(57)【要約】  弾性波装置１は、基板３と、基板３上に位置している多層膜５と、多層膜５上に位置している、圧電層７と、圧電層７上に位置しているＩＤＴ電極１９を含む共振子１５と、共振子１５上に位置する保護膜３７と、を有している。共振子１５は、第１共振子１５Ｌと、第１共振子１５Ｌに比べて共振周波数の高い第２共振子１５Ｈとを備えている。保護膜３７は、第１共振子１５Ｌ上における厚さが第２共振子１５Ｈ上における厚さよりも厚くなっている。
2020095586.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に位置している低音響インピーダンス層と高音響インピーダンス層とが交互に積層されてなる多層膜と、
前記多層膜上に位置している圧電層と、
前記圧電層上に位置しているＩＤＴ電極を含む複数の共振子と、
前記複数の共振子上に位置する保護膜と、
を有しており、
前記複数の共振子は、共振周波数の異なる第１共振子と第２共振子と備え、前記第１共振子は前記第２共振子に比べ共振周波数が低く、
前記保護膜は、前記第１共振子上の厚さよりも前記第２共振子上の厚さが厚い、
弾性波装置。
【請求項２】
前記圧電層の厚さは、前記ＩＤＴ電極の電極指のピッチをｐとしたときに、０．６ｐ以下である、
請求項１に記載の弾性波装置。
【請求項３】
ラダー型フィルタの直列共振子に前記第２共振子を用い、並列共振子に前記第１共振子を用いている、
請求項１または２に記載の弾性波装置。
【請求項４】
前記第１共振子の反共振周波数は、前記第２共振子の共振周波数よりも低周波数側に位置している、
請求項３に記載の弾性波装置。
【請求項５】
前記ＩＤＴ電極の前記電極指のピッチを１０％変化させたときの共振周波数の変化率が１０％以下である、
請求項１〜４のいずれか１項に記載の弾性波装置。
【請求項６】
前記保護膜の厚さは０．０４ｐ以下である、
請求項１〜５のいずれか１項に記載の弾性波装置。
【請求項７】
前記第１共振子の前記ＩＤＴ電極の前記電極指のピッチと前記第２共振子の前記ＩＤＴ電極の前記電極指のピッチとの変化率は、前記第１共振子と前記第２共振子との共振周波数の変化率よりも、大きい、請求項１〜６のいずれかに記載の弾性波装置。
【請求項８】
アンテナ端子と、
前記アンテナ端子へ出力される信号をフィルタリングする送信フィルタと、
前記アンテナ端子から入力される信号をフィルタリングする受信フィルタと、
を有しており、
前記送信フィルタおよび前記受信フィルタの少なくとも一方が請求項１〜７のいずれか１項に記載の弾性波装置を含んでいる
分波器。
【請求項９】
アンテナと、
前記アンテナに前記アンテナ端子が接続されている請求項８に記載の分波器と、
前記送信フィルタおよび前記受信フィルタに対して信号経路に関して前記アンテナ端子とは反対側に接続されているＩＣと、
を有している通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、弾性波を利用する電子部品である弾性波装置、当該弾性波装置を含む分波器および通信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電体上のＩＤＴ（interdigital transducer）電極に電圧を印加して、圧電体を伝搬する弾性波を生じさせる弾性波装置が知られている。ＩＤＴ電極は、１対の櫛歯電極を有している。１対の櫛歯電極は、それぞれ複数の電極指を有しており、互いに噛み合うように配置される。弾性波装置においては、電極指のピッチの２倍を波長とする弾性波の定在波が形成され、この定在波の周波数が共振周波数となる。従って、弾性波装置の共振点は、電極指のピッチによって規定される。【０００３】
近年、電極指のピッチに対して相対的に周波数の高い共振を実現する弾性波装置が望まれている。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本開示の一態様に係る弾性波装置は、基板と、前記基板上に位置している多層膜と、前記多層膜上に位置している、圧電層と、前記圧電層上に位置しているＩＤＴ電極を含む複数の共振子と、前記複数の共振子上に位置する保護膜と、を有している。前記多層膜は、低音響インピーダンス層と高音響インピーダンス層とが交互に積層されてなる。前記複数の共振子は、共振周波数の異なる第１共振子と第２共振子と備え、前記第１共振子は前記第２共振子に比べ共振周波数が低い。前記保護膜は、前記第１共振子上の厚さよりも前記第２共振子上の厚さが厚い。【０００５】
本開示の一態様に係る分波器は、アンテナ端子と、前記アンテナ端子へ出力される信号をフィルタリングする送信フィルタと、前記アンテナ端子から入力される信号をフィルタリングする受信フィルタと、を有している。前記送信フィルタおよび前記受信フィルタの少なくとも一方が上記の弾性波装置を含んでいる。【０００６】
本開示の一態様に係る通信装置は、アンテナと、前記アンテナに前記アンテナ端子が接続されている上記の分波器と、前記送信フィルタおよび前記受信フィルタに対して信号経路に関して前記アンテナ端子とは反対側に接続されているＩＣと、を有している。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１（ａ），図１（ｂ）は、実施形態に係る弾性波装置を示す平面図である。
