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)明涉及一種利用SH類型表面波的彈性表面波裝置，更詳細地，涉及一種在水晶基板上形成由鋁構(gòu)成的電極的彈性表面波裝置。
背景技術(shù)：
一直以來，公知的是在ST切(cut)X輸送的水晶基板上形成由鋁構(gòu)成的電極且利用表面波的彈性表面波裝置。然而，在該彈性表面波裝置中，機電耦合系數(shù)小，反射系數(shù)小，進而插入損耗增大。還有，在構(gòu)成使用了反射器的SAW諧振器或諧振器型彈性表面波濾波器的情況下，由于必須使用電極指數(shù)量較多的反射器，故小型化困難。
另一方面，在下述的專利文獻1中，揭示了在ST切90°X輸送的水晶基板上形成由鉭、鎢或金等構(gòu)成的電極，且利用SH類型表面波的彈性表面波裝置。然而，由于由鉭、鎢或金等質(zhì)量較大的金屬形成電極，故得不到由電極寬度或電極膜厚的偏差導(dǎo)致的中心頻率偏差變小。
在下述的專利文獻2中，揭示了在ST切90°X輸送的水晶基板上形成由鋁構(gòu)成的電極，且利用SH類型表面波的彈性表面波裝置。在這里，表示了通過使由鋁構(gòu)成的電極的以表面波的波長λ被標(biāo)準(zhǔn)化的膜厚(H/λ)為0.025～0.135，而達到擴大機電耦合系數(shù)及改善插入損耗目的的宗旨。
(專利文獻1)特開2000-323956號公報(專利文獻2)特開2002-330051號公報(非專利文獻1)W.RICHARD SMITH與WILLIAM F.PEDLER“具有任意鍍與極性序列的叉指變頻器的基礎(chǔ)·諧波頻率電路模型分析”IEEE Transaction onMicrowave Theory and Techniques，Vol.MTT-23，No.11，1975年11月。
然而，在上述專利文獻2中對叉指電極及反射器的鍍金屬比并未言及。
而且，在本說明書中，所謂的鍍金屬比指的是電極指的寬度相對于電極指的寬度與電極指之間間隙的總和的比例。
根據(jù)非專利文獻1，知道在叉指電極中，鍍金屬比為0.5的情況下機電耦合系數(shù)為最大。因此，大多使叉指電極的鍍金屬比為0.5。然而，若使叉指電極的鍍金屬比為0.5，則不能得到大的反射系數(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種消除上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，在ST切90°X輸送水晶基板上形成由具有電極的膜厚偏差所導(dǎo)致的頻率偏差較小的優(yōu)點的鋁構(gòu)成的電極，且利用了SH類型表面波的彈性表面波裝置，提供一種可以得到大的機電耦合系數(shù)與大的反射系數(shù)的彈性表面波裝置。
本發(fā)明的彈性表面波裝置，具備ST切90°X方向輸送且歐拉(Euler)角為(0°，90°～150°，90°±5°)的水晶基板；和形成于上述水晶基板上，且以表面波的波長被標(biāo)準(zhǔn)化的膜厚H/λ在0.04～0.18范圍內(nèi)的電極，該電極設(shè)有具有多根電極指的叉指電極和具有多根電極指的反射器，上述叉指電極及反射器的鍍金屬比在0.53～0.87的范圍內(nèi)。
在本發(fā)明的彈性表面波裝置的某個特定的局面中，上述叉指電極及反射器的標(biāo)準(zhǔn)化膜厚和鍍金屬比在下表3所示的各組合的范圍內(nèi)。
(表3)水晶基板的歐拉角(0°，90°～150°，90°±5°)


