JPH08288788A - 弾性表面波素子 - Google Patents

弾性表面波素子

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JPH08288788A
JPH08288788A JP7109979A JP10997995A JPH08288788A JP H08288788 A JPH08288788 A JP H08288788A JP 7109979 A JP7109979 A JP 7109979A JP 10997995 A JP10997995 A JP 10997995A JP H08288788 A JPH08288788 A JP H08288788A
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泰三 小林
Kuniyuki Matsui
邦行 松井
Yasuhiro Hirao
康容 平尾
Kosuke Takeuchi
孝介 竹内
Kenichi Shibata
賢一 柴田
Hirosuke Takahashi
裕輔 高橋
Takeo Kondo
健雄 近藤
Yasutaka Shimizu
康敬 清水
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 縦波型弾性表面波、縦波型擬似弾性表面波、
又は縦波型表面辷り体積波の励振が可能な基板の表面に
薄膜を形成して、電気機械結合係数を増大させると同時
に、遅延時間の温度係数を最小化したものである。 【構成】 タンタル酸リチウム製の基板の表面にアルミ
ニウムからなる薄膜を形成した弾性表面波素子において
は、縦波型擬似弾性表面波の伝搬方向がオイラ角表示で
(４０度乃至９０度、４０度乃至９０度、０度乃至６０
度)及びこれと等価な範囲内であると共に、縦波型擬似
弾性表面波の波数と薄膜の厚さとの積が１.０以上、望
ましくは１.３乃至２.０の範囲に設定される。基板がニ
オブ酸リチウムの場合、および、四硼酸リチウムの場合
も、波数と薄膜の厚さの積の範囲の設定をする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、縦波成分が横波成分よ
り優勢である弾性表面波、縦波成分が横波成分より優勢
である擬似弾性表面波、又は縦波成分が横波成分より優
勢である表面辷り体積波の励振が可能な基板を用いた弾
性表面波素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、自動車用電話機等の通信機器にお
いては、共振器フィルター、信号処理用遅延線等の回路
素子として、弾性表面波素子が広く応用されている。弾
性表面波素子は、例えば図１３に示す様に、圧電性を有
する基板(１)の表面に簾状の電極(２)や格子状の反射器
(３)(３)を形成したものであって、電気信号と弾性表面
波の相互の変換を行なう。
【０００３】ここで、弾性表面波は文字通り弾性体の表
面を伝搬する表面波であり、そのエネルギーは基板内部
には放射されない。この様な弾性表面波として、これま
でに複数の励振モードが発見されており、例えばレイリ
ー波、セザワ波、ラヴ波、圧電表面辷り波等が知られて
いる。レイリー波及びセザワ波においては、伝搬方向と
同じ方向に変位を持つ縦波と、基板深さ方向に変位を持
つ横波の２つの成分が共に優勢である。これに対し、ラ
ヴ波及び圧電表面辷り波においては、基板表面に平行且
つ伝搬方向に垂直な変位を持つ横波の成分が優勢であ
る。尚、圧電基板中には、「遅い横波」、「速い横
波」、「縦波」の３種類の体積波(バルク波)が存在する
が、弾性表面波は「遅い横波」よりも更に遅い位相速度
で伝搬する。
【０００４】又、弾性体の深さ方向にエネルギーを放射
しながら表面を伝搬する弾性波が知られており、擬似弾
性表面波、若しくは、漏洩弾性表面波と呼ばれている。
当初に発見された擬似弾性表面波は、基板表面に平行且
つ伝搬方向に垂直な変位を持つ横波の成分が優勢であ
り、その位相速度は「遅い横波」と「速い横波」の中間
に位置している。
【０００５】更に、近年、縦波の成分が優勢である擬似
弾性表面波が相継いで発見さている(特開平6-112763
号、第15回超音波エレクトロニクスの基礎と応用に関す
るシンポジウム講演予稿集、平成6年、185〜186頁参
照)。これらの縦波を主成分とする擬似弾性表面波の位
相速度は、「速い横波」と「縦波」の中間に位置してい
る。
【０００６】一方、表面近傍に沿って伝搬する体積波が
簾状電極によって励振されて、同じ基板上の別の簾状電
極にて検出される場合がある。この様な体積波を表面辷
り体積波と呼んでいる。表面辷り体積波は、通常の体積
波に対応して３種類存在すると考えられる。但し、現在
のところ、主に取り扱われているのは、基板表面に平行
且つ伝搬方向に垂直な変位を持つ横波の成分が優勢であ
る表面辷り体積波である。
【０００７】ところで、弾性波の特性には、音速、伝搬
損失、遅延時間の温度特性、電気機械結合係数などがあ
り、これらの特性は、弾性表面波素子を応用した回路の
設計パラメータに直接に係わっている。簾状電極、若し
くは格子状反射器の電極指の周期(中心間距離)は弾性波
の波長λの１／２の値を持つため、周波数が一定の場合
は、音速が小さいほど、波長も小さくなり、電極の作製
が困難になる。従って、音速は大きいことが望ましい。
