JP4613779B2 - 弾性表面波デバイス - Google Patents

Description

本発明は、弾性表面波（ＳＡＷ：surface acoustic wave ）を利用した弾性表面波デバイスに関する。

従来、特に携帯電話等の情報通信機器などの分野において、共振子、フィルタ、発振器などの回路素子としてＳＡＷデバイスが広く使われている。一般に、ＳＡＷデバイスは圧電単結晶または多結晶基板の表面にＩＤＴ（すだれ状トランスデューサ）からなる励振電極を形成し、該ＩＤＴによりＳＡＷを励振する。ＳＡＷデバイスの圧電基板には、電気機械結合係数が大きいこと、ＳＡＷの伝搬損失が小さいことなどが要求され、そのような基板材料としてＬｉＮｂＯ_３ 、ＬｉＴａＯ_３ などが多く使用されている。

例えば、圧電基板がＬｉＴａＯ_３ またはＬｉＮｂＯ_３ のθ回転Ｙ−Ｘ基板のカット角を、基板表面に形成された電極の付加質量に対して、従来よりも高角度側に最適化したものであり、それにより損失が最小で、広い帯域幅を有し、角形比の優れた弾性表面波装置が知られている（例えば、特許文献１を参照）。この圧電基板は、Ｘ軸を中心にＹ軸からＺ軸方向に３９〜４６°の範囲の角度で回転させたＬｉＴａＯ_３ 単結晶であり、圧電基板表面に形成される電極の膜厚が、Ａｌを主成分とする場合に０．０３λ〜０．１５λ（λはＬＳＡＷ（漏洩表面波）の波長）、Ａｕを主成分とする場合に０．００４λ〜０．０２１λ、Ｃｕを主成分とする場合に０．００９λ〜０．０４５λに設定される。

また、同様に圧電基板にＬｉＴａＯ_３ またはＬｉＮｂＯ_３ を用い、そのカット面及びＳＡＷ伝搬方向を適切に設定して、従来よりも高い位相速度が得られると共に、伝搬損失が少なく、然も大きな電気機械結合係数が得られるＳＡＷ素子が提案されている（例えば、特許文献２を参照）。このＳＡＷ素子は、オイラー角（９０°，９０°，０°〜１８０°）のＬｉＴａＯ_３ 基板上にＩＤＴを形成し、ψ＝０°〜１８０°の全範囲に亘ってレイリー波の約２倍の位相速度を有する第２漏洩表面波を生起させるが、ψ＝３１°で電気機械結合係数Ｋ^２ が２.１４％となり、第２漏洩表面波の伝搬損失は、表面が電気的開放及び電気的短絡のいずれにおいても、ψ＝１６４°で略零となるとしている。

また、Ｘカット回転Ｙ伝搬のＬｉＴａＯ_３ の圧電基板では、ＳＡＷの伝搬方向をＹ軸から１４２°〜１５５°回転させた方向に選択することにより、伝搬に伴うエネルギ漏洩が無いＳＨタイプのＳＡＷ（ＳＨ−ＳＡＷ）が存在すると報告されている（例えば、非特許文献１を参照）。この報告には、１４８°回転Ｙ伝搬のときにＳＨタイプのＳＡＷの電気機械結合係数Ｋ^２ が最大値０．０１３をとること、またＳＨタイプのＳＡＷ以外に、レイリー波タイプのＳＡＷについても波動解析結果などが記載されている。

更に、Ｐ波成分及びＳＶ波成分を主成分とするレイリー波タイプのＳＡＷを利用したＳＡＷデバイスにおいて、Ｘカット回転Ｙ伝搬のＬｉＴａＯ_３ のＳＡＷ伝搬方向をＹ軸から１００°〜１５０°回転させた方向に選択した圧電基板が知られている（例えば、特許文献３，４を参照）。上記特許文献３によれば、このＬｉＴａＯ_３基板表面にＡｌ電極を形成しかつその膜厚ｈをＳＡＷの波数ｋとの積ｈｋで０．０１〜０．２または０．８〜１．９に設定することにより、ＳＡＷの伝搬速度の周波数分散を極めて小さくすることができ、更にＳＡＷ伝搬方向を上述した方向に設定することにより、ＳＡＷの遅延時間温度係数を低くすることができる。また、上記特許文献４によれば、同様にＬｉＴａＯ_３基板表面にＡｌ電極を形成しかつその膜厚ｈをＳＡＷの波数ｋとの積ｈｋで０．２０〜０．３７または２．５０〜２．８４に設定することにより、電極下の伝搬速度と自由表面のそれとを一致させ、すだれ状電極による反射を抑えることができる。

他方、ＳＡＷデバイスの特性評価方法として、従来から一般的な解法が知られている（例えば、非特許文献２を参照）。そして、これを利用したコンピュータシミュレーションによって、ＳＡＷデバイスの伝搬損失、電気機械結合係数、位相速度などを算出する手法が広く採用されている。

また、圧電基板は、ＳＡＷ伝搬方向が波のパワーフローの方向と一致せずにずれている場合がある。このずれの角度即ちパワーフロー角（ＰＦＡ）に合わせてＩＤＴの交差指電極を斜めに傾けて配置することにより、ＳＡＷ共振子ではより小さな容量比を実現可能にし、ＳＡＷフィルタでは通過帯域の損失を低減し、比帯域幅のより大きくできることが知られている（例えば、特許文献５，６を参照）。

