(57)【要約】  本発明は、望ましくない波動モードの邪魔な寄与が低減される電子音響デバイス（ＥＡＣ）を提供する。このためこの電子音響デバイス（ＥＡＣ）は、圧電層（ＰＬ），電極層（ＥＬ），および分離層（ＳＬ）を備える電子音響デバイスを示す。このデバイス（ＥＡＣ）においては、主モードおよび副モードが伝播可能である。分離層（ＳＬ）は、主モードおよび副モードの周波数とで逆の厚さ依存性を有する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
周波数ｆmを有する主モードと、周波数ｆaddを有する副モードが伝播可能な電子音響デバイス（ＥＡＣ）であって、
圧電層（ＰＬ）と，当該圧電層の上側の電極層（ＥＬ）と、分離層とを備え、
前記分離層（ＳＬ）は、前記周波数ｆmおよび前記周波数ｆaddとで逆の厚さ依存性を有する、
ことを特徴とする電子音響デバイス。
【請求項２】
前記主モードはレイリーモードであり、前記副モードはラブモードであり、
前記分離層（ＳＬ）は、前記電極層（ＥＬ）の上側に配設されている、
ことを特徴とする、請求項１に記載の電子音響デバイス。
【請求項３】
前記電極層（ＥＬ）と前記分離層（ＳＬ）との間に、さらにＴＣＦ層（ＴＣＦ）を備えることを特徴とする、請求項１または２に記載の電子音響デバイス。
【請求項４】
さらに、前記圧電層（ＰＬ）と前記電極層（ＥＬ）との間に下側接着層（ＢＡＬ）を備え、および／または前記電極層（ＥＬ）と前記ＴＣＦ層（ＴＣＦ）との間に上側接着層を備えることを特徴とする、請求項３に記載の電子音響デバイス。
【請求項５】
前記圧電層（ＰＬ）は、ＬｉＮｂＯ3を含み、
前記下側接着層（ＢＡＬ）および／または前記上側接着層（ＴＡＬ）は、Ｔｉを含み、
前記電極層（ＥＬ）は、Ｃｕおよび／またはＡｇを含み、
前記分離層は、Ｓｉ3Ｎ4を含む、
ことを特徴とする、請求項４に記載の電子音響デバイス。
【請求項６】
下側接着層（ＢＡＬ）と上側接着層（ＴＡＬ）とを備える請求項５に記載の電子音響デバイス（ＥＡＣ）において、
前記圧電層（ＰＬ）は、１２８°Ｙ−ＸカットのＬｉＮｂＯ3を含み、
前記下側接着層（ＢＡＬ）は、５．５ｎｍ厚のＴｉ層を備え、
前記電極層（ＥＬ）は、２．５ｎｍ厚のＡｇ層と、当該Ａｇ層の上に１６０ｎｍ厚のＣｕ層とを備え、
前記上側接着層（ＴＡＬ）は、５．５ｎｍ厚のＴｉ層を備え、
前記ＴＣＦ層（ＴＣＦ）は、７００ｎｍ〜７３０ｎｍ厚のＳｉＯ2層を備え、
前記分離層は、８０ｎｍ〜１４０ｎｍ厚のＳｉ3Ｎ4層を備える、
ことを特徴とする電子音響デバイス。
【請求項７】
前記分離層（ＳＬ）は、１１０ｎｍの厚さを有することを特徴とする、請求項６に記載の電子音響デバイス。
【請求項８】
請求項５に記載の電子音響デバイス（ＥＡＣ）において、
前記電子音響デバイスは、送信フィルタ（ＴＸＦ）および受信フィルタ（ＲＸＦ）を有する、ＳＡＷで動作するデュプレクサ（ＤＵ）の一部となっており、
前記送信フィルタ（ＴＸＦ）は、η＝０．４４のメタライジング比を有し、前記受信フィルタ（ＲＸＦ）は、η＝０．５５のメタライジング比を有する、
ことを特徴とする電子音響デバイス。
【請求項９】
周波数ｆmの主モードおよび周波数ｆaddの副モードを有する電子音響デバイス（ＥＡＣ）の製造方法であって、
圧電層（ＰＬ）を準備するステップと、
前記圧電層（ＰＬ）の上側に電極層（ＥＬ）を配設するステップと、
前記電極層（ＥＬ）の上側に分離層（ＳＬ）を配設するステップと、
前記分離層（ＳＬ）の厚さを大きくすることによって前記周波数ｆｍと前記周波数ｆａｄｄとを分離するステップと、
を備えることを特徴とする方法。
【請求項１０】
