(57)【要約】【課題】表面閉じ込め型のＳＨ波を利用するＳＡＷ共振子において、ドライブ特性の良好なＳＡＷ共振子を提供する。【解決手段】表面閉じ込め型のＳＨ波を利用するＳＡＷ共振子１において、水晶基板１０と、水晶基板１０表面に線状で周期的に連続するように形成された複数の溝部２３と、溝部２３に挟まれた水晶基板１０表面にＡｌ膜からなる交差指電極２１，２２が正極と負極とを交互に配置されるように形成された櫛歯電極２５と、を備え、溝部２３に挟まれた水晶基板１０表面の線幅Ｌｇに対して、交差指電極２１，２２の線幅Ｌｍが狭くなるように構成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面閉じ込め型のＳＨ波を利用するＳＡＷ共振子であって、
水晶基板と、
前記水晶基板表面に線状で周期的に連続するように形成された複数の溝部と、
前記溝部に挟まれた前記水晶基板表面にＡｌ膜からなる交差指電極が正極と負極とを交互に配置されるように形成された櫛歯電極と、を備え、
前記溝部に挟まれた前記水晶基板表面の線幅に対して、前記交差指電極の線幅が狭いことを特徴とするＳＡＷ共振子。
【請求項２】
請求項１に記載のＳＡＷ共振子において、
ＳＨ波の伝搬方向である前記櫛歯電極の両側に周期的に連続して形成された複数の反射溝部をさらに備え、前記複数の反射溝部が反射器として機能することを特徴とするＳＡＷ共振子。
【請求項３】
請求項１または２に記載のＳＡＷ共振子において、
オイラー角表示（φ，θ，ψ）で前記水晶基板の切断方位が、光軸であるＺ軸回りに反時計方向にφ＝０°±１°で、電気軸であるＸ軸回りに反時計方向にθ＝２９．２°〜４０．７°であり、
ＳＨ波の位相伝搬方位が新たに生成したＺ´軸回りに水晶基板平板内においてＸ軸を起点として反時計方向に面内回転してψ＝９０°±２°の方向であることを特徴とするＳＡＷ共振子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面閉じ込め型のＳＨ波を利用するＳＡＷ共振子に関し、特にドライブ特性を向上させるＳＡＷ共振子に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＳＡＷ（Surface  Acoustic  Wave）共振子などの弾性表面波デバイスにおいて、レイリー波よりも電気機械結合係数が大きく、かつ反射係数が大きいことから装置の小型化が図れるＳＨ波が注目されている。
例えば特許文献１に開示されたような、水晶基板にＡｌを主成分とするＩＤＴ電極を形成した、表面閉じ込め型のＳＨ波を利用する弾性表面波デバイスが知られている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−４１６９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般に弾性表面波デバイスにおいて、ドライブレベル（駆動電力）による周波数の変動を示す特性であるドライブ特性は、非線形現象であることが知られている。弾性表面波デバイスの中でも、周波数精度の要求されるＳＡＷ共振子においては、このドライブ特性の非線形係数（傾き）が小さいことが望まれる。
しかしながら、表面閉じ込め型のＳＨ波を利用するＳＡＷ共振子において、ドライブ特性の非線形係数が大きく、このＳＡＷ共振子を用いて発振器を構成した場合にドライブレベルにより周波数が大きく変動する問題がある。
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、表面閉じ込め型のＳＨ波を利用するＳＡＷ共振子において、ドライブ特性の良好なＳＡＷ共振子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明は表面閉じ込め型のＳＨ波を利用するＳＡＷ共振子であって、水晶基板と、前記水晶基板表面に線状で周期的に連続するように形成された複数の溝部と、前記溝部に挟まれた前記水晶基板表面にＡｌ膜からなる交差指電極が正極と負極とを交互に配置されるように形成された櫛歯電極と、を備え、前記溝部に挟まれた前記水晶基板表面の線幅に対して、前記交差指電極の線幅が狭いことを特徴とする。
【０００６】
この構成によれば、水晶基板にＡｌ膜からなる櫛歯電極を備え、表面閉じ込め型のＳＨ波を利用するＳＡＷ共振子において、溝部に挟まれた水晶基板表面の線幅に対して交差指電極の線幅を狭くしている。このことから、ＳＨ波の励振時におけるＡｌ膜の交差指電極の受けるすべり応力が小さくなり、Ａｌ膜内部の結晶に生ずるすべり欠陥の発生を緩和することができる。そして、Ａｌ膜内部の結晶に発生したすべり欠陥に起因するドライブ特性を改善し、ドライブ特性が向上した良好なＳＡＷ共振子を提供することができる。
【０００７】
