KR19990087612A - 탄성 표면파 소자 및 이것을 이용한 휴대 전화기 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 탄성 표면파 소자에 있어서는, 니오브산리튬 혹은 탄타르산리튬으로 이루어지는 압전 기판 상에, 탄성 표면파를 전파시키기 위한 전극이 형성되어 있다. 니오브산리튬으로 이루어지는 압전 기판에 대해서는, 상기 압전 기판의 절단면 및 탄성 표면파 전파 방향을, 오일러각 표시에서 (φ, θ, ψ) 및 이것과 실질적으로 등가인 범위로 할 때, φ를 0°∼ 86°혹은 95°∼ 180°, θ를 73°∼ 118°, ψ를 0°∼ 44°의 범위로 설정한다. 또한, 탄타르산리튬 기판에 대해서는, 상기 압전 기판의 절단면 및 탄성 표면파 전파 방향을, 오일러각 표시에서 (φ, θ, ψ) 및 이것과 실질적으로 등가인 범위로 할 때, φ를 0°∼ 87°혹은 91°∼ 180°, θ을 80°∼ 120°, ψ을 0°∼ 44°의 범위로 설정한다. 이에 따라, 고성능의 탄성 표면파 소자를 실현할 수 있다.
Description
휴대 전화기등의 통신 기기에 있어서는, 공진기 필터, 신호 처리용 지연선등의 회로 소자로서, 탄성 표면파 소자가 널리 응용되고 있다. 탄성 표면파 소자는, 예를 들면 압전성을 구비한 기판의 표면에 발형의 전극이나, 격자형의 반사기를 형성하고, 전기 신호와 탄성 표면파의 상호의 변환을 행한다.
일반적으로, 탄성 표면파 소자의 압전 기판에 있어서는, 전기 기계 결합 계수가 큰 것, 전파 손실이 작은 것등이 요구된다.
그런데, 최근의 통신 기기의 고주파화에 따라, 기가헬츠대에서 사용 가능한 탄성 표면파 소자에의 필요성이 높아지고 있다. 탄성 표면파 소자의 중심 주파수 f0은, 탄성 표면파의 전파 속도 V와 전극 지주기L (= 파장λ)과의 관계에서 다음식에 의해 나타내어진다.
따라서, 탄성 표면파 소자의 고주파화에 대응하기 위해서는, 높은 전파 속도(위상 속도) V를 얻을 수 있는 압전 기판을 개발할 필요가 있다. 이것에는, 다이아몬드와 같은 경질의 기판 재료를 이용하는 방법과, 소위 누설 탄성 표면파를 이용하는 방법이 있다.
누설 탄성 표면파는, 탄성체의 깊이 방향으로 에너지를 방사하면서 표면을 전파하는 탄성파로서, 사용하는 탄성체 표면의 절단면이나 탄성 표면파 전파 방향을 적절히 선택함으로써, 전파 손실을 작게 하고, 레일리(Rayleigh)파보다도 더 높은 전파 속도를 실현하는 것이 가능하다.
누설 탄성 표면파를 이용한 탄성 표면파 소자로서는, 수정 LST 컷트, 니오브산리튬(LiNbO3)의 41°Y-X 컷트, 64°Y-X 컷트, 및 탄타르산리튬(LiTaO3)의 36°Y-X 컷트가 알려져 있다(淸水康敬「탄성 표면파 재료의 전파 물질과 이용의 현상」 전자 정보 통신 학회 논문지 A Vo1. J76-A, No. 2, pp129-137, 1993).
또한, 사붕산 리튬(Li2B4O7) 기판에 있어서는, 빠른 횡파의 위상 속도를 넘는 누설 탄성 표면파가 보고되고 있다(佐藤隆裕, 阿部秀典「사붕산리튬 기판에 있어서의 종파형 리키파」1994년 전자 정보 통신 학회 춘계 대회 예비 요약 원고집). 이 누설 탄성 표면파의 위상 속도는, 종파의 위상 속도에 가까우므로 종파형 리키파라고 불리고 있다.
또한, 임의의 절단면을 구비하는 니오브산리튬 기판을 전파하는 누설 탄성 표면파에 대해서는 이미 보고되어 있다(淸水康敬, 村上淳司「LiNbO3기판 누설 탄성 표면파의 특성과 신컷트」 전자 통신 학회 논문지 C Vo1. J69-C, No. 10, pp1309-13l8, 1986).
그래서 본 발명자등은, 종래의 탄타르산리튬 기판 및 니오브산리튬 기판에서 얻을 수 있는 위상 속도는 약 4400m/s로서, 더욱 높은 위상 속도의 절단면 및 탄성 표면파 전파 방향이 존재할 가능성이 있다라고 생각하고, 탄타르산리튬 기판 및 니오브산리튬 기판에 있어서의 누설 탄성 표면파의 전파 특성을, 절단면 및 탄성 표면파 전파 방향을 여러가지로 바꿈으로써 이론적으로 연구하였다. 이 결과, 2개의 타입의 누설 탄성 표면파, 즉 느린 횡파와 빠른 횡파 사이의 위상 속도를 갖는 제1 누설 표면파(First Leaky Wave)와, 빠른 횡파를 넘는 위상 속도를 갖는 제2 누설 표면파(Second Leaky Wave)를 발견하고, 탄타르산리튬 기판에 있어서는 약 6000m/s를 넘는 위상 속도, 니오브산리튬에 있어서는 약 7000m/s를 넘는 위상 속도를 얻을 수 있는 절단면 및 탄성 표면파 전파 방향을 발견하였다(제15회 초음파 전자의 기초와 응용에 관한 심포지움 강연 예비 요약 원고집, 평성6년, 185 ∼ 186 페이지).
