JP4001157B2 - 弾性境界波装置 - Google Patents
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Description
IDTを覆うように前記水晶基板上に形成されており、かつ多結晶シリコン、アモルファスシリコン、窒化アルミニウム、ガラス、四ホウ酸リチウム、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、サファイア、窒化シリコンまたはアルミナからなる誘電体とを有し、前記水晶基板と前記誘電体との境界において弾性境界波が伝搬される弾性境界波装置であって、前記弾性境界波の音速が前記水晶基板を伝搬する遅い横波よりも低音速であり、かつ前記誘電体を伝搬する遅い横波よりも低音速となるように、前記IDTの厚みが設定されており、前記水晶基板のオイラー角(φ,θ,ψ)においてφ=0°であり、θ及びψが、図13において電気機械結合係数K2が、0.08%となる線で囲まれている、斜線で示された領域にあることを特徴とする、弾性境界波装置が提供される。
誘電体(SiN)/IDT/水晶基板
誘電体としてのSiNの厚みは無限大とし、水晶基板の厚みも無限大とした。また、水晶基板の結晶方位は、55°Yカット90°X伝搬(オイラー角で(0°,145°,90°)とした。
周波数温度係数TCFについては、20℃、25℃及び30℃における境界波の音速V〔25℃〕、V〔25℃〕及びV〔30℃〕により、下記の式(2)により求めた。
また、群遅延時間温度係数TCDについては、下記の式(2A)に従って求めた。
なお、式(2)及び式(2A)において、αsは境界波伝搬方向における水晶基板の線膨張係数である。
図2は、上記のようにして求められたIDTの厚みと、SH型境界波の電気機械結合係数との関係を示す図である。図3は、IDTの厚みと、周波数温度係数TCFとの関係を示す。図4は、IDTの厚みとパワーフロー角PFAとの関係を示す。図5は、IDTの厚みと、SH型境界波の音速との関係を示し、図6は、IDTの厚みと伝搬損失αとの関係を示す。
誘電体/IDT/水晶基板の構造を有する弾性境界波装置において、厚さ100λ程度の水晶基板上に、IDTをフォトリソグラフィー法により形成し、誘電体をスパッタリング法などの堆積法で十分に振動が閉じ込められる厚み、例えば0.8λ程度の厚みに形成した場合、式(4)において線膨張係数αsとして、誘電体の線膨張係数は無視でき、水晶基板の線膨張係数が支配的となる。横波成分が支配的なSH型の弾性境界波において、弾性境界波の群遅延時間温度係数TCDは誘電体と水晶基板の横波の音速間の値となる。弾性境界波装置に用いられる誘電体材料の音速温度係数TCVsは、−10〜−40ppm/℃程度に分布している。図13〜図16に示した結果を求める際に用いたポリシリコンのTCVsは約−25ppm/℃である。
本明細書において、基板の切断面と、境界波の鉄板方向を表現するオイラー角(φ,θ,ψ)は、文献「弾性波素子技術ハンドブック」(日本学術振興会弾性波素子技術第150委員会、第1版第1刷、平成3年11月30日発行、549頁)記載の右手系オイラー角を用いた。すなわち、水晶の結晶軸X、Y、Zに対し、Z軸を軸としてX軸を反時計廻りにφ回転しXa軸を得る。次に、Xa軸を軸としてZ軸を反時計廻りにθ回転しZ′軸を得る。Xa軸を含み、Z′軸を法線とする面を基板の切断面とした。そして、Z′軸を軸としてXa軸を反時計廻りにψ回転した軸X′方向を表面波の伝搬方向とした。また、Y軸が上記回転により移動して得られるX′軸とZ′軸と垂直な軸をY′軸とした。
また、オイラー角の初期値として与える水晶の結晶軸X、Y、Zは、Z軸をc軸と平行とし、X軸を等価な3方向のa軸のうち任意の一つと平行とし、Y軸はX軸とZ軸を含む面の法線方向とした。
なお、本発明における水晶基板のオイラー角(φ,θ,ψ)は結晶学的に等価であればよい。例えば、文献(日本音響学会誌36巻3号、1980年、140〜145頁)によれば、三方晶系3m点群に属する結晶であるので、下記の式〔100〕が成り立つ。
=F(60°+φ,−θ,180°−ψ)
=F(φ,180°+θ,180°−ψ)
=F(φ,θ,180°+ψ) …式〔100〕
