JP4075887B2 - Surface acoustic wave device - Google Patents
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Description
本発明は、例えば共振子や帯域フィルタとして用いられる弾性表面波装置に関し、より詳細には、弾性体基板上に誘電体薄膜が形成されており、該弾性体基板と誘電体薄膜との間にIDT電極及び/または反射器電極が形成された弾性表面波装置に関する。 The present invention relates to a surface acoustic wave device used as, for example, a resonator or a bandpass filter. More specifically, a dielectric thin film is formed on an elastic substrate, and the elastic substrate is interposed between the elastic substrate and the dielectric thin film. The present invention relates to a surface acoustic wave device in which an IDT electrode and / or a reflector electrode is formed.
従来、例えば移動体通信機器の帯域フィルタなどに弾性表面波装置が広く用いられている。弾性表面波装置では、圧電体と接するように少なくとも一対のくし歯電極よりなる少なくとも1つのインターデジタル電極(以下、IDT電極)が形成されている。 Conventionally, surface acoustic wave devices have been widely used, for example, in band filters of mobile communication devices. In the surface acoustic wave device, at least one interdigital electrode (hereinafter referred to as an IDT electrode) including at least a pair of comb-tooth electrodes is formed so as to be in contact with the piezoelectric body.
上記圧電体としては、様々な圧電材料からなる圧電基板が用いられている。また、ガラス基板や圧電基板などの弾性体基板上に、圧電性を有する誘電体薄膜を形成した構造や、圧電基板上に圧電性を有しない誘電体薄膜を形成した構造を有する弾性表面波装置も提案されている。例えば、弾性体基板上に誘電体薄膜を形成した弾性表面波装置は、下記の非特許文献1などに示されている。
As the piezoelectric body, piezoelectric substrates made of various piezoelectric materials are used. Also, a surface acoustic wave device having a structure in which a dielectric thin film having piezoelectricity is formed on an elastic substrate such as a glass substrate or a piezoelectric substrate, or a structure in which a dielectric thin film not having piezoelectricity is formed on a piezoelectric substrate. Has also been proposed. For example, a surface acoustic wave device in which a dielectric thin film is formed on an elastic substrate is disclosed in Non-Patent
従来の誘電体薄膜を用いた弾性表面波装置では、主として、所定距離を隔てて配置された複数のIDT電極を有する、トランスバーサル型の構造が用いられている。トランスバーサル型の構造では、IDT電極におけるストリップによるTTE(トリプル・トランジット・エコー)の反射により、不要リップルが生じる。そこで、このような不要リップルを抑制するために、電極のストリップにおける反射が極力抑制されることが望ましい。従って、IDT電極として、音響的な反射を生じないダブルストリップ型のIDT電極や、反射が抑制されたシングルストリップを有するIDT電極などが用いられていた。 A conventional surface acoustic wave device using a dielectric thin film mainly uses a transversal structure having a plurality of IDT electrodes arranged at a predetermined distance. In the transversal structure, unnecessary ripples are generated due to the reflection of TTE (triple transit echo) by the strip on the IDT electrode. Therefore, in order to suppress such unnecessary ripples, it is desirable to suppress reflection on the strip of the electrode as much as possible. Therefore, as the IDT electrode, a double strip type IDT electrode that does not cause acoustic reflection, an IDT electrode having a single strip in which reflection is suppressed, and the like have been used.
他方、近年、損失の低減を図るために、一方向性ストリップを利用した弾性表面波装置が種々提案されている。一方向性ストリップを利用した構造を有する弾性表面波装置では、方向性を大きくするために、ストリップにおける反射を高める必要がある。 On the other hand, in recent years, various surface acoustic wave devices using unidirectional strips have been proposed in order to reduce loss. In a surface acoustic wave device having a structure using a unidirectional strip, it is necessary to increase the reflection in the strip in order to increase the directivity.
また、下記の非特許文献2などに開示されている共振器構造を有する弾性表面波装置に用いられる反射器では、反射量の大きなストリップにより反射器を構成することにより、少ないストリップ本数で所望の反射量が得られるとされている。また、上記「多対IDTの結合モード解析」に開示されている多対IDTでは、IDTを構成するストリップの反射量を増大させることにより、IDTの変換特性を急峻とし得ることが示されている。
上述したように、従来、IDT電極や反射器におけるストリップの反射を高める必要がある弾性表面波装置が種々提案されていた。しかしながら、これらの弾性表面波装置では、圧電基板上にIDT電極や反射器電極が形成されていた。 As described above, conventionally, various surface acoustic wave devices that need to enhance the reflection of strips in IDT electrodes and reflectors have been proposed. However, in these surface acoustic wave devices, IDT electrodes and reflector electrodes are formed on the piezoelectric substrate.
