JP4277489B2 - 表面波装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＬｉＮｂＯ3基板を用いた表面波装置に関し、より詳細には、ＬｉＮｂＯ3基板を伝搬するバルク波の内の「速い横波」及び「遅い横波」よりも位相速度が遅い縦波成分主体の表面波を利用した表面波装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、帯域フィルタや遅延線などに表面波装置が広く用いられている。表面波装置で利用される弾性表面波としては、レイリー波、ＢＧＳ波、ラブ波、表面すべり波などが知られている。
【０００３】
従来より広く用いられているレイリー波では、表面波伝搬方向と同じ方向に変位を有する縦波と、基板の深さ方向に変位を有する横波の２つの成分が共に優勢である。これに対して、ラブ波や表面すべり波では、横波成分が優勢である。
【０００４】
これらの表面波とは別に、近年、基板の深さ方向にエネルギーを放射しつつ表面を伝搬する表面波が知られており、疑似弾性表面波あるいは漏洩弾性表面波と称されている。
【０００５】
特開平８−２８８７８８号公報には、縦波成分が横波成分よりも優勢である縦波型表面波を利用した表面波装置が開示されている。ここでは、特定のオイラー角のＬｉＴａＯ3基板やＬｉＮｂＯ3基板上に、縦波型表面波の波数Ｋと薄膜の厚みＨとの積が所定の数値範囲となるように薄膜が形成されている表面波装置が開示されている。例えば、ＬｉＮｂＯ3基板上に、ＡｌまたはＡｌ合金からなる薄膜を形成した構造では、オイラー角を（４０°〜９０°，４０°〜９０°，０°〜６０°）及びこれと等価な範囲とすることにより、並びに表面波、疑似弾性表面波または表面すべり体積波の波数Ｋと薄膜の厚みＨとの積ＫＨを０．３以上に設定した構成が示されている。このような構成により、バルクの内の「遅い横波」及び「速い横波」よりも位相速度が遅い縦波型表面波が効果的に利用され、伝搬損失をほぼ０とすることができるとされている。
【０００６】
なお、「遅い横波」及び「速い横波」は、圧電基板を伝搬するバルク波であり、圧電基板中を伝搬するバルク波としては、「遅い横波」、「速い横波」及び「縦波」の３種類のバルク波が存在する。上記先行技術に記載の表面波装置では、この「速い横波」及び「遅い横波」よりも位相速度が遅い縦波型表面波では、上記のように伝搬損失が０となることが示されている。
【０００７】
また、ＬｉＮｂＯ3基板のオイラー角を上記特定の範囲、好ましくは（９０°，９０°，３７°）とし、Ａｌからなる膜厚Ｈ／λを０．００〜０．３２の範囲とすれば、電気機械結合係数を大きく、かつ周波数温度特性係数を小さくし得ることが示されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、本願発明者は、上記先行技術に記載の表面波装置では、実際には電気機械結合係数ｋS 2はさほど高くならず、７％程度に過ぎないことを見出した。また、自由表面における周波数温度特性係数ＴＣＦｆ及び短絡表面における周波数温度特性係数ＴＣＦｍが、それぞれ、−４６ｐｐｍ／℃及び−５０ｐｐｍ／℃程度であり、周波数温度特性係数を十分に小さくすることができないことも見出した。すなわち、電気機械結合係数が十分でなく、かつ周波数温度特性係数ＴＣＦが大きいため、広帯域のフィルタ特性を得ることが困難であることがわかった。
【０００９】
本発明は、上述した従来技術の現状に鑑み、縦波を主成分とした表面波を利用しており、伝搬損失をほぼ０とすることができるだけでなく、電気機械結合係数ｋS 2が大きく、開放表面における周波数温度特性係数ＴＣＦｆ及び短絡表面における周波数温度特性係数ＴＣＦｍのいずれもが小さい表面波装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本願の第１の発明の広い局面によれば、縦波を主成分とする表面波を利用した表面波装置であって、ＬｉＮｂＯ3基板と、前記ＬｉＮｂＯ3基板上に形成されており、ＡｕもしくはＡｕを主成分とする合金からなる電極膜とを備え、前記縦波を主成分とする表面波が前記ＬｉＮｂＯ3基板を伝搬するバルク波の内の「速い横波」及び「遅い横波」より位相速度が遅い縦波成分主体の表面波であり、前記ＬｉＮｂＯ3基板のオイラー角が、下記の表１９〜表２８に示されている各座標を結んだ線で囲まれた各領域Ａ１〜Ａ１０に含まれるオイラー角、または該オイラー角と等価なオイラー角であり、前記電極膜の膜厚をＨ、表面波の波長をλとしたときに、規格化膜厚Ｈ／λが０．０５４〜０．２の範囲にあることを特徴とする、表面波装置が提供される。
【００１１】
【表１９】
【００１２】
【表２０】
【００１３】
【表２１】
【００１４】
【表２２】
【００１５】
【表２３】
【００１６】
【表２４】
【００１７】
【表２５】
【００１８】
【表２６】
【００１９】
【表２７】
【００２０】
【表２８】
【００２１】
本願の第２の発明の別の広い局面によれば、縦波を主成分とする表面波を利用した表面波装置であって、ＬｉＮｂＯ3基板と、前記ＬｉＮｂＯ3基板上に形成されており、ＡｕもしくはＡｕを主成分とする合金からなる電極膜とを備え、前記縦波を主成分とする表面波が前記ＬｉＮｂＯ3基板を伝搬するバルク波の内の「速い横波」及び「遅い横波」より位相速度が遅い縦波成分主体の表面波であり、前記ＬｉＮｂＯ3基板のオイラー角が、下記の表２９〜３２に示されている各座標を結んだ線で囲まれた各領域Ｃ１〜Ｃ４に含まれるオイラー角、または該オイラー角と等価なオイラー角であり、前記電極膜の膜厚をＨ、表面波の波長をλとしたときに、規格化膜厚Ｈ／λが０．０５４〜０．２の範囲にあることを特徴とする、表面波装置が提供される。
【００２２】
【表２９】
【００２３】
【表３０】
【００２４】
【表３１】
【００２５】
【表３２】
【００２６】
第２の発明のより限定的な局面では、前記ＬｉＮｂＯ3基板のオイラー角が、下記の表３３〜表３６に示されている座標を結んだ線で囲まれた各領域Ｄ１〜Ｄ４に含まれるオイラー角、または該オイラー角と等価なオイラー角とされる。
【００２７】
【表３３】
【００２８】
【表３４】
【００２９】
【表３５】
【００３０】
【表３６】
【００３１】
第１，第２の発明（本発明）においては、好ましくは、上記ＬｉＮｂＯ3基板のオイラー角は、（φ，６０°〜１２０°，ψ）またはこれと等価なオイラー角とされ、それによって短絡表面における周波数温度特性係数ＴＣＦｍをより一層小さくすることができる。