우선, 도 15에 기초하여 절단면 및 탄성 표면파 전파 방향을 특정하기 위한 오일러각(φ, θ, ψ) 에 관해 설명한다.
도시된 바와 같이 결정축을 X, Y, Z 로 할 때, Z 축을 중심으로 하여 X 축을 Y 축측으로 각도 φ만큼 회전시켜, 이것을 A1 축으로 한다. 이어서 A1 축을 중심으로하여 Z 축을 반시계 방향으로 각도 θ만큼 회전시키고, 이것을 A2 축으로 한다. 이 A2 축을 법선으로 하여 A1 축을 포함하는 면방위에서 컷트하여 기판으로 한다. 그리고, 상기 면방위로 컷트한 기판에 있어서, A2 축을 중심으로 하여 A1 축을 반시계 방향으로 각도 ψ만큼 회전시킨 축을 A3 축으로 하고, 이 A3 축을 탄성 표면파 전파 방향으로 한다. 이 때, 절단면 및 탄성 표면파 전파 방향을 오일러각(φ, θ, ψ)으로 표시하는 것이다.
이하, 도 11 내지 도 14에 기초하여, 상기 연구에 대해 구체적으로 설명한다. 또한, 탄성 표면파 소자의 특성 평가에 있어서는, 종래부터 알려져 있는 일반적인 해법(예를 들면, J. J. Campbell, W. R. Jones, "A Method for Estimating Optimal Crystal Cuts and Propagation Directions for Excitation of Piezoelectric Surface Waves", IEEE transaction on Sonics and Ultrasonics. vo1. SU-15, No.4, pp209-217, (1968) 참조)를 채용하고, 컴퓨터 시뮬레이션에 의해, 위상 속도, 전기 기계 결합 계수 및 전파 손실을 산출하였다.
그리고, 가장 적합한 절단면 및 탄성 표면파 전파 방향에 대해서는, 실제로 탄성 표면파 소자를 시험삼아 만들고, 그 특성을 조사한 바, 시뮬레이션 결과와 부합하는 측정치를 얻을 수 있었다. 이에 따라, 컴퓨터 시뮬레이션의 타당성이 뒷받침된다.
도 11 및 도 12는, 탄타르산리튬 기판의 (90°, 90°, ψ) 컷트에 있어서, 표면이 전기적 개방(open) 및 전기적 단락(short)의 양 경우에 대해, 제2 누설 표면파의 전파 특성을 각도 ψ의 함수로서 나타낸 것이다.
도 11에 도시된 바와 같이, 제2 누설 표면파의 위상 속도는, 표면이 개방, 단락의 모든 경우에도 약 6000m/s로, 레일리파의 약 2배의 높은 위상 속도를 갖고, 종파(Longitudinal)의 위상 속도에 매우 가깝게 되어 있다.
도 12는, 전기 기계 결합 계수 및 1파장당의 전파 손실을 나타내고 있고, 도시된 바와 같이 ψ가 31°로써, 전기 기계 결합 계수 K2는 최대치 2.14%로 되어 있다. 또한, 표면이 전기적 개방의 경우에 있어서의 전파 손실은, 전기적 단락의 경우 에 있어서의 전파 손실보다도 매우 작다. 그리고, 표면이 개방 및 단락의 양 경우에 있어서, 전파 손실은, ψ이 164°로써 대략 영으로 되어 있다.
도 13 및 도 14는, 니오브산리튬 기판의 (90°, 90°, ψ) 컷트에 있어서, 표면이 전기적 개방 및 전기적 단락의 양경우에 대해, 제2 누설 표면파의 전파 특성을 각도 ψ의 함수로서 나타낸 것이다.
도 13에 도시된 바와 같이, 제2 누설 표면파의 위상 속도는 약 7000m/s로, 매우 고속이고, 레일리파의 위상 속도의 약 2배로 되어 있다. 또한, 제2 누설 표면파의 위상 속도는, 전기적 개방의 경우와 전기적 단락의 경우에서 다른 변화를 나타내고 있고, ψ가 37°에서는 약 500m/s의 차이가 있으며, 이 결과 큰 기계 전기 결합 계수를 얻을 수 있다.
도 14는, 전기 기계 결합 계수 및 1파장당의 전파 손실을 나타내고 있고, 도시된 바와 같이 ψ이 37°로써, 전기 기계 결합 계수 K2는 최대치 12.9%로, 큰 값으로 되어 있다. 또한, 표면이 전기적 개방의 경우에 있어서의 전파 손실은, 전기적단락의 경우에 있어서의 전파 손실보다도 매우 작다. 그리고, 표면이 개방 및 단락의 양경우에 있어서, 전파 손실은, ψ가 164°로써 대략 영으로 되어 있다.
이상의 결과로부터, 본 발명자등은, 탄타르산리튬 기판에 대해서는, (90°, 90°, ψ) 컷트가 바람직하고, (90°, 90°, 31°) 컷트가 더욱 바람직하다고 보고되어 있다. 또한, 니오브산리튬 기판에 대해서는, (90°, 90°, ψ) 컷트가 바람직하고, (90°, 90°, 37°) 컷트가 더욱 바람직하다고 보고하고 있다.
