专利名称：弹性表面波装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种利用SH类型表面波的弹性表面波装置，更详细地，涉及一种在水晶基板上形成由铝构成的电极的弹性表面波装置。
背景技术：
一直以来，公知的是在ST切(cut)X输送的水晶基板上形成由铝构成的电极且利用表面波的弹性表面波装置。然而，在该弹性表面波装置中，机电耦合系数小，反射系数小，进而插入损耗增大。还有，在构成使用了反射器的SAW谐振器或谐振器型弹性表面波滤波器的情况下，由于必须使用电极指数量较多的反射器，故小型化困难。
另一方面，在下述的专利文献1中，揭示了在ST切90°X输送的水晶基板上形成由钽、钨或金等构成的电极，且利用SH类型表面波的弹性表面波装置。然而，由于由钽、钨或金等质量较大的金属形成电极，故得不到由电极宽度或电极膜厚的偏差导致的中心频率偏差变小。
在下述的专利文献2中，揭示了在ST切90°X输送的水晶基板上形成由铝构成的电极，且利用SH类型表面波的弹性表面波装置。在这里，表示了通过使由铝构成的电极的以表面波的波长λ被标准化的膜厚(H/λ)为0.025～0.135，而达到扩大机电耦合系数及改善插入损耗目的的宗旨。
(专利文献1)特开2000-323956号公报(专利文献2)特开2002-330051号公报(非专利文献1)W.RICHARD SMITH与WILLIAM F.PEDLER“具有任意镀与极性序列的叉指变频器的基础·谐波频率电路模型分析”IEEE Transaction onMicrowave Theory and Techniques，Vol.MTT-23，No.11，1975年11月。
然而，在上述专利文献2中对叉指电极及反射器的镀金属比并未言及。
而且，在本说明书中，所谓的镀金属比指的是电极指的宽度相对于电极指的宽度与电极指之间间隙的总和的比例。
根据非专利文献1，知道在叉指电极中，镀金属比为0.5的情况下机电耦合系数为最大。因此，大多使叉指电极的镀金属比为0.5。然而，若使叉指电极的镀金属比为0.5，则不能得到大的反射系数。
发明内容
本发明的目的在于提供一种消除上述现有技术的缺点，在ST切90°X输送水晶基板上形成由具有电极的膜厚偏差所导致的频率偏差较小的优点的铝构成的电极，且利用了SH类型表面波的弹性表面波装置，提供一种可以得到大的机电耦合系数与大的反射系数的弹性表面波装置。
本发明的弹性表面波装置，具备ST切90°X方向输送且欧拉(Euler)角为(0°，90°～150°，90°±5°)的水晶基板；和形成于上述水晶基板上，且以表面波的波长被标准化的膜厚H/λ在0.04～0.18范围内的电极，该电极设有具有多根电极指的叉指电极和具有多根电极指的反射器，上述叉指电极及反射器的镀金属比在0.53～0.87的范围内。
在本发明的弹性表面波装置的某个特定的局面中，上述叉指电极及反射器的标准化膜厚和镀金属比在下表3所示的各组合的范围内。
(表3)水晶基板的欧拉角(0°，90°～150°，90°±5°)
在本发明的弹性表面波装置的进一步限定的局面中，上述叉指电极及反射器的镀金属比在0.56～0.83的范围内。
在本发明的弹性表面波装置中，更优选的是，上述叉指电极及反射器的标准化膜厚与镀金属比在下表4所示的各组合的范围内。
(表4)
图1是本发明的一实施方式的弹性表面波装置的示意性立体图。
图2是图1所示的弹性表面波装置的局部切断正视剖面图。
图3是表示在欧拉角(0°，θ，90°)的水晶基板上形成电极且输送表面波情况下的欧拉角θ与各种表面波的变位的关系的图。
