(57)【要約】【課題】弾性境界波装置において、スプリアス応答となる高次モードを抑圧する。【解決手段】弾性境界波装置１は、圧電基板２０と、第１の媒質２１と、第２の媒質２２と、ＩＤＴ電極１３とを備えている。第１の媒質２１は、圧電基板２０の上に形成されている。第２の媒質２２は、第１の媒質２１の上に形成されている。ＩＤＴ電極１３は、圧電基板２０と第１の媒質２１との間の境界に形成されている。第１の媒質２１の音速は、圧電基板２０及び第２の媒質２２の音速よりも低い。第２の媒質２２の厚さは、ＩＤＴ電極１３において生じる弾性境界波の波長をλとしたときに、０．５６λ以上である。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電基板と、
前記圧電基板の上に形成されている第１の媒質と、
前記第１の媒質の上に形成されている第２の媒質と、
前記圧電基板と前記第１の媒質との間の境界に形成されているＩＤＴ電極とを備え、
前記第１の媒質の音速は、前記圧電基板及び前記第２の媒質の音速よりも低い弾性境界波装置であって、
前記ＩＤＴ電極において生じる弾性境界波の波長をλとしたときに、前記第２の媒質の厚さが０．５６λ以上である、弾性境界波装置。
【請求項２】
前記第２の媒質の厚さが４．６μｍ以下である、請求項１に記載の弾性境界波装置。
【請求項３】
前記圧電基板は、カット角が０°〜３７°の範囲内にある回転ＹカットＬｉＮｂＯ３基板である、請求項１または２に記載の弾性境界波装置。
【請求項４】
前記第２の媒質が窒化珪素からなる、請求項１〜３のいずれか一項に記載の弾性境界波装置。
【請求項５】
前記第１の媒質が酸化珪素からなる、請求項１〜４のいずれか一項に記載の弾性境界波装置。
【請求項６】
前記第２の媒質は、スパッタ法、蒸着法、ＣＶＤ法、スピンコート法またはスクリーン印刷法により形成された膜である、請求項１〜５のいずれか一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、弾性境界波を利用した弾性境界波装置に関し、詳細には、圧電基板の上に形成された第１及び第２の誘電体層を有する３媒質型の弾性境界波装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、携帯電話用のＲＦフィルタやＩＦフィルタ、ＶＣＯ用共振子、テレビジョン用ＶＩＦフィルタなどに弾性波装置が用いられている。弾性波装置としては、従来、弾性表面波を利用した弾性表面波装置が一般的に用いられていたが、近年、弾性表面波装置よりも小型化が可能であることより、例えば下記の特許文献１に記載されているような、弾性境界波装置が用いられるようになってきている。
【０００３】
具体的には、特許文献１には、ＩＤＴ電極が形成された圧電基板の上に、第１の媒質としての多結晶酸化珪素膜と、第２の媒質としての多結晶珪素膜とをこの順番で形成した弾性境界波装置が記載されている。この弾性境界波装置において、圧電基板と、多結晶珪素膜とは、ＩＤＴ電極において発生した弾性境界波を多結晶酸化珪素膜内に閉じ込める機能を有している。特許文献１には、ＩＤＴ電極において発生する弾性境界波の波長（λ）により規格化された第１の媒質の厚さは、０．２λ以上であることが好ましく、第２の媒質の波長規格化厚さは、０．２５λ以上であることが好ましい旨が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】ＷＯ９８／５２２７９  Ａ１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の弾性境界波装置では、スプリアス応答となる高次モードについては一切考慮されていなかった。本発明者らは、弾性境界波装置におけるスプリアス応答となる高次モードについて鋭意研究した結果、第１の媒質の波長規格化厚さを０．２λ以上とし、第２の媒質の波長規格化厚さを０．２５λ以上とした場合であっても、スプリアス応答となる高次モードを十分に抑圧できない場合があることを見出した。また、従来、高次モードの励振の強さは、第１の媒質の厚さに依存し、第１の媒質の厚さを小さくするほど高次モードが弱まることが知られているが、第２の媒質の波長規格化厚さを０．２５λとした場合は、第１の媒質の厚さを小さくしてもスプリアス応答となる高次モードを十分に抑圧できなかった。
