JP4130107B2 - Piezoelectric substrate and surface acoustic wave device - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、弾性表面波装置に用いて好適な圧電基板と、該圧電基板の表面に交差指状電極を設けた弾性表面波装置とに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、携帯電話機を始めとして、移動体通信端末機が急速な普及をみせている。この種の端末機は、持ち運びの便利さの観点から、特に小型軽量であることが望まれる。端末機の小型軽量化を達成するには、そこに使用される電子部品が小型軽量であることが必要である。このため、端末機の高周波部や中間周波部のフィルタには、小型軽量化に有利な弾性表面波装置、すなわち弾性表面波フィルタが多用されている。弾性表面波装置は、圧電基板の主面に、弾性表面波を励振し、受信し、反射し、または伝播するための交差指状電極を形成した構造を有する。この弾性表面波装置に使用される圧電基板としての重要な特性は、弾性表面波の表面波速度（ＳＡＷ速度）、フィルタとして使用する場合の中心周波数または共振子として使用する場合の共振周波数の周波数温度係数（ＴＣＦ）、および電気機械結合係数（ｋ２ ）である。
【０００３】
従来、弾性表面波装置において一般に使用されてきた圧電基板としては、図１の表に示す単結晶とカット角の組み合わせがある。図１に示す公知の圧電基板は、速いＳＡＷ速度と大きな電気機械結合係数をもつ１２８°ｒｏｔＹ ＬＮ（１２８ＬＮ）、６４°ｒｏｔＹ ＬＮ（６４ＬＮ）および３６°ｒｏｔＹ ＬＴ（３６ＬＮ）のグループと、比較的遅いＳＡＷ速度と小さな電気機械結合係数をもつ１１２°ｒｏｔＹ ＬＴ（ＬＴ１１２）およびＳＴ水晶のグループとに大別できる。このうち、速いＳＡＷ速度と大きな電気機械結合係数をもつ圧電基板である１２８ＬＮ、６４ＬＮおよび３６ＬＴは、端末機の高周波部における弾性表面波フィルタに使用される。比較的遅いＳＡＷ速度と小さな電気機械結合係数をもつ圧電基板であるＬＴ１１２およびＳＴ水晶は、端末機の中間周波部における弾性表面波フィルタに使用される。その理由は、弾性表面波フィルタの場合には、その中心周波数は、使用する圧電基板のＳＡＷ速度にほぼ比例し、基板上に形成する交差指状電極の電極指の幅にほぼ反比例するからである。
【０００４】
したがって、高周波回路部で使用されるフィルタを構成するには、ＳＡＷ速度が大きい基板が望まれることになる。さらに、端末機の高周波部に使用されるフィルタには、通過帯域幅が２０ＭＨｚ以上の広帯域のものが要求されるので、電気機械結合係数が大きいことも必要である。
【０００５】
一方、移動体端末機の中間周波数としては、７０〜３００ＭＨｚの周波数帯が使用される。この周波数帯に中心周波数を有するフィルタを弾性表面波装置により構成する場合にＳＡＷ速度の大きい圧電基板を用いると、基板上に形成する電極指の幅を、高周波部に使用されるフィルタに比べて、中心周波数低下量に応じて大幅に増大させる必要があり、弾性表面波装置そのものが大きくなるという問題がある。従って、中間周波部用の弾性表面波フィルタには、ＳＡＷ速度の遅いＬＴ１１２やＳＴ水晶を使用することが一般的であった。特に、ＳＴ水晶は一次の周波数温度係数がゼロであり、好ましい圧電基板材料である。ＳＴ水晶は電気機械結合係数が小さいため、通過帯域の狭いフィルタしか構成できないが、中間周波数フィルタの役割は狭い一つのチャンネルの信号のみを通過させることであるので、電気機械結合係数が小さいことは、従来はさほど問題にはならなかった。
【０００６】
しかし、近年になって、周波数資源の有効利用やデジタルデータ通信との適合性などの観点から、デジタル移動体通信システムが開発され、実用化されて、急速に普及してきている。このデジタル移動体通信システムの通過帯域幅は、数百ＫＨｚから数ＭＨｚまで、というように、非常に広帯域となっている。このような広帯域の中間周波数フィルタを弾性表面波装置により構成する場合には、ＳＴ水晶基板では、電気機械結合係数の面から実現は困難である。また、移動体端末機を一層小型なものとし、携帯の利便性を高めようとする場合には、中間周波数用弾性表面波フィルタの実装面積を小さくする必要があるが、従来、中間周波数用弾性表面波フィルタに適しているとされるＳＴ水晶やＬＴ１１２は、いずれもＳＡＷ速度が３０００ｍ／ｓｅｃを越えており、小型化には限界がある。
【０００７】
そこで、これらの問題を解決するために、Ｃａ３ Ｇａ２ Ｇｅ４ Ｏ１４型結晶構造を持つＬａ３ Ｇａ５ ＳｉＯ１４単結晶が開発された（特許第３２７８１６７号参照）。
【０００８】
しかしながら、このＬａ３ Ｇａ５ ＳｉＯ１４単結晶によっても、電気機械結合係数ｋ２ が約０．４％であり、その改善が求められていた。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、通過帯域の広域化に有効な高い電気機械結合係数をもち、しかも、弾性表面波装置の小型化に有効な遅いＳＡＷ速度を有する圧電基板と、該圧電基板を用いた広帯域で小型の弾性表面波装置とを、提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明によれば、
単結晶で構成してある圧電基板であって、
前記単結晶が、点群３２に属し、Ｃａ３ Ｇａ２ Ｇｅ４ Ｏ１４型結晶構造を有し、その主要な成分がＢａ、Ｔａ、Ｇａ、ＳｉおよびＯからなり、化学式Ｂａ３ ＴａＧａ３ Ｓｉ２ Ｏ１４で表されることを特徴とする圧電基板が提供される。
【００１１】
この発明によると、高い電気機械結合係数（好ましくは０．５％以上、より好ましく０．７％以上）を持ち、遅いＳＡＷ速度（好ましくは２９００ｍ／ｓｅｃ以下）の圧電基板を提供することができる。
【００１２】
本発明によれば、
圧電基板の表面に交差指状電極を有する弾性表面波装置であって、
前記圧電基板が、単結晶で構成してあり、
該単結晶が、点群３２に属し、Ｃａ３ Ｇａ２ Ｇｅ４ Ｏ１４型結晶構造を有し、その主要な成分がＢａ、Ｔａ、Ｇａ、ＳｉおよびＯからなり、化学式Ｂａ３ ＴａＧａ３ Ｓｉ２ Ｏ１４で表されることを特徴とする弾性表面波装置が提供される。
【００１３】
上述した本発明に係る圧電基板は、高い電気機械結合係数を持つので、これを弾性表面波装置の圧電基板に使用すれば、広帯域の弾性表面波装置を実現することが可能になる。また、本発明に係る圧電基板は、ＳＡＷ速度が遅いので、これを弾性表面波装置の圧電基板に使用すれば、装置の小型化が可能になる。すなわち、本発明の圧電基板を弾性表面波装置に用いることで、広帯域で小型の弾性表面波装置を実現することができる。
【００１４】
好ましくは、本発明に係る弾性表面波装置が、前記圧電基板の結晶方位（＝前記圧電基板の単結晶からの切り出し角またはカット角。以下同様）および前記圧電基板の弾性表面波伝播方向をオイラー角表示で（φ、θ、ψ）と表したとき、該φ、θおよびψが下記領域１、または下記領域１と結晶学的に等価な領域に存在する。
（領域１）
φ＝０°〜５°（ただし、５°を含まない）、
θ＝１０°〜１６５°、
ψ＝−４０°〜４０°。
【００１５】
好ましくは、本発明に係る弾性表面波装置が、前記圧電基板の結晶方位および前記圧電基板の弾性表面波伝播方向をオイラー角表示で（φ、θ、ψ）と表したとき、該φ、θおよびψが下記領域２、または下記領域２と結晶学的に等価な領域に存在する。
（領域２）
φ＝５°〜１５°（ただし、１５°を含まない）、
θ＝１０°〜１７０°、
ψ＝−５０°〜４０°。
【００１６】
好ましくは、本発明に係る弾性表面波装置が、前記圧電基板の結晶方位および前記圧電基板の弾性表面波伝播方向をオイラー角表示で（φ、θ、ψ）と表したとき、該φ、θおよびψが下記領域３、または下記領域３と結晶学的に等価な領域に存在する。
（領域３）
φ＝１５°〜２５°、
θ＝１０°〜１７０°、
ψ＝−３０°〜３０°。
【００１７】
好ましくは、本発明に係る弾性表面波装置が、前記圧電基板の結晶方位および前記圧電基板の弾性表面波伝播方向をオイラー角表示で（φ、θ、ψ）と表したとき、該φ、θおよびψが下記領域４、または下記領域４と結晶学的に等価な領域に存在する。
（領域４）
φ＝１５°〜２５°、
θ＝１５°〜４０°、
ψ＝−５５°〜−５０°。
【００１８】
好ましくは、本発明に係る弾性表面波装置が、前記圧電基板の結晶方位および前記圧電基板の弾性表面波伝播方向をオイラー角表示で（φ、θ、ψ）と表したとき、該φ、θおよびψが下記領域５、または下記領域５と結晶学的に等価な領域に存在する。
（領域５）
φ＝１５°〜２５°、
θ＝１５５°〜１７０°、
ψ＝４０°〜５５°。
【００１９】
好ましくは、本発明に係る弾性表面波装置が、前記圧電基板の結晶方位および前記圧電基板の弾性表面波伝播方向をオイラー角表示で（φ、θ、ψ）と表したとき、該φ、θおよびψが下記領域６、または下記領域６と結晶学的に等価な領域に存在する。
（領域６）
φ＝２５°〜３０°（ただし、２５°を含まない）、
θ＝１０°〜１７０°、
ψ＝−２５°〜２５°。
【００２０】
本発明の弾性表面波装置は、広帯域におけるフィルタに好適に用いることができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
図１は弾性表面波装置に使用される従来の圧電基板とその特性を示す表、
図２は本発明の一実施形態に係る弾性表面波装置を示す斜視図、
