JPH10502237A

JPH10502237A - ＫＴｉＯＰＯ▲下４▼及びその類似体における表面スキムバルク波の生成

Info

Publication number: JPH10502237A
Application number: JP8503271A
Authority: JP
Inventors: デイビツド・コ−タイチユ，
Original assignee: イー・アイ・デユポン・ドウ・ヌムール・アンド・カンパニー
Priority date: 1994-06-27
Filing date: 1995-06-19
Publication date: 1998-02-24
Also published as: WO1996000464A1; US5448125A; CN1151807A; KR970704268A; EP0767990A1

Abstract

(57)【要約】表面スキムバルク波（ＳＳＢＷ）の生成により高周波信号を制御するためのデバイスを開示する。本デバイスは、（ａ）ｍｍ２結晶対称性及び平面カットされた表面を有するＭＴｉＯＸＯ₄バルク結晶基板（Ｍは、Ｋ、Ｒｂ、Ｔｌ、Ｃｓ及び／又はＮＨ₄であり、Ｘは、Ｐ及び／又はＡｓである）と、（ｂ）該基板表面の信号受信領域に被覆されており、該基板内において約４２００ｍ／秒から７０００ｍ／秒の速度をもつインプレーン偏光の表面スキムバルク波を逆圧電生成するために適し、かつ電気信号源への接続に適する入力インターデジタルトランスデューサー（ＩＤＴ）と、（ｃ）前記表面スキムバルク波から電気出力信号を圧電的に生成するために適しており、該基板表面の信号発信領域に被覆された第二のＩＤＴと、（ｄ）該第二のＩＤＴに動作接続され、かつ該電気出力信号に応答する電気信号応答デバイスを含む。また、電気信号の周波数の制御方法も開示する。この制御方法の一つは、該信号をＭＴｉＯＸＯ₄基板内のＳＳＢＷに圧電的に変換することと、前記基板からＳＳＢＷを圧電的に検知することであり、もう一つは流体と接するＭＴｉＯＸＯ₄基板において入力電気信号をＳＳＢＷへ圧電的に変換し、該流体を通過したＳＳＢＷを該基板から圧電的に検知する流体検出方法である。

Description

【発明の詳細な説明】ＫＴｉＯＰＯ₄及びその類似体における表面スキムバルク波の生成産業上の利用分野本発明は、結晶質材料を用いた弾性波の生成に関し、特にＫＴｉＯＰＯ４及びその類似体を利用した弾性波の生成に関する。発明の背景レイリー波としても知られる表面弾性波（即ち「ＳＡＷ」）は、十九世紀の中頃から知られていた。しかし、電子デバイスへの応用のためＳＡＷの伝搬現象が最初に開発されたのは最近になってからである。一般に、本技術分野において知られる弾性波デバイスは、伝導材料を所定のパターンで被覆した基板から成っている。このパターン化された伝導材料は、インターデジタルトランスデューサー（すなわち「ＩＤＴ」）として知られている。Ｒ．Ｍ．ホワイト等による、「Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．」第七巻Ｎｏ．１２頁３１４−３１６（１９６５年１２月１５日）では、圧電表面における表面弾性波の生成と検知に有効な技術としてのＩＤＴの利用を記述している。ＩＤＴを電気的入力へ適切に接続すると、結晶の屈折率を音響光学応用の必要に応じて変化させることが可能となる（Ｋ．Ｓ．Ｂｕｒｉｔｓｋｉｉ等の「Ｓｏｖ．ＴｅｃｈＰｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．」１７（８）頁５６３−５６５（１９９１年）、及びＬ．