(57)【要約】【課題】動作温度範囲で優れた周波数温度特性と高いＱ値とを同時に実現するＳＡＷデバイスを提供する。【解決手段】ＳＡＷデバイス１１は、オイラー角（−１．５°≦φ≦１．５°，１１７°≦θ≦１４２°，４２．７９°≦｜ψ｜≦４９．５７°）の水晶基板１２の主面に、ストップバンド上端モードのＳＡＷを励振するＩＤＴ１３と、その両側に配置した一対の反射器１４と、ＩＤＴの電極指１５ａ，１５ｂ間に凹設した電極指間溝１７と、反射器の導体ストリップ１４ａ間に凹設した導体ストリップ間溝１８とを有し、ＳＡＷの波長λと電極指間溝の深さＧとが０．０１λ≦Ｇを満足し、ＩＤＴのライン占有率ηと電極指間溝の深さＧとが所定の関係式を満足し、ＩＤＴのライン占有率ηと反射器のライン占有率ηrとがη＜ηrの関係にある。【選択図】図８
2012060422.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
オイラー角（−１．５°≦φ≦１．５°，１１７°≦θ≦１４２°，４２．７９°≦｜ψ｜≦４９．５７°）の水晶基板と、
前記水晶基板の主面に設けられた複数の電極指からなり、ストップバンド上端モードの弾性表面波を励振するＩＤＴと、
前記弾性表面波の伝播方向に沿って前記ＩＤＴを挟むようにその両側に配置した、それぞれ複数の導体ストリップからなる一対の反射器と、
前記ＩＤＴの隣り合う前記電極指間の前記水晶基板の表面に凹設した電極指間溝と、
前記反射器の隣り合う前記導体ストリップ間の前記水晶基板の表面に凹設した導体ストリップ間溝とを有し、
前記弾性表面波の波長λと前記電極指間溝の深さＧとが、０．０１λ≦Ｇの関係を満足し、
前記ＩＤＴのライン占有率ηと前記電極指間溝の深さＧとが、
【数８】
2012060422.tif 000012
及び、
【数９】
2012060422.tif 000013
の関係を満足し、
前記ＩＤＴのライン占有率ηと前記反射器のライン占有率ηrとが、η＜ηrの関係を満足することを特徴とする弾性表面波デバイス。
【請求項２】
前記反射器のライン占有率ηrが、０．７０≦ηr≦０．９５を満足することを特徴とする請求項１記載の弾性表面波デバイス。
【請求項３】
前記ＩＤＴの前記電極指のピッチＰtと前記反射器の前記導体ストリップのピッチＰrとが、０．９９５≦Ｐｔ／Ｐｒ≦１．０１０の関係を満足することを特徴とする請求項１または２記載の弾性表面波デバイス。
【請求項４】
前記ＩＤＴの前記電極指のピッチＰtと前記反射器の前記導体ストリップのピッチＰrとが、０．９９７≦Ｐｔ／Ｐｒ≦１．００７５の関係を満足することを特徴とする請求項３記載の弾性表面波デバイス。
【請求項５】
前記ＩＤＴのライン占有率ηが、
【数１０】
2012060422.tif 000014
を満足することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の弾性表面波デバイス。
【請求項６】
前記電極指間溝の深さＧと前記電極指の膜厚Ｈとの和が、０．０４０７λ≦Ｇ＋Ｈを満足することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の弾性表面波デバイス。
【請求項７】
前記電極指及び前記導体ストリップに直交する第１の方向と前記水晶基板の電機軸とのなす角度が前記オイラー角ψであり、
前記ＩＤＴ及び反射器の少なくとも一部が、前記第１の方向と角度δをもって交差する第２の方向に配置され、
前記角度δが、前記水晶基板のパワーフロー角±１°の範囲内であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の弾性表面波デバイス。
【請求項８】
前記ＩＤＴを駆動するための発振回路を更に有することを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の弾性表面波デバイス。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれかに記載の弾性表面波デバイスを備えることを特徴とする電子機器。
【請求項１０】
請求項１乃至８のいずれかに記載の弾性表面波デバイスを備えることを特徴とするデンサー装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、弾性表面波（surface acoustic wave:ＳＡＷ）を利用した共振子、発振器等の弾性表面波デバイス、ＳＡＷデバイスを備えた電子機器及びセンサー装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＳＡＷデバイスは、例えば携帯電話、ハードディスク、パーソナルコンピューター、ＢＳ及びＣＳ放送の受信チューナー、同軸ケーブルまたは光ケーブル中を伝播する高周波信号や光信号の処理機器、広い温度範囲で高周波・高精度クロック（低ジッタ、低位相雑音）を必要とするサーバー・ネットワーク機器、無線通信用機器等の電子機器や、圧力センサー、加速度センサー、回転速度センサー等の各種センサー装置に広く利用されている。これらの機器・装置は、特に最近の情報通信の高速化によるリファレンスクロックの高周波化や装置筐体の小型化に伴い、装置内部での発熱の影響が大きくなっている。そのため、装置内部に搭載される電子デバイスは、動作温度範囲の拡大や高精度化が要求され、例えば屋外に設置される無線基地局のように低温から高温まで温度変化の激しい環境下で長期に亘って安定した動作が必要となっている。
【０００３】
一般にＳＡＷ共振子等のＳＡＷデバイスにおいて、周波数温度特性の変化には、ＳＡＷのストップバンドや使用する水晶基板のカット角、基板上に形成されるＩＤＴ（interdigital transducer:すだれ状トランスデューサ）の形態等が大きい影響を及ぼす。例えば、ＳＡＷの１波長当たり３本の電極指で構成される単位区間を圧電基板上に繰り返し配列したＩＤＴを有し、ＳＡＷのストップバンドの上端モード、下端モードのそれぞれを励起させる反射反転型ＳＡＷ変換器が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。この反射反転型ＳＡＷ変換器によりＳＡＷフィルタを構成すれば、通過帯域近傍の高域側阻止域において高減衰量が実現できるとされている。
【０００４】
また、オイラー角（φ，θ，ψ）＝（０°、１２３°、０°）の所謂ＳＴカット水晶基板を用いた反射反転型ＳＡＷ変換器が知られている（例えば、特許文献２を参照）。同特許文献には、ストップバンドの上端の共振を励振させることができ、ストップバンドの下端の共振を用いる場合よりも周波数温度特性が向上すると記載されている。更に、ＳＡＷにおけるストップバンドの上端モードの方が、ストップバンドの下端モードよりも周波数温度特性が良好であると報告されている（例えば、特許文献３〜６を参照）。
【０００５】
特に特許文献３、４には、レイリー波を利用したＳＡＷ装置において良好な周波数温度特性を得るために、水晶基板のカット角を調整すると共に、ＩＤＴ電極の基準化膜厚（Ｈ／λ）を０．１程度まで厚くすることが記載されている。特許文献３に記載のＳＡＷ共振子は、オイラー角（φ，θ，ψ）＝（φ＝０°、０°≦θ≦１８０°、０°＜｜ψ｜＜９０°）の水晶基板上に、ＳＡＷの１波長当たり２本の電極指で構成される単位区間を繰り返し配列したシングル型ＩＤＴ電極を有する。これにより、レイリー波をストップバンドの上限モードで励振させ、それを利用してＳＡＷ共振子の高周波化と良好な周波数温度特性を実現することができる。
【０００６】
