JP5179530B2 - 弾性波デバイス及び電子部品 - Google Patents

Description

本発明は、エネルギー閉じ込め現象を利用した弾性波デバイスに係り、特に当該弾性波デバイスを小型化する技術に関する。

携帯端末などの小型高周波通信機の周波数制御や周波数選択に際し、エネルギー閉じ込め型の共振子を用いた発振器やフィルタを採用しているものがある（以下、これらの発振器やフィルタを総称して弾性波デバイスという）。

エネルギー閉じ込め型の弾性波デバイスは、水晶などの圧電体内に厚み振動のエネルギーを閉じ込めることにより発生する共振を利用して必要な周波数応答を得ている。この種の弾性波デバイスで利用される厚み振動は、その圧電体の遮断周波数（カットオフ周波数）近傍における高周波数側の周波数にて振動することから、例えば板状の圧電体の上面及び下面の中央部に励振用の電極を設け、この電極の質量付加効果によって当該電極を設けた領域の厚み振動の共振周波数を低下させて周辺部の厚み振動の遮断周波数よりも低くすることにより当該電極を設けた領域内への厚み振動エネルギーの閉じ込めを実現している。

ここで圧電体の遮断周波数は圧電体の厚さに反比例することから、エネルギー閉じ込めによって得られる振動（エネルギー閉じ込めモードという）の共振周波数を高周波化するためには圧電体を薄くする必要があり、携帯端末の小型化、多機能化などと相俟って、弾性波デバイスは急速に小型化している。

ところが共振周波数を高くするために圧電体を薄くしていくと、電極もエネルギー閉じ込めに適したものとなるよう薄くする必要があり、電極を薄化すると導電性が足りなくなって弾性波デバイス全体の挿入損失が大きくなってしまうおそれがある。

しかしながら通常、金属などから構成される電極は酸化や腐食などにより経時的に質量が変化するおそれが高く、エネルギー閉じ込めが行われる領域（以下、エネルギー閉じ込め部という）に直接電極を設ける弾性波デバイスでは、電極の質量変化の影響を受けて共振周波数が変化してしまうといった問題がある。

そこでこうした電極質量の経年変化の影響を抑えるため、共振を発生させる領域に電極を設けない各種の弾性波デバイスが提案されている。例えば特許文献１には、板状の圧電体の左右両端に励振用の電極を設け、これら左右両端の領域に挟まれた中央の領域には電極を設けずに共振周波数を決定する領域とし、これら左右両端の領域と中央の領域との間に溝状の切り込みを設けて各領域を弾性的に適度に分離した共振子が記載されている。また特許文献２及び非特許文献１には板状の圧電基板の左右両端の領域に励振用の電極を設け、これらの領域に挟まれた中央の領域には電極を設けず、当該電極を設けていない領域の厚さを両端の領域よりも厚くしてこれらの領域の共振周波数をほぼ同一にして各領域を互いに音響的に結合可能にした圧電振動子が記載されている。

この他、非特許文献２、非特許文献３には板状の圧電体の中央部に無電極で周囲よりも厚く形成されたメサと呼ばれる領域を設け、このメサの周囲に形成された溝内に励振用の電極を形成して、この電極及び当該電極で囲まれたメサ内で発生するエネルギー閉じ込め現象を利用して共振を得るタイプの共振子が記載されている。

これら特許文献１、特許文献２、非特許文献１〜非特許文献３に記載の共振子（圧電振動子）は、電極を設けた励振用の領域とは別に電極を設けていない中央側の領域を設けることにより、電極にて発生する経年変化の影響を当該中央側の領域に及びにくくして共振子や圧電振動子（弾性波デバイス）全体としての経年的な周波数安定性を高めている。

なお特許文献３には、振動子をなす振動波伝播媒質の電極を設けた両端の領域の厚さを薄くする一方、これらの領域に挟まれ電極を設けていない中央の領域の厚さを厚くし、さらにこの中央の領域の長さが所定の条件を満たすように調節することにより、一方側の電極にて励振した複数の高調波の中から所望の高調波振動のみを取り出す技術が記載されている。このように特許文献３に記載の振動子は、電極のない中央の領域を設けている目的が共振周波数の安定化とは異なっている。

特公昭４３−１５５３８号公報：第２頁左欄第１２行目〜第２３行目、第２ａ図 特開２０００−９１８７８号公報：請求項１、第００２４段落〜第００２５段落、図４ 特公昭５０−１９０２４号公報：第１７３頁第２欄第１６行目〜第３０行目、第２図（ｂ）

"IMPROVEMENT OF FREQUENCY DRIFT OF AT-CUT RESONATORS USING AN UNELECTRODED RESONANT REGION", IEEE International Frequency Control Symposium and PDA Exhibition, 2001, p.624, Fig.1(b), Fig.7 "STRAIGHT CRESTED WAVE ANALYSIS OF QUARTZ MEMS RING ELECTRODED MESA RESONATORS", IEEE ULTRASONICS SYMPOSIUM, 2002, P.999, Fig.2 "3-D MODELING OF HIGH-Q QUARTZ RESONATORS FOR VHF-UHF APPLICATIONS", Proceedings of the 2003 IEEE International Frequency Control Symposium and PDA Exhibition Jointly with 17th European Frequency and Time Forum, 2003, p.824, Fig.2

上述の特許文献１、特許文献２、非特許文献１〜非特許文献３に記載の各弾性波デバイスは電極の質量の経年変化に基づく共振周波数への影響を抑制するため、共振を得る中央の領域に電極を設けない構造となっている。しかしながらこれらの弾性波デバイスは電極を設けた領域で発生した振動モードと同じモードの振動を用いて共振を発生させるいわゆる複合共振子（複合振動子）型の弾性波デバイスとなっているため、電極の質量変化による振動モードの周波数変化が電極を設けていない領域にて得られる共振周波数に与える影響を完全に除去することはできない。

特に高周波の共振を得るために弾性波デバイスの圧電体を薄くすると、わずかな質量変化であっても質量付加効果の変化率が大きくなってしまうため、電極を設けた領域で励振される振動モードの周波数変化も大きくなり、結果として共振周波数も大きく変化してしまう。このため上述の各特許文献、非特許文献に記載の従来法では共振周波数を十分に安定させることができず、依然として電極質量の経年変化は弾性波デバイスの更なる高周波化、小型化にあたっての大きな障害となっている。

本発明は、このような事情に基づいて行われたものであり、その目的は、小型で経年による周波数変動が少ない弾性波デバイス及びこの弾性波デバイスを用いた電子機器を提供することにある。

第１の発明に係わる弾性波デバイスは、弾性波導波路に設けられ、伝播モードの弾性波である第１の弾性波を圧電材料に励振させるための第１のＩＤＴ電極を備えた第１の伝播モード部と、
前記弾性波導波路に設けられ、前記第１の伝播モード部から伝播してきた第１の弾性波に含まれる特定の周波数成分によってエネルギー閉じ込めモードの弾性波である第２の弾性波が励振されるエネルギー閉じ込めモード部と、
このエネルギー閉じ込めモード部の周囲の領域に設けられ、前記第２の弾性波より高い周波数の遮断周波数を持つ遮断部と、
前記第１の弾性波の伝播する方向に沿って、前記遮断部を挟んでエネルギー閉じ込めモード部と隣り合う位置に設けられ、当該遮断部を介してリークした前記第２の弾性波を伝播モードの弾性波である第３の弾性波にモード変換して伝播させると共に、当該第３の弾性波を圧電材料から電気信号として取り出すための第２のＩＤＴ電極を備えた第２の伝播モード部と、を備えたことを特徴とする。

