球状表面弾性波素子および表面弾性波励振方法
【課題】複数の周波数を用いる球状表面弾性波素子の電極を、平面型のフォトリソグラフィーを用いて形成した場合でも露光の歪みを最小限に抑えることが可能な球状表面弾性波素子が望まれていた。
【解決手段】圧電結晶球、あるいは圧電材料膜を表面に形成した球上の円環状弾性表面波経路上に第１の電極と第２の電極から交互に突出部を設けた球状表面弾性波(Surface Acoustic Wave)素子において、各第１の電極の突出部と第２の電極の突出部との間に第３の電極を設けたことを特徴とする球状表面弾性波素子を提供するものである。
【解決手段】圧電結晶球、あるいは圧電材料膜を表面に形成した球上の円環状弾性表面波経路上に第１の電極と第２の電極から交互に突出部を設けた球状表面弾性波(Surface Acoustic Wave)素子において、各第１の電極の突出部と第２の電極の突出部との間に第３の電極を設けたことを特徴とする球状表面弾性波素子を提供するものである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試料中における被測定対象物の物理化学的特性の測定方法に用いられる球状表面弾性波素子、およびその温度校正に必要な表面弾性波励振方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、圧電材料基板上に形成された表面弾性波素子の電極は平面のマスクを用いてフォトリソグラフィーを用いて形成されている。
【０００３】
特許文献１には複数の周波数の表面弾性波素子が挙げられている。平面型の表面弾性波素子の場合にはそれぞれの周波数の表面弾性波はそれぞれ別の経路を通るような素子が一般的である。また、特許文献には一つの導波路に複数の周波数の表面弾性波を伝播させる素子が挙げられている。この場合、円環状弾性表面波経路の両側から突出部を交互に張り出させた櫛型電極を凹型に配置することによって複数の周波数の表面弾性波が収束されている。
【０００４】
特許文献は以下の通りである。
【特許文献１】特開平１１−３４０７７２号公報
【特許文献２】特開平７−５０５４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
球状表面弾性波素子においてフォトリソグラフィー技術を用いて表面に櫛型電極を形成するとき、理想的には球状の球面に沿って光の焦点が合う光学系を用いることが望ましいが、これは非常に複雑な光学系になり、コストも高くなる。一方、図２に示したように平面基板上に電極パターンを形成するのと同様に平面のマスクを用いて球面に露光する場合、コストを抑えることはできるが曲面の影響で周辺部ほど球面上でパターンが大きく露光されてしまい、また焦点が合わなくなり像がぼやけてしまう。ここで１は平面マスク、２は平面マスク上のパターン、５は材料球、４は材料球表面に形成した感光性材料膜である。この効果は露光する電極パターンが大きくなるほど顕著になるのは明らかである。
【０００６】
球状表面弾性波素子において、用いられる周波数が１０ＭＨｚ〜１００ＧＨｚ程度なので、表面弾性波の減衰特性は重要な要素である。表面弾性波を減衰させる原因のひとつとして表面弾性波を励起するための電極があげられる。表面弾性波を励起するためには表面に電極が必要であるのだがその電極もまた表面弾性波を減衰させてしまう。よってこの効果による減衰を抑えるためには電極をより少なくするとよい。しかし強力に励起させようとすると多くの電極が必要になる。
【０００７】
球状表面弾性波素子においては複数の周波数の表面弾性波を用いることにより温度を校正することが可能である。しかし、これを行うためには複数の周波数の表面弾性波を励起できるような電極構造を形成する必要がある。このときひとつの経路に複数の表面弾性波を励起できれば特性のばらつきを抑えることができてよい。球状表面弾性波素子においては特許文献２のような手法は使うことができない。なぜなら球状表面弾性波素子においては一つの経路が帯状に球表面を１周しておりこの表面弾性波はこの経路上で励起される必要があり凹型に電極を配置することができないからである。これを解決するひとつ方法としては周回経路に周波数の異なる二つの電極を並べて配置することである。ただしこの場
合には二つの周波数の電極を別個に形成することになるので露光する電極パターンが大きくなってしまい、結局その分だけ電極パターンが歪んでしまう。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記の問題を解決するために請求項１に係る発明においては、圧電結晶球、あるいは圧電材料膜を表面に形成した球上の円環状弾性表面波経路上に第１の電極と第２の電極から交互に突出部を設けた球状表面弾性波(Surface Acoustic Wave)素子において、各第１の電極の突出部と第２の電極の突出部との間に第３の電極を設けたことを特徴とする球状表面弾性波素子を提供するものである。
