JPWO2010058544A1 - チューナブルフィルタ - Google Patents

Abstract

用いられている弾性表面波共振子の電気機械結合係数を高めることができ、それによって比帯域幅を広げることが可能とされているチューナブルフィルタを提供する。ＬｉＮｂＯ３またはＬｉＴａＯ３からなり、上面に凹部を有する圧電基板１２の上面の凹部１２ａに電極材料を埋め込むことによりＩＤＴ電極１３が形成されており、圧電基板１２の上面を覆うようにＺｎＯ膜１５が設けられている弾性表面波共振子１１と、弾性表面波共振子に接続された可変コンデンサ４〜８とを備えるチューナブルフィルタ１。

Description

本発明は、通信システムの帯域フィルタとして用いられ、帯域を調整することが可能なチューナブルフィルタに関し、より詳細には、弾性表面波共振子を用いて構成されたチューナブルフィルタに関する。

通信システムに用いられる帯域フィルタにおいて、通過帯域を調整し得ることが求められることがある。このような要求を満たす帯域フィルタ、すなわちチューナブルフィルタが種々提案されている。

例えば下記の特許文献１には、複数の弾性表面波共振子と可変コンデンサとを用いたチューナブルフィルタが開示されている。図１７は、特許文献１に記載のチューナブルフィルタの回路図である。

チューナブルフィルタ１０１では、入力端１０２と出力端１０３との間を結ぶ直列腕において、複数の直列腕共振子１０４，１０５が互いに直列に接続されている。また、直列腕とグラウンド電位との間の複数の並列腕において、それぞれ、並列腕共振子１０６，１０７が接続されている。直列腕共振子１０４，１０５及び並列腕共振子１０６，１０７は、弾性表面波共振子により形成されている。

上記直列腕共振子１０４，１０５及び並列腕共振子１０６，１０７を有するラダー型フィルタ回路が構成されている。さらに、通過帯域を調整することを可能とするために、可変コンデンサ１０８〜１１５が接続されている。すなわち、直列腕共振子１０４に並列に、可変コンデンサ１０８が接続されており、該直列腕共振子１０４及び可変コンデンサ１０８に直列に可変コンデンサ１１０が接続されている。同様に、直列腕共振子１０５にも、並列に可変コンデンサ１０９が接続されており、直列に可変コンデンサ１１１が接続されている。

並列腕においても、並列腕共振子１０６に並列に可変コンデンサ１１２が接続されており、並列腕共振子１０６及び可変コンデンサ１１２に直列に可変コンデンサ１１４が接続されている。同様に、並列腕共振子１０７に並列に可変コンデンサ１１３が接続されており、直列に可変コンデンサ１１５が接続されている。

特開２００５−２１７８５２号公報

チューナブルフィルタ１０１においては、可変コンデンサ１１０，１１１の容量、すなわち直列容量が小さくなるほど、直列腕の回路部分における共振周波数ＦｒＳを高めることができる。また、並列容量、すなわち可変コンデンサ１０８，１０９による静電容量が大きくなるほど、直列腕における反共振周波数ＦａＳを低めることができる。

同様に、並列に接続される可変コンデンサ１１２，１１３及び直列に接続される可変コンデンサ１１４，１１５の容量を変化させることにより、並列腕の回路部分の共振周波数ＦｒＰ及び反共振周波数ＦａＰを変化させることができる。そのため、上記可変コンデンサ１０４〜１１５の容量を変化させることにより、チューナブルフィルタ１０１全体の中心周波数を変化させることができる。

しかしながら、特許文献１に記載のチューナブルフィルタ１０１では、直列腕共振子１０４，１０５や並列腕共振子１０６，１０７に用いられている弾性表面波共振子の電気機械結合係数が小さかった。また、十分な比帯域幅や可変量がとれなかった。さらに周波数温度係数ＴＣＦの絶対値が大きいという問題があった。

本発明の目的は、上述した従来技術の現状に鑑み、弾性表面波共振子の電気機械結合係数を大きくでき、それによって比帯域幅やチューナブルフィルタの周波数の可変幅を拡大することができ、さらに、周波数温度係数ＴＣＦの絶対値を小さくすることが可能とされているチューナブルフィルタを提供することにある。

本発明のチューナブルフィルタは、ＬｉＮｂＯ_３またはＬｉＴａＯ_３からなり、かつ上面に凹部を有する圧電基板と、前記圧電基板の上面の凹部に電極材料を埋め込むことにより形成されたＩＤＴ電極と、前記圧電基板の上面を覆うように設けられたＺｎＯ膜とを有する弾性表面波共振子を備える。さらに、前記弾性表面波共振子に接続された可変コンデンサが備えられている。
なお、以下においては、ＬｉＮｂＯ_３を、場合によってはＬＮと略すこととする。またＬｉＴａＯ_３を場合によってはＬＴと略すこととする。

