JP4399587B2

JP4399587B2 - Surface acoustic wave device

Info

Publication number: JP4399587B2
Application number: JP2003072659A
Authority: JP
Inventors: 省司垣尾
Original assignee: University of Yamanashi NUC
Current assignee: University of Yamanashi NUC
Priority date: 2003-03-17
Filing date: 2003-03-17
Publication date: 2010-01-20
Anticipated expiration: 2023-03-17
Also published as: JP2004282515A

Description

【０００１】
【技術分野】
この発明は弾性表面波，とくにラブ波型ＳＨ波（以下，単にラブ波という）を利用した素子に関する。
【０００２】
【従来技術】
ラブ波は，水晶上の特定の伝搬方向にのみ存在し，基板上に金属膜や誘電体膜を装荷することによって，横波成分のみをもつバルク波のエネルギーを基板表面付近に集中させた表面波として古くより知られている。水晶と金（Ａｕ）やタンタル（Ｔａ）などの高密度金属膜と組合せることにより，良好な集中度が得られ高結合化が実現でき，ＳＴカット水晶上のレイリー波を用いた場合の３倍程度の電気機械結合係数Ｋ² （0.34％）が得られることが知られており，これを利用した超小型の共振子型フィルタが実用化されている［非特許文献１］。
【０００３】
一方，ランガサイト基板は，水晶の数倍の電気機械結合係数を持ち，水晶と同等の優れた温度特性を有する比較的新しい結晶である。ランガサイトも水晶と同じ結晶系に属しているため，特定の伝搬方向に横波成分のみをもつバルク波が存在し，その遅延時間温度係数が零となるカット角が報告されている［非特許文献２］。しかし，電気機械結合係数が非常に小さいという問題点があった。
【０００４】
【非特許文献１】
M.Kadota,et.al：“Very Small-Sized Resonator Filter Using Shear Horizontal Wave on Quartz”,Jpn.J.Appl.Phys.,40,5B(2001)pp.3718-3721.
【非特許文献２】
V.P.Pkessky,et al：“Surface Transverse Waves on Langasite”Proc.of IEEE Ultrasonics Symp.,(1998)pp.139-142.
【０００５】
【発明の開示】
この発明は，ランガサイト結晶基板を用いた新しい弾性表面波素子を提供するものである。
【０００６】
この発明はまた，ランガサイト・ファミリー結晶基板を用いて，遅延時間温度係数が零またはその近傍であるという温度特性をもつ弾性表面波素子を実現することを目的とするものである。
【０００７】
この発明はさらに，ランガサイト・ファミリー結晶基板を用いて，比較的高い電気機械結合係数を持つ弾性表面波素子を実現することを目的とするものである。
【０００８】
さらにこの発明は，ランガサイト・ファミリー結晶基板を用いて，遅延時間温度係数が零またはその近傍にあるという安定した温度特性を持ち，かつ比較的高い電気機械結合係数を持つ弾性表面波素子を実現するものである。
【０００９】
遅延時間温度係数ＴＣＤに着目してこれを重要視し，これをほとんど零（またはその近傍にすることのできる）この発明による弾性表面波素子は，オイラー角表示で（０°，θ，ψ）で表されるランガサイト・ファミリー結晶基板の，θが０°〜22°および90°〜 180°の範囲内にあるカット面上に，少なくとも一つの，実効的に高密度な弾性表面波電極が，ψが85°〜95°の伝搬方向でラブ波型ＳＨ波を発生する配置で設けられているものである。
【００１０】
ランガサイト・ファミリー結晶基板には，ランガサイト（Ｌａ₃Ｇａ₅ＳｉＯ₁₄：ＬＧＳ）結晶基板，ランガテイト（Ｌａ₃Ｇａ_5.5Ｔａ_0.5Ｏ₁₄ ：ＬＧＴ）結晶基板，およびランガナイト（Ｌａ₃Ｇａ_5.5Ｎｂ_0.5Ｏ₁₄ ：ＬＧＮ）結晶基板が含まれる。
【００１１】
実効的に高密度な弾性表面波電極とは，高密度導電体，特に，Ａｕ（金），Ａｇ（銀），Ｃｕ（銅），Ｐｔ（白金），Ｃｒ（クロム），Ｔａ（タンタル），Ｗ（タングステン）等の重金属で形成された弾性表面波電極，およびＡｌ（アルミニウム）等の軽金属（低密度導電体）で形成された弾性表面波電極の上に，Ｔａ₂Ｏ₅（五酸化タンタル），ＺｎＯ（酸化亜鉛），Ａｌ₂Ｏ₃（サファイア），ＴｉＯ₂（ルチル），Ｎｂ₂Ｏ₅（五酸化ニオブ），Ｂｉ₁₂ＧｅＯ₂₀(ＢＧＯ)，Ｂｉ₂Ｏ₃ （三酸化ビスマス）などの高密度（重い）誘電体膜を装荷したものが含まれる。これらはいずれも質量付加効果を生じさせるもので，このような弾性表面波電極を用いると，ラブ波（ラブ波型ＳＨ波：ＳＨ＝Shear Horizontal）が発生する。ラブ波は，原理的には伝搬減衰が零であること，ＳＨ成分しかもたないので基板表面の汚れなどによる波の乱れが少ないこと，他のモードは励振されないオイラー角（０°，θ，90°（実質的に85°〜95°でよい））で存在するのでスプリアス成分が無い（または小さい）こと，パワーフロー角が零であること，ＳＨ成分しかもないのでグレーティングによって大きな反射係数が得られるため，共振器などのディバイスを実現しやすいことなどの利点をもつ。
【００１２】
弾性表面波電極は，くし歯状電極，すだれ状電極，ＩＤＴ（Inter Degital Transducer）等の名称で呼ばれる電極である（以下では，ＩＤＴの略称を用いる）。
【００１３】
弾性表面波電極の規格化薄膜とは，弾性表面波電極の膜厚ｈを弾性表面波の波長λで除したものをさす。ここで弾性表面波電極の膜厚は，弾性表面波電極が上記の高密度導電体により形成されている場合にはその膜厚を，低密度導電体による弾性表面波電極上に高密度誘電体膜が形成されている場合には高密度誘電体膜の膜厚をさす。
【００１４】
オイラー角について，図１および図２を参照して説明しておく。これらの図において，Ｘ，Ｙ，Ｚは結晶軸，ｘ₁，ｘ₂，ｘ₃は座標軸で，カット面はｘ₃軸に垂直な面，ラブ波の伝搬方向は基本的にはｘ₁軸になる。
【００１５】
