(57)【要約】      （修正有）【課題】電極により発生する弾性表面波が一方の方向に大きなエネルギとなって伝搬する一方向性変換器及びこの変換器を用いた電子装置、及び電気機械結合係数変化型の重み付け法を得ること。【解決手段】圧電基板の表面にすだれ状電極を配置して弾性表面波を励振・受信する弾性表面波変換器において、基本動作周波数での波長をλ０として、電極指５、６の幅がλ０／４であり、幅がλ０／４の誘電体膜４を電極の中心と誘電体の中心との距離ｘ１がλ０／８となるように、基板と電極との間に挟んだ構造、或いはすだれ状電極上にグレーティング誘電体膜を付着させる。周期λ０、電極幅λ０／４と誘電体膜幅λ０／４、及びその中心間距離ｘ１が上記の値±２００％の範囲、誘電体膜の膜厚を０．００１λ０から０．３λ０の間とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電・電歪物質基板１の表面或いは圧電薄膜基板にすだれ状電極を配置して弾性表面波を励振或いは伝搬してきた弾性表面波を受信する弾性表面波変換器及びこれを用いた電子装置において、基本動作周波数での波長をλ０として、基板１の表面に、周期がλ０／２であり、その幅ａがλ０／４、その膜厚がＨ１の誘電体膜４を付着させた後、その周期がλ０／２であり、その膜厚がＨ２、その幅ｂがλ０／４の正電極５と負電極６とを、誘電体膜４の中心と正負電極５、６の中心からの距離ｘ１がλ０／８であるように付着させた構造のすだれ状電極弾性表面波変換器及びこれを用いた電子装置。
【請求項２】
特許請求の範囲第１項の弾性表面波変換器において、誘電体膜４の幅ａの範囲が０．０５λ０から０．５λ０の範囲であり、その膜厚Ｈ１が０．００１λ０から０．３λ０の範囲であり、正負電極５、６の膜厚Ｈ２が０．００１λ０から０．３λ０の範囲であり、その幅ｂが０．０５λ０から０．５λ０の範囲であり、誘電体膜４の中心と正負電極、５、６の中心との間の距離ｘ１が−０．２５λ０から０．２５λ０の範囲にある構造のすだれ状電極弾性表面波変換器及びこれを用いた電子装置。
【請求項３】
圧電・電歪物質基板１の表面或いは圧電薄膜基板にすだれ状電極を配置して弾性表面波を励振或いは伝搬してきた弾性表面波を受信する弾性表面波変換器及びこれを用いた電子装置において、基本動作周波数での波長をλ０として、基板１の表面に、膜厚がＨ３、その周期がλ０／２であり、その幅ｃがλ０／４の正電極７と負電極９を付着させた後、周期がλ０／２であり、その幅ｄがλ０／４であり、その膜厚がＨ４の誘電体膜８を、正負電極７、９の中心と誘電体膜８の中心からの距離ｘ２がλ０／８であるように付着させた構造のすだれ状電極弾性表面波変換器及びこれを用いた電子装置。
【請求項４】
特許請求の範囲第３項の弾性表面波変換器において、正負電極７、９の幅ｃの範囲が０．０５λ０から０．５λ０の範囲であり、その膜厚Ｈ３が０．００１λ０から０．３λ０の範囲であり、誘電体膜８の幅が０．０５λ０から０．５λ０の範囲であり、その膜厚Ｈ４が０．００１λ０から０．３λ０の範囲であり誘電体膜８の中心と正負電極７、９の中心との間の距離ｘ２が−０．２５λ０から０．２５λ０の範囲にある構造のすだれ状電極弾性表面波変換器及びこれを用いた電子装置。
【請求項５】
