JPH0773177B2 - 弾性表面波共振子 - Google Patents
弾性表面波共振子Info
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- JPH0773177B2 JPH0773177B2 JP59264426A JP26442684A JPH0773177B2 JP H0773177 B2 JPH0773177 B2 JP H0773177B2 JP 59264426 A JP59264426 A JP 59264426A JP 26442684 A JP26442684 A JP 26442684A JP H0773177 B2 JPH0773177 B2 JP H0773177B2
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- H03H9/02535—Details of surface acoustic wave devices
- H03H9/02637—Details concerning reflective or coupling arrays
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Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 この発明は弾性表面波を応用した共振子に関する。
弾性表面波を応用した共振子の構成は、クリントン・シ
ルベスター・ハートマンらによって考案（USP3886504、
特公昭56−46289号）されている。その基本的構造は、
第２図に示すように電気←→弾性表面波の変換器である
インターディジタル形変換器（２）と、その両側に配置
された格子構造の弾性表面波反射器（３）（以下グレー
ティング反射器と呼ぶ）とから成る。その動作原理はイ
ンターディジタル変換器で励振された両側に伝搬する弾
性表面波が両側の対向するグレーティング反射器によっ
て反射され、両反射器間で弾性表面波の共振が生ずる。
この表面波エネルギーはインターディジタル変換器によ
って電気エネルギーに再変換される。このようにインタ
ーディジタル変換器、及びグレーティング反射器の配置
を適当な位置に設計することによって、インターディジ
タル変換器端子からみた弾性表面波共振子は電気的に共
振尖鋭度（Ｑ）の高い共振回路と等価な動作が可能であ
る。一般に反射器の反射体（５）は、弾性表面波の半波
長に等しいくり返し周期すなわちＰ＝λ/2で配列された
時、各々の反射体からの弾性表面波の反射波は同位相と
なって相加される為、最も反射量が大きくなる。また、
インターディジタル変換器の電極（４）についても一般
にはソリッド構造電極が使われるので電極間隔は表面波
の半波長に等しく設計される。
ルベスター・ハートマンらによって考案（USP3886504、
特公昭56−46289号）されている。その基本的構造は、
第２図に示すように電気←→弾性表面波の変換器である
インターディジタル形変換器（２）と、その両側に配置
された格子構造の弾性表面波反射器（３）（以下グレー
ティング反射器と呼ぶ）とから成る。その動作原理はイ
ンターディジタル変換器で励振された両側に伝搬する弾
性表面波が両側の対向するグレーティング反射器によっ
て反射され、両反射器間で弾性表面波の共振が生ずる。
この表面波エネルギーはインターディジタル変換器によ
って電気エネルギーに再変換される。このようにインタ
ーディジタル変換器、及びグレーティング反射器の配置
を適当な位置に設計することによって、インターディジ
タル変換器端子からみた弾性表面波共振子は電気的に共
振尖鋭度（Ｑ）の高い共振回路と等価な動作が可能であ
る。一般に反射器の反射体（５）は、弾性表面波の半波
長に等しいくり返し周期すなわちＰ＝λ/2で配列された
時、各々の反射体からの弾性表面波の反射波は同位相と
なって相加される為、最も反射量が大きくなる。また、
インターディジタル変換器の電極（４）についても一般
にはソリッド構造電極が使われるので電極間隔は表面波
の半波長に等しく設計される。
一方インターディジタル電極と、グレーティング反射器
の反射体との間隔ｄは、弾性表面波波長をλとした時、
ｄ＝（N/2±1/8）・λに設定する。ここでＮは自然数で
複号の正負は、反射体構造によって決まる反射係数の正
負に対応していずれかに決まるものである。いずれにせ
よｄはλ/2とはならず、インターディジタル変換器電極
とグレーティング反射器の反射体のピッチとは等しくな
っていない。
の反射体との間隔ｄは、弾性表面波波長をλとした時、
ｄ＝（N/2±1/8）・λに設定する。ここでＮは自然数で
複号の正負は、反射体構造によって決まる反射係数の正
負に対応していずれかに決まるものである。いずれにせ
よｄはλ/2とはならず、インターディジタル変換器電極
とグレーティング反射器の反射体のピッチとは等しくな
っていない。
一般に反射体の構造には第３図（ａ）〜（ｃ）に断面図
として示すものが良く知られている。第３図（ａ）はニ
オブ酸リチウム基板（６）の上に薄膜導体（７）で構成
された反射体である。表面波反射発生のメカニズムは基
板表面上を導体膜で被われている部分といない部分での
音響インピーダンスの違いによる反射で反射体１本当り
の反射率は基板の電気−機械結合係数（Ｋ）に比例し、
Ｙ−Z LiNbO3基板では約1.5％の反射率である。しかし
ながらK2の小さい基板ではこのような構造では十分な反
射率が得られない為、第３図（ｂ）（ｃ）で示すように
基板（８）表面に溝を掘ったグループ（９）や基板（1
