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JPS5915564B2 - surface acoustic wave resonator - Google Patents
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JPS5915564B2 - surface acoustic wave resonator - Google Patents

surface acoustic wave resonator

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Publication number
JPS5915564B2
JPS5915564B2 JP11676979A JP11676979A JPS5915564B2 JP S5915564 B2 JPS5915564 B2 JP S5915564B2 JP 11676979 A JP11676979 A JP 11676979A JP 11676979 A JP11676979 A JP 11676979A JP S5915564 B2 JPS5915564 B2 JP S5915564B2
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JP
Japan
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surface acoustic
acoustic wave
reflector
wave resonator
substrate
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JP11676979A
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Japanese (ja)
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Inventor
泰男 江畑
孝治 佐藤
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Toshiba Corp
Original Assignee
Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00Networks comprising electromechanical or electro-acoustic elements; Electromechanical resonators
    • H03H9/25Constructional features of resonators using surface acoustic waves

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】 本発明は弾性表面波共振器の反射器構造に関係する。[Detailed description of the invention] The present invention relates to reflector structures for surface acoustic wave resonators.

従来、弾性表面波共振器をインターディジタルトランス
デユーサと弾性表面波を反射する多数本のストライプか
らなる反射器によって構成することは周知である。
Conventionally, it is well known that a surface acoustic wave resonator is constituted by an interdigital transducer and a reflector consisting of a large number of stripes that reflect surface acoustic waves.

この基本的な発明はクリントン・シルペルター・ハート
マンらにより出願されており(特開昭5l−244)、
良好な特性が得られることは本発明者や数多くの学会で
の追試の報告例からも確認されており、高周波のフィル
ターや発振子などに応用、実用が広がりつつある。
This basic invention was filed by Clinton Silpelter Hartman et al. (Japanese Patent Application Laid-open No. 51-244).
The fact that good characteristics can be obtained has been confirmed by the present inventor and from reports of follow-up tests at numerous academic conferences, and its application and practical use in high-frequency filters, oscillators, etc. is expanding.

しかしながら前述した弾性表面波反射用のストライプの
構造については、弾性表面波素子の基板の材料により大
きく制約を受けており、必ずしも製造プロセス上のこと
などを考えると自由に選択することはできなかった。
However, the structure of the stripes for surface acoustic wave reflection mentioned above is greatly restricted by the material of the substrate of the surface acoustic wave element, and it is not necessarily possible to select it freely due to manufacturing process considerations. .

従来報告されている反射器の構造を示し反射のメカニズ
ムを説明する。
The structure of a conventionally reported reflector will be shown and the reflection mechanism will be explained.

第1図の構造の反射器はニオブ酸リチウムの基板上1に
アルミニウムの薄膜を被着しフォトエツチングにより共
振周波数における表面波波長の1/4の線幅のストライ
プ2を前記波長の1/2のくりかえしで多数本配置され
た構造にしたものである。
In the reflector having the structure shown in Fig. 1, a thin aluminum film is deposited on a lithium niobate substrate 1, and a stripe 2 having a line width of 1/4 of the surface wave wavelength at the resonant frequency is formed by photoetching. It has a structure in which many pieces are arranged repeatedly.

この構造の反射のメカニズムは、基板表面上が導電膜で
被われている部分と、いない部分での音響インピーダン
スの違いにより反射が生ずることを応用している。
The reflection mechanism of this structure is based on the fact that reflection occurs due to the difference in acoustic impedance between parts of the substrate surface covered with a conductive film and parts not covered with a conductive film.

ところがこのニオブ酸リチウム基板上にアルミニウムの
反射器を形成した弾性表面波共振子はQがたかだか80
00程度であり低いという欠点があり実用化されていな
い。
However, this surface acoustic wave resonator with an aluminum reflector formed on a lithium niobate substrate has a Q of only 80.
00, which is low and has not been put into practical use.

