JPH10126208A

JPH10126208A - 弾性表面波装置

Info

Publication number: JPH10126208A
Application number: JP27926696A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Isobe; 敦礒部; Mitsutaka Hikita; 光孝疋田; Kengo Asai; 健吾浅井; Chisaki Takubo; 千咲紀田窪
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1996-10-22
Filing date: 1996-10-22
Publication date: 1998-05-15

Abstract

(57)【要約】【課題】伝搬速度が大きく、共振周波数と反共振周波数
のインピーダンス比が大きい高周波用弾性表面波装置を
実現する。【解決手段】圧電性単結晶基板２のカット面に、主成分
がアルミニウムの櫛形電極１（厚さをｈ、電極指周期を
λ）を設けた弾性表面波装置において、単結晶基板２と
して、伝搬速度が6000〜6500m/sのカット面を持つＬｉ
ＮｂＯ₃単結晶、又は伝搬速度5500m/s〜5900m/sのカッ
ト面を持つＬｉＴａＯ₃単結晶を使用し電極、厚さｈと
電極指周期λの比h/λの最適範囲を設定した。【効果】伝搬速度が大きいため、高周波弾性表面波装置
を高精度のフォトリソグラフィー技術を用いずに作製す
ることができる。また共振周波数と反共振周波数のイン
ピーダンス比が大きいため、高性能な弾性表面波装置を
作製することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、弾性表面波装置、
更に詳しく言えば、圧電性物質の平面に電極指を有する
櫛形電極を設けてた弾性表面波トランスデューサをも
ち、共振器、フィルタ等の固体回路素子を構成する弾性
表面波装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】弾性表面波装置は、共振器、フィルタ等
の固体回路素子として通信機器等に使用されている。圧
電性物質の平面に電極指を有する櫛形電極の作製はフォ
トリソグラフィー技術で行われている。電極指の幅Ｌ
は、圧電性物質を伝播する弾性表面波の周波数をｆ、弾
性表面波の伝搬速度をｖとすると、Ｌ＝ｖ／(４ｆ)で決
まる。現在開発されている通信装置用の弾性表面波装置
は使用周波数帯域が数十ＭＨｚ〜１.９ＧＨｚのもので
あり、現存のフォトリソグラフィー技術で実現されてい
る。しかし、上記周波数より高い領域で動作する弾性表
面波装置を実現しようとすると、電極指の幅Ｌは、現存
のフォトリソグラフィー技術で実現できる縮小露光の限
界である０.５μｍ以下となり、現存の最高精度のフォ
トリソグラフィー技術を使用しても、良品率が極めて低
くなるといった問題が生じる。そのため、弾性表面波の
伝搬速度ｖの大きな圧電性物質の検討が行われている。
弾性表面波の伝搬速度が大きい基板材料用いた弾性表面
波装置として、四ホウ酸リチウム単結晶の基板を用いた
弾性表面波装置が考案されている（公開特許公報、特開
平６−２０４７８５号）。しかし四ホウ酸リチウムは、
圧電効果が小さいため、電気機械結合係数ｋ２は０.０
１から０.０１８と非常に小さい。即ち損失が大きくな
り、通信素子として使用することは望ましくない。

【０００３】一方、電気機械結合係数ｋ２が比較的大き
い基板材料を使用した弾性表面波装置として、ニオブ酸
リチウム（ＬｉＮｂＯ₃）単結晶の６４度回転Ｙカット
面上に、アルミニウム（以下Ａｌと略期する）を主成分
とする金属膜でパターニングされた櫛形電極を形製し、
弾性表面波の伝搬方向をＸ軸方向（６４ＹＸ−ＬＮ）と
した弾性表面波装置がある（例えば、１９７２年ジャー
ナル・アプライド・フィジックス・ボリューム４３、ナ
ンバー３第８５６頁から第８６２頁（Ｊ．Ａｐｐｌ．
Ｐｈｙｓ．Ｖｏｌ．４３，Ｎｏ．３，Ｍａｒｃｈ１９
９２））。

【０００４】また、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ
３）単結晶２の３６度回転Ｙカット面上に、アルミニウ
ム（以下Ａｌと略期する）を主成分とする金属膜でパタ
ーニングされた櫛形電極１を形製し、弾性表面波の伝搬
方向をＸ軸方向（３６ＹＸ−ＬＴ）とした弾性表面波装
置がある（例えば、１９７７年ウルトラソニックス・シ
ンポジウム・プロシーディングス第８１９頁から第８
２２頁（１９７７ＵｌｔｒａｓｏｎｉｃｓＳｙｍｐ
ｏｓｉｕｍＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ，ｐｐ．８１９
−８２２））。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述の従来知
られている６４ＹＸ−ＬＮを使用した場合、弾性表面波
の伝搬速度が４４７５ｍ／ｓ程度であり、また、３６Ｙ
Ｘ−ＬＴを使用した場合も、弾性表面波の伝搬速度が４
１００ｍ／ｓ程度であることから、例えば２.４ＧＨｚ
の高周波に使用できる弾性表面共振器を作るためには、
電極指の幅Ｌがそれぞれ０.４７μｍ，または、０.４
３、０.４７μｍとなり、既存のフォトリソグラフィー
技術で良品率よく実現することは困難である。