【００３３】
本発明においては、上記電極膜は、少なくともインターデジタルトランスデューサを構成するが、インターデジタルトランスデューサ以外に反射器等が構成されていてもよい。すなわち、電極膜は、インターデジタルトランスデューサ及び反射器であってもよい。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の具体的な実施例を説明することにより本発明を明らかにするが、実施例の説明に先立ち、特開平８−２８８７８８号公報に記載の先行技術において、大きな電気機械結合係数ｋS 2を得ることができないこと、並びに周波数温度特性係数が良好でないことを説明する。
【００３５】
本願発明者らは、特開平８−２８８７８８号公報に記載の技術を確認するため、文献「A method for estimating optimal cuts and propagation directions for excitation and propagation directions for excitation of piezoelectric surface waves」（J.J.Campbell and W.R.Jones,IEEE Trans.Sonics and Ultrason.,Vol.SU-15(1968)pp.209-217）、文献「疑似弾性表面波解析における放射条件の取り扱いについて」（橋本、遠藤、山口、信学技報,US95-46,1995-09,pp.25-30）などで報告されている一般的な表面波の伝搬特性を解析する手法を用いて、短絡表面及び開放表面における縦波型疑似表面波及び縦波型表面波の伝搬特性をまとめた。なお、基板としては、上記先行技術において最も望ましいオイラー角とされている（９０°，９０°，３７°）のＬｉＮｂＯ3基板を用い、該基板上にＡｕ膜を形成した。
【００３６】
なお、開放表面の伝搬特性は、Ａｕ膜の導電率を０、比誘電率を１とすることにより求めた。また、ＬｉＮｂＯ3基板の定数は、文献「Improved Material Constant for LiNbO3 and LiTaO3」（G.Kovacs等,1990 US Symp,pp435-438）に記載のものを用いた。
【００３７】
結果を図１３〜図１６に示す。
図１３は、Ａｕ膜の膜厚Ｈ／λ（λは表面波の波長）を変化させた場合の、短絡表面における位相速度Ｖｍ及び開放表面における位相速度Ｖｆの変化を示す図である。
【００３８】
図１４は、Ａｕ膜の膜厚Ｈ／λを変化させた場合の、電気機械結合係数ｋS 2の変化、並びに短絡表面における伝搬損失αｍ及び開放表面における伝搬損失αｆの変化を示す図である。
【００３９】
図１５は、Ａｕ膜の膜厚Ｈ／λを変化させた場合の、開放表面における周波数温度特性係数ＴＣＦｆ及び短絡表面における周波数温度特性係数ＴＣＦｍの変化を示す図である。
【００４０】
図１６は、Ａｕ膜の膜厚Ｈ／λを変化させた場合の、短絡表面におけるパワーフロー角ＰＦＡｍ及び開放表面におけるパワーフローＰＦＡｆの変化を示す図である。
【００４１】
なお、特開平８−２８８７８８号公報に記載のパラメータＫＨにおいて、Ｋは波数であり、Ｋ＝２π／λ、Ｈは膜厚である。従って、上記Ｈ／λは、Ｈ／λ＝ＫＨ／２πの関係となる。
【００４２】
ここで、任意のオイラー角（φ，θ，ψ）における周波数温度特性係数ＴＣＦは、２０℃、２５℃及び３０℃における位相速度、Ｖ（２０℃）、Ｖ（２５℃）及びＶ（３０℃）から下記の式（１）により求めた。なお、開放表面におけるＴＣＦｆは、Ｖ＝Ｖｆ、短絡表面におけるＴＣＦｍは、Ｖ＝Ｖｍとして求めた。
【００４３】
ＴＣＦ＝Ｖ（２５℃)-1×｛(Ｖ(３０℃)−Ｖ(２０℃))÷１０℃｝−αS…式（１）
なお、αSは表面波伝搬方向における基板の線膨張係数である。
【００４４】
また、任意のオイラー角（φ，θ，ψ）におけるパワーフロー角ＰＦＡは、ψ−０．５°、ψ、及びψ＋０．５°における位相速度Ｖ（ψ−０．５°）、Ｖ（ψ）及びＶ（ψ＋０．５°）から下記の式（２）により求めた。なお、開放表面のＰＦＡｆは、Ｖ＝Ｖｆ、短絡表面におけるＰＦＡｍは、Ｖ＝Ｖｍとして求めた。
【００４５】
ＰＦＡ＝ｔａｎ-1｛Ｖ(ψ)-1×(Ｖ(ψ＋０．５°)−Ｖ(ψ−０．５°))｝…（２）
オイラー角（９０°，９０°，３７°）における遅い横波、速い横波及び縦波の位相速度は、それぞれ、４０１９ｍ／秒、４０２６ｍ／秒及び７３１６ｍ／秒である。
【００４６】
従って、図１３から明らかなように、Ｈ／λ＞０．０５４において、短絡表面の位相速度Ｖｍが遅い横波よりも低速になり、Ｈ／λ＞０．０６０の場合、開放表面の位相速度Ｖｆが遅い横波よりも低速となる。図１４から、この時の伝搬損失は０となることがわかる。
【００４７】
しかしながら、図１４に示す電気機械結合係数ｋS 2と膜厚Ｈ／λとの関係は、特開平８−２８８７８８号公報に記載の図７における電気機械結合係数とＫＨとの関係とは異なっている。Ｈ／λ＝ＫＨ＝０では、図１４の結果と特開平８−２８８７８８号公報の図７の結果とはほぼ同等であるが、特開平８−２８８７８８号公報の図７では、ＫＨが増加するにつれて、電気機械結合係数が増加し、ＫＨ＝０．４すなわちＨ／λ＝０．０６３７の場合に、電気機械結合係数が１００％近い値となることが示されている。
【００４８】
しかしながら、本願発明者らが検討した結果、実際には、Ｈ／λ＝０．００８で、電気機械結合係数ｋS 2がピーク値を示し、その場合であってもｋS 2＝０．１９であり、Ｈ／λがさらに増加するとともに電気機械結合係数ｋS 2が減少することが計算により確かめられた。
【００４９】
また、本願発明者らが行った具体的な実験においても、Ｈ／λが増加するとともに、電気機械結合係数ｋS 2は減少する傾向を示していることが確かめられ、上記解析結果と一致した。
【００５０】
図１４から明らかなように、短絡表面における伝搬損失αｍ＝開放表面における伝搬損失αｆ＝０となる条件であるＨ／λ＝０．０６における電気機械結合係数ｋS 2は８．４％である。実際に利用する場合には、Ｈ／λに若干の余裕を持たせるため、Ｈ／λ＝０．０８程度で設計するのが相当である。この場合には、電気機械結合係数ｋS 2は７．２％となり、開放表面における周波数温度特性係数ＴＣＦｆ及び短絡表面における周波数温度特性係数ＴＣＦｍは、それぞれ、−４６ｐｐｍ／℃及び−５５ｐｐｍ／℃であることがわかる。
【００５１】
