KR19990086987A - 탄성 표면파 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 탄성 표면파 장치에 관한 것으로, 일방향성 IDT의 스플릿 전극의 배치를 궁리한 것으로서, 저손실이면서 리플이 없는 탄성 표면파 장치를 제공하는 것을 과제로 한다.
압전 기판과, 압전 기판의 표면 상에 배치된 복수개의 송신용 및 수신용 IDT로 구성된 탄성 표면파를 여진하는 탄성 표면파 장치로서, 상기 IDT 중 적어도 1개가 2개의 지형 전극을 1조로 해서 정부 교대로 배치된 발 형상의 스플릿 전극으로 이루어지고, 상기 스플릿 전극의 2개의 지형 전극은 탄성 표면파가 여진되는 방향의 폭이 다르고, 상기 2개의 지형 전극 중 탄성 표면파의 반사율이 작은 지형 전극으로부터 반사율이 큰 지형 전극으로 향하는 지형 전극의 폭 방향의 방향과, 상기 스플릿 전극으로 된 IDT에 의해서 여진된 탄성 표면파가 수신용 IDT로 향하는 방향과 이루는 각도α가 0≤α<90。인 것을 특징으로 한다.

Description

탄성 표면파 장치
본 발명은 탄성 표면파 장치에 관한 것으로, 특히 일방향성 인터디지털 트랜스듀서(이하 IDT:InterDigital Transducer라 칭함)를 사용한 탄성 표면파 장치에 관한 것이다.
종래, 탄성 표면파(이하 SAW:Surface Acoustic Wave라 칭함)를 여진·수신하는 IDT의 쌍방향성 손실을 줄이기 위해서 일방향으로만 탄성 표면파를 여진하는 일방향성 IDT의 개발이 이루어지고 있다. 그 중에서도 외부에 위상 회로를 필요로 하지 않으며 또한 일회의 전극막 성막·패터닝으로 제작할 수 있는 내부 반사형 일방향성 IDT는 실용적이어서, 연구가 활발하게 이루어지고 있다.
도 15에 부유 전극(floating electrode)을 이용한 내부 반사형 일방향성 IDT(일본 특개소60-236312호 공보)를 나타낸다.
여기에서는 정부 여진 전극간에 단락 및 개방형의 부유 전극을 배치함으로써 일방향성 IDT를 실현하고 있다. 이 부유 전극을 사용한 내부 반사형 일방향성 IDT에서는 여진 전극 및 부유 전극의 폭은 λ/12(λ는 IDT의 전극 주기이고, 즉 탄성 표면파가 가장 강하게 여진되는 중심 주파수에서의 파장이다)이고, 각각의 전극의 중심 간격은 λ/6이다.
또 일본 특개평3-133209호 공보에서는 부유 전극 중 개방형 부유 전극의 폭을 λ/12보다 크게 하고, 단락형 부유 전극의 폭을 λ/12보다 작게 함으로써 방향성이 증가하는 것을 발견하고 있다. 그러나 이 부유 전극 일방향성 IDT에서는 기본적인 여진 전극의 폭은 λ/12로 좁아지기 때문에, 주파수가 높아짐에 따라 제작이 곤란해지는 문제가 있다.
또 정의 여진 전극과 부의 여진 전극과의 전극 에지 간격은 5λ/12가 되고, 도 16에 나타내는 싱글 전극에서의 전극 에지 간격 λ/4나 도 17에 나타내는 스플릿 전극에서의 전극 에지 간격 λ/8에 비해서 넓어지기 때문에 입력 임피던스가 커져 버리는 문제가 있었다.
또 일본 특개소61-6917호 공보에 기재된 일방향성 IDT에서는 도 18에 나타낸 바와 같이 스플릿 전극의 정부 교대로 배치된 2개를 1조로 한 지형 전극(指形 電極; electrode finger)의 전극폭을 다르게 함으로써 좌우 비대칭의 IDT를 형성해서 일방향성 IDT를 얻는 것이다. 이 구성에서는 1주기당의 지형 전극의 수가 4개이고, 상술한 부유 전극형 구성에 비해서 구성이 간단하다는 특징을 지닌다. 또 정부 여진 전극의 에지 간격도 도 17에 나타낸 스플릿 전극의 경우보다도 작아지고, 입력 임피던스도 작아지는 특징이 있다.
여기서 도 18에 나타낸 일방향성 IDT에서는 도 5중의 화살표로 나타내는 방향으로 탄성 표면파가 강하게 여진된다고, 일본 특개소61-6917호 공보에는 기재되어 있다. 또 일본 특개평8-288780호 공보에서도 도 18에 나타낸 일방향성 IDT가 인용되어 있고, 스플릿 전극의 넓은 쪽의 전극폭을 3λ/16, 좁은 쪽의 전극폭을 λ/16으로 하였을 때, 도 18의 도면 중 5의 화살표로 나타낸 방향으로 탄성 표면파가 강하게 여진된다는 마찬가지 기재가 있다.
그래서 이들 2개의 공개 공보의 기재 내용을 토대로 압전 기판으로서 36。 Y-X : 수정을 사용하고, 입력 IDT로서는 도 18에 나타낸 일방향성 IDT를, 출력 IDT에는 쌍방향성의 스플릿 전극을 사용해서 입력 IDT를 도 19와 같은 방향으로 배치한 탄성 표면파 필터를 제작하였다.
일본 특개평 8-288780호 공보의 기재를 참고로 하여 이 때의 일방향성 IDT의 스플릿 전극의 넓은 쪽의 전극폭은 3λ/16, 좁은 쪽의 전극폭은 λ/16으로 하였다. IDT의 전극 주기 λ=15㎛, 전극막은 Al, 막두께는 0.2㎛이고, IDT 쌍수는 입출력 모두 95쌍으로 하였다.