【図２】図１の弾性波装置のII−II線における断面図である。
【図３】共振子のピッチと共振周波数との相関を示す線図である。
【図４】図４（ａ）は、保護膜の厚さとインピーダンスとの相関を示す線図であり、図４（ｂ）は保護膜の厚さと位相との相関を示す線図である。
【図５】保護膜の厚さと最大位相値との相関を示す線図である。
【図６Ａ】ピッチｐを変化させたときのシミュレーション結果を示す図である。
【図６Ｂ】ピッチｐを変化させたときのシミュレーション結果を示す図である。
【図７】図７（ａ）および図７（ｂ）は導電層の厚さを変化させたときのシミュレーション結果を示す図である。
【図８】図８（ａ）および図８（ｂ）はＤｕｔｙを変化させたときのシミュレーション結果を示す図である。
【図９】図１の弾性波装置の利用例としての分波器の構成を模式的に示す回路図である。
【図１０】図１の弾性波装置の利用例としての通信装置の構成を模式的に示す回路図である。
【図１１Ａ】ピッチｐを変化させたときのシミュレーション結果を示す図である。
【図１１Ｂ】ピッチｐを変化させたときのシミュレーション結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本開示に係る実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の説明で用いられる図は模式的なものであり、図面上の寸法比率等は現実のものとは必ずしも一致していない。
【０００９】
本開示に係る弾性波装置は、いずれの方向が上方または下方とされてもよいものであるが、以下では、便宜的に、Ｄ１軸、Ｄ２軸およびＤ３軸からなる直交座標系を定義するとともに、Ｄ３軸の正側を上方として、上面または下面等の用語を用いることがある。また、平面視または平面透視という場合、特に断りがない限りは、Ｄ３軸方向に見ることをいう。なお、Ｄ１軸は、後述する圧電層の上面に沿って伝搬する弾性波の伝搬方向に平行になるように定義され、Ｄ２軸は、圧電層の上面に平行かつＤ１軸に直交するように定義され、Ｄ３軸は、圧電層の上面に直交するように定義されている。
【００１０】
（弾性波装置の全体構成）
図１は、弾性波装置１の要部の構成を示す平面図である。図１（ａ）は後述する共振子の構成を示しており、図１（ｂ）は、図１（ａ）に示す共振子を複数設け、ラダー型フィルタを構成した例を示す。すなわち、直列共振子１５Ｓと並列共振子１５Ｐとをラダー型に接続している。ここで、直列共振子１５Ｓを第２共振子または共振子１５Ｈといい、直列共振子１５Ｓよりも共振周波数の低い並列共振子１５Ｐを第１共振子または共振子１５Ｌということがある。図２は、図１（ｂ）のII−II線（ＩＩａ−ＩＩａ線およびＩＩｂ−ＩＩｂ線）における断面図である。
【００１１】
弾性波装置１は、例えば、基板３（図２）と、基板３上に位置する多層膜５（図２）と、多層膜５上に位置する圧電層７と、圧電層７上に位置する導電層９とを有している。各層は、例えば、概ね一定の厚さとされている。なお、基板３、多層膜５および圧電層７の組み合わせを固着基板２（図２）ということがある。
【００１２】
弾性波装置１では、導電層９に電圧が印加されることによって、圧電層７を伝搬する弾性波が励振される。弾性波装置１は、例えば、この弾性波を利用する共振子および／またはフィルタを構成している。多層膜５は、例えば、弾性波を反射して弾性波のエネルギーを圧電層７に閉じ込めることに寄与している。基板３は、例えば、多層膜５および圧電層７の強度を補強することに寄与している。
【００１３】
弾性波装置１は、図１（ａ）に示す共振子１５を複数備えている。この例では、複数の共振子１５が互いに電気的に接続されてフィルタを構成している。すなわち、図１（ｂ）に示すように、端子Ｔ１と端子Ｔ２との間に直列共振子１５Ｓが直列に接続されており、直列共振子１５Ｓと基準電位Ｇｎｄとの間に並列共振子１５Ｐが、直列共振子１５Ｓに対して並列に接続されている。このような構成とすることで、複数の共振子１５（１５Ｓ，１５Ｐ）でラダー型フィルタを構成している。なお、図１（ｂ）においては、共振子１５の構造を簡略化して示している。
【００１４】
（固着基板の概略構成）
基板３は、直接的には、弾性波装置１の電気的特性に影響しない。従って、基板３の材料および寸法は適宜に設定されてよい。基板３の材料は、例えば、絶縁材料であり、絶縁材料は、例えば、樹脂またはセラミックである。なお、基板３は、圧電層７等に比較して熱膨張係数が低い材料によって構成されていてもよい。この場合、例えば、温度変化によって弾性波装置１の周波数特性が変化してしまうおそれを低減することができる。このような材料としては、例えば、シリコン等の半導体、サファイア等の単結晶および酸化アルミニウム質焼結体等のセラミックを挙げることができる。なお、基板３は、互いに異なる材料からなる複数の層が積層されて構成されていてもよい。基板３の厚さは、例えば、圧電層７よりも厚い。
【００１５】
