JPH11261367A - 弾性表面波装置 - Google Patents

弾性表面波装置

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JPH11261367A
JPH11261367A JP8019498A JP8019498A JPH11261367A JP H11261367 A JPH11261367 A JP H11261367A JP 8019498 A JP8019498 A JP 8019498A JP 8019498 A JP8019498 A JP 8019498A JP H11261367 A JPH11261367 A JP H11261367A
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JP
Japan
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acoustic wave
surface acoustic
waveguide
metal thin
piezoelectric substrate
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Withdrawn
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JP8019498A
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English (en)
Inventor
Satori Kimura
悟利 木村
Masao Takeuchi
正男 竹内
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TDK Corp
Original Assignee
TDK Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 伝搬損失の小さい弾性表面波導波路を有する
弾性表面波装置を提供する。 【解決手段】 ランガサイトからなる圧電基板2の表面
に、アルミニウムを主成分とする一対の金属薄膜3、3
を有し、前記金属薄膜3、3を形成した領域における弾
性表面波速度が、前記圧電基板2の自由表面における弾
性表面波速度よりも速くなるように、前記金属薄膜3、
3の厚さが設定されており、前記一対の金属薄膜3、3
とこれらに挟まれた圧電基板2の自由表面とが、弾性表
面波導波路を構成している弾性表面波装置。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、弾性表面波導波路
を有する弾性表面波装置に関する。
【0002】
【従来の技術】圧電基板上の弾性表面波導波路は、弾性
表面波の弾性波エネルギーを導波路内に閉じ込めて伝送
させるものである。この弾性表面波導波路は、エラステ
ィックコンボルバ、多重モード結合型弾性表面波フィル
タ等に応用され、優れた特性を示す弾性表面波装置が実
現されている。
【0003】圧電基板上の弾性表面波導波路の種類とし
ては、基板表面の一部を金属薄膜で被覆して、被覆領域
を導波路部とする薄膜導波路や、基板表面の一部を凸状
に加工して、凸状部を導波路部とするトポグラフィック
導波路等がある。これらのうちでは、作製が容易である
等の理由から、薄膜導波路が主に使われている。
【0004】一般に、圧電基板を金属薄膜で被覆した場
合、圧電基板表面が電気的に短絡されて、電界短絡効果
により弾性表面波の速度VがΔVだけ低下する。薄膜導
波路ではこの速度低下を利用して、弾性表面波速度の遅
い金属薄膜被覆領域に弾性波エネルギーを閉じ込める。
この薄膜導波路は、その原理からΔV/V導波路と呼ば
れている。ΔV/V導波路については、例えばI.Suemun
e et. al(”Observation and Analysis of SAW Propag
ation in ΔV/V Waveguides”, The Transactions of t
he IECE of Japan, Vol.E60, No.12, pp.695-701, 197
7)に記載がある。ΔV/V導波路の構成例を図5に示
す。同図に示す弾性表面波導波路は、圧電基板2として
STカット水晶基板や128°YカットX伝搬ニオブ酸
リチウムを用い、その表面の一部をアルミニウムからな
る金属薄膜3で被覆したものである。この弾性表面波導
波路において、弾性表面波が閉じ込められる導波路部4
は、図示するように金属薄膜3で被覆された領域であ
る。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】圧電基板における弾性
表面波導波路には、上述したようにΔV/V導波路が一
般に利用されている。しかし、△V/V導波路では、図
5に示すように導波路部4が金属薄膜3で覆われている
ため、特に、弾性表面波の伝搬路が長い等の場合、伝搬
路にある金属薄膜3による伝搬損失が無視できなくな
り、導波路を伝搬する弾性表面波の伝搬損失が大きくな
る等の問題があった。
【0006】そこで本発明は、この問題を解決して、伝
搬損失の小さい弾性表面波導波路を有する弾性表面波装
置を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的は、下記(1)
の構成により達成される。 (1) ランガサイトからなる圧電基板の表面に、アル
ミニウムを主成分とする一対の金属薄膜を有し、前記金