【０００９】
また、問題を解決するために請求項２に係る発明においては請求項１の球状表面弾性波素子において、第３の電極が第１の電極と第２の電極の間で連続していることを特徴とする球状表面弾性波素子を提供するものである。
【００１０】
さらに、問題を解決するために請求項３に係る発明においては、請求項１または２の球状表面弾性波素子を用いて、第１の電極と第２の電極により励起するとともに、第１の電極および第２の電極と第３の電極の間で励起することを特徴とする複数の周波数の表面弾性波励振方法を提供するものである。
【００１１】
具体的には、例えば図１に示すように、円環状弾性表面波経路の両側から突出部を交互に張り出させた、単純な簾状電極である第１の電極と第２の電極が互いに組み合わせられている様になっており、その第１の電極と第２の電極の電極間を縫うようにジグザグに通る第３の電極用いる。これにより、既存の第１の電極や第２の電極を利用することにより第３の電極に対応する新たな対電極を設ける必要がなくなり、露光面積を少なくでき、これにより歪みを最小限度に抑えることが可能になったものである。
【００１２】
ここでは簡単な例を挙げて発明の説明を行う。周波数ｆの表面弾性波を励起するための４対の突出部を持つ一組の簾状電極と周波数２×ｆの表面弾性波を励起するための８対の突出部を持つ一組の簾状電極を素子表面に形成するとき、単純に２組の電極を形成するとトータルで１２対、２４本の突出部が必要で、周波数ｆの表面弾性波を励起するための簾状電極二つ分の表面積が必要になる。
【００１３】
一方、図１のようなパターンの場合に第１の電極と第２の電極の間隔が音速と波長の関係から周波数がｆに対応しているとするとこの第１の電極と第２の電極の間に周波数ｆの電気信号を印加することにより周波数ｆの表面弾性波を励起することができる。また、第１の電極と第２の電極を結線した電極と、第３の電極の間に周波数２×ｆの電気信号を印加すると周波数２×ｆの表面弾性波を励起することができる。この場合、１６本の円環状弾性表面波経路上の突出部、つまり上記の３分の２の本数の突出部で上記の表面弾性波と同等の電極を周波数ｆの表面弾性波を励起する電極一つ分の面積に形成することができる。
【００１４】
このように一組の櫛型電極である第１の電極と第２の電極、その間を縫うように通る第３の電極を用いることで全体として簾状電極を構成して電極の本数を少なくすることができ、また電極を形成するのに必要な面積も狭くてすむ。
【発明の効果】
【００１５】
本発明により複数の周波数を用いる球状表面弾性波素子の電極を従来の面積より小さい面積で形成することが可能になった。これにより、通常の平面型のフォトリソグラフィーを用いて容易に形成することができる。これによりひとつの経路に複数の周波数の表面弾性波を励起することができる。さらに、全体として電極数を抑えることで電極による減衰
を抑えることができるとともに、露光面積が小さくなったために歪みを最小限に抑えることが可能になり、球状表面弾性波素子としての性能を向上させることが可能になったものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図示した実施の形態例に基づいて本発明を詳細に説明する。
【実施例１】
【００１７】
図１は本発明の実施の形態ｎの球状表面弾性波素子の電極の模式図である。６，７，８は形成した電極である。いま第１の電極６と第２の電極７の間に周波数ｆの電気信号を印加すると図３のように周波数ｆの表面弾性波９が励起される。このとき第３の電極８は電気的にフローティングな状態にしておいてよい。
【００１８】
また、第１の電極６と第２の電極７を結線したものと第３の電極８の間に周波数２×ｆの周波数の電気信号を印加すると図４に示すように２×ｆの表面弾性波９が励起される。
【００１９】
励起された表面弾性波は球状表面を周回し、１周回って励起した電極に戻ってくるたびに櫛型電極から電気信号を出力する。球状表面に官能膜を形成しておき、この表面弾性波の信号を観測することで高感度なセンサとして使用することができる。また、複数の周波数の表面弾性波を周回させることにより温度などの感応膜以外の要因による信号を校正することができる。
【００２０】
