JPWO2008093484A1 - 弾性境界波装置 - Google Patents

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Abstract

ＳＨ型弾性境界波を利用しており、煩雑な工法を採用することなく得ることができ、狭帯域のフィルタや共振子に適した電気機械結合係数を得ることができる弾性境界波装置を得る。ほう酸リチウム系圧電単結晶基板２を用いて形成されており、該ほう酸リチウム系圧電単結晶基板２上にＩＤＴ４が形成されており、ＩＤＴ４を覆うように誘電体３が形成されており、ほう酸リチウム系単結晶基板２と誘電体３との境界を伝搬するＳＨ型弾性境界波を利用しており、ほう酸リチウム系圧電単結晶基板２のオイラー角（φ，θ，ψ）が、図２、図６、図１０、図１４、図１８、図２２、図２６、図３０、図３４、図３８、図４２、図４６、図５０、図５４、図５８、図６２、図６６、図７０または図７４のそれぞれにおいて、電気機械結合係数Ｋ２が０．３％であることを示す線及び該線よりも電気機械結合係数Ｋ２が高い領域内のいずれかにある、弾性境界波装置１。

Description

本発明は、圧電単結晶基板と誘電体との境界を伝搬する弾性境界波を利用した弾性境界波装置に関し、より詳細には、圧電単結晶基板としてランガサイト系圧電単結晶基板を用いた弾性境界波装置に関する。
近年、携帯電話機などの様々な電子機器において、発振子や帯域フィルタを構成するために弾性表面波装置が広く用いられている。また、弾性表面波装置に代えて、パッケージ構造の簡略化を図ることができるため、弾性境界波装置が注目されている。
下記の非特許文献１では、１２８°回転Ｙ板Ｘ伝搬のＬｉＮｂＯ３基板上に、ＳｉＯ２からなる誘電体層が積層されており、両者の界面をストンリー波と呼ばれる弾性境界波が伝搬する構造が開示されている。非特許文献１における理論的な解析によれば、ＳｉＯ２本来の状態では、ＬｉＮｂＯ３基板とＳｉＯ２層との境界に変位が集中しないため、発生される波は境界波とはならない。そこで、非特許文献１では、ＳｉＯ２の弾性的性質を表わすラメ定数μを、ＳｉＯ２本来の０．３１１９×１０１１Ｎ／ｍ２から、０．４６７９×１０１１Ｎ／ｍ２に変更することにより、変位を境界に集中させ、境界波を伝搬させ得ることが示されている。
他方、非特許文献１における実験結果によれば、ＳｉＯ２の形成条件を種々変更したとしても、境界波が伝搬可能なＳｉＯ２膜を形成することはできないことが示されている。
また、下記の特許文献１には、Ｓｉ基板と、ＬｉＮｂＯ３基板とを貼り合わせてなる弾性境界波装置が開示されている。
他方、下記の特許文献２には、第１の媒質と第２の媒質とを積層してなり、第１，第２の媒質間の境界にＩＤＴ電極を配置してなる弾性境界波装置が開示されている。ここでは、ＩＤＴ電極として、低音速であり、密度が大きい金属を用いることにより、ＩＤＴ電極に振動エネルギーを集中させ、弾性境界波を励振し得るとされている。特許文献２に記載の実施例では、具体的には、ＬｉＮｂＯ３基板とＳｉＯ２膜との境界にＡｕからなるＩＤＴ電極が配置されている。
中条、山之内、柴山：″層状構造基板における圧電性境界波″，信学技法、ＵＳ８０−４、１９８０ 特開１９９８−０８４２４７号公報 ＷＯ２００４／０７０９４６
例えば高周波帯などで用いられる帯域フィルタや共振子として弾性境界波装置を利用する場合、電気機械結合係数が適切な値であり、伝搬損失、パワーフロー角ＰＦＡ及び周波数温度係数ＴＣＦが小さいことが求められる。
伝搬損失、すなわち弾性境界波の伝搬に伴う損失が大きいと、弾性境界波フィルタでは挿入損失が劣化し、弾性境界波共振子では、共振抵抗が小さくなったり、反共振周波数におけるインピーダンスと共振周波数におけるインピーダンスとの比であるインピーダンス比が小さくなったりする。従って、伝搬損失は小さいことが望ましい。
パワーフロー角ＰＦＡとは、弾性境界波の位相速度の方向と、弾性境界波のエネルギーが進む群速度の方向との違いを表わす角度である。パワーフロー角ＰＦＡが大きいと、ＩＤＴ電極をパワーフロー角に合わせて傾けて配置する必要がある。そのため、電極設計が複雑となる。また、角度ずれによる損失も生じやすくなる。従って、パワーフロー角ＰＦＡは小さいことが望ましい。
他方、温度により弾性境界波装置の動作周波数が大きく変化すると、弾性境界波フィルタの場合には、実用可能な通過帯域幅や阻止帯域幅が狭くなり、弾性境界波共振子の場合には発振回路を構成したときの異常発振の原因となるおそれがある。従って、周波数温度係数ＴＣＦ、すなわち温度１℃あたりの周波数変化量が小さいことが望ましい。
例えば、弾性境界波を送受信する送信用ＩＤＴ及び受信用ＩＤＴの両外側に反射器を配置することにより、低損失な共振器型フィルタを構成することができる。この共振器型フィルタの通過帯域幅は、弾性境界波の電気機械結合係数Ｋ２に依存する。電気機械結合係数Ｋ２が大きいと、広い通過帯域を有する弾性境界波フィルタを得ることができる。電気機械結合係数Ｋ２が小さいと、通過帯域は狭くなる。従って、弾性境界波装置に用いる弾性境界波の電気機械結合係数Ｋ２は、用途に応じて適切な値とすることが必要である。
弾性境界波装置が用いられるシステムにおける要求帯域幅を中心周波数で除算して得られた値である比帯域幅が０．５％以下であるような狭帯域のＩＦフィルタや比帯域幅が１％以下であるような帯域幅の狭い一部のＲＦフィルタの場合には、電気機械結合係数Ｋ２の適切な範囲は０．１〜２％である。
上述した非特許文献１に記載のＳｉＯ２／ＬｉＮｂＯ３構造の境界を伝搬する弾性境界波としてストンリー波を用いた場合には、ストンリー波が伝搬可能となるようなＳｉＯ２膜を実現することは極めて難しく、従って実測には至っていないのが現状である。
他方、特許文献１に記載の弾性境界波装置では、Ｓｉ基板とＬｉＮｂＯ３基板とが貼り合わされているが、このような貼り合わせ技術により弾性境界波装置を構成し、境界において弾性境界波を実際に伝搬させることは非常に困難であった。
すなわち、従来の弾性境界波装置では、結晶の異方性を利用して境界部に境界波の振動エネルギーを集中させたり、ＳｉＯ２膜の変位を調整したり、上記のような困難な基板貼り合わせ技術を用いねばならなかった。
上記特許文献２に開示されている弾性境界波装置では、ＬｉＮｂＯ３とＳｉＯ２との境界に、低音速の金属によりＩＤＴ電極を形成した構造を有するため、簡単な工法で製造可能である。
しかしながら、ＬｉＮｂＯ３自体の群遅延時間温度係数ＴＣＤが大きいため、ＳｉＯ２と組み合わせて弾性境界波装置を構成した場合、弾性境界波装置のＴＣＦの絶対値が大きかった。例えば、特許文献２の図５に示されているように、ＡｕからなるＩＤＴ電極の厚みが０．０５λ、ＬｉＮｂＯ３のオイラー角が（０°，９０°，０°）である場合、ＴＣＦ−３７ｐｐｍ／℃であり、その絶対値がかなり大きかった。従って、広帯域のＲＦフィルタに上記弾性境界波装置を利用することは可能であるが、逆に、温度変化による周波数特性の変動が大きいので狭帯域なフィルタには用いることができなかった。
