(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気音響変換器であって、
圧電基板と、
前記基板上に配置されたバスバーと、および、
前記変換器内を伝播する音波が速度プロファイルと音響活性領域とを有するように、前記バスバーに結合され、および前記基板上に配置された櫛型の電極指と、
を備え、ここにおいて、
前記速度プロファイルは、前記活性領域内に周期構造を有し、
前記周期構造は、複数の極小値と、前記極小値よりも大きい複数の極大値とを有し、
前記周期構造の両側に、前記速度プロファイルのエッジ構造が位置しており、前記エッジ構造内の速度は、前記周期構造の前記極大値よりも低く、および、
各エッジ構造は、前記速度プロファイルのギャップ構造に隣接し、および前記ギャップ構造と前記周期構造との間に配置され、前記ギャップ構造の速度は、前記周期構造の前記速度の極大値よりも大きい、電気音響変換器。
【請求項２】
前記エッジ構造は、単位セル当たり２本のストライプを備え、前記２本のストライプの各々は、前記周期構造のそれぞれの側に直接隣接して配置されている、請求項１に記載の変換器。
【請求項３】
前記エッジ構造の前記ストライプは、前記周期構造の周期的な長さの５０％よりも大きい長さを有する、請求項２に記載の変換器。
【請求項４】
前記エッジ構造の前記ストライプは、前記周期構造の周期的な長さの５０％よりも小さい長さを有する、請求項２に記載の変換器。
【請求項５】
前記ギャップ構造は、前記エッジ構造のそれぞれの側に直接隣接して配置されている２本のストライプを備え、および、
前記活性領域は、前記ギャップ構造の前記２本のストライプ同士の間に配置されている、請求項１に記載の変換器。
【請求項６】
前記ギャップ構造のストライプは、０．５λから１０λの、または２λから４λの長さを有する、請求項３に記載の変換器。
【請求項７】
前記ギャップ構造は、０．２から０．８の金属化率ηを有する、請求項３に記載の変換器。
【請求項８】
前記バスバーは、前記変換器の縦方向に配列され、および、
前記櫛型の電極指は、前記変換器の横方向と平行に配列される、
請求項１に記載の変換器。
【請求項９】
前記速度プロファイルは、以下から選択される１つ以上の測定値、すなわち、
指幅の増加による質量負荷の増加によって減少した速度、
指厚の増加による質量負荷の増加によって減少した速度、
前記電極指上に堆積された付加的な材料による質量負荷の増加によって減少した速度、
前記ギャップ構造に対応するギャップ領域内のダミーパッチによる質量負荷の増加による前記ギャップ構造内の減少した速度、
前記電極指上のストライプ内に堆積された材料による質量負荷の増加によって減少した速度、
指幅の減少による質量負荷の減少によって増加した速度、
指厚の減少による質量負荷の減少によって増加した速度、または、
前記電極指から除去された材料による質量負荷の減少によって増加した速度
を介して調節される、請求項１に記載の変換器。
【請求項１０】
前記圧電基板は、ＬｉＮｂＯ3を備える、請求項１に記載の変換器。
【請求項１１】
前記圧電基板は、ＬｉＴａＯ3を備える、請求項１に記載の変換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、音波モードのプロファイルが改善された電気音響変換器について述べる。
【背景技術】
【０００２】
電気音響変換器は、音波で働くＲＦフィルタに用いられ得る。一致したフィルタは、１つ以上の音響トラック内に１つ以上の電気音響共振器を含み得る。共振器は櫛型の電極指を有する変換器を含み、電極指の各々が変換器の２本のバスバーの一方に接続されている。変換器は、圧電効果を利用して電磁ＲＦ信号を音波に変換し、逆もまた同様である。
【０００３】
電気音響変換器の可能性のある実現例は、ＳＡＷ変換器（ＳＡＷ＝弾性表面波）またはＧＢＡＷ変換器（ＧＢＡＷ＝指向性バルク弾性波）である。
【０００４】
不要な波モードが共振器内で抑制されない場合、それぞれのＲＷフィルタの電気特性が劣化する。
【０００５】
欧州特許出願公開第１  ８７１  ００６  Ａ１号および欧州特許出願公開第１  ９６２  ４２４  Ａ１号から、ＳＡＷ変換器が知られている。開口幅の重み付けを用いて不要な横モードを抑制している。