オイラー角表示（φ，θ，ψ）のうちφは，「Ｘ−Ｙ面内でＺ軸の周りにＸ軸からＹ軸方向へφ回転させた軸」を定義するものである（図１(A) 参照）。この操作によってｘ₁ 軸はＸ軸と異なる軸となる（図１(B) 参照）。θは「ｘ₁ 軸の周りにθ回転させた軸」を定義するものである。この操作によってｘ₃ 軸はＺ軸と異なる軸となる（図２(A) 参照）。このｘ₃ 軸に垂直な面が「カット面」である。さらに，ψは「ｘ₃ 軸の周りにθ回転させた軸」を定義するものである（図２(A) ，(B) 参照）。この操作によって回転したｘ₁ 軸が伝搬方向となる。したがって，φ，θで定義される面がカット角となるが，オイラー角表示（０°，θ，ψ）の場合には，θをカット角と呼んでも問題はない。
【００１６】
オイラー角表示（０°，０°〜22°と90°〜 180°，85°〜95°）の０°は上記の最初の操作を行わない場合に相当する（φ＝０）。「オイラー角表示で（０°，θ，ψ）で表されるランガサイト・ファミリー結晶基板の，θが０°〜22°および90°〜 180°の範囲内にあるカット面」という表現は，「ランガサイト・ファミリー結晶基板のＸ軸の周りにＺ軸から−Ｙ軸方向へ０°〜22°および90°〜 180°の範囲内のある角度で回転させた軸に垂直な面をもつカット面」といい換えることができる。また，「ψが85°〜95°の伝搬方向」は，「結晶のＸ軸から85°〜95°の伝搬方向」といい換えることができる。
【００１７】
θが０°〜22°および90°〜 180°の範囲内にあるランガサイト・ファミリー結晶基板のカット面上に，実効的に高密度な弾性表面波電極を形成し，この弾性表面波電極を高周波数（波長λに対応する周波数）の電気信号により励振すると，ラブ波が発生し，かつそのラブ波の遅延時間温度係数ＴＣＤ（Temperature Coefficient of Delay）が零の値を示す弾性表面波電極の膜厚（規格化膜厚）が存在する。
【００１８】
発生したラブ波の伝搬方向が基本的にはＸ軸（結晶軸の一つ）方向に90°（垂直）の方向となるように，弾性表面波電極が配置される。伝搬方向がＸ軸方向に90°の方向ではラブ波の伝搬減衰が原理的に零になる。しかしながら，ψ＝85°〜95°の範囲であれば実用的である。この範囲（90°を除く）ではリーキー表面波も存在するがその悪影響（スプリアス）は小さいからである。
【００１９】
上記の範囲をオイラー角表示で表現すると，（０°，０°〜22°と90°〜 180°，85°〜95°）と表わすことができるが，この範囲に遅延時間温度係数ＴＣＤが零またはほとんど零となる弾性表面波電極の膜厚（規格化膜厚）が存在する。この範囲ではまた，電気機械結合係数（Ｋ² ）もかなり大きな値を示す。そして，このことが常温で実現するので，この発明による弾性表面波素子の実用的価値は高い。
【００２０】
一実施態様においては，基板におけるラブ波の伝搬経路上に高密度導電体膜（上述の重金属による装荷膜）または上述の高密度誘電体による装荷膜を形成する。これにより，伝搬経路において伝搬減衰が小さくなるとともに，弾性表面波電極部分と伝搬経路における音響インピーダンスがほぼ一致するので，これらの境界においてバルク波の発生が抑圧され，挿入損失が小さくなる。
【００２１】
電気機械結合係数（Ｋ² ）に着目しこれを重要視する態様では，カット角ごとに電気機械結合係数（Ｋ² ）が最大となる規格化膜厚が存在し，電気機械結合係数（Ｋ² ）の最大値は大きいものでは１％に達する。Ａｕなどの高密度導電体（重金属）で形成された弾性表面波電極の場合には，規格化膜厚が0.04未満であれば電気機械結合係数（Ｋ² ）の最大値は１％前後であり，規格化膜厚が 0.1以下（0.04以上）の場合には電気機械結合係数（Ｋ² ）の最大値は 0.6％前後またはそれ以上，規格化膜厚が 0.2以下（ 0.1以上）の場合には電気機械結合係数（Ｋ² ）の最大値は 0.3％前後またはそれ以上である，そのようなカット角が存在する。低密度導電体による弾性表面波電極上に高密度誘電体膜が形成されたものの場合には，規格化膜厚が0.2〜0.1の範囲においては電気機械結合係数（Ｋ² ）の最大値は 0.4％前後，規格化膜厚が 0.1〜0.05の範囲においては電気機械結合係数（Ｋ² ）の最大値は 0.6％前後である，そのようなカット角が存在する。まとめていうと，規格化膜厚が 0.2％以下であれば， 0.3％以上の電気機械結合係数（Ｋ² ）が得られるカット角が存在する。
【００２２】
電気機械結合係数（Ｋ² ）に着目し，この結合係数を最大にしうるこの発明による弾性表面波素子は，ランガサイト・ファミリー結晶基板のカット面上に，少なくとも一つの，実効的に高密度な弾性表面波電極が設けられ，上記弾性表面波電極の規格化膜厚が0.2 以下（または，電気機械結合係数の最大値の半分が得られる規格化膜厚は 0.3以下）のものである。
【００２３】
遅延時間温度係数ＴＣＤが零またはその近傍にすることのできる（そのような膜厚の弾性表面波電極をもつ）上記のψの範囲（０°〜22°および90°〜 180°の範囲）において，電気機械結合係数（Ｋ² ）がほぼ 0.3％以上の値をもつ規格化膜厚が存在するので，この発明による最も好ましい形態の弾性表面波素子は，オイラー角表示で（０°，θ，ψ）で表されるランガサイト・ファミリー結晶基板の，θが０°〜22°および90°〜 180°の範囲内にあるカット面上に，少なくとも一つの，実効的に高密度な弾性表面波電極が，ψが85°〜95°の伝搬方向でラブ波型ＳＨ波を発生する配置で設けられ，上記弾性表面波電極の規格化膜厚が0.2 以下（0.15％以上の電気機械結合係数を得る場合には規格化膜厚は 0.3以下である）であると特徴づけることができる。
【００２４】
この発明はさらに，ランガサイト結晶基板のカット面に，少なくとも一つの，実効的に高密度な弾性表面波電極が設けられている弾性表面波素子も提供している。
【００２５】
この発明による弾性表面波素子には，具体的には，後に応用例で示すように，各種共振器，各種フィルタが含まれ，共振器を利用して発振器を構成することができる。
【００２６】
【実施例】
図３はフィルタとして用いることが可能な形態の弾性表面波素子の一例を示すものである。
【００２７】
ランガサイト結晶基板（以下，ＬＧＳ基板と略称する）上に，間隔Ｌを離して２つの弾性表面波電極（インターディジタルトランスデューサ）（以下，ＩＤＴと略称する）11が形成されている。ＩＤＴ11は，たとえば金（Ａｕ）を用いて電子ビーム蒸着法やスパッタリングにより形成される（これをＡｕ電極と略記する）。