Ｋｕｎｎ等の「Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．」１７（６）頁２６５−２６７（１９７０年）等を参照）。その他の応用例としては、基板表面の一端のＩＤＴを周波数波源（例えば、テレビのアンテナ（無線周波数））に接続し、基板表面の他端のＩＤＴを所定の周波数（例えばテレビの特定のチャンネルの無線周波数）を受信するよう設計したデバイスに接続する。ＩＤＴの設計（即ち特定の型の基板表面上の伝導材料のパターン）によって、周波数の制御方法（例えばどのチャンネルを受信するか）が決定される。ある結晶内で生成される弾性波のタイプは、その結晶の圧電弾性誘電（即ちＰＥＤ）マトリクスに依存し、このＰＥＤマトリクスは結晶構造に依存する。言い換えれば、全ての材料がＳＡＷの生成に適している訳ではないし、ＳＡＷの生成に適した材料が他のタイプの弾性波の生成にも適するとは限らない。基板の特性（例えば結晶構造、結晶がカットされる軸、伝搬方向）が、生成される弾性波のタイプや制御のメカニズム、及びどの程度の高さの周波数が制御可能かを決定することになる。受信した無線周波数の制御をＳＡＷの生成により行うことが可能な基板を用いた無線周波数制御デバイスが本技術分野において知られている。例えば、Ｒ．Ｓ．Ｗａｇｅｒｓ等の「音波及び超音波のＩＥＥＥ会報」ＳＵ−３１巻Ｎｏ．３頁１６８−１７４（１９８４年５月）では、ニオブ酸リチウムに基づいたＳＡＷデバイスを開示している。これらのＳＡＷデバイスでは、無線周波数源に接続したＩＤＴが生成したＳＡＷは、Ｙカットされたニオブ酸リチウムの結晶中を毎秒約３５００メートルの速さで伝搬する。この性質により、従来のテレビ等の無線周波数の制御装置としてこれらのＳＡＷデバイスを活用することが可能となった。ＳＡＷ以外の弾性波もバルク結晶において生成され得る。例えば、Ｂｌｅｕｓｔｅｉｎ−Ｇｕｌｙａｅｖ波（即ちＢＧ波）は、６ｍｍあるいはｍｍ２の結晶対称性を有する結晶中に存在することが数学的に仮定され、実験で証明されている（例えば、Ｊ．Ｌ．Ｂｌｅｕｓｔｅｉｎ「Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．」第１３巻Ｎｏ．１２頁４１２−４１３（１９６８年１２月１５日）、Ｃ．−Ｃ．Ｔｓｅｎｇ「Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．」第１６巻Ｎｏ．６頁２５３−２５５（１９７０年３月１５日）参照）。また、表面スキムバルク波（即ちＳＳＢＷ）は結晶の表面を伝搬し、その一部は結晶の深さ方向にも徐々に伝搬することが示されている。このような波（ＳＳＢＷ及びＢＧ波）は一般的に、従来の表面弾性波よりも速く伝搬する。ＳＳＢＷはタンタル酸リチウムでは毎秒約４１００メートル、ニオブ酸リチウムでは毎秒約５１００メートルの速さで生成される（ＭｅｉｒｉｏｎＬｅｗｉｓ等「１９７７年超音波シンポジウム記録」ＩＥＥＥカタログＮｏ．７７ＣＨ１２６４−１ＳＵ頁７４４−７５２参照）。Ｂ−Ｇ波は、Ｂｉ₁₂ＧｅＯ₂₉（即ち「ＢＧＯ」）では１６９４ｍ／秒、及びＢａ₂ＮａＮｂ₅Ｏ₁₅（即ち「ＢＮＮ」）では３６２７ｍ／秒の速度をもつことが知られている（Ｃ．−Ｃ．Ｔｓｅｎｇ「Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．」第１６巻Ｎｏ．６頁２５３−２５５（１９７０年３月１５日）参照）。