デバイス。
5. 前記電極指はアルミニウムからなり、
   前記電極指の膜厚をｈ、前記電極指２本分の周期をλとしたとき、
   ｈ／λ≦０．００１１５×θ＋０．０５６
   でありかつ、
   ｈ／λ≧０．００２０５×θ−０．０３７
   であることを特徴とする請求項４記載の表面弾性波デバイス。
6. 前記電極指は銅からなり、
   前記電極指の膜厚をｈ、前記電極指２本分の周期をλとしたとき、
   ｈ／λ≦０．０００８７×θ＋０．００７
   でありかつ、
   ｈ／λ≧０．０００９９×θ−０．０２１
   であることを特徴とする請求項４記載の表面弾性波デバイス。
7. 前記電極指は金からなり、
   前記電極指の膜厚をｈ、前記電極２本分の周期をλとしたとき、
   ｈ／λ≦０．０００４１×θ＋０．０１０
   でありかつ、
   ｈ／λ≧０．０００５８×θ−０．０１４
   であることを特徴とする請求項４記載の表面弾性波デバイス。
8. 請求項１から７のいずれか一項記載の表面弾性波デバイスを有することを特徴とする弾性表面波フィルタ。
9. 圧電基板と、
   前記圧電基板の表面上に形成され複数の電極指を有するＩＤＴと、を具備し、
   前記圧電基板は、前記圧電基板表面の前記電極指の長手方向をｙ軸、前記圧電基板表面の前記ｙ軸に垂直な方向をｘ軸、前記圧電基板の法線方向をｚ軸としたとき、前記ｘ軸および前記ｚ軸方向の変位を成分とする第１表面波モードと前記ｙ軸方向の変位を成分とする第２表面波モードとを有し、
   前記電極指の膜厚は、前記第１表面波モードの反共振点の伝搬速度と、前記第２表面波モードの反共振点の伝搬速度と、が一致する電極指の膜厚以下であることを特徴とする弾性表面波フィルタ。
10. 前記圧電基板はＫＮｂＯ_３からなることを特徴とする請求項９記載の弾性表面波フィルタ。
11. 前記弾性表面波フィルタはＤＭＳであることを特徴とする請求項８から１０のいずれか一項記載の弾性表面波フィルタ。

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