【００２８】
図４は弾性表面波素子の他の例を示すものである。ＬＧＳ基板10上に間隔Ｌ離して２つのＩＤＴ11が形成され，これらのＩＤＴ11およびそれらの間（ラブ波の伝搬経路）の全体にわたって誘電体膜12が形成されている。ＩＤＴ11はたとえばアルミニウム（Ａｌ）により形成され，誘電体膜12は五酸化タンタル（Ｔａ₂Ｏ₅）を高周波（ＲＦ）スパッタリングにより装荷することにより形成される（これをＴａ₂Ｏ₅／Ａｌ電極と略記する）。
【００２９】
図３および図４に示す弾性表面波素子は，後述する理論計算値の算出のモデルであるとともに，測定値を得るために用いたサンプルである。図３，図４に示す弾性表面波素子を略称するときには，これらをそれぞれ単にＡｕ／ＬＧＳ（またはＡｕ装荷），Ｔａ₂Ｏ₅／Ａｌ／ＬＧＳと表記する。
【００３０】
ＩＤＴ11の構造を具体的に示すと，図５を参照して，ラブ波の波長をλ＝20μｍとして，交叉幅Ｄ＝ 100λ，対数30のダブルＩＤＴである。１対のＩＤＴの間隔Ｌは50λ〜 300λ程度である。ダブルＩＤＴは２本ずつのくし歯状電極が１組をなすものであり，電極によるラブ波の反射を打ち消すことができるという特徴をもつ。
【００３１】
図６は，オイラー角の表記とカット角，ラブ波の伝搬方位（方向）および電極配置との関係を示すものである。Ｘ，Ｙ，Ｚは結晶軸である。オイラー角表示については図１および図２を参照して説明した通りである。以下の説明では，一般的に，オイラー角（０°，θ，90°）という表記法を用いる。
【００３２】
θはカット角である。ＹＺ平面内において，ＬＧＳ基板10のカット面（ＩＤＴ11が形成されている面）の方向（カット面に垂直な方向）とＺ軸とのなす角である。θ＝０の場合にＺカットと呼ばれる。
【００３３】
90°（ψ）はＩＤＴ11から発生するラブ波（弾性表面波）の伝搬方位（方向）がＸ軸に対して90°であることを示している。この伝搬方位はＩＤＴ11の配置（電極配置）を表わす。後述するように，伝搬方位は厳密に90°である必要はなく，±５°程度の範囲で変動しても実用的には支障は殆どない。
【００３４】
図７は，オイラー角（０°，θ，90°）のＡｕ／ＬＧＳ（これを，以下，単にＡｕ／ＬＧＳ（０°，θ，90°）と表記する）上のラブ波のカット角θに対する遅延時間温度係数ＴＣＤの変化（計算結果）を，規格化膜厚ｈ／λをパラメータとして示すものである。以下の記述では，遅延時間温度係数ＴＣＤを，温度係数ＴＣＤまたは単にＴＣＤと略記する。また，規格化膜厚を，単に，膜厚ｈ／λまたは単にｈ／λと略記する。
【００３５】
図７のグラフから，カット角θが０°〜22°および90°〜 180°の範囲において，ＴＣＤを０にする膜厚ｈ／λが存在することが分る（ｈ／λ＝０を除く）。その膜厚ｈ／λの範囲はｈ／λ＝0.04未満である。
【００３６】
図８は，Ａｕ／ＬＧＳ（０°，θ，90°）上のラブ波のカット角θに対する電気機械結合係数Ｋ² （以下の記述では，電気機械結合係数Ｋ² を，結合係数Ｋ² または単にＫ² と略記する）の変化（計算結果）を，ｈ／λをパラメータとして示すものである。この図から，カット角が０〜22°，90°〜 180°の範囲において（ｈ／λは0.01〜0.08の範囲）Ｋ² がかなり高い値を示すことが分る。
【００３７】
図９はオイラー角（０°，θ，90°）のＴａ₂Ｏ₅／Ａｌ／ＬＧＳ（これを，以下，単にＴａ₂Ｏ₅／Ａｌ／ＬＧＳ（０°，θ，90°）と略記する）上のラブ波のカット角θに対するＫ² の変化（計算結果）を，ｈ／λをパラメータとして示すものである。この図からも，カット角が０°〜22°，90°〜 180°の範囲において（ｈ_Ta／λ＝0.02〜0.2 の範囲）Ｋ² がかなり高い値を示すことが分る（ここでアルミニウム電極の規格化膜厚はｈ_Al／λ＝0.02であり，Ｔａ₂Ｏ₅の規格化膜厚をｈ_Ta／λで表している）。
【００３８】
図10および図11は，Ａｕ／ＬＧＳ（０°，θ，90°）上のラブ波の規格化膜厚ｈ／λに対する電気機械結合係数Ｋ² とＴＣＤの計算結果を，カット角θをパラメータとして（θが−20°〜20°の範囲）それぞれ示すものである。
【００３９】
これらの図から，ＴＣＤ＝０と約１％のＫ² が同時に得られるＡｕ膜厚ｈ／λが存在することが分る。たとえば，θ＝０°（Ｚカット）において，Ｋ² が最大値（1.06％）を示す膜厚ｈ／λとＴＣＤが０を示す膜厚ｈ／λが一致している（ｈ／λ＝0.028）。
【００４０】
ＴＣＤが０を示す膜厚が存在することは，図14のグラフからも分る。このグラフは，Ａｕ／ＬＧＳ（０°，20°，90°）において，温度変化に対するラブ波の周波数変化Δｆ／ｆの計算値と測定値（実験値）とを示すものである。１対のＩＤＴ間の伝搬経路上にＡｕ膜（ｈ／λ＝0.014 ）を装荷した場合（Ａｕ装荷）と装荷しない場合（自由表面）とを示している。ＴＣＤは20℃におけるΔｆ／ｆの傾きによって表わされる（その符号の正負は逆となる。また正確には15℃と25℃の間のΔｆ／ｆ）。図10のグラフからＡｕ装荷のＴＣＤは小さな正の値を示し，自由表面のＴＣＤは小さな負の値を示している。したがって，これらの間に，鎖線で示すように（図11のθ＝20°のグラフに相当），ＴＣＤが０となるＡｕの膜厚が存在することになる。
【００４１】
図12および図13はＬＧＳ上のラブ波のｈ／λに対するＫ² の変化の計算値と測定値を示すものである。図12はＬＧＳ（０°，20°，90°）の場合，図13はＬＧＳ（０°，140°，90°）の場合であり，いずれにおいてもＡｕ電極と，Ｔａ₂Ｏ₅ ／Ａｌ電極について示されている。
【００４２】
図12において，Ａｕ電極，Ｔａ₂Ｏ₅／Ａｌ電極のいずれにおいてもかなり高いＫ² が得られることが分る。たとえばＡｕ電極において，Ｈ／λ＝0.01において，0.73％のＫ² の測定値が得られている。図12はｈ／λ＝0.1 までの範囲しか示されていないが，図13はｈ／λ＝0.3 までの範囲を示している。図13において，Ａｕ電極の方がＴａ₂Ｏ₅／Ａｌ電極よりも高いＫ² を示す。Ｋ² が低い方のＴａ₂Ｏ₅／Ａｌ電極の場合についてみると，その測定値のピークはｈ／λ＝0.1 付近でＫ²＝0.3（％）である。このピークの半分（Ｋ² ＝0.15％）以上のＫ² が得られるｈ／λの範囲は0.3 程度である。
【００４３】
以上のことから，比較的高い結合係数Ｋ² のが得られる膜厚の範囲はｈ／λ＝0.3 以下であるといえる。したがって，オイラー角が（０°，０°〜22°と90°〜 180°，90°）で，膜厚ｈ／λが0.3 以下において，Ｋ² が最大となり，ＴＣＤ＝０となる膜厚が存在するといえる。
