KR20120049401A

KR20120049401A - 탄성 표면파 장치

Info

Publication number: KR20120049401A
Application number: KR1020127008949A
Authority: KR
Inventors: 미치오 카도타
Original assignee: 가부시키가이샤 무라타 세이사쿠쇼
Priority date: 2009-10-13
Filing date: 2010-10-12
Publication date: 2012-05-16
Also published as: CN102577120B; WO2011046117A1; EP2490333A1; US20120194032A1; JP5354020B2; JPWO2011046117A1; CN102577120A; EP2490333A4; US8384268B2; KR101340310B1; EP2490333B1

Abstract

탄성 표면파의 음속을 높일 수 있는 동시에 전기기계 결합계수(k²)의 증대를 꾀할 수 있으며, 게다가 저렴한 탄성 표면파 장치를 제공한다.
횡파 음속이 5400m/초 이상, 8660m/초 이하인 고음속 기판(2)상에, 오일러각이 (0°, 67°?160°, -5°?+5°) 또는 (90°, 51°?133°, -5°?+5°)인 LiNbO₃ 단결정판(3)으로 형성되어 있는 압전기판과, 압전기판상에 형성되어 있으며, 금속으로 이루어지는 전극(4)을 구비하는 탄성 표면파 장치(1).

Description

탄성 표면파 장치{ELASTIC SURFACE-WAVE DEVICE}

본 발명은 예를 들면 공진자나 대역 필터 등에 이용되는 탄성 표면파 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 압전기판이 LiNbO₃막을 가지는 탄성 표면파 장치에 관한 것이다.

최근, 통신기기의 고주파화에 따라, 탄성 표면파 장치에서도 고주파화가 요구되고 있다. 또한 탄성 표면파 필터 등에서는 광대역화도 강하게 요구되고 있다.

고주파화 및 광대역화를 꾀하기 위해서는 탄성 표면파의 음속 및 전기기계 결합계수(k²)가 클 것이 요구되고 있다.

하기 특허문헌 1에는 (012)사파이어 기판상에 (100)LiNbO₃ 박막을 형성해서 이루어지는 압전기판을 이용한 탄성 표면파 장치가 개시되어 있다. (012)사파이어 기판상에 (100)의 LiNbO₃ 박막을 형성함으로써, 전기기계 결합계수의 증대를 꾀할 수 있다고 되어 있다.

한편, 하기 특허문헌 2에는 도 62에 나타내는 탄성 표면파 장치가 개시되어 있다. 이 탄성 표면파 장치(1001)에서는 다이아몬드 기판(1002)상에, 박막이 아닌 LiNbO₃ 단결정층(1003)이 형성되어 있다. 이 LiNbO₃ 단결정층(1003)상에 IDT 전극(1004)이 형성되어 있다. 여기서는 LiNbO₃ 단결정층(1003)의 두께를 t₁(㎛), n차 모드의 탄성 표면파의 파장을 λn(㎛)로 했을 경우, kh₁=2π(t₁/λn)과, LiNbO₃ 단결정층(1003)의 오일러각이 특정 범위로 되어 있다. 그로 인해, 탄성 표면파의 전파 속도를 크게 하는 동시에, 전기기계 결합계수(k²)를 크게 할 수 있다고 되어 있다.

일본국 공개특허공보 평10-322158호 일본국 공개특허공보 평9-219632호

특허문헌 1에 기재된 탄성 표면파 장치에서는 (012)사파이어 기판상에 (100)LiNbO₃ 박막을 적층해서 이루어지는 압전기판을 이용하고 있는데, 전기기계 결합계수를 높일 수 있는 LiNbO₃ 박막의 오일러각 범위가 좁은 범위에 한정되어 있었다.

한편, 특허문헌 2에서는 박막이 아닌 LiNbO₃ 단결정층(1003)을 다이아몬드 기판(1002)상에 적층한 구조를 가지며, 탄성 표면파의 음속 및 전기기계 결합계수의 증대가 의도되어 있다. 그러나 단결정 다이아몬드로 이루어지는 다이아몬드 기판(1002)이 고가이어서, 비용 저감이 강하게 요구되고 있다.

본 발명의 목적은 상술한 종래 기술의 현실을 감안하여, 보다 광범위한 오일러각 범위의 LiNbO₃를 이용해서 탄성 표면파의 음속 향상 및 전기기계 결합계수의 증대를 꾀할 수 있고, 게다가 저렴한 탄성 표면파 장치를 제공하는 것에 있다.

본 발명에 의하면, 횡파 음속이 5400m/초 이상, 8660m/초 이하인 고음속 기판과, 상기 고음속 기판상에 형성되어 있으며, 오일러각이 (0°, 67°?160°, -5°?+5°) 또는 (90°, 51°?133°, -5°?+5°)의 LiNbO₃ 단결정판으로 이루어지는 압전기판과, 상기 압전기판상에 형성되어 있으면서 금속으로 이루어지는 전극을 구비하는 탄성 표면파 장치가 제공된다.

즉, 상기 특정 고음속 기판상에 상기 특정 결정방위의 LiNbO₃ 단결정판을 적층해서 이루어지는 압전기판을 이용함으로써, 탄성 표면파의 음속을 빠르게 할 수 있으면서, 전기기계 결합계수(k²)를 크게 할 수 있다.

바람직하게는, LiNbO₃ 단결정판의 두께는 탄성 표면파의 파장(λ)으로 했을 때에 0.05λ?1.6λ의 범위에 있고, 보다 바람직하게는 0.15λ?1.6λ의 범위가 된다. 이 경우에는 보다 큰 전기기계 결합계수(k²)를 얻을 수 있다.

상기 고음속 기판으로서는, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면 탄화 규소, 알루미나, 질화 알루미늄, 사파이어, 질화 실리콘, 실리콘 및 산화 마그네슘으로 이루어지는 군에서 선택된 1종의 재료로 이루어지는 기판이 이용된다.

본 발명에서는 상기 LiNbO₃ 단결정판의 상기 오일러각이 (0°, 92°?132°, -5°?+5°)의 범위에 있다. 이 경우에는 한층 더 큰 전기기계 결합계수를 얻을 수 있다.

본 발명에서는 탄성 표면파로서, 바람직하게는 탄성 표면파의 1차 모드가 이용된다. 이 경우에는 음속을 높이는 동시에, 큰 전기기계 결합계수(k²)를 얻을 수 있다.

본 발명의 다른 특정한 국면에서는 상기 고음속 기판이 SiC로 이루어지고, 상기 LiNbO₃ 단결정판의 오일러각이 (0°, 70°?160°, -5°?+5°) 또는 (90°, 54°?133°, -5°?+5°)의 범위에 있다. 이 경우에는 음속을 한층 더 높이는 동시에, 보다 큰 전기기계 결합계수(k²)를 얻을 수 있다.

본 발명에 따른 탄성 표면파 장치의 또 다른 특정한 국면에서는 상기 고음속 기판이 알루미나로 이루어지고, 상기 LiNbO₃ 단결정판의 오일러각이 (0°, 70°?160°, -5°?+5°) 또는 (90°, 54°?117°, -5°?+5°)의 범위에 있다.

본 발명에 따른 탄성 표면파 장치의 또 다른 특정한 국면에서는 상기 고음속 기판이 질화 알루미늄으로 이루어지고, 상기 LiNbO₃ 단결정판의 오일러각이 (0°, 70°?153°, -5°?+5°) 또는 (90°, 52°?122°, -5°?+5°)의 범위에 있다.

본 발명에 따른 탄성 표면파 장치의 또 다른 특정한 국면에서는 상기 고음속 기판이 사파이어로 이루어지고, 상기 LiNbO₃ 단결정판의 오일러각이 (0°, 67°?147°, -5°?+5°) 또는 (90°, 53°?123°, -5°?+5°)의 범위에 있다.

본 발명에 따른 탄성 표면파 장치의 다른 특정한 국면에서는 상기 고음속 기판이 질화 실리콘으로 이루어지고, 상기 LiNbO₃ 단결정판의 오일러각이 (0°, 70°?153°, -5°?+5°) 또는 (90°, 54°?120°, -5°?+5°)의 범위에 있다.

본 발명에 따른 탄성 표면파 장치에서는, 바람직하게는 상기 고음속 기판이 실리콘이다. 이 경우, 실리콘은 실리콘 단결정이어도 되고, 실리콘 다결정이어도 된다. 실리콘이 실리콘 단결정으로 이루어질 경우, 바람직하게는 상기 LiNbO₃ 단결정판의 오일러각이 (0°, 75°?152°, -5°?+5°) 또는 (90°, 51°?118°, -5°?+5°)의 범위에 있는 것이 바람직하다. 그로 인해, 음속을 한층 더 높이는 동시에 큰 전기기계 결합계수(k²)를 얻을 수 있다.

또한 실리콘이 실리콘 다결정으로 이루어질 경우, 바람직하게는 상기 LiNbO₃ 단결정판의 오일러각이 (0°, 75°?148°, -5°?+5°) 또는 (90°, 52°?118°, -5°?+5°)의 범위에 있는 것이 바람직하다. 그로 인해, 음속을 한층 더 높이는 동시에 한층 더 큰 전기기계 결합계수(k²)를 얻을 수 있다.

본 발명에 따른 탄성 표면파 장치의 다른 넓은 국면에서는 횡파 음속이 5400m/초 이상, 8660m/초 이하인 고음속 기판과, 상기 고음속 기판상에 형성되어 있으며, 탄성 표면파의 파장(λ)으로 했을 때에 상기 LiNbO₃ 단결정판의 두께가 0.4λ?1.6λ의 범위에 있고, 탄성 표면파로서 탄성 표면파의 2차 모드가 이용되며, 오일러각이 (0°, 50°?120°, -5°?+5°)의 범위에 있는 탄성 표면파 장치가 제공된다. 이 경우에도 탄성 표면파의 음속을 효과적으로 높일 수 있다.

나아가, 본 발명의 또 다른 넓은 국면에 의하면, 횡파 음속이 5400m/초 이상, 8660m/초 이하인 고음속 기판과, 상기 고음속 기판상에 형성되어 있으며, 탄성 표면파의 파장(λ)으로 했을 때에 상기 LiNbO₃ 단결정판의 두께가 0.4λ?1.6λ의 범위에 있고, 탄성 표면파로서 탄성 표면파의 3차 모드가 이용되며, 오일러각이 (0°, 50°?53°, -5°?+5°) 혹은 (0°, 83°?140°, -5°?+5°)의 범위에 있는 탄성 표면파 장치가 제공된다. 이 경우에도 탄성 표면파의 고속화를 한층 더 꾀할 수 있다.

본 발명에 따른 탄성 표면파 장치의 또 다른 특정한 국면에서는 상기 LiNbO₃ 단결정판상에 형성된 산화 규소막이 더 구비되고, 상기 산화 규소막의 두께가 0.1λ?0.4λ의 범위가 된다. 이 경우에는 주파수 온도계수(TCF)의 절대값을 작게 할 수 있어, 온도 특성의 안정화를 꾀할 수 있다.

본 발명에 따른 탄성 표면파 장치의 다른 특정한 국면에서는 상기 고음속 기판과, 상기 LiNbO₃ 단결정판 사이에 적층된 산화 규소막이 더 구비되고, 상기 산화 규소막의 두께가 0.05λ?1.4λ의 범위로 되며, 그 경우에도 주파수 온도계수(TCF)의 절대값을 작게 할 수 있어, 온도 특성의 안정화를 꾀할 수 있다. 이 경우 바람직하게는, 고음속 기판이 실리콘일 경우 주파수 온도계수(TCF)의 절대값을 보다 작게 할 수 있다.

또한 상기 LiNbO₃ 단결정판과 고음속 기판 사이에 산화 규소막이 적층되어 있는 구조에 있어서 음속 기판이 실리콘일 경우, 상기 고음속 기판은 실리콘 단결정으로 이루어진 것이어도 되고, 실리콘 다결정으로 이루어진 것이어도 된다.

본 발명에 따른 탄성 표면파 장치에 의하면, 횡파 음속이 5400m/초 이상, 8660m/초 이하인 고음속 기판을 이용하고 있기 때문에 탄성 표면파의 음속을 높일 수 있다. 게다가, 이러한 음속의 고음속 기판은 다이아몬드와 달리 저렴하다. 아울러 LiNbO₃ 단결정판이 고음속 기판상에 형성되어 있고, 그 오일러각이 (0°, 67°?160°, -5°?+5°) 또는 (90°, 51°?133°, -5°?+5°)의 범위에 있기 때문에, 고음속 기판을 이용해서 탄성 표면파의 음속을 높일 수 있을 뿐만 아니라, 큰 전기기계 결합계수(k²)를 얻을 수 있게 된다.

또한 상기 본 발명의 다른 넓은 상기 국면에 의해 제공되는 탄성 표면파의 2차 모드를 이용한 탄성 표면파 장치에서도 마찬가지로 탄성 표면파의 음속을 높일 수 있다. 게다가 LiNbO₃ 단결정판이 고음속 기판상에 형성되어 있고, 그 오일러각이 상기 특정 범위로 되어 있기 때문에, 전기기계 결합계수(k²)를 높일 수 있다.

마찬가지로, 본 발명의 또 다른 넓은 상기 국면에 의해 제공되는 탄성 표면파의 3차 모드를 이용한 탄성 표면파 장치에서도 탄성 표면파의 음속을 높일 수 있다. 아울러 LiNbO₃ 단결정판이 고음속 기판상에 형성되어 있고, 그 오일러각이 상기 특정 범위에 있기 때문에, 전기기계 결합계수(k²)를 높일 수 있게 된다.

