JPH06164306A - 弾性表面波共振子 - Google Patents
弾性表面波共振子Info
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- JPH06164306A JPH06164306A JP5723192A JP5723192A JPH06164306A JP H06164306 A JPH06164306 A JP H06164306A JP 5723192 A JP5723192 A JP 5723192A JP 5723192 A JP5723192 A JP 5723192A JP H06164306 A JPH06164306 A JP H06164306A
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- acoustic wave
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Landscapes
- Surface Acoustic Wave Elements And Circuit Networks Thereof (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】回転ＹカットＬｉＴａＯ3 の圧電基板を用いて
ラブ波型弾性表面波共振子を実現し、小形化と容量比の
小さい弾性表面波共振子を実用化することを目的とす
る。 【構成】Ｙ軸からの切断回転角が−１０°〜＋５０°の
範囲の回転ＹカットＬｉＴａＯ3 圧電基板１の表面上
に、比重の大きい金属で形成された多数の交差指を有す
るすだれ状変換器２を配置し、基板のＸ軸方向にラブ波
型弾性表面波を励起せしめるように構成したことを特徴
とする。
ラブ波型弾性表面波共振子を実現し、小形化と容量比の
小さい弾性表面波共振子を実用化することを目的とす
る。 【構成】Ｙ軸からの切断回転角が−１０°〜＋５０°の
範囲の回転ＹカットＬｉＴａＯ3 圧電基板１の表面上
に、比重の大きい金属で形成された多数の交差指を有す
るすだれ状変換器２を配置し、基板のＸ軸方向にラブ波
型弾性表面波を励起せしめるように構成したことを特徴
とする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、電子機器、特に通信機
器の電圧制御発振器（ＶＣＯ）に共振素子として用いら
れるエネルギ閉じ込め型弾性表面波共振子に関するもの
である。
器の電圧制御発振器（ＶＣＯ）に共振素子として用いら
れるエネルギ閉じ込め型弾性表面波共振子に関するもの
である。
【０００２】
【従来の技術】通信機に周波数シンセサイザを利用する
場合、電圧制御発振器（ＶＣＯ）に周波数可変範囲の広
いことが要求される。従って電圧制御発振器の共振素子
として弾性表面波共振子を用いる場合には、弾性表面波
共振子に容量比（共振周波数と反共振周波数の差の逆数
に比例する値）が小さく、かつ電気機械結合係数
（ｋ2）の大きいことが要求される。このような要求に
応える弾性表面波共振子として、タンタル酸リチウム
（ＬｉＴａＯ3 ）の圧電基板を用いたエネルギ閉じ込め
型弾性表面波共振子（以下ＳＡＷ共振子と略記する）が
挙げられる。従来のタンタル酸リチウム（ＬｉＴａ
Ｏ3 ）の圧電基板を用いたＳＡＷ共振子は次の２種類の
ものがある。その１つは、Ｘカット−１１２°回転Ｙ方
向伝搬の圧電基板上に存在するレイリー（Rayleigh) 波
型の表面波を利用したものであり、もう１つは、３６°
Ｙカット−Ｘ方向伝搬の圧電基板上に存在する擬似弾性
表面波（リーキ波型の表面波）を利用したものである。
レイリー波型の表面波を利用したＳＡＷ共振子は、電気
機械結合係数ｋ2 が比較的小さく０．７％程度であるた
めＳＡＷ共振子を構成した場合には容量比が２５０程度
となりあまり小さくできない。結合係数ｋ2 が小さいた
めグレーティング反射器の電極本数やＩＤＴの電極対数
を多くする必要があり小型化には不利である。一方、擬
似弾性表面波を利用したＳＡＷ共振子は、圧電基板中に
バルク波を放射しながら伝搬するリーキ（Leaky)波であ
るため一般に伝搬減衰量が大きいが、切断回転角が３６
°の３６°Ｙカット−Ｘ伝搬ＬｉＴａＯ3 の圧電基板の
場合は伝搬減衰量がほぼ０になり、結合係数ｋ2 も４．
７％と比較的大きいので実用化されて用いられている。
しかしながら、この形の波は本質的にリーキ波であるた
めカット回転角が３６°からずれると減衰を生ずる欠点
がある。
場合、電圧制御発振器（ＶＣＯ）に周波数可変範囲の広
いことが要求される。従って電圧制御発振器の共振素子
として弾性表面波共振子を用いる場合には、弾性表面波
