JPWO2005011117A1 - １ポート型弾性表面波共振子及び弾性表面波フィルタ - Google Patents

Abstract

周波数ばらつきの低減と、反共振周波数におけるＱ値の改善の双方を図り得る１ポート型弾性表面波共振子を提供する。 回転ＹカットＬｉＴａＯ３基板２と、該ＬｉＴａＯ３基板２上に形成されたインターデジタル電極３と、インターデジタル電極３の表面波伝搬方向両側に設けられた反射器４，５とが形成されている１ポート型弾性表面波共振子であって、インターデジタル電極３の電極指の幅をａ、電極指間ギャップをｂとしたときに、メタライゼーション比ａ／（ａ＋ｂ）が０．５５〜０．８５の範囲とされており、かつインターデジタル電極３が交差幅重み付けを施されている、１ポート型弾性表面波共振子１。

Description

本発明は、インターデジタル電極の両側に反射器が設けられている１ポート型弾性表面波共振子及び該弾性表面波共振子が用いられた弾性表面波フィルタに関し、より特定的には、圧電基板として回転ＹカットＬｉＴａＯ_３基板を用いた１ポート型弾性表面波共振子及び弾性表面波フィルタに関する。

従来より、通信装置などの帯域フィルタを構成するために、回転ＹカットＸ伝搬のＬｉＴａＯ_３基板を用いた１ポート型弾性表面波共振子が種々提案されている。この１ポート型弾性表面波共振子では、ＬｉＴａＯ_３基板上に、インターデジタル電極と、インターデジタル電極の表面波伝搬方向両側に設けられた反射器とが備えられている。１ポート型弾性表面波共振子を用いて弾性表面波フィルタなどを構成した場合、周波数特性のばらつきが小さいことが求められる。

下記の特許文献１には、上記ＹカットＸ伝搬のＬｉＴａＯ_３基板を用いた１ポート型弾性表面波共振子では、電極膜厚をｈ、表面波の波長をλとしたときに、ｈ／λを０．０６〜０．１０の範囲とし、電極のメタライゼーション比を０．６以下とすることにより、良好な特性が得られると記載されている。

また、下記の特許文献２では、１ポート型弾性表面波共振子を複数用いたラダー型弾性表面波フィルタにおいて、電極のメタライゼーション比を０．６以上、好ましくは０．６〜０．８の範囲とすることにより、歩留りを改善することができるとされている。

他方、デュプレクサなどにおいては、低周波側の帯域フィルタとして、１ポート型弾性表面波共振子を複数用いて構成されたラダー型弾性表面波フィルタが一般的に用いられている。ここでは、低周波数側の帯域フィルタとしてのラダー型の弾性表面波フィルタにおいて、通過帯域の高周波側の阻止域におけるフィルタ特性の急峻性が求められている。そのため、急峻性を高めるために、ラダー型回路における直列腕共振子を構成している１ポート型弾性表面波共振子の反共振周波数におけるＱ値の改善が求められている。

他方、弾性表面波フィルタの通過帯域外の特定の周波数における減衰量を充分な大きさとするために、弾性表面波フィルタ部に直列に１ポート型弾性表面波共振子が接続された構成が知られている。ここでは、１ポート型弾性表面波共振子の反共振周波数を用いてトラップが構成されている。このような構造においても、１ポート型弾性表面波共振子の反共振周波数のＱを改善することが求められている。

下記の特許文献３には、回転ＹカットＸ伝搬のＬｉＴａＯ_３基板を用いた１ポート型弾性表面波共振子において、ＬｉＴａＯ_３基板のカット角を４６°以上とすれば、反共振周波数におけるＱ値を改善し得る旨が記載されている。

下記の非特許文献１には、３６°〜４２°ＹカットＸ伝搬のＬｉＴａＯ_３基板を用いて構成された１ポート型弾性表面波共振子において、メタライゼーション比を０．４未満とすれば、反共振周波数におけるＱ値が大きくなる旨が記載されている。
特開平７−２８３６８２号公報 特開平９−９３０７２号公報 米国特許第６，５５６，１０４号 Ｔ．Ｍａｔｓｕｄａ，Ｊ．Ｔｓｕｔｓｕｍｉ，Ｓ．Ｉｎｏｕｅ，Ｙ．Ｉｗａｍｏｔｏ，Ｙ．Ｓａｔｏｈ，″Ｈｉｇｈ−ＦｒｅｑｕｅｎｃｙＳＡＷ Ｄｕｐｌｅｘｅｒ ｗｉｔｈ Ｌｏｗ−Ｌｏｓｓ ａｎｄ Ｓｔｅｅｐ Ｃｕｔ−Ｏｆｆ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｒｉｓｔｉｃｓ″ＩＥＥＥＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｓ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ，Ｏｃｔ ８−１１，２００２

