JP3379383B2 - Surface acoustic wave device - Google Patents
Surface acoustic wave deviceInfo
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Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は弾性表面波を利用し
て構成される共振子および共振子型フィルタ、さらには
トランスバーサル型フィルタ等の分野において、サイズ
の小型化を実現した弾性表面波装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a surface acoustic wave device having a reduced size in the field of resonators and resonator filters constructed using surface acoustic waves, transversal filters and the like. Regarding
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来の弾性表面波装置における第１の種
類として、共振子および共振子型フィルタ等が知られて
いる。これらは、少なくとも１つのすだれ状電極（以降
省略してＩＤＴと称す）と、少なくとも１対の反射器か
らなる（特公平７−７３１７７号公報，特公平４−５２
００５号公報参照のこと）。また特開昭５８−１２４１
８号公報には、前記ＩＤＴのみの共振子とこれを組み合
わせた横多重モードフィルタの例が開示されている。さ
らにまた、特開平６−８５６０２号公報には、ＩＤＴの
みの構成からなるＩＤＴ型共振子の例が挙げられてい
る。2. Description of the Related Art A resonator and a resonator type filter are known as a first type of a conventional surface acoustic wave device. These are composed of at least one interdigital electrode (hereinafter abbreviated as IDT) and at least one pair of reflectors (Japanese Patent Publication No. 7-73177, Japanese Patent Publication No. 4-52).
005). In addition, JP-A-58-1241
Japanese Patent Laid-Open No. 8 discloses an example of a transverse multimode filter in which the resonator having only the IDT and a resonator thereof are combined. Furthermore, Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-85602 discloses an example of an IDT type resonator having a configuration of only an IDT.
【０００３】また弾性表面波装置の第２の種類として、
２重分割電極（８分の１波長電極のこと）からなるＩＤ
Ｔを用いたトランスバーサル型のフィルタ等がある（特
公平２−４５３６８号公報）。As the second type of surface acoustic wave device,
ID composed of double split electrodes (1/8 wavelength electrode)
There is a transversal type filter using T (Japanese Patent Publication No. 2-45368).
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかし前述の第１の種
類に属する従来技術である特公平７−７３１７７号公
報、特公平４−５２００５号公報の場合には、反射器を
使用する分だけ共振子，共振子型フィルタにおける弾性
表面波の伝搬方向の寸法が長くなり、近年著しい発展を
見せているＧＳＭ方式とかＰＨＳ方式の携帯電話に用い
られる中間周波フィルタ（ＩＦフィルタ）に要求される
素子の小型化ができないという課題があり、また従来の
特開昭５８−１２４１８号公報および特開平６−８５６
０２号公報に示されたいわゆるＩＤＴ共振子の技術で
は、共振子のＱ値（共振先鋭度を示す数値）が数千と小
さく、十分に小さな等価直列抵抗値が得られず、フィル
タの挿入損失が大きくなるという欠点があった。However, in the case of the prior arts of Japanese Patent Publication No. 7-73177 and Japanese Patent Publication No. 4-52005, which belong to the above-mentioned first type, resonance is caused only by the use of the reflector. The size of the surface acoustic wave propagation direction in the child- and resonator-type filters has become longer, and the elements required for the intermediate frequency filter (IF filter) used in the GSM-type or PHS-type mobile phones, which have made remarkable progress in recent years, There is a problem that the size cannot be reduced, and there is a problem with the conventional Japanese Patent Laid-Open Nos. 58-12418 and 6-856.
In the so-called IDT resonator technology disclosed in Japanese Patent Publication No. 02-202, the Q value of the resonator (numerical value indicating the resonance sharpness) is as small as several thousand, a sufficiently small equivalent series resistance value cannot be obtained, and the insertion loss of the filter is small. Has the drawback that it becomes large.
【０００５】また、トランスバーサル型のフィルタ（特
公平２−４５３６８号公報）等の前述の第２の種類に属
する従来技術では、８分の１波長の電極指を用いている
ために、素子の周波数が４００ＭＨｚと高くなった場合
に、おおむね電極指幅が約１μｍとなり、製造において
高価な露光装置等の製造装置を必要とするためコスト高
になるという欠点があった。Further, in the prior art belonging to the above-mentioned second type such as a transversal type filter (Japanese Patent Publication No. 2-45368), since the electrode fingers of 1/8 wavelength are used, the element When the frequency is as high as 400 MHz, the electrode finger width is about 1 μm, and there is a drawback that the manufacturing apparatus such as an expensive exposure apparatus is required for manufacturing, resulting in high cost.
【０００６】そこで本発明はこのような問題点を解決す
るもので、その第１の目的は、共振子および共振子型フ
ィルタ等の弾性表面波装置において、その性能をできる
だけ損なわずにさらに小型化をはかることである。また
第２の目的は、共振子と同一の４分の１波長幅の電極指
を用い ることで、高価な露光装置等の製造装置を必要
とせず、従来と同一水準の性能を有するトランスバーサ
ル型やＩＤＴ型のフィルタを低コストで市場に提供する
ことにある。Therefore, the present invention solves such a problem, and a first object thereof is to further reduce the size of a surface acoustic wave device such as a resonator and a resonator type filter without impairing its performance. Is to measure. The second purpose is to use the electrode fingers having the same quarter wavelength width as that of the resonator, thereby eliminating the need for an expensive manufacturing apparatus such as an exposure apparatus and having the same level of performance as the conventional transversal. Type and IDT type filters are provided to the market at low cost.
