KR20120038889A

KR20120038889A - 탄성 표면파 장치

Info

Publication number: KR20120038889A
Application number: KR1020110091781A
Authority: KR
Inventors: 아쯔시 이소베; 겐고 아사이
Original assignee: 가부시키가이샤 히다치 메디아 일렉트로닉스
Priority date: 2010-10-14
Filing date: 2011-09-09
Publication date: 2012-04-24
Also published as: DE102011113479A8; JP2012105252A; DE102011113479A1

Abstract

제조의 용이함을 갖고, 또한 통과 주파수 대역에서의 손실이 작은 종파형 누설 탄성 표면파(LLSAW) 장치를 제공한다. LLSAW 장치의 ID 트랜스듀서(14)는, 압전 기판(1)의 상면에 형성된 복수의 전극 핑거(3)와 그들을 연결하는 버스 바(2)로 이루어지는 한 쌍의 빗형 전극(6A, 6B)으로 구성되고, 전극 핑거(3)가 교대로 사이에 끼워진 빗형 전극(6A, 6B)의 사이에 고주파 신호가 가해지고 있다. 전극 핑거(3)의 상면 및 서로 인접하는 전극 핑거(3, 3)의 사이에 위치하는 압전 기판(1)의 상면에는, 유전체막(5)이 형성되어 있다.

Description

탄성 표면파 장치{ELASTIC SURFACE WAVE APPARATUS}

본 발명은, 탄성 표면파 장치에 관한 것으로, 특히, 압전성 물질로 이루어지는 기판의 일 평면 상에 빗형 전극을 갖는 ID 트랜스듀서(Inter-Digital Transducer)를 형성한 종파형 누설 탄성 표면파 장치에 적용하기에 유효한 기술에 관한 것이다.

탄성 표면파 장치는, 고주파의 공진기, 필터 등의 고체 회로 소자로서 통신 기기 등에 사용되고 있다. 특히, 광의의 탄성 표면파의 일종인 종파형 누설 탄성 표면파(이하, LLSAW로 약칭함)는, 종파(縱波)를 주성분으로 하고 있기 때문에, 종래의 레일리 파형 탄성 표면파나 SH 파형 탄성 표면파보다도 전파 속도가 크고, LLSAW를 이용한 탄성 표면파 장치(이하, LLSAW 장치라고 함)는, 동작 주파수가 높다고 하는 특징을 갖고 있다.

특허 문헌 1, 2에는, 니오븀산리튬(LiNbO₃) 단결정의 Y축으로부터 Z축 방향으로 θ도 회전시킨 방향을 법선으로 하는 평면을 갖고, 탄성파의 전파 방향을 X축과 직교하는 방향으로 하는 압전 기판(이하, θYZ-LN 단결정 압전 기판으로 약칭함) 상에 빗형 전극으로 이루어지는 ID 트랜스듀서를 형성한 LLSAW 디바이스에서, 컷트각 θ와 전파 손실과의 관계가 개시되어 있다.

특허 문헌 3에는, 니오븀산리튬 단결정의 Y축으로부터 Z축 방향으로 θ도 회전시킨 방향을 법선으로 하는 평면을 갖고, 탄성파의 전파 방향을 X축 방향으로 하는 압전 기판(이하, θYX-LN 단결정 압전 기판으로 약칭함) 상에 빗형 전극과 산화규소막을 형성한 탄성 표면파 공진기에서, 온도 계수와 컷트각 θ와 산화규소막의 막 두께와의 관계가 개시되어 있다.

특허 문헌 4에는, θYX-LN 단결정 압전 기판 상에 빗형 전극 및 반사기와 그들을 덮는 산화규소막을 형성한 탄성 표면파 장치에서, 빗형 전극 및 반사기의 막 두께와 산화규소막의 막 두께와 탄성 표면파의 파장과의 관계가 개시되어 있다.

상기 특허 문헌 3, 4에서, 빗형 전극을 덮는 산화규소막은, 온도 보상막으로서 사용되고 있다.

[특허 문헌 1] 일본 특개평 10-84245호 공보 [특허 문헌 2] 일본 특개평 10-126208호 공보 [특허 문헌 3] 국제 특허 공개 WO 98/052279호 팜플렛 [특허 문헌 4] 일본 특개 2010-11440호 공보

일반적으로, 고주파 필터나 고주파 공진기에는, 제조의 용이함과 높은 품질 계수(Q)값이 요구된다. 특히, 휴대 전화로 대표되는 통신 기기용 수신 필터 용도에서는 수천 이상의 Q값이 요구되고 있지만, 상기 특허 문헌 1, 2에 개시된 탄성 표면파 공진기에는 이하와 같은 문제점이 있다.

특허 문헌 1, 2에는, LLSAW 공진기에서, 공진 주파수와 반공진 주파수의 임피던스의 피크 대 밸리비(peak-to-valley ratio)를 최대로 하는 컷트각 θ 및 빗형 전극의 막 두께가 개시되어 있다. 그러나, 필터로 대표되는 주파수를 선택하는 장치를 만드는 경우에는, 선택되는 주파수 대역(이하, 통과 주파수 대역으로 약칭함)에서의 손실을 작게 할 필요가 있다. 그 때문에, 공진 주파수에서의 Q값(이하, 공진 Q값으로 약칭함)이 가장 중요하게 되고, 2번째로 반공진 주파수에서의 Q값(이하, 반공진 Q값으로 약칭함)이 중요하게 되지만, 특허 문헌 1, 2에 기재된 LLSAW 공진기의 경우에는, 공진 Q값이 최적으로 되는 컷트각 θ와 막 두께에서는, 반공진 Q값이 작아진다고 하는 문제가 있다.