在本發(fā)明的彈性表面波裝置的進一步限定的局面中，上述叉指電極及反射器的鍍金屬比在0.56～0.83的范圍內(nèi)。
在本發(fā)明的彈性表面波裝置中，更優(yōu)選的是，上述叉指電極及反射器的標(biāo)準(zhǔn)化膜厚與鍍金屬比在下表4所示的各組合的范圍內(nèi)。
(表4)



圖1是本發(fā)明的一實施方式的彈性表面波裝置的示意性立體圖。
圖2是圖1所示的彈性表面波裝置的局部切斷正視剖面圖。
圖3是表示在歐拉角(0°，θ，90°)的水晶基板上形成電極且輸送表面波情況下的歐拉角θ與各種表面波的變位的關(guān)系的圖。
圖4是表示在歐拉角(0°，127°，90°)的ST切水晶基板上形成由各種金屬構(gòu)成的電極的情況下的電極的標(biāo)準(zhǔn)化膜厚H/λ與表面波的音速的關(guān)系的圖。
圖5是表示在歐拉角(0°，127°，90°)的ST切水晶基板上形成由各種金屬構(gòu)成的電極的情況下的電極的標(biāo)準(zhǔn)化膜厚H/λ與表面波的機電耦合系數(shù)的關(guān)系的圖。
圖6是表示在歐拉角(0°，127°，90°)的ST切水晶基板上形成因各種金屬不同而導(dǎo)致厚度不同的反射器的情況下的反射器的標(biāo)準(zhǔn)化膜厚H/λ與每根電極指的反射系數(shù)的關(guān)系的圖。
圖7是表示在歐拉角(0°，127°，90°)的ST切水晶基板上以各種鍍金屬比形成由各種厚度的鋁構(gòu)成的反射器的情況下的鍍金屬比與每根電極指的反射系數(shù)的關(guān)系的圖。
圖8是表示在歐拉角(0°，127°，90°)的ST切水晶基板上以各種鍍金屬比形成由各種厚度的鋁構(gòu)成的叉指電極的情況下的鍍金屬比和音速的關(guān)系的圖。
圖中1-表面波裝置，2-水晶基板，3、4-叉指電極，5、6-反射器。
具體實施例方式
以下，通過參照

本發(fā)明的彈性表面波裝置的具體實施例，明確本發(fā)明。
圖1是本發(fā)明的一實施例的彈性表面波裝置的示意性立體圖，圖2是示意性局部切斷正視剖面圖。
彈性表面波裝置1具有ST切水晶基板2。水晶基板2是ST切90°X輸送且歐拉角為(0°，90°～150°，90°±5°)的水晶基板。在水晶基板2上形成有IDT(叉指電極)3、4及反射器5、6。IDT3、4及反射器5、6由鋁構(gòu)成，以表面波的波長被標(biāo)準(zhǔn)化的膜厚H/λ在0.04～0.18范圍內(nèi)，且電極指的鍍金屬比在0.53～0.87的范圍內(nèi)。
在本實施例的彈性表面波裝置1中，由于IDT3、4及反射器5、6由鋁構(gòu)成，與使用鉭、鎢、金等大質(zhì)量電極材料的情況相比，可以減小由電極的膜厚偏差所導(dǎo)致的頻率偏差。另外，由于使電極的標(biāo)準(zhǔn)化膜厚H/λ在上述特定的范圍內(nèi)，故可以得到大的機電耦合系數(shù)k2。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)寬帶化及插入損耗的改善。
另外，由于使鍍金屬比在上述特定范圍的范圍內(nèi)，故可以得到大的反射系數(shù)，可以減少反射器5、6的電極指的根數(shù)。
再有，在使電極的鍍金屬比為0.56～0.83的范圍的情況下，根據(jù)這些可以減小音速變化的膜厚相關(guān)性，可以減小由電極的標(biāo)準(zhǔn)化膜厚導(dǎo)致的表面波裝置的頻率偏差。
以下，根據(jù)具體的實施例，闡明彈性表面波裝置1具有上述作用效果。
