JPH1127089A - 表面弾性波素子 - Google Patents
表面弾性波素子Info
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- JPH1127089A JPH1127089A JP17714497A JP17714497A JPH1127089A JP H1127089 A JPH1127089 A JP H1127089A JP 17714497 A JP17714497 A JP 17714497A JP 17714497 A JP17714497 A JP 17714497A JP H1127089 A JPH1127089 A JP H1127089A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- surface acoustic
- acoustic wave
- substrate
- wave device
- langasite
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- Pending
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- Surface Acoustic Wave Elements And Circuit Networks Thereof (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】本発明は、通信機器等に使用される周波数選別
用のフィルタ、高安定度の発振器に使用される共振子等
の素子等に使われる表面弾性波素子に関し、小さな遅延
時間温度係数と比較的大きな電気機械結合係数を有し、
化学的に安定な基板材料を持つ表面弾性波素子を提供す
る。 【解決手段】ランガサイト基板を用い、ランガサイトの
単結晶からの切り出し角度および表面弾性波伝搬方向
を、オイラ角度表示で、（０°＋α，１４０°＋β，２
４°＋γ）としたとき、α＝−５°〜５°、β＝−５°
〜５°、γ＝−５°〜５°、またはこれと等価な方位と
した。
用のフィルタ、高安定度の発振器に使用される共振子等
の素子等に使われる表面弾性波素子に関し、小さな遅延
時間温度係数と比較的大きな電気機械結合係数を有し、
化学的に安定な基板材料を持つ表面弾性波素子を提供す
る。 【解決手段】ランガサイト基板を用い、ランガサイトの
単結晶からの切り出し角度および表面弾性波伝搬方向
を、オイラ角度表示で、（０°＋α，１４０°＋β，２
４°＋γ）としたとき、α＝−５°〜５°、β＝−５°
〜５°、γ＝−５°〜５°、またはこれと等価な方位と
した。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、通信機器等に使用
される周波数選別用のフィルタ、高安定度の発振器に使
用される共振子等の素子等に使われる表面弾性波素子に
関するものである。
される周波数選別用のフィルタ、高安定度の発振器に使
用される共振子等の素子等に使われる表面弾性波素子に
関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、表面弾性波素子用の基板として
は、一般的に、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウ
ム、四ほう酸リチウム（例えば、特開昭６０−４１３１
５号公報参照）、水晶等の圧電性単結晶を、適当なカッ
ト面で切断、研磨した基板が使用されている。
は、一般的に、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウ
ム、四ほう酸リチウム（例えば、特開昭６０−４１３１
５号公報参照）、水晶等の圧電性単結晶を、適当なカッ
ト面で切断、研磨した基板が使用されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】表面弾性波素子に使わ
れる圧電基板に重要な性能として、遅延時間温度係数
（ＴＣＤ）と電気機械結合係数（Ｋ2 ）が挙げられる。
ＴＣＤは零に近いほど、またＫ2 は大きいほど、表面弾
性波素子用基板として望ましい。従来、表面弾性波素子
用の基板としては、一般的に、ニオブ酸リチウム（Ｌｉ
ＮｂＯ3 ）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ3 ）、四
ほう酸リチウム（Ｌｉ2 Ｂ4 Ｏ7 ）、水晶等の圧電性単
