KR100884209B1 - 탄성파소자 - Google Patents

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Abstract

공진특성이나 필터특성이 개선된 탄성파소자를 제공한다. 압전기판상에 적어도 1개의 IDT전극(3)이 형성되어 있으며, IDT전극(3)이 탄성파 전파방향에 있어서 서로 이웃하고 있다. 제1, 제2의 전극지(31,32)를 가지며, 제1, 제2의 전극지(31,32) 중의 적어도 한쪽의 전극지(32)의 측연부에 볼록부(13,14)가 형성되어 있으며, 상기 볼록부(13,14)의 전극지의 길이방향에 따른 위치가 제1, 제2의 전극지의 다른 쪽의 전극지(31)의 선단에 형성된 갭(33)의 상기 전극지 길이방향에 따른 위치와 거의 같은 위치로 되어 있는 탄성파소자.
탄성파소자, IDT전극, 탄성경계파, 탄성표면파, 전극지, 공진특성, 필터특성

Description

탄성파소자{ELASTIC WAVE ELEMENT}
본 발명은 예를 들면 공진자나 대역필터 등에 이용되는 탄성파소자에 관한 것으로, 특히, 복수의 전극지를 가지는 IDT전극의 구조가 개량된 탄성파소자에 관한 것이다.
종래, 공진자나 대역필터 등에, 탄성파소자가 널리 이용되고 있다. 탄성파소자로서는, 탄성표면파를 이용한 탄성표면파소자나, 탄성경계파를 이용한 탄성경계파소자 등이 알려져 있다.
하기의 특허문헌 1에는, 제1, 제2의 고체층이 적층되어 있으며, 제1의 고체층과 제2의 고체층의 계면에 적어도 1개의 정규형의 IDT전극(인터디지털전극)이 배치된 탄성경계파공진자가 나타나 있다. 이 종류의 탄성경계파소자나 탄성표면파소자에서는, 통상, 탄성경계파나 탄성표면파를 여진하기 위해, 복수개의 전극지를 가지는 IDT전극이 이용되고 있다.
또한, 하기의 특허문헌 2에는, 가중이 행해진 IDT전극을 가지는 탄성표면파소자가 개시되어 있다. 도 18은 특허문헌 2에 기재된 탄성표면파소자의 전극구조를 나타내는 모식적 평면도이다.
탄성표면파소자(101)는 탄성표면파를 이용한 필터소자이며, 입력단자(IN)와 출력단자(OUT)를 가진다. 또한, 압전기판상에, 제1, 제2의 필터가 도시된 전극구조를 형성함으로써 구성되어 있다. 여기서는, 제1의 필터는 가중이 행해진 여진용의 IDT전극(102)과, 정규형의 수신용 IDT전극(103)을 가진다. 한편, 제2의 필터는 정규형의 여진용 IDT전극(104)과, 가중이 행해진 수신용 IDT전극(105)을 가진다. 가중이 행해진 IDT전극(102,105) 중의 한쪽이 최소위상특성을 가지도록 가중되어 있으며, 다른 쪽은 최대위상특성을 가지도록 가중되어 있다.
또한, 상기 웨이팅(weighting)은 교차폭웨이팅법(crossing width weighting technique)에 의해 행해지고 있으며, 따라서, 예를 들면 IDT전극(102)에 있어서의 서로 이웃하고 있는 전극지(102a,102b)를 예로 들면 전극지(102a)의 선단에 형성된 갭(102c)과, 전극지(102b)에 형성된 갭(102d)이 표면파 전파방향에 직교하는 방향, 즉 전극지(102a,102b)가 이어지는 방향에 있어서 다른 위치에 형성되어 있다.
[특허문헌 1] 일본국 특허공개 2004-236285호 공보
[특허문헌 2] 일본국 특허공개 2004-260543호 공보
상기와 같이, 특허문헌 1에 기재된 탄성경계파소자에서는, 정규형의 IDT전극이 제1, 제2의 고체층의 경계에 배치되어 있었다. 그리고, 특허문헌 2에 기재된 바와 같이, 탄성표면파소자나 탄성경계파소자에서는, 소망하는 필터특성이나 공진특성을 얻기 위해서, IDT전극에 교차폭웨이팅 처리하는 방법이 널리 이용되어 오고 있다.
그러나, 종래의 탄성경계파소자나 탄성표면파소자에서는, 가중이 행해진 IDT전극을 이용했다고 하더라도, 더 충분한 공진특성이나 필터특성을 얻는 것은 곤란하며, 특성의 보다 한층의 향상이 요망되고 있다.
본 발명의 목적은 상술한 종래기술의 현 상황에 비추어볼 때, 보다 한층 양호한 공진특성이나 필터특성을 얻는 것을 가능하게 하는 구조를 구비한 탄성파소자를 제공하는 데 있다.
본 발명에 의하면, 압전체와 적어도 1개의 IDT전극을 구비하는 탄성파소자이며, 상기 IDT전극이 탄성파 전파방향에 있어서 서로 이웃하고 있으며, 다른 전위에 접속되는 제1, 제2의 전극지를 가지며, 상기 제1, 제2의 전극지의 각 선단의 전극지 길이방향 외측에는 갭이 각각 형성되어 있으며, 상기 제1의 전극지의 측연에 있어서, 상기 제2의 전극지의 선단 외측에 위치하고 있는 상기 갭과 전극지 길이방향에 있어서 같은 위치와, 상기 제2의 전극지의 측연에 있어서, 상기 제1의 전극지의 선단 외측에 위치하고 있는 상기 갭과 전극지 길이방향에 있어서 같은 위치의 적어도 한쪽의 위치에 볼록부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 탄성파소자가 제공된다.
본 발명에 따른 탄성파소자의 어느 특정 국면에서는, 상기 볼록부에 대하여 탄성파 전파방향에 있어서 인접하고 있는 상기 갭이 전극지 선단측에 위치되어 있는 상기 전극지는 전극지 선단으로 갈수록 가늘게 되어 있다.
본 발명의 탄성파소자의 다른 특정 국면에서는, 상기 제1의 전극지의 외주연과, 제1의 전극지에 인접하고 있는 제2의 전극지의 외주연 사이의 거리가 거의 일정하게 되어 있다.
본 발명에 따른 탄성파소자의 또 다른 특정 국면에서는, 제1, 제2의 전극지가 배치되어 있는 부분에 있어서 상기 갭을 통과하여 탄성파가 전파하는 경우의 실효전파거리와, 제1, 제2의 전극지가 형성되어 있는 부분에 있어서 상기 갭 이외의 부분에 있어서 탄성파가 전파하는 경우의 실효전파거리가 거의 같아지도록 상기 볼록부가 형성되어 있다.
본 발명에 따른 탄성파소자의 다른 특정 국면에서는, 상기 볼록부가 상기 제1, 제2의 전극지의 한쪽의 전극지에 있어서, 다른 쪽의 전극지의 선단에 형성된 갭에 대향하고 있는 측의 측연에서 상기 갭을 향하여 돌출하도록 형성되어 있다.
본 발명에 따른 탄성파소자에서는, 바람직하게는, 상기 볼록부가 사다리꼴의 평면형상을 가지며, 상기 사다리꼴의 밑변이 상기 볼록부가 형성되어 있는 전극지의 측연에 의해 구성되어 있으며, 사다리꼴의 윗변과 밑변을 연결하는 측변과, 밑변이 이루는 내각이 90°미만의 각도로 이루어져 있다.
본 발명에 따른 탄성파소자의 또 하나의 특정 국면에서는, 상기 볼록부의 상기 밑변의 중점의 전극지 길이방향에 따른 위치가 상기 다른 쪽 전극지의 선단의 갭의 상기 전극지 길이방향 중심위치와 전극지 길이방향에 있어서 거의 같은 위치에 있으며, 상기 밑변의 길이가 상기 갭의 전극지 길이방향에 따른 치수인 갭 폭보다도 크게 되어 있으며, 상기 윗변의 길이가 상기 갭 폭보다도 작게 되어 있다.
본 발명에 따른 탄성파소자의 어느 한정적인 국면에서는, 상기 볼록부는 특별히 한정되지는 않지만, 등각(等角) 사다리꼴의 평면형상을 가지도록 구성되어 있다.
본 발명에 따른 탄성파소자의 또 하나의 특정 국면에 의하면, 상기 볼록부가 복수의 모서리부를 가지며, 상기 복수의 모서리부가 둥글게 되어 있다.
본 발명에 따른 탄성파소자의 또 하나의 특정 국면에서는, 상기 볼록부의 평면형상이 상기 전극지의 측연으로 이어져 있는 저변과, 저변을 제외하고 곡선에 의해 형성된 외주연을 가지는 형상으로 되어 있다.
본 발명에 따른 탄성파소자의 또 다른 특정 국면에서는, 상기 볼록부 저변의 중점의 전극지 길이방향에 따른 위치가 상기 갭을 전극지 길이방향에 있어서 이등분하는 선과 전극지의 길이방향에 있어서 거의 같은 위치에 있으며, 상기 저변의 길이가 상기 갭 폭보다도 크게 되어 있다.
