(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ギャップに挟まれた圧電膜と、
前記圧電膜に形成され、少なくとも二本以上の電極指を有する櫛型電極パターンとを有し、
前記圧電膜の厚さは前記電極指のピッチより小さく、前記圧電膜内をラム波型弾性波が伝搬するよう構成され、
前記電極指の方向が前記圧電膜の分極方向に対して５５°〜１２５°の範囲の角度に設定され、かつ、前記圧電膜の前記分極方向が前記圧電膜の法線に対して略垂直であり、かつ、前記電極指の方向が前記圧電膜の法線に対してほぼ垂直である
ことを特徴とする高周波弾性波素子。
【請求項２】
請求項１において、
前記櫛型電極パターンは、前記圧電膜の表面に形成されていることを特徴とする高周波弾性波素子。
【請求項３】
請求項１において、
前記圧電膜は窒化アルミニウムを含んで成ることを特徴とする高周波弾性波素子。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかにおいて、
前記電極指の幅と前記電極指間の間隙との比が、２対３であることを特徴とする高周波弾性波素子。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかにおいて、
前記ピッチは前記弾性波の波長の1/2の長さであることを特徴とする高周波弾性波素子。
【請求項６】
第１の面と、前記第１の面にて開口する開口部を有する空洞部とを有する基板と、
前記第１の開口部と重なる部分を有して前記第１の面上に形成された圧電膜と、
前記圧電膜上に形成され、第１の複数の電極指を有する第１の電極パターンと、
前記圧電膜上に形成され、第２の複数の電極指を有する第２の電極パターンとを具備して成り、
前記第１の複数の電極指と前記第２の複数の電極指とは、所定の周期でそれぞれ交互に配置され、
前記圧電膜の厚さは前記所定の周期より小さく、前記圧電膜内をラム波型弾性波が伝搬するよう構成され、
前記第１および第２の複数の電極指の方向は、前記圧電膜の分極方向に対して５５°〜１２５°の範囲の角度であり、かつ、前記圧電膜の前記分極方向が前記圧電膜の法線に対して略垂直であり、かつ、前記電極指の方向が前記圧電膜の法線に対してほぼ垂直である
ことを特徴とする弾性波共振器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、通信機器等に用いられるラム波型弾性波共振器等弾性波素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、高周波用途の弾性波共振器として、ダイアモンドを用いた弾性表面波素子が知られている(例えば、特許第02885349号)。音速が8000m/sと大きいため、2.5GHz帯の弾性波素子として利用されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
通信機器用途の弾性波素子は、プロセス負荷の低減を考慮すると、より高音速が望まれる。最も高音速な材料であるダイアモンドは10000m/s以上と非常に大きい音速を有するが、しかし圧電性を有さないため、圧電体を付加する必要があり、その結果、利用できる音速は8000m/sまで低化してしまうという問題がある。
【０００４】
通信機器用途のＳＡＷ素子では、より電気機械結合係数(k2)の大きい共振器を用いた方が低損失な電気特性にすることができる。高性能なＳＡＷ素子を作成する場合、ダイアモンドを用いた弾性表面波素子のk2は2％以下であり、小さいという問題がある。
本発明の目的は、上記問題点を解決すること、すなわち、音速の非常に大きい(>9000m/s)弾性波素子を提供することである。第2の目的は、k2の大きい(>2%)弾性波素子を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、窒化アルミニウム(ＡｌＮ)を主成分とする圧電膜と、前記圧電膜表面に形成され、少なくても二本以上の電極指を有する電極パターンとよりなるラム波型弾性波素子において、前記ＡｌＮ圧電膜の分極方位(ｃ軸)は圧電膜の法線とほぼ直交し、且つ電極指ともほぼ直交する方向であり、圧電膜の厚さは前記電極パターンの電極ピッチより薄いことを特徴とするラム波型弾性波素子により、解決する。ここでラム波型弾性波とは平板を伝搬する弾性波であり、平板の厚さ方向に対してほぼ均一なエネルギー分布を示す(例えば特許第2936210号)。
【０００６】
以下、本発明の作用を図を用いて説明する。図１はラム波型弾性波素子の構造を説明する断面図である。図２はラム波型弾性波の音速とk2の板厚依存性を示している。厚さhのＡｌＮ圧電膜1の表面に周期Ｐで2種類の電位の電極指(3-1、3-2)が交互に形成されている。電極指の幅Lと各電極間間隙Sの比は2対3である。ＡｌＮ圧電膜1は矢印9で示された方向に分極したAlN圧電体を主成分とする物質で構成されている。計算は、有限要素-解析解結合法(例えば礒部敦、疋田光孝、浅井健吾、住岡淳司「有限要素-解析解結合法による新モード型SAWの探索とその移動通信用素子への応用」電子情報通信学会論文誌 C-I Vol. J 82-C-I No. 12 pp. 697-705 1999年12月)に、仮想境界での電気開放と機械開放条件を加えることで計算を行なった。