KR100839788B1 - 탄성 경계파 장치 - Google Patents

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가부시키가이샤 무라타 세이사쿠쇼
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Abstract

본 발명은 고주파화를 도모한 경우라도, 도체 저항의 증대를 억제할 수 있으며, 작은 지연시간 온도계수가 얻어지는 탄성 경계파 장치를 얻는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 탄성 경계파 장치(10)의 구성에 따르면, 제1의 매질(11)과, 제2의 매질(12) 사이에 IDT(13)가 배치되어 있으며, IDT(13)를 두께방향으로 2등분한 면을 경계면으로 하고, 상기 경계면으로부터 제1의 매질(11)측의 탄성 경계파의 에너지를 E1, 상기 경계면으로부터 제2의 매질(12)측의 에너지를 E2로 하며, IDT(13)를 구성했을 때의 탄성 경계파의 음속과, IDT(13)를 구성하는 가장 밀도가 큰 도체만을 사용해서 IDT(13)를 구성했을 때의 탄성 경계파의 음속이 동일하게 되도록, 가장 밀도가 큰 도체층만으로 IDT(13)를 구성한 조건에 있어서 탄성 경계파의 에너지가 상기 경계면으로부터 제1의 매질(11)측의 탄성 경계파의 에너지를 E1', 상기 경계면으로부터 제2의 매질(12)측의 에너지를 E2'로 했을 때에, E1/E2＜E1'/E2'로 되어 있다.
탄성 경계파 장치, 제1의 매질, 제2의 매질, 제3의 매질, IDT

Description

탄성 경계파 장치{ELASTIC BOUNDARY WAVE DEVICE}
본 발명은 예를 들면 공진자나 대역 필터 등에 사용되는 탄성 경계파 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 다른 재료로 이루어지는 제1, 제2의 매질 사이에 IDT가 배치되어 있는 탄성 경계파 장치에 관한 것이다.
탄성 경계파 장치는, 다른 매질 사이의 경계에 IDT(인터디지털 전극)를 배치한 구조를 갖는다. 탄성 경계파 장치에서는, 상기 다른 매질을 적층해서 이루어지는 적층체 내를 탄성 경계파가 전파한다. 따라서, 탄성 경계파 장치에서는, 복잡한 패키지 구조를 생략할 수 있으며, 탄성 표면파 장치와 비교해서, 구조의 간략화 및 저배화(低背化)를 진행시킬 수 있다.
탄성 경계파 장치에 있어서, 동작 주파수를 높게 한 경우에는, IDT의 주기가 작아진다. 그 때문에, IDT나 반사기를 구성하는 전극지(電極指; electrode fingers)의 폭이 작아져서, 전극지의 도체 저항이 증대하고, 손실이 증가하게 된다.
한편, 탄성 경계파 장치에서는, 상기 계면의 상하의 매질을 전파하는 횡파(橫波)의 음속보다도, 탄성 경계파의 음속을 낮게 함으로써, 탄성 경계파를 상하의 매질 사이에 가두어, 전파손실을 저감할 수 있다.
이러한 가둠 효과를 높이기 위해서는, 밀도가 높은 금속에 의해 IDT를 형성하는 것이 유효하다. 종래, 하기의 특허문헌 1에 기재된 바와 같이, 탄성 경계파 장치의 IDT는, Al에 의해 형성되어 있는 경우가 많았다. 이에 비해서, 하기의 특허문헌 2에 기재된 탄성 경계파 장치에서는, IDT 재료로서 Al 외에 Au나 Ag가 나타나 있다.
특허문헌 1: 일본국 특허공개 소58-30217호 공보
특허문헌 2: DE4132309Al
탄성 경계파 장치에 있어서 탄성 경계파를 여진하는 IDT의 동작 주파수(Fi)는 탄성 경계파의 음속을 V, IDT의 주기를 λi로 한 경우, Fi＝V/λi…(식 (a))로 표시된다. 식 (a)로부터 명백하듯이, 탄성 경계파 장치의 동작 주파수(Fi)가 높아지면, IDT의 주기(λi)를 짧게 할 필요가 있다. 따라서, IDT나 반사기를 구성하고 있는 전극지의 폭이 좁아져서, 도체 저항이 커지고, 손실이 증대한다고 하는 문제가 있었다. 특히, 밀도가 큰 도체에 의해 전극지를 구성한 경우, 전극지의 두께가 얇은 조건하에서는 전파손실을 0에 가깝게 할 수 있으나, 전극지의 두께가 얇아지므로, 도체 저항이 더 커진다고 하는 문제가 있었다.
또한, 종래, 탄성 경계파 장치의 IDT를 Au에 의해 형성한 경우에는, 충분히 큰 전기기계 결합계수(K2)가 얻어지지 않으며, 또한 지연시간 온도계수(TCD)를 충분히 작게 할 수 없었다.
본 발명의 목적은, 상술한 종래기술의 결점을 해소하여, 동작 주파수를 높인 경우라도, 탄성 경계파를 효과적으로 가둘 수 있으며, 또한 지연시간 온도계수(TCD)가 충분히 작게 되어 있는 탄성 경계파 장치를 제공하는 데 있다.
제1의 발명에 따르면, 탄성 경계파 전파방향에 있어서의 지연시간 온도계수가 정(正; positive)인 제1의 매질과, 탄성 경계파 전파방향에 있어서의 지연시간 온도계수가 부(負; negative)인 제2의 매질과, 상기 제1, 제2의 매질 사이에 배치되어 있으며, 복수의 도체층을 적층해서 이루어지는 IDT를 구비하는 탄성 경계파 장치로서, 상기 제1, 제2의 매질이 적층되어 있는 방향이 상기 IDT의 두께방향이며, 상기 IDT를 두께방향으로 2등분한 면을 경계면으로 하고, 상기 경계면으로부터 제1의 매질측에 존재하는 탄성 경계파의 에너지를 E1, 상기 경계면으로부터 제2의 매질측에 존재하는 에너지를 E2로 하며, 상기 IDT를 구성했을 때의 탄성 경계파의 음속과, 상기 IDT를 구성하는 가장 밀도가 큰 도체만을 사용해서 IDT를 구성했을 때의 탄성 경계파의 음속이 동일하게 되도록, 상기 가장 밀도가 큰 도체층만으로 IDT를 구성한 조건에 있어서 탄성 경계파의 에너지가 상기 경계면으로부터 제1의 매질측에 존재하는 탄성 경계파의 에너지를 E1', 상기 경계면으로부터 제2의 매질측에 존재하는 에너지를 E2'로 했을 때에, E1/E2＜E1'/E2'로 되어 있는 것을 특징으로 하는 탄성 경계파 장치가 제공된다.
제1의 발명의 어느 특정의 국면에서는, 상기 IDT가, 밀도가 7000∼22000㎏/㎥의 범위에 있는 금속으로 이루어지는 제1의 도체층과, 밀도가 1740㎏/㎥ 이상, 11000㎏/㎥보다 작은 금속으로 이루어지는 제2의 도체층을 포함하는 적층구조를 가지며, 제1의 도체층의 밀도를 ρ1, 제2의 도체층의 밀도를 ρ2로 했을 때에, ρ1/ρ2＞1.8로 되어 있고, 상기 IDT의 상기 제2의 매질측에 배치되는 도체층이, 상기 제1의 도체층에 의해 구성되어 있다.