본 발명에 따른 탄성파소자의 다른 특정 국면에서는, 상기 볼록부는 제1, 제2의 전극지의 다른 쪽에도 형성되어 있다. 즉, 제1, 제2의 전극지 중의 다른 쪽에 형성된 볼록부의 전극지 길이방향 위치가 제1, 제2의 전극지의 한쪽에 있어서 전극지 선단에 형성된 갭의 전극지 길이방향에 따른 위치와 거의 같은 위치에 형성되어 있다.
본 발명에 따른 탄성파소자의 또 하나의 특정 국면에서는, 상기 IDT전극에 교차폭웨이팅 처리되어 있다.
본 발명에 따른 탄성파소자에서는 탄성파로서, 탄성표면파나 탄성경계파가 이용되며, 탄성표면파를 이용함으로써 탄성표면파소자를 탄성경계파를 이용함으로써 탄성경계파소자를 제공할 수 있다.
본 발명에 따른 탄성파소자의 또 다른 특정 국면에서는, 상기 압전기판상에 형성된 적어도 1개의 상기 IDT전극을 피복하도록 형성된 매질층을 더 구비하고, 상기 IDT전극의 밀도가 상기 압전기판의 밀도 및 상기 매질층의 밀도 이상으로 되어 있으며, 또한 상기 IDT전극의 밀도와, 상기 매질층의 밀도의 비가 1.22보다도 크게 되어 있다.
본 발명에 따른 탄성파소자의 또 하나의 특정 국면에서는, 상기 압전기판상에 형성된 적어도 1개의 IDT전극을 피복하도록 매질층이 적층되어 있으며, 상기 IDT전극의 밀도가 압전기판의 밀도 및 상기 매질층의 밀도 이상이며, 또한 IDT전극과, 압전기판의 밀도 및 매질층의 밀도 중의 높은쪽 밀도와의 밀도비가 1.22보다도 크게 되어 있다.
<발명의 효과>
본 발명에 따른 탄성파소자에서는, IDT전극이 탄성파 전파방향에 있어서 서로 이웃하고 있으며, 다른 전위에 접속되는 제1, 제2의 전극지를 가지며, 제1, 제2의 전극지의 선단 외측에 각각 갭이 형성되어 있으며, 상기 제1의 전극지의 측연에 있어서, 상기 제2의 전극지의 선단 외측에 위치하고 있는 갭과 전극지 길이방향에 있어서 같은 위치와, 상기 제2의 전극지의 측연에 있어서, 상기 제1의 전극지의 선단 외측에 위치하고 있는 갭과 전극지 길이방향에 있어서 같은 위치의 적어도 한쪽의 위치에, 볼록부가 형성되어 있기 때문에, 후술의 실시형태의 설명으로부터 명백하듯이, 상기 탄성파의 전파에 있어서의 갭이 존재하고 있는 부분과, 존재하지 않는 부분 사이에서의 위상차이를 보상하는 것이 가능해진다. 그 때문에, 공진특성이나 필터특성을 개선하는 것이 가능해진다. 특히, IDT전극에 교차폭웨이팅 처리되어 있는 경우, 교차폭웨이팅에 의한 특성의 개선과 더불어, 상기 볼록부의 형성에 의해 공진특성이나 필터특성을 보다 한층 효과적으로 개선하는 것이 가능해진다.
상기 볼록부에 대하여 탄성파 전파방향에 있어서 인접하고 있는 상기 갭이 전극지 선단 외측에 위치하고 있는 상기 전극지에 있어서, 전극지 선단으로 갈수록 점차 전극지가 가늘게 되어 있는 경우에는, 점차 가늘게 되어 있는 전극지 부분과 볼록부 사이의 거리가 충분한 크기로 된다. 따라서, 내전력성을 보다 효과적으로 높힐 수 있다.
제1의 전극지와 제2의 전극지 사이의 외주연간의 거리가 거의 일정하게 되어 있는 경우에는, 전계가 집중하는 부분이 거의 없어져 내전력성을 보다 한층 높힐 수 있다.
본 발명에 따른 탄성파소자에 있어서, 제1, 제2의 전극지가 배치되어 있는 부분에 있어서 상기 갭을 전파하는 탄성파의 전파하는 실효거리와, 제1, 제2의 전극지가 형성되어 있는 부분에 있어서 상기 갭 이외의 부분에 있어서 탄성파가 전파하는 실효거리가 거의 같아지도록 볼록부가 형성되어 있는 경우에는, 탄성파의 상술한 위상차이를 보다 효과적으로 보상하는 것이 가능해진다.
볼록부가 제1의 전극지에 있어서, 상기 갭으로부터의 측연에서 갭을 향하여 돌출하도록 형성되어 있는 경우에는, 상기 볼록부의 측연이 비스듬한 방향으로 경사져 있는, 예를 들면 볼록부의 평면형상이 사다리꼴 등의 경우에는, 상기 볼록부의 측연에서 갭을 향하여 전파하는 경계파가 측연에서 외측으로 전파했을 때에 굴절하여, 갭 부분에 효과적으로 집중될 수 있다.
볼록부가 사다리꼴의 평면형상을 가지며, 사다리꼴의 밑변이 전극지의 측연에 의해 구성되어 있으며, 사다리꼴의 윗변과 밑변을 연결하는 측변과 밑변이 이루는 각도가 90°미만의 각도로 되어 있는 경우에는, 탄성파가 갭의 내측방향으로 굴절하여 전파되게 된다. 그 때문에, 갭에 있어서의 회절손(回折損)을 효과적으로 억제하는 것이 가능해져, 그것에 의해 공진특성이나 필터특성을 보다 한층 효과적으로 개선할 수 있다.
볼록부 밑변의 중점의 전극지 길이방향에 따른 위치가 다른 쪽의 갭을 전극지 길이방향에 있어서 이등분하는 선과 전극지 길이방향에 있어서 거의 같은 위치에 있으며, 밑변의 길이가 갭의 전극지 길이방향에 따른 치수인 갭 폭보다도 크게 되어 있으며, 윗변의 길이가 갭 폭 보다도 작게 되어 있는 경우에는, 볼록부의 측연에서 굴절하는 탄성파가 갭 선단의 전극의 영향을 그다지 받지 않고 갭을 통과하기 때문에, 보다 효과적으로 회절손을 억제하는 것이 가능해져, 그것에 의해 공진특성이나 필터특성을 보다 한층 효과적으로 개선할 수 있다.
볼록부가 등각 사다리꼴의 형상을 가지는 경우에는, 갭의 전극지 길이방향 양측에 있어서의 탄성파의 전파상태를 같게 할 수 있으며, 공진특성이나 필터특성을 보다 한층 양호하게 할 수 있다.
볼록부가 복수의 모서리부를 가지며, 상기 복수의 모서리부가 둥글게 되어 있는 경우에 있어서도, 탄성파의 전파에 있어서의 갭이 존재하고 있는 부분과, 존재하지 않는 부분 사이에서의 위상차이를 보상하는 것이 가능해진다.
또한 마찬가지로, 볼록부의 평면형상이 전극지의 측연으로 이어져 있는 저변과, 상기 저변부를 제외하고, 곡선에 의해 형성된 외주연을 가지는 평면형상인 경우에 있어서도, 탄성파의 전파에 있어서의 갭이 존재하고 있는 부분과, 존재하지 않는 부분 사이에서의 위상차이를 보상하는 것이 가능해진다.
볼록부 저변의 중점의 전극지 길이방향에 따른 위치가 갭을 전극지 길이방향에 있어서 이등분하는 선과 전극지 길이방향에 있어서 거의 같은 위치에 있으며, 상기 저변의 길이가 갭 폭보다도 크게 되어 있는 경우에는, 볼록부에 있어서의 가장자리부의 접선이 전극지의 측연의 법선과 각도를 가지는 영역에서 굴절하는 탄성파가 갭 선단의 전극의 영향을 그다지 받지 않고 갭을 통과하기 때문에, 보다 효과적으로 회절손을 억제하는 것이 가능해져, 그것에 의해 공진특성이나 필터특성을 보다 한층 효과적으로 개선할 수 있다.
또한, 제1, 제2의 전극지의 다른 쪽에도 볼록부가 형성되어 있는 경우에는, 본 발명에 따라서, 탄성파가 IDT전극을 전파할 때의 위상차이를 보다 효과적으로 작게 하는 것이 가능해진다. IDT전극에 Au, Cu 또는 Ag 등의 밀도가 큰 금속을 이용한 경우에는, IDT전극의 음향 임피던스와, 압전기판 및 매질층에 있어서의 음향 임피던스의 차가 커지며, 또한, IDT전극의 메탈라이즈부와 비메탈라이즈부에 있어서의 탄성경계파의 음속비가 커진다. 일반적으로, 탄성경계파의 음속비가 커지면, 상술한 위상차이나 회절손이 생기기 쉬워진다. 그러나, 본 발명에서는, 상기 볼록부의 형성에 의해, 위상차이가 보상되기 때문에, 이와 같은 밀도비가 큰 탄성경계파 장치여도, 위상차이에 의한 공진특성이나 필터특성의 열화를 효과적으로 억제하는 것이 가능해진다.
