JP3387028B2 - 弾性表面波装置 - Google Patents
弾性表面波装置Info
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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
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- Acoustics & Sound (AREA)
- Surface Acoustic Wave Elements And Circuit Networks Thereof (AREA)
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、単結晶基板上に交
差指状電極を有する弾性表面波装置に関する。
差指状電極を有する弾性表面波装置に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、携帯電話機を始めとした移動体通
信用端末機が急速に普及してきている。この端末機は、
持ち運びの利便さから、特に小型軽量であることが望ま
れている。端末機の小型軽量化を達成するには、そこに
使われる電子部品も小型軽量であることが必須であり、
このため、端末機の高周波部や中間周波部には、小型軽
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
表面に、弾性表面波を励振、受信、反射、伝搬するため
の交差指状電極を形成したものである。
信用端末機が急速に普及してきている。この端末機は、
持ち運びの利便さから、特に小型軽量であることが望ま
れている。端末機の小型軽量化を達成するには、そこに
使われる電子部品も小型軽量であることが必須であり、
このため、端末機の高周波部や中間周波部には、小型軽
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
表面に、弾性表面波を励振、受信、反射、伝搬するため
の交差指状電極を形成したものである。
【0003】弾性表面波装置に使われる圧電基板に重要
な特性として、弾性表面波の表面波速度(SAW速
度)、フィルタを構成した場合の中心周波数または共振
子を構成した場合の共振周波数の温度係数(周波数温度
係数:TCF)、電気機械結合係数(k2)があげられ
る。従来から知られている代表的な弾性表面波装置用基
板の特性を表1に示す。これらの特性は、清水康敬著
「弾性表面波材料の伝搬特性と利用の現状」電子情報通
信学会論文誌A,Vol.J76-A,No.2,pp.129-137(1993)に詳
しく示されている。以後、各種弾性表面波装置用圧電基
板を、表1中の記号で区別することとする。
な特性として、弾性表面波の表面波速度(SAW速
度)、フィルタを構成した場合の中心周波数または共振
子を構成した場合の共振周波数の温度係数(周波数温度
係数:TCF)、電気機械結合係数(k2)があげられ
る。従来から知られている代表的な弾性表面波装置用基
板の特性を表1に示す。これらの特性は、清水康敬著
「弾性表面波材料の伝搬特性と利用の現状」電子情報通
信学会論文誌A,Vol.J76-A,No.2,pp.129-137(1993)に詳
しく示されている。以後、各種弾性表面波装置用圧電基
板を、表1中の記号で区別することとする。
【0004】
【表1】
【0005】この表1からわかるように、64LN、3
6LTは4000m/s以上のSAW速度を有しており、
移動体通信用端末機の高周波部のフィルタを構成するの
に適している。この理由を説明すると、以下の通りであ
る。携帯電話に代表される移動体通信は、世界各国で各
種のシステムが実用化されているが、いずれのシステム
でも1GHz前後の周波数が使用されている。したがっ
て、端末機高周波部で使用されるフィルタは、中心周波
数が1GHz前後となる。弾性表面波フィルタの場合、そ
の中心周波数は、使用する圧電基板のSAW速度にほぼ
比例し、基板上に形成する電極指の幅にほぼ反比例す
る。そこで、高周波化のためには、SAW速度の大きな
基板、例えば64LN、36LTが好ましい。
6LTは4000m/s以上のSAW速度を有しており、
移動体通信用端末機の高周波部のフィルタを構成するの
に適している。この理由を説明すると、以下の通りであ
る。携帯電話に代表される移動体通信は、世界各国で各
種のシステムが実用化されているが、いずれのシステム
でも1GHz前後の周波数が使用されている。したがっ
て、端末機高周波部で使用されるフィルタは、中心周波
数が1GHz前後となる。弾性表面波フィルタの場合、そ
の中心周波数は、使用する圧電基板のSAW速度にほぼ
比例し、基板上に形成する電極指の幅にほぼ反比例す
る。そこで、高周波化のためには、SAW速度の大きな
基板、例えば64LN、36LTが好ましい。
【0006】また、この高周波部のフィルタには、通過
帯域幅が20MHz以上である広帯域のものが要求される
が、広帯域化を実現するためには圧電基板の電気機械結
合係数k2が大きいことが必須であり、このためにも、
64LN、36LTが多用されている。
帯域幅が20MHz以上である広帯域のものが要求される
が、広帯域化を実現するためには圧電基板の電気機械結
合係数k2が大きいことが必須であり、このためにも、
64LN、36LTが多用されている。
【0007】一方、移動体通信用端末機の中間周波数と
しては、70〜300MHzの周波数帯が使用されてい
る。この周波数帯を中心周波数とするフィルタを弾性表
面波フィルタにより構成する場合、圧電基板として前記
64LN、36LTを使用すると、基板上に形成する電
極指の幅を、前記高周波部に使用されるフィルタに比べ
て非常に大きくする必要がある。
しては、70〜300MHzの周波数帯が使用されてい
る。この周波数帯を中心周波数とするフィルタを弾性表
面波フィルタにより構成する場合、圧電基板として前記
64LN、36LTを使用すると、基板上に形成する電
極指の幅を、前記高周波部に使用されるフィルタに比べ
て非常に大きくする必要がある。
【0008】具体的な数値を概算して上記のことを説明
する。弾性表面波フィルタを構成する弾性表面波変換器