本発明の目的は、上述した従来技術の現状に鑑み、複雑かつ困難な工法を用いずとも得ることができ、しかも、狭帯域のフィルタや共振子用途に適した電気機械結合係数を有し、さらに伝搬損失、パワーフロー角及び周波数温度係数が小さい、弾性境界波装置を提供することにある。
本願の第１の発明によれば、オイラー角（φ，θ，ψ）のランガサイト系圧電単結晶基板と、前記圧電単結晶基板上に形成されたＩＤＴと、前記ＩＤＴを覆うように前記圧電単結晶基板上に形成された誘電体とを備え、前記圧電単結晶基板と前記誘電体との境界においてＳＨ型弾性境界波が伝搬される弾性境界波装置であって、オイラー角のφが０°、１０°、２０°、３０°、４０°、５０°、６０°、７０°、８０°、９０°、１００°、１１０°、１２０°、１３０°、１４０°、１５０°、１６０°、１７０°、１８０°の場合をそれぞれ示す図２、図６、図１０、図１４、図１８、図２２、図２６、図３０、図３４、図３８、図４２、図４６、図５０、図５４、図５８、図６２、図６６、図７０または図７４において電気機械結合係数Ｋ２が０．１％であることを示す線及び該線よりも電気機械結合係数Ｋ２が高い領域内のいずれかに前記ランガサイト系結晶のオイラー角があり、かつ図２、図６、図１０、図１４、図１８、図２２、図２６、図３０、図３４、図３８、図４２、図４６、図５０、図５４、図５８、図６２、図６６、図７０及び図７４のそれぞれにおけるφの値をＸ°としたときに、φがＸ−５＞φ≧Ｘ＋５の範囲とされていることを特徴とする、弾性境界波装置が提供される。
第２の発明によれば、オイラー角（φ，θ，ψ）のランガサイト系圧電単結晶基板と、前記圧電単結晶基板上に形成されたＩＤＴと、前記ＩＤＴを覆うように前記圧電単結晶基板上に形成された誘電体とを備え、前記圧電単結晶基板と前記誘電体との境界においてＳＨ型弾性境界波が伝搬される弾性境界波装置であって、オイラー角のφが０°、１０°、２０°、３０°、４０°、５０°、６０°、７０°、８０°、９０°、１００°、１１０°、１２０°、１３０°、１４０°、１５０°、１６０°、１７０°、１８０°の場合をそれぞれ示す図４、図８、図１２、図１６、図２０、図２４、図２８、図３２、図３６、図４０、図４４、図４８、図５２、図５６、図６０、図６４、図６８、図７２または図７６において周波数温度係数ＴＣＦの絶対値が３５ｐｐｍであることを示す線及び該線よりもＴＣＦの絶対値が小さい領域内のいずれかに前記ランガサイト系結晶のオイラー角があり、かつφが図４、図８、図１２、図１６、図２０、図２４、図２８、図３２、図３６、図４０、図４４、図４８、図５２、図５６、図６０、図６４、図６８、図７２及び図７６のそれぞれにおけるφの値をＸ°としたときに、φがＸ−５＞φ≧Ｘ＋５とされていることを特徴とする、弾性境界波装置が提供される。
第３の発明によれば、オイラー角（φ，θ，ψ）のランガサイト系圧電単結晶基板と、前記圧電単結晶基板上に形成されたＩＤＴと、前記ＩＤＴを覆うように前記圧電単結晶基板上に形成された誘電体とを備え、前記圧電単結晶基板と前記誘電体との境界においてＳＨ型弾性境界波が伝搬される弾性境界波装置であって、オイラー角のφが０°、１０°、２０°、３０°、４０°、５０°、６０°、７０°、８０°、９０°、１００°、１１０°、１２０°、１３０°、１４０°、１５０°、１６０°、１７０°、１８０°の場合をそれぞれ示す図５、図９、図１３、図１７、図２１、図２５、図２９、図３３、図３７、図４１、図４５、図４９、図５３、図５７、図６１、図６５、図６９、図７３または図７７においてパワーフロー角ＰＦＡの絶対値が７．５°であることを示す線及び該線よりもＰＦＡの絶対値が小さい領域内のいずれかに前記ランガサイト系結晶のオイラー角があり、かつ図５、図９、図１３、図１７、図２１、図２５、図２９、図３３、図３７、図４１、図４５、図４９、図５３、図５７、図６１、図６５、図６９、図７３及び図７７のそれぞれにおけるφの値をＸ°としたときに、φがＸ−５＞φ≧Ｘ＋５の範囲とされていることを特徴とする、弾性境界波装置が提供される。
第１，第２の発明では、好ましくは、前記ランガサイト系結晶のオイラー角が、φが０°、１０°、２０°、３０°、４０°、５０°、６０°、７０°、８０°、９０°、１００°、１１０°、１２０°、１３０°、１４０°、１５０°、１６０°、１７０°、１８０°の場合をそれぞれ示す図５、図９、図１３、図１７、図２１、図２５、図２９、図３３、図３７、図４１、図４５、図４９、図５３、図５７、図６１、図６５、図６９、図７３または図７７においてパワーフロー角ＰＦＡの絶対値が７．５°であることを示す線及び該線よりもＰＦＡの絶対値が小さい領域内のいずれかにあり、その場合には、パワーフロー角の絶対値を５°以下と小さくすることができる。
また、第１，第３の発明では、好ましくは、前記ランガサイト系結晶のオイラー角が、φが０°、１０°、２０°、３０°、４０°、５０°、６０°、７０°、８０°、９０°、１００°、１１０°、１２０°、１３０°、１４０°、１５０°、１６０°、１７０°、１８０°の場合をそれぞれ示す図４、図８、図１２、図１６、図２０、図２４、図２８、図３２、図３６、図４０、図４４、図４８、図５２、図５６、図６０、図６４、図６８、図７２、図７６において周波数温度係数ＴＣＦの絶対値が３５ｐｐｍであることを示す線及び該線よりもＴＣＦの絶対値が小さい領域内のいずれかにあり、その場合には、周波数温度係数ＴＣＦを小さくすることができる。
本発明において用いられるランガサイト系圧電単結晶基板は、ランガサイトファミリーと称されているランガサイト系圧電単結晶基板である。このようなランガサイト系圧電単結晶としては、ランガサイト、ランガナイト及びランガタイトからなるランガサイトファミリーから選択した一種を挙げることができる。また、上記ランガサイトとしては、好ましくは、Ｌａ３Ｇａ５ＳｉＯ１４を用いることができる。なお、ランガナイトとは、ランガサイトにおけるＧａの一部をＮｂに置換した結晶構造を有するものである。より具体的には、ランガナイトとしては、Ｌａ３Ｇａ５．５Ｎｂ０．５ＳｉＯ１４を例示することができる。
上記ランガナイトやランガタイトは、ランガサイトと同様の結晶構造を有し、いずれも温度特性が良好であり、速度が遅く、比較的大きな電気機械結合係数を有するという点において共通しており、特性が類似しているため、良好な性能が得られるカット角はほぼ同等である。
また、本発明においては、好ましくは、上記ＩＤＴ構成している電極が、密度７８００ｋｇ／ｍ３以上の導体を用いて形成される。この場合には、伝搬損失を０としてＳＨ型弾性境界波を伝搬させることが可能となり、伝搬損失の小さな弾性境界波装置を提供することができる。
（発明の効果）
