JPH0280924A - 表面波伝播速度測定装置 - Google Patents

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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は表面波装置に使用される基板等の試料を伝播す
る表面波の伝播速度を測定するために使用される表面波
伝播速度測定装置に関する。

［従来の技術］ 一般に、表面波装置は、無アルカリガラス等の基板表面
を伝播する表面波の伝播を直接利用するらのであるので
、基板材料の表面波伝播速度がデバイスの特性に大きく
影響する。このため、表面波装置の製造に際して、基板
加工面にその表面波伝播速度を知ることができれば、表
面波伝播速度に合った加工が行なえることになる。

このため、従来より、表面波の伝播速度の測定が行なわ
れている。従来の表面波伝播速度測定装置の一例を第４
図に示す。

上記装置は、−枚の圧電基板１の一つの主面に１相の送
波用のインターディジタル電極２を形成するとともに、
間隔ρをおいて、２組の受波用のインターディジタル電
極３および４を形成１−てなるものである。上記圧電基
板１は、表面波伝播速度を測定する試料５の表面との間
に水６を間にして、ト記試料５の表面に平行に配置され
る。そして、この状態で送波用のインターディジタル電
極２から、矢印Ａ１で示すように、超音波を試料５の表
面に発射する。この超音波の試料５への入射角がレーリ
臨界角度ＯＬに等しい場合、上記超音波によって、試料
５の表面に表面波か発生する。

この表面波は、試料５の表面を、第４図において矢印Ａ
　ｔ　、　Ａ　３で示すように伝播する。上記表面波は
、その伝播途中で、第４図において矢印Ａ　４　。

Ａ、で示すように漏洩し、受波用のインターディジタル
電極３，４に夫々入射する。このインターディジタル電
極３．４で漏洩弾性波を検出して、その干渉周波数△ｆ
と、受波用のインターディジタル電極３．４の間隔Ｑと
から、次の（１）式より、試料５の表面を伝播する表面
波伝播速度Ｖが求まる。

ν＝Ｑ・△ｆ　　　　　　・・・・・・（ｌ：）［発明
が解決しようとする課題］ ところで、上記従来の装置では、試１’−１，５によっ
てレーリ臨界角θＩ７が異なるので、送波用のインター
ディジタル電極２から放射される超音波は、その放射角
Ｏａが必４゛゛シも試料５のレーリ臨界角ＯＬに等しく
はならず、上記放射角θａがレーリ臨界角０しにある程
度近くないと、試料５に表面波が発生しないという問題
があった。

また、上記従来の装置では、圧電基板１と試料５との間
にカップル用の水があるので、インターディジタル電極
２ないし４がこの水に接触１．２て腐食してしまうとい
う問題もあった。

さらに、上記従来の装置では、送波用インターディジタ
ル電極２から水へのバルク波への変換や基板５でのバル
ク波から表面波への変換効率か低く、増幅器等を必要と
する問題もあった。

本発明の目的は、試料のレーリ臨界角に等しい放射角を
有する超音波が確実に発生し、カップル用の水による電
極の腐食の発生がなく、表面波とバルク波との間の変換
効率の高い表面波伝播速度測定装置を提供することであ
る。

［課題を解決するための手段コ このため、本発明は、試料表面にそのレーリ臨界角方向
から入射する音波が上記試料表面ｔを表面波となって伝
播し、この表面波の伝播の途中でレーリ臨界角方向に漏
れる漏洩波を上記試料表面から等しい高さにある上記表
面波の伝播方向に沿う２位置に゛Ｃ夫々検出し、その干
渉周波数と上記２位置間の距離とから表面波伝播速度を
測定する表面波伝播速度測定装置であって、固体ブロッ
クよりなり、試料表面との間１．′力＝！プル用の液体
を介して平行に配置されてなる一方の面に、試料表面に
上記レーリ臨界角方向から音波を入射させる送波用音響
レンズ部と、上記２位置にて夫々漏洩波を受ける第１お
よび第２の受波用音響レンズ部とを備えてなる音響レン
ズを備える一方、上記送波用音響レンズに対向して上記
音響レンズの一方の面に対向する他方の面に接着されて
なる送波用圧電トランスジューサと、上記第１の受波用
音響レンズ部に対向して音響レンズの、Ｊ―記他方の面
に接着されてなる第１の受波用圧電トランスジューサと
、上記第２の受波用音響レンズ部に対向して音響レンズ
のＬ泥地だの面に接着されてなる第２の受波用圧電トラ
ンスジューサとを備えてなり、これら第１および第２の
受波用圧電トランスジューサの出力から上記干渉周波数
を検出するよつにしたことを特徴としている。