【００４４】
別の観点からもう少し詳細に検討すると，Ａｕ電極の場合，図８と図12，図13をあわせて検討すると，ｈ／λが0.01〜0.04の範囲でＫ² はその最大値が0.8〜1.0％程度である。これはまた，ＴＣＤが０を示す範囲である。ｈ／λが0.04〜0.1の範囲でＫ²の最大値は0.6％以上，ｈ／λが0.2〜0.1の範囲でＫ² の最大値は0.3％以上である（そのようなカット角が存在する）。現在使用されている水晶の場合に，Ｋ²が0.1％でも実用化されていることを考えると，ｈ／λが0.2％以下（Ｋ²が0.3％以上）であれば，充分に実用化が可能である。この範囲はＴＣＤが０またはその近傍の範囲とほぼ一致する。
【００４５】
Ｔａ₂Ｏ₅／Ａｌ電極についてみると，図９を参照して，ｈ_Ta／λが0.1〜0.2の範囲でＫ² の最大値は0.4％前後，ｈ_Ta／λが0.05〜0.1の範囲においてＫ²の最大値は0.6％前後である（図12も参照）（このようなカット角θが存在する）。そして，これらのカット角も上記ＴＣＤが０またはその近傍である範囲に存在し，このことは，他の誘電体装荷電極の場合にもいえる。
【００４６】
伝搬方位が90°の場合にはラブ波のみが存在する。伝搬方位が90°から少しずれると，リーキー波が現れる。リーキー波の存在によりラブ波が伝搬減衰を持つようになる。図15は，リーキー波の存在を伝搬方位について示すものである。縦軸はリーキー波の結合係数であり，この結合係数が0.01％程度までなら実用上はリーキー波がスプリアスの原因にならないと考えると，ラブ波の伝搬方位は85°〜95°の範囲で許容されるということができる。
【００４７】
以上をＴＣＤ＝０の範囲についてまとめると，オイラー角（０°，０°〜22°と90°〜180°，85°〜95°）が実用上好ましい範囲といえる。同じような効果がＬＧＳのみならず，ＬＧＴ，ＬＧＮからも得られる。
【００４８】
図16から図20は弾性表面波素子の応用例を示すものである。
【００４９】
図16はトランスバーサルフィルタを示す。ＬＧＳ基板10のカット面上に２つのＩＤＴ11が間隔を置いて形成され，これらのＩＤＴ11の間のラブ波伝搬経路となる領域上にＩＤＴ11とはわずかに離して装荷膜13が形成されている。ＩＤＴ11はＡｕなどの高密度金属により形成するか，またはＡｌなどにより形成されたＩＤＴ上にこれを覆うようにＴａ₂Ｏ₅などの誘電体膜を装荷することにより実現される。装荷膜13は高密度金属膜または誘電体膜により実現される。ＬＧＳ基板に代えてＬＧＴ，ＬＧＮを用いることもできる。これらの基板およびＩＤＴに関する上記の事項は以下に示す他の応用例にもあてはまる。
【００５０】
図17は１端子対型共振器の例を示すものである。ＬＧＳ基板10のカット面上にＩＤＴ11が形成され，その両側の位置（ラブ波の伝搬経路上にあたる）にＩＤＴ11とわずかに離してグレーティング14が形成されている。グレーティング14もＩＤＴと同じようにＡｕなどの高密度金属により形成するか，またはＡｌなどにより形成されたグレーティング上にこれを覆うようにＴａ₂Ｏ₅などの誘電体膜を形成することにより実現される。
【００５１】
ラブ波は他の表面波モードと比較して，グレーティングに入射した際，反射係数の大きな表面波であり，結合係数が大きくなるほど反射係数も増大するため，この発明による弾性表面波素子は共振器などのグレーティングの反射波を利用した表面波ディバイスの実現に有利である，大きな反射係数が得られるためディバイスの小型化を実現できる。
【００５２】
図18は２つのＩＤＴを持つ２端子対型共振器の例を示す。
【００５３】
図19は，図18に示す２端子対型共振器において，２つのＩＤＴ間に増幅器を接続した帰還形発振器の例を示す。
【００５４】
図20は上記の共振器を利用した共振器形ラダーフィルタの例を示すものである。直列に接続された共振器16Ａの共振周波数と並列に接続された共振器16Ｂの反共振周波数を一致させる。これらの共振器16Ａ，16Ｂは１端子対形共振器である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 (A)，(B)はオイラー角表示を説明するものである。
【図２】 (A)，(B)はオイラー角表示を説明するものである。
【図３】弾性表面波素子のモデル例を示す斜視図である。
【図４】弾性表面波素子の他のモデル例を示す斜視図である。
【図５】ＩＤＴの構成の一部を詳細に示す平面図である。
【図６】オイラー角とカット角，伝搬方位および電極配置との関係を説明するためのものである。
【図７】Ａｕ／ＬＧＳ上のラブ波のカット角に対するＴＣＤの変化を示すグラフである。
【図８】Ａｕ／ＬＧＳ上のラブ波のカット角に対するＫ² の変化を示すグラフである。
【図９】Ｔａ₂Ｏ₃／Ａｌ／ＬＧＳ上のラブ波のカット角に対するＫ² の変化を示すグラフである。
【図１０】Ａｕ／ＬＧＳ上のラブ波の規格化膜厚に対するＫ² の変化を示すグラフである。
【図１１】Ａｕ／ＬＧＳ上のラブ波の規格化膜厚に対するＴＣＤの変化を示すグラフである。
【図１２】ＬＧＳ（０°，20°，90°）上のラブ波の規格化膜厚に対するＫ² の変化を示すグラフである。
【図１３】ＬＧＳ（０°， 140°，90°）上のラブ波の規格化膜厚に対するＫ² の変化を示すグラフである。
【図１４】Ａｕ／ＬＧＳ上のラブ波の温度に対する周波数変化Δｆ／ｆの変化を示すグラフである。
【図１５】リーキー波の伝搬方位に対する結合係数の変化を示すグラフである。
【図１６】トランスバーサル形フィルタの構成例を示す平面図である。
【図１７】１端子対形共振器の構成例を示す平面図である。
【図１８】２端子対形共振器の構成例を示す平面図である。
【図１９】２端子対形共振器を用いた帰還形発振器の構成例を示す。
【図２０】共振器形ラダーフィルタの構成例を示す回路図である。
【符号の説明】
10 ＬＧＳ基板
11 ＩＤＴ
12 誘電体膜
13 装荷膜
14 グレーティング[0001]
【Technical field】
The present invention relates to an element using a surface acoustic wave, particularly a love wave type SH wave (hereinafter simply referred to as a love wave).
