(57)【要約】【課題】    ＳＨ型弾性表面波デバイスに発生するＳＳＢＷを主振動から離れた周波数に相対的に移す手段を得る。【解決手段】    ＳＴカット水晶基板上に少なくともの１つのＩＤＴ電極を配置すると共に、前記ＩＤＴ電極を構成する電極指を覆うようにＳｉＯ２膜を付着して構成したＳＨ型弾性表面波デバイスであって、ＳＨ型弾性表面波デバイスの周波数ｆ１、基板上に励起されるＳＳＢＷの周波数をｆ２とし、周波数差ΔＦ＝（ｆ２−ｆ１）／ｆ１と定義したとき、所望の周波数差ΔＦを、ｈ＝（ΔＦ−ΔＦ０）／０．９１±０．２に基づいて、ＳｉＯ２膜厚ｈ決める。【選択図】      図１
2006140745.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
オイラー角（０°，１１０°〜１５０°，９０°±２°）の水晶基板上に少なくともの１つのＩＤＴ電極を配置すると共に、少なくとも前記ＩＤＴ電極を構成する電極指を覆うようにＳｉＯ２膜を付着して構成したＳＨ型弾性表面波デバイスであって、
前記基板上に励起されるＳＨ型弾性表面波の周波数をｆ１、ＳＳＢＷの周波数をｆ２とし、周波数差ΔＦ（％）を（ｆ２−ｆ１）／ｆ１とし、前記ＳｉＯ２膜の膜厚をｈと定義したとき、ｈ＝｛（ΔＦ−ΔＦ０）／０．９１｝±０．２（ただしΔＦ０はＳｉＯ２膜を付着しないときのΔＦ）を満足していることを特徴とするＳＨ型弾性表面波デバイス。
【請求項２】
オイラー角（０°，１１０°〜１５０°，９０°±２°）の水晶基板上に２つのＩＤＴ電極を配置すると共に、該ＩＤＴ電極の両側にグレーティング反射器を配設し、少なくとも前記ＩＤＴ電極を構成する電極指を覆うようにＳｉＯ２膜を付着して構成したＳＨ型縦結合二重モードＳＡＷフィルタであって、
ＳＨ型縦結合二重モードＳＡＷフィルタの中心周波数をｆ１、前記基板上に励起されるＳＳＢＷの周波数をｆ２とし、周波数差ΔＦ（％）を（ｆ２−ｆ１）／ｆ１とし、前記ＳｉＯ２膜の膜厚をｈと定義したとき、ｈ＝｛（ΔＦ−ΔＦ０）／０．９１｝±０．２（ただしΔＦ０はＳｉＯ２膜を付着しないときのΔＦ）を満足していることを特徴とするＳＨ型縦結合二重モードＳＡＷフィルタ。
【請求項３】
前記ＩＤＴ電極及びグレーティング反射器の電極材料をアルミニウムを主成分とした金属で構成したことを特徴とする請求項１に記載のＳＨ型弾性表面波デバイス。
【請求項４】
前記ＩＤＴ電極及びグレーティング反射器の電極材料をアルミニウムを主成分とした金属で構成したことを特徴とする請求項２に記載のＳＨ型縦結合二重モードＳＡＷフィルタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＳＨ型弾性表面波を利用した弾性表面波デバイスに関し、特にＳＴカット水晶基板上をＺ’軸方向に伝搬するＳＨ型弾性表面波を用いて構成した縦結合二重モードＳＡＷフィルタにおいて、通過域近傍の高域に発生するスプリアスを改善したフィルタに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、弾性表面波デバイスは通信分野で広く利用され、高性能、小型、量産性等の優れた特徴を有することから特に携帯電話機等に多く用いられている。
ＳＴカット水晶基板上をＸ軸方向に伝搬する弾性表面波（レイリー波）を用いて構成した狭帯域の共振器型フィルタが以前から使用されていた。図４は１次モードと２次モードとを用いた横結合型二重モードＳＡＷフィルタの構成を示す平面図であって、ＳＴカット水晶基板１１の主表面上に２つのＩＤＴ電極１２、１３をこれらが励起する弾性表面波の伝搬方向と直交する方向に近接配置すると共に、併置したＩＤＴ電極１２、１３の両側にグレーティング反射器（以下、反射器と称す）１４ａ、１４ｂを配設して、横結合二重モードＳＡＷフィルタを構成する。
【０００３】
ＩＤＴ電極１２、１３はそれぞれ互いに間挿し合う複数本の電極指を有する一対の櫛形電極により形成され、ＩＤＴ電極１２の一方の櫛形電極は入力端子ＩＮ１に接続すると共に、他方の櫛形電極は入力端子ＩＮ２に接続する。さらに、ＩＤＴ電極１３の一方の櫛形電極は出力端子ＯＵＴ１に接続すると共に、他方の櫛形電極はＯＵＴ２に接続して横結合二重モードＳＡＷフィルタを構成する。
