(57)【要約】【課題】高周波帯に用いられるＳＡＷデバイスにおいて、電極膜厚を厚くした時の膜厚ばらつきによる特性変動の抑圧を図る。【解決手段】圧電基板１上にそれぞれ互いに間挿し合う複数本の電極指を有する一対のくし形電極により構成されたＩＤＴ２と、該ＩＤＴ２の両端に反射器３ａ、３ｂを配置し、前記ＩＤＴ２をマグネシウム、又はマグネシウムを３０ｗｔ％以上含有した合金からなる単層膜で形成し、ＩＤＴ２のＳＡＷの波長λで規格化した電極膜厚を４％λ以上とした時に、電極指の幅を０．３７５±０．０２５λに設定することを特徴とする。【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、該圧電基板上にそれぞれ互いに間挿し合う複数本の電極指を有する一対のくし形電極により構成されたＩＤＴとを備えた弾性表面波デバイスであって、
前記ＩＤＴはマグネシウム、又はマグネシウムを３０ｗｔ％以上含有した合金からなる単層膜であることを特徴とした弾性表面波デバイス。
【請求項２】
前記弾性表面波デバイスにおいて、前記ＩＤＴの電極表面は陽極酸化されているか、若しくは、前記ＩＤＴの電極表面はマグネシウム以外の金属膜又は絶縁膜で覆われていることを特徴とした請求項１に記載の弾性表面波デバイス。
【請求項３】
前記弾性表面波デバイスにおいて、前記ＩＤＴの弾性表面波の波長λで規格化した電極膜厚を４％λ以上とした時に、前記電極指の幅を０．３７５±０．０２５λに設定することを特徴とした請求項１又は２に記載の弾性表面波デバイス。
【請求項４】
前記圧電基板はニオブ酸リチウムであることを特徴とした請求項１乃至３のいずれかに記載の弾性表面波デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は高周波帯に用いられる弾性表面波デバイスにおいて、電極材料にマグネシウムを用いた弾性表面波デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
弾性表面波（Surface Acoustic Wave：以下、ＳＡＷ）デバイスは移動体通信分野で広く利用され、高性能、小型、量産性等の点で優れた特徴がある。近年、無線ＬＡＮやＶＩＣＳに対応したカーナビゲーションシステムの普及の増大に伴い、これらの機器に用いられるＳＡＷデバイスにおいて高周波化、小型化が強く要求されている。
【０００３】
図５は、従来のＳＡＷ共振子の例を示している。圧電基板１１上にＩＤＴ１２を配置し、該ＩＤＴ１２の両側に反射器１３ａ、１３ｂを配置している。圧電基板１１には、例えば、水晶基板やリチウムタンタレート（ＬＴ）、ニオブ酸リチウム（ＬＮ）が用いられ、ＩＤＴ１２及び反射器１３ａ、１３ｂはＡｌ又はＡｌを主成分とする合金から構成される。
【０００４】
前述の無線ＬＡＮのＲＦ搬送周波数帯域は、ＩＥＥＥ８０２．１１ｂ規格では２．４ＧＨｚ帯、ＩＥＥＥ８０２．１１ａ規格では５ＧＨｚ帯と非常に高周波である。ＳＡＷデバイスにおいて、圧電基板上を励振するＳＡＷの伝搬速度をＶ、中心周波数をｆo、ＳＡＷの波長に相当するＩＤＴの電極周期をλとした時にこれらの関係は、λ＝Ｖ／ｆoで表すことができ、周波数ｆｏが高くなるほど電極周期λは狭くなる。例えば、圧電基板をＬＮ、電極材料をＡｌとした時に、ｆo＝２．４（ＧＨｚ）でλ≒１．６（μｍ）、ｆo＝５．０（ＧＨｚ）でλ≒０．８（μｍ）となり、ＩＤＴの電極指の幅及び隣接する電極指同士の間隔が非常に微細となる。
【特許文献１】特開昭６４−８０１１３号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、前記ＩＤＴの電極膜厚は通常、波長λで規格化した波長換算膜厚で設定されており、高周波化に伴い波長λが小さくなると電極膜厚も小さくなるが、電極膜厚を薄くすると電極指抵抗が増大し、フィルタの挿入損失が大きく劣化してしまう問題がある。
【０００６】
