WO1997047085A1 - Element a onde acoustique de surface - Google Patents

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WO1997047085A1
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acoustic wave
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Yasumi Kobayashi
Kuniyuki Matsui
Naoki Tanaka
Hiroshi Okano
Tatsuro Usuki
Kenichi Shibata
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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
    • H03H9/125—Driving means, e.g. electrodes, coils
    • H03H9/145—Driving means, e.g. electrodes, coils for networks using surface acoustic waves
    • H03H9/14538—Formation

Definitions

  • the present invention relates to a surface acoustic wave in which the longitudinal wave component is more dominant than the shear wave component, a pseudo-surface acoustic wave in which the longitudinal wave component is more dominant than the shear wave component, or a surface acoustic wave in which the longitudinal wave component is more dominant than the shear wave component.
  • the present invention relates to a surface acoustic wave device using an excitable substrate.
  • a surface acoustic wave element is formed by forming a grid-like electrode (2) (3) or a grid-like reflector (not shown) on the surface of a piezoelectric substrate (1). It performs mutual conversion between electrical signals and surface acoustic waves.
  • the surface acoustic wave is literally a surface wave propagating on the surface of the elastic body, and its energy is not radiated into the substrate.
  • a number of excitation modes have been discovered as such surface acoustic waves, and Rayleigh waves, Sezah waves, Love waves, piezoelectric surface hill waves, etc. are known.
  • an elastic wave propagating on the surface while radiating energy in the depth direction of the elastic body is known, and is called a pseudo-surface acoustic wave or a leaky surface acoustic wave.
  • the initially discovered pseudo-surface acoustic wave has a dominant shear wave component with a displacement parallel to the substrate surface and perpendicular to the propagation direction, and its phase velocity is between the “slow shear wave” and the “fast shear wave”. are doing.
  • a volume wave propagating along the vicinity of the surface of the substrate may be excited by the screen electrode and detected by another screen electrode on the same substrate.
  • Such a volume wave is called a surface wave.
  • surface wave waves in which the transverse wave component having a displacement parallel to the substrate surface and perpendicular to the propagation direction is dominant.
  • characteristics of acoustic waves include sound velocity, propagation loss, and electromechanical coupling coefficient. These characteristics are directly related to the design parameters of a circuit using a surface acoustic wave element.
  • the period T of the electrode finger of the screen-shaped electrode or the grid-shaped reflector has a value equivalent to the wavelength of the elastic wave, if the frequency is constant, the lower the sound speed, the smaller the wavelength, making it difficult to manufacture the electrode become. Therefore, high sound speed is desirable.
  • the electromechanical coupling coefficient represents the conversion rate when the energy of the input electric signal is converted into the energy of the surface acoustic wave.
  • the number of electrode fingers With sufficient increase, even if the electromechanical coupling coefficient is small, an elastic wave of any energy can be excited, but in this case, since the electric capacity of the grid electrode increases, the impedance matching with the external circuit becomes poor. It becomes difficult, and a separate matching circuit is required for impedance matching.
  • the number of electrode fingers of a screen-like electrode is substantially inversely proportional to the operating frequency range of an elastic surface acoustic wave element. If the number of electrode fingers is increased, the achievable characteristics become narrower. Will be limited. Therefore, it is desirable that the electromechanical coupling coefficient is large.
  • elastic waves for example, Rayleigh wave and Sezah wave
  • two components of longitudinal wave and shear wave having displacement in the depth direction dominant, and transverse wave component having displacement parallel to the surface and perpendicular to the traveling direction have been used.
  • the substrate conditions for example, crystal axis and elastic surface
  • electrode conditions for example, electrode finger period and film thickness
  • the electrode conditions for improving the above characteristics have not yet been clarified.
  • the longitudinal wave type pseudo surface acoustic wave has a sound velocity exceeding 600 OmZs and an electromechanical coupling coefficient exceeding 2%, and these points are advantageous for practical use as a surface acoustic wave element.
  • the propagation loss is as large as 0.5 dB per wavelength, which is a very large value. This was an obstacle to practical application.
  • An object of the present invention is to provide a longitudinal wave surface acoustic wave, a longitudinal wave pseudo surface acoustic wave, or a longitudinal wave surface.
  • the surface acoustic wave element according to the present invention has a surface acoustic wave in which the longitudinal wave component is more dominant than the shear wave component, a pseudo-surface acoustic wave in which the longitudinal wave component is more dominant than the shear wave component, or a longitudinal wave component which is more dominant than the shear wave component. It is constructed by forming a blind electrode made of a conductive thin film on the surface of a substrate capable of exciting a surface fin volume wave.
  • the blind electrode the ratio of the film thickness to the finger cycle of a plurality of electrode fingers having a common terminal with a black triangle is optimized using the propagation loss as a target function.
  • longitudinal wave-type surface acoustic waves concentrate most of their energy in a range of several wavelengths deep from the surface. Therefore, when a thin film is formed on the substrate, the characteristics of the elastic wave are affected by the thin film.
  • the conductive thin film serving as a blind electrode has a lower sound velocity than the substrate, radiation of energy in the depth direction of the substrate is suppressed, and propagation loss is reduced.
  • the effect of suppressing this energy emission increases as the thickness of the conductive thin film increases, and when the thickness exceeds a certain value, radiation into the substrate stops, and the longitudinal wave type quasi-elastic surface wave becomes longer. It becomes a wave type surface acoustic wave.