カリウムチタニル燐酸（即ち「ＫＴＰ」（ｐｏｔａｓｓｉｕｍｔｉｔａｎｙｌｐｈｏｓｐｈａｔｅ））結晶は、高い非線形光学係数を有し、光学的破壊への耐性も高いことが広く知られているので、ルビジウム置換されたＫＴＰのＳＡＷ特性の、音響光学デバイスへの利用に関する研究が行われてきた。Ｋ．Ｓ．Ｂｕｒｉｔｓｋｉｉ等の、「ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＬｅｔｔｅｒｓ」第２７巻Ｎｏ．２１頁１８９６−１８９７（１９９１年１０月１０日）では、ＳＡＷのＲｂ：ＫＴＰ（即ち、ＫＴＰの単結晶の表面においてＲｂイオン置換によって形成されたスラブ状導波路）における励起について論議されている。この導波路で生成されるＳＡＷの速度は、毎秒約３９００メートルであった。Ｂｕｒｉｔｓｋｉｉ等の、「Ｓｏｖ．Ｔｅｃｈ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．」第１７巻Ｎｏ．８頁５６３−５６５（１９９１年８月）では、Ｒｂ：ＫＴＰ導波路を用いたプラナー音響光学変調器の作製について考察されている。ＫＴＰにおけるＳＡＷの生成、並びにＫＴＰにおけるＢＧ波生成のドメイン構造の効果については、ＰＣＴ国際出願番号ＷＯ９４／０３９７２に開示されている。周波数制御を必要とするデバイスが増加しかつ複雑化するに伴い、マイクロ波ジェネレータやハイビジョンテレビ等に必要な高周波数の制御への要望も高まっている。近年、携帯電話の利用数の増加により携帯電話での高周波数領域の使用が許可されたことによって、大量の高周波信号を搬送するための、高周波数かつ十分に高い帯域で動作する装置への需要が高まっている（例えば、Ｎ．Ｊ．Ｃｏｌｍｅｎａｒｅｓ、「ＩＥＥＥスペクトラム」頁３９−４６（１９９４年５月）参照）。さらに、ある一定の応用、例えば音響デバイスを用いた液体検出等については、ＳＡＷ波は信号損失が高いので十分ではないと考えられている。発明の要約本発明は、ＭＴｉＯＸＯ₄のバルク結晶基板における表面スキムバルク波（ＳＳＢＷ）の生成を含む。ここでＭは、Ｋ、Ｒｂ、Ｔｌ、Ｃｓ、ＮＨ₄及びこれらの混合物から成るグループより選択され、Ｘは、Ｐ、Ａｓ及びこれらの混合物から成るグループより選択される。また、ＭＴｉＯＸＯ₄の結晶基板（例えばＫＴＰ）はｍｍ２結晶対称性を有する。具体的には、本発明は表面スキムバルク波の生成による高周波信号を制御するデバイスを提供し、本デバイスは、（ａ）受信領域及び送信領域を有する平面カットされた表面を有する前記ＭＴｉＯＸＯ₄バルク結晶基板と、（ｂ）前記基板表面の信号受信領域に被覆されており、前記バルク結晶基板内において約４２００ｍ／秒から７０００ｍ／秒の速度をもつインプレーン偏光の表面スキムバルク波を逆圧電生成するために適し、かつ電気信号源への接続に適する入力インターデジタルトランスデューサーと、（ｃ）前記表面スキムバルク波から電気出力信号を圧電的に生成するために適しており、前記基板表面の信号発信領域に被覆された第二のインターデジタルトランスデューサーと、（ｄ）前記第二のインターデジタルトランスデューサーに動作接続され、かつ前記電気出力信号に応答する電気信号応答デバイスを具備している。本発明はさらに、電気信号の周波数の制御方法を提供する。この制御方法は、前記信号をＭＴｉＯＸＯ₄基板で前記ＳＳＢＷに圧電的に変換し、前記基板から前記ＳＳＢＷを圧電的に検知することにより行われる。本発明はさらに流体検出方法を提供する。この検出方法は、前記流体と接するＭＴｉＯＸＯ₄基板において入力電気信号を前記ＳＳＢＷへ圧電的に変換し、前記基板から前記流体を通過したＳＳＢＷを検知することを含む。図面の簡単な説明図１は、本発明のバルク結晶性ＭＴｉＯＸＯ₄による周波数制御デバイスの概略図である。