(57)【要約】【課題】小型化が可能で、比較的容易に作製することができ、有害物質を用いることなく実用化可能で、弾性表面波の伝搬損失を抑えることができ、周波数温度特性および速度分散特性に優れ、すだれ状電極の反射係数の増加を抑制可能な、弾性波素子およびその製造方法を提供する。【解決手段】圧電基板１１の両面に設けられた１対の電極１２と、圧電基板１１の一方の表面１１ａに、電極１２を覆うよう設けられた誘電体膜１３とを有している。あるいは、圧電基板１１の一方の表面１１ａに設けられたすだれ状電極３１と、すだれ状電極３１の上、すだれ状電極３１の隙間、および／または、圧電基板１１の他方の表面１１ｂに設けられた誘電体膜１３とを有している。誘電体膜１３は、誘電体を伝搬する横波の音速が、圧電基板１１を伝搬する遅い横波の音速の２／３倍以下であり、かつ誘電体の線膨張係数の最大値が、基板の線膨張係数の最大値の５/６以下である。【選択図】図１
2020205574.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電基板と、
前記圧電基板の両面にそれぞれ設けられた１対の電極と、
前記圧電基板の少なくともいずれか一方の表面に、その表面に設けられた電極を覆うよう設けられた誘電体膜とを有し、
前記誘電体膜は、前記誘電体を伝搬する横波の音速の最大値が、前記圧電基板を伝搬する遅い横波の音速の２／３倍以下であり、かつ前記誘電体の線膨張係数の最大値が、基板の線膨張係数の最大値の５/６以下であることを特徴とする弾性波素子。
【請求項２】
圧電基板と、
前記圧電基板の両面にそれぞれ設けられた１対の電極と、
前記圧電基板の少なくともいずれか一方の表面に、その表面に設けられた電極を覆うよう設けられた誘電体膜とを有し、
前記誘電体膜は、前記誘電体を伝搬する横波の音速の最大値が、前記圧電基板を伝搬する遅い横波の音速の２／３倍以下である誘電体膜と前記誘電体の線膨張係数の最大値が、基板の線膨張係数の最大値の５/６以下である誘電体膜とを組み合わせた誘電体膜であることを特徴とする弾性波素子。
【請求項３】
前記圧電基板の両面にそれぞれ設けられた１対の電極と、
前記圧電基板の少なくともいずれか一方の表面に、その表面に設けられた電極を覆うよう設けられた誘電体膜とを有し、
前記誘電体膜は、前記誘電体を伝搬する横波の音速の最大値が、前記圧電基板を伝搬する遅い横波の音速の２／３倍以下である誘電体膜であり、電極膜は、前記電極膜の線膨張係数の最大値が、基板の線膨張係数の最大値の５/６以下である電極膜である構造、或は、誘電体膜は、基板の線膨張係数の最大値の５/６以下である誘電体膜であり、電極
膜が、基板の線膨張係数の最大値の５/６以下である誘電体膜である構造を特徴とする弾性波素子。
【請求項４】
前記圧電基板の両面にそれぞれ設けられた１対の電極と、
前記圧電基板の表面に、その表面に設けられた電極を覆うよう設けられた誘電体膜とを有し、一方の面の誘電体膜は、前記誘電体膜は、前記誘電体を伝搬する横波の音速の最大値が、前記圧電基板を伝搬する遅い横波の音速の２／３倍以下である誘電体膜であり、他方の面の電極膜は、前記電極膜の線膨張係数の最大値が、基板の線膨張係数の最大値の５/６以下である電極膜である構造であることを特徴とする弾性波素子。
【請求項５】
弾性波が前記圧電基板の各表面に対して垂直方向に伝搬し、周波数温度特性が、−２０ｐｐｍ／℃から＋５ｐｐｍ／℃の範囲であることを特徴とする請求項１、乃至４記載の弾性波素子。
【請求項６】
前記圧電基板を伝搬する弾性波の波長をλｅｆｆ、各電極または前記すだれ状電極の厚みをｈ、前記誘電体膜の膜厚をＨとすると、ｈ／λｅｆｆ＝０．００５〜０．３、Ｈ／λｅｆｆ＝０．０１〜０．３であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の弾性波素子。
【請求項７】
圧電基板と、
前記圧電基板の一方の表面に設けられた金属体すだれ状電極と、
前記すだれ状電極上、及び、前記すだれ状電極の隙間の前記圧電基板表面に誘電体膜を有し、前記誘電体膜は、前記誘電体を伝搬する横波の音速の最大値が、前記圧電基板を伝搬する遅い横波の音速の２／３倍以下であり、かつ前記誘電体の線膨張係数の最大値が、基板の線膨張係数の最大値の５/６以下であることを特徴とする弾性波素子。
【請求項８】
圧電基板と、
前記圧電基板の一方の表面に設けられた金属体すだれ状電極と、
前記すだれ状電極上、及び、前記すだれ状電極の隙間の前記圧電基板表面に誘電体膜を有し、
前記誘電体膜は、前記誘電体を伝搬する横波の音速の最大値が、前記圧電基板を伝搬する遅い横波の音速の２／３倍以下である誘電膜と、前記誘電体の線膨張係数の最大値が、基板の線膨張係数の最大値の５/６以下である誘電膜を組み合わせた構造であることを特徴とする弾性波素子。
【請求項９】
、圧電基板と、
前記圧電基板の一方の表面に設けられた金属体すだれ状電極と、
前記すだれ状電極上、及び、前記すだれ状電極の隙間の前記圧電基板の表面に設けられた誘電体膜とを有し、前記誘電体膜は、前記誘電体を伝搬する横波の音速の最大値が、前記圧電基板を伝搬する遅い横波の音速の２／３倍以下である誘電体膜であり、電極膜は、前記電極膜の線膨張係数の最大値が、基板の線膨張係数の最大値の５/６以下である電極膜である構造、或は、誘電体膜は、基板の線膨張係数の最大値の５/６以下である誘電体膜であり、電極膜が、基板の線膨張係数の最大値の５/６以下である誘電体膜である構造を特徴とする弾性波素子。
【請求項１０】
圧電基板と、
前記圧電基板の一方の表面に設けられた金属体すだれ状電極と、
前記すだれ状電極上、及び、前記すだれ状電極の隙間の前記圧電基板の表面に設けられた前記誘電体膜とを有し、
各電極は、前記各電極を伝搬する横波の音速の最大値が、前記圧電基板を伝搬する遅い横波の音速の２／３倍以下である、かつ前記各電極の線膨張係数の最大値が、基板の線膨張係数の最大値の５/６以下であることを特徴とする請求項７乃至９記載の弾性波素子。
【請求項１１】
圧電基板と、
前記圧電基板の一方の表面に設けられた金属体すだれ状電極と、
前記すだれ状電極上に設けられた前記誘電体膜とを有し、
各電極は、前記各電極を伝搬する横波の音速の最大値が、前記圧電基板を伝搬する遅い横波の音速の２／３倍以下である、かつ前記各電極の線膨張係数の最大値が、基板の線膨張係数の最大値の５/６以下であることを特徴とする請求項７乃至１０記載の弾性波素子。
【請求項１２】
弾性波が前記圧電基板の各表面に沿って、および／または、前記圧電基板の各表面に対して垂直方向に伝搬し、周波数温度特性が、−２０ｐｐｍ／℃から＋５ｐｐｍ／℃の範囲であることを特徴とする請求項７乃至１１記載の弾性波素子。
【請求項１３】
前記圧電基板を伝搬する弾性波の波長をλｅｆｆ、各電極または前記すだれ状電極の厚みをｈ、前記誘電体膜の膜厚をＨとすると、ｈ／λｅｆｆ＝０．００５〜０．３、Ｈ／λｅｆｆ＝０．０１〜０．３であることを特徴とする請求項７乃至１２記載の弾性波素子。
【請求項１４】
前記圧電基板は、３３°〜３９°回転ＹカットＸ伝搬のＬｉＮｂＯ３基板、１６１°〜１６７°回転ＹカットＸ伝搬のＬｉＮｂＯ３基板、ＬｉＮｂＯ３基板、４４°〜５０°回転ＹカットＸ伝搬のＬｉＴａＯ３基板、１６２°〜１６８°回転ＹカットＸ伝搬のＬｉＴａＯ３基板、ＬｉＴａＯ３基板、ランガサイト基板、水晶基板、ＺｎＯ基板、圧電性セラミックス基板、ＡｌＮ薄膜基板、ＺｎＯ薄膜基板、圧電性セラミックス薄膜基板、または、ＳｃＡｌＮ薄膜基板であり、基板上に各電極を設け、各電極上に前記誘電体膜を設けた構造であり、
前記誘電体膜は、前記圧電基板を伝搬する遅い横波の音速の２／３倍以下の誘電体膜であり、かつ前記誘電体の線膨張係数の最大値が、基板の線膨張係数の最大値の５/６以下である誘電体膜からなる誘電体膜である構造、または、前記圧電基板を伝搬する遅い横波の音速の２／３倍以下の誘電体膜として、（Ｂｉ２Ｏ３）Ｘ（ＳｉＯ２またはＧｅＯ２）（１−Ｘ）膜［ここで、Ｘ＝０．３〜１．０］、Ｂｉを含む化合物膜、ＢＳＯ膜、ＢＧＯ膜、Ｉｎ２Ｏ３膜、または、Ｉｎを含む化合物からなる誘電体膜を用いた誘電体膜である構造、または、上記誘電体膜膜と組み合わせた各電極として、前記圧電基板を伝搬する遅い横波の音速の２／３倍以下のAu,Ag,Bi,InSb、また各電極の線膨張係数の最大値が、基板の線膨張係数の最大値の５/６以下であることを特徴とするCr,Ti,Si,Pt,W、Cである上記誘電体膜とを組み合わせた各電極、もしくは、前記電極膜を伝搬する横波の音速の最大値が、前記圧電基板を伝搬する遅い横波の音速の２／３倍以下電極膜、或いは圧電基板と線膨張係数の最大値の５/６以下である電極を用いた電極膜を組み合わせた電極からなる構造であることを特徴とする、請求項1乃至６の弾性波素子。
【請求項１５】
圧電基板と、
前記圧電基板の両面にそれぞれ設けられた１対の電極と、
前記圧電基板の少なくともいずれか一方の表面に、その表面に設けられた電極を覆うよう設けられた誘電体膜とを有し、
