(57)【要約】【課題】ＩＤＴ電極に高レベルの電圧が印加されたときに、ＩＤＴ電極の主電極層と圧電基板との間の拡散を抑制することができる、高い信頼性と良好な高周波特性を備え、かつ小型化を実現することのできる弾性表面波装置、およびそれを用いた送受信フィルタを有するデュプレクサを提供する。【解決手段】弾性表面波装置は、圧電基板２と、圧電基板２に形成されたＩＤＴ電極３を備え、ＩＤＴ電極３は、主電極層３ｂと、圧電基板３と主電極層３ｂとの間に形成されたバリア層３ａとを含み、主電極層３ｂは、ＩＤＴ電極３に電圧が印加されたときに、圧電基板３と主電極層３ｂとの間の拡散を抑制するように、平面視において、バリア層３ａの形成領域内に形成される。【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、
前記圧電基板に形成されたＩＤＴ電極を有し、
前記ＩＤＴ電極は、第１の導体層と、前記圧電基板と前記第１の導体層との間に形成された第２の導体層とを含み、
前記第１の導体層は、前記ＩＤＴ電極に電圧が印加されたときに、前記圧電基板と前記第１の導体層との間の拡散を抑制するように、平面視において、前記第２の導体層の形成領域内に形成される、弾性表面波装置。
【請求項２】
前記圧電基板はＬｉＮｂＯ3を含み、
前記第１の導体層は、ＣｕまたはＣｕを含む金属合金を含み、
前記第２の導体層はＮｉ−Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｒからなる群から選択した１種の金属を含む、請求項１に記載の弾性表面波装置。
【請求項３】
前記ＩＤＴ電極は、第１の電極指と、
前記第１の電極指に隣り合う第２の電極指を備え、
前記第１の導体層の縁部と前記第２の導体層の縁部の幅をＲ、前記第１の電極指の幅をＬ、前記第１の電極指と前記第２の電極指との間隔をＷとしたとき、
０．０１Ｌ  ≦  Ｒ  ＜  ０．５Ｗ
の関係を満たす、請求項１または２に記載の弾性表面波装置。
【請求項４】
前記第１の導体層の縁部と前記第２の導体層の縁部の幅をＲとしたとき、
１０ｎｍ  ≦  Ｒ  ＜  ５００ｎｍ
の関係を満たす、請求項１または２に記載の弾性表面波装置。
【請求項５】
前記第１の導体層と前記第２の導体層との間に第３の導体層をさらに備え、
前記第３の導体層は、Ｃｕ以外の金属またはＣｕを含まない金属合金からなる、請求項３または４に記載の弾性表面波装置。
【請求項６】
前記第１の導体層と前記第２の導体層との間に第３の導体層をさらに備え、
前記第３の導体層は、Ｐｔ、Ａｕ、Ａｇ、Ｔａ、Ｗ、Ｎｉ、Ｍｏからなる群から選択した１種の金属または２種以上の金属合金である、請求項３または４に記載の弾性表面波装置。
【請求項７】
前記ＩＤＴ電極を被覆するように設けられた絶縁層をさらに備える、請求項１ないし６のいずれか１項に記載の弾性表面波装置。
【請求項８】
送信側端子を有する送信側フィルタと、
受信側端子を有する受信側フィルタを備えたデュプレクサであって、
前記送信側端子の初段には、請求項１ないし７のいずれか１項に記載の弾性表面波装置が並列に接続されることを特徴とする、デュプレクサ。
【請求項９】
送信側端子を有する送信側フィルタと、
受信側端子を有する受信側フィルタを備えたデュプレクサであって、
前記受信側端子の初段には、請求項１ないし７のいずれか１項に記載の弾性表面波装置が縦結合された、弾性表面波装置ユニットが接続されることを特徴とする、デュプレクサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、共振子や帯域フィルタとして用いられる弾性表面波装置、およびそれを用いた送受信フィルタを有するデュプレクサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、共振子や帯域フィルタとして、弾性表面波装置が広く用いられている。これらの弾性表面波装置は、一般に、圧電性を有する基板の表面上に櫛形形状のインターデジタルトランスデューサ(Ｉｎｔｅｒ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ：ＩＤＴ)電極が形成されている。
