JP3951379B2 - 表面波装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、漏洩弾性表面波を利用した表面波装置に関し、より詳細には、特定の圧電単結晶基板上に誘電体薄膜を積層してなる圧電基板を用いることにより、漏洩弾性表面波を利用した良好な特性を有する圧電共振部品を構成し得る表面波装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
圧電基板を用いて構成される表面波装置としては、表面波共振子、表面波フィルタあるいはエラスティックコンボルバなどの種々の装置が実用化されている。表面波装置において良好な特性を得るには、用いる基板の電気機械結合係数Ｋｓが大きいことが求められる。
【０００３】
特開平８−１３９５６５号公報には、４１°回転Ｙ板Ｘ伝搬ＬｉＮｂＯ3 基板上に、該ＬｉＮｂＯ3 基板に比べて表面波伝搬速度が遅い材料よりなる圧電薄膜を形成してなる圧電基板を用いており、かつラブ波を利用した表面波装置が開示されている。ここでは、上記特定のＬｉＮｂＯ3 基板上に圧電薄膜を形成することにより、ラブ波を利用した場合の電気機械結合係数Ｋｓを高めることが可能とされている。
【０００４】
しかしながら、４１°回転Ｙ板Ｘ伝搬のＬｉＮｂＯ3 基板上にＺｎＯ薄膜などの圧電薄膜を形成した場合、エピタキシャル膜を形成することができず、圧電薄膜の膜厚が厚くなると表面波の伝搬に伴う減衰が大きくなるという問題があった。特に、圧電薄膜の膜厚をＨ、ラブ波の波長をλとしたとき、Ｈ／λ＝０．０４５〜０．０９の範囲とされている好ましい範囲では、インターデジタルトランスデューサ（以下、ＩＤＴと略す）を用いてラブ波を励振させた場合、その減衰が大きかった。
【０００５】
また、比較的圧電薄膜の膜厚が大きいため、圧電薄膜を形成したことによる表面波の減衰も大きかった。
なお、従来、ＺｎＯなどの圧電薄膜を圧電単結晶基板上に形成し、漏洩弾性表面波を励振させた場合は、減衰量はさらに大きくなると考えられていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、漏洩弾性表面波を利用した表面波装置であって、十分な電気機械結合係数Ｋｓを有する圧電基板を用い、漏洩弾性表面波の減衰が抑制されており、良好な特性を実現し得る表面波装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本願の第１の発明によれば、４１°±３°回転Ｙ板Ｘ伝搬ＬｉＮｂＯ 3 基板と、前記ＬｉＮｂＯ 3 基板上に形成されており、かつ前記ＬｉＮｂＯ 3 基板に比べて表面波伝搬速度が遅い材料よりなる圧電薄膜とを有する圧電基板と、前記圧電基板に設けられたインターデジタルトランスデューサとを備え、漏洩弾性表面波を利用するように構成されており、前記圧電薄膜がＣｄＳ薄膜であり、その膜厚をＨ、励振される漏洩弾性表面波の波長をλとしたときに、Ｈ／λが、０．０３５以下である、表面波装置が提供され、第２の発明によれば、４１°±３°回転Ｙ板Ｘ伝搬ＬｉＮｂＯ 3 基板と、前記ＬｉＮｂＯ 3 基板上に形成されており、かつ前記ＬｉＮｂＯ 3 基板に比べて表面波伝搬速度が遅い材料よりなる圧電薄膜とを有する圧電基板と、前記圧電基板に設けられたインターデジタルトランスデューサとを備え、漏洩弾性表面波を利用するように構成されており、前記圧電薄膜がＴａ 2 Ｏ 5 薄膜であり、その膜厚をＨ、励振される漏洩弾性表面波の波長をλとしたときに、Ｈ／λが、０．０３５以下である、表面波装置が提供される。すなわち、第１，２の発明（以下、本発明と総称する）では、ＣｄＳまたはＴａ ２ Ｏ ５ からなる圧電薄膜が用いられている。
【０００８】
すなわち、本願発明者は、上記課題を達成すべく、種々の圧電基板材料を用いて漏洩弾性表面波を励振させる表面波装置について検討した結果、４１°±３°回転Ｙ板Ｘ伝搬ＬｉＮｂＯ3 基板上に、誘電体膜を積層してなる圧電基板を用いれば、漏洩弾性表面波の伝搬に伴う減衰を抑制することができると共に、十分な電気機械結合係数Ｋｓを得ることができ、従って良好な特性を有する表面波装置を構成し得ることを見出し、該知見に基づき、本発明を成すに至った。
【０００９】
本発明において用いられる上記４１°±３°回転Ｙ板Ｘ伝搬ＬｉＮｂＯ3 基板としては、４１°回転Ｙ板Ｘ伝搬ＬｉＮｂＯ3 基板だけでなく、上記のように３８〜４４°の回転角を有する回転Ｙ板Ｘ伝搬ＬｉＮｂＯ3 基板を用いることができる。
【００１０】
また、上記ＬｉＮｂＯ3 基板上に形成される誘電体膜については、ＬｉＮｂＯ3 基板に比べて表面波伝搬速度が遅い材料である限り、特に限定されず、圧電性を有する誘電体薄膜であってもよく、あるいは圧電性を有しない誘電体薄膜であってもよい。
【００１３】
また、上記圧電薄膜がＣｄＳ薄膜の場合には、その膜厚をＨ、励振される漏洩弾性表面波の波長をλとしたとき、Ｈ／λは、０より大きく、０．０３５以下とされる。
【００１４】
さらに、上記圧電薄膜がＴａ2 Ｏ5 薄膜であり、その膜厚をＨ、励振される漏洩弾性表面波の波長をλとしたとき、好ましくは、Ｈ／λは、０より大きく０．０３５以下される。
【００１５】
本発明に係る表面波装置の具体的に構造については特に限定されるものではなく、対向２端面の反射を利用した端面反射型の表面波装置であってもよく、あるいはＩＤＴの表面波伝搬方向両側に反射器を形成してなる反射器付きの表面波共振子や表面波フィルタであってもよい。
【００１６】
なお、圧電基板に設けられるＩＤＴについては、圧電基板上に形成されてもよく、あるいは上記ＬｉＮｂＯ3 基板と誘電体薄膜との間に形成してもよく、さらに、ＩＤＴの数や形状についても特に限定されるものではない。
【００１７】
本発明は、漏洩弾性表面波を利用した表面波装置一般に適用することができ、例えば、表面波共振子、表面波フィルタあるいはエラスティックコンボルバなどの様々な表面波装置に適用することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ本発明の非限定的な実施例を挙げることにより、本発明を明らかにする。
【００１９】