この第１の発明に係る弾性波デバイスは、以下の特徴を備えていてもよい。
（ａ）前記第１の伝播モード部は第２の伝播モード部を共用していること。
（ｂ）参照用弾性波を圧電材料に励振させるための第３のＩＤＴ電極と、前記第１の弾性波が第１の伝播モード部及び第２の伝播モード部を通過して第２のＩＤＴ電極にて取り出される電気信号とは逆位相の電気信号を前記参照用弾性波から圧電材料を介して取り出すために、当該参照用弾性波の伝播方向に設けられた第４のＩＤＴ電極と、を備えた参照用弾性波導波路を、弾性波の隔離帯を介して前記弾性波導波路と平行に設け、前記第２のＩＤＴ電極から取り出した電気信号と、第４のＩＤＴ電極から取り出した電気信号とを加算した差動信号を得ること。

次に第２の発明に係る弾性波デバイスは、第１の弾性波導波路に設けられ、伝播モードの弾性波である第１の弾性波を圧電材料に励振させるための第１のＩＤＴ電極を備えた第１の伝播モード部と、
前記第１の弾性波導波路に設けられ、前記第１の伝播モード部から伝播してきた第１の弾性波に含まれる特定の周波数成分によってエネルギー閉じ込めモードの弾性波である第２の弾性波が励振されるエネルギー閉じ込めモード部と、
このエネルギー閉じ込めモード部の周囲の領域に設けられ、前記第２の弾性波より高い周波数の遮断周波数を持つ遮断部と、
前記第１の弾性波導波路に対して第１の弾性波の進行方向と直交する方向に隣接する第２の弾性波導波路と、
この第２の弾性波導波路に設けられた第２のＩＤＴ電極と、
前記第１の弾性波導波路と第２の弾性波導波路との間に設けられ、その一部が切り欠かれた切欠部を備える弾性波の隔離帯と、を備え、
前記第１の弾性波を遮断部及びエネルギー閉じ込めモード部にて反射させて得られた伝播モードの弾性波である第３の弾性波を、前記切欠部を介して前記隔離帯を通過させた後、前記第２のＩＤＴ電極で受信し、当該第３の弾性波を圧電材料から電気信号として取り出すと共に、この第３の弾性波が伝播する領域を第２の伝播モード部としたことを特徴とする。

上述の第１、第２の発明に係る弾性波デバイスは、以下の特徴を備えていてもよい。
（ｃ）前記第１のＩＤＴ電極及び第２のＩＤＴ電極は、圧電材料の表面に設けられ、前記第１の弾性波及び第３の弾性波は表面弾性波であること。
（ｄ）前記遮断部は、当該遮断部を構成する弾性波導波路の厚さが前記エネルギー閉じ込めモード部を構成する弾性波導波路よりも薄くなっていることにより、前記第２の弾性波の周波数よりも高い周波数の遮断周波数を持つように形成されていること。
（ｅ）前記弾性波導波路は、前記遮断部の外方の領域の厚さが当該遮断部よりも厚く形成されていること。
（ｆ）前記弾性波導波路が圧電材料からなること。
（ｇ）前記圧電材料は、非圧電材料からなる弾性波導波路上に形成されたＩＤＴ電極の上面側に設けられた圧電体膜であるか、非圧電材料からなる弾性波導波路とＩＤＴ電極との間に設けられた圧電体膜であること。
（ｈ）前記エネルギー閉じ込めモード部は、平板形状に形成されていること。
（ｉ）前記エネルギー閉じ込めモード部は、片面凸レンズ形状に形成されていること。
（ｊ）前記エネルギー閉じ込めモード部は、平面形状が四角以上の多角形または円形または楕円形に形成されていること。
（ｋ）前記第１のＩＤＴ電極、第２のＩＤＴ電極の少なくとも一方は一方向性電極からなること。
（ｌ）前記弾性波デバイスは各々前記遮断部にて周囲を囲まれた２以上のエネルギー閉じ込めモード部を備え、これらのエネルギー閉じ込めモード部は、各エネルギー閉じ込めモード部内に励振される第２の弾性波が互いに結合可能なように、前記伝播モードの弾性波の伝播方向、またはこの伝播方向と直交する方向に互いに隣り合うように設けられていることにより多重モードフィルタを構成していること。
（ｍ）前記第２の弾性波は、高次のエネルギー閉じ込めモードの弾性波でること。
（ｎ）前記エネルギー閉じ込めモード部の表面には、感知対象物を吸着するための吸着層が形成されていること。

さらに他の発明に係る電子部品は、上述の各弾性波デバイスを備えている電子部品であることを特徴とする。

本発明によれば、弾性波導波路上にて伝播モードの弾性波である例えば表面弾性波などの第１の弾性波を伝播させ、この弾性波導波路上に設けられ、周囲を遮断部で囲まれたエネルギー閉じ込めモード部内にて、第１の弾性波に含まれる特定の周波数成分からエネルギー閉じ込めモードである第２の弾性波を励振させることにより、エネルギー閉じ込めモード部に電極を設けることなく共振応答を得ることができる。このため、当該エネルギー閉じ込めモード部では電極の質量変化による周波数特性の変化が発生しないことから、更なる小型化が容易で、且つ経年による周波数変動の少ない弾性波デバイスを得ることができる。

実施の形態に係る弾性波共振子の外観構成を示す斜視図である。 前記弾性波共振子の平面図である。 前記弾性波共振子の縦断側面図である。 前記弾性波共振子にエネルギー閉じ込めモードの弾性波の励振強度を示す模式図である。 前記弾性波共振子内を表面弾性波が伝播し、エネルギー閉じ込めモードの弾性波が励振される様子を示す模式図である。 前記弾性波共振子が示す周波数特性図である。 前記弾性波共振子の製造工程を示す説明図である。 差動型の弾性波共振子の外観構成を示す斜視図である。 第３の弾性波を独立して取り出す弾性波共振子の外観構成を示す斜視図である。 前記第３の弾性波を取り出す弾性波共振子の作用図である。 前記第３の弾性波を取り出す弾性波共振子の変形例を示す説明図である。 エネルギー閉じ込めモード部の断面形状を片面凸レンズ形状とした弾性波共振子の縦断側面図である。 テーパー面を備えた凹部内にエネルギー閉じ込め部を設けた弾性波共振子の縦断側面図である。 凹部とは反対の面にエネルギー閉じ込め部を設けた弾性波共振子の縦断側面図である。 凹部形状の他の例を示す斜視図である。 エネルギー閉じ込めモード部の平面形状の他の例を示す平面図である。 前記平面形状のさらに他の例を示す平面図である。 前記平面形状のこの他の例を示す平面図である。 一方向性電極（ＵＤＴ）を備えた弾性波共振子を示す平面図である。 エネルギー閉じ込めモード部の片側にのみ弾性波導波路を設けた弾性波共振子を示す斜視図である。 ＩＤＴ電極の上面に圧電体膜を設けた弾性波共振子を示す縦断面図である。 ＩＤＴ電極の下面に圧電体膜を設けた弾性波共振子を示す縦断面図である。 実施の形態に係る多重モードフィルタの構成例を示す縦断側面図である。 高次の厚みすべり振動を利用した弾性波共振子の側面図である。 実施の形態に係るマイクロバランスの構成例を示す側面図である。