他方、前述した誘電体薄膜を用いた弾性表面波装置、すなわちガラス基板や圧電基板上に圧電性を有する誘電体薄膜を形成した弾性表面波装置や、圧電基板上に圧電性を有しない誘電体薄膜もしくは圧電性を有する誘電体薄膜を形成した構造を有する弾性表面波装置では、IDT電極や反射器のストリップの反射係数が小さく、IDTの変換特性の急峻性を高めたり、小型化及び低損失化を図ることが困難であった。 On the other hand, a surface acoustic wave device using the dielectric thin film described above, that is, a surface acoustic wave device in which a dielectric thin film having piezoelectricity is formed on a glass substrate or a piezoelectric substrate, or a dielectric having no piezoelectricity on a piezoelectric substrate. In a surface acoustic wave device having a structure in which a thin film or a dielectric thin film having piezoelectricity is formed, the reflection coefficient of the IDT electrode or reflector strip is small, and the steepness of the conversion characteristics of the IDT is increased, and the size and the loss are reduced. It was difficult to make it easier.
本発明は、上述した従来技術の現状に鑑み、弾性体基板上に誘電体薄膜が形成されており、該誘電体薄膜と弾性体基板との間にIDT電極及び/または反射器電極が形成されている構造において、IDT電極及び/または反射器電極のストリップの反射係数を高めることができ、それによって変換特性の急峻性を高めることができ、かつ小型化及び低損失化を図ることができる弾性表面波装置の提供を目的とする。 In the present invention, a dielectric thin film is formed on an elastic substrate in view of the current state of the prior art described above, and an IDT electrode and / or a reflector electrode is formed between the dielectric thin film and the elastic substrate. In the structure, the reflection coefficient of the strip of the IDT electrode and / or the reflector electrode can be increased, whereby the steepness of the conversion characteristic can be increased, and the size and the loss can be reduced. An object is to provide a surface acoustic wave device.
本発明は、弾性体基板と、前記弾性体基板上に形成された誘電体薄膜とを備え、前記弾性体基板及び誘電体薄膜の少なくとも一方が圧電性材料からなり、前記弾性体基板と前記誘電体薄膜との間に形成されたIDT電極及び/または反射器電極をさらに備え、前記IDT及び/または反射器電極が、表面波伝搬方向において表面波の半波長区間に1本のストリップを配置した区間を少なくとも1つ有し、前記ストリップによる反射を利用しており、表面波の波長をλとしたときに、前記ストリップの膜厚が0.01λよりも大きくされており、かつ前記ストリップのデューティ比が0.5より大きくされている弾性表面波装置において、前記誘電体薄膜が前記IDT電極及び/または反射器電極のストリップを被覆している部分において、該ストリップ上の誘電体薄膜部分の上面がストリップから離れた誘電体薄膜部分に対して傾斜面を介して隆起されており、該傾斜面のストリップ上の誘電体薄膜部分の上面に対する傾斜角度が40度〜80度の範囲であることを特徴とする。 The present invention includes an elastic substrate and a dielectric thin film formed on the elastic substrate, wherein at least one of the elastic substrate and the dielectric thin film is made of a piezoelectric material, and the elastic substrate and the dielectric An IDT electrode and / or reflector electrode formed between the body thin film and the IDT electrode and / or reflector electrode, wherein the IDT and / or reflector electrode has one strip disposed in a half-wavelength section of the surface wave in the surface wave propagation direction. It has at least one section, uses reflection by the strip , and when the wavelength of the surface wave is λ, the thickness of the strip is larger than 0.01λ, and the duty of the strip In the surface acoustic wave device in which the ratio is larger than 0.5 , the dielectric thin film covers the strip of the IDT electrode and / or the reflector electrode. The upper surface of the dielectric thin film portion on the trip is raised via an inclined surface with respect to the dielectric thin film portion away from the strip, and the inclined angle of the inclined surface with respect to the upper surface of the dielectric thin film portion on the strip is 40 degrees. wherein the range der Rukoto of 80 degrees.
本発明は、上記のように、弾性体基板上に、誘電体薄膜を形成した構造を有し、該弾性体基板と誘電体薄膜との間にIDT電極及び/または反射器電極が形成されている。ここで、弾性体基板としては、ガラス基板やアルミナ基板などの圧電性を有しない弾性体基板、または圧電セラミックスもしくは圧電単結晶からなる圧電基板が用いられる。また、上記誘電体薄膜としては、弾性体基板が圧電性を有しない場合には、圧電性を有する誘電体薄膜、例えばZnO膜などが用いられる。もっとも、弾性体基板が圧電性を有する場合、すなわち圧電基板である場合には、誘電体薄膜が圧電性を有する誘電体薄膜、すなわち圧電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。 As described above, the present invention has a structure in which a dielectric thin film is formed on an elastic substrate, and an IDT electrode and / or a reflector electrode is formed between the elastic substrate and the dielectric thin film. Yes. Here, as the elastic substrate, an elastic substrate having no piezoelectricity such as a glass substrate or an alumina substrate, or a piezoelectric substrate made of piezoelectric ceramics or a piezoelectric single crystal is used. Further, as the dielectric thin film, when the elastic substrate does not have piezoelectricity, a dielectric thin film having piezoelectricity, such as a ZnO film, is used. However, when the elastic substrate has piezoelectricity, that is, when it is a piezoelectric substrate, the dielectric thin film may be a dielectric thin film having piezoelectricity, that is, a piezoelectric thin film, or a dielectric having no piezoelectricity. It may be a thin film.