IDT전극에 교차폭웨이팅 처리되어 있는 경우에는, 교차폭웨이팅에 의해 소망하는 공진특성이나 필터특성을 얻을 수 있으며, 또한 본 발명에 따라서, 탄성파의 위상차이를 보상할 수 있어, 그것에 의해 양호한 공진특성이나 필터특성을 얻을 수 있다.
본 발명에 따른 탄성파소자에서는, 탄성파로서 탄성표면파가 이용되어도 좋으며, 탄성경계파가 이용되어도 좋으며, 어떠한 경우에 있어서도, 본 발명에 따라서, 양호한 공진특성이나 필터특성을 실현할 수 있는 탄성표면파소자나 탄성경계파소자가 제공될 수 있다. 그리고, 탄성경계파의 경우에는, 탄성경계파의 전파손실을 저감하기 위해 탄성경계파의 음속이 상하의 매질층의 음속보다도 낮게 되어 있는 것이 바람직하다. 이와 같은 상태는 IDT전극을 무겁게 한다. 즉, IDT전극의 밀도를 크게 함으로써 달성될 수 있다. 그러나 밀도가 커지면 메탈라이즈부와 스페이스부의 음향특성 임피던스의 차가 커지므로, 전극지 선단 갭에서의 회절이나, 실효전파거리의 차이에 의한 탄성경계파의 위상의 차이가 커지며, 특성에의 악영향이 커진다고 하는 경향이 있다. 특히 IDT전극의 밀도가 압전기판의 밀도와 매질층의 밀도 중 높은 쪽 밀도와의 비가 1.22 이상으로 되어 있는 경우에는, 전파손실을 저감하면서 본 발명의 효과를 보다 현저하게 얻을 수 있다.
도 1a는 본 발명의 제1의 실시형태의 탄성경계파소자의 전극구조를 나타내는 모식적 평면단면도, 도 1b는 도 1a의 요부를 모식적으로 나타내는 평면단면도이다.
도 2는 도 1에 나타낸 제1의 실시형태의 탄성경계파소자의 정면단면도이다.
도 3은 종래의 탄성경계파소자의 문제점을 설명하기 위한 모식적 평면도이다.
도 4는 종래의 탄성경계파소자에 있어서의 IDT전극을 전파하는 탄성경계파의 파면을 설명하기 위한 모식적 평면도이다.
도 5a는 실시형태의 탄성경계파소자에 있어서의 볼록부의 작용효과를 설명하기 위한 탄성경계파의 전파경로를 나타내는 모식적 평면도 및 도 5b는 상기 IDT전극을 전파하는 탄성경계파의 파면을 설명하기 위한 모식적 평면도이다.
도 6은 도 5에 나타낸 실시형태의 탄성경계파소자에 있어서, 볼록부의 측연에서 외측을 향하여 전파하는 탄성경계파의 굴절현상을 설명하기 위한 모식적 평면도이다.
도 7은 제1의 실시형태의 탄성경계파소자의 변형예를 설명하기 위한 모식적 부분절단 평면도이다.
도 8은 제1의 실시형태의 탄성경계파소자의 다른 변형예를 설명하기 위한 모식적 부분절단 평면도이다.
도 9a, 도 9b는 제1의 실시형태의 탄성경계파소자의 다른 변형예를 나타내는 각 모식적 평면도이다.
도 10은 본 발명의 제2의 실시형태에 따른 탄성경계파소자의 전극구조를 나타내는 모식적 평면도이다.
도 11은 제2의 실시형태의 탄성경계파소자의 필터특성을 나타내는 도면이다.
도 12는 비교를 위해 준비한 종래의 탄성경계파소자의 필터특성을 나타내는 도면이다.
도 13은 제2의 실시형태 및 비교를 위해 준비한 종래의 탄성경계파소자의 위상특성 및 임피던스특성과 S11측에 있어서의 임피던스특성을 나타내는 도면이다.
도 14는 본 발명의 제3의 실시형태의 탄성경계파소자의 IDT전극을 설명하기 위한 부분절단 평면도이다.
도 15는 제3의 실시형태의 탄성경계파소자의 IDT전극의 변형예를 설명하기 위한 모식적 부분절단 평면도이다.
도 16은 제3의 실시형태의 탄성경계파소자의 실험예에 있어서의 전극지의 치수관계를 설명하기 위한 모식적 평면도이다.
도 17은 제3의 실시형태의 탄성경계파소자 및 종래의 탄성경계파소자의 위상특성 및 임피던스특성을 나타내는 도면이다.
도 18은 종래의 탄성표면파소자의 전극구조를 나타내는 모식적 평면도이다.
<부호의 설명>
1: 탄성경계파소자 2: 압전기판
2a: 상면 3: IDT전극
3a, 3b: 버스 바(bus bars) 4: 반사기
5: 반사기 11~14: 볼록부
13a: 밑변 13b: 윗변
13c, 13d: 측변 13A, 14A: 볼록부
13C, 14C: 볼록부 13D, 14D: 볼록부
31: 제1의 전극지 32: 제2의 전극지
33: 갭 34: 모형(dummy)전극지
35: 갭 36: 모형전극지
51: 탄성경계파소자 52: 입력단자
53, 54: 탄성경계파 필터부 53a~53c: IDT전극
53d, 53e: 반사기 54a~54c: IDT전극
54b, 54c: 반사기 54d, 54e: 반사기
55a, 56a: IDT전극 55b, 55c: 반사기
55, 56: 탄성경계파공진자 57, 58: 출력단자
60: IDT전극 61: 제1의 전극지
62: 제2의 전극지 63, 64: 볼록부
70: IDT전극 71: 제1의 전극지
72: 제2의 전극지 73, 74: 볼록부
이하, 도면을 참조하면서 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명함으로써, 본 발명을 분명하게 한다.
(본 발명의 제1의 실시형태의 구조)
도 2는 본 발명의 제1의 실시형태에 따른 탄성경계파소자의 정면단면도이며, 도 1a는 상기 탄성경계파소자의 전극구조를 나타내는 모식적 평면단면도이며, 도 1b는 그 요부를 확대하여 나타내는 모식적 평면도이다.
도 2에 나타내는 바와 같이 탄성경계파소자(1)는 압전기판(2)과, 압전기판(2)의 상면(2a)에 형성된 IDT전극(3)과, 반사기(4,5)와 IDT전극(3) 및 반사기(4,5)를 피복하도록 형성된 매질층(6)을 가진다.
즉, IDT전극(3)은 압전기판(2)과, 매질층(6)의 계면에 형성되어 있다.
본 실시형태에서는, 압전기판(2)과, LiNbO3기판에 의해 형성되어 있다. 다만, 압전기판(2)은 LiTaO3기판이나 수정기판과 같은 다른 압전단결정기판에 의해 구성되어도 좋으며, 혹은 압전세라믹기판에 의해 구성되어도 좋다. 상기 LiNbO3기판으로 이루어지는 압전기판(2)의 밀도는 4.64g/㎤이다.
한편, 매질층(6)은 본 실시형태에서는, SiO2로 이루어지며, 그 밀도는 2.2g/㎤이다. 또한, 매질층(6)을 구성하는 재료는 SiO2에 한정되지 않으며, SiN 등의 다른 절연성재료에 의해 매질층(6)이 구성되어 있어도 좋다.
IDT전극(3) 및 반사기(4,5)는 Ag 등의 알맞은 금속 혹은 합금에 의해 구성될 수 있다. 본 실시형태에서는, IDT전극(3) 및 반사기(4,5)는 Au로 이루어진다. 또한, IDT전극(3)을 구성하는 재료와 압전기판(2) 및 매질층(6)을 구성하는 재료와의 바람직한 조합에 관해서는 후술한다.
도 1a에 나타내는 바와 같이, IDT전극(3)에서는 탄성경계파 전파방향으로 이어지는 한쌍의 버스 바(3a,3b)가 구비되어 있다. 복수개의 제1의 전극지(31)와, 복수개의 제2의 전극지(32)가 탄성경계파 전파방향에 있어서 번갈아 배치되어 있다. 제1, 제2의 전극지(31,32)는 탄성경계파 전파방향과 직교하는 방향으로 이어져 있다. 그리고, 복수개의 제1의 전극지(31)의 일단은 제2의 버스 바(3a)로 이어져 있으며, 다른 단이 제2의 버스 바(3b)측으로 이어져 있다. 복수개의 전극지(31)의 선단에는 갭(33)이 배치되어 있다. 그리고, 갭(33)을 통하여 전극지(31)와 대향하도록, 모형전극지(34)가 형성되어 있다. 모형전극지(34)는 버스 바(3b)로 이어져 있다.
