(57)【要約】【課題】弾性波共振器の特性を向上させること。【解決手段】本発明は、圧電基板１０と、前記圧電基板１０上に設けられ、複数の電極指１４を備える一対の櫛型電極１６と、前記一対の櫛型電極１６の外側に設けられ、前記複数の電極指１４の膜厚Ｔ１より大きい膜厚Ｔ２と前記複数の電極指１４の平均ピッチＬ１より小さい平均ピッチＬ２とを有する複数のグレーティング電極１８を備える反射器２０と、を備える弾性波共振器である。【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、
前記圧電基板上に設けられ、複数の電極指を備える一対の櫛型電極と、
前記一対の櫛型電極の外側に設けられ、前記複数の電極指の膜厚より大きい膜厚と前記複数の電極指の平均ピッチより小さい平均ピッチとを有する複数のグレーティング電極を備える反射器と、
を備える弾性波共振器。
【請求項２】
前記複数のグレーティング電極の密度は前記複数の電極指の密度以上である請求項１に記載の弾性波共振器。
【請求項３】
圧電基板と、
前記圧電基板上に設けられ、複数の電極指を備える一対の櫛型電極と、
前記一対の櫛型電極の外側に設けられ、前記複数の電極指の密度より大きい密度と前記複数の電極指の平均ピッチより小さい平均ピッチとを有する複数のグレーティング電極を備える反射器と、
を備える弾性波共振器。
【請求項４】
前記複数のグレーティング電極の膜厚は前記複数の電極指の膜厚以上である請求項３に記載の弾性波共振器。
【請求項５】
圧電基板と、
前記圧電基板上に設けられ、複数の電極指を備える一対の櫛型電極と、
前記一対の櫛型電極の外側に設けられ、前記複数の電極指の密度と膜厚との積より大きい密度と膜厚との積と前記複数の電極指の平均ピッチより小さい平均ピッチとを有する複数のグレーティング電極を備える反射器と、
を備える弾性波共振器。
【請求項６】
前記複数のグレーティング電極の平均ピッチは前記複数の電極指の平均ピッチの０．９５倍以下である請求項１から５のいずれか一項に記載の弾性波共振器。
【請求項７】
前記圧電基板はタンタル酸リチウム基板またはニオブ酸リチウム基板である請求項１から６のいずれか一項に記載の弾性波共振器。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか一項に記載の弾性波共振器を含むフィルタ。
【請求項９】
請求項８に記載のフィルタを含むマルチプレクサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、弾性波共振器、フィルタおよびマルチプレクサに関し、例えば一対の櫛型電極と反射器を有する弾性波共振器、フィルタおよびマルチプレクサに関する。
【背景技術】
【０００２】
弾性表面波共振器等の弾性波共振器は、複数の電極指を有する一対の櫛型電極と、櫛型電極の両側に設けられた反射器を備えている。反射器は、一対の櫛型電極が励振した弾性波を反射する。これにより、弾性波が一対の櫛型電極内に閉じ込められる。
【０００３】
反射器をＩＤＴより厚くすること、反射器の密度をＩＤＴの密度より大きくすることが知られている（例えば特許文献１）。反射器内の膜厚をＩＤＴから離れるにしたがい厚くすることが知られている（例えば特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−２０９８０４号公報