結晶を適当なカット面で切断、研磨した基板が使用され
てきた。ＬｉＮｂＯ3 （例えば、１２８°Ｙカット−Ｘ
伝搬）は、Ｋ2 は５．５％と大きいが、ＴＣＤが７４ｐ
ｐｍ／℃と大きいため、温度変化による周波数のドリフ
トが生じ、狹帯域特性が求められるフィルタや、高い安
定精度が求められる発振器等には使用することができな
かった。また、Ｌｉ2 Ｂ4 Ｏ7 （例えば、４５°Ｘカッ
ト−Ｚ伝搬）は、Ｋ2 は１％であり、ＴＣＤは０ｐｐｍ
／℃であるが、基板が水に溶解し、また潮解性を有する
ため、プロセスが難しい、あるいは信頼性に劣る等の問
題を有していた。また、ＳＴカット水晶は零ＴＣＤをも
つが、Ｋ2 が０．１％と小さいために、広域帯のフィル
タを得ることが出来なかった。
れる圧電基板に重要な性能として、遅延時間温度係数
（ＴＣＤ）と電気機械結合係数（Ｋ2 ）が挙げられる。
ＴＣＤは零に近いほど、またＫ2 は大きいほど、表面弾
性波素子用基板として望ましい。従来、表面弾性波素子
用の基板としては、一般的に、ニオブ酸リチウム（Ｌｉ
ＮｂＯ3 ）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ3 ）、四
ほう酸リチウム（Ｌｉ2 Ｂ4 Ｏ7 ）、水晶等の圧電性単
結晶を適当なカット面で切断、研磨した基板が使用され
てきた。ＬｉＮｂＯ3 （例えば、１２８°Ｙカット−Ｘ
伝搬）は、Ｋ2 は５．５％と大きいが、ＴＣＤが７４ｐ
ｐｍ／℃と大きいため、温度変化による周波数のドリフ
トが生じ、狹帯域特性が求められるフィルタや、高い安
定精度が求められる発振器等には使用することができな
かった。また、Ｌｉ2 Ｂ4 Ｏ7 （例えば、４５°Ｘカッ
ト−Ｚ伝搬）は、Ｋ2 は１％であり、ＴＣＤは０ｐｐｍ
／℃であるが、基板が水に溶解し、また潮解性を有する
ため、プロセスが難しい、あるいは信頼性に劣る等の問
題を有していた。また、ＳＴカット水晶は零ＴＣＤをも
つが、Ｋ2 が０．１％と小さいために、広域帯のフィル
タを得ることが出来なかった。
【０００４】表面弾性波素子に対する高性能化、高周波
化の要求により、ＴＣＤが零に近く、より大きなＫ2 を
もち、化学的に安定である基板材料が要求されている。
本発明は、上記事情に鑑み、小さなＴＣＤと比較的大き
なＫ2 を有し、化学的に安定な基板材料を持つ表面弾性
波素子を提供することを目的とする。
化の要求により、ＴＣＤが零に近く、より大きなＫ2 を
もち、化学的に安定である基板材料が要求されている。
本発明は、上記事情に鑑み、小さなＴＣＤと比較的大き
なＫ2 を有し、化学的に安定な基板材料を持つ表面弾性
波素子を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の表面弾性波素子は、ランガサイト（Ｌａ3 Ｇａ5Ｓ
ｉＯ14）単結晶基板上に表面弾性波を励振、受信、もし
くは反射するための金属膜を形成した表面弾性波素子に
おいて、ランガサイト基板の単結晶からの切り出し角度
および表面弾性波伝搬方向が、オイラ角表示で、（０°
＋α，１４０°＋β，２４°＋γ）としたとき、α＝−
５°〜５°、β＝−５°〜５°、γ＝−５°〜５°、ま
たはこれと等価な方位であることを特徴とする。
明の表面弾性波素子は、ランガサイト（Ｌａ3 Ｇａ5Ｓ
ｉＯ14）単結晶基板上に表面弾性波を励振、受信、もし
くは反射するための金属膜を形成した表面弾性波素子に
おいて、ランガサイト基板の単結晶からの切り出し角度
および表面弾性波伝搬方向が、オイラ角表示で、（０°
＋α，１４０°＋β，２４°＋γ）としたとき、α＝−
５°〜５°、β＝−５°〜５°、γ＝−５°〜５°、ま
たはこれと等価な方位であることを特徴とする。
【０００６】また、本発明の表面弾性波素子は、前記ラ
ンガサイト基板の単結晶からの切り出し角度および表面
弾性波伝搬方向が、オイラ角表示で、（０°，１４０
°，２４°）、またはこれと等価な方位であることが特
に好適である。本発明者らは、圧電性を有する単結晶で
あるランガサイト（Ｌａ3 Ｇａ5 ＳｉＯ14）の特定のカ
ット面における伝搬方位に金属膜を形成した表面弾性波
素子が、小さな温度係数と比較的大きな電気機械結合係
数を持ち、化学的に安定であることを見出し、本発明に
至ったのである。
ンガサイト基板の単結晶からの切り出し角度および表面
弾性波伝搬方向が、オイラ角表示で、（０°，１４０
°，２４°）、またはこれと等価な方位であることが特
に好適である。本発明者らは、圧電性を有する単結晶で
あるランガサイト（Ｌａ3 Ｇａ5 ＳｉＯ14）の特定のカ
ット面における伝搬方位に金属膜を形成した表面弾性波
