WO2000016478A1 - Dispositif de traitement des ondes acoustiques de surface - Google Patents

Dispositif de traitement des ondes acoustiques de surface Download PDF

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WO2000016478A1
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acoustic wave
surface acoustic
wave device
single crystal
piezoelectric substrate
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Kenji Inoue
Katsuo Sato
Hiroki Morikoshi
Katsumi Kawasaki
Kiyoshi Uchida
Original Assignee
Tdk Corporation
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    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • 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
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
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    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B33/00—After-treatment of single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure

Definitions

  • the present invention relates to a surface acoustic wave device having interdigital electrodes provided on a piezoelectric substrate.
  • a surface acoustic wave device that is advantageous for miniaturization and lightening, that is, a surface acoustic wave filter, is often used in the high frequency and intermediate frequency filters of a terminal device.
  • the surface acoustic wave device has a structure in which interdigital electrodes for exciting, receiving, reflecting, or propagating surface acoustic waves are formed on the main surface of a piezoelectric substrate.
  • Important characteristics of the piezoelectric substrate used in this surface acoustic wave device include the surface acoustic wave velocity (hereinafter sometimes referred to as SAW velocity), the center frequency when used as a filter, and the resonator.
  • SAW velocity surface acoustic wave velocity
  • TFC frequency temperature coefficient
  • k2 electromechanical coupling coefficient
  • a piezoelectric substrate generally used in a surface acoustic wave device there is one having a composition shown in the table of FIG.
  • the known piezoelectric substrate shown in Fig. 1 consists of 128 LN, 64LN, and 36LT with high S AW speed and large electromechanical coupling coefficient, and LT1 12 and ST crystal with relatively slow SAW speed and small electromechanical coupling coefficient. It can be roughly divided into two groups. Among them, high SAW speed and large electromechanical coupling coefficient Piezoelectric substrates, 128 LN, 64 LN, and 36 LT, are used for surface acoustic wave filters in the high-frequency part of terminals, and have a relatively low S AW speed and a small electromechanical coupling coefficient.
  • LT112 and ST quartz are used for surface acoustic wave filters in the intermediate frequency part of terminals.
  • the reason is that in the case of a surface acoustic wave filter, its center frequency is almost proportional to the SAW speed of the piezoelectric substrate used, and almost inversely proportional to the width of the electrode fingers of the interdigital electrodes formed on the substrate. is there.
  • a substrate with a high S AW speed is desired. Furthermore, since a filter used in a high-frequency part of a terminal must have a broadband having a pass bandwidth of 20 MHz or more, it is necessary to have a large electromechanical coupling coefficient.
  • an intermediate frequency of the mobile terminal a frequency band of 70 to 300 MHz is used.
  • a filter having a center frequency in this frequency band is configured by a surface acoustic wave device
  • the width of the electrode fingers formed on the substrate will be reduced by the filter used for the high-frequency section.
  • ST quartz has a first-order frequency temperature coefficient of zero and is a preferred piezoelectric substrate material.
  • An ST crystal can form only a filter with a narrow pass band because of its small electric coupling coefficient.However, the role of the intermediate frequency filter is to pass only one narrow channel signal. The small coupling coefficient has not been a problem in the past.
  • the present invention provides a surface acoustic wave device using a piezoelectric substrate having a high electromechanical coupling coefficient effective for widening the pass band and having a low S AW speed effective for miniaturizing the surface acoustic wave device. For one purpose.
  • the present invention is a piezoelectric substrate, using a single crystal belonging to the formula Sr 3 TaGa 3 Si 2 0 14 In the represented point group 32.
  • This material is one of the substitutional types of piezoelectric crystals developed in Russia as a langasite-type structure.
  • As a new substitution-type langasite-based piezoelectric crystal Tomohiko Kato et al. , No. 3,1998 (lecture number 14Aa7).
  • the present inventor has found that when the cutout angle of this substrate from a single crystal and the surface acoustic wave propagation direction are within specific ranges, the substrate is desirable as a piezoelectric substrate for a surface acoustic wave device. The inventors have found that the characteristics can be obtained, and have arrived at the present invention.
