JP4036856B2 - 弾性表面波素子を用いたバンドパスフィルタ - Google Patents

Description

本発明は、とくに反共振周波数と共振周波数を近づけることが容易な弾性表面波素子を用いたバンドパスフィルタに関する。

図１８は従来の弾性表面波素子を用いて形成したバンドパスフィルタＦ１である。このバンドパスフィルタＦ１は弾性表面波素子である共振器Ｓ１及び共振器Ｓ２が接続されることによって形成されている。

共振器Ｓ１、Ｓ２は圧電性基板１の上に、くし歯状電極部２及びくし歯状電極部３がスパッタ法やメッキ法等を用いて成膜されることによって形成されている。くし歯状電極部２とくし歯状電極部３は所定の間隔をあけて互い違いに並べられている。

また、くし歯状電極部２及びくし歯状電極部３には接続部４が電気的に接続されており、接続部４を介して共振器Ｓ１と共振器Ｓ２が接続されている。

また共振器Ｓ１の一端部ＡはバンドパスフィルタＦ１の入力端子ｉｎに接続されて他端部Ｂは出力端子ｏｕｔに接続されている。また、共振器２の一端部Ａは共振器Ｓ１の一端部Ａに、共振器Ｓ２の他端部Ｂは端子ＧＮＤを介してグラウンド電位に接続されている。

図１９に図１８にしめされたバンドパスフィルタＦ１の等価回路図をしめす。共振器Ｓ１及び２はコンデンサＣ１、Ｃ２とインダクタＬ１からなる共振器回路と等価になる。
図２０は図１８に示された共振器Ｓ１を一点鎖線Ｄ−Ｄ線で切断し矢印方向からみた断面図である。図２０に示されるようにくし歯状電極部２、３は圧電性基板１に直接積層されている。

なお、くし歯状電極部２、３の両側部には圧電性基板１の表面に発生した表面波を反射するための反射器５，５が設けられている。

図１８に示されるバンドパスフィルタＦ１の動作原理を説明する。図２１（ａ）は共振器Ｓ１及び共振器Ｓ２の周波数特性を示すグラフである。図２１（ａ）の縦軸はリアクタンスＸを示し、横軸は周波数ｆを示している。共振器Ｓ１の反共振周波数ｆａｒは共振器Ｓ２の反共振周波数ｆａｒよりも大きく、共振器Ｓ１の共振周波数ｆｒと共振器Ｓ２の反共振周波数ｆａｒは重なっている。従って、共振器Ｓ１と共振器Ｓ２を図１８に示すように接続して形成したバンドパスフィルタＦ１の周波数特性は図２１（ｂ）のグラフによって示される。共振器Ｓ１の共振周波数ｆｒ、すなわち共振器Ｓ２の反共振周波数ｆａｒがバンドパスフィルタＦ１の通過帯域の中心周波数になる。また、共振器Ｓ２の共振周波数ｆｒ付近及び共振器Ｓ１の反共振周波数ｆａｒにおいてバンドパスフィルタＦ１の減衰量が大きくなり、共振器２の共振周波数ｆｒ以下及び共振器１の反共振周波数ｆａｒ以上の帯域が減衰帯域である。

共振器を組合わせて形成した高周波フィルタの通過帯域外の周波数を急峻かつ十分に減衰させるためには共振器の反共振周波数と共振周波数を近づけることが必要である。

特許文献１には弾性表面波素子からなる共振器に外付のコンデンサーとコイルを接続することにより共振器の反共振周波数と共振周波数を近づける構成が示されている。
特開平９−３２１５７３号公報 特開平９−８３２８２号公報（第３頁、図１）

しかし、特許文献１に示されるバンドパスフィルタのように弾性表面波素子に外付のコンデンサとコイルを接続する構成ではバンドパスフィルタＦ１の容積が大きくなってしまう。

なお、特許文献２にはくし歯状電極部と圧電性基板との間にＳｉＯ_２からなる絶縁層を介在させる弾性表面波素子が記載されている。しかし、特許文献２に記載された弾性表面波素子の絶縁層は弾性表面波素子の温度特性の補償やエレクトロマイグレーションの低減のためのものである。そのため、特許文献２に記載の弾性表面波素子では絶縁層の膜厚が１０００Åとかなり厚くなっている。

本発明は上記従来の問題を解決するためのものであり、外付の部品を加えることなく反共振周波数と共振周波数を近づけることが容易な弾性表面波素子を用いたバンドパスフィルタを提供することを目的とする。

本発明は圧電性基板と、前記圧電性基板上に薄膜形成された電極部を有する複数の弾性表面波素子によって構成されるバンドパスフィルタにおいて、
前記弾性表面波素子の前記電極部は、くし歯状電極部及び前記くし歯状電極部に接続された接続部を有して構成され、
前記弾性表面波素子のうち、前記入力端子と出力端子との間に設けられた前記弾性表面波素子は、前記くし歯状電極部と前記圧電性基板の間に絶縁性材料層が設けられており、
前記入力端子と前記出力端子間を接続する信号線路とグランド電位間に設けられた前記弾性表面波素子は、前記くし歯状電極部が前記圧電性基板上に直接形成されていることを特徴とするものである。