４１°回転Ｙ板Ｘ伝搬ＬｉＮｂＯ3 基板（以下、単に４１°Ｙ−Ｘ ＬｉＮｂＯ3 基板と略す）は、減衰を伴う漏洩弾性表面波（リーキー波）を発生する表面波基板として知られている。しかしながら、従来、漏洩弾性表面波は、伝搬に伴う減衰が大きいため、使用できないと考えられていた。
【００２０】
上記４１°Ｙ−Ｘ ＬｉＮｂＯ3 基板上に、種々の誘電体薄膜を形成したところ、漏洩弾性表面波が励振されるだけでなく、十分な電気機械結合係数Ｋｓが得られることが認められた。
【００２１】
以下、上記４１°Ｙ−Ｘ ＬｉＮｂＯ3 基板上にＺｎＯ薄膜を形成した場合を例に取り説明する。
４１°Ｙ−Ｘ ＬｉＮｂＯ3 基板及びＺｎＯ薄膜の両方において、下記の圧電基本式、運動方程式及びＭａｘｗｅｌｌの方程式が成立する。
【００２２】
【数１】
【００２３】
漏洩弾性表面波を励振させるには、これらの式が、ＺｎＯ薄膜表面及びＺｎ薄膜と４１°Ｙ−Ｘ ＬｉＮｂＯ3 基板との境界において、それぞれの境界条件を満たすような音速を求めればよい。
【００２４】
他方、圧電基板上にＩＤＴを形成した場合、次の式に基づいて、インターデジタル電極が存在する境界において、電気的に短絡した場合の音速Ｖf と、開放した場合の音速Ｖf から電気機械結合係数Ｋが求められる。
【００２５】
【数２】
【００２６】
図１は、上記４１°Ｙ−Ｘ ＬｉＮｂＯ3 基板の＋面上に、種々の膜厚でＺｎＯ薄膜を形成してなる圧電基板を用いた場合の表面波の音速Ｖf ，Ｖm を測定した結果を示す。なお、図１において、○及び●は、上記ＬｉＮｂＯ3 基板の＋面上にＺｎＯ薄膜を形成した場合の表面波（漏洩弾性表面波もしくはラブ波）の音速を示し、○は境界がフリーの場合の音速Ｖf を、●は境界がメタライズられた場合の音速Ｖm である。なお、△及び▲は、ＬｉＮｂＯ3 基板の＋面上にＺｎＯ薄膜を形成した場合のレイリー波の音速を示し、△は境界がフリーの場合の音速Ｖf を、▲は境界がメタライズされている場合の音速Ｖm である。
【００２７】
また、図３は、ＬｉＮｂＯ3 基板の−面上にＺｎＯ薄膜を形成した場合の漏洩弾性表面波、ラブ波及びレイリー波の音速を示す図であり、○、●、△及び▲は、それぞれ、図１と同じ意味を示す。
【００２８】
図１及び図３から明らかなように、上記ＬｉＮｂＯ3 基板の＋面及び−面の何れの側にＺｎＯ薄膜を形成した場合でも、Ｖf とＶm との差が存在することにより、漏洩弾性表面波あるいはラブ波が励振されることがわかる。
【００２９】
また、図１及び図３から明らかなように、レイリー波については、境界がフリーの場合の音速Ｖf と、メタライズされている場合の音速Ｖm との差がほとんどなく、従って、レイリー波はほとんど励振されないことがわかる。しかも、レイリー波の成分は、漏洩弾性表面波の音速Ｖf と音速Ｖm との間には存在しないため、上記４１°Ｙ−Ｘ ＬｉＮｂＯ3 基板上にＺｎＯ薄膜を形成した構造では、レイリー波の成分の影響を受け難いことがわかる。
【００３０】
図２は、上記４１°Ｙ−Ｘ ＬｉＮｂＯ3 基板の＋面上にＺｎＯ薄膜を種々の膜厚で形成した場合の電気機械結合係数Ｋを示し、図４は、同じ基板の−面上にＺｎＯ薄膜を種々の膜厚で形成した場合の電気機械結合係数Ｋを示す図である。
【００３１】
図２及び図４を比較すれば明らかなように、ＺｎＯ薄膜を上記ＬｉＮｂＯ3 基板の＋面及び−面の何れに形成した場合でも、電気機械結合係数Ｋがほぼ同等であり、もっとも、＋面上に形成した場合、電気機械結合係数Ｋが若干大きくなることがわかる。
【００３２】
電気機械結合係数Ｋの最大値は、図２から明らかなように、ＺｎＯ圧電薄膜の漏洩弾性表面波の波長λで規格化した膜厚Ｈ／λ＝０．０４５で、約０．４６と非常に大きいことがわかる。また、Ｈ／λが、０．０４５以下で、漏洩弾性表面波が良好に励振されることがわかる。すなわち、ＺｎＯ薄膜の膜厚を非常に薄くした場合でも、漏洩弾性表面波を効果的に励振し得ることがわかる。
【００３３】
加えて、Ｈ／λが０．４５以下の範囲では、ＺｎＯ薄膜の膜厚が厚くなるに従って、電気機械結合係数Ｋが大きくなることがわかる。
従って、電気機械結合係数Ｋが比較的大きいため、上記４１°Ｙ−Ｘ ＬｉＮｂＯ3 基板を用いることにより、広い帯域を有する表面波装置を提供し得ることがわかる。
【００３４】
また、ＺｎＯ薄膜の膜厚を薄くし得るため、伝搬に伴って減衰し易い漏洩弾性表面波の減衰を抑制することができ、それによって良好な特性の表面波装置を提供し得ることもわかる。
【００３５】
また、４１°Ｙ−Ｘ ＬｉＮｂＯ3 基板の周波数温度係数ＴＣＦは正であり、ＺｎＯ薄膜はその周波数温度係数が負の値を有することが広く知られている。従って、上記４１°Ｙ−Ｘ ＬｉＮｂＯ3 基板とＺｎＯ薄膜とを組み合わせた場合、周波数温度特性を改善し得ることもわかる。
【００３６】
次に、上記結果に基づいて、４１°回転ＹカットＸ伝搬ＬｉＮｂＯ3 基板上にＺｎＯ薄膜を形成してなる圧電基板を用いて、端面反射型表面波共振子を作製した実験例につき説明する。
【００３７】
図５は、端面反射型表面波共振子を示す概略斜視図である。端面反射型表面波共振子１は、圧電基板２を用いて構成されている。圧電基板２は、４１°Ｙ−ＸＬｉＮｂＯ3 基板２ａ上にＺｎＯ薄膜２ｂを積層した構造を有する。圧電薄膜２ｂの下面、すなわち、ＬｉＮｂＯ3 基板２ａの上面に、図示のように、一対のくし歯電極３ａ，３ｂを形成した。なお、くし歯電極３ａの複数本の電極指と、くし歯電極３ｂの複数本の電極指は互いに間挿し合うように配置されている。また、くし歯電極３ａ，３ｂのうち、最外側の電極指は、ＬｉＮｂＯ3 基板２の対向２端面２ｃ，２ｄと上面とのなす端縁に沿うように形成されている。
【００３８】
端面反射型表面波共振子１を作製するにあたり、ＬｉＮｂＯ3 基板２ａとして、２．１８×２．８×厚み０．５ｍｍであり、Ｘ方向に表面波が伝搬するように、くし歯電極３ａ，３ｂをアルミニウムを用いて形成した。くし歯電極３ａ，３ｂについては、重み付けを施さず、正規型ＩＤＴを構成するように形成した。また、アルミニウムの膜厚は６０００Åとし、λは８５．５μｍとし、ＩＤＴにおけるメタライゼーション比は０．５、電極指交差幅は２５λ、電極指の対数は２５対とした。
【００３９】
また、ＺｎＯ圧電薄膜２ｂの厚みＨは、Ｈ／λ＝０．０２７とした。
上記のようにして作製した端面反射型表面波共振子１のインピーダンス−周波数特性を、図６に示す。
