(57)【要約】【課題】通過帯域外のスプリアスを抑制することができる、弾性波装置を提供する。【解決手段】弾性波装置１は、高音速支持基板３と、高音速支持基板３上に設けられている低音速膜４と、低音速膜４上に設けられている圧電体層５と、圧電体層５上に設けられているＩＤＴ電極６とを備える。高音速支持基板３を伝搬するバルク波の音速は、圧電体層５を伝搬する弾性波の音速よりも高い。低音速膜４を伝搬するバルク波の音速は、圧電体層５を伝搬するバルク波の音速よりも低い。低音速膜４は、第１の部分Ａと、第１の部分Ａよりも高音速支持基板３側に位置する第２の部分Ｂとを有する。第１の部分Ａ及び第２の部分Ｂは同種の材料からなる。低音速膜４の第１の部分Ａにおける密度をρ１、第２の部分Ｂにおける密度をρ２としたときに、密度ρ１と密度ρ２とが異なる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高音速支持基板と、
前記高音速支持基板上に設けられている低音速膜と、
前記低音速膜上に設けられている圧電体層と、
前記圧電体層上に設けられているＩＤＴ電極と、
を備え、
前記高音速支持基板を伝搬するバルク波の音速が、前記圧電体層を伝搬する弾性波の音速よりも高く、
前記低音速膜を伝搬するバルク波の音速が、前記圧電体層を伝搬するバルク波の音速よりも低く、
前記低音速膜が、第１の部分と、前記第１の部分よりも前記高音速支持基板側に位置する第２の部分と、を有し、前記第１の部分及び前記第２の部分が同種の材料からなり、
前記低音速膜の前記第１の部分における密度をρ１、前記第２の部分における密度をρ２としたときに、前記密度ρ１と前記密度ρ２とが異なる、弾性波装置。
【請求項２】
前記低音速膜が第１の層と、前記第１の層よりも前記高音速支持基板側に位置し、かつ前記第１の層と密度が異なる第２の層と、を有し、
前記第１の部分が前記第１の層内に位置し、前記第２の部分が前記第２の層内に位置する、請求項１に記載の弾性波装置。
【請求項３】
前記低音速膜が単層の膜であり、前記密度ρ１と前記密度ρ２とが異なるように、前記低音速膜において密度の勾配が設けられている、請求項１に記載の弾性波装置。
【請求項４】
前記密度ρ１及び前記密度ρ２の関係が、ρ１＞ρ２である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の弾性波装置。
【請求項５】
前記密度ρ１及び前記密度ρ２の関係が、ρ１＜ρ２である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の弾性波装置。
【請求項６】
前記密度ρ１と前記密度ρ２との差の絶対値を｜Δρ｜、前記密度ρ１及び前記密度ρ２の平均値をρａｖｅ、密度差比率を｜Δρ｜／ρａｖｅ×１００（％）したときに、前記密度差比率が１％以上である、請求項１〜５のいずれか１項に記載の弾性波装置。
【請求項７】
前記低音速膜が酸化ケイ素膜である、請求項１〜６のいずれか１項に記載の弾性波装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、弾性波装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、弾性波装置は携帯電話機のフィルタなどに広く用いられている。下記の特許文献１には、弾性波装置の一例が開示されている。この弾性波装置は、高音速支持基板、低音速膜及び圧電膜がこの順序で積層された積層体と、圧電膜上に設けられたＩＤＴ電極（Ｉｎｔｅｒｄｉｇｉｔａｌ  Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）とを有する。上記のような積層体が設けられていることにより、Ｑ値が高められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２０１２／０８６６３９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の弾性波装置をフィルタとして用いると、フィルタの通過帯域外にスプリアスが発生することにより、フィルタ特性が劣化するおそれがあった。
