JP2008079267A

JP2008079267A - 分散型すだれ状電極変換器を用いた弾性波表面波機能素子

Info

Publication number: JP2008079267A
Application number: JP2006285505A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiko Yamanouchi; 和彦山之内; Yuukai Sato; 悠介佐藤
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-09-20
Filing date: 2006-09-20
Publication date: 2008-04-03

Abstract

【目的】本発明は、圧電性基板または或いは圧電性薄膜基板表面上に、弾性表面波を励振または受信するすだれ状電極を有する弾性表面波機能素子において、グレーティング薄膜を用いたダウン方向分散型すだれ状電極とアップ方向分散型すだれ状電極を用いた、距離重み付け弾性表面波フィルタに関するもので、広帯域・低損失・超角型で位相特性に優れた弾性表面波機能素子が得らることを目的としている。
【構成】図７のように、圧電性基板１の表面にダウン方向に一方向性をもつ分散型すだれ状電極弾性表面波とアップ方向に一方向性をもつ分散型すだれ状電極を対向させた、距離重み付け弾性表面波フィルタが本特許の構成図である。
【選択図】図７

Description

本発明は伝搬方向に周期の異なる分散型すだれ状電極一方向性変換器を用いた、低損失・広帯域・帯域内フラットな特性をもつ弾性表面波機能素子に関する。

従来の圧電基板上にすだれ状電極を設けた弾性表面波変換器では、伝搬方向に周期が一定の同周期構造のため、帯域幅が狭く、また帯域内フラットな特性とするためには、ＳｉｎＸ／Ｘ（Ｘは電極の位置）の関数などの幅方向重み付けが必要であり、逆位相電極が必要であり、低損失特性は得られない。一方、分散型遅延線や弾性表面波コンボルバーに用いられている、伝搬方向に周期の異なる分散型すだれ状電極変換器を用いた変換器では、広帯域特性と帯域内でフラットな特性をもつことが知られている。更に、この変換器は、Ｙカット・Ｘ伝搬のＬｉＮｂＯ_３基板では、電極の反射を用いて、ダウン方向に一方向性をもつことが、山之内らにより、文献（Ｋ．Ｙａｍａｎｏｕｃｈｉ，Ｊ．Ｏｇａｔａ，Ｎ．ＭｏｈｏｔａａｎｄＳ．Ｋａｔｏ，“ＵｎｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌＴｒａｎｓｄｕｃｅｒａｎｄＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｔｏＨｉｇｈＥｆｆｉｃｉｅｎｔＥｌａｓｔｉｃＣｏｎｖｏｌｖｅｒｓ”，１９９１ＵｌｔｒａｓｏｎｉｃｓＳｙｍｐｏｓｉｕｍＰｒｏｃｃｅｄｉｎｇｓ，Ｖｏｌ．１、ｐｐ．２５１−２５４）で発表されている。しかし、この構造の変換器では、一方向性特性がダウン方向のみであり、低損失フィルタは、分散型特性のみしか得られない。本特許は、これらの欠陥を取り除くために考案されたものである。

発明が解決しようとする課題

分散型すだれ状電極を用いたダウン方向に一方向性をもつ分散型フィルタでは、遅延時時間周波数特性が周波数に対して大きく変化するため、通信用には、一部でしか応用できない。本特許は、新たな構造のアップ方向及びダウン方向に一方向性をもつ分散型すだれ状電極を開発し、この電極を用いた弾性表面波機能素子を得ることを目的としている。

発明が解決するための手段

本特許は、分散型すだれ状電極を用いたダウン方向、及びアップ方向に一方向性特性をもつ変換器をグレーティング薄膜反射器と分散型すだれ状電極を組み合わせることにより得られることを解析と実験により、明らかにすると共に、これらの変換器を組み合わせた所望の特性をもつフィルタ、弾性表面波機能素子が得られることを示している。

実施例の１は、図１のように、圧電性基板または電歪性基板或いは圧電・電歪性薄膜基板表面上に、弾性表面波を励振または受信するすだれ状電極を有する弾性表面波機能素子において、上記第１のすだれ状電極は、上記第２の出力すだれ状電極に向かって徐々に電極幅及び周期が短くなる正負の電極を交互に配置したダウン方向分散型すだれ状電極であり、かつ第１のすだれ状電極がダウン方向に一方向性特性をもつ電極であり、上記第２のすだれ状電極は、上記第１の入力すだれ状電極に向かって徐々に電極幅及び周期が短くなる正負の電極を交互に配置したダウン方向分散型すだれ状電極であり、かつ第２のすだれ状電極がダウン方向に一方向性特性をもつ分散型の電極からなる弾性表面波機能素子、或いは上記の第１の電極、及び第２電極が電極の幅方向に重み付けされた構造の電極、或いは上記の第１の電極、及び第２電極との間で伝搬方向に距離重み付けを行った構造の電極からなる弾性表面波機能素子が、実施例の１である。

