(57)【要約】【課題】ＬＢＯ基板の水に対する潮解性を防止しつつ温度特性を限りなく小さくでき、周波数帯２〜３ＧＨｚでの良好な特性を持つ表面弾性波装置を提供する。【解決手段】本発明の表面弾性波装置１は、オイラー角（０°，３５〜５０°，９０°）のＬＢＯ基板１０と、ＬＢＯ基板１０の表面に設けられ、ＫＨ０．０５〜０．１０の酸化膜あるいは窒化膜からなる保護膜１１と、保護膜１１上に設けられ、ＫＨ０．０４〜０．１５の電極２０と、を備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面の方位が、オイラー表示（φ、θ、ψ）で（０°，３５°〜５０°，９０°）の範囲である四ホウ酸リチウム単結晶（Ｌｉ２Ｂ４Ｏ７）からなるＬＢＯ基板と、
前記ＬＢＯ基板の表面に設けられ、ＫＨが０．０５以上０．１０以下の酸化物あるいは窒化物からなる保護膜と、
前記保護膜上に設けられ、ＫＨが０．０４以上０．１５以下の櫛歯電極と、を備えたことを特徴とする表面弾性波装置。
但し、ＫＨは、［（２π／λ）×膜厚］の式で表わされる値であり、λは表面弾性波の波長である。
【請求項２】
前記保護膜が、シリコン酸化膜あるいはシリコン窒化膜であることを特徴とする請求項１記載の表面弾性波装置。
【請求項３】
前記保護膜が、前記保護膜が圧電体であることを特徴とする請求項１記載の表面弾性波装置。
【請求項４】
前記保護膜が、ＡｌＮまたはＺｎＯからなることを特徴とする請求項３記載の表面弾性波装置。
【請求項５】
前記櫛歯電極上に絶縁膜が設けられていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載の表面弾性波装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面弾性波装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＬＴＥ(Long Term Evolution)などの２ＧＨｚ以上の周波数を使った無線システムにおいて、送信もしくは受信モジュールにて高精度なＲＦフィルターが必要とされている。
従来の表面弾性波装置（ＳＡＷフィルター）は、音速度Ｖが４０００ｍ／ｓ程度しかなく、ｉ線ステッパ（水銀ランプのｉ線を光源として用いるステッパ）による電極形成などが困難であった。また、形成できたとしても信頼性が乏しいという問題があった。
そこで、温度特性が良く、音速度Ｖが６０００ｍ／ｓ以上、電気機械結合係数Ｋ２が１％以上と大きいＬＢＯ基板を用いることが提案されている。
【０００３】
しかしながら、ＬＢＯ基板は水に対して潮解性の性質を持つことから、ＬＢＯ基板を用いて安定な素子を得ようとする場合にはＳｉＯ２やＴａＯ３などの保護膜が必要になる。これにより、櫛歯電極を形成する際に用いられるエッチング液や洗浄液などから基板を保護することができる。
【０００４】
特許文献１では、オイラー角（４５°，９０°，９０°）のカット角のＬＢＯ基板を用いることで、音速度Ｖ：３０００ｍ／ｓ、電気機械結合係数Ｋ２：１％、周波数温度係数ＴＣＦ：０ｐｐｍ／℃のＳＡＷフィルターを実現している。この構成によれば、ＴＣＦが０ｐｐｍ／℃と小さく良好な温度特性が得られるが、音速度Ｖが３０００ｍ／ｓ程度しか得られず、ＧＨｚ帯の高周波ＳＡＷとしては不十分である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開Ｈ８−２６８７５９号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】“Propagation Properties of Longitudinal Leaky  Surface Waves on Lithium Tetraborate”、ieee transactions on ultrasonics, ferroelectrics, and frequency control, vol. 45, no. 1, january 1998、T. Sato and H. Abe, pp.36