の電極指幅dと、弾性表面波フィルタの中心周波数f0
と、使用する圧電基板のSAW速度Vとの間には、おお
むね、 f0=V/(4d)・・・(1) が成立する。SAW速度を4000m/sとして、中心周
波数1GHzの高周波部のフィルタを構成する場合、その
電極指幅は上記(1)式より d=4000(m/s)/(4×1000(MHz))=1μ
m となる。一方、このSAW速度4000m/sの圧電基板
を用いて、中心周波数100MHzの中間周波フィルタを
構成する場合、これに必要な電極指幅は、 d=4000(m/s)/(4×100(MHz))=10μ
m となり、高周波部のフィルタに比べて、必要な電極指幅
が10倍も大きくなってしまう。電極指幅が大きくなる
ということは、弾性表面波装置そのものも大きくなって
しまうことを意味する。そこで、弾性表面波中間周波フ
ィルタを小型なものとするには、上記(1)式から明ら
かなようにSAW速度Vの小さな圧電基板を使う必要が
ある。
する。弾性表面波フィルタを構成する弾性表面波変換器
の電極指幅dと、弾性表面波フィルタの中心周波数f0
と、使用する圧電基板のSAW速度Vとの間には、おお
むね、 f0=V/(4d)・・・(1) が成立する。SAW速度を4000m/sとして、中心周
波数1GHzの高周波部のフィルタを構成する場合、その
電極指幅は上記(1)式より d=4000(m/s)/(4×1000(MHz))=1μ
m となる。一方、このSAW速度4000m/sの圧電基板
を用いて、中心周波数100MHzの中間周波フィルタを
構成する場合、これに必要な電極指幅は、 d=4000(m/s)/(4×100(MHz))=10μ
m となり、高周波部のフィルタに比べて、必要な電極指幅
が10倍も大きくなってしまう。電極指幅が大きくなる
ということは、弾性表面波装置そのものも大きくなって
しまうことを意味する。そこで、弾性表面波中間周波フ
ィルタを小型なものとするには、上記(1)式から明ら
かなようにSAW速度Vの小さな圧電基板を使う必要が
ある。
【0009】SAW速度が非常に小さい圧電基板とし
て、上記表1に示したBGOが知られている。しかしな
がら、BGO圧電基板は、周波数温度係数TCFが非常
に大きいので、一つのチャンネルの信号だけを取り出す
中間周波フィルタを構成するには適していない。なぜな
ら、TCFが大きいということは、弾性表面波フィルタ
の中心周波数が温度により大きく変化することを意味
し、それにより、希望するチャンネルに隣接する他のチ
ャンネルの信号を取り出してしまうことがあるためであ
る。
て、上記表1に示したBGOが知られている。しかしな
がら、BGO圧電基板は、周波数温度係数TCFが非常
に大きいので、一つのチャンネルの信号だけを取り出す
中間周波フィルタを構成するには適していない。なぜな
ら、TCFが大きいということは、弾性表面波フィルタ
の中心周波数が温度により大きく変化することを意味
し、それにより、希望するチャンネルに隣接する他のチ
ャンネルの信号を取り出してしまうことがあるためであ
る。
【0010】また、SAW速度が比較的小さい圧電基板
として、上記表1に示すST水晶が知られている。圧電
基板の実効的なSAW速度は、基板上に形成する電極指
構造の影響をうけるので、単純な言明はできないが、S
T水晶の場合、そのSAW速度は3130〜3155m/
sであることが知られている。この値は64LN、36
LTのものの約3/4であり、小型化のために有利であ
る。
として、上記表1に示すST水晶が知られている。圧電
基板の実効的なSAW速度は、基板上に形成する電極指
構造の影響をうけるので、単純な言明はできないが、S
T水晶の場合、そのSAW速度は3130〜3155m/
sであることが知られている。この値は64LN、36
LTのものの約3/4であり、小型化のために有利であ
る。
【0011】前記の理由により、従来、移動体通信用端
末機の中間周波用弾性表面波フィルタは、殆どST水晶
圧電基板により構成されていた。前記表1から明らかな
ように、ST水晶基板の電気機械結合係数k2は0.1
7%であり、各種圧電基板の中でも特に小さい。k2が
小さいということは、非常に通過帯域の狭いフィルタし
か構成できないということを意味する。
末機の中間周波用弾性表面波フィルタは、殆どST水晶
圧電基板により構成されていた。前記表1から明らかな
ように、ST水晶基板の電気機械結合係数k2は0.1
7%であり、各種圧電基板の中でも特に小さい。k2が
小さいということは、非常に通過帯域の狭いフィルタし
か構成できないということを意味する。
【0012】これまでの移動体通信、すなわち携帯電話
のシステムとしては、アナログ方式が主として採用され
ており、そのチャンネル幅は国内のNTT仕様では1
2.5kHz、米国のAMPS仕様では30kHz、欧州のT
ACS仕様では25kHzと非常に狭帯域であったので、
前記ST水晶基板の電気機械結合係数k2が小さいとい
うことは問題とならなかった。しかしながら、近年、周
波数資源の有効利用、デジタルデータ通信との適合性等
の点から、デジタル移動体通信システムが開発、実用化
され急速に普及してきている。このデジタルシステムの
チャンネル幅は、例えば、欧州の携帯電話GSM方式で
は200kHz、コードレス電話DECT方式では1.7M
Hzと、非常に広帯域となっている。このような広帯域の
中間周波フィルタを弾性表面波フィルタで構成する場
合、ST水晶基板では、その実現が困難となっている。
のシステムとしては、アナログ方式が主として採用され
ており、そのチャンネル幅は国内のNTT仕様では1
2.5kHz、米国のAMPS仕様では30kHz、欧州のT
ACS仕様では25kHzと非常に狭帯域であったので、
前記ST水晶基板の電気機械結合係数k2が小さいとい
うことは問題とならなかった。しかしながら、近年、周
波数資源の有効利用、デジタルデータ通信との適合性等
の点から、デジタル移動体通信システムが開発、実用化
され急速に普及してきている。このデジタルシステムの
チャンネル幅は、例えば、欧州の携帯電話GSM方式で
は200kHz、コードレス電話DECT方式では1.7M
Hzと、非常に広帯域となっている。このような広帯域の
