JP2615020B2 - 超音波トランスジューサ及び表面波デバイス - Google Patents
超音波トランスジューサ及び表面波デバイスInfo
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- JP2615020B2 JP2615020B2 JP20550686A JP20550686A JP2615020B2 JP 2615020 B2 JP2615020 B2 JP 2615020B2 JP 20550686 A JP20550686 A JP 20550686A JP 20550686 A JP20550686 A JP 20550686A JP 2615020 B2 JP2615020 B2 JP 2615020B2
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、単結晶圧電基板の表層部に部分的分極反転
領域を形成してなる表面波デバイス及び超音波トランス
ジューサに関するものである。
領域を形成してなる表面波デバイス及び超音波トランス
ジューサに関するものである。
（従来技術） 従来より、LiTaO3基板表面に適当な導体薄膜にてイン
タディジタルトランスジューサ（以下IDTと称する）電
極を所定のピッチで付着形成するとともに、基板表層部
に基板の自発分極と逆の部分的分極反転領域を形成して
なる超音波トランスジューサ及び表面波デバイスが知ら
れている。
タディジタルトランスジューサ（以下IDTと称する）電
極を所定のピッチで付着形成するとともに、基板表層部
に基板の自発分極と逆の部分的分極反転領域を形成して
なる超音波トランスジューサ及び表面波デバイスが知ら
れている。
しかし、従来の超音波トランスジューサ及び表面波デ
バイスは、比較的電気機械結合係数が小さいLiTaO3を基
板材料として用いているためエネルギ変換効率が低いと
いう欠点があった。
バイスは、比較的電気機械結合係数が小さいLiTaO3を基
板材料として用いているためエネルギ変換効率が低いと
いう欠点があった。
また、従来の表面波デバイスは、昨今の電子機器の高
周波化に対処するためにはIDT電極のピッチを小さくす
る必要があり、製造上極めて困難であるのみならず電極
指間隙が狭くなるに従い微細な金属片の存在によっても
短絡が発生するという欠点があった。
周波化に対処するためにはIDT電極のピッチを小さくす
る必要があり、製造上極めて困難であるのみならず電極
指間隙が狭くなるに従い微細な金属片の存在によっても
短絡が発生するという欠点があった。
（発明の目的） 本発明は上述した如き従来のLiTaO3基板を用いたエネ
ルギ変換効率の低い超音波トランスジューサ及び表面波
デバイスに代わる高効率の超音波トランスジューサ及び
表面波デバイスを提供することを目的とする。
ルギ変換効率の低い超音波トランスジューサ及び表面波
デバイスに代わる高効率の超音波トランスジューサ及び
表面波デバイスを提供することを目的とする。
（発明の概要） 上述の目的を達成する為，本発明に係る超音波トラン
スジューサは、LiNbO3基板の＋Ｃ表面に部分的にTi薄膜
を付着した後空気或いは不活性ガスのガス雰囲気中にお
いて前記基板のキュリー点より低く1030℃以上の温度で
熱処理することにより前記基板のTi薄膜付着領域直下に
Tiを拡散させて前記基板の自発分極と逆極の分極反転領
域を形成するとともに、当該分極反転領域上にIDT電極
を配置しこれに交番電極を印加することによって基板厚
み方向に超音波を励起するようにしたものである。次
に、本発明に係る表面波デバイスは、LiNbO3基板の＋Ｃ
表面に部分的にTi薄膜を付着した後空気或いは不活性ガ
スのガス雰囲気中において前記基板のキュリー点より低
く1030℃以上の温度で熱処理することにより前記基板の
Ti薄膜付着領域直下にTiを拡散させて前記基板の自発分
極と逆極の分極反転領域を形成するとともに、当該分極
反転領域をIDT電極の両側或いは２つのIDT電極の間に配
置したものである。
スジューサは、LiNbO3基板の＋Ｃ表面に部分的にTi薄膜
を付着した後空気或いは不活性ガスのガス雰囲気中にお
