(57)【要約】【課題】  圧電基板１上にインターディジタルトランスデューサとなる電極２が形成されている弾性表面波素子において、従来よりも耐電力性が高く然も挿入損失の小さな弾性表面波素子を提供する。【解決手段】  本発明に係る弾性表面波素子において、電極２は、圧電基板１の表面に、Ｔｉ層３とＰｄ及びＺｒを含むＡｌ合金層４とを積層して構成され、Ａｌ合金層４のＰｄ濃度Ｘ(重量％)とＺｒ濃度Ｙ(重量％)が下記の関係式を満たしている。        ０≦(Ｘ２＋((１１／９)×Ｙ)２)０.５≦２２【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電基板上にインターディジタルトランスデューサとなる電極が形成されている弾性表面波素子において、前記電極は、圧電基板の表面に、Ｔｉからなる第１層と、Ｐｄ及びＺｒを含むＡｌ合金からなる第２層を積層して構成され、前記Ａｌ合金のＰｄ濃度Ｘ(重量％)とＺｒ濃度Ｙ(重量％)が下記の関係式を満たしていることを特徴とする弾性表面波素子。
０≦(Ｘ２＋((１１／９)×Ｙ)２)０.５≦２２
【請求項２】
更に前記Ａｌ合金のＰｄ濃度Ｘ(重量％)とＺｒ濃度Ｙ(重量％)が下記の関係式を満たしている請求項１に記載の弾性表面波素子。
０≦(Ｘ２＋((１５／１１)×Ｙ)２)０.５≦１５
【請求項３】
前記電極の線幅に対する前記Ａｌ合金の結晶粒径の比率が１.０％〜５０％の範囲である請求項１又は請求項２に記載の弾性表面波素子。
【請求項４】
前記電極は、前記第１層及び第２層を繰り返し積層してなる請求項１乃至請求項３の何れかに記載の弾性表面波素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電基板上にインターディジタルトランスデューサとなる電極が形成されている弾性表面波素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、携帯電話機等の通信機器においては、共振器フィルター、デュプレクサー等の回路素子として、弾性表面波素子が用いられているが、近年の通信機器の高周波化に伴って、弾性表面波素子の動作周波数も高周波化すると共に、高出力化が要求されている。
【０００３】
動作周波数の高周波化のためには各電極の線幅を小さく形成する必要があり、例えば動作周波数がギガヘルツ帯の場合、電極の線幅は１μm未満となる。この様に小さな線幅の電極が形成されている弾性表面波素子に電圧を印加すると、圧電基板の表面に生じる弾性表面波によって、電極に繰り返し応力が作用し、この応力が電極の材料に固有の臨界応力を越えると、ストレスマイグレーションが発生する。又、電極を流れる電子流の高密度化に伴って、エレクトロマイグレーションが発生する。その結果、電極には空隙(ボイド)や突起(ヒロック)が形成されて、耐電力性の劣化により電極が破壊し、電気的短絡や挿入損失の増大を招くことになる。
【０００４】
そこで、図２に示す如く、圧電基板(１)上にＴｉ層(３)とＡｌ層(６)の２層構造からなる電極(５)を形成した弾性表面波素子が知られている。該弾性表面波素子によれば、Ｔｉ層(３)の形成によって電極(５)に作用する応力が緩和され、アルミニウム単層の電極を具えた弾性表面波素子よりは耐電力性が向上する。
【０００５】
そして、更に耐電力性を改善すべく、図３に示す様に圧電基板(１)上に、Ｔｉ層(３)とＡｌ合金層(８)の２層構造からなる電極(７)を形成し、Ａｌ合金層(８)にはＣｕ又はＭｇを添加した弾性表面波素子(特許文献１参照)や、Ａｌ合金層(８)にＶ及びＣｕを添加した弾性表面波素子(特許文献２参照)が提案されている。
【特許文献１】特開２００２−３６８５６８号公報
