CN103891138B - 弹性波装置 - Google Patents

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Abstract

提供不管压电体的厚度偏差如何都难以产生频率特性的偏差且能提高机电耦合系数k2的弹性波装置。弹性波装置(1)在支承基板(2)上层叠介质层(3)、压电体(4)以及IDT电极(5)，所述介质层(3)由包含低速介质和高速介质的介质构成，其中低速介质是与在压电体中传播、利用的弹性波的传播速度相比与该弹性波的主振动分量相同的体波的传播速度低的介质，高速介质是与该弹性波的主振动分量相同的体波的传播速度高于该弹性波的传播速度的介质。

Description

弹性波装置
技术领域
本发明涉及利用了在压电体中传播的弹性波的弹性波装置，更详细地，涉及在支承基板与压电体间配置介质层而成的弹性波装置，介质层存在在压电体中传播的弹性波的主传播模的振动分布。
背景技术
过去，作为谐振器和带通滤波器，广泛使用弹性波装置。近年来，在弹性波装置中强烈要求高频化。
在下述的专利文献1中，公开了回应上述那样的要求的弹性表面波装置。在专利文献1中，在电介质基板上形成硬质的电介质层。硬质电介质层上层叠压电体薄膜。另外，在压电体薄膜上设置用于使泄漏弹性表面波激发的电极。在此，在将泄漏弹性表面波的波长设为λ、将压电体薄膜的厚度设为Tp时，归一化膜厚khp＝2πTp/λ成为约0.5～1.5的范围。由此，能实现弹性表面波装置的高频化。
先行技术文献
专利文献
专利文献1：JP特开2004-282232号公报
发明的概要
发明要解决的课题
在专利文献1记载的弹性表面波装置中，在电介质基板与压电体薄膜间配置硬质电介质层，由此来谋求高音速化。但是，在这样的构成中，不仅是要利用的泄漏弹性表面波，弹性表面波的高阶模也是一边在压电体薄膜表面与压电体薄膜以及硬质电介质层的边界反射一边传播。由此出现高阶模引起的杂散，有特性变差这样的问题。
另外，在现有的弹性表面波装置中，若因制造偏差而压电体薄膜的厚度出现偏差，则有弹性表面波装置的特性出现偏差这样的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种弹性波装置，能谋求高频化，频率偏差小，并且能抑制高阶模引起的杂散，能得到良好的谐振特性或滤波器特性。
用于解决课题的手段
本发明所涉及的弹性波装置具备：支承基板；层叠于支承基板上的介质层；重叠在介质层上、传播体波的压电体；和形成在压电体的1个面的IDT电极。在本发明中，介质层包含低速介质和高速介质，其中低速介质是与在所述压电体中传播的弹性波的音速相比与所述弹性波的主分量的体波相同的体波的传播速度为低速的介质，高速介质是与在所述压电体中传播的所述弹性波的音速相比与所述弹性波的主分量的体波相同的体波的传播速度为高速的介质，如下地形成所述介质层：在将由所述高速介质形成该介质层的情况下的主振动模的音速设为VH、将由所述低速介质形成该介质层的情况下的主振动模的音速设为VL时，形成所述介质层的弹性波装置中的主振动模的音速成为VL＜主振动模的音速＜VH。
在本发明所涉及的弹性波装置的某特定的局面下，所述介质层由混和了低速介质和高速介质而成的复合介质构成。在该情况下，能对应于高速介质和低速介质的混合比容易地形成具有在高速介质和低速介质中传播的体波音速之间的体波音速的中速介质。并且，能通过调整上述混合比来高精度地控制在介质层中传播的体波。
