JPH02295211A - エネルギー閉じ込め型弾性表面波素子 - Google Patents

エネルギー閉じ込め型弾性表面波素子

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JPH02295211A
JPH02295211A JP11713289A JP11713289A JPH02295211A JP H02295211 A JPH02295211 A JP H02295211A JP 11713289 A JP11713289 A JP 11713289A JP 11713289 A JP11713289 A JP 11713289A JP H02295211 A JPH02295211 A JP H02295211A
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electrode
drive electrode
shaped drive
thickness
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JP11713289A
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Yoshiaki Fujiwara
嘉朗 藤原
Kiyoshi Sato
清 佐藤
Kazuyuki Hashimoto
和志 橋本
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Fujitsu Ltd
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Fujitsu Ltd
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要] エネルギー閉じ込め型弾性表面波素子の構造に関し、 弾性表面波素子の表面波駆動電極上に形成される誘電体
膜の膜厚と、反射電極の上に形成される誘電体膜の膜厚
を変えて、表面波駆動電極下部の圧電性基板の表面に表
面波エネルギーを閉じ込め、共振特性を向上させること
を目的とし、弾性表面波が励振.伝播される圧電性基板
の上に、櫛型駆動電極と前記櫛型駆動電極の両側に所要
の間隔をあけて2つの反射電極を配設し、前記櫛型駆動
電極と2つの反射電極を覆い、かつ、前記櫛型駆動電極
と両反射電極の上の膜厚が互いに異なる誘電体膜を被着
形成して、前記櫛型駆動電極下部の圧電性基板の表面に
弾性表面波エネルギーを閉じ込めるようにエネルギー閉
じ込め型弾性表面波素子を構成する。
〔産業上の利用分野〕
本発明は弾性表面波素子、とくに、エネルギー閉じ込め
型弾性表面波素子の構成に関する。
近年、情報処理機器や通信機器の高速化にともなって、
搬送波や信号波の周波数帯は益々高周波域にシフトして
きており、それに対応して高周波における安定度の高い
基準信号の発生や,位相同期用の素子などが必要となり
、最近はこれらの用途に弾性表面波素子、たとえば、弾
性表面波共振子が使用されるようになってきた。
弾性表面波共振子は、一般的に素子構成が単純であると
いう特徴があるが、その一方、素子性能の作り込みが難
しいという一面があり、スプリアスの少ない共振特性の
優れた弾性表面波素子の開発が求められていた。
〔従来の技術〕
弾性表面波素子,たとえば、弾性表面波共振子は、電気
一機械結合係数が大きく、しかも周波数の温度係数が比
較的小さい基板、たとえば、36゜回転YカットーX伝
播LiTaO:+ (36°Y  X LiTaO3)
単結晶基板の上に、櫛型駆動電極を設け、その両側に反
射電極,たとえば、複数のストリップ状導体パターンを
並列に形成し、それら導体パターンの両端部を連結導体
パターンで接続した、いわゆるショートストリップ型の
反射電極を配設した2端子型素子である。
櫛型駆動電極と反射電極との間隔は、基板表面を伝播す
る表面波の波長をλとすると、(a)従来多く用いられ
てきた通常構造は7/8λであり、(b)最近提案され
ているエネルギー閉じ込め構造のものではλ/2,すな
わち、櫛型駆動電極と連続等ピッチに配置されている。
電極材料としては、伝播損失が小さいアルミニウム(A
f)や、それに若干のCuを混入して電界印加時の電極
のマイグレーションを抑えるようにしたAf合金を使用
している。
従来、圧電性基板の両面に、板の輪郭寸法よりも小さい
電極を設けたり、1枚の圧電性基板の表面に複数の電極
対を近接して配列して共振子を構成すると、電極部分に
弾性波エネルギーが閉じ込められた、いわゆる、工禾ル
ギー閉じ込め型圧電共振子あるいはエネルギー閉じ込め
型多重モード圧電フィルタ(モノリシック圧電フィルタ
)が形成され、スプリアス共振のない安定した共振特性
が得られることが知られている。これは電極下部では電
極の質量や圧電反作用の影響で若干の周波数低下を生じ
、無電極部への弾性波の伝播ができなくなるためである
(電子情報通信学会編:電子情報通信ハンドブック,第
1分冊.  P 575, 1988参照)。
弾性表面波素子においても、共振特性の向上を目指した
努力が続けられており、たとえば、樽型駆動電極と反射
電極との膜厚を変えて、弾性表面波エネルギーを櫛型駆
動電極の下部に閉じ込めようという試みがなされている
(清水,鈴木:“格段に小型・広帯域な弾性表面波共振
子“,第16回EMシンポジウム発表論文(1987.