0）の表面に誘電体あるいは金属による幾何学的段差（1
1）を形成し、段差部の音響的反射を利用する方法がと
られている。
として示すものが良く知られている。第３図（ａ）はニ
オブ酸リチウム基板（６）の上に薄膜導体（７）で構成
された反射体である。表面波反射発生のメカニズムは基
板表面上を導体膜で被われている部分といない部分での
音響インピーダンスの違いによる反射で反射体１本当り
の反射率は基板の電気−機械結合係数（Ｋ）に比例し、
Ｙ−Z LiNbO3基板では約1.5％の反射率である。しかし
ながらK2の小さい基板ではこのような構造では十分な反
射率が得られない為、第３図（ｂ）（ｃ）で示すように
基板（８）表面に溝を掘ったグループ（９）や基板（1
0）の表面に誘電体あるいは金属による幾何学的段差（1
1）を形成し、段差部の音響的反射を利用する方法がと
られている。
優れた弾性表面波共振子として挙げられる評価項目はい
くつかあるが、代表的なものとしてＱの大きいものが、
発振器あるいは共振子フィルタへの応用などに強く望ま
れている。弾性表面波共振子においてＱは、対向するグ
レーティング反射器間を伝搬中に生ずる損失によって決
定される。その損失には 〔１〕基板自体の伝搬損失 〔２〕グレーティング反射器外へ漏れ出る弾性表面波に
よる損失 〔３〕グレーティング反射器の終端部における弾性表面
波→バルク波モードへのモード変換損 などが代表的なものと考えられる。
くつかあるが、代表的なものとしてＱの大きいものが、
発振器あるいは共振子フィルタへの応用などに強く望ま
れている。弾性表面波共振子においてＱは、対向するグ
レーティング反射器間を伝搬中に生ずる損失によって決
定される。その損失には 〔１〕基板自体の伝搬損失 〔２〕グレーティング反射器外へ漏れ出る弾性表面波に
よる損失 〔３〕グレーティング反射器の終端部における弾性表面
波→バルク波モードへのモード変換損 などが代表的なものと考えられる。
〔１〕の損失は結晶固有のものであり、電極設計による
Ｑの改善は望めず、これによって決まるＱをマテリアル
Ｑと呼びＱの上限値とされている。
Ｑの改善は望めず、これによって決まるＱをマテリアル
Ｑと呼びＱの上限値とされている。
しかし実際の弾性表面波共振子では〔２〕、〔３〕によ
る損失が加わり、一般にマテリアルＱを大幅に下回るＱ
の共振子しか実現されてない。
る損失が加わり、一般にマテリアルＱを大幅に下回るＱ
の共振子しか実現されてない。
〔２〕の損失を減少させるには、グレーティング反射器
の反射体の本数を増加させることで可能であるが、素子
の大きさが大きくなってしまう。素子の大きさを小さく
抑える為には反射体１本当りの反射率を大きくすること
で実現できるが、反射率の増加に伴い、ほぼ２乗で
〔３〕のモード変換損失が大きくなってしまい、Ｑの低
下につながってしまう。Ｑの高い弾性表面波共振子を得
るには、反射率が高くかつモード変換損の少ないグレー
ティグ反射器が必要であった。
の反射体の本数を増加させることで可能であるが、素子
の大きさが大きくなってしまう。素子の大きさを小さく
抑える為には反射体１本当りの反射率を大きくすること
で実現できるが、反射率の増加に伴い、ほぼ２乗で
〔３〕のモード変換損失が大きくなってしまい、Ｑの低
下につながってしまう。Ｑの高い弾性表面波共振子を得
るには、反射率が高くかつモード変換損の少ないグレー
ティグ反射器が必要であった。
このようなグレーティング反射器構造としてアール・シ
ー・エム・リー（R.C.M.Li）らはElectronics Letters
（1977 Sept.15th Vol.13,No.19）のpp.380−381に、グ
レーティング反射器の終端部を、徐々に反射率が大きく
なるようなテーパ状の深さを有するグループ構造を提案
している。
ー・エム・リー（R.C.M.Li）らはElectronics Letters
（1977 Sept.15th Vol.13,No.19）のpp.380−381に、グ
レーティング反射器の終端部を、徐々に反射率が大きく
なるようなテーパ状の深さを有するグループ構造を提案
している。
一般に弾性表面波の半波長より短いピッチの無限周期の
表面摂動では、弾性表面波から放射バルク波へのモード
変換は生じない。
表面摂動では、弾性表面波から放射バルク波へのモード
変換は生じない。
しかしながらこの周期が定常ではないグレーティング反
射器の内、インターディジタル変換器電極と所定間隔を
おいて隣接する端部反射器付近では放射バルク波の相殺
が生じない為モード変換が生ずる。
射器の内、インターディジタル変換器電極と所定間隔を
おいて隣接する端部反射器付近では放射バルク波の相殺
が生じない為モード変換が生ずる。
そこでモード変換が生ずるグレーティング反射器の上記
反射器端部ではグルーブを浅くし、反射率を抑え、放射
バルク波の生じないグレーティング反射器内部ではグル
ーブを十分深くして反射率を上げたものである。
反射器端部ではグルーブを浅くし、反射率を抑え、放射
バルク波の生じないグレーティング反射器内部ではグル
ーブを十分深くして反射率を上げたものである。
この方法によりＱが２倍になったとしている。
しかしながら、テーパー状のグルーブを形成するには、
製造プロセスが複雑になり量産性は極めて悪い。
製造プロセスが複雑になり量産性は極めて悪い。
この発明は上述の欠点を改良したもので、従来一般に行
なわれている弾性表面波共振子の製造プロセスと何ら変
わることなく、反射体本数が少なくすなわち小形でＱの
高い弾性表面波共振子を得ることを目的とする。
なわれている弾性表面波共振子の製造プロセスと何ら変