【特許文献２】特開２００３−１６３５６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、Ｔｉ層とＡｌ合金層の２層構造の電極を具えた従来の弾性表面波素子においては、Ａｌ合金層の配向性が悪いために、耐電力性が依然として低く、然もＡｌ合金層(８)の電気抵抗が大きいために、挿入損失が大きく、フィルター特性が低い問題があった。
そこで本発明の目的は、従来よりも耐電力性が高く然も挿入損失の小さな弾性表面波素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る弾性表面波素子は、圧電基板上にインターディジタルトランスデューサとなる電極を具え、該電極は、圧電基板の表面に、Ｔｉからなる第１層と、Ｐｄ及びＺｒを含むＡｌ合金からなる第２層を積層して構成され、前記Ａｌ合金のＰｄ濃度Ｘ(重量％)とＺｒ濃度Ｙ(重量％)が下記の関係式を満たしている。
０≦(Ｘ２＋((１１／９)×Ｙ)２)０.５≦２２
【０００８】
上記本発明の弾性表面波素子によれば、Ｖ及びＣｕを添加材料とするＡｌ合金層を具えた弾性表面波素子よりも、Ａｌ合金層の配向性が改善され、耐電力性が向上して寿命が長くなる。
尚、Ｖ及びＣｕの添加濃度が上記関係式を逸脱して増大すると、電気抵抗が高くなって、電力投入時の発熱が増大することから、寿命が短くなる。又、電気抵抗が大きくなって、挿入損失が増大する。
【０００９】
更に前記Ａｌ合金のＰｄ濃度Ｘ(重量％)とＺｒ濃度Ｙ(重量％)が下記の関係式を満たすことが望ましい。
０≦(Ｘ２＋((１５／１１)×Ｙ)２)０.５≦１５
該弾性表面波素子によれば、Ｖ及びＣｕを添加材料とするＡｌ合金層を具えた弾性表面波素子よりも、電気抵抗が小さくなって、挿入損失が減少する。
【００１０】
具体的な構成において、前記電極の線幅に対する前記Ａｌ合金の結晶粒径の比率が１.０〜５０％の範囲となっている。
該弾性表面波素子によれば、マイグレーションの発生が抑制されて、Ｖ及びＣｕを添加材料とするＡｌ合金層を具えた弾性表面波素子よりも、更に耐電力性が向上して寿命が長くなる。
【００１１】
更に具体的な構成において、前記電極は、前記第１層及び第２層を繰り返し積層して形成されている。
該弾性表面波素子によれば、第１層及び第２層の２層構造を有する弾性表面波素子よりも耐電力性が向上して、寿命が長くなる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る弾性表面波素子によれば、従来の２層構造の弾性表面波素子よりも耐電力性が高くなると共に、挿入損失が小さくなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態につき、図面に沿って具体的に説明する。
本発明に係る弾性表面波素子は、図１に示す如く、タンタル酸リチウム(ＬＴ)からなる圧電基板(１)の表面に、厚さ４０ｎｍのＴｉ層(３)と、Ｐｄ及びＺｒを添加材料とする厚さ４１２ｎｍのＡｌ合金層(４)を積層して、インターディジタルトランスデューサとなる電極を形成したものである。
【００１４】
電極(２)を構成するＡｌ合金層(４)のＰｄ及びＺｒの濃度が高いほど、耐電力性が改善されて寿命が長くなるが、逆に電気抵抗が大きくなって挿入損失が増大する。
そこで、本発明に係る弾性表面波素子においては後述の如く、トレードオフの関係にある寿命と挿入損失についてバランスのとれた添加材料の濃度を特定し、これによって、従来のＶ及びＣｕを添加材料とするＡｌ合金層を具えた弾性表面波素子よりも優れた特性を実現した。
【００１５】
