WO1997033368A1 - Element pour ondes acoustiques de surface et telephone portatif l'utilisant - Google Patents

Element pour ondes acoustiques de surface et telephone portatif l'utilisant Download PDF

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WO1997033368A1
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surface acoustic
acoustic wave
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cut
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Yasutaka Shimizu
Atsuhiro Nishikata
Shigetaka Tonami
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Sanyo Electric Co., Ltd.
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    • H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/02—Details
    • H03H9/02535—Details of surface acoustic wave devices
    • H03H9/02543—Characteristics of substrate, e.g. cutting angles
    • H03H9/02559—Characteristics of substrate, e.g. cutting angles of lithium niobate or lithium-tantalate substrates
    • H—ELECTRICITY
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    • H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/25—Constructional features of resonators using surface acoustic waves

Definitions

  • the present invention relates to a technical field of a surface acoustic wave device using lithium niobate or lithium nitrate as a piezoelectric material.
  • Figures 13 and 14 show the propagation characteristics of the second leaky surface acoustic wave in the case where the surface is both electrically open and electrically short-circuited in the (90 °, 90 °, 0) cut of the lithium niobate substrate. It is expressed as a function of the angle ⁇ .
  • a first surface acoustic wave element is a surface acoustic wave element in which an electrode for transmitting a surface acoustic wave is formed on a piezoelectric substrate made of lithium niobate.
  • the propagation direction of the surface acoustic wave is represented by Euler angle (0, ⁇ , ⁇ ) and a range substantially equivalent thereto, 0, 0, and ⁇ are set in the range of the following formula 2. .
  • the lithium niobate substrate (0 ° ⁇ & 6 °, 73. ⁇ ⁇ 1 18 °, 0 ° ⁇ ⁇ > ⁇ 44 °) cut and niobium
  • the phase velocity and electromechanical coupling coefficient of lithium substrate (95. ⁇ 0 ⁇ 180 °, 73 ° ⁇ 0 ⁇ 118., 0. ⁇ 0 ⁇ 44. :)
  • the propagation loss is as small as 0.05 dBZ or less.
  • a second surface acoustic wave element is a surface acoustic wave element in which an electrode for transmitting a surface acoustic wave is formed on a piezoelectric substrate made of lithium tantalate.
  • ⁇ , S and 0 are set in the range of the following equation (4). I do.
  • Fig. 1 is a graph showing the propagation loss characteristics of a surface acoustic wave device having a (0, ,, 37 °) cut lithium niobate substrate.
  • FIG. 2 is a graph showing characteristics of propagation loss of a surface acoustic wave device having a (0, 92 °, 37 °) cut lithium niobate substrate.
  • Figure 3 shows an elastic surface wave device with a (82., ⁇ , 37 °) cut lithium niobate substrate and a surface acoustic wave device with a (90 °, ⁇ , 37 °) cut lithium niobate substrate.
  • 5 is a graph showing characteristics of the phase velocity and the electromechanical coupling coefficient of the present invention.
  • FIG. 5 is a graph showing the propagation loss characteristics of a surface acoustic wave device having a (82 °, 92 °, 0) cut lithium niobate substrate.
  • FIG. 7 is a graph showing the propagation loss characteristics of a surface acoustic wave device having a (0, 91., 31 °) cut lithium tantalate substrate.
  • FIG. 10 is a block diagram showing the entire configuration of the mobile phone.
  • Figure 11 is a graph showing the phase velocity characteristics of a surface acoustic wave device having a (90 °, 90., ⁇ ) cut lithium tantalate substrate.
  • FIG. 12 is a graph showing the characteristics of the SAW device in terms of the electromechanical coupling coefficient and the propagation loss.
  • FIG. 15 is a diagram illustrating the Euler angle display. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
  • the propagation loss is maximum when ⁇ is 91 °, 0.05 dB / ⁇ or less when ⁇ is 86 ° or less or 95 ° or more, and ⁇ is 85 ° or less or 96. 0.04 d BZ; i or less, 0 force 84 ° or less or 97 ° or more 0.03 dBZ; i or less, 0 is 83 ° or less or 98.
  • the phase velocity when 0 is 82 ° shows the same change as the phase velocity when 0 is 90 °, and is shifted to the left as a whole.
  • similar values were obtained.
  • the electro-mechanical coupling coefficient ⁇ 2 0 mosquitoes, '82.
  • the electromechanical coupling coefficient kappa 2 when it is, 0 indicates the same change electromechanical coupling coefficient kappa 2 of 90 ° der Rutoki, generally but are shifted Bok left, comparable values Has been obtained.
  • FIG. 4 shows the TCD (temperature characteristic of delay characteristic) and the second leakage surface wave of (82., ⁇ , 37.) and (90 °, ⁇ , 37 °) cuts of lithium niobate substrate.
  • PF A power flow angle
  • Table 1 shows the propagation characteristics of the lithium niobate substrate of the present invention in the (82 °, 92 °, 37) cut, and the (90 °, 90 °, 37 °) of the conventional lithium niobate substrate. It shows the propagation characteristics in the cut.
  • FIG. 6 shows the propagation loss per wavelength of the second leaky surface wave as a function of the angle 0 in the (0, ⁇ , 31 °) cut of the lithium tantalenate substrate. 0 to 90 as shown. When the angle is varied from ° to 85 °, the propagation loss gradually decreases in the range from 9090 ° to 120120 °.
  • the propagation loss is 0.005 dB nose or less when 0 is 80 ° or more and 120 ° or less, 0.004 dBZ or less when 0 is 82 ° or more and 118 ° or less, and S is 85. More than 1 1 6. 0.003 dBZ; i or less, 0 is 87 ° or more and 1 14 ° or less 0.002 d ⁇ or less, and 0 is 89. Over 1 1 2 ° or less 0.00 1 d ⁇ or less It has become.