図２は、バルク結晶性基板を使用した周波数制御デバイスのＩＤＴと基板の概略断面図である。図３は、本発明による液体検出デバイスの概略図である。図４は、図３のデバイスの断面４−４における断面図である。図５（ａ）は、信号受信端ＩＤＴを含むＩＤＴの構成の概略図であり、図５（ｂ）は信号送信端ＩＤＴを含むＩＤＴの構成の概略図である。図面の詳細説明本発明の実施に適するＭＴｉＯＸＯ₄結晶基板（ここでＭはＫ、Ｒｂ、Ｔｌ及び／又はＮＨ₄であり、ＸはＰ及び／又はＡｓである）は、本技術分野において周知の各種方法を用いてｍｍ２結晶対称性において製造される。２つの基本的な方法が一般に用いられているが、一つは水熱法（例えば、米国特許番号５、０６６、３５６参照）として、もう一つはフラックス法（例えば、米国特許番号４、２３１、８３８参照）として知られている。数多くのＭＴｉＯＸＯ₄の類似体の中でもＫＴｉＯＰＯ₄が好ましい。結晶基板は、結晶対称性がｍｍ２であれば、単結晶あるいは結晶性薄膜の形体でもよい。結晶基板は、ＳＳＢＷが平らな表面に沿って伝搬されるようにプラナーカットを有する必要がある。例えば、結晶基板をＸ軸に沿ってカットすると、ＳＳＢＷはｚ方向に伝搬される。ＫＴＰ等のＭＴｉＯＸＯ₄のバルク結晶基板を、弾性波の生成のために使用されるＩＤＴの周期（ｐｅｒｉｏｄ）と対応する波長のＳＳＢＷを生成するために用いてもよい。結晶基板において生成される波のタイプは、結晶構造によって基本的に決定される。例えば、バルク結晶におけるＳＡＷ及びＢＧ波は、特定の結晶構造（例えば、ｚカットされたＭＴｉＯＸＯ₄に共通するｍｍ２結晶対称）においてのみ生成できる。ＳＡＷは、ルビジウム等のイオンドーパントのないｚカットされたＭＴｉＯＸＯ₄基板上で直接生成することが可能である。Ｂ−Ｇ波もまた、ｘカット又はｙカットされた基板上でｚ軸に沿った伝搬に伴い生成され得る。Ｂ−Ｇ波はバルク弾性波であるため、ＢＧ波のバルク結合係数（材料がどの程度の効率で電気的エネルギーから弾性エネルギーへ変換するかを示す物性指数である）は非常に高くなり得る（概算で約２０％、即ち水晶の表面結合係数の約４０倍）（Ｄ．Ｋ．Ｔ．Ｃｈｕ「博士号学位論文」頁５７−６４、デラウエア大学電気工学部（１９９１年）参照）。また、この学位論文では速度も非常に速いことが報告されている（報告では約４１００ｍ／秒）。本発明は、結晶がプラナーカットされていて波が平面に沿って伝搬する場合、さらに高速でより深部に透過する弾性波をＭＴｉＯＸＯ₄において生成することが可能であるという発見も含んでいる。例えばＫＰＴでは、ｙｚ平面におけるｚ軸に沿って約６０３０ｍ／秒の速度（即ちＳＡＷ又はＢＧの約１．６倍の速さ）でＳＳＢＷが生成される。本発明により生成されるＳＳＢＷは、結晶基板への深い透過性と、振動のインプレーン表面モード（即ち結晶格子原子が波の伝搬方向と同一平面において振動する）とを特徴とする。従って、本発明により生成されるＳＳＢＷは、ＳＡＷあるいはＢＧのいづれよりも高速かつかなり高い電気力学的結合係数を呈する。これらのデバイスは、とりわけ低いマイクロ波領域（例えば９００ＭＨｚから２４００ＭＨｚ）における遠距離通信の周波数のフィルタリング及び制御に特に適していると考えられている。さらに、ＳＳＢＷにとって結晶構造内の原子の振動は伝搬平面内にあるので（即ち基板の表面に対して垂直にではなく平行である）、振動する結晶の表面が蒸気や液体等の流体と接すると、エネルギー損失はそのような接触におけるインプレーン表面効果とより密接に相関を成し得る。この特性により、本発明のＳＳＢＷデバイスが、生物学的液体検出へ応用する圧電基板に適したものとなる。