JP3040928B2

JP3040928B2 - 弾性表面波トランスデューサ

Info

Publication number: JP3040928B2
Application number: JP7008048A
Authority: JP
Inventors: 和彦山之内; 正男竹内; 裕之小田川; 光浩田中
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 1995-01-23
Filing date: 1995-01-23
Publication date: 2000-05-15
Anticipated expiration: 2015-05-15
Also published as: JPH08204492A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はＳＡＷフィルタやＳＡＷ
共振器のような弾性表面波デバイスに用いる弾性表面波
トランスデューサに関するものであり、特にナチュラル
単相形一方向性変換器（Natural Single-Phase Unidire
ctional Transducerの頭文字をとってNSPUDTと呼ばれて
いる) 特性を有する圧電性基板と組み合わせて用いら
れ、方向性を有する電極構造を持った弾性表面波トラン
スデューサに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、弾性表面波デバイスの一つとし
て、圧電性基板の表面に単相信号源の位相が180 °異な
る２端子にそれぞれ接続される電極である正電極および
負電極をすだれ状に組み合わせた送信側変換器と、同じ
く正電極および負電極をすだれ状に組み合わせた受信側
変換器とを所定の間隔を置いて配置し、特定の周波数の
みを選択的に取り出すトランスバーサル型ＳＡＷフィル
タが広く実用化されている。

【０００３】このようなＳＡＷフィルタにおいては、挿
入損失を低く抑えるとともに帯域内でのリップルを小さ
く抑えることが要求されている。通常のすだれ状の電極
構造を使用する場合には、両方向性となるため、理論的
な最小挿入損失が６ｄＢとなり、挿入損失を低く抑える
ことができない欠点がある。一方、このような欠点を解
消するために、複数の受信側変換器を複数の送信側変換
器の両側に配置した多電極構造が提案されている。この
ような多電極構造のＳＡＷフィルタでは、挿入損失を1.
5 〜2dB 程度まで低くすることができるが、これら変換
器の制御が非常に難しく良好な位相特性や周波数特性が
得られないばかりでなく、製造も非常に難しいという欠
点がある。弾性表面波デバイスの性能を向上するには、
低損失化のみでなく位相特性の平坦化および通過域のリ
ップル、阻止域の抑圧といった周波数特性の改善も重要
な問題である。

【０００４】上述した要求を満たすために、理想的には
１ｄＢ以下の挿入損失と良好な位相および周波数特性が
可能となる一方向性変換器が使用されている。この一方
向性変換器としては、種々の型式のものが提案されてい
るが、大別して(a）多相形一方向性変換器と、(b) 単相
形一方向性変換器とがある。さらに、後者の単相形一方
向性変換器としては、電極構造の非対称性、質量負荷硬
化による内部反射を用いた単相形一方向性変換器、励振
電極の間に反射バンクを配置した反射バンク形一方向性
変換器、浮き電極による反射を用いた単相形一方向性変
換器、基板の異方性を利用するナチュラル単相形一方向
性変換器などが提案されている。これらの一方向性変換
器を用いた弾性表面波デバイスでは、励振波と反射波と
の位相差が、前進方向では同相となり、それと反対の方
向では逆相となることによって方向性を持たせるように
している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述したナチュラル単
相形一方向性変換器以外の単相形一方向性変換器におい
ては、いずれも電極構造が複雑となり、特に電極エッジ
間の間隔および電極幅はλ/4よりも狭くする必要があ
り、動作周波数が高くなるのに伴ってこの寸法はきわめ
て小さくなり、所望の寸法を有する電極を正確に製造す
ることが困難となる欠点がある。

【０００６】このような欠点を解消する手段の一つとし
て、圧電性基板自体の異方性によって電極エッジ間隔や
電極幅がλ/4の通常の電極を使用するにも拘らず、一方
向特性を持たせたナチュラル単相形一方向性変換器（NS
PUDT) が提案されている。このNSPUDT動作を採用した弾
性表面波デバイスにおいては、基板自体の異方性を利用
しているが、このような異方性により一方向性（NSPUDT
特性) を示す圧電性基板としては、従来から水晶基板、
LiNbO３基板、LiTaO３基板が知られている。本発明者等
はさらに、リチウムテトラボレートの特殊なカットにお
いてもNSPUDT特性が現れることを確認した。特に、この
リチウムテトラボレート基板は、従来のナチュラル単相
形一方向性変換器特性を有する基板に比べて、電気機械
結合係数K^２が大きいこと、零遅延時間温度係数が存在
すること、パワーフロー角が零であることなどの理由の
ため、理想的な弾性表面波デバイスが得られるものであ
る。

