JP3285469B2 - 弾性表面波装置 - Google Patents

弾性表面波装置

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JP3285469B2
JP3285469B2 JP17485995A JP17485995A JP3285469B2 JP 3285469 B2 JP3285469 B2 JP 3285469B2 JP 17485995 A JP17485995 A JP 17485995A JP 17485995 A JP17485995 A JP 17485995A JP 3285469 B2 JP3285469 B2 JP 3285469B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、弾性表面波装置、
特に通信機器に用いられる弾性表面波トランスデューサ
の圧電性物質及び櫛型電極部の構成並びに弾性表面波装
置を用いた機器に関する。
【0002】
【従来の技術】弾性表面波装置を構成する弾性表面波ト
ランスデューサは、圧電性物質の平面に電極指をもつ櫛
型電極を設けて構成され、共振器、フィルタ等の固体回
路素子として通信機器等に使用されている。
【0003】通信機器に使用される弾性表面波トランス
デューサは、特性上、機械振動と電気振動間の変換効率
のよさを表す目安となる容量比が小さいことが要求され
る。従来、容量比が小さい弾性表面波共振器のトランス
デューサは、Yカットのニオブ酸リチウム(LN)単結
晶圧電基板の平面に、金(Au)を主成分とする金属膜
をパターニングした櫛型電極をX軸と平行方向に形成し
ている。この場合、櫛型電極の電極はAuを主成分とす
る金属で、電極膜厚hと櫛型電極の電極ピッチPの比が
2%(以下Au2%/YX−LNと略す)である必要が
あるとされている(例えば、第20回波動デバイス・周
波数制御シンポジウム予稿集(1991)第115頁か
ら第120頁)。
【0004】弾性表面波トランスデューサの金属電極材
料、金属電極膜厚、圧電材料のカット角及び櫛型電極の
方向の組合せは、Campbell等が提案した弾性表
面波の伝搬速度計算シミュレータ(例えば、ジャーナル
アプライド フィジックス、ボリューム 43、ナン
バー3 (1972)第856頁から第862頁(J. A
ppl. Phys. Vol. 43、 No.3 (1972) pp.856-862)文献
1)により、様々な組合せが検討されており、大型単結
晶作成可能な圧電材料を用いた弾性表面波共振器のトラ
ンスデューサでは、上記組合せ、つまりAu2%/YX
−LNが、容量比γを3以下にする唯一の組合せであ
り、Auの替わりにアルミニウム(Al)を使用する
と、容量比γを全く小さくできないと結論付けられてい
た。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】通信機器等に使用され
る弾性表面波トランスデューサには、容量比γが小さい
ことの他に副共振(スプリアス)がないこと、共振Q値、
反共振Q値が大きいこと等の特性が優れていること、さ
らに、経済性すなわち製造コストの低減が要求される。
上記容量比γを小さくするため、従来のAu2%/YX
−LNは、金属電極膜材料として高価なAuを用いてい
るため、弾性表面波共振器の作成コストが低減できな
い。また、金属電極膜材料としてAuを用いているた
め、他の弾性表面波装置(金属電極膜材料として、Al
を用いている)とは別の生産ラインを必要とする。製造
設備のコストが高くなり、弾性表面波トランスデューサ
の製造コストを低減できない。このため、従来の低容量
比な弾性表面波共振器等は極めて高価であり、それを用
いた共振器、フィルタ、発振器、相関器及びこれらの主
な用途である通信機器のコスト低減が困難であった。
【0006】また、圧電基板として、64度回転Yカッ
トニオブ酸リチウム単結晶を用いた弾性表面波トランス
デューサでは、金属電極膜材料としてAlを使用してい
るものもあるが、金属電極膜の厚さは特性に影響を与え
