JPH04258008A - Surface acoustic wave device - Google Patents
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- Surface Acoustic Wave Elements And Circuit Networks Thereof (AREA)
Abstract
Description
【０００１】0001
【産業上の利用分野】この発明は、３６ＹＸ−ＬｉＴａ
Ｏ３ 基板を備える弾性表面波装置に関するもので、特
に、このような弾性表面波装置における諸特性を向上さ
せるための改良に関するものである。[Industrial Application Field] This invention is directed to 36YX-LiTa
The present invention relates to a surface acoustic wave device including an O3 substrate, and particularly relates to improvements for improving various characteristics of such a surface acoustic wave device.
【０００２】0002
【従来の技術】弾性表面波装置においてインタディジタ
ルトランスデューサをその上形成しかつ弾性表面波を伝
搬するための基板として用いられている３６ＹＸ−Ｌｉ
ＴａＯ３ 基板は、次のような利点を有している。2. Description of the Related Art 36YX-Li is used in surface acoustic wave devices as a substrate for forming interdigital transducers thereon and for propagating surface acoustic waves.
The TaO3 substrate has the following advantages.
【０００３】（１） 高結合であること。すなわち、
電気機械結合係数ｋ２ が約４．５％と大きいこと。(1) High binding. That is,
The electromechanical coupling coefficient k2 is as large as approximately 4.5%.
【０００４】（２） 高音速であること。すなわち、
波の位相速度Ｖｐ が約４２００ｍ／ｓと大きいこと。(2) High sound velocity. That is,
The wave phase velocity Vp is as large as approximately 4200 m/s.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、３６Ｙ
Ｘ−ＬｉＴａＯ３ 基板は、次のような欠点も有してい
る。[Problem to be solved by the invention] However, 36Y
The X-LiTaO3 substrate also has the following drawbacks.
【０００６】（１） 周波数温度係数Ｔ．Ｃ．Ｆ．が
約−３０ｐｐｍ／℃であり、決して小さくない。(1) Frequency temperature coefficient T. C. F. is about -30 ppm/°C, which is not small at all.
【０００７】（２） メイン波（ＳＳＢＷと呼ばれる
ＳＨ波的な波）のすぐ近くに、バルク波（速い横波およ
び縦波）スプリアスが発生し、このことが、場合によっ
ては、フィルタ特性のような弾性表面波装置の特性を悪
化させる。(2) Bulk waves (fast transverse waves and longitudinal waves) spurious waves are generated in the immediate vicinity of the main wave (SH wave-like waves called SSBW), and in some cases, this may cause problems such as filter characteristics. Deteriorates the characteristics of surface acoustic wave devices.
【０００８】（３） 基板中の波の減衰定数がそれほ
ど小さいともいえない。すなわち、基板表面が電気的に
開放されているときの減衰定数の実測値としては、一例
として、０．０４５ｄＢ／λの値が得られている。(3) It cannot be said that the attenuation constant of waves in the substrate is very small. That is, as an example, a value of 0.045 dB/λ has been obtained as an actually measured value of the attenuation constant when the substrate surface is electrically open.
【０００９】それゆえに、この発明の目的は、３６ＹＸ
−ＬｉＴａＯ３ 基板を用いる弾性表面波装置において
、前述した利点を損なうことなく、上述の欠点を改善し
ようとすることである。[0009] Therefore, the object of this invention is to
- In a surface acoustic wave device using a LiTaO3 substrate, an object of the present invention is to improve the above-mentioned disadvantages without impairing the above-mentioned advantages.
【００１０】0010
【課題を解決するための手段】この発明は、３６ＹＸ−
ＬｉＴａＯ３ 基板および前記基板上に形成されるイン
タディジタルトランスデューサを備える、弾性表面波装
置に向けられるものであって、上述した技術的課題を解
決するため、次のような構成を備えることを特徴として
いる。[Means for Solving the Problems] This invention provides 36YX-
The present invention is directed to a surface acoustic wave device comprising a LiTaO3 substrate and an interdigital transducer formed on the substrate, and is characterized by having the following configuration in order to solve the above-mentioned technical problem. .
