JPS61220513A - 弾性表面波共振器 - Google Patents

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共振器に係り、特にグレーティング
反射器の構造に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

弾性表面波共振器は圧電性基板上にインクディジタル変
換器とグレーティング反射器を形成して構成される共振
素子である。このような弾性表面波共振器の特性は主と
してグレーティング反射器によって決定されるため、グ
レーティング反射器の特性向」二は大きな課題である。

従来の弾性表面波共振器ｔこおけるグレーティング反射
器は、多数本のス［・リップ、リッジ、グループ等の弾
性表面波反射体を弾性表面波の半波長間隔に配列して構
成されていた。一般に、これらの反則体の１本当りの反
則率εが大きい時には反射体の本数は少なくてよいが、
εが小さくなるに従い反射体は多数本必要となる。ビー
タ−・クロスは、文献１　：　Ｉ　Ｆ　Ｆ　Ｅ　　Ｔ　
ｒａｎｓ、ｏｎ　５ｏｎｉｃｓ　＆Ｕ　１ｔｒａｓｏｎ
、　（ｖｏｌ　５ｕ−２３，Ｎｏ、４　［１，２５５−
２６２）１９７６において、十分な反［を得るにはグレ
ーティング反射器における反射体の本数はＮ”＝Ｆ３／
ε本以上が必要であると述べている。これは例えばε＝
　ｏ、ｏｉの反則体では３００本以上という多数本が必
要であることになり、一般には共振器ではグレーティン
グ反射器を２個以Ｆ使用することを考えると、共振器全
体が非常に大型になってしまうという問題がある。

一方、反則体１本当りのεを増加さゼるためにストリッ
プの厚さ、リッジの高さ、グループの深さを大きくして
ゆくと、それに従い弾性表面波からバルク波へのモード
変換が増加し、その変換損失により共振器のＱの低下を
招く。

これらの問題を解決する手段として、本発明者らは電子
通信学会超音波研究会（文献２：通信学会技術報告Ｕ　
Ｓ　８４−３０　　昭和５９年９月）において、使用周
波数の表面波波長λに対しλ／８幅で、かつ反則係数が
互いに逆である２種の反射体を交互にλ／４周期で配列
したグレーティング反射器を提案している。この構造の
グレーティング反射器では、正の反則係数の反射体での
反射波と負の反則係数を有する反射体での反射波とが相
加されることにより、反射体をλ／２周期で配列した従
来一般のグレーティング反射器に比べ、単位長さ当りの
反射量は２倍近くに増加する。一方、バルク波へのモー
ド変換損失は１．４倍の増加にとどまる。

従って、従来一般のものと反則量を同一にして化較づる
と、バルク波へのモード変換損失が低減されることにな
る。

第６図および第７図は上記文献に開示された具体的なグ
レーティング反射器の構造を示したものであり、第６図
では電気機械結合係数の非常に大きい圧電性基板である １２８°Ｙ−Ｘ　　ＬｉＮｂ０３Ｊ３板２１上に、λ／
８幅で電気的に短絡された反射体２２と、λ／８幅で電
気的に孤立した反射体２３とを交互に、λ／４周期で配
列している。この構造はインタディジタル変換器および
グレーティング反射器を同時に、しかもアルミニウム薄
膜等のエツチング工程のみで形成できるため、極めて生
産性が良い。しかしながら、ＬｉＮｂ０ａ基板は周知の
ように温度係数が大きく、共振器として応用される分野
では実用になりにくいという問題がある。

第７図においては、ＳＴ水晶基板３１上にλ／′８幅の
リッジ３２とグループ３３とを交互にλ／４周期で配列
している。この構造によれば、水晶基板３１の温度係数
が小さいため、第６図のような問題は避けられるものの
、同じ水晶基板３１上に凸部（リッジ）３２と凹部（グ
ループ）３３とを形成することが極めて離しく、生産性
の点で問題がある。また、この構造の場合、リッジ３２
を形成するには水晶基板３１の表面のりフジ３２形成領
域以外の領域３４をエツチングで除去する必要があり、
その際に表面近傍のマイクロクラックが成長して、領域
３４の表面での弾性表面波の散乱損失が増大し、共振器
のＱを低下させるという欠点もあった。

〔発明の目的〕

本発明は上述の問題点に鑑みてなされたもので、正負の
反則係数を有する２種の弾性表面波反射体を弾性表面波
波長の１／４の周期で交互に配列した基本構造を持ち、
小形な形状でありながら反射効率に優れるとともに、バ
ルク波へのモード変換損失が低減されたグレーティング
反射器をざらに改良し、温度による特性変化が少なく、
しかも生産Ｉ１１に優れ、さらに基板表面での散乱損失
を少４１くできるグレーティング反射器を備えた弾性表
面波共振器を（ｊｆ供することを目的とする。

