JP3724575B2 - 弾性表面波装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、Ｚ’軸まわりに面内回転させたＳＴカット水晶板（以下、面内回転ＳＴカット水晶板と称することがある）を用い、温度変化に対する周波数の変動を一層低減させるようにした弾性表面波装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、水晶片に代表される圧電体平板の主表面にＩＤＴ（Interdigital Transducer）電極を設けるとともに、このＩＤＴ電極の両端に複数の反射器を設け、高周波を安定して発振させる弾性表面波装置（以下、ＳＡＷ共振子ということがある。）が知られている。
【０００３】
そして前述したＳＡＷ共振子の中でも、温度変化に対する周波数の変動を低減させる目的から圧電体平板にＳＴカット水晶板を用い、当該ＳＴカット水晶板のＸ軸方向を弾性波の伝搬方向とした、ＳＴカットＳＡＷ共振子が知られている。
【０００４】
図６は、ＳＴカットＳＡＷ共振子の構造を示す概略断面図である。
同図に示すように、ＳＴカットＳＡＷ共振子１は、ＳＴカット水晶板２を基板としており、基板主表面には、ＩＤＴ電極３が設けられている。そしてＩＤＴ電極３においては、くし歯状の正極４と負極５とが交互に配置されており、これら正極４と負極５との間に高周波電界を加えることで、水晶板の圧電効果により弾性表面波が励振されるようになっている。
【０００５】
また前記ＩＤＴ電極３の両側には、弾性表面波を反射させる目的から、複数の反射器６が設けられており、当該反射器６に形成された複数の短絡電極７によって、ＩＤＴ電極３から発せられた弾性表面波の反射を行うようにしている。なおＩＤＴ電極３における正極４と負極５、および反射器６における短絡電極７は、ＳＴカット水晶板２のＸ軸方向に沿って配列されるものであり、短絡電極７における弾性表面波の反射は、電極両縁部の位置で行われるようになっている。
【０００６】
このように構成されたＳＴカットＳＡＷ共振子１において、図６に示すようにＩＤＴ電極３における正極４と負極５の幅とピッチをＬt、Ｐtとし、反射器６における短絡電極７の幅とピッチをＬr、Ｐrと定義する。さらに正極４と負極５の膜厚をＨt、および短絡電極７の膜厚をＨrと定義する。
【０００７】
図７は、ＳＴカットＳＡＷ共振子の短絡電極１本あたりの反射係数を示すグラフである。
ＳＴカットＳＡＷ共振子１においては、弾性表面波の反射係数を大きくすることができれば、反射器６の数を削減し、共振子自体を小型にすることが可能になる。そして同図においては、横軸にＬt／Ｐt（＝Ｌr／Ｐr、以下ηと称す）の値を示し、縦軸に短絡電極１本あたりの反射係数を示しており、前述のＨt／２Ｐt（≒Ｈr／２Ｐr）の値によって反射係数がどの様に変動するかを示している。
【０００８】
反射係数を考える場合、Ｈt／２ＰtとＨr／２Ｐrは、ほぼ同じ値と見なすことができ、２Ｐt≒２Ｐrはλと定義される。このため本実施の形態においては、Ｈt／２ＰtとＨr／２Ｐrとを区別することなく、同一の値、すなわちＨ／λとして取り扱うものとする。
【０００９】
図７に示すように、ＳＴカットＳＡＷ共振子１は、ηの値が大きくなるにつれて反射係数も大きくなることが知られており、さらにＨ／λと反射係数の関係についても、ηの値と同様、Ｈ／λの値が大きくなるほど反射係数が大きくなることが知られている（特開平２−２６０９０８号公報）。
【００１０】
なおＳＴカットＳＡＷ共振子１では、正極４、負極５および短絡電極７の膜厚（Ｈ）は、目的とする温度特性を得る見地から、通常、Ｈ／λの値が０．０３程度となるように設定される。一方ηの値は、Ｐt＝２Ｌtの関係が成り立つよう０．５に設定される。
【００１１】
ところでＳＡＷ共振子においては、温度変化による周波数変動を一層低減させる目的から、Ｚ’軸まわりに面内回転させたＳＴカット水晶板から切り出した水晶振動板を用いる場合がある。しかしＺ’軸まわりに面内回転させたＳＴカット水晶板では、ηならびにＨ／λの値と反射係数の関係などの検証がされていなかった。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
Ｚ’軸まわりに面内回転させたＳＴカット水晶板は、発明者が検討したところ、従来のＳＴカット水晶板とは全く異なる特性を有しており、ηならびにＨ／λの値を大きくすることで反射係数を大きくするといった従来のＳＴカット水晶板の規則性が当てはまらないことが確認された。
このため、従来のＳＴカット水晶板の規則性をＺ’軸まわりに面内回転させたＳＴカット水晶板に適用させて、ηならびにＨ／λの値を大きくしても反射係数が十分に得られないという問題が発生する。
【００１３】
本発明は上記問題点に着目し、Ｚ’軸まわりに面内回転させたＳＴカット水晶板の特性を把握することで、反射係数を大きくすることのできる弾性表面波装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、Ｚ’軸まわりに面内回転させたＳＴカット水晶板の特性が、従来のＳＴカット水晶板の特性と異なるものであるという発明者の知見および種々の検討によって見いだされたものである。
