(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電基板と、前記圧電基板表面に形成されたＡｕを主成分とする電極パターンとよりなる通過帯域が８００ＭＨｚ台〜ＧＨｚ帯域の弾性表面波装置に用いられる弾性表面波装置において、
前記電極パターンは共振器を構成し、前記圧電基板表面にＬＳＡＷを励起し、前記電極パターンは励起された前記ＬＳＡＷの波長の０．００４〜０．０２１の範囲の厚さを有し、
前記圧電基板は、ＬｉＴａＯ３単結晶を、Ｘ軸を中心に、Ｙ軸からＺ軸方向に３９°より大きく４６°以下の角度で回転させた方位を有するものであることを特徴とする弾性表面波装置。
【請求項２】
圧電基板と、前記圧電基板表面に形成されたＣｕを主成分とする電極パターンとよりなる通過帯域が８００ＭＨｚ台〜ＧＨｚ帯域の弾性表面波装置に用いられる弾性表面波装置において、
前記電極パターンは共振器を構成し、前記圧電基板表面にＬＳＡＷを励起し、前記電極パターンは励起された前記ＬＳＡＷの波長の０．００９〜０．０４５の範囲の厚さを有し、
前記圧電基板は、ＬｉＴａＯ３単結晶を、Ｘ軸を中心に、Ｙ軸からＺ軸方向に３９°より大きく４６°以下の角度で回転させた方位を有するものであることを特徴とする弾性表面波装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は一般に弾性表面波装置に関し、特にＧＨｚ  帯域を含む高周波帯域において優れた通過帯域特性を有する弾性表面波装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
弾性表面波装置は、携帯電話等の小型・軽量かつ非常に高い周波数帯域で動作する無線通信装置の高周波回路において、フィルタあるいは共振器として広く使われている。かかる弾性表面波装置は一般に圧電単結晶あるいは多結晶基板上に形成されるが、電気機械結合係数ｋ２  が大きく、従って表面波の励振効率が高く、また高周波帯域において表面波の伝搬損失が小さい基板材料として、特にＬｉＮｂＯ３  単結晶の６４°回転Ｙカット板において表面波の伝搬方向をＸ方向とした６４°Ｙ−Ｘ  ＬｉＮｂＯ３  基板（Ｋ．  Ｙａｍａｎｏｕｔｉ  ａｎｄ    Ｋ．  Ｓｈｉｂａｙａｍａ，  Ｊ．  Ａｐｐｌ．  Ｐｈｙｓ．  ｖｏｌ．４３，  ｎｏ．３，  Ｍａｒｃｈ  １９７２，  ｐｐ．８５６）あるいはＬｉＴａＯ３  単結晶の３６°回転Ｙカット板において表面波の伝搬方向をＸ方向として３６°Ｙ−Ｘ  ＬｉＴａＯ３  基板が広く使われている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、これらのカット角は、圧電結晶基板上に形成された電極の付加質量効果が無視できる場合に最適となるものであり、数百ＭＨｚ  以下の低周波帯域では励起される弾性表面波の波長が長いため有効であっても、最近の携帯電話等で必要とされているＧＨｚ  帯域近傍での動作においては、電極の厚さが励起される弾性波波長に対して無視できなくなり、必ずしも最適とはならない。このような高周波帯域での動作では、電極の付加質量の効果が顕著に現れる。
このような非常に短波長域の動作においては、圧電基板上の電極の厚さを増加させ、見かけ上の電気機械結合係数を増大させることにより、弾性表面波フィルタの通過帯域幅あるいは弾性表面波共振器の容量比γを小さくすることが可能であるが、このような構成では電極から基板内部に向かって放射されるバルク波が増大し、表面波の伝搬損失が増大してしまう問題が生じる。かかるバルク波をＳＳＢＷ（ｓｕｒｆａｃｅ  ｓｋｉｍｍｉｎｇ  ｂｕｌｋ  ｗａｖｅ）  と称し、またかかるＳＳＢＷを伴う表面波をＬＳＡＷ（Ｌｅａｋｙ  ｓｕｒｆａｃｅ  ａｃｏｕｓｔｉｃ  ｗａｖｅ）と称する。厚い電極膜を使った弾性表面波フィルタにおけるＬＳＡＷの伝搬損失については、３６°Ｙ−Ｘ  ＬｉＴａＯ３  および６４°Ｙ−Ｘ  ＬｉＮｂＯ３  基板について、  Ｐｌｅｓｓｋｙ他、あるいは  Ｅｄｍｏｎｓｏｎ  他により解析がなされている（Ｖ．  Ｓ．  Ｐｌｅｓｓｋｙ  ａｎｄ  Ｃ．  Ｓ．  Ｈａｒｔｍａｎｎ，  Ｐｒｏｃ．  １９９３  ＩＥＥＥ  Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｓ  Ｓｙｍｐ．，  ｐｐ．１２３９  −  １２４２；  Ｐ．  Ｊ．  Ｅｄｍｏｎｓｏｎ  ａｎｄ  Ｃ．  Ｋ．  Ｃａｍｐｂｅｌｌ，  Ｐｒｏｃ．  １９９４  ＩＥＥＥ  Ｕｌｔｒｏｓｏｎｉｃ  Ｓｙｍｐ．，  ｐｐ７５  −  ７９）。