すなわち、上記先行技術の記載に従って、該先行技術で最適とされている上記（９０°，９０°，３７°）のオイラー角のＬｉＮｂＯ3基板上に、Ａｕ膜を上記先行技術に記載の膜厚で形成し、短絡表面及び開放表面における伝搬損失がいずれも０とするように表面波装置を構成したとしても、電気機械結合係数は７％程度と小さく、かつ周波数温度特性係数ＴＣＦも大きくならざるを得ないことがわかる。
【００５２】
これに対して、本発明によれば、縦波を主成分とした表面波を利用した表面波装置において、伝搬損失を０とし得るだけでなく、電気機械結合係数ｋS 2を大きくすることができ、かつ周波数温度特性係数ＴＣＦを効果的に低減することができる。これを以下において説明する。
【００５３】
（用語の定義）
なお、本願明細書では、下記の用語については、以下の意味を有するものとする。
【００５４】
縦波を主成分とする表面波…本明細書において、「縦波を主成分とする表面波」とは、特開平８−２８８７８８号公報に記載の縦波成分が横波成分よりも優勢である縦波型疑似弾性表面波、縦波型表面すべり波などを含み、位相速度が「遅い横波」及び「速い横波」よりも遅い縦波を主成分とする表面波を広く含むものとする。
【００５５】
オイラー角…本明細書では、基板の切断面と表面波の伝搬方向を表現するオイラー角（φ，θ，ψ）は、「弾性波素子技術ハンドブック」（日本学術振興会弾性波素子技術第１５０委員会、第１版第１刷、平成３年１１月３０日発行、５４９頁）記載の右手系オイラー角を用いた。
【００５６】
結晶軸…オイラー角の初期値として与えられるＬｉＮｂＯ3の結晶軸Ｘ，Ｙ，Ｚは、Ｚ軸をｃ軸と平行とし、Ｘ軸を等価な３方向のａ軸のうちの任意の１つと平行とし、Ｙ軸はＸ軸及びＺ軸を含む面の法線方向とした。
【００５７】
変位成分…本明細書においては、ｕ１，ｕ２，ｕ３と表記した。ｕ１は、Ｘ軸方向の変位であり、ｕ２はＹ軸方向の変位であり、ｕ３はＺ軸方向の変位である。上記第２漏洩表面波は、ｕ１成分が主体の場合の縦波型漏洩表面波と呼ばれている。
【００５８】
等価なオイラー角…本明細書においては、等価なオイラー角なる表現が用いられているが、これは、ＬｉＮｂＯ3基板のオイラー角（φ，θ，ψ）が概して結晶学的に等価なオイラー角をいうものとする。例えば、日本音響学会誌３６巻３号、１９８０年、１４０〜１４５頁）によれば、ＬｉＮｂＯ3は、三方晶系３ｍ点群に属する結晶であるため、以下の式（３）が成り立つ。
【００５９】
Ｆ（φ，θ，ψ）＝Ｆ（６０°−φ，−θ，ψ）
＝Ｆ（６０°＋φ，−θ，１８０°−ψ）
＝Ｆ（φ，１８０°＋θ，１８０°−ψ）
＝Ｆ（φ，θ，１８０°＋ψ） … （３）
なお、Ｆは、電気機械結合係数、伝搬損失、周波数温度特性係数ＴＣＦ、パワーフロ角ＰＦＡ及びナチュラル一方向性などの、オイラー角依存性を有する任意の表面波特性を示す。なお、ＰＦＡやナチュラル一方向性は、伝搬方向を正負反転した場合、符号は変わるものの絶対量は等しくなる。従って、例えば、オイラー角（３０°，θ，ψ）の表面波伝搬特性は、オイラー角（９０°，１８０°−θ，１８０°−ψ）の表面波伝搬特性と等価であることになる。また、例えば、オイラー角（３０°，９０°，４５°）の表面波伝搬特性は、下記の表３に示すオイラー角の表面波伝搬特性と等価である。
【００６０】
【表３７】
【００６１】
なお、本発明において計算に用いたＡｕの材料定数は、多結晶体の値であるが、エピタキシャル膜などの結晶体においても、膜自体の結晶方位依存性により基板の結晶方位依存性が表面波特性に対して支配的であるため、式（１）により、実用上問題ない程度の表面波伝搬特性が得られる。
【００６２】
（第１の実施例）
図１〜図４は、オイラー角（０°，θ，ψ）、（１０°，θ，ψ）、（２０°，θ，ψ）及び（３０°，θ，ψ）のＬｉＮｂＯ3基板の表面に、Ａｕ膜をＨ／λ＝０．０８の厚みで形成した構造の基板表面を伝搬する縦波を主成分とする、すなわちｕ１成分主体の表面波の電気機械結合係数ｋS 2の結果を示す図である。
【００６３】
図１〜図４において、ψ及びθは、それぞれ、０°〜１８０°の範囲でそれぞれ５°間隔で変化させた。
図１〜図４から明らかなように、下記の表３８〜表４４に示す座標を線で結んだ各領域Ａ１〜Ａ７において、電気機械結合係数ｋS 2が８％以上と大きいことがわかる。なお、図に示す座標を線で結んだ領域とは、例えば領域Ａ１を例にとると、下記の表３８において示す番号１〜３５の座標を結んだ線で囲まれた領域であり、図１において斜線のハッチングを付した領域に相当する。以下、領域Ａ２〜Ａ１０、並びに後述する領域Ｃ１〜Ｃ４及びＤ１〜Ｄ４についても同様にして定められる。すなわち、領域Ａ１〜Ａ１０、Ｃ１〜Ｃ４及びＤ１〜Ｄ４は、それぞれ、表に示す各領域に対応した座標１〜Ｎ（Ｎは各表の最後の座標番号）を座標１，２，３…Ｎ，１の順に結んだ線で囲まれた領域を示すものとする。
【００６４】
【表３８】
【００６５】
【表３９】
【００６６】
【表４０】
【００６７】
【表４１】
【００６８】
【表４２】
【００６９】
【表４３】
【００７０】
【表４４】
【００７１】
（第２の実施例）
図５〜図８は、オイラー角（０°，θ，ψ）、（１０°，θ，ψ）、（２０°，θ，ψ）及び（３０°，θ，ψ）のＬｉＮｂＯ3基板上に、Ａｕ膜を第１の実施例と同様にしてＨ／λ＝０．０８の厚みで形成した構造の表面を伝搬するｕ１成分主体の表面波の短絡表面における周波数温度係数ＴＣＦｍの変化を示す図である。図５〜図８から明らかなように、θが６０°以上、１２０°以下の場合に、ＴＣＦｍが−５５ｐｐｍ／℃よりも大きく、すなわちＴＣＦｍの絶対値が小さくなることがわかる。
【００７２】
図９〜図１２は、オイラー角（０°，θ，ψ）、（１０°，θ，ψ）、（２０°，θ，ψ）及び（３０°，θ，ψ）の各オイラー角のＬｉＮｂＯ3基板上に、上記と同様にＡｕをＨ／λ＝０．０８の厚さで形成した構造の表面を伝搬するｕ１成分主体の表面波の開放表面の周波数温度係数ＴＣＦｆの変化を示す図である。
【００７３】
図９〜図１２から明らかなように、下記の表４５〜表４８に示す座標を結んだ線で囲まれた各領域Ｃ１〜Ｃ４内のオイラー角において、ＴＣＦｆ＞−４５ｐｐｍ／℃となることがわかる。さらに、下記の表４９〜表５２に示す座標を結んだ線で囲まれた各領域Ｄ１〜Ｄ４内のオイラー角であれば、ＴＣＦｆ＞−４０ｐｐｍ／℃とさらに好ましいことがわかる。
【００７４】
【表４５】
【００７５】
【表４６】
【００７６】
【表４７】
【００７７】
【表４８】
【００７８】
【表４９】
【００７９】
【表５０】
【００８０】
