JPH0217707A - 広帯域弾性表面波フィルタ - Google Patents
広帯域弾性表面波フィルタInfo
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- JPH0217707A JPH0217707A JP63167596A JP16759688A JPH0217707A JP H0217707 A JPH0217707 A JP H0217707A JP 63167596 A JP63167596 A JP 63167596A JP 16759688 A JP16759688 A JP 16759688A JP H0217707 A JPH0217707 A JP H0217707A
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
[産業上の利用分野]
本発明は、圧電体上に入カドランスデューサと出カドラ
ンスデューサを形成し、周波数濾波する弾性表面波(以
下本明細書においてはSAWと略記する。)°フィルタ
に関する。([発明の概要] 弾性体基板と圧電薄膜の組合わせの層状構造を持つ広帯
域SAW フィルタにおいて、トランスデユーサがSA
Wの伝播方向に対して垂直方向に電極周期が異なった構
造を持っている。上記圧電体膜の厚さと上記電極周期の
間の関係はトランスデユーサでの実効的な結合係数が電
極周期長に対して単調減少を示すように設定されている
。
ンスデューサを形成し、周波数濾波する弾性表面波(以
下本明細書においてはSAWと略記する。)°フィルタ
に関する。([発明の概要] 弾性体基板と圧電薄膜の組合わせの層状構造を持つ広帯
域SAW フィルタにおいて、トランスデユーサがSA
Wの伝播方向に対して垂直方向に電極周期が異なった構
造を持っている。上記圧電体膜の厚さと上記電極周期の
間の関係はトランスデユーサでの実効的な結合係数が電
極周期長に対して単調減少を示すように設定されている
。
[従来の技術]
斜め電極指を用いる広帯域SAW フィルタは、アポダ
イズ法や分散形電極を用いる方法に較べ。
イズ法や分散形電極を用いる方法に較べ。
挿入損失を小さくできるなどの利点があるが、通過帯域
特性が傾くという大きな欠点を有する。
特性が傾くという大きな欠点を有する。
その解決策として、シー・ケー・キャンベル(C,K、
Campball )その他著″1lida −Ba
ndLinear Phase SAW Filter
Designυsing 5lantedTrans
ducer Fingers (傾斜したトランスデユ
ーサの指を使用する広帯域線形位相SAW フィルタの
設計)”IEEf! Trans、 on 5onic
s Is Ultra−sonics、 5O−29,
No、 6、第244頁から第228頁まで(昭和57
年7月)に記載された外部回路で補正する方法や、吉川
他著゛′対数重み付は斜め電極指を用いた広帯域弾性表
面波フィルタ″信学技報、US 84−31 (昭和
59年9月)に記載されている。電極対数の重み付けに
よって補正する方法などが従来考えられている。
Campball )その他著″1lida −Ba
ndLinear Phase SAW Filter
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ducer Fingers (傾斜したトランスデユ
ーサの指を使用する広帯域線形位相SAW フィルタの
設計)”IEEf! Trans、 on 5onic
s Is Ultra−sonics、 5O−29,
No、 6、第244頁から第228頁まで(昭和57
年7月)に記載された外部回路で補正する方法や、吉川
他著゛′対数重み付は斜め電極指を用いた広帯域弾性表
面波フィルタ″信学技報、US 84−31 (昭和
59年9月)に記載されている。電極対数の重み付けに
よって補正する方法などが従来考えられている。
[発明が解決しようとする課題〕
これらの方法では通過帯域特性が傾くという欠点がある
。
。
[発明の目的]
本発明の目的は、素子構造の持つ固有の特性から通過帯
