(57)【要約】    【課題】  高周波化を図った場合であっても、導体抵抗の増大を抑制でき、十分大きな電気機械結合係数Ｋ2を可能とする弾性境界波装置を提供する。    【解決手段】  第１の媒質１１と、第２の媒質１２との間にＩＤＴ１３が配置されており、ＩＤＴ１３を厚み方向に２等分した面を境界面とし、該境界面から第１の媒質１１側の弾性境界波のエネルギーをＥ１、該境界面から第２の媒質１２側のエネルギーをＥ２とし、ＩＤＴ１３を構成したときの弾性境界波の音速と、ＩＤＴ１３を構成する最も密度の大きな導体層のみを用いてＩＤＴ１３を構成したときの弾性境界波の音速とが同一となるように、密度が最も大きい導体層単独でＩＤＴ１３を構成した条件において、前記境界面から第１の媒質１１側の弾性境界波のエネルギーをＥ１′、前記境界面から第２の媒質１２側のエネルギーをＥ２′としたときに、Ｅ１／Ｅ２＞Ｅ１′／Ｅ２′とされている、弾性境界波装置１０。【選択図】      図１
2008235950.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電体からなる第１の媒質と、第１の媒質に積層されており、誘電体からなる第２の媒質と、前記第１の媒質と第２の媒質との間に配置されており、複数の導体層を積層してなるＩＤＴとを備える弾性境界波装置であって、
前記第１，第２の媒質が積層されている方向が前記ＩＤＴの厚み方向であり、該ＩＤＴを厚み方向に２等分した面を境界面とし、該境界面から第１の媒質側に存在する弾性境界波のエネルギーをＥ１、前記境界面から第２の媒質側に存在するエネルギーをＥ２とし、
前記ＩＤＴを構成したときの弾性境界波の音速と、前記ＩＤＴを構成する導体のうち、最も密度の大きな導体層のみを用いてＩＤＴを構成したときの弾性境界波の音速とが同一となるように、密度が最も大きい前記導体層単独でＩＤＴを構成した条件において、前記境界面から第１の媒質側に存在する弾性境界波のエネルギーをＥ１′、前記境界面から第２の媒質側に存在するエネルギーをＥ２′としたときに、Ｅ１／Ｅ２＞Ｅ１′／Ｅ２′とされていることを特徴とする、弾性境界波装置。
【請求項２】
前記ＩＤＴが、密度が７０００〜２００００ｋｇ／ｍ3の範囲にある金属からなる第１の導体層と、密度が１７４０ｋｇ／ｍ3以上、７０００ｋｇ／ｍ3より小さい金属からなる第２の導体層とを含む積層構造を有し、
前記ＩＤＴの前記第１の媒質側に配置される導体層が、前記第１の導体層により構成されている、請求項１に記載の弾性境界波装置。
【請求項３】
前記第１の導体層の厚みをＨ、ＩＤＴの電極指周期をλとしたときに、０．０２５λ＜Ｈ＜０．１λである、請求項２に記載の弾性境界波装置。
【請求項４】
前記ＩＤＴが前記第１の媒質に接する部分及び／または第２の媒質に接する部分に密着層が設けられていることを特徴とする、請求項２または３に記載の弾性境界波装置。
【請求項５】
圧電体からなる第１の媒質と、非導電物質からなり、第１の媒質に積層された第２の媒質と、前記第１の媒質と第２の媒質との間に配置されたＩＤＴとを備える弾性境界波装置であって、
前記ＩＤＴが、密度が７０００〜２１０００ｋｇ／ｍ3の範囲にある金属からなる第１の導体層と、
密度が１７４０ｋｇ／ｍ3以上、７０００ｋｇ／ｍ3より小さい金属からなる第２の導体層とを含む積層構造を有し、
前記ＩＤＴの前記第１の媒質側に配置される導体層が前記第１の導体層により構成されており、
前記第１の媒質側に配置される前記第１の導体層の厚みをＨ、ＩＤＴの電極指周期をλとしたとき、０．０２５λ＜Ｈ＜０．１λとされていることを特徴とする、弾性境界波装置。
【請求項６】
前記ＩＤＴが前記第１の媒質に接する部分及び／または第２の媒質に接する部分に密着層が設けられていることを特徴とする、請求項５に記載の弾性境界波装置。
【請求項７】
前記第１の導体層を構成している金属が、Ｐｔ、Ａｕ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｗ、Ｔａ、Ｃｒ並びにこれらを主体とする合金からなる群から選択された１種であり、
前記第２の導体層を構成している金属が、Ｍｇ、Ａｌ及びＴｉ並びにこれらを主体とする合金からなる群から選択した１種の金属である、請求項２〜６のいずれか１項に記載の弾性境界波装置。
【請求項８】