本発明に係るチューナブルフィルタのある特定の局面によれば、前記圧電基板が、オイラー角（０°，１００°±２０°，０°）のＬｉＮｂＯ_３基板であり、前記ＩＤＴ電極を形成している電極材料がＡｌ，Ａｇ，Ｐｔ，Ａｕ，Ｔａ，Ｗ，Ｍｏ，ＮｉまたはＣｕである。この場合には、弾性表面波共振子の電気機械結合係数をより一層大きくすることができ、それによって、比帯域幅とチューナブルフィルタの周波数可変幅を広げることが可能となる。

本発明に係るチューナブルフィルタの他の特定の局面では、前記弾性表面波共振子のＩＤＴ電極がＡｌからなる電極層を主体としている。この場合には、前記ＺｎＯ膜の厚みをｈ、前記弾性表面波共振子のＩＤＴ電極の電極指ピッチで定まる波長をλとしたときに、前記ＺｎＯ膜の規格化膜厚ｈ／λは、０．０００７〜０．００６の範囲にある。そのため、ＺｎＯ膜を設けない場合に比べ、より一層弾性表面波共振子の電気機械結合係数を大きくすることができ、それによって、比帯域幅とチューナブルフィルタ周波数の可変幅を広げることが可能となる。

本発明に係るチューナブルフィルタの他の特定の局面では、前記弾性表面波共振子のＩＤＴ電極がＮｉ，Ｃｕ及びＭｏ並びにこれらの金属を主体とする合金から選択された１種からなる電極層を主体としている。この場合には、前記ＺｎＯ膜の厚みをｈ、ＩＤＴ電極の電極指ピッチで定まる波長をλとしたときに、前記ＺｎＯ膜の規格化膜厚ｈ／λは、０．００４〜０．０４５の範囲にある。よって、ＺｎＯ膜を設けない場合に比べ、より一層弾性表面波共振子の電気機械結合係数を大きくすることができ、従って、比帯域幅を広げることが可能となる。

本発明に係るチューナブルフィルタの他の特定の局面では、前記弾性表面波共振子のＩＤＴ電極がＰｔ，Ａｕ，Ｗ，Ｔａ，及びＡｇ並びにこれらの金属を主体とする合金から選択された１種からなる電極層を主体としている。この場合には、前記ＺｎＯ膜の厚みをｈ、ＩＤＴ電極の電極指ピッチで定まる波長をλとしたときに、前記ＺｎＯ膜の規格化膜厚ｈ／λは、０．００５〜０．１４の範囲にあることが好ましい。この場合にも、ＺｎＯ膜を設けない場合に比べ、より一層弾性表面波共振子の電気機械結合係数を大きくすることができ、よって、比帯域幅とチューナブルフィルタの周波数可変幅を広げることが可能となる。

本発明に係るチューナブルフィルタの他の特定の局面では、前記ＩＤＴ電極が、前記電極層と、前記電極層を構成する金属とは異なる金属からなる第２の電極層との積層体により構成されている。この積層体の平均密度は前記電極層を構成する前記金属または合金の密度とほぼ同じである。この場合にも、ＺｎＯ膜を設けない場合に比べて、より一層弾性表面波共振子の電気機械結合係数を大きくすることができ、従って、比帯域幅とチューナブルフィルタの周波数可変幅を広げることが可能となる。

本発明に係るチューナブルフィルタのさらに別の特定の局面では、前記ＺｎＯ膜の上に積層されているＳｉＯ_２膜がさらに備えられている。この場合には、弾性表面波共振子の周波数温度係数ＴＣＦの絶対値が小さくなるため、温度変化による周波数特性の変化を抑制することができる。

本発明に係るチューナブルフィルタのさらに別の特定の局面では、前記圧電基板の上面と前記ＺｎＯ膜との間に積層されているＳｉＯ_２膜がさらに備えられている。この場合には、弾性表面波共振子の周波数温度係数ＴＣＦの絶対値が小さくなるため、温度変化による周波数特性の変化を抑制することができる。

本発明に係るチューナブルフィルタでは、可変コンデンサにおいて静電容量を変化させることにより、周波数帯域を調整することができる。しかも、上記弾性表面波共振子において、圧電基板がＬｉＮｂＯ_３またはＬｉＴａＯ_３からなり、該圧電基板の上面の凹部に電極材料を埋め込むことによりＩＤＴ電極が形成されており、該圧電基板の上面を覆うようにＺｎＯ膜が設けられているので、弾性表面波共振子の電気機械結合係数を高めることができる。従って、チューナブルフィルタの比帯域幅やチューナブルフィルタの周波数可変量を広げることが可能となる。

