JPH02290316A - 表面弾性波素子 - Google Patents
表面弾性波素子Info
- Publication number
- JPH02290316A JPH02290316A JP1161972A JP16197289A JPH02290316A JP H02290316 A JPH02290316 A JP H02290316A JP 1161972 A JP1161972 A JP 1161972A JP 16197289 A JP16197289 A JP 16197289A JP H02290316 A JPH02290316 A JP H02290316A
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- JP
- Japan
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- surface acoustic
- acoustic wave
- film
- silicon substrate
- zinc oxide
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- 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】
本発明は、高効率で動作しかつ小さな温度係数を有する
構造の表面弾性波素子に関するものである. 弾性体表面に沿って伝播する表面弾性波を利用した各種
表面弾性波素子が最近盛んに開発されつつある. 表面弾性波素子用圧電基板としてはニオブ酸リチウム(
LiNb○,)のような圧電単結晶、ジルコンチタン酸
釦(PZT)のような圧電セラミックス、非圧電基板上
に設けるようにした酸化亜鉛(ZnO)のような圧電薄
膜が知られている。これらのうち、ニオブ酸リチウムは
電気機械結合係数Kが大きくかつ表面波伝播損失が小さ
いが、温度係数が大きいという欠点を有している6また
圧電セラミソクスは電気機械結合係数Kは大きいが焼結
体のために,高周波になる程表面波伝播損失が大きくな
る欠点がある。さらに以上の圧電単結晶および圧電セラ
ミックスは自身の単一機能しか有していないために用途
が限定され、ICと組み合わせて新しい機能を備えたデ
バイスを製造することは困難である。
構造の表面弾性波素子に関するものである. 弾性体表面に沿って伝播する表面弾性波を利用した各種
表面弾性波素子が最近盛んに開発されつつある. 表面弾性波素子用圧電基板としてはニオブ酸リチウム(
LiNb○,)のような圧電単結晶、ジルコンチタン酸
釦(PZT)のような圧電セラミックス、非圧電基板上
に設けるようにした酸化亜鉛(ZnO)のような圧電薄
膜が知られている。これらのうち、ニオブ酸リチウムは
電気機械結合係数Kが大きくかつ表面波伝播損失が小さ
いが、温度係数が大きいという欠点を有している6また
圧電セラミソクスは電気機械結合係数Kは大きいが焼結
体のために,高周波になる程表面波伝播損失が大きくな
る欠点がある。さらに以上の圧電単結晶および圧電セラ
ミックスは自身の単一機能しか有していないために用途
が限定され、ICと組み合わせて新しい機能を備えたデ
バイスを製造することは困難である。
この点上記圧電薄膜は第1図に示すように、シノコン基
板1のような非圧電基板」二に酸化亜鉛膜2等が設けら
れこの表面に電極3,4が設けられて素子が構成される
ので、シリコン基板1上に他の半導体素子を形成するこ
とにより新しい機能を備えたデバイスの実現が可能とな
る。
板1のような非圧電基板」二に酸化亜鉛膜2等が設けら
れこの表面に電極3,4が設けられて素子が構成される
ので、シリコン基板1上に他の半導体素子を形成するこ
とにより新しい機能を備えたデバイスの実現が可能とな
る。
しかしながら圧電薄膵を用いた表面弾性波素子は、電気
機械結合係数Kが上記圧電単結晶および圧電セラミック