前記誘電体膜は、前記誘電体を伝搬する横波の音速の最大値が、前記圧電基板を伝搬する遅い横波の音速の２／３倍以下であり、かつ前記誘電体の線膨張係数の最大値が、基板の線膨張係数の最大値の５/６以下であるSiO２膜とを組み合わせたことを特徴とする請求項1乃至６、乃至１４の弾性波素子
【請求項１６】
前記圧電基板を伝搬する遅い横波の音速の２／３倍以下の電極としてのAu膜、と基板の線膨張係数の最大値の５/６以下である誘電体膜として、ＳｉＯ２膜を用いた構造であり、Au電極の膜厚をｈAu、ＳｉＯ２の膜厚をｈＢＹとしたとき、ｈＢＹ/（ｈＢＹ＋ｈAu）=0.１５から０．６の範囲のＡｕ／ＳｉＯ２構造の電極・薄膜からなる構造の請求項１乃至６、乃至請求項１４，１５記載の弾性波素子。
【請求項１７】
前記圧電基板を伝搬する遅い横波の音速の２／３倍以下の電極膜としてAu膜、と基板の線膨張係数の最大値の５/６以下である電極膜として、Cr膜を用いた構造であり、Au電極の膜厚をｈAu、Crの膜厚をｈcrとしたとき、ｈcr/（ｈ８E＋ｈAu）=0.１５から０．６の範囲のＡｕ／Ｃｒ構造の電極からなる構造の請求項１乃至６、乃至１３、１４、１５、１６記載の弾性波素子。
【請求項１８】
各電極は、各電極または前記すだれ状電極の線膨張係数が基板の線膨張係数の５/6以下である前記電極として、Cr，Ｔｉ，Si,Pt,W、Cと圧電基板を伝搬する遅い横波の音速の２／３倍以下の電極膜Ａｕ，Ａｇ，Ｂｉ，ＩｎＳｂとを組み合わせた構造であり、Ａｕ，Ａｇ，Ｂｉ，ＩｎＳｂ電極の膜厚をｈAu、Cr，Ｔｉ，Si,Pt,W、C の膜厚をｈcrとしたとき、ｈcr/（ｈ８E＋ｈAu）=0.１５から０．６の範囲のＡｕ／Ｃｒ構造の電極からなる構造の請求項１乃至６、乃至１３、１４，１５、１６、１７記載の弾性波素子。
【請求項１９】
請求項１３において、各電極の線膨張係数の最大値が、基板の線膨張係数の最大値の５/６以下である各電極TBEからなる各電極TEである構造のいずれかの条件に合致する場合の電極膜として、通常のすだれ状電極、Ａｌ、Ｚｎ、Ｒｕ、Ｃｒ、Ｃｕ／Ｃｒ、Ｐｔ、Ｐｔ／Ｃｒ、Ｐｔ／Ｔｉ、もしくは、これらのうちの２種以上の合金からなる構造の請求項１乃至６、乃至１３、１４，１５，１６，１７，１８記載の弾性波素子。
【請求項２０】
前記圧電基板は、−１０°〜７５°回転ＹカットＸ伝搬のＬｉＮｂＯ３基板、１２０°〜１７０°回転ＹカットＸ伝搬のＬｉＮｂＯ３基板、Ｙ−Ｚ  ＬｉＮｂＯ３基板、Ｘカット３５°〜４５°Ｙ伝搬のＬｉＮｂＯ３基板、Ｘカット１６０°〜１７５°Ｙ伝搬のＬｉＮｂＯ３基板、ＬｉＮｂＯ３基板、−１０°〜６０°回転ＹカットＸ伝搬のＬｉＴａＯ３基板、Ｘカット３５°〜４５°Ｙ伝搬のＬｉＴａＯ３基板、ＬｉＴａＯ３基板、ランガサイト基板、水晶基板、ＺｎＯ基板、圧電性セラミックス基板、ＡｌＮ薄膜基板、ＺｎＯ薄膜基板、圧電性セラミックス薄膜基板、または、ＳｃＡｌＮ薄膜基板であり、
前記誘電体膜は、前記圧電基板を伝搬する遅い横波の音速の２／３倍以下の誘電体膜であり、かつ前記誘電体の線膨張係数の最大値が、基板の線膨張係数の最大値の５/６以下である誘電体膜からなる誘電体膜である構造、または、前記圧電基板を伝搬する遅い横波の音速の２／３倍以下の誘電体膜として、（Ｂｉ２Ｏ３）Ｘ（ＳｉＯ２またはＧｅＯ２）（１−Ｘ）膜［ここで、Ｘ＝０．３〜１．０］、Ｂｉを含む化合物膜、ＢＳＯ膜、ＢＧＯ膜、Ｉｎ２Ｏ３膜、または、Ｉｎを含む化合物からなる誘電体膜を用いた誘電体膜である構造、または、上記誘電体膜膜と組み合わせた各すだれ状電極として、前記圧電基板を伝搬する遅い横波の音速の２／３倍以下のAu,Ag,Bi,InSb、また各すだれ状電極の線膨張係数の最大値が、基板の線膨張係数の最大値の５/６以下であることを特徴とするCr,Ti,Si,Pt,W、Cである上記誘電体膜とを組み合わせた各電極、もしくは、前記すだれ状電極膜を伝搬する横波の音速の最大値が、前記圧電基板を伝搬する遅い横波の音速の２／３倍以下電極膜、或いは圧電基板と線膨張係数の最大値の５/６以下である電極を用いたすだれ状電極を組み合わせた電極からなる構造であることを特徴とする、請求項７乃至１３の弾性波素子。
【請求項２１】
圧電基板と、
前記圧電基板の一方の表面に設けられた金属体すだれ状電極と、
前記すだれ状電極上、及び、前記すだれ状電極の隙間の前記圧電基板表面に誘電体膜を有し、前記誘電体膜は、前記誘電体を伝搬する横波の音速の最大値が、前記圧電基板を伝搬する遅い横波の音速の２／３倍以下であり、かつ前記誘電体の線膨張係数の最大値が、基板の線膨張係数の最大値の５/６以下であるSiO２膜とを組み合わせたことを特徴とする請求項７乃至１３、乃至１９の弾性波素子
【請求項２２】
前記圧電基板を伝搬する遅い横波の音速の２／３倍以下のすだれ状電極としてのAu膜と基板の線膨張係数の最大値の５/６以下である誘電体膜として、ＳｉＯ２膜を用いた構造であり、Au電極の膜厚をｈAu、ＳｉＯ２の膜厚をｈＢＹとしたとき、ｈＢＹ/（ｈＢＹ＋ｈAu）=0.１５から０．６の範囲のＡｕ／ＳｉＯ２構造の電極・薄膜からなる構造の請求項７，１３乃至２０記載の弾性波素子。
【請求項２３】
前記圧電基板を伝搬する遅い横波の音速の２／３倍以下のすだれ状電極としのAu膜と基板の線膨張係数の最大値の５/６以下であるすだれ状電極として、Cr膜を用いた構造であり、Au電極の膜厚をｈAu、Crの膜厚をｈcrとしたとき、ｈcr/（ｈ８E＋ｈAu）=0.１５から０．６の範囲のＡｕ／Ｃｒ構造のすだれ状電極からなる構造の請求項７乃至１３、乃至２０、２１，記載の弾性波素子。
【請求項２４】
各前記すだれ状電極は、各電極または前記すだれ状電極の線膨張係数が基板の線膨張係数の５/6以下である前記すだれ状電極として、Cr，Ｔｉ，Si,Pt,W、Cと圧電基板を伝搬する遅い横波の音速の２／３倍以下の電極膜Ａｕ，Ａｇ，Ｂｉ，ＩｎＳｂとを組み合わせた構造であり、Ａｕ，Ａｇ，Ｂｉ，ＩｎＳｂ電極の膜厚をｈAu、Cr，Ｔｉ，Si,Pt,W、C の膜厚をｈcrとしたとき、ｈcr/（ｈ８E＋ｈAu）=0.１５から０．６の範囲のＡｕ／Ｃｒ構造のすだれ状電極からなる構造の請求項７乃至１３、２２、２３記載の弾性波素子。
【請求項２５】
請求項１３において、各すだれ状電極の線膨張係数の最大値が、基板の線膨張係数の最大値の５/６以下である各電極TBEからなる各電極TEである構造のいずれかの条件に合致する場合の電極膜として、通常のすだれ状電極、Ａｌ、Ｚｎ、Ｒｕ、Ｃｒ、Ｃｕ／Ｃｒ、Ｐｔ、Ｐｔ／Ｃｒ、Ｐｔ／Ｔｉ、もしくは、これらのうちの２種以上の合金からなる構造の請求項７乃至１３、２２，２３記載の弾性波素子。
【請求項２６】
誘電体膜と各電極或いはすだれ状電極からなる構造であり、誘電体膜が基板の線膨張係数の最大値の５/６以下である誘電体膜であり、各電極或いはすだれ状電極が伝搬する遅い横波の音速の２／３倍以下である電極膜である構造、或いは、誘電体膜が伝搬する遅い横波の音速の２／３倍以下である誘電体膜であり、各電極或いはすだれ状電極が基板の線膨張係数の最大値の５/６以下である電極膜である構造であることを特徴とする請求項７乃至１３、２０，２１，２２，２３，２４のいずれか１項に記載の弾性波素子。
【請求項２７】
前記すだれ状電極の交互に配置された電極の本数を２Ｎ＋１本、伝搬する弾性波の動作中心波長をλＮ、そのときの前記弾性波の速度をＶＮ、前記弾性波の波長がλｎ＝λＮ［１＋｛Ｎ−（ｎ−１）｝δ］のときの前記弾性波の速度をＶｎとし（ここで、ｎ＝１〜２Ｎ＋１）、Ｎδの値を０．００５〜０．３、ａｎの値を０．８〜１．２とすると、
ｎ本目の電極の幅は、Ｌｎ＝Ｘｎ／２＝ａｎ（λｎ／４）×（Ｖｎ／ＶＮ）、隣り合う電極の中心間隔はＸｎ＝ａｎ（λｎ／２）×（Ｖｎ／ＶＮ）であることを特徴とする請求項１乃至２５記載の弾性波素子。
【請求項２８】
各電極または前記すだれ状電極が設けられた前記圧電基板と、前記誘電体膜との間にＳｉＯ２膜もしくは温度補償用誘電体膜を有すること、または、前記誘電体膜の上にＳｉＯ２膜を有することを特徴とする請求項１乃至請求項２５のいずれか１項に記載の弾性波素子。
【請求項２９】
請求項１乃至２６のいずれか１項に記載の弾性波素子の製造方法であって、
各電極もしくは前記すだれ状電極、および／または前記誘電体膜を、前記弾性波素子の中心動作温度より１００℃以上高い温度、または、前記弾性波素子の中心動作温度より１００℃以上低い温度で蒸着して形成することを特徴とする弾性波素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、弾性波素子およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の薄膜を用いた弾性表面波素子として、圧電基板の裏面に、音響インピーダンスの異なる薄膜層を配置することにより、圧電基板の厚み方向に漏洩する弾性表面波を反射させて、Ｑ値（尖鋭度）の劣化を抑制するものがある（例えば、特許文献１参照）。また、保護膜として、圧電基板表面に、圧電基板とほぼ同じ横波速度を有する、ＳｉＯ２膜などの誘電体薄膜を設け、表面波素子の表面を保護するものもある（例えば、特許文献２参照）。