又、弾性表面波共振器の共振先鋭度や弾性表面波フィル
ターの挿入損失は、弾性表面波の伝搬損失に直接に依存
するため、伝搬損失は小さいことが望ましい。更に、移
動通信に用いられる高周波機器においては、その適用周
波数が規格で決まっているため、温度変化によって周波
数が変化することは望ましくない。従って、遅延時間の
温度係数は小さいことが望ましい。
【０００８】電気機械結合係数は、入力される電気信号
のエネルギーが弾性表面波のエネルギーに変換される際
の変換能力を表わしている。簾状電極の電極指の本数を
十分に増加させれば、電気機械結合係数が小さくても、
任意のエネルギーの弾性波を励振できるが、この場合、
簾状電極のもつ電気容量が大きくなる為、外部回路との
インピーダンス整合が困難になり、インピーダンス整合
の為に、別に整合用回路が必要になる。又、簾状電極の
電極指の本数は、弾性表面波素子の作動周波数範囲と略
反比例することが知られており、電極指の本数を増加さ
せると、実現可能な特性が狭帯域に制限されることにな
る。従って、電気機械結合係数は大きいことが望まし
い。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】従来より、縦波及び深
さ方向の変位を持つ横波の２つの成分が優勢な弾性波
(例えばレイリー波、セザワ波)や、表面に平行且つ進行
方向に垂直な変位を持つ横波の成分が優勢な弾性波(例
えば、圧電表面辷り波、ラヴ波、横波型擬似弾性表面
波、横波型表面辷り体積波)については、上記各特性を
改善する為の基板条件(例えば結晶軸と弾性表面波伝搬
方向の関係)や電極条件(例えば電極指の中心間距離や膜
厚)が知られている(1994年電子情報通信学会春季大会予
稿集「A-438」、「A-437」、「A-438」、Japanese Jour
nal of Applied Physics, vol.29(1990) Supplement 29
-1,pp.119-121、Japanese Journal of Applied Physic
s, vol.30(1991) Supplement 30-1,pp.143-145等)。
【００１０】ところが、縦波成分が横波成分より優勢で
ある弾性表面波(縦波型弾性表面波)、縦波成分が横波成
分より優勢である擬似弾性表面波(縦波型擬似弾性表面
波)、及び縦波成分が横波成分より優勢である表面辷り
体積波(縦波型表面辷り体積波)については、上記各特性
を改善するための基板条件や電極条件が未だ明らかにさ
れていない。
【００１１】本発明の目的は、縦波型弾性表面波、縦波
型擬似弾性表面波、又は縦波型表面辷り体積波の励振が
可能な基板を用いた弾性表面波素子において、弾性波特
性を改善するための基板条件や電極条件を明らかにし
て、従来よりも高性能の弾性表面波素子を提供すること
である。
【００１２】
【課題を解決する為の手段】本発明に係る弾性表面波素
子は、縦波型弾性表面波、縦波型擬似弾性表面波、又は
縦波型表面辷り体積波の励振が可能な基板の表面に薄膜
を形成して、前記縦波型弾性表面波、縦波型擬似弾性表
面波、又は縦波型表面辷り体積波の伝搬特性を改善した
ものである。具体的には、基板上の薄膜は金属製であっ
て、該薄膜によって励振用の電極が形成されている。
【００１３】又、本発明に係る弾性表面波素子は、タン
タル酸リチウム(ＬiＴaＯ3)からなる基板の表面に、ア
ルミニウム又はアルミニウムを主成分とする合金からな
る薄膜を形成したものであって、縦波型弾性表面波、縦
波型擬似弾性表面波、又は縦波型表面辷り体積波の伝搬
方向が、オイラ角表示で(４０度乃至９０度、４０度乃
至９０度、０度乃至６０度)及びこれと等価な範囲内で
あると共に、縦波型弾性表面波、縦波型擬似弾性表面
波、又は縦波型表面辷り体積波の波数(１／μm)と薄膜
の厚さ(μm)との積が、１.０以上、望ましくは、１.３
乃至２.０の範囲に設定されている。
【００１４】又、本発明に係る弾性表面波素子は、タン
タル酸リチウムからなる基板の表面に、金又は金を主成
分とする合金からなる薄膜を形成したものであって、縦
波型弾性表面波、縦波型擬似弾性表面波、又は縦波型表
面辷り体積波の伝搬方向が、オイラ角表示で(４０度乃
至９０度、４０度乃至９０度、０度乃至６０度)及びこ
れと等価な範囲内であると共に、縦波型弾性表面波、縦
波型擬似弾性表面波、又は縦波型表面辷り体積波の波数
(１／μm)と薄膜の厚さ(μm)との積が、０.０５以上、
望ましくは、１.０乃至１.４の範囲に設定されている。
【００１５】又、本発明に係る弾性表面波素子は、ニオ
ブ酸リチウム(ＬiＮbＯ3)からなる基板の表面に、アル
ミニウム又はアルミニウムを主成分とする合金からなる
薄膜を形成したものであって、縦波型弾性表面波、縦波
型擬似弾性表面波、又は縦波型表面辷り体積波の伝搬方
向が、オイラ角表示で(４０度乃至９０度、４０度乃至
９０度、０度乃至６０度)及びこれと等価な範囲内であ
ると共に、縦波型弾性表面波、縦波型擬似弾性表面波、
又は縦波型表面辷り体積波の波数(１／μm)と薄膜の厚
さ(μm)との積が、０.３以上、望ましくは、１.０乃至
２.０の範囲に設定されている。
【００１６】又、本発明に係る弾性表面波素子は、ニオ
ブ酸リチウムからなる基板の表面に、金又は金を主成分
とする合金からなる薄膜を形成したものであって、縦波
型弾性表面波、縦波型擬似弾性表面波、又は縦波型表面
