JP2015056746A - 弾性波装置 - Google Patents

Abstract

【課題】Ｑ値の劣化をさほど招くことなく、横モードリップルを抑圧し得る弾性波装置を提供する。【解決手段】圧電基板２上にＩＤＴ電極３が設けられており、ＩＤＴ電極３が、第１のバスバー３１と、第１のバスバー３１と隔てられて配置されている第２のバスバー３２と、複数本の第１の電極指３３と、複数本の第２の電極指３４とを有し、第１及び第２のバスバー３１，３２のうち、少なくとも一方のバスバーにおいて、第１及び第２の電極指３３，３４が延びる方向と交差する方向に延びる複数本のスリット３１ａ，３２ａが設けられている、弾性波装置１。【選択図】図１

Description

本発明は、弾性波共振子や弾性波フィルタなどの弾性波装置に関し、より詳細には、第１，第２のバスバーを有するＩＤＴ電極が備えられている弾性波装置に関する。

従来、横モードリップルを抑圧する構造が備えられた弾性波装置が種々提案されている。例えば、下記の特許文献１には、ＩＤＴ電極の端部において、誘電体層を介して上面に特定の形状の電極を付加した構造が開示されている。

また、下記の特許文献２には、ＩＤＴ電極中のダミー電極の長さと、該ダミー電極が隣合う電極指のダミー部の長さとが異なっている弾性表面波装置が開示されている。

さらに、下記の特許文献３には、バスバーが格子状にくり抜かれた形状を有する弾性表面波共振子が開示されている。

特開２０１０−１６６１４８号公報 特開２０１０−２６８４７４号公報 特開２００６−２４６５１０号公報

特許文献１に記載の弾性表面波装置では、ＩＤＴ電極端部と、誘電体層の上面に設けられた電極との間で静電容量が形成される。そのため、弾性表面波装置の特性が劣化するという問題があった。また、励振部とダミー部との界面付近まで横モード抑制用の上記特定形状の電極が存在する。そのため、その部分における音速が遅くなり、Ｑ値が劣化するという問題があった。

特許文献２に記載の弾性表面波装置においても同様に、音速が遅くなる部分が存在し、Ｑ値が劣化するという問題があった。

特許文献３に記載の弾性表面波共振子においても、単に格子状にくり抜かれたバスバーを用いた構造では、Ｑ値が劣化しがちであった。

本発明の目的は、Ｑ値の劣化をさほど招くことなく、横モードリップルを効果的に抑圧し得る弾性波装置を提供することにある。

本発明に係る弾性波装置は、圧電基板と、前記圧電基板上に設けられたＩＤＴ電極とを備える。本発明においては、前記ＩＤＴ電極が、第１のバスバーと、第１のバスバーと隔てられて配置された第２のバスバーと、第１のバスバーに一端が接続されている複数本の第１の電極指と、前記第２のバスバーに一端が接続されている複数本の第２の電極指とを有する。複数本の第１の電極指と複数本の第２の電極指とが互いに間挿し合っている。

本発明においては、前記第１及び第２のバスバーのうち少なくとも一方のバスバーにおいて、前記第１及び第２の電極指が延びる方向と交差する方向に延びる複数本のスリットが設けられている。

本発明に係る弾性波装置のある特定の局面では、第１，第２の電極指が間挿し合っている交差幅領域から該バスバーに向かって伝搬してきた横モードを相殺するように、前記複数本のスリットが設けられている。

本発明に係る弾性波装置の他の特定の局面では、第１及び第２のバスバーの双方に、前記複数本のスリットが設けられている。

本発明に係る弾性波装置のさらに他の特定の局面では、前記第１のバスバーにおける複数本のスリットの延びる方向が、前記第２のバスバーにおける複数本のスリットが延びる方向と同一とされている。

本発明に係る弾性波装置の別の特定の局面では、複数本のスリットが互いに平行に延ばされている。

本発明に係る弾性波装置のさらに他の特定の局面では、少なくとも１本のスリットの延びる方向が残りのスリットの延びる方向と異なっている。

本発明に係る弾性波装置によれば、第１及び第２のバスバーのうち少なくとも一方のバスバーに上記複数本のスリットが設けられているため、横モードリップルを効果的に抑圧することができる。また複数本のスリットをバスバーに設けた構造であるため、励振された弾性表面波のバスバー部への漏洩もさほど大きくならない。そのため、Ｑ値の劣化をさほど招くことなく、横モードリップルを効果的に抑圧することが可能となる。