中間周波フィルタを弾性表面波フィルタで構成する場
合、ST水晶基板では、その実現が困難となっている。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】以上説明したように、
従来、弾性表面波装置において、電気機械結合係数が大
きい上記64LN、36LT等の圧電基板を用いた場
合、通過帯域を広くできるが、基板のSAW速度が大き
いために素子寸法が大きくなるという問題があり、一
方、素子の小型化をはかるためにSAW速度の小さな上
記BGO基板を用いた場合は、周波数温度係数TCFの
絶対値が大きすぎるために良好な選択度が得られないと
いう問題があり、いずれにしても中間周波用の弾性表面
波フィルタとして十分な特性が得られなかった。
従来、弾性表面波装置において、電気機械結合係数が大
きい上記64LN、36LT等の圧電基板を用いた場
合、通過帯域を広くできるが、基板のSAW速度が大き
いために素子寸法が大きくなるという問題があり、一
方、素子の小型化をはかるためにSAW速度の小さな上
記BGO基板を用いた場合は、周波数温度係数TCFの
絶対値が大きすぎるために良好な選択度が得られないと
いう問題があり、いずれにしても中間周波用の弾性表面
波フィルタとして十分な特性が得られなかった。
【0014】また、周波数温度係数TCFが比較的小さ
いST水晶基板は、SAW速度が十分に小さくはないの
で、小型化には限界があり、また、電気機械結合係数が
比較的小さいので広帯域化が困難である。
いST水晶基板は、SAW速度が十分に小さくはないの
で、小型化には限界があり、また、電気機械結合係数が
比較的小さいので広帯域化が困難である。
【0015】本発明の目的は、小型で通過帯域が広く、
かつ、選択度、すなわち温度特性が良好な弾性表面波装
置を提供することである。
かつ、選択度、すなわち温度特性が良好な弾性表面波装
置を提供することである。
【0016】
【課題を解決するための手段】上記目的は、下記(1)
および(2)の本発明により達成される。 (1) 基板表面に交差指状電極を有し、前記基板が化
学式La3Ta0.5Ga5 .5O14で表わされる単結晶から構
成され、前記基板の前記単結晶からの切り出し角および
前記基板の弾性表面波伝搬方向をオイラー角表示で
(φ,θ,ψ)と表わしたとき、φ、θおよびψが下記領
域Iに存在し、かつ、前記交差指状電極の厚さhを前記
弾性表面波の波長λで規格化した規格化膜厚h/λが h/λ=0.5%超4%以下 である弾性表面波装置。領域I φ=−5〜5°、 θ=135〜150°、 ψ=20°超25°未満 (2) 基板表面に交差指状電極を有し、前記基板が化
学式La3Ta0.5Ga5 .5O14で表わされる単結晶から構
成され、前記基板の前記単結晶からの切り出し角および
前記基板の弾性表面波伝搬方向をオイラー角表示で
(φ,θ,ψ)と表わしたとき、φ、θおよびψが下記領
域IIに存在し、かつ、前記交差指状電極の厚さhを前記
弾性表面波の波長λで規格化した規格化膜厚h/λが h/λ=0.5%超4%以下 である弾性表面波装置。領域II φ=−5〜5°、 θ=135〜150°、 ψ=−25°超−20°未満
および(2)の本発明により達成される。 (1) 基板表面に交差指状電極を有し、前記基板が化
学式La3Ta0.5Ga5 .5O14で表わされる単結晶から構
成され、前記基板の前記単結晶からの切り出し角および
前記基板の弾性表面波伝搬方向をオイラー角表示で
(φ,θ,ψ)と表わしたとき、φ、θおよびψが下記領
域Iに存在し、かつ、前記交差指状電極の厚さhを前記
弾性表面波の波長λで規格化した規格化膜厚h/λが h/λ=0.5%超4%以下 である弾性表面波装置。領域I φ=−5〜5°、 θ=135〜150°、 ψ=20°超25°未満 (2) 基板表面に交差指状電極を有し、前記基板が化
学式La3Ta0.5Ga5 .5O14で表わされる単結晶から構
成され、前記基板の前記単結晶からの切り出し角および
前記基板の弾性表面波伝搬方向をオイラー角表示で
(φ,θ,ψ)と表わしたとき、φ、θおよびψが下記領
域IIに存在し、かつ、前記交差指状電極の厚さhを前記
弾性表面波の波長λで規格化した規格化膜厚h/λが h/λ=0.5%超4%以下 である弾性表面波装置。領域II φ=−5〜5°、 θ=135〜150°、 ψ=−25°超−20°未満
【0017】
【作用および効果】発明者らは、化学式La3Ta0.5G
a5.5O14で表わされる単結晶(以下、LTG単結晶と
いう)において、フィルタの中心周波数または共振子の
共振周波数の温度依存性が2次曲線で近似でき、かつ、
SAW速度が3000m/sを下回り、かつ、電気機械結
合係数が0.4%を超える特性が得られるカット角およ
び弾性表面波伝搬方向の特定の組み合わせを、実験検討
により見いだした。
a5.5O14で表わされる単結晶(以下、LTG単結晶と
いう)において、フィルタの中心周波数または共振子の
共振周波数の温度依存性が2次曲線で近似でき、かつ、
SAW速度が3000m/sを下回り、かつ、電気機械結
合係数が0.4%を超える特性が得られるカット角およ
び弾性表面波伝搬方向の特定の組み合わせを、実験検討
により見いだした。
【0018】この特定の組み合わせは、オイラー角表示
(φ,θ,ψ)において上記範囲内のφ、θおよびψで
表される。また、発明者らは、この特定の組み合わせに
おいて、前記2次曲線の頂点に相当する温度、すなわ
ち、中心周波数または共振周波数の変化が最も小さくな
る温度が、交差指状電極の規格化膜厚(h/λ)と相関
することを見いだした。なお、h/λにおけるhは交差
指状電極の厚さであり、λは中心周波数または共振周波
数における弾性表面波の波長である。そして、前記頂点
に相当する温度を室温近傍に存在させるために、本発明
ではh/λを上記した特定の範囲内から選択し、これに
より、常用使用環境温度内で温度安定性に優れた、小型
で広帯域の弾性表面波装置を実現した。
(φ,θ,ψ)において上記範囲内のφ、θおよびψで
表される。また、発明者らは、この特定の組み合わせに
おいて、前記2次曲線の頂点に相当する温度、すなわ
ち、中心周波数または共振周波数の変化が最も小さくな
る温度が、交差指状電極の規格化膜厚(h/λ)と相関