また、弾性表面波装置を構成するために、通常、少なくとも1つのIDT電極が形成されるが、本発明においては、IDT電極及び/または反射器電極が、表面波伝搬方向において、表面波の半波長区間に1本のストリップを配置した区間を少なくとも1つ有し、該ストリップによる反射が利用されている。 In order to constitute a surface acoustic wave device, at least one IDT electrode is usually formed. However, in the present invention, the IDT electrode and / or the reflector electrode has a half-surface wave in the surface wave propagation direction. There is at least one section in which one strip is arranged in the wavelength section, and reflection by the strip is used.
本発明では、誘電体薄膜がIDT電極及び/または反射器電極のストリップを被覆している部分において、ストリップ上の誘電体薄膜部分がストリップから離れた誘電体薄膜部分に対して傾斜面を介して隆起されており、該傾斜面のストリップを被覆している誘電体薄膜部分の上面に対する傾斜角度が40度〜80度の範囲とされており、それによってストリップの反射係数が一層高められる。 In the present invention, in the portion where the dielectric thin film covers the strip of the IDT electrode and / or the reflector electrode, the dielectric thin film portion on the strip passes through the inclined surface with respect to the dielectric thin film portion away from the strip. are raised, the inclination angle with respect to the upper surface of the dielectric thin film portion covering the strip of the inclined surface are in the range of 4 0 to 80 degrees, whereby the reflection coefficient of the strip is increased one layer.
また、本発明においては、上記誘電体薄膜の密度は、好ましくは、IDT電極及び/または反射器電極の密度よりも高くされ、それによって、ストリップによる反射係数が効果的に高められる。 In the present invention, the density of the dielectric thin film is preferably higher than that of the IDT electrode and / or the reflector electrode, thereby effectively increasing the reflection coefficient of the strip.
本発明において、IDT電極及び/または反射器電極を構成する材料としては、アルミニウム、アルミニウムに銅、シリコン、チタンなどを添加した合金、金または銅などの様々な金属もしくは合金が用いられる。また、上記誘電体薄膜としては、ZnO薄膜、Ta2O5薄膜またはCdS薄膜などが用いられ、上記弾性体基板材料として、水晶、ガラス、サファイアまたはシリコンなどが用いられる。 In the present invention, as a material constituting the IDT electrode and / or reflector electrode, aluminum, an alloy obtained by adding copper, silicon, titanium or the like to aluminum, or various metals or alloys such as gold or copper are used. In addition, a ZnO thin film, a Ta 2 O 5 thin film, a CdS thin film, or the like is used as the dielectric thin film, and quartz, glass, sapphire, silicon, or the like is used as the elastic substrate material.
水晶やLT、LBOなどの圧電体基板上にIDT電極及び/または反射器電極を形成した従来の構成では、電極の膜厚や線幅が変化されたとしても、κ12の符号は変わらず、一定である。 In a conventional configuration in which an IDT electrode and / or a reflector electrode is formed on a piezoelectric substrate such as quartz, LT, or LBO, even if the film thickness or line width of the electrode is changed, the sign of κ 12 does not change, It is constant.
ところが、本発明の特定の局面において、上記IDT電極及び/または反射器電極を構成する材料としてアルミニウムを用い、かつ上記誘電体薄膜としてZnO薄膜を用いた場合、上記誘電体薄膜の密度より上記IDT電極及び/または反射器電極を構成する材料の密度が小さくなる。このためIDT電極及び/または反射器電極を構成するストリップの線幅や膜厚の調整により、κ12の符号は正〜零〜負と変化し、|κ12|が最大値となるときのκ12の符号は負となり、したがって前記従来の構成とは異なる傾向を示す。 However, in a specific aspect of the present invention, when aluminum is used as a material constituting the IDT electrode and / or reflector electrode, and a ZnO thin film is used as the dielectric thin film, the IDT is determined by the density of the dielectric thin film. The density of the material constituting the electrode and / or reflector electrode is reduced. For this reason, the sign of κ 12 changes from positive to zero to negative by adjusting the line width and film thickness of the strip constituting the IDT electrode and / or the reflector electrode, and κ when | κ 12 | is the maximum value. The sign of 12 is negative and therefore tends to be different from the conventional configuration.
さらには、κ12の符号が負となる条件では、音響的な反射波と電気的再励起による反射波との位相が等しくなるため、ストリップを電気的に開放して構成した開放反射器を利用すると、電気機械結合係数K2に応じて大きな反射係数が得られる。 Furthermore, under the condition that the sign of κ 12 is negative, the phase of the acoustic reflected wave and the reflected wave due to electrical re-excitation is the same, so an open reflector constructed by electrically opening the strip is used. Then, a large reflection coefficient is obtained in accordance with the electro-mechanical coupling coefficient K 2.
