JP4918758B2 - Temperature calibration method for spherical surface acoustic wave device - Google Patents
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Description
本発明は、試料中における被測定対象物の物理化学的特性の測定方法に用いられる球状表面弾性波素子、およびその温度校正に必要な表面弾性波励振方法に関する。 The present invention relates to a spherical surface acoustic wave device used in a method for measuring a physicochemical property of an object to be measured in a sample, and a surface acoustic wave excitation method necessary for temperature calibration thereof.
通常、圧電材料基板上に形成された表面弾性波素子の電極は平面のマスクを用いてフォトリソグラフィーを用いて形成されている。 Usually, the electrode of the surface acoustic wave element formed on the piezoelectric material substrate is formed by photolithography using a flat mask.
特許文献1には複数の周波数の表面弾性波素子が挙げられている。平面型の表面弾性波素子の場合にはそれぞれの周波数の表面弾性波はそれぞれ別の経路を通るような素子が一般的である。また、特許文献には一つの導波路に複数の周波数の表面弾性波を伝播させる素子が挙げられている。この場合、円環状弾性表面波経路の両側から突出部を交互に張り出させた櫛型電極を凹型に配置することによって複数の周波数の表面弾性波が収束されている。 Patent Document 1 discloses a surface acoustic wave device having a plurality of frequencies. In the case of a planar type surface acoustic wave element, an element is generally used in which surface acoustic waves of each frequency pass through different paths. In addition, the patent literature includes an element that propagates surface acoustic waves having a plurality of frequencies in one waveguide. In this case, the surface acoustic waves having a plurality of frequencies are converged by disposing the comb-shaped electrodes having protrusions alternately protruding from both sides of the annular surface acoustic wave path.
特許文献は以下の通りである。
球状表面弾性波素子においてフォトリソグラフィー技術を用いて表面に櫛型電極を形成するとき、理想的には球状の球面に沿って光の焦点が合う光学系を用いることが望ましいが、これは非常に複雑な光学系になり、コストも高くなる。一方、図2に示したように平面基板上に電極パターンを形成するのと同様に平面のマスクを用いて球面に露光する場合、コストを抑えることはできるが曲面の影響で周辺部ほど球面上でパターンが大きく露光されてしまい、また焦点が合わなくなり像がぼやけてしまう。ここで1は平面マスク、2は平面マスク上のパターン、5は材料球、4は材料球表面に形成した感光性材料膜である。この効果は露光する電極パターンが大きくなるほど顕著になるのは明らかである。 When a comb-shaped electrode is formed on the surface using a photolithographic technique in a spherical surface acoustic wave device, it is ideally desirable to use an optical system that focuses light along a spherical spherical surface. It becomes a complicated optical system and the cost becomes high. On the other hand, as shown in FIG. 2, when a spherical surface is exposed using a flat mask as in the case of forming an electrode pattern on a flat substrate, the cost can be reduced, but the peripheral portion is more spherical on the periphery due to the influence of the curved surface. As a result, the pattern is exposed greatly, and the image is blurred due to out of focus. Here, 1 is a plane mask, 2 is a pattern on the plane mask, 5 is a material ball, and 4 is a photosensitive material film formed on the surface of the material ball. Obviously, this effect becomes more prominent as the electrode pattern to be exposed becomes larger.
球状表面弾性波素子において、用いられる周波数が10MHz〜100GHz程度なので、表面弾性波の減衰特性は重要な要素である。表面弾性波を減衰させる原因のひとつとして表面弾性波を励起するための電極があげられる。表面弾性波を励起するためには表面に電極が必要であるのだがその電極もまた表面弾性波を減衰させてしまう。よってこの効果による減衰を抑えるためには電極をより少なくするとよい。しかし強力に励起させようとすると多くの電極が必要になる。 In the spherical surface acoustic wave element, since the frequency used is about 10 MHz to 100 GHz, the attenuation characteristic of the surface acoustic wave is an important factor. One of the causes for attenuating the surface acoustic wave is an electrode for exciting the surface acoustic wave. In order to excite the surface acoustic wave, an electrode is required on the surface, but the electrode also attenuates the surface acoustic wave. Therefore, in order to suppress attenuation due to this effect, it is preferable to reduce the number of electrodes. However, a large number of electrodes are required for strong excitation.
