(57)【要約】  本開示の弾性波素子１は、圧電基板２と、圧電基板２上に配置された、ＩＴ電極３を有する。前記ＩＤＴ電極３は、Ａｌからなる第１層３５とＣｕＡｌ２合金からなる第２層３７との積層構造を備えている。第２層３７により、耐電力性に優れた弾性波素子１を提供することができる。
2019009373.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電基板と、
該圧電基板上に配置された、副成分１０％以下のＡｌからなる第１層とＣｕＡｌ２合金からなる第２層との積層構造を備えるＩＤＴ電極と、を備える弾性波素子。
【請求項２】
前記第１層と前記第２層との合計厚みに対して前記第２層の厚みの割合が５６％以下である、請求項１に記載の弾性波素子。
【請求項３】
前記第１層と前記第２層との合計厚みに対して前記第２層の厚みの割合が２０％以上である、請求項１または２に記載の弾性波素子。
【請求項４】
前記第１層と前記第２層との間に、導電性を有する中間層を備える、請求項１乃至３のいずれかに記載の弾性波素子。
【請求項５】
前記圧電基板は、Ｙ回転Ｘ伝搬タンタル酸リチウム単結晶基板からなり、そのカット角は４６°以上である、請求項１乃至４のいずれかに記載の弾性波素子。
【請求項６】
前記ＩＤＴ電極は、前記圧電基板側に前記第２層が位置している、請求項１乃至５のいずれかに記載の弾性波素子。
【請求項７】
前記第２層は、その外縁から内側に離れた位置に周囲に比べ厚みの薄い部分を有する、請求項６に記載の弾性波素子。
【請求項８】
前記第２層は、前記第１層よりも結晶性が低い、請求項１乃至７のいずれかに記載の弾性波素子。
【請求項９】
前記圧電基板と前記ＩＤＴ電極との間に導電性を有する下地層を備え、
前記下地層は、断面視して、前記電極指と接する幅よりも前記圧電基板と接する幅が広い、請求項１乃至８のいずれかに記載の弾性波素子。
【請求項１０】
前記第１層は、副成分としてＣｕを含み、厚み方向においてＣｕを多く含む領域を備える、請求項１乃至８のいずれかに記載の弾性波素子。
【請求項１１】
少なくとも１つの請求項１〜１０のいずれかに記載された弾性波素子と、前記圧電基板上に配置された少なくとも１つの共振子と、がラダー型に接続されているフィルタ素子。
【請求項１２】
アンテナと、
該アンテナに電気的に接続された請求項１１に記載のフィルタ素子と、
該フィルタ素子に電気的に接続されたＲＦ−ＩＣとを備える通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、弾性波素子、フィルタ素子および通信装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、移動体端末等の通信装置において、アンテナから送信・受信される信号をフィルタリングする分波器に弾性波素子が用いられている。弾性波素子は、圧電基板と、圧電基板に形成された励振電極によって構成されている。弾性波素子は、励振電極と圧電基板との関係で電気信号と弾性表面波とを相互に変換することができる特性を利用するものである。【０００３】
分波器は、複数の弾性波素子を用いることによって、例えば、受信フィルタおよび送信フィルタを構成している（特許文献１等を参照）。分波器は、複数の弾性波素子を組み合わせることにより、受信帯域と送信帯域の通過帯域が設定される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２１４９０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このような分波器において、耐電力を高めることが求められている。分波器の耐電力を高めるにはそれを構成する弾性波素子の耐電力を高めることが必要である。【０００６】
本開示はかかる実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、高い耐電力を有する弾性波素子、フィルタ素子および通信装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示の一実施形態に係る弾性波素子は、圧電基板と、該圧電基板上に配置された、副成分１０％未満のＡｌからなる第１層とＣｕＡｌ２合金からなる第２層との積層構造を備えるＩＤＴ電極と、を備える。【０００８】
本開示の一実施形態に係るフィルタ素子は、上述に記載の弾性波素子と、前記圧電基板上に配置された、直列共振子および並列共振子と、を含み、それぞれがラダー型に接続されている。【０００９】
本開示の一実施形態に係る通信装置は、アンテナと、該アンテナに電気的に接続された上述のフィルタ素子と、該フィルタ素子に電気的に接続されたＲＦ−ＩＣとを備える。
【発明の効果】
【００１０】
本開示の弾性波素子、フィルタ素子および通信装置によれば、耐電力を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本開示の一実施形態に係る弾性波素子の構成を示す平面図である。
【図２】図１の弾性波素子において、ＩＩ−ＩＩ線で切断した断面の要部拡大図である。
【図３】電極材料の組成比と耐電力との相関を示す線図である。
【図４】ＩＤＴ電極の一部を拡大した要部拡大断面図である。