이 때의 필터 특성을 도 20에 나타낸다. 중심 주파수 부근(209MHz∼210MHz)에 큰 리플(ripple)이 존재하고, 36。 Y-X : 수정 기판을 사용한 경우에는 도 19의 구성으로는 양호한 필터 특성이 얻어지지 않았다. 또한 필터 특성을 개선하기 위해 도 18의 일방향성 IDT의 넓은 쪽 전극의 폭을 변화시켰지만, 리플이 없는 양호한 특성은 얻을 수가 없었다.
따라서 36。 Y-X : 수정 기판의 경우, 일방향성 IDT를 도 7에 나타낸 방향으로 배치하면 중심 주파수 부근에 큰 리플이 나타나는 문제가 생기고 있었다. 즉 기판 재료에 따라서는 일본 특개소61-6917호 공보나 일본 특개평 08-288780호 공보에 나타낸 방향성을 이용하여 일방향성 IDT를 도 19에 나타낸 방향으로 배치하여도 양호한 필터를 제작할 수 없는 문제가 생겼다.
본 발명은 이상의 사정을 고려해서 이루어진 것으로서, 회전 Y-X : 수정 이외의 다른 종류의 기판을 사용한 경우에서, 일방향성 IDT의 방향성을 유효하게 이용할 수 있는 구성을 구비하고, 양호한 필터 특성을 나타내는 탄성 표면파 장치를 제공하는 것을 과제로 한다.
도 1은 본 발명의 탄성 표면파 장치의 원리 설명도.
도 2는 본 발명의 탄성 표면파 장치에서, 일방향성 IDT로 여진된 탄성 표면파가 수신용 IDT로 향하는 방향과, 스플릿 전극의 폭이 좁은 쪽의 지형 전극으로부터 넓은 쪽의 지형 전극으로 향하는 방향이 일치하지 않는 경우의 설명도.
도 3은 본 발명의 일방향성 IDT와 쌍방향성 IDT를 대향해서 배치한 탄성 표면파 필터의 일실시예의 구성도.
도 4는 본 발명의 2개의 일방향성 IDT를 대향해서 배치한 탄성 표면파 필터의 일실시예의 구성도.
도 5는 본 발명의 2개의 일방향성 IDT를 입력용으로 사용하고, 1개의 쌍방향성 IDT를 출력용으로 사용한 탄성 표면파 필터의 일실시예의 구성도.
도 6은 본 발명의 일방향성 IDT를 입력용으로 사용하고, 일방향성 IDT로 여진된 SAW가 2개의 반사기를 개재해서 출력용의 쌍방향성 IDT에 수신되는 탄성 표면파 필터의 일실시예의 구성도.
도 7은 본 발명의 일방향성 IDT를 입력용으로 사용해서 구성된 본 발명의 Z 패스 필터의 일실시예의 구성도.
도 8은 42.45。 Y-X : 수정 기판을 사용한 경우의 전극폭에 대한 지형 전극 1개당의 반사율의 변화의 설명도.
도 9는 45。 X-Z : Li2B4O7기판을 사용한 경우의 전극폭에 대한 지형 전극 1개당의 반사율의 변화의 설명도.
도 10은 X-112。 Y : LiTaO3기판을 사용한 경우의 전극폭에 대한 지형 전극 1개당의 반사율의 변화의 설명도.
도 11은 128°Y-X : LiNbO3기판을 사용한 경우의 전극폭에 대한 지형 전극 1개당의 반사율의 변화의 설명도.
도 12는 넓은 쪽의 지형 전극의 폭을 λ/5로 한 때의 본 발명의 탄성 표면파 필터의 특성의 비교도.
도 13은 넓은 쪽의 지형 전극의 폭을 λ/6로 한 때의 본 발명의 탄성 표면파 필터의 특성의 비교도.
도 14는 넓은 쪽의 지형 전극의 폭을 λ/4로 한 때의 본 발명의 탄성 표면파 필터의 특성의 비교도.
도 15는 부유 전극을 사용한 내부 반사형 일방향성 IDT의 구성도.
도 16은 쌍방향성 IDT(싱글 전극)의 구성도.
도 17은 쌍방향성 IDT(스플릿 전극)의 구성도.
도 18은 일본 특개소61-6917호 공보에 기재된 일방향성 IDT의 구성도.
도 19는 종래의 일방향성 IDT과 쌍방향성 IDT로 구성된 탄성 표면파 필터의 구성도.
도 20은 36。 Y-X : 수정을 사용한 도 19의 탄성 표면파 필터의 특성도.
(부호의설명)
1: IDT에 의해 여진된 SAW가 수신용 IDT로 향하는 방향
2: 좁은 쪽의 지형 전극으로부터 넓은 쪽의 지형 전극으로 향하는 방향
3: 좁은 쪽의 지형 전극
4: 넓은 쪽의 지형 전극
5: IDT에 의해 여진된 SAW가 수신용 IDT로 향하는 방향
6: 넓은 쪽의 지형 전극으로부터 좁은 쪽의 지형 전극으로 향하는 방향
7: 일방향성 IDT에 의해 여진된 SAW가 수신용 IDT로 향하는 방향
8: 넓은 쪽의 지형 전극으로부터 좁은 쪽의 지형 전극으로 향하는 방향
9: 일방향성 IDT에 의해 여진된 SAW가 수신용 IDT로 향하는 방향
10: 좁은 쪽의 지형 전극으로부터 넓은 쪽의 지형 전극으로 향하는 방향
11: 일방향성 IDT에 의해 여진된 SAW가 수신용 IDT로 향하는 방향
12: 좁은 쪽의 지형 전극으로부터 넓은 쪽의 지형 전극으로 향하는 방향
13:일방향성 IDT에 의해 여진된 SAW가 수신용 IDT로 향하는 방향
14: 좁은 쪽의 지형 전극으로부터 넓은 쪽의 지형 전극으로 향하는 방향
15: 일방향성 IDT에 의해 여진된 SAW가 수신용 IDT로 향하는 방향
16: 좁은 쪽의 지형 전극으로부터 넓은 쪽의 지형 전극으로 향하는 방향
17: 일방향성 IDT에 의해 여진된 SAW가 수신용 IDT로 향하는 방향
18: 좁은 쪽의 지형 전극으로부터 넓은 쪽의 지형 전극으로 향하는 방향
19: 일방향성 IDT에 의해 여진된 SAW가 수신용 IDT로 향하는 방향
20: 좁은 쪽의 지형 전극으로부터 넓은 쪽의 지형 전극으로 향하는 방향
21: 반사기
본 발명은 압전 기판과, 압전 기판의 표면 상에 배치된 복수개의 송신용 및 수신용 인터디지털 트랜스듀서로 구성된 탄성 표면파를 여진하는 탄성 표면파 장치로서, 상기 인터디지털 트랜스듀서 중 적어도 1개가 2개의 지형 전극을 1조로 해서 정부 교대로 배치된 발(簾) 형상의 스플릿 전극으로 이루어지고, 상기 스플릿 전극의 2개의 지형 전극은 탄성 표면파가 여진되는 방향의 폭이 다르고, 상기 2개의 지형 전극 중 탄성 표면파의 반사율이 작은 지형 전극으로부터 반사율이 큰 지형 전극으로 향하는 지형 전극의 폭 방향의 방향과, 상기 스플릿 전극으로 된 인터디지털 트랜스듀서에 의해서 여진된 탄성표면파가 수신용 인터디지털 트랜스듀서로 향하는 방향과 이루는 각도α가 0≤α<90。인 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 장치를 제공하는 것이다.