한편, 복수개의 제2의 전극지(32)의 일단은 버스 바(3b)에 이어져 있으며, 다른 단은 제1의 버스 바(3a)측에 이어져 있다. 그리고, 제2의 전극지(32)의 선단에는, 갭(35)이 배치되어 있다. 갭(35)을 통하여, 제2의 전극지(32)와 대향하도록 모형전극지(36)가 배치되어 있다. 모형전극지(36)는 버스 바(3a)에 이어져 있다.
본 실시형태에서는, 상기 복수개의 제1의 전극지(31)와 버스 바(3a)를 가지는 제1의 빗살형상 전극과, 복수개의 제2의 전극지(32)와 버스 바(3b)를 가지는 제2의 빗살형상 전극에 의해, IDT전극(3)이 구성되어 있다. 또한, IDT전극(3)에서는, 상기 복수개의 제1의 전극지(31)와, 복수개의 제2의 전극지(32)가 서로 맞물려 있다.
도 1a로부터 명백하듯이, 복수개의 제1의 전극지(31,32)를 가지는 IDT전극(3)에서는, 전극지(31,32)의 길이방향에 따른 상기 갭(33,35)의 위치가, 탄성경계파 전파방향을 따라 변화되어 있다. 바꾸어 말하면, 서로 이웃하고 있는 제1, 제2의 전극지(31,32)가 탄성경계파 전파방향에 있어서 서로 겹쳐져 있는 부분, 즉, 교차영역의 치수인 교차폭이 탄성경계파 전파방향에 있어서 변화하도록 교차폭웨이 팅 처리되어 있다.
교차폭웨이팅은 IDT전극(3)에 의해 공진특성을 얻기 위해 설계단계에서 그 구체적인 양태가 정해져 있다.
한편, 본 실시예에서의 반사기(4,5)는 각각 복수개의 전극지의 양단을 단락하여 이루어지는 그레이팅반사기(grating reflector)이다. 반사기(4,5)는 IDT전극(3)의 탄성경계파 전파방향 양측에 배치되어 있다. 또한, 반사기로서는 양단을 단락하고 있지 않은 오픈 반사기를 배치해도 좋다.
본 실시형태의 탄성경계파소자(1)의 특징은 상기 IDT전극(3)의 제1, 제2의 전극지(31,32)의 측연에 있어서 갭(35) 또는 갭(33)을 향하는 위치에, 볼록부(11,12) 또는 볼록부(13,14)가 형성되어 있는 것에 있다. 이것을, 도 1b를 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.
도 1b에서는, 제1의 전극지(31)와 제2의 전극지(32)가 서로 이웃하고 있는 부분이 확대되어 나타나 있다. 여기서는, 제2의 전극지(32)의 측연에 볼록부(13,14)가 형성되어 있다. 볼록부(13)는 전극지(32)의 측연(32a)의 일부에서 제1의 전극지(31)의 선단에 배치되어 있는 갭(33)을 향하여 돌출하도록 형성되어 있다. 이 볼록부(13)의 전극지(31,32)의 길이방향에 따른 위치는 상기 갭(33)의 전극지 길이방향에 따른 위치와 거의 같게 되어 있다.
또한, 볼록부(13)의 위치와 갭(33)의 위치관계에 대해서는, 전극지(31,32)의 길이방향에 따른 위치가 같게 되어 있는 것이 가장 바람직하지만, 본 발명에서 기술하는 효과를 훼손하지 않는 정도라면, 반드시 같게 되어있지 않아도 좋다.
본 실시형태에서는, 상기 볼록부(13)는 등각 사다리꼴의 평면형상을 가지며, 측연(32a)으로 이어져 있는 부분이 등각 사다리꼴의 밑변에 상당하며, 볼록부(13)의 선단측에, 윗변(13b)을 가진다. 윗변(13b)과 밑변(13a)이 밑변(13a)에 대하여 내각(α)을 이루도록 경사진 측변(13c,13d)에 의해 연결되어 있다.
밑변(13a)의 전극지 길이방향 중심이 갭(33)의 전극지 길이방향 중심과 일치되어 있다. 바꾸어 말하면, 갭(33)을 전극지 길이방향으로 이등분하는 전극지 길이방향위치와, 상기 밑변(13a)의 전극지 길이방향에 따른 중점이 전극지 길이방향에 있어서 일치되어 있다. 또한, 등각 사다리꼴이기 때문에, 상기 내각(α)은 90°미만으로 되어 있다.
또한, 이하의 설명에 있어서는, 갭(33)의 전극지 길이방향에 따른 치수를 갭 폭 G로 하고, 볼록부(13)의 전극지 길이에 따른 최대 치수, 즉, 볼록부(13)의 경우는 밑변(13a)의 전극지 길이방향에 따른 치수를 W, 볼록부(13)의 돌출높이, 즉, 전극지(32)의 측변(32a)에서 볼록부(13)의 선단인 윗변(13b)까지의 치수를 볼록부(13)의 돌출높이(H)로 하기로 한다.
(종래의 탄성경계파소자에 있어서의 문제점과 제1의 실시형태의 탄성경계파소자에 있어서의 볼록부를 형성한 것에 의한 효과)
종래, 교차폭웨이팅 처리되어진 IDT전극을 이용한 탄성경계파소자나 탄성표면파소자가 전술한 바와 같이 알려져 있었다. 도 3은 이와 같은 종래의 탄성경계파소자에 있어서의 탄성경계파의 전파경로를 설명하기 위한 모식적 평면도이다. 종래의 탄성경계파소자에서는, 횡모드 스퓨리어스 등을 억제하기 위해 교차폭웨이팅 처 리되어 있다. 도 3은 교차폭웨이팅 처리되어 있는 IDT전극의 요부를 확대하여 나타내는 모식적 평면도이며, 상기 실시형태에 있어서 나타낸 도 1b에 상당하는 도면이다.
여기서, 볼록부(11~14)가 형성되어 있지 않은 것을 제외하고는, 상기 실시형태의 탄성경계파소자(1)와 같은 탄성파소자(121)가 구성되어 있는 것으로 한다. 그리고, 탄성파소자(121)에 있어서, 제1의 전극지(131)와, 제2의 전극지(132)가 탄성경계파 전파방향에 있어서 서로 이웃하고 있으며, 교차폭웨이팅에 의해, 제1의 전극지(131)의 선단에는, 갭(133)이 위치하고 있는 것으로 한다. 이 부분에 있어서는, 탄성경계파는 예를 들면, 화살표(X1,X2)로 나타내는 바와 같이 전파한다.
화살표(X1)로 나타내는 전파경로에서는, 탄성경계파는 제2의 전극지(132)로부터, 제1의 전극지(131)를 통과하여, 다음으로 제2의 전극지(132)에 이른다. 한편, 갭(133)이 형성되어 있는 부분에서는, 제2의 전극지(132)로부터 전파해온 탄성경계파는 화살표(X2)로 나타내는 바와 같이 갭(133)을 통과하여, 다음의 제2의 전극지(132)에 이르게 된다.
한편, 전극지(131,132)를 통과할 때의 탄성경계파의 음속과, 전극지(131,132)가 존재하지 않는 부분에 있어서의 음속은 다르다. 여기서, 전극지(131,132)에 있어서의 탄성경계파의 음속을 Vm, 전극지가 존재하지 않는 압전기판면에 있어서의 탄성경계파의 음속을 Vs로 하고, 전극지(131,132)의 폭을 L, 전극지(131,132)의 배치 피치를 P,S=P-L로 한다. 이 경우, 화살표(X1)로 나타내는 바와 같이 탄성경계파가 도 3의 점(A1)에서 점(B1)까지 도달하는 시간(T1)은
T1=L/Vm+2·S/Vs……식(1)
으로 나타낸다.
한편, 갭(133)이 존재하는 부분에 있어서, 탄성경계파가 점(A2)에서 갭(133)을 통과하여, 도 3의 점(B2)에 이르기까지의 시간(T2)은
T2=L/Vs+2·S/Vs……식(2)
로 나타내게 된다.
즉, T1-T2=L(1/Vm-1/Vs)……식(3)
으로 나타나는 도착시간차가 갭(133)이 존재하지 않는 부분을 전파하는 경우와, 갭(133)이 존재하는 영역을 전파하는 경우에서 생기게 된다. 그 때문에, 종래의 탄성경계파소자(121)에서는, IDT전극을 전파하는 탄성경계파에 있어서, 갭을 통과하는 경우와, 갭을 통과하지 않는 경우의 상기 시간차에 기초하여, 위상차이가 생겨, 공진특성이 충분하지 않았다.
또한, 도 4는 상기 종래의 탄성경계파소자에 있어서의 IDT전극을 전파하는 탄성경계파의 파면을 설명하기 위한 모식적 평면도이다.