（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係る弾性波装置の電極構造を示す平面図及び該弾性波装置の模式的正面断面図である。 第１の実施形態及び比較例の弾性波装置のインピーダンス周波数特性を示す図である。 第１の実施形態及び比較例の弾性波装置の位相周波数特性を示す図である。 第１の実施形態及び比較例の弾性波装置のインピーダンススミスチャートを示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る弾性波装置の電極構造を示す平面図である。 第１及び第２の実施形態の弾性波装置のインピーダンス周波数特性を示す図である。 第１及び第２の実施形態の弾性波装置の位相周波数特性を示す図である。 第１及び第２の実施形態の弾性波装置のインピーダンススミスチャートを示す図である。 本発明の第３の実施形態に係る弾性波装置の電極構造を示す平面図である。 本発明の第４の実施形態に係る弾性波装置の電極構造を示す平面図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の具体的な実施形態を説明することにより、本発明を明らかにする。

図１（ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る弾性波装置の電極構造を示す平面図であり、（ｂ）は、該弾性波装置の模式的正面断面図である。

弾性波装置１は、１ポート型弾性表面波共振子である。図１（ｂ）に示すように、弾性波装置１は、圧電基板２を有する。圧電基板２は、ＬｉＴａＯ_３もしくはＬｉＮｂＯ_３などの圧電単結晶、または圧電セラミックスからなる。本実施形態では、圧電基板２は１２８°回転ＹカットＬＮ基板からなる。

圧電基板２上に電極構造が形成されている。図１（ａ）に示すように、この電極構造は、ＩＤＴ電極３と、ＩＤＴ電極３の弾性表面波伝搬方向両側に配置された反射器４，５とを有する。ＩＤＴ電極３及び反射器４，５は、Ａｇ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｌ、Ｗまたはこれらの合金などの適宜の金属材料からなる。あるいはこれらの金属材料の積層体であってもよい。

ＩＤＴ電極３は、第１のバスバー３１と、第１のバスバー３１と弾性表面波伝搬方向と直交する方向において隔てられた第２のバスバー３２とを有する。第１のバスバー３１に、複数本の第１の電極指３３の一端が接続されている。第１の電極指３３は、第１のバスバー３１側から、第２のバスバー３２側に向かって延ばされている。第１の電極指３３の延びる方向は、弾性表面波伝搬方向と直交する方向となる。この方向を以下のＩＤＴ電極３の幅方向とする。第２のバスバー３２に、複数本の第２の電極指３４の一端が接続されている。複数本の第２の電極指３４もまた、上記幅方向に延ばされている。複数本の第１の電極指３３と、複数本の第２の電極指３４とは互いに間挿し合っている。

必須ではないが、本実施形態では、第１の電極指３３の先端と上記幅方向においてギャップを隔てて第１のダミー電極３５が形成されている。第１のダミー電極３５は、基端が第２のバスバー３２に接続されている。同様に、第２の電極指３４の先端と上記幅方向においてギャップを隔てて第２のダミー電極３６が配置されている。第２のダミー電極３６の基端は、第１のバスバー３１に接続されている。

本実施形態では、第１のバスバー３１と第２のバスバー３２との間に交流電圧を印加することにより、第１の電極指３３と第２の電極指３４とが弾性表面波伝搬方向において交差している交差領域において弾性表面波が励振される。

本実施形態の特徴は、第１のバスバー３１及び第２のバスバー３２において、それぞれ、複数本のスリット３１ａ，３２ａが設けられていることにある。複数本のスリット３１ａ，３１ａは、上記第１，第２の電極指３３，３４が延びる方向と斜め方向に交差する方向に延びている。そして、複数本のスリット３１ａ，３１ａは互いに平行とされている。上記の方向に延ばされているため、スリット３１ａは平行四辺形の形状とされている。

同様に、複数本のスリット３２ａ，３２ａも、第１，第２の電極指３３，３４が延びる方向に対して斜め方向に交差する方向に延びている。複数本のスリット３２ａ，３２ａも互いに平行に延ばされている。

もっとも、複数本のスリット３１ａ，３１ａが延びる方向と、複数本のスリット３２ａ，３２ａが延びる方向は異ならされている。より具体的には、前述した幅方向中心を通り弾性表面波伝搬方向に沿う中心線に対して、複数本のスリット３１ａと、複数本のスリット３２ａとが対称に配置されている。

