JPH04253413A - 弾性表面波装置 - Google Patents

弾性表面波装置

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JPH04253413A
JPH04253413A JP986891A JP986891A JPH04253413A JP H04253413 A JPH04253413 A JP H04253413A JP 986891 A JP986891 A JP 986891A JP 986891 A JP986891 A JP 986891A JP H04253413 A JPH04253413 A JP H04253413A
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隆裕 佐藤
Shusuke Abe
秀典 阿部
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Nippon Mining Co Ltd
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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。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は漏洩弾性表面波(リーキ
ー波)を用いた弾性表面波装置に関する。弾性表面波装
置は、数μm幅の微細な金属膜の櫛形電極や反射器を圧
電基板上に形成し、圧電基板上に発生する弾性表面波を
利用した回路素子である。弾性表面波としては、半無限
弾性体の表面に沿って伝播するレイリー波とよばれる表
面波が通常用いられているが、その他に圧電基板の深さ
方向にエネルギを放射しながら圧電基板表面を伝播する
漏洩弾性表面波(リーキー波)の存在が知られている。
【0002】
【従来の技術】レイリー波及び漏洩弾性表面波について
、四ほう酸リチウム単結晶基板の(110)面における
伝播特性の計算結果が報告されている(室田、清水、「
Li2 B4 O7 基板を伝搬する漏洩弾性表面波特
性のカット依存性」IEEE  Ultrasonic
s、US−40、pp57−62、1988)。この報
告では、
【0003】
【数1】 をθ=0°、<001>方向をθ=90°としたときの
伝播方向θにおける弾性表面波の伝播速度、電気機械結
合係数(k2)、1波長当りの伝播損失が計算されてい
る。それによれば、漏洩弾性表面波は、レイリー波に比
べて伝播速度が速く、θ=55°〜80°の範囲では電
気機械結合係数もレイリー波に比べて大きいという計算
結果が得られている。このため、高周波化、高帯域化の
ために弾性表面波として漏洩弾性表面波を用いた弾性表
面波装置が有望視されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、四ほう
酸リチウム単結晶基板についての上述の報告においても
、電気機械結合係数がレイリー波に比べて大きいθ=5
5°〜80°の範囲では、1波長当りの伝播損失がレイ
リー波に比べて大きくなることが報告されている。この
ように、漏洩弾性表面波はエネルギが圧電基板内部に漏
れるため一般に伝播損失が大きく、弾性表面波として用
いることが困難であるという問題があった。
【0005】本発明の目的は、漏洩弾性表面波の電気機
械結合係数が大きく、しかも伝播損失の小さい弾性表面
波装置を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本願発明者は、漏洩弾性
表面波の伝播損失を低減する方法について熟考した結果
、半無限基媒質上に表面層が形成された層状媒質におい
て、基媒質の横波の速さより表面層の横波の速さが遅い
と、基媒質の波が表面層の波にひきずられて押し上げら
れ、エネルギが表面層に集中するラブ波(Love  
waves)となる現象を利用することを着想した。す
なわち、基媒質としての圧電基板上に横波の速さがより
遅い材料からなる表面層を所定厚さだけ形成すれば、漏
洩弾性表面波がラブ波になって基媒質内に漏れるエネル
ギが少なくなり伝播損失を減少させることができると考
えた。
【0007】したがって、上記目的は、四ほう酸リチウ
ム単結晶基板表面に、弾性表面波を励起、受信、反射、
伝播するための金属膜が形成された弾性表面波装置にお
いて、前記四ほう酸リチウム単結晶基板の切り出し角及
び弾性表面波の伝播方向がオイラ角表示で(130°〜
140°、85°〜95°、55°〜80°)の範囲内
になるように前記金属膜が形成され、前記金属膜の膜厚
が、弾性表面波が前記四ほう酸リチウム単結晶基板の表
面を伝播するラブ波となる所定値であることを特徴とす
る弾性表面波装置によって達成される。
【0008】
【作用】本発明によれば、四ほう酸リチウム単結晶基板
表面の金属膜の膜厚を所定厚さにすることにより、弾性
表面波をラブ波にして、伝播損失を減少させることがで
きる。
【0009】
【実施例】本発明の一実施例による弾性表面波装置を図
1乃至図7を用いて説明する。本実施例の弾性表面波装
置は、図1に示すように、表面が(110)面である四
ほう酸リチウム単結晶からなる圧電基板11上に、イン
タディジタル型電極からなる入力櫛形電極12と出力櫛
形電極13が形成され、これら入力櫛形電極12と出力
櫛形電極13間の伝播路領域に金属膜14が形成された
弾性表面波フィルタである。入力櫛形電極12と出力櫛
形電極13は、それぞれ20.5対で、周期10μm(
電極幅2.5μm、波長10μm)、開口長2000μ
mであり、漏洩弾性表面波の伝播方向がオイラ角表示で
(135°、90°、65°)になるような向きに形成
されている。
【0010】金属膜14は金(Au)により形成されて
いる。四ほう酸リチウム単結晶よりも金属膜での方が漏
洩弾性表面波の横波が遅いので、その膜厚を所定値とす
ることにより漏洩弾性表面波をラブ波にすることが可能
である。金属膜14の膜厚を変化させた場合の伝播速度
[m/sec]と挿入損失[dB]の測定結果を図2に
示す。金属膜14の膜厚hを漏洩弾性表面波の波長λで
割った規格化膜厚h/λが0.5%以上になると、挿入
損失が低減し、それ以上厚くしてもほぼ一定値になるこ
とが分かった。一方、規格化膜厚h/λが大きくなって
も伝播速度が大きく減少することなく、漏洩弾性表面波
を利用する優位性が損なわれることはない。
【0011】上述の測定結果を参考にして、表面が(1