3.11)参照)。
第6図はエネルギー閉じ込め型弾性表面波共振子の従来
例を示す図である。図中、1は圧電性基板、2”a, 
2’ bはAI1.製の櫛型電極で交互に電極を差し挟
んで櫛型駆動電極を形成している。3゛および4゛は前
記櫛型駆動電極の両側に、複数のストリップ状A2パタ
ーンを並列に形成し、それらA/2パターンの両端部を
連結/lパターンで接続した、いわゆる、ショートスト
リップ型の反射電極である。櫛型駆動電極と反射電極と
の間隔および各電極ピッチは、基板表面を伝播する表面
波の波長をλとするとλ/2,すなわち、櫛型駆動電極
と反射電極はλ/2の連続等ピッチに配置されている。
電極巾および電極間隔は通常いずれもλ/4として設計
されることが多い。
Af電極パターンの厚さは数100nmから1μm程度
の範囲で真空蒸着法などで形成される。
同図(イ)は周波数上昇型のエネルギー閉じ込め構造を
示したもので、櫛型電極2’a,2’bの厚さが反射電
極3゜および4゛に比較して半分以下と薄く形成されて
おり、したがって、櫛型駆動電極部での電極の質量効果
は反射電極部よりも小さく、表面波の速度は大きい、す
なわち、櫛型駆動電極部では周波数が上昇し表面波エネ
ルギーは櫛型駆動電極下部に閉じ込められることになる
一方、同図(口)は周波数低下型エネルギー閉じ込め構
造を示したもので、同図(イ)の場合とは逆に櫛型電極
2 ’ a + 2 ’ bの厚さが反射電極3゛およ
び4゛に比較して2倍以上と厚く形成されており、した
がって、櫛型駆動電極部での電極の質量効果は反射電極
部よりも大きく、表面波の速度は小さい、すなわち、櫛
型駆動電極部では周波数が低下し、同様に表面波エネル
ギーは櫛型駆動電極下部に閉じ込められることになる。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかし、上記従来例では、Affi電極の厚さは1μm
以下と薄く、櫛型駆動電極と反射電極との膜厚差を安定
に製造するのは難しく、また、Aj2電極の膜厚差によ
る弾性表面波速度の変化は極めて僅かで、エネルギーの
閉じ込め効果は充分でなく目的とする共振特性が得られ
ないという問題があり、その解決が必要であった。
〔課題を解決するための手段〕
上記の課題は、弾性表面波が励振.伝播される圧電性基
板1の上に、櫛型駆動電極2と前記櫛型駆動電極2の両
側に所要の間隔をあけて反射電極3.4を配設し、前記
樽型駆動電極2と反射電極3,4を覆い、かつ、前記櫛
型駆動電極2と反射電極3.4の上の膜厚が互いに異な
る誘電体膜5を被着形成して、前記櫛型駆動電極2下部
の圧電性基板の表面に弾性表面波エネルギーを閉じ込め
ることを特徴としたエネルギー閉じ込め型弾性表面波素
子によって解決することができる。
〔作用〕
本発明のエネルギー閉じ込め型弾性表面波素子は、質量
効果の小さいA!電極の厚さを変えるのではなく、櫛型
駆動電極と反射電極の上に形成した厚い誘電体膜の膜厚
を変えて、櫛型駆動電極部分の表面波の伝播速度と、反
射電極部分の表面波の伝播速度とを変えるので、そのエ
ネルギー閉じ込め効果が大きい。さらに、誘電体中の表
面波の伝播速度は誘電体の性質で異なるので、その種類
や厚さの組み合わせにより、エネルギー閉じ込め効果の
選択巾が大きく各種の弾性表面波素子に適用可能である
〔実施例〕
第1図は本発明の実施例を説明する斜視図である。図中
、1は圧電性基板で、たとえば、36゜YカットのLi
TaO,単結晶基板で、寸法は厚さ0.35mm,巾2
mm,長さ6mm,表面は平滑に研磨してある。表面波
はX方向に伝播するように電極を配置した。2は櫛型駆
