(57)【要約】      （修正有）【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。そこで、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提供する。【解決手段】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た一方向性分散型すだれ状電極、及び浮き電極分散型一方向性すだれ状電極を用いることにより、位相直線・低損失・角形の特性をもつフィルタ等の弾性表面波機能素子が得られる。【選択図】図３
2008283654.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、かつ電極の構造として、取り出し電極に接続されていない浮き電極をもつ構造の一方向性電極であり、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であり、かつ電極の構造として、取り出し電極に接続されていない浮き電極をもつ構造の一方向性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、或いは幅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。
【請求項２】
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３のすだれ状電極は、上記第４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構造であり、電極幅及び電極膜厚がアップ方向に方向性をもつ構造、或いは取り出し電極に接続されていない浮き電極をもつ構造の一方向性電極であり、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、或いは、上記の第３の電極及び第４の電極が、ダウン方向の分散型一方向性電極からなる機能素子。
【請求項３】
特許請求の範囲の請求項１、２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、図．１のように、電極幅、空隙及び浮き電極の幅がλ／１２を中心として、それぞれの値が±５０％からなる分散型のすだれ状変換器、或いは図２のように、電極幅、空隙及び浮き電極の幅がλ／８を中心として、それぞれのの値が±５０％からなる分散型のすだれ状変換器、或いは図３のように、電極幅、空隙及び浮き電極の幅がλ／６を中心として、それぞれの値が±５０％からなる分散型のすだれ状変換器、或いは図４のように、電極幅、空隙及び浮き電極の幅がλ／５を中心として、それぞれの値が±５０％からなる分散型のすだれ状変換器、或いは図５のように、正電極と電極幅及び負電極の幅がλ／５、空隙と浮き電極の電極幅が３λ／８、浮き電極の幅がλ／４を中心として、それぞれの値が±５０％からなる分散型のすだれ状変換器、或いは図６のように、電極幅、空隙及び浮き電極の幅がλ／４を中心として、それぞれの値が±５０％からなる分散型のすだれ状変換器であり、これらの電極を特許請求の範囲の第１、第２、第３、第４の電極として用いた弾性表面波機能素子。
【請求項４】
請求項１、請求項２、請求項３において、図４、図５、図６の構造の分散型一方向性変換器において、図７のように、すだれ状電極を２分割し、一方の浮き電極の中心位置が、他方の正電極の中心と一致するように２分割した構造、或いは浮き電極と浮き電極の中心と正電極の中心が一致するように２分割した構造の分散型一方向性すだれ状電極、或いは基本波動作では、軸方向に各電極の励振が逆位相となり、２倍高調波では同相となるように軸方向に分布させて配置した構造の一方向性すだれ状電極変換、及びこれらの電極を用いた弾性表面波機能素子。
【請求項５】
アップ方向の一方向性分散型すだれ状とダウン方向の一方向性分散型すだれ状電極とを用いた弾性表面波機能素子において、送受の分散型電極の膜厚が異なる構造からなる機能素子、或いはグーレティング薄膜の膜厚が異なる構造の機能素子、或いは一方向性分散型すだれ状電極の一方が広い帯域幅をもつ構造の弾性表面波機能素子。
【請求項６】
特許請求の範囲の請求項１、請求項２、請求項３、請求項４において、圧電性基板として、１２８°Ｙ−Ｘ  ＬｉＮｂＯ３、−１０°〜７０°Ｙ−Ｘ  ＬｉＮｂＯ３、Ｙ−Ｚ  ＬｉＮｂＯ３、２５°〜４５°Ｙ−Ｘ  ＬｉＴａＯ３、Ｘ−１１２°Ｙ  ＬｉＴａＯ３、回転Ｙ−Ｘ伝搬ＫＮｂＯ３、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、ＴｅＯ２薄膜及びＴｅｘＯｙ薄膜、ＳｉＯ２薄膜及びＳｉｘＯｙ薄膜、ＢＧＯ薄膜，ＢＧＳ薄膜、ＬｉＮｂＯ３薄膜、ＬｉＴａＯ３薄膜、Ｔａ２Ｏ５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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  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。
【背景技術】
【０００２】  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、Ｓｉｎ  Ｘ／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ＬｉＮｂＯ３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．Ｍｉｈｏｔａ  ａｎｄ  Ｓ．Ｋａｔｏ，“Ｕｎｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ  Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ  ａｎｄ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  ｔｏ  Ｈｉｇｈ  Ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ  Ｅｌａｓｔｉｃ  Ｃｏｎｖｏｌｖｅｒｓ”，１９９１  Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｓ  Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ  Ｐｒｏｃｃｅｄｉｎｇｓ，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】
【０００３】  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】
【０００４】  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た一方向性分散型すだれ状電極、及び浮き電極分散型一方向性すだれ状電極を用いることにより、位相直線・低損失・角形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】
【０００５】