  • the above-mentioned angle is ⁇ knee 5.
  • the angle is ⁇ knee 5.
  • ⁇ 5, 130 ° ⁇
  • the SAW speed of the substrate is 300 Om / sec or less, which is lower than that of ST crystal, and the electromechanical coupling coefficient of the substrate is 0.2% or more. Indicates a sufficiently large value. Furthermore, in region 1-2, it was found that the SAW speed of the substrate was 300 Om / sec or less, and the electromechanical coupling coefficient of the substrate was 0.4 or more.
  • the SAW speed of the substrate is 300 Om / sec or less and the electromechanical coupling coefficient of the substrate is 0.2% or more, as in the case of region 1-1.
  • the SAW speed of the substrate is 300 Om / sec or less and the electromechanical coupling coefficient is 0.4 or more.
  • the present invention is based on It includes equivalent ranges based on symmetry.
  • FIG. 1 is a table showing conventional piezoelectric substrates used in a surface acoustic wave device and their characteristics.
  • FIG. 2 is a perspective view showing one embodiment of the surface acoustic wave device according to the present invention.
  • FIG. 3 is a table showing characteristics of a piezoelectric substrate for a surface acoustic wave device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a table showing characteristics of a piezoelectric substrate for a surface acoustic wave device according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a chart showing the S AW speed of the piezoelectric substrate of the embodiment shown in FIG.
  • FIG. 6 is a chart showing an electromechanical coupling coefficient of the piezoelectric substrate of the embodiment shown in FIG.
  • FIG. 7 is a chart showing the SAW speed in the piezoelectric substrate of the embodiment shown in FIG.
  • FIG. 8 shows the electromechanical coupling coefficient of the piezoelectric substrate of the embodiment shown in FIG.
  • FIG. 2 shows an example of a surface acoustic wave device to which the present invention is applied.
  • a piezoelectric substrate 1 is provided with a pair of interdigital electrodes 2 on one main surface.
  • the shape, number, and arrangement of the electrodes may be any known form.
  • the piezoelectric substrate 1 according to the present invention is represented by the chemical formula SrJaGa LO,., And is made of a single crystal material belonging to the point group 32.
  • This single crystal material may have oxygen defects, for example, Al, Zr, Fe, Ce, Nd, La, Pt, Ca, etc. It may contain inevitable impurities.
  • the crystal axis of the single crystal The X axis, Y axis and Z axis were defined by the following method. Piezoelectric code in P.333 of "Elastic Surface Wave Device Handbook" (edited by the Japan Society for the Promotion of Science Surface Acoustic Wave Device Technology 150th Committee; Ohmsha; published on January 30, 1991) The crystal axis of the single crystal was determined by the same measurement as the part described for. That is, this crystal is a piezoelectric body belonging to the point group 32, and the polarization axis coincides with the X axis in the right-handed coordinate system.
  • the plane direction perpendicular to the X-axis was determined accurately for the single crystal just manufactured, and this plane was cut out in a plate shape and used as a measurement sample.
  • this plate is placed in parallel on a copper plate connected to the negative pole of the oscilloscope, and the tip of the probe connected to the brass pole of the oscilloscope is strongly applied to the sample surface, a potential difference is generated by the piezoelectric effect.
  • the polarity of the sample is determined as follows.
  • the crystal plane to which the probe is applied as the + plane and the back side as one plane.
  • the first peak is a negative voltage
  • the surface to which the probe is applied is defined as one surface
  • the back surface is defined as the + surface.
  • the direction from the ⁇ plane to the + plane is defined as a single direction in the right-handed coordinate system. + Once the X axis is determined, the + Y axis and + Z axis are uniquely determined due to the right-handed coordinate system.
  • the X axis, the y axis, and the z axis are axes orthogonal to each other, the X axis and the y axis are in the plane of the substrate 1, and the X axis defines the propagation direction of the surface acoustic wave.