【０００３】
移動体通信機器の高周波化と小型化に伴い、弾性表面波装置の動作周波数は数百ＭＨｚ帯から数ＧＨｚ帯へ高周波化するとともに、弾性表面波装置を用いた帯域フィルタなどの高周波デバイスの小型化が進んできた。高周波化するためにはＩＤＴ電極のパターン幅の微細化が必要となり、たとえば中心周波数２ＧＨｚの高周波数帯域のフィルタでは、ＩＤＴ電極のパターン幅を約０．５０μｍに形成する必要がある。
【０００４】
特許文献１に記載されているように、上述のような微細なパターン幅を有するＩＤＴ電極に高レベルの電圧を印加すると、圧電基板の表面を伝搬する弾性表面波によって、ＩＤＴ電極が強い応力を受ける。この応力が、電極膜の限界応力を超えると、ストレスマイグレーションが発生する。ＩＤＴ電極の材料としてＡｌが用いられている場合、ストレスマイグレーションのため、Ａｌ原子が結晶粒界を移動し、その結果、ＩＤＴ電極にヒロックやボイドが発生する。このため、ＩＤＴ電極が破壊され、電気的短絡や挿入損失の増加、共振子のＱ低下などの弾性表面波装置の特性劣化に至る。
【０００５】
このような問題を解決するため、ＩＤＴ電極の材料としてＣｕを用いることが提案されている。Ｃｕにより形成されたＩＤＴ電極は、特許文献１および２に記載されているように、圧電基板との密着性の問題があるため、主電極層と圧電基板との間に密着層を設けることにより、密着性と耐電力性を高めることができる。密着層には、たとえば、Ｔｉ、Ｎｉ、ＣｒおよびＮｉ−Ｃｒからなる群から選択した１種の金属材料が用いられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−２６６８５号公報
【特許文献２】特開２００７−２３５７１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、主電極層と圧電基板との間に密着層が設けられた弾性表面波装置であっても、そのような弾性表面波装置が用いられた帯域フィルタに、高温環境下で高レベルの電圧が長時間にわたって印加されると、帯域フィルタの挿入損失が増加することが確認された。
【０００８】
そこで、帯域フィルタへの印加電圧を抑えるため、帯域フィルタの端子部への弾性表面波装置の追加や、帯域フィルタ外部への直流カット用コンデンサの追加などが考慮されたが、製品サイズが大型化するという問題があった。
【０００９】
上記の帯域フィルタの挿入損失の増加は、ＩＤＴ電極の主電極層を構成する金属の、圧電基板中への拡散に起因すると考えられる。主電極層を構成する金属が圧電基板を形成する結晶と溶融し、ＩＤＴ電極の電気的短絡を引き起こしていた。このような挿入損失の増加は、主電極層と圧電基板との間に、圧電基板に対して拡散が生じにくい材料から形成される密着層を設けた場合であっても、十分に抑制することはできなかった。
【００１０】
本発明は、上記した課題に鑑みてなされたものであり、ＩＤＴ電極に高レベルの電圧が印加されたときに、ＩＤＴ電極の主電極層と圧電基板との間の拡散を抑制することができる、高い信頼性と良好な高周波特性を備え、かつ小型化を実現することのできる弾性表面波装置、およびそれを用いた送受信フィルタを有するデュプレクサの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る一実施形態によれば、弾性表面波装置は、圧電基板と、圧電基板に形成されたＩＤＴ電極を有し、ＩＤＴ電極は、第１の導体層と、圧電基板と第１の導体層との間に形成された第２の導体層とを含み、第１の導体層は、ＩＤＴ電極に電圧が印加されたときに、圧電基板と第１の導体層との間の拡散を抑制するように、平面視において、第２の導体層の形成領域内に形成される。