  • the thickness of the conductive thin film exceeds a certain value in relation to the electrode finger cycle, a new surface acoustic wave is excited inside the conductive thin film, a higher-order mode is generated, and the inside of the conductive thin film is generated. Energy accumulates at the point, and the propagation loss is rather large.
  • the thickness of the conductive thin film has an optimum value with the propagation loss as a target function in relation to the electrode finger period.
  • the propagation loss is suppressed to a minimum value by optimizing the ratio of the film thickness to the electrode finger period of the screen-like electrode. is there.
  • the substrate is made of lithium tantalate and the blind electrode is made of a conductive material containing aluminum as a main component or a conductive material having a specific gravity equivalent to aluminum
  • the ratio of the film thickness to the electrode finger period of the electrode in the range of 0.03 to 0.10, it is possible to sufficiently reduce the propagation loss as compared with the related art.
  • Propagation loss can be suppressed to a minimum value by setting it to a value within the range of 0.05 to 0.09, more preferably to 0.08, or to a value that can be substantially regarded as 0.08.
  • a surface acoustic wave in which the longitudinal wave component is more dominant than the shear wave component a pseudo-surface acoustic wave in which the longitudinal wave component is more dominant than the shear wave component, or a surface ridge in which the longitudinal wave component is more dominant than the shear wave component.
  • the propagation direction of the volume wave is set in an Eulerian angle display (40 degrees to 90 degrees, 40 degrees to 90 degrees, 0 degrees to 60 degrees) and a range equivalent thereto. As a result, a higher sound speed and a large electromechanical coupling coefficient can be obtained.
  • the substrate is made of lithium niobate and the blind electrode is made of a conductive material mainly composed of aluminum or a conductive material having a specific gravity equivalent to aluminum
  • the ratio of the film thickness of the electrode to the electrode finger period in the range of 0.03 to 0.10, it is possible to sufficiently reduce the propagation loss as compared with the conventional case.
  • Propagation loss can be suppressed to a minimum value by setting it to a value within the range of 0.07 to 0.09, more preferably 0.08 or a value that can be substantially regarded as 0.08.
  • a surface acoustic wave in which the longitudinal wave component is more dominant than the shear wave component a pseudo-surface acoustic wave in which the longitudinal wave component is more dominant than the shear wave component, or a surface ridge in which the longitudinal wave component is more dominant than the shear wave component.
  • the propagation direction of the volume wave is set in an Eulerian angle display (40 degrees to 90 degrees, 40 degrees to 90 degrees, 0 degrees to 70 degrees) and a range equivalent thereto. As a result, a higher sound speed and a large electromechanical coupling coefficient can be obtained.
  • the Euler angle display is cut by a combination of three angles ( ⁇ , ⁇ , ⁇ »).
  • This is a well-known display method for specifying a surface and a surface acoustic wave propagation direction. That is, as shown in FIG. 6, when the crystal axes are X, ⁇ , and ⁇ , the X axis is rotated about the ⁇ axis toward the ⁇ axis by an angle 0, and this is set as the A1 axis. Next, the Z axis is rotated counterclockwise about the A1 axis by an angle, and this is defined as the A2 axis.
  • the substrate is cut in a plane orientation including the A1 axis with the A2 axis as a normal line.
  • an axis obtained by rotating the A1 axis counterclockwise by an angle ⁇ around the A2 axis as an A3 axis is defined as an A3 axis
  • the A3 axis is defined as a surface acoustic wave propagation method.
  • the propagation directions of the cut surface and the surface acoustic wave are indicated as the coiler angles ( ⁇ , ⁇ , ⁇ ).
  • an appropriate electrode finger is provided on the surface of a substrate capable of exciting a longitudinal wave type surface acoustic wave, a longitudinal wave type pseudo surface acoustic wave, or a longitudinal wave type surface acoustic wave.
  • a blind electrode having a period and a film thickness, propagation loss of a longitudinal wave type surface acoustic wave, a longitudinal wave type pseudo surface acoustic wave, or a longitudinal wave type surface acoustic wave can be minimized.
  • Figure 1 shows the relationship between the insertion loss and the ratio of the film thickness to the electrode finger period in a surface acoustic wave device with an aluminum blind electrode formed on a lithium tantalate substrate. It is a graph.
  • FIG. 2 is a graph showing the relationship between the ratio of the film thickness to the electrode finger period of the screen-like electrode and the speed of sound in the surface acoustic wave device.
  • Figure 3 is a graph showing the relationship between the insertion loss and the ratio of the film thickness to the electrode finger period in a resilient surface acoustic wave device in which an aluminum screen electrode is formed on a lithium niobate substrate. is there.
  • FIG. 4 is a graph showing the relationship between the ratio of the film thickness to the electrode finger period of the blind electrode and the speed of sound in the surface acoustic wave device.
  • FIG. 5 is a plan view showing a screen electrode of the surface acoustic wave filter.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating the Euler angle display. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
  • the surface acoustic wave element of the present embodiment employs lithium tantalate as a material of a substrate capable of exciting a longitudinal wave type pseudo-surface acoustic wave, and forms a blind electrode made of aluminum on the substrate. is there.
  • an input screen made of an aluminum thin film was formed on a lithium tantalate substrate (1).
  • the surface acoustic wave filter in which the electrode (2) and the output screen electrode (3) are formed a large number of samples having different film thicknesses and electrode finger periods T are produced, and the insertion loss and the The sound speed was measured by a network analyzer.