【図５】図１の弾性波素子における、共振特性に優れたＩＤＴ電極３の総厚みとその中の第２層の割合との関係を示す線図である。
【図６】図１の弾性波素子における、ＩＤＴ電極３の総厚みに対する第２層の割合と、最大応力および相対電気抵抗比率との関係を示す線図である。
【図７】図１の弾性波素子における、ＩＤＴ電極３の総厚みに対する第２層の割合と、破壊電力改善量との関係を示す線図である。
【図８】弾性波素子の変形例を示す要部拡大断面図である。
【図９】弾性波素子の変形例を示す要部拡大断面図である。
【図１０】電極指３２の応力分布を示す線図である。
【図１１】弾性波素子の変形例を示す要部拡大断面図である。
【図１２】本開示の一実施形態に係る通信装置を説明する概略図である。
【図１３】本開示の一実施形態に係る分波器を説明する回路図である。
【図１４】実施例および比較例の周波数特性を示す線図である。
【図１５】図１５（ａ）および図１５（ｂ）は、本開示の弾性波素子の変形例を示す要部拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本開示の一実施形態に係る弾性波素子、フィルタ素子および通信装置について、図面を参照して説明する。なお、以下の説明で用いられる図は模式的なものであり、図面上の寸法比率等は現実のものとは必ずしも一致していない。
【００１３】
弾性波素子は、いずれの方向が上方または下方とされてもよいものであるが、以下では、便宜的に、直交座標系ｘｙｚを定義するとともに、ｚ方向の正側を上方として、上面、下面等の用語を用いるものとする。
【００１４】
＜弾性波素子の構成の概要＞
図１は、本開示の一実施形態に係る弾性波（ＳＡＷ：Surface Acoustic Wave）素子１の構成を示す平面図である。図２は図１のＩＩ−ＩＩ線における要部拡大断面図である。ＳＡＷ素子１は、図１に示すように、圧電基板２、圧電基板２の上面２Ａに設けられた励振（ＩＤＴ：Interdigital Transducer）電極３および反射器４を有している。
【００１５】
圧電基板２は、ニオブ酸リチウム結晶やタンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３，以下、ＬＴという）結晶からなる圧電性を有する単結晶の基板によって構成されている。本例ではＹ回転Ｘ伝搬のＬＴ基板を用いる場合を例に説明する。なお、ＬＴ基板のカット角については後述する。圧電基板２の平面形状および各種寸法は適宜に設定されてよい。一例として、圧電基板２の厚み（ｚ方向）は、０．２ｍｍ以上０．５ｍｍ以下である。
【００１６】
ＩＤＴ電極３は、図１に示すように、２つの櫛歯電極３０を有している。櫛歯電極３０は、図１に示すように、互いに対向する２本のバスバー３１と、各バスバー３１から他のバスバー３１側へ延びる複数の電極指３２とを有している。そして、１対の櫛歯電極３０は、一方に接続された電極指３２と他方に接続された電極指３２とが、弾性波の伝搬方向に互いに噛み合うように（交差するように）配置されている。
【００１７】
また、櫛歯電極３０は、それぞれの電極指３２と対向するダミー電極指３３を有している。なお、ダミー電極指３３を配置しなくてもよい。
【００１８】
バスバー３１は、例えば、概ね一定の幅で直線状に延びる長尺状に形成されている。従って、バスバー３１の互いに対向する側の縁部は直線状である。複数の電極指３２は、例えば、概ね一定の幅で直線状に延びる長尺状に形成されており、弾性波の伝搬方向に概ね一定の間隔で配列されている。
【００１９】
ＩＤＴ電極３を構成する一対の櫛歯電極３０の複数の電極指３２は、ピッチＰｔ１となるように設定されている。ピッチＰｔ１は、例えば、共振させたい周波数での弾性波の波長λの半波長と同等となるように設けられている。波長λ（すなわち、２×Ｐｔ１）は、例えば、１．５μｍ以上６μｍ以下である。ＩＤＴ電極３は、ほとんどの複数の電極指３２がピッチＰｔ１となるように配置することにより、複数の電極指３２が一定の周期となるような配置となるため、弾性波を効率よく発生させることができる。
【００２０】
ここでピッチＰｔ１は、伝搬方向において、一方の電極指３２の中心から、当該一方の電極指３２に隣接する他方の電極指３２の中心までの間隔を指すものである。各電極指３２は、弾性波の伝搬方向における幅ｗ１が、ＳＡＷ素子１に要求される電気特性等に応じて適宜に設定される。電極指３２の幅ｗ１は、例えば、ピッチＰｔ１に対して０．３倍以上０．７倍以下である。
【００２１】
このように電極指３２を配置することで、複数の電極指３２に直交する方向に伝搬する弾性波が発生する。従って、圧電基板２の結晶方位を考慮したうえで、２本のバスバー３１は、弾性波を伝搬させたい方向に交差する方向において互いに対向するように配置される。複数の電極指３２は、弾性波を伝搬させたい方向に対して直交する方向に延びるように形成される。なお、弾性波の伝搬方向は複数の電極指３２の向き等によって規定されるが、本実施形態では、便宜的に、弾性波の伝搬方向を基準として、複数の電極指３２の向き等を説明することがある。
【００２２】
各電極指３２の本数は片側あたり５０〜３５０本である。複数の電極指３２の長さ（バスバーから先端までの長さ）は、例えば、概ね同じに設定される。対向する電極指３２同士の噛み合う長さ（交差幅）は１０〜３００μｍである。
【００２３】