実施例の２は、図２のよに、圧電性基板または電歪性基板或いは圧電・電歪性薄膜基板表面上に、弾性表面波を励振または受信するすだれ状電極を有する弾性表面波機能素子において、上記第１のすだれ状電極は、上記第２の出力すだれ状電極に向かって徐々に電極幅及び周期が長くなる正負の電極を交互に配置したアップ方向分散型すだれ状電極であり、かつ第１のすだれ状電極がアップ方向に一方向性特性をもつ電極であり、上記第２のすだれ状電極は、上記第１の入力すだれ状電極に向かって徐々に電極幅及び周期が長くなる正負の電極を交互に配置したアップ方向分散型すだれ状電極であり、かつ第２のすだれ状電極がアップ方向に一方向性特性をもつ分散型の電極からなる弾性表面波機能素子、或いは上記の第１の電極、及び第２電極が電極の幅方向に重み付けされた構造の電極、或いは上記の第１の電極、及び第２電極との間で伝搬方向に距離重み付を行った構造の電極からなる弾性表面波機能素子が実施例の２である。

実施例の３は、図３おように、圧電性基板または電歪性基板或いは圧電・電歪性薄膜基板表面上に、弾性表面波を励振または受信するすだれ状電極を有する弾性表面波機能素子において、上記第１のすだれ状電極は、上記第２の出力すだれ状電極に向かって徐々に電極幅及び周期が短くなる正負の電極を交互に配置したダウン方向分散型すだれ状電極であり、かつ第１のすだれ状電極がダウン方向に一方向性特性をもつ電極であり、上記第２のすだれ状電極は、上記第１の入力すだれ状電極に向かって徐々に電極幅及び周期が長くなる正負の電極を交互に配置したアップ方向分散型すだれ状電極であり、かつ第２のすだれ状電極がアップ方向に一方向性特性をもつ電極からなる非分散型の弾性表面波機能素子、或いは上記の第１の電極、及び第２電極が電極の幅方向に重み付けされた構造の電極、或いは上記の第１の電極、及び第２電極との間で伝搬方向に距離重み付けを行った構造の電極からなる弾性表面波機能素子が、実施例の３である。

実施例の４は、特許請求の範囲の請求項１、２、３において、上記のダウン型及びアップ型分散型すだれ状電極の構造として、徐々に短くなる電極幅及び空隙、或いは徐々に長くなる電極幅及び空隙の正電極間の中心間距離をλ（弾性表面波の波長λに対応する）として、電極幅或いは空隙部の幅がλ／４を中心として、λ／８から３λ／８であり、電極上に反射グレーティング反射膜を付着させた構造、或いは空隙上にグレーティング反射膜を付着させた構造、或いはグレーティング反射膜を電極と空隙の両方に跨がるように付着させた構造の一方向性分散型すだれ状電極変換器からなる構造の弾性表面波機能素子が、実施例の４である。