また、前記弾性体基板として、ガラス基板やサファイア基板を利用した構成は良く知られているが、周波数温度係数が正となる特定の切断方位の水晶基板を用いた場合、誘電体膜の負の周波数温度係数が打ち消され、周波数温度係数が零となる温度安定性に優れた表面波装置を得ることができる。 In addition, a configuration using a glass substrate or a sapphire substrate is well known as the elastic substrate, but when a quartz substrate having a specific cutting orientation in which the frequency temperature coefficient is positive is used, the dielectric film has a negative polarity. A surface wave device excellent in temperature stability in which the frequency temperature coefficient is canceled and the frequency temperature coefficient becomes zero can be obtained.
IDT電極及び/または反射器電極の構造は特に限定されないが、本発明の別の特定の局面では、IDT電極が備えられ、該IDT電極が一方向性IDT電極であり、従って、本発明により反射係数が高められた一方向性IDT電極が構成される。 Although the structure of the IDT electrode and / or reflector electrode is not particularly limited, in another specific aspect of the present invention, an IDT electrode is provided, and the IDT electrode is a unidirectional IDT electrode, and thus is reflected by the present invention. A unidirectional IDT electrode with an increased coefficient is constructed.
本発明においては、誘電体薄膜がIDT電極及び/または反射器電極のストリップを被覆している隆起部分において、上述した傾斜角度が40度〜80度の範囲とされているので、同様にストリップの反射効率を高めることができる。従って、IDT電極が形成されている部分において上記傾斜角度を40度以上と大きくした場合には、共振効率を高めることができ、フィルタ特性の急峻な共振器型フィルタやQの高い共振子を得ることができ、反射器電極が形成されている部分において上記傾斜角度を40度以上と大きくした場合には、反射器の小型化を図ることができる。
In the present invention, in the raised portion where the dielectric thin film covers the strip of the IDT electrode and / or the reflector electrode, the inclination angle is in the range of 40 degrees to 80 degrees . The reflection efficiency can be increased. Therefore, when the tilt angle is increased to 40 degrees or more in the portion where the IDT electrode is formed, the resonance efficiency can be improved, and a resonator type filter having a steep filter characteristic or a resonator having a high Q can be obtained. If the tilt angle is increased to 40 degrees or more in the portion where the reflector electrode is formed, the reflector can be downsized.
よって、本発明によれば、弾性体基板上に誘電体薄膜を形成し、両者の間にIDT電極及び/または反射器電極が形成されており、IDT電極及び/または反射器電極のストリップによる反射を利用した弾性表面波装置において、IDT電極及び/または反射器電極における上記ストリップの反射効率を高めることができるので、弾性表面波装置の小型化、及び低損失化を果たすことが可能となる。 Therefore, according to the present invention, the dielectric thin film is formed on the elastic substrate, and the IDT electrode and / or the reflector electrode are formed between the two, and the reflection by the strip of the IDT electrode and / or the reflector electrode. In the surface acoustic wave device using the surface acoustic wave device, since the reflection efficiency of the strip at the IDT electrode and / or the reflector electrode can be increased, the surface acoustic wave device can be reduced in size and reduced in loss.
以下、本発明の具体的な実施例を図面を参照しつつ説明することにより、本発明をより詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail by describing specific embodiments of the present invention with reference to the drawings.
(第1の実施例)
図1(a)及び(b)は、本発明の第1の実施例に係る弾性表面波装置の略図的平面図及び図1(a)中のB−B線に沿う部分の模式的拡大断面図である。
(First embodiment)
1A and 1B are a schematic plan view of a surface acoustic wave device according to a first embodiment of the present invention and a schematic enlarged cross section of a portion along the line BB in FIG. FIG.
