(57)【要約】【課題】耐電力特性を向上させつつ、動作周波数の高周波数化を図ることができる弾性表面波素子、および、この弾性表面波素子を備える信頼性に優れた電子機器を提供すること。【解決手段】本発明の弾性表面波素子１は、硬質層３と、硬質層３の一方の面上に形成され、ＺｎＯを主として構成された圧電体層４と、圧電体層４の硬質層３と反対側の面上に形成されたＩＤＴ５、６と、ＩＤＴ５、６の圧電体層４と反対の面側を覆うように形成され、ＳｉＯ２を主として構成された保護層９とを有し、圧電体層４の層厚をＨｚとし、保護層９の層厚をＨｓとし、圧電体層４の３次モードの弾性表面波の波長をλとし、ｋＨｚ＝（２π／λ）×Ｈｚ、ｋＨｓ＝（２π／λ）×Ｈｓとしたときに、ｋＨｚおよびｋＨｓは、ｋＨｚ≦−５／８×ｋＨｓ＋３９／２０、および／または、ｋＨｚ≦−８／７×ｋＨｓ＋１８／７なる関係を満たしている。【選択図】図２
2008258780.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダイヤモンドを主として構成された硬質層と、
前記硬質層の一方の面上に形成され、ＺｎＯを主として構成された圧電体層と、
前記圧電体層の前記硬質層と反対側の面上に形成された少なくとも１つの櫛歯状電極と、
前記櫛歯状電極の前記圧電体層と反対の面側を覆うように形成され、ＳｉＯ２を主として構成された保護層とを有し、
前記櫛歯状電極に通電することにより、前記圧電体層に弾性表面波を励振させるものであり、
前記圧電体層の層厚をＨｚとし、前記保護層の層厚をＨｓとし、前記圧電体層の３次モードの弾性表面波の波長をλとし、ｋＨｚ＝（２π／λ）×Ｈｚ、ｋＨｓ＝（２π／λ）×Ｈｓとしたときに、
ｋＨｚおよびｋＨｓは、
ｋＨｚ≦−５／８×ｋＨｓ＋３９／２０、および／または、
ｋＨｚ≦−８／７×ｋＨｓ＋１８／７
なる関係を満たしていることを特徴とする弾性表面波素子。
【請求項２】
ｋＨｚが０．４〜２．０であり、かつ、ｋＨｓが０．４〜２．０である請求項１に記載の弾性表面波素子。
【請求項３】
前記圧電体層の３次モードの弾性表面波の伝播速度が９０００ｍ／ｓ以上である請求項１または２に記載の弾性表面波素子。
【請求項４】
ダイヤモンドを主として構成された硬質層と、
前記硬質層の一方の面上に形成され、ＺｎＯを主として構成された圧電体層と、
前記圧電体層の前記硬質層と反対側の面上に形成された少なくとも１つの櫛歯状電極と、
前記櫛歯状電極の前記圧電体層と反対の面側を覆うように形成され、ＳｉＯ２を主として構成された保護層とを有し、
前記櫛歯状電極に通電することにより、前記圧電体層に弾性表面波を励振させるものであり、
前記圧電体層の層厚をＨｚとし、前記保護層の層厚をＨｓとし、前記圧電体層の４次モードの弾性表面波の波長をλとし、ｋＨｚ＝（２π／λ）×Ｈｚ、ｋＨｓ＝（２π／λ）×Ｈｓとしたときに、
ｋＨｚおよびｋＨｓは、
ｋＨｚ≦−１／２×ｋＨｓ＋１３／５
なる関係を満たしていることを特徴とする弾性表面波素子。
【請求項５】
ｋＨｚが０．４〜２．０であり、かつ、ｋＨｓが０．４〜２．０である請求項４に記載の弾性表面波素子。
【請求項６】
前記圧電体層の４次モードの弾性表面波の伝播速度が９０００ｍ／ｓ以上である請求項４または５に記載の弾性表面波素子。
【請求項７】
ダイヤモンドを主として構成された硬質層と、
前記硬質層の一方の面上に形成され、ＺｎＯを主として構成された圧電体層と、
前記圧電体層の前記硬質層と反対側の面上に形成された少なくとも１つの櫛歯状電極と、
前記櫛歯状電極の前記圧電体層と反対の面側を覆うように形成され、ＳｉＯ２を主として構成された保護層とを有し、
前記櫛歯状電極に通電することにより、前記圧電体層に弾性表面波を励振させる弾性表面波素子を備え、
前記弾性表面波素子は、
前記圧電体層の層厚をＨｚとし、前記保護層の層厚をＨｓとし、前記圧電体層の３次モードの弾性表面波の波長をλとし、ｋＨｚ＝（２π／λ）×Ｈｚ、ｋＨｓ＝（２π／λ）×Ｈｓとしたときに、
ｋＨｚおよびｋＨｓは、
ｋＨｚ≦−５／８×ｋＨｓ＋３９／２０、および／または、
ｋＨｚ≦−８／７×ｋＨｓ＋１８／７
なる関係を満たしていることを特徴とする電子機器。
【請求項８】
ダイヤモンドを主として構成された硬質層と、
前記硬質層の一方の面上に形成され、ＺｎＯを主として構成された圧電体層と、
前記圧電体層の前記硬質層と反対側の面上に形成された少なくとも１つの櫛歯状電極と、
前記櫛歯状電極の前記圧電体層と反対の面側を覆うように形成され、ＳｉＯ２を主として構成された保護層とを有し、
前記櫛歯状電極に通電することにより、前記圧電体層に弾性表面波を励振させる弾性表面波素子を備え、
前記弾性表面波素子は、
前記圧電体層の層厚をＨｚとし、前記保護層の層厚をＨｓとし、前記圧電体層の４次モードの弾性表面波の波長をλとし、ｋＨｚ＝（２π／λ）×Ｈｚ、ｋＨｓ＝（２π／λ）×Ｈｓとしたときに、
ｋＨｚおよびｋＨｓは、
ｋＨｚ≦−１／２×ｋＨｓ＋１３／５
なる関係を満たしていることを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、弾性表面波素子および電子機器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
弾性表面波（Ｓｕｒｆａｃｅ  Ａｃｏｕｓｔｉｃ  Ｗａｖｅ：ＳＡＷ）は、伝搬媒体の表面付近に、エネルギーを集中させて伝搬する波である。
このような弾性表面波を利用する弾性表面波素子は、携帯電話等の通信機器用のバンドパスフィルター、基準クロックとしての共振子、信号処理用遅延素子（特に、フーリエ変換機能素子）、圧力センサーや温度センサーのような各種センサー、光偏向器等へ応用されている。