  • the thickness of the substrate (1) was 0.35 mm, the number of electrode fingers of each of the blind electrodes (2) and (3) was 100, and the electrode finger cross width W was 600 m.
  • the propagation direction of the longitudinal wave type surface acoustic wave is represented by Euler angles (40 degrees to 90 degrees, 40 degrees to 90 degrees, 0 degrees to 60 degrees), and desirably (80 degrees to 60 degrees).
  • the superiority of these angular ranges has already been reported (see, for example, the 15th Symposium on Ultrasonic Electronics, Preliminary Proceedings, 1994, pp. 185-186).
  • FIG. 1 is a graph of the measurement results of the above many samples, with the horizontal axis representing the ratio of the film thickness to the electrode finger period of the blind electrode and the vertical axis representing the insertion loss.
  • the ratio of the film thickness to the electrode finger period increases from 0
  • the insertion loss gradually decreases from 20 dB, and the point at which the ratio is 0.03 After that, the decreasing tendency sharply increases.
  • the ratio exceeds 0.05
  • the insertion loss falls below 15 dB, and the ratio reaches a minimum value of 10 dB at about 0.08.
  • the insertion loss slightly increases, and the value thereof is suppressed to 12 dB or less.
  • the ratio of the thickness of the screen electrode to the electrode finger cycle is in the range of 0.33 to 0.10, preferably in the range of 0.05 to 0.09, and more preferably in the range of 0.05 to 0.09. 8 or a value that can be regarded as practically 0.08. As a result, the propagation loss is lower than before and is reduced to a practical range.
  • FIG. 2 is a graph of the measurement results of the above many samples, with the horizontal axis representing the ratio of the film thickness to the electrode finger period of the blind electrode and the vertical axis representing the sound velocity.
  • a longitudinal wave type pseudo elastic surface is formed by forming an aluminum blind electrode having a specific electrode condition on a lithium tantalate substrate having a specific substrate condition.
  • the surface acoustic wave device employs lithium niobate as a material of a substrate capable of exciting a longitudinal wave type pseudo-surface acoustic wave, and forms an aluminum electrode on the substrate. It is.
  • an aluminum thin film was formed on a lithium niobate substrate (1) as in the first embodiment.
  • a large number of samples having different film thicknesses and electrode finger periods T are manufactured, and their insertion loss and The sound speed was measured with a network analyzer.
  • the thickness of the substrate (1) is 0.35 mm, the number of pairs of electrode fingers of each of the blind electrodes (2) and (3) is 1 ° 0, and the crossover width W of the electrode fingers is 600.
  • the propagation direction of the longitudinal wave type surface acoustic wave is represented by Euler angles (40 degrees to 90 degrees, 40 degrees to 90 degrees, 0 degrees to 70 degrees), and desirably (80 degrees to 70 degrees).
  • the superiority of these angle ranges has already been reported (for example, see the 15th Symposium on Ultrasonic Electronics, Proceedings of the Symposium, 1994, pp. 185-186).
  • FIG. 3 is a graph of the measurement results of the above-mentioned many samples, with the horizontal axis representing the ratio of the film thickness to the electrode finger period of the screen electrode and the vertical axis representing the insertion loss.
  • the ratio of the film thickness to the electrode finger cycle of the reed-like electrode is in the range of 0.03 to 0.10, preferably in the range of 0.07 to 0.09, and more preferably in the range of 0.07 to 0.09. ⁇ It shall be set to 8 or a value that can be regarded as practically 0.08. As a result, the propagation loss is lower than before and is reduced to a practical range.
  • the insertion loss change curve sharply changes in the middle as shown in FIG. 3 and is separated into two curves A and B, as in the first embodiment, because the ratio of the film thickness to the electrode finger cycle is about This is because higher modes are generated by exceeding 0.1. The occurrence of this higher mode is clear from the results in Fig. 4.
  • FIG. 4 is a graph of the measurement results of the above many samples, with the horizontal axis representing the ratio of the film thickness to the electrode finger period of the blind electrode and the vertical axis representing the sound velocity. As shown in the figure, when the ratio of the film thickness to the electrode finger period is about 0.11, the change in the sound velocity becomes discontinuous, and clearly separates into two change curves A ′ and B ′. From this result, it can be said that the higher-order mode is generated when the ratio is about 0.11.
  • the longitudinal wave type pseudoelasticity is obtained by forming an aluminum blind electrode having a specific electrode condition on a lithium niobate substrate having a specific substrate condition.
  • a lithium tetraborate substrate can be adopted as the substrate capable of exciting the longitudinal wave type pseudo-surface acoustic wave.
  • the ratio of the film thickness to the electrode finger cycle can be optimized as described above to reduce the propagation loss.
  • the propagation direction of the longitudinal wave type surface acoustic wave is expressed in Eulerian angles (0 ° to 50 °, 15 ° to 75 °, 40 ° to 90 °), Preferably, it is in the range of (0 to 10 degrees, 40 to 50 degrees, 80 to 90 degrees), and more preferably (0 to 2 degrees, 44 to 46 degrees, 88 degrees). To 90 degrees), most preferably (0 degrees, 45 degrees, 90 degrees). As a result, a high sound velocity can be obtained and a large electromechanical coupling coefficient can be obtained.
  • the surface acoustic wave element according to the present invention is suitable for use as a circuit element such as a high-frequency filter and a signal processing delay line in a communication device such as a mobile phone.