【００１１】すなわち、前記基板の、前記インタディジ
タルトランスデューサが形成された面上に、スパッタリ
ング法により屈折率１．４４〜１．４７の酸化シリコン
薄膜が、０．１７５≦ｈ／λ≦０．２８（ｈ：厚み、λ
：波長）の厚みをもって形成される。That is, on the surface of the substrate on which the interdigital transducer is formed, a silicon oxide thin film having a refractive index of 1.44 to 1.47 is deposited by sputtering so that 0.175≦h/λ≦0.28 (h: thickness, λ
:wavelength).
【００１２】0012
【発明の作用および効果】この発明によれば、後述する
実験例からわかるように、まず、周波数温度係数Ｔ．Ｃ
．Ｆ．が±１０ｐｐｍ／℃以内にまで低下されたことが
でき、特に、ｈ／λ＝０．２４では、零温度係数を示す
。According to the present invention, as can be seen from the experimental examples described later, first, the frequency temperature coefficient T. C
．． F. can be reduced to within ±10 ppm/°C, and in particular, at h/λ=0.24, it shows a zero temperature coefficient.
【００１３】また、メイン波に対する、バルク波（速い
横波および縦波）スプリアスのレベルが、酸化シリコン
薄膜がない場合に比べ、１０ｄＢ以上低下されることが
できる。Furthermore, the level of spurious bulk waves (fast transverse waves and longitudinal waves) with respect to the main wave can be reduced by 10 dB or more compared to the case where there is no silicon oxide thin film.
【００１４】また、基板中のメイン波の減衰定数として
は、ｈ／λ＝０．２において０．００２ｄＢ／λの値が
得られており、酸化シリコン薄膜がない場合に比べ、２
０分の１以下にまで低下させることができる。Furthermore, the attenuation constant of the main wave in the substrate is 0.002 dB/λ at h/λ=0.2, which is 2 dB/λ compared to the case without the silicon oxide thin film.
It can be reduced to 1/0 or less.
【００１５】また、バルク波変換損失が低下される。さ
らに、電機機械結合係数ｋ２ については、酸化シリコ
ン薄膜が形成されない場合と同程度の約４．５％の値を
実現することができ、３６ＹＸ−ＬｉＴａＯ３ 基板が
有する高結合性を維持することができるまた、波の位相
速度については、３９９０〜４０５０ｍ／ｓの値が得ら
れ、高音速性も維持することができる。[0015] Also, bulk wave conversion loss is reduced. Furthermore, regarding the electromechanical coupling coefficient k2, it is possible to achieve a value of approximately 4.5%, which is the same as when no silicon oxide thin film is formed, and it is possible to maintain the high coupling property of the 36YX-LiTaO3 substrate. Furthermore, a value of 3990 to 4050 m/s can be obtained for the wave phase velocity, and high sound velocity properties can also be maintained.
【００１６】[0016]
【実施例】図２に示すように、３６ＹＸ−ＬｉＴａＯ３
基板１上に、フォトリソグラフィ技術を用いて、波長
λ＝８μｍ、交叉幅３７．５λ、伝搬距離６２．５λ、
電極対数１５対の正規型の入力側インタディジタルトラ
ンスデューサ（ＩＤＴ）２および出力側ＩＤＴ３を形成
し、弾性表面波フィルタとして使用可能な弾性表面波装
置を作製した。[Example] As shown in Figure 2, 36YX-LiTaO3
On the substrate 1, using photolithography technology, wavelength λ=8 μm, crossover width 37.5λ, propagation distance 62.5λ,
A regular type input-side interdigital transducer (IDT) 2 and output-side IDT 3 having 15 pairs of electrodes were formed to produce a surface acoustic wave device that can be used as a surface acoustic wave filter.