図１（ａ）は、本発明の一実施形態に係るチューナブルフィルタの回路構成を示す図であり、（ｂ）は、実施形態で用いられる弾性表面波共振子を示す模式的平面図であり、（ｃ）は、（ｂ）中のＩ−Ｉ線に沿う部分の正面断面図である。 図２は、第１の実験例で測定された弾性表面波共振子の周波数特性を示す図であり、実線がＬｉＮｂＯ_３基板を用い、弾性表面波共振子の波長をλとしたときに、ＳｉＯ_２膜の膜厚を０．２２λとしたときの弾性表面波共振子のインピーダンス特性及び位相特性を示し、破線がＳｉＯ_２膜もＺｎＯ膜も形成されていないことを除いては、同様に形成された弾性表面波共振子のインピーダンス特性及び位相特性を示し、一点鎖線が、ＬｉＮｂＯ_３基板に０．０１λの厚みのＺｎＯ膜を形成した場合のインピーダンス特性及び位相特性を示すＳｉＯ_２膜もＺｎＯ膜も形成されていないことを除いては、同様に形成された弾性表面波共振子のインピーダンス特性及び位相特性を示し、一点鎖線が、ＬｉＮｂＯ_３基板に０．０１λの厚みのＺｎＯ膜を形成した場合のインピーダンス特性及び位相特性を示す図である。 図３は、第２の実験例のフィルタ回路を示す回路図である。 図４は、第２の実験例において、図３の第２の実験例のフィルタ回路における可変コンデンサの静電容量を変化させた場合のフィルタ特性の変化を示す図である。 図５は、第３の実験例で求めたＡｌ電極膜厚０．０６のときのＺｎＯ膜の規格化膜厚ｈ／λを変化させた場合の弾性表面波の音速の変化を示す図である。 図６は、第３の実験例で求めたＡｌ電極膜厚０．１４のときのＺｎＯ膜の規格化膜厚ｈ／λを変化させた場合の弾性表面波の音速の変化を示す図である。 図７は、第３の実験例で求めたＺｎＯ膜の規格化膜厚ｈ／λを変化させた場合の電気機械結合係数ｋ^２の変化を示す図である。 図８は、第４の実験例で求めたＣｕ電極膜厚０．０６のときのＺｎＯ膜の規格化膜厚ｈ／λを変化させた場合の弾性表面波の音速の変化を示す図である。 図９は、第４の実験例で求めたＣｕ電極膜厚０．１０のときのＺｎＯ膜の規格化膜厚ｈ／λを変化させた場合の弾性表面波の音速の変化を示す図である。 図１０は、第４の実験例で求められた、弾性表面波共振子におけるＺｎＯ膜の規格化膜厚ｈ／λと反射係数との関係を示す図である。 図１１は、第４の実験例で求められた、弾性表面波共振子におけるＺｎＯ膜の規格化膜厚ｈ／λと電気機械結合係数ｋ^２との関係を示す図である。 図１２は、第５の実験例で求めたＮｉ電極膜厚０．０４のときのＺｎＯ膜の規格化膜厚ｈ／λを変化させた場合の弾性表面波の音速の変化を示す図である。 図１３は、第５の実験例で求められた、弾性表面波共振子におけるＺｎＯ膜の規格化膜厚ｈ／λと反射係数との関係を示す図である。 図１４は、第５の実験例で求められた、弾性表面波共振子におけるＺｎＯ膜の規格化膜厚ｈ／λと電気機械結合係数ｋ^２との関係を示す図である。 図１５は、Ｐｔ，Ａｕ，Ｗ，Ｔａ，Ａｇ電極のときのＺｎＯ膜の規格化膜厚ｈ／λを変化させた場合の弾性表面波の音速の変化を示す図である。 図１６は、本発明の変形例のチューナブルフィルタに用いられる弾性表面波共振子の模式的断面図である。 図１７は、従来のチューナブルフィルタの回路構成を示す回路図である。

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）は、本発明の一実施形態に係るチューナブルフィルタの回路図であり、（ｂ）は、該チューナブルフィルタに用いられる弾性表面波共振子の模式的平面図であり、（ｃ）は、（ｂ）中のＩ−Ｉ線に沿う部分の正面断面図である。