辷り体積波の伝搬方向が、オイラ角表示で(４０度乃至
９０度、４０度乃至９０度、０度乃至６０度)及びこれ
と等価な範囲内であると共に、縦波型弾性表面波、縦波
型擬似弾性表面波、又は縦波型表面辷り体積波の波数
(１／μm)と薄膜の厚さ(μm)との積が、０.０２以上、
望ましくは、０.８乃至２.０の範囲に設定されている。
【００１７】更に、本発明に係る弾性表面波素子は、四
硼酸リチウム(Ｌi2Ｂ4Ｏ7)からなる基板の表面に、アル
ミニウム又はアルミニウムを主成分とする合金からなる
薄膜を形成したものであって、縦波型弾性表面波、縦波
型擬似弾性表面波、又は縦波型表面辷り体積波の伝搬方
向が、オイラ角表示で(０度乃至５０度、１５度乃至７
５度、４０度乃至９０度)及びこれと等価な範囲内であ
ると共に、縦波型弾性表面波、縦波型擬似弾性表面波、
又は縦波型表面辷り体積波の波数(１／μm)と薄膜の厚
さ(μm)との積が、０.３以上、望ましくは、１.９以下
に設定されている。
【００１８】更に又、本発明に係る弾性表面波素子は、
四硼酸リチウムからなる基板の表面に、金又は金を主成
分とする合金からなる薄膜を形成したものであって、縦
波型弾性表面波、縦波型擬似弾性表面波、又は縦波型表
面辷り体積波の伝搬方向が、オイラ角表示で(０度乃至
５０度、１５度乃至７５度、４０度乃至９０度)及びこ
れと等価な範囲内であると共に、縦波型弾性表面波、縦
波型擬似弾性表面波、又は縦波型表面辷り体積波の波数
(１／μm)と薄膜の厚さ(μm)との積が、０.０２以上、
望ましくは、０.１５以下、又は０.４乃至２.０の範囲
に設定されている。
【００１９】
【作用】縦波型擬似弾性表面波は、そのエネルギーの大
部分を表面から数波長程度の深さの範囲に集中させてい
る。従って、該基板上に薄膜を形成すると、弾性波の特
性は薄膜の影響を受けることになる。例えば、薄膜の音
速が基板の音速よりも遅いときは、縦波型擬似弾性表面
波の位相速度は遅くなる。又、簾状電極及び格子状反射
器は、電極指である金属薄膜が施されている領域と、そ
れ以外の自由表面の領域とが交互に存在しており、この
２つの領域の位相速度差が大きくなると、電気機械結合
係数も大きくなる。更に、金属製薄膜が位相速度を低下
させる際の効果には、電気的短絡効果と質量効果の２種
類があり、後者の質量効果は、薄膜の厚さ、金属の密度
に依存している。従って、電極を形成する金属の種類と
膜厚を変化させることにより、電気機械結合係数を変化
させることができる。
【００２０】更に、圧電基板の誘電率、圧電定数、弾性
定数、密度は温度によって変化する為、弾性波の位相速
度は温度に依存する。又、薄膜の弾性定数や密度も温度
によって変化する。このとき、適当な材質の薄膜を適当
な厚さに形成すれば、基板と薄膜の材料の温度特性が相
殺して、弾性表面波素子としての温度係数は非常に小さ
くなる。
【００２１】縦波型擬似弾性表面波は通常、「速い横
波」より速く、「縦波」よりも遅いことが知られている
が、この位相速度の範囲では、擬似弾性表面波中の「遅
い横波」成分と「速い横波」成分は伝搬することが出来
ず、基板中に放射される。ところが、圧電基板の表面に
十分に遅い音速の薄膜をある程度以上の膜厚で形成する
と、該擬似弾性表面波の音速は「速い横波」よりも遅く
なる。この場合、「速い横波」成分は基板内部に放射さ
れることがなくなるので、伝搬損失は小さくなる。更
に、膜厚を増せば、「遅い横波」よりも更に音速は低下
する為、該擬似弾性表面波は縦波型弾性表面波となり、
体積波を基板内部に放射することはなくなり、理論上、
伝搬損失が零となる。
【００２２】縦波型弾性表面波、及び縦波型表面辷り体
積波においても、縦波型擬似弾性表面波と同様の作用に
よって、その特性を改善することができる。尚、縦波型
擬似弾性表面波と縦波型表面辷り体積波が縮退して、両
者が同一条件で現われる場合にも上記同様の作用がある
のは言うまでもない。
【００２３】
【発明の効果】本発明に係る弾性表面波素子において
は、縦波型弾性表面波、縦波型擬似弾性表面波、又は縦
波型表面辷り体積波の励振が可能な基板の表面に、適当
な材質及び厚さの薄膜を形成することによって、縦波型
弾性表面波、縦波型擬似弾性表面波、又は縦波型表面辷
り体積波の電気機械結合係数を増大させると共に、遅延
時間の温度係数を最小化することが出来る。
【００２４】
【実施例】以下、縦波型擬似弾性表面波の励振が可能な
基板の材質として、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチ
ウム、及び四硼酸リチウムを採用し、これらの基板上に
アルミニウム或いは金からなる電極を形成した複数の実
施例について、電気機械結合係数を増大させ、更には遅
延時間の温度係数を最小化するための基板条件及び電極
条件を明らかにする。弾性表面波素子の特性評価におい
ては、従来より知られている一般的な解法(例えば、J.
J.Campbell, W.R.Jones,"A Method for Estimating Opt
imal CrystalCuts and Propagation Directions for Ex
citation of Piezoelectric SurfaceWaves", IEEE tran
saction on Sonics and Ultrasonics, vol.SU-15, No.