【００１７】次に、ＲＦマグネトロンスパッタリング法
により、基板１の、ＩＤＴ２および３が形成された面上
に、図１に示すように、屈折率１．４４〜１．４７の酸
化シリコン（ＳｉＯ２ ）薄膜４を、種々の厚みで形成
した。Next, as shown in FIG. 1, a silicon oxide (SiO2) thin film with a refractive index of 1.44 to 1.47 is deposited on the surface of the substrate 1 on which the IDTs 2 and 3 are formed by RF magnetron sputtering. 4 were formed with various thicknesses.
【００１８】そして、このように酸化シリコン薄膜４が
形成された基板１を適当に加工し、パッケージングして
、弾性表面波フィルタを作製した。Then, the substrate 1 on which the silicon oxide thin film 4 was formed was appropriately processed and packaged to produce a surface acoustic wave filter.
【００１９】図３には、このようにして得られた弾性表
面波フィルタにおけるｈ／λ（ｈ：酸化シリコン薄膜４
の厚み、λ：波長）と挿入損失との関係が示されている
。図３からわかるように、ｈ／λが、０．１７５≦ｈ／
λ≦０．２８の範囲内にあるとき、挿入損失は、酸化シ
リコン薄膜がないときに比べ、かなり低下している。FIG. 3 shows h/λ (h: silicon oxide thin film 4
The relationship between the thickness (λ: wavelength) and insertion loss is shown. As can be seen from Figure 3, h/λ is 0.175≦h/
When λ≦0.28, the insertion loss is significantly lower than when there is no silicon oxide thin film.
【００２０】この挿入損失の低下の原因を調べたところ
、次の２つによるものであることがわかった。When the cause of this decrease in insertion loss was investigated, it was found that it was due to the following two reasons.
【００２１】（１） 波の減衰定数の低下（２）
バルク波変換損失の低下
上記（１）の波の減衰定数の低下に関して、メイン波と
なるＳＳＢＷの減衰定数を測定したところ、次のような
結果となった。(1) Decrease in wave attenuation constant (2)
Decrease in Bulk Wave Conversion Loss Regarding the decrease in wave attenuation constant in (1) above, the attenuation constant of SSBW, which is the main wave, was measured and the following results were obtained.
【００２２】
すなわち、ｈ／λが大きいほど波の減衰定数が低下する
ことがわかった。That is, it was found that the larger h/λ, the lower the wave attenuation constant.
【００２３】次に、上記（２）のバルク波変換損失の低
下に関して、図４には、酸化シリコン薄膜を形成しない
状態での広い周波数領域で見た周波数特性が示されてい
る。図４において、周波数が約５１３ＭＨｚに見られる
レスポンスは、メイン波（ＳＳＢＷ）によるものである
。これ以外に、約５８０ＭＨｚ付近に速い横波であるバ
ルク波によるレスポンスが見られ、また、約７００ＭＨ
ｚ付近に縦波であるバルク波によるレスポンスが見られ
、これらは、フィルタ特性においては、不要な波、すな
わちスプリアスとなっている。Next, regarding the reduction in bulk wave conversion loss (2) above, FIG. 4 shows the frequency characteristics seen in a wide frequency range without forming a silicon oxide thin film. In FIG. 4, the response seen at a frequency of about 513 MHz is due to the main wave (SSBW). In addition to this, a response due to a bulk wave, which is a fast transverse wave, is seen around about 580 MHz, and a response at about 700 MHz is also observed.
A response due to a bulk wave, which is a longitudinal wave, is seen near z, and these become unnecessary waves, that is, spurious waves in the filter characteristics.
【００２４】このスプリアスのレベルが、前述したよう
に、酸化シリコン薄膜４を形成することによって変わる
ことがわかった。It has been found that the level of this spurious is changed by forming the silicon oxide thin film 4, as described above.