【００１２】
本発明に係る弾性表面波装置の他の側面においては、圧電基板はＬｉＮｂＯ3を含み、第１の導体層はＣｕまたはＣｕを含む金属合金を含み、第２の導体層はＮｉ−Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｒのからなる群から選択した１種の金属を含むことを特徴とする。ＣｕまたはＣｕを含む金属合金は、ＬｉＮｂＯ3を含む圧電基板中に拡散しやすい。このため、第１の導体層と圧電基板との間に、圧電基板に対して拡散が生じにくい材料からなる第２の導体層を設け、第２の導体層の形成領域内に第１の導体層を形成することが特に効果的である。
【００１３】
本発明に係る弾性表面波装置の他の側面においては、ＩＤＴ電極は第１の電極指と、第１の電極指に隣り合う第２の電極指を備え、第１の導体層の縁部と第２の導体層の縁部の幅をＲ、第１の電極指の幅をＬ、第１の電極指と第２の電極指との間隔をＷとしたとき、
０．０１Ｌ  ≦  Ｒ  ＜  ０．５Ｗ
の関係を満たすことを特徴とする。なお、本明細書における「幅」および「間隔」とは、弾性表面波装置を平面視した場合における、弾性表面波の伝搬方向についての寸法である。
【００１４】
本発明に係る弾性表面波装置の他の側面においては、第１の導体層の縁部と第２の導体層の縁部の幅をＲとしたとき、
１０ｎｍ  ≦  Ｒ  ＜  ５００ｎｍ
の関係を満たすことを特徴とする。
【００１５】
本発明に係る弾性表面波装置の他の側面においては、第１の導体層と第２の導体層との間に第３の導体層をさらに備え、第３の導体層はＣｕを含まない金属またはＣｕを含まない金属合金からなることを特徴とする。
【００１６】
本発明に係る弾性表面波装置の他の側面においては、第１の導体層と第２の導体層との間に第３の導体層をさらに備え、第３の導体層はＰｔ、Ａｕ、Ａｇ、Ｔａ、Ｗ、Ｎｉ、Ｍｏからなる群から選択した１種の金属または２種以上の金属合金であることを特徴とする。
【００１７】
本発明に係る弾性表面波装置の他の側面においては、ＩＤＴ電極を被覆するように設けられた絶縁層をさらに備えることを特徴とする。
【００１８】
本発明に係る一実施形態によれば、デュプレクサは、送信側端子を有する送信側フィルタと、受信側端子を有する受信側フィルタを備え、送信側端子の初段には、上記の各弾性表面波装置が並列に接続されることを特徴とする。
【００１９】
本発明に係るデュプレクサの他の側面においては、送信側端子を有する送信側フィルタと、
受信側端子を有する受信側フィルタを備え、受信側端子の初段には、上記の各弾性表面波装置のいずれかを縦結合した弾性表面波装置ユニットが接続されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明に係る弾性表面波装置によれば、ＩＤＴ電極に高レベルの電圧が印加されたときであっても、ＩＤＴ電極の主電極層と圧電基板との間の拡散を十分に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】：本発明の一実施形態に係る弾性表面波装置のＩＤＴ電極の平面模式図である。
【図２】：図１のＩＤＴ電極の一部を拡大して示す部分平面模式図である。
【図３】：図２のＡ−Ａ断面を示す断面模式図である。
【図４】：中間層と保護層を設けたＩＤＴ電極を示す断面模式図である。