することを見いだした。なお、h/λにおけるhは交差
指状電極の厚さであり、λは中心周波数または共振周波
数における弾性表面波の波長である。そして、前記頂点
に相当する温度を室温近傍に存在させるために、本発明
ではh/λを上記した特定の範囲内から選択し、これに
より、常用使用環境温度内で温度安定性に優れた、小型
で広帯域の弾性表面波装置を実現した。
【0019】
【発明の実施の形態】本発明の弾性表面波装置の構成例
を図1に示す。この弾性表面波装置は、基板2の表面に
一組の交差指状電極3、3を有する。基板2には、LT
G単結晶を用いる。LTG単結晶は点群32に属する結
晶型である。
を図1に示す。この弾性表面波装置は、基板2の表面に
一組の交差指状電極3、3を有する。基板2には、LT
G単結晶を用いる。LTG単結晶は点群32に属する結
晶型である。
【0020】図中のx軸、y軸およびz軸は互いに直交
している。x軸およびy軸は基板2の面内方向にあり、
x軸は弾性表面波の伝搬方向を規定する。また、基板面
に垂直なz軸は、単結晶基板の切り出し角(カット面)
を規定する。これらx軸、y軸およびz軸と、LTG単
結晶のX軸、Y軸およびZ軸との関係は、オイラー角表
示(φ,θ,ψ)で表わすことができる。本発明の弾性表
面波装置における切り出し角および伝搬方向を(φ,θ,
ψ)で表わした時、φ、θおよびψは、下記領域Iまた
は領域IIに存在する。
している。x軸およびy軸は基板2の面内方向にあり、
x軸は弾性表面波の伝搬方向を規定する。また、基板面
に垂直なz軸は、単結晶基板の切り出し角(カット面)
を規定する。これらx軸、y軸およびz軸と、LTG単
結晶のX軸、Y軸およびZ軸との関係は、オイラー角表
示(φ,θ,ψ)で表わすことができる。本発明の弾性表
面波装置における切り出し角および伝搬方向を(φ,θ,
ψ)で表わした時、φ、θおよびψは、下記領域Iまた
は領域IIに存在する。
【0021】領域I
φ=−5〜5°、
θ=135〜150°、
ψ=20°超25°未満
【0022】領域II
φ=−5〜5°、
θ=135〜150°、
ψ=−25°超−20°未満
【0023】上記領域Iにおけるψの好ましい範囲は2
0.5〜23.5°であり、上記領域IIにおけるψの好
ましい範囲は−23.5〜−20.5°である。
0.5〜23.5°であり、上記領域IIにおけるψの好
ましい範囲は−23.5〜−20.5°である。
【0024】上記各領域内には、基板の結合係数k2が
0.4%以上と十分に大きくなるφ、θ、ψの組み合わ
せが存在する。そして、φ、θおよびψを上記各領域か
ら選択した上で、交差指状電極の厚さhを弾性表面波の
波長λで規格化した規格化膜厚h/λを、 h/λ=0.5超4%以下、好ましくは h/λ=0.7〜2% の範囲内に設定することにより、室温付近において中心
周波数の温度依存性を極めて小さくすることができる。
以下、その理由を、実験に基づいて説明する。
0.4%以上と十分に大きくなるφ、θ、ψの組み合わ
せが存在する。そして、φ、θおよびψを上記各領域か
ら選択した上で、交差指状電極の厚さhを弾性表面波の
波長λで規格化した規格化膜厚h/λを、 h/λ=0.5超4%以下、好ましくは h/λ=0.7〜2% の範囲内に設定することにより、室温付近において中心
周波数の温度依存性を極めて小さくすることができる。
以下、その理由を、実験に基づいて説明する。
【0025】まず、CZ法により結晶育成してLTG単
結晶を作製し、これを切り出して基板を得た。この基板
の表面に一組の交差指状電極からなる弾性表面波変換器
を形成し、弾性表面波装置とした。交差指状電極は、入
力側、出力側共にAlの蒸着により形成し、電極指幅d
は15μm、電極指ピッチ(4d=λ)は60μm、電極
指対数は20とした。電極厚さ(規格化膜厚h/λ)
は、0.5%、1%または2%とした。基板の切り出し
角は、オイラー角表示で(0°,140°,ψ)とし
た。この切り出し角は、カットのための結晶の回転が一
度ですむいわゆるシングルローテーションであり、好ま
しい切り出し角である。以下、この(0°,140°,
ψ)基板につき、具体的データを示し、本発明の有用性
を説明する。
結晶を作製し、これを切り出して基板を得た。この基板
の表面に一組の交差指状電極からなる弾性表面波変換器
を形成し、弾性表面波装置とした。交差指状電極は、入
力側、出力側共にAlの蒸着により形成し、電極指幅d
は15μm、電極指ピッチ(4d=λ)は60μm、電極
指対数は20とした。電極厚さ(規格化膜厚h/λ)
は、0.5%、1%または2%とした。基板の切り出し
角は、オイラー角表示で(0°,140°,ψ)とし
た。この切り出し角は、カットのための結晶の回転が一
度ですむいわゆるシングルローテーションであり、好ま
しい切り出し角である。以下、この(0°,140°,
ψ)基板につき、具体的データを示し、本発明の有用性
を説明する。
【0026】φおよびθが上記各領域内に存在し、か
つ、ψが上記各領域内およびその近傍に存在する場合、
中心周波数の温度依存性が2次曲線的となる。その具体
例を図2に示す。図2は、上記手順により作製した弾性
表面波装置(弾性表面波フィルタ)のうち、伝搬方向を
オイラー角表示でψ=29°とし、規格化膜厚h/λを
2%としたものについて、中心周波数の温度依存性を示
すグラフである。中心周波数の温度依存性は−20〜8
0℃の範囲において測定し、図2にはその測定値をプロ
ットしてある。また、図2に示す2次曲線は、最小二乗
法を利用して、測定値を2次曲線に近似したものであ
る。図2から、中心周波数の温度依存性が2次曲線でよ
く近似できることがわかる。この弾性表面波装置におい
て、前記2次曲線の頂点に相当する温度(以下、頂点温
度という)は、44.59℃である。また、図2に示す
直線は、−20〜80℃における測定値を最小二乗法に
より1次の直線に近似したものである。この直線から求
めた周波数温度係数TCFは、4ppm/℃である。
つ、ψが上記各領域内およびその近傍に存在する場合、
中心周波数の温度依存性が2次曲線的となる。その具体
例を図2に示す。図2は、上記手順により作製した弾性
表面波装置(弾性表面波フィルタ)のうち、伝搬方向を
