JPH0210908A - 弾性表面波素子 - Google Patents
弾性表面波素子Info
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- JPH0210908A JPH0210908A JP63162250A JP16225088A JPH0210908A JP H0210908 A JPH0210908 A JP H0210908A JP 63162250 A JP63162250 A JP 63162250A JP 16225088 A JP16225088 A JP 16225088A JP H0210908 A JPH0210908 A JP H0210908A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- semiconductor
- semiconductor substrate
- substrate
- acoustic wave
- surface acoustic
- Prior art date
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- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic elements; Electromechanical resonators
- H03H9/02—Details
- H03H9/02535—Details of surface acoustic wave devices
- H03H9/0296—Surface acoustic wave [SAW] devices having both acoustic and non-acoustic properties
- H03H9/02976—Surface acoustic wave [SAW] devices having both acoustic and non-acoustic properties with semiconductor devices
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
- G06G—ANALOGUE COMPUTERS
- G06G7/00—Devices in which the computing operation is performed by varying electric or magnetic quantities
- G06G7/12—Arrangements for performing computing operations, e.g. operational amplifiers specially adapted therefor
- G06G7/19—Arrangements for performing computing operations, e.g. operational amplifiers specially adapted therefor for forming integrals of products, e.g. Fourier integrals, Laplace integrals or correlation integrals; for analysis or synthesis of functions using orthogonal functions
- G06G7/195—Arrangements for performing computing operations, e.g. operational amplifiers specially adapted therefor for forming integrals of products, e.g. Fourier integrals, Laplace integrals or correlation integrals; for analysis or synthesis of functions using orthogonal functions using electro- acoustic elements
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- General Physics & Mathematics (AREA)
- Surface Acoustic Wave Elements And Circuit Networks Thereof (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
