(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、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を有している。電極１２、或いはすだれ状電極３１は、電極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。【選択図】図１
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【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対の電極を有し、
前記電極膜の少なくともいずれか一方の電極膜は、前記電極膜を伝搬する遅い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以下である電極膜あることを特徴とする弾性波素子。
【請求項２】
前記圧電基板の両面にそれぞれ設けられた１対の電極を有し、前記電極膜の少なくともいずれか一方の電極膜は、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倍以下である電極膜と、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以下である電極膜を組み合わせた構造の電極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対の電極を有し、一方の面の前記電極膜は、
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倍以下である電極膜であり、他方の面の前記電極膜は、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ことを特徴とする弾性波素子。
【請求項４】
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、２，３記載の弾性波素子。
【請求項５】
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を有し、
前記すだれ状電極膜は、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ことを特徴とする弾性波素子。
【請求項６】
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を有し、
前記すだれ状電極膜は、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倍以下である電極膜と前記電極膜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以下である電極膜を組み合わせた構造の電極膜であることを特徴とする弾性波素子。
【請求項７】
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５．６記載の弾性波素子。
【請求項８】
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とすると、ｈ／λｅｆｆ＝０．００５〜０．３であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の弾性波素子。
【請求項９】
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、
各電極として、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倍以下であることに合致する、
Ａｕ、Ａｕ/Cr。Au/Ti。Ａｇ、Ａｇ／Ｃｒ、Ｂｉ、Ｂｉ／Ｃｒ、Ｉｎ、In／Cr， Au／Si， Ag／Si，Bi，Bi／Si、InSb,である前記各電極である構造であり、請求項１乃至４、乃至８記載の弾性波素子。
【請求項１０】
各電極として、基板の線膨張係数の最大値の５/６以下であるCr膜と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Au電極を用いた構造であり、かつ、Auの膜厚をｈAu、Crの膜厚をｈCrとしたとき、ｈCr/（ｈCr＋ｈAu）=0.１５から０．６の範囲のＡｕ／Ｃｒ電極を用いたＡｕ／Ｃｒ／圧電基板構造であることを特徴とする請求項１乃至４、８，９のいずれか１項に記載の弾性は素子。
【請求項１１】
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、
すだれ状電極として、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倍以下であることに合致する、
Ａｕ、Ａｕ/Cr。Au/Ti。Ａｇ、Ａｇ／Ｃｒ、Ｂｉ、Ｂｉ／Ｃｒ、Ｉｎ、In／Cr， Au／Si， Ag／Si，Bi，Bi／Si、InSb,である前記各電極から成る、請求項５乃至８記載の弾性波素子。
【請求項１２】
前記すだれ状電極として、基板の線膨張係数の最大値の５/６以下であるCr膜の線膨張と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Au電極を用いた構造であり、かつ、Auの膜厚をｈAu、Crの膜厚をｈCrとしたとき、ｈCr/（ｈCr＋ｈAu）=0.１５から０．６の範囲のＡｕ／Ｃｒ電極を用いたＡｕ／Ｃｒ／圧電基板構造のはすだれ状電極からなる構造であることを特徴とする請求項５乃至６、８，１０のいずれか１項に記載の弾性波素子。
【請求項１３】
各電極または前記すだれ状電極として、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Ti膜と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Au電極を用いた構造であり、かつ、Auの膜厚をｈAu、Tiの膜厚をｈTiとしたとき、ｈTi/（ｈTi＋ｈAu）=0.１５から０．６の範囲のＡｕ／Ti圧電基板構造の電極膜またはすだれ状電極からなる構造であることを特徴とする請求項１乃至請求項１０のいずれか１項に記載の弾性波素子。
【請求項１４】
各電極または前記すだれ状電極として、基板の線膨張係数の最大値の５/６以下であることに合致する電極膜であり、各々の膜厚をｈBES, 前記圧電基板を伝搬する遅い横波の音速の２／３倍以下である電極の膜厚をｈVESとしたとき、
ｈBES/（ｈBES＋ｈVES） =0.1から０．6の範囲の構造であることを特徴とする請求項１乃至請求項1３のいずれか１項に記載の弾性波素子。
【請求項１５】
前記電極膜、或いはすだれ状電極の線膨張係数の最大値が、前記圧電基板を伝搬する遅い横波の音速の２／３倍以下であることに合致する電極膜として、、Au,Ag,Bi,InSbであり、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以下であることに合致する場合の電極膜、或いはすだれ状電極膜として、Cr,Ti,Si,Pt,W,Cであることを用いて、これらの金属膜を組み合わせたことを特徴とする請求項１乃至請求項１４のいずれか１項に記載の弾性波素子。
【請求項１６】
前記電極、或いはすだれ状電極として、前記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、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以下であることに合致する場合の電極膜として、
Ａｌ、Ｚｎ、Ｒｕ、Ｃｒ、Ｃｕ／Ｃｒ、Cu/Ti,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っていることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の弾性波素子。
【請求項１７】
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５，６、７、８、１２，１３、１４、１５、または１６記載の弾性波素子。
【請求項１８】
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１６のいずれか１項に記載の弾性波素子。
