JP2001077654A - Surface acoustic wave element - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、移動体通信機器等
に用いられる表面弾性波素子に関する。The present invention relates to a surface acoustic wave device used for mobile communication equipment and the like.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来より、携帯電話・携帯端末などの移
動体通信分野では、表面弾性波（ＳＡＷ）共振子、表面
弾性波（ＳＡＷ）フィルタが用いられている。表面弾性
波を利用した表面弾性波共振子の基本構成は、図１０に
示すように、電気音響変換を行うインターディジタルト
ランスデューサ（ＩＤＴ）１と、その両側に配置された
格子構造のグレーディング反射器２ａ，２ｂとからな
る。動作原理は、ＩＤＴ１から励振された表面弾性波が
両側に伝搬し、両側の対向する反射器２ａ，２ｂによっ
て反射されて共振する。この反射エネルギがＩＤＴ１で
電気エネルギに再変換され、共振器として動作する。2. Description of the Related Art Conventionally, surface acoustic wave (SAW) resonators and surface acoustic wave (SAW) filters have been used in the field of mobile communication such as portable telephones and portable terminals. As shown in FIG. 10, the basic configuration of a surface acoustic wave resonator using surface acoustic waves is an interdigital transducer (IDT) 1 for performing electroacoustic conversion, and a grading reflector 2a having a lattice structure disposed on both sides thereof. , 2b. The principle of operation is that the surface acoustic wave excited from the IDT 1 propagates to both sides and is reflected by the opposing reflectors 2a and 2b on both sides to resonate. This reflected energy is converted back into electric energy in the IDT 1 and operates as a resonator.
【０００３】この表面弾性波共振子の電極構造パラメー
タには、ＩＤＴ１のすだれ状電極の対数、左右の反射器
２ａ，２ｂの電極指本数、ＩＤＴ１と左右の反射器２
ａ，２ｂとの距離、電極指の重なり幅などがある。表面
弾性波素子として用いられる代表的な圧電結晶と、その
切断方位・伝搬方向は、ＳＴ水晶、Ｘ-112°Ｙ ＬｉＮ
ｂＯ3等である。これらの基板を用いたときに、共振子
として最適な特性を示すＩＤＴ１と反射器２ａ，２ｂ間
の距離ｄ１，ｄ２は、左右ともに同じで（等距離）、そ
の値は、反射器２ａ，２ｂが短絡電極のときには、３λ
／８＋ｎλ／２、開放電極のときには、λ／８＋ｎλ／
２（ｎは「０」および正の整数）である。The electrode structure parameters of the surface acoustic wave resonator include the number of IDT interdigital transducers, the number of electrode fingers of the left and right reflectors 2a and 2b, the IDT1 and the left and right reflectors 2a and 2b.
a, 2b, the overlap width of the electrode fingers, and the like. A typical piezoelectric crystal used as a surface acoustic wave device and its cutting direction and propagation direction are ST quartz, X-112 ° Y LiN
bO 3 and the like. When these substrates are used, the distances d1 and d2 between the IDT 1 and the reflectors 2a and 2b exhibiting the optimum characteristics as the resonator are the same (equal distance) on both the left and right sides, and the values are the same as the reflectors 2a and 2b. Is a short-circuit electrode, 3λ
/ 8 + nλ / 2, and λ / 8 + nλ /
2 (n is “0” and a positive integer).
【０００４】表面弾性波共振子の評価基準としては、い
くつか挙げられるが、最も重要な特性がＱ値である。一
般的に共振器の共振尖鋭度は、次式で定義される。Ｑ＝
ω0・（共振回路に蓄えられる蓄積エネルギ／１秒間に
共振回路により失われるエネルギ）ここで、ω0は共振
角周波数である。表面弾性波共振子において、Ｑは、対
向する反射器２ａ，２ｂ間を伝搬中に生じる損失によっ
て決定される。Ｑの大きな共振子は、共振周波数が安定
しており、損失も少ないという利点がある。その他に、
表面弾性波共振子を評価する指標として容量比ｒがあ
る。表面弾性波共振子は、図１１に示すような電気的等
価回路で表現される。容量比ｒは、この等価回路の構成
要素を用いて、ｒ＝ＣT／Ｃ1で表される。この容量比ｒ
は、小さな値となることがデバイスとしては望ましく、
実効的な電気機械結合係数ｋ2の逆数に比例する。There are several evaluation criteria for the surface acoustic wave resonator. The most important characteristic is the Q value. Generally, the resonance sharpness of a resonator is defined by the following equation. Q =
ω 0 · (stored energy stored in the resonance circuit / energy lost by the resonance circuit in one second) where ω 0 is the resonance angular frequency. In the surface acoustic wave resonator, Q is determined by a loss that occurs during propagation between the opposing reflectors 2a and 2b. A resonator having a large Q has advantages that the resonance frequency is stable and the loss is small. Other,
There is a capacity ratio r as an index for evaluating the surface acoustic wave resonator. The surface acoustic wave resonator is represented by an electrical equivalent circuit as shown in FIG. The capacitance ratio r is represented by r = C T / C 1 using the components of this equivalent circuit. This capacity ratio r
Is desirable for the device to be a small value,
Proportional to the reciprocal of the effective electromechanical coupling coefficient k 2.