도 1의 (a)는 본 발명의 제1 실시형태의 탄성 표면파 장치를 나타내는 단면도이고, (b), (c)는 각각 제2, 제3 실시형태에 따른 탄성 표면파 장치의 정면 단면도이다.
도 2는 오일러각(0°, 0°, 0°)의 SiC 기판상에 오일러각(0°, 0°, 0°)의 LiNbO₃ 단결정판을 적층한 구조에서의 LiNbO₃ 단결정판의 두께와 탄성 표면파의 음속과의 관계를 나타내는 도면이다.
도 3은 오일러각(0°, 0°, 0°)의 SiC 기판상에 오일러각(0°, 0°, 0°)의 LiNbO₃ 단결정판을 적층한 구조에서의 LiNbO₃ 단결정판의 두께와 전기기계 결합계수(k²)와의 관계를 나타내는 도면이다.
도 4는 오일러각(0°, 0°, 0°)의 SiC 기판상에 오일러각(90°, 87°, 0°)의 LiNbO₃ 단결정판을 적층한 구조에서의 LiNbO₃ 단결정판의 두께와 탄성 표면파의 음속과의 관계를 나타내는 도면이다.
도 5는 오일러각(0°, 0°, 0°)의 SiC 기판상에 오일러각(90°, 87°, 0°)의 LiNbO₃ 단결정판을 적층한 구조에서의 LiNbO₃ 단결정판의 두께와 전기기계 결합계수(k²)와의 관계를 나타내는 도면이다.
도 6은 오일러각(0°, 122°23', 0°)의 Al₂O₃ 즉 R면 사파이어, 오일러각(0°, 90°, 0°)의 Al₂O₃ 즉 사파이어, 오일러각(90°, 90°, 0°)의 Al₂O₃ 즉 사파이어의 각 기판상에, 오일러각(90°, 87°, 0°)의 LiNbO₃ 단결정판을 적층한 구조를 이용했을 경우의, LiNbO₃ 단결정판의 두께와 탄성 표면파의 음속과의 관계를 나타내는 도면이다.
도 7은 오일러각(0°, 122°23', 0°)의 Al₂O₃ 즉 R면 사파이어, 오일러각(0°, 90°, 0°)의 Al₂O₃ 즉 사파이어, 오일러각(90°, 90°, 0°)의 Al₂O₃ 즉 사파이어의 각 기판상에, 오일러각(90°, 87°, 0°)의 LiNbO₃ 단결정판을 적층한 구조를 이용했을 경우의, LiNbO₃ 단결정판의 두께와 탄성 표면파의 전기기계 결합계수와의 관계를 나타내는 도면이다.
도 8은 오일러각(0°, 0°, 0°)의 SiC 기판상에 오일러각(0°, 90°, 0°)의 LiNbO₃ 단결정판을 적층한 구조에서의 LiNbO₃ 단결정판의 두께와 탄성 표면파의 음속과의 관계를 나타내는 도면이다.
도 9는 오일러각(0°, 0°, 0°)의 SiC 기판상에 오일러각(0°, 90°, 0°)의 LiNbO₃ 단결정판을 적층한 구조에서의 LiNbO₃ 단결정판의 두께와 전기기계 결합계수(k²)와의 관계를 나타내는 도면이다.
도 10은 오일러각(0°, 0°, 0°)의 SiC 기판상에 오일러각(0°, 110°, 0°)의 LiNbO₃ 단결정판을 적층한 구조에서의 LiNbO₃ 단결정판의 두께와 탄성 표면파의 음속과의 관계를 나타내는 도면이다.
도 11은 오일러각(0°, 0°, 0°)의 SiC 기판상에 오일러각(0°, 110°, 0°)의 LiNbO₃ 단결정판을 적층한 구조에서의 LiNbO₃ 단결정판의 두께와 전기기계 결합계수(k²)와의 관계를 나타내는 도면이다.
도 12는 오일러각(0°, 122°23', 0°) R면 사파이어상에 오일러각(0°, 110°, 0°)의 LiNbO₃ 단결정판을 적층한 구조에서의 LiNbO₃ 단결정판의 두께와 탄성 표면파의 음속과의 관계를 각각 나타내는 도면이다.
도 13은 오일러각(0°, 122°23', 0°) R면 사파이어상에 오일러각(0°, 110°, 0°)의 LiNbO₃ 단결정판을 적층한 구조에서의 LiNbO₃ 단결정판의 두께와 전기기계 결합계수(k²)와의 관계를 각각 나타내는 도면이다.
도 14는 오일러각(135°, 90°, 90°)의 실리콘 단결정 및 수정의 각 기판상에 오일러각(0°, 110°, 0°)의 LiNbO₃ 단결정판을 적층했을 경우의 LN 단결정판의 두께와 탄성 표면파의 음속과의 관계를 나타내는 도면이다.
도 15는 오일러각(135°, 90°, 90°)의 실리콘 단결정 및 수정의 각 기판상에 오일러각(0°, 110°, 0°)의 LiNbO₃ 단결정판을 적층했을 경우의 LN 단결정판의 두께와 전기기계 결합계수와의 관계를 나타내는 도면이다.
도 16은 오일러각(0°, 0°, 0°)의 SiC 기판상에 오일러각(0°, θ, 0°)의 두께 0.3λ의 LiNbO₃ 단결정판을 적층한 구조에서의 오일러각의 θ와 탄성 표면파의 음속과의 관계를 나타내는 도면이다.
도 17은 오일러각(0°, 0°, 0°)의 SiC 기판상에 오일러각(0°, θ, 0°)의 두께 0.3λ의 LiNbO₃ 단결정판을 적층한 구조에서의 오일러각의 θ와 전기기계 결합계수(k²)와의 관계를 나타내는 도면이다.
도 18은 오일러각(0°, 122°23', 0°)의 R면 사파이어 기판상에 오일러각(0°, θ, 0°)의 두께 0.3λ의 LiNbO₃ 단결정판을 적층한 구조에서의 오일러각의 θ와 탄성 표면파의 음속과의 관계를 나타내는 도면이다.
도 19는 오일러각(0°, 122°23', 0°)의 R면의 사파이어 기판상에 오일러각(0°, θ, 0°)의 두께 0.3λ의 LiNbO₃ 단결정판을 적층한 구조에서의 오일러각의 θ와, 전기기계 결합계수(k²)와의 관계를 나타내는 도면이다.
도 20은 알루미나 Al₂O₃ 기판상에 오일러각(0°, θ, 0°)의 두께 0.3λ의 LiNbO₃ 단결정판을 적층한 구조에서의 오일러각의 θ와 탄성 표면파의 음속과의 관계를 나타내는 도면이다.
도 21은 알루미나 Al₂O₃ 기판상에 오일러각(0°, θ, 0°)의 두께 0.3λ의 LiNbO₃ 단결정판을 적층한 구조에서의 오일러각의 θ와 전기기계 결합계수(k²)와의 관계를 나타내는 도면이다.
도 22는 질화 알루미늄 기판상에 오일러각(0°, θ, 0°)의 두께 0.3λ의 LiNbO₃ 단결정판을 적층한 구조에서의 오일러각의 θ와 탄성 표면파의 음속과의 관계를 나타내는 도면이다.
도 23은 질화 알루미늄 기판상에 오일러각(0°, θ, 0°)의 두께 0.3λ의 LiNbO₃ 단결정판을 적층한 구조에서의 오일러각의 θ와 전기기계 결합계수(k²)와의 관계를 나타내는 도면이다.
도 24는 질화 실리콘 기판상에 오일러각(0°, θ, 0°)의 두께 0.3λ의 LiNbO₃ 단결정판을 적층한 구조에서의 오일러각의 θ와 탄성 표면파의 음속과의 관계를 나타내는 도면이다.
도 25는 질화 실리콘 기판상에 오일러각(0°, θ, 0°)의 두께 0.3λ의 LiNbO₃ 단결정판을 적층한 구조에서의 오일러각의 θ와 전기기계 결합계수(k²)와의 관계를 나타내는 도면이다.
도 26은 오일러각(135°, 90°, 90°)의 실리콘 단결정 및 Si(다결정)의 각 기판상에 오일러각(0°, θ°, 0°)의 LiNbO₃ 단결정판을 적층했을 때의 오일러각(0°, θ, 0°)의 θ와 탄성 표면파의 음속과의 관계를 나타내는 도면이다.
도 27은 오일러각(135°, 90°, 90°)의 실리콘 단결정 및 Si(다결정)의 각 기판상에 오일러각(0°, θ°, 0°)의 LiNbO₃ 단결정판을 적층했을 때의 오일러각(0°, θ, 0°)의 θ와 전기기계 결합계수와의 관계를 나타내는 도면이다.
도 28은 도 1(b)에 나타낸 제2 실시형태의 탄성 표면파 장치이며, 오일러각(0°, 122°23', 0°)의 R면 사파이어 기판상에 오일러각(0°, 110°, 0°)의 두께 0.3λ의 LiNbO₃ 단결정판 및 SiO₂막을 적층한 구조에서의 SiO₂막의 두께와 탄성 표면파의 음속과의 관계를 나타내는 도면이다.
도 29는 도 1(b)에 나타낸 제2 실시형태의 탄성 표면파 장치이며, 오일러각(0°, 122°23', 0°)의 R면 사파이어 기판상에 오일러각(0°, 110°, 0°)의 두께 0.3λ의 LiNbO₃ 단결정판 및 SiO₂막을 적층한 구조에서의 SiO₂막의 두께와 전기기계 결합계수(k²)와의 관계를 나타내는 도면이다.
도 30은 도 1(b)에 나타낸 제2 실시형태의 탄성 표면파 장치이며, 오일러각(0°, 122°23', 0°)의 R면 사파이어 기판상에 오일러각(0°, 110°, 0°)의 두께 0.3λ의 LiNbO₃ 단결정판 및 SiO₂막을 적층한 구조에서의 SiO₂막의 두께와 프리 상태의 주파수 온도계수(TCF)와의 관계를 나타내는 도면이다.
도 31은 도 1(b)에 나타낸 제2 실시형태의 탄성 표면파 장치이며, 오일러각(0°, 122°23', 0°)의 R면 사파이어 기판상에 오일러각(0°, 110°, 0°)의 두께 0.3λ의 LiNbO₃ 단결정판 및 SiO₂막을 적층한 구조에서의 SiO₂막의 두께와, 메탈라이즈드 표면을 가지는 구조에서의 주파수 온도계수(TCF)와의 관계를 나타내는 도면이다.
도 32는 도 1(c)에 나타낸 제3 실시형태의 탄성 표면파 장치이며, 오일러각(0°, 122°23', 0°)의 R면 사파이어 기판상에 SiO₂막 및 오일러각(0°, 110°, 0°)의 두께 0.15λ의 LiNbO₃ 단결정판이 적층되어 있는 구조에서의 SiO₂막의 두께와 탄성 표면파의 음속과의 관계를 나타내는 도면이다.
도 33은 도 1(c)에 나타낸 제3 실시형태의 탄성 표면파 장치이며, 오일러각(0°, 122°23', 0°)의 R면 사파이어 기판상에 SiO₂막 및 오일러각(0°, 110°, 0°)의 두께 0.3λ의 LiNbO₃ 단결정판이 적층되어 있는 구조에서의 SiO₂막의 두께와 탄성 표면파의 음속과의 관계를 나타내는 도면이다.
도 34는 도 1(c)에 나타낸 제3 실시형태의 탄성 표면파 장치이며, 오일러각(0°, 122°23', 0°)의 R면 사파이어 기판상에 SiO₂막 및 오일러각(0°, 110°, 0°)의 다양한 두께의 LiNbO₃ 단결정판이 적층되어 있는 구조에서의, LiNbO₃ 단결정판의 두께와, SiO₂막의 두께와, 1차 모드 탄성 표면파의 전기기계 결합계수(k²)와의 관계를 나타내는 도면이다.
도 35는 도 1(c)에 나타낸 제3 실시형태의 탄성 표면파 장치이며, 오일러각(0°, 122°23', 0°)의 R면 사파이어 기판상에 SiO₂막 및 오일러각(0°, 110°, 0°)의 두께 0.15λ?0.6λ의 LiNbO₃ 단결정판이 적층되어 있는 구조에서의 SiO₂막의 두께와, 2차 모드 탄성 표면파의 전기기계 결합계수(k²)와의 관계를 나타내는 도면이다.
도 36은 도 1(c)에 나타낸 제3 실시형태의 탄성 표면파 장치이며, 오일러각(0°, 122°23', 0°)의 R면 사파이어 기판상에 SiO₂막 및 오일러각(0°, 110°, 0°)의 다양한 두께의 LiNbO₃ 단결정판이 적층되어 있는 구조에서의, LiNbO₃ 단결정판의 두께와, SiO₂막의 두께와, 3차 모드 탄성 표면파의 전기기계 결합계수(k²)와의 관계를 나타내는 도면이다.
도 37은 도 1(c)에 나타낸 제3 실시형태의 탄성 표면파 장치이며, 오일러각(0°, 122°23', 0°)의 R면 사파이어 기판상에 SiO₂막 및 오일러각(0°, 110°, 0°)의 LiNbO₃ 단결정판이 적층되어 있는 구조에 있어서, SiO₂막의 두께를 0.5λ, 0.8λ 또는 1.1λ로 했을 경우 및 SiO₂막이 형성되지 않은 구조에서의 LiNbO₃ 단결정판의 두께와, 1차 모드의 탄성 표면파의 전기기계 결합계수(k²)와의 관계를 나타내는 도면이다.
도 38은 도 1(c)에 나타낸 제3 실시형태의 탄성 표면파 장치이며, 오일러각(0°, 122°23', 0°)의 R면 사파이어 기판상에 SiO₂막 및 오일러각(0°, 110°, 0°)의 LiNbO₃ 단결정판이 적층되어 있는 구조에 있어서, SiO₂막의 두께를 0.5λ, 0.8λ 또는 1.1λ로 한 구조에서의 LiNbO₃ 단결정판의 두께와, 2차 모드의 탄성 표면파의 전기기계 결합계수(k²)와의 관계를 나타내는 도면이다.
도 39는 오일러각(0°, 122°23', 0°)의 R면 사파이어 기판상에 SiO₂막 및 오일러각(0°, 110°, 0°)의 LiNbO₃ 단결정판을 적층한 구조에 있어서, LiNbO₃ 단결정판의 두께를 0.15λ로 했을 경우의 SiO₂막의 두께와, 1차 모드 또는 2차 모드의 탄성 표면파를 이용했을 경우의 주파수 온도계수(TCF)와의 관계를 나타내는 도면이다.
도 40은 오일러각(0°, 122°23', 0°)의 R면 사파이어 기판상에 SiO₂막 및 오일러각(0°, 110°, 0°)의 LiNbO₃ 단결정판을 적층한 구조로서 LiNbO₃ 단결정판의 두께를 0.3λ로 했을 때의 SiO₂막의 막두께와, 1차 모드, 2차 모드 또는 3차 모드의 탄성 표면파의 주파수 온도계수(TCF)(프리)와의 관계를 나타내는 도면이다.
도 41은 오일러각(0°, 122°23', 0°)의 R면 사파이어 기판상에 SiO₂막 및 오일러각(0°, 110°, 0°)의 LiNbO₃ 단결정판을 적층한 구조로서 LiNbO₃ 단결정판의 두께를 0.3λ로 했을 때의 SiO₂막의 막두께와, 1차 모드, 2차 모드 또는 3차 모드의 탄성 표면파의 주파수 온도계수(TCF)(메탈라이즈)와의 관계를 나타내는 도면이다.
도 42는 도 1(c)에 나타낸 제3 실시형태의 탄성 표면파 장치이며, Si(90°, 90°, 45°)의 Si 기판상에 SiO₂막 및 오일러각(0°, 110°, 0°)의 LiNbO₃ 단결정판이 적층되어 있는 구조에서의, LiNbO₃ 단결정판의 두께와, SiO₂막의 두께와, 1차 모드의 탄성 표면파의 음속과의 관계를 나타내는 도면이다.
도 43은 도 1(c)에 나타낸 제3 실시형태의 탄성 표면파 장치이며, Si(90°, 90°, 45°)의 Si 기판상에 SiO₂막 및 오일러각(0°, 110°, 0°)의 LiNbO₃ 단결정판이 적층되어 있는 구조에서의, LiNbO₃ 단결정판의 두께와, SiO₂막의 두께와, 2차 모드의 탄성 표면파의 음속과의 관계를 나타내는 도면이다.
도 44는 도 1(c)에 나타낸 제3 실시형태의 탄성 표면파 장치이며, Si(90°, 90°, 45°)의 Si 기판상에 SiO₂막 및 오일러각(0°, 110°, 0°)의 LiNbO₃ 단결정판이 적층되어 있는 구조에서의, LiNbO₃ 단결정판의 두께와, SiO₂막의 두께와, 1차 모드 및 2차 모드의 전기기계 결합계수(k²)와의 관계를 나타내는 도면이다.
도 45는 도 1(c)에 나타낸 제3 실시형태의 탄성 표면파 장치이며, Si(90°, 90°, 45°)의 Si 기판상에 SiO₂막 및 오일러각(0°, 110°, 0°)의 LiNbO₃ 단결정판이 적층되어 있는 구조에서의, LiNbO₃ 단결정판의 두께와, SiO₂막의 두께와, 1차 모드의 탄성 표면파의 주파수 온도계수(TCF)와의 관계를 나타내는 도면이다.
도 46은 도 1(c)에 나타낸 제3 실시형태의 탄성 표면파 장치이며, 오일러각(90°, 90°, 45°)의 Si 기판상에 SiO₂막 및 오일러각(0°, 110°, 0°)의 LiNbO₃ 단결정판이 적층되어 있는 구조에서의, LiNbO₃ 단결정판의 두께와, SiO₂막의 두께와, 2차 모드의 탄성 표면파의 주파수 온도계수(TCF)와의 관계를 나타내는 도면이다.
도 47은 도 1(c)에 나타낸 제3 실시형태의 탄성 표면파 장치이며, 오일러각(135°, 90°, 90°)의 Si 기판상에 SiO₂막 및 오일러각(0°, 110°, 0°)의 LiNbO₃ 단결정판이 적층되어 있는 구조에서의, LiNbO₃ 단결정판의 두께와, SiO₂막의 두께와, 1차 모드의 탄성 표면파의 음속과의 관계를 나타내는 도면이다.
도 48은 도 1(c)에 나타낸 제3 실시형태의 탄성 표면파 장치이며, 오일러각(135°, 90°, 90°)의 Si 기판상에 SiO₂막 및 오일러각(0°, 110°, 0°)의 LiNbO₃ 단결정판이 적층되어 있는 구조에서의, LiNbO₃ 단결정판의 두께와, SiO₂막의 두께와, 1차 모드의 탄성 표면파의 전기기계 결합계수(k²)와의 관계를 나타내는 도면이다.
도 49는 도 1(c)에 나타낸 제3 실시형태의 탄성 표면파 장치이며, 오일러각(135°, 90°, 90°)의 Si 기판상에 SiO₂막 및 오일러각(0°, 110°, 0°)의 LiNbO₃ 단결정판이 적층되어 있는 구조에서의, LiNbO₃ 단결정판의 두께와, SiO₂막의 두께와, 1차 모드의 탄성 표면파의 주파수 온도계수(TCF)와의 관계를 나타내는 도면이다.
도 50은 오일러각(0°, 90°, 0°)의 사파이어 기판상에 오일러각(0°, 110°, 0°)의 LiNbO₃ 단결정판이 적층되어 있는 제1 실시형태의 탄성 표면파 장치에 있어서, 0차 모드, 1차 모드, 2차 모드 및 3차 모드의 각 탄성 표면파의 음속과, LiNbO₃ 단결정판의 두께와의 관계를 나타내는 도면이다.
도 51은 오일러각(0°, 90°, 0°)의 사파이어 기판상에 오일러각(0°, 110°, 0°)의 LiNbO₃ 단결정판이 적층되어 있는 제1 실시형태의 탄성 표면파 장치에 있어서, 0차 모드, 1차 모드, 2차 모드 및 3차 모드의 전기기계 결합계수(k²)와, LiNbO₃ 단결정판의 두께와의 관계를 나타내는 도면이다.
도 52는 오일러각(0°, 122°23', 0°)의 R면 사파이어 기판상에 오일러각(90°, θ, 0°)의 두께 0.3λ의 LiNbO₃를 적층해서 이루어지는 제1 실시형태의 탄성 표면파 장치에 있어서, 오일러각의 θ와 탄성 표면파의 음속과의 관계를 나타내는 도면이다.
도 53은 오일러각(0°, 122°23', 0°)의 R면 사파이어 기판상에 오일러각(90°, θ, 0°)의 두께 0.3λ의 LiNbO₃를 적층해서 이루어지는 제1 실시형태의 탄성 표면파 장치에 있어서, 오일러각의 θ와 전기기계 결합계수(k²)와의 관계를 나타내는 도면이다.
도 54는 오일러각(90°, 90°, 0°)의 알루미나 기판상에 오일러각(0°, 110°, 0°)의 LiNbO₃를 적층해서 이루어지는 제1 실시형태의 탄성 표면파 장치에 있어서, LiNbO₃ 단결정판의 두께와 탄성 표면파의 음속과의 관계를 나타내는 도면이다.
도 55는 오일러각(90°, 90°, 0°)의 알루미나 기판상에 오일러각(0°, 110°, 0°)의 LiNbO₃를 적층해서 이루어지는 제1 실시형태의 탄성 표면파 장치에 있어서, LiNbO₃ 단결정판의 두께와 전기기계 결합계수(k²)와의 관계를 나타내는 도면이다.
도 56은 오일러각(0°, 122°23', 0°)의 R면 사파이어 기판상에 오일러각(0°, θ, 0°)의 두께 0.8λ의 LiNbO₃ 단결정판을 적층한 구조에서의 오일러각의 θ와 탄성 표면파의 음속과의 관계를 나타내는 도면이다.
도 57은 오일러각(0°, 122°23', 0°)의 R면 사파이어 기판상에 오일러각(0°, θ, 0°)의 두께 0.8λ의 LiNbO₃ 단결정판을 적층한 구조에서의 오일러각의 θ와 전기기계 결합계수(k²)와의 관계를 나타내는 도면이다.
도 58은 도 1(c)에 나타낸 제3 실시형태의 탄성 표면파 장치이며, 다결정의 Si 기판상에 SiO₂막 및 오일러각(0°, 110°, 0°)의 LiNbO₃ 단결정판이 적층되어 있는 구조에서의, LiNbO₃ 단결정판의 두께와, SiO₂막의 두께와, 1차 모드의 탄성 표면파의 음속과의 관계를 나타내는 도면이다.
도 59는 도 1(c)에 나타낸 제3 실시형태의 탄성 표면파 장치이며, 다결정의 Si 기판상에 SiO₂막 및 오일러각(0°, 110°, 0°)의 LiNbO₃ 단결정판이 적층되어 있는 구조에서의, LiNbO₃ 단결정판의 두께와, SiO₂막의 두께와, 1차 모드의 전기기계 결합계수(k²)와의 관계를 나타내는 도면이다.
도 60은 제1 실시형태의 탄성 표면파 장치에 있어서, 고음속 기판을 (0°, 0°, 0°)의 SiC, 알루미나, 질화 알루미늄, 질화 실리콘, Si((135°, 90°, 90°), 또는 Si 다결정으로 이루어지는 기판을 이용하고, LN 단결정판의 오일러각(90°, θ, 0°), 두께를 0.3λ로 했을 때의, 오일러각의 θ와 전기기계 결합계수(k²)와의 관계를 나타내는 도면이다.
도 61은 LiNbO₃ 단결정 박막 및 LiNbO₃ 단결정판의 X선 회절(XRD) 스펙트럼을 나타내는 도면이다.
도 62는 종래의 탄성 표면파 장치를 나타내는 단면도이다.