【表５１】
【００８１】
【表５２】
【００８２】
上記実施例では、φ＝０°、１０°、２０°及び３０°の場合の結果を示したが、本願発明者の実験によれば、各φの値に対して±５°の範囲でほぼ同等の結果が得られることが確かめられている。
【００８３】
本発明に係る表面波装置は、上記特定のオイラー角のＬｉＮｂＯ3基板と電極膜とを備える限り、その具体的な構造については特に限定されない。一例として図１７に、本発明が適用される１ポート型表面波共振子を模式的平面図で示す。１ポート型表面波共振子である表面波装置１は、上記特定のオイラー角ＬｉＮｂＯ3基板２を有する。ＬｉＮｂＯ3基板２上に、ＩＤＴ３及び反射器４，５が設けられている。もっとも、上記１ポート型表面波共振子だけでなく、複数の表面波共振子を直列及び並列に接続してなるラダー型フィルタや、各種共振器型フィルタ、あるいはトランスバーサル型の表面波フィルタにも本発明を適用することができる。
【００８４】
さらに、電極膜は、Ａｕ以外の金属、例えばＡｇ、Ｃｕ、Ｔａ、Ｗ、Ｔｉ、ＰｔまたはＡｌなどの他の金属やこれらの金属の合金で構成されていてもよく、金属膜中を伝搬するバルク波の位相速度がＬｉＮｂＯ3基板を伝搬する表面波の位相速度よりも遅くなるため、上記と同様の効果が得られる。
【００８５】
【発明の効果】
第１，第２の発明に係る表面波装置によれば、ＬｉＮｂＯ3基板のオイラー角が上記特定の範囲とされているため、縦波を主成分とする表面波の伝搬損失をほぼ０とし得るだけでなく、電気機械結合係数が大きく、かつ周波数温度特性係数に優れた表面波装置を確実に提供することが可能となる。従って、例えば広帯域のフィルタなど、特性に優れた表面波装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】オイラー角（０°，θ，ψ）のＬｉＮｂＯ3基板上に、Ａｕ膜をＨ／λ＝０．０８の厚みに形成してなる構造においてｕ１成分主体の表面波の電気機械結合係数ｋS 2とオイラー角との関係を示す図。
【図２】オイラー角（１０°，θ，ψ）のＬｉＮｂＯ3基板上に、Ａｕ膜をＨ／λ＝０．０８の厚みに形成してなる構造においてｕ１成分主体の表面波の電気機械結合係数ｋS 2とオイラー角との関係を示す図。
【図３】オイラー角（２０°，θ，ψ）のＬｉＮｂＯ3基板上に、Ａｕ膜をＨ／λ＝０．０８の厚みに形成してなる構造においてｕ１成分主体の表面波の電気機械結合係数ｋS 2とオイラー角との関係を示す図。
【図４】オイラー角（３０°，θ，ψ）のＬｉＮｂＯ3基板上に、Ａｕ膜をＨ／λ＝０．０８の厚みに形成してなる構造においてｕ１成分主体の表面波の電気機械結合係数ｋS 2とオイラー角との関係を示す図。
【図５】オイラー角（０°，θ，ψ）のＬｉＮｂＯ3基板上に、Ａｕ膜をＨ／λ＝０．０８の厚みに形成してなる構造においてｕ１成分主体の表面波の短絡表面における周波数温度係数ＴＣＦｍとオイラー角との関係を示す図。
【図６】オイラー角（１０°，θ，ψ）のＬｉＮｂＯ3基板上に、Ａｕ膜をＨ／λ＝０．０８の厚みに形成してなる構造においてｕ１成分主体の表面波の短絡表面における周波数温度係数ＴＣＦｍとオイラー角との関係を示す図。
【図７】オイラー角（２０°，θ，ψ）のＬｉＮｂＯ3基板上に、Ａｕ膜をＨ／λ＝０．０８の厚みに形成してなる構造においてｕ１成分主体の表面波の短絡表面における周波数温度係数ＴＣＦｍとオイラー角との関係を示す図。
【図８】オイラー角（３０°，θ，ψ）のＬｉＮｂＯ3基板上に、Ａｕ膜をＨ／λ＝０．０８の厚みに形成してなる構造においてｕ１成分主体の表面波の短絡表面における周波数温度係数ＴＣＦｍとオイラー角との関係を示す図。
【図９】オイラー角（０°，θ，ψ）のＬｉＮｂＯ3基板上に、Ａｕ膜をＨ／λ＝０．０８の厚みに形成してなる構造においてｕ１成分主体の表面波の開放表面における周波数温度係数ＴＣＦｆとオイラー角との関係を示す図。
【図１０】オイラー角（１０°，θ，ψ）のＬｉＮｂＯ3基板上に、Ａｕ膜をＨ／λ＝０．０８の厚みに形成してなる構造においてｕ１成分主体の表面波の開放表面における周波数温度係数ＴＣＦｆとオイラー角との関係を示す図。
【図１１】オイラー角（２０°，θ，ψ）のＬｉＮｂＯ3基板上に、Ａｕ膜をＨ／λ＝０．０８の厚みに形成してなる構造においてｕ１成分主体の表面波の開放表面における周波数温度係数ＴＣＦｆとオイラー角との関係を示す図。
【図１２】オイラー角（３０°，θ，ψ）のＬｉＮｂＯ3基板上に、Ａｕ膜をＨ／λ＝０．０８の厚みに形成してなる構造においてｕ１成分主体の表面波の開放表面における周波数温度係数ＴＣＦｆとオイラー角との関係を示す図。
【図１３】先行技術に記載の表面波装置におけるＡｕ膜の膜厚Ｈ／λを変化させた場合の短絡表面における位相速度Ｖｍ及び開放表面における位相速度Ｖｆの変化を示す図。
【図１４】先行技術に記載の表面波装置においてＡｕ膜の膜厚Ｈ／λを変化させた場合の電気機械結合係数ｋS 2の変化、並びに開放表面及び短絡表面における伝搬損失αｆ，αｍの変化を示す図。
【図１５】先行技術における表面波装置においてＡｕ膜の膜厚Ｈ／λを変化させた場合の短絡表面及び開放表面における温度係数ＴＣＦｍ及びＴＣＦｆの変化を示す図。
【図１６】先行技術の表面波装置において、Ａｕ膜の膜厚Ｈ／λを変化させた場合の、開放表面におけるパワーフロー角ＰＦＡｆ及び短絡表面におけるパワーフロー角ＰＦＡｍの変化を示す図。
【図１７】本発明が適用される表面波装置の一例としての１ポート型表面波共振子を示す平面図。
【符号の説明】
１…表面波装置
２…ＬｉＮｂＯ3基板
３…ＩＤＴ
４，５…反射器
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＬｉＮｂＯ3基板を用いた表面波装置に関し、より詳細には、ＬｉＮｂＯ3基板を伝搬するバルク波の内の「速い横波」及び「遅い横波」よりも位相速度が遅い縦波成分主体の表面波を利用した表面波装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、帯域フィルタや遅延線などに表面波装置が広く用いられている。表面波装置で利用される弾性表面波としては、レイリー波、ＢＧＳ波、ラブ波、表面すべり波などが知られている。
【０００３】
従来より広く用いられているレイリー波では、表面波伝搬方向と同じ方向に変位を有する縦波と、基板の深さ方向に変位を有する横波の２つの成分が共に優勢である。これに対して、ラブ波や表面すべり波では、横波成分が優勢である。
【０００４】
