(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）を含むとともに弾性波の伝搬を行なうように構成される基板と、
前記基板の表面上の複数の電極によって形成される複数の共振器であって、前記複数の電極が個々の幅を有するとともに複数の異なる電極周期をもって配置され、前記複数の異なる電極周期のそれぞれが電極周期に対する電極幅のそれぞれの比率と関連付けられる複数の共振器と、
前記複数の電極間及び前記複数の電極上にわたって配置される誘電保護膜と、
を備え、前記複数の共振器の１つの共振器の電極が、前記１つの共振器において周期および幅の両方が変動するように、変動する周期と変動する幅を有する表面弾性波（ＳＡＷ）デバイスであって、
電極周期に対する電極幅の比率がa/p=a_ref/p_ref+m*（p/p_ref-1）によって与えられ、ここで、ａが電極幅であり、ｐが電極周期であり、ｍが約０．４〜１．０の勾配値であり、p_refがＳＡＷデバイスの最小電極周期（p_min）とＳＡＷデバイスの最大電極周期（p_max）との間の値であり、a_ref/p_refがa_max/p_max とa_min/p_minとの間の値であり、a_maxがＳＡＷデバイスの最大電極幅であり、a_minがＳＡＷデバイスの最小電極幅であり、
前記誘電保護膜は、酸化ケイ素（ＳｉＯｘ）を備え、かつプラスの周波数温度係数（ＴＣＦ）を有する
ＳＡＷデバイス。
【請求項２】
ｍが約０．５である請求項１に記載のＳＡＷデバイス。
【請求項３】
前記基板が約５パーセントよりも大きい電気機械結合係数を有する請求項１に記載のＳＡＷデバイス。
【請求項４】
電極周期に対する電極幅の前記比率は、前記複数の電極の厚さに対する前記誘電保護膜の厚さの比率に更に基づいている請求項１に記載のＳＡＷデバイス。
【請求項５】
前記誘電保護膜の厚さが前記複数の電極の厚さの約３倍よりも小さい請求項１に記載のＳＡＷデバイス。
【請求項６】
前記誘電保護膜の厚さは、電極周期の約２０パーセントから電極周期の約８０パーセントまでの範囲内にある請求項１に記載のＳＡＷデバイス。
【請求項７】
前記複数の異なる電極周期は、それぞれが周期に対する電極幅のそれぞれの比率に関連付けられる少なくとも３つの異なる電極周期を含む請求項１に記載のＳＡＷデバイス。
【請求項８】
個々の電極の質量が主に個々の電極に含まれる銅によって与えられる請求項１に記載のＳＡＷデバイス。
【請求項９】
個々の電極は、個々の電極と関連付けられる周期の約１０〜４０パーセントの範囲内の厚さを有する請求項１に記載のＳＡＷデバイス。
【請求項１０】
電極周期に対する電極幅の前記比率が約４０パーセント〜６０パーセントである請求項１に記載のＳＡＷデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、表面弾性波（ＳＡＷ）デバイスに関し、特に、強力な電気機械結合と、低いスプリアス応答と、無線通信のための高周波（ＲＦ）フィルタリングにおける用途にとって望ましい周波数-温度特性とを有するＳＡＷデバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＳＡＷデバイス（“ＳＡＷフィルタ”と称されてもよい）は、高い電気機械結合係数を有する圧電基板上に形成される共振器型構造により与えられる低い挿入損失及びそれらの小さいサイズの結果として、無線通信システムでうまく用いられている。そのようなデバイスは、一般に、高い電気機械結合係数によって特徴付けられる低減衰準バルク漏洩表面弾性波（ＬＳＡＷ）を利用する。そのような波は、同じ３ｍ対称クラスに属する２つの圧電性結晶において存在することが知られている。既知の結晶は、タンタル酸リチウムＬｉＴａＯ３（ＬＴ）及びニオブ酸リチウムＬｉＮｂＯ３（ＬＮ）である。
【０００３】
最近、漏洩しない準剪断水平波デバイスを使用して製造されるデバイスが報告されている。漏洩効果の抑制は、弾性波が伝搬する表面に例えば電極及び／又は誘電保護膜で十分に負荷を与えて波の速度をその値が同じ方向で伝搬する遅い準剪断バルク波の値よりも小さくなるように遅らせるときに生じる。
【０００４】
既知のＳＡＷデバイスは、Ｙ回転Ｘ伝搬ニオブ酸リチウム（ＹＸ−ＬＮ）基板上に堆積されるとともにプラスの周波数温度係数（ＴＣＦ）を有する誘電保護膜の下側に埋め込まれる重金属電極を含む。これらのデバイスは、Ｙ回転Ｘ伝搬タンタル酸リチウム（ＹＸ−ＬＴ）基板を指向して形成されるデバイスに関しては見出されない難題に見舞われる場合がある。例えば、フィルタの通過帯域で著しいスプリアス応答をもたらし得るＹＸ−ＬＮ基板の表面上を伝搬する第２の弾性波モードが見出される。
【０００５】
従来のＳＡＷデバイスの性能特性は、主に、その電気機械結合係数、伝搬の減衰、ＴＣＦ、及び、スプリアス弾性波モードの不存在に依存し得る。ＹＸ−ＬＮ基板では、２つのＳＡＷモードが異なる速度と異なる電気機械結合係数とを伴って伝搬し得る。更に高い結合を伴うＳＡＷモードを利用するＳＡＷデバイスでは、低い結合を伴うＳＡＷモードがスプリアス応答をもたらす。したがって、ＳＡＷデバイスの性能は、スプリアス応答が抑制される度合いに依存し得る。以下、説明の都合上、高結合モードを「所望のモード」と称する場合があり、また、低結合モードを「スプリアスモード」と称する場合がある。
【０００６】
