JP3484237B2

JP3484237B2 - 弾性表面波デバイス

Info

Publication number: JP3484237B2
Application number: JP23355094A
Authority: JP
Inventors: 正男竹内; 和彦山之内; 裕之小田川; 光浩田中
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 1994-09-28
Filing date: 1994-09-28
Publication date: 2004-01-06
Anticipated expiration: 2019-01-06
Also published as: DE69522065D1; US5698927A; EP0704966A3; EP0704966A2; DE69522065T2; EP0704966B1; JPH0897672A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ＳＡＷフィルタやＳＡ
Ｗ共振器のような弾性表面波デバイスに関するものであ
り、特にナチュラル単相形一方向性変換器（Natural Si
ngle-Phase Unidirectional Transducerを省略してNSPU
DTと呼ばれている) 特性を利用した弾性表面波デバイス
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、弾性表面波デバイスの一つとし
て、圧電性基板の上に単相信号源の位相が180 °異なる
２端子にそれぞれ接続される電極である正電極および負
電極をインターディジタル形（すだれ状) に組み合わせ
た送信側変換器と、同じく正電極および負電極をインタ
ーディジタルに組み合わせた受信側変換器とを配置し、
特定の周波数帯域の信号のみを選択的に取り出すトラン
スバーサル型ＳＡＷフィルタが広く実用化されている。

【０００３】このようなＳＡＷフィルタにおいては、挿
入損失を低く抑えるとともに帯域内でのリップルを小さ
く抑えることが要求されている。通常のインターディジ
タル形の電極構造を使用する場合には、両方向性となる
ため、理論的な最小損失が6dB となり、挿入損失を低く
抑えることができない欠点がある。一方、このような欠
点を解消するために、複数の受信側変換器を複数の送信
側変換器の両側に配置した多電極構造方式( マルチトラ
ンスデューサ方式) が提案されている。このような多電
極構造方式のＳＡＷフィルタでは、挿入損失を1.5 〜2d
B 程度まで低くすることができるが、これら変換器の制
御が非常に難しく良好な位相特性や周波数特性が得られ
ないばかりでなく、製造も非常に難しいという欠点があ
る。弾性表面波デバイスの性能を向上するには、低損失
化のみでなく位相特性の平坦化および通過域のリップ
ル、阻止域の抑圧といった周波数特性の改善も重要な問
題である。

【０００４】上述した要求を満たすために、理想的には
１ｄＢ以下の挿入損失と良好な位相および周波数特性が
可能となる一方向性変換器が使用されている。この一方
向性変換器としては、種々の型式のものが提案されてい
るが、大別して(a) 多相形一方向性変換器と、(b) 単相
形一方向性変換器とがある。さらに、後者の単相形一方
向性変換器としては、電極構造の非対称性、質量負荷効
果による内部反射を用いた単相形一方向性変換器、励振
電極の間に反射バンクを配置した反射バンク形一方向性
変換器、浮き電極による反射を用いた単相形一方向性変
換器や基板の異方性を利用するナチュラル単相形一方向
性変換器などが提案されている。これらの一方向性変換
器を用いた弾性表面波デバイスでは、励振波と反射波と
の位相差が、前進方向では同相となり、それと反対の方
向では逆相となることによって方向性を持たせるように
している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述したナチュラル単
相形一方向性変換器以外の単相形一方向性変換器におい
ては、いずれも電極構造が複雑となり、特に電極エッジ
間の間隔および電極幅はλ/4よりも狭くする必要があ
り、動作周波数が高くなるのに伴ってこの寸法はきわめ
て小さくなり、所望の寸法を有する電極を正確に製造す
ることが困難となる欠点がある。

【０００６】このような欠点を解消する手段の一つとし
て、圧電性基板自体の異方性によって電極エッジ間隔や
電極幅がλ/4の通常の電極を使用するにも拘らず、一方
向特性を持たせたナチュラル単相形一方向性変換器（NS
PUDT) が提案されている。このNSPUDT動作を採用した弾
性表面波デバイスにおいては、基板自体の異方性を利用
しているが、このような異方性により一方向性特性(NSP
UDT 特性)を示す圧電性基板としては、従来から水晶基
板、LiNbO₃基板、LiTaO₃基板が知られている。しかしな
がら、これら従来の基板を用いたNSPUDTでは、電気機械
結合係数K²が小さいこと、零遅延時間温度係数がないこ
と、パワーフロー角が零でないこと、方向性反転電極が
容易に実現できないことなどの理由のため、理想的な弾
性表面波デバイスを得るのが難しく、実用上の制約を受
ける欠点がある。