域特性の傾きを補正することができる広帯域SAW フ
ィルタを提供することである。
域特性の傾きを補正することができる広帯域SAW フ
ィルタを提供することである。
[課題を解決するための手段]
上記目的を達成するために1本発明による広帯域SAW
フィルタは、半導体基板上に形成された圧電体と、該圧
電体上に設けられたSAWの伝播方向に対して垂直方向
に電極周期が異なる入出力トランスデューサとを含むこ
とを要旨とする。
フィルタは、半導体基板上に形成された圧電体と、該圧
電体上に設けられたSAWの伝播方向に対して垂直方向
に電極周期が異なる入出力トランスデューサとを含むこ
とを要旨とする。
[作用]
本発明では、素子構造を層状構造にすることでこの通過
帯域の傾きの欠点を補う、単結晶基板では結合係数は波
長依存性を持たず一定である。しかし1層状構造では結
合係数は波長依存性を持ち、高周波(短波長)側で結合
係数を大きくすることが可能である。
帯域の傾きの欠点を補う、単結晶基板では結合係数は波
長依存性を持たず一定である。しかし1層状構造では結
合係数は波長依存性を持ち、高周波(短波長)側で結合
係数を大きくすることが可能である。
そこで、素子設計の段階で高周波側での結合係数を低周
波側の結合係数より大きくするようにすれば、通過帯域
内の傾きを補正できる。
波側の結合係数より大きくするようにすれば、通過帯域
内の傾きを補正できる。
[実施例]
以下に、図面を参照しながら、実施例を用いて本発明を
一層詳細に説明するが、それらは例示に過ぎず1本発明
の枠を越えることなしにいろいろな変形や改良があり得
ることは勿論である。
一層詳細に説明するが、それらは例示に過ぎず1本発明
の枠を越えることなしにいろいろな変形や改良があり得
ることは勿論である。
第1図は本発明による広帯域SAWフィルタの斜視図で
1図中、1 はシリコン単結晶基板。
1図中、1 はシリコン単結晶基板。
2はシリコン酸化膜層、3 はZnO圧電薄膜層、4,
4′は入出力の斜め電極指トランスデュ−サを表わす、
この単結晶基板 1 は少なくとも入出力トランスデュ
ーサ4,4′の下に不純物を高濃度に導入した低抵抗層
を有するものとする。
4′は入出力の斜め電極指トランスデュ−サを表わす、
この単結晶基板 1 は少なくとも入出力トランスデュ
ーサ4,4′の下に不純物を高濃度に導入した低抵抗層
を有するものとする。
すなわち、第1図に示す広帯域SAW フィルタは、断
面図で見て、第2図の(a)〜(j)のいずれかの構造
を持っている。第2図中、5,5′はn+またはp+拡
散層、6はn またはpシリコンエピタキシャル層、7
はn◆またはp◆拡散層、8は金属層または拡散領域
、9 はシリコン酸化膜層を表わす。
面図で見て、第2図の(a)〜(j)のいずれかの構造
を持っている。第2図中、5,5′はn+またはp+拡
散層、6はn またはpシリコンエピタキシャル層、7
はn◆またはp◆拡散層、8は金属層または拡散領域
、9 はシリコン酸化膜層を表わす。
第3図は上記SAWの伝播方向に垂直な方向で電極ピッ
チが異なる入出力トランスデューサ拡大上面図である。
チが異なる入出力トランスデューサ拡大上面図である。
以下上記実施例の動作を説明する。
第3図に示すように、伝播方向に平行な点線でいくつか
のチャンネルに分けると、斜め電極指は正規型と考える
ことができる。二\では各チャンネルの開口長が等しく
なるように分割する。
のチャンネルに分けると、斜め電極指は正規型と考える
ことができる。二\では各チャンネルの開口長が等しく
なるように分割する。
i チャンネルの 1/2対等価回路は第3図に示すよ
うになる。
うになる。
Zt = j Zo tan −・・・・・・・
・・ (1) θI Z2 = −j Z、)cosec −・・・・・
・・・・ (2) OB = 2 yc f IL+/
Vl・・・・・・・・・ (3) f。
・・ (1) θI Z2 = −j Z、)cosec −・・・・・
・・・・ (2) OB = 2 yc f IL+/
Vl・・・・・・・・・ (3) f。
こNで
Zo : 音響インピーダンス