製造バラつきが、分離層（ＳＬ）の厚さの局部的な低減が行われることによって極小化されることを特徴とする、請求項９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、望ましくない波動モードによる障害を低減した電子音響デバイスおよびこのようなデバイスの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子音響デバイスは、ＨＦフィルター回路、たとえばモバイル通信システムに用いることができる。このようなデバイスにおいては、電極パターンが電磁的HF信号と音響波との間の変換を行う。この音響波は、たとえば音響表面波（ＳＡＷ＝Surface Acoustic Wave）として、またはガイド音響体積波（ＧＢＡＷ＝Guided Bulk Acoustic Wave）として、とりわけ圧電材料の界面での音響経路において拡がる。このような電子音響デバイスは、たとえば特許文献１または特許文献２で知られている。
【０００３】
公知の電子音響デバイスの問題は、望ましくない波動モード、たとえばフィルタ特性を重要な周波数領域で特に悪化させる副モード（複数）である。特許文献２には、たとえば１つの通過帯域の上側の周波数での望ましくないモードを抑圧するために、追加の共鳴器（複数）または追加の誘電体層（複数）が設けられている。追加の層は製造を高価にし、また追加の共鳴器は製造を高価にすると共に該当するデバイスが必要とするスペースを大きくする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】ドイツ特許公開公報第１０２０１００３４１２１号明細書
【特許文献２】米国特許公開公報第２０１２／００３８４５号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで本発明の課題は、代替のデバイスを提供することであり、この代替のデバイスは低減されたスプリアスモードの寄与を有し、またこの寄与を低減するためのコストのかかる対策を必要としない。さらに本発明の課題は、このようなデバイスの製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
これらの課題は、独立請求項に記載のデバイスあるいは製造方法によって解決される。従属項はこれらでの本発明の有利な実施例を提示する。以下では、特定の要求条件を満足するデバイスを得るために、任意に組み合わせて協働させることができる技術的特徴を示す。
【０００７】
本発明による電子音響デバイスは、１つの圧電層，この圧電層の上側の１つの電極層，および１つの分離層を備える。この電子音響デバイスにおいては、周波数ｆmの主モードおよび周波数ｆaddの副モードが伝播可能である。分離層は、周波数ｆmおよびｆaddの厚さ依存性と逆の厚さ依存性を有する。
【０００８】
上記の主モードの伝播速度は、層厚が大きいほど大きくなる。これとは反対に上記の副モードの伝播速度は、小さくなる。以上より上記の主モードの共鳴周波数ｆmおよび副モードの共鳴周波数ｆaddは、逆の厚さ依存性を有する。
【０００９】
ここで上記の圧電層は、圧電材料、たとえば単結晶の圧電基板または圧電層を含む層である。上記の電極層は、この圧電層の上側に配設されており、電磁的ＲＦ信号と音響波との間の変換のための電極パターン、たとえばインターデジタル変換器および反射器を備える。上記の分離層はこの電子デバイスの材料層であり、上記の副モードの周波数ｆaddを主モードの周波数ｆmに対してシフトするために用いられる。このためこの分離層は、逆の厚さ依存性を備える。この周波数の逆の厚さ依存性は、周波数差ｆm−ｆaddがこの分離層の増加する厚さと共に低下することによって特徴付けられる。換言すれば、この分離層の厚さを大きくすることによって、これらの周波数ｆmおよびｆaddは相関して移動する。
【００１０】
ここでこの周波数ｆmの主モードは、たとえば通過帯域を形成するために利用することができる。周波数ｆaddの副モードは、一般的にこの主モードに対し追加的に励起される望ましくない周波数モードである。