圖3是表示在歐拉角(0°，θ，90°)的ST切水晶基板上輸送的表面波的變位與歐拉角θ的關(guān)系的圖。圖3中的U1表示與彈性表面波的前進方向平行的方向的變位，U2表示與彈性表面波的前進方向垂直且與基板表面平行的方向的變位，U3表示與彈性表面波的前進方向垂直且與基板表面垂直的方向(基板的深度方向)的變位。因此，U1相當(dāng)于縱波(P波)，U2相當(dāng)于SH波，U3相當(dāng)于SV波。
圖3的縱軸表示將變位的最大值作為1.0而將各變位標(biāo)準(zhǔn)化時的值。
從圖3可以明白，(0°，θ，90°)中的θ是通過使用90°～150°的水晶基板，使輸送的表面波的變位成分幾乎都為SH波而得到的。因此，在本實施方式中，作為ST切水晶基板，希望使用歐拉角為(0°，90°～150°，90°)的水晶基板。另外，歐拉角的ψ不一定是90°，如果是90°±5°的范圍，與圖3所示的情況相同，也可以使SH波順利地輸送。因此，在上述實施方式中，可以使用歐拉角為(0°，90°～150°，90°±5°)的水晶基板。
圖4是表示在ST切水晶基板上，以沿與X方向垂直的方向即歐拉角為(0°，127°，90°)的方向輸送屬于SH波的一種的LSAW(漏彈性表面波)的方式形成由各種金屬構(gòu)成的電極的情況下的電極的標(biāo)準(zhǔn)化膜厚H/λ和表面波的速度的關(guān)系的圖。
圖5是表示在與圖4的情況相同的水晶基板上，與圖4的情況相同地形成由各種金屬構(gòu)成的電極的情況下的電極的標(biāo)準(zhǔn)化膜厚H/λ和機電耦合系數(shù)的關(guān)系的圖，從圖4及圖5知道，在由質(zhì)量大的金屬鉭、鎢或金形成電極時得到大機電耦合系數(shù)的領(lǐng)域中，音速相對于電極的標(biāo)準(zhǔn)化膜厚H/λ的膜厚相關(guān)性大。與此相對，在由鋁構(gòu)成電極的情況下，可以減小音速的膜厚相關(guān)性，減小電極的標(biāo)準(zhǔn)化膜厚H/λ所導(dǎo)致的音速偏差。另外，從圖5知道，在由鋁形成電極的情況下，標(biāo)準(zhǔn)化膜厚H/λ在0.025～0.135的范圍即比較充分的電極厚度的范圍內(nèi)，可以得到大的機電耦合系數(shù)k2。
ST切X輸送{用歐拉角表示為(0°，ST，0°)，后者的0°意思是X輸送}的水晶基板上利用瑞利波的情況下，機電耦合系數(shù)k2為0.0013。與此相對，在圖5的SH波中，由鋁形成電極時，標(biāo)準(zhǔn)化膜厚H/λ在0.013～0.20的范圍內(nèi)，機電耦合系數(shù)k2比0.0013大。因此，若使由鋁構(gòu)成的電極的標(biāo)準(zhǔn)化膜厚H/λ在0.013～0.20的范圍內(nèi)，則在利用了SH類型表面波的表面波裝置中，可以得到比使用ST切X輸送的水晶基板且利用瑞利波的情況下的機電耦合系數(shù)k2＝0.0013大的機電耦合系數(shù)。
另外，在由鋁構(gòu)成的電極的標(biāo)準(zhǔn)化膜厚H/λ＝0.06時，機電耦合系數(shù)為0.027，可以得到大約是利用瑞利波時的機電耦合系數(shù)的兩倍的大小。
可是，在彈性表面波裝置中，機電耦合系數(shù)大是重要的。如上所述，機電耦合系數(shù)越大，越可以達到擴大帶寬及降低插入損耗的目的。在現(xiàn)有的使用ST切X輸送的水晶基板且利用瑞利波的彈性表面波裝置中，由于機電耦合系數(shù)k2是0.0013，較小，故通帶比較狹窄。因此，為了擴大通帶，必須附加電感L等。