【０００７】しかしながら、上述したNSPUDTを用いる弾
性表面波デバイスにおいては、基板自体の異方性を利用
しているため、出力側すなわち送信側変換器および入力
側すなわち受信側変換器として順方向が互いに向かい合
った一方向性変換器が得られないことが問題となる。こ
の問題を解決するために、送信側または受信側変換器の
何れか一方の変換器に反射係数の位相が180 °異なる材
料の電極を用いて方向性を反転させる方法や、基板の表
面に溝を施し、溝の中に電極を埋め込んで方向性を反転
させる方法などが提案されている。しかしながら、通常
用いられている製造プロセスでは、このように異なる材
料の電極を形成したり埋め込み電極を形成することは製
造プロセスや設計が複雑になり、高価となる欠点がある
とともに所望の精度を得ることが困難となり、所望の周
波数特性や位相特性が得られないという欠点がある。

【０００８】本発明の目的はこのような従来のNSPUDTを
用いる弾性表面波トランスデューサの欠点を解消もしく
は軽減し、製造が容易で優れた周波数特性や位相特性を
有する弾性表面波デバイスを実現する弾性表面波トラン
スデューサを提供しようとするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明による弾性表面波
トランスデューサは、ナチュラル単相形一方向性変換器
特性を有するようにカットされた圧電性基板上に、方向
性が互いに向き合ったトランスジューサを形成した弾性
表面波デバイスの、ナチュラル単相形一方向性変換器特
性による方向性とは逆向きの方向性を有するトランスジ
ューサであって、前記圧電性基板の平坦な表面上に、弾
性表面波の波長をλとするとき、単相信号源あるいは負
荷の位相が180 °異なる２端子にそれぞれ接続される正
電極および負電極の電極指がそれぞれλのピッチで、順
次の電極指の中心間の距離がほぼλ／２となるようにす
だれ状に配置され、これら正電極指と負電極指との間
に、これら正負の電極指と同じ金属材料より成り、これ
ら正負の電極指と同じ膜厚を有するが、これら正負の電
極指とは反射係数を異ならせるように正負の電極指とは
異なる巾を有する浮き電極の電極指が配置されているこ
とを特徴とするものである。

【００１０】

【作用】本発明による弾性表面波トランスデューサにお
いては、正電極および負電極の電極指をすだれ状に配置
し、これらの電極指の間に、これら正負の電極指と同じ
金属材料で同じ膜厚を有するが、これら正負の電極指と
は巾を異ならせることによって反射係数を異ならせるよ
う浮き電極の電極指を設けることによって方向性を持た
せることができる。このような浮き電極を設けることに
よって、全ての電極を基板の平坦な表面上に一度の電極
材料の蒸着および一度の微細加工によって実現でき、し
たがって、従来に比べて製造プロセスは簡単になり、容
易に所望の精度のものを得ることができる。本発明によ
る弾性表面波トランスデューサにおいては、各電極対に
おいて、前記浮き電極の電極指をほぼ対称的に配置する
のが好適であるが、必ずしも対称的に配置する必要はな
く、特性の乱れを修正するために、非対称に配置するこ
ともできる。本発明による弾性表面波トランスデューサ
の好適実施例においては、前記正電極および負電極の電
極指の巾をほぼλ/8とし、前記浮き電極に、正電極およ
び負電極の電極指のエッジからエッジ間隔がほぼλ/16
となるように離間して配置され、巾がほぼλ/4の電気的
に短絡または開放された電極指を設ける。本発明におけ
るNSPUDT特性を有する圧電性基板は、ＳＴＸ＋25°カッ
トの水晶、オイラー角( ψ, θ, φ) で表されるカット
角が(45 °, 55°, 0 °) カットの水晶、ＹＺ＋51.25
°カットのタンタル酸リチウム(LiTaO３)、Ｙ−θＸ
（θ＝25°〜45°）カット或いは128 °回転されたＹカ
ットのニオブ酸リチウム(LiNbO３)およびオイラー角で
表されるカット角がψ＝+5°〜-5°、θ=9°〜29°、32
°〜86°、φ=85 °〜95°となるようにカットされたリ
チウムテトラボレート(Li２B４O７) より成るグループ
から選択することができる。

【００１１】

【実施例】図１はNSPUDT特性を有するSTX+25°カットの
水晶の基板座標(x,y,z)と、結晶軸との関係を示すもの
である。また、図２はNSPUDT特性を有する圧電性基板と
して、STX+25°カットの水晶およびオイラー角( ψ,
θ, φ) で表されるカット角が( 0 °, 51°, 90°) と
なるようにカットされたリチウムテトラボレート(Li２B
４O７) を用い、その上に形成されたλ/4の正規形の電
極の構造およびその動作を説明するための励振および反
射中心を示す線図であり、このような正規形電極は本発
明による弾性表面波トランスデューサとともに用いるこ
とができるものである。図２ＡおよびＢに示すように、
正電極11および負電極12はそれぞれλ/4の電極幅を有
し、λのピッチで配列された電極指11a および12a を有
し、これらを弾性表面波の伝搬方向に見てλ/4のエッジ
間隔を置いてすだれ状に組み合わせてあり、例えばアル
ミニウムで形成することができる。