제1의 발명의 다른 특정의 국면에서는, 상기 제1의 도체층의 두께를 H, 상기 IDT의 전극지 주기를 λ로 했을 때에, 0.034λ＜H＜0.5λ로 되어 있다.
제1의 발명의 또 다른 특정의 국면에서는, 상기 IDT가 상기 제1의 매질에 접하는 부분 및/또는 제2의 매질에 접하는 부분에 밀착층이 형성되어 있다.
제2의 발명에 따르면, 탄성 경계파 전파방향에 있어서의 지연시간 온도계수가 정인 제1의 매질과, 탄성 경계파 전파방향에 있어서의 지연시간 온도계수가 부인 제2의 매질과, 상기 제1, 제2의 매질 사이에 배치된 IDT를 구비하는 탄성 경계파 장치로서, 상기 IDT가, 밀도가 7000∼22000㎏/㎥의 범위에 있는 금속으로 이루어지는 제1의 도체층과, 밀도가 1740㎏/㎥ 이상, 11000㎏/㎥보다 작은 금속으로 이루어지는 제2의 도체층을 포함하는 적층구조를 가지며, 제1의 도체층의 밀도를 ρ1, 제2의 도체층의 밀도를 ρ2로 했을 때에, ρ1/ρ2＞1.8로 되어 있고, 상기 IDT의 상기 제2의 매질측에 배치되는 도체층이, 상기 제1의 도체층이며, 상기 제1의 도체층의 두께를 H, IDT의 전극지 피치를 λ로 했을 때에, 0.034λ＜H＜0.5λ로 되어 있는 것을 특징으로 하는 탄성 경계파 장치가 제공된다.
제2의 발명의 또 다른 특정의 국면에서는, 상기 IDT가 제1의 매질에 접하는 부분 및/또는 제2의 매질에 접하는 부분에 밀착층이 형성되어 있다.
제1, 제2의 발명(본 발명이라고 총칭한다)의 어느 특정의 국면에서는, 상기 제1의 매질이, LiTaO3, LiNbO3, 수정, PZT, LBO, 란가사이트(langasite), 란가나이트(langanite), 및 유리로 이루어지는 군(群)에서 선택된 1종에 의해 구성되어 있다.
본 발명에 따른 탄성 경계파 장치의 다른 특정의 국면에서는, 상기 제2의 매질이, SiO2, 수정, LBO, 란가사이트, 란가나이트, 및 유리로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 1종에 의해 구성되어 있으며, 또한 제1의 매질의 재질과는 다른 재료로 이루어진다.
본 발명의 또 다른 특정의 국면에서는, 상기 제1의 도체층을 구성하고 있는 금속이, Pt, Au, Cu, Ag, Ni, Fe, W, Ta, Cr 및 이들을 주체로 하는 합금으로 이루어지는 군에서 선택된 1종이고, 상기 제2의 도체층을 구성하고 있는 금속이, Mg, Al, Ti 및 이들을 주체로 하는 합금으로 이루어지는 군에서 선택한 1종의 금속이다.
본 발명에 따른 탄성 경계파 장치의 또 다른 특정의 국면에서는, 상기 제1의 도체층을 구성하고 있는 금속이 Au이고, 상기 제2의 도체층을 구성하고 있는 금속이 Al, Mg, Ti, Cr, Ni, Cu, Ag 및 이들을 주체로 하는 합금으로 이루어지는 군에서 선택한 1종의 금속이다.
또한, 본 발명에 따른 탄성 경계파 장치의 또 다른 특정의 국면에서는, 상기 제1의 도체층을 구성하고 있는 금속이 Cu이고, 상기 제2의 도체층을 구성하고 있는 금속이 Al, Mg, Ti 및 이들을 주체로 하는 합금으로 이루어지는 군에서 선택한 1종의 금속이다.
또한, 상기 제1의 도체층 및 제2의 도체층을 구성하고 있는 금속이 상기와 같은 1종의 금속으로 이루어지는 경우, 바람직하게는, IDT의 막 두께는 0.3λ 이하로 된다.
본 발명에 따른 탄성 경계파 장치의 또 다른 특정의 국면에서는, 상기 IDT와 동일한 전극재료로 구성되어 있으며, 또한 상기 제1, 제2의 매질 사이에 배치되어 있는 반사기가 더 구비되어 있다.
(발명의 효과)
본원의 제1의 발명에서는, 탄성 경계파 전파방향에 있어서의 지연시간 온도계수(TCD)가 정(正; positive)인 제1의 매질과, TCD가 부(負; negative)인 제2의 매질 사이에, 복수의 도체층을 사용해서 형성된 IDT가 배치되어 있으며, E1/E2＜E1'/E2'로 되어 있으므로, 탄성 경계파의 에너지가 제1의 매질측에 비하여 제2의 매질측에 있어서 상대적으로 높지만, 제2의 매질에 있어서의 지연시간 온도계수(TCD)가 부이기 때문에, 예를 들면 밀도가 큰 도체층을 제2의 매질측에 배치함으로써, TCD를 충분히 작게 할 수 있다.
즉, IDT가 제1, 제2의 도체층을 포함하는 적층구조를 갖는 경우, 상대적으로 밀도가 큰 금속으로 이루어지는 제1의 금속층을 제2의 매질측에 배치함으로써, 충분히 TCD가 작게 되어 있는 탄성 경계파 장치를 용이하게 제공할 수 있다.
제1의 발명에 있어서, IDT가, 밀도가 7000∼22000㎏/㎥의 범위에 있는 금속으로 이루어지는 제1의 도체층과, 밀도가 1740㎏/㎥ 이상, 11000㎏/㎥보다 작은 금속으로 이루어지는 제2의 도체층을 포함하는 적층구조를 가지며, 제1의 도체층의 밀도를 ρ1, 제2의 도체층의 밀도를 ρ2로 했을 때에, ρ1/ρ2＞1.8로 되어 있고, IDT에 있어서, 제2의 매질측에 배치되는 도체층이 제1의 도체층에 의해 구성되어 있는 경우에는, 밀도가 큰 도체층이 제2의 매질측에 배치된다. 따라서, TCD를 효과적으로 작게 할 수 있다.
제1의 발명에 있어서, 0.034λ＜H＜0.5λ인 경우에는, TCD를 보다 한 층 작게 할 수 있다.
상기 IDT는, 제1의 매질에 접하는 부분 및/또는 제2의 매질에 접하는 부분에 밀착층이 형성되어 있는 경우에는, IDT와 제1 및/또는 제2의 매질과의 밀착성을 효과적으로 높일 수 있다.
제2의 발명에서는, TCD가 정인 제1의 매질과, 부인 제2의 매질 사이에 IDT가 배치되어 있고, IDT가 상기 제1, 제2의 도체층을 포함하는 적층구조를 가지며, 제1의 도체층이 제2의 매질측에 배치되어 있기 때문에, TCD를 충분히 작게 하는 것이 가능해진다. 게다가, 0.034λ＜H＜0.5λ로 되어 있기 때문에, TCD를 보다 한 층 작게 할 수 있다.