ＩＤＴ電極３は、例えば、金属の導電層１５によって構成されている。この金属の材料およびこの導体層１５の厚みＳ（ｚ方向）については後述する。
【００２４】
ＩＤＴ電極３は、圧電基板２の上面２Ａに直接配置されていてもよいし、別の部材からなる下地層を介して圧電基板２の上面２Ａに配置されていてもよい。別の部材は、例えば、Ｔｉ、Ｃｒ、あるいはこれらの合金等からなる。下地層を介してＩＤＴ電極３を圧電基板２の上面２Ａに配置する場合は、別の部材の厚みはＩＤＴ電極３の電気特性に殆ど影響を与えない程度の厚み（例えば、Ｔｉの場合はＩＤＴ電極３の厚みの５％の厚み以内）に設定される。
【００２５】
この下地層は、断面視して、ＩＤＴ電極３の電極指３２と接する幅よりも圧電基板２と接する幅の方を大きくしてもよい。その場合には、下地層によっても耐電力性を高めることができる。
【００２６】
ＩＤＴ電極３は、電圧が印加されると、圧電基板２の上面２Ａ付近においてｘ方向に伝搬する弾性波を励起する。励起された弾性波は、電極指３２の非配置領域（隣接する電極指３２間の長尺状の領域）との境界において反射する。そして、電極指３２のピッチＰｔ１を半波長とする定在波が形成される。定在波は、当該定在波と同一周波数の電気信号に変換され、電極指３２によって取り出される。このようにして、ＳＡＷ素子１は、１ポート共振子として機能する。
【００２７】
反射器４は、弾性波の伝搬方向においてＩＤＴ電極３を挟むように配置されている。反射器４は、概ねスリット状に形成されている。
【００２８】
保護層５は、図２に示すように、ＩＤＴ電極３および反射器４上を覆うように、圧電基板２上に設けられている。具体的には、保護層５は、ＩＤＴ電極３および反射器４の表面を覆うとともに、圧電基板２の上面２ＡのうちＩＤＴ電極３および反射器４から露出する部分を覆っている。保護層５の厚みは、例えば、１ｎｍ以上、ＩＤＴ電極３の厚みの２０％以下である。
【００２９】
保護層５は、絶縁性を有する材料からなり、腐食等から保護することに寄与する。また、保護層５は、温度が上昇すると弾性波の伝搬速度が速くなるＳｉＯ２などの材料によって形成されてもよく、これによって弾性波素子１の温度の変化による電気特性の変化を小さく抑えることもできる。また、耐湿性向上のためにＳｉＮｘ等の材料を用いてもよい。
【００３０】
（圧電基板２とＩＤＴ電極３との関係）
従来より弾性波素子において、弾性波の励振効率、放射損失、電気抵抗等を考慮して、カット角４２°のＬＴ基板上に、弾性波の波長比の厚み約８％のＡｌからなるＩＤＴ電極を設けた構成が一般的である（以下、本構成の弾性波素子を比較モデルという）。
【００３１】
これに対して、近年、弾性波素子に入力される高周波信号の電力が大きくなっていることから、Ａｌからなる電極よりも耐電力性に優れた電極が求められている。
【００３２】
しかしながら、単にＭｏ等の高い強度を有する電極材料に置き換えるのみでは、弾性波の励振効率、放射損失、電気抵抗の各特性がトレードオフの関係にあるため、Ａｌからなる電極に置き換えるに足る特性を発現させることはできなかった。
【００３３】
そこで、本実施形態に係るＳＡＷ素子１では、まず、耐電力を改善し、かつ、現状のＡｌ電極と同等程度の各特性を発現することのできる可能性のある材料としてＣｕを選出した。以下、具体的な電極構成について検討する。
【００３４】
＜Ｃｕを含む層の組成比＞
まず、Ｃｕを含む層として最も耐電力性を高めることのできる組成比を検討した。具体的には、ＣｕとＡｌとの組成比を変化させてなるＩＤＴ電極３を形成し、その耐電力を測定した。
【００３５】
その結果を、図３に示す。図３において、横軸はＣｕとＡｌとの比率を示し、縦軸は耐電力（ｄＢｍ）を示している。なお、ＣｕとＡｌとの組成比はＣｕ−Ａｌ合金として存在する値を設定した。なお、Ｃｕ１００％の場合には、耐電力試験中に酸化され、低い耐電力性を示す結果となった。また、Ａｌ１００％の場合が比較モデルの耐電力である。この結果、Ｃｕ：Ａｌの組成比３：２とした場合以外はいずれも比較モデルに比べ耐電力が向上していることを確認した。特に、Ｃｕ：Ａｌの組成比を１：２とした合金（すなわちＣｕＡｌ２合金）としたときに、耐電力性を最も高めることができることを確認した。これにより、Ｃｕを含む層は、ＣｕＡｌ２合金で構成することとした。このようにＣｕを含む層を合金で構成することにより、Ｃｕ単体の層に比べて酸化還元されにくくなり、電極としての信頼性を高めることができる。
【００３６】
＜ＩＤＴ電極３の電極構成＞
耐電力の観点からは、ＩＤＴ電極３としてＣｕＡｌ２からなる層を用いることが好ましいが、弾性波の励振効率、放射損失等の特性を同時に向上させるために、ＩＤＴ電極３の構成について検討した。具体的には、図４に示すように、ＩＤＴ電極３を、Ａｌからなる第１層３５とＣｕを含む（ＣｕＡｌ２からなる）第２層３６との積層構造で構成されるモデルを作成し、圧電基板２のカット角とＩＤＴ電極３の各層の厚みとの関係を異ならせたときの、弾性波の励振効率、放射損失等の特性をシミュレーションした。具体的には、各モデルにおいて共振周波数におけるロスが最小になる厚みの組み合わせを求めた。シミュレーションの結果から見出された、各カット角における第１層３５と第２層３７との最適な膜厚比率を図５に示す。
【００３７】