【０００７】本発明の目的はこのような従来のNSPUDTを
用いる弾性表面波デバイスの欠点を解消もしくは軽減
し、十分実用に供する優れた特性を有する弾性表面波デ
バイスを提供しようとするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明による弾性表面波
デバイスは、リチウムテトラボレートの単結晶より成
り、（ψ，θ，φ）で表されるカット角をψ＝+5°〜-5
°、θ=9°〜29°、32°〜86°、φ=85 °〜95°となる
ようにカットおよび伝搬方向を選んだ基板と、この基板
上に形成され、基板の異方性と相俟ってNSPUDT特性を出
現させる構造を有する少なくとも１つの電極とを具え、
この電極を、弾性表面波の波長をλ、単相信号源あるい
は負荷の位相が180 °異なる２端子に接続される電極を
それぞれ正電極および負電極とするとき、電極幅がとも
にほぼλ/4の正電極および負電極をエッジ間隔がほぼλ
/4となるように交互に配置した正規形構造の電極とする
か、電極幅がほぼλ/4でλのピッチで配列された正電極
と、この正電極からほぼ 1.5λ/16 のエッジ間隔を置い
て配置され、ほぼλ/8の電極幅を有する第１の電極およ
びこの第１の電極からほぼλ/8の間隔を置いて配置さ
れ、ほぼλ/8の電極幅を有する第２の電極を有する負電
極を有し、方向性を修正した電極としたことを特徴とす
るものである。

【０００９】

【作用】本発明による弾性表面波デバイスの圧電性基板
を構成するリチウムテトラボレートを弾性表面波デバイ
スの基板として用いること自体は既知であり、例えば特
開平2-44169 号公報や「1994年電子情報通信学会春季大
会」予稿集の1-446 ページに記載されている。特に後者
の文献に記載されているリチウムテトラボレート基板の
カット角は（0 °, 47.3°, 90°) となっており、上述
した本発明の範囲内に入っている。しかしながら、従来
のリチウムテトラボレート基板を用いた弾性表面波デバ
イスでは、この基板が「異方性による一方向性特性を有
すること（NSPUDT動作）」を利用していない。すなわ
ち、リチウムテトラボレート基板の異方性と相俟って一
方向性を出現させるような電極との組み合わせを採用し
ていない。これに対し、本発明においては、上述した範
囲のカット角を有する異方性を有するリチウムテトラボ
レート基板と、この基板の異方性と相俟って一方向性を
出現させるような電極とを組み合わせたものである。こ
のように基板の異方性を利用して一方向性を持たせるに
は、例えばλ/4の幅を有する正電極および負電極をλ/4
のエッジ間隔を以て交互に配置した通常の正規形電極を
使用することができるが、従来のリチウムテトラボレー
ト基板を用いた弾性表面波デバイスにおいては、このよ
うに基板の異方性と相俟って一方向性を出現させるよう
な電極、例えば正規形電極を用いておらず、したがって
NSPUDT動作とはなっていない。

【００１０】また、本発明においては、リチウムテトラ
ボレート基板のカット角を、オイラー角（ψ，θ，φ）
で表したときに、ψ＝+5°〜-5°、θ=9°〜29°、32〜
86°、φ=85 〜95°の範囲内の値としたが、このような
数値範囲を選定した理由は次の通りである。これらの角
度の内、ψおよびφはそれぞれ０°および90°が理想で
あるが、製造上の誤差を考慮して範囲を持たせた。すな
わち、ψおよびφについては± 5°までの誤差範囲の中
であれば、本発明の所期の目的を達成することができる
ことを確かめた。角度θは異方性に関係するパラメータ
であり、これを0 °、30°、90°近傍の値とするとどの
ような電極と組み合わせてもNSPUDT特性による一方向性
を得ることができないことを確かめた。すなわち、角度
θが30°付近では、一方向性を得るために重要な電極の
反射が弱く、また0 °および90°付近では反射波の位相
と励振波の位相との位相差の関係からNSPUDT動作が得ら
れず、電極の位置をずらしても一方向性の実現が困難で
あることがわかった。

【００１１】

【実施例】図１は本発明による弾性表面波デバイスに用
いるリチウムテトラボレート基板の結晶軸と座標系との
関係を示すものである。リチウムテトラボレート基板１
のカット角をオイラー角表示で表すと、本発明において
は、（ψ，θ，φ）の内、ψを０°を中心として± 5°
の範囲内の値とし、φを90°を中心として± 5°の範囲
内の値とするが、図１でこれらの角度ψおよびφはそれ
ぞれ0°および90°の理想的な値を有するものとする。
また、NSPUDT特性に最も影響を与える角θ、すなわち結
晶軸Ｚと座標系ｚとの成す角度は本発明においては、9
°〜29°、32°〜86°の範囲内の値とする。