【０００４】
ところで、このような従来の３６°Ｙ−Ｘ  ＬｉＴａＯ３  あるいは６４°Ｙ−Ｘ  ＬｉＮｂＯ３  等の、ＬＳＡＷを使う従来の弾性表面波フィルタでは、電極膜厚が薄い場合、表面波の音速値とバルク波の音速値とが接近し、その結果フィルタの通過帯域内にバルク波によるスプリアスピークが出現してしまう（Ｍ．  Ｕｅｄａ  ｅｔ  ａｌ．，  Ｐｒｏｃ．  １９９４  ＩＥＥＥ  Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ  Ｓｙｍｐ．，  ｐｐ．１４３  −  １４６）  。
【０００５】
図２０は、上記  Ｕｅｄａ  他の文献による表面波フィルタにおいて、フィルタ通過帯域近傍に出現したバルク波によるスプリアスピークＡ，Ｂを示す。フィルタは３６°Ｙ−Ｘ  ＬｉＴａＯ３  基板上に構成され、励振波長の３％に相当する０．４９μｍの厚さのＡｌ−Ｃｕ合金よりなる櫛形電極を形成されている。
【０００６】
図２０を参照するに、スプリアスピークＢは３３０ＭＨｚ  近傍に形成された通過帯域外に生じているが、スプリアスピークＡは通過帯域内に生じており、その結果通過帯域特性にリップルが生じているのがわかる。
【０００７】
弾性表面波フィルタでは、表面波の音速は電極の付加質量、すなわち膜厚に依存するのに対し、ＳＳＢＷの音速は電極の膜厚に依存しないため、ＧＨｚ  帯域のような高周波帯域での動作では、電極の膜厚が励振表面波波長に対して増加し、表面波の音速がバルク波に対して相対的に低下する。その結果、フィルタの通過帯域がスプリアスピークに対してシフトし、通過帯域特性が平坦化する。しかし、このように電極の膜厚が表面波波長に対して増大すると先にも説明したようにバルク放射によるＬＳＡＷの損失が増大してしまう。
【０００８】
また、特にＧＨｚ  帯のような非常に高周波帯域で動作する弾性表面波フィルタにおいては、櫛形電極の抵抗を減少させるためにも電極にある程度の膜厚を確保する必要があるが、そうなると先に説明した損失の増大および角形比の劣化の問題が避けられない。
【０００９】
そこで、本発明は、このような従来の問題点を解決した、新規で有用な弾性表面波装置を提供することを概括的目的とする。
【００１０】
本発明のより具体的な目的は、電極の膜厚に対して最適化されたカット角で切り出された圧電単結晶基板を有し、通過帯域を、バルク波に起因するスプリアスを回避して設定した弾性表面波装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記の課題を、
請求項１に記載したように、
圧電基板と、前記圧電基板表面に形成されたＡｕを主成分とする電極パターンとよりなる通過帯域が８００ＭＨｚ台〜ＧＨｚ帯域の弾性表面波装置に用いられる弾性表面波装置において、
前記電極パターンは共振器を形成し、前記圧電基板表面にＬＳＡＷを励起し、前記電極パターンは励起された前記ＬＳＡＷの波長の０．００４〜０．０２１の範囲の厚さを有し、
前記圧電基板は、ＬｉＴａＯ３単結晶を、Ｘ軸を中心に、Ｙ軸からＺ軸方向に３９°より大きく４６°以下の角度で回転させた方位を有するものであることを特徴とする弾性表面波装置により、または
請求項２に記載したように、
圧電基板と、前記圧電基板表面に形成されたＣｕを主成分とする電極パターンとよりなる通過帯域が８００ＭＨｚ台〜ＧＨｚ帯域の弾性表面波装置に用いられる弾性表面波装置において、
前記電極パターンは共振器を形成し、前記圧電基板表面にＬＳＡＷを励起し、前記電極パターンは励起された前記ＬＳＡＷの波長の０．００９〜０．０４５の範囲の厚さを有し、
前記圧電基板は、ＬｉＴａＯ３単結晶を、Ｘ軸を中心に、Ｙ軸からＺ軸方向に３９°より大きく４６°以下の角度で回転させた方位を有するものであることを特徴とする弾性表面波装置により、解決する。
【００１２】
以下、本発明の作用を、図１〜３を参照しながら説明する。
【００１３】
図１は、圧電結晶基板の切り出し角を説明する図である。
【００１４】
図１は、例えばＬｉＴａＯ３  のような、結晶軸Ｘ，Ｙ，Ｚを有する圧電単結晶を、結晶軸Ｘの回りでＹ軸からＺ軸方向に回転角θだけ傾けた角度で切り出した状態を示す。このような圧電結晶基板をθ回転Ｙ−Ｘ基板と称する。
【００１５】
図２はＬｉＴａＯ３  単結晶のθ回転Ｙ−Ｘ基板上に形成された共振器の挿入損失を、様々な切り出し角ないし回転角θについて示す。
【００１６】
