JPS5949725B2 - 表面弾性波装置 - Google Patents
表面弾性波装置Info
- Publication number
- JPS5949725B2 JPS5949725B2 JP5306877A JP5306877A JPS5949725B2 JP S5949725 B2 JPS5949725 B2 JP S5949725B2 JP 5306877 A JP5306877 A JP 5306877A JP 5306877 A JP5306877 A JP 5306877A JP S5949725 B2 JPS5949725 B2 JP S5949725B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- surface acoustic
- acoustic wave
- temperature
- plane
- delay time
- Prior art date
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- Expired
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-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic elements; Electromechanical resonators
- H03H9/02—Details
- H03H9/02535—Details of surface acoustic wave devices
- H03H9/02543—Characteristics of substrate, e.g. cutting angles
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Surface Acoustic Wave Elements And Circuit Networks Thereof (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、物質の表面を伝播するいわゆる表面弾性波を
利用する装置に関するものである。
利用する装置に関するものである。
表面弾性波は物質表面を伝播する音波であり、その位相
速度は電磁波のそれより約５桁も小さく、圧電体表面で
はくし型電極を形成し交流電界を印加することにより容
易に励起することができるという特徴をもつ。
速度は電磁波のそれより約５桁も小さく、圧電体表面で
はくし型電極を形成し交流電界を印加することにより容
易に励起することができるという特徴をもつ。
くし型電極はホト・エツチングなど集積回路作製技術を
もって簡単に形成できるためＶＨＦ帯からＵＨＦ帯の周
波数をもつ信号の、フィルタ、遅延装置、共振装置、発
振装置あるいは相関装置などに応用され、小型で多機能
をもつ丈夫で信頼性の高い装置をつくることができる。
もって簡単に形成できるためＶＨＦ帯からＵＨＦ帯の周
波数をもつ信号の、フィルタ、遅延装置、共振装置、発
振装置あるいは相関装置などに応用され、小型で多機能
をもつ丈夫で信頼性の高い装置をつくることができる。
このような装置の本体を形成する圧電体として従来用い
られているのはＬｉＮｂＯ３，Ｂｉ１□５ｉＯ２ｏ、水
晶、ＺｎＯなとの単結晶やＰＺＴなどのセラミックスで
ある。
られているのはＬｉＮｂＯ３，Ｂｉ１□５ｉＯ２ｏ、水
晶、ＺｎＯなとの単結晶やＰＺＴなどのセラミックスで
ある。
しかしながら、水晶を除くほとんどの材料では表面弾性
波の遅延時間温度係数がおよそ３０ｐｐｍ／Ｃ以上であ
り、これら材料を用いた表面弾性波装置の温度変化に対
する安定性が悪い。
波の遅延時間温度係数がおよそ３０ｐｐｍ／Ｃ以上であ
り、これら材料を用いた表面弾性波装置の温度変化に対
する安定性が悪い。
また水晶においては表面弾性波の温度係数が零であるよ
うなカット面と伝播方向が知られているが、素子の周波
数帯域幅を決定する電気エネルギーを音響エネルギーに
変換する結合係数（ｋ２）がおよそ０．０８％と小さい
。
うなカット面と伝播方向が知られているが、素子の周波