【００４０】
比較のために、ＺｎＯ圧電薄膜を形成しなかったこと、並びにＬｉＮｂＯ3 基板の裏面にダイシングにより複数本の溝を形成したことを除いては、上記実施例の端面反射型表面波共振子と同様にして、比較例１の端面反射型表面波共振子を作製した。この比較例１の端面反射型表面波共振子のインピーダンス−周波数を図７に示す。
【００４１】
共振周波数をｆｒ、反共振周波数をｆａとした場合、図７に示す比較例１の端面反射型表面波共振子の共振特性では、（ｆａ−ｆｒ）／ｆｒは８．１％であるのに対し、図６に示した実施例の端面反射型表面波共振子では、（ｆａ−ｆｒ）／ｆｒは９．６％に増加している。すなわち、広帯域化が図られていることがわかる。
【００４２】
また、図６及び図７を比較すると、実施例の端面反射型表面波共振子では、共振点及び反共振点におけるＱの若干の劣化が見られるが、これは実用上問題がない程度である。
【００４３】
従って、図６及び図７の比較から、本発明に従って、ＺｎＯ圧電薄膜を上記４１°Ｙ−Ｘ ＬｉＮｂＯ3 基板上に積層することにより、より広帯域の表面波装置を提供し得ることがわかる。
【００４４】
また、上記ＬｉＮｂＯ3 基板の裏面をダイシング加工せず、ＺｎＯ圧電薄膜を積層しなかったことのみを除いては、実施例と同様にして構成された端面反射型表面波共振子を比較例２の表面波共振子として作製し、その共振特性を測定した。結果を図８に示す。
【００４５】
なお、図８の実線Ａが、比較例２の端面反射型表面波共振子の共振特性を、破線が上述した比較例１の端面反射型表面波共振子の共振特性を示す。図８から明らかなように、ＺｎＯ圧電薄膜を積層しなかった場合、ＬｉＮｂＯ3 基板の裏面にダイシング加工を施さなければ、共振特性上に、特に反共振点近傍及び反共振点よりも高周波数側に、図示の多数のスプリアスが発生していることがわかる。これは、バルク波のＬｉＮｂＯ3 基板底面における反射に起因するスプリアスと考えられる。
【００４６】
バルク波は、漏洩弾性表面波とは異なり、ＬｉＮｂＯ3 基板のほぼ全厚みに渡って伝搬し、該バルク波の底面における反射が無視できないため、上記のようなスプリアスが表れているものと考えられる。従って、ＺｎＯ薄膜を積層しなかった場合には、上記のようにＬｉＮｂＯ3 基板の底面を粗面に加工しなければ、バルク波の反射に起因するスプリアスを抑圧することができなかった。
【００４７】
これに対して、図６から明らかなように、本実施例の端面反射型表面波共振子では、ＬｉＮｂＯ3 基板の底面を粗面に加工せずとも、上記ＺｎＯ圧電薄膜を積層することにより、バルク波の反射に起因するスプリアスが抑圧されていることがわかる。すなわち、ＬｉＮｂＯ3 基板上にＺｎＯ薄膜を形成することにより、バルク波の反射に起因するスプリアスを抑制することができ、良好な共振特性が得られる。これは、以下の理由によると考えられる。
【００４８】
一般に、バルク波は、ＩＤＴにおいて電気的に直接励振されて発生したり、あるいは、表面波がグレーティング反射器に到達した場合に表面波の反射に際して、表面波からバルク波へのモード変換が生じることにより発生したりする。ＩＤＴも構造上グレーティング反射器と同様と見なされるため、ＩＤＴにおいても表面波のバルク波へのモード変換が生じると考えられる。この場合、ＩＤＴの電極指部分の音響インピーダンスと、電極指間の間隙における音響インピーダンスとの差（電界短絡効果と質量負荷効果）が大きいほど、バルク波への変換効率が高くなる。
【００４９】
ところが、本実施例では、ＺｎＯ薄膜がＬｉＮｂＯ3 基板上に積層されているため、電極指部分と、電極指間の間隙との音響インピーダンス差が小さくされ、表面波のバルク波への変換効率が低められ、バルク波に起因する不要スプリアスが抑制されているものと考えられる。
【００５０】
加えて、上記ＺｎＯ薄膜が、ＩＤＴに対してパッシベーション膜としての役割をも果たし、ＩＤＴの電極指の腐食や金属粉による短絡も生じ難い。
上記実施例として制作した端面反射型表面波共振子１を７個用い、ラダー型フィルタを作製した。このようにして得たラダー型フィルタのフィルタ特性を図９に示す。
【００５１】
図９から明らかなように、このラダー型フィルタでは、挿入損失が、１．９ｄＢ、帯域外減衰量が約３０ｄＢ、３ｄＢ通過帯域が４５．２〜５０．０ＭＨｚと、実用上問題のないことがわかる。すなわち、漏洩弾性表面波を利用した上記端面反射型表面波共振子を用い、実用に供用し得るラダー型フィルタを構成し得ることがわかる。
【００５２】
なお、本発明は、上記４１°Ｙ−Ｘ ＬｉＮｂＯ3 基板上に、該ＬｉＮｂＯ3 基板に比べて漏洩弾性表面波の音速が遅い誘電体薄膜を形成してなる圧電基板を用いたことに特徴を有するものであり、誘電体薄膜としては、上記実施例に示したＺｎＯ圧電薄膜だけでなく、ＣｄＳ薄膜やＴａ2 Ｏ5 薄膜などの他の圧電薄膜を用いてもよく、あるいはＳｉＯ2 、ＰｂＳ、Ｎｂ2 Ｏ5 などの圧電性を有しない誘電体薄膜を用いてもよい。
【００５３】
ＣｄＳ圧電薄膜を上記ＬｉＮｂＯ3 基板の＋面上に形成した場合の規格化膜厚Ｈ／λと音速との関係を図１０に、規格化膜厚Ｈ／λと電気機械結合係数Ｋｓとの関係を図１１に示す。同様に、Ｔａ2 Ｏ5 薄膜を４１°Ｙ−Ｘ ＬｉＮｂＯ3 基板上に形成した場合の、Ｔａ2 Ｏ5 薄膜の規格化膜厚Ｈ／λと音速との関係、並びに該規格化膜厚Ｈ／λと電気機械結合係数Ｋｓとの関係を、それぞれ、図１２及び図１３に示す。
【００５４】
図１０〜図１３から明らかなように、ＣｄＳ薄膜及びＴａ2 Ｏ5 薄膜を用いた場合、Ｈ／λを０．０３５以下とすれば、漏洩弾性表面波を効率よく励振することができ、大きな電気機械結合係数の得られることがわかる。従って、ＺｎＯ薄膜を形成した上記実施例と同様に、広い帯域を有し、かつ共振特性が良好な表面波装置を提供し得ることがわかる。
【００５５】
ＰｂＳまたはＮｂ2 Ｏ5 圧電薄膜を上記ＬｉＮｂＯ3 基板の＋面上に形成した場合の規格化膜厚Ｈ／λと音速との関係を図１４に、規格化膜厚Ｈ／λと電気機械結合係数Ｋｓとの関係を図１５に示す。
【００５６】
図１４，１５から明らかなように、ＰｂＳまたはＮｂ2 Ｏ5 薄膜を用いた場合も漏洩弾性表面波を効率よく励振することができ、大きな電気機械結合係数の得られることがわかる。従って、ＺｎＯ薄膜を形成した上記実施例と同様に、広い帯域を有し、かつ共振特性が良好な表面波装置を提供し得ることがわかる。