特許文献４には、前記シングル型ＩＤＴ電極を有するＳＡＷ装置において、水晶基板をオイラー角（φ，θ，ψ）＝（φ＝０°、１１０°≦θ≦１４０°、３８°≦｜ψ｜≦４４°）に設定し、ＩＤＴ電極の厚みＨ、ＩＤＴ電極における電極指の幅ｄ、ＩＤＴ電極における電極指間のピッチＰ、及びＳＡＷの波長λにより規定される基準化電極膜厚（Ｈ／λ）と基準化電極幅η（＝ｄ／Ｐ）との関係を、
Ｈ／λ≧０．１７９６η３−０．４３０３η２＋０．２０７１η＋０．０６８２
に設定することが開示されている。これによって、レイリー波をストップバンドの上限モードで強く励振させることができる。
【０００７】
特許文献５には、オイラー角（φ，θ，ψ）＝（０°，θ，９°＜｜ψ｜＜４６°）、好ましくは（０°，９５°＜θ＜１５５°，３３°＜｜ψ｜＜４６°）の水晶基板上にシングル型ＩＤＴ電極を配置し、基準化電極膜厚（Ｈ／λ）を０．０４５≦Ｈ／λ≦０．０８５としたＳＡＷ素子が開示されている。これによって、レイリー波をストップバンドの上限モードで励振させ、良好な周波数温度特性を実現することができる。
【０００８】
特許文献６には、オイラー角（φ，θ，ψ）＝（０°１２３°，４３．２°）の面内回転ＳＴカット水晶基板上に前記シングル型ＩＤＴ電極を配置し、その基準化電極膜厚（Ｈ／λ）をＨ／λ＝０．０６、所謂６％λとすることによって、レイリー波をストップバンドの上限モードで励振させるＳＡＷ素子が開示されている。更にこのＳＡＷ素子は、ＩＤＴ電極の電極指幅Ｌｔと電極指ピッチＰｔとにより規定される標準化電極幅η（＝Ｌｔ／Ｐｔ）を、０．５≦η≦０．７に設定することによって、常温（２５℃）において最大８３０ｐｐｍの周波数偏差を実現することができる。
【０００９】
他方、ＩＤＴを構成する電極指間及び反射器を構成する導体ストリップ間の水晶基板表面にグルーブ即ち溝を形成したＳＡＷ共振器が知られている（例えば、特許文献７及び非特許文献１を参照）。特許文献７には、ＳＴカットＸ伝搬水晶基板にＩＤＴ及び反射器をアルミ電極で構成し、かつ水晶基板表面のＩＤＴを構成する電極指間及び反射器を構成する導体ストリップ間に対応する領域に溝を形成することにより、Ｑ値が高く容量比が低くなり、共振抵抗の低いＳＡＷ共振器を実現できることが開示されている。更に同特許文献には、ＩＤＴの溝と反射器の溝とを同じ深さにした構造、及び反射器の溝をＩＤＴの溝より深くした構造が記載されている。
【００１０】
非特許文献１には、ＳＴカット水晶基板を用いたグループ型ＳＡＷ共振器の特性が記載されている。その周波数温度特性は、ＳＡＷ伝搬基板の電極で覆われていない水晶面に形成した溝の深さにより変化すること、及び、溝が深くなるに従って、上向き凸の２次曲線の頂点温度Ｔｐが低くなっていくことが報告されている。
【００１１】
このように水晶等の圧電基板に溝を形成して実効膜厚を調整することによって周波数を調整する方法は、当業者によく知られている（例えば、特許文献８乃至１１を参照）。特許文献８記載のＳＡＷデバイスは、ＩＤＴを形成した圧電基板の表面を、該圧電基板のエッチングレートがＩＤＴのエッチングレートより大きくなる条件でエッチングし、その周波数を下降させるように微調整する。特許文献９乃至１１においても、同様に圧電基板の表面をその上に形成したＩＤＴをマスクとしてドライエッチングすることにより、ＳＡＷデバイスの周波数を低域側へシフトさせている。
【００１２】
更に、トランスバーサル型ＳＡＷフィルタにおいて、ＩＤＴ電極の電極指間の圧電基板表面をエッチング加工して溝を形成することにより見かけ上伝搬速度を小さくすることが知られている（例えば、特許文献１２を参照）。これによって、ＳＡＷフィルタの基本設計を変更せずに、ＩＤＴ電極の電極指ピッチを小さくでき、チップの小型化を実現することができる。
【００１３】
また、ＳＳＢＷ（Surface Skimming Bulk Wave）と呼ばれるすべり波を励振するＳＡＷ共振器において、回転Ｙカット、カットアングル−４３°乃至−５２°、すべり波伝搬方向をＺ’軸方向（オイラー角（φ，θ，ψ）＝（０°，３８≦θ≦４７，９０°））の水晶基板に、基準化電極膜厚（Ｈ／λ）が２．０≦Ｈ／λ≦４．０％のＩＤＴ電極をアルミで形成することにより、三次曲線の周波数温度特性を実現し得ることが知られている（例えば、特許文献１３を参照）。すべり波（ＳＨ波）はその振動エネルギーを電極直下に閉じ込めて圧電基板の表面直下を伝搬するので、ＳＡＷが基板表面に沿って伝搬するＳＴカット水晶ＳＡＷデバイスと比較して、反射器によるＳＡＷの反射効率が悪く、小型化及び高いＱ値を実現し難いという問題がある。
【００１４】
この問題を解決するために、オイラー角（φ，θ，ψ）＝（０°，−６４°＜θ＜−４９．３°，８５°≦ψ≦９５°）の回転Ｙカット水晶基板の表面にＩＤＴとグレーティング反射器とを形成し、ＳＨ波を励振するＳＡＷデバイスが提案されている（例えば、特許文献１４を参照）。このＳＡＷデバイスは、ＳＡＷの波長λで基準化される電極膜厚Ｈ／λを０．０４＜Ｈ／λ＜０．１２に設定することによって、小型化、高いＱ値及び優れた周波数安定性を実現している。
【００１５】
更に、かかるＳＡＷデバイスにおいて、電極膜厚が厚いことに起因して発生するストレスマイグレーションが原因となってＱ値や周波数安定性が劣化するという問題を解決するために、ＩＤＴの電極指間の水晶基板に溝を形成することが提案されている（例えば、特許文献１５を参照）。この溝の深さをＨｐ、ＩＤＴの金属膜の膜厚をＨｍとしたとき、ＳＡＷの波長λで基準化した電極膜厚Ｈ／λを０．０４＜Ｈ／λ＜０．１２（ただし、Ｈ＝Ｈｐ＋Ｈｍ）の範囲と設定することにより、金属膜の見掛け上の膜厚を薄くできるので、通電時のストレスマイグレーションによる周波数変動を抑圧し、Ｑ値が高く、周波数安定性の優れたＳＡＷデバイスを実現できる。
【００１６】
ＳＡＷデバイスの量産過程では、水晶基板の表面にエッチングでＩＤＴの電極指を形成する際に、電極指の膜厚が厚いと、それに起因したサイドエッチングによりＩＤＴのライン占有率（ラインスペース比）ηにばらつきを生じ易い。その結果、ＳＡＷデバイスの温度変化による周波数の変動量にばらつきが生じると、製品の信頼性、品質が損なわれる。この問題を解消するために、オイラー角（φ，θ，ψ）＝（０°、９５°≦θ≦１５５°、３３°≦｜ψ｜≦４６°）の面内回転ＳＴカット水晶基板を採用し、ＳＡＷのストップバンドの上限モードを励振させ、ＩＤＴの電極指間の水晶基板表面に電極指間溝を形成したＳＡＷデバイスが知られている（例えば、特許文献１６を参照）。
【００１７】
また、ＳＡＷデバイスの周波数温度特性が動作温度範囲において二次曲線の場合、周波数変動幅の極小化や変曲点を実現することは困難である。そこで、三次曲線の周波数温度特性を得るために、ＬＳＴカットの水晶基板に空隙層と誘電体膜とを介してＩＤＴ電極を形成し、漏洩型ＳＡＷを励振させるようにしたＳＡＷ装置が提案されている（例えば、特許文献１７を参照）。同特許文献には、レイリー波を用いたＳＡＷ装置において、三次曲線で示されるような周波数温度特性を実現するカット角の水晶基板は発見できなかったことが記載されている。
【００１８】
更に、ＳＴカット水晶ＳＡＷ共振子等において、その優れた周波数温度特性を劣化させることなくＱ値を高くするために、水晶基板の表面にＩＤＴと反射器とをＳＡＷの位相速度の方向に対してパワーフロー角ＰＦＡ±３°傾斜させた方向に沿って配置した傾斜型ＩＤＴが知られている（例えば、特許文献１８，１９を参照）。この傾斜型ＩＤＴからなるＳＡＷデバイスは、ＳＡＷの位相の進行方向とその振動エネルギーの進行方向とをカバーするようにＩＤＴ及び反射器を配置することによって、ＳＡＷを反射器で効率良く反射できるので、エネルギーの閉じ込めを効率良く行い、Ｑ値をより高めることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１９】