또 압전 기판과, 압전 기판의 표면 상에 배치된 복수개의 송신용 및 수신용 인터디지털 트랜스듀서로 구성된 탄성 표면파를 여진하는 탄성 표면파 장치로서, 상기 인터디지털 트랜스듀서 중 적어도 1개가 2개의 지형 전극을 1조로 해서 정부 교대로 배치된 발 형상의 스플릿 전극으로 이루어지고, 상기 스플릿 전극의 2개의 지형 전극은 탄성 표면파가 여진되는 방향의 폭이 다르고, 상기 2개의 지형 전극 중 폭이 좁은 지형 전극으로부터 폭이 넓은 지형 전극으로 향하는 지형 전극의 폭 방향의 방향과, 상기 스플릿 전극으로 된 인터디지털 트랜스듀서에 의해서 여진된 탄성 표면파 수신용 인터디지털 트랜스듀서로 향하는 방향과 이루는 각도가 0≤α<90。이어도 좋다.
본 발명에 의하면, 상기와 같은 구성을 함으로써, 저손실이면서 리플이 없는 양호한 주파수 특성을 지닌 탄성 표면파 장치를 제공할 수 있다.
또 상기 압전 기판의 재료로서는 회전 Y-X : 수정 기판, 특히 36。 Y-X : 수정, X-112。 Y : LiTaO3또는 45。 X-Z : Li2B4O7을 사용할 수가 있다.
(발명의 실시예)
도 1에 본 발명의 탄성 표면파 장치의 원리 설명도를 나타낸다.
도 1은 정부 교대로 배치된 스플릿 전극을 지닌, 일방향성 IDT의 일부분을 나타낸 것이다. 1조의 스플릿 전극은 폭이 다른 2개의 지형 전극(3, 4)으로 구성된다.
이 일방향성 IDT는 지면의 위 방향으로부터 뻗은 1조의 스플릿 전극과, 지면의 아래 방향으로부터 뻗은 1조의 스플릿 전극이 전극의 폭 방향으로 교대로 배치되고, 소위 발 형상을 하고 있다.
일반적으로 탄성 표면파 필터 등의 탄성 표면파 장치는 IDT를 압전 기판 상에 복수개 형성해서 구성된다.
본 발명에서는 복수개의 IDT 중 적어도 1개가 이와 같은 일방향성 IDT로서 압전 기판 상에 형성된다.
또 IDT 중 적어도 1개는 외부로부터의 전기 신호를 입력하기 위한 입력용 IDT이고, 적어도 1개는 외부로 전기 신호를 출력하는 출력용 IDT이다. 이와 같은 IDT로 여진되는 탄성 표면파는 어느 IDT로부터 다른 IDT로 전파되어 가지만, 전파원의 IDT를 송신용 IDT, 전파되는 측의 IDT를 수신용 IDT라 부른다. 도 1에는 도시하고 있지 않지만, 도 1의 일방향성 IDT의 우측에 수신용 IDT가 있는 것으로 한다.
탄성 표면파(SAW)는 IDT로 여진되면, 교대로 배치된 지형 전극의 교차 부분을 지형 전극의 폭 방향(지면의 좌우 방향)으로 진행한다. 특히 일방향성 IDT에서는 이 지형 전극의 폭 방향의 어느 한쪽으로 대부분의 SAW가 전파한다.
이와 같이 일방향으로 전파하는 SAW를 여진하기 위해서, 본 발명에서는 도 1에 나타낸 바와 같이, 일방향성 IDT의 스플릿 전극을 배치하는 것을 특징으로 한다.
즉 1조의 스플릿 전극을 구성하는 2개의 지형 전극 중 폭이 좁은 쪽의 지형 전극(3)으로부터 폭이 넓은 쪽의 지형 전극(4)으로 향하는 지형 전극의 폭 방향의 방향(2)을 SAW가 수신용의 IDT로 향하는 전파 방향(1)과 같게 되도록 한다.
도 1에서, 일방향성 IDT의 각 스플릿 전극에서는 지면의 좌측 즉 SAW의 전파원측에 폭이 좁은 지형 전극을 배치하고, 폭이 좁은 지형 전극과 일정 간격을 두고서 그 바로 우측(탄성 표면파가 전파하는 측)에 폭이 넓은 지형 전극을 배치한다.
여기서 상기 방향(2)은 일방향성 IDT의 정부 교대로 배치된 스플릿 전극의 폭이 좁은 지형 전극(3)의 중심으로부터 폭이 넓은 지형 전극(4)의 중심으로 향하는 방향이다. 도면 중 기호(1)의 화살표는 이 일방향성 IDT로 여진된 SAW가 수신용의 IDT로 향해야 할 전파 방향을 나타내고 있고, 그 방향은 지면의 왼쪽에서 오른쪽의 방향이다.