이하, 도면을 참조하면서, 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명함으로써 본 발명을 명확히 한다. 또한 본 명세서에서 고음속 기판 및 LiNbO₃ 단결정판의 결정방위에 대해서는 오일러각(φ, θ, ψ)으로 표시하기로 한다. 한편 결정방위는 오일러각 외에, 밀러 지수(Miller indices) 등으로도 표시된다. 오일러각과 밀러 지수와의 관계는 다음과 같다.

오일러각(90°, 90°, 0°)=밀러 지수(100), 오일러각(0°, 90°, 0°)=밀러 지수(010) 혹은 (0-10).

도 1(a)는 본 발명의 제1 실시형태에 따른 탄성 표면파 장치의 정면 단면도이다. 탄성 표면파 장치(1)는 고음속 기판(2)을 가진다. 고음속 기판(2)은 탄성 표면파의 음속이 빠른 기판을 말하며, 구체적으로는 횡파 음속이 5400m/초 이상, 8660m/초 이하인 기판을 말하는 것으로 한다. 5400m/초 이상의 고음속 기판(2)을 이용함으로써, 탄성 표면파의 음속을 높일 수 있다. 한편 8660m/초를 넘는 고음속 기판을 이용한 경우에도 탄성 표면파의 음속을 높일 수 있지만, 8660m/초보다 고음속인 기판재료는 다이아몬드 등의 매우 고가인 재료여서, 탄성 표면파 장치의 비용이 높아지게 된다.

상기 횡파 음속 범위의 고음속 기판재료 및 횡파 음속을 하기의 표 1에 나타낸다.

	횡파 음속
사파이어	6070m/초
탄화 규소	7360~8660m/초
알루미나	5800~6400m/초
질화 알루미늄	5960~6560m/초
질화 실리콘	5650~6000m/초
실리콘	5844m/초
산화 마그네슘(MgO)	6600m/초
다결정 실리콘	5400m/초
수정	4670m/초

한편, 본 발명에서 고음속 기판(2)을 구성하는 재료는 표 1에 나타내는 재료에 한정되는 것은 아니지만, 바람직하게는 상기 표 1에 나타나 있는 사파이어, 탄화 규소, 알루미나, 질화 알루미늄, 질화 실리콘, 실리콘 및 MgO로 이루어지는 군에서 선택되는, 비교적 저렴하면서 음속이 빠른 재료가 바람직하게 이용된다.

본 발명에서 사파이어는 R면, m면 및 a면 사파이어 단결정의 예를 제시했지만, 5400m/초?8660m/초의 음속을 나타내는 방위각의 사파이어를 이용해도 된다.

고음속 기판(2)상에 LiNbO₃ 단결정판(3)이 적층되어 있다. LiNbO₃ 단결정판(3)은 LiNbO₃ 단결정 박막과는 다르다. 즉, 상기 LiNbO₃ 단결정판(3)은 벌크의 LiNbO₃ 단결정을 절삭하거나 함으로써 얻어지는 것이다. LiNbO₃ 단결정판(3)은 상기와 같이 해서 얻어지며, 고음속 기판(2)에 접합된다. 따라서 LiNbO₃ 단결정판(3)이란, 고음속 기판상에 결정 성장에 의해 형성된 LiNbO₃ 단결정 박막과는 다르다. 벌크의 LiNbO₃ 단결정으로부터 얻어진 LiNbO₃ 단결정판(3)은 결정 성장에 의해 성막된 LiNbO₃ 단결정 박막과는 결정성에 있어서 다른 것이다.