第１の発明に係る弾性境界波装置では、圧電単結晶基板として、ランガサイト系圧電単結晶基板が用いられ、そのオイラー角（φ，θ，ψ）が上記図２、図６、図１０、図１４、図１８、図２２、図２６、図３０、図３４、図３８、図４２、図４６、図５０、図５４、図５８、図６２、図６６、図７０または図７４において電気機械結合係数Ｋ２が０．１％であることを示す線及び該線よりも電気機械結合係数Ｋ２が高い領域内のいずれかにあるため、電気機械結合係数Ｋ２を０．１％以上とすることができる。従って、狭帯域のフィルタを形成することが容易となる。よって、第１の発明によれば、弾性境界波フィルタで従来実現困難であった比帯域が例えば０．５％以下であるＩＤＴフィルタや、１％以下であるようなＲＦフィルタを容易に提供することが可能となる。
第２の発明によれば、圧電単結晶基板としてランガサイト系圧電単結晶基板が用いられ、そのオイラー角が、図４、図８、図１２、図１６、図２０、図２４、図２８、図３２、図３６、図４０、図４４、図４８、図５２、図５６、図６０、図６４、図６８、図７２及び図７６において周波数温度係数ＴＣＦの絶対値が３５ｐｐｍであることを示す線及び該線よりもＴＣＦの絶対値が小さい領域内のいずれかにあるため、周波数温度係数ＴＣＦの絶対値を３５ｐｐｍ以下とすることができる。それによって、温度変化による特性の変化が少ない弾性境界波装置を提供することが可能となる。
第３の発明によれば、圧電単結晶基板としてランガサイト系圧電単結晶基板を用いており、そのオイラー角が、図５、図９、図１３、図１７、図２１、図２５、図２９、図３３、図３７、図４１、図４５、図４９、図５３、図５７、図６１、図６５、図６９、図７３または図７７においてパワーフロー角ＰＦＡの絶対値が７．５°であることを示す線及び該線よりもＰＦＡの絶対値が小さい領域内のいずれかにあるため、パワーフロー角の絶対値を７．５°以下とすることができる。従って、パワーフロー角が大きい場合のような電極設計の煩雑さを回避することができる。また、弾性境界波の位相速度の方向と、弾性境界波のエネルギーが進む群速度の方向とのずれによる損失も生じ難くなる。
図１（ａ），（ｂ）は、本発明の一実施形態の弾性境界波装置の模式的正面断面図及び模式的平面断面図である。 図２は、実施形態において、オイラー角（０°，θ，ψ）のＬａ３Ｇａ５ＳｉＯ１４単結晶基板を用いた場合のθ及びψと電気機械結合係数Ｋ２との関係を示す図である。 図３は、実施形態において、オイラー角（０°，θ，ψ）のＬａ３Ｇａ５ＳｉＯ１４単結晶基板を用いた場合のθ及びψとＳＨ型境界波の音速Ｖとの関係を示す図である。 図４は、実施形態において、オイラー角（０°，θ，ψ）のＬａ３Ｇａ５ＳｉＯ１４単結晶基板を用いた場合のθ及びψと周波数温度係数ＴＣＦとの関係を示す図である。 図５は、実施形態において、オイラー角（０°，θ，ψ）のＬａ３Ｇａ５ＳｉＯ１４単結晶基板を用いた場合のθ及びψとパワーフロー角ＰＦＡとの関係を示す図である。 図６は、実施形態において、オイラー角（１０°，θ，ψ）のＬａ３Ｇａ５ＳｉＯ１４単結晶基板を用いた場合のθ及びψと電気機械結合係数Ｋ２との関係を示す図である。 図７は、実施形態において、オイラー角（１０°，θ，ψ）のＬａ３Ｇａ５ＳｉＯ１４単結晶基板を用いた場合のθ及びψとＳＨ型境界波の音速Ｖとの関係を示す図である。 図８は、実施形態において、オイラー角（１０°，θ，ψ）のＬａ３Ｇａ５ＳｉＯ１４単結晶基板を用いた場合のθ及びψと周波数温度係数ＴＣＦとの関係を示す図である。 図９は、実施形態において、オイラー角（１０°，θ，ψ）のＬａ３Ｇａ５ＳｉＯ１４単結晶基板を用いた場合のθ及びψとパワーフロー角ＰＦＡとの関係を示す図である。 図１０は、実施形態において、オイラー角（２０°，θ，ψ）のＬａ３Ｇａ５ＳｉＯ１４単結晶基板を用いた場合のθ及びψと電気機械結合係数Ｋ２との関係を示す図である。 図１１は、実施形態において、オイラー角（２０°，θ，ψ）のＬａ３Ｇａ５ＳｉＯ１４単結晶基板を用いた場合のθ及びψとＳＨ型境界波の音速Ｖとの関係を示す図である。 図１２は、実施形態において、オイラー角（２０°，θ，ψ）のＬａ３Ｇａ５ＳｉＯ１４単結晶基板を用いた場合のθ及びψと周波数温度係数ＴＣＦとの関係を示す図である。 図１３は、実施形態において、オイラー角（２０°，θ，ψ）のＬａ３Ｇａ５ＳｉＯ１４単結晶基板を用いた場合のθ及びψとパワーフロー角ＰＦＡとの関係を示す図である。 図１４は、実施形態において、オイラー角（３０°，θ，ψ）のＬａ３Ｇａ５ＳｉＯ１４単結晶基板を用いた場合のθ及びψと電気機械結合係数Ｋ２との関係を示す図である。 図１５は、実施形態において、オイラー角（３０°，θ，ψ）のＬａ３Ｇａ５ＳｉＯ１４単結晶基板を用いた場合のθ及びψとＳＨ型境界波の音速Ｖとの関係を示す図である。 図１６は、実施形態において、オイラー角（３０°，θ，ψ）のＬａ３Ｇａ５ＳｉＯ１４単結晶基板を用いた場合のθ及びψと周波数温度係数ＴＣＦとの関係を示す図である。 図１７は、実施形態において、オイラー角（３０°，θ，ψ）のＬａ３Ｇａ５ＳｉＯ１４単結晶基板を用いた場合のθ及びψとパワーフロー角ＰＦＡとの関係を示す図である。 図１８は、実施形態において、オイラー角（４０°，θ，ψ）のＬａ３Ｇａ５ＳｉＯ１４単結晶基板を用いた場合のθ及びψと電気機械結合係数Ｋ２との関係を示す図である。 図１９は、実施形態において、オイラー角（４０°，θ，ψ）のＬａ３Ｇａ５ＳｉＯ１４単結晶基板を用いた場合のθ及びψとＳＨ型境界波の音速Ｖとの関係を示す図である。 図２０は、実施形態において、オイラー角（４０°，θ，ψ）のＬａ３Ｇａ５ＳｉＯ１４単結晶基板を用いた場合のθ及びψと周波数温度係数ＴＣＦとの関係を示す図である。 図２１は、実施形態において、オイラー角（４０°，θ，ψ）のＬａ３Ｇａ５ＳｉＯ１４単結晶基板を用いた場合のθ及びψとパワーフロー角ＰＦＡとの関係を示す図である。 図２２は、実施形態において、オイラー角（５０°，θ，ψ）のＬａ３Ｇａ５ＳｉＯ１４単結晶基板を用いた場合のθ及びψと電気機械結合係数Ｋ２との関係を示す図である。 図２３は、実施形態において、オイラー角（５０°，θ，ψ）のＬａ３Ｇａ５ＳｉＯ１４単結晶基板を用いた場合のθ及びψとＳＨ型境界波の音速Ｖとの関係を示す図である。 図２４は、実施形態において、オイラー角（５０°，θ，ψ）のＬａ３Ｇａ５ＳｉＯ１４単結晶基板を用いた場合のθ及びψと周波数温度係数ＴＣＦとの関係を示す図である。 図２５は、実施形態において、オイラー角（５０°，θ，ψ）のＬａ３Ｇａ５ＳｉＯ１４単結晶基板を用いた場合のθ及びψとパワーフロー角ＰＦＡとの関係を示す図である。 図２６は、実施形態において、オイラー角（６０°，θ，ψ）のＬａ３Ｇａ５ＳｉＯ１４単結晶基板を用いた場合のθ及びψと電気機械結合係数Ｋ２との関係を示す図である。 