わることなく、反射体本数が少なくすなわち小形でＱの
高い弾性表面波共振子を得ることを目的とする。
この発明は、圧電体基体と、この圧電体基体上に配置さ
れた複数のグレーティング反射器と、前記圧電体基体上
に配置され、かつこのグレーティング反射器の間に配置
された少なくとも１個のインターディジタル変換器とか
らなる弾性表面波共振子において、グレーティング反射
器の反射体ピッチを弾性表面波波長の1/2とし、前記イ
ンターディジタル変換器の電極ピッチを良好な共振を生
じるよう弾性表面波波長の1/2より狭くし、前記グレー
ティング反射器と前記インターディジタル変換器の電極
との間隔を弾性表面波波長の1/2とし、かつ、前記グレ
ーティング反射器と前記インターディジタル変換器の電
極は、同一材料、同一構造であり、さらに前記反射体及
び電極の１本当りの反射率を１％以上とすることを特徴
とする弾性表面波共振子にあり、Ｑの高い弾性表面波共
振子を提供するものである。
れた複数のグレーティング反射器と、前記圧電体基体上
に配置され、かつこのグレーティング反射器の間に配置
された少なくとも１個のインターディジタル変換器とか
らなる弾性表面波共振子において、グレーティング反射
器の反射体ピッチを弾性表面波波長の1/2とし、前記イ
ンターディジタル変換器の電極ピッチを良好な共振を生
じるよう弾性表面波波長の1/2より狭くし、前記グレー
ティング反射器と前記インターディジタル変換器の電極
との間隔を弾性表面波波長の1/2とし、かつ、前記グレ
ーティング反射器と前記インターディジタル変換器の電
極は、同一材料、同一構造であり、さらに前記反射体及
び電極の１本当りの反射率を１％以上とすることを特徴
とする弾性表面波共振子にあり、Ｑの高い弾性表面波共
振子を提供するものである。
本発明によれば従来から行なわれてきた弾性表面波共振
子の製造プロセスを何ら変更することなく、グレーティ
ング反射器の反射体一本当りの反射率を大きくしても、
放射バルク波へのモード変換損によるＱの劣化が生じな
い弾性表面波共振子が実現できる。
子の製造プロセスを何ら変更することなく、グレーティ
ング反射器の反射体一本当りの反射率を大きくしても、
放射バルク波へのモード変換損によるＱの劣化が生じな
い弾性表面波共振子が実現できる。
このことは従来、高Ｑの弾性表面波共振子はグレーティ
ング反射器の反射体本数が多い構造すなわち素子サイズ
の大きいものでだけ実現されたが、小形でかつ高Ｑの弾
性表面波共振子が可能となる。
ング反射器の反射体本数が多い構造すなわち素子サイズ
の大きいものでだけ実現されたが、小形でかつ高Ｑの弾
性表面波共振子が可能となる。
上述した弾性表面波共振子は媒体中を無損失で伝搬する
いわゆるレーリー波モードを利用した共振子である。
いわゆるレーリー波モードを利用した共振子である。
これに対し、表面波エネルギーの一部がバルク波として
放射されるいわゆるリーキー波（擬似表面波）利用する
共振子においても同様なＱの大幅が向上が実現できる。
放射されるいわゆるリーキー波（擬似表面波）利用する
共振子においても同様なＱの大幅が向上が実現できる。
本発明の実施例を第１図を参照して詳細に説明する。圧
電体基体例えば圧電基板（１）として、Li2B4O7単結晶
の〈110〉面を選んだ。この面上を弾性表面波（以下SAW
という）がＺ軸方向に伝搬するように、インターディジ
タル変換器（２）及びグレーティング反射器（３）を第
１図に示すように配置した。インターディジタル変換器
及びグレーティング反射器はいずれも、アルミニウム薄
膜（膜厚6000A）で形成している。Li2B4O7基板はアルミ
ニウムのエッチング液に対しエッチングされる為、イン
ターディジタル変換器（２）及びグレーティング反射器
（３）の形成法はリフトオフ法により形成している。こ
の為、電極、反射体の端部は急峻な形状をしている。グ
レーティング反射器の反射体は28.0μｍ周期（pg＝28.0
μｍ）で線幅約14μｍとし、インターディジタル変換器
の電極周期は27.66μｍ（pt＝28.66μｍ）で線幅約14μ
ｍとしている。またインターディジタル変換器の電極指
とグレーティング反射器の反射体との間隔は、互いに所
定間隔をおいて隣接するインターディジタル変換器の電
極指とグレーティング反射器の端部反射体の中心距離
（ｄ）を指すものとし、ｄ＝28.0μｍとしている。イン
ターディジタル変換器の電極本数は60本、両グレーティ
ング反射器内の反射体本数は150本としてある。また電
極交差幅は0.7mmである。
電体基体例えば圧電基板（１）として、Li2B4O7単結晶
の〈110〉面を選んだ。この面上を弾性表面波（以下SAW
という）がＺ軸方向に伝搬するように、インターディジ
タル変換器（２）及びグレーティング反射器（３）を第
１図に示すように配置した。インターディジタル変換器
及びグレーティング反射器はいずれも、アルミニウム薄
膜（膜厚6000A）で形成している。Li2B4O7基板はアルミ
ニウムのエッチング液に対しエッチングされる為、イン
ターディジタル変換器（２）及びグレーティング反射器
（３）の形成法はリフトオフ法により形成している。こ
の為、電極、反射体の端部は急峻な形状をしている。グ
レーティング反射器の反射体は28.0μｍ周期（pg＝28.0
μｍ）で線幅約14μｍとし、インターディジタル変換器
の電極周期は27.66μｍ（pt＝28.66μｍ）で線幅約14μ
ｍとしている。またインターディジタル変換器の電極指
とグレーティング反射器の反射体との間隔は、互いに所
定間隔をおいて隣接するインターディジタル変換器の電
極指とグレーティング反射器の端部反射体の中心距離