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Description

明 細 書 弾性表面波素子 技術分野
本発明は、 縦波成分が横波成分より優勢である弾性表面波、 若しくは縦波成分 が横波成分より優勢である擬似弾性表面波、 或いは縦波成分が横波成分より優勢 である表面 り体積波の励振が可能な基板を用いた弾性表面波素子に関するもの である。 背景技術
近年、 自動車用電話機等の通信機器においては、 共振器フィルター、 信号処理 用遅延線等の回路素子として、 弾性表面波素子が広く応用されている。 弾性表面 波素子は、 例えば図 5に示す様に、 圧電性を有する基板（1 )の表面に簾状の電極 ( 2 )( 3 )や、 格子状の反射器 (図示省略)を形成し、 電気信号と弾性表面波の相互 の変換を行なうものである。
ここで、 弾性表面波は文字通り弾性体の表面を伝搬する表面波であり、 そのェ ネルギ一は基板内部には放射されない。 この様な弾性表面波として、 これまでに 複数の励振モードが発見されており、 例えばレイリー波、 セザヮ波、 ラヴ波、 圧 電表面ヒり波等が知られている。
レイリー波及びセザヮ波においては、 伝搬方向と同じ方向に変位を持つ縦波と、 基板深さ方向に変位を持つ横波の 2つの成分が共に優勢である。 これに対し、 ラ ヴ波及び圧電表面 り波においては、 基板表面に平行且つ伝搬方向に垂直な変位 を持つ横波の成分が優勢である。 尚、 通常、 圧電基板中には、 「遅い横波」 、 「速い横波」 、 「縦波」 の 3種類の体積波 (バルク波)が存在するが、 弾性表面波 は 「遅い横波」 よりも更に遅い位相速度で伝搬する。 又、 弾性体の深さ方向にエネルギーを放射しながら表面を伝搬する弾性波が知 られており、 擬似弾性表面波、 若しくは、 漏洩弾性表面波と呼ばれている。 当初 に発見された擬似弾性表面波は、 基板表面に平行且つ伝搬方向に垂直な変位を持 つ横波の成分が優勢であり、 その位相速度は 「遅い横波」 と 「速い横波」 の中間 に位置している。
更に、 近年、 縦波の成分が優勢である擬似弾性表面波が相継いで発見さている (日本国公開特許公報平 6-112763号、 第 15回超音波エレク トロ二クスの基礎と応用 に関するシンポジウム講演予稿集、 平成 6年、 185〜186頁参照）。 これらの縦波を 主成分とする擬似弾性表面波の位相速度は、 「速い横波」 と 「縦波」 の中間に位 置している。
一方、 基板の表面近傍に沿って伝搬する体積波が簾状電極によって励振されて、 同じ基板上の別の簾状電極にて検出される場合がある。 この様な体積波を表面 り体積波と呼んでいる。 表面ヒり体積波は、 通常の体積波に対応して 3種類存在 すると考えられる。 但し、 現在のところ、 主に取り扱われているのは、 基板表面 に平行且つ伝搬方向に垂直な変位を持つ横波の成分が優勢である表面 り体積波 である。
ところで、 弾性波の特性には、 音速、 伝搬損失、 電気機械結合係数などがあり、 これらの特性は、 弾性表面波素子を応用した回路の設計パラメ一夕に直接に係わ つている。
簾状電極、 若しくは格子状反射器の電極指の周期 Tは弾性波の波長と同等の値 を持っため、 周波数が一定の場合は、 音速が低いほど、 波長も小さくなり、 電極 の作製が困難になる。 従って、 音速は高いことが望ましい。
又、 弾性表面波共振器の共振先鋭度や弾性表面波フィルターの挿入損失は、 弾 性表面波の伝搬損失に直接に依存するため、 伝搬損失は小さいことが望ましい。 一方、 電気機械結合係数は、 入力される電気信号のエネルギーが弾性表面波の エネルギーに変換される際の変換率を表わしている。 簾状電極の電極指の本数を 十分に増加させれば、 電気機械結合係数が小さくても、 任意のエネルギーの弾性 波を励振できるが、 この場合、 簾状電極のもつ電気容量が大きくなる為、 外部回 路とのインピーダンス整合が困難になり、 インピーダンス整合の為に、 別に整合 用回路が必要になる。 又、 簾状電極の電極指の本数は、 彈性表面波素子の作動周 波数範囲と略反比例することが知られており、 電極指の本数を增加させると、 実 現可能な特性が狭帯域に制限されることになる。 従って、 電気機械結合係数は大 きいことが望ましい。
従来より、 縦波及び深さ方向の変位を持つ横波の 2つの成分が優勢な弾性波 (例 えばレイリー波、 セザヮ波）や、 表面に平行且つ進行方向に垂直な変位を持つ横波 の成分が優勢な弾性波（例えば、 圧電表面 り波、 ラヴ波、 横波型擬似弾性表面波、 横波型表面 tり体積波）については、 上記各特性を改善する為の基板条件 (例えば 結晶軸と弾性表面波伝搬方向の関係）や電極条件 (例えば電極指周期や膜厚)が知ら れている（1994年電子情報通信学会春季大会予稿集 「A-437」、 「A-438」、 Japan ese Journal of Applied Physics, vol. 29( 1990) Supplement 29-1, pp. 119 12 Japanese Journal of Applied Physics, vol. 30( 1991) Supplement 30- 1, pp. 143 145等）。