【０００３】
また、疑似弾性表面波が伝搬する圧電基板の表面に、すだれ状電極（インターデジタルトランスジューサ、IDT）として、圧電基板よりも遅い横波速度を有するＡｕ薄膜を用いた弾性表面波素子も、本発明者により開発されている（例えば、非特許文献１参照）。また、弾性表面波が伝搬する基板上に設けられたすだれ状電極の導体電極上あるいは導体電極間に、グレーティング構造からなり、弾性表面波の伝搬速度が１０００ｍ／ｓ以下の超低速薄膜、あるいは、ＴｅＯ２薄膜を付着させて、反射係数を変化させた弾性表面波素子も、本発明者により開発されている（例えば、特許文献３参照）。また、圧電基板上に配置されたすだれ状電極上に、質量付加効果の大きな誘電体膜を付着させた弾性波素子が提案されている（例えば、特許文献４参照）。また、回転Ｙ−Ｘ伝搬のＬｉＮｂＯ３基板に、Ａｇなどの金属膜、或いはゲルマニュウム酸ビスマスなどの伝搬速度の遅い薄膜を付着させた構造の基板が提案されている。（例えば、特許文献５参照）。
【０００４】
従来、周波数温度特性（Temperature Coefficient of Frequency; TCF）の良好な圧電基板を用いた振動子や共振器として、水晶振動子が一般的に用いられている。しかし、水晶は、電気機械結合係数が小さく、広帯域のフィルタや、広い周波数範囲を必要とする可変周波数発信器などには使用することができない。また、電気機械結合係数の大きなLiNbO3やLiTaO3などの圧電体単結晶は、周波数温度特性が大きいため実用的ではない。そこで、この大きな温度特性を補償するために、正の周波数温度特性を有する大きな膜厚比（Ｈ／λｅｆｆ、ここで、λｅｆｆは動作波長、Ｈは膜厚）のSiO2膜を、圧電基板上に付着させた弾性表面波基板が、本発明者により開発されている（例えば、特許文献６参照）。また、圧電薄膜を用いた薄膜共振器でも、ゼロTCFを得るために、SiO2薄膜を付着した基板が開発されている。また、１２８°回転ＹカットＸ伝搬の弾性表面波基板の伝搬路上に、正の周波数温度特性を有するTeO２薄膜を付着させることにより、遅延時間温度特性を改善した弾性表面波デバイスが開発されている（例えば、非特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−２２８０１１号公報
【特許文献２】特開２０１１−１３０５１３号公報
【特許文献３】特開２００７−２９５５０４号公報
【特許文献４】国際公開ＷＯ２０１２／１０２１３１号
【特許文献５】特開昭５９−１５６０１３号公報
【特許文献６】特開２００６−２０３８３９号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】K. Yamanouchi,“High Coupling and Zero TCF SH-SAW and SH-Boundary SAW Using Electrodes / Rotated Y-X LiTaO3 and SiO2 / Electrodes / Rotated Y-X LiTaO3”, 2012 IEEE Ultrasonics Symposium Proc., p.1061-1064
【非特許文献２】N. Dewan, et al., “Temperature stable LiNbO3 surface acoustic wave device with diode sputtered amorphous TeO2 over-layer”, APPLIED PHYSICS LETTERS, 2005, 86, 22350
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載の弾性波素子は、薄膜層として、圧電体基板の縦波速度の３倍以上のダイヤモンド薄膜を基板裏面に用いているため、圧電体基板の厚さを制御するのが困難であり、弾性表面波の伝搬損失が小さくならない、スプリアス特性が悪いという課題があった。また、特許文献２に記載の弾性波素子は、誘電体薄膜から成る保護膜の横波速度が、圧電基板の横波速度とほぼ同じであるため、保護膜が弾性波エネルギーを表面に集中させる膜ではない、周波数温度特性の改善を目的とした膜ではない、という課題があった。
【０００８】
また、非特許文献１に記載の弾性表面波素子は、−１０°〜５０°回転ＹカットＸ伝搬のＬｉＴａＯ３基板上に、厚い膜厚のＡｕ膜を用いて、疑似弾性表面波を、基板の遅い横波速度より遅い速度で伝搬する弾性表面波とすることにより、伝搬減衰が零の基板を得るものであるが、すだれ状電極の膜厚が大きくなるため、弾性表面波の伝搬損失が増加する、すだれ状電極の反射係数が大きくなる、周波数温度特性の改善を目的とした膜ではない、という課題があった。また、特許文献３に記載の弾性表面波素子は、反射を制御する構造であるが、伝搬損失が大きいことや、ＴｅＯ２薄膜を用いる場合には、ＴｅＯ２が有害物質であることから、実用化が困難であるという課題があった。また、特許文献４に記載の弾性波素子では、誘電体膜は、質量付加効果を大きくし、電気機械結合係数を大きくするためのものであり、周波数温度特性や速度分散特性を改善するものではないという課題があった。また、特許文献５に記載の弾性表面波素子では、誘電体膜は導波路構造の膜であり、すだれ状電極上に付着した構造ではない、弾性表面波共振器構造ではない、また周波数温度特性の改善を目的とした薄膜ではない、などの課題があった。
【０００９】
また、特許文献６に記載の弾性表面波基板では、圧電基板上に付着した正の周波数温度特性をもつＳｉＯ２膜により周波数温度特性を改善するためには、ＳｉＯ２膜の膜厚を大きくする必要があり、伝搬損失が増大し、作製も困難であるという課題があった。また、非特許文献２に記載の弾性表面波デバイスでは、TeO２薄膜がすだれ状電極上に付着した構造ではない、弾性表面波共振器構造ではない、正の周波数温度特性を有するＴｅＯ２薄膜を作製するのが困難であることや、ＴｅＯ２が有害物質であることから、実用化が困難であるという課題があった。
【００１０】
本発明は、このような課題に着目してなされたもので、弾性波基板と誘電体膜の大きな速度差とを用いた大きな速度分散特性と基板と誘電体薄膜の線膨張係数の差を用いて周波数温度特性を改善する、全く新しい着想に基づく発明であり、小型化が可能で、比較的容易に作製することができ、実用化が可能で、弾性表面波の伝搬損失を抑えることができ、周波数温度特性および速度分散特性に優れ、すだれ状電極の反射係数の増加を抑制可能な、弾性波素子およびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明に係る弾性波素子は、圧電基板と、前記圧電基板の両面にそれぞれ設けられた１対の電極と、前記圧電基板の少なくともいずれか一方の表面に、その表面に設けられた電極を覆うよう設けられた誘電体膜とを有し、前記誘電体膜は、誘電体を伝搬する横波の音速の最大値が、前記圧電基板を伝搬する遅い横波の音速の２／３倍以下の誘電体膜TVYであり、かつ前記誘電体の線膨張係数の最大値が、基板の線膨張係数の最大値の５/６以下である誘電体膜TBYからなる誘電体膜TVBYであることを特徴とする。この場合、誘電体膜前記圧電基板を伝搬する遅い横波の音速の２／３倍以下である誘電体膜TVYと前記誘電体の線膨張係数の最大値が、基板の線膨張係数の最大値の５/６以下である誘電体膜TBYを組み合わせ誘電体膜FBVYでも良い。誘電体膜TVBY、或いは、誘電体膜FVBYの場合、弾性波が前記圧電基板の各表面に対して垂直方向に伝搬し、周波数温度特性が、−２０ｐｐｍ／℃から＋５ｐｐｍ／℃の範囲であることが好ましい。
また、上記誘電体膜は、誘電体膜TVBY、或いは誘電体膜FVBEであり、かつ各電極は、各電極を伝搬する横波の音速の最大値が、前記圧電基板を伝搬する遅い横波の音速の２／３倍以下の電極TVEであり、かつ前記電極の線膨張係数の最大値が、基板の線膨張係数の最大値の５/６以下である電極TBEを組み合わせた構造からなる誘電体膜・電極複合誘電体膜電極膜FVBEであっても良いことを特徴とする。
この場合、各電極は、各電極を伝搬する遅い横波の音速の２／３倍以下ある電極膜TVE、或いは前記電極膜の線膨張係数の最大値が、基板の線膨張係数の最大値の５/６以下である電極膜TBEを組み合わせた複合電極膜FE、或いは一方が電極TVE,或いは電極TBEであっても良い。
【００１２】
また、本発明に係る弾性波素子は、圧電基板と、前記圧電基板の一方の表面に設けられたすだれ状電極と、前記すだれ状電極上、前記すだれ状電極の隙間の前記圧電基板の一方の表面、および／または、前記圧電基板の他方の表面に設けられた誘電体膜とを有し、前記誘電体は、誘電体を伝搬する横波の音速の最大値が、前記圧電基板を伝搬する遅い横波の音速の２／３倍以下の誘電体膜TVYであり、かつ前記誘電体の線膨張係数の最大値が、基板の線膨張係数の最大値の５/６以下である誘電体膜TBYからなる誘電体膜TVBYであることを特徴とする。この場合、誘電体膜前記圧電基板を伝搬する遅い横波の音速の２／３倍以下である誘電体膜TVYと前記誘電体の線膨張係数の最大値が、基板の線膨張係数の最大値の５/６以下である誘電体膜TBYを組み合わせた誘電体膜FVBYでも良い。誘電体膜TVBY、或いは、誘電体膜FVBYの場合、弾性波が前記圧電基板の各表面に沿って伝搬し、および/または、前記圧電基板の各表面に対して垂直に伝搬し、周波数温度特性が、−２０ｐｐｍ／℃から＋５ｐｐｍ／℃の範囲であることが好ましい。