２つのＳＡＷモードの分極は、基板の回転角、機械的負荷（基板の表面上の電極の特性に依存し得る）、及び、電気的な境界条件に依存し得る。分極成分は、一般に、縦（Ｌ）成分、剪断水平（ＳＨ）成分、及び、剪断垂直（ＳＶ）成分を含む場合がある。ＳＨ成分又はＬ成分とＳＶ成分との組み合わせの寄与度が特定の回転角においてゼロになる場合があり、それにより、Ｌ成分とＳＶ成分との対応する組み合わせ或いはＳＨ成分がそのような選択された方向で伝搬できる。これにより、分極を使用して、任意の回転角及び電極厚さ（又は質量）に関して２つのＳＡＷモード間を区別することが困難になり得る。
【０００７】
したがって、任意の回転角及び電極厚さ（又は質量）に関して、これらの２つのＳＡＷモード間をそれらの分極を調べることにより区別できない場合がある。代わりに、それらの伝搬速度が使用される場合がある。あるいは、かなり大きい結合係数を有するＳＡＷモードが「所望のＳＡＷモード」と見なされる場合があり、また、より弱いＳＡＷモードが「スプリアスＳＡＷモード」と見なされる場合がある。
【０００８】
無負荷表面の場合、すなわち、電極がその上に配置されていない表面の場合、ＹＸ−ＬＮ基板中で伝搬する２つのＳＡＷモードのうちの一方は、基板回転角とは無関係に、同じ基板中で伝搬する遅い剪断バルク波よりも遅い。この比較的ゆっくりと移動するＳＡＷモードの分極へのＳＨ成分の寄与度は、表面が無負荷の場合、任意の伝搬角に関して小さい場合がある。その垂直剪断成分及び縦成分と比べて小さい水平剪断成分を有するこの比較的ゆっくりと移動するＳＡＷモードは、時として、レイリー型波と称される場合がある。
【０００９】
比較的速く移動するＳＡＷモードの速度は、表面が無負荷の場合には、遅い剪断バルク波の速度と速い剪断バルク波の速度との間にあり、そのため、この波が漏れやすくなる。この波は、表面に十分に負荷が与えられるときには「漏れなく」なる。比較的速く移動するＳＡＷモードは、時として、ラブ型波と称される場合がある。ラブ型波は、レイリー型波と比べて比較的大きいＳＨ成分を含む場合があるが、一般にＳＨ分極されない。
【発明の概要】
【００１０】
ＳＡＷデバイスの性能を高めるために多大な努力がなされてきたが、強力な電気機械結合と、低いスプリアス応答と、無線通信のための高周波（ＲＦ）フィルタリングにおける用途にとって望ましい周波数-温度特性とを同時に示すＳＡＷデバイスの必要性が依然としてある。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
本発明の他の特徴及び利点は、添付図面に関連して一例として開示される本明細書中の実施形態の以下の詳細な説明から更に明らかになる。
【００１２】
【図１】図１は、２つ以上の共振器及び電極間隔を伴う２つ以上の電極周期が、各共振器ごとにスプリアスモードにおける結合係数を抑制するべく特定の幅に調整される、幾つかの実施形態に係る１つのＳＡＷデバイスを示す図式的な断面図である。
【００１３】
【図２】図２は、本明細書中で規定されるオイラー角（λ、μ、θ）を図式的に示している。
【００１４】
【図３】図３は、所望のモード及びスプリアスモードの両方における応答を含む１ポート共振器のアドミタンス周波数応答を示すグラフである。
【００１５】
【図４】図４は、スプリアスモードの応答を含む１ポート共振器を使用する一対のフィルタにおける通過帯域を示すグラフである。
【００１６】
【図５】図５は、電極周期（ｐ）に対する電極幅（ａ）の比率（以下、この比率が「デューティファクタ」とも称される）が０．４である幾つかの実施形態に係る共振器を示すグラフである。
【００１７】
【図６】図６は、デューティファクタが０．５である幾つかの実施形態に係る共振器を示すグラフである。
【００１８】
【図７】図７は、電極厚さ（h_el）を周期（ｐ）で割った値が０．１０に等しく且つ誘電保護膜厚さ（h_do）を周期（ｐ）で割った値が０．６０に等しい幾つかの実施形態に係るＹＸ−ＬＮ基板に関する所望のモード及びスプリアスモードにおける結合係数を示すグラフである。
【００１９】
【図８】図８は、h_el/p=0.30及びh_do/p=0.60である幾つかの実施形態に係るＹＸ−ＬＮ基板に関する所望のモード及びスプリアスモードにおける結合係数を示すグラフである。
【００２０】
【図９】図９は、幾つかの実施形態に係る１２７°ＹＸ−ＬＮ基板に関するスプリアスモード（log10（K2））における結合係数を示すグラフである。
【００２１】
【図１０】図１０は、幾つかの実施形態に係る１２７°ＹＸＬＮ基板における結合係数パーセンテージを示すグラフである。
【００２２】
【図１１】図１１は、幾つかの実施形態に係る１２７°ＹＸ−ＬＮ基板に関するスプリアスモード（log10（K2））における結合係数を示すグラフである。
【００２３】
【図１２】図１２は、幾つかの実施形態に係る１２７°ＹＸＬＮ基板における結合係数パーセンテージを示すグラフである。
【００２４】
【図１３】図１３は、幾つかの実施形態に係る１５０°ＹＸ−ＬＮ基板に関するスプリアスモード（log10（K2））における結合係数を示すグラフである。
【００２５】
【図１４】図１４は、１５０°ＹＸ−ＬＮ基板における結合係数パーセンテージを示すグラフである。
【００２６】
【図１５】図１５は、幾つかの実施形態に係る１５０°ＹＸ−ＬＮ基板における共振でのＴＣＦを示すグラフである。
【００２７】