  • Figure 7 shows the propagation loss per wavelength of the second leaky surface wave as a function of the angle ⁇ in the ( ⁇ , 91,, 31 °) cut of the lithium tantalate substrate.
  • the propagation loss in the present invention is a value that is significantly reduced to about 160, which is the propagation loss in the conventional example.
  • the values of the phase velocity, the electromechanical coupling coefficient 2 and the TCD are almost the same as those of the conventional example.
  • the value of PFA is larger than the absolute value of PFA in the conventional example, but does not hinder the operation as a surface acoustic wave device.
  • the surface acoustic wave filter according to the present embodiment is configured by combining one or a plurality of surface acoustic wave elements (1) shown in FIG. 9, and the surface acoustic wave element (1) has a substrate (10) as shown in FIG. A pair of comb-shaped electrodes (11) and (11) and a grid-like reflector (12X12) are formed on the surface.
  • the plane direction and the surface acoustic wave propagation direction are represented by Euler single angles (0 ° to 86 °, 73. to 118 °, 0 ° to 44 °) or (95 to 180). , 73 ° -118 °, 0 ° -44.), Preferably (0.-83 °, 83.): 105 °, 0 ° -38 °, or (98.-180 °, 83 °) To 105., 0 ° to 38 °), and more desirably (82 °, 92., 37 °).
  • the plane direction and the surface acoustic wave propagation direction are expressed in Euler angles (0 ° to 87., 80 ° to 120 °, 0 ° to 44 °) or (91 ° to: 180 °). , 80.-120 °, 0.-44 °), preferably (0.-85 °, 87 °-: 114 °, 0 ° -36 °) or (93 °-: I80 °, 87). ° to 114., 0. to 36 °), more preferably (85 ° 91., 31.).
  • FIG. 10 illustrates the overall configuration of the mobile phone according to the present embodiment.
  • the surface acoustic wave filter is used as the band-pass filter (22X32).
  • the duplexer (3) is composed of a filter that allows the transmission of the audio signal at the transmission frequency and a filter that allows the audio signal at the reception frequency to pass.
  • the surface acoustic wave filter is used as one of these filters. Is done.
  • the IF circuit (4) includes one or more high-frequency filters, and the surface acoustic wave filter is used as one of these high-frequency filters.
  • the optimum cut surface and surface acoustic wave propagation direction were found for these substrates, respectively. .
  • the surface acoustic wave filter as a high-frequency filter provided in the mobile phone, the performance of the mobile phone can be improved.
  • the surface acoustic wave element according to the present invention is suitable for use as a circuit element such as a high-frequency filter and a signal processing delay line in a communication device such as a mobile phone.