Kenya Hashimoto 外１名、"NON-LEAKY, PIEZOELECTRIC, QUASI-SHEAR-HORIZONTAL TYPE SAW ON X-CUT LiTaO3"、１９８８ Ultrasonics Symposium、米国、IEEE、ｐ．９７−１０１ J.J.Campbell 外１名、"A Method for Estimating Optimal Crystal Cuts and Propagation Directions for Excitation of Piezoelectric Surface Waves"、IEEE transaction on Sonics and Ultrasonics、１９６８、vol.SU-15、No.4、ｐ．２０９−２１７ 特開２０００−３１５９３４号公報 特許第３２８１５１０号公報 特開昭５５−３２１４号公報 特開昭５８−９４１７号公報 特開平１０−２０９８０２号公報 特開平１１−２０５０７９号公報

しかしながら、上述した従来技術のＳＡＷデバイスは、より一層の低損失化を実現するのに、次のような様々な問題がある。上記特許文献１には、様々な基板カット角毎に電極膜厚と伝搬損失との関係が図１２及び図１３に記載されているが、伝搬損失の具体的な数値は何ら開示されていない。そこで、本願発明者が上記非特許文献２に記載の手法を用いてシミュレーションしたところ、オイラー角（０°，１３２°，０°）のＬｉＴａＯ_３ 基板（４２°回転ＹカットＸ伝搬ＬｉＴａＯ_３ 基板）表面に膜厚０．１λのＡｌ電極を形成した場合、その伝搬損失は０．００６９０ｄＢ／λであった。このように上記特許文献１に記載のＳＡＷ装置には、完全に伝搬損失を無くすことができないという問題がある。

また、上記特許文献２に記載のＳＡＷ素子は、電気機械結合係数Ｋ^２ が例えば０．０１５以上に大きくなるオイラー角（９０°，９０°，１７°〜４８°）において、ＬｉＴａＯ_３ の表面が電気的に短絡されている場合の伝搬損失が大きいという問題がある。同特許文献には、電極膜の質量密度や弾性的な性質を考慮した具体的な計算結果が開示されていないため、本願発明者が、同様に上記非特許文献２に記載の手法を用いて、オイラー角（９０°，９０°，３１°）のＬｉＴａＯ_３ 基板上に膜厚０．０２λのＡｌ膜を設けた場合の第２漏洩表面波を試算したところ、伝搬損失は０．６２５６７ｄＢ／λという非常に大きな値であった。逆に、伝搬損失が略零となるオイラー角（９０°，９０°，１６４°）では、電気機械結合係数Ｋ^２ が０ではないが、著しく小さいという問題がある。

上記非特許文献１の報告では、例えば１４８°回転Ｙ伝搬におけるＳＨタイプのＳＡＷの電気機械結合係数Ｋ^２ が０．０１３で、これが最大値であり、レイリー波タイプのＳＡＷの電気機械結合係数Ｋ^２ は、いずれの伝搬方向においても０．０１２以下である。このようにＳＡＷがＳＨタイプまたはレイリー波タイプのいずれにおいても、電気機械結合係数Ｋ^２ が小さいという問題がある。上記特許文献３，４のＳＡＷ装置も、同様に、電気機械結合係数Ｋ^２ が小さいというという問題がある。

また、上記非特許文献１には、Ｘカット回転Ｙ伝搬のＬｉＴａＯ_３ の圧電基板には、ＳＨタイプのＳＡＷ及びレイリー波のＳＡＷにＰＦＡを生じることが報告されている。ＰＦＡはＳＡＷの漏れを生じるので、理想的には０又はできるだけ小さいことが好ましい。上記特許文献５，６の記載から判断して、ＰＦＡの大きさが１２°以下になるように圧電基板を選択すると、電気機械結合係数の大きい良好な特性をもつＳＡＷデバイスが得られるものと期待される。

そこで本発明は、上述した従来の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、ＳＡＷの伝搬損失を無くすと同時に、電気機械結合係数Ｋ^２ を大きくし、従来より一層低損失化が可能なＳＡＷデバイスを提供することにある。

本願発明者は、上記目的を達成するために、ＬｉＴａＯ_３ からなる圧電基板のカット面及びＳＡＷ伝搬方向とＩＤＴを構成する電極膜の膜厚や質量密度との関係をシミュレーションしかつ検討した。特にＳＡＷの伝搬方向や電極膜の膜厚について、電気機械結合係数Ｋ^２ が０．０１５以上でありかつＰＦＡの大きさが１２°以下となるための条件を様々に検討した結果、ＳＡＷの伝搬損失と電気機械結合係数とを同時に解消できる圧電基板及び電極膜の膜厚条件を見出し、本発明を案出するに至ったものである。

本発明は、かかる知見に基づいたものであり、ＬｉＴａＯ_３ からなる圧電基板と、該圧電基板の表面に形成したＩＤＴとを備え、該ＩＤＴにより励振されるＳＡＷがＳＨ波を主成分とするものであり、圧電基板のカット面及びＳＡＷの伝搬方向がオイラー角表示で（９０±１０°，９０±１０°，ψ°）かつψ＝１４８〜１８０°であり、ＩＤＴが、質量密度ρ（ｋｇ／ｍ^３ ）の金属又は該金属を主成分とする合金からなる電極膜で形成されるとき、電極膜の膜厚Ｈが、ＳＡＷの波長をλとして、次式
Ｈ／λ≧（１．９８８１×１０^−１８ ×ρ^３ − ２．０５７×１０^−１２ ×ρ^２ ＋６．１７８１×１０^−８×ρ−４．５３８８×１０^−４）×ψ^２ ＋（６．３１１３×１０^−１５ ×ρ^３ ＋４．９５８９×１０^−１０ ×ρ^２ −１．９７５９×１０^−５×ρ＋０．１５６０４）×ψ−９．８７６６×１０^−１３ ×ρ^３ −２．７８９×１０^−８×ρ^２ ＋１．５６４６×１０^−３×ρ−１３．１１９５ …（１）
を満足するように設定したＳＡＷデバイスが提供される。