[産業上の利用分野コ
本発明は特にスペクトラム拡散通信方式で使用されるコ
ンボルバ、弾性表面波(以下本明細書においてはSAW
と略記する。)フィルタ、SAW遅延線5等で使用さ
れる SAW装置に関する。
ンボルバ、弾性表面波(以下本明細書においてはSAW
と略記する。)フィルタ、SAW遅延線5等で使用さ
れる SAW装置に関する。
[発明の概要コ
半導体基板と、その上に作成された圧電体薄膜と、その
表面の両端近傍に設けられた少なくとも一つの櫛形電極
を含むSAW装置において、上記櫛形電極のさらに外側
の位置で、しかも上記圧電体薄膜の直下に、上記半導体
基板とは異なる導電型の半導体層が上記半導体基板の一
部に設けられている。
表面の両端近傍に設けられた少なくとも一つの櫛形電極
を含むSAW装置において、上記櫛形電極のさらに外側
の位置で、しかも上記圧電体薄膜の直下に、上記半導体
基板とは異なる導電型の半導体層が上記半導体基板の一
部に設けられている。
上記半導体基板と上記圧電体薄膜の間に絶縁体層が介在
していても良い。
していても良い。
[従来の技術]
SAW装置では、素子の端面から表面波の反射があると
、デバイス特性に悪影響を与える。例えば、SAW フ
ィルタではフィルタの挿入損失の悪化や帯域内のりップ
ルの原因となる。そこで、素子の端面からの反射を防ぐ
ために、端面近傍に吸音材を置くのが、従来からの一般
的な方法であった。このような装置の上面図を第6図に
示す。
、デバイス特性に悪影響を与える。例えば、SAW フ
ィルタではフィルタの挿入損失の悪化や帯域内のりップ
ルの原因となる。そこで、素子の端面からの反射を防ぐ
ために、端面近傍に吸音材を置くのが、従来からの一般
的な方法であった。このような装置の上面図を第6図に
示す。
図中、1 は圧電基板、2は櫛形電極、3は吸音材を表
わす。
わす。
一方、(圧電体薄膜/半導体基板)構造を有する SA
W装置では、吸音材を置く方法以外に、第7図に示す構
造によっても、 SAWの反射を防ぐことができる。第
7図中、第6図と共通する引用番号は第6図におけるも
のと同じか、またはそれに対応する部分を表わし、4
は半導体基板、5 は裏面電極、6 は金属電極を表わ
す。
W装置では、吸音材を置く方法以外に、第7図に示す構
造によっても、 SAWの反射を防ぐことができる。第
7図中、第6図と共通する引用番号は第6図におけるも
のと同じか、またはそれに対応する部分を表わし、4
は半導体基板、5 は裏面電極、6 は金属電極を表わ
す。
第7図の構造では、金属電極6 と裏面電極5 の間に
バイアスVnを印加し、半導体表面を強反転状態にする
ことによって、金属下を通るSAW を減衰させ、その
結果として端面からのSAWの反射を防ぐことができる
。第7図に示す構造の詳細な説明は本出願人が先に提出
した「表面弾性波装置」(特願昭59 210566 号)において既に述べた。
バイアスVnを印加し、半導体表面を強反転状態にする
ことによって、金属下を通るSAW を減衰させ、その
結果として端面からのSAWの反射を防ぐことができる
。第7図に示す構造の詳細な説明は本出願人が先に提出
した「表面弾性波装置」(特願昭59 210566 号)において既に述べた。
[発明が解決しようとする課題]
しかしながら、第6図に示す方法では小さな装置では吸
音材を上手に置くのが難しいという欠点があるし、吸音
材の置く位置や形状、量などを一定にすることが困難で
あり、製品のばらつきの一因となるという欠点もある。
音材を上手に置くのが難しいという欠点があるし、吸音
材の置く位置や形状、量などを一定にすることが困難で
あり、製品のばらつきの一因となるという欠点もある。
第7図に示す構造では、金属電極6 を、写真蝕刻技術
によって製造できるから、第6図に示す構造の欠点を克
服できるという長所がある。しかしながら、第7図に示
す構造ではバイアス源Vaが必要であり、素子をシステ
ムに応用する場合、全体として部品点数が増えるという
欠点がある。
によって製造できるから、第6図に示す構造の欠点を克
服できるという長所がある。しかしながら、第7図に示
す構造ではバイアス源Vaが必要であり、素子をシステ
ムに応用する場合、全体として部品点数が増えるという
欠点がある。
[発明の目的]
本発明の目的は、(圧電体薄膜/半導体基板)構造を有
する SAW装置において、上述した欠点を克服するよ
うな素子を実現できる。具体的しこはバイアス源Vsが
不要な構造を有する弾性表面波素子を提供することであ