또 상기한 일본 특개소61-6917호 공보 및 일본 특개평08-288780호 공보에 기재된 일방향성 IDT와 비교하면, 스플릿 전극을 형성하는 2개의 지형 전극의 방향과는 반대 방향으로 2개의 지형 전극을 배치하는 점이 서로 다르다.
즉, 이들 종래의 일방향성 IDT에서는 폭이 넓은 방향의 지형 전극으로부터 폭이 좁은 쪽의 지형 전극으로 향하는 방향과, 탄성 표면파가 수신용 IDT로 향하는 방향이 일치하고 있지만, 본 발명에서는 이 방향이 완전 반대로 되어 있는 점이 서로 다르다.
이와 같이 2개의 방향(도 1의 1 및 2)을 설정함으로써, 후술하는 바와 같이, 종래 알려져 있지 않았던 저손실이면서 리플이 없는 양호한 주파수 특성을 갖는 탄성 표면파 장치를 제공하는 것이 가능해졌다.
또한 도 1에 수신용 IDT는 도시하지 않지만, 도 1의 일방향성 IDT의 오른쪽 방향으로서, 수신용 IDT의 지형 전극이 교차하고 있는 부분이 도 1의 일방향성 IDT의 지형 전극이 교차하고 있는 부분이 지면의 좌우 방향에서 일치하고 있는 위치에 배치하면, 상기 2개의 방향(도 1의 1 및 2)은 일치한다. 이 경우, 수신용 IDT는 도 19에 나타낸 쌍방향성 IDT와 마찬가지 위치에 배치된다.
도 2에 일방향성 IDT로 여진된 SAW가 수신용 IDT로 향하는 방향(1)과, 일방향성 IDT의 스플릿 전극의 지형 전극의 폭이 좁은 쪽의 전극으로부터 넓은 쪽의 전극으로 향하도록 방향(2)이 완전하게는 일치하지 않는 경우의 설명도를 나타낸다.
즉 도 2에서는 수신용 IDT는 폭이 좁은 쪽의 지형 전극으로 향하는 방향(지면의 수평 방향)에 대해서 지면의 위 방향으로 어긋난 위치에 배치한다. 그리고 2개의 화살표 1과 2의 시점을 일치시켰을 때에 이루는 각도 α가 90°이하 (0≤α<90。)가 되도록, 일방향성 IDT 및 수신용 IDT를 배치한다. 또한 2개의 화살표가 이루는 각은 180。보다 작은 쪽의 각도로 한다. 이와 같은 구성으로도 도 1과 마찬가지로 주파수 특성이 양호한 탄성 표면파 장치를 제공할 수 있다.
도 3으로부터 도 7에 도 1 또는 도 2에 나타낸 일방향성 IDT를 사용해서 구성한 탄성 표면파 필터의 구성도의 여러 가지 실시예를 나타낸다. 여기서 압전 기판은 회전 Y-X : 수정, X-112。 Y : LiTaO3, 45。 X-Z : Li2B4O7중 어느 하나를 사용하는 것으로 한다.
도 3은 압전 기판 상에 본 발명의 1개의 일방향성 IDT와, 일반적으로 사용되는 1개의 쌍방향성 IDT를 대향해서 배치한 탄성 표면파 필터의 구성도로 나타낸다.
일방향성 IDT를 입력 IDT(즉 송신용 IDT), 쌍방향성 IDT를 출력 IDT(즉 수신용 IDT)로 하였을 경우, 일방향성 IDT으로부터 여진된 SAW가 수신용의 쌍방향성 IDT로 향해야 할 방향은 도면 중의 화살표 9와 같이 지면 왼쪽으로부터 오른쪽의 방향이 되고, 일방향성 IDT의 2개조의 지형 전극의 좁은 쪽 전극으로부터 넓은 쪽의 전극으로 향하는 방향(10)과 일치시킨다.
또한 일방향성 IDT와 쌍방향성 IDT의 중심이 지면 상하 방향으로 어긋난 구성으로서, 도면 중 기호 9와 10의 화살표의 방향이 일치하지 않을 때에는 2개의 화살표가 이루는 각도가 90。이하가 되도록 구성하면 된다.
도 4에 압전 기판 상에 2개의 일방향성 IDT를 대향해서 배치시킨 경우의 탄성 표면파 필터의 구성례를 나타낸다. 좌측의 일방향성 IDT를 입력(송신용 IDT), 우측의 일방향성 IDT를 출력(수신용 IDT)으로 한 경우, 좌측의 일방향성 IDT로 여진된 SAW가 우측의 수신용의 일방향성 IDT로 향하는 방향은 도면 중 화살표11과 같이 지면 왼쪽에서 오른 쪽으로의 방향이 된다. 또 좌측의 일방향성 IDT의 2개조의 지형 전극의 좁은 쪽의 지형 전극으로부터 넓은 쪽의 지형 전극으로 향하는 방향은 도면 중 화살표(12)에 나타낸 바와 같이 지면 왼쪽에서 오른쪽으로의 방향으로 한다.
한편, 우측의 일방향성 IDT의 2개조의 지형 전극의 좁은 쪽 지형 전극으로부터 넓은 쪽의 지형 전극으로 향하는 방향(14)은 지면 오른쪽으로부터 왼쪽으로 한다. 이 방향(14)은 우측의 일방향성 IDT를 입력 IDT로 한 경우에, 여진되는 SAW가 좌측의 수신용 일방향성 IDT로 향하는 방향(13)과 일치한다.
또한 2개의 일방향성 IDT의 중심이 지면 상하 방향으로 어긋난 구성으로서, 도면 중 11과 12 혹은 13과 14의 화살표의 방향이 일치하고 있지 않을 때에는 11과 12 혹은 13과 14의 2개의 화살표가 이루는 각도가 90。이하가 되도록 구성하면 된다.