【図５】：ＩＤＴ電極を被覆するように設けられた絶縁層を備えるＩＤＴ電極を示す断面模式図である。
【図６】：本発明に係る弾性表面波装置を用いた送受信フィルタを有するデュプレクサの模式的回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明に係る弾性表面波装置、およびそれを用いた送受信フィルタを有するデュプレクサについて、例示的な実施形態を挙げて説明する。本発明はこれらの実施形態のみに限定されるものではない。また、図面は発明の理解を容易とするためのもので、縮尺などは実際のものと異なる。
【００２３】
＜第１実施形態＞
本発明の第１実施形態に係る弾性表面波装置について、図１ないし図３を参照して説明する。なお、図１は第１実施形態に係る弾性表面波装置のＩＤＴ電極の平面模式図である。図２は図１のＩＤＴ電極の一部を拡大して示す部分平面模式図である。図３は図２の断面模式図であり、図２のＡ−Ａ断面を示す。
【００２４】
第１実施形態に係る弾性表面波装置１は、圧電基板２と、圧電基板２上に形成されたＩＤＴ電極３と、弾性表面波の伝搬方向についてＩＤＴ電極３の両側に配置された反射器４、５を有する。
【００２５】
ＩＤＴ電極３は、一対の対向する共通電極６、７と、複数の電極指８、９を有する。複数の電極指８、９の基端は、弾性表面波の伝搬方向について、共通電極６、７のそれぞれに交互に接続される。つまり、電極指８は共通電極６に接続されており、当該電極指８と隣り合う電極指９は、共通電極７に接続される。
【００２６】
１の共通電極に接続される電極指の周期λは、弾性表面波の波長により定められる。電極指８、９の主電極層の幅Ｌ、電極指８と隣り合う電極指９との間隔Ｗは、所望する周波数特性を考慮して設定される。
【００２７】
ＩＤＴ電極３は、複数の導体層が積層されて形成されており、圧電基板２と主電極層（第１の導体層）３ｂとの間に、バリア層（第２の導体層）３ａが形成される。図２に示すように、バリア層３ａの縁部と主電極層３ｂの縁部は幅Ｒを有する。すなわち、弾性表面波装置１を平面視したとき、バリア層３ａの形成領域内に、主電極層３ｂが形成される。バリア層３ａは、主電極層３ｂと比べて膜厚が薄く形成される。なお、反射器４、５、共通電極６、７、および電極指８、９はそれぞれ同様の導体層の積層構造で形成されている。
【００２８】
第１実施形態に係る弾性表面波装置は、圧電基板２をＬｉＮｂＯ3 、主電極層３ｂをＣｕ、バリア層３ａをＮｉ−Ｃｒにより形成した。ＵＭＴＳ−ＢＡＮＤ８の周波数帯域を想定して、λ＝４．０μｍ、Ｌ＝１．０μｍ、Ｗ＝１．０μｍとした。また、バリア層３ａの膜厚＝３０ｎｍ、主電極層３ｂの膜厚＝３００ｎｍ、バリア層３ａの縁部と主電極層３ｂの縁部の幅Ｒ＝１０ｎｍとした。
【００２９】
＜比較例＞
次に、幅Ｒを有するバリア層３ａの効果を検証するため、幅Ｒを設けないことを除いては、上記第１実施形態と同様にして形成された弾性表面波装置を作成した。すなわち、λ＝４．０μｍ、Ｌ＝１．０μｍ、Ｗ＝１．０μｍ、バリア層３ａの膜厚＝３０ｎｍ、主電極層３ｂの膜厚＝３００ｎｍとした。
【００３０】
第１実施形態とその比較例に係る弾性表面波装置の信頼性を次の要領で評価した。まず、複数の第１実施形態に係る弾性表面波装置を、ラダー型に配置して帯域フィルタを作製した。比較例に係る弾性表面波装置についても、同様にして、帯域フィルタを作製した。
【００３１】
次に、高温負荷の環境下（８５℃〜１２５℃）で直流電圧（３〜６Ｖ）を印加し、所定の時間間隔で帯域フィルタの減衰量を測定した。その結果、比較例に係る弾性表面波装置を用いた帯域フィルタでは、１０００時間程度の電圧印加で挿入損失の増加が見られたのに対し、第１実施形態に係る弾性表面波装置を用いた帯域フィルタでは、挿入損失の増加は見られなかった。