【００５７】
なお、本発明は、上記圧電基板を用いており、かつ漏洩弾性表面波を利用した表面波装置に関するものであり、表面波装置の具体的な構造、すなわち、ＩＤＴの数及び形状等については、特に限定されるものではなく、従来より公知の構造を適宜採用し得る。
【００５８】
すなわち、上述した端面反射型表面波共振子に限らず、例えば、図１６に示す表面波共振子１１のように、ＩＤＴ１２の両側にグレーティング反射器１３，１４を配置した反射器付きの表面波共振子であってもよい。なお、図１６において、１６を圧電基板を、１６ａは４１°Ｙ−Ｘ ＬｉＮｂＯ3 基板、１５ｂは誘電体薄膜を示す。
【００５９】
【発明の効果】
本発明に係る表面波装置では、４１°±３°回転Ｙ板Ｘ伝搬ＬｉＮｂＯ3 基板上に、該ＬｉＮｂＯ3 基板より表面波の音速の遅い材料からなり、ＣｄＳまたはＴａ ２ Ｏ ５ からなる圧電薄膜が形成されている圧電基板を用いているため、漏洩弾性表面波を効率よく励振することができ、かつ電気機械結合係数が十分な大きさとされる。従って、漏洩弾性表面波を利用して、広帯域の表面波装置を提供することができる。
【００６０】
また、４１°回転Ｙ板Ｘ伝搬ＬｉＮｂＯ3 基板は、温度係数Ｔｃが６０〜６５ｐｐｍと小さいことが知られているため、表面波装置の周波数温度特性も良好なものとなる。
【００６１】
圧電薄膜として、ＣｄＳまたはＴａ2 Ｏ5 のような圧電薄膜を用いているので、該圧電薄膜の周波数温度特性の係数ＴＣＦが負であり、上記、Ｙ−Ｘ ＬｉＮｂＯ3 基板の周波数温度特性の係数ＴＣＦが正であるため、より一層温度特性の良好な表面波装置を提供することができる。
【００６２】
ＣｄＳ薄膜やＴａ2 Ｏ5 薄膜の規格化膜厚Ｈ／λが０．０３５以下とされているので、漏洩弾性表面波を良好に励振することができ、かつ伝搬に伴う減衰を抑制し得るので、良好な共振特性を有する表面波装置を提供し得る。
【００６３】
また、本発明に係る表面波装置を端面反射型の表面波装置とした場合には、反射器を有せず、従って、小型であり、かつ漏洩弾性表面波のＩＤＴ外への伝搬が生じないため、漏洩弾性表面波を利用して一層良好な共振特性を有する表面波装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】４１°回転Ｙ板Ｘ伝搬ＬｉＮｂＯ3 基板の＋面上にＺｎＯ薄膜を形成してなる圧電基板におけるＺｎＯ薄膜の相対的膜厚Ｈ／λと、励振される各種表面波の音速との関係を示す図。
【図２】４１°回転Ｙ板Ｘ伝搬ＬｉＮｂＯ3 基板の＋面上にＺｎＯ薄膜を形成してなる圧電基板のＺｎＯ薄膜の相対的膜厚Ｈ／λと、電気機械結合係数との関係を示す図。
【図３】４１°回転Ｙ板Ｘ伝搬ＬｉＮｂＯ3 基板の−面上にＺｎＯ薄膜を形成してなる圧電基板を用いた場合のＺｎＯ薄膜の相対的膜厚Ｈ／λと、表面波の音速との関係を示す図。
【図４】４１°回転Ｙ板Ｘ伝搬ＬｉＮｂＯ3 基板の−面上にＺｎＯ薄膜を形成した場合のＺｎＯ薄膜の相対的膜厚Ｈ／λと、電気機械結合係数との関係を示す図。
【図５】本発明の一実施例の端面反射型表面波共振子を示す斜視図。
【図６】図５に示した端面反射型表面波共振子の共振特性を示す図。
【図７】比較のために用意した、ＺｎＯ薄膜が積層されていない端面反射型表面波共振子の共振特性を示す図。
【図８】比較のために用意した、ＺｎＯ薄膜が形成されていない端面反射型表面波共振子において、底面に溝加工した場合と、溝加工を施さなかった場合の共振特性を示す図。
【図９】図５に示した端面反射型表面波共振子を複数用いて構成されたラダー型フィルタのフィルタ特性を示す図。
【図１０】４１°回転Ｙ板Ｘ伝搬ＬｉＮｂＯ3 基板の＋面上にＣｄＳ薄膜を形成してなる圧電基板におけるＣｄＳ薄膜の相対的膜厚Ｈ／λと、励振される各種表面波の音速との関係を示す図。
【図１１】４１°回転Ｙ板Ｘ伝搬ＬｉＮｂＯ3 基板の＋面上にＣｄＳ薄膜を形成してなる圧電基板のＣｄＳ薄膜の相対的膜厚Ｈ／λと、電気機械結合係数との関係を示す図。
【図１２】４１°回転Ｙ板Ｘ伝搬ＬｉＮｂＯ3 基板の＋面上にＴａ2 Ｏ5 薄膜を形成してなる圧電基板におけるＴａ2 Ｏ5 薄膜の相対的膜厚Ｈ／λと、励振される各種表面波の音速との関係を示す図。
【図１３】４１°回転Ｙ板Ｘ伝搬ＬｉＮｂＯ3 基板の＋面上にＴａ2 Ｏ5 薄膜を形成してなる圧電基板のＴａ2 Ｏ5 薄膜の相対的膜厚Ｈ／λと、電気機械結合係数との関係を示す図。
【図１４】４１°回転Ｙ板Ｘ伝搬ＬｉＮｂＯ3 基板の＋面上にＰｂＳまたはＮｂ2 Ｏ5 薄膜を形成してなる圧電基板におけるＰｂＳまたはＮｂ2 Ｏ5 薄膜の相対的膜厚Ｈ／λと、励振される各種表面波の音速との関係を示す図。
【図１５】４１°回転Ｙ板Ｘ伝搬ＬｉＮｂＯ3 基板の＋面上にＰｂＳまたはＮｂ2 Ｏ5 薄膜を形成してなる圧電基板のＰｂＳまたはＮｂ2 Ｏ5 薄膜の相対的膜厚Ｈ／λと、電気機械結合係数との関係を示す図。
【図１６】本発明が適用される表面波装置の一例としての反射器付き表面波共振子を示す斜視図。
【符号の説明】
１…表面波装置としての端面反射型表面波共振子
２…圧電基板
２ａ…４１°Ｙ板Ｘ伝搬ＬｉＮｂＯ3 基板
２ｂ…ＺｎＯ薄膜
３ａ，３ｂ…くし歯電極
１１…表面波共振子
１２…ＩＤＴ
１３，１４…反射器
１５…圧電基板
１５ａ…４１°回転Ｙ板Ｘ伝搬ＬｉＮｂＯ3 基板
１５ｂ…誘電体薄膜
【発明の属する技術分野】
本発明は、漏洩弾性表面波を利用した表面波装置に関し、より詳細には、特定の圧電単結晶基板上に誘電体薄膜を積層してなる圧電基板を用いることにより、漏洩弾性表面波を利用した良好な特性を有する圧電共振部品を構成し得る表面波装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
圧電基板を用いて構成される表面波装置としては、表面波共振子、表面波フィルタあるいはエラスティックコンボルバなどの種々の装置が実用化されている。表面波装置において良好な特性を得るには、用いる基板の電気機械結合係数Ｋｓが大きいことが求められる。
【０００３】
