專利名稱：彈性表面波裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有固有單相單方向性變換器(Natural Single-Phase UnidirectionalTransducer)特性的彈性表面波裝置。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，以手機(jī)為主的移動(dòng)通信終端機(jī)迅速普及。這樣的終端機(jī)由于攜帶的便利性而特別希望小型輕量。為了實(shí)現(xiàn)終端機(jī)的小型輕量化，要求其中使用的電子部件是小型輕量的。因此，在終端機(jī)的高頻部和中頻部中大多使用對(duì)小型輕量化有利的彈性表面波裝置，即，彈性表面波濾波器。彈性表面波裝置在壓電基板上形成用于激振、接收、反射或者傳輸彈性表面波的交叉指狀電極。
作為彈性表面波裝置，選擇性地取出所希望的頻率的信號(hào)的橫向型表面波濾波器在現(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)實(shí)用化了。作為由這樣的濾波器所要求的特性，可列舉出通帶寬，并且小型、低損失，以及溫度特性良好等。為了實(shí)現(xiàn)具有這樣的特性的濾波器，選擇適當(dāng)?shù)膲弘娀搴瓦m當(dāng)?shù)碾姌O構(gòu)造是重要的。
作為彈性表面波裝置用的基板所要求的特性，為了實(shí)現(xiàn)小型化，減小彈性表面波的表面波速度(以下稱為SAW速度)是重要的；為了展寬通帶，增大電氣機(jī)械耦合系數(shù)的平方k2(以下，把k2叫做電氣機(jī)械耦合系數(shù))，減小構(gòu)成濾波器時(shí)的中心頻率或者構(gòu)成諧振器時(shí)的諧振頻率的頻率溫度系數(shù)是重要的。
在現(xiàn)有技術(shù)中，作為彈性表面波裝置使用的基板，大多使用水晶、鈮酸鋰、鉭酸鋰、四硼酸鋰(lithium teeraborate)等。但是，在這樣的現(xiàn)有基板中，難于同時(shí)實(shí)現(xiàn)小的SAW速度、大的電氣機(jī)械耦合系數(shù)k2以及小的頻率溫度系數(shù)。
因此，作為實(shí)現(xiàn)低損失的濾波器的措施，提出了利用單方向性變換器。通常的橫向型彈性表面波濾波器是雙方向性的，因此，在理論上最低產(chǎn)生6dB的插入損失。與此相對(duì)，單方向性變換器通過(guò)調(diào)整激振波和反射波的相位，而具有抵消了后進(jìn)方向的波而僅產(chǎn)生前進(jìn)波的電極構(gòu)造，理論上，能夠?qū)崿F(xiàn)幾dB以下的插入損失。
在單方向性變換器中，大致分為多相型單方向性變換器和單相型單方向性變換器。而且，在單相型單方向性變換器中，通過(guò)非對(duì)稱地裝入反射器，來(lái)實(shí)現(xiàn)方向性，例如日本特開(kāi)昭61-136313號(hào)公報(bào)所示的那樣，具有利用基板的各向異性的固有單相單方向性變換器。
在通過(guò)非對(duì)稱地裝入反射器而實(shí)現(xiàn)方向性的單相型單方向性變換器中，電極構(gòu)造變得復(fù)雜，特別是，當(dāng)適用于高頻區(qū)域中時(shí)，電極尺寸變小，存在制造困難的問(wèn)題。
與此相對(duì)，固有單相單方向性變換器利用使用的壓電基板的各向異性，因此，能夠使用通常的交叉指狀電極，有利于向高頻區(qū)域的使用。
但是，在現(xiàn)有公知的具有單方向性特性的基板中，存在SAW速度變大，電氣機(jī)械耦合系數(shù)k2變小，頻率溫度系數(shù)變大等問(wèn)題。