【０００６】
米国特許第７，５７６，４７１  Ｂ１号、米国特許出願公開第２０１３／０５１５８８  Ａ１号および米国特許第７，５３８，６３７  Ｂ２号から、ピストンモードで動作して不要な横モードを抑制する変換器が知られている。
【０００７】
米国特許第７，９３９，９８７  Ｂ１号から、横モードを抑制する二次元反射器などのさらなる手段が知られている。
【０００８】
論文「ＳＡＷ共振器における電極上の反射中心の二次元周期アレイ（Two Dimensional Periodic Array of Reflection Centers on Electrodes in SAW Resonators）」（Jiman Yoon et al., Ultrasonic Symposium, 2012, IEEE, Oct 2012, p. 1798-1801）から、変換器において基本モードを成形するための手段が知られている。
【０００９】
しかし、ＳＨモード（ＳＨ＝せん断水平）などのスプリアスモードも、ＲＦフィルタの電気特性の劣化に繋がる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
したがって、目的は、それぞれのフィルタの電気特性の改善を可能にする電気音響変換器を提供することである。特に、目的は、横モードおよびＳＨモードの両方が十分に抑制される変換器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この目的のため、独立請求項に係る電気音響変換器が提供される。従属請求項は、発明の好ましい実施形態を提供する。
【００１２】
２つの変換器方式が提示される。圧電材料としてＬｉＮｂＯ3を有する変換器のための方式と、圧電材料としてＬｉＴａＯ3を有する変換器のための方式である。
【００１３】
圧電材料としてＬｉＮｂＯ3を有する電気音響変換器は、縦方向と、縦方向と直交する横方向とを含む。縦方向は、音波の主な伝播方向を規定する。横方向は、変換器の電極指の向きを主に規定する。
【００１４】
変換器はさらに、変換器および音響活性領域内を伝播する音波の横速度プロファイルを含む。音響活性領域は、反対極性の電極指のオーバーラップ領域、すなわち、変換器にＲＦ信号が印加されると縦方向に伝播している音波が励起される区域と主に定義される。
【００１５】
横速度プロファイルは、この活性領域内に周期構造を有する。周期構造は、複数の極小値と、極小値よりも大きい複数の極大値とを有する。さらに、周期構造の両側に、横速度プロファイルのエッジ構造が位置している。エッジ構造内の速度は、周期構造の極大値よりも低い。
【００１６】
周期構造は、最大速度を有する２つの最も外側の区間を有することも可能である。
すなわち、活性領域内の周期構造に隣接して配置される単位セル当たり、低速度の２本のストライプが存在する。ここで、単位セルは、音波長λの縦方向における長さを有する音響トラックの区分を指す。
【００１７】
圧電材料としてＬｉＴａＯ3を有する電気音響変換器は、縦方向と、縦方向と直交する横方向とを含む。縦方向は、音波の主な伝播方向を規定する。横方向は、変換器の電極指の向きを主に規定する。
【００１８】
変換器はさらに、変換器および音響活性領域内を伝播する音波の横速度プロファイルを含む。音響活性領域は、反対極性の電極指のオーバーラップ領域、すなわち、変換器にＲＦ信号が印加されると縦方向に伝播している音波が励起される区域と主に定義される。
【００１９】
横速度プロファイルは、この活性領域内に周期構造を有する。周期構造は、複数の極小値と、極小値よりも大きい複数の極大値とを有する。さらに、周期構造の両側に、横速度プロファイルのエッジ構造が位置している。エッジ構造内の速度は、周期構造の極小値よりも高い。
【００２０】
周期構造は、最小速度を有する２つの最も外側の区間を有することも可能である。
すなわち、活性領域内の周期構造に隣接して配置される各単位セル内に、高速度の２本のストライプが存在する。
【００２１】
特に圧電基板であるＬｉＴａＯ3を有する変換器では、ダミーフィンガーの存在が好まれ得る。
【００２２】
単位セル当たり２本のストライプは変換器の長さにわたって延在し、変換器当たり合計２本のストライプがもたらされ得る。