特開平８−１３９５６５号公報には、４１°回転Ｙ板Ｘ伝搬ＬｉＮｂＯ3 基板上に、該ＬｉＮｂＯ3 基板に比べて表面波伝搬速度が遅い材料よりなる圧電薄膜を形成してなる圧電基板を用いており、かつラブ波を利用した表面波装置が開示されている。ここでは、上記特定のＬｉＮｂＯ3 基板上に圧電薄膜を形成することにより、ラブ波を利用した場合の電気機械結合係数Ｋｓを高めることが可能とされている。
【０００４】
しかしながら、４１°回転Ｙ板Ｘ伝搬のＬｉＮｂＯ3 基板上にＺｎＯ薄膜などの圧電薄膜を形成した場合、エピタキシャル膜を形成することができず、圧電薄膜の膜厚が厚くなると表面波の伝搬に伴う減衰が大きくなるという問題があった。特に、圧電薄膜の膜厚をＨ、ラブ波の波長をλとしたとき、Ｈ／λ＝０．０４５〜０．０９の範囲とされている好ましい範囲では、インターデジタルトランスデューサ（以下、ＩＤＴと略す）を用いてラブ波を励振させた場合、その減衰が大きかった。
【０００５】
また、比較的圧電薄膜の膜厚が大きいため、圧電薄膜を形成したことによる表面波の減衰も大きかった。
なお、従来、ＺｎＯなどの圧電薄膜を圧電単結晶基板上に形成し、漏洩弾性表面波を励振させた場合は、減衰量はさらに大きくなると考えられていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、漏洩弾性表面波を利用した表面波装置であって、十分な電気機械結合係数Ｋｓを有する圧電基板を用い、漏洩弾性表面波の減衰が抑制されており、良好な特性を実現し得る表面波装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本願の第１の発明によれば、４１°±３°回転Ｙ板Ｘ伝搬ＬｉＮｂＯ 3 基板と、前記ＬｉＮｂＯ 3 基板上に形成されており、かつ前記ＬｉＮｂＯ 3 基板に比べて表面波伝搬速度が遅い材料よりなる圧電薄膜とを有する圧電基板と、前記圧電基板に設けられたインターデジタルトランスデューサとを備え、漏洩弾性表面波を利用するように構成されており、前記圧電薄膜がＣｄＳ薄膜であり、その膜厚をＨ、励振される漏洩弾性表面波の波長をλとしたときに、Ｈ／λが、０．０３５以下である、表面波装置が提供され、第２の発明によれば、４１°±３°回転Ｙ板Ｘ伝搬ＬｉＮｂＯ 3 基板と、前記ＬｉＮｂＯ 3 基板上に形成されており、かつ前記ＬｉＮｂＯ 3 基板に比べて表面波伝搬速度が遅い材料よりなる圧電薄膜とを有する圧電基板と、前記圧電基板に設けられたインターデジタルトランスデューサとを備え、漏洩弾性表面波を利用するように構成されており、前記圧電薄膜がＴａ 2 Ｏ 5 薄膜であり、その膜厚をＨ、励振される漏洩弾性表面波の波長をλとしたときに、Ｈ／λが、０．０３５以下である、表面波装置が提供される。すなわち、第１，２の発明（以下、本発明と総称する）では、ＣｄＳまたはＴａ ２ Ｏ ５ からなる圧電薄膜が用いられている。
【０００８】
すなわち、本願発明者は、上記課題を達成すべく、種々の圧電基板材料を用いて漏洩弾性表面波を励振させる表面波装置について検討した結果、４１°±３°回転Ｙ板Ｘ伝搬ＬｉＮｂＯ3 基板上に、誘電体膜を積層してなる圧電基板を用いれば、漏洩弾性表面波の伝搬に伴う減衰を抑制することができると共に、十分な電気機械結合係数Ｋｓを得ることができ、従って良好な特性を有する表面波装置を構成し得ることを見出し、該知見に基づき、本発明を成すに至った。
【０００９】
本発明において用いられる上記４１°±３°回転Ｙ板Ｘ伝搬ＬｉＮｂＯ3 基板としては、４１°回転Ｙ板Ｘ伝搬ＬｉＮｂＯ3 基板だけでなく、上記のように３８〜４４°の回転角を有する回転Ｙ板Ｘ伝搬ＬｉＮｂＯ3 基板を用いることができる。
【００１０】
また、上記ＬｉＮｂＯ3 基板上に形成される誘電体膜については、ＬｉＮｂＯ3 基板に比べて表面波伝搬速度が遅い材料である限り、特に限定されず、圧電性を有する誘電体薄膜であってもよく、あるいは圧電性を有しない誘電体薄膜であってもよい。
【００１３】
また、上記圧電薄膜がＣｄＳ薄膜の場合には、その膜厚をＨ、励振される漏洩弾性表面波の波長をλとしたとき、Ｈ／λは、０より大きく、０．０３５以下とされる。
【００１４】
さらに、上記圧電薄膜がＴａ2 Ｏ5 薄膜であり、その膜厚をＨ、励振される漏洩弾性表面波の波長をλとしたとき、好ましくは、Ｈ／λは、０より大きく０．０３５以下される。
【００１５】
本発明に係る表面波装置の具体的に構造については特に限定されるものではなく、対向２端面の反射を利用した端面反射型の表面波装置であってもよく、あるいはＩＤＴの表面波伝搬方向両側に反射器を形成してなる反射器付きの表面波共振子や表面波フィルタであってもよい。
【００１６】
なお、圧電基板に設けられるＩＤＴについては、圧電基板上に形成されてもよく、あるいは上記ＬｉＮｂＯ3 基板と誘電体薄膜との間に形成してもよく、さらに、ＩＤＴの数や形状についても特に限定されるものではない。
【００１７】
本発明は、漏洩弾性表面波を利用した表面波装置一般に適用することができ、例えば、表面波共振子、表面波フィルタあるいはエラスティックコンボルバなどの様々な表面波装置に適用することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ本発明の非限定的な実施例を挙げることにより、本発明を明らかにする。
【００１９】
４１°回転Ｙ板Ｘ伝搬ＬｉＮｂＯ3 基板（以下、単に４１°Ｙ−Ｘ ＬｉＮｂＯ3 基板と略す）は、減衰を伴う漏洩弾性表面波（リーキー波）を発生する表面波基板として知られている。しかしながら、従来、漏洩弾性表面波は、伝搬に伴う減衰が大きいため、使用できないと考えられていた。
【００２０】
上記４１°Ｙ−Ｘ ＬｉＮｂＯ3 基板上に、種々の誘電体薄膜を形成したところ、漏洩弾性表面波が励振されるだけでなく、十分な電気機械結合係数Ｋｓが得られることが認められた。
【００２１】
以下、上記４１°Ｙ−Ｘ ＬｉＮｂＯ3 基板上にＺｎＯ薄膜を形成した場合を例に取り説明する。
４１°Ｙ−Ｘ ＬｉＮｂＯ3 基板及びＺｎＯ薄膜の両方において、下記の圧電基本式、運動方程式及びＭａｘｗｅｌｌの方程式が成立する。
【００２２】
【数１】
漏洩弾性表面波を励振させるには、これらの式が、ＺｎＯ薄膜表面及びＺｎ薄膜と４１°Ｙ−Ｘ ＬｉＮｂＯ3 基板との境界において、それぞれの境界条件を満たすような音速を求めればよい。
【００２４】