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Description

明 細 書 弾性表面波素子及びこれを用 t、た携帯電話機 技術分野
本発明は、 ニオブ酸リチウム或いは夕ン夕ル酸リチウムを圧電材料とする弾性 表面波素子の技術分野に関するものである。
背景技術
携帯電話機等の通信機器においては、 共振器フィルタ一、 信号処理用遅延線等 の回路素子として、 弾性表面波素子が広く応用されている。 弾性表面波素子は、 例えば圧電性を有する基板の表面に簾状の電極や、 格子状の反射器を形成し、 電 気信号と弾性表面波の相互の変換を行なう。
一般に、 弾性表面波素子の圧電基板に於いては、 電気機械結合係数が大きいこ と、 伝搬損失が小さいこと等が要求される。
ところで、 近年の通信機器の高周波化に伴って、 ギガへルツ帯で使用可能な弾 性表面波素子へのニーズが高まっている。 弾性表面波素子の中心周波数 ί 0は、 弾 性表面波の伝搬速度 Vと電極指周期 L ( -波長; I )との関係で次式によつて表わさ れる。
(数式 1 )
f 0= V/ L
従って、 弾性表面波素子の高周波化に対応するには、 高い伝搬速度（位相速度） Vが得られる圧電基板を開発する必要がある。 これには、 ダイヤモンドの様な硬 質の基板材料を用いる方法と、 所謂漏洩弾性表面波を利用する方法とがある。 漏洩弾性表面波は、 弾性体の深さ方向にエネルギーを放射しながら表面を伝搬 する弾性波であって、 使用する弾性体の表面のカツト面ゃ弾性表面波伝搬方向を 適切に選択することによって、 伝搬損失を小さくし、 更に、 レイリー（Rayleigh) 波よりも高 t、伝搬速度を実現することが可能である。
漏洩弾性表面波を用いた弾性表面波素子としては、 水晶 L STカツ ト、 ニオブ 酸リチウム（L i Nb03)の 4 1° Y-Xカット、 64° Y— Xカッ ト、 及びタン タル酸リチウム（L i T a O3)の 36° Y— X力ッ 卜が知られている（清水康敬 「弾性表面波材料の伝搬物性と利用の現状」電子情報通信学会論文誌 A Vol. J76 A, No.2, PP129-137, 1993)o
又、 四硼酸リチウム（L i 2Β4Ο7)基板においては、 速い横波の位相速度を超え る漏洩弾性表面波が報告されている（佐藤隆裕、 阿部秀典 「四硼酸リチウム基板に おける縦波型リーキー波」 1994年電子情報通信学会春季大会予稿集）。 この漏 洩弾性表面波の位相速度は、 縦波の位相速度に近いので縦波型リーキー波と呼ば れている。
更に、 任意のカツト面を有するニオブ酸リチウム基板を伝搬する漏洩弾性表面 波については既に報告されている（清水康敬、 村上淳司 「L i Nb03基板漏洩弾 性表面波の特性と新カツ ト」電子通信学会論文誌 C Vol. J69-C, No.10, ppl309-13 18, 1986)。
そこで本発明者等は、 従来の夕ンタル酸リチウム基板及びニオブ酸リチウム基 板で得られる位相速度は約 440 OmZsであって、 更に高い位相速度のカツト 面及び弾性表面波伝搬方向が存在する可能性があると考え、 タンタル酸リチウム 基板及びニオブ酸リチウム基板における漏洩弾性表面波の伝搬特性を、 カツ ト面 及び弾性表面波伝搬方向を種々に変えることによって理論的に研究した。 この結 果、 2つのタイプの漏洩弾性表面波、 即ち、 遅い横波と速い横波との間の位相速 度を持つ第 1漏洩表面波 (First Leaky ffave)と、 速い横波を越える位相速度を持 つ第 2漏洩表面波 (Second Leaky Wave)を発見し、 タンタル酸リチウム基板におい ては約 600 OmZsを越える位相速度、 ニオブ酸リチウムにおいては約 700 OmZsを超える位相速度が得られるカツト面及び弾性表面波伝搬方向を見出し た（第 回超音波ェレクトロニクスの基礎と応用に関するシンポジゥム講演予稿集、 平成 6年、 1 8 5〜1 8 6頁）。
先ず、 図 1 5に基づいて、 カツ ト面及び弾性表面波伝搬方向を特定するための オイラー角（ø , Θ , について説明する。
図示の如く結晶軸を X、 Υ、 Ζとするとき、 Ζ軸を中心として X軸を Υ軸側へ 角度 øだけ回転させて、 これを A 1軸とする。 次に A 1軸を中心として Z軸を反 時計回りに角度 0だけ回転させ、 これを A 2軸とする。 この A 2軸を法線として A 1軸を含む面方位でカツ卜し、 基板とする。 そして、 該面方位にカツ 卜した基 板において、 A 2軸を中心として A 1軸を反時計回りに角度 0だけ回転させた軸 を A 3軸とし、 この A 3軸を弾性表面波伝搬方向とする。 このとき、 カツ 卜面及 び弾性表面波伝搬方向をオイラー角（ø , θ、 0 )と表示するのである。
以下、 図 1 1乃至図 1 4に基づき、 上記研究について具体的に説明する。 尚、 弾性表面波素子の特性評価においては、 従来より知られている一般的な解法 (例え ば、 J. J. Campbell, W. R. Jones, "A Method for Estimating Optimal Crystal Cu ts and Propagation Directions for Excitation of Piezoelectric Surface Wa ves", IEEE transaction on Sonics and Ultrasonics, vol. SU-15, No. 4, pp209 -217， ( 1 9 6 8 )参照）を採用し、 コンピュータシミュレーションによって、 位相 速度、 電気機械結合係数及び伝搬損失を算出した。
そして、 最適なカツト面及び弾性表面波伝搬方向については、 実際に弾性表面 波素子を試作して、 その特性を調べたところ、 シミュレーション結果と符合する 測定値が得られた。 これによつて、 コンピュータシミュレーションの妥当性が裏 付けられる。