【００２５】図５は、メイン波と速い横波によるスプリ
アスのピークレベルの差とｈ／λとの関係を示し、図６
は、メイン波と縦波によるスプリアスのピークレベルの
差とｈ／λとの関係を示している。これら図５および図
６から、３６ＹＸ−ＬｉＴａＯ３ 基板１上に適当な厚
みの酸化シリコン薄膜４を形成することによって、バル
ク波のレベルが低下することがわかる。これは、酸化シ
リコン薄膜４を形成することによって、バルク波の変換
効率が低下することを意味する。バルク波の変換効率が
低下すれば、必然的に、バルク波変換損失が低下する。FIG. 5 shows the relationship between h/λ and the difference in spurious peak levels caused by the main wave and the fast transverse wave.
shows the relationship between h/λ and the difference in spurious peak levels between the main wave and the longitudinal wave. It can be seen from FIGS. 5 and 6 that by forming the silicon oxide thin film 4 of an appropriate thickness on the 36YX-LiTaO3 substrate 1, the level of the bulk wave is reduced. This means that the bulk wave conversion efficiency is reduced by forming the silicon oxide thin film 4. If the bulk wave conversion efficiency decreases, the bulk wave conversion loss will inevitably decrease.
【００２６】図５および図６において、ｈ／λ＝０の場
合のピークレベル差に対して１０ｄＢ以上ピークレベル
差を大きくするときのｈ／λを求めて、ｈ／λの好まし
い範囲を決定した。それによれば、図５における速い横
波によるスプリアスに関しては、０．１６≦ｈ／λ≦０
．２８の範囲が好ましく、他方、図６における縦波によ
るスプリアスに関しては、０．１７５≦ｈ／λ≦０．３
８の範囲が好ましいとすることができる。したがって、
これら両者の条件を満足する０．１７５≦ｈ／λ≦０．
２８の範囲において、速い横波および縦波の双方に関し
て、バルク波の変換損失を有効に低下させることができ
る。In FIGS. 5 and 6, h/λ was determined when the peak level difference was increased by 10 dB or more compared to the peak level difference when h/λ=0, and a preferable range of h/λ was determined. . According to this, regarding the spurious caused by fast transverse waves in Fig. 5, 0.16≦h/λ≦0
．． On the other hand, regarding the spurious due to longitudinal waves in FIG. 6, the range of 0.175≦h/λ≦0.3 is preferable.
A range of 8 may be preferred. therefore,
0.175≦h/λ≦0, which satisfies both of these conditions.
In the range of 28, bulk wave conversion losses can be effectively reduced for both fast transverse waves and longitudinal waves.
【００２７】このようなバルク波変換損失の低下と前述
した波の減衰定数の低下とから、前述した図３に示すよ
うに、フィルタの挿入損失が、０．１７５≦ｈ／λ≦０
．２８の範囲においてかなり低下したわけである。As shown in FIG. 3, the insertion loss of the filter is 0.175≦h/λ≦0 due to the decrease in the bulk wave conversion loss and the decrease in the wave attenuation constant described above.
．． In other words, it decreased considerably in the range of 28.
【００２８】図７には、ｈ／λ＝０．２３の場合の弾性
表面波フィルタの周波数特性が示されている。この図７
と前述した図４とを比較すると、酸化シリコン薄膜４の
形成によって、スプリアスのレベルがかなり低下してい
ることがわかる。このスプリアスレベルの低下は、前述
したような挿入損失を低下させるだけでなく、フィルタ
特性をも向上させるものである。FIG. 7 shows the frequency characteristics of the surface acoustic wave filter when h/λ=0.23. This figure 7
Comparing this with FIG. 4 described above, it can be seen that the formation of the silicon oxide thin film 4 significantly reduces the spurious level. This reduction in the spurious level not only reduces the insertion loss as described above, but also improves the filter characteristics.