前記ＩＤＴと同じ電極材料で構成されており、かつ前記第１，第２の媒質間に配置されている反射器をさらに備える、請求項１〜７のいずれか１項に記載の弾性境界波装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば共振子や帯域フィルタなどに用いられる弾性境界波装置に関し、より詳細には、異なる材料からなる第１，第２の媒質間にＩＤＴが配置されている弾性境界波装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
弾性境界波装置は、異なる媒質間の界面にＩＤＴ（インターデジタル電極）を配置した構造を有する。弾性境界波装置では、上記異なる媒質を積層してなる積層体内を弾性境界波が伝搬する。従って、弾性境界波装置では、複雑なパッケージ構造を省略することができ、弾性表面波装置と比べて、構造の簡略化及び低背化を進めることができる。
【０００３】
弾性境界波装置において、動作周波数を高くした場合には、ＩＤＴの周期が小さくなる。そのため、ＩＤＴや反射器を構成する電極指の幅が小さくなり、電極指の導体抵抗が増大し、損失が増すことになる。
【０００４】
他方、弾性境界波装置では、上記界面の上下の媒質を伝搬する横波の音速よりも、弾性境界波の音速を低くすることにより、弾性境界波を上下の媒質間に閉じ込め、伝搬損失を低減することができる。
【０００５】
このような閉じ込め効果を高めるには、密度の高い金属によりＩＤＴを形成することが有効である。従来、下記の特許文献１に記載のように、弾性境界波装置のＩＤＴは、Ａｌにより形成されていることが多かった。これに対して、下記の特許文献２に記載の弾性境界波装置では、ＩＤＴ材料としてＡｌの他ＡｕやＡｇが示されている。
【特許文献１】特開昭５８−３０２１７号公報
【特許文献２】ＤＥ４１３２３０９Ａ１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
弾性境界波装置において弾性境界波を励振するＩＤＴの動作周波数Ｆｉは弾性境界波の音速をＶ、ＩＤＴの周期をλｉとした場合、Ｆｉ＝Ｖ／λｉ…（式〔ａ〕）で表わされる。式（ａ）から明らかなように、弾性境界波装置の動作周波数Ｆｉが高くなると、ＩＤＴの周期λｉを短くする必要がある。従って、ＩＤＴや反射器を構成している電極指の幅が細くなり、導体抵抗が大きくなり、損失が増大するという問題があった。特に、密度が大きい導体により電極指を構成した場合、電極指の厚みが薄い条件下では伝搬損失を０に近づけることはできるものの、電極指の厚みが薄くなるので、導体抵抗がさらに大きくなるという問題があった。
【０００７】
また、従来、弾性境界波装置のＩＤＴをＡｕにより形成した場合には、十分大きな電気機械結合係数Ｋ2が得られなかった。
【０００８】
本発明の目的は、上述した従来技術の欠点を解消し、動作周波数を高めた場合であっても、弾性境界波を効果的に閉じ込めることができ、かつ大きな電気機械結合係数を得ることができ、従って、低損失な弾性境界波装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本願の第１の発明によれば、圧電体からなる第１の媒質と、第１の媒質に積層されており、誘電体からなる第２の媒質と、前記第１の媒質と第２の媒質との間に配置されており、複数の導体層を積層してなるＩＤＴとを備える弾性境界波装置であって、前記第１，第２の媒質が積層されている方向が前記ＩＤＴの厚み方向であり、該ＩＤＴを厚み方向に２等分した面を境界面とし、該境界面から第１の媒質側に存在する弾性境界波のエネルギーをＥ１、前記境界面から第２の媒質側に存在するエネルギーをＥ２とし、前記ＩＤＴを構成したときの弾性境界波の音速と、前記ＩＤＴを構成する導体のうち、最も密度の大きな導体層のみを用いてＩＤＴを構成したときの弾性境界波の音速とが同一となるように、密度が最も大きい前記導体層単独でＩＤＴを構成した条件において、前記境界面から第１の媒質側に存在する弾性境界波のエネルギーをＥ１′、前記境界面から第２の媒質側に存在するエネルギーをＥ２′としたときに、Ｅ１／Ｅ２＞Ｅ１′／Ｅ２′とされていることを特徴とする、弾性境界波装置が提供される。
【００１０】
第１の発明のある特定の局面では、前記ＩＤＴが、密度が７０００〜２００００ｋｇ／ｍ3の範囲にある金属からなる第１の導体層と、密度が１７４０ｋｇ／ｍ3以上、７０００ｋｇ／ｍ3より小さい金属からなる第２の導体層とを含む積層構造を有し、前記ＩＤＴの前記第１の媒質側に配置される導体層が、前記第１の導体層により構成されている。
【００１１】
第１の発明の他の特定の局面では、前記第１の導体層の厚みをＨ、ＩＤＴの電極指周期をλとしたときに、０．０２５λ＜Ｈ＜０．１λとされている。
【００１２】