また、誘電体膜は、上記誘電体膜TVBY、或いは、誘電体膜FVBYであり、かつ、すだれ状電極は、すだれ状電極を伝搬する横波の音速の最大値が、前記圧電基板を伝搬する遅い横波の音速の２／３倍以下の電極TVSEであり、かつ前記電極の線膨張係数の最大値が、基板の線膨張係数の最大値の５/６以下である電極TBSEからなるすだれ状電極TVBSEを組み合わせた構造であっても良いことを特徴とする。
この場合、すだれ状電極は、すだれ状電極を伝搬する遅い横波の音速の２／３倍以下ある電極膜TVSEと前記電極膜の線膨張係数の最大値が、基板の線膨張係数の最大値の５/６以下である電極膜TBSEを組み合わせた複合電極膜FVBSEでも良い。
また、誘電体膜と各電極或いはすだれ状電極を用いる場合は、誘電体膜が基板の線膨張係数の最大値の５/６以下である誘電体膜であり、電極が伝搬する遅い横波の音速の２／３倍以下ある電極膜、或いは誘電体膜が伝搬する遅い横波の音速の２／３倍以下ある誘電体膜であり、電極膜が基板の線膨張係数の最大値の５/６以下である電極膜であっても良いことを特徴としている。
【００１３】
本発明に係る弾性波素子は、例えば、弾性波振動子、弾性波共振器、バルク波共振器、圧電薄膜共振器、弾性表面波振動子、弾性表面波共振器、弾性波フィルタ素子、弾性表面波フィルタ素子、温度特性に優れた共振器、遅延線、温度補償を必要としない高感度センサーなどを構成することができる。圧電基板は、圧電体単結晶基板、圧電性セラミックス基板、支持基板上に圧電体単結晶を貼り付けた構造の基板、または、支持基板上に付着した圧電性薄膜構造の基板から成っていても良い。また、使用する弾性波は、レイリー波、縦波、横波、縦波を主成分とする疑似縦波、横波を主成分とする疑似横波、圧電基板の遅い横波より遅い伝搬速度の弾性表面波、ラブ波、ラム波、圧電基板の遅い横波より速い伝搬速度の擬似弾性表面波、または、圧電基板の速い横波速度より速い伝搬速度の疑似弾性縦波表面波である。
【００１４】
本発明に係る弾性波素子は、少なくとも誘電体膜が、誘電体膜TVBY或いは、誘電体膜FVBYであるため、弾性表面波用の素子として構成されるときには、圧電基板中に漏洩する弾性波のエネルギー放射がゼロとなる弾性表面波とすると共に、速度分散性の大きな基板とすることができる。また、疑似弾性表面波の伝搬減衰が零となる回転角を得て、伝搬損失の小さな、速度分散性の大きな基板を得ることができる。また、周波数温度特性を零の値に近づけることができる。また、素子の小型化が可能である。これにより、弾性表面波を使用する場合には、その伝搬損失を抑えて、圧電基板の表面に弾性表面波のエネルギーを集中させることができ、Ｑ値および速度分散性を大きくすることができる。また、電極や誘電体膜の厚みを薄くすることができるため、製作が容易、かつ小型化が可能である。
【００１５】
本発明に係る弾性波素子は、上記の誘電体膜TVBY, FVBYにより、すだれ状電極の反射係数の増加を抑制することもできる。また、薄い誘電体膜で、伝搬損失の小さい、大きな反射係数を得ることもできる。また、各電極やすだれ状電極、誘電体膜を用いて大きな速度分散性を得るとともに、それらを周波数温度特性が負の値を有する圧電基板に設けることにより、周波数温度特性を零に近い値または正の値に改善することができ、優れた周波数温度特性を得ることができる。また、すだれ状電極および誘電体膜の速度分散特性を利用することにより、広い帯域幅および低損失特性を有するフィルタを構成することができると共に、そのフィルタの分散特性を制御することもできる。
【００１６】
本発明に係る弾性波素子は、前記圧電基板を伝搬する弾性波の波長をλｅｆｆ、各電極または前記すだれ状電極の厚みをｈ、前記誘電体膜TFY，誘電体膜FYの膜厚をＨとすると、ｈ１／λｅｆｆ＝０．００５〜０．３、ｈ2／λｅｆｆ＝０．００５〜０．３, ｈ／λｅｆｆ＝０．００５〜０．３、  Ｈ／λｅｆｆ＝０．０１〜０．３であってもよい。この場合、特に、速度分散性が大きくなるため、周波数温度特性をさらに改善することができる。このため、より優れた周波数温度特性および速度分散特性を得ることができる。
【００１７】
本発明に係る弾性波素子で、前記圧電基板は、３３°〜３９°回転ＹカットＸ伝搬のＬｉＮｂＯ３基板、１６１°〜１６７°回転ＹカットＸ伝搬のＬｉＮｂＯ３基板、ＬｉＮｂＯ３基板、４４°〜５０°回転ＹカットＸ伝搬のＬｉＴａＯ３基板、１６２°〜１６８°回転ＹカットＸ伝搬のＬｉＴａＯ３基板、ＬｉＴａＯ３基板、ランガサイト基板、水晶基板、ＺｎＯ基板、圧電性セラミックス基板、ＡｌＮ薄膜基板、ＺｎＯ薄膜基板、圧電性セラミックス薄膜基板、またはＳｃＡｌＮ薄膜基板であり、上記圧電基板上に電極或いは、すだれ状電極が設けられ、更にその上に誘電体膜が設けられ、
前記誘電体膜は、前記圧電基板を伝搬する遅い横波の音速の２／３倍以下の誘電体膜TVYであり、かつ前記誘電体の線膨張係数の最大値が、基板の線膨張係数の最大値の５/６以下である誘電体膜TBYからなる誘電体膜TVBYである構造、または、誘電体膜TVY。或いは、誘電体膜TVY、或いは誘電体膜TBYとして、
（Ｂｉ２Ｏ３）Ｘ（ＳｉＯ２またはＧｅＯ２）（１−Ｘ）膜［ここで、Ｘ＝０．３〜１．０］、Ｂｉを含む化合物膜、ＢＳＯ膜、ＢＧＯ膜、Ｉｎ２Ｏ３膜、または、Ｉｎを含む化合物からなる誘電体膜を用いた誘電体膜TFYである構造、もしくは、TeO2,  SiO2,  ZnO,  
誘電体を伝搬する横波の音速の最大値が、前記圧電基板を伝搬する遅い横波の音速の２／３倍以下の誘電体膜TVY（膜厚：HTV）と基板の線膨張係数の最大値の５/６以下である誘電体膜TBY（膜厚：HTB）とを組み合わせた誘電体膜FVBYからなる構造、
もしくは、誘電体膜TVYとして、（Ｂｉ２Ｏ３）Ｘ（ＳｉＯ２またはＧｅＯ２）（１−Ｘ）膜［ここで、Ｘ＝０．３〜１．０］、Ｂｉを含む化合物膜、ＢＳＯ膜、ＢＧＯ膜、Ｉｎ２Ｏ３膜、または、Ｉｎを含む化合物膜からなる誘電体膜TVY（膜厚：ｈVY）と誘電体膜の線膨張係数が５/６以下の誘電体膜TBYの膜厚をｈBYとして、膜厚比、ｈSY/（ｈBY+ｈVY）＝０．１から０．６の範囲である誘電体膜からなる構造であり、誘電体膜TBYとして、ZnO，AlN、SiC,  SiN,  ダイヤモンド、SiO2を用いた誘電体薄膜FYからなる構造、また、上記誘電体膜とをを組み合わせた各電極或いはすだれ状電極として、Cr,Ti,Si,Pt,W、Cである各すだれ電極TBSE,
もしくは、前記すだれ状電極を伝搬する横波の音速の最大値が、前記圧電基板を伝搬する遅い横波の音速の２／３倍以下の電極（膜厚：ｈV）と基板の線膨張係数の最大値の５/６以下であるすだれ状電極TBE（膜厚：ｈB）とを組み合わせた電極FVBSEからなる構造，もしくは、従来は、基板とAuの密着性をよくするため、非常に薄い10nm以下のAu/Cr 膜が用いられ、そのCr厚は無視され、その特性は、Au膜厚として、その特性が評価されてきたが、本特許では、密着性とすだれ状電極TBSE（膜厚：ｈB）として、
Au電極の膜厚をｈAu、Crの膜厚をｈcrとしたとき、ｈcr/（ｈ８E＋ｈAu）=0.１５から０．６の範囲のＡｕ／Ｃｒ構造のすだれ状電極FVBSEからなる構造、もしくは、すだれ状電極TBSE（膜厚：ｈB）Cr，Ti，Si,Pt,W、Cを用いた、各々の膜厚をｈｓeとしたとき、ｈｓe/（ｈ８B＋ｈｓe） =0.1から０．6の範囲のAu／(Si,Pt,W、C)、 Ag／(Cr,Ti,Si,Pt,W、C)，Bi／(Cr、T、Si,Pt,W、C)、InSb/(Cr、Ti,Si,Pt,W、C)の電極TBSE構造のすだれ状電極FVBSEからなる構造、または、前記圧電基板を伝搬する遅い横波の音速の２／３倍以下の各電極TVEである構造、或いは、各電極の線膨張係数の最大値が、基板の線膨張係数の最大値の５/６以下である各電極TBEからなる各電極TEである構造のいずれかの条件に合致する膜として、通常のすだれ状電極、Ａｌ、Ｚｎ、Ｒｕ、Ｃｒ、Ｃｕ／Ｃｒ、Ｐｔ、Ｐｔ／Ｃｒ、Ｐｔ／Ｔｉ、もしくは、これらのうちの２種以上の合金から成っていてもよい。また、この場合、速度分散性をさらに大きくすることができ、より優れた周波数温度特性および速度分散特性を得ることができる
【００１８】