一方、第2図の構造の反射器は水晶やニオブ酸リチウム
、タルタル酸リチウム等の圧電性基板3の表面を共振周
波数における表面波波長の1/30以下程度の浅い溝4
を、第1図と同様の線幅、くりかえして多数本配置して
成るものである。
On the other hand, the reflector having the structure shown in FIG. 2 has shallow grooves 4 on the surface of a piezoelectric substrate 3 made of crystal, lithium niobate, lithium tartrate, etc. having a width of about 1/30 or less of the surface wave wavelength at the resonance frequency.
A large number of lines with the same line width as in FIG. 1 are arranged repeatedly.

この反射のメカニズムは基板表面上に、幾例学的に摂動
を与えることにより溝の端部のステップでの音響的反射
を応用したものである。
This reflection mechanism applies acoustic reflection at the step at the end of the groove by applying geometrical perturbations on the substrate surface.

溝の深さと、反射率の関係は、理論的にも実験的にも多
く発表されており基板材料も、水晶ニオブ酸リチウムで
試されているが、溝を作成する技術として水晶では(材
料がS i02であるので)プラズマエツチングなどケ
ミカルな方法も使えるがニオブ酸リチウム、クンタル酸
リチウムなどの基板ではケミカルな方法は現在適当なも
のが見い出されておらず物理的に加工するイオンビーム
ミリングに頼らざるを得ない。
The relationship between groove depth and reflectance has been widely published both theoretically and experimentally, and quartz lithium niobate has been used as the substrate material. Although chemical methods such as plasma etching can also be used (since Si02), no suitable chemical method has been found for substrates such as lithium niobate and lithium quantalate, so ion beam milling, which is a physical processing method, has to be relied upon. I have no choice but to.

イオンミリングでは、装置も高価で量産性にも乏しく、
広く生産されるには至っていない。
Ion milling requires expensive equipment and poor mass production.
It has not yet been widely produced.

第3図の構造の反射器は、考え方は溝と同じであるが溝
ではなく基板5の表面に誘電体、金属膜などで凸部のス
トライプ6を形成し、前記溝の方式と同様に音響的反射
を生せしめるものである。
The reflector with the structure shown in Fig. 3 has the same concept as the groove, but instead of using the groove, convex stripes 6 are formed on the surface of the substrate 5 using dielectric material, metal film, etc., and the reflector has the same structure as the groove method. It is something that causes a reflex.

このメカニズムは溝の方式と同様であるということは既
知である。
It is known that this mechanism is similar to the groove system.

この方式の実験報告例として水晶の基板上に、弾性表面
波波長の1/30程度の厚さのアルミニウムのストライ
プをつけた構造のものと、水晶基板上に酸化亜鉛のスト
ライプをつけた構造のものが試されている。
Examples of experimental reports using this method include a structure in which aluminum stripes with a thickness of about 1/30 of the surface acoustic wave wavelength are attached on a quartz substrate, and a structure in which zinc oxide stripes are attached on a quartz substrate. Things are being tested.

この結果は良好な反射器が得られているが、水晶板と上
記の材料による組合せでは別の問題がある。
Although this result shows that a good reflector is obtained, there are other problems in the combination of the quartz plate and the above materials.

それは、ストライプ材の膜厚により、反射器内の表面波
伝搬速度が大きく変化し、共振周波数が変化することで
ある。
This is because the surface wave propagation speed within the reflector changes greatly depending on the thickness of the stripe material, and the resonant frequency changes.

このことは、目的の共振周波数の表面波共振子を製作す
るのにストライプ材の膜厚を極めて高精度に形成しなけ
ればならないことになる。
This means that the thickness of the stripe material must be formed with extremely high precision in order to manufacture a surface acoustic wave resonator having a desired resonance frequency.

このことは量産時には非常に大きな問題となり、1つ1
つの共振子を伺らかの方法でトリミングをする必要が生
じることになる。
This becomes a very big problem during mass production, and each
Therefore, it becomes necessary to trim the two resonators using a certain method.

