JP2012060418A - 弾性表面波デバイス、電子機器及びセンサー装置 - Google Patents

Abstract

【課題】動作温度範囲で優れた周波数温度特性と高いＱ値とを同時に実現するＳＡＷデバイスを提供する。
【解決手段】ＳＡＷデバイス１１は、オイラー角（−１．５°≦φ≦１．５°，１１７°≦θ≦１４２°，４２．７９°≦｜ψ｜≦４９．５７°）の水晶基板１２の主面に、ストップバンド上端モードのＳＡＷを励振するＩＤＴ１３、その両側に配置した一対の反射器１４、ＩＤＴの電極指１５ａ，１５ｂ間に凹設した電極指間溝１７、及び反射器の導体ストリップ１４ａ間に凹設した導体ストリップ間溝１８を有する。電極指及び導体ストリップに直交する第１の方向（Ｘ´軸）と水晶基板の電機軸（Ｘ軸）とが角度ψをもって交差し、ＩＤＴ及び反射器の少なくとも一部が、１．０°≦α≦２．７５°の角度αをもって第１の方向と交差する第２の方向に配置される。
【選択図】図６

Description

本発明は、弾性表面波（surface acoustic wave:ＳＡＷ）を利用した共振子、発振器等の弾性表面波デバイス、ＳＡＷデバイスを備えた電子機器及びセンサー装置に関する。

ＳＡＷデバイスは、例えば携帯電話、ハードディスク、パーソナルコンピューター、ＢＳ及びＣＳ放送の受信チューナー、同軸ケーブルまたは光ケーブル中を伝播する高周波信号や光信号の処理機器、広い温度範囲で高周波・高精度クロック（低ジッタ、低位相雑音）を必要とするサーバー・ネットワーク機器、無線通信用機器等の電子機器や、圧力センサー、加速度センサー、回転速度センサー等の各種センサー装置に広く利用されている。これらの機器・装置は、特に最近の情報通信の高速化によるリファレンスクロックの高周波化や装置筐体の小型化に伴い、装置内部での発熱の影響が大きくなっている。そのため、装置内部に搭載される電子デバイスは、動作温度範囲の拡大や高精度化が要求され、例えば屋外に設置される無線基地局のように低温から高温まで温度変化の激しい環境下で長期に亘って安定した動作が必要となっている。

一般にＳＡＷ共振子等のＳＡＷデバイスにおいて、周波数温度特性の変化には、ＳＡＷのストップバンドや使用する水晶基板のカット角、基板上に形成されるＩＤＴ（interdigital transducer:すだれ状トランスデューサ）の形態等が大きい影響を及ぼす。例えば、ＳＡＷの１波長当たり３本の電極指で構成される単位区間を圧電基板上に繰り返し配列したＩＤＴを有し、ＳＡＷのストップバンドの上端モード、下端モードのそれぞれを励起させる反射反転型ＳＡＷ変換器が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。この反射反転型ＳＡＷ変換器によりＳＡＷフィルタを構成すれば、通過帯域近傍の高域側阻止域において高減衰量が実現できるとされている。

また、オイラー角（φ，θ，ψ）＝（０°、１２３°、０°）の所謂ＳＴカット水晶基板を用いた反射反転型ＳＡＷ変換器が知られている（例えば、特許文献２を参照）。同特許文献には、ストップバンドの上端の共振を励振させることができ、ストップバンドの下端の共振を用いる場合よりも周波数温度特性が向上すると記載されている。更に、ＳＡＷにおけるストップバンドの上端モードの方が、ストップバンドの下端モードよりも周波数温度特性が良好であると報告されている（例えば、特許文献３〜６を参照）。

特に特許文献３、４には、レイリー波を利用したＳＡＷ装置において良好な周波数温度特性を得るために、水晶基板のカット角を調整すると共に、ＩＤＴ電極の基準化膜厚（Ｈ／λ）を０．１程度まで厚くすることが記載されている。特許文献３に記載のＳＡＷ共振子は、オイラー角（φ，θ，ψ）＝（φ＝０°、０°≦θ≦１８０°、０°＜｜ψ｜＜９０°）の水晶基板上に、ＳＡＷの１波長当たり２本の電極指で構成される単位区間を繰り返し配列したシングル型ＩＤＴ電極を有する。これにより、レイリー波をストップバンドの上限モードで励振させ、それを利用してＳＡＷ共振子の高周波化と良好な周波数温度特性を実現することができる。

特許文献４には、前記シングル型ＩＤＴ電極を有するＳＡＷ装置において、水晶基板をオイラー角（φ，θ，ψ）＝（φ＝０°、１１０°≦θ≦１４０°、３８°≦｜ψ｜≦４４°）に設定し、ＩＤＴ電極の厚みＨ、ＩＤＴ電極における電極指の幅ｄ、ＩＤＴ電極における電極指間のピッチＰ、及びＳＡＷの波長λにより規定される基準化電極膜厚（Ｈ／λ）と基準化電極幅η（＝ｄ／Ｐ）との関係を、
Ｈ／λ≧０．１７９６η^３−０．４３０３η^２＋０．２０７１η＋０．０６８２
に設定することが開示されている。これによって、レイリー波をストップバンドの上限モードで励振させ、良好な周波数温度特性を実現することができる。

特許文献５には、オイラー角（φ，θ，ψ）＝（０°，θ，９°＜｜ψ｜＜４６°）、好ましくは（０°，９５°＜θ＜１５５°，３３°＜｜ψ｜＜４６°）の水晶基板上にシングル型ＩＤＴ電極を配置し、基準化電極膜厚（Ｈ／λ）を０．０４５≦Ｈ／λ≦０．０８５としたＳＡＷ素子が開示されている。これによって、レイリー波をストップバンドの上限モードで励振させ、良好な周波数温度特性を実現することができる。

特許文献６には、オイラー角（φ，θ，ψ）＝（０°１２３°，４３．２°）の面内回転ＳＴカット水晶基板上に前記シングル型ＩＤＴ電極を配置し、その基準化電極膜厚（Ｈ／λ）をＨ／λ＝０．０６、所謂６％λとすることによって、レイリー波をストップバンドの上限モードで励振させるＳＡＷ素子が開示されている。更にこのＳＡＷ素子は、ＩＤＴ電極の電極指幅Ｌｔと電極指ピッチＰｔとにより規定される標準化電極幅η（＝Ｌｔ／Ｐｔ）を、０．５≦η≦０．７に設定することによって、常温（２５℃）において最大８３０ｐｐｍの周波数偏差を実現することができる。

他方、ＩＤＴを構成する電極指間及び反射器を構成する導体ストリップ間の水晶基板表面にグルーブ即ち溝を形成したＳＡＷ共振器が知られている（例えば、特許文献７及び非特許文献１を参照）。特許文献７には、ＳＴカットＸ伝搬水晶基板にＩＤＴ及び反射器のアルミ電極で構成し、かつ水晶基板表面のＩＤＴを構成する電極指間及び反射器を構成する導体ストリップ間に露出した領域に溝を形成することにより、Ｑ値が高く容量比が低くなり、共振抵抗の低いＳＡＷ共振器を実現できることが開示されている。更に同特許文献には、ＩＤＴの溝と反射器の溝とを同じ深さにした構造、及び反射器の溝をＩＤＴの溝より深くした構造が記載されている。

非特許文献１には、ＳＴカット水晶基板を用いたグループ型ＳＡＷ共振器の特性が記載されている。その周波数温度特性は、ＳＡＷ伝搬基板の電極で覆われていない水晶面に形成した溝の深さにより変化すること、及び、溝が深くなるに従って、上向き凸の２次曲線の頂点温度Ｔｐが低くなっていくことが報告されている。

このように水晶等の圧電基板に溝を形成して実効膜厚を調整することによって周波数を調整する方法は、当業者によく知られている（例えば、特許文献８乃至１１を参照）。特許文献８記載のＳＡＷデバイスは、ＩＤＴを形成した圧電基板の表面を、該圧電基板のエッチングレートがＩＤＴのエッチングレートより大きくなる条件でエッチングし、その周波数を下降させるように微調整する。特許文献９乃至１１においても、同様に圧電基板の表面をその上に形成したＩＤＴをマスクとしてドライエッチングすることにより、ＳＡＷデバイスの周波数を低域側へシフトさせている。