素子が、小さな温度係数と比較的大きな電気機械結合係
数を持ち、化学的に安定であることを見出し、本発明に
至ったのである。
【０００７】
【発明の実施の形態】図１は伝送型フィルタの模式図で
ある。ランガサイト単結晶基板１０上に対の櫛形電極を
形成し、これの一方（励振用電極２０）に高周波電圧を
印加すると表面弾性波が励振され受信電極３０に達す
る。この入出力間の周波数特性がハンドパスフィルタ特
性を持ち、圧電結晶の特性により、このフィルタの周波
数通過帯域幅および温度特性が決定される。
ある。ランガサイト単結晶基板１０上に対の櫛形電極を
形成し、これの一方（励振用電極２０）に高周波電圧を
印加すると表面弾性波が励振され受信電極３０に達す
る。この入出力間の周波数特性がハンドパスフィルタ特
性を持ち、圧電結晶の特性により、このフィルタの周波
数通過帯域幅および温度特性が決定される。
【０００８】ランガサイト単結晶上の表面弾性波の特性
を計算するのに必要な材料定数として、下記の表１に２
０℃における密度、弾性定数、圧電定数、誘電率および
線膨張係数を示した。また、表２には各定数の１次およ
び２次の温度係数を示した。
を計算するのに必要な材料定数として、下記の表１に２
０℃における密度、弾性定数、圧電定数、誘電率および
線膨張係数を示した。また、表２には各定数の１次およ
び２次の温度係数を示した。
【０００９】
【表１】
【００１０】
【表２】
【００１１】ここでは、表１，表２に示した定数を使用
して、圧電基板表面での、ニュートンの運動方程式、圧
電方程式、準静電近似したマックスェルの方程式を連成
して解くことにより、オイラ角表示で、（−５°〜５
°，１４０°，２４°）の範囲（図２参照）、（０°，
１３５゜〜１４５°，２４°）の範囲（図３参照）、お
よび（０°，１４０°，１９゜〜２９°）の範囲（図４
参照）、もしくはそれらの範囲と等価な方位の範囲で温
度２５℃におけるＴＣＤの絶対値が５ｐｐｍ／℃以下に
なり、電気機械結合係数Ｋ2 が０．３％以上になること
を見出した。更に詳細に検討した結果、オイラ角表示
で、（０°，１４０°，２４°）、またはこれと等価な
方位である場合にはＴＣＤ＝０ｐｐｍ／℃かつＫ2 ＝
０．３７５％であり、ＳＡＷデバイス用として最適な方
位であることを見出した。
して、圧電基板表面での、ニュートンの運動方程式、圧
電方程式、準静電近似したマックスェルの方程式を連成
して解くことにより、オイラ角表示で、（−５°〜５
°，１４０°，２４°）の範囲（図２参照）、（０°，
１３５゜〜１４５°，２４°）の範囲（図３参照）、お
よび（０°，１４０°，１９゜〜２９°）の範囲（図４
参照）、もしくはそれらの範囲と等価な方位の範囲で温
度２５℃におけるＴＣＤの絶対値が５ｐｐｍ／℃以下に
なり、電気機械結合係数Ｋ2 が０．３％以上になること
を見出した。更に詳細に検討した結果、オイラ角表示
で、（０°，１４０°，２４°）、またはこれと等価な
方位である場合にはＴＣＤ＝０ｐｐｍ／℃かつＫ2 ＝
０．３７５％であり、ＳＡＷデバイス用として最適な方
位であることを見出した。
【００１２】（ＴＣＤ＝γ−（１／Ｖ）（∂Ｖ／∂Ｔ） Ｖ：温度Ｔ＝２５℃における表面弾性波の音速 Ｔ：温度 γ：考えているカット面、伝搬方向の熱膨張率） ここで、電極材料の膜厚ｈとしては、表面弾性波の波長
をλとした場合に、ｈ／λ＝０．００５〜０．２の範囲
が好適である。また、電極材料としてはアルミニウムが
適しており、その他の材料としては金でもよく、アルミ
ニウム＋チタンでもよく、あるいはアルミニウム＋銅が
適しており、また金、モリブデン、タングステン等の金
属も広く適している。
をλとした場合に、ｈ／λ＝０．００５〜０．２の範囲
が好適である。また、電極材料としてはアルミニウムが
適しており、その他の材料としては金でもよく、アルミ
ニウム＋チタンでもよく、あるいはアルミニウム＋銅が
適しており、また金、モリブデン、タングステン等の金
属も広く適している。
【００１３】
【実施例】図１の模式図に示した伝送型の表面弾性波フ
ィルタのパターンを、オイラ角表示で（０°，１４０
°，２４°）で表されるカット面および伝搬方向にフォ
トリソグラフィ工程により形成した。この場合の櫛形電
極の線幅、線間はそれぞれ４μｍ、入出力の電極の対数
はそれぞれ３０対、櫛形電極の開口長は４００μｍであ
る。電極材料としてアルミニウムを用い、その膜厚はス
パッタ法で２４００オングストローム（ｈ／λ＝１．５
％）とした。この素子を金属パッケージに実装し、送受
信の櫛形電極をワイヤーボンディングにより取り出し