球状表面弾性波素子においては複数の周波数の表面弾性波を用いることにより温度を校正することが可能である。しかし、これを行うためには複数の周波数の表面弾性波を励起できるような電極構造を形成する必要がある。このときひとつの経路に複数の表面弾性波を励起できれば特性のばらつきを抑えることができてよい。球状表面弾性波素子においては特許文献2のような手法は使うことができない。なぜなら球状表面弾性波素子においては一つの経路が帯状に球表面を1周しておりこの表面弾性波はこの経路上で励起される必要があり凹型に電極を配置することができないからである。これを解決するひとつ方法としては周回経路に周波数の異なる二つの電極を並べて配置することである。ただしこの場
合には二つの周波数の電極を別個に形成することになるので露光する電極パターンが大きくなってしまい、結局その分だけ電極パターンが歪んでしまう。
In the spherical surface acoustic wave element, the temperature can be calibrated by using surface acoustic waves having a plurality of frequencies. However, in order to do this, it is necessary to form an electrode structure that can excite surface acoustic waves of a plurality of frequencies. At this time, if a plurality of surface acoustic waves can be excited in one path, variation in characteristics may be suppressed. In the spherical surface acoustic wave element, the technique as in
前記の問題を解決するために請求項1に係る発明においては、圧電結晶球、あるいは圧電材料膜を表面に形成した球上の円環状弾性表面波経路上に第1の電極と第2の電極から交互に突出部を設け、かつ、前記円環状弾性表面波経路上に感応膜を設け、かつ、各第1の電極の突出部と第2の電極の突出部との間に第3の電極を設けた球状表面弾性波(Surface Acoustic Wave)素子の温度校正方法であって、前記第1の電極と前記第2の電極の間及び前記第1電極と前記第2電極を結線したものと第3の電極の間に電気信号を印加することで複数の周波数の弾性表面波を励起し該弾性表面波信号を検出し、該複数の周波数の表面弾性波の信号により温度校正をおこない前記感応膜以外の要因による信号を校正することを特徴とする球状表面弾性波素子の温度校正方法を提供するものである。
In order to solve the above problem, in the invention according to claim 1, the first electrode and the second electrode are arranged on the annular surface acoustic wave path on the piezoelectric crystal sphere or the sphere formed with the piezoelectric material film on the surface. a protrusion provided alternately from and the circle sensitive film provided on the annular surface acoustic wave paths, and a third electrode between the projecting portion and the projecting portion of the second electrode of each first electrode A method of temperature calibration of a spherical surface acoustic wave element provided with a first electrode and a second electrode, and the first electrode and the second electrode connected to each other, and a first method The surface sensitive wave is detected by exciting a surface acoustic wave of a plurality of frequencies by applying an electrical signal between the electrodes of the three electrodes, detecting the surface acoustic wave signal, and performing temperature calibration using the surface acoustic wave signal of the plurality of frequencies. spherical surface acoustic wave device characterized by calibrating the signal due to factors other than There is provided a temperature correction method.
また、問題を解決するために請求項2に係る発明においては、前記球状表面弾性波素子において、第3の電極が第1の電極と第2の電極の間で連続していることを特徴とする請求項1記載の球状表面弾性波素子の温度校正方法を提供するものである。
In the invention according to
具体的には、例えば図1に示すように、円環状弾性表面波経路の両側から突出部を交互に張り出させた、単純な簾状電極である第1の電極と第2の電極が互いに組み合わせられている様になっており、その第1の電極と第2の電極の電極間を縫うようにジグザグに通る第3の電極用いる。これにより、既存の第1の電極や第2の電極を利用することにより第3の電極に対応する新たな対電極を設ける必要がなくなり、露光面積を少なくでき、これにより歪みを最小限度に抑えることが可能になったものである。 Specifically, for example, as shown in FIG. 1, the first electrode and the second electrode, which are simple saddle-shaped electrodes in which protruding portions alternately protrude from both sides of the annular surface acoustic wave path, are connected to each other. A third electrode is used that passes in a zigzag so as to sew between the first electrode and the second electrode. This eliminates the need to provide a new counter electrode corresponding to the third electrode by utilizing the existing first electrode and second electrode, and can reduce the exposure area, thereby minimizing distortion. It has become possible.