回転ＹカットＸ伝搬のＬｉＴａＯ_３基板を用いて構成された１ポート型弾性表面波共振子では、音速のメタライゼーション比に対する依存性はメタライゼーション比が０．７５付近でもっとも鈍感である。すなわち、メタライゼーション比が０．７５付近において電極形成精度に対するばらつきに対する周波数ばらつきがもっとも小さくなる。従って、特許文献１，２に記載のように、周波数ばらつきを低減し、歩留りを改善するには、メタライゼーション比は０．６以上とすることが好ましいとされていた。

他方、上記特許文献３に記載のように、回転ＹカットＸ伝搬のＬｉＴａＯ_３基板を用いて構成された１ポート型弾性表面波共振子では、カット角が４６°以上のＬｉＴａＯ_３基板を用いることにより、反共振周波数のＱ値が高められる。しかしながら、４６°〜５０°回転Ｙ板ＬｉＴａＯ_３基板を用いて１ポート型弾性表面波共振子を作製したとしても、その反共振周波数のＱ値は、電極のメタライゼーション比が大きくなるにつれて急激に劣化するという問題があった。

また、前述した非特許文献１によれば、反共振周波数における良好なＱ値を得るには、メタライゼーション比は０．４以下と、できるだけ小さくすべきであることが示されている。

従って、従来、ＹカットＸ伝搬のＬｉＴａＯ_３基板を用いて構成された１ポート型弾性表面波共振子では、周波数ばらつきを低減するには電極のメタライゼーション比を０．５以上と大きくしなければならず、他方、反共振周波数におけるＱ値を改善するにはデューティ比を０．４以下と小さくしなければならなかった。よって、反共振周波数におけるＱ値の改善と、周波数ばらつきの改善とを両立することは非常に困難であった。

本発明の目的は、上述した従来技術の現状に鑑み、ＹカットＸ伝搬のＬｉＴａＯ_３基板を用いて構成されており、反共振周波数におけるＱ値の改善と、周波数ばらつきの低減とを両立することを可能とした１ポート型弾性表面波共振子及び該１ポート型弾性表面波共振子を用いて構成された弾性表面波フィルタを提供することにある。

本発明の広い局面によれば、回転ＹカットＬｉＴａＯ_３基板と、該ＬｉＴａＯ_３基板上に形成されたインターデジタル電極と、インターデジタル電極の表面波伝搬方向両側に設けられた反射器とを備える１ポート型弾性表面波共振子において、前記インターデジタル電極の電極指の幅をａ、電極指間ギャップをｂとしたときに、メタライゼーション比ａ／（ａ−ｂ）が０．５５〜０．８５の範囲にあり、かつインターデジタル電極が交差幅重み付けを施されていることを特徴とする、１ポート型弾性表面波共振子が提供される。

本発明においては、好ましくは、上記前記ＬｉＴａＯ_３基板のカット角は３６°〜６０°の範囲とされる。また、回転ＹカットＬｉＴａＯ_３基板と、該ＬｉＴａＯ_３基板上に成形されたインターデジタル電極と、インターデジタル電極の表面波伝搬方向両側に設けられた反射器とを備える１ポート型弾性表面波共振子において、前記インターデジタル電極の電極指の幅をａ、電極指間ギャップをｂとしたとき、メタライゼーション比ａ／（ａ＋ｂ）が０．４５〜０．８５の範囲にあり、かつインターデジタル電極が重み付けを施され、さらに前記ＬｉＴａＯ_３基板のカット角が４０°〜６０°の範囲とされる。
また、本発明に係る１ポート型弾性表面波共振子のある特定の局面では、前記交差幅重み付け量が、８７．５％以下とされ、好ましくは、７５％以下とされている。

本発明に係る１ポート型弾性表面波共振子の他の特定の局面では、前記インターデジタル電極の膜厚が、Ａｌからなり、表面波の波長の８〜１４％、好ましくは８．５〜１１．５％、より好ましくは、９〜１１％の範囲の質量に等価な質量の膜厚とされている。

本発明に係る１ポート型弾性表面波共振子のさらに別の特定の局面では、前記インターデジタル電極の膜厚が、Ｃｕからなり、表面波の波長の２．４〜４．２％の範囲の質量に等価な質量の膜厚とされている。

本発明に係る１ポート型弾性表面波共振子のさらに他の特定の局面では、前記インターデジタル電極の膜厚が、Ａｕからなり、表面波の波長の１．１〜２．０％の範囲の質量に等価な質量の膜厚とされている。

本発明に係る弾性表面波フィルタは、本発明に従って構成された１ポート型弾性表面波共振子を用いて構成されている。このような弾性表面波フィルタは、特に限定されず、ラダー型弾性表面波フィルタ、ラチス型弾性表面波フィルタまたは１ポート型弾性表面波共振子がトラップとして備えられている弾性表面波フィルタなどが挙げられる。