【０００４】
ＩＤＴ電極１２、１３で励起された弾性表面波は反射器１４ａ、１４ｂの間で音響結合が生じ、その内ＩＤＴ電極パターンにより表面波の伝搬方向と直交する方向に、振動変位分布が対称な１次モード（共振周波数Ｆｒ１）と、反対称な２次モード（共振周波数Ｆｒ２）とが強勢に励振され、適当な終端を施すことにより横結合型二重モードＳＡＷフィルタとして動作し、その帯域幅は（Ｆｒ２−Ｆｒ１）に比例することがよく知られている。
【０００５】
しかし、ＳＴカット水晶基板に励起されるレイリー波を用いて構成したＳＡＷデバイスの電気機械結合係数は小さく、例えばＳＡＷフィルタを構成すると帯域幅が制限されるという問題と、反射係数が小さいため反射器の本数を多く必要とするという問題があった。この問題を解決するため、特開２００２−３３００５２号公報にはオイラー角(０°,１１０°〜１５０°，９０°±２°)のＳＴカット９０°Ｘ軸伝搬の水晶基板（回転角では２０〜６０°回転Ｙ板）を用いたＳＨ波型弾性表面波デバイスが開示されている。励振されるＳＨ波型弾性表面波の伝搬速度、電気機械結合係数ｋ２、電極指１本当りの反射率、周波数温度係数（ＴＣＦ）は、電極材料（金（Ａｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ））と規格化膜厚（Ｈ／λ）とに依存し、総合的にみて電極材料に金（Ａｕ）を用いた場合が望ましいとしている。金（Ａｕ）を用いた場合は伝搬速度も小さく、小型化が図られること、電気機械結合係数ｋ２も大きく、かつ電気抵抗が小さく、ロスが少ないあこと、反射係数がＡｌ電極によるＸ伝搬レイリー波の表面波に比べて３０倍以上になるため、反射器の本数が少なくできること、周波数温度係数（ＴＦＣ）がほぼ−６０〜＋６０ｐｐｍ／℃の特性が得られること等が記されている。
【０００６】
図５は上記公報に開示されている縦結合共振子フィルタの構成を示す平面図で、オイラー角(０°,１１０°〜１５０°，９０°±２°)、ＳＴカット９０°Ｘ軸伝搬の水晶基板（回転角では２０〜６０°回転Ｙ板）２１上にＳＨ波を励振する２つのＩＤＴ電極２２、２３を近接して配置し、これらの両側にＳＨ波を反射する２つの反射器２４ａ、２４ｂを配設して縦結合共振子フィルタ（縦結合二重モードＳＡＷフィルタ）を構成している。電極パターンには金を主とした電極材料を用い、その規格化膜厚（Ｈ／λ）を０．００９、ＩＤＴ電極２２、２３の対数をそれぞれ１０対、反射器２４ａ、２４ｂの本数をそれぞれ１０本とした例が記されている。
【０００７】
図６は、図５に示した電極パターンを用い、ＩＤＴ電極２２、２３の対数をそれぞれ７０対、反射器２４ａ、２４ｂの本数をそれぞれ３６０本、ライン占有率（ライン幅ＬとスペースＳ和に対するライン幅の比）を５０％、交差幅を１００λ（λは波長）、電極はアルミニウムを主成分とし、その規格化膜厚（Ｈ／λ）を２．２％に設定した場合のＳＨ波型縦結合二重モードＳＡＷフィルタのフィルタ特性である。図６に示すフィルタ特性から明らかなように、通過域近傍の高域側に大きなスプリアスが発生し、通過域近傍の減衰特性を劣化させている。
このスプリアスの原因は横波に起因するＳＳＢＷであり、該ＳＳＢＷは基板表面付近を直接伝達するバルク波であるため、基板表面の物理的な条件によってその伝搬速度は変化されない。つまり、ＩＤＴ電極の膜厚を厚くすると、ＳＨ型弾性表面波の伝搬速度は低下するが、ＳＳＢＷの伝搬速度は変化せず、フィルタを構成した場合、その中心周波数に対してＳＳＢＷの周波数は相対的に高周波側に移動するようにみえる。
【０００８】
特開平９−１０７２６８号公報に３６°ＹカットＸ伝搬ＬｉＴａＯ３基板上にラダー型弾性表面波フィルタを形成し、電極上の一部、あるいは電極全体に波長の０．５から４％のＳｉＯ２膜を付着することにより、通過域内に発生するスプリアスを減衰域に遠ざける手法が開示されている。
【特許文献１】特開平９−１０７２６８号公報