図５において、横軸はＩＤＴ電極３の合計厚み（以下、総厚みともいう）を波長比で示したものであり、縦軸は、ＩＤＴ電極３の総厚みに対する第２層３７の割合を示している。なお、基本的には図４に示すような第１層３５と第２層３７との積層構造としているが、第２層３７が０％の場合および１００％の場合双方についてもシミュレーションを行なっている。すなわち、ＩＤＴ電極３を第１層３５のみで構成する場合についても、第２層３７のみで構成する場合についてもそれぞれシミュレーションを行なっている。
【００３８】
図５からも明らかなように、圧電基板２のカット角を４２°から４８°まで増加させるに従い、ＩＤＴ電極３の総厚みは厚くなっていることが確認できた。各カット角における最適な膜厚比率の変化の様子はカット角に依存せずに同様の傾向を示していた。すなわち、ＩＤＴ電極３の総厚みに対する第２層３７の割合の傾向は、カット角を異ならせた場合も同様であることを確認できた。また、第２層３７の割合を１５％〜５０％の範囲（０．１５〜０．５の範囲）で変化させても、ロスを最小とするための電極総厚みは一定値となることを確認した。
【００３９】
ＩＤＴ電極３の総厚み、第１層３５の厚み、第２層３７の厚みが、図５に示す関係を満たす場合には、第１層３５よりも引っ張り強さの大きい材料からなる第２層３７の存在により、ＩＤＴ電極３の耐電力を高めることができることに加え、弾性波の放射損失を抑え励振効率を高めることができる。以上より、耐電力に優れ、かつ、損失の少ないＳＡＷ素子１を提供できるものとなる。
【００４０】
なお、上述の関係は、圧電基板２のカット角及びＩＤＴ電極３の材料（積層構造）を変えたときに、共振周波数における弾性波の放射損失が最小となる値をシミュレーションにより求め、その相関関係を示したものである。また、その妥当性を実測値でも検証したものである。
【００４１】
このような第１層３５としては、ＡｌまたはＡｌを主成分とするＡｌ合金を用いることができる。すなわち、副成分が１０％未満のＡｌ合金を用いることができる。例えば、ＡｌにＣｕを１％〜３％程度添加したＡｌ−Ｃｕ合金や、Ｍｇをさらに０．５％〜３％程度添加したＡｌ−Ｃｕ−Ｍｇ合金等を用いることができる。この場合には、ＣｕやＭｇは、主にＡｌの結晶粒の粒界に位置することとなる。なお、第１層３５は、副成分を５％未満の濃度で含むＡｌとしてもよい。その場合には、Ａｌの結晶性を高めることができるので信頼性および電気特性を向上させることができる。
【００４２】
そして、第２層３７としては、ＣｕＡｌ２合金を用いることができる。第２層３７は、粒界に偏析したり、ＣｕＡｌ２結晶に固溶したりする程度の不純物を含んでいてもよい。このような不純物は例えば５％未満としてもよい。不純物濃度を２％未満としてもよい。
【００４３】
また、図４には、第２層３７を圧電基板２に近い側に配置した例を示したがこの例に限定されない。例えば、第１層３５を圧電基板２側に配置してもよい。
【００４４】
第２層３７を圧電基板２側に配置した場合には、振動の強い圧電基板２に近い側に強度の強い第２層３７を設けることができるので、耐電力性に優れたＳＡＷ素子１を提供できるものとなる。また、ＩＤＴ電極３の重心を下方に移動させることができるので、電気機械結合係数を小さくすることができ、伝搬損失を小さくすることができる。
【００４５】
なお、弾性波の放射損失は、ＩＤＴ電極３を構成する材料の密度も関係するため、ＩＤＴ電極３の上にいわゆる質量付加膜が設けられている場合や、ＩＤＴ電極３が絶縁材料に埋め込まれているような場合には、上述の関係は成立しない。「埋め込まれている」とは、例えば、絶縁材料の厚みがＩＤＴ電極３の厚みの半分以上の場合等を表す。
【００４６】
また、第２層３７の結晶性は特に限定されない。アモルファス状であってもいいし、多結晶体となっていてもよい。
【００４７】
（変形例１）
ＳＡＷ素子１の変形例について説明する。
【００４８】
第２層３７の割合が大きくなるにつれて耐電力性は高まる。しかしながら、第２層３７の割合が大きくなると電極としての電気抵抗が高まり、その結果、電気的な損失が大きくなる。
【００４９】
そこで、第２層３７により耐電力を高めつつ、電気抵抗が悪化しない膜厚の組み合わせを検討した。具体的には、図５で明らかとなった第１層３５と第２層３７との最適膜厚比率を満たすＩＤＴ電極３を有するＳＡＷ素子１において、第１層３５および第２層３７のそれぞれに加わる最大応力と、ＩＤＴ電極３の比較モデルに対する相対的な電気抵抗率とをそれぞれシミュレーションした。その結果を、図６に示す。
【００５０】
図６において、横軸はＩＤＴ電極３の総厚みに対する第２層３７の厚みの割合を示し、縦軸は、左側が最大応力（単位：ＭＰａ）を、右側が第１層３５のみでＩＤＴ電極３が構成される場合の電気抵抗に比べた場合の電気抵抗率を示している。なお、図６において圧電基板２のカット角は４６°の場合を例示している。
【００５１】
図６からも明らかなように、第２層３７の厚みが厚くなるにつれ第１層３５にかかる応力が減少していく様子を確認できた。その一方で、第２層３７の比率が５６％を超えると、急激に電気抵抗率が高くなる様子が確認できた。このような電気特性の悪化傾向は、他のカット角においても同様であった。このため、第２層３７のＩＤＴ電極３総厚みに対する膜厚比率を５６％以下としてもよい。このような構成とすることで、耐電力性に優れ、かつ、電気抵抗によるロスの発生を低減したＳＡＷ素子１を提供することができる。