本発明のように前記くし歯状電極部と前記圧電性基板の間に絶縁性材料層が介在していると前記圧電性基板の上に前記くし歯状電極部が直接積層されている弾性表面波素子と比べて反共振周波数が共振周波数に近づく。しかも本発明では弾性表面波素子に外付のコイルやコンデンサーを付加することなく弾性表面波素子の反共振周波数と共振周波数の差を小さくできるので装置の小型化を推進できる。

本発明の弾性表面波素子において反共振周波数が共振周波数に近づくのは、前記くし歯状電極部と前記圧電性基板の間に絶縁性材料層が介在することによって弾性表面波素子の電気機械結合係数ｋ^２が小さくなるためと考えられる。

本発明では、前記絶縁材料層は、非圧電性の材料で形成されていることが好ましい。
本発明では前記くし歯状電極部の側方の前記圧電性基板上に前記圧電性基板の表面に発生する表面波を反射させる反射器が設けられ、この反射器と前記圧電性基板の間に絶縁性材料層が設けられていることが好ましい。

本発明では、前記絶縁性材料層を例えば酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、窒化ケイ素（Ｓｉ₃Ｎ₄）のいずれか１種または２種以上によって形成することができる。

本発明では前記絶縁性材料層の膜厚が５ｎｍ以上２０ｎｍ以下であることが好ましい。
また、前記くし歯状電極部のくし歯部の中心間距離（ピッチ幅）をλｎｍ、前記絶縁性材料層の膜厚をＨｎｍとしたとき、前記絶縁性材料層の規格化膜厚Ｈ／λが０．００２５以上０．０１以下であることが好ましい。

さらに本発明では前記くし歯状電極部と前記反射器に圧電性基板中に含有している酸素の拡散を防止するために、前記くし歯状電極部と前記反射器のいずれか一方あるいは両方がＴｉＮからなる下地層を有していることが好ましい。

本発明では、前記くし歯状電極部と前記圧電性基板の間に絶縁性材料層が介在しているので前記圧電性基板の上に前記くし歯状電極部が直接積層されている弾性表面波素子と比べて反共振周波数が共振周波数に近づく。

しかも本発明では弾性表面波素子に外付のコイルやコンデンサーを付加することなく弾性表面波素子の反共振周波数と共振周波数の差を小さくできるので装置の小型化を推進できる。

図１は、本発明の第１の実施の形態の共振器及びこの共振器を用いて形成した高周波フィルタを示す平面図である。共振器Ｓ１１及び共振器Ｓ１２は弾性表面波素子であり、図１に示されるように接続されることにより入力ポートに入力された高周波信号のうち特定の周波数帯域の信号のみを出力ポートに出力するバンドパスフィルターＦ１１を構成している。

共振器Ｓ１１、Ｓ１２は圧電性基板１１の上に、くし歯状電極部１２及びくし歯状電極部１３がスパッタ法やメッキ法等を用いて成膜されることによって形成されている。くし歯状電極部１２とくし歯状電極部１３は図示Ｘ方向に所定の間隔をあけて互い違いに並べられている。

また、くし歯状電極部１２及びくし歯状電極部１３には接続部１４が電気的に接続されており、接続部１４を介して共振器Ｓ１１と共振器Ｓ１２が接続されている。

また共振器Ｓ１１の一端部ＡはバンドパスフィルタＦ１１の入力端子ｉｎに接続されて他端部Ｂは出力端子ｏｕｔに接続されている。また、共振器１２の一端部Ａは共振器Ｓ１１の一端部Ａに、共振器Ｓ１２の他端部Ｂは端子ＧＮＤを介してグラウンド電位に接続されている。本実施の形態では共振器Ｓ１１が本発明の第１共振器群を構成し、共振器Ｓ１２が本発明の第２共振器群に相当する。

図２は図１に示された共振器Ｓ１１を一点鎖線Ｄ１−Ｄ１線で切断し矢印方向からみた断面図である。図２に示されるようにくし歯状電極部１２、１３と圧電性基板１１の間に絶縁性材料層１６が形成されている。絶縁性材料層１６の誘電率は４から５である。絶縁性材料層１６は例えば酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）（比誘電率：３．８）、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）（比誘電率：９．４）、窒化ケイ素（Ｓｉ₃Ｎ₄）のいずれか１種または２種以上によって形成することができる。

本実施の形態ではくし歯状電極部１２，１３及び反射器１５，１５は下地層１７及び下地層１７の上に積層された金属層１８の２層構造を有している。下地層１７は例えば窒化チタン（ＴｉＮ）からなる。金属層１８はＡｌ、ＡｌＳｃ合金などのＡｌ合金、Ｃｕ、ＡｌＣｕ合金などのＣｕ合金によって形成される。

下地層１７が金属層１８と圧電性基板１１又は絶縁性材料層１６の間に設けられると圧電性基板１１や絶縁性材料層１６に含まれる酸素などの拡散を防止して金属層１８の劣化を抑制することができる。

また、金属層１８の上にＴｉＮなどからなる保護層を設けてもよい。
なお、くし歯状電極部１２、１３の両側部には圧電性基板１１の表面に発生した表面波を反射するための反射器１５，１５が設けられている。図１では、反射器１５を構成する各電極の端部どうしは開放されている。ただし、反射器１５を構成する各電極の端部どうしは短絡されていてもよい。