共振子に容量比（共振周波数と反共振周波数の差の逆数
に比例する値）が小さく、かつ電気機械結合係数
（ｋ2）の大きいことが要求される。このような要求に
応える弾性表面波共振子として、タンタル酸リチウム
（ＬｉＴａＯ3 ）の圧電基板を用いたエネルギ閉じ込め
型弾性表面波共振子（以下ＳＡＷ共振子と略記する）が
挙げられる。従来のタンタル酸リチウム（ＬｉＴａ
Ｏ3 ）の圧電基板を用いたＳＡＷ共振子は次の２種類の
ものがある。その１つは、Ｘカット−１１２°回転Ｙ方
向伝搬の圧電基板上に存在するレイリー（Rayleigh) 波
型の表面波を利用したものであり、もう１つは、３６°
Ｙカット−Ｘ方向伝搬の圧電基板上に存在する擬似弾性
表面波（リーキ波型の表面波）を利用したものである。
レイリー波型の表面波を利用したＳＡＷ共振子は、電気
機械結合係数ｋ2 が比較的小さく０．７％程度であるた
めＳＡＷ共振子を構成した場合には容量比が２５０程度
となりあまり小さくできない。結合係数ｋ2 が小さいた
めグレーティング反射器の電極本数やＩＤＴの電極対数
を多くする必要があり小型化には不利である。一方、擬
似弾性表面波を利用したＳＡＷ共振子は、圧電基板中に
バルク波を放射しながら伝搬するリーキ（Leaky)波であ
るため一般に伝搬減衰量が大きいが、切断回転角が３６
°の３６°Ｙカット−Ｘ伝搬ＬｉＴａＯ3 の圧電基板の
場合は伝搬減衰量がほぼ０になり、結合係数ｋ2 も４．
７％と比較的大きいので実用化されて用いられている。
しかしながら、この形の波は本質的にリーキ波であるた
めカット回転角が３６°からずれると減衰を生ずる欠点
がある。
【０００３】図３（Ａ）はＬｉＴａＯ3 基板の切断回転
角に対する表面波速度の特性図である。図３（Ｂ）に示
すように、横軸はＹ−Ｚ面内のＹ軸からの切断回転角θ
を示し、表面波はＸ軸方向に伝搬する。図３に示すよう
に、回転ＹカットＬｉＴａＯ3 圧電基板上には、表面波
速度の遅い破線で示したレイリー波と表面波速度の速い
擬似弾性表面波（リーキ波）が存在することが知られて
いる。また、電気機械結合係数ｋ2 は次式で定義され
る。
角に対する表面波速度の特性図である。図３（Ｂ）に示
すように、横軸はＹ−Ｚ面内のＹ軸からの切断回転角θ
を示し、表面波はＸ軸方向に伝搬する。図３に示すよう
に、回転ＹカットＬｉＴａＯ3 圧電基板上には、表面波
速度の遅い破線で示したレイリー波と表面波速度の速い
擬似弾性表面波（リーキ波）が存在することが知られて
いる。また、電気機械結合係数ｋ2 は次式で定義され
る。
【数１】 但し、 Ｖf ：表面自由（Free Surface）の表面波速度 Ｖm ：表面短絡（Metalized Surface ）の表面波速度
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上式から、電気機械結
合係数ｋ2 は、表面自由の表面波速度Ｖf と表面短絡の
表面波速度Ｖm の差が大きい程その値は大きくなる。従
ってレイリー波の場合はほとんど両者が重なっているた
め結合係数ｋ2 は極めて小さい。一方擬似弾性表面波は
切断回転角が０°（通称Ｙ板ともいう）の場合に表面波
速度の差が最も大きく、切断回転角度が３６°（通称３
６°Ｙ板）の場合の約１．３倍である。すなわち３６°
Ｙ板に比べ０°Ｙ板の方がｋ2 が大きく容量比を小さく
できることがわかる。しかしながら擬似弾性表面波はリ
ーキ波であるため、３６°Ｙ近傍は表面波の伝搬減衰量
が０となるが、切断回転角の精度が問題であり、回転角
を０°にすると伝搬減衰量が大きくなりそのままでは実
用することはできないという問題点がある。また、Ｌｉ
ＴａＯ3 を圧電基板として利用したラブ波型弾性表面波
共振子はまだ実用化されていない。本発明の目的は、上
記の従来のＬｉＴａＯ3 圧電基板を利用した弾性表面波
共振子よりさらに小形で、容量比が小さく切断回転角の
精度に大きく依存しないラブ波型の弾性表面波共振子を
提供することにある。
合係数ｋ2 は、表面自由の表面波速度Ｖf と表面短絡の
表面波速度Ｖm の差が大きい程その値は大きくなる。従
ってレイリー波の場合はほとんど両者が重なっているた
め結合係数ｋ2 は極めて小さい。一方擬似弾性表面波は
切断回転角が０°（通称Ｙ板ともいう）の場合に表面波
速度の差が最も大きく、切断回転角度が３６°（通称３
６°Ｙ板）の場合の約１．３倍である。すなわち３６°
Ｙ板に比べ０°Ｙ板の方がｋ2 が大きく容量比を小さく
できることがわかる。しかしながら擬似弾性表面波はリ
ーキ波であるため、３６°Ｙ近傍は表面波の伝搬減衰量
が０となるが、切断回転角の精度が問題であり、回転角
を０°にすると伝搬減衰量が大きくなりそのままでは実