図２７は、実施形態において、オイラー角（６０°，θ，ψ）のＬａ３Ｇａ５ＳｉＯ１４単結晶基板を用いた場合のθ及びψとＳＨ型境界波の音速Ｖとの関係を示す図である。 図２８は、実施形態において、オイラー角（６０°，θ，ψ）のＬａ３Ｇａ５ＳｉＯ１４単結晶基板を用いた場合のθ及びψと周波数温度係数ＴＣＦとの関係を示す図である。 図２９は、実施形態において、オイラー角（６０°，θ，ψ）のＬａ３Ｇａ５ＳｉＯ１４単結晶基板を用いた場合のθ及びψとパワーフロー角ＰＦＡとの関係を示す図である。 図３０は、実施形態において、オイラー角（７０°，θ，ψ）のＬａ３Ｇａ５ＳｉＯ１４単結晶基板を用いた場合のθ及びψと電気機械結合係数Ｋ２との関係を示す図である。 図３１は、実施形態において、オイラー角（７０°，θ，ψ）のＬａ３Ｇａ５ＳｉＯ１４単結晶基板を用いた場合のθ及びψとＳＨ型境界波の音速Ｖとの関係を示す図である。 図３２は、実施形態において、オイラー角（７０°，θ，ψ）のＬａ３Ｇａ５ＳｉＯ１４単結晶基板を用いた場合のθ及びψと周波数温度係数ＴＣＦとの関係を示す図である。 図３３は、実施形態において、オイラー角（７０°，θ，ψ）のＬａ３Ｇａ５ＳｉＯ１４単結晶基板を用いた場合のθ及びψとパワーフロー角ＰＦＡとの関係を示す図である。 図３４は、実施形態において、オイラー角（８０°，θ，ψ）のＬａ３Ｇａ５ＳｉＯ１４単結晶基板を用いた場合のθ及びψと電気機械結合係数Ｋ２との関係を示す図である。 図３５は、実施形態において、オイラー角（８０°，θ，ψ）のＬａ３Ｇａ５ＳｉＯ１４単結晶基板を用いた場合のθ及びψとＳＨ型境界波の音速Ｖとの関係を示す図である。 図３６は、実施形態において、オイラー角（８０°，θ，ψ）のＬａ３Ｇａ５ＳｉＯ１４単結晶基板を用いた場合のθ及びψと周波数温度係数ＴＣＦとの関係を示す図である。 図３７は、実施形態において、オイラー角（８０°，θ，ψ）のＬａ３Ｇａ５ＳｉＯ１４単結晶基板を用いた場合のθ及びψとパワーフロー角ＰＦＡとの関係を示す図である。 図３８は、実施形態において、オイラー角（９０°，θ，ψ）のＬａ３Ｇａ５ＳｉＯ１４単結晶基板を用いた場合のθ及びψと電気機械結合係数Ｋ２との関係を示す図である。 図３９は、実施形態において、オイラー角（９０°，θ，ψ）のＬａ３Ｇａ５ＳｉＯ１４単結晶基板を用いた場合のθ及びψとＳＨ型境界波の音速Ｖとの関係を示す図である。 図４０は、実施形態において、オイラー角（９０°，θ，ψ）のＬａ３Ｇａ５ＳｉＯ１４単結晶基板を用いた場合のθ及びψと周波数温度係数ＴＣＦとの関係を示す図である。 図４１は、実施形態において、オイラー角（９０°，θ，ψ）のＬａ３Ｇａ５ＳｉＯ１４単結晶基板を用いた場合のθ及びψとパワーフロー角ＰＦＡとの関係を示す図である。 図４２は、実施形態において、オイラー角（１００°，θ，ψ）のＬａ３Ｇａ５ＳｉＯ１４単結晶基板を用いた場合のθ及びψと電気機械結合係数Ｋ２との関係を示す図である。 図４３は、実施形態において、オイラー角（１００°，θ，ψ）のＬａ３Ｇａ５ＳｉＯ１４単結晶基板を用いた場合のθ及びψとＳＨ型境界波の音速Ｖとの関係を示す図である。 図４４は、実施形態において、オイラー角（１００°，θ，ψ）のＬａ３Ｇａ５ＳｉＯ１４単結晶基板を用いた場合のθ及びψと周波数温度係数ＴＣＦとの関係を示す図である。 図４５は、実施形態において、オイラー角（１００°，θ，ψ）のＬａ３Ｇａ５ＳｉＯ１４単結晶基板を用いた場合のθ及びψとパワーフロー角ＰＦＡとの関係を示す図である。 図４６は、実施形態において、オイラー角（１１０°，θ，ψ）のＬａ３Ｇａ５ＳｉＯ１４単結晶基板を用いた場合のθ及びψと電気機械結合係数Ｋ２との関係を示す図である。 図４７は、実施形態において、オイラー角（１１０°，θ，ψ）のＬａ３Ｇａ５ＳｉＯ１４単結晶基板を用いた場合のθ及びψとＳＨ型境界波の音速Ｖとの関係を示す図である。 図４８は、実施形態において、オイラー角（１１０°，θ，ψ）のＬａ３Ｇａ５ＳｉＯ１４単結晶基板を用いた場合のθ及びψと周波数温度係数ＴＣＦとの関係を示す図である。 図４９は、実施形態において、オイラー角（１１０°，θ，ψ）のＬａ３Ｇａ５ＳｉＯ１４単結晶基板を用いた場合のθ及びψとパワーフロー角ＰＦＡとの関係を示す図である。 図５０は、実施形態において、オイラー角（１２０°，θ，ψ）のＬａ３Ｇａ５ＳｉＯ１４単結晶基板を用いた場合のθ及びψと電気機械結合係数Ｋ２との関係を示す図である。 図５１は、実施形態において、オイラー角（１２０°，θ，ψ）のＬａ３Ｇａ５ＳｉＯ１４単結晶基板を用いた場合のθ及びψとＳＨ型境界波の音速Ｖとの関係を示す図である。 図５２は、実施形態において、オイラー角（１２０°，θ，ψ）のＬａ３Ｇａ５ＳｉＯ１４単結晶基板を用いた場合のθ及びψと周波数温度係数ＴＣＦとの関係を示す図である。 図５３は、実施形態において、オイラー角（１２０°，θ，ψ）のＬａ３Ｇａ５ＳｉＯ１４単結晶基板を用いた場合のθ及びψとパワーフロー角ＰＦＡとの関係を示す図である。 図５４は、実施形態において、オイラー角（１３０°，θ，ψ）のＬａ３Ｇａ５ＳｉＯ１４単結晶基板を用いた場合のθ及びψと電気機械結合係数Ｋ２との関係を示す図である。 図５５は、実施形態において、オイラー角（１３０°，θ，ψ）のＬａ３Ｇａ５ＳｉＯ１４単結晶基板を用いた場合のθ及びψとＳＨ型境界波の音速Ｖとの関係を示す図である。 図５６は、実施形態において、オイラー角（１３０°，θ，ψ）のＬａ３Ｇａ５ＳｉＯ１４単結晶基板を用いた場合のθ及びψと周波数温度係数ＴＣＦとの関係を示す図である。 図５７は、実施形態において、オイラー角（１３０°，θ，ψ）のＬａ３Ｇａ５ＳｉＯ１４単結晶基板を用いた場合のθ及びψとパワーフロー角ＰＦＡとの関係を示す図である。 図５８は、実施形態において、オイラー角（１４０°，θ，ψ）のＬａ３Ｇａ５ＳｉＯ１４単結晶基板を用いた場合のθ及びψと電気機械結合係数Ｋ２との関係を示す図である。 図５９は、実施形態において、オイラー角（１４０°，θ，ψ）のＬａ３Ｇａ５ＳｉＯ１４単結晶基板を用いた場合のθ及びψとＳＨ型境界波の音速Ｖとの関係を示す図である。 図６０は、実施形態において、オイラー角（１４０°，θ，ψ）のＬａ３Ｇａ５ＳｉＯ１４単結晶基板を用いた場合のθ及びψと周波数温度係数ＴＣＦとの関係を示す図である。 図６１は、実施形態において、オイラー角（１４０°，θ，ψ）のＬａ３Ｇａ５ＳｉＯ１４単結晶基板を用いた場合のθ及びψとパワーフロー角ＰＦＡとの関係を示す図である。 図６２は、実施形態において、オイラー角（１５０°，θ，ψ）のＬａ３Ｇａ５ＳｉＯ１４単結晶基板を用いた場合のθ及びψと電気機械結合係数Ｋ２との関係を示す図である。 図６３は、実施形態において、オイラー角（１５０°，θ，ψ）のＬａ３Ｇａ５ＳｉＯ１４単結晶基板を用いた場合のθ及びψとＳＨ型境界波の音速Ｖとの関係を示す図である。 図６４は、実施形態において、オイラー角（１５０°，θ，ψ）のＬａ３Ｇａ５ＳｉＯ１４単結晶基板を用いた場合のθ及びψと周波数温度係数ＴＣＦとの関係を示す図である。 