オイラー角表示でψ=29°とし、規格化膜厚h/λを
2%としたものについて、中心周波数の温度依存性を示
すグラフである。中心周波数の温度依存性は−20〜8
0℃の範囲において測定し、図2にはその測定値をプロ
ットしてある。また、図2に示す2次曲線は、最小二乗
法を利用して、測定値を2次曲線に近似したものであ
る。図2から、中心周波数の温度依存性が2次曲線でよ
く近似できることがわかる。この弾性表面波装置におい
て、前記2次曲線の頂点に相当する温度(以下、頂点温
度という)は、44.59℃である。また、図2に示す
直線は、−20〜80℃における測定値を最小二乗法に
より1次の直線に近似したものである。この直線から求
めた周波数温度係数TCFは、4ppm/℃である。
【0027】上記手順により作製した弾性表面波装置に
おいて、中心周波数の温度依存性を2次曲線で近似して
その頂点温度を求め、この頂点温度と、伝搬方向ψおよ
び規格化膜厚h/λとの関係を調べた。結果を図3に示
す。図3には、規格化膜厚h/λが0.5%、1%、2
%である場合のそれぞれについて、伝搬方向ψと頂点温
度との関係を示してある。同図から、伝搬方向ψが本発
明範囲内である22°である場合に、頂点温度が最も低
くなり、かつ、その場合においてh/λが1%または2
%のときに、頂点温度が室温付近となることがわかる。
ψが上記領域IおよびIIを外れた場合でも、h/λを大
きくすることにより頂点温度をある程度下げることは可
能である。しかし、交差指状電極の実際の厚さが厚すぎ
ると、電極形成に長時間を要し生産性が低くなるほか、
電極が剥離しやすくなる。そのため、本発明では、規格
化膜厚h/λが厚くなりすぎない範囲で頂点温度が室温
付近となるように、伝搬方向ψを前記領域IおよびIIの
範囲内に限定する。波長λは、弾性表面波装置が適用さ
れる周波数と基板の音速とによって決定されるが、本発
明が適用される好ましい周波数帯域では、一般に8〜6
0μm程度である。本発明では、交差指状電極の実際の
厚さを考慮して、規格化膜厚h/λの上限を上記のよう
に設定する。
おいて、中心周波数の温度依存性を2次曲線で近似して
その頂点温度を求め、この頂点温度と、伝搬方向ψおよ
び規格化膜厚h/λとの関係を調べた。結果を図3に示
す。図3には、規格化膜厚h/λが0.5%、1%、2
%である場合のそれぞれについて、伝搬方向ψと頂点温
度との関係を示してある。同図から、伝搬方向ψが本発
明範囲内である22°である場合に、頂点温度が最も低
くなり、かつ、その場合においてh/λが1%または2
%のときに、頂点温度が室温付近となることがわかる。
ψが上記領域IおよびIIを外れた場合でも、h/λを大
きくすることにより頂点温度をある程度下げることは可
能である。しかし、交差指状電極の実際の厚さが厚すぎ
ると、電極形成に長時間を要し生産性が低くなるほか、
電極が剥離しやすくなる。そのため、本発明では、規格
化膜厚h/λが厚くなりすぎない範囲で頂点温度が室温
付近となるように、伝搬方向ψを前記領域IおよびIIの
範囲内に限定する。波長λは、弾性表面波装置が適用さ
れる周波数と基板の音速とによって決定されるが、本発
明が適用される好ましい周波数帯域では、一般に8〜6
0μm程度である。本発明では、交差指状電極の実際の
厚さを考慮して、規格化膜厚h/λの上限を上記のよう
に設定する。
【0028】このように本発明では、中心周波数の温度
特性グラフにおける頂点温度が室温付近にあるため温度
安定性が良好であり、かつ、生産性が良好で電極の剥離
も生じない弾性表面波装置が実現する。上記手順で作製
した弾性表面波装置においてψ=22°としたとき、S
AW速度は2574m/sと遅く、また、電気機械結合係
数は0.58%と大きかった。したがって、本発明は、
弾性表面波装置の小型化および広帯域化にも有利であ
る。なお、SAW速度は中心周波数から求め、電気機械
結合係数は、まず、弾性表面波変換の2端子アドミッタ
ンスを測定し、これから、よく知られたスミスの等価回
路モデルによって求めた。
特性グラフにおける頂点温度が室温付近にあるため温度
安定性が良好であり、かつ、生産性が良好で電極の剥離
も生じない弾性表面波装置が実現する。上記手順で作製
した弾性表面波装置においてψ=22°としたとき、S
AW速度は2574m/sと遅く、また、電気機械結合係
数は0.58%と大きかった。したがって、本発明は、
弾性表面波装置の小型化および広帯域化にも有利であ
る。なお、SAW速度は中心周波数から求め、電気機械
結合係数は、まず、弾性表面波変換の2端子アドミッタ
ンスを測定し、これから、よく知られたスミスの等価回
路モデルによって求めた。
【0029】なお、図3に頂点温度を示す弾性表面波装
置において、ψ=22°のときのTCFは、h/λ=1
%のとき1ppm/℃、h/λ=2%のとき−2ppm/℃と小
さかった。これに対し、ψ=20°のときのTCFは、
h/λ=1%のとき13ppm/℃、h/λ=2%のとき9
ppm/℃であり、ψ=29°のときのTCFは、h/λ=
1%のとき9ppm/℃、h/λ=2%のとき4ppm/℃であ
り、いずれもψ=22°のときと比べ大きかった。この
TCFは、上記したように、−20〜80℃における測
定値を最小二乗法により1次の直線に近似して求めた。
置において、ψ=22°のときのTCFは、h/λ=1
%のとき1ppm/℃、h/λ=2%のとき−2ppm/℃と小
さかった。これに対し、ψ=20°のときのTCFは、
h/λ=1%のとき13ppm/℃、h/λ=2%のとき9
ppm/℃であり、ψ=29°のときのTCFは、h/λ=
1%のとき9ppm/℃、h/λ=2%のとき4ppm/℃であ
り、いずれもψ=22°のときと比べ大きかった。この
TCFは、上記したように、−20〜80℃における測
定値を最小二乗法により1次の直線に近似して求めた。
【0030】ところで、LTG単結晶基板における前記
領域Iおよび領域IIは、特開平10−284982号公
報に記載されたφ,θおよびψの組み合わせに包含され
る。ただし、同公報には、本願において限定するφ,θ
およびψの組み合わせの具体的例示はない。また、同公
報に記載された交差指状電極の規格化膜厚は0.5%だ
けである。すなわち、同公報には、本願で限定するφ,