發(fā)明概述本發(fā)明的目的是提供一種彈性表面波裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)寬頻帶以及小型化，并且，利用固有單相單方向性變換器特性而能夠?qū)崿F(xiàn)低損失化。
本發(fā)明的彈性表面波裝置包括基板，由屬于點(diǎn)群32，具有Ca3Ca2Ge4O14型結(jié)晶構(gòu)造，其主要成分由La、Ta、Ga以及O組成，用化學(xué)式La3Ta0.5Ga5.5O14所表示的單晶構(gòu)成；電極，形成在該基板上，具有與基板的各向異性相結(jié)合而使固有單相單方向性變換器特性出現(xiàn)的構(gòu)造。
在本發(fā)明的彈性表面波裝置中，通過(guò)使用上述基板和電極，能夠?qū)崿F(xiàn)具有對(duì)展寬頻帶有效的大的電氣機(jī)械耦合系數(shù)和對(duì)小型化有效的小的SAW速度，并且具有固有單相單方向性變換器特性的彈性表面波裝置。
在本發(fā)明的彈性表面波裝置中，當(dāng)用歐拉角把從基板的單晶的切出角和彈性表面波傳送方向表示為(φ，θ，ψ)時(shí)，φ、θ和ψ可以存在于φ＝-5°～5°，θ＝135°～155°以及ψ＝15°～40°的區(qū)域中。
而且，在本發(fā)明的彈性表面波裝置中，當(dāng)用歐拉角把從基板的單晶的切出角和彈性表面波傳送方向表示為(φ，θ，ψ)時(shí)，φ、θ和ψ可以存在于φ＝10°～20°，θ＝140°～157°以及ψ＝30°～60°的區(qū)域中。
本發(fā)明的其他目的、特征以及優(yōu)點(diǎn)能夠在以下的說(shuō)明中充分了解。
附圖的簡(jiǎn)要說(shuō)明

圖1是表示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例所涉及的彈性表面波裝置的構(gòu)成的一例的透視圖；
圖2是表示在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例所涉及的彈性表面波裝置中所使用的基板的特性的特性圖；圖3是表示在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例所涉及的彈性表面波裝置中所使用的基板的特性的特性圖；圖4是表示本發(fā)明的第一實(shí)施例中的濾波器的頻率特性的特性圖；圖5是表示本發(fā)明的第二實(shí)施例中的測(cè)定元件的構(gòu)成的示意圖；圖6是表示本發(fā)明的第二實(shí)施例中的測(cè)定元件的傳輸特性的測(cè)定結(jié)果的特性圖；圖7是表示本發(fā)明的第二實(shí)施例中的測(cè)定元件的傳輸特性的測(cè)定結(jié)果的特性圖；圖8是表示本發(fā)明的第三實(shí)施例中的測(cè)定元件的傳輸特性的測(cè)定結(jié)果的特性圖；圖9是表示本發(fā)明的第三實(shí)施例中的測(cè)定元件的傳輸特性的測(cè)定結(jié)果的特性圖。
用于實(shí)施發(fā)明的最佳形態(tài)下面參照附圖來(lái)對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
圖1是表示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例所涉及的彈性表面波裝置的構(gòu)成的一例的透視圖。該彈性表面波裝置包括壓電基板1、設(shè)在該壓電基板1的一個(gè)主要表面上的一對(duì)交叉指狀電極2。
在壓電基板1的材料中使用屬于點(diǎn)群32，具有Ca3Ca2Ge4O14型結(jié)晶構(gòu)造，其主要成分由La、Ta、Ga以及O組成，用化學(xué)式La3Ta0.5Ga5.5O14所表示的單晶。