【００２３】
速度プロファイルは、Δｖ／ｖ導波路であり得る。すなわち、周期構造はΔｖ／ｖ導波路の一部であり得る。
【００２４】
周期構造およびエッジ構造は、縦方向に延在する選択された速度値のストライプの領域を確立する。
【００２５】
「周期構造」という文言は、横方向における速度プロファイルの形状を指す。したがって、周期構造において、速度プロファイルは、互いに隣接して配置されて横方向に延在する、高速度または低速度の同一区間を含む。
【００２６】
周期構造は、正弦波構造、鋸歯構造、方形波構造からなり得る。しかし、周期構造は、これらの構造の組合せで構成されてもよい。
【００２７】
周期構造は、周期的な長さにおける周期性を有することも可能であるが、最小および最大速度値の振幅は、たとえば放物線、正弦関数または余弦関数などのプロファイルに従う。
【００２８】
周期構造とエッジ構造との組合せは、不要な横モードだけでなくＳＨモードも効果的に抑制またはさらには除去される変換器の活性領域内の速度プロファイルを規定することがわかった。従来の手段は２つ以上の不要なモードの一方のみ、すなわち不要な横モードのみしか抑制できず、変換器の効率を低下させ得るため、これは驚くべきことである。
【００２９】
一実施形態では、エッジ構造は、周期構造のそれぞれの側に直接隣接して配置される、単位セル当たり２本のストライプを含む。したがって、エッジ構造は、間に他の区間を有さずに周期構造の両側に直接位置している。
【００３０】
原則として、エッジ構造の長さは周期構造の周期的な長さに限定されない。当該長さは、周期的な長さよりも大きくてもよいし、周期的な長さよりも小さくてもよい。しかし、一実施形態では、特に圧電材料としてＬｉＮｂＯ3を用いて動作する場合、エッジ構造は、周期構造の周期、すなわち周期的な長さの５０％よりも大きい長さｌを有する。
【００３１】
一実施形態では、特に圧電材料としてＬｉＴａＯ3を用いて動作する場合、エッジ構造は、周期構造の周期、すなわち周期的な長さの５０％よりも小さい長さｌを有する。
【００３２】
変換器自体に言及する場合の「長さ」という用語は、縦方向における伸びを意味する。変換器自体に言及する場合の「幅」という用語は、横方向における伸びを意味する。
【００３３】
電極指または速度プロファイルに言及する場合の「長さ」という用語は、横方向における伸びを意味する。電極指または速度プロファイルに言及する場合の「幅」という用語は、縦方向における伸びを意味する。
【００３４】
一実施形態では、変換器はさらに、エッジ構造の両側に位置する単位セル当たりにギャップ構造の１本のストライプを含む。音響活性領域内の単位セル当たりの電極指の数は、ギャップ領域内の電極指の数の２倍である。したがって、各単位セルにはギャップ構造の１本のストライプのみが存在する。ギャップ構造において、速度は周期構造の極大値よりも大きい。活性領域はギャップ構造の縦方向の区間同士の間に配置され、すなわち、ギャップ構造は活性領域の一部ではない。
【００３５】
ギャップ構造は、１つの極性の電極指の端部が、それぞれの他方の電極の要素、たとえばバスバー自体またはバスバーに接続されたダミーフィンガーに対向する、トランスデューサの圧電材料の区域に対応することも可能である。
【００３６】
一実施形態では、ギャップ構造のストライプは、０．５λから１０λの、または特に２λから４λの長さを有する。ここで、「長さ」という用語は、横方向に沿った伸びを指す。
【００３７】
ここで、λは、縦方向に伝播する不要な音波の波長を指す。波長λは、変換器のたとえば平均の周期的な長さの指構造の周期的な長さによって主に規定される。
【００３８】
ギャップ構造の両側に、速度が減少した構造が位置し得る。速度の減少は、付加的な金属層によって達成され得る指幅の増加または質量負荷に起因し得る。
【００３９】
一実施形態では、ギャップ構造は０．２から０．８の金属化率ηを有する。金属化率ηは以下のように規定される。
【００４０】
【数１】
0006629192.tif 000002
【００４１】
