(57)【要約】  弾性波素子は、圧電体と、圧電体上に設けられた酸化アルミ層と、酸化アルミ層上に設けられた電極と、電極を覆うように酸化アルミ層上に設けられた保護膜とを備える。圧電体は、オイラー角（φ，θ，ψ）を有するニオブ酸リチウム系の圧電材料よりなる。酸化アルミ層はＡｌ２Ｏ３よりなる。電極は波長λを有する主要弾性波を励振するように構成されている。保護膜は０．２７λより大きい膜厚を有する。オイラー角は、ψ≦−２φ−３°と−２φ＋３°≦ψのうちの一方と、−１００°≦θ≦−６０°と、２φ−２°≦ψ≦２φ＋２°とを満たす。この弾性波素子は発生する不要スプリアスを抑制することができる。
2015052888.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
オイラー角（φ，θ，ψ）を有するニオブ酸リチウム系の圧電材料よりなる圧電体と、
前記圧電体上に設けられたＡｌ２Ｏ３よりなる酸化アルミ層と、
前記酸化アルミ層上に設けられた電極と、
前記電極を覆うように前記酸化アルミ層上に設けられた保護膜と、
を備え、
前記電極は波長λを有する主要弾性波を励振するように構成されており、
前記保護膜は０．２７λより大きい膜厚を有し、
前記オイラー角は、
ψ≦−２φ−３°と−２φ＋３°≦ψのうちの一方と、
−１００°≦θ≦−６０°と、
２φ−２°≦ψ≦２φ＋２°と、
を満たす、弾性波素子。
【請求項２】
前記保護膜は酸化ケイ素膜からなる、請求項１に記載の弾性波素子。
【請求項３】
請求項１に記載の弾性波素子を有する第１のフィルタと、
前記第１のフィルタより高い通過帯域を有する第２のフィルタと、
を備えたデュプレクサ。
【請求項４】
請求項１に記載の弾性波素子と、
前記弾性波素子に接続された回路素子と、
を備えた電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、弾性波素子と、これを用いたデュプレクサ、電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
図７は従来の弾性波素子１の断面模式図である。弾性波素子１は、圧電体２と、圧電体２上に設けられた酸化物層１３０と、酸化物層１３０上に設けられた電極３と、電極３を覆うように酸化物層１３０上に設けられた保護膜４とを備える。【０００３】
弾性波素子１に類似する従来の弾性波素子は、例えば、特許文献１に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２００５／０３４３４７号
【発明の概要】
【０００５】
弾性波素子は、圧電体と、圧電体上に設けられた酸化アルミ層と、酸化アルミ層上に設けられた電極と、電極を覆うように酸化アルミ層上に設けられた保護膜とを備える。圧電体は、オイラー角（φ，θ，ψ）を有するニオブ酸リチウム系の圧電材料よりなる。酸化アルミ層はＡｌ２Ｏ３よりなる。電極は波長λを有する主要弾性波を励振するように構成されている。保護膜は０．２７λより大きい膜厚を有する。オイラー角は、ψ≦−２φ−３°と−２φ＋３°≦ψのうちの一方と、−１００°≦θ≦−６０°と、２φ−２°≦ψ≦２φ＋２°とを満たす。
【０００６】
この弾性波素子は発生する不要スプリアスを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は実施の形態における弾性波素子の断面模式図である。
【図２】図２は弾性波素子の比較試料の特性図である。
【図３】図３は実施の形態における弾性波素子の特性図である。
【図４】図４は実施の形態における弾性波素子の圧電体のオイラー角を示す図である。
【図５】図５は実施の形態における弾性波素子を搭載したデュプレクサのブロック図である。
【図６】図６は実施の形態における弾性波素子を搭載した電子機器のブロック図である。
【図７】図７は従来の弾性波素子の断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
図１は実施の形態における弾性波素子５の断面模式図である。弾性波素子５は、圧電体６と、圧電体６の面６Ａ上に設けられた酸化アルミ層３０と、酸化アルミ層３０の面３０Ａ上に設けられた電極７と、酸化アルミ層３０の面３０Ａ上に電極７を覆うように設けられた保護膜８とを備える。酸化アルミ層３０の面３０Ａの反対側の面３０Ｂは圧電体６の面６Ａに当接する。保護膜８は圧電体６の面６Ａに当接する面８Ｂと、面８Ｂの反対側の面８Ａとを有する。