【００１５】
すなわち本発明に係る弾性表面波装置は、ＳＴカット水晶板をＺ’軸回りに面内回転させたオイラー角が（０、１１３〜１３５、±（４０〜４９））にある面内回転ＳＴカット水晶板とし、その主表面上に、Ｒａｙｌｅｉｇｈ波を励振するための少なくとも一対のＩＤＴ電極を配置し、前記ＩＤＴ電極のピッチＰtと前記ＩＤＴ電極の幅Ｌtの比率Ｌt／Ｐtが０．５未満であるものである。そして前記Ｌt／Ｐtが０．３２±０．１であることが望ましく、さらに前記ＩＤＴ電極の厚みをＨtとし、Ｈt／２Ｐtが０．０６±０．０１であることが望ましい。
【００１６】
また本発明に係る他の弾性表面波装置は、ＳＴカット水晶板をＺ’軸回りに面内回転させたオイラー角が（０、１１３〜１３５、±（４０〜４９））にある面内回転ＳＴカット水晶板とし、その主表面上に、Ｒａｙｌｅｉｇｈ波を励振するための少なくとも一対のＩＤＴ電極と、前記Ｒａｙｌｅｉｇｈ波を閉じこめるための少なくとも一本の反射器とを配置し、前記ＩＤＴ電極におけるピッチＰtと前記ＩＤＴ電極の幅Ｌtの比率Ｌt／Ｐtと、前記反射器におけるピッチＰrと前記反射器の幅Ｌrの比率Ｌr／Ｐrのうち、何れか一方または両方が０．５未満であるものである。
【００１７】
なお前記Ｌt／Ｐtと、前記Ｌr／Ｐrの何れか一方または両方が０．３２±０．１であることが望ましく、さらに本発明に係る他の弾性表面波装置において前記ＩＤＴ電極の厚みをＨtとし、前記反射器の厚みをＨrとし、Ｈt／２Ｐtと、Ｈr／２Ｐrの何れか一方または両方が０．０６±０．０１であることが望ましい。
【００１８】
このようにＺ’軸まわりに面内回転させたＳＴカット水晶板を弾性表面波装置に適用すると、従来のＳＴカット水晶板を適用した弾性表面波装置と異なり、ＩＤＴ電極におけるＬt／Ｐtの値を小さくしていくと反射係数の数値が向上する。
【００１９】
具体的には、Ｌt／Ｐtの値は、従来のＳＴカット水晶板を適用した弾性表面波装置に一般的に適用されるＬt／Ｐtの値（０．５）より小さいことが望ましい。このようにＬt／Ｐtの値を０．５未満に設定すれば、面内回転ＳＴカット水晶板を適用した弾性表面化装置の反射係数の数値を向上させることが可能となり、装置自体の小型化等を達成することができる。
【００２０】
また上記作用に加え、ＩＤＴ電極に隣接するよう設けられる反射器のＬr／Ｐrの値も、Ｌt／Ｐtと同様、０．５未満に設定すれば、反射係数の数値を向上させることが可能となり、装置自体の小型化等をさらに促進させることができる。なおＬt／Ｐtの値、およびＬr／Ｐrの値を共に０．５未満に設定すれば反射係数の数値を一層向上させることができるが、Ｌt／Ｐtの値とＬr／Ｐrの値のいずれか一方を０．５未満に設定しても反射係数の数値の向上が図れることはいうまでもない。
【００２１】
さらに発明者の検討によってＬt／Ｐtと、Ｌr／Ｐrの何れか一方または両方を０．３２±０．１に設定したり、さらにＨt／２Ｐtと、Ｈr／２Ｐrの何れか一方または両方を０．０６±０．０１に設定したりすれば、より一層反射係数の数値が向上し、装置本体の小型化等を達成することができるのである。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係る弾性表面波装置に好適な具体的実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本実施の形態に係る弾性表面波装置の正面図であり、図２は、図１におけるＡＡ略断面図である。
【００２３】
これらの図に示すように、本実施の形態に係るＳＡＷ共振子となる弾性表面波装置１０は、Ｚ’軸まわりに面内回転させたＳＴカット水晶板１２（以下、面内回転ＳＴカット水晶板１２と称す）をベース基板として作製される。そして前記面内回転ＳＴカット水晶板１２における表面の中央部分には、ＩＤＴ電極１４が設けられている。当該ＩＤＴ電極１４は、くし歯状からなる一対の正極側電極１６と負極側電極１８とからなり、これら両電極におけるくし歯を交互かつ平行に配置することで前記ＩＤＴ電極１４を構成するようにしている。このように圧電材料からなる面内回転ＳＴカット水晶板１２の主表面に正極側電極１６と負極側電極１８を交互に配置し、これら両電極の間に高周波電界を加えることで、面内回転ＳＴカット水晶板１２の圧電効果により弾性表面波が励振されるようになっている。
【００２４】
また面内回転ＳＴカット水晶板１２の主表面における、ＩＤＴ電極１４の両側には、複数の反射器２０が設けられている。当該反射器２０は、一定の幅を有した複数の短絡電極２２を平行に配置した形態となっており、これら複数の短絡電極２２によってＩＤＴ電極１４にて発生した弾性表面波中のＲａｙｌｅｉｇｈ波の反射を行うようにしている。
【００２５】