図１（ａ）に示すように、チューナブルフィルタ１は、入力端子２と出力端子３とを有する。入力端子２と出力端子３とを結ぶ直列腕において、複数の直列腕共振子Ｓ１及びＳ２が互いに直列に接続されている。直列腕共振子Ｓ１の入力側において、直列腕共振子Ｓ１に直列に可変コンデンサ４が接続されている。また、直列腕共振子Ｓ２の出力側においては、直列腕共振子Ｓ２に直列に可変コンデンサ５が接続されている。

直列腕共振子Ｓ１の入力側においては、直列腕とグラウンド電位とを結ぶ第１の並列腕が形成されている。第１の並列腕には、並列腕共振子Ｐ１が接続されている。第１の並列腕においては、並列腕共振子Ｐ１に直列に可変コンデンサ６が接続されている。また、直列腕共振子Ｓ１，Ｓ２間の接続点とグラウンド電位との間に、第２の並列腕が形成されている。第２の並列腕に第２の並列腕共振子Ｐ２が接続されており、並列腕共振子Ｐ２に直列に可変コンデンサ７が接続されている。さらに、直列腕共振子Ｓ２の出力側においては、第３の並列腕が、直列腕とグラウンド電位とを結ぶように形成されている。第３の並列腕において、並列腕共振子Ｐ３に可変コンデンサ８が直列に接続されている。

上記直列腕共振子Ｓ１，Ｓ２及び並列腕共振子Ｐ１〜Ｐ３は、いずれも、弾性表面波共振子により形成されている。周知のように、ラダー型フィルタでは、並列腕共振子の反共振周波数と、直列腕共振子の共振周波数とにより通過帯域が形成される。上記可変コンデンサ４〜８を、直列腕共振子または並列腕共振子に直列に接続し、かつ該可変コンデンサ４〜８の静電容量を変化させることにより、直列腕及び並列腕における共振特性を変化させることができる。従って、特許文献１に記載のチューナブルフィルタと同様に、チューナブルフィルタ１の中心周波数を変化させることができる。

上記直列腕共振子Ｓ１，Ｓ２及び並列腕共振子Ｐ１〜Ｐ３は、弾性表面波共振子からなる。弾性表面波共振子の構造を、直列腕共振子Ｓ１を代表して説明する。図１（ｂ）及び（ｃ）に示すように、直列腕共振子Ｓ１を構成している弾性表面波共振子１０は、圧電基板１１を有する。圧電基板１１は、本実施形態では、１５°ＹカットＸ伝搬のＬｉＮｂＯ_３からなる。すなわち、オイラー角で（０°，１０５°，０°）のＬｉＮｂＯ_３基板が圧電基板１１として用いられている。

圧電基板１１の上面１１ａには、凹部として複数本の溝１１ｂが形成されている。溝１１ｂ内に電極材料を充填することにより、ＩＤＴ電極１２が形成されている。図１（ｂ）に示すように、本実施形態では、ＩＤＴ電極１２の弾性表面波伝搬方向両側に、反射器１３，１４が形成されている。従って、１ポート型弾性表面波共振子１０が構成されている。

反射器１３，１４もまた、圧電基板１１の上面１１ａ上に設けられた凹部、すなわち複数本の溝に電極材料を充填することにより形成されている。

図１（ｃ）に示すように、上記ＩＤＴ電極１２の上面すなわち電極指部分の上面は、圧電基板１１の上面１１ａとほぼ面一とされている。

従って、上記ＩＤＴ電極１２及び反射器１３，１４を形成した後に、圧電基板１１の上面１１ａは平坦とされている。この圧電基板１１の上面１１ａを覆うようにＺｎＯ膜１５が形成されている。

直列腕共振子Ｓ１を例にとり説明したが、直列腕共振子Ｓ２も同様に構成されている。また、直列腕共振子Ｓ１，Ｓ２の共振周波数がチューナブルフィルタ１の通過帯域内に設定されている。直列腕共振子Ｓ１，Ｓ２の反共振周波数は通過帯域よりも高域側の減衰域に設定されている。他方、並列腕共振子Ｐ１〜Ｐ３の共振周波数が通過帯域よりも低域側の減衰域に設定されている。並列腕共振子Ｐ１〜Ｐ３の反共振周波数は通過帯域内に形成される。

本実施形態のチューナブルフィルタ１では、直列腕共振子Ｓ１，Ｓ２及び並列腕共振子Ｐ１〜Ｐ３が上記特定の構造を有する弾性表面波共振子からなるため、電気機械結合係数を高めることができる。それによって、比帯域幅とチューナブルフィルタ周波数の可変幅を広げることが可能とされている。これを、具体的な実験例に基づき明らかにする。

