(57)【要約】【課題】誘電体膜を被覆した弾性表面波素子において、フィルタとしての通過特性の劣化を抑制する。【解決手段】圧電基板と、当該圧電基板上に形成される少なくとも１組のＩＤＴ電極と、当該圧電基板および当該ＩＤＴ電極の少なくとも一部を被覆する誘電体膜とを備える弾性表面波素子であって、圧電基板は、オイラー角（−１０°〜１０°，１２５°〜１４０°，−１０°〜１０°）の範囲のカット角のリチウムタンタレート基板であり、誘電体膜は、二酸化珪素を主成分とし、少なくともＩＤＴ電極が有する複数の電極指が並ぶ領域を被覆する第１の誘電体膜、および、窒化珪素を主成分とし、当該第１の誘電体膜を被覆する第２の誘電体膜を含み、ＩＤＴ電極の電極指上に伝搬する弾性表面波の音速が４０００ｍ／ｓ〜４１００ｍ／ｓの範囲内である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電基板と、当該圧電基板上に形成される少なくとも１組のＩＤＴ電極と、当該圧電基板および当該ＩＤＴ電極の少なくとも一部を被覆する誘電体膜とを備える弾性表面波素子であって、
前記圧電基板は、オイラー角（−１０°〜１０°，１２５°〜１４０°，−１０°〜１０°）の範囲のカット角のリチウムタンタレート基板であり、
前記誘電体膜は、二酸化珪素を主成分とし、少なくとも前記ＩＤＴ電極が有する複数の電極指が並ぶ領域を被覆する第１の誘電体膜、および、窒化珪素を主成分とし、当該第１の誘電体膜を被覆する第２の誘電体膜を含み、
前記ＩＤＴ電極の電極指上に伝搬する弾性表面波の音速が４０００ｍ／ｓ〜４１００ｍ／ｓの範囲内である、弾性表面波素子。
【請求項２】
圧電基板と、当該圧電基板上に形成される少なくとも１組のＩＤＴ電極と、当該圧電基板および当該ＩＤＴ電極の少なくとも一部を被覆する誘電体膜とを備える弾性表面波素子であって、
前記圧電基板は、オイラー角（−１０°〜１０°，１２５°〜１４０°，−１０°〜１０°）の範囲のカット角のリチウムタンタレート基板であり、
前記誘電体膜は、二酸化珪素を主成分とし、少なくとも前記ＩＤＴ電極が有する複数の電極指が並ぶ領域を被覆する第１の誘電体膜、および、窒化珪素を主成分とし、当該第１の誘電体膜を被覆する第２の誘電体膜を含み、
前記第１および第２の誘電体膜の各膜厚Ｈ１およびＨ２が、関係式０．３≦Ｈ２／Ｈ１≦１．２を満たす、弾性表面波素子。
【請求項３】
前記第１および第２の誘電体膜の各膜厚を、前記ＩＤＴ電極が励起する弾性表面波の波長λで除算した正規化膜厚Ｈλ１およびＨλ２が、関係式０．９×（−０．５×Ｈλ１2＋０．２９５×Ｈλ１＋０．０３６２）≦Ｈλ２≦１．１×（−０．５×Ｈλ１2＋０．２９５×Ｈλ１＋０．０３６２）を満たす、請求項１または２に記載の弾性表面波素子。
【請求項４】
前記第１の誘電体膜の膜厚は、前記ＩＤＴ電極の膜厚以下である、請求項１または２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、帯域フィルタ等に用いられる弾性表面波素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話等の情報通信機器などの分野において、共振子、フィルタなどの回路素子として、圧電基板の表面に電極を形成した弾性表面波素子が用いられている。このような弾性表面波素子の一例を図１２に示す。図１２の（ａ）は、弾性表面波素子９００の上面図である。弾性表面波素子９００は、圧電基板９０１に１対の櫛形のＩＤＴ電極９０２と、２つの反射器９０３を配置して形成されている。ＩＤＴ電極９０２はそれぞれ、バスバー９１１および当該バスバー９１１から延伸する複数の電極指９１２を有する。ＩＤＴ電極９０２のそれぞれの電極指９１２は、他方のＩＤＴ電極９０２の電極指９１２と交互に並ぶよう配置される。また、反射器９０３は、これらのＩＤＴ電極９０２をはさんで、１つずつ配置される。また、図１２の（ｂ）は、他の弾性表面波素子９２０の上面図である。弾性表面波素子９２０は弾性表面波素子９００において、ＩＤＴ電極９０２がバスバー９１１から電極指９１２と交互に延伸するダミー電極指９１３をさらに有し、電極指９１２が、他方のＩＤＴ電極９０２のダミー電極指９１３と対向するよう配置されたものである。これらの電極指９１２が交互に並んだ領域のうち各電極指９１２の先端部分を除いた領域を含む帯状の領域である交差領域は、弾性波の主要な伝播路として利用される。
