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Dokumentenidentifikation DE69926672T2 14.06.2006
EP-Veröffentlichungsnummer 0000936733
Titel Akustische Oberflächenwellenanordnung
Anmelder Murata Manufacturing Co., Ltd., Nagaokakyo, Kyoto, JP
Erfinder Fujimoto, Koji, Nagaokakyo-shi, Kyoto-fu 617-8555, JP;
Kadota, Michio, Nagaokakyo-shi, Kyoto-fu 617-8555, JP;
Yoneda, Toshimaro, Nagaokakyo-shi, Kyoto-fu 617-8555, JP;
Nakao, Takeshi, Nagaokakyo-shi, Kyoto-fu 617-8555, JP
Vertreter Schoppe, Zimmermann, Stöckeler & Zinkler, 82049 Pullach
DE-Aktenzeichen 69926672
Vertragsstaaten DE, FR, GB
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 16.02.1999
EP-Aktenzeichen 994003614
EP-Offenlegungsdatum 18.08.1999
EP date of grant 17.08.2005
Veröffentlichungstag im Patentblatt 14.06.2006
IPC-Hauptklasse H03H 9/02(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Oberflächenwellenbauelement, das ein Quarzsubstrat enthält, und insbesondere auf ein Oberflächenwellenbauelement, das exzellente stabile Resonanzcharakteristika aufweist, die durch eine einmalige Kombination des Quarzsubstrats und der Elektroden erreicht werden.

Beschreibung des Stands der Technik

Ein Oberflächenwellenbauelement, das ein Quarzsubstrat enthält, das als ein piezoelektrisches Substrat dient, ist in der japanischen geprüften Patentanmeldung Nr. 61-45892 offenbart.

Bei dem oben erwähnten herkömmlichen Oberflächenwellenbauelement umfasst ein Interdigitalwandler für Übertragung und Empfang von Signalen Goldelektroden, die auf einem Quarzsubstrat angeordnet sind. Das Quarzsubstrat ist eine Quarz-Drehung-Y-Platte. Es ist beschrieben, dass die Frequenztemperaturcharakteristika des Bauelements verbessert sind durch Einstellen von X definiert durch die Gleichung: X = {a/(a + b)}(h0/&lgr;), wobei h0 die Elektrodenfilmdicke des Interdigitalwandlers ist (hierin nachfolgend als IDT bezeichnet), a die Elektrodenfingerbreite ist, b der Elektrodenfingerzwischenraum ist, und &lgr; die Wellenlänge einer Oberflächenwelle ist, die zu erregen ist, und eine Schnittrichtung &thgr;, um die folgende Gleichung zu erfüllen: &thgr; = (–18.707,5 X2 + 21,429 X + 129,5).

Bei dem oben beschriebenen Oberflächenwellenbauelement wird jedoch Au als ein Material zum Bilden von Elektroden verwendet, das die Wandler-IDT definiert. Dies bewirkt, dass sich die Kosten des Bauelements wesentlich erhöhen und macht auch den Prozess des Bildens des Bauelements extrem schwierig.

Das Dokument „K-cut SAW Resonator with both Static and Dynamic Zero Temperature Coefficients" von M. Takagi u. a. (Proceedings of the 1996 IEEE International Frequency Control Symposium, New York, USA, Seiten 278–285) beschreibt Experimente, die Frequenztemperaturcharakteristika eines SAW-Resonators untersuchen, der Quarzsubstrate mit bestimmten unterschiedlichen Werten für die Eulerschen Winkel desselben verwendet. Ein K-Schnitt-Quarzsubstrat (mit Eulerschen Winkeln (0, 96,51°, 33,79°) ist als günstige Frequenztemperaturcharakteristika liefernd beschrieben.

Zusammenfassung der Erfindung

Die Erfindung ist in dem angehängten Anspruch 1 definiert.

Um die oben beschriebenen Probleme zu überwinden, liefern bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung ein Oberflächenwellenbauelement, das unaufwändig ist, eine Elektrodenstruktur aufweist, die leicht gebildet wird, und hervorragende stabile Resonanzcharakteristika aufweist.

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung umfasst ein Oberflächenwellenbauelement ein Quarzsubstrat mit einem Winkel &thgr; von Eulerschen Winkeln (0, &thgr;, 90°), der 122° ≤ &thgr; ≤ 131° erfüllt, und einem Interdigitalwandler, der aus einem Elektrodenmaterial hergestellt ist, das entweder Ta oder W enthält und auf dem Quarzsubstrat angeordnet ist.

Gemäß dieser einmaligen Struktur erreicht das Oberflächenwellenbauelement hervorragende Frequenztemperaturcharakteristika und Resonanzcharakteristika. Außerdem sind Ta und W unaufwändig im Vergleich mit Goldelektroden, so dass die Kosten des Oberflächenwellenbauelements wesentlich reduziert sind. Darüber hinaus sind sowohl Ta als auch W im Vergleich zu Au leicht zu verarbeiten. Somit hat das Oberflächenwellenbauelement gemäß bevorzugten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung hervorragende Resonanzcharakteristika und ist aufgebaut, um mit hoher Stabilität und hoher Genauigkeit gebildet zu werden.

Der Winkel &thgr; der Eulerschen Winkel (0, &thgr;, 90°) liegt vorzugsweise zwischen etwa 125° und etwa 128°, so dass das Oberflächenwellenbauelement sogar noch hervorragendere Resonanzcharakteristika hat.

Der Interdigitalwandler kann eine Elektrodenfingerkreuzbreite (Apertur) von bis zu etwa 40 &lgr; haben, wobei &lgr; die Wellenlänge einer Oberflächenakustikwelle darstellt, die zu erregen ist. In diesem Fall ist eine unnötige Störantwort, die in dem lateralen Modus in dem Band bewirkt wird, effektiv gesperrt und dadurch werden exzellente Resonanzcharakteristika erhalten.

Der Winkel &thgr; der Eulerschen Winkel erfüllt vorzugsweise die folgende Gleichung (1), in dem Fall, wo der IDT aus Ta hergestellt ist, und die Gleichung (2) in dem Fall, wo der IDT aus W hergestellt ist: &thgr; = 125,44 + 108,27 × d × h/&lgr; ± 1,2Gleichung (1) &thgr; = 125,70 + 49,87 × d × h/&lgr; ± 1,2Gleichung (2) wobei h und d die Filmdicke bzw. das Elektrodenfingermetallisierungsverhältnis des Wandlers IDT darstellen.

In diesem Fall kann das Frequenzvariierungsverhältnis einen Wert von bis zu etwa 200 ppm in einem Temperaturbereich von etwa –20°C bis etwa 80°C haben.

Der Oberflächenwellenresonator kann Reflektoren umfassen, die auf gegenüberliegenden Seiten des Wandler-IDT in der Oberflächenwellenausbreitungsrichtung angeordnet sind. Ferner kann die Anzahl NIDT der Elektrodenfingerpaare des Interdigitalwandlers und die Anzahl NREF von Elektrodenfingern des Reflektors nach Wunsch eingestellt werden.

Der Oberflächenwellenresonator gemäß bevorzugten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung kann erfolgreich und leicht in ein Oberflächenwellenfilter oder ein longitudinal gekoppeltes Bauelement eingebaut werden.

Zum Zweck des Darstellens der Erfindung sind in den verschiedenen Zeichnungen mehrere Formen gezeigt, die derzeit bevorzugt werden, wobei jedoch klar ist, dass die Erfindung nicht auf die genauen gezeigten Anordnungen und Mittel begrenzt ist.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

1 ist eine erklärende Draufsicht eines Oberflächenwellenbauelements gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

2 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen der Änderung des Winkels &thgr; von Eulerschen Winkeln (0, &thgr;, 90°) und dem Frequenztemperaturkoeffizienten TCF darstellt, wenn der Winkel &thgr;' in dem Bereich von etwa 125° bis etwa 128° liegt.

3 ist ein Diagramm, das die Resonanzcharakteristika des Oberflächenwellenbauelements des bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zeigt, das in 1 gezeigt ist.

4 ist ein Diagramm, das Änderungen bei dem Impedanzverhältnis zeigt, wenn &thgr; variiert wird.