図2に示すように、h<Pのラム波型弾性波で、高音速(>9000m/s)、高k2 (>2%)が得られることを見出した。図３はラム波型弾性波の音速とk2の電極指方向依存性を示している。横軸はAlN圧電膜の分極方向と電極指の方向との成す角度を示している。分極方向と電極指の方向が直交(90度)するとき、最も音速とk2が大きくなる。また55°から125°の間の角度のとき、高k2 (>2%)が得られる。すなわち、AlN圧電単結晶基板を電極指のピッチより薄くし、かつ分極方向と電極指の方向が55°から125°の間の角度のとき、高音速で高k2のラム波型弾性波素子を形成することができる。以上の考察により、一例として図１に示されるように、ギャップに挟まれた圧電膜1と、圧電膜1の表面に形成され、少なくても二本以上の電極指を有する櫛型電極パターン3を有し、圧電膜1の厚さｈが電極指3のピッチＰより小さい弾性波素子において、圧電膜1の主成分が窒化アルミニウムであり、圧電膜1の分極方向9が圧電膜の法線と垂直であり、且つ電極指3が圧電膜1の分極方向に対して55〜125°の範囲の角度に設定されていることを特徴とする窒化アルミニウム圧電薄膜を用いた高周波弾性波素子を提案する。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下本発明の好ましい実施例について詳細に説明する。
図4は本発明の第１実施例による一開口共振器の構成を示す平面図である。一開口共振器は、AlN圧電薄膜1と、その表面に形成された櫛型電極と反射器とで形成されている。櫛型電極は、AlN圧電薄膜1の分極方向9に対して平行な２本のバスバー2と、分極方向9に対して垂直な11対の電極指3と、入出力端子4、5とで構成されている。入力端子4は11本の電極指3-1に接続されたバスバー2-1に接続され、また出力端子は12本の電極指3-2に接続されたバスバー2-2に接続され、入力側の電極指3-1と出力側の電極指3-2は交互に配置されている。櫛型電極の両側に反射器が設置されている。各反射器はAlN圧電薄膜の分極方向と平行な２本のバスバー6と、分極方向と垂直な18本の反射電極指10で構成され、全ての反射電極指10の両端はバスバー6と接続されている。櫛型電極と入出力端子と反射器はAl-0.7%Cu合金により形成されている。
【０００８】
図5は図4A-A'で示される部分の断面図である。AlN圧電薄膜1の厚さhは0.03P(P=20μm)に設定されている。また電極指線幅Lは0.4Pである。AlN圧電薄膜1は珪素単結晶基板7により支持されている。
このように構成された一開口共振器では、櫛型電極部のAlN圧電薄膜1の厚さが電極指ピッチPより極めて小さいため、櫛型電極で励振された弾性振動は瞬時にAlN圧電薄膜1の裏面に到達し、そのため弾性表面波ではなくラム波として伝搬する。また、弾性表面波の弾性振動は電極から深さ方向に2P程度の範囲に分布するのに対し、本一開口共振器は電極に極めて近い領域(<0.03P)に集中するため、弾性表面波より大きい圧電効果を示す。さらに、AlN圧電薄膜1の分極方向とラム波の伝播方向が一致しているため、弾性振動の主成分が縦波になり、いっそう高音速、強圧電効果となる。その結果、極めて大きい音速(>9000m/s)と比帯域幅(>0.02)を有するラム波型弾性波共振器を実現することが可能となる。
図6は他の実施例による一開口共振器の構成を示す平面図である。
図７は図６のB-B'で示される部分の断面図である。厚さh＝0.1PのAlN圧電薄膜1と、その表面に形成された櫛型電極と反射器と入出力端子と、凹部を有する珪素単結晶基板7で構成されている。第１実施例とは、珪素単結晶基板7の形状が異なっているが、全く同機能のラム波型弾性波共振器を実現している。
【０００９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、極めて大きい音速(>9000m/s)とk2 (>0.02)を有するラム波型弾性波素子を実現することができる。
弾性表面波デバイスのプロセスで広く用いられているi線露光機の微細解像できる寸法は0.30μm以上であるため、通常の弾性表面波デバイス(音速4000m/s)の適用周波数は3.3GHz以下、またダイアモンドを用いた弾性表面波デバイス(音速8000m/s)でも6.7GHz以下であるのに対して、本発明(音速9000m/s)を用いることで、7.5GHzまで拡大することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の弾性波素子の構造を説明する断面図。
【図２】本発明の弾性波素子の音速とk2のAlN圧電薄膜膜厚依存性を示した図。
【図３】本発明の弾性波素子の音速とk2のAlN圧電薄膜分極方向依存性を示した図。
【図４】本発明の実施の形態に係る弾性波共振器を示した斜視図。
【図５】図4のA-A'部分の断面図。
【図６】本発明の実施の形態に係る弾性波共振器を示した斜視図。
【図７】図6のB-B'部分の断面図。
【符号の説明】
１…AlN圧電薄膜。
２…バスバー。
３…電極指。
４、５…入出力端子。
６…反射器のバスバー。
７…珪素単結晶基板。
８…空隙。
９…AlNの分極方向。
【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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