図３〜８は本発明の実施例による弾性表面波装置用の圧電基板の特性を示す表、
図９，１１，１３，１５はそれぞれ図３，４，５，８に示す実施例の圧電基板におけるＳＡＷ速度を角θと角ψの関係で示す図表、
図１０，１２，１４，１６はそれぞれ図３，４，５，８に示す実施例の圧電基板における電気機械結合係数を角θと角ψの関係で示す図表である。
【００２２】
図２に示すように、本実施形態に係る弾性表面波装置１０は、圧電基板１の表面に一組の交差指状電極２，２を有する。
圧電基板１は、本発明の圧電基板で構成してある。本発明の圧電基板は、単結晶で構成してある。この単結晶は、点群３２に属し、Ｃａ３ Ｇａ２ Ｇｅ４ Ｏ１４型結晶構造を有し、その主要な成分がＢａ、Ｔａ、Ｇａ、ＳｉおよびＯからなり、化学式Ｂａ３ ＴａＧａ３ Ｓｉ２ Ｏ１４で表される。
【００２３】
図２中のｘ軸、ｙ軸およびｚ軸は互いに直交している。ｘ軸およびｙ軸は基板１の面内方向にあり、ｘ軸は弾性表面波の伝播方向を規定する。また、基板１面に垂直なｚ軸は、単結晶基板の切り出し角（カット面）を規定する。これらｘ軸、ｙ軸およびｚ軸と、単結晶の結晶軸であるＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸との関係は、オイラー角表示（φ，θ，ψ）で表わすことができる。
本実施形態に係る弾性表面波装置１０における切り出し角および伝播方向をオイラー角表示（φ，θ，ψ）で表わしたとき、φ、θおよびψは下記各領域、または下記各領域と結晶学的に等価な領域に存在する。
【００２４】
（領域１）領域１は、
φ＝０°〜５°（ただし、５°を含まない）、
θ＝１０°〜１６５°、
ψ＝−４０°〜４０°で表される。
領域１内においては、
φ＝０°〜５°（ただし、５°を含まない）、
θ＝７５°〜１２０°、
ψ＝−１５°〜１５°の範囲とすることが好ましい。
（領域２）領域２は、
φ＝５°〜１５°（ただし、１５°を含まない）、
θ＝１０°〜１７０°、
ψ＝−５０°〜４０°で表される。
領域２内においては、
φ＝５°〜１５°（ただし、１５°を含まない）、
θ＝４０°〜１５０°、
ψ＝−２０°〜２０°の範囲とすることが好ましい。
（領域３）領域３は、
φ＝１５°〜２５°、
θ＝１０°〜１７０°、
ψ＝−３０°〜３０°で表される。
領域３内においては、
φ＝１５°〜２５°、
θ＝５０°〜１５０°、
ψ＝−１０°〜２０°の範囲とすることが好ましい。
【００２５】
（領域４）領域４は、
φ＝１５°〜２５°、
θ＝１５°〜４０°、
ψ＝−５５°〜−５０°で表される。
（領域５）領域５は、
φ＝１５°〜２５°、
θ＝１５５°〜１７０°、
ψ＝４０°〜５５°で表される。
（領域６）領域６は、
φ＝２５°〜３０°（ただし、２５°を含まない）、
θ＝１０°〜１７０°、
ψ＝−２５°〜２５°で表される。
領域６内においては、
φ＝２５°〜３０°（ただし、２５°を含まない）、
θ＝３０°〜１５０°、
ψ＝−１０°〜１０°の範囲とすることが好ましい。
【００２６】
オイラー角φ、θおよびψが、領域１、２、３、４、５もしくは６、またはこれと結晶学的に等価な領域に存在することで、基板のＳＡＷ速度が２９００ｍ／ｓｅｃ以下となり、ＳＴ水晶に比べて低い値を示し、しかも基板の電気機械結合係数が０．５％以上となり、Ｌａ３ Ｇａ５ ＳｉＯ１４と比較しても十分に大きい値を示すφ、θおよびψの組み合わせが存在する。
【００２７】
上述した各領域内における好ましい領域では、基板のＳＡＷ速度が２８００ｍ／ｓｅｃ以下（領域１の好ましい領域では２７００ｍ／ｓｅｃ以下）となるのに加えて、基板の電気機械結合係数が０．７％以上となり、ＳＴ水晶およびＬａ３ Ｇａ５ ＳｉＯ１４に比べて、非常に大きくなる組み合わせが存在する。
【００２８】
なお、化学式Ｂａ３ ＴａＧａ３ Ｓｉ２ Ｏ１４で表される単結晶は、三方晶であるため、結晶の対称性から、互いに等価なオイラー角の組み合わせが存在する。このため、上述した各領域を示す角度以外に、これと結晶学的に等価な角度に対しても同様な効果を得ることができる。
【００２９】
三方晶基板では、φ＝１２０〜２４０゜およびφ＝２４０〜３６０゜（−１２０〜０゜）はφ＝０〜１２０゜と等価である。たとえば、φ＝１３０゜およびφ＝２５０゜はφ＝１０゜と等価である。
また、θ＝３６０〜１８０゜（０〜−１８０゜）はθ＝０〜１８０゜と等価である。たとえば、θ＝３３０゜はθ＝１５０゜と等価である。
また、ψ＝９０〜２７０゜はψ＝−９０〜９０゜と等価である。たとえば、ψ＝２４０゜はψ＝６０゜と等価である。
【００３０】
また、三方晶基板では、φ＝０〜３０゜の範囲の特性を調べることにより、すべてのカット角および伝播方向についての特性を知ることができる。
【００３１】
したがって、化学式Ｂａ３ ＴａＧａ３ Ｓｉ２ Ｏ１４で表される単結晶基板におけるすべてのカット角および伝播方向についての特性を知るためには、φ０＝０〜３０゜、θ０＝０〜１８０゜、ψ０＝−９０〜９０゜の範囲についてだけ調べればよい。この（φ０，θ０，ψ０）の組み合わせから、φ＝３０〜１２０゜において同特性を示す等価な（φ，θ，ψ）の組み合わせがわかる。
【００３２】
具体的には、３０゜≦φ≦６０゜の範囲では、
φ＝６０゜−φ０、
θ＝１８０゜−θ０、
ψ＝ψ０によって、（φ０，θ０，ψ０）と等価な（φ，θ，ψ）を求めることができる。
また、６０゜≦φ≦９０゜の範囲では、
φ＝６０゜＋φ０、
θ＝１８０゜−θ０、
ψ＝−ψ０によって、（φ０，θ０，ψ０）と等価な（φ，θ，ψ）を求めることができる。
また、９０゜≦φ≦１２０゜の範囲では、
φ＝１２０゜−φ０、
θ＝θ０、
ψ＝−ψ０によって、（φ０，θ０，ψ０）と等価な（φ，θ，ψ）を求めることができる。
そして、上記した対称性に基づいて、すべての（φ，θ，ψ）における特性を知ることができる。
【００３３】
等価な角度の組み合わせの例としては、たとえば、以下のものが挙げられる。
領域１におけるオイラー角φ、θおよびψについての０°、９０°および２５°の組み合わせは、０°、９０°および−２５°の組み合わせや、６０°、９０°および２５°の組み合わせと等価である。
領域２におけるオイラー角φ、θおよびψについての１０°、４０°および０°の組み合わせは、５０°、１４０°および０°の組み合わせや、１１０°、４０°および０°の組み合わせと等価である。
領域３におけるオイラー角φ、θおよびψについての２０°、５０°および０°の組み合わせは、４０°、１３０°および０°の組み合わせや、１００°、５０°および０°の組み合わせと等価である。
領域６におけるオイラー角φ、θおよびψについての３０°、９０°および０°の組み合わせは、９０°、９０°および０°の組み合わせや、１５０°、９０°および０°の組み合わせと等価である。
【００３４】
本発明において限定する上記各領域は、このような結晶の対称性に基づく等価な（φ，θ，ψ）の組み合わせを包含するものとする。
【００３５】
本発明では、ランガサイト型の結晶構造を有する化学式Ｂａ３ ＴａＧａ３ Ｓｉ２ Ｏ１４単結晶を、弾性表面波装置の基板に適用するに際し、結晶のカット方向と弾性表面波の伝播方向とを選択することで、広帯域で小型の弾性表面波装置を実現することができる。
【００３６】
なお、本発明で用いる化学式Ｂａ３ ＴａＧａ３ Ｓｉ２ Ｏ１４単結晶は、酸素欠陥を有するものであってもよく、たとえば、Ａｌ、Ｚｒ、Ｆｅ、Ｃｅ、Ｎｄ、Ｌａ、Ｐｔ、Ｃａ等の不可避的不純物を含んでもよい。
【００３７】
化学式Ｂａ３ ＴａＧａ３ Ｓｉ２ Ｏ１４単結晶の製造方法は、特に限定されず、通常の単結晶育成法、たとえばＣＺ法などにより製造すればよい。
【００３８】
圧電基板１の表面に形成される交差指状電極２は、弾性表面波を励振、受信、反射、伝播するための薄膜電極であり、周期的なストライプ状に形成される。交差指状電極２は、弾性表面波伝播方向が上記した所定の方向となるようにパターニングがなされる。交差指状電極２は、ＡｕやＡｌなどを用いて蒸着やスパッタなどにより形成すればよい。交差指状電極２の電極指幅は、弾性表面波装置が適用される周波数に応じて適宜決定すればよく、本発明が適用される好ましい周波数帯域では、一般に２〜１５μｍ程度である。
【００３９】
【実施例】
次に、本発明の実施の形態をより具体化した実施例を挙げ、本発明をさらに詳細に説明する。但し、本発明は、これらの実施例のみに限定されるものではない。
【００４０】
まず、高周波加熱によるチョクラルスキー（ＣＺ）法（回転引き上げ法）により、化学式Ｂａ３ ＴａＧａ３ Ｓｉ２ Ｏ１４単結晶を結晶育成させた。次に、得られた化学式Ｂａ３ ＴａＧａ３ Ｓｉ２ Ｏ１４単結晶から、面内＋Ｘ方向にオリエンテーションフラットを持つ（０１０）カットのウエハ（オイラー角表示でφ＝０°、θ＝９０°相当）を作製し、片面を鏡面研磨、反対面をグリーンカーボン（ＧＣ＃２０００）で荒らして基板を作製した。
【００４１】
得られた基板の表面に、図２に示すような一組の交差指状電極からなる弾性表面波変換器を形成し、弾性表面波装置とした。なお、交差指状電極は、入力側、出力側共にＡｌの蒸着により形成し、厚さは０．３μｍ、電極指幅ｄは１５μｍ、電極ピッチ（４ｄ）は６０μｍ、電極指対数は２０とした。
【００４２】
図２において、ｘ、ｙ、ｚと記した軸はオイラー角により変換された軸であり、ｘ軸は弾性表面波の伝播方向、ｙ軸は基板の面内で弾性表面波伝播方向と直交する方向、ｚ軸は基板表面と直交する方向である。ｘについては、ψ＝０°（結晶軸でｘ方向に相当）、１５°、２５°、４０°となるように、基板の切り出し角と弾性表面波伝播方向を変えて、複数の弾性表面波装置を作製した。