これらの表面波とは別に、近年、基板の深さ方向にエネルギーを放射しつつ表面を伝搬する表面波が知られており、疑似弾性表面波あるいは漏洩弾性表面波と称されている。
【０００５】
特開平８−２８８７８８号公報には、縦波成分が横波成分よりも優勢である縦波型表面波を利用した表面波装置が開示されている。ここでは、特定のオイラー角のＬｉＴａＯ3基板やＬｉＮｂＯ3基板上に、縦波型表面波の波数Ｋと薄膜の厚みＨとの積が所定の数値範囲となるように薄膜が形成されている表面波装置が開示されている。例えば、ＬｉＮｂＯ3基板上に、ＡｌまたはＡｌ合金からなる薄膜を形成した構造では、オイラー角を（４０°〜９０°，４０°〜９０°，０°〜６０°）及びこれと等価な範囲とすることにより、並びに表面波、疑似弾性表面波または表面すべり体積波の波数Ｋと薄膜の厚みＨとの積ＫＨを０．３以上に設定した構成が示されている。このような構成により、バルクの内の「遅い横波」及び「速い横波」よりも位相速度が遅い縦波型表面波が効果的に利用され、伝搬損失をほぼ０とすることができるとされている。
【０００６】
なお、「遅い横波」及び「速い横波」は、圧電基板を伝搬するバルク波であり、圧電基板中を伝搬するバルク波としては、「遅い横波」、「速い横波」及び「縦波」の３種類のバルク波が存在する。上記先行技術に記載の表面波装置では、この「速い横波」及び「遅い横波」よりも位相速度が遅い縦波型表面波では、上記のように伝搬損失が０となることが示されている。
【０００７】
また、ＬｉＮｂＯ3基板のオイラー角を上記特定の範囲、好ましくは（９０°，９０°，３７°）とし、Ａｌからなる膜厚Ｈ／λを０．００〜０．３２の範囲とすれば、電気機械結合係数を大きく、かつ周波数温度特性係数を小さくし得ることが示されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、本願発明者は、上記先行技術に記載の表面波装置では、実際には電気機械結合係数ｋS 2はさほど高くならず、７％程度に過ぎないことを見出した。また、自由表面における周波数温度特性係数ＴＣＦｆ及び短絡表面における周波数温度特性係数ＴＣＦｍが、それぞれ、−４６ｐｐｍ／℃及び−５０ｐｐｍ／℃程度であり、周波数温度特性係数を十分に小さくすることができないことも見出した。すなわち、電気機械結合係数が十分でなく、かつ周波数温度特性係数ＴＣＦが大きいため、広帯域のフィルタ特性を得ることが困難であることがわかった。
【０００９】
本発明は、上述した従来技術の現状に鑑み、縦波を主成分とした表面波を利用しており、伝搬損失をほぼ０とすることができるだけでなく、電気機械結合係数ｋS 2が大きく、開放表面における周波数温度特性係数ＴＣＦｆ及び短絡表面における周波数温度特性係数ＴＣＦｍのいずれもが小さい表面波装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本願の第１の発明の広い局面によれば、縦波を主成分とする表面波を利用した表面波装置であって、ＬｉＮｂＯ3基板と、前記ＬｉＮｂＯ3基板上に形成されており、ＡｕもしくはＡｕを主成分とする合金からなる電極膜とを備え、前記縦波を主成分とする表面波が前記ＬｉＮｂＯ3基板を伝搬するバルク波の内の「速い横波」及び「遅い横波」より位相速度が遅い縦波成分主体の表面波であり、前記ＬｉＮｂＯ3基板のオイラー角が、下記の表１９〜表２８に示されている各座標を結んだ線で囲まれた各領域Ａ１〜Ａ１０に含まれるオイラー角、または該オイラー角と等価なオイラー角であり、前記電極膜の膜厚をＨ、表面波の波長をλとしたときに、規格化膜厚Ｈ／λが０．０５４〜０．２の範囲にあることを特徴とする、表面波装置が提供される。
【００１１】
【表１９】
【表２０】
【表２１】
【表２２】
【表２３】
【表２４】
【表２５】
【表２６】
【表２７】
【表２８】
本願の第２の発明の別の広い局面によれば、縦波を主成分とする表面波を利用した表面波装置であって、ＬｉＮｂＯ3基板と、前記ＬｉＮｂＯ3基板上に形成されており、ＡｕもしくはＡｕを主成分とする合金からなる電極膜とを備え、前記縦波を主成分とする表面波が前記ＬｉＮｂＯ3基板を伝搬するバルク波の内の「速い横波」及び「遅い横波」より位相速度が遅い縦波成分主体の表面波であり、前記ＬｉＮｂＯ3基板のオイラー角が、下記の表２９〜３２に示されている各座標を結んだ線で囲まれた各領域Ｃ１〜Ｃ４に含まれるオイラー角、または該オイラー角と等価なオイラー角であり、前記電極膜の膜厚をＨ、表面波の波長をλとしたときに、規格化膜厚Ｈ／λが０．０５４〜０．２の範囲にあることを特徴とする、表面波装置が提供される。
【００２２】
【表２９】
【表３０】
【表３１】
【表３２】
第２の発明のより限定的な局面では、前記ＬｉＮｂＯ3基板のオイラー角が、下記の表３３〜表３６に示されている座標を結んだ線で囲まれた各領域Ｄ１〜Ｄ４に含まれるオイラー角、または該オイラー角と等価なオイラー角とされる。
【００２７】
【表３３】
【表３４】
【表３５】
【表３６】
第１，第２の発明（本発明）においては、好ましくは、上記ＬｉＮｂＯ3基板のオイラー角は、（φ，６０°〜１２０°，ψ）またはこれと等価なオイラー角とされ、それによって短絡表面における周波数温度特性係数ＴＣＦｍをより一層小さくすることができる。
【００３３】
本発明においては、上記電極膜は、少なくともインターデジタルトランスデューサを構成するが、インターデジタルトランスデューサ以外に反射器等が構成されていてもよい。すなわち、電極膜は、インターデジタルトランスデューサ及び反射器であってもよい。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の具体的な実施例を説明することにより本発明を明らかにするが、実施例の説明に先立ち、特開平８−２８８７８８号公報に記載の先行技術において、大きな電気機械結合係数ｋS 2を得ることができないこと、並びに周波数温度特性係数が良好でないことを説明する。
【００３５】