IDT에서 여진되는 탄성경계파는 IDT의 전극지의 형상에 따라 파면이 형성된다. 탄성경계파소자(121)에 있어서, 전극지가 직선상의 형상을 가지는 경우, 한쪽의 전위에 접속되는 제1의 전극지(131)와, 다른 쪽의 전위에 접속되는 제2의 전극지(132)에 의해, 평면파가 여진되어, 전파하게 된다. 도 4에 화살표(Z1,Z2)로 나타내는 바와 같이, 예를 들면, 제1의 전극지(131)의 선단에 위치하고 있는 갭(133)의 전극지 길이방향 양측에 있어서는, 탄성경계파가 회절하여, 파면이 흐트러지게 된 다. 즉, 이 파면의 흐트러짐에 의해, 공진특성이나 필터특성의 열화가 생길 우려가 있다고 생각된다.
이에 대하여, 상기 실시형태의 탄성경계파소자(1)에서는, 도 1b에서 나타낸 바와 같이, 제2의 전극지(32)에 있어서, 볼록부(13,14)가 갭(33)을 향하여 돌출하도록 형성되어 있었기 때문에, 상기 IDT전극내를 전파하는 경계파의 위상차이를 억제할 수 있으며, 그것에 의해 공진특성의 개선을 도모할 수 있다. 이것을, 도 5a를 참조하여 설명한다.
도 5a는 종래예에 관하여 나타낸 도 3에 상당하는 도면이며, 또한 도 1b에 나타낸 부분과 같은 부분을 나타낸다.
도 5a에 있어서, 제2의 전극지(32)의 측연의 점(C1)에서 제1의 전극지(31)를 넘어서, 다음의 제2의 전극지(32)의 측연의 점(D1)에 이르는 화살표(X3)로 나타내는 바와 같이 탄성경계파가 전파하는 경우와, 갭(33)이 형성되어 있는 부분을 화살표(X4)로 나타내는 바와 같이 탄성경계파가 전파하는 경우를 예로 들어 설명한다. 또한, 화살표(X4)로 나타내는 탄성경계파의 전파로에서는, 탄성경계파는 전극지(32)의 측연으로 서로 이어져 있는 볼록부(13)의 밑변(13a)의 중점인 점(C2)에서부터, 갭(33)을 넘어서, 다음의 제2의 전극지(32)의 측연에 형성된 볼록부(14)에 이르러, 상기 볼록부(14)의 밑변(14a)의 중점인 점(D2)에 이른다.
이 경우, 종래예의 경우와 마찬가지로, 전극지가 형성되어 있는 부분의 탄성경계파의 음속을 Vm, 탄성경계파가 형성되어 있지 않은 부분의 탄성경계파를 Vs, 전극지의 폭을 L, 전극지의 배치 피치를 P,S=P-L로 한다. 화살표(X3)로 나타내는 바와 같이 탄성경계파가 점(C1)에서 점(D1)까지 도달하는 시간(T3)은 종래예에 관하여 나타낸 식(1)의 경우의 T1과 같아진다.
한편, 점(C2)에서 점(D2)에 탄성경계파가 도달하는 시간(T4)은 볼록부(13,14)의 돌출높이를 H로 한 경우,
T4=(L/Vs+2·H/Vm+2·(S-H)/Vs……식(4)
으로 나타낸다.
따라서, 돌출부의 높이(H)가 H=L/2……식(5)으로 되어 있는 경우, 식(1)과 식(4)으로부터 명백하듯이, 화살표(X3,X4)로 전파하는 탄성경계파의 도달시간이 일치하는 것을 알 수 있다.
그러므로, 상기 실시형태에서는, 상기 볼록부(13,14)의 돌출높이(H)는 바람직하게는 H=L/2와 동등해진다. 다만, H는 L/2와 같게되는 것이 바람직하지만, L/2와 약간 다르더라도, 상기 도달시간의 차를 거의 같게 할 수 있다. 또한, H가 L/2와 거의 같은 범위에서 벗어나 있었다고 해도, 즉, 볼록부(13,14)가 형성되는 한, 그 돌출높이(H)의 치수에 관계없이, 갭(33)을 통과하는 탄성경계파의 전파로의 상황을 갭(33)이 존재하지 않는 부분의 탄성경계파의 전파로의 상황에 접근할 수 있기 때문에, 본 발명에 따라서, 위상차이를 보상하고, 공진특성의 개선을 도모할 수 있다.
즉, 도 5a로부터 명백하듯이, 화살표(X3)로 나타내는 탄성경계파의 전파로와, 화살표(X4)로 나타내는 탄성경계파의 전파로를 비교한 경우, 볼록부(13,14)가 형성되어 있음으로써, 갭(33)을 통과하는 탄성경계파의 전파로의 상태가 화살 표(X3)로 나타내는 탄성경계파의 전파로에 접근할 수 있게 되어, 그것에 의해 본 발명에 따라서, 공진특성의 개선을 도모할 수 있다.
또한, 도 5b는 상기 실시형태에 있어서의 탄성경계파의 IDT전극을 전파할 때의 파면을 설명하기 위한 모식적 평면도이다. 도 5b로부터 명백하듯이, 등각 사다리꼴로 이루어지는 볼록부(13)에서는, 측변(13c,13d)의 밑변(13a)에 대한 각도인 내각(α)이 90°미만이기 때문에, 도 5b의 화살표(X5)로 나타내는 바와 같이 탄성경계파는 갭(33)의 중앙측을 향하여 경사진 방향으로 전파한다.
도 6을 이용하여 보다 상세하게 이 현상을 설명한다. 도 6은 볼록부(13)의 측연(13c)이 갭을 향하여 전파하는 탄성경계파의 측연(13c)에 있어서의 굴절의 모습을 나타내는 모식적 평면도이다. 볼록부(13)의 측연(13c)에 도달한 탄성경계파는 탄성경계파의 진행방향에 대하여 각도를 가지는 측연(13c)에 달하여 굴절한다. 이것은 전극이 존재하는 부분의 탄성경계파의 전파속도(V1)와, 전극이 없는 부분을 전파하는 탄성경계파의 속도(V2)가 다르기 때문에 생기며, 스넬의 법칙에 따른다.
특히, 상기 볼록부(13)의 측연(13c)에서 갭을 향하여 경계파가 화살표로 나타내는 바와 같이 전파하는 경우에는, 볼록부내를 전파하고 있는 경계파와 측연(13c)에 대한 법선이 이루는 각도를 θ1로 했을 때에, 측연(13c)에서 외측으로 전파해온 탄성경계파와 상기 법선이 이루는 각도를 θ2로 했을 때에, sinθ1/sinθ2=V1/V2의 관계가 성립한다. 여기서, V1 및 V2는 각각, 볼록부내를 전파하고 있는 탄성경계파의 음속 및 측연(13c)에서 외측으로 전파해온 탄성경계파의 음속을 나타낸다. 그리고, 도 6에 나타내는 바와 같이 탄성경계파가 측연(13c)에서 외측으로 굴절하여 전파한 경우, 음속이 높아짐과 동시에, 탄성경계파가 갭측을 향하여 진행하기 때문에, 회절손을 저감할 수 있다. 그것에 의해 공진특성이 개선된다. 그러므로, 바람직하게는, 본 실시형태와 같이, 볼록부(13,14)는 볼록부(13,14)가 형성되어 있는 전극지의 측연에서 볼록부(13,14)의 선단을 향하여 측면에 테이퍼가 형성되어 있는 것이 바람직하다. 즉, 평면형상이 등각 사다리꼴의 볼록부(13)와 같이, 국면에 상기 테이퍼가 형성되어 있음으로써 상기 회절손의 억제를 효과적으로 도모할 수 있어 바람직하다.
또한, 상기 실시형태에 있어서의 볼록부(13,14)의 작용효과를 설명하였는데, 제1의 전극지(31)측에 형성된 볼록부(11,12)도, 볼록부(13,14)와 마찬가지로 작용한다. 따라서, 본 실시형태의 탄성경계파소자(1)에서는, 상기 볼록부(11~14)의 형성에 의해, 교차폭웨이팅 처리된 IDT전극(3)에 있어서, 갭(33)이나 갭(35)이 형성되어 있는 부분을 전파하는 탄성경계파와, 그 이외의 부분을 전파하는 탄성경계파의 위상차이에 기초하는 특성의 열화를 억제하는 것이 가능해진다.
또한, 볼록부(11,12)에 대해서도 볼록부(13,14)와 마찬가지로, 밑변에서 윗변측을 향하여 측면에 테이퍼가 형성됨으로써, 상기와 마찬가지로 회절손의 억제를 도모할 수 있다.