【０００６】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、弾性境界波装置において、スプリアス応答となる高次モードを抑圧することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る弾性境界波装置は、圧電基板と、第１の媒質と、第２の媒質と、ＩＤＴ電極とを備えている。第１の媒質は、圧電基板の上に形成されている。第２の媒質は、第１の媒質の上に形成されている。ＩＤＴ電極は、圧電基板と第１の媒質との間の境界に形成されている。第１の媒質の音速は、圧電基板及び第２の媒質の音速よりも低い。第２の媒質の厚さは、ＩＤＴ電極において生じる弾性境界波の波長をλとしたときに、０．５６λ以上である。
【０００８】
本発明に係る弾性境界波装置のある特定の局面において、第２の媒質の厚さが４．６μｍ以下である。
【０００９】
本発明に係る弾性境界波装置の他の特定の局面において、圧電基板は、カット角が０°〜３７°の範囲内にある回転ＹカットＬｉＮｂＯ３基板である。
【００１０】
本発明に係る弾性境界波装置の別の特定の局面において、第２の媒質が窒化珪素からなる。
【００１１】
本発明に係る弾性境界波装置のさらに他の特定の局面において、第１の媒質が酸化珪素からなる。
【００１２】
本発明に係る弾性境界波装置のさらに別の特定の局面において、第２の媒質は、スパッタ法、蒸着法、ＣＶＤ法、スピンコート法またはスクリーン印刷法により形成された膜である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明では、第２の媒質の厚さが０．５６λ以上とされているため、スプリアス応答となる高次モードを効果的に抑圧できる。その結果、良好な共振子特性や、フィルタ特性等を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】弾性境界波装置の略図的構成図である。
【図２】弾性境界波装置の一部を拡大した略図的断面図である。
【図３】第２の媒質の厚さが０．３３λである場合のインピーダンス特性を表すグラフである。
【図４】第２の媒質の厚さが０．３３λである場合の位相特性を表すグラフである。
【図５】第２の媒質の厚さが０．４４λである場合のインピーダンス特性を表すグラフである。
【図６】第２の媒質の厚さが０．４４λである場合の位相特性を表すグラフである。
【図７】第２の媒質の厚さが０．５６λである場合のインピーダンス特性を表すグラフである。
【図８】第２の媒質の厚さが０．５６λである場合の位相特性を表すグラフである。
【図９】第２の媒質の厚さが１．０５λである場合のインピーダンス特性を表すグラフである。
【図１０】第２の媒質の厚さが１．０５λである場合の位相特性を表すグラフである。
【図１１】直径が１０．１６ｃｍ（４インチ）で、厚さが０．７ｍｍである円板状のＬｉＮｂＯ３からなる単結晶圧電基板を用いた場合の第２の媒質の厚さと圧電基板の反りとの関係を表すグラフである。
【図１２】カット角が０°である場合のインピーダンス特性を示す図である。
【図１３】カット角が０°である場合の位相特性を示す図である。
【図１４】カット角が１０°である場合のインピーダンス特性を示す図である。
【図１５】カット角が１０°である場合の位相特性を示す図である。
【図１６】カット角が３７°である場合のインピーダンス特性を示す図である。
【図１７】カット角が３７°である場合の位相特性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
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。なお、本実施形態では、本発明を実施した弾性境界波装置の好ましい例の一例として、図１に示す弾性境界波共振子を挙げるが、本発明に係る弾性境界波装置は、弾性境界波共振子に限定されない。本発明に係る弾性境界波装置は、例えば、弾性境界波フィルタなどであってもよい。
【００１６】