図６５は、実施形態において、オイラー角（１５０°，θ，ψ）のＬａ３Ｇａ５ＳｉＯ１４単結晶基板を用いた場合のθ及びψとパワーフロー角ＰＦＡとの関係を示す図である。 図６６は、実施形態において、オイラー角（１６０°，θ，ψ）のＬａ３Ｇａ５ＳｉＯ１４単結晶基板を用いた場合のθ及びψと電気機械結合係数Ｋ２との関係を示す図である。 図６７は、実施形態において、オイラー角（１６０°，θ，ψ）のＬａ３Ｇａ５ＳｉＯ１４単結晶基板を用いた場合のθ及びψとＳＨ型境界波の音速Ｖとの関係を示す図である。 図６８は、実施形態において、オイラー角（１６０°，θ，ψ）のＬａ３Ｇａ５ＳｉＯ１４単結晶基板を用いた場合のθ及びψと周波数温度係数ＴＣＦとの関係を示す図である。 図６９は、実施形態において、オイラー角（１６０°，θ，ψ）のＬａ３Ｇａ５ＳｉＯ１４単結晶基板を用いた場合のθ及びψとパワーフロー角ＰＦＡとの関係を示す図である。 図７０は、実施形態において、オイラー角（１７０°，θ，ψ）のＬａ３Ｇａ５ＳｉＯ１４単結晶基板を用いた場合のθ及びψと電気機械結合係数Ｋ２との関係を示す図である。 図７１は、実施形態において、オイラー角（１７０°，θ，ψ）のＬａ３Ｇａ５ＳｉＯ１４単結晶基板を用いた場合のθ及びψとＳＨ型境界波の音速Ｖとの関係を示す図である。 図７２は、実施形態において、オイラー角（１７０°，θ，ψ）のＬａ３Ｇａ５ＳｉＯ１４単結晶基板を用いた場合のθ及びψと周波数温度係数ＴＣＦとの関係を示す図である。 図７３は、実施形態において、オイラー角（１７０°，θ，ψ）のＬａ３Ｇａ５ＳｉＯ１４単結晶基板を用いた場合のθ及びψとパワーフロー角ＰＦＡとの関係を示す図である。 図７４は、実施形態において、オイラー角（１８０°，θ，ψ）のＬａ３Ｇａ５ＳｉＯ１４単結晶基板を用いた場合のθ及びψと電気機械結合係数Ｋ２との関係を示す図である。 図７５は、実施形態において、オイラー角（１８０°，θ，ψ）のＬａ３Ｇａ５ＳｉＯ１４単結晶基板を用いた場合のθ及びψとＳＨ型境界波の音速Ｖとの関係を示す図である。 図７６は、実施形態において、オイラー角（１８０°，θ，ψ）のＬａ３Ｇａ５ＳｉＯ１４単結晶基板を用いた場合のθ及びψと周波数温度係数ＴＣＦとの関係を示す図である。 図７７は、実施形態において、オイラー角（１８０°，θ，ψ）のＬａ３Ｇａ５ＳｉＯ１４単結晶基板を用いた場合のθ及びψとパワーフロー角ＰＦＡとの関係を示す図である。 図７８は、ＳｉＯ２／ＡｕからなるＩＤＴ／Ｌａ３Ｇａ５ＳｉＯ１４構造の弾性境界波装置におけるＩＤＴ電極厚みと、ＳＨ型弾性境界波の音速Ｖとの関係を示す図である。 図７９は、ＳｉＯ２／ＡｕからなるＩＤＴ／Ｌａ３Ｇａ５ＳｉＯ１４構造の弾性境界波装置におけるＩＤＴ電極厚みと、ＳＨ型弾性境界波の伝搬損失αとの関係を示す図である。 図８０は、ポリ−Ｓｉ／ＡｕからなるＩＤＴ／Ｌａ３Ｇａ５ＳｉＯ１４構造の弾性境界波装置におけるＩＤＴ電極厚みと、ＳＨ型弾性境界波の伝搬損失αとの関係を示す図である。 図８１は、伝搬損失が０となる電極の厚みと密度との関係を示す図である。
符号の説明
１…弾性境界波装置
２…ランガサイト系単結晶基板
３…誘電体
４…ＩＤＴ
５，６…反射器
以下、図面を参照しつつ、本発明の具体的な実施形態を説明することにより、本発明を明らかにする。
図１（ａ）及び（ｂ）は、本発明の一実施形態に係る弾性境界波装置の模式的正面断面図及び模式的平面断面図である。
本実施形態の弾性境界波装置１は、ランガサイト系圧電単結晶基板２と、圧電単結晶基板２に積層されたＳｉＯ２からなる誘電体３とを有する。圧電単結晶基板２と誘電体３との間には、図１（ｂ）に模式的に示されている電極構造が形成されている。この電極構造は、ＩＤＴ４と、ＩＤＴ４の弾性境界波伝搬方向両側に配置された反射器５，６とを有する。ＩＤＴ４及び反射器５，６は、後述する金属により構成されている。ＩＤＴ４には、図示のように、交差幅重み付けが施されている。なお、ＩＤＴ４は重み付けされていなくてもよい。
本実施形態の弾性境界波装置１は、上記電極構造を有する１ポート型の弾性境界波共振子である。
また、弾性境界波装置１では、ランガサイト系の圧電単結晶基板２を伝搬する遅い横波よりもＳＨ型弾性境界波の音速が低音速となるように、かつ誘電体３を伝搬する遅い横波よりもＳＨ型弾性境界波の音速が低音速となるように、ＩＤＴ４の厚みが設定されている。そのため、ＳＨ型の弾性境界波を利用した弾性境界波装置１が構成されている。
ランガサイト系の単結晶基板２のような圧電体と、誘電体３との界面にＩＤＴを形成した構造において、圧電体及び誘電体を伝搬する各遅い横波の音速よりも、ＳＨ型弾性境界波の音速を低くすることにより、ＳＨ型弾性境界波を界面に伝搬させ得ることは、例えば、前述した特許文献３などに開示されている。
上記弾性境界波装置１において、ランガサイト系圧電単結晶基板２として、ランガサイト（Ｌａ３Ｇａ５ＳｉＯ１４）を用いて、かつＩＤＴ４及び反射器５，６を構成する電極材料として、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｗ、Ａｇ、Ｔａ、ＡｕまたはＰｔを用いた場合の、電極の厚みと、ＳＨ波を主成分とするＳＨ型境界波の音速、電気機械結合係数Ｋ2、伝搬損失α及び周波数温度係数ＴＣＦとの関係を求めた。なお、計算は、以下の条件に従って文献「A method for estimating optimal cuts and propagation directions for
excitation and propagation direction for excitation of piezoelectric surface
waves」（J.J.Campbell and W.R.Jones,IEEE Trans.Sonics and
Ultrason.,bol.SU-15(1968)pp.209-217）に開示されている方法により行った。
なお、開放境界の場合には、ＳｉＯ２とＡｕからなる電極、Ａｕからなる電極とＬａ３Ｇａ５ＳｉＯ１４との境界における変位、電位、電束密度の法線成分及び上下方向の応力が連続で、Ｌａ３Ｇａ５ＳｉＯ１４とＳｉＯ２の厚さを無限とし、Ａｕからなる電極の比誘電率を１として音速と伝搬損失を求めた。また、短絡境界の場合には、ＳｉＯ２とＡｕからなる電極、Ａｕからなる電極とＬａ３Ｇａ５ＳｉＯ１４との各境界における電位を０とした。また、電気機械結合係数Ｋ2は、下記の式（１）により求めた。なお、式（１）においてＶｆは開放境界の音速、Ｖｍは短絡境界の音速である。
Ｋ2＝２｜Ｖｆ−Ｖｍ｜／Ｖｆ …式（１）
周波数温度係数ＴＣＦについては、２０℃、２５℃及び３０℃における境界波の音速Ｖ〔２５℃〕、Ｖ〔２５℃〕及びＶ〔３０℃〕により、下記の式（２）により求めた。
ＴＣＦ＝Ｖ〔２５℃〕-1×｛（Ｖ〔３０℃〕−Ｖ〔２０℃〕）÷１０℃｝−αｓ …式（２）