ここで、Fは、電気機械結合係数Ks2、伝搬損失、TCF、PFA、ナチュラル一方向性などの任意の表面波特性である。PFAのナチュラル一方向性は、例えば伝搬方向を正負反転してみた場合、符号は変わるものの絶対量は等しいので実用上等価であると考えられ、水晶は32点群に属する結晶であるが、式〔100〕が成り立つ。
2…水晶基板
3…誘電体
4…IDT
5,6…反射器
Claims (7)
- 水晶基板と、
前記水晶基板上に形成されたIDTと、
前記IDTを覆うように前記水晶基板上に形成されており、かつ多結晶シリコン、アモルファスシリコン、窒化アルミニウム、ガラス、四ホウ酸リチウム、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、サファイア、窒化シリコンまたはアルミナからなる誘電体とを有し、
前記水晶基板と前記誘電体との境界において弾性境界波が伝搬される弾性境界波装置であって、
前記弾性境界波の音速が前記水晶基板を伝搬する遅い横波よりも低音速であり、かつ前記誘電体を伝搬する遅い横波よりも低音速となるように、前記IDTの厚みが設定されており、
前記水晶基板のオイラー角(φ,θ,ψ)においてφ=0°であり、θ及びψが、図13において電気機械結合係数K2が、0.08%となる線で囲まれている、斜線で示された領域にあることを特徴とする、弾性境界波装置。 - 水晶基板と、
前記水晶基板上に形成されたIDTと、
前記IDTを覆うように前記水晶基板上に形成されており、かつ多結晶シリコン、アモルファスシリコン、窒化アルミニウム、ガラス、四ホウ酸リチウム、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、サファイア、窒化シリコンまたはアルミナからなる誘電体とを有し、
前記水晶基板と前記誘電体との境界において弾性境界波が伝搬される弾性境界波装置であって、
前記弾性境界波の音速が前記水晶基板を伝搬する遅い横波よりも低音速であり、かつ前記誘電体を伝搬する遅い横波よりも低音速となるように、前記IDTの厚みが設定されており、
前記水晶基板のオイラー角(φ,θ,ψ)においてφ=0°であり、θ及びψが、図14においてTCFが−15ppm/℃の線で囲まれている、斜線で示された領域にあることを特徴とする、弾性境界波装置。 - 水晶基板と、
前記水晶基板上に形成されたIDTと、
前記IDTを覆うように前記水晶基板上に形成されており、かつ多結晶シリコン、アモルファスシリコン、窒化アルミニウム、ガラス、四ホウ酸リチウム、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、サファイア、窒化シリコンまたはアルミナからなる誘電体とを有し、
前記水晶基板と前記誘電体との境界において弾性境界波が伝搬される弾性境界波装置であって、
前記弾性境界波の音速が前記水晶基板を伝搬する遅い横波よりも低音速であり、かつ前記誘電体を伝搬する遅い横波よりも低音速となるように、前記IDTの厚みが設定されており、
前記水晶基板のオイラー角(φ,θ,ψ)においてφ=0°であり、θ及びψが、図15においてパワーフロー角PFAが−6°の線と+6°の線とで囲まれている、斜線で示された領域にあることを特徴とする、弾性境界波装置。 - 前記オイラー角(φ,θ,ψ)においてφ=0°であり、θ及びψが、図14においてTCFが−15ppm/℃の線で囲まれている、斜線で示された領域にある、請求項1に記載の弾性境界波装置。
- 前記オイラー角(φ,θ,ψ)においてφ=0°であり、θ及びψが、図15においてパワーフロー角PFAが−6°の線と+6°の線とで囲まれている、斜線で示された領域にある、請求項1、2及び4のいずれか1項に記載の弾性境界波装置。
- 前記弾性境界波の音速が、前記水晶を伝搬する遅い横波の音速よりも遅くかつ前記誘電体を伝搬する遅い横波の音速よりも遅くなるように、前記IDTの電極指の厚み及び電極指の幅が設定されている、請求項1〜5のいずれか1項に記載の弾性境界波装置。
- 前記IDTが、Ni、Mo、Fe、Cu、W、Ag、Ta、Au及びPtからなる群から選択された少なくとも1種の金属を主成分として含むIDT電極を用いて構成されている、請求項1〜6のいずれか1項に記載の弾性境界波装置。
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