ここでは簡単な例を挙げて発明の説明を行う。周波数fの表面弾性波を励起するための4対の突出部を持つ一組の簾状電極と周波数2×fの表面弾性波を励起するための8対の突出部を持つ一組の簾状電極を素子表面に形成するとき、単純に2組の電極を形成するとトータルで12対、24本の突出部が必要で、周波数fの表面弾性波を励起するための簾状電極二つ分の表面積が必要になる。
Here, the invention will be described with a simple example. A set of saddle-shaped electrodes having four pairs of protrusions for exciting surface acoustic waves of frequency f and a pair of saddle-shaped electrodes having eight pairs of protrusions for exciting surface acoustic waves of
一方、図1のようなパターンの場合に第1の電極と第2の電極の間隔が音速と波長の関係から周波数がfに対応しているとするとこの第1の電極と第2の電極の間に周波数fの電気信号を印加することにより周波数fの表面弾性波を励起することができる。また、第1の電極と第2の電極を結線した電極と、第3の電極の間に周波数2×fの電気信号を印加すると周波数2×fの表面弾性波を励起することができる。この場合、16本の円環状弾性表面波経路上の突出部、つまり上記の3分の2の本数の突出部で上記の表面弾性波と同等の電極を周波数fの表面弾性波を励起する電極一つ分の面積に形成することができる。 On the other hand, in the case of the pattern as shown in FIG. 1, if the distance between the first electrode and the second electrode corresponds to the frequency f from the relationship between the sound speed and the wavelength, the first electrode and the second electrode By applying an electric signal having a frequency f between them, a surface acoustic wave having a frequency f can be excited. Further, when an electric signal having a frequency of 2 × f is applied between the electrode connecting the first electrode and the second electrode and the third electrode, a surface acoustic wave having a frequency of 2 × f can be excited. In this case, the protrusions on the 16 annular surface acoustic wave paths, that is, the electrodes that excite the surface acoustic waves having the frequency f by using the two-thirds of the protrusions are equivalent to the surface acoustic waves. One area can be formed.
このように一組の櫛型電極である第1の電極と第2の電極、その間を縫うように通る第3の電極を用いることで全体として簾状電極を構成して電極の本数を少なくすることができ、また電極を形成するのに必要な面積も狭くてすむ。 Thus, by using the first electrode and the second electrode, which are a pair of comb-shaped electrodes, and the third electrode passing through between them, a hook-shaped electrode is formed as a whole, and the number of electrodes is reduced. In addition, the area necessary for forming the electrode can be reduced.
本発明により複数の周波数を用いる球状表面弾性波素子の電極を従来の面積より小さい面積で形成することが可能になった。これにより、通常の平面型のフォトリソグラフィーを用いて容易に形成することができる。これによりひとつの経路に複数の周波数の表面弾性波を励起することができる。さらに、全体として電極数を抑えることで電極による減衰
を抑えることができるとともに、露光面積が小さくなったために歪みを最小限に抑えることが可能になり、球状表面弾性波素子としての性能を向上させることが可能になったものである。
According to the present invention, it is possible to form an electrode of a spherical surface acoustic wave device using a plurality of frequencies with an area smaller than the conventional area. Thereby, it can form easily using normal planar photolithography. Thereby, surface acoustic waves having a plurality of frequencies can be excited in one path. Furthermore, by reducing the number of electrodes as a whole, attenuation due to the electrodes can be suppressed, and since the exposure area has become smaller, distortion can be minimized and the performance as a spherical surface acoustic wave device is improved. It has become possible.
以下、図示した実施の形態例に基づいて本発明を詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail based on the illustrated embodiment.
図1は本発明の実施の形態nの球状表面弾性波素子の電極の模式図である。6,7,8は形成した電極である。いま第1の電極6と第2の電極7の間に周波数fの電気信号を印加すると図3のように周波数fの表面弾性波9が励起される。このとき第3の電極8は電気的にフローティングな状態にしておいてよい。
FIG. 1 is a schematic diagram of electrodes of a spherical surface acoustic wave device according to Embodiment n of the present invention.