【０００３】
例えば、フィルタや共振子として使用する弾性表面波素子は、弾性表面波の伝搬媒体としての圧電体層と、この圧電体層上に配置され、電気信号の入力用および出力用との一対の櫛歯状電極（Ｉｎｔｅｒ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ：ＩＤＴ）とを備えている（例えば、特許文献１参照。）。
このような弾性表面波素子では、入力用のＩＤＴに交流電力（電気信号）が供給されると、この交流電力による電場によって圧電体層にひずみが生じる。このとき、この電場を生じる電極が櫛歯形状であることにより圧電体層に疎密が生じ、これにより弾性表面波が発生する。そして、この弾性表面波は出力用ＩＤＴに伝搬し、この弾性表面波のエネルギーは出力用ＩＤＴによって電気的エネルギーに変換・出力される。
【０００４】
特許文献１にかかる弾性表面波素子では、高速化を目的として、硬質層にタイヤモンドを用いるとともに、圧電体層にＺｎＯを用い、さらに温度補償を目的として、ＩＤＴ上をＳｉＯ２の保護層で覆う構成を有している。このような積層構造をもつ弾性表面波素子では、圧電体層の音速よりも硬質層の音速が大きいため、伝播速度が異なる複数の弾性表面波が励振される。ここで、励振モードは、伝播速度が小さい方から順に０次モード、１次モード、２次モード、・・・と定義される。そして、特許文献１では、２次モードの弾性表面波を用いている。
【０００５】
近年、弾性表面波素子には、高周波数化が求められているが、一般に、弾性表面波素子の動作周波数ｆは、ｆ＝Ｖ／λで表される。ここで、Ｖは弾性表面波の伝播速度、λは弾性表面波の波長である。この式からも明らかなように、高周波数化には、弾性表面波の波長を小さくする方法と、弾性表面波の伝播速度を大きくする方法とがあるが、弾性表面波の波長は、ＩＤＴの電極指のピッチで決まるため、製造上小さくするのに限界がある。したがって、弾性表面波素子の高周波化には、弾性表面波の伝播速度を向上させる必要がある。
【０００６】
一方、２次モードの弾性表面波はＩＤＴ付近を大きく変位させるため、ストレスマイグレーションによりＩＤＴの劣化を招きやすく、これは、高周波化が進むほど顕著となる。
ＩＤＴが劣化すると、動作周波数や挿入損失が変動し、最終的には電極破断に至るおそれがある。一般に弾性表面波素子は高い周波数精度が求められるために動作周波数が数十ｐｐｍ変動するだけで商品としての価値を失う。弾性表面波素子の中でも特に高周波特性と耐電力の双方が必要とされる放送局や携帯電話基地局に使われるＳＡＷフィルタの場合には、高周波（１〜１０ＧＨｚ程度）にて、耐電力性が大きいことが非常に重要な要素である。
【０００７】
【特許文献１】特開平９−５１２４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、耐電力特性を向上させつつ、動作周波数の高周波数化を図ることができる弾性表面波素子、および、この弾性表面波素子を備える信頼性に優れた電子機器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
このような目的は、下記の本発明により達成される。
本発明の弾性表面波素子は、ダイヤモンドを主として構成された硬質層と、
前記硬質層の一方の面上に形成され、ＺｎＯを主として構成された圧電体層と、
前記圧電体層の前記硬質層と反対側の面上に形成された少なくとも１つの櫛歯状電極と、
前記櫛歯状電極の前記圧電体層と反対の面側を覆うように形成され、ＳｉＯ２を主として構成された保護層とを有し、
前記櫛歯状電極に通電することにより、前記圧電体層に弾性表面波を励振させるものであり、
前記圧電体層の層厚をＨｚとし、前記保護層の層厚をＨｓとし、前記圧電体層の３次モードの弾性表面波の波長をλとし、ｋＨｚ＝（２π／λ）×Ｈｚ、ｋＨｓ＝（２π／λ）×Ｈｓとしたときに、
ｋＨｚおよびｋＨｓは、
ｋＨｚ≦−５／８×ｋＨｓ＋３９／２０、および／または、
ｋＨｚ≦−８／７×ｋＨｓ＋１８／７
なる関係を満たしていることを特徴とする。
これにより、耐電力特性を向上させつつ、動作周波数の高周波数化を図ることができる。
【００１０】
本発明の弾性表面波素子では、ｋＨｚが０．４〜２．０であり、かつ、ｋＨｓが０．４〜２．０であることが好ましい。
これにより、動作周波数をより確実に高速化することができる。
本発明の弾性表面波素子では、前記圧電体層の３次モードの弾性表面波の伝播速度が９０００ｍ／ｓ以上であることが好ましい。
これにより、動作周波数を高速化することができる。
【００１１】
本発明の弾性表面波素子は、ダイヤモンドを主として構成された硬質層と、
前記硬質層の一方の面上に形成され、ＺｎＯを主として構成された圧電体層と、
前記圧電体層の前記硬質層と反対側の面上に形成された少なくとも１つの櫛歯状電極と、
前記櫛歯状電極の前記圧電体層と反対の面側を覆うように形成され、ＳｉＯ２を主として構成された保護層とを有し、
前記櫛歯状電極に通電することにより、前記圧電体層に弾性表面波を励振させるものであり、
前記圧電体層の層厚をＨｚとし、前記保護層の層厚をＨｓとし、前記圧電体層の４次モードの弾性表面波の波長をλとし、ｋＨｚ＝（２π／λ）×Ｈｚ、ｋＨｓ＝（２π／λ）×Ｈｓとしたときに、
ｋＨｚおよびｋＨｓは、
ｋＨｚ≦−１／２×ｋＨｓ＋１３／５
なる関係を満たしていることを特徴とする。
これにより、耐電力特性を向上させつつ、動作周波数の高周波数化を図ることができる。
【００１２】