【０００６】さらに、通信用弾性表面波装置としては、
上記製造上の問題、電気機械結合係数のほかに挿入損失
が小さいことが要求される。挿入損失は弾性表面波トラ
ンスデューサの最大インピーダンスと最小インピーダン
スの比が３０ｄＢ以上であること望まれる。

【０００７】従って、本発明の目的は、高い周波数で動
作し、既存のフォトリソグラフィー技術を使用を使用し
て良品率が高く実現できる弾性表面装置を実現すること
である。本発明の他の目的は、上記目的を達成すると同
時に、最大インピーダンスと最小インピーダンスの比が
３０ｄＢ以上の挿入損失が少ない弾性表面波装置を提供
することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明はニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ₃）単結
晶、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ₃）単結晶のカッ
ト面特定することにより、伝播速度が５５００ｍ／ｓか
ら６６５０ｍ／ｓの弾性表面波を利用できることを見い
出し、上記２つの単結晶それぞれのカット面特定及び電
極材料、構造を特定することによって上記目的を達成で
きる弾性表面波装置を実現した。すなわち、弾性表面波
装置の圧電性基板がニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ₃）
の場合は、単結晶のＸカット基板で、櫛型電極の方向と
Ｙ軸と成す角度がＹ軸からＺ軸方向にψ度とすると、９
５≦ψ≦１２０とし、単結晶のＸ軸を法線とする面に形
成された櫛型電極の電極膜幅ｈと伝播波長λの比ｈ／λ
を０.０７≦ｈ／λ≦０.０９と設定する。

【０００９】また、弾性表面波装置の圧電性基板がタン
タル酸リチウム（ＬｉＴａＯ₃）単結晶の場合は、単結
晶のＸカット基板で、櫛型電極の方向とＹ軸と成す角度
がＹ軸からＺ軸方向にψ度とすると、（１）１４１≦
ψ≦１６０、かつ０.０９５≦ｈ／λ≦０.１２、（２）
４４≦ψ≦６８且つ０.０８≦ｈ／λ≦０.１０５、特
に好ましくは、５１≦ψ≦６１且つ０.０８５≦ｈ／λ
≦０.１０、また、θ度回転Ｙカット基板において、
（３）１１７≦θ≦１４３、かつ０.０８≦ｈ／λ≦
０.１０５、特に好ましくは、１２３≦θ≦１３７、か
つ０.０９≦ｈ／λ≦０.１０、（４）１７≦θ≦３
３、かつ０.０８５≦ｈ／λ≦０.１０５、（５）１５
９≦θ≦１７７、かつ０.０８５≦ｈ／λ≦０.１２、特
に好ましくは、１６３≦θ≦１７４且つ０.０９≦ｈ／
λ≦０.１１、と設定する。

【００１０】上記本発明の弾性表面波装置によれば、ニ
オブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ₃）単結晶やタンタル酸リ
チウム（ＬｉＴａＯ₃）単結晶で従来知られている弾性
表面波の伝播モードと異ことなる伝播モードの弾性表面
波によって、圧電性基板がニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂ
Ｏ₃）の場合、伝搬速度が６０００ｍ／ｓから６６５０
ｍ／ｓとなり、またタンタル酸リチウム（ＬｉＴａ
Ｏ₃）の場合、伝搬速度が５５００ｍ／ｓから５９００
ｍ／ｓとなり、従来知られていない新しい弾性表面波
(リーキーと略称する)があることが分かる。電極指のピ
ッチは波長と等しく、また、電極指の幅Ｌは波長の１／
４に設定すればよいので、例えば、２.４ＧＨｚの高周
波の信号に使用する弾性表面波装置を構成する場合、電
極指の幅も０.５μｍ以上となり、既存のフォトリソグ
ラフィー技術を使用を使用して良品率が高く実現でき
る。また、上記カット面の角度及び電極指の厚さｈと伝
播波長λの比ｈ／λの範囲では最大インピーダンスと最
小インピーダンスの比が３０ｄＢ以上を実現できる。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明に係る実施の形態を詳細に
説明する。＜実施の形態１＞図１は、本発明による弾性表面波装置
の一実施形態を示す平面図であり、図２は、図１のＡ−
Ａ部の部分断面図である。本実施形態は一開口共振器で
あって、図面に記載された構成は、圧電性基板のカット
面の違いを除いては従来の構成と同じである。即ち、Ｌ
ｉＮｂＯ₃単結晶２の基板平面に、Ａｌを主成分とする
金属膜で櫛形電極１がパターニングされ、櫛型の電極指
１が互いに間挿された２つの電極１Ａ、１Ｂ間に高周波
信号９加えられている。個々の電極指１は、櫛形電極の
膜厚がｈ、幅がＬ、電極指周期がλ（弾性表面波の伝搬
波長と実質同じ）である。隣接する電極指の間は幅Ｓの
空間を設けている。図２において、Ｘ１、Ｘ２及びＸ３
は基板の平面を表し、それぞれ弾性表面波の伝播方向、
Ｘ１に直交し、基板の平面に並行な方向及び基板の平面
及びＸ１に直交する方向を表す。櫛形電極の膜厚ｈは
１.２８μｍ、また電極構造は、電極指幅Ｌ＝λ／４
（λ＝１６.０μｍ）、電極指対数５０対、開口長２５
λである。

