KR100889231B1 - 탄성경계파 장치 - Google Patents

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Abstract

빗형 용량전극에 의한 소망하지 않는 응답을 억제하는 것이 가능하게 되어 있는 탄성경계파 장치를 제공한다. 제1의 매질과, 제1의 매질에 적층된 제2의 매질과, 제1, 제2의 매질간의 경계에 배치된 복수의 전극을 구비하고, 복수의 전극에 의해, 필터 및/또는 공진자와, 상기 필터 및/또는 공진자에 전기적으로 접속되어 있는 정전용량이 구성되어 있으며, 필터 및/또는 공진자가 모두 IDT전극을 이용하여 구성되어 있으며, 정전용량이 빗형 용량전극에 의해 형성되어 있으며, IDT의 전극지의 주기를 λm로 하고, 상기 IDT에 있어서의 탄성경계파의 음속을 Vm, 빗형 용량전극의 전극지의 주기를 λc, 빗형 용량전극의 전극지 법선방향에 있어서의 제1, 제2의 매질의 각각의 느린 횡파의 음속 중, 음속이 느린 횡파의 음속을 Vc로 한 경우, Vm/λm＜Vc/λc로 되어 있는 것을 특징으로 하는 탄성경계파 장치.
탄성경계파 장치, 빗형 용량전극, 매질, 전극지, 공진자, 필터, 음속

Description

탄성경계파 장치{BOUNDARY ACOUSTIC WAVE DEVICE}
본 발명은 복수의 매질간에 전극이 배치된 탄성경계파 장치에 관한 것이며, 보다 상세하게는, 필터와, 필터에 접속된 공진자 및 정전용량을 구비하는 회로가 구성되어 있는 탄성경계파 장치에 관한 것이다.
탄성경계파 장치에서는, 다른 매질간의 계면에 IDT(인터디지털트랜스듀서)가 배치되어, 탄성경계파가 상기 계면을 전파한다. 따라서, 탄성표면파 장치에 비하여, 탄성경계파 장치에서는, 복잡한 패키지를 필요로 하지 않고, 구조의 간략화 및 저배화를 진행할 수 있다. 이 종류의 탄성경계파 장치의 일례는 하기의 특허문헌 1에 개시되어 있다.
그런데, 탄성경계파 장치에 있어서도, 탄성표면파 장치와 마찬가지로, 다양한 전극을 형성함으로써, 다양한 공진자, 필터 또는 공진자나 필터를 포함하는 복합회로를 구성할 수 있다.
탄성표면파 장치에서는, 필터에 정전용량을 접속할 때에, IDT와 동일한 전극구조를 가지는 빗형 용량전극이 많이 이용되고 있다. 탄성경계파 장치에 있어서도, 탄성경계파 필터에 있어서의 감쇠량을 개선하기 위해, 이 종류의 빗형 용량전극을 상기 계면에 배치하여, 필터에 접속함으로써 감쇠량을 개선할 수 있다고 생각된다.
[특허문헌 1] 일본국 특허공개 소58-30217호 공보
빗형 용량전극은 IDT와 마찬가지로, 서로 마주 끼우는 복수개의 전극지를 가진다. 따라서, 단순히 정전용량을 얻기 위한 빗형 용량전극에 있어서, 한쪽의 전위에 접속되는 전극지와 다른쪽의 전위에 접속되는 전극지 사이에 전위가 더해지면, 탄성경계파 공진자로서 기능하는 경우가 있었다. 즉, 빗형 용량전극에 있어서 소망하지 않는 탄성경계파가 여진되어, 불요공진으로서 주파수특성상에 나타날 우려가 있었다.
빗형 용량전극이 상기와 같이 IDT로서 기능하고, 소망하지 않는 공진이 발생하면, 탄성경계파를 이용한 필터장치에서는 필터특성이 손상된다. 특히, 빗형 용량전극의 주파수특성에서는, 빗형 용량전극에 있어서의 주된 공진보다도 높은 주파수대에 있어서도, 다수의 응답이 나타나고 있다. 따라서, 빗형 용량전극의 여진에 의한 주된 공진, 그리고 고주파 측의 다수의 응답이 탄성경계파 필터장치에 있어서의 소망하지 않는 스퓨리어스 응답으로서 나타나, 필터특성을 크게 손상하기 쉬웠다.
