(57)【要約】第２誘電体層（１０）の膜厚がＩＤＴ電極（８）のピッチ幅ｐの１．６倍以上ある境界波素子構造である場合に、第１誘電体層（９）が、ＩＤＴ電極（８）の上方における第１誘電体層（９）の上面に凸部（１１）を有する弾性波素子（６）を提供する。この凸部（１１）により、主要波であるＳＨ波の電気機械結合係数が大きくなるので、良好なフィルタ特性を得ることが容易となる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電体と、
前記圧電体の上に配置されたＩＤＴ電極と、
前記ＩＤＴ電極を覆うように前記圧電体の上に配置されて前記圧電体とは逆の周波数温度特性を有する媒質からなる第１誘電体層と、
前記第１誘電体層の上に配置されて前記第１誘電体層を伝搬する横波より速い横波が伝搬する媒質からなる第２誘電体層と、を備え、
前記第１誘電体層は、前記ＩＤＴ電極の上方における前記第１誘電体層の上面に凸部を有する
弾性波素子。
【請求項２】
前記圧電体と前記第１誘電体層との境界面と前記凸部の下端までの高さをｔ１とし、
前記凸部の上端から前記凸部の下端までの高さをｔ２とし、
前記ＩＤＴ電極の膜厚をｈとし、
前記ＩＤＴ電極で励振される主要波の波長をλとしたとき、
０＜ｔ１≦０．２８λ、かつ、０＜ｔ２≦１．５ｈ、
又は、
０．２８＜ｔ１≦０．３λ、かつ、０＜ｔ２≦０．５８ｈ
を満たす
請求項１に記載の弾性波素子。
【請求項３】
前記第２誘電体層の膜厚は、ＩＤＴ電極のピッチ幅ｐの１．６倍以上である
請求項１又は請求項２のうちいずれか一つに記載の弾性波素子。
【請求項４】
前記ＩＤＴ電極の電極指の幅をｐ１とし、前記凸部の下端の幅をＬ１としたとき、
０．６≦Ｌ１／ｐ１≦１．８
を満たす
請求項１又は請求項２のうちいずれか一つに記載の弾性波素子。
【請求項５】
前記凸部の上端の幅をＬ２としたとき、Ｌ２＜Ｌ１を満たす
請求項１又は請求項２のうちいずれか一つに記載の弾性波素子。
【請求項６】
請求項１に記載の弾性波素子と、
前記弾性波素子に接続された半導体集積回路素子と、
前記半導体集積回路素子に接続された再生装置と、を備えた
電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、弾性波素子と、これを用いた電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１０は従来の弾性波素子の断面模式図である。図１０において、従来の弾性波素子１は、ニオブ酸リチウムからなる圧電体２と、圧電体２の上に配置されたＩＤＴ（Ｉｎｔｅｒｄｉｇｉｔａｌ  Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）電極３と、ＩＤＴ電極３を覆うように圧電体２の上に配置された酸化ケイ素からなる第１誘電体層４と、第１誘電体層４の上に配置されて第１誘電体層４を伝搬する横波より速い横波が伝搬する媒質からなる第２誘電体層５と、を備える。【０００３】
なお、この出願に関する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。【０００４】
上記従来の弾性波素子１は、第１誘電体層４の膜厚、ＩＤＴ電極３の膜厚、基板のカット角を設計することにより、不要波であるストンリー波の電気機械結合係数を抑制していた。しかし、主要波であるＳＨ波の電気機械結合係数は小さく、最大でも０．１５しかない。このため、従来の弾性波素子１を例えばＵＭＴＳのバンドＩ等の広い送信受信帯域ギャップを有するデュプレクサに適用する場合、良好なフィルタ特性を得ることが困難であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−２６７３６６号公報