上述したカット面及びＳＡＷ伝搬方向のＬｉＴａＯ_３ 基板にＩＤＴを上記（１）式を満足する膜厚に形成することにより、本発明のＳＡＷ共振子は、ＳＡＷの伝搬損失を０ｄＢ／λにできると同時に、電気機械結合係数Ｋ^２ を０．０１５以上に大きくできるので、従来に比して非常に低損失で高性能なＳＡＷデバイスを実現することができる。

或る実施例では、電極膜を形成する金属がＡｌ又はＡｌを主成分とする合金であり、１４８°≦ψ≦１６２°であると、上述した本発明の作用効果に加えて、Ａｌ及びＡｌ合金は低価格で、フォトリソグラフィによる微細電極の形成や加工が容易なことから、有利である。

別の実施例では、電極膜を形成する金属がＣｕ又はＣｕを主成分とする合金であり、１４８°≦ψ≦１８０°であると、上述した本発明の作用効果に加えて、ＣｕはＡｌよりも比抵抗が小さく、更に低損失なＳＡＷデバイスを提供することができる。

また、別の実施例では、電極膜を形成する金属がＡｇ又はＡｇを主成分とする合金であり、１４８°≦ψ≦１８０°であると、上述した本発明の作用効果に加えて、同様にＡｇはＡｌよりも比抵抗が小さく、更に低損失なＳＡＷデバイスを提供することができる。

また、或る実施例では、電極膜を形成する金属がＡｕ又はＡｕを主成分とする合金であり、１４８°≦ψ≦１８０°であると、上述した本発明の作用効果に加えて、同様にＡｕはＡｌよりも比抵抗が小さく、更に低損失なＳＡＷデバイスを提供することができる。

更に別の実施例では、電極膜を形成する金属が、Ｔａ，Ｗ，Ｍｏ，Ｃｏ，Ｆｅ，Ｍｎ，Ｐｔ，Ｏｓ，Ｉｒ，Ｈｆ，Ｐｄ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｚｎのいずれかから選択され、特にＴａやＷなどはＡｌよりも線膨張係数が小さいので、ＳＡＷデバイスの周波数温度特性が向上する。

以下に添付図面を参照しつつ、本発明について実施例を用いて詳細に説明する。
図１は、本発明を適用したＳＡＷデバイスの典型例としてＳＡＷ共振子の構成を示している。このＳＡＷ共振子１はグレーティング反射器型で、圧電基板２の表面中央に１対の交差指電極からなるＩＤＴ３が設けられ、その両側に該ＩＤＴにより発振されるＳＡＷの伝搬方向に沿って反射器４，４が配置されている。

本実施例によれば、圧電基板２は、そのカット面及びＳＡＷの伝搬方向がオイラー角表示で（９０±１０°，９０±１０°，ψ°）かつψ＝１４８〜１８０°のＬｉＴａＯ_３ 基板で形成されている。ＩＤＴ３は、従来から電極材料として使用されているＡｌ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、もしくはそれらを主成分とする合金からなる電極膜で形成される。また、ＩＤＴ３はＴａ，Ｗ，Ｍｏ，Ｃｏ，Ｆｅ，Ｍｎ，Ｐｔ，Ｏｓ，Ｉｒ，Ｈｆ，Ｐｄ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｚｎのいずれかからなる電極膜で形成することができる。特にＴａやＷは、Ａｌよりも線膨張係数が小さいので、周波数温度特性が向上する。

これら金属の質量密度をρ（ｋｇ／ｍ^３ ）としたとき、ＩＤＴ３を形成する前記電極膜の膜厚Ｈは、ＳＡＷの波長をλとして基準化すると、次式
Ｈ／λ≧（１．９８８１×１０^−１８ ×ρ^３ − ２．０５７×１０^−１２ ×ρ^２ ＋６．１７８１×１０^−８×ρ−４．５３８８×１０^−４）×ψ^２ ＋（６．３１１３×１０^−１５ ×ρ^３ ＋４．９５８９×１０^−１０ ×ρ^２ −１．９７５９×１０^−５×ρ＋０．１５６０４）×ψ−９．８７６６×１０^−１３ ×ρ^３ −２．７８９×１０^−８×ρ^２ ＋１．５６４６×１０^−３×ρ−１３．１１９５ …（１）
を満足するように設定する。この（１）式の右辺は、上述した様々な金属を電極材料としてＩＤＴを形成したとき、ＳＡＷの伝搬方向ψに関して、電気機械結合係数Ｋ^２ が０．０１５以上でありかつパワーフロー角の大きさ（｜ＰＦＡ｜）が１２°以下となる電極膜の最小の膜厚を解析した結果得られたもので、そのような最小膜厚を表す近似式である。

本発明によれば、ＩＤＴ３により励振されるＳＡＷの圧電基板２表面での変位は、波の進行方向と変位が一致するＰ波成分、波の進行方向に垂直かつ表面に平行な変位を持つＳＨ波成分、波の進行方向に垂直かつ表面に垂直な変位を持つＳＶ波成分の中で、ＳＨ波成分が最も大きい。図２は、オイラー角（９０°，９０°，１６６°）のＬｉＴａＯ_３ 基板からなる圧電基板３に、膜厚Ｈ／λ＝０．０５のＡｇ膜でＩＤＴ３を形成した図１のＳＡＷ共振子１について、ＳＡＷの励振時に基板表面の深さに関する波の相対変位を測定した結果を示している。この結果から、本実施例のＳＡＷはＳＨ波成分を主成分とすることが分かる。