그러나, 상기 연구에 있어서는, 전파 손실에 대해 충분한 연구가 이루어지지 않고, 전파 손실이 더욱 적은 절단면 및 탄성 표면파 전파 방향이 존재할 가능성이 있다.
본 발명의 목적은, 니오브산리튬 기판 및 탄타르산리튬 기판에 있어서, 종래와 동일한 정도의 높은 위상 속도 및 큰 전기 기계 결합 계수를 유지하여 전파 손실을 감소시킬 수 있는 절단면 및 탄성 표면파 전파 방향을 발견하고, 이에 따라 고성능의 탄성 표면파 소자 및 이것을 이용한 휴대 전화기를 제공하는 것이다.
<발명의 개시>
본 발명에 따른 제1 탄성 표면파 소자는, 니오브산리튬으로 이루어지는 압전 기판 상에, 탄성 표면파를 전파시키기 위한 전극을 형성한 탄성 표면파 소자에 있어서, 상기 압전 기판의 절단면 및 탄성 표면파 전파 방향을, 오일러각 표시에서 (φ, θ, ψ) 및 이것과 실질적으로 등가인 범위로 할 때, φ, θ 및 ψ을 하기 수학식 2의 범위로 설정한 것을 특징으로 한다.
73°≤ θ ≤ 118°
0°≤ ψ ≤ 44°
바람직하게는, φ, θ 및 ψ는 하기 수학식어? 3의 범위로 설정된다.
83°≤ θ ≤ 105°
0°≤ ψ ≤ 38°
상기 제1 탄성 표면파 소자에 있어서는, 니오브산리튬 기판의 (0°≤ φ ≤ 86°, 73°≤ θ ≤ 118°, 0°≤ ψ ≤ 44°) 컷트 및 니오븀리튬 기판의 (95°≤ φ ≤ 180°, 73°≤ θ ≤ 118°, 0°≤ ψ ≤ 44°) 컷트에 있어서, 위상 속도 및 전기 기계 결합 계수는 종래와 동일한 정도의 값을 얻을 수 있고, 또한 전파 손실은 0.05㏈/λ 이하로 더 작은 값을 얻을 수 있다.
또한, (0°≤ φ ≤ 83°, 83°≤ θ ≤ 105°, 0°≤ ψ ≤ 38°) 컷트 및 니오븀리튬 기판의 (98°≤ φ ≤ 180°, 83°≤ θ ≤ 105°, 0°≤ ψ ≤ 38°) 컷트에 있어서, 전파 손실은 0.02㏈/λ 이하로 더욱 작은 값을 얻을 수 있다.
본 발명에 따른 제2 탄성 표면파 소자는, 탄타르산리튬으로 이루어지는 압전 기판 상에, 탄성 표면파를 전파시키기 위한 전극을 형성한 탄성 표면파 소자에 있어서, 상기 압전 기판의 절단면 및 탄성 표면파 전파 방향을, 오일러각 표시에서 (φ, θ, ψ) 및 이것과 실질적으로 등가인 범위로 할 때, φ, θ 및 ψ를 하기 수학식 4의 범위로 설정한 것을 특징으로 한다.
80°≤ θ ≤ 120°
0°≤ ψ ≤ 44°
바람직하게는, φ, θ 및 ψ는 하기 수학식 5의 범위로 설정된다.
87° ≤ θ ≤ 114°
0°≤ ψ ≤ 36°
상기 제2 탄성 표면파 소자에 있어서는, 탄타르산리튬 기판의 (0°≤ φ ≤ 87°, 80°≤ θ ≤ 120°, 0°≤ ψ ≤ 44°) 컷트 및 탄타르산리튬 기판의 (91°≤ φ ≤ 180°, 80°≤ θ ≤ 120°, 0°≤ ψ ≤ 44°) 컷트에 있어서, 위상 속도 및 전기 기계 결합 계수는 종래와 동일한 정도의 값을 얻을 수 있고, 전파 손실은 0.005㏈/λ 이하로 더 작은 값을 얻을 수 있다.
또한, 탄타르산리튬 기판의 (0°≤ φ ≤ 85°, 87°≤ θ ≤ 114°, 0°≤ ψ ≤ 36°) 컷트 및 탄타르산리튬 기판의 (93°≤ φ ≤ 180°, 87°≤ θ ≤ 114°, 0°≤ ψ ≤ 36°)에 있어서, 전파 손실은 0.002㏈/λ 이하의 더 작은 값을 얻을 수 있다.
본 발명에 따르면, 니오브산리튬 기판 및 탄타르산리튬 기판에 있어서 절단면 및 탄성 표면파 전파 방향을 적절히 설정함으로써, 종래와 동일한 정도의 높은 위상 속도 및 큰 전기 기계 결합 계수를 유지하여, 전파 손실을 감소시킬 수 있다.
본 발명은, 니오브산리튬 혹은 탄타르산리튬을 압전 재료로 하는 탄성 표면파 소자의 기술 분야에 관한 것이다.
도 1은, (φ, θ, 37°) 컷트의 니오브산리튬 기판을 구비한 탄성 표면파 소자의 전파 손실에 대한 특성을 나타내는 그래프.
도 2는, (φ, 92°, 37°) 컷트의 니오브산리튬 기판을 구비한 탄성 표면파 소자의 전파 손실에 대한 특성을 나타내는 그래프.