【００４３】
そして、それぞれの弾性表面波装置におけるＳＡＷ速度と電気機械結合係数を求め、図３（領域１）、図４（領域２）、図５（領域３）、図６（領域４）、図７（領域５）および図８（領域６）に示した。
また、図３のデータに基づき、φ＝０°におけるψ＝０°での対称性を考慮して、ＳＡＷ速度と電気機械結合係数を２次元的に表した図表を図９〜１０に示した。図４のデータに基づき、ＳＡＷ速度と電気機械結合係数を２次元的に表した図表を図１１〜１２に示した。図５のデータに基づき、ＳＡＷ速度と電気機械結合係数を２次元的に表した図表を図１３〜１４に示した。図８のデータに基づき、ＳＡＷ速度と電気機械結合係数を２次元的に表した図表を図１５〜１６に示した。
【００４４】
なお、ＳＡＷ速度は、前述した交差指状電極構成でのフィルタ特性の中心周波数の測定値に、弾性表面波波長を乗じることにより求めた。電気機械結合係数は、前述した入出力用交差指状電極のうちの一方、たとえば入力用の、二端子アドミッタンスを測定し、このアドミッタンスの実部（コンダクタンス）と虚部（サセプタンス）とから、スミスの等価回路による方法により求めた。以上の特性については、装置の周囲温度を２５℃に保って測定した。
【００４５】
考察
図３、９および１０に示すように、角φが０°の場合に、角θが１０°から１６５°の範囲にあり、角ψが−４０°から４０°の範囲において、電気機械結合係数が０．５％以上になり、ＳＡＷ速度が２９００ｍ／ｓｅｃ以下になる組み合わせが存在することが確認された。特に、角θが７５°から１２０°の範囲にあり、角ψが−１５°から１５°の範囲にある場合には、電気機械結合係数が０．７％以上、ＳＡＷ速度が２７００ｍ／ｓｅｃとなる組み合わせが存在することが確認された。また、角φが０°から５°までの範囲についても同様な効果が得られることが確認された。
【００４６】
図４、１１および１２に示すように、角φが１０°の場合に、角θが１０°から１７０°の範囲で、角ψが−５０°から４０°の範囲において、電気機械結合係数が０．５％以上になり、ＳＡＷ速度が２９００ｍ／ｓｅｃ以下になる組み合わせが存在することが確認された。特に、角θが４０°から１５０°の範囲にあり、角ψが−２０°から２０°の範囲においては、電気機械結合係数が０．７％以上、ＳＡＷ速度が２７００ｍ／ｓｅｃとなる組み合わせが存在することが確認された。また、角φが５°から１５°までの範囲についても同様な効果が得られることが確認された。
【００４７】
図５、１３および１４に示すように、角φが２０°の場合に、角θが１０°から１７０°の範囲で、角ψが−３０°から３０°の範囲において、電気機械結合係数が０．５％以上になり、ＳＡＷ速度が２９００ｍ／ｓｅｃ以下になる組み合わせが存在することが確認された。特に、角θが５０°から１５０°の範囲にあり、角ψが−１０°から２０°の範囲においては、電気機械結合係数が０．７％以上、ＳＡＷ速度が２７００ｍ／ｓｅｃとなる組み合わせが存在することが確認された。また、角φが１５°から２５°までの範囲についても同様な効果が得られることが確認された。
【００４８】
図６に示すように、角φが２０°の場合に、角θが１５°から４０°の範囲で、角ψが−５５°から−５０°の範囲において、電気機械結合係数が０．５％以上になり、ＳＡＷ速度が２９００ｍ／ｓｅｃ以下になることが確認された。
【００４９】
図７に示すように、角φが２０°の場合に、角θが１５５°から１７０°の範囲で、角ψが４０°から５５°の範囲において、電気機械結合係数が０．５％以上になり、ＳＡＷ速度が２９００ｍ／ｓｅｃ近傍まで引き下げられることが確認された。
【００５０】
図８、１５および１６に示すように、角φが３０°の場合に、角θが１０°から１７０°の範囲で、角ψが−２５°から２５°の範囲において、電気機械結合係数が０．５％以上になり、ＳＡＷ速度が２９００ｍ／ｓｅｃ以下になる組み合わせが存在することが確認された。特に、角θが３０°から１５０°の範囲にあり、角ψが−１０°から１０°の範囲においては、電気機械結合係数が０．７％以上、ＳＡＷ速度が２７００ｍ／ｓｅｃとなる組み合わせが存在することが確認された。また、角φが２５°から３０°までの範囲についても同様な効果が得られることが確認された。
【００５１】
以上、本発明の実施形態および実施例について説明してきたが、本発明はこうした実施形態および実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々なる態様で実施し得ることは勿論である。
【００５２】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明によれば、通過帯域の広域化に有効な高い電気機械結合係数をもち、しかも、弾性表面波装置の小型化に有効な遅いＳＡＷ速度を有する圧電基板と、該圧電基板を用いた広帯域で小型の弾性表面波装置とを、提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は弾性表面波装置に使用される従来の圧電基板とその特性を示す表である。
【図２】 図２は本発明の一実施形態に係る弾性表面波装置を示す斜視図である。
【図３】 図３は本発明の実施例による弾性表面波装置用の圧電基板の特性を示す表である。
【図４】 図４は本発明の実施例による弾性表面波装置用の圧電基板の特性を示す表である。
【図５】 図５は本発明の実施例による弾性表面波装置用の圧電基板の特性を示す表である。
【図６】 図６は本発明の実施例による弾性表面波装置用の圧電基板の特性を示す表である。
【図７】 図７は本発明の実施例による弾性表面波装置用の圧電基板の特性を示す表である。
【図８】 図８は本発明の実施例による弾性表面波装置用の圧電基板の特性を示す表である。
【図９】 図９は図３に示す実施例の圧電基板におけるＳＡＷ速度を角θと角ψの関係で示す図表である。
【図１０】 図１０は図３に示す実施例の圧電基板における電気機械結合係数を角θと角ψの関係で示す図表である。
【図１１】 図１１は図４に示す実施例の圧電基板におけるＳＡＷ速度を角θと角ψの関係で示す図表である。
【図１２】 図１２は図４に示す実施例の圧電基板における電気機械結合係数を角θと角ψの関係で示す図表である。
【図１３】 図１３は図５に示す実施例の圧電基板におけるＳＡＷ速度を角θと角ψの関係で示す図表である。
【図１４】 図１４は図５に示す実施例の圧電基板における電気機械結合係数を角θと角ψの関係で示す図表である。
【図１５】 図１５は図８に示す実施例の圧電基板におけるＳＡＷ速度を角θと角ψの関係で示す図表である。
【図１６】 図１６は図８に示す実施例の圧電基板における電気機械結合係数を角θと角ψの関係で示す図表である。
【符号の説明】
１０… 弾性表面波装置
１… 圧電基板
２… 交差指状電極[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a piezoelectric substrate suitable for use in a surface acoustic wave device, and a surface acoustic wave device in which interdigitated electrodes are provided on the surface of the piezoelectric substrate.
[0002]
[Prior art]
In recent years, mobile communication terminals such as mobile phones have rapidly spread. This type of terminal is desired to be particularly small and light from the viewpoint of carrying convenience. In order to reduce the size and weight of the terminal, it is necessary that the electronic components used therein are small and light. For this reason, a surface acoustic wave device, that is, a surface acoustic wave filter, which is advantageous for reducing the size and weight, is frequently used as a filter for a high frequency part or an intermediate frequency part of a terminal. The surface acoustic wave device has a structure in which interdigitated electrodes for exciting, receiving, reflecting, or propagating surface acoustic waves are formed on the main surface of a piezoelectric substrate. The important characteristics of the piezoelectric substrate used in this surface acoustic wave device are the surface wave velocity (SAW velocity) of the surface acoustic wave, the center frequency when used as a filter, or the frequency of the resonance frequency when used as a resonator. Temperature coefficient (TCF), and electromechanical coupling coefficient (k 2 ).