用することはできないという問題点がある。また、Ｌｉ
ＴａＯ3 を圧電基板として利用したラブ波型弾性表面波
共振子はまだ実用化されていない。本発明の目的は、上
記の従来のＬｉＴａＯ3 圧電基板を利用した弾性表面波
共振子よりさらに小形で、容量比が小さく切断回転角の
精度に大きく依存しないラブ波型の弾性表面波共振子を
提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明の弾性表面波共振
子は、Ｙ軸を法線としＹーＺ平面上でＹ軸からの回転角
が−１０°乃至＋５０°の範囲の所定の角度で切断され
た回転ＹカットＬｉＴａＯ3 圧電基板の表面上に、比重
の大きい金属で形成されたすだれ状変換器が配設され、
前記圧電基板のＸ軸方向にラブ波型弾性表面波が励起さ
れるように構成したものを基本構成とし、さらに、前記
すだれ状変換器の両側の表面波伝搬路上に該すだれ状変
換器と同じ比重の大きい金属で形成されたグレーティン
グ反射器が配設され、前記圧電基板のＸ軸方向にラブ波
型弾性表面波が励起されるように構成したことを特徴と
するものである。
子は、Ｙ軸を法線としＹーＺ平面上でＹ軸からの回転角
が−１０°乃至＋５０°の範囲の所定の角度で切断され
た回転ＹカットＬｉＴａＯ3 圧電基板の表面上に、比重
の大きい金属で形成されたすだれ状変換器が配設され、
前記圧電基板のＸ軸方向にラブ波型弾性表面波が励起さ
れるように構成したものを基本構成とし、さらに、前記
すだれ状変換器の両側の表面波伝搬路上に該すだれ状変
換器と同じ比重の大きい金属で形成されたグレーティン
グ反射器が配設され、前記圧電基板のＸ軸方向にラブ波
型弾性表面波が励起されるように構成したことを特徴と
するものである。
【０００６】すなわち、従来実現されていなかったラブ
波型弾性表面波共振子を実用化するために、ＬｉＴａＯ
3 圧電基板上に音速の遅い重い物質を付着させて表面弾
性波速度を低下させ、図３に示す遅い横波よりも遅くす
ることにより結合係数ｋ2 がほぼそのままもしくはそれ
以上で擬似弾性表面波を伝搬減衰のないラブ波型表面波
に変えたものである。このとき、すだれ状変換器（ＩＤ
Ｔ：Interdigital Transducer)の電極を一様な薄膜の電
極でなくても、金（Ａｕ），白金（Ｐｔ），銀（Ａｇ）
等の比重の大きい金属で十分厚くすることで等価的に一
様膜（但し膜厚は等価的にほぼ１／２とみなされる）と
同等な効果が得られ、擬似弾性表面波をラブ波型表面波
に変換することができる。さらに、回転Ｙカットの切断
角度の範囲が−１０°〜＋５０°（図３の 170°〜 180
°および０°〜５０°）であれば、図３より明らかな如
く、３６°Ｙカット−Ｘ伝搬ＬｉＴａＯ3 の場合と同等
もしくはそれ以上の結合係数ｋ2 が得られることは明白
であり、回転カット角の精度の伝搬減衰量に対する影響
がなくなるという利点がある。
波型弾性表面波共振子を実用化するために、ＬｉＴａＯ
3 圧電基板上に音速の遅い重い物質を付着させて表面弾
性波速度を低下させ、図３に示す遅い横波よりも遅くす
ることにより結合係数ｋ2 がほぼそのままもしくはそれ
以上で擬似弾性表面波を伝搬減衰のないラブ波型表面波
に変えたものである。このとき、すだれ状変換器（ＩＤ
Ｔ：Interdigital Transducer)の電極を一様な薄膜の電
極でなくても、金（Ａｕ），白金（Ｐｔ），銀（Ａｇ）
等の比重の大きい金属で十分厚くすることで等価的に一
様膜（但し膜厚は等価的にほぼ１／２とみなされる）と
同等な効果が得られ、擬似弾性表面波をラブ波型表面波
に変換することができる。さらに、回転Ｙカットの切断
角度の範囲が−１０°〜＋５０°（図３の 170°〜 180
°および０°〜５０°）であれば、図３より明らかな如
く、３６°Ｙカット−Ｘ伝搬ＬｉＴａＯ3 の場合と同等
もしくはそれ以上の結合係数ｋ2 が得られることは明白
であり、回転カット角の精度の伝搬減衰量に対する影響
がなくなるという利点がある。
【０００７】
【実施例】図１は本発明の第１の実施例を示す基本構成
図であり、図２は第２の実施例を示す構成図である。図
１の第１の実施例は、回転Ｙカットの切断角度の範囲が
−１０°〜＋５０°（図３の 170°〜 180°および０°
〜５０°）の圧電基板１の表面上に端子４，４’を有す
るすだれ状変換器（ＩＤＴ）２を配設した基本構成を示
すものであり、ＩＤＴ２の対数を比較的多くしたＩＤＴ
２のみにより構成した弾性表面波共振子である。また、
図２の第２の実施例は、図１の基本構成のＩＤＴ２の両
側にＩＤＴ２と同じ重い金属の電極材料よりなるグレー
ティング反射器３を配置した構造のラブ波型弾性表面波