なお、反射器４，５は、上記交差領域と弾性表面波伝搬方向において重なる領域に複数本のスリット４ａ，５ａがそれぞれ設けられている。複数本のスリット４ａが設けられているグレーティング領域により、弾性表面波を反射させる。複数本のスリット５ａが設けられているグレーティング領域においても、同様に弾性表面波伝搬方向に伝搬してきた弾性表面波を反射する。

反射器４，５は、上記のようなグレーティング型の反射器である。必須ではないが、本実施形態では、反射器４，５においても、上記幅方向外側に、複数本のスリット４ｂ，４ｃ，５ｂ，５ｃが設けられている。複数本のスリット４ｂは、前述したＩＤＴ電極３の複数本のスリット３１ａが設けられている領域と、弾性表面波伝搬方向において重なる領域に設けられている。

また、複数本のスリット４ｃは、第２のバスバー３２において、複数本のスリット３２ａが設けられている領域と弾性表面波伝搬方向において重なる領域に設けられている。

もっとも、複数本のスリット４ｂ，４ｃは、本実施形態では、電極指３３，３４が延びる方向すなわち上記幅方向に延ばされている。複数本のスリット５ｂ，５ｃも複数本のスリット４ｂ，４ｃと同様に形成されている。

本実施形態の弾性波装置１では、第１，第２のバスバー３１，３２に上記電極指３３，３４が延びる方向と交差する方向に複数本のスリット３１ａ，３２ａが設けられていることにより、横モードリップルを効果的に抑圧することができる。これは、弾性表面波が励振された際に発生する横モードが、第１のバスバー３１及び第２のバスバー３２側に交差領域から伝搬してくるが、複数本のスリット３１ａ，３２ａが設けられているため、伝搬してきた横モードが反射され、反射された横モードが伝搬してくる横モードと相殺される。それによって、横モードリップルを抑圧することが可能とされている。従って、上記複数本のスリット３１ａ，３２ａは、好ましくは、伝搬してきた横モードを相殺するように設けられていることが望ましい。本実施形態では、上記電極指３３，３４が延びる方向と斜め方向に交差するように複数本のスリット３１ａ，３２ａが設けられている。それによって、横モードリップルを相殺することが可能とされている。スリットは、ＩＤＴ電極と同じピッチおよび同じ波長であって、傾斜角度は５度以上とされていることが好ましい。

本実施形態において、横モードリップルを抑圧し得ることを、具体的な実験例に基づき説明する。

上記実施形態の弾性波装置１を、以下の仕様で作製した。なお、伝搬する弾性波の波長をλとする。

圧電基板２：１２８°回転ＹカットＬＮ基板
ＩＤＴ電極３及び反射器４，５の材料及び膜厚：ＮｉＣｒ（０．０１μｍ）／Ｐｔ（０．３３μｍ）／Ｔｉ（０．０１μｍ）／ＡｌＣｕ（０．１３μｍ）／Ｒｉ（０．０１μｍ）
ＩＤＴ電極３の電極指の対数＝１００対
交差幅＝１５λ
ダミー電極３５，３６の長さ＝０．１５λ
複数本のスリット３１ａが電極指３３，３４の延びる方向と交差する角度：７．５度
複数本のスリット３２ａが電極指３３，３４の延びる方向と交差する角度：７．５度
スリット３１ａ，３２ａの長さ＝２λ、幅＝０．２５λ
複数本のスリット３１ａ，３２ａのピッチはＩＤＴ電極３の電極指ピッチと等しくした。
複数本のスリット３１ａ，３２ａの数：各２０１本
反射器４，５におけるスリット４ａ，５ａの数＝各２０本
スリット４ｂ，４ｃ，５ｂ，５ｃの数＝各２０本
スリット４ｂ，４ｃ，５ｂ，５ｃの長さ＝２λ
スリット４ｂ，４ｃ，５ｂ，５ｃは、スリット４ａ，５ａと同じピッチで配置した。
スリット４ａ，５ａのピッチ＝０．５λ