【００１２】リチウムテトラボレート基板１において、
NSPUDTが現れるカット角を見出すためには、電極の摂動
効果を１次の効果として変換器の動作解析に反映させた
モード結合理論と、モード結合パラメータの弾性表面波
粒子速度や電位、電極の材質、電極構造依存性を閉じた
形の式で表すことのできる摂動論との２つの理論を組み
合わせた解析方法が非常に有力であり、本発明において
もこの解析方法を採用した。モード結合方程式を支配す
る４つのパラメータ、すなわち自己結合係数κ₁₁, モー
ド間結合係数κ₁₂，変換係数ζ，単位長当たりすなわち
１対当たりの静電容量Ｃの内、モード間結合係数κ₁₂が
電極反射に直接関係し、NSPUDT動作の中核をなすもので
ある。通常の両方向性インターディジタル形電極より成
る変換器では、このモード間結合係数κ₁₂は実数である
が、構造の非対称性を用いた一方向性インターディジタ
ル形電極やNSPUDTでは複素数となる。

【００１３】１次のオーダーの摂動論によれば、弾性表
面波の波長λで規格化したモード間結合係数κ₁₂は次式
で表される。

【数１】ここで、ｈは電極膜厚、右辺の第１項のK _Eは電極の電
気的摂動を表し、第２項は弾性的摂動を表すものであ
る。また、モード間結合係数κ₁₂と電極の１波長当たり
の反射係数とは次の関係がある。

【数２】 r₊= - j κ₁₂ ^*λ r_-= - jκ₁₂λ (2) ここで、 r₊と r_-は、それぞれ＋ｘ向きと−ｘ向きに
見たときの反射係数で、NSPUDTの場合、 r₊≠ r_-であ
る。またκ₁₂* は複素共役を表すものである。最適のNS
PUDT動作が得られる位相条件は、次式で与えられる。

【数３】 arg(κ₁₂λ )＝±90°, ( φ₀＝±45°) (3) ここで、複合は順方向が図１の＋ｘ向きのとき＋符号、
−ｘ向きのとき−符号をとる。電極の膜厚が十分厚く、
電気的摂動が無視できるような場合には、モード間結合
係数κ₁₂の位相角２φ₀は弾性的摂動項の位相角２φ_M
で決まり、φ_M＝±45°のとき最適なNSPUDT動作が得ら
れることになる。また、NSPDUTの方向性Ｄ(dB)は、(3)
式の位相条件が満足されるとき、反射係数またはモード
間結合係数κ₁₂の大きさに比例することになる。

【００１４】本発明者等は、電極をアルミニウムとし、
反射係数が大きく、上述した位相条件を満たすリチウム
テトラボレート基板のカット角を、オイラー角表示で(0
°, 90°, φ) 、(0°, θ, 90°) および( ψ, 90°,
90°) で表される３つの基板について、既知の定数を用
いて理論的に探索した。なお、電極幅はλ／４とした。
その結果、図１に示すようなカット角(0°, θ, 90°)
のリチウムテトラボレート基板についてNSPUDT動作が存
在することを確認した。

【００１５】図２は、このカット角におけるK _E, K
_M, φ_Mの値を角θをパラメータとして示したもので
ある。これらのパラメータの内、φ_Mが方向性に最も大
きく寄与するパラメータであり、本発明においては、15
°≦｜φ_M｜≦60°でかつ反射が無くなるθ = 30 °の
近傍の値を除くようにθの範囲を設定したものである。

【００１６】図３は、ＳＡＷ速度 V_R, 電気機械結合定
数 K²,遅延時間温度係数TCD をともに角度θを横軸にと
って示すものである。以上より、θ=18 °でφ_M＝＋45
°、θ＝51°でφ_M＝−45°となっていることがわか
る。これら２つの角度におけるK²の値には大差はない
が、θ=18 °の近傍ではK _Mが小さく、方向性を大きく
するためには電極をかなり厚くする必要があることがわ
かる。また、θ= 50°〜86°の範囲においては、TCD も
比較的小さく良好なNSPUDTが期待できることがわかる。
また、θ＜30°の領域と、θ＞30°の領域とではφ_Mの
符号が異なるため、例えばθ＝18°とθ＝51°の場合で
は、同じ電極構造で得られるNSPUDT特性の順方向は逆と
なる。

【００１７】本発明による角度θの範囲内において、特
に51°＜θの領域ではθが大きくなるにしたがって、φ
_Mが−45°からずれるが、電極の構造を変えることによ
ってずれの補正が可能であり、K _Mが大きいので、電極
膜厚が薄くても相当大きな方向性が得られるものであ
る。また、この角度範囲は、零TCD カット(θ＝78°)
を含んでいるところからも有用であることがわかる。カ
ット角(0°,θ, 90°) の基板のパワーフロー角(PFA)
は零であり、この点でも実用上有利である。

【００１８】表１は、最適な位相条件を満足する(0°,
51°, 90°) カットと零TCD が得られる(0°, 78°,90
°) カットにおいて正規形電極を用いた場合のモード結
合パラメータとＳＡＷ特性を示すものであり、参考のた
めに水晶とLiTaO₃基板の数値も示した。