(제1의 실시형태의 변형예)
제1의 실시형태의 탄성경계파소자(1)에서는, 제2의 전극지(32)의 갭(33)측의 측연에서 갭(33)측을 향하여 돌출하도록 볼록부(13,14)가 형성되어 있었지만, 도 7에 나타내는 바와 같이, 제2의 전극지(32)의 갭(33)을 향하는 측과는 반대측의 측 연에 볼록부(13A,14A)를 형성해도 좋다. 이 경우에 있어서도, 도 7의 화살표(X6)로 나타내는 바와 같이, 점(E1,F1) 사이를 탄성경계파가 전파하는 경우와, 화살표(X7)로 나타내는 바와 같이, 점(E2,F2) 사이를 탄성경계파가 전파하는 경우의 전파상태가 가까워져, 상기 실시형태와 같은 효과를 얻을 수 있다. 즉, 본 발명에 있어서의 상기 볼록부는 제1의 전극지 또는 제2의 전극지의 측연이며, 제2, 제1의 전극지의 선단에 형성된 갭을 향하는 측과는 반대측의 측연에 있어서, 상기 갭과는 반대측을 향하여 돌출하도록 형성되어 있어도 좋다.
또한, 도 8에는, 상기 실시형태의 탄성경계파소자의 또 다른 변형예를 나타내기 위한 모식적 평면도이다. 갭(33)을 향하도록, 제2의 전극지(32)의 갭(33)측의 측연에 볼록부(13)가 형성되어 있다. 다만, 이 변형예에서는, 제2의 전극지(32)의 쌍인 제2의 전극지(32)에서는, 갭(33)측에 돌출한 볼록부(14)는 형성되어 있지 않다. 즉, 상기 실시형태에 있어서의 볼록부(13,14) 중, 한쪽의 볼록부만이 형성되어 있어도 좋다. 제1의 전극지에 대해서도, 상기와 마찬가지로, 볼록부(11,12) 중 한쪽만이 형성되어도 좋다.
즉, 제1의 전극지(31) 및 제2의 전극지(32)의 각 선단의 전극지 길이방향 외측에는, 갭이 각각 형성되어 있는데, 제1의 전극지(31)의 측연에 있어서, 제2의 전극지(32)의 선단 외측에 위치하고 있는 갭과 전극지 길이방향에 있어서 같은 위치와, 다른 쪽, 제2의 전극지(23)의 측연에 있어서는, 상기 제1의 전극지(31)의 선단 외측에 위치하고 있는 갭과 전극지 길이방향에 있어서 같은 위치의 적어도 한쪽의 위치에 볼록부가 형성되어 있으면 된다.
도 9a 및 도 9b는 본 발명의 탄성파소자에 있어서의 또 다른 변형예를 설명하기 위한 각 모식적 평면도이다. 상기 실시형태에서는, 볼록부(11~14)는 등각 사다리꼴의 형상을 가지고 있었지만, 볼록부의 형상은 이것에 한정되는 것은 아니다. 즉, 도 9a에 나타내는 바와 같이, 직사각형의 볼록부(13B,14B)를 형성해도 좋으며, 도 9b에 나타내는 바와 같이, 거의 반원형의 볼록부(13C,14C)를 형성해도 좋다. 반원형의 볼록부(13C,14C)에서는, 제2의 전극지(32)의 측연으로 이어지는 부분과, 상기 측연으로 이어지는 부분과 원호상(圓弧狀)의 부분으로 둘러싸여, 반원형의 형상이 형성되어 있다. 이와 같이, 외주연 부분의 적어도 일부가 곡선상의 볼록부를 형성해도 좋다.
즉, 전극지의 측연으로 이어지는 직선상 부분과, 곡선상의 외주연 부분으로 둘러싸인 평면형상의 볼록부를 형성해도 좋다.
이 경우에 있어서도, 볼록부의 상기 볼록부가 형성되어 있는 전극지의 측연에서 전극지의 선단을 향하여, 볼록부의 전극지 길이방향에 따른 치수가 서서히 작아지도록 테이퍼가 형성되기 때문에, 상기 실시형태의 경우와 마찬가지로, 소망하지 않는 탄성경계파의 회절손의 억제를 도모하는 것이 가능해진다.
(본 발명이 유효하게 적용되는 밀도비)
상기 실시형태에서는, 압전기판(2)이 LiNbO3기판에 의해 구성되어 있으며, 그 밀도는 4.64g/㎤이며, 매질층(6)은 SiO2로 이루어지며, 2.2g/㎤이다. 이에 대하여, IDT전극(4)은 Au로 이루어지며, 그 밀도는 19.3g/㎤이다. 이와 같이, IDT전 극(3)의 밀도는 압전기판(2)의 밀도나 매질층(6)의 밀도보다도 충분히 큰 경우에는, 이들 사이의 음향 임피던스 차가 커진다. 한편, 탄성경계파소자(1)에서는, 매질층(6)과 IDT전극과의 탄성경계파의 음속비가 전술한 위상차이나 회절손의 원인도 되고 있다. 즉, 음향 임피던스의 차가 큰 경우에는, 상술한 위상차이, 회절손 및 산란에 의한 음향이 현저하게 나타나게 된다.
따라서, 상기 음향 임피던스비가 큰 경우에는, 본 발명에 따라서, 상기 볼록부를 전극지에 형성함으로써, 특성을 보다 한층 개선할 수 있어 바람직하다.
본원 발명자의 지견에 의하면, SiO2/IDT전극/압전기판의 적층구조에 의해 탄성경계파소자를 구성한 경우, IDT전극으로서, 밀도가 2.69g/㎤인 Al을 이용한 경우, 밀도비가 2.69/2.2=1.22로 작기 때문에, 억제개선효과가 작은 것이 확인되었다. 한편, 밀도가 8.93g/㎤인 Cu나, 밀도가 19.3g/㎤인 Au에 의해 IDT전극을 형성한 경우, SiO2에 대한 밀도비가 커지기 때문에, 상기 실시형태와 같이, 공진특성을 현저하게 개선할 수 있는 것이 확인되었다.
그러므로, IDT전극의 밀도와 매질층(6)의 밀도의 비가 1.22보다도 큰 경우에, 본 발명의 효과가 보다 커진다. 따라서, 압전기판(2)을 한쪽의 매질, SiO2로 이루어지는 매질층을 다른 쪽의 매질로 한 경우, 쌍방의 매질의 내밀도가 높은쪽의 매질의 밀도에 대한 IDT전극의 밀도의 비가 1.22보다도 큰 경우에, 본 발명의 효과를 보다 한층 기대할 수 있다.
또한, IDT전극은 반드시 Au나 Cu만으로 이루어지는 단층의 금속막으로 형성 될 필요는 없으며, IDT전극을 구성하는 금속막으로서는, 상하에 밀착층이나 확산 배리어층으로서 Ni층, NiCr층, 또는 Ti층 등을 적층한 적층 금속막에 의해 구성되어도 좋다. 예를 들면, IDT전극의 일례로서, NiCr/Au/NiCr의 적층막이 매우 적합하게 이용된다.
또한, 주전극층으로서, Al층과, Au층을 적층하며, 또한 밀착층이나 배리어층을 더 적층한 구조, 예를 들면, Ti/Al/Ti/Ni/Au/Ni를 100대 10대 10대 55대 10의 두께 비율로 적층한 구조도 매우 적합하게 이용될 수 있다. Al과 SiO2의 밀도비는 작지만, Au와 SiO2의 밀도비가 크기 때문에 본 발명의 효과가 얻어진다.
또한, 상기 실시형태에서는, 매질층(6)은 SiO2만으로 구성되어 있었지만, SiN층을 SiO2층에 다른 절연성 재료층, 예를 들면 SiN층을 적층해도 좋다. 또한, 이들 적층구조를 매질층(6)을 형성하는 경우, 적층수에 관해서도 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면, SiO2/SiN/SiO2 등의 3층구조 이상의 적층구조를 이용해도 좋다.
도 13a, 도 13b에, 상기 실시형태의 탄성경계파필터소자의 위상특성, 공진특성, 그리고 S11측에 있어서의 임피던스특성을 나타낸다.
같은 전극재료를 이용한 경우, 도 13a에 나타내는 종래예에서는, 탄성경계파소자의 공진 임피던스(Zr)와 반공진 임피던스(Za)의 비인 20×(log10｜Za｜-log10｜Zr｜)dB는 종래예에서는 59.8dB이었던 데 비하여, 상기 실시형태에서는, 64.7dB로 높아지는 것이 확인되었다.
(제2의 실시형태)
제1의 실시형태에서는, 1개의 IDT전극(3)과, IDT전극(3)의 양측의 반사기(4,5)가 형성된 1포트형의 탄성경계파소자에 적용한 예를 나타내었는데, 본 발명은 다양한 탄성경계파소자나 탄성표면파소자에 적용할 수 있다.
도 10은 본 발명의 제2의 실시형태로서의 탄성경계파필터소자의 전극구조를 나타내는 모식적 평면도이다. 도 10에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태의 탄성경계파소자(51)에서는, 입력단자(52)에, 제1, 제2의 공진자형 필터부(53,54)가 접속되어 있다. 공진자형 필터부(53,54)는 1포트형 경계파공진자(55,56)를 통하여, 각각, 제1, 제2의 출력단자(57,58)에 접속되어 있다.