先にも説明したように、従来よりＬｉＴａＯ３  基板上に弾性表面波装置を形成する場合、３６°Ｙ−Ｘ基板が、またＬｉＮｂＯ３  基板上に弾性表面波装置を形成する場合、６４°Ｙ−Ｘ基板が一般的に使われているが、これは基板表面上に形成される電極の付加質量効果が無視できる比較的長波長の表面波に対する伝搬損失が、これらの回転角で最小となることによる。例えば、中村他、信学技報，ＵＳ７７−４２参照。
【００１７】
図２中、黒丸で示した曲線は、ＬｉＴａＯ３  の３６°Ｙ−Ｘ基板表面に、膜厚がゼロの仮想的な電極を均一に形成した場合のＬＳＡＷの伝搬損失を計算したもので、回転角θが３６°の場合に伝搬損失が最小になることがわかる。ただし、この計算では、Ｋｏｖａｃｓ    他により報告された結晶の定数を使った（Ｇ．  Ｋｏｖａｃｓ  ，  ｅｔ  ａｌ．，  Ｐｒｏｃ．  １９９０  ＩＥＥＥ  Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ  Ｓｙｍｐ．  ｐｐ．４３５  −  ４３８）。
【００１８】
しかし、ＧＨｚ  帯域のような短波長領域では、先にも説明したように、電極の厚さが励起される表面波の波長に対して無視できなくなり、電極の付加質量の効果が顕著に現れる。本発明の発明者は、かかる付加質量の効果により、図２の伝搬損失特性が矢印の方向に変化し、図２に白丸で示したように、最小の伝搬損失を与える回転角θが高角度側にずれることを見出した。ただし、図２中、白丸で示した曲線は、圧電基板上に一様にＡｌ電極を形成した場合で、しかも電極の膜厚が励起表面波の波長の１０％の場合を示す。
【００１９】
さらに、図３に、ＬｉＴａＯ３  基板上にＡｌよりなるグレーティング電極を形成した場合の伝搬損失と回転角θの関係を示す。ただし、図３中、破線は電極膜厚ゼロの場合を、また実線は電極膜厚が励起表面波波長の１０％の場合を示す。明らかに、基板上に励起表面波の波長に対して有限な膜厚のグレーティングを形成した結果、伝搬損失が最小になる回転角が、高角度側にシフトしている。
【００２０】
すなわち、ＬｉＴａＯ３  単結晶基板の回転角θを従来の３６°よりも高角度に設定することにより、ＧＨｚ  帯域において表面波の減衰が少なく、Ｑが高い弾性表面波装置を形成することができる。また、このような高い周波数における電極の付加質量効果に伴い、図１８に示すフィルタの通過帯域の位置がスプリアスピークＡ，Ｂに対して低周波側にシフトするため、このような回転角の大きいＬｉＴａＯ３  基板上に形成した弾性表面波装置では、スプリアスピークＡ，Ｂをフィルタの通過帯域から外すことが可能である。先にも説明したように、スプリアスピークＡ，Ｂはバルク波に起因するものであり、電極の付加質量の影響を受けない。
【００２１】
また、本発明では、通過帯域特性の角形比も回転角θにより変化し、特にＧＨｚ  帯域では、従来使われている回転角θよりも高い角度で切り出されたＬｉＴａＯ３  基板が優れた通過帯域幅および角形比を与えることが見出された。
図４，５は、それぞれかかるＬｉＴａＯ３  基板上に形成した弾性表面波フィルタの周波数温度特性および最小挿入損失の温度特性を示す。ただし、弾性表面波フィルタは、後で説明する図７の構成のものを使い、様々な回転角θのＬｉＴａＯ３  基板上に、電極膜厚が励振される弾性表面波の波長の１０％になるように形成した。
【００２２】
図４よりわかるように、フィルタは、基板の回転角、すなわちカット角θが３６°Ｙ，４０°Ｙ，４２°Ｙおよび４４°Ｙのいずれの場合にも、略同一の温度特性を示す。中心周波数が様々に変化しているのは、基板中の音速の違いと、試料作製条件のばらつきに起因するものであると考えられる。
【００２３】
また、図５よりわかるように、ＬｉＴａＯ３  基板の回転角θを４０°Ｙ〜４４°Ｙの範囲に設定した場合、少なくとも通常の温度範囲、すなわち−３５°Ｃ〜８５°Ｃの範囲では、回転角θを従来の３６°Ｙに設定した場合よりも損失が減少する。特に、回転角θを４０°Ｙ〜４２°Ｙの範囲に設定した場合、最小挿入損失の変動幅も減少することがわかる。
【００２４】
また、図６はＬｉＮｂＯ３  単結晶のθ回転Ｙ−Ｘ基板上に形成された共振器の挿入損失を、様々な切り出し角ないし回転角θについて示す。
【００２５】
図６中、破線で示した曲線は、ＬｉＮｂＯ３  の６４°Ｙ−Ｘ基板表面に、膜厚がゼロの仮想的な電極を均一に形成した場合のＬＳＡＷの伝搬損失を計算したもので、回転角θが６４°の場合に伝搬損失が最小になることがわかる。ただし、この計算では、Ｗａｒｎｅｒ他により報告された結晶の定数を使った（Ｊ．  Ａｃｏｕｓｔ．  Ｓｏｃ．  Ａｍｅｒ．，  ４２，  １９６７，  ｐｐ．１２２３  −  １２３１））  。