图4是表示在欧拉角(0°，127°，90°)的ST切水晶基板上形成由各种金属构成的电极的情况下的电极的标准化膜厚H/λ与表面波的音速的关系的图。
图5是表示在欧拉角(0°，127°，90°)的ST切水晶基板上形成由各种金属构成的电极的情况下的电极的标准化膜厚H/λ与表面波的机电耦合系数的关系的图。
图6是表示在欧拉角(0°，127°，90°)的ST切水晶基板上形成因各种金属不同而导致厚度不同的反射器的情况下的反射器的标准化膜厚H/λ与每根电极指的反射系数的关系的图。
图7是表示在欧拉角(0°，127°，90°)的ST切水晶基板上以各种镀金属比形成由各种厚度的铝构成的反射器的情况下的镀金属比与每根电极指的反射系数的关系的图。
图8是表示在欧拉角(0°，127°，90°)的ST切水晶基板上以各种镀金属比形成由各种厚度的铝构成的叉指电极的情况下的镀金属比和音速的关系的图。
图中1-表面波装置，2-水晶基板，3、4-叉指电极，5、6-反射器。
具体实施例方式
以下，通过参照
本发明的弹性表面波装置的具体实施例，明确本发明。
图1是本发明的一实施例的弹性表面波装置的示意性立体图，图2是示意性局部切断正视剖面图。
弹性表面波装置1具有ST切水晶基板2。水晶基板2是ST切90°X输送且欧拉角为(0°，90°～150°，90°±5°)的水晶基板。在水晶基板2上形成有IDT(叉指电极)3、4及反射器5、6。IDT3、4及反射器5、6由铝构成，以表面波的波长被标准化的膜厚H/λ在0.04～0.18范围内，且电极指的镀金属比在0.53～0.87的范围内。
在本实施例的弹性表面波装置1中，由于IDT3、4及反射器5、6由铝构成，与使用钽、钨、金等大质量电极材料的情况相比，可以减小由电极的膜厚偏差所导致的频率偏差。另外，由于使电极的标准化膜厚H/λ在上述特定的范围内，故可以得到大的机电耦合系数k2。因此，能够实现宽带化及插入损耗的改善。
另外，由于使镀金属比在上述特定范围的范围内，故可以得到大的反射系数，可以减少反射器5、6的电极指的根数。
再有，在使电极的镀金属比为0.56～0.83的范围的情况下，根据这些可以减小音速变化的膜厚相关性，可以减小由电极的标准化膜厚导致的表面波装置的频率偏差。
以下，根据具体的实施例，阐明弹性表面波装置1具有上述作用效果。
图3是表示在欧拉角(0°，θ，90°)的ST切水晶基板上输送的表面波的变位与欧拉角θ的关系的图。图3中的U1表示与弹性表面波的前进方向平行的方向的变位，U2表示与弹性表面波的前进方向垂直且与基板表面平行的方向的变位，U3表示与弹性表面波的前进方向垂直且与基板表面垂直的方向(基板的深度方向)的变位。因此，U1相当于纵波(P波)，U2相当于SH波，U3相当于SV波。
图3的纵轴表示将变位的最大值作为1.0而将各变位标准化时的值。
从图3可以明白，(0°，θ，90°)中的θ是通过使用90°～150°的水晶基板，使输送的表面波的变位成分几乎都为SH波而得到的。因此，在本实施方式中，作为ST切水晶基板，希望使用欧拉角为(0°，90°～150°，90°)的水晶基板。另外，欧拉角的ψ不一定是90°，如果是90°±5°的范围，与图3所示的情况相同，也可以使SH波顺利地输送。因此，在上述实施方式中，可以使用欧拉角为(0°，90°～150°，90°±5°)的水晶基板。
图4是表示在ST切水晶基板上，以沿与X方向垂直的方向即欧拉角为(0°，127°，90°)的方向输送属于SH波的一种的LSAW(漏弹性表面波)的方式形成由各种金属构成的电极的情况下的电极的标准化膜厚H/λ和表面波的速度的关系的图。