【図１６】図１６は、幾つかの実施形態に係る１５０°ＹＸ−ＬＮ基板における反共振でのＴＣＦを示すグラフである。
【００２８】
【図１７】図１７は、幾つかの実施形態に係る１５０°ＹＸ−ＬＮ基板に関するデューティファクタ a/p=0.4の銅電極を有するデバイスにおけるスプリアスモード結合（log10（K2））を示すグラフである。
【００２９】
【図１８】図１８は、幾つかの実施形態に係る１５０°ＹＸ−ＬＮ基板に関するデューティファクタa/p=0.4の銅電極を有するデバイスにおける結合パーセンテージを示すグラフである。
【００３０】
【図１９】図１９は、幾つかの実施形態に係る１５０°ＹＸ−ＬＮ基板に関するデューティファクタa/p=0.45の銅電極を有するデバイスにおけるスプリアスモード結合（log10（K2））を示すグラフである。
【００３１】
【図２０】図２０は、幾つかの実施形態に係る１５０°ＹＸ−ＬＮ基板に関するデューティファクタa/p=0.45の銅電極を有するデバイスにおける結合パーセンテージを示すグラフである。
【００３２】
【図２１】図２１は、幾つかの実施形態に係る１５０°ＹＸ−ＬＮ基板に関するデューティファクタa/p=0.5の銅電極を有するデバイスにおけるスプリアスモード結合（log10（K2））を示すグラフである。
【００３３】
【図２２】図２２は、幾つかの実施形態に係る１５０°ＹＸ−ＬＮ基板に関するデューティファクタa/p=0.5の銅電極を有するデバイスにおける結合パーセンテージを示すグラフである。
【００３４】
【図２３】図２３は、幾つかの実施形態に係る１５０°ＹＸ−ＬＮ基板に関するデューティファクタa/p=0.55の銅電極を有するデバイスにおけるスプリアスモード結合（log10（K2））を示すグラフである。
【００３５】
【図２４】図２４は、幾つかの実施形態に係る１５０°ＹＸ−ＬＮ基板に関するデューティファクタa/p=0.55の銅電極を有するデバイスにおける結合パーセンテージを示すグラフである。
【００３６】
【図２５】図２５は、幾つかの実施形態に係る１５０°ＹＸ−ＬＮ基板に関するデューティファクタa/p=0.6の銅電極を有するデバイスにおけるスプリアスモード結合（log10（K2））を示すグラフである。
【００３７】
【図２６】図２６は、幾つかの実施形態に係る１５０°ＹＸ−ＬＮ基板に関するデューティファクタa/p=0.6の銅電極を有するデバイスにおける結合パーセンテージを示すグラフである。
【００３８】
【図２７】図２７は、幾つかの実施形態に係る１５０°ＹＸ−ＬＮ基板に関するデューティファクタa/p=0.4、0.45、0.5、0.55、0.6の銅電極を有するデバイスにおける最小スプリアスモードのラインを示すグラフである。
【００３９】
【図２８】図２８は、幾つかの実施形態における保護膜厚さと電極厚さの比率及び正規化された周期に応じた一定デューティフアクタにおけるスプリアスフリーラインを示すグラフである。
【００４０】
【図２９】図２９は、１５０°ＹＸ−ＬＮ基板を有するh_do/h_el=2.0の幾つかの実施形態に係るデバイスにおける周期に伴ってほぼ線形のスプリアスデューティファクタを示すグラフである。
【００４１】
【図３０】図３０は、１４０°ＹＸ−ＬＮ基板を有するh_do/h_el=2.0の幾つかの実施形態に係るデバイスにおける周期に伴ってほぼ線形のスプリアスフリーデューティファクタを示すグラフである。
【００４２】
【図３１】図３１は、周期の幅広い変化においてスプリアス結合を無視できることを示す幾つかの実施形態に係るグラフである。
【００４３】
【図３２】図３２は、幾つかの実施形態に係るスプリアス含有量が無視できる領域にわたる結合係数パーセンテージを示すグラフである。
【００４４】
【図３３】図３３は、１４０°ＹＸ−ＬＮ基板を有するh_do/h_el=2.5の幾つかの実施形態に係るデバイスにおける周期に伴ってほぼ線形のスプリアスフリーデューティファクタを示すグラフである。
【００４５】
【図３４】図３４は、周期の幅広い変化においてスプリアス結合を無視できることを示す幾つかの実施形態に係るグラフである。
【００４６】
【図３５】図３５は、幾つかの実施形態に係るスプリアス含有量が無視できる領域にわたる結合係数パーセンテージを示すグラフである。
【００４７】
【図３６】図３６は、１５０°ＹＸ−ＬＮ基板を有するh_do/h_el=2.0の幾つかの実施形態に係るデバイスにおける周期に伴ってほぼ線形のスプリアスフリーデューティファクタを示すグラフである。
【００４８】
【図３７】図３７は、周期の幅広い変化においてスプリアス結合を無視できることを示す幾つかの実施形態に係るグラフである。
【００４９】
【図３８】図３８は、幾つかの実施形態に係るスプリアス含有量が無視できる領域にわたる結合係数パーセンテージを示すグラフである。
【００５０】
【図３９】図３９は、１５０°ＹＸ−ＬＮ基板を有するh_do/h_el=2.5の幾つかの実施形態に係るデバイスにおいてスプリアスフリーデューティファクタが周期に伴ってほぼ線形であることを示すグラフである。
【００５１】
【図４０】図４０は、周期の幅広い変化においてスプリアス結合を無視できることを示す幾つかの実施形態に係るグラフである。
【００５２】
【図４１】図４１は、スプリアス含有量が無視できる領域にわたる結合係数パーセンテージが１２７°及び１４０°のＹＸ−ＬＮ基板を有する幾つかの実施形態に係るデバイスと比べて向上されることを示すグラフである。