4, pp209-217,(1968)参照)を採用し、基板表面の全領域
に薄膜を形成した弾性表面波素子モデルを構築して、コ
ンピュータシミュレーションによって、電気機械結合係
数及び温度係数を算出した。
【００２５】図１は、タンタル酸リチウム製の基板上に
アルミニウムからなる薄膜を形成した弾性表面波素子に
ついて、縦波型擬似弾性表面波の波数Ｋ(Ｋ＝２π／λ)
と薄膜の厚さＨ(μm)の積ＫＨ(以下、ＫＨパラメータと
いう)を横軸、縦波型擬似弾性表面波の電気機械結合係
数を縦軸として、その特性を表わしている。ここで、縦
波型擬似弾性表面波の伝搬方向は、オイラ角表示で(４
０度乃至９０度、４０度乃至９０度、０度乃至６０度)
であり、望ましくは、(８０度乃至９０度、８０度乃至
９０度、２０度乃至４０度)であり、更に望ましくは、
(８８乃至９０度、８８乃至９０度、３０度乃至３２度)
であり、最も望ましくは、(９０度、９０度、３１度)で
ある。これらの角度範囲の優位性は実験的に確認されて
いる。
【００２６】図１から明らかな様に、ＫＨパラメータが
約１.０を越えると、電気機械結合係数は１０％以上に
なり、設計上、望ましい。ＫＨパラメータが約１.３を
越えると、電気機械結合係数は２０％以上になり、更に
望ましい。ＫＨパラメータが約１.７を越えると、電気
機械結合係数は５０％以上になり、最も望ましい。
【００２７】又、図２は、上記弾性表面波素子につい
て、ＫＨパラメータを横軸、遅延時間の温度係数を縦軸
として、その特性を表わしている。ＫＨパラメータが約
１.３〜約２.０の範囲では、遅延時間の温度係数は２０
ｐｐｍ／℃以下になり、設計上、望ましい。ＫＨパラメ
ータが約１.４〜約１.８の範囲では、遅延時間の温度係
数は１０ｐｐｍ／℃ 以下となり、更に望ましい。ＫＨ
パラメータが約１.６のとき、遅延時間の温度係数は５
ｐｐｍ／℃ となり、最も望ましい。
【００２８】図３は、タンタル酸リチウム製の基板上に
金からなる薄膜を形成した弾性表面波素子について、Ｋ
Ｈパラメータを横軸、電気機械結合係数を縦軸として、
その特性を表わしている。ここで、縦波型擬似弾性表面
波の伝搬方向は、オイラ角表示で(４０度乃至９０度、
４０度乃至９０度、０度乃至６０度)であり、望ましく
は(８０度乃至９０度、８０度乃至９０度、２０度乃至
４０度)であり、更に望ましくは、(８８乃至９０度、８
８乃至９０度、３０度乃至３２度)であり、最も望まし
くは、(９０度、９０度、３１度)である。これらの角度
範囲の優位性は実験的に確認されている。
【００２９】図３から明らかな様に、ＫＨパラメータが
約０.０５を越えると、電気機械結合係数１０％以上に
なり、設計上、望ましい。ＫＨパラメータが約０.１０
を越えると、電気機械結合係数は２０％以上になり、更
に望ましい。ＫＨパラメータが約０.２を越えると、電
気機械結合係数は５０％以上になり、最も望ましい。
【００３０】又、図４は、上記弾性表面波素子におい
て、ＫＨパラメータを横軸、遅延時間の温度係数を横軸
として、その特性を表わしている。ＫＨパラメータが約
１.０〜約１.４のとき、遅延時間の温度係数の絶対値は
２０ｐｐｍ／℃以下になり、設計上、望ましい。ＫＨパ
ラメータが約１.３〜約１.４のとき、遅延時間の温度係
数の絶対値は１０ｐｐｍ／℃以下となり、更に望まし
い。金の膜厚と縦波型擬似弾性表面波の波数との積が約
１.３のとき、遅延時間の温度特性は略０ｐｐｍ／℃ と
なり、最も望ましい。尚、ＫＨパラメータを０.６以上
とすると、位相速度が「速い横波」及び「遅い横波 」
よりも遅くなるので、実際には、縦波型擬似弾性表面波
ではなく、縦波型弾性表面波として振る舞うので、伝搬
損失が略０になることは言うまでもない。
【００３１】図５は、ニオブ酸リチウム製の基板上にア
ルミニウムからなる薄膜を形成した弾性表面波素子につ
いて、ＫＨパラメータを横軸、縦波型擬似弾性表面波の
電気機械結合係数を縦軸として、その特性を表わしてい
る。ここで、縦波型擬似弾性表面波の伝搬方向は、オイ
ラ角表示で(４０度乃至９０度、４０度乃至９０度、０
度乃至６０度)であり、望ましくは、(８０度乃至９０
度、８０度乃至９０度、２０度乃至４０度)であり、更
に望ましくは、(８８乃至９０度、８８乃至９０度、３
６乃至３８度)であり、最も望ましくは、(９０度、９０
度、３７度)である。これらの角度範囲の優位性は実験
的に確認されている。
【００３２】図５から明らかな様に、ＫＨパラメータが
約０.３以上のとき、電気機械結合係数は２０％を越
え、設計上、望ましい。ＫＨパラメータが約０.８以上
のとき、電気機械結合係数は３０％以上になり、更に望
ましい。
【００３３】図６は、上記弾性表面波素子について、Ｋ
Ｈパラメータを横軸、遅延時間の温度係数を縦軸とし
て、その特性を表わしている。ＫＨパラメータが約１.