【発明の概要】
【０００６】
本発明は、主要波の電気機械結合係数を向上させる。
【０００７】
本発明の弾性波素子は、第２誘電体層の膜厚がＩＤＴ電極のピッチ幅ｐの１．６倍以上ある境界波素子構造である場合に、第１誘電体層が、ＩＤＴ電極の上方における第１誘電体層の上面に凸部を有することを特徴とする。
【０００８】
本発明の弾性波素子は、上記凸部により、主要波であるＳＨ波の電気機械結合係数が大きくなり、弾性波素子を例えばＵＭＴＳのバンドＩ等の広い送信受信帯域ギャップを有するデュプレクサに適用する場合、良好なフィルタ特性を得ることが容易となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は本発明の実施の形態１に係る弾性波素子の断面模式図である。
【図２】図２は本発明の実施の形態１に係る弾性波素子の特性の説明図である。
【図３】図３は本発明の実施の形態１に係る弾性波素子の特性の説明図である。
【図４】図４は本発明の実施の形態１に係る弾性波素子の特性の説明図である。
【図５】図５は本発明の実施の形態１に係る弾性波素子の特性の説明図である。
【図６】図６は本発明の実施の形態１に係る弾性波素子の特性の説明図である。
【図７】図７は本発明の実施の形態１に係る弾性波素子の特性の説明図である。
【図８】図８は本発明の実施の形態１に係る弾性波素子の他の断面模式図である。
【図９】図９は本発明の実施の形態１に係る弾性波素子の特性の説明図である。
【図１０】図１０は従来の弾性波素子の断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１に係る弾性波素子の断面模式図である。図１において、弾性波素子６は、圧電体７と、この圧電体７の上に配置されたＩＤＴ電極８と、ＩＤＴ電極８を覆うように圧電体７の上に配置された酸化ケイ素からなる第１誘電体層９と、この第１誘電体層９の上に配置されて第１誘電体層９を伝搬する横波より速い横波が伝搬する媒質からなる第２誘電体層１０と、を備える。第１誘電体層９は、ＩＤＴ電極８の上方における第１誘電体層９の上面に凸部１１を有する。ここで、凸部１１のピッチ幅をＬとし、ＩＤＴ電極８のピッチ幅をｐとした場合、Ｌ≒ｐを満たしている。
【００１１】
圧電体７は、例えば、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、又はニオブ酸カリウム系の圧電基板からなる。
【００１２】
ＩＤＴ電極８は、例えば銅（比重８．９５）、若しくは銅を主成分とする金属であるが、これに限るものではない。
【００１３】
第１誘電体層９は、例えば、酸化ケイ素からなる。しかし、圧電体７とは逆の周波数温度特性を有する媒質であればよい。これにより、周波数温度特性を向上することができる。
【００１４】
第２誘電体層１０は、第１誘電体層９を伝搬する横波の速度よりも速い横波が伝搬する媒質からなり、例えば、ダイアモンド、シリコン、窒化シリコン、窒化アルミニウム、または酸化アルミニウムである、また、この第２誘電体層１０の膜厚はＩＤＴ電極８のピッチ幅ｐの１．６倍以上である。これにより、主要波であるＳＨ波のエネルギーを、弾性波素子６の中に閉じ込めることができる。
【００１５】