ところでＩＤＴ電極１４における正極側電極１６と、負極側電極１８、ならびに反射器２０における短絡電極２２は、面内回転ＳＴカット水晶板１２におけるＸ’軸方向に沿って配列されるものであり、短絡電極２２によるＲａｙｌｅｉｇｈ波の反射は、電極の両縁部の位置で行われるようになっている。
【００２６】
なお面内回転ＳＴカット水晶板１２を用いた弾性表面波装置１０において、図２に示すようにＩＤＴ電極１４における正極側電極１６と負極側電極１８の幅と、ピッチをＬt、Ｐtとし、一方反射器２０における短絡電極２２の幅と、ピッチをＬr、Ｐrとし、さらに正極側電極１６と負極側電極１８の膜厚をＨt、および短絡電極２２の膜厚をＨrと定義する。
【００２７】
ここで弾性表面波装置１０に使用される面内回転ＳＴカット水晶板１２について説明する。図３は、Ｚ’軸回りに面内回転させたＳＴカット水晶の説明図である。
同図に示すように、水晶の結晶軸は、電気軸（Ｘ軸）、機械軸（Ｙ軸）、光軸（Ｚ軸）によって定義されるが、ＳＴカットといわれるものはオイラー角（φ、θ、ψ）が（０、０、０）の水晶Ｚ板２４を、電気軸（Ｘ軸）周りにθ＝１１３〜１３５度回転させて得られる水晶板２６の新しい座標軸（Ｘ，Ｙ’，Ｚ’）に沿って切り出されるものである。このＳＴカット水晶板２６のＺ’軸周りにさらにψ＝±（４０〜４９）度回転させ、弾性表面波の伝播方向がこのψにより定義されるＸ'軸の方向となるように作製された圧電基板がＺ’軸回りに面内回転させた面内回転ＳＴカット水晶板１２といわれるものである。この面内回転ＳＴカット水晶板１２は、温度変化に対する周波数変化が極めて小さいことが知られている。
【００２８】
そしてこのような面内回転ＳＴカット水晶板１２を用いた弾性表面波装置１０では、従来のＳＴカット水晶振動子を用いた弾性表面波装置とは、反射係数が異なることが発明者の検討によって見いだされた。
【００２９】
図４は、本実施の形態に係る弾性表面波装置と従来の弾性表面波装置との反射係数を比較したグラフである。同図においては、横軸にＬt／Ｐt（＝Ｌr／Ｐr、以下ηと称す）の値を示し、縦軸に短絡電極１本あたりの反射係数を示している。
【００３０】
なお本実施の形態に係る弾性表面波装置の面内回転ＳＴカット水晶板の詳細は、θ＝１３３度、ψ＝４３．４度で、Ｈ／λ＝０．０３５に設定されている。一方、従来の弾性表面波装置のＳＴカット水晶板の詳細は、θ＝１３３度、ψ＝０度で、Ｈ／λ＝０．０３に設定されている。
【００３１】
このように設定された本実施の形態に係る弾性表面波装置の特性を図中、第１ライン２８により示し、従来の弾性表面波装置の特性を第２ライン３０により示す。第２ライン３０で示される従来装置の特性はηの値の増大に伴って反射係数の値が増大する傾向を示している。これに対し第１ライン２８で示される本実施形態に係る装置では、前記第２ライン３０に示されるような、ηの値の増大に伴って反射係数の値が増大するといった現象は確認されず、ηの値が０．３の近傍にあるときに反射係数の値が最大となり、ηがこの値よりも大きくても小さくても、反射係数の値は低下する特性となることが理解できる。
【００３２】
また図５は、本実施の形態に係る弾性表面波装置において、Ｈ／λの変動に対する反射係数の関係を示したものであり、同図（１）は、計算結果を示す表を示し、同図（２）は、同図（１）における計算結果より作成したグラフである。この図５（１）に示すデータからηの値は、各Ｈ／λ値における最大反射係数となるη値の平均から最適値が０．３２であることが求められる。さらに、高い共振周波数（高周波）を求められる弾性表面波装置においては電極がより微細化されるために、電極幅の製造バラツキの電極幅に対する相対的な誤差が大きくなる。現在の製造誤差は、例えば１ＧＨｚ程度の発振周波数帯でのピッチＰtは、音速を３，２５０ｍ／ｓｅｃとすると、約１．６２５μｍ程度であるが、このときの電極幅の製造ばらつきは±０．１６μｍ程度である。これをηに換算すると±０．１となる。
従って、面内回転ＳＴカット水晶版２のηが０．３２±０．１の範囲にある時、反射係数は最大値をとるものであることが見出された。
【００３３】
以上のことから、面内回転ＳＴカット水晶板１２を用いた弾性表面波装置１０においては、ＩＤＴ電極１４と反射器２０、あるいはどちらか一方の電極の幅およびピッチを、ηの値が０．３２±０．１の範囲内に収まるよう設定すれば、反射係数を向上させることができ、短絡電極２２の電極数の低減が図れ、弾性表面波装置１０の小型化等を図ることが可能になる。
【００３４】
図４においては、面内回転ＳＴカット水晶板１２を用いた弾性表面波装置１０において、反射係数が最も高くなるηの範囲が有ることを説明したが、前記ηの値だけでなく、Ｈ／λの値を変動させることによっても反射係数を向上させることが図５に示されている。
【００３５】
すなわち図５においては、本実施の形態に係る弾性表面波装置の面内回転ＳＴカット水晶板を、θ＝１２３度、ψ＝４３度に設定し、Ｈ／λの値を０．０２〜０．０８の間で７段階に区切り、各Ｈ／λの値に対する反射係数の値を示したものであるが、同図（２）に示すように、Ｈ／λの値が０．０６にあるときに反射係数の値が最大となり、Ｈ／λがこの値を外れた場合は、反射係数の値は低下することが判明する。