상기 IDT는, 제1의 매질에 접하는 부분 및/또는 제2의 매질에 접하는 부분에 밀착층이 형성되어 있는 경우에는, IDT와 제1 및/또는 제2의 매질과의 밀착성을 효과적으로 높일 수 있다.
제1의 매질이, LiTaO3, LiNbO3, 수정, PZT, LBO, 란가사이트, 란가나이트, 및 유리로 이루어지는 군에서 선택된 1종에 의해 구성되어 있는 경우에는, 모두 TCD가 정이 되는 조건이 존재하며, TCD가 부가 되는 매질을 제2의 매질에 적용함으로써, 탄성 경계파 장치 전체의 TCD를 작게 할 수 있다.
제2의 매질이, SiO2, 수정, LBO, 란가사이트, 란가나이트, 및 유리로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 1종에 의해 구성되어 있으며, 또한 제1의 매질의 재질과는 다른 재료로 이루어지는 경우에는, 모두 TCD가 부가 되는 조건이 존재하며, TCD가 정이 되는 매질을 제1의 매질에 적용함으로써, 탄성 경계파 장치 전체의 TCD를 작게 할 수 있다. 본 발명에 의해 제2의 매질에 분포하는 탄성 경계파의 진동 에너지를 크게 함으로써 TCD를 보다 작게 할 수 있다.
본 발명에 있어서, 제1, 제2의 도체층을 구성하는 금속은 특별히 한정되지 않으나, 예를 들면, 제1의 도체층을 구성하고 있는 금속이, Pt, Au, Cu, Ag, Ni, Fe, W, Ta 및 Cr 및 이들을 주체로 하는 합금으로 이루어지는 군에서 선택된 1종이고, 제2의 도체층을 구성하고 있는 금속이, Mg, Al, Ti, Cr, Ni, Cu 및 Ag 및 이들을 주체로 하는 합금으로 이루어지는 군에서 선택한 1종의 금속인 경우에는, 범용되고 있는 이들 금속을 사용해서 제1, 제2의 도체층을 용이하게 형성할 수 있다.
또한, 제1의 도체층을 구성하고 있는 금속이 Au인 경우에는, 제2의 도체층을 구성하고 있는 금속이 Al, Mg, Ti, Cr, Ni, Cu 및 Ag 및 이들을 주체로 하는 합금으로 이루어지는 군에서 선택된 1종의 금속인 경우, 주파수 온도계수(TCD)의 절대값이 10ppm/℃ 이하와 같이 작은, 양호한 특성을 용이하게 실현할 수 있다.
한편, 제1의 도체층을 구성하고 있는 금속이 Cu인 경우에는, 제2의 도체층을 구성하고 있는 금속으로서, Al, Mg 및 Ti 및 이들을 주체로 하는 합금으로 이루어지는 군에서 선택한 1종의 금속을 사용함으로써, ρ1/ρ2＞1.8로 할 수 있으며, 그것에 의해, TCD의 절대값을 작게 할 수 있어 바람직하다.
제1의 도체층이 상기와 같이 Au나 Cu로 구성되어 있는 경우, 바람직하게는, IDT의 막 두께는 0.3λ 이하로 되며, 그 경우에는, TCD의 절대값을 10ppm/℃ 이하로 하는 것이 용이해진다.
본 발명에 있어서, IDT와 동일한 전극재료로 구성되어 있으며, 또한 제1, 제2의 매질 사이에 배치되어 있는 반사기가 더 구비되어 있는 경우에는, 본 발명에 따라, 반사기를 갖는 탄성 경계파 공진자나 탄성 경계파 공진자 필터 등을 용이하게 형성할 수 있다.
도 1은 본 발명의 한 실시형태에 따른 탄성 경계파 장치를 모식적으로 나타내는 평면 단면도이다.
도 2는 본 발명의 한 실시형태에 따른 탄성 경계파 장치를 모식적으로 나타내는 정면 단면도이다.
도 3은 본 발명의 한 실시형태에 따른 탄성 경계파 장치의 전극구조를 나타내는 모식적 부분 확대 정면 단면도 및 다른 실시형태에 따른 탄성 경계파 장치의 전극구조의 모식적 부분 확대 정면 단면도이다.
도 4는 도 1에 나타낸 탄성 경계파 장치에 있어서, Au로 이루어지는 제1의 도체층(16)을 제2의 매질측에 배치하고, 그 두께를 고정하며, 제1의 매질측에 배치된 Al두께를 변화시킨 경우의 탄성 경계파의 음속(Vm)의 변화를 나타내는 도면이다.
도 5는 도 1에 나타낸 탄성 경계파 장치에 있어서, Au로 이루어지는 제1의 도체층(16)을 제2의 매질측에 배치하고, 그 두께를 고정하며, 제1의 매질측에 배치된 Al두께를 변화시킨 경우의 탄성 경계파의 전기기계 결합계수(K2)의 변화를 나타내는 도면이다.
도 6은 도 1에 나타낸 탄성 경계파 장치에 있어서, Au로 이루어지는 제1의 도체층(16)을 제2의 매질측에 배치하고, 그 두께를 고정하며, 제1의 매질측에 배치된 Al두께를 변화시킨 경우의 탄성 경계파의 지연시간 온도계수(TCD)의 변화를 나타내는 도면이다.
도 7은 도 1에 나타낸 탄성 경계파 장치에 있어서, Al로 이루어지는 제2의 도체층(17)을 제2의 매질측에 배치하고, 그 두께를 고정하며, 제2의 매질측에 배치된 Au두께를 변화시킨 경우의 탄성 경계파의 음속(Vm)의 변화를 나타내는 도면이다.
도 8은 도 1에 나타낸 탄성 경계파 장치에 있어서, Al로 이루어지는 제2의 도체층(17)을 제2의 매질측에 배치하고, 그 두께를 고정하며, 제1의 매질측에 배치된 Au두께를 변화시킨 경우의 탄성 경계파의 전기기계 결합계수(K2)의 변화를 나타내는 도면이다.
도 9는 도 1에 나타낸 탄성 경계파 장치에 있어서, Al로 이루어지는 제2의 도체층(17)을 제2의 매질측에 배치하고, 그 두께를 고정하며, 제2의 매질측에 배치된 Au두께를 변화시킨 경우의 탄성 경계파의 지연시간 온도계수(TCD)의 변화를 나타내는 도면이다.
도 10은 IDT가 Au만으로 이루어지는 경우 비교를 위한 탄성 경계파 장치에 있어서의 탄성 경계파의 변위 분포를 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 11은 Al로 이루어지는 제2의 도체층이 제1의 매질인 LiNbO3측에, 제1의 도체층 Au가 SiO2측에 배치된 실시형태의 탄성 경계파 장치에 있어서의 탄성 경계파의 변위 분포를 나타내는 도면이다.
도 12는 제2의 도체층이 Al, 제1의 도체층이 0.05λ의 두께의 Au로 이루어지는 경우에, Al의 막 두께를 변화시킨 경우의 TCD의 변화를 나타내는 도면이다.
도 13은 제2의 도체층이 Cu, 제1의 도체층이 0.05λ의 두께의 Au로 이루어지는 경우에, Cu의 막 두께를 변화시킨 경우의 TCD의 변화를 나타내는 도면이다.