いて前記基板のキュリー点より低く1030℃以上の温度で
熱処理することにより前記基板のTi薄膜付着領域直下に
Tiを拡散させて前記基板の自発分極と逆極の分極反転領
域を形成するとともに、当該分極反転領域上にIDT電極
を配置しこれに交番電極を印加することによって基板厚
み方向に超音波を励起するようにしたものである。次
に、本発明に係る表面波デバイスは、LiNbO3基板の＋Ｃ
表面に部分的にTi薄膜を付着した後空気或いは不活性ガ
スのガス雰囲気中において前記基板のキュリー点より低
く1030℃以上の温度で熱処理することにより前記基板の
Ti薄膜付着領域直下にTiを拡散させて前記基板の自発分
極と逆極の分極反転領域を形成するとともに、当該分極
反転領域をIDT電極の両側或いは２つのIDT電極の間に配
置したものである。
また、本発明に係る別の表面波デバイスは、LiNbO3基
板の＋Ｃ面側表層部に部分的分極反転領域を形成し、該
領域の一部或いは全部において基板の表裏に一様電極を
付し、該基板の表裏の一様電極間に交番電界を印加する
ことによってIDT電極を使用することなしに表面波を励
起するようにしたものである。
板の＋Ｃ面側表層部に部分的分極反転領域を形成し、該
領域の一部或いは全部において基板の表裏に一様電極を
付し、該基板の表裏の一様電極間に交番電界を印加する
ことによってIDT電極を使用することなしに表面波を励
起するようにしたものである。
また、本発明に係るさらに別の表面波デバイスは、Li
NbO3基板の＋Ｃ面側表層部に部分的分極反転領域を形成
し、該領域の一部において基板の表裏に一様電極を付
し、且つ前記部分的分極反転領域の一部を反射器として
用い、該基板の表裏の一様電極間に交番電界を印加する
ことによってIDT電極を使用することなしに表面波を励
起するようにしたものである。
NbO3基板の＋Ｃ面側表層部に部分的分極反転領域を形成
し、該領域の一部において基板の表裏に一様電極を付
し、且つ前記部分的分極反転領域の一部を反射器として
用い、該基板の表裏の一様電極間に交番電界を印加する
ことによってIDT電極を使用することなしに表面波を励
起するようにしたものである。
（実施例） 以下、本発明の実施例について詳細に説明する。な
お、ここでは本発明に係る超音波トランスジューサ及び
表面波デバイスの主要な構成要素である部分的分極反転
領域を有するLiNbO3基板の製造方法、及びそのLiNbO3基
板の応用例である光変調デバイス等についても併せて説
明する。
お、ここでは本発明に係る超音波トランスジューサ及び
表面波デバイスの主要な構成要素である部分的分極反転
領域を有するLiNbO3基板の製造方法、及びそのLiNbO3基
板の応用例である光変調デバイス等についても併せて説
明する。
（Ｉ）部分的分極反転領域を有するLiNbO3基板の製造方
法 Ｃ軸が板面に垂直なLiNbO3ｚ板の＋Ｃ面に所定の間隔
を設けてTiをグレーティング状に厚さ1,000Å程度蒸着
しこれを空気或いは水蒸気（Liの外部拡散を防ぐことを
目的とする）を含むArガス中で５乃至10時間放置熱処理
する。この際の熱処理温度はLiNbO3のキュリー点温度
（約1,150℃）より若干低い1,030℃程度に保持する。
法 Ｃ軸が板面に垂直なLiNbO3ｚ板の＋Ｃ面に所定の間隔
を設けてTiをグレーティング状に厚さ1,000Å程度蒸着
しこれを空気或いは水蒸気（Liの外部拡散を防ぐことを
目的とする）を含むArガス中で５乃至10時間放置熱処理
する。この際の熱処理温度はLiNbO3のキュリー点温度
（約1,150℃）より若干低い1,030℃程度に保持する。
斯くすることによって第１図（ａ）に示す如くTi蒸着
膜の直下に自発分極とは逆極の分極反転領域がグレーテ
ィング状に形成されその厚みは概ね12乃至15μｍを越え
ることがない。
膜の直下に自発分極とは逆極の分極反転領域がグレーテ
ィング状に形成されその厚みは概ね12乃至15μｍを越え
ることがない。
又,C軸が板面法線から54°傾いた36°回転Ｙ板につい
て同様の操作を施したところ，熱処理温度が1,030℃で
は分極反転領域は生じないがこれを1,050℃とすると分