圧電・電歪物質基板１の表面或いは圧電薄膜基板にすだれ状電極を配置して弾性表面波を励振或いは伝搬してきた弾性表面波を受信する弾性表面波変換器及びこれを用いた電子装置において、基本動作周波数での波長をλ０として、基板１の表面に、膜厚がＨ３、その周期がλ０／２であり、その幅ｅがλ０／４の正電極７と負電極９を付着させた後、一様な膜厚Ｈ５の誘電体膜１０を付着さりた後、周期がλ０／２であり、その幅ｆがλ０／４であり、幅ｆの中心と正負電極７、９の中心からの距離ｘ３がλ０／８でり、その深さがＨ６となるように誘電体膜１０をエッチングした構造、或いは誘電体膜１０の上に、その幅がｆ、厚さがＨ７となるように付着させた構造のすだれ状電極弾性表面波変換器であり、その作製法として、少なくとも２以上のマスクを用いて、２回以上の露光法或いは電子ビーム重ね露光法を用いて作製された弾性表面波変換器及びこれを用いた電子装置。
【請求項６】
特許請求の範囲第５項の弾性表面波変換器において、正負電極７、９の幅ｅの範囲が０．０５λ０から０．５λ０の範囲であり、その膜厚Ｈ６、Ｈ７が０．００１λ０から０．３λ０の範囲であり、エッチングされて誘電体膜の幅ｆ、或いは付着させる誘電体膜の幅ｆが０．０５λ０から０．５λ０の範囲であり、その膜厚Ｈ６、Ｈ７が０．００１λ０から０．３λ０の範囲であり、エッチングされる幅ｆの中心と正負電極７、９の中心との間の距離ｘ３が−０．２５λ０から０．２５λ０の範囲にある構造のすだれ状電極弾性表面波変換器及びこれを用いた電子装置。
【請求項７】
特許請求の範囲第１項、第２項、第３項、第４項、において、誘電体膜４、８を金属膜に変えた構造のすだれ状電極弾性表面波変換器及びこれを用いた電子装置。
【請求項８】
特許請求の範囲第１項、第２項、第３項、第４項、第５項、第６項、第７項において、その周期λ０／２を変化させた構造のすだれ状電極弾性表面波変換器、或いはすだれ状電極をダブル電極構造としたすだれ状電極弾性表面波変換器、或いは誘電体膜４の周期λ０／２を変化させた構造のすだれ状電極弾性表面変換器及びこれを用いた電子装置。
【請求項９】
特許請求の範囲第１項、第２項、第３項、第４項、第７項、第８項において、その作製法として、基板１上に誘電体膜４或いは金属膜４、或いは正負電極７、９を作製した後、２枚以上のマスクを用いたマスク合わせ法、或いは電子ビーム２重露光法などを用いて正負電極５、６、或いは誘電体膜８或いは金属膜８を作製した構造のすだれ状電極弾性表面波変換器及びこれを用いた電子装置。
【請求項１０】
特許請求の範囲、第１項、第２項、第３項、第４項、第５項、第６項、第７項、第８項、第９項において、正負電極及び金属膜として、Ａｌ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ａｕ、Ａｇ、Ｗ、Ｔｉなど或いはこれらの合金、また誘電体膜４、８として、ＳｉＯ２、ＳｉＯ、ＺｎＯ、ＬｉＮｂＯ３、Ｔａ２Ｏ５、ＰＺＴ、ガラスなどの誘電体薄膜を用いた構造のすだれ状電極弾性表面波変換器及びこれを用いた電子装置。
【請求項１１】
特許請求の範囲、第１項、第２項、第３項、第４項、第５項、第６項、第７項、第８項、第９項、第１０項の弾性表面波変換器上にその膜厚Ｈ８が０．００５λ０から０．５λ０の範囲にあるＳｉＯ２薄膜、或いは正の周波数温度特性をもつガラスなどの誘電体膜を付着させた構造のすだれ状電極弾性表面波変換器及びこれを用いた電子装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は弾性表面波を用いた変換器及びこれを用いた電子装置に関するもので、すだれ状電極変換器（インターディジタルトランスジューサ、ＩＤＴ）に内部反射及び電気機械結合係数変化を用いた弾性表面波変換器とその作製法及びこの弾性表面波変換器を用いた電子装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