도 14는 제2의 도체층이 Ag, 제1의 도체층이 0.05λ의 두께의 Au로 이루어지는 경우에, Ag의 막 두께를 변화시킨 경우의 TCD의 변화를 나타내는 도면이다.
도 15는 제2의 도체층이 Al로 이루어지고, 제1의 도체층이 두께 0.1λ의 Cu로 이루어지는 경우에, Al의 규격화 막 두께를 변화시킨 경우의 TCD의 변화를 나타내는 도면이다.
도 16은 제2의 도체층이 Ti로 이루어지고, 제1의 도체층이 두께 0.1λ의 Cu로 이루어지는 경우에, Ti의 규격화 막 두께를 변화시킨 경우의 TCD의 변화를 나타내는 도면이다.
<부호의 설명>
10: 탄성 경계파 장치 11: 제1의 매질
12: 제2의 매질 13: IDT
13a, 13b: 전극지 14, 15: 반사기
16: 제1의 도체층 17: 제2의 도체층
한편, 본 명세서에 있어서 매질이나 전극재료로서 사용되는 재료의 밀도, 결정의 오일러각 및 결정축의 상세한 것은 이하와 같다.
밀도
SiO2의 밀도는 2210㎏/㎥, 횡파의 음향 특성 임피던스는 8.3×106kg·s/㎡이고, Al의 밀도는 2699㎏/㎥, 횡파의 음향 특성 임피던스는 8.4×106kg·s/㎡이며, Cu의 밀도는 8939㎏/㎥, 횡파의 음향 특성 임피던스는 21.4×106kg·s/㎡이고, Ag의 밀도는 10500㎏/㎥, 횡파의 음향 특성 임피던스는 18.6×106kg·s/㎡이며, Au의 밀도는 19300㎏/㎥, 횡파의 음향 특성 임피던스는 24.0×106kg·s/㎡이다.
오일러각
본 명세서에 있어서, 기판의 절단면과, 경계파의 철판방향을 표현하는 오일러각(φ, θ, ψ)은, 문헌 "탄성파 소자 기술 핸드북"(일본학술진흥회 탄성파 소자 기술 제150위원회, 제1판 제1쇄, 평성3(1991)년 11월 30일 발행, 549페이지)에 기재된 오른손계 오일러각을 사용하였다. 즉, LN의 결정축으로서 X, Y, Z에 대하여, Z축을 축으로 해서 X축을 반시계 둘레로 φ회전하여 Xa축을 얻는다. 다음으로, Xa축을 축으로 해서 Z축을 반시계 둘레로 θ회전하여 Z'축을 얻는다. Xa축을 포함하고, Z'축을 법선으로 하는 면을 기판의 절단면으로 하였다. 그리고, Z'축을 축으로 해서 Xa축을 반시계 둘레로 ψ회전한 축 X'방향을 경계파의 전파방향으로 하였다.
결정축
또한, 오일러각의 초기값으로서 주어지는 LiNbO3의 결정축 X, Y, Z는 Z축을 c축과 평행하게 하고, X축을 등가의 3방향의 a축 중 임의의 하나와 평행하게 하며, Y축은 X축과 Z축을 포함하는 면의 법선방향으로 한다.
등가의 오일러각
한편, 본 발명에 있어서의 LiNbO3의 오일러각(φ, θ, ψ)은 결정학적으로 등가이면 된다. 예를 들면, 문헌(일본음향학회지 36권 3호, 1980년, 140∼145페이지)에 따르면, LiNbO3는 삼방정계 3m점군에 속하는 결정이므로, (4)식이 성립한다.
F(φ, θ, ψ)＝F(60°＋φ, －θ, ψ)
＝F(60°－φ, －θ, 180°－ψ)
＝F(φ, 180°＋θ, 180°－ψ)
＝F(φ, θ, 180°＋ψ) …(4)
여기에서, F는 전기기계 결합계수(ks 2), 전파손실, TCF, PFA, 내츄럴 일방향성(natural unidirectional property) 등의 임의의 경계파 특성이다. PFA의 내츄럴 일방향성은, 예를 들면 전파방향을 정부(正負) 반전해서 본 경우, 부호는 변하지만 절대량은 동일하므로 실용상 등가라고 생각한다. 한편, 이 문헌은 표면파에 관한 것이지만, 경계파에 관해서도 결정의 대칭성을 마찬가지로 다룰 수 있다.
예를 들면, 오일러각(30°, θ, ψ)의 경계파 전파특성은, 오일러각(90°, 180°－θ, 180°－ψ)의 경계파 전파특성과 등가이다. 또한, 예를 들면, 오일러각(30°, 90°, 45°)의 경계파 전파특성은 표에 나타내는 오일러각의 경계파 전파특성과 등가이다.
또한, 본 발명에 있어서 계산에 사용한 도체의 재료상수는 다결정체의 값이지만, 에피택셜막(epitaxial film) 등의 결정체에 있어서도, 막 자체의 결정 방위 의존성보다 기판의 결정 방위 의존성이 경계파 특성에 대하여 지배적이므로, (4)식에 의해, 실용상 문제없을 정도로 동등한 경계파 전파특성이 얻어진다.
φ(°) θ(°) ψ(°)
30 90 225
30 270 135
30 270 315
90 90 135
90 90 315
90 270 45
90 270 225
150 90 45
150 90 225
150 270 135
150 270 315
210 90 135
210 90 315
210 270 45
210 270 225
270 90 45
270 90 225
270 270 135
270 270 315
330 90 135
330 90 315
330 270 45
330 270 225
이하, 도면을 참조하면서 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명함으로써, 본 발명을 명백히 한다.
도 1 및 도 2는, 본 발명의 한 실시형태에 따른 탄성 경계파 장치를 모식적으로 나타내는 평면 단면도 및 정면 단면도이다.
탄성 경계파 장치(10)는, 제1의 매질(11)과, 제2의 매질(12)을 적층한 적층체를 사용해서 구성되어 있다. 제1의 매질(11)은 본 실시형태에서는, 압전체로서의 15°Y커트 X전파(오일러각으로 (0°, 105°, 0°))의 LiNbO3판에 의해 구성되어 있다.
제2의 매질(12)은 본 실시형태에서는, 비도전물질로서의 SiO2에 의해 구성되어 있다.
제1, 제2의 매질(11, 12) 사이의 계면에, IDT(13) 및 반사기(14, 15)가 배치되어 있다. IDT(13)는 복수개의 전극지(13a)와 복수개의 전극지(13b)가 서로 맞물리도록 배치되어 있는 구조를 갖는다. 복수개의 전극지(13a)가 한쪽의 버스바에, 복수개의 전극지(13b)가 다른쪽의 버스바에 전기적으로 접속되어 있다.
IDT(13) 및 반사기(14, 15)는 본 실시형태에서는, 밀도가 상대적으로 큰 Au로 이루어지는 제1의 도체층과, 밀도가 상대적으로 낮은 Al로 이루어지는 제2의 도체층을 포함하는 적층구조를 갖는다.