極反転領域の形成されることが判明した。
て同様の操作を施したところ，熱処理温度が1,030℃で
は分極反転領域は生じないがこれを1,050℃とすると分
極反転領域の形成されることが判明した。
尚，上述した如き分極反転領域の出現は前記第１図
（ａ）の如く互に分離した分域列を生ずる場合と第１図
（ｂ）に示す如く相隣接した分極反転領域が連結し分域
境界が正弦波状となる場合とがある。その原因は目下の
ところ不明であるがTi拡散の状態によるものと思われ
る。
（ａ）の如く互に分離した分域列を生ずる場合と第１図
（ｂ）に示す如く相隣接した分極反転領域が連結し分域
境界が正弦波状となる場合とがある。その原因は目下の
ところ不明であるがTi拡散の状態によるものと思われ
る。
（II）部分的分極反転領域を有するLiNbO3基板の応用
例，上記（Ｉ）に述べた如き方法によって部分的分極反
転領域の形成されたLiNbO3基板は次に示す如きデバイス
への応用が可能である。
例，上記（Ｉ）に述べた如き方法によって部分的分極反
転領域の形成されたLiNbO3基板は次に示す如きデバイス
への応用が可能である。
（ａ）表面励振超音波トランスジューサ 第２図（ａ）及び（ｂ）は部分的分極反転領域を有す
るLiNbO3基板を本発明に係る超音波トランスジューサと
して利用する場合の実施例を示す断面図である。
るLiNbO3基板を本発明に係る超音波トランスジューサと
して利用する場合の実施例を示す断面図である。
即ち，同図（ａ）に示す如く所定の間隔を設けて形成
したグレーティング状部分的分極反転領域を有するLiNb
O3Ｚ板表面上の分域境界をまたぐ形にAl等でIDT電極を
付しこれにSAW共振子と同様に交番電界を印加すれば横
波のバルク波が発生する。
したグレーティング状部分的分極反転領域を有するLiNb
O3Ｚ板表面上の分域境界をまたぐ形にAl等でIDT電極を
付しこれにSAW共振子と同様に交番電界を印加すれば横
波のバルク波が発生する。
又，同図（ｂ）に示す如くLiNbO3回転Ｙ板の分極反転
領域及び非反転領域に交互にIDT電極を設けて励振すれ
ば縦波が発生しこれらはいずれも超音波として放射され
従来のLiTaO3によるそれよりも効率のよいことは両者の
電気機械結合係数の差異からも明らかである。
領域及び非反転領域に交互にIDT電極を設けて励振すれ
ば縦波が発生しこれらはいずれも超音波として放射され
従来のLiTaO3によるそれよりも効率のよいことは両者の
電気機械結合係数の差異からも明らかである。
（ｂ）光偏向或は光変調デバイスへの応用 従来の光偏向或は光変調デバイスは例えばLiNbO3結晶
に超音波トランスジューサを貼着し前記LiNbO3結晶中を
伝搬する超音波と光との相互作用に基づくブラック回折
を利用するものがあるが，このようなデバイスは超音波
トランスジューサとLiNbO3結晶との接着が困難であるこ
と，高周波化が困難であること等の欠陥があった。
に超音波トランスジューサを貼着し前記LiNbO3結晶中を
伝搬する超音波と光との相互作用に基づくブラック回折
を利用するものがあるが，このようなデバイスは超音波
トランスジューサとLiNbO3結晶との接着が困難であるこ
と，高周波化が困難であること等の欠陥があった。
この種の光デバイスを本発明に係る部分的分極反転領
域を有するLiNbO3基板を用いれば第３図に示す如く部分
的分極反転領域形成面にIDT電極を，又その対向面に吸
音材を付着するのみで簡単に光偏向或は光変調デバイス
が得られること多言を要しないであろう。
域を有するLiNbO3基板を用いれば第３図に示す如く部分
的分極反転領域形成面にIDT電極を，又その対向面に吸
音材を付着するのみで簡単に光偏向或は光変調デバイス
が得られること多言を要しないであろう。
（ｃ）SAW共振子用反射器への応用 グレーティング状の分極反転領域は弾性表面波（SA
W）を反射することは明らかであるからSAW共振子等の反
射器として利用しうる。殊に分域列がLiNbO3結晶表面近
傍で連続している前記第１図（ｂ）の如き基板を用いれ
ばSAWの反射が連続的な変化となるから従来の導体グレ
ーティングを用いる反射器にられる如く反射波が他のバ