【００５２】
また、圧電基板２のカット角が４６°の場合には、第２層３７の比率を２７％以下とすると電気抵抗が第１層３５のみとしたときと略同等とすることができる。
【００５３】
次に、第１層３５と第２層３７との最適膜厚比率を満たすＩＤＴ電極３を有するＳＡＷ素子１を作製し、破壊電力を測定した。その結果を、図７に示す。図７において、横軸はＩＤＴ電極３の総厚みに対する第２層３７の厚みの割合を示し、縦軸は破壊電力（単位：ｄＢｍ）を示している。なお、ＩＤＴ電極３の破壊には、マイグレーションとスパークとの２つのモードがあり、それぞれが発生した電力をプロットしている。
【００５４】
この図からも明らかなように、ＩＤＴ電極３の総厚みに対する第２層３７の厚みの割合が２０％を下回ると、破壊電力が急激に低くなることが分かった。以上より、ＩＤＴ電極３の総厚みに対する第２層３７の厚みの割合が２０％以上とすることで、耐電力性を高めることができることを確認した。なお、ＩＤＴ電極３の総厚みに対する第２層３７の厚みの割合が２０％を超える場合には、図６の第１層３５にかかる最大応力が第１層３５のみでＩＤＴを構成する場合に比べて５０％以下となることからも、ＩＤＴ電極３全体の耐電力性を高めることができることを確認できる。
【００５５】
（変形例２）
変形例１では、第１層３５と第２層３７との比率を最適化することで電気抵抗の増加を低減する構成について説明したが、圧電基板２のカット角を調整して電気抵抗を低下させてもよい。
【００５６】
第２層３７の割合が大きくなると、電極としての電気抵抗が高まり、その結果、電気的な損失が大きくなる。一方で、図５に示す通り、圧電基板２のカット角を大きくするに従い、総厚みを厚くすることができることが分かる。
【００５７】
以上より、第２層３７の割合を高めて耐電力性を高める一方で、圧電基板２のカット角を大きくして電気抵抗を小さくするようにしてもよい。具体的には、電極としての電気抵抗を比較モデルに比べて同程度以下とするようにしてもよい。
【００５８】
電極としての電気抵抗特性を比較するために、ＦＯＭ（Ｆｉｇｕｒｅ  ｏｆ  Ｍｅｒｉｔ）を導入する。この例では、ＦＯＭとして、導電率と電極厚みを乗じた値を用いる。なお、積層構造の場合には、それぞれの電極材料について導電率と電極厚みをかけたものを足し合わせることによって、電極全体のＦＯＭを計算するものとする。このようにＦＯＭを定義すると、ＦＯＭが大きいほど電極の単位厚みあたりの電気抵抗が小さいことを示すこととなる。
【００５９】
なお、計算では、導電率はＭＳ／ｃｍ単位で表し（Ｃｕの導電率：０．５８８ＭＳ／ｃｍ、Ａｌの導電率：０．３７０ＭＳ／ｃｍ、ＣｕＡｌ２の導電率：０．１３６ＭＳ／ｃｍとする）、電極の厚みは波長λ（＝２×Ｐｔ）に対する比率で表す。例えば、純Ａｌの電極で膜厚が波長比で８％の場合には、ＦＯＭ＝０．３７０×０．０８＝０．０２９６となる。また、Ｃｕ膜厚３％、Ａｌ膜厚４％の場合には、ＦＯＭ＝０．５８８×０．０３＋０．３７０×０．０４＝０．０３２５となる。
【００６０】
そこで、図５に示す各最適膜厚比を満たすＩＤＴ電極３について、圧電基板２のカット角を異ならせたときのＦＯＭ値を計算した。なお、比較モデルのＦＯＭは０．０２９６である。
【００６１】
その結果、カット角を大きくするに従って、ＦＯＭ値は大きくなり、かつ、比較モデルと同等以上の電気特性を発現することのできる第２層３７の割合を大きくすることができることを確認した。 具体的には、（カット角，第２層３７の割合，総厚み）とすると、（４２°，０．３，０．０８λ）のときのＦＯＭは０．０３３０であり、（４６°，０．３，０．１２λ）のときのＦＯＭは０．０３６０である。このように、いずれの場合も比較モデルと同等以上の電気特性を実現していることが分かった。さらに、カット角を大きくするに従いＦＯＭは大きくなり、比較モデルに比べて大幅にＦＯＭが改善することから、導電率の低い第２層の割合を増やしても（この例では第２層の割合を０．５としても）比較モデルと同等以上の電気特性を得ることができることを確認した。
【００６２】
（変形例３）
上述の例では、第１層３５，第２層３７が圧電基板２上に順に積層された場合について説明したが、この限りではない。例えば、図８に示すように、第１層３５と第２層３７との間に中間層３８を設けてもよい。
【００６３】
中間層３８は、Ｃｕ，Ａｌとの反応性が低く、かつＡｌよりも強度の強い材料からなり、例えば、Ｔｉ，Ｃｒ等の化学的に安定で、かつ、導電性を有する材料からなる層やその積層体で構成してもよい。中間層３８を設けることで、第１層３５，第２層３７間の拡散を低減することができ、その結果、特性の安定したＳＡＷ素子１を提供することができる。
【００６４】
また、中間層３８としてＴｉを用い、かつ、その上に第１層３５を製膜する場合には、Ａｌを＜１１１＞方向へ結晶成長させることができ、結晶性に優れた第１層３５を得ることができる。このため、破壊元となる欠陥の発生を低減することができ、耐電力性を高めることができる。
【００６５】
このような中間層３８の厚みは、ＩＤＴ電極３としての電気特性等に影響のでない範囲の厚みとし、例えば、３ｎｍ以上、ＩＤＴ電極３の総厚みの５％以下の値とすればよい。このような厚みにすることで、上下に位置する層間で元素の拡散防止機能を発するとともに、弾性波の励振および電極としての電気抵抗には悪影響を及ぼすことがない。