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記非特許文献１では、オイラー角（０°，４７．３°，９０°）のカット角基板と、電極膜厚（ｈ／λ＝２％）を持つ構造により、音速度Ｖ６５００ｍ／ｓ、Ｋ２：１％、ＴＣＦ：１０ｐｐｍを達成している。しかしながら本構造では、音速度は速いものの、水による潮解性やＴＣＦが１０ｐｐｍと大きいことによる温度特性の課題が残る。
【０００８】
本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み成されたものであって、ＬＢＯ基板の水に対する潮解性を防止しつつ温度特性を限りなく小さくでき、周波数帯２〜３ＧＨｚでの良好な特性を持つ表面弾性波装置を提供することを目的の一つとしている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の表面弾性波装置は、上記課題を解決するために、表面の方位が、オイラー表示（φ、θ、ψ）で（０°，３５°〜５０°，９０°）の範囲である四ホウ酸リチウム単結晶（Ｌｉ２Ｂ４Ｏ７）からなるＬＢＯ基板と、前記ＬＢＯ基板の表面に設けられ、ＫＨが０．０５以上０．１０以下の酸化物あるいは窒化物からなる保護膜と、前記保護膜上に設けられ、ＫＨが０．０４以上０．１５以下の櫛歯電極と、を備えたことを特徴とする。但し、ＫＨは、［（２π／λ）×膜厚］の式で表わされる値であり、λは表面弾性波の波長である。
【００１０】
本発明によれば、ＬＢＯ基板の水に対する潮解性を防止しつつ温度特性を限りなく小さくすることが可能である。また、保護膜や櫛歯電極の膜厚を上記範囲内の厚さとすることで、伝播損失を大きくすることなく品質係数（Ｑ値）を保つことができる。これにより、周波数特性の良好な表面弾性波装置を得ることができる。
【００１１】
また、前記保護膜が、シリコン酸化膜あるいはシリコン窒化膜であることが好ましい。
本発明によれば、基板上にスパッタ法などにより形成することが可能である。
【００１２】
また、保護膜が圧電体であることが好ましい。
本発明によれば、位相速度が格段に向上され、動作周波数を格段に高めることが可能である。
【００１３】
また、前記保護膜が、ＡｌＮまたはＺｎＯからなることが好ましい。
本発明において、保護膜がＺｎＯからなる場合には他の圧電体よりも電気機械変換効率が高いという利点を有する。一方、ＡｌＮからなる場合は他の圧電体よりも内部を伝播する超音波の音速が速く、共振周波数を高くしやすいという利点を有する。
【００１４】
また、前記櫛歯電極上に絶縁膜が設けられていることが好ましい。
本発明によれば、基板上に導電性の異物が付着した場合における電極ショートを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る表面弾性波装置を示す斜視図。
【図２】本発明に係る表面弾性波装置を示す側断面図。
【図３】表面弾性波の波長に対する伝播損失（ｄＢ／λ）と基板のオイラー角（°）
【図４】周波数インピーダンス特性を示すグラフ。
【図５】周波数温度特性を示すグラフ。
【図６】（ａ）Ａｌ電極膜厚とＱ値との関係を示す特性図、（ｂ）ＳｉＯ２保護膜の膜厚（ＫＨ）とＱ値との関係を示す特性図。
【図７】ＡｌＮ保護膜の膜厚（ＫＨ）とＱ値との関係を示す特性図。との関係を示す特性図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態につき、図面を参照して説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。