本発明のＳＡＷ共振子は、ＳＨ波の伝搬方向である前記櫛歯電極の両側に周期的に連続して形成された複数の反射溝部をさらに備え、前記複数の反射溝部が反射器として機能することが望ましい。
【０００８】
この構成によれば、櫛歯電極の両側に複数の反射溝部がさらに周期的に連続して形成され、この複数の反射溝部が反射器として機能する。このように、ＳＡＷ共振子に反射器を備えていることで、反射器でＳＨ波を反射させ、効率よくＳＡＷ共振子の中央部に励振エネルギを閉じ込めることができる。
また、反射溝部は溝部と同じ工程で水晶基板に形成すればよく、効率よくＳＡＷ共振子を製造するこができる。
【０００９】
本発明のＳＡＷ共振子は、オイラー角表示（φ，θ，ψ）で前記水晶基板の切断方位が、光軸であるＺ軸回りに反時計方向にφ＝０°±１°で、電気軸であるＸ軸回りに反時計方向にθ＝２９．２°〜４０．７°であり、ＳＨ波の位相伝搬方位が新たに生成したＺ´軸回りに水晶基板平板内においてＸ軸を起点として反時計方向に面内回転してψ＝９０°±２°の方向であることが望ましい。
【００１０】
この構成によれば、ドライブ特性が向上し、かつ周波数温度特性の優れた表面閉じ込め型のＳＨ波を利用するＳＡＷ共振子を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の実施形態の説明に先立ち、発明者が本発明に至った経緯について説明する。
本発明のＳＡＷ共振子で利用する弾性表面波はＳＨ波であり、この弾性波は良く知られたＡＴカット水晶振動子に使用されているバルク振動モードである。
図３にＳＨ波の振動変位模式状態図を示す。ＳＨ波は、基板５０の表面に形成された正極側の交差指電極５１と負極側の交差指電極５２により励振される、基板５０の表面に平行な波である。ＳＨ波の励振により、交差指電極５１，５２には交互に矢印５５，５６方向の力が働き、交差指電極５１，５２にすべり応力を与えている。
【００１２】
ＳＡＷ共振子に関して、電極構造体であるＡｌ金属は比較的小さな応力により伸びおよびすべり欠陥が発生して内部状態が変化することから、従来から励振によってＡｌ膜の交差指電極に応力マイグレーションが発生することが知られている。発明者は交差指電極にかかる応力に着目して、この応力がドライブ特性に影響を与えていると考察した。そして、ＳＨ波の場合の交差指電極に発生する応力を解析した。
図４および図５は交差指電極の位置に対応する応力を示すグラフである。これらのグラフでは図３における交差指電極５１の線幅方向に沿ったＢ−Ｂ断面と対比できるように示し、応力は矢印５５，５６方向の力を示している。また、図５は図４に比べて交差指電極５１の線幅が狭い場合の解析結果を示している。なお、基板５０に水晶基板を用い交差指電極５１はＡｌ電極として解析した。
【００１３】
図４によれば、交差指電極５１の電極端部において応力が高いことがわかる。また、図５に示すように交差指電極５１の線幅を狭くした場合においても電極端部において応力が高い。しかし、交差指電極５１の線幅が狭くなると、電極端部の応力が小さくなることがわかる。
このように交差指電極の線幅を狭く形成することで、交差指電極にかかる応力を低減できることができる。
また、交差指電極の電極端部形状は実際には、図６に示すように水晶基板と交差指電極とのなす角がＣ部、Ｄ部のように鋭角となっており、この電極端部には上記の解析結果より大きな応力集中がおこっていると推測される。
以上の考察を踏まえて、発明者は交差指電極の線幅を小さくすることで交差指電極にかかる応力を減少させる構成について着想を得た。
次に、本発明を具体化した実施形態について図面に従って説明する。
（実施形態）
【００１４】
図１は本実施形態のＳＡＷ共振子の構成を示す構成図であり、図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ断線に沿う部分拡大断面図である。
ＳＡＷ共振子１は、水晶基板１０にＩＤＴ（Interdigital  Transducer)２０と、その両側に反射器３０を備えている。
水晶基板１０の切断方位とＳＨ波の位相伝搬方位をオイラー角表示（φ，θ，ψ）で表すと、次のように構成されている。
水晶基板の切断方位は、光軸であるＺ軸回りに反時計方向にφ＝０°±１°で、電気軸であるＸ軸回りに反時計方向にθ＝２９．２°〜４０．７°として切断された水晶基板を用いている。そして、ＳＨ波の位相伝搬方位は、新たに生成したＺ´軸回りに水晶基板平板内においてＸ軸を起点として反時計方向に面内回転してψ＝９０°±２°の方向となるように構成されている（図示せず）。
この水晶基板１０の切断方位とＳＨ波の位相伝搬方位は、表面閉じ込め型のＳＨ波を利用するＳＡＷ共振子において従来から知られた周波数温度特性に優れた方位である。
【００１５】