比較のために、スリット３１ａ，３２ａ，４ｂ，４ｃ，５ｂ，５ｃが設けられていなことを除いては上記実施形態と同様にして従来例として比較例の弾性表面波装置を作製した。

上記実施形態及び比較例の弾性表面波装置のインピーダンス周波数特性を図２に、位相周波数特性を図３に、インピーダンススミスチャートを図４に示す。

図２〜図４において、実線が実施形態の結果を示し、破線が比較例の結果を示す。

図２〜図４から明らかなように、破線で示す比較例の弾性波装置の特性では、共振周波数と反共振周波数との間及び反共振周波数付近に大きな横モードリップルが表れている。これに対して、上記実施形態によれば、この横モードリップルが効果的に抑圧されていることがわかる。これは、前述したように、第１，第２のバスバー３１,３２側に伝搬してきた横モードが、複数本のスリット３１ａ，３２ａが設けられている領域でバスバー３１，３２側へ漏洩した表面波が散乱される。従って、横モードの発生自体が抑制される。そのため、横モードリップルを効果的に抑圧することができる。好ましくは、前述したように、交差幅領域からバスバー３１，３２に向かって伝搬してきた横モードを相殺するように、複数本のスリット３１ａ，３２ａが設けられることが望ましい。

また、本実施形態では上記のように横モードリップルを抑圧し得るが、スリット３１ａ，３２ａが設けられている領域におけるスリット間の電極部分のピッチを電極指３３，３４のピッチよりも長くしたり、電極指３３，３４の線幅を細くすることにより、バスバー３１，３２側への表面波の漏洩量自体を抑制することになる。従って、それによってＱ値の劣化を抑制することも可能となる。従って、Ｑ値の劣化をさほど招くことなく、横モードリップルを効果的に抑圧することができる。

図５は、本発明の第２の実施形態に係る弾性波装置の電極構造を示す平面図である。第２の実施形態の弾性波装置４１は、ＩＤＴ電極３の第１，第２のバスバー３１Ａ，３２Ａに設けられている複数本のスリット３１ｂ，３２ｂの大きさ及びピッチが図１に示した複数本のスリット３１ａ，３２ａと異なることを除いては同様である。従って、同一部分については同一の参照番号を付することにより、第１の実施形態の説明を援用することとする。

本実施形態では、複数本のスリット３１ｂの弾性表面波伝搬方向に沿う寸法がスリット３１ａよりも長くされている。すなわち、図１では、複数本のスリット３１ａは、ＩＤＴ電極の電極指ピッチと等しくされていた。これに対して、複数本のスリット３１ｂの弾性表面波伝搬方向に沿う寸法は、電極指３３，３４の幅方向寸法の３倍とされている。言い換えれば、複数本のスリット３１ｂが設けられている領域のデューティーは０．２５とされている。複数本のスリット３２ｂが設けられている領域におけるデューティーも０．２５とされている。

なお、これらの領域のデューティーとは、（スリット３１ｂ，３１ｂ間のメタライズ領域としての電極部分３１ｃの弾性表面波伝搬方向に沿う寸法）／（該電極部分３１ｃの弾性表面波伝搬方向に沿う寸法＋スリット３１ｂの弾性表面波伝搬方向に沿う寸法）で表わされる値である。

言い換えれば、上記電極部分３１ｃは、本実施形態では第２のダミー電極３６が設けられている位置ごとに配置されている。また、スリット３２ｂ，３２ｂ間の電極部分３２ｃは、第２の電極指３４が設けられている部分ごとに配置されている。本実施形態のように、複数本のスリット３１ｂは、電極指３３，３４が設けられているピッチと異なるピッチで配置されてもよい。

図６〜図８は、第２の実施形態の弾性波装置と、前述した第１の実施形態の弾性波装置のインピーダンス周波数特性、位相周波数特性、インピーダンススミスチャートを示す図である。図６〜図８において、実線が第１の実施形態の弾性波装置の結果を示し、破線が第２の実施形態の弾性波装置の結果を示す。

図６〜図８から明らかなように、反共振周波数付近におけるリップルを第２の実施形態によれば第１の実施形態よりも効果的に抑制し得ることがわかる。これは、スリット３１ｂ，３２ｂのピッチが大きく、上記スリット３１ｂ，３２ｂが設けられている部分における電極部分３１ｃ，３２ｃのデューティーが小さくされているため、弾性表面波のバスバー３１，３２側への漏洩量が少なくなっているためと考えられる。それによって横モードリップルを効果的に抑制し得るとともに、Ｑ値の劣化を効果的に抑制することが可能とされている。すなわち、反共振点における特性の劣化が小さいため、第１の実施形態に比べてＱ値の劣化をより効果的に抑制することが可能とされている。