動電極で、それぞれ50本の櫛歯を有する一対の櫛型電
極2aと2bとが互いに櫛歯を差し挟んで配置されてい
る。3.4は反射電極で、それぞれ100本のストリッ
プ状導体パターンを並列に形成し、それら導体パターン
の両端部を連結導体パターンで接続した、いわゆるショ
ートストリップ型のものである。これら電極パターンの
形成は、具体的には前記基板1上に約1μmの一定膜厚
のA2膜を真空蒸着し、通常のホトリソグラフィ法で前
記櫛型駆動電極2と反射電極3および4を同時形成した
電極間隔は櫛型駆動電極と両反射電極の間も含めて全て
λ/2,すなわち、連続等ピッチ配置になるよう形成し
た。
?お、共振周波数181MHzを得るために、前記基板
1のX伝播表面波の音速4090 m / sからλ=
22.7μmを算出し、電極ピッチをλ/2,電極巾お
よび電極間隔をλ/4として設計した。
5は誘電体膜で、たとえば、此の実施例では表面伝播速
度の温度係数がLiTaO=の温度係数と逆符号であり
、周波数温度特性の改善にも有効な二酸化シリコン(S
iO■)膜を用い(特願昭55−159612および特
願昭63−187705参照)、5μmの厚さにRFス
パッタリング法で生成した。
6a,6bは櫛型駆動電極2を駆動する電源を接続する
ための外部リード導出部で、第1図には示してない一対
の櫛型電極のそれぞれの接続部の一部に設けた電極露出
部である。すなわち、それらの上の二酸化シリコン膜を
、たとえば、CF.の中でイオンエッチングにより除去
して孔部として形成した。
7は駆動電極上の凹部で、櫛型駆動電極2の上の二酸化
シリコン膜の厚さの半分を、同じ<CF.の中でイオン
エッチングにより除去して形成したもので、したがって
、その部分の二酸化シリコン膜の厚さは約2.5μmに
なっている。
第2図は本発明による実施例の弾性表面波素子の構成図
である。同図(イ)は平面図、同図(口)はA−A’断
面図で、第1図の斜視図を補足してよりわかりやすく示
したものである。図中、2a+2bは櫛型電極で互いに
櫛歯を差し挟んで、櫛型駆動電極2を形成している。6
a,6bの斜線部はAffi電極面が露出して外部リー
ド導出部を形成していることを示している。
第3図は本発明のエネルギー閉じ込め状態を説明する概
念図である。■は櫛型駆動電極の上に凹部7を形成する
前のエネルギー分布を示したもので、反射電極上にもほ
\′全面的に表面波エネルギーが伝播している。これに
対して、■は櫛型駆動電極の上に凹部7を形成した後の
ネルギー分布を示したもので、反射電極上には表面波エ
ネルギーの伝播が殆ど見られず、櫛型駆動電極下部に表
面波エネルギーが効果的に閉じ込められている状態を示
したものである。
第4図は本発明実施例のインピーダンス特性を示す図で
ある。図中、■は上記と同じく櫛型駆動電極の上の二酸
化シリコン膜に凹部7を形成する前の共振特性を、■は
櫛型駆動電極上の二酸化シリコン膜に凹部7を形成した
後の共振特性を示したものである。なお、測定にはネッ
トワークアナライザーを使用する通常法に従って行なっ
た。
櫛型駆動電極の上の二酸化シリコン膜に凹部7を形成す
る前は、共振点近傍で多数のスプリアス共振が発生して
いるが(■)、櫛型駆動電極の上の二酸化シリコン膜に
凹部7を形成した後のものは、スプリアスがなく単一モ
ード共振が実現できていることがわかる(■)。
さらに、図からわかるように、二酸化シリコン膜の一部
を除去して膜厚を薄くすると、共振周波数が若干上昇す
る。これは二酸化シリコン膜中の表面波の伝播速度が基
板のLiTaO,,中のそれよりも小さく、したがって