【００１１】
この副モードは、主モードより高い周波数を有することが可能である。従来の電子デバイスは、約１８１０ＭＨｚで共鳴し、約１８４０ＭＨｚで反共鳴する共鳴器を備えるので、この共鳴器は通過帯域フィルタにおいて、通過帯域を形成するためにこれらの周波数で容易に用いることができる。この共鳴器は、しかしながら約２４１５ＭＨｚの周波数にある副モードを有し、この周波数はたとえばブルートゥース信号領域に該当し、したがってブルートゥース信号の送信および受信は、該当するモバイル通信装置によって妨害される。
【００１２】
確かに上記の分離層が適合するバンドパスフィルタのバンド幅あるいはＰＺＤ（ＰＺＤ＝ポールゼロ距離（Pole Zero Distance）＝共鳴−反共鳴距離（Resonanz-Antiresonanz-Abstand））または電子音響カップリングを低減することは原理的に可能である。しかしながら本発明によるデバイスは、良くチューニング（Abstimmung）すること、分離層の厚さを調整することによって副モードの周波数をこのような重要な周波数領域から移動することを、主モードの周波数特性を劣化することなく、可能とする。
【００１３】
１つの実施形態においては、この主モードはレイリーモードであり、副モードはラブモードである。ここで分離層は、電極層の上側に配設されている。
【００１４】
１つの実施形態においては、本発明による電子音響デバイスは、さらに温度補償用ＴＣＦ層（ＴＣＦ＝周波数温度係数（Temperature Coefficients of Frequency）＝Temperatur-Frequenz-Koeffizient）を電極層と分離層との間に備える。このＴＣＦ層によって、デバイスの特性周波数の温度依存性が緩和されるかあるいは除去される。
【００１５】
１つの実施形態においては、本発明によるデバイスは、圧電層と電極層との間の下側接着層および／または電極層とＴＣＦ層との間の上側接着層を備える。下側の接着層は、電極層の接着を改善することができる。この下側の接着層の存在とは無関係に、上側の接着層がＴＣＦ層の接着を改善することができる。
【００１６】
１つの実施形態においては、圧電層はＬｉＮｂＯ3（ニオブ酸リチウム）、たとえばＬｉＮｂＯ3単結晶を含み、またはＬｉＴａＯ3（タンタル酸リチウム）、たとえばＬｉＴａＯ3単結晶を含む。さらに下側接着層および／または上側接着層は、もしそれぞれが存在する場合、Ｔｉ（チタン）を含む。電極層はＣｕ（銅）またはＡｇ（銀）を含む。分離層はＳｉ3Ｎ4（窒化シリコン）を含む。
【００１７】
１つの実施形態においては、圧電層は１２８°Ｙ−ＸカットのＬｉＮｂＯ3基板を備える。下側の接着層は、５．５ｎｍ厚のＴｉ層を備える。電極層は、２．５ｎｍ厚のＡｇ層を備え、この上に１６０ｎｍ厚のＣｕ層が配設されている。上側の接着層は、５，５ｎｍ厚のＴｉ層を備える。ＴＣＦ層は、７００ｎｍ〜７３０ｎｍ厚のＳｉＯ2層（ＳｉＯ2＝二酸化珪素（Siliziumdioxid））を備える。分離層は、２０ｎｍ〜８０ｎｍ厚のＳｉ3Ｎ4層を備える。
【００１８】
このようなデバイスは、とりわけＷＣＤＭＡのバンド２のアプリケーション用の積層体に用いることができる。
【００１９】
本発明によるデバイスの１つの実施形態においては、圧電層は１２８°Ｙ−ＸカットのＬｉＮｂＯ3基板を備える。下側の接着層は、５．５ｎｍ厚のＴｉ層を備える。電極層は、２．５ｎｍ厚のＡｇ層を備え、この上に１６０ｎｍ厚のＣｕ層が配設されている。上側の接着層は、５．５ｎｍ厚のＴｉ層を備える。ＴＣＦ層は７００ｎｍ〜７３０ｎｍ厚のＳｉＯ2層を備え、分離層は８０ｎｍ〜１４０ｎｍ厚のＳｉ3Ｎ4層を備える。
【００２０】