多層膜５は、低音響インピーダンス層１１と高音響インピーダンス層１３とを交互に積層することにより構成されている。これにより、両者の界面においては弾性波の反射率が比較的高くなる。その結果、例えば、圧電層７を伝搬する弾性波の漏れが低減される。なお、低音響インピーダンス層１１を構成する材料としては、二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）を例示できる。高音響インピーダンス層１３を構成する材料としては、五酸化タンタル（Ｔａ2Ｏ5）や酸化ハフニウム（ＨｆＯ2）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ2）、酸化チタン（ＴｉＯ2）を例示できる。
【００１６】
多層膜５の積層数は適宜に設定されてよい。例えば、多層膜５は、低音響インピーダンス層１１および高音響インピーダンス層１３の合計の積層数が２層以上１２層以下とされてよい。多層膜５の合計の積層数は、偶数でもよいし、奇数でもよいが、圧電層７に接する層は、低音響インピーダンス層１１である。基板３に接する層については、低音響インピーダンス層１１，高音響インピーダンス層１３のいずれであってもよい。また、各層の間や、基板３と多層膜５との間、もしくは多層膜５と圧電層７との間に、密着や拡散防止を目的に付加膜を挿入してもよい。その場合には、付加膜は弾性波装置１の特性に影響を与えない程度に薄く（概ね０．０１λ以下）してもよい。
【００１７】
圧電層７は、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ3、以下、ＬＴという）やニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3、以下、ＬＮという）の単結晶によって構成されている。
【００１８】
圧電層７として、ＬＴを用いる場合には、カット角は、例えば、オイラー角で（０°±１０°，０°以上５５°以下，０°±１０°）である。別の観点では、ＬＴは、回転ＹカットＸ伝搬のものであり、Ｙ軸は、圧電層７の法線（Ｄ３軸）に対して９０°以上１４５°の角度で傾斜している。Ｘ軸は、圧電層７の上面（Ｄ１軸）に概ね平行である。ただし、Ｘ軸とＤ１軸とは、ＸＺ平面またはＤ１Ｄ２平面において−１０°以上１０°以下で傾斜していてもよい。
【００１９】
圧電層７として、ＬＮを用いる場合には、オイラー角で（０，０，ψ）、ただしψは０°以上３６０°以下とする。別の観点では、Ｚカット基板としてもよい。
【００２０】
また、圧電層７の厚さは、比較的薄くされており、例えば、後述するλを基準として、０．１７５λ以上０．３λ以下である。圧電層７のカット角および厚さをこのように設定することにより、弾性波として、スラブモードに近い振動モードのものを利用することが可能になる。具体的にはＡ１モードの板波を用いることができる。これにより、後述する電極指のピッチに対して相対的に高周波（例えば５ＧＨｚ以上）の共振周波数を実現することができる。
【００２１】
以下、本実施形態においては圧電層７としてＬＴを用いた場合を例に説明するものとする。
【００２２】
（導電層の概略構成）
導電層９は、例えば、金属により形成されている。金属は、適宜な種類のものとされてよく、例えば、アルミニウム（Ａｌ）またはＡｌを主成分とする合金（Ａｌ合金）である。Ａｌ合金は、例えば、Ａｌ−銅（Ｃｕ）合金である。なお、導電層９は、複数の金属層から構成されていてもよい。また、ＡｌまたはＡｌ合金と、圧電層７との間に、これらの接合性を強化するためのチタン（Ｔｉ）からなる比較的薄い層が設けられていてもよい。
【００２３】
導電層９は、図１（ａ）の例では、共振子１５を構成するように形成されている。共振子１５は、いわゆる１ポート弾性波共振子として構成されており、概念的かつ模式的に示す端子１７Ａおよび１７Ｂの一方から所定の周波数の電気信号が入力されると共振を生じ、その共振を生じた信号を端子１７Ａおよび１７Ｂの他方から出力可能である。
【００２４】
導電層９（共振子１５）は、例えば、ＩＤＴ電極１９と、ＩＤＴ電極１９の両側に位置する１対の反射器２１とを含んでいる。
【００２５】
ＩＤＴ電極１９は、１対の櫛歯電極２３を含んでいる。各櫛歯電極２３は、例えば、バスバー２５と、バスバー２５から互いに並列に延びる複数の電極指２７と、複数の電極指２７間においてバスバー２５から突出するダミー電極２９とを含んでいる。１対の櫛歯電極２３は、複数の電極指２７が互いに噛み合うように（交差するように）配置されている。
【００２６】
バスバー２５は、例えば、概ね一定の幅で弾性波の伝搬方向（Ｄ１軸方向）に直線状に延びる長尺状に形成されている。そして、一対のバスバー２５は、弾性波の伝搬方向に直交する方向（Ｄ２軸方向）において互いに対向している。なお、バスバー２５は、幅が変化したり、弾性波の伝搬方向に対して傾斜したりしていてもよい。
【００２７】
各電極指２７は、例えば、概ね一定の幅で弾性波の伝搬方向に直交する方向（Ｄ２軸方向）に直線状に延びる長尺状に形成されている。各櫛歯電極２３において、複数の電極指２７は、弾性波の伝搬方向に配列されている。また、一方の櫛歯電極２３の複数の電極指２７と他方の櫛歯電極２３の複数の電極指２７とは、基本的には交互に配列されている。
【００２８】
複数の電極指２７のピッチｐ（例えば互いに隣り合う２本の電極指２７の中心間距離）は、ＩＤＴ電極１９内において基本的に一定である。なお、ＩＤＴ電極１９の一部に、他の大部分よりもピッチｐが狭くなる狭ピッチ部、または他の大部分よりもピッチｐが広くなる広ピッチ部が設けられてもよい。