図５はそれぞれ本発明の球状表面弾性波素子の表面弾性波の周回現象を示す図である。Ａ、Ｂはそれぞれ図１の模式図での第１の電極６と第２の電極７の間に周波数３０ＭＨｚの電気信号を印加したとき、および第１の電極６と第２の電極７を結線した電極と第３の電極８の間に６０ＭＨｚの電気信号を印加したときに表面弾性波が球上を周回する様子を示す出力信号を示したものである。電極の接続および入力信号の周波数を変えることで複数の周波数が励起できていることがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００２１】
本発明は球状表面弾性波素子における電極パターンおよび温度校正技術に用いることが可能な表面弾性波素子における電極パターン関する。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本願発明に係る複数周波数を励起できる電極パターンの平面図
【図２】平面マスクを用いて球面上に露光する様子の説明断面図
【図３】図１の電極パターンを用いてｆの周波数を励起した状態から出力される表面弾性波の説明図。
【図４】図１の電極パターンを用いて２×ｆの周波数を励起した状態から出力される表面弾性波の説明図。
【図５】図１の電極パターンを用いてｆおよび２×ｆの周波数を励起した状態から出力される表面弾性波の説明図。
【符号の説明】
【００２３】
１…平面マスク
２…平面マスク上のパターン
４…材料球表面にコートされた感光性材料膜
５…材料球
７…第１の電極（ｆおよび２×ｆの周波数を励起するための電極）
８…第２の電極（ｆおよび２×ｆの周波数を励起するための電極）
９…第３の電極（２×ｆの周波数を励起するための電極）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試料中における被測定対象物の物理化学的特性の測定方法に用いられる球状表面弾性波素子、およびその温度校正に必要な表面弾性波励振方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、圧電材料基板上に形成された表面弾性波素子の電極は平面のマスクを用いてフォトリソグラフィーを用いて形成されている。
【０００３】
特許文献１には複数の周波数の表面弾性波素子が挙げられている。平面型の表面弾性波素子の場合にはそれぞれの周波数の表面弾性波はそれぞれ別の経路を通るような素子が一般的である。また、特許文献には一つの導波路に複数の周波数の表面弾性波を伝播させる素子が挙げられている。この場合、円環状弾性表面波経路の両側から突出部を交互に張り出させた櫛型電極を凹型に配置することによって複数の周波数の表面弾性波が収束されている。
【０００４】
特許文献は以下の通りである。
【特許文献１】特開平１１−３４０７７２号公報
【特許文献２】特開平７−５０５４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
球状表面弾性波素子においてフォトリソグラフィー技術を用いて表面に櫛型電極を形成するとき、理想的には球状の球面に沿って光の焦点が合う光学系を用いることが望ましいが、これは非常に複雑な光学系になり、コストも高くなる。一方、図２に示したように平面基板上に電極パターンを形成するのと同様に平面のマスクを用いて球面に露光する場合、コストを抑えることはできるが曲面の影響で周辺部ほど球面上でパターンが大きく露光されてしまい、また焦点が合わなくなり像がぼやけてしまう。ここで１は平面マスク、２は平面マスク上のパターン、５は材料球、４は材料球表面に形成した感光性材料膜である。この効果は露光する電極パターンが大きくなるほど顕著になるのは明らかである。
【０００６】
球状表面弾性波素子において、用いられる周波数が１０ＭＨｚ〜１００ＧＨｚ程度なので、表面弾性波の減衰特性は重要な要素である。表面弾性波を減衰させる原因のひとつとして表面弾性波を励起するための電極があげられる。表面弾性波を励起するためには表面に電極が必要であるのだがその電極もまた表面弾性波を減衰させてしまう。よってこの効果による減衰を抑えるためには電極をより少なくするとよい。しかし強力に励起させようとすると多くの電極が必要になる。
【０００７】
球状表面弾性波素子においては複数の周波数の表面弾性波を用いることにより温度を校正することが可能である。しかし、これを行うためには複数の周波数の表面弾性波を励起できるような電極構造を形成する必要がある。このときひとつの経路に複数の表面弾性波を励起できれば特性のばらつきを抑えることができてよい。球状表面弾性波素子においては特許文献２のような手法は使うことができない。なぜなら球状表面弾性波素子においては一つの経路が帯状に球表面を１周しておりこの表面弾性波はこの経路上で励起される必要があり凹型に電極を配置することができないからである。これを解決するひとつ方法としては周回経路に周波数の異なる二つの電極を並べて配置することである。ただしこの場