以下、図１〜図３を参照しながら本実施の形態に係る弾性波デバイスの一例である弾性波共振子１の構成について説明する。図１の斜視図に示すように弾性波共振子１は、小片状に加工された圧電体１０の中央部を挟んで長手方向左右両側に第１、第２のＩＤＴ電極４１、５１を設け、これらＩＤＴ電極４１、５１が設けられている領域及び両ＩＤＴ電極４１、５１に挟まれた領域を弾性波導波路として、この弾性波導波路上の例えば中央部に、エネルギー閉じ込めモードの弾性波を励振させるためのエネルギー閉じ込めモード部２を設けた構成となっている。

圧電体１０は例えばＡＴカットの水晶片であり、図１に示したＡ-Ａ’方向（伝播モードの弾性波が伝播する方向に相当し、以下、長手方向という）の長さが例えば数百μｍ〜数ｍｍ程度、Ａ-Ａ’方向に直交する方向（以下、幅方向という）の長さが例えば長手方向の長さの１／３〜半分程度、厚さ（図３に「ｈ_３」と記してある）が例えば数十μｍ〜数百μｍに加工されている。

既述の弾性波導波路は、この圧電体１０の一面（以下、表面と呼ぶ）に設けられており、弾性波導波路上の例えば左側領域に設けられた第１のＩＤＴ電極４１は、当該電極４１に入力された電気信号を電気-機械変換して弾性波である例えば表面弾性波（以下、ＳＡＷ（Surface Acoustic Wave）という）を励振する機能を備えている。一方、弾性波導波路上の例えば右側領域に設けられた第２のＩＤＴ電極５１は弾性波導波路を伝播してきたＳＡＷを機械-電気変換し、電気信号として取り出す役割を果たす。

各ＩＤＴ電極４１、５１は、互いにほぼ同様の構成を備えているので、例えば第１のＩＤＴ電極４１の構成について簡単に説明すると、第１のＩＤＴ電極４１は例えばアルミニウムや金などの金属膜からなる公知のＩＤＴ（InterDigital Transducer）電極であり、例えば弾性波導波路におけるＳＡＷの伝播方向に沿って配置された２本のバスバー４１１、４１３に対して、多数の電極指４１２、４１４が交差指状に接続された構成となっている。本実施の形態中に示す各ＩＤＴ電極には、例えば数十本〜数百本の電極指が設けられるが各図中においてはその本数を省略して記載してある。

第１のＩＤＴ電極４１内の隣り合う電極指４１２、４１４の間隔「ｄ」は、例えば後述するエネルギー閉じ込めモード部２内に閉じ込められるＳＡＷの例えば半波長分の長さに調整されている。第１のＩＤＴ電極４１の例えば一方側のバスバー４１１には、電気信号の入力端が接続され、また他方側のバスバー４１３は接地されている。

第２のＩＤＴ電極５１は、上述の第１のＩＤＴ電極４１とほぼ同様に構成されており、一方側のバスバー５１１に電気信号の出力端が接続され、他方側のバスバー５１３は接地されている。第１のＩＤＴ電極４１と第２のＩＤＴ電極５１との間の距離は適宜設定されるが、これら２つのＩＤＴ電極４１、５１の間に後述する遮断部３やエネルギー閉じ込めモード部２を配置可能な距離とする必要がある。また第２のＩＤＴ電極５１は、前記遮断部３からリークする伝播モードの弾性波である後述の第３の弾性波が、例えば第２のＩＤＴ電極５１の出力側の電極指５１２に、同相または逆相で加えられる位置に配置するとよい。

第１のＩＤＴ電極４１に電気信号を入力すると、第１のＩＤＴ電極４１にはＳＡＷが励振され、このＳＡＷは伝播モードの弾性波として、圧電体１０の表面付近を出力側の第２のＩＤＴ電極５１へ向けて伝播するが、本実施の形態に係る弾性波共振子１では、このＳＡＷを利用して共振を得る構造となっている。以下、ＳＡＷを利用して共振を得るための詳細な構成について説明する。

エネルギー閉じ込めモード部２及び遮断部３は、圧電体１０内を伝播してきたＳＡＷの一部をモード変換してエネルギー閉じ込めモードの弾性波を励振する役割を果たす。エネルギー閉じ込めモード部２はエネルギー閉じ込めモードの弾性波が励振される領域であり、遮断部３はこの弾性波をエネルギー閉じ込めモード部２内に閉じ込めておくための領域である。

エネルギー閉じ込めモード部２は、予め設計した共振周波数にてエネルギー閉じ込めモードの弾性波を励振可能な厚さ「ｈ_１」に加工された圧電体１０内の一領域であり、本例では入力側の第１のＩＤＴ電極４１と出力側の第２のＩＤＴ電極５１との間のほぼ中央位置に設けられている。エネルギー閉じ込めモード部２は、例えば上方側から見た平面形状が四角形となっており、その１辺の長さが例えば数百μｍ程度となるように形成されている。エネルギー閉じ込めモード部２は四角形の対向する２辺がＳＡＷの進行方向と平行になるように（言い替えると、四角形の残る２辺に対してＳＡＷが垂直に入力するように）配置されている。

本例に係るエネルギー閉じ込めモード部２は、図１、図３に示すように既述のＩＤＴ電極４１、５１が形成されている圧電体１０の表面側とは反対の面（裏面とよぶ）の中央部に形成された凹部１１内に設けられており、当該凹部１１の底面から段丘状（メサ状）に突出するように形成されている。この段丘状に突出した領域の上面から圧電体１０の表面に亘る直方体部分がエネルギー閉じ込めモード部２に相当する。

遮断部３は、上述のエネルギー閉じ込めモード部２を取り囲むように形成された圧電体１０内の一領域であり、エネルギー閉じ込めモード部２と一体となって凹部１１を形成している。遮断部３は、エネルギー閉じ込めモード部２よりも一段低く形成された凹部１１の底面から、圧電体１０の表面に亘る角環形状部分に相当している。

図１に示すようにエネルギー閉じ込めモード部２及び遮断部３が圧電体１０のほぼ中央位置に設けられていることにより、本例ではエネルギー閉じ込めモード部２及び遮断部３から見てＳＡＷの伝播方向上流側の領域が第１の伝播モード部４に相当し、同じく下流側の領域が第２の伝播モード部５に相当している。

ここで背景技術において説明したように、従来のエネルギー閉じ込め型の共振子は、電極の質量付加効果を利用して電極を設けた領域においてエネルギー閉じ込めを実現していた。これに対して本実施の形態に係るエネルギー閉じ込めモード部２及び遮断部３では、例えば図３に示すようにエネルギー閉じ込めモード部２の厚さ「ｈ_１」の方が遮断部３の厚さ「ｈ_２」よりも厚くなるように各領域を形成することにより、エネルギー閉じ込めモード部２における厚み振動の共振周波数を遮断部３での遮断周波数よりも低くしてエネルギー閉じ込めモード部２内におけるエネルギー閉じ込めを実現している点に大きな特徴を有している。