他方、圧電基板上にＩＤＴを形成した場合、次の式に基づいて、インターデジタル電極が存在する境界において、電気的に短絡した場合の音速Ｖf と、開放した場合の音速Ｖf から電気機械結合係数Ｋが求められる。
【００２５】
【数２】
図１は、上記４１°Ｙ−Ｘ ＬｉＮｂＯ3 基板の＋面上に、種々の膜厚でＺｎＯ薄膜を形成してなる圧電基板を用いた場合の表面波の音速Ｖf ，Ｖm を測定した結果を示す。なお、図１において、○及び●は、上記ＬｉＮｂＯ3 基板の＋面上にＺｎＯ薄膜を形成した場合の表面波（漏洩弾性表面波もしくはラブ波）の音速を示し、○は境界がフリーの場合の音速Ｖf を、●は境界がメタライズられた場合の音速Ｖm である。なお、△及び▲は、ＬｉＮｂＯ3 基板の＋面上にＺｎＯ薄膜を形成した場合のレイリー波の音速を示し、△は境界がフリーの場合の音速Ｖf を、▲は境界がメタライズされている場合の音速Ｖm である。
【００２７】
また、図３は、ＬｉＮｂＯ3 基板の−面上にＺｎＯ薄膜を形成した場合の漏洩弾性表面波、ラブ波及びレイリー波の音速を示す図であり、○、●、△及び▲は、それぞれ、図１と同じ意味を示す。
【００２８】
図１及び図３から明らかなように、上記ＬｉＮｂＯ3 基板の＋面及び−面の何れの側にＺｎＯ薄膜を形成した場合でも、Ｖf とＶm との差が存在することにより、漏洩弾性表面波あるいはラブ波が励振されることがわかる。
【００２９】
また、図１及び図３から明らかなように、レイリー波については、境界がフリーの場合の音速Ｖf と、メタライズされている場合の音速Ｖm との差がほとんどなく、従って、レイリー波はほとんど励振されないことがわかる。しかも、レイリー波の成分は、漏洩弾性表面波の音速Ｖf と音速Ｖm との間には存在しないため、上記４１°Ｙ−Ｘ ＬｉＮｂＯ3 基板上にＺｎＯ薄膜を形成した構造では、レイリー波の成分の影響を受け難いことがわかる。
【００３０】
図２は、上記４１°Ｙ−Ｘ ＬｉＮｂＯ3 基板の＋面上にＺｎＯ薄膜を種々の膜厚で形成した場合の電気機械結合係数Ｋを示し、図４は、同じ基板の−面上にＺｎＯ薄膜を種々の膜厚で形成した場合の電気機械結合係数Ｋを示す図である。
【００３１】
図２及び図４を比較すれば明らかなように、ＺｎＯ薄膜を上記ＬｉＮｂＯ3 基板の＋面及び−面の何れに形成した場合でも、電気機械結合係数Ｋがほぼ同等であり、もっとも、＋面上に形成した場合、電気機械結合係数Ｋが若干大きくなることがわかる。
【００３２】
電気機械結合係数Ｋの最大値は、図２から明らかなように、ＺｎＯ圧電薄膜の漏洩弾性表面波の波長λで規格化した膜厚Ｈ／λ＝０．０４５で、約０．４６と非常に大きいことがわかる。また、Ｈ／λが、０．０４５以下で、漏洩弾性表面波が良好に励振されることがわかる。すなわち、ＺｎＯ薄膜の膜厚を非常に薄くした場合でも、漏洩弾性表面波を効果的に励振し得ることがわかる。
【００３３】
加えて、Ｈ／λが０．４５以下の範囲では、ＺｎＯ薄膜の膜厚が厚くなるに従って、電気機械結合係数Ｋが大きくなることがわかる。
従って、電気機械結合係数Ｋが比較的大きいため、上記４１°Ｙ−Ｘ ＬｉＮｂＯ3 基板を用いることにより、広い帯域を有する表面波装置を提供し得ることがわかる。
【００３４】
また、ＺｎＯ薄膜の膜厚を薄くし得るため、伝搬に伴って減衰し易い漏洩弾性表面波の減衰を抑制することができ、それによって良好な特性の表面波装置を提供し得ることもわかる。
【００３５】
また、４１°Ｙ−Ｘ ＬｉＮｂＯ3 基板の周波数温度係数ＴＣＦは正であり、ＺｎＯ薄膜はその周波数温度係数が負の値を有することが広く知られている。従って、上記４１°Ｙ−Ｘ ＬｉＮｂＯ3 基板とＺｎＯ薄膜とを組み合わせた場合、周波数温度特性を改善し得ることもわかる。
【００３６】
次に、上記結果に基づいて、４１°回転ＹカットＸ伝搬ＬｉＮｂＯ3 基板上にＺｎＯ薄膜を形成してなる圧電基板を用いて、端面反射型表面波共振子を作製した実験例につき説明する。
【００３７】
図５は、端面反射型表面波共振子を示す概略斜視図である。端面反射型表面波共振子１は、圧電基板２を用いて構成されている。圧電基板２は、４１°Ｙ−ＸＬｉＮｂＯ3 基板２ａ上にＺｎＯ薄膜２ｂを積層した構造を有する。圧電薄膜２ｂの下面、すなわち、ＬｉＮｂＯ3 基板２ａの上面に、図示のように、一対のくし歯電極３ａ，３ｂを形成した。なお、くし歯電極３ａの複数本の電極指と、くし歯電極３ｂの複数本の電極指は互いに間挿し合うように配置されている。また、くし歯電極３ａ，３ｂのうち、最外側の電極指は、ＬｉＮｂＯ3 基板２の対向２端面２ｃ，２ｄと上面とのなす端縁に沿うように形成されている。
【００３８】
端面反射型表面波共振子１を作製するにあたり、ＬｉＮｂＯ3 基板２ａとして、２．１８×２．８×厚み０．５ｍｍであり、Ｘ方向に表面波が伝搬するように、くし歯電極３ａ，３ｂをアルミニウムを用いて形成した。くし歯電極３ａ，３ｂについては、重み付けを施さず、正規型ＩＤＴを構成するように形成した。また、アルミニウムの膜厚は６０００Åとし、λは８５．５μｍとし、ＩＤＴにおけるメタライゼーション比は０．５、電極指交差幅は２５λ、電極指の対数は２５対とした。
【００３９】
また、ＺｎＯ圧電薄膜２ｂの厚みＨは、Ｈ／λ＝０．０２７とした。
上記のようにして作製した端面反射型表面波共振子１のインピーダンス−周波数特性を、図６に示す。
【００４０】
比較のために、ＺｎＯ圧電薄膜を形成しなかったこと、並びにＬｉＮｂＯ3 基板の裏面にダイシングにより複数本の溝を形成したことを除いては、上記実施例の端面反射型表面波共振子と同様にして、比較例１の端面反射型表面波共振子を作製した。この比較例１の端面反射型表面波共振子のインピーダンス−周波数を図７に示す。
【００４１】
共振周波数をｆｒ、反共振周波数をｆａとした場合、図７に示す比較例１の端面反射型表面波共振子の共振特性では、（ｆａ−ｆｒ）／ｆｒは８．１％であるのに対し、図６に示した実施例の端面反射型表面波共振子では、（ｆａ−ｆｒ）／ｆｒは９．６％に増加している。すなわち、広帯域化が図られていることがわかる。
【００４２】
また、図６及び図７を比較すると、実施例の端面反射型表面波共振子では、共振点及び反共振点におけるＱの若干の劣化が見られるが、これは実用上問題がない程度である。
【００４３】