図４は、Ｐｄ及び／又はＺｒを添加材料とするＡｌ合金層を具えた弾性表面波素子において、Ｚｒ添加濃度を１.２ｗｔ％に固定してＰｄ添加濃度を変化させた場合の寿命を調べた結果を表わしており、縦軸は、Ｖ：０.１５ｗｔ％、Ｃｕ：１ｗｔ％を添加材料とするＡｌ合金層を具えた従来の弾性表面波素子(図３)の寿命を１とする相対的な寿命を表わしている。
【００１６】
図示の如くＰｄ或いはＺｒをそれぞれ単独で添加した場合には、従来の弾性表面波素子よりも寿命は長くならないが、Ｐｄ及びＺｒを同時に添加した本発明の弾性表面波素子では、従来の弾性表面波素子よりも寿命が長くなっていることが分かる。
但し、添加濃度が２０ｗｔ％を越えると、逆に電気抵抗が高くなって、電力投入時の発熱が大きくなることにより、寿命は短くなっている。
【００１７】
次に、弾性表面波素子を用いて図１２の如く直列腕共振器と直列腕共振器からなるラダー型フィルターを構成した場合の３ｄＢ帯域幅について検討した。
尚、フィルター構成は次のとおりである。
圧電基板：ＬｉＴａＯ３(３６°Ｙ回転−Ｘ伝搬)
直列腕：  電極ピッチ        ２.４μm
電極対数          ７５対
電極線幅／ピッチ  ５０％
開口長            ４０μm
反射器本数(左右)  各１００本
並列腕：  電極ピッチ        ２.６μm
電極対数          １００対
電極線幅／ピッチ  ５０％
開口長            ６５μm
反射器本数(左右)  各１００本
【００１８】
図５は、Ｐｄ及び／又はＺｒを添加材料とするＡｌ合金層を具えた弾性表面波素子において、Ｚｒ添加濃度を１.２ｗｔ％に固定してＰｄ添加濃度を変化させた場合の３ｄＢ帯域幅を調べた結果を表わしており、縦軸は、Ｖ：０.１５ｗｔ％、Ｃｕ：１ｗｔ％を添加材料とするＡｌ合金層を具えた従来の弾性表面波素子(図３)の３ｄＢ帯域幅を１００とする相対的な３ｄＢ帯域幅を表わしている。
【００１９】
図示の如く、Ｐｄ及びＺｒの添加濃度が約１０ｗｔ％以下において、従来のＶ及びＣｕを添加材料とするＡｌ合金層を具えた弾性表面波素子よりも３ｄＢ帯域幅が広くなっていることが分かる。
しかし、添加濃度が約１０ｗｔ％を越えると、電気抵抗が大きくなって、挿入損失が増大することから、３ｄＢ帯域幅が狭くなる。
【００２０】
図６及び図７は、Ｐｄ及びＺｒを添加材料とするＡｌ合金層を具えた本発明の弾性表面波素子において、ＰｄとＺｒの添加濃度をそれぞれ変化させて、寿命を調べた結果を表わしている。
図６は、Ｖ：０.１５ｗｔ％、Ｃｕ：１ｗｔ％を添加材料とするＡｌ合金層を具えた従来の弾性表面波素子よりも寿命が長いものに○印、寿命が短いものに×印を付けたものであって、○印の付いた範囲、即ちＰｄ濃度Ｘ(重量％)とＺｒ濃度Ｙ(重量％)が下記の関係式を満たす範囲で、従来の弾性表面波素子よりも長い寿命が得られる。
０≦(Ｘ２＋((１１／９)×Ｙ)２)０.５≦２２
【００２１】
従って、図１に示す本発明に係る弾性表面波素子においては、電極(２)を構成するＡｌ合金層(４)のＰｄ濃度とＺｒ濃度は上記の関係式を満たすものとする。
【００２２】
図７は、Ｖ：０.１５ｗｔ％、Ｃｕ：１ｗｔ％を添加材料とするＡｌ合金層を具えた従来の弾性表面波素子よりも３ｄＢ帯域幅が広いものに○印、３ｄＢ帯域幅が狭いものに×印を付けたものであって、○印の付いた範囲、即ちＰｄ濃度Ｘ(重量％)とＺｒ濃度Ｙ(重量％)が下記の関係式を満たす範囲で、従来の弾性表面波素子よりも３ｄＢ帯域幅が広く、挿入損失が少なくなる。
０≦(Ｘ２＋((１５／１１)×Ｙ)２)０.５≦１５
【００２３】
従って、図１に示す本発明に係る弾性表面波素子においては、電極(２)を構成するＡｌ合金層(４)のＰｄ濃度とＺｒ濃度が上記の関係式を満たしていることが望ましい。