くし歯状電極部１２とくし歯状電極部１３に高周波信号が与えられると圧電性素子１１の表面に弾性表面波が発生し、この表面波が図示Ｘ方向及び図示Ｘ方向と反平行方向に進行する。前記表面波は反射器１５，１５によって反射されて、くし歯状電極部１２，１３に戻って来る。共振器（弾性表面波素子）Ｓ１１と共振器（弾性表面波素子Ｓ１２）は、共振周波数と反共振周波数を有しており、反共振周波数において最もインピーダンスが高くなる。

接続部１４及び反射器１５，１５は、くし歯状電極部１２，１３と同じ材料で形成されてもよいし、Ａｕなど他の導電性材料によって形成されてもよい。

図１及び図２に示される実施の形態では、くし歯状電極部１２のくし歯部１２ａとくし歯状電極部１３のくし歯部１３ａは同じ幅寸法Ｗ１を有しており、間隔幅Ｐ１も一定の値である。また、くし歯部１２ａとくし歯部１３ａはＬ１の長さ寸法で交差している。なお、幅寸法Ｗ１は０．３μｍ以上で１．５μｍ以下、間隔幅Ｐ１は０．６μｍ以上で１．５μｍ以下、長さ寸法Ｌ１は１６μｍ以上で２００μｍ以下である。また、共振器（弾性表面波素子）Ｓ１１のくし歯部１２ａの中心間距離（ピッチ幅）λとくし歯部１３ａの中心間距離（ピッチ幅）λは同じでありλは１.２μｍ以上６.０μｍ以下である。この中心間距離（ピッチ幅）λと共振器（弾性表面波素子）の表面波の波長が等しくなる。なお、くし歯状電極部１２、１３、接続部１４、反射器１５，１５はスパッタ法や蒸着法などの薄膜形成プロセス及びレジストフォトリソグラフィによるパターン形成によって形成される。

図３に図１にしめされたバンドパスフィルタＦ１１の等価回路図をしめす。共振器Ｓ１１はコンデンサＣ１１、インダクタＬ１１、コンデンサＣ１３とコンデンサＣ１４からなる共振器回路と等価になる。コンデンサＣ１１とインダクタＬ１１の直列接続は弾性表面波素子の電気機械結合を反映しておりコンデンサＣ１１の静電容量とインダクタＬ１１のインダクタンスの値によって共振器Ｓ１１の共振周波数が規定される。コンデンサＣ１１及びインダクタＬ１１に並列に接続されているコンデンサＣ１３はくし歯状電極部の各くし歯間の静電容量を反映している。さらに、コンデンサＣ１３に直列接続されているコンデンサ１４が本発明の特徴である絶縁性材料層１６による付加的な静電容量を反映している。

一方、くし歯状電極部１２，１３が圧電性基板の上に直接積層されている共振器Ｓ１２はコンデンサＣ２１、インダクタＬ２１とコンデンサＣ２２からなる共振器回路と等価になる。すなわち、共振器Ｓ１２の等価回路は従来の共振器の等価回路と同じである。

共振器Ｓ１１のくし歯状電極部１２，１３と 圧電性基板１１の間に絶縁性材料層１６が介在していると圧電性基板１１の上にくし歯状電極部１２，１３が直接積層されている弾性表面波素子と比べて反共振周波数が共振周波数に近づく。しかも本発明では弾性表面波素子に外付のコイルやコンデンサーを付加することなく弾性表面波素子の反共振周波数と共振周波数の差を小さくできるので装置の小型化を推進できる。

本発明の弾性表面波素子において反共振周波数が共振周波数に近づくのは、くし歯状電極部１２，１３と圧電性基板１１の間に絶縁性材料層１６が介在することによって弾性表面波素子の電気機械結合係数ｋ^２が小さくなるためと考えられる。

なお、共振器Ｓ１１の圧電性基板１１を介したくし歯状電極部１２，１３間の静電容量（図３のＣ１３とＣ１４の合成静電容量）は共振器Ｓ１２のの圧電性基板１１を介したくし歯状電極部１２，１３間の静電容量（図３のＣ２２）より小さい。

なお、図１では反射器１５、１５と圧電性基板１１の間にも絶縁性材料層１６が設けられている。ただし反射器１５、１５と圧電性基板１１の間に絶縁性材料層１６が設けられずに反射器１５、１５の上に圧電性基板１１が直接積層されていてもよい。

本発明では 絶縁性材料層１６の膜厚が５ｎｍ以上２０ｎｍ以下であることが好ましい。また、 くし歯状電極部１２，１３のくし歯部１２ａ，１３ａの中心間距離（ピッチ幅）をλｎｍ、絶縁性材料層１６の膜厚をＨｎｍとしたとき、絶縁性材料層１６の規格化膜厚Ｈ／λが０．００２５以上０．０１以下であることが好ましい。

バンドパスフィルタＦ１１の動作原理を説明する。図４（ａ）は共振器Ｓ１１及び共振器Ｓ１２の周波数特性を示すグラフである。図４（ａ）の縦軸はリアクタンスＸを示し、横軸は周波数ｆを示している。共振器Ｓ１１の反共振周波数ｆａｒ２は共振器Ｓ１２の反共振周波数ｆａｒ１よりも大きく、共振器Ｓ１１の共振周波数ｆｒ２と共振器Ｓ１２の反共振周波数ｆａｒ１は重なっている。