更に、トランスバーサル型ＳＡＷフィルタにおいて、ＩＤＴ電極の電極指間の圧電基板表面をエッチング加工して溝を形成することにより見かけ上伝搬速度を小さくすることが知られている（例えば、特許文献１２を参照）。これによって、ＳＡＷフィルタの基本設計を変更せずに、ＩＤＴ電極の電極指ピッチを小さくでき、チップの小型化を実現することができる。

また、ＳＳＢＷ（Surface Skimming Bulk Wave）と呼ばれるすべり波を励振するＳＡＷ共振器において、回転Ｙカット、カットアングル−４３°乃至−５２°、すべり波伝搬方向をＺ’軸方向（オイラー角（φ，θ，ψ）＝（０°，３８≦θ≦４７，９０°））の水晶基板に、基準化電極膜厚（Ｈ／λ）が２．０≦Ｈ／λ≦４．０％のＩＤＴ電極をアルミで形成することにより、三次曲線の周波数温度特性を実現し得ることが知られている（例えば、特許文献１３を参照）。すべり波（ＳＨ波）はその振動エネルギーを電極直下に閉じ込めて圧電基板の表面直下を伝搬するので、ＳＡＷが基板表面に沿って伝搬するＳＴカット水晶ＳＡＷデバイスと比較して、反射器によるＳＡＷの反射効率が悪く、小型化及び高いＱ値を実現し難いという問題がある。

この問題を解決するために、オイラー角（φ，θ，ψ）＝（０°，−６４°＜θ＜−４９．３°，８５°≦ψ≦９５°）の回転Ｙカット水晶基板の表面にＩＤＴとグレーティング反射器とを形成し、ＳＨ波を励振するＳＡＷデバイスが提案されている（例えば、特許文献１４を参照）。このＳＡＷデバイスは、ＳＡＷの波長λで基準化される電極膜厚Ｈ／λを０．０４＜Ｈ／λ＜０．１２に設定することによって、小型化、高いＱ値及び優れた周波数安定性を実現している。

更に、かかるＳＡＷデバイスにおいて、電極膜厚が厚いことに起因して発生するストレスマイグレーションが原因となってＱ値や周波数安定性が劣化するという問題を解決するために、ＩＤＴの電極指間の水晶基板に溝を形成することが提案されている（例えば、特許文献１５を参照）。この溝の深さをＨｐ、ＩＤＴの金属膜の膜厚をＨｍとしたとき、ＳＡＷの波長λで基準化した電極膜厚Ｈ／λを０．０４＜Ｈ／λ＜０．１２（ただし、Ｈ＝Ｈｐ＋Ｈｍ）の範囲と設定することにより、金属膜の見掛け上の膜厚を薄くできるので、通電時のストレスマイグレーションによる周波数変動を抑圧し、Ｑ値が高く、周波数安定性の優れたＳＡＷデバイスを実現できる。

ＳＡＷデバイスの量産過程では、水晶基板の表面にエッチングでＩＤＴの電極指を形成する際に、電極指の膜厚が厚いと、それに起因したサイドエッチングによりＩＤＴのライン占有率（ラインスペース比）ηにばらつきを生じ易い。その結果、ＳＡＷデバイスの温度変化による周波数の変動量にばらつきが生じると、製品の信頼性、品質が損なわれる。この問題を解消するために、オイラー角（φ，θ，ψ）＝（０°、９５°≦θ≦１５５°、３３°≦｜ψ｜≦４６°）の面内回転ＳＴカット水晶基板を採用し、ＳＡＷのストップバンドの上限モードを励振させ、ＩＤＴの電極指間の水晶基板表面に電極指間溝を形成したＳＡＷデバイスが知られている（例えば、特許文献１６を参照）。

また、ＳＡＷデバイスの周波数温度特性が動作温度範囲において二次曲線の場合、周波数変動幅の極小化や変曲点を実現することは困難である。そこで、三次曲線の周波数温度特性を得るために、ＬＳＴカットの水晶基板に空隙層と誘電体膜とを介してＩＤＴ電極を形成し、漏洩型ＳＡＷを励振させるようにしたＳＡＷ装置が提案されている（例えば、特許文献１７を参照）。同特許文献には、レイリー波を用いたＳＡＷ装置において、三次曲線で示されるような周波数温度特性を実現するカット角の水晶基板は発見できなかったことが記載されている。

他方、ＳＴカット水晶板を圧電基板に使用しかつ水晶の結晶軸の電気軸（Ｘ軸）方向をＳＡＷの伝搬方向とした高周波フィルター用のＳＡＷ共振子は、周波数温度特性の２次温度係数が比較的大きく、動作温度範囲を広くすると周波数変化が大きくなる。そこで、周波数温度特性を劣化させることなくＱ値を高くするために、ＩＤＴと反射器とをＳＡＷの位相速度の方向に対して傾斜させた方向に沿って配置した傾斜型ＩＤＴ構造のＳＡＷ共振子が提案されている（例えば、特許文献１８を参照）。

この傾斜型ＩＤＴ構造は、ＳＡＷの位相速度の方向とＳＡＷエネルギーの伝搬方向とをカバーするようにＩＤＴと反射器とを配置することにより、ＳＡＷエネルギーの閉じ込め効果を高めている。更に特許文献１８記載のＳＡＷ共振子は、オイラー角表示で（０°，１２２°≦θ≦１２７°，４０°≦｜ψ｜≦４４°）の面内回転ＳＴカット水晶基板を使用することによって、周波数温度特性を大幅に改善している。

図１５は、この傾斜型ＩＤＴ構造のＳＡＷ共振子の典型例を示している。同図のＳＡＷ共振子５１は、上述した面内回転ＳＴカット水晶基板からなる矩形の水晶基板５２と、その主面にそれぞれ形成したＩＤＴ５３と１対の反射器５４，５４とを有する。ＩＤＴ５３は、それぞれ複数の電極指５５ａ、５５ｂからなりかつそれらの基端部をバスバーで接続した１対の櫛歯状電極５３ａ，５３ｂを有する。反射器５４，５４は、ＳＡＷの伝搬方向に沿ってＩＤＴ５３の両側に該ＩＤＴを挟むように配置され、それぞれ一定のピッチで配列された複数の導体ストリップ５４ａ，５４ａを有する。

電極指５５ａ、５５ｂ及び導体ストリップ５４ａ，５４ａは、その延長方向がＳＡＷの位相の伝搬方向である水晶基板５２のＸ´軸５６と直交する向きに形成されている。更に前記電極指及び導体ストリップは、Ｘ´軸５６から角度δ傾斜させた方向５７に沿って配置されている。この角度δは、ＳＡＷエネルギーの伝搬方向であるパワーフロー角（ＰＦＡ）と一致するように又はＰＦＡ±１°程度以内に設定される。これによって、ＩＤＴ５３からＰＦＡの方向に沿って伝搬するＳＡＷのエネルギーは、反射器５４，５４により反射されて効率良く閉じ込めることができ、高いＱ値が得られる。

特に、図１５に示すように、導体ストリップ５４ａ，５４ａのＰＦＡに直交する方向の幅Ｗrを、電極指５５ａ、５５ｂのＰＦＡに直交する方向の幅Ｗtと同じにすることによって、前記反射器からのＳＡＷエネルギーの漏れをより少なくすることができる。別の実施例では、前記導体ストリップの幅Ｗrを前記電極指の幅Ｗtより広げることによって、ＰＦＡの方向に沿って伝搬するＳＡＷエネルギーのほとんどを前記反射器により反射し、閉じ込め効果を向上させることができる。

また、面内回転ＳＴカット水晶基板のＰＦＡは、ＳＡＷの位相速度と水晶板の面内回転角とから算出されることが従来知られている。しかしながら、特許文献１８記載のＳＡＷ共振子は、発生したＳＡＷの正確な位相速度が求められていないので、実際にＩＤＴと反射器とを、ＳＡＷのエネルギーの伝搬方向である群速度の方向即ち波群（波束）が伝搬する方向に沿って配置できるかが不明であった。そこで、本願出願人は、面内回転ＳＴカット水晶板のＰＦＡが水晶の電気軸であるＸ軸周りの回転角θに依存していることを見出し、ＩＤＴと反射器とをＳＡＷの群速度の方向に沿って確実に配置できるようにした傾斜型ＩＤＴ構造のＳＡＷ素子片を提案している（例えば、特許文献１９を参照）。