【００５３】
【図４２】図４２は、１６０°ＹＸ−ＬＮ基板を有するh_do/h_el=2.0の幾つかの実施形態に係るデバイスにおいてスプリアスフリーデューティファクタが周期に伴ってほぼ線形であることを示すグラフである。
【００５４】
【図４３】図４３は、周期の幅広い変化においてスプリアス結合を無視できることを示す幾つかの実施形態に係るグラフである。
【００５５】
【図４４】図４４は、スプリアス含有量が無視できる領域にわたる結合係数パーセンテージが１２７°、１４０°、及び、１５０°のＹＸ−ＬＮ基板を有する幾つかの実施形態に係るデバイスと比べて向上されることを示すグラフである。
【００５６】
【図４５】図４５は、１６０°ＹＸ−ＬＮ基板を有するh_do/h_el=2.5の幾つかの実施形態に係るデバイスにおいてスプリアスフリーデューティファクタが周期に伴ってほぼ線形であることを示すグラフである。
【００５７】
【図４６】図４６は、周期の幅広い変化においてスプリアス結合を無視できることを示す幾つかの実施形態に係るグラフである。
【００５８】
【図４７】図４７は、スプリアス含有量が無視できる領域にわたる結合係数パーセンテージが１２７°、１４０°、及び、１５０°のＹＸ−ＬＮ基板を有する幾つかの実施形態に係るデバイスと比べて向上されることを示すグラフである。
【００５９】
【図４８】図４８は、幾つかの実施形態に係る保護膜-対-電極厚さの比率及びｙ回転に応じたデューティファクタ勾配（α）の等高線を示すグラフである。
【００６０】
【図４９】図４９は、幾つかの実施形態に係る保護膜厚さと電極厚さの比率及びｙ回転に応じた電極厚さ／基準周期（p_ref）の等高線を示すグラフである。
【００６１】
【図５０】図５０は、幾つかの実施形態に係る保護膜厚さと電極厚さの比率及びｙ回転に応じた結合係数（K2 in %）の等高線を示すグラフである。
【００６２】
【図５１】図５１は、幾つかの実施形態に係る保護膜厚さと電極厚さの比率及びｙ回転に応じた共振周波数ＴＣＦ（ppm/°C）の等高線を示すグラフである。
【００６３】
【図５２】図５２は、幾つかの実施形態に係る保護膜厚さと電極厚さの比率及びｙ回転に応じた反共振周波数ＴＣＦ（ppm/°C）の等高線を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００６４】
ここで、以下、本発明の好ましい実施形態が示される添付図面を参照して、本発明を更に十分に説明する。別に規定されなければ、本明細書中で使用される技術用語及び科学用語は、この発明が出願日に関連する当該技術において共通に理解される意味と同じ意味を有するように意図される。本明細書中に記載される方法及び材料と同様の或いは等価な様々な方法及び材料を本発明の実施又は試験で使用できるが、以下では適した方法及び材料が記載される。しかしながら、当業者であれば分かるように、使用されて記載される方法及び材料は、一例であって、本発明で用いるのに適する唯一の方法及び材料でない場合がある。
【００６５】
また、本明細書中で与えられる温度、重量、体積、時間間隔、範囲、他の測定値、量、及び、数式は、それに反することが明確に述べられていなければ、おおよそのものであって、正確な値又は臨界値ではないように意図されていることは言うまでもない。本発明に適切な場合には、当業者により理解されるように、寸法付けられる、約、おおよそ、実質的に、本質的に、備える、など、出願で一般に使用される近似的な或いは相対的な用語及び度合いの用語を用いて本発明の様々な態様について説明することが適切である。
【００６６】
与えられる材料、方法、及び、実施例は、実際は単なる例示であり、限定しようとするものではない。
【００６７】
したがって、この発明は、多くの異なる形態で具現化されてもよく、また、本明細書中に記載される例示的な実施形態に限定されると解釈されるべきでない。むしろ、これらの例示的な実施形態は、この開示が完全で、完備しているとともに、本発明の範囲を当業者に十分に伝えるように与えられる。
本発明の他の特徴及び利点は、以下の詳細な説明及び特許請求の範囲から明らかである。
【００６８】
最初に図１を参照すると、ここには、本発明の１つの実施形態が、一例として、表面弾性波（ＳＡＷ）デバイス１０として記載されており、該デバイス１０は、弾性波、例えば漏洩弾性波の伝搬を行なうために、基板１２、例えば単結晶圧電基板を備える。本明細書中に一例として記載される実施形態の場合には、第１及び第２の共振器１４、１６が基板１２の表面２２上の第１及び第２の電極パターン１８、２０によって形成される。第１の共振器１４は、電極３０間及び電極３０上にわたって配置される厚さ２６（h_doとも称される）の酸化ケイ素層の形態を成すプラスのＴＣＦを有する誘電保護膜２４と、電極周期２８（ｐ１とも称される）と、電極幅３２（ａ１とも称される）を有する電極３０とを有する。第２の共振器１６は、酸化ケイ素の誘電保護膜２４を第１の共振器１８と共有するとともに、電極周期２８Ａ（ｐ２とも称される）と、電極幅３２Ａ（ａ２とも称される）を有する電極３０Ａとを有する。
【００６９】