第１の発明のさらに他の特定の局面では、前記ＩＤＴが前記第１の媒質に接する部分及び／または第２の媒質に接する部分に密着層が設けられている。
【００１３】
第２の発明によれば、圧電体からなる第１の媒質と、非導電物質からなり、第１の媒質に積層された第２の媒質と、前記第１の媒質と第２の媒質との間に配置されたＩＤＴとを備える弾性境界波装置であって、前記ＩＤＴが、密度が７０００〜２１０００ｋｇ／ｍ3の範囲にある金属からなる第１の導体層と、密度が１７４０ｋｇ／ｍ3以上、７０００ｋｇ／ｍ3より小さい金属からなる第２の導体層とを積層した構造を有し、前記ＩＤＴの前記第１の媒質側に配置されている導体層が前記第１の導体層により構成されており、前記第１の媒質側に配置されている前記第１の導体層の厚みをＨ、ＩＤＴの電極指周期をλとしたとき、０．０２５λ＜Ｈ＜０．１λとされていることを特徴とする、弾性境界波装置が提供される。
【００１４】
第２の発明のさらに他の特定の局面では、前記ＩＤＴが前記第１の媒質に接する部分及び／または第２の媒質に接する部分に密着層が設けられている。
【００１５】
本発明のさらに他の特定の局面では、前記第１の導体層を構成している金属が、Ｐｔ、Ａｕ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｗ、Ｔａ、Ｃｒ並びにこれらを主体とする合金からなる群から選択された１種であり、前記第２の導体層を構成している金属が、Ｍｇ、Ａｌ及びＴｉ並びにこれらを主体とする合金からなる群から選択した１種の金属である。
【００１６】
本発明に係る弾性境界波装置のさらに別の特定の局面では、前記ＩＤＴと同じ電極材料で構成されており、かつ前記第１，第２の媒質間に配置されている反射器がさらに備えられている。
【発明の効果】
【００１７】
第１の発明に係る弾性境界波装置では、圧電体からなる第１の媒質と、非導電物質からなる第２の物質との間にＩＤＴが配置されており、該ＩＤＴが複数の導体層を積層してなり、上記Ｅ１／Ｅ２＞Ｅ１′／Ｅ２′とされているため、エネルギーが第２の媒質側に比べて第１の媒質側に多く存在した状態で弾性境界波が伝搬する。従って、弾性境界波の電気機械結合係数を高めることができ、共振構造を用いた共振子やフィルタでは、適用可能な通過帯域幅の範囲を広げることができる。また、トランスバーサル型フィルタの場合には、低損失の弾性境界波装置を提供することができる。
【００１８】
第１の発明において、ＩＤＴが上記第１，第２の導体層を含む積層構造を有し、圧電体からなる第１の媒質側に、相対的に密度が大きな金属からなる第１の導体層が配置されている場合には、第１の媒質側に存在する弾性境界波のエネルギーＥ１を、第２の媒質側に存在する弾性境界波のエネルギーＥ２に比べて容易に高くすることができ、従って、Ｅ１／Ｅ２＞Ｅ１′／Ｅ２′とされている弾性境界波装置を上記電極積層構造により容易に実現することができる。
【００１９】
第１の発明において、０．０２５λ＜Ｈ＜０．１λの場合には、電気機械結合係数をより一層大きくすることができる。
【００２０】
上記ＩＤＴは、第１の媒質に接する部分及び／または第２の媒質に接する部分に密着層が設けられている場合には、ＩＤＴと第１及び／または第２の媒質との密着性を効果的に高めることができる。
【００２１】
第２の発明では、圧電体からなる第１の媒質と、非導電物質からなる第２の媒質との間にＩＤＴが配置されており、ＩＤＴが、密度が異なる上記第１，第２の導体層を含む積層構造を有し、第１の導体層が第１の媒質側に配置されているため、圧電体からなる第１の媒質側において弾性境界波のエネルギーが大きい状態で弾性境界波が伝搬する。そのため、電気機械結合係数Ｋ2を十分に大きくすることができる。しかも、０．０２５λ＜Ｈ＜０．１λとされているので、電気機械結合係数Ｋ2を効果的に高めることができる。
【００２２】
上記ＩＤＴは、第１の媒質に接する部分及び／または第２の媒質に接する部分に密着層が設けられている場合には、ＩＤＴと第１及び／または第２の媒質との密着性を効果的に高めることができる。
【００２３】
本発明において、第１，第２の導体層を構成する金属は特に限定されないが、例えば、第１の導体層を構成している金属が、Ｐｔ、Ａｕ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｗ、Ｔａ、Ｃｒ並びにこれらを主体とする合金からなる群から選択された１種であり、第２の導体層を構成している金属が、Ｍｇ、Ａｌ及びＴｉ並びにこれらを主体とする合金からなる群から選択した１種の金属である場合には、汎用されているこれらの金属を用いて第１，第２の導体層を容易に形成することができる。