【特許文献１】特許第３２６６８４６号公報
【特許文献２】特開２００２−１００９５９号公報
【特許文献３】特開２００６−１４８６２２号公報
【特許文献４】特開２００７−２０８８７１号公報
【特許文献５】特開２００７−２６７０３３号公報
【特許文献６】特開２００７−３００２８７号公報
【特許文献７】特公平２−７２０７号（特開昭５７−５４１８号）公報
【特許文献８】特開平２−１８９０１１号公報
【特許文献９】特開平５−９０８６５号公報
【特許文献１０】特開平１−２３１４１２号公報
【特許文献１１】特開昭６１−９２０１１号公報
【特許文献１２】特開平１０−２７０９７４号公報
【特許文献１３】特公平１−３４４１１号公報
【特許文献１４】再公表ＷＯ２００５／０９９０８９Ａ１公報
【特許文献１５】特開２００６−２０３４０８号公報
【特許文献１６】特開２００９−２２５４２０号公報
【特許文献１７】特許第３８５１３３６号公報
【特許文献１８】特許第３２１６１３７号公報
【特許文献１９】特開２００５−２０４２７５号公報
【非特許文献】
【００２０】
【非特許文献１】グルーブ形ＳＡＷ共振器の製造条件と特性（電子通信学会技術研究報告ＭＷ８２−５９（１９８２））
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
上述したように、ＳＡＷデバイスの周波数温度特性には多くの要素が関係しており、その改善を図るために様々な工夫が行われている。特に、レイリー波を用いたＳＡＷデバイスは、ＩＤＴを構成する電極指の膜厚を厚くすることが周波数温度特性の向上に寄与すると考えられている。単にＩＤＴの電極膜厚を厚くするだけでは、通電時のストレスマイグレーションや、ＩＤＴ形成時のサイドエッチングに起因したライン占有率の変動による周波数安定性の劣化等の問題が生じる。その対応策としては、水晶基板表面のＩＤＴの電極指間に溝を形成することにより、電極膜厚を薄くしながらその実効膜厚を大きくして周波数の変動を抑制することが有効である。
【００２２】
しかしながら、上述したＳＡＷデバイスは、漏洩型ＳＡＷを励振させる特許文献１３のＳＡＷ装置を除いて、いずれも動作温度範囲における周波数温度特性が二次曲線で示されるので、周波数変動幅を十分に小さくしたり変曲点を実現し得るまでは至っていない。そのため、最近のＳＡＷデバイスに対する動作温度範囲の拡大や高精度化、温度変化の激しい環境下における長期の動作安定性等の要求に十分に対応することができない。
【００２３】
そこで本発明は、上述した従来の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、動作温度範囲において周波数変動量が極めて小さい優れた周波数温度特性を発揮し、温度が大きく変動するような環境下でも安定して動作する優れた耐環境特性を有し、高いＱ値を実現し得る、共振子、発振器等のＳＡＷデバイスを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
本願発明者は、上記目的を達成するために、面内回転ＳＴカット水晶基板を採用し、その表面にストップバンドの上端モードでＳＡＷを励振するＩＤＴを形成し、かつＩＤＴを構成する電極指間の水晶基板表面を凹設して溝を形成したＳＡＷ共振子において、ＳＡＷの波長λ、溝の深さＧ、ＩＤＴの電極膜厚Ｈ、その電極指のライン占有率η等のパラメーターと周波数温度特性との関係を検証した。その結果、動作温度範囲において、周波数変動幅の極小化及び変曲点を実現し得る新規なＳＡＷ共振子を案出した。
【００２５】
この新規な実施形態のＳＡＷ共振子（以下、本実施形態のＳＡＷ共振子という）は、その第１の態様において、オイラー角（−１．５°≦φ≦１．５°，１１７°≦θ≦１４２°，４２．７９°≦｜ψ｜≦４９．５７°）の水晶基板上に設けられ、ストップバンド上端モードのＳＡＷを励振するＩＤＴと、該ＩＤＴを構成する電極指間に位置する水晶基板を窪ませた電極指間溝を有し、
ＳＡＷの波長をλ、電極指間溝の深さをＧとした場合に、０．０１λ≦Ｇの関係を満たし、
かつ、ＩＤＴのライン占有率をηとした場合に、電極指間溝の深さＧとライン占有率ηとが
【数１】
2012060422.tif 000003
…（１）、及び
【数２】
2012060422.tif 000004
…（２）
の関係を満たすことを特徴とする。
【００２６】
本実施形態のＳＡＷ共振子は、第２の態様において、前記第１の態様に加えて、電極指間溝の深さＧが、０．０１λ≦Ｇ≦０．０６９５λの関係を満たすことを特徴とする。電極指間溝の深さＧをこの範囲に設定することによって、動作温度範囲内（例えば、−４０℃〜＋８５℃）における周波数変動量を小さく抑制でき、かつ電極指間溝の深さに製造上のばらつきが生じても、個々のＳＡＷ共振子間における共振周波数のシフト量を補正可能な範囲に抑えることができる。
【００２７】
更に本実施形態のＳＡＷ共振子は、第３の態様において、前記第１又は第２の態様に加えて、ＩＤＴの電極膜厚をＨとした場合に、０＜Ｈ≦０．０３５λの関係を満たすことを特徴とする。これにより、動作温度範囲内で良好な周波数温度特性が実現され、電極膜厚を大きくしたときに生じ得る耐環境特性の劣化が予め防止される。
【００２８】
また、本実施形態のＳＡＷ共振子は、第４の態様において、前記第３の態様に加えて、ライン占有率ηが、
【数３】
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…（３）
の関係を満たすことを特徴とする。これにより、周波数温度特性の二次温度係数を小さく抑制することができる。
【００２９】
更にまた、本実施形態のＳＡＷ共振子は、第５の態様において、前記第３又は第４の態様に加えて、電極指間溝の深さＧと電極膜厚Ｈとの和が、０．０４０７λ≦Ｇ＋Ｈの関係を満たすことを特徴とする。これにより、電極指間に溝を設けずにストップバンドの下端モードの共振を用いた従来の場合よりも高いＱ値が得られる。
【００３０】
図１は、本実施形態のＳＡＷ共振子の典型例を示している。図１（Ａ）に示すように、本実施形態のＳＡＷ共振子１は、矩形の水晶基板２と、該水晶基板の主面にそれぞれ形成されたＩＤＴ３と１対の反射器４，４とを有する。
【００３１】
水晶基板２には、オイラー角（−１．５°≦φ≦−１．５°，１１７°≦θ≦１４２°，４２．７９°≦｜ψ｜≦４９．５７°）で表される面内回転ＳＴカット水晶基板を使用する。ここで、オイラー角について説明する。オイラー角（０°，０°，０°）で表される基板は、Ｚ軸に垂直な主面を有するＺカット基板となる。ここで、オイラー角（φ，θ，ψ）のφはＺカット基板の第１の回転に関するものであり、Ｚ軸を回転軸とし、＋Ｘ軸から＋Ｙ軸側へ回転する方向を正の回転角度とした第１回転角度である。オイラー角のθはＺカット基板の第１の回転後に行う第２の回転に関するものであり、第１の回転後のＸ軸を回転軸とし、第１の回転後の＋Ｙ軸から＋Ｚ軸へ回転する方向を正の回転角度とした第２の回転角度である。圧電基板のカット面は、第１回転角度φと第２回転角度θとで決定される。オイラー角のψはＺカット基板の第２の回転後に行う第３の回転に関するものであり、第２の回転後のＺ軸を回転軸とし、第２の回転後の+Ｘ軸から第２の回転後の+Ｙ軸側へ回転する方向を正の回転角度とした第３回転角度である。ＳＡＷの伝搬方向は、第２の回転後のＸ軸に対する第３回転角度ψで表される。