【００１２】通常使用されているアルミニウムを材料と
するλ/4の正規形電極を、NSPUDT特性を有しない通常の
圧電性基板、例えばST水晶の圧電性基板上に形成したと
きの弾性表面波の励振および反射の中心位置は、図２Ｃ
に示すようになる。ここで、白矢印ＸＥは励振中心を
表す。また、黒矢印ＸＲは電極の反射中心を示し、反
射係数をr０= ｜r０｜e ^−ｊ９０°と仮定する。このよ
うな正規形電極では右向きおよび左向きのいずれにおい
ても励振される弾性表面波および反射波に差異はなく、
方向性は現れない。

【００１３】図２ＤおよびＥは単相一方向性変換器(Sin
gle-Phase Unidirectional Transducer)の動作原理を示
すものである。NSPUDT特性を有する圧電性基板としてST
X+25°カットの水晶を用いる場合には、図２Ｄに示すよ
うに、反射中心ＸＲは励振中心ＸＥに対して右側にλ
/8だけシフトすることになる。このように励振中心ＸＥ
および反射中心ＸＲを距離ＬＡＢ=3λ/8、距離ＬＡＣ
= λ/8となるようにシフトさせることができれば、矢印
で示す右へ進む弾性表面波について考えた場合、励振中
心ＸＥを位置の基準として左側の反射中心ＸＲよりの
反射波の伝播距離を反射位相をも考慮して求めると、 3
λ/8×2 ＋λ/4＝λとなり、励振中心ＸＥからの励振
波と同相となり、右へ進行する弾性表面波を強めること
になる。同様に、左へ進む弾性表面波について考えた場
合には、右側の反射中心ＸＲよりの反射波の伝播距離
を求めると、λ/8×2 ＋λ/4＝λ/2で逆相となり、左へ
進行する弾性表面波は打ち消されることになる。したが
って、右向きの方向性が得られることになる。また、(0
°, θ, 90°）カット( θ=32 〜86°) のリチウムテト
ラボレート圧電性基板を用いる場合には、図２Ｅに示す
ように、水晶基板を用いる場合とは逆となり、左へ進行
する弾性表面波は強め合うことになり、したがって左向
きの方向性が得られることになる。

【００１４】図３は上述したNSPUDT特性を有するSTX+25
°水晶基板上にλ/4の正規形電極を設けた場合の変換損
失特性を示すグラフであり、横軸の周波数は弾性表面波
トランスデューサの中心周波数で規格化してある。正電
極11の電極指11aと、負電極12の電極指12a との重なり
部分の長さとして定義される開口長を250λとし、一組
の正電極指11a および負電極指12a より成る対を250 対
設けた場合の変換損失を、250 対のスプリット電極をモ
ニタ電極としてシミュレーションにより求めた理論値を
示すものである。図４は上述したNSPUDT特性を有するリ
チウムテトラボレート圧電性基板を用いた場合の変換損
失特性を示すものであり、開口長を200 λとし、対数を
50対としてシュミレーションして求めた理論値である。

【００１５】このようにNSPUDT特性を有する基板を用い
る場合には、正規形電極を設けることによって一方向性
が得られることがわかる。一般にＳＡＷフィルタなどの
弾性表面波デバイスを構成する場合、NSPUDT特性による
方向性の向きを反転させる弾性表面波トランスデューサ
が必要となる。この場合、複数回の微細加工によりアル
ミニウムと金などの電極材料を組み合わせることによっ
て互いに逆向きの方向性を有する弾性表面波トランスデ
ューサを得ることができるが、プロセスが複雑になり、
パターン合わせが必要になるため歩留りが悪くなり、し
たがって高価となる欠点がある。また、基板によっては
金とアルミニウムの反射係数の符号が同じで、この方法
が使えない場合もある。一般に、基板上の電極１本当た
りの反射係数は、基板材料、電極材料、電極の電気的条
件、膜厚および巾で変化することが知られており、例え
ば、昭和60年３月の「日本音響学会講演論文集」の第64
5 〜646 頁に記載されている。本発明はこの点に着目し
てNSPUDT特性を有する圧電性基板と共に用いられる方向
性反転電極を提供しようとするものである。

