JPH08330895A - 弾性波素子 - Google Patents

弾性波素子

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JPH08330895A
JPH08330895A JP7157080A JP15708095A JPH08330895A JP H08330895 A JPH08330895 A JP H08330895A JP 7157080 A JP7157080 A JP 7157080A JP 15708095 A JP15708095 A JP 15708095A JP H08330895 A JPH08330895 A JP H08330895A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
substrate
acoustic wave
thickness
linbo
electrode
Prior art date
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Pending
Application number
JP7157080A
Other languages
English (en)
Inventor
Michio Kadota
田 道 雄 門
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Murata Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Murata Manufacturing Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【目的】 電気エネルギーと機械エネルギーとの間の変
換効率の高い弾性波素子を提供する。 【構成】 弾性波素子10は、たとえばLiNbO3
らなる圧電基板12を含む。圧電基板12の一方主面の
全面には、スパッタ法などでZnO層14が形成され、
その上に、電極16および18が形成される。圧電基板
12の他方主面側の長手方向の一端側および他端側に
は、電極20および22が形成される。電極18と電極
22とは、エッチングなどにより電気的機械的に接続さ
れる。電極16には、入力端子26が接続され、電極1
8には、出力端子28が接続される。電極20には、ア
ース端子30および32が接続される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は弾性波素子に関し、特
にたとえば、圧電共振子、圧電フィルタおよび超音波ト
ランスデューサなどの圧電バルク波デバイスなどに用い
られる弾性波素子に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、このような弾性波素子に用いられ
る基板としては、たとえばSi基板上にZnO薄膜を成
膜したもの、溶融石英基板上にZnO薄膜を成膜したも
の、Al2 3 基板上にZnO薄膜を成膜したものなど
がある。しかし、これらの各種基板では、電気機械結合
係数が0.2以下と小さいので、弾性波素子に用いた場
合、効率の低いものであった。
【0003】一方、弾性波素子に用いられる基板とし
て、近来、電気機械結合係数の大きいたとえばLiNb
3 基板およびLiTaO3 基板などが注目されてい
る。LiNbO3 基板などを弾性波素子に用いる場合、
電気機械結合係数が比較的大きくなるオイラー角、言い
換えれば、基板の切断方位を選択して用いていた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、LiN
bO3 ないしLiTaO3 で形成される基板において
は、オイラー角を選択する必要があって手間のかかるも
のであり、しかも、電気機械結合係数も満足すべき大き
いものが得られないのが現状である。
【0005】すなわち、上述したような従来の基板で
は、電気機械結合係数が小さいため、従来の各種基板を
弾性波素子に用いても、電気エネルギーと機械エネルギ
ーとの間の変換効率が低いものであった。
【0006】それゆえに、この発明の主たる目的は、電
気エネルギーと機械エネルギーとの間の変換効率の高い
弾性波素子を提供することである。
【0007】
【課題を解決するための手段】請求項1に記載の発明
は、LiNbO3 基板と、LiNbO3 基板の一方主面
に形成されるZnO層と、ZnO層の表面に形成される
電極とを含む、弾性波素子である。
【0008】請求項2に記載の発明は、ZnO層の厚み
をa、LiNbO3 基板の厚みをbとしたとき、a÷b
>0.006を満足する、請求項1に記載の弾性波素子
である。
【0009】請求項3に記載の発明は、ZnO層の厚み
をa、LiNbO3 基板の厚みをbとしたとき、0.0
2>a÷b≧0.006を満足する、請求項1に記載の
弾性波素子である。
【0010】請求項4に記載の発明は、LiTaO3
板し、LiTaO3 基板の一方主面に形成されるZnO
層と、ZnO層の表面に形成される電極とを含む、弾性
波素子である。
【0011】請求項5に記載の発明は、ZnO層の厚み
をa、LiTaO3 基板の厚みをbとしたとき、a÷b
>0.006を満足する、請求項4に記載の弾性波素子
である。
【0012】請求項6に記載の発明は、ZnO層の厚み
をa、LiTaO3 基板の厚みをbとし たとき、0.