【０００７】[0007]
【課題を解決するための手段】（１） 本発明の弾性表
面波装置は、圧電体平板上に、弾性表面波の位相伝搬方
向に直交して正と負の極性の金属導体が交互に平行配置
されたすだれ状電極が形成された共振子を使用する弾性
表面波装置において、前記すだれ状電極を３つの領域に
区分し、前記３つの領域において、電極指の導体幅を利
用する弾性表面波の波長λの４分の１とし、前記の区分
された各領域の前記すだれ状電極の電極指を一定の周期
長で形成し、中央付近の前記領域の前記電極指の周期長
ＰＴｃを両側の前記領域の前記電極指の周期長ＰＴｓに
対して２％以内で異なるように設定し、前記圧電体基板
と前記すだれ状電極による弾性表面波の伝搬に係わる分
散関係を代表する係数ａが負の場合においては、ＰＴｃ
＜ＰＴｓの条件を満たす周波数上昇型とし、前記係数ａ
が正の場合には、ＰＴｃ＞ＰＴｓの条件を満たす周波数
降下型とし、前記共振子の主共振特性の共振ピーク及び
***振ピークのそれぞれを単峰性としたことを特徴とす
る。Means for Solving the Problems (1) In a surface acoustic wave device according to the present invention, metal conductors of positive and negative polarities are alternately parallel to each other on a piezoelectric flat plate orthogonal to the phase propagation direction of the surface acoustic wave. in the surface acoustic wave device using an arranged interdigital electrodes are formed resonator, the interdigital transducer into three regions
Divide the conductor width of the electrode fingers into
1/4 of the wavelength λ of the surface acoustic wave used
The electrode fingers of the interdigital transducers in each region are
And the period length PTc of the electrode fingers in the region near the center is set to be different from the period length PTs of the electrode fingers in the regions on both sides by 2% or less. When the coefficient a representing the dispersion relation related to the propagation of the surface acoustic wave by the interdigital transducer is negative, PTc
<Frequency rising type satisfying the condition of PTs, and the coefficient a
Is positive, it is a frequency drop type that satisfies the condition of PTc> PTs, and each of the resonance peak and the anti-resonance peak of the main resonance characteristic of the resonator is monomodal.
【０００８】[0008]
【０００９】[0009]
【００１０】[0010]
【００１１】[0011]
【００１２】[0012]
【００１３】[0013]
【００１４】（２） 前記（１）において、圧電体平板
が１２８°ＹカットＸ伝搬のＬｉＮｂＯ ３ 基板であり、
前記電極指の膜厚Ｈに対する弾性表面波の波長λとの比
Ｈ／λを４から６％の範囲とし、ＰＴｃ／ＰＴｓ＝１．
００８から１．０２としたことを特徴とする。( 2 ) In the above (1), the piezoelectric plate is a 128 ° Y-cut X-propagation LiNbO 3 substrate ,
The ratio H / λ of the thickness H of the electrode finger to the wavelength λ of the surface acoustic wave is set in the range of 4 to 6%, and PTc / PTs = 1.
It is characterized in that it is set to 008 to 1.02.
【００１５】[0015]
【００１６】（３） 前記（２）において、すだれ状電
極の電極指の対数Ｍを５０から２５０対としたことを特
徴とする。( 3 ) In the above ( 2 ), the number M of pairs of electrode fingers of the interdigital transducer is set to 50 to 250 pairs.
【００１７】（４） 前記（１）において、圧電体基板
が水晶であり、前記電極指の膜厚Ｈに対する弾性表面波
の波長λとの比Ｈ／λを２から５％の範囲とし、ＰＴｓ
／ＰＴｃを１．００７から１．０２としたことを特徴と
する。( 4 ) In the above (1), the piezoelectric substrate is made of quartz, and the ratio H / λ of the thickness H of the electrode finger to the wavelength λ of the surface acoustic wave is in the range of 2 to 5%.
It is characterized in that / PTc is changed from 1.007 to 1.02.
【００１８】（５） 前記（４）において、すだれ状電
極の電極指の対数Ｍを１００から３００対としたことを
特徴とする。( 5 ) In the above ( 4 ), the number M of pairs of electrode fingers of the interdigital transducer is set to 100 to 300 pairs.
【００１９】[0019]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図１
から順を追って説明する。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to FIG.
It will be explained step by step.
【００２０】（実施例１）図１は本発明の弾性表面波装
置に使用される電極パターンを平面図で表した一実施の
形態である。図１中の各部位の名称は、１００は圧電体
平板、１０１は正極性の給電導体、１０２は負極性の給
電導体、１０３と１０４等はＩＤＴの電極指、各々の給
電導体１０１と１０２に接続する１０５と１０６は外部
導通のためのパッド、１０７，１０８，１０９および１
１０等はＩＤＴ電極指交差幅Ｗ（Ｘ）を作る分割線、１
１１は、１１２のＸ軸に直交する方向であるＹ軸であ
り、１１２は弾性表面波の位相伝搬方向を示すＸ軸であ
る。１００の圧電体平板は、水晶、タンタル酸リチウ
ム、ニオブ酸リチウム等の圧電性を有する単結晶の表面
を鏡面研磨したもの、さらにＺｎＯ等の圧電性薄膜を形
成した基板等からなる。前記の１００上に形成されたＩ
ＤＴ等の導体パターンは、アルミニウムおよび金等の導
電性を有する金属膜を蒸着、スパッタ等の手段により薄
膜形成した後、フォトリソグラフィ技術によりパターン
形成して作られる。前記ＩＤＴは、正極性の給電導体１
０１と負極性の給電導体１０２、これらに接続する正極
性の電極指１０３と負極性の電極指１０４等から構成さ
れるが、その電極指群は利用する弾性表面波（レーリー
波またはリーキー波等）の位相進行方向（長手方向Ｘ
軸）に対して直交して、平行かつ周期的に多数配置され
る。前記ＩＤＴの分割線１０７と１１０によって、正極
性と負極性の電極指の交差幅をゼロとなしている。ま
た、１０８と１０９のＩＤＴ分割線は、正極と負極の電
極指の交差する幅寸法であるＷ（Ｘ）がＣＯＳ（ＫＸ）
の重み付けを有している。さらにまた、前記ＩＤＴを構
成する電極指周期長ＰＴ（Ｘ）は、後述する図２におい
て、特定の規則によりＸ座標位置により階段的な変化を
与えてある。(Embodiment 1) FIG. 1 is an embodiment showing a plan view of an electrode pattern used in the surface acoustic wave device of the present invention. The names of the respective parts in FIG. 1 are as follows: 100 is a piezoelectric flat plate, 101 is a positive power feeding conductor, 102 is a negative power feeding conductor, 103 and 104 are IDT electrode fingers, and the respective feeding conductors 101 and 102 are Connected 105 and 106 are pads for external conduction, 107, 108, 109 and 1
