(57)【要約】【課題】所望の次数のエネルギー閉じ込めモードを選択的に励振させることが可能な弾性波デバイスを提供する。【解決手段】圧電基板１０には、予め設定された次数のエネルギー閉じ込めモードの弾性波を励振するために第１の電極である櫛歯電極２０ａと、第２の電極（櫛歯電極２０ｂ）とが設けられ、エネルギー閉じ込め機構（金属膜２３）はこれら第１の電極及び第２の電極が設けられた領域に前記弾性波を閉じ込める効果を高める役割を果たす。そして、第１の電極（櫛歯電極２０ａ）の各電極指２２ａは、前記予め設定された次数のエネルギー閉じ込めモードの弾性波によって圧電基板１０に誘起される誘起電荷の絶対値の分布が極大となる位置であって、互いに誘起電荷の極性が同じ位置に配置されている。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エネルギー閉じ込め型の弾性波デバイスにおいて、
圧電基板と、
この圧電基板に予め設定された次数のエネルギー閉じ込めモードの弾性波を励振するために当該圧電基板の一面側に設けられ、複数の電極指と、これらの電極指が接続されたバスバーとを備えた櫛歯電極からなる第１の電極と、
前記エネルギー閉じ込めモードの弾性波を励振するために前記圧電基板に設けられた第２の電極と、を備え、
前記第１の電極の各電極指は、前記エネルギー閉じ込めモードの弾性波によって圧電基板に誘起される誘起電荷の絶対値の分布が極大となる位置であって、互いに誘起電荷の極性が同じ位置に配置されていることを特徴とする弾性波デバイス。
【請求項２】
前記第２の電極は、複数の電極指と、これらの電極指が接続されたバスバーとを備えた櫛歯電極からなり、この第２の電極の各電極指は、前記誘起電荷の絶対値の分布が極大となる位置であって、前記第１の電極の電極指とは誘起電荷の極性が異なる位置に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の弾性波デバイス。
【請求項３】
前記第２の電極は、前記圧電基板を挟んで前記第１の電極が設けられた領域と対向する領域に配置された電極膜であることを特徴とする請求項１に記載の弾性波デバイス。
【請求項４】
前記エネルギー閉じ込めモードの弾性波の閉じ込め効果を高めるためのエネルギー閉じ込め機構として、前記圧電基板を挟んで第１の電極が設けられている領域と対向する領域に設けられた金属膜を備えることを特徴とする請求項２に記載の弾性波デバイス。
【請求項５】
前記エネルギー閉じ込めモードの弾性波の閉じ込め効果を高めるためのエネルギー閉じ込め機構として、前記第１電極が設けられた圧電基板の表面、またはこの表面と対向する裏面に、前記第１の電極の輪郭形状に沿って形成された溝部または切り欠き部を備えることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一つに記載の弾性波デバイス。
【請求項６】
前記エネルギー閉じ込めモードの弾性波の閉じ込め効果を高めるためのエネルギー閉じ込め機構として、前記第１電極が設けられている領域に、当該第１の電極を覆うように設けられ、または前記圧電基板を挟んでこの領域と対向する領域に設けられた絶縁体膜を備えることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一つに記載の弾性波デバイス。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれか一つに記載の弾性波デバイスを備えることを特徴とする電子部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エネルギー閉じ込め現象を利用した弾性波デバイスに係り、特定のエネルギー閉じ込めモードを選択的に励振する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯端末などの小型高周波通信機の周波数制御や周波数選択に際し、エネルギー閉じ込め型の共振子（以下、弾性波デバイスともいう）を用いた発振器やフィルタを採用しているものがある。
【０００３】
エネルギー閉じ込め型の弾性波デバイスは、水晶などの圧電体内に厚み振動のエネルギーを閉じ込めることにより発生する共振を利用して必要な周波数応答を得ている。この種の弾性波デバイスで利用される厚み振動は、その圧電体の遮断周波数（カットオフ周波数）近傍における高周波数側の周波数にて振動する。このため、例えば図１４に示す弾性波共振子８のように板状の圧電体８１の上面及び下面の中央部に励振用の電極８２、８３を設け、この電極８２、８３の質量負荷効果によって当該電極を設けた領域の厚み振動の共振周波数を低下させて周辺部の厚み振動の遮断周波数よりも低くすることにより当該電極を設けた領域内への厚み振動エネルギーの閉じ込めを実現している。
【０００４】
こうした弾性波デバイス内では、圧電体８１の材料や厚さ、電極８２、８３のサイズなどに対応して複数のエネルギー閉じ込めモードが発生し得る。このため、当該弾性波デバイスを例えば共振子として利用する場合には電極の寸法を小さくすることにより、共振子内にエネルギー閉じ込めモードが１個だけ発生するようにしている。