【特許文献２】特開２００２−３３００５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、電極を厚くすると例えば特開２００２−３３００５２号公報より明らかなように、ＳＨ波型弾性表面波の伝搬速度は低下し、ＳＳＢＷとの周波数間隔は広がるものの電気機械結合係数ｋ２が劣化するという問題が生ずる。また、圧電基板上に付着する電極の膜厚が厚くなると、ＩＤＴ電極等を形成する際にオーバーエッチング等で電極指を所定の通りに形成することが難しいという問題があり、特に２．５ＧＨｚ、５ＧＨｚというような高周波数において問題となえる。
特開平９−１０７２６８号公報にＩＤＴ電極上にＳｉＯ２膜を付着することにより、通過域内のスプリアスを減衰域に遠ざけた例が開示されているが、このスプリアスはインハーモニックオーバートンに起因するものであり、ＳＳＢＷとは波動のモードが本質的に異なる。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る弾性表面波デバイスの請求項１の発明は、オイラー角（０°，１１０°〜１５０°，９０°±２°）の水晶基板上に少なくともの１つのＩＤＴ電極を配置すると共に、少なくとも前記ＩＤＴ電極を構成する電極指を覆うようにＳｉＯ２膜を付着して構成したＳＨ型弾性表面波デバイスであって、 前記基板上に励起されるＳＨ型弾性表面波の周波数をｆ１、ＳＳＢＷの周波数をｆ２とし、周波数差ΔＦ（％）を（ｆ２−ｆ１）／ｆ１とし、前記ＳｉＯ２膜をｈと定義したとき、ｈ＝｛（ΔＦ−ΔＦ０）／０．９１｝±０．２（ただしΔＦ０はＳｉＯ２膜を付着しないときのΔＦ）を満足したＳＨ型弾性表面波デバイスを構成する。
請求項２の発明は、オイラー角（０°，１１０°〜１５０°，９０°±２°）の水晶基板上に２つのＩＤＴ電極を配置すると共に、該ＩＤＴ電極の両側にグレーティング反射器を配設し、少なくとも前記ＩＤＴ電極を構成する電極指を覆うようにＳｉＯ２膜を付着して構成したＳＨ型縦結合二重モードＳＡＷフィルタであって、ＳＨ型縦結合二重モードＳＡＷフィルタの中心周波数をｆ１、前記基板上に励起されるＳＳＢＷの周波数をｆ２とし、周波数差ΔＦ（％）を（ｆ２−ｆ１）／ｆ１とし、前記ＳｉＯ２膜をｈと定義したとき、ｈ＝｛（ΔＦ−ΔＦ０）／０．９１｝±０．２（ただしΔＦ０はＳｉＯ２膜を付着しないときのΔＦ）を満足したＳＨ型縦結合二重モードＳＡＷフィルタを構成する。
請求項３の発明は、前記ＩＤＴ電極及びグレーティング反射器の電極材料をアルミニウムを主成分とした金属で構成したことを特徴とする請求項１に記載のＳＨ型弾性表面波デバイスである。
請求項４の発明は、前記ＩＤＴ電極及びグレーティング反射器の電極材料をアルミニウムを主成分とした金属で構成したことを特徴とする請求項２に記載のＳＨ型縦結合二重モードＳＡＷフィルタである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の弾性表面波デバイスは、式ｈ＝｛（ΔＦ−ΔＦ０）／０．９１｝±０．２を満足するようにＳｉＯ２膜厚を設定するので、ＳＳＢＷに起因するスプリアスを通過帯域から遠ざけることができるという利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１は本発明に係るＳＨ型弾性表面波を用いた縦結合二重モードＳＡＷフィルタの実施の形態を示す平面図であって、オイラー角(０°,１２６°，９０°)のＳＴカット水晶基板１の主表面上にＳＨ型弾性表面波の伝搬方向（Ｚ’軸）に沿って２つのＩＤＴ電極２、３を近接配置すると共に、該ＩＤＴ電極２、３の両側に反射器４ａ、４ｂを配設して縦結合二重モードＳＡＷフィルタを形成する。ＩＤＴ電極２、３はそれぞれ互いに間挿し合う複数本の電極指を有する一対の櫛形電極により形成され、ＩＤＴ電極２の一方の櫛形電極は入力端子ＩＮに接続すると共に、他方の櫛形電極は接地する。さらに、ＩＤＴ電極３の一方の櫛形電極は出力端子ＯＵＴに接続すると共に、他方の櫛形電極は接地する。そして、該ＩＤＴ電極２、３及び反射器４ａ、４ｂの全面を覆うようにＳｉＯ２膜を付着して、ＳＨ波型縦結合二重モードＳＡＷフィルタを構成する。