本実施例の弾性表面波装置1では、回転27度Y板の水晶基板2上に、誘電体薄膜としてZnO薄膜3が形成されている。また、水晶基板2とZnO薄膜3との間に、アルミニウム薄膜により構成されたIDT電極4,5が設けられている。
In the surface
弾性表面波装置1では、IDT電極4,5を励振すると、音速2500〜3000m/秒程度のX方向伝搬のレイリー波が生じる。
In the surface
なお、上記ZnO薄膜3は、通常スパッタリングなどの薄膜形成方法により水晶基板2上に形成される。この場合、水晶基板2上に配置されたIDT電極4のストリップ4aが設けられている部分においては、ZnO薄膜3の上面に凹凸が生じる。図1(b)に示されているように、ZnO薄膜3の上面においては、ストリップ4aを被覆している部分が隆起している。すなわち、ZnO薄膜3の他の部分に対して傾斜面3bを介して隆起部3aが形成されることになる。
The ZnO
上記傾斜面3bの隆起部3aの上面とのなす傾斜角度θは、通常、30度とされている(例えば、「ZnO薄膜表面研磨よるSAWフィルタの周波数特性ばらつきの低減」(電子通信学会論文誌、Vol.J96−A No.10、1993/10))。
The inclination angle θ between the
本願発明者は、「周期構造圧電性導波路の有限要素法解析」(電子通信学会論文誌、Vol.J68−C No.1、1985/1)第21〜第27頁に提案されている有限要素法を利用して、図1(b)に示すストリップ4aを半波長区間内に1本配置した構造において、開放ストリップ及び短絡ストリップの阻止域周波数と、自由表面における音速を求めた。また、「弾性表面波デバイスシミュレーション技術入門」(橋本、リアライズ社、233頁)」に提案されている方法に基づいて、上述したレイリー波のストリップにおける反射量を表すκ12/k0を求めた。κ12はモード結合理論に基づくモード間結合係数を示し、k0はλ/2πを示す。 The inventor of the present application has proposed a finite number proposed in pages 21 to 27 of “A Finite Element Analysis of Periodic Structure Piezoelectric Waveguide” (Electronic Communication Society Transactions, Vol. J68-C No. 1, 1985/1). Using the element method, in the structure in which one strip 4a shown in FIG. 1B is arranged in a half-wavelength section, the stop band frequencies of the open strip and the short strip and the sound velocity on the free surface were obtained. Further, based on the method proposed in “Introduction to Surface Acoustic Wave Device Simulation Technology” (Hashimoto, Realize Co., Ltd., page 233), κ 12 / k 0 representing the reflection amount in the Rayleigh wave strip was obtained. . κ 12 represents an inter-mode coupling coefficient based on the mode coupling theory, and k 0 represents λ / 2π.
結果を図2〜図4に示す。 The results are shown in FIGS.
図2(a)及び(b)、図3(a)及び(b)は、ZnO薄膜3の膜厚Tが0.2λ〜0.5λ、ストリップ4aの膜厚Hが0.01λ〜0.04λ、傾斜面3bの傾斜角度θが30度の場合のκ12/k0とデューティ比及びストリップの膜厚Hとの関係を示す図である。
2A and 2B and FIGS. 3A and 3B, the film thickness T of the ZnO
また、図4は、ZnO薄膜の膜厚T=0.3λ、ストリップ4aの膜厚H=0.01λ〜0.08λ及び上記傾斜角度θ=90度の場合のκ12/k0と、デューティ比及びストリップの膜厚Hとの関係を示す図である。 Further, FIG. 4 shows a case where the ZnO thin film thickness T = 0.3λ, the strip 4a thickness H = 0.01λ to 0.08λ, and the inclination angle θ = 90 degrees and κ 12 / k 0 and the duty It is a figure which shows the relationship between ratio and the film thickness H of a strip.
図2(a)〜図4から明らかなように、デューティ比が小さい領域では、κ12の絶対値が小さく、ストリップの膜厚Hが小さい領域では、κ12は正の値を示すことがわかる。また、デューティ比が増加するとともに、κ12は負の値を示すことになる。この現象は、アルミニウムからなるストリップ4aの密度(=2.69g/cm3)よりも、ZnO薄膜3の密度(=5.68g/cm3)が大きいために生じると考えられる。 As is clear from FIGS. 2A to 4, it can be seen that the absolute value of κ 12 is small in the region where the duty ratio is small, and κ 12 shows a positive value in the region where the film thickness H of the strip is small. . Further, as the duty ratio increases, κ 12 shows a negative value. This phenomenon, than the density of the strips 4a made of aluminum (= 2.69g / cm 3), is believed to occur because the density of the ZnO thin film 3 (= 5.68g / cm 3) is large.
従って、上記傾斜角度θにより若干の変動が見られるものの、デューティ比を0.5より大きくすれば、デューティ比=0.5の場合に比べて、κ12の絶対値を大きくすることができ、ストリップによる反射量を増大し得ることがわかる。より好ましくは、デューティ比を0.6以上とすれば、κ12の絶対値の極大値を得ることができる。 Therefore, although a slight variation is seen depending on the inclination angle θ, the absolute value of κ 12 can be increased if the duty ratio is larger than 0.5, compared to the case where the duty ratio is 0.5. It can be seen that the amount of reflection by the strip can be increased. More preferably, if the duty ratio is 0.6 or more, the maximum value of the absolute value of κ 12 can be obtained.
なお、図5は、比較例として、ZnO薄膜の膜厚Tが0.3λ、ストリップ4aの膜厚Hが0.02λ、傾斜角度θ=30度の場合の電気機械結合係数K2と、上記デューティ比及びストリップの膜厚Hとの関係を示す図である。図5から明らかなように、電気機械結合係数K2はデューティ比が0.5付近で最大となり、0.5から外れると減少することがわかる。従って、例えば、共振子や共振器型フィルタを構成する場合、帯域幅は電気機械結合係数と相関が強いため、本実施例においては、デューティ比は、所望とする帯域幅に応じて選択すればよいことがわかる。 FIG. 5 shows, as a comparative example, the electromechanical coupling coefficient K 2 when the film thickness T of the ZnO thin film is 0.3λ, the film thickness H of the strip 4a is 0.02λ, and the inclination angle θ = 30 degrees, It is a figure which shows the relationship between a duty ratio and the film thickness H of a strip. As is apparent from FIG. 5, it can be seen that the electromechanical coupling coefficient K 2 becomes maximum when the duty ratio is near 0.5, and decreases when it deviates from 0.5. Therefore, for example, when configuring a resonator or a resonator type filter, since the bandwidth is strongly correlated with the electromechanical coupling coefficient, in this embodiment, the duty ratio can be selected according to the desired bandwidth. I know it ’s good.