図 1 1及び図 1 2は、 タンタル酸リチウム基板の（9 0。 ， 9 0。 ， < カッ ト において、 表面が電気的開放 (open)及び電気的短絡 (short)の両場合について、 第 2漏洩表面波の伝搬特性を角度 φの関数として表わしたものである。
図 1 1に示す如く、 第 2漏洩表面波の位相速度は、 表面が開放、 短絡の何れの 場合にも約 6 0 0 O m/ sと、 レイリー波の約 2倍の高い位相速度を有し、 縦波 (Longi tudinal )の位相速度に非常に近くなつている。
図 12は、 電気機械結合係数及び 1波長当たりの伝搬損失を表わしており、 図 示の如く、 øが 31° にて、 電気機械結合係数 K 2は最大値 2. 14%となってい る。 又、 表面が電気的開放の場合における伝搬損失は、 電気的短絡の場合におけ る伝搬損失よりも非常に小さい。 そして、 表面が開放及び短絡の両場合において、 伝搬損失は、 <6カ、'164° にて略零となっている。
図 13及び図 14は、 ニオブ酸リチウム基板の（90° , 90° , 0)カッ トに おいて、 表面が電気的開放及び電気的短絡の両場合について、 第 2漏洩表面波の 伝搬特性を角度 øの関数として表わしたものである。
図 13に示す如く、 第 2漏洩表面波の位相速度は約 700 OmZsと、 極めて 高速であり、 レイリー波の位相速度の約 2倍となっている。 又、 第 2漏洩表面波 の位相速度は、 電気的開放の場合と電気的短絡の場合で異なる変化を示しており、 0カ、'37° では約 50 OmZsの違いがあり、 この結果、 大きな機械電気結合係 数が得られる。
図 14は、 電気機械結合係数及び 1波長当たりの伝搬損失を表わしており、 図 示の如く、 øが 37° にて、 電気機械結合係数 K 2は最大値 1 2. 9%と、 大きな 値となっている。 又、 表面が電気的開放の場合における伝搬損失は、 電気的短絡 の場合における伝搬損失よりも非常に小さい。 そして、 表面が開放及び短絡の両 場合において、 伝搬損失は、 ø力、' 164° にて略零となっている。
以上の結果から、 本発明者等は、 タンタル酸リチウム基板については、 （90。
90° , 0)カツ卜が望ましく、 （90° , 90° , 31° )カツ 卜が更に望ましい と報告している。 又、 ニオブ酸リチウム基板については、 （90° ， 90° ， 0) カッ トが望ましく、 （90° ， 90° , 37° )カッ トが更に望ましいと報告して いる。
しかしながら、 上記研究においては、 伝搬損失について十分な研究が為されて おらず、 伝搬損失が更に少ないカツト面及び弾性表面波伝搬方向が存在する可能 性がある。
本発明の目的は、 ニオブ酸リチウム基板及びタンタル酸リチウム基板において 従来と同程度の高い位相速度及び大きな電気機械結合係数を維持して伝搬速度を 減少させることが出来るカツ 卜面及び弾性表面波伝搬方向を見出し、 これによつ て高性能の弾性表面波素子及びこれを用いた携帯電話機を提供することである。 発明の開示
本発明に係る第 1の弾性表面波素子は、 ニオブ酸リチウムからなる圧電基板上 に、 弾性表面波を伝搬させるための電極を形成した弾性表面波素子に於いて、 該 圧電基板のカット面及び弾性表面波伝搬方向を、 オイラー角表示で（0， θ, Φ) 及びこれと実質的に等価な範囲とするとき、 0、 0及び øを下記数式 2の範囲に 設定したことを特徴とする。
(数式 2)
0° ≤φ≤86° 、 或いは 95° ≤φ≤ 180°
73° ≤θ≤ 1 I 8°
Q° ≤ φ≤44。
望ましくは、 φ、 0及び øは下記数式 3の範囲に設定される。
(数式 3)
0° ≤0≤83。 、 或いは 98° ≤φ≤ 1 80°
83° ≤ S≤ 105 °
0。 ≤ ø≤ 38°
上記第 1の弾性表面波素子に於いては、 ニオブ酸リチウム基板の（0° ≤φ≤ & 6° ， 73。 ≤ ≤ 1 1 8° , 0° ≤<>≤44° )カツ ト及びニオブリチウム基板 の（95。 ≤0^ 180° , 73° ≤0^ 1 18。 ， 0。 ≤0^44。 ：)カツ 卜に おいて、 位相速度及び電気機械結合係数は従来と同程度の値が得られ、 然も伝搬 損失は 0.05 d BZス以下と小さい値が得られる。
又、 （0° ≤0≤ 83° , 83° e^ l 05° ， O° 0 38° )カット及 びニオブリチウム基板の（98° ≤0≤ 1 80。 , 83° ≤0≤ 1 05° ， 0° ≤ ^38° )カツ 卜において、 伝搬損失は 0.02 d ΒΖλ以下と更に小さい値が 得られる。
本発明に係る第 2の弾性表面波素子は、 タンタル酸リチウムからなる圧電基板 上に、 弾性表面波を伝搬させるための電極を形成した弾性表面波素子に於いて、 該圧電基板のカッ ト面及び弾性表面波伝搬方向を、 オイラー角表示で（ø， Θ, 0) 及びこれと実質的に等価な範囲とするとき、 ø、 S及び 0を下記数式 4の範囲に 設定したことを特徴とする。
(数式 4)
0° ≤0≤87。 、 或いは 91。 1 80。
80° ≤ θ≤ 120°
0° 4。
望ましくは、 φ、 0及び øは下記数式 5の範囲に設定される。
(数式 5)
0° ^0≤85° 、 或いは 93° ≤0≤ 1 80°
87° ≤θ≤ 1 14°
0。 ≤φ≤36°
上記第 2の弾性表面波素子に於いては、 タンタル酸リチウム基板の（0° ≤φ≤ 87。 ， 80° ≤0≤ 120。 ， 0。 ≤φ≤"。 )カツ 卜及び夕ン夕ル酸リチウ ム基板の（ 91° ^0^ 1 80° ， 80° 0≤ 12 O。 ， 0° ≤0≤44° )力 ッ 卜において、 位相速度及び電気機械結合係数は従来と同程度の値が得られ、 然 も伝搬損失は 0.005 dBZ^以下と小さい値が得られる。