圖1所示的x軸、y軸以及z軸相互正交。x軸和y軸處于基板1的面內(nèi)方向，x軸規(guī)定彈性表面波的傳送方向。并且，z軸垂直于基板1的表面，規(guī)定單晶基板的切出角(切出面)。x軸、y軸以及z軸與單晶的結(jié)晶X軸、Y軸以及Z軸的關(guān)系即從基板的單晶的切出角和彈性表面波傳送方向可以用歐拉角(φ，θ，ψ)表示。
在本實(shí)施例所涉及的彈性表面波裝置中，當(dāng)用歐拉角把切出角和傳送方向表示為(φ，θ，ψ)時(shí)，φ、θ和ψ存在與以下第一區(qū)域或者第二區(qū)域中。
第一區(qū)域是φ＝-5°～5°，θ＝135°～155°以及ψ＝15°～40°的區(qū)域。
第二區(qū)域是φ＝10°～20°，θ＝140°～157°以及ψ＝30°～60°的區(qū)域。
如從日本特開(kāi)平10-284982號(hào)公報(bào)和日本特開(kāi)平10-284983號(hào)公報(bào)所看到的那樣，在上述第一區(qū)域和第二區(qū)域中，存在基板1的SAW速度為3000m/s以下，小于ST水晶，基板1的電氣機(jī)械耦合系數(shù)k2為0.2％以上，足夠大的φ、θ、ψ組合。而且，如從以下詳細(xì)說(shuō)明的那樣，上述第一區(qū)域或者第二區(qū)域中的φ、θ、ψ的組合所產(chǎn)生的基板1具有固有單相單方向性變換器(以下稱為NSPUDT)特性。
而且，由于La3Ta0.5Ga5.5O14的單晶是三方晶，從結(jié)晶的對(duì)稱性考慮，在結(jié)晶學(xué)上存在相互等價(jià)的歐拉角的組合。例如，在第一區(qū)域中包含的(0°，140°，25°)與(0°，140°，-25°)、(60°，40°，±25°)和(120°，140°，±25°)等價(jià)。而且，(0°，140°，-25°)與(240°，140°，-25°)等價(jià)。同樣，在第二區(qū)域中包含的(15°，150°，35°)與(45°，30°，35°)、(75°，30°，-35°)以及(105°，150°，-35°)等價(jià)。而且，(15°，150°，35°)與(135°，150°，35°)和(255°，150°，35°)等價(jià)。
本發(fā)明中的(φ，θ，ψ)的區(qū)域包含在結(jié)晶學(xué)上與上述第一區(qū)域或者第二區(qū)域等價(jià)的區(qū)域。
而且，La3Ta0.5Ga5.5O14的單晶可以具有氧缺陷。而且，該單晶可以包含不可避免的雜質(zhì)，例如，Al、Zr、Fe、Ce、Nd、La、Pt、Ca等。
下面對(duì)NSPUDT特性出現(xiàn)的基板的切割的探索進(jìn)行說(shuō)明。在該探索中使用了把以下兩個(gè)理論相結(jié)合的解析方法，一個(gè)理論是把電極的擾動(dòng)效果作為一次效果，由具有簾狀電極的變換器(Inter-digital Transducer以下稱為IDT。)的動(dòng)作解析所反映的模式耦合理論，另一個(gè)理論是能夠用以閉合形式的公式表示模式耦合參數(shù)的彈性表面波粒子速度和電位、條狀電極的材料、電極構(gòu)造依存性的擾動(dòng)論。在理論計(jì)算中所使用的材料常數(shù)是使用公知的共振法通過(guò)實(shí)驗(yàn)導(dǎo)出的。在模式耦合理論中，在支配模式耦合方程式的4個(gè)參數(shù)即自耦合系數(shù)κ11、模式間耦合系數(shù)κ12、變換系數(shù)ζ和每單位長(zhǎng)度的靜電電容C中，模式間耦合系數(shù)κ12與電極反射具有直接關(guān)系。而且，模式間耦合系數(shù)κ12是成為作為積極利用基板的各向異性和條狀電極的反射的單相型單方向性變換器的NSPUDT的動(dòng)作的核心參數(shù)。在通常的雙方向性的IDT中，模式間耦合系數(shù)κ12是實(shí)數(shù)，但是，在NSPUDT和利用構(gòu)造的非對(duì)稱性的單方向性的IDT中，為復(fù)數(shù)。