【０００５】
本発明の目的は、通過帯域外のスプリアスを抑制することができる、弾性波装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る弾性波装置は、高音速支持基板と、前記高音速支持基板上に設けられている低音速膜と、前記低音速膜上に設けられている圧電体層と、前記圧電体層上に設けられているＩＤＴ電極とを備え、前記高音速支持基板を伝搬するバルク波の音速が、前記圧電体層を伝搬する弾性波の音速よりも高く、前記低音速膜を伝搬するバルク波の音速が、前記圧電体層を伝搬するバルク波の音速よりも低く、前記低音速膜が、第１の部分と、前記第１の部分よりも前記高音速支持基板側に位置する第２の部分とを有し、前記第１の部分及び前記第２の部分が同種の材料からなり、前記低音速膜の前記第１の部分における密度をρ１、前記第２の部分における密度をρ２としたときに、前記密度ρ１と前記密度ρ２とが異なる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明に係る弾性波装置によれば、通過帯域外のスプリアスを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る弾性波装置の平面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る弾性波装置の正面断面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態の変形例に係る弾性波装置の正面断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照しつつ、本発明の具体的な実施形態を説明することにより、本発明を明らかにする。
【００１０】
なお、本明細書に記載の各実施形態は、例示的なものであり、異なる実施形態間において、構成の部分的な置換または組み合わせが可能であることを指摘しておく。
【００１１】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る弾性波装置の平面図である。なお、図１においては、後述する誘電体膜を省略している。
【００１２】
弾性波装置１は圧電性基板２を有する。圧電性基板２上には、ＩＤＴ電極６が設けられている。ＩＤＴ電極６に交流電圧を印加することにより、弾性波が励振される。圧電性基板２上における、ＩＤＴ電極６の弾性波伝搬方向両側には、一対の反射器８及び反射器９が設けられている。このように、本実施形態の弾性波装置１は弾性波共振子である。もっとも、本発明に係る弾性波装置は、弾性波共振子を含むフィルタ装置などであってもよい。
【００１３】
図２は、第１の実施形態に係る弾性波装置の正面断面図である。
【００１４】
圧電性基板２は、高音速支持基板３と、高音速支持基板３上に設けられている低音速膜４と、低音速膜４上に設けられている圧電体層５とを有する。圧電体層５上に上記ＩＤＴ電極６が設けられている。
【００１５】
本実施形態においては、圧電体層５はタンタル酸リチウム層である。なお、圧電体層５の材料は上記に限定されず、例えば、ニオブ酸リチウム、酸化亜鉛、窒化アルミニウム、水晶またはＰＺＴなどの圧電体を用いることもできる。
【００１６】
低音速膜４は相対的に低音速な膜である。より具体的には、低音速膜４を伝搬するバルク波の音速は、圧電体層５を伝搬するバルク波の音速よりも低い。低音速膜４は、本実施形態では酸化ケイ素膜である。酸化ケイ素はＳｉＯｘにより表され、ｘは任意の正数である。なお、低音速膜４の材料は上記に限定されない。
【００１７】