도 3은, (82°, θ, 37°) 컷트의 니오브산리튬 기판을 구비한 탄성 표면파 소자 및 (90°, θ, 37°) 컷트의 니오브산리튬 기판을 구비한 탄성 표면파 소자의 위상 속도 및 전기 기계 결합 계수에 관한 특성을 나타내는 그래프.
도 4는, 상기 2개의 탄성 표면파 소자의 TCD 및 PFA에 관한 특성을 나타내는 그래프.
도 5는, (82°, 92°, ψ) 컷트의 니오브산리튬 기판을 구비한 탄성 표면파 소자의 전파 손실에 대한 특성을 나타내는 그래프.
도 6은, (φ, θ°, 31°) 컷트의 탄타르산리튬 기판을 구비한 탄성 표면파 소자의 전파 손실에 대한 특성을 나타내는 그래프.
도 7은, (φ, 91°, 31°) 컷트의 탄타르산리튬 기판을 구비한 탄성 표면파 소자의 전파 손실에 대한 특성을 나타내는 그래프.
도 8은, (85°, 91°, ψ) 컷트의 탄타르산리튬 기판을 구비한 탄성 표면파 소자의 전파 손실에 대한 특성을 나타내는 그래프.
도 9는, 탄성 표면파 필터를 구성하는 1포트 공진기의 구성을 나타내는 평면도.
도 10은, 휴대 전화기의 전체 구성을 나타내는 블럭도.
도 11은, (90°, 90°, ψ) 컷트의 탄타르산리튬 기판을 구비한 탄성 표면파 소자의 위상 속도에 대한 특성을 나타내는 그래프.
도 12는, 상술한 바와 같은 탄성 표면파 소자의 전기 기계 결합 계수 및 전파 손실에 대한 특성을 나타내는 그래프.
도 13은, (90°, 90°, ψ) 컷트의 니오브산리튬 기판을 구비한 탄성 표면파 소자의 위상 속도에 대한 특성을 나타내는 그래프.
도 14는, 동상의 탄성 표면파 소자의 전기 기계 결합 계수 및 전파 손실에 대한 특성을 나타내는 그래프.
도 15는, 오일러각 표시를 설명하는 도면.
우선, 도 1 ∼ 도 8에 도시된 컴퓨터 시뮬레이션 결과에 기초하여, 니오브산리튬 기판 및 탄타르산리튬 기판에 있어서의 제2 누설 표면파의 전파 특성에 대해 진술한다.
니오브산리튬 기판에 있어서의 제2 누설 표면파
도 1은, 니오브산리튬 기판의 (φ, θ, 37°) 컷트에 있어서, 제2 누설 표면파의 1파장당의 전파 손실을 각도 θ의 함수로서 나타낸 것이다.
도시된 바와 같이, φ를 90°로부터 82°까지 여러가지로 변화시키면, θ이 약 85° 이상에 있어서 전파 손실은 서서히 감소한다.
φ가 82°일 때, 전파 손실은, θ가 73° 이상 118° 이하일 때 0.05㏈/λ 이하, θ가 77° 이상 113° 이하일 때 0.04㏈/λ 이하, θ가 80° 이상 109° 이하일 때 0.03㏈/λ 이하, θ가 83° 이상 105° 이하일 때 0.02㏈/λ 이하, θ가 87° 이상 100° 이하일 때 0.01㏈/λ 이하로 되어 있다. 또한, θ이 92°로서, 전파 손실은 최소치로 되어 있다.
도 2는, 니오브산리튬 기판의 (φ, 92°, 37°) 컷트에 있어서, 제2 누설 표면파의 1파장당의 전파 손실을 각도 φ의 함수로서 나타낸 것이다.
도시된 바와 같이, 전파 손실은, φ가 91°로써 최대치가 되어 있고, φ가 86° 이하 혹은 95° 이상일 때 0.05㏈/λ 이하, φ가 85° 이하 혹은 96° 이상일 때0.04㏈/λ 이하, φ가 84° 이하 혹은 97° 이상일 때 0.03㏈/λ 이하, φ가 83° 이하 혹은 98° 이상일 때 0.02㏈/λ 이하, φ가 82° 이하 혹은 99° 이상일 때 0.01㏈/λ 이하로 되어 있다. 또한, φ가 약 80° 이하 및 약 100° 이상에서는, 컴퓨터 시뮬레이션에 의한 해답을 얻을 수 없었다. 이것은, 본 발명이 이용하려고 하는 제2 누설 표면파의 모드와는 다른 모드가 발생하여, 제2 누설 표면파가 존재하지 않게 되기 때문이라고 생각되어진다. 그러나, 현실의 탄성 표면파 소자에 있어서는, 이 각도 범위에서, 전파 손실은 매우 영에 가까운 값을 취하는 것으로 추정된다.
도 3은, 니오브산리튬 기판의 (82°, θ, 37°) 컷트 및 (90°, θ, 37°) 컷트에 있어서, 제2 누설 표면파의 위상 속도 및 전기 기계 결합 계수 K2를 각도 θ의 함수로서 나타낸 것이다.
도시된 바와 같이, 제2 누설 표면파의 위상 속도에 대해서는, φ가 82°일 때의 위상 속도는, φ가 90°일 때의 위상 속도와 동일한 변화를 나타내고, 전체적으로 좌측으로 시프트하고 있지만, 동일한 정도의 값을 얻을 수 있다. 또한, 전기 기계 결합 계수 K2에 대해서도, φ가 82°일 때의 전기 기계 결합 계수 K2는, φ이 90°일 때의 전기 기계 결합 계수 K2와 동일한 변화를 나타내고, 전체적으로 좌측으로 시프트하고 있지만, 동일한 정도의 값을 얻을 수 있다.