【表１】

【００１９】図４および図５はλ＝15μm 、対数が50、
開口長が200 λの正規形電極を設けたNSPUDTの変換損失
を表１のパラメータを用いて計算したものであり、図４
は(0°, 51°,90 °) カットの基板を用い、h/λ＝0.02
5 の場合、図５は(0°, 78°,90 °) カットの基板を用
い、h/λ＝0.01の場合である。これら図４および図５並
びに後述する図９，11, 13および15において、実線は図
１において−ｘの向きでの変換損失を表し、破線は＋ｘ
の向きでの変換損失を表している。中心周波数において
は、順方向と逆方向との変換損失差が大きくなり、一方
向性が現れている。これらのグラフを比較するとわかる
ように、図４の場合では理想的な一方向性特性が得られ
ており、図５の零TCD カット、すなわち(0°, 78°,90
°) カットでは方向性のずれが若干認められるが電極膜
厚が薄くても(h/ λ=0.01)、かなり強い一方向性が得ら
れている。

【００２０】上述したように本発明によるリチウムテト
ラボレート基板は優れた一方向性を示すものであるが、
例えばこれをＳＡＷフィルタとして用いる場合には、電
極の構成が問題となる。すなわち、NSPUDT基板の難点
は、同じ電極構造の変換器では送受の順方向が互いに向
き合ったフィルタ( 一方向性変換器の組) が得られず、
挿入損失が大きくなることである。この点を解決する方
法としては、一方の変換器の方向性を逆転するか、λ/8
ダブル電極を用いて反射を打ち消して方向性をなくすこ
とである。例えば、(0°, 78°,90 °) カットのリチウ
ムテトラボレート基板を用い、受信側および送信側の電
極をともにλ/4の正規形電極を以て構成する場合には、
フィルタとしての周波数特性、すなわち挿入損失は図６
に示すようなものとなり、送受の変換器を対向させたト
ランスバーサルフィルタとしてはそのままでは実用には
ならない。また、(0°, 78°,90 °) カットのリチウム
テトラボレート基板を用い、受信側および送信側の電極
をともにλ/8のダブル電極を設けたＳＡＷフィルタの周
波数特性は図７に示すように図６の場合に比べてかなり
の改善が見られるが、所望の周波数の近傍において大き
なリップルが含まれている。また、電極の両方向性のた
め理論的な最小挿入損失は6dB であり、低挿入損失のＳ
ＡＷフィルタの実現は難しい。このような傾向は(0°,
51°,90 °) の理想的なカットのリチウムテトラボレー
ト基板を用いた場合にも現れる。

【００２１】図８a は理想的な(0°,51 °,90 °) カッ
トのリチウムテトラボレート基板に送信側変換器として
λ/4の正規形電極を設け、受信側変換器として10対のダ
ブル電極を設けて構成した本発明によるＳＡＷフィルタ
第１の実施例の構成を示すものである。このようなＳＡ
Ｗフィルタの一方向性特性を確認するために、図８ｂに
示すように(0°,51 °,90 °) カットのリチウムテトラ
ボレート基板を面内で180 °回転し、λ/4の正規形電極
12の送り方向（＋ｘ方向）をλ/8のダブル電極13に向き
合わせた構造を製作した。図９の実線はλ/4の正規形電
極の順方向（−ｘ方向）に受信電極を配置したときの挿
入損失の実測値を示すものであり、破線は逆方向（＋ｘ
方向）に受信電極を配置したときの挿入損失の実測値を
示すものである。これから、図８ａに示したＳＡＷフィ
ルタの、ダブル電極の変換損失(11.9dB)を差し引いた中
心周波数における変換損失は3.7dB 、方向性は18dBとな
り、図４に示す理論値( 変換損失3.03dB, 方向性14dB)
ときわめて良い一致を見た。

【００２２】図８ａに示すように、(0°,51 °,90 °)
カットのリチウムテトラボレート基板11の表面に膜厚が
0.37μm のアルミ膜を一様に堆積した後、フォトリソグ
ラフの技術を用いて送信側変換器12および受信側変換器
13を形成した。送信側変換器12は、正規形のインターデ
ィジタル構造を有する電極で構成されており、それぞれ
ほぼλ/4、すなわち15/4μm の電極幅を有する正電極12
a および負電極12b をほぼλ/4のエッジ間隔で交互に配
列したものであり、対の個数は50とした。また、電極の
重なる部分の長さとして定義される開口長Ａはほぼ200
λ、すなわち15×200 μm とした。本例では受信側変換
器13をダブル電極を以て構成した。すなわち、それぞれ
電極幅がほぼλ/8の正電極13a および負電極13bを２本
づつエッジ間隔がほぼλ/8となるように交互に配置し
た。対の個数は10とし、開口長Ａはほぼ200 λとした。
なお、図８ａおよび８ｂにおいては、図面を明瞭とする
ために電極はほぼ１周期（λ）だけを拡大して示した。

