JPH04253413A - 弾性表面波装置 - Google Patents
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Abstract
め要約のデータは記録されません。
Description
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。
、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、
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
図である。
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。
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。
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。
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。
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。
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
。
Claims (2)
- 【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。 - 【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。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP03009868A JP3090219B2 (ja) | 1991-01-30 | 1991-01-30 | 弾性表面波装置 |
Applications Claiming Priority (1)
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JP03009868A JP3090219B2 (ja) | 1991-01-30 | 1991-01-30 | 弾性表面波装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH04253413A true JPH04253413A (ja) | 1992-09-09 |
JP3090219B2 JP3090219B2 (ja) | 2000-09-18 |
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JP03009868A Expired - Lifetime JP3090219B2 (ja) | 1991-01-30 | 1991-01-30 | 弾性表面波装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3090219B2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2008093509A1 (ja) * | 2007-01-29 | 2008-08-07 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | 弾性境界波装置 |
-
1991
- 1991-01-30 JP JP03009868A patent/JP3090219B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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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JP3090219B2 (ja) | 2000-09-18 |
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