０〜約２.０のとき、遅延時間の温度係数は４０ｐｐｍ
／℃ 以下になり、設計上、望ましい。ＫＨパラメータ
が約１.０〜約１.２のとき、遅延時間の温度係数は３０
ｐｐｍ／℃以下となり、更に望ましい。ＫＨパラメータ
が約１.１のとき、遅延時間の温度係数は２０ｐｐｍ／
℃となり、最も望ましい。
【００３４】図７は、ニオブ酸リチウム製の基板上に金
からなる薄膜を形成した弾性表面波素子について、ＫＨ
パラメータを横軸、縦波型擬似弾性表面波の電気機械結
合係数を縦軸として、その特性を表わしている。ここ
で、縦波型擬似弾性表面波の伝搬方向は、オイラ角表示
で(４０度乃至９０度、４０度乃至９０度、０度乃至６
０度)であり、望ましくは、(８０度乃至９０度、８０度
乃至９０度、２０度乃至４０度)であり、更に望ましく
は、(８８乃至９０度、８８乃至９０度、３６乃至３８
度)であり、最も望ましくは、(９０度、９０度、３７
度)である。これらの角度範囲の優位性は実験的に確認
されている。
【００３５】図７から明らかな様に、ＫＨパラメータが
約０.０２以上になると、電気機械結合係数２０％以上
になり、設計上、望ましい。ＫＨパラメータが約０.０
５以上になると、電気機械結合係数は３０％以上にな
り、更に望ましい。
【００３６】図８は、上記弾性表面波素子について、Ｋ
Ｈパラメータを横軸、遅延時間の温度係数を縦軸とし
て、その特性を表わしている。ＫＨパラメータが約０.
８〜約２.０のとき、遅延時間の温度係数の絶対値は２
０ｐｐｍ／℃以下になり、設計上、望ましい。ＫＨパラ
メータが約１.０〜約２.０のとき、遅延時間の温度係数
の絶対値は１０ｐｐｍ／℃以下となり、更に望ましい。
ＫＨパラメータが金の膜厚と縦波型擬似弾性表面波の波
数との積が約１.２、若しくは１.６のとき、遅延時間の
温度係数は略０ｐｐｍ／℃ となり、最も望ましい。
尚、ＫＨパラメータを０.３以上にすると、位相速度が
「速い横波」及び「遅い横波」よりも遅くなるので、実
際には、縦波型擬似弾性表面波ではなく、縦波型弾性表
面波として振る舞うので、伝搬損失が略０になることは
言うまでもない。
【００３７】図９は、四硼酸リチウム製の基板上にアル
ミニウムからなる薄膜を形成した弾性表面波素子につい
て、ＫＨパレメータを横軸、電気機械結合係数を横軸と
して、その特性を表わしている。ここで、縦波型擬似弾
性表面波の伝搬方向は、オイラ角表示で(０度乃至５０
度、１５乃至７５度、４０度乃至９０度)であり、望ま
しくは、(０度乃至１０度、４０度乃至５０度、８０度
乃至９０度)であり、更に望ましくは、(０度乃至２度、
４４乃至４６度、８８乃至９０度)であり、最も望まし
くは、(０度、４５度、９０度)である。これらの角度範
囲の優位性は実験的に確認されている。
【００３８】図９から明らかな様に、ＫＨパラメータが
約０.３以上のとき、電気機械結合係数は１０％以上に
なり、設計上、望ましい。ＫＨパラメータが０.６以上
のとき、電気機械結合係数は２０％以上になり、更に望
ましい。ＫＨパレメータが約１.６のとき、電気機械結
合係数は約５０％となり、最も望ましい。
【００３９】図１０は、上記弾性表面波素子について、
ＫＨパラメータを横軸、遅延時間の温度係数を縦軸とし
て、その特性を表わしている。ＫＨパラメータが約１.
９以下のとき、遅延時間の温度係数の絶対値は２０ｐｐ
ｍ／℃ 以下になり、設計上、望ましい。ＫＨパラメー
タが約０.５以下のとき、遅延時間の温度係数は５ｐｐ
ｍ／℃ 以下となり、更に望ましい。ＫＨパラメータが
約０.１、約０.４、約１.７若しくは約１.９５のとき、
遅延時間の温度係数は略０ｐｐｍ／℃ となり、最も望
ましい。尚、ＫＨパラメータを約１.６〜約１.９５の範
囲に設定すれば、電気機械結合係数及び遅延時間の温度
係数の両方を同時に最適化することが出来る。
【００４０】図１１は、四硼酸リチウム製の基板上に金
からなる薄膜を形成した弾性表面波素子について、ＫＨ
パレメータを横軸、電気機械結合係数を横軸として、そ
の特性を表わしている。ここで、縦波型擬似弾性表面波
の伝搬方向は、オイラ角表示で(０度乃至５０度、１５
乃至７５度、４０度乃至９０度)であり、望ましくは、
(０度乃至１０度、４０度乃至５０度、８０度乃至９０
度)であり、更に望ましくは、(０度乃至２度、４４乃至
４６度、８８乃至９０度)であり、最も望ましくは、(０
度、４５度、９０度)である。これらの角度範囲の優位
性は実験的に確認されている。
【００４１】図１１から明らかな様に、ＫＨパラメータ
が約０.０２以上になると、電気機械結合係数１０％以
上になり、設計上、望ましい。ＫＨパラメータが約０.
０５以上になると、電気機械結合係数は２０％以上にな
り、更に望ましい。ＫＨパラメータが約０.１以上にな
ると、電気機械結合係数は４０％以上になり、最も望ま
しい。
【００４２】図１２は、上記弾性表面波素子について、
ＫＨパラメータを横軸、遅延時間の温度係数を縦軸とし
て、その特性を表わしている。ＫＨパラメータが約０.