る。
する SAW装置において、上述した欠点を克服するよ
うな素子を実現できる。具体的しこはバイアス源Vsが
不要な構造を有する弾性表面波素子を提供することであ
る。
[11題を解決するための手段]
上記目的を達成するために、本発明による弾性表面波素
子は、第1導電型の半導体基板と、該半導体基板の上に
形成された圧電体膜と、該圧電膜上に設けられた少なく
とも一つの櫛形電極と、平面的に見て上記櫛形電極に対
し基板の端部側の位置で、かつ上記圧電体膜直下の上記
第1導電型半導体基板上面部に設けられた第2導電型領
域とを含むことを要旨とする。
子は、第1導電型の半導体基板と、該半導体基板の上に
形成された圧電体膜と、該圧電膜上に設けられた少なく
とも一つの櫛形電極と、平面的に見て上記櫛形電極に対
し基板の端部側の位置で、かつ上記圧電体膜直下の上記
第1導電型半導体基板上面部に設けられた第2導電型領
域とを含むことを要旨とする。
上記半導体基板と上記圧電体薄膜の間に絶縁体層が介在
していても良い。
していても良い。
[作用]
半導体基板と圧電体薄膜によって構成されるSAW装置
においで、従来構造においては、第7図に示すように、
金属電極6 を設置しているのに対し、半導体基板4
中に異なる導電型の半導体部を設置することによって、
端面からの表面波の反射を防ぐ。
においで、従来構造においては、第7図に示すように、
金属電極6 を設置しているのに対し、半導体基板4
中に異なる導電型の半導体部を設置することによって、
端面からの表面波の反射を防ぐ。
[実施例]
以下に、図面を参照しながら、実施例を用いて本発明を
一層詳細に説明するが、それらは例示に過ぎず1本発明
の枠を越えることなしにいろいろな変形や改良があり得
ることは勿論である。
一層詳細に説明するが、それらは例示に過ぎず1本発明
の枠を越えることなしにいろいろな変形や改良があり得
ることは勿論である。
第1図(a)は本発明による弾性表面波素子の上面図、
(b)および(c)は断面図であり、8はn型半導体基
板、8′はn型半導体領域、9 はp型半導体基板、9
′はn型半導体領域を表わす。
(b)および(c)は断面図であり、8はn型半導体基
板、8′はn型半導体領域、9 はp型半導体基板、9
′はn型半導体領域を表わす。
断面図(b)は、 n型半導体基板に P 型半導体部
を設けた場合の構造であり、断面図(c)は、 p型半
導体基板に n型半導体部を設けた場合の構造である。
を設けた場合の構造であり、断面図(c)は、 p型半
導体基板に n型半導体部を設けた場合の構造である。
異種導電型半導体部の位置は、櫛形電極2 と装置の端
面の中間部に設置するものとする。なお、第1図には、
圧電膜/半導体構造が示されているが、第2図のように
、圧電膜1/絶縁体10/半導体8,9構造を採ること
も可能である。第2図の構造は、半導体表面の界面準位
の数を減少させ、素子特性をより安定化できるため、第
1図に示す構造より有利な構造と言える、 さらに、第3図のように、圧電膜1/絶縁体10/半導
体8,9/高濃度半導体11構造を採ることも可能であ
る。その場合には、異種導電型半導体の存在する部分以
外の領域で、表面波の伝播損失を減少させることができ
るため、コンボルバ等への応用において、特に有利な構
造である。
面の中間部に設置するものとする。なお、第1図には、
圧電膜/半導体構造が示されているが、第2図のように
、圧電膜1/絶縁体10/半導体8,9構造を採ること
も可能である。第2図の構造は、半導体表面の界面準位
の数を減少させ、素子特性をより安定化できるため、第
1図に示す構造より有利な構造と言える、 さらに、第3図のように、圧電膜1/絶縁体10/半導
体8,9/高濃度半導体11構造を採ることも可能であ
る。その場合には、異種導電型半導体の存在する部分以
外の領域で、表面波の伝播損失を減少させることができ
るため、コンボルバ等への応用において、特に有利な構
造である。
本発明における圧電膜としては、ZnOやAQN膜等の
薄膜を用いることが可能であり、半導体としては、Si
やGaAs等を用いることが可能であり、第2図および
第3図における絶縁体としては、5i02膜やS i
N x膜等を用いることが可能である。また、異種導電
型半導体は、不純物の拡散によって形成してもよいし、
イオン注入によって形成しても良い。
薄膜を用いることが可能であり、半導体としては、Si
やGaAs等を用いることが可能であり、第2図および
第3図における絶縁体としては、5i02膜やS i
N x膜等を用いることが可能である。また、異種導電