5 ist ein Diagramm, das die Frequenztemperaturcharakteristika des Oberflächenwellenresonators des bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zeigt, wenn d × h/&lgr; = 0,02 und &thgr; = 127°.

6 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen d × (h/&lgr;) und &thgr; des Oberflächenwellenresonators eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zeigt, mit einem Elektrodenmaterial, das Ta ist.

7 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen d × (h/&lgr;) und &thgr; des Oberflächenwellenresonators eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung mit einem Elektrodenmaterial zeigt, das W ist.

8 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Frequenz normiert durch die Resonanzfrequenz und der Impedanz des Oberflächenwellenresonators eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zeigt, mit einer Elektrodenfingerkreuzbreite (Apertur) des IDT von etwa 25 &lgr;.

9 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Frequenz normiert durch die Resonanzfrequenz und der Impedanz des Oberflächenwellenresonators eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zeigt, mit einer Elektrodenfingerkreuzbreite des IDT von etwa 40 &lgr;.

10 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Frequenz normiert durch die Resonanzfrequenz und der Impedanz des Oberflächenwellenresonators eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zeigt, mit einer Elektrodenfingerkreuzbreite des IDT von etwa 100 &lgr;.

11 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Anzahl NIDT von Elektrodenfingerpaaren des IDT und dem Impedanzverhältnis des Oberflächenwellenresonators eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zeigt.

12 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Anzahl NIDT von Elektrodenfingerpaaren des IDT und dem Bandbreitenverhältnis des Oberflächenwellenresonators eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zeigt.

13 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Anzahl NIDT von Elektrodenfingerpaaren des IDT und dem Resonanzwiderstand des Oberflächenwellenresonators eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zeigt.

14 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Anzahl NIDT von Elektrodenfingerpaaren und dem Impedanzverhältnis des Oberflächenwellenresonators eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zeigt.

15 ist eine Draufsicht eines longitudinal gekoppelten Oberflächenwellenfilters gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

16A und 16B sind Diagramme des Einfügungsverlusts über Fre quenzcharakteristika des longitudinal gekoppelten Oberflächenwellenfilters, die erhalten werden, wenn NIDT variiert wird.

17 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen NIDT und der Bandbreite des longitudinal gekoppelten Oberflächenwellenfilters eines bevorzugten Ausführungsbeispiels zeigt, die erhalten wird, wenn der Zwischenraum zwischen den IDTs x = 0,20 &lgr; beträgt.

18 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen NIDT und der Bandbreite des longitudinal gekoppelten Oberflächenwellenfilters eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zeigt, die erhalten wird, wenn der Zwischenraum zwischen den IDTs x = 0,50 &lgr; beträgt.

19 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen NIDT und der Bandbreite des longitudinal gekoppelten Oberflächenwellenfilters eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zeigt, die erhalten wird, wenn der Zwischenraum zwischen den IDTs x = 0,70 &lgr; beträgt.

20 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen NIDT und der Bandbreite des longitudinal gekoppelten Oberflächenwellenfilters eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zeigt, die erhalten wird, wenn der Zwischenraum zwischen den IDTs x = 0,90 &lgr; beträgt.

21 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Zwischenraum x zwischen den Wandlern IDT und NIDTMAX des longitudinal gekoppelten Oberflächenwellenfilters eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zeigt.

22 ist eine erklärende Draufsicht eines modifizierten Beispiels des longitudinal gekoppelten Oberflächenwellenfilters der vorliegenden Erfindung.

23 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Anzahl NREF von Elektrodenfingern und dem Einfügungsverlust des longitudinal gekoppelten Oberflächenwellenfilters eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zeigt.

24 ist ein Schaltbild eines Oberflächenwellenfilters, das eine Mehrzahl von Oberflächenwellenresonatoren gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel umfasst, gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele

Ein Oberflächenwellenbauelement gemäß bevorzugten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung wird nun durch nicht-beschränkende Strukturbeispiele beschrieben, mit Bezugnahme auf die Zeichnungen.

1 ist eine Draufsicht, die einen Oberflächenwellenresonator gemäß einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt.

Ein Oberflächenwellenresonator 1 umfasst ein Quarzsubstrat 2. In dem Quarzsubstrat 2 erfüllt der Winkel &thgr; der Eulerschen Winkel (0, &thgr;, 90°) vorzugsweise die Gleichung: 122° ≤ &thgr; ≤ 131°.

Ein IDT 3 ist auf dem Quarzsubstrat 2 vorgesehen. Der IDT 3 umfasst ein Paar von Interdigitalelektroden 3a und 3b. Die Elektrodenfinger der Interdigitalelektroden 3a und 3b sind in die Zwischenräume zwischen denselben eingefügt.

Gittertypreflektoren 4, 5 mit mehreren Elektrodenfingern, die jeweils an den gegenüberliegenden Enden derselben kurzgeschlossen sind, sind auf den gegenüberliegenden Seiten des IDT 3 entlang der Oberflächenwellenausbreitungsrichtung angeordnet.

Es ist vorzuziehen, dass der IDT 3 und die Reflektoren 4, 5 mit Wolfram (W) gebildet sind. Der IDT 3 und die Reflektoren 4, 5 sind vorzugsweise auf dem Quarzsubstrat 2 gebildet, durch ein Dünnfilmbildungsverfahren, wie z. B. Dampfaufbringung, CVD, Plattieren, Sputtern von Wolfram oder ein anderes geeignetes Verfahren.

Bei dem Oberflächenwellenresonator 1 dieses bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung ist der Winkel &thgr; von Eulerschen Winkeln (0, &thgr;, 90°) vorzugsweise in einem Bereich von etwa 122° bis etwa 131°. Folglich kann durch Verwenden einer SH-Typ-Oberflächenwelle die Bandbreite stark erhöht werden. Somit kann der Spielraum und die Toleranz für Schwankungen in der Mittenfrequenz, die durch Temperaturänderungen bewirkt wird, stark verbessert werden. Dies wird nachfolgend beschrieben.

Ein herkömmliches ST-Schnitt-X-Ausbreitungsquarzsubstrat, das bei vielen Bauelementen verwendet wird, hat gute Frequenztemperaturcharakteristika. Als Folge ist der elektromechanische Koeffizient K2 für eine Raleigh-Welle 0,14%. Andererseits ist in dem Fall der Erregung einer Love-Welle oder einer Pseudo-Love-Welle durch das Quarzsubstrat mit den bestimmten Eulerschen Winkeln, die bei diesem Beispiel verwendet werden, der elektromechanische Koeffizient K2 0,64%.

Im Allgemeinen ist die Bandbreite eines Oberflächenwellenbauelements proportional zu seinem elektromechanischen Koeffizienten K2. Wenn folglich angenommen wird, dass die Mittenfrequenz f0, die in einem herkömmlichen Oberflächenwellenbauelement, das eine Raleigh-Welle verwendet, verfügbar ist, f0 = 200 MHz ist, und die Bandbreite 50 KHz ist, ist die Bandbreite, die in dem Oberflächenwellenresonator 1 verfügbar ist, 230 KHz, weil der elektromechanische Koeffizient K2 für den Oberflächenwellenresonator 1 dieses bevorzugten Ausführungsbeispiels etwa 4,6 Mal derjenige des oben beschriebenen ST-Schnitt-X-Ausbreitungsquarzsubstrats des Oberflächenwellenbauelements ist, das eine Raleigh-Welle verwendet.

