JPS5833309A - すべり波共振器 - 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】 本発明は一般にＳ　Ｓ　ＢＷ　（５ｕｒｆａｃｅ　８に
１ｍｍ１ｎｌｍｍ１ｎ参Ｗａマｅ）等と呼ばれている圧
電基＃Ｌの表面直下を伝搬する波動（斯る種類の波動Ｏ
Ｉ！称を本発明の明細書に於いてはすべ夛波と称する）
ｔインタディジタル・トランスジ為−サｔｍによって励
起せしめ、そＯ振動エネルギを前記電極直下に閉じ込め
るタイプの共振器Ｅｌｌする。

従来、安定した高周波を得るには殆んどの場合水晶薄板
の厚みすべ９振動を利用していたが、その最高周波数は
水晶基板の厚さに依存する為基本波で４０ＭＨｚ程度が
限界でありて更に高い周波数を得るＫは通常基本波周波
のオーバートーン振動管利用していた。しかしながらオ
ーバートーン次数社９次Ｓ度までが使用しうる限界であ
り、該次数が高くなると所冒容量比ｒが該次数Ｏ自乗に
比例して悪化し且つインピーダンスも上昇するので回路
とＯマツチングが困難となる等の問題を生ずるものであ
−）え。

上述の如き間ｌＩ［を解決する一手段として最近、イン
タディジタル・トランスジ、−を電極によって弾性！ｌ
Ｉ！面波を発生させ、これ１ｍ用する周波にて励振しう
るものである。

しかしながら弾性表面波共ｒ７１器は励振された波動が
圧電基板表面を伝搬する為、基Ｉ［表面の汚染或はエー
ジングによる素面状ｍｌＯ変化の影響を強くうけると―
う欠陥があるのみならず周波数−温ＪＩ！特性に′）い
ても需畳者【充分満足させるものではなく、更に優れえ
特性が費求されている。

つ欠陥或は問題点ｔｍ去する為になされたものであって
、弾性表面波共振器と同等の高い周波数を基本波にて励
振でき、ｉつその波動が圧電適した表両汚染に強くエー
ジング特性、温度特性に優れ、且つスプリアスの極めて
少ない共振験結果とに基づいて詳１１に説明する。

圧電基板表面直下を伝搬するすべや波の存在及び多対の
インタディジタル・トランスジ島−サ電極によってこの
波を励起しうることは従前より知られていたが、これｔ
共振器に応用すゐ試みについては殆んど研究がなされて
いなかクディジタに＠トランスジ暴−サ電極を設は良す
ペシ波共ｍ器は発振条件′を満足することが困難であり
た上、発振してもそのＱが極めて低くとうてい実用に耐
えるものではなかったからである。

一方、本発明の発明者等は既に出願した弾性表面波共振
器に関する一連の特許出願、特願昭５６−５６７１０　
　等に於いて水晶基板表面に極めて膜厚の大なる（表面
波身長の１．５−以上）インタディジタル・トランスジ
、−サ電極會設けることによって少数の電極指対数によ
って充分大力るＱを有しかつ副共振の少ない小ｉｍ！ｏ
共振加効果による表面波振動エネルギＯｗ４じ込め効果
の強調及び電極指断面積の増大による等価抵抗の減少に
よるｔのであろうと推論し大。

この推論をすべ９波ＫｆＩｋ用して、すべ多波を励起す
るインクディジタル・トランスジ纂−サ釆は考え＆いが
、質量付加効果及び等価抵抗減少の効果を期待し得るで
あろう。

本発明は以上の如き推定に基づいてなされたものであ〕
、電極膜厚會一定以上厚くした場合に実用性のある充分
に高いＱｔ得ることが確認された。

以下本発−の基礎とな−）友夷験結果について詳細に説
明する。

第１Ｉａは本実験に使用したすべ）波共振器の構成を示
す図であ、る。

先ず圧電基板ｌとして線温！［特性を考慮して水晶の回
転Ｙカット、切断角ｌｘ軸に関して反時計廻ｐに一４３
°Ｓｖ２°の範囲のものｔ使用し喪。この切断角を有す
る水晶基波を用いるならばすべ）波伝搬速度は同じ回転
Ｙカット水晶基板の弾性表ｍａ伝搬連直に比してわずか
数−高速であるにすぎないが温度−周波数特性は三ｒｉ 次曲線となり極めて温［特性の良好なものキ参る。

因みに前記切断角管３５＠〜４２°の範囲に遇ぺば温ｆ
％性扛劣化するがすペク披伝搬速Ｊ［に前記弾性表面波
伝搬速度の約１．６倚となる。

さて上記の如き水晶基板１上ＫＡｊｔ−用いてＺ軸方向
にバスパー電極２，３を設け、両者から交互に多数のイ
ンクディジタル電極指４，４・・・・・・及び５　、５
　、　明−を交叉する如く弧長する。