根據(jù)一次的擾動(dòng)論，由電極周期λ標(biāo)準(zhǔn)化的模式間耦合系數(shù)κ12由下式表示κ12λ＝|κ12|λ2jφ0＝KE+KM·(h/λ)·e2jφM其中，h是電極膜厚，右邊的第一項(xiàng)的KE表示電極的電氣擾動(dòng)，第二項(xiàng)表示彈性的擾動(dòng)。而且，模式間耦合系數(shù)κ12和條狀電極的每一個(gè)波長(zhǎng)的反射系數(shù)具有下面關(guān)系r+＝-jκ12*λr-＝-jκ12λ其中，*是復(fù)數(shù)共軛記號(hào)，r+和r-分別是當(dāng)從+x方向和-x方向看時(shí)的反射系數(shù)，在NSPUDT的情況下，r+≠r-。得到最佳的NSPUDT特性的相位條件由下式提供arg(κ12λ)＝±90°，(φ0＝±45°)其中，符號(hào)為當(dāng)正方向?yàn)閳D1中的+x方向時(shí)取+號(hào)，為-x方向時(shí)取-號(hào)。當(dāng)電極的膜厚足夠厚，而能夠忽略電氣擾動(dòng)項(xiàng)時(shí)，模式間耦合系數(shù)κ12的相位角2φ0由彈性的擾動(dòng)項(xiàng)的相位角2φM決定，當(dāng)φM＝±45°時(shí)，得到最佳的NSPUDT特性。而且，即使φM從±45°偏離±15°，也能得到NSPUDT特性。
通過(guò)以上的方法，在圖2中表示了計(jì)算由與第一區(qū)域重復(fù)的歐拉角表示所產(chǎn)生的區(qū)域(0°，140°，ψ＝20°～80°)中的KM、φM的結(jié)果。同樣，在圖3中表示了計(jì)算由與第二區(qū)域重復(fù)的歐拉角表示所產(chǎn)生的區(qū)域(13°，θ＝140°～160°，39°)中的KM、φM的結(jié)果。而且，電極材料為鋁。
從圖2可以看出，當(dāng)ψ為20°～40°的范圍中，φM為50°～60°程度，雖然不是理想的NSPUDT特性，但卻呈現(xiàn)足夠的NSPUDT特性。而且，在第一區(qū)域中包含的其他切割中，能夠得到同樣的結(jié)果。例如，在(0°，135°，23°)的切割中，φM為56°，在(0°，145°，23°)的切割中，φM為61°，都呈現(xiàn)足夠的NSPUDT特性。
而且，從圖3可以看出，在φ＝140°～157°的范圍中，φM為50°～66°程度，同樣呈現(xiàn)足夠的NSPUDT特性。而且，在第二區(qū)域中包含的其他切割中，能夠得到同樣的結(jié)果。例如，在(10°，150°，39°)的切割中，φM為57°，在(16°，150°，39°)的切割中，φM為60°，都呈現(xiàn)足夠的NSPUDT特性。
下面對(duì)本實(shí)施例所涉及的彈性表面波裝置的實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明。
在第一實(shí)施例中，準(zhǔn)備在第一區(qū)域中包含的用歐拉角表示的(0°，140°，23°)的切割的基板1，制作彈性表面波濾波器。在該濾波器中，交叉指狀電極2的對(duì)數(shù)為100對(duì)，開(kāi)口長(zhǎng)度(交叉部分的長(zhǎng)度)為80λ(λ為彈性表面波的波長(zhǎng))，作為電極的膜厚h和彈性表面波的波長(zhǎng)λ之比的標(biāo)準(zhǔn)化的膜厚h/λ為0.02。
圖4是在計(jì)算中求出的表示上述濾波器的頻率特性即標(biāo)準(zhǔn)化頻率與變換損失的關(guān)系。在圖4中，實(shí)線表示正方向的特性，虛線表示反方向的特性。如從圖4所看到的那樣，在中心頻率附近，在正方向和反方向上，變換損失發(fā)生較大的差，表示NSPUDT特性中的單方向性。