図１６は、このＳＡＷ素子片の典型例を示している。同図のＳＡＷ素子片６１は、オイラー角（０°，１１３°≦θ≦１３５°，４０°≦｜ψ｜≦４９°）の面内回転ＳＴカット水晶板からなる矩形の水晶基板６２と、その主面にそれぞれ形成したＩＤＴ６３と１対の反射器６４，６４とを有する。図１５のＳＡＷ共振子５１と同様に、ＩＤＴ６３は、それぞれ複数の電極指６５ａ、６５ｂからなり、かつそれらの基端部をバスバーで接続した１対の櫛歯状電極６３ａ，６３ｂを有する。反射器６４，６４は、ＳＡＷの伝搬方向に沿ってＩＤＴ６３の両側に該ＩＤＴを挟むように配置され、それぞれ一定のピッチで配列された複数の導体ストリップ６４ａ，６４ａを有する。

電極指６５ａ、６５ｂ及び導体ストリップ６４ａ，６４ａは、その延長方向がＳＡＷの位相速度の方向６６即ちＸ´軸と直交する向きに形成されている。ＳＡＷの位相速度の方向６６とＳＡＷの群速度の方向６７とがなすパワーフロー角（ＰＦＡ）は、オイラー角θの１次関数であり、ＰＦＡ＝０．３７４（θ−９０°）−１０．０°の関係式により求められる。前記電極指及び導体ストリップは、ＳＡＷの位相速度の方向６６に対してＰＦＡ±３°傾斜させた方向に沿って配置される。このようにしてＩＤＴ６３及び反射器６４，６４を確実にＳＡＷの群速度の方向に沿って配置することによって、ＳＡＷの波群を前記反射器で効率よく反射でき、Ｑ値を高めることができる。

特許第３２６６８４６号公報 特開２００２−１００９５９号公報 特開２００６−１４８６２２号公報 特開２００７−２０８８７１号公報 特開２００７−２６７０３３号公報 特開２００７−３００２８７号公報 特公平２−７２０７号（特開昭５７−５４１８号）公報 特開平２−１８９０１１号公報 特開平５−９０８６５号公報 特開平１−２３１４１２号公報 特開昭６１−９２０１１号公報 特開平１０−２７０９７４号公報 特公平１−３４４１１号公報 再公表ＷＯ２００５／０９９０８９Ａ１公報 特開２００６−２０３４０８号公報 特開２００９−２２５４２０号公報 特許第３８５１３３６号公報 特許第３２１６１３７号公報 特開２００５−２０４２７５号公報

グルーブ形ＳＡＷ共振器の製造条件と特性（電子通信学会技術研究報告ＭＷ８２−５９（１９８２））

上述したように、ＳＡＷデバイスの周波数温度特性には多くの要素が関係しており、その改善を図るために様々な工夫が行われている。特に、レイリー波を用いたＳＡＷデバイスは、ＩＤＴを構成する電極指の膜厚を厚くすることが周波数温度特性の向上に寄与すると考えられている。単にＩＤＴの電極膜厚を厚くするだけでは、通電時のストレスマイグレーションや、ＩＤＴ形成時のサイドエッチングに起因したライン占有率の変動による周波数安定性の劣化等の問題が生じる。その対応策としては、水晶基板表面のＩＤＴの電極指間に溝を形成することにより、電極膜厚を薄くしながらその実効膜厚を大きくして周波数の変動を抑制することが有効である。

しかしながら、上述したＳＡＷデバイスは、漏洩型ＳＡＷを励振させる特許文献１３のＳＡＷ装置を除いて、いずれも動作温度範囲における周波数温度特性が二次曲線で示されるので、周波数変動幅を十分に小さくしたり変曲点を実現し得るまでは至っていない。そのため、最近のＳＡＷデバイスに対する動作温度範囲の拡大や高精度化、温度変化の激しい環境下における長期の動作安定性等の要求に十分に対応することができない。

そこで本発明は、上述した従来の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、動作温度範囲において周波数変動量が極めて小さい優れた周波数温度特性を発揮し、温度が大きく変動するような環境下でも安定して動作する優れた耐環境特性を有し、高いＱ値を実現し得る、共振子、発振器等のＳＡＷデバイスを提供することにある。

本願発明者は、上記目的を達成するために、面内回転ＳＴカット水晶基板を採用し、その表面にストップバンドの上端モードでＳＡＷを励振するＩＤＴを形成し、かつＩＤＴを構成する電極指間の水晶基板表面を凹設して溝を形成したＳＡＷ共振子において、ＳＡＷの波長λ、溝の深さＧ、ＩＤＴの電極膜厚Ｈ、その電極指のライン占有率η等のパラメーターと周波数温度特性との関係を検証した。その結果、動作温度範囲において、周波数変動幅の極小化及び変曲点を実現し得る新規なＳＡＷ共振子を案出した。

この新規な実施形態のＳＡＷ共振子（以下、本実施形態のＳＡＷ共振子という）は、その第１の態様において、オイラー角（−１．５°≦φ≦１．５°，１１７°≦θ≦１４２°，４２．７９°≦｜ψ｜≦４９．５７°）の水晶基板上に設けられ、ストップバンド上端モードのＳＡＷを励振するＩＤＴと、該ＩＤＴを構成する電極指間に位置する水晶基板を窪ませた電極指間溝を有し、
ＳＡＷの波長をλ、電極指間溝の深さをＧとした場合に、０．０１λ≦Ｇの関係を満たし、
かつ、ＩＤＴのライン占有率をηとした場合に、電極指間溝の深さＧとライン占有率ηとが

…（１）、及び

…（２）
の関係を満たすことを特徴とする。

本実施形態のＳＡＷ共振子は、第２の態様において、前記第１の態様に加えて、電極指間溝の深さＧが、０．０１λ≦Ｇ≦０．０６９５λの関係を満たすことを特徴とする。電極指間溝の深さＧをこの範囲に設定することによって、動作温度範囲内（例えば、−４０℃〜＋８５℃）における周波数変動量を小さく抑制でき、かつ電極指間溝の深さに製造上のばらつきが生じても、個々のＳＡＷ共振子間における共振周波数のシフト量を補正可能な範囲に抑えることができる。

更に本実施形態のＳＡＷ共振子は、第３の態様において、前記第１又は第２の態様に加えて、ＩＤＴの電極膜厚をＨとした場合に、０＜Ｈ≦０．０３５λの関係を満たすことを特徴とする。これにより、動作温度範囲内で良好な周波数温度特性が実現され、電極膜厚を大きくしたときに生じ得る耐環境特性の劣化が予め防止される。

また、本実施形態のＳＡＷ共振子は、第４の態様において、前記第３の態様に加えて、ライン占有率ηが、

…（３）
の関係を満たすことを特徴とする。これにより、周波数温度特性の二次温度係数を小さく抑制することができる。

更にまた、本実施形態のＳＡＷ共振子は、第５の態様において、前記第３又は第４の態様に加えて、電極指間溝の深さＧと電極膜厚Ｈとの和が、０．０４０７λ≦Ｇ＋Ｈの関係を満たすことを特徴とする。これにより、電極指間に溝を設けずにストップバンドの下端モードの共振を用いた従来の場合よりも高いＱ値が得られる。

図１は、本実施形態のＳＡＷ共振子の典型例を示している。図１（Ａ）に示すように、本実施形態のＳＡＷ共振子１は、矩形の水晶基板２と、該水晶基板の主面にそれぞれ形成されたＩＤＴ３と１対の反射器４，４とを有する。