【０００５】
一方で携帯電話などの小型化や使用帯域の高周波数化に伴い、これら弾性波デバイスを構成する圧電体８１や電極８２、８３も薄型化、小型化が進んだ結果、例えば所望の次数のエネルギー閉じ込めモードを１つだけ発生させることに対して加工精度の確保が難しくなってきており、製品のコストを上昇させる要因となってきている。
【０００６】
ここで特許文献１には、圧電体上に電極を分割して配置し、当該電極の配置に対応した次数のエネルギー閉じ込めモードを容易に励振させるように、当該電極のサイズや圧電体の厚さ、エネルギー閉じ込め領域とその周囲との間の遮断周波数を設定した圧電振動子が記載されている。しかしながら、この圧電振動子では分割された各電極を圧電振動子の上下面に正確に対向させる必要があり、圧電振動子の小型化が進むと加工精度の確保が難しくなる。
【０００７】
また特許文献２には互いの電極指を交差させた櫛歯電極を圧電体の表裏両面に設けると共に、圧電体を挟んで対向する電極指が各々の同相となるように配置することにより、電極指の配置周期に対応したオーバートーンモードを励振させるオーバートーン振動子が記載され、特許文献３には同じく圧電体の表裏両面に櫛歯電極を設けて、圧電体の表裏両面における振動を結合共振させた端面反射型の振動子が記載されている。これらの振動子は、エネルギー閉じ込めモードに着目した技術ではなく、また振動子の小型化に伴い、圧電体を挟んで各電極指を正確に対向させることも難しくなってくる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開昭６２−１６８４０９号公報：請求項１、５頁左上欄５行目〜左下欄５行目、６頁右上欄１４行目〜左下欄１行目、図  １、５
【特許文献２】特開昭６３−２７４２０７号公報：請求項１、図  １
【特許文献３】特開２００２−３６８５６７号公報：請求項１、３、段落００１９〜００２３、図  １
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明はこのような事情の下になされたものであり、その目的は、所望の次数のエネルギー閉じ込めモードを選択的に励振させることが可能な弾性波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】
【００１０】
本発明に係る弾性波デバイスは、エネルギー閉じ込め型の弾性波デバイスにおいて、
圧電基板と、
この圧電基板に予め設定された次数のエネルギー閉じ込めモードの弾性波を励振するために当該圧電基板の一面側に設けられ、複数の電極指と、これらの電極指が接続されたバスバーとを備えた櫛歯電極からなる第１の電極と、
前記エネルギー閉じ込めモードの弾性波を励振するために前記圧電基板に設けられた第２の電極と、を備え、
前記第１の電極の各電極指は、前記エネルギー閉じ込めモードの弾性波によって圧電基板に誘起される誘起電荷の絶対値の分布が極大となる位置であって、互いに誘起電荷の極性が同じ位置に配置されていることを特徴とする。
【００１１】
前記弾性波デバイスは、以下の特徴を備えていてもよい。  
（ａ）前記第２の電極は、複数の電極指と、これらの電極指が接続されたバスバーとを備えた櫛歯電極からなり、この第２の電極の各電極指は、前記誘起電荷の絶対値の分布が極大となる位置であって、前記第１の電極の電極指とは誘起電荷の極性が異なる位置に配置されていること。  
（ｂ）前記第２の電極は、前記圧電基板を挟んで前記第１の電極が設けられた領域と対向する領域に配置された電極膜であること。
（ｃ）前記エネルギー閉じ込めモードの弾性波の閉じ込め効果を高めるためのエネルギー閉じ込め機構として、前記圧電基板を挟んで第１の電極が設けられている領域と対向する領域に設けられた金属膜を備えること。  
（ｄ）前記エネルギー閉じ込めモードの弾性波の閉じ込め効果を高めるためのエネルギー閉じ込め機構として、前記第１電極が設けられた圧電基板の表面、またはこの表面と対向する裏面に、前記第１の電極の輪郭形状に沿って形成された溝部または切り欠き部を備えること。
（ｅ）前記エネルギー閉じ込めモードの弾性波の閉じ込め効果を高めるためのエネルギー閉じ込め機構として、前記第１電極が設けられている領域に、当該第１の電極を覆うように設けられ、または前記圧電基板を挟んでこの領域と対向する領域に設けられた絶縁体膜を備えること。  
また、他の発明に係わる電子部品は、上述のいずれかに記載の弾性波デバイスを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、圧電基板の板面に、予め設定した次数のエネルギー閉じ込めモードにより誘起される誘起電荷の絶対値の分布が極大となる位置であって、互いに誘起電化の極性が同じになる位置に櫛歯電極の電極指を配置しているので、所望の次数のエネルギー閉じ込めモードを選択的に励振させることができる。この結果、他の次数のエネルギー閉じ込めモードの励振を抑え、スプリアスが少なく選択性の高い周波数特性が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施の形態に係る弾性波共振子の外観構成を示す斜視図である。