実施例の５は、特許請求の範囲の請求項１、２、３、４において、ダウン型及びアップ型分散型すだれ状電極の構造として、電極上或いは電極間の空隙部にグレーティング反射膜を付着させることにより、電極の反射係数と空隙部の反射係数がほぼ零となるような基板を作製した後、電極上に反射グレーティング反射膜を付着させた構造、或いは空隙部上にグレーティング反射膜を付着させた構造、或いはグレーティング反射膜を電極と空隙の両方に跨がるように付着させた構造の一方向性分散型すだれ状電極変換器及び、これらの電極を請求項１、２、３のように用いた構造からなる弾性表面波機能素子、また、電極の反射係数とほぼ同じ反射係数をもつグレーティング反射膜を空隙間、或いは電極上に作製する方法として、図４のように、基板表面に電極の反射係数とほぼ同じ反射係数となる反射膜を一様に付着させた後、グレーティング反射膜を作製し、そのグレーティング反射膜の間の基板表面にすだれ状電極を作製した後、或いは図５のように、分散型すだれ状電極を作製した後、電極での反射係数とほぼ同じ薄膜を一様に作製した後、電極上に薄膜をもつ電極部と空隙部の反射係数が零となるようなグレーティング薄膜を作製した後、電極上或いは空隙部、或いは電極と空隙部上に跨がるようにグレーティング反射膜を作製した分散型すだれ状電極からなる弾性表面波機能素子、或いは図６のように、電極部と空隙部の反射係数がほぼ零となるような膜厚の分散型すだれ状電極を作製した後、電極上或いは空隙部、或いは電極と空隙部上に跨がるようにグレーティング反射膜を作製した分散型すだれ状電極からなる弾性表面波機能素子。また、上記の分散型電極として、アップ方向分散方一方向性電極の中心周波数をｆ_ｕ０，電極周期の最大周波数ｆ_ｍａｘ、最小周波数をｆ_ｍｉｎとして、規格化帯域幅をΔｆ_ｕ＝（ｆ_ｕｍａｘ−ｆ_ｕｍｉｎ）／ｆ_ｕ０，ダウン方向分散型電極の中心周波数をｆ_ｄ０，電極周期の最大周波数ｆ_ｄｍａｘ、最小周波数をｆ_ｄｍｉｎとして、規格化帯域幅をΔｆ_ｄ＝（ｆ_ｄｍａｘ−ｆ_ｄｍｉｎ）／ｆ_ｄ０，として、ｆ_ｕ０／ｆ_ｄ０＝１．０１から１．２の範囲、Δｆ_ｕ／Δｆ_ｄ＝１．０１から１．２０の範囲として構造の弾性表面波機能素子が、実施例の５であり、図７は、図６の電極に薄膜グレーティングを作製した距離重み付け一方向性分散型変換器を用いた非分散型フィルタの一例である。

実施例の６は、特許請求の範囲の請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５、において、圧電性基板として、１２８°Ｙ−ＸＬｉＮｂＯ_３、０°〜７０°Ｙ−ＸＬｉＮｂＯ_３、Ｙ−ＺＬｉＮｂＯ_３、２５°〜４５°Ｙ−ＸＬｉＮｂＯ_３、Ｘ−１１２°ＹＬｉＴａＯ_３、回転Ｙ−Ｘ伝搬ＫＮｂＯ_３、ランガサイト、リチュウムテトラボレート、水晶、ＢＧＯ，ＢＳＯ、ＺｎＯ／基板、ＡｌＮ／基板からなる弾性表面波基板、また、グレーティング反射膜として、ＴｅＯ_２薄膜及びＴｅ_ｘＯ_ｙ薄膜、ＳｉＯ_２薄膜及びＳｉ_ｘＯ_ｙ薄膜、ＢＧＯ薄膜，ＢＧＳ薄膜、ＬｉＮｂＯ_３薄膜、ＬｉＴａＯ_３薄膜、Ｔａ_２Ｏ_５薄膜、ＺｎＯ薄膜、ＡｌＮ薄膜からなる構造、また電極膜としてＡｌ薄膜、Ｃｕ薄膜、ＡｌとＣｕの合金からなる金属薄膜、Ａｕ，Ａｇ、Ｍｏ，Ｗ，及びこれらの合金からなる金属薄膜構造の弾性表面波機能素子が実施例の６である。

発明の効果

上記のフィルタの一例として、反射グレーティング膜として、ＴｅＯ_２薄膜、単結晶基板として、１２８°Ｙ−ＸＬｉＮｂＯ_３を用いた図７の構造で距離重み付けを行った遅延時間フラットな特性のフィルタの特性を図８示す。図のように、挿入損失がほとんど０ｄＢ，帯域幅１５％の間でほとんどフラットな特性が得られている。また、実験結果の一例を図８に示す。最適設計が得られていないため、挿入損失は、約３ｄＢとやや大きな値であるが、シャープなカットオフ特性をもつ角形フィルタが得られている。また、上記の分散型すだれ状電極変換器の方向性が逆方向の終端に分散型反射器を設けた構造の変換器も本特許に含まれる。
また、周期を伝搬方向に向かって短くする、或いは長くする関数として、直線ＦＭチャープ構造、周期を直線的に変化させて構造、中心周波数の位置を中心にＳｉｎＸ、ＣｏｓＸ関数を用いて変化する方法なども本特許に含まれる。

ダウン構造分散型すだれ状電極を用いたフィルタの断面図（ａ）と平面図（ｂ）アップ構造分散型すだれ状電極を用いたフィルタの断面図（ａ）と平面図（ｂ）アップ構造及びダウン構造すだれ状からなる非分散型フィルタの断面図（ａ）と平面図（ｂ）電極とグレーティング薄膜の反射係数がほぼゼ零からなる分散型すだれ状電極の平面図（ａ）と断面図（ｂ）グレーティング薄膜反射器をもつ一方向性分散型変換器を用いたフィルタの断面図（ａ）と平面図（ｂ）電極上のグレーティング薄膜による反射係数と空隙の反射係数が零となる基板の構造の断面図（ａ）と平面図（ｂ）図６の構造の基板にグレーティング薄膜を付着させた距離重み付け非分散型構造のフィルタの構造の断面図（ａ）と平面図（ｂ）図６の構造の非分散型構造のフィルタの計算結果図６の構造の非分散型構造のフィルタの実験結果