ないため、極めて薄い材料が用いられている。しかしそ
の容量比γは10程度でかなり高いものである。
【0007】本発明の主な目的は、製造コストが低く、
容量比γが小さい弾性表面波トランスデューサ及びそれ
を用いた通信機器を提供することである。本発明の他の
目的は、金属電極膜材料にAlを用いかつ低容量比な弾
性表面波トランスデューサを提供することである。本発
明の更に他の目的は、上記目的を達成すると共に副共振
がなく、共振Q値、反共振Q値が大きいθ度回転Yカッ
トニオブ酸リチウム単結晶弾性表面波トランスデューサ
を提供することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、櫛型電極の電極指エッジにおける弾性表
面波の停留を主原因とし、上記櫛型電極で励振される弾
性表面波の伝搬速度が、上記弾性表面波と同方向の速度
ベクトルを有し非表面波で上記櫛型電極又は材料の形状
に依存しない上記材料固有の弾性波の伝搬速度より遅く
なる様に、櫛型電極の電極の厚さhと電極のピッチPの
値を特定した。
【0009】特に、好ましい形態として、圧電材料にθ
度回転Yカットニオブ酸リチウム単結晶圧電基板を用
い、櫛型電極にAlを主成分とする金属膜を用い、櫛型
電極の方向をニオブ酸リチウム結晶のX軸と平行にし、 (θ+5)2/300+11/12≦h/P×100−
8≦−0.0001×(θ+5)3+0.1625×
(θ+5)+5.5 且つ −30≦θ≦20 とすることによって副共振(スプリアス)を無くした。
【0010】ここで、θ度回転Yカットニオブ酸リチウ
ム単結晶圧電基板とは、IRE標準の+Y軸からIRE
標準の+Z軸方向にθ度傾けた方向、又はIRE標準の
−Y軸からIRE標準の−Z軸方向にθ度傾けた方向に
対して略垂直(誤差1度以内)であるようにニオブ酸リ
チウム単結晶を切り出したニオブ酸リチウム単結晶圧電
基板を意味する。
【0011】また、 0.001×θ+0.12≦h/P、且つ−30≦θ<−
10 又は 0.11≦h/P、且つ−10≦θ≦30 とすることによってQ値を高め低損失化を実現した。
【0012】さらに、 −0.005×θ+0.07≦h
/P≦−0.004×θ+0.18−10≦θ<20 且
つ 0.07≦h/P≦0.14 とし容量比を3以下とした。
【0013】
【発明の実施の形態】本発明の実施例を説明する前に本
発明の弾性表面波トランスデューサによる特性改善の原
理について説明する。弾性表面波共振器用トランスデュ
ーサの容量比γは、共振周波数をfr、反共振周波数を
faとすると γ=1/{(fa/fr)2−1}で表さ
れる。慣性質量の大きい物質が圧電材料表面に存在する
と、弾性表面波の伝搬速度が減少することを利用し、共
振周波数と反共振周波数を低くし、低容量比化を行って
いる。そのため、トランスデューサの金属電極材料に
は、慣性質量が大きい、つまり密度の大きいAuを用い
ていた。
【0014】電極にAuを用いた弾性表面波共振器の開
発にはCampbell等が提案した弾性表面波の伝搬
速度計算シミュレータ(以下音速シミュレータと略す)
を用いていた。上記音速シミュレータでは、共振周波数
と反共振周波数を直接計算することはできない。図1に
上記音速シミュレータのモデルを示す。圧電基板2の表
面に膜厚hの金属膜1が存在する。圧電基板2と金属膜
1の界面を電気的に短絡したときに計算される二種(ラ
ブ波型表面波及びレーリ波)の伝搬速度Vm1、Vm
2、電気的に開放したときに計算される二種の伝搬速度
Vo1、Vo2から、電極ピッチをPとすると近似的に
共振周波数fr1=Vm1/P、fr2=Vm2/P、
反共振周波数fa1=Vo1/P、fa2=Vo2/P
としていた。
【0015】Au2%/YX−LNでは、上記音速シミ
ュレータの計算値は実験値と良く一致していた(例え
ば、実験値として第20回波動デバイス・周波数制御シ
ンポジウム予稿集(1991)第115頁から第120
頁、計算値として電子通信学会技術研究報告ユーエス8
6−37第31頁から第38頁)。しかし、Al金属膜
を電極として用いた弾性表面波共振器では実験値と上記