도 3은 상기 전극지(13a, 13b)의 횡단면구조를 설명하기 위한 모식적 확대 단면도이다. 전극지(13a, 13b)는 제1, 제2의 도체층(16, 17)을 적층한 구조를 갖는다. 제1의 도체층(16)이 Au로 이루어지며, 비도전물질로 이루어지는 제2의 매질(12)측에 배치되어 있고, 제2의 도체층(17)이 Al로 이루어지며, 압전체로서의 제1의 매질(11)측에 배치되어 있다.
또한, 반사기(14, 15)도, IDT(13)와 동일한 전극구조를 갖는다. 즉, 반사기(14, 15)도 또한, 제1, 제2의 도체층(16, 17)을 적층한 구조를 갖는다.
본 실시형태의 탄성 경계파 장치(10)에서는, 제1, 제2의 매질(11, 12)이 상기와 같이 형성되어 있고, IDT(13) 및 반사기(14, 15)가 상기 전극구조를 가지며, IDT(13)를 두께방향으로 2등분한 면을 경계면으로 했을 때, 상기 경계면으로부터 제1의 매질(11)측에 존재하는 탄성 경계파의 에너지를 E1, 경계면으로부터 제2의 매질측에 존재하는 탄성 경계파의 에너지를 E2로 하고, 상기 IDT(13)를 구성했을 때의 탄성 경계파의 음속과, IDT(13)를 구성하는 가장 밀도가 큰 도체층인 제1의 도체층을 구성하는 Au만을 사용해서 IDT(13)를 구성했을 때의 탄성 경계파의 음속이 동일하게 되도록, 단일의 도체로서의 Au로 IDT를 구성한 조건에 있어서, 탄성 경계파의 에너지가 상기 경계면으로부터 제1의 매질측에 존재하는 탄성 경계파의 에너지를 E1', 경계면으로부터 제2의 매질(12)측에 존재하는 에너지를 E2'로 했을 때에, E1/E2＜E1'/E2'로 되어 있다. 그것에 의해, 탄성 경계파 장치(10)에서는, 장치 전체의 TCD를 작게 할 수 있다. 이것을 구체적으로 설명한다.
도 3에 모식적으로 나타내는 바와 같이, Al로 이루어지는 제2의 도체층(17)을 압전체인 제1의 매질(11)측에, Au로 이루어지는 제1의 도체층(16)을, 제2의 매질인 SiO2측에 배치하고, 도체층의 두께와, 탄성 경계파의 음속, 전기기계 결합계수(K2) 및 지연시간 온도계수(TCD)와의 관계를 구하였다. 한편, 조건은 이하와 같다.
적층구조: SiO2/IDT/LiNbO3
LiNbO3에 대해서는, 15°Y커트 X전파의 LiNbO3기판을 사용하였다.
IDT: 제1의 도체층(16)을 구성하고 있는 Au의 두께는 0.05λ 또는 가변으로 하였다. Al로 이루어지는 제2의 도체층(17)의 두께는 0.1λ 또는 가변으로 하였다.
제1, 제2의 매질(11, 12)의 두께는 무한대로 하였다.
한편, 이들을 구하는 데에 있어서는, 문헌 "A method for estimating optimal cuts and propagation directions for excitation and propagation directions for excitation of piezoelectric surface waves" (J.J.Campbell and W.R.Jones, IEEE Trans. Sonics and Ultrason., Vol. SU-15(1968)pp, 209-217)에 기초해서 구하였다. 이 경우, 개방경계의 경우에는, 제1의 매질(11)과, 제2의 매질과의 경계, 제1의 매질(11)과 IDT(13)와의 경계, IDT(13)와 제2의 매질(12)과의 경계에 있어서의 변위, 전속(電束), 밀도의 법선성분 및 상하방향 응력이 연속이라고 하고, 제1의 매질(11)과 제2의 매질(12)의 두께를 무한대로 하며, IDT 등을 구성하고 있는 도체의 비유전율을 1로 해서, 음속을 구하였다. 또한, 단락경계의 경우에는, 제2의 매질과 IDT와의 경계, IDT와 제1의 매질과의 경계에 있어서의 전위를 0으로 해서, 음속을 구하였다. 또한, 전기기계 결합계수(K2)는 하기의 식 (1)에 의해 구하였다. 한편, 식 (1)에 있어서 Vf는 개방경계에 있어서의 음속이다.
K2＝2×│Vf－V│/Vf …식 (1)
지연시간 온도계수(TCD)는 20℃, 25℃ 및 30℃에 있어서의 위상속도(V)에 기초해서, 하기의 식 (2)에 의해 구하였다.
TCD＝(V〔20℃〕－V〔30℃〕)/V〔25℃〕/10＋αs …식 (2)
단, 식 (2)에 있어서, αs는 경계파 전파방향에 있어서의 제1의 매질(11)의 선팽창계수이다.
도 4∼도 6은 제1의 도체층(16), 즉, Au의 두께를 0.05λ로 고정하고, 제2의 도체층(17)을 구성하고 있는 Al의 두께를 변화시킨 경우의 Al두께(λ)와, 음속, 전기기계 결합계수(K2) 및 지연시간 온도계수(TCD)와의 관계를 나타내고, 도 7∼도 9는 제2의 도체층(17)을 구성하고 있는 Al의 두께를 0.1λ로 고정하고, 제1의 도체층(16)을 구성하고 있는 Au두께를 변화시킨 경우의 Au두께(λ)와, 탄성 경계파의 음속, 전기기계 결합계수(K2) 및 지연시간 온도계수(TCD)와의 관계를 나타낸다.
도 4∼도 6에 있어서, Al두께＝0이, Au만으로 이루어지는 전극을 사용한 경우의 특성에 상당한다. 도 6으로부터 명백하듯이, Al로 이루어지는 제2의 도체층(17)을, LiNbO3로 이루어지는 제1의 매질(11)과, Au로 이루어지는 제1의 도체층(16) 사이에 배치함으로써, 즉, Al의 두께를 0보다도 크게 함으로써, 지연시간 온도계수(TCD)를 조정할 수 있음을 알 수 있다.
바꿔 말하면, IDT(13)의 두께방향을 2등분한 면을 경계면으로 했을 때에, 제1의 매질(11)측에 존재하는 탄성 경계파의 에너지를 E1, 제2의 매질(12)측에 존재하는 에너지를 E2로 하고, 상기 IDT(13)를 구성했을 때의 탄성 경계파의 음속과, IDT(13)를 구성하는 가장 밀도가 큰 도체층인 제1의 도체층을 구성하는 Au만을 사용해서 IDT(13)를 구성했을 때의 탄성 경계파의 음속이 동일하게 되도록, 단일의 도체로서의 Au로 IDT를 구성한 조건에 있어서, 탄성 경계파의 에너지가 상기 경계면으로부터 제1의 매질측에 존재하는 탄성 경계파의 에너지를 E1', 경계면으로부터 제2의 매질(12)측에 존재하는 에너지를 E2'로 했을 때에, E1/E2＜E1'/E2'로 되어 있으며, 그것에 의해, 지연시간 온도계수(TCD)를 작게 할 수 있음을 알 수 있다.
