(57)【要約】【課題】高い良品率で容易に製造し得る弾性境界波装置を提供する。【解決手段】弾性境界波装置１は、圧電体からなる第１の媒質１１と、第１の媒質１１の上に形成されている第２の媒質１２と、第１の媒質１１と第２の媒質１２との間に形成されている第３の媒質１３と、第１の媒質１１と第３の媒質１３との間に設けられているＩＤＴ電極１６と、第３の媒質１３と第２の媒質１２との間に設けられている光触媒層１７とを備えている。第３の媒質１３は、第１及び第２の媒質１１，１２よりも遅い音速を有する。光触媒層１７は、光触媒を含む。光触媒は、第２の媒質１２を構成している誘電体と第３の媒質１３を構成している誘電体とのうちの少なくとも一方を改質させる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電体からなる第１の媒質と、
前記第１の媒質の上に形成されており、誘電体からなる第２の媒質と、
前記第１の媒質と前記第２の媒質との間に形成されており、前記第１及び第２の媒質よりも遅い音速を有し、誘電体からなる第３の媒質と、
前記第１の媒質と前記第３の媒質との間に設けられているＩＤＴ電極と、
前記第２の媒質を構成している誘電体と前記第３の媒質を構成している誘電体とのうち、少なくとも一方を改質させる光触媒を含んでおり、前記第３の媒質と前記第２の媒質との間に設けられている光触媒層とを備える、弾性境界波装置。
【請求項２】
前記第３及び第２の媒質のうち、少なくとも一方の一部が前記光触媒によって改質されてなる改質層であって、前記第３の媒質と前記第２の媒質との間に設けられている改質層をさらに備える、請求項１に記載の弾性境界波装置。
【請求項３】
前記光触媒は、酸化チタンである、請求項１または２に記載の弾性境界波装置。
【請求項４】
前記第２の媒質は、窒化ケイ素からなる、請求項１〜３のいずれか一項に記載の弾性境界波装置。
【請求項５】
前記第３の媒質は、酸化ケイ素からなる、請求項１〜４のいずれか一項に記載の弾性境界波装置。
【請求項６】
前記光触媒は、紫外線が照射されることにより活性化する、請求項１〜５のいずれか一項に記載の弾性境界波装置。
【請求項７】
前記第１〜第３の媒質を覆う遮光部材をさらに備える、請求項１〜６のいずれか一項に記載の弾性境界波装置。
【請求項８】
前記第２の媒質と、前記第１及び第３の媒質とのうちの少なくとも一方は、前記光触媒を活性化する光を透過させる、請求項１〜７のいずれか一項に記載の弾性境界波装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか一項に記載の弾性境界波装置の周波数特性調整方法であって、
前記光触媒層に光を照射することにより、前記第３及び第２の媒質のうち、少なくとも一方の一部を改質することで周波数特性を調整する、弾性境界波装置の周波数特性調整方法。
【請求項１０】
請求項２〜８のいずれか一項に記載の弾性境界波装置の製造方法であって、
前記光触媒層に光を照射することにより、前記第３及び第２の媒質のうち、少なくとも一方の一部を改質することで前記改質層を形成する、弾性境界波装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、弾性境界波装置、その周波数特性調整方法及び製造方法に関する。特には、本発明は、圧電体からなる第１の媒質と、第１の媒質の上に形成されている第２の媒質と、第１の媒質と第２の媒質との間に形成されている第３の媒質とを備える弾性境界波装置、その周波数特性調整方法及び製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、外乱に対する特性変化が小さい弾性波装置として、所謂３媒質型の弾性境界波装置が注目されている。
【０００３】
３媒質型の弾性境界波装置は、圧電体からなる第１の媒質と、第１の媒質の上に形成されている第２の媒質と、第１の媒質と第２の媒質との間に形成されている第３の媒質とを備えている。３媒質型の弾性境界波装置では、第３の媒質の音速が第１及び第２の媒質の音速よりも遅くされている。このため、弾性境界波は、第３の媒質にエネルギーを集中させて伝搬する。弾性境界波のエネルギーが第３の媒質に集中するため、弾性境界波装置に外乱が加わっても、弾性境界波装置の特性が変化しない。従って、３媒質型の弾性境界波装置では、外乱に対する特性変化が非常に小さい。
【０００４】