  • the z-axis is perpendicular to the plane of the substrate 1 and defines the cutout angle of the single crystal substrate, that is, the cut plane.
  • the relationship between the X axis, y axis, and z axis and the crystal axes X, Y, and Z axes of the crystal can be expressed by Euler angles ( ⁇ , ⁇ ,).
  • the cutout angle of the piezoelectric substrate 1 for a surface acoustic wave device according to the present invention is Euler angle.
  • the angles ⁇ and ⁇ exist in any one of the above-mentioned areas 111, 1-2, 2-1, 2-2, 2-3, or an area equivalent thereto.
  • the piezoelectric substrate 1 for a surface acoustic wave device is made of a single crystal material belonging to the point group 32.
  • Single crystals were grown by the CZ method using high-frequency heating, that is, the spin-up method.
  • the raw material was used a mixture 99.99% of SrC (L, Ta 2 0 s, the Ga 2 0 3, Si0 2 oxide powder in a stoichiometric ratio, respectively.
  • Fostering atmosphere is, N 2 2 vol%
  • the crystal rotation speed during growth was 5 rpm, the pulling speed was 1.5 m / hr, and the pulling direction was (00001). I got
  • a part of the crystal was pulverized and the phases were identified by powder X-ray diffraction measurement. As a result, it was confirmed that the crystal was a single phase without a heterogeneous phase. No macroscopic defects such as bubbles, cracks and inclusions were found in the crystal, and it was confirmed from an orthoscopic image by a polarizing microscope that the crystal was a uniform single crystal. A substrate was cut out from the single crystal thus obtained, and used as a substrate for a surface acoustic wave device.
  • an input / output interdigital electrode 2 shown in FIG. 2 was formed on the surface of the piezoelectric substrate 1 cut out from this single crystal, and a surface acoustic wave device for testing was obtained.
  • an A1 film was deposited and processed by a photoetching method. The period of the electrode finger corresponding to the surface acoustic wave wavelength ⁇ was 60 ⁇ m, the number of pairs was 20 pairs, the intersection width was 60 ⁇ (360 0m), and the film thickness was 0.3 ⁇ 1X1. .
  • the x-axis is the propagation direction of the surface acoustic wave
  • the y-axis is the direction perpendicular to the surface acoustic wave propagation direction in the plane of the substrate
  • the z-axis is the direction perpendicular to the substrate surface.
  • Figures 3 and 4 show the SAW speed and electromechanical coupling coefficient for each surface acoustic wave device.
  • the S AW speed and the electromechanical coupling coefficient were set to 2 based on the data in Fig. 3.
  • Figures 5 and 6 show the dimensionally represented charts, and Figures 7 and 8 show the two-dimensionally represented SAW speed and electromechanical coupling coefficient based on the data in Figure 4.
  • the SAW speed was obtained by multiplying the measured value of the center frequency of the filter characteristic in the interdigital electrode configuration described above by the surface acoustic wave wavelength.
  • the electromechanical coupling coefficient is obtained by measuring one of the input / output interdigital electrodes described above, for example, the two-terminal admittance for input, and calculating the real part (conductance) and imaginary part (imaginary part) of this admittance. Susceptance), and was obtained by the method using Smith's equivalent circuit. This method is described, for example, in the publication “Surface wave devices and their applications” (Electronic Materials Industries Association, edited by Nikkan Kogyo Shimbun, 1977), I. The effective electromechanical coupling coefficient is detailed in the section. The above characteristics were measured while keeping the ambient temperature of the device at 25 ° C. As is clear from FIGS.
  • the electromechanical coupling coefficient is obtained when the angle ⁇ is in the range from 20 ° to 160 ° and the angle is in the range from 0 ° to 50 ° Is greater than 0.2% and the SAW speed is less than 3000 m / sec. Similar results can be obtained if the angle (is in the range 10 ° to 170 °. If the angle S is in the range 25 ° to 120 ° and the angle S is in the range 0 ° to 30 °, electromechanical The coupling coefficient is further improved to 0.4% or more. The same result is obtained when the angle 0 is in the range of 130 ° to 160 ° and the angle is in the range of 15 ° to 45 °.