数帯域幅を決定する電気エネルギーを音響エネルギーに
変換する結合係数（ｋ２）がおよそ０．０８％と小さい
。
このように、これらの材料は周波数帯域が広く且つ温度
変化に対して安定な、表面弾性波装置を形成することが
できないという欠点をもつ。
変化に対して安定な、表面弾性波装置を形成することが
できないという欠点をもつ。
最近、表面波遅延時間温度係数が零である材料としてａ
Ａ Ｉ ＰＯ４１Ｔ Ｉ ３ＴａＳ４． Ｔ １３
ＴａＳｅ４．Ｔ１３ｖＳ４の単結晶が注目されている。
Ａ Ｉ ＰＯ４１Ｔ Ｉ ３ＴａＳ４． Ｔ １３
ＴａＳｅ４．Ｔ１３ｖＳ４の単結晶が注目されている。
α−ＡＩＰＯ４では零温度係数をもつカット面と伝播方
向における表面弾性波のに２は０．４４％であることが
報告されているが、この程度の大きさのに２では広帯域
用表面弾性波装置を形成するのに十分でないという欠点
をもつ。
向における表面弾性波のに２は０．４４％であることが
報告されているが、この程度の大きさのに２では広帯域
用表面弾性波装置を形成するのに十分でないという欠点
をもつ。
一方、Ｔ ｌ ３Ｔａｓ４． Ｔ １３ＴａＳｅ４．
Ｔ １３ＶＳ４の＜ １１０ ）面上あるいは（１００
）面上あるいはそれらと等価な面上で零温度係数をもつ
表面弾性波の伝播方向があることが知られているが、表
面弾性波の位相速度ベクトルと群速度のベクトルが一致
しなくなり、その間の角度すなわちパワー・フロー角が
１０〜２０° と非常に大きいため、表面弾性波装置と
しての効率が低くなるという欠点をもつ。
Ｔ １３ＶＳ４の＜ １１０ ）面上あるいは（１００
）面上あるいはそれらと等価な面上で零温度係数をもつ
表面弾性波の伝播方向があることが知られているが、表
面弾性波の位相速度ベクトルと群速度のベクトルが一致
しなくなり、その間の角度すなわちパワー・フロー角が
１０〜２０° と非常に大きいため、表面弾性波装置と
しての効率が低くなるという欠点をもつ。
さらに最近に至り、Ｔ１３ＶＳ４について、零温度
係数で且つパワー・フロー角が０°の方位のあることが
報告されているが（Ａ、Ｊｈｕｎｊｈｕｎｗａｌａ ｅ
ｔ ａｌ、 ； ＥｌｅｃｔｒｎｉｃｓＬｅｔｔｅｒｓ
、 １９７６、 Ｖｏｌ、１２． Ｎ１１２５． Ｐ、
６８３〜６８４）、結合係数に２が、たかだか約１．２
であり不十分である。
係数で且つパワー・フロー角が０°の方位のあることが
報告されているが（Ａ、Ｊｈｕｎｊｈｕｎｗａｌａ ｅ
ｔ ａｌ、 ； ＥｌｅｃｔｒｎｉｃｓＬｅｔｔｅｒｓ
、 １９７６、 Ｖｏｌ、１２． Ｎ１１２５． Ｐ、
６８３〜６８４）、結合係数に２が、たかだか約１．２
であり不十分である。
本発明は、表面波の遅延時間温度係数が小さくパワ・フ
ロー角が小さく、且つ電気機械結合係数が大きい表面弾
性波を用いた高性能表面弾性波装置を作製することを目
的とする。
ロー角が小さく、且つ電気機械結合係数が大きい表面弾
性波を用いた高性能表面弾性波装置を作製することを目
的とする。
タリウム・バナジウム硫化物（’ｒ １３ＶＳ４）の（
１１１）面あるいはそれと等価な結晶面を表面とする半
無限結晶の表面を伝播する表面弾性波は室温において９
５２〜１０００ｍ／ Ｓの音速をもつ。
１１１）面あるいはそれと等価な結晶面を表面とする半
無限結晶の表面を伝播する表面弾性波は室温において９
５２〜１０００ｍ／ Ｓの音速をもつ。
また同表面上を伝播する表面弾性波のに２は＜１１０＞
等価方向に伝播する場合２．７３％と大きく広帯域用表
面弾性波装置を作製するのに十分である。
等価方向に伝播する場合２．７３％と大きく広帯域用表
面弾性波装置を作製するのに十分である。
また、遅延時間温度係数は＋８．５ｐＷＣと小さいため
温度変化に対して表面弾性波の遅延時間の変動が小さく
安定である。
温度変化に対して表面弾性波の遅延時間の変動が小さく
安定である。
さらに、パワー・フロー角が零となることが理論的に示
される。
される。
一方、同材料の（１１１）面あるいはそれと等価な結晶
面上の〈１１０〉等価方向から９°の方向に伝播方向を
もつ表面弾性波の遅延時間温度係数が零であることがわ
かった。
面上の〈１１０〉等価方向から９°の方向に伝播方向を