【００１７】
本発明の一実施形態である表面弾性波装置について説明する。図１は、本発明に係る表面弾性波装置を示す断面図、図２は表面弾性波装置の斜視図である。
図１及び図２に示すように、本実施形態における表面弾性波装置１は、１ポート型共振装置であって、四ホウ酸リチウム単結晶からなるＬＢＯ基板１０を有するものである。このＬＢＯ基板１０上に、酸化物又は窒化物からなる保護膜１１が積層され、この保護膜１１上に電極２０および反射電極３１，３２が形成されている。
【００１８】
ＬＢＯ基板１０は、四ホウ酸リチウム単結晶母体結晶からの切り出し角および表面弾性波伝播方向を示すオイラー角が（０°，３５°〜５０°，９０°）で表わされる基板である。すなわち、表面の方位が、オイラー表示（φ、θ、ψ）で（０°，３５°〜５０°，９０°）の範囲で表わされる基板である。
表面弾性波装置に用いられる基板としては、周波数温度係数（ＴＣＦ）および電気機械結合係数（Ｋ２）が重要とされ、周波数温度係数は０に近く、電気機械結合係数Ｋ２は０．１％以上であることが好ましい。
【００１９】
保護膜１１は、酸化物あるいは窒化物からなる誘電体膜であって、ここではシリコン酸化膜あるいはシリコン窒化膜からなる。保護膜１１は、ＬＢＯ基板１０上にスパッタ法などにより形成することができ、基板上にＩＤＴ電極を形成する際に用いられるエッチング液や洗浄液などからＬＢＯ基板を保護する役割を果たすものである。
保護膜１１のＫＨは０．０４〜０．１５となっている。ここで、ＫＨは表面弾性波の波長をλとし、その波数をＫ（＝２π／λ）とし、保護膜の厚みをＨとしたときに、ＫとＨとの積で表わされる値である。
【００２０】
電極２０は、インターディジタル型電極（Ｉｎｔｅｒ−Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ：以下、「ＩＤＴ電極」と表記する）であり、例えば図１に示すように一対の櫛歯電極２１，２２を有する。櫛歯電極２１，２２は、幹部２０ａと、幹部２０ａによって連結された複数の枝部２０ｂとをそれぞれ有している。なお、図１，２には３本の枝部２０ｂを図示しているが実際には多数設けられている。
そして、ＩＤＴ電極２０を構成する一方の櫛歯電極２１には、高周波信号源５０が接続されており、他方の櫛歯電極２２には、信号線が接続されている。
【００２１】
なお、ＩＤＴ電極２０は、電気信号印加用電極に相当し、反射電極３１，３２は、特定の周波数成分を共振させる共振用電極に相当する。これら反射電極３１，３２は、ＩＤＴ電極２０によって励振されたＳＡＷをＩＤＴ電極２０内に閉じ込めるためにＳＡＷの伝播路上に配置されている。
【００２２】
ＩＤＴ電極２０および反射電極３１，３２は、Ａｌ又はＡｌ合金からなり、ＫＨが０．０４〜０．１５の範囲内とされている。ここで、ＫＨは、表面弾性波の波長をλ、その波数をＫ（＝２π／λ）、電極の厚みをＨとしたときに、ＫとＨとの積で表わされる値である。ＫＨが０．１以下であれば、表面弾性波の伝播速度および電気機械結合係数Ｋ２の低下への影響が小さい。
【００２３】
また、これらＩＤＴ電極２０および反射電極３１，３２上には、絶縁膜２３が形成されている。絶縁膜２３は、Ａｌ２Ｏ３からなり、ＫＨが０．０１〜０．０３の範囲内となるように陽極酸化によって形成される。上述したように、本実施形態ではＬＢＯ基板１０を用いていることから、絶縁膜２３は、櫛歯電極２１，２２間あるいはＩＤＴ電極２０および反射電極３１，３２間に導電性の異物が付着した場合における電極ショートを防止するための保護膜としての機能を果たす。
【００２４】
上記構成において、高周波信号源５０から高周波信号が出力されると、この高周波信号は、ＩＤＴ電極２０の一方の櫛歯電極２１に印加され、これによってＬＢＯ基板１０の上面に反射電極３１側に伝播する表面弾性波および反射電極３２側へ伝播する表面弾性波が発生する。