  • the surface acoustic wave device can have a wider band and a smaller size.

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Description

明細書
弾性表面波装置 技術分野
本発明は、 交差指状電極を圧電基板上に設けた弾性表面波装置に関する。 背景技術
近年、 携帯電話機を初めとして、 移動体通信端末機が急速な普及をみせている。 この種の端末機は、 持ち運びの便利さの観点から、 特に小形軽量であることが望 まれる。
端末機の小形軽量化を達成するには、 そこに使用される電子部品も小形軽量で あることが必要である。 このため、 端末機の高周波部や中間周波部のフィル夕に は、 小形軽量化に有利な弾性表面波装置、 すなわち、 弾性表面波フィルタが多用 されている。
弾性表面波装置は、 圧電基板の主面に、 弾性表面波を励振し、 受信し、 反射し 又は伝搬するための交差指状電極を形成した構造のものである。 この弾性表面波 装置に使用される圧電基板としての重要な特性は、 弾性表面波の表面波速度 （以 下、 SAW速度と呼ぶことがある） 、 フィル夕として使用する場合の中心周波数 又は共振子として使用する場合の共振周波数の周波数温度係数 （TFC)、 及び 電気機械結合係数 （k2) である。
従来、 弾性表面波装置において一般に使用されてきた圧電基板としては、 図 1 の表に示す組成のものがある。 図 1に示す公知の圧電基板は、 速い S AW速度と 大きな電気機械結合係数をもつ 128 LN、 64LN、 36LTと、 比較的遅い SAW速度と小さな電気機械結合係数をもつ LT 1 12、 S T水晶の 2つのグル ープに大別できる。 このうち、 速い SAW速度と大きな電気機械結合係数をもつ 圧電基板である 1 2 8 L N、 6 4 L N、 3 6 L Tは、 端末機の高周波部における 弾性表面波フィル夕に使用され、 比較的遅い S AW速度と小さな電気機械結合係 数をもつ圧電基板である L T 1 1 2、 S T水晶は、 端末機の中間周波部における 弾性表面波フィル夕に使用される。 その理由は、 弾性表面波フィルタの場合には、 その中心周波数は、 使用する圧電基板の S A W速度にほぼ比例し、 基板上に形成 する交差指状電極の電極指の幅にほぼ反比例するからである。
したがって、 高周波回路部で使用されるフィル夕を構成するには、 S AW速度 が大きい基板が望まれることになる。 さらに、 端末機の高周波部に使用されるフ イルクには、 通過帯域幅が 2 0 M H z以上の広帯域のものが要求されるので、 電 気機械結合係数が大きいことも必要である。
一方、 移動体端末機の中間周波数としては、 7 0ないし 3 0 0 M H zの周波数 帯が使用される。 この周波数帯に中心周波数を有するフィル夕を弾性表面波装置 により構成する場合に、 S AW速度の大きい圧電基板を用いると、 基板上に形成 する電極指の幅を、 高周波部に使用されるフィル夕に比べて、 中心周波数低下量 に応じて大幅に増大させる必要があり、 弾性表面波装置そのものが大きくなると いう問題がある。 したがって、 中間周波部用の弾性表面波フィル夕には、 S AW 速度の遅い L T 1 1 2や S T水晶を使用することが一般的であった。 特に、 S T 水晶は、 一次の周波数温度係数がゼロであり、 好ましい圧電基板材料である。 S T水晶は、 電気結合係数が小さいため、 通過帯域の狭いフィル夕しか構成できな いが、 中間周波数フィル夕の役割は、 狭い一つのチャンネルの信号のみを通過さ せることであるので、 電気機械結合係数が小さいことは、 従来はさほど問題には ならなかった。