本願発明者らは、特開平８−２８８７８８号公報に記載の技術を確認するため、文献「A method for estimating optimal cuts and propagation directions for excitation and propagation directions for excitation of piezoelectric surface waves」（J.J.Campbell and W.R.Jones,IEEE Trans.Sonics and Ultrason.,Vol.SU-15(1968)pp.209-217）、文献「疑似弾性表面波解析における放射条件の取り扱いについて」（橋本、遠藤、山口、信学技報,US95-46,1995-09,pp.25-30）などで報告されている一般的な表面波の伝搬特性を解析する手法を用いて、短絡表面及び開放表面における縦波型疑似表面波及び縦波型表面波の伝搬特性をまとめた。なお、基板としては、上記先行技術において最も望ましいオイラー角とされている（９０°，９０°，３７°）のＬｉＮｂＯ3基板を用い、該基板上にＡｕ膜を形成した。
【００３６】
なお、開放表面の伝搬特性は、Ａｕ膜の導電率を０、比誘電率を１とすることにより求めた。また、ＬｉＮｂＯ3基板の定数は、文献「Improved Material Constant for LiNbO3 and LiTaO3」（G.Kovacs等,1990 US Symp,pp435-438）に記載のものを用いた。
【００３７】
結果を図１３〜図１６に示す。
図１３は、Ａｕ膜の膜厚Ｈ／λ（λは表面波の波長）を変化させた場合の、短絡表面における位相速度Ｖｍ及び開放表面における位相速度Ｖｆの変化を示す図である。
【００３８】
図１４は、Ａｕ膜の膜厚Ｈ／λを変化させた場合の、電気機械結合係数ｋS 2の変化、並びに短絡表面における伝搬損失αｍ及び開放表面における伝搬損失αｆの変化を示す図である。
【００３９】
図１５は、Ａｕ膜の膜厚Ｈ／λを変化させた場合の、開放表面における周波数温度特性係数ＴＣＦｆ及び短絡表面における周波数温度特性係数ＴＣＦｍの変化を示す図である。
【００４０】
図１６は、Ａｕ膜の膜厚Ｈ／λを変化させた場合の、短絡表面におけるパワーフロー角ＰＦＡｍ及び開放表面におけるパワーフローＰＦＡｆの変化を示す図である。
【００４１】
なお、特開平８−２８８７８８号公報に記載のパラメータＫＨにおいて、Ｋは波数であり、Ｋ＝２π／λ、Ｈは膜厚である。従って、上記Ｈ／λは、Ｈ／λ＝ＫＨ／２πの関係となる。
【００４２】
ここで、任意のオイラー角（φ，θ，ψ）における周波数温度特性係数ＴＣＦは、２０℃、２５℃及び３０℃における位相速度、Ｖ（２０℃）、Ｖ（２５℃）及びＶ（３０℃）から下記の式（１）により求めた。なお、開放表面におけるＴＣＦｆは、Ｖ＝Ｖｆ、短絡表面におけるＴＣＦｍは、Ｖ＝Ｖｍとして求めた。
【００４３】
ＴＣＦ＝Ｖ（２５℃)-1×｛(Ｖ(３０℃)−Ｖ(２０℃))÷１０℃｝−αS…式（１）
なお、αSは表面波伝搬方向における基板の線膨張係数である。
【００４４】
また、任意のオイラー角（φ，θ，ψ）におけるパワーフロー角ＰＦＡは、ψ−０．５°、ψ、及びψ＋０．５°における位相速度Ｖ（ψ−０．５°）、Ｖ（ψ）及びＶ（ψ＋０．５°）から下記の式（２）により求めた。なお、開放表面のＰＦＡｆは、Ｖ＝Ｖｆ、短絡表面におけるＰＦＡｍは、Ｖ＝Ｖｍとして求めた。
【００４５】
ＰＦＡ＝ｔａｎ-1｛Ｖ(ψ)-1×(Ｖ(ψ＋０．５°)−Ｖ(ψ−０．５°))｝…（２）
オイラー角（９０°，９０°，３７°）における遅い横波、速い横波及び縦波の位相速度は、それぞれ、４０１９ｍ／秒、４０２６ｍ／秒及び７３１６ｍ／秒である。
【００４６】
従って、図１３から明らかなように、Ｈ／λ＞０．０５４において、短絡表面の位相速度Ｖｍが遅い横波よりも低速になり、Ｈ／λ＞０．０６０の場合、開放表面の位相速度Ｖｆが遅い横波よりも低速となる。図１４から、この時の伝搬損失は０となることがわかる。
【００４７】
しかしながら、図１４に示す電気機械結合係数ｋS 2と膜厚Ｈ／λとの関係は、特開平８−２８８７８８号公報に記載の図７における電気機械結合係数とＫＨとの関係とは異なっている。Ｈ／λ＝ＫＨ＝０では、図１４の結果と特開平８−２８８７８８号公報の図７の結果とはほぼ同等であるが、特開平８−２８８７８８号公報の図７では、ＫＨが増加するにつれて、電気機械結合係数が増加し、ＫＨ＝０．４すなわちＨ／λ＝０．０６３７の場合に、電気機械結合係数が１００％近い値となることが示されている。
【００４８】
しかしながら、本願発明者らが検討した結果、実際には、Ｈ／λ＝０．００８で、電気機械結合係数ｋS 2がピーク値を示し、その場合であってもｋS 2＝０．１９であり、Ｈ／λがさらに増加するとともに電気機械結合係数ｋS 2が減少することが計算により確かめられた。
【００４９】
また、本願発明者らが行った具体的な実験においても、Ｈ／λが増加するとともに、電気機械結合係数ｋS 2は減少する傾向を示していることが確かめられ、上記解析結果と一致した。
【００５０】
図１４から明らかなように、短絡表面における伝搬損失αｍ＝開放表面における伝搬損失αｆ＝０となる条件であるＨ／λ＝０．０６における電気機械結合係数ｋS 2は８．４％である。実際に利用する場合には、Ｈ／λに若干の余裕を持たせるため、Ｈ／λ＝０．０８程度で設計するのが相当である。この場合には、電気機械結合係数ｋS 2は７．２％となり、開放表面における周波数温度特性係数ＴＣＦｆ及び短絡表面における周波数温度特性係数ＴＣＦｍは、それぞれ、−４６ｐｐｍ／℃及び−５５ｐｐｍ／℃であることがわかる。
【００５１】
すなわち、上記先行技術の記載に従って、該先行技術で最適とされている上記（９０°，９０°，３７°）のオイラー角のＬｉＮｂＯ3基板上に、Ａｕ膜を上記先行技術に記載の膜厚で形成し、短絡表面及び開放表面における伝搬損失がいずれも０とするように表面波装置を構成したとしても、電気機械結合係数は７％程度と小さく、かつ周波数温度特性係数ＴＣＦも大きくならざるを得ないことがわかる。
【００５２】
これに対して、本発明によれば、縦波を主成分とした表面波を利用した表面波装置において、伝搬損失を０とし得るだけでなく、電気機械結合係数ｋS 2を大きくすることができ、かつ周波数温度特性係数ＴＣＦを効果的に低減することができる。これを以下において説明する。
【００５３】
（用語の定義）
なお、本願明細書では、下記の用語については、以下の意味を有するものとする。
【００５４】
縦波を主成分とする表面波…本明細書において、「縦波を主成分とする表面波」とは、特開平８−２８８７８８号公報に記載の縦波成分が横波成分よりも優勢である縦波型疑似弾性表面波、縦波型表面すべり波などを含み、位相速度が「遅い横波」及び「速い横波」よりも遅い縦波を主成分とする表面波を広く含むものとする。
【００５５】