【００２４】
本発明において、ＩＤＴと同じ電極材料で構成されており、かつ第１，第２の媒質間に配置されている反射器がさらに備えられている場合には、本発明に従って、反射器を有する弾性境界波共振子や弾性境界波共振子フィルタなどを容易に形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
本明細書において媒質や電極材料として用いられる材料の密度、結晶のオイラー角及び結晶軸の詳細は以下の通りである。
【００２６】
密度
ＳｉＯ2の密度は２２１０ｋｇ／ｍ3、横波の音響特性インピーダンスは８．３×１０6ｋｇ・ｓ／ｍ2であり、Ａｌの密度は２６９９ｋｇ／ｍ3、横波の音響特性インピーダンスは８．４×１０6ｋｇ・ｓ／ｍ2であり、Ｃｕの密度は８９３９ｋｇ／ｍ3、横波の音響特性インピーダンスは２１．４×１０6ｋｇ・ｓ／ｍ2であり、Ａｇの密度は１０５００ｋｇ／ｍ3、横波の音響特性インピーダンスは１８．６×１０6ｋｇ・ｓ／ｍ2であり、Ａｕの密度は１９３００ｋｇ／ｍ3、横波の音響特性インピーダンスは２４．０×１０6ｋｇ・ｓ／ｍ2である。
【００２７】
オイラー角
本明細書において、基板の切断面と、境界波の鉄板方向を表現するオイラー角（φ，θ，ψ）は、文献「弾性波素子技術ハンドブック」（日本学術振興会弾性波素子技術第１５０委員会、第１版第１刷、平成３年１１月３０日発行、５４９頁）記載の右手系オイラー角を用いた。すなわち、ＬＮの結晶軸としてＸ、Ｙ、Ｚに対し、Ｚ軸を軸としてＸ軸を反時計廻りにφ回転しＸａ軸を得る。次に、Ｘａ軸を軸としてＺ軸を反時計廻りにθ回転しＺ´軸を得る。Ｘａ軸を含み、Ｚ´軸を法線とする面を基板の切断面とした。そして、Ｚ´軸を軸としてＸａ軸を反時計廻りにψ回転した軸Ｘ´方向を境界波の伝搬方向とした。
【００２８】
結晶軸
また、オイラー角の初期値として与えるＬｉＮｂＯ3の結晶軸Ｘ、Ｙ、Ｚは、Ｚ軸をｃ軸と平行とし、Ｘ軸を等価な３方向のａ軸のうち任意の一つと平行とし、Ｙ軸はＸ軸とＺ軸を含む面の法線方向とする。
【００２９】
等価なオイラー角
なお、本発明におけるＬｉＮｂＯ3のオイラー角（φ，θ，ψ）は結晶学的に等価であればよい。例えば、文献（日本音響学会誌３６巻３号、１９８０年、１４０〜１４５頁）によれば、ＬｉＮｂＯ3は三方晶系３ｍ点群に属する結晶であるので、〔４〕式が成り立つ。
【００３０】
Ｆ（φ，θ，ψ）＝Ｆ（６０°−φ，−θ，ψ）
＝Ｆ（６０°＋φ，−θ，１８０°−ψ）
＝Ｆ（φ，１８０°＋θ，１８０°−ψ）
＝Ｆ（φ，θ，１８０°＋ψ）                  〔４〕
ここで、Ｆは、電気機械結合係数ｋs2、伝搬損失、ＴＣＦ、ＰＦＡ、ナチュラル一方向性などの任意の境界波特性である。ＰＦＡのナチュラル一方向性は、例えば伝搬方向を正負反転してみた場合、符号は変わるものの絶対量は等しいので実用上等価であると考える。なお、文献７は表面波に関するものであるが、境界波に関しても結晶の対称性は同様に扱える。
【００３１】
例えば、オイラー角（３０°，θ，ψ）の境界波伝搬特性は、オイラー角（９０°，１８０°−θ，１８０°−ψ）の境界波伝搬特性と等価である。また、例えば、オイラー角（３０°，９０°，４５°）の境界波伝搬特性は、表に示すオイラー角の境界波伝搬特性と等価である。
【００３２】
また、本発明において計算に用いた導体の材料定数は多結晶体の値であるが、エピタキシャル膜などの結晶体においても、膜自体の結晶方位依存性より基板の結晶方位依存性が境界波特性に対して支配的であるので、〔４〕式により、実用上問題ない程度に同等の境界波伝搬特性が得られる。
【００３３】
【表１】
2008235950.tif 000003
【００３４】
以下、図面を参照しつつ本発明の具体的な実施形態を説明することにより、本発明を明らかにする。
【００３５】
図１及び図２は、本発明の一実施形態に係る弾性境界波装置を模式的に示す平面断面図及び正面断面図である。
【００３６】
弾性境界波装置１０は、第１の媒質１１と、第２の媒質１２とを積層した積層体を用いて構成されている。第１の媒質１１は、本実施形態では、圧電体としての１５°ＹカットＸ伝搬（オイラー角で（０°，１０５°，０°））のＬｉＮｂＯ3板により構成されている。
【００３７】
第２の媒質１２は、本実施形態では、非導電物質としてのＳｉＯ2により構成されている。
【００３８】