[0003]
Conventionally, as a piezoelectric substrate generally used in a surface acoustic wave device, there are combinations of single crystals and cut angles shown in the table of FIG. The known piezoelectric substrate shown in FIG. 1 has a group of 128 ° rotY LN (128LN), 64 ° rotY LN (64LN) and 36 ° rotY LT (36LN), which has a high SAW speed and a large electromechanical coupling coefficient. It can be broadly divided into 112 ° rotY LT (LT112) and ST crystal groups with slow SAW speed and small electromechanical coupling coefficient. Among these, 128 LN, 64 LN and 36 LT, which are piezoelectric substrates having a high SAW speed and a large electromechanical coupling coefficient, are used for surface acoustic wave filters in the high frequency part of the terminal. The LT 112 and ST crystal, which are piezoelectric substrates having a relatively slow SAW speed and a small electromechanical coupling coefficient, are used for surface acoustic wave filters in the intermediate frequency part of the terminal. The reason for this is that in the case of a surface acoustic wave filter, the center frequency is approximately proportional to the SAW speed of the piezoelectric substrate to be used and approximately inversely proportional to the width of the electrode fingers of the interdigitated electrodes formed on the substrate. is there.
[0004]
Therefore, a substrate having a high SAW speed is desired to configure a filter used in the high-frequency circuit section. Furthermore, since the filter used for the high-frequency part of the terminal is required to have a wide band with a pass bandwidth of 20 MHz or more, it is also necessary that the electromechanical coupling coefficient is large.
[0005]
On the other hand, a frequency band of 70 to 300 MHz is used as the intermediate frequency of the mobile terminal. When a filter having a center frequency in this frequency band is constituted by a surface acoustic wave device, if a piezoelectric substrate having a high SAW speed is used, the width of the electrode fingers formed on the substrate is smaller than that of a filter used for a high frequency part. There is a problem that the surface acoustic wave device itself needs to be greatly increased in accordance with the amount of decrease in the center frequency. Therefore, it is common to use the LT 112 or ST crystal having a slow SAW speed as the surface acoustic wave filter for the intermediate frequency section. In particular, ST quartz has a zero first-order frequency temperature coefficient and is a preferred piezoelectric substrate material. Since ST crystal has a small electromechanical coupling coefficient, only a filter with a narrow passband can be formed. However, since the role of the intermediate frequency filter is to pass only a signal of a narrow channel, the electromechanical coupling coefficient is small. In the past, it didn't matter much.
[0006]
However, in recent years, digital mobile communication systems have been developed, put into practical use, and rapidly spread from the viewpoint of effective use of frequency resources and compatibility with digital data communication. The pass bandwidth of this digital mobile communication system is very wide, from several hundred KHz to several MHz. When such a broadband intermediate frequency filter is configured by a surface acoustic wave device, it is difficult to realize the ST quartz substrate from the viewpoint of the electromechanical coupling coefficient. In addition, in order to further reduce the size of mobile terminals and increase the convenience of carrying them, it is necessary to reduce the mounting area of the surface acoustic wave filter for intermediate frequencies. Both ST quartz and LT112, which are considered suitable for surface wave filters, have SAW speeds exceeding 3000 m / sec, and there is a limit to downsizing.