또한, 특허 문헌 3, 4에 기재된 탄성파는, 상기 특허 문헌 1, 2의 LLSAW나, 후술하는 본 발명의 ID 트랜스듀서에서 여진되어 공진하는 LLSAW와는 달리，레일리 파형 탄성 표면파나 SH 파형 탄성 표면파이다. 그 때문에, 탄성파의 전파 속도(이하, 음속으로 약칭함)는, 4200m/s 이하로 작아, 고주파에서 동작하는 탄성 표면파 장치를 제조하기 위해서는, ID 트랜스듀서를 미세화할 필요가 있다. 예를 들면 3.5㎓대에서 동작시키는 경우에는, ID 트랜스듀서의 전극 핑거의 폭과 스페이스가 0.30㎛(=4200m/s÷3.5㎓÷4) 이하로 되어, 고가의 미세 가공 장치가 필요로 된다고 하는 문제점이 있다.

본 발명의 목적은, 제조의 용이함을 갖고, 또한 통과 주파수 대역에서의 손실이 작은 LLSAW 장치를 제공하는 것에 있다. 바꿔 말하면, 음속 5000m/s 이상이며, 또한 공진 Q값 및 반공진 Q값이 모두 우수한 LLSAW 장치를 제공하는 것에 있다.

본 발명의 상기 및 그 밖의 목적과 신규의 특징은, 본 명세서의 기술 및 첨부 도면으로부터 명백하게 될 것이다.

본원에서 개시되는 발명 중, 대표적인 것의 개요를 간단히 설명하면, 다음과 같다.

본 발명의 바람직한 일 양태는, 압전성을 갖는 기판의 일면 상에, 복수의 전극 핑거를 갖는 빗형 전극으로 이루어지는 ID 트랜스듀서가 형성되고, 상기 ID 트랜스듀서가 LLSAW를 공진하는 LLSAW 장치로서, 상기 복수의 전극 핑거의 각각의 상면, 및 서로 인접하는 상기 전극 핑거의 사이의 상기 기판의 일면 상에 유전체막이 형성되어 있는 것이다.

본원에서 개시되는 발명 중, 대표적인 것에 의해 얻어지는 효과를 간단히 설명하면 이하와 같다.