【実施例１】実施例の１は、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、かつ電極の構造として、取り出し電極に接続されていない浮き電極をもつ構造の一方向性電極であり、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であり、かつ電極の構造として、取り出し電極に接続されていない浮き電極をもつ構造の一方向性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、或いは幅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２】実施例の２は、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３のすだれ状電極は、上記第４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構造であり、電極幅及び電極膜厚がアップ方向に方向性をもつ構造の値である構造、或いは取り出し電極に接続されていない浮き電極をもつ構造の一方向性電極であり、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、或いは、上記の第３の電極及び第４の電極が、ダウン方向の分散型一方向性電極からなる機能素子が、実施例の２である。
【実施例３】実施例の３は、特許請求の範囲の請求項１、２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、図．１のように、電極幅、空隙及び浮き電極の幅がλ／１２を中心として、それぞれの値が±５０％からなる分散型のすだれ状変換器、或いは図２のように、電極幅、空隙及び浮き電極の幅がλ／８を中心として、それぞれのの値が±５０％からなる分散型のすだれ状変換器、或いは図３のように、電極幅、空隙及び浮き電極の幅がλ／６を中心として、それぞれの値が±５０％からなる分散型のすだれ状変換器、或いは図４のように、電極幅、空隙及び浮き電極の幅がλ／５を中心として、それぞれの値が±５０％からなる分散型のすだれ状変換器、或いは図５のように、正電極と電極幅及び負電極の幅がλ／５、空隙と浮き電極の幅が３λ／８、浮き電極の幅がλ／４を中心として、それぞれの値が±５０％からなる分散型のすだれ状変換器、或いは図６のように、電極幅、空隙及び浮き電極の幅がλ／４を中心として、それぞれの値が±５０％からなる分散型のすだれ状変換器であり、これらの電極を特許請求の範囲の第１の電極、第２、第３の電極、第４の電極として用いた弾性表面波機能素子が、実施例の３である。
【実施例４】実施例の４は、請求項１、請求項２、請求項３において、図４、図５、図６の構造の分散型一方向性変換器において、図７のように、すだれ状電極を２分割し、一方の浮き電極の中心位置が、他方の正電極の中心と一致するように２分割した構造、或いは浮き電極と浮き電極の中心と正電極の中心が一致するように２分割した構造の分散型一方向性すだれ状電極、或いは基本波動作では、軸方向に各電極の励振が逆位相となり、２倍高調波では同相となるように軸方向に分布させて配置した構造の一方向性すだれ状電極変換、及びこれらの電極を用いた弾性表面波機能素子が実施例の４である。
【実施例５】実施例の５は、図８のように、アップ方向の一方向性分散型すだれ状とダウン方向の一方向性分散型すだれ状電極とを用いた弾性表面波機能素子において、送受の分散型電極の膜厚が異なる構造からなる機能素子、或いはグーレティング薄膜の膜厚が異なる構造の機能素子、或いは一方向性分散型すだれ状電極の一方が広い帯域幅をもつ構造の弾性表面波機能素子が、実施例の５である。
【実施例６】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−Ｘ  ＬｉＮｂＯ３、−１０°〜７０°Ｙ−Ｘ  ＬｉＮｂＯ３、Ｙ−Ｚ  ＬｉＮｂＯ３、２５°〜４５°Ｙ−Ｘ  ＬｉＴａＯ３、Ｘ−１１２°Ｙ  ＬｉＴａＯ３、回転Ｙ−Ｘ伝搬ＫＮｂＯ３、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、ＴｅＯ２薄膜及びＴｅｘＯｙ薄膜、ＳｉＯ２薄膜及びＳｉｘＯｙ薄膜、ＢＧＯ薄膜，ＢＧＳ薄膜、ＬｉＮｂＯ３薄膜、ＬｉＴａＯ３薄膜、Ｔａ２Ｏ５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】
【０００６】上記のフィルタの一例として、図８の構造のフィルターの計算結果を図９に示す。  電極としてＡｌの膜厚、Ｈ／λ＝０．０１とＨ／λ＝０．０４、反射グレーティング膜として、ＴｅＯ２薄膜、単結晶基板として、１２８°Ｙ−Ｘ  ＬｉＮｂＯ３を用いた、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１０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。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】λ／１２電極幅構造の浮き電極一方向性分散型すだれ状電極を用いたすだれ状電極の断面図（ａ）と平面図（ｂ）
【図２】λ／８電極幅構造の浮き電極一方向性分散型すだれ状電極を用いたすだれ状電極の断面図（ａ）と平面図
【図３】λ／６電極幅構造の浮き電極一方向性分散型すだれ状電極を用いたすだれ状電極の断面図（ａ）と平面図
【図４】λ／５電極幅構造の浮き電極一方向性分散型すだれ状電極を用いたすだれ状電極の断面図（ａ）と平面図
【図５】λ／５電極幅構造の電極とλ／４電極幅浮き電極からなる一方向性分散型すだれ状電極を用いたすだれ状電極の断面図（ａ）と平面図
【図６】λ／４電極幅構造の浮き電極一方向性分散型すだれ状電極を用いたすだれ状電極の断面図（ａ）と平面図
【図７】基本波を抑圧した構造の浮き電極一方向性すだれ状電極の構造の平面図
【図８】送受電極の電極膜厚が異なる構造の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９】図８の構造の非分散型構造のフィルタの計算結果
【図１０】図８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−圧電性基板、２−分散型すだれ状電極、３−正電極すだれ状電極、４−負電極すだれ状、５−浮き電極、６−分散型だれ状、７−６の電極と励振位置が異なる電極配置のすだれ状電極、８−受信すだれ、９−８と同相の受信すだれ電極、１０−送信すだれ状電極、１１−１０と異なる膜厚の受信すだれ状電極、１２−グレーティング薄膜、１３−１２と同じ、或いは異なる膜厚のグレーティング薄膜
【図１】
2008283654.tif 000003
【図２】
2008283654.tif 000004
【図３】
2008283654.tif 000005
【図４】
2008283654.tif 000006
【図５】
2008283654.tif 000007
【図６】
2008283654.tif 000008
【図７】
2008283654.tif 000009
【図８】
2008283654.tif 000010
【図９】
2008283654.tif 000011
【図１０】
2008283654.tif 000012