しかしながら、３媒質型の弾性境界波装置には、共振周波数やフィルタの通過帯域などの周波数特性の調整が行いにくく、良品率が低くなりがちであるという問題があった。このような問題に鑑み、例えば、下記の特許文献１などにおいて、３媒質型の弾性境界波装置の製造工程における周波数特性の調整方法が種々提案されている。
【０００５】
具体的には、例えば下記の特許文献１には、ＩＤＴ電極が形成されている第１の媒質の上に第３の媒質を形成した後に、第３の媒質の厚みを調整することによって周波数特性の調整を行い、その後に第２の媒質を形成する方法が記載されている。
【０００６】
また、下記の特許文献２には、外部から第１及び第３の媒質のうちの少なくとも一方に到達し得るレーザー光を付与し、第１及び第３の媒質のうちの少なくとも一方を改質することにより、周波数特性の調整を行う方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】ＷＯ  ２００５／０９３９４９  Ａ１号公報
【特許文献２】ＷＯ  ２００８／０６２６３９  Ａ１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記特許文献１に記載の方法では、周波数特性の調整後に第２の媒質を形成するため、周波数特性を確実に調整することが困難であった。例えば、第２の媒質の膜質のばらつきに起因して周波数特性がばらつくことがあった。このため、高い良品率で弾性境界波装置を製造することが困難であるという問題があった。
【０００９】
また、上記特許文献２に記載の方法では、第１及び第３の媒質に対して付与されるレーザー光によって、第１〜第３の媒質やＩＤＴ電極等が劣化してしまうおそれがあった。従って、高い良品率で弾性境界波装置を製造することが困難であるという問題があった。
【００１０】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、高い良品率で容易に製造し得る弾性境界波装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る弾性境界波装置は、第１の媒質と、第２の媒質と、第３の媒質と、ＩＤＴ電極と、光触媒層とを備えている。第１の媒質は、圧電体からなる。第２の媒質は、第１の媒質の上に形成されている。第２の媒質は、誘電体からなる。第３の媒質は、第１の媒質と第２の媒質との間に形成されている。第３の媒質は、第１及び第２の媒質よりも遅い音速を有する。第３の媒質は、誘電体からなる。ＩＤＴ電極は、第１の媒質と第３の媒質との間に設けられている。光触媒層は、光触媒を含む。光触媒は、第２の媒質を構成している誘電体と第３の媒質を構成している誘電体とのうち、少なくとも一方を改質させる。光触媒層は、第３の媒質と第２の媒質との間に設けられている。
【００１２】
本発明に係る弾性境界波装置のある特定の局面では、弾性境界波装置は、第３及び第２の媒質のうち、少なくとも一方の一部が光触媒によって改質されてなる改質層であって、第３の媒質と第２の媒質との間に設けられている改質層をさらに備えている。この場合、改質層の厚さを変化させることにより、第２の媒質を形成した後においても周波数調整を行うことができる。従って、より高い良品率を実現することができる。
【００１３】
本発明に係る弾性境界波装置の他の特定の局面では、光触媒は、酸化チタンである。光触媒として、安定な酸化チタンを用いることにより、弾性境界波装置の信頼性を高めることができる。
【００１４】
本発明に係る弾性境界波装置の別の特定の局面では、第２の媒質は、窒化ケイ素からなる。
【００１５】
本発明に係る弾性境界波装置のさらに他の特定の局面では、第３の媒質は、酸化ケイ素からなる。
【００１６】
本発明に係る弾性境界波装置のさらに別の特定の局面では、光触媒は、紫外線が照射されることにより活性化する。
【００１７】
本発明に係る弾性境界波装置のまた他の特定の局面では、弾性境界波装置は、第１〜第３の媒質を覆う遮光部材をさらに備えている。この構成によれば、装置の実装時や使用時に光触媒に触媒を活性化させる光が照射されることを抑制することができる。従って、弾性境界波装置の信頼性を高めることができる。
【００１８】
本発明に係る弾性境界波装置のまた別の特定の局面では、第２の媒質と、第１及び第３の媒質とのうちの少なくとも一方は、光触媒を活性化する光を透過させる。
【００１９】
本発明にかかる弾性境界波装置の周波数特性調整方法は、上記本発明に係る弾性境界波装置の周波数特性を調整するための方法に関する。本発明にかかる弾性境界波装置の周波数特性調整方法では、光触媒層に光を照射することにより、第３及び第２の媒質のうち、少なくとも一方の一部を改質することで周波数特性を調整する。