もつ表面弾性波の遅延時間温度係数が零であることがわ
かった。
このときに２は２．１％であり、理論的なパワー・フロ
ー角は１．８°である。
ー角は１．８°である。
さらに＜１１０＞等価方向から１５°の方向に伝播する
表面弾性波においても遅延時間温度係数は−１２，３ｐ
ｐｍ／Ｃと従来の同種度のに２の値をもつ材料の遅延時
間温度係数に比べて小さい。
表面弾性波においても遅延時間温度係数は−１２，３ｐ
ｐｍ／Ｃと従来の同種度のに２の値をもつ材料の遅延時
間温度係数に比べて小さい。
このときのパワー・フロー角は５．３°である。
このようにタリウム・バナジウム硫化ｅＦ （Ｔ １３
ＶＳ４） （７） （１１１）結晶面あるいはそれと等
価な結晶面に平行な表面上において第１図の斜線で示す
ごと＜〈１１０〉等価方向とその両側゛１５°１５°伝
播する表面弾性波を用いると、音速が９５２〜９５８ｍ
／ Ｓで、ｋ２が１．５１〜２．７３％、遅延時間温
度係数が−１２，３〜＋８．５ｐｐｖＣ、パワー・フロ
ー角がθ〜５．３°である良好な表面弾性波特性をもつ
表面弾性波装置を作製することができる。
ＶＳ４） （７） （１１１）結晶面あるいはそれと等
価な結晶面に平行な表面上において第１図の斜線で示す
ごと＜〈１１０〉等価方向とその両側゛１５°１５°伝
播する表面弾性波を用いると、音速が９５２〜９５８ｍ
／ Ｓで、ｋ２が１．５１〜２．７３％、遅延時間温
度係数が−１２，３〜＋８．５ｐｐｖＣ、パワー・フロ
ー角がθ〜５．３°である良好な表面弾性波特性をもつ
表面弾性波装置を作製することができる。
第１図は（１１１）面上の表面波特性のよい伝播方向を
示しているが、 （１１１）面に限定されるものでなく
それと等価な面ならびにそれらと平行な面において、図
の方向と等価な方向に伝播する表面弾性波の特性は同上
である。
示しているが、 （１１１）面に限定されるものでなく
それと等価な面ならびにそれらと平行な面において、図
の方向と等価な方向に伝播する表面弾性波の特性は同上
である。
以下、本発明を実施例を参照して詳細に説明する。
実施例 １
タリウム・バナジウム硫化物（’ｒ ｌ ３ＶＳ４）単
結晶を以下にのべる方法により育成した。
結晶を以下にのべる方法により育成した。
タリウム３モル、バナジウム１モル、硫黄４モルの割合
で秤量し、石英管内に入れＩＱ−’Ｔｏｒｒの真空に引
いたのち封入し、融点以上の温度７００〜８００℃にお
いて、原料が均一に融解するようにゆっくり振動させな
がら３〜５日間保った後、室温まで除冷した。
で秤量し、石英管内に入れＩＱ−’Ｔｏｒｒの真空に引
いたのち封入し、融点以上の温度７００〜８００℃にお
いて、原料が均一に融解するようにゆっくり振動させな
がら３〜５日間保った後、室温まで除冷した。
石英管から結晶粒をとり出し再び石英管内に入れＩＱ
’Ｔｏ汀の真空にひいたのち１気圧よりやや低めの圧力
のアルゴンガスを導入し封入した。
’Ｔｏ汀の真空にひいたのち１気圧よりやや低めの圧力
のアルゴンガスを導入し封入した。
この封入した試料を電気炉中につり下げ７５０℃〜８０
０℃の間に保ち全体を溶融させた後１日に１０ｍｍの速
さで電気炉内を引き下げ全体が固化した後電気炉をおよ
そ５０℃／時間の速さで冷却して長さが最大３ｃｍの単
結晶を得た。
０℃の間に保ち全体を溶融させた後１日に１０ｍｍの速
さで電気炉内を引き下げ全体が固化した後電気炉をおよ
そ５０℃／時間の速さで冷却して長さが最大３ｃｍの単
結晶を得た。
単結晶の直径は石英管の直径によって決まるが、本発明
の場合は１０〜２０ｍｍφのものを用いた。
の場合は１０〜２０ｍｍφのものを用いた。
こうして得られた単結晶の軸の方向をＸ線ラウェ法によ
りおおよそ決定し、つぎにＸ線回折法により±３０′３
０°精度で、表面が（１１１）面に平行である厚さ４ｍ
ｍのウェハーを切り出した。
りおおよそ決定し、つぎにＸ線回折法により±３０′３
０°精度で、表面が（１１１）面に平行である厚さ４ｍ
ｍのウェハーを切り出した。
このとき〔１１０〕方向をマークしておき、この方向に
平行な２辺とそれに垂直な（１１２，１方向に平行な２
辺をもつおよそ１０１０Ｘ７角の長方形の試料を切り出