【００１２】図３は、実施形態１の基板面及び結晶の座
標系を示す図である。ＬｉＮｂＯ₃単結晶２のＸ軸（図
面の紙面垂直方向）を略法線とする平面、すなわち、Ｌ
ｉＮｂＯ₃単結晶２のＸ軸と図２のＸ３が並行となる。
ここで、Ｘ軸を略法線とするとは、ＬｉＮｂＯ₃単結晶
２のＸ軸と平面の法線とが略一致することであり、Ｌｉ
ＮｂＯ₃単結晶２のＸ軸と平面の法線との成す角度が５
度以内であることをいう。実施形態１における特徴はＬ
ｉＮｂＯ₃単結晶の基板２の結晶方位並び櫛形電極の膜
厚ｈと伝播波長λとの比ｈ／λを以下に述べる理由によ
って一定の範囲９５≦ψ≦１２０且つ０.０７≦ｈ／λ
≦０.０９に設定する。

【００１３】図４は図１の実施例における一開口共振器
にネットワークアナライザにより、周波数１００から５
００ＭＨｚの信号を加えインピーダンスを測定したイン
ピーダンス特性図である。図４から分かるように、共振
周波数３８５ＭＨｚ、反共振周波数４０６ＭＨｚ、その
時のインピーダンスはそれぞれ１.６Ω、４６９Ωであ
り、共振周波数と反共振周波数のインピーダンス比は４
９.５ｄＢと優れた共振特性を示している。弾性表面波
の伝搬速度Ｖは周波数ｆと波長λの積で表されるから、
弾性表面波の共振は、表面波の伝搬速度Ｖに対応する周
波数ｆとλの積が６１６０（３８５ＭＨｚ×１６.０μ
ｍ）ｍ／ｓから６５００（４０６ＭＨｚ×１６.０μ
ｍ）ｍ／ｓの範囲にあることが分かる。このような伝搬
速度Ｖは従来ＬｉＮｂＯ₃単結晶で知られている伝搬速
度Ｖより極めて大きく、特殊な伝播モードの弾性表面波
（リーキー波）によるものである。また、電気機械結合
係数ｋ２は０.１３４となる。

【００１４】図５は、上記実施形態１の構成において、
膜厚ｈと伝播波長λとの比ｈ／λとリーキー波の共振周
波数と反共振周波数のインピーダンス比（｜Ｚ｜ｍａｘ
／｜Ｚ｜ｍｉｎ（ｄＢ））の関係を示す測定結果の特性
図である。図から明らかなように、０.０７≦ｈ／λ≦
０.０９のとき、リーキー波の共振周波数と反共振周波
数のインピーダンス比は、とくに好ましい４０ｄＢより
大きい値を示した。

【００１５】図６は、上記実施例の構成において、０.
０７≦ｈ／λ≦０.０９の範囲に設定し、単結晶のＸカ
ット基板の角度ψ度と共振周波数と反共振周波数のイン
ピーダンス比の関係を示す測定結果を示す。同図より分
かるように、共振周波数と反共振周波数のインピーダン
ス比は９５≦ψ≦１２０の範囲で４０ｄＢより大きな値
を示した。なお、この範囲（０.０７≦ｈ／λ≦０.０
９、９５≦ψ≦１２０）でのリーキー波の共振は６００
０から６６５０ｍ／ｓに発生した。

【００１６】＜実施の形態２＞図１及び図２に示した構
成と同様の一開口共振器の構成において、基板２にＬｉ
ＴａＯ₃単結晶の１３３（θ＝１３３）度回転Ｙカット
面上に、Ａｌを主成分とする金属膜でパターニングさ
れ、電極指周期がλである櫛形電極１を形成した。櫛形
電極の膜厚ｈは１.４７μｍ、また電極構造は、電極指
幅Ｌ＝λ／４（１３.６≦λ≦２６.４μｍ）、電極指対
数５０対、開口長２５λである。