【００６６】
なお、図８に示す例では、第２層３７の下側に下地層３４が位置している。このような下地層３４としては、例えばＴｉ等を用いることができる。
【００６７】
なお、図５，７，８等に求められたＩＤＴ電極３の総厚みや、第２層３７の相対膜厚等からは、中間層３８および下地層３４の厚みは除外するものとする。
【００６８】
また、図８に示す例では、１つの第１層３５，１つの第２層３７を設けた場合を例に説明しているが、第１層３５，第２層３７は複数あってもよい。その場合には第１層３５と第２層３７とを交互に積層し、両者の間の全てに中間層３８を設けてもよいし、両者の間の少なくとも一部に中間層３８を設けてもよい。
【００６９】
また、第１層３５と第２層３７との間に加え、第１層３５の厚みの途中に１以上の中間層３８を設けてもよい。この場合には、第１層３５中でのマイグレーションを低減することができるので、耐電力性を向上させることができる。また、第１層３５を、厚みの途中に中間層３８を設けない場合に比べて、第１層３５の厚みの途中に中間層３８を設けることで、第１層３５を構成するＡｌ結晶粒の大きさを小さくすることができる。このことからもＩＤＴ電極３の耐電力性を高めることができる。
【００７０】
（変形例４）
上述の例では、第１層３５および第２層３７の厚み方向における断面形状は矩形状であったが、その限りではない。例えば、台形状であってもよいし、図９に示すように、電極指３２の幅方向において外縁から離れた位置に厚みの薄い部分が存在してもよい。このような構成とすることで、耐電力性を高めつつ、電気抵抗による損失を低減することができるＳＡＷ素子を提供することができる。以下、そのメカニズムについて説明する。
【００７１】
ＩＤＴ電極３に高周波信号を入力したときの、ＩＤＴ電極３の電極指３２の面内における応力分布をシミュレーションした。その結果を、図１０に示す。図１０において、横軸は、電極指３２の幅方向における位置を示し、縦軸は最大応力（ｄＢｍ）を示す。図１０からも明らかなように、電極指３２にかかる応力は外縁で最も大きく、幅の中央付近に向かうにつれて小さくなっていく様子が確認された。
【００７２】
このことから、耐電力性に優れた第２層３７を、応力の大きい外縁周辺部においてその厚みを厚くし、外縁周辺部よりも内側では厚みを薄くしても耐電力を性は保たれることが推測される。特に、中央付近においては厚みが薄くしても耐電力性は保たれることが推測される。
【００７３】
図９に示す例では、外縁から続く外周部３７ａは厚みが厚く、外周部３７ａに囲まれた中央部３７ｂは厚みが薄い形状となっている。そして中央部３７ｂにより凹んだ領域には第１層３５が入り込んでいる。すなわち、中央部３７ｂは周囲に比べて厚みが薄くなっている。このように、応力の大きいところには厚みの厚い外周部３７aを位置させて、応力の小さいところには厚みの薄い中央部３７ｂを位置させることで、耐電力性を向上させることができる。
【００７４】
なお、このような場合には、第１層３５と第２層３７との厚みの割合は体積に応じて補正するものとする。
【００７５】
また、このような電極指３２の幅方向において外縁から離れた位置において厚みの薄い部分が存在する構成は図９に限定されない。例えば、厚み方向における断面視で、直線状もしくは曲線状に外縁から離れるにつれて連続的に厚みの薄くなる領域を備えていたり、階段状に厚みの薄くなる領域を備えていたり、Ｖ字状、すり鉢状となっていたりしてもよい。また、図１１に示すように、中央部３７ｂを複数備えていてもよい。
【００７６】
これらの場合に、中間層３８を備えていてもよい。中間層３８は、第２層３７の上面の形状に沿うように設けられていてもよいし、図１１に示すように外周部３７ａの上面に合わせた高さ位置に設けてもよい。
【００７７】
（変形例５）
上述の例では、第１層３５はＡｌの単一層としており、厚み方向に濃度勾配を備えない場合を例に説明したがこの限りではない。すなわち、第１層３５は厚み方向に濃度勾配を備えていてもよい。具体的には、第１層３５の副成分が厚み方向に濃度勾配を備えていてもよい。
【００７８】
例えば、図１５（ａ）に示すように、第１層３５のうち中間層３８側にＣｕを多く含む層状の領域３９を備えていてもよい。
【００７９】
図１５（ａ）に示す構成の場合には、振動の大きい圧電基板２に近い位置においてＡｌに比べて耐電力性の高いＣｕを多く含む領域３９を備えることで、ＳＡＷ素子の耐電力性を高めることができる。
【００８０】
また、図１５（ｂ）に示すように、領域３９を第１層３５の厚みの途中に複数設けてもよい。この場合にも耐電力性を高めることができる。これは、Ａｌの結晶粒を小さくすることで耐電力性を高めることに加え、領域３９からＡｌの結晶粒界にＣｕを拡散させることで擬似的なＡｌ−Ｃｕ添加合金とすることで耐電力性を高めることができるからである。
【００８１】
なお、図１５（ａ），図１５（ｂ）いずれの場合も、領域３９を含む第１層３５全体のＣｕ濃度はあくまでも１０％以下の副成分となるように、領域３９の厚みおよび組成を調整する。領域３９は、Ｃｕを主成分としてもよいし、ＣｕＡｌ２等の合金であってもよい。そして、領域３９から厚み方向の両側または片側に徐々に濃度が薄くなるような濃度勾配を備えていてもよい。