また、本発明に係る弾性波素子で、前記圧電基板は、−１０°〜７５°回転ＹカットＸ伝搬のＬｉＮｂＯ３基板、１２０°〜１７０°回転ＹカットＸ伝搬のＬｉＮｂＯ３基板、Ｙ−Ｚ  ＬｉＮｂＯ３基板、Ｘカット３５°〜４５°Ｙ伝搬のＬｉＮｂＯ３基板、Ｘカット１６０°〜１７５°Ｙ伝搬のＬｉＮｂＯ３基板、ＬｉＮｂＯ３基板、−１０°〜６０°回転ＹカットＸ伝搬のＬｉＴａＯ３基板、Ｘカット３５°〜４５°Ｙ伝搬のＬｉＴａＯ３基板、ＬｉＴａＯ３基板、ランガサイト基板、水晶基板、ＺｎＯ基板、圧電性セラミックス基板、ＡｌＮ薄膜基板、ＺｎＯ薄膜基板、圧電性セラミックス薄膜基板、または、ＳｃＡｌＮ薄膜基板であり、
前記誘電体膜は、前記すだれ状電極上に設けられ、
前記誘電体膜は、前記圧電基板を伝搬する遅い横波の音速の２／３倍以下の誘電体膜TVYであり、かつ前記誘電体の線膨張係数の最大値が、基板の線膨張係数の最大値の５/６以下である誘電体膜TBYからなる誘電体膜TVBYである構造、または、誘電体膜TVBY、TVY、TBYとして、（Ｂｉ２Ｏ３）Ｘ（ＳｉＯ２またはＧｅＯ２）（１−Ｘ）膜［ここで、Ｘ＝０．３〜１．０］、Ｂｉを含む化合物膜、ＢＳＯ膜、ＢＧＯ膜、Ｉｎ２Ｏ３膜、または、Ｉｎを含む化合物からなる誘電体膜を用いた誘電体膜TFYである構造、もしくは、 誘電体を伝搬する横波の音速の最大値が、前記圧電基板を伝搬する遅い横波の音速の２／３倍以下の誘電体膜TVY（膜厚：HTV）と基板の線膨張係数の最大値の５/６以下である誘電体膜TBY（膜厚：HTB）とを組み合わせた誘電体膜FYからなる構造、もしくは、誘電体膜TVYと誘電体膜の線膨張係数が８ppm/°C以下の誘電体膜８Yとを用いた誘電体膜FYからなる構造、もしくは、誘電体膜TVYとして、（Ｂｉ２Ｏ３）Ｘ（ＳｉＯ２またはＧｅＯ２）（１−Ｘ）膜［ここで、Ｘ＝０．３〜１．０］、Ｂｉを含む化合物膜、ＢＳＯ膜、ＢＧＯ膜、Ｉｎ２Ｏ３膜、または、Ｉｎを含む化合物膜からなる誘電体膜TVY（膜厚：ｈVY）と誘電体膜の線膨張係数が８ppm/°C以下の誘電体膜８Yの膜厚をｈ８Yとして、膜厚比、ｈSY/（ｈ８Y+ｈVY）＝０．１から０．６の範囲である誘電体膜からなる構造であり、誘電体膜TBYとして、ZnO，AlN、SiC,  SiN,  ダイヤモンド、SiO2を用いた誘電体薄膜FYからなる構造、また、
前記誘電体膜とを組み合わせた構造の前記すだれ状電極は、前記圧電基板を伝搬する遅い横波の音速の２／３倍以下の前記すだれ状電極TVSEであり、かつ前記すだれ状電極の線膨張係数の最大値が、基板の線膨張係数の最大値の５/６以下である前記すだれ状電極TBSEからなる前記すだれ状電極TSEである構造、または、
各すだれ状電極TBSE として、Cr,Ti,Si,Pt,W、Cである各すだれ電極TBSE,
もしくは、前記すだれ状電極を伝搬する横波の音速の最大値が、前記圧電基板を伝搬する遅い横波の音速の２／３倍以下の電極（膜厚：ｈV）と基板の線膨張係数の最大値の５/６以下であるすだれ状電極TBE（膜厚：ｈB）とを組み合わせた電極FVBSEからなる構造，もしくは、従来は、基板とAuの密着性をよくするため、非常に薄い10nm以下のAu/Cr 膜が用いられ、そのCr厚は無視され、その特性は、Au膜厚として、その特性が評価されてきたが、本特許では、密着性とすだれ状電極TBSE（膜厚：ｈB）として、
Au電極の膜厚をｈAu、Crの膜厚をｈcrとしたとき、ｈcr/（ｈ８E＋ｈAu）=0.１５から０．６の範囲のＡｕ／Ｃｒ構造のすだれ状電極FVBSEからなる構造、もしくは、すだれ状電極TBSE（膜厚：ｈB）Cr，Ti，Si,Pt,W、Cを用いた、各々の膜厚をｈｓeとしたとき、ｈｓe/（ｈ８B＋ｈｓe） =0.1から０．6の範囲のAu／(Si,Pt,W、C)、 Ag／(Cr,Ti,Si,Pt,W、C)，Bi／(Cr、T、Si,Pt,W、C)、InSb/(Cr、Ti,Si,Pt,W、C)の電極TBSE構造のすだれ状電極FVBSEからなる構造、または、前記圧電基板を伝搬する遅い横波の音速の２／３倍以下の各電極TVEである構造、或いは、各電極の線膨張係数の最大値が、基板の線膨張係数の最大値の５/６以下である各電極TBEからなる各電極TEである構造のいずれかの条件に合致する、通常のすだれ状電極、Ａｌ、Ｚｎ、Ｒｕ、Ｃｒ、Ｃｕ／Ｃｒ、Ｐｔ、Ｐｔ／Ｃｒ、Ｐｔ／Ｔｉ、もしくは、これらのうちの２種以上の合金から成っていてもよい。また、この場合、速度分散性をさらに大きくすることができ、より優れた周波数温度特性および速度分散特性を得ることができる
【００１９】
本発明に係る弾性波素子は、各電極または前記すだれ状電極が設けられた前記圧電基板と、前記誘電体膜との間にＳｉＯ２膜もしくは温度補償用誘電体膜を有していてもよく、また、前記誘電体膜の上にＳｉＯ２膜を有していてもよい。この場合、非常に薄い膜厚のＳｉＯ２膜もしくは温度補償用誘電体膜を用いることにより、優れた温度特性が得られる。ＳｉＯ２膜は、例えば、その膜厚をＨ、圧電基板を伝搬する弾性波の波長をλｅｆｆとすると、Ｈ／λｅｆｆ＝０．００５〜０．１５である。温度補償用誘電体膜は、温度補償可能なものであればいかなる材質から成っていてもよく、例えば、ＳｉＯＦ、ランガサイト系薄膜、不純物を含むＳｉＯ２等から成っている。
【００２０】
本発明に係る弾性波素子で、前記誘電体膜と前記各電極または前記すだれ状電極を組み合わせた構造の電極、或いはすだれ状電極は、前記圧電基板を伝搬する遅い横波の音速の２／３倍以下の各電極TVEまたは前記すだれ状電極TVSEであり、かつ各電極または前記すだれ状電極の線膨張係数の最大値が、基板の線膨張係数の最大値の５/６以下である各電極TBEまたは前記すだれ状電極TBSEからなる各電極TEまたは前記すだれ状電極TSEである構造、または、
各すだれ状電極TBSE として、Cr,Ti,Si,Pt,W、Cである各すだれ電極TBSE,
もしくは、前記すだれ状電極を伝搬する横波の音速の最大値が、前記圧電基板を伝搬する遅い横波の音速の２／３倍以下の電極（膜厚：ｈV）と基板の線膨張係数の最大値の５/６以下であるすだれ状電極TBE（膜厚：ｈB）とを組み合わせた電極FVBSEからなる構造，もしくは、従来は、基板とAuの密着性をよくするため、非常に薄い10nm以下のAu/Cr 膜が用いられ、そのCr厚は無視され、その特性は、Au膜厚として、その特性が評価されてきたが、本特許では、密着性とすだれ状電極TBSE（膜厚：ｈB）として、
Au電極の膜厚をｈAu、Crの膜厚をｈcrとしたとき、ｈcr/（ｈ８E＋ｈAu）=0.１５から０．６の範囲のＡｕ／Ｃｒ構造のすだれ状電極FVBSEからなる構造、もしくは、すだれ状電極TBSE（膜厚：ｈB）Cr，Ti，Si,Pt,W、Cを用いた、各々の膜厚をｈｓeとしたとき、ｈｓe/（ｈ８B＋ｈｓe） =0.1から０．6の範囲のAu／(Si,Pt,W、C)、 Ag／(Cr,Ti,Si,Pt,W、C)，Bi／(Cr、T、Si,Pt,W、C)、InSb/(Cr、Ti,Si,Pt,W、C)の電極TBSE構造のすだれ状電極FVBSEからなる構造、または、前記圧電基板を伝搬する遅い横波の音速の２／３倍以下の各電極TVEである構造、或いは、各電極の線膨張係数の最大値が、基板の線膨張係数の最大値の５/６以下である各電極TBEからなる各電極TEである構造のいずれかの条件に合致する場合の電極として、通常のすだれ状電極、Ａｌ、Ｚｎ、Ｒｕ、Ｃｒ、Ｃｕ／Ｃｒ、Ｐｔ、Ｐｔ／Ｃｒ、Ｐｔ／Ｔｉ、もしくは、これらのうちの２種以上の合金から成っていてもよい。また、この場合、速度分散性をさらに大きくすることができ、より優れた周波数温度特性および速度分散特性を得ることができる
【００２１】
本発明に係る弾性波素子は、前記すだれ状電極の交互に配置された電極の本数を２Ｎ＋１本、伝搬する弾性波の動作中心波長をλＮ、そのときの前記弾性波の速度をＶＮ、前記弾性波の波長がλｎ＝λＮ［１＋｛Ｎ−（ｎ−１）｝δ］のときの前記弾性波の速度をＶｎとし（ここで、ｎ＝１〜２Ｎ＋１）、Ｎδの値を０．００５〜０．３、ａｎの値を０．８〜１．２とすると、ｎ本目の電極の幅は、Ｌｎ＝Ｘｎ／２＝ａｎ（λｎ／４）×（Ｖｎ／ＶＮ）、隣り合う電極の中心間隔はＸｎ＝ａｎ（λｎ／２）×（Ｖｎ／ＶＮ）であってもよい。この場合にも、速度分散性を大きくすることができる。
【００２２】
本発明に係る弾性波素子の製造方法は、各電極もしくは前記すだれ状電極、および／または前記誘電体膜を、前記弾性波素子の中心動作温度より１００℃以上高い温度、または、前記弾性波素子の中心動作温度より１００℃以上低い温度で蒸着して形成することを特徴とする。
【００２３】