與此相對，在本實施例的彈性表面波裝置中，通過選擇由鋁構(gòu)成的電極的標(biāo)準(zhǔn)化膜厚H/λ，可以得到大的機電耦合系數(shù)k2，可以達到擴大帶寬及降低插入損耗的目的。特別是，在彈性表面波裝置中，希望機電耦合系數(shù)k2在擴大帶寬的基礎(chǔ)上為0.002以上，由此可以達到有效擴大帶寬的目的。因此，根據(jù)圖5，為了使機電耦合系數(shù)k2為0.002以上，可以使由鋁構(gòu)成的電極的標(biāo)準(zhǔn)化膜厚H/λ在0.025～0.135的范圍內(nèi)。
另一方面，若電極的膜厚過薄，則產(chǎn)生STW(SURFACETRANSVERSE WAVE)，該STW成為寄生的情況在文獻IvanD.Acramov，Mei Suohai和Liu Wen“表面橫波兩端口共鳴器的縱向方式”，Proceedin of 1996 IEEE INTERNATIONAL FREQUENCYCONTROL SYMPOSIUM，1996年，Vol.1，pp.252-260中闡述。在該文獻中，記述了在水晶基板上形成有由H/λ為0.00105～0.0325厚度的鋁構(gòu)成的電極的情況下，STW被激勵。而且，沿壓電基板表面輸送的SH體波被稱為SSBW，特別是將在水晶基板上輸送的SSBW在基板表面上設(shè)置的溝槽或帶上被收集的稱為STW。
然而，本申請的發(fā)明人一進行實驗，就確認由鋁構(gòu)成的電極的標(biāo)準(zhǔn)化膜厚H/λ為0.04以上，STW不會被激勵。
因此，在本實施方式中，為了在得到大的機電耦合系數(shù)k2的同時，抑制成為寄生的STW的激勵，使電極的標(biāo)準(zhǔn)化膜厚H/λ在0.04或以上的范圍內(nèi)。從以機電耦合系數(shù)k2看的情況圖5知道，希望電極的標(biāo)準(zhǔn)化膜厚H/λ比0.05更大。
圖6是表示在歐拉角(0°，127°，90°)的ST切水晶基板上形成具有多根電極指的光柵型反射器的情況下的反射器的每根電極指的反射系數(shù)和反射器的標(biāo)準(zhǔn)化膜厚H/λ的關(guān)系的圖。在圖6中表示由鉭、鎢、金及鋁構(gòu)成的反射器的結(jié)果。而且，反射系數(shù)用絕對值表示。
從圖6知道，與使用鉭、鎢或金的情況相比，在使用鋁的情況下，相同膜厚但反射系數(shù)小。然而，在由鋁構(gòu)成反射器的情況下，若標(biāo)準(zhǔn)化膜厚變厚則反射系數(shù)增大。另外，在標(biāo)準(zhǔn)化膜厚H/λ＝0.02時，SH波的反射系數(shù)是0.018，瑞利波的反射系數(shù)是0.012。因此，由鋁構(gòu)成的反射器的膜厚H/λ＝0.02時利用SH波情況下的反射系數(shù)大約是利用瑞利波情況下的1.5倍的值。
在使用ST切水晶基板且利用瑞利波的彈性表面波諧振器或諧振器型彈性表面波濾波器中，由于反射系數(shù)小，故需要IDT兩側(cè)有300根以上電極指的反射器。與此相對，在根據(jù)上述實施方式構(gòu)成的彈性表面波裝置1中，利用SH類型的表面波，且由鋁構(gòu)成的電極的膜厚H/λ＝0.062情況下的反射系數(shù)約為利用瑞利波情況下的具有300根以上電極指的反射器的反射系數(shù)的3倍。因此，反射器5、6的電極指的根數(shù)為100根左右就可以。由此，可以達到反射器的較大程度的小型化。
再有，在利用SH類型的表面波的情況下，由鋁構(gòu)成的電極的標(biāo)準(zhǔn)化膜厚H/λ＝0.097時，反射器的上述反射系數(shù)約為具有300根以上電極指且利用瑞利波的表面波裝置的反射器的反射系數(shù)的3.3倍，并且反射器中的電極指的根數(shù)為90根左右就可以。因此，可以更進一步小型化反射器，可以提供非常小型的表面波諧振器或諧振器型表面波濾波器。