図１は、本実施形態に係る弾性境界波装置の略図的構成図である。図１に示すように、弾性境界波装置１は、入力端子１１と出力端子１２とを備えている。入力端子１１と出力端子１２との間には、ＩＤＴ電極１３が接続されている。ＩＤＴ電極１３の弾性境界波伝搬方向の両側には、第１及び第２のグレーティング反射器１４，１５が配置されている。なお、図１は、弾性境界波装置１の模式図であって、図１において、ＩＤＴ電極１３並びに第１及び第２のグレーティング反射器１４，１５の電極指の本数は、実際の本数よりも少なく描画されている。
【００１７】
図２は、本実施形態に係る弾性境界波装置の一部を拡大した略図的断面図である。図２に示すように、弾性境界波装置１は、所謂３媒質型の弾性境界波装置である。弾性境界波装置１は、圧電基板２０を備えている。圧電基板２０は、適宜の圧電材料によって形成することができる。圧電基板２０の具体例としては、例えば、ＬｉＮｂＯ３基板や、ＬｉＴａＯ３基板などが挙げられる。
【００１８】
圧電基板２０の上には、ＩＤＴ電極１３並びに第１及び第２のグレーティング反射器１４，１５が形成されている。ＩＤＴ電極１３並びに第１及び第２のグレーティング反射器１４，１５は、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｔｉなどの金属や、ＡｌＣｕなどの合金等の適宜の導電材料により形成することができる。ＩＤＴ電極１３並びに第１及び第２のグレーティング反射器１４，１５は、ひとつの導電層により構成されていてもよいし、複数の導電層の積層体により形成されていてもよい。
【００１９】
また、ＩＤＴ電極１３並びに第１及び第２のグレーティング反射器１４，１５の厚さも、特に限定されず、弾性境界波装置１の要求特性などに応じて適宜設定することができる。
【００２０】
なお、本実施形態においては、圧電基板２０の表面上に、下地層２３が形成されており、その下地層２３の上にＩＤＴ電極１３並びに第１及び第２のグレーティング反射器１４，１５が形成されている。しかしながら、本発明において、下地層は必須ではなく、圧電基板の直上にＩＤＴ電極等を形成してもよい。下地層２３の材料は特に限定されないが、下地層２３は、例えば、Ｔａ２Ｏ５などにより形成することができる。
【００２１】
圧電基板２０の上には、ＩＤＴ電極１３並びに第１及び第２のグレーティング反射器１４，１５を覆うように第１の媒質２１が形成されている。すなわち、ＩＤＴ電極１３並びに第１及び第２のグレーティング反射器１４，１５は、圧電基板２０と第１の媒質２１との間の境界に形成されている。第１の媒質２１の上には、第２の媒質２２が形成されている。第１の媒質２１の音速は、圧電基板２０の音速及び第２の媒質２２の音速のいずれよりも低い。
【００２２】
第１及び第２の媒質２１，２２の材料は、第１の媒質２１の音速が圧電基板２０の音速及び第２の媒質２２の音速よりも低くなる材料であれば特に限定されない。例えば、第１の媒質２１及び第２の媒質２２は、誘電体により形成することができる。具体的には、例えば、第１の媒質２１をＳｉＯ２などの酸化珪素により形成し、第２の媒質２２をＳｉＮなどの窒化珪素により形成することができる。
【００２３】
第１及び第２の媒質２１，２２の形成方法も特に限定されず、第１及び第２の媒質２１，２２は、例えば、スパッタ法や、ＣＶＤ法等の蒸着法により形成することができる。
【００２４】
第１の媒質２１の厚さは、特に限定されず、弾性境界波装置１に要求される特性などに応じて適宜設定することができる。一方、第２の媒質２２の厚さは、ＩＤＴ電極１３において生じる弾性境界波の波長をλとしたときに、０．５６λ以上である。このため、下記の実験例の結果からも分かるように、スプリアス応答となる高次モードを効果的に抑圧することができる。
【００２５】
具体的には、以下のような実験を行った。
【００２６】
以下の設計パラメータで、図１及び図２に示す構成の弾性境界波装置を作製し、共振子特性を測定した。
【００２７】
圧電基板２０：２５°Ｙ−Ｘ  ＬｉＮｂＯ３基板
下地層２３の材料：Ｔａ２Ｏ５
下地層２３の厚さ：１２ｎｍ（０．００７λ）