【０００５】表面弾性波素子の特性は、用いられる圧電
結晶の特性に依存する。圧電結晶の特性として電気機械
結合係数が大きいということと、周波数温度特性が良好
であることが重要となる。現在、この２つの特性を同時
に満足する結晶として、ランガサイトが注目されてい
る。オイラー角表示で（φ、θ、ψ）としたときに、−
５°≦φ≦５°、１３５°≦θ≦１４５°、２０°≦ψ
≦３０°の範囲内にあるランガサイトは、電気機械結合
係数が０．３％〜０．４％であり、周波数温度特性は、
２次の依存性を示し、室温付近に頂点温度が存在する。
電気機械結合係数は、ＳＴ水晶の約３倍であり、周波数
温度特性における２次温度係数は、水晶の２倍程度と非
常に良好な特性をもち、表面弾性波共振子もしくは表面
弾性波フィルタへの応用が期待される結晶である。[0005] The characteristics of the surface acoustic wave device depend on the characteristics of the piezoelectric crystal used. It is important for the piezoelectric crystal to have a large electromechanical coupling coefficient and good frequency-temperature characteristics. At present, langasite is attracting attention as a crystal satisfying these two characteristics simultaneously. When (φ, θ, ψ) is used in Euler angle display, −
5 ° ≦ φ ≦ 5 °, 135 ° ≦ θ ≦ 145 °, 20 ° ≦ ψ
Langasite in the range of ≦ 30 ° has an electromechanical coupling coefficient of 0.3% to 0.4%, and the frequency temperature characteristic is as follows.
The second order dependence is exhibited, and the peak temperature exists near room temperature.
The electromechanical coupling coefficient is about three times that of ST quartz, and the secondary temperature coefficient in frequency temperature characteristics is about twice that of quartz, which is very good. It is a crystal that is expected to be applied.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】ところで、表面弾性波
共振子は、高周波の発信回路や表面弾性波共振子を多段
縦続接続したラダー型フィルタなどに応用されている。
また、現在、表面弾性波共振子、表面弾性波フィルタは
共に、携帯電話・携帯端末などの移動体通信分野で主に
用いられている。このようなことから、携帯電話・携帯
端末に用いられるデバイスは、小型化、高周波化、低損
失化となる傾向がある。ゆえに、オイラー角表示で
（φ、θ、ψ）としたときに、−５°≦φ≦５°、１３
５°≦θ≦１４５°、２０°≦ψ≦３０°の範囲内にあ
るランガサイトは、電気機械結合係数が大きく、同時に
優れた周波数温度特性を示すために、前述した、デバイ
スの小型化、高周波化、低損失化を実現するには、最適
な結晶であると考えられる。The surface acoustic wave resonator is applied to a high-frequency transmission circuit, a ladder-type filter in which surface acoustic wave resonators are cascaded in multiple stages, and the like.
At present, both surface acoustic wave resonators and surface acoustic wave filters are mainly used in the field of mobile communication such as mobile phones and mobile terminals. For these reasons, devices used for mobile phones and mobile terminals tend to be smaller, have higher frequencies, and have lower losses. Therefore, when (φ, θ, ψ) is expressed in Euler angles, −5 ° ≦ φ ≦ 5 °, 13
Langasite in the range of 5 ° ≦ θ ≦ 145 ° and 20 ° ≦ ψ ≦ 30 ° has a large electromechanical coupling coefficient and at the same time exhibits excellent frequency temperature characteristics. It is considered that the crystal is optimal for realizing higher frequency and lower loss.
【０００７】しかしながら、従来からの設計手法と同じ
ように、ランガサイト基板を用いて、ＩＤＴ１とその左
右に等間隔で離して配置した反射器２ａ，２ｂとからな
る表面弾性波共振子を作成し、その特性を評価したとき
に、Ｑ値および容量比ｒに関して、その基板材料特性か
ら予測されるような良好な特性が得られないという問題
があった。その原因は、ランガサイト基板結晶特有の反
射特性にある。However, in the same manner as in the conventional design method, a surface acoustic wave resonator including the IDT 1 and the reflectors 2a and 2b arranged at equal intervals on the left and right of the IDT 1 is formed using a langasite substrate. When the characteristics were evaluated, there was a problem that as to the Q value and the capacitance ratio r, good characteristics as expected from the substrate material characteristics could not be obtained. The cause lies in the reflection characteristics peculiar to the langasite substrate crystal.