しその表面を鏡面研摩した。
平行な２辺とそれに垂直な（１１２，１方向に平行な２
辺をもつおよそ１０１０Ｘ７角の長方形の試料を切り出
しその表面を鏡面研摩した。
この試料表面にホトエツチング法により交さはばが２ｍ
ｍで周期が４３．８μｍである６対のくし形電極を形成
した。
ｍで周期が４３．８μｍである６対のくし形電極を形成
した。
電極金属はアルミニウムを用いた。
このくし形電極のくし歯は（１１０）方向に垂直な方向
を向いている。
を向いている。
このくし形電極から（１１０）方向に沿って３ｍｍはな
れた点に同形のくし形電極を形成した。
れた点に同形のくし形電極を形成した。
これらの電極のうち１つを表面弾性波の励振用に、他の
１つを受信用に用いて表面弾性波特性を測定した。
１つを受信用に用いて表面弾性波特性を測定した。
高周波発振器により２０ＭＨ２付近の高周波（その周波
数をｆとする）を発振し表面特性波励振用の（Ｉ形電極
に入力し、受信用電極からの信号をとり出して入力信号
との位相角のずれ（Δφ）をベクトルボルト計で検出し
た。
数をｆとする）を発振し表面特性波励振用の（Ｉ形電極
に入力し、受信用電極からの信号をとり出して入力信号
との位相角のずれ（Δφ）をベクトルボルト計で検出し
た。
ｆを変化させ、それに対応するΔφの変化を１０周期（
三わたり測定し、１周期間の傾斜の平均値を求めそれを
遅延時間τとした。
三わたり測定し、１周期間の傾斜の平均値を求めそれを
遅延時間τとした。
音速は電極間の距離（３ｍｍ）をτで割って求めた。
その結果、室温における自由表面上の表面弾性波の音速
ＶＯＯは９５２ｍ／Ｓであった。
ＶＯＯは９５２ｍ／Ｓであった。
この試料を恒温槽に入れ一１０℃から６０℃まで温度を
変化させて、位相角が一定になるように周波数ｆを変動
させてゆきその変化を測定した。
変化させて、位相角が一定になるように周波数ｆを変動
させてゆきその変化を測定した。
その結果を第２図に示す。
この曲線の室温付近の傾きから（１／ｆ） （ｄｆ／
ｄｔ）がおよそ−８ｐｐｍ／’Ｃであることがわかった
。
ｄｔ）がおよそ−８ｐｐｍ／’Ｃであることがわかった
。
遅延時間の温度係数はこの逆付号をもった量に等しいか
ら、８ｐＩｌ′ｎ／′ｃであることがわかる。
ら、８ｐＩｌ′ｎ／′ｃであることがわかる。
この試料の電極間にアルミニウムを蒸着し、上記と同様
な方法で音速を求め、アルミニウムによりおおわれた短
絡表面における表面弾性波の音速Ｖ。
な方法で音速を求め、アルミニウムによりおおわれた短
絡表面における表面弾性波の音速Ｖ。
が９３９ｍ／ ｓであることがわかった。
ｋ２をよく知られている近似式に２糎２（ｖ−−Ｖ。
）／Ｖ〜により求めると２．７３％となる。実施例 ２
上記と同様な方法によりＴ１３ｖＳ４の（１１１）表面
上にくし形電極のくし歯が［１１０）方向から９°の方
向に垂直になるように形成し表面弾性波特性を測定した
。
上にくし形電極のくし歯が［１１０）方向から９°の方
向に垂直になるように形成し表面弾性波特性を測定した
。
その結果、自由表面の音速Ｖ〜は９５３ｍ／ Ｓであっ
た。
た。
第３図に、この試料の位相角を一定にした場合の周波数
の温度依存性を示す。
の温度依存性を示す。
室温では〜Ｏｐ戸Ｗ′℃であることがわかった。また表
面にアルミニウムを蒸着して求めた短絡表面の音速Ｖ。
面にアルミニウムを蒸着して求めた短絡表面の音速Ｖ。
は９４３ｍ、／ Ｓであることがわかった。したがって
に２〜２．１０％となる。
に２〜２．１０％となる。
以上に説明したごと＜ Ｔ １３ＶＳ４単結晶の（１１
１）結晶面を表面とし、第１図に斜線で示した範囲の伝
播方向に伝播する表面弾性波を用いると、遅延時間温度
係数が小さく、電気機械結合係数が大きく、パワーフロ
ー角が小さい高性能な表面弾性波装置が作製できる。
１）結晶面を表面とし、第１図に斜線で示した範囲の伝
播方向に伝播する表面弾性波を用いると、遅延時間温度
係数が小さく、電気機械結合係数が大きく、パワーフロ
ー角が小さい高性能な表面弾性波装置が作製できる。
単結晶の表面は（１１１）面に限らずそれと等価な面あ
るいぼそれらに平行な面も含み伝播方向もそれぞれの表