通常の弾性表面波を励振受信するデバイス、即ちすだれ状電極によって励振された弾性表面波が当該デバイスの左右双方向に均等に伝搬する波動を送受（入出力）する変換器として用いるタイプのトランスバーサル型弾性表面波フィルタ及びこれを用いた電子装置において基本的に存在する６ｄＢのロスを減少せしめる為、従来から各種の一方向性弾性表面波変換器が提案されてきた。
これらの一方向性弾性表面波変換器は大別すると、（ａ）３種のＩＤＴ電極指に各々零度、１２０度及び２４０度の位相差を有する信号を印加する三相一方向性デバイス。
（ｂ）一般のすだれ状電極指間を縫ってミアンダラインを設け、これを接地電極とし、９０度位相差を有する信号を印加するグループ型一方向性変換器。
（ｃ）アルミニウムすだれ状電極指と金の如き大密度金属の電極指（弾性表面波反射用）とをペアとし弾性表面波の励振の中心と反射の中心との間隔を励起した波動の波長のλ０／８とした内部反射一方向性変換器。
の三種が存在するが、（ａ）の三相一方向性変換器は広い周波数範囲で波動伝搬の一方向性が保たれるものの３本のバスバーの１本から延びる電極指を他の１本のバスバー上をオーバーブリッジせしめる必要があり、製造が極めて困難、従って高価となるのみならずかなり複雑な位相器を要するという欠陥があった。
また、（ｂ）のグループ型一方向性変換器も９０度位相器（具体的にはコイル）を必要とする上、ミアンダラインの総延長が長くなり、オーミックな損失に基づくフィルタの挿入損失が大となるという欠陥があった。
（ｃ）の内部反射形一方向性変換器は励振の位置と反射の位置がλ０／８ずれた配置とすることにより、位相器を必要としない一方向性すだれ状変換器であり、優れた特性が期待される。従来の変換器では、正負の電極として電極ギャップがλ０／８、正負電極をλ０／８に分割したダブル電極構造で、正ダブル電極或いは負ダブル電極を作製した後、ダブル電極の一方に金属薄膜を付加した質量付加効果を用いた一方向性が提案されている。この変換器では、ダブル電極を用いているため変換効率が悪いこと、λ０／８のすだれ状電極を用いているため高周波素子には使えないこと、などの欠陥がある。
一方、ダブル電極を用いた、ダブル電極の一方を基板上に作製した後、膜厚Ｈ０の一様な誘電体膜を付着させた後、その上にダブル電極の他方を付着させて電気機械結合係数の大きさの差を利用した内部反射型の一方向性すだれ状電極変換器が提案されているが、この変換器も作製法が複雑であること、ダブル電極を用いているため変換効率が悪いこと、λ０／８のすだれ状電極を用いているため高周波素子には使えないこと、などの欠陥がある。
また、所望の周波数特性を得るため、すだれ状電極の交差幅を変化させたアポタイズド法（重み付け法）が提案されているが、送受のすだれ状電極を重み付けできない、重み付け損失が存在すなどの欠陥がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述したごとき従来の一方向性弾性表面波の欠陥を除去すべくなされたものであって、デバイスの製造工程が簡易かつ位相器のごとき外部に付加すべき回路を要せず、しかも損失の少ない、変換効率に優れた内部反射形一方向性弾性表面波変換器を提供せんとするものである。また、新たな重み付け法を提案せんとするものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するために、本発明にかかる内部反射形一方向性弾性表面波変換器は、圧電・電歪物質基板の表面或いは圧電薄膜基板にすだれ状電極を配置して弾性表面波を励振或いは伝搬してきた弾性表面波を受信する弾性表面波変換器及びこの変換器を用いた電子装置において、従来の質量付加効果型一方向性変換器（Ｃ．Ｓ．