而且，為了測(cè)定在本實(shí)施例的切割中的SAW速度、電氣機(jī)械耦合系數(shù)k2和頻率溫度系數(shù)，制作交叉指狀電極2的對(duì)數(shù)為20對(duì)，開(kāi)口長(zhǎng)度為60λ，標(biāo)準(zhǔn)化膜厚h/λ為0.005的濾波器，來(lái)進(jìn)行測(cè)定。測(cè)定的結(jié)果是SAW速度為2574m/s，電氣機(jī)械耦合系數(shù)k2為0.52％，頻率溫度系數(shù)為11ppm/℃。因此，根據(jù)本實(shí)施例的切割，得到了SAW速度較小，電氣機(jī)械耦合系數(shù)較大，溫度特性良好的彈性表面波裝置。
而且，當(dāng)實(shí)際把La3Ta0.5Ga5.5O14用于彈性表面波濾波器時(shí)，雖然不能成為兩個(gè)變換器的正方向相互相向的濾波器，但是，可以把一方的變換器的方向倒轉(zhuǎn)，或者采用如下構(gòu)造，即如日本特開(kāi)平8-97672號(hào)公報(bào)所公開(kāi)的那樣，使用λ/8的雙電極來(lái)抵消反射，從而消除方向性。
在第二實(shí)施例中，使用在第一區(qū)域中包含的用歐拉角表示的(0°，140°，23°)的切割的基板1，制作圖5所示的包含彈性表面波濾波器的測(cè)定器件，測(cè)定該器件的傳輸特性。圖5所示的測(cè)定器件包括設(shè)在基板1上作為交叉指狀電極的發(fā)送電極2A和配置在該發(fā)送電極2A的彈性表面波的傳輸方向的兩側(cè)的兩個(gè)接收電極2B。
在圖5所示的測(cè)定器件中，電極周期(λ)為30μm，發(fā)送電極2A的對(duì)數(shù)為100.5對(duì)，開(kāi)口長(zhǎng)度(交叉部分的長(zhǎng)度)為30λ，接收電極2B的對(duì)數(shù)為20.5對(duì)。在本實(shí)施列中，準(zhǔn)備了標(biāo)準(zhǔn)化膜厚h/λ為0.01的測(cè)定器件和標(biāo)準(zhǔn)化膜厚h/λ為0.02的測(cè)定器件。
圖6表示測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)化膜厚h/λ為0.01的測(cè)定器件的傳輸特性即頻率與插入損失的關(guān)系的結(jié)果。而且，圖7表示測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)化膜厚h/λ為0.02的測(cè)定器件的傳輸特性即頻率與插入損失的關(guān)系的結(jié)果。在圖6和圖7中，實(shí)線表示正方向的特性，虛線表示反方向的特性。在圖6和圖7中，在中心頻率附近，在正方向和反方向上，插入損失發(fā)生較大的差，由此，呈現(xiàn)NSPUDT特性中的單方向性。而且，圖6和圖7中的正方向與反方向的插入損失的差小于圖4中的正方向與反方向的變換損失的差。這是因?yàn)閳D4所示的特性表示彈性表面波濾波器本身的損失，與此相對(duì)，圖6和圖7所示的特性包含接收電極2B的變換損失等發(fā)送接收中的損失。盡管如此，在圖6和圖7中，也呈現(xiàn)出充分的單方向性。
在第三實(shí)施例中，使用在第一區(qū)域中包含的用歐拉角表示的(0°，140°，25°)的切割的基板1，制作圖5所示的包含彈性表面波濾波器的測(cè)定器件，測(cè)定該器件的傳輸特性。測(cè)定器件的其他條件與第二實(shí)施例相同。