音速シミュレータから得られる結果とは一致しない。A
l金属膜を電極として用いた場合について上記音速シミ
ュレータから計算される伝搬速度と電極ピッチPの関係
を図2に示す。
【0016】図3は、カット角θ=0のAl金属膜を電
極としたYカットニオブ酸リチウム単結晶を圧電基板と
した弾性表面波共振器用トランスデューサにおいて、一
開口共振器の共振周波数fr及び反共振周波数faとA
l電極膜厚h、電極ピッチPの関係の実験結果を示す。
縦軸、横軸とも図2と同じである。縦軸は共振周波数f
r又は反共振周波数faと電極ピッチPの積で、伝搬速
度の次元(m/s)をもつ。横軸はAl電極膜厚hと電
極ピッチPの比h/Pである。図中Vbはシュミレーシ
ョンによる圧電性物質Yカットニオブ酸リチウム固有の
弾性波の伝搬速度である。
【0017】同図から分かるように、電極膜厚hによっ
て、共振周波数frと反共振周波数faが各2個(fr
1とfr2及びfa1とfa2)存在するh/Pと実質
的に共振周波数frと反共振周波数faが各1個存在す
るh/Pの範囲があり、これらは2種類の弾性表面波
(ラブ波型弾性表面波とレーリー波)が励振されるため
に、周波数特性にも2個の共振特性が表れる。副共振で
あるレーリー波の共振はh/P=0.07ではfr1、
fa1、h/P=0.16〜0.20ではfr2、fa2
である。h/P=0.09〜0.14ではラブ波型弾性表
面波とレーリー波が混成している。特にh/P=0.1
0〜0.13では混成が強いため、fa1とfr2が消
失している。fa1とfr2が消失しているため、共振
周波数及び反共振周波数がそれぞれ一個づつの共振特
性、すなわち副共振(スプリアス)のない共振特性が実
現できている。h/P=0.16〜0.20及びh/P=
0.10〜0.13のそれぞれの場合における弾性表面波
共振器用トランスデューサのインピーダンスの複素成分
Im(Z)の周波数特性を図6(a)及び(b)に示
す。
【0018】図3の特性は図2の特性と明らかに異な
る。副共振(スプリアス)のない共振特性は電極材料に
Au等密度が大きい材料を用いないと現われないものと
されていたが、h/Pが特定の範囲(0.09〜0.1
4)では、電極材料に密度の小さいAlを用いても、同
様の現象が現われことが分かった。すなわち、カット角
θが0度で、0.09≦h/P≦0.14のとき、副共振
の無い共振器ができる。
【0019】さらに、図4は、図3のfrとfaから計
算されるAl金属膜を電極としたYカットニオブ酸リチ
ウム単結晶を用いた弾性表面波共振器の容量比γとh/
Pの関係を示す。横軸はh/P、縦軸は1/γを表す。
同図から明らかなように、h/P=0.09のとき、最
も容量比γが小さくなった。0.14<h/Pでは、副
共振のため、γが急激に劣化する。また、0.07≦h
/P≦0.14の範囲で、容量比γが3以下に小さくな
っている。
【0020】上記実験結果による現象は下述の原理によ
る。図5に示すような圧電基板2の表面に電極指4を設
けた弾性表面波共振器のトランスデューサにおいて、弾
性表面波の伝搬形態は、電極指空隙部と電極指1部では
全く異なり、電極指空隙部1と電極指部の境界である電
極指エッジ3部では、弾性表面波の伝搬形態の不整合性
から、弾性表面波の停留が生じる。弾性表面波の停留は
電極指4の厚さhによって影響を受け、弾性表面波の伝
搬速度の減少を引き起こす作用がある。その結果共振周
波数frと反共振周波数faの比(fa/fr)がh/
Pの特定の範囲において増大する。
【0021】上記原理に基づき、金属電極材料にAlを
使用し、圧電材料にYカットニオブ酸リチウム単結晶を
用い、電極方位はYカットニオブ酸リチウム単結晶のX
軸と平行方向にし、対数50対、開口長30Pである櫛
型電極構造を有する一開口共振器で、停留に関係をもつ
様々なθ、h/Pの弾性表面波共振器を作製し、θ、h
/Pと弾性表面波の停留、共振特性(共振周波数fr、
反共振周波数fa,Q値)、容量比の減少等の関係を測
定した。
【0022】作製した共振器は、θ=−30、−20、
−10、0、10、20、30、h/P=0.07、0.
