JP2008278546A - 表面波装置及び通信機装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】
精度良くIDTを作製することができ、IDT及び圧電基板における伝搬損失
がほぼ0である表面波装置を提供する。
【解決手段】オイラー角(0ー,125ー〜146ー,0ーア5ー)であるL
iTaO3基板上に、規格化膜厚H/λ=O.001〜0.05のAuによりI
DTを構成して伝搬損失の少ないSH波を励振する。
【選択図】 図1
精度良くIDTを作製することができ、IDT及び圧電基板における伝搬損失
がほぼ0である表面波装置を提供する。
【解決手段】オイラー角(0ー,125ー〜146ー,0ーア5ー)であるL
iTaO3基板上に、規格化膜厚H/λ=O.001〜0.05のAuによりI
DTを構成して伝搬損失の少ないSH波を励振する。
【選択図】 図1
Description
本発明は、表面波共振子、表面波フィルタ、共用器等の表面波装置に関し、特にSH波を用いた表面波装置に関する。
従来より、移動体通信機器の帯域通過フィルタ等に表面波共振子が広く用いられている。このような表面波共振子の一つとして、互いに電極指が交差するように配置された櫛形電極より成るIDT(インターディジタルトランスデューサ)を圧電基板上に形成した構造を有する表面波共振子やこの表面波共振子を用いた表面波フィルタ等の表面波装置が良く知られている。
このような表面波装置として、圧電基板にオイラー角が(0°,−90°,0°)のLiTaO3基板を伝搬する減衰の大きい漏洩弾性表面波を、その基板表面にAuやTa,Wのように質量負荷の大きい金属によって所定膜厚のIDTを構成することにより、伝搬減衰の無いラブ波型の表面波に変換する技術が知られている。
図11は、YカットX伝搬、すなわちオイラー角が(0°,−90°,0°)
のLiTaO3基板上にAu電極を形成した場合、Au電極の膜厚H/λ(電極
膜厚/励振される表面波の波長)で電気機械結合係数kがどのように変化するかを示した図である。
のLiTaO3基板上にAu電極を形成した場合、Au電極の膜厚H/λ(電極
膜厚/励振される表面波の波長)で電気機械結合係数kがどのように変化するかを示した図である。
図11に示されているように、Au電極の膜厚がH/λ=0.03以下では漏洩弾性表面波が生じており、H/λ=0.04以上ではラブ波が生じていることがわかる。図12は、図11と同じ条件で、漏洩弾性表面波の伝搬損失(減衰定数)を示した特性図である。なお、実線は電極が電気的に短絡状態、点線は電極が電気的に開放状態における伝搬損失を示している。図12に示すように、電気的に短絡状態ではH/λ=0.033辺りから、電気的に開放状態ではH/λ=0.044辺りから伝搬損失が0になっている。したがって、伝搬損失の無いSH波型の表面波を用いるためには、IDTのデューティ比にもよるが、最低でも、電気的に短絡状態である場合のAu電極の膜厚をH/λ=0.033より厚くする必要があった。また、例えば、TaやW等の材料の場合はAuよりも密度が小さいので、H/λ=0.033よりさらに大きな膜厚が必要とされていた。
しかしながら、IDTの膜厚を厚くすれば厚くする程、作製精度が低下するためあまり膜厚を厚くすることはできなかった。膜厚をある程度まで例えばAuであればH/λ=0.033より厚くしない場合、表面波装置を伝搬損失の点から見ると、伝搬損失は0にならないという問題があった。
また、IDTの膜厚として、一般的な精度でIDTの電極指を形成することのできる膜厚H/λ(電極厚み/励振されるSH波の波長)は0.05以内であるとされているが、伝搬損失を0にしようとすると、H/λ=0.033よりさらに大きな膜厚が必要であったため、高い精度でIDTの電極指を形成出来る膜厚の範囲が狭かった。
さらに、Auより密度の小さい例えばTaやW等を電極材料としてIDTを形成した場合、Auよりもさらに膜厚が必要となるため、作製可能な膜厚範囲において伝搬損失を0にすることはできなかった。