【図２】前記弾性波共振子の側面図である。
【図３】エネルギー閉じ込めモードが励振される条件を示したスペクトラム図である。
【図４】前記弾性波共振子の作用を示す説明図である。
【図５】圧電基板の変位の経時変化と電極指の配置位置との関係を示す説明図である。
【図６】前記弾性波共振子の周波数特性図である。
【図７】実施の形態に係る弾性波共振子の温度特性を示す説明図である。
【図８】他の例に係わる弾性波共振子の外観構成を示す斜視図である。
【図９】前記他の例に係る弾性波共振子の側面図である。
【図１０】さらに他の例に係る弾性波共振子の側面図である。
【図１１】第２の実施の形態に係る弾性波共振子の外観構成を示す斜視図である。
【図１２】前記第２の実施の形態に係る弾性波共振子の作用を示す説明図である。
【図１３】前記第２の実施の形態に係わる弾性波共振子の他の例の作用を示す説明図である。
【図１４】従来のエネルギー閉じ込め型の弾性波共振子の外観構成を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図１、図２を参照しながら本実施の形態に係る弾性波デバイスの一例である弾性波共振子１の構成について説明する。図１の斜視図に示すように弾性波共振子１は、小片状に加工された圧電基板１０の中央部の一面側（以下、表面側とする）に設けられた櫛歯電極部２と、当該圧電基板１０を挟んでこの櫛歯電極部２と対向する位置に設けられた金属膜２３と、を備えている。  
圧電基板１０は例えばＡＴカットの水晶からなり、Ｘ-Ｚ’面は櫛歯電極２０ａ、２０ｂや金属膜２３を配置可能な面積を備え、Ｙ’方向の高さがｈの小片状の基板として構成されている。
【００１５】
櫛歯電極部２には、第１の電極である櫛歯電極２０ａと第２の電極である櫛歯電極２０ｂとが設けられ、各櫛歯電極２０ａ、２０ｂは、例えばアルミなどの金属膜からなるバスバー２１ａ、２１ｂに対して、同じくアルミなどの細長い電極指２２ａ、２２ｂを多数本接続した構成となっている。これら２つの櫛歯電極２０ａ、２０ｂは、相手側のバスバー２１ａ、２１ｂへ向けて電極指２２ａ、２２ｂを伸ばすようにして配置されており、双方のバスバー２１ａ、２１ｂから伸び出した電極指２２ａ、２２ｂが例えば１本ずつ互い違いとなるように交差指状に配置されている。  
一般に櫛歯電極２０ａ、２０ｂは、圧電体の表面にＳＡＷ（Surface Acoustic Wave）を励振するための励振電極として用いられることが多いが、本例に係る櫛歯電極２０ａ、２０ｂは圧電基板１０内にエネルギー閉じ込めモードの弾性波を励振するために設けられている点に特徴を有する。
【００１６】
エネルギー閉じ込めモードを励振するという前記の機能を果たすため、各櫛歯電極２０ａ、２０ｂは、エネルギー閉じ込めモードを形成する圧電基板１０内の弾性波の進行方向と直交する方向に向けて電極指２２ａ、２２ｂを伸ばすように配置されている。例えば図１、図２に示した弾性波共振子１は圧電基板１０のＺ’軸方向に向けて厚み振動、例えば厚みすべり振動を伝播させてエネルギー閉じ込めモードを励振させる例について示しており、この場合には電極指２２ａ、２２ｂはＺ’軸方向と直交する方向、即ちＸ軸方向と平行になるように圧電基板１０の表面に配置されている。各電極指２２ａ、２２ｂの幅や電極指２２ａ、２２ｂ同士の配置間隔などについては後で詳しく説明する。
【００１７】
図１４に示したように従来の弾性波共振子８は、圧電体８１を挟んで表裏両面に電極８２、８３を設け、これらの電極８２、８３の質量負荷効果を利用して当該電極８２、８３の設けられた領域内にエネルギー閉じ込めモードの弾性波を励振するものである。これに対して本実施の形態の弾性波共振子１は、櫛歯電極部２内の櫛歯電極２０ａ、２０ｂが従来の弾性波共振子８の電極８２、８３に対応しており、当該櫛歯電極２０ａ、２０ｂの質量負荷効果により共振周波数を低下させて、櫛歯電極２０ａ、２０ｂを設けた領域（エネルギー閉じ込め領域３）内への厚みすべり波のエネルギー閉じ込めを実現している。
【００１８】
金属膜２３は、圧電基板１０を挟んで、第１の電極である櫛歯電極２０ａが設けられている領域と対向する領域に配置されている。既述のように第１の電極である櫛歯電極２０ａと第２の電極である櫛歯電極２０ｂとは、電極指２２ａ、２２ｂが交差指状に配置されていることから、本例において両櫛歯電極２０ａ、２０ｂの配置領域はほぼ重なっている。
【００１９】
当該金属膜２３は、質量負荷効果によりエネルギー閉じ込め領域３内にエネルギー閉じ込めモードの弾性波を閉じ込める効果を高めるためのエネルギー閉じ込め機構としての役割を果たす。先に説明したように、両櫛歯電極２０ａ、２０ｂはそれ自体の質量負荷効果により、エネルギー閉じ込め領域３内に厚みすべり波のエネルギー閉じ込めを実現しているところ、金属膜２３は、その質量負荷効果により、エネルギー閉じ込め領域３内へのエネルギー閉じ込めの作用を向上させる役割を果たす。
【００２０】