【００１７】櫛形電極１は、図７に示すように、櫛形電
極１の方向はＬｉＴａＯ₃単結晶２のＸ軸に略垂直
（Ｚ’）方向（Ｘ２とＬｉＴａＯ₃単結晶２のＸ軸が平
行）とし、弾性表面波の伝搬方向を略Ｚ’方向としてい
る（１３３ＹＺ’−ＬＴ）。ここで略Ｚ’方向とは、
Ｚ’軸と櫛形電極１の方向又は弾性表面波の伝搬方向が
略同じである事であり、Ｚ’軸と櫛形電極１の方向又は
弾性表面波の伝搬方向の成す角度が５度以内であること
である。すなわち、櫛型電極の方向とＸ軸とのなす角度
ψが、８５≦ψ≦９５とする。

【００１８】図８は実施形態２のｈ／λを若干変更した
複数の一開口共振器についてネットワークアナライザに
より、周波数１００から５００ＭＨｚの信号を加えイン
ピーダンスを測定したインピーダンス特性図である。同
図において、縦軸はインピーダンスの絶対値、横軸は伝
搬速度Ｖ（等価音速は周波数ｆと波長λの積で表すこと
ができる）を示す。同図から分かるように、リーキー波
が最も良好な共振特性を示すｈ／λは、０．０９２であ
り、共振周波数３８５ＭＨｚ、反共振周波数３６３．８
ＭＨｚ、その時のインピーダンスはそれぞれ１.６８
Ω、２５６Ωである。このことから共振周波数と反共振
周波数のインピーダンス比は４９.５ｄＢと優れた共振
特性を示している。弾性表面波の伝搬速度Ｖは周波数ｆ
と波長λの積で表されるから、弾性表面波の共振は、５
５００から５９００ｍ／ｓに発生した。このような伝搬
速度Ｖは従来ＬｉＴａＯ₃単結晶で知られている伝搬速
度Ｖより極めて大きく、特殊な伝搬モードの弾性表面波
（リーキ波）によるものである。図中の数は、電気機械
結合係数ｋ２を表し、０.０６１金近傍のものが得られ
ている。

【００１９】図９は、上記実施形態２の構成において、
膜厚ｈと伝搬波長λとの比ｈ／λとリーキー波の共振周
波数と反共振周波数のインピーダンス比の関係を示す測
定結果を示す。同図から明らかなように、０.０８≦ｈ
／λ≦０.１０５のとき、共振器形フィルタを作製する
にあたり最低限必要なインピーダンス比である３０ｄＢ
より大きい値を示した。特に０.０９≦ｈ／λ≦０.１０
のとき、４０ｄＢと優れた値を示した。

【００２０】図１０は、上記実施形態２の構成におい
て、膜厚ｈと伝搬波長λとの比ｈ／λを０.０９２に
し、基板のカット面の角度θと共振周波数と反共振周波
数のインピーダンス比（｜Ｚ｜ｍａｘ／｜Ｚ｜ｍｉｎ
（ｄＢ））との測定結果を示す。同図から明らかなよう
に、１１７≦θ≦１４３のとき、３０ｄＢより大きい値
を示し、特に、１２３≦θ≦１３７のとき、４０ｄＢと
優れた値を示した。このことは膜厚ｈと伝搬波長λとの
比ｈ／λを上記範囲０.０９ ≦ｈ／λ≦０.１０に設定
した場合にも略同様の結果を得ることができる。

【００２１】＜実施の形態３＞図１及び図２に示した構
成と同様の一開口共振器の構成において、基板２にＬｉ
ＴａＯ₃単結晶の２７（θ＝２７）度回転Ｙカット面
（２７ＹＺ’−ＬＴ）上に、Ａｌを主成分とする金属膜
でパターニングされ、電極指周期がλである櫛形電極１
を形成した。櫛形電極の膜厚ｈは１.５０μｍ、また電
極構造は、電極指幅Ｌ＝λ／４（１３.６≦λ≦２６.４
μｍ）、電極指対数５０対、開口長２５λである。ま
た、櫛型電極の方向とＸ軸とのなす角度ψを８５≦ψ≦
９５とする。実施の形態２と同様の検討を行った結果、
リーキー波の共振は、弾性表面波の伝搬速度Ｖに対応す
る周波数ｆとλの積が５６００から５９００ｍ／ｓに発
生した。

【００２２】図１１は実施形態３のｈ／λを若干変更し
た複数の一開口共振器について膜厚ｈと伝搬波長λとの
比ｈ／λとリーキー波の共振周波数と反共振周波数のイ
ンピーダンス比の関係を示す測定結果を示す。同図から
明らかなように、０.０８５≦ｈ／λ≦０.１０５のと
き、インピーダンス比が３０ｄＢより大きい値を示し
た。