弾性波素子６は、圧電体７と第１誘電体層９との境界面と凸部１１の下端までの高さをｔ１とし、凸部１１の上端から凸部１１の下端までの高さをｔ２とし、ＩＤＴ電極８の膜厚をｈとし、ＩＤＴ電極８で励振される主要波であるＳＨ波の波長をλとしたとき、ｔ１≦０．２８λ、かつ０＜ｔ２≦１．５ｈ、又は０．２８＜ｔ１≦０．３λ、かつ０＜ｔ２≦０．５８ｈを満たす。また、弾性波素子６は、凸部１１の下端の幅をＬ１とし、凸部１１の上端の幅をＬ２としたとき、Ｌ２≦Ｌ１を満たす。これらの条件を満たす場合に、特に、主要波であるＳＨ波の電気機械結合係数が大きくなり、弾性波素子６を例えばＵＭＴＳのバンドＩ等の広い送信受信帯域ギャップを有するデュプレクサに適用する場合、良好なフィルタ特性を得ることが容易となる。このことを以下、図２〜図６を用いて説明する。
【００１６】
図２は本発明の実施の形態１に係る弾性波素子の特性の説明図である。すなわち、第１誘電体層９の膜厚ｔ１が０．２５λの場合に凸部１１の高さｔ２を変化させたときの弾性波素子６の主要波の電気機械結合係数の変化を示した図である。図２において、横軸は、（凸部の高さｔ２）／（ＩＤＴ電極の膜厚ｈ）であり、縦軸は主要波の電気機械結合係数である。
【００１７】
ここで、圧電体７として、２５度回転Ｙ板のニオブ酸リチウムを用い、ＩＤＴ電極８の膜厚が０．１λの銅を用い、第１誘電体層９として、膜厚ｔ１が０．２５λの酸化ケイ素を用い、第２誘電体層１０として、膜厚がλの窒化シリコンを用いた。なお、凸部１１の下端の幅Ｌ１は、ＩＤＴ電極８の電極指の幅ｐ１と等しい。なお、ＩＤＴ電極８の電極指の幅ｐ１の方向は、主要波の伝播方向と同じ方向である。
【００１８】
図２に示すように、凸部１１によって、弾性波素子６の主要波の電気機械結合係数が向上する。特に、凸部１１の高さｔ２が０．０３８λ以上０．１５λ以下の場合、即ち、ＩＤＴ電極８の膜厚ｈの０．３８倍以上１．５倍以下の場合に、弾性波素子６の主要波の電気機械結合係数が更に向上する。
【００１９】
図３は本発明の実施の形態１に係る弾性波素子の特性の説明図である。すなわち、第１誘電体層９の膜厚ｔ１が０．２８λの場合に凸部１１の高さｔ２を変化させたときの弾性波素子６の主要波の電気機械結合係数の変化を示した図である。図３において、横軸は、（凸部の高さｔ２）／（ＩＤＴ電極の膜厚ｈ）であり、縦軸は主要波の電気機械結合係数である。
【００２０】
ここで、図２の場合と同様に、圧電体７として、２５度回転Ｙ板のニオブ酸リチウムを用い、ＩＤＴ電極８の膜厚が０．１λの銅を用い、第１誘電体層９として、膜厚ｔ１が０．２８λの酸化ケイ素を用い、第２誘電体層１０として、膜厚がλの窒化シリコンを用いた。なお、凸部１１の下端の幅Ｌ１及び凸部１１の上端の幅Ｌ２は、ＩＤＴ電極８の電極指の幅ｐ１と等しい。
【００２１】
図３に示すように、凸部１１の高さｔ２が０．１５λ以下の場合、即ち、ＩＤＴ電極８の膜厚ｈの１．５倍以下の場合に、弾性波素子６の主要波の電気機械結合係数が向上する。
【００２２】
図４は、本発明の実施の形態１に係る弾性波素子の特性の説明図である。すなわち、第１誘電体層９の膜厚ｔ１が０．３λの場合に凸部１１の高さｔ２を変化させたときの弾性波素子６の主要波の電気機械結合係数の変化を示した図である。図４において、横軸は、（凸部の高さｔ２）／（ＩＤＴ電極の膜厚ｈ）であり、縦軸は主要波の電気機械結合係数である。
【００２３】