【００２９】図８には、弾性表面波フィルタの中心周波
数の温度係数Ｔ．Ｃ．Ｆのｈ／λ依存性が示されている
。３６ＹＸ−ＬｉＴａＯ３ 基板は、負の温度係数を持
つが、その上に正の温度係数をもつ酸化シリコン薄膜を
形成することによってこれら両者が打ち消しあって、Ｔ
．Ｃ．Ｆ．の絶対値が低下することが知られている。
図１に示した弾性表面波フィルタでは、図８に示すよう
な傾向を示し、ｈ／λが、０．１７５≦ｈ／λ≦０．２
８の範囲では、Ｔ．Ｃ．Ｆ．の絶対値は１０ｐｐｍ／℃
以下となり、特にｈ／λ＝０．２４ては、零温度係数を
示している。FIG. 8 shows the temperature coefficient T. of the center frequency of the surface acoustic wave filter. C. The h/λ dependence of F is shown. The 36YX-LiTaO3 substrate has a negative temperature coefficient, but by forming a silicon oxide thin film with a positive temperature coefficient on it, these two cancel each other out, and the T
．． C. F. It is known that the absolute value of The surface acoustic wave filter shown in FIG. 1 shows a tendency as shown in FIG. 8, and h/λ is 0.175≦h/λ≦0.2.
In the range of 8, T. C. F. The absolute value of is 10ppm/℃
In particular, h/λ=0.24 indicates a zero temperature coefficient.
【００３０】なお、このＴ．Ｃ．Ｆ．のｈ／λによる依
存性は、酸化シリコン薄膜の成膜方法および膜質によっ
て影響されることもある。[0030] Furthermore, this T. C. F. The dependence of h/λ on h/λ may be influenced by the method and quality of the silicon oxide thin film.
【００３１】この実施例では、酸化シリコン薄膜４をＲ
Ｆマグネトロンスパッタリング法により形成したが、そ
のスパッタリング条件が、
Ａｒ＋Ｏ２ ＝９０：１０〜５０：５０基板温度：０〜
３００℃
ガス圧：１×１０− ２ 〜４×１０− ４ Ｔｏｒｒ
の範囲にあるとき、０．１７５≦ｈ／λ≦０．２８にお
いて、上述したようなフィルタとしての所望の諸特性が
得られている。In this embodiment, the silicon oxide thin film 4 is
It was formed by the F magnetron sputtering method, and the sputtering conditions were Ar + O2 = 90:10 to 50:50, substrate temperature: 0 to
300℃ Gas pressure: 1×10-2 to 4×10-4 Torr
In the range of 0.175≦h/λ≦0.28, the desired characteristics of the filter as described above are obtained.
【００３２】図９には、ｈ／λ＝０．２４の場合の中心
周波数の変化率と温度との関係が示されている。FIG. 9 shows the relationship between the rate of change of the center frequency and the temperature when h/λ=0.24.
【００３３】図１０には、位相速度Ｖｐ のｈ／λによ
る分散性が示されている。図１０に示すように、０．１
７５≦ｈ／λ≦０．２８の範囲では、Ｖｐ は４０５０
ｍ／ｓ〜３９９０ｍ／ｓの間で変化し、高周波用基板材
料として十分に実用的な値を示すことがわかる。FIG. 10 shows the dispersion of the phase velocity Vp as a function of h/λ. As shown in Figure 10, 0.1
In the range of 75≦h/λ≦0.28, Vp is 4050
It can be seen that it changes between m/s and 3990 m/s, which is a value that is sufficiently practical as a high frequency substrate material.
【００３４】また、０．１７５≦ｈ／λ≦０．２８にお
ける基板の電気機械結合係数ｋ２ を測定したところ、
約４．５％となり、３６ＹＸ−ＬｉＴａＯ３ 基板とほ
ぼ同程度の高結合性を示した。[0034] Furthermore, when we measured the electromechanical coupling coefficient k2 of the substrate at 0.175≦h/λ≦0.28, we found that
It was about 4.5%, showing a high bonding property almost equal to that of the 36YX-LiTaO3 substrate.
【図１】この発明の一実施例による弾性表面波装置の一
例としての弾性表面波フィルタを示す断面図である。FIG. 1 is a sectional view showing a surface acoustic wave filter as an example of a surface acoustic wave device according to an embodiment of the present invention.
【図２】図１に示した弾性表面波フィルタの酸化シリコ
ン薄膜４を形成する前の状態を示す斜視図である。2 is a perspective view showing the surface acoustic wave filter shown in FIG. 1 in a state before forming a silicon oxide thin film 4; FIG.