fl:i チャンネルの中心周波数
km2: i チャンネルの結合係数C□ : 1
/2対制動容量 fl : 最長電極ピッチをもつチャンネルの中心周波
数 り、:i チャンネルの電極ピッチ vl:i チャンネルの音速 である。
/2対制動容量 fl : 最長電極ピッチをもつチャンネルの中心周波
数 り、:i チャンネルの電極ピッチ vl:i チャンネルの音速 である。
φ1は第3図に示す等価回路での理想トランスの巻線比
であり、電気ポートから音響ポートへの変換比を表わす
ものと考えて良い。
であり、電気ポートから音響ポートへの変換比を表わす
ものと考えて良い。
従来技術のように、 Ycut −Zprop LiN
bO3基板のような単結晶基板を用いた場合では、 i
チャンネルの結合係数は に+2 = kbu+に2 ・・
・・・・・・・ (5)となり(4)式は fl となる、こ\で、φ、0は正規型の巻線比。
bO3基板のような単結晶基板を用いた場合では、 i
チャンネルの結合係数は に+2 = kbu+に2 ・・
・・・・・・・ (5)となり(4)式は fl となる、こ\で、φ、0は正規型の巻線比。
k bulk2は単結晶基板が示す実効的な結合係数で
ある。
ある。
(6)式より高周波側の変換比が低周波側より小さくな
り1通過帯域での傾きが現れることが理解できる。
り1通過帯域での傾きが現れることが理解できる。
層状構造では、(4)式かられかるように、変換比φ1
は φ!cc(kx2)’/2(1/ft )1/4・=・
=・・・(7)である。
は φ!cc(kx2)’/2(1/ft )1/4・=・
=・・・(7)である。
高周波側の結合係数が低周波側に較べて大きければ、(
7)式より、φ□は周波数にたいしてはシ一定とするこ
とが可能である。
7)式より、φ□は周波数にたいしてはシ一定とするこ
とが可能である。
これが傾き補正の原理である。
広帯域フィルタを実現するには、結合係数の大きな材料
を用いる必要があり、低挿入損失化が図れる。圧電薄膜
を用いた層状構造で大きな結合係数が得られるものに
ZnO薄膜を Si単結晶基板上に形成した構造での
S ezawa波がある。
を用いる必要があり、低挿入損失化が図れる。圧電薄膜
を用いた層状構造で大きな結合係数が得られるものに
ZnO薄膜を Si単結晶基板上に形成した構造での
S ezawa波がある。
この構造を有するトランスデユーサでの表面波の波数k
と ZnO膜厚の積と実効的な結合係数の関係は第5
図のようになる。二\で k Hが1.5以下の領域に
注目する。膜厚を一定とすると波長が長いほど、つまり
波数k が小さいほど、結合係数が小さく、逆に波長が
短いほど、つまり波数kが大きいほど、結合係数は大き
くなる。
と ZnO膜厚の積と実効的な結合係数の関係は第5
図のようになる。二\で k Hが1.5以下の領域に
注目する。膜厚を一定とすると波長が長いほど、つまり
波数k が小さいほど、結合係数が小さく、逆に波長が
短いほど、つまり波数kが大きいほど、結合係数は大き
くなる。
このように、膜厚一定であると考えると、結合係数が波
数に対して、単調増加となる領域に動作点を設け、低周
波側の結合係数より高周波側の結合係数を大きくするこ
とで斜め電極指トランスデュ−サを用いた広帯域フィル
タの帯域内の傾きを補正できる。
数に対して、単調増加となる領域に動作点を設け、低周
波側の結合係数より高周波側の結合係数を大きくするこ
とで斜め電極指トランスデュ−サを用いた広帯域フィル
タの帯域内の傾きを補正できる。
第6図は、実施例によるフィルタ特性を示す。
トランスデユーサは斜め電極指トランスデユーサで、電
極周期(SAWの波長に相当)は最小20 μm、最大
30 μmである。基板は(110)カット Si基板
上に約100 nmの熱酸化膜を形成し、その上に
ZnO圧電薄膜を4.5 μm堆積させている。SAW
の伝播方向はSi[100]方向としている。
極周期(SAWの波長に相当)は最小20 μm、最大
30 μmである。基板は(110)カット Si基板
上に約100 nmの熱酸化膜を形成し、その上に