第１，第２の媒質１１，１２間の界面に、ＩＤＴ１３及び反射器１４，１５が配置されている。ＩＤＴ１３は、複数本の電極指１３ａと複数本の電極指１３ｂとが互いに間挿し合うように配置されている構造を有する。複数本の電極指１３ａが、一方のバスバーに、複数本の電極指１３ｂが他方のバスバーに電気的に接続されている。
【００３９】
ＩＤＴ１３及び反射器１４，１５は、本実施形態では、密度が相対的に大きいＡｕからなる第１の導体層と、密度が相対的に低いＡｌからなる第２の導体層とを含む積層構造を有する。
【００４０】
図３（ａ）は、上記電極指１３ａ，１３ｂの横断面構造を説明するための模式的拡大断面図である。電極指１３ａ，１３ｂは、第１，第２の導体層１６，１７を積層した構造を有する。第１の導体層１６がＡｕからなり、圧電体としての第１の媒質１１側に配置されており、第２の導体層１７が、Ａｌからなり、非導電物質からなる第２の媒質１２側に配置されている。
【００４１】
なお、反射器１４，１５も、ＩＤＴ１３と同じ電極構造を有する。すなわち、反射器１４，１５もまた、第１，第２の導体層１６，１７を積層した構造を有する。
【００４２】
本実施形態の弾性境界波装置１０では、第１，第２の媒質１１，１２が上記のように形成されており、ＩＤＴ１３及び反射器１４，１５が上記電極構造を有するため、弾性境界波の電気機械結合係数が十分に大きくされる。また、ＩＤＴ１３を厚み方向に２等分した面を境界面としたとき、該境界面から第１の媒質１１側に存在する弾性境界波のエネルギーをＥ１、境界面から第２の媒質側に存在する弾性境界波のエネルギーをＥ２とし、ＩＤＴを構成している複数の導体層のうち最も密度の大きな導体層のみを用いてＩＤＴを構成したときの弾性境界波の音速と、上記複数の導体層からなるＩＤＴを構成したときの弾性境界波の音速とが等しい条件において、境界面から第１の媒質側に存在する弾性境界波のエネルギーをＥ１′、第２の媒質側に存在する弾性境界波のエネルギーをＥ２′としたときに、Ｅ１／Ｅ２＞Ｅ１′／Ｅ２′とされており、それによって、弾性境界波装置１０では、電気機械結合係数Ｋ2が向上し、共振構造を用いた共振子やフィルタでは、適用可能な通過帯域幅の範囲を広げることができる。また、トランスバーサル型フィルタの場合には、低損失化が図られる。これを、具体的に説明する。
【００４３】
弾性境界波装置１０を以下の条件で試作した場合のＡｌからなる第２の導体層の厚みと、弾性境界波の音速、電気機械結合係数Ｋ2、及び遅延時間温度係数ＴＣＤとの関係を求めた。
【００４４】
前提とした条件
積層構造：ＳｉＯ2／ＩＤＴ／ＬｉＮｂＯ3
ＩＤＴ  ：第１の導体層はＡｕからなり、厚みは０．０５λまたは可変とした。第２の導体層１７は、Ａｌからなり、厚みは０．１λまたは可変とした。
【００４５】
第１，第２の媒質１１，１２の厚みは無限大とした。
【００４６】
上記のような条件で、ＳＨ成分主体の弾性境界波について、Ａｕからなる第１の導体層１６の厚みを０．０５λとし、第２の導体層１７を構成しているＡｌ厚みを種々変化させ、他は上記条件として、Ａｌ厚みと弾性境界波の音速、電気機械結合係数、及び遅延時間温度係数ＴＣＤとの関係を求めた。結果を図４〜図６にそれぞれ示す。
【００４７】
また、上記条件において、第２の導体層１７としてのＡｌの厚みは０．１λとし、Ａｕからなる第１の導体層１６の厚みを種々変化させ、同様にして、Ａｕ厚（λ）と、ＳＨ成分主体の弾性境界波の音速、電気機械結合係数Ｋ2及び遅延時間温度係数ＴＣＤとの関係を求め、図７〜図９に示した。図４〜図６において、Ａｌ厚＝０の場合が、Ａｕのみからなる電極を用いた場合の結果に相当する。
【００４８】
なお、伝搬損失については、全て０であり、Ａｌの膜厚を変化させた場合、該Ａｌの膜厚に依存せずほぼ０であり、Ａｕの膜厚を変化させた場合も、該Ａｕの膜厚に依存せずほぼ０であった。
【００４９】
なお、これらを求めるにあたっては、文献「A method for estimating optimal cuts and propagation directions for excitation and propagation directions for excitation of piezoelectric surface waves 」（J.J.Campbell and W.R.Jones,IEEE Trans. Sonics and Ultrason., Vol.SU-15(1968)pp,209-217)に基づいて、求めた。この場合、開放境界の場合には、第１の媒質１１と、第２の媒質１２との境界、第１の媒質１１とＩＤＴ１３との境界、ＩＤＴ１３と第２の媒質１２との境界における変位、電位、電束、密度の法線成分及び上下方向応力が連続であるとし、第１の媒質１１と第２の媒質１２の厚みを無限大とし、ＩＤＴなどを構成している導体の比誘電率を１として、音速を求めた。また、短絡境界の場合には、第２の媒質とＩＤＴとの境界、ＩＤＴと第１の媒質との境界における電位が０として、音速を求めた。また、電気機械結合係数Ｋ2は、下記の式（１）により求めた。なお、式（１）においてＶｆは開放境界における音速である。