09、0.10、0.11、0.12、0.13、0.1
4、0.16、0.18(電極膜厚h=1.85μm、電
極ピッチP=10.3、11.6、13.2、14.2、1
5.4、16.8、18.5、20.6、26.4μm)で
ある。その結果、−30≦θ≦20、h/P≧0.07
の時、弾性表面波の停留による共振周波数fr、反共振
周波数faの減少が実験により確認できた。
【0023】また、以下の弾性表面波共振器で副共振が
発生しなかった。 θ=−30のとき、 h/P=0.11 θ=−20のとき、0.10≦h/P≦0.11 θ=−10のとき、0.09≦h/P≦0.12 θ= 0のとき、0.09≦h/P≦0.14 θ= 10のとき、0.10≦h/P≦0.14 θ= 20のとき、0.12≦h/P≦0.16 以上のことから、θ度回転Yカットニオブ酸リチウム単
結晶圧電基板表面に、ニオブ酸リチウム結晶のX軸と平
行にAl櫛型電極を形成した場合、 (θ+5)2/300+11/12≦h/P×100
−8≦−0.0001×(θ+5)3+0.1625×
(θ+5)+5.5 且つ −30≦θ≦20 のとき、副共振が生じない共振器を作成することができ
る。
【0024】次に共振特性の中で最も基礎的な要素であ
る共振Q及び反共振Qを調べた。Al金属膜を電極とし
たYカットニオブ酸リチウム単結晶を用いた弾性表面波
共振器では、遅い横波(バルク波)の共振周波数Vb/
Pより高周波側では弾性表面波のエネルギーがバルク波
に流失するため、Q値が小さくなってしまう。このため
Q値を大きくするためには共振Qはfr<fb、反共振
Qはfa<fbのとする必要があり、弾性表面波の共振
周波数frと反共振周波数faは、バルク波の共振周波
数fb=Vb/Pより小さくする必要があることが知ら
れている。試作した弾性表面波共振器のfr、faとf
bの比較を行った結果、共振周波数frは試作した全共
振器においてfr<fbであった。反共振器周波数fa
は以下の共振器でfa<fbであった。
【0025】 θ=−30のとき、 0.09≦h/P θ=−20のとき、 0.10≦h/P θ=−10のとき、 0.11≦h/P θ= 0のとき、 0.11≦h/P θ= 10のとき、 0.11≦h/P θ= 20のとき、 0.11≦h/P θ= 30のとき、 0.11≦h/P 以上のことから、θ度回転Yカットニオブ酸リチウム単
結晶圧電基板表面に、ニオブ酸リチウム結晶のX軸と平
行にAl櫛型電極を形成した場合、 0.001×θ+0.12≦h/P 且つ −30≦θ
<−10 又は 0.11≦h/P 且つ −10≦θ≦30 のとき、共振Q及び反共振Qの優れた共振器を作成する
ことができる。
【0026】次に共振特性の中で重要な要素である容量
比γを調べた。容量比γは以下の素子で3以下であっ
た。 θ=−20のとき、0.11≦h/P≦0.14 θ=−10のとき、0.07≦h/P≦0.14 θ= 0のとき、0.07≦h/P≦0.14 θ= 10のとき、0.07≦h/P≦0.18 θ= 20のとき、0.07≦h/P≦0.16 以上のことから、θ度回転Yカットニオブ酸リチウム単
結晶圧電基板表面に、ニオブ酸リチウム結晶のX軸と平
行にAl櫛型電極を形成した場合、 −0.005×θ+0.07≦h/P≦−0.004×
θ+0.18 且つ −10≦θ<20 且つ 0.07≦h/P≦0.14 のとき、容量比γの優れた共振器を作成することができ