02>a÷b≧0.006を満足する、請求項4に記載
の弾性波素子である。
【0013】
【作用】請求項1〜6に記載の発明では、LiNbO3
基板ないしLiTaO3 基板上にZnO層が形成されて
いるので、電気機械結合係数が大きくなる。
【0014】
【発明の効果】この発明によれば、従来のものより電気
機械結合係数を大きくすることができるため、電気エネ
ルギーと機械エネルギーとの間の変換効率の高い弾性波
素子が得られる。
【0015】この発明の上述の目的,その他の目的,特
徴および利点は、図面を参照して行う以下の実施例の詳
細な説明から一層明らかとなろう。
【0016】
【実施例】図1はこの発明の一実施例を示す図解図であ
り、図2は図1の線II−IIにおける断面図解図であ
る。また、図3は電気機械結合係数を測定するためのサ
ンプル図であり、図4は、図3に示す弾性波素子の厚み
すべり振動の電気機械結合係数と、LiNbO3 基板上
に設けられるZnO層の厚みとの関係を示すグラフであ
り、図5は、図3に示す弾性波素子の長さ方向伸び振動
の電気機械結合係数と、LiNbO3 基板上に設けられ
るZnO層の厚みとの関係を示すグラフである。
【0017】弾性波素子10は、たとえばLiNbO3
からなる矩形の圧電基板12を含む。この実施例では、
たとえばYカットLiNbO3 基板が用いられ、圧電基
板12は、たとえばその厚み方向に分極処理が施されて
いる。また、この実施例では、圧電基板12の厚みがた
とえば500μmに形成される。
【0018】圧電基板12の表面全面には、たとえばス
パッタ法,真空蒸着法および化学的気相成長法などの方
法により、ZnO層14が形成される。この実施例で
は、スパッタ法により、圧電基板12上にZnO薄膜が
成膜されることによって、ZnO層14が形成される。
この実施例では、圧電基板12上にたとえばその膜厚が
10μmのZnO薄膜が成膜される。
【0019】圧電基板12の表面側には、ZnO層14
上の長手方向の一端側に第1の電極16が形成され、そ
の長手方向の他端側に第2の電極18が形成される。ま
た、圧電体基板12の裏面側で、その長手方向の一端側
には第1の電極16に対向するように第3の電極20が
形成され、その長手方向の他端側には第2の電極18に
対向するように第4の電極22が形成される。さらに、
第2の電極18と第4の電極22とは、たとえばエッチ
ングおよび印刷などの接続手段24により電気的機械的
に接続される。
【0020】第1の電極16には、入力端子としての第
1の端子26が接続され、第2の電極18には、出力端
子としての第2の端子28が接続される。さらに、第3
の電極20には、アース端子としての第3の端子30お
よび32が接続される。
【0021】この弾性波素子10では、第1の端子16
に駆動信号が印加されることによって、圧電基板12が
その長さ方向に振動する。つまり、振動モードが長さ方
向伸び振動の弾性波が圧電基板12上を伝搬する。そし
て、伝搬した弾性波は、第2の端子28から電気的信号
として出力される。
【0022】この発明にかかる弾性波素子10では、L
iNbO3 からなる圧電基板12上にZnO層14が形
成されているため、後述する実験例で示すように、電気
機械結合係数が大きいものが得られる。そのため、この
弾性波素子10は、従来の弾性波素子に比べて、電気エ
ネルギーと機械エネルギーとの間の変換効率が高くな
り、効率が良いものとなる。
【0023】次に、LiNbO3 基板上にZnO層を形
成することにより電気機械結合係数が大きくなることを
示す実験例を以下に示す。この実験例では、電気機械結
合係数を測定するための測定用弾性波素子40として、
LiNbO3 基板上にZnO薄膜を形成していないもの
と、LiNbO3 基板上にZnO薄膜を形成したもの、
詳しくは、ZnO薄膜の膜厚の厚みを変えたものとにつ
いて、長さ方向伸び振動モードおよび厚みすべり振動モ
ードにおける電気機械結合係数を測定・算出し比較する
ことにした。
【0024】まず、たとえばYカットしたLiNbO3
基板が準備される。図3に示すようにLiNbO3 基板
42の一方主面上には、たとえば2.8μmの膜厚のZ
nO薄膜44がたとえばスパッタ法によって成膜され
る。さらに、LiNbO3 基板42の一方主面側でZn
O薄膜からなるZnO層44の上に電極46を設け、そ
のLiNbO3 基板42の他方主面に別の電極50を設
けることによって、測定用弾性波素子40となる試料を
作製した。同様にして、LiNbO3 基板42上にそれ
ぞれ3.7μm,4.8μm,6.3μm,8.5μ
m,11μmの膜厚のZnO薄膜を儲け、さらに、Li
NbO3 基板42の主面に電極を設けることによって、
複数の別の試料を作製した。そして、これらの試料につ
いて、長さ方向伸び振動モードおよび厚みすべり振動モ
ードにおける電気機械結合係数k21およびkS を測定・
算出し、その結果を図4および図5に示した。
【0025】LiNbO3 基板42上にZnO層44を
形成した場合、図4に示すように、厚みすべり振動モー