（第１の実験例）
図２の破線は、第１の実験例における弾性表面波共振子のインピーダンス特性及び位相特性を示す図である。第１の実験例では、１５°ＹカットＸ伝搬のＬｉＮｂＯ_３基板、すなわちオイラー角で（０°，１０５°，０°）のＬｉＮｂＯ_３基板を用い、電極材料としてＡｌを用いた。弾性表面波共振子の波長をλとしたときに、ＩＤＴ電極１２の膜厚を０．１７λとしたときの周波数特性である。

図２の一点鎖線は、ＬｉＮｂＯ_３基板上に０．０１λの厚みのＺｎＯ膜を形成した場合のインピーダンス特性を示す。共振周波数は約２％低下している。しかし、帯域は１２％広くなっている。また、反共振点におけるインピーダンスの共振点におけるインピーダンスに対する比であるインピーダンス比は６１ｄＢと大きい。

実線は、さらに厚み０．２２λのＳｉＯ_２膜を形成した場合のインピーダンス−周波数特性及び位相特性を示す。

図２から明らかなように、ＺｎＯ膜の形成により、共振周波数及び反共振周波数が低くなるように周波数域を調整し得、かつ大幅に帯域を広げることができることがわかる。また、反共振点におけるインピーダンスの共振周波数におけるインピーダンスに対する比であるインピーダンス比は、ＳｉＯ_２膜やＺｎＯ膜を形成しなかった場合には、５７．５ｄＢであった。これに対して、ＺｎＯ膜を形成した構造では６１ｄＢと大きくすることができ、ＳｉＯ_２膜を形成した構造では６０．２ｄＢと大きくすることが可能であった。

さらに、周波数温度係数ＴＣＦについては、ＳｉＯ_２膜やＺｎＯ膜を有しない場合には−１００ｐｐｍ／℃であった。これに対して、ＺｎＯ膜の形成により、−７０ｐｐｍ／℃〜−８０ｐｐｍ／℃とＴＣＦの絶対値を小さくすることができ、ＳｉＯ_２の形成により−５ｐｐｍ／℃とさらにＴＣＦ絶対値を小さくすることが可能であった。
なお、ＳｉＯ_２膜とＺｎＯ膜の順序を逆に形成しても略同じ周波数温度特性が得られる。

従って、ＳｉＯ_２膜を形成した場合には帯域が１３．５％から１０％に狭くなるが、ＺｎＯ膜の形成により、山谷比すなわち上記インピーダンス比を大きくすることができ、かつ電気機械結合係数ｋ^２が高められている。それによって、帯域が１４．９％まで広くなることがわかる。加えて、温度特性を改善することもできることがわかる。

（第２の実験例）
次に、図３に示すフィルタ回路２１を形成し、可変コンデンサの静電容量の変化によるフィルタ特性の変化を調べた。図３に示すフィルタ回路２１では、入力端子２２と出力端子２３とを結ぶ直列腕において、直列腕共振子Ｓ１，Ｓ２が互いに直列に接続されている。そして、直列腕共振子Ｓ１の入力側において、直列腕共振子Ｓ１に直列に直列腕共振子Ｃ２が接続されている。また、直列腕共振子Ｓ１の入力側においては、直列腕とグラウンド電位とを結ぶ並列腕に、コンデンサＣ１が接続されている。

直列腕共振子Ｓ１及びＳ２間の接続点とグラウンド電位とを結ぶ第２の並列腕において、インダクタンスＬ１が接続されている。また、直列腕共振子Ｓ２の出力側においては、可変コンデンサＣ３が直列腕共振子Ｓ２に接続されている。さらに、出力端子３とグラウンド電位との間を結ぶ第３の並列腕にコンデンサＣ４が接続されている。

ここでは、直列腕共振子Ｓ１，Ｓ２は、上記と同様に、１５°ＹカットＸ伝搬、オイラー角で（０°，１０５°，０°）のＬｉＮｂＯ_３基板を用いた。ＬｉＮｂＯ_３基板の上面の溝に電極材料としてＡｌを埋め込み、規格化膜厚Ｈ／λが０．１７のＩＤＴ電極及び反射器を形成した。なお、ＺｎＯ膜は形成しなかった。また、可変コンデンサＣ２と可変コンデンサＣ３の静電容量を等しくした構造において、静電容量を図４のように、１ｐＦ、２ｐＦ、５ｐＦ、１０ｐＦ、２５ｐＦ、５０ｐＦまたは１００ｐＦと変化させ、フィルタ特性を測定した。