低音速膜４は、第１の層４Ａと、第１の層４Ａよりも高音速支持基板３側に位置する第２の層４Ｂとを有する。より具体的には、高音速支持基板３上に第２の層４Ｂが積層されており、第２の層４Ｂ上に第１の層４Ａが積層されている。低音速膜４は、第１の層４Ａ内に位置する第１の部分Ａと、第２の層４Ｂ内に位置する第２の部分Ｂとを有する。第１の部分Ａは、第１の層４Ａの厚み方向における中央に位置する。第２の部分Ｂは、第２の層４Ｂの厚み方向における中央に位置する。なお、第１の部分Ａは、第１の層４Ａにおける任意の位置の部分であってもよく、第２の部分Ｂは、第２の層４Ｂにおける任意の位置の部分であってもよい。
【００１８】
低音速膜４における第１の層４Ａ及び第２の層４Ｂは同種の材料からなる。よって、第１の部分Ａ及び第２の部分Ｂも同種の材料からなる。本明細書において、同種の材料とは、構成元素が同じ材料であることをいう。例えば、本実施形態のように低音速膜４が酸化ケイ素膜である場合においては、第１の層４Ａ及び第２の層４Ｂにおいて、ＳｉＯｘにおけるｘが異なっていても、第１の層４Ａ及び第２の層４Ｂを構成している材料は同種の材料である。
【００１９】
ここで、低音速膜４の第１の部分Ａにおける密度をρ１、第２の部分Ｂにおける密度をρ２としたときに、本実施形態においては、ρ１＞ρ２である。なお、密度ρ１と密度ρ２とが異なっていればよく、ρ１＜ρ２であってもよい。低音速膜４の形成に際し、例えば、成膜の速度や圧力を異ならせることにより、密度ρ１と密度ρ２とを異ならせることができる。
【００２０】
高音速支持基板３は相対的に高音速な基板である。より具体的には、高音速支持基板３を伝搬するバルク波の音速は、圧電体層５を伝搬する弾性波の音速よりも高い。高音速支持基板３の材料としては、例えば、酸化アルミニウム、炭化ケイ素、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素、シリコン、サファイア、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム、水晶、アルミナ、ジルコニア、コージライト、ムライト、ステアタイト、フォルステライト、マグネシア、ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）またはダイヤモンドなど、上記材料を主成分とする媒質を用いることができる。
【００２１】
圧電性基板２が、高音速支持基板３、低音速膜４及び圧電体層５がこの順序で積層された積層構造を有することにより、弾性波のエネルギーを圧電体層５側に効果的に閉じ込めることができ、Ｑ値を効果的に高めることができる。
【００２２】
圧電性基板２上には、ＩＤＴ電極６を覆うように誘電体膜７が設けられている。誘電体膜７は、本実施形態では酸化ケイ素膜である。なお、誘電体膜７の材料は上記に限定されない。誘電体膜７は必ずしも設けられていなくともよい。もっとも、本実施形態のように、ＩＤＴ電極６を覆うように誘電体膜７が設けられていることが好ましい。それによって、ＩＤＴ電極６が破損し難い。
【００２３】
図１に示すように、ＩＤＴ電極６は、対向し合う第１のバスバー１６及び第２のバスバー１７を有する。ＩＤＴ電極６は、第１のバスバー１６にそれぞれ一端が接続されている複数の第１の電極指１８を有する。さらに、ＩＤＴ電極６は、第２のバスバー１７にそれぞれ一端が接続されている複数の第２の電極指１９を有する。複数の第１の電極指１８と複数の第２の電極指１９とは互いに間挿し合っている。
【００２４】
ＩＤＴ電極６、反射器８及び反射器９は、複数の金属層が積層された積層金属膜からなっていてもよく、単層の金属膜からなっていてもよい。
【００２５】
本実施形態の特徴は、低音速膜４の第１の部分Ａにおける密度ρ１及び第２の部分Ｂにおける密度ρ２が異なることにある。より具体的には、本実施形態の特徴は、密度ρ１及び密度ρ２の関係が、ρ１＞ρ２であることにある。それによって、通過帯域外におけるスプリアスを抑制することができる。これを、本実施形態と比較例とを比較することにより、以下において説明する。なお、比較例は、ρ１＝ρ２である点において、第１の実施形態と異なる。
【００２６】