ここで、図２の場合と同様に、圧電体７として、２５度回転Ｙ板のニオブ酸リチウムを用い、ＩＤＴ電極８の膜厚が０．１λの銅を用い、第１誘電体層９として、膜厚ｔ１が０．３λの酸化ケイ素を用い、第２誘電体層１０として、膜厚がλの窒化シリコンを用いた。なお、凸部１１の下端の幅Ｌ１及び凸部１１の上端の幅Ｌ２は、ＩＤＴ電極８の電極指の幅ｐ１と等しい。
【００２４】
図４に示すように、凸部１１の高さｔ２が０．０５８λ以下の場合、即ち、ＩＤＴ電極８の膜厚ｈの０．５８倍以下の場合に、弾性波素子６の主要波の電気機械結合係数が向上する。
【００２５】
図５は、本発明の実施の形態１に係る弾性波素子の特性の説明図である。すなわち、第１誘電体層９の膜厚ｔ１が０．４λの場合に凸部１１の高さｔ２を変化させたときの弾性波素子６の主要波の電気機械結合係数の変化を示した図である。図５において、横軸は、（凸部の高さｔ２）／（ＩＤＴ電極の膜厚ｈ）であり、縦軸は主要波の電気機械結合係数である。
【００２６】
ここで、図２の場合と同様に、圧電体７として、２５度回転Ｙ板のニオブ酸リチウムを用い、ＩＤＴ電極８の膜厚が０．１λの銅を用い、第１誘電体層９として、膜厚ｔ１が０．４λの酸化ケイ素を用い、第２誘電体層１０として、膜厚がλの窒化シリコンを用いた。なお、凸部１１の下端の幅Ｌ１及び凸部１１の上端の幅Ｌ２は、ＩＤＴ電極８の電極指の幅ｐ１と等しい。
【００２７】
図５に示すように、凸部１１の高さｔ２が如何なる値であろうとも、凸部１１によって、弾性波素子６の主要波の電気機械結合係数は低下する。
【００２８】
図２〜図５からわかるように、圧電体７と第１誘電体層９との境界面と凸部１１の下端までの高さｔ１が０．２５λ以上０．２８λ以下の場合は、凸部の高さｔ２がＩＤＴ電極８の膜厚ｈの１．５倍以下のときに、又はｔ１が０．２８λより大きく０．３λ以下の場合は、ｔ２がｈの０．５８倍以下のときに、主要波であるＳＨ波の電気機械結合係数が向上する。
【００２９】
図６は、本発明の実施の形態１に係る弾性波素子の特性の説明図である。すなわち、第１誘電体層９の膜厚ｔ１が０．２５λであって、凸部１１の下端の幅Ｌ１及び凸部１１の上端の幅Ｌ２がＩＤＴ電極８の電極指の幅ｐ１の０．３２倍、０．６倍、１倍、１．４倍、及び１．８倍の場合に、凸部１１の高さｔ２を変化させたときの弾性波素子６の主要波の電気機械結合係数の変化を示した図である。図６において、横軸は、（凸部の高さｔ２）／（ＩＤＴ電極の膜厚ｈ）であり、縦軸は主要波の電気機械結合係数である。
【００３０】
ここで、図２の場合と同様に、圧電体７として、２５度回転Ｙ板のニオブ酸リチウムを用い、ＩＤＴ電極８の膜厚が０．１λの銅を用い、第１誘電体層９として、膜厚ｔ１が０．２５λの酸化ケイ素を用い、第２誘電体層１０として、膜厚がλの窒化シリコンを用いた。
【００３１】
図６に示すように、凸部１１の下端の幅Ｌ１がＩＤＴ電極の電極指の幅ｐ１より大きくとも小さくとも、０＜ｔ１≦０．２８λ、かつ０＜ｔ２≦１．５ｈ、又は、０．２８＜ｔ１≦０．３λ、かつ０＜ｔ２≦０．５８ｈという条件のもと、主要波であるＳＨ波の電気機械結合係数が向上する。なお、凸部１１の下端の幅Ｌ１がＩＤＴ電極８の電極指の幅ｐ１の０．５倍より小さい場合、例えば、凸部１１の下端の幅Ｌ１がＩＤＴ電極の電極指の幅ｐ１の０．３２倍の場合、主要波であるＳＨ波の電気機械結合係数は低下する。
【００３２】
図７は、本発明の実施の形態１に係る弾性波素子の特性の説明図である。すなわち、凸部１１の下端の幅Ｌ１と上端の幅Ｌ２の関係がＬ２＜Ｌ１を満たすと凸部１１が上に向かい細くなる弾性波素子６の特性を示す。
【００３３】