（発明の！Ｉｌ！要） 本発明に係る弾性表面波共振器は、所定のｉｔ電竹基板
上に、該基板上を伝搬する弾性表面波に対して該基板材
料との関係で正の反射係数を有するアルミニウムを主成
分どした薄膜またはシリコン酸化膜による第１の弾性表
面波及ｍストリップと、該基板上に形成され該弾性表面
波に対して該基板材料との関係で角の反射係数を有づる
弾性表面波反射グループとを交互に、かつ該弾性表面波
の波長の１／４の周期で配列して構成されたグレーティ
ング反射器を備えたことを特徴とする。

ここで、圧電性基板としては例えば水晶基板あるいはシ
リコン単結晶基板等を使用することができる。これらの
圧電性基板」−においては、アルミニウム薄膜による弾
性表面波反射ストリップ、あるいは弾性的な性質がアル
ミニウムに酷似している酸化シリコン薄膜による弾性表
面波及ｑ・１スＩ〜リツプは正の反射係数を示し、また
基板に凹部を形成して構成される弾性表面波反射グルー
プは逆に負の反則係数を示Ｊ０ 〔発明の効果〕 本発明におけるグレーティング反則器においては、圧電
性Ｍ板上に正および負の反射係数を持つ弾性表面波反射
ス１〜リップおよび弾性表面波反射グループを交互に弾
性表面波波長の１／４の周期で配列した基本構造を有し
ているため、これらス１〜リップおよびグループでの反
射波が相加されることにより高い反ｑ１効率を有する。

すなわら、単位長さ当りの弾性表面波の反射量が増し、
相対的に弾性表面波からバルク波へのモード変換損失が
低減される。これにより共振器のＱの低下、さらには弾
性表面波及Ｑ１ストリップ端部でのエネルギー蓄積効果
に」：る共振周波数の偏差の増加が抑えられる。

そして、本発明によれば上）ホのような弾性表面波共振
器の基本性能面での特性向上に加え、従来の反射効率同
士を図ったグレーティング反則器にみられた温度特性、
あるいは生産性の問題が解消される。すなわち、本発明
による弾性表面波共振器におりるグレーティング反射器
では、圧電性基板として温度係数の非常に小さい水晶基
板や、シリコン単結晶基板等の使用が可能となり、温度
変化に対して極めて安定な共振動作が得られる。しかも
、構造どしては圧電性基板上にアルミニウム薄膜または
酸化シリコン薄膜による弾性表面波反射ス１ヘリツブと
弾性表面波反射グループを形成すればよいので、製造プ
ロセスは従来一般の１／４波長線幅のアルミニウム薄膜
による弾性表面波反則ス１〜リップを用いた弾性表面波
共振器に比べ、新たに弾性表面波反射グループの形成プ
ロセスが追加されるだけであり、圧電性基板−トにリッ
ジおよびグループを形成するグレーティング反射器と比
較して格段に生産性が向上する。さらに詳しくいえば、
リッジおよびグループを形成するものでは、基板表面を
リッジ形成領域以外の全てをエツチングで除去し、さら
にグループの領域をエッチ＝９＝ ングで除去する必要があるため、生産性が悪いばかりで
なく、前ｊ！ｌＳシたようにリッジ形成のためのエツチ
ング工程で成長づるマイクロクラックの影響で基板表面
での弾性表面波の散乱損失が増大Ｊるおそれがあったが
、本発明によれば基板が一エツチング除去されるのはグ
ループの部分のみであるため、このような間ｆｆｉが解
決され、散乱損失を非常に少なく抑えることができる。

〔発明の実施例〕

本発明の実施例を図面を参照して説明する。第１図（ａ
）（ｂ）は本発明の一実施例に係る弾性表面波共振器に
おけるグレーティング反則器の部分を示したものであり
、圧電性基板としての３６゜回転Ｙ板からなる水晶基板
１上に、該基板１上を伝搬する弾性表面波の波長をλと
して、線幅λ７／８で膜厚λ１５０（１００ＭＨ７の場
合、６４００人に相当）のアルミニウム薄膜による弾性
表面波反射ストリップ２と、これと同寸法に基板１表面
を除去して形成された凹部、すなわち幅λ／８で深さが
λ１５０の弾性表面波反射グループ３どがλ／４周期で
交互に配列されている。

水晶基板十に形成されたアルミニウム薄膜による弾性表
面波反射ス１〜リップの反則率の膜厚依存性、および弾
性表面波反射グループの反則率のグループ深さに対する
依存性を、第２図の実線および破線で示した。これから
れかるように反射率はアルミニウム薄膜による反則ス１
〜リップでは正、反射グループでは負と、ｎいに逆であ
り、かつ、その膜厚および深さがほぼ等しいとき、反射
率の大ぎさも等しくなる。