直列腕共振子Ｓ１，Ｓ２の静電容量については、ＩＤＴ電極の電極指の対数あるいは交差幅を変化させることにより調整した。上記インダクタンスＬ１の値は１２ｎＨとした。

図４は、上記のように可変コンデンサＣ２と可変コンデンサＣ３の静電容量を等しくして、可変コンデンサＣ２，Ｃ３の静電容量を変化させた場合のフィルタ特性の変化を示す。図４から明らかなように、容量が１ｐＦから１００ｐＦから変化していくにつれ、フィルタの中心周波数が２．３ＧＨｚ付近から２．４８ＧＨｚ付近の間で変化すること、すなわち約１１％変化することがわかる。よって、コンデンサＣ１〜Ｃ４の静電容量を変化させることにより、このようなラダー型回路構成を有するフィルタの通過帯域を調整し得ることがわかる。

本実験例では、オイラー角（０°，１０５°，０°）のＬｉＮｂＯ_３を用いたが、本願発明者の実験によれば、（０°，１０５°±２０°，０°）の範囲のＬｉＮｂＯ_３基板を用いた場合にも、本実験例と同様の結果の得られることが確かめられた。

第２の実験例から分るように、上記実施形態のチューナブルフィルタ１においても、コンデンサ４〜８の静電容量を変化させることにより、周波数特性を容易に調整し得ることがわかる。

（第３の実験例）
図１（ｂ），（ｃ）に示した弾性表面波共振子１０では、圧電基板１１の上面１１ａを覆うように、ＺｎＯ膜１５が形成されている。ＺｎＯ膜１５の形成により、弾性表面波共振子の電気機械結合係数を効果的に高めることができる。これを、具体的に説明する。

図５、図６及び図７は、圧電基板として、１０°回転Ｙ板Ｘ伝搬、オイラー角で（０°、１００°、０°）のＬｉＮｂＯ_３基板を用い、ＩＤＴ電極を厚み０．０６と０．１４のＡｌで形成した場合の弾性表面波共振子３１におけるＺｎＯの規格化膜厚ｈ／λと、弾性表面波の音速及び電気機械結合係数ｋ^２の関係をそれぞれ示す図である。なお、ｈはＺｎＯ膜の厚み、λはＩＤＴ電極の電極指ピッチで定まる波長である。

図５及び図６において、ｆａとｆｒはそれぞれ反共振周波数と共振周波数に相当する音速を示す。ｆａ及びｆｒの双方が遅いバルク横波音速より速い領域と遅い領域とで良好な共振子特性を示す。
ＬｉＮｂＯ_３の遅いバルク横波音速は４０３０ｍ／秒である。

図５及び図６から明らかなように、Ａｌ電極の厚みにかかわらずＺｎＯの規格化膜厚ｈ／λが０．０２から０．０８５の範囲では良好な共振子特性が得られない。よってＺｎＯ膜の厚みｈ／λの望ましい領域は０〜０．０２及び０．０８５〜０．３の範囲である。また、図７よりＺｎＯ膜の厚みｈ／λ０．０００７〜０．００６の範囲で大きな電気機械結合係数ｋ^２が得られているが、０．０９以上では電気機械結合係数ｋ^２は小さくなっている。

（第４の実験例）
次に、１０°回転Ｙ板Ｘ伝搬のＬｉＮｂＯ_３、すなわちオイラー角で（０°，１００°，０°）のＬｉＮｂＯ_３を圧電基板１１として用いた。電極材料として厚みＨ／λが０．０６と０．１のＣｕ膜を用いた。ＺｎＯ膜１５の規格化膜厚ｈ／λを種々変更し、弾性表面波共振子の音速、反射係数及び電気機械結合係数ｋ^２の変化を求めた。結果を図８、図９、図１０及び図１１に示す。

図８から明らかなように、Ｃｕ厚みＨ／λが０．０６の場合には、ｆａ及びｆｒの双方が遅いバルク横波より速くあるいは遅くなるＺｎＯ膜の厚みｈ／λの範囲は０〜０．０１２の範囲及び０．０５〜０．３の範囲である。これらのＺｎＯ膜厚範囲で良好な共振子特性が得られる。一方、図９より明らかなようにＣｕ厚みＨ／λが０．１ではＺｎＯ膜厚ｈ／λにかかわらずｆａ及びｆｒの双方が遅いバルク横波音速より遅いため、図に示したＺｎＯ膜厚ｈ／λが０〜０．３の範囲で良好な共振子特性が得られる。

また図１０に示すようにそのＺｎＯ膜厚ｈ／λが０〜０．１の領域での反射係数も大きい。一方、図１１に示すようにＣｕ厚みＨ／λが０．０６及び０．１のいずれの場合にも、ＺｎＯ膜厚ｈ／λが０．００４〜０．０４の範囲で大きな電気機械結合係数ｋ^２を示している。ＺｎＯ膜厚ｈ／λが０．０４より厚くなると、電気機械結合係数ｋ^２が小さくなる。よって良好な共振子特性を示し、大きな反射係数及び大きな電気機械結合係数ｋ^２が得られる。ＺｎＯ膜厚ｈ／λの範囲は、Ｃｕ厚みにかかわらず０．００４〜０．０４である。