ところが、 縦波成分が横波成分より優勢である弾性表面波 (縦波型弾性表面波）、 縦波成分が横波成分より優勢である擬似弾性表面波 (縦波型擬似弾性表面波）、 及 び縦波成分が横波成分より優勢である表面ヒり体積波 (縦波型表面 tり体積波）に ついては、 上記各特性を改善するための電極条件は未だ明らかにされていない。 特に縦波型擬似弾性表面波は、 6 0 0 O mZ sを超える音速と、 2 %を超える 電気機械結合係数を有しており、 これらの点で、 弾性表面波素子としての実用化 に有利であるが、 従来の縦波型擬似弾性表面波を用いた弾性表面波素子に於いて は、 その伝搬損失が 1波長当り 0 . 5 d Bと、 非常に大きな値となっており、 これ が実用化の障害となっていた。
本発明の目的は、 縦波型弾性表面波、 縦波型擬似弾性表面波、 又は縦波型表面 ヒり体積波の励振が可能な基板を用いた弾性表面波素子において、 伝搬損失を低 減させることが出来る電極条件を明らかにして、 従来よりも高性能の弾性表面波 素子を提供することである。 発明の開示
本発明に係る弾性表面波素子は、 縦波成分が横波成分より優勢である弾性表面 波、 縦波成分が横波成分より優勢である擬似弾性表面波、 又は縦波成分が横波成 分より優勢である表面ヒり体積波の励振が可能な基板の表面に、 導電性薄膜から なる簾状電極を形成して構成される。 ここで、 簾状電極は、 共通の端子に繫がつ た複数本の電極指の指周期に対する膜厚の比率が伝搬損失を目標関数として最適 化されている。
例えば縦波型擬似弾性表面波は、 そのエネルギーの大部分を表面から数波長程 度の深さの範囲に集中させている。 従って、 該基板上に薄膜を形成すると、 弾性 波の特性は薄膜の影響を受けることになる。 特に、 簾状電極となる導電性薄膜は、 基板よりも音速が低いので、 基板深さ方向へのエネルギーの放射が抑制されて、 伝搬損失が低減される。
このエネルギー放射を抑制する効果は、 導電性薄膜の厚さが大きくなるにつれ て増大し、 一定値以上の厚さでは、 基板内への放射がなくなって、 縦波型擬似弾 性表面波は縦波型弾性表面波となる。 但し、 導電性薄膜の膜厚が電極指周期との 関係で一定値を超えると、 導電性薄膜の内部に新たな弾性表面波が励振されて、 高次モードが発生し、 導電性薄膜の内部にエネルギーが溜まって、 伝搬損失は却 つて大きくなる。
従って、 導電性薄膜の厚さには、 電極指周期との関係で、 伝搬損失を目標関数 とする最適値が存在することになる。
そこで、 上記本発明の弾性表面波素子に於いては、 簾状電極の電極指周期に対 する膜厚の比率を最適化することによって、 伝搬損失を最小値に抑えてし、るので ある。
基板がタンタル酸リチウム製であって、 簾状電極がアルミ二ゥムを主成分とす る導電性材料、 或いはアルミニウムと同等の比重を有する導電性材料から形成さ れる具体的構成においては、 簾状電極の電極指周期に対する膜厚の比率が 0 . 0 3 乃至 0 . 1 0の範囲内に設定することにより、 従来よりも伝搬損失を十分に低減さ せることが可能であり、 該比率を 0 . 0 5乃至 0 . 0 9の範囲内、 更に望ましくは 0 . 0 8或いは実質的に 0 . 0 8とみなせる値に設定することにより、 伝搬損失を 最小値に抑えることが出来る。
更に具体的には、 縦波成分が横波成分より優勢である弾性表面波、 縦波成分が 横波成分より優勢である擬似弾性表面波、 又は縦波成分が横波成分より優勢であ る表面ヒり体積波の伝搬方向が、 オイラ角表示で（4 0度乃至 9 0度、 4 0度乃至 9 0度、 0度乃至 6 0度）及びこれと等価な範囲内に設定されている。 これによつ て、 より高い音速と大きな電気機械結合係数が得られることとなる。
基板がニオブ酸リチウム製であって、 簾状電極がアルミ二ゥムを主成分とする 導電性材料、 或いはアルミニウムと同等の比重を有する導電性材料から形成され る具体的構成においては、 簾状電極の電極指周期に対する膜厚の比率が 0 . 0 3乃 至 0 . 1 0の範囲内に設定することにより、 従来よりも伝搬損失を十分に低減させ ることが可能であり、 該比率を 0 . 0 7乃至 0 . 0 9の範囲内、 更に望ましくは 0 . 0 8或いは実質的に 0 . 0 8とみなせる値に設定することにより、 伝搬損失を最小 値に抑えることが出来る。
更に具体的には、 縦波成分が横波成分より優勢である弾性表面波、 縦波成分が 横波成分より優勢である擬似弾性表面波、 又は縦波成分が横波成分より優勢であ る表面ヒり体積波の伝搬方向が、 オイラ角表示で（4 0度乃至 9 0度、 4 0度乃至 9 0度、 0度乃至 7 0度)及びこれと等価な範囲内に設定されている。 これによつ て、 より高い音速と大きな電気機械結合係数が得られることとなる。