本発明の弾性表面波素子では、ｋＨｚが０．４〜２．０であり、かつ、ｋＨｓが０．４〜２．０であることが好ましい。
これにより、動作周波数をより確実に高速化することができる。
本発明の弾性表面波素子では、前記圧電体層の４次モードの弾性表面波の伝播速度が９０００ｍ／ｓ以上であることが好ましい。
これにより、動作周波数を高速化することができる。
【００１３】
本発明の電子機器は、ダイヤモンドを主として構成された硬質層と、
前記硬質層の一方の面上に形成され、ＺｎＯを主として構成された圧電体層と、
前記圧電体層の前記硬質層と反対側の面上に形成された少なくとも１つの櫛歯状電極と、
前記櫛歯状電極の前記圧電体層と反対の面側を覆うように形成され、ＳｉＯ２を主として構成された保護層とを有し、
前記櫛歯状電極に通電することにより、前記圧電体層に弾性表面波を励振させる弾性表面波素子を備え、
前記弾性表面波素子は、
前記圧電体層の層厚をＨｚとし、前記保護層の層厚をＨｓとし、前記圧電体層の３次モードの弾性表面波の波長をλとし、ｋＨｚ＝（２π／λ）×Ｈｚ、ｋＨｓ＝（２π／λ）×Ｈｓとしたときに、
ｋＨｚおよびｋＨｓは、
ｋＨｚ≦−５／８×ｋＨｓ＋３９／２０、および／または、
ｋＨｚ≦−８／７×ｋＨｓ＋１８／７
なる関係を満たしていることを特徴とする。
これにより、信頼性に優れた電子機器を提供することができる。
【００１４】
本発明の電子機器は、ダイヤモンドを主として構成された硬質層と、
前記硬質層の一方の面上に形成され、ＺｎＯを主として構成された圧電体層と、
前記圧電体層の前記硬質層と反対側の面上に形成された少なくとも１つの櫛歯状電極と、
前記櫛歯状電極の前記圧電体層と反対の面側を覆うように形成され、ＳｉＯ２を主として構成された保護層とを有し、
前記櫛歯状電極に通電することにより、前記圧電体層に弾性表面波を励振させる弾性表面波素子を備え、
前記弾性表面波素子は、
前記圧電体層の層厚をＨｚとし、前記保護層の層厚をＨｓとし、前記圧電体層の４次モードの弾性表面波の波長をλとし、ｋＨｚ＝（２π／λ）×Ｈｚ、ｋＨｓ＝（２π／λ）×Ｈｓとしたときに、
ｋＨｚおよびｋＨｓは、
ｋＨｚ≦−１／２×ｋＨｓ＋１３／５
なる関係を満たしていることを特徴とする。
これにより、信頼性に優れた電子機器を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の弾性表面波素子および電子機器の好適な実施形態について説明する。
図１は、本発明の弾性表面波素子の実施形態を模式的に示す平面図、図２は、図１中におけるＡ−Ａ線断面図である。なお、以下の説明では、図１中の紙面手前側を「上」、紙面奥側を「下」と言い、図２中の上側を「上」、下側を「下」、右側を「右」、左側を「左」と言う。
【００１６】
図１および図２に示す弾性表面波素子１は、基板２の一方の面上に硬質層３と圧電体層４とが順次積層されているとともに、圧電体層４の硬質層３と反対側の面上に入力用のＩＤＴ５および出力用のＩＤＴ６と１対の反射器７、８とが設けられ、さらに、１対のＩＤＴ５、６および１対の反射器７、８の上面（基板２と反対側の面）を覆うように保護層（絶縁膜）９が設けられている。
【００１７】
この弾性表面波素子１は、いわゆる２ポート型と呼ばれるタイプの素子であり、入力用のＩＤＴ５に電圧を印加することにより、圧電体層４に弾性表面波を励振させ、その弾性表面波を１対の反射器７、８間で反射させながら出力用のＩＤＴ６で電圧に変換して特定の周波数の電圧を出力させる。特に、この弾性表面波素子１は、後に詳述するように圧電体層４および保護層９の厚さを最適化することによって３次または４次モードでの弾性表面波の使用を実現したものである。
【００１８】
以下、この弾性表面波素子１を構成する各部を順次詳細に説明する。
基板２は、硬質層３および／または圧電体層４を支持または補強する機能を有する。なお、硬質層３や圧電体層４の厚さや強度などによっては、基板２を省略することができる。
基板２の構成材料としては、例えば、Ｓｉ、ＧａＳｉ、ＳｉＧｅ、ＧａＡｓ、ＳＴＣ、ＩｎＰのような各種半導体材料、水晶、各種ガラス材料、各種セラミックス材料、ポリイミド、ポリカーボネートのような各種樹脂材料等が挙げられるが、Ｓｉが好適に用いられる。
【００１９】
基板２の厚さ（平均）は、特に限定されないが、０．０５〜１ｍｍ程度であるのが好ましく、０．１〜０．８ｍｍ程度であるのがより好ましい。
また、基板２は、単層で構成されたもののみならず、複数の層の積層体で構成されたものでもよく、この場合、各層は、前述したような材料を任意に組み合わせて用いることができる。
このような基板２の上面には、主としてダイヤモンドで構成された硬質層３が接合されている。
【００２０】
硬質層（下地層）３は、圧電体層４の構成材料よりも硬質な材料で構成され、圧電体層４において励振される弾性表面波の特性を設定する機能を有するものである。この特性としては、例えば、発振周波数、振幅、伝搬速度等が挙げられる。
このような硬質層３の構成材料を適宜設定することにより、弾性表面波の特性を所望のものに設定することが可能となる。
【００２１】
このような硬質層３の構成材料であるダイヤモンドとしては単結晶、多結晶、アモルファス、ＤＬＣ（Ｄｉａｍｏｎｄ  Ｌｉｋｅ  Ｃａｒｂｏｎ）のいずれの形態であっても用いることができる。このように硬質な硬質層３を設けることで、圧電体層４での弾性表面波の伝播特性に優れた弾性表面波素子１を得ることができる。特に、弾性表面波の高周波化を容易に図ることができる。その結果、無線ＬＡＮや光通信などの高速通信分野への適用を目的として要求される弾性表面波の高周波化に寄与することができる。