水晶基板２には、オイラー角（−１．５°≦φ≦１．５°，１１７°≦θ≦１４２°，４２．７９°≦｜ψ｜≦４９．５７°）で表される面内回転ＳＴカット水晶基板を使用する。ここで、オイラー角について説明する。オイラー角（０°，０°，０°）で表される基板は、Ｚ軸に垂直な主面を有するＺカット基板となる。ここで、オイラー角（φ，θ，ψ）のφはＺカット基板の第１の回転に関するものであり、Ｚ軸を回転軸とし、＋Ｘ軸から＋Ｙ軸側へ回転する方向を正の回転角度とした第１回転角度である。オイラー角のθはＺカット基板の第１の回転後に行う第２の回転に関するものであり、第１の回転後のＸ軸を回転軸とし、第１の回転後の＋Ｙ軸から＋Ｚ軸へ回転する方向を正の回転角度とした第２の回転角度である。圧電基板のカット面は、第１回転角度φと第２回転角度θとで決定される。オイラー角のψはＺカット基板の第２の回転後に行う第３の回転に関するものであり、第２の回転後のＺ軸を回転軸とし、第２の回転後の+Ｘ軸から第２の回転後の+Ｙ軸側へ回転する方向を正の回転角度とした第３回転角度である。ＳＡＷの伝搬方向は、第２の回転後のＸ軸に対する第３回転角度ψで表される。

面内回転ＳＴカット水晶基板は、図２に示すように、水晶の直交する３つの結晶軸、即ち電気軸、機械軸及び光学軸をそれぞれＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸で表したとき、Ｙ軸に垂直なＸＺ面５ａを、Ｘ軸を回転軸として＋Ｚ軸から−Ｙ軸方向に角度θ´（°）回転させた、座標軸（Ｘ，Ｙ´，Ｚ´）のＹ´軸に垂直なＸＺ´面を有するウエーハ５から切り出される。水晶基板２は、更にＹ´軸を回転軸として＋Ｘ軸から＋Ｚ´軸方向を正として角度＋ψ（又は−ψ）（°）回転させた新たな座標軸（Ｘ´，Ｙ´，Ｚ”）に沿ってウエーハ５から切り出して個片化される。このとき、水晶基板２はその長辺（又は短辺）をＸ´軸方向又はＺ”軸方向のいずれに沿って配置してもよい。尚、角度θ´とオイラー角におけるθとは、θ´＝θ−９０°の関係にある。

ＩＤＴ３は、それぞれ複数の電極指６ａ、６ｂからなり、かつそれらの基端部をバスバー７ａ，７ｂで接続した１対の櫛歯状電極３ａ，３ｂを有する。各電極指６ａ、６ｂは、その延長方向が前記ＩＤＴにより励振されるＳＡＷの伝搬方向Ｘ´と直交する向きに配置されている。一方の櫛歯状電極３ａの電極指６ａと他方の櫛歯状電極３ｂの電極指６ｂとは、交互にかつ所定の間隔を開けて一定のピッチで配列されている。図１（Ｂ）に示すように、電極指６ａ、６ｂ間に露出する水晶基板２の表面には、該表面をエッチング等で削除することによって、それぞれ一定深さの電極指間溝８が凹設されている。

１対の反射器４，４は、ＳＡＷの伝搬方向Ｘ´に沿ってＩＤＴ３の外側に該ＩＤＴを両側から挟むように配置されている。各反射器４は、それぞれＳＡＷの伝搬方向Ｘ´に一定のピッチで配列された複数の導体ストリップ４ａ，４ａを有する。前記各導体ストリップは、ＩＤＴ３の前記各電極指と同様に、その延長方向がＳＡＷの伝搬方向Ｘ´と直交する向きに配置されている。図１（Ｂ）に示すように、導体ストリップ４ａ，４ａ間に露出する水晶基板２の表面には、該表面をエッチング等で削除することによって、それぞれ一定深さの導体ストリップ間溝９が凹設されている。

本実施形態において、電極指６ａ、６ｂ及び導体ストリップ４ａ，４ａは、例えばＡｌやＡｌを主体とする合金を用いた金属膜で同じ膜厚Ｈに形成され、総称して電極指ということもできる。電極指間溝８と導体ストリップ間溝９とは、同じ深さＧに形成される。ＩＤＴ３の最も外側の電極指６ａ（又は６ｂ）とそれに隣り合う反射器４，４の前記導体ストリップとの間も、同様に水晶基板表面を削除して、前記導体ストリップ間溝と同じ深さの溝が凹設されている。

このように構成したＳＡＷ共振子１は、水晶基板２のＸ´軸方向及びＹ´軸方向の両方に振動変位成分を有するＲａｙｌｅｉｇｈ型（レイリー型）のＳＡＷを励起する。上述したオイラー角の水晶基板２は、ＳＡＷの伝播方向が水晶の結晶軸であるＸ軸からずれているので、ストップバンド上端モードのＳＡＷを励起することが可能である。

尚、上述した水晶基板２のオイラー角（φ，θ，ψ）は、次のようにして選択した。一般にＳＡＷ共振子の周波数温度特性は、次式で表される。
Δｆ＝α×（Ｔ−Ｔ0）＋β×（Ｔ−Ｔ0）^２
ここで、Δｆは温度Ｔと頂点温度Ｔ0間の周波数変化量（ｐｐｍ）、αは１次温度係数（ｐｐｍ／℃）、βは２次温度係数（ｐｐｍ／℃２）、Ｔは温度、Ｔ0は周波数が最大となる温度（頂点温度）である。２次温度係数βの絶対値を最小に、好ましくは０．０１（ｐｐｍ／℃^２）以下に、より好ましくは略零になるように設定して、周波数温度特性が三次曲線を示すようにすれば、広い動作温度範囲でも周波数変動量を小さくして高い周波数安定性が得られる。

先ず、水晶基板２のオイラー角を（０°，１２３°，ψ）とし、β＝±０．０１（ｐｐｍ／℃^２）となるライン占有率ηが得られるときのオイラー角ψと電極指間溝の深さＧとの関係をシミュレーションした。ここで、オイラー角ψは、二次温度係数βの絶対値が０．０１（ｐｐｍ／℃^２）となるように適宜選択した。その結果、上記条件下で二次温度係数βを−０．０１≦β≦＋０．０１にし得るオイラー角ψの範囲を４３°＜ψ＜４５°と定めることができた。

尚、ＩＤＴ３のライン占有率ηは、図１（Ｃ）に示すように、電極指幅Ｌを電極指ピッチλ／２（＝Ｌ＋Ｓ）で除した値である。また、図１（Ｄ）は、ＩＤＴ３の電極指６ａ、６ｂ及び電極指間溝８をフォトリソグラフィ技法とエッチング技法とにより製造したときに形成されるであろう台形状の断面において、ＩＤＴ３のライン占有率ηを特定する方法を説明するためのものである。この場合、ライン占有率ηは、電極指間溝８の底部から該電極指間溝の深さＧと電極膜厚Ｈとの合計値（Ｇ＋Ｈ）の１／２となる高さにおいて測定した電極指幅Ｌと電極指間溝幅Ｓとに基づいて算出する。

次に、水晶基板２をカット角及びＳＡＷ伝搬方向をオイラー角表示で（０，θ，ψ）とし、電極指間溝の深さＧを０．０４λ、電極指の膜厚Ｈを０．０２λ、ライン占有率ηを上記（３）式に従って０．６３８３として、オイラー角θに関する二次温度係数βの変化をシミュレーションした。ここで、オイラー角ψは上述した４３°＜ψ＜４５°の範囲内で、角度θの設定角度に基づいて二次温度係数βの絶対値を最小とするように適宜選択した。その結果、オイラー角θが１１７°≦θ≦１４２°の範囲内にあれば、電極指の膜厚Ｈ、電極指間溝の深さＧ、及びライン占有率ηを変化させても、二次温度係数βの絶対値が０．０１（ｐｐｍ／℃^２）の範囲内にあることを確認した。

次に、水晶基板２をオイラー角表示で（φ，１２３°，４３．７７°）とし、電極指間溝の深さＧを０．０４λ、電極指の膜厚Ｈを０．０２λ、ライン占有率ηを０．６５として、オイラー角φに関する二次温度係数βの変化をシミュレーションした。その結果、オイラー角φが−１．５°≦φ≦＋１．５°の範囲内にあれば、二次温度係数βの絶対値が０．０１（ｐｐｍ／℃^２）の範囲内にあることを確認した。