図１、図４などの各図においてはエネルギー閉じ込めモード部２が凹部１１の底面から段丘状に突出している様子を分かり易くするために、エネルギー閉じ込めモード部２、遮断部３の大きさを誇張して記載してあるが、例えば共振周波数がおよそ１００ＭＨｚの弾性波共振子１においては、エネルギー閉じ込めモード部２や遮断部３の領域における圧電体１０の厚さ「ｈ_１、ｈ_２」は十数μｍ程度、またエネルギー閉じ込めモード部２と遮断部３との厚さの差、即ち段丘状に突出した部分の高さは例えば十数ｎｍ程度と極めて小型のデバイスとなっている。またギガヘルツといったさらに高周波の共振周波数では、エネルギー閉じ込めモード部２や遮断部３の厚さ「ｈ_１、ｈ_２」や段丘の高さはさらに小さくなる。

エネルギー閉じ込めモード部２や遮断部３のサイズを決定する設計方法の一例を説明すると、図４に示すように各々厚さ「ｈ_１、ｈ_２」のエネルギー閉じ込めモード部２、遮断部３に波長がｎ／２（ｎは整数）の厚み振動波の定在波が立ったとすると、エネルギー閉じ込めモード部２における遮断角周波数「ω_１」とその厚さ「ｈ_１」との関係は下記（１）式で表され、エネルギー閉じ込めモード部２内に形成される定在波の角周波数「ω」とその波数との関係は下記（２）式で表すことができる。

ｖ_ｐは厚み方向に伝播する平面波の速度である。

βは圧電材料や伝播モードによって定まる定数である。

また、遮断部３における遮断角周波数「ω_２」とその厚さ「ｈ_２」との関係は下記（３）式で表され、遮断部３内に形成される定在波の角周波数「ω」とその波数との関係は下記（４）式で表すことができる。

ｊは虚数である。

このとき図４に模式的に示すように、エネルギー閉じ込めモード部２内にエネルギー閉じ込めモードであるＳ_０モード（対称モード）の厚み振動波が励振されると、その共振角周波数ω_Ｒはω_１＜ω_Ｒ＜ω_２の範囲にある。このときエネルギー閉じ込めモード部２内と遮断部３内に夫々励振される厚み振動波の変位ｕを表す近似式を立て、その変位及び当該変位のｘ_１方向の傾きがエネルギー閉じ込めモード部２と遮断部３との境界において連続的であるとの条件を満たすとすると、上記（２）式、（４）式にて特定される波数ｋ_１、ｋ_２には下記（５）式の関係が成り立つ。

Ｌは長手方向（Ａ-Ａ’方向）におけるエネルギー閉じ込めモード部２の長さである。
以上より、（１）式〜（４）式において、（５）式の条件を満たす定在波の角周波数「ω」が共振角周波数「ω_Ｒ」に相当することとなる。

以上に説明した関係から圧電体１０を構成する圧電材料を選択し、弾性波共振子１の共振角周波数「ω_Ｒ」を設定して、この共振角周波数を得られるエネルギー閉じ込めモード部２の厚さ「ｈ_１」や長さ「Ｌ」、遮断部３の厚さ「ｈ_２」を（１）式〜（５）式より例えばトライアルアンドエラーによって求めることにより、エネルギー閉じ込めモード部２や遮断部３のサイズを決定することができる。なお、上述の設計法はエネルギー閉じ込めモード部２や遮断部３のサイズの求め方の一例を概略的に示したものであり、本実施の形態に係る弾性波共振子１は当該法により設計されたものに限定されるものではない。例えばシミュレータなどを用いて、設計上の共振角周波数「ω_Ｒ」にてエネルギー閉じ込めモードの共振を得られる条件を探索し、エネルギー閉じ込めモード部２や遮断部３のサイズを決定してもよいことは勿論である。またこのとき有限要素法などの任意形状の周波数特性が計算できる構造シミュレータを利用すれば簡単に設計できる。

以上に説明した構成を備えた弾性波共振子１の作用について説明すると、今、入力側の第１のＩＤＴ電極４１に電気信号を入力すると当該ＩＤＴ電極４１にて電気-機械変換されてＳＡＷが励振され、図５に示すように第１の伝播モード部４の弾性波導波路における圧電体１０の表面付近を伝播していく。この第１のＩＤＴ電極４１で励振され、弾性波導波路を伝播する伝播モードの弾性波であるＳＡＷを第１の弾性波と呼ぶと、第１の弾性波は、やがて裏面側に凹部１１の形成された領域に到達する。

本実施の形態に係る弾性波共振子１の凹部１１のように、例えばその側周壁がほぼ垂直に形成され、圧電体１０の形状が不連続に変化する領域においては、弾性波導波路を伝播してきたＳＡＷの大部分はこの不連続領域にて反射されてしまう。しかしながらＳＡＷは圧電体１０の表面付近にエネルギーを集中させて伝播する弾性波であることから、ＳＡＷの一部は当該不連続領域で反射されずに、圧電体１０の表面側の平坦な領域をさらに伝播し、裏面側に凹部１１の形成された領域内へと到達できる場合がある。

凹部１１に到達したＳＡＷは、遮断部３を通過してエネルギー閉じ込めモード部２に到達する。このとき、エネルギー閉じ込めモード部２に到達した第１の弾性波であるＳＡＷに、当該エネルギー閉じ込めモード部２内でエネルギー閉じ込めモードの弾性波を励振可能な周波数成分が含まれている場合には、第１の弾性波の一部はエネルギー閉じ込めモード部２内にてエネルギー閉じ込めモードの弾性波（以下、第２の弾性波という）にモード変換され、図４及び図５に模式的に示す共振が発生する。

エネルギー閉じ込めモード部２内に励振された第２の弾性波に対して、エネルギー閉じ込めモード部２の周囲に形成されている遮断部３は当該第２の弾性波よりも高い周波数の遮断周波数を持っているので、第２の弾性波が持つエネルギーはエネルギー閉じ込めモード部２内に閉じ込められた状態となる。しかし、この遮断部３では第２の弾性波の振動エネルギーは矩形関数的にオン／オフのオフの状態となるわけではなく、図４、図５に示すように指数関数的に減衰する。

このため、第２の弾性波の一部の振動エネルギーは遮断部３を介して外側の領域にリークし、新たな伝播モードの弾性波に変換される。そして、伝播モード（例えばＳＡＷ）に変換されたこの新たな弾性波（第３の弾性波という）は第２の伝播モード部５側の弾性波導波路上を伝播し、出力側の第２のＩＤＴ電極５１へと到達する。この結果、第２のＩＤＴ電極５１では機械-電気変換により電気信号が取り出される。

エネルギー閉じ込めモード部２内に励振される第２の弾性波の共振により、本実施の形態に係る弾性波共振子１は、図６に示すように共振周波数「ｆ_Ｒ」にてアドミタンスが最大となる周波数特性を示し、この周波数特性を利用して周波数制御や周波数選択を行うことができる。

次に本実施の形態に係る弾性波共振子１の製作方法の一例について図７を参照しながら説明しておくと、初めに圧電体１０の裏面となる面にレジスト６０を塗布し（図７（ａ））、当該レジスト６０を凹部１１の平面形状に合わせてパターニングする（図７（ｂ））。そして、圧電体１０を例えばドライエッチングなどの異方性エッチングを利用して、例えばエネルギー閉じ込めモード部２の上面に相当する高さ位置まで削って凹部１１を形成する（図７（ｃ））。