様々な実施形態において、電極の周期と幅との間の関係は、特に、ＳＡＷデバイス１０の効率的な動作を容易にするように設定されてもよい。効率的な動作としては、例えば、強力な電気機械結合係数を示すこと、小さい周波数温度係数（ＴＣＦ）を有すること、及び／又は、スプリアスモードのロバスト抑制を挙げることができる。幾つかの実施形態において、電極周期に対する電極幅の関係は、各電極周期、例えばｐ１が電極周期に対する電極幅のそれぞれの比率、例えばａ１／ｐ１と関連付けられるようになっていてもよい。電極周期に対する電極幅の比率が「デューティファクタ」と称されてもよい。したがって、例えば、実施形態は、複数の異なる電極周期をもって配置される電極を有してもよく、この場合、複数の異なる電極周期のそれぞれは、電極周期に対する電極幅のそれぞれの比率と関連付けられる。図１に示される実施形態は一般に２つの共振器を描いており、この場合、各共振器内の電極は、共通の電極周期及び幅を有する。しかしながら、他の実施形態は他の数の共振器を有してもよく、その場合、共振器のうちの１つ以上が１つ以上の異なる電極周期及び／又は電極幅を有する。
【００７０】
幾つかの実施形態では、電極３０、３０Ａの幅３２、３２Ａが定められた関係にしたがう。この関係は、幾つかの実施形態によれば、隣接する電極間の正規化された間隔（pN-aN）/pNを使用して都合良く表わされる。一例として、第１の共振器１４の周期２８が第２の共振器１６の周期２８Ａよりも小さい場合、すなわち、（p1<p2）の場合には、第１の共振器１４の電極３０間の相対間隔が、第２の共振器１６の電極３０Ａ間の相対間隔よりも大きくなる。すなわち、（p1-a1）/p1>（p2-a2）/p2となる。
【００７１】
幾つかの実施形態では、第１及び第２の共振器の電極間の間隔が共振器の電極周期に反比例し、したがって、電極周期が減少するにつれて前記間隔が増大する。すなわち、a2/p2>a1/p1となる。
【００７２】
幾つかの実施形態において、２つの共振器１４、１６は、関係（a1-a2）/（p1-p2）>1を満たすそれぞれの電極周期２８、２８Ａ及び幅３２、３２Ａを有してもよい。
【００７３】
本明細書中に一例として記載される実施形態に関しては、本明細書中で一例として与えられて記載される結果として得られる性能データから、電極３０、３０Ａの質量が、主に、「重い電極」と称されてもよいものを与える銅（Ｃｕ）によって与えられてもよい。これらの重い電極は、誘電保護膜２４の密度を実質的に超える密度を有してもよい。幾つかの実施形態において、電極３０、３０Ａの長さ寸法、例えば厚さ３６（h_elとも称される）又は幅（ａ）は、主に、１つ以上の他の材料、例えばアルミニウムによって与えられる。様々な実施形態において、厚さ３６は、個々の電極と関連付けられる周期の約１０〜４０パーセントの範囲内にあってもよい。様々な実施形態において、厚さ３６は、個々の電極と関連付けられる周期の約１５〜２５パーセントの範囲内にあってもよい。厚さ３６は図１の電極の全てにおいてほぼ同じであるように示されているが、他の実施形態では、様々な電極厚さが使用されてもよい。
【００７４】
幾つかの実施形態において、重い電極、例えば電極３０、３０Ａは、基板１２上に存在する漏れやすい波、例えばＬＳＡＷが十分に遅らされるようにし、それにより、波速度が遅い剪断バルク波の速度未満に減少されるようにしてもよい。そのような場合には、バルク弾性波中へ漏れるＬＳＡＷエネルギーに起因するこれらのＬＳＡＷの漏れ性を抑制できる。
【００７５】
重い電極の形態の選択は、スプリアスモードの応答が抑制されてフィルタの応答に対する任意の悪影響を制限するようにするべく誘電保護膜２４の厚さ２６の好ましい選択に伴うものでもよい。幾つかの実施形態において、電極の上端から誘電保護膜２４の上端面まで測定されてもよい厚さ２６は、厚さ３６の約３倍〜４倍より小さくてもよい。幾つかの実施形態では、厚さ３６に関連する厚さ２６がほぼh_el<h_do<4*h_elの範囲内にあってもよい。幾つかの実施形態において、厚さ２６は、基準電極周期の約２０パーセントから基準電極周期の約８０パーセントまでの範囲内であってもよい。基準電極周期は、特定のＳＡＷデバイスの任意の電極周期であってもよく、あるいは、さもなければＳＡＷデバイスの電極周期、例えば平均電極周期に基づいてもよい。随意的に、厚さ２６は、基板１２の表面上で励起されるＳＡＷの弾性波長の０〜７５パーセントの範囲であってもよい。
【００７６】
様々な実施形態において、基板１２は、５％を超える電気機械結合係数を有してもよく、また、オイラー角（０±３°、μ、０±３°）により規定される方向性を有してもよい。ここで、角度μ＝μ’−９０であり、μ’は約１４０°〜約１７０°の範囲である。オイラー角（λ、μ、θ）は、本明細書では、図２に更に関連して前述したように規定される。
【００７７】
本実施形態は、ここでは、有限要素法／境界要素法（ＦＥＭ／ＢＥＭ）又は有限要素法／スペクトル領域解析（ＦＥＭ／ＳＤＡ）を使用してＹＸ−ＬＮ基板における所望のモード及びスプリアスモードの挙動を計算する解析を適用して例示される。特に、各モードの結合及び速度の依存性が推定された。
【００７８】
本発明の実施形態からの実験結果を検討する前に、スプリアスモードの応答を含む１ポート共振器における周波数の関数としてのアドミタンスを示す図３のグラフを参照して、当該技術分野における典型的な結果を一例として考察する。そのようなスプリアスモードは、フィルタ応答を著しく低下させ得る。図４は、従来技術のフィルタの応答を示すグラフである。フィルタの通過帯域におけるノッチは、スプリアスモードの存在に起因する。市販のＳＡＷフィルタにおける適用においては、そのようなスプリアス応答を克服する必要がある。