ＩＤＴ２０には、水晶基板１０の表面に線状に周期的に連続するように複数の溝部２３が形成され、この溝部２３に挟まれた水晶基板１０の表面にＡｌ膜からなる交差指電極２１，２２が形成されている。交差指電極２１，２２はそれぞれ正極と負極が交互に配置されるように形成され、櫛歯電極２５を構成している。
交差指電極２１，２２の線幅Ｌｍは、溝部２１に挟まれた水晶基板表面の線幅Ｌｇに対してＬｇ＞Ｌｍとなる関係になっている。なお、交差指電極２１，２２の線幅Ｌｍが小さくなるとＳＡＷ共振子のＣＩ値が大きくなることから、このＣＩ値を考慮してＬｍ／Ｌｇ＝２／３〜１／２の範囲にあることが好ましい。
【００１６】
また、交差指電極２１，２２の厚みＨｍと、溝部２３の深さＨｇの関係は、Ｈｍ／Ｈｇ＝１〜１／２となる関係に設定されている。
例えば３００ＭＨｚのＳＡＷ共振子の実現において、反射係数は従来と同様に５〜６％確保するとすれば、水晶基板１０の溝部２３の深さＨｇを０．２〜０．４μｍとして２〜４％の反射係数を得て、残りの反射係数分を交差指電極の厚みＨｍで確保すれば良い。
【００１７】
さらに、ＳＨ波の伝搬方向である櫛歯電極２５の両側には、周期的に連続するように複数の反射溝部３３が形成されている。
この反射溝部３３は通常の金属膜で形成された反射器と同様に、ＩＤＴ２０から伝搬するＳＨ波を反射する反射器として機能する。
なお、溝部２３および反射溝部３３は同じ工程で水晶基板１０をドライエッチングして形成されている。
【００１８】
次に、上記のような構成のＳＡＷ共振器におけるドライブ特性について説明する。
図２はＳＡＷ共振子のドライブ特性を示すグラフである。グラフでは縦軸に周波数の変化量ΔＦ、横軸にドライブレベルを表示している。そして、測定結果を一次近似したグラフである。
近似直線４０は従来のＳＡＷ共振子におけるドライブ特性を示している。従来のＳＡＷ共振子は水晶基板の表面にＡｌ膜で櫛歯電極を形成してＩＤＴとした構成である。このように、従来のＳＡＷ共振子はドライブ特性の非線形係数（傾き）が大きく、ドライブレベルの変化により周波数が大きく変化している。
【００１９】
近似直線４１，４２は、本実施形態のＳＡＷ共振子のドライブ特性を示し、近似直線４１は線幅の関係がＬｍ／Ｌｇ＝２／３の場合であり、近似直線４２は線幅の関係がＬｍ／Ｌｇ＝１／２の場合である。
このグラフから、両者ともにドライブ特性の非線形係数（傾き）が小さく、ドライブレベルが変化しても周波数の変化量は少ない。また、その傾向は交差指電極の線幅Ｌｍが小さいほど非線形係数が小さくなる。
【００２０】
以上、本実施形態のＳＡＷ共振子は、水晶基板１０にＡｌ膜からなる櫛歯電極２５を備え、溝部２３に挟まれた水晶基板表面の線幅Ｌｇに対して交差指電極２１，２２の線幅Ｌｍを狭くしている。このことから、ＳＨ波の励振時におけるＡｌ膜の交差指電極２１，２２の受けるすべり応力が小さくなり、Ａｌ膜内部の結晶に生ずるすべり欠陥の発生を緩和することができる。そして、Ａｌ膜内部の結晶に発生したすべり欠陥に起因するドライブ特性を改善し、ドライブ特性が向上した良好なＳＡＷ共振子１を提供することができる。
【００２１】
また、櫛歯電極２５の両側に複数の反射溝部３３がさらに周期的に連続して形成されている。このように、ＳＡＷ共振子１に反射器３０を備えていることで、反射器３０でＳＨ波を反射させ、効率よくＳＡＷ共振子１の中央部に励振エネルギを閉じ込めることができる。
また、反射溝部３３は溝部２３と同じ工程で形成すればよく、効率よくＳＡＷ共振子１を製造するこができる。
さらに、本実施形態のような水晶基板１０の切断方位とＳＨ波の位相伝搬方位を用いることで、ドライブ特性が向上し、かつ周波数温度特性の優れた表面閉じ込め型のＳＨ波を利用するＳＡＷ共振子１を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本実施形態のＳＡＷ共振子の構成を示す構成図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ断線に沿う部分拡大断面図。
【図２】本実施形態のＳＡＷ共振子におけるドライブ特性を示すグラフ。
【図３】ＳＨ波の振動変位模式状態図。
【図４】交差指電極の位置でかかる応力を示すグラフ。
【図５】交差指電極の位置でかかる応力を示すグラフ。
【図６】実際の交差指電極の電極形状を示す模式断面図。
【符号の説明】
【００２３】
１…ＳＡＷ共振子、１０…水晶基板、２０…ＩＤＴ、２１，２２…交差指電極、２３…溝部、２５…櫛歯電極、３０…反射器、３３…反射溝部、５０…基板、５１，５２…交差指電極、Ｌｍ…交差指電極の線幅、Ｌｇ…溝部に挟まれた水晶基板表面の線幅。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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