【００２６】
しかし、ＧＨｚ  帯域のような短波長領域では、先にも説明したように、電極の厚さが励起される表面波の波長に対して無視できなくなり、電極の付加質量の効果が顕著に現れる。本発明の発明者は、かかる付加質量の効果により、図６の伝搬損失特性が矢印の方向に変化し、図２，３に実線で示したように、最小の伝搬損失を与える回転角θが高角度側にずれることを見出した。ただし、図２中、実線で示した曲線は、電極の膜厚が励起表面波の波長の３％の場合を示す。
【００２７】
すなわち、ＬｉＮｂＯ３  単結晶基板の回転角θを従来の６４°よりも高角度に設定することにより、ＧＨｚ  帯域において表面波の減衰が少なく、Ｑが高い弾性表面波装置を形成することができる。
【００２８】
ＬｉＴａＯ３  基板上に電極をＡｕで形成する場合には、電極の厚さは波長の０．４〜２．１％の範囲が、さらにＬｉＮｂＯ３  基板上にＡｕで電極を形成する場合には、電極の厚さは波長の０．５〜１．７％の範囲に設定するのが好ましい。また、ＬｉＴａＯ３  基板上にＣｕで電極を形成する場合には、波長の０．９〜４．５％の範囲に設定するのが、さらにＬｉＮｂＯ３  基板上にＣｕで電極を形成する場合には、波長の１．２〜３．６％の範囲に設定するのが好ましい。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を、好ましい実施例について詳細に説明する。
【００３０】
図７（Ａ）は、本発明の第１実施例によるラダー型弾性表面波フィルタの構成を示す平面図、図７（Ｂ）はその等価回路図である。
【００３１】
図７（Ａ）を参照するに、弾性表面波フィルタはＬｉＴａＯ３  またはＬｉＮｂＯ３  単結晶の回転Ｙ板上に形成され、入力側電極が入力端子ＩＮに接続された第１の櫛形電極Ｒ１  と、入力側電極が前記櫛形電極Ｒ１  の出力側電極に接続され、さらに出力側電極が出力端子ＯＵＴに接続された第２の櫛形電極Ｒ１  ’と、入力側電極を櫛形電極Ｒ１  の入力側電極に接続され、出力側電極を接地された第３の櫛形電極Ｒ２  と、入力側電極を櫛形電極Ｒ１  の出力側電極に接続され、出力側電極を接地された第４の櫛形電極Ｒ２  ’と、入力側電極を櫛形電極Ｒ１  ’の出力側電極に接続され、出力側電極を接地された第４の櫛形電極Ｒ２  ”とを含む。
【００３２】
各々の櫛形電極Ｒ１  ，Ｒ１  ’，Ｒ２  ，Ｒ２  ’，Ｒ２  ”において、入力側電極ｉは、通常の通り、Ｘ軸方向に伝搬する弾性表面波の経路と交差する第１の方向に互いに平行に延在する第１群の電極指を含み、また出力側電極ｏも、通常の通り、前記第１の方向とは反対の第２の方向に平行に延在する第２群の電極指を含み、第１群の電極指と第２群の電極指とは、交互に配設されている。さらに、各々の櫛形電極Ｒ１  ，Ｒ１  ’，Ｒ２  ，Ｒ２  ’，Ｒ２  ”には、Ｘ軸方向上の両側に、複数の平行な電極指を両端で短絡させた構成の反射器Ｒｅが形成されている。本実施例では、櫛形電極Ｒ１  ，Ｒ１  ’，Ｒ２  ，Ｒ２  ’，Ｒ２  ”はＡｌ−１％Ｃｕ合金より形成され、フィルタの通過帯域波長の１０％に相当する約０．４μｍの厚さに形成されている。
【００３３】
図７（Ｂ）は図６（Ａ）のフィルタの等価回路図を示す。
【００３４】
図７（Ｂ）を参照するに、櫛形電極Ｒ１  およびＲ１  ’は直列接続され、さらに櫛形電極Ｒ２  ，Ｒ２  ’およびＲ２  ”が並列接続されている。
【００３５】
図８は図７（Ａ），（Ｂ）の弾性表面波フィルタについて実験的に得られた最小挿入損失を、ＬｉＴａＯ３  単結晶基板１１の様々なカット角θについて示す。最小挿入損失は、表面波の伝搬損失とフィルタの整合損失の双方の効果を含むが、基板のカット角θは整合損失には実質的に寄与しない。
【００３６】
図８を参照するに、最小挿入損失は基板のカット角が増大するにつれて減少し、４２°近辺のカット角において最小となることがわかる。カット角が４２°を越えると最小挿入損失は再び増大する。従って、フィルタ挿入損失の観点からは、ＬｉＴａＯ３  基板１１のカット角を３８°から４６°の範囲に設定することにより、フィルタの最小挿入損失を１．６ｄＢ以内に抑えることができる。
【００３７】
本発明では、またＬｉＴａＯ３  単結晶基板のカット角は、弾性表面波フィルタの角形比にも影響することが見出された。
【００３８】
図９（Ａ）は角形比の定義を示す。