【請求項１９】
請求項１乃至１７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、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１参照）。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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２０３８３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１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。
【０００５】
本発明は、このような課題に着目してなされたもので、圧電基板を伝搬する弾性波の速度が電極膜を伝搬する弾性波より大きい速度分散性と速度差と圧電基板と電極膜の線膨張係数の差を用いた熱歪効果を用いて、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、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】
【０００６】
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設けられた電極を有し、前記電極膜は、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TVEであり、かつ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からなる電極TVBEであることを特徴とする。この場合、電極を伝搬する遅い横波の音速の２／３倍以下である電極膜TVEと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以下である電極膜TBEを組み合わせた電極膜FVBEでも良い。電極膜TVBE、或いは、電極膜FVB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。
【０００７】
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を有し、前記すだれ状電極は、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倍以下の電極膜TVSEであり、かつ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TBSEからなる電極TVBSEであることを特徴とする。この場合、電極が前記圧電基板を伝搬する遅い横波の音速の２／３倍以下である電極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を組み合わせた電極FVBSEでも良い。電極TVBSE、或いは、電極FVBSEの場合、弾性波が前記圧電基板の各表面に対して平行方向に伝搬し、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。
【０００８】
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。
【０００９】
本発明に係る弾性波素子は、少なくとも電極が、電極膜TVBE或いは、電極膜FVBE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。
【００１０】
本発明に係る弾性波素子は、上記の電極膜TVBE,電極膜FVBE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、薄い電極膜で、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。
【００１１】
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とすると、ｈ／λｅｆｆ＝０．００５〜０．３、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。
【００１２】
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、
各電極は、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であり、かつ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TVBEである構造、または、各電極TVE極として、Ａｕ、Ａｕ/Cr、Au/Ti,Ａｇ、Ａｇ／Ｃｒ、Ag/Ti,Ｂｉ、Ｂｉ／Ｃｒ、Ｉｎ、In／Cr， Au／Si， Ag／Si，Bi，Bi／Si、InSb,である各電極TVBE、
または、各電極TBE として、Cr,Ti,Si,Pt,W、Cである各電極TBE,
もしくは、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（膜厚：ｈV）と基板の線膨張係数の最大値の５/６以下である電極TBE（膜厚：ｈB）とを組み合わせた電極FVBE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、密着性と電極TBE（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構造の電極FVBEからなる構造、もしくは、電極TBE（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TB８E構造の電極FE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である、通常の電極、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。
【００１３】
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TVBSEである構造、または、
前記すだれ状電極TSEとして、Ａｕ、Ａｕ/Cr、Au/Ti,Ａｇ、Ａｇ／Ｃｒ、Ag/Ti,Ｂｉ、Ｂｉ／Ｃｒ、Ｉｎ、In／Cr， Au／Si， Ag／Si，Bi，Bi／Si、InSb,であ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。
【００１４】
本発明に係る弾性波素子で、
各電極または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、各電極TEまたは前記すだれ状電極TSEとして、Ａｕ、Ａｕ/Cr、Au/Ti,Ｃｒ、Ａｇ、Ａｇ／Ｃｒ、Ｂｉ、Ｂｉ／Ｃｒ、Ｉｎ、In／Cr， Au／Si， Ag／Si，Bi，Bi／Si、InSb,である各電極TEまたは前記すだれ状電極TSEである構造、もしくは、各電極また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）または前記すだれ状電極（膜厚：ｈV）と基板の線膨張係数の最大値の５/６以下である電極TBE（膜厚：ｈB）または前記すだれ状電極TBSE（膜厚：ｈB）とを組み合わせた電極FEまたはすだれ状電極FSE，もしくは、電極TBE（膜厚：ｈB）または前記すだれ状電極TBSE（膜厚：ｈB）として、電極TB８E（膜厚：ｈ８B）または前記すだれ状電極TB８SE（膜厚：ｈ８B）である構造、及び、
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、
通常の電極またはすだれ状電極として、Ａｌ、Ｚｎ、Ｒｕ、Ｃｒ、Ｃｕ／Ｃｒ、Cu/Ti,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。これらの場合、すだれ状電極の横波の音速が、圧電基板のものよりも非常に遅いため、速度分散性をさらに大きくすることができるとともに、周波数温度特性が大きく改善される。
【００１５】