金属膜２３は、アルミ膜などの金属から構成され、例えば対向する櫛歯電極部２の輪郭形状、即ちエネルギー閉じ込め領域３の平面形状に対応して四角形に形成されている。この金属膜２３は、例えば接地されていてもよいし、電気的に浮いた状態となっていてもよい。
【００２１】
櫛歯電極部２と金属膜２３とは、上面側から見たとき互いの輪郭形状を上下に重ね合うようにして配置され、これらの櫛歯電極部２、金属膜２３の輪郭で囲まれた圧電基板１０内の領域がエネルギー閉じ込め領域３となる（図４（ａ）参照）。  
また図１に示すように各櫛歯電極２０ａ、２０ｂのバスバー２１ａ、２１ｂは共振回路等に接続される端子となっている。
【００２２】
以上に説明した構成を備えた弾性波共振子１の櫛歯電極部２や金属膜２３が設けられていないエネルギー閉じ込め領域３の外側において、例えば基本モードの厚みすべり波についての圧電基板１０のカットオフ周波数がｆ０’であるとする。このとき、エネルギー閉じ込め領域３に櫛歯電極部２及び金属膜２３を設けると、その質量負荷効果によりエネルギー閉じ込め領域３のカットオフ周波数はｆ０（＜ｆ０’）まで低下する。ここでエネルギー閉じ込め領域３の外側のカットオフ周波数ｆ０’は圧電基板１０の材質やその厚さｈなどにより決定される一方、エネルギー閉じ込め領域３のカットオフ周波数ｆ０はこれらの変数に加え、櫛歯電極２０ａ、２０ｂや金属膜２３の材質や厚さによって決定される。そしてこれらカットオフ周波数ｆ０’、ｆ０はシミュレータなどにより簡単に求めることができる。
【００２３】
このとき、上述の２つカットオフ周波数（ｆ０、ｆ０’）の間の周波数は、エネルギー閉じ込め領域３内ではカットオフ周波数以下であるため励振可能である一方、エネルギー閉じ込め領域３の外部ではカットオフ周波数より大きいため励振できない。そこでこれら２つのカットオフ周波数の間の周波数にて共振条件が満たされるとエネルギー閉じ込めモードの弾性波が形成されることになる。各カットオフ周波数は、圧電基板１０の厚さｈに反比例するので、圧電基板１０を薄くするほど共振周波数は高くなる。
【００２４】
図３は厚みすべり波の基本波について、エネルギー閉じ込めモードが励振される条件を示したスペクトラム図である。縦軸のΨは、「（ｆＲ−ｆ０）／（ｆ０’―ｆ０）」で表される基準化された周波数であり、横軸の変数「ａ（Δ）０．５／（２ｈ）」のうち、ａは厚みすべり波の伝播方向におけるエネルギー閉じ込め領域３の幅（櫛歯電極部２及び金属膜２３の幅）、ｈは圧電基板１０の厚さである。またΔは「（ｆ０’―ｆ０）／ｆ０’」で表される周波数低下量である。資料の便宜上、図３は圧電基板１０としてセラミックを用いた場合の例を示しているが、水晶の場合であっても横軸の変数内の係数に（図３の例では「１／２」）に異方係数を導入すれば同様の結果が得られるので、以下の説明は水晶の場合にも同様に成り立つ。
【００２５】
圧電基板１０の材質や厚さｈ、エネルギー閉じ込め領域３の幅ａの設計値に基づいて、各カットオフ周波数ｆ０’、ｆ０が決まると、図３の横軸の変数の値が定まる。この変数値から縦軸と平行に直線を伸ばし、この直線が各エネルギー閉じ込めモードのスペクトラム曲線と交わる交点のΨの値を読み取ることによって共振周波数ｆＲが求められる。図３に示すように横軸の変数を大きくしていくと、エネルギー閉じ込め領域３には、中央位置（「ａ／２」の位置）から見て圧電基板１０の変位が対称となる対称モード（Ｓ０、Ｓ１、Ｓ２、…）と、圧電基板１０の変位が反対称となる反対称モード（Ａ０、Ａ１、Ａ２、…）とが変位の山の数が小さい順に交互に現れる。
【００２６】
ここで圧電基板１０に変位を与えるとエネルギー閉じ込め領域３には誘起電荷が誘起され、圧電基板１０の変位の大きさと方向に応じ、誘起電荷の絶対値の分布が極大となる一の領域と、誘起電荷の絶対値の分布が極大となり、且つ、前記一の領域とは誘起電荷の極性が異なる他の領域とが交互に誘起される。図３には、各エネルギー閉じ込めモードのスペクトラム曲線の横に、誘起電荷分布の模式図を併せて示してある。但し図１４に示した従来の弾性波共振子８では、正電荷と負電荷とが打ち消しあって反対称モードは励振されないため、対称モード（Ｓ０、Ｓ１、Ｓ２、…）のみが励振される。
【００２７】
図３を見ても分かるように、横軸の変数の値を大きくしていくと、エネルギー閉じ込め領域３内には複数のエネルギー閉じ込めモードが励振されてしまうことから、スプリアスの多い弾性波共振子となってしまう。そこで従来の弾性波共振子８では、スプリアスの発生しない横軸の変数の値が小さな領域を利用するように圧電体８１の厚さや電極８２、８３のサイズを決定していた。しかしながら例えば高周波の共振周波数を得るために圧電体８１を薄くしていくと、図３の横軸の値が大きくならないように電極８２、８３を小さくしなければならない。このため電極８２、８３の大きさを独立した設計変数とすることが難しく、弾性波共振子８は高周波になるほど製造が困難になる傾向があった。
【００２８】