圖7是表示在歐拉角(0°，127°，90°)的ST切水晶基板上以各種膜厚并變更多種鍍金屬比形成由鋁構(gòu)成的反射器情況下的反射系數(shù)的變化的圖。
從圖7知道，雖然根據(jù)膜厚H/λ的不同，有一些不同，但鋁的標(biāo)準(zhǔn)化膜厚H/λ在0.04～0.18的范圍內(nèi)，鍍金屬比為0.65～0.7時反射系數(shù)最大。一般來說，如非專利文獻1中所示，考慮使鍍金屬比為0.5，由此來得到大的機電耦合系數(shù)。因此，以往使叉指電極或反射器的鍍金屬比為0.5。
然而，在具有反射器的表面波諧振器、諧振器型表面波濾波器或梯形表面波濾波器等表面波裝置中，希望鍍金屬比，較圖7更接近0.65～0.7左右。
在下表5中，表示由鋁構(gòu)成的電極的標(biāo)準(zhǔn)化膜厚H/λ與鍍金屬比的組合的優(yōu)選范圍。在表5中，表示可以得到比鍍金屬比為0.5時的反射系數(shù)大1.05倍以上的反射系數(shù)的鍍金屬比的范圍。因此，鍍金屬比的范圍包括可以得到最大反射系數(shù)的鍍金屬比及其前后的值。
例如，如果鋁電極的標(biāo)準(zhǔn)化膜厚H/λ為0.08的情況下，與鍍金屬比為0.5時反射系數(shù)為0.25相對，鍍金屬比為0.55及0.82時反射系數(shù)為0.265。鍍金屬比為0.65時反射系數(shù)為0.27。因此，鍍金屬比為0.55及0.82的反射系數(shù)與鍍金屬比為0.5的反射系數(shù)相比，為1.05倍以上。鍍金屬比為0.65時為1.08倍。另外，反射系數(shù)越大，越可以減少反射器的電極指的根數(shù)，可以小型化。例如，由鋁構(gòu)成的電極的標(biāo)準(zhǔn)化膜厚H/λ為0.097的情況下的SH波的電極指的根數(shù)可以減少到90根，也可以減少到83根。
(表5)水晶基板的歐拉角(0°，90°～150°，90°±5°)

圖8是表示在歐拉角(0°，127°，90°)的ST切水晶基板上以成為各種鍍金屬比的方式形成由鋁構(gòu)成的各種厚度的叉指電極的情況下的音速的變化的圖。
從圖8知道，鋁的標(biāo)準(zhǔn)化膜厚H/λ在0.04～0.18的范圍內(nèi)，鍍金屬比在0.65～0.7的范圍內(nèi)，音速的偏差為最小。
如上所述，在現(xiàn)有的彈性表面波裝置中，由于考慮到叉指電極的鍍金屬比為0.5時機電耦合系數(shù)最大，故使鍍金屬比為0.5。與此相對，從圖8知道，鍍金屬比為0.5時，由鋁構(gòu)成的叉指電極的膜厚不同導(dǎo)致的音速的變化大。
與此相對，在下表6中，表示在各電極膜厚的范圍內(nèi)，較鍍金屬比為0.5時的音速偏差(變化)，音速的偏差減小的鍍金屬比的范圍。即，在表6中表示相對于鍍金屬比為0.5時的音速偏差，音速的鍍金屬比的相關(guān)性約為1/4以下的鍍金屬比的范圍。因此，鍍金屬比的范圍包括音速的偏差最小的鍍金屬比及其前后的值。
例如，如果鋁電極的標(biāo)準(zhǔn)化膜厚H/λ為0.08的情況下，以鍍金屬比0.5為中央值，鍍金屬比偏離(變化)±0.05時的音速的偏差為±35m/s。另一方面，以鍍金屬比0.675為中央值，鍍金屬比偏離(變化)±0.05時的音速的偏差減少為±3m/s。音速的鍍金屬比的相關(guān)性大約減小為1/12。因此，鍍金屬比為0.675的情況與鍍金屬比為0.5的情況相比，音速的鍍金屬比的相關(guān)性大約變?yōu)?/4以下的1/12。
即，在下表6所示的電極的膜厚H/λ與鍍金屬比的組合范圍內(nèi)，可以顯著減小電極膜厚的偏差所導(dǎo)致的彈性表面波裝置的頻率偏差。