比較例として、従来構造のＳＡＷデバイスについて励振したＳＡＷの基板表面の深さに関する波の相対変位を測定した結果を図３（Ａ）、（Ｂ）に示す。図３（Ａ）は、上記特許文献２に記載されるように、オイラー角（９０°，９０°，３１°）のＬｉＴａＯ_３ 基板からなる圧電基板に膜厚Ｈ／λ＝０．０２のＡｌ膜でＩＤＴを形成し、第２漏洩表面波を発生させた場合である。同図で最も大きい波はＰ波成分である。図３（Ｂ）は、オイラー角（９０°，９０°，１１２°）のＬｉＴａＯ_３ 基板からなる圧電基板に膜厚Ｈ／λ＝０．０２のＡｌ膜でＩＤＴを形成し、レイリー波を発生させた場合である。同図で最も大きい波はＳＶ波成分である。

図２の測定に用いた本実施例のＳＡＷ共振子１について、上記非特許文献２に記載されるシミュレーション方法を用いて、伝搬方向ψ＝１４０°〜１８０°の範囲で波動解析を行った。その結果、本実施例において励振されたＳＨ波成分を主成分とするＳＡＷは、いずれの条件においても伝搬損失が０（ｄＢ／λ）であった。これに対し、図３（Ａ）の従来のＳＡＷデバイスは、伝搬損失が０．６２５６７ｄＢ／λであった。また、オイラー角（０°，１３２°，０°）のＬｉＴａＯ_３ 基板からなる圧電基板に膜厚Ｈ／λ＝０．０１のＡｌ膜でＩＤＴを形成した別の従来構造のＳＡＷデバイスは、ＳＨ波成分を主成分とするＳＡＷを励振するが、伝搬損失は０．００６９ｄＢ／λであった。

図４（Ａ）、（Ｂ）は、オイラー角（φ°，９０°，１６６°）のＬｉＴａＯ_３ 基板からなる圧電基板に膜厚Ｈ／λ＝０．０５のＡｇ膜でＩＤＴを形成した場合、及びオイラー角（９０°，θ°，１６６°）のＬｉＴａＯ_３ 基板からなる圧電基板に膜厚Ｈ／λ＝０．０５のＡｇ膜でＩＤＴを形成した場合について、それぞれφまたはθの変化に関する電気機械結合係数Ｋ^２ の変化を示している。これらの結果から分かるように、φ及びθは、それぞれ９０±１０°の角度で、約７％もの高い電気機械結合係数Ｋ^２ が得られる。

このように本実施例によれば、ＳＡＷの伝搬損失を実質的に０とすることができ、低損失で高性能なＳＡＷデバイスを実現できる。更に、電気機械結合係数Ｋ^２ が０．０１５以上（即ち、１．５％以上）と大きくなるので、ＳＡＷデバイスがより低損失化される。

また、図１のような一端子対ＳＡＷ共振子は、容量比γ（ＳＡＷ共振子のモーショナルキャパシタンスＣ１に対する電極間静電容量Ｃ０の比＝Ｃ０／Ｃ１）を小さくすることができる。従って、広い周波数可変幅が必要とされるＶＣＯ（電圧制御発振器）などへの適用が可能となる利点がある。

本発明は、図５〜図７に例示するように、図１のＳＡＷ共振子以外に、様々なタイプのＳＡＷデバイスについて同様に適用することができる。図５のＳＡＷデバイスは端面反射型ＳＡＷ共振子１１で、図１と同様のカット面及びＳＡＷ伝搬方向のＬｉＴａＯ_３ 基板からなる圧電基板１２に、上記（１）式を満足する膜厚の金属または合金からなる電極膜のＩＤＴ１３が設けられている。この一端子対ＳＡＷ共振子１１も、同様に上述した本発明の優れた作用効果に加えて、容量比γを小さくでき、ＶＣＯなど広い周波数可変幅を必要とする用途に適用することができる。

図６のＳＡＷデバイスはラダー型ＳＡＷフィルタ２１で、互いに接続された複数のＳＡＷ素子２２から構成される。各ＳＡＷ素子２２は、図１と同様のカット面及びＳＡＷ伝搬方向のＬｉＴａＯ_３ 基板からなる圧電基板２３に、上記（１）式を満足する膜厚の金属または合金からなる電極膜のＩＤＴ２４が設けられている。図７のＳＡＷデバイスは縦結合型多重モードＳＡＷフィルタ３１で、図１と同様のカット面及びＳＡＷ伝搬方向のＬｉＴａＯ_３ 基板からなる圧電基板３２に、中央の入力側の第１ＩＤＴ３３、その両側に出力側の第２及び第３ＩＤＴ３４，３５、及びそれらを挟む反射器３６，３６が、上記（１）式を満足する膜厚の金属または合金からなる電極膜で形成されている。これらのＳＡＷフィルタは、上述した本発明の優れた作用効果に加えて、通過帯域幅の広帯域化を実現することができる。

図８に示すＳＡＷデバイスは、図１と同様にグレーティング反射器型ＳＡＷ共振子４１で、圧電基板４２の表面中央に１対の交差指電極４３ａ，４３ｂからなるＩＤＴ４３が設けられ、その両側に該ＩＤＴにより発振されるＳＡＷの伝搬方向に沿って反射器４４，４４が配置されている。同図に示すように、ＳＡＷ共振子４１は、ＳＡＷの伝搬方向４５がＳＡＷのパワーフローの方向４６に対して所定のパワーフロー角（ＰＦＡ）を有するように、交差指電極４３ａ，４３ｂ及び反射器４４，４４が傾斜させて設けられている。圧電基板４２は、図１と同様のカット面及びＳＡＷ伝搬方向のＬｉＴａＯ_３ 基板からなり、ＩＤＴ４３は上記（１）式を満足する膜厚の金属または合金からなる電極膜で形成されている。