参考のため図１８に示された従来のバンドパスフィルターに搭載された共振器Ｓ１の周波数特性を点線で示す。共振器Ｓ１１のくし歯状電極部１２，１３と圧電性基板１１の間に絶縁性材料層１６が介在している（実施の形態）と圧電性基板１１の上にくし歯状電極部１２，１３が直接積層されている弾性表面波素子（従来例）と比べて反共振周波数ｆａｒ２が共振周波数ｆｒ２に近づく。なお共振周波数ｆｒ２は従来例のものから変化していない。また共振器Ｓ１２の共振周波数ｆｒ１及び反共振周波数ｆａｒ１は従来のバンドパスフィルターＦ１の共振器Ｓ２と同じである。

共振器Ｓ１１と共振器Ｓ１２を図に示すように接続して形成したバンドパスフィルタＦ１１の周波数特性は図４（ｂ）のグラフによって示される。共振器Ｓ１１の共振周波数ｆｒ２、すなわち共振器Ｓ１２の反共振周波数ｆａｒ１がバンドパスフィルタＦ１１の通過帯域の中心周波数になる。また、共振器Ｓ１２の共振周波数ｆｒ１付近及び共振器Ｓ１１の反共振周波数ｆａｒ２付近においてバンドパスフィルタＦ１１の減衰量が大きくなり、共振器Ｓ１２の共振周波数ｆｒ１以下及び共振器Ｓ１１の反共振周波数ｆａｒ２以上の帯域が減衰帯域である。

本実施の形態のバンドパスフィルタＦ１１は共振器Ｓ１１の反共振周波数ｆａｒ２と共振周波数ｆｒ２を近づけることができるため通過帯域外の周波数を急峻かつ十分に減衰させることができる。

図５は本発明の第２の実施の形態の高周波フィルタとしてのバンドパスフィルタを示す平面図である。

このバンドパスフィルタＦ１２も図１に示されるバンドパスフィルタＦ１１と同様に弾性表面波素子である共振器Ｓ２１、共振器Ｓ２２及び共振器Ｓ２３が接続されることによって形成されている。弾性表面波素子である共振器Ｓ２１は図１の共振器Ｓ１１と同様の構成であり、共振器Ｓ２２及び共振器Ｓ２３は図１の共振器Ｓ１２と同様の構成である。従って、図５では共振器Ｓ２１が本発明の共振器であり、共振器Ｓ２１のくし歯状電極部１２及びくし歯状電極部１３並びに反射器１５，１５と圧電性基板１１の間に絶縁性材料層１６が設けられている。

共振器Ｓ２１、Ｓ２２、Ｓ２３も圧電性基板１１の上に、くし歯状電極部１２及びくし歯状電極部１３がスパッタ法やメッキ法等を用いて成膜されることによって形成されている。くし歯状電極部１２とくし歯状電極部１３は図示Ｘ方向に所定の間隔をあけて互い違いに並べられている。なお、共振器Ｓ２１をＤ１−Ｄ１線で切断して矢印方向からみた断面図は図２に示された断面図と同様である。

また、共振器Ｓ２１のくし歯状電極部１３と共振器Ｓ２２のくし歯状電極部１２は接続部１４を介して電気的に接続されており、共振器Ｓ２１のくし歯状電極部１２と共振器Ｓ２３のくし歯状電極部１２は接続部２０を介して電気的に接続されている。

共振器Ｓ２１の一端部ＡはバンドパスフィルタＦ１２の入力端子ｉｎに接続されて他端部Ｂは出力端子ｏｕｔに接続されている。共振器Ｓ２２の一端部Ａは共振器Ｓ２１の一端部Ａに、共振器Ｓ２２の他端部Ｂは端子ＧＮＤを介してグラウンド電位に接続されている。共振器Ｓ２３の一端部Ａは共振器Ｓ２１の他端部Ａに、共振器Ｓ２３の他端部Ｂは端子ＧＮＤを介してグラウンド電位に接続されている。本実施の形態では共振器Ｓ２１が本発明の第１共振器群を構成し、共振器Ｓ２２及び共振器Ｓ２３が本発明の第２共振器群を構成する。

バンドパスフィルタＦ１２の端子ｉｎと端子ＧＮＤからなる入力ポート側に入力された高周波信号のうち特定の周波数帯域の信号のみが端子ｏｕｔと端子ＧＮＤからなる出力ポートに出力される。

図６に図５にしめされたバンドパスフィルタＦ１２の等価回路図をしめす。バンドパスフィルタＦ１２はいわゆるπ型のバンドパスフィルタである。

共振器Ｓ２１はコンデンサＣ１１、インダクタＬ１１、コンデンサＣ１３とコンデンサＣ１４からなる共振器回路と等価になる。コンデンサ１３に直列接続されているコンデンサ１４が本発明の特徴である絶縁性材料層１６による付加的な静電容量を反映している。