10 and the like are division lines that make up the IDT electrode finger cross width W (X), 1
Reference numeral 11 is a Y axis that is a direction orthogonal to the X axis of 112, and 112 is an X axis that indicates the phase propagation direction of the surface acoustic wave. The piezoelectric plate 100 is composed of a single crystal having crystallinity such as quartz, lithium tantalate, lithium niobate, etc., whose surface is mirror-polished, and a substrate on which a piezoelectric thin film such as ZnO is formed. I formed on the above 100
The conductor pattern such as DT is formed by forming a thin metal film having conductivity such as aluminum and gold by means such as vapor deposition and sputtering, and then forming a pattern by the photolithography technique. The IDT is a positive power feeding conductor 1
01 and the feeding conductor 102 having a negative polarity, and the electrode fingers 103 having a positive polarity and the electrode fingers 104 having a negative polarity, which are connected to these, the electrode finger group uses a surface acoustic wave (Rayleigh wave or leaky wave, etc.) to be used. ) Phase progression direction (longitudinal direction X
A large number are arranged in parallel and periodically at right angles to the (axis). By the dividing lines 107 and 110 of the IDT, the crossing width of the positive and negative electrode fingers is zero. In the IDT dividing lines 108 and 109, W (X), which is the width dimension at which the positive and negative electrode fingers intersect, is COS (KX).
Has a weighting of. Furthermore, the electrode finger cycle length PT (X) forming the IDT is stepwise changed by the X coordinate position according to a specific rule in FIG. 2 described later.
【００２１】（実施例２）次に図２は、本発明の他の実
施例を用いて、前述の図１における電極指周期長ＰＴ
（Ｘ）の具体的設定例を示したものである。図中の各部
位の名称は、２００は圧電体平板、２０１の点線で囲ま
れた範囲は、ＩＤＴ型ＳＡＷ共振子、２０２と２０９は
外部接続のためのパッドである。２０３と２０４の破線
で囲まれる領域は電極指交差幅がゼロの領域であり、２
１４の破線で示される領域は、一様な電極指交差幅を有
する領域である。２０５と２０６等は電極指、２０７と
２０８等は給電導体である。２１２の階段状関数ＦＰ
（Ｘ）は、前記ＩＤＴの電極指長を決定する周波数ポテ
ンシャル関数と名付けてよいものであり、２１３の曲線
Ｖ（Ｘ）は、図２の実施例で得られる振動変位関数であ
る。(Embodiment 2) Next, referring to FIG. 2, another embodiment of the present invention will be used.
It shows a specific setting example of (X). The names of the respective parts in the figure are a piezoelectric plate 200, an area 201 surrounded by a dotted line is an IDT SAW resonator, and 202 and 209 are pads for external connection. The area surrounded by the broken lines 203 and 204 is an area where the electrode finger crossing width is zero.
The area indicated by the broken line 14 is an area having a uniform electrode finger crossing width. 205 and 206 and the like are electrode fingers, and 207 and 208 and the like are feeding conductors. 212 step function FP
(X) may be named a frequency potential function that determines the electrode finger length of the IDT, and the curve V (X) of 213 is the vibration displacement function obtained in the embodiment of FIG.
【００２２】前記２１２の周波数ポテンシャル関数ＦＰ
（Ｘ）は、圧電体平板２００の種類と材質により決定さ
れる。図２の例の場合は、水晶ＳＴカット−Ｘ伝搬基板
のような場合での設定であり、電極指の周期長ＰＴ
（Ｘ）はＸ軸の中央程短く階段状に設定されている。前
記のＰＴ（Ｘ）は、ＶＳをアルミニウム膜がない場合の
弾性表面波の速度として、次式（１）にて設定される。The frequency potential function FP of 212
(X) is determined by the type and material of the piezoelectric plate 200. In the case of the example of FIG. 2, the setting is made in the case of a crystal ST cut-X propagation substrate, and the period length PT of the electrode finger is set.
(X) is set in a step-like manner such that it is shorter toward the center of the X axis. The above PT (X) is set by the following equation (1), where V S is the velocity of the surface acoustic wave when there is no aluminum film.
【００２３】[0023]
【数１】 [Equation 1]
【００２４】式（１）中の基準となる周波数ｆＲ０は、
前記ＰＴ（Ｘ）＝ＰＴ０（一定）とした場合に生じる図
２形状のＩＤＴ型ＳＡＷ共振子において、正負電極パッ
ド２０２と２０９間を短絡して生じる、電極指導体群が
作る反射特性の中心周波数である。The reference frequency f R0 in equation (1) is
In the IDT-type SAW resonator having the shape shown in FIG. 2 which occurs when PT (X) = PT 0 (constant), the center of the reflection characteristic created by the electrode guider group generated by short-circuiting between the positive and negative electrode pads 202 and 209. Frequency.
【００２５】前記のＦＰ（Ｘ）は周波数変化率の次元を
有する。The above FP (X) has a dimension of frequency change rate.
【００２６】また、図２中の周波数変化率で表したζｉ
（ｉ＝０〜３）は、式ｆｉ ＝ＶＳ／（２・ＰＴｉ
（Ｘ））で与えられる周波数を用いて、Further, ζi expressed by the frequency change rate in FIG.