凹部7を形成した場合の伝播速度が、凹部7を形成しな
い場合のそれよりも相対的に大きくなるために共振周波
数が上昇するのである。すなわち、この例は周波数上昇
型のエネルギー閉じ込め構造となっている。
一方、第5図は本発明の他の実施例を説明する図である
。図中、7゛は駆動電極上の台部で、櫛型駆動電極の上
の二酸化シリコン膜の膜厚を他の部分よりも厚くしてい
る。この場合は前記第4図の実施例とは逆に、台部7”
を形成しない場合に比較して共振周波数が低下する。す
なわち、周波数低下型のエネルギー閉じ込め構造となる
なお、上記実施例では櫛型駆動電極と反射電極の上の二
酸化シリコン膜の厚さを変えたが、その何れか一方だけ
に所要の厚さの二酸化シリコン膜を形成しても同様の効
果が得られる。
また、誘電体層5としては二酸化シリコン膜に限定せず
、五酸化タンタル(ra.os),五酸化ニオブ(Nb
ZOS) ,酸化タングステン(WO3) ,窒化シリ
コン(SiJ4)など他の誘電体を適宜使用して、所要
の性能のエネルギー閉じ込め型弾性表面波素子を実現し
てもよいことは言うまでもない。
〔発明の効果〕
以上詳しく述べたように、本発明によれば櫛型駆動電極
と反射電極の上に形成した誘電体膜の膜厚を変えて、櫛
型駆動電極部分の表面波の伝播速度と、反射電極部分の
表面波の伝播速度とを変えるので、そのエネルギー閉じ
込め効果が大きい。
その結果、スプリアス共振のない優れた共振特性が得ら
れるので、弾性表面波共振子の性能および品質向上に寄
与するところが極めて大きい。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例を説明する斜視図、第2図は本
発明による実施例の弾性表面波素子の構成図、 第′3図は本発明のエネルギー閉じ込め状態を説明する
概念図、 第4図は本発明実施例のインピーダンス特性を示す図、 第5図は本発明の他の実施例を説明する図、第6図はエ
ネルギー閉じ込め型弾性表面波共振子の従来例を示す図
、 図において、 1は圧電性基板、 2は櫛型駆動電極、 3および4は反射電極、 5は誘電体膜、 6a,6bは外部リード導出部、 7は駆動電極上の凹部、 7゛は駆動電極上の台部である。 ?浪数 ■ 沿硫明火矩ダ1/)インσ−ダ/ス唇・菰乞示1旧第 
 斗  記 矛兇a81Zよる疋枢例θ弾l卜表面f蒼子n損八図1
 2 口 ラtζ≧≠〉日月グ2イゼr()寅メ到.+I冫し8λ
A”’Fづ〉図第 5 ロ (イ)痩し痰廼(丘屑{L (口)因禦FかA臥下翌 エネIレギ′一閏υ込とシL禅・控じ艮顔ス択振了−の
彼〔7例名分vf図箒 6 記

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 弾性表面波が励振,伝播される圧電性基板(1)の上に
    、櫛型駆動電極(2)と前記櫛型駆動電極(2)の両側
    に所要の間隔をあけて反射電極(3,4)を配設し、前
    記櫛型駆動電極(2)と反射電極(3,4)を覆い、か
    つ、前記櫛型駆動電極(2)と反射電極(3,4)の上
    の膜厚が互いに異なる誘電体膜(5)を被着形成して、
    前記櫛型駆動電極(2)下部の圧電性基板の表面に弾性
    表面波エネルギーを閉じ込めることを特徴としたエネル
    ギー閉じ込め型弾性表面波素子。
JP11713289A 1989-05-09 1989-05-09 エネルギー閉じ込め型弾性表面波素子 Pending JPH02295211A (ja)

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