符号の説明

１−圧電体基板、２−正電極すだれ状電極、３−負電極すだれ状、４−正の取り出し電極、５−負の取り出し電極、６−ダウン型一方向性すだれ状電極、７−ダウン型一方向性すだれ状電極、８−一方向性の方向、９−一方向性の方向性、１０−伝搬路、１１−アップ型一方向性すだれ状電極、１２−アップ型一方向性すだれ状電極、１３−基板上のグレーティング薄膜、１４−電極上のグレーティング薄膜、１５−グレーティング薄膜上のグレーティング薄膜、１６−距離重み付けアップ型一方向性すだれ状電極、１７−距離重み付けダウン型一方向性すだれ状電極

Claims

圧電性基板または電歪性基板或いは圧電・電歪性薄膜基板表面上に、弾性表面波を励振または受信するすだれ状電極を有する弾性表面波機能素子において、上記第１のすだれ状電極は、上記第２の出力すだれ状電極に向かって徐々に電極幅及び周期が短くなる正負の電極を交互に配置したダウン方向分散型すだれ状電極であり、かつ第１のすだれ状電極がダウン方向に一方向性特性をもつ電極であり、上記第２のすだれ状電極は、上記第１の入力すだれ状電極に向かって徐々に電極幅及び周期が短くなる正負の電極を交互に配置したダウン方向分散型すだれ状電極であり、かつ第２のすだれ状電極がダウン方向に一方向性特性をもつ分散型の電極からなる弾性表面波機能素子、或いは上記の第１の電極、及び第２電極が電極の幅方向に重み付けされた構造の電極、或いは上記の第１の電極、及び第２電極との間で伝搬方向に距離重み付けを行った構造の電極からなる弾性表面波機能素子。
圧電性基板または電歪性基板或いは圧電・電歪性薄膜基板表面上に、弾性表面波を励振または受信するすだれ状電極を有する弾性表面波機能素子において、上記第１のすだれ状電極は、上記第２の出力すだれ状電極に向かって徐々に電極幅及び周期が長くなる正負の電極を交互に配置したアップ方向分散型すだれ状電極であり、かつ第１のすだれ状電極がアップ方向に一方向性特性をもつ電極であり、上記第２のすだれ状電極は、上記第１の入力すだれ状電極に向かって徐々に電極幅及び周期が長くなる正負の電極を交互に配置したアップ方向分散型すだれ状電極であり、かつ第２のすだれ状電極がアップ方向に一方向性特性をもつ分散型の電極からなる分散型の弾性表面波機能素子、或いは上記の第１の電極、及び第２電極が電極の幅方向に重み付けされた構造の電極、或いは上記の第１の電極、及び第２電極との間で伝搬方向に距離重み付けを行った構造の電極からなる弾性表面波機能素子。
圧電性基板または電歪性基板或いは圧電・電歪性薄膜基板表面上に、弾性表面波を励振または受信するすだれ状電極を有する弾性表面波機能素子において、上記第１のすだれ状電極は、上記第２の出力すだれ状電極に向かって徐々に電極幅及び周期が短くなる正負の電極を交互に配置したダウン方向分散型すだれ状電極であり、かつ第１のすだれ状電極がダウン方向に一方向性特性をもつ電極であり、上記第２のすだれ状電極は、上記第１の入力すだれ状電極に向かって徐々に電極幅及び周期が長くなる正負の電極を交互に配置したアップ方向分散型すだれ状電極であり、かつ第２のすだれ状電極がアップ方向に一方向性特性をもつ非分散型の弾性表面波機能素子、或いは上記の第１の電極、及び第２電極が電極の幅方向に重み付けされた構造の電極、或いは上記の第１の電極、及び第２電極との間で伝搬方向に距離重み付けを行った構造の電極からなる弾性表面波機能素子。