また、Al等のように一般に表面波装置のIDTに使用される電極材料に比べてAu等の密度の大きい材料はIDTの膜厚や電極指幅や電極指ピッチのわずかなバラツキで周波数がばらつくため、IDT作製後、このIDTをトリミングして周波数を調整している。しかしながら、例えば、AuでH/λ=0.034程度のIDTを形成して所望の周波数より低かった場合に、このような周波数調整を行った結果、膜厚がH/λ=0.033より小さくなってしまい、伝搬損失が0ではなくなるという問題もあった。
本発明は、以上の問題点に鑑みて、精度良くIDTを作製することができ、IDT及び圧電基板における伝搬損失がほぼ0で、周波数トリミングの調整幅を大きくとることのできる表面波装置を提供することを目的としている。
請求項1に係る表面波装置は、オイラー角が(0°,125°〜137°,0°±5°)であるLiTaO3基板と、前記LiTaO3基板上に形成されたIDTよりなり、前記IDTは、Cuを主成分とする電極材料からなり、かつ規格化膜厚H/λ=0.003〜0.05にて形成されていることによりSH波を励振するものである。
請求項2に係る通信機装置は、請求項1記載の表面波装置を用いている。
以上のような構成により、漏洩弾性表面波が少なく伝搬損失の小さい表面波装置及び通信機装置を得ることができる。
以上のように、本発明によれば、適切なオイラー角のLiTaO3基板上に、
Au,Ag,Ta,Mo,Cu,Ni,Cr,Zn,Pt,W等の比重の大きい電極材料を適切な膜厚でIDTを構成することにより伝搬損失の少ないSH波を励振するようにしたので、漏洩弾性表面波成分が少なくなるため、伝搬損失が小さい表面波装置が得られる。
Au,Ag,Ta,Mo,Cu,Ni,Cr,Zn,Pt,W等の比重の大きい電極材料を適切な膜厚でIDTを構成することにより伝搬損失の少ないSH波を励振するようにしたので、漏洩弾性表面波成分が少なくなるため、伝搬損失が小さい表面波装置が得られる。
また、膜厚が極薄い段階から伝搬損失がほぼ0となるので、周波数調整のためにIDTをトリミングして膜厚が変動しても、従来技術のように伝搬損失が大幅に劣化することが無く、周波数トリミングの調整幅を大きくとることができる。
以下、本発明の実施の形態を図を用いて説明する。図1は本発明の第1の実施形態を示す表面波装置として挙げた表面波共振子の平面図である。図1に示すように、表面波共振子1は、例えば、オイラー角(0°,126°,0°)であるLiTaO3単結晶からなる圧電基板2上に1つのIDT3とその両側に反射器4、4を形成することにより構成されている。
IDT3は、Au,Ag,Ta,Mo,Cu,Ni,Cr,Zn,Wのうち少なくともひとつを主成分とする、一組の櫛形電極がそれぞれの櫛歯部分が互
いに対向するように配置されることにより構成されている。
いに対向するように配置されることにより構成されている。
また、IDT3の櫛歯部分を構成する電極指は、その規格化膜厚H/λが5%
以内になるように設定されている。すなわち、H/λ(電極厚み/励振されるSH波の波長)≦0.05の範囲になるように設定されている。これは、精度良く電極指を形成出来る範囲である。
以内になるように設定されている。すなわち、H/λ(電極厚み/励振されるSH波の波長)≦0.05の範囲になるように設定されている。これは、精度良く電極指を形成出来る範囲である。
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。図2は本発明の第2の実施形態を示す表面波装置として挙げた縦結合型表面波フィルタの平面図である。図2に示すように、縦結合型表面波フィルタ11は例えば、オイラー角(0°,126°,0°)であるLiTaO3単結晶からなる圧電基板12上に2つのIDT13a、13b及びその両側に反射器14、14を形成することにより構成されている。