【００２９】
なお、以下において、ピッチｐという場合、特に断りがない限りは、上記のような狭ピッチ部または広ピッチ部のような特異な部分を除いた部分（複数の電極指２７の大部分）のピッチをいうものとする。また、特異な部分を除いた大部分の複数の電極指２７においても、ピッチが変化しているような場合においては、大部分の複数の電極指２７のピッチの平均値をピッチｐの値として用いてよい。
【００３０】
複数の電極指２７の長さは、例えば、互いに同等である。なお、ＩＤＴ電極１９は、複数の電極指２７の長さ（別の観点では交差幅）が伝搬方向の位置に応じて変化する、いわゆるアポダイズが施されていてもよい。
【００３１】
ダミー電極２９は、例えば、概ね一定の幅で弾性波の伝搬方向に直交する方向に突出している。また、一方の櫛歯電極２３のダミー電極２９の先端は、他方の櫛歯電極２３の電極指２７の先端とギャップを介して対向している。なお、ＩＤＴ電極１９は、ダミー電極２９を含まないものであってもよい。
【００３２】
１対の反射器２１は、弾性波の伝搬方向において複数のＩＤＴ電極１９の両側に位置している。各反射器２１は、例えば、格子状に形成されている。すなわち、反射器２１は、互いに対向する１対のバスバー３１と、１対のバスバー３１間において延びる複数のストリップ電極３３とを含んでいる。複数のストリップ電極３３のピッチ、および互いに隣接する電極指２７とストリップ電極３３とのピッチは、基本的には複数の電極指２７のピッチと同等である。
【００３３】
そして、圧電層７の上面は導電層９の上から保護膜３７によって覆われている。保護膜３７は、圧電層７よりも音速の遅い材料で構成する。そのような材料としては例えば、ＳｉＯ2やＳｉ3Ｎ4，Ｓｉ等がある。保護膜３７は、導電層９直上のみに設けてもよいし、導電層９で構成される電極指２７間にも設けてもよい。保護膜３７を電極指２７間にも設ける場合には、保護膜３７を絶縁材料としてもよい。また、保護膜３７はこれらの材料からなる複数層の積層体としてもよい。
【００３４】
保護膜３７は、単に導電層９の腐食を抑制するためのものであってもよいし、温度補償に寄与するものであってもよい。導電層９と保護膜３７との音響的境界を明瞭にするために、ＩＤＴ電極１９および反射器２１の上面または下面には、弾性波の反射係数を向上させるために、絶縁体または金属からなる付加膜が設けられてもよい。
【００３５】
このような保護膜３７の厚さは、直列共振子１５Ｓの直上と並列共振子１５Ｐの直上とで異なる。具体的には、並列共振子１５Ｐの直上における厚さは直列共振子１５Ｓの直上における厚さに比べて厚くなっている。なお、以後、「保護膜３７の厚さ」とは、断りがない限り、共振子を構成する電極指の上における厚さを指すものとする。保護膜３７の厚さについては後述する。
【００３６】
この例では、保護膜３７は電極指２７間にも位置しており、電極指２７間における保護膜３７の上面は導体層９の上面よりも下側に位置する。また、保護膜３７の電極指２７上における厚さは、電極指２７の厚さに比べ十分に薄く（例えば１／２以下と）なっている。
【００３７】
図１および図２に示した構成は、適宜にパッケージされてよい。パッケージは、例えば、不図示の基板上に隙間を介し圧電層７の上面を対向させるように図示の構成を実装し、その上から樹脂封止するものであってもよいし、圧電層７上に箱型のカバーを設けるウェハレベルパッケージ型のものであってもよい。
【００３８】
（スラブモードの利用）
１対の櫛歯電極２３に電圧が印加されると、複数の電極指２７によって圧電層７に電圧が印加され、圧電体である圧電層７が振動する。これにより、Ｄ１軸方向に伝搬する弾性波が励振される。弾性波は、複数の電極指２７によって反射される。そして、複数の電極指２７のピッチｐを概ね半波長（λ／２）とする定在波が立つ。定在波によって圧電層７に生じる電気信号は、複数の電極指２７によって取り出される。このような原理により、弾性波装置１は、ピッチｐを半波長とする弾性波の周波数を共振周波数とする共振子として機能する。なお、λは、通常、波長を示す記号であり、また、実際の弾性波の波長は２ｐからずれることもあるが、以下でλの記号を用いる場合、特に断りがない限り、λは２ｐを意味するものとする。
【００３９】
ここで、上述のように、圧電層７は、比較的薄くされ、かつそのオイラー角が（０°±１０°，０°〜５５°，０°±１０°）とされていることから、スラブモードの弾性波を利用可能になっている。スラブモードの弾性波の伝搬速度（音速）は、一般的なＳＡＷ（Surface Acoustic Wave）の伝搬速度よりも速い。例えば、一般的なＳＡＷの伝搬速度が３０００〜４０００ｍ／ｓであるのに対して、スラブモードの弾性波の伝搬速度は１００００ｍ／ｓ以上である。従って、従来と同等のピッチｐで、従来よりも高周波領域での共振を実現することができる。例えば、１μｍ以上のピッチｐで５ＧＨｚ以上の共振周波数を実現することができる。
【００４０】
（各層の材料および厚さの設定）
スラブモードの弾性波を利用して比較的高い周波数領域（例えば５ＧＨｚ以上）の共振を実現するためには、多層膜５の材料および厚さ、圧電体層（本実施形態では圧電層７）のオイラー角、材料および厚さ、ならびに導電層９の厚さの組み合わせに条件がある。
【００４１】