LLSAW 장치의 ID 트랜스듀서를 구성하는 복수의 전극 핑거의 각각의 상면, 및 서로 인접하는 상기 전극 핑거의 사이의 상기 기판의 일면 상에 유전체막을 형성함으로써, 통과 주파수 대역에서의 손실이 작은 LLSAW 장치를 실현할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 형태 1인 LLSAW 장치를 모식적으로 도시하는 평면도.
도 2는 도 1의 A-A선 단면도.
도 3은 종래의 LLSAW 장치를 모식적으로 도시하는 평면도.
도 4는 도 3의 B-B선 단면도.
도 5는 본 발명의 실시 형태 1인 LLSAW 장치의 ID 트랜스듀서를 구성하는 전극 핑거의 막 두께 hm, 유전체막의 막 두께 hd1, 전극 핑거의 폭 L, 스페이스 S, 전극 핑거 주기 λo의 각각의 정의를 설명하는 도면.
도 6은 종래의 LLSAW 공진기(컷트각 θ=171도)에서의 Q값의 막 두께 hm 의존성을 도시한 도면.
도 7은 본 발명의 실시 형태 1인 LLSAW 장치(컷트각 θ=171도, 유전체막의 막 두께 hd1=0.01λo)에서의 Q값의 막 두께 hm 의존성을 도시한 도면.
도 8은 본 발명의 실시 형태 1인 LLSAW 장치(컷트각 θ=171도, 유전체막의 막 두께 hd1=0.03λo)에서의 Q값의 막 두께 hm 의존성을 도시한 도면.
도 9는 본 발명의 실시 형태 1인 LLSAW 장치(컷트각 θ=171도, 유전체막의 막 두께 hd1=0.05λo)에서의 Q값의 막 두께 hm 의존성을 도시한 도면.
도 10은 도 7?도 9에 도시한 본 실시 형태 1의 LLSAW 공진기에서의 공진 주파수의 음속을 도시한 도면.
도 11은 본 발명의 실시 형태 1인 LLSAW 장치의 다른 예를 도시하는 일부 확대 단면도.
도 12는 본 발명의 실시 형태 2인 LLSAW 장치를 모식적으로 도시하는 평면도.
도 13은 도 12의 A-A선 단면도.
도 14는 본 발명의 실시 형태 2인 LLSAW 장치의 ID 트랜스듀서를 구성하는 전극 핑거의 막 두께 hm, 유전체막의 막 두께 hd2, 전극 핑거의 폭 L, 스페이스 S, 전극 핑거 주기 λo의 각각의 정의를 설명하는 도면.
도 15는 본 발명의 실시 형태 2인 LLSAW 장치(유전체막의 막 두께 hd2=0.00λo)에서의 Q값의 막 두께 hm 의존성을 도시한 도면.
도 16은 본 발명의 실시 형태 2인 LLSAW 장치(유전체막의 막 두께 hd2=0.01λo)에서의 Q값의 막 두께 hm 의존성을 도시한 도면.
도 17은 본 발명의 실시 형태 2인 LLSAW 장치(유전체막의 막 두께 hd2=0.02λo)에서의 Q값의 막 두께 hm 의존성을 도시한 도면.
도 18은 본 발명의 실시 형태 2인 LLSAW 장치(유전체막의 막 두께 hd2=0.03λo)에서의 Q값의 막 두께 hm 의존성을 도시한 도면.
도 19는 본 발명의 실시 형태 2인 LLSAW 장치(유전체막의 막 두께 hd2=0.04λo)에서의 Q값의 막 두께 hm 의존성을 도시한 도면.
도 20은 본 발명의 실시 형태 2인 LLSAW 장치(유전체막의 막 두께 hd2=0.05λo)에서의 Q값의 막 두께 hm 의존성을 도시한 도면.
도 21은 본 발명의 실시 형태 2인 LLSAW 장치(유전체막의 막 두께 hd2=0.06λo)에서의 Q값의 막 두께 hm 의존성을 도시한 도면.
도 22는 본 발명의 실시 형태 2인 LLSAW 장치(유전체막의 막 두께 hd2=0.07λo)에서의 Q값의 막 두께 hm 의존성을 도시한 도면.
도 23은 본 발명의 실시 형태 2인 LLSAW 장치(유전체막의 막 두께 hd2=0.08λo)에서의 Q값의 막 두께 hm 의존성을 도시한 도면.
도 24는 본 발명의 실시 형태 2인 LLSAW 장치(유전체막의 막 두께 hd2=0.09λo)에서의 Q값의 막 두께 hm 의존성을 도시한 도면.
도 25는 본 발명의 실시 형태 2인 LLSAW 장치(유전체막의 막 두께 hd2=0.10λo)에서의 Q값의 막 두께 hm 의존성을 도시한 도면.
도 26은 도 15?도 25에 도시한 LLSAW 공진기에서의 공진 주파수의 음속을 도시한 도면.
도 27의 (a)는 본 발명의 실시 형태 2인 LLSAW 장치(컷트각 θ=160도, 유전체막의 막 두께 hd2=0.02λo)에서의 Q값의 막 두께 hm 의존성을 도시한 도면, (b)는 종래의 LLSAW 장치(컷트각 θ=160도)에서의 Q값의 막 두께 hm 의존성을 도시한 도면.
도 28의 (a)는 본 발명의 실시 형태 2인 LLSAW 장치(컷트각 θ=161도, 유전체막의 막 두께 hd2=0.02λo)에서의 Q값의 막 두께 hm 의존성을 도시한 도면, (b)는 종래의 LLSAW 장치(컷트각 θ=161도)에서의 Q값의 막 두께 hm 의존성을 도시한 도면.
도 29의 (a)는 본 발명의 실시 형태 2인 LLSAW 장치(컷트각 θ=162도, 유전체막의 막 두께 hd2=0.02λo)에서의 Q값의 막 두께 hm 의존성을 도시한 도면, (b)는 종래의 LLSAW 장치(컷트각 θ=162도)에서의 Q값의 막 두께 hm 의존성을 도시한 도면.
도 30의 (a)는 본 발명의 실시 형태 2인 LLSAW 장치(컷트각 θ=163도, 유전체막의 막 두께 hd2=0.02λo)에서의 Q값의 막 두께 hm 의존성을 도시한 도면, (b)는 종래의 LLSAW 장치(컷트각 θ=163도)에서의 Q값의 막 두께 hm 의존성을 도시한 도면.
도 31의 (a)는 본 발명의 실시 형태 2인 LLSAW 장치(컷트각 θ=164도, 유전체막의 막 두께 hd2=0.02λo)에서의 Q값의 막 두께 hm 의존성을 도시한 도면, (b)는 종래의 LLSAW 장치(컷트각 θ=164도)에서의 Q값의 막 두께 hm 의존성을 도시한 도면.
도 32의 (a)는 본 발명의 실시 형태 2인 LLSAW 장치(컷트각 θ=165도, 유전체막의 막 두께 hd2=0.02λo)에서의 Q값의 막 두께 hm 의존성을 도시한 도면, (b)는 종래의 LLSAW 장치(컷트각 θ=165도)에서의 Q값의 막 두께 hm 의존성을 도시한 도면.
도 33의 (a)는 본 발명의 실시 형태 2인 LLSAW 장치(컷트각 θ=166도, 유전체막의 막 두께 hd2=0.02λo)에서의 Q값의 막 두께 hm 의존성을 도시한 도면, (b)는 종래의 LLSAW 장치(컷트각 θ=166도)에서의 Q값의 막 두께 hm 의존성을 도시한 도면.