도 4는, 니오브산리튬 기판의 (82°, θ, 37°) 컷트 및 (90°, θ, 37°) 컷트에 있어서, 제2 누설 표면파의 TCD (지연 특성의 온도 특성) 및 PFA (파워플로우각)을 각도 θ의 함수로서 나타낸 것이다.
도시된 바와 같이, TCD에 대해서는, φ가 82°일 때의 TCD는, φ가 90°일 때의 TCD와 동일한 변화를 나타내고, 전체적으로 좌측으로 시프트하고 있지만, 동일한 정도의 값을 얻을 수 있고, θ가 85°로서 최소치 약 68ppm/℃로 되어 있다.
또한, PFA에 대해서는, φ가 82°일 때의 PFA는, φ가 90°일 때의 PFA에 비교하여, 전체적으로 작아지고 있고, θ가 60°∼ 120°의 전범위에 걸쳐 2deg 이하의 값을 얻을 수 있다.
도 5는, 니오브산리튬 기판의 (82°, 92°, ψ) 컷트에 있어서, 제2 누설 표면파의 1파장당의 전파 손실을 각도 ψ의 함수로서 나타낸 것이다.
도시된 바와 같이, 전파 손실은, ψ가 44° 이하일 때 0.05㏈/λ 이하, ψ가 42° 이하일 때 0.04㏈/λ 이하, ψ가 40° 이하일 때 0.03㏈/λ 이하, ψ가 38° 이하일 때 0.02㏈/λ 이하, ψ가 36° 이하일 때 0.01㏈/λ 이하로 되어 있다. 또한, ψ가 약 34° 이하에서는 컴퓨터 시뮬레이션에 의한 해답을 얻을 수 없다. 이것은, 제2 누설 표면파의 모드와는 다른 모드가 발생하여, 제2 누설 표면파가 존재하지 않게 되기 때문이라고 생각되어진다. 그러나, 현실의 탄성 표면파 소자에 있어서는, 이 각도 범위에서, 전파 손실은 매우 영에 가까운 값을 취하는 것으로 추정된다.
하기 표 1은, 본 발명의 니오브산리튬 기판의 (82°, 92°, 37°) 컷트에 있어서의 전파 특성, 및 종래 예의 니오브산리튬 기판의 (90°, 90°, 37°) 컷트에 있어서의 전파 특성을 나타내고 있다.
| 본 발명 | 종래예 | |
| 컷트 방위전파 손실(㏈/λ)위상 속도(m/s)K2(%)TCD(ppm/℃)PFA(°) | (82°, 92°, 37°)0.003627304.9908710.92468.41191.665 | (90°, 90°, 37°)0.064477366.0286212.90668.2473-0.096 |
상기 표 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 있어서의 전파 손실은, 종래예에 있어서의 전파 손실의 약 1/20으로, 대폭 감소한 값이 되었다. 또한, 위상 속도, 전기 기계 결합 계수 K2, 및 TCD는 종래 예와 동일한 정도의 값을 얻을 수 있다. PFA에 대해서는, 종래예의 PFA의 절대치에 비교하여 큰 값으로 되어 있지만, 탄성 표면파 소자로서의 동작에 지장은 없다.
니오브산리튬 기판에 있어서는, 절단면 및 탄성 표면파 전파 방향을 (0°∼ 86°, 73°∼ 118°, 0°∼ 44°) 혹은 (95°∼ 180°, 73°∼ 118°, 0°∼ 44°)의 범위, 바람직하게는 (0°∼ 83°, 83°∼ 105°, 0°∼ 38°) 혹은 (98°∼ 180°, 83°∼ 105°, 0°∼ 38°)의 범위, 더욱 바람직하게는 (82°, 92°, 37°)로 설정함으로써, 종래와 동일한 정도의 높은 위상 속도 및 큰 전기 기계 결합 계수를 유지하여, 전파 손실을 감소시킬 수 있다.
탄타르산리튬 기판에 있어서의 제2 누설 표면파
도 6은, 탄타르산리튬 기판의 (φ, θ, 31°) 컷트에 있어서, 제2 누설 표면파의 1파장당의 전파 손실을 각도 θ의 함수로서 나타낸 것이다.
도시된 바와 같이, φ를 90°로부터 85°까지 여러가지로 변화시키면, θ이 약 90° 이상 약 120° 이하의 범위에서, 전파 손실은 서서히 감소한다.
φ가 85°일 때, 전파 손실은 θ이 약 60° 이상 약 91° 이하의 범위에서는 θ가 증대함에 따라 감소하고, 약 110° 이상 약 120° 이하의 범위에서는 θ가 증대함에 따라 증가하고 있다. 또한, θ가 약 91° 이상 약 110° 이하의 범위에서는, 컴퓨터 시뮬레이션에 의한 해답을 얻을 수 없다. 이것은, 제2 누설 표면파의 모드와는 다른 모드가 발생하여, 제2 누설 표면파가 존재하지 않게 되기 때문이라고 생각되어진다. 그러나, 현실의 탄성 표면파 소자에 있어서는, 이 각도 범위에서, 전파 손실은 매우 영에 가까운 값을 취하는 것으로 추정된다.