また、このＳＳＢＷの深い結晶透過性によって、薄い（例えば厚さ約０．１ｍｍから２ｍｍ）結晶基板の場合、液体と接触している面と同様に裏面の液体検出も可能となる。インターデジタルトランスデューサーは、結晶基板の表面に従来のリソグラフ技術を用いて被覆させることができる。従来のリソグラフ技術については、Ｈ．Ｉ．Ｓｍｉｔｈの「弾性表面波」表面波デバイスの作製技術、頁３０５−３２４、Ｓｐｒｉｎｇｅｒ−Ｖｅｒｌａｇ、ベルリンハイデルベルグ、ニューヨーク（１９７８年）に記述がある。所望のパターンをＭＴｉＯＸＯ₄基板上に得るため、以下の方法を用いることが可能である。（１）ｘカットされたＭＴｉＯＸＯ₄ 基板を用意する、（２）基板を研磨し、半波長（通常約０．３μｍの平面変動）よりも高精度の平面を形成する、（３）電子ビーム蒸着装置を用いて、通常厚さ約１０００Åのチタニウム等の金属フィルムの伝導材料を結晶基板上に蒸着させる、（４）ポジのフォトレジスト（例えば、フォトポリマー）を基板上にスピンコーティングし、使用するフォトレジストに適した温度及び時間で軟焼（前焼）を行う、（５）事前に設計されたフォトマスクを位置合わせし、所望の解像度を得るために必要な時間露光する、（６）使用するフォトレジストに適した時間及び温度で硬焼（後焼）を行う、（７）適切な現像剤を用いて露光したフォトレジストを現像する、（８）フォトレジストでカバーされていない領域からチタンをエッチングによって取除く、（９）特定の除去剤（例えば、アセトン）を用いて露光されなかったフォトレジストを除去する。これらの処理工程の後に、ヒューレットパッカード社の８７５３Ｃ等の市販利用可能なネットワーク解析器を用いてデバイスの性能を解析することができる。ＩＤＴに対し選択されたパターンにより、どのように周波数が制御されるかが決定される。弾性波デバイスの動作周波数は、次の等式により求められる。ｆ＝ｖ／λ（ここでｖはデバイスにおいてＩＤＴにより生成される弾性波の速度であり、λはデバイスにおいてＩＤＴにより生成される弾性波の波長である）。従来、弾性波の波長はＩＤＴのパターンにより決定されていた。波の伝搬方向におけるＩＤＴ「フィンガ」の幅が狭いほど、デバイスにおいてＩＤＴにより生成される弾性波の波長は短くなり、つまり動作周波数が高くなる。しかし、実際にＩＤＴフィンガの幅をどれだけ小さくできるかについては、紫外線、電子ビーム又はｘ線等の露光光源の非回折限界により制限される。結果として、本発明のＳＳＢＷの高速性により、非常に幅の狭いＩＤＴフィンガを必要とすることなく、直接的な方法によってデバイス製造が可能となる。さらに、本発明で用いたＳＳＢＷはインプレーン偏光された波であり、一方、約７０００ｍ／秒以上の速度を有するバルク弾性波は、通常結晶の厚み方向をも通して伝搬し、大きなアウトプレーン伝搬成分を有する。このように、約７０００ｍ／秒以上の速度を有する波は、高周波電気信号を確実に生成するためには実用的ではない。本発明の高周波信号の制御デバイスは、電気信号源及び／又は電気信号応答デバイスへの本デバイスの接続を容易にするコネクターを含む場合もある。インターデジタルトランスデューサーと高周波信号又は信号応答デバイスとの間の接続には、金属導線等の従来の伝導材料が通常使用される。研究目的では、マイクロ波プローブヘッド（ＣａｓｃａｄｅＭｉｃｒｏｔｅｃｈＳＮ１７３０７、ＣａｓｃａｄｅＭｉｃｒｏｔｅｃｈ社、私書箱１５８９、オレゴン州Ｂｅａｖｅｒｔｏｎ、９７０５７−１５８９）を導線の代わりに用いてネットワーク解析器から生成される電気信号を受信し、その信号を第一のＩＤＴに入力しＳＳＢＷを励起させ、もう一つのプローブヘッドを基板表面の信号端において用い、ネットワーク解析器への出力を受けるようＳＳＢＷを方向付けし、本デバイスの透過特性を分析することを可能とする。