属薄膜を形成した領域における弾性表面波速度が、前記
圧電基板の自由表面における弾性表面波速度よりも速く
なるように、前記金属薄膜の厚さが設定されており、前
記一対の金属薄膜とこれらに挟まれた圧電基板の自由表
面とが、弾性表面波導波路を構成している弾性表面波装
置。
【0008】
【作用】圧電基板表面において、弾性表面波速度が速い
領域を弾性表面波速度の遅い領域の両側に設ければ、弾
性表面波速度の遅い領域が導波路部となる。一般に使わ
れている弾性表面波用の圧電基板表面をアルミニウム膜
で被覆すると、被覆領域では電界短絡効果および質量負
荷効果により弾性表面波速度が低下する。このため、従
来は、通常、圧電基板表面をアルミニウム膜で被覆する
ことにより弾性表面波導波路を構成していた。
【0009】これに対し本願発明者らは、圧電基板とし
てランガサイト基板を用い、かつ、このランガサイト基
板のカット角および弾性表面波伝搬方向に応じた一定値
以上の厚さのアルミニウム膜で圧電基板を被覆すれば、
アルミニウム膜で被覆された領域における弾性表面波の
速度が、自由表面における弾性表面波の速度よりも速く
なるという特異な現象を見いだした。この現象を弾性表
面波導波路に応用することにより、アルミニウム膜で挟
まれた自由表面を導波路部として利用できるので、伝搬
損失の極めて小さい弾性表面波導波路が実現する。
【0010】
【発明の実施の形態】本願発明者らは、図1に示すよう
に、圧電基板2の表面に、アルミニウムを主成分とする
一対の金属薄膜3、3を間隙をおいて設け、両金属薄膜
で挟まれた自由表面を導波路部4として利用する構成に
ついて検討した。種々の圧電基板について以下に説明す
るような検討を加えた結果、ランガサイト基板を用いた
場合に、図1の構成において自由表面を導波路部として
動作させることが可能であることを見いだした。
【0011】本願発明者らは、まず、各種圧電基板にお
いて、被覆する金属薄膜の厚さに対する弾性表面波速度
の変化を調べた。なお、以下の実験では、金属薄膜とし
てアルミニウム膜を用いた。以下の実験におけるアルミ
ニウム膜の厚さは、すべて弾性表面波波長で規格化した
値である。
【0012】弾性表面波導波路に従来使われている12
8°Yカットニオブ酸リチウム基板(X伝搬)およびS
Tカット水晶基板について、アルミニウム膜厚と弾性表
面波速度との関係を、それぞれ図6および図7に示す。
なお、これら各図には、各圧電基板の自由表面における
弾性表面波速度も併記してある。これら各図では、アル
ミニウム膜が厚くなるにしたがって弾性表面波速度が低
下している。これは、よく知られているように、圧電基
板表面がアルミニウム膜によって電気的に短絡されるこ
とにより電界短絡効果が生じると共に、アルミニウム膜
の質量負荷効果が影響して、弾性表面波速度が低下する
という現象である。
【0013】同様な実験をランガサイト基板について行
った結果を、図2に示す。このランガサイト基板は、電
気機械結合係数が大きい5°回転Yカット板(X伝搬)
である。図2では、アルミニウム膜が厚くなるにしたが
って弾性表面波速度が速くなり、アルミニウム膜の厚さ
が約0.017(1.7%)を超えるときには、自由表
面における弾性表面波速度よりも、アルミニウム膜で被
覆された領域における弾性表面波速度のほうが速くなっ
ている。したがって、このランガサイト基板では、約
0.017(1.7%)を超える厚さのアルミニウム膜
を被覆すれば、被覆領域に挟まれた自由表面を導波路部
として利用することが可能となる。
【0014】従来の圧電基板にはみられないこの特異な
現象は、上記5°回転Yカットランガサイト基板(X伝
搬)だけでなく、他のカットのランガサイト基板におい
ても生じることがわかった。一例として、Xカットラン
ガサイト基板(25°回転Y伝搬)において同様な実験
を行った結果を、図3に示す。図3では、図2と同様
に、アルミニウム膜を厚くするにしたがって弾性表面波
速度が速くなっており、アルミニウム膜の厚さが約0.
002(0.2%)を超えるときには、自由表面におけ
る弾性表面波速度よりもアルミニウム膜で被覆された領
域における弾性表面波速度のほうが速くなっている。し
たがって、このランガサイト基板においても、自由表面
を導波路部として利用することが可能である。
【0015】次に、ランガサイト基板を用いて図1に示
す構成とした場合に、一対の金属薄膜3、3に挟まれた
自由表面が弾性表面波導波路として動作するかどうかを
調べた。図1における圧電基板2には、図2に結果を示
す実験と同様に5°回転Yカットランガサイト基板(X
伝搬)を用い、金属薄膜3、3にはアルミニウム膜を用
いた。各アルミニウム膜の規格化膜厚は、アルミニウム
膜で被覆した領域における弾性表面波速度が自由表面に
おける弾性表面波速度よりも速くなるように、図2に基
づいて0.035(3.5%)とした。
【0016】図4は、図1の構成における導波路部4の
幅に対する弾性表面波の速度分散特性を示すグラフであ
る。なお、図4において、横軸の「規格化導波路幅」と
は、圧電基板全面を自由表面としたときの弾性表面波波
長によって上記導波路部の幅を規格化した値であり、縦
軸の「導波路内の規格化弾性表面波速度」とは、圧電基
板全面を自由表面としたときの弾性表面波速度によって
上記導波路部における弾性表面波速度を規格化した値で
ある。図4から明らかなように、自由表面から構成され
る導波路部内には、この導波路部の幅に対応して0次、
2次、4次の各モードの弾性表面波が存在している。こ