る。
【0027】上記結果は電極対数、開口長を変えた場合
にも同様の結果が得られた。以上の事から、、又は
の条件で弾性表面波トランスデューサを作製すること
により、スプリアスの無い又は共振Qと反共振Qが共に
大きい又は容量比の優れた弾性表面波装置を低作製コス
トで作製することができる。また、上記トランスデュー
サを用いて弾性表面波共振器、弾性表面波フィルタ、弾
性表面波発振器、弾性表面波相関器等の弾性表面波装置
を作成すれば、製作コストが安く、スプリアスの無い又
はQが大きい又は広帯域な弾性表面波装置が実現され
る。
【0028】
【実施例】図7及び図8は、それぞれ本発明によるの弾
性表面波トランスデューサの一実施例の平面図、及び図
7のA−A’部分の断面図を示す。表面を平坦に研磨し
たAl金属膜を電極としたYカットニオブ酸リチウム単
結晶の圧電基板5の表面に、Alを主成分(Alが98
%、Cuが2%)とする膜厚hの金属膜で、電極ピッチ
P=1.85μmで作成した櫛型電極(4B、4)をニ
オブ酸リチウム単結晶のX軸と平行に形成している。こ
こで−30≦θ≦20、0.07≦h/P≦0.18であ
る。櫛型電極は、電極方向と直角方向の多数の電極指4
と、その電極指4を交互に接続する2本のバスバー4B
をもつ。電極指4の幅wと電極指間隙sの比はほぼ1対
1に形成されている。2本のバスバー4B間に高周波電
気信号13を印加すると、波数ベクトルをニオブ酸リチ
ウム単結晶のX軸又は−X軸方向とし、櫛型電極4のピ
ッチPを略波長とする弾性表面波が圧電基板2の表面に
励振される。
【0029】図9は、本発明による弾性表面波トランス
デューサを用いて作成した一開口共振器の一実施例を5
0オーム系で測定したインピーダンスの周波数特性を示
す。図面の縦軸はインピーダンスの絶対値|Z|(オー
ム)を、横軸は周波数を示している。本実施例によるA
l金属膜を電極としたYカットニオブ酸リチウム単結晶
基板は、θ=0度(Yカット)、h/P=0.11とし
た。共振周波数frは208.68MHz、反共振周波
数faは241.8MHzであった。なお、共振周波数
fr、反共振周波数faはインピーダンスの複素成分
(以下Im(Z)と略す)がゼロになる周波数で、共振
周波数frは負(−)側から、反共振周波数faは正
(+)からIm(Z)がゼロになる周波数とした。共振
周波数と反共振周波数のQ値が大きく、スプリアス(副
共振)も発生していない。容量比γは γ=1/{(fa/fr)2−1} で定義されるから、本実施例によれば、電極材料にAl
を用いたにも係らず、Q値が優れ、スプリアスが無く、
且つ低容量比γ=2.92と極めて低容量比な弾性表面
波共振器が実現されている。
【0030】図10は、本発明による端面反射型弾性表
面波共振器の実施例の斜視図である。θ度回転Yカット
ニオブ酸リチウム単結晶圧電基板5の表面に、Alを主
成分とし、数対の電極指を有する櫛型電極4がニオブ酸
リチウム単結晶のX軸方向に形成されている。θとh/
Pは、前述条件のいずれかに設定されている。弾性表面
波を効率的に閉じ込めるため、電極両端の電極指が他の
電極指の幅の半分の位置で切断されている。本実施例に
よると、端面反射型弾性表面波共振器は、電極指対数を
少なくすることができるため、製作コストを更に低減す
ることができる。
【0031】図11は、本発明による弾性表面波トラン
スジューサの他の実施例の平面図である。本実施例は図