本発明は、以上の欠点を除去し、良好な反射特性を有し
、かつストライプ材の膜厚に対し、共振周波数の変化が
少ない基板とストライプ材の組合せの反射器をもった弾
性表面波共振子を提供するものである。
The present invention eliminates the above-mentioned drawbacks, and provides a surface acoustic wave resonator with a reflector that has good reflection characteristics and a combination of a substrate and a stripe material that has a small change in resonance frequency with respect to the film thickness of the stripe material. It is something that provides children.

以下、本発明を図を参照しながら説明する。Hereinafter, the present invention will be explained with reference to the drawings.

第4図は本発明の一実施例を示すもので基板7にクンタ
ル酸リチウムのメカット板を使用し、バルクスプリアス
の少ない112@Y力向に弾性表面波が伝搬するように
入出カドランスデューサ8を適当な間隔を隔って形成し
、その入出力トランスデユーサ8の間に、アルミニウム
の膜をフォトエツチングする方法で凸形のストライプ9
を設けである。
FIG. 4 shows an embodiment of the present invention, in which a mekat plate of lithium quantalate is used for the substrate 7, and the input/output quadrature transducer 8 is configured so that surface acoustic waves propagate in the 112@Y force direction with less bulk spurious. are formed at appropriate intervals, and convex stripes 9 are formed between the input and output transducers 8 by photo-etching an aluminum film.
This is provided.

このストライプ9は弾性表面波波長λRの1/4、くり
かえし間隔はλRの1/2で中央部のみλRの3/4隔
てられている。
The stripes 9 are 1/4 of the surface acoustic wave wavelength λR, the repetition interval is 1/2 of λR, and only the central portion is separated by 3/4 of λR.

ストライプ9の本数は合計400本設けられている。A total of 400 stripes 9 are provided.

各ストライプ9の端部でもし反射が生ずれば、各部の反
射波は相加され、ストライプ部で弾性表面波の定在波が
たつことになる。
If reflection occurs at the end of each stripe 9, the reflected waves from each part will be added, resulting in a standing wave of surface acoustic waves at the stripe part.

このとき、入出カドランスデューサ8間の透過特性を見
ると第5図のような特性となる。
At this time, when looking at the transmission characteristics between the input and output quadrature transducers 8, the characteristics are as shown in FIG.

第5図11のディップ部はストライプ反射器の反射率に
より決定され、反射率が大きい程、ディップが深くなり
、このディップの形状から逆に反射率が推定出来る。
The dip portion in FIG. 5 and 11 is determined by the reflectance of the stripe reflector, and the greater the reflectance, the deeper the dip, and the reflectance can be estimated from the shape of this dip.

また図中12のピーク部は、共振状態を生じていること
を示し、このピークの半値巾から共振のQが算出できる
Further, a peak portion 12 in the figure indicates that a resonance state is occurring, and the Q of resonance can be calculated from the half-width of this peak.

この素子で、凸形ストライプの高さhを変化させたとき
のストライプ1本当りの反射率を測定した結果を第6図
に示す。
FIG. 6 shows the results of measuring the reflectance per stripe when the height h of the convex stripes was varied using this element.

この結果は従来例で述べた水晶板にアルミニウムの凸形
ストライプの反射器を設けた結果とほぼ等しい良好な結
果を示している。
This result shows almost the same good result as the result of providing a convex aluminum stripe reflector on a quartz crystal plate as described in the conventional example.

またQについても同様の値を呈し、従来のニオブ酸リチ
ウム基板にアルミニウムの反射器を形成した共振子のQ
よりもはるかに大きい15000程度のQを得ることが
できた。
The Q value also shows a similar value, and the Q of a resonator with an aluminum reflector formed on a conventional lithium niobate substrate.
I was able to obtain a Q of about 15,000, which is much larger than that.

次に、ストライプ材の膜厚の変化に対する共振周波数の
変化率を測定した結果を第7図に示す。
Next, FIG. 7 shows the results of measuring the rate of change in resonance frequency with respect to change in film thickness of the stripe material.