在本发明所涉及的弹性波装置的其它特定的局面下，所述介质层由具有由所述低速介质构成的低速介质层、和由所述高速介质构成的高速介质层的层叠体构成。在该情况下，能通过控制低速介质层的厚度以及高速介质层的厚度容易地控制在介质层中传播的体波音速。另外，仅是层叠低速介质层和高速介质层就能容易地形成介质层。优选地，所述层叠体由层叠3层以上的层构成。
在本发明所涉及的弹性波装置其它特定的局面下，在所述介质层中传播、且与在所述压电体中传播的弹性波的主传播模的体波相同的体波分量的音速是在所述高速介质中传播的所述体波的音速、和在所述低速介质中传播的体波的音速之间的值。这种情况下，能更有效果地抑制高阶模杂散，且能抑制制造偏差。
在本发明所涉及的弹性波装置中，优选地，介质层的介电常数低于体的介电常数。这种情况下，能使机电耦合系数k2较大。
在本发明所涉及的弹性波装置的再另外的特定的局面下，在由所述层叠体构成的介质层中，所述低速介质层配置得比所述高速介质层更靠所述压电体侧。在这种情况下，能提高弹性波的能量的集中性。因此，能改善谐振特性。
发明的效果
在本发明所涉及的弹性波装置中，由于介质层包含上述低速介质和高速介质，因此能抑制因压电体的厚度引起的主传播模的频率偏差。另外，能有效果地抑制高阶模引起的杂散。因此，能在谋求高频化的同时得到良好的谐振特性和滤波器特性。
附图说明
图1(a)是本发明的1个实施方式所涉及的弹性波装置的概略主视截面图，图1(b)是表示其电极构造的示意俯视图。
图2是表示由SiON构成的复合介质中的N/(O+N)(％)与纵波以及横波的音速的关系的图。
图3是表示具有在42°Y切割X传播的LiTaO3层叠由SiON构成的介质层的构造的弹性波装置中的O/(N+O)(％)与U2-1、U1-1以及U2-2模的音速的关系的图。
图4是表示具有在42°Y切割X传播的LiTaO3层叠由SiON构成的介质层的构造的弹性波装置中的O/(N+O)(％)与U2-1、U1-1以及U2-2模的机电耦合系数k2的关系的图。
图5是表示具有在42°Y切割X传播的LiTaO3层叠由SiON构成的介质层的构造的弹性波装置中的O/(N+O)(％)与U2-1、U1-1以及U2-2模的传播损耗α的关系的图。
图6(a)是表示没有由SiON构成的介质层的比较例的弹性波装置的阻抗特性的图，图6(b)是表示SiON中的O/(N+O)为100％的情况下的阻抗特性的图。
图7(a)以及图7(b)是表示由SiON构成的介质层中的O/(N+O)的比例为80重量％以及60重量％的情况下的阻抗特性的各图。
图8(a)以及图8(b)是表示由SiON构成的介质层中的O/(N+O)的比例为40重量％以及20重量％的情况下的阻抗特性的各图。
图9是表示由SiON构成的介质层中的O/(N+O)为0％即全为SiN的情况下的阻抗特性的图。
图10是表示42°Y切割X传播的LiTaO3中的基模的U1模、U2模以及U3模的能量分布的图。
图11是表示在介质层SiON中O/(N+O)为0％的情况下的基模的U1模、U2模以及U3模的能量分布。
图12是表示在介质层SiON中O/(N+O)为0％的情况下的杂散即高阶模的U1分量、U2分量以及U3分量的能量分布的图。
图13是表示在介质层SiON中O/(N+O)为40％的情况下的基模的U1模、U2模以及U3模的能量分布的图。
图14是表示在介质层SiON中O/(N+O)为40％的情况下的杂散即高阶模的U1分量、U2分量以及U3分量的能量分布的图。
图15是表示在在介质层SiON中O/(N+O)为80％的情况下的基模的U1模、U2模以及U3模的能量分布的图。
图16是表示在介质层SiON中O/(N+O)为80％的情况下的杂散即高阶模的U1分量、U2分量以及U3分量的能量分布的图。
图17是表示在介质层SiON中O/(N+O)为100％的情况下的基模的U1模、U2模以及U3模的能量分布的图。