Der Unterschied zwischen den oben erwähnten Bandbreiten, nämlich 230 – 50 = 180 KHz liefert Spielraum oder Toleranz für Schwankungen in der Mittenfrequenz. Genauer gesagt, mit Bezugnahme auf die Verschiebung der Frequenz, die durch Temperaturänderungen bewirkt wird, liefert ein Filter, das den Oberflächenwellenresonator 1 enthält, der gemäß diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel aufgebaut ist, einen Spielraum von ±90 KHz. Der Spielraum bei f0 = 200 MHz wird zudem auf einer Einheitsfrequenzbasis umgewandelt, um 180 KHz/200 MHz = 900 ppm zu liefern. Das heißt, der Spielraum ist –450 ppm auf der Niederfrequenzseite des Durchlassbands und ist +450 ppm auf der Hochfrequenzseite des Durchlassbands. Das Variierungsverhältnis der Frequenz pro 1°C, das für das Oberflächenwellenbauelement erforderlich ist, das ein ST-Schnitt-X-Ausbreitungsquarzsubstrat enthält und eine Raleigh-Welle verwendet, ist = 1 ppm/°C oder niedriger. Ein Filter, das den Oberflächenwellenresonator 1 dieses bevorzugten Ausführungsbeispiels enthält, hat einen Spielraum für Schwankungen in der Mittenfrequenz, die durch Temperaturänderungen von etwa 900 ppm bewirkt wird, wie es oben beschrieben ist. Im Fall der praktischen Verwendung des Temperaturbereichs (–10°C bis 50°C) ist der Spielraum um 900 ppm/60°C = 15 ppm/°C erhöht. Wie es nachfolgend beschrieben wird, beträgt für das Oberflächenwellenbauelement verschiedener bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung ein optimaler Schnittwinkel, bei dem das Frequenzvariierungsverhältnis für die Temperaturänderung von etwa –20°C bis etwa 80°C reicht, nämlich für die Temperaturänderung von etwa 100°C, bis zu etwa 100 ppm, d. h. das Verhältnis pro 1°C bis zu 1 ppm/°C ist &thgr; = etwa 125° bis etwa 128°, wobei &thgr; der Folgende der Eulerschen Winkel ist (0, &thgr;, 90°).

Die Temperaturcharakteristika des Oberflächenwellenresonators wurden gemessen durch Variieren von &thgr;', der als Standardwinkel genommen wird, der innerhalb des obigen Bereichs liegt, indem derselbe bezüglich des Standardwinkels erhöht oder verringert wird. Die Ergebnisse sind in 2 gezeigt. In dem Fall von &thgr;' = 125° und &thgr;' = 128° zeigt sich eine ähnliche Tendenz. Somit wird erwartet, dass die gleichen Ergebnisse erreicht werden, wenn &thgr;' jeder Winkel ist, der in einem Bereich von etwa 125° bis etwa 128° liegt. Wie es in 2 zu sehen ist, sind die Frequenztemperaturkoeffizienten 15 ppm/°C bei &thgr;' +3° und –15 ppm/°C bei &thgr;' –3°. Dies zeigt an, dass die Temperaturcharakteristika, die auf einem üblichen Pegel erforderlich sind, bei etwa 122° ≤ &thgr; ≤ 131° realisiert werden können.

Folglich ist in dem ungefähren Bereich von &thgr; = 122° bis 131° der Spielraum für Schwankungen in der Mittenfrequenz, der durch Temperaturänderungen bewirkt wird, stark verbessert. Somit werden der Oberflächenwellenresonator und ein Bauelement, wie z. B. ein Filter, das den Resonator enthält, mit exzellenten Frequenztemperaturcharakteristika erreicht. Außerdem, wie es von 2 klar ersichtlich ist, werden sogar noch exzellentere Frequenztemperaturcharakteristika in dem ungefähren Bereich von &thgr; = 125° bis 128° erreicht.

Bezüglich des Schnittwinkels des Quarzsubstrats beträgt der Herstellungsfehler etwa = 0,3°. Folglich kann ein vorbestimmter Schnittwinkel im Wesentlichen realisiert werden. Andererseits beträgt der Herstellungsfehler für die Oberflächenwellenausbreitungsrichtung etwa = 2°, abhängig von den Belichtungstechniken. Folglich ist es möglich, dass, wenn der gewünschte Schnittwinkel etwa 90° ist, der Oberflächenwellenresonator, der tatsächlich erzeugt wird, einen Schnittwinkel in dem Bereich von etwa 88° bis etwa 92° hat. Der Herstellungsfehler bezüglich der Ausbreitungsrichtung übt jedoch keinen starken Einfluss auf die Charakteristika aus. Folglich sollte angemerkt werden, dass, selbst wenn die Ausbreitungsrichtung um etwa ± 2° verschoben ist, die Vorteile der bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung nach wie vor erhalten werden können.

Hierin nachfolgend werden die Resonanzcharakteristika des Oberflächenwellenresonators mit dem Winkel &thgr; von Eulerschen Winkeln (0, &thgr;, 90°) in dem Bereich von etwa 125° bis etwa 128° als ein bevorzugtes Beispiel bevorzugter Ausführungsbeispiele des vorliegenden Oberflächenwellenresonators beschrieben. 3 zeigt die Impedanzfrequenzcharakteristika des Oberflächenresonators 1, der das Quarzsubstrat mit den oben beschriebenen Eulerschen Winkeln enthält. Obwohl der IDT 3 und die Reflektoren 4, 5 aus Wolfram als Elektrodenmaterial hergestellt sind, wie es in 3 ersichtlich ist, werden nach wie vor exzellente Resonanzcharakteristika erreicht. Somit kann der Oberflächenwellenresonator 1 mit hervorragenden Resonanzcharakteristika unaufwändig geschaffen werden. Der IDT 3 und die Reflektoren 4, 5, haben im Vergleich zu dem Fall, der Goldelektroden verwendet, eine hohe Verbindungsstärke für das Quarzsubstrat. Folglich wird der Bildungsprozess des IDT 3 und der Reflektoren 4, 5 leicht durchgeführt und der IDT 3 und die Reflektoren 4, 5 können äußerst genau gebildet werden.

Die in 3 dargestellten Charakteristika werden erreicht, wenn die Größe des Quarzsubstrats etwa 1,5 mm × 1,8 mm × 0,4 mm beträgt, der Winkel &thgr; etwa 126° ist, die Anzahl von Elektrodenfingerpaaren des IDT 3 25 ist, und die jeweiligen Anzahlen der Elektrodenfinger 4a, 5a der Reflektoren 4, 5 10 sind. H/&lgr; und d sind eingestellt, um 0,015 bzw. 0,6 zu sein. Es wurde bestätigt, dass die gleichen Charakteristika erhalten werden durch Einstellen von H/&lgr; bei einem Wert von 0, 010 bis 0, 025 und d bei einem Wert von 0,4 bis 0,8.

Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben durch Bilden tatsächlicher Bauelemente entdeckt und bestätigt, dass hervorragende Resonanzcharakteristika erreicht werden durch Verwenden eines Quarzsubstrats mit Eulerschen Winkeln (0, &thgr;, 90°) mit &thgr; = 126° und Bilden des IDT 3 und der Reflektoren 4, 5 mit Wolfram. Ferner wurde durch Variieren des Winkels &thgr; eine Analyse durchgeführt, um den Bereich von Schnittwinkeln zu bestätigen, bei dem solche hervorragenden Resonanzcharakteristika, wie sie in 3 gezeigt sind, erreicht werden. Genauer gesagt, unterschiedliche Oberflächenwellenresonatoren wurden auf eine ähnliche Weise vorbereitet wie diejenige für den oben beschriebenen Oberflächenwellenresonator 1, abgesehen von dem Winkel &thgr;. Die resultierenden Charakteristika wurden bewertet. Die Ergebnisse sind in 4 gezeigt. In 4 ist der Winkel &thgr; als Abszisse aufgetragen und das Impedanzverhältnis als Ordinate.

Wie es in 4 ersichtlich ist, wurde bestimmt, dass in dem &thgr; Bereich von etwa 125° bis etwa 128° die Oberflächenwellenresonatoren hervorragende Resonanzcharakteristika haben, wie es in 3 gezeigt ist.

Ferner untersuchten die Erfinder der vorliegenden Erfindung auf der Basis der oben beschriebenen Ergebnisse unterschiedliche Möglichkeiten, um einen Oberflächenwellenresonator mit weniger temperaturabhängigen Änderungen der Resonanzcharakteristika zu erhalten, d. h. den hervorragenden Temperaturcharakteristika. Als Ergebnis wurde entdeckt, dass ein solcher Oberflächenwellenresonator erhalten werden kann, wenn das Elektrodenmaterial, das verwendet wird, um einen Wandler IDT zu bilden, Ta ist, und der Winkel &thgr; die Gleichung (1): &thgr; = 125,44 + 108,27 × d × h/&lgr; ± 1,2 erfüllt, wobei h und d die Filmdicke bzw. das Elektrodenfingermetallisierungsverhältnis des Wandlers IDT darstellen. Das Metallisierungsverhältnis d des Wandlers IDT ist ein Wert, der definiert ist durch d = d1/(d1 + d2), wobei d1 und d2 die Breite der jeweiligen Elektrodenfinger des Wandlers IDT bzw. die Breite der jeweiligen Zwischenräume zwischen den Elektrodenfingern darstellen.