例えば、以下の条件としたときに、共振周波数および反共振周波数近傍にスプリアスが存在しない状態で５ＧＨｚの共振を得ることができた。
【００４２】
圧電層：
材料：ＬｉＴａＯ3
厚さ：０．２λ
オイラー角：（０，２４，０）
多層膜：
材料：２種（ＳｉＯ2，Ｔａ2Ｏ5）
厚さ：ＳｉＯ2層  ０．１０λ，Ｔａ2Ｏ5層  ０．９８λ
積層数：８層
導電層：
材料：Ａｌ
厚さ：０．０６λ
ピッチｐ：１μｍ（λ＝２μｍ）
なお、積層数は、２種の層の数の合計（例えば図２の例では４）である。また、以降のシミュレーションはピッチｐを１μｍとして行なったが、ピッチを変化させた場合も、λ＝２ｐで表される波長にしたがって実際の膜厚を変化させれば、共振特性は周波数依存性が全体的にシフトするだけで同様の結果となる。すなわち、波長またはピッチで規格化した場合も同様の結果を得ることができる。
【００４３】
上記の例の他にも、例えば、以下の条件としたときにピッチが０．９μｍ〜１．４μｍの場合であっても、５ＧＨｚ以上の共振を得ることができ、かつ、共振周波数および反共振周波数近傍にリップルのない状態を得ることができた。なお、以下の条件は、圧電層７の材料、圧電層７の厚さ、低音響インピーダンス層１１の材料、厚さ、高音響インピーダンス層１３の材料、厚さの順に各条件を／で区切って示している。
【００４４】
他条件１：ＬＴ／０．１７５λ／ＳｉＯ2／０．０９λ／Ｔａ2Ｏ5／０．０７λ
他条件２：ＬＴ／０．２λ／ＳｉＯ2／０．１λ／ＨｆＯ2／０．０８λ
他条件３：ＬＮ／０．１９λ／ＳｉＯ2／０．１λ／Ｔａ2Ｏ5／０．０７λ
他条件４：ＬＮ／０．２λ／ＳｉＯ2／０．０６λ／ＨｆＯ2／０．０９５λ
なお、保護膜３７の厚さは、断りがない限り、直列共振子１５Ｓと並列共振子１５Ｐとの間で同一の厚さとしてシミュレーションを行なった。
【００４５】
（スラブモードにおける共振周波数制御について）
弾性波装置１において、互いに異なる共振周波数を有する共振子１５を含む場合には、保護膜３７の厚さを異ならせることで、周波数特性を維持した状態で、周波数の調整を行なう。この例であれば、直列共振子１５Ｓと並列共振子１５Ｐとを有し、低い共振周波数を有する並列共振子１５Ｐを覆う保護膜３７の厚さを、直列共振子１５Ｓに比べて小さくしている。
【００４６】
一般的に、共振子１５の周波数を変化させるためには電極指２７のピッチを変更させる。図３に、共振子１５の電極指２７のピッチを異ならせたときの共振周波数の変化率を測定した。図３において、横軸はピッチ（単位：μｍ）、縦軸はピッチが１μｍとした場合に対する共振周波数の変化率を示している。また、比較例として、圧電層７の厚さを０．２ｍｍとした弾性波装置を作製し、同様に周波数特性を測定した。なお、比較例におけるピッチは１μｍとした。ここで、比較例の共振周波数と実施例の共振周波数とは異なるため、図３の縦軸は、共振周波数で規格化して表示している。ここで、保護膜３７の厚さは一定としている。
【００４７】
その結果、本実施形態の弾性波装置１はピッチが０．１μｍ変化すると共振周波数は６０００ＭＨｚから６１５０ＭＨｚに変化した。すなわち、基準となる共振周波数に対する変化率は２．５％となる。同様に、比較例に係る弾性波装置の場合には、ピッチ０．１μｍの変化に対して共振周波数は変化率１０％であった。すなわち、共振周波数を６０００ＭＨｚとすると６６００ＭＨｚに変化したことになる。このように、本実施形態の弾性波装置１は比較例に比べてピッチを変化させても共振周波数が変化しにくいことが確認された。このように、ピッチの変化に対する共振周波数の変化率が小さくなる現象は、圧電層７の厚さが０．６λ以下、より顕著になるのは０．５λ以下となった場合である。
【００４８】
また、スラブモードでの共振特性発現には圧電層７，多層膜５を構成する低音響インピーダンス層１１，高音響インピーダンス層１３の、λに対する厚さを特定の組み合わせにすることが求められており、そこから外れると、大きなリップルが発生してしまう。すなわち、同じ固着基板２に周波数の異なる共振子１５を構成すると、少なくとも一方の共振子１５は、圧電層７，多層膜５の相対膜厚が適正値からずれてしまい、結果として共振特性の波形が崩れリップルを生じてしまう。
【００４９】
具体的に、共振周波数の高い方の共振子１５Ｈ（第２共振子）と共振周波数の低い方の共振子１５Ｌ（第１共振子）とを例に検討する。共振子１５Ｈのピッチに合わせた固着基板２を用いる場合には、共振子１５Ｌの共振周波数を低くするために、共振子１５Ｈに比べピッチを大きくする。その場合には、λが大きくなり共振周波数は低周波数側に変化する。そして、圧電層７のλに対する相対膜厚は、λの増大とともに小さくなる。ここで、圧電層７の波長λに対する相対厚さは小さいほど共振周波数が高周波数側にシフトする。このため、共振子１５Ｌの共振周波数はピッチで設計した想定周波数よりも高くなってしまう。これを補正するために、さらに共振子１５Ｌのピッチを大きくすると、多層膜５を構成する各層との波長比が大きくずれ、共振子１５Ｌの共振波形にリップルが発生してしまう。
【００５０】
なお、共振子１５Ｌに合せた固着基板２を用いる場合には、逆に共振子１５Ｈの共振周波数が低下することとなり、高周波化を目指す場合には適さない。
【００５１】