本発明で使用するのに適した電気信号応答デバイスは、携帯電話の周波数制御要素を含む（例えば約９００ＭＨｚから２４００ＭＨｚの帯域幅内で動作する要素）。本発明の使用に適したもう一つの電気信号応答デバイスは、基板に接する流体を透過するＳＳＢＷのモニターである。液体検出及びバイオ検出への応用についての一般的特徴については、日本人のＴ．野村等の「日本応用物理」第３１巻（補足３１−１）頁７８−８１（１９９２年）、及びＪ．Ｃ．Ａｎｄｌｅ等の「センサーとアクティベータＢ」、８、頁１９１−１９８（１９９２年）にそれぞれ提示されている。図１は、本発明による周波数制御のためのデバイス１０の概略図である。デバイス１０は、電気信号源１２と電気信号応答デバイス１４との間を接続して示されている。周波数制御デバイス１０は、ｘカットされたＭＴｉＯＸＯ₄結晶性基板１６を含み、結晶基板１６の表面１８上には受信端ＩＤＴ２０及び送信端ＩＤＴ２２が被覆されている。配線２５及び２６を具備するコネクター２４によって入力ＩＤＴ２０は信号源１２に接続されており、配線２９及び３０を具備するコネクター２８はＩＤＴ２２を応答デバイス１４に接続している。動作の際には、信号源１２からの電気信号はコネクター２４を介してＩＤＴ２０に送られ、そこでＳＳＢＷが生成される。ＳＳＢＷは基板１６を介して伝搬し、ＩＤＴ２２により圧電検知される。ＩＤＴ２２で生じた電気信号は、コネクター２８を介して応答デバイス１４へと送られる。実際には、信号源１２と応答デバイス１４は、単体のユニット３２内に含まれるのが一般的である。図２は、図１のＩＤＴ２０等の入力ＩＤＴのフィンガ３４、３５、３６と３７及びｘカットされたＭＴｉＯＸＯ₄のバルク結晶基板３９に入力ＩＤＴを上に被覆した部分の断面図である。フィンガ３４及び３６は印加され、一方フィンガ３５及び３８は接地されている。隣接するフィンガ間の距離は、各フィンガの幅ｄに等しい。フィンガ３４と３５の間の基板における電界の方向及びフィンガ３６と３７の間の基板における電界の方向と、フィンガ３５と３６の間の基板における電界の方向とは反対になることは明らかである。図３は、本発明による差動液体検出デバイスを示す。デバイス１００は、ｘカットされたプラナー表面１０２を含むＫＴＰ基板を有している。プラナー表面１０２上には、２つの入力ＩＤＴ１０３及び１０４と、２つの検出ＩＤＴ１０５及び１０６が被覆されている。信号源１０８からの信号はスプリッタ１０９を介して分割され、ＩＤＴ１０３と１０４に等しく分配されて、それぞれ検出ＩＤＴ１０５及び１０６へと向かうＳＳＢＷを生成する。１０５及び１０６から検知された信号はいづれもベクトル電圧計１１１に送られて電子減算され、結果として得られる信号がモニター装置１１２へ送られる。デバイス１００はまた、ＫＰＴ基板のｘカットされた裏面に固定されるフローセルを含む。液体注入管１１６及び液体注出管１１７がフローセル１１５に備わっている。図４に示したように、フローセル１１５の一壁面を形成するＫＴＰ基板の裏面１２０は、ＩＤＴ１０４と１０６との間の経路の下に第一抗体の層１１８でコーティングした第一領域と、ＩＤＴ１０３と１０５との間の経路の下に第二抗体の層１１９でコーティングした第二領域を有する。本発明によれば、平行ＳＳＢＷ信号がＩＤＴ１０３と１０５との間及びＩＤＴ１０４と１０６との間で送られると、第二抗体ではなく第一抗体に吸着した抗原を有する液体がフローセルを流れる。