【００２２】
硬質層３の厚さ（平均）は、特に限定されないが、１〜２０μｍ程度であるのが好ましく、３〜１５μｍ程度であるのがより好ましく、５〜１０μｍ程度であるのがさらに好ましい。
また、硬質層３は、単層で構成されたもののみならず、目的とする弾性表面波の特性に応じて、複数の層の積層体で構成することもできる。
また、このような硬質層３の形成には、例えば、プラズマＣＶＤ、熱ＣＶＤ、レーザーＣＶＤのような化学蒸着法（ＣＶＤ）、真空蒸着、スパッタリング、シート状部材の接合等を用いることができる。
このような硬質層３の上面には、圧電体層４が接合されている。
【００２３】
圧電体層４は、弾性表面波を励振させる機能を有する。
特に、本実施形態のように硬質層３を備える弾性表面波素子１においては、圧電体層４の構成材料として酸化亜鉛（ＺｎＯ）を用いることにより、弾性表面波を効率的に発生させることができる。
また、このような圧電体層４は、Ｃ軸配向性に優れていること、すなわち、ＺｎＯ膜の（００１）面が基板２と平行となるように形成されているのが好ましい。これにより、ＺｎＯの圧電性を効率的に利用することができる。
【００２４】
また、圧電体層４の厚さＨｚは、後に詳述するように保護層９の厚さＨｓおよび３次または４次モードの弾性表面波の波長λとの間に所定の関係を有している。
このような圧電体層４の厚さ（平均）Ｈｚは、前記関係を有していれば特に限定されないが、例えば、０．０１〜５μｍ程度であるのが好ましく、０．１〜２μｍ程度であるのがより好ましい。
【００２５】
また、このような圧電体層４の形成には、例えば、プラズマＣＶＤ、熱ＣＶＤ、レーザーＣＶＤのような化学蒸着法（ＣＶＤ）、真空蒸着、スパッタリング、イオンプレーティング等の乾式メッキ法、電解メッキ、浸漬メッキ、無電解メッキ等の湿式メッキ法、溶射、シート状部材の接合等を用いることができる。
このような圧電体層４の硬質層３と反対側の面には、１対のＩＤＴ（櫛歯状電極）５、６および１対の反射器７、８が接合されている。
【００２６】
入力用のＩＤＴ５は、電気信号を受け（電圧が印加され）、これにより、圧電体層４に弾性表面波を励振させる機能を与えるものである。一方、出力用のＩＤＴ６は、圧電体層４を伝搬する弾性表面波を受け、これを電気信号に変換する機能を有するものである。
したがって、ＩＤＴ５に駆動電圧（電気信号）が入力されると、圧電体層４において弾性表面波が励振され、フィルタリング機能による特定の周波数帯域の電気信号が、ＩＤＴ６から出力される。
【００２７】
ＩＤＴ５は、１対の電極５ａ、５ｂで構成され、互いに間隔を隔てて並設された複数の電極指５１を有している。これと同様に、ＩＤＴ６は、１対の電極６ａ、６ｂで構成され、互いに間隔を隔てて並設された複数の電極指６１を有している。ｚこのようなＩＤＴ５、６の電極指の幅、間隔、厚さ等を調整することにより、弾性表面波の発振周波数の特性を所望のものに設定することができる。
【００２８】
ＩＤＴ５、６の構成材料（導電性材料）としては、例えば、Ａｌ、Ｔａ、Ｗ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ｔｉまたはこれらを含む合金等が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。
これらの中でも、ＩＤＴ５、６の構成材料としては、Ａｌを主成分とするものが好ましい。Ａｌは、電気抵抗が小さいため、ＩＤＴ５、６をＡｌを主材料として構成することにより、エネルギー損失が小さくなる。このため、弾性表面波素子１では、弾性表面波の共振がより鋭くなる。
【００２９】
また、Ａｌは比重が小さいので、ＩＤＴ５、６の膜厚に依存した音速変化が小さく抑えられる。したがって、中心周波数のばらつきを抑えることができる。
また、ＩＤＴ５、６の膜厚の制御が容易となるので、精度の高い弾性表面波素子１を得ることができる。
さらに、Ａｌに、Ｃｕ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｓｃ等を添加することにより、ＩＤＴ５、６のマイグレーション耐性を改善することもできる。
このようなＩＤＴ５、６は、例えば、圧電体層４上に、導電性材料層を形成した後、この導電性材料層に、ＩＤＴ５、６に対応する形状のマスクを用いて、エッチングを施すことにより形成することができる。
【００３０】
導電性材料層の形成には、例えば、ディッピング法、印刷法、電解メッキ、浸漬メッキ、無電解メッキ等の湿式メッキ法、プラズマＣＶＤ、熱ＣＶＤ、レーザーＣＶＤのような化学蒸着法（ＣＶＤ）、真空蒸着、スパッタリング、イオンプレーティング等の乾式メッキ法、溶射、金属箔の接合等を用いることができる。
また、エッチングには、例えば、リアクティブイオンエッチング（ＲＩＥ）、プラズマエッチング、ビームエッチング、光アシストエッチングのようなドライエッチング、ウェットエッチング等を用いることができる。
このような１対のＩＤＴ５、６を介して対向するように、１対の反射器７、８が配置されている。
【００３１】
各反射器７、８は、圧電体層４に伝搬する弾性表面波を反射して、反射器７と反射器８との間にエネルギーを閉じ込める機能を有し、弾性表面波の共振をより鋭くすることができる。
また、反射器７は、所定間隔で並設された複数の反射体７１を有し、全体としてグレーティング状をなしている。これと同様に、反射器８は、所定間隔で並設された複数の反射体８１を有し、全体としてグレーティング状をなしている。これにより、各反射器７、８は、それぞれ、弾性表面波を効率よく反射することができる。
【００３２】