도 34의 (a)는 본 발명의 실시 형태 2인 LLSAW 장치(컷트각 θ=167도, 유전체막의 막 두께 hd2=0.02λo)에서의 Q값의 막 두께 hm 의존성을 도시한 도면, (b)는 종래의 LLSAW 장치(컷트각 θ=167도)에서의 Q값의 막 두께 hm 의존성을 도시한 도면.
도 35의 (a)는 본 발명의 실시 형태 2인 LLSAW 장치(컷트각 θ=168도, 유전체막의 막 두께 hd2=0.02λo)에서의 Q값의 막 두께 hm 의존성을 도시한 도면, (b)는 종래의 LLSAW 장치(컷트각 θ=168도)에서의 Q값의 막 두께 hm 의존성을 도시한 도면.
도 36의 (a)는 본 발명의 실시 형태 2인 LLSAW 장치(컷트각 θ=169도, 유전체막의 막 두께 hd2=0.02λo)에서의 Q값의 막 두께 hm 의존성을 도시한 도면, (b)는 종래의 LLSAW 장치(컷트각 θ=169도)에서의 Q값의 막 두께 hm 의존성을 도시한 도면.
도 37의 (a)는 본 발명의 실시 형태 2인 LLSAW 장치(컷트각 θ=170도, 유전체막의 막 두께 hd2=0.02λo)에서의 Q값의 막 두께 hm 의존성을 도시한 도면, (b)는 종래의 LLSAW 장치(컷트각 θ=170도)에서의 Q값의 막 두께 hm 의존성을 도시한 도면.
도 38의 (a)는 본 발명의 실시 형태 2인 LLSAW 장치(컷트각 θ=171도, 유전체막의 막 두께 hd2=0.02λo)에서의 Q값의 막 두께 hm 의존성을 도시한 도면, (b)는 종래의 LLSAW 장치(컷트각 θ=171도)에서의 Q값의 막 두께 hm 의존성을 도시한 도면.
도 39의 (a)는 본 발명의 실시 형태 2인 LLSAW 장치(컷트각 θ=172도, 유전체막의 막 두께 hd2=0.02λo)에서의 Q값의 막 두께 hm 의존성을 도시한 도면, (b)는 종래의 LLSAW 장치(컷트각 θ=172도)에서의 Q값의 막 두께 hm 의존성을 도시한 도면.
도 40의 (a)는 본 발명의 실시 형태 2인 LLSAW 장치(컷트각 θ=173도, 유전체막의 막 두께 hd2=0.02λo)에서의 Q값의 막 두께 hm 의존성을 도시한 도면, (b)는 종래의 LLSAW 장치(컷트각 θ=173도)에서의 Q값의 막 두께 hm 의존성을 도시한 도면.
도 41의 (a)는 본 발명의 실시 형태 2인 LLSAW 장치(컷트각 θ=174도, 유전체막의 막 두께 hd2=0.02λo)에서의 Q값의 막 두께 hm 의존성을 도시한 도면, (b)는 종래의 LLSAW 장치(컷트각 θ=174도)에서의 Q값의 막 두께 hm 의존성을 도시한 도면.
도 42의 (a)는 본 발명의 실시 형태 2인 LLSAW 장치(컷트각 θ=175도, 유전체막의 막 두께 hd2=0.02λo)에서의 Q값의 막 두께 hm 의존성을 도시한 도면, (b)는 종래의 LLSAW 장치(컷트각 θ=175도)에서의 Q값의 막 두께 hm 의존성을 도시한 도면.
도 43의 (a)는 본 발명의 실시 형태 2인 LLSAW 장치(컷트각 θ=176도, 유전체막의 막 두께 hd2=0.02λo)에서의 Q값의 막 두께 hm 의존성을 도시한 도면, (b)는 종래의 LLSAW 장치(컷트각 θ=176도)에서의 Q값의 막 두께 hm 의존성을 도시한 도면.
도 44의 (a)는 본 발명의 실시 형태 2인 LLSAW 장치(컷트각 θ=177도, 유전체막의 막 두께 hd2=0.02λo)에서의 Q값의 막 두께 hm 의존성을 도시한 도면, (b)는 종래의 LLSAW 장치(컷트각 θ=177도)에서의 Q값의 막 두께 hm 의존성을 도시한 도면.
도 45의 (a)는 본 발명의 실시 형태 2인 LLSAW 장치(컷트각 θ=178도, 유전체막의 막 두께 hd2=0.02λo)에서의 Q값의 막 두께 hm 의존성을 도시한 도면, (b)는 종래의 LLSAW 장치(컷트각 θ=178도)에서의 Q값의 막 두께 hm 의존성을 도시한 도면.
도 46의 (a)는 본 발명의 실시 형태 2인 LLSAW 장치(컷트각 θ=179도, 유전체막의 막 두께 hd2=0.02λo)에서의 Q값의 막 두께 hm 의존성을 도시한 도면, (b)는 종래의 LLSAW 장치(컷트각 θ=179도)에서의 Q값의 막 두께 hm 의존성을 도시한 도면.
도 47의 (a)는 본 발명의 실시 형태 2인 LLSAW 장치(컷트각 θ=180도, 유전체막의 막 두께 hd2=0.02λo)에서의 Q값의 막 두께 hm 의존성을 도시한 도면, (b)는 종래의 LLSAW 장치(컷트각 θ=180도)에서의 Q값의 막 두께 hm 의존성을 도시한 도면.
도 48은 도 27의 (a)?도 47의 (a)에 도시한 LLSAW 공진기에서의 공진 주파수의 음속을 도시한 도면.
도 49의 (a)는 도 27의 (a)?도 47의 (a)에 도시한 LLSAW 공진기에서, 공진 Q값이 최대로 되는 전극 핑거의 막 두께 hm과, 그때의 공진 Q값 및 반공진 Q값을 도시한 도면, (b)는 도 27의 (b)?도 47의 (b)에 도시한 LLSAW 공진기에서, 공진 Q값이 최대로 되는 전극 핑거의 막 두께 hm과, 그때의 공진 Q값 및 반공진 Q값을 도시한 도면.
도 50은 구리를 주성분으로 하는 금속 재료로 ID 트랜스듀서를 형성한 종래의 LLSAW 공진기(컷트각 θ=174도)에서의 Q값의 막 두께 hm 의존성을 도시한 도면.
도 51은 구리를 주성분으로 하는 금속 재료로 ID 트랜스듀서를 형성한 본 발명의 실시 형태 3인 LLSAW 공진기(컷트각 θ=174도, 유전체막의 막 두께 hd1=0.02λo)에서의 Q값의 막 두께 hm 의존성을 도시한 도면.
도 52는 몰리브덴을 주성분으로 하는 금속 재료로 ID 트랜스듀서를 형성한 종래의 LLSAW 공진기(컷트각 θ=174도)에서의 Q값의 막 두께 hm 의존성을 도시한 도면.
도 53은 몰리브덴을 주성분으로 하는 금속 재료로 ID 트랜스듀서를 형성한 본 발명의 실시 형태 3인 LLSAW 공진기(컷트각 θ=174도, 유전체막의 막 두께 h　d1=0.02λo)에서의 Q값의 막 두께 hm 의존성을 도시한 도면.
도 54는 구리를 주성분으로 하는 금속 재료로 ID 트랜스듀서를 형성한 본 발명의 실시 형태 4인 LLSAW 공진기(컷트각 θ=174도, 유전체막의 막 두께 hd2=0.02λo)에서의 Q값의 막 두께 hm 의존성을 도시한 도면.
도 55는 몰리브덴을 주성분으로 하는 금속 재료로 ID 트랜스듀서를 형성한 본 발명의 실시 형태 4인 LLSAW 공진기(컷트각 θ=174도, 유전체막의 막 두께 hd2=0.02λo)에서의 Q값의 막 두께 hm 의존성을 도시한 도면.