【００２３】図１２は、上記実施形態３の構成におい
て、膜厚ｈと伝搬波長λとの比ｈ／λを０.０９４と
し、基板のカット面の角度θと共振周波数と反共振周波
数のインピーダンス比｜Ｚ｜ｍａｘ／｜Ｚ｜ｍｉｎ（ｄ
Ｂ）との測定結果を示す。同図から明らかなように、１
７≦θ≦３３のとき、３０ｄＢより大きい値を示た。膜
厚ｈと伝搬波長λとの比ｈ／λを上記範囲０.０９ ≦
ｈ／λ≦０.１０に設定した場合にも略同様の結果を得
ることができる。

【００２４】＜実施の形態４＞図１及び図２に示した構
成と同様の一開口共振器の構成において、基板２にＬｉ
ＴａＯ₃単結晶の１６９（θ＝１６９）度回転Ｙカット
面（１６９ＹＺ’−ＬＴ）上にＡｌを主成分とする金属
膜でパターニングされ、電極指周期がλである櫛形電極
１を形成した。櫛形電極の膜厚ｈは１.６７μｍ、また
電極構造は、電極指幅Ｌ＝ λ／４（１３.６≦λ≦
２６.４μｍ）、電極指対数５０対、開口長２５λであ
る。また、櫛型電極の方向とＸ軸とのなす角度ψを８５
≦ψ≦９５とする。実施の形態２と同様の検討を行った
結果、リーキー波の共振は、弾性表面波の伝搬速度Ｖに
対応する周波数ｆとλの積が５３００から５７００ｍ／
ｓに発生した。

【００２５】図１３は、実施形態４のｈ／λを若干変更
した複数の一開口共振器について膜厚ｈと伝搬波長λと
の比ｈ／λとリーキー波の共振周波数と反共振周波数の
インピーダンス比の関係を示す測定結果を示す。同図か
ら明らかなように、０.０８５≦ｈ／λ≦０.１２のと
き、インピーダンス比が３０ｄＢより大きい値を示し
た。特に０.０９≦ｈ／λ≦０.１１のとき、４０ｄＢと
優れた値を示した。

【００２６】図１４は、上記実施形態４の構成におい
て、膜厚ｈと伝搬波長λとの比ｈ／λを０.１０４と
し、基板のカット面の角度θと共振周波数と反共振周波
数のインピーダンス比｜Ｚ｜ｍａｘ／｜Ｚ｜ｍｉｎ（ｄ
Ｂ）との測定結果を示す。同図から明らかなように、１
５９≦θ≦１７７のとき、３０ｄＢより大きい値を示
し、特に１６３≦θ≦１７４のとき、４０ｄＢより大き
い値を示した。膜厚ｈと伝搬波長λとの比ｈ／λを上記
範囲０.０９ ≦ｈ／λ≦０.１１に設定した場合にも略
同様の結果を得ることができる。

【００２７】＜実施の形態５＞図１及び図２に示した構
成と同様の一開口共振器の構成において、基板２に図１
５に示すカット面をのＬｉＴａＯ₃単結晶を用いた。Ｌ
ｉＴａＯ₃単結晶２のＸ軸を略法線とする平面（ＬｉＴ
ａＯ₃単結晶２のＸ軸と図２のＸ３が平行又は反平行）
上に櫛形電極１を形成した。弾性表面波の伝搬方向ψは
ＬｉＴａＯ₃単結晶２の＋Ｙ軸と弾性表面波の成す角度
を＋Ｙ軸から＋Ｚ軸方向に計る（Ｘ−ψＹＬＴ）。ここ
でＸ軸を略法線とするとは、ＬｉＴａＯ₃単結晶２のＸ
軸と平面の法線が略一致する事であり、ＬｉＴａＯ₃単
結晶２のＸ軸と平面の法線との成す角度が５度以内であ
る事をいう。

【００２８】ψ＝１５０近傍（Ｘ−１５０ＹＬＴ）に櫛
形電極を形成し、前記実施形態と同様の検討を行った結
果、リーキー波の共振は、弾性表面波の伝搬速度Ｖに対
応する周波数ｆとλの積が５０００から５４００ｍ／ｓ
に発生した。

【００２９】リーキー波の共振周波数と反共振周波数の
インピーダンス比は、図１６に示すように、０.０９５
≦ｈ／λ≦０.１２のとき、３０ｄＢより大きい値を示
した。また図１７に示すように、１４１≦ψ≦１６０の
とき、３０ｄＢより大きい値を示した。膜厚ｈと伝搬波
長λとの比ｈ／λを上記範囲０.０９５≦ｈ／λ≦０.１
２に設定した場合にも略同様の結果を得ることができ
る。