これは周知の如く蒸着したＡｊ　Ｋ対しｉスフを介して
フォト・エツチングにょ多形成するものである。又前記
インタディジタル・トランスジ為−サ電極指４又扛５の
各々とこれに隣接する無電極部との合計幅はすべり披々
長λの半分となるようにし、両者の幅比は製造の容易さ
から１：ＩＫ構成するのが一般的である。

更に前記インタディジタル電極指４，４．・・・・・・
及び５，５・・・・・・のオーバーラツプ幅を交叉長Ｗ
と称し、この値を変化するととによって共振器の緒特性
を制御することができる。

以上の如き形状のインタディジタル・トランスジューサ
電極は少なくとも弾性表面波共振器を構成する上では表
面波反射用すだれ状金属或は溝又は孔を備えた共振器に
比して構成単純で、すベシ波共振器に於いて４同様の効
果があると考えられる。

以上の如きインタディジタル・トランスジューサ電極を
設けた共振器を用いて行りた実験結果について説明する
に、先ず電極対数Ｎ　ｆ　８００対、前記交叉長Ｗをす
べ夕波々長λで規準化しｔｌＪ　（ａｌの等価回路を仮
定してアドミタンス・チャートを用いて検討した結果第
２図（ｂ）〜（ｃｌを得た。

本チャートから明らかな如く電極膜厚ｈ／λがはソ２襲
以下の場合、本すべ９波共振器の特性はチャート上誘導
性領域が存在せずハートレー又はコルピッツ型水晶発＃
ｉ！＠路に挿入しても発振し得ないことが判明した。

さてそこで各種電極農厚會有するすべり波共振器につい
てそのＱと副共振レベルを調べた結果を第３ＥＫ示す。

本図に於いて電極膜厚ｈ／λが増大するに従いＱ及び副
共振レベルも増大し、ｈ／λが幕チ近傍に於いてＱｉｔ
飽和し、副共振レベルは急増する如く見える。

一方、電極膜厚ｈ／λを固定した上で電極対数Ｎ１変化
させた場合、Ｑ、ｍ１ｌｌ共振レベル及びｒがいかに変
化するかを調べた結果を第４図に示す。

本図から明らかな如く電極対数Ｎが多い程Ｑ従って共振
器としての望ましい構成としては、要求される仕様にも
よるが一般的には水晶基板を使用する限り電極対数Ｎが
８ｏｏ±２００　。

電極膜厚ｈ／λは０．０２５要至０．０３＠度であるこ
とが判る。

メ 畢に副共振レベルは電極対数Ｎに対しては電極膜厚ｈ／
λの減少に従ってわずかに平行移動的に減少し一方ｒ１
１電極膜厚ｈ／λの減少に従ってわずかに平行移動的に
増大する傾向が見られたが図面の繁雑管避ける為省略し
た。

同、更に前記交叉長Ｗ／λについて調べた結果を第５図
に示す。本図から明らかな如く交叉長Ｗ／λにも最適値
がある如く見え、その範囲刀 社概ね８＃至１５０間に存し、交叉長Ｗ／λを変化させ
るととによって得られるＱ又はｒの変化は電極膜厚ｈ／
λ或は電極対数Ｎを変化することによる共振器特性の変
化に比べればわずかでありその重ＩＨＩは二次的である
といえる。

以上説明した実験の結果は共振器を空気中で共振させた
ものであるが弾性表面波共振器にあっては真空中に於い
て共振す、る共振器のＱは空気中のそれに比べて１５及
至３０チ改善されることが知られている。この知見をす
べり波共振器に援用した結果弾性表面波共振器の場合程
の効果はなかったが約５１ｉ程度のＱの向上がみられた
。

以上の実験結果からすベク波共振器に於いても共振器の
特性を左右する最も重要な構成要素はその電極膜厚ｈ／
λであり、他の要素、例えば電極対数Ｎは電極膜厚ｈ／
λとは殆んど無調係Ｋｒ求は副共振のレベルから一定の
値に＃Ｉ着せざるを得す、又前記交叉長Ｗ／λも共振器
特性に影◆會与えるその最適値が存在する七ｔがその効
果は二次的なものであることが明らかとなった。

以上本発明の共１１ｉｉ＠に−する実験の結果について
説明し九が、電極材料として人！以外Ｏ例えｄ　Ａｕ　
−Ａ　ｇ　＊　Ｃｒ　５Ｚ、ｉｊ　Ｎ　ｉ等について言
及していなかったのでこれらについて簡単Ｋ１ｍ明する
。