ＩＤＴ電極１３及び第１及び第２のグレーティング反射器１４，１５の膜構成：Ｔｉ層（厚さ１０ｎｍ（０．００６λ））／Ｐｔ層（厚さ３１ｎｍ（０．０１７λ））／Ｔｉ層（厚さ１０ｎｍ（０．００６λ））／Ａｌ層（厚さ３００ｎｍ（０．１６７λ））／Ｔｉ層（厚さ１０ｎｍ（０．００６λ））／Ｐｔ層（厚さ３１ｎｍ（０．０１７λ））／Ｔｉ層（厚さ１０ｎｍ（０．００６λ））
ＩＤＴ電極１３の電極指のピッチによって決定される波長（λ）：１．８μｍ
ＩＤＴ電極１３における電極指対数：６０対
ＩＤＴ電極１３のデューティー：０．５０
ＩＤＴ電極１３の交叉幅（対向しあうバスバーの間隔）：３０λ
ＩＤＴ電極のアポダイズ比（最小交叉幅Ｗ０／最大交叉幅Ｗ１）：０．４０
第１及び第２のグレーティング反射器１４，１５における電極指の本数：各５１本
第１の媒質２１の材料：ＳｉＯ２
第１の媒質２１の厚さ：１１１８ｎｍ（０．６２１λ）
第２の媒質２２の材料：ＳｉＮ
第２の媒質２２の厚さ：６００ｎｍ（０．３３λ）、８００ｎｍ（０．４４λ）、１０００ｎｍ（０．５６λ）、１８９０ｎｍ（１．０５λ）
【００２８】
図３〜図１０に共振子特性の測定結果を示す。具体的には、図３は、第２の媒質の厚さが０．３３λである場合のインピーダンス特性を表すグラフである。図４は、第２の媒質の厚さが０．３３λである場合の位相特性を表すグラフである。図５は、第２の媒質の厚さが０．４４λである場合のインピーダンス特性を表すグラフである。図６は、第２の媒質の厚さが０．４４λである場合の位相特性を表すグラフである。図７は、第２の媒質の厚さが０．５６λである場合のインピーダンス特性を表すグラフである。図８は、第２の媒質の厚さが０．５６λである場合の位相特性を表すグラフである。図９は、第２の媒質の厚さが１．０５λである場合のインピーダンス特性を表すグラフである。図１０は、第２の媒質の厚さが１．０５λである場合の位相特性を表すグラフである。
【００２９】
図３〜図１０に示すように、基本モードの共振子特性は、第２の媒質２２の厚さが変化しても大きく変化しないことがわかる。それに対して、高次モードの強度は、第２の媒質２２の厚さが０．５６λ未満である場合は大きく、第２の媒質２２の厚さが０．５６λ以上の場合に、高次モードの強度が小さくなった。
【００３０】
また、第２の媒質２２の厚さが０．５６λである場合を表す図７，８と、第２の媒質２２の厚さが１．０５λである場合を表す図９，１０との比較により、第２の媒質２２の厚さが０．５６λ以上では、第２の媒質２２の厚さが変化しても、高次モードの強度がそれほど大きくは変化しないことが分かる。
【００３１】
これらの結果から、第２の媒質２２の厚さを０．５６λ以上とすることによって、基本モードの特性を変化させることなく、高次モードを効果的に抑圧できるため、高次モードに起因するスプリアスを効果的に低減することができる。従って、例えば、本実施形態の弾性境界波装置１を用いることによって特性が良好な弾性境界波フィルタを作成することができる。
【００３２】
なお、基本モードが第２の媒質２２の厚さに大きく相関しないのに対して、第２の媒質２２の厚さが小さくなると高次モードの強度が高くなるのは、高次モードは基本モードに比べて基板厚み方向に広い変位分布を持つためであると考えられる。すなわち、第２の媒質２２の厚さが０．５６λ未満の場合は、基本モードは第２の媒質２２の表面にまで達しないものの、高次モードが第２の媒質２２の表面にまで達しているのに対して、第２の媒質２２の厚さが０．５６λ以上である場合は、高次モードも第２の媒質２２内に閉じ込められ、第２の媒質２２の表面にまで達しなくなるため、高次モードに起因するスプリアス応答が小さくなったものと考えられる。
【００３３】
ところで、高次モードに起因するスプリアスを抑圧する方法としては、従来、第２の媒質２２の表面に、高次モードを吸音する吸音層を設ける方法が知られている。しかしながら、第２の媒質２２の表面に吸音層を設けたとしても、高次モードの強度を十分に小さくすることはできない。このことを確認するために、以下の実験を行った。
【００３４】