本発明に係る１ポート型弾性表面波共振子では、回転ＹカットＬｉＴａＯ_３基板上に、インターデジタル電極及び一対の反射器が設けられており、該インターデジタル電極及び一対の反射器のメタライゼーション比が０．５５〜０．８５の範囲とされているため、周波数ばらつきを効果的に抑制することができる。また、インターデジタル電極が交差幅重み付けを施されているため、周波数ばらつきが抑制されているだけでなく、反共振周波数におけるＱ値を効果的に高めることができる。

すなわち、従来、１ポート型弾性表面波共振子においては、周波数ばらつきの低減と反共振周波数におけるＱ値の改善とを両立することが非常に困難であったのに対し、本発明によれば、電極のメタライゼーション比を上記特定の範囲とし、かつインターデジタル電極を交差幅重み付けを施されたものとすることにより、周波数ばらつきの低減及び反共振周波数におけるＱ値の改善を両立することができる。

従って、本発明に係る１ポート型弾性表面波共振子を用いて、様々な弾性表面波フィルタを構成することにより、フィルタ特性の通過帯域から阻止域にかけての急峻性を高めたり、１ポート型弾性表面波共振子を用いたトラップの抑制を効果的に改善することが可能となる。

特に、ＬｉＴａＯ_３基板のカット角が３６°〜６０°の範囲とされている場合には、反共振周波数におけるＱ値をより効果的に改善することができる。また、回転ＹカットＬｉＴａＯ_３基板と、該ＬｉＴａＯ_３基板上に形成されたインターデジタル電極と、インターデジタル電極の表面波伝搬方向両側に設けられた反射器とを備える１ポート型弾性表面波共振子において、前記インターデジタル電極の電極指の幅をａ、電極指間ギャップをｂとしたときに、メタライゼーション比ａ／（ａ−ｂ）が０．４５〜０．８５の範囲にあり、かつインターデジタル電極が重み付けを施され、さらに前記ＬｉＴａＯ_３基板のカット角が４０°〜６０°の範囲とされている場合には、同様に、周波数ばらつきを効果的に抑制することができ、さらにインターデジタル電極が交差幅重み付けを施されているため、周波数ばらつきが抑制されているだけでなく、反共振周波数におけるＱ値を効果的に高めることができる。

上記交差幅重み付け量が、８７．５％以下、より好ましくは７５％以下とされている場合には、反共振周波数におけるＱ値をより効果的に改善することができる。

電極膜厚が、Ａｌからなる場合に、表面波の８〜１４％の範囲の膜厚に相当する量の膜厚とされている場合には、反共振周波数におけるＱ値をより効果的に改善することができる。

同様に、電極膜厚が、Ｃｕからなる場合に、表面波の２．４〜４．２％の範囲の膜厚に相当する量の膜厚とされている場合には、反共振周波数におけるＱ値をより効果的に改善することができる。

同様に、電極膜厚が、Ａｕからなる場合に、表面波の１．１〜２．０％の範囲の膜厚に相当する量の膜厚とされている場合には、反共振周波数におけるＱ値をより効果的に改善することができる。

本発明に係る弾性表面波フィルタでは、本発明に従って構成された１ポート型弾性表面波共振子を用いて構成されているため、周波数ばらつきを抑制できるとともに、１ポート型弾性表面波共振子の反共振周波数におけるＱ値が改善されているため、弾性表面波フィルタの通過帯域から阻止域へかけてのフィルタ特性の急峻性を高めたり、１ポート型弾性表面波共振子をトラップとして用いることにより、該トラップの特性を効果的に改善したりすることができる。