１５以下、又は約０.４〜約２.０のとき、遅延時間の温
度係数は２０ｐｐｍ／℃以下になり、設計上、望まし
い。ＫＨパラメータが約０.１以下、又は約１.７〜約
２.０のとき、遅延時間の温度係数は１０ｐｐｍ／℃以
下となり、更に望ましい。尚、ＫＨパラメータを０.２
以上にすると、位相速度が「速い横波」よりも遅くなっ
て、「速い横波」の放射がなくなるので、伝搬損失が非
常に小さくなるのは言うまでもない。又、ＫＨパラメー
タを０.３以上にすると、位相速度が「遅い横波」より
も遅くなるので、縦波型擬似弾性表面波ではなく、縦波
型弾性表面波として振る舞うので、伝搬損失が略零にな
ることは言うまでもない。
【００４３】上述のコンピュータシミュレーションによ
る電気機械結合係数及び遅延時間の温度係数の算出にお
いては、基板表面の全領域に薄膜を形成したモデルを採
用しているので、基板表面に簾状の電極を形成した弾性
表面波フィルターにおいては、図２、図４、図６、図８
及び図１０に示すＫＨパラメータと遅延時間の温度係数
との関係において、横軸のＫＨパラメータとして、波数
と電極形成領域の平均膜厚との積をとる必要がある。こ
こで、電極形成領域の平均膜厚は、電極の膜厚にデュー
ティ比(電極指の幅／電極周期)を乗算することによって
算出する。
【００４４】上述の如く、本発明の弾性表面波素子にお
いては、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム、或い
は四硼酸リチウム製の基板を採用し、これらの基板上
に、アルミニウム或いは金からなる薄膜を特定の膜厚に
形成することによって、縦波型擬似弾性表面波の電気機
械結合係数を増大させると同時に、遅延時間の温度係数
を最小化することが可能である。
【００４５】上記実施例の説明は、本発明を説明するた
めのものであって、特許請求の範囲に記載の発明を限定
し、或は範囲を減縮する様に解すべきではない。又、本
発明の各部構成は上記実施例に限らず、特許請求の範囲
に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能であることは
勿論である。例えば、基板上の薄膜を基板とは異なる圧
電性資材から形成して、該薄膜の表面に電極を形成した
弾性表面波素子においても、薄膜の質量効果によって同
様の効果が期待出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】タンタル酸リチウム製の基板上にアルミニウム
からなる薄膜を形成してなる弾性表面波素子について、
縦波型擬似弾性表面波のＫＨパラメータと電気機械結合
係数の関係を表わすグラフである。
【図２】同上の弾性表面波素子について、縦波型擬似弾
性表面波のＫＨパラメータと遅延時間の温度係数の関係
を表わすグラフである。
【図３】タンタル酸リチウム製の基板上に金からなる薄
膜を形成してなる弾性表面波素子について、縦波型擬似
弾性表面波のＫＨパラメータと電気機械結合係数の関係
を表わすグラフである。
【図４】同上の弾性表面波素子について、縦波型擬似弾
性表面波のＫＨパラメータと遅延時間の温度係数の関係
を表わすグラフである。
【図５】ニオブ酸リチウム製の基板上にアルミニウムか
らなる薄膜を形成してなる弾性表面波素子について、縦
波型擬似弾性表面波のＫＨパラメータと電気機械結合係
数の関係を表わすグラフである。
【図６】同上の弾性表面波素子について、縦波型擬似弾
性表面波のＫＨパラメータと遅延時間の温度係数の関係
を表わすグラフである。
【図７】ニオブ酸リチウム製の基板上に金からなる薄膜
を形成してなる弾性表面波素子について、縦波型擬似弾
性表面波のＫＨパラメータと電気機械結合係数の関係を
表わすグラフである。
【図８】同上の弾性表面波素子について、縦波型擬似弾
性表面波のＫＨパラメータと遅延時間の温度係数の関係
を表わすグラフである。
【図９】四硼酸リチウム製の基板上にアルミニウムから
なる薄膜を形成してなる弾性表面波素子について、縦波
型擬似弾性表面波のＫＨパラメータと電気機械結合係数
の関係を表わすグラフである。
【図１０】同上の弾性表面波素子について、縦波型擬似
弾性表面波のＫＨパラメータと遅延時間の温度係数の関
係を表わすグラフである。
【図１１】四硼酸リチウム製の基板上に金からなる薄膜
を形成してなる弾性表面波素子について、縦波型擬似弾
性表面波のＫＨパラメータと電気機械結合係数の関係を
表わすグラフである。
【図１２】同上の弾性表面波素子について、縦波型擬似
弾性表面波のＫＨパラメータと遅延時間の温度係数の関
係を表わすグラフである。
【図１３】弾性表面波素子の電極構成を示す図である。
【符号の説明】
(１) 基板 (２) 電極 (３) 反射器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 平尾 康容 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 竹内 孝介 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 柴田 賢一 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 高橋 裕輔 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 近藤 健雄 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 清水 康敬 東京都世田谷区梅丘３丁目１番10号

Claims (26)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 縦波成分が横波成分より優勢である弾性
    表面波、縦波成分が横波成分より優勢である擬似弾性表
    面波、又は縦波成分が横波成分より優勢である表面辷り
    体積波の励振が可能な基板を用いた弾性表面波素子にお
    いて、基板表面に薄膜を形成して、前記弾性表面波、擬
    似弾性表面波、又は表面辷り体積波の伝搬特性を改善し
    たことを特徴とする弾性表面波素子。
  2. 【請求項２】 薄膜は、基板表面の全領域に圧電性資材
    を成膜してなる請求項１に記載の弾性表面波素子。
  3. 【請求項３】 基板はタンタル酸リチウム製であって、
    薄膜はアルミニウム又はアルミニウムを主成分とする合
    金からなり、縦波成分が横波成分より優勢である弾性表
    面波、縦波成分が横波成分より優勢である擬似弾性表面