従って、好ましくは、ＺｎＯ膜の規格化膜厚ｈ／λを０．０４以下とすることが望ましい。それによってＺｎＯ膜の積層により、電気機械結合係数ｋ^２を効果的に高め、よって、チューナブルフィルタの比帯域幅を広げ得ることがわかる。

（第５の実験例）
第４の実験例と同様にして、但し、電極材料としてＣｕに代えて厚みＨ／λが０．０４のＮｉを用いた。第４の実験例と同様に、ＺｎＯ膜の規格化膜厚ｈ／λを変化させ、音速、反射係数の変化及び電気機械結合係数ｋ^２の変化を求めた。結果を図１２、図１３及び図１４に示す。

図１２より、遅いバルク横波音速よりｆａ及びｆｒの双方が速いＺｎＯ膜の膜厚ｈ／λの範囲は０〜０．０６２である。

一方、図１３よりＺｎＯ膜厚ｈ／λが０〜０．０４５の範囲で大きい反射係数を示す。また図１４よりＺｎＯ膜厚ｈ／λが０〜０．０４５の範囲で大きい電気機械結合係数を示す。

ＺｎＯ膜厚ｈ／λが０のとき、電気機械結合係数ｋ^２は０．３７５を示す。ＺｎＯの膜厚ｈ／λが０．００５では、電気機械結合係数ｋ^２は０．３９であり、ｈ／λが０．０３では電気機械結合係数ｋ^２は０．４２である。それ以上の膜厚ｈ／λでは、電気機械結合係数ｋ^２は徐々に小さくなり、ＺｎＯ厚みｈ／λが０．０５では電気機械結合係数ｋ^２が０．３５となる。

従って、好ましくは、ｈ／λを０．０４５未満とすることにより、ＺｎＯ膜の形成により、電気機械結合係数ｋ^２を効果的に高めることができ、チューナブルフィルタ１の比帯域幅を広げ得ることがわかる。

図１５にＡｇ電極（厚みＨ／λ０．０４）、Ｔａ電極（厚みＨ／λ０．０１）、Ｗ電極（厚みＨ／λ０．０１）、Ｐｔ電極（厚みＨ／λ０．０１）、Ａｕ電極（厚みＨ／λ０．０１）の各場合のＺｎＯ膜厚と電気機械結合係数ｋ^２の関係を示す。いずれの電極もＺｎＯ膜厚ｈ／λが０．００５以上、０．１４以下の範囲で大きな電気機械結合係数ｋ^２を示している。

（変形例）
図１６は、本発明において用いられる弾性表面波共振子の変形例を示す正面断面図である。本変形例の弾性表面波共振子３１では、ＺｎＯ膜１５の上にＳｉＯ_２膜３２が積層されていることを除いては、図１（ｂ），（ｃ）に示した弾性表面波共振子１０と同様とされている。ＳｉＯ_２膜の周波数温度係数ＴＣＦは正の値であり、ＬｉＮｂＯ_３やＬｉＴａＯ_３の周波数温度係数ＴＣＦは負の値である。従って、正のＴＣＦをもつＳｉＯ_２膜３２の積層により、弾性表面波共振子３１の周波数温度係数ＴＣＦの絶対値を小さくすることができる。よって、このような弾性表面波共振子３１を、直列腕共振子や並列腕共振子として用いることにより、温度変化による周波数特性の変化を抑制することができ、従って、温度特性を改善することができる。
なお、ＳｉＯ_２膜とＺｎＯ膜の順序を逆に形成しても略同じ周波数温度特性が得られる。

上述した実施形態及び実験例では、圧電基板はＬｉＮｂＯ_３で形成されていたが、ＬｉＴａＯ_３からなるものであってもよい。

また、上記実験例では、オイラー角が（０°，１００°，０°）のＬｉＮｂＯ_３を用いたが、本願発明者の実験によれば、オイラー角のθが、１００°±２０°の範囲内であれば、同様の結果が得られることが確かめられている。

また、本発明において、オイラー角（０°，１００°±２０°，０°）におけるφ及びψの値は、０°に限らず、０°±５°の範囲であれば、同様の効果が得られるため、オイラー角のφ及びψの０°は、それぞれ、±５°の範囲でばらついてもよく、±５°の範囲は、上記ばらつきの許容度であることを指摘しておく。