【００３０】＜実施の形態６＞図１及び図２に示した構
成と同様の一開口共振器の構成において、基板２に、Ｌ
ｉＴａＯ₃単結晶にψ＝５６近傍（Ｘ−５６ＹＬＴ）に
櫛形電極を形成し、同様の検討を行った結果、リーキー
波の共振は、弾性表面波の伝搬速度Ｖに対応する周波数
ｆとλの積が５５００から５９００ｍ／ｓに発生した。

【００３１】リーキー波の共振周波数と反共振周波数の
インピーダンス比は、図１８に示すように、０.０８≦
ｈ／λ≦０.１０５のとき、３０ｄＢより大きい値を示
した。特に０.０８５≦ｈ／λ≦０.１０のとき、４０ｄ
Ｂと優れた値を示した。また、図１９に示すように、ｈ
／λを０．９１としたとき、４４≦ψ≦６８のとき、３
０ｄＢより大きい値を示し、特に、５１≦ψ≦６１のと
き、４０ｄＢと優れた値を示した。膜厚ｈと伝搬波長λ
との比ｈ／λを上記範囲０.０８５≦ｈ／λ≦０.１０に
設定した場合にも略同様の結果を得ることができる。

【００３２】図２０は上記実施の形態に示した一開口共
振器を用いて作製したハイパスフィルタの回路図であ
る。ＬｉＴａＯ₃単結晶２の１２８度回転Ｙカット面上
に、Ａｌ金属膜でパターニングされた櫛形電極１を形製
している。櫛形電極１の方向はＸ軸に垂直（Ｚ’）方向
とし、弾性表面波の伝搬方向もＺ’にしている。櫛形電
極１の膜厚ｈは１.４７μｍ、また電極構造は、電極指
幅Ｌ＝λ／４（λ＝１６.０μｍ）、電極指対数５０
本、開口長２５λである。

【００３３】図２１は上記ハイパスフィルタの実施例の
周波数とインピーダンスの関係を示す測定結果を示す特
性図である。同図から、共振周波数３５３.３２ＭＨ
ｚ、反共振周波数３６２.１６ＭＨｚ、その時のインピ
ーダンスはそれぞれ２.０６Ω、２９５.０３Ωであるこ
とが分かる。この事から伝搬速度は５６５３から５７９
５ｍ／ｓ、ｋ２＝０.０６２、共振周波数と反共振周波
数のインピーダンス比は４３.１ｄＢと優れた共振特性
を示している。

【００３４】図２２は上記ハイパスフィルタの実施例の
フィルタ特性を示す図である。同図から、最小挿入損失
０.６８ｄＢ、最大減衰量２３ｄＢと急峻で低損失高減
衰量なハイパスフィルタ特性が実現されているいること
が分かる。

【００３５】上記実施の形態では、主として一開口共振
器について説明したが、本発明の弾性表面波装置は上述
の実施の形態に限定されるものではなく、電極指の間隔
の異なった複数の弾性表面波フィルタ複数個を図２３の
ように複数個電気的に複数並列又は直列に接続すること
により、様々な周波数特性を有する共振器形のフィルタ
を作ることができる。また同一圧電基板上に、複数の共
振器を作製することでも様々な周波数特性を有するフィ
ルタを作ることができる。

【００３６】また、複数個のトランスデューサを弾性的
に接続することにより、通過形のフィルタを作ることが
できる。このとき、電気エネルギーを弾性エネルギーに
変換するトランスデューサと、弾性エネルギーを電気エ
ネルギーに変換するトランスデューサが弾性的に接続さ
れている。このとき、各トランスデューサを本発明によ
るトランスデューサで構成することにより、同様の効果
が得られることは明らかである。

【００３７】更に上記実施の形態は、数百ＭＨｚで動作
する弾性表面波装置の例について説明したが、伝搬速度
５０００ｍ／ｓ以上であるので、２ＧＨｚ以上で動作す
る弾性表面は装置を既存のリソグラフィー技術を使用し
て良品率よく製造することができる。

【００３８】さらに、電極指幅がλ／４以外のものも本
発明の効果があることは明らかである。また櫛形電極指
の構成も、間引き、アポタイズ等の重み付けされた櫛形
電極を有するものでもよい。弾性表面波を用いた装置で
は、結晶の対称性から、θ度回転Ｙカットとθ＋１８０
度回転Ｙカットは全く等価であるから、θをθ＋１８０
に置き換えても、同意味であることは明らかである。ま
た、Ｘ−ψＹＬＮとＸ−ψ＋１８０ＹＬＮは全く等価で
あるから、ψをψ＋１８０に置き換えても、同意味であ
ることは明らかである。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
Ｘカットのニオブ酸リチウム単結晶上、あるいはθ度回
転Ｙカット又はＸカットのタンタル酸リチウム単結晶上
に上記櫛型電極を形成することにより、高周波用弾性表
面波装置を作製する事ができる。例えば、２.４ＧＨｚ
帯の弾性表面波装置を作製するには、従来は線幅０.４
７μｍの微細加工が必要であったが、本発明によれば、
弾性表面波の伝搬速度が大きいので、線幅０.５４ｍｍ
以上の加工精度で十分であり、フォトリソグラフィは従
来のｉ線縮小露光で作製する事ができる。また最小加工
寸法が大きくなることにより、歩留まりが向上するた
め、弾性表面波装置の値段を下げる事ができる。また、
本発明によれば、共振周波数と反共振周波数のインピー
ダンス比が大きいため、Ｑ値の高い弾性表面波装置を実
現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明が施される弾性表面波装置の一実施形態
における弾性表面波一開口共振器の平面図