式中、ｗiは、縦方向に沿った長さλの距離内の電極指のｉ番目の電極指の幅を指す。従来の変換器では、活性領域においてｎは２に等しい。スプリットフィンガー変換器では、ｎは４に等しい場合がある。ギャップ構造に対応する音響トラックの領域には、１つの極性の電極指のみが存在し得る。したがって、ｎは１に等しい場合がある。
【００４２】
一実施形態では、変換器は、圧電基板と、基板上に配置されて縦方向と平行に配列された２本のバスバーと、櫛型の電極指とを含む。指は基板上に配置され、バスバーの一方に接続され、横方向と平行に配列される。
【００４３】
反対極性の指のオーバーラップが、活性領域を規定する。
基板上の電極指の存在によって、速度プロファイルを成形する便利な方法が確立される。指の質量によって、波伝播の指音響インピーダンスおよび電気抵抗率の詳細、特に波速度を操作することができる。たとえばバスバーおよび電極指の電極構造の材料を介して、基板のある場所における基板の質量負荷を増加させると、主に波速度の減少に繋がる。たとえば高いヤング率を有する材料を介して、音響トラックの剛性パラメータを増加させると、主に速度の増加に繋がる。
【００４４】
したがって、一実施形態では、横速度プロファイルは、以下から選択される１つ以上の測定値、すなわち、
・  指幅の増加による質量負荷の増加によって減少した速度、
・  指厚の増加による質量負荷の増加によって減少した速度、
・  電極指上に堆積された付加的な材料による質量負荷の増加によって減少した速度、
・  ギャップ領域内のダミーパッチによる質量負荷の増加によるギャップ領域内の減少した速度、
・  電極指上のストライプ内に堆積された材料による質量負荷の増加によって減少した速度、
・  指幅の減少による質量負荷の減少によって増加した速度、
・  指厚の減少による質量負荷の減少によって増加した速度、
・  電極指から除去された材料による質量負荷の減少によって増加した速度
を介して調節される。
【００４５】
低速度の領域内の金属化率ηは、０．３から０．８の範囲であり得る。０．４から０．７５の値が好まれ得る。
【００４６】
高速度の領域内の金属化率ηは、０．１５から０．７５の範囲であり得る。０．２から０．６の値が好まれ得る。
【００４７】
周期構造における周期的な長さは０．２から３λの範囲であり得、λは（縦方向における）音波長である。
【００４８】
周期的な長さによって分割される高速度の長さの間の比率は、０．２から０．８の範囲であり得る。０．４から０．６の比率が好まれ得る。
【００４９】
ＬｉＮｂＯ3基板については、以下が当てはまる。エッジ構造の区間の長さは、０．２λから３λの範囲であり得る。０．３λから２．５λの長さが好まれ得る。
【００５０】
ＬｉＴａＯ3基板については、以下が当てはまる。エッジ構造の区間の長さは、０．１λから１λの範囲であり得る。０．２λから０．７λの長さが好まれ得る。
【００５１】
横速度プロファイルはさらに、周期もしくは非周期または対称もしくは非対称の構造を含むことも可能である。しかし、音響トラック内の横速度プロファイルは上述の構造からなることも可能である。
【００５２】
上述のような変換器では、基本モードｎ＝１についての正規化したオーバーラップ積分＜Φ／Ψn＞は０．９５以上の範囲にあり得る。オーバーラップ積分は、（正規化した）励起関数Φと（正規化した）波モード形状Ψnとの一致を記述しており、異なるモードΨnは直交しているため、１直下の値はより高いモードが励起されることを防止する。
【００５３】
例示的かつ非限定的な実施形態および関連の図面に基づいて、変換器をより詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】横方向ｙに対する縦方向ｘの向きを示す図である。
【図２】横方向ｙに沿った横速度プロファイルｖを示す図である。
【図３】縦方向ｘおよび横方向ｙに対する変換器の向きを示す図である。
【図４】速度プロファイルと変換器の電極構造の物理的実現との可能性のある因果関係を示す図である。
【図５】従来の変換器のコンダクタンスと比較した、上述の変換器のコンダクタンスを示す図である。
【図６】そのコンダクタンスが図５に示される改善された変換器の速度プロファイルと基本モードのプロファイルとを示す図である。
【図７】変換器の実施形態の第２の対称波モードの速度プロファイルを、モードプロファイルおよびモードプロファイルの絶対値とともに示す図である。