なお、式（２）において、αｓは境界波伝搬方向におけるＬａ３Ｇａ５ＳｉＯ１４基板の線膨張係数である。
また、Ｌａ３Ｇａ５ＳｉＯ１４の任意のオイラー角（φ，θ，ψ）におけるパワーフロー角ＰＦＡは、ψ−０．５°、ψ及びψ＋０．５°における境界波の音速Ｖに基づき式（３）により求めた。
ＰＦＡ＝ｔａｎ-1｛Ｖ〔ψ〕-1×（Ｖ〔ψ＋０．５°〕−Ｖ〔ψ−０．５°〕）｝ …式（３）
上記Ｌａ３Ｇａ５ＳｉＯ１４単結晶基板２のオイラー角を種々変更し、弾性境界波共振子としての弾性境界波装置１を作製した場合の電気機械結合係数Ｋ２、周波数温度係数ＴＣＦ、パワーフロー角ＰＦＡ及びＳＨ型境界波の音速Ｖの変化を計算した。結果を図２〜図７６に示す。なお、図２〜図７６において、図２、図６、図１０、図１４、図１８、図２２、図２６、図３０、図３４、図３８、図４２、図４６、図５０、図５４、図５８、図６２、図６６、図７０または図７４は、Ｌａ３Ｇａ５ＳｉＯ１４のオイラー角のφが、それぞれ、０°、１０°、２０°、３０°、４０°、５０°、６０°、７０°、８０°、９０°、１００°、１１０°、１２０°、１３０°、１４０°、１５０°、１６０°、１７０°、１８０°の場合の結果を示し、各図において、電気機械結合係数Ｋ２と、オイラー角のθ及びψとの関係が示されている。
同様に、図４、図８、図１２、図１６、図２０、図２４、図２８、図３２、図３６、図４０、図４４、図４８、図５２、図５６、図６０、図６４、図６８、図７２または図７６は、それぞれ、Ｌａ３Ｇａ５ＳｉＯ１４のオイラー角のφが、０°、１０°、２０°、３０°、４０°、５０°、６０°、７０°、８０°、９０°、１００°、１１０°、１２０°、１３０°、１４０°、１５０°、１６０°、１７０°、１８０°の場合の結果をそれぞれ示し、各図においては、周波数温度係数ＴＣＦと、オイラー角のθ及びψとの関係が示されている。
同様に、図５、図９、図１３、図１７、図２１、図２５、図２９、図３３、図３７、図４１、図４５、図４９、図５３、図５７、図６１、図６５、図６９、図７３または図７７は、それぞれ、Ｌａ３Ｇａ５ＳｉＯ１４のオイラー角のφが０°、１０°、２０°、３０°、４０°、５０°、６０°、７０°、８０°、９０°、１００°、１１０°、１２０°、１３０°、１４０°、１５０°、１６０°、１７０°、１８０°の場合の結果をそれぞれ示し、各図においては、パワーフロー各ＰＦＡと、オイラー角のθ及びψとの関係が示されている。
また、図３、図７、図１１、図１５、図１９、図２３、図２７、図３１、図３５、図３９、図４３、図４７、図５１、図５５、図５９、図６３、図６７、図７１、図７５は、それぞれ、Ｌａ３Ｇａ５ＳｉＯ１４のオイラー角のφが、０°、１０°、２０°、３０°、４０°、５０°、６０°、７０°、８０°、９０°、１００°、１１０°、１２０°、１３０°、１４０°、１５０°、１６０°、１７０°、１８０°の場合の結果をそれぞれ示し、各図においては、ＳＨ型の境界波の音速Ｖと、オイラー角のθ及びψとの関係が示されている。
なお、条件は以下の通りである。
構造：Ｌａ３Ｇａ５ＳｉＯ１４圧電単結晶基板については、オイラー角を種々変更し、その厚みは無限大とした。ＳｉＯ２についても厚みは無限大とした。ＩＤＴ電極はＡｕからなり、その厚みは０．０９λとした。
図２、図６、図１０、図１４、図１８、図２２、図２６、図３０、図３４、図３８、図４２、図４６、図５０、図５４、図５８、図６２、図６６、図７０または図７４において、電気機械結合係数Ｋ２が０．１％であることを示す線及び該線よりも電気機械結合係数Ｋ２が大きい領域にオイラー角がある場合には、電気機械結合係数Ｋ２が０．１％以上となり、例えば比帯域幅が１％以下のような狭帯域のフィルタや共振子を構成し得ることがわかる。
また、図２、図６、図１０、図１４、図１８、図２２、図２６、図３０、図３４、図３８、図４２、図４６、図５０、図５４、図５８、図６２、図６６、図７０または図７４において、オイラー角を電気機械結合係数が０．２％であることを示す線及び該線よりも電気機械結合係数Ｋ２が大きい領域内とした場合には、電気機械結合係数Ｋ２を０．２％以上とすることができ、やや広い帯域幅のフィルタや共振子を構成し得ることがわかる。さらに、オイラー角を電気機械結合係数Ｋ２が０．３％であることを示す線及び該線よりも電気機械結合係数Ｋ２が大きい領域内とすれば、電気機械結合係数Ｋ２を０．３％以上とすることができ、より一層広帯域のフィルタや共振子を形成できる。オイラー角を電気機械結合係数Ｋ２が０．５％以上であることを示す線及び該線よりも電気機械結合係数Ｋ２が大きい領域内とすれば、電気機械結合係数Ｋ２が０．５％以上となり、ランガサイト系圧電単結晶基板を用いた弾性境界波装置としては最大の帯域幅を得ることができる。
また、図４、図８、図１２、図１６、図２０、図２４、図２８、図３２、図３６、図４０、図４４、図４８、図５２、図５６、図６０、図６４、図６８、図７２、図７６の周波数温度係数ＴＣＦの絶対値が３５ｐｐｍであることを示す線及び該線よりもＴＣＦの絶対値が小さい領域内とすれば、周波数温度係数ＴＣＦの絶対値を３５ｐｐｍ以下とし得ることがわかる。従って、周波数温度係数ＴＣＦが小さいフィルタや共振子を得ることができる。
好ましくは、図４、図８、図１２、図１６、図２０、図２４、図２８、図３２、図３６、図４０、図４４、図４８、図５２、図５６、図６０、図６４、図６８、図７２、図７６のオイラー角をＴＣＦの絶対値が２９ｐｐｍであることを示す線及び該線よりもＴＣＦの絶対値が小さい領域内とすれば、周波数温度係数ＴＲＣＦの絶対値を２９ｐｐｍ以下とすることができ、より好ましくは、オイラー角をＴＣＦの絶対値が２６ｐｐｍであることを示す線及び該線よりもＴＣＦの絶対値が小さい領域内とすれば、ＴＣＦの絶対値を２６ｐｐｍ以下とすることができる。さらに好ましくは、オイラー角をＴＣＦの絶対値が２０ｐｐｍである線及び該線よりもＴＣＦの絶対値が小さい領域内とすれば、ＴＣＦの絶対値を２０ｐｐｍ以下とすることができる。よって、より一層温度変化による特性の変動を小さくすることができ、従って、例えば狭帯域のフィルタや共振子を構成した場合においても、温度変化による周波数特性の変化を小さくすることが可能となる。
さらに、図５、図９、図１３、図１７、図２１、図２５、図２９、図３３、図３７、図４１、図４５、図４９、図５３、図５７、図６１、図６５、図６９、図７３または図７７から、Ｌａ３Ｇａ５ＳｉＯ１４圧電単結晶基板のオイラー角をパワーフロー角ＰＦＡの絶対値が７．５°であることを示す線及び該線よりもＰＦＡの絶対値が小さい領域内とすれば、パワーフロー角ＰＦＡの絶対値を７．５°以下とすることができ、パワーフロー角の小さいフィルタや共振子を構成し得ることがわかる。