【図２】図１のＡ−Ａ’部分の断面図

【図３】本発明の実施形態１におけるＸカットＺ’伝搬
基板の座標系を示した図

【図４】本発明の実施形態１におけるインピーダンス特
性図

【図５】本発明の実施形態１における一開口共振器の共
振周波数と反共振周波数のインピーダンス比の電極膜厚
依存性を示した特性図

【図６】本発明の実施形態１における一開口共振器の共
振周波数と反共振周波数のインピーダンス比のカット角
θ依存性を示した特性図

【図７】本発明の実施形態２におけるθ回転Ｙカット
Ｚ’伝搬基板の座標系を示した図

【図８】本発明の実施形態２におけるインピーダンス特
性図

【図９】本発明の実施形態２における一開口共振器の共
振周波数と反共振周波数のインピーダンス比の電極膜厚
依存性を示した特性図

【図１０】本発明の実施形態２における一開口共振器の
共振周波数と反共振周波数のインピーダンス比のカット
角θ依存性を示した特性図

【図１１】本発明の実施形態３における一開口共振器の
共振周波数と反共振周波数のインピーダンス比の電極膜
厚依存性を示した特性図

【図１２】本発明の実施形態３における一開口共振器の
共振周波数と反共振周波数のインピーダンス比のカット
角θ依存性を示した特性図

【図１３】本発明の実施形態４における一開口共振器の
共振周波数と反共振周波数のインピーダンス比の電極膜
厚依存性を示した特性図

【図１４】本発明の実施形態４における一開口共振器の
共振周波数と反共振周波数のインピーダンス比のカット
角θ依存性を示した特性図

【図１５】本発明の実施形態５におけるＸカットＺ’伝
搬基板の座標系を示した図

【図１６】本発明の実施形態５における一開口共振器の
共振周波数と反共振周波数のインピーダンス比の電極膜
厚依存性を示した特性図

【図１７】本発明の実施形態５における一開口共振器の
共振周波数と反共振周波数のインピーダンス比のカット
角ψ依存性を示した特性図

【図１８】本発明の実施形態６における一開口共振器の
共振周波数と反共振周波数のインピーダンス比の電極膜
厚依存性を示した特性図

【図１９】本発明の実施形態５における一開口共振器の
共振周波数と反共振周波数のインピーダンス比のカット
角ψ依存性を示した特性図

【図２０】本発明による弾性表面波トランスデューサを
用いた一開口共振器をハイパスフィルタの回路図

【図２１】図２０のハイパスフィルタのインピーダンス
特性図

【図２２】図２０のハイパスフィルタのフィルタ特性図

【図２３】本発明による弾性表面波トランスデューサを
用いた一開口共振器をバンドパスフィルタに用いたとき
の回路図

【符号の説明】

１…櫛形電極、２…単結晶の基板、３…本発明による弾
性表面波トランスデューサを用いた一開口共振器、４…
高周波信号。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者田窪千咲紀東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地株式会社日立製作所中央研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ニオブ酸リチウム単結晶からなる基板の一
平面上に櫛型電極が形成された弾性表面波トランスデュ
ーサを有し、上記平面がニオブ酸リチウム単結晶のＸ軸
を法線とする面であり、上記櫛型電極の方向とＹ軸との
なす角がＹ軸からＺ軸方向にψで、９５≦ψ≦１２０に
設定され、伝搬速度が６０００ｍ／ｓから６５００ｍ／
ｓの弾性表面波を用いた弾性表面波トランスデューサを
具備することを特徴とする弾性表面波装置。
【請求項２】請求項１の弾性表面波装置において、櫛形
電極の主成分がアルミニウムであり、櫛形電極の厚さを
ｈ、櫛形電極の電極指周期をλとしたとき、０.０７≦
ｈ／λ≦０.０９と設定したことを特徴とする弾性表面
波装置。
【請求項３】タンタル酸リチウム単結晶からなる基板の
一平面上に櫛型電極が形成された弾性表面波トランスデ
ューサを有し、上記平面がタンタル酸リチウム単結晶の
Ｙ軸からＺ軸方向にθ度回転させた方向を法線とする面