第１の実施形態の構成を有する弾性波装置において、密度ρ１及び密度ρ２を異ならせて、高次モードの位相特性についてのシミュレーションを行った。より具体的には、弾性波装置の通過帯域の１．５倍付近に生じる高次モードの位相特性についてのシミュレーションを行った。比較例の弾性波装置においても、上記高次モードの位相特性についてのシミュレーションを行った。上記各弾性波装置の設計パラメータは以下の通りである。ここで、ＩＤＴ電極の電極指ピッチにより規定される波長をλとする。以下において、例えば、０．０１λを１％λと記載することもある。
【００２７】
高音速支持基板：材料…Ｓｉ
低音速膜の第１の層：材料…ＳｉＯ２、厚み…０．１５λ
低音速膜の第２の層：材料…ＳｉＯ２、厚み…０．１５λ
圧電体層：材料…ＬｉＴａＯ３、厚み…０．３λ
ＩＤＴ電極：材料…Ａｌ、厚み…７％λ
ＩＤＴ電極の波長：２μｍ
ＩＤＴ電極のデューティ：０．５
誘電体膜：材料…ＳｉＯ２、厚み…２．５％λ
【００２８】
第１の実施形態の構成を有する弾性波装置では、低音速膜の密度ρ１を、２．１２ｇ／ｃｍ３以上、２．３０ｇ／ｃｍ３以下の範囲において変化させ、密度ρ２を、２．０３ｇ／ｃｍ３以上、２．３０ｇ／ｃｍ３以下の範囲において変化させた。比較例では、密度ρ１及び密度ρ２を、２．１２ｇ／ｃｍ３以上、２．３０ｇ／ｃｍ３以下の範囲において変化させた。
【００２９】
第１の実施形態及び比較例の結果を表１〜表３に示す。より具体的には、表１においては、密度ρ１が２．２１ｇ／ｃｍ３である場合の結果を示す。表２においては、密度ρ１が２．１２ｇ／ｃｍ３である場合の結果を示す。表３においては、密度ρ１が２．３０ｇ／ｃｍ３である場合の結果を示す。なお、密度ρ１及び密度ρ２の差の絶対値を｜Δρ｜、密度ρ１及び密度ρ２の平均値をρａｖｅ、密度差比率を｜Δρ｜／ρａｖｅ×１００（％）とする。
【００３０】
【表１】
2020202429.tif 000003
【００３１】
【表２】
2020202429.tif 000004
【００３２】
【表３】
2020202429.tif 000005
【００３３】
表１〜表３に示すように、比較例における高次モードの位相の値よりも、第１の実施形態における高次モードの位相の値が小さいことがわかる。このように、第１の実施形態においては、通過帯域外のスプリアスを抑制することができる。
【００３４】
表１に示すように、密度ρ１の値が同じであるときにおいては、密度差比率が大きいほど、高次モードが抑制されていることがわかる。表２及び表３に示す結果においても同様である。密度差比率は、１％以上であることが好ましく、４％以上であることがより好ましい。それによって、高次モードをより一層抑制することができる。なお、密度差比率の上限は、特に限定されないが、例えば、８％以下であることが好ましい。
【００３５】
ところで、図２に示すように、本実施形態では、低音速膜４は第１の層４Ａ及び第２の層４Ｂを有する。なお、低音速膜４は単層の膜であってもよい。図３に示す第１の実施形態の変形例においては、単層の低音速膜２４において、第２の部分Ｂが第１の部分Ａよりも高音速支持基板３側に位置している。低音速膜２４における第１の部分Ａが位置する部分及び第２の部分Ｂが位置する部分は同種の材料からなり、かつρ１＞ρ２である。低音速膜２４においては、密度ρ１と密度ρ２とを異ならせている。より具体的には、低音速膜２４においては、高音速支持基板３側の点より圧電体層５側の点において、密度が連続的、または、離散的に大きくなっている。この場合においても、第１の実施形態と同様に、高次モードを抑制することができる。
【００３６】
以下において、図２を援用して、本発明の第２の実施形態の詳細を説明する。第２の実施形態は、密度ρ１及び密度ρ２の関係が、ρ１＜ρ２である点において第１の実施形態と異なる。上記の点以外においては、第２の実施形態の弾性波装置は第１の実施形態の弾性波装置１と同様の構成を有する。
【００３７】