【００７９】
スプリアス応答の抑制は特別な注意を必要とする。ある程度の抑制は、電極厚さと誘電保護膜の厚さとの適切な選択と組み合わせとによって達成されてもよい。
【００８０】
ここで、図５及び図６を参照すると、１５０°ＹＸＬＮ基板上に形成される１ポート共振器のアドミタンスの実験測定値を示すためにグラフが示されており、この場合、共振器における電極隙間、例えば電極間の間隔は、幾つかの実施形態によれば１．２μｍである。図５における共振器は、４０％のデューティファクタ（a/p＝０．４）と、１．６、１．８、２．０、２．２及び２．４ミクロン（μｍ）の電極周期とを有する。４０％のデューティファクタにおいては、２．０μｍの周期を伴う共振器におけるスプリアスモードがうまく抑制される。図６における共振器は５０％のデューティファクタを有しており、２．４μｍの周期を伴う共振器におけるスプリアスモードがうまく抑制される。図５及び図６に見られる結果は、共振器のデューティファクタがこの特定のケースでは共振器におけるスプリアス応答を抑制するべく変更されてもよいことを明らかにしている。
この詳細な説明は、電極のデューティファクタを変えることによりスプリアスモードの抑制を達成するために何の条件が必要とされるのかに基づいて論じる。
【００８１】
図７及び図８は、９０〜１８０°のＹ回転における所望のモード及びスプリアスモードの結合係数の依存性を示す幾つかの実施形態に係るグラフである。所望のモード及びスプリアスモードにおける結合係数は、開口及び長さが無限のデバイスにおける理論的な共振速度及び反共振速度ｖＲ、ｖＡから決定される。
【数１】
0006452927.tif 000002
【００８２】
複数のモードが存在する場合、各モードの反共振速度は、存在する他のモードの結合強度に依存する。これは、１つのモードの結合の他のモードに対する暗示的な依存性をもたらす。この依存性を除去するために、アドミタンスが以下のように表わされてもよい。
【数２】
0006452927.tif 000003
【数３】
0006452927.tif 000004
【数４】
0006452927.tif 000005
【数５】
0006452927.tif 000006
【００８３】
したがって、反共振周波数及び速度、すなわち、方程式（３）及び（５）は、他のモードが存在しない状態で個々のモードが存在した場合に予期されるものの効果的な表示となる。所望のモード及びスプリアスモードにおける結合係数のこの効果的な表示は、ＦＥＭ／ＳＤＡシミュレーションのＦＥＭ／ＢＥＭを使用して魅力的な物理的実施形態を特定する際に有益である。
【００８４】
図９は、幾つかの実施形態に係る１２７°ＹＸ−ＬＮ基板におけるスプリアスモードの結合係数の等高線を示すグラフである。図９において、スプリアス結合係数の等高線は、電極の厚さh_el及び誘電保護層の厚さh_doの両方の関数である。図９に表わされる共振器のデューティファクタは、５０％に等しく、変化しない。図９に示される破線は、電極厚さ３６に対する保護膜厚さ２６の比率（例えば、保護膜厚さと電極厚さの比率）に関する特定の値に対応する。ＳＡＷデバイスの製造においては、電極厚さ及び保護膜厚さがウエハの全域にわたって一定のままであることが都合良い。このことは、保護膜厚さと電極厚さの比率h_do/h_elが、ＳＡＷデバイス１０を構成するために使用される全ての共振器、例えば共振器１４、１６に関して一定であってもよいことを意味する。図９に表わされるh_do/h_elの比率は１、２、３、・・・、７である。図９において、最小スプリアスモード結合は、h_do/h_el=3付近の比率に対応する。
【００８５】
図１０は、幾つかの実施形態に係る図９に示されるスプリアスモードに伴って起こる所望のモードにおける結合係数を示すグラフである。図１０において、破線は、保護膜厚さと電極厚さの一定の比率に対応するが、破線の必要性を排除するために、保護膜厚さと電極厚さの比率（h_do/h_el）及び電極厚さh_elの関数としての結合係数を与えるように等高線が変更されてもよい。図１１及び図１２は、図９及び図１０に見られる同じ情報を表わすが保護膜厚さと電極厚さの比率及び電極厚さの関数としての結合係数を表わすグラフを与える。図１１では、無視できるスプリアス含有量が右下に存在する場合がある。図９、１０、１１における結果は、５０％のデューティファクタを有する共振器を表わしている。
【００８６】
ＳＡＷフィルタを製造するためには、スプリアスモードが電極周期の実質的範囲において抑制されたままであることが望ましい。図９及び図１１は、h_el=0.1p〜0.3pの電極厚さ及びh_do=3 h_elの誘電保護膜厚さにおいてスプリアスモードの結合係数が０．０００１の値を下回ったままとなり得ることを示している。これは、ＳＡＷフィルタの製造にとって十分な抑制となり得る。
【００８７】
ニオブ酸リチウム基板のＹ回転を変更することにより、所望のモードの結合係数を増大させることができる場合がある。 図１３、１４、１５、１６は、幾つかの実施形態に係る５０％のデューティファクタを有する１５０°ＹＸＬＮ上に構成される共振器の性能指標を示すグラフである。図１３及び図１４のグラフはそれぞれ、スプリアスモード及び所望のモードの結合係数を示している。図１３は、スプリアスモードの結合係数が最小限に抑えられる場合の位置を表わす破線曲線を含む。図１５及び図１６のグラフは、幾つかの実施形態に係る５０％のデューティファクタを有する１５０°ＹＸ−ＬＮ基板上の共振器における共振及び反共振での温度ドリフトに関するモデルを示している。