このように、本実施形態の弾性波素子１の場合には、ピッチを変化させても共振周波数の変化率が低い上に、ピッチの変化により周波数特性（インピーダンス特性）の波形が崩れ、リップルが発生してしまうことが分かった。
【００５２】
共振周波数を変化させるためには、他にも導電層９の厚さを変化させたり、共振子１５のデューティーを変化させたりする手法が知られているが、いずれもλに対する厚さまたは寸法を制御するものである。このため、ピッチの場合と同様に、λに対する相対比率を調整すると周波数特性の波形が崩れ、リップルが発生する。
【００５３】
このため、保護膜３７の厚さを調整することで、共振子１５の共振周波数を調整するものとする。また、固着基板２の設計は、共振子１５Ｈよりの条件にすれば、高周波数化に有利である。
【００５４】
図４に保護膜３７の膜厚を異ならせたときの共振子の周波数特性を示す。図４（ａ）はインピーダンス特性を示すものであり、横軸は周波数（単位：ＭＨｚ）、縦軸はインピーダンス（単位：ｏｈｍ）である。図４（ｂ）は位相特性を示すものであり、横軸は周波数（単位：ＭＨｚ）、縦軸は位相（単位：ｄｅｇ）である。図４に示す通り、保護膜３７の膜厚を０．００５μｍ〜０．０２５μｍまで変化させたとき、膜厚が厚くなるにつれて共振周波数が低周波数側にシフトすることを確認した。具体的には、保護膜厚を１００Å（すなわち０．０１ｐ）変化させることで共振周波数を４４ＭＨｚ低周波数側にシフトさせることができた。また、保護膜３７の厚さを変化させても波形が崩れることがないことも確認できた。言い換えると、保護膜３７の厚さを異ならせても新たなリップルは発生しないことを確認した。
【００５５】
一方、保護膜３７の厚さを厚くしていくと、ロスが大きくなる（最大位相が小さくなる）。図５は、保護膜３７の厚さと最大位相との相関を示す線図である。図５において、横軸は保護膜３７の厚さ（単位：μｍ）であり、縦軸は最大位相（単位：ｄｅｇ）である。図５からも明らかなように、保護膜３７の厚さが０．０４μｍ（すなわち、ピッチｐに換算すると０．０４ｐ）を超えると急激に最大位相が小さくなることを確認した。以上より、保護膜３７は、共振子Ｈ（図１に示す例では、直列共振子１５Ｓ）の電極指２７上よりも共振子Ｌ（図１に示す例では、並列共振子１５Ｐ）の電極指２７上において厚さが厚く、かつその厚さを０．０４ｐ以下とすることで、共振子１５Ｈ，共振子１５Ｌともに所望の共振周波数に調整可能とし、さらにロスの発生を抑制することができる。さらに、０．０２５ｐ以下とする場合には、二次関数的に最大位相が小さくなることがないので、よりロスの低減を抑制することができる。
【００５６】
＜変形例１＞
上述の実施形態によれば、共振子１５の周波数調整を保護膜３７の厚さのみで調整した場合を説明したが、他の周波数調整法と組み合わせてもよい。
【００５７】
まず、ピッチｐによる周波数調整について検討する。図６（図６Ａ，図６Ｂ）に、共振子１５において、ピッチｐを変化させたときのインピーダンス特性および位相特性を示す。図６Ａには、ピッチを０．８μｍ，０．９μｍ，１．０μｍとしたときの（すなわち１．０μｍの場合を基準としたときに０．８ｐ，０．９ｐ，ｐとしたときの）特性を示し、図６Ｂには、ピッチを１．１μｍ，１．２μｍとしたときの（１．１ｐ，１．２ｐとしたときの）特性を示す。
【００５８】
図６において、横軸は規格化周波数、縦軸は、左側がインピーダンス（単位：ｏｈｍ）を、右側が位相（単位：ｄｅｇ）である。図６からも明らかなように、ピッチｐが１．０ｐから０．９ｐになると共振周波数の低周波数側にスプリアスが発現し始め、０．８ｐになると波形自体が崩れることを確認した。これより、ピッチｐの下限値を０．９ｐ以上とする。一方、ピッチｐが１．０ｐから１．２ｐとなると、反共振周波数の近傍にスプリアスが発現し始める。このことから、ピッチｐの上限値は１．２ｐ以上とする。
【００５９】
前述の通り、ピッチｐの変化に対しては、周波数変化率が低く、かつ、波形が崩れてしまう。しかしながら、ピッチｐを０．９ｐ以上１．２ｐ以下とすることで波形を維持しつつ、周波数調整を補うことができる。
【００６０】
ここで、一方の共振子１５のピッチをｐ１，共振周波数をｆｒ１、他方の共振子１５のピッチをｐ２、共振周波数をｆｒ２とするときに、以下の関係を満たす上で、かつ、保護膜３７の厚さを上述の実施形態の通りとしてもよい。
０．９ｐ１≦ｐ２≦１．２ｐ１
｜ｐ２／ｐ１−１｜≧｜ｆｒ２／ｆｒ１−１｜
すなわち、波形が崩れない範囲で共振周波数の変化率以上にピッチを変化させた上で、保護膜３７の厚さを調整することで、保護膜３７の厚さ調整の効果とピッチ調整による効果との効果を効率的に奏することができる。
【００６１】
なお、図１（ｂ）に示すように、直列共振子１５ｓが複数あり、個々の共振周波数をずらしている場合には、直列共振子１５ｓのうち平均値近傍の共振周波数を発現する共振子１５のピッチを基準としてもよい。
【００６２】