【００８２】
（その他の変形例）
また、図２に示す例では、十分に厚い圧電基板２を用いた場合を例に説明したが、薄い圧電基板２を用いて、その下面に支持基板を貼り合せた、いわゆる貼り合せ基板を用いてもよい。この場合には、圧電基板２の厚みは、例えば、０．５μｍ〜２０μｍ程度とし、支持基板は、圧電基板２を支持できる厚みとすればよい。特に支持基板として、サファイア基板はＳｉ基板等を用いた場合には、圧電基板２の温度変化による変形を低減することができるので、温度特性に優れたＳＡＷ素子を提供することができる。なお、圧電基板２の厚みは、波長比で０．２λ以上１０λ以下としてもよい。また、圧電基板２と支持基板との間に、接合層や、音響的な中間層等が位置していてもよい。
【００８３】
さらに、上述の例ではＩＤＴ電極３を一様な層構成および厚みを有するものとして説明したが、電極指３２同士が交差する領域において、電極指３２が上述の関係を満たせばよく、この限りではない。例えば、バスバー３１は電極指３２に比べ厚みが厚くてもよいし、異なる層構成を備えていてもよい。
【００８４】
なお、上述の例において導出した各式の特性は、圧電基板２のカット角が５０°以上であっても、ＩＤＴ電極３の総厚みが増大する傾向等は同様であることを確認している。また、カット角が５０°までは実測値とシミュレーション値との整合性を確認している。
【実施例】
【００８５】
図８に示すＳＡＷ素子１と比較モデルのＳＡＷ素子を作製し、破壊電力を測定した。具体的な条件は以下の通りである。
圧電基板２：４６°ＹカットＸ伝搬リチウムタンタル酸基板
ＩＤＴ電極３：ピッチ２．７μｍ，Ｄｕｔｙ０．５，電極指３２本数１００本
第１層３５：材料・・Ａｌ，厚み・・５４１ｎｍ
第２層３７：材料・・ＣｕＡｌ２，厚み・・５４ｎｍ
下地層３４：材料・・Ｔｉ，厚み・・６ｎｍ
中間層３８：材料・・Ｔｉ，厚み・・６ｎｍ【００８６】
実施例に係るＳＡＷ素子の破壊電力は比較モデルのＳＡＷ素子の破壊電力に比べ３ｄＢ改善されていた。これは、時間に換算すると約１０００倍向上したことと同義である。以上の通り、本開示のＳＡＷ素子は高い耐電力を備えていることを確認した。また、実施例に係るＳＡＷ素子の周波数特性を測定した結果を図１４に示す。図１４からも明らかなように比較モデルおよび実施例のＳＡＷ素子共に良好な共振特性を実現していることを確認した。【００８７】
＜フィルタ素子および通信装置＞
図１２本開示の実施形態に係る通信装置１０１の要部を示すブロック図である。通信装置１０１は、電波を利用した無線通信を行うものである。分波器７は、通信装置１０１において送信周波数の信号と受信周波数の信号とを分波する機能を有している。【００８８】
通信装置１０１において、送信すべき情報を含む送信情報信号ＴＩＳは、ＲＦ−ＩＣ１０３によって変調および周波数の引き上げ（搬送波周波数の高周波信号への変換）がなされて送信信号ＴＳとされる。送信信号ＴＳは、バンドパスフィルタ１０５によって送信用の通過帯域以外の不要成分が除去され、増幅器１０７によって増幅されて分波器７に入力される。分波器７は、入力された送信信号ＴＳから送信用の通過帯域以外の不要成分を除去してアンテナ１０９に出力する。アンテナ１０９は、入力された電気信号（送信信号ＴＳ）を無線信号に変換して送信する。【００８９】
通信装置１０１において、アンテナ１０９によって受信された無線信号は、アンテナ１０９によって電気信号（受信信号ＲＳ）に変換されて分波器７に入力される。分波器７は、入力された受信信号ＲＳから受信用の通過帯域以外の不要成分を除去して増幅器１１１に出力する。出力された受信信号ＲＳは、増幅器１１１によって増幅され、バンドパスフィルタ１１３によって受信用の通過帯域以外の不要成分が除去される。そして、受信信号ＲＳは、ＲＦ−ＩＣ１０３によって周波数の引き下げおよび復調がなされて受信情報信号ＲＩＳとされる。【００９０】
送信情報信号ＴＩＳおよび受信情報信号ＲＩＳは、適宜な情報を含む低周波信号（ベースバンド信号）でよく、例えば、アナログの音声信号もしくはデジタル化された音声信号である。無線信号の通過帯域は、ＵＭＴＳ（Universal Mobile Telecommunications System）等の各種の規格に従ったものでよい。変調方式は、位相変調、振幅変調、周波数変調もしくはこれらのいずれか２つ以上の組み合わせのいずれであってもよい。【００９１】
図１３は、本開示の一実施形態に係る分波器７の構成を示す回路図である。分波器７は、図１２において通信装置１０１に使用されている分波器である。分波器７は、送信フィルタ１１および／または受信フィルタ１２を構成するフィルタ素子を有している。送信フィルタ１１および／または受信フィルタ１２を構成するフィルタ素子は、ＳＡＷ素子１と、圧電基板２上に配置された共振子で構成されている。【００９２】
ＳＡＷ素子１は、例えば、図１２に示した分波器７における送信フィルタ１１のラダー型フィルタ回路の一部を構成するＳＡＷ素子である。送信フィルタ１１は、図１３に示すように、圧電基板２と、圧電基板２上に形成された直列共振子Ｓ１〜Ｓ３および並列共振子Ｐ１〜Ｐ３を有する。【００９３】
分波器７は、アンテナ端子８と、送信端子９と、受信端子１０と、アンテナ端子８と送信端子９との間に配置された送信フィルタ１１と、アンテナ端子８と受信端子１０との間に配置された受信フィルタ１２とから主に構成されている。【００９４】