従って、電極指抵抗が劣化しない程度に厚膜化する必要があるが、ＳＡＷフィルタで通常使用されているＡｌの電極では、２．４ＧＨｚ帯のフィルタでは１２．５％λ、５．０ＧＨｚ帯のフィルタでは２５％λ程度まで電極膜厚を厚くしなければならず、量産時の電極膜厚のバラツキによる特性変動、特に周波数変動量が大きくなってしまい、歩留まりが悪化してしまう問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために本発明に係るＳＡＷデバイスの請求項１に記載の発明は、圧電基板と、該圧電基板上にそれぞれ互いに間挿し合う複数本の電極指を有する一対のくし形電極により構成されたＩＤＴとを備えた弾性表面波デバイスであって、前記ＩＤＴはマグネシウム、又はマグネシウムを３０ｗｔ％以上含有した合金からなる単層膜であることを特徴としている。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、前記弾性表面波デバイスにおいて、前記ＩＤＴの電極表面は陽極酸化されているか、若しくは、前記ＩＤＴの電極表面はマグネシウム以外の金属膜又は絶縁膜で覆われていることを特徴としている。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、前記弾性表面波デバイスにおいて、前記ＩＤＴの弾性表面波の波長λで規格化した電極膜厚を４％λ以上とした時に前記電極指の幅を０．３７５±０．０２５λに設定することを特徴としている。
【００１０】
請求項４に記載の発明は、前記圧電基板はニオブ酸リチウムであることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の請求項１の発明によれば、ＳＡＷデバイスのＩＤＴの電極材料をマグネシウム、又はマグネシウムを３０ｗｔ％以上含んだ合金とすることにより、厚膜化しても膜厚ばらつきによる周波数変動量を大幅に抑圧することができ、量産時の歩留まりを大幅に向上できる。
【００１２】
本発明の請求項２の発明によれば、前記ＩＤＴの電極表面を陽極酸化させるか、若しくは、前記ＩＤＴの電極表面をマグネシウム以外の金属膜又は絶縁膜で覆うことにより、耐食性に優れたＳＡＷデバイスを提供することができる。
【００１３】
本発明の請求項３の発明によれば、前記ＩＤＴのＳＡＷの波長λで規格化した電極膜厚を４％λ以上とした時に前記電極指の幅を０．３７５±０．０２５λに設定することによりＩＤＴの反射係数を最大にすることができるので、反射器スペースを削減することができ、デバイスサイズの小型化に大きく寄与する。
【００１４】
本発明の請求項４の発明によれば、前記圧電基板にニオブ酸リチウムを用いることにより、例えば、ＳＡＷフィルタにおいては広帯域な特性を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明を図面に図示した実施の形態例に基づいて詳細に説明する。図１は本発明に係るＳＡＷデバイスであり（ａ）に平面図、（ｂ）にＩＤＴの断面図を示している。圧電基板１上にそれぞれ互いの間挿し合う複数本の電極指を有する一対のくし形電極により構成されたＩＤＴ２を配置し、該ＩＤＴ２の両端にグレーティング状の反射器３ａ、３ｂを配置している。また、圧電基板１にはニオブ酸リチウム（ＬＮ）基板を用いており、ＩＤＴ２はマグネシウム（Ｍｇ）からなる単層膜で形成され、電極指幅Ｗを０．３７５λに設定し、電極膜厚ＨをＳＡＷの波長λで規格化した値で表している。なお、以下に示すシミュレーションデータは、K.Hashimoto and M.Yamaguchi:Free So-ftware Products for Simulation and Design of Surface Acoustic Wave and Surface Transverse Wave Devices, Freq. Contr. Symp. Proc., pp.300-307 (1996).に示されているＦＥＭ解析ツール「Multi」を用いている。また、ＬＮ基板の材料定数にはKovacsの定数を使用し、各電極材料の定数に関しては、Ｍｇは独立行政法人物質・材料研究機構のNIMS物質・材料データベースに記載されている材料定数を、Ａｌ、Ａｕはそのソフトウエアに内蔵されている材料定数を、Ｃｕは金属ハンドブックに記載されている材料定数を、Ａｇは弾性波素子技術ハンドブックに記載されている材料定数を用いている。