【００３９】
図９（Ａ）を参照するに、角形比は、通過帯域の最小挿入損失に対して１．５ｄＢの減衰を与える帯域幅ＢＷ２  と、２０ｄＢの減衰を与える帯域幅ＢＷ１  とを使い、ＢＷ１  ／ＢＷ２  により与えられる。角形比が大きい程フィルタはブロードになり、選択比が劣化すると同時に通過帯域は幅が減少する。すなわち、角形比は出来る限り１に近づくように弾性表面波フィルタを設計するのが望ましい。
【００４０】
図９（Ｂ）は、図７（Ａ），（Ｂ）の弾性表面波フィルタについて実験的に得られた角形比を、圧電基板１１のカット角θの関数として示す。
【００４１】
図９（Ｂ）よりわかるように、角形比はカット角θが増加するにつれて１に近づき、θ＝４２°のカット角で最小値１．４７に達する。一方、カット角が４２°を越えて増大すると角形比も増大し、フィルタの選択性が劣化する。本発明による弾性表面波フィルタでは、最小挿入損失が１．６ｄＢ以下、また角形比が１．５５以下であることが望ましく、従って図９（Ｂ）より、ＬｉＴａＯ３  基板のカット角θとしては、３９〜４６°の範囲、特に４０〜４４°の範囲が好ましいことがわかる。特に、カット角θを４２°に設定することにより、最小挿入損失を最小化でき、また角形比も最小化することができる。
【００４２】
図１０は、図７（Ａ），（Ｂ）弾性表面波フィルタについて実験的に得られた通過帯域特性を示す。図１０中、実線はＬｉＴａＯ３  の４２°Ｙ−Ｘ基板を基板１１として使った場合を、また一点破線は同じＬｉＴａＯ３  の３６°Ｙ−Ｘ基板を基板１１として使った場合を示す。
【００４３】
図１０を参照するに、通過帯域特性は８８０ＭＨｚ  に中心周波数を有し、約４０ＭＨｚ  の平坦な通過帯域で特徴づけられる。通過帯域外では減衰は急増するが、４２°Ｙ−Ｘ基板を使ったフィルタの方が、従来の３６°Ｙ−Ｘ基板を使ったものよりもより急峻な特  性、従ってより優れた角形比を示すことがわかる。また、図１０では、フィルタの通過帯域外にＳＳＢＷに起因するスプリアスピークＡ，Ｂが観測される。
【００４４】
図１１は、ＬｉＴａＯ３  のＹ回転Ｘ板基板表面に、弾性表面波の波長に対する厚さが７％の電極を形成した場合の電気機械結合係数ｋ２  を、様々なカット角θについて計算した結果を示す。計算には、Ｋｏｖａｃｓ    他（前出）により報告された結晶定数を使った。
【００４５】
図１１を参照するに、電気機械結合係数ｋ２  はカット角の増大と共に減少する傾向を示すことがわかる。電気機械結合係数ｋ２  は周知のように、圧電結晶中に圧電効果により蓄積されたエネルギの割合を示す量であり、この値が小さいと通過帯域幅が減少したり、通過帯域内にリップルが生じたりする問題が生じる。図１１より、カット角θはやはり４６°以下に設定するのが好ましいことがわかる。
【００４６】
図１２は、図７（Ａ），（Ｂ）のフィルタにおいて、様々なカット角で形成されたＬｉＴａＯ３  のＹ回転−Ｘ伝搬基板１１上に形成された櫛形電極の厚さを変化させた場合の伝搬損失を計算した結果を示す。図１２の計算においても、先の計算と同様に、Ｋｏｖａｃｓ    他の結晶定数を使った。
【００４７】
図１２よりわかるように、カット角が３８°以下の場合、損失は電極厚の増大とともに指数関数的に単調に増加するが、カット角が４０°を越えると損失が電極の厚さと共に減少を始め、特性曲線に極小点が現れるのがわかる。極小点を過ぎると損失は再び増大に転じる。特に、基板１１のカット角を、先に説明した好ましい角度である４０°から４６°の範囲に設定した場合、このような極小点は、波長に対する電極の厚さが３％以上のところに出現する。換言すると、本実施例のフィルタにおいて、電極を、波長で規格化した厚さが３％以上になるように形成するのが好ましい。一方、電極の厚さが過大になると、電極のエッチングによるパターニングが困難になったり、基板中の音速が電極の膜厚により敏感に変化するようになるため、電極は、厚さが波長に対して１５％以内になるように形成するのが好ましい。図１２より、ＡｌあるいはＡｌ−１％Ｃｕ合金を使った電極の場合、電極の厚さが波長の１５％を越えると、いずれのカット角においても伝搬損失が急増することがわかるが、これは電極からのバルク波の放射が優勢になることを示している。特にカット角が３９〜４６°の範囲では、電極の厚さは０．０７〜０．１５の範囲が、またカット角が４０から４４°の範囲では、電極の厚さは０．０５〜０．１０の範囲であるのが好ましい。
【００４８】