보다 구체적으로는, Al로 이루어지는 제2의 도체층(17)의 두께를 H로 했을 때에, 0.034λ＜H에서는, TCD가 ±20ppm/℃의 범위가 되어 바람직한 것을 알 수 있다. 보다 바람직하게는, 0.064λ＜H＜0.2λ로 함으로써, TCD를 ±10ppm/℃의 범위로 할 수 있으며, 더욱 바람직하게는 0.083λ＜H＜0.144λ로 함으로써, ±5ppm/℃의 범위 내로 할 수 있고, 특히, 0.118λ 부근으로 함으로써, TCD를 거의 0으로 할 수 있다.
한편, Al두께의 상한은 포토리소그래피법에 의한 경우, 애스펙트비(aspect ratio)를 고려한 한계값으로부터 0.5λ 정도이다.
또한, 도 9로부터 명백하듯이, Au로 이루어지는 제1의 도체층(16)의 두께를 변화시켰다고 하더라도, TCD는 그다지 변화하지 않음을 알 수 있다.
도 10은 Au두께＝0.05λ, Al두께＝0인 경우의 탄성 경계파(U1＝종파(縱波) 성분, U2＝SH파 성분, U3＝SV파 성분, 한편 U1∼U3는 탄성 경계파를 구성하는 부분파 성분이다.)의 변위 분포를 모식적으로 나타내는 도면이고, 도 11은 Au두께＝0.05λ, Al두께＝0.1λ로 한 경우의 탄성 경계파 장치의 탄성 경계파(U1＝종파 성분, U2＝SH파 성분, U3＝SV파 성분, 한편 U1∼U3는 탄성 경계파를 구성하는 부분파 성분이다.)의 변위 분포를 나타내는 도면이다. 도 10에 있어서, 제1의 매질(11)의 밀도는 4640㎏/㎥, 제2의 매질(12)의 밀도는 2210㎏/㎥이다. 도 10에서는, IDT는 복수의 도체를 적층한 구조를 갖지 않으며, 단일의 도체에 의해 구성되어 있다. 여기에서, 탄성 경계파의 에너지는 진폭을 U, IDT의 밀도를 ρ로 했을 때에, ρU2에 비례한다. 따라서, E1'/E2'는 약 1.1이 된다. 한편, 도 11로부터, E1/E2를 구하면, E1/E2는 약 0.5가 된다. 즉, 상기 실시형태에서는, E1/E2＜E1'/E2'로 되어 있음을 알 수 있다.
도 11로부터 명백하듯이, 제2의 매질(12)측에, Au로 이루어지는 밀도가 큰 제1의 도체층(16)이 배치되어 있으므로, 진동 에너지의 분포 중심은 제2의 매질(12)측에 존재하는 것을 알 수 있다. 그 때문에, 압전체로 이루어지는 제1의 매질(11)이 정의 TCD를 가지며, SiO2는 부의 TCD에 의해 강하게 상쇄할 수 있어, 탄성 경계파 장치 전체의 TCD를 효과적으로 작게 할 수 있음을 알 수 있다.
한편, 본 발명은 상술한 탄성 경계파 공진자로서의 탄성 경계파 장치(10)에 한정되지 않으며, 다양한 구조의 공진자나 필터에도 적용할 수 있다. 즉, 예를 들면 사다리형 필터, 종결합 공진기형 필터, 횡결합 공진기형 필터, 트랜스버설형 필터, 탄성 경계파 광스위치 또는 탄성 경계파 광필터 등의 다양한 탄성 경계파를 사용한 필터나 스위치 등에도 널리 사용할 수 있다.
또한, 전극재료에 대해서는, Au나 Al에 한하지 않으며, Pt, Ag, Cu, Ni, Ti, Fe, W, Ta 등의 다른 도전성 재료를 사용해도 좋고, 또한 이들 도전성 재료를 주체로 하는 합금을 사용해도 좋다.
단, IDT를 제1의 도체층과 제2의 도체층을 포함하는 적층구조를 갖도록 구성하는 경우, 제1의 도체층의 밀도는 Au와 같이 7000∼22000㎏/㎥의 범위에 있는 상대적으로 밀도가 높은 금속을 사용해서 구성되며, 제2의 도체층은 Al과 같이, 밀도가 1740㎏/㎥ 이상, 11000㎏/㎥보다 작은, 상대적으로 저밀도의 금속에 의해 구성된다. 이와 같은 제1, 제2의 도체층을 구성하고 있는 금속의 밀도의 요건, 및 제1, 제2의 도체층의 밀도비 ρ1/ρ2＞1.8의 요건을 만족시키는 한, 제1, 제2의 도체층을 갖는 적층구조에 있어서의 각 도체층을 구성하는 금속은 한정되는 것은 아니다.
이러한 제1, 제2의 도체층을 구성하고 있는 금속으로서는, 예를 들면 제1의 도체층을 구성하고 있는 금속으로서, Pt, Au, Cu, Ag, Ni, Fe, W, Ta 및 Cr 및 이들을 주체로 하는 합금으로 이루어지는 군에서 선택된 1종과, 제2의 도체층을 구성하고 있는 금속으로서, Mg, Al, Ti, Cr, Ni, Cu 및 Ag 및 이들을 주체로 하는 합금으로 이루어지는 군에서 선택한 1종의 금속을 사용한 조합을 들 수 있다.
또한, 상기와 같은 조건을 만족시키는 조합으로서, 제1의 도체층을 구성하고 있는 금속이 Au로 이루어지는 경우에는, 제2의 도체층을 구성하고 있는 금속으로서, Al, Mg, Ti, Cr, Ni, Cu 및 Ag 및 이들을 주체로 하는 합금으로 이루어지는 군에서 선택한 1종의 금속을 사용하는 조합을 들 수 있다. 또한, 제1의 도체층을 구성하고 있는 금속이 Cu인 경우에는, 제2의 도체층을 구성하고 있는 금속으로서, Al, Mg 및 Ti 및 이들을 주체로 하는 합금으로 이루어지는 군에서 선택한 1종의 금속을 사용하는 조합을 들 수 있다. 제1의 도체층을 구성하고 있는 금속이 Au인 상기의 조합의 경우, 및 제1의 도체층을 구성하고 있는 금속이 Cu인 경우의 상기의 조합에 있어서는, 바람직하게는, IDT의 막 두께가 0.3λ 이하로 되고, 그것에 의해, TCD의 절대값을 10ppm/℃ 이하로 작게 할 수 있다.
도 12∼도 14는 제1, 제2의 도체층의 구성이 이하와 같이 설정되어 있는 것을 제외하고는, 도 4∼도 6에 나타낸 결과를 얻은 경우의 탄성 경계파 장치와 동일하게 해서 탄성 경계파 장치를 제작한 경우의 IDT를 구성하고 있는 제2의 도체층의 막 두께에 의한 TCD의 변화를 나타내는 도면이다.
즉, 도 12∼도 14에서는, 제1의 도체층이 막 두께 0.05λ의 Au로 이루어지고, 제2의 도체층이 Al로 이루어지며, 상기 Al의 규격화 막 두께를 변화시킨 경우의 TCD의 변화를 나타낸다.