【００８８】
図１３の１５０°ＹＸ−ＬＮ基板におけるスプリアスモードの結合係数と図１１の１２７°ＹＸ−ＬＮのスプリアスモードの結合係数との比較が問題を露呈する。図１３においては、スプリアスモードの結合が抑制されたままである周期の実質的範囲が存在しない。結果として、５０％のデューティファクタを有する異なる電極周期を有するＳＡＷフィルタの製造が不可能な場合がある。
【００８９】
図１７及び図１８は、幾つかの実施形態に係る４０％のデューティファクタを有する１５０°ＹＸ−ＬＮ基板上の共振器におけるスプリアスモード及び所望のモードの結合係数をそれぞれ表わすグラフを与える。図１３及び図１４に見られるように、４０％のデューティファクタにおける最小スプリアスモード結合の領域は、５０％のデューティファクタにおける最小スプリアスモード結合の領域と比較してシフトしている。これは、スプリアスモード抑制の維持がデューティファクタに影響され、それにより、デバイスの製造が複雑になることを示唆している。しかしながら、異なる周期を有する共振器におけるスプリアスモードを共振器のデューティファクタの調整によって抑制でき、それにより、電極周期に比例してデューティファクタを変えて所望の目的を達成するべく異なる電極周期を有するデバイスを製造できる場合があることも示唆する。
【００９０】
図１７〜図２６は、幾つかの実施形態に係るデューティファクタが４０％、４５％、５０％、５５％及び６０％から変動する１５０°ＹＸＬＮ上の共振器におけるスプリアスモード及び所望のモードの結合係数を表わすグラフを与える。各デューティファクタにおいては、破線が最小スプリアスモード結合の位置を表わす。これらのラインのそれぞれが図２７に示されている。図２７における結果を用いると、スプリアスモードに対する結合が電極周期の実質的範囲にわたって抑制されたままとなるように電極周期に応じたデューティファクタの変化を定めることができる。適切に定められる場合には、これにより、フィルタの共振器のそれぞれにおけるスプリアスモードを抑制しつつ、結合が高いフィルタを製造することができる。
【００９１】
５０％のデューティファクタに対応する電極周期を基準として選択することにより、正規化された電極周期を表わすべく図２７における垂直軸が変えられてもよい。結果が図２８のグラフに示されている。図２８は、スプリアスモードを抑制するために必要とされる所定のデューティファクタを直線関係によって推定できることを示している。図２９は、１５０°ＹＸ−ＬＮ基板における所定の関係を示すグラフであり、周期の変化 が＋／−２５％よりも大きい幾つかの実施形態に係る共振器におけるスプリアスモードを抑制するのに０．４〜０．６のデューティファクタの変化で十分であることを明らかにしている。
【００９２】
図３０は、幾つかの実施形態に係る２．０の保護膜厚さと電極厚さの比率を有する１４０°ＹＸ−ＬＮにおけるスプリアスモード抑制のための所定の関係を示すグラフである。図３１は、幾つかの実施形態にしたがって図３０における規定に従う場合に予測されるスプリアスモード結合のレベルにおける等高線を示すグラフである。図３１には、ＳＡＷフィルタの製造にとって十分な範囲である電極周期の±１０％範囲を示すバーが含まれている。図３２は、幾つかの実施形態に係る所望のモードの結合係数を示すグラフである。図３２と図１２との比較は、所望のモードにおける結合係数のかなりの増大が本明細書中に記載されるようにデューティファクタと周期との間の関係を定めることにより達成され得ることを示す。
【００９３】
図３３は、幾つかの実施形態に係る２．５の保護膜厚さと電極厚さの比率を有する１４０°ＹＸ−ＬＮ基板における所定のデューティファクタを示すグラフである。図３４及び図３５は、幾つかの実施形態に係る図３３の規定に起因するスプリアスモード及び所望のモードにおける結合係数を示すグラフである。
【００９４】
更なる規定及びそれに伴うスプリアスモード及び所望のモードの結合係数が、ＹＸ−ＬＮ基板の様々な回転及び保護膜厚さと電極厚さ比率に関して、幾つかの実施形態に係る図３７−図４６に示されている。Ｙ回転が増大するにつれて、所望のモードの結合係数に関してより大きな値を得ることができる。
【００９５】
これらの規定のそれぞれは、以下の形を成す線形関係により特徴付けられる。
【数６】
0006452927.tif 000007
ここで、p_refは、ＳＡＷデバイスの最小電極周期p_minとＳＡＷデバイスの最大電極周期p_maxとの間の値であり、a_ref/p_refはa_max/p_maxとa_min/p_minとの間の値であり、この場合、a_maxはＳＡＷデバイスの最大電極幅であり、a_minはＳＡＷデバイスの最小電極幅である。
【００９６】
所定の勾配を規定する変数ｍは、ＹＸ−ＬＮ基板のＹ回転及び保護膜厚さと電極厚さの比率に依存する場合がある。Ｙ回転及び保護膜厚さと電極厚さの比率に対する所定の勾配の依存性が図４８のグラフに示されている。所定の勾配が約０．４〜１．０の間にあってもよい。所定の実施形態における公称電極厚さが図４９に示されている。所定の電極厚さは、約0.1*p_ref<h_el<0.4*p_refの範囲内であってもよい。
【００９７】