Ｈａｒｔｍａｎｎ，ｅｔ  ａｌ、１９８２  ＩＥＥＥ  Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ  Ｓｙｍｐｏｓｕｉｍ  Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ，ｐｐ．４０−４５）、電気機械結合係数変化型一方向性変換器（Ｋ．Ｙａｍａｎｏｕｃｈｉ  ｅｔ  ａｌ、Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．２０、Ｎｏ．２０，ｐｐ．８１９−８２１，Ｓｅｐ．１９８２）に対して、基板表面にグレーティングストリップ薄膜を作製した構造の基板上にマスク合わせ露光法により、ｘ１，ｘ２、ｘ３ずらした位置に正規型構造のすだれ状電極を作製することにより得られる内部反射形一方向性変換器、或いはすだれ状電極を基板上に作製した後、グレーティングストリップ薄膜構造の誘電体膜を作製することにより、得られる内部反射形一方向性変換器であり、この変換器を用いることにより高性能の電子装置が得られる。また、電気機械結合係数変化型重み付け法により、特性のよいフィルタが得られる。
【０００５】
【実施例】
以下、本発明を図面に示した実施例に基づいて詳細に説明する。
図１、図２のように、圧電・電歪物質基板１の表面或いは圧電薄膜基板にすだれ状電極を配置して弾性表面波を励振或いは伝搬してきた弾性表面波を受信する弾性表面波変換器及びこれを用いた電子装置において、基本動作周波数での波長をλ０として、基板１の表面に、周期がλ０／２であり、その幅ａがλ０／４、その膜厚がＨ１の誘電体膜４を付着させた後、その周期がλ０／２であり、その膜厚がＨ２、その幅ｂがλ０／４の正電極５と負電極６とを、誘電体膜４の中心と正負電極５、６の中心からの距離ｘ１がλ０／８であるように付着させた構造のすだれ状電極弾性表面波変換器が得られる。
上記の変換器において、誘電体膜４の幅ａの範囲が０．０５λ０から０．５λ０の範囲であり、その膜厚Ｈ１が０．００１λ０から０．３λ０の範囲であり、正負電極５、６の膜厚Ｈ２が０．００１λ０から０．３λ０の範囲であり、その幅ｂが０．０５λ０から０．５λ０の範囲であり、誘電体膜４の中心と正負電極、５、６の中心との間の距離ｘ１が−０．２５λ０から０．２５λ０の範囲にある構造とすることにより、種々の特性をもつすだれ状電極弾性表面波変換器が得られる。
図３、図４のように、圧電・電歪物質基板１の表面或いは圧電薄膜基板にすだれ状電極を配置して弾性表面波を励振或いは伝搬してきた弾性表面波を受信する弾性表面波変換器及びこれを用いた電子装置において、基本動作周波数での波長をλ０として、基板１の表面に、膜厚がＨ３、その周期がλ０／２であり、その幅ｃがλ０／４の正電極７と負電極９を付着させた後、周期がλ０／２であり、その幅ｄがλ０／４であり、その膜厚がＨ４の誘電体膜８を、正負電極７、９の中心と誘電体膜８の中心からの距離ｘ２がλ０／８であるように付着させた構造とすることにより、すだれ状電極弾性表面波変換器が得られる。
上記の変換器において、正負電極７、９の幅ｃの範囲が０．０５λ０から０．５λ０の範囲であり、その膜厚Ｈ３が０．００１λ０から０．３λ０の範囲であり、誘電体膜８の幅が０．０５λ０から０．５λ０の範囲であり、その膜厚Ｈ４が０．００１λ０から０．３λ０の範囲であり誘電体膜８の中心と正負電極７、９の中心との間の距離ｘ２が−０．２５λ０から０．２５λ０の範囲とすることにより、種々の特性のすだれ状電極弾性表面波変換器が得られる。