【００１６】図５は本発明による弾性表面波トランスデ
ューサの第１の実施例の電極構成および動作を示す線図
である。本例では、NSPUDT特性を有する基板としてSTX+
25°カットの水晶を用いる。図５Ａに示すように、正電
極21の電極指21aおよび負電極22の電極指22a はそれぞ
れλのピッチで配置されており、ともにλ/8の巾を有
し、順次の電極指の中心間の距離がほぼλ/2となるよう
にすだれ状に配置してある。また、浮き電極23の電極指
23a は、ほぼλ/4の巾を有し、正電極21の電極指21a お
よび負電極22の電極指22a のエッジからエッジ間隔がほ
ぼλ/16 だけ離間して配置されている。浮き電極23の電
極指23a は一つの対の中では橋絡部23b によって短絡さ
れている。また、これらの正電極21、負電極22および浮
き電極23はすべてアルミニウムで形成されており、図５
Ｂに示すように同一の膜厚を有している。

【００１７】図５Ｃはこのような電極構造を、NSPUDT特
性を持たない圧電性基板上に形成した場合の励振中心お
よび反射中心を示すものであり、図５ＤはNSPUDT特性を
有する圧電性基板上に形成したときの励振中心および反
射中心を示すものであり、２つの反射中心X Ｒ１および
X Ｒ２が現れている。図５Ｅは２つの反射中心X Ｒ１，
X Ｒ２を１つの反射中心X Ｒ (=X Ｒ１- X Ｒ２) で示
した。図５Ｅは図２Ｅと等価であり、本例の弾性表面波
トランスデューサは左向きの方向性を有するものとなっ
ている。

【００１８】図６は本発明による弾性表面波トランスデ
ューサの第２の実施例の電極構造を示すものであり、図
５に示す第１の実施例と比べて、浮き電極23の構造が異
なっている。すなわち、第１の実施例では浮き電極23は
弾性表面波の進行方向に見て、正電極指21a と負電極指
22a との間に挟まれた浮き電極指23a と、負電極指22a
と正電極指21a との間に挟まれた浮き電極指23a とは橋
絡部23b によって短絡されているが、順次の対の浮き電
極指23a は連結されていない。これに対し、本例では、
すべての浮き電極指23ａを橋絡部23b を介して短絡した
ものである。本発明による弾性表面波トランスデューサ
においては、一対の浮き電極指23aは中心間距離がλ/2
であるので、橋絡部23b で短絡された場合には浮き電極
上の電荷は相殺され電位的に零となるので、浮き電極23
を図５のように構成しても図６のように構成してもほぼ
同じ特性が得られることになる。また、すべての浮き電
極指23a を独立させた開放形とすることもできる。

【００１９】図７は、図５および図６に示す本発明によ
る弾性表面波トランスデューサの第１および第２の実施
例において、250 対の電極を配置し、開口長を250 λと
し、すべての電極を膜厚が0.01λのアルミニウムで形成
したときの変換損失特性を理論値で示すもので、−ｘ方
向が順方向となっており、図３の場合とは方向性が反転
している。

【００２０】図８は本発明による弾性表面波トランスデ
ューサの第３の実施例の電極構造および動作を示す線図
である。本例では、ともにほぼλのピッチで配置される
正電極21の電極指21a および負電極22の電極指22a の巾
をほぼλ/5とし、これらを中心間隔がほぼλ/2となるよ
うに配置する。また、浮き電極23の電極指23a は巾をほ
ぼλ/5とし、正電極21の電極指21a と負電極22の電極指
22a との間にこれらの電極指のエッジからほぼλ/20 の
空隙を置いてほぼ対称的に配置する。浮き電極23の各対
における２個の電極指23a は橋絡部23b で短絡されてい
る。上述したλ/20 のエッジ間隔は非常に狭いものであ
るので、このタイプの電極構造はナローギャップタイプ
と呼ぶことができるものである。本例においては、図８
Ｂに示すように、浮き電極23の膜厚を正電極21および負
電極22の膜厚よりも厚くする。また、すべての電極はア
ルミニウムを以て形成する。このようにすると、X Ｒ１
＞X Ｒ２となり、図８Ｅに示すように、励振中心と反射
中心との位置の関係より左向きの方向性が得られること
になる。また、浮き電極23の材料として、反射係数が正
電極21および負電極22とは異なる材料を選ぶことにより
同様の結果が得られる。

【００２１】図９は本発明による弾性表面波トランスデ
ューサの第４の実施例の電極構造を示すものである。本
例ではすべての浮き電極23の電極指23a を橋絡部23b に
よって短絡するが、その他の構成は第３の実施例と同様
である。上述したように、本発明では浮き電極23の電極
指23a は対称的に配置されているので、図７に示す第２
の実施例と、図９に示す第４の実施例とではほぼ同じ特
性を示すものとなる。