【００２４】
図８は、Ｐｄ及び／又はＺｒを添加材料とするＡｌ合金層を具えた弾性表面波素子において、Ｚｒ添加濃度を１.２ｗｔ％に固定してＰｄ添加濃度を変化させた場合のＡｌ(１１１)ロッキングカーブ半値幅を調べた結果を表わしている。
図示の如く、Ｐｄ及びＺｒを添加材料とするＡｌ合金層を具えた本発明の弾性表面波素子においては、Ｐｄ及びＺｒの添加濃度が約１１％以下で、Ｖ及びＣｕを添加材料とするＡｌ合金層を具えた従来の弾性表面波素子よりも、Ａｌ(１１１)ロッキングカーブ半値幅が小さくなっており、この範囲でＡｌ合金層の配向性が良好であることが分かる。
【００２５】
図９は、圧電基板(１)の表面に、厚さ２０ｎｍのＴｉ層(３)、厚さ２０６ｎｍのＡｌ合金層(４)、厚さ２０ｎｍのＴｉ層(３)及び厚さ２０６ｎｍのＡｌ合金層(４)からなる４層構造の電極(２)を形成した弾性表面波素子を表わしている。
【００２６】
Ｐｄの添加濃度を１.６ｗｔ％、Ｚｒの添加濃度を１.２ｗｔ％として、図９に示す４層構造の弾性表面波素子(実施例)と、図１に示す２層構造の弾性表面波素子(比較例)を作製して、Ｖ及びＣｕを添加材料とするＡｌ合金層を具えた従来の２層構造の弾性表面波素子(従来例)との寿命の比較を行なったところ、図１０に示す結果が得られた。
図示の如く、比較例では従来例の１.８７倍の寿命が得られたのに対し、実施例では従来例の２.８３倍の寿命が得られており、この結果から、４層構造の電極(２)を形成した本発明の弾性表面波素子の有効性が裏付けられる。
【００２７】
図１１は、図１に示す本発明の弾性表面波素子においてＰｄとＺｒの添加濃度を変化させたときの、Ａｌ合金の結晶粒径と、電極線幅(０.５μm)に対する結晶粒径の比率と、寿命とを調べた結果を表わしている。尚、Ａｌ合金の結晶粒径はＡＦＭ法により測定した。又、寿命は、Ｖ及びＣｕを添加材料とするＡｌ合金層を具えた従来の弾性表面波素子の寿命に対する相対値を表わしている。
図示の如く、電極線幅に対する結晶粒径の比率が１.０〜５０％の範囲で、従来の弾性表面波素子の寿命よりも２０％長い寿命が得られている。
従って、電極線幅に対するＡｌ合金の結晶粒径の比率は１.０〜５０％であることが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明に係る弾性表面波素子の積層構造を示す図である。
【図２】従来の弾性表面波素子の積層構造を示す図である。
【図３】従来の他の弾性表面波素子の積層構造を示す図である。
【図４】添加濃度に対する寿命の変化を表わすグラフである。
【図５】添加濃度に対する３ｄＢ帯域幅の変化を表わすグラフである。
【図６】Ｐｄ濃度とＺｒ濃度を変化させたときの寿命を従来と比較した図である。
【図７】Ｐｄ濃度とＺｒ濃度を変化させたときの３ｄＢ帯域幅を従来と比較した図である。
【図８】添加濃度に対するロッキングカーブ半値幅の変化を表わすグラフでる。
【図９】４層構造の電極を具えた本発明に係る弾性表面波素子の積層構造を示す図である。
【図１０】本発明に係る弾性表面波素子において電極が２層構造の場合と４層構造の場合の寿命を比較した図表である。
【図１１】電極の線幅に対するＡｌ合金の粒径の比率と寿命との関係を表わす図表である。
【図１２】ラダー型フィルターの構成を示す図である。
【符号の説明】
【００２９】
(１)  圧電基板
(２)  電極
(３)  Ｔｉ層
(４)  Ａｌ合金層
【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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