スの場合よりも小さいために、効率良く動作しないとい
う欠点がある。また温度係数が比較的大きいために、信
号の遅延時間を問題とするデバイスに対しては適用しに
くいという欠点がある。
機械結合係数Kが上記圧電単結晶および圧電セラミック
スの場合よりも小さいために、効率良く動作しないとい
う欠点がある。また温度係数が比較的大きいために、信
号の遅延時間を問題とするデバイスに対しては適用しに
くいという欠点がある。
本発明は以上の問題に対処してなされたもので,基板材
料としてほぼ(1 0 0)面と等価な面でカットされ
たシリコン基板を用いこのシリコン基板上に誘電体膜を
形成し、少なくともこの誘電体膜表面に酸化亜鉛膜を形
成し、この酸化亜鉛膜に接して電極を形成するようにし
た構造の表面弾性波素子を提供するものである。
料としてほぼ(1 0 0)面と等価な面でカットされ
たシリコン基板を用いこのシリコン基板上に誘電体膜を
形成し、少なくともこの誘電体膜表面に酸化亜鉛膜を形
成し、この酸化亜鉛膜に接して電極を形成するようにし
た構造の表面弾性波素子を提供するものである。
以下図面を参照して本発明実施例を説明する。
第2図は本発明の一実施例レこよる表面弾性波素子を示
す断面図で、5はシリコン基板で(110)面と等価な
面でカットされたものから成り、7はそのシリコン基板
5上に部分的に形成された誘電体膜で例えば二酸化シリ
コンから成り、6はシリコン基板5および誘電体膜7表
面に形成された圧電軸がシリコン基板5面に垂直になる
ように形成された酸化亜鉛膜、8,9は酸化亜鉛膜6表
面に形成されたくし型電極である。
す断面図で、5はシリコン基板で(110)面と等価な
面でカットされたものから成り、7はそのシリコン基板
5上に部分的に形成された誘電体膜で例えば二酸化シリ
コンから成り、6はシリコン基板5および誘電体膜7表
面に形成された圧電軸がシリコン基板5面に垂直になる
ように形成された酸化亜鉛膜、8,9は酸化亜鉛膜6表
面に形成されたくし型電極である。
上記酸化亜鉛膜6および誘電体膜7は周知のスパッタ法
.CVD法等の手段で形成され、またくし型電極8,9
はアルミニュウム等の金属が周知の蒸着法等により形成
される。
.CVD法等の手段で形成され、またくし型電極8,9
はアルミニュウム等の金属が周知の蒸着法等により形成
される。
以上の構造の表面弾性波素子の入力電極8に対し、上記
シリコン5の[001F軸方向と等価な方向に表面弾性
波とじでセザワ波を励振させる.これにより表面弾性波
は酸化亜鉛膜6表面を伝播して出力電極9に至る。
シリコン5の[001F軸方向と等価な方向に表面弾性
波とじでセザワ波を励振させる.これにより表面弾性波
は酸化亜鉛膜6表面を伝播して出力電極9に至る。
第3図は以上の本発明実施例によって得られた特性曲線
を示すもので、横軸は酸化亜鉛膜6の膜厚hの規格化さ
れた厚さを2πh/λ(ここでλは表面弾性波の波長)
で示し、縦軸は電気機械結合係数Kの二乗値K2 を百
分率で示している。第2図の本発明実施例構造において
、シリコン基板5と酸化亜鉛膜6間の境界近傍の導電率
が高い場合には、電気機械結合係数Kの二乗値K2は第
3図の特性において曲線Aのような変化をする。なおこ
の曲線Aは表面弾性波のうち上記のようなセザワ波につ
いての曲線を示している。
を示すもので、横軸は酸化亜鉛膜6の膜厚hの規格化さ
れた厚さを2πh/λ(ここでλは表面弾性波の波長)
で示し、縦軸は電気機械結合係数Kの二乗値K2 を百
分率で示している。第2図の本発明実施例構造において
、シリコン基板5と酸化亜鉛膜6間の境界近傍の導電率
が高い場合には、電気機械結合係数Kの二乗値K2は第
3図の特性において曲線Aのような変化をする。なおこ
の曲線Aは表面弾性波のうち上記のようなセザワ波につ
いての曲線を示している。
また直線Bは二オブ酸リチウム( L iN b O
:l )基板におけるK2の最大値を示すもので、約5