【０００９】
圧電体６は、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）系の圧電材料よりなる圧電基板であり、圧電体６のオイラー角（φ，θ，ψ）は、ψ≦−２φ−３°と−２φ＋３°≦ψのうちの一方と、−１００°≦θ≦−６０°と、２φ−２°≦ψ≦２φ＋２°とを満たす。
【００１０】
酸化アルミ層３０はＡｌ２Ｏ３よりなり、具体的にはサファイアからなる。酸化アルミ層３０の膜厚は０．００１λ以上０．０２λ以下である。
【００１１】
電極７は、例えば、アルミニウム、銅、銀、金、チタン、タングステン、モリブデン、白金、又はクロムからなる単体金属、若しくはこれらを主成分とする合金、またはこれらの金属を積層させた構造を有する。電極は、波長λを有するＳＨ（Ｓｈｅａｒ  Ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ）波からなる主要弾性波を励振させるＩＤＴ（Ｉｎｔｅｒ−Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）電極を構成し、実施の形態では櫛形形状を有する。電極７の総膜厚は、電極の密度にもよるが概ね０．０１λから０．１５λを有する。
【００１２】
保護膜８は、例えば酸化ケイ素（ＳｉＯ２）膜からなる。その場合、保護膜８は圧電体６と逆の温度特性を有し、膜厚Ｔ８を０．２７λより大きくすることで、弾性波素子５の周波数温度特性を向上させることができる。保護膜８は酸化ケイ素膜以外の材料より形成されていてもよく、これにより好適に電極７を外部環境から保護することができる。保護膜８の膜厚Ｔ８は、電極７が形成されていない部分における膜厚であり、圧電体６と保護膜８とが接している圧電体６の面６Ａから保護膜８の面８Ａまでの距離である。主要弾性波の波長λは、櫛形状を有する電極７の電極指の平均ピッチの２倍である。
【００１３】
実施の形態における弾性波素子５の試料と比較試料とを作製した。比較試料は図７に示す従来の弾性波素子１と同様の構造を有する。比較試料では、圧電体２はオイラー角（０°，−９０°，０°）を有するニオブ酸リチウム系の圧電材料よりなる。酸化物層１３０はＡｌ２Ｏ３よりなる。電極３は銅等の金属よりなり、波長λの主要弾性波を励振させる。保護膜４は酸化ケイ素（ＳｉＯ２）からなる。
【００１４】
具体的には酸化物層１３０が膜厚０．００６λのサファイアよりなる。電極３が膜厚０．０６２λを有する。保護膜４は膜厚０．３５λを有する。
【００１５】
図２は弾性波素子の比較試料の特性図である。図２において、縦軸は整合値に対する規格化アドミタンスを示し、横軸は周波数を示す。弾性波素子の比較試料において、弾性波素子の温度特性を向上すべく酸化ケイ素からなる保護膜４の膜厚を例えば０．３５λとすると、図２に示すように、共振周波数の約１．３倍付近の周波数において、不要スプリアスＳ１が発生する。弾性波素子の比較試料には様々な音速の横波が発生する。不要スプリアスＳ１は、弾性波素子に発生する横波のうちの最も速い横波が原因であると考えられる。
【００１６】
上記速い横波により、比較試料の弾性波素子を適用したフィルタ、若しくはデュプレクサの特性品質が劣化する。不要スプリアスＳ１を抑制すべく、圧電体２のオイラー角（φ，θ，ψ）のうち角度φ、ψを変化させる。角度φを変化させた場合も角度ψを変化させた場合も速い横波による不要スプリアスＳ１を抑制することができるが、逆に、共振周波数から少し低い周波数帯に上記とは異なる不要スプリアスＳ１が発生する。不要スプリアスＳ１はレイリー波によるスプリアスと考えられる。
【００１７】
実施の形態における弾性波素子５の周波数温度特性を向上すべく保護膜８の膜厚を０．２７λより厚くした場合に、圧電体６のオイラー角（φ，θ，ψ）のうち角度φ、ψを所定角度以上に設定し、かつψ＝２φにある程度従うように角度φを０°から変化させると、レイリー波による不要スプリアスＳ１の発生を抑制しながら速い横波が発生する周波数帯付近における不要スプリアスＳ１を抑制することができる。
【００１８】