본 발명의 목적은 상술한 종래기술의 결점을 해소하고, 필터에 빗형 용량전극에 의한 정전용량이 접속되어 있는 탄성경계파 장치이며, 빗형 용량전극의 여진에 의한 소망하지 않는 응답에 의한 필터특성의 열화가 발생하기 어려운 탄성경계파 장치를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 넓은 국면에 있어서는, 매질과, 상기 제1의 매질에 적층된 제2의 매질과, 상기 제1, 제2의 매질간의 경계에 배치된 복수의 전극을 구비하고, 상기 복수의 전극에 의해, 필터 및/또는 공진자와, 상기 필터 및/또는 공진자에 전기적으로 접속되어 있는 정전용량이 구성되어 있으며, 상기 필터 및/또는 공진자가 모두 IDT전극을 이용하여 구성되어 있으며, 상기 정전용량이 빗형 용량전극에 의해 형성되어 있으며, 상기 IDT의 전극지의 주기를 λm로 하고, 상기 IDT에 있어서의 탄성경계파의 음속을 Vm, 상기 빗형 용량전극의 전극지의 주기를 λc, 빗형 용량전극의 전극지 법선방향에 있어서의 제1, 제2의 매질의 각각의 느린 횡파의 음속 중, 음속이 느린 횡파의 음속을 Vc로 한 경우, Vm/λm＜Vc/λc로 되어 있는 것을 특징으로 하는 탄성경계파 장치가 제공된다.
본 발명의 어느 특정의 국면에서는, 상기 IDT의 전극지의 주기(λm)와 빗형 용량전극의 전극지의 주기(λc)의 관계가 λc＞0.5×λm로 되어 있다.
본 발명의 다른 특정의 국면에서는, 상기 복수의 전극에 의해, 상기 필터와 상기 공진자가 구성되어 있으며, 필터의 단자와 공진자가 직렬로 접속되어 있으며, 상기 필터와 상기 공진자를 접속하는 전극에 빗형 용량전극이 병렬로 접속되어 있다.
본 발명의 또 다른 특정의 국면에서는, 상기 필터 및 공진자로서, 제1, 제2의 단자를 가지는 제1의 필터와 제1의 공진자의 조(組)와, 제1, 제2의 단자를 가지는 제2의 필터와 제2의 공진자의 조가 병렬로 1쌍 배치되어 있으며, 상기 제1의 필터의 제1의 단자와 상기 제2의 필터의 제1의 단자가 접속되어 입력단자로 되어 있으며, 상기 제1의 필터의 제2의 단자에서 출력되는 전기신호와, 상기 제2의 필터의 제2의 단자에서 출력되는 전기신호의 극성이 반전되어 있으며, 상기 제1의 필터의 제2의 단자를 상기 제1의 공진자에 직렬로 접속하고 있는 제1의 접속전극과, 상기 제2의 필터의 제2의 단자를 상기 제2의 공진자에 직렬로 접속하고 있는 제2의 접속전극을 더 구비하고, 상기 제1의 접속전극과, 상기 제2의 접속전극이 빗형 용량전극에서 병렬로 접속되어 있다.
본 발명의 다른 특정의 국면에서는, 상기 빗형 용량전극으로서, 제1, 제2의 필터에 각각 접속된 제1, 제2의 빗형 용량전극을 가지며, 제1, 제2의 빗형 용량전극의 일단끼리가 공통접속되어 있으며, 또한 접지되어 있다.
본 발명의 또 다른 특정의 국면에서는, 상기 빗형 용량전극의 주응답이 되는 탄성경계파 전파모드의 음속이 상기 제1의 공진자 및 제2의 공진자를 구성하고 있는 IDT에 있어서의 탄성경계파의 전파모드의 음속보다도 빠르게 되어 있다.
본 발명의 또 하나의 다른 특정의 국면에서는, 상기 빗형 용량전극의 전극지의 길이방향과, 상기 제1의 공진자 및 제2의 공진자를 구성하고 있는 IDT의 전극지의 길이방향이 달라져 있다.
(발명의 효과)
본 발명에 따른 탄성경계파 장치에서는, 제1의 매질과 제2의 매질이 적층되어 있으며, 제1, 제2의 매질간의 경계에 복수의 전극이 배치되어 있다. 그리고, 이 복수의 전극에 의해, 필터 및/또는 공진자와, 정전용량이 적어도 구성되어 있으며, 필터 및/또는 공진자가 각각 IDT를 이용하여 구성되어 있으며, 정전용량이 빗형 용량전극에 의해 형성되어 있으며, 상기와 같이, Vm/λm＜Vc/λc로 되어 있기 때문에, 빗형 용량전극에서 여진되는 탄성경계파의 주파수 위치가 필터 및/또는 공진자의 통과대역이나 공진점에서 멀어진다.