しかし、 近年になって、 周波数資源の有効利用やデジタルデータ通信との適合 性などの観点から、 デジタル移動体通信システムが開発され、 実用化されて、 急 速に普及してきている。 このデジタル移動体通信システムの通過帯域幅は、 数百 KHzから数 MHzまで、 というように、 非常に広帯域となっている。 このよう な広帯域の中間周波数フィル夕を弾性表面波装置により構成する場合には、 S T 水晶基板では実現は困難である。 また、 移動 ί*¾末機を一層小型なものとし、 携 帯の利便性を高めようとする場合には、 中間周波数用弾性表面波フィル夕の実装 面積を小さくする必要がある力 従来、 中間周波数用弾性表面波フィル夕に適し ているとされる ST水晶や LT 1 12は、 いずれも SAW速度が 3000 m/sec を越えており、 小型化には限界がある。 発明の開示
本発明は、 通過帯域の広域化に有効な高い電気機械結合係数をもち、 しかも、 弾性表面波装置の小型化に有効な遅い S AW速度を有する圧電基板を用いた弾性 表面波装置を提供することを一目的とする。
上記目的を達成するため、 本発明は圧電基板として、 化学式 Sr3TaGa3Si2014で 表され点群 32に属する単結晶を使用する。 この材料は、 ランガサイ ト型構造と してロシアにおいて開発された圧電結晶の置換型の一つであり、 新しい置換型ラ ンガサイト系圧電結晶として、 加藤友彦らにより、 結晶成長学会誌の Vol.25, No. 3,1998 (講演番号 14Aa7 ) に紹介されている。 本発明者は、 この結晶について研 究を重ねた結果、 この基板の単結晶からの切り出し角と弾性表面波伝搬方向が特 定の範囲にあるときに、 弾性表面波装置用の圧電基板として望ましい特性が得ら れることを見いだして、 本発明を得るに至ったものである。
すなわち、 本発明の- 態様においては、 基板の単結晶からの切り出し角及び弹 性表面波伝搬方向をオイラー角表示で （ø、 θ、 ) と表したとき、 これら角が 0=25° ~35° 、 0 = 20° 〜90° 、 =— 40° 〜40° として表され る領域 1— 1に存在するようにする。 本発明の他の態様においては、 これらの角 は、 0 = 25。 〜 35。 、 θ = 20。 〜90° 、 ^ =— 25。 〜25。 で表され る領域 1— 2に存在する。
さらに、 本発明の別の態様においては、 上述の角が、 φニ ー 5。 〜5° 、 θ = 10。 〜1 70° 、 =0° 〜50° で表される領域 2— 1に存在するように構 成する。 また、 本発明のさらに別の態様では、 この角は、 ø =— 5° 〜5° 、 Θ ニ25° ~ 120° 、 ^=0° 〜30° で表される領域 2— 2に存在する。 本発 明のさらに別の態様においては、 この角は、 φニー 5。 〜5 、 = 130° 〜
160° 、 15° 〜45° で表される領域 2— 3に存在する。
上述の角が領域 1— 1にあると、 基板の S A W速度が 300 Om/sec 以下とな り、 ST水晶に比べて低い値を示し、 しかも、 基板の電気機械結合係数が、 0.2 %以上と十分に大きい値を示す。 さらに、 領域 1—2では、 基板の SAW速度 が 300 Om/sec 以下となるのに加えて、 基板の電気機械結合係数が 0.4以上に なることが見いだされた。 上述の角が領域 2— 1にある場合には、 領域 1一 1の 場合と同様に、 基板の SAW速度が 300 Om/sec 以下で、 基板の電気機械結合 係数が 0.2 %以上になる。 領域 2— 2及び領域 2— 3では、 領域 1—2の場合と 同様に、 基板の SAW速度が 300 Om/sec 以下で、 電気機械結合係数が 0.4以 上になる。
なお、 Sr3TaGa3SL014の単結晶は三方晶であるため、 結晶の対称性から、 互い に等価なオイラー角の組み合わせが存在する。 例えば、 領域 1一 1における角 <zk Θヽ についての 30° 、 90° 、 0° の組み合わせは、 90° 、 90° 、 0° と等価である。 また、 領域 2— 1に含まれる角 ø、 Θヽ についての 0°、 90° 、