図７において、第１誘電体層９の膜厚ｔ１が０．２５λであって、凸部１１の下端の幅Ｌ１がＩＤＴ電極８の電極指の幅ｐ１の０．６倍かつ凸部１１の上端の幅Ｌ２がＩＤＴ電極８の電極指の幅ｐ１の０．３倍、凸部１１の下端の幅Ｌ１がＩＤＴ電極８の電極指の幅ｐ１の１倍かつ凸部１１の上端の幅Ｌ２がＩＤＴ電極８の電極指の幅ｐ１の０．５倍、凸部１１の下端の幅Ｌ１がＩＤＴ電極８の電極指の幅ｐ１の１．４倍かつ凸部１１の上端の幅Ｌ２がＩＤＴ電極８の電極指の幅ｐ１の０．７倍、及び凸部１１の下端の幅Ｌ１がＩＤＴ電極８の電極指の幅ｐ１の１．８倍かつ凸部１１の上端の幅Ｌ２がＩＤＴ電極８の電極指の幅ｐ１の０．９倍の場合に、凸部１１の高さｔ２を変化させたときの弾性波素子６の主要波の電気機械結合係数の変化を示す。図７の横軸は、（凸部の高さｔ２）／（ＩＤＴ電極の膜厚ｈ）であり、図７の縦軸は主要波の電気機械結合係数である。
【００３４】
ここで、図２の場合と同様に、圧電体７として、２５度回転Ｙ板のニオブ酸リチウムを用い、ＩＤＴ電極８の膜厚が０．１λの銅を用い、第１誘電体層９として、膜厚ｔ１が０．２５λの酸化ケイ素を用い、第２誘電体層１０として、膜厚がλの窒化シリコンを用いた。この場合、特に、凸部１１の下端の幅Ｌ１がＩＤＴ電極８の電極指の幅ｐ１より大きい場合、凸部の形状がＬ２＜Ｌ１である弾性波素子６の主要波の電気機械結合係数は、凸部の形状がＬ１＝Ｌ２である弾性波素子６の主要波の電気機械結合係数より更に大きくなる。
【００３５】
なお、第１誘電体層９の上記形状を得る方法として、弾性波素子６の製造工程において、圧電体７側にバイアスを印加しながらスパッタリングで成膜を行う、いわゆるバイアス(Ｂｉａｓ)スパッタリング法が挙げられる。
【００３６】
例えば、酸化ケイ素のターゲットをスパッタリングすることにより圧電体７上に第１誘電体層９を堆積させると同時に、バイアスにより圧電体７上の第１誘電体層９の一部をスパッタリングする。すなわち、第１誘電体層９を堆積させながら一部を削ることにより、第１誘電体層９の形状をコントロールする。その際、第１誘電体層９の形状をコントロールする手段としては、第１誘電体層９を堆積させる途中で圧電体７に印加するバイアスとスパッタリング電力の比を変化させたり、成膜の初期は圧電体７にバイアスをかけずに成膜し、途中から成膜と同時にバイアスを印加したりすればよい。この際、圧電体２１の温度についても管理を行う。
【００３７】
図８は本発明の実施の形態１に係る弾性波素子の他の断面模式図である。図８において、凸部１１の上端の幅Ｌ２を、ＩＤＴ電極８の電極指の幅Ｐ１よりも小さくすることにより、弾性波素子６の主要波の電気機械結合係数が更に大きくなる。また、第１誘電体層９の質量付加効果によるＩＤＴ電極８の反射率が高まり、弾性波素子６の電気的特性が向上する。
【００３８】
なお、その凸部１１の上端から下端にかけて下に凸な曲線となる凹凸形状を有することが望ましい。これにより、凸部１１における第１の誘電体層９の質量付加が連続的かつ緩やかに変化する。その結果、第１の誘電体層９の形状に起因する不要な反射を発生させることを抑制しつつ、弾性波素子６の主要波の電気機械結合係数を向上することができる。
【００３９】
また、凸部１１の上端の幅は、さらにＩＤＴ電極８の電極指幅の１／２以下であることが望ましい。さらに、凸部１１の上端の中心位置は、ＩＤＴ電極８の電極指の中心位置の上方に略一致していることが望ましい。これにより、弾性波素子５の電気的特性が更に向上する。
【００４０】