このような反射体７１、８１の幅、間隔、ピッチ、厚さ等を調整することにより、弾性表面波素子１において励振される弾性表面波の発振周波数等の特性を所望のものに設定することができる。
【００３３】
また、各反射器７、８の構成は、互いに同じであっても異なっていてもよいが、ほぼ同じ構成とするのが好ましい。これにより、反射器７と反射器８との間に、より確実に弾性表面波を封じ込めることができ、その結果、弾性表面波をより大きく共振させることができる。
このような反射器７、８の構成材料としては、特に限定されないが、前述したＩＤＴ５、６の構成材料と同様のものを用いることができる。
このような反射器７、８は、前述したＩＤＴ５、６と同様の方法を用いて形成することができ、また、ＩＤＴ５、６と同時に形成することができる。
【００３４】
このようなＩＤＴ５、６を覆うように、酸化シリコン（ＳｉＯ２）で構成された保護層９が設けられている。ここで、保護層９には、開口部１１〜１４が形成されていて、外部からＩＤＴ５、６への電気的導通が確保されている。この開口部１１〜１４は、平面視にてＩＤＴ５、６の電極指５１、６１以外の部分上に設けられている。
保護層９は、ＩＤＴ５、６を保護する機能を有する。これにより、ＩＤＴ５、６の表面に異物が付着して電極指５１間、電極指６１間でショートが生じるのを防止することができる。
また、保護層９は、弾性表面波素子１の温度特性を低減させる機能をも有するものである。ここで、温度特性（周波数温度特性）とは、温度変化に伴って、発振周波数が変動する特性のことを言う。
【００３５】
保護層９は、酸化シリコンで構成されているため、弾性表面波素子１の温度特性をより確実に低減させることができる。また、圧電体層４との密着性の向上を図ることもできる。さらに、酸化シリコンは、絶縁性にも優れ、ＩＤＴ５、６におけるマイグレーションの発生等を好適に防止することができ、弾性表面波素子１の経時的劣化を抑制する観点からも好ましい。
【００３６】
また、酸化シリコンで構成された保護層９は、スパッタ法やＣＶＤ法により比較的容易に形成可能であるとともに、特に高い絶縁性を有する。
さらに、酸化シリコンで構成された保護層９は、温度が高くなるほど、伝播速度が大きくなる、つまり周波数が高くなる性質がある。前述した硬質層3、圧電体層4は、温度が高くなるほど、伝播速度が小さくなる、つまり周波数が低くなる性質がある。硬質層３、圧電体層４と酸化シリコンで構成された保護層９を組み合わせることで温度特性を低減させることが可能となる。
【００３７】
また、保護層９の厚さＨｓは、後に詳述するように圧電体層４の厚さＨｚおよび３次または４次モードの弾性表面波の波長λとの間に所定の関係を有している。
このような保護層９の厚さ（平均）Ｈｓは、前記関係を有していれば特に限定されないが、例えば、０．０１〜５μｍ程度であるのが好ましく、０．１〜２μｍ程度であるのがより好ましい。
また、このような保護層９の形成には、特に限定されないが、例えば、加熱蒸着法、ＣＶＤ、ＰＶＤ等を用いることができる。
【００３８】
ここで、前述したような弾性表面波素子１における圧電体層４の厚さＨｚと保護層９の厚さＨｓと３次または４次モードの弾性表面波の波長λとの関係を説明する。
まず、圧電体層４の厚さＨｚと保護層９の厚さＨｓと３次または４次モードの弾性表面波の波長λとの関係の説明に先立ち、２次、３次、４次の各モードでの弾性表面波の変位量と、弾性表面波素子１の深さ（厚さ方向での位置）との関係を説明する。
【００３９】
図３（ａ）は、２次モードの弾性表面波の変位量と、弾性表面波素子の深さ（厚さ方向での位置）との関係を示すグラフ、図３（ｂ）は、３次モードの弾性表面波の変位量と、弾性表面波素子の深さ（厚さ方向での位置）との関係を示すグラフ、図３（ｃ）は、４次モードの弾性表面波の変位量と、弾性表面波素子の深さ（厚さ方向での位置）との関係を示すグラフである。なお、図３において、弾性表面波の変位量は、進行方向での変位ｕ１と、深さ方向での変位ｕ２とをベクトル和したもの（すなわち√（ｕ１２＋ｕ２２））を規格化したものである。
図３（ａ）に示すように、２次モードの弾性表面波は、弾性表面波素子の硬質層３と圧電体層４との界面より表面側における変位量が極めて大きい。
【００４０】
これに対し、図３（ｂ）に示すように、３次モードの弾性表面波は、弾性表面波素子の硬質層３と圧電体層４との界面より表面側の変位量が比較的少なく、また、硬質層３側での変位量が比較的大きい。
また、図３（ｃ）に示すように、４次モードの弾性表面波は、弾性表面波素子の硬質層３と圧電体層４との界面より表面側の変位量が比較的少なく、また、硬質層３側での変位量が比較的大きい。また、図３（ｂ）に示す３次モードの弾性表面波に比しても、弾性表面波素子の硬質層３と圧電体層４との界面より表面側の変位量が少なく、また、硬質層３側での変位量が大きい。
【００４１】
このように３次または４次のような高次モードの弾性表面波では、２次モードを用いた弾性表面波に比較して、弾性表面波の振動が硬質層３により深く及ぶことで硬質層３がより多く振動に寄与しており、硬質層３と圧電体層４との界面より表面側に集中する振動エネルギーを硬質層３側により多く配分させることで、硬質層３と圧電体層４との界面より表面側における変位集中を緩和していることがわかる。
【００４２】
このような３次モード以上の高速な弾性表面波に最適化した弾性表面波素子１では、弾性表面波素子１のＩＤＴ５、６付近を含む表面付近での変位集中を緩和して、弾性表面波素子１の耐電力特性を向上させることができる。