【００３２】
面内回転ＳＴカット水晶基板は、図２に示すように、水晶の直交する３つの結晶軸、即ち電気軸、機械軸及び光学軸をそれぞれＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸で表したとき、Ｙ軸に垂直なＸＺ面５ａを、Ｘ軸を回転軸として＋Ｚ軸から−Ｙ軸方向に角度θ´（°）回転させた、座標軸（Ｘ，Ｙ´，Ｚ´）のＹ´軸に垂直なＸＺ´面を有するウエーハ５から切り出される。水晶基板２は、更にＹ´軸を回転軸として＋Ｘ軸から＋Ｚ´軸方向を正として角度＋ψ（又は−ψ）（°）回転させた新たな座標軸（Ｘ´，Ｙ´，Ｚ”）に沿ってウエーハ５から切り出して個片化される。このとき、水晶基板２はその長辺（又は短辺）をＸ´軸方向又はＺ”軸方向のいずれに沿って配置してもよい。尚、角度θ´とオイラー角におけるθとは、θ´＝θ−９０°の関係にある。
【００３３】
ＩＤＴ３は、それぞれ複数の電極指６ａ、６ｂからなり、かつそれらの基端部をバスバー７ａ，７ｂで接続した１対の櫛歯状電極３ａ，３ｂを有する。各電極指６ａ、６ｂは、その延長方向が前記ＩＤＴにより励振されるＳＡＷの伝搬方向Ｘ´と直交する向きに配置されている。一方の櫛歯状電極３ａの電極指６ａと他方の櫛歯状電極３ｂの電極指６ｂとは、交互にかつ所定の間隔を開けて一定のピッチで配列されている。図１（B）に示すように、電極指６ａ、６ｂ間に露出する水晶基板２の表面には、該表面をエッチング等で削除することによって、それぞれ一定深さの電極指間溝８が凹設されている。
【００３４】
１対の反射器４，４は、ＳＡＷの伝搬方向Ｘ´に沿ってＩＤＴ３の外側に該ＩＤＴを両側から挟むように配置されている。各反射器４は、それぞれＳＡＷの伝搬方向Ｘ´に一定のピッチで配列された複数の導体ストリップ４ａ，４ａを有する。前記各導体ストリップは、ＩＤＴ３の前記各電極指と同様に、その延長方向がＳＡＷの伝搬方向Ｘ´と直交する向きに配置されている。図１（B）に示すように、導体ストリップ４ａ，４ａ間に露出する水晶基板２の表面には、該表面をエッチング等で削除することによって、それぞれ一定深さの導体ストリップ間溝９が凹設されている。
【００３５】
本実施形態において、電極指６ａ、６ｂ及び導体ストリップ４ａ，４ａは、例えばＡｌやＡｌを主体とする合金を用いた金属膜で同じ膜厚Ｈに形成され、総称して電極指ということができる。電極指間溝８と導体ストリップ間溝９とは、同じ深さＧに形成される。ＩＤＴ３の最も外側の電極指６ａ（又は６ｂ）とそれに隣り合う反射器４，４の前記導体ストリップとの間も、同様に水晶基板表面を削除して、前記導体ストリップ間溝と同じ深さの溝が凹設されている。
【００３６】
このように構成したＳＡＷ共振子１は、水晶基板２のＸ´軸方向及びＹ´軸方向の両方に振動変位成分を有するＲａｙｌｅｉｇｈ型（レイリー型）のＳＡＷを励起する。上述したオイラー角の水晶基板２は、ＳＡＷの伝播方向が水晶の結晶軸であるＸ軸からずれているので、ストップバンド上端モードのＳＡＷを励起することが可能である。
【００３７】
尚、上述した水晶基板２のオイラー角（φ，θ，ψ）は、次のようにして選択した。一般にＳＡＷ共振子の周波数温度特性は、次式で表される。
Δｆ＝α×（Ｔ−Ｔ0）＋β×（Ｔ−Ｔ0）２
ここで、Δｆは温度Ｔと頂点温度Ｔ0間の周波数変化量（ｐｐｍ）、αは１次温度係数（ｐｐｍ／℃）、βは２次温度係数（ｐｐｍ／℃２）、Ｔは温度、Ｔ0は周波数が最大となる温度（頂点温度）である。２次温度係数βの絶対値を最小に、好ましくは０．０１（ｐｐｍ／℃２）以下に、より好ましくは略零になるように設定して、周波数温度特性が三次曲線を示すようにすれば、広い動作温度範囲でも周波数変動量を小さくして高い周波数安定性が得られる。
【００３８】
先ず、水晶基板２のオイラー角を（０°，１２３°，ψ）とし、β＝±０．０１（ｐｐｍ／℃２）となるライン占有率ηが得られるときのオイラー角ψと電極指間溝の深さＧとの関係をシミュレーションした。ここで、オイラー角ψは、二次温度係数βの絶対値が０．０１（ｐｐｍ／℃２）となるように適宜選択した。その結果、上記条件下で二次温度係数βを−０．０１≦β≦＋０．０１にし得るオイラー角ψの範囲を４３°＜ψ＜４５°と定めることができた。
【００３９】
次に、水晶基板２をカット角及びＳＡＷ伝搬方向をオイラー角表示で（０，θ，ψ）とし、電極指間溝の深さＧを０．０４λ、電極指の膜厚Ｈを０．０２λ、ライン占有率ηを上記（３）式に従って０．６３８３として、オイラー角θに関する二次温度係数βの変化をシミュレーションした。ここで、オイラー角ψは上述した４３°＜ψ＜４５°の範囲内で、角度θの設定角度に基づいて二次温度係数βの絶対値を最小とするように適宜選択した。その結果、オイラー角θが１１７°≦θ≦１４２°の範囲内にあれば、電極指の膜厚Ｈ、電極指間溝の深さＧ、及びライン占有率ηを変化させても、二次温度係数βの絶対値が０．０１（ｐｐｍ／℃２）の範囲内にあることを確認した。
【００４０】
次に、水晶基板２をオイラー角表示で（φ，１２３°，４３．７７°）とし、電極指間溝の深さＧを０．０４λ、電極指の膜厚Ｈを０．０２λ、ライン占有率ηを０．６５として、オイラー角φに関する二次温度係数βの変化をシミュレーションした。その結果、オイラー角φが−１．５°≦φ≦＋１．５°の範囲内にあれば、二次温度係数βの絶対値が０．０１（ｐｐｍ／℃２）の範囲内にあることを確認した。
【００４１】
更に、動作温度範囲（−４０℃〜＋８５℃）における周波数変動量が最小となる非常に望ましいオイラー角θとψとの関係をシミュレーションにより求めた。この場合も、電極指間溝の深さＧ及び電極指の膜厚Ｈは、それぞれＧ＝０．０４λ、Ｈ＝０．０２λとした。その結果、オイラー角ψは、上述したオイラー角θの範囲でその増加と共に三次曲線を描くように増加した。この関係は、次式で近似することができる。
【数４】
2012060422.tif 000006
これにより、オイラー角ψは、オイラー角θの下限値θ＝１１７°においてψ＝４２．７９°となり、上限値θ＝１４２°においてψ＝４９．５７°となる。従って、オイラー角ψは、１１７°≦θ≦１４２°の範囲で、４２．７９°≦ψ≦４９．５７°に設定することができる。
【００４２】
このように水晶基板２のオイラー角を設定することによって、本実施形態のＳＡＷ共振子１は、２次温度係数βの絶対値が０．０１（ｐｐｍ／℃２）以下の優れた周波数温度特性を実現することができる。
【００４３】
本実施形態のＳＡＷ共振子１について、以下の条件で周波数温度特性をシミュレーションした。
−本実施形態のＳＡＷ共振子１の基本データ
Ｈ：０．０２λ
Ｇ：変化
ＩＤＴライン占有率η：０．６
反射器ライン占有率ηr：０．８
オイラー角：（０°，１２３°，４３．５°）
ＩＤＴ対数：１２０
電極指交差幅：４０λ（λ＝１０μｍ）
反射器本数（片側あたり）：６０
電極指の傾斜角度：なし
【００４４】
このシミュレーション結果を図３に示す。同図から分かるように、周波数温度特性は動作温度範囲（−４０〜＋８５℃）において略３次曲線を示しており、周波数変動幅を２０ｐｐｍ以内という極めて小さな変動量に抑圧することできた。
【００４５】
図３の周波数温度特性を示すＳＡＷ共振子１について、周波数、等価回路定数、及び静特性をまとめると、以下の表１になる。
【表１】
2012060422.tif 000007
ここで、Ｆは周波数、ＱはＱ値、γは容量比、ＣＩはＣＩ（クリスタルインピーダンス：Crystal Impedance）値、Ｍは性能指数（フィギュアオブメリット：Figure of Merit）である。
【００４６】