送信端子９には増幅器１０７からの送信信号ＴＳが入力され、送信端子９に入力された送信信号ＴＳは、送信フィルタ１１において送信用の通過帯域以外の不要成分が除去されてアンテナ端子８に出力される。また、アンテナ端子８にはアンテナ１０９から受信信号ＲＳが入力され、受信フィルタ１２において受信用の通過帯域以外の不要成分が除去されて受信端子１０に出力される。【００９５】
送信フィルタ１１は、例えば、ラダー型ＳＡＷフィルタによって構成されている。具体的に送信フィルタ１１は、その入力側と出力側との間において直列に接続された３個の直列共振子Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３と、直列共振子同士を接続するための配線である直列腕と基準電位部Ｇｎｄとの間に設けられた３個の並列共振子Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３とを有する。すなわち、送信フィルタ１１は３段構成のラダー型フィルタである。ただし、送信フィルタ１１においてラダー型フィルタの段数は任意である。【００９６】
並列共振子Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３と基準電位部Ｇｎｄとの間には、インダクタＬが設けられている。このインダクタＬのインダクタンスを所定の大きさに設定することによって、送信信号の通過周波数の帯域外に減衰極を形成して帯域外減衰を大きくしている。複数の直列共振子Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３および複数の並列共振子Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３は、それぞれＳＡＷ素子１のようなＳＡＷ共振子からなる。【００９７】
受信フィルタ１２は、例えば、多重モード型ＳＡＷフィルタ１７と、その入力側に直列に接続された補助共振子１８とを有している。なお、本実施形態において、多重モードは、２重モードを含むものとする。多重モード型ＳＡＷフィルタ１７は、平衡−不平衡変換機能を有しており、受信フィルタ１２は平衡信号が出力される２つの受信端子１０に接続されている。受信フィルタ１２は多重モード型ＳＡＷフィルタ１７によって構成されるものに限られず、ラダー型フィルタによって構成してもよいし、平衡−不平衡変換機能を有していないフィルタであってもよい。【００９８】
送信フィルタ１１、受信フィルタ１２およびアンテナ端子８の接続点とグランド電位部Ｇとの間には、インダクタなどからなるインピーダンスマッチング用の回路を挿入してもよい。【００９９】
本実施形態のＳＡＷ素子を、直列共振子Ｓ１〜Ｓ３のいずれか、または、並列共振子Ｐ１〜Ｐ３のいずれかに使用してもよい。ＳＡＷ素子１を並列共振子Ｐ１〜Ｐ３の少なくとも１つに用いることにより、フィルタの耐電力性を高めることができる。【０１００】
また、周波数毎にＳＡＷ素子１の電極設計を異ならせてもよい。具体的には、例えば、送信フィルタ１１と受信フィルタ１２とでＳＡＷ素子１を構成する電極構成，圧電基板のカット角を変更してもよい。また、送受信に関係なく、通過帯域の高いフィルタと通過帯域の低いフィルタとでＳＡＷ素子１を構成する電極構成や圧電基板のカット角を変更してもよい。例えば、低周波数側のフィルタにおいて、高周波数側のフィルタよりも圧電基板のカット角を大きくして本願のＩＤＴ電極３を設計してもよい。【０１０１】
また、ラダー型フィルタに比べて耐電力性が低い多重モード型ＳＡＷフィルタを有するフィルタの側において、カット角を大きくして、より耐電力性の高い（第２層の割合を大きくした）ＩＤＴ電極３を採用してもよい。
【符号の説明】
【０１０２】
１  弾性波素子（ＳＡＷ素子）
２  圧電基板
２Ａ  上面
３  励振（ＩＤＴ）電極
３５  第１層
３７  第２層
３８  中間層
４  反射器
５  保護層
７  分波器
８  アンテナ端子
９  送信端子
１０  受信端子
１１  送信フィルタ
１２  受信フィルタ
１５  導電層
１７  多重モード型ＳＡＷフィルタ
１８  補助共振子
１０１  通信装置
１０３  ＲＦ−ＩＣ
１０５  バンドパスフィルタ
１０７  増幅器
１０９  アンテナ
１１１  増幅器
１１３  バンドパスフィルタ
Ｓ１〜Ｓ３  直列共振子
Ｐ１〜Ｐ３  並列共振子
【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】
2019009373.tif 000009
【図８】
2019009373.tif 000010
【図９】
2019009373.tif 000011
【図１０】
2019009373.tif 000012
【図１１】
2019009373.tif 000013
【図１２】
2019009373.tif 000014
【図１３】
2019009373.tif 000015
【図１４】
2019009373.tif 000016
【図１５】
2019009373.tif 000017
【国際調査報告】
2019009373.tif 000018
2019009373.tif 000019
2019009373.tif 000020