このような積層体は、ＷＣＤＭＡ（登録商標）のバンド２のアプリケーション用に有利である。これは望ましくない副モードがＩＳＭバンド（ＩＳＭ＝（Industrial, Scientific and Medical））の下側の重要でない周波数領域にシフトされているからである。
【００２１】
１つの実施形態においては、分離層は、１１０ｎｍの厚さを有する。
【００２２】
１つの実施形態においては、本発明によるデバイスは、音響表面波（ＳＡＷ＝Surface Acoustic Wave = akustische Oberflachenwelle）で動作する、送信フィルタおよび受信フィルタを有するデュプレクサの一部となっている。ここでこの送信フィルタは、η＝０．４４のメタライジング比を有し、受信フィルタは、η＝０．５５のメタライジング比を有する。
【００２３】
周波数ｆmの主モードおよび周波数ｆaddの副モードが伝播可能な電子音響デバイスの製造方法は、以下のようなステップを備える。
−圧電層を準備するステップ。
−この圧電層の上側に電極層を配設するステップ。
−この電極層の上側に分離層を配設するステップ。
−この分離層の厚さを大きくすることによって上記の周波数ｆmとｆaddとを分離するステップ。
【００２４】
本発明による方法の１つの実施形態においては、製造バラつきが、分離層の厚さの局部的な減少が行われることによって低減される。この際多数の電子音響デバイスの積層体が、１つのウェーハ上に同時に堆積される。幾つかの選択されたデバイスは、続いてプローブ測定ヘッドとの接続部が設けられる。この際これらの選択されたデバイスの主モードおよび副モードの周波数がほぼ決定される。これらのデータに基づいて分離層のどの程度の量の材料が除去されねばならないかが決定することができ、こうしてできるかぎり多数の正しくチューニングされたデバイスが得られる。
【００２５】
以下では、本発明による電子音響デバイスを、実施形態例とこれに付随する概略図を参照して詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】圧電層ＰＬ，電極層ＥＬ，および分離層ＳＬを備える電子音響デバイスを示す。
【図２】下側接着層ＢＡＬ，上側接着層ＴＡＬ，およびＴＣＦ層ＳＬを有する電子音響デバイスを示す。
【図３】レイリーモードを示す。
【図４】ラブモードを示す。
【図５】主モードおよび副モードの特徴的な共鳴を有する電子音響変換器（たとえばインターデジタル変換器）のアドミッタンスの大きさを示す。
【図６】主モードおよび副モードの特徴的な共鳴を有する電子音響変換器（たとえばインターデジタル変換器）のアドミッタンスの大きさを示す。
【図７】１つのラブモードの厚さ依存の速度を示す。
【図８】１つのレイリーモードの厚さ依存の速度を示す。
【図９】主モードおよび副モードの特徴的な共鳴を有する電子音響変換器（たとえばインターデジタル変換器）のアドミッタンスの大きさを示す。
【図１０】メタライジング比が異なりかつ分離層の厚さが異なる場合の２つのインターデジタル変換器のアドミッタンスの実部を示す。この際、厚い分離層および小さなメタライジング比を有する変換器の主共鳴の周波数位置が、フィンガー間隔を大きくすることによって、薄い分離層および大きなメタライジング比を有する変換器の周波数位置に合わせられる。
【図１１】主モードおよび副モードの特徴的な共鳴を有する電子音響変換器（たとえばインターデジタル変換器）のアドミッタンスの大きさを示す。
【図１２】２つのバンド２のデュプレクサデバイスの伝達関数を示し、１つは従来のデバイスに対し、１つは最適化されたデバイスに対して示す。
【図１３】１つのデュプレクサを示す。
【００２７】