本発明に係る弾性波素子の製造方法によれば、蒸着時の温度を制御することにより、１対の電極またはすだれ状電極、および誘電体膜に歪が発生し、それぞれの弾性波速度を大きく変化させることができる。これにより、弾性波素子の周波数温度特性をさらに大きく改善することができ、優れた周波数温度特性を有する弾性波素子を製造することができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、小型化が可能で、比較的容易に作製することができ、実用化可能で、弾性表面波の伝搬損失を抑えることができ、周波数温度特性および速度分散特性に優れ、すだれ状電極の反射係数の増加を抑制可能な、弾性波素子およびその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の第１の実施の形態の弾性波素子を示す断面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態の弾性波素子の、支持基板を有する変形例を示す断面図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態の弾性波素子の、多層構造の誘電体膜反射器を有する変形例を示す断面図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態の弾性波素子を示す（Ａ）断面図、（Ｂ）誘電体膜を省略した平面図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態の弾性波素子の、多層構造の誘電体膜反射器を有する変形例を示す断面図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態の弾性波素子の、すだれ状電極側の圧電基板表面に誘電体膜が設けられていない変形例を示す断面図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態の弾性波素子の、圧電基板の表面に沿って弾性表面波または擬似弾性表面波が伝搬する変形例を示す（Ａ）断面図、（Ｂ）誘電体膜を省略した平面図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態の弾性波素子の、支持基板を有する圧電基板の表面に沿って弾性表面波または擬似弾性表面波が伝搬する変形例を示す（Ａ）断面図、（Ｂ）誘電体膜を省略した平面図である。
【図９】本発明の第２の実施の形態の弾性波素子の、すだれ状電極を挟むよう１対の反射器を設けた変形例を示す（Ａ）断面図、（Ｂ）誘電体膜を省略した平面図である。
【図１０】本発明の第１または第２の実施の形態の弾性波素子の、１６４°回転ＹカットＸ伝搬のＬｉTaＯ３基板上に、金属膜TVE であるAu金属膜（膜厚ｈ）を設けた場合、及び、金属膜TVE であるAu金属膜と線膨張係数の小さいCr金属膜（膜厚：ｈCr）とを設けた場合であり、膜厚比、ｈAu/(hAu+hCr)=0.3)の場合の複合電極膜FE（膜厚ｈ）を設けた場合の、膜厚比ｈ／λｅｆｆ（λｅｆｆは動作波長）に対する疑似弾性横波速度（Ｖｅｆｆ）の変化を示すグラフである。
【図１１】本発明の第１または第２の実施の形態の弾性波素子の、３６°回転ＹカットＸ伝搬のＬｉＴａＯ３基板上にＡｌ電極を設け、さらにその上に、誘電体膜TVY であるBi2O3誘電体膜膜（膜厚：HBO）を設けた場合、及び、誘電体TVY であるBi２O３膜と線膨張係数の小さいZnO誘電体（膜厚：HZo）とを組み合わせた複合誘電体膜FY（膜厚：Ｈ）を設けたときの、膜厚比、Hzo/(HBo;+HZo)＝０．３の場合の、膜厚比Ｈ／λｅｆｆ（λｅｆｆは動作波長）に対する疑似弾性表面波の速度（Ｖｅｆｆ）の変化を示すグラフである。
【図１２】本発明の第１または第２の実施の形態の弾性波素子の誘電体膜TVY であるBi2O3誘電体膜(膜厚：HBO)と線膨張係数の小さいZｎO誘電体膜（膜厚：HZnO）とを組み合わせた複合誘電体膜FY（膜厚：H）を用いた場合の、膜厚比HZnO/(HZnO＋HBO) の変化に対する線膨張係数の減少割合を示す図である
【図１３】本発明の第１または第２の実施の形態の弾性波素子の誘電体膜TVY であるAu膜(膜厚：HAu)と線膨張係数の小さいSiO2誘電体膜（膜厚：HSiO2）とを組み合わせた複合誘電体膜FY（膜厚：H）を用いた場合の、膜厚比HSiO2/(HAu＋HZnO) の変化に対する線膨張係数の減少割合を示す図である。
【図１４】本発明の第２の実施の形態の弾性波素子を示す（Ａ）断面図、（Ｂ）誘電体膜を省略した平面図である。
【図１５】１０°回転Y-X伝搬のLiTaO3の基板上に、Au/Cr構造すだれ状電極、さらにその上にBi2O3を設けたときの（A）20°C、（B）３０°Cでの共振アドミッタンス特性を示すグラフである。（横軸は周波数）
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態について説明する。
【００２７】
［本発明の第１の実施の形態の弾性波素子の構成］
図１乃至図３は、本発明の第１の実施の形態の弾性波素子を示している。
図１に示すように、本発明の第１の実施の形態の弾性波素子１０は、圧電基板１１と１対の電極１２と誘電体膜１３とを有している。
【００２８】
圧電基板１１は、平板構造の基板または圧電薄膜から成っている。圧電基板１１は、３３°〜３９°回転ＹカットＸ伝搬のＬｉＮｂＯ３基板、１６１°〜１６７°回転ＹカットＸ伝搬のＬｉＮｂＯ３基板、ＬｉＮｂＯ３基板、４４°〜５０°回転ＹカットＸ伝搬のＬｉＴａＯ３基板、１６２°〜１６８°回転ＹカットＸ伝搬のＬｉＴａＯ３基板、ＬｉＴａＯ３基板、ランガサイト基板、水晶基板、ＺｎＯ基板、圧電性セラミックス基板、ＡｌＮ薄膜基板、ＺｎＯ薄膜基板、圧電性セラミックス薄膜基板、または、ＳｃＡｌＮ薄膜基板から成っている。
【００２９】
正負１対の電極１２は、圧電基板１１の両面１１ａ、１１ｂにそれぞれ設けられている。
各導体電極１２は、導体を伝搬する横波の音速の最大値が、前記圧電基板を伝搬する遅い横波の音速の２／３倍以下の電極TVEであり、かつ前記導体の線膨張係数の最大値が、基板の線膨張係数の最大値の５/６以下の電極TBEの電極TVBE、または、電極TVBEとして、また、
各すだれ状電極TBSE として、Cr,Ti,Si,Pt,W、Cである各すだれ電極TBSE,
もしくは、前記すだれ状電極を伝搬する横波の音速の最大値が、前記圧電基板を伝搬する遅い横波の音速の２／３倍以下の電極（膜厚：ｈV）と基板の線膨張係数の最大値の５/６以下であるすだれ状電極TBE（膜厚：ｈB）とを組み合わせた電極FVBSEからなる構造，もしくは、従来は、基板とAuの密着性をよくするため、非常に薄い10nm以下のAu/Cr 膜が用いられ、そのCr厚は無視され、その特性は、Au膜厚として、その特性が評価されてきたが、本特許では、密着性とすだれ状電極TBSE（膜厚：ｈB）として、
Au電極の膜厚をｈAu、Crの膜厚をｈcrとしたとき、ｈcr/（ｈ８E＋ｈAu）=0.１５から０．６の範囲のＡｕ／Ｃｒ構造のすだれ状電極FVBSEからなる構造、もしくは、すだれ状電極TBSE（膜厚：ｈB）Cr，Ti，Si,Pt,W、Cを用いた、各々の膜厚をｈｓeとしたとき、ｈｓe/（ｈ８B＋ｈｓe） =0.1から０．6の範囲のAu／(Si,Pt,W、C)、 Ag／(Cr,Ti,Si,Pt,W、C)，Bi／(Cr、T、Si,Pt,W、C)、InSb/(Cr、Ti,Si,Pt,W、C)の電極TBSE構造のすだれ状電極FVBSEからなる構造、または、前記圧電基板を伝搬する遅い横波の音速の２／３倍以下の各電極TVEである構造、或いは、各電極の線膨張係数の最大値が、基板の線膨張係数の最大値の５/６以下である各電極TBEからなる各電極TEである構造のいずれかの条件に合致する場合の電極として、通常のすだれ状電極、Ａｌ、Ｚｎ、Ｒｕ、Ｃｒ、Ｃｕ／Ｃｒ、Ｐｔ、Ｐｔ／Ｃｒ、Ｐｔ／Ｔｉ、もしくは、これらのうちの２種以上の合金から成っていてもよい。また、この場合、速度分散性をさらに大きくすることができ、より優れた周波数温度特性および速度分散特性を得ることができる
【００３０】
誘電体膜１３は、圧電基板１１の一方の表面１１ａに、その表面に設けられた電極１２のみを覆うよう設けられている。誘電体膜１３は、誘電体を伝搬する横波の音速の最大値が、前記圧電基板を伝搬する遅い横波の音速の２／３倍以下であり、かつ前記誘電体の線膨張係数の最大値が、基板の線膨張係数の最大値の５/６以下である誘電体膜からなっている。
また、一方の面の誘電体膜は、誘電体膜TBYであり、他方も面の誘電体膜は、誘電体膜TBY出会っても良い。
【００３１】
弾性波素子１０は、各電極１２間に電圧を印加することにより、弾性波が圧電基板１１の各表面に対して垂直方向に伝搬するようになっている。また、弾性波素子１０は、周波数温度特性が、−２０ｐｐｍ／℃から＋５ｐｐｍ／℃の範囲になっている。
【００３２】
弾性波素子１０は、動作共振周波数をｆ０、圧電基板１１を伝搬する弾性波の波長（動作波長）をλｅｆｆ、その弾性波の速度をＶｅｆｆ、圧電基板１１と誘電体膜１３と電極１２の全体の膜厚をＬとしたとき、ｆ０＝Ｖｅｆｆ／λｅｆｆ、および、Ｌ＝（λｅｆｆ／２）×（２Ｎ＋１）（Ｎは、０を含む整数）となる。
【００３３】
なお、図２に示すように、弾性波素子１０で、誘電体膜１３が、圧電基板１１の一方の表面１１ａに、その表面に設けられた電極１２、および、電極１２が設けられていない部分を覆うよう設けられており、さらに、圧電基板１１の他方の表面１１ｂの両端にそれぞれ設けられた１対の支持基板２１を有していてもよい。この場合、弾性波により、各支持基板２１の間の圧電基板１１が振動するようになっている。
【００３４】