LiNbO₃ 단결정판(3)의 두께는 특별히 한정되지 않지만 0.05λ 이상 정도의 두께를 가지며, 보통 0.15λ?1.6λ 정도의 두께가 된다. 두께가 0.05λ보다 얇으면 박판 작성이 곤란해지는 경우가 있다. 두께가 1.6λ보다 두꺼워지면 탄성 표면파 장치(1)의 두께가 커지고, 본래의 LiNbO₃ 단결정 단독의 특성에 가까워져 고음속을 얻기 어려워진다.

또한 LiNbO₃ 단결정 박막은 배향성을 양호하게 하기가 곤란하기 때문에, 압전 특성이 좋은 것을 얻기가 어렵다. 도 61에, 두께가 모두 0.5㎛인 LiNbO₃ 단결정 박막과 LiNbO₃ 단결정판의, X선 회절(XRD)에 의한 결정성의 특성(2θ/ω 스캔)을 측정한 결과를 나타낸다. 이것으로부터 명백하듯이, LiNbO₃ 단결정판에서의 XRD의 강도는 321000, 반값폭 0.05°이다. 한편 LiNbO₃ 단결정 박막의 XRD 강도는 약 1/30의 10000, 반값폭은 약 17배의 0.85°로서, 단결정판에 비해 단결정 박막은 배향성이나 결정성이 현저하게 나쁘다는 것을 알 수 있다. 이것은 단결정 박막의 압전 특성(전기기계 결합계수)이나 기계적 Q가, 단결정판에 비해 현저하게 떨어지는 것을 의미한다. 즉 LiNbO₃ 단결정 박막에서는 단결정판 정도의 배향성이나 결정성을 얻기가 곤란하여, 압전 특성이 좋은 것을 얻을 수 없다. 이에 반해 LiNbO₃ 단결정판에서는 배향성이나 결정성이 좋은, 압전 특성이 좋은 탄성 표면파 장치를 용이하게 얻을 수 있다.

상기 LiNbO₃ 단결정판의 결정방위는 오일러각으로 (0°, 67°?160°, -5°?+5°) 또는 (90°, 51°?133°, -5°?+5°)의 범위로 되어 있다. 결정방위가 이 범위 내이기 때문에, 후술하는 바와 같이 전기기계 결합계수(k²)를 높일 수 있다.

상기 고음속 기판(2)에 LiNbO₃ 단결정판(3)을 적층해서 접합하는 방법은 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면 고음속 기판(2)상에 LiNbO₃ 단결정을 접합하고, 가열에 의해 확산 접합하는 방법, 혹은 금 등의 공정(共晶) 결합 등의 적절한 방법을 이용할 수 있다.

상기 LiNbO₃ 단결정판(3)상에 전극(4)이 형성되어 있다. 전극(4)은 Al, Pt, Cu, Au, Ni 등의 적절한 금속 혹은 합금에 의해 형성할 수 있다.

본 실시형태의 탄성 표면파 장치(1)의 특징은 상기 고음속 기판(2)을 이용함으로써 탄성 표면파의 음속을 높일 수 있는 것, 및 상기 특정 오일러각의 LiNbO₃ 단결정판(3)을 이용함으로써 고음속화와 전기기계 결합계수(k²)의 증대를 꾀할 수 있다는 것에 있다.

상술한 바와 같이, 종래의 LiNbO₃ 박막을 이용한 탄성 표면파 장치에서는 전기기계 결합계수(k²)를 높일 수 있는 오일러각 범위가 매우 좁다는 문제가 있었다. 예를 들면 (012)사파이어상에 에피택셜(epitaxial) LiNbO₃ 박막을 적층시킨 구조에서는 (100)즉 오일러각으로 (90°, 90°, 0°)의 LiNbO₃막을 이용해야만 했다.

이에 반해 본 발명에 의하면, 상기와 같이 넓은 오일러각 범위의 LiNbO₃ 단결정을 이용할 수 있고, 따라서 탄성 표면파의 음속 증대와 전기기계 결합계수(k²)의 증대를 용이하게 꾀할 수 있다.

한편, 상기 제1 실시형태에 한하지 않고, 본 발명에서는 도 1(b), (c)에 나타내는 제2, 제3 실시형태의 탄성 표면파 장치(11, 21)를 이용해도 된다. 도 1(b)에 나타내는 탄성 표면파 장치(11)에서는 LiNbO₃ 단결정판(3)상에 SiO₂막(5)이 전극(4)을 덮도록 형성되어 있다. 또한 도 1(c)에 나타내는 탄성 표면파 장치(21)에서는 고음속 기판(2)과 LiNbO₃ 단결정판(3) 사이에 SiO₂막(5A)이 형성되어 있다. 탄성 표면파 장치(11, 21)와 같이 SiO₂막(5, 5A)을 이용함으로써, 주파수 온도계수(TCF)의 절대값을 작게 할 수 있어, 온도 변화에 의한 특성의 안정화를 꾀할 수 있다.

상기 특정 오일러각 범위의 LiNbO₃ 단결정판(3)을 고음속 기판상에 적층한 구조에 있어서, 탄성 표면파의 음속 증대 및 전기기계 결합계수(k²)의 증대를 꾀하는 것을, 이하, 구체적인 실험예에 기초해서 설명한다.

한편, 본 발명에서 이용하는 탄성 표면파는 0차, 즉 레일리파(Rayleigh wave)가 아니라 누설 탄성 표면파이다. 이 누설 탄성 표면파는 1차의 탄성 표면파에 한하지 않고 2차, 또는 3차 모드의 탄성 표면파여도 되고, 보다 고차 모드의 탄성 표면파를 이용함으로써 음속을 한층 더 높일 수 있다.

한편, 이하에서는 LiNbO₃를 경우에 따라서 LN으로 생략하기로 한다.

[탄화 규소 SiC로 이루어지는 고음속 기판을 이용한 구조예]

도 2는 오일러각(0°, 0°, 0°)의 SiC 기판상에, 오일러각이 (0°, 0°, 0°)인 LN 단결정판을 적층한 구조의 LN 단결정판의 두께와, 탄성 표면파의 음속과의 관계를 나타내는 도면이고, 도 3은 상기 LN 단결정판의 두께와 전기기계 결합계수(k²)와의 관계를 나타내는 도면이다.

한편, 탄성 표면파의 음속은 통상적인 탄성 표면파 장치에서는 4000m/초 정도이다. 도 2로부터 명백하듯이, 0차의 탄성 표면파, 1차 모드의 탄성 표면파, 2차 모드의 탄성 표면파, 3차 모드의 탄성 표면파 모두에 있어서, LN 단결정판(3)의 두께가 0?1.0λ의 범위로 두꺼워짐에 따라서 느려져 가는 것을 알 수 있다.

그러나 1차 모드, 2차 모드, 또는 3차 모드의 탄성 표면파를 이용했을 경우, LN 단결정판(3)의 두께가 0?1.0λ인 전체 범위에서 4500m/초 이상으로 고음속임을 알 수 있다. 예를 들면 1차 모드의 탄성 표면파는 LN 단결정판(3)의 두께가 0?1.0λ인 범위에서 4500m/초?4750m/초의 범위로, 탄성 표면파의 음속을 충분히 높일 수 있음을 알 수 있다.

또한 2차 모드의 탄성 표면파 또는 3차 모드의 탄성 표면파를 이용했을 경우, 1차 모드의 탄성 표면파를 이용한 경우보다 탄성 표면파의 음속을 더욱 높일 수 있음을 알 수 있다.

한편 도 3에 나타내는 바와 같이, 전기기계 결합계수(k²)에 대해서는 1차 모드의 탄성 표면파를 이용했을 경우, LN 단결정판의 두께가 0.15λ?1.0λ인 범위에서 0.04 이상으로 비교적 높지만, 본원의 다른 오일러각의 LN 단결정판의 1차 모드에 비하면 작다는 것을 알 수 있다.

단, 2차 모드 또는 3차 모드를 이용한 경우에는 마찬가지로 전기기계 결합계수가 0.02 이하로 비교적 낮다.

따라서 도 2 및 도 3의 결과로부터, 오일러각(0°, 0°, 0°)의 LN 단결정판의 두께를 0.15λ?1.0λ의 범위로 했을 경우, 1차 모드의 탄성 표면파의 음속을 빠르게 할 수 있지만, 전기기계 결합계수(k²)를 그다지 높일 수 없다는 것을 알 수 있다.

도 4 및 도 5는 LN(90°, 87°, 0°)/SiC(0°, 0°, 0°) 구조를 이용했을 경우의 LN 단결정판의 두께와 탄성 표면파의 음속 및 전기기계 결합계수와의 관계를 각각 나타내는 도면이다.

도 4로부터 명백하듯이, LN의 결정방위가 (90°, 87°, 0°)로 되어 있을 경우, LN 단결정판의 두께가 0.05?1.6λ인 범위에서 1차 모드의 탄성 표면파의 음속은 4400m/초 이상으로 빠르고, 2차 모드나 3차 모드를 이용했을 경우, 한층 더 탄성 표면파의 음속을 높일 수 있음을 알 수 있다.

한편 도 5로부터, 1차 모드의 탄성 표면파를 이용했을 경우에는, 바람직하게는 LN 단결정판의 두께를 0.15λ?1.6λ의 범위로 했을 경우, 전기기계 결합계수(k²)를 0.115 이상으로 효과적으로 높일 수 있음을 알 수 있다. 한편 LN의 두께를 0.07λ?0.12λ로 함으로써, 전기기계 결합계수(k²)를 0.05 이상으로 높이는 동시에 6500m/초 이상의 고음속이 얻어진다. 또한 2차 모드의 탄성 표면파를 이용했을 경우에는 0.27λ?1.6λ의 두께로 함으로써, 전기기계 결합계수(k²)를 0.04 이상으로 높일 수 있음을 알 수 있다.

따라서 오일러각(90°, 87°, 0°)의 LN 단결정판(3)을 이용했을 경우에는, 상기 LN 단결정판(3)의 두께는 1차 모드를 이용할 경우 0.15λ?1.6λ의 범위로 하는 것이 바람직하다. 그로 인해 탄성 표면파의 음속을 높일 수 있을 뿐 아니라, 전기기계 결합계수(k²)를 효과적으로 높일 수 있다. 음속을 4560m/초 이상 및 전기기계 결합계수(k²)를 0.15 이상으로 보다 높이기 위해서는, LN 단결정판의 두께를 보다 바람직하게는 0.18λ?0.9λ의 범위로 하면 된다.

또한 2차 모드의 탄성 표면파를 이용할 경우에는 상기와 같이 LN 단결정판의 두께를 0.27λ?1.6λ의 범위로 하는 것이 바람직하다. 그로 인해, 탄성 표면파의 음속을 5050m/초 이상으로 높이는 동시에 전기기계 결합계수(k²)를 0.04 이상으로 크게 할 수 있다. 보다 바람직하게는 두께를 0.38λ?1.23λ로 함으로써, 5250m/초 이상의 고음속과 0.07 이상의 큰 전기기계 결합계수(k²)를 얻을 수 있다.

3차 모드를 이용할 경우에는 LN 단결정의 두께 0.4λ?1.6λ 사이에서 5100m/초 이상의 음속과 0.025 이상의 전기기계 결합계수(k²)가 얻어지고, LN 단결정의 두께 0.4λ?0.53λ 및 1.18λ?1.6λ 사이에서 0.04 이상의 전기기계 결합계수(k²)가 얻어진다.

도 6 및 도 7은 LN(90°, 87°, 0°)/R면 사파이어(0°, 122°23', 0°), 사파이어(0°, 90°, 0°), 사파이어(90°, 90°, 0°) 구조를 이용했을 경우의 LN 단결정판의 두께와 탄성 표면파의 음속 및 전기기계 결합계수와의 관계를 각각 나타내는 도면이다.

도 6으로부터 명백하듯이, LN의 결정방위가 (90°, 87°, 0°)로 되어 있을 경우, LN 단결정판의 두께가 0?1.6λ인 범위에서 1차 모드의 탄성 표면파의 음속이 4450m/초 이상으로 빨라, 탄성 표면파의 음속을 높일 수 있음을 알 수 있다.

한편 도 7로부터, 1차 모드의 탄성 표면파를 이용했을 경우에는 LN 단결정판의 두께를 0.15λ?1.6λ의 범위로 했을 경우, 전기기계 결합계수(k²)를 0.1 이상으로 높일 수 있음을 알 수 있다.

따라서 오일러각(90°, 87°, 0°)의 LN 단결정판(3)을 이용했을 경우에는, 상기 LN 단결정판(3)의 두께는 1차 모드를 이용할 경우 0.15λ?1.6λ의 범위로 하는 것이 바람직하다. 그로 인해, 탄성 표면파의 음속을 높일 수 있을 뿐 아니라, 전기기계 결합계수(k²)를 효과적으로 높일 수 있다. 음속을 4560m/초 이상 및 전기기계 결합계수(k²)를 0.15 이상으로 보다 높이기 위해서는, LN 단결정판의 두께를 보다 바람직하게는 0.2λ?0.8λ의 범위로 하면 된다.

도 8 및 도 9는 LN(0°, 90°, 0°)/SiC(0°, 0°, 0°) 구조를 이용했을 경우의 LN 단결정판의 두께와 탄성 표면파의 음속 및 전기기계 결합계수와의 관계를 각각 나타내는 도면이다.

도 8로부터 명백하듯이, LN의 결정방위가 (0°, 90°, 0°)로 되어 있을 경우, LN 단결정판의 두께가 0?1.4λ인 범위에서 1차 모드의 탄성 표면파의 음속이 4350m/초 이상으로 빠르고, 2차 모드나 3차 모드를 이용했을 경우, 한층 더 탄성 표면파의 음속을 높일 수 있음을 알 수 있다.