탄성경계파 필터부(53)와, 탄성경계파 필터부(54)는 흐르는 신호의 위상이 180°반전하도록 형성되어 있으며, 따라서, 평형-불평형 변환기능을 가지는 탄성경계파필터가 구성되어 있다.
제2의 실시형태의 탄성경계파소자(51)에서는, 제1, 제2의 공진자형 필터부(53,54)는 각각, 경계파 전파방향에 따라 배치된 3개의 IDT(53a~53c,54a~54c)를 가진다. IDT(53a~53c 및 54a~54c)의 사이, 중앙의 IDT(53b,54b)에는 교차폭웨이팅 처리되어 있다. 또한, 교차폭웨이팅 처리되어 있는 IDT(53b,54b)에 있어서, 상기 실시형태와 마찬가지로 갭을 향하는 볼록부가 형성되어 있다. 또한, IDT(53a~53c)의 양측에는, 반사기(53d,53e)가 배치되어 있다. 마찬가지로, IDT(54a~54c)의 경계파 전파방향 양측에는, 반사기(54d,54e)가 배치되어 있다.
또한, 제1, 제2의 1포트형의 경계파공진자(55,56)도 또한, 교차폭웨이팅 처 리된 IDT전극(55a,56a)을 가지며, 이 IDT(55a,56a)에 있어서도, 상기 실시형태와 마찬가지로 볼록부가 형성되어 있다. 또한, IDT(55a,55b)의 각각의 경계파 전파방향 양측에는, 반사기(55b,55c,56b,56c)가 배치되어 있다.
본 실시형태의 탄성경계파소자(51)를 이하의 사양으로 제작하였다.
압전기판으로서, 두께 350㎛의 Y-X커트 전파의 LiNbO3기판을 준비하고, Al/Ti/Ni/Au/Ni의 5층 적층구조의 전극을 형성하고, 도 10에 나타낸 전극구조를 제작하였다. 이 경우, 각 층의 두께는 Al/Ti/Ni/Au/Ni=100/10/10/55/10으로 하였다. 또한, 각 층의 두께의 단위는 ㎚이다.
제2의 매질층으로서, 두께 6㎛의 SiO2를 상기 전극구조를 피복하도록 형성하였다.
또한, IDT(53a~53c,54a~54c)에 있어서의 전극지 쌍의 수는 각각, 6.5쌍/10.5쌍/6.5쌍(경계파 전파방향에 따라)으로 하였다. 반사기의 전극지의 개수는 각 15개로 하였다. IDT전극(53a~53c,54a~54c)에 있어서의 전극지교차폭은 25λ, 개구폭은 25.4λ로 하였다. 또한, 가중에 대해서는, IDT(53b,54b)에 있어서는, 탄성경계파 전파방향 중앙부의 교차폭을 25λ로 하고, 양단 부분을 20λ이 되도록 교차폭웨이팅 처리하였다. 또한, 경계파공진자(55,56)에 있어서는, IDT전극(55a,56a)의 탄성경계파 전파방향 중앙부의 전극지교차폭이 30λ, 양단이 교차폭은 12λ이 되도록 교차폭웨이팅 처리하였다.
또한, λ=1.6㎛로 하고, L=0.4㎛, S=0.4㎛, 갭 폭(G)=0.3㎛로 하였다. 또한, 갭을 향하도록, 제1, 제2의 전극지의 쌍방에, 제1의 실시형태와 마찬가지로 볼록부를 형성하고, 볼록부의 돌출높이를 0.2㎛, 밑변의 길이를 0.65㎛로 하였다.
상기 등각 사다리꼴의 볼록부를 형성하지 않은 것을 제외하고는 상기와 동일하게 하여 구성된 종래예에 상당하는 탄성경계파소자를 동일하게 하여 제작하였다. 도 11 및 도 12는 상기와 같이 하여 제작된 제2의 실시형태의 탄성경계파소자의 필터특성 및 비교를 위해 준비한 종래예의 탄성경계파필터소자의 필터특성을 나타낸다.
도 11 및 도 12로부터 명백하듯이, 종래의 상당의 탄성경계파필터소자에 비해, 상기 실시형태의 탄성경계파소자에 의하면, 통과대역에 있어서의 최소 삽입손실을 0.2dB로 개선할 수 있으며, 또한 통과대역의 필터특성의 평탄화를 효과적으로 도모할 수 있다는 것을 알 수 있다. 이것은 제1의 실시형태와 마찬가지로, 상기 볼록부의 형성에 의해 갭이 형성되어 있는 부분을 전파하는 탄성경계파와, 갭이 형성되어 있지 않은 부분을 전파하는 탄성경계파에 의한 위상차이의 억제가 도모된 것에 의한다고 생각된다.
상기 실시형태에서는, IDT전극(3)의 제1의 전극지(31) 및 제2의 전극지(32)의 폭은 볼록부(13,14)가 형성되어 있는 부분을 제외하고 거의 일정하게 되어 있었지만, IDT전극의 폭방향 치수는 적절하게 변형할 수 있다. 도 14는 본 발명의 제3의 실시형태의 탄성파소자로 이용되는 IDT전극의 형상을 나타내는 부분 평면도이다. 도 14에 나타내는 IDT전극(60)에서는, 제1의 전극지(61)와 제2의 전극지(62)가 탄성표면파 전파방향에 있어서 서로 인접하고 있다. 여기서는, 제1의 전극지(61)의 측연에, 볼록부(63,64)가 형성되어 있다.
한편, 제2의 전극지(62)는 그 전극지의 선단 외측에 갭(G)을 가지는데, 제2의 전극지(62)는 선단으로 갈수록, 선단부분의 폭방향 치수가 가늘게 되어 있다. 제2의 전극지(62)에 형성된 볼록부(63,64)는 제1의 전극지(61)의 측연에 있어서, 제2의 전극지(62)의 선단 외측에 위치되어 있는 갭(G)과, 전극지 길이방향에 있어서 같은 위치에 형성되어 있다. 따라서, 상기와 같이, 제2의 전극지(62)의 선단부분이 선단으로 갈수록 가늘게 되어 있음으로써, 볼록부(63,64)와, 제2의 전극지(62) 사이의 간격을 충분한 크기로 할 수 있다. 따라서, 내전력성을 높힐 수 있다.
또한, 도 15에 나타내는 제3의 실시형태의 변형예에서는, IDT전극(70)은 측연에 볼록부(73,74)가 형성된 제1의 전극지(71)와, 제2의 전극지(72)를 가진다. 또한, 도 15에서는, 전극지가 존재하는 부분과, 전극지간의 비메탈라이즈 부분의 파악을 용이하게 하기 위해, 전극재료가 형성되어 있는 부분에 사선 해칭하여 나타내기로 한다.
여기서도, 제2의 전극지(72)의 선단이 선단으로 갈수록 가늘게 되어 있기 때문에, IDT전극(60)의 경우와 마찬가지로, 내전력성을 높힐 수 있다. 또한, IDT전극(70)에서는, 제2의 전극지(72)의 선단부분이 가늘게 되어 있을 뿐 아니라, 제1의 전극지(71)와 제2의 전극지(72) 사이의 거리(r)가 거의 일정하게 되어 있다. 즉, 다른 전위에 접속되는 제1, 제2의 전극지(71,72)간의 거리(r)가 거의 일정하게 되어 있다. 따라서, 제1, 제2의 전극지(71,72) 사이에 있어서 전계가 균일하게 더해 지게 되어, 전계집중에 의한 내전력성의 저하가 보다 한층 생기기 어렵다.
다음으로, 도 14에 나타낸 제3의 실시형태의 IDT전극을 이용한 경우에, 내전력성이 높아지는 것을, 구체적인 실험예에 기초하여, 또한 도 16 및 도 17을 동시에 참조하며 설명한다.
상기 제3의 실시형태의 탄성파소자로서, 15°Y커트X 전파의 LiNbO3기판상에, 후술하는 IDT전극(60)을 형성하고, 그 후, 두께 6㎛의 SiO2막을 매질층으로서 적층하여 이루어지는 탄성경계파소자를 제작하였다.
IDT전극의 구성은 AlCu/Ti/Ni/Au/Ni/Ti를 위에서부터 이 순서대로, 150㎚/10㎚/10㎚/160㎚/10㎚/10㎚인 박막으로 적층한 구조를 이용하였다.
또한, IDT전극의 탄성경계파 전파방향 양측에는, 반사기를 배치하였다. IDT전극에 있어서의 전극지 쌍의 수는 50쌍, 각 반사기에 있어서의 전극지의 개수는 51개로 하였다. 또한, IDT전극(60)에 있어서의 전극지교차폭은 30λ, 개구폭은 30.6λ로 하고, IDT전극에서는, IDT전극의 중앙에 있어서의 교차폭이 30λ가 되며, 탄성파 전파방향 양단부분에 있어서 전극지교차폭이 12λ가 되도록 교차폭웨이팅 처리하였다. 또한, λ=3.369㎛로 하였다.