図１３は、図７（Ａ），（Ｂ）のフィルタにおいて、様々なカット角で形成されたＬｉＮｂＯ３  のＹ回転−Ｘ板を基板１１として使い、基板１１上に形成された櫛形電極の厚さを励起弾性表面波の波長に対して変化させた場合の伝搬損失を計算した結果を示す。ただし、図１３の計算では、先の  Ｗａｒｎｅｒ  他の結晶定数を使っている。
【００４９】
図１３よりわかるように、伝搬損失は、電極膜厚の増大とともにいったん極小値をとった後、指数関数的に増加するが、従来使われていた６４°以下の回転角では、波長に対する電極膜厚が３．５％以下のところで伝搬損失が極小になることがわかる。しかし、この場合、電極膜厚がさらに増大し、励起弾性表面波の波長の４％を超えると、伝搬損失は急激に増大してしまう。一方、基板のカット角を６６°以上に設定すると、伝搬損失は、電極膜厚が励起弾性表面波の４％以上、すなわち電極の付加質量効果が顕著になる条件下で極小になる。換言すると、波長で規格化した電極膜厚が４％以上になるような、電極膜厚が励起弾性表面波の波長に対して無視できない条件下では、ＬｉＮｂＯ３  基板のカット角を６６°以上に設定するのが望ましい。一方、電極の厚さが過大になると、電極のエッチングによるパターニングが困難になったり、基板中の音速が電極の膜厚により敏感に変化するようになるため、電極は、厚さが波長に対して１２％以内になるように形成するのが好ましい。これに伴い、ＬｉＮｂＯ３  基板のカット角は６６°から７４°の範囲に設定するのが好ましい。
【００５０】
以上の各実施例において、電極組成はＡｌ−１％Ｃｕとしたが、純粋なＡｌでも同様な関係が成立する。また、ＬｉＴａＯ３  基板上に電極を他の電極材料、例えばＡｕで形成する場合には、電極の厚さは波長の０．４〜２．１％の範囲が、さらにＬｉＮｂＯ３  基板上にＡｕで電極を形成する場合には、電極の厚さは波長の０．５〜１．７％の範囲に設定するのが好ましい。また、ＬｉＴａＯ３  基板上にＣｕで電極を形成する場合には、波長の０．９〜４．５％の範囲に設定するのが、さらにＬｉＮｂＯ３  基板上にＣｕで電極を形成する場合には、波長の１．２〜３．６％の範囲に設定するのが好ましい。
【００５１】
図１４（Ａ）は、図７（Ａ）の弾性表面波フィルタの一変形例を、また図１４（Ｂ）はその等価回路図を示す。ただし、図１４（Ａ），（Ｂ）中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【００５２】
図１４（Ａ）を参照するに、弾性表面波フィルタは先の図７（Ａ）の実施例と同様に、ＬｉＴａＯ３  またはＬｉＮｂＯ３  単結晶の回転Ｙ板上に形成され、入力側電極が入力端子ＩＮに接続された第１の櫛形電極Ｒ１  と、入力側電極が前記櫛形電極Ｒ１  の出力側電極に接続され、さらに出力側電極が出力端子ＯＵＴに接続された第２の櫛形電極Ｒ１  ’と、入力側電極を櫛形電極Ｒ１  の出力側電極に接続され、出力側電極を接地された第３の櫛形電極Ｒ２  ’と、入力側電極を櫛形電極Ｒ１  ’の出力側電極に接続され、出力側電極を接地された第４の櫛形電極Ｒ２  とを含む。
【００５３】
図１４（Ｂ）を参照するに、櫛形電極Ｒ１  およびＲ１  ’は直列接続され、さらに櫛形電極Ｒ２  およびＲ２  ’が並列接続されている。ただし、櫛形電極Ｒ１，Ｒ１  ’，Ｒ２  ，Ｒ２  ’はそれぞれ振動子を形成し、櫛形電極Ｒ１  ’はＲ１  の約１／２の容量を有する。一方、櫛形電極Ｒ２  ’は櫛形電極Ｒ２  の約２倍の容量を有する。
【００５４】
このような構成の弾性表面波フィルタでも、基板にＬｉＴａＯ３  を使った場合、回転角θを３８°以上４６°以下、より好ましくは４０°以上４６°以下、最も好ましくは約４２°に設定することにより、また基板にＬｉＮｂＯ３  を使った場合、回転角θを６６°以上７４°以下、より好ましくは約６８°に設定することにより、基板上の電極の付加質量効果が顕著になるような周波数帯域で使った場合にも伝搬損失を最小化することが可能になる。
【００５５】
ところで、本実施例は上記のラダー型弾性表面波フィルタに限定されるものではなく、他のタイプの弾性表面波フィルタ、共振器あるいは伝搬遅延線にも適用可能である。例えば、図１４（Ａ），（Ｂ）のフィルタを変形して図１５に示す格子型フィルタを形成することができる。
【００５６】
図１６は、本発明の第２実施例による弾性表面波フィルタ３０の構成を示す。図１６を参照するに、弾性表面波フィルタ３０は先に説明したカット角が３８〜４６°のＹ回転ＸＬｉＴａＯ３  板、またはカット角が６６〜７４°のＹ回転ＸＬｉＮｂＯ３  板よりなる基板上に形成され、ＬｉＴａＯ３  基板を使った場合、波長の３〜１５％の範囲の厚さを有する櫛形電極を形成されている。また、ＬｉＮｂＯ３  基板を使う場合には、櫛形電極の厚さは波長の４〜１２％の範囲とされる。本実施例においても、表面波としてＬＳＡＷが励起され、励起された表面波はＸ軸方向に伝搬する。