（ｄ）を指すものとし、ｄ＝28.0μｍとしている。イン
ターディジタル変換器の電極本数は60本、両グレーティ
ング反射器内の反射体本数は150本としてある。また電
極交差幅は0.7mmである。
以上の設計値で試作したSAW共振子は、共振周波数61.23
MHz、共振抵抗30Ω、Ｑ＝14500が得られた。
MHz、共振抵抗30Ω、Ｑ＝14500が得られた。
比較の為に試作した従来形SAW共振子すなわち、インタ
ーディジタル変換器の電極周期及びグレーティング反射
器の反射体周期は28.0μｍ、かつ両線幅を約14μｍと
し、インターディジタル変換器の電極とグレーティング
反射器の反射体との間隔を10.5μｍとし、他は全て前述
と同じとしたものに比べ、Ｑは３倍向上している。
ーディジタル変換器の電極周期及びグレーティング反射
器の反射体周期は28.0μｍ、かつ両線幅を約14μｍと
し、インターディジタル変換器の電極とグレーティング
反射器の反射体との間隔を10.5μｍとし、他は全て前述
と同じとしたものに比べ、Ｑは３倍向上している。
ここで、Ｑの向上の要因を第４図を用いて説明する。
従来例の電極及び反射体の配置では、インターディジタ
ル変換器とグレーティング反射器との間隔がその両側の
インターディジタル変換器内部及びグレーティング反射
器内部での電極及び反射体周期（1/2波長）と大幅にず
れており、第４図（ａ）に示すようにSAW変位に対する
相対位置が変わっている為、この部分での放射バルク波
へのモード変換が避けられない。
ル変換器とグレーティング反射器との間隔がその両側の
インターディジタル変換器内部及びグレーティング反射
器内部での電極及び反射体周期（1/2波長）と大幅にず
れており、第４図（ａ）に示すようにSAW変位に対する
相対位置が変わっている為、この部分での放射バルク波
へのモード変換が避けられない。
一方、第４図（ｂ）に示す本発明の構成では、第４図
（ａ）に示す従来のような放射バルク波のモード変換が
生ずるもの（インターディジタル変換器とグレーティン
グ反射器との境界部の間隔が1/2波長より狭いタイプ）
に対し、インターディジタル変換器とグレーティング反
射器との間隔がほぼ1/2波長となっている為、モード変
換によるバルク波の発生はほとんどなく放射バルク波と
してのエネルギー損失は発生せず、再び弾性表面波に変
換され反射されることになる。
（ａ）に示す従来のような放射バルク波のモード変換が
生ずるもの（インターディジタル変換器とグレーティン
グ反射器との境界部の間隔が1/2波長より狭いタイプ）
に対し、インターディジタル変換器とグレーティング反
射器との間隔がほぼ1/2波長となっている為、モード変
換によるバルク波の発生はほとんどなく放射バルク波と
してのエネルギー損失は発生せず、再び弾性表面波に変
換され反射されることになる。
すなわち本発明によれば、従来生じていたインターディ
ジタル変換器とグレーティング反射器の境界部での放射
バルク波へのモード変換による損失が大幅に減少しＱの
向上につながっていると考えられることに加え、インタ
ーディジタル変換器の電極ピッチを良好な共振を生じる
よう弾性表面波波長の1/2より狭くし、グレーティング
反射器周期よりせいぜい５％以下の範囲で狭めることに
より共振特性の向上がはかれる。
ジタル変換器とグレーティング反射器の境界部での放射
バルク波へのモード変換による損失が大幅に減少しＱの
向上につながっていると考えられることに加え、インタ
ーディジタル変換器の電極ピッチを良好な共振を生じる
よう弾性表面波波長の1/2より狭くし、グレーティング
反射器周期よりせいぜい５％以下の範囲で狭めることに
より共振特性の向上がはかれる。
この変化量は、主としてインターディジタル変換器の電
極１本当りのSAW反射率及び電極本数等によって決ま
る。本実施例ではSAW反射率は3.5％（アルミニウム膜厚
6000A）、インターディジタル変換器の電極周期はグレ
ーティング反射器反射体周期の0.988倍とした。
極１本当りのSAW反射率及び電極本数等によって決ま
る。本実施例ではSAW反射率は3.5％（アルミニウム膜厚
6000A）、インターディジタル変換器の電極周期はグレ
ーティング反射器反射体周期の0.988倍とした。
前述のように、電極及び反射体の１本当りの反射率が増
加するに従いその約２乗でバルク波へのモード変換損は
上昇する為、本発明の効果は電極及び反射体の反射率が
大きくなるに従い顕著になる。
加するに従いその約２乗でバルク波へのモード変換損は
上昇する為、本発明の効果は電極及び反射体の反射率が
大きくなるに従い顕著になる。
次に本発明の効果を、電極及び反射体１本当りの反射率
を変えた場合について実験結果を示す。
を変えた場合について実験結果を示す。
第５図は、本実施例として用いたLi2B4O7基板の〈110〉
面をＺ軸方向に伝搬するSAWのアルミニウム膜による電
極及び反射体の１本当りの反射率をアルミニウム膜厚に
対して求めた結果である。
面をＺ軸方向に伝搬するSAWのアルミニウム膜による電
極及び反射体の１本当りの反射率をアルミニウム膜厚に
対して求めた結果である。
この結果からアルミニウム膜厚によって反射率が自由に
変えられることがわかる。
変えられることがわかる。
次にアルミニウム膜厚を500Aから8000Aまで変えて、本
発明による電極配置のものと従来配置のもののSAW共振
子を試作しそのＱの変化を実測した。
発明による電極配置のものと従来配置のもののSAW共振
子を試作しそのＱの変化を実測した。
第６図は横軸に電極及び反射体の反射率、縦軸に各々の
電極配置の場合のＱを示す。なお、用いたSAW共振子は