한편, 도 13 및 도 14는, 각각, 상층의 제2의 도체층을 Cu 및 Ag에 의해 형성한 경우에, Cu막 및 Ag막의 막 두께를 변화시킨 경우의 TCD의 변화를 나타내는 도면이다. 도 13 및 도 14에 있어서도, Au로 이루어지는 제1의 도체층의 막 두께는 0.05λ이다.
또한, 도 12∼도 14에 있어서, 세로방향으로 연장되는 일점쇄선은 제2의 도체층을 구성하고 있는 Al막, Cu막 및 Ag막이 각각 0.25λ의 두께의 위치를 나타내며, 이 경우, 제1, 제2의 도체층의 합계 막 두께는 0.3λ가 된다.
도 12∼도 14로부터 명백하듯이, IDT의 막 두께가 0.3λ 이하인 경우에는, 제2의 도체층을 구성하고 있는 금속이, Al로부터, Cu, Ag로 차례로 밀도가 커짐에 따라, TCD의 절대값이 10ppm/℃ 이하의 범위가 되는 영역, 즉 제2의 도체층의 막 두께 범위가 감소하고 있음을 알 수 있다. 이 현상이 발생하는 것은 제1, 제2의 도체층의 밀도비에 의한 것이며, Au/Ag의 밀도비는 1.83이다.
한편, TCD의 절대값이 10ppm/℃보다도 작은 범위는, 일반적으로 TCD가 매우 양호한 범위라고 말할 수 있다. 따라서, 10ppm/℃보다도 TCD의 절대값이 큰 것은 반드시 사용할 수 없는 것은 아니며, 요구 사양에 따라서는, 상기 범위에서 벗어난 특성의 것도 사용할 수 있다. 즉, TCD의 절대값이 10ppm/℃ 이하란 바람직한 수치 범위를 나타내는 것이다.
도 15 및 도 16은 제1의 도체층을 막 두께 0.1λ의 Cu로 하고, 제2의 도체층을 Al 또는 Ti로 하며, Al막 또는 Ti막의 막 두께를 변화시킨 경우의 TCD의 변화를 나타내는 도면이다.
또한, 도 15 및 도 16의 세로방향으로 연장되는 일점쇄선은, 제2의 도체층의 막 두께가 0.2λ인 위치를 나타내며, 이 경우 제1, 제2의 도체층의 막 두께의 합계는 0.3λ가 된다.
한편, 제1의 도체층이 Cu인 경우에, 그 두께를 0.1λ로 한 것은, Cu의 밀도는 8.93으로서, Au의 밀도＝19.3의 약 1/2인 것에 의한다. 즉, 탄성 경계파에서는, 전극의 무게에 의해, 에너지 집중도의 분포가 결정되므로, 제1의 도체층에의 에너지 집중도를, 도 12∼도 14의 경우와 동등하게 하기 위해서, 도 15 및 도 16에서는, Cu의 규격화 막 두께를 0.1λ로 하였다.
도 15 및 도 16으로부터 명백하듯이, IDT의 막 두께가 0.5λ 이하나 0.3λ 이하인 경우, 제1의 도체층이 Cu로 이루어지는 경우에 있어서도, 제2의 도체층을 구성하고 있는 금속의 밀도가 커짐에 따라, TCD의 양호한 범위가 얻어지는 영역이 감소하고 있음을 알 수 있다. 이 현상이 발생하는 것은, 제1의 도체층의 밀도와 제2의 도체층의 밀도비 ρ1/ρ2에 의한 것이며, Cu/Ti의 밀도비는 1.98로서, ρ1/ρ2＞1.8의 조건을 만족시키고 있다.
또한, 밀착성이나 내전력성을 높이기 위해서, Ti, Cr, NiCr, Ni, ZnO 등의 박층을 제1, 제2의 도체층에 적층해도 좋다. 이 경우, 상기 박층은 제1 또는 제2의 도체층과 제1 또는 제2의 매질층 사이, 혹은 제1, 제2의 도체층 사이의 어느 곳에 배치해도 좋다. 특히 IDT가, 제1의 매질에 접해 있는 부분 및/또는 제2의 매질에 접해 있는 부분에 상기 박층이 밀착층으로서 형성되어 있는 경우에는, IDT의 제1 및/또는 제2의 매질에의 밀착성을 효과적으로 높일 수 있다. 상기 박층은 밀착성이나 확산방지 효과가 있으면 되므로, 박층의 막 두께는 1∼30㎚로 된다.
또한, 본 발명에 있어서, 제1, 제2의 도체층 이외에 제3의 도체층을 포함하는 1 이상의 도체층을 더 적층해도 좋다. 이 경우, 제3의 도체층은, 제1, 제2의 도체층 중 어느 하나와 동일한 재료여도 좋고, 다른 재료여도 좋다. 따라서, 예를 들면, Al/Au/Al로 이루어지는 전극구조를 사용해도 좋으며, 그 경우에는, 전기기계 결합계수(K2)를 Au의 존재에 의해 중간 정도로 크게 할 수 있고, 지연시간 온도계수(TCD)를 어느 정도 작게 할 수 있으며, 또한 전극지의 도체 저항이 작은 탄성 경계파 장치를 얻을 수 있다.
또한, 제1, 제2의 매질(11, 12)이 적층되어 있었으나, 또한 1 이상의 다른 매질이 적층되어 있어도 좋다. 또한, 제1, 제2의 매질(11, 12)에 다른 매질을 적층하는 경우, 제1, 제2의 매질 사이에 제3의 매질을 배치해도 좋으며, 그 경우에는, 상대적으로 밀도도 무거운 전극재료로 이루어지는 제1의 도체층을 SiO2 등으로 이루어지는 TCD가 부인 매질측에 배치하면 장치 전체의 TCD를 작게 할 수 있다.
또한, 본 발명에 있어서는, 상기 제2의 매질의 형성에 앞서, 역 스퍼터(reverse sputtering), 이온빔 밀링(ion beam milling), 반응성 이온에칭, 웨트에칭(wet etching) 등의 다양한 방법으로 IDT를 조정하여 주파수 조정을 행할 수 있다. 또한, 제2의 매질/제3의 매질/IDT/제1의 매질의 적층구조를 이용하는 경우에는, 제3의 매질의 두께를, 상기 이온빔 밀링이나 에칭 등에 의해 조정함으로써, 혹은 스퍼터링 혹은 증착 등의 퇴적법에 의해 추가 성막(成膜)함으로써, 주파수 조정을 행하는 것도 가능하다.
한편, 제1, 제2의 매질은 다양한 재료로 구성될 수 있다. 이러한 재료로서는, Si, 유리, SiO2, SiC, ZnO, Ta2O5, PZT, AlN, Al2O3, LiTaO3, LiNbO3, KN(니오브산칼륨) 등을 들 수 있다. 특히, 제1의 매질(11)로서, 압전체를 사용하는 경우에는, 상기 LiNb2O3 이외에, 상기와 같은 ZnO, Ta2O5, PZT, LiTaO3 등의 다양한 압전재료를 사용할 수 있다.