[0007]
Therefore, in order to solve these problems, a La 3 Ga 5 SiO 14 single crystal having a Ca 3 Ga 2 Ge 4 O 14 type crystal structure has been developed (see Japanese Patent No. 3278167).
[0008]
However, even with this La 3 Ga 5 SiO 14 single crystal, the electromechanical coupling coefficient k 2 is about 0.4%, and the improvement has been demanded.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to provide a piezoelectric substrate having a high electromechanical coupling coefficient effective for widening the passband and having a slow SAW speed effective for downsizing a surface acoustic wave device, and a broadband using the piezoelectric substrate. And a small surface acoustic wave device.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, according to the present invention,
A piezoelectric substrate made of a single crystal,
The single crystal belongs to the point group 32, has a Ca 3 Ga 2 Ge 4 O 14 type crystal structure, and its main component is composed of Ba, Ta, Ga, Si and O, and has the chemical formula Ba 3 TaGa 3 Si 2. A piezoelectric substrate characterized by being represented by O 14 is provided.
[0011]
According to the present invention, a piezoelectric substrate having a high electromechanical coupling coefficient (preferably 0.5% or more, more preferably 0.7% or more) and a low SAW speed (preferably 2900 m / sec or less) can be provided. .
[0012]
According to the present invention,
A surface acoustic wave device having interdigitated electrodes on the surface of a piezoelectric substrate,
The piezoelectric substrate is made of a single crystal;
The single crystal belongs to the point group 32, has a Ca 3 Ga 2 Ge 4 O 14 type crystal structure, and its main component is composed of Ba, Ta, Ga, Si and O, and has the chemical formula Ba 3 TaGa 3 Si 2. A surface acoustic wave device represented by O 14 is provided.
[0013]
Since the above-described piezoelectric substrate according to the present invention has a high electromechanical coupling coefficient, if this is used for a piezoelectric substrate of a surface acoustic wave device, a broadband surface acoustic wave device can be realized. Further, since the piezoelectric substrate according to the present invention has a low SAW speed, if the piezoelectric substrate is used for a piezoelectric substrate of a surface acoustic wave device, the device can be downsized. That is, by using the piezoelectric substrate of the present invention for a surface acoustic wave device, a small-sized surface acoustic wave device with a wide band can be realized.
[0014]
Preferably, in the surface acoustic wave device according to the present invention, the crystal orientation of the piezoelectric substrate (= cutting angle or cut angle of the piezoelectric substrate from a single crystal; hereinafter the same) and the surface acoustic wave propagation direction of the piezoelectric substrate are determined as Euler. When expressed as (φ, θ, ψ) in the angle display, the φ, θ, and ψ exist in the following region 1 or a region that is crystallographically equivalent to the following region 1.
(Region 1)
φ = 0 ° to 5 ° (excluding 5 °),
θ = 10 ° to 165 °,
ψ = −40 ° to 40 °.
[0015]
Preferably, when the surface acoustic wave device according to the present invention expresses the crystal orientation of the piezoelectric substrate and the surface acoustic wave propagation direction of the piezoelectric substrate as (φ, θ, ψ) in Euler angle display, the φ, θ And ψ exist in the
(Region 2)
φ = 5 ° to 15 ° (excluding 15 °),
θ = 10 ° to 170 °,
ψ = −50 ° to 40 °.
[0016]
Preferably, when the surface acoustic wave device according to the present invention expresses the crystal orientation of the piezoelectric substrate and the surface acoustic wave propagation direction of the piezoelectric substrate as (φ, θ, ψ) in Euler angle display, the φ, θ And ψ exist in the following region 3 or a region that is crystallographically equivalent to the following region 3.
(Region 3)
φ = 15 ° -25 °,
θ = 10 ° to 170 °,
ψ = −30 ° to 30 °.
[0017]
Preferably, when the surface acoustic wave device according to the present invention expresses the crystal orientation of the piezoelectric substrate and the surface acoustic wave propagation direction of the piezoelectric substrate as (φ, θ, ψ) in Euler angle display, the φ, θ And ψ exist in the following region 4 or a region that is crystallographically equivalent to the following region 4.
(Region 4)
φ = 15 ° -25 °,
θ = 15 ° to 40 °,
ψ = −55 ° to −50 °.
[0018]
Preferably, when the surface acoustic wave device according to the present invention expresses the crystal orientation of the piezoelectric substrate and the surface acoustic wave propagation direction of the piezoelectric substrate as (φ, θ, ψ) in Euler angle display, the φ, θ And ψ exist in the following region 5 or a region that is crystallographically equivalent to the following region 5.
(Region 5)
φ = 15 ° -25 °,
θ = 155 ° to 170 °,
ψ = 40 ° -55 °.
[0019]
Preferably, when the surface acoustic wave device according to the present invention expresses the crystal orientation of the piezoelectric substrate and the surface acoustic wave propagation direction of the piezoelectric substrate as (φ, θ, ψ) in Euler angle display, the φ, θ And ψ exist in the following region 6 or a region that is crystallographically equivalent to the following region 6.
(Region 6)
φ = 25 ° -30 ° (not including 25 °),
θ = 10 ° to 170 °,
ψ = −25 ° to 25 °.
[0020]
The surface acoustic wave device of the present invention can be suitably used for a filter in a wide band.
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a table showing conventional piezoelectric substrates used in surface acoustic wave devices and their characteristics.
FIG. 2 is a perspective view showing a surface acoustic wave device according to an embodiment of the present invention.
3 to 8 are tables showing characteristics of piezoelectric substrates for surface acoustic wave devices according to embodiments of the present invention,
9, 11, 13, and 15 are diagrams each showing the SAW speed in the piezoelectric substrate of the embodiment shown in FIGS. 3, 4, 5, and 8 in relation to the angle θ and the angle ψ,
10, 12, 14, and 16 are graphs showing the electromechanical coupling coefficients of the piezoelectric substrates of the embodiments shown in FIGS. 3, 4, 5, and 8 in relation to the angle θ and the angle ψ, respectively.
[0022]
As shown in FIG. 2, the surface
The piezoelectric substrate 1 is composed of the piezoelectric substrate of the present invention. The piezoelectric substrate of the present invention is composed of a single crystal. This single crystal belongs to the point group 32, has a Ca 3 Ga 2 Ge 4 O 14 type crystal structure, and its main component is composed of Ba, Ta, Ga, Si and O, and has the chemical formula Ba 3 TaGa 3 Si 2. represented by O 14.
[0023]
The x-axis, y-axis, and z-axis in FIG. 2 are orthogonal to each other. The x-axis and the y-axis are in the in-plane direction of the substrate 1, and the x-axis defines the propagation direction of the surface acoustic wave. The z axis perpendicular to the surface of the substrate 1 defines the cut angle (cut surface) of the single crystal substrate. The relationship between the x-axis, y-axis, and z-axis and the X-axis, Y-axis, and Z-axis, which are crystal axes of a single crystal, can be expressed by Euler angle display (φ, θ, ψ).
When the cut-out angle and propagation direction in the surface
[0024]
(Region 1) Region 1
φ = 0 ° to 5 ° (excluding 5 °),
θ = 10 ° to 165 °,
ψ = −40 ° to 40 °.
Within region 1,
φ = 0 ° to 5 ° (excluding 5 °),
θ = 75 ° to 120 °,
It is preferable that ψ = -15 ° to 15 °.
(Region 2)
φ = 5 ° to 15 ° (excluding 15 °),
θ = 10 ° to 170 °,
ψ = −50 ° to 40 °.
Within
φ = 5 ° to 15 ° (excluding 15 °),
θ = 40 ° to 150 °,
It is preferable that ψ = −20 ° to 20 °.
(Region 3) The region 3 is
φ = 15 ° -25 °,
θ = 10 ° to 170 °,
ψ = -30 ° to 30 °.