【００２０】
本発明にかかる弾性境界波装置の製造方法は、上記本発明に係る弾性境界波装置を製造するための方法に関する。本発明にかかる弾性境界波装置の製造方法では、光触媒層に光を照射することにより、第３及び第２の媒質のうち、少なくとも一方の一部を改質することで改質層を形成する。
【発明の効果】
【００２１】
本発明では、第２の媒質を構成している誘電体と第３の媒質を構成している誘電体とのうち、少なくとも一方を改質させる光触媒を含む光触媒層が第２の媒質と第３の媒質との間に設けられている。このため、光触媒層に光を照射することによって、第２の媒質の形成後においても周波数調整を行うことができる。従って、高い良品率を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施形態に係る弾性境界波装置の略図的平面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る弾性境界波装置の一部の略図的断面図である。
【図３】改質層形成工程を説明するための略図的断面図である。
【図４】改質層の厚みと周波数変動量との関係を表すグラフである。
【図５】各媒質の透過率を表すグラフである。
【図６】変形例に係る弾性境界波装置の略図的断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明を実施した好ましい形態について、図１及び図２に示す弾性境界波装置１を例に挙げて説明する。但し、弾性境界波装置１は、単なる例示である。本発明は、弾性境界波装置１に何ら限定されない。
【００２４】
図１は、本実施形態に係る弾性境界波装置の略図的平面図である。図２は、本実施形態に係る弾性境界波装置の一部の略図的断面図である。
【００２５】
図１に示す弾性境界波装置１は、弾性境界波共振子である。もっとも、本発明の弾性境界波装置は、弾性境界波共振子に限定されない。本発明の弾性境界波装置は、例えば、弾性境界波フィルタ装置であってもよい。
【００２６】
図２に示すように、弾性境界波装置１は、第１〜第３の媒質１１〜１３を備えている。第１の媒質１１は、圧電体からなる。第１の媒質１１を構成する圧電体の種類は特に限定されない。第１の媒質１１を構成する圧電体は、例えば、ＬｉＮｂＯ３、ＬｉＴａＯ３、水晶などであってもよい。
【００２７】
第２の媒質１２は、第１の媒質１１の上方に形成されている。第３の媒質１３は、第１の媒質１１と第２の媒質１２との間に形成されている。第３の媒質１３は、第１及び第２の媒質１１，１２よりも遅い音速を有する。第２及び第３の媒質１２，１３の材質は、誘電体であり、かつ、第３の媒質１３の音速が第１及び第２の媒質１１，１２のそれぞれの音速よりも遅くなる限りにおいて特に限定されない。第２の媒質は、例えば、ＳｉＮなどの窒化ケイ素により形成することができる。また、第３の媒質は、ＳｉＯ２などの酸化ケイ素により形成することができる。
【００２８】
図１及び図２に示すように、第１の媒質１１と第３の媒質１３との間には、ＩＤＴ電極１６と、ＩＤＴ電極１６の弾性波伝搬方向の両側に設けられている反射器１９ａ、１９ｂとが設けられている。ＩＤＴ電極１６は、互いに間挿し合う一対のくし歯電極１６ａ、１６ｂを有する。ＩＤＴ電極１６及び反射器１９ａ、１９ｂの材質は、導電性を有するものである限りにおいて特に限定されない。ＩＤＴ電極１６及び反射器１９ａ、１９ｂは、例えば、Ａｌ，Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｃｕなどの金属や、それらの金属を一種以上含む合金により形成することができる。また、ＩＤＴ電極１６及び反射器１９ａ、１９ｂは、例えば、複数の導電膜を有する導電膜積層体により構成されていてもよい。
【００２９】
第３の媒質１３と第２の媒質１２との間には、光触媒層１７が設けられている。本実施形態では、具体的には、改質層１８内に位置している複数の島状体により構成されている光触媒層１７が設けられている。光触媒層１７は、光触媒を含んでいる。具体的には、本実施形態では、光触媒層１７は、光触媒により形成されている。光触媒は、第２の媒質１２を構成している誘電体と、第３の媒質１３を構成している誘電体とのうちの少なくとも一方を改質させる物質である。光触媒の種類は、第２及び第３の媒質１２，１３の材質などに応じて適宜選択することができる。例えば、光触媒は、紫外線が照射されることによって活性化するものであってもよい。