型半導体は、不純物の拡散によって形成してもよいし、
イオン注入によって形成しても良い。
なお、本発明の基本構造を示す第1図では、二つの櫛形
電極の間には何の構造も示されていないが、本発明は、
櫛形電極と素子の端面の間での構造についての改良を提
示しているものであり、その他の部分の構造については
、特に限定しない。
電極の間には何の構造も示されていないが、本発明は、
櫛形電極と素子の端面の間での構造についての改良を提
示しているものであり、その他の部分の構造については
、特に限定しない。
すなわち、第1図において二つの櫛形電極の間に、複数
のストリップ電極や、ゲート電極、または他の櫛形電極
が存在してもよい。したがって、本発明は、SAW フ
ィルタのみならず、SAW遅延線、マツチドフィルタ、
およびSAWコンボルバ、等において、素子端面からの
SAWの反射の影響を減少するための手段として広く応
用できるものである。
のストリップ電極や、ゲート電極、または他の櫛形電極
が存在してもよい。したがって、本発明は、SAW フ
ィルタのみならず、SAW遅延線、マツチドフィルタ、
およびSAWコンボルバ、等において、素子端面からの
SAWの反射の影響を減少するための手段として広く応
用できるものである。
以下上記実施例の動作を説明する。
本発明は、第7図に示す従来構造においてバイアスVB
を印加することによって起こる現象を、無バイアスで生
起させようとするものである。以下、それが可能である
ことを説明する。なお、以下では、 n型半導体基板に
、異種導電型半導体として p型半導体部を設置した場
合について説明するが、 p型半導体基板に n型半導
体部を設けた場合については、電圧の極性を反転すれば
、定性的には全く同様である。
を印加することによって起こる現象を、無バイアスで生
起させようとするものである。以下、それが可能である
ことを説明する。なお、以下では、 n型半導体基板に
、異種導電型半導体として p型半導体部を設置した場
合について説明するが、 p型半導体基板に n型半導
体部を設けた場合については、電圧の極性を反転すれば
、定性的には全く同様である。
今、第4図の構造を仮定する。第4図は本発明の異種導
電型半導体の存在する部分において、圧電体表面と半導
体の裏面に、金属電極12゜12′を設置した構造であ
る。この構造は、従来構造を示す第7図において、異種
導電型半導体を付加した構造でもある。
電型半導体の存在する部分において、圧電体表面と半導
体の裏面に、金属電極12゜12′を設置した構造であ
る。この構造は、従来構造を示す第7図において、異種
導電型半導体を付加した構造でもある。
第4図の構造を伝播する表面波の伝播損失は、電極間に
印加されたバイアス電圧v8に依存する。Vaと伝播損
失の関係は、p型半導体層の有無や、各半導体層の不純
物密度および層厚によって異なる。第5図に Z n
O/ S L構造で、表面波の伝播モードがセザワ波で
ある場合の例を示す。
印加されたバイアス電圧v8に依存する。Vaと伝播損
失の関係は、p型半導体層の有無や、各半導体層の不純
物密度および層厚によって異なる。第5図に Z n
O/ S L構造で、表面波の伝播モードがセザワ波で
ある場合の例を示す。
第5図の■は第4図において p 型半導体層9″が存
在しない場合の特性であり、■は 9層 9′が存在す
る場合の特性である。■は第7図に示す従来構造の場合
の特性に対応する。なお、第5図はn型半導体8 のド
ナー密度がI X 10140−3. p 型半
導体層9′のアクセプタ密度N^と層厚L^が、それぞ
れNA= 2 X 1015C!+1−3.
LA = 0.5μm であり、SAWの周波数が21
5MHzの場合の特性を、シュミレーションで求めたも
のである。第5図には比較のためにC−V特性(容量−
電圧特性)も点線で示しである。C−■特性を見ると、
SAWの伝播損失は、半導体の表面状態がn 型半導体
にとって反転状態になる場合に非常に大きくなることが
分かる。本発明ではSAW を減衰させることによって
SAWの反射を防ぐことを目的としており、そのため
には、上述した反転状態を作り出す必要がある。従来構
造の特性のを見ると、そのような状態にするには、数V
程度の負バイアスを印加するi要があることがわかる。
在しない場合の特性であり、■は 9層 9′が存在す
る場合の特性である。■は第7図に示す従来構造の場合
の特性に対応する。なお、第5図はn型半導体8 のド
ナー密度がI X 10140−3. p 型半
導体層9′のアクセプタ密度N^と層厚L^が、それぞ
れNA= 2 X 1015C!+1−3.