より好ましくは、図５、図９、図１３、図１７、図２１、図２５、図２９、図３３、図３７、図４１、図４５、図４９、図５３、図５７、図６１、図６５、図６９、図７３または図７７において、Ｌａ３Ｇａ５ＳｉＯ１４のオイラー角を、パワーフロー角ＰＦＡの絶対値が４．５°であることを示す線及び該線よりもＰＦＡの絶対値が小さい領域内とすることにより、パワーフロー角ＰＦＡの絶対値を４．５°以下とすることができ、さらに好ましくは、オイラー角を、パワーフロー角の絶対値が１．５°であることを示す線及び該線よりもＰＦＡの絶対値が小さい領域内とすることにより、パワーフロー角の絶対値を１．５°以下とすることができる。そのため、パワーフロー角に起因する伝搬損失がより一層小さいフィルタや共振子を提供することができる。
なお、図２〜図７７において、Ｌａ３Ｇａ５ＳｉＯ１４のオイラー角のφは、それぞれ、１０°、２０°、３０°、……、１８０°の場合の結果を示したが、オイラー角のφは、各図におけるφの値をＸ°としたときに、Ｘ−５＞φ≧Ｘ＋５の範囲内であれば、φ＝Ｘの場合と同様の結果が得られることが確かめられている。
なお、上記実験例では、圧電単結晶基板としてＬａ３Ｇａ５ＳｉＯ１４圧電単結晶を用いたが、他のランガサイト系圧電単結晶を用いてもよい。すなわち、ランガサイト系圧電単結晶とは、前述したように、ランガサイトファミリーと称されている圧電単結晶を広く含むものとする。このようなランガサイトファミリーとしては、ランガサイト、ランガナイト、ランガタイトなどが挙げられる。ランガナイトは、ランガサイトにおけるＧａの一部をＮｂに置換した構造を有し、例えば、Ｌａ３Ｇａ５．５Ｎｂ０．５ＳｉＯ１４を例示することができる。
上記ランガナイト及びランガタイトは、ランガサイトと同様に、温度特性が良好であり、速度が遅く、比較的大きな電気機械結合係数を有するという特徴を有する。すなわち、ランガナイト及びランガタイトは、ランガサイトと同様の特性傾向を示すため、弾性境界波装置を構成した場合の良好な性能が得られるオイラー角範囲は、ランガサイトの場合と同様であると考えられる。従って、本発明においては、ランガサイトに変えて、ランガナイトまたはランガタイトを用いてもよい。
図７８、図７９は、上記実施形態、すなわち、Ｌａ３Ｇａ５ＳｉＯ１４と誘電体としてのＳｉＯ２との間の境界にＡｕからなるＩＤＴを配置した構造における、ＩＤＴにおける膜厚と、ＳＨ型弾性境界波の伝搬特性との関係を示す各図である。すなわち、図７８は、ＳＨ型弾性境界波の音速Ｖ（ｍ／秒）の変化を示し、図７９は伝搬損失α（ｄＢ／λ）の電極膜厚による変化を示す。
他方、図８０は、Ｌａ３Ｇａ５ＳｉＯ１４からなる圧電単結晶基板と、ポリ−Ｓｉからなる誘電体との境界にＡｕからなるＩＤＴ電極を配置した変形例におけるＩＤＴの膜厚すなわち電極膜厚の変化によるＳＨ型弾性境界波の伝搬特性の変化を示す図である。図８０では、伝搬損失α（ｄＢ／λ）の電極膜厚の変化による変化が示されている。
図７８から明らかなように、当然のことながら、電極の厚みが厚くなると音速Ｖが遅くなっていくことがわかる。しかしながら、図７９及び図８０から明らかなように電極の厚みがある値を超えると伝搬損失αが０となることがわかる。同様に電気機械結合係数Ｋ２（％）についても、電極の厚みがある特定範囲にあるときに大きな値とされ得ることがわかる。さらに、電極の厚みが厚くなると周波数温度係数ＴＣＦが低くなる傾向があることがわかる。
従って、誘電体としてＳｉＯ２あるいはポリ−Ｓｉのいずれを用いた場合においても、ＩＤＴ電極を構成している電極の膜厚を調整することにより、適切な値の電気機械結合係数Ｋ２を実現したり、周波数温度係数ＴＣＦの絶対値を小さくし得ることがわかる。従って、好ましくは、上記ランガサイト系圧電単結晶基板のオイラー角だけでなく、ＩＤＴの膜厚を調整することによっても、電気機械結合係数Ｋ２を適切な値としたり、周波数温度係数ＴＣＦの絶対値をより小さくすることが可能である。
また、図７９及び図８０から明らかなように、電極膜厚がある値を超えると、伝搬損失αを０とし得ることがわかる。もっとも、Ａｕに変えて、密度が２６９９ｋｇ／ｍ３であるＡｌや、密度が４５４０ｋｇ／ｍ３であるＴｉを用いてＩＤＴ電極を形成した場合についても検討したところ、伝搬損失αが０となる範囲は認められなかった。そこで、上記実施形態の弾性境界波装置１において、ＩＤＴを構成している電極を材料を種々変化させて、伝搬損失０となる電極厚みを測定した。結果を図８１に示す。
図８１から明らかなように密度が７８００ｋｇ／ｍ３以上であるＺｎ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕを用いた場合には、伝搬損失が０となる電極膜厚が存在得ることが確かめられている。なお、密度２６９９ｋｇ／ｍ３であるＡｌや密度が４５４０ｋｇ／ｍ３であるＴｉを用いた場合には、伝搬損失０となる条件は見出されなかった。従って、好ましくは、本発明においては、ＩＤＴ構成している導体として、密度が７８００ｋｇ／ｍ３以上の導体が用いられる。
なお、ＩＤＴ電極を構成する金属材料は特に限定されず、Ａｕ以外に、上記計算例において例示したＮｉ、Ｍｏ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｗ、Ｔａ、ＡｕまたはＰｔあるいはこれらを主体とする合金を用いてもよい。
さらに、誘電体として、ＳｉＯ２を用いたが、他の誘電体、例えばＳｉ、ガラス、ＳｉＣ、ＺｎＯ、Ｔａ２Ｏ５、ＡｌＮ、Ａｌ２Ｏ３またはダイヤモンドライクカーボンなどを用いてもよい。また、これらの誘電体を構成する材料を積層してもよい。このような他の誘電体を用いた場合においても、図２〜図７６を参照して説明したオイラー角範囲を採用することにより、上記実験例と同様に、電気機械結合係数Ｋ２を適切な範囲とし、周波数温度係数ＴＣＦやパワーフロー角ＰＦＡの絶対値を小さくすることができる。
また、ＳｉＯ２は周波数温度係数ＴＣＦを正にシフトさせる材料である。従って、図４、図８、図１２、図１６、図２０、図２４、図２８、図３２、図３６、図４０、図４４、図４８、図５２、図５６、図６０、図６４、図６８、図７２または図７６において周波数温度係数ＴＣＦが大きくなっている条件は、ＳｉＯ２によるＴＣＦを正にシフトする傾向が強い場合と考えられる。従って、ＳｉＮのように、周波数温度係数ＴＣＦを負にシフトさせる材料とＳｉＯ２に代えて用いられ、周波数温度係数ＴＣＦの絶対値を小さくすることができる。よって、上記オイラー角として電気機械結合係数Ｋ２が十分大きな範囲を採用し、誘電体としてＳｉＮを用いれば、電気機械結合係数Ｋ２が大きく、しかも周波数温度係数ＴＣＦの絶対値が小さい、弾性境界波装置を得ることができる。
また、本発明に係る弾性境界波装置では、上記誘電体のランガサイト系圧電単結晶基板とは反対側の面にさらに上記誘電体とは異なる誘電体が積層されていてもよい。