【００３６】
さらに図５から、ηが０．２、０．３、０．４における反射係数の最大値を与えるＨ／λの値を計算し、その平均値をとってみてもＨ／λ＝０．０６において、反射係数は最大値をとることが判明した。
また、図５（２）からＨ／λが０．０６±０．０１を超える範囲では、反射係数の低下が大きく、このことからもＨ／λ＝０．０６±０．０１が最適値であることが判る。
【００３７】
従来のＳＴカット水晶板を用いた弾性表面波装置では、Ｈ／λの値が増大するのに伴い、反射係数の値も増大していくことが確認されているが、同図（２）のグラフに示すように、面内回転ＳＴカット水晶板を用いた弾性表面波装置の反射特性は、従来のＳＴカット水晶板を単に面内回転させただけにもかかわらず、その特性が従来のＳＴカット水晶板と著しく異なっていることが発明者の検討によって判明したのである。
【００３８】
このように図５のグラフに示す結果から、面内回転ＳＴカット水晶板１２を用いた弾性表面波装置１０においては、ＩＤＴ電極１４と反射器２０、あるいはどちらか一方の電極の厚みをＨ／λの値が０．０６±０．０１の範囲内に収まるよう設定すれば、反射係数を向上させることができ、短絡電極２２等の電極数の低減が図れ、弾性表面波装置１０の小型化等を図ることが可能になる。
そして上述したＨ／λの最適範囲に加え、前述した最も反射係数が高くなるηの値（０．３２±０．１）に設計指針を一致させれば、一層反射係数を高めることができるのである。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、ＳＴカット水晶板をＺ’軸回りに面内回転させたオイラー角が（０、１１３〜１３５、±（４０〜４９））にある面内回転ＳＴカット水晶板とし、その主表面上に、Ｒａｙｌｅｉｇｈ波を励振するための少なくとも一対のＩＤＴ電極を配置し、前記ＩＤＴ電極のピッチＰtと前記ＩＤＴ電極の幅Ｌtの比率Ｌt／Ｐtが０．５未満としたり、あるいはＳＴカット水晶板をＺ’軸回りに面内回転させたオイラー角が（０、１１３〜１３５、±（４０〜４９））にある面内回転ＳＴカット水晶板とし、その主表面上に、Ｒａｙｌｅｉｇｈ波を励振するための少なくとも一対のＩＤＴ電極と、前記Ｒａｙｌｅｉｇｈ波を閉じこめるための少なくとも一本の反射器とを配置し、前記ＩＤＴ電極におけるピッチＰtと前記ＩＤＴ電極の幅Ｌtの比率Ｌt／Ｐtと、前記反射器におけるピッチＰrと前記反射器の幅Ｌrの比率Ｌr／Ｐrのうち、何れか一方または両方が０．５未満としたことから、弾性表面波装置にＺ’軸まわりに面内回転させたＳＴカット水晶板を用いた場合であってもＲａｙｌｅｉｇｈ波の反射係数を大きくすることができ、これにより温度変化に対する周波数の変動を一層低減させるとともに、装置自体の小型化などを達成することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本実施の形態に係る弾性表面波装置の正面図である。
【図２】 図１におけるＡＡ略断面図である。
【図３】 Ｚ’軸回りに面内回転させたＳＴカット水晶の説明図である。
【図４】 本実施の形態に係る弾性表面波装置と従来の弾性表面波装置との反射係数を比較したグラフである。
【図５】 本実施の形態に係る弾性表面波装置において、Ｈ／λの変動に対する反射係数の関係を示したものであり、同図（１）は、計算結果を示す表を示し、同図（２）は、同図（１）における計算結果より作成したグラフである。
【図６】 ＳＴカットＳＡＷ共振子の構造を示す略断面図である。
【図７】 ＳＴカットＳＡＷ共振子の短絡電極１本あたりの反射係数を示すグラフである。
【符号の説明】
１………ＳＴカットＳＡＷ共振子、２………ＳＴカット水晶板、３………ＩＤＴ電極、４………正極、５………負極、６………反射器、７………短絡電極、１０………弾性表面波装置、１２………Ｚ’軸まわりに面内回転させたＳＴカット水晶板、１４………ＩＤＴ電極、１６………正極側電極、１８………負極側電極、２０………反射器、２２………短絡電極、２４………水晶Ｚ板、２６………水晶板、２８………第１ライン、３０………第２ライン
【発明の属する技術分野】
本発明は、Ｚ’軸まわりに面内回転させたＳＴカット水晶板（以下、面内回転ＳＴカット水晶板と称することがある）を用い、温度変化に対する周波数の変動を一層低減させるようにした弾性表面波装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、水晶片に代表される圧電体平板の主表面にＩＤＴ（Interdigital Transducer）電極を設けるとともに、このＩＤＴ電極の両端に複数の反射器を設け、高周波を安定して発振させる弾性表面波装置（以下、ＳＡＷ共振子ということがある。）が知られている。
【０００３】
そして前述したＳＡＷ共振子の中でも、温度変化に対する周波数の変動を低減させる目的から圧電体平板にＳＴカット水晶板を用い、当該ＳＴカット水晶板のＸ軸方向を弾性波の伝搬方向とした、ＳＴカットＳＡＷ共振子が知られている。