圖8表示測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)化膜厚h/λ為0.01的測(cè)定器件的傳輸特性即頻率與插入損失的關(guān)系的結(jié)果。而且，圖9表示測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)化膜厚h/λ為0.02的測(cè)定器件的傳輸特性即頻率與插入損失的關(guān)系的結(jié)果。在圖8和圖9中，實(shí)線表示正方向的特性，虛線表示反方向的特性。在圖8和圖9中，在中心頻率附近，在正方向和反方向上，插入損失發(fā)生較大的差，由此，呈現(xiàn)NSPUDT特性所引起的單方向性。
如上述那樣，根據(jù)本實(shí)施例所涉及的彈性表面波裝置，由于基板1的電氣機(jī)械耦合系數(shù)較大，則能夠?qū)崿F(xiàn)通帶的寬帶化，由于基板1的SAW速度較小，能夠?qū)崿F(xiàn)彈性表面波裝置的小型化，而且，由于具有NSPUDT特性，能夠?qū)崿F(xiàn)低損失化。
而且，本發(fā)明并不僅限于上述實(shí)施例，能夠進(jìn)行各種變更。例如，作為電極的構(gòu)造，并不僅限于圖1所示的構(gòu)造，可以是各種構(gòu)造。
如上述那樣，根據(jù)本發(fā)明的彈性表面波裝置，由于基板的電氣機(jī)械耦合系數(shù)較大，則能夠?qū)崿F(xiàn)通帶的寬帶化，由于基板的SAW速度較小，能夠?qū)崿F(xiàn)彈性表面波裝置的小型化，而且，由于具有固有單相單方向性變換器(NSPUDT)特性，能夠?qū)崿F(xiàn)低損失化。
根據(jù)以上說(shuō)明，能夠?qū)嵤┍景l(fā)明的各種形態(tài)和實(shí)施例。這樣，在以下的權(quán)利要求所限定的范圍內(nèi)，即使由上述最佳實(shí)施例以外的形態(tài)，也能實(shí)施本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.一種彈性表面波裝置，其特征在于，包括基板，由屬于點(diǎn)群32，具有Ca3Ca2Ge4O14型結(jié)晶構(gòu)造，其主要成分由La、Ta、Ga以及O組成，用化學(xué)式La3Ta0.5Ga5.5O14所表示的單晶構(gòu)成；電極，形成在該基板上，具有與基板的各向異性相結(jié)合而使固有單相單方向性變換器特性出現(xiàn)的構(gòu)造。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的彈性表面波裝置，其特征在于，當(dāng)用歐拉角把從基板的單晶的切出角和彈性表面波傳送方向表示為(φ，θ，ψ)時(shí)，φ、θ和ψ可以存在于φ＝-5°～5°，θ＝135°～155°以及ψ＝15°～40°的區(qū)域中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的彈性表面波裝置，其特征在于，當(dāng)用歐拉角把從基板的單晶的切出角和彈性表面波傳送方向表示為(φ，θ，ψ)時(shí)，φ、θ和ψ可以存在于φ＝10°～20°，θ＝140°～157°以及ψ＝30°～60°的區(qū)域中。
全文摘要
本發(fā)明的目的是提供一種彈性表面波裝置,能夠?qū)崿F(xiàn)寬帶化并且小型化,并且,利用固有單相單方向性變換器特性,能夠?qū)崿F(xiàn)低損失化。彈性表面波裝置包括壓電基板(1)和設(shè)在該壓電基板1的一個(gè)主面上的一對(duì)交叉指狀電極(2)。使用由屬于點(diǎn)群32,具有Ca
文檔編號(hào)H03H9/145GK1358349SQ01800024
公開(kāi)日2002年7月10日 申請(qǐng)日期2001年1月5日 優(yōu)先權(quán)日2000年1月7日
發(fā)明者竹內(nèi)正男, 井上憲司, 佐藤勝男 申請(qǐng)人:Tdk株式會(huì)社