한편 도 9로부터, 1차 모드의 탄성 표면파를 이용했을 경우에는 LN 단결정판의 두께를 0.15λ?1.4λ의 범위로 했을 경우, 전기기계 결합계수(k²)를 0.15 이상으로 높일 수 있음을 알 수 있다. 또한 2차 모드의 탄성 표면파를 이용했을 경우에는 0.3λ?1.6λ의 두께로 함으로써, 전기기계 결합계수(k²)를 0.02 이상으로 높일 수 있음을 알 수 있다.

따라서 오일러각(0°, 90°, 0°)의 LN 단결정판(3)을 이용했을 경우에는, 상기 LN 단결정판(3)의 두께는 1차 모드를 이용할 경우 0.15λ?1.6λ의 범위로 하는 것이 바람직하다. 그로 인해, 탄성 표면파의 음속을 높일 수 있을 뿐 아니라, 전기기계 결합계수(k²)를 효과적으로 높일 수 있다. 전기기계 결합계수(k²)를 보다 높이기 위해서는, LN 단결정판의 두께를 보다 바람직하게는 0.2λ?1.0λ의 범위로 하면 0.2 이상의 전기기계 결합계수(k²)가 얻어진다.

또한 2차 모드의 탄성 표면파를 이용할 경우에는 상기와 같이 LN 단결정판의 두께를 0.2λ?1.6λ의 범위로 함으로써, 탄성 표면파의 음속을 높이는 동시에 전기기계 결합계수(k²)를 크게 할 수 있다. 또한 LN 단결정판의 두께를 0.37λ?0.43λ 및 0.93λ?1.6λ로 함으로써, 0.025 이상의 전기기계 결합계수(k²)가 얻어진다.

3차 모드에 관해서는 LN 단결정판의 두께를 0.4λ?1.6λ로 함으로써 5100m/초 이상의 음속과 0.025 이상의 전기기계 결합계수(k²)가 얻어지고, LN 단결정의 두께를 0.4λ?1.15λ로 함으로써 5400m/초 이상의 음속과 0.05 이상의 전기기계 결합계수(k²)가 얻어진다.

도 10 및 도 11은 LN(0°, 110°, 0°)/SiC(0°, 0°, 0°) 구조를 이용했을 경우의 LN 단결정판의 두께와 탄성 표면파의 음속 및 전기기계 결합계수와의 관계를 각각 나타내는 도면이다.

도 10으로부터 명백하듯이, LN의 결정방위가 (0°, 110°, 0°)로 되어 있을 경우, LN 단결정판의 두께가 0?1.6λ인 범위에서 1차 모드의 탄성 표면파의 음속이 4750m/초 이상으로 빠르고, 2차 모드나 3차 모드를 이용했을 경우, 한층 더 탄성 표면파의 음속을 높일 수 있음을 알 수 있다.

한편 도 11로부터, 1차 모드의 탄성 표면파를 이용했을 경우에는 LN 단결정판의 두께를 0.14λ?1.6λ의 범위로 했을 경우, 전기기계 결합계수(k²)를 0.15 이상으로 높일 수 있음을 알 수 있다. 또한 2차 모드의 탄성 표면파를 이용했을 경우에는 0.2λ?0.62λ 및 0.97λ?1.6λ의 두께로 함으로써, 전기기계 결합계수(k²)를 0.02 이상으로 높일 수 있음을 알 수 있다. 나아가, LN 단결정판의 두께를 0.2λ?0.55λ 및 1.05λ?1.6λ로 함으로써 0.025 이상의 전기기계 결합계수(k²)가 얻어진다.

따라서 오일러각(0°, 110°, 0°)의 LN 단결정판(3)을 이용했을 경우에는, 상기 LN 단결정판(3)의 두께는 1차 모드를 이용할 경우 0.14λ?1.6λ의 범위로 하는 것이 바람직하다. 그로 인해, 탄성 표면파의 음속을 높일 수 있을 뿐 아니라, 전기기계 결합계수(k²)를 효과적으로 높일 수 있다. 전기기계 결합계수(k²)를 보다 높이기 위해서는, LN 단결정판의 두께를 보다 바람직하게는 0.18λ?1.17λ의 범위로 하면 0.2 이상의 전기기계 결합계수가 얻어진다.

또한 2차 모드의 탄성 표면파를 이용할 경우에는 상기와 같이 LN 단결정판의 두께를 0.2λ?0.62λ 및 0.97λ?1.6λ의 범위로 함으로써, 탄성 표면파의 음속을 높이는 동시에 전기기계 결합계수(k²)를 크게 할 수 있다.

3차 모드의 탄성 표면파를 이용할 경우에는 LN 단결정판의 두께를 0.35λ?1.6λ로 함으로써 5300m/초 이상의 고음속과 0.03 이상의 전기기계 결합계수(k²)가 얻어지고, LN 단결정판의 두께를 0.42λ?1.42λ로 함으로써 0.05 이상의 전기기계 결합계수(k²)가 얻어진다.

[LN 단결정판/R면 사파이어(0°, 122°23', 0°)]

도 12 및 도 13은 LN(0°, 110°, 0°)/R면 사파이어(0°, 122°23', 0°) 구조를 이용했을 경우의 LN 단결정판의 두께와 탄성 표면파의 음속 및 전기기계 결합계수와의 관계를 각각 나타내는 도면이다.

도 12로부터 명백하듯이, LN의 결정방위가 (0°, 110°, 0°)로 되어 있을 경우, LN 단결정판의 두께가 0.05?1.0λ의 범위에서 1차 모드의 탄성 표면파의 음속은 4400m/초 이상으로 빠르고, 2차 모드나 3차 모드를 이용했을 경우, 한층 더 탄성 표면파의 음속을 높일 수 있음을 알 수 있다.

한편 도 13으로부터, 1차 모드의 탄성 표면파를 이용했을 경우에는 LN 단결정판의 두께를 0.11λ?1.6λ의 범위로 했을 경우, 전기기계 결합계수(k²)를 0.125 이상으로 높일 수 있음을 알 수 있다. 또한 2차 모드의 탄성 표면파를 이용했을 경우에는 0.12λ?1.6λ의 두께로 함으로써, 전기기계 결합계수(k²)를 0.025 이상으로 높일 수 있음을 알 수 있다.

따라서 오일러각(0°, 110°, 0°)의 LN 단결정판(3)을 이용했을 경우에는, 상기 LN 단결정판(3)의 두께는 1차 모드를 이용할 경우 0.11λ?1.6λ의 범위로 하는 것이 바람직하다. 그로 인해 탄성 표면파의 음속을 높일 수 있을 뿐 아니라, 전기기계 결합계수(k²)를 효과적으로 높일 수 있다. 전기기계 결합계수(k²)를 0.2 이상으로 보다 높이기 위해서는, LN 단결정판의 두께를 보다 바람직하게는 0.17λ?1.02λ의 범위로 하면 된다.

또한 2차 모드의 탄성 표면파를 이용할 경우에는 상기와 같이 LN 단결정판의 두께를 0.2λ?1.6λ의 범위로 함으로써, 탄성 표면파의 음속을 높이는 동시에 전기기계 결합계수(k²)를 크게 할 수 있다. 또한 LN 단결정판의 두께를 0.2λ?0.42λ 및 0.95λ?1.6λ로 함으로써 0.03 이상의 전기기계 결합계수(k²)가 얻어진다.

3차 모드의 탄성 표면파를 이용할 경우에는 LN 단결정판의 두께를 0.4λ?1.6λ로 함으로써 5100m/초 이상의 고음속과 0.025 이상의 전기기계 결합계수(k²)가 얻어진다. 또한 LN 단결정판의 두께를 0.6λ?1.55λ로 함으로써 0.03 이상의 전기기계 결합계수(k²)가 얻어진다.

상기 도 5, 도 7, 도 9, 도 11 및 도 13 모두에서 LiNbO₃ 단결정판(3)의 두께를 0.14λ?1.6λ의 범위로 함으로써 전기기계 결합계수(k²)를 0.02 이상으로 크게 할 수 있고, 특히 도 5, 도 7, 도 9, 도 11 및 도 13에서는 1차 모드의 전기기계 결합계수(k²)를 0.115 이상으로 한층 더 크게 할 수 있다.

[LN(0°, 110°, 0°)/사파이어(0°, 90°, 0°)]

도 50은 도 1(a)에 나타낸 제1 실시형태의 구조에 있어서, 고음속 기판(2)이 오일러각(0°, 90°, 0°)의 사파이어로 이루어지고, LN 단결정판(3)의 오일러각이 (0°, 110°, 0°)인 구조에서의 0차 모드, 1차 모드, 2차 모드 및 3차 모드의 각 탄성 표면파의 음속과, LN 단결정판과의 두께와의 관계를 나타내는 도면이고, 도 51은 LN 단결정판의 두께와 전기기계 결합계수(k²)와의 관계를 나타내는 도면이다.

도 50으로부터 명백하듯이, LN 단결정판의 두께가 1.6λ 이하인 전체 범위에서, 1차 모드의 탄성 표면파의 음속이 4400m/초 이상으로 높음을 알 수 있다. 또한 2차 모드 및 3차 모드의 탄성 표면파에서는 탄성 표면파의 음속을, LN막의 두께가 각각 0.4λ?1.6λ 및 0.5λ?1.6λ인 범위에서 한층 더 빠르게 할 수 있음을 알 수 있다.

도 51로부터 명백하듯이, 1차 모드의 탄성 표면파를 이용했을 경우, LN 단결정판의 두께가 0.27λ?0.6λ의 범위인 것이 바람직하다. 그로 인해 전기기계 결합계수(k²)를 0.25 이상으로 높일 수 있음을 알 수 있다.

또한 2차 모드의 탄성 표면파를 이용했을 경우에는 LN 단결정판의 두께를 0.4λ?1.6λ로 함으로써 전기기계 결합계수(k²)를 0.02 이상으로 할 수 있고, 3차 모드의 탄성 표면파를 이용했을 경우에는 LN 단결정판의 두께를 0.6λ?1.6λ로 함으로써 전기기계 결합계수(k²)를 0.02 이상으로 할 수 있다.

[LN(0°, 110°, 0°)/사파이어(90°, 90°, 0°)]

도 54는 도 1에 나타낸 실시형태의 탄성 표면파 장치에 있어서, 고음속 기판(2)으로서 오일러각이 (90°, 90°, 0°)인 사파이어를 이용하고, LN 단결정판(3)의 오일러각이 (0°, 110°, 0°)인 구조의, LN 단결정판의 두께와, 0차 모드, 1차 모드, 2차 모드 및 3차 모드의 탄성 표면파의 음속과의 관계를 나타내는 도면이고, 도 55는 LN 단결정판(3)의 두께와 전기기계 결합계수(k²)와의 관계를 나타내는 도면이다.

도 54로부터 명백하듯이, 이 구조에서는 LN 단결정판의 두께가 1.6λ 이하인 전체 범위에 있어서, 1차 모드의 탄성 표면파를 이용했을 경우, 음속이 4350m/초 이상으로 높음을 알 수 있다. 또한 2차 모드 탄성 표면파 및 3차 모드 탄성 표면파를 이용했을 경우, 각각 LN 단결정판의 두께가 0.04λ?1.6λ 및 0.6λ?1.6λ인 전체 범위에서 탄성 표면파의 음속이 각각 5000m/초 이상 및 5250m/초 이상으로 더욱 높아지는 것을 알 수 있다.

한편 도 55에 나타내는 바와 같이, 전기기계 결합계수(k²)는 1차 모드 탄성 표면파를 이용했을 경우, LN 단결정판의 두께 0.05λ?0.1λ에서는 전기기계 결합계수(k²)가 0.05?0.1의 범위이지만, 음속이 5700m/초로 높다는 이점이 있다. 또 LN 단결정판의 두께가 0.1λ?1.6λ인 범위에서 전기기계 결합계수(k²)가 0.1 이상으로 높고, 2차 모드의 탄성 표면파의 경우에는 LN 단결정판의 두께 0.4λ?1.6λ의 범위에서 전기기계 결합계수(k²)가 0.015 이상이 되고, 3차 모드 탄성 표면파를 이용했을 경우에는 LN 단결정판의 두께가 0.6λ?1.6λ인 범위에서 0.05 이상으로 할 수 있음을 알 수 있다.

도 14 및 도 15는 LN(0°, 110°, 0°)/Si(135°, 90°, 90°) 구조를 이용했을 경우의 LN 단결정판의 두께와 탄성 표면파의 음속 및 전기기계 결합계수와의 관계를 각각 나타내는 도면이다. 한편 도 14 및 도 15에서, 비교를 위해 Si(135°, 90°, 90°) 대신에 수정을 이용했을 경우의 결과를 함께 나타낸다.

도 14로부터 명백하듯이, LN의 결정방위가 (0°, 110°, 0°)로 되어 있을 경우, LN 단결정판의 두께가 0.05?1.0λ인 범위에서 1차 모드의 탄성 표면파의 음속이 4500m/초 이상으로 빨라, 탄성 표면파의 음속을 높일 수 있음을 알 수 있다.

한편 도 15로부터, 1차 모드의 탄성 표면파를 이용했을 때, Si(135°, 90°, 90°)상에 LN 단결정판을 마련한 구조의 경우, LN 단결정판의 두께를 0.08λ?1.0λ의 범위로 했을 경우, 전기기계 결합계수(k²)를 0.14 이상으로 높일 수 있음을 알 수 있다.

[오일러각θ 의존성]

도 16 및 도 17은 LN(0°, θ, 0°)/SiC(0°, 0°, 0°) 구조에서의 오일러각(0°, θ, 0°)의 θ와, 탄성 표면파의 음속 및 전기기계 결합계수(k²)와의 관계를 나타내는 도면이다. 한편 도 16 및 도 17에서 LN 단결정판(3)의 두께는 0.3λ로 하였다. 후술하는 도 18?도 27에서도 LN 단결정판의 두께는 0.3λ로 하였다.