【０００４】
図６は、ＳＴカットＳＡＷ共振子の構造を示す概略断面図である。
同図に示すように、ＳＴカットＳＡＷ共振子１は、ＳＴカット水晶板２を基板としており、基板主表面には、ＩＤＴ電極３が設けられている。そしてＩＤＴ電極３においては、くし歯状の正極４と負極５とが交互に配置されており、これら正極４と負極５との間に高周波電界を加えることで、水晶板の圧電効果により弾性表面波が励振されるようになっている。
【０００５】
また前記ＩＤＴ電極３の両側には、弾性表面波を反射させる目的から、複数の反射器６が設けられており、当該反射器６に形成された複数の短絡電極７によって、ＩＤＴ電極３から発せられた弾性表面波の反射を行うようにしている。なおＩＤＴ電極３における正極４と負極５、および反射器６における短絡電極７は、ＳＴカット水晶板２のＸ軸方向に沿って配列されるものであり、短絡電極７における弾性表面波の反射は、電極両縁部の位置で行われるようになっている。
【０００６】
このように構成されたＳＴカットＳＡＷ共振子１において、図６に示すようにＩＤＴ電極３における正極４と負極５の幅とピッチをＬt、Ｐtとし、反射器６における短絡電極７の幅とピッチをＬr、Ｐrと定義する。さらに正極４と負極５の膜厚をＨt、および短絡電極７の膜厚をＨrと定義する。
【０００７】
図７は、ＳＴカットＳＡＷ共振子の短絡電極１本あたりの反射係数を示すグラフである。
ＳＴカットＳＡＷ共振子１においては、弾性表面波の反射係数を大きくすることができれば、反射器６の数を削減し、共振子自体を小型にすることが可能になる。そして同図においては、横軸にＬt／Ｐt（＝Ｌr／Ｐr、以下ηと称す）の値を示し、縦軸に短絡電極１本あたりの反射係数を示しており、前述のＨt／２Ｐt（≒Ｈr／２Ｐr）の値によって反射係数がどの様に変動するかを示している。
【０００８】
反射係数を考える場合、Ｈt／２ＰtとＨr／２Ｐrは、ほぼ同じ値と見なすことができ、２Ｐt≒２Ｐrはλと定義される。このため本実施の形態においては、Ｈt／２ＰtとＨr／２Ｐrとを区別することなく、同一の値、すなわちＨ／λとして取り扱うものとする。
【０００９】
図７に示すように、ＳＴカットＳＡＷ共振子１は、ηの値が大きくなるにつれて反射係数も大きくなることが知られており、さらにＨ／λと反射係数の関係についても、ηの値と同様、Ｈ／λの値が大きくなるほど反射係数が大きくなることが知られている（特開平２−２６０９０８号公報）。
【００１０】
なおＳＴカットＳＡＷ共振子１では、正極４、負極５および短絡電極７の膜厚（Ｈ）は、目的とする温度特性を得る見地から、通常、Ｈ／λの値が０．０３程度となるように設定される。一方ηの値は、Ｐt＝２Ｌtの関係が成り立つよう０．５に設定される。
【００１１】
ところでＳＡＷ共振子においては、温度変化による周波数変動を一層低減させる目的から、Ｚ’軸まわりに面内回転させたＳＴカット水晶板から切り出した水晶振動板を用いる場合がある。しかしＺ’軸まわりに面内回転させたＳＴカット水晶板では、ηならびにＨ／λの値と反射係数の関係などの検証がされていなかった。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
Ｚ’軸まわりに面内回転させたＳＴカット水晶板は、発明者が検討したところ、従来のＳＴカット水晶板とは全く異なる特性を有しており、ηならびにＨ／λの値を大きくすることで反射係数を大きくするといった従来のＳＴカット水晶板の規則性が当てはまらないことが確認された。
このため、従来のＳＴカット水晶板の規則性をＺ’軸まわりに面内回転させたＳＴカット水晶板に適用させて、ηならびにＨ／λの値を大きくしても反射係数が十分に得られないという問題が発生する。
【００１３】
本発明は上記問題点に着目し、Ｚ’軸まわりに面内回転させたＳＴカット水晶板の特性を把握することで、反射係数を大きくすることのできる弾性表面波装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、Ｚ’軸まわりに面内回転させたＳＴカット水晶板の特性が、従来のＳＴカット水晶板の特性と異なるものであるという発明者の知見および種々の検討によって見いだされたものである。
【００１５】
すなわち本発明に係る弾性表面波装置は、ＳＴカット水晶板をＺ’軸回りに面内回転させたオイラー角が（０、１１３〜１３５、±（４０〜４９））にある面内回転ＳＴカット水晶板とし、その主表面上に、Ｒａｙｌｅｉｇｈ波を励振するための少なくとも一対のＩＤＴ電極を配置し、前記ＩＤＴ電極のピッチＰtと前記ＩＤＴ電極の幅Ｌtの比率Ｌt／Ｐtが０．５未満であるものである。そして前記Ｌt／Ｐtが０．３２±０．１であることが望ましく、さらに前記ＩＤＴ電極の厚みをＨtとし、Ｈt／２Ｐtが０．０６±０．０１であることが望ましい。
【００１６】