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対の電極とを有し、前記電極は、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以下の電極TVBEからなり、周波数温度特性が−２０ｐｐｍ／℃から＋５ｐｐｍ／℃の範囲であり、前記圧電基板を伝搬する弾性波の波長をλｅｆｆ、各電極の厚みをｈとすると、ｈ／λｅｆｆ＝０．００５〜０．３であってもよい。
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倍以下である電極膜TVE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TBEを組み合わせた複合電極膜FVBEでも良い。
【００１６】
本発明に係る弾性波素子は、圧電基板と、前記圧電基板上に設けられたすだれ状電極とを有し、前記すだれ状電極は、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以下のすだれ状電極TVBSEからなり、周波数温度特性が−２０ｐｐｍ／℃から＋５ｐｐｍ／℃の範囲であり、前記圧電基板を伝搬する弾性波の波長をλｅｆｆ、すだれ状電極の厚みをｈseとすると、ｈes／λｅｆｆ＝０．０５〜０．３であってもよい。
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倍以下である電極膜TVEとすだれ状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以下であるすだれ状電極膜TBSEを組み合わせた複合電極膜FVBSEでも良い。
【００１７】
この場合、正負の各電極またはすだれ状電極の音速が、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以下のすだれ状電極TVBSEからなり、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と膜厚の基板を得て、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。このように、誘電体膜を用いなくとも、速度分散性を大きくすることができ、優れた周波数温度特性を得ることができる。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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】
【００２１】
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、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】
【００２２】
【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）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）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）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）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金属膜TVE であるAu金属膜（膜厚：ｈAu）と線膨張係数の小さいCr金属膜誘膜（膜厚：ｈｃｒ）とを組み合わせた場合（Au/Cr）のｈCr/（hAu+hCr）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ＬｉＮｂＯ３基板上に、金属膜TVE であるAu金属膜（膜厚ｈAu）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）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）の膜厚比ｈ／λｅｆｆ（λｅｆｆは動作波長）に対する疑似弾性縦波速度（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、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１３】本発明の第３の実施の形態の弾性波素子を示す（Ａ）断面図、（Ｂ）平面図である。
【図１４】２５°回転Y-X伝搬のLiTaO3の基板上に、Au/Cr構造すだれ状電極を設けたときの（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】
【００２３】
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。
【００２４】
［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を有している。
【００２５】
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。
【００２６】
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TEとして、
各電極は、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であり、かつ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TVBEである構造、または、
各電極は、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であり、かつ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TVBEである構造、または、各電極TVE極として、Ａｕ、Ａｕ/Cr、Au/Ti,Ａｇ、Ａｇ／Ｃｒ、Ag/Ti,Ｂｉ、Ｂｉ／Ｃｒ、Ｉｎ、In／Cr， Au／Si， Ag／Si，Bi，Bi／Si、InSb,である各電極TVBE、
または、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 TBE として、Cr,Ti,Si,Pt,W、Cである各電極TBE,
もしくは、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（膜厚：ｈV）と基板の線膨張係数の最大値の５/６以下である電極TBE（膜厚：ｈB）とを組み合わせた電極FVBE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として、
Au電極を用い、その膜厚をｈAu、基板の線膨張係数の最大値の５/６以下である各電極TBEとしてCrを用い、その膜厚をｈCrとしたとき、Au/Cr膜の構造であり、その膜厚がｈCr/（ｈCｒ＋ｈAu）=0.１５から０．６の範囲のＡｕ／Ｃｒ構造の電極FVBEからなる構造、もしくは、電極TBEとして、Cr，Ti，Si,Pt,W、Cを用いた、各々の膜厚をｈBEとしたとき、電極TVEの膜厚をｈVEとして、
ｈBE/（ｈBE＋ｈVE） =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TBE構造の電極FVBE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膜としては、通常の電極、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。
これらの場合、すだれ状電極の横波の音速が、圧電基板のものよりも非常に遅いため、速度分散性をさらに大きくすることができるとともに、周波数温度特性が大きく改善される。また、各電極１２と通常の電極との組合せであってもよい。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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が設けられ、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。
【００３１】
［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。
【００３２】
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。