θおよびψとh/λとを組み合わせた具体例は記載され
ていない。また、同公報には、中心周波数の温度依存性
に関する記載もなく、本願発明を示唆する記載はない。
領域Iおよび領域IIは、特開平10−284982号公
報に記載されたφ,θおよびψの組み合わせに包含され
る。ただし、同公報には、本願において限定するφ,θ
およびψの組み合わせの具体的例示はない。また、同公
報に記載された交差指状電極の規格化膜厚は0.5%だ
けである。すなわち、同公報には、本願で限定するφ,
θおよびψとh/λとを組み合わせた具体例は記載され
ていない。また、同公報には、中心周波数の温度依存性
に関する記載もなく、本願発明を示唆する記載はない。
【0031】なお、LTG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。三方晶基板では、φ=120〜240°
およびφ=240〜360°(−120°〜0°)はφ
=0〜120°と等価であり、また、θ=360〜18
0°(0〜−180°)はθ=0〜180°と等価であ
り、また、ψ=270〜90°はψ=−90〜90°と
等価である。例えば、φ=130°およびφ=250°
はφ=10°と等価であり、θ=330°はθ=30°
と等価であり、ψ=240°はψ=60°と等価であ
る。
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。三方晶基板では、φ=120〜240°
およびφ=240〜360°(−120°〜0°)はφ
=0〜120°と等価であり、また、θ=360〜18
0°(0〜−180°)はθ=0〜180°と等価であ
り、また、ψ=270〜90°はψ=−90〜90°と
等価である。例えば、φ=130°およびφ=250°
はφ=10°と等価であり、θ=330°はθ=30°
と等価であり、ψ=240°はψ=60°と等価であ
る。
【0032】また、三方晶基板では、φ=0〜30°の
範囲を調べることにより、すべてのカット角および伝搬
方向についての特性を知ることができる。
範囲を調べることにより、すべてのカット角および伝搬
方向についての特性を知ることができる。
【0033】したがって、LTG単結晶基板におけるす
べてのカット角および伝搬方向についての特性を知るた
めには、φ0=0〜30°、θ0=0〜180°、ψ0=
−90〜90°の範囲についてだけ調べればよい。この
(φ0,θ0,ψ0)の組み合わせからφ=30〜120°
において同特性を示す等価な(φ,θ,ψ)の組み合わせ
が分かる。具体的には、 30°≦φ≦60° の範囲では、 φ=60°−φ0、 θ=180°−θ0、 ψ=ψ0 によって、また、 60°≦φ≦90° の範囲では、 φ=60°+φ0、 θ=180°−θ0、 ψ=−ψ0 によって、また、 90°≦φ≦120° の範囲では φ=120°−φ0、 θ=θ0、 ψ=−ψ0 によって、(φ0,θ0,ψ0)と等価な(φ,θ,ψ)を求
めることができる。そして、上記した対称性に基づい
て、すべての(φ,θ,ψ)における特性を知ることがで
きる。
べてのカット角および伝搬方向についての特性を知るた
めには、φ0=0〜30°、θ0=0〜180°、ψ0=
−90〜90°の範囲についてだけ調べればよい。この
(φ0,θ0,ψ0)の組み合わせからφ=30〜120°
において同特性を示す等価な(φ,θ,ψ)の組み合わせ
が分かる。具体的には、 30°≦φ≦60° の範囲では、 φ=60°−φ0、 θ=180°−θ0、 ψ=ψ0 によって、また、 60°≦φ≦90° の範囲では、 φ=60°+φ0、 θ=180°−θ0、 ψ=−ψ0 によって、また、 90°≦φ≦120° の範囲では φ=120°−φ0、 θ=θ0、 ψ=−ψ0 によって、(φ0,θ0,ψ0)と等価な(φ,θ,ψ)を求
めることができる。そして、上記した対称性に基づい
て、すべての(φ,θ,ψ)における特性を知ることがで
きる。
【0034】等価な組み合わせの具体例としては、例え
ば、以下のものが挙げられる。 (0°,140°,25°) と等価なものは、 (60°,40°,25°)、 (60°,40°,−25°)、 (120°,140°,−25°) であり、φ=120°とφ=0°とは等価であるから、 (0°,140°,−25°) も等価である。
ば、以下のものが挙げられる。 (0°,140°,25°) と等価なものは、 (60°,40°,25°)、 (60°,40°,−25°)、 (120°,140°,−25°) であり、φ=120°とφ=0°とは等価であるから、 (0°,140°,−25°) も等価である。
【0035】本発明において限定する上記各領域は、こ
のようにして求められる等価な(φ,θ,ψ)の組み合わ
せを包含するものとする。
のようにして求められる等価な(φ,θ,ψ)の組み合わ
せを包含するものとする。
【0036】本発明で用いるLTG単結晶は、一般に化
学式La3Ta0.5Ga5.5O14で表されるものであり、従
来知られているランガサイト(La3Ga5SiO14)の
置換体結晶として知られている(第44回応用物理学関
係連合講演会講演予稿集NO.1,p213講演NO.28p-N-1)。
本発明ではLTG単結晶を弾性表面波装置の基板に適用
するに際し、結晶のカット方向と弾性表面波の伝搬方向
とを特定の範囲から選択し、かつ、交差指状電極の規格
化膜厚を特定範囲から選択することにより、上記した高
特性の弾性表面波装置を実現する。LTG単結晶の組成
は、La3Ta0. 5Ga5.5O14であることが最も好ましい
が、本発明における作用効果を損なわない範囲で、各元
素の組成比が多少異なっていてもよい。また、LTG単
結晶には、不可避的不純物、例えばAl、Zr、Fe、
Ce、Nd、Pt、Ca等が含まれていてもよい。LT
G単結晶の製造方法は特に限定されず、通常の単結晶育
成法、例えばCZ法などにより製造すればよい。
学式La3Ta0.5Ga5.5O14で表されるものであり、従
来知られているランガサイト(La3Ga5SiO14)の
置換体結晶として知られている(第44回応用物理学関
係連合講演会講演予稿集NO.1,p213講演NO.28p-N-1)。
本発明ではLTG単結晶を弾性表面波装置の基板に適用