前述の電極の負貴効果が振動エネルギ閉じ込め効果を強
調するものであるとすれはＡＪよｐ轄るかにｔｍ度の大
きな金属材料によりて電極を構成し、そＯ膜厚をＡＩの
密度との割合いに比例して薄くしても同様の効果があり
そうに思われたがＡｕ、Ｏｒ及びＮｉＫついて実験し九
結果は全く予想に反すｂものであってＱは上昇せずスプ
リアスも多くなるという結果を得た。

この理由は目下のところ不明であるが、弾性表面波共振
器の場合にも同様の結果がより顕著に現出していること
からして、水晶基板直下音伝搬するすべり波も水晶基板
と電極との境界近傍に於いて両者の青畳インピーダンス
の差に起因する摂動の影響管受けると同時に前記両イン
ピーダンスＯ差が大きすぎることがすべり波の伝搬及び
振動エネルギの閉じ込め効果ｔ−悪化させる方向に働い
てやるものと考えざるを得ない。

従って現状に於いては基板の水晶と音響インピーダンス
が近似する人ｌを電極材料として用いるのが１１４嵐い
。

本発明は以上説明した如く構成するので極めて温度特性
嵐好にしてスプリアスが殆んどなく表面汚染及びエージ
ングに対し鈍感でありしかもＩＧＨｚ＠ＩＩまでの高周
波を基本波にて発振する共振Ｓを安価に得ることが可能
と々る為、近年益に使用周波数帯が高くなっている電子
機器の要求に容易に応することができ、しかもこれら機
器の小型化、高安定化に著しい効果を発揮するものであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のすぺ９波共撫器の電極構成を示す図、
第２図（ａ）は第１図のすペシ波共撫器の岬価回路、同
一（ｂ）　ｉ至（ｅ）は夫々電極膜厚をすべり波々長０
０．９１，１．４１Ｇ、２．１１１及び−１ｔ４の場合
のアト５タンスｅチヤートの図、＠ａｒｍはすぺ９波共
振器の電極指対数を固定した場合、電極膜厚の変化に対
するＱ及び―Ｊ共振レベルの変動Ｏ１１験結果を示す図
、第４回状各電極膜厚に対し電極指対赦管変化し良場合
のＱ、ｒ及び副共振レベルの変動の実験結果を示す図、
纂５図は電極指交叉長春変化に対するＱ及びｒの変動を
示す実験結果の図である。 １・・・・・・水晶基板、　４．５・・・・・・インタ
ディジタル・トランスジ、−サ電極 特許出願人　　東洋過信機株式会社 手続補正書 昭和ｔり年　／　月、２Ｆ、日 特許庁　長官　　　　殿 １、事件の表示 昭和夕／年　　社Ｊｆ　　　願第１Ｊ／７３り　号２、
茫＆Ｂの名称　　１−１・・ソ５Ｌ長ｒｈ、各３、補正
をする者 事件との関係゛祈訂出願人 ５、補正により増加する発明の数　　　　ｒｉ’Ｌ６、
補正の対象　　Ｉ−崩

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　すべや波會伝撤せしめる水晶基板の主ｌＮ面
   上に多対のインタディジタル−トランスジ島−サ電極ｔ
   １！にけて皺電極に印加され大電気エネルギをすべり波
   に変換するすべ〉波共振Ｓに於いて、前記水晶基板ｔａ
   転Ｙカット、カット・アン乃 １ルー４３”４ｋＭ−５’２°、すべ）波伝像方向會ｚ
   ′軸方向とすると共に、前記水晶基板上に設ける多対イ
   ンタディジタル・トランスジ瓢−サ電極ｔＡＪＫて構成
   しかつそＯ膜厚を伝搬するすべり波々長のＬｏＩ１１以
   上とすることによってすべり波の振動エネルギの前記電
   極直下へＯ閉じ込め効率を向上したこと１０黴とするす
   べ９披共振器。
2. （２）前記インタディジタル舎トランスジａ−す電極の
   電極対数を８００±２０９とすることにより共振器の容
   量比と副共振レベルを低レベルに保ちつつ高いＱｔ得る
   ことを４１１１ｋとする特許請求の範囲１記載のすペシ
   波共振器。
3. （３）　　前記インタディジタル・トランスジ、−を電
   極の電極指交叉−１ｋｔ前記電極によって励起されβ るすべり波身長の８：に−至１５倍とするととくよシ共
   振器の容量比を低レベルに保ちつつ高いＱを得ること管
   ４Ｉ徴とすゐ特許請求の範囲１又は２記載のすぺ９波共
   振器。