이하, 본 발명의 실시 형태를 도면에 기초하여 상세하게 설명한다. 또한, 실시 형태를 설명하기 위한 전체 도면에서, 동일한 기능을 갖는 부재에는 동일한 부호를 붙이고, 그 반복 설명은 생략한다. 또한, 실시 형태에서는, 특별히 필요한 때를 제외하고, 동일 또는 마찬가지의 부분의 설명을 원칙적으로 반복하지 않는다. 또한, 실시 형태를 설명하는 도면에서는, 구성을 알기 쉽게 하기 위해서, 평면도이어도 해칭을 부여하는 경우나, 단면도이어도 해칭을 생략하는 경우가 있다.

(실시 형태 1)

도 1은 본 실시 형태 1의 LLSAW 장치를 모식적으로 도시하는 평면도, 도 2는 도 1의 A-A선 단면도, 도 3은 종래의 LLSAW 장치를 모식적으로 도시하는 평면도, 도 4는 도 3의 B-B선 단면도, 도 5는 본 실시 형태 1의 LLSAW 장치의 ID 트랜스듀서를 구성하는 전극 핑거의 막 두께 hm, 유전체막의 막 두께 hd1, 전극 핑거의 폭 L, 스페이스 S, 전극 핑거 주기(전극 피치) λo(여진되는 LLSAW의 전파 파장과 실질적으로 동일)의 각각의 정의를 설명하는 도면이다.

도 1 및 도 2에 도시한 본 실시 형태 1의 LLSAW 장치는, 2개구 LLSAW 공진기에 적용한 것이며, ID 트랜스듀서(14) 상에 유전체막(5)이 형성되어 있는 점을 제외하고는, 특허 문헌 1, 2에 기재된 종래의 LLSAW 공진기(도 3 및 도 4 참조)와 동일한 구성으로 되어 있다. 즉, 본 실시 형태 1의 LLSAW 공진기는, θYZ-LN 단결정으로 이루어지는 압전 기판(1)과, 그 상면(θ회전 Y컷트면)에 형성된 ID 트랜스듀서(14)와, ID 트랜스듀서(14) 상에 형성된 유전체막(5)을 구비하고 있다. 또한, ID 트랜스듀서(14)의 양측에는, ID 트랜스듀서(14)와 동일 재료로 형성된 LLSAW의 반사기(4)가 설치되어 있다.

상기 ID 트랜스듀서(14)는, 복수의 전극 핑거(3)와 그들을 연결하는 버스 바(2)로 이루어지는 빗살 형상의 평면 형상을 갖는 한 쌍의 빗형 전극(6A, 6B)으로 구성되고, 전극 핑거(3)가 교대로 사이에 끼워진 빗형 전극(6A, 6B)의 사이에 고주파 신호가 가해지고 있다. 빗형 전극(6A, 6B)의 각각은, 예를 들면 50개의 전극 핑거(3)를 갖고 있고, ID 트랜스듀서(14)의 개구 길이는, 예를 들면 전극 핑거 주기 λo의 10배(10λo)이다. ID 트랜스듀서(14) 및 반사기(4)는, 알루미늄을 주성분으로 하는 금속막을 포토리소그래피 기술로 패터닝함으로써 형성되어 있다.

도 5에 도시한 바와 같이, 전극 핑거(3)의 막 두께는 hm, 폭은 L, 서로 인접하는 전극 핑거(3, 3)의 스페이스는 S로 정의된다. 이들 치수의 일례를 들면, 막 두께(hm)=128㎚, 폭(L)=스페이스(S)=0.4㎛이다. 또한, 전극 핑거 주기 λo=1.6㎛이다.

상기 전극 핑거(3)의 상면 및 서로 인접하는 전극 핑거(3, 3)의 사이에 위치하는 압전 기판(1)의 상면에는, 유전체막(5)이 형성되어 있다. 유전체막(5)은, CVD법, 스퍼터링법, 도포법 등으로 퇴적한 산화규소막으로 구성되어 있고, 그 막 두께 hd1은, 전극 핑거(3)의 막 두께 hm보다도 얇은(hd1<hm) 것을 특징으로 한다.

LLSAW 공진기의 공진 주파수는, LLSAW의 전파 속도와 전극 핑거 주기 λo와의 비로 정해진다. 그때, 전극 핑거(3)의 폭 L과 스페이스 S의 비는 비교적 자유롭게 설정할 수 있지만, 양산성(가공성)을 고려한 경우에는, 폭 L, 스페이스 S 모두 큰 쪽이 좋다. 즉, 폭 L=스페이스 S로 하였을 때에, 최소 가공 치수가 최대로 되므로, 양산성(가공성)이 향상된다.

본 발명자들은, 특허 문헌 3, 4에 기재된 탄성 표면파 공진기 시뮬레이션 기술을 확장하고, LLSAW에 특유의 빠른 횡파(橫波) 벌크파로의 에너지 누설 효과를 도입함으로써, ID 트랜스듀서(14)의 형상 등, 모든 효과를 고려하여 LLSAW의 탄성 특성을 상세하게 검토하였다.

도 6은 종래의 LLSAW 공진기(컷트각 θ=171도)에서의 Q값의 막 두께 hm 의존성을 도시한 도면이다. 또한, 도 7은 유전체막(5)의 막 두께 hd1를 0.01λo로 한 본 실시 형태 1의 LLSAW 공진기(컷트각 θ=171도)에서의 Q값의 막 두께 hm 의존성을 도시한 도면이다. 도 6, 도 7에서, 실선은 공진 Q값을 나타내고, 파선은 반공진 Q값을 나타내고 있다. 또한, 전극 핑거(3)의 막 두께 hm의 단위는, 0.001λo로 하였다.