(第2の実施例)
図6は、本発明の第2の実施例の弾性表面波装置の電極構造を示す模式的平面図である。
(Second embodiment)
FIG. 6 is a schematic plan view showing an electrode structure of the surface acoustic wave device according to the second embodiment of the present invention.
この弾性表面波装置10では、IDT電極11,12間に、反射器13が配置されている。反射器13は、半波長区間に1本のストリップ13aを配置した区間Aを300区間表面波伝搬方向に連続した構造を有する。IDT電極11,12は、電極指の対数が20対のダブルストリップ型のIDT電極である。IDT電極11,12及び反射器電極13のストリップ配置ピッチは同一である。
In the surface
また、弾性体基板としては、回転27度Y板の水晶基板を用い、該水晶基板上に、上記IDT電極11,12及び反射器電極13を形成した後、図示はしないが、ZnO薄膜を形成した。すなわち、第1の実施例の場合と同様、水晶基板とZnO薄膜との間に、図6に示されている電極構造が形成されている。また、上記IDT電極11,12及び反射器電極13は、アルミニウムにより構成した。
Further, as the elastic substrate, a quartz substrate with a 27-degree rotation Y plate is used. After the
図6に示した弾性表面波装置10の周波数伝送特性では、IDT電極11からIDT電極12に伝搬する表面波は、反射器13の反射帯域では伝搬せず、反射器の反射帯域外では伝搬する。従って、弾性表面波装置10の周波数伝送特性では、中心周波数付近に阻止域が生じる。この阻止域の帯域幅により、下記の式(1)に基づいてκ12/k0を実測した。
In the frequency transmission characteristic of the surface
κ12/k0=(阻止域の帯域幅/中心周波数)/2…式(1)
下記の表1は、上記のようにして実測されたκ12/k0の値を示す。
κ 12 / k 0 = (bandwidth of stopband / center frequency) / 2 (1)
Table 1 below shows the value of κ 12 / k 0 measured as described above.
表1から明らかなように、図2(b)に示された値と、上記実測値とがほぼ一致することがわかる。 As can be seen from Table 1, it can be seen that the values shown in FIG.
(第3の実施例)
第1の実施例における水晶基板に代えてガラス基板を用いたことを除いては同様にして、第3の実施例の弾性表面波装置を構成した。この場合、音速2500〜2900/s付近にレイリー波が生じる。
(Third embodiment)
The surface acoustic wave device of the third example was configured in the same manner except that a glass substrate was used instead of the quartz crystal substrate in the first example. In this case, a Rayleigh wave is generated in the vicinity of the sound speed of 2500 to 2900 / s.
図7(a)及び(b)、図8(a)及び(b)は、第3の実施例において、ZnO薄膜の膜厚T=0.1λ〜0.7λ、ストリップの膜厚H=0.01λ〜0.35λ及び傾斜面の傾斜角度θ=30度の場合のκ12/k0とデューティ比及びストリップの膜厚Hとの関係を示す。 FIGS. 7A and 7B and FIGS. 8A and 8B show the ZnO thin film thickness T = 0.1λ to 0.7λ and the strip thickness H = 0 in the third embodiment. The relationship between κ 12 / k 0 , the duty ratio, and the film thickness H of the strip when .01λ to 0.35λ and the inclination angle θ of the inclined surface is 30 degrees is shown.
図7及び図8から明らかなように、ZnO薄膜の膜厚が0.2λ以上であり、かつストリップの膜厚Hが0.01λの場合、デューティ比=0.5付近でほぼ無反射となり、デューティ比が0.5から外れるとともに、κ12が増加することがわかる。また、ストリップの膜厚Hを0.01λよりも厚くした場合、例えば0.35λとした場合には、デューティ比が0.5より大きくなると、デューティ比=0.5の場合に比べてκ12の絶対値が増大し、反射係数が高められることがわかる。また、デューティ比が0.6以上の場合には、κ12が極大値をとり、反射係数がより一層高められることがわかる。 As apparent from FIGS. 7 and 8, when the thickness of the ZnO thin film is 0.2λ or more and the thickness H of the strip is 0.01λ, almost no reflection occurs near the duty ratio = 0.5, with the duty ratio is out of 0.5, it can be seen that the kappa 12 increases. Further, when the thickness H of the strip is greater than 0.01λ, for example, 0.35λ, when the duty ratio is larger than 0.5, κ 12 is greater than when the duty ratio is 0.5. It can be seen that the absolute value of increases and the reflection coefficient increases. Further, when the duty ratio is 0.6 or more, kappa 12 takes a maximum value, it can be seen that the reflection coefficient is further improved.