10)面である四ほう酸リチウム単結晶からなる圧電基
板11上に金を主成分とする金属膜14が形成された場
合の漏洩弾性表面波の伝播速度、電気機械結合係数、挿
入損失を数値計算により求めた。圧電基板11内におい
ては運動方程式と圧電方程式により変位と電位を求め、
金属膜14内においては運動方程式により変位を求め、
圧電基板11と金属膜14の境界において成立する境界
条件を満足するように位相速度を求めた。漏洩弾性表面
波の伝播方向をオイラ角表示で(135°、90°、6
5°)とし、金属膜14の規格化膜厚h/λが0.00
0〜0.030の範囲についてシミュレーションした。
【0012】そのシミュレーション結果を図3及び図4
に示す。図3において、実線は金属膜14がopenの
場合(金属膜14を絶縁体としてシミュレーションした
場合)の伝播速度の計算結果を示し、点線は金属膜14
がshortの場合(金属膜14を導体としてシミュレ
ーションした場合)の伝播速度の計算結果を示している
。図4において、実線は電気機械結合係数の計算結果を
示し、破線は金属膜14がshortの場合の1波長当
りの伝播損失の計算結果を示し、点線は金属膜14がo
penの場合の1波長当りの損失の計算結果を示してい
る。
【0013】金属膜14の膜厚が厚くなると、図3に示
すように、漏洩弾性表面波の伝播速度は遅くなるが、図
4に示すように、電気機械結合係数は高い値が維持され
、1波長当りの伝播損失が減少することがわかる。金属
膜14の規格化膜厚h/λが約0.5%以上では1波長
当りの伝播損失が0dBとなる。すなわち、金属膜14
の規格化膜厚h/λを約0.5%以上にすれば、1波長
当りの伝播損失の小さい弾性表面波装置を実現できる。
【0014】比較例として(110)面の四ほう酸リチ
ウム単結晶基板11上にアルミニウムからなる金属膜1
4を形成した場合のシミュレーション結果を図5及び図
6に示す。図3において、実線は金属膜14がopen
の場合の伝播速度の計算結果を示し、点線は金属膜14
がshortの場合の伝播速度の計算結果を示している
。図4において、実線は電気機械結合係数の計算結果を
示し、破線は金属膜14がshortの場合の1波長当
りの伝播損失の計算結果を示し、点線は金属膜14がo
penの場合の1波長当りの伝播損失の計算結果を示し
ている。
【0015】金属膜14の膜厚が厚くなると、図5に示
すように、漏洩弾性表面波の伝播速度は速くなるが、図
6に示すように、電気機械結合係数は低くなり、1波長
当りの伝播損失が減少することなく僅かであるが増大し
続け、1波長当りの伝播損失が0dBとなることはない
。すなわち、金属膜14をアルミニウムにより形成した
場合には、いくら金属膜14を厚くしても伝播損失が減
少させることができず、漏洩弾性表面波を利用した弾性
表面波装置を実現できないことがわかる。
【0016】図3及び図4では漏洩弾性表面波の伝播方
向がオイラ角表示で(135°、90°、θ)でθ=6
5°の場合について計算し、伝播損失が0dBになる金
属膜14の規格化膜厚h/λが0.5%であることが分
かった。オイラ角表示(135°、90°、θ)のθを
変化させた場合について同様に計算して、伝播損失が0
dBになる金属膜14の規格化膜厚h/λを計算した。 その結果を図7に示す。図7に示すように、オイラ角(
135°、90°、θ)でθが67°以下の伝播モード
では、金属膜14の規格化膜厚h/λが次式    h
/λ≧−7.75+0.43θ−4.57×10−3θ
2の範囲(図7の斜線の範囲)であるときに、漏洩弾性
表面波の伝播損失が0dBになり、漏洩弾性表面波を利
用した弾性表面波装置が実現できる。
【0017】本発明は上記実施例に限らず種々の変形が
可能である。例えば、上記実施例では弾性表面波伝播方
向がオイラ角表示で(135°、90°、θ)の四ほう
酸リチウム単結晶基板を用いたが、上記オイラ角表示か
ら約5°程度ずれてもよい。また、上記実施例では金か
らなる金属膜を用いたが、圧電基板表面にチタン、タン
グステン、モリブデン、アルミニウム等の金属薄膜を形
成し、この金属薄膜上に金を主成分とする合金からなる
金属膜を形成してもよい。圧電基板に対する金属膜の密
着性を向上させることができる。
【0018】さらに、上記実施例では表面波フィルタを
例として説明したが、その他の弾性表面波装置でもよい
。例えば、圧電基板上にインタディジタル型電極からな
る端子電極を一対のグレーティング反射器により挟んで
構成した弾性表面波共振子に本発明を適用してもよい。 なお、本発明では圧電基板に用いた四ほう酸リチウム単
結晶は点群4mmの対称性を有するから、漏洩弾性表面
波の諸特性はオイラ角表示(λ、μ、θ)で所定の対称
性を示す。例えば、オイラ角表示(λ、μ、θ)でθ=
80°とθ=100°における漏洩弾性表面波の諸特性
は同じである。
【0019】
【発明の効果】以上の通り、本発明によれば、四ほう酸
リチウム単結晶基板表面の金属膜を金を主成分とする金
属により形成し、その膜厚を所定厚さにすることにより
、弾性表面波をラブ波にして伝播損失を減少させること
ができ、漏洩弾性表面波を利用した弾性表面波装置を実
現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例による弾性表面波装置を示す
図である。
【図2】本発明の一実施例による弾性表面波装置におけ
る金属膜の規格化膜厚を変化させた場合の伝播速度及び
挿入損失の測定結果を示すグラフである。
【図3】本発明の一実施例による弾性表面波装置におけ
る金属膜の規格化膜厚を変化させた場合の伝播速度のシ
ミュレーション結果を示すグラフである。
【図4】本発明の一実施例による弾性表面波装置におけ
る金属膜の規格化膜厚を変化させた場合の電気機械結合
係数及び1波長当りの伝播損失のシミュレーション結果
を示すグラフである。
【図5】金属膜をアルミニウムで形成した比較例におけ
る金属膜の規格化膜厚を変化させた場合の伝播速度のシ
ミュレーション結果を示すグラフである。
【図6】金属膜をアルミニウムで形成した比較例におけ
る金属膜の規格化膜厚を変化させた場合の電気機械結合
係数及び1波長当りの伝播損失のシミュレーション結果
を示すグラフである。
【図7】本発明の一実施例による弾性表面波装置におけ
る漏洩弾性表面波の伝播方向を変化させた場合の伝播損
失が0dBになる規格化膜厚の範囲を示すグラフである
【符号の説明】
11…圧電基板 12…入力櫛形電極 13…出力櫛形電極 14…金属膜