图5是表示在与图4的情况相同的水晶基板上，与图4的情况相同地形成由各种金属构成的电极的情况下的电极的标准化膜厚H/λ和机电耦合系数的关系的图，从图4及图5知道，在由质量大的金属钽、钨或金形成电极时得到大机电耦合系数的领域中，音速相对于电极的标准化膜厚H/λ的膜厚相关性大。与此相对，在由铝构成电极的情况下，可以减小音速的膜厚相关性，减小电极的标准化膜厚H/λ所导致的音速偏差。另外，从图5知道，在由铝形成电极的情况下，标准化膜厚H/λ在0.025～0.135的范围即比较充分的电极厚度的范围内，可以得到大的机电耦合系数k2。
ST切X输送{用欧拉角表示为(0°，ST，0°)，后者的0°意思是X输送}的水晶基板上利用瑞利波的情况下，机电耦合系数k2为0.0013。与此相对，在图5的SH波中，由铝形成电极时，标准化膜厚H/λ在0.013～0.20的范围内，机电耦合系数k2比0.0013大。因此，若使由铝构成的电极的标准化膜厚H/λ在0.013～0.20的范围内，则在利用了SH类型表面波的表面波装置中，可以得到比使用ST切X输送的水晶基板且利用瑞利波的情况下的机电耦合系数k2＝0.0013大的机电耦合系数。
另外，在由铝构成的电极的标准化膜厚H/λ＝0.06时，机电耦合系数为0.027，可以得到大约是利用瑞利波时的机电耦合系数的两倍的大小。
可是，在弹性表面波装置中，机电耦合系数大是重要的。如上所述，机电耦合系数越大，越可以达到扩大带宽及降低插入损耗的目的。在现有的使用ST切X输送的水晶基板且利用瑞利波的弹性表面波装置中，由于机电耦合系数k2是0.0013，较小，故通带比较狭窄。因此，为了扩大通带，必须附加电感L等。
与此相对，在本实施例的弹性表面波装置中，通过选择由铝构成的电极的标准化膜厚H/λ，可以得到大的机电耦合系数k2，可以达到扩大带宽及降低插入损耗的目的。特别是，在弹性表面波装置中，希望机电耦合系数k2在扩大带宽的基础上为0.002以上，由此可以达到有效扩大带宽的目的。因此，根据图5，为了使机电耦合系数k2为0.002以上，可以使由铝构成的电极的标准化膜厚H/λ在0.025～0.135的范围内。
另一方面，若电极的膜厚过薄，则产生STW(SURFACETRANSVERSE WAVE)，该STW成为寄生的情况在文献IvanD.Acramov，Mei Suohai和Liu Wen“表面横波两端口共鸣器的纵向方式”，Proceedin of 1996 IEEE INTERNATIONAL FREQUENCYCONTROL SYMPOSIUM，1996年，Vol.1，pp.252-260中阐述。在该文献中，记述了在水晶基板上形成有由H/λ为0.00105～0.0325厚度的铝构成的电极的情况下，STW被激励。而且，沿压电基板表面输送的SH体波被称为SSBW，特别是将在水晶基板上输送的SSBW在基板表面上设置的沟槽或带上被收集的称为STW。
然而，本申请的发明人一进行实验，就确认由铝构成的电极的标准化膜厚H/λ为0.04以上，STW不会被激励。
因此，在本实施方式中，为了在得到大的机电耦合系数k2的同时，抑制成为寄生的STW的激励，使电极的标准化膜厚H/λ在0.04或以上的范围内。从以机电耦合系数k2看的情况图5知道，希望电极的标准化膜厚H/λ比0.05更大。
图6是表示在欧拉角(0°，127°，90°)的ST切水晶基板上形成具有多根电极指的光栅型反射器的情况下的反射器的每根电极指的反射系数和反射器的标准化膜厚H/λ的关系的图。在图6中表示由钽、钨、金及铝构成的反射器的结果。而且，反射系数用绝对值表示。