するに際し、結晶のカット方向と弾性表面波の伝搬方向
とを特定の範囲から選択し、かつ、交差指状電極の規格
化膜厚を特定範囲から選択することにより、上記した高
特性の弾性表面波装置を実現する。LTG単結晶の組成
は、La3Ta0. 5Ga5.5O14であることが最も好ましい
が、本発明における作用効果を損なわない範囲で、各元
素の組成比が多少異なっていてもよい。また、LTG単
結晶には、不可避的不純物、例えばAl、Zr、Fe、
Ce、Nd、Pt、Ca等が含まれていてもよい。LT
G単結晶の製造方法は特に限定されず、通常の単結晶育
成法、例えばCZ法などにより製造すればよい。
【0037】基板の寸法は特に限定されないが、一般
に、表面波伝搬方向は4〜10mm程度、これと直交する
方向は2〜4mm程度、厚さは0.2〜0.4mm程度であ
る。
に、表面波伝搬方向は4〜10mm程度、これと直交する
方向は2〜4mm程度、厚さは0.2〜0.4mm程度であ
る。
【0038】基板2上に形成される交差指状電極3、3
は、弾性表面波を励振、受信、反射、伝搬するための薄
膜電極であり、周期的なストライプ状に形成される。交
差指状電極は、弾性表面波伝搬方向が上記した所定の方
向となるようにパターニングがなされる。交差指状電極
は、例えばAlや、Al−Cu等のAl合金などを用い
て蒸着やスパッタなどにより形成すればよい。交差指状
電極の電極指幅は、弾性表面波装置が適用される周波数
に応じて適宜決定すればよく、本発明が適用される好ま
しい周波数帯域では、一般に2〜10μm程度である。
は、弾性表面波を励振、受信、反射、伝搬するための薄
膜電極であり、周期的なストライプ状に形成される。交
差指状電極は、弾性表面波伝搬方向が上記した所定の方
向となるようにパターニングがなされる。交差指状電極
は、例えばAlや、Al−Cu等のAl合金などを用い
て蒸着やスパッタなどにより形成すればよい。交差指状
電極の電極指幅は、弾性表面波装置が適用される周波数
に応じて適宜決定すればよく、本発明が適用される好ま
しい周波数帯域では、一般に2〜10μm程度である。
【0039】本発明の弾性表面波装置は、一般に周波数
10〜500MHz、特に周波数10〜300MHzの帯域に
おけるフィルタに好適である。また、本発明の弾性表面
波装置はSAW速度が遅いことから、弾性表面波遅延素
子の小型化にも有用である。
10〜500MHz、特に周波数10〜300MHzの帯域に
おけるフィルタに好適である。また、本発明の弾性表面
波装置はSAW速度が遅いことから、弾性表面波遅延素
子の小型化にも有用である。
【図1】本発明の弾性表面波装置の構成例を示す斜視図
である。
である。
【図2】弾性表面波装置における中心周波数の温度依存
性を示すグラフである。
性を示すグラフである。
【図3】図2に示す中心周波数の温度依存性曲線の頂点
温度と、規格化膜厚h/λおよび角度ψとの関係を示す
グラフである。
温度と、規格化膜厚h/λおよび角度ψとの関係を示す
グラフである。
2 基板
3 交差指状電極
フロントページの続き
(72)発明者 川嵜 克己
東京都中央区日本橋一丁目13番1号 テ
ィーディーケイ株式会社内
(72)発明者 内田 清志
東京都中央区日本橋一丁目13番1号 テ
ィーディーケイ株式会社内
(56)参考文献 特開 平10−284982(JP,A)
特開 平10−284983(JP,A)
特開 平10−284981(JP,A)
特開2000−138557(JP,A)
国際公開99/48200(WO,A1)
Yu V.Pisarevsky,
P.A.Senyushenkov,
B.V.Mill,N.A.Moise
eva,ELASTIC,OIEZOE
LECTRIC,DIELECTRIC
PROPERTIES OF La3
Ga5.5Ta0.5014 SINGLE
CRYSTALS,IEEE INT
ERNATIONAL FREQUEN
CY CONTROL SYMPOSI
UM,米国,IEEE,1998年9月1
日,p.742−747,発行日の認定は、h
ttp://www.addall.c
om/Browse/Detail
/0780343735.htmlによる
(58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名)
H03H 9/145
H03H 9/25
Claims (2)
- 【請求項1】 基板表面に交差指状電極を有し、前記基
板が化学式La3Ta 0.5Ga5.5O14で表わされる単結晶
から構成され、前記基板の前記単結晶からの切り出し角
および前記基板の弾性表面波伝搬方向をオイラー角表示
で(φ,θ,ψ)と表わしたとき、φ、θおよびψが下記
領域Iに存在し、かつ、前記交差指状電極の厚さhを前
記弾性表面波の波長λで規格化した規格化膜厚h/λが h/λ=0.5%超4%以下 である弾性表面波装置。領域I φ=−5〜5°、 θ=135〜150°、 ψ=20°超25°未満 - 【請求項2】 基板表面に交差指状電極を有し、前記基
板が化学式La3Ta 0.5Ga5.5O14で表わされる単結晶
から構成され、前記基板の前記単結晶からの切り出し角
および前記基板の弾性表面波伝搬方向をオイラー角表示
で(φ,θ,ψ)と表わしたとき、φ、θおよびψが下記
領域IIに存在し、かつ、前記交差指状電極の厚さhを前
記弾性表面波の波長λで規格化した規格化膜厚h/λが h/λ=0.5%超4%以下 である弾性表面波装置。領域II φ=−5〜5°、 θ=135〜150°、 ψ=−25°超−20°未満
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP23474499A JP3387028B2 (ja) | 1999-08-20 | 1999-08-20 | 弾性表面波装置 |
US09/640,492 US6429570B1 (en) | 1999-08-20 | 2000-08-16 | Surface acoustic wave device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP23474499A JP3387028B2 (ja) | 1999-08-20 | 1999-08-20 | 弾性表面波装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2001060845A JP2001060845A (ja) | 2001-03-06 |