第５図と同じくLi2B4O7基板の〈110〉面をＺ軸方向に伝
搬するSAW共振子であり、アルミニウム膜厚を6000Aとし
た。図中、実線は本発明による電極配置（第１図）、破
線は従来配置（第２図）のものを示す。
電極配置の場合のＱを示す。なお、用いたSAW共振子は
第５図と同じくLi2B4O7基板の〈110〉面をＺ軸方向に伝
搬するSAW共振子であり、アルミニウム膜厚を6000Aとし
た。図中、実線は本発明による電極配置（第１図）、破
線は従来配置（第２図）のものを示す。
この図からわかるように破線で示す従来の電極配置のも
のでは反射率が２〜３％を越えると、バルクモードへの
モード変換損失が急増したことによると思われる、Ｑの
低下が観測される。
のでは反射率が２〜３％を越えると、バルクモードへの
モード変換損失が急増したことによると思われる、Ｑの
低下が観測される。
一方、本発明による電極配置のものでは、反射率が２％
を越えても、前述のようにバルク変換損の増加が少ない
為、Ｑの劣化はほとんど見られない。
を越えても、前述のようにバルク変換損の増加が少ない
為、Ｑの劣化はほとんど見られない。
なお、第５図、第６図と同様の実験をLiTaO3、水晶を基
板とした場合もＱの絶対値は基板の固有損に応じて異な
るが傾向は第６図と同様の結果が得られた。
板とした場合もＱの絶対値は基板の固有損に応じて異な
るが傾向は第６図と同様の結果が得られた。
第６図実線、破線いずれも反射率が小さい時Ｑが小さい
値をとるが、これは反射体本数が、150本と少ない為で
グレーティング反射器外へSAWが漏れ出ることによるＱ
の低下である。
値をとるが、これは反射体本数が、150本と少ない為で
グレーティング反射器外へSAWが漏れ出ることによるＱ
の低下である。
反射率の増加にともないＱは増加するが破線に示す従来
パターンでは、反射率2.5％でＱ〜8000の最大値をと
り、それ以上では、前述のバルク波モード変換損により
Ｑは低下し、前述の6000Aのアルミニウム膜厚の時、反
射率は3.5％でＱ〜5000となる。
パターンでは、反射率2.5％でＱ〜8000の最大値をと
り、それ以上では、前述のバルク波モード変換損により
Ｑは低下し、前述の6000Aのアルミニウム膜厚の時、反
射率は3.5％でＱ〜5000となる。
一方、本発明による実線では反射体の反射率の増加に対
し前述のようにバルク波モード変換損の増加が少ないの
で、Ｑは向上し反射率３％以上ではグレーティング反射
器外へ漏れ出すSAWは完全に無視できる為Ｑは一定値と
なる。
し前述のようにバルク波モード変換損の増加が少ないの
で、Ｑは向上し反射率３％以上ではグレーティング反射
器外へ漏れ出すSAWは完全に無視できる為Ｑは一定値と
なる。
前述のように6000Aのアルミニウム膜厚、すなわち反射
率3.5％ではＱは第６図に示すように３倍の改善があ
る。
率3.5％ではＱは第６図に示すように３倍の改善があ
る。
また、第６図からわかるように反射率が１％を越える範
囲で本発明の効果がある。
囲で本発明の効果がある。
一方、グレーティング反射器の反射体本数を十分多くし
た時、反射率が小さい時でもグレーティング反射器外へ
漏れ出すSAWの損失は無視できるのでＱの低下は防げ
る。
た時、反射率が小さい時でもグレーティング反射器外へ
漏れ出すSAWの損失は無視できるのでＱの低下は防げ
る。
反射率とバルクモード変換損失を使って、グレーティン
グ反射器の反射体本数を無限大としてシミュレーション
計算して求めた結果が第７図に示したものである。実線
は本発明、破線は従来パターンのものである。
グ反射器の反射体本数を無限大としてシミュレーション
計算して求めた結果が第７図に示したものである。実線
は本発明、破線は従来パターンのものである。
この結果でも反射率１％以上において本発明の効果が顕
著となることがわかる。これは一般に反射体の反射率が
１％を越える付近でバルク波モードへの変換損が基板固
有の伝搬損を越えるからである。
著となることがわかる。これは一般に反射体の反射率が
１％を越える付近でバルク波モードへの変換損が基板固
有の伝搬損を越えるからである。
以下に、本実施例と従来例（PIDT＝PRA＝間隔ｄの共振
子タイプ）において、電極１本当たりの反射率を一定と
し、インターディジタル変換器の電極ピッチ（PIDT）
と、グレーティング反射器の反射体ピッチ（PRA）に関
して共振損失値をシミュレーション計算によって得た各
３例について、第12図〜第17図を参照して説明する。
子タイプ）において、電極１本当たりの反射率を一定と
し、インターディジタル変換器の電極ピッチ（PIDT）
と、グレーティング反射器の反射体ピッチ（PRA）に関
して共振損失値をシミュレーション計算によって得た各
３例について、第12図〜第17図を参照して説明する。
なお、第12図〜第17図に用いたSAW共振子は共振周波数
が100MHZである。その条件はIDT対数（電極指の対数）
が19対、反射器の反射体の本数が500本、アパーチャが
0.38mm、電気機械結合係数が0.8、容量が2.4pF/cm本、I
DT−反射器間隔が0.5λ、負荷が50Ωに設定したもので
ある。
が100MHZである。その条件はIDT対数（電極指の対数）
が19対、反射器の反射体の本数が500本、アパーチャが
0.38mm、電気機械結合係数が0.8、容量が2.4pF/cm本、I
DT−反射器間隔が0.5λ、負荷が50Ωに設定したもので
ある。
まず、第12図、第13図は電極１本当たりの反射率を１
％、第14図、第15図は電極１本当たりの反射率を３％、