IDT13は、Au,Ag,Ta,Mo,Cu,Ni,Cr,Zn,Wのうち少なくともひとつを主成分とする電極材料により形成されており、一組の櫛形電極がそれぞれの櫛歯部分が互いに対向するように配置されることにより構成されている。また、IDT13a、13bは表面波伝搬方向に一定の間隔を隔てて平行に並べられている。本実施の形態においても、第1の実施の形態と同様にIDT13a、13bの櫛歯部分を構成する電極指は、その規格化膜厚H/λが5%以内になるように設定されている。すなわち、H/λ(電極厚み/励振されるSH波の波長)≦0.05の範囲になるように設定されている。これは、精度良く電極指を形成出来る範囲である。
次に、本発明の第3の実施形態について説明する。図3は本発明の第3の実施形態を示す横結合型表面波フィルタの平面図である。図3に示すように、横結合型表面波フィルタ21は、例えば、オイラー角(0°,126°,0°)であるLiTaO3単結晶からなる圧電基板22上に2つのIDT23a、23b及びその両側に反射器24a、24bを形成することにより構成されている。
IDT23a、23bは、Au,Ag,Ta,Mo,Cu,Ni,Cr,Zn,Wのうち少なくともひとつを主成分とする電極材料により形成されており、一組の櫛形電極がそれぞれの櫛歯部分が互いに対向するように配置されることにより構成されている。また、IDT23a、23bは表面波伝搬方向に垂直な方向に並べられている。本実施の形態においても、第1、第2の実施の形態と同様にIDT23a、23bの櫛歯部分を構成する電極指は、その規格化膜厚H/λが5%以内になるように設定されている。すなわち、H/λ(電極厚み/励振されるSH波の波長)≦0.05の範囲になるように設定されている。これは、精度良く電極指を形成出来る範囲である。
次に、本発明の第4の実施形態について説明する。図4は本発明の第4の実施形態を示す表面波装置として挙げたラダー型表面波フィルタの平面図である。図4に示すように、ラダー型表面波フィルタ31は、例えばオイラー角(0°,126°,0°)であるLiTaO3単結晶からなる圧電基板32上にIDT33a、33b及びその両側に反射器34a、34bを形成することにより構成されている。
IDT33a、33bは、Au,Ag,Ta,Mo,Cu,Ni,Cr,Zn,Wのうち少なくともひとつを主成分とする電極材料により形成されており、一組の櫛形電極がそれぞれの櫛歯部分が互いに対向するように配置されることにより構成されている。また、IDT33aは直列腕に配され、IDT33bは並列腕に配されることにより、ラダー型に構成されている。本実施の形態においても、第1〜3の実施の形態と同様にIDT33a、33bの櫛歯部分を構成する電極指は、その規格化膜厚H/λが5%以内になるように設定されている。すなわち、H/λ(電極厚み/励振されるSH波の波長)≦0.05の範囲になるように設定されている。これは、精度良く電極指を形成出来る範囲である。
次に、本発明の第5、第6の実施の形態について説明する。図5は本発明の第4の実施の形態を示す共用器及び本発明の第5の実施形態を示す通信機装置のブロック図である。
図5に示すように、通信機装置41は、受信用の表面波フィルタ42と送信用の表面波フィルタ43を有する共用器44のアンテナ端子がアンテナ45に接続され、出力端子が受信回路46に接続され、入力端子が送信回路47に接続されることにより構成されている。このような共用器44の受信用の表面波フィルタ42と送信用の表面波フィルタ43には、第2〜第4の実施の形態の表面波フィルタ11〜21のいずれかまたはその組み合わせを用いる。
次に本発明のIDTの規格化膜厚H/λ(電極厚み/励振されるSH波の波長)について実施例を用いて説明する。図6は、オイラー角(0°,126°,0°)のLiTaO3単結晶圧電基板上に電極を形成しない場合を含めて圧電基板上の規格化膜厚H/λ(電極厚み/励振されるSH波の波長)を0.00〜0.05間で変化させて伝搬損失の変位を見た図である。なお、電極は電気的に短絡状態のものである。
図6に示すように、どの材料でも膜厚を厚くしていくにつれて、徐々に伝搬損失が増えていく傾向にあるが、図12に実線で示した従来のラブ波フィルタに比べて小さい値であることは明らかである。また、図6に示すようにAuにおいてはH/λ=0.025の時に最も伝搬損失が悪くなっているが、その場合であっても、伝搬損失は0.04dB/λ程度であるため、図12に実線で示した従来のラブ波フィルタの伝搬損失がH/λ=0.025時に0.32dB/λで、最大時0.7dBの伝搬損失であることに比べれば、格段に伝搬損失が良くなっている。