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  四ほう酸リチウム単結晶基板表面に、
    弾性表面波を励起、受信、反射、伝播するための金属膜
    が形成された弾性表面波装置において、前記四ほう酸リ
    チウム単結晶基板の切り出し角及び弾性表面波の伝播方
    向がオイラ角表示で(130°〜140°、85°〜9
    5°、55°〜80°)の範囲内になるように前記金属
    膜が形成され、前記金属膜の膜厚が、弾性表面波が前記
    四ほう酸リチウム単結晶基板の表面を伝播するラブ波と
    なる所定値であることを特徴とする弾性表面波装置。
  2. 【請求項2】  請求項1記載の弾性表面波装置におい
    て、漏洩弾性表面波の伝播方向がオイラ角表示(130
    °〜140°、85°〜95°、θ)においてθ=55
    °〜67°の範囲内になるように前記金属膜が形成され
    、前記金属膜が金を主成分とする金属で形成され、前記
    金属膜の膜厚hを弾性表面波の波長λで規格化した規格
    化膜厚h/λが、次式     h/λ≧−7.75+0.43θ−4.57×
    10−3θ2の範囲であることを特徴とする弾性表面波
    装置。
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WO2008093509A1 (ja) * 2007-01-29 2008-08-07 Murata Manufacturing Co., Ltd. 弾性境界波装置

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2008093509A1 (ja) * 2007-01-29 2008-08-07 Murata Manufacturing Co., Ltd. 弾性境界波装置
JPWO2008093509A1 (ja) * 2007-01-29 2010-05-20 株式会社村田製作所 弾性境界波装置

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