又、 夕ンタル酸リチウム基板の（0° 0 85。 ， 87° ^e≤ 1 1 4° . 0 。 ≤φ≤ 36° )カツト及びタンタル酸リチウム基板の（93° ≤0 1 80。 ， 87。 ≤S≤ 1 14° , 0° ≤0 36。 ）において、 伝搬損失は 0.002 dB /λ以下の更に小さい値が得られる。 本発明によれば、 ニオブ酸リチウム基板及びタンタル酸リチウム基板において カツト面及び弾性表面波伝搬方向を適切に設定することにより、 従来と同程度の 高 、位相速度及び大きな電気機械結合係数を維持して、 伝搬損失を減少させるこ とが出来る。
図面の簡単な説明
図 1は、 （0， Θ, 37° )カットのニオブ酸リチウム基板を有する弾性表面波 素子の伝搬損失についての特性を表わすグラフである。
図 2は、 （0, 92° , 37° )カットのニオブ酸リチウム基板を有する弾性表 面波素子の伝搬損失についての特性を表わすグラフである。
図 3は、 （82。 ， Θ， 37° )カッ トのニオブ酸リチウム基板を有する弾性表 面波素子及び（90° , Θ, 37° )カッ トのニオブ酸リチウム基板を有する弾性 表面波素子の位相速度及び電気機械結合係数についての特性を表わすグラフであ る。
図 4は、 上記 2つの弾性表面波素子の T C D及び P F Aにつ t、ての特性を表わ すグラフである。
図 5は、 （82° , 92° , 0)カッ トのニオブ酸リチウム基板を有する弾性表 面波素子の伝搬損失についての特性を表わすグラフである。
図 6は、 （ø, Θ, 31。 ）カットのタンタル酸リチウム基板を有する弾性表面 波素子の伝搬損失についての特性を表わすグラフである。
図 7は、 （0, 9 1。 ， 31° )カットのタンタル酸リチウム基板を有する弾性 表面波素子の伝搬損失についての特性を表わすグラフである。
図 8は、 （85。 ， 91° , カットのタンタル酸リチウム基板を有する弾性 表面波素子の伝搬損失についての特性を表わすグラフである。
図 9は、 弾性表面波フィルターを構成する 1ポー卜共振器の構成を表わす平面 図である。
図 10は、 携帯電話機の全体構成を表わすブロック図である。 図 1 1は、 （90° , 90。 ， ø)カッ トのタンタル酸リチウム基板を有する弾 性表面波素子の位相速度についての特性を表わすグラフである。
図 12は、 同上の弾性表面波素子の電気機械結合係数及び伝搬損失についての 特性を表わすグラフである。
図 13は、 （90° , 90。 ， カッ トのニオブ酸リチウム基板を有する弾性 表面波素子の位相速度についての特性を表わすグラフである。
図 14は、 同上の弾性表面波素子の電気機械結合係数及び伝搬損失についての 特性を表わすグラフである。
図 15は、 オイラー角表示を説明する図である。 発明を実施するための最良の形態
先ず、 図 1〜図 8に示すコンピュータシミュレーション結果に基づき、 ニオブ 酸リチウム基板及びタンタル酸リチウム基板における第 2漏洩表面波の伝搬特性 について述べる。
ニォブ酸リチウム基板における第 2漏洩表面波
図 1は、 ニオブ酸リチウム基板の（ø, θ , 37° )カットにおいて、 第 2漏洩 表面波の 1波長当たりの伝搬損失を角度 0の関数として表わしたものである。 図示の如く、 øを 90。 から 82° まで種々に変化させると、 が約 85。 以 上において伝搬損失は徐々に減少する。
ø力 82° であるとき、 伝搬損失は、 0が 73° 以上 1 1 8° 以下のとき 0.0 5 dB/λ以下、 0が 77° 以上 1 13° 以下のとき 0.04 d ΒΖλ以下、 Θ 80° 以上 1 09° 以下のとき 0.03 d ΒΖλ以下、 0カヽ' 83° 以上 105° 以 下のとき 0. 02 d 以下、 0が 87° 以上 1 00° 以下のとき 0.01 d B Zス以下となっている。 又、 0カ<92° にて、 伝搬損失は最小値となっている。 図 2は、 ニオブ酸リチウム基板の（ø, 92° , 37° )カッ トにおいて、 第 2 漏洩表面波の 1波長当たりの伝搬損失を角度 øの関数として表わしたものである。 図示の如く、 伝搬損失は、 øが 91° にて最大値となっており、 øが 86° 以 下或いは 95° 以上のとき 0.05 dB/λ以下、 øが 85° 以下或いは 96。 以 上のとき 0.04 d BZ;i以下、 0力 84° 以下或いは 97° 以上のとき 0. 03 dBZ;i以下、 0が 83° 以下或いは 98。 以上のとき 0.02 dBZ^以下、 φ が 82° 以下或いは 99° 以上のとき 0. 01 d Βノス以下となっている。 尚、 φ が約 80° 以下及び約 1 00° 以上では、 コンピュータシミュレーションによる 解が得られない。 これは、 本発明が利用せんとする第 2漏洩表面波のモードとは 異なったモードが発生して、 第 2漏洩表面波が存在しなくなるためと考えられる。 しかしながら、 現実の弾性表面波素子においては、 この角度範囲で、 伝搬損失は 極めて零に近い値をとるものと推定される。
図 3は、 ニオブ酸リチウム基板の（82° ， Θ, 37° )カッ ト及び（90° ， Θ, 37° )カツ卜において、 第 2漏洩表面波の位相速度及び電気機械結合係数 Κ 2を 角度 0の関数として表わしたものである。
図示の如く、 第 2漏洩表面波の位相速度については、 0が82° であるときの 位相速度は、 0が 90° であるときの位相速度と同様の変化を示し、 全体的に左 にシフトしているものの、 同程度の値が得られている。 又、 電気機械結合係数 Κ 2についても、 0カ、'82。 であるときの電気機械結合係数 Κ2は、 0が 90° であ るときの電気機械結合係数 Κ2と同様の変化を示し、 全体的に左にシフ卜している ものの、 同程度の値が得られている。
図 4は、 ニオブ酸リチウム基板の（82。 ， Θ, 37。 ）カッ ト及び（90° , Θ, 37° )カツ 卜において、 第 2漏洩表面波の T CD (遅延特性の温度特性)及び PF A (パワーフロー角）を角度 0の関数として表わしたものである。