また、上記実験例では、電極材料として、Ｎｉ，Ｃｕ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｗ，Ｔａ，ＡｇまたはＡｌを示したが、これらの合金であってもよく、あるいはＭｏなどの他の金属により形成されてもよい。加えて、電極材料として複数の金属もしくは合金を用い、積層金属膜を凹部内に形成することによりＩＤＴ電極を形成してもよい。Ｔａ，Ｗは融点が高いため、成膜にはスパッタやイオンプレーティングなどの高価な設備を必要とする。

また、上記実験例では単一の金属からなる電極を示したが、複数の異なる金属からなる電極層の積層体により電極が構成されていてもよい。平均密度は、電極層を構成する金属の密度と膜厚の積の総和を各電極層の膜厚の総和で除算した値になる。平均密度とほぼ同じ密度を有する単一金属を用いた場合のＺｎＯ膜厚と、同じＺｎＯ膜厚とすることにより、積層体を用いた場合においても、単一金属を用いた場合と同じ効果を得ることができる。

１…チューナブルフィルタ
２…入力端子
３…出力端子
４〜８…可変コンデンサ
１０…弾性表面波共振子
１１…圧電基板
１１ａ…上面
１１ｂ…溝
１２…ＩＤＴ電極
１３，１４…反射器
１５…ＺｎＯ膜
２１…フィルタ回路
２２…入力端子
２３…出力端子
３１…弾性表面波共振子
３２…ＳｉＯ_２膜
Ｃ１〜Ｃ４…コンデンサ
Ｐ１〜Ｐ３…並列腕共振子
Ｓ１，Ｓ２…直列腕共振子

Claims (8)

1. ＬｉＮｂＯ_３またはＬｉＴａＯ_３からなり、かつ上面に凹部を有する圧電基板と、
   前記圧電基板の上面の凹部に電極材料を埋め込むことにより形成されたＩＤＴ電極と、
   前記圧電基板の上面を覆うように設けられたＺｎＯ膜とを有する弾性表面波共振子と、
   前記弾性表面波共振子に接続された可変コンデンサとを備えるチューナブルフィルタ。
2. 前記圧電基板が、オイラー角（０°，１００°±２０°，０°）のＬｉＮｂＯ_３基板であり、前記ＩＤＴ電極を形成している電極材料がＡｌ，Ａｇ，Ｐｔ，Ａｕ，Ｔａ，Ｗ，Ｍｏ，ＮｉまたはＣｕである、請求項１に記載のチューナブルフィルタ。
3. 前記弾性表面波共振子のＩＤＴ電極がＡｌからなる電極層を主体としており、前記ＺｎＯ膜の厚みをｈ、前記弾性表面波共振子のＩＤＴ電極の電極指ピッチで定まる波長をλとしたときに、前記ＺｎＯ膜の規格化膜厚ｈ／λが、０．０００７〜０．００６の範囲にある、請求項２に記載のチューナブルフィルタ。
4. 前記弾性表面波共振子のＩＤＴ電極がＮｉ，Ｃｕ及びＭｏ並びにこれらの金属を主体とする合金から選択された１種からなる電極層を主体としており、前記ＺｎＯ膜の厚みをｈ、ＩＤＴ電極の電極指ピッチで定まる波長をλとしたときに、前記ＺｎＯ膜の規格化膜厚ｈ／λが、０．００４〜０．０４５の範囲にある、請求項２に記載のチューナブルフィルタ。
5. 前記弾性表面波共振子のＩＤＴ電極がＰｔ，Ａｕ，Ｗ，Ｔａ，及びＡｇ並びにこれらの金属を主体とする合金から選択された１種からなる電極層を主体としており、前記ＺｎＯ膜の厚みをｈ、ＩＤＴ電極の電極指ピッチで定まる波長をλとしたときに、前記ＺｎＯ膜の規格化膜厚ｈ／λが、０．００５〜０．１４の範囲にある、請求項２に記載のチューナブルフィルタ。
6. 前記ＩＤＴ電極が、前記電極層と、前記電極層を構成する金属とは異なる金属からなる第２の電極層との積層体により構成されており、該積層体の平均密度が前記電極層を構成する前記金属または合金の密度とほぼ同じである、請求項４または５に記載のチューナブルフィルタ。
7. 前記ＺｎＯ膜上に積層されているＳｉＯ_２膜をさらに備える、請求項１〜６のいずれか１項に記載のチューナブルフィルタ。
8. 前記圧電基板の上面と前記ＺｎＯ膜との間に積層されているＳｉＯ_２膜をさらに備える、請求項１〜６のいずれか１項に記載のチューナブルフィルタ。
   

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