また、図５、６のように、圧電・電歪物質基板１の表面或いは圧電薄膜基板にすだれ状電極を配置して弾性表面波を励振或いは伝搬してきた弾性表面波を受信する弾性表面波変換器及びこれを用いた電子装置において、基本動作周波数での波長をλ０として、基板１の表面に、膜厚がＨ３、その周期がλ０／２であり、その幅ｅがλ０／４の正電極７と負電極９を付着させた後、一様な膜厚Ｈ５の誘電体膜１０を付着さりた後、周期がλ０／２であり、その幅ｆがλ０／４であり、幅ｆの中心と正負電極７、９の中心からの距離ｘ３がλ０／８でり、その深さがＨ６となるように誘電体膜１０をエッチングした構造、或いは誘電体膜１０の上に、その幅がｆ、厚さがＨ７となるように付着させた構造のすだれ状電極弾性表面波変換器であり、その作製法として、少なくとも２以上のマスクを用いて、２回以上の露光法或いは電子ビーム重ね露光法を用いて作製することにより、種々の特性の弾性表面波変換器が得られる。
上記の変換器において、正負電極７、９の幅ｅの範囲が０．０５λ０から０．５の範囲であり、その膜厚Ｈ６、Ｈ７が０．００１λ０から０．３λ０の範囲であり、エッチングされて誘電体膜の幅ｆ、或いは付着させる誘電体膜の幅ｆが０．０５λ０から０．５λ０の範囲であり、その膜厚Ｈ６、Ｈ７が０．００１λ０から０．３λ０の範囲であり、エッチングされ幅ｆの中心と正負電極７、９の中心との間の距離ｘ３が−０．２５λ０から０．２５λ０の範囲の構造とすることにより、種々の特性のすだれ状電極弾性表面波変換器が得られる。
図１、図２、図３、図４の変換器において、誘電体膜４、８を金属膜に変えた構造のすだれ状電極弾性表面波変換器も本特許に含まれる。
また、上記の変換器において、その周期λ０／２を変化させた構造のすだれ状電極弾性表面波変換器、或いはすだれ状電極をダブル電極構造としたすだれ状電極弾性表面波変換器も本特許に含まれる。
また、図７、図８のように、誘電体膜４の周期λ０／２を変化させた、即ちλ０／２の周期の正負すだれ状電極電極の中心と誘電体膜の中心の距離ｘ２を変化させた構造の電極を作製することにより、一方向性と圧電基板上の電極幅を変化さることによる電気機械結合係数変化型の重み付けが可能となることから、特性の優れたフィルタが得られる。
また、上記の変換器の作製法として、基板１上に誘電体膜４或いは金属膜４、或いは正負電極７、９を作製した後、２枚以上のマスクを用いたマスク合わせ法、或いは電子ビーム２重露光法などを用いて正負電極５、６或いは誘電体膜８或いは金属膜８を作製した構造のすだれ状電極弾性表面波変換器も本特許に含まれる。
上記の変換器の材料として、正負電極及び金属膜として、Ａｌ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ａｕ、Ａｇ、Ｗ、Ｔｉなど或いはこれらの合金、また誘電体膜４、８として、ＳｉＯ２、ＳｉＯ、ＺｎＯ、ＬｉＮｂＯ３、Ｔａ２Ｏ５、ＰＺＴ、ガラスなどを用いた構造の変換器も本特許に含まれる。
また、上記の弾性表面波変換器上にその膜厚Ｈ８が０．００５λ０から０．５λ０の範囲にあるＳｉＯ２薄膜、或いは正の周波数温度特性をもつガラスなどの誘電体膜を付着させた構造のすだれ状電極弾性表面波変換器も本特許に含まれる。
上記の正負電極間の周期及び誘電体膜４、金属膜８の周期は、必ずしも正確にλ０／２である必要はない。特に、この周期を一定の法則に従ってλ０／２を中心に、大きくした構造、或いは小さくした構造の分散型の弾性表面波変換器も本特許に含まれる。
また、上記の構造の内部反射形一方向性弾性表面波変換器の波長λ０として、その電極幅がほぼλ０／８であるダブル電極構造とし、ダブル電極の一方の電極は、基板上にあり、他方の電極は膜厚Ｈ１の誘電体膜上に配置した構造の一方向性変換器も本特性に含まれる。