도 16으로부터 명백하듯이, LN 단결정판(3)의 오일러각의 θ가 70°?160°인 범위 내에서, 1차 모드의 탄성 표면파의 음속이 5100m/초 이상으로 높음을 알 수 있다.

한편 도 17로부터 명백하듯이, 1차 모드의 탄성 표면파의 전기기계 결합계수(k²)는 LN 단결정판(3)의 오일러각(θ)이 70°?160°인 범위에서는 전기기계 결합계수(k²)가 0.18 이상으로 커지고, 보다 바람직하게는 80°?135°의 범위에서 전기기계 결합계수(k²)가 0.225 이상으로 커진다. 또한 더욱 바람직하게는 92°?115°에서 전기기계 결합계수(k²)가 0.27보다 커진다.

또한 2차 모드의 탄성 표면파를 이용했을 경우에도, 오일러각의 θ가 94°?170°인 범위 내에서는 전기기계 결합계수(k²)를 0.025 이상으로 높일 수 있음을 알 수 있다.

도 18 및 도 19는 LN(0°, θ, 0°)/R면 사파이어(0°, 122°23', 0°) 구조에서의 오일러각(0°, θ, 0°)의 θ와, 탄성 표면파의 음속 및 전기기계 결합계수(k²)와의 관계를 나타내는 도면이다.

도 18로부터 명백하듯이, LN 단결정판(3)의 오일러각의 θ가 70°?160°인 범위 내에서, 1차 모드의 탄성 표면파의 음속이 5050m/초 이상으로 높음을 알 수 있다.

한편 도 19로부터 명백하듯이, LN 단결정판(3)의 오일러각(θ)이 67°?147°의 범위인 것이 바람직하다. 이 경우, 1차 모드의 탄성 표면파의 전기기계 결합계수(k²)는 0.15 이상으로 크다. 보다 바람직하게는 θ가 80°?133°인 범위에서 전기기계 결합계수(k²)가 0.2 이상으로 커진다. 또한 더욱 바람직하게는 93°?122°에서 0.24 이상의 전기기계 결합계수(k²)가 얻어진다.

도 20 및 도 21은 LN(0°, θ, 0°)/알루미나 Al₂O₃ 구조에서의 오일러각(0°, θ, 0°)의 θ와, 탄성 표면파의 음속 및 전기기계 결합계수(k²)와의 관계를 나타내는 도면이다.

도 20으로부터 명백하듯이, LN 단결정판(3)의 오일러각의 θ가 70°?160°인 범위 내에서, 1차 모드의 탄성 표면파의 음속이 4900m/초 이상으로 높음을 알 수 있다.

한편 도 21로부터 명백하듯이, LN 단결정판(3)의 오일러각(θ)이 70°?160°의 범위인 것이 바람직하다. 이 경우에는 1차 모드의 탄성 표면파의 전기기계 결합계수(k²)가 0.11 이상으로 크다. 보다 바람직하게는 θ가 80°?138°인 범위에서, 전기기계 결합계수(k²)가 0.18 이상으로 커지는 것을 알 수 있다. 더욱 바람직하게는 θ가 92°?132°인 범위에서 0.2 이상의 전기기계 결합계수(k²)가 얻어진다.

도 22 및 도 23은 LN(0°, θ, 0°)/질화 알루미늄 구조에서의 오일러각(0°, θ, 0°)의 θ와, 탄성 표면파의 음속 및 전기기계 결합계수(k²)와의 관계를 나타내는 도면이다.

도 22로부터 명백하듯이, LN 단결정판(3)의 오일러각의 θ가 70°?160°인 범위 내에서, 1차 모드의 탄성 표면파의 음속이 4800m/초 이상으로 높아 바람직하다.

한편 도 23으로부터 명백하듯이, LN 단결정판(3)의 오일러각(θ)이 70°?150°의 범위인 것이 바람직하고, 1차 모드의 탄성 표면파의 전기기계 결합계수(k²)가 0.13 이상으로 커지는 것을 알 수 있다. 보다 바람직하게는 80°?140°에서 0.175 이상의 전기기계 결합계수(k²)가 얻어지고, 더욱 바람직하게는 93°?130°에서 0.22 이상의 전기기계 결합계수(k²)가 얻어진다.

도 24 및 도 25는 LN(0°, θ, 0°)/질화 실리콘 구조에서의 오일러각(0°, θ, 0°)의 θ와, 탄성 표면파의 음속 및 전기기계 결합계수(k²)와의 관계를 나타내는 도면이다.

도 24로부터 명백하듯이, LN 단결정판(3)의 오일러각의 θ가 70°?160°인 범위 내에서, 1차 모드의 탄성 표면파의 음속이 4700m/초 이상으로 높음을 알 수 있다.

한편 도 25로부터 명백하듯이, 1차 모드의 탄성 표면파에서는 LN 단결정판(3)의 오일러각(θ)이 70°?153°의 범위인 것이 바람직하다. 그 경우에는 전기기계 결합계수(k²)가 0.12 이상이 된다. 보다 바람직하게는 θ가 80°?140°인 범위에서 전기기계 결합계수(k²)가 0.17 이상으로 커진다. 또한 더욱 바람직하게는 93°?126°의 범위에서 0.22 이상의 전기기계 결합계수(k²)가 얻어진다.

도 26 및 도 27은 LN(0°, θ, 0°)/Si(135°, 90°, 90°) 구조 및 LN(0°, θ, 0°)/Si(다결정)에 있어서의 오일러각(0°, θ, 0°)의 θ와, 탄성 표면파의 음속 및 전기기계 결합계수(k²)와의 관계를 나타내는 도면이다.

LN(0°, θ, 0°)/Si(135°, 90°, 90°) 구조의 경우, 도 26으로부터 명백하듯이, LN 단결정판(3)의 오일러각의 θ가 70°?160°인 범위 내에서, 1차 모드의 탄성 표면파의 음속이 4650m/초 이상으로 높음을 알 수 있다.

또한 LN(0°, θ, 0°)/Si(135°, 90°, 90°) 구조의 경우, 도 27로부터 명백하듯이, 1차 모드의 탄성 표면파에서는 LN 단결정판(3)의 오일러각 θ가 75°?152°의 범위인 것이 바람직하고, 전기기계 결합계수(k²)가 0.15 이상으로 커진다. 또한 더욱 바람직하게는 92°?127°에서 0.22 이상의 전기기계 결합계수(k²)가 얻어진다.

LN(0°, θ, 0°)/Si(다결정) 구조의 경우, 도 26으로부터 명백하듯이, LN 단결정판(3)의 오일러각의 θ가 70°?160°인 범위 내에서, 1차 모드의 탄성 표면파의 음속이 4800m/초 이상으로 높음을 알 수 있다.

또한 LN(0°, θ, 0°)/Si(다결정) 구조의 경우, 도 27로부터 명백하듯이, 1차 모드의 탄성 표면파에서는 LN 단결정판(3)의 오일러각(θ)이 75°?148°의 범위인 것이 바람직하고, 전기기계 결합계수(k²)가 0.15 이상으로 커진다. 또한 더욱 바람직하게는 95°?122°에서 0.22 이상의 전기기계 결합계수(k²)가 얻어진다.

도 16?도 27에서 LN 단결정판의 최적의 오일러각은 고음속 기판의 종류에 관계없이 거의 같다. 2차 및 3차 모드에 대해서는 R면 사파이어 기판을 대표로 해서 LN 두께가 0.8λ일 때의 음속과 전기기계 결합계수(k²)의 오일러각 의존성을 도 56, 도 57에 나타낸다. 도 56으로부터 2차, 3차 모두 그 음속은 오일러각의 θ가 70°?160°에서 4950m/초 이상의 고음속이 얻어진다. 도 57로부터, 2차 모드에 대해서는 θ가 50°?120°인 범위에서 0.02 이상의 전기기계 결합계수(k²)가 얻어지고, 65°?113°에서 0.025 이상의 전기기계 결합계수(k²)가 얻어지고, 82°?88°에서 0.03 이상의 전기기계 결합계수(k²)가 얻어진다. 한편 3차 모드의 탄성 표면파에서는 θ가 50°?53° 및 83°?140°에서 0.02 이상의 전기기계 결합계수(k²)가 얻어지고, 87°?123°에서 0.025 이상의 전기기계 결합계수(k²)가 얻어지고, 93°?113°에서 0.03 이상의 전기기계 결합계수(k²)가 얻어진다.

[SiO₂/LN(0°, 110°, 0°)/R면 사파이어(0°, 122°23', 0°) 구조]

도 28 및 도 29는 도 1(b)에 나타낸 SiO₂막(5)을 가지는 제2 실시형태에 따른 탄성 표면파 장치(11)에 있어서, 고음속 기판(2)이 R면 사파이어(0°, 122°23', 0°)로 이루어지고, LN 단결정판(3)의 오일러각이 (0°, 110°, 0°)일 경우의 SiO₂막의 두께와, 탄성 표면파의 음속 및 전기기계 결합계수와의 관계를 각각 나타내는 도면이다. 한편 LN 단결정판(3)의 두께는 0.3λ이다.

도 28 및 도 29로부터 명백하듯이, SiO₂막을 적층한 구조에서도 1차 모드의 탄성 표면파, 2차 모드의 탄성 표면파 및 3차 모드의 탄성 표면파 모두에 있어서, 탄성 표면파의 음속은 SiO₂막의 두께가 0.03λ?0.4λ인 범위에서 4250m/초 이상으로 빠른 것을 알 수 있다. 한편 도 22로부터 명백하듯이, SiO₂막의 두께가 얇을수록 탄성 표면파의 음속은 빨라진다. 따라서 SiO₂막의 두께가 0.4λ 이하인 전체 범위에 있어서, 탄성 표면파의 음속을 높일 수 있음을 알 수 있다.

도 29로부터 명백하듯이, 1차 모드의 탄성 표면파의 전기기계 결합계수(k²)는 SiO₂막의 두께가 0.03λ?0.3λ인 범위에서 0.1 이상으로 높음을 알 수 있다.

한편, 2차 모드의 탄성 표면파에서는 LN 단결정의 두께 0.3λ가 2차 모드의 여진이 시작되는 막두께이기 때문에, SiO₂막의 막두께가 0.25λ?0.4λ인 범위에서만 여진되고, 전기기계 결합계수(k²)가 0.05 이상인 것을 알 수 있다.

나아가, 3차 모드의 탄성 표면파를 이용했을 경우에는 SiO₂막의 두께가 0.3λ?0.4λ의 범위에서만 여진되어, 0.075 이상으로, 2차 모드의 탄성 표면파를 이용한 경우보다 전기기계 결합계수(k²)를 높일 수 있음을 알 수 있다.

[SiO₂/LN(0°, 110°, 0°)/사파이어(0°, 122°23', 0°) 구조에서의 주파수 온도계수(TCF)와 SiO₂막의 두께]

도 30 및 도 31은 SiO₂/LN 단결정판(0°, 110°, 0°)/R면 사파이어(0°, 122°23', 0°) 구조에서의 SiO₂막의 두께와 전극이 형성되어 있지 않은 프리 상태의 주파수 온도계수(TCF) 및 전극이 형성되어 있는 메탈라이즈드 표면을 가지는 구조에서의 TCF(메탈라이즈)와의 관계를 나타내는 도면이다.

도 30으로부터 명백하듯이, SiO₂막의 두께가 두꺼워짐에 따라서, 1차 모드, 2차 모드 및 3차 모드의 탄성 표면파에 있어서, TCF(프리)가 두께가 증가함에 따라서 높아져 감을 알 수 있다. 또한 도 25로부터 명백하듯이, 전극을 형성했을 경우의 TCF(메탈라이즈)의 값도 SiO₂막의 두께가 1차 모드 및 2차 모드일 경우에는 두꺼워짐에 따라서 높아져 감을 알 수 있다. 한편 3차 모드의 탄성 표면파의 경우에는 SiO₂막의 두께가 0.3λ?0.4λ인 범위에서, 두께가 증가함에 따라서 TCF(메탈라이즈)가 작아지는 경향이 있음을 알 수 있다.

어느 경우이든 간에, 도 30 및 도 31로부터, 1차 모드의 탄성 표면파를 이용했을 경우에는 SiO₂의 두께를 프리에서는 0.12λ?0.3λ, 메탈라이즈에서는 0.18λ?0.38λ로 함으로써, TCF(프리) 및 TCF(메탈라이즈)가 모두 -30?+30ppm/℃가 된다. 또 SiO₂막의 두께를 프리에서는 0.15λ?0.28λ, 메탈라이즈에서는 0.21λ?0.33λ로 함으로써, TCF(프리) 및 TCF(메탈라이즈)를 모두 -20?+20ppm/℃의 범위로 할 수 있어, 주파수 온도계수(TCF)의 절대값을 작게 할 수 있음을 알 수 있다. 또한 2차 모드의 탄성 표면파를 이용했을 경우에는 SiO₂막의 막두께를 0.25λ?0.4λ의 범위로 함으로써, 주파수 온도계수(TCF)(프리) 및 TCF(메탈라이즈)를 -20ppm/℃?+10ppm/℃로 할 수 있다.

마찬가지로, 3차 모드의 탄성 표면파를 이용했을 경우에는 SiO₂막의 막두께를 0.3λ?0.4λ의 범위로 함으로써, 주파수 온도계수(TCF)(프리) 및 TCF(메탈라이즈)를 각각 -18ppm/℃?-8ppm/℃ 및 -5ppm/℃?+5ppm/℃의 범위로 할 수 있음을 알 수 있다.

따라서 SiO₂막의 두께를 상기 범위로 함으로써, 주파수 온도계수(TCF)의 절대값을 작게 할 수 있음을 알 수 있다.

한편, 프리 음속은 탄성 표면파 공진자의 반공진 주파수에 대응하고, 또 메탈라이즈 음속은 공진 주파수에 대응한다.