【００２２】図10は、図８および図９に示した第３およ
び第４の実施例の変換損失特性を示すものであり、電極
対の個数を250 対とし、開口長を250 λとしたものであ
る。正、負の電極21および22の膜厚を0.01λとし、浮き
電極23の膜厚をその２倍の0.02λとしたときの変換損失
特性を理論計算により導出したもので、−ｘ方向が順方
向となっており、第１および第２の実施例と同様に方向
性が反転している。

【００２３】図11は、本発明による弾性表面波トランス
デューサの第５の実施例の電極構造および動作を示すも
のである。正電極21、負電極22および浮き電極23の平面
配置は図11Ａに示すように、図８に示した第３の実施例
と同じであり、すべての電極指の巾をほぼλ/5とし、こ
れらをほぼλ/20 の空隙を介して配置したものである。
本例では、図11Ｂに示すように、正電極21および負電極
22の膜厚と、浮き電極23の膜厚の関係を第３および第４
の実施例とは反対とする。すなわち、反射率の大きさを
X Ｒ２＞X Ｒ１とする。その結果、図11Ｅに示すよう
に、方向性は右向きとなり、図２Ｄに示すλ/4の正規形
電極と同じである。したがって、本例の電極は正規形電
極と組み合わせて使用することはできない。しかしなが
ら、例えば図８、図９に示す本発明による第３および第
４の実施例の電極と組み合わせて使用することができ
る。λ/4の正規形電極と、例えば図８に示す本発明によ
る電極とを組み合わせてSAW フィルタを構成する場合、
両者の電極の基板表面を覆う面積が相違したものとなる
ので、中心周波数を一致させるのが困難となる場合があ
る。しかし、本例の電極と図９に示す電極とを組み合わ
せた場合には、各々の膜厚を持つ電極について両者の基
板表面を覆う面積が等しくなるので、両者の中心周波数
を容易に一致させることができる。浮き電極23に関して
は、第３および第４の実施例と同様に互いに橋絡部23b
により短絡しても同様な特性が得られる。

【００２４】図12は図11に示した本発明による弾性表面
波トランスデューサの第５の実施例の変換損失特性を示
すものであり、正、負の電極21および22のアルミニウム
の膜厚を0.02λとし、浮き電極23のアルミニウムの膜厚
を0.01λとし、開口長を250 λとし、対数を250 対とし
てシミュレーションして得られる理論値を示すものであ
る。

【００２５】図13はNSPUDT特性を有する圧電性基板とし
てSTX+25°カットの水晶基板31を用い、その上に送信側
トランスデューサ32として図２に示すλ/4の正規形電極
を形成し、受信側トランスデューサ33として図５に示す
本発明による第１の実施例の方向性を反転する弾性表面
波トランスデューサを形成したSAW フィルタを示すもの
である。図14は図13に示した実施例と同様にSTX+25°カ
ットの水晶基板31の上に送信側トランスデューサ32とし
てλ/4の正規形トランスデューサを形成し、受信側トラ
ンスデューサ34として図６に示した第２の実施例の方向
性を反転する弾性表面波トランスデューサを形成したも
のである。図15はSTX+25°カットの水晶基板31の上に、
送信側トランスデューサ35として図11に示すナローギャ
ップタイプの弾性表面波トランスデューサの順次の対の
浮き電極を相互に橋絡したトランスデューサを形成し、
受信側トランスデューサ36として図９に示す第４の実施
例の方向性を反転する弾性表面波トランスデューサを形
成したものである。上述したように、送信側の弾性表面
波トランスデューサ35はλ/4の正規形弾性表面波トラン
スデューサと同じ向きの方向性を有しているので、方向
性を反転した第４の実施例の弾性表面波トランスデュー
サと組み合わせることによって良好な特性を有するSAW
フィルタを実現することができる。本発明による弾性表
面波トランスデューサを用いて上述したようにSAW フィ
ルタを構成することによって、送信側トランスデューサ
から伝搬される弾性表面波を受信側トランデューサにお
いて効率良く受信することができ、挿入損失が少なくリ
ップルも少なく、中心周波数が一致した優れた位相特性
を有するＳＡＷフィルタを得ることができる。

【００２６】図16は、オイラー角( ψ, θ, φ) で表さ
れるカット角がψ＝ 0°、θ=51 °、φ=90 °となる理
想的なNSPUDT特性を与える角度でカットされたリチウム
テトラボレート(Li２B４O７) 基板の表面上に、図５に
示した電極構造と同じ電極構造を形成した本発明による
弾性表面波トランスデューサの第６の実施例の変換損失
特性を示すものである。また、本例では、すべての電極
を膜厚が0.025λのアルミニウムで形成し、開口長を200
λとし、対数を50対としてシミュレーションして得ら
れた理論値を示すものである。