ZnO圧電薄膜を4.5 μm堆積させている。SAW
の伝播方向はSi[100]方向としている。
ZnO圧電薄膜上にAQ により電極を構成する。こ
の実施例ではSi基板は硼素で高濃度にドープした p
”−8iである。トランスデユーサの最大開口長は2
mm、対数は入出力とも20本でトランスデユーサ間の
距離は 10mmである。
の実施例ではSi基板は硼素で高濃度にドープした p
”−8iである。トランスデユーサの最大開口長は2
mm、対数は入出力とも20本でトランスデユーサ間の
距離は 10mmである。
この広帯域フィルタでは、第5図で KHo、94〜1
.41 が動作領域である。中心周波数が225M七で
、帯域75M七 (比帯域〜30 %以上)を持ち、帯
域内の通過特性がほり平坦な、良好な広帯域通過フィル
タが得られる。
.41 が動作領域である。中心周波数が225M七で
、帯域75M七 (比帯域〜30 %以上)を持ち、帯
域内の通過特性がほり平坦な、良好な広帯域通過フィル
タが得られる。
本実施例ではS ezawaモードの表面波を利用して
いるため、その結合係数の大きさから、低損失を保ちな
がら良好な広帯域特性が得られる。
いるため、その結合係数の大きさから、低損失を保ちな
がら良好な広帯域特性が得られる。
本素子の設計では、挿入損失を小さくするため、大きな
結合係数を有する構造を採用し、低損失化に注意を払っ
たが、斜め電極を用いたフィルタではビームステアリン
グにも注意を払う必要がある。
結合係数を有する構造を採用し、低損失化に注意を払っ
たが、斜め電極を用いたフィルタではビームステアリン
グにも注意を払う必要がある。
斜め電極指では当然のことながら励振された表面波の伝
播方向は伝播軸に対しである角度を持ち、ビームステア
リングのため、フィルタの挿入損失が大きくなる0本実
施例ではビームステアリングによる損失を最小化するた
めSi基板として(110)カット結晶面を用い、伝播
軸方向として[100]方向を選択する。
播方向は伝播軸に対しである角度を持ち、ビームステア
リングのため、フィルタの挿入損失が大きくなる0本実
施例ではビームステアリングによる損失を最小化するた
めSi基板として(110)カット結晶面を用い、伝播
軸方向として[100]方向を選択する。
斜め電極指トランスデユーサの各電極指は伝播軸の[0
01]方向に対しである角度を持つが、この伝播軸[0
01]と電極指に対して垂直な方向(伝播方向)との角
度を θ とし、角度θ を有する電極指から励振され
る表面波のパワー流の進行方向と伝播方向の角度を φ
(パワーフローアングル)とする、(第7図参照)本
実施例で用いた5i(110)カット[100]伝伝播
向の位相速度およびパワーフローアングルの伝播方向
θ依存性はそれぞれ第8図(a)および(b)の関係を
持つ、第8図でθ = 0近傍のパワーフローアングル
φ に注目すると、 θ が負の方向では φ は正、
逆にθ が正の方向では φ は負となっている。この
関係は伝播方向が伝播軸[0011方向に対しである角
度を持ってもビームステアリングはパワー流を伝播軸[
001]方向に戻すように作用する。これは5L(11
0)カット基板の持つ優れた特性であり、特に斜め電極
指トランスデユーサを用いる場合には、フィルタの挿入
損失を低減する作用を示す。
01]方向に対しである角度を持つが、この伝播軸[0
01]と電極指に対して垂直な方向(伝播方向)との角
度を θ とし、角度θ を有する電極指から励振され
る表面波のパワー流の進行方向と伝播方向の角度を φ
(パワーフローアングル)とする、(第7図参照)本
実施例で用いた5i(110)カット[100]伝伝播
向の位相速度およびパワーフローアングルの伝播方向
θ依存性はそれぞれ第8図(a)および(b)の関係を
持つ、第8図でθ = 0近傍のパワーフローアングル
φ に注目すると、 θ が負の方向では φ は正、
逆にθ が正の方向では φ は負となっている。この
関係は伝播方向が伝播軸[0011方向に対しである角
度を持ってもビームステアリングはパワー流を伝播軸[
001]方向に戻すように作用する。これは5L(11