【００３３】
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、
前記すだれ状電極TVSEとして、Ａｕ、Ａｕ/Cr、、Au/Ti,Ａｇ、Ａｇ／Ｃｒ、Ag/Ti,Ｂｉ、Ｂｉ／Ｃｒ、Ｉｎ、In／Cr， Au／Si， Ag／Si，Bi，Bi／Si、InSb,である前記すだれ状電極TBSEである構造、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倍以下の前記すだれ状電極（膜厚：ｈVS）と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（膜厚：ｈB&#350;）とを組み合わせたすだれ状電極FSE，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、特性に大きな影響を与える電極TBE（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/（ｈCr＋ｈAu）=0.１５から０．６の範囲のＡｕ／Ｃｒ構造の電極FVBEからなる構造、もしくは、電極TBE（膜厚：ｈB）として、Cr，Ti，Si,Pt,W、Cを用いた、各々の膜厚をｈSEとしたとき、前記すだれ状電極TVSE（膜厚：ｈVSE）と組み合わせた、膜厚がｈSE/（ｈSE＋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FVBE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。
これらの場合、すだれ状電極の横波の音速が、圧電基板のものよりも非常に遅いため、速度分散性をさらに大きくすることができるとともに、周波数温度特性が大きく改善される。また、各電極１２と通常の電極との組合せであってもよい。
【００３４】
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開けて、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。
【００３５】
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。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、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。
【００３６】
また、図７に示すように、弾性波素子３０は、すだれ状電極４１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、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。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。
【００３７】
［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。
【００３８】
弾性波素子１０、３０は、電極膜１２が設けられ、電極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。
【００３９】
また、弾性波素子１０、３０は、すだれ状電極３１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。
【００４０】
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、ＳｉＯ２膜もしくは温度補償用誘電体膜を有していてもよく、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（H:SiO2の膜厚）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、HfO２系薄膜、不純物を含むＳｉＯ２等である。
【００４１】
［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。
【００４２】
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R有するＳｉＯ２薄膜が用いられている。
【実施例１】
【００４３】
図４に示す構造で、３６°回転ＹカットＸ伝搬のＬｉＮｂＯ３圧電基板１１の両面１１ａ、１１ｂに、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膜とAu膜（ Au＋Crの膜厚：ｈ）hCR/h=0.3の場合の速度Veffの低下を示す図が、図１１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。
一方、図１０のAu/Crの図のように、線膨張係数は、１４ppm/°Cから、９ppm/°Cと小さくなっている。
【００４４】
また、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１２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。一方、図１0のAu/Crように、線膨張係数は、１４ppm/°Cから、９ppm/°Cと小さくなっている。
【００４５】
このような大きな負の速度分散性は、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１２、３１からなっていることによるものであると考えられる。
【００４６】
図１〜図９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、線膨張係数が基板のそれより小さい場合は、各電極１２、すだれ状電極３１は、温度の変化により、λは増加するとともに、λの増加と膜厚hの延びと線膨張係数が小さいことによるｈの増加は小さく、従って、h/λの減少と熱歪を生じる。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、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の増加と各電極膜１２、すだれ状電極膜３１の熱歪により、ｈ／λｅｆｆの値は減少する。このとき、図１０〜図１１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、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、電極の密度が減少することにより、電極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。したがって、熱歪も薄膜の速度を大きくする方向にシフトさせる。
【００４７】
［本発明の第２の実施の形態の弾性波素子の構成］
図１３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１３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。
【００４８】
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。
【００４９】
図１４は、２５°回転Y-X伝搬のLiTaO3の基板上に、Au/Cr構造すだれ状電極を設けたときの（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厚り、従来の電極Cu薄膜を用いた場合の３０ppm/°Cにたいして、１３ppm/°Cと周波数温度特性の改善が得られている
【００５０】
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
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
５０  弾性波素子（第１３の実施の形態）
７０  弾性波素子（第２４の実施の形態）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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