17 ° の組み合わせは、 0。 、 90° 、 — 1 7° の組み合わせ、 或いは 60° 、 90° 、 ± 17° の組み合わせ及び 120° 、 90° 、 ± 17° の組み合わせと 等価である。 さらに、 領域 2— 1に含まれるこの 0° 、 90° 、 17° の組み合 わせは、 240。 、 90° 、 ± 17° の組み合わせ、 及び、 360 ° 、 90° 、 ± 17° の組み合わせと等価である。 したがって、 本 ¾明は、 このような結晶の 対称性に基づく等価な範囲を含むものである。 図面の簡単な説明
図 1は、 弾性表面波装置に使用される従来の圧電基板とその特性を示す表で ある。
図 2は、 本発明による弾性表面波装置の一実施例を示す斜視図である。
図 3は、 本発明の実施例による弾性表面波装置用の圧電基板の特性を示す表 である。
図 4は、 本発明の他の実施例による弾性表面波装置用の圧電基板の特性を示 す表である。
図 5は、 図 3に示す実施例の圧電基板における S A W速度を示す図表である。 図 6は、 図 3に示す実施例の圧電基板における電気機械結合係数を示す図表 である。
図 7は、 図 4に示す実施例の圧電基板における S AW速度を示す図表である。 図 8は、 図 4に示す実施例の圧電基板における電気機械結合係数
を示す図表である。 発明の実施の形態
以下、 本発明の実施の一形態を図を参照して説明する。 図 2は、 本発明が適用 される弾性表面波装置の一例を示すもので、 圧電基板 1には一つの主面に一対の 交差指状電極 2が設けられている。 電極の形状、 数及び配置は、 公知のどのよう な形態でもよい。
本発明による圧電基板 1は、 化学式 SrJaGa LO,.,で表され、 点群 3 2に属す る単結晶材料により構成される。 この単結晶材料は、 酸素欠陥を有するものであ つてもよく、 例えば、 A l、 Z r、 F e、 C e、 N d、 L a、 P t、 C a等の不 可避的不純物を含んでいてもよい。
単結晶の結晶軸 X軸、 Y軸および Z軸は、 次に示す方法により規定した。 「弾 性表面波素子ハンドブック」 （日本学術振興会弾性表面波素子技術第 1 5 0委員 会編；オーム社；平成 3年 1 1月 3 0日発行） の P . 3 3 3において圧電の符号 について記述された部分と同様な測定により、 単結晶の結晶軸を規定した。 すな わち、 この結晶は点群 3 2に属する圧電体であり、 分極軸が右手座標系における X軸と一致する。 いま作製した単結晶について、 X線回折計を用いて正確に X軸 に垂直な面方位を決め、 この面を板状に簿く切り出し、 それを測定用試料とした。 この板をオシロスコープのマイナス極につないだ銅板の上に平行に載せ、 オシ口 スコープのブラス極に接続したプローブの先端を試料面に強く当てると圧電効果 により電位差が生じる。 ここで、 試料表面は、 電極を形成せずとも極性の判定は 可能であるが、 望ましくは試料板の上下に電極を形成した方が、 発生電位が大き く判定には有利である。 試料の極性の判定は以下のように行う。 オシロスコープ 上でその電圧波形を観測し、 最初の波形ピークが正電圧の場合はプローブを当て た結晶面を +面とし、 その裏面を一面と規定する。 逆に、 最初のピークが負電圧 の場合、 プローブを当てた面を一面、 裏面を +面と規定する。 このような定義に 基づいて定められた +面上の垂線方向において、 —面から +面に向かう方向を、 右手座標系における単方向であると規定する。 + X軸が定まると右手座標系であ ることにより、 + Y軸、 + Z軸が一意に定まる。