또한, 단순히 빗형 전극에 의해 여진된 탄성경계파의 위치를 고주파 측에 시프트시킨 경우에는, 빗형 용량전극의 전극지 피치가 과하게 작아져, 현실적으로 제조할 수 없게 된다. 이에 대하여, 본 발명에서는, 상기와 같이 Vm/λm＜Vc/λc로 되어 있기 때문에, 빗형 용량전극에서 여진되는 탄성경계파가 컷오프되는 주파수에 비하여, 탄성경계파 장치가 목적으로 하는 대역이 낮아지기 때문에, 빗형 용량전극과의 전극지 피치를 제조 가능한 크기로 하면서, 필터특성이나 공진특성의 개선을 도모하는 것이 가능해진다.
상기 복수의 전극에 의해, 필터와 공진자가 구성되어 있으며, 필터의 단자와 공진자가 직렬로 접속되어 있으며, 상기 필터와 상기 공진자를 접속하는 전극에 빗형 용량전극이 병렬로 접속되어 있는 경우에는, 이와 같은 회로구성으로 함으로써, 탄성경계파의 큰 전기기계 결합계수를 이용하여 필터와 공진자의 접속부의 임피던스를 필터의 통과대역 근방에서 유도성으로 하고, 이것에 병렬로 용량을 접속함으로써 통과대역에 있어서는 접속부의 정합을 맞출 수 있다. 또한 통과대역 외에 있어서는 정합점에서 어긋남으로써 감쇠량을 호전시킬 수 있다.
본 발명에 있어서, 필터 및 공진자로서, 상기 제1의 필터와 제1의 공진자의 조와, 제2의 필터와 제2의 공진자 조가 병렬로 한쌍 배치되어 있으며, 제1, 제2의 필터의 제1의 단자가 공통접속되어 입력단자로 되어 있으며, 제1의 필터와 제2의 단자에서 출력되는 전기신호와, 제2의 필터의 제2의 단자에서 출력되는 전기신호와, 제2의 필터의 제2의 단자에서 출력되는 전기신호가 극성이 반전되어 있는 경우에는, 본 발명에 따라서 평형-불평형 변환기능을 가지는 탄성경계파 장치를 제공할 수 있다.
또한, 상기 빗형 용량전극으로서, 제1, 제2의 필터에 각각 접속된 제1, 제2의 빗형 용량전극을 가지며, 제1, 제2의 빗형 용량전극의 일단끼리가 공통접속되어 있으며, 또한 접지되어 있는 경우에는, 평형도를 효과적으로 높이는 것이 가능해진다.
빗형 용량전극의 주응답이 되는 탄성경계파 전파모드의 음속이 제1, 제2의 공진자를 구성하고 있는 IDT에 있어서의 탄성경계파의 전파모드의 음속보다도 빠른 경우에는, 빗형 용량전극에 있어서 여진된 탄성경계파의 응답이 상기 필터 및 필터에 접속되어 있는 제2의 공진자에 있어서 전파되는 탄성경계파보다도 고역(高域) 측에 위치하게 된다. 따라서, 빗형 용량전극의 주응답이 되는 탄성경계파 전파모드에 의한 응답을 필터의 대역 외에 확실하게 배치할 수 있어, 필터특성의 개선을 도모할 수 있다.
빗형 용량전극의 전극지의 길이방향과, 제1, 제2의 공진자를 구성하고 있는 IDT의 전극지의 길이방향이 다른 경우에는, 빗형 용량전극에 있어서 탄성경계파가 여진되었다고 해도, 여진된 탄성경계파의 제1, 제2의 공진자를 구성하고 있는 IDT의 전극지에 의한 수신이 방해를 받아, 그것에 의해 필터특성의 개선을 보다 한층 도모할 수 있다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 한 실시형태에 따른 탄성경계파 장치의 모식적 평면단면도 및 부분절단 정면단면도, 도 1c는 상기 실시형태의 변형예에 따른 탄성경계파 장치의 모식적 평면단면도이다.
도 2는 도 1에 나타낸 탄성경계파 장치의 빗형 용량전극을 확대하여 나타내는 모식적 평면도이다.
도 3은 LiNbO3의 오일러각인 φ와 탄성경계파의 음속의 관계를 나타내는 도면이다.
도 4는 LiNbO3의 오일러각인 φ와 탄성경계파의 전기기계 결합계수(K2)의 관계를 나타내는 도면이다.
도 5는 IDT의 전극지 법선방향의 LiNbO3의 A1축에 대한 각도(φ)를 설명하기 위한 모식적 평면도이다.
도 6a 및 도 6b는 도 1에 나타낸 탄성경계파 장치의 제2의 공진자로서 φ=0°로 했을 때의 탄성경계파 공진자의 임피던스특성 및 위상특성을 나타내는 도면이다.