一方、くし歯状電極部１２，１３が圧電性基板の上に直接積層されている共振器Ｓ２２及び共振器Ｓ２３はそれぞれコンデンサＣ２１、インダクタＬ２１とコンデンサＣ２２からなる共振器回路及びコンデンサＣ３１、インダクタＬ３１とコンデンサＣ３２からなる共振器回路と等価になる。すなわち、共振器Ｓ２２及び共振器Ｓ２３の等価回路は従来の共振器の等価回路と同じである。

本実施の形態でも本実施の形態のバンドパスフィルタＦ１２は共振器Ｓ２１の反共振周波数ｆａｒと共振周波数ｆｒを近づけることができるため通過帯域外の周波数を急峻かつ十分に減衰させることができる。

図７は本発明の第３の実施の形態の高周波フィルタとしてのバンドパスフィルタを示す平面図である。

このバンドパスフィルタＦ１３も弾性表面波素子である共振器Ｓ３１、共振器Ｓ３２及び共振器Ｓ３３が接続されることによって形成されている。弾性表面波素子である共振器Ｓ３１及びＳ３３は図１の共振器Ｓ１１と同様の構成であり、共振器Ｓ３２は図１の共振器Ｓ１２と同様の構成である。従って、図５では共振器Ｓ３１及びＳ３３が本発明の共振器であり、共振器Ｓ３１及びＳ３３のくし歯状電極部１２及びくし歯状電極部１３並びに反射器１５，１５と圧電性基板１１の間に絶縁性材料層１６が設けられている。

共振器Ｓ３１、Ｓ３２、Ｓ３３も圧電性基板１１の上に、くし歯状電極部１２及びくし歯状電極部１３がスパッタ法やメッキ法等を用いて成膜されることによって形成されている。くし歯状電極部１２とくし歯状電極部１３は図示Ｘ方向に所定の間隔をあけて互い違いに並べられている。なお、共振器Ｓ３１及び共振器Ｓ３２をＤ１−Ｄ１線で切断して矢印方向からみた断面図は図２に示された断面図と同様である。

共振器Ｓ３１のくし歯状電極部１２、共振器Ｓ３２のくし歯状電極部１２及び共振器Ｓ３３のくし歯状電極部１３は接続部１４を介して電気的に接続されている。

共振器Ｓ３１の一端部ＡはバンドパスフィルタＦ１３の入力端子ｉｎに接続されて他端部Ｂは共振器Ｓ３３の一端部Ａに接続されている。共振器Ｓ３３の他端部Ｂは出力端子ｏｕｔに接続されている。共振器Ｓ３２の一端部Ａは共振器Ｓ３１の他端部Ｂ及び共振器Ｓ３３の一端部Ａに、共振器Ｓ３２の他端部Ｂは端子ＧＮＤを介してグラウンド電位に接続されている。本実施の形態では共振器Ｓ３１及び共振器Ｓ３３が本発明の第１共振器群を構成し、共振器Ｓ３２が本発明の第２共振器群に相当する。

バンドパスフィルタＦ１３の端子ｉｎと端子ＧＮＤからなる入力ポートＰ１側に入力された高周波信号のうち特定の周波数帯域の信号のみが端子ｏｕｔと端子ＧＮＤからなる出力ポートＰ２に出力される。

図８に図７にしめされたバンドパスフィルタＦ１３の等価回路図をしめす。このバンドパスフィルタＦ１３はいわゆるＴ型のバンドパスフィルタである。

共振器Ｓ３１はコンデンサＣ４１、インダクタＬ４１、コンデンサＣ４３とコンデンサＣ４４からなる共振器回路と等価になり、共振器Ｓ３３はコンデンサＣ６１、インダクタＬ６１、コンデンサＣ６３とコンデンサＣ６４からなる共振器回路と等価になる。コンデンサＣ４３に直列接続されているコンデンサＣ４４及びコンデンサＣ６３に直列接続されているコンデンサＣ６４が本発明の特徴である絶縁性材料層１６による付加的な静電容量を反映している。

一方、くし歯状電極部１２，１３が圧電性基板の上に直接積層されている共振器Ｓ３２はコンデンサＣ５１、インダクタＬ５１とコンデンサＣ５２からなる共振器回路と等価になる。すなわち、共振器Ｓ３２の等価回路は従来の共振器の等価回路と同じである。

本実施の形態でも本実施の形態のバンドパスフィルタＦ１３は共振器Ｓ３１及び共振器Ｓ３３の共振周波数ｆｒと反共振周波数ｆａｒを近づけることができるため通過帯域外の周波数を急峻かつ十分に減衰させることができる。

また、共振器Ｓ３１の絶縁性材料層１６と共振器Ｓ３２の絶縁性材料層１６の膜厚を変化させてくし歯状電極部１２，１３間の静電容量を変更することによって図９に示されるような周波数特性を有するバンドパスフィルタを構成することもできる。

図１０は本発明の第４の実施の形態の高周波フィルタとしてのバンドパスフィルタを示す平面図である。

このバンドパスフィルタＦ１４も共振器Ｓ４１、共振器Ｓ４２、共振器Ｓ４３及び共振器Ｓ４４が接続されることによって形成されている。弾性表面波素子である共振器Ｓ４１及びＳ４３は図１の共振器１１と同様の構成であり、共振器Ｓ４２及び共振器Ｓ４４は図１の共振器Ｓ１２と同様の構成である。従って、図５では共振器Ｓ４１及びＳ４３が本発明の共振器であり、共振器Ｓ４１及びＳ４３のくし歯状電極部１２及びくし歯状電極部１３並びに反射器１５，１５と圧電性基板１１の間に絶縁性材料層１６が設けられている。