合には二つの周波数の電極を別個に形成することになるので露光する電極パターンが大きくなってしまい、結局その分だけ電極パターンが歪んでしまう。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記の問題を解決するために請求項１に係る発明においては、圧電結晶球、あるいは圧電材料膜を表面に形成した球上の円環状弾性表面波経路上に第１の電極と第２の電極から交互に突出部を設けた球状表面弾性波(Surface Acoustic Wave)素子において、各第１の電極の突出部と第２の電極の突出部との間に第３の電極を設けたことを特徴とする球状表面弾性波素子を提供するものである。
【０００９】
また、問題を解決するために請求項２に係る発明においては請求項１の球状表面弾性波素子において、第３の電極が第１の電極と第２の電極の間で連続していることを特徴とする球状表面弾性波素子を提供するものである。
【００１０】
さらに、問題を解決するために請求項３に係る発明においては、請求項１または２の球状表面弾性波素子を用いて、第１の電極と第２の電極により励起するとともに、第１の電極および第２の電極と第３の電極の間で励起することを特徴とする複数の周波数の表面弾性波励振方法を提供するものである。
【００１１】
具体的には、例えば図１に示すように、円環状弾性表面波経路の両側から突出部を交互に張り出させた、単純な簾状電極である第１の電極と第２の電極が互いに組み合わせられている様になっており、その第１の電極と第２の電極の電極間を縫うようにジグザグに通る第３の電極用いる。これにより、既存の第１の電極や第２の電極を利用することにより第３の電極に対応する新たな対電極を設ける必要がなくなり、露光面積を少なくでき、これにより歪みを最小限度に抑えることが可能になったものである。
【００１２】
ここでは簡単な例を挙げて発明の説明を行う。周波数ｆの表面弾性波を励起するための４対の突出部を持つ一組の簾状電極と周波数２×ｆの表面弾性波を励起するための８対の突出部を持つ一組の簾状電極を素子表面に形成するとき、単純に２組の電極を形成するとトータルで１２対、２４本の突出部が必要で、周波数ｆの表面弾性波を励起するための簾状電極二つ分の表面積が必要になる。
【００１３】
一方、図１のようなパターンの場合に第１の電極と第２の電極の間隔が音速と波長の関係から周波数がｆに対応しているとするとこの第１の電極と第２の電極の間に周波数ｆの電気信号を印加することにより周波数ｆの表面弾性波を励起することができる。また、第１の電極と第２の電極を結線した電極と、第３の電極の間に周波数２×ｆの電気信号を印加すると周波数２×ｆの表面弾性波を励起することができる。この場合、１６本の円環状弾性表面波経路上の突出部、つまり上記の３分の２の本数の突出部で上記の表面弾性波と同等の電極を周波数ｆの表面弾性波を励起する電極一つ分の面積に形成することができる。
【００１４】
このように一組の櫛型電極である第１の電極と第２の電極、その間を縫うように通る第３の電極を用いることで全体として簾状電極を構成して電極の本数を少なくすることができ、また電極を形成するのに必要な面積も狭くてすむ。
【発明の効果】
【００１５】
本発明により複数の周波数を用いる球状表面弾性波素子の電極を従来の面積より小さい面積で形成することが可能になった。これにより、通常の平面型のフォトリソグラフィーを用いて容易に形成することができる。これによりひとつの経路に複数の周波数の表面弾性波を励起することができる。さらに、全体として電極数を抑えることで電極による減衰
を抑えることができるとともに、露光面積が小さくなったために歪みを最小限に抑えることが可能になり、球状表面弾性波素子としての性能を向上させることが可能になったものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図示した実施の形態例に基づいて本発明を詳細に説明する。
【実施例１】
【００１７】
図１は本発明の実施の形態ｎの球状表面弾性波素子の電極の模式図である。６，７，８は形成した電極である。いま第１の電極６と第２の電極７の間に周波数ｆの電気信号を印加すると図３のように周波数ｆの表面弾性波９が励起される。このとき第３の電極８は電気的にフローティングな状態にしておいてよい。
【００１８】
また、第１の電極６と第２の電極７を結線したものと第３の電極８の間に周波数２×ｆの周波数の電気信号を印加すると図４に示すように２×ｆの表面弾性波９が励起される。
【００１９】