であり、上記櫛型電極の方向がＸ軸と成す角度がψ度で
り、１１７≦θ≦１４３、８５≦ψ≦９５と設定され、
伝搬速度が５５００ｍ／ｓから５９００ｍ／ｓの弾性表
面波を用いた弾性表面波トランスデューサを具備するこ
とを特徴とする弾性表面波装置。
【請求項４】請求項３記載の弾性表面波装置において、
櫛形電極の主成分がアルミニウムであり、櫛形電極の厚
さをｈ、櫛形電極の電極指周期をλとしたとき、０.０
８≦ｈ／λ≦０.１０５と設定したことを特徴とする弾
性表面波装置。
【請求項５】請求項４記載の弾性表面波装置において、
１２３≦θ≦１３７、０.０９≦ｈ／λ≦０.１０に設定
したことを特徴とする弾性表面波装置。
【請求項６】タンタル酸リチウム単結晶からなる基板の
一平面上に櫛型電極で形成された弾性表面波トランスデ
ューサを有し、上記平面がタンタル酸リチウム単結晶の
Ｙ軸からＺ軸方向にθ度回転させた方向を法線とする面
であり、上記櫛型電極の方向がＸ軸と成す角度がψ度で
あり、１７≦θ≦３３、８５≦ψ≦９５と設定され、伝
搬速度が５６００ｍ／ｓから５９００ｍ／ｓの弾性表面
波を用いた弾性表面波トランスデューサを具備すること
を特徴とする弾性表面波装置。
【請求項７】請求項６記載の弾性表面波装置において、
上記櫛形電極の主成分がアルミニウムであり、櫛形電極
の厚さをｈ、櫛形電極の電極指周期をλとしたとき、
０.０８５≦ｈ／λ≦０.１０５と設定したことを特徴と
する弾性表面波装置。
【請求項８】タンタル酸リチウム単結晶からなる基板の
一平面上に櫛型電極で形成された弾性表面波トランスデ
ューサを有し、上記平面がタンタル酸リチウム単結晶の
Ｙ軸からＺ軸方向にθ度回転させた方向を法線とする面
であり、櫛型電極の方向がＸ軸と成す角度がψ度である
弾性表面波装置において、１５９≦θ≦１７７、伝搬速
度が５３００ｍ／ｓから５７００ｍ／ｓの弾性表面波を
用いた弾性表面波トランスデューサを具備することを特
徴とする弾性表面波装置。
【請求項９】請求項８記載の弾性表面波装置において、
櫛形電極の主成分がアルミニウムであり、櫛形電極の厚
さをｈ、櫛形電極の電極指周期をλとしたとき、０.０
８５≦ｈ／λ≦０.１２に設定したことを特徴とする弾
性表面波装置。
【請求項１０】請求項９記載の弾性表面波装置におい
て、１６３≦θ≦１７４、０.０９≦ｈ／λ≦０.１１に
設定したことを特徴とする弾性表面波装置。
【請求項１１】タンタル酸リチウム単結晶からなる基板
の一平面上に櫛型電極が形成された弾性表面波トランス
デューサを有し、上記平面がタンタル酸リチウム単結晶
のＸ軸を法線とする面であり、櫛型電極の方向とＹ軸と
成す角度がＹ軸からＺ軸方向にψ度である弾性表面波装
置において、１４１≦ψ≦１６０と設定され、伝搬速度
が５０００ｍ／ｓから５４００ｍ／ｓの弾性表面波を用
いた弾性表面波トランスデューサを具備することを特徴
とする弾性表面波装置。
【請求項１２】請求項１１記載の弾性表面波装置におい
て、上記櫛形電極の主成分がアルミニウムであり、櫛形
電極の厚さをｈ、櫛形電極の電極指周期をλとしたと
き、０.０９５≦ｈ／λ≦０.１２に設定したことを特徴
とする弾性表面波装置。
【請求項１３】タンタル酸リチウム単結晶からなる基板
の一平面上に櫛型電極で形成された弾性表面波トランス
デューサを有し、上記平面がタンタル酸リチウム単結晶
のＸ軸を法線とする面であり、該櫛型電極の方向とＹ軸
と成す角度がＹ軸からＺ軸方向にψ度である弾性表面波
装置において、４４≦ψ≦６８と設定し、伝搬速度が５
５００ｍ／ｓから５９００ｍ／ｓの弾性表面波を用いた
弾性表面波トランスデューサを具備することを特徴とす
る弾性表面波装置。
【請求項１４】請求項１３の弾性表面波装置において、
櫛形電極の主成分がアルミニウムであり、櫛形電極の厚
さをｈ、櫛形電極の電極指周期をλとしたとき、０.０
８≦ｈ／λ≦０.１０５と設定したことを特徴とする弾
性表面波装置。
【請求項１５】請求項１４の弾性表面波装置において、
５１≦ψ≦６１、０.０８５≦ｈ／λ≦０.１０と設定し
たことを特徴とする弾性表面波装置。