[LN(0°, 110°, 0°)/SiO₂/사파이어(0°122°23', 0°)]

도 32는 도 1(c)에 나타낸 탄성 표면파 장치(21)에 있어서의, SiO₂막(5A)의 두께와 탄성 표면파의 음속과의 관계를 나타내는 도면이다. 여기서는 LN 단결정판(3)의 두께는 0.15λ로 하고, 고음속 기판(2)은 R면 사파이어(0°, 122°23', 0°)로 이루어진다.

도 32로부터 명백하듯이, 1차 모드의 탄성 표면파의 음속은 SiO₂막의 두께가 1.6λ 이하인 전체 범위에서 3900m/초 이상으로 높음을 알 수 있다. 2차 모드의 탄성 표면파에서는 1.6λ 이하의 전체 범위에서 4250m/초 이상으로 높음을 알 수 있다.

따라서, 이 구조에서는 SiO₂막을 적층했다고 해도 탄성 표면파의 음속을 효과적으로 높일 수 있음을 알 수 있다.

도 33은 도 32와 동일한 구조에 있어서, 단지 LN 단결정판(3)의 두께를 0.3λ로 했을 경우의 SiO₂막의 두께와 탄성 표면파의 음속과의 관계를 나타내는 도면이다. LN 단결정판(3)의 두께를 0.3λ로 증가시켰을 경우에도 SiO₂막의 두께가 1.6λ 이하인 전체 범위에서, 1차 모드의 탄성 표면파의 음속이 3950m/초 이상으로 높음을 알 수 있다. 또한 2차 모드 및 3차 모드의 탄성 표면파에서는 SiO₂막의 두께가 1.6λ 이하인 전체 범위에서, 한층 더 높은 음속이 얻어짐을 알 수 있다.

한편 도 34?도 36은 상기 구조에 있어서, LN 단결정판(3)의 두께와, SiO₂막의 두께와, 전기기계 결합계수(k²)와의 관계를 나타내는 도면이고, 도 34는 1차 모드의 탄성 표면파에 관한 결과를 나타내며, 도 35는 2차 모드의 탄성 표면파에 관한 결과를 나타내고, 도 36은 3차 모드의 탄성 표면파에 관한 결과를 나타낸다.

도 34로부터 명백하듯이, LN 단결정판(3)의 두께가 0.15λ, 0.2λ, 0.3λ, 0.4λ, 0.5λ 또는 0.6λ인 모든 경우에 있어서, SiO₂막의 두께가 0.15λ를 넘어가면, SiO₂막의 두께가 증가함에 따라 전기기계 결합계수(k²)가 작아져 감을 알 수 있다. 단, LN 단결정판(3)의 두께가 0.15λ, 0.2λ, 0.3λ, 0.4λ, 0.5λ 및 0.6λ인 모든 경우에 있어서, SiO₂막의 두께를 0.65λ 이하로 함으로써 전기기계 결합계수(k²)를 0.1 이상으로 크게 할 수 있음을 알 수 있다.

또한 LN 단결정판(3)의 두께가 0.2λ 이하일 경우에는 SiO₂막의 두께를 1.4λ 이하로 함으로써, 전기기계 결합계수(k²)를 0.07 이상으로 할 수 있고, 보다 바람직하게는 SiO₂ 두께가 0.05λ?1.4λ일 경우 전기기계 결합계수(k²)가 0.08 이상이 되고, 더욱 바람직하게는 0.25λ?1.0λ일 경우, 전기기계 결합계수(k²)를 0.13 이상으로 할 수 있다.

또한 도 35로부터 명백하듯이, 2차 모드의 탄성 표면파를 이용했을 경우에는 LN 단결정판(3)의 두께를 0.5λ로 했을 경우, SiO₂막의 두께가 0.35λ?0.8λ인 범위에서는 전기기계 결합계수(k²)를 0.025 이상으로 높일 수 있음을 알 수 있다.

또한 도 36으로부터 명백하듯이, 3차 모드의 탄성 표면파를 이용했을 경우에는 LN 단결정판(3)의 두께가 0.15λ, 0.2λ, 0.3λ, 0.4λ, 0.5λ 및 0.6λ인 모든 경우에 있어서, SiO₂막의 두께를 0.1λ?1.6λ의 범위로 함으로써 전기기계 결합계수(k²)를 0.02 이상으로 높일 수 있음을 알 수 있다. SiO₂ 두께 0.2λ?1.6λ에서는 0.05 이상의 전기기계 결합계수(k²)가 얻어진다.

따라서 3차 모드의 탄성 표면파를 이용할 경우, 이 구조에서는 LN 단결정판(3)의 두께를 0.15λ?0.6λ의 범위로 했을 때에 SiO₂막의 두께를 0.1λ?1.6λ로 하면, 탄성 표면파의 음속 향상 및 전기기계 결합계수(k²)의 증대를 꾀할 수 있음을 알 수 있다.

도 37 및 도 38은 상기 구조에 있어서, SiO₂막의 두께를 0.5λ, 0.8λ 또는 1.1λ로 했을 경우의 LN 단결정판의 두께와, 1차 모드와 2차 모드의 탄성 표면파의 전기기계 결합계수(k²)와의 관계를 각각 나타내는 도면이다.

도 37로부터 명백하듯이, SiO₂막의 두께가 0.5λ, 0.8λ 또는 1.1λ인 모든 경우에 있어서, LN 단결정판(3)의 두께가 0.04λ?0.6λ인 범위에서 0.02 이상의 전기기계 결합계수가 얻어진다. 단 SiO₂의 두께를 0.8λ 이하로 함으로써 0.06 이상의 전기기계 결합계수(k²)가 얻어진다.

도 38은 SiO₂막의 막두께가 0.5λ, 0.8λ 또는 1.1λ일 경우의 LN 단결정판의 두께와, 2차 모드의 탄성 표면파의 전기기계 결합계수(k²)와의 관계를 나타내는 도면이다. 도 38로부터 명백하듯이, SiO₂막의 두께가 0.5λ, 0.8λ 및 1.1λ인 모든 경우에 있어서, LN 단결정판(3)의 두께가 0.04λ?0.6λ의 범위에서 큰 전기기계 결합계수를 얻을 수 있다. 특히 SiO₂막의 두께가 0.8λ 및 1.1λ일 경우, LN 단결정판의 두께를 0.1λ 이상 0.6λ 이하로 함으로써 전기기계 결합계수(k²)를 0.1 이상으로 할 수 있다.

도 39는 LN(0°, 110°, 0°)/SiO₂/R면 사파이어(0°, 122°23', 0°) 구조에 있어서, LN 단결정판의 두께를 0.15λ로 했을 경우의 1차 모드 및 2차 모드의 탄성 표면파를 이용했을 경우의 SiO₂막의 두께와, 주파수 온도계수(TCF)와의 관계를 나타내는 도면이다.

도 39로부터 명백하듯이, 1차 모드의 탄성 표면파를 이용할 경우, SiO₂막의 두께를 0.07λ?0.72λ의 범위로 함으로써 TCF(프리)를 -30ppm/℃?+30ppm/℃의 범위로 할 수 있고, SiO₂의 두께를 0.25λ?1.4λ로 함으로써 TCF(메탈라이즈)를 -30ppm/℃?+30ppm/℃의 범위로 할 수 있다.

마찬가지로, 2차 모드의 탄성 표면파에서는 SiO₂막의 막두께를 0.6λ?1.4λ로 함으로써, TCF(프리)를 +20ppm/℃?+33ppm/℃, TCF(메탈라이즈)를 +33ppm/℃?+43ppm/℃로 할 수 있다.

한편 도 40 및 도 41은 LN(0°, 110°, 0°)/SiO₂/R면 사파이어(0°, 122°23', 0°) 구조에 있어서, LN 단결정판(3)의 두께를 0.3λ로 했을 때의, 1차 모드, 2차 모드 및 3차 모드의 탄성 표면파의 SiO₂막의 막두께와, TCF(프리)와의 관계를 나타내고, 도 35는 SiO₂막의 막두께와 TCF(메탈라이즈)와의 관계를 나타내는 도면이다.

도 40 및 도 41로부터 명백하듯이, 1차 모드의 탄성 표면파를 이용했을 경우에는, 바람직하게는 SiO₂막의 두께를 0.27λ?0.7λ의 범위로 함으로써 TCF(프리)를 -30ppm/℃?+30ppm/℃로 할 수 있고, 보다 바람직하게는 SiO₂의 두께를 0.67λ?1.6λ로 함으로써 TCF(메탈라이즈)를 +30ppm/℃?-30ppm/℃로 할 수 있다. 나아가 0.37λ?0.65λ 및 0.85λ?1.47λ로 함으로써, 각각 TCF(프리)와 TCF(메탈라이즈)를 -20?+20ppm/℃로 할 수 있다.

마찬가지로, 2차 모드의 탄성 표면파에 대해서는, 바람직하게는 SiO₂막의 두께를 0.3λ?0.7λ로 함으로써 TCF(프리)를 -30ppm/℃?+30ppm/℃의 범위로 할 수 있고, TCF(메탈라이즈)를 -33ppm/℃?+33ppm/℃로 할 수 있다. 보다 바람직하게는 SiO₂ 두께를 0.38λ?0.6λ로 함으로써 TCF(프리)를 -20?+7ppm/℃, TCF(메탈라이즈)를 +20ppm/℃?+20ppm/℃로 할 수 있다.

마찬가지로 3차 모드의 탄성 표면파에 대해서는, SiO₂막의 두께를 바람직하게는 0.4λ?1.35λ로 함으로써 TCF(프리)를 +30ppm/℃?0ppm/℃의 범위로 할 수 있고, TCF(메탈라이즈)를 +12ppm/℃?+25ppm/℃로 할 수 있다. 더욱 바람직하게는 SiO₂ 두께를 0.4λ?1.17λ로 함으로써 TCF(프리)를 +20?0ppm/℃로 할 수 있다.

[고음속 기판이 오일러각(90°, 90°, 45°)의 Si 기판인 구조]

도 42는 도 1(c)에 나타낸 제3 실시형태의 탄성 표면파 장치(21)에 있어서, 고음속 기판(2)이 Si(90°, 90°, 45°)로 이루어지고, LN 단결정판의 오일러각이 (0°, 110°, 0°)인 구조에 있어서, LN 단결정판의 두께를 0.1λ, 0.2λ, 0.3λ, 0.4λ 또는 0.5λ로 했을 때의 프리 구조와 메탈라이즈된 구조에서의, SiO₂막의 두께와 1차 모드의 탄성 표면파의 음속과의 관계를 나타내는 도면이다.

도 42로부터 명백하듯이, LN 단결정판의 두께가 0.1λ, 0.2λ, 0.3λ, 0.4λ 또는 0.5λ인 모든 경우에 있어서, SiO₂막의 두께를 SiO₂막의 두께를 0.05λ?1.4λ로 함으로써, 탄성 표면파의 음속(프리)을 3900m/초 이상으로 고음속화할 수 있음을 알 수 있다.

도 43은 도 1(c)에 나타낸 제3 실시형태의 탄성 표면파 장치(21)에 있어서, 고음속 기판(2)이 Si(90°, 90°, 45°)로 이루어지고, LN 단결정판의 오일러각이 (0°, 110°, 0°)인 구조에 있어서, LN 단결정판의 두께를 0.1λ, 0.2λ, 0.3λ, 0.4λ 또는 0.5λ로 했을 때의 프리 구조와 메탈라이즈된 구조에서의, SiO₂막의 두께와 2차 모드의 탄성 표면파의 음속과의 관계를 나타내는 도면이다.

도 43으로부터 명백하듯이, LN 단결정판의 두께가 0.1λ, 0.2λ, 0.3λ, 0.4λ 또는 0.5λ인 모든 경우에 있어서, SiO₂막의 두께를 SiO₂막의 두께를 0.7λ?1.4λ로 함으로써, 탄성 표면파의 음속(프리)을 4230m/초 이상으로 고음속화할 수 있음을 알 수 있다.

도 44는 이 구조에 있어서, 1차 모드의 탄성 표면파 및 2차 모드의 탄성 표면파를 이용했을 경우의 SiO₂막의 두께와 전기기계 결합계수(k²)와의 관계를 나타내는 도면이다.

도 44로부터 명백하듯이, 1차 모드의 탄성 표면파를 이용할 경우, LN 단결정판의 두께를 0.1λ, 0.2λ, 0.3λ, 0.4λ 또는 0.5λ로 했을 때에, SiO₂막의 두께를 0.05λ?1.1λ로 함으로써 0.02 이상의 전기기계 결합계수를 얻을 수 있다. 2차 모드의 탄성 표면파를 이용할 경우, LN 단결정판의 두께를 0.1λ, 0.2λ, 0.3λ, 0.4λ 또는 0.5λ로 했을 때에, SiO₂막의 두께를 0.7λ?1.4λ로 함으로써 0.06 이상의 전기기계 결합계수를 얻을 수 있다.

도 45는 이 구조에 있어서, LN 단결정판의 두께를 0.1λ, 0.2λ, 0.3λ, 0.4λ 또는 0.5λ로 했을 때의, 1차 모드의 탄성 표면파의 주파수 온도계수(TCF)와 SiO₂막의 두께와의 관계를 나타내는 도면이다.

도 45로부터 명백하듯이, SiO₂막의 두께를 0.05λ?0.65λ의 범위로 함으로써, LN 단결정판의 두께가 0.1λ, 0.2λ, 0.3λ, 0.4λ 및 0.5λ인 모든 경우에 있어서 TCF(프리)를 -27ppm/℃?+30ppm/℃로 할 수 있고, SiO₂의 두께 0.33λ?1.4λ에 있어서 TCF(메탈라이즈)를 -30ppm/℃?+30ppm/℃의 범위로 할 수 있다. TCF를 -20?+20ppm/℃의 범위로 하기 위해서는 프리일 때의 SiO₂의 두께는 0.1λ?0.4λ, 메탈라이즈일 때에는 0.1λ?1.4λ이다.