［図１］図１は、（ａ）は、本発明の一実施形態に係る一実施例弾性表面波共振子を示す平面図、（ｂ）はその要部の拡大図である。
［図２］図２は、実験例１において、正規型のインターデジタル電極を有する１ポート型弾性表面波共振子における電極のメタライゼーション比と共振周波数との関係を示す図である。
［図３］図３は、実験例１において、正規型のインターデジタル提供を有する弾性表面波共振子における電極のメタライゼーション比と周波数ばらつきとの関係を示す図である。
［図４］図４は、正規型のインターデジタル電極を有する比較例の１ポート型弾性表面波共振子と、交差幅重み付けが施された３種の実施例に相当する１ポート型弾性表面波共振子におけるメタライゼーション比と反共振周波数におけるＱ値の関係を示す図である。
［図５］図５は、正規型のインターデジタル電極を有する１ポート型弾性表面波共振子において、電極のメタライゼーション比を変化させた場合のインピーダンス−周波数特性及び位相−周波数特性を模式的に示す図である。
［図６］図６は、正規型のインターデジタル電極を有する１ポート型弾性表面波共振子におけるＬｉＴａＯ_３基板のカット角とデューティ比と、反共振周波数におけるＱ値との関係を示す図である。
［図７］図７は、正規型のインターデジタル電極を有する１ポート型弾性表面波共振子における電極のメタライゼーション比と、反共振周波数におけるＱ値との関係を示す図である。
［図８］図８は、正規型のインターデジタル電極を有する１ポート型弾性表面波共振子において、バスバー部にＡｌ膜をさらに積層した構造における電極のメタライゼーション比と反共振周波数におけるＱ値との関係を示す図である。
［図９］図９は、正規型のインターデジタル電極を有する比較例の１ポート型弾性表面波共振子と、交差幅重み付け量が６７．５％、７５％、及び８７．５％とされた３種の実施例に相当する１ポート型弾性表面波共振子のインピーダンス−周波数特性及び位相−周波数特性を模式的に示す図である。
［図１０］図１０は、交差幅重み付けが施されたインターデジタル電極を有する実施例の１ポート型弾性表面波共振子におけるＡｌからなる電極の膜厚と、反共振周波数におけるＱ値増加率との関係を示す図である。
［図１１］図１１は、交差幅重み付けが施されたインターデジタル電極を有する実施例の１ポート型弾性表面波共振子におけるＡｌからなる基板のカット角と、反共振周波数におけるＱ値増加率との関係を示す図である。
［図１２］図１２は、本発明に係る弾性表面波フィルタの一例としてのラダー型回路構成を有する弾性表面波フィルタの電極構造を示す平面図である。
［図１３］図１３は、本発明に係る弾性表面波フィルタの他の例としてのラチス型回路構成を有する弾性表面波フィルタの電極構造を示す平面図である。
［図１４］図１４は、本発明の弾性表面波フィルタのさらに他の例としてのトラップ付き弾性表面波フィルタの電極構造を示す平面図である。

符号の説明

１…１ポート型弾性表面波共振子
２…ＬｉＴａＯ_３基板
３…インターデジタル電極
３ａ…電極指
４，５…反射器
４ａ，５ａ…電極指
３１…ラダー型弾性表面波フィルタ
４１…ラチス型弾性表面波フィルタ
４２〜４５…１ポート型弾性表面波共振子
５１…トラップ付き弾性表面波フィルタ
５２…弾性表面波フィルタ部
５３…１ポート型弾性表面波共振子
Ｓ１，Ｓ２…直列腕共振子
Ｐ１〜Ｐ３…並列腕共振子

以下、図面を参照しつつ、本発明の具体的な実施例を説明することにより、本発明を明らかにする。

図１（ａ）は、本発明の一実施形態に係る１ポート型弾性表面波共振子を示す模式的平面図であり、（ｂ）は、その要部の拡大図である。
１ポート型弾性表面波共振子１は、回転ＹカットＸ伝搬のＬｉＴａＯ_３基板２を用いて構成されている。ＬｉＴａＯ_３基板のカット角は、好ましくは、後述の実験例から明らかなように、３６°〜６０°の範囲とされる。

ＬｉＴａＯ_３基板２上には、インターデジタル電極３と、インターデジタル電極３の表面波伝搬方向両側に設けられた反射器４，５とが形成されている。インターデジタル電極３及び反射器４，５は、ＬｉＴａＯ_３基板上に、ＡｌまたはＡｌ合金などの電極材料を成膜し、パターニングすることにより形成されている。もっとも、電極材料は、ＡｌまたはＡｌ合金に限られず、他の金属材料によって構成してもよい。

インターデジタル電極３は、互いに間挿し合う複数本の電極指３ａを有する。
また、反射器４，５は、複数本の電極指４ａ，５ａを両端で接続した構造を有する。

本実施形態の１ポート型弾性表面波共振子１の特徴は、インターデジタル電極３及び反射器４，５のメタライゼーション比ａ／（ａ−ｂ）が０．５５〜０．８５の範囲にあり、かつインターデジタル電極３が、図示のように交差幅重み付けを施されていることにある。なお、メタライゼーション比ａ／（ａ＋ｂ）とは、図１（ｂ）に示すように、インターデジタル電極３の電極指の幅をａ，電極指間ギャップをｂとしたときに、電極指の幅ａの電極指の幅ａと電極指間ギャップｂとの合計に対する比である。

本実施形態では、インターデジタル電極３の交差幅重み付けは、図１（ａ）に示すように、複数本の電極指３ａの長さを調整し、交差幅が、インターデジタル電極３の中央においてもっとも大きく、表面波伝搬方向外側に至るにつれて交差幅が小さくされるように行われている。もっとも、図１（ａ）に示した交差幅重み付けは一例である。図１（ａ）では、交差幅重み付けが施されていることを明確にするために、インターデジタル電極３の中央における交差幅に比べて、表面波伝搬方向両側の部分における交差幅が非常に小さく図示されている。本発明においては、好ましくは、上記交差幅は重み付けに際しての重み付け量が８７．５％以下、より好ましくは、７５％以下とされ、それによって反共振周波数におけるＱ値をより効果的に改善することができる。また、重み付けを施されて電極がなくなった領域には、図１（ａ）に破線で示すように、のようにダミー電極６を設けてもよい。