て、ネットワークアナライザに接続した。更にこのデバ
イスを恒温槽内に入れ、−２０℃〜８０℃の温度範囲に
おける中心周波数の変化を測定したところ、図５に示す
特性が得られ、２５℃の時のＴＣＤはほぼ０ｐｐｍ／℃
であることが確認された。
ィルタのパターンを、オイラ角表示で（０°，１４０
°，２４°）で表されるカット面および伝搬方向にフォ
トリソグラフィ工程により形成した。この場合の櫛形電
極の線幅、線間はそれぞれ４μｍ、入出力の電極の対数
はそれぞれ３０対、櫛形電極の開口長は４００μｍであ
る。電極材料としてアルミニウムを用い、その膜厚はス
パッタ法で２４００オングストローム（ｈ／λ＝１．５
％）とした。この素子を金属パッケージに実装し、送受
信の櫛形電極をワイヤーボンディングにより取り出し
て、ネットワークアナライザに接続した。更にこのデバ
イスを恒温槽内に入れ、−２０℃〜８０℃の温度範囲に
おける中心周波数の変化を測定したところ、図５に示す
特性が得られ、２５℃の時のＴＣＤはほぼ０ｐｐｍ／℃
であることが確認された。
【００１４】 （ＴＣＤ＝−ＴＣＦ＝−（１／ｆ0 ）（∂ｆ／∂Ｔ））
【００１５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
小さな遅延時間温度係数と比較的大きな電気機械結合係
数を有し、化学的に安定な基板材料を持つ表面弾性波素
子が得られる。
小さな遅延時間温度係数と比較的大きな電気機械結合係
数を有し、化学的に安定な基板材料を持つ表面弾性波素
子が得られる。
【図１】伝送型ＳＡＷフィルタの模式図である。
【図２】（−５゜〜５°，１４０°，２４°）カット面
でのＫ2 とＴＣＤの変化を示すグラフである。
でのＫ2 とＴＣＤの変化を示すグラフである。
【図３】（０°，１３５°〜１４５゜，２４°）カット
面でのＫ2 とＴＣＤの変化を示すグラフである。
面でのＫ2 とＴＣＤの変化を示すグラフである。
【図４】（０°，１４０°，１９°〜２９゜）カット面
でのＫ2 とＴＣＤの変化を示すグラフである。
でのＫ2 とＴＣＤの変化を示すグラフである。
【図５】中心周波数の温度依存性を示すグラフである。
１０ ランガサイト基板 ２０ 励振用電極 ３０ 受信用電極
Claims (2)
- 【請求項１】 ランガサイト（Ｌａ3 Ｇａ5 ＳｉＯ14）
単結晶基板上に表面弾性波を励振、受信、もしくは反射
するための金属膜を形成した表面弾性波素子において、
ランガサイト基板の単結晶からの切り出し角度および表
面弾性波伝搬方向が、オイラ角表示で、（０°＋α，１
４０°＋β，２４°＋γ）としたとき、α＝−５°〜５
°、β＝−５°〜５°、γ＝−５°〜５°、またはこれ
と等価な方位であることを特徴とする表面弾性波素子。 - 【請求項２】 前記ランガサイト基板の単結晶からの切
り出し角度および表面弾性波伝搬方向が、オイラ角表示
で、（０°，１４０°，２４°）、またはこれと等価な
方位であることを特徴とする表面弾性波素子。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17714497A JPH1127089A (ja) | 1997-07-02 | 1997-07-02 | 表面弾性波素子 |
| EP98104212A EP0866551A3 (en) | 1997-03-21 | 1998-03-10 | Surface acoustic wave element |
| TW87103926A TW424349B (en) | 1996-10-23 | 1998-03-17 | Surface acoustic wave element |
| KR10-1998-0009643A KR100499544B1 (ko) | 1997-03-21 | 1998-03-20 | 표면탄성파소자 |
| US09/045,914 US6153961A (en) | 1997-03-21 | 1998-03-23 | Surface acoustic wave element |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17714497A JPH1127089A (ja) | 1997-07-02 | 1997-07-02 | 表面弾性波素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1127089A true JPH1127089A (ja) | 1999-01-29 |
Family