図９に示すＳＡＷフィルタ５１は、圧電基板５２の表面中央にそれぞれ１対の交差指電極からなる２組のＩＤＴ５３，５４がＳＡＷ伝搬方向に沿って設けられ、その両側に反射器５５，５５が配置されている。図８のＳＡＷ共振子４１と同様に、ＳＡＷの伝搬方向５６がＳＡＷのパワーフローの方向５７に対して所定のパワーフロー角（ＰＦＡ）を有するように、前記交差指電極及び反射器が傾斜させて設けられている。圧電基板５２は、図１と同様のカット面及びＳＡＷ伝搬方向のＬｉＴａＯ_３ 基板からなり、ＩＤＴ５３，５４は上記（１）式を満足する膜厚の金属または合金からなる電極膜で形成されている。

上記特許文献５及び６に記載されるように、パワーフロー角の大きさ（｜ＰＦＡ｜）が１２°以下となる場合、挿入損失の劣化を防止することができる。本発明によれば、ψ＝１４８°以上で｜ＰＦＡ｜が１２°以下となることが確認された。従って、本発明のＳＡＷデバイスは、更により低損失化を図ることができる。尚、図９のＳＡＷフィルタ５１は反射器の間に２組のＩＤＴを有するが、３組またはそれ以上のＩＤＴを配置した構成においても、同様の作用効果を得られることは言うまでもない。

実施例１
低価格な金属でフォトリソグラフィによる微細電極の形成や加工が容易なＡｌまたはＡｌを主成分とした合金を用いて、カット面及びＳＡＷの伝搬方向がオイラー角表示で（９０±１０°，９０±１０°，ψ°）かつ１４８°≦ψ≦１６２°のＬｉＴａＯ_３ 基板にＩＤＴを形成して、図１のＳＡＷ共振子を製造した。ＩＤＴの膜厚は、Ａｌの質量密度ρ＝２６９９（ｋｇ／ｍ^３ ）用いて、上記（１）式を満足するように決定した。このＳＡＷ共振子について、上記非特許文献２に記載されるシミュレーション方法を用いて波動解析を行った。その結果、伝搬損失は１４８°≦ψ≦１６２°の全範囲において０ｄＢ／λであった。

図１０−１（Ａ）は、ＩＤＴを形成するＡｌ膜の膜厚Ｈ／λに関する電気機械結合係数Ｋ^２ を示している。同図から、ψ＝１４６°以下の場合には、膜厚に拘わらず電気機械結合係数Ｋ^２ が０．０１５以上に大きくならないこと、及び、ψ＝１４８°以上では、電気機械結合係数Ｋ^２ が０．０１５以上となる膜厚Ｈ／λが存在することが分かる。

図１０−１（Ｂ）は、ＩＤＴを形成するＡｌ膜の膜厚Ｈ／λに関するパワーフロー角ＰＦＡを示している。同図から、ψ＝１４８°以上において、パワーフロー角の大きさ｜ＰＦＡ｜が挿入損失の劣化を防止できる１２°以下となる膜厚Ｈ／λが存在することが分かる。

図１０−２（Ｃ）は、伝搬方向ψに関して、電気機械結合係数Ｋ^２ ≧０．０１５かつ｜ＰＦＡ｜≦１２°を満たす最小のＡｌ膜厚Ｈ／λを示している。同図において、実線で示す近似式は上記（１）式の右辺を描線したものであり、プロット点で示すＡｌ電極膜の解析結果と略一致している。同図から、１４８°≦ψ≦１６２°の範囲で、Ａｌ膜厚Ｈ／λを上記（１）式の右辺よりも大きくすることにより、Ｋ^２ ≧０．０１５かつ｜ＰＦＡ｜≦１２°の条件を満足し得ることが分かる。他方、ψ＞１６２°の範囲では、Ｋ^２ ≧０．０１５かつ｜ＰＦＡ｜≦１２°を満足することができなかった。

図１０−２（Ｄ）は、Ａｌ膜厚Ｈ／λを０．２として、伝搬方向ψに関する電気機械結合係数Ｋ^２ を示している。同図から、１４８°≦ψ≦１６２°の全範囲で電気機械結合係数Ｋ^２ が０．０１５以上であることが分かる。このように実施例１では、少なくともＡｌ膜厚Ｈ／λ＝０．２までの範囲で、上述した本発明の効果を得ることができた。

実施例２
Ａｌよりも比抵抗が小さく、更に低損失なＳＡＷデバイスを期待し得るＣｕまたはＣｕを主成分とした合金を用いて、カット面及びＳＡＷの伝搬方向がオイラー角表示で（９０±１０°，９０±１０°，ψ°）かつ１４８°≦ψ≦１８０°のＬｉＴａＯ_３ 基板にＩＤＴを形成して、図１のＳＡＷ共振子を製造した。ＩＤＴの膜厚は、Ｃｕの質量密度ρ＝８９３３（ｋｇ／ｍ^３ ）用いて、上記（１）式を満足するように決定した。このＳＡＷ共振子について、上記非特許文献２に記載されるシミュレーション方法を用いて波動解析を行った。その結果、伝搬損失は１４８°≦ψ≦１８０°の全範囲において０ｄＢ／λであった。

図１１−１（Ａ）は、ＩＤＴを形成するＣｕ膜の膜厚Ｈ／λに関する電気機械結合係数Ｋ^２ を示している。同図から、１４８°≦ψ≦１８０°の全範囲において、電気機械結合係数Ｋ^２ が０．０１５以上となる膜厚Ｈ／λが存在することが分かる。

図１１−１（Ｂ）は、ＩＤＴを形成するＣｕ膜の膜厚Ｈ／λに関するパワーフロー角ＰＦＡを示している。同図から、１４８°≦ψ≦１８０°の全範囲において、パワーフロー角の大きさ｜ＰＦＡ｜が挿入損失の劣化を防止できる１２°以下となる膜厚Ｈ／λが存在することが分かる。