なお、交差幅重み付け量とは、交差幅重み付けが施されている程度を表わすものである。例えば、図１（ａ）に示したインターデジタル電極３のように、交差幅を規定している電極指先端を結んで構成される包絡線が直線的である場合には、インターデジタル電極３の中心における交差幅が最大である部分の交差長をＡ、インターデジタル電極３の表面波伝搬方向両端の交差幅が最も小さい部分の交差長をＢとしたとき、（Ｂ／Ａ）×１００（％）で表わされる。

なお、包絡線とは、交差幅領域の外縁を規定する仮想線であり、インターデジタル電極３を例にとると、同電位に接続される複数本の電極指の先端を結ぶ線である。

上記のように、包絡線が直線的であるように交差幅重み付けが施されている場合には、（Ｂ／Ａ）×１００（％）で交差幅重み付け量が表わされる。もっとも、本発明においては、包絡線がサインカーブなどの直線以外の形状を有する交差幅重み付けが施されてもよい。直線以外の形状の包絡線を有するように交差幅重み付けが施されている場合には、上記交差幅重み付けが施されている領域の面積を、上記直線的な包絡線を有するように重み付けが施されてる場合の重み付けが施されている領域の面積を基準に定められる。すなわち、直線以外の形状の包絡線を有するように重み付けが施されている場合の、重み付けが施されている領域の面積をＹ、直線的な包絡線を有するように重み付けが施されている場合の重み付けが施されている領域の面積がＹでありかつ上記（Ｂ／Ａ）×１００（％）がＺであるとした場合、直線以外の形状の包絡線を有するように重み付けが施されている場合の交差幅重み付け量はＺとすればよい。

１ポート型弾性表面波共振子１では、ＬｉＴａＯ_３基板上に、メタライゼーション比が０．４５〜０．８５の範囲となるように、インターデジタル電極３及び反射器４，５が形成されている。そのため実験例から明らかなように、電極精度ばらつきによる共振周波数のばらつきを効果的に抑制することができる。

また、インターデジタル電極３が、交差幅重み付けを施されているため、反共振周波数におけるＱ値を大幅に改善することができる。これを、以下の具体的な実験例に基づき説明する。

（実験例１）
回転ＹカットＸ伝搬のＬｉＴａＯ_３基板を用意し、該ＬｉＴａＯ_３基板上に、Ａｌを用いて正規型のインターデジタル電極と、一対の反射器とを種々のメタライゼーション比で形成し、共振周波数を求めた。結果を図２に示す。なお、インターデジタル電極３の波長は約２μｍとした。共振周波数２ＧＨｚを目標共振周波数とし、電極膜厚は波長の１０％とした。図２から明らかなように、インターデジタル電極及び反射器のメタライゼーション比が変化すると、共振周波数が変化していることがわかる。そして、メタライゼーション比が０．７付近で共振周波数がもっとも低くなることがわかる。

次に、上記と同様にして、様々なメタライゼーション比の１ポート型弾性表面波共振子を製作し、電極指の幅方向寸法のばらつきが±０．０２μｍである場合の共振周波数のばらつきを求めた。図３に結果を示す。

なお、図３の縦軸の周波数ばらつきとは、作製された弾性表面波共振子の共振周波数の実測値と、目的共振周波数である２ＧＨｚとの差の目的共振周波数２ＧＨｚに対する割合（ｐｐｍ）をいうものとする。

図３から明らかなように、メタライゼーション比が０．７近傍で周波数ばらつきが極小となることがわかる。

また、周波数公差がより小さいことが求められる用途では、周波数ばらつきは４０００ｐｐｍ以下であることが望ましい。従って、図３から明らかなように、メタライゼーション比を０．５５〜０．８５の範囲とすれば、この要求を満たすことができることがわかる。

なお、本願発明者は、Ａｌからなる電極の膜厚を異ならせて実験した結果、図３に示したメタライゼーション比の好ましい範囲は、電極膜厚に依存しないことが確かめられている。

（実験例２）
実験例１と同様にして、正規型のインターデジタル電極と一対の反射器とを有する１ポート型弾性表面波共振子を作製した。但し、カット角が４６°のＹカットＸ伝搬のＬｉＴａＯ_３基板を用い、インターデジタル電極及び反射器の膜厚は、波長の１０％、波長が約２μｍ、インターデジタル電極における電極指の対数は１２５対、電極指交差幅３２μｍとし、目標共振周波数は２ＧＨｚ付近とした。メタライゼーション比を種々異ならせて、１ポート型弾性表面波共振子を作製し、反共振周波数におけるＱ値を求めた。結果を図４の実線Ｃで示す。また、図５は、インピーダンス−周波数特性及び位相−周波数特性を示す。

図４の実線Ｃ及び図５の波形から明らかなように、メタライゼーション比が０．４５よりも大きい領域では、反共振周波数のＱ値が著しく低下し、８００以下となることがわかる。これに対して、メタライゼーション比が０．４５以下では、反共振周波数のＱ値は６００以上と良好であることがわかる。この傾向は、前述した非特許文献１に記載の内容に一致するものである。