また本発明に係る他の弾性表面波装置は、ＳＴカット水晶板をＺ’軸回りに面内回転させたオイラー角が（０、１１３〜１３５、±（４０〜４９））にある面内回転ＳＴカット水晶板とし、その主表面上に、Ｒａｙｌｅｉｇｈ波を励振するための少なくとも一対のＩＤＴ電極と、前記Ｒａｙｌｅｉｇｈ波を閉じこめるための少なくとも一本の反射器とを配置し、前記ＩＤＴ電極におけるピッチＰtと前記ＩＤＴ電極の幅Ｌtの比率Ｌt／Ｐtと、前記反射器におけるピッチＰrと前記反射器の幅Ｌrの比率Ｌr／Ｐrのうち、何れか一方または両方が０．５未満であるものである。
【００１７】
なお前記Ｌt／Ｐtと、前記Ｌr／Ｐrの何れか一方または両方が０．３２±０．１であることが望ましく、さらに本発明に係る他の弾性表面波装置において前記ＩＤＴ電極の厚みをＨtとし、前記反射器の厚みをＨrとし、Ｈt／２Ｐtと、Ｈr／２Ｐrの何れか一方または両方が０．０６±０．０１であることが望ましい。
【００１８】
このようにＺ’軸まわりに面内回転させたＳＴカット水晶板を弾性表面波装置に適用すると、従来のＳＴカット水晶板を適用した弾性表面波装置と異なり、ＩＤＴ電極におけるＬt／Ｐtの値を小さくしていくと反射係数の数値が向上する。
【００１９】
具体的には、Ｌt／Ｐtの値は、従来のＳＴカット水晶板を適用した弾性表面波装置に一般的に適用されるＬt／Ｐtの値（０．５）より小さいことが望ましい。このようにＬt／Ｐtの値を０．５未満に設定すれば、面内回転ＳＴカット水晶板を適用した弾性表面化装置の反射係数の数値を向上させることが可能となり、装置自体の小型化等を達成することができる。
【００２０】
また上記作用に加え、ＩＤＴ電極に隣接するよう設けられる反射器のＬr／Ｐrの値も、Ｌt／Ｐtと同様、０．５未満に設定すれば、反射係数の数値を向上させることが可能となり、装置自体の小型化等をさらに促進させることができる。なおＬt／Ｐtの値、およびＬr／Ｐrの値を共に０．５未満に設定すれば反射係数の数値を一層向上させることができるが、Ｌt／Ｐtの値とＬr／Ｐrの値のいずれか一方を０．５未満に設定しても反射係数の数値の向上が図れることはいうまでもない。
【００２１】
さらに発明者の検討によってＬt／Ｐtと、Ｌr／Ｐrの何れか一方または両方を０．３２±０．１に設定したり、さらにＨt／２Ｐtと、Ｈr／２Ｐrの何れか一方または両方を０．０６±０．０１に設定したりすれば、より一層反射係数の数値が向上し、装置本体の小型化等を達成することができるのである。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係る弾性表面波装置に好適な具体的実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本実施の形態に係る弾性表面波装置の正面図であり、図２は、図１におけるＡＡ略断面図である。
【００２３】
これらの図に示すように、本実施の形態に係るＳＡＷ共振子となる弾性表面波装置１０は、Ｚ’軸まわりに面内回転させたＳＴカット水晶板１２（以下、面内回転ＳＴカット水晶板１２と称す）をベース基板として作製される。そして前記面内回転ＳＴカット水晶板１２における表面の中央部分には、ＩＤＴ電極１４が設けられている。当該ＩＤＴ電極１４は、くし歯状からなる一対の正極側電極１６と負極側電極１８とからなり、これら両電極におけるくし歯を交互かつ平行に配置することで前記ＩＤＴ電極１４を構成するようにしている。このように圧電材料からなる面内回転ＳＴカット水晶板１２の主表面に正極側電極１６と負極側電極１８を交互に配置し、これら両電極の間に高周波電界を加えることで、面内回転ＳＴカット水晶板１２の圧電効果により弾性表面波が励振されるようになっている。
【００２４】
また面内回転ＳＴカット水晶板１２の主表面における、ＩＤＴ電極１４の両側には、複数の反射器２０が設けられている。当該反射器２０は、一定の幅を有した複数の短絡電極２２を平行に配置した形態となっており、これら複数の短絡電極２２によってＩＤＴ電極１４にて発生した弾性表面波中のＲａｙｌｅｉｇｈ波の反射を行うようにしている。
【００２５】
ところでＩＤＴ電極１４における正極側電極１６と、負極側電極１８、ならびに反射器２０における短絡電極２２は、面内回転ＳＴカット水晶板１２におけるＸ’軸方向に沿って配列されるものであり、短絡電極２２によるＲａｙｌｅｉｇｈ波の反射は、電極の両縁部の位置で行われるようになっている。
【００２６】
なお面内回転ＳＴカット水晶板１２を用いた弾性表面波装置１０において、図２に示すようにＩＤＴ電極１４における正極側電極１６と負極側電極１８の幅と、ピッチをＬt、Ｐtとし、一方反射器２０における短絡電極２２の幅と、ピッチをＬr、Ｐrとし、さらに正極側電極１６と負極側電極１８の膜厚をＨt、および短絡電極２２の膜厚をＨrと定義する。
【００２７】
ここで弾性表面波装置１０に使用される面内回転ＳＴカット水晶板１２について説明する。図３は、Ｚ’軸回りに面内回転させたＳＴカット水晶の説明図である。