【００２３】図10はＳＡＷフィルタとして構成した本発
明による弾性表面波デバイスの第２の実施例の構成を示
すものである。本例においても、基板21としては、(0
°,51 °,90 °) の角度でカットしたリチウムテトラボ
レート基板を用い、その上に第１の実施例と同様にλ/4
の正規形電極よりなる送信側変換器22を形成するととも
に、受信側電極23としては方向性反転電極を配置した。
この方向性反転電極23は、それぞれλ/8の電極幅を有す
る正電極23a および負電極23b をλのピッチで、エッジ
間隔がλ/8となるように配置し、或る対の負電極23b と
次の対の正電極23a との間に、幅が 3λ/8の浮き電極23
c を両側の電極との間にλ/8のエッジ間隔が得られるよ
うに配置した構造のものである。図10においても、明瞭
とするために電極はほぼ１周期のみ示した。このような
方向性反転電極23を用いることにより、正規形電極より
なる送信側変換器22から伝搬される弾性表面波を効率良
く受信することができる。本例の方向性反転電極23の変
換損失は図11に示すように破線は＋ｘ方向を示し、図４
に示した送信側変換器22の方向性に対して逆の方向性を
持つため図10に示す構成により、挿入損失が少なくリッ
プルも少ない優れた位相特性を有するＳＡＷフィルタが
得られることが予想される。

【００２４】図５に示した(0°, 78°, 90°) カットの
リチウムテトラボレート基板を用いる場合には、図４に
示した(0°, 51°, 90°) カットのリチウムテトラボレ
ート基板を用いる場合よりも方向性がずれて幾分特性が
劣化している。しかしながら、本発明によればθ＝18°
およびθ＝51°の理想的な値より大きくずれ、特性の劣
化がある場合でも、このような基板の方向性の劣化は電
極の構成を多少変更することによって補正することがで
きる。次に、θ＝78°とした場合の実施例を説明する。
図12は、(0°, 78°, 90°) カットのリチウムテトラボ
レート基板を用い、受信側の電極としてλ/8のダブル電
極を用い、送信側電極としてλ/4の正規形電極を基本と
し、これを図５に示す方向性のずれを補正できるように
修正した電極を用いた本発明による弾性表面波デバイス
の第３の実施例を示すものである。(0°, 78°, 90°)
カットのリチウムテトラボレート基板31の上に形成した
受信側変換器32は、それぞれ電極幅がλ/8の正電極32a
および負電極32b を２本づつエッジ間隔がλ/8となるよ
うに交互に配置したダブル電極を以て構成する。対の個
数は10とし、電極の重なる部分の長さとして定義される
開口長Ａは200 λとした。送信側変換器33は、λ/4の幅
を有する正電極33a をλのピッチで配列し、その間に弾
性表面波の伝播方向に見て 1.5λ/16 のエッジ間隔を置
いて配置したλ/8の幅の第１の電極と、これからλ/8の
エッジ間隔を置いて配置され、λ/8の幅の第２の電極と
を有する負電極33b を配列して構成する。したがって、
負電極33b の第２の電極と正電極33a とのエッジ間隔は
2.25λ/8となる。

【００２５】図13は、本例の送信側変換器33の変換損失
の周波数依存性を示すものであり、図５に示した変換損
失に比べて方向性が良好に補正されていることがわか
る。このように、本例のＳＡＷフィルタでは(0°, 78
°, 90°) カットのリチウムテトラボレート基板31を用
いるにも拘らず、電極構造を修正することによって良好
な周波数特性が得られることがわかる。

【００２６】図14は、前例と同様に図５に示した(0°,
78°, 90°) カットのリチウムテトラボレート基板を用
い、方向性のずれを補正するために、送信側変換器に方
向性修正電極を用い、受信側変換器に修正した方向性反
転電極を用いる本発明による弾性表面波デバイスの第４
の実施例を示すものである。すなわち、(0°, 78°, 90
°) カットのリチウムテトラボレート基板41の上に、送
信側変換器42として図12の送信側変換器33の方向性を修
正した電極を設ける。すなわち、λ/4の電極幅を有する
正電極をλのピッチで配列した正電極42a と、これから
1.5λ/16 のエッジ間隔を置いて配置され、λ/8の幅を
有する第１の電極およびこれからλ/8のエッジ間隔を置
いて配置され、λ/8の電極幅を有する第２の電極を有す
る負電極42b とを以て構成する。また、受信側変換器43
は、図10に示した方向性反転電極と同様に正電極43a 、
負電極43b および浮き電極43c を有するものであるが、
浮き電極43c を図10に示した場合に比べて負電極43b 側
に、すなわち入射側に2/56λだけ寄せたものである。し
たがって、負電極43b と浮き電極43c との間のエッジ間
隔は、λ(1/8−2/56) となり、浮き電極43c と正電極43
a との間のエッジ間隔は、λ(1/8＋2/56) となる。