【００２７】図17は上述したリチウムテトラボレート基
板の上に、図８に示すナローギャップタイプ電極構造と
同じ電極構造を形成した本発明による弾性表面波トラン
スデューサの第７の実施例の変換損失特性を示すもので
ある。本例では、正および負電極を膜厚が0.025 λのア
ルミニウム膜を以て形成し、浮き電極を膜厚が0.05λの
アルミニウム膜を以て形成し、開口長を200 λとし、対
数を50対としてシミュレーションして得られる理論値を
示すものである。図16および17に示す第６および第７の
実施例においては、図４に示すλ/4の正規形弾性表面波
トランスデューサに比べて方向性が反転していることが
分かる。

【００２８】図18は、上述したリチウムテトラボレート
基板の上に、図11に示すナローギャップタイプ電極構造
と同じ電極構造を形成した本発明による弾性表面波トラ
ンスデューサの第８の実施例の変換損失特性を示すもの
である。本例では、正および負電極を膜厚が0.05λのア
ルミニウム膜を以て形成し、浮き電極を膜厚が0.025 λ
のアルミニウム膜を以て形成し、開口長を200 λとし、
対数を50対としてシュミレーションして得られる理論値
を示すものである。本例では、図４に示すλ/4の正規形
トランスデューサと同じ方向性が得られていることが分
かる。

【００２９】図19は、本発明による弾性表面波トランス
デューサの第９の実施例の構成を示すものである。本例
では、圧電性基板としてSTX+25°カットの水晶基板を用
い、図19Ａに示すように、その表面にほぼλのピッチで
正電極41および負電極42を、巾がほぼλ/4の順次の電極
指41a および42a の中心間隔がほぼλ/2となるようにす
だれ状に配置し、正電極41の電極指41a と、負電極42の
電極指42aとの間に、浮き電極43の電極指43a を配置す
る。浮き電極43の電極指43a の巾はほぼλ/4としてナロ
ーギャップタイプとする。浮き電極43のすべての電極指
43aは橋絡部43b によって相互に短絡する。図19Ｂはア
ルミニウムより成る電極構造の断面図を示すものであ
り、浮き電極43の電極指43a の膜厚は、正電極41の電極
指41a および負電極42の電極指42a の膜厚よりも厚くし
てある。また、順次の電極指41a, 42a, 43a のエッジ間
のギャップg は陽極酸化法により形成した誘電体である
酸化アルミニウム膜44で電気的に分離されている。した
がって、正、負の電極の電極指41a および42a と、浮き
電極の電極指431aとの間のギャップg は酸化アルミニウ
ム膜44の膜厚によって決まり、一般的に１μm 以下であ
る。図19Ｅに示すように、本例の弾性表面波トランスデ
ューサの方向性はλ/4の正規形弾性表面波トランスデュ
ーサの方向性とは逆向きとなる。

【００３０】図20は本発明による弾性表面波トランスデ
ューサの第10実施例の電極構造および動作を示すもので
ある。本例でも、STX+25°カットの水晶基板を用い、図
20Ａに示すように、その表面にほぼλのピッチで正電極
51および負電極52を、巾がほぼλ/8の順次の電極指51a
および52a の中心間隔がほぼλ/2となるようにすだれ状
に配置し、正、負の電極指51a および52a との間に巾が
ほぼλ/8の浮き電極53の電極指53a をエッジ間隔がほぼ
λ/8となるように配置したものである。浮き電極53のす
べての電極指53a は橋絡部53b によって短絡されてい
る。図20Ｂはアルミニウムなどの金属より成る電極構造
の断面図を示すものであり、浮き電極53の電極指53a
は、正電極51の電極指51a および負電極52の電極指52a
の膜厚と等しいアルミ膜上にクロム膜を積層した構造と
なっている。このような構造は電気化学的効果による選
択エッチングで容易に実現することができる。すなわ
ち、全面にアルミ膜を形成した後、その上にクロム膜を
形成し、ホトリソグラフ処理によって電極以外の部分の
アルミおよびクロム膜をともに除去する。次に、レジス
トを除去した後、電気化学的効果によって電圧が印加さ
れたクロムのみが選択的に除去されるエッチング液に浸
漬し、正電極51および負電極52に電圧を印加しながらエ
ッチングを行う。これによって正電極51および負電極52
のクロム膜のみが選択的に除去され、図20B に示すよう
な構造が得られる。また、電圧が印加されることによっ
てクロムがエッチングされないようなエッチング液を用
いることもでき、この場合には浮き電極53にのみ電圧を
印加すればよい。いずれの場合でもホトリソグラフによ
る微細加工は一度で済むことになる。本例においても、
図20Ｅに示すようにλ/4の正規形の弾性表面波トランス
デューサの方向性とは逆の方向性が得られる。