【０００８】オイラー角表示で（φ、θ、ψ）としたと
きに、−５°≦φ≦５°、１３５°≦θ≦１４５°、２
０°≦ψ≦３０°の範囲内にあるランガサイトは、電極
指によって弾性表面波が反射されるときに、ある大きさ
で弾性表面波の位相が回転してしまう特性がある。これ
は、前述した圧電結晶よりも結晶の対称性が低いことに
起因する特性である。このときの位相の回転量は、切断
方位・伝搬方向と金属電極厚みに依存する。このため、
共振子の反射器２ａ，２ｂ間で定在波を励振させるに
は、表面弾性波の反射時の位相ずれを考慮に入れて、Ｉ
ＤＴ１と反射器２ａ，２ｂ間の距離ｄ１，ｄ２を最適化
させて位相整合する必要がある。このように、ランガサ
イト基板を表面弾性波素子に用いる場合、従来の設計思
想をそのまま適用しても、ランガサイト基板により得ら
れるはずの良好な特性を得ることができないという問題
があった。When (φ, θ, ψ) is expressed in Euler angles, −5 ° ≦ φ ≦ 5 °, 135 ° ≦ θ ≦ 145 °, 2
Langasite within the range of 0 ° ≦ ψ ≦ 30 ° has a characteristic that when a surface acoustic wave is reflected by an electrode finger, the phase of the surface acoustic wave rotates by a certain magnitude. This is a characteristic due to the lower symmetry of the crystal than the piezoelectric crystal described above. The amount of phase rotation at this time depends on the cutting direction / propagation direction and the thickness of the metal electrode. For this reason,
In order to excite a standing wave between the reflectors 2a and 2b of the resonator, the phase shift at the time of reflection of the surface acoustic wave is taken into consideration, and
It is necessary to optimize the distances d1 and d2 between the DT1 and the reflectors 2a and 2b for phase matching. As described above, when the langasite substrate is used for the surface acoustic wave device, there is a problem that even if the conventional design concept is applied as it is, it is not possible to obtain good characteristics that can be obtained by the langasite substrate.
【０００９】この発明は上述した事情に鑑みてなされた
もので、基板材料が本来有する優れた特性を生かすこと
ができ、素子の小型化、高周波化、低損失化を実現する
ことができる表面弾性波素子を提供することを目的とす
る。The present invention has been made in view of the above-mentioned circumstances, and makes use of the excellent characteristics inherent in the substrate material, and is capable of realizing a small-sized, high-frequency, and low-loss element. It is an object to provide a wave element.
【００１０】[0010]
【課題を解決するための手段】上述した問題点を解決す
るために、請求項１記載の発明では、基板方位および表
面弾性波伝搬方向が所定の範囲内にある単結晶基板と、
前記単結晶基板上に形成され、表面弾性波および電気信
号間の変換を行う１つのトランスデューサと、表面弾性
波の伝搬方向に沿って、前記トランスデューサの両側に
対向配置された２つの反射器とを具備し、前記トランス
デューサと前記２つの反射器とのそれぞれの距離を非対
称とすることを特徴とする。In order to solve the above-mentioned problems, according to the first aspect of the present invention, a single crystal substrate having a substrate orientation and a surface acoustic wave propagation direction within a predetermined range is provided.
One transducer formed on the single crystal substrate and configured to convert between a surface acoustic wave and an electric signal, and two reflectors disposed on both sides of the transducer along a propagation direction of the surface acoustic wave. And the distance between the transducer and the two reflectors is asymmetric.
【００１１】また、請求項２記載の発明では、請求項１
記載の表面弾性波素子において、前記単結晶基板は、ラ
ンガサイトであることを特徴とする。Further, according to the second aspect of the present invention, the first aspect of the present invention is provided.
In the surface acoustic wave device according to the aspect, the single crystal substrate is a langasite.
【００１２】また、請求項３記載の発明では、請求項２
記載の表面弾性波素子において、前記ランガサイトは、
基板方位および表面弾性波伝搬方向を、オイラー角表示
で（φ、θ、ψ）としたときに、−５°≦φ≦５°、１
３５°≦θ≦１４５°、２０°≦ψ≦３０°の範囲内に
あること、またはこれと等価な方位であることを特徴と
する。According to the third aspect of the present invention, there is provided the second aspect.
In the surface acoustic wave device according to the aspect, the langasite is:
When the substrate direction and the surface acoustic wave propagation direction are (φ, θ, ψ) in Euler angles, −5 ° ≦ φ ≦ 5 °, 1
It is characterized by being in the range of 35 ° ≦ θ ≦ 145 °, 20 ° ≦ ψ ≦ 30 °, or an equivalent azimuth.