また、この構造の変換器或いはこの変換器の両側の伝搬路に反射器を配置することにより、反射係数の大きな、特性の良い共振器が得られる。
また、上記の構造の内部反射形一方向性弾性表面波変換器の波長λ０で動作する周波数を基本動作角周波数ω０として、Ｎを１、２、３、…などの整数とし、Ｎω０で動作する上記構造の内部反射形一方向性弾性表面波変換器及びこの変換器を用いた電子装置も本特許に含まれる。
【０００７】
【発明の効果】
本発明の一方向性弾性表面波変換器は以上説明したごとく構成するものであるから、グレーティング構造の誘電体膜、或いは金属膜を作製した圧電体基板に簡単なマスク合わせを用いてすだれ状電極を作製する方法、或いはすだれ状電極を基板上に作製した後、グレーティング構造の誘電体膜、或いは金属膜をマスク合わせ法を用いて作製する方法により本特許の変換器が得られるので、通常一般の弾性表面波デバイスとほとんど同等のコストで安価に製造可能であるのみならず格別の位相器を必要とせずして、また、λ０／４幅の電極を用いているので変換効率が良い広帯域の一方向性変換器を得ることができ、しかも格別の損失を発生する要因が存在しない為、これを入出力変換器に用いれば、一方向性変換器本来の特性たるＴＴＥ（トリプルトランジットエコー）に基づくリップルが少なく、挿入損失の小さなフィルタを安価に提供する上で著しい効果を奏する。また、一様な幅で重み付けが可能な重み付け変換器が得られるので、重み付け損失のない所望の特性のフィルタが容易に得られる。
以上の計算の結果の一例として、図９は１２８°Ｙ−ＸＬｉＮｂＯ３基板に図１の構造の一方向性変換器を互いに方向性（Ｆｏｒｗａｒｄ）が向かい合う方向に配置して低挿入損失を得た例であり、順方向はでは、その挿入損失は０．７ｄＢが得られている。一方、背なか合う方向（Ｂａｃｋｗａｒｄ）に配置した場合では、挿入損失は２５ｄＢと大きな値となっている。
【０００８】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電気機械変化型一方向性弾性表面波変換器の実施例を示す電極構成の断面図である。
【図２】本発明に係る電気機械変化型一方向性弾性表面波変換器の実施例を示す電極構成の平面図である。
【図３】本発明に係る質量付加変化型一方向性弾性表面波変換器の実施例を示す電極構成の断面図である。
【図４】本発明に係る質量付加変化型一方向性弾性表面波変換器の実施例を示す電極構成の平面図である。
【図５】本発明に係る質量付加変化型一方向性弾性表面波変換器の実施例を示す電極構成の断面図である。
【図６】本発明に係る質量付加変化型一方向性弾性表面波変換器の実施例を示す電極構成の平面図である。
【図７】本発明に係る電気機械変化型及び電極幅変化型重み付け弾性表面波変換器の実施例を示す電極構成の断面図である。
【図８】本発明に係る電気機械変化型及び電極幅変化型重み付け弾性表面波変換器の実施例を示す電極構成の平面図である。
【図９】本発明の１２８°Ｙ−Ｘ  ＬｉＮｂＯ３基板上に電気機械結合係数変化型一方向性弾性表面波一方向性変換器を用いたフィルタの計算結果の一例である。
【符号の説明】
１…基板、２…正のすだれ状電極の取り出し電極、３…負のすだれ状電極の取り出し電極、４…誘電体薄膜、５…正のすだれ状電極指、６…負のすだれ状電極指、７…正のすだれ状電極指、８…誘電体膜、９…負のすだれ状電極指、１０…誘電体薄膜、１１…順方向の特性、１２…逆方向の特性、
【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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