【特許文献２】特開２００２−２９０１９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、反射器をＩＤＴより厚くする、または反射器の密度をＩＤＴの密度より大きくすると、ＩＤＴが励振する弾性波の周波数と反射器のストップバンドとの差が大きくなることがある。このため、弾性波共振器の損失が大きくなる。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、弾性波共振器の特性を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、圧電基板と、前記圧電基板上に設けられ、複数の電極指を備える一対の櫛型電極と、前記一対の櫛型電極の外側に設けられ、前記複数の電極指の膜厚より大きい膜厚と前記複数の電極指の平均ピッチより小さい平均ピッチとを有する複数のグレーティング電極を備える反射器と、を備える弾性波共振器である。
【０００８】
上記構成において、前記複数のグレーティング電極の密度は前記複数の電極指の密度以上である構成とすることができる。
【０００９】
本発明は、圧電基板と、前記圧電基板上に設けられ、複数の電極指を備える一対の櫛型電極と、前記一対の櫛型電極の外側に設けられ、前記複数の電極指の密度より大きい密度と前記複数の電極指の平均ピッチより小さい平均ピッチとを有する複数のグレーティング電極を備える反射器と、を備える弾性波共振器である。
【００１０】
上記構成において、前記複数のグレーティング電極の膜厚は前記複数の電極指の膜厚以上である構成とすることができる。
【００１１】
本発明は、圧電基板と、前記圧電基板上に設けられ、複数の電極指を備える一対の櫛型電極と、前記一対の櫛型電極の外側に設けられ、前記複数の電極指の密度と膜厚との積より大きい密度と膜厚との積と前記複数の電極指の平均ピッチより小さい平均ピッチとを有する複数のグレーティング電極を備える反射器と、を備える弾性波共振器である。
【００１２】
上記構成において、前記複数のグレーティング電極の平均ピッチは前記複数の電極指の平均ピッチの０．９５倍以下である構成とすることができる。
【００１３】
上記構成において、前記圧電基板はタンタル酸リチウム基板またはニオブ酸リチウム基板である構成とすることができる。
【００１４】
本発明は、上記弾性波共振器を含むフィルタである。
【００１５】
本発明は、上記フィルタを含むマルチプレクサである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、弾性波共振器の特性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１（ａ）は、実施例１における弾性波共振器の平面図、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【図２】図２は、シミュレーション条件を示す図である。
【図３】図３は、サンプルＡからＥにおけるＩＤＴの通過特性を示す図である。
【図４】図４（ａ）は、サンプルＡおよびＤの反射器の反射量を示す図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）の拡大図である。
【図５】図５（ａ）は、サンプルＢおよびＥの反射器の反射量を示す図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）の拡大図である。
【図６】図６（ａ）は、サンプルＣおよびＤの反射器の反射量を示す図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）の拡大図である。
【図７】図７（ａ）は、サンプルＣおよびＥの反射器の反射量を示す図であり、図７（ｂ）は、図７（ａ）の拡大図である。
【図８】図８（ａ）から図８（ｃ）は、それぞれ実施例１、その変形例１および２に係る弾性波共振器の断面図である。
【図９】図９（ａ）は、実施例２に係るフィルタの回路図、図９（ｂ）は、実施例２の変形例１に係るデュプレクサの回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照し本発明の実施例について説明する。
【実施例１】
【００１９】