또한, 전파 손실은 θ가 80° 이상 120° 이하일 때 0.005㏈/λ 이하, θ가 82° 이상 118° 이하일 때 0.004㏈/λ 이하, θ가 85° 이상 116° 이하일 때 0.003㏈/λ 이하, θ가 87° 이상 114° 이하일 때 0.002㏈/λ 이하, θ가 89° 이상 112° 이하일 때 0.00l㏈/λ 이하로 되어 있다.
도 7은, 탄타르산리튬 기판의 (φ, 91°, 31°) 컷트에 있어서, 제2 누설 표면파의 1파장당의 전파 손실을 각도 φ의 함수로서 나타낸 것이다.
도시된 바와 같이, 전파 손실은, φ가 89°로써 최대치가 되어 있고, φ가 87° 이하 혹은 91° 이상일 때 0.005㏈/λ 이하, φ가 86° 이하 혹은 92° 이상일 때 0.004㏈/λ 이하, φ가 85° 이하 혹은 93° 이상일 때 0.003㏈/λ 이하, φ가 85° 이하 혹은 93° 이상일 때 0.002㏈/λ 이하, φ가 84° 이하 혹은 94° 이상일 때 0.00l㏈/λ 이하가 되어 있다. 또한, φ이 약 83° 이하 및 약 95° 이상에서는, 컴퓨터 시뮬레이션에 의한 해답을 얻을 수 없다. 이것은, 제2 누설 표면파의 모드와는 다른 모드가 발생하여, 제2 누설 표면파가 존재하지 않게 되기 때문이라고 생각되어진다. 그러나, 현실의 탄성 표면파 소자에 있어서는, 이 각도 범위에서 전파 손실은 매우 영에 가까운 값을 취하는 것으로 추정된다.
도 8은, 탄타르산리튬 기판의 (85°, 91°, ψ) 컷트에 있어서, 제2 누설 표면파의 1파장당의 전파 손실을 각도 ψ의 함수로서 나타낸 것이다.
도시된 바와 같이, 전파 손실은, ψ이 44° 이하일 때 0.005㏈/λ 이하, ψ이 41° 이하일 때 0.004㏈/λ 이하, ψ가 39° 이하일 때 0.003㏈/λ 이하, ψ이 36° 이하일 때 0.002㏈/λ 이하, ψ이 34° 이하일 때 0.001㏈/λ 이하로 되어 있다. 또한, ψ가 약 30° 이하에서는 컴퓨터 시뮬레이션에 의한 해답을 얻을 수 없다. 이것은, 제2 누설 표면파의 모드와는 다른 모드가 발생하여, 제2 누설 표면파가 존재하지 않게 되기 때문이라고 생각되어진다. 그러나, 현실의 탄성 표면파 소자에 있어서는, 이 각도 범위에서, 전파 손실은 매우 영에 가까운 값을 취하는 것으로 추정된다.
하기 표 2는, 본 발명의 탄타르산리튬 기판의 (85°, 91°, 31°)에 있어서의 전파 특성, 및 종래의 탄타르산리튬 기판의 (90°, 90°, 31°) 에 있어서의 전파 특성을 나타내고 있다.
| 본 발 명 | 종 래 예 | |
| 컷트 방위전파 손실(㏈/λ)위상 속도(m/s)K2(%)TCD(ppm/℃)PFA(°) | (85°, 91°, 31°)0.000106238.930601.54946.90364.430 | (90°, 90°, 31°)0.006176263.528911.79847.11044.081 |
상기 표 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 있어서의 전파 손실은, 종래 예에 있어서의 전파 손실의 약 1/60으로, 대폭 감소한 값으로 되어 있다. 또한, 위상 속도, 전기 기계 결합 계수 K2, 및 TCD는, 종래 예와 동일한 정도의 값을 얻을 수 있다. PFA에 대해서는, 종래 예의 PFA의 절대치에 비교하여 큰 값으로 되어 있지만, 탄성 표면파 소자로서의 동작에 지장은 없다.
탄타르산리튬 기판에 있어서는, 면방위 및 탄성 표면파 전파 방향을 (0°∼ 87°, 80°∼ 120°, 0°∼ 44°) 혹은 (91°∼ 180°, 80°∼ 120°, 0°∼ 44°)의 범위, 바람직하게는 (0°∼ 85°, 87°∼ 114°, 0°∼ 36°) 혹은 (93°∼ 180°, 87°∼ 114°, 0°∼ 36°)의 범위, 더욱 바람직하게는 (85°, 91°, 31°)으로 설정함으로써, 종래와 동일한 정도의 높은 위상 속도 및 큰 전기 기계 결합 계수를 유지하여, 전파 손실을 감소시킬 수 있다.
또한, 도 1 내지 도 8에 도시된 특성은, 컴퓨터 시뮬레이션에 의한 것이지만, 본 실시예에서 채용한 상술된 특성 평가 수법에, 예를 들면 탄성 표면파 소자의 모델화에 따른 다소의 오차가 있었다고 해도, 그 오차는 도 1 내지 도 8의 그래프의 횡축 방향으로는 거의 발생하지 않는다고 생각되어진다.
이어서, 본 발명을, 휴대 전화기의 탄성 표면파 필터를 구성하도록 탄성 표면파 소자에 실시한 예에 대해, 도면에 따라 구체적으로 설명한다.