【００１３】また、請求項４記載の発明では、請求項３
記載の表面弾性波素子において、前記トランスデューサ
と前記２つの反射器との距離関係は、基本表面弾性波の
波長をλとし、前記トランスデューサに対してＸ方向の
プラス側に位置する反射器との距離をｄ１、前記トラン
スデューサに対してＸ方向のマイナス側に位置する反射
器との距離をｄ２としたとき、ｄ１−ｄ２＝２δ（０．
１λ≦δ≦０．１７λ）となることを特徴とする。According to the invention described in claim 4, in claim 3,
In the surface acoustic wave device described above, the distance relationship between the transducer and the two reflectors is represented by a wavelength of a basic surface acoustic wave being λ, and a distance between the transducer and a reflector located on the plus side in the X direction. Is d1, and the distance between the transducer and the reflector located on the minus side in the X direction is d2, where d1−d2 = 2δ (0.
1λ ≦ δ ≦ 0.17λ).
【００１４】この発明では、基板方位および表面弾性波
伝搬方向が所定の範囲内にある単結晶基板上に、表面弾
性波および電気信号間の変換を行う１つのトランスデュ
ーサを形成し、表面弾性波の伝搬方向に沿って、２つの
反射器を、前記トランスデューサの両側に、異なる距離
で対向配置して非対称とする。トランスデューサと共振
器との距離を適切な値にすることで、共振特性が最適と
なり、基板材料が本来有する優れた特性を生かすことが
可能となり、素子の小型化、高周波化、低損失化を実現
することが可能となる。According to the present invention, one transducer for converting between a surface acoustic wave and an electric signal is formed on a single crystal substrate having a substrate orientation and a surface acoustic wave propagation direction within a predetermined range. Along the direction of propagation, two reflectors are placed on opposite sides of the transducer at different distances and are asymmetric. By setting the distance between the transducer and the resonator to an appropriate value, the resonance characteristics are optimized, and it is possible to make use of the excellent characteristics inherent in the substrate material, realizing miniaturization, higher frequency, and lower loss of the element It is possible to do.
【００１５】[0015]
【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明の実施
の形態を説明する。 Ａ．発明の原理 表面弾性波共振子の周波数特性の解析には、モード結合
理論を適用することが可能である。モード結合理論にお
いては、自己結合係数κ11、モード間結合係数κ12、励
振係数ζ、静電容量Ｃの４つのパラメータが分かれば、
表面弾性波デバイスの特性が解析可能となる。これらモ
ード結合パラメータは、基板結晶の切断方位・伝搬方
向、電極構造、電極厚みに依存する。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. A. Principle of the Invention The mode coupling theory can be applied to the analysis of the frequency characteristics of a surface acoustic wave resonator. In the mode coupling theory, if the four parameters of the self-coupling coefficient κ 11 , the inter-mode coupling coefficient κ 12 , the excitation coefficient ζ, and the capacitance C are known,
The characteristics of the surface acoustic wave device can be analyzed. These mode coupling parameters depend on the cutting direction and propagation direction of the substrate crystal, the electrode structure, and the electrode thickness.
【００１６】圧電結晶上に形成された電極指によって反
射される表面弾性波の反射係数は、モード間結合係数κ
12を用いて、 ｒ＋＝−ｊκ12*λ＝κ12*λexp〔−π/2〕 ｒ−＝−ｊκ12λ＝κ12λexp〔−π/2〕 …………（１） で表される。ｒ＋とｒ−とは、それぞれ＋Ｘ方向と−Ｘ
方向とを見たときの反射係数である。The reflection coefficient of a surface acoustic wave reflected by an electrode finger formed on a piezoelectric crystal is a mode coupling coefficient κ.
By using 12 , r + = − jκ 12 * λ = κ 12 * λexp [−π / 2] r − = − jκ 12 λ = κ 12 λexp [−π / 2] (1) You. r + and r− are the + X direction and −X, respectively.
This is the reflection coefficient when looking at the direction.
【００１７】λ／４幅のグレーディングによって反射器
を構成したときに、結晶の対称性が高いＳＴ水晶、Ｘ-1
12°Ｙ ＬｉＮｂＯ3等においては、モード間結合係数
κ12は、実数となるため、 ｒ＋＝ｒ−＝κ12λexp〔−π/2〕 となる。When a reflector is formed by grading of λ / 4 width, ST crystal having high crystal symmetry, X−1
In 12 ° Y LiNbO 3 etc., the inter-mode coupling coefficient
kappa 12, since a real number, r + = r- = κ becomes 12 Ramudaexp [- [pi] / 2].