オイラー角…本明細書では、基板の切断面と表面波の伝搬方向を表現するオイラー角（φ，θ，ψ）は、「弾性波素子技術ハンドブック」（日本学術振興会弾性波素子技術第１５０委員会、第１版第１刷、平成３年１１月３０日発行、５４９頁）記載の右手系オイラー角を用いた。
【００５６】
結晶軸…オイラー角の初期値として与えられるＬｉＮｂＯ3の結晶軸Ｘ，Ｙ，Ｚは、Ｚ軸をｃ軸と平行とし、Ｘ軸を等価な３方向のａ軸のうちの任意の１つと平行とし、Ｙ軸はＸ軸及びＺ軸を含む面の法線方向とした。
【００５７】
変位成分…本明細書においては、ｕ１，ｕ２，ｕ３と表記した。ｕ１は、Ｘ軸方向の変位であり、ｕ２はＹ軸方向の変位であり、ｕ３はＺ軸方向の変位である。上記第２漏洩表面波は、ｕ１成分が主体の場合の縦波型漏洩表面波と呼ばれている。
【００５８】
等価なオイラー角…本明細書においては、等価なオイラー角なる表現が用いられているが、これは、ＬｉＮｂＯ3基板のオイラー角（φ，θ，ψ）が概して結晶学的に等価なオイラー角をいうものとする。例えば、日本音響学会誌３６巻３号、１９８０年、１４０〜１４５頁）によれば、ＬｉＮｂＯ3は、三方晶系３ｍ点群に属する結晶であるため、以下の式（３）が成り立つ。
【００５９】
Ｆ（φ，θ，ψ）＝Ｆ（６０°−φ，−θ，ψ）
＝Ｆ（６０°＋φ，−θ，１８０°−ψ）
＝Ｆ（φ，１８０°＋θ，１８０°−ψ）
＝Ｆ（φ，θ，１８０°＋ψ） … （３）
なお、Ｆは、電気機械結合係数、伝搬損失、周波数温度特性係数ＴＣＦ、パワーフロ角ＰＦＡ及びナチュラル一方向性などの、オイラー角依存性を有する任意の表面波特性を示す。なお、ＰＦＡやナチュラル一方向性は、伝搬方向を正負反転した場合、符号は変わるものの絶対量は等しくなる。従って、例えば、オイラー角（３０°，θ，ψ）の表面波伝搬特性は、オイラー角（９０°，１８０°−θ，１８０°−ψ）の表面波伝搬特性と等価であることになる。また、例えば、オイラー角（３０°，９０°，４５°）の表面波伝搬特性は、下記の表３に示すオイラー角の表面波伝搬特性と等価である。
【００６０】
【表３７】
なお、本発明において計算に用いたＡｕの材料定数は、多結晶体の値であるが、エピタキシャル膜などの結晶体においても、膜自体の結晶方位依存性により基板の結晶方位依存性が表面波特性に対して支配的であるため、式（１）により、実用上問題ない程度の表面波伝搬特性が得られる。
【００６２】
（第１の実施例）
図１〜図４は、オイラー角（０°，θ，ψ）、（１０°，θ，ψ）、（２０°，θ，ψ）及び（３０°，θ，ψ）のＬｉＮｂＯ3基板の表面に、Ａｕ膜をＨ／λ＝０．０８の厚みで形成した構造の基板表面を伝搬する縦波を主成分とする、すなわちｕ１成分主体の表面波の電気機械結合係数ｋS 2の結果を示す図である。
【００６３】
図１〜図４において、ψ及びθは、それぞれ、０°〜１８０°の範囲でそれぞれ５°間隔で変化させた。
図１〜図４から明らかなように、下記の表３８〜表４４に示す座標を線で結んだ各領域Ａ１〜Ａ７において、電気機械結合係数ｋS 2が８％以上と大きいことがわかる。なお、図に示す座標を線で結んだ領域とは、例えば領域Ａ１を例にとると、下記の表３８において示す番号１〜３５の座標を結んだ線で囲まれた領域であり、図１において斜線のハッチングを付した領域に相当する。以下、領域Ａ２〜Ａ１０、並びに後述する領域Ｃ１〜Ｃ４及びＤ１〜Ｄ４についても同様にして定められる。すなわち、領域Ａ１〜Ａ１０、Ｃ１〜Ｃ４及びＤ１〜Ｄ４は、それぞれ、表に示す各領域に対応した座標１〜Ｎ（Ｎは各表の最後の座標番号）を座標１，２，３…Ｎ，１の順に結んだ線で囲まれた領域を示すものとする。
【００６４】
【表３８】
【表３９】
【表４０】
【表４１】
【表４２】
【表４３】
【表４４】
（第２の実施例）
図５〜図８は、オイラー角（０°，θ，ψ）、（１０°，θ，ψ）、（２０°，θ，ψ）及び（３０°，θ，ψ）のＬｉＮｂＯ3基板上に、Ａｕ膜を第１の実施例と同様にしてＨ／λ＝０．０８の厚みで形成した構造の表面を伝搬するｕ１成分主体の表面波の短絡表面における周波数温度係数ＴＣＦｍの変化を示す図である。図５〜図８から明らかなように、θが６０°以上、１２０°以下の場合に、ＴＣＦｍが−５５ｐｐｍ／℃よりも大きく、すなわちＴＣＦｍの絶対値が小さくなることがわかる。
【００７２】
図９〜図１２は、オイラー角（０°，θ，ψ）、（１０°，θ，ψ）、（２０°，θ，ψ）及び（３０°，θ，ψ）の各オイラー角のＬｉＮｂＯ3基板上に、上記と同様にＡｕをＨ／λ＝０．０８の厚さで形成した構造の表面を伝搬するｕ１成分主体の表面波の開放表面の周波数温度係数ＴＣＦｆの変化を示す図である。
【００７３】
図９〜図１２から明らかなように、下記の表４５〜表４８に示す座標を結んだ線で囲まれた各領域Ｃ１〜Ｃ４内のオイラー角において、ＴＣＦｆ＞−４５ｐｐｍ／℃となることがわかる。さらに、下記の表４９〜表５２に示す座標を結んだ線で囲まれた各領域Ｄ１〜Ｄ４内のオイラー角であれば、ＴＣＦｆ＞−４０ｐｐｍ／℃とさらに好ましいことがわかる。
【００７４】
【表４５】
【表４６】
【表４７】
【表４８】
【表４９】
【表５０】
【表５１】
【表５２】
上記実施例では、φ＝０°、１０°、２０°及び３０°の場合の結果を示したが、本願発明者の実験によれば、各φの値に対して±５°の範囲でほぼ同等の結果が得られることが確かめられている。
【００８３】
本発明に係る表面波装置は、上記特定のオイラー角のＬｉＮｂＯ3基板と電極膜とを備える限り、その具体的な構造については特に限定されない。一例として図１７に、本発明が適用される１ポート型表面波共振子を模式的平面図で示す。１ポート型表面波共振子である表面波装置１は、上記特定のオイラー角ＬｉＮｂＯ3基板２を有する。ＬｉＮｂＯ3基板２上に、ＩＤＴ３及び反射器４，５が設けられている。もっとも、上記１ポート型表面波共振子だけでなく、複数の表面波共振子を直列及び並列に接続してなるラダー型フィルタや、各種共振器型フィルタ、あるいはトランスバーサル型の表面波フィルタにも本発明を適用することができる。
【００８４】
さらに、電極膜は、Ａｕ以外の金属、例えばＡｇ、Ｃｕ、Ｔａ、Ｗ、Ｔｉ、ＰｔまたはＡｌなどの他の金属やこれらの金属の合金で構成されていてもよく、金属膜中を伝搬するバルク波の位相速度がＬｉＮｂＯ3基板を伝搬する表面波の位相速度よりも遅くなるため、上記と同様の効果が得られる。
【００８５】
【発明の効果】