モニターデバイス１１２で監視されるデバイス出力と、抗原抗体吸着とは相関が成り立ち得る。本発明の実用例をさらに、以下の非制限的な例によって説明する。実施例１本例は、フラックス成長によるｘカットされたＫＴＰ結晶上におけるＳＳＢＷの生成について説明する。図５（ａ）の５８で示される設計（縮尺は一定でない）に従って電気信号を受信するようフォトマスクによりＩＤＴを形成した。入力ＩＤＴ５８は、電極６０と電極７０を有し、電極６０は、コネクター部６２、上部６３、及び無線周波数電気信号の印加に適した３つのフィンガ６４、６５、６６を有し、電極７０は、コネクター部７２、底部７３、及び接地に適した３つのフィンガ７４、７５、７６を有するものとした。ＳＳＢＷ波を生成するため、各フィンガ６４、６５、６６、７４、７５、７６の幅は約４μｍ（長さは約３０００μｍ）、隣接するフィンガ間のギャップ（例えば、フィンガ６４と７４の間）は約４μｍとした。フィンガ６４、６５、６６と底部７３のギャップと、フィンガ７４、７５、７６と上部６３のギャップは、それぞれ約１０μｍである。入力ＩＤＴ５８は格子部６７も具備しており、これは約４μｍ幅のストリップをおよそ３００個有し、かつその間隔は表面のＳＳＢＷの反射に適した約４μｍとした。また、フォトマスクにより、図５（ｂ）の５９で示された設計（縮尺は一定でない）に従って信号検出ＩＤＴを形成した。検出ＩＤＴ５９は、コネクター部８２、上部８３及び３つのフィンガ８４、８５、８６を有する電極８０と、コネクター部９２、底部９３及び３つのフィンガ９４、９５、９６を有する電極９０とを有するものとした。各フィンガ８４、８５、８６、９４、９５、９６の幅は約４μｍ、長さは約３０００μｍとなっており、隣接するフィンガ間のギャップ（例えば、フィンガ８４と９４の間）は、約４μｍとした。フィンガ８４、８５、８６と底部９３とのギャップと、フィンガ９４、９５、９６と上部８３とのギャップは、いづれも約１０μｍである。検出ＩＤＴ５９はまた格子部８７も具備しており、これは約４μｍ幅のストリップをおよそ３００個有し、その間隔は表面のＳＳＢＷをフィンガ６４、６５、６６、７４、７５、７６へ反射させるのに適した約４μｍとした。ＩＤＴ５８及び５９は、約０．８ｍｍ厚のｘカットされたフラックス成長ＫＴＰ結晶上に、マスクを用いる従来の方法により被覆した。５８及び５９の２つのＩＤＴ間の距離は約８ｍｍとした。約１ミリボルトの入力信号を用いて、市販のネットワーク解析器を用いてＳＳＢＷを生成した。デバイスへの送信データはそのネットワーク解析器で監視しており、大きくかつ非常に広い帯域幅の送信ピークセンターを３７６．９３ＭＨｚにおいて示した。表面波長が約１６μｍ、周波数が３７６．９３ＭＨｚであるので、このモードの表面速度（ＳＳＢＷである）は約６０３０ｍ／秒と算出される（速度は周波数と波長の積であるという相関を用いる）。送信データは、もう一つのさらに狭い帯域幅モード（ＳＳＢＷの約８分の１の幅でしかない）も同時に生成されることを示した。これは、従来のＳＡＷであると考えられ、約２２７ＭＨｚ（約３６３２ｍ／秒の速度）のピークセンターとして確認された。実施例２例１において見い出された波の特徴をさらに示すため、入力ＩＤＴと出力ＩＤＴの間の結晶基板上に２０μＬの水を添加した他は、図１の手順を繰り返した。元は約２２７ＭＨｚで出現した従来のＳＡＷが完全に消失し、元は３７６．９３ＭＨｚで出現したＳＳＢＷが、水の添加により約４．６ｄＢの信号強度損失を伴い約３７６．８８となって出現した。これは明らかにプラナー表面モード（即ち結晶基板の表面に平行な平面）における振動を意味している。実施例３例２でテストしたデバイスを反転させ、ＩＤＴがｘカットされた基板の底面に位置するようにし、基板のｘカットされた上面に２０μＬの水を添加し、例２の手順を繰り返した。従来のＳＡＷは液体なしの場合のＳＡＷから殆ど変化しないのに対し、元は約３７６．９３ＭＨｚで出現したＳＳＢＷは、水の添加により約６ｄＢ信号強度損失して約３７６．９５となって出現した。このことは、明らかにＳＳＢＷ波の透過性の深さを意味している。