【００１８】しかしながら、オイラー角表示で（φ、
θ、ψ）としたときに、−５°≦φ≦５°、１３５°≦
θ≦１４５°、２０°≦ψ≦３０°の範囲内にあるラン
ガサイトにおいては、κ12が複素数となり、 κ12＝｜κ12｜λexp〔ｊ２α〕 ………………（２） と表され、この２αが反射時の位相ずれに相当する。そ
こで、数式（２）を数式（１）に代入すると、 ｒ＋＝｜κ12｜λexp〔−ｊ２α−π/2〕 ｒ−＝｜κ12｜λexp〔＋ｊ２α−π/2〕 …………（３） となり、結晶の＋Ｘ方向に存在する電極指によって表面
弾性波が反射されるときには（ｒ＋に対応）、反射によ
り位相が２αだけ遅れ、結晶の−Ｘ方向に存在する電極
指によって表面弾性波が反射されるときには（ｒ−に対
応）、反射により位相が２αだけ進む。つまり、いずれ
の場合においても、反射位置が電極指の中心から＋Ｘ方
向にδ＝{α／（２π）}λだけずれたとみなすことがで
きる。このため、オイラー角表示で（φ、θ、ψ）とし
たときに、−５°≦φ≦５°、１３５°≦θ≦１４５
°、２０°≦ψ≦３０°の範囲内にあるランガサイト基
板を用いて表面弾性波共振子を構成する場合には、ＩＤ
Ｔと両側の反射器との距離を次のプロセスで決定する。However, in the Euler angle display (φ,
θ, ψ), −5 ° ≦ φ ≦ 5 °, 135 ° ≦
Table λexp [j2α] .................. and (2) | θ ≦ 145 ° , in the langasite lying in the range of 20 ° ≦ ψ ≦ 30 °, κ 12 becomes complex, κ 12 = | κ 12 This 2α corresponds to a phase shift at the time of reflection. Therefore, substituting Equation (2) in Equation (1), r + = | κ 12 | λexp [-j2α-π / 2] r- = | κ 12 | λexp [+ j2α-π / 2] ............ ( 3) When the surface acoustic wave is reflected by the electrode finger existing in the + X direction of the crystal (corresponding to r +), the phase is delayed by 2α due to the reflection, and the surface acoustic wave is generated by the electrode finger existing in the −X direction of the crystal. Is reflected (corresponding to r−), the phase advances by 2α due to the reflection. That is, in any case, it can be considered that the reflection position is shifted from the center of the electrode finger in the + X direction by δ = {α / (2π)} λ. For this reason, when (φ, θ, ψ) is expressed in Euler angles, −5 ° ≦ φ ≦ 5 °, 135 ° ≦ θ ≦ 145
When a surface acoustic wave resonator is formed using a langasite substrate within the range of 20 ° ≦ ガ ≦ 30 °, ID
The distance between T and the reflectors on both sides is determined by the following process.
【００１９】Ｂ．実施形態の構成 まず、ＩＤＴとその両側に等距離ｄだけ離れて反射器を
配置する。次に、図１に示すように、＋Ｘ側（右側）に
存在する反射器の位置を、反射時の位相ずれが相殺する
ように、δ＝{α／（２π）}λだけ−Ｘ方向にずらす
（ＩＤＴに近づける）。逆に、−Ｘ側（左側）に存在す
る反射器の位置は、図２に示すように、反射時の位相ず
れが相殺するように、δ＝{α／（２π）}λだけ＋Ｘ方
向にずらせばよい（ＩＤＴから遠ざける）。ここで、図
３は、本発明の実施形態による表面弾性波共振子の構成
を示す概念図である。すなわち、上述したように、ラン
ガサイト基板５上に形成されたＩＤＴ１０の右側に存在
する反射器２０ｂの位置を、反射時の位相ずれが相殺す
るように、δ＝{α／（２π）}λだけＩＤＴ１０に近づ
け、左側に存在する反射器２０ａの位置を、δ＝{α／
（２π）}λだけＩＤＴ１０から遠ざけるように配置す
ればよい。このとき、ＩＤＴ１０とその両側に配置した
反射器２０ａ，２０ｂとの距離の差は、ｄ１−ｄ２＝２
δとなる。B. Configuration of Embodiment First, a reflector is arranged at an equal distance d on the IDT and on both sides thereof. Next, as shown in FIG. 1, the position of the reflector existing on the + X side (right side) is shifted by δ = {α / (2π)} λ in the −X direction so as to cancel the phase shift at the time of reflection. Shift (closer to IDT). Conversely, the position of the reflector present on the −X side (left side) is shifted by δ = {α / (2π)} λ in the + X direction so as to cancel the phase shift at the time of reflection as shown in FIG. It can be shifted (away from the IDT). Here, FIG. 3 is a conceptual diagram showing a configuration of the surface acoustic wave resonator according to the embodiment of the present invention. That is, as described above, the position of the reflector 20b existing on the right side of the IDT 10 formed on the langasite substrate 5 changes the position of δ = {α / (2π)} λ so that the phase shift at the time of reflection cancels out. Δ = {α /
(2π)} λ may be placed away from the IDT 10. At this time, the difference in distance between the IDT 10 and the reflectors 20a and 20b disposed on both sides of the IDT 10 is d1-d2 = 2.
δ.