[0002]
[Prior art]
A Love wave exists only in a specific propagation direction on a quartz crystal. By loading a metal film or dielectric film on a substrate, a surface wave that concentrates the energy of a bulk wave having only a transverse wave component near the substrate surface. As known since ancient times. Combining quartz with a high-density metal film such as gold (Au) or tantalum (Ta) can achieve high concentration and high coupling, and can be achieved by using Rayleigh waves on ST-cut quartz. It is known that an electromechanical coupling coefficient K ² (0.34%) of about twice is obtained, and an ultra-small resonator type filter using this has been put into practical use [Non-patent Document 1].
[0003]
On the other hand, the Langasite substrate is a relatively new crystal having an electromechanical coupling coefficient several times that of quartz and having excellent temperature characteristics equivalent to quartz. Since Langasite belongs to the same crystal system as quartz, a bulk wave having only a transverse wave component exists in a specific propagation direction, and a cut angle at which the delay time temperature coefficient becomes zero has been reported [Non-patent document 2]. However, there is a problem that the electromechanical coupling coefficient is very small.
[0004]
[Non-Patent Document 1]
M. Kadota, et.al: “Very Small-Sized Resonator Filter Using Shear Horizontal Wave on Quartz”, Jpn. J. Appl. Phys., 40, 5B (2001) pp. 3718-3721.
[Non-Patent Document 2]
VPPkessky, et al: “Surface Transverse Waves on Langasite” Proc. Of IEEE Ultrasonics Symp., (1998) pp.139-142.
[0005]
DISCLOSURE OF THE INVENTION
The present invention provides a new surface acoustic wave device using a langasite crystal substrate.
[0006]
Another object of the present invention is to realize a surface acoustic wave device having a temperature characteristic that the delay time temperature coefficient is zero or in the vicinity thereof, using a Langasite family crystal substrate.
[0007]
Another object of the present invention is to realize a surface acoustic wave device having a relatively high electromechanical coupling coefficient using a Langasite family crystal substrate.
[0008]
Furthermore, the present invention uses a Langasite family crystal substrate to realize a surface acoustic wave device having a stable temperature characteristic that the delay time temperature coefficient is zero or in the vicinity thereof and a relatively high electromechanical coupling coefficient. To do.
[0009]
Focusing on the delay time temperature coefficient TCD, this is regarded as important, and the surface acoustic wave device according to the present invention is almost zero (or close to it). The surface acoustic wave device according to the present invention is represented by Euler angle (0 °, θ, ψ). At least one effective high-density surface acoustic wave electrode is formed on the cut surface of the Langasite family crystal substrate represented by the following formula, where θ is in the range of 0 ° to 22 ° and 90 ° to 180 °. , Ψ is provided in an arrangement for generating a Love wave type SH wave in a propagation direction of 85 ° to 95 °.
[0010]
The langasite family crystal substrate, langasite _{_{_{(La 3 Ga 5 SiO 14:}}} LGS) crystal substrate, Rangateito _{_{_{(La 3 Ga 5.5 Ta 0.5 O}}} 14: LGT) crystal substrate, and langanite (La ₃ Ga _5.5 Nb _0.5 O ₁₄ : LGN) crystal substrate.
[0011]
Effectively high-density surface acoustic wave electrodes are high-density conductors, particularly Au (gold), Ag (silver), Cu (copper), Pt (platinum), Cr (chromium), Ta (tantalum), On a surface acoustic wave electrode formed of a heavy metal such as W (tungsten) and a surface acoustic wave electrode formed of a light metal (low density conductor) such as Al (aluminum), Ta ₂ O ₅ (tantalum pentoxide) ), ZnO (zinc oxide), Al ₂ O ₃ (sapphire), TiO ₂ (rutile), Nb ₂ O ₅ (niobium pentoxide), Bi ₁₂ GeO ₂₀ (BGO), Bi ₂ O ₃ (bismuth trioxide), etc. And high density (heavy) dielectric film loaded. All of these cause a mass addition effect. When such a surface acoustic wave electrode is used, a Love wave (Love wave type SH wave: SH = Shear Horizontal) is generated. In principle, the Love wave has zero propagation attenuation, has only an SH component, and therefore has less wave disturbance due to contamination on the substrate surface, and other modes are not excited. Euler angles (0 °, θ, 90 Because there is no spurious component (or small), the power flow angle is zero, and there is only an SH component, a large reflection coefficient can be obtained by the grating. Therefore, it has advantages such as easy realization of devices such as resonators.
[0012]
The surface acoustic wave electrode is an electrode called by a name such as a comb-like electrode, a comb-like electrode, or an IDT (Inter Degital Transducer) (hereinafter, an abbreviation of IDT is used).
[0013]
The standardized thin film of a surface acoustic wave electrode refers to a film thickness h of the surface acoustic wave electrode divided by the wavelength λ of the surface acoustic wave. Here, when the surface acoustic wave electrode is formed of the above-described high density conductor, the thickness of the surface acoustic wave electrode is the same as the thickness of the surface acoustic wave electrode formed by the low density conductor. When a film is formed, it refers to the thickness of the high-density dielectric film.
[0014]
The Euler angle will be described with reference to FIGS. In these figures, X, Y and Z are crystal axes, x ₁ , x ₂ and x ₃ are coordinate axes, the cut plane is a plane perpendicular to the x ₃ axis, and the propagation direction of the Love wave is basically the x ₁ axis. become.