Ｋ2＝２×│Ｖｆ−Ｖ│／Ｖｆ    …式（１）
【００５０】
遅延時間温度係数ＴＣＤは、２０℃、２５℃及び３０℃における位相速度Ｖに基づき、下記の式（２）により求めた。
ＴＣＤ＝（Ｖ〔２０℃〕−Ｖ〔３０℃〕）／Ｖ〔２５℃〕／１０＋αｓ
…式（２）
【００５１】
但し、式（２）において、αｓは境界波伝搬方向における第１の媒質１１の線膨張係数である。
【００５２】
図５から明らかなように、Ａｌからなる第２の導体層１７を積層することにより、すなわちＡｌの厚みを０よりも大きくするとことにより、電気機械結合係数Ｋ2の高められることがわかる。
【００５３】
他方、図８から明らかなように、第１，第２の導体層１６，１７を積層した構造において、第１の導体層１６であるＡｕの厚みを０．０２５λ〜０．１λの範囲とすれば、Ａｕのみからなる電極を用いた相当の弾性境界波装置に比べて、電気機械結合係数Ｋ2を高め得ることがわかる。
【００５４】
従って、図４〜図９から、第１，第２の導体層１６，１７を、それぞれ、Ａｕ及びＡｌで構成した場合、Ａｕからなる第１の導体層１６の厚みを０．０２５λ〜０．１λとすることが望ましいことがわかる。
【００５５】
図１０は、図４〜図６において、Ａｌ厚＝０の場合の弾性境界波（Ｕ１＝縦波成分、Ｕ２＝ＳＨ波成分、Ｕ３＝ＳＶ波成分、なおＵ１〜Ｕ３は弾性境界波を構成する部分波成分である。）の変位分布を模式的に示す図であり、図１１は、図４〜図６において、Ａｌ厚＝０．１λとした場合の弾性境界波（Ｕ１＝縦波成分、Ｕ２＝ＳＨ波成分、Ｕ３＝ＳＶ波成分、なおＵ１〜Ｕ３は弾性境界波を構成する部分波成分である。）の変位分布を模式的に示す図である。
【００５６】
図１０及び図１１から明らかなように、上記第１，第２の導体層１６，１７を積層してなるＩＤＴ１３を用いた上記実施形態の弾性境界波装置１０においても、従来のＡｕのみからなるＩＤＴを用いた相当の弾性境界波装置と同程度に、弾性境界波の振動エネルギーがＩＤＴ付近に集中していることがわかる。従って、密度の大きい導体であるＡｕと、密度の小さい導体であるＡｌとを積層した電極構造の場合において、密度の大きな導体層１６の存在により、弾性境界波の媒質間の境界面へのエネルギーを効果的に集中させることがわかる。
【００５７】
また、図１０及び図１１において、第１の媒質の密度が４６４０ｋｇ／ｍ3、第２の媒質の密度は２２１０ｋｇ／ｍ3である。そして、弾性境界波の振動エネルギーは、ρＵ2に比例する。但し、ここでρは媒質の密度であり、Ｕは振幅である。従って、図１０から、Ｅ１′／Ｅ２′を求めると、Ｅ１′／Ｅ２′はほぼ１．１となる。
【００５８】
また、図１１から明らかなように、弾性境界波の振動エネルギーの分布の中心は、密度の高いＡｕからなる第１の導体層１６が圧電体である第１の媒質１１側に配置されているので、振動エネルギーの分布中心が第１の媒質１１側に存在することがわかる。従って、振動エネルギーが、第１の媒質１１側、すなわち圧電体側において強く分布するため、これによって大きな電気機械結合係数Ｋ2の得られていることがわかる。
【００５９】
また、図１１よりＥ１／Ｅ２を求めると、Ｅ１／Ｅ２は約３．６となる。従って、Ｅ１／Ｅ２＞Ｅ１′／Ｅ２′とされている。
【００６０】
上記のように、ＩＤＴ１３を厚み方向に２等分した面を境界面としたとき、該境界面から第１の媒質１１側に存在する弾性境界波のエネルギーＥ１、境界面から第２の媒質１２側に存在する弾性境界波のエネルギーＥ２としたとき、Ｅ１／Ｅ２＞Ｅ１′／Ｅ２′とされておれば、単層のＩＤＴ電極で弾性境界波を作製した場合に比較して、大きな電気機械結合係数Ｋ2を得ることができる。
【００６１】
次に、図１及び図２に示した弾性境界波装置１０としての弾性境界波共振子の具体的な共振特性を図１２に示す。図１２に示す共振特性は、以下の条件で弾性境界波装置１０を作製し、求めたものである。
【００６２】
第１の媒質１１：１５°ＹカットＸ伝搬のＬｉＮｂＯ3基板からなり、厚さ３７０μｍ
第２の媒質１２：ＳｉＯ2からなり、厚さ６μｍ