また、凸部１１の高さをｔ２、ＩＤＴ電極８の膜厚をｈとしたときに、０．１８λ＜ｔ２≦ｈを満たすことが望ましい。これは、図７に示すように、０．６≦Ｌ１／ｐ１≦１．８の場合、ｔ２が０．１８λ以上で、第１誘電体層９の表面をフラットにしたものに対して主要波の電気機械結合係数が向上するからである。
【００４１】
一方、ＩＤＴ電極８の膜厚ｈより高くすると、さらに、この第１誘電体層９を作成するための新たな工程を追加することが必要となり、製造方法が煩雑となる。
【００４２】
上記ではＩＤＴ電極８を銅を主成分とする金属で説明したが、ＩＤＴ電極８は、銅に限るものではない。
【００４３】
図９は本発明の実施の形態１に係る弾性波素子の特性の説明図である。すなわち、ＩＤＴ電極８がモリブデン（比重１０．２２）である場合について、第１誘電体層９の膜厚ｔ１が０．２５λ、０．２８λ、０．３λの場合に凸部１１の高さｔ２を変化させたときの弾性波素子６の主要波の電気機械結合係数の変化を示した図である。図９において、横軸は、（凸部の高さｔ２）／（ＩＤＴ電極の膜厚ｈ）であり、縦軸は主要波の電気機械結合係数である。
【００４４】
ここで、圧電体７として、２５度回転Ｙ板のニオブ酸リチウムを用い、ＩＤＴ電極８の膜厚が０．１λのモリブデンを用い、第１誘電体層９として、膜厚ｔ１が０．２８λの酸化ケイ素を用い、第２誘電体層１０として、膜厚がλの窒化シリコンを用いた。なお、凸部１１の下端の幅Ｌ１及び凸部１１の上端の幅Ｌ２は、ＩＤＴ電極８の電極指の幅ｐ１と等しい。このように、ＩＤＴ電極が銅以外の例えばモリブデンの場合も、弾性波素子６の主要波の電気機械結合係数が向上する。
【００４５】
なお、本実施の形態１の弾性波素子６を共振器（図示せず）に適用しても構わないし、ラダー型フィルタもしくはＤＭＳフィルタ等のフィルタ（図示せず）に適用しても構わない。さらに、弾性波素子６を、このフィルタと、フィルタに接続された半導体集積回路素子（図示せず）と、半導体集積回路素子（図示せず）に接続されたスピーカや表示部等の再生装置とを備えた電子機器に適用しても良い。これにより、共振器、フィルタ、及び電子機器における通信品質を向上することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明に係る弾性波素子は、主要波の電気機械結合係数が大きくなるという特徴を有し、携帯電話等の電子機器に適用可能である。
【符号の説明】
【００４７】
６    弾性波素子
７    圧電体
８    ＩＤＴ電極
９    第１誘電体層
１０    第２誘電体層
１１    凸部
【図１】
2010052914.tif 000003
【図２】
2010052914.tif 000004
【図３】
2010052914.tif 000005
【図４】
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【図５】
2010052914.tif 000007
【図６】
2010052914.tif 000008
【図７】
2010052914.tif 000009
【図８】
2010052914.tif 000010
【図９】
2010052914.tif 000011
【図１０】
2010052914.tif 000012
【国際調査報告】
2010052914.tif 000013
2010052914.tif 000014
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