【００３１】図21は、本発明による弾性表面波トランス
デューサの第11実施例の電極構造を示す平面図である。
本例では、図20に示した第10実施例において、浮き電極
53の対を成す電極指53a は橋絡部53b を介して短絡する
が、各対の電極指53a は短絡されていない点が第10実施
例とは異なる。

【００３２】本発明は上述した実施例にのみ限定される
ものではなく、幾多の変更や変形が可能である。例え
ば、上述した実施例においては、圧電性基板としてオイ
ラー角( ψ, θ, φ) で表されるカット角がψ＝ 0°、
θ=51 °、φ=90 °となるようにカットされたリチウム
テトラボレート基板とＳＴＸ＋25°水晶基板とを用いた
が、NSPUDT特性を示す他のカットのリチウムテトラボレ
ート基板を用いることができる。すなわち、カット角が
ψ＝+5°〜-5°、θ=9°〜29°、32°〜86°、ψ＝85°
〜95°となるようにカットされたリチウムテトラボレー
ト基板を用いることもできる。さらに、リチウムテトラ
ボレートや水晶以外の基板を用いることもできる。すな
わち、NSPUDT特性を示すことが知られているＹＺ＋51.2
5 °カットのタンタル酸リチウム(LiTaO３)やＹ−θＸ
（θ＝25°〜45°）カット或いは128 °回転されたＹカ
ットのニオブ酸リチウム(LiNbO３)などの基板を用いる
こともできる。さらに上述した実施例における各種電極
幅、ピッチやエッジ間隔などは、微細加工による精度上
から、±10% 程度以内の誤差があっても所期の目的を達
成することができる。さらに、基板の材料やカット角な
どにより方向性がずれるような場合には浮き電極の位置
を変化させてこのずれを修正することもできる。また、
上述した実施例では、各対の中で浮き電極の電極指を相
互に連結するかすべての電極指を連結した短絡構造とし
たが、本発明においては浮き電極の各電極指を分離した
開放構造としても良い。

【００３３】

【発明の効果】上述したように、本発明による弾性表面
波トランスデューサにおいては、NSPUDT特性を有する基
板において方向性を反転することができ、正規形電極と
組み合わせることによって低損失で位相特性の良いフィ
ルタを実現することができる。しかも一度の微細加工で
形成することができるので製造プロセスは簡単となり、
歩留りも向上し、コストを低減することができる。さら
に、正負の電極および浮き電極を同一の材料で構成した
本発明による弾性表面波トランスデューサの実施例によ
れば、製造が非常に容易となり、寸法精度を容易に確保
できるのでNSPUDT特性を示す圧電性基板との組み合わせ
によって挿入損失を著しく小さく抑えることができると
ともに周波数特性および位相特性を向上することができ
る。また、正および負の電極の電極指の膜厚や幅と、浮
き電極の電極指の膜厚や幅との関係を逆転させることに
よって方向性を逆転することができるので、例えばSAW
フィルタの送信側トランスデューサと受信側トランスデ
ューサとの特性を揃えるできるので、これらの中心周波
数を容易に一致させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】NSPUDT特性を有するSTX+25°カットの水晶の基
板座標と結晶軸との関係を示す斜視図である。