従来技術とは異なり、電極幅は、電極の周期に機能的に依存するように定められる。この規定は、大きな結合係数と低い温度ドリフトとを伴ってＳＡＷフィルタを製造できるようにする実用性を与える。
【００９８】
図５０、５１、５２は、電極周期とデューティファクタとの間の所定の関係を使用して製造される共振器における共振及び反共振での結合係数及び温度ドリフトを示すグラフを与える。規定された関係を使用しないで製造される１２７°ＹＸ−ＬＮ基板上の共振器と比べて著しい向上が明らかである。これらの実施形態の値を例示するために、平面ＳｉＯｘ誘電保護膜を有する重い銅電極が使用された。しかしながら、電極の組成は銅である必要はない。本発明の教示内容と一致する任意の重い金属又は導電材料が使用されてもよく、また、これらに本発明が及ぶものである。１４０〜１７０°のＹ回転のＹＸ−ＬＮ基板について言及してきたが、この発明は、他のＹＸ−ＬＮ基板においても実用性を有し得る。１７０及び１８０ＹＸ−ＬＮ基板は、それらの高い結合係数に起因して特に魅力的である。例えば図８を参照されたい。非平面ＳｉＯｘ誘電保護膜も本発明の実施形態に含められるように意図される。誘電保護膜が更なる誘電体層を含んでもよい。例えば、窒化ケイ素層が、ＳｉＯｘ層の上端に堆積されて、正確な周波数の調整をもたらすような厚さでトリミングされてもよい。第２の例として、窒化アルミニウムの層が他の層の上端に堆積され、それにより、境界波（又は界面波）が引き起こされるように窒化アルミニウム層の下側の波が捕捉されてもよい。誘電保護膜は、溝、ドット、ボイド、又は、他の幾何学的形態をもたらして開示される好ましい実施形態と一致したままとなるように、それらの表面がエッチングされ或いはパターニングされてもよい。
【００９９】
本発明の多くの変更及び他の実施形態は、当業者が想起でき、先の説明及び関連する図面で与えられる教示の利点を有する。したがって、本発明が開示された特定の実施形態に限定されるものではなく、また、改変及び実施形態が添付の特許請求の範囲内に含まれるように意図されることは言うまでもない。
【図１】
0006452927.tif 000008
【図２】
0006452927.tif 000009
【図２Ａ】
0006452927.tif 000010
【図３】
0006452927.tif 000011
【図４】
0006452927.tif 000012
【図５】
0006452927.tif 000013
【図６】
0006452927.tif 000014
【図７】
0006452927.tif 000015
【図８】
0006452927.tif 000016
【図９】
0006452927.tif 000017
【図１０】
0006452927.tif 000018
【図１１】
0006452927.tif 000019
【図１２】
0006452927.tif 000020
【図１３】
0006452927.tif 000021
【図１４】
0006452927.tif 000022
【図１５】
0006452927.tif 000023
【図１６】
0006452927.tif 000024
【図１７】
0006452927.tif 000025
【図１８】
0006452927.tif 000026
【図１９】
0006452927.tif 000027
【図２０】
0006452927.tif 000028
【図２１】
0006452927.tif 000029
【図２２】
0006452927.tif 000030
【図２３】
0006452927.tif 000031
【図２４】
0006452927.tif 000032
【図２５】
0006452927.tif 000033
【図２６】
0006452927.tif 000034
【図２７】
0006452927.tif 000035
【図２８】
0006452927.tif 000036
【図２９】
0006452927.tif 000037
【図３０】
0006452927.tif 000038
【図３１】
0006452927.tif 000039
【図３２】
0006452927.tif 000040
【図３３】
0006452927.tif 000041
【図３４】
0006452927.tif 000042
【図３５】
0006452927.tif 000043
【図３６】
0006452927.tif 000044
【図３７】
0006452927.tif 000045
【図３８】
0006452927.tif 000046
【図３９】
0006452927.tif 000047
【図４０】
0006452927.tif 000048
【図４１】
0006452927.tif 000049
【図４２】
0006452927.tif 000050
【図４３】
0006452927.tif 000051
【図４４】
0006452927.tif 000052
【図４５】
0006452927.tif 000053
【図４６】
0006452927.tif 000054
【図４７】
0006452927.tif 000055
【図４８】
0006452927.tif 000056
【図４９】
0006452927.tif 000057
【図５０】
0006452927.tif 000058
【図５１】
0006452927.tif 000059
【図５２】
0006452927.tif 000060