図 2において、 X軸、 y軸、 z軸は互いに直交する軸であり、 X軸と y軸は基 板 1の面内にあり、 X軸は弾性表面波の伝搬方向を規定する。 z軸は基板 1の面 に対して直角であり、 単結晶基板の切り出し角すなわちカット面を規定する。 こ れら X軸、 y軸、 z蚰と 結晶の結晶軸 X軸、 Y軸、 Z軸との関係は、 オイラー 角表示 （ø、 θ、 ) で表すことができる。
本発明による弾性表面波装置用の圧電基板 1は、 その切り出し角をオイラー角 表示で表したとき、 角 ø、 Θ が、 前述の領域 1一 1、 1—2、 2— 1、 2— 2、 2— 3のいずれか、 或いは、 それと等価な領域に存在する。
[実施例]
Figure imgf000009_0001
点群 3 2に属する単結晶材料により弹性表面 波装置用圧電基板 1を作成する。 単結晶の育成は、 高周波加熱による C Z法、 す なわち回転引き上げ法により行った。 原料には、 それぞれ純度 99.99 %の SrC(L 、 Ta20s 、 Ga203 、 Si02酸化粉末を化学量論比で混合したものを使用した。 育成雰 囲気は、 N 2 に 2体積％の酸素を混合したものとし、 育成時の結晶回転数を 5 rpm、 引き上げ速度を 1.5 m/hr、 引き上げ方位を （ 0 0 0 1 ) とした。 これに より、 直径約 5 2 mmの単結晶を得た。
結晶の一部を粉砕して粉末 X線回折測定により相同定を行った結果、 この結晶 は異相のない単一相であることを確認した。 結晶内には気泡や割れ、 インクルー ジョンなどの巨視的な欠陥は認められず、 偏光顕微鏡によるオルソスコープ像か ら、 均一な単結晶になっていることを確認した。 このようにして得られた単結晶 から基板を切り出し、 弾性表面波装置用基板とした。
次に、 この単結晶から切り出した圧電基板 1の表面に、 図 2に示す入出力用交 差指状電極 2を形成して、 試験用弾性表面波装置とした。 交差指状電極 2の形成 にあたっては、 A 1膜を蒸着し、 フォトエッチング法により形状加工した。 弾性 表面波波長 λに相当する電極指の周期は 6 0〃m、 対の数は 2 0対、 交差幅は 6 0 λ ( 3 6 0 0〃m) 、 膜厚は 0.3 〃1X1であった。 図 2において、 x軸は弾性表面 波の伝搬方向、 y軸は基板の面内で弾性表面波伝搬方向と直交する方向、 z軸は 基板表面と直交する方向である。
基板の切り出し角と弾性表面波伝搬方向を変えて、 複数の弾性表面波装置を作 成した。 各々の弾性表面波装置における S A W速度と電気機械結合係数を図 3及 び図 4に示す。 また、 図 3のデ一夕に基づき S AW速度と電気機械結合係数を 2 次元的に表した図表を、 それぞれ図 5、 図 6に、 図 4のデータに基づき SAW速 度と電気機械結合係数を 2次元的に表した図表を、 それぞれ図 7、 図 8に示す。 SAW速度は、 前述した交差指状電極構成でのフィル夕特性の中心周波数の測定 値に、 弾性表面波長を掛けることにより求めた。 電気機械結合係数は、 前述した 入出力用交差指状電極のうちの一方、 例えば入力用の、 二端子アドミツ夕ンスを 測定し、 このアドミツ夕ンスの実部 （コンダク夕ンス） と虚部 （サセプ夕ンス） とから、 スミスの等価回路による方法により求めた。 この方法については、 例え ば、 刊行物 「表面波デバイスとその応用」 （電子材料工業会編、 日刊工業新聞社 刊、 昭和 53年） の、 I. 基礎編、 4. 1. 2表面波の実効的電気機械結合係数、 の章に詳述されている。 以上の特性については、 装置の周囲温度を 25°Cに保つ て測定した。 図 3及び図 5、 図 6から明らかなように、 角 øが 30° の場合に、 角 0が 30° から 90° の範囲にあり、 角 が— 40° から 40° の範囲におい て、 電気機械結合係数が 0.2 %以上になり、 SAW速度が 3000 m/sec 以下に なる。 