図１１−２（Ｃ）は、伝搬方向ψに関して、電気機械結合係数Ｋ^２ ≧０．０１５かつ｜ＰＦＡ｜≦１２°を満たす最小のＣｕ膜厚Ｈ／λを示している。同図において、同様に実線で示す近似式は上記（１）式の右辺を描線したものであり、プロット点で示すＣｕ電極膜の解析結果と略一致している。同図から、１４８°≦ψ≦１８０°の全範囲で、Ｃｕ膜厚Ｈ／λを上記（１）式の右辺よりも大きくすることにより、Ｋ^２ ≧０．０１５かつ｜ＰＦＡ｜≦１２°の条件を満足し得ることが分かる。

図１１−２（Ｄ）は、Ｃｕ膜厚Ｈ／λを０．２として、伝搬方向ψに関する電気機械結合係数Ｋ^２ の変化を示している。同図から、特に１５７°≦ψ≦１７３°かつ０．１０≦Ｈ／λ≦０．１９の場合に、電気機械結合係数Ｋ^２ が大きい値となることが分かる。このように実施例２では、少なくともＣｕ膜厚Ｈ／λ＝０．２までの範囲で、上述した本発明の効果を得ることができた。

実施例３
Ａｌよりも比抵抗が小さく、更に低損失なＳＡＷデバイスを期待し得るＡｇまたはＡｇを主成分とした合金を用いて、カット面及びＳＡＷの伝搬方向がオイラー角表示で（９０±１０°，９０±１０°，ψ°）かつ１４８°≦ψ≦１８０°のＬｉＴａＯ_３ 基板にＩＤＴを形成して、図１のＳＡＷ共振子を製造した。ＩＤＴの膜厚は、Ａｇの質量密度ρ＝１０４９０（ｋｇ／ｍ^３ ）用いて、上記（１）式を満足するように決定した。このＳＡＷ共振子について、上記非特許文献２に記載されるシミュレーション方法を用いて波動解析を行った。その結果、伝搬損失は１４８°≦ψ≦１８０°の全範囲において０ｄＢ／λであった。

図１２−１（Ａ）は、ＩＤＴを形成するＡｇ膜の膜厚Ｈ／λに関する電気機械結合係数Ｋ^２ を示している。同図から、１４８°≦ψ≦１８０°の全範囲において、電気機械結合係数Ｋ^２ が０．０１５以上となる膜厚Ｈ／λが存在することが分かる。

図１２−１（Ｂ）は、ＩＤＴを形成するＡｇ膜の膜厚Ｈ／λに関するパワーフロー角ＰＦＡを示している。同図から、１４８°≦ψ≦１８０°の全範囲において、膜厚Ｈ／λに拘わらず、パワーフロー角の大きさ｜ＰＦＡ｜が挿入損失の劣化を防止できる１２°以下となることが分かる。

図１２−２（Ｃ）は、伝搬方向ψに関して、電気機械結合係数Ｋ^２ ≧０．０１５かつ｜ＰＦＡ｜≦１２°を満たす最小のＡｇ膜厚Ｈ／λを示している。同図において、同様に実線で示す近似式は上記（１）式の右辺を描線したものであり、プロット点で示すＡｇ電極膜の解析結果と略一致している。同図から、１４８°≦ψ≦１８０°の全範囲で、Ａｇ膜厚Ｈ／λを上記（１）式の右辺よりも大きくすることにより、Ｋ^２ ≧０．０１５かつ｜ＰＦＡ｜≦１２°の条件を満足し得ることが分かる。

図１２−２（Ｄ）は、Ａｇ膜厚Ｈ／λを０．２として、伝搬方向ψに関する電気機械結合係数Ｋ^２ の変化を示している。同図から、特に１５８°≦ψ≦１８０°かつ０．０４≦Ｈ／λ≦０．１０の場合に、電気機械結合係数Ｋ^２ が大きい値となることが分かる。このように実施例３では、少なくともＡｇ膜厚Ｈ／λ＝０．０９までの範囲で、上述した本発明の効果を得ることができた。

実施例４
Ａｌよりも比抵抗が小さく、更に低損失なＳＡＷデバイスを期待し得るＡｕまたはＡｕを主成分とした合金を用いて、カット面及びＳＡＷの伝搬方向がオイラー角表示で（９０±１０°，９０±１０°，ψ°）かつ１４８°≦ψ≦１８０°のＬｉＴａＯ_３ 基板にＩＤＴを形成して、図１のＳＡＷ共振子を製造した。ＩＤＴの膜厚は、Ａｕの質量密度ρ＝１９３００（ｋｇ／ｍ^３ ）用いて、上記（１）式を満足するように決定した。このＳＡＷ共振子について、上記非特許文献２に記載されるシミュレーション方法を用いて波動解析を行った。その結果、伝搬損失は１４８°≦ψ≦１８０°の全範囲において０ｄＢ／λであった。

図１３−１（Ａ）は、ＩＤＴを形成するＡｕ膜の膜厚Ｈ／λに関する電気機械結合係数Ｋ^２ を示している。同図から、１４８°≦ψ≦１８０°の全範囲において、電気機械結合係数Ｋ^２ が０．０１５以上となる膜厚Ｈ／λが存在することが分かる。

図１３−１（Ｂ）は、ＩＤＴを形成するＡｕ膜の膜厚Ｈ／λに関するパワーフロー角ＰＦＡを示している。同図から、１４８°≦ψ≦１８０°の全範囲において、膜厚Ｈ／λに拘わらず、パワーフロー角の大きさ｜ＰＦＡ｜が挿入損失の劣化を防止できる１２°以下となることが分かる。