共振器Ｓ４１、Ｓ４２、Ｓ４３、Ｓ４４は圧電性基板１１の上に、くし歯状電極部１２及びくし歯状電極部１３がスパッタ法やメッキ法等を用いて成膜されることによって形成されている。くし歯状電極部１２とくし歯状電極部１３は図示Ｘ方向に所定の間隔をあけて互い違いに並べられている。なお、共振器Ｓ４１及び共振器Ｓ４３をＤ１−Ｄ１線で切断して矢印方向からみた断面図は図２に示された断面図と同様である。

共振器Ｓ４１のくし歯状電極部１２、共振器Ｓ４２のくし歯状電極部１２及び共振器Ｓ４３のくし歯状電極部１３は接続部１４を介して電気的に接続されている。共振器Ｓ４３のくし歯状電極部１２と共振器Ｓ４４のくし歯状電極部１２は接続部２１を介して電気的に接続されている。

共振器Ｓ４１の一端部ＡはバンドパスフィルタＦ１４の入力端子ｉｎに接続されて他端部Ｂは共振器Ｓ４３の一端部Ａ及び共振器Ｓ４２の一端部Ａに接続されている。共振器Ｓ４３の他端部Ｂは出力端子ｏｕｔに接続されている。共振器Ｓ４２の他端部Ｂは端子ＧＮＤを介してグラウンド電位に接続されている。共振器Ｓ４４の一端部Ａは共振器Ｓ４３の他端部Ｂに接続され他端部Ｂは端子ＧＮＤを介してグラウンド電位に接続されている。

本実施の形態では共振器Ｓ４１及び共振器Ｓ４３が本発明の第１共振器群を構成し、共振器Ｓ４２及び共振器Ｓ４４が本発明の第２共振器群を構成する。

バンドパスフィルタＦ１４の端子ｉｎと端子ＧＮＤからなる入力ポートＰ１側に入力された高周波信号のうち特定の周波数帯域の信号のみが端子ｏｕｔと端子ＧＮＤからなる出力ポートＰ２に出力される。

図１１は、本発明の第５の実施の形態の共振器及びこの共振器を用いて形成した高周波フィルタを示す平面図である。このバンドパスフィルタＦ１５は弾性表面波素子である共振器Ｓ５１及び共振器Ｓ５２が接続されることによって形成されている。

共振器Ｓ５１、Ｓ５２は圧電性基板１１の上に、くし歯状電極部１２及びくし歯状電極部１３がスパッタ法やメッキ法等を用いて成膜されることによって形成されている。くし歯状電極部１２とくし歯状電極部１３は図示Ｘ方向に所定の間隔をあけて互い違いに並べられている。

くし歯状電極部１２及びくし歯状電極部１３には接続部１４が電気的に接続されており、接続部１４を介して共振器Ｓ５１と共振器Ｓ５２が接続されている。

また共振器Ｓ５１の一端部ＡはバンドパスフィルタＦ１５の入力端子ｉｎに接続されて他端部Ｂは出力端子ｏｕｔに接続されている。また、共振器Ｓ５１の他端部Ｂは共振器Ｓ５２の一端部Ａに、共振器Ｓ５２の他端部Ｂは端子ＧＮＤを介してグラウンド電位に接続されている。本実施の形態では共振器Ｓ５１が本発明の第１共振器群を構成し、共振器Ｓ５２が本発明の第２共振器群に相当する。図１２に図１１にしめされたバンドパスフィルタＦ１５の等価回路図をしめす。

本実施の形態でもバンドパスフィルタＦ１５は共振器Ｓ５１の共振周波数ｆｒと反共振周波数ｆａｒを近づけることができるため通過帯域外の周波数を急峻かつ十分に減衰させることができる。

なお、上述した本発明の実施の形態の共振器（弾性表面波素子）では反射器１５、１５と圧電性基板１１の間にも絶縁性材料層１６が設けられている。ただし反射器１５、１５と圧電性基板１１の間に絶縁性材料層１６が設けられずに反射器１５、１５の上に圧電性基板１１が直接積層されていてもよい。

圧電性基板とくし歯状電極部の間に絶縁性材料層が設けられた本発明の弾性表面波素子（共振器）の前記絶縁性材料層の膜厚と共振器の静電容量Ｃｏ及び電気機械結合係数ｋ^２、並びに反共振周波数ｆａｒと共振周波数ｆｒの差との関係を調べた。

まず、圧電性基板上にスパッタ法を用いて酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）からなる絶縁性材料層を形成し、この絶縁性材料層の上に、導電性材料を用いてくし歯状電極部及び反射器を形成する。

本実施例の弾性表面波素子（共振器）は図１に示される共振器Ｓ１１と同じ形状である。なお、測定は一個の弾性表面波素子（共振器）に対して行なった。くし歯状電極部と反射器の各寸法を以下に示す。