Within region 3,
φ = 15 ° -25 °,
θ = 50 ° to 150 °,
It is preferable that ψ = −10 ° to 20 °.
[0025]
(Area 4) Area 4 is
φ = 15 ° -25 °,
θ = 15 ° to 40 °,
ψ = −55 ° to −50 °.
(Area 5) Area 5
φ = 15 ° -25 °,
θ = 155 ° to 170 °,
ψ = 40 ° to 55 °.
(Area 6) Area 6
φ = 25 ° -30 ° (not including 25 °),
θ = 10 ° to 170 °,
ψ = -25 ° to 25 °.
Within region 6,
φ = 25 ° -30 ° (not including 25 °),
θ = 30 ° to 150 °,
It is preferable that ψ = −10 ° to 10 °.
[0026]
When Euler angles φ, θ, and ψ are present in
[0027]
In the preferred regions in the above-described regions, the SAW speed of the substrate is 2800 m / sec or less (2700 m / sec or less in the preferred region 1), and the electromechanical coupling coefficient of the substrate is 0.7% or more. Thus, there is a combination that is much larger than ST crystal and La 3 Ga 5 SiO 14 .
[0028]
Note that since the single crystal represented by the chemical formula Ba 3 TaGa 3 Si 2 O 14 is a trigonal crystal, there are combinations of Euler angles equivalent to each other due to the symmetry of the crystal. For this reason, in addition to the angle indicating each region described above, the same effect can be obtained for an angle crystallographically equivalent thereto.
[0029]
In a trigonal substrate, φ = 120 to 240 ° and φ = 240 to 360 ° (−120 to 0 °) are equivalent to φ = 0 to 120 °. For example, φ = 130 ° and φ = 250 ° are equivalent to φ = 10 °.
Θ = 360 to 180 ° (0 to −180 °) is equivalent to θ = 0 to 180 °. For example, θ = 330 ° is equivalent to θ = 150 °.
Further, ψ = 90 to 270 ° is equivalent to ψ = −90 to 90 °. For example, ψ = 240 ° is equivalent to ψ = 60 °.
[0030]
Further, in the case of a trigonal crystal substrate, characteristics for all cut angles and propagation directions can be known by examining characteristics in the range of φ = 0 to 30 °.
[0031]
Accordingly, in order to know the characteristics of all the cut angles and propagation directions in the single crystal substrate represented by the chemical formula Ba 3 TaGa 3 Si 2 O 14 , φ0 = 0 to 30 °, θ0 = 0 to 180 °, ψ0 It is only necessary to check the range of −90 to 90 °. From this combination of (φ0, θ0, ψ0), an equivalent combination of (φ, θ, ψ) showing the same characteristics at φ = 30 to 120 ° can be found.
[0032]
Specifically, in the range of 30 ° ≦ φ ≦ 60 °,
φ = 60 ° −φ0,
θ = 180 ° −θ0,
By ψ = ψ0, (φ, θ, ψ) equivalent to (φ0, θ0, ψ0) can be obtained.
In the range of 60 ° ≦ φ ≦ 90 °,
φ = 60 ° + φ0,
θ = 180 ° −θ0,
(φ, θ, ψ) equivalent to (φ0, θ0, ψ0) can be obtained by ψ = −ψ0.
In the range of 90 ° ≦ φ ≦ 120 °,
φ = 120 ° −φ0,
θ = θ0,
(φ, θ, ψ) equivalent to (φ0, θ0, ψ0) can be obtained by ψ = −ψ0.
Based on the above symmetry, the characteristics at all (φ, θ, ψ) can be known.
[0033]
Examples of equivalent angle combinations include the following.
A combination of 0 °, 90 ° and 25 ° for Euler angles φ, θ and ψ in region 1 is equivalent to a combination of 0 °, 90 ° and −25 ° or a combination of 60 °, 90 ° and 25 °. is there.
The 10 °, 40 ° and 0 ° combinations for Euler angles φ, θ and ψ in
The combinations of 20 °, 50 ° and 0 ° for Euler angles φ, θ and ψ in region 3 are equivalent to the combinations of 40 °, 130 ° and 0 °, and the combinations of 100 °, 50 ° and 0 °. .
The combinations of 30 °, 90 ° and 0 ° for the Euler angles φ, θ and ψ in region 6 are equivalent to the combinations of 90 °, 90 ° and 0 °, and the combinations of 150 °, 90 ° and 0 °. .
[0034]
Each region defined in the present invention includes an equivalent combination of (φ, θ, ψ) based on the symmetry of the crystal.
[0035]
In the present invention, when a chemical formula Ba 3 TaGa 3 Si 2 O 14 single crystal having a langasite type crystal structure is applied to a substrate of a surface acoustic wave device, the crystal cutting direction and the surface acoustic wave propagation direction are selected. By doing so, it is possible to realize a small-sized surface acoustic wave device with a wide band.
[0036]
In addition, the chemical formula Ba 3 TaGa 3 Si 2 O 14 single crystal used in the present invention may have an oxygen defect, for example, Al, Zr, Fe, Ce, Nd, La, Pt, Ca, etc. are unavoidable. An impurity may be included.
[0037]
The production method of the chemical formula Ba 3 TaGa 3 Si 2 O 14 single crystal is not particularly limited, and may be produced by an ordinary single crystal growth method such as CZ method.
[0038]
The interdigitated
[0039]
【Example】
Next, the present invention will be described in more detail with reference to examples that further embody the embodiment of the present invention. However, the present invention is not limited to these examples.
[0040]
First, a crystal Ba 3 TaGa 3 Si 2 O 14 single crystal was grown by a Czochralski (CZ) method (rotary pulling method) by high frequency heating. Next, from the obtained chemical formula Ba 3 TaGa 3 Si 2 O 14 single crystal, a (010) cut wafer having an orientation flat in the in-plane + X direction (equivalent to φ = 0 ° and θ = 90 ° in terms of Euler angle) And one side was mirror-polished and the other side was roughened with green carbon (GC # 2000) to produce a substrate.
[0041]
A surface acoustic wave transducer composed of a pair of interdigitated electrodes as shown in FIG. 2 was formed on the surface of the obtained substrate to obtain a surface acoustic wave device. The interdigitated electrodes were formed by vapor deposition of Al on both the input side and the output side, the thickness was 0.3 μm, the electrode finger width d was 15 μm, the electrode pitch (4d) was 60 μm, and the number of electrode finger pairs was 20. .
[0042]
In FIG. 2, the axes denoted by x, y, and z are axes converted by Euler angles, the x axis is the surface acoustic wave propagation direction, and the y axis is orthogonal to the surface acoustic wave propagation direction in the plane of the substrate. The direction and the z-axis are directions orthogonal to the substrate surface. For x, a plurality of surface acoustic waves are obtained by changing the substrate cutting angle and the surface acoustic wave propagation direction so that ψ = 0 ° (corresponding to the x direction in the crystal axis), 15 °, 25 °, and 40 °. A device was made.
[0043]
Then, the SAW velocity and the electromechanical coupling coefficient in each surface acoustic wave device are obtained, and FIG. 3 (region 1), FIG. 4 (region 2), FIG. 5 (region 3), FIG. 6 (region 4), and FIG. Region 5) and FIG. 8 (region 6) are shown.
Further, based on the data of FIG. 3, taking into account the symmetry at φ = 0 ° at ψ = 0 °, FIGS. 9 to 10 are diagrams that two-dimensionally represent the SAW speed and the electromechanical coupling coefficient. . Based on the data shown in FIG. 4, charts that two-dimensionally represent the SAW speed and the electromechanical coupling coefficient are shown in FIGS. Based on the data in FIG. 5, charts that two-dimensionally represent the SAW speed and the electromechanical coupling coefficient are shown in FIGS. Based on the data in FIG. 8, charts that two-dimensionally represent the SAW speed and the electromechanical coupling coefficient are shown in FIGS.
