JPS60259012A - 弾性表面波装置 - Google Patents

弾性表面波装置

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JPS60259012A
JPS60259012A JP11490384A JP11490384A JPS60259012A JP S60259012 A JPS60259012 A JP S60259012A JP 11490384 A JP11490384 A JP 11490384A JP 11490384 A JP11490384 A JP 11490384A JP S60259012 A JPS60259012 A JP S60259012A
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JP
Japan
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surface acoustic
acoustic wave
theta
lambda
single crystal
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Pending
Application number
JP11490384A
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English (en)
Inventor
Yasuo Ehata
江畑 泰男
Hitoshi Suzuki
仁 鈴木
Jisaburo Ushizawa
牛沢 次三郎
Sadao Matsumura
禎夫 松村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/02Details
    • H03H9/02535Details of surface acoustic wave devices
    • H03H9/02543Characteristics of substrate, e.g. cutting angles

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Surface Acoustic Wave Elements And Circuit Networks Thereof (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は弾性表面波の変換効率が大きく、かつ遅延時間
温度係数が小さい硼酸リチウム単結晶基板を用いた弾性
表面波装置に関する。
〔発明の技術的背景とその問題点〕
弾性表面波装置に使われる圧電基板に重要な性能として
、弾性表面波の遅延時間温度係数(TCD)と電気機械
結合係数(k2)が挙げられる。
T C−’Dはその絶対値が小さい程、またに2は大き
い程弾性表面波基板として望ましい−。
従来より知られている代表的な弾性表面波装置用基板の
特性を第1図に示す。第1図は横軸にTco、i軸にに
2とって各基板特性をプロットしたものである。この図
かられかるように、例えばタンタル酸リチウム<LiT
a0a)では、k2は約0.8%であるがTCDは約2
0ppm/’Cである。一方、STカット水晶では、T
CD零を実現できるかに2は1−iTao3に比べて1
15程度である。従って従来より優れた性能の弾性表面
装置を実現するためには、k2はし1TaoS並みであ
り、TCDはL i Ta0aの約115以下であるよ
うな圧電材料が望まれていた。
このような観点から、1[リチウム(シ12B407)
が望ましい圧電材料として最近注目されている。即ち、
Li2B+07はに2が1%近い値を有し1iTao3
を超える値を示す。また第1図に示したように、2’0
’X−ZのLi28407 、即ち基板の切出し角度を
、Z軸を中心にX軸をY軸方向に20°回転した軸に垂
直な面とし、弾性表面波の伝搬方向をZ軸方向に選んだ
もの(オイラ角表示で(110’、90’。
90°))はTCDが零になることが、本発明者らの実
験により明らかになっている。
ところで基板上を伝搬する弾性表面波は伝搬に従って回
折を生じ、波面が広がり、これが伝搬損失の′−因とな
る。この様な損失は回折層と呼ばれており、弾性表面波
を応用した、所謂SAWフィルタ、SAW遅延線では挿
入損失の増加或いは周波数特性の劣化を招くことになり
、一方、SAW共振子では共振尖鋭度(Q)の低下の原
因となる。
回折層の少ない弾性表面波基板として、従来からB11
2Ge02o結晶のオイラ角表示で(45°、40°、
90°)カッ1〜基板やLiTaO3結晶の−(0°、
64°、90’ )カット基板等が知られている。一般
に主伝搬方向でのSAW伝搬゛速度をV口とし、主伝搬
方向からθ(ラジアン)ずれた方向への伝搬速度をJ(
θ)としたとき、 v(e)押Vo[1+(γ/2)e2]・・・(1)の
ように表わせるが、これらの基板ではγ−−1である。
このとき、回折で広がる波面のエネルギーの流れ方向は
主伝搬方向に平行となるので、励撮源のエネルギー分布
を保ったまま伝搬することになり、回折層は生じないこ
とになる。
しかしながら、上記最小カット基板はいずれもTCDが
数10pl)m/’Cと大きく、温度安定度に難点があ
った。
以上のような事情から、温度安定度に優れ、且つ回折層
の小さい圧電基板が望まれていた。
C発明の目的〕 本発明はLi2B4O7単結晶基板を用いた、温度安定
性に優れ、且つ回折層の小さい弾性表面波装置を提供す
ることを目的とする。
〔発明の概要〕
本発明は、Li2B4O7単結晶基板の結晶切り出し角
および弾性表面波伝搬方向をオイラ角表示で(900+
λ、9o9+μ、9o°+θ)とした時、λ=○°±2
°、μ=13°〜17°。
且つ、θ=0°±3°の範囲に設定したことを特徴とす
る。
C発明の効果〕 本発明によれば、L 128407結晶の方位を上記の
ように選ぶことによって、k2は1%と大きく、TCD
が極めて小さい、温度特性に優れた弾性表面波素子が得
られる。しかも本発明の基板は回折の少ないいわゆる最
小回折カットとなっており、SAW遅延線に応用すれば
伝搬路長が大きくなっても回折による波面の広がりによ
る損失が少なく、またSAWフィルタに応用すればアボ
タイズ(交差長重みづけ)法による通過周波数特性実現
に際して回折による周波数特性の劣化が小さく抑えられ
る。更にSAW共振子に応用した場合には、グレーティ
ング反射器から回折にょる伝搬路外へのSAWエネルギ
ーの放射損失が小さく、Qの高い共振子が実現出来る。
(発明の実施例) 本発明の詳細な説明する前に、第2図を用いてオイラ角
表示による一般的基板表示法を説明する。
表面波伝播方向をXi、結晶基板面に垂直な方向をX3
.それらに垂直な方向をX2とし、Mq!方位(0,O
,O)としTXx =X、X2 =Y。
X3=Zをとる。最初にX3軸を中心にして表面波伝播
方向×1をXからY方向に向かってλだけ回転させ、次