従って、実験例１及び実験例２の結果を考慮すると、反共振周波数において良好なＱ値を得るために、メタライゼーション比を０．４としたとしても、従来の１ポート型弾性表面波共振子では、周波数ばらつきは７０００ｐｐｍを超えることがわかる。この周波数ばらつきは、共振周波数が２ＧＨｚであれば、１４ＭＨｚとなる。従って、送信帯域と受信帯域との周波数間隔が２０ＭＨｚと近い携帯電話機などにおいては、上記周波数ばらつきは致命的な欠点となることがわかる。また、他の用途においても、このような大きな周波数ばらつきを抑制することが強く求められている。
従って、実験例１，２で確認されたように、従来、周波数ばらつきと反共振周波数における良好なＱ値とを両立することは困難であった。

（実験例３）
他方、回転ＹカットＸ伝搬のＬｉＴａＯ_３基板では、前述した特許文献３に記載のように、ＬｉＴａＯ_３基板のカット角を４６°〜５４°の範囲とすれば、反共振周波数におけるＱ値を改善し得ることが知られている。そこで、実験例２と同様にして、メタライゼーション比が０．４及び０．６とされた２種の１ポート型弾性表面波共振子を、様々なカット角のＹカットＬｉＴａＯ_３基板を用いて作製した。得られた弾性表面波共振子におけるＬｉＴａＯ_３基板のカット角と、反共振周波数におけるＱ値との関係を図６に示す。

図６から明らかなように、メタライゼーション比が０．４の場合には、カット角が大きくなるにつれて、反共振周波数のＱ値が急激に改善される。これに対して、メタライゼーション比が０．６の場合には、カット角を大きくしたとしても、反共振周波数のＱ値はそれほど改善しないことがわかる。

すなわち、実験例３から明らかなように、周波数ばらつきを改善するために、メタライゼーション比を０．６としたとしても、カット角の特性により反共振周波数のＱ値を改善することはできない。

（実験例４）
前述した非特許文献１では、電極のメタライゼーション比を小さくすることにより、反共振周波数のＱ値が高められている。その理由としては、導波路効果が挙げられている。すなわち、メタライゼーション比が小さくなると、バスバー部の音速よりもインターデジタル電極の表面波伝搬部分における音速が充分に速くなり、インターデジタル電極部分の導波路としての閉じ込め効果が改善される。それによって、バスバー部から共振子外への表面波の漏洩が小さくなり、反共振周波数のＱ値が改善されると考えられていた。

従って、このような理由が正しいとすれば、インターデジタル電極における音速を速くする代わりに、バスバー部の音速を低下させればよいと考えられる。そこで、実験例２と同様にして、様々なメタライゼーション比で電極が構成された弾性表面波共振子のバスバー部にのみさらに約１μｍの厚みのＡｌ膜を積層した。約１μｍの厚みの第２層目のＡｌ膜がバスバー部に積層される前の弾性表面波共振子におけるメタライゼーション比と反共振周波数におけるＱ値の関係を図７に示す。なお、図７の結果は、前述した図４の実線Ｃと同一である。

２層目のＡｌ膜をバスバー部に形成した弾性表面波共振子のメタライゼーション比と反共振周波数におけるＱ値の関係を図８に示す。
図７と図８を比較すれば明らかなように、バスバー部の音速を遅くしたとしても、反共振周波数のＱ値は殆ど改善されないことがわかる。すなわち、バスバー部の音速とインターデジタル電極部分の音速の関係を調整することにより、反共振周波数におけるＱ値を改善することは困難であることがわかる。

（実験例５）
上記実験例３及び４の結果から、メタライゼーション比が大きい場合に、反共振周波数におけるＱ値が劣化する原因は、表面波の基板内部への漏洩成分や、バスバーから外部への表面波の漏洩成分が主たる要因ではないと考えられる。また、反射器の本数を増大しても、反共振周波数のＱ値が改善しないことも確認した。つまり、反射器の不足による表面波の漏洩が原因でもないと考えられる。

そこで、本願発明者は、種々検討した結果、インターデジタル電極３において、重み付けを施し、特に交差幅重み付けを起こせば、反共振周波数におけるＱ値の改善を図り得ることを見出した。

実験例５においては、インターデジタル電極に、交差幅重み付けを施されていることを除いては、実験例２と同様にして１ポート型弾性表面波共振子を作製した。この場合、前述した交差幅重み付け量を種々異ならせ、複数種の１ポート型弾性表面波共振子を作製した。なお、電極のメタライゼーション比は０．６とした。