(I = 0 to 3) is represented by the formula fi = V S / (2 · PTi
Using the frequency given by (X)),
【００２７】[0027]
【数２】 [Equation 2]
【００２８】で与えられる。ことにζ０は、アルミニウ
ム膜の無い場合の周波数ｆ０に対応し、 ｆ０＝ ＶＳ／
（２・ＰＴ０）で与えられる。図２のＦＰ（Ｘ）により
得られる振動変位Ｖ（Ｘ）は、ほぼＩＤＴ型共振子の中
央で最大となる余弦関数（ＣＯＳ（ＫＸ））状の変位を
有し、Ｘ軸方向に関して、いわゆる振動エネルギ閉じ込
め現象が実現している。この現象が発生する理由を、次
の図３を用いて説明する。Is given by In particular, ζ 0 corresponds to the frequency f 0 when there is no aluminum film, and f 0 = V S /
It is given by (2 · PT 0 ). The vibration displacement V (X) obtained by FP (X) in FIG. 2 has a displacement of a cosine function (COS (KX)) shape that is maximum at the center of the IDT resonator, and is so-called in the X-axis direction. Vibration energy trapping phenomenon has been realized. The reason why this phenomenon occurs will be described with reference to FIG.
【００２９】図３において、３００と３０１は給電導
体、３０５と３０６等はＩＤＴの電極指、３０２の線で
囲まれた領域は第１の電極指の周期長ＰＴ１（＝Ln-1+S
n-1)を有するＩＤＴ領域、同様に３０３は第２の電極指
の周期長ＰＴ２（＝Ln+Sn) を有するＩＤＴ領域、３０
４は第３の電極指の周期長ＰＴ３（＝Ln＋１+Sn＋１)を
有するＩＤＴ領域である。また、図中に記載された
ω１，ω２，ω３ は、対応する領域のＩＤＴが有する
アドミタンス特性のほぼ最大点の角周波数（ω０＝２π
ｆT0）、あるいはブラッグ周波数と言われるものであ
る。また枠で囲まれた中の図は、前記各ＩＤＴがもつ波
数分散曲線を記述したものであり、この特性は縦軸を角
周波数ω＝２πｆ軸、横軸を弾性表面波の振動振幅Ｖ
（Ｘ）の作る波数Ｋとして図示したものである。また、
図３の左半面はＫの虚数部を右半面はＫの実数部を表し
ている。３０７の波数分散曲線はＩＤＴ領域３０２のも
のであり、３０８は３０４のＩＤＴ領域のものである。
前記の分散曲線は、おおむね次式（３）で近似できる。In FIG. 3, 300 and 301 are feeding conductors, 305 and 306 are IDT electrode fingers, and the region surrounded by the line 302 is the period length PT 1 (= L n-1 +) of the first electrode finger. S
n-1 ), similarly 303 is an IDT region having a second electrode finger period length PT 2 (= L n + S n ), 30
Reference numeral 4 is an IDT region having a period length PT 3 (= L n + 1 + S n + 1 ) of the third electrode finger. Further, ω 1 , ω 2 , and ω 3 described in the figure are angular frequencies (ω 0 = 2π) at almost the maximum point of the admittance characteristic of the IDT in the corresponding region.
f T0 ), or what is called the Bragg frequency. The figure enclosed in a frame describes the wave number dispersion curve of each of the IDTs. This characteristic has a vertical axis of angular frequency ω = 2πf axis and a horizontal axis of vibration amplitude V of a surface acoustic wave.
This is illustrated as the wave number K created by (X). Also,
The left half of FIG. 3 represents the imaginary part of K, and the right half represents the real part of K. The wave number dispersion curve 307 is for the IDT region 302, and 308 is for the IDT region 304.
The dispersion curve can be approximated by the following equation (3).
【００３０】[0030]
【数３】 [Equation 3]
【００３１】ここで、ω０は前記のブラッグ周波数、ａ
は係数、γは前記Ｋを弾性表面波の波長λで与えられる
波数ｋ０（＝２π／λ）規格化した規格化波数である
（γ＝Ｋ／ ｋ０）。 曲線３０７、３０８はａが負の
場合である。係数ａは基板の種類、方位、弾性表面波の
種類により決定されることを付け加える。波数分散曲線
が虚数値をとる状態の弾性表面波は、伝搬できずに反射
され、反対に実数の波数をもつ弾性表面波は伝搬可能で
ある。中央のＩＤＴ領域３０３において、ω２の角周波
数を有する弾性表面波がＸ軸の両側に放射されるわけで
あるが、まずＩＤＴ３０２側に進行した弾性表面波の状
態は、分散曲線３０７のＰ２点の波数Ｋ２（実数）を有
するため伝搬できる。一方右側のＩＤＴ３０４の領域に
進行した弾性表面波は、分散曲線３０８のＰ１点の波数
Ｋ１（虚数）をとるため、伝搬できずに反射される。従
って以上から言えることは、前記係数ａが負で、かつＩ
ＤＴの周波数設定状態が ω１＞ω２＞ω３ の関係に
ある場合においては、弾性表面波はＸ軸の正方向には伝
搬できずに反射され、その振幅は減衰するということで
ある。さらにこれを押し進めて、ω１＜ω２＞ω３ の
関係を作れば、弾性表面波は、ω２の角周波数を有する
中央ＩＤＴ領域に閉じ込められることになり、前述の図
２中の２１３ Ｖ（Ｘ）の振動変位が実現することにな
る。前記ω１，ω２，ω３は、ω１＝２πｆT１，ω２
＝２πｆT２，ω３＝２πｆT３ とおいて式（２）の関
係で順に、ζ２，ζ１，ζ２と対応させることができ
る。Here, ω 0 is the above Bragg frequency, a
Is a coefficient, and γ is a normalized wave number obtained by normalizing K by the wave number k 0 (= 2π / λ) given by the wavelength λ of the surface acoustic wave (γ = K / k 0 ). Curves 307 and 308 are when a is negative. It is added that the coefficient a is determined by the type of substrate, the orientation, and the type of surface acoustic wave. A surface acoustic wave whose wave number dispersion curve has an imaginary value cannot be propagated but is reflected, and a surface acoustic wave having a real wave number can be propagated. In the central IDT region 303, the surface acoustic wave having the angular frequency of ω 2 is radiated to both sides of the X axis. First, the state of the surface acoustic wave traveling to the IDT 302 side is the P2 point of the dispersion curve 307. Since it has a wave number K2 (real number) of, it can propagate. On the other hand, the surface acoustic wave traveling to the area of the IDT 304 on the right side has a wave number K1 (imaginary number) at point P1 of the dispersion curve 308, and therefore cannot propagate and is reflected. Therefore, what can be said from the above is that the coefficient a is negative and I
When the frequency setting state of DT has a relationship of ω 1 > ω 2 > ω 3 , it means that the surface acoustic wave cannot be propagated in the positive direction of the X axis, is reflected, and its amplitude is attenuated. Further pushed this, omega 1 if you make a <ω 2> ω 3 relations, surface acoustic wave, will be confined to the central IDT region having an angular frequency of omega 2, 213 V in FIG. 2 of the aforementioned The vibration displacement of (X) is realized. The above ω 1 , ω 2 , and ω 3 are ω 1 = 2πf T1, ω 2
= 2πf T2, ω 3 = 2πf T3, and can be sequentially associated with ζ 2, ζ 1, ζ 2 in the relationship of the equation (2).