ＩＤＴ１３：Ａｌ／Ｃｕ／Ｔｉ／Ａｕ／ＮｉＣｒを、厚み５０／１０／７０／３ｎｍとなるように積層した構造を用いた。なお、Ａｌ側を第２の媒質側に、ＮｉＣｒ側を第１の媒質１１側に配置した。Ｔｉは導体層間の密着強度を高める層として配置されており、ＮｉＣｒ層はＡｕの媒質１１への密着性を高める密着層として配置されている。
【００６３】
ＩＤＴ１３の電極指の対数は６０対とし、交差幅は３０λ、開口幅３０．４λとした。
【００６４】
また、反射器１４，１５の電極指の本数は、５１本とした。
【００６５】
さらに、ＩＤＴ１３については、弾性境界波伝搬方向中央における交差幅が３０λ、弾性境界波伝搬方向両端における交差幅が１５λとなるように交差幅重み付けを施した。
【００６６】
ＩＤＴ１３及び反射器１４，１５の周期λは、１．６μｍとして、電極指ピッチは０．８μｍとした。また、電極指の幅寸法は、０．４μｍ、電極指間のスペースの幅は０．４μｍとし、それによって電極指ピッチを上記のように０．８μｍとした。
【００６７】
図１２に上記の弾性境界波装置１０としての弾性境界波共振子のインピーダンス−周波数特性を示す。
【００６８】
Ａｕと密着層ＮｉＣｒからなるＩＤＴに比べ、Ａｌ／Ｃｕ／Ｔｉ／Ａｕ／ＮｉＣｒからなるＩＤＴを用いることにより、共振抵抗を１．８Ωから１．４Ωに小さくすることが可能となった。
【００６９】
上記電極構造の変更により、電極指の直列抵抗は、１９．４％低めることが可能となった。
【００７０】
なお、本発明は、上述した弾性境界波共振子としての弾性境界波装置１０に限定されず、様々な構造の共振子やフィルタにも適用することができる。すなわち、例えばラダー型フィルタ、縦結合共振器型フィルタ、横結合共振器型フィルタ、トランスバーサル型フィルタ、弾性境界波光スイッチまたは弾性境界波光フィルタなどの様々な弾性境界波を用いたフィルタやスイッチ等にも広く用いることができる。
【００７１】
また、電極材料については、ＡｕやＡｌに限らず、Ｐｔ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｆｅ、Ｗ、Ｔａなどの他の導電性材料を用いてもよく、またこれらの導電性材料を主体とする合金を用いてもよい。
【００７２】
もっとも、ＩＤＴを第１の導体層と第２の導体層とを含む積層構造を有するように構成する場合、第１の導体層の密度は、Ａｕのように７０００〜２００００ｋｇ／ｍ3の範囲にある相対的に密度が高い金属を用いて構成され、第２の導体層は、Ａｌのように、密度が１７４０ｋｇ／ｍ3以上、７０００ｋｇ／ｍ3より小さい、相対的に低密度の金属により構成される。このような第１，第２の導体層を構成している金属の密度の要件を満たす限り、第１，第２の導体層を有する積層構造における各導体層を構成する金属は限定されるものではない。
【００７３】
さらに、密着性や耐電力性を高めるために、Ｔｉ、Ｃｒ、ＮｉＣｒ、Ｎｉ、ＺｎＯなどの薄層を第１，第２の導体層に積層してもよい。この場合、上記薄層は、第１または第２の導体層と第１または第２の媒質層の間、あるいは第１，第２の導体層間のいずれに配置してもよい。上記薄層は、密着性向上効果や拡散防止効果を有しておればよいので、薄層の膜厚は１〜３０ｎｍ程度とされる。
【００７４】
また、本発明において、第１，第２の導体層以外に第３の導体層を含む１以上の導体層をさらに積層してもよい。この場合、第３の導体層は、第１，第２の導体層のいずれかと同じ材料であってもよく、異なる材料であってもよい。従って、例えば、Ａｌ／Ａｕ／Ａｌからなる電極構造を用いてもよく、その場合には、電気機械結合係数Ｋ2をＡｕの存在により中程度に大きくでき、遅延時間温度係数ＴＣＤをある程度小さくでき、かつ電極指の導体抵抗が小さい弾性境界波装置を得ることができる。
【００７５】
また、第１，第２の媒質１１，１２が積層されていたが、さらに１以上の他の媒質が積層されていてもよい。また、第１，第２の媒質１１，１２に他の媒質を積層する場合、第１，第２の媒質間に第３の媒質を配置してもよく、その場合には、相対的に密度も重い電極材料からなる第１の導体層をＳｉＯ2などからなるＴＣＤが負の媒質側に配置すればＴＣＤを小さくすることができる。逆に、圧電体からなる第１の媒質側に密度の大きな第１の導体層を配置した場合には、電気機械結合係数Ｋ２を高くすることができる。
【００７６】
また、本発明においては、上記第２の媒質の形成に先立ち、逆スパッタ、イオンビームミリング、反応性イオンエッチング、ウェットエッチングなどの様々な方法でＩＤＴを調整して周波数調整を行うことができる。さらに、第２の媒質／第３の媒質／ＩＤＴ／第１の媒質の積層構造を利用する場合には、第３の媒質の厚みを、上記イオンビームミリングやエッチングなどにより調整することにより、あるいはスパッタリングもしくは蒸着などの堆積法により追加成膜することにより、周波数調整を行うことも可能である。