これに対して本実施の形態の弾性波共振子１では、櫛歯電極２０ａ、２０ｂを設けることにより、例えば図４（ｂ）にある時点における圧電基板１０の変位を模式的に示すように、所定の位置に変位の山が形成され、隣り合う山同士の間に、当該山とは変位の方向が反対の谷が形成される。そして、これらの山、谷に対応して、誘起電荷の絶対値の分布が極大となる「山」の領域と、これとは誘起電荷の極性が異なる「谷」の領域とが形成される。
【００２９】
本例では図４（ａ）に示すように、圧電基板１０（エネルギー閉じ込め領域３）内の誘起電荷の絶対値の分布が極大となる位置であって、互いに誘電電荷の極性が同じ位置（図４（ｂ）において変位の山が形成されている位置）に第１の電極を成す櫛歯電極２０ａの電極指２２ａが配置されている。また、第２の電極を成す櫛歯電極２０ｂの電極指２２ｂについては、誘起電荷の絶対値の分布が極大となる位置であって、前記第１の電極（櫛歯電極２０ａ）の電極指２２ａとは誘起電荷の極性が異なる位置に配置されている。
【００３０】
ここで図４（ａ）には弾性波共振子１の縦断側面図内に、圧電基板１０に形成される例えば基本モードの厚みすべり振動の変位を模式的に示してある。但し、当該厚みすべり波の変位の方向は、実際にはＸ軸に平行となる。また図４（ｂ）は当該圧電基板１０のエネルギー閉じ込め領域３内に形成されるエネルギー閉じ込めモードの変位の方向及び変位量の分布を模式的に示している。
【００３１】
このように誘起電荷の絶対値の分布が極大となる位置であって、互いに誘起電荷の極性が同じ位置に第１の電極（櫛歯電極２０ａ）の電極指２２ａを配し、この第１の電極の電極指２２ａの配置位置における誘起電荷の絶対値の分布とは、誘起電荷の極性が異なる位置に第２の電極（櫛歯電極２０ｂ）の電極指２２ｂを配することにより、予め設定した次数のエネルギー閉じ込めモードの弾性波を励振することができる。
【００３２】
即ち、これらの櫛歯電極２０ａ、２０ｂは、電極指２２を設けた位置、及び本数に対応した次数であって、共振周波数ｆＲを持つものを強勢に励振させることができる。そして本例に係る弾性波共振子１は、エネルギー閉じ込め領域３の特定の位置に外部からエネルギーを供給し、エネルギーが供給されている位置に対応する次数のエネルギー閉じ込めモードを励振させるので、対称モードのみならず反対称モードも励振させることができる。
【００３３】
図３に示すようにｎ次の対称モードＳｎ、反対称モードＡｎのエネルギー閉じ込めモードは、各々ｎ＋１個の誘起電荷の絶対値の分布が極大となる「山」を有している。また、対称モードＳｎについては前記「山」とは誘起電荷の極性が異なり、誘起電荷の絶対値の分布が極大となる「谷」をｎ個有している。従って幅ａのエネルギー閉じ込め領域３にｎ次の対称モードを励振させる場合には、第１の電極（櫛歯電極２０ａ）の電極指２２ａがｎ＋１本、第２の電極（櫛歯電極２０ｂ）の電極指２２ｂがｎ本の合計２ｎ＋１本の電極指２２ａ、２２ｂが櫛歯電極部２に配置される。
【００３４】
また反対称モードＡｎについては前記「山」とは誘起電荷の極性が異なり、誘起電荷の絶対値の分布が極大となる「谷」をｎ＋１個有している。従って、同じく幅ａのエネルギー閉じ込め領域３にｎ次の反対称モードを励振させる場合には、第１の電極（櫛歯電極２０ａ）の電極指２２ａがｎ＋１本、第２の電極（櫛歯電極２０ｂ）の電極指２２ｂがｎ＋１本の合計２ｎ＋２本の電極指２２ａ、２２ｂが櫛歯電極部２に配置される。
【００３５】
例えば対称モードＳｎを励振する場合を例にとると、図４（ａ）に示すように電極幅の中心位置（「ａ／２」の位置）は、エネルギー閉じ込め領域３内に誘起される誘起電荷の絶対値の分布が極大となる「山」に相当するので、当該位置には第１の電極（櫛歯電極２０ａ）の電極指２２ａを配す。一方、この中心位置と隣り合う領域には、前記「山」とは誘起電荷の極性が異なり、誘起電荷の絶対値の分布が極大となる「谷」に相当する位置が存在するので、当該「谷」となる位置に第２の電極（櫛歯電極２０ｂ）の電極指２２ｂを配す。
【００３６】
こうして誘起電荷の絶対値の分布が「山、谷」となる位置に交互に電極指２２ａ、２２ｂを配し、合計２ｎ＋１本の電極指２２を等間隔で配置していく。また反対称モードＡｎを励振する場合には、電極幅の中心位置を挟んで誘起電荷の絶対値の分布の「山」と「谷」とが並ぶので、この並びに対応させて各櫛歯電極２０ａ、２０ｂの電極指２２ａ、２２ｂを交合に等間隔で、合計２ｎ＋２本配置する。
【００３７】
このとき各電極指２２ａ、２２ｂは、例えばその幅方向の（図４（ａ）中のＺ’方向）の中心位置が誘起電荷の絶対値の分布の「山」や「谷」の中心位置と一致するように配置される。また電極指２２ａ、２２ｂの幅は、交互に配置された電極指２２ａ、２２ｂ同士が接触しないように互いに間隔を空けつつ、誘起電荷の絶対値の分布の「山」や「谷」が形成される領域の幅（図４（ｂ）中に示す電極幅方向の幅）の例えば半分以上を覆うことが可能な幅とする場合などが考えられる。
【００３８】
ここで図４（ｂ）に示した、ある時点におけるエネルギー閉じ込め領域３の変位（当該領域３内における誘起電荷の分布に対応する）は、図５に模式的に示すように（１）→（２）→（３）→（４）→（５）→（４）→…と、周期的に変化する。この変化に伴ってある時点（例えば図５の（１））に変位の「山」（誘起電荷の分布の「山」）であった領域は、「１／２ｆＲ」経過後（例えば図５の（５））には変位の「谷」（誘起電荷の分布の「谷」）となっている。