くし歯状電極部のくし歯部の幅寸法Ｗ１及び反射器の各ストリップの幅寸法Ｗ２：Ｗ１＝Ｗ２＝０．４μｍ〜０．５４５μｍ

くし歯状電極部のくし歯部の間隔寸法Ｐ１及び反射器の各ストリップの間隔寸法Ｐ２：Ｐ１＝Ｐ２＝０．４μｍ〜０．５４５μｍ

くし歯部１３ａとくし歯部１４ａの交差長さ寸法Ｌ１
：Ｌ１＝３３×（弾性表面波の波長λ）＝４０×２×（Ｗ１＋Ｐ１）

くし歯状電極部の膜厚及び反射器の各ストリップの膜厚：Ｈ１＝０．０９５μｍ
くし歯状電極部のくし歯部の本数：２００本
反射器のストリップの本数：５０本

くし歯状電極部と反射器の間の距離Ｌ２：Ｌ２＝Ｐ１＝Ｐ２＝０．４μｍ〜０．５４５μｍ

なお、圧電基板の材料はＬｉＴａＯ_３である。本実施例では１．７ＧＨｚ〜２．１ＧＨｚにしている。また、くし歯状電極部及び反射器はＣｕ_97.0Ａｇ_3.0合金（下付きの数値は質量％）によって形成されている。

図１３は絶縁性材料層の膜厚（ＳｉＯ_２膜厚）と弾性表面波素子の電気機械結合係数ｋ^２との関係を示すグラフである。

また、図１４のグラフは絶縁性材料層の規格化膜厚（Ｈ（ＳｉＯ_２）／λ）と弾性表面波素子の電気機械結合係数ｋ^２との関係を示している。前記絶縁性材料層の規格化膜厚Ｈ／λとは、くし歯状電極部１２，１３の絶縁性材料層１６の膜厚Ｈｎｍをくし歯部の中心間距離（ピッチ幅）λｎｍで割った値である。なお、くし歯部の中心間距離（ピッチ幅）λは圧電性基板の表面を伝播する弾性表面波の波長に等しい。

図１３の結果から、くし歯状電極部と圧電性基板との間に設けられた絶縁層の膜厚が大きくなるほど弾性表面波素子の電気機械結合係数ｋ^２が線形的に小さくなることがわかる。

図１４の結果も前記絶縁性材料層の規格化膜厚Ｈ／λが大きくなるほど弾性表面波素子の電気機械結合係数ｋ^２が線形的に小さくなることを示している。

図１５は絶縁性材料層の膜厚（ＳｉＯ_２膜厚）とくし歯状電極部の間の静電容量Ｃｏとの関係を示すグラフである。図１６は絶縁性材料層の規格化膜厚Ｈ／λとくし歯状電極部の間の静電容量Ｃｏとの関係を示すグラフである。

くし歯状電極部の間の静電容量Ｃｏとは、図２における圧電性基板１１及び絶縁性材料層１６を介したくし歯状電極部１２，１３間の静電容量の合計（図３のＣ１３とＣ１４の合成静電容量）である。

図１５の結果から、くし歯状電極部と圧電性基板との間に設けられた絶縁性材料層の膜厚が大きくなるほど弾性表面波素子とくし歯状電極部の間の静電容量Ｃｏが線形的に小さくなることがわかる。また、図１６の結果も前記絶縁性材料層の規格化膜厚Ｈ／λが大きくなるほど弾性表面波素子とくし歯状電極部の間の静電容量Ｃｏが線形的に小さくなることを示している。

図１７のグラフは絶縁性材料層の規格化膜厚（Ｈ（ＳｉＯ_２）／λ）と弾性表面波素子（共振器）の反共振周波数ｆａｒと共振周波数ｆｒの差を共振周波数で割った値Δｆ／ｆｒとの関係を示すグラフである。

図１７の結果から前記絶縁性材料層の規格化膜厚Ｈ／λが大きくなるほどΔｆ／ｆｒが線形的に小さくなることがわかる。

共振器のΔｆ／ｆｒを小さくすることによって、この共振器を用いて形成したバンドパスフィルタの通過帯域外の周波数を急峻に減衰させることができる。

前記絶縁性材料層の規格化膜厚Ｈ／λが大きくなるほどΔｆ／ｆｒが線形的に小さくなるのは、図１３及び図１４に示されたように弾性表面波素子の電気機械結合係数ｋ^２が小さくなるためであると考えられる。

なお、図１５及び図１６に示されるようにくし歯状電極部と圧電性基板の間に絶縁性材料層を設けることによって、弾性表面波素子（共振器）のΔｆ／ｆｒを小さくすると同時に弾性表面波素子とくし歯状電極部の間の静電容量Ｃｏを小さくすることができる。

本発明は、弾性表面波素子（共振器）のΔｆ／ｆｒを小さくするところに特徴がある。
ただし、くし歯状電極部と圧電性基板の間の絶縁性材料層の膜厚及び規格化膜厚が大きすぎると、圧電性基板の表面に弾性表面波を励起する効率が低下する。このため、本発明では絶縁性材料層の膜厚の上限は２０ｎｍ以下、また規格化膜厚の上限が０．０１以下であることが好ましいとした。