    波、又は縦波成分が横波成分より優勢である表面辷り体
    積波の伝搬方向が、オイラ角表示で(４０度乃至９０
    度、４０度乃至９０度、０度乃至６０度)及びこれと等
    価な範囲内であると共に、前記弾性表面波、擬似弾性表
    面波、又は表面辷り体積波の波数と薄膜の厚さとの積
    が、１.０以上に設定されている請求項１に記載の弾性
    表面波素子。
  4. 【請求項４】 波数と薄膜の厚さとの積が、１.３乃至
    ２.０の範囲に設定されている請求項３に記載の弾性表
    面波素子。
  5. 【請求項５】 基板はタンタル酸リチウム製であって、
    薄膜は金又は金を主成分とする合金からなり、縦波成分
    が横波成分より優勢である弾性表面波、縦波成分が横波
    成分より優勢である擬似弾性表面波、又は縦波成分が横
    波成分より優勢である表面辷り体積波の伝搬方向が、オ
    イラ角表示で(４０度乃至９０度、４０度乃至９０度、
    ０度乃至６０度)及びこれと等価な範囲内であると共
    に、前記弾性表面波、擬似弾性表面波、又は表面辷り体
    積波の波数と薄膜の厚さとの積が、０.０５以上に設定
    されている請求項１に記載の弾性表面波素子。
  6. 【請求項６】 波数と薄膜の厚さとの積が、１.０乃至
    １.４の範囲に設定されている請求項５に記載の弾性表
    面波素子。
  7. 【請求項７】 基板はニオブ酸リチウム製であって、薄
    膜はアルミニウム又はアルミニウムを主成分とする合金
    からなり、縦波成分が横波成分より優勢である弾性表面
    波、縦波成分が横波成分より優勢である擬似弾性表面
    波、又は縦波成分が横波成分より優勢である表面辷り体
    積波の伝搬方向が、オイラ角表示で(４０度乃至９０
    度、４０度乃至９０度、０度乃至６０度)及びこれと等
    価な範囲内であると共に、前記弾性表面波、擬似弾性表
    面波、又は表面辷り体積波の波数と薄膜の厚さとの積
    が、０.３以上に設定されている請求項１に記載の弾性
    表面波素子。
  8. 【請求項８】 波数と薄膜の厚さとの積が、１.０乃至
    ２.０の範囲に設定されている請求項７に記載の弾性表
    面波素子。
  9. 【請求項９】 基板はニオブ酸リチウム製であって、薄
    膜は金又は金を主成分とする合金からなり、縦波成分が
    横波成分より優勢である弾性表面波、縦波成分が横波成
    分より優勢である擬似弾性表面波、又は縦波成分が横波
    成分より優勢である表面辷り体積波の伝搬方向が、オイ
    ラ角表示で(４０度乃至９０度、４０度乃至９０度、０
    度乃至６０度)及びこれと等価な範囲内であると共に、
    前記弾性表面波、擬似弾性表面波、又は表面辷り体積波
    の波数と薄膜の厚さとの積が、０.０２以上に設定され
    ている請求項１に記載の弾性表面波素子。
  10. 【請求項１０】 波数と薄膜の厚さとの積が、０.８乃
    至２.０の範囲に設定されている請求項９に記載の弾性
    表面波素子。
  11. 【請求項１１】 基板は四硼酸リチウム製であって、薄
    膜はアルミニウム又はアルミニウムを主成分とする合金
    からなり、縦波成分が横波成分より優勢である弾性表面
    波、縦波成分が横波成分より優勢である擬似弾性表面
    波、又は縦波成分が横波成分より優勢である表面辷り体
    積波の伝搬方向が、オイラ角表示で(０度乃至５０度、
    １５度乃至７５度、４０度乃至９０度)及びこれと等価
    な範囲内となるように電極が形成されると共に、前記弾
    性表面波、擬似弾性表面波、又は表面辷り体積波の波数
    と薄膜の厚さとの積が、０.３以上に設定されている請
    求項１に記載の弾性表面波素子。
  12. 【請求項１２】 波数と薄膜の厚さとの積が、１.９以
    下に設定されている請求項１１に記載の弾性表面波素子
  13. 【請求項１３】 基板は四硼酸リチウム製であって、薄
    膜は金又は金を主成分とする合金からなり、縦波成分が
    横波成分より優勢である弾性表面波、縦波成分が横波成
    分より優勢である擬似弾性表面波、又は縦波成分が横波
    成分より優勢である表面辷り体積波の伝搬方向が、オイ
    ラ角表示で(０度乃至５０度、１５度乃至７５度、４０
    度乃至９０度)及びこれと等価な範囲内となるように電
    極が形成されると共に、前記弾性表面波、擬似弾性表面
    波、又は表面辷り体積波の波数と薄膜の厚さとの積が、
    ０.０２以上に設定されている請求項１に記載の弾性表
    面波素子。
  14. 【請求項１４】 波数と薄膜の厚さとの積が、０.１５
    以下、又は０.４乃至２.０の範囲に設定されている請求
    項１３に記載の弾性表面波素子。
  15. 【請求項１５】 タンタル酸リチウムからなる基板の表
    面に、アルミニウム又はアルミニウムを主成分とする合
    金からなる励振用の電極を形成した弾性表面波素子にお
    いて、縦波成分が横波成分より優勢である弾性表面波、
    縦波成分が横波成分より優勢である擬似弾性表面波、又
    は縦波成分が横波成分より優勢である表面辷り体積波の
    伝搬方向が、オイラ角表示で(４０度乃至９０度、４０
    度乃至９０度、０度乃至６０度)及びこれと等価な範囲
    内となるように電極が形成されると共に、前記弾性表面
    波、擬似弾性表面波、又は表面辷り体積波の波数と電極
    の膜厚との積が、１.０以上に設定されていることを特
    徴とする弾性表面波素子。
  16. 【請求項１６】 波数と電極形成領域の平均膜厚との積
    が、１.３乃至２.０の範囲に設定されている請求項１５
    に記載の弾性表面波素子。
  17. 【請求項１７】 タンタル酸リチウムからなる基板の表
    面に、金又は金を主成分とする合金からなる励振用の電
    極を形成した弾性表面波素子において、縦波成分が横波
    成分より優勢である弾性表面波、縦波成分が横波成分よ
    り優勢である擬似弾性表面波、又は縦波成分が横波成分
    より優勢である表面辷り体積波の伝搬方向が、オイラ角
    表示で(４０度乃至９０度、４０度乃至９０度、０度乃
    至６０度)及びこれと等価な範囲内となるように電極が
    形成されると共に、前記弾性表面波、擬似弾性表面波、
    又は表面辷り体積波の波数と電極の膜厚との積が、０.