[0015]
In the Euler angle display (φ, θ, ψ), φ defines “an axis rotated in the XY plane around the Z axis from the X axis to the Y axis” (FIG. 1 ( See A). X ₁ axis by this operation becomes the axis different from the X-axis (see FIG. 1 (B)). θ defines “an axis rotated by θ around the x ₁ axis”. X ₃ axes by this operation becomes the axis different from the Z-axis (see FIG. 2 (A)). This x ₃ axis plane perpendicular to is "cut surface". Furthermore, [psi is intended to define the "axis obtained by rotating θ about the x ₃ axes' (FIG. 2 (A), the reference (B)). The x ₁ axis rotated by this operation becomes the propagation direction. Therefore, although the plane defined by φ and θ is the cut angle, in the case of Euler angle display (0 °, θ, ψ), there is no problem even if θ is called the cut angle.
[0016]
The Euler angle display (0 °, 0 ° to 22 ° and 90 ° to 180 °, 85 ° to 95 °) of 0 ° corresponds to the case where the first operation is not performed (φ = 0). “The cut surface of the Langasite family crystal substrate represented by (0 °, θ, ψ) in Euler angle display with θ in the range of 0 ° to 22 ° and 90 ° to 180 °” "Cut with a plane perpendicular to the axis rotated around the X axis of the Langasite family crystal substrate from the Z axis to the -Y axis at an angle in the range of 0 ° to 22 ° and 90 ° to 180 ° It can be rephrased as “face”. Further, “propagation direction in which ψ is 85 ° to 95 °” can be rephrased as “propagation direction in the range of 85 ° to 95 ° from the X axis of the crystal”.
[0017]
An effective high-density surface acoustic wave electrode is formed on the cut surface of the Langasite family crystal substrate in which θ is in the range of 0 ° to 22 ° and 90 ° to 180 °. When excited by an electrical signal having a high frequency (frequency corresponding to wavelength λ), a Love wave is generated, and a delay time temperature coefficient TCD (Temperature Coefficient of Delay) of the Love wave is zero. There is a film thickness (standardized film thickness).
[0018]
Surface acoustic wave electrodes are arranged so that the propagation direction of the generated Love wave is basically 90 ° (perpendicular) to the X-axis (one of the crystal axes) direction. When the propagation direction is 90 ° in the X-axis direction, the Love wave propagation attenuation becomes zero in principle. However, it is practical if ψ = 85 ° to 95 °. This is because leaky surface waves also exist in this range (except 90 °), but their adverse effects (spurious) are small.
[0019]
When the above range is expressed in Euler angle display, it can be expressed as (0 °, 0 ° -22 ° and 90 ° -180 °, 85 ° -95 °), but the delay time temperature coefficient TCD is zero in this range. Alternatively, there is a film thickness (standardized film thickness) of the surface acoustic wave electrode that is almost zero. In this range, the electromechanical coupling coefficient (K ² ) also shows a considerably large value. Since this is realized at room temperature, the practical value of the surface acoustic wave device according to the present invention is high.
[0020]
In one embodiment, a high-density conductor film (the above-described heavy metal loading film) or the above-described high-density dielectric loading film is formed on the propagation path of the Love wave on the substrate. As a result, the propagation attenuation is reduced in the propagation path, and the acoustic impedances in the surface acoustic wave electrode portion and the propagation path are substantially matched. Therefore, the generation of bulk waves is suppressed at these boundaries, and the insertion loss is reduced.
[0021]
In embodiments where importance it focuses on electromechanical coupling coefficient (K ^2), the electromechanical coupling coefficient (K ²⁾ for each cutting angle present normalized thickness with the maximum electromechanical coupling coefficient (K ² The maximum value of) reaches 1% for large ones. In the case of a surface acoustic wave electrode formed of a high-density conductor (heavy metal) such as Au, the maximum value of the electromechanical coupling coefficient (K ² ) is around 1% if the normalized film thickness is less than 0.04. When the normalized film thickness is 0.1 or less (0.04 or more), the maximum electromechanical coupling coefficient (K ² ) is around 0.6% or more, and when the normalized film thickness is 0.2 or less (0.1 or more) There is such a cut angle where the maximum value of the electromechanical coupling coefficient (K ² ) is around 0.3% or more. In the case where a high-density dielectric film is formed on a surface acoustic wave electrode made of a low-density conductor, the maximum value of the electromechanical coupling coefficient (K ² ) is 0.4 when the normalized film thickness is in the range of 0.2 to 0.1. When the normalized film thickness is in the range of about 0.1 to 0.05%, the maximum value of the electromechanical coupling coefficient (K ² ) is about 0.6%, and such a cut angle exists. In summary, if the normalized film thickness is 0.2% or less, there is a cut angle at which an electromechanical coupling coefficient (K ² ) of 0.3% or more can be obtained.
[0022]
Focusing on the electromechanical coupling coefficient (K ² ), the surface acoustic wave device according to the present invention capable of maximizing this coupling coefficient has at least one effective high density on the cut surface of the Langasite family crystal substrate. A surface acoustic wave electrode is provided, and the normalized film thickness of the surface acoustic wave electrode is 0.2 or less (or a normalized film thickness that provides a half of the maximum value of the electromechanical coupling coefficient is 0.3 or less).
[0023]
In the above ψ range (with 0 ° to 22 ° and 90 ° to 180 ° range) in which the delay time temperature coefficient TCD can be zero or in the vicinity thereof (with a surface acoustic wave electrode having such a film thickness) since the normalized thickness with the electromechanical coupling coefficient (K ²⁾ approximately 0.3% or more values are present, the most preferred form of the surface acoustic wave device according to the present invention, at Euler angles (0 °, theta, At least one effective high-density surface acoustic wave on the cut surface of the Langasite family crystal substrate represented by ψ) whose θ is in the range of 0 ° to 22 ° and 90 ° to 180 ° The electrode is arranged to generate a Love wave type SH wave in a propagation direction with ψ of 85 ° to 95 °, and the surface acoustic wave electrode has a normalized film thickness of 0.2 or less (an electromechanical coupling coefficient of 0.15% or more). If obtained, the normalized film thickness is 0.3 or less).
[0024]
The present invention further provides a surface acoustic wave device in which at least one effective high-density surface acoustic wave electrode is provided on the cut surface of the langasite crystal substrate.
[0025]
Specifically, the surface acoustic wave device according to the present invention includes various resonators and various filters as will be described later in application examples, and an oscillator can be configured using the resonators.
[0026]
【Example】
FIG. 3 shows an example of a surface acoustic wave element that can be used as a filter.
[0027]
Two surface acoustic wave electrodes (interdigital transducers) (hereinafter abbreviated as IDT) 11 are formed on a langasite crystal substrate (hereinafter abbreviated as LGS substrate) with a distance L therebetween. The IDT 11 is formed, for example, by electron beam evaporation or sputtering using gold (Au) (this is abbreviated as Au electrode).
[0028]
FIG. 4 shows another example of a surface acoustic wave element. Two IDTs 11 are formed on the LGS substrate 10 with an interval L apart, and a dielectric film 12 is formed over these IDTs 11 and between them (Love wave propagation path). The IDT 11 is made of, for example, aluminum (Al), and the dielectric film 12 is formed by loading tantalum pentoxide (Ta ₂ O ₅ ) by radio frequency (RF) sputtering (this is a Ta ₂ O ₅ / Al electrode). Abbreviated).