【００１６】
本発明では、電極材料にマグネシウム（Ｍｇ）を用いることにより、電極指抵抗を十分小さくするまで厚膜化した時の膜厚ばらつきによる周波数変動量の抑圧を図った。図２は、電極材料をマグネシウム（Ｍｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）とした時の膜厚ばらつきに対する周波数変動量を表している。ここで、横軸に示す１．００→１．０１（％λ）とは、電極膜厚を１．００％λから１．０１％λに増加させた状態を表しており、縦軸の周波数変動量の相対値とは、点Ａに示す電極材料をＡｌとした時の電極膜厚を２．００％λから２．０１％λに増加させた時の周波数変動量を基準１とした時の相対値を示しており、相対値が１より大きい場合はＡｌより膜厚ばらつきによる周波数変動量が大きいことを表し、１より小さい場合はＡｌより膜厚ばらつきによる周波数変動量が小さいことを表している。
【００１７】
図２から、まずＡｌについて見てみると、電極膜厚が増加するほど周波数変動量の相対値が増加していく、即ち、厚膜化するほど膜厚ばらつきによる周波数変動量が大きくなることを表している。次に、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕについて見てみると、Ａｌと同様に電極膜厚が増加するほど周波数変動量の相対値が増加していくことが分かる。また、Ａｌの基準点Ａと同膜厚条件での相対値を比較すると、Ａｕが５．４２、Ａｇが２．１７、Ｃｕが１．２７でありＡｌと比較して周波数変動量が大きい。従って、厚膜化する上でこれらの材料を用いるのは好ましくない。一方、Ｍｇについて見てみると、Ａｌの基準点Ａと同膜厚条件では周波数変動量の相対値が０．０７と非常に小さい。また、電極膜厚を増加しても周波数変動量は低く、点Ｂに示す６．００％λの条件で基準点Ａとほぼ同等の周波数変動量となっており、膜厚の周波数感度が低いことが分かる。即ち、電極材料をＭｇとすることにより、Ａｌと比較して３倍程度に厚膜化しても膜厚ばらつきによる周波数変動量が殆ど変わらないことを表している。
【００１８】
ここで、図３（ａ）は各電極材料の密度を示しているが、前述の周波数変動量の大きいＡｕ、Ａｇ、Ｃｕに関してはＡｌより密度が数倍大きい。一方、周波数変動量の小さいＭｇに関してはＡｌより密度が小さいことが分かる。従って、ＭｇがＡｌより膜厚の周波数感度が低いのは、その密度の低さに起因するものと考えられる。また、図３（ｂ）は各電極材料の比抵抗を示しているが、ＭｇはＡｌより比抵抗が１．７倍と高く挿入損失の増大が懸念されるが、前述のようにＭｇはＡｌの３倍程度に厚膜化でき、膜厚を厚くした分、電極指抵抗を下げることができるので挿入損失の劣化を避けることができる。
【００１９】
以上説明したように、電極材料にＭｇを用いれば、他の電極材料より膜厚ばらつきによる周波数変動量を抑圧できるので、厚膜化しても量産性の優れたＳＡＷデバイスを提供することができる。
【００２０】