도 6, 도 7에 도시한 바와 같이, 공진 Q값이 최대로 되는 막 두께 hm에서의 반공진 Q값은, 유전체막(5)이 없는 종래예에서는 1340이지만, 본 실시 형태 1의 LLSAW 공진기에서는 2150으로 향상된다.

도 8은 유전체막(5)의 막 두께 hd1을 0.03λo로 한 본 실시 형태 1의 LLSAW 공진기(컷트각 θ=171도)에서의 Q값의 막 두께 hm 의존성을 도시한 도면이다. 공진 Q값이 최대로 되는 막 두께 hm에서의 반공진 Q값은, 유전체막(5)이 없는 종래예에서는 1340이지만, 본 실시 형태 1의 LLSAW 공진기에서는 3300으로 향상된다.

도 9는 유전체막(5)의 막 두께 hd1를 0.05λo로 한 본 실시 형태 1의 LLSAW 공진기(컷트각 θ=171도)에서의 Q값의 막 두께 hm 의존성을 도시한 도면이다. 공진 Q값이 최대로 되는 막 두께 hm에서의 반공진 Q값은, 유전체막(5)이 없는 종래예에서는 1340이지만, 본 실시 형태 1의 LLSAW 공진기에서는 8190으로 향상된다.

도 10은 도 7?도 9에 도시한 본 실시 형태 1의 LLSAW 공진기에서의 공진 주파수의 음속을 도시한 도면이다. 유전체막(5)의 막 두께 hd1이 어느 경우에도, 음속은 5000m/s 이상이다.

또한, 표 1은, 도 7?도 9에 도시한 본 실시 형태 1의 LLSAW 공진기에서, 공진 Q값이 최대로 되는 전극 핑거(3)의 막 두께 hm과 그때의 공진 주파수의 음속을 나타낸 표이다. 유전체막(5)의 막 두께 hd1이 어느 경우라도, 음속은 5000m/s 이상이다.

이와 같이, ID 트랜스듀서(14) 상에 전극 핑거(3)보다도 얇은 막 두께 hd1의 유전체막(5)을 형성한 본 실시 형태 1의 LLSAW 공진기에 의하면, 공진 Q값이 최대로 되는 막 두께 hm에서의 반공진 Q값을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 실시 형태 1의 LLSAW 공진기는, 공진 Q값이 최대로 되는 막 두께 hm에서의 음속이 5000m/s 이상으로 크므로, ID 트랜스듀서(14)의 사이즈를 비교적 크게 할 수 있다. 이에 의해, 종래의 i선(λ=365㎚)을 노광 광원으로 하는 염가의 스테퍼를 사용한 포토리소그래피 기술에 의해, 전극 핑거(3)를 수율 좋게 가공할 수 있으므로, 공진 Q값 및 반공진 Q값이 우수한 LLSAW 공진기를 염가로 제공할 수 있다.

또한, 유전체막(5)은, 적어도 전극 핑거(3)의 상면 및 전극 핑거(3, 3)의 사이에 노출된 θYZ-LN 단결정 압전 기판(1)의 상면에 형성되어 있는 것이 중요하고, 도 11에 도시한 바와 같이, 전극 핑거(3)의 측면에 유전체막(5)이 형성되어 있는 경우에도, 마찬가지의 효과가 얻어진다.

(실시 형태 2)

도 12는 본 실시 형태 2의 LLSAW 공진기를 모식적으로 도시하는 평면도, 도 13은 도 12의 A-A선 단면도, 도 14는 본 실시 형태 2의 LLSAW 공진기에서의 전극 핑거(3)의 막 두께 hm, 유전체막(5)의 막 두께 hd2, 전극 핑거(3)의 폭 L 및 스페이스 S, 여진되는 LLSAW의 전파 파장(전극 핑거 주기) λo의 각각의 정의를 설명하는 도면이다.

도 12 및 도 13에 도시한 본 실시 형태 2의 LLSAW 공진기는, ID 트랜스듀서(14) 상에 형성된 유전체막(5)의 막 두께, 형상이 상이한 점을 제외하고는, 상기실시 형태 1의 LLSAW 공진기와 동일한 구성으로 되어 있다. 즉, 본 실시 형태 2의 LLSAW 공진기는, 전극 핑거(3)의 상면 및 전극 핑거(3, 3)의 사이에 노출된 θYZ-LN 단결정 압전 기판(1)의 상면에, 막 두께 hd2를 갖는 유전체막(5)을 형성함으로써, 유전체막(5)의 표면에 막 두께 hm과 거의 동일한 높이의 볼록부를 형성한 것이다.

도 15는 유전체막(5)의 막 두께 hd2를 0.00λo로 한 본 실시 형태 2의 LLSAW 공진기에서의 Q값의 막 두께 hm 의존성을 도시한 도면이다. 도 15에 도시한 바와 같이, 공진 Q값이 최대로 되는 막 두께 hm에서의 반공진 Q값은, 종래예가 1340(도 6 참조)인 것에 대하여, 본 실시 형태 2에서는 26800으로 향상된다.

도 16은 유전체막(5)의 막 두께 hd2를 0.01λo로 한 본 실시 형태 2의 LLSAW 공진기에서의 Q값의 막 두께 hm 의존성을 도시한 도면이다. 도 16에 도시한 바와 같이, 공진 Q값이 최대로 되는 막 두께 hm에서의 반공진 Q값은, 종래예가 1340인 것에 대하여, 본 실시 형태 2에서는 45800으로 향상된다.

마찬가지로, 도 17?도 25는, 유전체막(5)의 막 두께 hd2를 0.02λo?0.10λo의 사이에서 변화시킨 본 실시 형태 2의 LLSAW 공진기에서의 Q값의 막 두께 hm 의존성을 도시한 도면이다. 공진 Q값이 최대로 되는 막 두께 hm에서의 반공진 Q값은, 어느 경우에도 종래예에 비교하여 향상된다.