第16図、第17図は電極１本当たりの反射率を５％とした
例であり、第12図、第14図、第16図は本発明の実施例、
第13図、第15図、第17図は従来例を示す。
％、第14図、第15図は電極１本当たりの反射率を３％、
第16図、第17図は電極１本当たりの反射率を５％とした
例であり、第12図、第14図、第16図は本発明の実施例、
第13図、第15図、第17図は従来例を示す。
各図は横軸に周波数（単位MHZ）、縦軸に通過レベル［5
0Ω系通過特性（振幅）］（dB）と、反射器の反射率特
性（反射率の絶対値）をとり、設定共振周波数100MHZに
よる反射器の反射率特性（反射率の絶対値）（dB）に対
する通過レベル50Ω系通過特性（振幅）（dB）の特性デ
ータである。
0Ω系通過特性（振幅）］（dB）と、反射器の反射率特
性（反射率の絶対値）をとり、設定共振周波数100MHZに
よる反射器の反射率特性（反射率の絶対値）（dB）に対
する通過レベル50Ω系通過特性（振幅）（dB）の特性デ
ータである。
例えば第12図の実施例はPIDT/PRA＝0.9849（IDTピッチ
は反射器ピッチより1.51％狭い）の例を示し、第13図の
実施例はPIDT/PRA＝1.0（IDTと反射器は同ピッチ）の例
を示している。
は反射器ピッチより1.51％狭い）の例を示し、第13図の
実施例はPIDT/PRA＝1.0（IDTと反射器は同ピッチ）の例
を示している。
第12図によればSAW共振子の50Ω通過レベルは100MHzの
共振点における共振損失はArは1.6dBであるのに対し、
第13図ではSAW共振子の50Ω通過レベルは共振点が99.68
MHzであり、共振損失Arは6.8dBと損失が増大しているこ
とがわかる。加えて、得ようとする共振周波数100MHZに
対し、0.32MHZずれる結果となっている。
共振点における共振損失はArは1.6dBであるのに対し、
第13図ではSAW共振子の50Ω通過レベルは共振点が99.68
MHzであり、共振損失Arは6.8dBと損失が増大しているこ
とがわかる。加えて、得ようとする共振周波数100MHZに
対し、0.32MHZずれる結果となっている。
このような違いは電極１本当たりの反射率を３％とする
第14図の実施例と第15図の従来例、さらに電極１本当た
りの反射率を５％とする第16図の実施例と第17図の従来
例からもわかるとおり、各実施例が対応する各従来例に
対し、著しく良好な共振を生じることが明白である。
第14図の実施例と第15図の従来例、さらに電極１本当た
りの反射率を５％とする第16図の実施例と第17図の従来
例からもわかるとおり、各実施例が対応する各従来例に
対し、著しく良好な共振を生じることが明白である。
（１）実施例ではインターディジタル変換器及びグレー
ティング反射器の電極、反射体の構造がアルミニウム薄
膜から構成されていたが、これに限定されることなくAl
にCuやSiなどの不純物を微量ドープした組成のもの、Au
やTiとAu,CrとAuなどの二層構造のものなど導電体材料
からできたものであれば本発明の効果は適用される。ま
た第８図に示すように金属膜の上に誘電体膜を形成した
もの、第９図に示すように金属膜をマスクとして基板に
グレーブを掘ったもの、第10図のように金属膜の上に誘
電体層を設け表面にグルーブを形成したものなどにも本
発明を適用することにより、効果が考えられる。
ティング反射器の電極、反射体の構造がアルミニウム薄
膜から構成されていたが、これに限定されることなくAl
にCuやSiなどの不純物を微量ドープした組成のもの、Au
やTiとAu,CrとAuなどの二層構造のものなど導電体材料
からできたものであれば本発明の効果は適用される。ま
た第８図に示すように金属膜の上に誘電体膜を形成した
もの、第９図に示すように金属膜をマスクとして基板に
グレーブを掘ったもの、第10図のように金属膜の上に誘
電体層を設け表面にグルーブを形成したものなどにも本
発明を適用することにより、効果が考えられる。
（２）他の実施例として、基板がLiNbO3などK2の大きい
基板では、反射体の金属膜を薄くしても反射率はK2/π
となりK2＞0.03のものでは反射率が１％を越える為、バ
ルクモード変換を小さくすることは不可能であった。
基板では、反射体の金属膜を薄くしても反射率はK2/π
となりK2＞0.03のものでは反射率が１％を越える為、バ
ルクモード変換を小さくすることは不可能であった。
この為、LiNbO3では従来、グルーブではＱ＞３万の共振
子が実現されていたが、金属反射体ではどの報告でもＱ
＞8000のものは報告されてない。
子が実現されていたが、金属反射体ではどの報告でもＱ
＞8000のものは報告されてない。
本発明に述べたような電極、反射体配置にすることによ
り、グルーブ構造SAW共振子に匹敵するＱ値を有するSAW
共振子が極めてシンプルなプロセスで実現できる。
り、グルーブ構造SAW共振子に匹敵するＱ値を有するSAW
共振子が極めてシンプルなプロセスで実現できる。
（３）更に他の実施例として、LiTaO336゜ＹカットＸ伝
搬や、水晶35゜ＹカットＺ′伝搬などの疑似表面波では
一般にわずかずつ基板内部にバルク波を放射しながら表
面を伝搬する為、見かけ上、極めて伝搬損失が大きい。
搬や、水晶35゜ＹカットＺ′伝搬などの疑似表面波では
一般にわずかずつ基板内部にバルク波を放射しながら表
面を伝搬する為、見かけ上、極めて伝搬損失が大きい。
しかしながらこれら表面波は表面に金属や誘電体の薄膜
を形成することによりエネルギーを表面に集中させ、バ
ルク波を非放射とすることができる。この為、十分な膜
厚のアルミニウムなどの金属膜でインターディジタル変