図１３−２（Ｃ）は、伝搬方向ψに関して、電気機械結合係数Ｋ^２ ≧０．０１５かつ｜ＰＦＡ｜≦１２°を満たす最小のＡｕ膜厚Ｈ／λを示している。同図において、同様に実線で示す近似式は上記（１）式の右辺を描線したものであり、プロット点で示すＡｕ電極膜の解析結果と略一致している。同図から、１４８°≦ψ≦１８０°の全範囲で、Ａｕ膜厚Ｈ／λを上記（１）式の右辺よりも大きくすることにより、Ｋ^２ ≧０．０１５かつ｜ＰＦＡ｜≦１２°の条件を満足し得ることが分かる。

図１３−２（Ｄ）は、Ａｕ膜厚Ｈ／λを０．２として、伝搬方向ψに関する電気機械結合係数Ｋ^２ の変化を示している。同図から、特に１５９°≦ψ≦１８０°かつ０．０２≦Ｈ／λ≦０．０５の場合に、電気機械結合係数Ｋ^２ が大きい値となることが分かる。このように実施例４では、少なくともＡｕ膜厚Ｈ／λ＝０．０５までの範囲で、上述した本発明の効果を得ることができた。

本発明を適用したＳＡＷ共振子の構成を示す平面図。 図１のＳＡＷ共振子１についてＳＡＷの励振時に基板表面の深さに関する波の相対変位を示す線図。 （Ａ）図及び（Ｂ）図は、それぞれ従来構造のＳＡＷデバイスについて励振したＳＡＷの基板表面の深さに関する波の相対変位を示す線図。 （Ａ）図及び（Ｂ）図は、それぞれオイラー角（φ°，９０°，１６６°）及び（９０°，θ°，１６６°）のＬｉＴａＯ_３ 基板からなる圧電基板に膜厚Ｈ／λ＝０．０５のＡｇ膜を形成した場合に、φまたはθの変化に関する電気機械結合係数Ｋ^２ の変化を示す線図。 本発明を適用したＳＡＷ共振子の別の構成を示す平面図。 本発明を適用したラダー型ＳＡＷフィルタの構成を示す概略図。 本発明を適用した多重モードＳＡＷフィルタの構成を示す平面図。 本発明を適用したＳＡＷ共振子の更に別の構成を示す平面図。 本発明を適用したＳＡＷフィルタの別の構成を示す平面図。 （Ａ）図は、Ａｌ膜からなるＩＤＴを有するＳＡＷ共振子の実施例について、Ａｌ膜の膜厚Ｈ／λと電気機械結合係数Ｋ^２ との関係を示す線図、（Ｂ）図はＡｌ膜の膜厚Ｈ／λとパワーフロー角ＰＦＡとの関係を示す線図。 （Ｃ）図は、伝搬方向ψと電気機械結合係数Ｋ^２ ≧０．０１５かつ｜ＰＦＡ｜≦１２°を満たす最小のＡｌ膜厚Ｈ／λとの関係を示す線図、（Ｄ）図は伝搬方向ψと電気機械結合係数Ｋ^２ との関係を示す線図。 （Ａ）図は、Ｃｕ膜からなるＩＤＴを有するＳＡＷ共振子の実施例について、Ｃｕ膜の膜厚Ｈ／λと電気機械結合係数Ｋ^２ との関係を示す線図、（Ｂ）図はＣｕ膜の膜厚Ｈ／λとパワーフロー角ＰＦＡとの関係を示す線図。 （Ｃ）図は、伝搬方向ψと電気機械結合係数Ｋ^２ ≧０．０１５かつ｜ＰＦＡ｜≦１２°を満たす最小のＣｕ膜厚Ｈ／λとの関係を示す線図、（Ｄ）図は伝搬方向ψと電気機械結合係数Ｋ^２ との関係を示す線図。 （Ａ）図は、Ａｇ膜からなるＩＤＴを有するＳＡＷ共振子の実施例について、Ａｇ膜の膜厚Ｈ／λと電気機械結合係数Ｋ^２ との関係を示す線図、（Ｂ）図はＡｇ膜の膜厚Ｈ／λとパワーフロー角ＰＦＡとの関係を示す線図。 （Ｃ）図は、伝搬方向ψと電気機械結合係数Ｋ^２ ≧０．０１５かつ｜ＰＦＡ｜≦１２°を満たす最小のＡｇ膜厚Ｈ／λとの関係を示す線図、（Ｄ）図は伝搬方向ψと電気機械結合係数Ｋ^２ との関係を示す線図。 （Ａ）図は、Ａｕ膜からなるＩＤＴを有するＳＡＷ共振子の実施例について、Ａｕ膜の膜厚Ｈ／λと電気機械結合係数Ｋ^２ との関係を示す線図、（Ｂ）図はＡｕ膜の膜厚Ｈ／λとパワーフロー角ＰＦＡとの関係を示す線図。 （Ｃ）図は、伝搬方向ψと電気機械結合係数Ｋ^２ ≧０．０１５かつ｜ＰＦＡ｜≦１２°を満たす最小のＡｕ膜厚Ｈ／λとの関係を示す線図、（Ｄ）図は伝搬方向ψと電気機械結合係数Ｋ^２ との関係を示す線図。

符号の説明

１，１１，４１…ＳＡＷ共振子、２，１２，２３，３２，４２，５２…圧電基板、３，１３，２４，３３〜３５，４３，５３，５４…ＩＤＴ、４，３６，４４，５５…反射器、２１，３１，５１…ＳＡＷフィルタ、２２…ＳＡＷ素子、４３ａ，４３ｂ…交差指電極、４５，５６…ＳＡＷの伝搬方向、４６，５７…ＳＡＷのパワーフローの方向。