【００３２】つぎに図４を用いて、図１と図２中の圧電
体平板の具体例として１２８°Ｙ−ＸLiNbO3 基板の例
を用いて、本発明の弾性表面波装置の構成法を説明す
る。図４のＩＤＴは、電極指幅Ｌが４分の１波長（λ／
４）の長さで構成されている。Next, with reference to FIG. 4, the method of constructing the surface acoustic wave device of the present invention will be described using the example of the 128 ° Y-XLiNbO 3 substrate as the specific example of the piezoelectric plate in FIGS. 1 and 2. To do. In the IDT of FIG. 4, the electrode finger width L is a quarter wavelength (λ /
4) length.
【００３３】図４の横軸は、アルミニウム電極膜厚Ｈに
対する弾性表面波の波長λの比Ｈ／λであり、縦軸は周
波数変化率Δｆ／ｆをｐｐｍ単位で表示している。曲線
４００は前記ＩＤＴのもつアドミタンス最大点の周波数
ｆT0を、アルミニウム膜が無い場合の周波数ｆ０＝ Ｖ
Ｓ／（２・ＰＴ０）を基準値０として、周波数変化率で
表示している。曲線４０１は、前記ＩＤＴのもつ反射特
性の中心周波数ｆR0の電極指膜厚比Ｈ／λ 依存性を図
示している。４０２は、４０２と４０１の周波数差が、
４０１と４００の周波数差に等しくなるようにとって描
いたもので、４００と４０２で挟まれた領域が弾性表面
波の反射領域即ち、ストップバンドを表している。曲線
４００と４０１は、ほぼＨ／λ＝３．２において交差し
ており、この状態においては、前記ストップバンドが消
滅しており、弾性表面波は反射されずに伝搬する。従っ
て、この膜厚比の条件においては、トランスバーサル型
とかＩＤＴ型とかの弾性表面波の反射をきらう素子であ
るフィルタの構成が、電極指幅Ｌがほぼ４分の１波長
（λ／４）の長さで実現できる。 実効的にはＨ／λが
３〜３．５％程度の範囲で反射係数は十分小さく効果的
である。Ｈ／λが３．２以下の領域においては、 ｆT0
＜ｆR0 の状態にあり、この領域の弾性表面波は図中に
重ねて図示した分散曲線４０３と４０４の特性となり、
いわゆる前述の図２の例の通り、周波数上昇型閉じ込め
状態を示す。逆に、 Ｈ／λが３．２以上の領域におい
ては、 ｆT0＞ｆR0 の状態にあり、この領域の弾性表
面波は図中に重ねて図示した分散曲線４０５と４０６の
特性となり、前述の図２の例とは逆特性の、いわゆる周
波数降下型閉じ込め状態を示す。まとめると、前述の図
２の実施例は、前記の周波数上昇型閉じ込めに対応して
おり、 図４のＨ／λ＜３．２以下の領域に対応した構
成法である。 Ｈ／λ＞３．２の場合には、図２のζ１
からζ３を負として設定すれば周波数降下型エネルギ閉
じ込め状態を構成できる。つぎに、このようにして得ら
れる本発明の弾性表面装置の振動変位状態を図５で説明
する。The horizontal axis of FIG. 4 represents the ratio H / λ of the surface acoustic wave wavelength λ to the aluminum electrode film thickness H, and the vertical axis represents the frequency change rate Δf / f in ppm. The curve 400 shows the frequency f T0 of the admittance maximum point of the IDT, and the frequency f 0 = V when the aluminum film is not present.