ルク波に変換されロスとなることが少ない故Ｑの高いSA
Wデバイスを得ることが可能である。
W）を反射することは明らかであるからSAW共振子等の反
射器として利用しうる。殊に分域列がLiNbO3結晶表面近
傍で連続している前記第１図（ｂ）の如き基板を用いれ
ばSAWの反射が連続的な変化となるから従来の導体グレ
ーティングを用いる反射器にられる如く反射波が他のバ
ルク波に変換されロスとなることが少ない故Ｑの高いSA
Wデバイスを得ることが可能である。
第４図にその断面図を示す。尚，部分的分極反転領域
形成部の表面上にIDT電極を付すことも可能であり，例
えば概ね第５図（ａ）又は（ｂ）に示す如くすれば内部
反射型一方向性SAWトランスジューサが得られる。
形成部の表面上にIDT電極を付すことも可能であり，例
えば概ね第５図（ａ）又は（ｂ）に示す如くすれば内部
反射型一方向性SAWトランスジューサが得られる。
この場合SAWの反射は専ら分極反転領域によって支配
されるとはいうもののIDT電極の影響をもうけるので分
極反転領域とIDT電極との相互位置関係は従来のIDT電極
の段差による一方向性トランスジューサの電極構造の如
く単純ではなく実験によって決定する必要がある。
されるとはいうもののIDT電極の影響をもうけるので分
極反転領域とIDT電極との相互位置関係は従来のIDT電極
の段差による一方向性トランスジューサの電極構造の如
く単純ではなく実験によって決定する必要がある。
（ｄ）IDT励振電極を必要としない本発明の表面波デバ
イス 前述した如く従来のSAWデバイスはIDT励振電極のピッ
チによって周波数が決定するものであるから昨今の電子
機器の高周波化に対処する為にはIDT電極ピッチを小さ
くする必要があり製造上極めて困難であるのみならず電
極指間隙が狭くなるに従い微細な金属片の存在によって
も短絡の発生することが少なくなかった。
イス 前述した如く従来のSAWデバイスはIDT励振電極のピッ
チによって周波数が決定するものであるから昨今の電子
機器の高周波化に対処する為にはIDT電極ピッチを小さ
くする必要があり製造上極めて困難であるのみならず電
極指間隙が狭くなるに従い微細な金属片の存在によって
も短絡の発生することが少なくなかった。
このような問題は部分的分極反転領域を有するLiNbO3
基板を用い，例えば第６図（ａ）に示す如く基板中央の
表裏に部分一様電極を設けこれに交番電界を印加し，前
記一様電極の両側の分極反転列を反射器として利用すれ
ば完全に解決する。即ち，分極反転領域は前記第１図
（ｂ）に示す如く分離が不完全であっても差しつかえな
いので該領域を形成する為の蒸着Tiストリップに互に接
触する部分が多少存在しても特性上差したる影響は存在
しないからである。
基板を用い，例えば第６図（ａ）に示す如く基板中央の
表裏に部分一様電極を設けこれに交番電界を印加し，前
記一様電極の両側の分極反転列を反射器として利用すれ
ば完全に解決する。即ち，分極反転領域は前記第１図
（ｂ）に示す如く分離が不完全であっても差しつかえな
いので該領域を形成する為の蒸着Tiストリップに互に接
触する部分が多少存在しても特性上差したる影響は存在
しないからである。
更に蒸着Tiストリップは通常のIDT電極指の２倍のピ
ッチとすれば足りるからデバイスの高周波化は製造上一
層容易である。
ッチとすれば足りるからデバイスの高周波化は製造上一
層容易である。
以上１ポートのSAWデバイス（共振子）について説明
したがこれは同図（ｂ）に示す如く完全々面電極を有す
るものに，或は同図（ｃ）又は（ｄ）に示す如く２ポー
トデバイスとすることも可能である。
したがこれは同図（ｂ）に示す如く完全々面電極を有す
るものに，或は同図（ｃ）又は（ｄ）に示す如く２ポー
トデバイスとすることも可能である。
（発明の効果） 本発明によれば以下の如き優れた効果を奏することが
できる。
できる。
（１）特許請求の範囲第１項記載の超音波トランスジュ
ーサ及び特許請求の範囲第２項〜第４項記載の表面波デ
バイスは、LiTaO3より電気機械結合係数の大なるLiNbO3
を基板材料として用いているためエネルギ変換効率が高
い。