【００５７】
弾性表面波フィルタは３０は、一対の櫛形電極Ｒｉｎ，Ｒｏｕｔを隣接して配設した構成を有し、さらにその外側に一対の反射器Ｒｅを配設している。かかる構成においても、図７（Ａ），（Ｂ）の装置と同様に基板のカット角および電極の膜厚を最適化することにより、損失を最小化し、角形比が向上した広い通過帯域特性を有するフィルタが得られる。
【００５８】
図１７は、本発明の第３実施例による弾性表面波共振器４０の構成を示す。
【００５９】
図１７を参照するに、弾性表面波共振器４０は、先に説明したカット角が３８〜４６°のＹ回転ＸＬｉＴａＯ３  板、あるいはカット角が６６〜７４°のＹ回転ＸＬｉＮｂＯ３  板よりなる基板１１上に形成され、ＬｉＴａＯ３  基板を使った場合には、波長の３〜１５％の範囲の厚さを有する櫛形電極を形成されている。一方、ＬｉＮｂＯ３  基板を使った場合には、波長の４〜１２％の範囲の厚さを有する櫛形電極を形成される。本実施例においても、表面波としてＬＳＡＷが励起され、励起された表面波はＸ軸方向に伝搬する。
【００６０】
弾性表面波フィルタ４０は、櫛形電極Ｒｏｕｔ  、およびその両側に配設された櫛形電極Ｒｉｎとを有し、さらにその外側に一対の反射器Ｒｅを配設している。その際、櫛形電極Ｒｉｎは入力端子４１に接続され、一方櫛形電極Ｒｏｕｔ  は出力端子４２に接続される。
【００６１】
かかる構成により、図７（Ａ），（Ｂ）の装置と同様に基板のカット角および電極の膜厚を最適化することにより、損失が最小で、高いＱファクターを有する共振器が得られる。
【００６２】
図１８は、本発明の第４実施例による１ポート弾性表面波共振器５０の構成を示す。
【００６３】
図１８を参照するに、弾性表面波共振器５０は先に説明したカット角が３８〜４６°のＹ回転ＸＬｉＴａＯ３  板、あるいはカット角が６６〜７４°のＹ回転ＸＬｉＮｂＯ３  板よりなる基板１１上に形成され、ＬｉＴａＯ３  を基板に使った場合には、基板１１上には波長の３〜１５％の範囲の厚さを有する櫛形電極が形成されている。一方、ＬｉＮｂＯ３  基板を使った場合には、基板１１上には、波長の４〜１２％の範囲の厚さを有する櫛形電極が形成される。本実施例においても、表面波としてＬＳＡＷが励起され、励起された表面波はＸ軸方向に伝搬する。
【００６４】
弾性表面波共振器５０は、前記基板上に形成された単一の櫛形電極Ｒと、その両側に配設された一対の反射器Ｒｅとより構成され、前記櫛形電極Ｒを構成する一の側の電極は第１の端子５１に、また他の側の電極は第２の端子５２に接続される。
【００６５】
かかる構成により、図７（Ａ），（Ｂ）の装置と同様に基板のカット角および電極の膜厚を最適化することにより、損失が最小で、高いＱファクターを有する共振器が得られる。
【００６６】
図１９は、本発明の第５実施例による２ポート弾性表面波共振器６０の構成を示す。
【００６７】
図１９を参照するに、弾性表面波共振器６０は先に説明したカット角が３８〜４６°のＹ回転ＸＬｉＴａＯ３  板、あるいはカット角が６６〜７４°のＹ回転ＸＬｉＮｂＯ３  板よりなる基板１１上に形成され、ＬｉＴａＯ３  を基板に使った場合には、基板１１上には波長の３〜１５％の範囲の厚さを有する櫛形電極が形成されている。一方、ＬｉＮｂＯ３  基板を使った場合には、基板１１上には、波長の４〜１２％の範囲の厚さを有する櫛形電極が形成される。本実施例においても、表面波としてＬＳＡＷが励起され、励起された表面波はＸ軸方向に伝搬する。弾性表面波共振器６０は、それぞれ入力端子６１および出力端子６２に接続された一対の櫛形電極Ｒ１  ，Ｒ２  を有し、さらにその外側に一対の反射器Ｒｅを配設している。共振器６０は、櫛形電極Ｒ１  の第１の電極指群に接続された第１の端子６１と、櫛形電極Ｒ２  の第１の電極指群に接続された第２の端子６２との間に電圧を印加することにより駆動される。なお、櫛形電極Ｒ１  の第２の電極指群および櫛形電極Ｒ２  の第２の電極指群は接地される。
【００６８】
かかる構成により、図７（Ａ），（Ｂ）の装置と同様に基板のカット角および電極の膜厚を最適化することにより、損失が最小で、高いＱファクターを有する共振器が得られる。
【００６９】