LA = 0.5μm であり、SAWの周波数が21
5MHzの場合の特性を、シュミレーションで求めたも
のである。第5図には比較のためにC−V特性(容量−
電圧特性)も点線で示しである。C−■特性を見ると、
SAWの伝播損失は、半導体の表面状態がn 型半導体
にとって反転状態になる場合に非常に大きくなることが
分かる。本発明ではSAW を減衰させることによって
SAWの反射を防ぐことを目的としており、そのため
には、上述した反転状態を作り出す必要がある。従来構
造の特性のを見ると、そのような状態にするには、数V
程度の負バイアスを印加するi要があることがわかる。
したがって、従来構造では、バイアスを印加するための
バイアス源が不可欠である。一方、2層9′がある場合
の特性■では、C−■特性も伝播損失の特性も、■と比
較して正バイアス側にシフトしている。このシフト量は
、アクセプタ密度NAと層厚LAの積に依存する(定性
的にはNAX LAを増加させるとシフト量も増加する
)、このシフト量が十分な値となるようにN^と LA
を設定すれば、第5図の■のようにバイアス電圧がOv
の時に。
バイアス源が不可欠である。一方、2層9′がある場合
の特性■では、C−■特性も伝播損失の特性も、■と比
較して正バイアス側にシフトしている。このシフト量は
、アクセプタ密度NAと層厚LAの積に依存する(定性
的にはNAX LAを増加させるとシフト量も増加する
)、このシフト量が十分な値となるようにN^と LA
を設定すれば、第5図の■のようにバイアス電圧がOv
の時に。
SAWの伝播損失を非常に大きくすることが可能である
。このような場合は、バイアスを印加する必要が無いた
め、バイアス源は不必要である。
。このような場合は、バイアスを印加する必要が無いた
め、バイアス源は不必要である。
すなわち、 n型半導体にP型半導体のような異種導電
型半導体層を設置することにより、バイアス源を必要と
せずに SAW を減衰させることが可能であり、それ
によって端面からの SAWの反射を防ぐことができる
。 p 型半導体に n型半導体層を設置する場合も、
動作原理は同様である。以上が本発明において異種導電
型半導体層を設置する理由である。
型半導体層を設置することにより、バイアス源を必要と
せずに SAW を減衰させることが可能であり、それ
によって端面からの SAWの反射を防ぐことができる
。 p 型半導体に n型半導体層を設置する場合も、
動作原理は同様である。以上が本発明において異種導電
型半導体層を設置する理由である。
なお、本発明の動作原理は基本的に音響−電気相互作用
を利用しており、その意味では構造的に電気機械結合定
数の大きな構造が望ましい。その点において、ZnO/
SiO2/Si構造で、しかも表面波がセザワ波である
場合は、大きな結合定数を持っており、有利な構造と言
える。その場合、Siの面方位を(110)とし、 S
AWの伝播方向を[100]とすると、電気機械結合定
数を特に大きくすることができるため、極めて有利であ
る。また、Siの面方位を(100)とし1表面波の伝
播方向を[110]としても、電気機械結合定数が可成
り大きいので上記の条件の次に有利と言える。
を利用しており、その意味では構造的に電気機械結合定
数の大きな構造が望ましい。その点において、ZnO/
SiO2/Si構造で、しかも表面波がセザワ波である
場合は、大きな結合定数を持っており、有利な構造と言
える。その場合、Siの面方位を(110)とし、 S
AWの伝播方向を[100]とすると、電気機械結合定
数を特に大きくすることができるため、極めて有利であ
る。また、Siの面方位を(100)とし1表面波の伝
播方向を[110]としても、電気機械結合定数が可成
り大きいので上記の条件の次に有利と言える。
本発明は半導体基板と圧電体薄膜で構成されるSAWデ
バイス全般に応用できる。具体的には。
バイス全般に応用できる。具体的には。
SAW フィルタ、 SAW コンボルバ、マツチドフ
ィルタ、メモリコリレータ、等に応用可能である。
ィルタ、メモリコリレータ、等に応用可能である。
[発明の効果]
以上説明した通り2本発明の構造は1通常のICfR造
時のプロセス技術によって実現できるので、吸音材を置
く方法と較べて製造が容易で、製品のばらつきを少なく
することができる。また、素子の動作時においてもバイ
アス電源が不要であるため、素子周辺の部品点数を増や
す必要が無く、コストの低減に役立つという利点も得ら
れる。
時のプロセス技術によって実現できるので、吸音材を置
く方法と較べて製造が容易で、製品のばらつきを少なく
することができる。また、素子の動作時においてもバイ
アス電源が不要であるため、素子周辺の部品点数を増や
す必要が無く、コストの低減に役立つという利点も得ら
れる。
第1図は本発明による弾性表面波素子の上面図。