しかも、後述するように同一のＨｓ、Ｈｚで比較した場合、３次または４次モードの弾性表面波は２次モードの弾性表面波よりも高速であるため、３次または４次モードの弾性表面波を用いることにより高周波化を実現することができる。また、同一の周波数で動作する弾性表面波素子を作製する場合、電極のピッチを大きくすることができるため製造上有利であり弾性表面波素子の歩留まりを良くすることができる。
【００４３】
次に、２次、３次、４次の各モードでの弾性表面波に関し、圧電体層４の厚さおよび保護層９の厚さと弾性表面波の伝播速度との関係の説明を説明する。
図４は、圧電体層の厚さと保護層の厚さと２次モードの弾性表面波の伝播速度との関係を示すグラフ、図５は、圧電体層の厚さと保護層の厚さと３次モードの弾性表面波の伝播速度との関係を示すグラフ、図６は、圧電体層の厚さと保護層の厚さと４次モードの弾性表面波の伝播速度との関係を示すグラフである。なお、図４ないし図６においては、圧電体層の厚さとして、規格化された膜厚（無次元の規格化膜厚）ｋＨｚを用い、保護層の厚さとして、規格化された膜厚（無次元の規格化膜厚）ｋＨｓを用いている。また、ここで、ｋＨｚ＝（２π／λ）×Ｈｚ、ｋＨｓ＝（２π／λ）×Ｈｓである。
【００４４】
２次モードでは、図４に示すように、ｋＨｚが０．４〜２．０であり、かつ、ｋＨｓが０．４〜２．０である範囲において、６５００〜９０００ｍ／ｓ程度の伝播速度を得ることができる。
これに対し、３次モードでは、図５に示すように、ｋＨｚが０．４〜２．０であり、かつ、ｋＨｓが０．４〜２．０である範囲において、７０００〜１２０００ｍ／ｓの伝播速度を得ることができる。
【００４５】
さらに、４次モードでは、図６に示すように、ｋＨｚが０．４〜２．０であり、かつ、ｋＨｓが０．４〜２．０である範囲において、８５００〜１２０００ｍ／ｓの伝播速度を得ることができる。
このように３次または４次モードの弾性表面波を用いると、２次モードの弾性表面波を用いるよりも、弾性表面波素子の高速化が容易であることがわかる。
【００４６】
そこで、本発明では、３次または４次モードの弾性表面波を用いるとともに、２次モードの弾性表面波を用いるよりも高速となるようなｋＨｚおよびｋＨｓの条件を規定している。
より具体的に説明すると、３次モードの弾性表面波を用いる場合、２次モードの弾性表面波を用いるよりも高速となるには（伝播速度を９０００ｍ／ｓよりも高くするには）、図５において、座標（２．０，０．７）と座標（１．２，１．２）とを通る直線と、座標（１．２，１．２）と座標（０．５，２．０）とを通る直線とのいずれかよりも下方の領域に位置するように、ｋＨｚおよびｋＨｓを設定すればよい。
【００４７】
ここで、座標（２．０，０．７）と座標（１．２，１．２）とを通る直線は、
ｋＨｚ＝−５／８×ｋＨｓ＋３９／２０であり、
座標（１．２，１．２）と座標（０．５，２．０）とを通る直線は、
ｋＨｚ＝−８／７×ｋＨｓ＋１８／７である。
したがって、弾性表面波素子１においては、ｋＨｚおよびｋＨｓは、
ｋＨｚ≦−５／８×ｋＨｓ＋３９／２０、および／または、
ｋＨｚ≦−８／７×ｋＨｓ＋１８／７
なる関係を満たしている。
【００４８】
これにより、弾性表面波素子１は、従来の２次モードの弾性表面波を用いる弾性表面波素子よりも高速なものとすることができる。そして、前述したように３次モードの弾性表面波を用いることで耐電力特性を向上させることができる。したがって、弾性表面波素子１は、耐電力特性を向上させつつ、動作周波数の高周波数化を図ることができる。
また、４次モードの弾性表面波を用いる場合、２次モードの弾性表面波を用いるよりも高速となるには（伝播速度を９０００ｍ／ｓよりも高くするには）、図６において、座標（２．０，１．６）と座標（１．２，２．０）とを通る直線よりも下方の領域に位置するように、ｋＨｚおよびｋＨｓを設定すればよい。
【００４９】
ここで、座標（２．０，１．６）と座標（１．２，２．０）とを通る直線は、
ｋＨｚ＝−１／２×ｋＨｓ＋１３／５である。
したがって、弾性表面波素子１においては、ｋＨｚおよびｋＨｓは、
ｋＨｚ≦−１／２×ｋＨｓ＋１３／５
なる関係を満たしている。
これにより、弾性表面波素子１は、従来の２次モードの弾性表面波を用いる弾性表面波素子よりも高速なものとすることができる。そして、前述したように４次モードの弾性表面波を用いることで耐電力特性を向上させることができる。したがって、弾性表面波素子１は、耐電力特性を向上させつつ、動作周波数の高周波数化を図ることができる。
【００５０】
以上説明したような弾性表面波素子１によれば、圧電体層４および保護層９のそれぞれの厚さの最適化が図られているため、３次または４次モードでの弾性表面波を利用することができ、また、高速な３次または４次モードの弾性表面波を発生させることができる。３次または４次モードの弾性表面波を用いることで、ＩＤＴ５、６付近を含む硬質層３と圧電体層４の界面より表面側での変位を小さくでき、ＩＤＴ５、６の損傷を防止し、耐電力特性を向上させることができる。
このように弾性表面波素子１は、耐電力特性を向上させつつ、動作周波数の高周波数化を図ることができる。
上述したような弾性表面波素子１は、各種の電子機器に適用することができ、得られる電子機器は、信頼性の高いものとなる。
【００５１】
次に、本発明の弾性表面波素子を備える電子機器について、図７〜図９に示す実施形態に基づき、詳細に説明する。
図７は、本発明の弾性表面波素子を備える電子機器を適用したモバイル型（またはノート型）のパーソナルコンピュータの構成を示す斜視図である。