───────────────────────────────────────────────────── 【要約の続き】接するＭＴｉＯＸＯ₄基板において入力電気信号をＳＳＢＷへ圧電的に変換し、該流体を通過したＳＳＢＷを該基板から圧電的に検知する流体検出方法である。

Claims

【特許請求の範囲】１．表面スキムバルク波の生成により高周波信号を制御するデバイスにおいて、（ａ）ｍｍ２結晶対称性を有し、受信領域及び送信領域を有する平面カットされた表面を有するＭＴｉＯＸＯ₄バルク結晶基板であり、Ｍは、Ｋ、Ｒｂ、Ｔｌ、Ｃｓ、ＮＨ₄及びこれらの混合物から成るグループより選択され、Ｘは、Ｐ、Ａｓ及びこれらの混合物から成るグループより選択されるバルク結晶板と、（ｂ）前記基板表面の信号受信領域に被覆されており、前記バルク結晶基板内において約４２００ｍ／秒から７０００ｍ／秒の速度をもつインプレーン偏光の表面スキムバルク波を逆圧電生成するために適し、かつ電気信号源への接続に適する入力インターデジタルトランスデューサーと、（ｃ）前記表面スキムバルク波から電気出力信号を圧電的に生成するために適しており、前記基板表面の信号発信領域に被覆された第二のインターデジタルトランスデューサーと、（ｄ）前記第二のインターデジタルトランスデューサーに動作接続され、かつ前記電気出力信号に応答する電気信号応答デバイスを具備することを特徴とするデバイス。２．前記バルク結晶基板は、ＫＴｉＯＰＯ₄であることを特徴とする請求項１に記載のデバイス。３．前記電気信号応答デバイスは、携帯電話の周波数制御要素であることを特徴とする請求項１に記載のデバイス。４．前記バルク結晶基板は、ＫＴｉＯＰＯ₄であることを特徴とする請求項３に記載のデバイス。５．前記電気信号応答デバイスは、９００ＭＨｚから２４００ＭＨｚの帯域幅で動作する携帯電話の周波数制御要素であることを特徴とする請求項１に記載のデバイス。６．前記バルク結晶基板は、ＫＴｉＯＰＯ₄であることを特徴とする請求項５に記載のデバイス。７．Ｍは、Ｋ、Ｒｂ、Ｔｌ、Ｃｓ、ＮＨ₄及びこれらの混合物から成るグループより選択され、Ｘは、Ｐ、Ａｓ及びこれらの混合物から成るグループより選択されるＭＴｉＯＸＯ₄基板内において約４２００ｍ／秒から７０００ｍ／秒の速度をもつ表面スキムバルク波へ信号を圧電的に変換し、前記基板から前記表面スキムバルク波を圧電的に検知することを含む電気信号の周波数を制御する方法。８．前記基板はＫＴｉＯＰＯ₄であることを特徴とする請求項７に記載の方法。９．Ｍは、Ｋ、Ｒｂ、Ｔｌ、Ｃｓ、ＮＨ₄及びこれらの混合物から成るグループより選択され、Ｘは、Ｐ、Ａｓ及びこれらの混合物から成るグループより選択され、かつ前記流体と接するＭＴｉＯＸＯ₄基板内において約４２００ｍ／秒から７０００ｍ／秒の速度をもつ表面スキムバルク波へ電気信号を圧電的に変換し、前記流体を通過した前記基板表面スキムバルク波から圧電的に検出することを特徴とする流体検出方法。１０．前記結晶基板は約０．１ｍｍから２ｍｍ厚のＫＴｉＯＰＯ₄であり、液体が前記基板の一面と接触し、かつ対向側で液体検出がなされることを特徴とする請求項９に記載の方法。