또한, 제2의 매질(12)로서, 유전체를 사용하는 경우 그러한 유전체로서는, SiO2에 한하지 않으며, 유리, SiC, AlN, Al2O3 등을 사용할 수 있다. 바람직하게는, 전술한 바와 같이, 압전체는 통상, 정의 TCD를 나타내기 때문에, TCD를 작게 하기 위해서는, 부의 TCD를 갖는 유전체를 제2의 매질(12)의 재료로서 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 부의 TCD를 갖는 유전체로서는, SiO2 외에, 수정, LBO(사붕산리튬), 란가사이트, 란가나이트, 유리 등을 들 수 있다.
본 발명에 있어서는, 제1, 제2의 매질을 적층한 적층체 혹은 또한 제3의 매질을 포함하는 적층체의 외측에 강도를 높이기 위해서, 혹은 부식성 가스의 침입을 방지하기 위해서 보호층을 형성해도 좋다. 보호층으로서는, 특별히 한정되지 않으며, 폴리이미드, 에폭시 수지, 산화티탄, 질화알루미늄 혹은 산화알루미늄 등의 무기 절연재료, Au, Al 혹은 W 등의 금속 등 다양한 재료로 이루어지는 것을 사용할 수 있다. 또한, 상기 보호층을 형성한 후에, 혹은 보호층을 형성하지 않고, 탄성 경계파 장치를 패키지에 봉입해도 좋다.

Claims (13)

  1. 탄성 경계파 전파방향에 있어서의 지연시간 온도계수가 정(正; positive)인 제1의 매질과, 탄성 경계파 전파방향에 있어서의 지연시간 온도계수가 부(負; negative)인 제2의 매질과, 상기 제1, 제2의 매질 사이에 배치되어 있으며, 복수의 도체층을 적층해서 이루어지는 IDT를 구비하는 탄성 경계파 장치로서,
    상기 제1, 제2의 매질이 적층되어 있는 방향이 상기 IDT의 두께방향이며, 상기 IDT를 두께방향으로 2등분한 면을 경계면으로 하고, 상기 경계면으로부터 제1의 매질측에 존재하는 탄성 경계파의 에너지를 E1, 상기 경계면으로부터 제2의 매질측에 존재하는 에너지를 E2로 하며,
    상기 IDT를 구성했을 때의 탄성 경계파의 음속과, 상기 IDT를 구성하는 가장 밀도가 큰 도체만을 사용해서 IDT를 구성했을 때의 탄성 경계파의 음속이 동일하게 되도록, 상기 가장 밀도가 큰 도체층만으로 단일의 금속으로 IDT를 구성한 조건에 있어서 탄성 경계파의 에너지가 상기 경계면으로부터 제1의 매질측에 존재하는 탄성 경계파의 에너지를 E1', 상기 경계면으로부터 제2의 매질측에 존재하는 에너지를 E2'로 했을 때에, E1/E2＜E1'/E2'로 되어 있는 것을 특징으로 하는 탄성 경계파 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 IDT가, 밀도가 7000∼22000㎏/㎥의 범위에 있는 금속으로 이루어지는 제1의 도체층과, 밀도가 1740㎏/㎥ 이상, 11000㎏/㎥보다 작은 금 속으로 이루어지는 제2의 도체층을 포함하는 적층구조를 가지며,
    제1의 도체층의 밀도를 ρ1, 제2의 도체층의 밀도를 ρ2로 했을 때에, ρ1/ρ2＞1.8로 되어 있고,
    상기 IDT의 상기 제2의 매질측에 배치되는 도체층이, 상기 제1의 도체층에 의해 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 탄성 경계파 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제1의 도체층의 두께를 H, 상기 IDT의 전극지(電極指; electrode finger) 주기를 λ로 했을 때에, 0.034λ＜H＜0.5λ로 되어 있는 것을 특징으로 하는 탄성 경계파 장치.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 IDT가 상기 제1의 매질에 접하는 부분 및 제2의 매질에 접하는 부분 중 적어도 하나에 밀착층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 탄성 경계파 장치.
  5. 탄성 경계파 전파방향에 있어서의 지연시간 온도계수가 정인 제1의 매질과, 탄성 경계파 전파방향에 있어서의 지연시간 온도계수가 부인 제2의 매질과, 상기 제1, 제2의 매질 사이에 배치된 IDT를 구비하는 탄성 경계파 장치로서,
    상기 IDT가, 밀도가 7000∼22000㎏/㎥의 범위에 있는 금속으로 이루어지는 제1의 도체층과, 밀도가 1740㎏/㎥ 이상, 11000㎏/㎥보다 작은 금속으로 이루어지는 제2의 도체층을 포함하는 적층구조를 가지며,
    제1의 도체층의 밀도를 ρ1, 제2의 도체층의 밀도를 ρ2로 했을 때에, ρ1/ρ2＞1.8로 되어 있고,
    상기 IDT의 상기 제2의 매질측에 배치되는 도체층이, 상기 제1의 도체층이며,
    상기 제1의 도체층의 두께를 H, IDT의 전극지 주기를 λ로 했을 때에, 0.034λ＜H＜0.5λ로 되어 있는 것을 특징으로 하는 탄성 경계파 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 IDT가 상기 제1의 매질에 접하는 부분 및 제2의 매질에 접하는 부분 중 적어도 하나에 밀착층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 탄성 경계파 장치.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1의 매질이, LiTaO3, LiNbO3, 수정, PZT, LBO, 란가사이트(langasite), 란가나이트(langanite), 및 유리로 이루어지는 군(群)에서 선택된 1종에 의해 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 탄성 경계파 장치.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제2의 매질이, SiO2, 수정, LBO, 란가사이트, 란가나이트, 및 유리로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 1종에 의해 구성되어 있으며, 또한 제1의 매질의 재질과는 다른 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 탄성 경계파 장치.
  9. 제2항 또는 제5항에 있어서, 상기 제1의 도체층을 구성하고 있는 금속이, Pt, Au, Cu, Ag, Ni, Fe, W, Ta, Cr 및 이들을 주체로 하는 합금으로 이루어지는 군에서 선택된 1종이고,
    상기 제2의 도체층을 구성하고 있는 금속이, Mg, Al, Ti, Cr, Ni, Cu 및 Ag 및 이들을 주체로 하는 합금으로 이루어지는 군에서 선택한 1종의 금속인 것을 특징으로 하는 탄성 경계파 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 제1의 도체층을 구성하고 있는 금속이 Au이고, 상기 제2의 도체층을 구성하고 있는 금속이 Al, Mg, Ti, Cr, Ni, Cu 및 Ag 및 이들을 주체로 하는 합금으로 이루어지는 군에서 선택한 1종의 금속인 것을 특징으로 하는 탄성 경계파 장치.
  11. 제9항에 있어서, 상기 제1의 도체층을 구성하고 있는 금속이 Cu이고, 상기 제2의 도체층을 구성하고 있는 금속이 Al, Mg 및 Ti 및 이들을 주체로 하는 합금으로 이루어지는 군에서 선택한 1종의 금속인 것을 특징으로 하는 탄성 경계파 장치.
  12. 제9항에 있어서, 상기 IDT의 막 두께가 0.3λ 이하로 되어 있는 것을 특징으로 하는 탄성 경계파 장치.
  13. 제1항, 제2항, 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 IDT와 동일한 전극재료로 구성되어 있으며, 또한 상기 제1, 제2의 매질 사이에 배치되어 있는 반사기를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 탄성 경계파 장치.
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