次に、この実施例におけるグレーティング反則器の製造
ブ［］セスの一例を第３図を用いて説明する。

まず、第３図（ａ）に示すように水晶基板１上全面に、
蒸着あるいはスパッタ法等によりアルミニウム薄膜２′
を付着させる。

次に、第３図（ｂ）に示すようにレジス１〜４を形成し
フォトリソグラフィ技術によって同図（Ｃ）に示すよう
に、Ｒ路内にグループ３となるべき部分のアルミニウム
薄膜を除去し、引続き同図（ｄ）に示すように（ｂ）（
ｃ）の工程でアルミニウム薄膜が除去された部分の水晶
基板１表面をＴツチングリ−ることにより、幅／ｌ／８
．周期λ／２の弾性表面波反則グループ３を形成づる。

このどぎ、（ｂ）（ｃ）の工程において使用したレジメ
１〜／Ｉをそのまま残して水晶基板１のエツチングを行
なってもＪ：いが、レジスト４を剥離してアルミニウム
薄膜２′をグループ３形成時のレジストとして代用する
ことも可能である。水晶基板１のエツチングは、弗酸や
弗化アンチモン等の溶液でのウエットエツヂングでもに
いし、ドライエツヂングでＣＦ４等のガスを使用する方
法でもよい。

次いで、第３図（ｅ）に示すように新たにレジス１〜を
コーティングして露光、現像を行ない、最終的にアルミ
ニウム薄膜による弾性表面波反射ス］〜リップ２を形成
する部分にのみレジメ１〜５を残す。次に、第３図（ｆ
）に示す」：うにレジス１−５を用いてアルミニウム薄
膜２′の不要部分をエツチングして除去し、反射スｌ−
リップ２を形成する。

なお、上記グレーティング反射器の形成工程中に、弾性
表面波共振器のもう一つの構成要素である電気−弾性表
面波変換のためのインタディジタル変換器を形成する工
程を含めることが望ましい。

これは具体的には、第３図（ｅ）の工程でのレジスト５
の露光用のガラスマスクにインタディジタル変換器のパ
ターンも形成しておけばよい。これにより、グレーティ
ング反射器の形成と同時にインタディジタル変換器が形
成され、しかもグレーティング反射器との相対位置関係
も高精度に設定することができる。

上述したグレーティング反射器の製造プロセスでは、ア
ルミニウム薄膜による弾性表面波反射ストリップ２より
先に弾性表面波反射グループ３を形成したが、反射ス１
ヘリツブ２の方を先に形成しても構わない。

第４図は本発明の他の実施例であり、アルミニウム薄膜
による弾性表面波反射ストリップ２の下部と、弾性表面
波反射グループ３以外の水晶基板１表面に、数１００人
程度の極めて薄い膜厚のクロムまたはチタン＠股６を形
成した点が第１図の実流側と異なっている。このような
構造にしても、グレーティング反射器としての特１１−
は基本的に第１図に示したものと変わらない。

第５図は第４図のグレーティング反射器の製造プロセス
を示したもので、まず＜ａ）に示すように水晶基板１ト
全面に、クロムまたはチタン薄膜６′およびアルミニウ
ム薄膜２′を順次蒸着またはスパッタ法により形成する
。次に、第５図（ｂ）に示すようにフォトリソグラフィ
法により最終的に弾性表面波反射グループ３が形成され
る領域の薄膜２ｒ、６ｒ　を除去する。そして、第５図
（Ｃ）に示すようにレジスト７を形成し、このレジスト
アを用いて同図（ｄ）フォトリソグラフィ法でアルミニ
ウム薄膜による弾性表面波共振器（〜リップ２を形成す
る。このとき、インタディジタル変換器も同時に形成す
るのが望ましい。そして最後に、第５図（ｅ）に示すよ
うにクロムまたはチタン薄膜６をレジス１〜代りに用い
て、水晶基板１上に弾性表面波反射グループ３を形成す
る。

この実施例の利点は、第５図（ｅ）のグループ＝１４− ３の形成■程におい−Ｃ水晶基板１のエツチングをドラ
イプロセスで行なうと、弾性表面波共振器を動作させた
状態で特性をモニタしながら、グループ３を順次深く形
成させられることである。すなわち、共振周波数、Ｑ等
の特性を監視しながらグループ３の形成ができ、トリミ
ングが可能な製造方法として極めて有効である。

なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではな
く、その要旨を逸脱しない範囲で次のように種々変形し
て実施することができる。