同図に示すように、水晶の結晶軸は、電気軸（Ｘ軸）、機械軸（Ｙ軸）、光軸（Ｚ軸）によって定義されるが、ＳＴカットといわれるものはオイラー角（φ、θ、ψ）が（０、０、０）の水晶Ｚ板２４を、電気軸（Ｘ軸）周りにθ＝１１３〜１３５度回転させて得られる水晶板２６の新しい座標軸（Ｘ，Ｙ’，Ｚ’）に沿って切り出されるものである。このＳＴカット水晶板２６のＺ’軸周りにさらにψ＝±（４０〜４９）度回転させ、弾性表面波の伝播方向がこのψにより定義されるＸ'軸の方向となるように作製された圧電基板がＺ’軸回りに面内回転させた面内回転ＳＴカット水晶板１２といわれるものである。この面内回転ＳＴカット水晶板１２は、温度変化に対する周波数変化が極めて小さいことが知られている。
【００２８】
そしてこのような面内回転ＳＴカット水晶板１２を用いた弾性表面波装置１０では、従来のＳＴカット水晶振動子を用いた弾性表面波装置とは、反射係数が異なることが発明者の検討によって見いだされた。
【００２９】
図４は、本実施の形態に係る弾性表面波装置と従来の弾性表面波装置との反射係数を比較したグラフである。同図においては、横軸にＬt／Ｐt（＝Ｌr／Ｐr、以下ηと称す）の値を示し、縦軸に短絡電極１本あたりの反射係数を示している。
【００３０】
なお本実施の形態に係る弾性表面波装置の面内回転ＳＴカット水晶板の詳細は、θ＝１３３度、ψ＝４３．４度で、Ｈ／λ＝０．０３５に設定されている。一方、従来の弾性表面波装置のＳＴカット水晶板の詳細は、θ＝１３３度、ψ＝０度で、Ｈ／λ＝０．０３に設定されている。
【００３１】
このように設定された本実施の形態に係る弾性表面波装置の特性を図中、第１ライン２８により示し、従来の弾性表面波装置の特性を第２ライン３０により示す。第２ライン３０で示される従来装置の特性はηの値の増大に伴って反射係数の値が増大する傾向を示している。これに対し第１ライン２８で示される本実施形態に係る装置では、前記第２ライン３０に示されるような、ηの値の増大に伴って反射係数の値が増大するといった現象は確認されず、ηの値が０．３の近傍にあるときに反射係数の値が最大となり、ηがこの値よりも大きくても小さくても、反射係数の値は低下する特性となることが理解できる。
【００３２】
また図５は、本実施の形態に係る弾性表面波装置において、Ｈ／λの変動に対する反射係数の関係を示したものであり、同図（１）は、計算結果を示す表を示し、同図（２）は、同図（１）における計算結果より作成したグラフである。この図５（１）に示すデータからηの値は、各Ｈ／λ値における最大反射係数となるη値の平均から最適値が０．３２であることが求められる。さらに、高い共振周波数（高周波）を求められる弾性表面波装置においては電極がより微細化されるために、電極幅の製造バラツキの電極幅に対する相対的な誤差が大きくなる。現在の製造誤差は、例えば１ＧＨｚ程度の発振周波数帯でのピッチＰtは、音速を３，２５０ｍ／ｓｅｃとすると、約１．６２５μｍ程度であるが、このときの電極幅の製造ばらつきは±０．１６μｍ程度である。これをηに換算すると±０．１となる。
従って、面内回転ＳＴカット水晶版２のηが０．３２±０．１の範囲にある時、反射係数は最大値をとるものであることが見出された。
【００３３】
以上のことから、面内回転ＳＴカット水晶板１２を用いた弾性表面波装置１０においては、ＩＤＴ電極１４と反射器２０、あるいはどちらか一方の電極の幅およびピッチを、ηの値が０．３２±０．１の範囲内に収まるよう設定すれば、反射係数を向上させることができ、短絡電極２２の電極数の低減が図れ、弾性表面波装置１０の小型化等を図ることが可能になる。
【００３４】
図４においては、面内回転ＳＴカット水晶板１２を用いた弾性表面波装置１０において、反射係数が最も高くなるηの範囲が有ることを説明したが、前記ηの値だけでなく、Ｈ／λの値を変動させることによっても反射係数を向上させることが図５に示されている。
【００３５】
すなわち図５においては、本実施の形態に係る弾性表面波装置の面内回転ＳＴカット水晶板を、θ＝１２３度、ψ＝４３度に設定し、Ｈ／λの値を０．０２〜０．０８の間で７段階に区切り、各Ｈ／λの値に対する反射係数の値を示したものであるが、同図（２）に示すように、Ｈ／λの値が０．０６にあるときに反射係数の値が最大となり、Ｈ／λがこの値を外れた場合は、反射係数の値は低下することが判明する。
【００３６】
さらに図５から、ηが０．２、０．３、０．４における反射係数の最大値を与えるＨ／λの値を計算し、その平均値をとってみてもＨ／λ＝０．０６において、反射係数は最大値をとることが判明した。
また、図５（２）からＨ／λが０．０６±０．０１を超える範囲では、反射係数の低下が大きく、このことからもＨ／λ＝０．０６±０．０１が最適値であることが判る。
【００３７】
従来のＳＴカット水晶板を用いた弾性表面波装置では、Ｈ／λの値が増大するのに伴い、反射係数の値も増大していくことが確認されているが、同図（２）のグラフに示すように、面内回転ＳＴカット水晶板を用いた弾性表面波装置の反射特性は、従来のＳＴカット水晶板を単に面内回転させただけにもかかわらず、その特性が従来のＳＴカット水晶板と著しく異なっていることが発明者の検討によって判明したのである。
【００３８】