[0044]
Note that the SAW velocity was obtained by multiplying the measured value of the center frequency of the filter characteristics in the above-described interdigital electrode configuration by the surface acoustic wave wavelength. The electromechanical coupling coefficient is obtained by measuring a two-terminal admittance of one of the above-mentioned input / output cross-finger electrodes, for example, an input, and from the real part (conductance) and imaginary part (susceptance) of this admittance, Smith It was obtained by the method using the equivalent circuit. The above characteristics were measured while maintaining the ambient temperature of the apparatus at 25 ° C.
[0045]
Discussion As shown in FIGS. 3, 9 and 10, when the angle φ is 0 °, the angle θ is in the range of 10 ° to 165 °, and the angle ψ is in the range of −40 ° to 40 °. It was confirmed that there was a combination in which the electromechanical coupling coefficient was 0.5% or more and the SAW speed was 2900 m / sec or less. In particular, when the angle θ is in the range of 75 ° to 120 ° and the angle ψ is in the range of −15 ° to 15 °, the electromechanical coupling coefficient is 0.7% or more and the SAW speed is 2700 m / sec. It was confirmed that there exists a combination. It was also confirmed that the same effect can be obtained when the angle φ is in the range of 0 ° to 5 °.
[0046]
As shown in FIGS. 4, 11 and 12, when the angle φ is 10 °, the electromechanical coupling coefficient is in the range of the angle θ in the range of 10 ° to 170 ° and the angle ψ in the range of −50 ° to 40 °. It was confirmed that there was a combination of 0.5% or more and a SAW speed of 2900 m / sec or less. In particular, when the angle θ is in the range of 40 ° to 150 ° and the angle ψ is in the range of −20 ° to 20 °, there is a combination in which the electromechanical coupling coefficient is 0.7% or more and the SAW speed is 2700 m / sec. It was confirmed to exist. It was also confirmed that the same effect can be obtained when the angle φ is in the range of 5 ° to 15 °.
[0047]
As shown in FIGS. 5, 13 and 14, when the angle φ is 20 °, the electromechanical coupling coefficient is in the range of the angle θ in the range of 10 ° to 170 ° and the angle ψ in the range of −30 ° to 30 °. It was confirmed that there was a combination of 0.5% or more and a SAW speed of 2900 m / sec or less. In particular, when the angle θ is in the range of 50 ° to 150 ° and the angle ψ is in the range of −10 ° to 20 °, there is a combination in which the electromechanical coupling coefficient is 0.7% or more and the SAW speed is 2700 m / sec. It was confirmed to exist. It was also confirmed that the same effect can be obtained when the angle φ is in the range of 15 ° to 25 °.
[0048]
As shown in FIG. 6, when the angle φ is 20 °, the angle θ is in the range of 15 ° to 40 °, and the angle ψ is in the range of −55 ° to −50 °, the electromechanical coupling coefficient is 0.5. % And the SAW speed was confirmed to be 2900 m / sec or less.
[0049]
As shown in FIG. 7, when the angle φ is 20 °, the electromechanical coupling coefficient is 0.5% or more when the angle θ is in the range of 155 ° to 170 ° and the angle ψ is in the range of 40 ° to 55 °. Thus, it was confirmed that the SAW speed was lowered to around 2900 m / sec.
[0050]
As shown in FIGS. 8, 15 and 16, when the angle φ is 30 °, the angle θ is in the range of 10 ° to 170 °, and the angle ψ is in the range of −25 ° to 25 °, the electromechanical coupling coefficient is It was confirmed that there was a combination of 0.5% or more and a SAW speed of 2900 m / sec or less. In particular, when the angle θ is in the range of 30 ° to 150 ° and the angle ψ is in the range of −10 ° to 10 °, there is a combination in which the electromechanical coupling coefficient is 0.7% or more and the SAW speed is 2700 m / sec. It was confirmed to exist. It was also confirmed that the same effect can be obtained when the angle φ is in the range from 25 ° to 30 °.
[0051]
Although the embodiments and examples of the present invention have been described above, the present invention is not limited to these embodiments and examples, and can be implemented in various modes without departing from the gist of the present invention. Of course you get.
[0052]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a piezoelectric substrate having a high electromechanical coupling coefficient effective for widening the passband and having a slow SAW speed effective for downsizing the surface acoustic wave device, A wide-band and small-sized surface acoustic wave device using the piezoelectric substrate can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a table showing conventional piezoelectric substrates used in surface acoustic wave devices and their characteristics.
FIG. 2 is a perspective view showing a surface acoustic wave device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a table showing characteristics of a piezoelectric substrate for a surface acoustic wave device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a table showing characteristics of a piezoelectric substrate for a surface acoustic wave device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a table showing characteristics of a piezoelectric substrate for a surface acoustic wave device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a table showing characteristics of a piezoelectric substrate for a surface acoustic wave device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a table showing characteristics of a piezoelectric substrate for a surface acoustic wave device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a table showing characteristics of a piezoelectric substrate for a surface acoustic wave device according to an embodiment of the present invention.
9 is a chart showing the SAW speed in the piezoelectric substrate of the embodiment shown in FIG. 3 in relation to the angle θ and the angle ψ.
FIG. 10 is a chart showing the electromechanical coupling coefficient in the piezoelectric substrate of the embodiment shown in FIG. 3 in relation to the angle θ and the angle ψ.
11 is a chart showing the SAW speed in the piezoelectric substrate of the embodiment shown in FIG. 4 in relation to the angle θ and the angle ψ.
12 is a chart showing the electromechanical coupling coefficient in the piezoelectric substrate of the embodiment shown in FIG. 4 in relation to the angle θ and the angle ψ.
13 is a chart showing the SAW speed in the piezoelectric substrate of the embodiment shown in FIG. 5 in relation to the angle θ and the angle ψ.
FIG. 14 is a chart showing the electromechanical coupling coefficient in the piezoelectric substrate of the embodiment shown in FIG. 5 in relation to the angle θ and the angle ψ.
15 is a chart showing the SAW speed in the piezoelectric substrate of the embodiment shown in FIG. 8 in relation to the angle θ and the angle ψ.
FIG. 16 is a chart showing an electromechanical coupling coefficient in the piezoelectric substrate of the embodiment shown in FIG. 8 in relation to an angle θ and an angle ψ.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記圧電基板が、単結晶で構成してあり、
該単結晶が、点群３２に属し、Ｃａ３ Ｇａ２ Ｇｅ４ Ｏ１４型結晶構造を有し、その主要な成分がＢａ、Ｔａ、Ｇａ、ＳｉおよびＯからなり、化学式Ｂａ３ ＴａＧａ３ Ｓｉ２ Ｏ１４で表され、
前記圧電基板の結晶方位および前記圧電基板の弾性表面波伝播方向をオイラー角表示で（φ、θ、ψ）と表したとき、該φ、θおよびψが下記領域１、または下記領域１と結晶学的に等価な領域に存在し、
前記圧電基板のＳＡＷ速度が２９００ｍ／ｓｅｃ以下となり、
前記圧電基板の電気機械結合係数が０．５％以上となることを特徴とする弾性表面波装置。
（領域１）
φ＝０°〜５°（ただし、５°を含まない）、
θ＝１０°〜１６５°、
ψ＝−４０°〜４０°。A surface acoustic wave device having interdigitated electrodes on the surface of a piezoelectric substrate,
The piezoelectric substrate is made of a single crystal;
The single crystal belongs to the point group 32, has a Ca 3 Ga 2 Ge 4 O 14 type crystal structure, and its main component is composed of Ba, Ta, Ga, Si and O, and has the chemical formula Ba 3 TaGa 3 Si 2. is represented by O 14,
When the crystal orientation of the piezoelectric substrate and the surface acoustic wave propagation direction of the piezoelectric substrate are expressed as Euler angles (φ, θ, ψ), the φ, θ, and ψ are the following region 1 or the following region 1 and crystal Exist in a scientifically equivalent area,
The SAW speed of the piezoelectric substrate is 2900 m / sec or less,
The surface acoustic wave device according to claim 1, wherein the piezoelectric substrate has an electromechanical coupling coefficient of 0.5% or more .
(Region 1)
φ = 0 ° to 5 ° (excluding 5 °),
θ = 10 ° to 165 ° ,
ψ = −40 ° to 40 ° .