尚、 オイラ角表示とは、 3つの角度の組み合わせ（ø , Θ , < » )によってカッ ト 面及び弾性表面波伝搬方向を特定する周知の表示方法である。 即ち、 図 6に示す 如く結晶軸を X、 Υ、 Ζとするとき、 Ζ軸を中心として X軸を Υ軸側へ角度 0だ け回転させて、 これを A 1軸とする。 次に A 1軸を中心として Z軸を反時計回り に角度 だけ回転させ、 これを A 2軸とする。 この A 2軸を法線として A 1軸を 含む面方位でカツ 卜し、 基板とする。 そして、 該面方位にカツ 卜した基板におい て、 A 2軸を中心として A 1軸を反時計回りに角度 øだけ回転させた軸を A 3軸 とし、 この A 3軸を弾性表面波伝搬方法とする。 このとき、 カッ ト面及び弾性表 面波伝搬方向をォイラ角（ø、 θ、 ø )と表示するのである。
上記本発明に係る弾性表面波素子においては、 縦波型弾性表面波、 縦波型擬似 弾性表面波、 又は縦波型表面 り体積波の励振が可能な基板の表面に、 適切な電 極指周期及び膜厚を有する簾状電極を形成することによって、 縦波型弾性表面波、 縦波型擬似弾性表面波、 又は縦波型表面 り体積波の伝搬損失を最小化すること が出来る。 図面の簡単な説明
図 1は、 タンタル酸リチウム製の基板上にアルミ二ゥムの簾状電極を形成した 弾性表面波素子に於いて、 簾状電極の電極指周期に対する膜厚の比率と挿入損失 の関係を表わすグラフである。
図 2は、 同上の弾性表面波素子に於いて、 簾状電極の電極指周期に対する膜厚 の比率と音速の関係を表わすグラフである。
図 3は、 ニオブ酸リチウム製の基板上にアルミニウムの簾状電極を形成した弾 性表面波素子に於いて、 簾状電極の電極指周期に対する膜厚の比率と挿入損失の 関係を表わすグラフである。
図 4は、 同上の弾性表面波素子に於いて、 簾状電極の電極指周期に対する膜厚 の比率と音速の関係を表わすグラフである。
図 5は、 弾性表面波フィルターの簾状電極を表わす平面図である。 図 6は、 オイラ角表示を説明する図である。 発明を実施するための最良の形態
第 1実施例
本実施例の弾性表面波素子は、 縦波型擬似弾性表面波の励振が可能な基板の材 質として、 タンタル酸リチウムを採用し、 該基板上にアルミニウムからなる簾状 電極を形成したものである。
該弾性表面波素子を対象として、 その伝搬損失を最小化するための電極条件を 明らかにするべく、 図 5に示す如くタンタル酸リチウム製の基板（ 1 )上にアルミ ニゥム薄膜からなる入力用簾状電極（ 2 )及び出力用簾状電極（ 3 )を形成した弾性 表面波フィルタ一に於いて、 膜厚及び電極指周期 Tが異なる多数のサンプルを作 製して、 これらの挿入掼失及び音速をネッ 卜ワークアナライザーによって測定し た。
尚、 基板（ 1 )の厚さは 0 . 3 5 mm、 各簾状電極（ 2 )( 3 )の電極指の対数は 1 0 0、 電極指交叉幅 Wは 6 0 0 mである。
又、 縦波型擬似弾性表面波の伝搬方向は、 オイラ角表示で（4 0度乃至 9 0度、 4 0度乃至 9 0度、 0度乃至 6 0度）、 望ましくは（8 0度乃至 9 0度、 8 0度乃 至 9 0度、 2 0度乃至 4 0度)、 更に望ましくは（8 8度乃至 9 0度、 8 8度乃至 9 0度、 3 0度乃至 3 2度)、 最も望ましくは（9 0度、 9 0度、 3 1度）に設定さ れている。 これらの角度範囲の優位性については既に報告されている（例えば第 1 5回超音波エレク 卜ロニクスの基礎と応用に関するシンポジウム講演予稿集、 平成 6年、 185〜186頁参照)。
図 1は、 横軸に簾状電極の電極指周期に対する膜厚の比率、 縦軸に挿入損失を とって、 上記多数のサンプルについての測定結果をグラフ化したものである。 このグラフから明らかなように、 電極指周期に対する膜厚の比率が 0から増大 するにつれて挿入損失は 2 0 d Bから徐々に低下し、 該比率が 0 . 0 3のポイント を境としてその低下傾向は急激に大きくなる。 そして、 該比率が 0 . 0 5を越える と、 挿入拟失が 1 5 d Bを下回り、 更に該比率が約 0. 0 8にて最小値の 1 0 d B となっている。 又、 該比率が 0 . 0 8を超えて約 0 . 1 0に達するまでの範囲では、 挿入損失は僅かに増大するカ^ その値は 1 2 d B以下に抑えられている。
ところ力、'、 該比率が約 0 . 1 1に達すると、 挿入損失値は 3 5 d Bを超える値に 急激に増大する。 そして、 該比率が 0 . 1 1よりも大きくなるにつれて、 挿入損失 は徐々に低下するものの、 その値は 2 5 d Bを超える大きな値となっている。 そこで、 簾状電極の電極指周期に対する膜厚の比率は、 0 . 0 3乃至 0 . 1 0の 範囲内、 望ましくは 0 . 0 5乃至 0 . 0 9の範囲內、 更に望ましくは 0. 0 8或いは 実質的に 0 . 0 8とみなせる値に設定するものとする。 これによつて、 伝搬損失は 従来よりも低く、 実用範囲にまで低減することになる。