【００３０】
光触媒の具体例としては、例えば、ＴｉＯ２などの酸化チタン、ＺｎＯなどの酸化亜鉛、ＷＯ３などの酸化タングステンなどが挙げられる。なかでも、特に安定な酸化チタンを光触媒として用いることが好ましい。安定な酸化チタンを用いることによって、弾性境界波装置１の信頼性を高めることができるためである。
【００３１】
なお、第２の媒質１２と、第１及び第３の媒質１１，１３とのうちの少なくとも一方は、光触媒を活性化する光を透過させるものであることが好ましい。
【００３２】
図２に示すように、第３の媒質１３と第２の媒質１２との間には、改質層１８が形成されている。改質層１８は、第３及び第２の媒質１３，１２のうちの少なくとも一方の一部が光触媒によって改質されたものである。なお、本実施形態では、改質層１８が第３及び第２の媒質１３，１２の両方の一部が光触媒によって改質されたものである場合を例に挙げて説明する。
【００３３】
また、本実施形態の弾性境界波装置１は、遮光部材２０を備えている。遮光部材２０は、第１〜第３の媒質１１〜１３を覆うように設けられている。このため、外光は遮光部材２０により遮られる。従って、外光が光触媒層１７に到達することが抑制されている。なお、遮光部材２０の材質は、光触媒層１７を活性化する光の波長域における透過率が低いものであれば特に限定されない。遮光部材２０は、例えば、金属や樹脂により形成することができる。
【００３４】
次に、本実施形態の弾性境界波装置１の製造方法及び周波数特性調整方法について説明する。
【００３５】
まず、第１の媒質１１の上に、ＩＤＴ電極１６及び反射器１９ａ、１９ｂを形成する。ＩＤＴ電極１６及び反射器１９ａ、１９ｂの形成は、例えば、スパッタ法やＣＶＤ法などの薄膜形成方法と、フォトリソグラフィー法などのパターニング法とにより行うことができる。
【００３６】
次に、第１の媒質１１の上に、第３の媒質１３ａを形成する。第３の媒質１３ａの形成は、スパッタ法やＣＶＤ法などの薄膜形成方法により行うことができる。
【００３７】
次に、図３に示すように、第３の媒質１３ａの上に、光触媒層１７を形成する。光触媒層１７の形成も、スパッタ法やＣＶＤ法などの薄膜形成方法により行うことができる。また、本実施形態のように、光触媒層１７が島状に形成されている場合は、薄膜形成法と、フォトリソグラフィー法などのパターニング法とを併用することにより光触媒層１７を形成することができる。
【００３８】
次に、第３の媒質１３ａの上に、第２の媒質１２ａを形成する。これにより、第２の媒質１２ａと第３の媒質１３ａとの間に光触媒層１７が位置した状態となる。第２の媒質１２ａの形成は、スパッタ法やＣＶＤ法などの薄膜形成方法により行うことができる。
【００３９】
次に、周波数特性を調整するための改質層形成工程を行う。具体的には、第１の媒質１１側及び第２の媒質１２ａ側のうちの少なくとも一方から光触媒層１７に含まれる触媒を活性化する波長域の光を光触媒層１７に照射する。これにより、第２及び第３の媒質１２ａ，１３ａのうちの少なくとも一方の一部を改質することにより、図２に示す改質層１８を形成する。具体的には、本実施形態では、第２の媒質１２ａの第３の媒質１３ａ側の部分１２ａ１と、第３の媒質１３ａの第２の媒質１２ａ側の部分１３ａ１とが触媒により改質され、図２に示す改質層１８となる。第２の媒質１２ａのうち、改質された部分１２ａ１を除く部分が、図２に示す第２の媒質１２となる。第３の媒質１３ａのうち、改質された部分１３ａ１を除く部分が、図２に示す第３の媒質１３となる。
【００４０】
なお、改質層１８の厚みの調整は、触媒を活性化する光の強度や照射時間を調整することにより行うことができる。
【００４１】
図４は、下記の設計パラメータで作製した弾性境界波装置１における改質層１８の厚みと、弾性境界波装置の共振周波数の周波数変動量とを表すグラフである。なお、周波数変動量とは、改質層１８が形成されていない状態における弾性境界波装置の共振周波数からの変動量を意味する。
【００４２】
図４に示す結果から、本実施例においては、改質層１８の厚みを変化させることにより、周波数特性を調整できることが分かる。本実施例においては、改質層１８の厚みが大きくなるにしたがって、共振周波数が、高くなる傾向にあったが、触媒や第２及び第３の媒質１２，１３の種類によっては、改質層１８の厚みが大きくなるにしたがって共振周波数が低くなるようにすることもできる。