본 실시예에 따른 탄성 표면파 필터는, 도 9에 도시된 탄성 표면파 소자(l)를 1 혹은 복수개 조합하여 구성되고, 탄성 표면파 소자(1)는 도시된 바와 같이 기판(10)의 표면에 한쌍의 빗살형 전극(11) (11)과 격자형의 반사기(12) (12)를 형성한 것이다.
또한, 니오브산리튬 기판에 있어서는, 면방위 및 탄성 표면파 전파 방향이 오일러각 표시에서 (0°∼ 86°, 73°∼ 118°, 0°∼ 44°) 혹은 (95°∼ 180°, 73°∼ 118°, 0°∼ 44°)의 범위, 바람직하게는 (0°∼ 83°, 83°∼ 105°, 0°∼ 38°) 혹은 (98°∼ 180°, 83°∼ 105°, 0°∼ 38°)의 범위, 더욱 바람직하게는 (82°, 92°, 37°) 이 되도록 설정된다. 또한, 탄타르산리튬 기판에 있어서는, 면방위 및 탄성 표면파 전파 방향이 오일러각 표시에서 (0°∼ 87°, 80°∼ 120°, 0°∼ 44°) 혹은 (91°∼ 180°, 80°∼ 120°, 0°∼ 44°)의 범위, 바람직하게는 (0°∼ 85°, 87°∼ 114°, 0°∼ 36°) 혹은 (93°∼ 180°, 87°∼ 114°, 0°∼ 36°)의 범위, 더욱 바람직하게는 (85°, 91°, 31°) 이 되도록 설정된다.
도 10은, 본 실시예의 휴대 전화기의 전체 구성을 나타내고 있다. 여기서, 밴드 패스 필터(22)(32)로서, 상기 탄성 표면파 필터가 채용된다. 또한, 분파기(3)는, 송신 주파수의 음성 신호를 통과시키는 필터와 수신 주파수의 음성 신호를 통과시키는 필터에 의해 구성되고, 이들 필터로서 상기 탄성 표면파 필터가 채용된다. 또한, IF 회로(4)는, 1 혹은 복수개의 고주파 필터를 구비하고, 이들 고주파 필터로서 상기 탄성 표면파 필터가 채용된다.
도시된 바와 같이, 안테나(2)에 의해 수신된 음성 신호는, 우선 분파기(3)로 공급되어 수신 주파수의 음성 신호가 추출되고, 증폭기(21)로 공급되어 증폭되고, 또한 밴드 패스 필터(22)로 공급되어 노이즈 신호가 제거된다. 이에 의해 얻어진 신호는, 믹서(23)로 공급되어, IF 회로(4)로부터의 신호에 기초하여 수신 주파수보다도 주파수가 낮은 제1 주파수 신호로 변환되고, IF 회로(4)로 공급되어 더욱 주파수가 낮은 제2 주파수 신호로 변환된다. 그리고, IF 회로(4)로부터 출력된 제2 주파수 신호는, 복조기(24)로 공급되어 복조된 후, 시분할 다중 회로(5) 및 음성 신호 처리 회로(6)를 거쳐 스피커(7)로 공급된다.
한편, 마이크(8)로부터의 음성 신호는, 음성 신호 처리 회로(6) 및 시분할 다중 회로(5)를 거쳐 변조기(34)로 공급되어 변조된 후, IF 회로(4)로 공급되어, 마이크(8)로부터의 음성 신호보다도 주파수가 높은 제3 주파수 신호로 변환된다. 그리고, IF 회로(4)로부터 출력된 제3 주파수 신호는, 믹서(33)로 공급되어 더욱 주파수가 높은 송신 주파수의 음성 신호로 변환되고, 밴드 패스 필터(32)로 공급되어 노이즈 신호가 제거된다. 이에 따라 얻어진 신호는, 증폭기(31)로 공급되어 증폭되고, 분파기(3)를 거쳐 안테나(2)로부터 송신된다.
상술된 바와 같이, 본 발명에서는 니오브산리튬 기판 및 탄타르산리튬 기판에 있어서의 제2 누설 표면파를 이론적으로 연구한 결과, 이들 기판에 대해 각각, 가장 적합한 절단면 및 탄성 표면파 전파 방향을 발견하였다. 이에 따라, 종래부터도 높은 주파수 대역에 대응 가능한 탄성 표면파 필터를 얻을 수 있다. 그리고, 휴대 전화기에 장비되는 고주파 필터로서, 상기 탄성 표면파 필터를 채용함에 따라, 휴대 전화기의 고성능화를 꾀할 수 있다.
본 발명에 따른 탄성 표면파 소자는, 휴대 전화기등의 통신 기기에 있어서의 고주파 필터, 신호 처리용 지연선등의 회로 소자로서 이용하는데 적합하다.