図９は、第３の実施形態に係る弾性波装置５１の電極構造を示す平面図である。第１及び第２の実施形態では、第１のバスバー３１に設けられた複数本のスリット３１ａ，３１ｂと、第２のバスバー３２に設けられた複数本のスリット３２ａ，３２ｂとが、幅方向中心を通り弾性表面波伝搬方向を通る中心線に対して対称に設けられていた。

しかしながら、本発明においては、複数本のスリットの向きはこれに限定されるものではない。

図９に示す第３の実施形態では、複数本のスリット３１ａと、複数本のスリット３２ｄとが、同じ方向に延びている。すなわち、複数本のスリット３１ａ，３２ｄは、電極指の延びる方向に対して斜め方向に交差しているが、前述した幅方向中心を通る中心線に対して対称には配置されていない。この場合であっても、第１，第２の実施形態と同様に、漏洩してきた弾性表面波を効果的に散乱させることができる。従って、Ｑ値の劣化をさほど招くことなく、横モードリップルを効果的に抑圧することができる。

図１０に示す第４の実施形態では、第１のバスバー３１Ｃに設けられている複数本のスリット３１ｅは、その延びる方向が様々な方向とされている。同様に、第２のバスバー３２Ｃに設けられている複数本のスリット３２ｅについても、その延びる方向が様々な方向とされている。このように、本発明においては、第１，第２のバスバーに設けられているスリットの延びる方向は、弾性表面波伝搬方向と直交する方向すなわち電極指の延びる方向に対して斜め方向に交差している方向である限り、特に限定されない。

また、本実施形態のように、少なくとも一本のスリット３１ｅ，３２ｅの延びる方向が、該スリット３１ｅ，３２ｅが設けられているバスバー３１Ｃ，３２Ｃにおいて、残りのスリット３１ｅ，３２ｅの延びる方向と異なっていてもよい。

もっとも、第１〜第３の実施形態のように、複数本のスリットが設けられているバスバー内において、複数本のスリットが互いに平行に延ばされていてもよい。

なお、本発明の弾性波装置は、上記のように、ＩＤＴ電極におけるバスバーの構造にあり、その他の構造は特に限定されるものではない。従って、ＩＤＴ電極は、複数設けられていてもよい。また、弾性波共振子に限らず、複数のＩＤＴ電極を有する弾性波フィルタにも本発明を適用することができる。さらに、弾性境界波を用いた弾性波装置にも本発明を適用することができる。

１…弾性波装置
２…圧電基板
３…ＩＤＴ電極
４，５…反射器
４ａ〜４ｃ，５ａ〜５ｃ…スリット
３１，３１Ａ…第１のバスバー
３２，３２Ａ…第２のバスバー
３１ａ，３１ｂ，３２ａ，３２ｂ，３２ｄ…スリット
３１ｃ，３２ｃ…電極部分
３１Ｃ…第１のバスバー
３２Ｃ…第２のバスバー
３３…第１の電極指
３４…第２の電極指
３５…第１のダミー電極
３６…第２のダミー電極
４１，５１…弾性波装置

Claims (6)

1. 圧電基板と、
   前記圧電基板上に設けられたＩＤＴ電極とを備え、
   前記ＩＤＴ電極が、第１のバスバーと、第１のバスバーと隔てられて配置された第２のバスバーと、第１のバスバーに一端が接続されている複数本の第１の電極指と、前記第２のバスバーに一端が接続されている複数本の第２の電極指とを有し、複数本の第１の電極指と複数本の第２の電極指とが互いに間挿し合っており、
   前記第１及び第２のバスバーのうち少なくとも一方のバスバーにおいて、前記第１及び第２の電極指が延びる方向と交差する方向に延びる複数本のスリットが設けられている、弾性波装置。
2. 第１，第２の電極指が間挿し合っている交差幅領域から該バスバーに向かって伝搬してきた横モードを相殺するように、前記複数本のスリットが設けられている、請求項１に記載の弾性波装置。
3. 第１及び第２のバスバーの双方に、前記複数本のスリットが設けられている、請求項１に記載の弾性波装置。
4. 前記第１のバスバーにおける複数本のスリットの延びる方向が、前記第２のバスバーにおける複数本のスリットが延びる方向と同一とされている、請求項２に記載の弾性波装置。
5. 複数本のスリットが互いに平行に延ばされている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の弾性波装置。
6. 少なくとも１本のスリットの延びる方向が残りのスリットの延びる方向と異なっている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の弾性波装置。

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