【図３】図１に示した弾性表面波フィルタにおけるｈ／
λと挿入損失との関係を示す図である。[Figure 3] h/ in the surface acoustic wave filter shown in Figure 1
FIG. 3 is a diagram showing the relationship between λ and insertion loss.
【図４】酸化シリコン薄膜を形成しない状態での弾性表
面波フィルタの広い周波数領域で見た周波数特性を示す
図である。FIG. 4 is a diagram showing the frequency characteristics of a surface acoustic wave filter in a wide frequency range without forming a silicon oxide thin film.
【図５】図１に示した弾性表面波フィルタにおけるメイ
ン波と速い横波によるスプリアスのピークレベルの差と
ｈ／λとの関係を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing the relationship between h/λ and the difference in spurious peak level between a main wave and a fast transverse wave in the surface acoustic wave filter shown in FIG. 1;
【図６】図１に示した弾性表面波フィルタにおけるメイ
ン波と縦波によるスプリアスのピークレベルの差とｈ／
λとの関係を示す図である。[Figure 6] Difference in spurious peak level between main wave and longitudinal wave in the surface acoustic wave filter shown in Figure 1 and h/
FIG. 3 is a diagram showing the relationship with λ.
【図７】図１に示した弾性表面波フィルタにおいてｈ／
λ＝０．２３とされたときのフィルタの周波数特性を示
す図である。[Figure 7] In the surface acoustic wave filter shown in Figure 1, h/
FIG. 3 is a diagram showing the frequency characteristics of the filter when λ=0.23.
【図８】図１に示した弾性表面波フィルタの中心周波数
温度係数Ｔ．Ｃ．Ｆ．のｈ／λ依存性を示す図である。8] Center frequency temperature coefficient T. of the surface acoustic wave filter shown in FIG. 1. C. F. It is a figure showing h/λ dependence of.
【図９】図１に示した弾性表面波フィルタにおいてｈ／
λ＝０．２４の場合の中心周波数の変化率と温度との関
係を示す図である。[Figure 9] In the surface acoustic wave filter shown in Figure 1, h/
FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the rate of change of center frequency and temperature when λ=0.24.
【図１０】図１に示した弾性表面波フィルタにおいて位
相速度Ｖｐ のｈ／λによる分散性を示す図である。10 is a diagram showing the dispersion of the phase velocity Vp according to h/λ in the surface acoustic wave filter shown in FIG. 1. FIG.
１ ３６ＹＸ−ＬｉＴａＯ３ 基板
２，３ インタディジタルトランスデューサ（ＩＤＴ
）４ 酸化シリコン薄膜1 36YX-LiTaO3 Substrate 2, 3 Interdigital transducer (IDT
)4 Silicon oxide thin film
Claims (1)
前記基板上に形成されるインタディジタルトランスデュ
ーサを備える、弾性表面波装置において、前記基板の、
前記インタディジタルトランスデューサが形成された面
上に、スパッタリング法により屈折率１．４４〜１．４
７の酸化シリコン薄膜が、０．１７５≦ｈ／λ≦０．２
８（ｈ：厚み、λ：波長）の厚みをもって形成されたこ
とを特徴とする、弾性表面波装置。1. A surface acoustic wave device comprising a 36YX-LiTaO3 substrate and an interdigital transducer formed on the substrate, wherein the substrate includes:
On the surface on which the interdigital transducer is formed, a refractive index of 1.44 to 1.4 is applied by sputtering.
The silicon oxide thin film of No. 7 is 0.175≦h/λ≦0.2
A surface acoustic wave device characterized in that it is formed with a thickness of 8 (h: thickness, λ: wavelength).
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP1907891A JPH04258008A (en) | 1991-02-12 | 1991-02-12 | Surface acoustic wave device |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| JP1907891A JPH04258008A (en) | 1991-02-12 | 1991-02-12 | Surface acoustic wave device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04258008A true JPH04258008A (en) | 1992-09-14 |
Family
ID=11989408
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1991
- 1991-02-12 JP JP1907891A patent/JPH04258008A/en active Pending
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| A02 | Decision of refusal |
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