図示の如く、 TCDについては、 0が82° であるときの TCDは、 0が 90 ° であるときの TCDと同様の変化を示し、 全体的に左にシフトしているものの、 同程度の値が得られており、 0力 <85° にて最小値約 68 p pmZ となってい る 又、 P FAについては、 0カ、'82° であるときの P FAは、 0カヽ' 90。 である ときの P F Aに比べ、 全体的に小さくなつており、 力、' 60° 〜 1 2 0。 の全範 囲に直って 2 d e g以下の値が得られている。
図 5は、 ニオブ酸リチウム基板の（82。 ， 92。 ， < カッ トにおいて、 第 2 漏洩表面波の 1波長当たりの伝搬損失を角度 0の関数として表わしたものである。 図示の如く、 伝搬損失は、 ^が 44° 以下のとき 0. 05 d Bノス以下、 0が 4 2° 以下のとき 0. 04 d ΒΖλ以下、 0力 40° 以下のとき 0. 03 d ΒΖス以 下、 øが 38° 以下のとき 0. 02 d Β/λ以下、 øが 36。 以下のとき 0. 0 1 d B/λ以下となっている。 尚、 0が約 34° 以下では、 コンピュータシミュレ ーシヨンによる解が得られない。 これは、 第 2漏洩表面波のモードとは異なった モードが発生して、 第 2漏洩表面波が存在しなくなるためと考えられる。 しかし ながら、 現実の弾性表面波素子においては、 この角度範囲で、 伝搬損失は極めて 零に近い値をとるものと推定される。
下記表 1は、 本発明のニオブ酸リチウム基板の（8 2° ， 92° , 37。 ）カツ 卜における伝搬特性、 及び従来例のニオブ酸リチウム基板の（90° ， 90° , 3 7° )カットにおける伝搬特性を表わしている。
(表 1 )
Figure imgf000012_0001
上記表 1に示す如く、 本発明における伝搬損失は、 従来例における伝搬損失の 約 1/20と、 大幅に減少した値となっている。 又、 位相速度、 電気機械結合係 数 2、 及び TCDは、 従来例と同程度の値が得られている。 PF Aについては、 従来例の P F Aの絶対値に比べ大きな値となっているが、 弾性表面波素子として の動作に支障はない。
ニオブ酸リチウム基板においては、 カツ 卜面及び弾性表面波伝搬方向を（0° 〜 86 ° , 73° 〜： 1 18° , 0° 〜44° )或いは（ 95。 〜 1 80° , 73° 〜 1 1 8° , 0。 〜44° )の範囲、 望ましくは（0。 〜83° , 83° 〜1 05° , 0° 〜38° )或いは（98。 〜 1 80° , 83° 〜1 05。 ， 0° 〜38° )の範 囲、 更に望ましくは（82° , 92° , 37° )に設定することにより、 従来と同 程度の高い位相速度及び大きな電気機械結合係数を維持して、 伝搬損失を減少さ せることが出来る。
タンタル酸リチウム基板における第 2漏洩表面波
図 6は、 タンタノレ酸リチウム基板の（0, Θ, 31 ° )カッ トにおいて、 第 2漏 洩表面波の 1波長当たりの伝搬損失を角度 0の関数として表わしたものである。 図示の如く、 0を 90。 から 85° まで種々に変化させると、 が約 90° 以 上約 120° 以下の範囲において、 伝搬損失は徐々に減少する。
øが 85° であるとき、 伝搬損失は、 0が約 60° 以上約 91° 以下の範囲で は 0が増大するにつれて減少し、 約 1 10° 以上約 1 20。 以下の範囲では が 増大するにつれて増加している。 尚、 0が約 9 1° 以上約 1 10° 以下の範囲で は、 コンピュータシミュレーションによる解が得られない。 これは、 第 2漏洩表 面波のモードとは異なったモードが発生して、 第 2漏洩表面波が存在しなくなる ためと考えられる。 しかしながら、 現実の弾性表面波素子においては、 この角度 範囲で、 伝搬損失は極めて零に近い値をとるものと推定される。
又、 伝搬損失は、 0が 80° 以上 120° 以下のとき 0.005 d Bノス以下、 が 82 ° 以上 1 18 ° 以下のとき 0.004 dBZス以下、 Sが 85。 以上 1 1 6。 以下のとき 0.003 dBZ;i以下、 0が 87° 以上 1 14° 以下のとき 0. 002 d ΒΖλ以下、 0が 89。 以上 1 1 2° 以下のとき 0.00 1 d ΒΖλ以下 となっている。
図 7は、 タンタル酸リチウム基板の（ø， 91。 ， 31° )カッ トにおいて、 第 2漏洩表面波の 1波長当たりの伝搬損失を角度 øの関数として表わしたものであ る。
図示の如く、 伝搬損失は、 0カ、'89° にて最大値となっており、 0カ 87° 以 下或いは 91° 以上のとき 0.005 d Β/λ以下、 0力 86。 以下或いは 92。 以上のとき 0.004 dBZ;i以下、 0カ 85° 以下或いは 93° 以上のとき 0. 003 d Bノ λ以下、 0力、' 85 ° 以下或 t、は 93 ° 以上のとき 0.002 dBノス 以下、 øが 84° 以下或いは 94° 以上のとき 0.001 d Bノス以下となってい る。 尚、 0が約 83° 以下及び約 95 ° 以上では、 コンピュータシミユレーショ ンによる解が得られない。 これは、 第 2漏洩表面波のモードとは異なったモード が発生して、 第 2漏洩表面波が存在しなくなるためと考えられる。 しかしながら、 現実の弾性表面波素子においては、 この角度範囲で、 伝搬損失は極めて零に近い 値をとるものと推定される。
図 8は、 タンタル酸リチウム基板の（85° , 91° ， ø)カッ トにおいて、 第 2漏洩表面波の 1波長当たりの伝搬損失を角度 øの関数として表わしたものであ る。