도 26은 도 15?도 25에 도시한 본 실시 형태 2의 LLSAW 공진기에서의 공진 주파수의 음속을 도시한 도면이다. 어느 경우에도, 음속은 5000m/s 이상이다.

또한, 표 2는 도 15?도 25에 도시한 본 실시 형태 2의 LLSAW 공진기에서, 공진 Q값이 최대로 되는 전극 핑거(3)의 막 두께 hm과 그때의 공진 주파수의 음속을 나타낸 표이다. 어느 경우에도, 음속은 5000m/s 이상이다.

도 27의 (a)?도 47의 (a)는 컷트각 θ를 160도?180도의 사이에서 1도씩 변화시킨 본 실시 형태 2의 LLSAW 공진기(유전체막(5)의 막 두께 hd2=0.02λo)에서의 Q값의 막 두께 hm 의존성을 도시한 도면이다. 한편, 도 27의 (b)?도 47의 (b)는, 컷트각 θ를 160도?180도의 사이에서 1도씩 변화시킨 종래의 LLSAW 공진기에서의 Q값의 막 두께 hm 의존성을 도시한 도면이다. 공진 Q값이 최대로 되는 막 두께 hm에서의 반공진 Q값은, 어느 경우에도, 종래예에 비해 향상된다.

도 48은 도 27의 (a)?도 47의 (a)에 도시한 본 실시 형태 2의 LLSAW 공진기에서의 공진 주파수의 음속을 도시한 도면이다. 어느 경우에도, 음속은 5000m/s 이상이다.

또한, 표 3은, 도 27의 (a)?도 47의 (a)에 도시한 본 실시 형태 2의 LLSAW 공진기에서, 공진 Q값이 최대로 되는 전극 핑거(3)의 막 두께 hm과 그때의 공진 주파수의 음속을 나타낸 표이다. 어느 경우에도, 음속은 5000m/s 이상이다.

도 49의 (a)는 도 27의 (a)?도 47의 (a)에 도시한 본 실시 형태 2의 LLSAW 공진기에서, 공진 Q값이 최대로 되는 전극 핑거(3)의 막 두께 hm과, 그때의 공진 Q값(실선으로 나타냄) 및 반공진 Q값(파선으로 나타냄)을 도시한 도면이다. 한편, 도 49의 (b)는, 도 27의 (b)?도 47의 (b)에 도시한 종래의 LLSAW 공진기에서, 공진 Q값이 최대로 되는 전극 핑거(3)의 막 두께 hm과, 그때의 공진 Q값(실선으로 나타냄) 및 반공진 Q값(파선으로 나타냄)을 도시한 도면이다. θ가 어느 경우라도, 반공진 Q값은, 본 실시 형태 2의 LLSAW 공진기 쪽이 우수하다.

이와 같이, ID 트랜스듀서(14) 상에 전극 핑거(3)보다도 두꺼운 막 두께 hd2의 유전체막(5)을 형성한 본 실시 형태 2의 LLSAW 공진기에 의하면, 공진 Q값이 최대로 되는 막 두께 hm에서의 반공진 Q값을 향상시킬 수 있다.

상기 실시 형태 1 및 본 실시 형태 2는, 2개구 LLSAW 공진기에 적용한 것이지만, 1개구 LLSAW 공진기에 적용할 수도 있다. 또한, 유전체막(5)은, 산화규소 이외의 절연 재료로 구성할 수도 있다. 또한, ID 트랜스듀서(14)는, 알루미늄 이외의 금속 재료로 구성할 수도 있고, 예를 들면 알루미늄에 구리, 규소, 티탄 등을 혼합한 합금, 또는 그들의 다층막이어도, 마찬가지의 효과가 얻어진다.

또한, 가공의 관점에서는, 밀도가 작은 금속 재료, 구체적으로는 밀도가 10280㎏/㎥ 이하의 금속 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 밀도가 작은 금속 재료를 이용하여 ID 트랜스듀서(14)를 패터닝함으로써, 가공 치수의 제조 변동에 기인하는 LLSAW 공진기의 동작 주파수의 변동을 작게 할 수 있다.

(실시 형태 3)

본 실시 형태 3의 LLSAW 공진기는, ID 트랜스듀서(14)를 알루미늄 이외의 금속 재료로 형성한 점을 제외하고는, 상기 실시 형태 1의 LLSAW 공진기와 동일한 구성으로 되어 있다.

도 50은 구리를 주성분으로 하는 금속 재료로 ID 트랜스듀서(14)를 형성한 종래의 LLSAW 공진기(컷트각 θ=174도)에서의 Q값의 막 두께 hm 의존성을 도시한 도면이다. 또한, 도 51은 구리를 주성분으로 하는 금속 재료로 ID 트랜스듀서(14)를 형성한 본 실시 형태 3의 LLSAW 공진기(컷트각 θ=174도, 유전체막(5)의 막 두께 hd1=0.02λo)에서의 Q값의 막 두께 hm 의존성을 도시한 도면이다. 도 50, 도 51에서, 실선은 공진 Q값을 나타내고, 파선은 반공진 Q값을 나타내고 있다. 또한, 전극 핑거(3)의 막 두께 hm의 단위는, 0.0005λo이다.

도 50, 도 51에 도시한 바와 같이, 공진 Q값이 최대로 되는 막 두께 hm에서의 반공진 Q값은, 유전체막(5)이 없는 종래예에서는 292이지만, 본 실시 형태 3의 LLSAW 공진기에서는 323으로 향상된다. 또한, 그때의 음속은 5797m/s이며, 5000m/s를 초과하고 있다.