【０００３】
また、電極に誘電体膜を被覆した弾性表面波素子が提案されている。例えば、特許文献１は、図１３に示す弾性表面波素子９４０を開示している。図１３は、弾性表面波素子９４０を透過的に描いた上面図およびそのＡ−Ａ´線に沿った断面図である。弾性表面波素子９４０は、圧電基板９４１に第１の誘電体膜９４４を被覆し、誘電体膜９４１上に、２対のＩＤＴ電極９４２を配置し、さらに、第１の誘電体膜９４４およびＩＤＴ電極９４２を、耐湿性を有する第２の誘電体膜９４５で被覆して形成される。これにより、ＩＤＴ電極９４２の湿気による腐食を防止している。
【０００４】
また、特許文献２は、図１４に示す弾性表面波素子９６０を開示している。図１４は、弾性表面波素子９６０を透過的に描いた上面図およびそのＡ−Ａ´線に沿った断面図である。弾性表面波素子９６０は、圧電基板である水晶基板９６１上に、その水晶基板９６１の使用環境温度範囲におけるＴＣＦ（周波数温度係数）値がマイナスとなるよう所定膜厚の１対のＩＤＴ電極９６２および反射器９６３を配置し、さらに、ＩＤＴ電極９６２および反射器９６３を当該温度におけるＴＣＦ値がプラスである誘電体等の薄膜で被覆して形成される。これにより、使用環境温度範囲の中心でＴＣＦ値が相殺されて０となり、温度範囲の周波数変動が低減される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−１５１９９７号公報
【特許文献２】特開２００５−６５１６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述のように、弾性表面波素子の保護やＴＣＦ値の低減のため、圧電基板やＩＤＴ電極を誘電体膜で被覆した場合、ＩＤＴ電極における共振周波数でのＱ値が低下し、弾性表面波素子のフィルタとしての通過特性が劣化するという課題がある。
【０００７】
それゆえに、本発明の目的は、誘電体膜を被覆した弾性表面波素子において、フィルタとしての通過特性の劣化を抑制することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、圧電基板と、当該圧電基板上に形成される少なくとも１組のＩＤＴ電極と、当該圧電基板および当該ＩＤＴ電極の少なくとも一部を被覆する誘電体膜とを備える弾性表面波素子であって、圧電基板は、オイラー角（−１０°〜１０°，１２５°〜１４０°，−１０°〜１０°）の範囲のカット角のリチウムタンタレート基板であり、誘電体膜は、二酸化珪素を主成分とし、少なくともＩＤＴ電極が有する複数の電極指が並ぶ領域を被覆する第１の誘電体膜、および、窒化珪素を主成分とし、当該第１の誘電体膜を被覆する第２の誘電体膜を含み、ＩＤＴ電極の電極指上に伝搬する弾性表面波の音速が４０００ｍ／ｓ〜４１００ｍ／ｓの範囲内である。
【０００９】
また、第１および第２の誘電体膜の各膜厚Ｈ１およびＨ２が、関係式０．３≦Ｈ２／Ｈ１≦１．２を満たすことが好ましい。
【００１０】
あるいは、第１および第２の誘電体膜の各膜厚を、ＩＤＴ電極が励起する弾性表面波の波長λで除算した正規化膜厚Ｈλ１およびＨλ２が、関係式０．９×（−０．５×Ｈλ１2＋０．２９５×Ｈλ１＋０．０３６２）≦Ｈλ２≦１．１×（−０．５×Ｈλ１2＋０．２９５×Ｈλ１＋０．０３６２）を満たすことが好ましい。
【００１１】
あるいは、第１の誘電体膜の膜厚は、ＩＤＴ電極の膜厚以下であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、誘電体膜を被覆した弾性表面波素子において、フィルタとしての通過特性の劣化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態に係る弾性表面波素子の上面図および拡大断面図
【図２】本発明の実施形態に係る弾性表面波素子の周波数特性を示す図
【図３】本発明の実施形態に係る弾性表面波素子の検討例に係る周波数特性を示す図
【図４】本発明の実施形態に係る弾性表面波素子の検討例に係る周波数特性を示す図
【図５】本発明の実施形態に係る弾性表面波素子の検討例に係る周波数特性を示す図
【図６】本発明の実施形態に係る弾性表面波素子の検討例に係るＱ値を示す図
【図７】本発明の実施形態に係る弾性表面波素子の検討例に係るＱ値を示す図