本発明の共振器（弾性表面波素子）及びこの共振器を用いて形成したバンドパスフィルタの第１の実施の形態を示す平面図、 図１の弾性表面波素子をＤ１−Ｄ１線で切断して矢印方向から見た部分断面図、 図１に示されたバンドパスフィルタの等価回路図、 図１に示された共振器の周波数特性をしめす図、 図１に示されたバンドパスフィルタの周波数特性をしめす図、 本発明の共振器（弾性表面波素子）及びこの共振器を用いて形成したバンドパスフィルタの第２の実施の形態を示す平面図、 図５に示されたバンドパスフィルタの等価回路図、 本発明の共振器（弾性表面波素子）及びこの共振器を用いて形成したバンドパスフィルタの第３の実施の形態を示す平面図、 図７に示されたバンドパスフィルタの等価回路図、 図７に示されたバンドパスフィルタの周波数特性の一例をしめす図、 本発明の共振器（弾性表面波素子）及びこの共振器を用いて形成したバンドパスフィルタの第４の実施の形態を示す平面図、 本発明の共振器（弾性表面波素子）及びこの共振器を用いて形成したバンドパスフィルタの第５の実施の形態を示す平面図、 図１１に示されたバンドパスフィルタの等価回路図、 絶縁性材料層の膜厚（ＳｉＯ_２膜厚）と弾性表面波素子の電気機械結合係数ｋ^２との関係を示すグラフ、 絶縁性材料層の規格化膜厚（Ｈ（ＳｉＯ_２）／λ）と弾性表面波素子の電気機械結合係数ｋ^２との関係を示すグラフ、 絶縁性材料層の膜厚（ＳｉＯ_２膜厚）とくし歯状電極部の間の静電容量Ｃｏとの関係を示すグラフ、 絶縁性材料層の規格化膜厚Ｈ／λとくし歯状電極部の間の静電容量Ｃｏとの関係を示すグラフ、 絶縁性材料層の規格化膜厚（Ｈ（ＳｉＯ_２）／λ）と弾性表面波素子（共振器）の反共振周波数ｆａｒと共振周波数ｆｒの差を共振周波数で割った値Δｆ／ｆｒとの関係を示すグラフ、 従来の共振器（弾性表面波素子）及びこの共振器を用いて形成したバンドパスフィルタの平面図、 図１８に示されたバンドパスフィルタの等価回路図、 図１８の弾性表面波素子をＤ−Ｄ線で切断して矢印方向から見た部分断面図、 図１８に示された共振器の周波数特性をしめす図、 図１８に示されたバンドパスフィルタの周波数特性をしめす図、

符号の説明

１１ 圧電基板
１２、１３ くし歯状電極部
１４ 接続電極部
１５ 反射器
１６ 絶縁性材料層
Ｓ１１、Ｓ１２ 共振器（弾性表面波素子）
Ｆ１１ バンドパスフィルタ

Claims (7)

1. 圧電性基板と、前記圧電性基板上に薄膜形成された電極部を有する複数の弾性表面波素子によって構成されるバンドパスフィルタにおいて、
   前記弾性表面波素子の前記電極部は、くし歯状電極部及び前記くし歯状電極部に接続された接続部を有して構成され、
   前記弾性表面波素子のうち、前記入力端子と出力端子との間に設けられた前記弾性表面波素子は、前記くし歯状電極部と前記圧電性基板の間に絶縁性材料層が設けられており、
   前記入力端子と前記出力端子間を接続する信号線路とグランド電位間に設けられた前記弾性表面波素子は、前記くし歯状電極部が前記圧電性基板上に直接形成されていることを特徴とする弾性表面波素子を用いたバンドパスフィルタ。
2. 前記絶縁材料層は、非圧電性の材料で形成されている請求項１記載の弾性表面波素子を用いたバンドパスフィルタ。
3. 前記くし歯状電極部の側方の前記圧電性基板上に前記圧電性基板の表面に発生する表面波を反射させる反射器が設けられ、この反射器と前記圧電性基板の間に絶縁性材料層が設けられている請求項１又は２に記載の弾性表面波素子を用いたバンドパスフィルタ。
4. 前記絶縁性材料層が酸化ケイ素（ＳｉＯ₂）、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）、窒化ケイ素（Ｓｉ₃Ｎ₄）のいずれか１種または２種以上によって形成されている請求項１ないし３のいずれかに記載の弾性表面波素子を用いたバンドパスフィルタ。
5. 前記絶縁性材料層の膜厚が５ｎｍ以上２０ｎｍ以下である請求項１ないし４のいずれかに記載の弾性表面波素子を用いたバンドパスフィルタ。
6. 前記くし歯状電極部のくし歯部の中心間距離（ピッチ幅）をλｎｍ、前記絶縁性材料層の膜厚をＨｎｍとしたとき、前記絶縁性材料層の規格化膜厚Ｈ／λが０．００２５以上０．０１以下である請求項１ないし５のいずれかに記載の弾性表面波素子を用いたバンドパスフィルタ。
7. 前記くし歯状電極部と前記反射器のいずれか一方あるいは両方がＴｉＮからなる下地層を有している請求項１ないし６のいずれかに記載の弾性表面波素子を用いたバンドパスフィルタ。

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