図示の如く、 伝搬損失は、 0が 44° 以下のとき 0.005 d B ス以下、 0が 41 ° 以下のとき 0.004 d Β/ス以下、 ø力く 39° 以下のとき 0.003 d B / 以下、 0力、' 36° 以下のとき 0.002 dBZ;i以下、 ø力 34 ° 以下のとき 0.001 dBZ;i以下となっている。 尚、 <>が約 30。 以下では、 コンピュータ シミュレーションによる解が得られない。 これは、 第 2漏洩表面波のモードとは 異なつたモードが発生して、 第 2漏洩表面波が存在しなくなるためと考えられる。 しかしながら、 現実の弾性表面波素子においては、 この角度範囲で、 伝搬損失は 極めて零に近い値をとるものと推定される。
下記表 2は、 本発明のタンタル酸リチウム基板の（85° , 91。 ， 31° )に おける伝搬特性、 及び従来のタンタル酸リチウム基板の（90° , 90° , 3 1° ) における伝搬特性を表わしている。
(表 2)
Figure imgf000015_0001
上記表 2に示す如く、 本発明における伝搬損失は、 従来例における伝搬損失の 約 1 6 0と、 大幅に減少した値となっている。 又、 位相速度、 電気機械結合係 数 2、 及び TCDは、 従来例と同程度の値が得られている。 P F Αについては、 従来例の PF Aの絶対値に比べ大きな値となっているが、 弾性表面波素子として の動作に支障はない。
タンタル酸リチウム基板においては、 面方位及び弾性表面波伝搬方向を（0° 〜 87° , 80。 〜 1 20。 ， 0° 〜44° )或いは（ 9 1 ° 〜； I 80° , 80° 〜 1 20° , 0° 〜44° )の範囲、 望ましくは（0° 〜85。 ， 8 7° 〜 1 1 4° , 0° 〜36。 ）或いは（93° 〜： I 80。 ， 87。 〜1 1 4° ， 0° 〜36。 ）の範 囲、 更に望ましくは（85° , 9 1° , 3 1° )に設定することにより、 従来と同 程度の高い位相速度及び大きな電気機械結合係数を維持して、 伝搬損失を減少さ せることが出来る。
尚、 図 1乃至図 8に示す特性は、 コンピュータシミュレーションによるもので あるが、 本実施例で採用した前述の特性評価手法に、 例えば弾性表面波素子のモ デル化に伴う多少の誤差があつたとしても、 その誤差は図 1乃至図 8のグラフの 横軸方向には殆ど発生しないと考えられる。 次に、 本発明を、 携帯電話機の弾性表面波フィルターを構成すべき弾性表面波 素子に実施した例につき、 図面に沿って具体的に説明する。
本実施例に係る弾性表面波フィルターは、 図 9に示す弾性表面波素子（ 1 )を 1 或いは複数組み合わせて構成され、 弾性表面波素子（1)は、 図示の如く、 基板（1 0)の表面に一対の櫛形電極（11)(11)と格子状の反射器（12X12)を形成したもので あ
尚、 ニオブ酸リチウム基板においては、 面方位及び弾性表面波伝搬方向がオイ ラ一角表示で（0° 〜 86° , 73。 〜 1 18° , 0° 〜44° )或いは（95。 〜 180。 ， 73° 〜 1 18° , 0° 〜44。 ）の範囲、 望ましくは（0。 〜83° , 83。 〜： 1 05° ， 0° 〜38° )或いは（98。 〜 180° ， 83° 〜1 05。 ， 0° 〜38° )の範囲、 更に望ましくは（82° , 92。 ， 37° )となる様に設定 される。 又、 タンタル酸リチウム基板においては、 面方位及び弾性表面波伝搬方 向がオイラー角表示で（0° 〜 87。 ， 80° 〜 120° ， 0° 〜44° )或いは (91° 〜： 180° , 80。 〜 120° , 0。 〜 44 ° )の範囲、 望ましくは（ 0。 〜85° ， 87° 〜： 1 14° , 0° 〜36° )或いは（93° 〜： I 80° , 87° 〜1 14。 ， 0。 〜36° )の範囲、 更に望ましくは（85° . 9 1。 ， 31。 ）と なる様に設定される。
図 10は、 本実施例の携帯電話機の全体構成を表わしている。 ここで、 バンド パスフィルター（22X32)として、 上記弾性表面波フィルタ一が採用される。 又、 分波器（3)は、 送信周波数の音声信号を通過させるフィルターと受信周波数の音 声信号を通過させるフィルターによつて構成され、 これらのフィルタ一として上 記弾性表面波フィルタ一が採用される。 又、 I F回路（4)は、 1或いは複数の高 周波フィルターを具え、 これらの高周波フィルタ一として上記弾性表面波フィル ターが採用される。
図示の如く、 アンテナ（2)によって受信された音声信号は、 先ず分波器（3)に 供給されて受信周波数の音声信号が取り出され、 増幅器（21)に供給されて増幅さ れ、 更にバンドパスフィルター（22)に供給されてノイズ信号が除去される。 これ によって得られた信号は、 ミキサ (23)に供給されて、 I F回路（4 )からの信号に 基づき受信周波数よりも周波数の低い第 1周波数信号に変換され、 I F回路（4 ) に供給されて更に周波数の低い第 2周波数信号に変換される。 そして、 I F回路 ( 4 )から出力された第 2周波数信号は、 復調器 (24)に供給されて復調された後、 時分割多重回路（ 5 )及び音声信号処理回路（ 6 )を経てスピー力（ 7：)に供給される。 一方、 マイク（8 )からの音声信号は、 音声信号処理回路（ 6 )及び時分割多重回 路（5 )を経て変調器 (34)に供給されて変調された後、 I F回路（4 )に供給されて、 マイク（ 8 )からの音声信号よりも周波数の高い第 3周波数信号に変換される。 そ して、 I F回路（4 )から出力された第 3周波数信号は、 ミキサ (33)に供給されて 更に周波数の高い送信周波数の音声信号に変換され、 バンドパスフィルタ一（32) に供給されてノイズ信号が除去される。 これによつて得られた信号は、 増幅器 (3 1)に供給されて増幅され、 分波器（ 3 )を経てァンテナ（ 2 )から送信される。
上述の如く、 本発明では、 ニオブ酸リチウム基板及びタンタル酸リチウム基板 における第 2漏洩表面波を理論的に研究した結果、 これらの基板について夫々、 最適なカツト面及び弾性表面波伝搬方向を見出した。 これによつて、 従来よりも 高い周波数帯域に対応可能な弾性表面波フィルタ一を得ることが出来る。 そして、 携帯電話機に装備される高周波フィルターとして、 該弾性表面波フィルターを採 用することにより、 携帯電話機の高性能化を図ることが出来る。