도 7a 및 도 7b는 도 1에 나타낸 탄성경계파 장치에 이용되고 있는 빗형 용량전극의 φ=90°경우의 임피던스특성 및 위상특성을 나타내는 도면이다.
도 8a, 도 8b는 도 1에 나타낸 탄성경계파 장치의 주된 모드 근방의 임피던스특성 및 위상특성을 나타내는 도면이다.
도 9a 및 도 9b는 본 발명의 한 실시형태의 탄성경계파 장치의 필터특성을 나타내는 각 도면이다.
<부호의 설명>
1: 탄성경계파 장치 2: 제1의 매질
3: 제2의 매질 4,5: 종결합 공진자형 탄성경계파 필터부
5a~5c: IDT 6,7: 탄성경계파 공진자(제2의 공진자)
6a,7a: IDT 6b,6c: 반사기
7b,7c: 반사기 8,9A,9B: 빗형 용량전극
8a,8b: 전극지 11,12: 접속전극
21: IDT 21a: 전극지
이하, 도면을 참조하면서 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명함으로써, 본 발명을 명백하게 한다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 한 실시형태에 따른 탄성경계파 장치의 평면단면도 및 모식적 부분절단 정면단면도이다.
탄성경계파 장치(1)는 제1의 매질(2)과, 제3의 매질(3)을 적층하여 이루어지는 적층체를 가진다. 본 실시형태에서는, 제1의 매질(2)은 LiNbO3으로 이루어지며, 제2의 매질(3)은 SiO2로 이루어진다.
제1, 제2의 매질(2,3)간의 계면에는, 복수의 전극이 형성되어 있다. 이 복수의 전극은 도 1a에 나타내는 종결합 공진자형 탄성경계파 필터부(4,5), 1포트형 탄성경계파 공진자(6,7), 및 빗형 용량전극(8)을 포함한다.
도 1b에서는, 종결합 공진자형 탄성경계파 필터부(4)가 형성되어 있는 부분이 나타나 있다.
상기 복수의 전극은 본 실시형태에서는, Au를 주된 전극층으로서 가진다. 단, Au로 이루어지는 전극층의 상하에, 매질(2,3)과의 밀착성을 높이기 위해, 얇은 NiCr층이 적층되어 있다. 이 NiCr층은 밀착층으로서 기능한다.
도 1a에 나타내는 바와 같이, 종결합 공진자형 탄성경계파 필터부(4,5)는 각각, 탄성경계파 전파방향에 배치된 3개의 IDT(4a~4c,5a~5c)를 가진다. 종결합 공진자형 탄성경계파 필터부(4,5)의 중앙의 IDT(4b,5b)의 일단이 입력단에 접속된다. 그리고, 양측의 IDT(4a,4c,5a,5c)가 각각, 제2의 공진자로서의 1포트형 탄성경계파 공진자(6,7)에 접속되어 있다.
탄성경계파 공진자(6,7)는 IDT(6a,7a)와, IDT(6a,7a)의 양측에 배치되는 반사기(6b,6c,7b,7c)를 가진다. 종결합 공진자형 탄성경계파 필터부(4,5)는 상기 탄성경계파 공진자(6,7)를 통하여 출력단자에 접속되어 있다.
즉, 종결합 공진자형 탄성경계파 필터부(4,5)는 각각, IDT(4a~4c,5a~5c)로 이루어지는 제1의 공진자에 의해 구성되어 있다.
그리고, 종결합 공진자형 탄성경계파 필터부(4,5)에 직렬로, 상기 탄성경계파 공진자(6,7)가 접속되어 있다.
본 실시형태에서는, 상기 종결합 공진자형 탄성경계파 필터부(4) 및 탄성경계파 공진자(6)가 제1의 필터 및 제1의 공진자의 조를 구성하고 있으며, 종결합 공진자형 탄성경계파 필터부(5) 및 1포트형 탄성경계파 공진자(7)가 제2의 필터와 제 2의 공진자의 조를 구성하고 있으며, 이들은 병렬로 배치되어 있다.
또한, 제1의 탄성경계파 필터부(4) 및 제2의 탄성경계파 필터부(5)의 한쪽의 단자가 공통접속되어, 입력단자(IN)로 되어 있다.
한편, 탄성경계파 필터부(4,5)는 각각, 탄성경계파 공진자(6,7)에, 접속전극(11,12)에 의해 전기적으로 접속되어 있다.
또한, 도 1a 및 후술의 도 1의 c에 있어서의 G를 원으로 둘러싼 부호는 상기 전극이 그라운드전위에 접속되어 있는 것을 의미한다.