ーサ及び特許請求の範囲第２項〜第４項記載の表面波デ
バイスは、LiTaO3より電気機械結合係数の大なるLiNbO3
を基板材料として用いているためエネルギ変換効率が高
い。
（２）特許請求の範囲第２項記載の表面波デバイスは、
分極反転領域をIDT電極の両側或いは２つのIDT電極の間
に配置したことにより、分極反転領域を反射器として用
いてエネルギ変換効率をより高めることができる。
分極反転領域をIDT電極の両側或いは２つのIDT電極の間
に配置したことにより、分極反転領域を反射器として用
いてエネルギ変換効率をより高めることができる。
（３）特許請求の範囲第３項及び第４項記載の表面波デ
バイスは、LiNbO3基板の表裏の一様電極間に交番電界を
印加することによってIDT電極を使用することなしに表
面波を励起することができるので、高周波化のための製
造が容易である。
バイスは、LiNbO3基板の表裏の一様電極間に交番電界を
印加することによってIDT電極を使用することなしに表
面波を励起することができるので、高周波化のための製
造が容易である。
（４）特許請求の範囲第４項記載の表面波デバイスは、
部分的分極反転領域の一部を反射器として用いるのでエ
ネルギ変換効率をより高めることができる。
部分的分極反転領域の一部を反射器として用いるのでエ
ネルギ変換効率をより高めることができる。
第１図（ａ）及び（ｂ）は夫々本発明の超音波トランス
ジューサ及び表面波デバイスの主要な構成要素である部
分的分極反転領域を有するLiNbO3基板の異った構造を示
す図，第２図（ａ）及び（ｂ）は夫々部分的分極反転領
域を有するLiNbO3基板を用いた異った超音波トランスジ
ューサの構造を示す図，第３図はこれを光偏向器に適用
した例を説明する構成図，第４図はこれをSAW共振子の
反射器に適用した例を示す構成図，第５図（ａ）及び
（ｂ）はこれを夫々異った内部反射型一方向性SAWトラ
ンスジューサに適用した例を示す構成図，第６図（ａ）
乃至（ｄ）は本発明に係る表面波デバイスの実施例を示
す構成図である。
ジューサ及び表面波デバイスの主要な構成要素である部
分的分極反転領域を有するLiNbO3基板の異った構造を示
す図，第２図（ａ）及び（ｂ）は夫々部分的分極反転領
域を有するLiNbO3基板を用いた異った超音波トランスジ
ューサの構造を示す図，第３図はこれを光偏向器に適用
した例を説明する構成図，第４図はこれをSAW共振子の
反射器に適用した例を示す構成図，第５図（ａ）及び
（ｂ）はこれを夫々異った内部反射型一方向性SAWトラ
ンスジューサに適用した例を示す構成図，第６図（ａ）
乃至（ｄ）は本発明に係る表面波デバイスの実施例を示
す構成図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭58−42968（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−21211（ＪＰ，Ａ) 特公 昭54−18385（ＪＰ，Ｂ２) 特公 昭58−32527（ＪＰ，Ｂ２)
Claims (4)
- 【請求項１】LiNbO3基板の＋Ｃ表面に部分的にTi薄膜を
付着した後空気或いは不活性ガスのガス雰囲気中におい
て前記基板のキュリー点より低く1030℃以上の温度で熱
処理することにより前記基板のTi薄膜付着領域直下にTi
を拡散させて前記基板の自発分極と逆極の分極反転領域
を形成するとともに、当該分極反転領域上にIDT電極を
配置しこれに交番電極を印加することによって基板厚み
方向に超音波を励起するようにしたことを特徴とする超
音波トランスジューサ。 - 【請求項２】LiNbO3基板の＋Ｃ表面に部分的にTi薄膜を
付着した後空気或いは不活性ガスのガス雰囲気中におい
て前記基板のキュリー点より低く1030℃以上の温度で熱
処理することにより前記基板のTi薄膜付着領域直下にTi
を拡散させて前記基板の自発分極と逆極の分極反転領域
を形成するとともに、当該分極反転領域をIDT電極の両
側或いは２つのIDT電極の間に配置したことを特徴とす
る表面波デバイス。 - 【請求項３】LiNbO3基板の＋Ｃ面側表層部に部分的分極
反転領域を形成し、該領域の一部或いは全部において基