도 5에 압전 기판 상에 2개의 일방향성 IDT의 중앙에 1개의 쌍방향성 IDT를 배치시킨 경우의 탄성 표면파 필터의 구성례를 나타낸다. 여기서 2개의 일방향성 IDT가 입력용이고, 쌍방향성 IDT는 출력용(수신용 IDT)으로 한다.
상기한 도 3, 도 4와 마찬가지의 관점으로부터, 좌측의 일방향성 IDT의 2개조의 지형 전극의 좁은 쪽 지형 전극으로부터 넓은 쪽 지형 전극으로 향하는 방향은 지면 왼쪽에서 오른쪽으로의 방향(16), 우측의 일방향성 IDT에서는 지면 오른쪽에서 왼쪽으로의 방향(18)에 배치한 구성으로 한다.
여기서 방향(16)은 좌측의 일방향성 IDT로 여진된 SAW의 수신용 IDT로의 전파 방향인 방향(15)과 일치하고, 방향(18)은 우측의 일방향성 IDT로 여진된 SAW의 수신용 IDT로의 전파 방향인 방향(17)과 일치한다.
또한 2개의 일방향성 IDT의 중심과 중앙의 쌍방향성 IDT의 중심이 지면 상하 방향으로 어긋난 구성으로서, 도면 중 15와 16 혹은 17과 18의 화살표의 방향이 일치하지 않을 때에는 15와 16 혹은 17과 18의 화살표가 이루는 각도가 90。 이하가 되도록 구성하면 된다.
도 6에 도면 중 좌상의 입력용의 일방향성 IDT(송신용 IDT)로부터 여진된 SAW가 2개의 반사기(21)를 개재해서 도면 중 좌하의 출력용의 쌍방향성 IDT(수신용 IDT)에 수신되는 탄성 표면파 필터의 구성례를 나타낸다.
도 6의 일방향성 IDT로부터 여진된 SAW가 수신용의 쌍방향성 IDT로 향해야 할 방향은 지면 왼쪽에서 오른쪽으로의 방향(19)이다. 따라서 일방향성 IDT의 2개조의 지형 전극의 좁은 쪽 지형 전극으로부터 넓은 쪽 지형 전극으로 향하는 방향(20)은 상기 방향(19)과 일치하는 지면 왼쪽에서 오른쪽으로의 방향으로 한다.
또 지면 왼쪽에서 오른쪽으로 전파한 SAW는 2개의 반사기(21)에 의해서 전파 방향은 180。 바뀌어서 쌍방향성 IDT로 전파된다. 또 반대로 출력용 IDT로서 일방향성 IDT를 사용하여도 되지만, 그 경우 일방향성 IDT의 2개조의 지형 전극의 좁은 쪽 지형 전극으로부터 넓은 쪽 지형 전극으로 향하는 방향은 지면 왼쪽에서 오른쪽의 방향으로 한다.
또 일방향성 IDT의 중심과 반사기(21)의 중심이 지면 상하 방향으로 어긋난 구성으로서, 도면 중 19와 20의 화살표의 방향이 일치하지 않을 때에는 19와 20의 2개의 화살표가 이루는 각도가 90。 이하가 되도록 구성하면 된다.
도 7에 반사기(21)를 사용한 Z 패스 필터(Z pass filter)라 불리는 구성의 탄성 표면파 필터를 나타낸다. 여기서는 일방향성 IDT를 입력용(송신용 IDT), 쌍방향성 IDT를 출력용(수신용 IDT)으로 한다. 도 6의 경우와 마찬가지로 생각해서 일방향성 IDT의 2개조의 지형 전극의 좁은 쪽 지형 전극으로부터 넓은 쪽 지형 전극으로 향하는 방향은 지면 왼쪽에서 오른쪽의 방향으로 하고, 일방향성 IDT로 여진된 SAW가 수신용 IDT로 향하는 방향과 일치시킨다.
또 반대로 출력용 IDT로서 일방향성 IDT를 사용하여도 되고, 그 경우 일방향성 IDT의 2개조의 지형 전극의 좁은 쪽 지형 전극으로부터 넓은 쪽 지형 전극으로 향하는 방향은 지면 오른쪽에서 왼쪽의 방향으로 한다.
또한 상기의 구체적 실시예에서 일방향성 IDT를 입력용 IDT로서 배치하는 방향을 설명하였다. 그러나 일방향성 IDT를 출력용 IDT로서 사용할 수도 있다. 일반적으로 탄성 표면파 장치는 상반성을 가지므로, 입력과 출력을 바꿔 넣어도 특성은 변하지 않는다. 따라서 일방향성 IDT를 출력용 IDT로서 사용할 경우에는 편의상 입력용 IDT와 출력용 IDT를 바꾸어 넣어서 생각하여, 일방향성 IDT로 여진된 SAW가 수신용 IDT로 향하는 방향과 일치하도록 스플릿 전극의 2개의 지형 전극의 배치를 결정하면 된다.
다음에 도 1에 나타낸 실시예의 일방향성 IDT를 회전 Y-X : 수정, X-112。 Y : LiTaO3또는 45。 X-Z : Li2B4O7중 어느 하나의 압전 기판 상에 형성한 경우에, 양호한 필터 특성이 얻어지는 것을 설명한다.
맨먼저 도 17에 나타내는 IDT의 방향성의 원리에 대해서 설명한다.
도 17과 같이 모든 지형 전극의 폭이 동일하게 λ/8 간격으로 배열된 쌍방향성 IDT의 경우, 여진 중심은 2개의 지형 전극의 중앙에 존재하고, 여진 중심에서 보아서 좌우 양측에 λ/8만큼 떨어진 곳에 반사 중심이 존재한다.
그러나 여진 중심에서 보면, 좌우 대칭의 위치에 반사 중심이 존재하기 때문에, 가감해서 결국 반사 중심이 존재하지 않는 것과 마찬가지가 된다. 따라서 도 17의 IDT에서는 방향성은 생기지 않는다. 이 때문에, 도 17의 IDT는 쌍방향성 IDT라 불리고, 여기서 여진된 SAW는 좌우 방향으로 균등하게 전파된다.