또한, 빗형 용량전극(8)은 종결합 공진자형 탄성경계파 필터부(4,5)의 출력단과 그라운드전위 사이에 접속되도록, 즉 종결합 공진자형 탄성경계파 필터부(4,5)와 병렬로 접속되어 있다.
빗형 용량전극(8)을 도 2에 확대하여 모식적 평면도로 나타낸다. 빗형 용량전극(8)은 서로 마주 끼우는 복수개의 전극지(8a,8b)를 가지며, IDT(4a~4c,5a~5c,6a,7a)와 동일한 구조를 가진다.
빗형 용량전극(8)은 정전용량을 종결합 공진자형 탄성경계파 필터부(4,5)에 병렬로 접속하기 위해 형성되어 있다. 빗형 용량전극(8)은 IDT(4a~4c,5a~5c,6a,7a)와 동일한 재료로 동시에 형성할 수 있으며, 그것에 의해 정전용량을 접속하기 위한 비용을 저감할 수 있다.
단, 빗형 용량전극(8)은 IDT(4a~4c,5a~5c) 등과 다른 재료로 구성되어 있어도 좋다.
본 실시형태의 탄성경계파 장치(1)에서는, 제1의 종결합 공진자형 탄성경계 파 필터부(4)에서 출력되는 전기신호의 극성과, 제2의 종결합 공진자형 탄성경계파 필터부(5)에서 출력되는 전기신호의 극성이 반전되어 있으며, 양자의 각 일단이 공통접속되어 입력단자(IN)로 되어 있으므로, 평형-불평형 변환기능을 가지는 필터장치를 제공할 수 있다.
또한, 본 실시형태에서는, 상기 빗형 용량전극(8)의 전극지의 길이방향은 IDT(4a~4c,5a~5c)의 전극지의 길이방향과 다르며, 또한 제2의 공진자로서의 탄성경계파 공진자(6,7)의 IDT(6a,7a)의 전극지의 길이방향과도 다르다. 빗형 용량전극(8)의 전극지 길이방향이 IDT(4a~4c,5a~5c,6a,7a)의 전극지 길이방향과 다른 경우, 빗형 용량전극에 의해 탄성경계파가 여진되었다고 해도, 이와 같은 탄성경계파의 IDT(4a~4c,5a~5c,6a,7a)에 의한 수신효율이 낮아진다. 따라서, 빗형 용량전극(8)에서 여진된 탄성경계파의 영향을 낮출 수 있어, 바람직하다.
본 실시형태의 탄성경계파 장치(1)의 특징은 상기 IDT(4a~4c,5a~5c,6a,7a)의 주기를 λm로 하고, 각 IDT에 있어서의 탄성경계파의 음속을 Vm, 빗형 용량전극(8)의 주기를 λc, 빗형 용량전극(8)에 있어서의 전극지 법선방향에 있어서의 제1, 제2의 매질(2,3)을 전파하는 느린 횡파 중 저음속의 횡파의 음속을 Vc로 했을 때에, Vm/λm＜Vc/λc로 되어 있음으로써, 그것에 의해 빗형 용량전극(8)을 형성한 것에 의한 스퓨리어스의 영향을 받기 어려운 양호한 필터특성을 실현할 수 있다.
상기 빗형 용량전극(8)은 제1, 제2의 매질(2,3)간에 형성되어 있기 때문에, 상술한 바와 같이, IDT(4a~4c) 등과 동시에 같은 재료로 형성할 수 있다. 또한, LiNbO3의 비유전율은 44이며, 비교적 크기 때문에, 작은 빗형 용량전극(8)에 의해 충분한 크기의 정전용량을 얻을 수 있다.
그러나, 상술한 바와 같이, 압전체인 LiNbO3에 접하도록 빗형 용량전극(8)이 형성되어 있는 경우, 빗형 용량전극(8)의 다른 전위에 접속되는 전극지간에 전위가 인가되게 되기 때문에, 빗형 용량전극(8)이 IDT(4a~4c) 등과 마찬가지로 IDT로서 기능하여, 탄성경계파를 여진한다. 빗형 용량전극(8)에서 여진된 탄성경계파는 본래의 필터로서 이용하는 주파수특성에 스퓨리어스 응답으로서 나타나게 된다.
도 7a 및 도 7b는 φ=90°인 빗형 용량전극(8)의 임피던스특성 및 위상특성을 각각 나타낸다.