また、図３に示すように、弾性波素子１０で、圧電基板１１の両面１１ａ、１１ｂに、それぞれの表面に設けられた各電極１２を覆うよう誘電体膜１３ａ、１３ｂが設けられており、圧電基板１１の他方の表面１１ｂの側に設けられた誘電体膜１３ｂが、弾性波を反射する第１反射膜２２ａおよび第２反射膜２２ｂを有する多層構造を成しており、さらに、その多層構造の誘電体膜１３ｂを覆うよう設けられた支持基板２１を有していてもよい。
【００３５】
［本発明の第２の実施の形態の弾性波素子の構成］
図４乃至図９は、本発明の第２の実施の形態の弾性波素子を示している。
図４に示すように、本発明の第２の実施の形態の弾性波素子３０は、圧電基板１１とすだれ状電極３１と誘電体膜１３とを有している。なお、以下の説明では、本発明の第１の実施の形態の弾性波素子１０と同一の構成には同一の符号を付して、重複する説明を省略する。
【００３６】
圧電基板１１は、平板構造の基板または圧電薄膜から成っている。圧電基板１１は、−１０°〜７５°回転ＹカットＸ伝搬のＬｉＮｂＯ３基板、１２０°〜１７０°回転ＹカットＸ伝搬のＬｉＮｂＯ３基板、ＬｉＮｂＯ３基板、−５°〜６０°回転ＹカットＸ伝搬のＬｉＴａＯ３基板、ＬｉＴａＯ３基板、ランガサイト基板、水晶基板、ＺｎＯ基板、ＡｌＮ薄膜基板、ＺｎＯ薄膜基板、または、ＳｃＡｌＮ薄膜基板から成っている。
【００３７】
すだれ状電極３１は、圧電基板１１の一方の表面１１ａに設けられている。
すだれ状電極３１は、前記圧電基板を伝搬する遅い横波の音速の２／３倍以下の前記すだれ状電極TVSEであり、かつ前記すだれ状電極の線膨張係数の最大値が、基板の線膨張係数の最大値の５/６以下である前記すだれ状電極TBSEからなる前記すだれ状電極TSEである構造、または、
各すだれ状電極TBSE として、Cr,Ti,Si,Pt,W、Cである各すだれ電極TBSE,
もしくは、前記すだれ状電極を伝搬する横波の音速の最大値が、前記圧電基板を伝搬する遅い横波の音速の２／３倍以下の電極（膜厚：ｈV）と基板の線膨張係数の最大値の５/６以下であるすだれ状電極TBE（膜厚：ｈB）とを組み合わせた電極FVBSEからなる構造，もしくは、従来は、基板とAuの密着性をよくするため、非常に薄い10nm以下のAu/Cr 膜が用いられ、そのCr厚は無視され、その特性は、Au膜厚として、その特性が評価されてきたが、本特許では、密着性とすだれ状電極TBSE（膜厚：ｈB）として、
Au電極の膜厚をｈAu、Crの膜厚をｈcrとしたとき、ｈcr/（ｈ８E＋ｈAu）=0.１５から０．６の範囲のＡｕ／Ｃｒ構造のすだれ状電極FVBSEからなる構造、もしくは、すだれ状電極TBSE（膜厚：ｈB）Cr，Ti，Si,Pt,W、Cを用いた、各々の膜厚をｈｓeとしたとき、ｈｓe/（ｈ８B＋ｈｓe） =0.1から０．6の範囲のAu／(Si,Pt,W、C)、 Ag／(Cr,Ti,Si,Pt,W、C)，Bi／(Cr、T、Si,Pt,W、C)、InSb/(Cr、Ti,Si,Pt,W、C)の電極TBSE構造のすだれ状電極FVBSEからなる構造、または、前記圧電基板を伝搬する遅い横波の音速の２／３倍以下の各電極TVEである構造、或いは、各電極の線膨張係数の最大値が、基板の線膨張係数の最大値の５/６以下である各電極TBEからなる各電極TEである構造のいずれかの条件に合致する、通常のすだれ状電極、Ａｌ、Ｚｎ、Ｒｕ、Ｃｒ、Ｃｕ／Ｃｒ、Ｐｔ、Ｐｔ／Ｃｒ、Ｐｔ／Ｔｉ、もしくは、これらのうちの２種以上の合金から成っていてもよい。また、この場合、速度分散性をさらに大きくすることができ、より優れた周波数温度特性および速度分散特性を得ることができる
【００３８】
すだれ状電極３１は、正極側バスバー４１ａと負極側バスバー４２ａと複数の正電極４１ｂと複数の負電極４２ｂとを有している。正極側バスバー４１ａおよび負極側バスバー４２ａは、所定の間隔を開けて、互いに平行に並んで配置されている。各正電極４１ｂは、正極側バスバー４１ａに沿って互いに間隔をあけて、正極側バスバー４１ａから負極側バスバー４２ａに向かって垂直に伸びるよう設けられている。各負電極４２ｂは、負極側バスバー４２ａに沿って互いに間隔をあけて、負極側バスバー４２ａから正極側バスバー４１ａに向かって垂直に伸びるよう設けられている。各正電極４１ｂおよび各負電極４２ｂは、正極側バスバー４１ａおよび負極側バスバー４２ａに沿って、互いに接触しないよう、交互に等周期あるいは異なる周期で配置されている。
【００３９】
誘電体膜１３は、すだれ状電極３１の上、すだれ状電極３１の隙間の圧電基板１１の一方の表面１１ａ、および／または、圧電基板１１の他方の表面１１ｂに設けられている。誘電体膜１３は、誘電体を伝搬する横波の音速の最大値が、前記圧電基板を伝搬する遅い横波の音速の２／３倍以下であり、かつ前記誘電体の線膨張係数の最大値が、基板の線膨張係数の最大値の５/６以下である誘電体膜からなっている。弾性波素子３０は、弾性波が圧電基板１１の各表面に沿って、および、圧電基板１１の表面に対して垂直方向に伝搬するようになっている。また、弾性波素子３０は、周波数温度特性が、−２０ｐｐｍ／℃から＋５ｐｐｍ／℃の範囲になっている。
【００４０】
また、図５に示すように、弾性波素子３０は、圧電基板１１の他方の表面１１ｂにも、弾性波を反射する第１反射膜２２ａおよび第２反射膜２２ｂを有する多層構造の誘電体膜１３ｂが設けられており、さらに、その多層構造の誘電体膜１３ｂを覆うよう設けられた支持基板２１を有していてもよい。この場合、弾性波素子３０は、弾性波が圧電基板１１の各表面に沿って伝搬するようになっている。また、図６に示すように、弾性波素子３０は、圧電基板１１の一方の表面１１ａの側には誘電体膜１３が設けられておらず、圧電基板１１の他方の表面１１ｂにのみ誘電体膜１３が設けられ、さらに、その誘電体膜１３を覆うよう設けられた誘電体から成る反射膜４３と、その反射膜４３を覆うよう設けられた支持基板２１とを有していてもよい。反射膜４３は、横波速度が圧電基板１１よりも大きく、弾性波を反射可能になっている。この場合、弾性波素子３０は、弾性波が圧電基板１１の各表面に沿って伝搬するようになっている。
【００４１】
また、図７に示すように、弾性波素子３０は、誘電体膜１３が薄膜から成り、圧電基板１１の表面に沿って弾性表面波が伝搬するよう構成されていてもよい。また、図８に示すように、弾性波素子３０は、支持基板２１を有し、誘電体膜１３が薄膜から成り、圧電基板１１の表面に沿って弾性表面波または擬似弾性表面波が伝搬するよう構成されていてもよい。また、図９に示すように、弾性波素子３０は、多数本電極指から成る１対の反射器４４を有し、各反射器４４が圧電基板１１の一方の表面１１ａに、すだれ状電極３１を挟むよう設けられた共振器から成っていてもよい。誘電体膜１３は、すだれ状電極３１だけでなく、各反射器４４も覆うよう設けられている。この場合にも、圧電基板１１の表面に沿って弾性表面波が伝搬するようになっている。
【００４２】
［本発明の第１および第２の実施の形態の弾性波素子の作用］
次に、本発明の第１および第２の実施の形態の弾性波素子１０、３０の作用について説明する。
弾性波素子１０、３０は、例えば、弾性波振動子、弾性波共振器、バルク波共振器、圧電薄膜共振器、弾性表面波振動子、弾性表面波共振器、弾性波フィルタ素子、弾性表面波フィルタ素子、温度特性に優れた共振器、遅延線、温度補償を必要としない高感度センサーなどを構成することができる。また、使用する弾性波は、レイリー波、縦波、横波、縦波を主成分とする疑似縦波、横波を主成分とする疑似横波、圧電基板の遅い横波速度より遅い伝搬速度の弾性表面波、ラブ波、ラム波、圧電基板の遅い横波より速い伝搬速度の擬似弾性表面波、または、圧電基板の速い横波速度より速い伝搬速度の疑似弾性縦波表面波である。
【００４３】
弾性波素子１０、３０は、誘電体膜１３が設けられ、誘電体を伝搬する横波の音速の最大値が、圧電基板１１を伝搬する遅い横波の音速の２／３倍以下であるため、弾性表面波用の素子として構成されるときには、圧電基板１１中に漏洩する弾性波のエネルギー放射がゼロとなる弾性表面波とすると共に、速度分散性の大きな基板とすることができる。また、疑似弾性表面波の伝搬減衰が零となる回転角を得て、速度分散性の大きな基板を得ることができる。また、素子の小型化が可能である。これにより、弾性表面波を使用する場合には、その伝搬損失を抑えて、圧電基板１１の表面に弾性表面波のエネルギーを集中させることができ、Ｑ値および速度分散性を大きくすることができる。また、電極１２や誘電体膜１３の厚みを薄くすることができるため、製作が容易、かつ小型化が可能である。
【００４４】
また、弾性波素子１０、３０は、誘電体膜１３を設けることにより、中心周波数の調整および温度補償を行うことができる。これにより、例えば、すだれ状電極３１を１対有する場合に、中心周波数が高い方のすだれ状電極３１の上に誘電体膜１３を設けて、中心周波数の調整を行うことにより、各すだれ状電極３１で励振または受信する弾性表面波の中心周波数が等しくなるようにすることができる。また、この方法により、フィルタの周波数調整を行うことができる。