【００２７】図15は、上述した受信側変換器43として用
いる修正した方向性反転電極の変換損失を示すものであ
り、方向性が反転しているのみならず、図５に示す変換
損失において見られる方向性のずれが良好に補正されて
いることがわかる。図16は、本例のＳＡＷフィルタの挿
入損失の周波数依存性を示すものであり、図７に比べて
リップルが無くなっているとともに挿入損失も小さくな
っていることがわかる。

【００２８】本発明において使用するリチウムテトラボ
レート基板では、図２に示すようにθが9 °〜29°、32
°〜86°の範囲においては、NSPUDT特性に大きく寄与す
るφ_Mの値の変化は比較的緩やかであることと、上述し
たように電極構造を僅かに変更することによって方向性
のずれを修正できることと相俟って、本発明において
は、カット角θを上述した範囲の値とすることによって
実用上良好な特性を有する弾性表面波デバイスが得られ
ることになる。

【００２９】本発明は上述した実施例に限定されるもの
ではなく、幾多の変更や変形が可能である。上述した実
施例においては、リチウムテトラボレート基板として理
想的な方向性が得られる(0°, 51°, 90°) カットおよ
び零TCD が得られる(0°, 78°, 90°) カットのものを
用いたが、勿論上述した範囲内における他のカットのリ
チウムテトラボレート基板を用いることができる。この
場合、理想的な方向性が得られる(0°, 51°, 90°) お
よび (0 °, 18°, 90°) カット以外のカットのリチウ
ムテトラボレート基板を用いる場合には、電極構造を上
述した手法と同様の手法によって変更したり電極位置を
変更したりして修正することにより、方向性のずれを補
正することができる。また、上述した実施例において
は、本発明による弾性表面波デバイスをＳＡＷフィルタ
として構成したが、本発明の弾性表面波デバイスはＳＡ
Ｗフィルタに限られるものではなく、例えば弾性表面波
共振器として構成することもできる。この場合には、λ
/4の正規型電極または方向性を修正した電極あるいは方
向性反転電極の両側にグレーティング反射器を配置する
ことができる。また、上述した実施例においては、電極
材料を全てアルミニウムとしたが、他の電極材料を用い
ることもできるが、一つのリチウムテトラボレート基板
の上に形成される電極は全て同じ材料で形成する。さら
に、送信側電極と受信側電極とは可逆的に動作するもの
であるから、上述した実施例においてこれらを相互に入
れ換えることもできる。例えば、第１および第２の実施
例においては、送信側変換器を正規形の電極構造を有す
る電極とし、受信側変換器をダブル電極または方向性反
転電極としたが、これらの関係を逆転し、送信側変換器
をダブル電極または方向性反転電極とし、受信側変換器
を正規形電極とすることもできる。さらに、電極幅およ
び電極間隔について微細加工の精度上±10% 程度以内の
ずれがあっても本発明の所期の目的を達成することがで
きるものである。

【００３０】

【発明の効果】上述したように本発明の弾性表面波デバ
イスによれば、リチウムテトラボレート基板の異方性と
電極との組み合わせによってNSPUDT動作、すなわちナチ
ュラル単相形一方向性変換器動作が可能となり、挿入損
失が小さく、位相特性も優れている弾性表面波デバイス
を得ることができる。また、このような異方性を呈する
基板と協働する電極構造は、λ/4を基本寸法とする正規
形の電極やλ/8のダブル電極あるいはNSPUDT特性による
方向性を反転する電極とすることができ、正確な寸法に
容易に製造することができ、歩留りが向上することにな
る。さらに、ＳＡＷフィルタを構成する場合、送信側電
極と受信側電極とを別個の材料で製造しなくても、NSPU
DT特性の方向性を反転する特性が得られるので、設計や
製造は非常に簡単となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明による弾性表面波デバイスのリ
チウムテトラボレート基板のカット角を説明するための
図である。

【図２】図２は、本発明による弾性表面波デバイスの基
板上のλ/4の正規形電極による弾性表面波の反射を表す
幾つかのパラメータの、カット角θに対する変化を示す
グラフである。

【図３】図３は、本発明による弾性表面波デバイスの基
板の幾つかの特性の、カット角θに対する変化を示すグ
ラフである。

【図４】図４はθ=51 °とした場合のNSPUDTの変換損失
の理論値を示すグラフである。

【図５】図５はθ=78 °とした場合のNSPUDTの変換損失
の理論値を示すグラフである。

【図６】図６は、θ=78 °とした基板上に、送信および
受信側変換器としてλ/4の正規形電極を設けたＳＡＷフ
ィルタの挿入損失の理論値を示すグラフである。

【図７】図７は、同じ基板上に送信および受信側変換器
としてλ/8のダブル電極を設けたＳＡＷフィルタの挿入
損失の理論値を示すグラフである。

【図８】図８ａは、θ=51 °とした基板を用いる本発明
による弾性表面波デバイスの第１の実施例の電極構造を
示す平面図、図８ｂは図８ａの基板を面内で180 °回転
した弾性表面波デバイスを示す平面図である。