図１は、圧電層ＰＬを有する電子音響デバイスの実施例を示す。この圧電層ＰＬは、圧電性材料、たとえばＬｉＴａＯ3，ＬｉＮｂＯ3，または石英を含む。圧電層ＰＬの上側には、電極層ＥＬが配設されている。この電極層ＥＬには、特に電極パターン、たとえばインターデジタル変換器（英語：inter-digital transducer, ＩＤＴ）のパターンが配設されている。ここでこの電極層ＥＬは、圧電層ＰＬ上に直に戴置されてよい。しかしながら接着剤層が、電極層ＥＬと圧電層ＰＬとの間に配設されていてよい。この接着剤層は、たとえばＴｉを含んでよい。電極層ＥＬの上側には、分離層ＳＬが配設されており、この分離層は、その逆の厚さ依存性によって望ましくない副モードの周波数を主モードの周波数に対してシフトし、デバイスの特性を改善することができる。分離層ＳＬと電極層ＥＬとの間にはさらなる層が配設されていてよい。つまりたとえば、電極層ＥＬと分離層ＳＬとの間にＴＣＦ層（＝温度補償層、Temperaturkompensationslage）ＴＣＦが配設されてよく、たとえばＳｉＯ2が含まれてよい。電極層ＥＬとＴＣＦ層との間には、上側接着剤層ＴＡＬがさらに配設されていてよく、この上側接着剤層も同様にＴｉを含んでよい。ＴＣＦ層の材料は電極パターン間の容積も同様に充填してよい。
【００２８】
図２は、本発明による電子音響デバイスの１つの実施例を示し、この電子音響デバイスは、電極層ＥＬと圧電層ＰＬとの間に下側接着層ＢＡＬが配設されている。電極層ＥＬと分離層ＳＬとの間にはＴＣＦ層ＴＣＦが配設されている。ＴＣＦ層と電極層との間には上側接着剤層ＴＡＬが配設されている。
【００２９】
図３は、レイリーモードの伝播の際の様々な層の曲がりを象徴的に概略的に示している。
【００３０】
これに対し図４は、ラブモードの伝播の際の層の曲がりを概略的に示している。これらの異なるモードは、異なる伝播速度を有する。このためこれらは同一の電極構造で与えられる波長であっても異なる周波数となる。したがってレイリーモードは、たとえば１８００ＭＨｚの周波数で伝播し、これに対してラブモードは、２４００ＭＨｚの周波数で伝播する。
【００３１】
図５は、主モードの周波数位置の、電極層ＥＬの厚さへの依存性を示す。１６０ｎｍ厚を有する電極層と比較して、１４０ｎｍ厚の電極層での共鳴周波数および反共鳴周波数は、高い周波数にシフトされており、これに対しこれより厚い、１８０ｎｍ厚の電極層ＥＬでの共鳴周波数および反共鳴周波数は、小さな周波数値に向かってシフトされている。副モードの共鳴周波数および反共鳴周波数は、電極層ＥＬの厚さにはほぼ依存しない。
【００３２】
図６は、主モードの共鳴周波数位置および反共鳴周波数位置のメタライジング比ηへの依存性を示す。メタライジング比が０．５１から０．５８への増大が、主モードの周波数は低下するのに対して、メタライジング比を０．４４まで低減することはこの周波数を上昇させる。ここでも副モードの共鳴周波数および反共鳴周波数の、メタライジング比への依存性の少なさは顕著である。
【００３３】
図７は、１つのラブモードの計算された伝播速度を示し、たとえば１つの副モードの層厚への依存性を示す。この速度は厚さの増大につれて低下する。
【００３４】
図８は、１つのレイリーモードの計算された伝播速度を示し、たとえば図７の導波系の１つの主モードの層厚への依存性を示す。この速度は厚さの増大につれて上昇する。ラブモードおよびレイリーモードは、逆の伝播速度依存性を有し、したがってたとえば波長が同じ場合は逆の周波数依存性を示す。
【００３５】
図９は、分離層ＳＬの逆の厚さ依存性の効果を示す。厚さ５０ｎｍの分離層ＳＬの存在は、副モードの周波数（共鳴周波数，反共鳴周波数）ｆaddを低下させ、主モードの周波数ｆmを上昇させる。さらに厚さを１００ｎｍに増加すると、副モードのこれらの周波数ｆaddはさらに低下し、これに対し主モードの周波数ｆmは上昇する。
【００３６】