또한, 본 명세서에 있어서, φ=90°인 빗형 용량전극이란, LiNbO3기판을 이용한 탄성경계파 장치에 있어서의 오일러각 표기에 기초하는 것이다. 오일러각 표기에 있어서는, LiNbO3의 결정방위축을 X, Y, Z로 정의했을 때, Z축을 중심으로 하여 X축을 Y축 측으로 φ만큼 회전시킨 축을 A1,A1축을 중심축으로 하여 Z축을 반시계 방향으로 θ만큼 회전시킨 축을 A2로 하고, 이 A2축을 법선으로 하여 A1축을 포함하는 평면으로 컷트된 기판에 있어서, A2축을 중심으로 하여 A1축을 반시계 방향으로 φ만큼 회전시킨 방향을 파(波)의 전파방향으로서 규정하고 있다. 따라서 φ=90°인 빗형 용량전극이란, 전극지 법선방향의 A1축에 대한 각도가 90°인 것을 말하는 것으로 한다. 마찬가지로, 이하에 있어서도, φ=0°인 탄성경계파 공진자란, 탄성경계파 공진자의 IDT의 전극지 법선방향의 A1축에 대한 각도가 0°인 탄성 경계파 공진자를 말하는 것으로 한다.
도 7a 및 도 7b로부터 명백하듯이, 빗형 용량전극(8)의 IDT의 주기는 본 실시형태에서는 3.4㎛로 되어 있다. 빗형 용량전극(8)은 위상이 90°부근이 되는 주파수대에서는 용량소자로서 기능한다.
또한, 도 8a 및 도 8b는 φ=0°인 탄성경계파 공진자의 임피던스특성 및 위상특성을 각각 나타내는 도면이다. 도 8a, 도 8b로부터 명백하듯이, 위상이 -90°가 되는 근방의 조건이란, 이하의 (1)~(3)의 조건을 만족하는 부분이다.
(1)주파수(F)×빗형 용량전극(8)의 주기(λc)가 적어도 한쪽의 매질(2,3)을 전파하는 느린 횡파의 음속 이하인 주파수대
(2)SH형 탄성경계파의 기본모드의 응답 이외의 주파수대
(3)P+SV형 탄성경계파의 기본모드의 응답 이외의 주파수대
도 7a, 도 7b 및 도 8a, 도 8b에 나타나 있는 바와 같이, 적어도 한쪽의 매질(2,3)을 전파하는 느린 횡파의 음속 중 느린 쪽의 음속을 Vc로 했을 때, Vc/λc와, SH형 탄성경계파의 기본모드 응답 주파수 및 P+SV형 탄성경계파의 기본모드의 응답의 주파수는 비교적 근접되는 경우가 많다. 따라서, 예를 들면, 빗형 용량전극(8) 및 탄성경계파 필터부(4,5)의 φ가 같은 경우, 즉 예를 들면 IDT(4a~4c,5a~5c)의 전극지 길이방향과 빗형 용량전극(8)의 전극지 길이방향이 동일한 경우에는, 탄성경계파 필터에 접속되는 빗형 용량전극(8)의 전극지 주기(λc)는 필터의 IDT의 주기(λm)보다도 짧게 설정되게 되어, 고주파대에 있어서는, 전극지 폭이 가늘어져 바람직하지 않다.
한편, 종결합 공진자형 탄성경계파 필터부(4,5)의 IDT(4a~4c,5a~5c)와는 다른 φ의 빗형 용량전극(8)을 이용함으로써, 고음속화한 경우에는, 빗형 용량전극(8)의 주기(λc)를 음속비분만큼 길게 설정할 수 있다.
또한, 빗형 용량전극(8)에 있어서 종결합 공진자형 탄성경계파 필터부(4,5)와 같은 모드의 탄성경계파가 여진되지 않고, 고음속의 다른 모드가 강하게 여진되는 φ의 빗형 용량전극(8)의 종결합 공진자형 탄성경계파 필터부(4,5)에 있어서의 주된 모드의 음속과, 상기 빗형 용량전극(8)에서 여진되는 다른 모드와의 음속비분만큼 빗형 용량전극(8)의 주기(λc)를 길게 설정할 수 있다.
도 3 및 도 4는 IDT의 전파각(φ)과, 탄성경계파의 음속 및 전기기계 결합계수(K2)의 관계를 나타내는 도면이다. 또한, 전파각(φ)이란, 도 5에 나타내는 바와 같이, IDT(21)를 예로 들면, IDT(21)의 복수개의 전극지(21a)에 대한 법선의 LiNbO3의 A1축과 이루는 각도를 말하는 것으로 한다.
또한, 도 3 및 도 4에 있어서는, 탄성경계파 장치(1)에 있어서의 복수의 전극이 Au로 이루어지며, 그 두께는 0.05λ로 하고, 매질(1)은 15°Y컷트X전파(오일러각으로(0°,105°,φ))의 LiNbO3이며, 그 두께는 무한대로 하고, SiO2의 두께는 무한대로 하여 계산에 의해 구한 결과이다.