다음에 도 18에 나타낸 일본 특개소 61-6917호 공보에 기재된 IDT와 같이 2개조의 지형 전극의 폭이 각각 다른 경우의 방향성에 대해서 설명한다. 여진 중심은 근사적으로 도 17의 경우와 마찬가지로 2개의 지형 전극 각각의 중앙 위치에 대한 중앙부에 있는 것으로 한다. 반사 중심은 각 지형 전극의 중앙에 존재한다. 그러나 도 17과는 달리 2개의 지형 전극의 폭이 다르므로, 각각의 지형 전극의 반사율은 다르다.
따라서 여진 중심에서 보면, 그 좌우에 반사율이 다른 반사 중심이 존재함으로써 가감하면 좌우 어느 한쪽의 위치에 반사 중심이 존재하는 것과 동일해진다. 이 결과, 2개의 지형 전극의 폭이 다른 경우, SAW의 전파 방향에는 방향성이 생기게 된다.
즉 SAW가 전파하기 쉬운 방향이 존재하게 되고, 2개의 지형 전극 중 보기에 반사 중심이 존재하는 쪽(반사율이 큰 쪽)의 지형 전극으로 향하는 방향이 SAW의 전파 방향(순방향)이 된다.
다음에 도 18에 나타낸 일방향성 IDT에서, 좌우 어느 쪽에 강하게 SAW가 여진되는지를 생각한다. 도 18에서, 일본 특개소61-6917호 공보에 기재된 바와 같이 도면 중 5의 화살표와 같이 지면 우측 방향으로 SAW가 강하게 여진되기 위해서는 2개의 지형 전극 중 우측에 있는 좁은 쪽의 지형 전극에 반사 중심이 존재해야 한다. 따라서 도 18에서는 지형 전극의 폭이 좁은 쪽의 지형 전극이 폭이 넓은 쪽의 지형 전극보다도 반사율이 큰 것으로 해서 방향성이 나타나고 있었다.
본 발명에서는 전극폭에 대한 반사율은 압전 기판의 재료에 따라 다른 것에 착안하여, 각 압전 기판에서 일방향성 IDT의 좁은 쪽 지형 전극과 넓은 쪽의 지형 전극 중 어느 쪽이 반사율이 큰지를 고찰하고, 이하에 일방향성 IDT에서 SAW가 강하게 여진되는 순방향을 명확하게 특정한다. 그래서 각종 압전 기판 상에서 일방향성 IDT를 유효하게 이용하기 위한 스플릿 전극의 지형 전극의 배치 방향을 나타낸다.
우선 각 압전 기판의 재료와 전극폭에 대한 지형 전극 1개당 반사율을 도 8, 도 9 및 도 10에 나타낸다. 이들 그래프는 탄성파 소자 기술 핸드북, 일본 학술 진흥회 탄성파 소자 기술 제150위원회편, 1991년 11월 30일 발행에 기재된 것이다.
도 8의 42.45。 Y-X : 수정의 경우, 규격화 전극폭(w/λ:w는 지형 전극의 폭, λ는 전극 주기)이 대략 0.25(λ/4에 상당)까지는 전극폭이 두꺼워짐에 따라서 지형 전극 1개당의 반사율이 커지는 것을 알 수 있다. 여기서 넓은 쪽의 지형 전극의 폭과 좁은 쪽의 지형 전극의 폭의 합계는 λ/2(규격화 전극폭 0.5)이하일 필요가 있다. 따라서 42.45。 Y-X : 수정을 사용해서 도 1의 일방향성 IDT를 제작한 경우, 반사율이 큰 넓은 쪽의 지형 전극에 반사 중심이 생기기 위해서 지면 우측에 강하게 SAW가 여진되는 순방향이 된다.
따라서 도 3에 나타낸 바와 같이 배치함으로써 순방향으로 여진된 SAW가 수신용의 IDT로 수신되기 때문에, 저손실로 리플이 없는 양호한 필터 특성이 얻어진다.
또 바꾸어 말하면, 일방향성 IDT의 반사율이 작은 지형 전극(좁은 쪽의 지형 전극)으로부터 반사율이 큰 지형 전극(넓은 쪽의 지형 전극)으로 향하는 지형 전극의 폭 방향의 방향과, 이 일방향성 IDT에 의해서 여진된 SAW가 수신용의 IDT로 향하는 방향이 거의 일치하도록 일방향성 IDT를 구성하면, 저손실이면서 리플이 없는 양호한 필터 특성을 지닌 탄성 표면파 필터를 만들 수가 있다.
또한 도 8에 의하면, 규격화 전극폭 0.25 이상에서는 전극폭이 넓어짐에 따라서 반사율이 작아지고 있고, 도 8의 우측 반분의 영역에서는 좁은 쪽의 지형 전극의 반사율을 크게 할 수도 있다. 그러나 2개의 지형 전극의 폭의 합계는 λ/2보다 작게 해야하므로, 실현은 곤란하다.
도 9의 45。 X-Z : Li2B4O7의 경우, 전극폭에 대한 지형 전극 1개당의 반사율의 변화는 도 8의 42.45。 Y-X : 수정의 경우와 유사해서 대략 0.25까지는 전극폭이 넓어짐에 따라서 반사율이 커지고 있다. 따라서 도 1 및 도 3과 같이 배치함으로써 순방향으로 여진된 SAW가 수신용 IDT로 수신되기 때문에, 저손실로 양호한 필터 특성이 얻어진다.
도 10의 X-112。 Y : LiTaO3의 경우, 전극막 두께(H)/전극 주기(λ)가 0.01보다 큰 경우, 규격화 전극폭 W/λ가 대략 0.2까지는 전극폭을 넓게 함에 따라서 반사율은 증가하고 있다. 따라서 42.45。 Y-X : 수정 및 45。 X-Z : Li2B4O7의 경우와 마찬가지로 도 1 및 도 3에 나타낸 바와 같이 일방향성 IDT를 배치함으로써 순방향으로 여진된 SAW가 수신용 IDT로 수신되기 때문에, 저손실로 양호한 필터 특성이 얻어진다.