【００４３】
なお、本実施例においては、ＸＰＳ（Ｘ−ｒａｙ  Ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）により分析した結果、ＳｉＮからなる第２媒質１２と、ＳｉＯ２からなる第３媒質１３とが触媒により改質され、ＳｉＯＮからなる改質層１８が形成されていることが確認された。
【００４４】
図２の弾性境界波装置１の設計パラメータ：
第１の媒質１１：ＬｉＮｂＯ３
第２の媒質１２：ＳｉＮ
第２の媒質１２の厚み：１λ
第３の媒質１３：ＳｉＯ２
第３の媒質１３の厚み：０．３４λ
ＩＤＴ電極１６の膜構成：Ａｌ／Ｐｔ＝０．１５λ／０．０３λ
ＩＤＴ電極１６の対数：１６０対
ＩＤＴ電極１６のデューティー比：０．５
ＩＤＴ電極１６の交叉幅：１６λ
ここで、λは、ＩＤＴ電極１６の電極指ピッチで決まる波長（２μｍ）である。
【００４５】
このように、第２及び第３の媒質１２ａ，１３ａのうちの少なくとも一方の一部を改質することにより、第２の媒質１２ａの形成後において、第２の媒質１２の厚みや、第３の媒質１３の上に位置する媒質（改質層１８）の厚みを調整することができる。よって、第２の媒質１２ａの形成後においても、周波数特性の調整を行うことができる。従って、高い良品率で弾性境界波装置１を製造することができる。
【００４６】
また、本実施形態では、上記特許文献２に記載の方法とは異なり、レーザー光を用いないため、レーザー光照射装置などの高価な製造設備を要さない。従って、弾性境界波装置１を安価かつ容易に製造することができる。また、レーザー光によって媒質を改質する場合よりも、本実施形態の方法の方が、制御が容易である。従って、弾性境界波装置１を安定した特性で製造することができる。
【００４７】
さらに、レーザー光を用いないため、レーザー光によって第１〜第３の媒質１１〜１３が変質することを抑制することができる。特に、触媒を活性化させる光を第１〜第３の媒質１１〜１３が吸収しない波長域の光とすることで、触媒に対して照射する光の第１〜第３の媒質１１〜１３の変質を効果的に抑制することができる。
【００４８】
例えば、第２の媒質１２を厚みが１０００ｎｍのＳｉＮ層とし、第３の媒質１３を厚みが７００ｎｍのＳｉＯ２層とし、光触媒層１７をＴｉＯ２層とし、第１の媒質１１を厚みが３５０μｍのＬｉＴａＯ３基板とする。この場合、図５に示されるように、光触媒層１７を活性化する３４０ｎｍの波長の光は、第１〜第３の媒質１１〜１３には、ほとんど吸収されないことがわかる。
【００４９】
また、本実施形態では、遮光部材２０が設けられているため、使用時等において光触媒層１７を活性させる光が光触媒層１７に照射されることを抑制することができる。従って、弾性境界波装置１の信頼性を高めることができる。
【００５０】
なお、改質層１８の形成は、加熱しながら行ってもよい。そうすることにより、熱的により安定な弾性境界波装置１を製造することができる。
【００５１】
上記実施形態では、触媒により第２及び第３の媒質１２，１３の両方を改質する例について説明した。但し、本発明は、これに限定されない。例えば、触媒により第２及び第３の媒質１２，１３のうちの一方のみを改質するようにしてもよい。
【００５２】
また、上記実施形態では、光触媒層１７が複数の島状体により構成されている例について説明した。但し、本発明において、光触媒層１７の形状は、特に限定されない。例えば、図６に示すように、光触媒層１７を層状に形成してもよい。また、光触媒層１７は、例えば、第３の媒質の表面に吹き付けられた触媒粒子からなるものであってもよい。
【００５３】
また、上記実施形態では、光触媒層１７が光触媒からなる場合について説明した。但し、本発明において、光触媒層は、光触媒のみからなるものでなくてもよい。例えば、光触媒層は、酸化ケイ素や窒化ケイ素などの媒質中に、酸化チタンなどの光触媒が分散したものであってもよい。
【符号の説明】
【００５４】
１…弾性境界波装置
１１…第１の媒質
１２…第２の媒質
１２ａ…改質層１８形成前の第２の媒質
１３…第３の媒質
１３ａ…改質層１８形成前の第３の媒質
１６…ＩＤＴ電極
１６ａ、１６ｂ…くし歯電極
１７…光触媒層
１８…改質層
１９ａ、１９ｂ…反射器
２０…遮光部材
【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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