弾性波デバイスとして弾性波共振器について説明する。図１（ａ）は、実施例１における弾性波共振器の平面図、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ断面図である。電極指１４の配列方向をＸ方向、電極指１４の延伸方向をＹ方向とする。Ｘ方向およびＹ方向は、圧電基板１０の結晶方位のＸ軸方向およびＹ軸方向とは必ずしも対応しない。
【００２０】
図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように、圧電基板１０上にＩＤＴ２２および反射器２０が形成されている。ＩＤＴ２２は、圧電基板１０上に設けられた膜厚Ｔ１の金属膜１２ａにより形成される。反射器２０は、圧電基板１０に形成された膜厚Ｔ２の金属膜１２ｂにより形成される。反射器２０は、ＩＤＴ２２のＸ方向の外側に配置されている。
【００２１】
ＩＤＴ２２は、対向する一対の櫛型電極１６を備える。櫛型電極１６は、複数の電極指１４と、複数の電極指１４が接続されたバスバー１５と、を備える。一対の櫛型電極１６の電極指１４が交差する領域が交叉領域２４である。交叉領域２４の長さが開口長である。一対の櫛型電極１６は、交叉領域２４の少なくとも一部において電極指１４がほぼ互い違いとなるように、対向して設けられている。交叉領域２４において複数の電極指１４が励振する弾性波は、主にＸ列方向に伝搬する。同じ櫛型電極１６の電極指１４のピッチＬ１がほぼ弾性波の波長λとなる。ピッチＬ１は電極指１４の２本分のピッチとなる。
【００２２】
反射器２０は、複数のグレーティング電極１８と複数のグレーティング電極１８が接続されたバスバー１９とを備える。グレーティング電極１８はＸ方向に配列し、Ｙ方向に延伸する。グレーティング電極１８の２本分のピッチはＬ２である。反射器２０は、ＩＤＴ２２の電極指１４が励振した弾性波（弾性表面波）を反射する。これにより弾性波はＩＤＴ２２の交叉領域２４内に閉じ込められる。
【００２３】
圧電基板１０としては、例えば、タンタル酸リチウム基板またはニオブ酸リチウム基板であり、例えば回転ＹカットＸ伝搬タンタル酸リチウム基板または回転ＹカットＸ伝搬タンタル酸ニオブ酸リチウム基板である。圧電基板１０は支持基板上に直接または中間層を介し接合されていてもよい。支持基板は、例えばサファイア基板、スピネル基板、アルミナ基板、水晶基板またはシリコン基板である。金属膜１２ａおよび１２ｂは、例えばＡｌ（アルミニウム）またはＣｕ（銅）を主成分とする膜であり、例えばＡｌ膜またはＣｕ膜である。電極指１４およびグレーティング電極１８と圧電基板１０との間にＴｉ（チタン）膜またはＣｒ（クロム）膜等の密着膜が設けられていてもよい。密着膜は電極指１４およびグレーティング電極１８より薄い。電極指１４およびグレーティング電極１８を覆うように絶縁膜が設けられていてもよい。絶縁膜は保護膜または温度補償膜として機能する。
【００２４】
膜厚Ｔ１およびＴ２は例えば５０ｎｍから５００ｎｍである。電極指１４およびグレーティング電極１８のＸ方向の幅は例えば２００ｎｍから１５００ｎｍである。電極指１４のピッチＬ１は例えば５００ｎｍから２５００ｎｍである。ＩＤＴ２２の静電容量値は例えば０．１ｐＦから１０ｐＦである。
【００２５】
［シミュレーション］
５つのサンプルＡからＥについてシミュレーションを行った。サンプルＡからＣは比較例に対応し、サンプルＤおよびＥは実施例１に対応する。図２は、シミュレーション条件を示す図である。サンプルＡからＥとも圧電基板１０として４２°回転ＹカットＸ伝搬タンタル酸リチウム基板を用い、金属膜１２ａおよび１２ｂとしてアルミニウム膜を用いた。開口長を１５λとした。ＩＤＴ２２において、対数を１００、ピッチＬ１を２μｍ、デュティ比を８０％、金属膜１２ａの膜厚Ｔ１を２００ｎｍとした。反射器２０において、対数を１５、デュティ比を８０％とした。
【００２６】