【図８】本発明の実施形態に係る弾性表面波素子の検討例に係る膜厚を示す図
【図９】本発明の実施形態に係る弾性表面波素子の拡大断面図
【図１０】本発明の実施形態に係る弾性表面波素子の検討例に係るＴＣＦ値を示す図
【図１１】本発明の実施形態に係る弾性表面波素子の変形例を示す拡大断面図
【図１２】従来の弾性表面波素子の上面図
【図１３】従来の弾性表面波素子の上面図および断面図
【図１４】従来の弾性表面波素子の上面図および断面図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態について以下に説明する。図１は本実施形態に係る弾性表面波素子１００を透過的に描いた上面図およびそのＡ−Ａ´線に沿った拡大断面図である。弾性表面波素子１００は、圧電基板１０１に２つのＩＤＴ電極１０２と、２つの反射器１０３を配置して構成される共振子である。ＩＤＴ電極１０２はそれぞれ、バスバー１１１および当該バスバー１１１から交互に延伸する複数の電極指１１２およびダミー電極指１１３を有する。ＩＤＴ電極１０２のそれぞれの電極指１１２は、他方のＩＤＴ電極１０２の電極指１１２と交互に並び、かつ、先端が他方のＩＤＴ電極１０２のダミー電極指１１３の先端と対向するよう配置される。また、反射器１０３はこれらのＩＤＴ電極をはさんで、１つずつ配置される。また、圧電基板１０１、ＩＤＴ電極１０２および反射器１０３は、第１の誘電体膜１０４および、第１の誘電体膜より音速が速い第２の誘電体膜１０５によって被覆されている。ＩＤＴ電極１０２上の電極指１１２が交互に並んだ領域である交差領域は、弾性波の主要な伝播路として利用され、共振器を構成する。
【００１５】
圧電基板１０１としては、そのカット角および伝播角を右手系直交座標のオイラー角（φ，θ，ψ）で表した場合、φは−１０°以上１０°以下、θは１２５°以上１４０°以下、ψは、−１０°以上１０°以下の範囲のリチウムタンタレート（ＬｉＴａＯ3）が好適である。このオイラー角を有するリチウムタンタレートを圧電基板１０１として用いると、ＩＤＴ電極１０２によって励振される主要弾性波はＳＨ (Ｓｈｅａｒ Ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ)波となり得る。また、ＩＤＴ電極１０２および反射器１０３としては、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、またはクロムからなる単体金属、も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積層体からなる電極が用いられる。また、第１の誘電体膜１０４は、二酸化珪素を主成分とすることが好適である。また、第２の誘電体膜１０５は、窒化珪素を主成分とすることが好適である。
【００１６】
弾性表面波素子１００のＱ値を向上するための第１の誘電体膜１０４および第２の誘電体膜１０５の各膜厚の条件の検討例を以下に説明する。
【００１７】
図２は、第２の誘電体膜１０５の膜厚を０．０１λとした場合について、第１の誘電体膜１０４の膜厚を、０λ（なし）、０．０５λ、０．１０λおよび０．１５λと変えた場合の、各周波数における弾性表面波素子１００のＳ21値（透過係数）を示した図である。なお、ここでλは、ＩＤＴ電極１０２の電極指１１２の間隔の２倍で定まる励起波の波長である。また、図３、図４および図５は、第２の誘電体膜１０５の膜厚を０．０３λ、０．０５λおよび０．０７λとした場合について、図１と同様に示した図である。なお、ここでは、ＩＤＴ電極１０２の膜厚を０．０８λとしている。第１の誘電体膜１０４の膜厚が同一の場合、図２〜５に示す範囲において、第２の誘電体膜１０５の膜厚が増加するほど、共振周波数におけるＳ21値が低下し、弾性表面波素子１００の反共振周波数におけるＱ値が改善される傾向が分かる。
【００１８】
図６は、第２の誘電体膜１０５の膜厚と、弾性表面波素子１００の反共振周波数におけるＱ値との関係を、第１の誘電体膜１０４の膜厚ごとに示した図である。各膜厚を変えると、共振周波数における弾性表面波の音速も変化する。図７は、図６において、第２の誘電体膜１０５の膜厚の代わりに、共振周波数における弾性表面波の音速を横軸に取った図である。図７によれば、第１の誘電体膜１０４の膜厚がいずれであっても、音速が４０００ｍ／ｓ以上かつ４１００ｍ／ｓの範囲となるように、第２の誘電体膜１０５の膜厚を選ぶことで、大きなＱ値が得られる。また、この範囲において、第１の誘電体膜１０４の膜厚をＨ１、第２の誘電体膜１０５の膜厚をＨ２とすると、Ｈ２／Ｈ１の値は、概ね０．３以上１．２以下となる。したがって、Ｈ１およびＨ２をこの範囲内となるようにすることで、大きなＱ値が得られる。