すなわち、第２の媒質の上にポリイミドからなる厚さ８μｍの吸音層を形成したこと以外は、上記実験例において作成した弾性境界波装置と同様に弾性境界波装置を作製し、共振子特性を測定した。その結果、第２の媒質２２の厚さが０．５６λまたは１．０５λである場合は、吸音層がある場合とない場合とで、共振子特性に大きな変化は見られなかった。一方、第２の媒質２２の厚さが０．４４λまたは０．３３λである場合は、吸音層を設けることにより、吸音層を設けない場合よりも、高次モードの応答の強度が小さくなった。しかしながら、吸音層を設けた場合であっても、第２の媒質２２の厚さが０．４４λまたは０．３３λである場合は、第２の媒質２２の厚さが０．５６λ以上である場合ほどは高次モードの応答が小さくならなかった。この結果から、吸音層を設けたのみでは高次モードを十分に抑圧することは困難であり、高次モードを十分に抑圧するためには、第２の媒質２２の厚みを０．５６λ以上にする必要があることがわかる。
【００３５】
ところで、第２の媒質２２の厚さを厚くした場合、例えば、第２の媒質２２をスパッタ法や蒸着法、ＣＶＤ法、スピンコート法、スクリーン印刷法で形成すると、第２の媒質の膜応力により圧電基板２０に反りが発生する。圧電基板２０が反ると、搬送工程が行いづらくなったり、圧電基板２０に割れや欠けが生じたりする場合がある。このため、圧電基板２０に生じる反りを小さくする観点からは、第２の媒質２２の厚さは、小さい方が好ましい。
【００３６】
図１１は、直径が１０．１６ｃｍ（４インチ）で、厚さが０．７ｍｍである円板状の圧電基板（カット角２５°回転ＹカットＬｉＮｂＯ３基板）２０の上に、第１の媒質２１として、厚さ６００ｎｍのＳｉＯ２膜をＲＦスパッタ法により成膜した後に、第２の媒質２２として、ＳｉＮ膜をＲＦスパッタ法により成膜した場合の、ＳｉＮ膜の膜厚と、圧電基板２０の反りとの関係を表すグラフである。
【００３７】
図１１に示すように、第２の媒質２２の厚みが４．６μｍ以下であれば、圧電基板２０の反り量を、搬送工程において取り扱いが可能な５００μｍ以下にできることが分かる。この結果から、第２の媒質２２の厚みは、４．６μｍ以下であることが好ましいことが分かる。第２の媒質２２の厚みは、より好ましくは、２．８μｍである。
【００３８】
図１２〜図１７に、カット角θが０°、１０°、３７°の回転ＹカットＬｉＮｂＯ３基板を用いた場合の弾性境界波装置のインピーダンス特性及び位相特性を示す。
【００３９】
図１２及び図１３が、θ＝０°の場合の結果を、図１４及び図１５が、θ＝１０°の結果を、図１６及び図１７が、θ＝３７°の場合の結果をそれぞれ示す。
【００４０】
ＳＨ型弾性境界波装置の基本モードによる応答をＡ、高次モードによる応答をＢで示す。
【００４１】
図１２〜図１７から明らかなように、カット角θが０°、１０°または３７°の場合のいずれにおいても、基本モードのインピーダンス比、すなわち反共振周波数におけるインピーダンスの共振周波数におけるインピーダンスに対する比は６０ｄＢ以上であり、上記実施形態すなわち２５°回転ＹカットＬｉＮｂＯ３基板の場合のインピーダンス比と同等である。従って、カット角θが、０°〜３７°の範囲であれば、上記実施形態と同様に、基本モードの応答は充分な大きさとなることがわかる。
【００４２】
また、カット角θが、０°〜３７°の範囲では、高次モードによるスプリアスの応答が大きいことが問題であることがわかる。第２の媒質を構成するＳｉＮからなる誘電体層の膜厚が０．５６λより小さい場合は、高次モードのスプリアス応答がさらに大きくなる。
【００４３】
よって、本発明においては、好ましくは、ＬｉＮｂＯ３のカット角θは０°〜３７°の範囲内であれば、高次モードスプリアスを抑圧し、充分な大きさの基本モードによる応答を得ることができることがわかる。
【００４４】
なお、図１２〜１７の横軸は音速とした。音速（ｍ／秒）＝周波数（ＭＨｚ）×波長（μｍ）である。音速の３０００ｍ／秒から５０００ｍ／秒の範囲は、周波数の１７００ＭＨｚから２７００ＭＨｚの範囲と等価である。
【符号の説明】
【００４５】
１…弾性境界波装置
１１…入力端子
１２…出力端子
１３…ＩＤＴ電極
１４…第１のグレーティング反射器
１５…第２のグレーティング反射器
２０…圧電基板
２１…第１の媒質
２２…第２の媒質
２３…下地層
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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