換器、グレーティング反射器を構成したSAW共振子で
は、インターディジタル変換器内及びグレーティング反
射器内では伝搬損失が小さい。
を形成することによりエネルギーを表面に集中させ、バ
ルク波を非放射とすることができる。この為、十分な膜
厚のアルミニウムなどの金属膜でインターディジタル変
換器、グレーティング反射器を構成したSAW共振子で
は、インターディジタル変換器内及びグレーティング反
射器内では伝搬損失が小さい。
しかしながら、これらの隣接部では従来のパターン配置
では、深さ方向へのモード分布が大きく異なる為、バル
ク波の放射モードが存在することとなりＱの高い共振子
は望めなかった。
では、深さ方向へのモード分布が大きく異なる為、バル
ク波の放射モードが存在することとなりＱの高い共振子
は望めなかった。
本発明のパターンによればインターディジタル変換器、
グレーティング反射器ともにモード分布が一様となる
為、エネルギーは完全に表面に集中した状態で共振を生
じることとなり、SAW共振子の高Ｑ化がはかれる。
グレーティング反射器ともにモード分布が一様となる
為、エネルギーは完全に表面に集中した状態で共振を生
じることとなり、SAW共振子の高Ｑ化がはかれる。
（４）他の実施例として、いわゆる２ポート形SAW共振
子への適用がある。SAW共振子には実施例で説明したい
わゆる１ポート形共振子の変形例として対向する１組の
グレーティング反射器の間に複数のインターディジタル
変換器が設けられたものが知られている。
子への適用がある。SAW共振子には実施例で説明したい
わゆる１ポート形共振子の変形例として対向する１組の
グレーティング反射器の間に複数のインターディジタル
変換器が設けられたものが知られている。
本発明の主旨はSAWの定在波が存在する部分において、
反射体ピッチ、反射器と電極との間隔を1/2波長、電極
ピッチを良好な共振を生じるよう弾性表面波波長の1/2
より狭くし、同一材料、同一構造の反射体、電極を設け
ることであるから、この主旨を２ポート形SAW共振子に
適用すると、第11図のようになる。
反射体ピッチ、反射器と電極との間隔を1/2波長、電極
ピッチを良好な共振を生じるよう弾性表面波波長の1/2
より狭くし、同一材料、同一構造の反射体、電極を設け
ることであるから、この主旨を２ポート形SAW共振子に
適用すると、第11図のようになる。
すなわちグレーティング反射器（３）、インターディジ
タル変換器（２）の隣接間隔ｄは全て±５％以内の精度
でSAWの1/2波長とすること、複数のインターディジタル
変換器が隣接している場合はその間隔も±５％以内の精
度でSAWの1/2波長とし、インターディジタル変換器があ
る間隔を保って設けられている場合は、その間に外側に
設けられたものと同構造で、所定の反射体本数からなる
グレーティング反射器（15）を設け、前記インターディ
ジタル変換器の電極と反射体との間隔ｄ′も±５％の精
度でSAWの1/2波長とする。
タル変換器（２）の隣接間隔ｄは全て±５％以内の精度
でSAWの1/2波長とすること、複数のインターディジタル
変換器が隣接している場合はその間隔も±５％以内の精
度でSAWの1/2波長とし、インターディジタル変換器があ
る間隔を保って設けられている場合は、その間に外側に
設けられたものと同構造で、所定の反射体本数からなる
グレーティング反射器（15）を設け、前記インターディ
ジタル変換器の電極と反射体との間隔ｄ′も±５％の精
度でSAWの1/2波長とする。
このようにすることによりSAWが定在波として存在して
いるすべての部分で放射バルク波へのモード変換損失を
低減できＱの大幅な向上が実現できる。
いるすべての部分で放射バルク波へのモード変換損失を
低減できＱの大幅な向上が実現できる。
第１図は本発明の一実施例の弾性表面波共振子を示す上
面図と断面図、第２図は、従来の弾性表面波共振子の一
例を示す上面図、第３図はグレーティング反射器の代表
的構造を示す断面図、第４図は放射バルク波発生を説明
するための説明図、第５図はLi2B4O7基板上に形成した
アルミニウム膜による反射体の膜厚と反射率を示す関係
図、第６図は従来例と本発明によるＱの向上の実験結果
を示す図、第７図は同シミュレーション結果を示す図、
第８図、第９図および第10図は本発明の弾性表面波共振
子の他の実施例における電極、反射体の構造を示す断面
図、第11図は２ポート形SAW共振子への本発明の応用例
を示す図、第12図、第14図、第16図は本発明の各実施例
の特性データを示す図、第13図、第15図、第17図は本発
明の各実施例に対応する従来例の特性データを示す図で
ある。 １……基板 ２……インターディジタル変換器 ３……グレーティング反換器 ４……電極指 ５……反射体
面図と断面図、第２図は、従来の弾性表面波共振子の一
例を示す上面図、第３図はグレーティング反射器の代表
的構造を示す断面図、第４図は放射バルク波発生を説明
するための説明図、第５図はLi2B4O7基板上に形成した
アルミニウム膜による反射体の膜厚と反射率を示す関係
図、第６図は従来例と本発明によるＱの向上の実験結果
を示す図、第７図は同シミュレーション結果を示す図、
第８図、第９図および第10図は本発明の弾性表面波共振
子の他の実施例における電極、反射体の構造を示す断面
図、第11図は２ポート形SAW共振子への本発明の応用例
を示す図、第12図、第14図、第16図は本発明の各実施例
の特性データを示す図、第13図、第15図、第17図は本発
明の各実施例に対応する従来例の特性データを示す図で
ある。 １……基板 ２……インターディジタル変換器 ３……グレーティング反換器 ４……電極指 ５……反射体