이상 42.45。 Y-X : 수정, 45。 X-Z : Li2B4O7, 및 X-112。 Y : LiTaO3을 재료로 하는 압전 기판 상에서는 일방향성 IDT의 스플릿 전극의 넓은 쪽 지형 전극쪽이 좁은 쪽 지형 전극에 비해서 반사율이 커지는 것을 설명하였다.
그러나 어느 압전 기판에서도 H/λ=0인 경우, 규격화 전극폭이 λ/8(w/λ: 0.125) 정도일 때에 반사율이 최대가 된다. 즉 좁은 쪽의 지형 전극쪽이 넓은 쪽의 지형 전극보다도 반사율이 커지고, 일본 특개소61-6917호 공보에 기재되어 있는 방향으로 강하게 SAW가 여진된다.
그러나 H/λ를 0으로부터 0.01로 약간 크게 하는 것만으로 최대의 반사율이 얻어지는 전극폭은 λ/5∼λ/4(규격화 전극폭 w/λ=0.2∼0.25)로 비약적으로 넓어진다. 또한 H/λ=0에서는 지형 전극의 폭에 대한 반사율의 변화는 작고, 큰 일방향성을 갖는 일방향성 IDT는 제작하기 어려우므로, H/λ=0의 경우는 무시한다. 이상의 고찰에 의해, 42.45。 Y-X : 수정, 45。 X-Z : Li2B4O7및 X-112。 Y : LiTaO3중 어느 하나의 압전 기판을 사용하였을 경우, 도 1에 나타낸 방향으로 일방향성 IDT를 배치함으로써 순방향의 양호한 특성이 얻어지는 것을 알 수 있다.
또 수정 기판 상에서의 전극폭에 대한 반사율의 변화는 42.45。 Y-X : 수정 이외에 38。 Y-X : 수정[1] 및 34。 Y-X : 수정[2]으로도 마찬가지의 변화를 나타내는 것이 보고되어 있다. 따라서 수정 기판에 대해서는 도 8에 나타낸 42.45。 Y-X : 수정에 한하지 않고, 회전 Y 컷 수정을 사용한 경우에, 도 1에 나타낸 방향으로 일방향성 IDT를 배치함으로써 순방향의 양호한 특성이 얻어지는 것을 알 수 있다.
참고를 위해, 도 11에 128°Y-X : LiNbO3기판의 경우의 전극폭에 대한 지형 전극 1개당의 반사율의 변화를 나타낸다.
이 경우, 반사율이 최대가 되는 전극폭은 막 두께에 관계없이 대략 λ/8(규격화 전극폭 w/λ=0.125)이하로 되어 있고, 도 18에 나타낸 일방향성 IDT에서 좁은 쪽의 전극쪽이 반사율이 커진다. 따라서 일본 특개소61-6917호 공보에 기재된 바와 같이 넓은 쪽으로부터 좁은 쪽으로의 방향, 즉 지면 우측 방향으로 강하게 SAW가 여진된다.
이 결과로부터 도 18의 일방향성 IDT에서는 SAW가 강하게 여진되는 순방향의 방향은 기판에 따라서 변화하고, 128°Y-X : LiNbO3에서는 지면 우측 방향, 회전 Y-X : 수정, 45。 X-Z : Li2B4O7, 및 X-112。 Y : LiTaO3에서는 지면 우측 방향이 순방향이 되는 것을 알 수 있다.
또한 압전 기판으로서, 회전 Y-X : 수정, 45。 X-Z : Li2B4O7, 및 X-112。 Y : LiTaO3을 사용하였을 경우를 나타냈지만, 이에 한정하는 것은 아니고, 전극폭에 대한 지형 전극 1개당의 반사율의 변화가 도 8, 도 9, 도 10에 나타낸 그래프와 마찬가지의 재료이면 된다.
또 탄성파의 모드에 대해서도, 레일리파(Rayleigh wave)에 한정될 필요는 없고, 누설 탄성 표면파(Leaky Surface Acoustic Wave), SSBW(Surface Skimming Bulk Wave), STW(Surface Transverse Wave) 등의 어떠한 모드이어도 된다.
(실시예)
이하에, 36。 Y-X : 기판을 사용해서 도 3에 나타낸 구성의 탄성 표면파 필터에 대해서 설명한다. 일방향성 IDT의 좁은 쪽의 지형 전극의 폭을 λ/8, 넓은 쪽의 지형 전극의 폭을 λ/5로 한다. λ는 전극 주기이고, λ=15㎛이다. 또 전극막 두께 H는 0.19㎛, 전극쌍 수는 일방향성 IDT, 쌍방향성 IDT 모두 95쌍으로 한다.
또한 도 3에 나타낸 바와 같이 일방향성 IDT에 의해서 여진되는 SAW의 전파 방향의 방향(9)은 2개조의 지형 전극의 좁은 쪽 지형 전극으로부터 넓은 쪽의 지형 전극으로 향하는 방향(10)과 일치시키도록 스플릿 전극을 배치한다.
도 12a에 이 탄성 표면파 필터의 주파수 특성을 나타낸다. 또 비교를 위해 도 19와 같이 일방향성 IDT의 스플릿 전극의 지형 전극의 배치를 도 3과는 좌우 반대로 배치하였을 때의 탄성 표면파 필터의 주파수 특성을 도 12b에 나타낸다.
도면을 비교하면, 도 12a쪽이 리플이 없고, 손실도 적어지고 있는 것을 알 수 있다. 210MHz 부근에서 도 12a에서의 손실은 약 11.6dB, 도 12b의 손실은 약 16.6dB로 되어 있다. 또 도 12b에서는 210MHz 부근에서는 리플이 보이지만, 도 12a에는 리플이 없다. 이 결과, 일방향성 IDT를 도 3에 나타낸 방향으로 배치함으로써 양호한 필터의 주파수 특성이 얻어지는 것을 확인할 수 있다.