도 52는 몰리브덴을 주성분으로 하는 금속 재료로 ID 트랜스듀서(14)를 형성한 종래의 LLSAW 공진기(컷트각 θ=174도)에서의 Q값의 막 두께 hm 의존성을 도시한 도면이다. 또한, 도 53은 몰리브덴을 주성분으로 하는 금속 재료로 ID 트랜스듀서(14)를 형성한 본 실시 형태 3의 LLSAW 공진기(컷트각 θ=174도, 유전체막(5)의 막 두께 hd1=0.02λo)에서의 Q값의 막 두께 hm 의존성을 도시한 도면이다.

도 52, 도 53에 도시한 바와 같이, 공진 Q값이 최대로 되는 막 두께 hm에서의 반공진 Q값은, 유전체막(5)이 없는 종래예에서는 226이지만, 본 실시 형태 3의 LLSAW 공진기에서는 250으로 향상된다. 또한, 그때의 음속은 5771m/s이며, 5000m/s를 초과하고 있다.

(실시 형태 4)

본 실시 형태 4의 LLSAW 공진기는, ID 트랜스듀서(14)를 알루미늄 이외의 금속 재료로 형성한 점을 제외하고는, 상기 실시 형태 2의 LLSAW 공진기와 동일한 구성으로 되어 있다.

도 54는 구리를 주성분으로 하는 금속 재료로 ID 트랜스듀서(14)를 형성한 본 실시 형태 4의 LLSAW 공진기(컷트각 θ=174도, 유전체막(5)의 막 두께 hd2=0.02λo)에서의 Q값의 막 두께 hm 의존성을 도시한 도면이다.

도 54에 도시한 바와 같이, 공진 Q값이 최대로 되는 막 두께 hm에서의 반공진 Q값은, 유전체막(5)이 없는 종래예에서는 292(도 50 참조)이지만, 본 실시 형태 4의 LLSAW 공진기에서는 395로 향상된다. 또한, 그때의 음속은 5650m/s이며, 5000m/s를 초과하고 있다.

도 55는, 몰리브덴을 주성분으로 하는 금속 재료로 ID 트랜스듀서(14)를 형성한 본 실시 형태 4의 LLSAW 공진기(컷트각 θ=174도, 유전체막(5)의 막 두께 hd2=0.02λo)에서의 Q값의 막 두께 hm 의존성을 도시한 도면이다.

도 55에 도시한 바와 같이, 공진 Q값이 최대로 되는 막 두께 hm에서의 반공진 Q값은, 유전체막(5)이 없는 종래예에서는 226(도 52 참조)이지만, 본 실시 형태 4의 LLSAW 공진기에서는 302로 향상된다. 또한, 그때의 음속은 5599m/s이며, 5000m/s를 초과하고 있다.

이와 같이, ID 트랜스듀서(14)를 알루미늄 이외의 금속 재료로 형성한 실시 형태 3, 4의 LLSAW 공진기에서도, 공진 Q값이 최대로 되는 막 두께 hm에서의 반공진 Q값을 향상시킬 수 있다.

이상, 본 발명자에 의해 이루어진 발명을 실시 형태에 기초하여 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 형태에 한정되는 것이 아니라, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 다양하게 변경 가능한 것은 물론이다.

상기 실시 형태의 LLSAW 공진기는, 압전 기판 재료로서 θYZ-LN 단결정을 사용하였지만, 압전 기판 재료는 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면 압전 기판을 탄탈산리튬(LiTabO₃) 단결정으로 구성하고, 이 단결정의 Y축으로부터 Z축 방향으로 θ도 회전시킨 방향을 법선으로 하는 평면 상에 ID 트랜스듀서(14)를 형성한 LLSAW 공진기에 적용할 수도 있다. 또한, 압전 기판을 니오븀산리튬 단결정 또는 탄탈산리튬 단결정으로 구성하고, 이들 단결정의 X축을 법선으로 하는 평면 상에 ID 트랜스듀서(14)를 형성한 LLSAW 공진기에 적용할 수도 있다.

본 발명은, 고주파의 공진기, 필터 등의 고체 회로 소자로서 통신 기기 등에 사용되는 LLSAW 장치에 이용할 수 있다.

1 : 압전 기판
2 : 버스 바
3 : 전극 핑거
4 : LLSAW 반사기
5 : 유전체막
6A, 6B : 빗형 전극
14 : ID 트랜스듀서

Claims

압전성을 갖는 기판의 일면 상에, 복수의 전극 핑거를 갖는 빗형 전극으로 이루어지는 ID 트랜스듀서가 형성되고, 상기 ID 트랜스듀서가 종파형 누설 탄성 표면파를 공진하는 탄성 표면파 장치로서,
상기 복수의 전극 핑거의 각각의 상면, 및 서로 인접하는 상기 전극 핑거의 사이의 상기 기판의 일면 상에 유전체막이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 장치.
제1항에 있어서,
상기 기판은, 니오븀산리튬 또는 탄탈산리튬의 단결정으로 이루어지고, 상기 일면은, 상기 단결정의 Y축으로부터 Z축 방향으로 θ도 회전시킨 방향을 법선으로 하는 평면인 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 장치.
제1항에 있어서,
상기 ID 트랜스듀서는, 알루미늄을 주성분으로 하는 금속으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 장치.
제1항에 있어서,
상기 유전체막은, 산화규소로 이루어지는 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 장치.
제1항에 있어서,
상기 기판은, 니오븀산리튬 또는 탄탈산리튬의 단결정으로 이루어지고, 상기 일면은, 상기 단결정의 X축을 법선으로 하는 평면인 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 장치.
제1항에 있어서,
상기 ID 트랜스듀서는, 밀도가 10280kg/㎥ 이하의 금속으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 장치.
제1항에 있어서,
상기 유전체막의 막 두께는, 상기 전극 핑거의 막 두께보다도 작은 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 장치.
제1항에 있어서,
상기 종파형 누설 탄성 표면파의 전파 속도가 5000m/s 이상인 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 장치.