次いでこの圧電体１０の、凹部１１の形成された面にレジスト６０を塗布し（図７（ｄ））、段丘状に突出させるエネルギー閉じ込めモード部２の周辺領域を角環形状にパターニングして遮断部３を形成する領域を露出させる（図７（ｅ））。そして再びドライエッチングなどにより露出した部分を削り、エネルギー閉じ込めモード部２と遮断部３とを形成する（図７（ｆ））。次いで凹部１１の形成されなかった圧電体１０の表面側に、例えばフォトリソグラフィを利用して第１、第２のＩＤＴ電極４１、５１をパターニングし、既述の構成を備えた弾性波共振子１を得る。

本実施の形態に係る弾性波共振子１によれば以下の効果がある。弾性波導波路上にて伝播モードの第１の弾性波であるＳＡＷを伝播させ、この弾性波導波路上に設けられ、周囲を遮断部３で囲まれたエネルギー閉じ込めモード部２内にて、第１の弾性波に含まれる特定の周波数成分からエネルギー閉じ込めモードである第２の弾性波を励振させることにより、エネルギー閉じ込めモード部２に電極を設けることなく共振応答を得ることができる。このため、当該エネルギー閉じ込めモード部２では電極の質量変化による周波数特性の変化が発生しないことから、更なる小型化が容易で、且つ経年による周波数変動の少ない弾性波デバイスを得ることができる。

ここで弾性波共振子１には周波数信号の入力側、出力側に各々ＩＤＴ電極４１、５１が設けられているが、これらのＩＤＴ電極４１、５１が酸化、あるいは腐食してその質量が変化したとしても、圧電体１０内に励振される第１の弾性波（本例ではＳＡＷ）は殆ど影響を受けない。そして、共振が発生するエネルギー閉じ込めモード部２及び遮断部３は各ＩＤＴ電極４１、５１から全く独立して設けられており、これらの質量変化の影響を受けないので共振周波数が経年的に変化することなく安定した周波数特性を示す。

ここで上述の弾性波共振子１の作用について図５を用いて説明したように、裏面側に凹部１１の形成された領域内へと到達した第１の弾性波であるＳＡＷは、一部がエネルギー閉じ込めモード部２にてエネルギー閉じ込めモードの第２の弾性波に変換されるが、第２の弾性波とならなかったＳＡＷについてはさらにその一部が凹部１１の形成された領域を通過して、第２の伝播モード部５を伝播し第２のＩＤＴ電極５１に到達する。このように第１の弾性波であるＳＡＷがそのまま弾性波導波路を通過して第２のＩＤＴ電極５１にて電気信号として取り出されてしまうと、エネルギー閉じ込めモード部２からリークしてきた第３の弾性波を検出する際の不要な信号、即ちノイズとなってしまうことがある。

そこで図８に示した弾性波共振子１ａは、この凹部１１を通過する第１の弾性波のノイズの影響を抑えるため、エネルギー閉じ込めモード部２を備えた弾性波導波路の隣に参照用の弾性波導波路を設け、両導波路を差動させてノイズをキャンセルする構造となっている。

図８に示した弾性波共振子１ａは、例えば金属膜などからなる隔離帯７１の手前側に示した領域Ｒ１内に、図１〜図４に示した既述の弾性波共振子１と同様に、第１、第２のＩＤＴ電極４１、５１及びこれらの中間に設けられたエネルギー閉じ込めモード部２、遮断部３を備えた弾性波導波路が形成されている。一方、隔離帯７１を隔てた奥手側の領域Ｒ２内には、上述のノイズの影響を小さくするための参照用の弾性波導波路が形成されている。

領域Ｒ２内に形成された参照用の弾性波導波路は、例えば第１、第２のＩＤＴ電極４１、５１とほぼ同様に構成された第３のＩＤＴ電極７２及び第４のＩＤＴ電極７３を当該弾性波導波路の両端に備え、例えばこれら第３、第４のＩＤＴ電極７２、７３の間隔が、領域Ｒ１側の第１、第２のＩＤＴ電極４１、５１の間隔と同じになるように配置されている。また、参照用の弾性波導波路の裏面側には、第２の凹部１４が設けられており、この第２の凹部１４は、Ｒ１側の凹部１１（区別のため本例（弾性波共振子１ａ）では第１の凹部１１と呼ぶ）と同様に、第３、第４のＩＤＴ電極７２、７３のほぼ中央位置に配置されている。また第２の凹部１４の形状（平面形状や深さ）についても、Ｒ１側の第１の凹部１１とほぼ同様に構成されているが、第２の凹部１４内にはエネルギー閉じ込めモード部２が設けられていない点が異なっている。

そこで例えば、領域Ｒ１、Ｒ２の各々において、第１、第３のＩＤＴ電極４１、７２を共通の入力端子に接続して周波数信号を入力すると、これらのＩＤＴ電極４１、７２は互いにほぼ同様に構成され、また共通の圧電体１０上に設けられていることから、各弾性波導波路にはほぼ同じ位相、振幅を持つＳＡＷが励振されて伝播する。

領域Ｒ１内の弾性波導波路を伝播するＳＡＷは、既述の弾性波共振子１と同様の挙動を示す一方、領域Ｒ２内の弾性波導波路には第２の凹部１４のみが配置され、エネルギー閉じ込めモード部２が設けられていないことから、当該弾性波導波路を伝播するＳＡＷは、第２の凹部１４到達した際に、領域Ｒ１内の弾性波導波路を伝播するＳＡＷが第１の凹部１１にて反射するのと同様の挙動を示し、エネルギー閉じ込めモード部２での共振の影響を受けることなく第４のＩＤＴ電極７３に到達する。そして本例では第３のＩＤＴ電極７２と第４のＩＤＴ電極７３との間隔が領域Ｒ１側の第１のＩＤＴ電極４１と第２のＩＤＴ電極５１との間隔に一致するように配置されているが、第４のＩＤＴ電極７３の接地するバスバーを、第２のＩＤＴ電極５１側とは逆にすることにより、第４のＩＤＴ電極７３で変換された電気信号は、領域Ｒ１側にてエネルギー閉じ込めモード部２や遮断部３を通り抜けて第２のＩＤＴ電極５１で変換された電気信号と逆位相になっている。

そこで、領域Ｒ１側の第２のＩＤＴ電極５１から取り出された電気信号と、この電気信号とは逆位相である、参照用の領域Ｒ２側の第４のＩＤＴ電極７３から取り出された電気信号の和、即ち、両弾性波導波路を差動させることにより、領域Ｒ１側にて第２のＩＤＴ電極５１に到達する第１の弾性波に基づくノイズをキャンセルすることができる。このとき隔離帯７１は２つの弾性波導波路の互いの弾性波の結合を防止する役割を果たしている。

ここで参照用の導波路側の各ＩＤＴ電極７２、７３の間隔や電極指の間隔、入力端や出力端の接続方法などは、上述の例に限定されるものではなく、２つの弾性波導波路を差動させてノイズをキャンセルすることができる構成であれば適宜変更することができる。また、参照用の弾性波導波路の裏面側に既述の第２の凹部１４を設けない構成としてもよい。

次に図９に示した弾性波共振子１ｂについて説明する。図９に示した弾性波共振子１ｂは第１のＩＤＴ電極４１にて励振される第１の弾性波とは独立して、遮断部３にて反射した伝播モードの弾性波を第３の弾性波として取り出す構造となっている点が、エネルギー閉じ込めモード部２からリークした伝播モードの弾性波を第３の弾性波とする、図１に示した弾性波共振子１とは異なっている。この弾性波共振子１ｂにおいては、第１の弾性波を励振する第１のＩＤＴ電極４１と、第３の弾性波から電気信号を取り出す第２のＩＤＴ電極５１とを例えば互いに平行となるように配置し、これらのＩＤＴ電極４１、５１の間に例えば金属膜からなる隔離帯７１を配置した構成となっている。