10に示した弾性表面波トランスデューサを2個並べて
二開口共振器を構成したものである。本実施例は、θ度
回転Yカットニオブ酸リチウム単結晶圧電基板5の表面
に、Alを主成分とし、数対の電極指を有する櫛型電極
4がニオブ酸リチウム単結晶のX軸と平行に形成されて
いる。θとh/Pは、上記条件のいずれかに設定されて
いる。2個のトランスデューサの相対位置関係は、ニオ
ブ酸リチウム単結晶のX軸と平行になっている。一方の
トランスデューサ4−1で電気信号を弾性表面波に、他
方のトランスデューサ4−2で弾性表面波を電気信号に
変換している。本実施例によると、作成コストの安いA
lを電極材料としたトランスデューサを2個用いること
により、安くて低損失、又は高Q、又はスプリアスが無
い二開口共振器ができる。また、通過型フィルタとして
用いると、安くて通過周波数での損失が小さいフィルタ
を提供することができる。
【0032】図12は、本発明による複数の弾性表面波
共振器を用いたフィルタの他の実施例の回路図を示す。
本実施例は3個の弾性表面波共振器6−1、6−2及び
6−3でフィルタを構成したもので、3個の弾性表面波
共振器6−1、6−2及び6−3は、いずれも0度回転
Yカットニオブ酸リチウム単結晶圧電基板とその表面に
Al金属薄膜で形成された櫛型電極で構成されている。
電極対数は50対、開口長は30P、また櫛型電極の方
向はニオブ酸リチウム単結晶のX軸の方向に形成されて
いる。並列接続された2個の弾性表面波共振器6−1及
び6−3の電極ピッチPは14.2μm、Al金属薄膜
の膜厚hは1.6μm、また、直列接続されたさ弾性表
面波共振器6−2の電極ピッチPは16.8μm、Al
金属薄膜の膜厚hは1.85μmである。並列接続され
た弾性表面波共振器6−1及び6−3の反共振周波数と
直列接続されたさ弾性表面波共振器6−2の共振周波数
を一致させることにより、その周波数を通過周波数と
し、並列接続された弾性表面波共振器6−1及び6−3
の共振周波数と直列接続されたさ弾性表面波共振器6−
2の反共振周波数を阻止周波数とするバンドパスフィル
タを構成している。本実施例によれば、作成コストの安
いAlを電極材料とした弾性表面波共振器を複数個用い
ることにより、低コストで広帯域、高Q、又はスプリア
スが無いフィルタが得られる。
【0033】図13は、本発明による弾性表面波共振器
を用いたコルピッツ型の弾性表面波電圧制御発振器の一
実施例の回路図を示す。本発振回路において、帰還信号
の位相を180度回すために、容量C1、C2と弾性表
面波共振器6−4を用いている。発振周波数を変化させ
るために、弾性表面波共振器6ー4と直列に可変容量8
が接続されている。抵抗R1、R2、R5、R6はトラ
ンジスタ7−1及び7−2のベース電位を決める抵抗、
R4、R8はトランジスタ7−1及び7−2に流れる電
流を決める抵抗、R3、R7は出力抵抗である。トラン
ジスタ7−1及び7−2を直流的に分離するために容量
C4が、また出力を大きくするために容量C3が接続さ
れている。
【0034】弾性表面波共振器6は、0度回転Yカット
ニオブ酸リチウム単結晶圧電基板とその表面にAl金属
薄膜で形成された櫛型電極で構成されている。電極対数
は50対、開口長は30P、また櫛型電極の方向はニオ
ブ酸リチウム単結晶のX軸の方向に形成されている。電
極ピッチPは16.8μm、Al金属薄膜の膜厚hは1.