図1と同様の弾性表面波装置を構成した。但し、ZnO薄膜3の膜厚T=0.3λ、ストリップ4aの膜厚H=0.02λとし、前述した傾斜角度θを20度〜80度の範囲で変化させ、κ12/k0と、デューティ比との関係を調べた。結果を図9に示す。
A surface acoustic wave device similar to that shown in FIG. 1 was constructed. However, the film thickness T of the ZnO
図9から明らかなように、デューティ比を最適化した場合のκ12の絶対値が傾斜角度θによって変動し、従来の傾斜角度である傾斜角度θ=30度に比べてθを大きくすると、κ12の絶対値も増加することがわかる。 As is apparent from FIG. 9, when the duty ratio is optimized, the absolute value of κ 12 varies depending on the tilt angle θ, and when θ is increased compared to the conventional tilt angle θ = 30 degrees, κ It can be seen that the absolute value of 12 also increases.
図10は、傾斜角度θごとに、κ12の絶対値が最大となるデューティ比と、その場合のκ12/k0の値の関係を示す。図10から明らかなように、傾斜角度θを30度より大きくすると、κ12が大きくなり、好ましくは40度以上とすることにより、κ12を傾斜角度θの変化に対して安定化することができ、かつκ2の大きな弾性表面波装置の得られることがわかる。 FIG. 10 shows the relationship between the duty ratio at which the absolute value of κ 12 is maximized and the value of κ 12 / k 0 in that case for each inclination angle θ. As is apparent from FIG. 10, when the tilt angle θ is larger than 30 degrees, κ 12 increases, and preferably 40 degrees or more can stabilize κ 12 against changes in the tilt angle θ. It can be seen that a surface acoustic wave device having a large κ 2 can be obtained.
なお、上記傾斜角度θは、ZnO薄膜をスパッタリングにより成膜する場合には、成膜粒子の入射角度の調整により容易にコントロールすることができる。例えば、「ZnO薄膜を用いたTV用SAWフィルタの実用化研究」(門田、26回EMシンポジウム、1997、pp.84、図3)に示されているプラネタリと基板との取り付け角度を調整し、成膜粒子の入射角度を垂直に近づけることにより、上記傾斜角度θを容易に30度よりも大きくすることができる。 The tilt angle θ can be easily controlled by adjusting the incident angle of the film-forming particles when the ZnO thin film is formed by sputtering. For example, by adjusting the mounting angle between the planetary and the substrate shown in “Practical research on SAW filter for TV using ZnO thin film” (Kadoda, 26th EM Symposium, 1997, pp. 84, FIG. 3), By making the incident angle of the film-forming particles close to vertical, the inclination angle θ can be easily made larger than 30 degrees.
また、電極ストリップの横断面における側面を弾性体基板表面に対して直交する方向に近づけるように、すなわち横断面において現れる側面を急峻化することにより、上記傾斜角度θを大きくすることができる。このように電極ストリップの横断面形状に現れる側面を急峻化するには、IDT電極や反射器電極の形成方法を選択することにより容易に達成され得る。例えば、電極ストリップの横断面形状を急峻化するには、ドライエッチング法が最も好ましく、リフトオフ法が次に好ましく、ウェットエッチング法が次に好ましい。 Further, the inclination angle θ can be increased by making the side surface in the cross section of the electrode strip closer to the direction orthogonal to the elastic substrate surface, that is, by making the side surface appearing in the cross section steep. Thus, steepening the side surface appearing in the cross-sectional shape of the electrode strip can be easily achieved by selecting a method of forming the IDT electrode or the reflector electrode. For example, in order to sharpen the cross-sectional shape of the electrode strip, the dry etching method is most preferable, the lift-off method is next preferable, and the wet etching method is next preferable.
なお、上述した第1〜第4の実施例では、誘電体薄膜としてZnO薄膜を用いた場合を例にとり説明したが、ZnO薄膜の他、SiO2薄膜、AlN薄膜、Ta2O5薄膜及びCdS薄膜などの様々な誘電体薄膜を用いることができる。すなわち誘電体薄膜表面における隆起部における上記傾斜角度が表面波の反射量に影響を及ぼす適宜の誘電体薄膜を用いた場合にも、上記実施例と同様の効果が得られる。 In the first to fourth embodiments described above, the case where the ZnO thin film is used as the dielectric thin film has been described as an example. However, in addition to the ZnO thin film, the SiO 2 thin film, the AlN thin film, the Ta 2 O 5 thin film, and the CdS Various dielectric thin films such as a thin film can be used. That is, even when an appropriate dielectric thin film is used in which the tilt angle at the raised portion on the surface of the dielectric thin film affects the amount of reflection of the surface wave, the same effect as in the above embodiment can be obtained.