このように図５のグラフに示す結果から、面内回転ＳＴカット水晶板１２を用いた弾性表面波装置１０においては、ＩＤＴ電極１４と反射器２０、あるいはどちらか一方の電極の厚みをＨ／λの値が０．０６±０．０１の範囲内に収まるよう設定すれば、反射係数を向上させることができ、短絡電極２２等の電極数の低減が図れ、弾性表面波装置１０の小型化等を図ることが可能になる。
そして上述したＨ／λの最適範囲に加え、前述した最も反射係数が高くなるηの値（０．３２±０．１）に設計指針を一致させれば、一層反射係数を高めることができるのである。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、ＳＴカット水晶板をＺ’軸回りに面内回転させたオイラー角が（０、１１３〜１３５、±（４０〜４９））にある面内回転ＳＴカット水晶板とし、その主表面上に、Ｒａｙｌｅｉｇｈ波を励振するための少なくとも一対のＩＤＴ電極を配置し、前記ＩＤＴ電極のピッチＰtと前記ＩＤＴ電極の幅Ｌtの比率Ｌt／Ｐtが０．５未満としたり、あるいはＳＴカット水晶板をＺ’軸回りに面内回転させたオイラー角が（０、１１３〜１３５、±（４０〜４９））にある面内回転ＳＴカット水晶板とし、その主表面上に、Ｒａｙｌｅｉｇｈ波を励振するための少なくとも一対のＩＤＴ電極と、前記Ｒａｙｌｅｉｇｈ波を閉じこめるための少なくとも一本の反射器とを配置し、前記ＩＤＴ電極におけるピッチＰtと前記ＩＤＴ電極の幅Ｌtの比率Ｌt／Ｐtと、前記反射器におけるピッチＰrと前記反射器の幅Ｌrの比率Ｌr／Ｐrのうち、何れか一方または両方が０．５未満としたことから、弾性表面波装置にＺ’軸まわりに面内回転させたＳＴカット水晶板を用いた場合であってもＲａｙｌｅｉｇｈ波の反射係数を大きくすることができ、これにより温度変化に対する周波数の変動を一層低減させるとともに、装置自体の小型化などを達成することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本実施の形態に係る弾性表面波装置の正面図である。
【図２】 図１におけるＡＡ略断面図である。
【図３】 Ｚ’軸回りに面内回転させたＳＴカット水晶の説明図である。
【図４】 本実施の形態に係る弾性表面波装置と従来の弾性表面波装置との反射係数を比較したグラフである。
【図５】 本実施の形態に係る弾性表面波装置において、Ｈ／λの変動に対する反射係数の関係を示したものであり、同図（１）は、計算結果を示す表を示し、同図（２）は、同図（１）における計算結果より作成したグラフである。
【図６】 ＳＴカットＳＡＷ共振子の構造を示す略断面図である。
【図７】 ＳＴカットＳＡＷ共振子の短絡電極１本あたりの反射係数を示すグラフである。
【符号の説明】
１………ＳＴカットＳＡＷ共振子、２………ＳＴカット水晶板、３………ＩＤＴ電極、４………正極、５………負極、６………反射器、７………短絡電極、１０………弾性表面波装置、１２………Ｚ’軸まわりに面内回転させたＳＴカット水晶板、１４………ＩＤＴ電極、１６………正極側電極、１８………負極側電極、２０………反射器、２２………短絡電極、２４………水晶Ｚ板、２６………水晶板、２８………第１ライン、３０………第２ライン
Claims (6)
- ＳＴカット水晶板をＺ’軸回りに面内回転させたオイラー角が（０、１１３〜１３５、±（４０〜４９））にある面内回転ＳＴカット水晶板とし、その主表面上に、Ｒａｙｌｅｉｇｈ波を励振するための少なくとも一対のＩＤＴ電極を配置し、前記ＩＤＴ電極のピッチＰtと前記ＩＤＴ電極の幅Ｌtの比率Ｌt／Ｐtが０．５未満であることを特徴とする弾性表面波装置。
- 前記Ｌt／Ｐtが０．３２±０．１であることを特徴とする請求項１に記載の弾性表面波装置。
- 前記ＩＤＴ電極の厚みをＨtとし、Ｈt／２Ｐtが０．０６±０．０１であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の弾性表面波装置。
- ＳＴカット水晶板をＺ’軸回りに面内回転させたオイラー角が（０、１１３〜１３５、±（４０〜４９））にある面内回転ＳＴカット水晶板とし、その主表面上に、Ｒａｙｌｅｉｇｈ波を励振するための少なくとも一対のＩＤＴ電極と、前記Ｒａｙｌｅｉｇｈ波を閉じこめるための少なくとも一本の反射器とを配置し、前記ＩＤＴ電極におけるピッチＰtと前記ＩＤＴ電極の幅Ｌtの比率Ｌt／Ｐtと、前記反射器におけるピッチＰrと前記反射器の幅Ｌrの比率Ｌr／Ｐrのうち、何れか一方または両方が０．５未満であることを特徴とする弾性表面波装置。
- 前記Ｌt／Ｐtと、前記Ｌr／Ｐrの何れか一方または両方が０．３２±０．１であることを特徴とする請求項４に記載の弾性表面波装置。
- 前記ＩＤＴ電極の厚みをＨtとし、前記反射器の厚みをＨrとし、Ｈt／２Ｐtと、Ｈr／２Ｐrの何れか一方または両方が０．０６±０．０１であることを特徴とする請求項４または請求項５に記載の弾性表面波装置。
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