図３は弾性波素子５の特性図である。図３において、縦軸は、アドミタンスの値の共振時で整合した場合の値に対する比である規格化アドミタンス（ｄＢ）を示し、横軸は周波数（ＭＨｚ）を示す。弾性波素子５の試料では、圧電体６はオイラー角（−３°，−９０°，−３°）を有するニオブ酸リチウムよりなる。酸化アルミ層３０は膜厚０．００６λのサファイアよりなる。電極７は膜厚０．０６２λの銅よりなる。保護膜８は膜厚０．３５λの酸化ケイ素（ＳｉＯ２）からなる。図３に示すように、実施の形態における弾性波素子５は、比較試料で発生した図２に示すレイリー波による不要スプリアスＳ１を抑制しながら速い横波が発生する周波数帯付近における不要スプリアスＳ１を抑制することができる。
【００１９】
図４は、ニオブ酸リチウム系の圧電材料からなる圧電体６のオイラー角（φ，θ，ψ）のうち、角度φ、ψの取りうる範囲Ｒ１、Ｒ２を斜線で示す。なお、角度θは、−１００°≦θ≦−６０°を満たし、保護膜８の膜厚Ｔ８は０．２７λより大きい、電極７は規格化膜厚０．０６２λを有して銅よりなる。図４に示すψ＝２φの関係を示す線Ｌ１は、レイリー波によるスプリアスＳ１（図２）が特に抑制される場合の角度φ、ψ間の関係を示す。図２に示すように、ψ≦−２φ−３°と−２φ＋３°≦ψのうちの一方の範囲で、線Ｌ１を中心に角度ψが±２°以内の範囲、即ち２φ−２°≦ψ≦２φ＋２°の角度φの範囲において、レイリー波によるスプリアスＳ１が抑制される。
【００２０】
図５は実施の形態における弾性波素子５を搭載したデュプレクサ３３のブロック図である。デュプレクサ３３は、フィルタ３１と、フィルタ３１より高い通過帯域を有するフィルタ３２と、フィルタ３１に接続された端子３６と、フィルタ３２に接続された端子３５と、フィルタ３１、３２の間に接続された端子３４を備える。フィルタ３１に実施の形態における弾性波素子５を用いるのが望ましい。フィルタ３１における速い横波によるスプリアスがフィルタ３２の高い通過帯域の特性を劣化させる可能性がある。したがって、フィルタ３１を実施の形態における弾性波素子５で構成することで、フィルタ３２の特性の劣化を防ぐことができる。フィルタ３１が送信フィルタであり、フィルタ３２が受信フィルタである場合、端子３６は送信機に接続される入力端子となり、端子３５は受信機に接続される出力端子となり、端子３４はアンテナに接続されるアンテナ端子となる。
【００２１】
実施の形態における弾性波素子５を共振器に適用してもよく、ラダー型フィルタもしくはＤＭＳフィルタ等のフィルタに適用してもよい。
【００２２】
図６は実施の形態における弾性波素子５を搭載した電子機器４０のブロック図である。電子機器４０は、フィルタ３７と、フィルタ３７に接続された半導体集積回路素子３８と、半導体集積回路素子３８に接続された再生装置３９とを備える。フィルタ３７は実施の形態における弾性波素子５で構成されている。弾性波素子５により、上記の共振器、フィルタ、及び電子機器４０における通信品質を向上することができる。
【産業上の利用可能性】
【００２３】
本発明にかかる弾性波素子は、不要スプリアスの発生を抑制でき、携帯電話等の電子機器に適用可能である。
【符号の説明】
【００２４】
５    弾性波素子
６    圧電体
７    電極
８    保護膜
３０    酸化アルミ層
【図１】
2015052888.tif 000003
【図２】
2015052888.tif 000004
【図３】
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【図４】
2015052888.tif 000006
【図５】
2015052888.tif 000007
【図６】
2015052888.tif 000008
【図７】
2015052888.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成28年4月14日(2016.4.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
オイラー角（φ，θ，ψ）を有するニオブ酸リチウム系の圧電材料よりなる圧電体と、
前記圧電体上に設けられたＡｌ２Ｏ３よりなる酸化アルミ層と、
前記酸化アルミ層上に設けられた電極と、
前記電極を覆うように前記酸化アルミ層上に設けられた保護膜と
を備え、