【図２】Ａ〜Ｅは、λ/4の正規形電極の電極構造および
これを種々の基板上に形成した場合の動作特性を示す線
図である。

【図３】STX+25°カットの水晶基板にλ/4の正規形電極
を形成した弾性表面波トランスデューサの変換損失特性
を示すグラフである。

【図４】リチウムテトラボレート基板にλ/4の正規形電
極を形成した弾性表面波トランスデューサの変換損失特
性を示すグラフである。

【図５】Ａ〜Ｅは、本発明による弾性表面波トランスデ
ューサの第１の実施例の電極構造および動作特性を示す
線図である。

【図６】本発明による弾性表面波トランスデューサの第
２の実施例の電極構造を示す平面図である。

【図７】本発明による第１および第２の実施例の変換損
失特性を示すグラフである。

【図８】Ａ〜Ｅは、本発明による弾性表面波トランスデ
ューサの第３の実施例の電極構造および動作を示す線図
である。

【図９】本発明による弾性表面波トランスデューサの第
４の実施例の電極構造を示す平面図である。

【図１０】本発明による第３および第４の実施例の変換
損失特性を示すグラフである。

【図１１】Ａ〜Ｅは、本発明による弾性表面波トランス
デューサの第５の実施例の電極構造および動作を示す線
図である。

【図１２】本発明による弾性表面波トランスデューサ
の第５の実施例の変換損失特性を示すグラフである。

【図１３】図５に示す本発明による弾性表面波トランス
デューサの第１の実施例を用いたＳＡＷフィルタの構成
を示す平面図である。

【図１４】図９に示す本発明による弾性表面波トランス
デューサの第２の実施例を用いたＳＡＷフィルタの構成
を示す平面図である。

【図１５】図11に示す本発明による弾性表面波トランス
デューサの第５の実施例と図８に示す第３の実施例を用
いたＳＡＷフィルタの構成を示す平面図である。

【図１６】リチウムテトラボレート基板を用いる本発明
による弾性表面波トランスデューサの第６の実施例の変
換損失特性を示すグラフである。

【図１７】リチウムテトラボレート基板を用いる本発明
による弾性表面波トランスデューサの第７の実施例の変
換損失特性を示すグラフである。

【図１８】リチウムテトラボレート基板を用いる本発明
による弾性表面波トランスデューサの第８の実施例の変
換損失特性を示すグラフである。

【図１９】Ａ〜Ｅは、本発明による弾性表面波トランス
デューサの第９の実施例の電極構造および動作を示す線
図である。

【図２０】Ａ〜Ｅは、本発明による弾性表面波トランス
デューサの第10実施例の電極構造および動作を示す線図
である。

【図２１】本発明による弾性表面波トランスデューサの
第11実施例の電極構造を示す平面図である。

【符号の説明】

21, 41, 51 正電極、 21a, 41a, 51a 正電極指、 22,
42, 52 負電極、 22a,42a, 52a 負電極指、 23, 4
3, 53 浮き電極、 23a, 43a, 53a 浮き電極指、 23b,
43b, 53b 橋絡部、 31 圧電性基板(STX+25 °水
晶）、 32, 35 送信側弾性表面波トランスデューサ、
33, 34, 36 受信側弾性表面波トランスデューサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者竹内正男宮城県名取市上余田字千刈田691番地の 24 (72)発明者小田川裕之宮城県仙台市太白区富沢４−15−23 フラワーコート101 (72)発明者田中光浩愛知県名古屋市瑞穂区須田町２番56号日本碍子株式会社内

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】ナチュラル単相形一方向性変換器特性を有
するようにカットされた圧電性基板上に、方向性が互い
に向き合ったトランスジューサを形成した弾性表面波デ
バイスの、ナチュラル単相形一方向性変換器特性による
方向性とは逆向きの方向性を有するトランスジューサで
あって、前記圧電性基板の平坦な表面上に、弾性表面波
の波長をλとするとき、単相信号源あるいは負荷の位相
が180 °異なる２端子にそれぞれ接続される正電極およ
び負電極の電極指がそれぞれλのピッチで、順次の電極
指の中心間の距離がほぼλ／２となるようにすだれ状に
配置され、これら正電極指と負電極指との間に、これら
正負の電極指と同じ金属材料より成り、これら正負の電
極指と同じ膜厚を有するが、これら正負の電極指とは反
射係数を異ならせるように正負の電極指とは異なる巾を
有する浮き電極の電極指が配置されていることを特徴と
する弾性表面波トランスジューサ。
【請求項２】各電極対において、前記浮き電極の電極指
をほぼ対称的に配置したことを特徴とする請求項１に記
載の弾性表面波トランスデューサ。
【請求項３】前記正電極および負電極の電極指の巾をほ
ぼλ/8とし、前記浮き電極に、正電極指および負電極指
のエッジからエッジ間隔がほぼλ/16 となるように離間
して配置され、巾がほぼλ/4で電気的に短絡または開放
された浮き電極指を設けたことを特徴とする請求項１ま
たは２に記載の弾性表面波トランスデューサ。
【請求項４】前記ナチュラル単相形一方向性変換器特性
を有する圧電性基板として、ＳＴＸ＋25°カットの水
晶、オイラー角( ψ, θ, φ) で表されるカット角が
（45°, 55°, 0 °) カットの水晶、ＹＺ＋51.25 °カ
ットのタンタル酸リチウム(LiTaO３)、Ｙ−θＸ（θ＝2
5°〜45°）カット或いは128 °回転されたＹカットの
ニオブ酸リチウム(LiNbO３)およびオイラー角で表され
るカット角がψ＝+5°〜-5°、θ＝9 °〜29°、32°〜
86°、φ=85 °〜95°となるようにカットされたリチウ
ムテトラボレート(Li２B４O７) より成るグループから
選択したことを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記
載の弾性表面波トランスジューサ。