【００１９】
図８は、図６に基づき、第１の誘電体膜１０４の各膜厚においてＱ値が最大となる第２の誘電体膜１０５の膜厚をプロットし、２次関数で補間したグラフである。この２次関数による補間式は、第１の誘電体膜１０４および第２の誘電体膜１０５の各膜厚を励起波長λで除算した正規化膜厚Ｈλ１およびＨλ２を用いて、Ｈλ２＝−０．５×Ｈλ１2＋０．２９５×Ｈλ１＋０．０３６２と表される。ここで、右辺をｆ（Ｈλ１）とする。決定係数Ｒ2は０．９９６６であり、Ｈλ２＝ｆ（Ｈλ１）は良好な補間式であるといえる。Ｈλ１に対して、Ｈλ２を、０．９×ｆ（Ｈλ１）以上かつ１．１×ｆ（Ｈλ１）の範囲とすると、大きなＱ値が得られる。
【００２０】
また、第１の誘電体膜１０４の膜厚Ｈ１を、ＩＤＴ電極１０２の膜厚Ｈ３以下としてもよい。図９に、この場合の弾性表面波素子１００の拡大断面図を示す。第１の誘電体膜１０４の膜厚Ｈ１を、ＩＤＴ電極１０２の膜厚Ｈ３以下とすることで、ＩＤＴ電極１０２を伝搬する弾性波の反射率を十分に確保するとともに、弾性表面波素子１００の電気機械結合係数を確保することができる。
【００２１】
ＩＤＴ電極１０２の膜厚Ｈ３は、第１の誘電体膜１０４の膜厚Ｈ１と第２の誘電体膜１０５の膜厚Ｈ２との和Ｈ１＋Ｈ２より小さいものとし、ＩＤＴ電極１０２の上面を、少なくとも第２の誘電体膜１０５で被覆して、耐湿性を向上することが望ましい。しかし、ＩＤＴ電極１０２の膜厚Ｈ３を、第１の誘電体膜１０４の膜厚Ｈ１と第２の誘電体膜１０５の膜厚Ｈ２との和Ｈ１＋Ｈ２以上とし、ＩＤＴ電極１０２の上面が、第２の誘電体膜１０５から露出する構成としてもよい。
【００２２】
図１０は、第１の誘電体膜１０４の膜厚と、弾性表面波素子１００の共振周波数および反共振周波数における、ＴＣＦ値との関係を示す図である。一般的に使用される、リチウムタンタレートを圧電基板とする弾性波デバイスにおいては、ＴＣＦ値は−５０ｐｐｍ／Ｋ程度であるが、弾性表面波素子１００においてはＴＣＦ値がこれより改善されており、第１の誘電体膜１０４を設けることによる温度特性改善の効果が損なわれていないことが確認できる。
【００２３】
なお、本実施形態では、第１の誘電体膜１０４および第２の誘電体膜１０５は、それぞれの上面が平坦となるように形成されるものとしたが、凸部が形成されるものとしてもよい。図１１の（ａ）および（ｂ）に、このような凸部が形成された場合の弾性表面波素子１００の拡大断面図を示す。第１の誘電体膜１０４および第２の誘電体膜１０５は、ＩＤＴ電極１０２を被覆する部分が盛り上がり、凸部が形成されている。また、図１１の（ｂ）に示すように、第１の誘電体膜１０４の膜厚Ｈ１を、ＩＤＴ電極１０２の膜厚Ｈ３以下とすると、上述のように、ＩＤＴ電極１０２を伝搬する弾性波の反射率を十分に確保するとともに、弾性表面波素子１００の電気機械結合係数を確保することができる。
【００２４】
また、本実施形態では、ＩＤＴ電極１０２は、ダミー電極指１１３を備えているが、図１２の（ｂ）に示すように、ダミー電極指１１３を備えていなくてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
本発明は、情報通信機器等に用いられる弾性表面波素子において有用である。
【符号の説明】
【００２６】
１００、９００、９２０、９４０、９６０    弾性表面波素子
１０１、９０１、９４１、９６１    圧電基板
１０２、９０２、９４２、９６２    ＩＤＴ電極
１０３、９０３、９６３    反射器
１０４、９４４    第１の誘電体膜
１０５、９４５    第２の誘電体膜
１１１、９１１    バスバー
１１２、９１２    電極指
１１３、９１３    ダミー電極指
【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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