結果を図９に示す。図９は、上記のようにして作製された複数種の１ポート型弾性表面波共振子のインピーダンス−周波数特性と、位相−周波数特性を上下に並べた図である。なお、図９においては、インターデジタル電極が正規型である場合の比較例と、重み付け量が８７．５％、７５％、及び６７．５％の３種類の実施例に相当する１ポート型弾性表面波共振子の特性が示されている。なお、図９においては、理解を容易とするために、複数種の弾性表面波共振子の周波数特性をわずかにシフトさせており、それによって各特性が分離されて図示されている。

また、このような交差幅重み付けが施された複数種の１ポート型弾性表面波共振子において、電極のメタライゼーション比を種々変化させ、反共振周波数におけるＱ値を求めた。結果を上述した図４の実線○、×及び△で示す。なお、図４における○は交差幅重み付け量が８７．５％であり、×は７５％の場合、△は６７．５％の場合の結果である。

図４及び図９から明らかなように、インターデジタル電極を交差幅重み付けすることにより、反共振周波数のＱ値が急激に改善し得ることがわかる。また、図９から明らかなように、上記のような交差幅重み付けを施したとしても、共振特性自体に大きな変化がみられないことがわかる。従って、メタライゼーション比が０．４５以上の大きな領域であったとしても、インターデジタル電極に交差幅重み付けを施せば、周波数ばらつきの低減及び反共振周波数におけるＱ値の改善を両立し得ることがわかる。特に、メタライゼーション比が０．５５〜０．８５の周波数ばらつきを効果的に改善し得る範囲においても、交差幅重み付けを施し、好ましくは交差幅重み付け量を７５％以下、より好ましくは８７．５％以下とすることにより、反共振周波数におけるＱ値をより効果的に改善し得ることがわかる。

（実験例６）
実験例５から明らかなように、メタライゼーション比が０．４５以上、０．８５以下と大きい場合であっても、インターデジタル電極に交差幅重み付けを施せば、反共振周波数におけるＱ値が効果的に改善される。そこで、このような効果の電極膜厚による影響を確認した。４８°回転ＬｉＴａＯ_３基板を用い、交差幅重み付け量が７５％とされている１ポート型弾性表面波共振子において、電極膜厚を種々異ならせ、反共振周波数におけるＱ値の改善割合（％）を求めた。なお、メタライゼーション比は０．５とした。結果を図１０に示す。

図１０から明らかなように、Ａｌからなる電極膜厚が波長の８〜１４％の範囲であれば、交差幅重み付けによる反共振周波数におけるＱ値を改善する効果が得られることがわかる。特に、Ｑ値が５０％以上改善される範囲は、Ａｌからなる電極の膜厚が８．５〜１１．５％であり、１００％以上改善される範囲が電極膜厚が９〜１１％の範囲であることがわかる。

従って、本発明においては、好ましくは、電極膜厚は、Ａｌからなる場合、波長の８〜１４％、より好ましくは８．５〜１１．５％、さらに好ましくは９〜１１％の範囲とされる。

また、電極材料としてＡｌを用いたが、ＣｕやＡｕなどの他の金属材料を用いた場合、並びに複数の金属を積層してなる積層膜により電極を形成した場合においても、上記Ａｌからなる電極膜厚に相当する質量と等価な膜厚である限り、同様の効果が得られた。

すなわち、Ａｌにおける電極膜厚が波長の８〜１４％α相当する場合にＣｕの電極膜厚は２．４〜４．２％であり、Ａｕの電極膜厚は１．１〜２．０％である。同様に、Ａｌにおける電極膜厚が波長の８．５〜１１．５％、９．０〜１１．０％の場合α相当するＣｕ電極膜厚は、それぞれ、２．６〜３．５％、２．７〜３．３％であり、Ａｕの電極膜厚は１．２〜１．６％、１．３〜１．５％である。

（実験例７）
実験例７では、ＬｉＴａＯ_３基板のカット角を異ならせ、反共振周波数におけるＱ値の増加率を求めた。なお、用いたインターデジタル電極は、実験例６と同様し、Ａｌからなる電極の膜厚は表面波の波長の１０％とした。結果を図１１に示す。

図１１から明らかなように、ＬｉＴａＯ_３基板のカット角がいずれの場合にもおいても、本発明に従って反共振周波数におけるＱ値を改善し得ることがわかる。特に、カット角が４０°〜６０°では、正規型のインターデジタル電極を用いた場合に比べて、交差幅重み付けが施されたインターデジタル電極を用いることにより、Ｑ値の改善効果が１００％以上となり、さらにカット角が４４°〜５４°の場合には、カット角によって反共振周波数におけるＱ値が改善されるため、インターデジタル電極の交差幅重み付けによるＱ値改善効果と相まってより一層効果的に反共振周波数におけるＱ値を改善することができる。よって、メタライゼーション比が０．４５〜０．８５かつカット角が４０°〜６０°の範囲が好ましい。