도 3 및 도 4로부터 명백하듯이, φ=0°에 있어서 SH형 탄성경계파의 전기기계 결합계수(K2)는 크며, 음속은 2960m/초였다. 또한, P+SV형 탄성경계파의 전기기 계 결합계수(K2)는 거의 0이 되는 것을 알 수 있다.
한편, φ=90°에 있어서, SH형 탄성경계파의 전기기계 결합계수(K2)는 거의 0이 되며, P+SV형 탄성경계파의 전기기계 결합계수(K2)는 5%정도로 약간 작으며, 음속은 3180m/초였다.
SH형 경계파의 전기기계 결합계수(K2)는 충분히 작아지는데 비해 P+SV형 경계파의 전기기계 결합계수(K2)는 약간 크기 때문에, P+SV형 경계파에 의한 스퓨리어스가 발생한다. 그러나, φ=0°인 빗형 용량전극의 SH형 경계파의 음속에 비하여, P+SV형 경계파의 음속이 7.4% 빠르기 때문에, 스퓨리어스 응답 주파수는 7.4% 높아진다. 따라서, 빗형 용량전극(8)의 전극지 주기(λc)를 약간 작게할 뿐이며, φ=0°인 SH형 경계파에 의한 주응답에 대하여, 스퓨리어스가 되는 P+SV형 경계파의 응답을 고주파 측으로 시프트시켜서, 뺄 수 있다.
빗형 용량전극(8)의 전극지 주기(λc)를 약간 작게 하는 정도로서는, λc＞0.5×λm의 범위가 바람직하다. λc가 이 범위내이면, IDT전극과 빗형 용량전극의 전극지를 정밀도 높게 제조하면서, 스퓨리어스 개선이 가능해진다. 이 점을 더 설명하면 다음과 같다.
상기 빗형 용량전극의 전극지의 주기(λc)와 빗형 용량전극의 전극지의 주기(λm)의 관계에 있어서는, 하나의 탄성경계파 장치에 있어서 크게 라인 앤드 스페이스가 다른 빗형 전극이 존재하는 경우, 같은 선폭 정밀도를 얻고자 하면 포토 리소그래피 공정의 노광시에 가는 선폭에 있어서 초점심도가 충분하지 않게 되어 제조할 수 없게 된다. 일반적으로 라인 앤드 스페이스가 2배 다른 경우, 제조가 곤란해진다. 이것으로부터 λc＞0.5×λm로 함으로써 하나의 탄성경계파 장치내의 라인 앤드 스페이스는 2배 이내가 되어 제조 가능해져, 필터특성이나 공진특성의 개선을 도모하는 것이 가능해진다.
본 실시형태의 탄성경계파 장치(1)의 필터특성을 도 9a, 도 9b에 나타낸다. 또한, 상기 필터특성은 이하의 조건에서 탄성경계파 장치(1)를 제작한 경우의 특성이다.
제1의 매질은 두께 370㎚의 LiNbO3, 오일러각은 [0°,105°,φ], 단, 필터부에 있어서의 φ=0°, 공진자부에 있어서의 φ=30°, 빗형 용량전극부에 있어서의 φ=90°로 하고, 제2의 매질은 두께 6㎛의 SiO2로 하였다. IDT는 NiCr/Au/NiCr을 10/150/10㎚의 두께로 적층한 구조로 하였다.
상기 실시형태에서는, 빗형 용량전극(8)이 형성되어 있었지만, 빗형 용량전극(8)을 2분할하여, 도 1c에 나타내는 변형예와 같이, 제1, 제2의 빗형 용량전극(9A,9B)을 형성해도 좋다. 이 변형예에서는 빗형 용량전극(9A)이 탄성경계파 필터부(4) 및 1포트형 탄성경계파 공진자(6)로 이루어지는 조에 병렬로 정전용량을 부가하도록 접속되어 있다. 또한, 빗형 용량전극(9B)이 탄성경계파 필터부(5) 및 1포트형 탄성경계파 공진자(7)로 이루어지는 조에 정전용량을 부가하도록 접속되어 있다.