从图6知道，与使用钽、钨或金的情况相比，在使用铝的情况下，相同膜厚但反射系数小。然而，在由铝构成反射器的情况下，若标准化膜厚变厚则反射系数增大。另外，在标准化膜厚H/λ＝0.02时，SH波的反射系数是0.018，瑞利波的反射系数是0.012。因此，由铝构成的反射器的膜厚H/λ＝0.02时利用SH波情况下的反射系数大约是利用瑞利波情况下的1.5倍的值。
在使用ST切水晶基板且利用瑞利波的弹性表面波谐振器或谐振器型弹性表面波滤波器中，由于反射系数小，故需要IDT两侧有300根以上电极指的反射器。与此相对，在根据上述实施方式构成的弹性表面波装置1中，利用SH类型的表面波，且由铝构成的电极的膜厚H/λ＝0.062情况下的反射系数约为利用瑞利波情况下的具有300根以上电极指的反射器的反射系数的3倍。因此，反射器5、6的电极指的根数为100根左右就可以。由此，可以达到反射器的较大程度的小型化。
再有，在利用SH类型的表面波的情况下，由铝构成的电极的标准化膜厚H/λ＝0.097时，反射器的上述反射系数约为具有300根以上电极指且利用瑞利波的表面波装置的反射器的反射系数的3.3倍，并且反射器中的电极指的根数为90根左右就可以。因此，可以更进一步小型化反射器，可以提供非常小型的表面波谐振器或谐振器型表面波滤波器。
图7是表示在欧拉角(0°，127°，90°)的ST切水晶基板上以各种膜厚并变更多种镀金属比形成由铝构成的反射器情况下的反射系数的变化的图。
从图7知道，虽然根据膜厚H/λ的不同，有一些不同，但铝的标准化膜厚H/λ在0.04～0.18的范围内，镀金属比为0.65～0.7时反射系数最大。一般来说，如非专利文献1中所示，考虑使镀金属比为0.5，由此来得到大的机电耦合系数。因此，以往使叉指电极或反射器的镀金属比为0.5。
然而，在具有反射器的表面波谐振器、谐振器型表面波滤波器或梯形表面波滤波器等表面波装置中，希望镀金属比，较图7更接近0.65～0.7左右。
在下表5中，表示由铝构成的电极的标准化膜厚H/λ与镀金属比的组合的优选范围。在表5中，表示可以得到比镀金属比为0.5时的反射系数大1.05倍以上的反射系数的镀金属比的范围。因此，镀金属比的范围包括可以得到最大反射系数的镀金属比及其前后的值。
例如，如果铝电极的标准化膜厚H/λ为0.08的情况下，与镀金属比为0.5时反射系数为0.25相对，镀金属比为0.55及0.82时反射系数为0.265。镀金属比为0.65时反射系数为0.27。因此，镀金属比为0.55及0.82的反射系数与镀金属比为0.5的反射系数相比，为1.05倍以上。镀金属比为0.65时为1.08倍。另外，反射系数越大，越可以减少反射器的电极指的根数，可以小型化。例如，由铝构成的电极的标准化膜厚H/λ为0.097的情况下的SH波的电极指的根数可以减少到90根，也可以减少到83根。
(表5)水晶基板的欧拉角(0°，90°～150°，90°±5°)
图8是表示在欧拉角(0°，127°，90°)的ST切水晶基板上以成为各种镀金属比的方式形成由铝构成的各种厚度的叉指电极的情况下的音速的变化的图。
从图8知道，铝的标准化膜厚H/λ在0.04～0.18的范围内，镀金属比在0.65～0.7的范围内，音速的偏差为最小。
如上所述，在现有的弹性表面波装置中，由于考虑到叉指电极的镀金属比为0.5时机电耦合系数最大，故使镀金属比为0.5。与此相对，从图8知道，镀金属比为0.5时，由铝构成的叉指电极的膜厚不同导致的音速的变化大。