そして励振側の第１のＩＤＴ電極４１が設けられている、隔離帯７１より手前側の領域（領域Ｒ３（第１の弾性波導波路））には、第１のＩＤＴ電極４１からのＳＡＷ（第１の弾性波）の伝播方向前方であって、圧電体１０の裏面側に、エネルギー閉じ込めモード部２及び遮断部３を備えた凹部１１が配置されており、これら第１のＩＤＴ電極４１の設けられた領域及び第１のＩＤＴ電極４１と遮断部３との間の領域が、第１の弾性波を伝播させる第１の伝播モード部４となっている。

既述の隔離帯７１はこの第１の伝播モード部４に沿って設けられており、隔離帯７１には例えば第１のＩＤＴ電極４１と遮断部３との間の位置に切欠部７４が形成されている。この結果、領域Ｒ３側を伝播するＳＡＷの一部を、切欠部７４を介して、第２のＩＤＴ電極５１が設けられている領域Ｒ４（第２の弾性波導波路）側へ向けて伝播させることができる。言い換えると、第２の弾性波導波路をなす領域Ｒ４は、第１の弾性波導波路である領域Ｒ３における第１の弾性波の進行方向と直交する方向に隣接して配置されていることになる。

かかる構成を備えた弾性波共振子１ｂの作用について図１０を参照しながら説明すると、電気信号が入力され第１のＩＤＴ電極４１で励振されたＳＡＷ（第１の弾性波）は、第１の伝播モード部４が設けられている第１の弾性波導波路（領域Ｒ３）上を凹部１１へ向かって伝播する。そしてエネルギー閉じ込めモード部２における共振周波数を持つＳＡＷは、当該部２にてエネルギー閉じ込めモードの第２の弾性波にモード変換され共振する。

このとき、第１の弾性波が遮断部３及びエネルギー閉じ込めモード部２にて反射されて発生した反射波は、エネルギー閉じ込めモード部２内における共振の状態に応じて反射量が変化することから、この反射波を第２のＩＤＴ電極５１にて受信することにより、エネルギー閉じ込めモード部２における共振を反映した周波数特性を得ることができる。本実施の形態に係る弾性波共振子１ｂは、このような原理に基づいて作動し、周波数制御や周波数選択に利用することができる。

弾性波共振子１ｂの作用の説明に戻ると、第１の弾性波のうち、遮断部３で反射した伝播モードの弾性波（第３の弾性波）は、遮断部３から放射状に広がるが、そのうち第２のＩＤＴ電極５１の設けられている領域Ｒ４（第２の弾性波導波路）へ向かうＳＡＷの大部分は隔離帯７１にて反射されてしまう。しかしながら隔離帯７１には既述のように切欠部７４が設けられていることから、隔離帯７１に到達したＳＡＷの一部は当該切欠部７４を通過して領域Ｒ４内に進入する。

こうして切欠部７４を通過したＳＡＷ（第３の弾性波）は、当該切欠部７４を通じて領域Ｒ４内に伝播する。ＳＡＷが第２のＩＤＴ電極５１に到達すると、第１の弾性波とは独立に電気信号として取り出すことができる。

図１０に係る弾性波共振子１ｂでは、このように第１の弾性波と第３の弾性波との伝播方向の違いを利用して、第３の弾性波を独立して取り出している。即ち、本例においては、凹部１１の外端位置から、切欠部７４を介して、第２のＩＤＴ電極５１の設けられている領域までが第２の伝播モード部５に相当している。また第２のＩＤＴ電極５１は、図１０に示したように切欠部７４の左手に配置する場合に限定されず、右手に配置してもよい。また図１１に示したように切欠部７４から見て左右両手に第２のＩＤＴ電極５１ａ、５１ｂを配置し、これら第２のＩＤＴ電極５１ａ、５１ｂのいずれか一方側から出力を得るようにしてもよい。

以上に述べた各弾性波共振子１、１ａ、１ｂのさらに別のバリエーションについて説明すると（以下の例では、図１に示した弾性波共振子１のバリエーションとして図示してある）、エネルギー閉じ込めモード部２の断面形状は図３や図４などに示したように矩形形状に形成する場合に限定されず、例えば図１２の弾性波共振子１ｄに示すようにエネルギー閉じ込めモード部２を片面凸レンズ（プラノコンベックス）形状としてもよい。図４に示したように例えばＳ_０モードのエネルギー閉じ込めモードは釣鐘型の変位分布を呈するので、エネルギー閉じ込めモード部２をこの変位分布に合わせた形状とすることにより、効率的にエネルギー閉じ込めモードの弾性波（第２の弾性波）を励振することができる。この場合には、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）の撮像素子を形成する要領で片面凸レンズ形状を形成するとよい。また、エネルギー閉じ込めモード部２は片面凸レンズ形状に限らず、両面凸レンズ（バイコンベックス）形状としてもよいことは勿論である。

またエネルギー閉じ込めモード部２は、図１３の弾性波共振子１ｅに示すように、例えば等方性のエッチングなどにより形成したテーパー面を備えた凹部１１内に形成してもよいし、図１４の弾性波共振子１ｆに示すように凹部１１とは反対側の表面にエネルギー閉じ込めモード部２を段丘状に突出させてもよい。また凹部１１は、図１５の弾性波共振子１ｇに示すように、エネルギー閉じ込めモード部２及び遮断部３が設けられている領域の圧電体１０の裏面側全体を横断するように形成してもよい。

エネルギー閉じ込めモード部２の平面形状も正方形や長方形などの四角形に限定されるものではなく図１６の弾性波共振子１ｈのように五角形以上の多角形や、円形（図１７の弾性波共振子１ｉ）、楕円形（図１８の弾性波共振子１ｊ）であってもよい。多角形の場合には、既述の四角形や六角形などのように、エネルギー閉じ込めモード部２を上面側から見て１８０°回転させた場合にも各辺が同じ配置となるような場合がエネルギー閉じ込めモードの弾性波を励振する効率がよい。ただし、エネルギー閉じ込めモード部２の平面形状を三角形などの奇数の辺を有する多角形とする場合を除外するものではない。

さらには、第１、第２の伝播モード部４、５に設けるＩＤＴ電極を、一方向性電極（ＵＤＴ（Uni-Directional Transducer）電極）として構成することにより、ＳＡＷを効率よくエネルギー閉じ込めモード部方向２へ伝播させることができる。図１９に示した弾性波共振子１ｋは、第１、第２のＩＤＴ電極４１、５１として浮き電極タイプのＵＤＴ電極を示しているが、ＵＤＴ電極のタイプはこれに限定されるものではなく、分布音響反射器（ＤＡＲＴ）を設けたものなど、どのようなものであってもよい。また、第１、第２のＩＤＴ電極４１、５１のうちの少なくとも一方をＵＤＴ電極としても、その効果を得ることができる。