(表6)

從上述的圖3～圖8的結(jié)果知道，在ST切90°X輸送{歐拉角為(0°，90°～150°，90°±5°)}的水晶基板上以標(biāo)準(zhǔn)化膜厚H/λ＝0.04～0.18范圍內(nèi)的方式形成由鋁構(gòu)成的電極，通過使鍍金屬比的范圍為0.53～0.87的范圍，可以得到機電耦合系數(shù)k2且可得到大的反射系數(shù)，進而可以減小彈性表面波裝置的電極膜厚偏差導(dǎo)致的頻率偏差。另外，若使鍍金屬比為0.56～0.83的范圍，由此可以將電極的膜厚偏差所導(dǎo)致的頻率偏差降低為1/4以下。
(發(fā)明效果)在本發(fā)明的彈性表面波裝置中，在歐拉角為(0°，90°～150°，90°±5°)的水晶基板上具備由鋁構(gòu)成的且以表面波的波長被標(biāo)準(zhǔn)化的膜厚H/λ在0.04～0.18的范圍內(nèi)的電極，該電極具有叉指電極與反射器，由于使叉指電極及反射器的鍍金屬比為0.53～0.87的范圍，故可以提供一種膜厚偏差導(dǎo)致的頻率偏差減少且具有大的機電耦合系數(shù)及大的反射系數(shù)的彈性表面波裝置。因此，在利用帶有反射器的SH類型的彈性表面波裝置中，可以達到擴大帶寬、降低插入損耗及小型化的目的。
特別是，在鍍金屬比在表5所示的各組合的范圍內(nèi)的情況下，可以顯著提高反射系數(shù)，可以達到更進一層的小型化。
另外，鍍金屬比在0.56～0.83的范圍內(nèi)的情況下，可以更進一步減小電極的膜厚所導(dǎo)致的特性的偏差。
再有，在鍍金屬比在表6所示的各組合的范圍內(nèi)的情況下，可以更有效地降低電極膜厚偏差所導(dǎo)致的頻率偏差。
權(quán)利要求
1.一種彈性表面波裝置，其特征在于其具備ST切90°X方向輸送且歐拉角為(0°，90°～150°，90°±5°)的水晶基板；和形成于上述水晶基板上，由鋁構(gòu)成，且以表面波的波長λ被標(biāo)準(zhǔn)化的膜厚H/λ在0.04～0.18范圍內(nèi)的電極，該電極有具有多根電極指的叉指電極和由多根電極指構(gòu)成的反射器，上述叉指電極及反射器的鍍金屬比在0.53～0.87的范圍內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的彈性表面波裝置，其特征在于上述叉指電極及反射器的標(biāo)準(zhǔn)化膜厚H/λ與鍍金屬比在下表1所示的各組合的范圍內(nèi)。(表1)水晶基板的歐拉角(0°，90°～150°，90°±5°)
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的彈性表面波裝置，其特征在于上述叉指電極及反射器的鍍金屬比在0.56～0.83的范圍內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的彈性表面波裝置，其特征在于上述叉指電極及反射器的標(biāo)準(zhǔn)化膜厚H/λ與鍍金屬比在下表2所示的各組合的范圍內(nèi)。(表2)
全文摘要
本發(fā)明是一種利用了使用由很難產(chǎn)生電極膜厚偏差所導(dǎo)致的頻率特性偏差的鋁構(gòu)成的電極而構(gòu)成的SH類型表面波的表面波裝置，提供一種機電耦合系數(shù)k
文檔編號H03H9/25GK1612473SQ20031010444
公開日2005年5月4日 申請日期2003年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月29日
發(fā)明者門田道雄 申請人:株式會社村田制作所