【図８】第３の対称波モードの速度プロファイルならびにそれぞれのモードプロファイルおよびその絶対値を示す図である。
【図９】第４の対称波モードの速度プロファイルならびにそれぞれのモードプロファイルおよびその絶対値を示す図である。
【図１０】第５の対称波モードの速度プロファイルならびにモードプロファイルおよびそのそれぞれの絶対値を示す図である。
【図１１】従来の変換器のコンダクタンスと比較した、パッチを有する２Ｄ周期アレイを有する変換器の周波数依存コンダクタンスを示す図である。
【図１２】図１１に示される周波数特性を有する変換器の速度プロファイルおよび波モードおよびそのそれぞれの絶対値を示す図である。
【図１３】変換器の電極構造の実施形態を示す図である。
【図１４】ギャップ構造に対応する領域内の指幅が増加した電極構造の別の実施形態を示す図である。
【図１５】ギャップ構造に対応する領域内の指幅が減少した電極構造の実施形態を示す図である。
【図１６】ギャップ構造に対応する領域内に配置されたダミーフィンガーパッチを含む電極構造の実施形態を示す図である。
【図１７】ギャップ構造に対応する領域内に配置された誘電材料を含むストライプを示す図である。
【図１８】電極指およびバスバー上に配置された誘電材料上に配置された金属バーを含む電極構造の実施形態を示す図である。
【図１９】質量負荷を減少させるために活性領域内の材料が除去される変換器構造の実施形態を示す図である。
【図２０】質量負荷を増加させるために電極指の各側に個々の付加的な質量が配置された変換器構造の実施形態を示す図である。
【図２１】それぞれの速度プロファイルを得るために一部が除去される材料の電極構造を示す図である。
【図２２】局所的にエッチングされた電極構造上に付加的な材料が堆積された電極構造の実施形態を示す図である。
【図２３】凹部を有する電極指を示す図である。
【図２４】ギャップ構造と相互に関連する領域内の付加的な金属バーと、周期構造を確立する電極指の凹部とを有する電極構造を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００５５】
詳細な説明
図１は、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3）またはタンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ3）などの圧電材料を含み得る基板ＳＵを示す。ｘは縦方向を指す。ｙは横方向を指す。櫛型の変換器が、主な伝播方向がｘ方向と平行であるように配置される。したがって、基板ＳＵの結晶カットは、高い結合係数が得られるように選択される。
【００５６】
図２は、図１に示される基板ＳＵ内に伝播する音波の速度プロファイルＶＰを示す。速度プロファイルは、両側にエッジ構造ＥＳが位置する周期構造ＰＳを有し、周期構造ＰＳは横方向ｙにおいてエッジ構造ＥＳ同士の間に配置されている。周期構造ＰＳは、比較的高い速度ｖを有する区域と、比較的低い速度を有する区域とを含む。高速度および低速度の区域は、周期構造内の周期的な速度プロファイルが得られるように交互になっている。エッジ構造内の速度は、周期構造ＰＳ内の最大速度よりも低い。
【００５７】
エッジ構造内の速度は、周期構造内の最低速度に等しくてもよい。しかし、エッジ構造ＥＳ内の速度は、周期構造内の最低速度とは異なり得る。また、エッジ構造の長さは限定されない。しかし、エッジ構造ＥＳのそれぞれのストライプの長さは周期構造ＰＳの周期的な長さの半分よりも大きいことが好まれ得る。ここで、「長さ」という用語は、横方向におけるエッジ構造の伸びを指す。
【００５８】
図３は、縦方向ｘおよび横方向ｙに対する、バスバーＢＢおよび電極指ＥＦを含む変換器ＴＤの向きを示す。反対電極の電極指がオーバーラップする区域は音響活性領域ＡＡＲと称される。バスバーは、縦方向ｘと平行に向けられる。電極指ＥＦは、横方向ｙと平行に向けられる。
【００５９】
バスバーにＲＦ信号が印加されてバスバーが反対極性を有すると、圧電基板ＳＵ内に音波が励起される。
【００６０】