更に、動作温度範囲（−４０℃〜＋８５℃）における周波数変動量が最小となる非常に望ましいオイラー角θとψとの関係をシミュレーションにより求めた。この場合も、電極指間溝の深さＧ及び電極指の膜厚Ｈは、それぞれＧ＝０．０４λ、Ｈ＝０．０２λとした。その結果、オイラー角ψは、上述したオイラー角θの範囲でその増加と共に三次曲線を描くように増加した。この関係は、次式で近似することができる。

これにより、オイラー角ψは、オイラー角θの下限値θ＝１１７°においてψ＝４２．７９°となり、上限値θ＝１４２°においてψ＝４９．５７°となる。従って、オイラー角ψは、１１７°≦θ≦１４２°の範囲で、４２．７９°≦ψ≦４９．５７°に設定することができる。

このように水晶基板２のオイラー角を設定することによって、本実施形態のＳＡＷ共振子１は、２次温度係数βの絶対値が０．０１（ｐｐｍ／℃^２）以下の優れた周波数温度特性を実現することができる。

本実施形態のＳＡＷ共振子１について、以下の条件で周波数温度特性をシミュレーションした。
−本実施形態のＳＡＷ共振子１の基本データ
Ｈ：０．０２λ
Ｇ：変化
ＩＤＴライン占有率η：０．６
反射器ライン占有率ηr：０．８
オイラー角：（０°，１２３°，４３．５°）
ＩＤＴ対数：１２０
電極指交差幅：４０λ（λ＝１０μｍ）
反射器本数（片側あたり）：６０
電極指の傾斜角度：なし

このシミュレーション結果を図３に示す。同図から分かるように、周波数温度特性は動作温度範囲（−４０〜＋８５℃）において略３次曲線を示しており、周波数変動幅を２０ｐｐｍ以内という極めて小さな変動量に抑圧することできた。

図３の周波数温度特性を示すＳＡＷ共振子１について、周波数、等価回路定数、及び静特性をまとめると、以下の表１になる。

ここで、Ｆは周波数、ＱはＱ値、γは容量比、ＣＩはＣＩ（クリスタルインピーダンス：Crystal Impedance）値、Ｍは性能指数（フィギュアオブメリット：Figure of Merit）である。

ＳＡＷ共振子１は、ＩＤＴ３のストップバンド上端の周波数ｆt2と、反射器４のストップバンド下端の周波数ｆr1及びストップバンド上端の周波数ｆr2とが、ｆr1＜ｆt2＜ｆr2の関係を満たすように設定するのが好ましい。図４は、周波数に関するＩＤＴ３及び反射器４のＳＡＷ反射特性を示している。同図のように、周波数ｆt2を周波数ｆr1と周波数ｆr2との間に設定すると、周波数ｆt2において反射器４の反射係数がＩＤＴ３の反射係数よりも大きくなる。その結果、ＩＤＴ３から励振されたストップバンド上端モードのＳＡＷは、反射器４からＩＤＴ３側により高い反射係数で反射されることになる。従って、ＳＡＷの振動エネルギーを効率良く閉じ込めることができ、低損失なＳＡＷ共振子１を実現できる。

また、ＳＡＷ共振子１のＱ値について、電極指６ａ、６ｂの高さ即ち膜厚Ｈと電極指間溝８の深さＧとにより形成される段差の大きさ（Ｇ＋Ｈ）との関係をシミュレーションにより検証した。比較のため、電極指間に溝を設けずかつストップバンド上端モードの共振を用いる従来のＳＡＷ共振子について、以下の条件でＱ値と電極指の高さ即ち膜厚との関係をシミュレーションした。

−従来のＳＡＷ共振子の基本データ
Ｈ：変化
Ｇ：ゼロ（無し）
ＩＤＴライン占有率η：０．４
反射器ライン占有率ηr：０．３
オイラー角（０°，１２３°，４３．５°）
ＩＤＴ対数：１２０
電極指交差幅：４０λ（λ＝１０μｍ）
反射器本数（片側あたり）：６０
電極指の傾斜角度：なし

このシミュレーション結果を図５に示す。同図において、太線は本実施形態のＳＡＷ共振子１を、細線は従来のＳＡＷ共振子を示している。同図から分かるように、本実施形態のＳＡＷ共振子１は、段差（Ｇ＋Ｈ）が０．０４０７λ（４．０７％λ）以上の領域において、従来のＳＡＷ共振子よりも高いＱ値を得ることができる。

更に、本実施形態のＳＡＷ共振子においても、上述した傾斜型ＩＤＴ構造を採用することによって、良好な周波数温度特性に加えて、Ｑ値、ＣＩ値等の電気的特性を向上させ得ることが期待される。そこで、本願発明者は、本実施形態のＳＡＷ共振子に傾斜型ＩＤＴ構造を採用し、ＩＤＴ及び反射器を、電極指及び導体ストリップに直交する第１の方向第１の方向に対して、角度αをもって傾斜する第２の方向に配置した場合に、この傾斜角度αとオイラー角ψとの関係について更に検討を進めた。その結果、傾斜型ＩＤＴ構造においても、広い動作温度範囲において優れた周波数温度特性と、良好な電気的特性即ちＱ値及びＣＩ値とを同時に実現し得ることを見出し、本発明を想到したものである。

本発明のＳＡＷデバイスは、オイラー角（−１．５°≦φ≦１．５°，１１７°≦θ≦１４２°，４２．７９°≦｜ψ｜≦４９．５７°）の水晶基板と、
該水晶基板の主面に設けられた複数の電極指からなり、ストップバンド上端モードの弾性表面波を励振するＩＤＴと、
弾性表面波の伝播方向に沿ってＩＤＴを挟むようにその両側に配置した、それぞれ複数の導体ストリップからなる一対の反射器と、
ＩＤＴの隣り合う電極指間の水晶基板の表面に凹設した電極指間溝と、
反射器の隣り合う導体ストリップ間の水晶基板の表面に凹設した導体ストリップ間溝とを有し、
弾性表面波の波長λと電極指間溝の深さＧとが、０．０１λ≦Ｇの関係を満足し、
ＩＤＴのライン占有率ηと電極指間溝の深さＧとが、

及び、

の関係を満足し、
電極指及び導体ストリップに直交する第１の方向と水晶基板の電機軸とのなす角度がオイラー角ψであり、
ＩＤＴ及び反射器の少なくとも一部が、第１の方向と角度αをもって交差する第２の方向に配置され、かつこの角度αが１．０°≦α≦２．７５°の範囲内にあることを特徴とする。

このようにＩＤＴ及び反射器を配置することによって、ＳＡＷの振動エネルギーを効率良く閉じ込めることができる。その結果、後述するように広い動作温度範囲において、上述したオイラー角の面内回転ＳＴカット水晶板からなる水晶基板と電極指間溝とにより得られる良好な周波数温度特性を維持しつつ、それと同時に高いＱ値及び低ＣＩ値の良好な電気的特性を実現し、発振安定性に優れたＳＡＷデバイスを得ることができる。

或る実施例では、角度αとオイラー角ψとが、ψ＝１．０６α＋４３．６９°＋０．０５°の関係を満足することによって、広い動作温度範囲において高いＱ値及び低ＣＩ値と共に、周波数変動量が極めて小さい優れた周波数温度特性を有するＳＡＷデバイスを実現することができる。

別の実施例では、ＩＤＴのライン占有率ηが、

を満足することにより、周波数温度特性の二次温度係数をより小さく抑制できるので、周波数変動量をより小さくしかつより優れた三次曲線の周波数温度特性が得られる。

更に別の実施例では、電極指間溝の深さＧと電極指の膜厚Ｈとの和が、０．０４０７λ≦Ｇ＋Ｈを満足することにより、ストップバンド上端モードの共振を用いた場合に、ＩＤＴの電極指間に溝を設けずにストップバンド下端モードの共振を用いる従来のＳＡＷ共振子従来の場合よりも高いＱ値が得られる。

また、別の実施例では、ＩＤＴを駆動するための発振回路を更に有することにより、広い動作温度範囲で周波数変動量が極めて小さく、ＣＩ値が低く、かつ発振安定性に優れたＳＡＷ発振器を得ることができる。