【００３９】
このように図４（ｂ）に示した変位（誘起電荷の分布）の山、谷が形成される位置は周期的に入れ替わる。従って、本実施の形態において第１の電極（櫛歯電極２０ａ）の電極指２２ａが配置される「誘起電荷の絶対値の分布が極大となる位置であって、互いに誘起電荷の極性が同じ位置に」とは、ある時点（例えば図４（ｂ）に示した時点）において誘起電荷が正であり、誘起電荷の絶対値の分布が極大となる位置を意味している。
【００４０】
また、第２の電極（櫛歯電極２０ｂ）の電極指２２ｂが配置される「前記誘起電荷の絶対値の分布が極大となる位置であって、前記第１の電極の電極指とは誘起電荷の極性が異なる位置」とは、上述の時点（図４（ｂ）に示した時点）において誘起電荷が負であり、誘起電荷の絶対値の分布が極大となる位置を意味している。
【００４１】
なお、上述の設計法はエネルギー閉じ込めモードを利用した共振子の設計法の一例を概略的に示したものであり、本実施の形態に係る弾性波共振子１は当該法により設計されたものに限定されるものではない。例えばシミュレータなどを用いて、設計上の共振周波数「ｆＲ」にてエネルギー閉じ込めモードが励振される条件を探索し、エネルギー閉じ込め領域３のサイズやエネルギー閉じ込めモードの次数を決定してもよいことは勿論である。またこのとき有限要素法などの任意形状の周波数特性が計算できる構造シミュレータを利用すれば簡単に設計を行うことができる。  
また櫛歯電極２０ａ、２０ｂや金属膜２３はフォトリソグラフィを利用した周知のエッチングなどにより形成することができる。
【００４２】
上述の構成を備えた弾性波共振子１によれば、予め設定された次数のエネルギー共振モードを選択的に励振させることができるので、図６に模式的に示すように共振周波数ｆＲを中心としてスプリアスが少なく、選択性の高い周波数特性が得られる。この弾性波共振子１の特性を利用することにより周波数制御や周波数選択を行うことができる。
【００４３】
例えば予め行ったシミュレーションでは、電極指２２ａ、２２ｂの本数Ｎ＝５０としたとき、共振周波数において圧電基板１０には他の周波数に比較してエネルギー閉じ込め領域３には５０倍近い電荷が誘起された。またＮ＝１００としたときには１００倍近い電荷が誘起されることが分かり、予め設定されたエネルギー閉じ込めモードが励振されやすい状態が形成されることを確認している。
【００４４】
ここで従来の弾性波共振子８では、圧電体８１内を伝播する弾性波の伝播速度が圧電体の温度変化に応じて変化することにより、共振周波数が変化してしまうことが知られている。これに対して本例の弾性波共振子１では所定の位置に電極指２２ａ、２２ｂを配置することにより、圧電基板１０の温度変化にかかわらずエネルギー閉じ込め領域３内には、ほぼ同じ変位分布を持つエネルギー閉じ込めモードが形成される。このため圧電体８１の温度変化に応じて成り行きでエネルギー閉じ込めモードが形成される従来の弾性波共振子８と比較して温度変化に対する安定性が高い。
【００４５】
図７は本実施の形態に係る弾性波共振子１及び従来の弾性波共振子８の温度特性をシミュレーションで比較した結果を模式的に表した図であり、横軸は基準温度に対する温度差、縦軸は共振周波数に対する周波数変化の大きさを示している。図７に示すように、破線で示した従来の弾性波共振子８の温度特性に比べ、実線で示した本例の弾性波共振子１は温度変化に対する共振周波数の安定性が高い。
【００４６】
本実施の形態に係る弾性波共振子１によれば以下の効果がある。圧電基板１０の板面に、予め設定した次数のエネルギー閉じ込めモードの弾性波により誘起される誘起電荷の絶対値の分布が極大となる位置であって、互いに誘起電荷の極性が同じになる位置に対応させて櫛歯電極２０ａ、２０ｂの電極指２２ａ、２２ｂを配置しているので、所望の次数のエネルギー閉じ込めモードを選択的に励振させることができる。この結果、他の次数のエネルギー閉じ込めモードの励振を抑え、スプリアスが少なく選択性の高い周波数特性が得られる。  
ここで本弾性波共振子１はＳＡＷ共振子ではないので、櫛歯電極部２の左右側方にグレーティング電極などからなる反射器を設ける必要はなく、その分だけ弾性波共振子１を小型化できる。
【００４７】
また所望の次数のエネルギー閉じ込めモードを選択的に励振させ、その他の次数のエネルギー閉じ込めモードの励振を抑えることができる。このため複数のエネルギー閉じ込めモードの励振を避けるため、圧電体８１の薄型化に伴って電極８２、８３までも小型化しなければならないといった従来の弾性波共振子８で見られた設計上の制約が発生せず、共振周波数を高周波化しても弾性波共振子１のサイズ設定の自由度が高い。
【００４８】