5 ist ein Diagramm, das die Frequenztemperaturcharakteristika des Oberflächenwellenresonators 1 darstellt, die erhalten werden durch Bilden eines IDT aus Ta auf dem Quarzsubstrat mit einem Winkel &thgr; = 127°, nämlich den Eulerschen Winkeln (0, 127°, 90°), auf solche Weise, dass der Wandler IDT eine ungefähre Dicke von h/&lgr; = 0,02 hat, und das Verhältnis d gleich etwa 0,6 ist. In 5 stellt (f – f20)/f20 (ppm) das Frequenzvariierungsverhältnis der Resonanzfrequenz f dar, wie es bei der Standardtemperatur von etwa 20°C gemessen wird. In 5 ist die Temperatur an dem Scheitel der Kurve etwa 34°C und das Frequenzvariierungsverhältnis der Resonanzfrequenz in dem Bereich von etwa –20°C bis etwa 80°C ist ungefähr 99 ppm.

6 zeigt eine Beziehung zwischen d × (h/&lgr;) und &thgr;, die erhalten wird, wenn das Frequenzvariierungsverhältnis der Resonanzfrequenz konstant ist in dem Temperaturbereich von etwa –20°C bis etwa 80°C. In 6 definieren die durchgezogenen Linien A und B den Bereich, wo das Frequenzvariierungsverhältnis der Resonanzfrequenz geringer ist als etwa 100 ppm. Gestrichelte Linien C und D definieren den Bereich, wo das Frequenzvariierungsverhältnis der Resonanzfrequenz geringer ist als etwa 200 ppm.

Das heißt, der Bereich, der durch die gestrichelten Linien C und D definiert ist, einschließlich des Fehlers, kann durch die Gleichung (1) ausgedrückt werden. Der Bereich, der durch die durchgezogenen Linien A und B definiert ist, einschließlich des Fehlers, kann durch die folgende Gleichung (3) ausgedrückt werden: &thgr; = 125,44 + 108,27 × d × (h/&lgr;) = 0,3Gleichung (3).

Wie es bei der obigen Beschreibung ersichtlich ist, wenn Ta als Elektrodenmaterial verwendet wird, kann der Oberflächenwellenresonator, der hervorragende Temperaturcharakteristika erreicht, geliefert werden durch Einstellen von &thgr;, um den oben beschriebenen Bereich zu erfüllen, der durch die Gleichung (1) definiert ist, genauer gesagt durch die Gleichung (3).

Darüber hinaus führten die Erfinder der vorliegenden Erfindung eine Untersuchung durch, um den Oberflächenwellenresonator mit hervorragenden Temperaturcharakteristika auf gleiche Weise wie oben beschrieben zu erreichen, außer dass anstatt Ta B als Elektrodenmaterial verwendet wurde. Als Folge wurde entdeckt, dass die oben beschriebenen vorteilhaften Ergebnisse erreicht werden können durch Einstellen von &thgr;, um den Bereich zu erfüllen, der durch die folgende Gleichung (2) definiert ist: &thgr; = 125,70 + 49,87 × d × h/&lgr; ± 1,2Gleichung (2).

7 ist ein Diagramm, das dem von 6 entspricht, außer dass W als Elektrodenmaterial verwendet wird, was die Beziehung zwischen d × (h/&lgr;) und &thgr; darstellt, die erhalten wird, wenn das Frequenzvariierungsverhältnis der Resonanzfrequenz in dem Temperaturbereich von etwa –20°C zu etwa 80°C konstant ist. In 7 definieren durchgezogene Linien E und F den Bereich, wo das Frequenzvariierungsverhältnis der Resonanzfrequenz einen Wert von bis zu 100 ppm aufweist. Gestrichelte Linien G und H definieren den Bereich, wo das Frequenzvariierungsverhältnis der Resonanzfrequenz einen Wert von bis zu 200 ppm aufweist.

Der Bereich, der durch die gestrichelten Linien G und H in 7 definiert ist, einschließlich des Fehlers, kann durch die obige Gleichung (2) ausgedrückt werden.

Ferner kann der Bereich, der durch die durchgezogenen Linien E und F in 7 definiert ist, einschließlich des Fehlers, durch die folgende Gleichung (4) ausgedrückt werden. &thgr; = 125,70 + 49,87 × d × (h/&lgr;) = 0,3Gleichung (4).

Der Oberflächenwellenresonator 1 mit einem Variierungsverhältnis der Resonanzfrequenz in dem Bereich von etwa –20°C bis etwa 80°C von bis zu etwa 20 ppm, insbesondere bis zu etwa 100 ppm kann geliefert werden durch Einstellen des Winkels &thgr; in dem Bereich, der die Gleichung (2) erfüllt, noch bevorzugter die Gleichung (4).

Bei dem oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiel sind sowohl der IDT 3 als auch die Reflektoren 4, 5 mit Wolfram oder Tantal gebildet. Der IDT 3 allein kann jedoch mit Wolfram oder Tantal gebildet sein.

Außerdem ist es nicht notwendig, den gesamten IDT 3 mit Tantal oder Wolfram zu bilden. Der IDT 3 kann die Struktur haben, bei der ein Dünnfilm eines anderen Metallmaterials auf W oder Ta laminiert wird.

Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben herausgefunden, dass das bei dem Oberflächenwellenbauelement mit einem Wandler IDT, der aus einem Elektrodenmaterial hergestellt ist, das Ta oder W enthält, und auf dem Quarzsubstrat angeordnet ist, das die bestimmten Eulerschen Winkel aufweist, eine Störantwort, die in dem lateralen Modus bewirkt wird, stark gehemmt wird durch Einstellen der Kreuzbreite der Elektrodenfinger des IDT auf etwa 40 &lgr; oder kürzer.

Genauer gesagt, bei einem Beispiel bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung wurde ein Wandler IDT, der aus Ta hergestellt ist, auf dem Quarzsubstrat gebildet, mit den Eulerschen Winkeln (0, 127°, 90°) auf solch eine Weise, um ungefähre Verhältnisse h/&lgr; = 0,02 und d = 0,6 zu haben, und dadurch wurde das in 1 gezeigte Oberflächenwellenbauelement aufgebaut. Darüber hinaus wurden mehrere Typen von Oberflächenakustikwellenresonatoren 1 mit der Anzahl NIDT von Elektrodenfingerpaaren von IDTs von 50 und unterschiedlichen Elektrodenfingerkreuzbreiten hergestellt. Die Impedanzfrequenzcharakteristika wurden gemessen. 8 bis 10 zeigen die Ergebnisse. Auf den Abszissen in 8 bis 10 sind die Frequenzen aufgetragen, die durch Verwenden der Resonanzfrequenz normiert wurden, ausgedrückt als (f – fr)/fr × 100%, wobei f und fr eine Frequenz bzw. eine Resonanzfrequenz darstellen. Es wurde bestätigt, dass die gleichen Charakteristika erhalten werden durch Einstellen von H/&lgr; bei einem Wert von 0,010 bis 0,027 und d bei einem Wert von 0,4 bis 0,8.

8, 9 und 10 zeigen die Ergebnisse, die bei Elektrodenfingerkreuzbreiten von 25 &lgr;, 40 &lgr; bzw. 100 &lgr; erhalten werden.

Wie es in 10 zu sehen ist, wird in dem Fall der Elektrodenfingerkreuzbreite von 100 &lgr;, eine große Störresonanz erzeugt zwischen dem Resonanzpunkt und dem Antiresonanzpunkt, nämlich in dem lateralen Modus in dem Frequenzband, wie es durch den Pfeil I angezeigt ist. Andererseits wird für die in 8 und 9 dargestellten Charakteristika keine solche Störantwort erzeugt und erscheint nicht zwischen dem Resonanzpunkt und dem Antiresonanzpunkt.