また、ランガサイト系圧電単結晶基板／ＩＤＴ／誘電体からなる構造の外側に、弾性境界波装置の強度を高めるために、あるいは腐食性ガスの進入を防止するために保護層を形成してもよい。保護層としては、ポリイミド、エポキシ樹脂、酸化チタン、窒化アルミ、酸化アルミニウムなどの適宜の絶縁性材料、あるいはＡｕ、ＡｌまたはＷなどの金属膜を用いることができる。また、場合によっては、本発明に係る弾性境界波装置は、パッケージに封入されていてもよい。
なお、本明細書において、オイラー角、結晶軸及び等価なオイラー角とは以下の内容を意味するものとする。
オイラー角
本明細書において、基板の切断面と、境界波の鉄板方向を表現するオイラー角（φ，θ，ψ）は、文献「弾性波素子技術ハンドブック」（日本学術振興会弾性波素子技術第１５０委員会、第１版第１刷、平成３年１１月３０日発行、５４９頁）記載の右手系オイラー角を用いた。すなわち、ランガサイト系圧電単結晶の結晶軸Ｘ、Ｙ、Ｚに対し、Ｚ軸を軸としてＸ軸を反時計廻りにφ回転しＸａ軸を得る。次に、Ｘａ軸を軸としてＺ軸を反時計廻りにθ回転しＺ′軸を得る。Ｘａ軸を含み、Ｚ′軸を法線とする面を基板の切断面とした。そして、Ｚ′軸を軸としてＸａ軸を反時計廻りにψ回転した軸Ｘ′方向を表面波の伝搬方向とした。また、Ｙ軸が上記回転により移動して得られるＸ′軸とＺ′軸と垂直な軸をＹ′軸とした。
結晶軸
また、オイラー角の初期値として与えるランガサイト系圧電単結晶の結晶軸Ｘ、Ｙ、Ｚは、Ｚ軸をｃ軸と平行とし、Ｘ軸を等価な３方向のａ軸のうち任意の一つと平行とし、Ｙ軸はＸ軸とＺ軸を含む面の法線方向とした。

Claims (9)

  1. オイラー角（φ，θ，ψ）のランガサイト系圧電単結晶基板と、
    前記圧電単結晶基板上に形成されたＩＤＴと、
    前記ＩＤＴを覆うように前記圧電単結晶基板上に形成された誘電体とを備え、
    前記圧電単結晶基板と前記誘電体との境界においてＳＨ型弾性境界波が伝搬される弾性境界波装置であって、
    オイラー角のφが０°、１０°、２０°、３０°、４０°、５０°、６０°、７０°、８０°、９０°、１００°、１１０°、１２０°、１３０°、１４０°、１５０°、１６０°、１７０°、１８０°の場合をそれぞれ示す図２、図６、図１０、図１４、図１８、図２２、図２６、図３０、図３４、図３８、図４２、図４６、図５０、図５４、図５８、図６２、図６６、図７０または図７４において電気機械結合係数Ｋ２が０．１％であることを示す線及び該線よりも電気機械結合係数Ｋ２が高い領域内のいずれかに前記ランガサイト系結晶のオイラー角があり、かつ図２、図６、図１０、図１４、図１８、図２２、図２６、図３０、図３４、図３８、図４２、図４６、図５０、図５４、図５８、図６２、図６６、図７０及び図７４のそれぞれにおけるφの値をＸ°としたときに、φがＸ−５＞φ≧Ｘ＋５の範囲とされていることを特徴とする、弾性境界波装置。
  2. オイラー角（φ，θ，ψ）のランガサイト系圧電単結晶基板と、
    前記圧電単結晶基板上に形成されたＩＤＴと、
    前記ＩＤＴを覆うように前記圧電単結晶基板上に形成された誘電体とを備え、
    前記圧電単結晶基板と前記誘電体との境界においてＳＨ型弾性境界波が伝搬される弾性境界波装置であって、
    オイラー角のφが０°、１０°、２０°、３０°、４０°、５０°、６０°、７０°、８０°、９０°、１００°、１１０°、１２０°、１３０°、１４０°、１５０°、１６０°、１７０°、１８０°の場合をそれぞれ示す図４、図８、図１２、図１６、図２０、図２４、図２８、図３２、図３６、図４０、図４４、図４８、図５２、図５６、図６０、図６４、図６８、図７２または図７６において周波数温度係数ＴＣＦの絶対値が３５ｐｐｍであることを示す線及び該線よりもＴＣＦの絶対値が小さい領域内のいずれかに前記ランガサイト系結晶のオイラー角があり、かつφが図４、図８、図１２、図１６、図２０、図２４、図２８、図３２、図３６、図４０、図４４、図４８、図５２、図５６、図６０、図６４、図６８、図７２及び図７６のそれぞれにおけるφの値をＸ°としたときに、φがＸ−５＞φ≧Ｘ＋５とされていることを特徴とする、弾性境界波装置。
  3. オイラー角（φ，θ，ψ）のランガサイト系圧電単結晶基板と、
    前記圧電単結晶基板上に形成されたＩＤＴと、
    前記ＩＤＴを覆うように前記圧電単結晶基板上に形成された誘電体とを備え、
    前記圧電単結晶基板と前記誘電体との境界においてＳＨ型弾性境界波が伝搬される弾性境界波装置であって、
    オイラー角のφが０°、１０°、２０°、３０°、４０°、５０°、６０°、７０°、８０°、９０°、１００°、１１０°、１２０°、１３０°、１４０°、１５０°、１６０°、１７０°、１８０°の場合をそれぞれ示す図５、図９、図１３、図１７、図２１、図２５、図２９、図３３、図３７、図４１、図４５、図４９、図５３、図５７、図６１、図６５、図６９、図７３または図７７においてパワーフロー角ＰＦＡの絶対値が７．５°であることを示す線及び該線よりもＰＦＡの絶対値が小さい領域内のいずれかに前記ランガサイト系結晶のオイラー角があり、かつ図５、図９、図１３、図１７、図２１、図２５、図２９、図３３、図３７、図４１、図４５、図４９、図５３、図５７、図６１、図６５、図６９、図７３及び図７７のそれぞれにおけるφの値をＸ°としたときに、φがＸ−５＞φ≧Ｘ＋５の範囲とされていることを特徴とする、弾性境界波装置。
  4. 前記オイラー角が、図５、図９、図１３、図１７、図２１、図２５、図２９、図３３、図３７、図４１、図４５、図４９、図５３、図５７、図６１、図６５、図６９、図７３または図７７においてパワーフロー角ＰＦＡの絶対値が７．５°であることを示す線及び該線よりもＰＦＡの絶対値が小さい領域内のいずれかにある請求項１または２に記載の弾性境界波装置。
  5. 前記オイラー角が、図４、図８、図１２、図１６、図２０、図２４、図２８、図３２、図３６、図４０、図４４、図４８、図５２、図５６、図６０、図６４、図６８、図７２または図７６において周波数温度係数ＴＣＦの絶対値が３５ｐｐｍであることを示す線及び該線よりもＴＣＦの絶対値が小さい領域にある、請求項１または３に記載の弾性境界波装置。
  6. 前記ランガサイト系圧電単結晶が、ランガサイト、ランガナイト及びランガタイトからなる郡から選択された一種の圧電単結晶である、請求項１〜５のいずれか一項に記載の弾性境界波装置。
  7. 前記ランガサイトが、Ｌａ３Ｇａ５ＳｉＯ１４である、請求項６に記載の弾性境界波装置。
  8. 前記ランガナイトが、Ｌａ３Ｇａ５．５Ｎｂ０．５ＳｉＯ１４である、請求項６に記載の弾性境界波装置。
  9. 前記ＩＤＴを構成している電極の密度が７８００ｋｇ／ｍ３以上の導体を用いて形成されていることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載の弾性境界波装置。
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