サンプルＡおよびＢでは、膜厚Ｔ２を膜厚Ｔ１と同じ２００ｎｍとし、ピッチＬ２をそれぞれ２．０４μｍおよび１．９７μｍとした。サンプルＣでは、ピッチＬ２をＬ１と同じ２μｍとし、膜厚Ｔ２を３５０ｎｍとした。サンプルＤおよびＥでは、膜厚Ｔ２を３５０ｎｍとし、ピッチＬ２をそれぞれ１．９０μｍおよび１．８２μｍとした。サンプルＡからＥの反射器２０に対するＩＤＴ２２のピッチ比は、それぞれ１．０２、０．９８５、１．００、０．９５および０．９１となる。
【００２７】
図３は、サンプルＡからＥにおけるＩＤＴの通過特性を示す図である。図３に示すように、共振周波数ｆｒおよび反共振周波数ｆａは、それぞれ約１９２３．５ＭＨｚおよび約１９８７ＭＨｚである。反共振周波数ｆａは共振周波数ｆｒより高周波数側に位置する。フィルタ等には、共振周波数ｆｒと反共振周波数ｆａとの間付近の周波数を用いる。
【００２８】
図４（ａ）は、サンプルＡおよびＤの反射器の反射量を示す図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）の拡大図である。図４（ａ）および図４（ｂ）に示すように、サンプルＡでは、反射量が最も大きい周波数が共振周波数ｆｒにほぼ一致する。
【００２９】
図５（ａ）は、サンプルＢおよびＥの反射器の反射量を示す図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）の拡大図である。図５（ａ）および図５（ｂ）に示すように、サンプルＢでは、反射量が最も大きい周波数が反共振周波数ｆａにほぼ一致する。
【００３０】
反射器２０の反射が大きい周波数帯をストップバンドという。ストップバンドの周波数は、ＩＤＴ２２の共振周波数ｆｒおよび反共振周波数ｆａの近傍であることが好ましい。これにより、反射器２０は、フィルタ等に用いられる周波数付近の弾性波を効率的に反射する。よって、弾性波をＩＤＴ２２により閉じ込めることができる。これにより、弾性波共振器の共振周波数ｆｒおよび反共振周波数ｆａ付近のＱ値を向上させることができる。
【００３１】
サンプルＡおよびＢでは、反射器２０のグレーティング電極１８のピッチＬ２を調整することで、反射器２０のストップバンドの中心の周波数を共振周波数ｆｒおよび反共振周波数ｆａ付近とすることができる。しかしながら、反射器２０の反射率が小さく、反射量が小さい。反射器２０の反射率を向上させるためには、金属膜１２ｂの膜厚Ｔ２を大きくすることが考えられる。しかし、ＩＤＴ２２の金属膜１２ａの膜厚Ｔ１は、ＩＤＴ２２における損失等の特性が最適化されるように設定される。このため、膜厚Ｔ１を膜厚Ｔ２と合わせて大きくすることが難しい。そこで、サンプルＣでは、膜厚Ｔ２を膜厚Ｔ１より大きくしている。
【００３２】
図６（ａ）は、サンプルＣおよびＤの反射器の反射量を示す図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）の拡大図である。図７（ａ）は、サンプルＣおよびＥの反射器の反射量を示す図であり、図７（ｂ）は、図７（ａ）の拡大図である。図６（ａ）から図７（ｂ）に示すように、サンプルＣでは、膜厚Ｔ２を大きくすることで、サンプルＡおよびＢに比べ反射器２０の反射量が大きくなる。しかしながら、ストップバンドの中心周波数が共振周波数ｆｒおよび反共振周波数ｆａより低周波数にシフトしてしまう。このため、反射器２０は、共振周波数ｆｒおよび反共振周波数ｆａ付近の弾性波を効率的に反射することができない。
【００３３】
サンプルＤおよびＥでは、膜厚Ｔ２を膜厚Ｔ１より大きくし、かつピッチＬ２をピッチＬ１より小さくする。これにより、図４（ａ）から図５（ｂ）のように、サンプルＤおよびＥでは、サンプルＡおよびＢに比べ反射器２０の反射量を大きくできる。図６（ａ）から図７（ｂ）のように、サンプルＤおよびＥでは、サンプルＣに比べ反射器２０のストップバンドを共振周波数ｆｒおよび反共振周波数ｆａ付近とすることができる。よって、ＩＤＴ２２が励振した共振周波数ｆｒおよび反共振周波数ｆａ付近の弾性波を効率的にＩＤＴ２２内に閉じ込めることができる。これにより、Ｑ値等の弾性波共振器の特性を向上できる。