ＳＡＷ共振子１は、ＩＤＴ３のストップバンド上端の周波数ｆt2と、反射器４のストップバンド下端の周波数ｆr1及びストップバンド上端の周波数ｆr2とが、ｆr1＜ｆt2＜ｆr2の関係を満たすように設定するのが好ましい。図４は、周波数に関するＩＤＴ３及び反射器４のＳＡＷ反射特性を示している。同図のように、周波数ｆt2を周波数ｆr1と周波数ｆr2との間に設定すると、周波数ｆt2において反射器４の反射係数がＩＤＴ３の反射係数よりも大きくなる。その結果、ＩＤＴ３から励振されたストップバンド上端モードのＳＡＷは、反射器４からＩＤＴ３側により高い反射係数で反射されることになる。従って、ＳＡＷの振動エネルギーを効率良く閉じ込めることができ、低損失なＳＡＷ共振子１を実現できる。
【００４７】
また、ＳＡＷ共振子１のＱ値について、電極指６ａ、６ｂの高さ即ち膜厚Ｈと電極指間溝８の深さＧとにより形成される段差の大きさ（Ｇ＋Ｈ）との関係をシミュレーションにより検証した。比較のため、電極指間に溝を設けずかつストップバンド上端モードの共振を用いる従来のＳＡＷ共振子について、以下の条件でＱ値と電極指の高さ即ち膜厚との関係をシミュレーションした。
【００４８】
−従来のＳＡＷ共振子の基本データ
Ｈ：変化
Ｇ：ゼロ（無し）
ＩＤＴライン占有率η：０．４
反射器ライン占有率ηr：０．３
オイラー角（０°，１２３°，４３．５°）
ＩＤＴ対数：１２０
電極指交差幅：４０λ（λ＝１０μｍ）
反射器本数（片側あたり）：６０
電極指の傾斜角度：なし
【００４９】
このシミュレーション結果を図５に示す。同図において、太線は本実施形態のＳＡＷ共振子１を、細線は従来のＳＡＷ共振子を示している。同図から分かるように、本実施形態のＳＡＷ共振子１は、段差（Ｇ＋Ｈ）が０．０４０７λ（４．０７％λ）以上の領域において、従来のＳＡＷ共振子よりも高いＱ値を得ることができる。
【００５０】
更に、本願発明者は、本実施形態のＳＡＷ共振子１について、Ｑ値とＩＤＴ及び反射器のライン占有率η，ηrとの関係をシミュレーションにより検証した。尚、ＩＤＴ３のライン占有率ηは、図１（Ｃ）、（Ｄ）に示すように、電極指幅Ｌを電極指ピッチλ／２（＝Ｌ＋Ｓ）で除した値である。また、反射器４のライン占有率ηrはＩＤＴ３のライン占有率ηと同じ値にした。
【００５１】
尚、図１（Ｄ）は、ＩＤＴ３の電極指６ａ、６ｂ及び電極指間溝８をフォトリソグラフィ技法とエッチング技法とにより製造したときに形成されるであろう台形状の断面において、ＩＤＴ３のライン占有率ηを特定する方法を説明するためのものである。この場合、ライン占有率ηは、電極指間溝８の底部から該電極指間溝の深さＧと電極膜厚Ｈとの合計値（Ｇ＋Ｈ）の１／２となる高さにおいて測定した電極指幅Ｌと電極指間溝幅Ｓとに基づいて算出する。
【００５２】
このシミュレーションにおいて、水晶基板２のオイラー角を（０°，１２３°，ψ）とした。ＩＤＴ３の電極指６ａ、６ｂ及び反射器４の導体ストリップ４ａ，４ａはアルミニウムを使用し、それらの膜厚ＨをＳＡＷの波長λの２％、即ちＨ＝０．０２λ（２％λ）とした。電極間溝８及び導体ストリップ間溝９の深さＧをＳＡＷの波長λの４．５％、即ちＧ＝０．０４５λ（４．５％λ）とした。従って、隣り合う電極指６ａ、６ｂ及び導体ストリップ４ａ，４ａ間の段差、即ちＳＡＷの波長λの６．５％（Ｇ＋Ｈ＝０．０６５λ（６．５％λ））が、前記電極指及び導体ストリップの実効膜厚となる。
【００５３】
ＩＤＴ３のライン占有率ηを０．６２５，０．８０，０．７２５に設定し、それぞれについて周波数温度特性を計算した。図６（Ａ）は、η＝０．６２５の場合の周波数温度特性を示している。この場合、動作温度範囲（−４０℃〜＋８５℃）において、三次曲線の極めて優れた周波数温度特性が得られ、周波数変動量が±８ｐｐｍ程度に非常に小さく抑制されている。
【００５４】
図６（Ｂ）は、η＝０．８０の場合の周波数温度特性を示している。図６（Ｃ）は、η＝０．７２５の場合の周波数温度特性を示している。いずれの場合も、動作温度範囲（−４０℃〜＋８５℃）において、周波数温度特性は二次曲線を示し、周波数変動量が約４０ｐｐｍ又は約３５ｐｐｍと非常に大きく、図６（Ａ）の場合より劣化していることが分かる。これは、図６（Ｂ）及び（Ｃ）のライン占有率η＝０．８０，０．７２５が、電極指間溝の深さＧ及びＳＡＷの波長λとの関係において、上述した（１）式及び（２）式を満足していないことが原因と考えられる。
【００５５】
そこで、本願発明者は、ＩＤＴ（及び反射器）のライン占有率η（ηr）に関するＱ値の変化をシミュレーションした。このシミュレーション結果を図７に示す。同図から分かるように、ライン占有率ηが大きくなるに連れて、Ｑ値は大きくなる。しかしながら、上述したように優れた周波数温度特性を発揮するη＝０．６２５の場合、Ｑ値は２０００で極めて小さく、発振器として安定した発振動作を行わせることは期待できない。他方、η＝０．７２５の場合、Ｑ値は最大値１３５００となり、発振器として安定した発振動作が可能であるが、上述したように良好な周波数温度特性が得られない。
【００５６】
このよう本実施形態のＳＡＷ共振子は、優れた周波数温度特性と高いＱ値とを同時に実現することができず、発振器として使用することが困難である。この新たな問題を解消するために、本願発明者は、ＩＤＴ及び反射器のライン占有率と周波数温度特性及びＱ値との関係について更に検討を進めた結果、優れた周波数温度特性と高いＱ値とを同時に実現し得ることを見出し、本発明を想到したものである。
【００５７】
本発明のＳＡＷデバイスは、オイラー角（−１．５°≦φ≦１．５°，１１７°≦θ≦１４２°，４２．７９°≦｜ψ｜≦４９．５７°）の水晶基板と、
該水晶基板の主面に設けられた複数の電極指からなり、ストップバンド上端モードの弾性表面波を励振するＩＤＴと、
弾性表面波の伝播方向に沿ってＩＤＴを挟むようにその両側に配置した、それぞれ複数の導体ストリップからなる一対の反射器と、
ＩＤＴの隣り合う電極指間の水晶基板の表面に凹設した電極指間溝と、
反射器の隣り合う導体ストリップ間の水晶基板の表面に凹設した導体ストリップ間溝とを有し、
弾性表面波の波長λと電極指間溝の深さＧとが、０．０１λ≦Ｇの関係を満足し、
ＩＤＴのライン占有率ηと電極指間溝の深さＧとが、
【数５】
2012060422.tif 000008
及び、
【数６】
2012060422.tif 000009
の関係を満足し、
ＩＤＴのライン占有率ηと反射器のライン占有率ηrとが、η＜ηrの関係を満足することを特徴とする。
【００５８】
このようにＩＤＴ及び反射器のライン占有率を設定することによって、反射器に反射効率の高い導体ストリップが配置され、反射器間に挟まれたＩＤＴにＳＡＷの振動エネルギーを効率良く閉じ込めることができる。その結果、広い動作温度範囲において周波数変動量が極めて小さい優れた周波数温度特性と低インピーダンス化を確保維持しながら、高いＱ値の発振安定性に優れたＳＡＷデバイスを実現することができる。
【００５９】
或る実施例では、反射器のライン占有率ηrが、０．７０≦ηr≦０．９５を満足することによって、後述するようにＱ値が１００００以上で良好なＳＡＷデバイスを得ることができる。
【００６０】
別の実施例では、ＩＤＴの電極指のピッチＰtと反射器の導体ストリップのピッチＰrとが０．９９５≦Ｐｔ／Ｐｒ≦１．０１０の関係を満足することによって、両ピッチが異なることに起因するバルク放射を最小限に抑制でき、高いＱ値を得ることができる。
【００６１】
この場合に更に、ＩＤＴの電極指のピッチＰtと反射器の導体ストリップのピッチＰrとが０．９９７≦Ｐｔ／Ｐｒ≦１．００７５の関係を満足することによって、両ピッチの差をより小さくできるので、更に高いＱ値が得られる。