이 탄성경계파소자에 있어서, 도 16에 모식적으로 나타내는 바와 같이, 제1, 제2의 전극지(71,72)의 각 부분의 치수를 G, TL, TW, SL, SW1 및 SW2를 하기의 표 1에 나타내는 바와 같이 설정하였다.
Figure 112007065531450-pct00001
이렇게 하여 얻어진 제3의 실시형태의 탄성파소자의 정전파괴내압을 측정한 결과, 165V였다.
또한, 비교를 위해, 도 15에 나타낸 바와 같은 볼록부(63,64)가 제1의 전극지에 형성되어 있지 않으며, 제2의 전극지의 선단이 가늘게 되어 있지 않으며, 전극지의 폭방향 치수가 거의 일정하게 되어 있는 것을 제외하고는 동일하게 구성된 종래예의 탄성경계파소자를 제작하였다. 이 종래예의 탄성경계파소자에서는, 갭(G)의 치수는 0.6㎛로 하였다. 종래예의 탄성경계파소자의 정전파괴내압을 측정한 결과, 173V였다.
한편, 상기 제3의 실시형태에 대하여, 제2의 전극지의 선단이 점차 가늘게 되어 있지 않은 것을 제외하고는, 상기 제3의 실시형태와 동일하게 하여, 즉 상기 치수(TL 및 TW)를 상기 치수(L)와 같게 한 것을 제외하고는, 상기 제3의 실시형태와 동일하게 하여, 제1의 실시형태에 따른 탄성경계파소자를 준비하였다. 이 제1의 실시형태에 따라서 구성된 탄성경계파소자에서는, 정전파괴내압은 130V로 낮았다. 따라서, 상기 제3의 실시형태와 같이, 제2의 전극지의 선단부분을 선단으로 갈수록 가늘게 함으로써, 정전파괴내압을 효과적으로 높힐 수 있어 내전력성을 높힐 수 있다는 것을 알 수 있다.
또한, 상기 제3의 실시형태의 탄성경계파소자 및 상기 종래예의 탄성경계파소자의 임피던스-주파수특성 및 위상-주파수특성을 측정하였다. 결과를 도 17에 나타낸다.
전술한 바와 같이, 종래예의 탄성경계파소자에서는, 정전파괴내압은 상기 제3의 실시형태의 탄성경계파소자와 동등했지만, 도 17로부터 명백하듯이, 상기 종래예에서는, 공진점과 반공진점 사이에 있어서, 위상특성 곡선상에 적지 않은 리플이 나타나 있다는 것을 알 수 있다.
이에 대하여, 상기 제3의 실시형태에서는, 리플이 적게 되어 있는 것을 알 수 있다. 또한, 반공진저항이 상기 제3의 실시형태에 의하면 높아지고, 따라서, 임피던스비 즉 산곡비(山谷比)를 크게 할 수 있으므로 대역통과필터를 구성한 경우에는 삽입손실을 호전시킬 수 있으며, 또한 통과대역의 가장자리부의 급준성(急峻性)이 호전되므로 통과대역을 넓힐 수 있다는 것을 알 수 있다.
또한, 상기 제1~제3의 실시형태에서는, 탄성경계파소자에 대하여 설명하였는데, 본 발명은 탄성표면파를 이용한 탄성표면파소자, 예를 들면 탄성표면파공진자나 탄성표면파필터소자에도 적용할 수 있다.

Claims (17)

  1. 압전체와 적어도 1개의 IDT전극을 구비하는 탄성파소자이며,
    상기 IDT전극이 탄성파 전파방향에 있어서 서로 이웃하고 있으며, 다른 전위에 접속되는 제1, 제2의 전극지를 가지며,
    상기 제1, 제2의 전극지의 각 선단의 전극지 길이방향 외측에는 갭이 각각 형성되어 있으며,
    상기 제1의 전극지의 측연에 있어서, 상기 제2의 전극지의 선단 외측에 위치하고 있는 상기 갭과 전극지 길이방향에 있어서 같은 위치와,
    상기 제2의 전극지의 측연에 있어서, 상기 제1의 전극지의 선단 외측에 위치하고 있는 상기 갭과 전극지 길이방향에 있어서 같은 위치의 적어도 한쪽의 위치에 볼록부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 탄성파소자.
  2. 제1항에 있어서, 상기 볼록부에 대하여 탄성파 전파방향에 있어서 인접하고 있는 상기 갭이 전극지 선단측에 위치되어 있는 상기 전극지는 전극지 선단으로 갈수록 가늘게 되어 있는 것을 특징으로 하는 탄성파소자.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제1의 전극지의 외주연과, 제1의 전극지에 인접하고 있는 제2의 전극지의 외주연 사이의 거리가 일정하게 되어 있는 것을 특징으로 하는 탄성파소자.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 제1, 제2의 전극지가 배치되어 있는 부분에 있어서 상기 갭을 통하여 탄성파가 전파하는 경우의 실효전파거리와, 제1, 제2의 전극지가 형성되어 있는 부분에 있어서 상기 갭 이외의 부분에 있어서 탄성파가 전파하는 경우의 실효전파거리가 같아지도록 상기 볼록부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 탄성파소자.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 볼록부가 상기 제1, 제2의 전극지의 한쪽의 전극지에 있어서, 다른 쪽의 전극지의 선단에 형성된 갭에 대향하고 있는 측의 측연에서 상기 갭을 향하여 돌출하도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 탄성파소자.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 볼록부가 사다리꼴의 평면형상을 가지며, 상기 사다리꼴의 밑변이 상기 볼록부가 형성되어 있는 전극지의 측연에 의해 구성되어 있으며, 사다리꼴의 윗변과 밑변을 연결하는 측변과, 밑변이 이루는 내각이 90°미만의 각도인 것을 특징으로 하는 탄성파소자.
  7. 제6항에 있어서, 상기 볼록부의 상기 밑변의 중점의 전극지 길이방향에 따른 위치가 상기 다른 쪽의 전극지의 선단의 갭의 상기 전극지 길이방향 중심위치와 전극지 길이방향에 있어서 같은 위치에 있으며, 상기 밑변의 길이가 상기 갭의 전극지 길이방향에 따른 치수인 갭 폭보다도 크게 되어 있으며, 상기 윗변의 길이가 상기 갭 폭보다도 작게 되어 있는 것을 특징으로 하는 탄성파소자.
  8. 제7항에 있어서, 상기 볼록부가 등각 사다리꼴의 평면형상을 가지는 것을 특징으로 하는 탄성파소자.
  9. 제8항에 있어서, 상기 볼록부가 복수의 모서리부를 가지며, 상기 복수의 모서리부가 둥글게 되어 있는 것을 특징으로 하는 탄성파소자.
  10. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 볼록부의 평면형상이 상기 전극지의 측연으로 이어져 있는 저변과, 상기 저변과 연결되는 곡선에 의해 형성된 외주연을 가지는 형상인 것을 특징으로 하는 탄성파소자.
  11. 제10항에 있어서, 상기 볼록부의 저변의 중점의 전극지 길이방향에 따른 위치가 상기 갭을 전극지 길이방향에 있어서 이등분하는 선과 전극지 길이방향에 있어서 같은 위치에 있으며, 상기 저변의 길이가 상기 갭 폭보다도 크게 되어 있는 것을 특징으로 하는 탄성파소자.
  12. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 볼록부가 상기 제1, 제2의 전극지의 다른 쪽에도 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 탄성파소자.
  13. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 IDT전극에 교차폭웨이팅 처리되어 있는 것을 특징으로 하는 탄성파소자.
  14. 제1항에 있어서, 상기 탄성파로서 탄성표면파가 이용되고 있는 것을 특징으로 하는 탄성파소자.
  15. 제1항에 있어서, 상기 탄성파로서 탄성경계파가 이용되고 있는 것을 특징으로 하는 탄성파소자.
  16. 제14항 또는 제15항에 있어서, 상기 압전체상에 형성된 적어도 1개의 상기 IDT전극을 피복하도록 형성된 매질층을 더 구비하고, 상기 IDT전극의 밀도가 상기 압전체의 밀도 및 상기 매질층의 밀도 이상으로 되어 있으며, 또한 상기 IDT전극의 밀도와, 상기 매질층의 밀도의 비가 1.22보다도 크게 되어 있는 것을 특징으로 하는 탄성파소자.
  17. 제15항에 있어서, 상기 압전체상에 형성된 적어도 1개의 IDT전극을 피복하도록 매질층이 적층되어 있으며, 상기 IDT전극의 밀도가 압전체의 밀도 및 상기 매질층의 밀도 이상이며, 또한 IDT전극의 밀도와, 압전체의 밀도 및 매질층의 밀도 중의 높은쪽의 밀도의 밀도비가 1.22보다도 크게 되어 있는 것을 특징으로 하는 탄성파소자.
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