다음에 일방향성 IDT의 넓은 쪽의 지형 전극의 폭을 λ/6, λ/4로 변화시킨 경우의 탄성 표면파 필터의 특성을 각각 도 13a, 도 14a에 나타낸다. 일방향성 IDT의 스플릿 전극의 배치는 도 3과 동일하게 한다. 또 비교를 위해서 도 19와 같이 배치하였을 때의 필터 특성을 각각 도 13b, 도 14b에 나타낸다.
도 13, 도 14에 의하면, 넓은 쪽의 지형 전극의 폭을 λ/6 혹은 λ/4로 변화시켜도 이 발명의 도 3과 같이 배치함으로써 리플이 없이 저손실인 탄성 표면파 필터를 제작할 수 있는 것을 알 수 있다. 또 회전 Y-X : 수정 중 36。 Y-X : 수정을 사용한 경우에서도 도 3에 나타낸 바와 같은 구성을 취함으로써 양호한 주파수 특성이 얻어진다.
또한 이 실시예에서는 도 3의 구성에 대해서만 나타냈지만, 도 4에서 도 7의 구성과도 마찬가지로, 저손실이면서 리플이 없는 탄성 표면파 필터를 얻을 수가 있다.
본 발명에 의하면, 회전 Y-X : 수정, 45。 X-Z : Li2B4O7, 및 X-112。 Y : LiTaO3중 어느 하나의 압전 기판을 사용하였을 경우, 도 1에 나타낸 바와 같이 일방향성 IDT의 2개조의 지형 전극의 좁은 쪽 지형 전극으로부터 넓은 쪽 지형 전극으로 향하는 방향과, 이 일방향성 IDT로부터 여진된 SAW가 수신용 IDT로 향해야 할 방향을 일치시키고 있으므로, 저손실이면서 리플이 없는 양호한 특성이 얻어진다.
또 상기 실시예의 설명에서는 2개의 방향이 동일한 경우를 나타냈지만, 이 2개의 방향이 완전히 일치하고 있지 않아도 도 2와 같이 이들 2개의 방향으로 만들어진 각도 α가 90。(0≤α<90。)보다 작으면 SAW의 전파 방향과 반대 방향으로는 되지 않으므로, 저손실이면서 리플이 없는 양호한 특성이 얻어진다.
본 발명에 의하면, 압전 기판 상에 복수 IDT로 구성된 탄성 표면파 장치에서 2개의 지형 전극으로 된 스플릿 전극을 구비한 IDT가 탄성 표면파의 반사율이 작은 지형 전극으로부터 반사율이 큰 지형 전극으로 향하는 지형 전극의 폭방향의 방향과, 이 IDT에 의해 여진된 SAW가 수신용 IDT로 향하는 방향이 거의 일치하도록 구성되므로, 저손실이면서 리플이 없는 양호한 주파수 특성을 지닌 탄성 표면파 장치를 얻을 수가 있다.
또 스플릿 전극을 구비한 IDT가 스플릿 전극 중 폭이 좁은 지형 전극으로부터 폭이 넓은 지형 전극으로 향하는 지형 전극의 폭방향의 방향과, 이 IDT에 의해 여진된 SAW가 수신용 IDT로 향하는 방향이 거의 일치하도록 구성되므로, 마찬가지로 저손실이면서 리플이 없는 양호한 주파수 특성을 얻을 수가 있다.
특히 압전 기판의 재료로서, 회전 Y-X 수정, 45。 X-Z : Li2B4O7또는X-112。 Y : LiTaO3중 어느 하나의 재료를 사용하였을 때에, 저손실이면서 리플이 없는 양호한 주파수 특성을 갖는 탄성 표면파 장치를 제공할 수 있다.

Claims (6)

  1. 압전 기판과, 압전 기판의 표면 상에 배치된 복수개의 송신용 및 수신용 인터디지털 트랜스듀서로 구성된 탄성 표면파 장치로서,
    상기 인터디지털 트랜스듀서의 적어도 1개가 2개의 지형 전극을 1조로 해서 정부 교대로 배치된 발 형상의 스플릿 전극으로 되고,
    상기 스플릿 전극의 2개의 지형 전극은 탄성 표면파가 여진되는 방향의 폭이 다르고, 상기 2개의 지형 전극 중 탄성 표면파의 반사율이 작은 지형 전극으로부터 반사율이 큰 지형 전극으로 향하는 지형 전극의 폭 방향의 방향과, 상기 스플릿 전극으로 된 인터디지털 트랜스듀서에 의해서 여진된 탄성표면파가 수신용 인터디지털 트랜스듀서로 향하는 방향과 이루는 각도α가 0≤α<90。인 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 압전 기판이 회전 Y-X : 수정 기판인 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 압전 기판이 36。 Y-X : 수정, X-112。 Y : LiTaO3또는 45。 X-Z : Li2B4O7를 사용한 기판인 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 장치.
  4. 압전 기판과, 압전 기판의 표면 상에 배치된 복수개의 송신용 및 수신용 인터디지털 트랜스듀서로 구성된 탄성 표면파 장치로서,
    상기 인터디지털 트랜스듀서의 적어도 1개가 2개의 지형 전극을 1조로 해서 정부 교대로 배치된 발 형상의 스플릿 전극으로 되고,
    상기 스플릿 전극의 2개의 지형 전극은 탄성 표면파가 여진되는 방향의 폭이 다르고, 상기 2개의 지형 전극 중 폭이 좁은 지형 전극으로부터 폭이 넓은 지형 전극으로 향하는 지형 전극의 폭 방향의 방향과, 상기 스플릿 전극으로 된 인터디지털 트랜스듀서에 의해서 여진된 탄성 표면파가 수신용 인터디지털 트랜스듀서로 향하는 방향과 이루는 각도가 0≤α<90。인 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 압전 기판이 회전 Y-X : 수정 기판인 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 장치.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 압전 기판이 36。 Y-X : 수정, X-112。 Y : LiTaO3또는 45。 X-Z : Li2B4O7를 사용한 기판인 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 장치.
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