また、上記実施例では、アルミニウムからなるIDT電極及び/または反射器電極が形成されていたが、銅や金などの一般的な金属材料を用いて弾性表面波装置を構成した場合にも、上記実施例と同様の効果が得られる。 Moreover, in the said Example, although the IDT electrode and / or reflector electrode which consist of aluminum were formed, also when a surface acoustic wave apparatus is comprised using common metal materials, such as copper and gold | metal | money, the above-mentioned The same effect as the embodiment can be obtained.
さらに、第1の実施例及び第2の実施例では、回転27度Y板の水晶基板が用いられたが、他の結晶方位の水晶基板を用いてもよい。また、第3の実施例で用いられたガラス基板は、ほう珪酸ガラスまたはパイレックス(登録商標)ガラスなどの様々なガラスにより構成され得る。さらに、本発明においては、弾性体基板は、このような水晶基板やガラス基板に限らず、他の絶縁性基板により構成されてもよく、あるいは圧電単結晶や圧電セラミックスからなる圧電基板により構成されていてもよい。 Further, in the first embodiment and the second embodiment, a quartz substrate with a 27-degree rotation Y plate is used, but a quartz substrate with another crystal orientation may be used. Further, the glass substrate used in the third embodiment can be made of various glasses such as borosilicate glass or Pyrex (registered trademark) glass. Furthermore, in the present invention, the elastic substrate is not limited to such a quartz substrate or glass substrate, but may be composed of another insulating substrate, or a piezoelectric substrate made of a piezoelectric single crystal or piezoelectric ceramic. It may be.
なお、本発明に係る弾性表面波装置は、前述したように半波長区間に1本のストリップを配置した区間を、少なくとも1区間以上有しているが、この半波長区間を連続的に配置した構成が反射器に採用されている場合には、反射器のストリップの本数を従来に比べて少なくすることができる。また、半波長区間を連続的に配置した構造がIDT電極に採用されている場合には、IDT電極内部における共振効率を高めることができ、良好な共振器型フィルタやQの高い共振子を構成することができる。 The surface acoustic wave device according to the present invention has at least one section in which one strip is disposed in a half-wavelength section as described above, but the half-wavelength section is continuously disposed. When the configuration is adopted in the reflector, the number of the strips of the reflector can be reduced as compared with the conventional case. In addition, when a structure in which half-wavelength sections are continuously arranged is adopted for the IDT electrode, the resonance efficiency inside the IDT electrode can be increased, and a good resonator type filter and a resonator having a high Q are configured. can do.
さらに、上記半波長区間を、反射バンク型一方向性電極、FEUDTまたはEWC電極などの一方向性IDT電極の反射エレメントして利用した場合には、一方向性をより一層高めることができる。 Further, when the half-wavelength section is used as a reflective element of a unidirectional IDT electrode such as a reflective bank type unidirectional electrode, FEUDT or EWC electrode, the unidirectionality can be further enhanced.
1…弾性表面波装置
2…水晶基板
3…ZnO薄膜
3a…隆起部
3b…傾斜面
10…弾性表面波装置
11,12…IDT
14…反射器電極
θ…傾斜角度
DESCRIPTION OF
14: Reflector electrode θ: Tilt angle
Claims (7)
前記弾性体基板上に形成された誘電体薄膜とを備え、前記弾性体基板及び誘電体薄膜の少なくとも一方が圧電性材料からなり、
前記弾性体基板と前記誘電体薄膜との間に形成されたIDT電極及び/または反射器電極をさらに備え、
前記IDT及び/または反射器電極が、表面波伝搬方向において表面波の半波長区間に1本のストリップを配置した区間を少なくとも1つ有し、前記ストリップによる反射を利用しており、表面波の波長をλとしたときに、前記ストリップの膜厚が0.01λよりも大きくされており、かつ前記ストリップのデューティ比が0.5より大きくされている弾性表面波装置において、
前記誘電体薄膜が前記IDT電極及び/または反射器電極のストリップを被覆している部分において、該ストリップ上の誘電体薄膜部分の上面がストリップから離れた誘電体薄膜部分に対して傾斜面を介して隆起されており、該傾斜面のストリップ上の誘電体薄膜部分の上面に対する傾斜角度が40度〜80度の範囲であることを特徴とする、弾性表面波装置。 An elastic substrate;
A dielectric thin film formed on the elastic substrate, and at least one of the elastic substrate and the dielectric thin film is made of a piezoelectric material,
An IDT electrode and / or a reflector electrode formed between the elastic substrate and the dielectric thin film;
The IDT and / or reflector electrode has at least one section in which one strip is disposed in a half-wave section of the surface wave in the surface wave propagation direction, and utilizes reflection by the strip , In the surface acoustic wave device in which the film thickness of the strip is larger than 0.01λ and the duty ratio of the strip is larger than 0.5 when the wavelength is λ ,
In the portion where the dielectric thin film covers the strip of the IDT electrode and / or the reflector electrode, the upper surface of the dielectric thin film portion on the strip is inclined with respect to the dielectric thin film portion away from the strip. are raised Te, the inclination angle with respect to the upper surface of the dielectric thin film portion on the strip of the inclined surface is characterized the scope der Rukoto of 40 to 80 degrees, the surface acoustic wave device.
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