前記電極は波長λを有する主要弾性波を励振するように構成され、
前記保護膜は０．２７λより大きい膜厚を有し、
前記オイラー角（φ，θ，ψ）は、
ψ≦−２φ−３°と−２φ＋３°≦ψのうちの一方と、
−１００°≦θ≦−６０°と、
２φ−２°≦ψ≦２φ＋２°と
を満たす、弾性波素子。
【請求項２】
前記保護膜は酸化ケイ素膜からなる、請求項１に記載の弾性波素子。
【請求項３】
前記保護膜は、前記圧電体と逆の温度特性を有する、請求項２に記載の弾性波素子。
【請求項４】
前記酸化アルミ層は、サファイアからなり、かつ、厚さが０．００１λ以上０．０２λ以下である、請求項１に記載の弾性波素子。
【請求項５】
前記電極は、アルミニウム、銅、銀、金、チタン、タングステン、モリブデン、白金、又はクロムを含む単体金属、前記単体金属の少なくとも２つを含む合金、又は前記単体金属の少なくとも２つを含む積層構造から形成される請求項１に記載の弾性波素子。
【請求項６】
前記電極は、厚さが０．０１λ以上０．１５λ以下である、請求項５に記載の弾性波素子。
【請求項７】
前記電極は、電極指を有する櫛形のインターディジタルトランスデューサ電極であり、
前記波長λは、前記電極指の平均ピッチの２倍である、請求項６に記載の弾性波素子。
【請求項８】
前記圧電体は、オイラー角（φ，θ，ψ）が（−３°，−９０°，−３°）である、請求項１に記載の弾性波素子。
【請求項９】
前記酸化アルミ層は、サファイアからなり、かつ、厚さが０．００６λである、請求項８に記載の弾性波素子。
【請求項１０】
前記電極は、銅からなり、かつ、厚さが０．０６２λである、請求項９に記載の弾性波素子。
【請求項１１】
前記保護膜は、厚さが０．３５λである、請求項１０に記載の弾性波素子。
【請求項１２】
前記弾性波素子は共振周波数を有し、
前記圧電体のオイラー角によって前記共振周波数の近似的に１．３倍の周波数におけるスプリアスが抑制される、請求項１に記載の弾性波素子。
【請求項１３】
請求項１から１２のいずれか一項に記載の弾性波素子を有する第１のフィルタと、
前記第１のフィルタより高い通過帯域を有する第２のフィルタと、
を備えたデュプレクサ。
【請求項１４】
請求項１から１２のいずれか一項に記載の弾性波素子と、
前記弾性波素子に接続された回路素子と、
を備えた電子機器。
【請求項１５】
弾性波素子を形成する方法であって、
オイラー角（φ，θ，ψ）を有するニオブ酸リチウム系の圧電材料からなる圧電体の上に酸化アルミ層を形成することと、
波長λを有する主要弾性波を励起するように構成されたインターディジタルトランスデューサ（ＩＤＴ）電極を前記酸化アルミ層の上に形成することと、
０．２７λより大きい膜厚を有する保護膜を前記酸化アルミ層の上に形成して前記ＩＤＴ電極を覆うことと
を含み、
前記オイラー角（φ，θ，ψ）は、
ψ≦−２φ−３°と−２φ＋３°≦ψのうちの一方と、
−１００°≦θ≦−６０°と、
２φ−２°≦ψ≦２φ＋２°と
を満たす方法。
【請求項１６】
前記酸化アルミ層を形成することは、厚さが０．００１λ以上０．０２λ以下の酸化アルミ層を形成することを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記ＩＤＴ電極を前記酸化アルミ層の上に形成することは、厚さが０．０１λ以上０．１５λ以下のＩＤＴ電極を前記酸化アルミ層の上に形成することを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記圧電体は、オイラー角（φ，θ，ψ）が（−３°，−９０°，−３°）である、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記ＩＤＴ電極を前記酸化アルミ層の上に形成することは、厚さが０．０６２λの銅製ＩＤＴ電極を前記酸化アルミ層の上に形成することを含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記ＩＤＴ電極を前記酸化アルミ層の上に形成することは、複数の電極指を有するＩＤＴ電極を前記酸化アルミ層の上に形成することを含み、
前記複数の電極指は０．５λの平均ピッチを有する、請求項１６に記載の方法。
【国際調査報告】
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