【００４５】
また、弾性波素子１０、３０は、各電極１２またはすだれ状電極３１が設けられた圧電基板１１と、誘電体膜１３との間にＳｉＯ２膜もしくは温度補償用誘電体膜を有していてもよく、また、誘電体膜１３の上にＳｉＯ２膜を有していてもよい。この場合、非常に薄い膜厚のＳｉＯ２膜もしくは温度補償用誘電体膜を用いることにより、優れた温度特性が得られる。ＳｉＯ２膜は、例えば、その膜厚をＨ、圧電基板を伝搬する弾性波の波長をλｅｆｆとすると、Ｈ／λｅｆｆ＝０．００５〜０．１５である。温度補償用誘電体膜は、例えば、ＳｉＯＦ、ランガサイト系薄膜、不純物を含むＳｉＯ２等である。
【００４６】
［周波数温度特性（ＴＣＦ）］
弾性波素子１０、３０の周波数温度特性（ＴＣＦ）は、
ＴＣＦ＝ＴＣＶ−α                        （１）
で与えられる。ここで、ＴＣＶは速度温度係数、αは伝搬方向の線膨張係数である。ＴＣＶは、温度ｔ１のときの速度をＶｔ１、温度ｔ２のときの速度をＶｔ２としたとき、
ＴＣＶ＝［（Ｖｔ１−Ｖｔ２）／Ｖｔ１］／（ｔ１−ｔ２）              （２）
で与えられる。
【００４７】
一般に、多くの物質は、温度の上昇と共に伸びるため、αは正の値となる。また、温度の上昇と共に、物質は柔らかくなるため、ＴＣＶは負の値となる。弾性波素子１０、３０で用いられるＬｉＮｂＯ３単結晶基板のＴＣＦは、−５０ｐｐｍ／℃から−１００ｐｐｍ／℃の範囲であり、ＬｉＴａＯ３単結晶基板のＴＣＦは、−２５ｐｐｍ／℃から−５０ｐｐｍ／℃の範囲である。そこで、従来、ゼロＴＣＦを得るために、正の周波数温度特性を有するＳｉＯ２薄膜が用いられている。
【実施例１】
【００４８】
図１に示す構造で、１６４°回転ＹカットＸ伝搬のＬｉＴａＯ３圧電基板１１の両面１１ａ、１１ｂに、それぞれ１対の電極１２としてＡu膜（膜厚：ｈAU）を設けた場合、及び厚いCr膜（膜厚：ｈCr）とAu膜厚を設け、（ Au＋Cr）の膜厚をｈ、膜厚比、hCR/h=0.3の場合の速度Veffの低下を示す図が、図１０であり、大きなCr膜厚でも速度の低下は、Auのみの場合と変わらず、大きな速度低下が見られる。
図１1は、３６°回転YカットX伝搬のLiTaO3基板にAl電極を設け、さらにその上に、誘電体TVYであるBi２O3誘電体膜（膜厚:HBO）を設けた場合、及び誘電体膜TVYであるBi2O3と線膨張係数の小さいZnO誘電体膜（膜厚：HZO）とを組み合わせた複合膜FY(膜厚：H)を設けたときの、HZO/(HBo+HZO)=0.3の場合の、膜厚比H/λeffに対する疑似弾性表面波の速度（Veff）の変化を示す図であり、Bi2O3/ZnO膜を用いた場合でも、大きな速度の低下が見られる。
一方、図１２のBi2O3/ZnOのように、線膨張係数は、１１ppm/°Cから、８ppm/°Cと小さくなっている。また、図13のように、SiO2/Auを用いた場合は、１４pp/°Cから８.５ppm/°Cと大きな線膨張係数の低下がみられる。
【００４９】
このような大きな負の速度分散性は、誘電体を伝搬する横波の音速の最大値が、前記圧電基板を伝搬する遅い横波の音速の２／３倍以下であり、かつ前記誘電体の線膨張係数の最大値が、基板の線膨張係数の最大値の５/６以下である誘電体膜１３からなっていることによるものであると考えられる。また、各電極１２またはすだれ状電極３１の厚みをｈとすると、各電極１２またはすだれ状電極３１に対しても同様に、大きな負の速度分散性を示すことが確認された。
【００５０】
１０°回転ＹカットＸ伝搬のＬｉＴａＯ３基板（圧電基板１１）上に、Au／Ｃｒ構造のすだれ状電極３１を設け、さらにその上にＢｉ２Ｏ３から成る誘電体膜１３を設けた弾性波素子３０を作製し、２０℃および３０℃での共振アドミッタンス特性を調べた２０°C（A）及び３０°C（Ｂ）の結果を図１6.15（A） 及び（B）示す。図から、Au／Ｃｒ電極でない場合とBi2O3誘電体膜がない場合の周波数温度係数＝−３０ppm/°Cから、Au／Cr電極及びBi2O3誘電体膜がある場合の周波数温度係数＝−１０ppm/°Cと零温度特性に近づいており、改善されていることがわかる。
【００５１】
図１〜図９、図１４に対応する共振器、変換器では、圧電基板１１、各電極１２、すだれ状電極３１、および誘電体膜１３のＴＣＦは、それぞれ単独では、αが正の値、ＴＣＶが負の値であり、全体でも負のＴＣＦしか得られない。弾性波素子の構造は、誘電体膜１３、各電極１２、すだれ状電極３１の膜厚が、圧電基板１１の、支持基板２１の厚さより非常に薄いため、圧電基板１１、支持基板２１の伝搬方向および面内方向の線膨張係数の値に引きずられて、誘電体膜１３、各電極１２、すだれ状電極３１は、温度の変化により熱歪を生じる。圧電基板１１あるいは支持基板２１の伝搬方向の線膨張係数が正の値のときは、温度の増加に対して、λｅｆｆは、正の線膨張係数の大きさに従って増加する。
しかし、誘電体の線膨張係数の最大値が、基板の線膨張係数の最大値の５/６以下である誘電体膜であり、温度上昇に対して、基板の伸びより膜厚の増加は小さい。従って、λｅｆｆの増加と誘電体膜１３、各電極膜１２、すだれ状電極膜３１の熱歪により、Ｈ／λｅｆｆ、ｈ／λｅｆｆの値は減少する。このとき、図１０〜図１２のグラフから、Ｖの値が増加し、速度分散によるＴＣＶの値が正の方向にシフトし、（２）式のＴＣＶが増加方向にシフトして正の値に近づくことになる。このため、誘電体膜１３、各電極１２、すだれ状電極３１を設けることにより、周波数温度特性が大きく改善される。このように、弾性波素子１０、３０では、圧電基板１１、支持基板２１、各電極１２またはすだれ状電極３１、および誘電体膜１３の周波数温度特性が負の値であっても、速度分散性と熱歪とを考慮することにより、ゼロに近い周波数温度特性が得られる。また、電極膜の線膨張係数の最大値が、基板の線膨張係数の最大値の５/６以下であることから、熱歪により、電極膜の密度が減少することにより、誘電体膜の速度が増大する方向にシフトし、周波数温度特性が正の方向にシフトすると考えられる。
図１４は、本発明の第２の実施の形態の弾性波素子を示している。
図１４に示すように、本発明の第２の実施の形態の弾性波素子５０は、圧電基板１１とすだれ状電極３１と誘電体膜１３とを有している。なお、以下の説明では、本発明の第１および第２の実施の形態の弾性波素子１０、３０と同一の構成には同一の符号を付して、重複する説明を省略する。
【００５２】
なお、各電極１２やすだれ状電極３１、誘電体膜１３を蒸着する時の温度を変えることにより、誘電体膜１３中の歪を大きくすることができるため、周波数温度特性の改善効果がさらに大きくなると考えられる。このときの蒸着温度としては、例えば、弾性波素子１０、３０の中心動作温度より１００℃以上高い温度、または、弾性波素子１０、３０の中心動作温度より１００℃以上低い温度であることが好ましい。
【００５３】
すだれ状電極３１は、分散型のものである。弾性波素子５０は、すだれ状電極３１の交互に配置された正電極４１ｂと負電極４２ｂの本数を２Ｎ＋１本、伝搬する弾性波の動作中心波長をλＮ、そのときの弾性波の速度をＶＮ、弾性波の波長がλｎ＝λＮ［１＋｛Ｎ−（ｎ−１）｝δ］のときの弾性波の速度をＶｎとし（ここで、ｎ＝１〜２Ｎ＋１）、Ｎδの値を０．００５〜０．３、ａｎの値を０．８〜１．２とすると、ｎ本目の電極の幅は、Ｌｎ＝Ｘｎ／２＝ａｎ（λｎ／４）×（Ｖｎ／ＶＮ）、隣り合う電極の中心間の間隔はＸｎ＝ａｎ（λｎ／２）×（Ｖｎ／ＶＮ）であってもよい。この場合、広帯域の弾性波変換器、弾性表面波変換器を得ることができる。
【符号の説明】
【００５４】
１０  弾性波素子（第１の実施の形態）
１１  圧電基板
１１ａ  一方の表面
１１ｂ  他方の表面
１２  電極
１３  誘電体膜
２１  支持基板
２２ａ  第１反射膜
２２ｂ  第２反射膜
３０  弾性波素子（第２の実施の形態）
３１  すだれ状電極
４１ａ  正極側バスバー
４１ｂ  正電極
４２ａ  負極側バスバー
４２ｂ  負電極
４３  反射膜
４４  反射器
【図１】
2020205574.tif 000003
【図２】
2020205574.tif 000004
【図３】
2020205574.tif 000005
【図４】
2020205574.tif 000006
【図５】
2020205574.tif 000007
【図６】
2020205574.tif 000008
【図７】
2020205574.tif 000009
【図８】
2020205574.tif 000010
【図９】
2020205574.tif 000011
【図１０】
2020205574.tif 000012
【図１１】
2020205574.tif 000013
【図１２】
2020205574.tif 000014
【図１３】
2020205574.tif 000015
【図１４】
2020205574.tif 000016
【図１５】
2020205574.tif 000017