[0029]
The surface acoustic wave device shown in FIGS. 3 and 4 is a sample used to obtain a measurement value as well as a model for calculating a theoretical calculation value to be described later. When the surface acoustic wave elements shown in FIGS. 3 and 4 are abbreviated, they are simply expressed as Au / LGS (or Au loaded) and Ta ₂ O ₅ / Al / LGS, respectively.
[0030]
Specifically, referring to FIG. 5, the IDT 11 structure is a double IDT with a Love wave wavelength of λ = 20 μm, a crossover width D = 100λ, and a logarithm of 30. The distance L between the pair of IDTs is about 50λ to 300λ. The double IDT has a pair of two comb-like electrodes, and has a feature that the reflection of the love wave by the electrodes can be canceled.
[0031]
FIG. 6 shows the relationship between Euler angle notation, cut angle, Love wave propagation direction (direction), and electrode arrangement. X, Y, and Z are crystal axes. The Euler angle display is as described with reference to FIGS. In the following description, the notation of Euler angles (0 °, θ, 90 °) is generally used.
[0032]
θ is a cut angle. In the YZ plane, it is an angle formed by the direction of the cut surface (surface on which IDT 11 is formed) of the LGS substrate 10 (direction perpendicular to the cut surface) and the Z axis. This is called Z-cut when θ = 0.
[0033]
90 ° (ψ) indicates that the propagation direction (direction) of the Love wave (surface acoustic wave) generated from the IDT 11 is 90 ° with respect to the X axis. This propagation direction represents the arrangement (electrode arrangement) of IDT 11. As will be described later, the propagation azimuth need not be exactly 90 °, and even if it fluctuates within a range of about ± 5 °, there is almost no problem in practical use.
[0034]
FIG. 7 shows a Love wave cut angle θ on Eu / LGS with Euler angles (0 °, θ, 90 °) (hereinafter simply referred to as Au / LGS (0 °, θ, 90 °)). 6 shows the change (calculation result) of the delay time temperature coefficient TCD with respect to, using the normalized film thickness h / λ as a parameter. In the following description, the delay time temperature coefficient TCD is abbreviated as temperature coefficient TCD or simply TCD. The normalized film thickness is simply abbreviated as film thickness h / λ or simply h / λ.
[0035]
From the graph of FIG. 7, it can be seen that there is a film thickness h / λ that makes TCD 0 when the cut angle θ is in the range of 0 ° to 22 ° and 90 ° to 180 ° (except for h / λ = 0). ). The range of the film thickness h / λ is less than h / λ = 0.04.
[0036]
8, Au / LGS (0 °, θ, 90 °) in the electromechanical coupling coefficient K ² (following description for theta Love wave cut angle on the electromechanical coupling coefficient K ^2, the coupling coefficient K ² and A change (calculation result) of (simply abbreviated as K ² ) is shown using h / λ as a parameter. From this figure, it can be seen that K ² shows a considerably high value when the cut angle is in the range of 0 to 22 ° and 90 ° to 180 ° (h / λ is in the range of 0.01 to 0.08).
[0037]
FIG. 9 shows Ta ₂ O ₅ / Al / LGS with Euler angles (0 °, θ, 90 °) (hereinafter simply referred to as Ta ₂ O ₅ / Al / LGS (0 °, θ, 90 °)). ) The change (calculation result) of K ² with respect to the cut angle θ of the Love wave is shown with h / λ as a parameter. Also from this figure, it can be seen that K ² shows a considerably high value when the cut angle is in the range of 0 ° to 22 ° and 90 ° to 180 ° (range of h _Ta /λ=0.02 to 0.2) (here, aluminum The normalized film thickness of the electrode is h _Al /λ=0.02, and the normalized film thickness of Ta ₂ O ₅ is represented by h _Ta / λ).
[0038]
10 and 11 show the calculation results of the electromechanical coupling coefficient K ² and TCD with respect to the standardized film thickness h / λ of the Love wave on Au / LGS (0 °, θ, 90 °), and the cut angle θ as a parameter. (Θ ranges from −20 ° to 20 °).
[0039]
From these figures, it can be seen that there is an Au film thickness h / λ at which TCD = 0 and about 1% of K ² can be obtained simultaneously. For example, at θ = 0 ° (Z cut), the film thickness h / λ at which K ² shows the maximum value (1.06%) and the film thickness h / λ at which TCD shows 0 coincide (h / λ = 0.028). ).
[0040]
It can be seen from the graph of FIG. 14 that there is a film thickness where TCD is 0. This graph shows the calculated value and the measured value (experimental value) of the Love wave frequency change Δf / f with respect to the temperature change in Au / LGS (0 °, 20 °, 90 °). A case where an Au film (h / λ = 0.014) is loaded (Au loading) on a propagation path between a pair of IDTs and a case where a Au film is not loaded (free surface) are shown. TCD is represented by the slope of Δf / f at 20 ° C. (the sign is reversed, and more precisely Δf / f between 15 ° C. and 25 ° C.). From the graph of FIG. 10, the Au loaded TCD shows a small positive value, and the free surface TCD shows a small negative value. Therefore, as indicated by a chain line (corresponding to the graph of θ = 20 ° in FIG. 11), there is an Au film thickness at which the TCD is 0.
[0041]
12 and 13 show calculated values and measured values of changes in K ² with respect to h / λ of Love waves on LGS. 12 shows the case of LGS (0 °, 20 °, 90 °), and FIG. 13 shows the case of LGS (0 °, 140 °, 90 °). In both cases, the Au electrode and the Ta ₂ O ₅ / Al electrode Is shown about.
[0042]
In FIG. 12, it can be seen that a considerably high K ² can be obtained for both the Au electrode and the Ta ₂ O ₅ / Al electrode. For example, in the Au electrode, a measured value of K ² of 0.73% is obtained at H / λ = 0.01. FIG. 12 shows only the range up to h / λ = 0.1, while FIG. 13 shows the range up to h / λ = 0.3. In FIG. 13, the Au electrode shows higher K ² than the Ta ₂ O ₅ / Al electrode. In the case of the Ta ₂ O ₅ / Al electrode having a lower K ^2, the peak of the measured value is K ² = 0.3 (%) in the vicinity of h / λ = 0.1. The range of h / λ in which K ^{2 that} is more than half of this peak (K ² = 0.15%) is obtained is about 0.3.
[0043]
From the above, it can be said that the film thickness range in which a relatively high coupling coefficient K ² can be obtained is h / λ = 0.3 or less. Therefore, when the Euler angles are (0 °, 0 ° to 22 ° and 90 ° to 180 °, 90 °) and the film thickness h / λ is 0.3 or less, the film thickness at which K ² is maximum and TCD = 0 is obtained. It can be said that it exists.