図４は、電極構造と速度プロファイルｖとの関係を示す。圧電材料の表面または界面における音波の速度は、界面における質量負荷に依存する。質量負荷が高いほど、および／または反射が高いほど、速度は減少する。しかし、圧電材料上に堆積される材料の弾性定数が高いほど、速度は増加する。したがって、横方向ｙに沿った速度プロファイルｖの形状は、圧電基板上に配置される材料の幾何学的構造に、たとえばバスバーＢＢおよび電極指ＥＦを含む電極構造に、直接依存し得る。速度プロファイルＶＰの周期構造を得るために、電極指ＥＦは対応する周期的な対称性を有する形状を有してもよい。速度プロファイルにおける最小を得るために、局所的な指幅は、速度が極大であるべき区間と比較して増加され得、一致した指幅はしたがって減少する。さらに、周期構造内の極大速度と比較して速度が減少したエッジ構造を得るために、指幅は、周期構造内の最高速度に対応する区域と比較して、エッジ構造に対応する区域内の方が大きくてもよい。
【００６１】
図５は、２つの変換器のコンダクタンス曲線を示す。従来の変換器の周波数依存コンダクタンスは「１」と示されており、改善された変換器のコンダクタンスは「２」と示されている。特に約９１０ＭＨｚの周波数において、従来の変換器はＳＨモードから得られるピークを提供する。改善された変換器における共振は効率的に抑制されている。
【００６２】
その周波数依存コンダクタンスが図５に示されている変換器は、図６に示される速度プロファイルを有する。速度プロファイルＶＰは、周期構造から得られる２つの構造、すなわちエッジ構造ＥＳ同士の間に周期構造を有する。図６に示される速度プロファイルＶＰでは、基本モードＦＭが形成されている。周期構造とエッジ構造ＥＳとの組合せによってＳＨモードを効率的に抑制することができ、かつ、横モードは全くまたはほとんど励起されない。
【００６３】
図７は、速度プロファイルおよび対応する対称波モードプロファイルをその絶対値とともに示す。見られるように、周期構造において、正の変位を有するモードプロファイルの振幅は、負の変位を有するモードプロファイルの振幅に主に等しい。したがって、正および負の変位の区域、すなわちモードプロファイルの積分の値が主に消滅し、第２の対称モードの励起強度が最小化される。
【００６４】
図８は、図７に示される状況と同様に、図７に既に示したモードプロファイルおよび速度プロファイルの絶対値を示す。ここでも、正および負の変位の振幅は主に等しい。したがって、第３の対称モードプロファイルの励起強度が最小化される。
【００６５】
図９は、第４の対称波モードのモードプロファイルを示す。ここでも、正および負の変位の振幅は主に等しい。したがって、第４の対称波モードの励起強度が最小化される。
【００６６】
図１０は、第５の対称波モードのモードプロファイルおよびその絶対値を示す。ここでも、エッジ構造が周期構造の両側に位置している速度構造の形状はより高位のモードを抑制する効率的な手段であるため、励起強度が最小化される。
【００６７】
図１１は、従来の変換器のコンダクタンス曲線である曲線「１」と、エッジ構造内の速度が周期構造内の最高速度に等しい変換器のコンダクタンス曲線である曲線「２」とを示す。さらに、周期構造内または活性領域内の速度（速度プロファイルは図１２に示されている）は非常に遅いため、その波長が横方向の周期性と等しいか同様である横モードは境界付けられている。この結果、曲線２によって示されるような周波数依存コンダクタンスにおける複数の共振が得られる。
【００６８】
図１２は、図１１のコンダクタンス曲線２に対応する速度プロファイルを示す。横モードは境界付けられているため、モードプロファイルの形状は余弦状になる。図１２に示されるモードプロファイルとモードプロファイルの絶対値とを比較すると、負の変位は正の変位よりも振幅が小さいことがわかる。この結果、信号は完全には相殺されず、図１１に示される複数の共振が得られる。
【００６９】
したがって、速度プロファイルの深さは臨界値を超えるべきでない。導波路パラメータは、図１１の曲線２に示されるように、最高境界モードが第２の共振の原因となるモードよりも低い数を有するように選択される必要がある。
【００７０】
導波路が含み得るｎmaxとして示される最高境界モードは、開口幅およびトラックおよびギャップ速度の関数である。
【００７１】
【数２】