また、第1の電極6と第2の電極7を結線したものと第3の電極8の間に周波数2×fの周波数の電気信号を印加すると図4に示すように2×fの表面弾性波9が励起される。
When an electric signal having a frequency of 2 × f is applied between the
励起された表面弾性波は球状表面を周回し、1周回って励起した電極に戻ってくるたびに櫛型電極から電気信号を出力する。球状表面に感応膜を形成しておき、この表面弾性波の信号を観測することで高感度なセンサとして使用することができる。また、複数の周波数の表面弾性波を周回させることにより温度などの感応膜以外の要因による信号を校正することができる。 The excited surface acoustic wave circulates around the spherical surface and outputs an electrical signal from the comb-shaped electrode every time it returns to the excited electrode after one round. By forming a sensitive film on the spherical surface and observing the surface acoustic wave signal, it can be used as a highly sensitive sensor. Further, by causing the surface acoustic waves of a plurality of frequencies to circulate, it is possible to calibrate signals due to factors other than the sensitive film such as temperature.
図5はそれぞれ本発明の球状表面弾性波素子の表面弾性波の周回現象を示す図である。A、Bはそれぞれ図1の模式図での第1の電極6と第2の電極7の間に周波数30MHzの電気信号を印加したとき、および第1の電極6と第2の電極7を結線した電極と第3の電極8の間に60MHzの電気信号を印加したときに表面弾性波が球上を周回する様子を示す出力信号を示したものである。電極の接続および入力信号の周波数を変えることで複数の周波数が励起できていることがわかる。
FIG. 5 is a diagram showing the surface acoustic wave circulation phenomenon of the spherical surface acoustic wave device of the present invention. A and B respectively connect the
本発明は球状表面弾性波素子における電極パターンおよび温度校正技術に用いることが可能な表面弾性波素子における電極パターン関する。 The present invention relates to an electrode pattern in a spherical surface acoustic wave device and an electrode pattern in a surface acoustic wave device that can be used for a temperature calibration technique.
1…平面マスク
2…平面マスク上のパターン
4…材料球表面にコートされた感光性材料膜
5…材料球
7…第1の電極(fおよび2×fの周波数を励起するための電極)
8…第2の電極(fおよび2×fの周波数を励起するための電極)
9…第3の電極(2×fの周波数を励起するための電極)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ...
8 ... 2nd electrode (electrode for exciting the frequency of f and 2xf)
9 ... 3rd electrode (electrode for exciting the frequency of 2xf)
Claims (2)
前記円環状弾性表面波経路上に感応膜を設け、かつ、
各第1の電極の突出部と第2の電極の突出部との間に第3の電極を設けた球状表面弾性波(Surface Acoustic Wave)素子の温度校正方法であって、
前記第1の電極と前記第2の電極の間及び前記第1電極と前記第2電極を結線したものと第3の電極の間に電気信号を印加することで複数の周波数の弾性表面波を励起し該弾性表面波信号を検出し、該複数の周波数の表面弾性波の信号により温度校正をおこない前記感応膜以外の要因による信号を校正する
ことを特徴とする球状表面弾性波素子の温度校正方法。 Protruding portions are alternately provided from the first electrode and the second electrode on the annular surface acoustic wave path on the surface of the piezoelectric crystal sphere or the sphere formed with the piezoelectric material film , and
Providing a sensitive film on the annular surface acoustic wave path; and
A method for temperature calibration of a spherical surface acoustic wave element in which a third electrode is provided between a protruding portion of each first electrode and a protruding portion of a second electrode ,
By applying an electric signal between the first electrode and the second electrode, and between the first electrode and the second electrode connected to each other and the third electrode, surface acoustic waves having a plurality of frequencies are generated. A temperature calibration of a spherical surface acoustic wave device , wherein the surface acoustic wave signal is excited, the surface acoustic wave signal is detected, a temperature calibration is performed with the surface acoustic wave signals of the plurality of frequencies, and a signal due to a factor other than the sensitive film is calibrated Way .
In the spherical surface acoustic wave device, temperature correction method of the spherical surface acoustic wave device according to claim 1, wherein the third electrode, characterized in that continuous between the first electrode and the second electrode.
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