共振子である。この構成のものは、３６°Ｙカット−Ｘ
方向伝搬ＬｉＴａＯ3 圧電基板上に図２と同様な電極構
造をアルミニウム等の軽い金属で形成した従来の擬似弾
性表面波共振子に比べて、電気機械結合係数ｋ2 が大き
い分だけ反射器３の電極指の本数を少なく（１／２以下
に）することができるため、小型化が可能となると同時
に容量比の小さな弾性表面波共振子を実現することがで
きる。電気機械結合係数ｋ2 の実測値としては、従来の
４．７％に比べて約１１％以上の値が得られた。以上の
実施例では、図１に示したＩＤＴ２のみの基本構成と、
図２に示したＩＤＴ２の両側にグレーティング反射器３
を配置した構成について説明したが、スプリアス応答を
改善するために、ＩＤＴ２の電極指に断点を設けて全体
が菱形になるような重み付けを行った弾性表面波共振子
についても本発明を適用することができるのはいうまで
もない。
図であり、図２は第２の実施例を示す構成図である。図
１の第１の実施例は、回転Ｙカットの切断角度の範囲が
−１０°〜＋５０°（図３の 170°〜 180°および０°
〜５０°）の圧電基板１の表面上に端子４，４’を有す
るすだれ状変換器（ＩＤＴ）２を配設した基本構成を示
すものであり、ＩＤＴ２の対数を比較的多くしたＩＤＴ
２のみにより構成した弾性表面波共振子である。また、
図２の第２の実施例は、図１の基本構成のＩＤＴ２の両
側にＩＤＴ２と同じ重い金属の電極材料よりなるグレー
ティング反射器３を配置した構造のラブ波型弾性表面波
共振子である。この構成のものは、３６°Ｙカット−Ｘ
方向伝搬ＬｉＴａＯ3 圧電基板上に図２と同様な電極構
造をアルミニウム等の軽い金属で形成した従来の擬似弾
性表面波共振子に比べて、電気機械結合係数ｋ2 が大き
い分だけ反射器３の電極指の本数を少なく（１／２以下
に）することができるため、小型化が可能となると同時
に容量比の小さな弾性表面波共振子を実現することがで
きる。電気機械結合係数ｋ2 の実測値としては、従来の
４．７％に比べて約１１％以上の値が得られた。以上の
実施例では、図１に示したＩＤＴ２のみの基本構成と、
図２に示したＩＤＴ２の両側にグレーティング反射器３
を配置した構成について説明したが、スプリアス応答を
改善するために、ＩＤＴ２の電極指に断点を設けて全体
が菱形になるような重み付けを行った弾性表面波共振子
についても本発明を適用することができるのはいうまで
もない。
【０００８】
【発明の効果】本発明を実施することにより、従来の擬
似弾性表面波を利用した弾性表面波共振子に比べてチッ
プサイズを小さくすることができ小型化を図ることがで
きる。さらに、容量比を小さくすることができるため、
電圧制御発振器等に利用した場合、周波数可変範囲の広
帯域化を図ることができるため実用上の効果は極めて大
きい。
似弾性表面波を利用した弾性表面波共振子に比べてチッ
プサイズを小さくすることができ小型化を図ることがで
きる。さらに、容量比を小さくすることができるため、
電圧制御発振器等に利用した場合、周波数可変範囲の広
帯域化を図ることができるため実用上の効果は極めて大
きい。
【図１】本発明の第１の実施例を示す構成図である。
【図２】本発明の第２の実施例を示す構成図である。
【図３】回転ＹカットＬｉＴａＯ3 基板における回転カ
ット角と表面波速度の関係図である。
ット角と表面波速度の関係図である。
１ 圧電基板 ２ すだれ状変換器（ＩＤＴ） ３ グレーティング反射器 ４，４’ 端子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 会田 勉 東京都港区虎ノ門二丁目３番13号 国際電 気株式会社内 (72)発明者 清水 洋 宮城県仙台市太白区八木山本町一丁目22番 12号
Claims (2)
- 【請求項１】 Ｙ軸を法線としＹーＺ平面上でＹ軸から
の回転角が−１０°乃至＋５０°の範囲の所定の角度で
切断された回転ＹカットＬｉＴａＯ3 圧電基板の表面上
に、比重の大きい金属で形成されたすだれ状変換器が配
設され、前記圧電基板のＸ軸方向にラブ波型弾性表面波
が励起されるように構成した弾性表面波共振子。 - 【請求項２】 Ｙ軸を法線としＹーＺ平面上でＹ軸から
の回転角が−１０°乃至＋５０°の範囲の所定の角度で
切断された回転ＹカットＬｉＴａＯ3 圧電基板の表面上
に、比重の大きい金属で形成されたすだれ状変換器と該
すだれ状変換器の両側の表面波伝搬路上に該すだれ状変
換器と同じ比重の重い金属で形成されたグレーティング
反射器とが配設され、前記圧電基板のＸ軸方向にラブ波
型弾性表面波が励起されるように構成した弾性表面波共