Es wird spekuliert, dass die oben beschriebene Störantwort erzeugt wird, weil die Vibration in einem Modus höherer Ordnung nahe der Vibration in dem Basismodus auftritt.

Wie es in 9 zu sehen ist, ist die Störantwort, die durch die Schwingung höherer Mode bewirkt wird, folglich stark gehemmt durch Einstellen der Elektrodenfingerkreuzbreite auf etwa 40 oder kürzer.

Folglich wird bei dem Oberflächenwellenbauelement bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung eine Störantwort in dem Frequenzband effektiv gesperrt durch Einstellen der Elektrodenfingerkreuzbreite des Wandlers IDT auf etwa 40 &lgr; oder kürzer. Dies liefert hervorragende Resonanzcharakteristika.

Wie es von der obigen Gleichung (1) und (2) klar ist, kann die Konfiguration zum Erreichen hervorragender Temperaturcharakteristika durch Einstellen des Winkels &thgr; und Sperren der Störantwort in dem Frequenzband durch Einstellen der Elektrodenfingerkreuzbreite auf etwa 40 &lgr; oder kürzer auf die anderen Oberflächenwellenbauelemente, wie z. B. das Oberflächenfilter, angewendet werden, nicht nur auf den oben beschriebenen Oberflächenwellenresonator 1. In diesem Fall werden auch hervorragende Effekte erzielt.

Darüber hinaus untersuchten die Erfinder der vorliegenden Erfindung, wie die Charakteristika des Oberflächenwellenresonators 1 mit den Reflektoren, die auf den gegenüberliegenden Seiten des Wandlers IDT angeordnet sind, wie es in 1 gezeigt ist, beeinträchtigt werden durch die Anzahl NIDT von Elektrodenfingerpaaren des IDT. Zum Zweck des Ausschließens der Reflektoren 4, 5 wurde der Oberflächenwellenresonator aufgebaut durch Bilden des Wandlers IDT aus Ta auf dem Quarzsubstrat mit den Eulerschen Winkeln (0, 127°, 90°) auf solche Weise, dass der Wandler IDT ungefähre Verhältnisse von h/&lgr; = 0,02 und d = 0,6 hat, ohne dass die Reflektoren 4, 5 vorgesehen sind. Das Impedanzverhältnis der erhaltenen mehreren Typen der Oberflächenwellenresonatoren wurde gemessen durch Variieren der Anzahl NIDT der Elektrodenfinger von IDT. Die Ergebnisse sind in 11 gezeigt. Das Impedanzverhältnis ist definiert als ein Wert, der gemäß 20 log(ra/ro) berechnet wird, wobei ro und ra den Resonanzwiderstand bzw. den Antiresonanzwiderstand darstellen.

Wie es in 11 ersichtlich ist, wird das Impedanzverhältnis mit der Anzahl NIDT erhöht. Wenn NIDT 200 überschreitet, wird das Impedanzverhältnis gesättigt.

Folglich kann durch Einstellen der Anzahl NIDT in dem Bereich, dass die Anzahl NIDT einen Wert von bis zu 200 aufweist, das Oberflächenwellenbauelement mit einem geeigneten Impedanzverhältnis erhalten werden.

Wenn somit der Oberflächenwellenresonator mit dem Wandler IDT, der aus Ta hergestellt ist, der auf dem Quarzsubstrat mit den obigen bestimmten Eulerschen Winkeln angeordnet ist, gemäß den bevorzugten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung, kann der Oberflächenwellenresonator mit einem angemessenen Impedanzverhältnis leicht geliefert werden durch Einstellen der Elektrodenfingerpaaranzahl von IDT auf 200 oder kleiner. Somit können gewünschte hervorragende Charakteristika leicht realisiert werden.

Gleichartig dazu haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung das Bandbreitenverhältnis (fa – fr)/fr und den Resonanzwiderstand ro des Oberflächenwellenresonators 1 bei unterschiedlichen Anzahlen NIDT gemessen. Die Ergebnisse sind in 12 bzw. 13 gezeigt.

Wie es in 12 ersichtlich ist, ist das Bandbreitenverhältnis reduziert, wenn sich die Anzahl NIDT erhöht. Wenn die Anzahl NIDT 20 überschreitet, wird das Bandbreitenverhältnis im Wesentlichen konstant. Wenn folglich die Anzahl NIDT eingestellt ist, um einen Wert von bis zu 20 zu haben, kann das Bandbreitenverhältnis ohne weiteres gesteuert werden durch Einstellen der Anzahl NIDT.

Wie es in 13 ersichtlich ist, wird der Resonanzwiderstand reduziert, wenn sich die Anzahl NIDT erhöht. Wenn die Anzahl NIDT 100 überschreitet, wird der Resonanzwiderstand im Wesentlichen konstant. Folglich ist in 13 ersichtlich, dass wenn NIDT eingestellt ist, um einen Wert von bis zu 100 zu haben, der Resonanzwiderstand ohne weiteres gesteuert werden kann durch Einstellen der Anzahl NIDT.

Wie es in 12 und 13 ersichtlich ist, können für den Oberflächenwellenresonator 1 mit dem Wandler IDT, der aus Ta hergestellt ist, der auf dem Quarzsubstrat mit den oben beschriebenen Eulerschen Winkeln gemäß bevorzugten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung angeordnet ist, der Resonanzwiderstand und das Bandbreitenverhältnis ohne weiteres gesteuert werden durch Einstellen der Anzahl NIDT. Genauer gesagt, der Resonanzwiderstand kann ohne weiteres gesteuert werden durch Einstellen der Anzahl NIDT, falls dieselbe in dem Bereich von bis zu 100 liegt, während das gewünschte Bandbreitenverhältnis ohne weiteres erreicht werden kann durch Einstellen der Anzahl NIDT, falls dieselbe in dem Bereich von bis zu 20 liegt.

Darüber hinaus erzeugten die Erfinder der vorliegenden Erfindung den obigen Oberflächenwellenresonator 1, bei dem der IDT 3 auf dem Quarzsubstrat vorgesehen war, mit den ungefähren Eulerschen Winkeln (0, 127°, 90°) auf eine solche Weise, um eine Filmdicke des IDT 3 bei h/&lgr; = 0,02 und d = 0,6 zu haben, und untersuchten, wie das Impedanzverhältnis geändert wird, wenn die Anzahl von Elektrodenfingern der jeweiligen Reflektoren variiert wird. 14 zeigt die Ergebnisse. Die Anzahl NREF von Elektrodenfingern des Reflektors ist in 14 auf der Abszisse aufgetragen und das Impedanzverhältnis ist auf der Ordinate aufgetragen.

Darüber hinaus stellen in 14 eine durchgezogene Linie K1, eine gestrichelte Linie K2, eine Linie aus abwechselnden langen und kurzen Strichen K3 und eine Linie mit abwechselnden langen und zwei kurzen Strichen K4 die Ergebnisse bei den Anzahlen NIDT = 5, 20, 80 bzw. 160 dar.

Wie es in 14 zu sehen ist, wenn die Anzahl NREF von Elektrodenfingern des Reflektors erhöht ist, neigt das Impedanzverhältnis dazu, sich zu erhöhen, unabhängig von der Anzahl NIDT. Wenn außerdem die Anzahl NREF 20 überschreitet, wird der Anstieg des Impedanzverhältnisses gesättigt.

Wenn folglich die Anzahl NREF geringer oder gleich 20 ist, kann das Impedanzverhältnis ohne weiteres gesteuert werden durch Einstellen der Anzahl von NREF. Somit kann für den Oberflächenwellenresonator 1 mit dem Wandler IDT, der aus Ta hergestellt ist, der auf dem Quarzsubstrat mit den oben beschriebenen Eulerschen Winkeln angeordnet ist, das Impedanzverhältnis ohne weiteres gesteuert werden durch Einstellen der Anzahl NREF, falls dieselbe geringer oder gleich 20 ist. Auf diese Weise können gewünschte hervorragende Charakteristika sicherlich erhalten werden.