.5%の値となる。
:l )基板におけるK2の最大値を示すもので、約5
.5%の値となる。
第3図の特性から明らかなように、シリコン5表面の[
001]軸方向と等価な方向に表面弾性波を伝播させた
場合、酸化亜鉛膜6の膜厚hを0.9<2πh/λ<3
.0の範囲となるように選ぶことにより、高効率で動作
させ得る大きな値の電気機械結合係数を得ることができ
る。
001]軸方向と等価な方向に表面弾性波を伝播させた
場合、酸化亜鉛膜6の膜厚hを0.9<2πh/λ<3
.0の範囲となるように選ぶことにより、高効率で動作
させ得る大きな値の電気機械結合係数を得ることができ
る。
なお、上記セザワ波は、例えば第2図の構造において存
在する複数のモードの表面弾性波のうち,2次の高次モ
ードのものである。因みに1次の基本モードのものはレ
ーリー波と言われる。例えばr 1977年Ultra
sonic Symposium Proceedin
gsIEE J第814頁乃至第818頁のFig,
4において、1stがレーリー波で2ndがセザワ波で
ある。
在する複数のモードの表面弾性波のうち,2次の高次モ
ードのものである。因みに1次の基本モードのものはレ
ーリー波と言われる。例えばr 1977年Ultra
sonic Symposium Proceedin
gsIEE J第814頁乃至第818頁のFig,
4において、1stがレーリー波で2ndがセザワ波で
ある。
セザワ波を用いた場合の電気機械結合係数K2の特性は
第3図に示すようになるが、レーリー波を用いた場合は
例えばr National TechnicalRe
port,December 1976J第905頁乃
至第923頁の第19図に示す特性となり、本発明のよ
うにセザワ波を用いた方が明らかに電気機械結合係数K
2が大きい。この係数は表面弾性波装置にとって非常に
重要なパラメータであり、表面弾性波トランスジューサ
の効率、帯域幅等に大きな影響を与えるので、セザワ波
を用いる実用上の効果は多大である。
第3図に示すようになるが、レーリー波を用いた場合は
例えばr National TechnicalRe
port,December 1976J第905頁乃
至第923頁の第19図に示す特性となり、本発明のよ
うにセザワ波を用いた方が明らかに電気機械結合係数K
2が大きい。この係数は表面弾性波装置にとって非常に
重要なパラメータであり、表面弾性波トランスジューサ
の効率、帯域幅等に大きな影響を与えるので、セザワ波
を用いる実用上の効果は多大である。
また現在、圧電体材料として広く利用されているものの
K2 の一例は下記に示す通りで,L iN b O
3は他の材料 128’Y LiNb○,K”=5.5%YZ L
iNbO. K2=4.8%IjTaO,
K”=Q.8%水晶 K2α0.2% と比較して1桁大きなK2 を有しているが,本発明の
セザワ波を用いたZnO/Si構造の装置ではK2の最
大値はL x N b O 3よりも大きく、ZnO膜
の膜厚hを0.9<2πh/λ<3.o以外に選んだ場
合にも、L iN b O 3以外の広く利用されてい
る圧電材料よりも大きなK2が得られるので、第3図の
ようにZnO膜の膜厚にょりK2が変化するとしても、
大きな利点が得られる. 第4図は大発明の他の実施例による表面弾性波素子を示
す断面図で、5′はシリコン基板で(1 0 0)面と
等価な面でカットされたものから成り、その他第2図と
同一部分は同一番号で示してある。
K2 の一例は下記に示す通りで,L iN b O
3は他の材料 128’Y LiNb○,K”=5.5%YZ L
iNbO. K2=4.8%IjTaO,
K”=Q.8%水晶 K2α0.2% と比較して1桁大きなK2 を有しているが,本発明の
セザワ波を用いたZnO/Si構造の装置ではK2の最
大値はL x N b O 3よりも大きく、ZnO膜
の膜厚hを0.9<2πh/λ<3.o以外に選んだ場