次に、図7は、オイラー角(0°,126°,0°)のLiTaO3単結晶圧
電基板上に電極を形成しない場合を含めて圧電基板上の規格化膜厚H/λ(電極厚み/励振されるSH波の波長)を0.00〜0.05間で変化させて伝搬損失の変位を見た図である。なお、電極は電気的に開放状態のものである。
電基板上に電極を形成しない場合を含めて圧電基板上の規格化膜厚H/λ(電極厚み/励振されるSH波の波長)を0.00〜0.05間で変化させて伝搬損失の変位を見た図である。なお、電極は電気的に開放状態のものである。
図7に示すように、どの材料でも膜厚を厚くしていくにつれて、徐々に伝搬損失が増えていく傾向にあるが、図12に点線で示した従来のラブ波フィルタに比べて小さい値であることは明らかである。また、図7に示すようにAuにおいてはH/λ=0.029の時に最も伝搬損失が悪くなっているが、その場合であっても、伝搬損失は0.142dB/λ程度であるため、図12に点線で示した従来のラブ波フィルタの伝搬損失がH/λ=0.029時に0.8dB/λで、最大時1.18dBの伝搬損失であることに比べれば、格段に伝搬損失が良くなっている。
これらは、従来のオイラー角(0°,−90°,0°)のLiTaO3基板で
はラブ波が励振されているのに対して、本発明の表面波装置では伝搬損失が非常に小さいSH波を用いているからである。ここではAuで説明したが、Auに限らず他のAg,Ta,Mo,Cu,Ni,Cr,Zn,Pt,W等においても同様のSH波を用いることができるため、Auの場合と同様に伝搬損失が改善される。
はラブ波が励振されているのに対して、本発明の表面波装置では伝搬損失が非常に小さいSH波を用いているからである。ここではAuで説明したが、Auに限らず他のAg,Ta,Mo,Cu,Ni,Cr,Zn,Pt,W等においても同様のSH波を用いることができるため、Auの場合と同様に伝搬損失が改善される。
なお、本発明の表面波装置でSH波を良好に使用出来る膜厚は、各電極材料で異なり、例えば、Auの場合H/λ=0.001〜、Agの場合H/λ=0.002〜、Taの場合H/λ=0.002〜、Moの場合H/λ=0.005〜、Cuの場合H/λ=0.003〜、Niの場合H/λ=0.006〜、Crの場合H/λ=0.003〜、Znの場合H/λ=0.003〜、Wの場合H/λ=0.002〜であり、伝搬損失や電気機械結合係数を考慮すればこれらの値以上の膜厚が適当である。
図8は各電極材料における電気機械結合係数の膜厚による変化を示す特性図である。なお、基板材料やカット角・伝搬方向については図6,7と同じ値のものを用いている。図8に示すように、どの金属材料を用いても比較的大きい電気機械結合係数が得られていることがわかる。また、図8に示すように、Alのように比重の小さい金属材料に比べて、他の比重の大きい金属材料の方が電気機械結合係数が大きい。
図9及び図10は電極膜厚と伝搬損失が0になるカット角θとを示す特性図である。図9は電極が電気的に短絡状態、図10は電極が電気的に開放状態における伝搬損失が0になるカット角θを示している。実際のIDTは電極指のある部分と無い部分が存在し、そのメタライゼーション比によって図9と図10の間の特性となる。なお、カット角はオイラー角表示(φ,θ,ψ)で(0°,θ,0°±5°)にし、θを変化させている。ψは伝搬方向を示しており、±5°程度の誤差は伝搬損失で許容範囲内の誤差程度である。
図9及び図10から、IDT等の電極にAuを用いた場合、伝搬損失0が実現出来るカット角はオイラー角表示(φ,θ,ψ)で(0°,125°〜146°,0°±5°)であることがわかる。
また、IDT等の電極にAgを用いた場合、伝搬損失0が実現出来るカット角はオイラー角表示(φ,θ,ψ)で(0°,125°〜140°,0°±5°)
であることがわかる。
であることがわかる。