に回転したX1軸を中心にして、基板面×3をZ軸から
反時計方向にμだけ回転させた基板表面上を回転させた
X3軸を中心として伝播方向×1を再度反時計方向にθ
だけ回転させて得られる基板面方位を含む弾性表面波伝
播方向の表示を(λ、μ、θ)で表わし、これをオイラ
角表示と言う。
この様なオイラ角表示を用いて以下本発明の詳細な説明
する。L+28407単結晶は立方晶光点群4mmに属
し、その対称性から、実験する切断方位は第1象限だけ
でよい。本実施例で用い・たのは、オイラ角表示で(9
0°、90°+μ。
90°)と表わした時、μm13°〜17°のものであ
る。但し実験のため試作はμm10°〜30°まで行っ
た。これは、Xカット板に対しY軸を中心にX軸をμだ
け回転させた軸に垂直な切断面上を、Z軸を面上に投影
した方向に弾性表面波を伝搬させるよう、インタディジ
タルN極およびグレーティング反射器を構成したもので
ある。
第3図、第4図はそれぞれSAWフィルタ、SAW共振
子の構成図で、上述の基板11.21にインタディジタ
ル電極12.13.22およびグレーティング反射器2
3.24を形成している。
一般にインタディジタル電極およびグレーティング反射
器はアルミニウム薄膜ないしアルミニウムに微量のCu
、3iなどを混入させた薄膜が用いられる。アルミニウ
ムのエツチングには通常リン酸系エツチング液が用いら
れるが、このエツチング液はl i2 B407をもエ
ツチングし基板表面にダメージを与えるため、本実施例
ではリフトオフ法によりパターン形成を行なった。しか
しながら、電極材料やバターニング法は本発明では本質
的なものではなく適宜選択出来る。
まず基板の温度特性すなわちTCDをめるため、S A
 W共振子における測定結果を説明する。
第5図は、試作したSAW共振子を50Ω系に直列に挿
入した時の挿入損失の周波数特性の一例である。この時
の共振子は、インタディジタル電極およびグレーティン
グ反射器がいずれも0.5μm厚のアルミニウム蒸着膜
で、インタディジタル電極周期は56μm、グレーティ
ング反射器ピッチは28μm、開口長は1Mである。
ところでアルミニウムの膜厚によりグレーティング反射
器の反射特性は変化する。既に実用化されているLiT
aO3や水晶基板上にアルミニウム薄膜からなるグレー
ティング反射器を設けたものに比へ、1i2Bno7基
板の場合にはアルミニウム薄膜の膜厚が1/4以下の薄
い膜厚でLiTaO3や水晶基板の場合と同程度の反射
特性が得られることがわかった。そのデータを第6図に
示す。この結果から、膜厚0.3〜0.8μmで極めて
良好な反射特性が得られることがわかったが、共振子の
要求条件から必ずしも上記範囲でのみ使用可能と云う訳
ではなく、0.1〜1.5μmの範囲で十分実用になる
。なお膜厚0.8μm以上では反射量は大きくなるが、
グレーティング反射器内でのモード変換が大きくなり共
振子のQ値が低下する。以上の膜厚は共振周波数が60
MHzの場合であって、周波数によってその膜厚の最適
値は異なるため一般には弾性表面波波長で膜厚を割った
正規化膜厚で表示する。そうすると上記0.3〜0.8
umは0.005〜0.015の正規化膜厚に相当する
本実施例のアルミニウム膜厚0.5μmの場合得られた
共振子の等価回路定数と性能指数は下記の通りで、性能
の良い共振子が得られた。
共振抵抗R=1240 直列インダクタンスL=2.65mH 直列容量C=0.0026pF 並列容量C口=1.6pF 無負荷Q=8000 容量比γ=Co/C=600 性能指数−13 温度特性は、温度による共振周波数の変化を測定するこ
とによってまる。第7図に、μに対する25℃における
T(、Dの変化の実測値を示す。
この結果から、破線で示す範囲 μm13°〜17°で
は、TCDが±51) l)m/℃以内であることがわ
かる。μm15°において零TCDが得られている。こ
の零TCDが得られる角度はインタディジタル電極、グ
レーティング反射器の材料や構造により僅かに変化する
が、μの角度をその分僅かに変化させることにより上記
範囲で補正することが可能である。
電気機械結合係数(k2)は第3図に示すSAWフィル
タを試作し、インタディジタル電極のインピーダンス特
性からめ、μm10°〜30゜でほぼ1%程度であり、
μに対する依存性は殆どないことが確認された。
次にSAWフィルタの周波数特性、SAW共振子のQ特
性に関して基板結晶の切断角による比較実験を行なった
が、SAWフィルタではバルク波スプリアスなどの影響
、S A W共振子では表面研磨条件の影響が大きく、
現状の技術レベルでは本発明の効果を直接確認ツ”るこ
とは困難であった。
そこで、次のようにして間接的に最小回折績の効果を確
めた。即ち第8図に示すように、本実施例のLf2B+
07基板41に主伝搬方向に対してθだけ傾けた方向に
弾性表面波が伝搬するようにインタディジタル電極42
.グレーティング反射器43.44を形成し、eに対す
る弾性表面波伝搬速度の変化をめた。この時、eに対し
て前述の(1)式の近似が成立ち、更にγ#−1の時、
この基板は最小回折績となる基板であることが確認され
る。第8図にμm15°の基板上での実験結果を示す。
横軸が主伝搬方向からの角度θ(度)であり、実測の伝
搬速度変化を実線で示した。破線は(1)式でγ−−1
の場合、即ち回折損がない場合の理論値である。この結
果から、μm15°の時、γ−−0.8とまる。1i2
Bq07結晶のXカット板Z方向伝搬基板では、γ=−
0,1、また(110°、90’ 、90’ )基板で
は、γ=→−0,3であり、これらは等方性基板並酸い
は等方性基板より劣る回折損を示すのに対し、本実施例
では回折損が極めて小ざくなっていることが間接的に確
認された。
なお本発明は、その趣旨、効果を損わない条件として、
λ方向にO°〜±2°、e方向にO°〜±3°の偏差は
許容することが出来る。また実施例では、SAWフィル
タ、SAW共振子を具体例として説明したが、これに限
定されず、遅延線その他の信号処理用に本発明を適用す
ることが出来る。電極材料についてもアルミニウムに限
られないことはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
第1図は各種弾性表面波基板の特性を比較して示す図、
第2図はオイラ角表示を説明するための図、第3図およ
び第4図はそれぞれSAWフィルタおよびSAW共振子
を示す図、第5図は本発明の実施例のSAW共振子の挿
入損失周波数特性を示す図、第6図は同じくそのグレー
ティング反射器の反射特性を従来基板と比較して示す図
、第7図はTCDのμ方向角度依存性を示す図、第8図
は最小回折績を確認するためのSAW共振子の構成を示
す図、第9図はその角度θに対する伝搬速度変化率を測
定した結果を示す図である。 11.21: 41・・・Li2B+07基板、12゜
13.22.42・・・インタディジタル電極、23゜
24.43.44・・・グレーティング反射器。 出願人代理人 弁理士 鈴江武彦 第2図 7 s3図 1 第4図 TCD [ppm/’C1 0 (N −s Co の