Bei dem Oberflächenwellenbauelement bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung kann das Oberflächenwellenfilter aufgebaut werden durch Verwenden einer Mehrzahl der oben beschriebenen Oberflächenwellenresonatoren 1. Die Konfiguration des Oberflächenwellenfilters ist nicht besonders beschränkt. Wie es beispielsweise in dem Schaltbild von 24 gezeigt ist, kann eine Mehrzahl von Oberflächenwellenresonatoren 1 in Reihenarmen und parallelen Armen angeordnet sein, als Reihenarmresonatoren S1 bis S3 und Parallelarmresonatoren P1 bis P4, um ein Leitertypfilter zu definieren. Das heißt, die vorliegende Erfindung kann auf ein Oberflächenwellenfilter angewendet werden, das aus mehreren Oberflächenwellenresonatoren gebildet ist.

Außerdem kann ein longitudinal gekoppeltes Oberflächenwellenfilter aufgebaut werden durch Anordnen von zwei Interdigitalwandlern IDTs zwischen den Reflektoren, wie es nachfolgend mit Bezugnahme auf 15 und 22 beschrieben ist.

15 ist eine schematische Draufsicht eines Oberflächenwellenfilters 11 gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Oberflächenwellenfilter 11 ist vorzugsweise durch Verwenden eines Quarzsubstrats 12 gebildet. In dem Quarzsubstrat 12 erfüllt der Winkel &thgr; von Eulerschen Winkeln (0, &thgr;, 90°) vorzugsweise die folgende Gleichung: 125° ≤ &thgr;° ≤ 128°, wie der Oberflächenwellenresonator des ersten bevorzugten Ausführungsbeispiels.

Auf dem Quarzsubstrat 12 sind ein erster und ein zweiter Interdigitalwandler IDTs 13, 14 vorgesehen. Die Wandler IDTs 13, 14 haben ein Paar von Interdigitalelektroden 13a, 13b bzw. ein Paar von Interdigitalelektroden 14a, 14b. Die Elektrodenfinger eines Paars der Interdigitalelektroden 13a, 13b sind in die Zwischenräume zwischen denselben eingefügt. Gleichartig dazu sind die Elektrodenfinger eines Paars der Interdigitalelektroden 14a, 14b in die Zwischenräume zwischen denselben eingefügt.

Die Wandler IDTs 13, 14 sind angeordnet, um voneinander getrennt zu sein durch einen Zwischenraum G entlang der Oberflächenwellenausbreitungsrichtung.

Gittertypreflektoren 15, 16, mit denen die mehreren Elektrodenfinger an den Enden derselben kurzgeschlossen sind, sind auf den gegenüberliegenden Seiten der Region angeordnet, wo die Wandler IDT 13, 14 vorgesehen sind, in der Oberflächenwellenausbreitungsrichtung.

Die obigen Wandler IDT 13, 14 und die Reflektoren 15, 16 sind vorzugsweise aus Wolfram oder Tantal hergestellt.

Das Oberflächenwellenbauelement dieses bevorzugten Ausführungsbeispiels ist charakteristisch darin, dass zusätzlich zu dem oben beschriebenen bestimmten Quarzsubstrat und den Wandlern IDT 13, 14, die aus einem Elektrodenmaterial hergestellt sind, das entweder Ta oder W enthält, die jeweiligen Anzahlen NIDT von Elektrodenfingerpaaren des ersten, zweiten Wandlers IDT 13, 14 eingestellt sind, um bis zu NIDTMAX (x) zu sein, was ein Wert ist, der wie folgt definiert ist. NIDTMAX (x) = 338 {x – (0,22 + 0,55 n)}2 + 25Gleichung (5) wobei x = G/&lgr; (G stellt die Größe des Zwischenraums G zwischen den Elektrodenfingern von IDT 13, 14 in der Mitte desselben dar) und n ist eine Ganzzahl, die definiert ist gemäß: –0,055 + 0,55 n ≤ x ≤ 0,495 + 0,55 n.

In dem longitudinal gekoppelten Oberflächenwellenfilter 11 dieses bevorzugten Ausführungsbeispiels ist die Anzahl NIDT eingestellt, um bis zu dem oben beschriebenen Wert NIDTMAX zu sein. Folglich kann das Modenintervall (Verhältnis (%) der Differenz bei der Frequenz zwischen der longitudinalen Fundamentalmode und der longitudinalen Mode höherer Ordnung zu der Mittenfrequenz) gesteuert werden, wie es nachfolgend beschrieben ist, und dadurch kann die Bandbreite eingestellt werden. Dies wird mit Bezugnahme auf 16 bis 21 beschrieben.

16A und 16B zeigen die Einfügungsverlustfrequenzcharakteristika des Oberflächenwellenfilters 11, bei dem der Zwischenraum zwischen dem ersten IDT 13 und dem zweiten IDT 14 etwa 0,50 &lgr; beträgt, die Zahlen NIDT 50 (für 16A) und 30 (für 16B) sind, die Anzahl NREF 40 ist, und die jeweiligen Zwischenräume zwischen den Reflektoren 15, 16 und den Wandlern IDT 13, 14 benachbart dazu entlang der Oberflächenwellenausbreitungsrichtung etwa 0,50 &lgr; sind, und die Lastimpedanz etwa 50 &OHgr; ist. Die Charakteristika in 16A und 16B und 17 bis 20, die nachfolgend beschrieben werden, wurden erhalten unter der Bedingung, dass das Quarzsubstrat mit den Eulerschen Winkeln (0, 127°, 90°) verwendet wird, die Filmdicke h/&lgr; der Wandler IDT 13, 14 etwa 0,02 ist, und d etwa 0,6 ist.

Bei den Charakteristika von 16A und 16B sind die Frequenzbänder, die zu verwenden sind, durch die Pfeile L1 und L2 angezeigt. Wenn die Bänder, die durch die Pfeile L1 und L2 angezeigt sind, verglichen werden, ist klar, dass die Bandbreiten durch Variieren der Werte von NIDT unterschiedlich werden.

Der Unterschied zwischen den obigen Bandbreiten ist ein Phänomen, das durch die Überlappung der Fundamentalmode und der Mode höherer Ordnung bewirkt wird. Folglich führten die Erfinder der vorliegenden Erfindung eine Untersuchung durch, wie das Verhältnis, nämlich die Bandbreite, der Frequenzdifferenz (Modenfrequenzdifferenz) zwischen der Mode höherer Ordnung und der Grundmode zu der Mittenfrequenz mit der Anzahl NIDT geändert wird. Die Ergebnisse sind in 17 bis 20 gezeigt.

Hinsichtlich der Tatsache, dass die oben beschriebene Änderung bei der Bandbreite nicht nur durch die Anzahl NIDT sondern auch den Zwischenraum zwischen den ersten, zweiten Wandlern IDT 13, 14 bewirkt wird, wurde der Zwischenraum G ebenfalls variiert. Das heißt, 17, 18, 19 und 20 zeigen die Charakteristika, die gemessen werden, wenn ein Zwischenraum x zwischen den IDTs 13, 14 einen Wert von 0,20 &lgr;, 0,50 &lgr;, 0,70 &lgr; bzw. 0,90 &lgr; aufweist.

Wie es in 17 bis 20 ersichtlich ist, ist die Bandbreite erhöht, wenn die Anzahl NIDT reduziert ist. Wenn die Anzahl NIDT erhöht ist, ist die Bandbreite reduziert. Wenn die Anzahl NIDT einen konstanten Wert überschreitet, wird die Bandbreite null.

Folglich können in dem longitudinal gekoppelten Oberflächenwellenfilter 11 die Filtercharakteristika mit einer Bandbreite erhalten werden durch Einstellen von NIDT auf einen Wert von bis zu dem konstanten Wert. Ferner kann eine erwünschte Bandbreite realisiert werden durch Einstellen der Anzahl NIDT in dem Bereich des oben beschriebenen konstanten Werts und niedriger.

Andererseits wird die Anzahl NIDT, bei der die Bandbreite Null wird, mit dem Wert von x variiert. Folglich wurden ähnliche Charakteristika erhalten durch Variieren des Zwischenraums G zwischen den IDTs, wie in dem Fall der Charakteristika von 18 bis 20. Die Ergebnisse sind in 21 gezeigt.