【００３２】
＜第２実施形態＞
第２実施形態に係る弾性表面波装置は、圧電基板２をＬｉＮｂＯ3 、主電極層３ｂをＣｕ、バリア層３ａをＮｉ−Ｃｒにより形成した。ＵＭＴＳ−ＢＡＮＤ２の周波数帯域を想定して、λ＝２．０μｍ、Ｌ＝０．５０μｍ、Ｗ＝０．５０μｍとした。また、バリア層３ａの膜厚＝３０ｎｍ、主電極層３ｂの膜厚＝１６２ｎｍ、バリア層３ａの縁部と主電極層３ｂの縁部の幅Ｒ＝２２ｎｍとした。
【００３３】
＜比較例＞
比較のために、バリア層３ａに幅Ｒを設けないことを除いては、上記第２実施形態と同様にして形成された弾性表面波装置を作成した。すなわち、λ＝２．０μｍ、Ｌ＝０．５０μｍ、Ｗ＝０．５０μ、バリア層３ａの膜厚＝３０ｎｍ、主電極層３ｂの膜厚＝１６２ｎｍとした。
【００３４】
第２実施形態とその比較例に係る弾性表面波装置の信頼性について、第１実施形態についての評価と同様の要領で評価した。その結果、比較例に係る弾性表面波装置を用いた帯域フィルタにおいて挿入損失の増加が見られたのに対し、第２実施形態に係る弾性表面波装置を用いた帯域フィルタでは、挿入損失の増加は見られなかった。
【００３５】
したがって、幅Ｒを有するバリア層３ａが、ＩＤＴ電極３の主電極層３ｂを形成する金属の圧電基板２を形成する結晶中への拡散を抑制し、高温負荷の環境下における信頼性が効果的に高められることがわかった。平面視において、バリア層３ａの形成領域内に主電極層３ｂを形成することにより、ＩＤＴ電極３に電圧が印加されたときに、バリア層３ａとの境界におけるＩＤＴ電極３の主電極層３ｂの裾部が圧電基板２を構成する材料に拡散することを抑制することができる。
【００３６】
バリア層３ａの縁部と主電極層３ｂの縁部の幅Ｒの寸法は、拡散抑制作用と導体層形成プロセスにおけるばらつきを考慮して定めることができる。具体的には、幅Ｒの寸法は、電極指８の主電極層３ｂの幅Ｌの１．０％と同等以上であって、隣り合う電極指９を構成するバリア層３ａに接触しない程度の寸法とすることが好ましい。接触しない程度の寸法とすることにより、電極指間の距離は小さくなるため、ＩＤＴ電極３自体の静電容量を増加させることができる。したがって、同等の静電容量を実現する場合においては、電極指８、９の本数を相対的に減らし、もしくは電極指８、９の交叉幅を相対的に短くすることができるため、ＩＤＴ電極３を小型化することができる。
【００３７】
上記比較例に係る弾性表面波装置１において、主電極層３ｂの裾部が拡張して圧電基板２と接触する場合があることが確認された。これは、導体層の製造プロセス上のばらつきに起因し、当該裾部は設計寸法から１０ｎｍ程度広がる場合がある。したがって、このような主電極層３ｂと圧電基板２との接触を防止する目的においても、バリア層３ａの縁部と主電極層３ｂの縁部に幅Ｒを設けることが好ましい。
【００３８】
圧電基板２を構成する材料としては、たとえば、ＬｉＮｂＯ3やＬｉＴａＯ3からなる単結晶を用いることができる。バリア層３ａは、圧電基板２を構成する材料に対して拡散が生じにくい材料で形成することが好ましく、たとえば、Ｎｉ−Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｒからなる群から選択した１種の金属を用いることができる。主電極層３ｂを構成する材料としては、たとえば、ＣｕまたはＣｕを含むＡｌ−Ｃｕなどの金属合金を用いることができる。
【００３９】
図４に示すように、主電極層３ｂは、複数の導体層から構成してもよい。たとえば、主電極層３ｂをＣｕで形成し、主電極層３ｂとバリア層３ａとの間に、Ｃｕを含まない金属またはＣｕを含まない金属合金からなる層を中間層（第３の導体層）３ｃとして設けることができる。これにより、Ｃｕの拡散をさらに効果的に抑制することができる。中間層３ｃを構成する材料としては、たとえば、Ｐｔ、Ａｕ、Ａｇ、Ｔａ、Ｗ、Ｎｉ、Ｍｏからなる群から選択した１種の金属、またはこれらの金属合金を用いることができる。