그리고, 빗형 용량전극(9A,9B)의 각 일단이 공통접속되며, 그라운드전위에 접속되는 단자전극(9C)에 전기적으로 접속되어 있다. 여기서는, 빗형 용량전극(9A,9B)의 각 일단이 상기 제1의 조 및 제2의 조 측에 배치되며, 각 패턴이 빗형 용량전극(9A,9B)이 대향하는 측에 배치되어 있다. 그리고, 이 빗형 용량전극(9A,9B)이 대향하고 있는 부분에 있어서, 즉 양자의 중간위치에 있어서, 단자전극(9C)이 빗형 용량전극(9A,9B)에 전기적으로 접속되어 있다. 그러므로, 이와 같은 빗형 용량전극(9A,9B) 및 단자전극(9C)을 형성함으로써, 평형도를 보다 한층 높일 수 있다.
상기 실시형태에서는, 제1의 매질이 (0°,105℃,φ)의 LiNbO3로 형성되어 있었지만, 다른 결정방위의 LiNbO3로 형성되어 있어도 좋으며, 또는 LiTaO3 등의 압전단결정 등의 압전체에 의해 형성되어 있어도 좋다.
또한, 제2의 매질에 대해서도, SiO2 이외의 비도전 물질, 즉 다양한 절연성 재료나 유전성 재료에 의해 제2의 매질을 구성해도 좋다. 또한, 제2의 매질상에, 또한 제3의 매질을 적층해도 좋다.

Claims (7)

  1. 제1의 매질과,
    상기 제1의 매질에 적층된 제2의 매질과,
    상기 제1, 제2의 매질간의 경계에 배치된 복수의 전극을 구비하고,
    상기 복수의 전극에 의해, 필터 및 공진자 중 적어도 하나와, 상기 필터 및 공진자 중 적어도 하나에 전기적으로 접속되어 있는 정전용량이 구성되어 있으며,
    상기 필터 및 공진자 중 적어도 하나가 IDT전극을 이용하여 구성되어 있으며,
    상기 정전용량이 빗형 용량전극에 의해 형성되어 있으며,
    상기 IDT의 전극지의 주기를 λm로 하고, 상기 IDT에 있어서의 탄성경계파의 음속을 Vm, 상기 빗형 용량전극의 전극지의 주기를 λc, 빗형 용량전극의 전극지 법선방향에 있어서의 제1, 제2의 매질의 각각의 느린 횡파의 음속 중, 음속이 느린 횡파의 음속을 Vc로 한 경우, Vm/λm＜Vc/λc로 되어 있는 것을 특징으로 하는 탄성경계파 장치.
  2. 제1항에 있어서, λc＞0.5×λm로 되어 있는 것을 특징으로 하는 탄성경계파 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 복수의 전극에 의해, 상기 필터와 상기 공진자가 구성되어 있으며,
    필터의 단자와 공진자가 직렬로 접속되어 있으며,
    상기 필터와 상기 공진자를 접속하는 전극에 빗형 용량전극이 병렬로 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 탄성경계파 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 필터 및 공진자로서, 제1, 제2의 단자를 가지는 제1의 필터와 제1의 공진자의 조(組)와, 제1, 제2의 단자를 가지는 제2의 필터와 제2의 공진자의 조가 병렬로 1쌍 배치되어 있으며,
    상기 제1의 필터의 제1의 단자와 상기 제2의 필터의 제1의 단자가 접속되어 입력단자로 되어 있으며,
    상기 제1의 필터의 제2의 단자에서 출력되는 전기신호와, 상기 제2의 필터의 제2의 단자에서 출력되는 전기신호의 극성이 반전되어 있으며,
    상기 제1의 필터의 제2의 단자를 상기 제1의 공진자에 직렬로 접속하고 있는 제1의 접속전극과,
    상기 제2의 필터의 제2의 단자를 상기 제2의 공진자에 직렬로 접속하고 있는 제2의 접속전극을 더 구비하고,
    상기 제1의 접속전극과, 상기 제2의 접속전극이 빗형 용량전극에서 병렬로 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 탄성경계파 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 빗형 용량전극으로서, 제1, 제2의 필터에 각각 접속된 제1, 제2의 빗형 용량전극을 가지며, 제1, 제2의 빗형 용량전극의 일단끼리가 공통 접속되어 있으며, 또한 접지되어 있는 것을 특징으로 하는 탄성경계파 장치.
  6. 제4항에 있어서, 상기 빗형 용량전극의 주응답이 되는 탄성경계파 전파모드의 음속이 상기 제1의 공진자 및 제2의 공진자를 구성하고 있는 IDT에 있어서의 탄성경계파의 전파모드의 음속보다도 빠른 것을 특징으로 하는 탄성경계파 장치.
  7. 제4항에 있어서, 상기 빗형 용량전극의 전극지의 길이방향과, 상기 제1의 공진자 및 제2의 공진자를 구성하고 있는 IDT의 전극지의 길이방향이 다른 것을 특징으로 하는 탄성경계파 장치.
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