【００６２】
また、或る実施例では、ＩＤＴのライン占有率ηが、
【数７】
2012060422.tif 000010
を満足することにより、周波数温度特性の二次温度係数をより小さく抑制できるので、周波数変動量をより小さくしかつより優れた三次曲線の周波数温度特性が得られる。
【００６３】
また別の実施例では、電極指間溝の深さＧと電極指の膜厚Ｈとの和が、０．０４０７λ≦Ｇ＋Ｈを満足することにより、ストップバンド上端モードの共振を用いた場合に、ＩＤＴの電極指間に溝を設けずにストップバンド下端モードの共振を用いる従来のＳＡＷ共振子従来の場合よりも高いＱ値が得られる。
【００６４】
更にまた別の実施例では、電極指及び導体ストリップに直交する第１の方向と水晶基板の電機軸とのなす角度が水晶基板のオイラー角ψであり、ＩＤＴ及び反射器の少なくとも一部が、第１の方向と角度δをもって交差する第２の方向に配置され、角度δが、水晶基板のパワーフロー角±１°の範囲内であることにより、更にＱ値の向上を図ることができる。
【００６５】
また、別の実施例では、ＩＤＴを駆動するための発振回路を更に有することにより、広い動作温度範囲で周波数変動量が極めて小さく、ＣＩ値が低く、かつ発振安定性に優れたＳＡＷ発振器を得ることができる。
【００６６】
本発明の別の側面によれば、上述した本発明のＳＡＷデバイスを備える電子機器及びセンサー装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】（Ａ）図は本実施形態のＳＡＷ共振子の構成を示す平面図、（Ｂ）図はその部分拡大縦断面図、（Ｃ）図は（Ｂ）図の部分拡大図、（Ｄ）図はフォトリソグラフィ及びエッチング技術により形成される（Ｃ）図の溝部の断面形状を示す図。
【図２】図１のＳＡＷ共振子の水晶基板を模式的に示す説明図。
【図３】図１のＳＡＷ共振子の周波数温度特性を示す線図。
【図４】図１のＳＡＷ共振子のＩＤＴ及び反射器のＳＡＷ反射特性を示す線図。
【図５】図１のＳＡＷ共振子の電極指間の段差とＱ値との関係を示す線図。
【図６】（Ａ）〜（Ｃ）図は図１のＳＡＷ共振子のＩＤＴのライン占有率η＝０．６２５，０．８０，０．７２５における周波数温度特性をそれぞれ示す線図。
【図７】図１のＳＡＷ共振子のＩＤＴのライン占有率ηとＱ値との関係を示す線図。
【図８】（Ａ）図は本発明によるＳＡＷデバイスの第１実施例を示す平面図、（Ｂ）図はそのVIII−VIII線における部分拡大縦断面図。
【図９】第１実施例のＩＤＴのライン占有率ηと電気機械結合係数との関係を示す線図。
【図１０】第１実施例のＩＤＴのライン占有率ηと周波数ドリフト量との関係を示す線図。
【図１１】第１実施例の反射器のライン占有率ηrとＱ値との関係を示す線図。
【図１２】第１実施例の周波数温度特性を示す線図。
【図１３】第２実施例のＳＡＷデバイスの電極指と導体ストリップとのピッチ比Ｐt／Ｐrに関するＱ値の変化を示す線図。
【図１４】（Ａ）、（Ｂ）図は傾斜型ＩＤＴを有する第３実施例のＳＡＷデバイスをそれぞれ示す平面図。
【図１５】（Ａ）図は本発明によるＳＡＷ発振器を示す平面図、（Ｂ）図はそのXV−XV線における縦断面図。
【発明を実施するための形態】
【００６８】
以下に、添付図面を参照しつつ、本発明の好適な実施例を詳細に説明する。尚、添付図面において、同一又は類似の構成要素には同一又は類似の参照符号を付して示す。
【００６９】
図８（Ａ）（Ｂ）は、本発明によるＳＡＷ共振子の第１実施例を示している。本実施例のＳＡＷ共振子１１は、矩形の水晶基板１２と、該水晶基板の主面にそれぞれ形成されたＩＤＴ１３と１対の反射器１４，１４とを有する。水晶基板１２は、図１に関連して上述したＳＡＷ共振子１の水晶基板２と同じオイラー角（−１°≦φ≦１°，１１７°≦θ≦１４２°，４２．７９°≦｜ψ｜≦４９．５７°）の水晶基板を使用する。
【００７０】
ＩＤＴ１３は、それぞれ複数の電極指１５ａ、１５ｂからなり、かつそれらの基端部をバスバー１６ａ，１６ｂで接続した１対の櫛歯状電極１３ａ，１３ｂを有する。各電極指１５ａ、１５ｂは、その延長方向が前記ＩＤＴにより励振されるＳＡＷの伝搬方向と直交する向きに配置されている。一方の櫛歯状電極１３ａの電極指１５ａと他方の櫛歯状電極１３ｂの電極指１５ｂとは、交互にかつ所定の間隔を開けて一定のピッチで配列されている。電極指１５ａ、１５ｂ間に露出する水晶基板１２の表面には、該表面をエッチング等で削除することによって、それぞれ一定深さの電極指間溝１７が凹設されている。
【００７１】
１対の反射器１４，１４は、ＳＡＷの伝搬方向に沿ってＩＤＴ１３の両側に該ＩＤＴを挟むように配置されている。各反射器１４は、それぞれＳＡＷの伝搬方向に一定のピッチで配列された複数の導体ストリップ（電極指）１４ａ，１４ａを有する。前記各導体ストリップは、ＩＤＴ１３の前記各電極指と同様に、その延長方向がＳＡＷの伝搬方向と直交する向きに配置されている。導体ストリップ１４ａ，１４ａ間に露出する水晶基板１２の表面には、該表面をエッチング等で削除することによって、それぞれ一定深さの導体ストリップ間溝１８が凹設されている。
【００７２】
電極指１５ａ、１５ｂ及び導体ストリップ１４ａ，１４ａは、例えばＡｌやＡｌを主体とする合金を用いた金属膜で同じ膜厚Ｈに形成される。電極指間溝１７と導体ストリップ間溝１８とは、同じ深さＧに形成される。各反射器１４，１４の最も内側の前記導体ストリップとそれに隣り合うＩＤＴ１３の最も外側の電極指１５ａ（又は１５ｂ）との間も、同様に水晶基板表面を削除して、前記導体ストリップ間溝と同じ深さの溝が凹設されている。
【００７３】
このように構成することによって、ＳＡＷ共振子１１は、水晶基板１２のＸ´軸方向及びＹ´軸方向の両方に振動変位成分を有するＲａｙｌｅｉｇｈ型（レイリー型）のＳＡＷを励起する。上述したオイラー角の水晶基板１２を用いることによって、ＳＡＷの伝播方向が水晶の結晶軸であるＸ軸からずれているので、ストップバンド上端モードのＳＡＷを励起することができる。
【００７４】
図８（Ｂ）に示すように、ＩＤＴ１３のライン占有率ηは、電極指１５ａ、１５ｂの線幅をＬt、電極指間溝１７の幅をＳtとして、η＝Ｌt／（Ｌt＋Ｓt）で表される。反射器１４のライン占有率ηrは、導体ストリップ１４ａの線幅をＬr、導体ストリップ間溝１８の幅をＳrとして、ηr＝Ｌr／（Ｌr＋Ｓr）で表される。
【００７５】
ここで、ＩＤＴ１３の電極指のピッチＰｔ及び反射器１４の導体ストリップのピッチＰｒについて説明する。交差する１対の櫛歯状電極１３ａ，１３ｂの各電極指ピッチＰｔと、電極指の線幅Ｌｔ及びｂ電極指間の幅（即ち、電極指間溝のＳＡＷ伝搬方向の幅）Ｓｔとの関係は、Ｌｔ＋Ｓｔ＝ｄｔとしたとき、Ｐｔ＝２×ｄｔ＝２×（Ｌｔ＋Ｓｔ）となる。即ち、ＳＡＷ伝搬方向に見て、隣り合う電極指１３ａと電極指１３ｂとの中心間距離（所謂、ラインアンドスペース）は、ｄｔ＝Ｌｔ＋Ｓｔとなる。従って、電極指ピッチＰｔ＝２×ｄｔ＝λとなる。
【００７６】
反射器１４は、ＳＡＷ伝搬方向に見て、隣り合う導体ストリップ１４ａの中心間距離が、ｄｒ＝Ｌｒ＋Ｓｒとなる。この中心間距離ｄｒは、反射器１４を伝搬するＳＡＷの波長λの１／２、即ちｄｒ＝λ／２にする。従って、導体ストリップ１４ａのピッチＰｒは、Ｐｒ＝２×ｄｒ＝２×（Ｌｒ＋Ｓｒ）となる。
【００７７】
ＩＤＴ１３のライン占有率ηと反射器１４のライン占有率ηrとは、η＜ηrの関係に設定される。これにより、ＳＡＷ共振子１１は、動作温度範囲において周波数変動量が極めて小さい優れた周波数温度特性と、高いＱ値とを同時に実現することができる。