本発明の別の側面によれば、上述した本発明のＳＡＷデバイスを備え、それにより広い動作温度範囲で安定して良好な性能を発揮し得る電子機器、センサー装置が提供される。

（Ａ）図は本実施形態のＳＡＷ共振子の構成を示す平面図、（Ｂ）図はその部分拡大縦断面図、（Ｃ）図は（Ｂ）図の部分拡大図、（Ｄ）図はフォトリソグラフィ及びエッチング技術により形成される（Ｃ）図の溝部の断面形状を示す図。 図１のＳＡＷ共振子の水晶基板を模式的に示す説明図。 図１のＳＡＷ共振子の周波数温度特性を示す線図。 図１のＳＡＷ共振子のＩＤＴ及び反射器のＳＡＷ反射特性を示す線図。 図１のＳＡＷ共振子の電極指間の段差とＱ値との関係を示す線図。 （Ａ）図は本発明によるＳＡＷデバイスの第１実施例を示す平面図、（Ｂ）図はそのVI−VI線における部分拡大縦断面図。 実施例１の周波数温度特性を最適にするＩＤＴの傾斜角αとオイラー角ψとの関係を示す線図。 実施例２のＩＤＴの傾斜角α＝２°の場合の周波数温度特性を示す線図。 比較例のＩＤＴの傾斜角α＝２°の場合の周波数温度特性を示す線図。 実施例１のＩＤＴの傾斜角αとＱ値との関係を示す線図。 実施例２のＩＤＴの傾斜角α＝０°の場合の動作温度範囲におけるＱ値の変化を示す線図。 実施例２のＩＤＴの傾斜角α＝１．０°の場合の動作温度範囲におけるＱ値の変化を示す線図。 実施例２のＩＤＴの傾斜角α＝１．５°の場合の動作温度範囲におけるＱ値の変化を示す線図。 実施例２のＩＤＴの傾斜角α＝２．０°の場合の動作温度範囲におけるＱ値の変化を示す線図。 実施例２のＩＤＴの傾斜角α＝２．５°の場合の動作温度範囲におけるＱ値の変化を示す線図。 実施例２のＩＤＴの傾斜角α＝３．０°の場合の動作温度範囲におけるＱ値の変化を示す線図。 実施例２のＩＤＴの傾斜角αとＱ値との関係を示す線図。 実施例１のＩＤＴの傾斜角αとＣＩ値との関係を示す線図。 （Ａ）図は本発明による第２実施例のＳＡＷ発振器を示す平面図、（Ｂ）図はそのXIV−XIV線における縦断面図。 傾斜型ＩＤＴ構造の従来例を示す平面図。 傾斜型ＩＤＴ構造の別の従来例を示す平面図。

以下に、添付図面を参照しつつ、本発明の好適な実施例を詳細に説明する。尚、添付図面において、同一又は類似の構成要素には同一又は類似の参照符号を付して示す。

図６（Ａ）（Ｂ）は、本発明によるＳＡＷデバイスの第１実施例であるＳＡＷ共振子の構成を示している。本実施例のＳＡＷ共振子１１は、矩形の水晶基板１２と、該水晶基板の主面にそれぞれ形成されたＩＤＴ１３と１対の反射器１４，１４とを有する。水晶基板１２は、図１に関連して上述したＳＡＷ共振子１の水晶基板２と同じオイラー角（−１．５°≦φ≦１．５°，１１７°≦θ≦１４２°，４２．７９°≦｜ψ｜≦４９．５７°）の面内回転ＳＴカット水晶板を使用する。

ＩＤＴ１３は、それぞれ複数の電極指１５ａ、１５ｂからなり、かつそれらの基端部をバスバー１６ａ，１６ｂで接続した１対の櫛歯状電極１３ａ，１３ｂを有する。電極指１５ａ、１５ｂ間に露出する水晶基板１２の表面には、図６（Ｂ）に示すように、該表面をエッチング等で削除することによって、それぞれ一定深さの電極指間溝１７が凹設されている。一方の櫛歯状電極１３ａの電極指１５ａと他方の櫛歯状電極１３ｂの電極指１５ｂとは、それらの延長方向と直交する向きに沿って交互にかつ所定の間隔を開けて一定のピッチＰtで配列されている。

１対の反射器１４，１４は、ＳＡＷの伝搬方向に沿ってＩＤＴ１３の両側に該ＩＤＴを挟むように配置されている。各反射器１４は、それぞれ複数の導体ストリップ１４ａ，１４ａを有する。導体ストリップ（電極指）１４ａ，１４ａ間に露出する水晶基板１２の表面には、図６（Ｂ）に示すように、該表面をエッチング等で削除することによって、それぞれ一定深さの導体ストリップ間溝１８が凹設されている。前記各導体ストリップは、ＩＤＴ１３の前記各電極指と同様に、それらの延長方向と直交する向きに沿って一定のピッチＰrで配列されている。

前記電極指及び導体ストリップは、例えばＡｌやＡｌを主体とする合金を用いた金属膜で同じ膜厚Ｈに形成される。電極指間溝１７と導体ストリップ間溝１８とは、同じ深さＧに形成される。各反射器１４，１４の最も内側の前記導体ストリップとそれに隣り合うＩＤＴ１３の最も外側の電極指１５ａ（又は１５ｂ）との間も、同様に水晶基板表面を削除して、前記導体ストリップ間溝と同じ深さの溝が凹設されている。

上述したオイラー角の面内回転ＳＴカット水晶板からなる水晶基板１２は、水晶の結晶異方性のため、ＩＤＴ１３によりＳＡＷを励振させたとき、水晶基板１２のＸ´軸の方向であるＳＡＷの位相速度の方向１９と、ＳＡＷエネルギーの伝搬方向である群速度の方向２０とが異なる。ＳＡＷの位相速度の方向１９（Ｘ´軸）と水晶の電気軸（Ｘ軸）とのなす角度がオイラー角ψである。群速度の方向２０は、位相速度の方向１９に対して傾斜角αをもって交差している。

電極指１５ａ、１５ｂ及び導体ストリップ１４ａ，１４ａは、その延長方向が水晶基板１２のＸ´軸即ちＳＡＷの位相速度の方向１９と直交するように形成されている。更に前記電極指及び導体ストリップは、群速度の方向２０に沿って位相速度の方向１９から角度α傾斜させた向きに配置されている。このとき、導体ストリップ１４ａ，１４ａの群速度の方向２０に直交する幅Ｗrを、電極指１５ａ、１５ｂの群速度の方向２０に直交する方向の幅Ｗtと同じに設定することによって、ＳＡＷエネルギーは反射器１４，１４からの漏れを少なくし、効率良く閉じ込めることができる。

別の実施例では、少なくともＩＤＴ１３の電極指及び反射器１４，１４の導体ストリップの一部が、群速度の方向２０に沿って配置されていれば、ＳＡＷエネルギーの反射器１４，１４からの漏れを少なくすることができる。また、別の実施例では、前記導体ストリップの幅Ｗrを前記電極指の幅Ｗtより広く設定する。これによって、群速度の方向２０に沿って伝搬するＳＡＷエネルギーのほとんどを反射器１４，１４により反射し、閉じ込め効果を向上させることができる。

本実施例の傾斜型ＩＤＴ構造では、群速度の方向２０と位相速度の方向１９とのなす角度αが、１．０°≦α≦２．７５°の範囲内にあるように設定する。これにより、上述したオイラー角の面内回転ＳＴカット水晶板からなる水晶基板１２及び電極指間溝１７によって得られる良好な周波数温度特性を維持しつつ、高いＱ値及び低インピーダンス化（低ＣＩ値）を達成することができる。

更に本実施例では、角度αと水晶基板１２のオイラー角ψとが、ψ＝１．０６α＋４３．６９°±０．０５°の関係を満足するように設定する。これにより、広い動作温度範囲において、高いＱ値及び低ＣＩ値と共に、周波数変動量が極めて小さい優れた周波数温度特性を発揮するＳＡＷ共振子を実現することができる。