【００２０】Ｃ．表面弾性波素子の特性 次に、オイラー角表示で（０゜，１４０゜，２５゜）と
なるランガサイト基板の反射特性の規格化電極膜厚依存
性を、図４および図５に示す。図４は、規格化された電
極膜厚に対する反射位相角を示す概念図である。この図
から、表面弾性波共振子として有効な電極膜厚（Ｈ：ア
ルミニウム電極の膜厚）である、０．００５から０．０
４までの間のαの値は、４０°から６０°の間で変化す
る。したがって、δ＝（α／３６０°）λを用いると、
α≒４０°のときδ≒０．１λ、α≒６０°のときδ≒
０．１７λとなる。また、図５は、規格化された電極膜
厚に対する反射率の絶対値を示す概念図である。この図
から、膜厚が大きいほど、反射率が大きくなることが分
かる。Ｑ値は、反射器２０ａ，２０ｂの反射率に依存
し、反射率が大きくなると、Ｑ値が向上することが分か
る。C. Characteristics of Surface Acoustic Wave Element Next, FIGS. 4 and 5 show the normalized electrode film thickness dependence of the reflection characteristic of the Langasite substrate which becomes (0 °, 140 °, 25 °) in Euler angles. FIG. 4 is a conceptual diagram showing a reflection phase angle with respect to a standardized electrode film thickness. From this figure, it can be seen that the electrode thickness (H: the thickness of the aluminum electrode) effective as a surface acoustic wave resonator is from 0.005 to 0.0
Values of α between 4 vary between 40 ° and 60 °. Therefore, using δ = (α / 360 °) λ,
δ ≒ 0.1λ when α ≒ 40 °, δ ≒ when α ≒ 60 °
0.17λ. FIG. 5 is a conceptual diagram showing the absolute value of the reflectance with respect to the normalized electrode film thickness. From this figure, it can be seen that the reflectance increases as the film thickness increases. It can be seen that the Q value depends on the reflectivity of the reflectors 20a and 20b, and that the Q value improves as the reflectivity increases.
【００２１】Ｄ．実験例 上述したランガサイト基板（０°，１４０°，２５°）
５を用いて、表面弾性波共振子を作成し、ＩＤＴ１０と
反射器２０ａ，２０ｂ間の距離と共振特性とを実測し
た。表面弾性波共振子の電極構造パラメータは、ＩＤＴ
１０における対数を５０．５対（Ｌ＝５０．５λ）、Ｉ
ＤＴ１０の電極指周期λ＝１４．４μｍ、ＩＤＴ１０の
電極指幅ｗｉ＝３．６μｍ、ＩＤＴ１０の両側に配置し
た反射器２０ａ，２０ｂの電極指本数３００本（Ｌｒ１
＝Ｌｒ２＝１５０λ）、反射器２０ａ，２０ｂの電極指
周期ｐ＝λ／２＝７．２μｍ、反射器２０ａ，２０ｂの
電極指幅ｗｒ＝３．６μｍ、ＩＤＴ１０の電極指交差幅
Ｗ＝５０λ、Ａｌ電極の膜厚Ｈ＝１５００Åである。Ｉ
ＤＴ１０とその右側に配置した反射器２０ｂとの距離ｄ
２＝ｄ−δ、ＩＤＴ１０とその左側に配置した反射器２
０ａとの距離ｄ１＝ｄ＋δとする。δは、反射率の位相
角に対応した反射位置のずれに相当する。実験では、上
記ｄ＝７／８λとし、δの値が０，０．１λ，０．１４
λ，０．２λとなる４つの共振子を作成し、共振特性を
調べた。共振特性としては、共振Ｑ、容量比ｒを評価し
た。D. Experimental example Langasite substrate described above (0 °, 140 °, 25 °)
5, a surface acoustic wave resonator was prepared, and the distance between the IDT 10 and the reflectors 20a and 20b and the resonance characteristics were measured. The electrode structure parameter of the surface acoustic wave resonator is IDT
The logarithm at 10 is 50.5 pairs (L = 50.5λ), I
The electrode finger period λ of the DT10 = 14.4 μm, the electrode finger width wi of the IDT10 is 3.6 μm, and the number of electrode fingers of the reflectors 20a and 20b arranged on both sides of the IDT10 is 300 (Lr1).
= Lr2 = 150λ), electrode finger period p = λ / 2 = 7.2 μm of reflectors 20a and 20b, electrode finger width wr = 3.6 μm of reflectors 20a and 20b, electrode finger cross width W of IDT 10 = 50λ, The thickness H of the Al electrode is 1500 °. I
Distance d between DT10 and reflector 20b arranged on the right side
2 = d−δ, IDT10 and reflector 2 arranged on the left side
It is assumed that the distance d0 to 0a is d1 = d + δ. δ corresponds to the shift of the reflection position corresponding to the phase angle of the reflectance. In the experiment, d = 7 / 8λ, and the value of δ was 0, 0.1λ, 0.14.
Four resonators having λ and 0.2λ were prepared, and resonance characteristics were examined. As the resonance characteristics, the resonance Q and the capacitance ratio r were evaluated.