例えば弾性表面波と称した場合、一般にはレーリー波を
指すが、本発明は必ずしも本振動モードに限るものでは
なく、例えば水晶基板の−５０，５゜回転Ｙ板上をＸ軸
に直角に伝搬する擬似弾性表面波や、１０５°±１０°
回転Ｙ板、Ｘ軸伝搬の擬似弾性表面波を用いた弾性表面
波共振器のグレーティング反射器においても、本発明を
適用できる。

弾性表面波反射ストリップに使用するアルミニウム材料
については、数％以下の微量の添加物が含まれていても
差支えない。例えばアルミニウムに銅やシリコンを０．
１〜４％ドープづ−ればメタルマイグレーションを抑圧
でき、弾性表面波共振器の耐電力持１４（耐励撮強度）
の向十゛に奇乃することができる。

また、アルミニウム薄膜による弾性表面波反身・１ス１
〜リツプは、前述したように弾１ノ１−的な性質がアル
ミニウム薄膜に酷似したシリコン酸化薄膜で形成された
反射ス１−リップに置換することかできる。

シリコン酸化膜はスパッタ、ＣＶＤ法等により形成が可
能である。

また、圧電性基板として水晶基板の代りに同しシリコン
原子で構成されるシリコン単結晶基板を用いてもよく、
要するにその上を伝搬する弾性表面波に対してアルミニ
ウム薄膜あるいは酸化シリコン薄膜ににる反射ス１ヘリ
ツブが正の反則係数を有し、かつ反射グループが負の反
則係数を有Ｊるにうな材料であればよいことは、双子の
説明から明らかである。

さらに、弾性表面波反則スｌ−リップおよび弾性表面波
反則グループの幅についでもλ／８に正確に規定される
必要はなく、一般に弾性表面波反射体の幅に対し、弾性
表面波の反射量は１０％の偏差で反ＤＡ量が８％程度変
わる程度であるので、数１０％程度までの幅の偏差は許
容される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る弾性表面波共振器にお
けるグレーティング反射器の構造を示すｒ１図、第２図
は第１図における水晶基板上に形成されたアルミニウム
薄膜による弾性表面波反射ストリップの反射率の膜厚依
存性および弾性表面波グループの反射率のグループ深さ
に対する依存性を示す図、第３図は同実施例に係るグレ
ーティング反射器の製造プロセスを説明するための工程
図、第４図は本発明の他の実施例に係る弾性表面波共振
器におけるグレーティング反射器の構造を示す斜視図、
第５図は第４図のグレーティング反射器の製造プロセス
を説明するための工程図、第６図は圧電性基板にＬｉＮ
ｂ０：＋を使用し反射効率向上を図った従来のグレーテ
ィング反射器の構造を示す斜視図、第７図（ａ）（ｂ）
は圧電性基板に水晶基板を使用１ノ弾１４表面波の反射
体をリッジどグループで構成して反則効率向上を図った
従来の他のグレーティング反射器の構造を示で斜視図お
よび断面図である。 １・・・水晶基板、２・・・アルミニウム薄ＩＩψによ
る弾性表面波反射ストリップ、３・・・弾１／１表面波
反則グループ、６・・・クロムまたはチタン薄膜。 出願人代理人　弁理ｔ　鈴江武彦 （ｂ） 第２図 ！ 第３図 （Ｃ） 第４図 λ ］ 第５図 第６図 λ

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）所定の圧電性基板上に、該基板上を伝搬する弾性
   表面波に対して該基板材料との関係で正の反射係数を有
   するアルミニウムを主成分とした薄膜または酸化シリコ
   ン薄膜による弾性表面波反射ストリップと、前記基板面
   に形成され該弾性表面波に対して該基板材料との関係で
   負の反射係数を有する弾性表面波反射グループとを交互
   に、かつ該弾性表面波の波長の１／４の周期で配列して
   構成されたグレーティング反射器を備えたことを特徴と
   する弾性表面波共振器。
2. （２）圧電性基板として水晶基板を使用したことを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の弾性表面波共振器。
3. （３）水晶基板として回転Ｙ板を使用したことを特徴と
   する特許請求の範囲第２項記載の弾性表面波共振器。
4. （４）水晶基板として１０５°±１０°回転Ｙ板を使用
   し、振動モードとして擬似弾性表面波を用いたことを特
   徴とする特許請求の範囲第２項記載の弾性表面波共振器
   。
5. （５）圧電性基板としてシリコン単結晶基板を使用した
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の弾性表面
   波共振器。
6. （６）弾性表面波反射ストリップの膜厚と、弾性表面波
   反射グループの深さとをほぼ等しくしたことを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の弾性表面波共振器。
7. （７）弾性表面波反射ストリップは、アルミニウムに銅
   およびシリコンの少なくとも一方をドープした薄膜から
   なるものであることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   または第６項記載の弾性表面波共振器。