このように構成することによって、ＳＡＷ共振子１１は、水晶基板１２のＸ´軸方向から角度α傾斜した群速度の方向２０及びＹ´軸方向の両方に振動変位成分を有するＲａｙｌｅｉｇｈ型（レイリー型）のＳＡＷを励起する。上述したオイラー角の水晶基板１２を用いることによって、ＳＡＷの伝播方向が水晶の結晶軸であるＸ軸からずれているので、ストップバンド上端モードのＳＡＷを励起することができる。

図６（Ｂ）に示すように、ＩＤＴ１３のライン占有率ηは、電極指１５ａ、１５ｂの線幅をＬt、電極指間溝１７の幅をＳtとして、η＝Ｌt／（Ｌt＋Ｓt）で表される。反射器１４のライン占有率ηrは、導体ストリップ１４ａの線幅をＬr、導体ストリップ間溝１８の幅をＳrとして、ηr＝Ｌr／（Ｌr＋Ｓr）で表される。

ここで、ＩＤＴ１３の電極指のピッチＰt及び反射器１４の導体ストリップのピッチＰrについて説明する。交差する１対の櫛歯状電極１３ａ，１３ｂの各電極指ピッチＰtと、電極指の線幅Ｌt及びｂ電極指間の幅（即ち、電極指間溝のＳＡＷ伝搬方向の幅）Ｓtとの関係は、Ｌt＋Ｓt＝ｄtとしたとき、Ｐt＝２×ｄt＝２×（Ｌt＋Ｓt）となる。即ち、ＳＡＷ伝搬方向に見て、隣り合う電極指１３ａと電極指１３ｂとの中心間距離ｄt（所謂、ラインアンドスペース）は、ｄt＝Ｌt＋Ｓtとなる。従って、電極指ピッチＰt＝２×ｄt＝λとなる。

反射器１４は、ＳＡＷ伝搬方向に見て、隣り合う導体ストリップ１４ａの中心間距離ｄrが、ｄr＝Ｌr＋Ｓrとなる。この中心間距離ｄrは、反射器１４を伝搬するＳＡＷの波長λの１／２、即ちｄr＝λ／２にする。従って、導体ストリップ１４ａのピッチＰrは、Ｐr＝２×ｄr＝２×（Ｌr＋Ｓr）となる。

（実施例１）
ＳＡＷ共振子１１の仕様を次のように設定した。
水晶基板寸法：５．０×１．５（ｍｍ）
オイラー角：（０°，１２３°，４５．８°）
ＩＤＴ対数：１８０
反射器本数（片側あたり）： ７８

ＩＤＴ１３は次のように設計した。
ＳＡＷ波長λ：７．９（μm）、
電極材料：Ａｌ
電極指膜厚Ｈ：０．０２λ（２％λ）＝０．１５８０（μm）
電極指ピッチＰt：λ／２＝３．９５（μm）、
電極指線幅Ｌt：０．６２５Ｐt＝２．４６８８（μm）
（ライン占有率η：０．６２５）

反射器１４は次のように設計した。
電極材料：Ａｌ
導体ストリップ膜厚Ｈ：２％λ（０．０２λ）＝０．１５８０（μm）
導体ストリップピッチＰr：λ／２＝３．９５（μm）、
導体ストリップ線幅：０．６２５Ｐt＝２．４６８８（μm）
（ライン占有率η：０．６２５）

電極指間溝１７は次のように設計した。
深さ：０．０４５λ（４．５％λ）＝０．３５５５（μm）
電極指実効膜厚：０．０６５λ（６．５％λ）＝０．５１３５（μm）

このように設計したＳＡＷ共振子１１について、傾斜角αが１．０≦α≦３．０の範囲で周波数温度特性の２次温度係数βが最適となる傾斜角αとオイラー角ψとの関係をシミュレーションした。この結果を図７に示す。同図において、プロットした黒丸点を結ぶ実線はβ＝０となる場合を示している。また同図において、プロットした黒丸点を結ぶ破線は、｜β｜≦０．０１となる場合の上限値を、プロットした三角形黒点を結ぶ破線はその下限値を示している。

同図から、前記上限値を示す破線と下限値を示す破線との間に、実施例１のＳＡＷ共振子１１について２次温度係数｜β｜≦０．０１の良好な周波数温度特性を発揮し得る傾斜角α及びオイラー角ψの範囲が存在することを確認できた。同図において、β＝０となる傾斜角αとオイラー角ψとの関係を検証したところ、それらは次の条件式、
ψ＝１．０６α＋４３．６９° …（４）
を満足することが判明した。更に、｜β｜≦０．０１となる傾斜角αとオイラー角ψとの関係を検証したところ、それらは次の条件式、
ψ＝１．０６α＋４３．６９°±０．０５° …（５）
を満足することが判明した。

次に、実施例１のＳＡＷ共振子１１について、傾斜角α＝２°として周波数温度特性をシミュレーションした。このとき、水晶基板１２のオイラー角ψ＝４５．８°は、傾斜角α＝２°において上記条件式（４）を満足している。この結果を図８に示す。同図に示すように、−４０℃〜＋８５℃の広い動作温度範囲において、周波数変動量が３次曲線で表される良好な周波数温度特性を有することが確認された。

比較例として、水晶基板１２のオイラー角ψをＩＤＴの傾斜角αと同じ角度２°だけ回転させたψ＝４５．６９°の場合について、周波数温度特性をシミュレーションした。この結果を図９に示す。同図に示すように、−４０℃〜＋８５℃の広い動作温度範囲において、周波数温度特性は、傾斜角αが０°の場合、即ちＩＤＴ１３が水晶基板のＸ´軸に対して傾斜していない従来のＩＤＴ構造よりも劣化している。このように本発明によれば、水晶基板１２のオイラー角ψを上記条件式（４）、（５）のように設定することによって、良好な周波数温度特性が得られる。

更に、実施例１のＳＡＷ共振子１１について、傾斜角αと−４０℃〜＋８５℃の広い動作温度範囲において最低値となるＱ値との関係をシミュレーションした。その結果を図１０に示す。同図において、傾斜角αが０°の場合、即ちＩＤＴ１３が水晶基板のＸ´軸に対して傾斜していない従来のＩＤＴ構造では、Ｑ値が１５００未満である。これに対し、傾斜角αが１．０≦α≦２．７５の範囲では、Ｑ値が１８００を超えており、従来構造よりも大幅に改善されていることを確認できた。

（実施例２）
上記実施例１において、反射器１４の導体ストリップ線幅を０．７２５Ｐr（＝２．８６３８μｍ）、ライン占有率をηr＝０．７２５に変更した。実施例２について、ＩＤＴの傾斜角α＝０°，１．０°，１．５°，２．０°，２．５°，３．０°とした場合に、−４０℃〜＋８５℃の広い動作温度範囲におけるＱ値の変化をシミュレーションした。その結果を図１１−１乃至図１１−６に示す。

図１１−２乃至図１１−５から、傾斜角α＝１．０°，１．５°，２．０°，２．５°の場合、Ｑ値が動作温度範囲全体に亘って比較的安定して高い値を示すことが分かる。これに対し、傾斜角α＝０°の場合、図１１−１に示すように、低温側でＱ値が低下している。傾斜角α＝３．０°の場合、図１１−６に示すように、低温側でＱ値が著しく劣化している。実施例２の結果から、Ｑ値の温度特性の観点から、１．０≦α≦２．５が傾斜角αの最適範囲であることが判明した。

次に、実施例２について、傾斜角αと−４０℃〜＋８５℃の広い動作温度範囲において最低値となるＱ値との関係をシミュレーションした。この結果を図１２に示す。同図に示すように、斜角αが０°である従来のＩＤＴ構造の場合、Ｑ値が１００００未満である。これに対し、傾斜角αが１．０≦α≦２．７５の範囲では、Ｑ値が１２８００を超えており、従来構造よりも大幅に改善されていることを確認できた。また、傾斜角αがα≧３．０の範囲では、Ｑ値が１００００未満に低下している。このように本発明のＳＡＷ共振子は、広い動作温度範囲で発振器として利用することができる。