および断面図、第2図は他の一つの本発明による弾性表
面波素子の部分断面図、第3図はさらに他の一つの本発
明による弾性表面波素子の部分断面図、第4図は本発明
の詳細な説明するための弾性表面波素子の部分断面図、
第5図は本発明の詳細な説明するためのグラフ、第6図
は従来の弾性表面波素子の上面図、第7図は他の一つの
従来の弾性表面波素子の斜視図である。 1・・・・・・・・・圧電膜、2・・・・・・・・櫛形
電極、8・・・・・・・・・n型半導体基板、8′・・
・・・・・・・n型半導体領域、9・・・・・・・・・
P型半導体基板、9′・・・・・・・・・ P型半導体
領域、10・・・・・・・・・絶縁体、11・・・・・
・・・・高不純物濃度半導体基板、12.12’・・・
・・・・・・電極、13・・・・・・・・・バイアス電
源。 特許出願人 クラリオン株式会社
面波素子の部分断面図、第3図はさらに他の一つの本発
明による弾性表面波素子の部分断面図、第4図は本発明
の詳細な説明するための弾性表面波素子の部分断面図、
第5図は本発明の詳細な説明するためのグラフ、第6図
は従来の弾性表面波素子の上面図、第7図は他の一つの
従来の弾性表面波素子の斜視図である。 1・・・・・・・・・圧電膜、2・・・・・・・・櫛形
電極、8・・・・・・・・・n型半導体基板、8′・・
・・・・・・・n型半導体領域、9・・・・・・・・・
P型半導体基板、9′・・・・・・・・・ P型半導体
領域、10・・・・・・・・・絶縁体、11・・・・・
・・・・高不純物濃度半導体基板、12.12’・・・
・・・・・・電極、13・・・・・・・・・バイアス電
源。 特許出願人 クラリオン株式会社
Claims (5)
- (1) (a)第1導電型の半導体基板、 (b)該半導体基板の上に形成された圧電体膜、(c)
該圧電膜上に設けられた少なくとも一つの櫛形電極、お
よび (d)平面的に見て上記櫛形電極に対し基板の端部側の
位置で、かつ上記圧電体膜直下の上記第1導電型半導体
基板上面部に設けられた第2導電型領域 を含むことを特徴とする弾性表面波素子。 - (2) (a)第1導電型の半導体基板、 (b)該半導体基板の上に形成された絶縁膜、(c)さ
らに該絶縁膜の上に形成された圧電体膜、(d)該圧電
膜上に設けられた少なくとも一つの櫛形電極、および (e)平面的に見て上記櫛形電極に対し基板の端部側の
位置で、かつ上記圧電体膜直下の上記第1導電型半導体
基板上面部に設けられた第2導電型領域 を含むことを特徴とする弾性表面波素子。 - (3)上記半導体基板が半導体/高不純物濃度半導体構
成から成ることを特徴とする、特許請求の範囲第2項記
載の弾性表面波素子。 - (4)弾性波モードがセザワ波で、半導体がSiであり
、該Siの面方位は(110)で。 伝播方向は[100]であることを特徴とする、特許請
求の範囲第1項または第2項記載の弾性表面波素子。 - (5)弾性波モードがセザワ波で、半導体がSiであり
、該Siの面方位は(100)で、伝播方向は[110
]であることを特徴とする、特許請求の範囲第1項また
は第2項記載の弾性表面波素子。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63162250A JPH0210908A (ja) | 1988-06-28 | 1988-06-28 | 弾性表面波素子 |
| US07/368,787 US4943751A (en) | 1988-06-28 | 1989-06-20 | Surface acoustic wave element |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63162250A JPH0210908A (ja) | 1988-06-28 | 1988-06-28 | 弾性表面波素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0210908A true JPH0210908A (ja) | 1990-01-16 |
Family
ID=15750854
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63162250A Pending JPH0210908A (ja) | 1988-06-28 | 1988-06-28 | 弾性表面波素子 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4943751A (ja) |
| JP (1) | JPH0210908A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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