従って、図６及び図７の比較から、本発明に従って、ＺｎＯ圧電薄膜を上記４１°Ｙ−Ｘ ＬｉＮｂＯ3 基板上に積層することにより、より広帯域の表面波装置を提供し得ることがわかる。
【００４４】
また、上記ＬｉＮｂＯ3 基板の裏面をダイシング加工せず、ＺｎＯ圧電薄膜を積層しなかったことのみを除いては、実施例と同様にして構成された端面反射型表面波共振子を比較例２の表面波共振子として作製し、その共振特性を測定した。結果を図８に示す。
【００４５】
なお、図８の実線Ａが、比較例２の端面反射型表面波共振子の共振特性を、破線が上述した比較例１の端面反射型表面波共振子の共振特性を示す。図８から明らかなように、ＺｎＯ圧電薄膜を積層しなかった場合、ＬｉＮｂＯ3 基板の裏面にダイシング加工を施さなければ、共振特性上に、特に反共振点近傍及び反共振点よりも高周波数側に、図示の多数のスプリアスが発生していることがわかる。これは、バルク波のＬｉＮｂＯ3 基板底面における反射に起因するスプリアスと考えられる。
【００４６】
バルク波は、漏洩弾性表面波とは異なり、ＬｉＮｂＯ3 基板のほぼ全厚みに渡って伝搬し、該バルク波の底面における反射が無視できないため、上記のようなスプリアスが表れているものと考えられる。従って、ＺｎＯ薄膜を積層しなかった場合には、上記のようにＬｉＮｂＯ3 基板の底面を粗面に加工しなければ、バルク波の反射に起因するスプリアスを抑圧することができなかった。
【００４７】
これに対して、図６から明らかなように、本実施例の端面反射型表面波共振子では、ＬｉＮｂＯ3 基板の底面を粗面に加工せずとも、上記ＺｎＯ圧電薄膜を積層することにより、バルク波の反射に起因するスプリアスが抑圧されていることがわかる。すなわち、ＬｉＮｂＯ3 基板上にＺｎＯ薄膜を形成することにより、バルク波の反射に起因するスプリアスを抑制することができ、良好な共振特性が得られる。これは、以下の理由によると考えられる。
【００４８】
一般に、バルク波は、ＩＤＴにおいて電気的に直接励振されて発生したり、あるいは、表面波がグレーティング反射器に到達した場合に表面波の反射に際して、表面波からバルク波へのモード変換が生じることにより発生したりする。ＩＤＴも構造上グレーティング反射器と同様と見なされるため、ＩＤＴにおいても表面波のバルク波へのモード変換が生じると考えられる。この場合、ＩＤＴの電極指部分の音響インピーダンスと、電極指間の間隙における音響インピーダンスとの差（電界短絡効果と質量負荷効果）が大きいほど、バルク波への変換効率が高くなる。
【００４９】
ところが、本実施例では、ＺｎＯ薄膜がＬｉＮｂＯ3 基板上に積層されているため、電極指部分と、電極指間の間隙との音響インピーダンス差が小さくされ、表面波のバルク波への変換効率が低められ、バルク波に起因する不要スプリアスが抑制されているものと考えられる。
【００５０】
加えて、上記ＺｎＯ薄膜が、ＩＤＴに対してパッシベーション膜としての役割をも果たし、ＩＤＴの電極指の腐食や金属粉による短絡も生じ難い。
上記実施例として制作した端面反射型表面波共振子１を７個用い、ラダー型フィルタを作製した。このようにして得たラダー型フィルタのフィルタ特性を図９に示す。
【００５１】
図９から明らかなように、このラダー型フィルタでは、挿入損失が、１．９ｄＢ、帯域外減衰量が約３０ｄＢ、３ｄＢ通過帯域が４５．２〜５０．０ＭＨｚと、実用上問題のないことがわかる。すなわち、漏洩弾性表面波を利用した上記端面反射型表面波共振子を用い、実用に供用し得るラダー型フィルタを構成し得ることがわかる。
【００５２】
なお、本発明は、上記４１°Ｙ−Ｘ ＬｉＮｂＯ3 基板上に、該ＬｉＮｂＯ3 基板に比べて漏洩弾性表面波の音速が遅い誘電体薄膜を形成してなる圧電基板を用いたことに特徴を有するものであり、誘電体薄膜としては、上記実施例に示したＺｎＯ圧電薄膜だけでなく、ＣｄＳ薄膜やＴａ2 Ｏ5 薄膜などの他の圧電薄膜を用いてもよく、あるいはＳｉＯ2 、ＰｂＳ、Ｎｂ2 Ｏ5 などの圧電性を有しない誘電体薄膜を用いてもよい。
【００５３】
ＣｄＳ圧電薄膜を上記ＬｉＮｂＯ3 基板の＋面上に形成した場合の規格化膜厚Ｈ／λと音速との関係を図１０に、規格化膜厚Ｈ／λと電気機械結合係数Ｋｓとの関係を図１１に示す。同様に、Ｔａ2 Ｏ5 薄膜を４１°Ｙ−Ｘ ＬｉＮｂＯ3 基板上に形成した場合の、Ｔａ2 Ｏ5 薄膜の規格化膜厚Ｈ／λと音速との関係、並びに該規格化膜厚Ｈ／λと電気機械結合係数Ｋｓとの関係を、それぞれ、図１２及び図１３に示す。
【００５４】
図１０〜図１３から明らかなように、ＣｄＳ薄膜及びＴａ2 Ｏ5 薄膜を用いた場合、Ｈ／λを０．０３５以下とすれば、漏洩弾性表面波を効率よく励振することができ、大きな電気機械結合係数の得られることがわかる。従って、ＺｎＯ薄膜を形成した上記実施例と同様に、広い帯域を有し、かつ共振特性が良好な表面波装置を提供し得ることがわかる。
【００５５】
ＰｂＳまたはＮｂ2 Ｏ5 圧電薄膜を上記ＬｉＮｂＯ3 基板の＋面上に形成した場合の規格化膜厚Ｈ／λと音速との関係を図１４に、規格化膜厚Ｈ／λと電気機械結合係数Ｋｓとの関係を図１５に示す。
【００５６】
図１４，１５から明らかなように、ＰｂＳまたはＮｂ2 Ｏ5 薄膜を用いた場合も漏洩弾性表面波を効率よく励振することができ、大きな電気機械結合係数の得られることがわかる。従って、ＺｎＯ薄膜を形成した上記実施例と同様に、広い帯域を有し、かつ共振特性が良好な表面波装置を提供し得ることがわかる。
【００５７】
なお、本発明は、上記圧電基板を用いており、かつ漏洩弾性表面波を利用した表面波装置に関するものであり、表面波装置の具体的な構造、すなわち、ＩＤＴの数及び形状等については、特に限定されるものではなく、従来より公知の構造を適宜採用し得る。
【００５８】
すなわち、上述した端面反射型表面波共振子に限らず、例えば、図１６に示す表面波共振子１１のように、ＩＤＴ１２の両側にグレーティング反射器１３，１４を配置した反射器付きの表面波共振子であってもよい。なお、図１６において、１６を圧電基板を、１６ａは４１°Ｙ−Ｘ ＬｉＮｂＯ3 基板、１５ｂは誘電体薄膜を示す。
【００５９】
【発明の効果】