0)カット基板の持つ優れた特性であり、特に斜め電極
指トランスデユーサを用いる場合には、フィルタの挿入
損失を低減する作用を示す。
[発明の効果]
以上説明した通り、本発明によれば、素子構造の持つ固
有の特性から通過帯域特性の傾きを補正することができ
る広帯域弾性表面波フィルタを得ることができる。
有の特性から通過帯域特性の傾きを補正することができ
る広帯域弾性表面波フィルタを得ることができる。
第1図は本発明による広帯域弾性表面波フィルタの斜視
図、第2図は第1図に示す装置のいろいろな構造を示す
断面図、第3図は斜め電極指トランスデユーサの上面図
、第4図は i チャンネルの 172対等価回路、第
5図は表面波の波数k と ZnO膜厚の積と実効的な
結合係数の関係を示すグラフ、第6図はフィルタ特性を
示すグラフ、第7図はビームステアリングを説明するた
めの概略図、第8図は位相速度およびパワーフローアン
グルと伝播方向の関係を示すグラフである。 1・・・・・・・・・シリコン単結晶基板、2・・・・
・・・・・シリコン酸化膜層、3・・・・・・・・・Z
nO圧電薄膜層、4゜4′・・・・・・・・・入出力の
斜め電極指トランスデユーサ、5.5″・・・・・・・
・・n+またはp1拡散層、6 ・・・・・・・・・
n またはp シリコンエピタキシャル層、7・・・・
・・・・・ n◆またはp4″拡散層、8 ・・・・・
・・・・金属層または拡散領域、9 ・・・・・・・・
・シリコン酸化膜層。 第 1 図 広凋トソz3デU面;工フィ・レタ杉二ハ1;ンソコン
!ILg晶茶徂 2;ンソコyば化、検層 3 i Zr01E51i嗅B 4;λ出R竹の電投1トランステ)−サ:jt、3
図 介わtmfg )−ラン又テ1−サよゴ50第4 図 1六矛、ルtf)V2qゴレ筐汀コモH刀手続補正書 26発明の名称 広帯域弾性表面波フィルタ 3、補正をする者 事件との関係 特許出願人 住所 名称 4、代理 住所 (148)クラリオン株式会社 人〒105 東京都港区芝3丁目2番14号芝三丁目ビル昭和63年
10月
図、第2図は第1図に示す装置のいろいろな構造を示す
断面図、第3図は斜め電極指トランスデユーサの上面図
、第4図は i チャンネルの 172対等価回路、第
5図は表面波の波数k と ZnO膜厚の積と実効的な
結合係数の関係を示すグラフ、第6図はフィルタ特性を
示すグラフ、第7図はビームステアリングを説明するた
めの概略図、第8図は位相速度およびパワーフローアン
グルと伝播方向の関係を示すグラフである。 1・・・・・・・・・シリコン単結晶基板、2・・・・
・・・・・シリコン酸化膜層、3・・・・・・・・・Z
nO圧電薄膜層、4゜4′・・・・・・・・・入出力の
斜め電極指トランスデユーサ、5.5″・・・・・・・
・・n+またはp1拡散層、6 ・・・・・・・・・
n またはp シリコンエピタキシャル層、7・・・・
・・・・・ n◆またはp4″拡散層、8 ・・・・・
・・・・金属層または拡散領域、9 ・・・・・・・・
・シリコン酸化膜層。 第 1 図 広凋トソz3デU面;工フィ・レタ杉二ハ1;ンソコン
!ILg晶茶徂 2;ンソコyば化、検層 3 i Zr01E51i嗅B 4;λ出R竹の電投1トランステ)−サ:jt、3
図 介わtmfg )−ラン又テ1−サよゴ50第4 図 1六矛、ルtf)V2qゴレ筐汀コモH刀手続補正書 26発明の名称 広帯域弾性表面波フィルタ 3、補正をする者 事件との関係 特許出願人 住所 名称 4、代理 住所 (148)クラリオン株式会社 人〒105 東京都港区芝3丁目2番14号芝三丁目ビル昭和63年
10月
Claims (7)
- (1) (a)半導体基板上に形成された圧電体、および(b)
該圧電体上に設けられ、弾性表面波の伝播方向に対して
垂直方向に電極周期が異なる入出力トランスデューサ を含むことを特徴とする広帯域弾性表面波フィルタ。 - (2) (a)半導体基板上に形成された絶縁性膜、(b)該絶
縁性膜上に設けられた圧電体あるいわ圧電性膜、および (c)該圧電体あるいわ圧電性膜上に設けられ、弾性表
面波の伝播方向に対して垂直方向に電極周期が異なる入