【００３４】
反射器２０のストップバンドの中心周波数は、反射器２０のグレーティング電極１８の平均ピッチＬ２にほぼ反比例する。よって、このシミュレーションの例では、ピッチ比が０．９５と０．９１との間では、ストップバンドの中心周波数は共振周波数ｆｒと反共振周波数ｆａの間に位置する。
【００３５】
［実施例１およびその変形例］
図８（ａ）から図８（ｃ）は、それぞれ実施例１、その変形例１および２に係る弾性波共振器の断面図である。図８（ａ）のように、実施例１では、反射器２０の複数のグレーティング電極１８の膜厚Ｔ２は、ＩＤＴ２２（一対の櫛型電極１６）の複数の電極指１４の膜厚Ｔ１より大きく、グレーティング電極１８の平均ピッチＬ２／２は電極指１４の平均ピッチＬ１／２より小さい。これにより、サンプルＤおよびＥのように、弾性波共振器の特性を向上できる。
【００３６】
複数のグレーティング電極１８の密度は複数の電極指１４の密度以上であることが好ましい。これにより、反射器２０の反射率を大きくできる。グレーティング電極１８の材料と電極指１４の材料は製造誤差程度に略同じであり、グレーティング電極１８の密度と電極指１４の密度は製造誤差程度に略同じであることが好ましい。これにより、弾性波共振器に用いる材料の数を少なくできる。
【００３７】
図８（ｂ）に示すように、実施例１の変形例１では、複数のグレーティング電極１８の密度は、複数の電極指１４の密度より大きく、グレーティング電極１８の平均ピッチＬ２／２は電極指１４の平均ピッチＬ１／２より小さい。実施例１の変形例１のように、グレーティング電極１８の金属膜１２ｂの密度を電極指１４の金属膜１２ａより大きくすることで、反射器２０の反射量を大きくしてもよい。この場合もグレーティング電極１８の平均ピッチＬ２／２を電極指１４の平均ピッチＬ１／２より小さくすることで、ストップバンドの中心を共振周波数ｆｒおよび反共振周波数ｆａ付近とすることができる。グレーティング電極１８の膜厚Ｔ２と電極指１４の膜厚Ｔ１は製造誤差程度に略同じであることが好ましい。このように、グレーティング電極１８の密度を大きくすることで、反射器２０は薄くても反射器２０の反射量を大きくできる。よって、製造工程における反射器２０の加工が容易となる。
【００３８】
金属膜１２ａは例えばＡｌを主成分とする膜を用いる。金属膜１２ｂは、例えばＣｕ、Ｗ（タングルテン）、Ｒｕ（ルテニウム）、Ｍｏ（モリブデン）、Ｔａ（タンタル）、Ｐｔ（白金）、Ｐｄ（パラジウム）、Ｉｒ（イリジウム）、Ｒｈ（ロジウム）、Ｒｅ（レニウム）およびＴｅ（テルル）の少なくとも１つを主成分とする。
【００３９】
図８（ｃ）に示すように、実施例１の変形例２では、複数のグレーティング電極１８の密度は、複数の電極指１４の密度より大きく、複数のグレーティング電極１８の膜厚Ｔ２は複数の電極指１４の膜厚Ｔ１以上である。これにより、反射器２０の反射率をより大きくできる。
【００４０】
実施例１およびその変形例のように、反射器２０の反射量を大きくするためには、グレーティング電極１８の密度と膜厚の積を電極指１４の密度と膜厚の積より大きくすればよい。
【００４１】