［作用］ 上記送波用圧電トランスジューサにて発生したバルク波
は、それに対向する音響レンズの送波用音響し／ンズ部
によ、り水中に放射される１、上記バルり波は、この送
波用音響レンズ部にて試料のレーリ臨界角を含む所定角
度範囲で屈折する。よって、送波用音響レンズ部により
水中に放射されるバルク波のうち、試料のレーリ臨界角
と一致する音波が試料上で表面波となって伝播する。そ
して、この表面波の漏洩波が、第１および第２の受波用
音響レンズ部で受けられ、受波用圧電トランスジユーザ
に到達するが、そのうち垂直方向１こ入射するものだけ
が検出される。その２波の信号の干渉周波数と受波用音
響レンズのピッチより表面波の伝播速度を検出する。

［発明の効果］ 本発明によれば、音響レンズの送波用音響レンズ部から
は必ず試料のレーリ臨界角に等しい放射角を存する超音
波が放射されるので、試料には確実に表面波が発生し、
従って、その漏洩波を検出して、確実に試料表面を伝播
する表面波の伝播速度を検出することができる。

また、本発明によれば、カップル用の水は音響レンズに
接しているが、圧電トランスジューサの電極等はこのカ
ップル用の水に接することがないので、電極腐食の問題
も完全に解消される。

さらに、本発明によれば、送波用圧電トランスジューサ
で発生したバルク波は、音響レンズの送波用音響レンズ
部からすべて放射され、音響レンズの他の部分へ伝播す
ることがないので、試料中の表面波の発生効率も高くな
る。

［実施例〕 以下、添付の図面を参照して本発明の詳細な説明する。

本発明に係る表面波伝播速度測定装置の一実施例の斜視
図を第１図に示す。

上記測定装置は、サファイヤやガラス等の材料からなる
固体ブロック２よりなり、この固体ブロック１１の一方
の面に、送波用音響レンズ部１２、第１および第２の受
波用音響レンズ部ｉ３および１４をこの順に設けてなる
音響レンズＩ５を有する。そして、この音響レンズ１５
の上記固体ブロック１１の他方の面には送波用圧電トラ
ンスジューサ１６．第１および第２の受波用圧電トラン
スジューサ１７および１８が接着される。これらの圧電
トランスジューサｌ　６，１７．１８はＺｎＯ＃膜、Ｐ
ＺＴセラミックスなどで構成されている。

上記音響レンズ１５の送波用音響レンズ部１２第１の受
波用音響レンズ部１３および第２の受波用音響レンズ部
１４はいずれもたとえばシリンドリカル形のものである
。すなわち、上記送波用音響レンズ部１２は、音響レン
ズ１５の固体ブロックＩ＋の一方の面に形成された横断
面が半円形の溝形状のもので、固体ブロック１１の上記
一方の面を横断して形成される。第１の受波用音響レン
ズ部１３および第２の受波用音響レンズ部１４も、送波
用音響レンズ部１２と同様のシリンドリカル形のもので
、固体ブロックＩｔの上記一方の面を横断して上記送波
用音響レンズ部１２と平行に配置される。

一方、上記音響レンズ１５の固体ブロック１１の他方の
面には共通電極１９が形成されており、この共通電極１
９の上に、電極１６ａを有する送波用圧電トランスジュ
ーサ１６．？′ＩＸ極１７ａおよび１８ａを有する第１
および第２の受波用圧電トランスジューサ１７および１
８が接着される。これら送波用圧電トランスジューサ１
６．第１および第２の受波用圧電トランスジューサ１７
および１８は、上記共通電極１９上にて上記送波用音響
レンズ部１２．第１および第２の受波用音響レンズ部Ｉ
３および１４に夫々対向する位置に接着される。

以上に説明した音響レンズＩ５は、第２図に示すように
、その上記送波用音響レンズ部１２．第１および第２の
受波用音響レンズ部１３および１４側をカップル用の水
２１を間にして、一定の間隔をおいて試料２２に対向し
て配置される。そして、送波用圧電トランスジューサ１
６にはその電極１６ａと共通電極１９との間に駆動電圧
を与えて振動させる。この振動により発生するバルク波
を音響レンズ１５の固体ブロック１１の送波用音響レン
ズ部１２より、カップル用の水２１中に放射する。この
放射角θａが試料２２のレーリ臨界角θＩ、と一致する
音波が、矢印Ａ　１　Ｉ、　Ａ　１２およびＡ１３で示
すように試料２２表面で表面波となって伝播する。