また、Ｍｇは腐食性と振動吸収性が比較的高い材料であるので、電極を形成する際にはＭｇ単体ではなくＭｇを含有した合金として使用されることが多い。前述のように良好な周波数感度を維持するためにはＭｇを少なくとも３０ｗｔ％、好ましくは５０ｗｔ％含む合金を用いる必要がある。特開昭６４−８０１１３号においては、Ａｌを主成分とし、Ｃｕと２．５ｗｔ％以下のＭｇを合金した電極を用いることにより、耐電力性を向上させたＳＡＷデバイスが開示されているが、Ｍｇの混合比が低いので、厚膜化した時の膜厚ばらつきによる周波数変動量が大きくなってしまい、歩留まりが劣化してしまう欠点がある。従って、厚膜化する為には電極材料のＭｇの混合比を３０Ｗｔ％以上、できれば主成分とすることが望ましい。なお、合金膜の形成には２種以上の金属を同時にスパッタすることで可能である。また、耐食性を高める別の方法として、電極表面を耐食性の強い別の金属でコーティングしたり、電極表面を陽極酸化することも考えられる。
【００２１】
ところで、近年、高周波化と共に部品の小型化の要求も強まってきており、ＩＤＴの両側に備えられた反射器の電極本数を減らし、チップサイズの面積を極力小さくすることが望まれている。反射器本数を減らすにはＩＤＴの電極指幅を最適に設定して反射係数を大きくする必要がある。そこで、本発明に係るＳＡＷデバイスのＩＤＴの電極指幅と反射係数の関係について調べた。
【００２２】
図４は、電極材料をＭｇとし、電極膜厚と反射係数が最大となる電極指幅の関係を示している。なお、横軸にＳＡＷの波長λで規格化した電極膜厚Ｈ（％λ）を、縦軸に反射係数が最大となる波長λで規格化した電極指幅Ｗ（λ）を表している。同図より、電極膜厚を４％λ以上に厚くした場合は、反射係数が最大となる電極指幅が０．３７５λでほぼ一定となっていることが分かる。従って、電極膜厚を４％λ以上に厚くした場合は、ＩＤＴの電極指幅を０．３７５λに設定すれば、反射係数を最大にでき反射器の電極本数を削減することができるので、デバイスサイズを小型にできる。
【００２３】
なお、実際にＳＡＷデバイスを製造する上では電極指幅を完全に一致させることは困難であり、±０．０２５λ程度の誤差が生じる場合があるが、この程度の誤差であれば特性上問題ないことが実験等により判明している。
【００２４】
このように、本発明に係るＳＡＷデバイスにおいては、Ｍｇ、又はＭｇを３０ｗｔ％以上含有させた合金からなる単層膜でＩＤＴを形成したので、膜厚を厚くしても膜厚ばらつきによる周波数変動量を抑圧でき、製造歩留まりを向上することができる。また、電極膜厚を４％λ以上とした時に電極指幅を０．３７５±０．０２５λに設定することで、反射器スペースを削減することができるので、チップサイズの小型化に寄与できるという効果を奏する。
【００２５】
以上では、圧電基板にニオブ酸リチウムを用いた場合の例について説明してきたが、水晶、リチウムタンタレート、リチウムテトラボレートにおいても同様の効果が得られる。また、本発明に係るＳＡＷデバイスは、ＳＡＷ共振子や、ＳＡＷ共振子を直列、並列、直列、と配置した梯子（ラダー）型ＳＡＷフィルタ、ＳＡＷ共振子をＳＡＷの伝搬方向（縦方向）に並べて縦共振モードを音響結合させた縦結合型多重モードＳＡＷフィルタ、ＳＡＷ共振子をＳＡＷの伝搬方向と垂直な方向（横方向）に並べて横共振モードを音響結合させた横結合型多重モードＳＡＷフィルタ、入出力用のＩＤＴを２つ近接配置したトランスバーサルＳＡＷフィルタ等に応用できることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明に係るＳＡＷデバイスの平面図を（ａ）に、ＩＤＴの断面図を（ｂ）に示す。
【図２】各電極材料の電極膜厚のばらつきに対する周波数変動量の相対値を示す。
【図３】各電極材料の密度を（ａ）に、比抵抗を（ｂ）に示す。
【図４】本発明に係るＳＡＷデバイスの電極膜厚に対する反射係数を最大にする電極指幅の関係を示す。
【図５】従来のＳＡＷ共振子の平面図を示す。
【符号の説明】
【００２７】
１：圧電基板
２：ＩＤＴ
３ａ、３ｂ：反射器
【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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