特許請求の範囲の請求項１、２、３において、上記のダウン型及びアップ型分散型すだれ状電極の構造として、徐々に短くなる電極幅及び空隙、或いは徐々に長くなる電極幅及び空隙の正電極間の中心間距離をλ（弾性表面波の波長λに対応する）として、電極幅或いは空隙部の幅がλ／４を中心として、λ／８から３λ／８であり、電極上に反射グレーティング反射膜を付着させた構造、或いは空隙上にグレーティング反射膜を付着させた構造、或いはグレーティング反射膜を電極と空隙の両方に跨がるように付着させた構造の一方向性分散型すだれ状電極変換器からなる構造の弾性表面波機能素子。
特許請求の範囲の請求項１、２、３、４において、ダウン型及びアップ型分散型すだれ状電極の構造として、電極上或いは電極間の空隙部にグレーティング反射膜を付着させることにより、電極の反射係数と空隙部の反射係数がほぼ零となるような基板を作製した後、電極上に反射グレーティング反射膜を付着させた構造、或いは空隙部上にグレーティング反射膜を付着させた構造、或いはグレーティング反射膜を電極と空隙の両方に跨がるように付着させた構造の一方向性分散型すだれ状電極変換器、及びこれらの電極を請求項１、２、３、４のように用いた構造からなる弾性表面波機能素子、また、電極の反射係数とほぼ同じ反射係数をもつグレーティング反射膜を空隙間或いは電極上に作製する方法として、基板表面にほぼ電極の反射係数とほぼ同じ反射係数となる反射膜を一様に付着させた後、グレーティング反射膜を作製し、そのグレーティング反射膜の間の基板表面に分散型すだれ状電極を作製した後、電極での反射係数とほぼ同じ薄膜を一様に作製した後、或いは電極上に薄膜をもつ電極部と空隙部の反射係数が零となるようなグレーティング薄膜を作製した後、電極上或いは空隙部、或いは電極と空隙部上に跨がるようにグレーティング反射膜を作製した分散型すだれ状電極からなる弾性表面波機能素子、或いは、電極部と空隙部の反射係数がほぼ零となるような膜厚の分散型すだれ状電極を作製した後、電極上或いは空隙部、或いは電極と空隙部上に跨がるようにグレーティング反射膜を作製した分散型すだれ状電極からなる弾性表面波機能素子、また、上記の分散型電極として、アップ方向分散方一方向性電極の中心周波数をｆ_ｕ０，電極周期の最大周波数ｆ_ｍａｘ、最小周波数をｆ_ｍｉｎとして、規格化帯域幅をΔｆ_ｕ＝（ｆ_ｕｍａｘ−ｆ_ｕｍｉｎ）／ｆ_ｕ０，ダウン方向分散型電極の中心周波数をｆ_ｄ０，電極周期の最大周波数ｆ_ｄｍａｘ、最小周波数をｆ_ｄｍｉｎとして、規格化帯域幅をΔｆ_ｄ＝（ｆ_ｄｍａｘ−ｆ_ｄｍｉｎ）／ｆ_ｄ０，として、ｆ_ｕ０／ｆ_ｄ０＝１．０１から１．２の範囲、Δｆ_ｕ／Δｆ_ｄ＝１．０１から１．２０の範囲として構造の弾性表面波機能素子、また、分散型すだれ状電極変換器の方向性が逆方向の終端に分散型反射器を設けた構造の変換器をもつ弾性表面波機能素子。
特許請求の範囲の請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５、において、圧電性基板として、１２８°Ｙ−ＸＬｉＮｂＯ_３、０°〜７０°Ｙ−ＸＬｉＮｂＯ_３、Ｙ−ＺＬｉＮｂＯ_３、２５°〜４５°Ｙ−ＸＬｉＮｂＯ_３、Ｘ−１１２°ＹＬｉＴａＯ_３、回転Ｙ−Ｘ伝搬ＫＮｂＯ_３、ランガサイト、リチュウムテトラボレート、水晶、ＢＧＯ，ＢＳＯ、ＺｎＯ／基板、ＡｌＮ／基板からなる弾性表面波基板、また、グレーティング反射膜として、ＴｅＯ_２薄膜及びＴｅ_ｘＯ_ｙ薄膜、ＳｉＯ_２薄膜及びＳｉ_ｘＯ_ｙ薄膜、ＢＧＯ薄膜，ＢＧＳ薄膜、ＬｉＮｂＯ_３薄膜、ＬｉＴａＯ_３薄膜、Ｔａ_２Ｏ_５薄膜、ＺｎＯ薄膜、ＡｌＮ薄膜からなる構造、また電極膜としてＡｌ薄膜、Ｃｕ薄膜、ＡｌとＣｕの合金からなる金属薄膜、Ａｕ，Ａｇ、Ｍｏ，Ｗ，及びこれらの合金からなる金属薄膜構造の弾性表面波機能素子。