The frequency change rate is displayed with S / (2 · PT 0 ) as the reference value 0. A curve 401 shows the dependence of the center frequency f R0 of the reflection characteristic of the IDT on the electrode finger thickness ratio H / λ 2. In 402, the frequency difference between 402 and 401 is
It is drawn so as to be equal to the frequency difference between 401 and 400, and the region sandwiched between 400 and 402 represents a surface acoustic wave reflection region, that is, a stop band. The curves 400 and 401 intersect at approximately H / λ = 3.2, and in this state, the stop band disappears and the surface acoustic wave propagates without being reflected. Therefore, under the condition of this film thickness ratio, the structure of the filter which is a transversal-type or IDT-type element which is difficult to reflect the surface acoustic wave has an electrode finger width L of about a quarter wavelength (λ / 4). Can be achieved in the length of. Effectively, the reflection coefficient is sufficiently small and effective when H / λ is in the range of about 3 to 3.5%. In the region where H / λ is 3.2 or less, f T0
In the state of <f R0, the surface acoustic wave in this region has the characteristics of the dispersion curves 403 and 404 that are shown by being superimposed in the figure,
As in the example of the so-called FIG. 2 described above, a frequency rising confinement state is shown. On the contrary, in the region where H / λ is 3.2 or more, f T0 > f R0 , and the surface acoustic waves in this region have the characteristics of the dispersion curves 405 and 406 shown in the figure. 2 shows a so-called frequency drop type confinement state, which is the reverse characteristic of the example of FIG. In summary, the above-described embodiment of FIG. 2 corresponds to the above-mentioned frequency rising confinement, and is a construction method corresponding to the region of H / λ <3.2 or less in FIG. When H / λ> 3.2, ζ 1 in FIG.
Therefore, if ζ 3 is set to be negative, a frequency drop type energy confinement state can be constructed. Next, the vibration displacement state of the elastic surface device of the present invention thus obtained will be described with reference to FIG.
【００３４】図５の横軸５０４は弾性表面波装置のＸ座
標、縦軸５０３は素子の振動エネルギＥ（Ｘ）（振動変
位振幅Ｕの２乗に比例）を表す。図中の曲線５００から
５０２は条件別の振動エネルギ分布を示す関数である。
前記条件となるものは、前述の図２のＩＤＴ２０１を３
分割し、その中央のＩＤＴの周波数上昇量Ｐ（周波数ポ
テンシャル）を前記｜ｆT0−ｆR0 ｜ ＝ηを単位とし
て、５００の場合はＰ＝０η、５０１の場合は、Ｐ＝
０．８η、５０２の場合は、Ｐ＝１．２ηと設定した場
合である。同図からわかる通り、周波数上昇量０に対し
てＰがゼロでない場合には、振動エネルギの中心集中度
が増していることがわかる。The horizontal axis 504 in FIG. 5 represents the X coordinate of the surface acoustic wave device, and the vertical axis 503 represents the vibration energy E (X) of the element (proportional to the square of the vibration displacement amplitude U). Curves 500 to 502 in the figure are functions showing the vibration energy distribution for each condition.
The condition is that the IDT 201 of FIG.
The frequency division amount P (frequency potential) of the divided IDT at the center is divided into units of the above | f T0 −f R0 | = η, and P = 0 in the case of 500 and P = η in the case of 501.
The case of 0.8η and 502 is the case of setting P = 1.2η. As can be seen from the figure, when P is not zero with respect to the amount of frequency increase 0, the degree of central concentration of vibration energy increases.
【００３５】この現象をさらにわかり易く表したもの
が、図２の弾性表面波装置である共振子のＱ値を示す特
性図（図６）である。周知の様に共振子のＱ値は共振子
のエネルギ損失の程度を表し、Ｑが大きい程損失の少な
い良い共振子である。図６の横軸は中央ＩＤＴの前記周
波数上昇量Ｐであり、縦軸はＰ＝０の場合の共振子Ｑ値
Ｑ０を基準として表している。η＝８０００ｐｐｍとし
てＰ＝１．２ηのときに、約４倍のＱ値が得られている
ことがわかる。Ｑ値上昇効果が認められる前記Ｐの具体
的な値は、水晶ＳＴカットＸ伝搬方位の場合は、前記電
極指の膜厚Ｈに対する弾性表面波の波長λとの比Ｈ／λ
を２から５％の範囲とし、７０００〜２００００ｐｐｍ
であつた（このとき中央の電極指周期長ＰＴｃと両サイ
ドの電極指周期長ＰＴｓの比はＰＴＳ／ＰＴｃ＝１．０
０７〜１．０２である）。１２８°ＹーＸLiNbO3 基板
の場合には、前記電極指の膜厚Ｈに対する弾性表面波の
波長λとの比Ｈ／λを４から６％の範囲とし、８０００
〜２００００ppmであった（このとき中央の電極指周期
長ＰＴｃと両サイドの電極指周期長ＰＴｓの比はＰＴｃ
／ＰＴｓ＝１．００８〜１．０２である）。さらに圧電
体平板が１２８°ＹカットＸ伝搬であり、 前記電極指
の膜厚Ｈに対する弾性表面波の波長λとの比Ｈ／λを
０．５から２％の範囲とし、ＰＴｓ／ＰＴｃ＝１から
１．０２としてもＱ値向上が実現できる。前記ＩＤＴに
使用した正負電極指の対数は、１２８°Ｙ−ＸLiNbO3
基板の場合には、５０〜２５０対、水晶ＳＴカットＸ伝
搬方位の場合は、１００から３００対の範囲である。A characteristic diagram (FIG. 6) showing the Q value of the resonator which is the surface acoustic wave device of FIG. 2 shows this phenomenon more easily. As is well known, the Q value of a resonator represents the degree of energy loss of the resonator, and the larger Q is, the better the resonator is with less loss. The horizontal axis of FIG. 6 represents the frequency increase amount P of the central IDT, and the vertical axis represents the resonator Q value Q 0 when P = 0 as a reference. It can be seen that when η = 8000 ppm and P = 1.2η, a Q value of about four times is obtained. In the case of the crystal ST cut X propagation azimuth, the specific value of P at which the Q value increasing effect is recognized is the ratio H / λ of the film thickness H of the electrode finger to the wavelength λ of the surface acoustic wave.
In the range of 2 to 5%, 7,000 to 20,000 ppm
(At this time, the ratio of the central electrode finger cycle length PTc to the electrode finger cycle lengths PTs on both sides is PT S /PTc=1.0.