前記圧電基板が、単結晶で構成してあり、
該単結晶が、点群３２に属し、Ｃａ３ Ｇａ２ Ｇｅ４ Ｏ１４型結晶構造を有し、その主要な成分がＢａ、Ｔａ、Ｇａ、ＳｉおよびＯからなり、化学式Ｂａ３ ＴａＧａ３ Ｓｉ２ Ｏ１４で表され、
前記圧電基板の結晶方位および前記圧電基板の弾性表面波伝播方向をオイラー角表示で（φ、θ、ψ）と表したとき、該φ、θおよびψが下記領域２、または下記領域２と結晶学的に等価な領域に存在し、
前記圧電基板のＳＡＷ速度が２９００ｍ／ｓｅｃ以下となり、
前記圧電基板の電気機械結合係数が０．５％以上となることを特徴とする弾性表面波装置。
（領域２）
φ＝５°〜１５°（ただし、１５°を含まない）、
θ＝１０°〜１７０°、
ψ＝−５０°〜４０°。A surface acoustic wave device having interdigitated electrodes on the surface of a piezoelectric substrate,
The piezoelectric substrate is made of a single crystal;
The single crystal belongs to the point group 32, has a Ca 3 Ga 2 Ge 4 O 14 type crystal structure, and its main component is composed of Ba, Ta, Ga, Si and O, and has the chemical formula Ba 3 TaGa 3 Si 2. is represented by O 14,
When the crystal orientation of the piezoelectric substrate and the surface acoustic wave propagation direction of the piezoelectric substrate are expressed as Euler angles (φ, θ, ψ), the φ, θ, and ψ are the following region 2 or the following region 2 and the crystal Exist in a scientifically equivalent area,
The SAW speed of the piezoelectric substrate is 2900 m / sec or less,
The surface acoustic wave device according to claim 1, wherein the piezoelectric substrate has an electromechanical coupling coefficient of 0.5% or more .
(Region 2)
φ = 5 ° to 15 ° (excluding 15 °),
θ = 10 ° to 170 ° ,
ψ = −50 ° to 40 ° .
前記圧電基板が、単結晶で構成してあり、
該単結晶が、点群３２に属し、Ｃａ３ Ｇａ２ Ｇｅ４ Ｏ１４型結晶構造を有し、その主要な成分がＢａ、Ｔａ、Ｇａ、ＳｉおよびＯからなり、化学式Ｂａ３ ＴａＧａ３ Ｓｉ２ Ｏ１４で表され、
前記圧電基板の結晶方位および前記圧電基板の弾性表面波伝播方向をオイラー角表示で（φ、θ、ψ）と表したとき、該φ、θおよびψが下記領域３、または下記領域３と結晶学的に等価な領域に存在し、
前記圧電基板のＳＡＷ速度が２９００ｍ／ｓｅｃ以下となり、
前記圧電基板の電気機械結合係数が０．５％以上となることを特徴とする弾性表面波装置。
（領域３）
φ＝１５°〜２５°、
θ＝１０°〜１７０°、
ψ＝−３０°〜３０°。A surface acoustic wave device having interdigitated electrodes on the surface of a piezoelectric substrate,
The piezoelectric substrate is made of a single crystal;
The single crystal belongs to the point group 32, has a Ca 3 Ga 2 Ge 4 O 14 type crystal structure, and its main component is composed of Ba, Ta, Ga, Si and O, and has the chemical formula Ba 3 TaGa 3 Si 2. is represented by O 14,
When the crystal orientation of the piezoelectric substrate and the surface acoustic wave propagation direction of the piezoelectric substrate are expressed as Euler angles (φ, θ, ψ), the φ, θ, and ψ are the following region 3 or the following region 3 and the crystal Exist in a scientifically equivalent area,
The SAW speed of the piezoelectric substrate is 2900 m / sec or less,
The surface acoustic wave device according to claim 1, wherein the piezoelectric substrate has an electromechanical coupling coefficient of 0.5% or more .
(Region 3)
φ = 15 ° -25 °,
θ = 10 ° to 170 °,
ψ = -30 ° to 30 ° .
前記圧電基板が、単結晶で構成してあり、
該単結晶が、点群３２に属し、Ｃａ３ Ｇａ２ Ｇｅ４ Ｏ１４型結晶構造を有し、その主要な成分がＢａ、Ｔａ、Ｇａ、ＳｉおよびＯからなり、化学式Ｂａ３ ＴａＧａ３ Ｓｉ２ Ｏ１４で表され、
前記圧電基板の結晶方位および前記圧電基板の弾性表面波伝播方向をオイラー角表示で（φ、θ、ψ）と表したとき、該φ、θおよびψが下記領域４、または下記領域４と結晶学的に等価な領域に存在し、
前記圧電基板のＳＡＷ速度が２９００ｍ／ｓｅｃ以下となり、
前記圧電基板の電気機械結合係数が０．５％以上となることを特徴とする弾性表面波装置。
（領域４）
φ＝２０°、
θ＝１５°〜４０°、
ψ＝−５５°〜−５０°。A surface acoustic wave device having interdigitated electrodes on the surface of a piezoelectric substrate,
The piezoelectric substrate is made of a single crystal;
The single crystal belongs to the point group 32, has a Ca 3 Ga 2 Ge 4 O 14 type crystal structure, and its main component is composed of Ba, Ta, Ga, Si and O, and has the chemical formula Ba 3 TaGa 3 Si 2. is represented by O 14,
When the crystal orientation of the piezoelectric substrate and the surface acoustic wave propagation direction of the piezoelectric substrate are expressed as Euler angles (φ, θ, ψ), the φ, θ, and ψ are the following region 4 or the following region 4 and the crystal Exist in a scientifically equivalent area,
The SAW speed of the piezoelectric substrate is 2900 m / sec or less,
The surface acoustic wave device according to claim 1, wherein the piezoelectric substrate has an electromechanical coupling coefficient of 0.5% or more .
(Region 4)
φ = 20 ° ,
θ = 15 ° to 40 °,
ψ = −55 ° to −50 °.
前記圧電基板が、単結晶で構成してあり、
該単結晶が、点群３２に属し、Ｃａ３ Ｇａ２ Ｇｅ４ Ｏ１４型結晶構造を有し、その主要な成分がＢａ、Ｔａ、Ｇａ、ＳｉおよびＯからなり、化学式Ｂａ３ ＴａＧａ３ Ｓｉ２ Ｏ１４で表され、
前記圧電基板の結晶方位および前記圧電基板の弾性表面波伝播方向をオイラー角表示で（φ、θ、ψ）と表したとき、該φ、θおよびψが下記領域６、または下記領域６と結晶学的に等価な領域に存在し、
前記圧電基板のＳＡＷ速度が２９００ｍ／ｓｅｃ以下となり、
前記圧電基板の電気機械結合係数が０．５％以上となることを特徴とする弾性表面波装置。
（領域６）
φ＝２５°〜３０°（ただし、２５°を含まない）、
θ＝１０°〜１７０°、
ψ＝−２５°〜２５°。A surface acoustic wave device having interdigitated electrodes on the surface of a piezoelectric substrate,
The piezoelectric substrate is made of a single crystal;
The single crystal belongs to the point group 32, has a Ca 3 Ga 2 Ge 4 O 14 type crystal structure, and its main component is composed of Ba, Ta, Ga, Si and O, and has the chemical formula Ba 3 TaGa 3 Si 2. is represented by O 14,
When the crystal orientation of the piezoelectric substrate and the surface acoustic wave propagation direction of the piezoelectric substrate are expressed as Euler angles (φ, θ, ψ), the φ, θ, and ψ are the following region 6 or the following region 6 and the crystal Exist in a scientifically equivalent area,
The SAW speed of the piezoelectric substrate is 2900 m / sec or less,
The surface acoustic wave device according to claim 1, wherein the piezoelectric substrate has an electromechanical coupling coefficient of 0.5% or more .
(Region 6)
φ = 25 ° -30 ° (not including 25 °),
θ = 10 ° to 170 °,
ψ = −25 ° to 25 ° .
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