Claims (12)
- 니오브산리튬으로 이루어지는 압전 기판 상에, 탄성 표면파를 전파시키기 위한 전극을 형성한 탄성 표면파 소자에 있어서, 상기 압전 기판의 절단면 및 탄성 표면파 전파 방향을, 오일러각 표시에서 (φ, θ, ψ) 및 이것과 실질적으로 등가의 범위로 할 때, φ, θ 및 ψ를 하기 수학식의 범위로 설정한 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 소자.0°≤ φ ≤ 86°73°≤ θ ≤ 118°0°≤ ψ ≤ 44°
- 제1항에 있어서,φ, θ 및 ψ를 하기 수학식의 범위로 설정한 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 소자.0°≤ φ ≤ 83°83°≤ θ ≤ 105°0°≤ ψ ≤ 38°
- 니오브산리튬으로 이루어지는 압전 기판 상에, 탄성 표면파를 전파시키기 위한 전극을 형성한 탄성 표면파 소자에 있어서, 상기 전압 기판의 절단면 및 탄성 표면파 전파 방향을, 오일러각 표시에서 (φ, θ, ψ) 및 이것과 실질적으로 등가인 범위로 할 때, φ, θ 및 ψ을 하기 수학식의 범위로 설정한 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 소자.95°≤ φ ≤ 180°73°≤ θ ≤ 118°0°≤ ψ ≤ 44°
- 제3항에 있어서,φ, θ 및 ψ을 하기 수학식의 범위로 설정한 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 소자.98°≤ φ ≤ 180°83°≤ θ ≤ 105°0°≤ ψ ≤ 38°
- 탄타르산리튬으로 이루어지는 압전 기판 상에, 탄성 표면파를 전파시키기 위한 전극을 형성한 탄성 표면파 소자에 있어서, 상기 압전 기판의 절단면 및 탄성 표면파 전파 방향을, 오일러각 표시에서 (φ, θ, ψ) 및 이것과 실질적으로 등가인 범위로 할 때, φ, θ 및 ψ를 하기 수학식의 범위로 설정한 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 소자.0°≤ φ ≤ 87°80°≤ θ ≤ 120°0°≤ ψ ≤ 44°
- 제5항에 있어서,φ, θ 및 ψ을 하기 수학식의 범위로 설정한 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 소자.0°≤ φ ≤ 85°87°≤ θ ≤ 114°0°≤ ψ ≤ 36°
- 탄타르산리튬으로 이루어지는 압전 기판 상에, 탄성 표면파를 전파시키기 위한 전극을 형성한 탄성 표면파 소자에 있어서, 상기 압전 기판의 절단면 및 탄성 표면파 전파 방향을, 오일러각 표시에서 (φ, θ, ψ) 및 이것과 실질적으로 등가인 범위로 할 때, φ, θ 및 ψ를 하기 수학식의 범위로 설정한 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 소자.91°≤ φ ≤ 180°80°≤θ≤ 120°0°≤ ψ ≤ 44°
- 제7항에 있어서,φ, θ 및 ψ을 하기 수학식의 범위로 설정한 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 소자.93°≤ φ ≤ 180°87°≤ θ ≤ 114°0°≤ ψ ≤ 36°
- 적어도 하나의 탄성 표면파 소자로 이루어지는 탄성 표면파 필터를 구비한 휴대 전화기에 있어서, 상기 탄성 표면파 소자는, 니오브산리튬으로 이루어지는 압전 기판 상에 탄성 표면파를 전파시키기 위한 전극이 형성되고, 상기 압전 기판의 절단면 및 탄성 표면파 전파 방향이, 오일러각 표시에서 (φ, θ, ψ) 및 이것과 실질적으로 등가인 범위로 할 때, φ, θ 및 ψ이 하기 수학식의 범위로 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 휴대 전화기.0°≤ φ ≤ 86°73°≤ θ ≤ 118°0°≤ ψ ≤ 44°
- 적어도 하나의 탄성 표면파 소자로 이루어지는 탄성 표면파 필터를 구비한 휴대 전화기에 있어서, 상기 탄성 표면파 소자는, 니오브산리튬으로 이루어지는 압전 기판 상에 탄성 표면파를 전파시키기 위한 전극이 형성되고, 상기 전압 기판의 절단면 및 탄성 표면파 전파 방향이, 오일러각 표시에서 (φ, θ, ψ) 및 이것과 실질적으로 등가인 범위로 할 때, φ, θ 및 ψ가 하기 수학식의 범위로 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 휴대 전화기.95°≤ φ ≤ 180°73°≤ θ ≤ 118°0°≤ ψ ≤ 44°
- 적어도 하나의 탄성 표면파 소자로 이루어지는 탄성 표면파 필터를 구비한 휴대 전화기에 있어서, 상기 탄성 표면파 소자는, 탄타르산리튬으로 이루어지는 압전 기판 상에 탄성 표면파를 전파시키기 위한 전극이 형성되고, 상기 압전 기판의 절단면 및 탄성 표면파 전파 방향이, 오일러각 표시에서 (φ, θ, ψ) 및 이것과 실질적으로 등가인 범위로 할 때, φ, θ 및 ψ가 하기 수학식의 범위로 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 휴대 전화기.0°≤ φ ≤ 87°80°≤ θ ≤ 120°0°≤ ψ ≤ 44°
- 적어도 하나의 탄성 표면파 소자로 이루어지는 탄성 표면파 필터를 구비한 휴대 전화기에 있어서, 상기 탄성 표면파 소자는, 탄타르산리튬으로 이루어지는 압전 기판 상에 탄성 표면파를 전파시키기 위한 전극이 형성되고, 상기 압전 기판의 절단면 및 탄성 표면파 전파 방향이, 오일러각 표시에서 (φ, θ, ψ) 및 이것과 실질적으로 등가인 범위로 할 때, φ, θ 및 ψ가 하기 수학식의 범위로 설정되는 것을 특징으로 하는 휴대 전화기.91°≤ φ ≤ 180°80°≤ θ ≤ 120°0°≤ ψ ≤ 44°
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