07-1.02). In the case of a 128 ° Y-X LiNbO 3 substrate, the ratio H / λ of the film thickness H of the electrode finger to the wavelength λ of the surface acoustic wave is set to a range of 4 to 6%, and 8000
Was 20,000 ppm (at this time, the ratio of the central electrode finger cycle length PTc to the electrode finger cycle lengths PTs on both sides was PTc.
/PTs=1.008 to 1.02). Further, the piezoelectric plate is 128 ° Y-cut X propagation, the ratio H / λ of the thickness H of the electrode finger to the wavelength λ of the surface acoustic wave is in the range of 0.5 to 2%, and PTs / PTc = 1. From 1.0 to 1.02, the Q value can be improved. The logarithm of the positive and negative electrode fingers used for the IDT is 128 ° Y-XLiNbO 3
In the case of the substrate, the range is 50 to 250 pairs, and in the case of the crystal ST cut X propagation direction, the range is 100 to 300 pairs.
【００３６】つぎに、本発明の弾性表面波装置に発生す
る不要共振、即ちスプリアスについての抑圧手段を説明
する。一例として、前述の１２８°Ｙ−ＸLiNbO3 基板
の例をとり説明する。前記の基板において、電極膜厚比
Ｈ／λを０．０５に設定して周波数降下型のエネルギ閉
じ込め型共振子を構成すると、縦インハーモニックモー
ドによるスプリアスは主共振モードであるＳ０モードの
上側に発生する。図８にこの様子を示す。図中の点線で
表示された８０４、８０５のモードがスプリアスであ
る。８０２は前記主共振モード、８０３は***振モード
である。８００は単峰性の共振ピーク、８０１は単峰性
の***振ピークである。 Next, a means for suppressing unnecessary resonance, that is, spurious, generated in the surface acoustic wave device of the present invention will be described. As an example, the 128 ° Y-XLiNbO 3 substrate will be described as an example. In the above substrate, when the electrode film thickness ratio H / λ is set to 0.05 to form a frequency drop type energy confinement type resonator, spurious due to the longitudinal inharmonic mode is located above the S0 mode which is the main resonance mode. Occur. This is shown in FIG. Spurs are modes 804 and 805 indicated by dotted lines in the figure. 802 is the main resonance mode, and 803 is the anti-resonance mode. 800 is a unimodal resonance peak, 801 is unimodal
Is the anti-resonance peak of.
【００３７】そこでこのスプリアスを抑圧するために、
前記ＩＤＴの電極指交差幅に重み付け関数ＷＦ（Ｘ）＝
ＣＯＳ（ＫＸ）を考え（図１参照）、前記Ｋの設定をＫ
＝π／（ξＭ）で与えた場合における、前記ξを重み付
け長さ比と呼んで、ξに対するスプリアス共振による共
振子のインピーダンスの位相変動量Δφの関係を図示し
たものが、図７である。位相変動量Δφはスプリアスモ
ードの発生強度を表しているから、Δφが小さいほどス
プリアスの抑圧ができたことになる。前記Ｘ波弾性表面
波の波長λで規格化したＸ（＝ｘ／λ）軸方向の座標で
ある。図７の曲線７００は、周波数上昇量Ｐ＝０の場合
であり、このときξ＝０．８が最小値であり、曲線７０
１の場合は前記Ｐ＝０．８ηであり、このとき０．６５
が最小値であった。７０２はＰ＝１．２ηの場合であ
り、このときの最小値は０．５であった。Therefore, in order to suppress this spurious,
A weighting function WF (X) =
Considering COS (KX) (see Fig. 1), set the above K to K
FIG. 7 shows the relationship between the phase variation amount Δφ of the impedance of the resonator due to spurious resonance with respect to ξ, where ξ is referred to as a weighted length ratio when given by = π / (ξM). Since the phase fluctuation amount Δφ represents the intensity of spurious mode generation, the smaller Δφ means that the spurious can be suppressed. It is coordinates in the X (= x / λ) axis direction standardized by the wavelength λ of the X-wave surface acoustic wave. The curve 700 in FIG. 7 is the case where the frequency increase amount P = 0, and at this time, ξ = 0.8 is the minimum value, and the curve 70
In the case of 1, P = 0.8η, and at this time 0.65
Was the minimum value. 702 is a case of P = 1.2 (eta), and the minimum value at this time was 0.5.
【００３８】従って１２８°Ｙ−ＸLiNbO3 基板の場合
には、ξ＝０．５から０．９の範囲に対して、Ｐ＝０か
ら１．２の条件でのスプリアスが抑圧できる。他の基板
方位に関しても、ほぼ同様な傾向を示した。Therefore, in the case of the 128 ° Y-XLiNbO 3 substrate, spurious can be suppressed under the condition of P = 0 to 1.2 with respect to the range of ξ = 0.5 to 0.9. The other substrate orientations showed almost the same tendency.
【００３９】[0039]
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、反射
器を用いずＩＤＴのみで共振子を構成し、前記ＩＤＴを
複数に分割したうえに、各分割されたＩＤＴの電極指周
期長を使用する圧電基板の性質が、周波数上昇型か周波
数降下型かに対応して周波数ポテンシャルを共振子の振
動エネルギが中央に集中して閉じ込められる様に設定
し、共振子の主共振特性の共振ピーク及び***振ピーク
のそれぞれを単峰性とすることにより、従来になく小型
で性能のすぐれたＩＤＴ型共振子を実現できるため、さ
らに小型化が要求されるＰＨＳ、ＧＳＭ等の携帯型通信
装置およびＶＣＳＯ等の小型化に貢献できる。As described above, according to the present invention, a resonator is formed only of IDTs without using a reflector, the IDTs are divided into a plurality of pieces, and the electrode finger cycle length of each divided IDT is set. The frequency potential is set so that the vibration energy of the resonator is concentrated and confined in the center according to the property of the piezoelectric substrate using the frequency rising type or the frequency falling type, and the resonance of the main resonance characteristic of the resonator is set. By making each of the peak and the anti-resonance peak unimodal, it is possible to realize an IDT resonator that is smaller in size and has better performance than ever before, so that further downsizing is required for portable communication devices such as PHS and GSM. It can also contribute to downsizing of VCSO and the like.