【００４０】
また、Ａｌ−Ｃｕ合金などからなる保護層３ｄを主電極層３ｂの上部に形成することにより、耐有機溶剤性と良好な耐電力性を両立することができる。中間層３ｃと保護層３ｄは、その両方を形成してもよいし、いずれか一方のみを形成してもよい。
【００４１】
導体層は、スパッタリング法や蒸着法によって形成し、ドライエッチング法、ウェットエッチング法、またはリフトオフ法やこれらの組み合わせによりパターニングすることができる。
【００４２】
上記実施形態では、反射器４、５、共通電極６、７、および電極指８、９は、それぞれ同様の導体層の積層構造で形成されたが、異なる導体層の構造としてもよい。たとえば、反射器４、５は、バリア層３ａに幅Ｒを有さない構造としてもよく、単層の導体からなる構造としてもよい。
【００４３】
図５に示すように、ＩＤＴ電極３を被覆するように、絶縁層１０を形成してもよい。絶縁層１０を設けることにより、耐電力性をほとんど損なうことなく、周波数温度特性を改善することができる。絶縁層１０は、たとえば、ＳｉＯ2で形成される。絶縁層１０は単層である場合に限らず、複数の絶縁層の積層体であってもよい。
【００４４】
図６は、本発明に係る弾性表面波装置を用いた送受信フィルタを有するデュプレクサ１１の模式的回路図である。送信側端子部１２ａとアンテナ端子部の間に、複数の弾性表面波装置Ｓ１〜Ｓ５、Ｐ１〜Ｐ３がラダー型に配置されて送信側帯域フィルタ１２が構成される。送信側端子部１２ａの初段は、弾性表面波装置Ｐ３が並列に接続されている。一方、受信側端子部１３ａとアンテナ端子部の間に、複数の弾性表面波装置が縦結合された弾性表面波装置ユニットＵ１、Ｕ２が、それぞれ縦続結合されて受信側帯域フィルタ１３が構成される。受信側端子部１３ａの初段は、縦結合型弾性表面波装置ユニットＵ２である。
【００４５】
本発明に係る弾性表面波装置は、従来のものと比較して、耐電力性が高められる。このため、送信側端子部１２ａおよび受信側端子部１３ａに、印加電圧を抑えるための素子を直列に接続する必要がなく、デュプレクサを小型化することができる。
【００４６】
なお、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の応用、変形を加えることができる。また、この明細書に記載の各実施形態は、例示的なものであり、異なる実施形態間において、構成の部分的な置換または組み合わせが可能であることを指摘しておく。
【符号の説明】
【００４７】
１    弾性表面波装置
２    圧電基板
３    ＩＤＴ電極
３ａ    バリア層（第２の導体層）
３ｂ    主電極層（第１の導体層）
３ｃ    中間層（第３の導体層）
３ｄ    保護層
４、５    反射器
６、７    共通電極
８、９    電極指
１０    絶縁層
１１    デュプレクサ
１２    送信側フィルタ
１２ａ    送信側端子部
１３    受信側フィルタ
１３ａ    受信側端子部
Ｓ１〜Ｓ５    直列腕弾性表面波装置
Ｐ１〜Ｐ３    並列腕弾性表面波装置
Ｕ１、Ｕ２    縦結合弾性表面波装置ユニット
【図１】
2017157944.tif 000003
【図２】
2017157944.tif 000004
【図３】
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【図４】
2017157944.tif 000006
【図５】
2017157944.tif 000007
【図６】
2017157944.tif 000008