振子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5723192A JPH06164306A (ja) | 1992-02-12 | 1992-02-12 | 弾性表面波共振子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5723192A JPH06164306A (ja) | 1992-02-12 | 1992-02-12 | 弾性表面波共振子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06164306A true JPH06164306A (ja) | 1994-06-10 |
Family
ID=13049761
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5723192A Pending JPH06164306A (ja) | 1992-02-12 | 1992-02-12 | 弾性表面波共振子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06164306A (ja) |
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5874869A (en) * | 1996-11-28 | 1999-02-23 | Fujitsu Limited | Surface acoustic wave filter device on 40° to 42° rotated Y-X LITAO3 |
| US6037847A (en) * | 1995-10-13 | 2000-03-14 | Fujitsu Limited | Surface acoustic wave device using a leaky surface acoustic wave with an optimized cut angle of a piezoelectric substrate |
| GB2356306A (en) * | 1999-09-02 | 2001-05-16 | Murata Manufacturing Co | Surface acoustic wave device |
| US6437668B1 (en) * | 1999-05-07 | 2002-08-20 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Surface acoustic wave resonator, surface acoustic wave device, and communication device using shear horizontal waves |
| US6836196B2 (en) | 2001-12-28 | 2004-12-28 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Surface acoustic wave apparatus utilizing a leaky surface acoustic wave |
| US6914498B2 (en) | 2002-01-18 | 2005-07-05 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Surface acoustic wave device on LiTaO3 substrate using primarily silver electrodes covered with SiO2 film |
| US7034433B2 (en) | 2001-10-12 | 2006-04-25 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Surface acoustic wave device |
| US7230365B2 (en) | 2002-07-24 | 2007-06-12 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Surface acoustic wave apparatus and manufacturing method therefor |
| US7425788B2 (en) | 2004-07-26 | 2008-09-16 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Surface acoustic wave device |
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