도 46은 이 구조에 있어서, LN 단결정판의 두께를 0.1λ, 0.2λ, 0.3λ, 0.4λ 또는 0.5λ로 했을 때의, 2차 모드의 탄성 표면파의 주파수 온도계수(TCF)와 SiO₂막의 두께와의 관계를 나타내는 도면이다.

도 46으로부터 명백하듯이, SiO₂막의 두께를 0.6λ?1.3λ의 범위로 함으로써, LN 단결정판의 두께가 0.1λ, 0.2λ, 0.3λ, 0.4λ 및 0.5λ인 모든 경우에 있어서 TCF(프리)를 -30ppm/℃?+30ppm/℃로 할 수 있고, TCF(메탈라이즈)를 -33ppm/℃?+48ppm/℃의 범위로 할 수 있다.

[LN(0°, 110°, 0°)/SiO₂/Si(135°, 90°, 90°)]

도 47은 도 1(c)에 나타낸 제3 실시형태의 구조에 있어서, 고음속 기판(2)이 Si(135°, 90°, 90°)로 이루어지고, LN 단결정판의 오일러각이 (0°, 110°, 0°)인 구조에 있어서, LN 단결정판의 두께를 0.1λ, 0.2λ, 0.3λ, 0.4λ 또는 0.5λ로 했을 때의 프리 구조와 메탈라이즈된 구조에서의, SiO₂막의 두께와 1차 모드의 탄성 표면파의 음속과의 관계를 나타내는 도면이다.

도 47로부터 명백하듯이, LN 단결정판의 두께가 0.1λ, 0.2λ, 0.3λ, 0.4λ 또는 0.5λ인 모든 경우에 있어서, SiO₂막의 두께를 SiO₂막의 두께를 0.05λ?1.4λ로 해도, 탄성 표면파의 음속(프리)의 저하가 적어 3930m/초 이상이다.

도 48은 이 구조에 있어서, 1차 모드의 탄성 표면파 및 2차 모드의 탄성 표면파를 이용했을 경우의 SiO₂막의 두께와 전기기계 결합계수(k²)와의 관계를 나타내는 도면이다.

도 48로부터 명백하듯이, 1차 모드의 탄성 표면파를 이용할 경우, LN 단결정판의 두께를 0.1λ, 0.2λ, 0.3λ, 0.4λ 또는 0.5λ로 했을 때에, SiO₂막의 두께를 0.05λ?0.83λ로 함으로써 0.05 이상의 전기기계 결합계수가 얻어진다.

도 49는 이 구조에 있어서, LN 단결정판의 두께를 0.1λ, 0.2λ, 0.3λ, 0.4λ 또는 0.5λ로 했을 때의, 1차 모드의 탄성 표면파의 주파수 온도계수(TCF)와 SiO₂막의 두께와의 관계를 나타내는 도면이다.

도 49로부터 명백하듯이, 바람직하게는 SiO₂막의 두께를 0.05λ?0.65λ의 범위로 함으로써, LN 단결정판의 두께가 0.1λ, 0.2λ, 0.3λ, 0.4λ 및 0.5λ인 모든 경우에 있어서, TCF(프리)를 -30ppm/℃?+30ppm/℃로 할 수 있고, SiO₂ 두께 0.33λ?1.4λ에 있어서 TCF(메탈라이즈)를 -30ppm/℃?+30ppm/℃의 범위로 할 수 있다. 나아가 TCF를 -20?+20ppm/℃의 범위로 하기 위해서는 프리일 때의 SiO₂의 두께는 0.07λ?0.6λ, 메탈라이즈일 때에는 0.22λ?1.4λ이다.

[LN(0°, 110°, 0°)/SiO₂/다결정 Si]

도 58은 도 1(c)에 나타낸 제3 실시형태의 구조에 있어서, 고음속 기판(2)이 다결정 Si로 이루어지고, LN 단결정판의 오일러각이 (0°, 110°, 0°)인 구조에 있어서, LN 단결정판의 두께를 0.1λ, 0.2λ, 0.3λ, 0.4λ 또는 0.5λ로 했을 때의 프리 구조와 메탈라이즈된 구조에서의, SiO₂막의 두께와 1차 모드의 탄성 표면파의 음속과의 관계를 나타내는 도면이다.

도 58로부터 명백하듯이, LN 단결정판의 두께가 0.1λ, 0.2λ, 0.3λ, 0.4λ 또는 0.5λ인 모든 경우에 있어서, SiO₂막의 두께를 SiO₂막의 두께를 0.05λ?1.4λ로 해도, 탄성 표면파(프리일 때)의 음속의 저하가 적어 3940m/초 이상이다.

도 59는 이 구조에 있어서, 1차 모드의 탄성 표면파의 탄성 표면파를 이용했을 경우의 SiO₂막의 두께와 전기기계 결합계수(k²)와의 관계를 나타내는 도면이다.

도 59로부터 명백하듯이, 1차 모드의 탄성 표면파를 이용할 경우, LN 단결정판의 두께를 0.1λ, 0.2λ, 0.3λ, 0.4λ 또는 0.5λ로 했을 때에, SiO₂막의 두께를 0.05λ?1.1λ로 함으로써 0.02 이상의 전기기계 결합계수가 얻어진다.

[LN(90°, θ, 0°)/R면 사파이어(0°, 122°23', 0°)]

도 52는 제1 실시형태의 탄성 표면파 장치에 있어서, 고음속 기판(2)을 오일러각(0°, 122°23', 0°)인 R면 사파이어로 이루어지는 기판으로 하고, LN 단결정판(3)의 오일러각을 (90°, θ, 0°), 두께를 0.3λ로 했을 때의, 오일러각의 θ와 탄성 표면파의 음속과의 관계를 나타내는 도면이다. 또한 도 53은 이 경우의 오일러각의 θ와 전기기계 결합계수(k²)와의 관계를 나타내는 도면이다.

도 52로부터 명백하듯이, 1차 모드의 탄성 표면파의 음속은 θ가 40°?160°인 전체 범위에서 4700m/초로, 레일리파의 음속에 비해 매우 높음을 알 수 있다. 특히 오일러각의 θ가 47°?127°인 범위에서 음속은 5000m/초 이상으로 한층 더 빨라짐을 알 수 있다.

한편 도 53으로부터 명백하듯이, 전기기계 결합계수(k²)는 오일러각의 θ가 53°?123°인 범위에서 0.1 이상으로 높아지고, 보다 바람직하게는 60°?115°의 범위에서 전기기계 결합계수(k²)가 0.15 이상으로 보다 높아져, 바람직한 것을 알 수 있다. 보다 바람직하게는 84°?88°에서 0.22 이상의 전기기계 결합계수가 얻어진다.

도 60은 제1 실시형태의 탄성 표면파 장치에 있어서, 고음속 기판(2)을 SiC(0°, 0°, 0°), 알루미나, 질화 알루미늄, 질화 실리콘, Si(135°, 90°, 90°), Si 다결정으로 이루어지는 기판으로 하고, LN 단결정판(3)의 오일러각을 (90°, θ, 0°), 두께를 0.3λ로 했을 때의, 오일러각의 θ와 전기기계 결합계수(k²)와의 관계를 나타내는 도면이다.

도 60으로부터 명백하듯이, 전기기계 결합계수(k²)는 고음속 기판(2)이 SiC(0°, 0°, 0°)일 때, 바람직하게는 오일러각의 θ가 54°?133°인 범위에서 0.12 이상으로 높아지고, 보다 바람직하게는 81°?88°에서 0.23 이상의 전기기계 결합계수가 얻어진다.

고음속 기판(2)이 알루미나일 때, 바람직하게는 오일러각의 θ가 54°?117°인 범위에서 0.12 이상으로 높아지고, 보다 바람직하게는 83°?88°에서 0.119 이상의 전기기계 결합계수가 얻어진다. 또한 고음속 기판(2)이 질화 알루미늄일 때, 오일러각의 θ가 52°?122°인 범위에서 0.12 이상으로 높아지고, 보다 바람직하게는 81°?88°에서 0.21 이상의 전기기계 결합계수가 얻어진다.

고음속 기판(2)이 질화 실리콘일 때, 바람직하게는 오일러각의 θ가 54°?120°인 범위에서 0.12 이상으로 높아지고, 보다 바람직하게는 81°?87°에서 0.215 이상의 전기기계 결합계수가 얻어진다.

고음속 기판(2)이 Si(135°, 90°, 90°)일 때, 바람직하게는 오일러각의 θ가 51°?118°인 범위에서 0.12 이상으로 높아지고, 보다 바람직하게는 80°?88°에서 0.21 이상의 전기기계 결합계수가 얻어진다.

고음속 기판(2)이 Si 다결정일 때, 바람직하게는 오일러각의 θ가 52°?118°인 범위에서 0.12 이상으로 높아지고, 보다 바람직하게는 82°?88°에서 0.185 이상의 전기기계 결합계수가 얻어진다.

이상과 같이, 큰 전기기계 결합계수를 얻을 수 있다.

한편, 상술한 LiNbO₃나 고음속 기판의 오일러각에 있어서, ψ 즉 전파방위에 대해서는 0°의 경우에 대하여 나타냈지만, 전파방위(ψ)는 -5°?+5°의 범위이면, 0°의 경우와 거의 변함없는 거동을 나타낸다.

1, 11, 21 탄성 표면파 장치 2 고음속 기판
3 LiNbO₃ 단결정판 4 전극
5, 5A SiO₂막

Claims

횡파 음속이 5400m/초 이상, 8660m/초 이하인 고음속 기판과,
상기 고음속 기판상에 형성되어 있으며, 오일러각이 (0°, 67°?160°, -5°?+5°) 또는 (90°, 51°?133°, -5°?+5°)인 LiNbO₃ 단결정판으로 이루어지는 압전기판과,
상기 압전기판상에 형성되어 있으며, 금속으로 이루어지는 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 장치.
제1항에 있어서,
상기 LiNbO₃ 단결정판의 두께가, 탄성 표면파의 파장(λ)으로 했을 때에 0.05λ?1.6λ의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 고음속 기판이 탄화 규소, 알루미나, 질화 알루미늄, 사파이어, 질화 실리콘, 실리콘 및 산화 마그네슘으로 이루어지는 군에서 선택된 1종의 재료로 이루어지는 기판인 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 오일러각이 (0°, 92°?132°, -5°?+5°)의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 탄성 표면파로서 탄성 표면파의 1차 모드가 이용되는 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 고음속 기판이 SiC로 이루어지고, 상기 LiNbO₃ 단결정판의 오일러각이 (0°, 70°?160°, -5°?+5°) 또는 (90°, 54°?133°, -5°?+5°)의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 고음속 기판이 알루미나로 이루어지고, 상기 LiNb₃ 단결정판의 오일러각이 (0°, 70°?160°, -5°?+5°) 또는 (90°, 54°?117°, -5°?+5°)의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 고음속 기판이 질화 알루미늄으로 이루어지고, 상기 LiNbO₃ 단결정판의 오일러각이 (0°, 70°?153°, -5°?+5°) 또는 (90°, 52°?122°, -5°?+5°)의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 고음속 기판이 사파이어로 이루어지고, 상기 LiNbO₃ 단결정판의 오일러각이 (0°, 67°?147°, -5°?+5°) 또는 (90°, 53°?123°, -5°?+5°)의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 고음속 기판이 질화 실리콘으로 이루어지고, 상기 LiNbO₃ 단결정판의 오일러각이 (0°, 70°?153°, -5°?+5°) 또는 (90°, 54°?120°, -5°?+5°)의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 고음속 기판이 실리콘인 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 장치.
제11항에 있어서,
상기 실리콘이 실리콘 단결정으로 이루어지고, 상기 LiNbO₃ 단결정판의 오일러각이 (0°, 75°?152°, -5°?+5°) 또는 (90°, 51°?118°, -5°?+5°)의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 장치.
제11항에 있어서,
상기 실리콘이 실리콘 다결정으로 이루어지고, 상기 LiNbO₃ 단결정판의 오일러각이 (0°, 75°?148°, -5°?+5°) 또는 (90°, 52°?118°, -5°?+5°)의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 장치.
횡파 음속이 5400m/초 이상, 8660m/초 이하인 고음속 기판과,
상기 고음속 기판상에 형성되어 있으며, 탄성 표면파의 파장(λ)으로 했을 때에 상기 LiNbO₃ 단결정판의 두께가 0.4λ?1.6λ의 범위에 있고, 탄성 표면파로서 탄성 표면파의 2차 모드가 이용되며, 오일러각이 (0°, 50°?120°, -5°?+5°)의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 장치.
횡파 음속이 5400m/초 이상, 8660m/초 이하인 고음속 기판과,
상기 고음속 기판상에 형성되어 있으며, 탄성 표면파의 파장(λ)으로 했을 때에 상기 LiNbO₃ 단결정판의 두께가 0.4λ?1.6λ의 범위에 있고, 탄성 표면파로서 탄성 표면파의 3차 모드가 이용되며, 오일러각이 (0°, 50°?53°, -5°?+5°) 혹은 (0°, 83°?140°, -5°?+5°)의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 장치.
제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 LiNbO₃ 단결정판상에 형성된 산화 규소막을 더 포함하고, 상기 산화 규소막의 두께가 0.1λ?0.4λ의 범위로 되는 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 장치.
제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 고음속 기판과, 상기 LiNbO₃ 단결정판 사이에 형성된 산화 규소막을 더 포함하고, 상기 산화 규소막의 두께가 0.05λ?1.4λ의 범위로 되는 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 장치.