85μmである。本実施例によると、作成コストの安い
Alを電極材料とした弾性表面波共振器を用いることに
より、低コストで広可変周波数幅、高Q、又はスプリア
スが無い弾性表面波電圧制御発振器が得られる。
【0035】図14は、本発明による弾性表面波相関器
の一実施例の平面図である。弾性表面波相関器は、二個
の弾性表面波トランスデューサ4−1と4−2の間のニ
オブ酸リチウム単結晶圧電基板の表面に半導体膜として
ガリウム砒素化合物膜12が成膜されている。二個の弾
性表面波トランスデューサ4−3と4−4は共に上記弾
性表面波トランスデューサを用いている。半導体膜12
表面に形成された金属膜から出力信号を得ている。それ
ぞれの弾性表面波トランスデューサ4−3と4−4で励
振された弾性表面波が作る電場は半導体膜内にも侵入す
る。半導体膜の電気的非線形性から、2個の弾性表面波
の相関信号が出力される。本実施例によれば、作成コス
トの安いAlを電極材料とし、容量比が小さい弾性表面
波共振器を用いているため、低コスト低損失でBT積が
大きい、高Q又はスプリアスが無い弾性表面波相関器が
得られる。
【0036】弾性表面波相関器には、バルク半導体を用
いたものもある。このときは、バルク半導体をニオブ酸
リチウム単結晶の表面に載せる、又はギャップを設けて
載せる。また、半導体を用いずに、ニオブ酸リチウム単
結晶の有する弾性的非線形性を利用するものもある。い
ずれの場合でも、トランスデューサに本発明を適用する
ことにより、上記性能を有する弾性表面波相関器を提供
することができる。また、無線通信機端末等にこれらの
共振器、フィルタ、発振器、相関器を用いることで、端
末の値段を安くすることができる。
【0037】以上本発明の実施例について説明したが、
本発明は上記実施例に限定されるものではなく、電極指
エッジでの弾性表面波の停留を利用しているため、電極
指幅と電極指間隙の比が1対1以外のものも本発明の効
果があることは明らかである。また、櫛型電極指の構成
も、間引き、アポタイズ等の重み付けされた櫛型電極を
有するものでもよい。更に、電極材料もAlの上にAl
と密度が似ている酸化珪素などを形成したものでもよ
い。弾性表面波を用いた装置では、圧電基板の結晶の対
称性から、θ度回転Yカットとθ+180度回転Yカッ
トは全く等価である。このため、上記発明が、θをθ+
180に置き換えても、同意味であることは明らかであ
る。
【0038】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
θ度回転Yカットニオブ酸リチウム単結晶圧電基板上
に、アルミニウムを主成分とする金属膜で作られた櫛型
電極を形成し、櫛型電極をニオブ酸リチウム結晶のX軸
と平行にし、θ及び電極の膜厚hを上記条件にした弾性
表面波トランスデューサを用いると、低容量比の弾性表
面波共振器、弾性表面波フィルタ、弾性表面波発振器、
弾性表面波相関器等弾性表面波装置の製作コストを下げ
る効果がある。また、これらのものを無線通信機器に適
用することにより、無線通信機器の作成コストを下げる
効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】音速シミュレータのモデルを示した図
【図2】Yカットニオブ酸リチウム単結晶圧電基板にお
いて、h/Pと音速シミュレータから計算される弾性表
面波の伝搬速度の関係を示した図
【図3】Al金属膜を電極としたYカットニオブ酸リチ
ウム単結晶をによる一開口共振器において、θ=0度と
し、θ一開口共振器の共振周波数fr及び反共振周波数
faとAl電極膜厚hの関係の実験結果を示す図
【図4】図3のfrとfaから計算されるAl金属膜を
電極としたYカットニオブ酸リチウム単結晶をを用いた
弾性表面波共振器の容量比γの膜厚依存性を示す図
【図5】発明の作用説明のための弾性表面波トランスデ
ューサの部分断面図
【図6】弾性表面波トランスデューサのインピーダンス
の複素成分の周波数特性図
【図7】本発明によるの弾性表面波トランスデューサの
一実施例の平面図
【図8】図7のA−A’部分の断面図
【図9】本発明による弾性表面波トランスデューサを用
いた一開口共振器の一実施例のインピーダンス特性図
【図10】本発明による端面反射型弾性表面波共振器の
他の実施例の斜視図
【図11】本発明による二開口共振器の一実施例の平面
【図12】本発明による複数の弾性表面波共振器を用い
たフィルタの一実施例の回路図
【図13】本発明による弾性表面波共振器を用いたコル
ピッツ型の弾性表面波電圧制御発振器の一実施例の回路
【図14】本発明による弾性表面波相関器の一実施例の
平面図
【符号の説明】