【００１３】
図１に示す電極パターンを用い、ＩＤＴ電極２、３の対数をそれぞれ７０対、反射器４ａ、４ｂの本数をそれぞれ３６０本、ライン占有率（ライン幅ＬとスペースＳ和に対するライン幅の比）を５０％、交差幅を１００λ（λは波長）、電極にはアルミニウムを主成分とした合金を用い、その膜厚Ｈを２．２％λとし、該電極パターン上に膜厚ｈのＳｉＯ２膜を付着して、ＳＨ波型縦結合二重モードＳＡＷフィルタを構成した。ここで、電極材料にアルミニウムを用いたのは、膜厚Ｈに対する周波数の変化率が他の金属に比べて小さいこと、金等に比べて伝搬速度が大きく高周波のデバイスに適しているからである。
【００１４】
ここで、フィルタの中心周波数をｆ１、ＳＳＢＷの周波数をｆ２とし、その差（ｆ２−ｆ１）をｆ１で除したものを周波数差ΔＦ（％）と定義する。図２はＳｉＯ２膜の膜厚ｈを横軸に、ΔＦ（％）を縦軸にした場合の図で、図２から周波数差ΔＦ（％）は、ＳｉＯ２膜厚ｈ（％λ）に対し１次式で近似できることが分かる。
この例では、電極膜厚を２．２％λに設定したので、ＳｉＯ２膜を付着する前の周波数差ΔＦ（％）は約１．４％であるが、電極膜厚が異なる場合、あるいは電極材料が異なる場合の周波数差ΔＦ（％）はこの値とは異なる。そこで、ＳｉＯ２膜を付着する前の周波数差をΔＦ０（％）とし、所望の周波数差ΔＦ（％）を実現するためのＳｉＯ２膜厚をｈ（％λ）とすると、膜厚ｈ（％λ）は次式で表せる。
ｈ＝｛（ΔＦ−ΔＦ０）／０．９１｝±０．２                  （１）
ここで、式（１）の最後の項の±０．２は、ＳｉＯ２膜の膜質、ＩＤＴ電極の電極材料等によるバラツキを考慮した定数項である。
【００１５】
図３は、図１に示す電極パターンを用い、ＩＤＴ電極２、３の対数をそれぞれ７０対、反射器４ａ、４ｂの本数をそれぞれ３６０本、ライン占有率（ライン幅ＬとスペースＳ和に対するライン幅の比）を５０％、交差幅を１００λ（λは波長）、電極にはアルミニウムを主成分とした合金を用い、その膜厚Ｈを２．２％λとし、該電極パターン上に１．２５％λのＳｉＯ２膜を付着した場合のフィルタ特性である。ＳＳＢＷの周波数は、ＳｉＯ２膜がない場合にはフィルタの中心周波数より３５ＭＨｚ程度高域に存在するが、１．２５％λのＳｉＯ２膜を付着すると６０ＭＨｚ程度の高域に相対的に移動することが分かる。スプリアスが高域側に移動することにより、要求される規格を満たしたＳＨ波型縦結合二重モードＳＡＷフィルタが実現できる。
【００１６】
なお、上述したようにＩＤＴ電極の電極膜を厚くして、ＳＳＢＷの周波数をフィルタの中心周波数から相対的に遠ざける手法では電気機械結合係数ｋ２は小さくなる欠点があるが、ＳｉＯ２膜を付着したときの電気機械結合係数ｋ２をシミュレーションにより求めてみると、ＳｉＯ２膜の厚さが厚くなってもｋ２が大きくなることが確認できた。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係るＳＨ波型縦結合二重モードＳＡＷフィルの構成を示した概略平面図である。
【図２】ＳｉＯ２膜厚と周波数差ΔＦ（％）との関係を示す図である。
【図３】ＳＨ波型縦結合二重モードＳＡＷフィルタのフィルタ特性を示す図である。
【図４】横結合二重モードＳＡＷフィルタの構成を示す平面図である。
【図５】ＳＨ波型縦結合二重モードＳＡＷフィルタの構成を示す平面図である。
【図６】ＳＨ波型縦結合二重モードＳＡＷフィルタのフィルタ特性を示す図である。
【符号の説明】
【００１８】
１  圧電基板
２、３  ＩＤＴ電極  
４ａ、４ｂ  グレーティング反射器
５  ＳｉＯ２膜
【図１】
2006140745.tif 000003
【図２】
2006140745.tif 000004
【図３】
2006140745.tif 000005
【図４】
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【図５】
2006140745.tif 000007
【図６】
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