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (1−)硼酸リチウム単結晶基板を用いた弾性表面波装
    置において、前記muリチウム単結晶基板の結晶からの
    切り出し角および弾性表面波伝搬方向をオイラ角表示で
    (90°十λ、90°+μ。 90°+θ)とした時、λ=0°±2°、μ=13°〜
    17°、かつ、θ=0°±3°の範囲に設定したことを
    特徴とする弾性表面波装置。 (2)硼酸単結晶基板に、アルミニウムを主成分とする
    薄膜により電気−音響変換用の複数のインタディジタル
    電極が形成された弾性表面波フィルタである特許請求の
    範囲第1項記載の弾性表面波装置。 (3)硼酸単結晶基板に、アルミニウムを主成分とする
    薄膜により電気−音響変換用のインタディジタル電極と
    弾性表面波を反射させるグレーティング反射器が形成さ
    れた弾性表面波共振子であるラム薄膜を主成分とする薄
    膜の・膜厚が弾性表面波の波長の0.005ないし0.
    015の範囲に設定された特許請求の範囲第3項記載の
    弾性表面波装置。
JP11490384A 1984-06-05 1984-06-05 弾性表面波装置 Pending JPS60259012A (ja)

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JP11490384A JPS60259012A (ja) 1984-06-05 1984-06-05 弾性表面波装置
DE8585104553T DE3575248D1 (de) 1984-06-05 1985-04-15 Akustische oberflaechen-wellen-anordnung.
EP85104553A EP0166880B1 (en) 1984-06-05 1985-04-15 Surface acoustic wave device
US06/896,327 US4672255A (en) 1984-06-05 1986-08-14 Surface acoustic wave device

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3932451A1 (de) * 1988-09-30 1990-05-10 Mitsubishi Mining & Cement Co Doppelkammelektrode fuer oberflaechenwellenvorrichtungen und herstellungsverfahren hierfuer

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JPS5817901A (ja) * 1981-07-24 1983-02-02 興和化成株式会社 スラブ軌道用可変パツキング
JPS594310A (ja) * 1982-06-30 1984-01-11 Toshiba Corp 弾性表面波装置
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