また櫛歯電極部２と協働してエネルギー閉じ込め領域３内に弾性波を閉じ込めるエネルギー閉じ込め機構の構成は、図１の弾性波共振子１に示した金属膜２３を設ける場合に限定されない。例えば図８は弾性波共振子１ａのように、エネルギー閉じ込め領域３のＺ’方向の左右外側位置に溝部１１を設けた例示している。このように櫛歯電極部２（第１の電極部である櫛歯電極２０ａが含まれている）の輪郭形状に沿って形成されている溝部１１を設けることにより、当該溝部１１の領域のカットオフ周波数ｆ０’をエネルギー閉じ込め領域３のカットオフ周波数ｆ０よりも高くしてエネルギー閉じ込めを実現してもよい。
【００４９】
さらにエネルギー閉じ込めモード機構の構成は既述の溝部１１の例に限られず、図９に示すようにエネルギー閉じ込め領域３の左右外側位置に切り欠き部１２を設けてカットオフ周波数ｆ０’を高くしてもよい。本例においても切り欠き部１２は、櫛歯電極部２（第１の電極部である櫛歯電極２０ａが含まれている）の輪郭形状に沿って形成されている。
【００５０】
これら溝部１１、切り欠き部１２は櫛歯電極２０ａ、２０ｂが形成される面の反対側の裏面に設ける場合に限定されるものではなく、櫛歯電極２０ａ、２０ｂと同じ表面側に形成してもよい。例えば櫛歯電極２０ａ、２０ｂが形成されていない裏面側に検知対象物質を吸着する吸着層を設け、検知対象物の吸着に起因する共振周波数の低下を検出するＱＣＭ（Quartz Crystal Microbalance）などを構成する場合には、吸着層を設ける面を平坦にすることが好ましい場合がある。一例を挙げると、マイクロ流路内を流れる試料を計測する場合などに前記ＱＣＭを適用する場合には、吸着層を設けた面に溝部１１や切り欠き部１２を形成しないことによって流路の圧力損失の増大を抑え、流路設計に際して高い自由度を確保できる。
【００５１】
この他、図１０に示した弾性波共振子１ｃは、櫛歯電極部２（第１の電極部である櫛歯電極２０ａが含まれている）を覆うようにして絶縁体膜１３を設けることにより、エネルギー閉じ込め領域３のカットオフ周波数ｆ０を低下させてエネルギー閉じ込めを実現している。この例でもエネルギー閉じ込め領域３の裏面側に金属膜２３などが存在せず、平坦な面が形成されるので、当該面に検知対象物の吸着層を設けてＱＣＭなどを形成するのに好適な構成となっている。なお、絶縁体膜１３は、弾性波共振子１ｃの裏面に設けてもエネルギー閉じ込め機構としての機能を発揮することができることは勿論である。
【００５２】
以上、図４、図８〜図１０には、各種のエネルギー閉じ込め機構を設けた例を示したが、エネルギー閉じ込め機構として設けられる金属膜２３、溝部１１、切り欠き部１２、絶縁体膜１３などは単体で設けられる場合に限られず、これらを組み合わせてもよい。一方で櫛歯電極２０ａ、２０ｂが弾性波共振子１への質量負荷効果を発揮することは既に説明した通りである。従ってこれらのエネルギー閉じ込め機構は必須の構成要素ではなく、金属膜２３、溝部１１、切り欠き部１２、絶縁体膜１３などを設けずに、櫛歯電極２０ａ、２０ｂのみによってエネルギー閉じ込め領域３内へのエネルギー閉じ込めを実現してもよい。
【００５３】
次に、第２の実施の形態に係わる弾性波共振子１ｄについて説明する。先に説明した弾性波共振子１では、図４（ａ）、図４（ｂ）に示すように第１の電極（櫛歯電極２０ａ）の電極指２２ａは、予め設定したエネルギー閉じ込めモードを励振させたとき、エネルギー閉じ込め領域３に誘起される誘起電荷の絶対値の分布が極大となる「山」の位置（互いに誘起電荷の極性が同じ位置）に配置される。また、第２の電極（櫛歯電極２０ｂ）の電極指２２ｂは、前記誘起電荷の絶対値の分布が「山」の位置とは誘起電荷の極性が異なる「谷」の位置に配置される。
【００５４】
このとき図５を用いて説明したように、誘起電荷の分布の「山、谷」は、周期的に入れ替わるので、これらいずれか一方の位置にのみ電極指２２ａを配置して、第１の電極を成す櫛歯電極２０ａを設ける場合であってもエネルギー閉じ込めモードを励振することが可能であることを確認している。
【００５５】
例えば、図１１、図１２（ａ）に示した弾性波共振子１ｄの櫛歯電極部２ａには、図１、図４（ａ）に示した櫛歯電極部２内の第１の電極である櫛歯電極２０ａのみが配置されている。そして圧電基板１０を挟んで、この櫛歯電極２０ａが配置されている領域と対向する領域に配置されている電極膜２３ａ（図４（ａ）の金属膜２３に相当する）を第２の電極としている点が、第１の実施の形態の弾性波共振子１と異なる。
【００５６】
この場合には、櫛歯電極２０ａ（第１の電極）と電極膜２３ａ（第２の電極）との間でエネルギー閉じ込め領域３内にエネルギー閉じ込めモードを励振されるので、これらの電極２０ａ、２３ａが、従来の弾性波共振子８（図１４）の電極８２、８３に相当する。従って図１１に示すように本例では、共振回路等に接続される端子は櫛歯電極２０ａのバスバー２１ａ、及び電極膜２３ａに設けられる。
【００５７】
このとき本例の弾性波共振子１ｄでは、図１２（ａ）、図１２（ｂ）に示すように櫛歯電極２０ａの電極指２２ａは、ある時点において、誘起電荷の絶対値の分布が極大となる「山」に対応する位置であって、互いに誘起電荷の極性が同じ位置にのみ配置されている。そして、この「山」とは誘起電荷の極性が異なり、誘起電荷の絶対値の分布が極大となる「谷」に相当する位置には電極指が配置されていない。
【００５８】