【００７８】
（実施例１）
ＳＡＷ共振子１１の仕様を次のように設定した。
水晶基板寸法：５．０×１．５（ｍｍ）
オイラー角：（０°，１２３°，ψ）
ＩＤＴ対数：１８０
反射器本数（片側あたり）：  ７８
【００７９】
ＩＤＴ１３は次のように設計した。
ＳＡＷ波長λ：７．９（μm）、
電極材料：Ａｌ
電極指膜厚Ｈ：０．０２λ（２％λ）＝０．１５８０（μm）
電極指ピッチＰt：λ／２＝３．９５（μm）、
電極指線幅Ｌt：０．６２５Ｐt＝２．４６８８（μm）
（ライン占有率η：０．６２５）
【００８０】
反射器１４は次のように設計した。
電極材料：Ａｌ
導体ストリップ膜厚Ｈ：２％λ（０．０２λ）＝０．１５８０（μm）
導体ストリップピッチＰr：λ／２＝３．９５（μm）、
導体ストリップ線幅：０．７２５Ｐr＝２．８６３８（μm）
（ライン占有率ηr：０．７２５）
【００８１】
電極指間溝１７は次のように設計した。
深さ：０．０４５λ（４．５％λ）＝０．３５５５（μm）
電極指実効膜厚：０．０６５λ（６．５％λ）＝０．５１３５（μm）
【００８２】
このように設計したＳＡＷ共振子１１について、ＩＤＴ１３のライン占有率ηに関する電気機械結合係数Ｋ2（％）の変化をシミュレーションした。この結果を図９に示す。同図から、ＩＤＴ１３は、ライン占有率η＝０．６０〜０．６６において、高い電気機械結合係数が得られることを確認できた。特にη＝０．６２５において、電気機械結合係数が最大となるため、ＳＡＷ共振子の低インピーダンス化即ち低ＣＩ化をも達成することができる。従って、これを発振器に用いた場合には、消費電力の低減に貢献する。
【００８３】
また、ＩＤＴ１３のライン占有率ηに関する周波数変動量（ｐｐｍ）をシミュレーションした。この結果を図１０に示す。同図から、ＩＤＴ１３は、ライン占有率η＝０．６０〜０．６６において、周波数変動量が２５ｐｐｍ以下の優れた周波数温度特性が得られることを確認できた。また同図は、ＩＤＴ１３のライン占有率ηが０．６０〜０．６６の範囲から外れると、周波数変動量が２５ｐｐｍを超えてしまい、周波数温度特性が大きく劣化することを示している。
【００８４】
次に、反射器１４のライン占有率ηrに関するＱ値の変化をシミュレーションした。この結果を図１１に示す。同図から、反射器１４は、ライン占有率ηrが０．７０≦ηr≦０．９５の範囲で、Ｑ値が１００００以上となることを確認できた。従って、このＳＡＷ共振子１１を発振器に使用すれば、安定した発振動作が可能である。また同図は、反射器１４のライン占有率ηrが０．７０より小さくなると、Ｑ値が１００００以下に急峻に低下することを示している。
【００８５】
更に、ＩＤＴ１３のライン占有率η＝０．６２５かつ反射器１４のライン占有率ηr＝０．７２５のＳＡＷ共振子１１について、動作温度範囲における周波数温度特性をシミュレーションにより検証した。この結果を図１２に示す。同図から分かるように、本実施例では、−４０℃〜＋８５℃の動作温度範囲で周波数変動幅が１０ｐｐｍ程度と極めて小さく、優れた周波数温度特性を有することが確認された。
【００８６】
このように本実施例のＳＡＷ共振子１１は、η＝０．６２５、ηr＝０．７２５において、共振周波数が４００MHｚ、Ｑ値が１４０００、ＣＩ値が１４Ωであり、いずれも良好であった。従って、これを発振器として用いた場合、優れた発振安定性が得られることを確認できた。
【００８７】
上述した実施例１の検証結果を綜合すると、本発明のＳＡＷ共振子１１は、ＩＤＴのライン占有率には周波数温度特性及び電気機械結合係数に優れるη＝０．６０〜０．６６を採用し、これに組み合わせて、反射器のライン占有率にはＱ値に優れる０．７０≦ηr≦０．９５を採用することが好ましい。このように、反射器１４に反射効率の高い電極即ち導体ストリップ１４ａを配置することによって、反射器間に挟まれたＩＤＴ１３にＳＡＷの振動エネルギーを効率良く閉じ込めることができる。これにより、優れた周波数温度特性及び低インピーダンス化を実現しながら、高いＱ値の発振安定性に優れたＳＡＷ共振子を得ることができる。
【００８８】
本発明によるＳＡＷ共振子１１の第２実施例は、ＩＤＴ１３のライン占有率η及び反射器１４のライン占有率ηrをそれぞれ上述した範囲に設定した第１実施例において、より高いＱ値が得られるようにするものである。そのため、本実施例では、ＩＤＴ１３と反射器１４との電極ピッチ比、即ちＩＤＴ１３の電極指ピッチＰtを反射器１４の導体ストリップのピッチＰrで除した値（Ｐt／Ｐr）をＰt／Ｐr≒１．０に設定する。これにより、ＳＡＷ共振子１１のＱ値を更に高く、より良好にすることができる。
【００８９】
図１のＳＡＷ共振子１１について、以下の条件で、Ｐt／Ｐrに関するＱ値の変化をシミュレーションにより検証した。
オイラー角：（０°，１２３°，４３．８０°）
ＩＤＴ対数：１８０
反射器本数（片側あたり）：７８
電極指膜厚Ｈ：０．０２λ（２％λ）
電極指間溝深さＧ：０．０４５λ（４．５％λ）
ＩＤＴライン占有率η：０．６２５
反射器ライン占有率ηr：０．７２５
【００９０】
このシミュレーション結果を図１３に示す。同図から分かるように、Ｐt／Ｐr＝０．９９５０〜１．０１０の範囲で、Ｑ＞１００００の高いＱ値が得られ、Ｐt／Ｐr＝０．９９７５〜１．００７５の範囲で、Ｑ＞１２０００のより高いＱ値が得られ、更にＰt／Ｐr＝０．９９９〜１．００５の範囲では、Ｑ≒１４０００のＱ値最大値が得られる。
【００９１】
上述したように、ＩＤＴ対数を１８０、反射器本数を７８とした場合、η＝ηr＝０．６２５では、Ｑ値が４０００程度しか得られないのに対し、η＝ηr＝０．７２５では、Ｑ値が１３５００に改善される。他方、η＝０．６２５かつηr＝０．７２５では、Ｐt／Ｐr≒１．００とすることによって、１３５００の高いＱ値が１３５００が得られた。これは、反射器のライン占有率ηrで決定される反射帯域が、ＩＤＴのライン占有率η＝０．６２５で決定される共振周波数に略一致するとき、そのライン占有率ηr≒０．７２５であり、このとき、Ｐt／Ｐr≒１．０としてＩＤＴの電極指ピッチと反射器の導体ストリップのピッチとを略同一にすると、両ピッチが異なることに起因するバルク放射を最小限に抑制できるので、高いＱ値が得られたと考えられる。
【００９２】
更に本願発明者は、電極指膜厚Ｈ、電極指間溝の深さＧ、及びオイラー角θをパラメーターとして、周波数変動量が少ない３次曲線の優れた周波数温度特性と高いＱ値とを実現し得るＩＤＴライン占有率η、反射器ライン占有率ηr、及びＩＤＴ／反射器ピッチ比Ｐt／Ｐrと、その場合に得られるＱ値とを算出した。その結果を以下の表２に示す。
【００９３】
【表２】
2012060422.tif 000011
【００９４】
一般にＱ値は、ＳＡＷエネルギーの閉じ込め効果によって略決定され、言い換えれば反射器の反射効率即ち反射器の構造（反射器本数、実効膜厚、電極線幅、密度等）によって決定される。従って、水晶基板のカット角、例えばオイラー角θを多少変化させても、Ｑ値にはほとんど影響しないはずである。表２から分かるように、オイラー角θを上述した優れた周波数温度特性が得られる角度範囲内で１１７°、１２３°、１４２°に変化させたが、η＜ηrかつＰt／Ｐr＝１．００において、全ての場合においてＱ値は１００００以上であり、Ｑ値への影響が小さいことを確認できた。
【００９５】