第１，第２の発明に係る表面波装置によれば、ＬｉＮｂＯ3基板のオイラー角が上記特定の範囲とされているため、縦波を主成分とする表面波の伝搬損失をほぼ０とし得るだけでなく、電気機械結合係数が大きく、かつ周波数温度特性係数に優れた表面波装置を確実に提供することが可能となる。従って、例えば広帯域のフィルタなど、特性に優れた表面波装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】オイラー角（０°，θ，ψ）のＬｉＮｂＯ3基板上に、Ａｕ膜をＨ／λ＝０．０８の厚みに形成してなる構造においてｕ１成分主体の表面波の電気機械結合係数ｋS 2とオイラー角との関係を示す図。
【図２】オイラー角（１０°，θ，ψ）のＬｉＮｂＯ3基板上に、Ａｕ膜をＨ／λ＝０．０８の厚みに形成してなる構造においてｕ１成分主体の表面波の電気機械結合係数ｋS 2とオイラー角との関係を示す図。
【図３】オイラー角（２０°，θ，ψ）のＬｉＮｂＯ3基板上に、Ａｕ膜をＨ／λ＝０．０８の厚みに形成してなる構造においてｕ１成分主体の表面波の電気機械結合係数ｋS 2とオイラー角との関係を示す図。
【図４】オイラー角（３０°，θ，ψ）のＬｉＮｂＯ3基板上に、Ａｕ膜をＨ／λ＝０．０８の厚みに形成してなる構造においてｕ１成分主体の表面波の電気機械結合係数ｋS 2とオイラー角との関係を示す図。
【図５】オイラー角（０°，θ，ψ）のＬｉＮｂＯ3基板上に、Ａｕ膜をＨ／λ＝０．０８の厚みに形成してなる構造においてｕ１成分主体の表面波の短絡表面における周波数温度係数ＴＣＦｍとオイラー角との関係を示す図。
【図６】オイラー角（１０°，θ，ψ）のＬｉＮｂＯ3基板上に、Ａｕ膜をＨ／λ＝０．０８の厚みに形成してなる構造においてｕ１成分主体の表面波の短絡表面における周波数温度係数ＴＣＦｍとオイラー角との関係を示す図。
【図７】オイラー角（２０°，θ，ψ）のＬｉＮｂＯ3基板上に、Ａｕ膜をＨ／λ＝０．０８の厚みに形成してなる構造においてｕ１成分主体の表面波の短絡表面における周波数温度係数ＴＣＦｍとオイラー角との関係を示す図。
【図８】オイラー角（３０°，θ，ψ）のＬｉＮｂＯ3基板上に、Ａｕ膜をＨ／λ＝０．０８の厚みに形成してなる構造においてｕ１成分主体の表面波の短絡表面における周波数温度係数ＴＣＦｍとオイラー角との関係を示す図。
【図９】オイラー角（０°，θ，ψ）のＬｉＮｂＯ3基板上に、Ａｕ膜をＨ／λ＝０．０８の厚みに形成してなる構造においてｕ１成分主体の表面波の開放表面における周波数温度係数ＴＣＦｆとオイラー角との関係を示す図。
【図１０】オイラー角（１０°，θ，ψ）のＬｉＮｂＯ3基板上に、Ａｕ膜をＨ／λ＝０．０８の厚みに形成してなる構造においてｕ１成分主体の表面波の開放表面における周波数温度係数ＴＣＦｆとオイラー角との関係を示す図。
【図１１】オイラー角（２０°，θ，ψ）のＬｉＮｂＯ3基板上に、Ａｕ膜をＨ／λ＝０．０８の厚みに形成してなる構造においてｕ１成分主体の表面波の開放表面における周波数温度係数ＴＣＦｆとオイラー角との関係を示す図。
【図１２】オイラー角（３０°，θ，ψ）のＬｉＮｂＯ3基板上に、Ａｕ膜をＨ／λ＝０．０８の厚みに形成してなる構造においてｕ１成分主体の表面波の開放表面における周波数温度係数ＴＣＦｆとオイラー角との関係を示す図。
【図１３】先行技術に記載の表面波装置におけるＡｕ膜の膜厚Ｈ／λを変化させた場合の短絡表面における位相速度Ｖｍ及び開放表面における位相速度Ｖｆの変化を示す図。
【図１４】先行技術に記載の表面波装置においてＡｕ膜の膜厚Ｈ／λを変化させた場合の電気機械結合係数ｋS 2の変化、並びに開放表面及び短絡表面における伝搬損失αｆ，αｍの変化を示す図。
【図１５】先行技術における表面波装置においてＡｕ膜の膜厚Ｈ／λを変化させた場合の短絡表面及び開放表面における温度係数ＴＣＦｍ及びＴＣＦｆの変化を示す図。
【図１６】先行技術の表面波装置において、Ａｕ膜の膜厚Ｈ／λを変化させた場合の、開放表面におけるパワーフロー角ＰＦＡｆ及び短絡表面におけるパワーフロー角ＰＦＡｍの変化を示す図。
【図１７】本発明が適用される表面波装置の一例としての１ポート型表面波共振子を示す平面図。
【符号の説明】
１…表面波装置
２…ＬｉＮｂＯ3基板
３…ＩＤＴ
４，５…反射器
Claims (5)
- 縦波を主成分とする表面波を利用した表面波装置であって、ＬｉＮｂＯ3基板と、
前記ＬｉＮｂＯ3基板上に形成されており、ＡｕもしくはＡｕを主成分とする合金からなる電極膜とを備え、
前記縦波を主成分とする表面波が前記ＬｉＮｂＯ3基板を伝搬するバルク波の内の「速い横波」及び「遅い横波」より位相速度が遅い縦波成分主体の表面波であり、
前記ＬｉＮｂＯ3基板のオイラー角が、下記の表１〜表１０に示されている各座標を結んだ線で囲まれた各領域Ａ１〜Ａ１０に含まれるオイラー角、または該オイラー角と等価なオイラー角であり、
前記電極膜の膜厚をＨ、表面波の波長をλとしたときに、規格化膜厚Ｈ／λが０．０５４〜０．２の範囲にあることを特徴とする、表面波装置。
- 縦波を主成分とする表面波を利用した表面波装置であって、ＬｉＮｂＯ3基板と、
前記ＬｉＮｂＯ3基板上に形成されており、ＡｕもしくはＡｕを主成分とする合金からなる電極膜とを備え、
前記縦波を主成分とする表面波が前記ＬｉＮｂＯ3基板を伝搬するバルク波の内の「速い横波」及び「遅い横波」より位相速度が遅い縦波成分主体の表面波であり、
前記ＬｉＮｂＯ3基板のオイラー角が、下記の表１１〜１４に示されている各座標を結んだ線で囲まれた各領域Ｃ１〜Ｃ４に含まれるオイラー角、または該オイラー角と等価なオイラー角であり、
前記電極膜の膜厚をＨ、表面波の波長をλとしたときに、規格化膜厚Ｈ／λが０．０５４〜０．２の範囲にあることを特徴とする、表面波装置。
- 前記ＬｉＮｂＯ3基板のオイラー角が、下記の表１５〜１８に示されている各座標を結んだ線で囲まれた各領域Ｄ１〜Ｄ４に含まれるオイラー角、または該オイラー角と等価なオイラー角である、請求項１または２に記載の表面波装置。
- 前記ＬｉＮｂＯ3基板のオイラー角が、（φ，６０°〜１２０°，ψ）またはこれと等価なオイラー角である、請求項１〜３のいずれかに記載の表面波装置。
- 前記電極膜が、インターデジタルトランスデューサ及び反射器である、請求項１〜４のいずれかに記載の表面波装置。
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| JP2002234887A JP4277489B2 (ja) | 2002-08-12 | 2002-08-12 | 表面波装置 |
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