1…アルミニウム、金等低抵抗金属で形成された櫛型電
極、 2…表面を平坦に研磨された圧電材料、 3…電極指エッジ近傍に発生した弾性表面波の停留、 4…アルミニウムを主成分とする金属で形成された櫛型
電極、 5…θ回転Yカットニオブ酸リチウム単結晶圧電基板、 6…本発明の一実施例である弾性表面波共振器、 7…増幅器、 8…可変容量、 9…定電圧電源用端子 10…可変容量用コントロール電源端子、 11…出力端子、 12…表面に出力端子として金属膜が形成されたガリウ
ム砒素化合物膜 13…高周波信号。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 浅井 健吾 東京都国分寺市東恋ケ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (56)参考文献 特開 平1−120110(JP,A) 特開 昭63−260213(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H03H 9/145 H03H 9/25

Claims (9)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】θ度回転Yカットニオブ酸リチウム単結晶
    圧電基板の表面に櫛型電極とを有する弾性表面波トラン
    スデューサにおいて、上記櫛型電極の方向をニオブ酸リ
    チウム単結晶のX軸と平行とし、上記櫛型電極の主成分
    をアルミニウムとし、且つ上記圧電基板のカット角θと
    上記櫛型電極の電極指の膜厚hと上記電極指のピッチP
    の関係を、 (θ+5) 2 /300+11/12≦h/P×100−8 ≦−0.0001×(θ+5) 3 +0.1625×(θ+5)+5.5 且つ −30≦θ≦20 としたことを特徴とする弾性表面波トランスデューサ。
  2. 【請求項2】上記圧電基板のカット角θと上記櫛型電極
    の電極指の膜厚hと上記電極指のピッチPの関係を、更
    0.001×θ+0.12≦h/P、且つ−30≦θ<−10 又は 0.11≦h/P、且つ−10≦θ≦30 としたことを特徴とする請求項1記載の弾性表面波トラ
    ンスデューサ。
  3. 【請求項3】θ度回転Yカットニオブ酸リチウム単結晶
    圧電基板の表面に櫛型電極とを有する弾性表面波トラン
    スデューサにおいて、上記櫛型電極の方向をニオブ酸リ
    チウム単結晶のX軸と平行とし、上記櫛型電極の主成分
    をアルミニウムとし、且つ上記圧電基板のカット角θと
    上記櫛型電極の電極指の膜厚hと上記櫛型電極の電極ピ
    ッチPの関係を −0.005×θ+0.07≦h/P≦−0.004×θ+0.18 且つ −10≦θ<20 且つ 0.07≦h/P≦0.14 としたことを特徴とする弾性表面波トランスデューサ。
  4. 【請求項4】請求項1、2又は3記載の弾性表面波トラ
    ンスデューサを少なくとも一個有することを特徴とする
    弾性表面波共振器。
  5. 【請求項5】圧電材料の平坦に研磨された面に弾性表面
    波トランスデューサを複数形成した弾性表面波フィルタ
    において、上記弾性表面波トランスデューサの少なくと
    も二個が請求項1、2又は3記載の弾性表面波トランス
    デューサであり、上記少なくとも二個の弾性表面波トラ
    ンスデューサの相対位置関係がニオブ酸リチウム単結晶
    のX軸と平行であることを特徴とする弾性表面波フィル
    タ。
  6. 【請求項6】請求項4記載の弾性表面波共振器を複数個
    電気的に接続したこと特徴とする弾性表面波フィルタ。
  7. 【請求項7】請求項4記載の弾性表面波共振器を有する
    ことを特徴とした弾性表面波発振器。
  8. 【請求項8】圧電材料の平坦に研磨された面を少なくと
    も一つ有する面に弾性表面波トランスデューサを複数形
    成した弾性表面波相関器において、上記弾性表面波トラ
    ンスデューサの少なくても一個が請求項1、2又は3記
    載の弾性表面波トランスデューサであることを特徴とし
    た弾性表面波相関器。
  9. 【請求項9】請求項1、2又は3記載の弾性表面波トラ
    ンスデューサ、請求項4記載の弾性表面波共振器、請求
    項5又は6の弾性表面波フィルタ、請求項7記載の弾性
    表面波発振器又は請求項8記載の弾性表面波相関器のい
    ずれかを有することを特徴とした無線通信機。
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