産業上の利用可能性
本発明に係る弾性表面波素子は、 携帯電話機等の通信機器における高周波フィ ルター、 信号処理用遅延線等の回路素子として用いるのに適している。

Claims

請 求 の 範 囲
1. ニオブ酸リチウムからなる圧電基板上に、 弾性表面波を伝搬させるための電 極を形成した弾性表面波素子に於いて、 該圧電基板のカツ 卜面及び弾性表面波伝 搬方向を、 オイラー角表示で（ø， θ> ø)及びこれと実質的に等価な範囲とする とき、 ø、 及び øを下記数式の範囲に設定したことを特徵とする弾性表面波素 子。
0° ≤ ø 86°
73° ≤θ≤ \ I
0° ≤ ø≤ 44°
2. φ、 0及び 0を下記数式の範囲に設定したことを特徴とする請求の範囲第 1 項に記載の弾性表面波素子。
0° ≤ 0≤ 83°
83° ≤ 1 05°
0。 ≤<>≤38。
3. ニオブ酸リチウムからなる圧電基板上に、 弾性表面波を伝搬させるための電 極を形成した弾性表面波素子に於いて、 該電圧基板のカツ 卜面及び弾性表面波伝 搬方向を、 オイラー角表示で（ø， Θ, < 及びこれと実質的に等価な範囲とする とき、 Φ、 0及び øを下記数式の範囲に設定したことを特徴とする弾性表面波素 子。
95。 ≤0≤ 1 80°
73° ≤ 1 1 8°
0° ≤ 0≤44°
4. φ、 0及び 0を下記数式の範囲に設定したことを特徴とする請求の範囲第 3 項に記載の弾性表面波素子。
98 ° ≤ ø≤ 1 80° 83° 】 05。
0° ≤ ø≤ 38°
5. タンタル酸リチウムからなる圧電基板上に、 弾性表面波を伝搬させるための 電極を形成した弾性表面波素子に於いて、 該圧電基板のカツ ト面及び弾性表面波 伝搬方向を、 オイラー角表示で（ø, Θ, ø)及びこれと実質的に等価な範囲とす るとき、 Φ、 0及び øを下記数式の範囲に設定したことを特徴とする弾性表面波 素子。
0° ≤0≤87°
80° ≤θ≤ 1 20。
0° ≤ ø≤ 44 °
6. 0、 S及び 0を下記数式の範囲に設定したことを特徴とする請求の範囲第 5 項に記載の弾性表面波素子。
0° ≤ ≤85°
87° ≤θ≤ 1 14°
0° ≤φ≤36°
7· タンタル酸リチウムからなる圧電基板上に、 弾性表面波を伝搬させるための 電極を形成した弾性表面波素子に於いて、 該圧電基板のカツ ト面及び弾性表面波 伝搬方向を、 オイラー角表示で（ø， Θ, ø)及びこれと実質的に等価な範囲とす るとき、 ø、 0及び øを下記数式の範囲に設定したことを特徴とする弾性表面波 素子。
9 1° 180°
80° ≤ ^≤ 120°
0° ≤<ρ≤"°
8. Φ、 0及び øを下記数式の範囲に設定したことを特徴とする請求の範囲第 7 項に記載の弾性表面波素子。
93° ≤ 1 80° 87° ≤θ≤ 1 14°
0° ≤φ≤3ら0
9. 少なくとも 1つの弾性表面波素子からなる弾性表面波フィルターを具えた携 帯電話機において、 前記弾性表面波素子は、 ニオブ酸リチウムからなる圧電基板 上に弾性表面波を伝搬させるための電極が形成され、 該圧電基板のカツ 卜面及び 弾性表面波伝搬方向が、 オイラー角表示で（ø, Θ, ø)及びこれと実質的に等価 な範囲とするとき、 φ、 0及び øが下記数式の範囲に設定されていることを特徴 とする携帯電話機。
0° ≤ 0 86°
73° ≤ 0≤ 1 18°
0° 4°
1 0. 少なくとも 1つの弾性表面波素子からなる弾性表面波フィルタ一を具えた 携帯電話機において、 前記弾性表面波素子は、 ニオブ酸リチウムからなる圧電基 板上に弾性表面波を伝搬させるための電極が形成され、 該電圧基板のカツト面及 び弾性表面波伝搬方向が、 オイラー角表示で（ø, Θ, 0)及びこれと実質的に等 価な範囲とするとき、 φ、 0及び (^が下記数式の範囲に設定されていることを特 徴とする携帯電話機。
95° ≤ 180°
73° ≤θ≤ \ \ %°
0° ≤ ø≤ 44°
1 1. 少なくとも 1つの弾性表面波素子からなる弾性表面波フィルターを具えた 携帯電話機において、 前記弾性表面波素子は、 タンタル酸リチウムからなる圧電 基板上に弾性表面波を伝搬させるための電極が形成され、 該圧電基板のカツ ト面 及び弾性表面波伝搬方向が、 オイラー角表示で（ø, Θ, 0)及びこれと実質的に 等価な範囲とするとき、 ø、 0及び øが下記数式の範囲に設定されていることを 特徴とする携帯電話機。 0° ≤ ø≤ 87°
80° ≤θ≤ 1 20°
0° ≤φ≤44。
12. 少なくとも 1つの弾性表面波素子からなる弾性表面波フィルターを具えた 携帯電話機において、 前記弾性表面波素子は、 タンタル酸リチウムからなる圧電 基板上に弾性表面波を伝搬させるための電極が形成され、 該圧電基板のカツ ト面 及び弾性表面波伝搬方向が、 オイラー角表示で（0， Θ, 0)及びこれと実質的に 等価な範囲とするとき、 φ、 0及び が下記数式の範囲に設定されていることを 特徴とする携帯電話機。
91° ≤φ≤ \ 80°
80° ≤θ≤ 1 20°
0° ≤<Ρ≤44。
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SHIGETAKA TONAMI, ATSUHIRO NISHIKATA, YASUTAKA SHIMIZU, "Study on Leakage Surface Acoustic Wave Propagating through LiTa03 and LiNb03 Substrates (in Japanese)", PREPRINTS OF THE 15TH SYMPOSIUM ON THE BASIC AND THE APPLICATION OF ULTRASONIC ELECTRONICS PB-12, pp. 185-186, (1994). *

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