また図１等に示した実施の形態では、エネルギー閉じ込めモード部２及び遮断部３を挟んで第１の伝播モード部４、第２の伝播モード部５を形成し、各々の伝播部４、５の両端に入力用、出力用のＩＤＴ電極４１、５１を設けた例を示したが、第１の伝播モード部４にて第２の伝播モード部を共用する構成としてもよい。この場合には、図２０に示す弾性波共振子１ｌの如く、第１の伝播モード部４側の上面に設けられた第１のＩＤＴ電極４１の一方側のバスバー４１１を入力端と接続し、他方側のバスバー４１３を出力端と接続すればよく、これにより弾性波共振子１ｌをさらに小型化することができる。

また圧電体はＩＤＴ電極４１、５１の下面側に形成する場合に限定されない。例えば図２１に示す弾性波共振子１ｍのように、ＩＤＴ電極４１、５１の上面側に圧電体膜１２ａ、１２ｂを積層してＳＡＷと電気信号との相互変換を行ってもよい。この場合にはＩＤＴ電極４１、５１の下面側に設けられたＳＡＷを伝播させる媒質１３やエネルギー閉じ込めモード部２、遮断部３のそれぞれは、圧電体である必要はなく、例えばシリコンやダイヤモンド、サファイアや例えば耐食性を備えた金属材料であるチタンやステンレスなどの非圧電材料のように、弾性波を伝播させることの可能な材料であればどのようなものであってもよい。この他、図２２に示す弾性波共振子１ｎのように、ＳＡＷを伝播させる媒質１３の上面に圧電体膜１２ａ、１２ｂを設け、これら圧電体膜１２ａ、１２ｂの上面にＩＤＴ電極４１、５１を形成する構成も本発明の技術的範囲に含まれている。

次に図２３には、上述の原理により発振したエネルギー閉じ込めモードの弾性波を利用して多重モードフィルタ８を構成した例を示している。エネルギー閉じ込めモード部２においては、周囲を遮断部３で囲まれた複数個、例えば３個のエネルギー閉じ込めモード部２ａ、２ｂ、２ｃを伝播方向に互いに隣り合うように設けると共に、各エネルギー閉じ込めモード部２ａ、２ｂ、２ｃ内で励振されるエネルギー閉じ込めモード（第２の弾性波）がモード結合を生じる程度の距離にこれらのエネルギー閉じ込めモード部２ａ、２ｂ、２ｃの間隔が調整されている。この結果、エネルギー閉じ込めモード部２ａ、２ｂ、２ｃ内に励振される結合モード（例えば対称モードと反対称モード）の共振周波数差を利用して帯域フィルタを構成することができる。多重モードフィルタ８上に設けるエネルギー閉じ込めモード部２の数は３個の場合に限られず、例えば２個であってもよい。またこれらエネルギー閉じ込めモード部２を弾性波の伝播方向に対して直交する方向（横方向）に結合させてもよい。

また第１の伝播モード部４及び第２の伝播モード部５は遮断部３よりも厚く形成される場合に限定されない。例えば遮断部３の厚さ「ｈ_２」に形成された圧電体１０に段丘状に突出した閉じ込めモード部１を設けてもよい。

以上に説明した各弾性波共振子１、１ａ〜１ｎや多重モードフィルタ８は例えば周知のコルピッツ回路内に組み込まれることにより、発振器として利用され、また多重モードフィルタ８はそれ単体で帯域フィルタの機能を持つ電子部品として利用される。
また圧電体１０の圧電材料は水晶に限定されるものではなく、例えばタンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム、ランガサイト等であってもよく、第１、第３の弾性波として利用される伝播モードの弾性波も、ＳＡＷ（表面弾性波）に限られず、例えば弾性境界波を利用するタイプの共振子であってもよい。

さらにまた本発明の弾性波共振子１にて利用可能なエネルギー閉じ込めモードは、図４に例示したように弾性波共振子１の厚み方向の変位が長手方向の分布を持つ厚み縦振動のエネルギー閉じ込めモードを利用する場合に限られない。例えば弾性波共振子１の長手方向に変位を持つ厚みすべり振動や、幅方向に変位を持つ厚みねじれ振動のエネルギー閉じ込めモードを利用してもよい。例えば図２４は、厚みすべり振動のエネルギー閉じ込めモードを利用した弾性波共振子１ｏを模式的に示した例であるが、この図に示すようにエネルギー閉じ込めモードの次数についても最低次数のモード（図２４の例では基本モード）を利用する場合に限られず、より高次のエネルギー閉じ込めモードを利用してもよい。奇数次モード（基本モード、３次モード、…）に限られず、偶数次モード（２次モード、…）のエネルギー閉じ込めモードを励振させることも可能であり、これら偶数次モードもより高次の第２の弾性波に含まれる。

高次のエネルギー閉じ込めモードを励振可能なエネルギー閉じ込めモード部２を設計する手法については、エネルギー閉じ込めモード部２や遮断部３の厚さ「ｈ１、ｈ２」や当該部２の長さ「Ｌ」、材料の選択やその結晶方向などを適宜変化させながらシミュレーションを行い、目的とする次数のエネルギー閉じ込めモードが励振される条件を探索する場合などが考えられる。

また厚みすべり振動を利用する場合、エネルギー閉じ込めモード部２の厚さ「ｈ１」は、エネルギー閉じ込めモードの次数が高くなるほど厚くなるので、例えば最低次数のモードを利用する場合に比べて弾性波共振子１の製作や取り扱いが容易になる。さらにこのようにエネルギー閉じ込めモード部２を厚くできることにより、エネルギー閉じ込めモード部２の体積Ｖと、上下両面の表面積Ｓとの比「Ｖ／Ｓ」を大きく取ることができる。例えば経年劣化しやすい非圧電体材料にて弾性波導波路を構成した場合などであっても「Ｖ／Ｓ」の値を大きくすることによって経年劣化による体積変化などに伴うエネルギー閉じ込めモードの共振周波数の変化を抑制することができる。また本発明の弾性波共振子で利用可能な高次のエネルギー閉じ込めモードは、図２４に例示した厚みすべり振動の例に限られず、厚み縦振動や厚みねじれ振動における高次のエネルギー閉じ込めモードを利用してもよいことは勿論である。

次に図２５に、本実施の形態の弾性波導波路１００（圧電体でもよいし非圧電体でもよい）を用いてマイクロバランス９を構成した例を示す。マイクロバランスは、水晶振動子への感知対象物の吸着に起因する固有振動数の変化を検出して感知対象物の吸着量を特定するＱＣＭ（Quartz Crystal Microbalance）などが知られているが、本例に係るマイクロバランス９は、エネルギー閉じ込めモードの共振周波数の変化を利用して感知対象物の吸着量を特定する。図２５に示したマイクロバランス９は、例えば図３に示した弾性波共振子１と同様に、エネルギー閉じ込めモード部２の段丘状の突出部分が凹部１１内に設けられている。これにより、当該突出部分とは反対側の面には、第１の伝播モード部４から第２の伝播モード部５にかけて凹凸のない平坦な面が形成される。

そしてこの平坦な面のエネルギー閉じ込めモード部２に相当する領域には、感知対象物８２を吸着するための吸着層８１が設けられている。例えば血液あるいは血清中の特定の抗原などを感知対象物８２として感知する場合には、吸着層８１には当該感知対象物８２と選択的に反応して結合する抗体などが用いられる。そしてこの吸着層８１に感知対象物８２が吸着すると、質量付加効果によってエネルギー閉じ込めモード部２の厚さが、振動しやすさの観点から見かけ上増大し、その結果、当該エネルギー閉じ込めモード部２の遮断周波数が低下することになる。この遮断周波数の低下にバランスしてエネルギー閉じ込めモードの共振周波数も低下するので、当該共振周波数の低下量と、感知対象物８２の吸着量との対応関係に基づいて吸着層８１に吸着した感知対象物８２の量を特定することができる。