さらに本発明の弾性表面波装置は、先に説明した弾性表面波フィルタおよび弾性表面波共振器に限定されるものではなく、同様な構成を有する弾性表面波遅延線あるいは導波路にも有用である。
【００７０】
【発明の効果】
請求項１，２記載の本発明の特徴によれば、前記ＬｉＮｂＯ３基板あるいはＬｉＮｂＯ３  基板のカット角を従来よりも高角度側に変化させ、さらに電極膜厚を励起されるＬＳＡＷの波長に対して最適化することにより、電極材料としてＡｕあるいはＣｕを使った場合にも、弾性表面波装置の損失を最小化し、帯域幅を向上させ、さらに角型比を向上させることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は圧電単結晶基板の切り出し角を説明する図である。
【図２】本発明の原理を説明する図である。
【図３】本発明の原理を説明する別の図である。
【図４】様々なカット角のＬｉＴａＯ３  基板について、形成された弾性表面波フィルタの温度依存性、特に中心周波数の温度依存性を示す図である。
【図５】様々なカット角のＬｉＴａＯ３  基板について、形成された弾性表面波フィルタの温度依存性、特に最小挿入損失の温度依存性を示す図である。
【図６】ＬｉＮｂＯ３  基板上に形成された弾性表面波フィルタの伝搬損失を、基板のカット角の関数として示す図である。
【図７】（Ａ），（Ｂ）は、それぞれ本発明の第１実施例による弾性表面波フィルタの構成を説明する図およびその等価回路図である。
【図８】図７の弾性表面波フィルタの最小挿入損失とフィルタを構成する圧電基板のカット角との関係を説明する図である。
【図９】（Ａ）はフィルタ通過帯域特性における角形比の定義を説明する図、（Ｂ）は角形比と基板カット角との関係を説明する図である。
【図１０】図７（Ａ），（Ｂ）に示したフィルタの通過帯域特性を説明する図である。
【図１１】図７（Ａ），（Ｂ）に示したフィルタにおける、ＬｉＴａＯ３  基板を使った場合の基板カット角と電気機械結合係数との間の関係を説明する図である。
【図１２】図７（Ａ），（Ｂ）に示したフィルタにおいて、ＬｉＴａＯ３  基板を使った場合の伝搬損失に対する電極膜厚の効果を、様々な基板カット角について示す図である。
【図１３】図７（Ａ），（Ｂ）に示したフィルタにおいて、ＬｉＮｂＯ３  基板を使った場合の伝搬損失に対する電極膜厚の効果を、様々な基板カット角について示す図である。
【図１４】（Ａ），（Ｂ）は、それぞれ本発明の第１実施例の一変形例による弾性表面波フィルタの構成を説明する図およびその等価回路図である。
【図１５】図１４の一変形例による弾性表面波フィルタの等価回路図である。
【図１６】本発明の第２実施例による弾性表面波フィルタの構成を示す図である。
【図１７】本発明の第３実施例による弾性表面波共振器の構成を示す図である。
【図１８】本発明第４実施例による１ポート弾性表面波共振器の構成を示す図である。
【図１９】本発明第５実施例による２ポート弾性表面波共振器の構成を示す図である。
【図２０】従来の弾性表面波装置の通過帯域特性の例を示す図である。
【符号の説明】
１０，３０，４０，５０，６０    弾性表面波素子
１１    圧電基板
３１，４１，５１，６１    入力端子
３２，４２，５２，６２    出力端子
Ｒ１  ，Ｒ１  ’，Ｒ２  ，Ｒ２  ’櫛形電極
Ｒｅ    反射器
【図１】
0003597483.tif 000002
【図２】
0003597483.tif 000003
【図３】
0003597483.tif 000004
【図４】
0003597483.tif 000005
【図５】
0003597483.tif 000006
【図６】
0003597483.tif 000007
【図７】
0003597483.tif 000008
【図８】
0003597483.tif 000009
【図９】
0003597483.tif 000010
【図１０】
0003597483.tif 000011
【図１１】
0003597483.tif 000012
【図１２】
0003597483.tif 000013
【図１３】
0003597483.tif 000014
【図１４】
0003597483.tif 000015
【図１５】
0003597483.tif 000016
【図１６】
0003597483.tif 000017
【図１７】
0003597483.tif 000018
【図１８】
0003597483.tif 000019
【図１９】
0003597483.tif 000020
【図２０】
0003597483.tif 000021