更に、傾斜角αと−４０℃〜＋８５℃の広い動作温度範囲において最大となるＣＩ値との関係をシミュレーションした。この結果を図１３に示す。図１３は、傾斜角αが０°である従来のＩＤＴ構造の場合、ＣＩ値が２５Ωを超えているが、傾斜角αが１．０≦α≦２．５の範囲では、低いＣＩ値が得られることを示している。一般にＣＩ値は、Ｑ値に反比例することが知られているが、このシミュレーション結果は、本発明によって高Ｑ値化と同時に低ＣＩ値化を実現できることを示している。

更に本願発明者は、傾斜角α＝２．０°の場合に、電極指膜厚Ｈ、電極指間溝の深さＧ、及びオイラー角θをパラメーターとして、周波数変動量が少ない３次曲線の優れた周波数温度特性と高いＱ値とを実現し得るＩＤＴライン占有率η、反射器ライン占有率ηr、２次温度係数と、その場合に得られるＱ値とを算出した。その結果を以下の表２に示す。

一般にＱ値は、ＳＡＷエネルギーの閉じ込め効果によって略決定され、言い換えれば反射器の反射効率即ち反射器の構造（反射器本数、実効膜厚、電極線幅、密度等）によって決定される。従って、水晶基板のカット角、例えばオイラー角θを多少変化させても、Ｑ値にはほとんど影響しないはずである。表２から分かるように、オイラー角θを優れた周波数温度特性が得られる角度範囲内で１１７°、１２３°、１４２°に変化させたが、η＜ηrにおいて全ての場合に、２次温度係数は−０．０１〜＋０．０１ｐｐｍ／℃^２の良好な周波数温度特性が、Ｑ値は概ね１５０００の高い値が得られる。

従って、本発明によれば、オイラー角θ＝１１７°〜１４２°の範囲で良好な周波数温度特性と高いＱ値とを同時に実現できることが分かる。また、Ｑ値は、傾斜角αを上述した最適範囲に設定することによって、電極指膜厚Ｈ、電極指間溝の深さＧ、オイラー角θ及びライン占有率に影響されることなく、改善できることが裏付けられた。

本発明は、上述した本発明のＳＡＷ共振子と発振回路とを組み合わせて構成される発振器にも適用することができる。図１４（Ａ）、（Ｂ）は、そのような本発明によるＳＡＷデバイスの第２実施例であるＳＡＷ発振器の典型例の構成を示している。本実施例のＳＡＷ発振器３１は、本発明によるＳＡＷ共振子３２と、該ＳＡＷ共振子を駆動制御する発振回路としてＩＣ（integrated circuit）３３と、これらを収容するパッケージ３４とを備える。ＳＡＷ共振子３２及びＩＣ３３は、パッケージ３４の底板３４ａ上に表面実装されている。

ＳＡＷ共振子３２は、第１実施例のＳＡＷ共振子１１と同様の構成を有し、第１実施例と同じオイラー角で表示される水晶基板３５と、その表面に形成された１対の櫛歯状電極３６ａ，３６ｂからなるＩＤＴと１対の反射器３７，３７とを有する。ＩＣ３３の上面には、電極パッド３８ａ〜３８ｆが設けられている。パッケージ３４の底板３４ａ上には、電極パターン３９ａ〜３９ｇが形成されている。ＳＡＷ共振子３２の櫛歯状電極３６ａ，３６ｂ及びＩＣ３３の電極パッド３８ａ〜３８ｆは、それぞれボンディングワイヤ４０，４１により対応する電極パターン３９ａ〜３９ｇと電気的に接続されている。このようにＳＡＷ共振子３２及びＩＣ３３を搭載したパッケージ３４は、その上部に接合されたリッド４２により気密に封止されている。

本実施例のＳＡＷ発振器３１は、本発明のＳＡＷ共振子を備えることによって、広い動作温度範囲で周波数変動量が極めて小さい優れた周波数温度特性を有すると共に、高いＱ値を有するので、安定した発振動作が可能であり、更に低インピーダンス化による消費電力の低減を実現することができる。その結果、近年の情報通信の高速化に基づく高周波化及び高精度化の要求に対応し、低温から高温まで温度が大きく変動するような環境下でも長期に安定して動作する優れた耐環境特性を備えたＳＡＷ発振器が得られる。

本発明は、上記実施例に限定されるものでなく、その技術的範囲内で様々な変形又は変更を加えて実施することができる。例えば、ＩＤＴの電極構造は、上記実施例以外に、公知の様々な構成を採用することができる。また、本発明は、上述したＳＡＷ共振子、ＳＡＷ発振器以外の様々なＳＡＷデバイスに同様に適用することができる。更に本発明のＳＡＷデバイスは、例えば携帯電話、ハードディスク、パーソナルコンピューター、ＢＳ及びＣＳ放送用の受信チューナー、同軸ケーブルや光ケーブル中を伝搬する高周波信号や光信号用の各種処理装置、広い温度範囲で高周波・高精度クロック（低ジッタ、低位相雑音）を必要とするサーバー・ネットワーク機器、無線通信用機器等の様々な電子機器、各種モジュール装置や、圧力センサー、加速度センサー、回転速度センサー等の各種センサー装置にも広く適用することができる。

１，１１，３２，５１…ＳＡＷ共振子、２，１２，３５，５２，６２…水晶基板、３，１３，５３，６３…ＩＤＴ、３ａ，３ｂ，１３ａ，１３ｂ，３６ａ，３６ｂ，５３ａ，５３ｂ，６３ａ，６３ｂ…櫛歯状電極、４，１４，３７，５４，６４…反射器、４ａ，１４ａ，５４ａ，６４ａ…導体ストリップ、５…ウエーハ、５ａ…面、６ａ，６ｂ，１５ａ，１５ｂ，５５ａ，５５ｂ，６５ａ，６５ｂ…電極指、７ａ，７ｂ，１６ａ，１６ｂ…バスバー、８，１７…電極指間溝、９，１８…導体ストリップ間溝、３１…ＳＡＷ発振器、３３…ＩＣ、３４…パッケージ、３４ａ…底板、３８ａ〜３８ｆ…電極パッド、３９ａ〜３９ｇ…電極パターン、４０，４１…ボンディングワイヤ、４２…リッド。

Claims (7)

1. オイラー角（−１．５°≦φ≦１．５°，１１７°≦θ≦１４２°，４２．７９°≦｜ψ｜≦４９．５７°）の水晶基板と、
   前記水晶基板の主面に設けられた複数の電極指からなり、ストップバンド上端モードの弾性表面波を励振するＩＤＴと、
   前記弾性表面波の伝播方向に沿って前記ＩＤＴを挟むようにその両側に配置した、それぞれ複数の導体ストリップからなる一対の反射器と、
   前記ＩＤＴの隣り合う前記電極指間の前記水晶基板の表面に凹設した電極指間溝と、
   前記反射器の隣り合う前記導体ストリップ間の前記水晶基板の表面に凹設した導体ストリップ間溝とを有し、
   前記弾性表面波の波長λと前記電極指間溝の深さＧとが、０．０１λ≦Ｇの関係を満足し、
   前記ＩＤＴのライン占有率ηと前記電極指間溝の深さＧとが、
   

   

   及び、
   

   

   の関係を満足し、
   前記電極指及び前記導体ストリップに直交する第１の方向と前記水晶基板の電機軸とのなす角度が前記オイラー角ψであり、
   前記ＩＤＴ及び反射器の少なくとも一部が、前記第１の方向と角度αをもって交差する第２の方向に配置され、かつ前記角度αが１．０°≦α≦２．７５°の範囲内にあることを特徴とする弾性表面波デバイス。
2. 前記角度αと前記オイラー角ψとが、ψ＝１．０６α＋４３．６９°＋０．０５°の関係を満足することを特徴とする請求項１記載の弾性表面波デバイス。
3. 前記ＩＤＴのライン占有率ηが、
   

   

   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. 前記電極指間溝の深さＧと前記電極指の膜厚Ｈとの和が、０．０４０７λ≦Ｇ＋Ｈを満足することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか記載の弾性表面波デバイス。
5. 前記ＩＤＴを駆動するためのＩＣを更に有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか記載の弾性表面波デバイス。
6. 請求項１乃至５のいずれか記載の弾性表面波デバイスを備えることを特徴とする電子機器。
7. 請求項１乃至５のいずれか記載の弾性表面波デバイスを備えることを特徴とするセンサー装置。

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