次に、導電層９の厚さによる周波数調整について検討する。図７（ａ），図７（ｂ）は共振子１５において、導電層９の厚さを０．０２μｍ刻み（波長比で１％刻み）で変化させたときのインピーダンス特性および位相特性を示す。図７において、横軸は周波数（単位：ＭＨｚ）、縦軸は、図７（ａ）ではインピーダンス（単位：ｏｈｍ）を、図７（ｂ）では位相（単位：ｄｅｇ）をそれぞれ示している。図７からも明らかなように、導電層９の厚さを変化させることで共振周波数をシフトさせることができるが、導電層９の厚さを厚くしていくと共振周波数と反共振周波数との間にリップルが発生することを確認した。このことから、導電層９の膜厚は、共振子１５Ｈと共振子１５Ｌとで、波長比で±１％以内（ピッチ比で±２％以内）の違いに抑えてもよい。その場合には、スプリアスの影響を低減することができる。
【００６３】
次に、電極指２７のＤｕｔｙによる周波数調整について検討する。図８（ａ），図８（ｂ）は、共振子１５においてＤｕｔｙを変化させたときのインピーダンス特性および位相特性を示す。図８からも明らかなように、Ｄｕｔｙを大きくするにつれて共振周波数は低周波数側にシフトしていくことが確認された。具体的には、Ｄｕｔｙを０．１大きくすることで、共振周波数を６０ＭＨｚ低周波数側にシフトさせることができた。なお、Ｄｕｔｙを０．４とした場合には、反共振周波数近傍にリップルが発生することを確認した。このことから、保護膜３７の厚さを変化させるのに加え、Ｄｕｔｙを０．５〜０．５５の範囲で調整してもよい。
【００６４】
以上のように、電極膜厚，ピッチ，Ｄｕｔｙを変化させる場合には、スプリアスの影響を低減させるための調整が必要となる。もしくは、スプリアスの影響を低減させるための調整を行なわずに、電極膜厚，ピッチ，Ｄｕｔｙを変化させる場合には、変化させることのできる範囲が小さくなる。これに対して、保護膜３７の厚さを変化させる場合にはスプリアスへの影響が小さいため、設計が容易となる。
【００６５】
＜変形例２＞
上述の例では、ラダー型フィルタの構成について特に限定はしていないが、通過帯域の広いフィルタを構成する場合に、弾性波装置１を適用してもよい。具体的には、直列共振子１５Ｓの反共振周波数が、並列共振子１５Ｐ共振周波数よりも低周波数側に位置するようなフィルタに適用する。この場合には、ピッチｐのみの周波数調整では周波数調整を行なうことが困難であるためである。
【００６６】
また、ピッチｐを１０％変化させたときの周波数変化率が１０％以下となるような固着基板２上にＩＤＴ電極１９を形成する場合には、弾性波装置１を適用してもよい。さらに、ピッチｐを１０％変化させたときの周波数変化率が５％以下となるような固着基板２上にＩＤＴ電極１９を形成する場合には、弾性波装置１を適用してもよい。
【００６７】
また、上述の例では、ラダー型フィルタの直列共振子と並列共振子との間で保護膜３７の厚さを異ならせたが、それに限定されない。例えば、異なる通過帯域を形成する２つのフィルタ間で異ならせてもよいし、フィルタとそれに接続される共振子との間で異ならせてもよい。
【００６８】
＜変形例３＞
上述の例では、圧電層７としてＬＴを用いた場合を例に説明したが、ＬＮを用いてもよい。圧電層７としてＬＮを用いたときも同様に保護膜３７の厚さを変更することで周波数調整を行なえることを確認した。また、ＬＴの場合と同様に、保護膜３７の厚さを異ならせても波形の崩れはないことも確認した。
【００６９】
図１１（図１１Ａ，図１１Ｂ）に、圧電層７としてＬＮを用いて、電極指２７のピッチを異ならせたときの周波数特性を示した。すなわち、図６に相当する図である。図１１Ａは、ピッチを０．８μｍ（１．０μｍを基準としたときに０．８ｐ），０．９μｍ（すなわち０．９ｐ），１．０μｍ（すなわちｐ）としたときの特性を示す。図１１Ｂは、ピッチを１．１μｍ（１．０μｍを基準としたときに１．１ｐ），１．２μｍ（すなわち１．２ｐ）としたときの特性を示す。
【００７０】
図１１からも明らかなように、圧電層７としてＬＮを用いた場合には、電極指２７のピッチによる周波数調整がさらにＬＴを用いた場合に比べ困難となる。すなわち、０．９ｐ〜１．０ｐまでの範囲で調整が可能であるが、これを超えてピッチを変化させるとリップルが多数発生し、波形が崩れることを確認できた。
【００７１】
（弾性波装置の利用例：分波器）
図９は、弾性波装置１の利用例としての分波器１０１の構成を模式的に示す回路図である。この図の紙面左上に示された符号から理解されるように、この図では、櫛歯電極２３・反射器２１を簡略化して表わされている。
【００７２】
分波器１０１は、例えば、送信端子１０５からの送信信号をフィルタリングしてアンテナ端子１０３へ出力する送信フィルタ１０９と、アンテナ端子１０３からの受信信号をフィルタリングして１対の受信端子１０７に出力する受信フィルタ１１１とを有している。
【００７３】
送信フィルタ１０９は、例えば、複数の共振子１５がラダー型に接続されて構成された、ラダー型フィルタによって構成されている。すなわち、送信フィルタ１０９は、送信端子１０５とアンテナ端子１０３との間に直列に接続された複数（１つでも可）の共振子１５と、その直列のライン（直列腕）と基準電位とを接続する複数（１つでも可）の共振子１５（並列腕）とを有している。なお、送信フィルタ１０９を構成する複数の共振子１５は、例えば、同一の固着基板２（３、５および７）に設けられている。
【００７４】
受信フィルタ１１１は、例えば、共振子１５と、多重モード型フィルタ（ダブルモード型フィルタを含むものとする。）１１３とを含んで構成されている。多重モード型フィルタ１１３は、弾性波の伝搬方向に配列された複数（図示の例では３つ）のＩＤＴ電極１９と、その両側に配置された１対の反射器２１とを有している。なお、受信フィルタ１１１を構成する共振子１５および多重モード型フィルタ１１３は、例えば、同一の固着基板２に設けられている。