板の表裏に一様電極を付し、該基板の表裏の一様電極間
に交番電界を印加することによってIDT電極を使用する
ことなしに表面波を励起するようにしたことを特徴とす
る表面波デバイス。 - 【請求項４】LiNbO3基板の＋Ｃ面側表層部に部分的分極
反転領域を形成し、該領域の一部において基板の表裏に
一様電極を付し、且つ前記部分的分極反転領域の一部を
反射器として用い、該基板の表裏の一様電極間に交番電
界を印加することによってIDT電極を使用することなし
に表面波を励起するようにしたことを特徴とする表面波
デバイス。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20550686A JP2615020B2 (ja) | 1986-09-01 | 1986-09-01 | 超音波トランスジューサ及び表面波デバイス |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20550686A JP2615020B2 (ja) | 1986-09-01 | 1986-09-01 | 超音波トランスジューサ及び表面波デバイス |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01157582A JPH01157582A (ja) | 1989-06-20 |
| JP2615020B2 true JP2615020B2 (ja) | 1997-05-28 |
Family
ID=16507988
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20550686A Expired - Fee Related JP2615020B2 (ja) | 1986-09-01 | 1986-09-01 | 超音波トランスジューサ及び表面波デバイス |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2615020B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0260219A (ja) * | 1988-08-25 | 1990-02-28 | Fujitsu Ltd | 圧電振動子の製造方法 |
| JP3853252B2 (ja) * | 2002-05-16 | 2006-12-06 | 富士通メディアデバイス株式会社 | 弾性表面波素子 |
| KR100788289B1 (ko) * | 2006-06-26 | 2007-12-27 | 한국과학기술원 | 강유전체 결정의 열처리 방법 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CA1075647A (en) * | 1977-06-20 | 1980-04-15 | Joseph L. Abbott | Collapsible container structure and method of making same |
| JPS5821211A (ja) * | 1981-07-31 | 1983-02-08 | Canon Inc | 集積光学構造体の薄膜レンズ |
| JPS5842968A (ja) * | 1981-09-07 | 1983-03-12 | Hitachi Ltd | 超音波探触子 |
| JPS59158699A (ja) * | 1983-02-28 | 1984-09-08 | Shimadzu Corp | 超音波探触子 |
-
1986
- 1986-09-01 JP JP20550686A patent/JP2615020B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01157582A (ja) | 1989-06-20 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
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