フロントページの続き (56)参考文献 電気通信研究所研究実用化報告第27巻第 ８号（1978）（Ｐ．1663〜1677）「多対Ｉ ＴＤを用いた１端子対弾性表面波共振器と その狭帯域フィルタへの応用」の項 日本音響学会誌33巻10号（1977）Ｐ. 557〜Ｐ．563「多対ＩＤＴを用いた２端子 対弾性表面波共振器」の項
Claims (1)
- 【請求項１】圧電体基体と、 この圧電体基体上に配置された複数のグレーティング反
射器と、 前記圧電体基体上に配置され、かつこのグレーティング
反射器の間に配置された少なくとも１個のインターディ
ジタル変換器とからなる弾性表面波共振子において、 グレーティング反射器の反射体ピッチを弾性表面波波長
の1/2とし、前記インターディジタル変換器の電極ピッ
チを良好な共振を生じるよう弾性表面波波長の1/2より
狭くし、前記グレーティング反射器と前記インターディ
ジタル変換器の電極との間隔を弾性表面波波長の1/2と
し、かつ、前記グレーティング反射器と前記インターデ
ィジタル変換器の電極は、同一材料、同一構造であり、
さらに前記反射体及び電極の１本当りの反射率を１％以
上とすることを特徴とする弾性表面波共振子。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59264426A JPH0773177B2 (ja) | 1984-12-17 | 1984-12-17 | 弾性表面波共振子 |
| US06/807,446 US4635009A (en) | 1984-12-17 | 1985-12-10 | Surface acoustic wave resonator |
| DE8585309169T DE3576894D1 (de) | 1984-12-17 | 1985-12-16 | Resonator fuer akustische oberflaechenwellen. |
| EP85309169A EP0186410B1 (en) | 1984-12-17 | 1985-12-16 | Surface acoustic wave resonator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59264426A JPH0773177B2 (ja) | 1984-12-17 | 1984-12-17 | 弾性表面波共振子 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12956896A Division JPH08298430A (ja) | 1996-05-24 | 1996-05-24 | 弾性表面波共振子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61142811A JPS61142811A (ja) | 1986-06-30 |
| JPH0773177B2 true JPH0773177B2 (ja) | 1995-08-02 |
Family
ID=17403010
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59264426A Expired - Lifetime JPH0773177B2 (ja) | 1984-12-17 | 1984-12-17 | 弾性表面波共振子 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4635009A (ja) |
| EP (1) | EP0186410B1 (ja) |
| JP (1) | JPH0773177B2 (ja) |
| DE (1) | DE3576894D1 (ja) |
Families Citing this family (38)
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|---|---|---|---|---|
| JPS61251223A (ja) * | 1985-04-27 | 1986-11-08 | Pioneer Electronic Corp | 弾性表面波共振子 |
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Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 日本音響学会誌３３巻１０号（１９７７）Ｐ．５５７〜Ｐ．５６３「多対ＩＤＴを用いた２端子対弾性表面波共振器」の項 |
| 電気通信研究所研究実用化報告第２７巻第８号（１９７８）（Ｐ．１６６３〜１６７７）「多対ＩＴＤを用いた１端子対弾性表面波共振器とその狭帯域フィルタへの応用」の項 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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| DE3576894D1 (de) | 1990-05-03 |
| US4635009A (en) | 1987-01-06 |
| EP0186410A3 (en) | 1987-04-08 |
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| JPS61142811A (ja) | 1986-06-30 |
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