の結果から、圧電基板をランガサイトから構成し、か
つ、アルミニウム膜の厚さを適宜選択することにより、
図1の導波路構成、すなわち、導波路部4が圧電基板2
の自由表面となる構成が実現可能であることがわかり、
また、その場合に、利用するモードの選択が可能である
こともわかる。
【0017】なお、上記各実験における測定は、「末宗
幾夫、森泉豊栄、安田 力:"Y-cutLiNbO3上における任
意方向への△V/Vガイドについて", 電子通信学会技
術報告, 超音波研究会資料, US76-20, pp.45-52 (197
6)」に記載された方法を利用して行った。
【0018】本発明で用いるランガサイト単結晶は、一
般に化学式La3Ga5SiO14で表されるものであり、
例えば、Proc. IEEE International Frequency Control
Sympo. vol. 1994 pp48-57 (1994)などにより知られて
いる。本発明では、X線回折でランガサイト相だけが観
察される単結晶であれば、上記化学式で表されるものに
限らず利用することができる。例えば、La、Ga、S
iの各サイトの少なくとも一部を他の元素で置換したも
のであってもよく、酸素数が上記化学量論組成から外れ
ていてもよい。また、不可避的不純物、例えばAl、Z
r、Fe、Ce、Nd、Pt、Ca等が含まれていても
よい。ランガサイト単結晶のカット角や弾性表面波伝搬
方向は特に限定されず、弾性表面波が存在し得るカット
角と伝搬方向との組み合わせから、必要とされる電気機
械結合係数や弾性表面波速度などに応じて適宜選択すれ
ばよい。そして、そのカット角と伝搬方向との組み合わ
せに応じて、アルミニウム膜の厚さを適宜決定すればよ
い。ランガサイト単結晶の製造方法は特に限定されず、
通常の単結晶育成法、例えばCZ法などにより製造すれ
ばよい。
【0019】本発明では、導波路部を挟む金属薄膜とし
て、アルミニウムを主成分とする金属を用いる。この金
属として最も好ましいのは純アルミニウムであるが、微
量添加元素ないし不純物として例えば銅、チタン、マグ
ネシウム、タンタル、タングステンなどが、合計で全体
の1原子%程度以下含まれるアルミニウムを用いてもよ
い。金属薄膜は、スパッタ法や蒸着法などにより形成す
ればよい。
【0020】
【発明の効果】本発明では、圧電基板上の弾性表面波導
波路において、導波路部を基板の自由表面で構成するこ
とができるので、導波路部を金属薄膜被覆領域で構成す
る従来技術の課題、すなわち、金属薄膜による伝搬損失
が無視できる。本発明を利用すれば、様々な弾性表面波
装置において損失の低減が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の弾性表面波装置の構成例の主要部を示
す斜視図である。
【図2】5°回転Yカットランガサイト基板(X伝搬)
表面に形成したアルミニウム膜の厚さと弾性表面波速度
との関係を示すグラフである。
【図3】Xカットランガサイト基板(25°回転Y伝
搬)表面に形成したアルミニウム膜の厚さと弾性表面波
速度との関係を示すグラフである。
【図4】本発明の弾性表面波装置における導波路部の幅
に対する導波路部内の弾性表面波の速度分散特性を示す
グラフである
【図5】従来の弾性表面波導波路を有する弾性表面波装
置の主要部を示す斜視図である。
【図6】128°Yカットニオブ酸リチウム基板(X伝
搬)表面に形成したアルミニウム膜の厚さと弾性表面波
速度との関係を示すグラフである。
【図7】STカット水晶基板表面に形成したアルミニウ
ム膜の厚さと弾性表面波速度との関係を示すグラフであ
る。
【符号の説明】
2 圧電基板 3 金属薄膜 4 導波路部

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ランガサイトからなる圧電基板の表面
    に、アルミニウムを主成分とする一対の金属薄膜を有
    し、前記金属薄膜を形成した領域における弾性表面波速
    度が、前記圧電基板の自由表面における弾性表面波速度
    よりも速くなるように、前記金属薄膜の厚さが設定され
    ており、前記一対の金属薄膜とこれらに挟まれた圧電基
    板の自由表面とが、弾性表面波導波路を構成している弾
    性表面波装置。
JP8019498A 1998-03-12 1998-03-12 弾性表面波装置 Withdrawn JPH11261367A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009526379A (ja) * 2006-02-06 2009-07-16 セミョーノヴィチ アブラモフ、ウラジミール 窒化ガリウム系半導体ヘテロ構造体の成長方法

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009526379A (ja) * 2006-02-06 2009-07-16 セミョーノヴィチ アブラモフ、ウラジミール 窒化ガリウム系半導体ヘテロ構造体の成長方法
US8174042B2 (en) 2006-02-06 2012-05-08 Seoul Semiconductor Co., Ltd. Method of growing semiconductor heterostructures based on gallium nitride
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