【００７５】
なお、送信フィルタ１０９および受信フィルタ１１１は、同一の固着基板２に設けられていてもよいし、互いに異なる固着基板２に設けられていてもよい。図９は、あくまで分波器１０１の構成の一例であり、例えば、受信フィルタ１１１が送信フィルタ１０９と同様にラダー型フィルタによって構成されるなどしてもよい。
【００７６】
なお、分波器１０１として、送信フィルタ１０９と受信フィルタ１１１とを備える場合について説明したが、これに限定されない。例えば、ダイプレクサでもよいし、３以上のフィルタを含んだマルチプレクサであってもよい。
【００７７】
（弾性波装置の利用例：通信装置）
図１０は、弾性波装置１（分波器１０１）の利用例としての通信装置１５１の要部を示すブロック図である。通信装置１５１は、電波を利用した無線通信を行うものであり、分波器１０１を含んでいる。
【００７８】
通信装置１５１において、送信すべき情報を含む送信情報信号ＴＩＳは、ＲＦ−ＩＣ（Radio Frequency Integrated Circuit）１５３によって変調および周波数の引き上げ（搬送波周波数の高周波信号への変換）がなされて送信信号ＴＳとされる。送信信号ＴＳは、バンドパスフィルタ１５５によって送信用の通過帯以外の不要成分が除去され、増幅器１５７によって増幅されて分波器１０１（送信端子１０５）に入力される。そして、分波器１０１（送信フィルタ１０９）は、入力された送信信号ＴＳから送信用の通過帯以外の不要成分を除去し、その除去後の送信信号ＴＳをアンテナ端子１０３からアンテナ１５９に出力する。アンテナ１５９は、入力された電気信号（送信信号ＴＳ）を無線信号（電波）に変換して送信する。
【００７９】
また、通信装置１５１において、アンテナ１５９によって受信された無線信号（電波）は、アンテナ１５９によって電気信号（受信信号ＲＳ）に変換されて分波器１０１（アンテナ端子１０３）に入力される。分波器１０１（受信フィルタ１１１）は、入力された受信信号ＲＳから受信用の通過帯以外の不要成分を除去して受信端子１０７から増幅器１６１へ出力する。出力された受信信号ＲＳは、増幅器１６１によって増幅され、バンドパスフィルタ１６３によって受信用の通過帯以外の不要成分が除去される。そして、受信信号ＲＳは、ＲＦ−ＩＣ１５３によって周波数の引き下げおよび復調がなされて受信情報信号ＲＩＳとされる。
【００８０】
なお、送信情報信号ＴＩＳおよび受信情報信号ＲＩＳは、適宜な情報を含む低周波信号（ベースバンド信号）でよく、例えば、アナログの音声信号もしくはデジタル化された音声信号である。無線信号の通過帯は、適宜に設定されてよく、本実施形態では、比較的高周波の通過帯（例えば５ＧＨｚ以上）も可能である。変調方式は、位相変調、振幅変調、周波数変調もしくはこれらのいずれか２つ以上の組み合わせのいずれであってもよい。回路方式は、図１７では、ダイレクトコンバージョン方式を例示したが、それ以外の適宜なものとされてよく、例えば、ダブルスーパーヘテロダイン方式であってもよい。また、図１０は、要部のみを模式的に示すものであり、適宜な位置にローパスフィルタやアイソレータ等が追加されてもよいし、また、増幅器等の位置が変更されてもよい。
【００８１】
本開示は、以上の実施形態に限定されず、種々の態様で実施されてよい。例えば、各層の厚さおよび圧電層のオイラー角は、実施形態で例示した範囲外の値とされてもよい。また、本開示では、ラダー型フィルタの例を示したがバンドエルミネーションフィルタに適用してもよい。その場合には、ロスが大きくなってもスプリアスがなければ特性を維持できるので、保護膜３７をより自由に調整できるものとなる。そして、このバンドエルミネーションフィルタに他の帯域通過フィルタを組み合わせて、一つ帯域通過フィルタを提供してもよい。
【符号の説明】
【００８２】
１…弾性波装置、３…基板、５…多層膜、７…圧電層、１９…ＩＤＴ電極、１１…低音響インピーダンス層、１３…高音響インピーダンス層、３７…保護膜。
【図１】
2020095586.tif 000003
【図２】
2020095586.tif 000004
【図３】
2020095586.tif 000005
【図４】
2020095586.tif 000006
【図５】
2020095586.tif 000007
【図６Ａ】
2020095586.tif 000008
【図６Ｂ】
2020095586.tif 000009
【図７】
2020095586.tif 000010
【図８】
2020095586.tif 000011
【図９】
2020095586.tif 000012
【図１０】
2020095586.tif 000013
【図１１Ａ】
2020095586.tif 000014
【図１１Ｂ】
2020095586.tif 000015
【国際調査報告】
2020095586.tif 000016
2020095586.tif 000017
2020095586.tif 000018
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