本発明に係る１ポート型弾性表面波共振子では、上記のようにメタライゼーション比を０．４５〜０．８５の範囲、より好ましくは、０．５５〜０．８５の範囲とし、かつ交差幅重み付けが施されたインターデジタル電極を用いたことにより、周波数ばらつき及び反共振周波数におけるＱ値の改善の両立が図られている。従って、本発明に係る１ポート型弾性表面波共振子を用いて弾性表面波フィルタを構成することにより、特性の急峻性の向上、あるいは１ポート型弾性表面波共振子をトラップとして用いた弾性表面波フィルタにおける阻止域における減衰量の改善を効果的に図ることができる。本発明に係る１ポート型弾性表面波共振子は、かつ用いられる弾性表面波フィルタについては特に限定されないが、例えば図１２〜図１４に示す各弾性表面波フィルタを挙げることができる。

図１２に示す弾性表面波フィルタは、ラダー型の弾性表面波フィルタ３１であり、複数の直列腕共振子Ｓ１，Ｓ２及び並列腕共振子Ｐ１〜Ｐ３を有する。本発明に係る１ポート型弾性表面波共振子は、これらの直列腕共振子または並列腕共振子として用いることができる。特に、直列腕共振子Ｓ１，Ｓ２として、本発明に係る１ポート型弾性表面波共振子を用いることにより、直列腕共振子Ｓ１，Ｓ２の反共振周波数におけるＱ値を改善することができ、それによってラダー型弾性表面波フィルタ３１の通過帯域よりも高周波側におけるフィルタ特性の急峻性を高めることができる。

図１３に示す弾性表面波フィルタは、ラチス型回路構成の弾性表面波フィルタ４１であり、ここでは、複数の１ポート型弾性表面波共振子４２〜４５が格子接続となるように相互に接続されている。この１ポート型弾性表面波共振子４２〜４５として、本発明に係る１ポート型弾性表面波共振子を好適に用いることができる。

また、図１４は、１ポート型弾性表面波共振子によりトラップが構成された弾性表面波フィルタ５１である。弾性表面波フィルタ５１では、弾性表面波フィルタ部５２にトラップを構成するために１ポート型弾性表面波共振子５３が接続されている。この１ポート型弾性表面波共振子５３として本発明に係る１ポート型弾性表面波共振子を用いることにより、該１ポート型弾性表面波共振子の反共振周波数を利用して良好なトラップ特性を得ることができる。

Claims (9)

1. 回転ＹカットＬｉＴａＯ_３基板と、該ＬｉＴａＯ_３基板上に形成されたインターデジタル電極と、インターデジタル電極の表面波伝搬方向両側に設けられた反射器とを備える１ポート型弾性表面波共振子において、
   前記インターデジタル電極の電極指の幅をａ、電極指間ギャップをｂとしたときに、メタライゼーション比ａ／（ａ＋ｂ）が０．５５〜０．８５の範囲にあり、かつインターデジタル電極が交差幅重み付けを施されていることを特徴とする、１ポート型弾性表面波共振子。
2. 前記ＬｉＴａＯ_３基板のカット角が３６°〜６０°の範囲にある、請求項１または２に記載の１ポート型弾性表面波共振子。
3. 回転ＹカットＬｉＴａＯ_３基板と、該ＬｉＴａＯ_３基板上に形成されたインターデジタル電極と、インターデジタル電極の表面波伝搬方向両側に設けられた反射器とを備える１ポート型弾性表面波共振子において、
   前記インターデジタル電極の電極指の幅をａ、電極指間ギャップをｂとしたときに、メタライゼーション比ａ／（ａ＋ｂ）が０．４５〜０．８５の範囲にあり、かつインターデジタル電極が重み付けを施され、さらに前記ＬｉＴａＯ_３基板のカット角が４０°〜６０°の範囲にあることを特徴とする、１ポート型弾性表面波共振子。
4. 前記交差幅重み付け量が、８７．５％以下とされている、請求項１〜３のいずれかに記載の１ポート型弾性表面波共振子。
5. 前記インターデジタル電極の膜厚が、Ａｌからなり、かつ表面波の波長の８〜１４％の範囲の質量に等価な質量の膜厚とされている、請求項１〜４のいずれかに記載の１ポート型弾性表面波共振子。
6. 前記インターデジタル電極の膜厚が、Ｃｕからなり、表面波の波長の２．４〜４．２％の範囲の質量に等価な質量の膜厚とされている、請求項５に記載の１ポート型弾性表面波共振子。
7. 前記インターデジタル電極の膜厚が、Ａｕからなり、表面波の波長の１．１〜２．０％の範囲の質量に等価な質量の膜厚とされている、請求項６に記載の１ポート型弾性表面波共振子。
8. 請求項１〜７のいずれかに記載の１ポート型弾性表面波共振子を用いて構成されている、弾性表面波フィルタ。
9. 前記弾性表面波フィルタが、ラダー型弾性表面波フィルタ、ラチス型弾性表面波フィルタまたは前記１ポート型弾性表面波共振子がトラップとして備えられている弾性表面波フィルタである、請求項８に記載の弾性表面波フィルタ。

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