本実施形態においても、密度ρ１及び密度ρ２が異なるため、通過帯域外のスプリアスを抑制することができる。これを、本実施形態と比較例とを比較することにより、以下において説明する。なお、比較例は、ρ１＝ρ２である点において、第２の実施形態と異なる。
【００３８】
第２の実施形態の構成を有する弾性波装置において、密度ρ１及び密度ρ２を異ならせて、レイリーモードの位相特性についてのシミュレーションを行った。レイリーモードは、弾性波装置の通過帯域の０．７倍付近の周波数帯域に生じる。比較例の弾性波装置においても、レイリーモード位相特性についてのシミュレーションを行った。上記各弾性波装置の設計パラメータは以下の通りである。
【００３９】
高音速支持基板：材料…Ｓｉ
低音速膜の第１の層：材料…ＳｉＯ２、厚み…０．１５λ
低音速膜の第２の層：材料…ＳｉＯ２、厚み…０．１５λ
圧電体層：材料…ＬｉＴａＯ３、厚み…０．３λ
ＩＤＴ電極：材料…Ａｌ、厚み…７％λ
ＩＤＴ電極の波長：２μｍ
ＩＤＴ電極のデューティ：０．５
誘電体膜：材料…ＳｉＯ２、厚み…２．５％λ
【００４０】
第２の実施形態の構成を有する弾性波装置では、低音速膜の密度ρ１を、２．１２ｇ／ｃｍ３以上、２．３０ｇ／ｃｍ３以下の範囲において変化させ、密度ρ２を、２．１２ｇ／ｃｍ３以上、２．４８ｇ／ｃｍ３以下の範囲において変化させた。比較例では、低音速膜の密度ρ１及び密度ρ２を、２．１２ｇ／ｃｍ３以上、２．３０ｇ／ｃｍ３以下の範囲において変化させた。
【００４１】
第２の実施形態及び比較例の結果を表４〜表６に示す。より具体的には、表４においては、密度ρ１が２．２１ｇ／ｃｍ３である場合の結果を示す。表５においては、密度ρ１が２．１２ｇ／ｃｍ３である場合の結果を示す。表６においては、密度ρ１が２．３０ｇ／ｃｍ３である場合の結果を示す。
【００４２】
【表４】
2020202429.tif 000006
【００４３】
【表５】
2020202429.tif 000007
【００４４】
【表６】
2020202429.tif 000008
【００４５】
表４〜表６に示すように、比較例におけるレイリーモードの位相の値よりも、第２の実施形態におけるレイリーモードの位相の値が小さいことがわかる。このように、第２の実施形態においては、通過帯域外のスプリアスを抑制することができる。
【００４６】
表４〜表６に示すように、密度ρ１の値が同じであるときにおいては、密度差比率が大きいほど、レイリーモードが抑制されていることがわかる。密度差比率は、１％以上であることが好ましく、４％以上であることがより好ましい。それによって、レイリーモードをより一層抑制することができる。なお、密度差比率の上限は、特に限定されないが、例えば、８％以下であることが好ましい。
【００４７】
ところで、図３に示す第１の実施形態の変形例においては、低音速膜２４は単層の膜であるが、第２の実施形態のようにρ１＜ρ２の場合においても、低音速膜は単層の膜であってもよい。ここで、図３を援用して、第２の実施形態の変形例を説明する。本変形例においては、低音速膜２４は単層である。低音速膜２４における第１の部分Ａが位置する部分及び第２の部分Ｂが位置する部分は同種の材料からなり、かつρ１＜ρ２である。低音速膜２４においては、高音速支持基板３側の点より圧電体層５側の点において、密度が連続的、または、離散的に小さくなっている。この場合においても、第２の実施形態と同様に、レイリーモードを抑制することができる。
【符号の説明】
【００４８】
１…弾性波装置
２…圧電性基板
３…高音速支持基板
４…低音速膜
４Ａ，４Ｂ…第１，第２の層
５…圧電体層
６…ＩＤＴ電極
７…誘電体膜
８，９…反射器
１６…第１のバスバー
１７…第２のバスバー
１８…第１の電極指
１９…第２の電極指
２４…低音速膜
【図１】
2020202429.tif 000009
【図２】
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【図３】
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