[0044]
From a different point of view, in the case of Au electrodes, when considering FIG. 8, FIG. 12, and FIG. 13 together, the maximum value of K ² is 0.8 to 1.0% when h / λ is in the range of 0.01 to 0.04. Degree. This is also the range where TCD shows zero. The maximum value of K ² is 0.6% or more when h / λ is in the range of 0.04 to 0.1, and the maximum value of K ² is 0.3% or more when h / λ is in the range of 0.2 to 0.1 (such a cut angle exists). ). In the case of quartz that is currently used, considering that K ² is practically used even at 0.1%, if h / λ is 0.2% or less (K ² is 0.3% or more), it can be sufficiently put into practical use. Is possible. This range substantially coincides with a range where TCD is 0 or in the vicinity thereof.
[0045]
As for Ta ₂ O ₅ / Al electrode, with reference to FIG. 9, the maximum value of K ² in a range of h _ta / lambda is 0.1 to 0.2 before and after 0.4%, h _Ta / λ is in the range of 0.05 to 0.1 The maximum value of K ² is around 0.6% (see also FIG. 12) (there is such a cut angle θ). These cut angles also exist in a range where the TCD is 0 or in the vicinity thereof, and this is also true for other dielectric loaded electrodes.
[0046]
When the propagation azimuth is 90 °, only a love wave exists. When the propagation direction deviates slightly from 90 °, a leaky wave appears. The presence of leaky waves causes love waves to have propagation attenuation. FIG. 15 shows the presence of leaky waves with respect to the propagation direction. The vertical axis is the coupling coefficient of the leaky wave. If this coupling coefficient is about 0.01%, the propagation direction of the Love wave is acceptable in the range of 85 ° to 95 °, considering that the leaky wave will not cause spurious in practice. It can be said that.
[0047]
Summarizing the above for the range of TCD = 0, it can be said that the Euler angles (0 °, 0 ° to 22 ° and 90 ° to 180 °, 85 ° to 95 °) are practically preferable ranges. Similar effects can be obtained not only from LGS but also from LGT and LGN.
[0048]
16 to 20 show application examples of the surface acoustic wave element.
[0049]
FIG. 16 shows a transversal filter. Two IDTs 11 are formed on the cut surface of the LGS substrate 10 at an interval, and a loading film 13 is formed slightly apart from the IDT 11 on a region serving as a Love wave propagation path between these IDTs 11. The IDT 11 is formed by a high-density metal such as Au or by loading a dielectric film such as Ta ₂ O ₅ on an IDT formed of Al or the like so as to cover it. The loading film 13 is realized by a high-density metal film or a dielectric film. LGT or LGN can be used instead of the LGS substrate. The above-mentioned matters regarding these substrates and IDTs also apply to other application examples described below.
[0050]
FIG. 17 shows an example of a one-terminal-pair type resonator. An IDT 11 is formed on the cut surface of the LGS substrate 10, and a grating 14 is formed at positions on both sides of the LGS substrate 10 (corresponding to the propagation path of the Love wave) slightly apart from the IDT 11. The grating 14 is also formed by using a high-density metal such as Au as in the IDT, or by forming a dielectric film such as Ta ₂ O ₅ on the grating formed of Al or the like so as to cover it. The
[0051]
The Love wave is a surface wave having a large reflection coefficient when entering the grating as compared with other surface wave modes, and the reflection coefficient increases as the coupling coefficient increases. The device can be downsized because a large reflection coefficient is obtained, which is advantageous for the realization of surface wave devices using reflected waves of gratings.
[0052]
FIG. 18 shows an example of a two-terminal-pair resonator having two IDTs.
[0053]
FIG. 19 shows an example of a feedback oscillator in which an amplifier is connected between two IDTs in the two-terminal-pair resonator shown in FIG.
[0054]
FIG. 20 shows an example of a resonator type ladder filter using the above resonator. The resonance frequency of the resonator 16A connected in series is matched with the anti-resonance frequency of the resonator 16B connected in parallel. These resonators 16A and 16B are one-terminal pair resonators.
[Brief description of the drawings]
FIGS. 1A and 1B illustrate Euler angle display. FIG.
FIGS. 2A and 2B illustrate Euler angle display. FIG.
FIG. 3 is a perspective view showing a model example of a surface acoustic wave element.
FIG. 4 is a perspective view showing another model example of a surface acoustic wave element.
FIG. 5 is a plan view showing a part of the configuration of the IDT in detail.
FIG. 6 is a diagram for explaining the relationship between Euler angles, cut angles, propagation directions, and electrode arrangements.
FIG. 7 is a graph showing a change in TCD with respect to a cut angle of a Love wave on Au / LGS.
FIG. 8 is a graph showing the change of K ² with respect to the cut angle of the Love wave on Au / LGS.
FIG. 9 is a graph showing changes in K ² with respect to the cut angle of Love waves on Ta ₂ O ₃ / Al / LGS.
FIG. 10 is a graph showing changes in K ² with respect to the normalized film thickness of Love waves on Au / LGS.
FIG. 11 is a graph showing a change in TCD with respect to a normalized film thickness of a Love wave on Au / LGS.
FIG. 12 is a graph showing a change in K ² with respect to a normalized film thickness of a Love wave on LGS (0 °, 20 °, 90 °).
FIG. 13 is a graph showing changes in K ² with respect to the normalized film thickness of Love waves on LGS (0 °, 140 °, 90 °).
FIG. 14 is a graph showing changes in frequency change Δf / f with respect to the temperature of Love waves on Au / LGS.
FIG. 15 is a graph showing a change in coupling coefficient with respect to the propagation direction of a leaky wave.
FIG. 16 is a plan view illustrating a configuration example of a transversal filter.
FIG. 17 is a plan view showing a configuration example of a one-terminal-pair resonator.
FIG. 18 is a plan view illustrating a configuration example of a two-terminal pair resonator.
FIG. 19 shows a configuration example of a feedback oscillator using a two-terminal pair resonator.
FIG. 20 is a circuit diagram showing a configuration example of a resonator type ladder filter.
[Explanation of symbols]
10 LGS substrate
11 IDT
12 Dielectric film
13 Loading membrane
14 grating

Claims

At least one interdigital transducer made of gold is on the cut surface of the Langasite crystal substrate represented by (0 °, θ, ψ) in the Euler angle display, where θ is in the range of −10 ° to 10 °. , [psi is provided in an arrangement for exciting surface acoustic waves in the propagation direction of 85 ° to 95 °, the normalized thickness of the interdigital transducer Ri near the range of 0.02 to 0.033, electromechanical coupling factor K ² A surface acoustic wave element that is 1% or more .