0006629192.tif 000003
【００７２】
ここで、Ａは開口幅を指す。ｆ0は共振周波数を指し、Ｖtrackは活性領域内の最低速度である。Ｖgapはギャップ構造内の速度である。
【００７３】
図１３は、速度プロファイルの周期構造が、電極の一致する周期的な指幅変化によって得られる基本的な実施形態を示す。
【００７４】
図１４は、ギャップ構造内の減少速度が、ギャップ構造に対応する区域内の電極の指幅の増加によって得られる変換器の実施形態である。
【００７５】
図１５は、ギャップ構造内の速度が、電極の対応する区間における指幅の減少によって増加する変換器構造の実施形態を示す。
【００７６】
図１６は、バスバーと電極指との間の距離が最小に減少するように配置された付加的なダミーフィンガーによってギャップ構造内の速度を減少させるために質量負荷が増加される実施形態を示す。
【００７７】
図１７は、たとえば二酸化珪素を含む誘電材料がギャップ構造対応領域内の２本のストライプ内に配置される変換器の実施形態を示す。
【００７８】
図１８は、電極指がたとえば二酸化珪素などの誘電材料で覆われている変換器の実施形態を示す。図１８の左側は、ギャップ構造対応領域内の速度を減少させるために２本の金属ストライプが質量負荷を増加させる変換器の上面図を示す。図１８の右側は、誘電材料が金属ストライプと電極との間に配置されていることを示す変換器の中の断面を示す。
【００７９】
質量負荷ＭＳを増加させるために電極指ＥＦとストライプとの間に誘電材料ＤＳが配置されるため、ストライプＭＳは金属を含み得る。これは、ストライプが電極指上に直接配置されている図１７と対照的である。したがって、図１７に示される実施形態では絶縁材料が好ましい。
【００８０】
図１９は左側に変換器構造の上面図を示しており、横方向に沿った電極指のそれぞれの金属化の厚みを示している（右側）。活性領域では、金属化の厚みは減少する。ギャップ構造に対応する領域では、厚みは活性領域内の厚みよりも大きい。したがって、周期構造と比較してギャップ構造内の速度が減少した速度プロファイルが得られる。
【００８１】
図２０は、変換器構造が誘電材料ＤＭで被覆されている変換器の実施形態を示す。質量負荷を増加させるために、たとえば金属などの高濃度の材料の個々の区分がエッジ構造のそれぞれの電極指上に配置されている。付加的な材料は電極材料上に直接配置されており、誘電材料ＤＭを介して電極から絶縁されていないため、付加的な材料の区分は互いに直接接触しているべきでない。
【００８２】
図２１は、図２１の右上部分に示される速度プロファイルを形成する際の重要な局面を示す。図２１の下部は、速度プロファイルを調節するために、電極指を確立する金属化の高さが横方向に沿って変更され得ることを示す。周期構造ＰＳを得るために、電極指内に周期プロファイルがエッチングされ得る。エッジ構造およびギャップ構造に対応する領域内の厚みはそれに応じて調節され得る。
【００８３】
図２２は、電極構造における異なる厚みを得るためのエッチングに加えて、たとえば二酸化珪素などの誘電体が電極構造上に配置される、図２１に示される変換器のさらなる実施形態を示す。さらに、速度プロファイルを調節するためにギャップ領域内のストライプ内に別の材料が堆積される。
【００８４】
図２３は、速度プロファイルの周期構造の物理的基礎を提供するために電極指内に凹部が構築される実施形態を示す。
【００８５】
図２４は、電極指の図２３の凹部に加えて、速度設定の物理的実現としてギャップ構造に対応する領域内のたとえば金属バーなどの材料バーを示す。
以下に本願の出願当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［Ｃ１］
電気音響変換器（ＴＤ）であって、
縦方向（ｘ）と、前記縦方向（ｘ）と直交する横方向（ｙ）と、
前記変換器（ＴＤ）内を伝播する音波の横速度プロファイル（ＶＰ）と、
音響活性領域（ＡＡＲ）とを備え、
前記横速度プロファイル（ＶＰ）は、前記活性領域（ＡＡＲ）内に周期構造（ＰＳ）を有し、
前記周期構造（ＰＳ）は、複数の極小値と、前記極小値よりも大きい複数の極大値とを有し、
前記周期構造（ＰＳ）の両側に、前記横速度プロファイル（ＶＰ）のエッジ構造（ＥＳ）が位置しており、前記エッジ構造（ＥＳ）内の速度（ｖ）は前記周期構造（ＰＳ）の前記極大値よりも低く、