【図９】図９は、同じく第１の実施例の挿入損失の実測
値を示すグラフである。

【図１０】図10は、θ=51 °とした基板を用いる本発明
による弾性表面波デバイスの第２の実施例の電極構造を
示す平面図である。

【図１１】図11は、同じく第２の実施例の方向性反転電
極の変換損失の理論値を示すグラフである。

【図１２】図12は、θ=78 °とした基板を用いる本発明
による弾性表面波デバイスの第３の実施例の電極構造を
示す平面図である。

【図１３】図13は、同じく第３の実施例の方向性を修正
した電極の変換損失の理論値を示すグラフである。

【図１４】図14は、θ=78 °とした基板を用いる本発明
による弾性表面波デバイスの第４の実施例の電極構造を
示す平面図である。

【図１５】図15は、同じく第４の実施例の修正した方向
性反転電極の変換損失の理論値を示すグラフである。

【図１６】図16は、同じく第４の実施例の挿入損失の理
論値を示すグラフである。

【符号の説明】

1 …リチウムテトラボレート基板 11…(0°, 51°,90
°) カットのリチウムテトラボレート基板 12 …送信側
変換器 12a, 12b…正、負電極 13…受信側変換器 13
a, 13b…正および負電極 21…(0°, 78°,90 °) カッ
トのリチウムテトラボレート基板 22 …送信側変換器
22a, 22b…正、負電極 23…受信側変換器 23a, 23b…正、負電極 23c …フローティング電極 32
…受信側変換器 32ａ, 32b …正、負電極 33…送信側
変換器 33a, 33b…正、負電極41…(0°, 78°,90 °)
カットのリチウムテトラボレート基板 42 …送信側変換
器 42a, 42b…正、負電極 43…受信側変換器 43a, 4
3b…正、負電極 43c …浮き電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者竹内正男宮城県名取市上余田字千刈田691番地の 24 (72)発明者山之内和彦宮城県仙台市太白区松が丘37−13 (72)発明者小田川裕之宮城県仙台市太白区富沢４−15−23 フラワーコート101 (72)発明者田中光浩愛知県名古屋市瑞穂区須田町２番56号日本碍子株式会社内 (56)参考文献特開平６−112763（ＪＰ，Ａ) 特開平５−48375（ＪＰ，Ａ) 特開平６−177696（ＪＰ，Ａ) 特開平５−347535（ＪＰ，Ａ) 特開平５−63488（ＪＰ，Ａ) 特公平２−44169（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H03H 9/25