以上図２５を用いてマイクロバランス９の構成例を説明したが、例えばエネルギー閉じ込めモード部２の突出部分側に吸着層８１を設けたり、図１２、図１３などに示した他の弾性波共振子１ｄ、１ｅと同様に構成されたマイクロバランス９を用いたりするなどしてもよい。

１、１ａ〜１ｏ
弾性波共振子
１０ 圧電体
１１ 凹部
１２ａ、１２ｂ
圧電体膜
１３ 媒質
２、２ａ〜２ｃ
エネルギー閉じ込めモード部
３ 遮断部
４ 第１の伝播モード部
４１ 第１のＩＤＴ電極
５ 第２の伝播モード部
５１ 第２のＩＤＴ電極
７１ 隔離帯
７２ 第３のＩＤＴ電極
７３ 第４のＩＤＴ電極
７４ 切欠部
８ 多重モードフィルタ
９ マイクロバランス

Claims (17)

1. 弾性波導波路に設けられ、伝播モードの弾性波である第１の弾性波を圧電材料に励振させるための第１のＩＤＴ電極を備えた第１の伝播モード部と、
   前記弾性波導波路に設けられ、前記第１の伝播モード部から伝播してきた第１の弾性波に含まれる特定の周波数成分によってエネルギー閉じ込めモードの弾性波である第２の弾性波が励振されるエネルギー閉じ込めモード部と、
   このエネルギー閉じ込めモード部の周囲の領域に設けられ、前記第２の弾性波より高い周波数の遮断周波数を持つ遮断部と、
   前記第１の弾性波の伝播する方向に沿って、前記遮断部を挟んでエネルギー閉じ込めモード部と隣り合う位置に設けられ、当該遮断部を介してリークした前記第２の弾性波を伝播モードの弾性波である第３の弾性波にモード変換して伝播させると共に、当該第３の弾性波を圧電材料から電気信号として取り出すための第２のＩＤＴ電極を備えた第２の伝播モード部と、を備えたことを特徴とする弾性波デバイス。
2. 前記第１の伝播モード部は第２の伝播モード部を共用していることを特徴とする請求項１に記載の弾性波デバイス。
3. 参照用弾性波を圧電材料に励振させるための第３のＩＤＴ電極と、前記第１の弾性波が第１の伝播モード部及び第２の伝播モード部を通過して第２のＩＤＴ電極にて取り出される電気信号とは逆位相の電気信号を前記参照用弾性波から圧電材料を介して取り出すために、当該参照用弾性波の伝播方向に設けられた第４のＩＤＴ電極と、を備えた参照用弾性波導波路を、弾性波の隔離帯を介して前記弾性波導波路と平行に設け、前記第２のＩＤＴ電極から取り出した電気信号と、第４のＩＤＴ電極から取り出した電気信号とを加算した差動信号を得ることを特徴とする請求項１に記載の弾性波デバイス。
4. 第１の弾性波導波路に設けられ、伝播モードの弾性波である第１の弾性波を圧電材料に励振させるための第１のＩＤＴ電極を備えた第１の伝播モード部と、
   前記第１の弾性波導波路に設けられ、前記第１の伝播モード部から伝播してきた第１の弾性波に含まれる特定の周波数成分によってエネルギー閉じ込めモードの弾性波である第２の弾性波が励振されるエネルギー閉じ込めモード部と、
   このエネルギー閉じ込めモード部の周囲の領域に設けられ、前記第２の弾性波より高い周波数の遮断周波数を持つ遮断部と、
   前記第１の弾性波導波路に対して第１の弾性波の進行方向と直交する方向に隣接する第２の弾性波導波路と、
   この第２の弾性波導波路に設けられた第２のＩＤＴ電極と、
   前記第１の弾性波導波路と第２の弾性波導波路との間に設けられ、その一部が切り欠かれた切欠部を備える弾性波の隔離帯と、を備え、
   前記第１の弾性波を遮断部及びエネルギー閉じ込めモード部にて反射させて得られた伝播モードの弾性波である第３の弾性波を、前記切欠部を介して前記隔離帯を通過させた後、前記第２のＩＤＴ電極で受信し、当該第３の弾性波を圧電材料から電気信号として取り出すと共に、この第３の弾性波が伝播する領域を第２の伝播モード部としたことを特徴とする弾性波デバイス。
5. 前記第１のＩＤＴ電極及び第２のＩＤＴ電極は、圧電材料の表面に設けられ、前記第１の弾性波及び第３の弾性波は表面弾性波であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一つに記載の弾性波デバイス。
6. 前記遮断部は、当該遮断部を構成する弾性波導波路の厚さが前記エネルギー閉じ込めモード部を構成する弾性波導波路よりも薄くなっていることにより、前記第２の弾性波の周波数よりも高い周波数の遮断周波数を持つように形成されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一つに記載の弾性波デバイス。
7. 前記弾性波導波路は、前記遮断部の外方の領域の厚さが当該遮断部よりも厚く形成されていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか一つに記載の弾性波デバイス。
8. 前記弾性波導波路が圧電材料からなることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか一つに記載の弾性波デバイス。
9. 前記圧電材料は、非圧電材料からなる弾性波導波路上に形成されたＩＤＴ電極の上面側に設けられた圧電体膜であるか、非圧電材料からなる弾性波導波路とＩＤＴ電極との間に設けられた圧電体膜であることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか一つに記載の弾性波デバイス。
10. 前記エネルギー閉じ込めモード部は、平板形状に形成されていることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか一つに記載の弾性波デバイス。
11. 前記エネルギー閉じ込めモード部は、片面凸レンズ形状に形成されていることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか一つに記載の弾性波デバイス。
12. 前記エネルギー閉じ込めモード部は、平面形状が四角以上の多角形または円形または楕円形に形成されていることを特徴とする請求項１ないし１１のいずれか一つに記載の弾性波デバイス。
13. 前記第１のＩＤＴ電極、第２のＩＤＴ電極の少なくとも一方は一方向性電極からなることを特徴とする請求項１ないし１２のいずれか一つに記載の弾性波デバイス。
14. 前記弾性波デバイスは各々前記遮断部にて周囲を囲まれた２以上のエネルギー閉じ込めモード部を備え、これらのエネルギー閉じ込めモード部は、各エネルギー閉じ込めモード部内に励振される第２の弾性波が互いに結合可能なように、前記伝播モードの弾性波の伝播方向、またはこの伝播方向と直交する方向に互いに隣り合うように設けられていることにより多重モードフィルタを構成していることを特徴とする請求項１ないし１３のいずれか一つに記載の弾性波デバイス。
15. 前記第２の弾性波は、高次のエネルギー閉じ込めモードの弾性波であることを特徴とする請求項１ないし１４のいずれか一つに記載の弾性波デバイス。
16. 前記エネルギー閉じ込めモード部の表面には、感知対象物を吸着するための吸着層が形成されていることを特徴とする請求項１ないし１５のいずれか一つに記載の弾性波デバイス。
17. 請求項１ないし１６のいずれか一つに記載の弾性波デバイスを備えたことを特徴とする電子部品。

Images