励起された表面弾性波は球状表面を周回し、１周回って励起した電極に戻ってくるたびに櫛型電極から電気信号を出力する。球状表面に官能膜を形成しておき、この表面弾性波の信号を観測することで高感度なセンサとして使用することができる。また、複数の周波数の表面弾性波を周回させることにより温度などの感応膜以外の要因による信号を校正することができる。
【００２０】
図５はそれぞれ本発明の球状表面弾性波素子の表面弾性波の周回現象を示す図である。Ａ、Ｂはそれぞれ図１の模式図での第１の電極６と第２の電極７の間に周波数３０ＭＨｚの電気信号を印加したとき、および第１の電極６と第２の電極７を結線した電極と第３の電極８の間に６０ＭＨｚの電気信号を印加したときに表面弾性波が球上を周回する様子を示す出力信号を示したものである。電極の接続および入力信号の周波数を変えることで複数の周波数が励起できていることがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００２１】
本発明は球状表面弾性波素子における電極パターンおよび温度校正技術に用いることが可能な表面弾性波素子における電極パターン関する。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本願発明に係る複数周波数を励起できる電極パターンの平面図
【図２】平面マスクを用いて球面上に露光する様子の説明断面図
【図３】図１の電極パターンを用いてｆの周波数を励起した状態から出力される表面弾性波の説明図。
【図４】図１の電極パターンを用いて２×ｆの周波数を励起した状態から出力される表面弾性波の説明図。
【図５】図１の電極パターンを用いてｆおよび２×ｆの周波数を励起した状態から出力される表面弾性波の説明図。
【符号の説明】
【００２３】
１…平面マスク
２…平面マスク上のパターン
４…材料球表面にコートされた感光性材料膜
５…材料球
７…第１の電極（ｆおよび２×ｆの周波数を励起するための電極）
８…第２の電極（ｆおよび２×ｆの周波数を励起するための電極）
９…第３の電極（２×ｆの周波数を励起するための電極）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電結晶球、あるいは圧電材料膜を表面に形成した球上の円環状弾性表面波経路上に第１の電極と第２の電極から交互に突出部を設けた球状表面弾性波(Surface Acoustic Wave)素子において、各第１の電極の突出部と第２の電極の突出部との間に第３の電極を設けたことを特徴とする球状表面弾性波素子。
【請求項２】
請求項１の球状表面弾性波素子において、第３の電極が第１の電極と第２の電極の間で連続していることを特徴とする球状表面弾性波素子。
【請求項３】
請求項１または２の球状表面弾性波素子を用いて、第１の電極と第２の電極により励起するとともに、第１の電極および第２の電極と第３の電極の間で励起することを特徴とする複数の周波数の表面弾性波励振方法。
【請求項１】
圧電結晶球、あるいは圧電材料膜を表面に形成した球上の円環状弾性表面波経路上に第１の電極と第２の電極から交互に突出部を設けた球状表面弾性波(Surface Acoustic Wave)素子において、各第１の電極の突出部と第２の電極の突出部との間に第３の電極を設けたことを特徴とする球状表面弾性波素子。
【請求項２】
請求項１の球状表面弾性波素子において、第３の電極が第１の電極と第２の電極の間で連続していることを特徴とする球状表面弾性波素子。
【請求項３】
請求項１または２の球状表面弾性波素子を用いて、第１の電極と第２の電極により励起するとともに、第１の電極および第２の電極と第３の電極の間で励起することを特徴とする複数の周波数の表面弾性波励振方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００７−１９７０１（Ｐ２００７−１９７０１Ａ）
【公開日】平成１９年１月２５日（２００７．１．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１９７２６７（Ｐ２００５−１９７２６７）
【出願日】平成１７年７月６日（２００５．７．６）
【出願人】（０００００３１９３）凸版印刷株式会社 (10,630)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１月２５日（２００７．１．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年７月６日（２００５．７．６）
【出願人】（０００００３１９３）凸版印刷株式会社 (10,630)
【Ｆターム（参考）】
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