【００２５】
これら表面弾性波のうち特定の周波数成分の表面弾性波は、反射電極３１及び反射電極３２で反射され、反射電極３１と反射電極３２との間に定在波が発生する。この特定の周波数成分の表面弾性波が反射電極３１，３２で反射を繰り返すことにより、特定の周波数成分又は特定の帯域の周波数成分が共振して、振幅が増大する。
【００２６】
この特定の周波数成分又は特定の帯域の周波数成分の表面弾性波の一部は、ＩＤＴ電極２０の他方の櫛歯電極２２から取り出され、反射電極３１と反射電極３２との共振周波数に応じた周波数（又はある程度の帯域を有する周波数）の電気信号が端子５５ａと端子５５ｂに取り出される。
【００２７】
本実施形態の表面弾性波装置１は、オイラー角（０°，３５°〜５０°，９０°）のＬＢＯ基板と、ＫＨ＝０．０５〜０．１０の酸化物あるいは窒化物からなる保護膜１１と、ＫＨ＝０．０４〜０．１５の櫛歯電極２１，２２を主として構成されており、このような構成とすることで、ＬＢＯ基板１０の水に対する潮解性を防止しつつ温度特性を限りなく小さくすることが可能である。また、保護膜１１や櫛歯電極２１，２２の膜厚を上記範囲内の厚さとすることで、伝播損失を大きくすることなく品質係数（Ｑ値）を保つことができるため、周波数特性の良好な表面弾性波装置１となる。
また、櫛歯電極２１，２２上に設けられた絶縁膜２３により、ＬＢＯ基板１０上に導電性の異物が付着した場合における櫛歯電極２１，２２間のショートを防止することができるため、信頼性が高まる。
【００２８】
なお、本実施形態では、酸化物あるいは窒化物からなる誘電体膜を保護膜１１として採用したが、ＡｌＮあるいはＺｎＯなどの圧電体膜を用いてもよい。但し、ＫＨが０．０４以下の場合には圧電体として機能しなくなることから、圧電体としての機能を確保するためにＫＨの下限を０．０４とする。
【００２９】
このように、保護膜１１として圧電体膜を採用することにより、位相速度が格段に向上して、動作周波数を格段に高めることが可能である。例えば、保護膜１１がＺｎＯからなる場合には他の圧電体よりも電気機械変換効率が高いという利点を有する。一方、保護膜１１がＡｌＮからなる場合は、他の圧電体よりも内部を伝播する超音波の音速が速く、共振周波数を高くしやすいという利点を有する。
【００３０】
以上のような構成とすることで、周波数３ＧＨｚ帯の素子形成では、電極線幅が０．４〜０．５μｍの線幅で達成することができ、従来のフォトリソグラフィー技術を用いて形成することができる。このため、ＬＴＥ（Long Term Evolution）などの次世代無線システムのフィルターとして使用することが可能である。
【実施例１】
【００３１】
次に、実施例１の構成及びその特性について説明する。
本実施例１の表面弾性波装置は、オイラー角（０°，４６°，９０°）のＬＢＯ基板上に、厚さ３００ÅのＳｉＯ２保護膜と、厚さ６００Åのアルミニウム膜からなるＩＤＴ電極を有して構成されている。ＩＤＴ電極は、電極対数が３００対、交差幅が２０λとなっている。このような構成とすることで、発生するＳＡＷの０次振動モードの波長λが２．８μｍになる。
【００３２】
図３は、ＬＢＯ基板のオイラー角（４５°、θ°、９０°）と伝播損失（ｄＢ／λ）との関係について示すグラフである。
図３に示すように、ＬＢＯ基板のオイラー角と伝播損失との関係については、上記θが３５°未満、あるいはθが５０°を超える場合に伝播損失が急激に上昇している。伝播損失が０．０５ｄＢ／λを超えてしまうと、共振子としての十分な特性が得られない。したがって、θが３５°〜５０°の範囲内であることが好ましい。また、伝播損失をより抑えるためには、θが３５°〜４３．５°、４７．５°〜５０°の範囲内であることがより好ましい。
【００３３】
上記構成の周波数特性を示す。
図４は、周波数インピーダンス特性を示すグラフ、図５は、周波数温度特性を示すグラフである。ここでは、２５℃時の周波数を基準とした。