In 21 ist der Zwischenraum x zwischen den Wandlern IDT auf der Abszisse aufgetragen und die Anzahl NIDT auf der Ordinate. Das heißt, wenn in dem Fall der in 18 gezeigten Charakteristika der Zwischenraum x zwischen den IDTs etwa 0,50 &lgr; beträgt, ist die Bandbreite Null bei NIDT = 50. Somit ist bei 21 die Anzahl NIDT 50 bei X = 0,5.

Folglich kann durch Einstellen der Anzahl NIDT auf einen Bereich, der auf der unteren Seite einer Kurve M liegt, vorbereitet durch Verbinden der Messungen in 21, eine Bandbreite erhalten werden und ferner kann eine gewünschte Bandbreite realisiert werden durch Einstellen der Anzahl NIDT in dem oben beschriebenen Bereich.

Durch Nähern der Kurve M von 21 kann der Wert NIDTMAX (X), der die Anzahl NIDT ist, die auf der Kurve M positioniert ist, ausgedrückt werden durch die Gleichung 5: NIDTMAX (x) = 338 {x – (0,22 + 0,55 n)}2 + 25Gleichung (5) wobei n 0,22 + 0,55 n – (0,55/2) ≤ x ≤ 0,22 + 0,55 n + (0,55/2) erfüllt, d. h.: –0,055 + 0,55 n ≤ x ≤ 0,495 + 0,55 nGleichung (6).

Somit ist n eine Ganzzahl, die die obige Gleichung (6) erfüllt. Wie es von der Kurve M von 21 ersichtlich ist, besteht eine Periodizität zwischen x und dem Wert NIDTMAX. Das heißt, der Wert NIDTMAX (x) hängt von n ab, wie es durch die Gleichung (5) angezeigt ist.

Folglich kann in dem longitudinal gekoppelten Oberflächenwellenfilter 11 dieses bevorzugten Ausführungsbeispiels eine Bandbreite erhalten werden durch Einstellen der Anzahl NIDT, die die Anzahl von Elektrodenpaaren der Wandler IDT 13, 14 ist, bis zu dem Wert NIDTMAX (x), der wie oben beschrieben definiert ist, und eine gewünschte Bandbreite kann ohne weiteres erreicht werden durch Einstellen der Anzahl NIDT in dem oben beschriebenen Bereich.

Darüber hinaus untersuchten die Erfinder der vorliegenden Erfindung, wie der Einfügungsverlust geändert wird, wenn die Anzahl NREF von Elektrodenfingern des Reflektors in dem obigen longitudinal gekoppelten Oberflächenwellenfilter 11 variiert wird. Darüber hinaus werden auf ähnliche Weise wie oben beschrieben unterschiedliche Typen der Oberflächenwellenfilter 11 hergestellt durch Bilden der Wandler IDT 13, 14 aus einem Ta-Dünnfilm, mit h/&lgr; = 0,02 und d = 0,6 auf dem Quarzsubstrat mit den Eulerschen Winkeln (0, 127°, 90°) und den Reflektoren 15, 16 mit den unterschiedlichen Anzahlen von Elektrodenfingern. Der Einfügungsverlust dieser Oberflächenwellenfilter 11 wurde gemessen. 23 zeigt die Ergebnisse.

Der oben beschriebene Einfügungsverlust wird beeinträchtigt durch die Anzahl von Elektrodenfingerpaaren der Wandler IDT 13, 14 und der Größe des Zwischenraums G zwischen IDT 13, 14. Folglich wurden unterschiedliche Typen der Oberflächenwellenfilter 11 mit den unterschiedlichen Anzahlen von Elektrodenfingerpaaren von IDTs 13, 14 und unterschiedliche Zwischenräume G zwischen den IDTs 13, 14 hergestellt. Der Einfügungsverlust wurde gemessen. 23 stellt die Ergebnisse dar.

Wie es in 23 gezeigt ist, wenn die Anzahl NREF von Elektrodenfingern der jeweiligen Reflektoren 15, 16 erhöht wird, wird der Einfügungsverlust reduziert, unabhängig von der Anzahl NIDT von Elektrodenfingerpaaren des IDT und der Größe des Zwischenraums G zwischen den IDTs 13, 14. Wenn die Anzahl NREF von Elektrodenfingern der jeweiligen Reflektoren 20 überschreitet, wird der Einfügungsverlust im Wesentlichen konstant.

Folglich kann der Einfügungsverlust gesteuert werden durch Einstellen der Anzahl NREF, falls dieselbe einen Wert von bis zu 20 hat. Das heißt, das Oberflächenwellenfilter 11 mit einem gewünschten Einfügungsverlust kann ohne weiteres durch Einstellen der Anzahl NREF geliefert werden.

Das Oberflächenwellenfilter 11 von 15 ist ein longitudinal gekoppeltes Oberflächenwellenfilter, das den ersten IDT 13 und den zweiten IDT 14 enthält. Das longitudinal gekoppelte Oberflächenwellenfilter bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung kann eine Konfiguration mit einer Polnummer von zumindest zwei haben. 22 ist eine Draufsicht, die die Elektrodenkonfiguration eines longitudinal gekoppelten Oberflächenwellenfilters 21 zeigt, das gebildet wird durch longitudinales Verbinden von zwei der longitudinal gekoppelten Oberflächenwellenfilter 11, wie es in 15 gezeigt ist.

In dem Oberflächenwellenfilter 21 sind ein erster Interdigitalwandler 23 und ein zweiter Interdigitalwandler 24 aus Ta oder W hergestellt, und auf dem Quarzsubstrat mit den gewünschten Eulerschen Winkeln angeordnet. Reflektoren 25, 26 sind auf den gegenüberliegenden Seiten der Region angeordnet, wo IDTs 23, 24 vorgesehen sind, in der Oberflächenwellenausbreitungsrichtung. Ferner sind ein erster Interdigitalwandler 27 und ein zweiter Interdigitalwandler 28 auf einer Seite der Region vorgesehen, wo die IDTs 23, 24 vorgesehen sind. Reflektoren 29, 30 sind auf den gegenüberliegenden Seiten der Region, wo IDTs 27, 28 vorgesehen sind, in der Oberflächenwellenausbreitungsrichtung angeordnet. Die Wandler IDT 23, 24, 27 und 28 haben gepaarte interdigitale Elektroden 23a und 23b, 24a und 24b, 27a und 27b bzw. 28a und 28b.

In diesem Fall ist das Oberflächenwellenfilter mit einer Konfiguration mit der Polnummer von zwei gebildet, in dem ein Oberflächenwellenfilterabschnitt, der aus IDTs 23, 24 und den Reflektoren 25, 26 gebildet ist, und ein Oberflächenwellenfilterabschnitt, der aus den IDTs 27, 28 und den Reflektoren 29, 30 gebildet ist, miteinander verbunden sind.

Genauer gesagt, eine Interdigitalelektrode 23a des IDT 23 ist mit Masse verbunden, während die andere Interdigitalelektrode 23b elektrisch mit einer Interdigitalelektrode 28a des IDT 28 verbunden ist. Die andere Interdigitalelektrode 28b des IDT 28 ist elektrisch mit Masse verbunden. Folglich sind die oben beschriebenen beiden Oberflächenwellenfilterabschnitte longitudinal verbunden, um eine Konfiguration mit der Polnummer von zwei zu haben.

Obwohl bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung offenbart wurden, werden verschiedene Modi zum Ausführen der Prinzipien, die hierin offenbart sind, als innerhalb des Schutzbereichs der folgenden Ansprüche angesehen. Daher ist klar, dass der Schutzbereich der Erfindung nicht beschränkt ist, außer dies ist in den Ansprüchen anderweitig beschrieben.