この測定は、各膜厚に対する第5図中の12の周波数を
測定することで行なえる。
This measurement can be performed by measuring the 12 frequencies in FIG. 5 for each film thickness.

第7図の実線13は本発明の反射器の場合で、破線14
は水晶基板にアルミニウムのストライプを設けた反射器
の場合、鎖線15はニオブ酸リチウム基板にアルミニウ
ムのストライプ反射器を設けた場合である。
The solid line 13 in FIG. 7 is for the reflector of the present invention, and the broken line 14
1 is a case where a reflector is provided with aluminum stripes on a quartz substrate, and a chain line 15 is a case where an aluminum stripe reflector is provided on a lithium niobate substrate.

1μm厚付近で見ると共振周波数を0.1%程度の精度
で製作しようとすると従来例では膜厚を500A程度の
精度で形成しなければならないが本発明の反射器では膜
厚3000λ程度の精度でよい。
Looking at the thickness of around 1 μm, in order to produce a resonant frequency with an accuracy of about 0.1%, in the conventional example, the film thickness must be formed with an accuracy of about 500A, but with the reflector of the present invention, the film thickness has an accuracy of about 3000λ. That's fine.

なお第10図は弾性表面波の中心周波数100MHzに
おけるアルミニウム反射器の膜厚の変化に対する弾性表
面波共振器の性能指数を測定したもので、膜厚が0.2
〜1,2μ付で大きな性能指数を示すことがわかる。
Figure 10 shows the measurement of the figure of merit of the surface acoustic wave resonator with respect to the change in the film thickness of the aluminum reflector at the center frequency of the surface acoustic wave of 100 MHz.
It can be seen that a large figure of merit is shown with ~1.2μ.

これを全周波数で一般化すると、表面波波長λR、アル
ミニウム膜厚りとしてh/λ□−0,006〜0.04
の範囲にあると大きな性能指数が得られることになる。
Generalizing this to all frequencies, the surface wave wavelength λR and the aluminum film thickness are h/λ□-0,006 to 0.04.
A large figure of merit will be obtained if the value is within the range of .

次に本発明の反射器を用いた共振子でフィルタを構成し
た実施例を示す。
Next, an example will be shown in which a filter is constructed of a resonator using a reflector of the present invention.

タンタル酸リチウムX板上に1μm厚のアルミニウムス
トライプで構成された2つの反射器を入出カドランスデ
ューサの両端に設けた2ボート形共振子を4段カスケー
ドに接続したフィルタの特性を第8図に示す。
Figure 8 shows the characteristics of a filter in which two boat-shaped resonators are connected in a four-stage cascade, with two reflectors made of 1 μm thick aluminum stripes on a lithium tantalate X plate, installed at both ends of the input and output quadratic transducers. show.

中心周波数1.00MHz比帯域幅1/1000挿入損
失3dBの良好なフィルタが平易な製造プロセスで安価
に提供できることを示すものである。
This shows that a good filter with a center frequency of 1.00 MHz, a specific bandwidth of 1/1000, and an insertion loss of 3 dB can be provided at low cost through a simple manufacturing process.

また反射ストライプは、必ずしも実施例のようになって
なくとも、第9図のように、所定の段差がついているス
トライプ18であってもよい。
Further, the reflective stripes do not necessarily have to be as in the embodiment, but may be stripes 18 with predetermined steps as shown in FIG. 9.

以上述べたように、本発明による基板材料、凸形反射ス
トライプの材料の組合せの反射器で構成された弾性表面
波共振子及びこれを応用したフィルタは、共振周波数、
中心周波数の製造バラツキが小さくなり高品質の共振子
、フィルタが提供できることになる。
As described above, the surface acoustic wave resonator constituted by a reflector made of a combination of a substrate material and a convex reflective stripe material according to the present invention, and a filter to which the same is applied, have a resonant frequency,
Manufacturing variations in center frequency are reduced, making it possible to provide high-quality resonators and filters.

また逆に見れば製造プロセスが平易となり歩留が向上し
てコストが下げらレルトいう効果がもたらされることに
なる。
On the other hand, the manufacturing process is simplified, yield is improved, and costs are reduced.