【００４０】[0040]
【図１】 本発明の弾性表面波装置の一実施例を示す平
面図。FIG. 1 is a plan view showing an embodiment of a surface acoustic wave device of the present invention.
【図２】 本発明の他の実施例が示す図。FIG. 2 is a diagram showing another embodiment of the present invention.
【図３】 本発明の弾性表面波装置の動作原理を解説す
る概念図。FIG. 3 is a conceptual diagram explaining the operation principle of the surface acoustic wave device of the present invention.
【図４】 本発明の一実施例が示す圧電体平板の特性
図。FIG. 4 is a characteristic diagram of a piezoelectric plate according to an embodiment of the present invention.
【図５】 本発明の図１と図２が有する特性図。FIG. 5 is a characteristic diagram of FIGS. 1 and 2 of the present invention.
【図６】 本発明の図１と図２が有する特性図。FIG. 6 is a characteristic diagram of FIGS. 1 and 2 of the present invention.
【図７】 本発明の図１が有する特性図。FIG. 7 is a characteristic diagram of FIG. 1 of the present invention.
【図８】 本発明の図１が示す他の特性図。FIG. 8 is another characteristic diagram shown in FIG. 1 of the present invention.
１００ 圧電体平板 １０１ 正極の給電導体 １０２ 負極の給電導体 １０３ 正極の電極指 １０４ 負極の電極指 100 piezoelectric plate 101 Positive feed conductor 102 Negative feeding conductor 103 Positive electrode finger 104 Negative electrode finger
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H03H 9/145 H03H 9/25 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (58) Fields surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H03H 9/145 H03H 9/25
Claims (5)
方向に直交して正と負の極性の金属導体が交互に平行配
置されたすだれ状電極が形成された共振子を使用する弾
性表面波装置において、 前記すだれ状電極を３つの領域に区分し、 前記３つの領域において、電極指の導体幅を利用する弾
性表面波の波長λの４分の１とし、 前記の区分された各領域の前記すだれ状電極の電極指を
一定の周期長で形成し、 中央付近の前記領域の前記電極指の周期長ＰＴｃを両側
の前記領域の前記電極指の周期長ＰＴｓに対して２％以
内で異なるように設定し、 前記圧電体基板と前記すだれ状電極による弾性表面波の
伝搬に係わる分散関係を代表する係数ａが負の場合にお
いては、ＰＴｃ＜ＰＴｓの条件を満たす周波数上昇型と
し、前記係数ａが正の場合には、 ＰＴｃ＞ＰＴｓの条
件を満たす周波数降下型とし、 前記共振子の主共振特性の共振ピーク及び***振ピーク
のそれぞれを単峰性としたことを特徴とする弾性表面波
装置。1. An elasticity using a resonator in which a comb-shaped electrode in which metal conductors of positive and negative polarities are alternately arranged in parallel and orthogonal to a phase propagation direction of a surface acoustic wave is formed on a piezoelectric flat plate. In the surface acoustic wave device, the comb-shaped electrode is divided into three regions, and in the three regions, a conductive width of an electrode finger is used.
The wavelength of the surface acoustic wave λ is ¼ and the electrode fingers of the interdigital electrodes in each of the divided areas are
It is formed with a constant cycle length, and the cycle length PTc of the electrode fingers in the area near the center is 2% or more with respect to the cycle length PTs of the electrode fingers in the areas on both sides.
Set differently in the inner, the when coefficient a representative of the dispersion relation relating to the propagation of surface acoustic waves by the piezoelectric substrate and the interdigital electrode is negative, the condition is satisfied frequency elevation of PTc <PTs When the coefficient a is positive, it is a frequency drop type that satisfies the condition of PTc> PTs, and each of the resonance peak and the anti-resonance peak of the main resonance characteristic of the resonator is monomodal. Surface acoustic wave device.
搬のＬｉＮｂＯ ３ 基板であり、 前記電極指の膜厚Ｈに
対する弾性表面波の波長λとの比Ｈ／λを４から６％の
範囲とし、ＰＴｃ／ＰＴｓ＝１．００８から１．０２と
したことを特徴とする請求項１記載の弾性表面波装置。2. The piezoelectric flat plate is a 128 ° Y-cut X-propagation LiNbO 3 substrate , and the ratio H / λ of the surface acoustic wave wavelength λ to the electrode finger thickness H is in the range of 4 to 6%. 2. The surface acoustic wave device according to claim 1, wherein PTc / PTs = 1.008 to 1.02.
０から２５０対としたことを特徴とする請求項２記載の
弾性表面波装置。3. The number M of electrode fingers of the interdigital transducer is 5
3. The surface acoustic wave device according to claim 2 , wherein the surface acoustic wave device comprises 0 to 250 pairs.
極指の膜厚Ｈに対する弾性表面波の波長λとの比Ｈ／λ
を２から５％の範囲とし、ＰＴｓ／ＰＴｃ＝１．００７
から１．０２としたことを特徴とする請求項１記載の弾
性表面波装置。4. The piezoelectric flat plate is quartz, and the ratio H / λ of the film thickness H of the electrode finger to the wavelength λ of the surface acoustic wave.
In the range of 2 to 5%, PTs / PTc = 1.007
2. The surface acoustic wave device according to claim 1, wherein the surface acoustic wave device is set to 1.02.
００から３００対としたことを特徴とする請求項４記載
の弾性表面波装置。5. The number M of electrode fingers of the interdigital transducer is 1
5. The surface acoustic wave device according to claim 4 , wherein the surface acoustic wave device is composed of 00 to 300 pairs.
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