    ０５以上に設定されていることを特徴とする弾性表面波
    素子。
  18. 【請求項１８】 波数と電極形成領域の平均膜厚との積
    が、１.０乃至１.４の範囲に設定されている請求項１７
    に記載の弾性表面波素子。
  19. 【請求項１９】 ニオブ酸リチウムからなる基板の表面
    に、アルミニウム又はアルミニウムを主成分とする合金
    からなる励振用の電極を形成した弾性表面波素子におい
    て、縦波成分が横波成分より優勢である弾性表面波、縦
    波成分が横波成分より優勢である擬似弾性表面波、又は
    縦波成分が横波成分より優勢である表面辷り体積波の伝
    搬方向が、オイラ角表示で(４０度乃至９０度、４０度
    乃至９０度、０度乃至６０度)及びこれと等価な範囲内
    となるように電極が形成されると共に、前記弾性表面
    波、擬似弾性表面波、又は表面辷り体積波の波数と電極
    の膜厚との積が、０.３以上に設定されていることを特
    徴とする弾性表面波素子。
  20. 【請求項２０】 波数と電極形成領域の平均膜厚との積
    が、１.０乃至２.０の範囲に設定されている請求項１９
    に記載の弾性表面波素子。
  21. 【請求項２１】 ニオブ酸リチウムからなる基板の表面
    に、金又は金を主成分とする合金からなる励振用の電極
    を形成した弾性表面波素子において、縦波成分が横波成
    分より優勢である弾性表面波、縦波成分が横波成分より
    優勢である擬似弾性表面波、又は縦波成分が横波成分よ
    り優勢である表面辷り体積波の伝搬方向が、オイラ角表
    示で(４０度乃至９０度、４０度乃至９０度、０度乃至
    ６０度)及びこれと等価な範囲内となるように電極が形
    成されると共に、前記弾性表面波、擬似弾性表面波、又
    は表面辷り体積波の波数と電極の膜厚との積が、０.０
    ２以上に設定されていることを特徴とする弾性表面波素
    子。
  22. 【請求項２２】 波数と電極形成領域の平均膜厚との積
    が、０.８乃至２.０の範囲に設定されている請求項２１
    に記載の弾性表面波素子。
  23. 【請求項２３】 四硼酸リチウムからなる基板の表面
    に、アルミニウム又はアルミニウムを主成分とする合金
    からなる励振用の電極を形成した弾性表面波素子におい
    て、縦波成分が横波成分より優勢である弾性表面波、縦
    波成分が横波成分より優勢である擬似弾性表面波、又は
    縦波成分が横波成分より優勢である表面辷り体積波の伝
    搬方向が、オイラ角表示で(０度乃至５０度、１５度乃
    至７５度、４０度乃至９０度)及びこれと等価な範囲内
    となるように電極が形成されると共に、前記弾性表面
    波、擬似弾性表面波、又は表面辷り体積波の波数と電極
    の膜厚との積が、０.３以上に設定されていることを特
    徴とする弾性表面波素子。
  24. 【請求項２４】 波数と電極形成領域の平均膜厚との積
    が、１.９以下に設定されている請求項２３に記載の弾
    性表面波素子。
  25. 【請求項２５】 四硼酸リチウムからなる基板の表面
    に、金又は金を主成分とする合金からなる励振用の電極
    を形成した弾性表面波素子において、縦波成分が横波成
    分より優勢である弾性表面波、縦波成分が横波成分より
    優勢である擬似弾性表面波、又は縦波成分が横波成分よ
    り優勢である表面辷り体積波の伝搬方向が、オイラ角表
    示で(０度乃至５０度、１５度乃至７５度、４０度乃至
    ９０度)及びこれと等価な範囲内となるように電極が形
    成されると共に、前記弾性表面波、擬似弾性表面波、又
    は表面辷り体積波の波数と電極の膜厚との積が、０.０
    ２以上に設定されていることを特徴とする弾性表面波素
    子。
  26. 【請求項２６】 波数と電極形成領域の平均膜厚との積
    が、０.１５以下、又は０.４乃至２.０の範囲に設定さ
    れている請求項２５に記載の弾性表面波素子。
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