面上で第１図に示す方向と等価な方向を選ぶことができ
るのは言うまでもない。
るいぼそれらに平行な面も含み伝播方向もそれぞれの表
面上で第１図に示す方向と等価な方向を選ぶことができ
るのは言うまでもない。
第１図は、良好な表面弾性波特性を示すＴ１３ＶＳ４の
（１１１）面が表面である場合の伝播方向（斜線部分）
を示す図、第２図は、Ｔ１３ＶＳ４の（１１１）面上〔
１１０〕方向に伝播する表面弾性波の定位相角を与える
周波数の温度依存性を示す図、第３図ハＴ１３ｖＳ４ノ
（１１１）面上テ〔１１０〕方向から９°の方向に伝播
する表面弾性波の定位相角を与える周波数の温度依存性
を示す図である。
（１１１）面が表面である場合の伝播方向（斜線部分）
を示す図、第２図は、Ｔ１３ＶＳ４の（１１１）面上〔
１１０〕方向に伝播する表面弾性波の定位相角を与える
周波数の温度依存性を示す図、第３図ハＴ１３ｖＳ４ノ
（１１１）面上テ〔１１０〕方向から９°の方向に伝播
する表面弾性波の定位相角を与える周波数の温度依存性
を示す図である。
Claims (1)
- １ タリウム・バナジウム硫化物（Ｔ１３■Ｓ４）単結
晶（１１１）面上に表面弾性波励振装置を配置し、この
表面弾性波励振装置より励振する表面弾性波の伝播方向
を該伝播表面上の〈１１０〉等側方向のうち、１つある
いはその方向の両側１５°以内にもつことを特徴とする
高性能表面弾性波装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5306877A JPS5949725B2 (ja) | 1977-05-11 | 1977-05-11 | 表面弾性波装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5306877A JPS5949725B2 (ja) | 1977-05-11 | 1977-05-11 | 表面弾性波装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS53138658A JPS53138658A (en) | 1978-12-04 |
| JPS5949725B2 true JPS5949725B2 (ja) | 1984-12-04 |
Family
ID=12932492
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5306877A Expired JPS5949725B2 (ja) | 1977-05-11 | 1977-05-11 | 表面弾性波装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5949725B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6185531A (ja) * | 1984-10-02 | 1986-05-01 | Nissan Motor Co Ltd | 内燃機関の吸気装置 |
| JPS61142322A (ja) * | 1984-12-13 | 1986-06-30 | Nissan Motor Co Ltd | 内燃機関の吸気装置 |
-
1977
- 1977-05-11 JP JP5306877A patent/JPS5949725B2/ja not_active Expired
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6185531A (ja) * | 1984-10-02 | 1986-05-01 | Nissan Motor Co Ltd | 内燃機関の吸気装置 |
| JPS61142322A (ja) * | 1984-12-13 | 1986-06-30 | Nissan Motor Co Ltd | 内燃機関の吸気装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS53138658A (en) | 1978-12-04 |
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