出力トランスデューサ を含むことを特徴とする広帯域弾性表面波フィルタ。 - (3)上記半導体基板上面部の少なくともトランスデュ
ーサの下に位置する領域が不純物高濃度領域であること
を特徴とする、特許請求の範囲第1項または第2項記載
の広帯域弾性表面波フィルタ。 - (4) (a)半導体基板上に形成された圧電体、 (b)該圧電体上に設けられ、弾性表面波の伝播方向に
対して垂直方向に電極周期が異なる入出力トランスデュ
ーサ、おいび (c)上記半導体基板表面部の少なくとも上記トランス
デューサの下に位置する領域に形成されている金属薄膜
、あるいは上記絶縁性膜上面部の少なくともトランスデ
ューサの下に位置する領域に形成されている金属薄膜 を含むことを特徴とする広帯域弾性表面波フィルタ。 - (5)上記圧電体膜の厚さと上記電極周期の間の関係が
トランスデューサでの実効的な結合係数が電極周期長に
対して単調減少を示すように設定されていることを特徴
とする、特許請求の範囲第1項または第2項記載の広帯
域弾性表面波フィルタ。 - (6)上記圧電体が酸化亜鉛であり、トランスデューサ
の最小周期に相当する弾性表面波の波数kと上記圧電体
の厚さHが KH≦1.5 の関係を満たすことを特徴とする、特許請求の範囲第1
項または第2項記載の広帯域弾性表面波フィルタ。 - (7)上記半導体がシリコンであり、その結晶面がほゞ
(110)カットと等価面であり、弾性表面波の伝播方
向がほゞ[100]と等価な方向であることを特徴とす
る、特許請求の範囲第1項または第2項記載の広帯域弾
性表面波フィルタ。
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JP63167596A JPH0217707A (ja) | 1988-07-05 | 1988-07-05 | 広帯域弾性表面波フィルタ |
US07/370,196 US5075652A (en) | 1988-07-05 | 1989-06-22 | Wide band surface acoustic wave filter having constant thickness piezoelectric layer and divergent transducers |
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JP63167596A JPH0217707A (ja) | 1988-07-05 | 1988-07-05 | 広帯域弾性表面波フィルタ |
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Family Applications (1)
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JP63167596A Pending JPH0217707A (ja) | 1988-07-05 | 1988-07-05 | 広帯域弾性表面波フィルタ |
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JP (1) | JPH0217707A (ja) |
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- 1988-07-05 JP JP63167596A patent/JPH0217707A/ja active Pending
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1989
- 1989-06-22 US US07/370,196 patent/US5075652A/en not_active Expired - Fee Related
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US5075652A (en) | 1991-12-24 |
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