なお実施例ではアルミニウムの反射器を直接タンクル酸
リチウム基板上に被着形成した場合を示したが、例えば
クロムのような付着性を高める物質を介して被着しても
よい。
Although the embodiment shows the case where the aluminum reflector is deposited directly on the lithium tankate substrate, it may be deposited via a substance that improves adhesion, such as chromium.

この場合には高パワーの弾性表面波に対して強くなる。In this case, it becomes strong against high-power surface acoustic waves.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図乃至第3図は従来の弾性表面波共振子を示す図、
第4図は本発明の弾性表面波共振子の一実施例を示す図
、第5図は、第4図の素子による透過特性を示す図、第
6図は本発明の反射器のアルミニウム膜厚に対する反射
率の測定結果を示す図、第7図は従来例と本発明の反射
器のアルミニウム膜厚に対する共振周波数の変化率の測
定結果を示す図、第8図は第6図の共振子を4段カスケ
ード接続して構成したフィルタの周波数特性図、第9図
は本発明の変化例を示す図、第10図は本発明の弾性表
面波共振子のアルミニウム反射器膜厚の変化に対する性
能指数の変化を示す図である。 7・・・・・・クンクル酸リチウム基板、8・・・・・
・入力出トランスジューサ、9・・・・・・反射用スト
ライプ。
Figures 1 to 3 are diagrams showing conventional surface acoustic wave resonators;
FIG. 4 is a diagram showing an embodiment of the surface acoustic wave resonator of the present invention, FIG. 5 is a diagram showing the transmission characteristics of the element of FIG. 4, and FIG. 6 is a diagram showing the aluminum film thickness of the reflector of the present invention. 7 is a diagram showing the measurement results of the change rate of the resonant frequency with respect to the aluminum film thickness of the conventional example and the reflector of the present invention. FIG. A frequency characteristic diagram of a filter configured by cascading four stages, FIG. 9 is a diagram showing a variation example of the present invention, and FIG. 10 is a figure of merit for changes in the aluminum reflector film thickness of the surface acoustic wave resonator of the present invention. FIG. 7... Lithium cuncurate substrate, 8...
・Input/output transducer, 9...Reflection stripe.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 タンタル酸リチウム基板と、この基板上に設けられ
た電気信号を弾性表面波に変換するためのトランスデユ
ーサと、このトランスデユーサにより励振された弾性表
面波を反射し共振状態を生せしめるよう前記タンタル酸
リチウム基板の前記弾性表面波伝搬路に設けられたアル
ミニウム膜からなる反射器とを備えることを特徴とする
弾性表面波共振子。 2 反射器はストライプ状のアルミニウム膜を複数本並
列に形成したものであることを特徴とする特許請求の範
囲第1項記載の弾性表面波共振子。 3 反射器は、アルミニウム膜にストライプ状の膜厚部
を周期的に設けたものであることを特徴とする特許請求
の範囲第1項記載の弾性表面波共振子。 4 タンタル酸リチウム基板とアルミニウム膜との間に
付着性を高める物質を被着することを特徴とする特許請
求の範囲第1項記載の弾性表面波共振子。
[Claims] 1. A lithium tantalate substrate, a transducer provided on the substrate for converting an electric signal into a surface acoustic wave, and a transducer for reflecting the surface acoustic wave excited by the transducer. A surface acoustic wave resonator comprising: a reflector made of an aluminum film provided on the surface acoustic wave propagation path of the lithium tantalate substrate to generate a resonance state. 2. The surface acoustic wave resonator according to claim 1, wherein the reflector is formed by forming a plurality of striped aluminum films in parallel. 3. The surface acoustic wave resonator according to claim 1, wherein the reflector is an aluminum film in which striped thick film portions are periodically provided. 4. The surface acoustic wave resonator according to claim 1, wherein a substance that increases adhesion is deposited between the lithium tantalate substrate and the aluminum film.
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