JP3387028B2 true JP3387028B2 (ja) | 2003-03-17 |
Family
ID=16975687
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP23474499A Expired - Fee Related JP3387028B2 (ja) | 1999-08-20 | 1999-08-20 | 弾性表面波装置 |
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Country | Link |
---|---|
US (1) | US6429570B1 (ja) |
JP (1) | JP3387028B2 (ja) |
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---|---|---|---|---|
JP2001257554A (ja) * | 2000-01-07 | 2001-09-21 | Tdk Corp | 弾性表面波装置 |
KR100450906B1 (ko) * | 2002-08-09 | 2004-10-01 | 엘지이노텍 주식회사 | 최적 컷팅된 saw 장치 및 방법 |
US7285894B1 (en) | 2004-02-13 | 2007-10-23 | University Of Maine System Board Of Trustees | Surface acoustic wave devices for high temperature applications |
US7888842B2 (en) * | 2004-02-13 | 2011-02-15 | University Of Maine System Board Of Trustees | Ultra-thin film electrodes and protective layer for high temperature device applications |
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JP6613482B2 (ja) * | 2015-09-03 | 2019-12-04 | 日本電波工業株式会社 | 水晶振動子 |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3278167B2 (ja) * | 1996-06-21 | 2002-04-30 | ティーディーケイ株式会社 | 弾性表面波装置 |
WO1998018204A1 (fr) | 1996-10-18 | 1998-04-30 | Tdk Corporation | Dispositif de traitement des ondes acoustiques de surface |
EP0866551A3 (en) * | 1997-03-21 | 2000-05-24 | Mitsubishi Materials Corporation | Surface acoustic wave element |
JP3201971B2 (ja) | 1997-04-04 | 2001-08-27 | ティーディーケイ株式会社 | 弾性表面波装置 |
JP3201972B2 (ja) | 1997-04-07 | 2001-08-27 | ティーディーケイ株式会社 | 弾性表面波装置 |
JP3249063B2 (ja) | 1997-04-11 | 2002-01-21 | ティーディーケイ株式会社 | 弾性表面波装置 |
EP0955726B1 (en) | 1997-09-02 | 2005-10-26 | TDK Corporation | Surface acoustic wave apparatus |
US6084333A (en) * | 1997-12-16 | 2000-07-04 | Kyocera Corporation | Surface acoustic wave device |
WO2000016478A1 (fr) | 1998-09-14 | 2000-03-23 | Tdk Corporation | Dispositif de traitement des ondes acoustiques de surface |
-
1999
- 1999-08-20 JP JP23474499A patent/JP3387028B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
2000
- 2000-08-16 US US09/640,492 patent/US6429570B1/en not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Yu V.Pisarevsky,P.A.Senyushenkov,B.V.Mill,N.A.Moiseeva,ELASTIC,OIEZOELECTRIC,DIELECTRIC PROPERTIES OF La3Ga5.5Ta0.5014 SINGLE CRYSTALS,IEEE INTERNATIONAL FREQUENCY CONTROL SYMPOSIUM,米国,IEEE,1998年9月1日,p.742−747,発行日の認定は、http://www.addall.com/Browse/Detail/0780343735.htmlによる |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
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US6429570B1 (en) | 2002-08-06 |
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