試料２２表面を伝播する表面波の漏洩波が上記試料２２
より放射される。この表面波の漏洩波は音響レンズ１５
の第１および第２の受波用音響レンズ部１３および１４
で受波される。これら第１および第２の受波用音響レン
ズ部１３および１４で受波された漏洩波は、第１および
第２の受波用圧電トランスジューサ１７および１８に垂
直に入射したものだけか検出される。すなわち、第１お
よび第２の受波用圧電トランスジューサ１７および＋８
は、その間隔ａに等しい間隔をおいて試料２２表面に位
置している２点ＰおよびＱから夫々矢印Ａ＋ａ、Ａ＋ｓ
で示ずようにレーリ臨界角θ１．方向に漏洩する表面波
を検出する。これら２つの漏洩波の干渉周波数信号△「
と上記距離ａより、既に述べた（１）式の演算を行なう
ことにより、試料２２の表面を伝播する表面波の伝播速
度を検出することができる。

以上に説明した表面波伝播速度測定装置を用いた試料２
２の表面波の伝播速度の測定システムのシステム構成の
一例を第３図に示す。

音響レンズ１５の送波用圧電トランスジューサＩ６には
、ネットワークアナライザ２３の出力端子ＯＵＴから分
配器２４を経由して、駆動信号が供給される。そして、
第１および第２の受波用圧電トランスジューサ１７およ
び＋８の出力は、増幅器２５の入力端に入力され、干渉
周波数△ｒが検出される。増幅器２３の出力端は、ネッ
トワークアナライザ２３の入力端Ｂに接続される。そし
て、このネットワークアナライザ２３の出力は、演算処
理装置（図示せず。）に出力され、表面波の伝播速度が
上記（１）式で演算される。

このようにすれば、第２図からも分かるように、音響レ
ンズ１５の送波用音響レンズ部１２は、水２１中に放射
される際に、送波用圧電トランスジューサ１６からそれ
に垂直に発射されるバルク波を屈折させるので、その放
射角θａが試料２２のレーリ臨界角θＬに等しくなるも
のが必ずある。これにより、試料２２には確実に表面波
が発生することになる。

また、音響レンズ１５は、その送波用音響レンズ部１２
．第１および第２の受波用音響レンズ部１３および１４
部分のみがカップル用の水２１に接触しているだけであ
るので、共通電極１９や送波用圧電トランスジューサＩ
６の電極１６ａや第１および第２の受波用圧電トランス
ジューサＩ７および１８の電極！７ａおよび１８ａの腐
食が発生することはない。

また、試料２２の表面波の発生のために、送波用圧電ト
ランスジューサ１６はバルク波を発生させているので、
表面波の発生効率も高（なる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る表面波伝播速度測定装置の一実施
例の斜視図、 第２図は第１図の表面波伝播速度測定装置を試料上に配
置した状態を示す縦断面図、 第３図は第１図の表面波伝播速度測定装置による試料の
表面波の伝播速度の測定システムの一例を示すシステム
構成図、 第４図は従来の表面波伝播速度測定装置の説明図である
。 ＋１　・・固体ブロック、 Ｉ２・・・送波用音響レンズ部、 １３・・・第１の受波用音響レンズ部、１４・・・第２
の受波用音響レンズ部、１５・・・音響レンズ、 ＋６・・・送波用圧電トランスジューサ、１７・・・第
１の受波用圧電トランスジューサ、１８−第２の受波用
圧電トランスジューサ、１９・・・共通電極、２１・・
・水、２２・・・試料。 特許出願人　株式会社　相国製作所 代理　人　弁理士　青山葆　外１名 第１ 図 第２図 第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）試料表面にそのレーリ臨界角方向から入射する音
   波が上記試料表面上を表面波となって伝播し、この表面
   波の伝播の途中でレーリ臨界角方向に漏れる漏洩波を上
   記試料表面から等しい高さにある上記表面波の伝播方向
   に沿う２位置にて夫々検出し、その干渉周波数と上記２
   位置間の距離とから表面波伝播速度を測定する表面波伝
   播速度測定装置であって、 固体ブロックよりなり、試料表面との間にカップル用の
   液体を介して平行に配置されてなる一方の面に、試料表
   面に上記レーリ臨界角方向から音波を入射させる送波用
   音響レンズ部と、上記２位置にて夫々漏洩波を受ける第
   １および第２の受波用音響レンズ部とを備えてなる音響
   レンズを備える一方、上記送波用音響レンズ部に対向し
   て上記音響レンズの一方の面に対向する他方の面に接着
   されてなる送波用圧電トランスジューサと、上記第１の
   受波用音響レンズ部に対向して音響レンズの上記他方の
   面に接着されてなる第１の受波用圧電トランスジューサ
   と、上記第２の受波用音響レンズ部に対向して音響レン
   ズの上記他方の面に接着されてなる第２の受波用圧電ト
   ランスジューサとを備えてなり、これら第１および第２
   の受波用圧電トランスジューサの出力から上記干渉周波
   数を検出するようにしたことを特徴とする表面波伝播速
   度測定装置。