【００７７】
なお、第１，第２の媒質は様々な材料で構成され得る。このような材料としては、Ｓｉ、ガラス、ＳｉＯ2、ＳｉＣ、ＺｎＯ、Ｔａ2Ｏ5、ＰＺＴ、ＡｌＮ、Ａｌ2Ｏ3、ＬｉＴａＯ3、ＬｉＮｂＯ3、ＫＮ（ニオブ酸カリウム）などが挙げられる。特に、第１の媒質１１として、圧電体を用いる場合には、上記ＬｉＮｂ2Ｏ3以外に、上記のようなＺｎＯ、Ｔａ2Ｏ5、ＰＺＴ、ＬｉＴａ2Ｏ3などの様々な圧電材料を用いることができる。
【００７８】
また、第２の媒質１２として、誘電体を用いる場合そのような物質としては、ＳｉＯ2に限らず、ガラス、ＳｉＣ、ＡｌＮ、Ａｌ2Ｏ3などを用いることができる。好ましくは、前述したように、圧電体は通常、正のＴＣＤを示すため、ＴＣＤを小さくするには、負のＴＣＤを有する誘電体を第２の媒質１２の材料として用いることが望ましい。このような負のＴＣＤを有する誘電体としては、ＳｉＯ2の他、水晶、ＬＢＯ（四ホウ酸リチウム）、ランガサイト、ランガナイト、ガラスなどを挙げることができる。
【００７９】
本発明においては、第１，第２の媒質を積層した積層体あるいはさらに第３の媒質を含む積層体の外側に強度を高めるため、あるいは腐食性ガスの侵入を防止するために保護層を形成してもよい。保護層としては、特に限定されず、ポリイミド、エポキシ樹脂、酸化チタン、窒化アルミもしくは酸化アルミなどの無機絶縁材料、Ａｕ、ＡｌもしくはＷなどの金属など様々な材料からなるものを用いることができる。また、上記保護層を形成した上で、あるいは保護層を形成せずに、弾性境界波装置をパッケージに封入してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】本発明の一実施形態に係る弾性境界波装置を模式的に示す平面断面図。
【図２】本発明の一実施形態に係る弾性境界波装置を模式的に示す正面断面図。
【図３】本発明の一実施形態に係る弾性境界波装置の電極構造を示す模式的部分拡大正面断面図。
【図４】図１に示した弾性境界波装置において、Ａｕからなる第１の導体層第１の媒質側に配置した場合の第２の導体層を構成しているＡｌ厚みを変化させた場合の弾性境界波の音速Ｖｍの変化を示す図。
【図５】図１に示した弾性境界波装置において、Ａｕからなる第１の導体層第１の媒質側に配置した場合の第２の導体層を構成しているＡｌ厚みを変化させた場合の弾性境界波の電気機械結合係数Ｋ2の変化を示す図。
【図６】図１に示した弾性境界波装置において、Ａｕからなる第１の導体層第１の媒質側に配置した場合の第２の導体層を構成しているＡｌ厚みを変化させた場合の弾性境界波の遅延時間温度係数ＴＣＤの変化を示す図。
【図７】図１に示した弾性境界波装置において、第２の導体層の厚みを一定とし、圧電体からなる第１の媒質側に配置されている第１の導体層を構成しているＡｕの厚みを変化させた場合の弾性境界波の音速Ｖｍの変化を示す図。
【図８】図１に示した弾性境界波装置において、第２の導体層の厚みを一定とし、圧電体からなる第１の媒質側に配置されている第１の導体層を構成しているＡｕの厚みを変化させた場合の弾性境界波の電気機械結合係数Ｋ2の変化を示す図。
【図９】図１に示した弾性境界波装置において、第２の導体層の厚みを一定とし、圧電体からなる第１の媒質側に配置されている第１の導体層を構成しているＡｕの厚みを変化させた場合の弾性境界波の遅延時間温度係数ＴＣＤの変化を示す図。
【図１０】ＩＤＴがＡｕのみからなる場合比較のための弾性境界波装置における弾性境界波の変位分布を模式的に示す図。
【図１１】Ａｕからなる第１の導体層が第１の媒質であるＬｉＮｂＯ3側に、第２の導体層ＡｌがＳｉＯ2側に配置された実施形態の弾性境界波装置における弾性境界波の変位分布を示す図。
【図１２】本発明の一実施形態に係る弾性境界波装置の共振特性を示す図。
【符号の説明】
【００８１】
１０…弾性境界波装置
１１…第１の媒質
１２…第２の媒質
１３…ＩＤＴ
１３ａ，１３ｂ…電極指
１４，１５…反射器
１６…第１の導体層
１７…第２の導体層
【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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【図１２】
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