ドにおいては、電気機械結合係数kS が0.6前後とな
り、従来のLiNbO3 基板単独の電気機械結合係数と
比べてさほど大きいものでもなく、さらに、LiNbO
3 基板42だけのものと、LiNbO3 基板42上にZ
nO層44を形成したものとの差もあまり見られない。
【0026】それに対して、長さ方向伸び振動モードに
ついては、LiNbO3 基板42上にZnO層44を形
成することによって、電気機械結合係数が従来の0.2
4の値より電気機械結合係数k21が0.25〜0.31
と大きくなっている。しかも、LiNbO3 基板42だ
けのもの(ZnO層の膜厚が0μmのもの)と、LiN
bO3 基板42上にZnO層44を形成したものとを比
較すると、ZnO層44を形成した基板の方が、20%
程、電気機械結合係数k21が大きくなっていることがわ
かる。なお、長さ方向伸び振動モード以外のたとえば長
さ方向振動モード,径方向振動モードおよび厚み方向振
動モードなどの他の振動モードにおいても電気機械結合
係数が大きくなると推測される。
【0027】この場合、LiNbO3 基板42の厚みを
aとし、ZnO層44の厚みをbとしたとき、a÷b>
0.006を満足するようなZnO層44の厚みbを形
成することが好ましく、0.02>a÷b≧0.006
を満足するようなZnO層44の厚みbを形成すること
がさらに好ましい。
【0028】この実施例では、LiNbO3 基板上にZ
nO層を形成することによって、電気機械結合係数を大
きくしたが、たとえばLiTaO3 で形成されたLiT
aO 3 基板上にZnO層を形成するようにしてもよい。
この場合、LiTiO3 は、LiNbO3 と同様の圧電
単結晶材料、つまり、同様の結晶構造を有するので、上
述の実施例と同様に、長さ方向伸び振動モード,長さ方
向振動モード,径方向振動モードおよび厚み方向振動モ
ードにおける電気機械結合係数k21,k31,kr および
t の大きい弾性波素子が得られることが容易に推測さ
れる。また、この実施例では、YカットLiNbO3
板上にZnO層を形成したものについて説明したが、他
のカット、すなわち、他の切断方位でカットされたもの
についても同様に、電気機械結合係数果が大きくなると
推測される。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施例を示す図解図である。
【図2】図1の線II−IIにおける断面図解図であ
る。
【図3】電気機械結合係数を測定するためのサンプル図
である。
【図4】図3に示す測定用弾性波素子の厚みすべり振動
の電気機械結合係数と、LiNbO3 基板上に設けられ
るZnO層の厚みとの関係を示すグラフである。
【図5】図3に示す測定用弾性波素子の長さ方向伸び振
動の電気機械結合係数と、LiNbO3 基板上に設けら
れるZnO層の厚みとの関係を示すグラフである。
【符号の説明】
10 弾性波素子 12 圧電基板 14 ZnO層 16 第1の電極 18 第2の電極 20 第3の電極 22 第4の電極 24 接続手段 26 第1の端子 28 第2の端子 30 第3の端子 32 第4の端子 40 電気機械結合係数を測定するための測定用弾性波
素子(試料) 42 LiNbO3 基板 44 ZnO層 46,50 電極

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 LiNbO3 基板、 前記LiNbO3 基板の一方主面に形成されるZnO
    層、および前記ZnO層の表面に形成される電極を含
    む、弾性波素子。
  2. 【請求項2】 前記ZnO層の厚みをa、前記LiNb
    3 基板の厚みをbとしたとき、a÷b>0.006を
    満足する、請求項1に記載の弾性波素子。
  3. 【請求項3】 前記ZnO層の厚みをa、前記LiNb
    3 基板の厚みをbとしたとき、0.02>a÷b≧
    0.006を満足する、請求項1に記載の弾性波素子。
  4. 【請求項4】 LiTaO3 基板、 前記LiTaO3 基板の一方主面に形成されるZnO
    層、および前記ZnO層の表面に形成される電極を含
    む、弾性波素子。
  5. 【請求項5】 前記ZnO層の厚みをa、前記LiTa
    3 基板の厚みをbとしたとき、a÷b>0.006を
    満足する、請求項4に記載の弾性波素子。
  6. 【請求項6】 前記ZnO層の厚みをa、前記LiTa
    3 基板の厚みをbとしたとき、0.02>a÷b≧
    0.006を満足する、請求項4に記載の弾性波素子。
JP7157080A 1995-05-30 1995-05-30 弾性波素子 Pending JPH08330895A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107093998A (zh) * 2011-09-30 2017-08-25 追踪有限公司 横截面扩张模式共振器

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