Anspruch[de]
  1. Ein Oberflächenwellenbauelement (1), das ein Quarzsubstrat (2) und einen Interdigitalwandler (3) umfasst, der auf dem Quarzsubstrat (2) angeordnet ist; dadurch gekennzeichnet, dass das Quarzsubstrat (2) einen Winkel &thgr; von Eulerschen Winkeln aufweist (0, &thgr;, 90°), der einen Wert aufweist, der größer oder gleich etwa 122° ist und kleiner oder gleich etwa 131° ist; und der Interdigitalwandler (3) aus einem Elektrodenmaterial besteht, das zumindest entweder Ta oder W umfasst.
  2. Ein Oberflächenwellenbauelement gemäß Anspruch 1, bei dem der Winkel &thgr; von Eulerschen Winkeln (0, &thgr;, 90°) einen Wert aufweist, der größer oder gleich etwa 125° und kleiner oder gleich etwa 128° ist.
  3. Ein Oberflächenwellenbauelement gemäß Anspruch 1 oder 2, bei dem der Interdigitalwandler (3) eine Elektrodenfingerkreuzungsbreite von bis zu etwa 40 &lgr; aufweist, wobei &lgr; eine Wellenlänge einer Oberflächenwelle darstellt, die in dem Oberflächenwellenbauelement erzeugt wird.
  4. Ein Oberflächenwellenbauelement gemäß Anspruch 1, 2 oder 3, bei dem das Elektrodenmaterial, das den Interdigitalwandler (3) bildet, Ta ist, und der Winkel &thgr; die Formel (1) erfüllt: &thgr; = 125,44 + 108,27 × d × h/&lgr; ± 1,2(Formel 1) wobei h eine Filmdicke des Interdigitalwandlers darstellt, d ein Elektrodenfingermetallisierungsverhältnis des Interdigitalwandlers darstellt, und &lgr; eine Wellenlänge einer Oberflächenwelle darstellt, die in dem Oberflächenwellenbauelement erzeugt wird.
  5. Ein Oberflächenwellenbauelement gemäß Anspruch 1, 2 oder 3, bei dem das Elektrodenmaterial, das den Interdigitalwandler bildet, W ist, und der Winkel &thgr; die Formel (2) erfüllt: &thgr; = 125,70 + 49,87 × d × h/&lgr; ± 1,2Formel (2) wobei h eine Filmdicke des Interdigitalwandlers darstellt, d ein Elektrodenfingermetallisierungsverhältnis des Interdigitalwandlers darstellt, und &lgr; eine Wellenlänge einer Oberflächenwelle darstellt, die in dem Oberflächenwellenbauelement erzeugt wird.
  6. Ein Oberflächewellenbauelement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Oberflächewellenbauelement ferner Reflektoren (4, 5) umfasst, die auf gegenüberliegenden Seiten des Interdigitalwandlers (3) entlang einer Oberflächenwellenausbreitungsrichtung angeordnet sind, um einen Oberflächenwellenresonator zu definieren, und die Anzahl NIDT von Elektrodenfingerpaaren des Interdigitalwandlers einen Wert von bis zu 200 aufweist.
  7. Ein Oberflächenwellenbauelement gemäß Anspruch 6, bei dem die Anzahl NIDT einen Wert von bis zu 100 aufweist.
  8. Ein Oberflächenwellenbauelement gemäß Anspruch 6, bei dem die Zahl NIDT einen Wert von bis zu 20 aufweist.
  9. Ein Oberflächenwellenbauelement gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem Reflektoren (4, 5) auf gegenüberliegenden Seiten des Interdigitalwandlers (3) entlang einer Oberflächenwellenausbreitungsrichtung angeordnet sind, und die Reflektoren (4, 5) mehrere Elektrodenfinger umfassen, die sich in einer Richtung erstrecken, die im Wesentlichen senkrecht zu einer Oberflächenwellenausbreitungsrichtung ist, und die Elektrodenfinger an gegenüberliegenden Enden derselben kurzgeschlossen sind, um einen Oberflächenwellenresonator zu definieren, und die Anzahl NREF von Elektrodenfingern der jeweiligen Reflektoren einen Wert von bis zu 20 aufweist.
  10. Ein Oberflächenwellenbauelement gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Oberflächenwellenbauelement ein Oberflächenwellenfilter ist.
  11. Ein Oberflächenwellenbauelement gemäß Anspruch 1, bei dem das Oberflächenwellenbauelement ein longitudinal gekoppeltes Oberflächenwellenfilter (11) ist, das folgende Merkmale umfasst:

    einen ersten (13) und einen zweiten (14) Interdigitalwandler, die auf dem Quarzsubstrat angeordnet sind, um durch einen Zwischenraum getrennt zu sein, und aus einem Elektrodenmaterial hergestellt sind, das zumindest entweder Ta oder W umfasst; und

    Reflektoren (15, 16), die auf gegenüberliegenden Seiten einer Region angeordnet sind, wo der erste und der zweite Interdigitalwandler auf dem Quarzsubstrat entlang einer Oberflächenwellenausbreitungsrichtung angeordnet sind; wobei

    der erste und der zweite Interdigitalwandler (13, 14) eine Anzahl NIDT von Elektrodenfingerpaaren von bis zu NIDTMAX (x) aufweisen, definiert gemäß: NIDTMAX (x) = 338{x – (0,22 + 0,55 n)}2 + 25 wobei x = G/&lgr;, G eine Größe des Zwischenraums G zwischen dem ersten und dem zweiten Interdigitalwandler entlang der Oberflächenwellenausbreitungsrichtung darstellt, und n eine Ganzzahl ist, die gemäß –0,055 + 0,55n ≤ x ≤ 0,495 + 0,55 n definiert ist, und &lgr; eine Wellenlänge einer Oberflächenwelle darstellt, die in dem Oberflächenwellenfilter erzeugt wird.
  12. Ein Oberflächenwellenbauelement gemäß Anspruch 1, bei dem das Oberflächenwellenbauelement ein longitudinal gekoppeltes Oberflächenwellenfilter ist, das folgende Merkmale umfasst:

    einen ersten und einen zweiten Interdigitalwandler (13, 14), die auf dem Quarzsubstrat angeordnet sind, um durch einen Zwischenraum getrennt zu sein, und aus einem Elektrodenmaterial hergestellt sind, das zumindest entweder Ta oder W umfasst; und

    Reflektoren (15, 16), die auf den gegenüberliegenden Seiten einer Region angeordnet sind, wo der erste und der zweite Interdigitalwandler entlang einer Oberflächenwellenausbreitungsrichtung angeordnet sind, wobei die jeweiligen Reflektoren eine Anzahl NREF von Elektrodenfingern von bis zu 20 aufweisen.
  13. Ein longitudinal gekoppeltes Oberflächenwellenfilter (11) gemäß Anspruch 11 oder 12, bei dem zumindest entweder der erste oder der zweite Interdigitalwandler (13, 14) eine Elektrodenfingerkreuzungsbreite von bis zu 40 &lgr; haben, wobei &lgr; eine Wellenlänge einer Oberflächenwelle darstellt, die in dem Oberflächenwellenfilter erzeugt wird.
  14. Ein longitudinal gekoppeltes Oberflächenwellenfilter gemäß Anspruch 11, 12 oder 13, bei dem das Elektrodenmaterial, das zumindest entweder den ersten oder den zweiten Interdigitalwandler (13, 14) bildet, Ta ist, und der Winkel &thgr; die Formel (1) erfüllt: &thgr; = 125,44 + 108,27 × d × h/&lgr; ± 1,2 Formel (1) wobei h eine Filmdicke zumindest entweder des ersten oder des zweiten Interdigitalwandlers darstellt, d ein Elektrodenfingermetallisierungsverhältnis zumindest entweder des ersten oder des zweiten Interdigitalwandlers darstellt, und &lgr; eine Wellenlänge einer Oberflächenwelle darstellt, die in dem Oberflächenwellenfilter erzeugt wird.
  15. Ein longitudinal gekoppeltes Oberflächenwellenfilter (11) gemäß Anspruch 11, 12 oder 13, bei dem das Elektrodenmaterial, das zumindest entweder den ersten oder den zweiten Interdigitalwandler (13, 14) bildet, W ist, und der Winkel &thgr; die Formel (2) erfüllt: &thgr; = 125,70 + 49,87 × d × h/&lgr; ± 1,2Formel (2) wobei h eine Filmdicke zumindest entweder des ersten oder des zweiten Interdigitalwandlers darstellt, d ein Elektrodenfingermetallisierungsverhältnis zumindest entweder des ersten oder des zweiten Interdigitalwandlers darstellt, und &lgr; eine Wellenlänge einer Oberflächenwelle darstellt, die in dem Oberflächenwellenfilter erzeugt wird.
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