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】リチウムテトラボレート(Li２B４O７) の
単結晶より成り、オイラー角（ψ，θ，φ）で表される
カット角がψ＝+5°〜-5°、θ=9°〜29°、32°〜86
°、φ=85 °〜95°となるようにカットおよび伝搬方向
を選んだ基板を設け、この基板上に形成され、基板の異
方性と相俟ってナチュラル単相形一方向性変換器特性を
出現させる構造を有する送信側または受信側変換器とし
て、弾性表面波の波長をλ、単相信号源あるいは負荷の
位相が180 °異なる２端子に接続される電極をそれぞれ
正電極および負電極とするとき、電極幅がともにほぼλ
/4の正電極および負電極をエッジ間隔がほぼλ/4となる
ように交互に配置した正規形構造の電極を設け、前記基
板上に形成された受信側または送信側変換器として、電
極幅がともにほぼλ/8の正電極および負電極を２本づつ
エッジ間隔がほぼλ/8となるように交互に配置したダブ
ル電極構造を有する電極を設けたことを特徴とする弾性
表面波デバイス。
【請求項２】リチウムテトラボレート(Li２B４O７) の
単結晶より成り、オイラー角（ψ，θ，φ）で表される
カット角がψ＝+5°〜-5°、θ=9°〜29°、32°〜86
°、φ=85 °〜95°となるようにカットおよび伝搬方向
を選んだ基板を設け、この基板上に形成され、基板の異
方性と相俟ってナチュラル単相形一方向性変換器特性を
出現させる構造を有する送信側または受信側変換器とし
て、弾性表面波の波長をλ、単相信号源あるいは負荷の
位相が180 °異なる２端子に接続される電極をそれぞれ
正電極および負電極とするとき、電極幅がともにほぼλ
/4の正電極および負電極をエッジ間隔がほぼλ/4となる
ように交互に配置した正規形構造の電極を設け、前記基
板上に形成され、基板の異方性と相俟ってナチュラル単
相形一方向性変換器特性を出現させる構造を有する受信
側または送信側変換器として、電極幅がともにほぼλ/8
の正電極および負電極をエッジ間隔がほぼλ/8となるよ
うに順次に配置し、さらに電極幅がほぼ 3λ/8で、正負
いずれの電極にも接続されない浮き電極をほぼλ/8のエ
ッジ間隔を以て配置した方向性反転電極を設けたことを
特徴とする弾性表面波デバイス。
【請求項３】リチウムテトラボレート(Li２B４O７) の
単結晶より成り、オイラー角（ψ，θ，φ）で表される
カット角がψ＝+5°〜-5°、θ=9°〜29°、32°〜86
°、φ=85 °〜95°となるようにカットおよび伝搬方向
を選んだ基板を設け、この基板上に形成され、基板の異
方性と相俟ってナチュラル単相形一方向性変換器特性を
出現させる構造を有する送信側または受信側変換器とし
て、弾性表面波の波長をλ、単相信号源あるいは負荷の
位相が180 °異なる２端子に接続される電極をそれぞれ
正電極および負電極とするとき、電極幅がほぼλ/4でλ
のピッチで配列された正電極と、この正電極からほぼ
1.5λ/16 のエッジ間隔を置いて配置され、ほぼλ/8の
電極幅を有する第１の電極およびこの第１の電極からほ
ぼλ/8の間隔を置いて配置され、ほぼλ/8の電極幅を有
する第２の電極を有する負電極を有し、方向性を修正し
た電極を設け、前記基板上に形成された受信側または送
信側変換器として、電極幅がともにほぼλ/8の正電極お
よび負電極を２本づつエッジ間隔がほぼλ/8となるよう
に交互に配置したダブル電極構造を有する電極を設けた
ことを特徴とする弾性表面波デバイス。
【請求項４】リチウムテトラボレート(Li２B４O７) の
単結晶より成り、オイラー角（ψ，θ，φ）で表される
カット角がψ＝+5°〜-5°、θ=9°〜29°、32°〜86
°、φ=85 °〜95°となるようにカットおよび伝搬方向
を選んだ基板を設け、この基板上に形成され、基板の異
方性と相俟ってナチュラル単相形一方向性変換器特性を
出現させる構造を有する送信側または受信側変換器とし
て、弾性表面波の波長をλ、単相信号源あるいは負荷の
位相が180 °異なる２端子に接続される電極をそれぞれ
正電極および負電極とするとき、電極幅がほぼλ/4でλ
のピッチで配列された正電極と、この正電極からほぼ
1.5λ/16 のエッジ間隔を置いて配置され、ほぼλ/8の
電極幅を有する第１の電極およびこの第１の電極からほ
ぼλ/8の間隔を置いて配置され、ほぼλ/8の電極幅を有
する第２の電極を有する負電極を有し、方向性を修正し
た電極を設け、前記基板上に形成され、基板の異方性と
相俟ってナチュラル単相形一方向性変換器特性を出現さ
せる構造を有する受信側または送信側変換器として、電
極幅がともにほぼλ/8の正電極および負電極をエッジ間
隔がほぼλ/8でそれぞれピッチがほぼλとなるように順
次に配置し、さらに電極幅がほぼ 3λ/8の浮き電極をほ
ぼλ/8のエッジ間隔を以て配置した方向性反転電極を設
けたことを特徴とする弾性表面波デバイス。
【請求項５】リチウムテトラボレート(Li２B４O７) の
単結晶より成り、オイラー角（ψ，θ，φ）で表される
カット角がψ＝+5°〜-5°、θ=9°〜29°、32°〜86
°、φ=85 °〜95°となるようにカットおよび伝搬方向
を選んだ基板を設け、この基板上に形成され、基板の異
方性と相俟ってナチュラル単相形一方向性変換器特性を
出現させる構造を有する送信側または受信側変換器とし
て、弾性表面波の波長をλ、単相信号源あるいは負荷の
位相が180 °異なる２端子に接続される電極をそれぞれ
正電極および負電極とするとき、電極幅がほぼλ/4でλ
のピッチで配列された正電極と、この正電極からほぼ
1.5λ/16 のエッジ間隔を置いて配置され、ほぼλ/8の
電極幅を有する第１の電極およびこの第１の電極からほ
ぼλ/8の間隔を置いて配置され、ほぼλ/8の電極幅を有
する第２の電極を有する負電極を有し、方向性を修正し
た電極を設け、前記基板上に形成され、基板の異方性と
相俟ってナチュラル単相形一方向性変換器特性を出現さ
せる構造を有する受信側または送信側変換器として、電
極幅がほぼλ/8でほぼλのピッチで配列された正電極
と、この正電極からほぼλ/8のエッジ間隔を置いて配置
され、ほぼλ/8の電極幅を有する負電極と、この負電極
からほぼλ(1/8-2/56)のエッジ間隔を置いて配置された
ほぼ 3λ/8の電極幅を有し、正負いずれの電極にも接続
されない浮き電極とを有し、方向性を修正できる方向性
反転電極を設けたことを特徴とする弾性表面波デバイ
ス。
【請求項６】前記送信側および受信側変換器の電極を、
全て同一の材料で形成したことを特徴とする請求項１〜
５の何れかに記載の弾性表面波デバイス。