IDT等の電極にTaを用いた場合は、伝搬損失0が実現出来るカット角はオイラー角表示(φ,θ,ψ)で(0°,125°〜140°,0°±5°)であることがわかる。
IDT等の電極にMoを用いた場合は、伝搬損失0が実現出来るカット角はオイラー角表示(φ,θ,ψ)で(0°,125°〜134°,0°±5°)であることがわかる。
IDT等の電極にCuを用いた場合は、伝搬損失0が実現出来るカット角はオイラー角表示(φ,θ,ψ)で(0°,125°〜137°,0°±5°)であることがわかる。
IDT等の電極にNiを用いた場合は、伝搬損失0が実現出来るカット角はオイラー角表示(φ,θ,ψ)で(0°,125°〜133°,0°±5°)であることがわかる。
IDT等の電極にCrを用いた場合は、伝搬損失0が実現出来るカット角はオイラー角表示(φ,θ,ψ)で(0°,125°〜147°,0°±5°)であることがわかる。
IDT等の電極にZnを用いた場合は、伝搬損失0が実現出来るカット角はオイラー角表示(φ,θ,ψ)で(0°,125°〜137°,0°±5°)であることがわかる。
IDT等の電極にWを用いた場合は、伝搬損失0が実現出来るカット角はオイラー角表示(φ,θ,ψ)で(0°,125°〜138°,0°±5°)であることがわかる。
したがって、このような図9及び図10に示されたカット角のLiTaO3基
板及びこのような膜厚の電極材料を用いることにより、伝搬損失がほぼ0である表面波装置を得ることができる。
板及びこのような膜厚の電極材料を用いることにより、伝搬損失がほぼ0である表面波装置を得ることができる。
なお、本発明の第1〜第6の実施の形態では、反射器を有する表面波装置について説明したが、これに限るものではなく、反射器の無い表面波装置にも適用できるものである。
1 表面波共振子
2 圧電基板
3 IDT
4 反射器
2 圧電基板
3 IDT
4 反射器
Claims (3)
- オイラー角が(0°,125°〜137°,0°±5°)であるLiTaO3基板と、前記LiTaO3基板上に形成されたIDTよりなり、
前記IDTは、Cuを主成分とする電極材料からなり、かつ規格化膜厚H/λ=0.003〜0.05にて形成されていることによりSH波を励振するものであることを特徴とする表面波装置。 - 前記IDTは、規格化膜厚H/λ=0.04〜0.05にて形成されていることを特徴とする請求項1に記載の表面波装置。
- 請求項1または2記載の表面波装置を用いたことを特徴とする通信機装置。
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JP2008210998A JP2008278546A (ja) | 2008-08-19 | 2008-08-19 | 表面波装置及び通信機装置 |
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Family
ID=40055868
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JP (1) | JP2008278546A (ja) |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2009057312A1 (ja) | 2007-10-31 | 2009-05-07 | Panasonic Corporation | 送信装置 |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH09167936A (ja) * | 1995-10-13 | 1997-06-24 | Fujitsu Ltd | 弾性表面波装置 |
JPH09199976A (ja) * | 1996-01-18 | 1997-07-31 | Hitachi Ltd | 弾性表面波素子電極 |
-
2008
- 2008-08-19 JP JP2008210998A patent/JP2008278546A/ja active Pending
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