【００２２】ここで、図６は、インピーダンス特性によ
るＱ値および容量比ｒを定義する特性図である。共振
Ｑ、容量比ｒの値は、共振子のインピーダンス特性から
図６で定義される周波数点を用いて、 Ｑ＝ｆs／（ｆ1−ｆ2） および ｒ＝ｆp／（２（ｆp／ｆs−１）） で与えられる。FIG. 6 is a characteristic diagram for defining the Q value and the capacitance ratio r based on the impedance characteristic. The value of the resonant Q, capacitance ratio r using the frequency point defined in FIG. 6 from the impedance characteristics of the resonator, Q = f s / (f1 -f2) and r = f p / (2 ( f p / f s -1)).
【００２３】ここで、実験的にパラメータを変えて作成
した４つの表面弾性波共振子のＱ値と容量比ｒを図７に
示す。図７において、４つの表面弾性波共振子のなか
で、Ｑ値が最大、容量比ｒが最小となるのは、δ＝０．
１４λの表面弾性波共振子である。これら４つの表面弾
性波共振子の規格化電極膜厚Ｈ／λの値は、約０．０１
であり、このときの反射位相角αの値は、０．８６radi
an（４９．２７°）である。したがって、δ＝（α／２
π）λを用いてδを計算すると、δ＝０．１３７λとな
り、δ＝０．１４λ付近で共振特性が最適となる実験結
果を裏付けるものである。FIG. 7 shows the Q value and the capacitance ratio r of four surface acoustic wave resonators experimentally created by changing the parameters. In FIG. 7, among the four surface acoustic wave resonators, the Q value is the maximum and the capacitance ratio r is the minimum when δ = 0.
This is a 14λ surface acoustic wave resonator. The normalized electrode film thickness H / λ of these four surface acoustic wave resonators is about 0.01.
The value of the reflection phase angle α at this time is 0.86 radi
an (49.27 °). Therefore, δ = (α / 2
When δ is calculated using π) λ, δ = 0.137λ, which confirms the experimental result in which the resonance characteristic becomes optimum around δ = 0.14λ.
【００２４】ここで、図８は、本実施形態による設計方
式による表面弾性波共振子（ランガサイト使用）のコン
ダクタンスおよびサセプタンスを示す特性図であり、図
９は、従来の設計方式による表面弾性波共振子（ランガ
サイト使用）のコンダクタンスおよびサセプタンスを示
す特性図である。図において、各々、δ＝０．１４λと
δ＝０のときの、１ポート共振子のアドミタンス特性が
示されている。図８に示すように、反射器２０ａ，２０
ｂの位置を０．１４λだけシフトすることにより、図９
に示す従来技術による設計方式に比べて、共振特性が改
善されることが分かる。FIG. 8 is a characteristic diagram showing the conductance and susceptance of the surface acoustic wave resonator (using Langasite) according to the design method according to the present embodiment. FIG. 9 is a diagram showing the surface acoustic wave according to the conventional design method. FIG. 4 is a characteristic diagram showing conductance and susceptance of a resonator (using Langasite). In the figure, the admittance characteristics of the one-port resonator when δ = 0.14λ and δ = 0 are shown. As shown in FIG. 8, the reflectors 20a, 20
By shifting the position of b by 0.14λ, FIG.
It can be seen that the resonance characteristics are improved as compared with the conventional design method shown in FIG.
【００２５】[0025]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
基板方位および表面弾性波伝搬方向が所定の範囲内にあ
る単結晶基板上に、表面弾性波および電気信号間の変換
を行う１つのトランスデューサを形成し、表面弾性波の
伝搬方向に沿って、２つの反射器を、前記トランスデュ
ーサの両側に、異なる距離で対向配置して非対称とする
ようにしたので、トランスデューサと両側の共振器との
それぞれの距離を適切な値にすることで、共振特性が最
適となり、基板材料が本来有する優れた特性を生かすこ
とができ、素子の小型化、高周波化、低損失化を実現す
ることができるという利点が得られる。As described above, according to the present invention,
One transducer for converting between a surface acoustic wave and an electric signal is formed on a single crystal substrate having a substrate orientation and a surface acoustic wave propagation direction within a predetermined range. The two reflectors are arranged on opposite sides of the transducer at different distances so as to be asymmetric, so that by setting the respective distances between the transducer and the resonators on both sides to an appropriate value, the resonance characteristics are optimized. Thus, there is obtained an advantage that the excellent characteristics inherent in the substrate material can be utilized, and the miniaturization, high frequency, and low loss of the element can be realized.
【図１】 本発明の設計原理として、ＩＤＴとその右側
に位置する反射器間との最適距離の関係を説明するため
の概念図である。FIG. 1 is a conceptual diagram for explaining a relationship between an IDT and an optimum distance between reflectors located on the right side of the IDT as a design principle of the present invention.
【図２】 本発明の設計原理として、ＩＤＴとその左側
に位置する反射器間との最適距離の関係を説明するため
の概念図である。FIG. 2 is a conceptual diagram illustrating a relationship between an IDT and an optimum distance between reflectors located on the left side of the IDT as a design principle of the present invention.