また、 角 øが 30° ± 5° の場合にも同様の結果を得ることができる。 角 0が 20° まで低下しても同様な結果を得ることができる。 上記角 が— 25° から 25。 の場合には、 電気機械結合係数が 0.4 %以上となる。 同様にして、 図 4及び図 7、 図 8から、 角 øが 0° の場合に、 角 Θが 20 ° から 160° の範囲 で、 角 が 0° から 50° の範囲において、 電気機械結合係数が 0.2 %以上にな り、 SAW速度が 3000 m/sec 以下になることが分かる。 角 ( が 10° から 170° の範囲においても、 同様な結果を得ることができる。 角 Sが 25° から 120° の範囲になり、 角 が 0° から 30° の範囲にあれば、 電気機械結合係 数はさらに向上して、 0.4 %以上となる。 角 0を 130° から 160° の範囲と し、 角 = 15° 〜45° の範囲とした場合も同様な結果が得られる。
以上の な説明から明らかなように、 本発明によれば、 弾性表面波装置の広帯域 化および小型化が可能となる。

Claims

請求の範囲
1. 一方の主面に交差指状電極を設けた圧電基板を有する弾性表面波装置で あって、
前記圧電基板が、 化学式 Sr3TaGa3SLO,.,で表される点群 32に属する単結晶で あり、
前記基板の単結晶からの切り出し角及び弾性表面波伝搬方向をオイラー角表示 で （ø、 、 ) と表したとき、 これら角が下記領域 1—1
領域 1 _ 1
φ二 25。 〜35°
0 = 20° 〜90°
= - 40 ° 〜40 °
に存在することを特徴とする弾性表面波装置。
2. 一方の主面に交差指状電極を設けた圧電基板を有する弾性表面波装置で あって、
前記圧電基板が、 化学式 Sr3TaGa3Si20い ,で表される点群 32に属する単結晶で あり、
前記基板の単結晶からの切り出し角及び弾性表面波伝搬方向をオイラ一角表示 で （ø、 θ、 φ) と表したとき、 これら角が下記領域 1—2
領域 1一 2
0 = 25° 〜35°
0 = 20° 〜90°
= -25。 ~25。
に存在することを特徴とする弾性表面波装置。
3. 一方の主面に交差指状電極を設けた圧電基板を有する弾性表面波装置で あって、 前記圧電基板が、 化学式 Sr3TaGa3SLOHで表される点群 3 2に属する単結晶で あり、
前記基板の単結晶からの切り出し角及び弾性表面波伝搬方向をオイラ一角表示 で （ø、 Θヽ ) と表したとき、 これら角が下記領域 2— 1
領域 2— 1
φ—— 5 ~ 5
0 = 1 0 ° 〜 1 70 °
= 0。 〜50°
に存在することを特徴とする弾性表面波装置。
4. 一方の主面に交差指状電極を設けた圧電基板を有する弾性表面波装置で あって、
前記圧電基板が、 化学式 Sr3TaGa3SL014で表される点群 3 2に属する単結晶で あり、
前記基板の単結晶からの切り出し角及び弾性表面波伝搬方向をオイラ一角表示 で、φ、 Θヽ ) と表したとき、 これら角が下記領域 2— 2
領域 2— 2
ø =— 5。 〜 5。
6»- 2 5 ° 〜 1 20 °
0。 〜30。
に存在することを特徴とする弾性表面波装置。
5. 一方の主面に交差指状電極を設けた圧電基板を有する弾性表面波装置で あって、
前記圧電基板が、 化学式 SraTaGaaSLO .,で表される点群 3 2に属する単結晶で あり、
前記基板の単結晶からの切り出し角及び弾性表面波伝搬方向をオイラー角表示 で （ø、 θ、 ) と表したとき、 これら角が下記領域 2— 3 領域 2— 3
φ二一 。 〜 5。
S= 130° 〜160°
= 15。 〜45。
に存在することを特徴とする弾性表面波装置。
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