ID=16025964
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17714497A Pending JPH1127089A (ja) | 1996-10-23 | 1997-07-02 | 表面弾性波素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1127089A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6072264A (en) * | 1996-01-10 | 2000-06-06 | Sawtek Inc. | Optimal cut for surface wave propagation on langasite substrate |
| US6285112B1 (en) * | 1997-03-14 | 2001-09-04 | Ngk Insulators Ltd. | Surface acoustic wave device comprising langasite single crystal substrate |
| US6356167B1 (en) * | 1998-08-21 | 2002-03-12 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Surface acoustic wave resonator, surface acoustic wave filter, duplexer communications apparatus and surface acoustic wave apparatus, and production method of surface acoustic wave resonator |
| JP2008022227A (ja) * | 2006-07-12 | 2008-01-31 | Japan Radio Co Ltd | 弾性表面波フィルタ |
| JP2015190976A (ja) * | 2014-03-31 | 2015-11-02 | 淳一 櫛引 | 圧電単結晶／セラミック材料の音響関連物理定数決定方法、その方法を使った音響関連物理定数の温度係数決定方法及びその温度係数決定方法を使った最適結晶方位及び伝搬方向決定方法 |
-
1997
- 1997-07-02 JP JP17714497A patent/JPH1127089A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6072264A (en) * | 1996-01-10 | 2000-06-06 | Sawtek Inc. | Optimal cut for surface wave propagation on langasite substrate |
| US6285112B1 (en) * | 1997-03-14 | 2001-09-04 | Ngk Insulators Ltd. | Surface acoustic wave device comprising langasite single crystal substrate |
| US6356167B1 (en) * | 1998-08-21 | 2002-03-12 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Surface acoustic wave resonator, surface acoustic wave filter, duplexer communications apparatus and surface acoustic wave apparatus, and production method of surface acoustic wave resonator |
| JP2008022227A (ja) * | 2006-07-12 | 2008-01-31 | Japan Radio Co Ltd | 弾性表面波フィルタ |
| JP2015190976A (ja) * | 2014-03-31 | 2015-11-02 | 淳一 櫛引 | 圧電単結晶／セラミック材料の音響関連物理定数決定方法、その方法を使った音響関連物理定数の温度係数決定方法及びその温度係数決定方法を使った最適結晶方位及び伝搬方向決定方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20011023 |