表面弾性波装置の特性を調査するために、まず、入力端子にネットワークアナライザにより高周波信号を印加し、出力端子から取り出される高周波信号を測定した。これにより、入力端子から出力端子への通過特性が得られ、図４に示すようにスプリアスの影響の少ない共振波形を観察することができた。また、図５に示すように、２５℃付近で周波数温度係数として放物線（２次係数）を得て、直線近似（１次係数）は、０［ｐｐｍ／℃］とすることが出来た。
［特性］
共振周波数：２．３０ＧＨｚ
Ｑ値：２００
インダクタンスＬ：８０ｎＨ
並列容量Ｃ：０．０６ｐＦ
インダクタの直列抵抗Ｒ：５．４Ω
電気機械結合係数Ｋ２：１．１０％
温度特性（周波数の最大変動幅）：５００ｐｐｍ（−２０℃〜８０℃）
本実施例の構成によれば、２ＧＨｚ帯において優れた特性を示した。
【００３４】
［周波数特性の性能評価］
次に、表面弾性波装置１の伝播損失を評価するためにＱ値に対する評価を行った。
ここでは、表面弾性波装置１のＡｌ電極膜の厚みとＳｉＯ２保護膜の厚みとを変化させながら特性評価を行った。Ｑ値が大きいほど急峻な周波数特性が得られることを示すことから、特に共振器においてはよりＱ値が高いものが望まれる。
【００３５】
図６（a）は、ＳｉＯ２保護膜をＫＨ０．０４５とした場合におけるＡｌ電極のＫＨとＱ値との関係を示すグラフである。
図６（a）に示すように、Ａｌ電極のＫＨが０．１５以下であればＱ値１５０以上が得られ、Ａｌ電極のＫＨが０．１０以下であればＱ値２５０以上が得られる。ＫＨの下限はＡｌの抵抗値の上昇で決まり、約０．０２５が限界と思われる。したがって、Ａｌ電極は、ＫＨ０．０２５〜０．１５の範囲内であって、特にＫＨ０．０２５〜０．１の範囲内とされていることが好ましい。
【００３６】
図６（ｂ）は、Ａｌ電極膜をＫＨ０．０４５とした場合におけるＳｉＯ２保護膜のＫＨとＱ値との関係を示すグラフである。図６（ｂ）に示すように、ＳｉＯ２保護膜のＫＨが０．３以下の場合にＱ値１５０以上が得られる。このため、Ａｌ電極膜はＫＨ０．３以下で形成されることが好ましく、下限値は膜になるかどうかで決まる。あまり薄いとピンホールが多くなるため、ＫＨ０．０１０以上が好ましい。
したがって、ＳｉＯ２保護膜は、ＫＨ０．０１０〜０．３０の範囲内で形成されていることが好ましい。
【００３７】
図７は、Ａｌ電極をＫＨ０．０４５とした場合におけるＡｌＮ膜のＫＨとＱ値との関係を示すグラフである。
図７に示すように、ＡｌＮ保護膜はＫＨ０．３以下、より好ましくはＱ値１５０以上となる膜厚が好ましく、ＫＨの下限値は膜になるかどうかで決まる。このＡｌＮ保護膜についても上記したＳｉＯ２保護膜と同様、あまり薄いとピンホールが多くなるためＫＨ０．０１０以上が好ましい。
したがって、ＡｌＮ保護膜は、ＫＨ０．０１０〜０．３０の範囲内であることが好ましい。
【００３８】
以上述べたように、表面方位の範囲が（φ、θ、ψ）＝（４５°、３５°〜５０°，９０°）で表わされるＬＢＯ基板１０を用い、保護膜１１および電極２０の厚みを上記条件内で設定することによって、ＳＡＷの音速度Ｖを６５００ｍ／ｓ以上、電気機械結合係数Ｋ２を１％、周波数温度係数ＴＣＦを０［ｐｐｍ／℃］とすることが可能となる。
【００３９】
以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【符号の説明】
【００４０】
１…表面弾性波装置、１０…ＬＢＯ基板、１１…保護膜、２０…電極、２１，２２…櫛歯電極、２３…絶縁膜
【図１】
2011035872.tif 000003
【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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