また、一般に反射器の反射効率は、反射器の密度即ち反射器を構成する水晶の厚さ（Ｇ）と電極膜厚（Ｈ）との比率に強く影響されるが、水晶とＡｌとは比重の差が小さく、それらの比率を変えても反射効率に大きく影響しないことを、表２は実証している。このように、本発明のＳＡＷデバイスは、η＜ηrの関係を満足するように設定することにより、η及びηr以外の諸条件の影響をほとんど受けることなく、Ｑ値を飛躍的に改善できることが裏付けられた。
【００９６】
図１４（Ａ）、（Ｂ）は、傾斜型ＩＤＴを有する本発明によるＳＡＷ共振子の第３実施例をそれぞれ示している。図１４（Ａ）のＳＡＷ共振子２１１は、第１実施例と同様にオイラー角（−１．５°≦φ≦１．５°，１１７°≦θ≦１４２°，４２．７９°≦｜ψ｜≦４９．５７°）で表される水晶基板２２１の主面に、傾斜型ＩＤＴ２３１と１対の反射器２４１，２４１とを有する。水晶基板２２１は、その長手方向が、ＩＤＴ２３１により励振されるＳＡＷの位相速度の伝搬方向であるＸ’軸に対してエネルギーの伝搬方向であるパワーフロー角（ＰＦＡ）δ°だけ傾けた向きに沿って配向されている。
【００９７】
ＩＤＴ２３１は、それぞれ複数の電極指２５ａ１，２５ｂ１からなりかつそれらの基端部をバスバー２６ａ１，２６ｂ１で接続した１対の櫛歯状電極２３ａ１，２３ｂ１を有する。１対の反射器２４１，２４１は、ＳＡＷの伝搬方向に沿ってＩＤＴ２３１の両側に該ＩＤＴを挟むように配置され、それぞれＳＡＷの伝搬方向に配列された複数の導体ストリップ２４ａ１，２４ａ１を有する。電極指２５ａ１、２５ｂ１及び導体ストリップ２４ａ１は、その延長方向がパワーフロー角（ＰＦＡ）δ°だけ傾いたＸ’軸に直交する向きに配置されている。
【００９８】
水晶基板２２１の電極指２５ａ１、２５ｂ１間に露出する表面には、第１実施例と同様に電極指間溝が凹設されている。導体ストリップ２４ａ１，２４ａ１間の水晶基板２２１の表面にも、同様に導体ストリップ間溝が凹設されている。
【００９９】
このようにＩＤＴ及び反射器の少なくとも一部が、Ｘ’軸方向とパワーフロー角δをもって交差する方向に配置されることによって、ＳＡＷデバイス２１１は第１実施例と同様の作用効果を奏すると共に、Ｑ値を更に高めることができる。これにより、より低損失なＳＡＷ共振子が実現される。
【０１００】
図１４（Ｂ）のＳＡＷ共振子２１２は、図１４（Ａ）とは異なる構成の傾斜型ＩＤＴ２３２と１対の反射器２４２，２４２とを水晶基板２２２の主面に有する。水晶基板２２２は、その長手方向が、ＩＤＴ２３２により励振されるＳＡＷの位相速度の伝搬方向であるＸ’軸に沿って配向されている。
【０１０１】
ＩＤＴ２３２は、それぞれ複数の電極指２５ａ２，２５ｂ２からなりかつそれらの基端部をバスバー２６ａ２，２６ｂ２で接続した１対の櫛歯状電極２３ａ２，２３ｂ２を有する。１対の反射器２４２，２４２は、ＳＡＷの伝搬方向に沿ってＩＤＴ２３２の両側に該ＩＤＴを挟むように配置され、それぞれＳＡＷの伝搬方向に配列された複数の導体ストリップ２４ａ２，２４ａ２を有する。電極指２５ａ２、２５ｂ２及び導体ストリップ２４ａ２は、その延長方向がＸ’軸に直交する向きに配置されると共に、バスバー２６ａ２，２６ｂ２が、Ｘ’軸からパワーフロー角（ＰＦＡ）δ°だけ傾けた向きに配向されている。
【０１０２】
水晶基板２２２の電極指２５ａ２、２５ｂ２間に露出する表面には、第１実施例と同様に電極指間溝が凹設されている。導体ストリップ２４ａ２，２４ａ２間の水晶基板２２２の表面にも、同様に導体ストリップ間溝が凹設されている。
【０１０３】
本実施例のＳＡＷ共振子２１２も、このようにＩＤＴ及び反射器の少なくとも一部が、Ｘ’軸方向とパワーフロー角δをもって交差する方向に配置されることによって、良好な周波数温度特性及び高いＱ値を実現する作用効果を奏すると共に、Ｑ値を更に高めることができる。これにより、より低損失なＳＡＷ共振子が実現される。
【０１０４】
本発明は、上述した本発明のＳＡＷ共振子と発振回路とを組み合わせて構成される発振器にも適用することができる。図１５（Ａ）、（Ｂ）は、そのような本発明によるＳＡＷ発振器の一実施例の構成を示している。本実施例のＳＡＷ発振器３１は、本発明によるＳＡＷ共振子３２と、該ＳＡＷ共振子を駆動制御する発振回路としてＩＣ（integrated circuit）３３と、これらを収容するパッケージ３４とを備える。ＳＡＷ共振子３２及びＩＣ３３は、パッケージ３４の底板３４ａ上に表面実装されている。
【０１０５】
ＳＡＷ共振子３２は、第１実施例のＳＡＷ共振子１１と同様の構成を有し、第１実施例と同じオイラー角で表示される水晶基板３５と、その表面に形成された１対の櫛歯状電極３６ａ，３６ｂからなるＩＤＴと１対の反射器３７，３７とを有する。ＩＣ３３の上面には、電極パッド３８ａ〜３８ｆが設けられている。パッケージ３４の底板３４ａ上には、電極パターン３９ａ〜３９ｇが形成されている。ＳＡＷ共振子３２の櫛歯状電極３６ａ，３６ｂ及びＩＣ３３の電極パッド３８ａ〜３８ｆは、それぞれボンディングワイヤ４０，４１により対応する電極パターン３９ａ〜３９ｇと電気的に接続されている。このようにＳＡＷ共振子３２及びＩＣ３３を搭載したパッケージ３４は、その上部に接合されたリッド４２により気密に封止されている。
【０１０６】
本実施例のＳＡＷ発振器３１は、本発明のＳＡＷ共振子を備えることによって、広い動作温度範囲で周波数変動量が極めて小さい優れた周波数温度特性を有すると共に、高いＱ値を有するので、安定した発振動作が可能であり、更に低インピーダンス化による消費電力の低減を実現することができる。その結果、近年の情報通信の高速化に基づく高周波化及び高精度化の要求に対応し、低温から高温まで温度が大きく変動するような環境下でも長期に安定して動作する優れた耐環境特性を備えたＳＡＷ発振器が得られる。
【０１０７】
本発明は、上記実施例に限定されるものでなく、その技術的範囲内で様々な変形又は変更を加えて実施することができる。例えば、ＩＤＴの電極構造は、上記実施例以外に、公知の様々な構成を採用することができる。また、本発明は、上述したＳＡＷ共振子及びＳＡＷ発振器以外の様々なＳＡＷデバイスに同様に適用することができる。更に、本発明のＳＡＷデバイスは、例えば携帯電話、ハードディスク、パーソナルコンピューター、ＢＳ及びＣＳ放送用の受信チューナー、同軸ケーブルや光ケーブル中を伝搬する高周波信号や光信号用の各種処理装置、広い温度範囲で高周波・高精度クロック（低ジッタ、低位相雑音）を必要とするサーバー・ネットワーク機器、無線通信用機器等の様々な電子機器、各種モジュール装置や、圧力センサー、加速度センサー、回転速度センサー等の各種センサー装置にも広く適用することができる。
【符号の説明】
【０１０８】
１，１１，２１１，２１２，３２…ＳＡＷ共振子、２，１２，２２１，２２２，３５…水晶基板、３，１３，２３１，２３２…ＩＤＴ、３ａ，３ｂ，１３ａ，１３ｂ，２３ａ１，２３ｂ１，２３ａ２，２３ｂ２，３６ａ，３６ｂ…櫛歯状電極、４，１４，２４１，２４２，３７…反射器、４ａ，４ａ，２４ａ１，２４ａ２…導体ストリップ、５…ウエーハ、５ａ…面、６ａ，６ｂ，１５ａ，１５ｂ，２５ａ１，２５ｂ１，２５ａ２，２５ｂ２…電極指、７ａ，７ｂ，１６ａ，１６ｂ，２６ａ１，２６ｂ１，２６ａ２，２６ｂ２…バスバー、８，１７…電極指間溝、９，１８…導体ストリップ間溝、３１…ＳＡＷ発振器、３３…ＩＣ、３４…パッケージ、３４ａ…底板、３８ａ〜３８ｆ…電極パッド、３９ａ〜３９ｇ…電極パターン、４０，４１…ボンディングワイヤ、４２…リッド。
【図１】
2012060422.tif 000015
【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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