ここで図５を用いて説明したように、誘起電荷の絶対値の分布が「山、谷」となる位置は周期的に入れ替わるので、図１２（ｂ）に示した時点において、誘起電荷の絶対値の分布が「谷」となる位置にのみ電極指２２ｂを配置した櫛歯電極２０ｂを第１の電極として、第２の電極である電極膜２３ａとの間にエネルギー閉じ込めモードを励振させてもよいことは勿論である。
【００５９】
また、第１の電極である櫛歯電極２０ａに対して、圧電基板１０を挟んで対向する位置に配置される第２の電極は、図１２に示した電極膜２３ａの例に限定されるものではない。例えば図１３（ａ）に示すように、圧電基板１０を挟んで第１の電極（櫛歯電極２０ａ）と対向させて櫛歯電極２０ｂを、第２の電極として設けてもよい。この場合には図１３（ｂ）に示した時点において、誘起電荷の絶対値の分布が「谷」となる位置に、当該櫛歯電極２０ｂの電極指２２ｂが配置される。
【００６０】
これら図１２（ａ）、図１３（ａ）に示した弾性波デバイス１ｄ、１ｅについても櫛歯電極２０ａ、２０ｂ、電極膜２３ａのみをエネルギー閉じ込めモード機構として利用する場合に限られない。溝部１１（図８）や切り欠き部１２（図９）を設けたり、櫛歯電極２０ａ、２０ｂを絶縁体膜１３（図１０）で覆ったりする各種のエネルギー閉じ込め機構を適用してもよい。ここで圧電基板１０の裏面に絶縁体膜１３を設ける場合には、図１２（ａ）に示した電極膜２３ａや図１３（ａ）に示した櫛歯電極２０ｂを覆うように絶縁体膜１３が設けられる。
【００６１】
さらに、図４、図８〜図１０、図１２〜図１３に示した各弾性波デバイス１、１ａ〜１ｅにおいて、誘起電荷の絶対値の分布が極大となる「山、谷」に相当する全ての位置に櫛歯電極２０ａ、２０ｂの電極指２０ａ、２０ｂを設けることは必須でない。必要に応じてこれらの電極指２０ａ、２０ｂの一部の配置を省略してもよい。
【００６２】
またエネルギー閉じ込めモードを励振するための弾性波は、厚みすべり振動やＳＨ波（厚みねじれ振動）に限られるものではなく、例えばラム波を利用してエネルギー閉じ込めモードを励振する場合も本発明の技術的範囲に含まれる。さらには、圧電基板１０となる圧電体も水晶に限られるものではなく、他の種類の圧電材料を採用してもよいことは勿論である。
【００６３】
以上に説明した各弾性波共振子１、１ａ〜１ｅは例えば周知のコルピッツ回路内に組み込まれることにより発振器として利用され、またラダーフィルターなどに組み込まれる共振子などとして利用され、各種の電子部品に組み込まれる。 
【符号の説明】
【００６４】
１、１ａ〜１ｅ
弾性波共振子
１０        圧電基板
１１        溝部
１２        切り欠き部
１３        絶縁体膜
２、２ａ    櫛歯電極部
２０ａ、２０ｂ
櫛歯電極
２１ａ、２１ｂ
バスバー
２２ａ、２２ｂ
電極指
２３        金属膜
２３ａ      電極膜
３          エネルギー閉じ込め領域
【図１】
2013051485.tif 000003
【図２】
2013051485.tif 000004
【図３】
2013051485.tif 000005
【図４】
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【図５】
2013051485.tif 000007
【図６】
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【図７】
2013051485.tif 000009
【図８】
2013051485.tif 000010
【図９】
2013051485.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
2013051485.tif 000013
【図１２】
2013051485.tif 000014
【図１３】
2013051485.tif 000015
【図１４】
2013051485.tif 000016
【手続補正書】
【提出日】平成23年9月8日(2011.9.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【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】
2013051485.tif 000021
【図６】
2013051485.tif 000022
【図７】
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【図８】
2013051485.tif 000024
【図９】
2013051485.tif 000025
【図１０】
2013051485.tif 000026
【図１１】
2013051485.tif 000027
【図１２】
2013051485.tif 000028
【図１３】
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【図１４】
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