与此相对，在下表6中，表示在各电极膜厚的范围内，较镀金属比为0.5时的音速偏差(变化)，音速的偏差减小的镀金属比的范围。即，在表6中表示相对于镀金属比为0.5时的音速偏差，音速的镀金属比的相关性约为1/4以下的镀金属比的范围。因此，镀金属比的范围包括音速的偏差最小的镀金属比及其前后的值。
例如，如果铝电极的标准化膜厚H/λ为0.08的情况下，以镀金属比0.5为中央值，镀金属比偏离(变化)±0.05时的音速的偏差为±35m/s。另一方面，以镀金属比0.675为中央值，镀金属比偏离(变化)±0.05时的音速的偏差减少为±3m/s。音速的镀金属比的相关性大约减小为1/12。因此，镀金属比为0.675的情况与镀金属比为0.5的情况相比，音速的镀金属比的相关性大约变为1/4以下的1/12。
即，在下表6所示的电极的膜厚H/λ与镀金属比的组合范围内，可以显著减小电极膜厚的偏差所导致的弹性表面波装置的频率偏差。
(表6)
从上述的图3～图8的结果知道，在ST切90°X输送{欧拉角为(0°，90°～150°，90°±5°)}的水晶基板上以标准化膜厚H/λ＝0.04～0.18范围内的方式形成由铝构成的电极，通过使镀金属比的范围为0.53～0.87的范围，可以得到机电耦合系数k2且可得到大的反射系数，进而可以减小弹性表面波装置的电极膜厚偏差导致的频率偏差。另外，若使镀金属比为0.56～0.83的范围，由此可以将电极的膜厚偏差所导致的频率偏差降低为1/4以下。
(发明效果)在本发明的弹性表面波装置中，在欧拉角为(0°，90°～150°，90°±5°)的水晶基板上具备由铝构成的且以表面波的波长被标准化的膜厚H/λ在0.04～0.18的范围内的电极，该电极具有叉指电极与反射器，由于使叉指电极及反射器的镀金属比为0.53～0.87的范围，故可以提供一种膜厚偏差导致的频率偏差减少且具有大的机电耦合系数及大的反射系数的弹性表面波装置。因此，在利用带有反射器的SH类型的弹性表面波装置中，可以达到扩大带宽、降低插入损耗及小型化的目的。
特别是，在镀金属比在表5所示的各组合的范围内的情况下，可以显著提高反射系数，可以达到更进一层的小型化。
另外，镀金属比在0.56～0.83的范围内的情况下，可以更进一步减小电极的膜厚所导致的特性的偏差。
再有，在镀金属比在表6所示的各组合的范围内的情况下，可以更有效地降低电极膜厚偏差所导致的频率偏差。
权利要求
1.一种弹性表面波装置，其特征在于其具备ST切90°X方向输送且欧拉角为(0°，90°～150°，90°±5°)的水晶基板；和形成于上述水晶基板上，由铝构成，且以表面波的波长λ被标准化的膜厚H/λ在0.04～0.18范围内的电极，该电极有具有多根电极指的叉指电极和由多根电极指构成的反射器，上述叉指电极及反射器的镀金属比在0.53～0.87的范围内。
2.根据权利要求1所述的弹性表面波装置，其特征在于上述叉指电极及反射器的标准化膜厚H/λ与镀金属比在下表1所示的各组合的范围内。(表1)水晶基板的欧拉角(0°，90°～150°，90°±5°)
3.根据权利要求1所述的弹性表面波装置，其特征在于上述叉指电极及反射器的镀金属比在0.56～0.83的范围内。
4.根据权利要求3所述的弹性表面波装置，其特征在于上述叉指电极及反射器的标准化膜厚H/λ与镀金属比在下表2所示的各组合的范围内。(表2)
全文摘要
本发明是一种利用了使用由很难产生电极膜厚偏差所导致的频率特性偏差的铝构成的电极而构成的SH类型表面波的表面波装置，提供一种机电耦合系数k
文档编号H03H9/25GK1612473SQ20031010444
公开日2005年5月4日 申请日期2003年10月29日 优先权日2003年10月29日
发明者门田道雄 申请人:株式会社村田制作所