【図３】 本発明の設計原理を適用して形成したランガ
サイト基板を用いた表面弾性波共振子の構成を示す概念
図である。FIG. 3 is a conceptual diagram showing a configuration of a surface acoustic wave resonator using a langasite substrate formed by applying the design principle of the present invention.
【図４】 規格化された電極膜厚に対する反射位相角を
示す概念図である。FIG. 4 is a conceptual diagram showing a reflection phase angle with respect to a normalized electrode film thickness.
【図５】 規格化された電極膜厚に対する反射率の絶対
値を示す概念図である。FIG. 5 is a conceptual diagram showing an absolute value of a reflectance with respect to a standardized electrode film thickness.
【図６】 インピーダンス特性によるＱ値および容量比
ｒを定義する特性図である。FIG. 6 is a characteristic diagram that defines a Q value and a capacitance ratio r based on impedance characteristics.
【図７】 実験的に作成した４つの表面弾性波共振子の
Ｑ値と容量比ｒを示す表図である。FIG. 7 is a table showing Q values and capacitance ratios r of four experimentally generated surface acoustic wave resonators.
【図８】 本実施形態による表面弾性波共振子（ランガ
サイト）のコンダクタンスおよびサセプタンスを示す特
性図である。FIG. 8 is a characteristic diagram showing conductance and susceptance of the surface acoustic wave resonator (langasite) according to the present embodiment.
【図９】 従来の設計方式による表面弾性波共振子（ラ
ンガサイト）のコンダクタンスおよびサセプタンスを示
す特性図である。FIG. 9 is a characteristic diagram showing conductance and susceptance of a surface acoustic wave resonator (langasite) according to a conventional design method.
【図１０】 従来からの設計方式による表面弾性波共振
子の基本構成を示す概念図である。FIG. 10 is a conceptual diagram showing a basic configuration of a surface acoustic wave resonator according to a conventional design method.
【図１１】 電従来からの設計方式による表面弾性波共
振子の気的等価回路を示す回路図である。FIG. 11 is a circuit diagram showing a gas equivalent circuit of a surface acoustic wave resonator according to a conventional design method.
５ ランガサイト基板（単結晶基板） １０ ＩＤＴ（トランスデューサ） ２０ａ，２０ｂ 反射器 5 Langasite substrate (single crystal substrate) 10 IDT (transducer) 20a, 20b Reflector
Claims (4)
定の範囲内にある単結晶基板と、 前記単結晶基板上に形成され、表面弾性波および電気信
号間の変換を行う１つのトランスデューサと、 表面弾性波の伝搬方向に沿って、前記トランスデューサ
の両側に対向配置された２つの反射器とを具備し、 前記トランスデューサと前記２つの反射器とのそれぞれ
の距離を非対称とすることを特徴とする表面弾性波素
子。A single crystal substrate having a substrate orientation and a surface acoustic wave propagation direction within a predetermined range; one transducer formed on the single crystal substrate to convert between a surface acoustic wave and an electric signal; It comprises two reflectors disposed on both sides of the transducer along the propagation direction of the surface acoustic wave, and the distance between the transducer and the two reflectors is asymmetric. Surface acoustic wave device.
ことを特徴とする請求項１記載の表面弾性波素子。2. The surface acoustic wave device according to claim 1, wherein the single crystal substrate is a langasite.
面弾性波伝搬方向を、オイラー角表示で（φ、θ、ψ）
としたときに、−５°≦φ≦５°、１３５°≦θ≦１４
５°、２０°≦ψ≦３０°の範囲内にあること、または
これと等価な方位であることを特徴とする請求項２記載
の表面弾性波素子。3. The langasite has a substrate orientation and a surface acoustic wave propagation direction expressed in Euler angles (φ, θ, ψ).
-5 ° ≦ φ ≦ 5 °, 135 ° ≦ θ ≦ 14
3. The surface acoustic wave device according to claim 2, wherein the angle is in a range of 5 °, 20 ° ≦ ψ ≦ 30 °, or an equivalent direction.
器との距離関係は、基本表面弾性波の波長をλとし、前
記トランスデューサに対してＸ方向のプラス側に位置す
る反射器との距離をｄ１、前記トランスデューサに対し
てＸ方向のマイナス側に位置する反射器との距離をｄ２
としたとき、ｄ１−ｄ２＝２δ（０．１λ≦δ≦０．１
７λ）となることを特徴とする請求項３記載の表面弾性
波素子。4. The distance relationship between the transducer and the two reflectors is represented by the wavelength of a fundamental surface acoustic wave being λ, and the distance between the transducer and a reflector located on the plus side in the X direction being d1, The distance between the transducer and the reflector located on the minus side in the X direction is d2.
Where d1−d2 = 2δ (0.1λ ≦ δ ≦ 0.1
7. The surface acoustic wave device according to claim 3, wherein 7λ).
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