グレーティング電極１８の膜厚Ｔ２と電極指１４の膜厚Ｔ１との関係、およびグレーティング電極１８の密度と電極指１４の密度との関係は、ＩＤＴ２２における損失等と反射器２０の反射率を考慮して決められる。例えば、グレーティング電極１８の膜厚Ｔ２は電極指１４の膜厚Ｔ１の１．１倍以上が好ましく、１．２倍以上がより好ましく、１．５倍以上がさらに好ましい。膜厚Ｔ２はＴ１の３倍以下が好ましく２倍以下がより好ましい。また、例えばグレーティング電極１８の密度は電極指１４の密度の１．１倍以上が好ましく、１．２倍以上がより好ましく、１．５倍以上がさらに好ましい、３倍以下が好ましく２倍以下がより好ましい。さらに、例えばグレーティング電極１８の膜厚Ｔ２と密度との積は電極指１４の膜厚Ｔ１と密度との積の１．１倍以上が好ましく、１．２倍以上がより好ましく、１．５倍以上がさらに好ましい、３倍以下が好ましく２倍以下がより好ましい。
【００４２】
反射器２０のストップバンドを共振周波数ｆｒおよび反共振周波数ｆａに合わせるため、複数のグレーティング電極１８の平均ピッチＬ２は複数の電極指１４の平均ピッチＬ１の０．９８倍以下が好ましく、０．９５倍以下がより好ましく、０．９２倍以下がさらに好ましい。Ｌ１はＬ２の０．８倍以上が好ましく、０．８５倍以上がより好ましく、０．９１倍以上がさらに好ましい。
【００４３】
電極指１４の平均ピッチは、複数の電極指１４のＸ方向の長さを電極指１４の本数（例えば対数）で除することで求めることができる。グレーティング電極１８の平均ピッチは複数のグレーティング電極１８のＸ方向の長さをグレーティング電極１８の本数で除する（例えば本数の１／２で除する）ことで求めることができる。
【００４４】
金属膜１２ａおよび／または１２ｂが複数の金属膜の積層膜の場合、電極指１４および／またはグレーティング電極１８の膜厚および密度は、積層された複数の金属膜のうち最も厚い金属膜の膜厚および密度で比較してもよい。
【実施例２】
【００４５】
図９（ａ）は、実施例２に係るフィルタの回路図である。図９（ａ）に示すように、入力端子Ｔｉｎと出力端子Ｔｏｕｔとの間に、１または複数の直列共振器Ｓ１からＳ３が直列に接続されている。入力端子Ｔｉｎと出力端子Ｔｏｕｔとの間に、１または複数の並列共振器Ｐ１およびＰ２が並列に接続されている。１または複数の直列共振器Ｓ１からＳ３および１または複数の並列共振器Ｐ１およびＰ２の少なくとも１つに実施例１およびその変形例の圧電薄膜共振器を用いることができる。ラダー型フィルタの共振器の個数等は適宜設定できる。
【００４６】
［実施例２の変形例１］
図９（ｂ）は、実施例２の変形例１に係るデュプレクサの回路図である。図９（ｂ）に示すように、共通端子Ａｎｔと送信端子Ｔｘとの間に送信フィルタ４０が接続されている。共通端子Ａｎｔと受信端子Ｒｘとの間に受信フィルタ４２が接続されている。送信フィルタ４０は、送信端子Ｔｘから入力された高周波信号のうち送信帯域の信号を送信信号として共通端子Ａｎｔに通過させ、他の周波数の信号を抑圧する。受信フィルタ４２は、共通端子Ａｎｔから入力された高周波信号のうち受信帯域の信号を受信信号として受信端子Ｒｘに通過させ、他の周波数の信号を抑圧する。送信フィルタ４０および受信フィルタ４２の少なくとも一方を実施例２のフィルタとすることができる。
【００４７】
マルチプレクサとしてデュプレクサを例に説明したがトリプレクサまたはクワッドプレクサでもよい。
【００４８】
以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【符号の説明】
【００４９】
１０  圧電基板
１２ａ、１２ｂ  金属膜
１４  電極指
１６  櫛型電極
１８  グレーティング電極
２０  反射器
２２  ＩＤＴ
４０  送信フィルタ
４２  受信フィルタ
【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】
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【図８】
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【図９】
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