圧電材料はＬｉＮｂＯ3である、電気音響変換器。
［Ｃ２］
電気音響変換器（ＴＤ）であって、
縦方向（ｘ）と、前記縦方向（ｘ）と直交する横方向（ｙ）と、
前記変換器（ＴＤ）内を伝播する音波の横速度プロファイル（ＶＰ）と、
音響活性領域（ＡＡＲ）とを備え、
前記横速度プロファイル（ＶＰ）は、前記活性領域（ＡＡＲ）内に周期構造（ＰＳ）を有し、
前記周期構造（ＰＳ）は、複数の極小値と、前記極小値よりも大きい複数の極大値とを有し、
前記周期構造（ＰＳ）の両側に、前記横速度プロファイル（ＶＰ）のエッジ構造（ＥＳ）が位置しており、前記エッジ構造（ＥＳ）内の速度（ｖ）は前記周期構造（ＰＳ）の前記極小値よりも高く、
圧電材料はＬｉＴａＯ3である、電気音響変換器。
［Ｃ３］
ダミーフィンガーを備える、Ｃ１から２に記載の変換器（ＴＤ）。
［Ｃ４］
前記エッジ構造（ＥＳ）は単位セル当たり２本のストライプを含み、前記２本のストライプの各々は、前記周期構造（ＰＳ）のそれぞれの側に直接隣接して配置されている、Ｃ１から３のいずれか１項に記載の変換器（ＴＤ）。
［Ｃ５］
前記エッジ構造（ＥＳ）の前記ストライプは、前記周期構造（ＰＳ）の周期的な長さの５０％よりも大きい長さｌを有する、Ｃ４に記載の変換器（ＴＤ）。
［Ｃ６］
前記エッジ構造（ＥＳ）の前記ストライプは、前記周期構造（ＰＳ）の周期的な長さの５０％よりも小さい長さｌを有する、Ｃ４に記載の変換器。
［Ｃ７］
ギャップ構造（ＧＳ）の２本のストライプを備え、
前記ギャップ構造（ＧＳ）において、前記速度（ｖ）は前記周期構造（ＰＳ）の前記速度（ｖ）の前記極大値よりも大きく、
前記活性領域（ＡＡＲ）は、前記ギャップ構造（ＧＳ）の前記２本のストライプ同士の間に配置されている、Ｃ１から６のいずれか１項に記載の変換器（ＴＤ）。
［Ｃ８］
前記ギャップ構造（ＧＳ）のストライプは、０．５λから１０λの、または２λから４λの長さを有する、Ｃ１から７に記載の変換器（ＴＤ）。
［Ｃ９］
前記ギャップ構造（ＧＳ）は、０．２から０．８の金属化率ηを有する、Ｃ１から８のいずれか１項に記載の変換器（ＴＤ）。
［Ｃ１０］
圧電基板（ＳＵ）と、
前記基板（ＳＵ）上に配置され、前記縦方向（ｘ）と平行に配列された２本のバスバー（ＢＢ）と、
櫛型の電極指（ＥＦ）とを備え、前記電極指の各々は、前記基板（ＳＵ）上に配置され、前記バスバー（ＢＢ）の一方に接続され、前記横方向（ｙ）と平行に配列される、Ｃ１から９のいずれか１項に記載の変換器（ＴＤ）。
［Ｃ１１］
前記横速度プロファイル（ＶＰ）は、以下から選択される１つ以上の測定値、すなわち、
・  指（ＥＦ）幅の増加による質量負荷の増加によって減少した速度（ｖ）、
・  指（ＥＦ）厚の増加による質量負荷の増加によって減少した速度（ｖ）、
・  前記電極指（ＥＦ）上に堆積された付加的な材料による質量負荷の増加によって減少した速度（ｖ）、
・  前記ギャップ構造（ＧＳ）に対応するギャップ領域内のダミーパッチによる質量負荷の増加による前記ギャップ構造（ＧＳ）内の減少した速度（ｖ）、
・  前記電極指（ＥＦ）上のストライプ内に堆積された材料による質量負荷の増加によって減少した速度（ｖ）、
・  指（ＥＦ）幅の減少による質量負荷の減少によって増加した速度（ｖ）、
・  指（ＥＦ）厚の減少による質量負荷の減少によって増加した速度（ｖ）、
・  前記電極指（ＥＦ）から除去された材料による質量負荷の減少によって増加した速度（ｖ）
を介して調節される、Ｃ１から１０のいずれか１項に記載の変換器（ＴＤ）。
【符号の説明】
【００８６】
参照記号の一覧
１，２：変換器の周波数依存コンダクタンス、ＡＡＲ：音響活性領域、ＢＢ：バスバー、ＤＭ：誘電材料、ＤＳ：誘電ストライプ、ＥＦ：電極指、ＥＳ：エッジ構造、ＦＭ：周波数変調、ＧＳ：ギャップ構造、ＭＳ：金属ストライプ、ＰＳ：周期構造、ＳＵ：基板、ＴＤ：変換器、ｖ：速度、ＶＰ：速度プロファイル、ｘ：縦方向、ｙ：横方向。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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