尚、 図 1の如く挿入損失の変化曲線が途中で急激に変化し、 2つの曲線 A及び Bに分離しているのは、 電極指周期に対する膜厚の比率が約 0 . 1 1を超えること によって、 電極の内部に別異の弾性表面波が励振されて、 高次モードが発生して いるからである。 この高次モードの発生は、 図 2の結果からも明らかである。 図 2は、 横軸に簾状電極の電極指周期に対する膜厚の比率、 縦軸に音速をとつ て、 上記多数のサンプルについての測定結果をグラフ化したものである。 図示の 如く、 電極指周期に対する膜厚の比率が約 0 . 1 1にて、 音速の変化は不連続とな り、 明らかに 2つの変化曲線 A ' 及び B ' に分離している。 この結果から、 該比 率が約 0. 1 1にて高次モードが発生していると言えるのである。
上述の如く、 本発明の弾性表面波素子においては、 特定の基板条件を有する夕 ンタル酸リチウム基板上に、 特定の電極条件を有するアルミニウムの簾状電極を 形成することによって、 縦波型擬似弾性表面波を励振させ、 高い音速と大きな電 気機械結合係数を得ることが出来ると共に、 伝搬損失を従来よりも大幅に低減さ せることが可能である。
第 2実施例 本実施例の弾性表面波素子は、 縦波型擬似弾性表面波の励振が可能な基板の材 質として、 ニオブ酸リチウムを採用し、 該基板上にアルミニウムからなる簾状電 極を形成したものである。
該弾性表面波素子を対象として、 その伝搬損失を最小化するための電極条件を 明らかにするべく、 第 1実施例と同様に、 ニオブ酸リチウム製の基板（ 1 )上にァ ルミニゥム薄膜からなる入力用簾状電極（ 2 )及び出力用簾状電極（ 3 )を形成した 弾性表面波フィルターに於いて、 膜厚及び電極指周期 Tが異なる多数のサンプル を作製して、 これらの挿入損失及び音速をネッ 卜ワークアナライザーによって測 疋した。
尚、 基板（ 1 )の厚さは 0. 3 5 mm, 各簾状電極（ 2 )( 3 )の電極指の対数は 1 ◦ 0、 電極指交叉幅 Wは 6 0 0 である。
又、 縦波型擬似弾性表面波の伝搬方向は、 オイラ角表示で（4 0度乃至 9 0度、 4 0度乃至 9 0度、 0度乃至 7 0度）、 望ましくは（8 0度乃至 9 0度、 8 0度乃 至 9 0度、 2 0度乃至 5 0度）、 更に望ましくは（8 8度乃至 9 0度、 8 8乃至 9 0度、 3 5度乃至 4 0度）、 最も望ましくは（9 0度、 9 0度、 3 7度）に設定され ている。 これらの角度範囲の優位性については既に報告されている（例えば第 15回 超音波エレク トロ二クスの基礎と応用に関するシンポジウム講演予稿集、 平成 6年、 185〜186頁参照）。
図 3は、 横軸に簾状電極の電極指周期に対する膜厚の比率、 縦軸に挿入損失を とって、 上記多数のサンプルにつ 、ての測定結果をグラフ化したものである。
このグラフから明らかなように、 電極指周期に対する膜厚の比率が 0から増大 するにつれて挿入損失は 2 3 d Bから徐々に低下し、 該比率が 0 . 0 3のポィン卜 を境としてその低下傾向は急激に大きくなる。 そして、 該比率が 0. 0 7を越える と、 挿入損失が 1 5 d Bを下回り、 更に該比率が約 0 · 0 8にて最小値の 1 1 . 5 d Bとなっている。 又、 該比率が 0. 0 8を超えて約 0. 1 0に達するまでの範囲 では、 挿入損失は僅かに増大するが、 その値は 1 2 d B以下に抑えられている。 ところカ^ 該比率が約 0 . 1 1に违すると、 挿入損失値は 2 7 d Bを超える値に 急激に増大する。 そして、 該比率が 0 . 1 1よりも大きくなるにつれて、 挿人損失 は徐々に低下するものの、 その値は 2 1 d Bを超える大きな値となっている。 そこで、 簾状電極の電極指周期に対する膜厚の比率は、 0 . 0 3乃至 0 . 1 0の 範囲內、 望ましくは 0 . 0 7乃至 0 . 0 9の範囲内、 更に ¾ましくは 0 . ◦ 8或いは 実質的に 0 . 0 8とみなせる値に設定するものとする。 これによつて、 伝搬損失は 従来よりも低く、 実用範囲にまで低減することになる。
尚、 図 3の如く挿入損失の変化曲線が途中で急激に変化し、 2つの曲線 A及び Bに分離しているのは、 第 1実施例と同様、 電極指周期に対する膜厚の比率が約 0. 1 1を超えることによって、 高次モードが発生しているからである。 この高次 モードの発生は、 図 4の結果からも明らかである。
図 4は、 横軸に簾状電極の電極指周期に対する膜厚の比率、 縦軸に音速をとつ て、 上記多数のサンプルについての測定結果をグラフ化したものである。 図示の 如く、 電極指周期に対する膜厚の比率が約 0. 1 1にて、 音速の変化は不連続とな り、 明らかに 2つの変化曲線 A ' 及び B ' に分離している。 この結果から、 該比 率が約 0 . 1 1にて高次モードが発生していると i えるのである。