この図において、パーソナルコンピュータ１１００は、キーボード１１０２を備えた本体部１１０４と、表示ユニット１１０６とにより構成され、表示ユニット１１０６は、本体部１１０４に対しヒンジ構造部を介して回動可能に支持されている。
このようなパーソナルコンピュータ１１００には、フィルタ、共振器、基準クロック等として機能する弾性表面波素子１やアンテナ１１０１が内蔵されている。
【００５２】
図８は、本発明の弾性表面波素子を備える電子機器を適用した携帯電話機（ＰＨＳも含む）の構成を示す斜視図である。
この図において、携帯電話機１２００は、アンテナ１２０１、複数の操作ボタン１２０２、受話口１２０４および送話口１２０６を備え、操作ボタン１２０２と受話口１２０４との間には、表示部が配置されている。
このような携帯電話機１２００には、フィルタ、共振器等として機能する弾性表面波素子１が内蔵されている。
【００５３】
図９は、本発明の弾性表面波素子を備える電子機器を適用したディジタルスチルカメラの構成を示す斜視図である。なお、この図には、外部機器との接続についても簡易的に示されている。
ここで、通常のカメラは、被写体の光像により銀塩写真フィルムを感光するのに対し、ディジタルスチルカメラ１３００は、被写体の光像をＣＣＤ（Charge Coupled Device）などの撮像素子により光電変換して撮像信号（画像信号）を生成する。
【００５４】
ディジタルスチルカメラ１３００におけるケース（ボディー）１３０２の背面には、表示部が設けられ、ＣＣＤによる撮像信号に基づいて表示を行う構成になっており、表示部は、被写体を電子画像として表示するファインダとして機能する。
また、ケース１３０２の正面側（図中裏面側）には、光学レンズ（撮像光学系）やＣＣＤなどを含む受光ユニット１３０４が設けられている。
撮影者が表示部に表示された被写体像を確認し、シャッタボタン１３０６を押下すると、その時点におけるＣＣＤの撮像信号が、メモリ１３０８に転送・格納される。
【００５５】
また、このディジタルスチルカメラ１３００においては、ケース１３０２の側面に、ビデオ信号出力端子１３１２と、データ通信用の入出力端子１３１４とが設けられている。そして、図示されるように、ビデオ信号出力端子１３１２にはテレビモニタ１４３０が、デ−タ通信用の入出力端子１３１４にはパーソナルコンピュータ１４４０が、それぞれ必要に応じて接続される。さらに、所定の操作により、メモリ１３０８に格納された撮像信号が、テレビモニタ１４３０や、パーソナルコンピュータ１４４０に出力される構成になっている。
このようなディジタルスチルカメラ１３００には、フィルタ、共振器等として機能する弾性表面波素子１が内蔵されている。
【００５６】
なお、本発明の弾性表面波素子を備える電子機器は、図７のパーソナルコンピュータ（モバイル型パーソナルコンピュータ）、図８の携帯電話機、図９のディジタルスチルカメラの他にも、例えば、インクジェット式吐出装置（例えばインクジェットプリンタ）、ラップトップ型パーソナルコンピュータ、テレビ、ビデオカメラ、ビデオテープレコーダ、カーナビゲーション装置、ページャ、電子手帳（通信機能付も含む）、電子辞書、電卓、電子ゲーム機器、ワードプロセッサ、ワークステーション、テレビ電話、防犯用テレビモニタ、電子双眼鏡、ＰＯＳ端末、医療機器（例えば電子体温計、血圧計、血糖計、心電図計測装置、超音波診断装置、電子内視鏡）、魚群探知機、各種測定機器、計器類（例えば、車両、航空機、船舶の計器類）、フライトシュミレータ等に適用することができる。
【００５７】
以上、本発明の弾性表面波素子および電子機器について、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明は、これらに限定されるものではない。
例えば、本発明の弾性表面波素子は、用途に応じて反射器、櫛歯電極の数を変更してもよく、また反射器を省略することもできる。
また、例えば、櫛歯電極および反射器は、それぞれ、電極指および反射体以外の部分が絶縁膜から露出するような構成であってもよい。
また、本発明の弾性表面波素子には、各種機能を有する半導体素子が複合化されていてもよい。
【実施例】
【００５８】
次に、本発明の具体的実施例について説明する。
１．弾性表面波素子の作製
（実施例１）
まず、単結晶シリコンの基板の一方の面上に、水素とメタンガスを材料とした熱フィラメントＣＶＤ法を用いてダイヤモンドの硬質層を形成した。ここで、基板としては、厚さ８００μｍのものを用い、硬質層の厚さは、１０μｍであった。
【００５９】
次に、形成された硬質層の単結晶シリコン基板とは反対側の面上に、スパッタリング法を用いてＺｎＯの圧電体層を形成した。ここで、圧電体層の厚さは、１０００ｎｍ（ｋＨｚ＝１．２）であった。
次に、形成された圧電体層の硬質層とは反対側の面上に、Ａｌをスパッタリング法により厚さ５０ｎｍまで成膜した。
【００６０】
その後、形成されたＡｌの膜上に、ｇ線用ポジ型フォトレジストを塗布し、図１に示すＩＤＴおよび反射器のような形状をなすマスクパターンを用いて露光、現像することにより転写した。ここで、入力用および出力用の各ＩＤＴは５０対の電極指を有するもの（開口長約３０波長）であり、各ＩＤＴの電極指のピッチは１．３μｍ（すなわち３次モードの弾性表面波の波長が５．２μｍ）であり、各反射器は２０本の反射体を有するものであった（ピッチ１．３μｍ）。また、得られる弾性表面波素子（ＳＡＷフィルタ）の中心周波数が２ＧＨｚとなるように設計した。
そして、りん酸をＰＨ５．５〜５．０に純水で薄めた溶液を用いてエッチング工程を行い、図１および図２に示すような１対の櫛歯形電極（ＩＤＴ）および１対の反射器を形成した。このエッチング工程の処理時間は、４分間程度であった。