Claims (4)

1. ＬｉＴａＯ₃ からなる圧電基板と、前記圧電基板の表面に形成したＩＤＴとを備え、前記ＩＤＴにより励振される弾性表面波がＳＨ波を主成分とするものであり、
   前記圧電基板のカット面及び前記弾性表面波の伝搬方向がオイラー角表示で（９０±１０°，９０±１０°，ψ°）であり、前記ＩＤＴが、質量密度ρ（ｋｇ／ｍ³ ）の金属又は該金属を主成分とする合金からなる電極膜で形成されるとき、前記電極膜の膜厚Ｈが、前記弾性表面波の波長をλとして、次式
   ０．２≧Ｈ／λ≧（１．９８８１×１０^−１８ ×ρ³ − ２．０５７×１０^−１２ ×ρ² ＋６．１７８１×１０^−８×ρ−４．５３８８×１０^−４）×ψ^２ ＋（６．３１１３×１０^−１５ ×ρ^３ ＋４．９５８９×１０^−１０ ×ρ^２ −１．９７５９×１０^−５×ρ＋０．１５６０４）×ψ−９．８７６６×１０^−１３ ×ρ^３ −２．７８９×１０^−８×ρ^２ ＋１．５６４６×１０^−３×ρ−１３．１１９５
   を満足し、
   前記金属がＡｌであり、かつ１４８°≦ψ≦１６２°であることを特徴とする弾性表面波デバイス。
2. ＬｉＴａＯ₃ からなる圧電基板と、前記圧電基板の表面に形成したＩＤＴとを備え、前記ＩＤＴにより励振される弾性表面波がＳＨ波を主成分とするものであり、
   前記圧電基板のカット面及び前記弾性表面波の伝搬方向がオイラー角表示で（９０±１０°，９０±１０°，ψ°）であり、前記ＩＤＴが、質量密度ρ（ｋｇ／ｍ³ ）の金属又は該金属を主成分とする合金からなる電極膜で形成されるとき、前記電極膜の膜厚Ｈが、前記弾性表面波の波長をλとして、次式
   ０．２≧Ｈ／λ≧（１．９８８１×１０^−１８ ×ρ³ − ２．０５７×１０^−１２ ×ρ² ＋６．１７８１×１０^−８×ρ−４．５３８８×１０^−４）×ψ^２ ＋（６．３１１３×１０^−１５ ×ρ^３ ＋４．９５８９×１０^−１０ ×ρ^２ −１．９７５９×１０^−５×ρ＋０．１５６０４）×ψ−９．８７６６×１０^−１３ ×ρ^３ −２．７８９×１０^−８×ρ^２ ＋１．５６４６×１０^−３×ρ−１３．１１９５
   を満足し、
   前記金属がＣｕであり、かつ１４８°≦ψ≦１８０°であることを特徴とする弾性表面波デバイス。
3. ＬｉＴａＯ₃ からなる圧電基板と、前記圧電基板の表面に形成したＩＤＴとを備え、前記ＩＤＴにより励振される弾性表面波がＳＨ波を主成分とするものであり、
   前記圧電基板のカット面及び前記弾性表面波の伝搬方向がオイラー角表示で（９０±１０°，９０±１０°，ψ°）であり、前記ＩＤＴが、質量密度ρ（ｋｇ／ｍ³ ）の金属又は該金属を主成分とする合金からなる電極膜で形成されるとき、前記電極膜の膜厚Ｈが、前記弾性表面波の波長をλとして、次式
   ０．０９≧Ｈ／λ≧（１．９８８１×１０^−１８ ×ρ³ − ２．０５７×１０^−１２ ×ρ² ＋６．１７８１×１０^−８×ρ−４．５３８８×１０^−４）×ψ^２ ＋（６．３１１３×１０^−１５ ×ρ^３ ＋４．９５８９×１０^−１０ ×ρ^２ −１．９７５９×１０^−５×ρ＋０．１５６０４）×ψ−９．８７６６×１０^−１３ ×ρ^３ −２．７８９×１０^−８×ρ^２ ＋１．５６４６×１０^−３×ρ−１３．１１９５
   を満足し、
   前記金属がＡｇであり、かつ１４８°≦ψ≦１８０°であることを特徴とする弾性表面波デバイス。
4. ＬｉＴａＯ₃ からなる圧電基板と、前記圧電基板の表面に形成したＩＤＴとを備え、前記ＩＤＴにより励振される弾性表面波がＳＨ波を主成分とするものであり、
   前記圧電基板のカット面及び前記弾性表面波の伝搬方向がオイラー角表示で（９０±１０°，９０±１０°，ψ°）であり、前記ＩＤＴが、質量密度ρ（ｋｇ／ｍ³ ）の金属又は該金属を主成分とする合金からなる電極膜で形成されるとき、前記電極膜の膜厚Ｈが、前記弾性表面波の波長をλとして、次式
   ０．０５≧Ｈ／λ≧（１．９８８１×１０^−１８ ×ρ³ − ２．０５７×１０^−１２ ×ρ² ＋６．１７８１×１０^−８×ρ−４．５３８８×１０^−４）×ψ^２ ＋（６．３１１３×１０^−１５ ×ρ^３ ＋４．９５８９×１０^−１０ ×ρ^２ −１．９７５９×１０^−５×ρ＋０．１５６０４）×ψ−９．８７６６×１０^−１３ ×ρ^３ −２．７８９×１０^−８×ρ^２ ＋１．５６４６×１０^−３×ρ−１３．１１９５
   を満足し、
   前記金属がＡｕであり、かつ１４８°≦ψ≦１８０°であることを特徴とする弾性表面波デバイス。

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