上述の如く、 本実施例の弾性表面波素子においては、 特定の基板条件を有する ニオブ酸リチウム基板上に、 特定の電極条件を有するアルミニウムの簾状電極を 形成することによって、 縦波型擬似弾性表面波を励振させ、 高い音速と大きな電 気機械結合係数を得ることが出来ると共に、 伝搬損失を従来よりも大幅に低減さ せることが可能である。
尚、 縦波型擬似弾性表面波の励振が可能な基板としては、 タンタル酸リチウム 基板やニオブ酸リチウム基板以外に、 四硼酸リチウム基板の採用が可能であって、 該基板上に形成すべき簾状電極についても、 上記同様に、 電極指周期に対する膜 厚の比率を最適化して、 伝搬損失の低減を図ることが可能である。
四硼酸リチウム製の基板ト.にアルミニウムからなる薄膜を形成した弾性表面波 素子に於いては、 縦波型擬似弾性表面波の伝搬方向を、 オイラ角表示で（0度乃至 5 0度、 1 5度乃至 7 5度、 4 0度乃至 9 0度）の範陋、 望ましくは（0度乃至 1 0度、 4 0度乃至 5 0度、 8 0度乃至 9 0度）の範囲、 更に望ましくは（0度乃至 2度、 4 4度乃至 4 6度、 8 8度乃至 9 0度）の範囲、 最も望ましくは（0度、 4 5度、 9 0度）に設定する。 これによつて、 高い音速が得られると共に、 大きな電 気機械結合係数が得られる。
上記実施の形態の説明は、 本発明を説明するためのものであって、 請求の範囲 に記載の発明を限定し、 或は範囲を減縮する様に解すべきではない。 又、 本発明 の各部構成は上記実施の形態に限らず、 請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々 の変形が可能であることは勿論である。 産業上の利用可能性
本発明に係る弾性表面波素子は、 携帯電話機等の通信機器における高周波フィ ルター、 信号処理用遅延線等の回路素子として用いるのに適している。

Claims

猜 求 の 範 囲
1 . 縦波成分が横波成分より優勢である弾性表面波、 縦波成分が横波成分より優 勢である擬似弾性表面波、 又は縦波成分が横波成分より優勢である表面 i り体積 波の励振が可能な基板の表面に、 導電性薄膜からなる簾状電極を形成してなる弾 性表面波素子において、 簾状電極は、 共通の端子に繋がった複数本の電極指の指 周期に対する膜厚の比率が伝搬損失を目標関数として最適化されていることを特 徴とする弾性表面波素子。
2 . 薄膜はアルミニウムを主成分とする導電性材料、 或いはアルミニウムと同等 の比重を有する導電性材料から形成され、 簾状電極の電極指周期に対する膜厚の 比率は、 0 . 0 3乃至 0 . 1 0の範囲に設定されている請求の範囲第 1項に記載の 弾性表面波素子。
3. 基板はタンタル酸リチウム製であって、 薄膜はアルミニウムを主成分とする 導電性材料、 或いはアルミニウムと同等の比重を有する導電性材料から形成され、 簾状電極の電極指周期に対する膜厚の比率は、 0. 0 3乃至 0 · 1 0の範囲に設定 されている請求の範囲第 1 I に記載の弾性表面波素子。
4 . 簾状電極の電極指周期に対する膜厚の比率は、 0. 0 5乃至 0 . 0 9の範囲内 に設定されている請求の範囲第 3項に記載の弾性表面波素子。
5 . 簾状電極の電極指周期に対する膜厚の比率は、 0. 0 8、 或いは実質的に 0. 0 8とみなせる値に設定されている請求の範囲第 4項に記載の弾性表面波素子。
6 . 縦波成分が横波成分より優勢である弾性表面波、 縦波成分が横波成分より優 勢である擬似弾性表面波、 又は縦波成分が横波成分より優勢である表面ヒり体積 波の伝搬方向が、 オイラ角表示で（4 0度乃至 9 0度、 4 0度乃至 9 0度、 0度乃 至 6 0度)及びこれと等価な範囲內に設定されている請求の範囲第 3項に記載の弾 性表面波素子。
7 . 基板はニオブ酸リチウム製であって、 薄膜はアルミニウムを主成分とする導 電性材料、 或いはアルミニウムと同等の比重を有する導電性材料から形成され、 簾状電極の' rg極指周期に対する膜厚の比率は、 0 . 0 3乃至 0 . 1 0の範囲に設定 されている請求の範囲第 1項に記載の弾性表面波素子。
8 . 簾状 極の電極指周期に対する膜厚の比率は、 0 . 0 7乃至 0 . 0 9の範囲内 に設定されている請求の範囲第 7項に記載の弾性表面波素子。
9 . 簾状電極の電極指周期に対する膜厚の比率は、 0 . 0 8、 或いは実質的に 0 . 0 8とみなせる値に設定されている請求の範囲第 8項に記載の弾性表面波素子。
1 0 . 縦波成分が横波成分より優勢である弾性表面波、 縦波成分が横波成分より 優勢である擬似弾性表面波、 又は縦波成分が横波成分より優勢である表面ヒり体 積波の伝搬方向が、 オイラ角表示で（4 0度乃至 9 0度、 4 0度乃至 9 0度、 0度 乃至 7 0度)及びこれと等価な範囲内に設定されている請求の範囲第 7項に記載の 弾性表面波素子。
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