合にも、L iN b O 3以外の広く利用されてい
る圧電材料よりも大きなK2が得られるので、第3図の
ようにZnO膜の膜厚にょりK2が変化するとしても、
大きな利点が得られる. 第4図は大発明の他の実施例による表面弾性波素子を示
す断面図で、5′はシリコン基板で(1 0 0)面と
等価な面でカットされたものから成り、その他第2図と
同一部分は同一番号で示してある。
以上の構造の表面弾性波素子の入カ電極8に対しては、
シリコン5′の[0111軸方向と等価な方向に表面弾
性波としてセザヮ波を励振させる。
シリコン5′の[0111軸方向と等価な方向に表面弾
性波としてセザヮ波を励振させる。
第5図は以上の実施例によって得られた特性曲線を示す
もので、上記構造においてシリコン基板5′と酸化亜鉛
膜6間の境界近傍の導電率が高い場合には、電気機械結
合係数Kの二乗値K2は曲線Aのような変化をする.な
おこの曲線Aは表面弾性波のうち上記のようなセザヮ波
についての曲線を示している。
もので、上記構造においてシリコン基板5′と酸化亜鉛
膜6間の境界近傍の導電率が高い場合には、電気機械結
合係数Kの二乗値K2は曲線Aのような変化をする.な
おこの曲線Aは表面弾性波のうち上記のようなセザヮ波
についての曲線を示している。
また直線Bはニオブ酸リチウム(LiNbO,)基板に
おけるK2 の最大値を示すもので、約5.5%の値と
なる. 第5図の特性から明らかなように、シリコン5′表面の
[011F軸方向と等価な方向に表面弾性波を伝播させ
た場合、酸化亜鉛膜6の膜厚hを0.9<2πh/λ<
3.5の範囲となるように選ぶことにより、高効率で動
作させ得る大きな値の電気機械結合係数を得ることがで
きる。
おけるK2 の最大値を示すもので、約5.5%の値と
なる. 第5図の特性から明らかなように、シリコン5′表面の
[011F軸方向と等価な方向に表面弾性波を伝播させ
た場合、酸化亜鉛膜6の膜厚hを0.9<2πh/λ<
3.5の範囲となるように選ぶことにより、高効率で動
作させ得る大きな値の電気機械結合係数を得ることがで
きる。
上述のように、シリコン基板5′と酸化亜鉛膜6間の境
界近傍の導電率が高いということは、第6図のように上
記シリコン基板5′と酸化亜鉛膜6間の境界部の電WA
8.9との対応部に金属膜10を形成した構造でも同じ
効果が得られることを意味している。
界近傍の導電率が高いということは、第6図のように上
記シリコン基板5′と酸化亜鉛膜6間の境界部の電WA
8.9との対応部に金属膜10を形成した構造でも同じ
効果が得られることを意味している。
またシリコン基板5′がエビタキシャル成長層を有して
いるような場合でも、バルク抵抗を下げることができる
ので第2図の構造と同じ効果を得ることができる。
いるような場合でも、バルク抵抗を下げることができる
ので第2図の構造と同じ効果を得ることができる。
第7図は本発明の他の実施例を示すもので、表面弾性波
の波長より充分小さな膜厚を有する二酸化シリコン等の
誘電体膜11を、シリコン5′の全表面に一様に形成し
た構造を示し、この構造でも第2図および第4図の構造
と同じ効果を得ることができる。
の波長より充分小さな膜厚を有する二酸化シリコン等の
誘電体膜11を、シリコン5′の全表面に一様に形成し
た構造を示し、この構造でも第2図および第4図の構造
と同じ効果を得ることができる。
以上のように構成することにより、誘電体膜11を構成
している二酸化シリコンはシリコン基板5′と酸化亜鉛
膜6とで決定する素子の温度係数を打ち消す方向に働く
ために、素子全体としては小さな温度係数を持たせるこ
とができる.さらにまた本発明の他の実施例として、く
し型電極はシリコン基板または誘電体膜上に設けた構造
にすることができる。またそのくし型電極に対向した酸
化亜鉛膜上に金属膜を付着させた構造にしても良い. 本文実施例中では酸化亜鉛膜6の圧電軸がシリコン基板
5′に対して垂直に形成された場合を示したが、シリコ