図１０は、アドミッタンスの実部を示し、１つは５０ｎｍ厚の分離層ＳＬおよび０．５１のメタライジング比ηを有する電子音響デバイスに対するものであり、これとの比較で１００ｎｍ厚の分離層で０．４４のメタライジング比のデバイスのものを示す。分離層の厚さの増大およびメタライジング比の減少は、主モードと副モードとの間の周波数の距離を低減するが、ここで主モードの周波数は基本的に上昇する。フィンガー間隔を大きくすることによって、この周波数シフトが補償され、こうしてこの主モードの周波数は再び元の位置となるようにされる。この際上記の主モードと副モードとの間の周波数距離は残っているので、これより副モードの位置は絶対値として下側にシフトし、重要な領域の下側となるようにされる。
【００３７】
こうして１つの電子音響デバイスが得られるが、この電子音響デバイスでは、望ましくない波動モードの邪魔な寄与が、追加の共鳴器または層系を取り付けることなしに、低減されなければならない。
【００３８】
図１１は、図１０に示す層系のアドミッタンスの大きさを示す。
【００３９】
図１２は、２つのＷＣＤＭＡのバンド２のデュプレクサの伝達関数を示し、これらは１つは従来のデュプレクサで、１つは最適化された層系で構成されている。ここでは増幅器とアンテナとの間のＴＸ送信フィルタの伝達関数Ｓ12、およびアンテナと受信器との間のＲＸ受信フィルタの伝達関数Ｓ23が示されている。主モードと副モードとの間の低減された周波数距離によって、邪魔な共鳴、特にＴＸ送信路において−２０ｄｂｍのレベルを顕著に超える共鳴が、ＩＳＭバンドから下にシフトされている。同時にこれらのフィルタの共鳴器は、フィンガー間隔のスケーリングによってバンド２の周波数位置に最適化され、こうしてこれらの共鳴器は使用帯域に適合した仕様を満足している。
【００４０】
図１３は、１つの送信フィルタＴＸＦおよび１つの受信フィルタＲＸＦを有する１つのデュプレクサＤＵを示す。上記のデバイスＥＡＣは、これらの２つのフィルタのそれぞれに設けられてよい。このデバイスは、それ自体がフィルタ機能を備えることができ、また場合によってはさらなる電気的機能を備えることもできる。
電子音響デバイスは上記の実施例に限定されない。
上記の特徴が組み合わされている実施例、あるいはたとえばさらなるメタライジングパターンまたは材料層を備える実施例も本発明による実施例となる。
【符号の説明】
【００４１】
ＢＡＬ    ：  下側接着層
ｄ        ：  層厚
ＤＵ      ：  デュプレクサ
ＥＡＣ    ：  電子音響素子
ＥＬ      ：  電極層
ＥＬＳ    ：  パターニングされた電極
ｆ        ：  周波数
ｆadd    ：  副モードの（共鳴）周波数
ｆm      ：  主モードの（共鳴）周波数
Ｍ        ：  振動振幅／波振幅
ＰＬ      ：  圧電層
ＲＸＦ    ：  受信フィルタ
｜Ｓ12｜  ：  マトリックス要素
ＳＬ      ：  分離層
ＴＡＬ    ：  上側接着層
ＴＣＦ    ：  温度補償層／ＴＣＦ層
ＴＸＦ    ：  送信フィルタ
η        ：  メタライジング比
【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】
2016501471.tif 000013
【図１２】
2016501471.tif 000014
【図１３】
2016501471.tif 000015
【手続補正書】
【提出日】平成27年7月27日(2015.7.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００４】
【特許文献１】ドイツ特許公開公報第１０２０１００３４１２１号明細書
【特許文献２】米国特許公開公報第２０１２／００３８４３５号明細書
【国際調査報告】
2016501471.tif 000016
2016501471.tif 000017
2016501471.tif 000018
2016501471.tif 000019
2016501471.tif 000020
2016501471.tif 000021