その後、Ｏ２プラズマによるアッシング処理により、フォトレジストを剥離した。
【００６１】
次に、１対のＩＤＴおよび１対の反射器を覆うように、スパッタリング法を用いてＳｉＯ２の保護層を形成した。ここで、保護層の厚さは、７４５ｎｍ（ｋＨｓ＝０．９）であった。
以上のようにして、図１および図２に示すような弾性表面波素子を作製した。得られた弾性表面波素子の３次モードの伝播速度は、１０５００ｍ／ｓであった。
【００６２】
（実施例２）
圧電体層の厚さを１０７０ｎｍ（ｋＨｚ＝１．２）、保護層の厚さを７２０ｎｍ（ｋＨｓ＝０．８）、ＩＤＴの電極指のピッチを１．４μｍ（４次モードの弾性表面波の波長を５．６μｍ）、ＩＤＴの電極指を７０対、反射器の反射体を４０本とした以外は、前述した実施例１と同様にして弾性表面波素子を作製した。得られた弾性表面波素子の４次モードの伝播速度は、１１５００ｍ／ｓであった。
【００６３】
（比較例）
圧電体層の厚さを５６０ｎｍ（ｋＨｚ＝０．８）、保護層の厚さを６６５ｎｍ（ｋＨｓ＝０．９５）、ＩＤＴの電極指のピッチを１．１μｍ（２次モードの弾性表面波の波長を４．４μｍ）、ＩＤＴの電極指を３０対、反射器の反射体を６０本とした以外は、前述した実施例１と同様にして弾性表面波素子を作製した。得られた弾性表面波素子の２次モードの伝播速度は、９０００ｍ／ｓであった。
【００６４】
２．評価
前述したようにして得られた実施例および比較例のそれぞれの弾性表面波素子について、フィルタ特性および耐電力の評価を行った。
＜フィルタ特性＞
実施例および比較例のそれぞれの弾性表面波素子について、ネットワークアナライザーを用いた伝送特性(Ｓ２１)の通過帯域における挿入損失の最小値を測定した。その結果を図１０に示す。図１０において、（ａ）は比較例、（ｂ）は実施例１、（ｃ）は、実施例２を示している。
図１０に示すように、各弾性表面波素子において、Ｓ２１が約１８ｄＢ程度であった。
【００６５】
＜耐電力＞
実施例および比較例のそれぞれの弾性表面波素子について、図１１に示すようなシステムを用いた。このシステムでは、ネットワークアナライザ１１０から出力された１Ｗの電気信号をパワーアンプ１１１にて増幅し、パワーアンプ１１１から出力された電力がデバイス（各弾性表面波素子）１１２に印加される。デバイス１１２から出力された信号は、アッテネータ１１３により減衰され、ネットワークアナライザ１１０に戻る。ネットワークアナライザ１１０にて挿入損失を測定し、試験前から３ｄＢ損失が増加した時点で寿命と判断する。
その結果、比較例では、５時間、実施例１では、２０時間、実施例２では、３０時間であった。これにより、３次モード以上の高次の弾性表面波を用いることで、２次モードを用いた従来の弾性表面波素子に比べ、寿命が４〜６倍となり大幅な改善が見られた。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の弾性表面波素子の実施形態を模式的に示す平面図である。
【図２】図１中におけるＡ−Ａ線断面図である。
【図３】各次モードの弾性表面波の変位量と、弾性表面波素子の深さ（厚さ方向での位置）との関係を示すグラフである。
【図４】圧電体層の厚さと保護層の厚さと２次モードの弾性表面波の伝播速度との関係を示すグラフである。
【図５】圧電体層の厚さと保護層の厚さと３次モードの弾性表面波の伝播速度との関係を示すグラフである。
【図６】圧電体層の厚さと保護層の厚さと４次モードの弾性表面波の伝播速度との関係を示すグラフである。
【図７】本発明の弾性表面波素子を備える電子機器（ノート型パーソナルコンピュータ）である。
【図８】本発明の弾性表面波素子を備える電子機器（携帯電話機）である。
【図９】本発明の弾性表面波素子を備える電子機器（ディジタルスチルカメラ）である。
【図１０】実施例１、２および比較例の弾性表面波素子における伝送特性を示すグラフである。
【図１１】実施例１、２および比較例の弾性表面波素子の耐電圧特性の評価に用いるシステムを示すブロック図である。
【符号の説明】
【００６７】
１‥‥弾性表面波素子  ２‥‥基板  ３‥‥硬質層  ４‥‥圧電体層  ５、６‥‥ＩＤＴ  ５ａ、５ｂ、６ａ、６ｂ‥‥電極（櫛歯電極）  ５１、６１‥‥電極指  ７、８‥‥反射器  ７１、８１‥‥反射体  ９‥‥保護層  １１〜１４‥‥開口部  １１０‥‥ネットワークアナライザ  １１１‥‥パワーアンプ  １１２‥‥デバイス  １１３‥‥アッテネータ  １１００‥‥パーソナルコンピュータ  １１０１‥‥アンテナ  １１０２‥‥キーボード  １１０４‥‥本体部  １１０６‥‥表示ユニット  １２００‥‥携帯電話機  １２０１‥‥アンテナ  １２０２‥‥操作ボタン  １２０４‥‥受話口  １２０６‥‥送話口  １３００‥‥ディジタルスチルカメラ  １３０２‥‥ケース（ボディー）  １３０４‥‥受光ユニット  １３０６‥‥シャッタボタン  １３０８‥‥メモリ  １３１２‥‥ビデオ信号出力端子  １３１４‥‥データ通信用の入出力端子  １４３０‥‥テレビモニタ  １４４０‥‥パーソナルコンピュータ
【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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【図１０】
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【図１１】
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