ン基板5′面に垂直な方向からの傾きがほぼ10度以下
の圧電軸の場合にもほぼ同等の特性が得られる.またシ
リコン基板5′のカット面および表面弾性波を励振すべ
き伝播軸は、それぞれ(1 1 0)面,(100)面
および[001]軸方向、[0 1 11軸方向から数
度ずれている場合にもほぼ同等の特性が得られることが
わかった.以上説明して明らかなように本発明によれば
,基板材料としての所定の結晶面でカットされたシリコ
ン基板を用い、このシリコン基板上に誘電体膜を形成し
,少なくともこの誘電体膜表面に酸化亜鉛膜を形成し、
この酸化亜鉛膜表面に電極を形成するように構成するも
のであるから、電気機械結合係数に柔軟性を持たせるこ
とができ、任意な値に設定することができる.また誘電
体膜を設けることにより温度係数を小さくすることがで
きる.このように電気機械結合係数を大きくすることが
できるので,表面弾性波トランスジューサのインピーダ
ンスを小さくできて整合がとり易くなるため高効率で動
作し得る表面弾性波素子が実現できる。
している二酸化シリコンはシリコン基板5′と酸化亜鉛
膜6とで決定する素子の温度係数を打ち消す方向に働く
ために、素子全体としては小さな温度係数を持たせるこ
とができる.さらにまた本発明の他の実施例として、く
し型電極はシリコン基板または誘電体膜上に設けた構造
にすることができる。またそのくし型電極に対向した酸
化亜鉛膜上に金属膜を付着させた構造にしても良い. 本文実施例中では酸化亜鉛膜6の圧電軸がシリコン基板
5′に対して垂直に形成された場合を示したが、シリコ
ン基板5′面に垂直な方向からの傾きがほぼ10度以下
の圧電軸の場合にもほぼ同等の特性が得られる.またシ
リコン基板5′のカット面および表面弾性波を励振すべ
き伝播軸は、それぞれ(1 1 0)面,(100)面
および[001]軸方向、[0 1 11軸方向から数
度ずれている場合にもほぼ同等の特性が得られることが
わかった.以上説明して明らかなように本発明によれば
,基板材料としての所定の結晶面でカットされたシリコ
ン基板を用い、このシリコン基板上に誘電体膜を形成し
,少なくともこの誘電体膜表面に酸化亜鉛膜を形成し、
この酸化亜鉛膜表面に電極を形成するように構成するも
のであるから、電気機械結合係数に柔軟性を持たせるこ
とができ、任意な値に設定することができる.また誘電
体膜を設けることにより温度係数を小さくすることがで
きる.このように電気機械結合係数を大きくすることが
できるので,表面弾性波トランスジューサのインピーダ
ンスを小さくできて整合がとり易くなるため高効率で動
作し得る表面弾性波素子が実現できる。
またそれと共に表面弾性波トランスジューサの電極対数
を少なくすることができるため、素子の小型化が可能に
なりコストダウンを計ることができる. さらに温度係数が小さくなることで表面弾性波素子の安
定な動作を行わせることができる。
を少なくすることができるため、素子の小型化が可能に
なりコストダウンを計ることができる. さらに温度係数が小さくなることで表面弾性波素子の安
定な動作を行わせることができる。
本発明のように表面弾性波として特にセザヮ波を用いる
場合は、その位相速度が大なる性質を利用して特に高周
波用素子の実現を計る場合有利となる。
場合は、その位相速度が大なる性質を利用して特に高周
波用素子の実現を計る場合有利となる。
本発明は特にシリコン基板としてIC用基板と共通の基
板を用いることにより,小型化、高集積化された新しい
機能を有するデバイスが得られるので広範囲な用途に適
用して効果的である。
板を用いることにより,小型化、高集積化された新しい
機能を有するデバイスが得られるので広範囲な用途に適
用して効果的である。
第1図は従来例を示す断面図、第2図、第4図、第6図
および第7図はいずれも本発明実施例を示す断面図,第
3図および第5図は共に本発明にょり得られた結果を示
す特性図である.