本発明に係る表面波装置では、４１°±３°回転Ｙ板Ｘ伝搬ＬｉＮｂＯ3 基板上に、該ＬｉＮｂＯ3 基板より表面波の音速の遅い材料からなり、ＣｄＳまたはＴａ ２ Ｏ ５ からなる圧電薄膜が形成されている圧電基板を用いているため、漏洩弾性表面波を効率よく励振することができ、かつ電気機械結合係数が十分な大きさとされる。従って、漏洩弾性表面波を利用して、広帯域の表面波装置を提供することができる。
【００６０】
また、４１°回転Ｙ板Ｘ伝搬ＬｉＮｂＯ3 基板は、温度係数Ｔｃが６０〜６５ｐｐｍと小さいことが知られているため、表面波装置の周波数温度特性も良好なものとなる。
【００６１】
圧電薄膜として、ＣｄＳまたはＴａ2 Ｏ5 のような圧電薄膜を用いているので、該圧電薄膜の周波数温度特性の係数ＴＣＦが負であり、上記、Ｙ−Ｘ ＬｉＮｂＯ3 基板の周波数温度特性の係数ＴＣＦが正であるため、より一層温度特性の良好な表面波装置を提供することができる。
【００６２】
ＣｄＳ薄膜やＴａ2 Ｏ5 薄膜の規格化膜厚Ｈ／λが０．０３５以下とされているので、漏洩弾性表面波を良好に励振することができ、かつ伝搬に伴う減衰を抑制し得るので、良好な共振特性を有する表面波装置を提供し得る。
【００６３】
また、本発明に係る表面波装置を端面反射型の表面波装置とした場合には、反射器を有せず、従って、小型であり、かつ漏洩弾性表面波のＩＤＴ外への伝搬が生じないため、漏洩弾性表面波を利用して一層良好な共振特性を有する表面波装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】４１°回転Ｙ板Ｘ伝搬ＬｉＮｂＯ3 基板の＋面上にＺｎＯ薄膜を形成してなる圧電基板におけるＺｎＯ薄膜の相対的膜厚Ｈ／λと、励振される各種表面波の音速との関係を示す図。
【図２】４１°回転Ｙ板Ｘ伝搬ＬｉＮｂＯ3 基板の＋面上にＺｎＯ薄膜を形成してなる圧電基板のＺｎＯ薄膜の相対的膜厚Ｈ／λと、電気機械結合係数との関係を示す図。
【図３】４１°回転Ｙ板Ｘ伝搬ＬｉＮｂＯ3 基板の−面上にＺｎＯ薄膜を形成してなる圧電基板を用いた場合のＺｎＯ薄膜の相対的膜厚Ｈ／λと、表面波の音速との関係を示す図。
【図４】４１°回転Ｙ板Ｘ伝搬ＬｉＮｂＯ3 基板の−面上にＺｎＯ薄膜を形成した場合のＺｎＯ薄膜の相対的膜厚Ｈ／λと、電気機械結合係数との関係を示す図。
【図５】本発明の一実施例の端面反射型表面波共振子を示す斜視図。
【図６】図５に示した端面反射型表面波共振子の共振特性を示す図。
【図７】比較のために用意した、ＺｎＯ薄膜が積層されていない端面反射型表面波共振子の共振特性を示す図。
【図８】比較のために用意した、ＺｎＯ薄膜が形成されていない端面反射型表面波共振子において、底面に溝加工した場合と、溝加工を施さなかった場合の共振特性を示す図。
【図９】図５に示した端面反射型表面波共振子を複数用いて構成されたラダー型フィルタのフィルタ特性を示す図。
【図１０】４１°回転Ｙ板Ｘ伝搬ＬｉＮｂＯ3 基板の＋面上にＣｄＳ薄膜を形成してなる圧電基板におけるＣｄＳ薄膜の相対的膜厚Ｈ／λと、励振される各種表面波の音速との関係を示す図。
【図１１】４１°回転Ｙ板Ｘ伝搬ＬｉＮｂＯ3 基板の＋面上にＣｄＳ薄膜を形成してなる圧電基板のＣｄＳ薄膜の相対的膜厚Ｈ／λと、電気機械結合係数との関係を示す図。
【図１２】４１°回転Ｙ板Ｘ伝搬ＬｉＮｂＯ3 基板の＋面上にＴａ2 Ｏ5 薄膜を形成してなる圧電基板におけるＴａ2 Ｏ5 薄膜の相対的膜厚Ｈ／λと、励振される各種表面波の音速との関係を示す図。
【図１３】４１°回転Ｙ板Ｘ伝搬ＬｉＮｂＯ3 基板の＋面上にＴａ2 Ｏ5 薄膜を形成してなる圧電基板のＴａ2 Ｏ5 薄膜の相対的膜厚Ｈ／λと、電気機械結合係数との関係を示す図。
【図１４】４１°回転Ｙ板Ｘ伝搬ＬｉＮｂＯ3 基板の＋面上にＰｂＳまたはＮｂ2 Ｏ5 薄膜を形成してなる圧電基板におけるＰｂＳまたはＮｂ2 Ｏ5 薄膜の相対的膜厚Ｈ／λと、励振される各種表面波の音速との関係を示す図。
【図１５】４１°回転Ｙ板Ｘ伝搬ＬｉＮｂＯ3 基板の＋面上にＰｂＳまたはＮｂ2 Ｏ5 薄膜を形成してなる圧電基板のＰｂＳまたはＮｂ2 Ｏ5 薄膜の相対的膜厚Ｈ／λと、電気機械結合係数との関係を示す図。
【図１６】本発明が適用される表面波装置の一例としての反射器付き表面波共振子を示す斜視図。
【符号の説明】
１…表面波装置としての端面反射型表面波共振子
２…圧電基板
２ａ…４１°Ｙ板Ｘ伝搬ＬｉＮｂＯ3 基板
２ｂ…ＺｎＯ薄膜
３ａ，３ｂ…くし歯電極
１１…表面波共振子
１２…ＩＤＴ
１３，１４…反射器
１５…圧電基板
１５ａ…４１°回転Ｙ板Ｘ伝搬ＬｉＮｂＯ3 基板
１５ｂ…誘電体薄膜
Claims (3)
- ４１°±３°回転Ｙ板Ｘ伝搬ＬｉＮｂＯ3 基板と、前記ＬｉＮｂＯ3 基板上に形成されており、かつ前記ＬｉＮｂＯ3 基板に比べて表面波伝搬速度が遅い材料よりなる圧電薄膜とを有する圧電基板と、
前記圧電基板に設けられたインターデジタルトランスデューサとを備え、漏洩弾性表面波を利用するように構成されており、
前記圧電薄膜がＣｄＳ薄膜であり、その膜厚をＨ、励振される漏洩弾性表面波の波長をλとしたときに、Ｈ／λが、０．０３５以下である、表面波装置。 - ４１°±３°回転Ｙ板Ｘ伝搬ＬｉＮｂＯ3 基板と、前記ＬｉＮｂＯ3 基板上に形成されており、かつ前記ＬｉＮｂＯ3 基板に比べて表面波伝搬速度が遅い材料よりなる圧電薄膜とを有する圧電基板と、
前記圧電基板に設けられたインターデジタルトランスデューサとを備え、漏洩弾性表面波を利用するように構成されており、
前記圧電薄膜がＴａ2 Ｏ5 薄膜であり、その膜厚をＨ、励振される漏洩弾性表面波の波長をλとしたときに、Ｈ／λが、０．０３５以下である、表面波装置。 - 端面反射型の表面波装置である、請求項１または２に記載の表面波装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP25851697A JP3951379B2 (ja) | 1997-09-24 | 1997-09-24 | 表面波装置 |
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|---|---|---|---|
| JP25851697A JP3951379B2 (ja) | 1997-09-24 | 1997-09-24 | 表面波装置 |
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