および第7図はいずれも本発明実施例を示す断面図,第
3図および第5図は共に本発明にょり得られた結果を示
す特性図である.
Claims (3)
- (1)ほぼ(110)面と等価な面でカットされたシリ
コン基板と、このシリコン基板の表面部に部分的に形成
された誘電体膜と、この誘電体膜を覆うように上記シリ
コン基板上に形成された酸化亜鉛膜と、この酸化亜鉛膜
上に形成された電極とを含み、上記シリコン基板のほぼ
[001]軸方向と等価な方向に表面弾性波としてセザ
ワ波を伝播させ、上記酸化亜鉛膜の膜厚hを上記表面弾
性波の波長をλとして0.9<2πh/λ<3.0の範
囲に選定し、上記酸化亜鉛膜の圧電軸が上記シリコン基
板に対して垂直又は垂直方向に対して10度以下の傾き
をもつことを特徴とする表面弾性波素子。 - (2)ほぼ(110)面と等価な面でカットされたシリ
コン基板と、このシリコン基板の表面部に部分的に形成
された誘電体膜と、この誘電体膜を覆うように上記シリ
コン基板上に形成された酸化亜鉛膜と、この酸化亜鉛膜
上に形成された電極と、上記シリコン基板と酸化亜鉛膜
間の電界部のこの電極との対応部に設けた金属膜とを含
み、上記シリコン基板のほぼ[001]軸方向と等価な
方向に表面弾性波としてセザワ波を伝播させ、上記酸化
亜鉛膜の膜厚hを上記表面弾性波の波長をλとして0.
9<2πh/λ<3.0の範囲に選定し、上記酸化亜鉛
膜の圧電軸が上記シリコン基板面に対して垂直又は垂直
方向に対して10度以下の傾きをもつことを特徴とする
表面弾性波素子。 - (3)上記誘電体膜が二酸化シリコンから成ることを特
徴とする請求項(1)又は(2)に記載の表面弾性波素
子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1161972A JPH02290316A (ja) | 1989-06-23 | 1989-06-23 | 表面弾性波素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1161972A JPH02290316A (ja) | 1989-06-23 | 1989-06-23 | 表面弾性波素子 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56163148A Division JPS5863214A (ja) | 1981-03-05 | 1981-10-12 | 表面弾性波素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02290316A true JPH02290316A (ja) | 1990-11-30 |
Family
ID=15745583
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1161972A Pending JPH02290316A (ja) | 1989-06-23 | 1989-06-23 | 表面弾性波素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02290316A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7327069B2 (en) * | 2005-03-04 | 2008-02-05 | Hon Hai Precision Industry Co., Ltd. | Surface acoustic wave device and method for making same and mobile phone having same |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5863214A (ja) * | 1981-03-05 | 1983-04-15 | Clarion Co Ltd | 表面弾性波素子 |
| JPH029485A (ja) * | 1988-06-29 | 1990-01-12 | Satake Giken Kk | 疎水性有機物質の分離方法 |
-
1989
- 1989-06-23 JP JP1161972A patent/JPH02290316A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5863214A (ja) * | 1981-03-05 | 1983-04-15 | Clarion Co Ltd | 表面弾性波素子 |
| JPH029485A (ja) * | 1988-06-29 | 1990-01-12 | Satake Giken Kk | 疎水性有機物質の分離方法 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7327069B2 (en) * | 2005-03-04 | 2008-02-05 | Hon Hai Precision Industry Co., Ltd. | Surface acoustic wave device and method for making same and mobile phone having same |
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