图18是表示在介质层SiON中O/(N+O)为100％的情况下的杂散即高阶模的U1分量、U2分量以及U3分量的能量分布的图。
图19是本发明的其它实施方式所涉及的弹性波装置的示意主视截面图。
图20是本发明的再其它实施方式所涉及的弹性波装置的示意主视截面图。
图21是本发明的再另外实施方式所涉及的弹性波装置的示意主视截面图。
图22是表示层叠由SiON构成的介质层和由SiO2构成的低速介质层的构造中的层叠数、层叠比例、和音速的关系的图。
图23是表示层叠由SiON构成的介质层和由SiO2构成的低速介质层的层叠的构造中的层叠数、层叠比例、和阻抗的关系的图。
图24是表示层叠由SiON构成的介质层和由SiO2构成的低速介质层的构造中的层叠数、层叠比例、和相对频带宽度(Fa-Fr)/Fr的关系的图。
图25是表示层叠由SiON构成的介质层和由SiO2构成的低速介质层的构造中的层叠数、层叠比例、和阻抗最小值Zr的关系的图。
图26是表示使利用了由SiO2构成的低速介质层和由SiN构成的高速介质层的层叠体的构成中的层叠体的层叠数变化的情况下的阻抗特性的变化的图。
图27是表示使利用了由SiO2构成的低速介质层和由SiN构成的高速介质层的层叠体的构成中的层叠体的层叠数变化的情况下的相位特性的变化的图。
图28是表示使利用了由SiO2构成的低速介质层和由SiN构成的高速介质层的层叠体的构成中的层叠体的层叠数变化的情况下的阻抗特性的变化的图。
图29是表示使利用了由SiO2构成的低速介质层和由SiN构成的高速介质层的层叠体的构成中的层叠体的层叠数变化的情况下的相位特性的变化的图。
图30是表示利用了层叠由SiO2构成的低速介质层以及由SiN构成的高速介质层的构造的构成中的SiO2的厚度比与音速的关系的图。
图31是表示利用了层叠由SiO2构成的低速介质层以及由SiN构成的高速介质层的构造的构成中的SiO2的厚度比与峰谷比(Za/Zr)的关系的图。
图32是表示利用了层叠由SiO2构成的低速介质层以及由SiN构成的高速介质层的构造的构成中的SiO2的厚度比与频带宽度(Fa-Fr)/(Fr)的关系的图。
图33是表示利用了层叠由SiO2构成的低速介质层以及由SiN构成的高速介质层的构造的构成中的SiO2的厚度比与最小阻抗Zr的关系的图。
图34(a)以及图34(b)是表示本发明的弹性波装置的变形例的示意主视截面图。
具体实施方式
下面参考附图来说明本发明的具体的实施方式，由此使本发明变得明了。
另外，在本发明中，弹性波以及波的各分量的定义如以下那样。
如公知那样，弹性波是沿弹性体的表面或固体间的界面传播的波。在弹性波中存在弹性表面波、弹性边界波以及板波等。弹性波是U1分量、U2以及U3分量中的至少1个振动分量介由弹性体表面或上述界面耦合并传播的波。在此，U1是弹性波的传播方向，U2是弹性体表面或界面的面方向，且是与弹性波的传播方向垂直的方向，U3是与上述弹性体表面或界面垂直的方向。所谓U1分量是U1方向的振动分量，也被称作P波分量。另外，U2分量是U2方向的振动分量，也被称作SH波分量。U3分量是U3方向的振动分量，也被称作SV波分量。
在各向异性的结晶的LiTaO3或LiNbO3中传播的弹性波中，上述U1分量～U3分量在众多结晶方位耦合并进行传播。这其中，SV波分量和P波分量成为振动的主体的传播模在弹性表面波中被称作瑞利波，在弹性边界波中被称作斯通利波，在板波的情况下被称作兰姆波。作为SH波分量成为振动的主体的弹性波传播模，被称作SH型弹性表面波、SH型弹性边界波、SH型板波。作为P波分量成为振动的主体的弹性波，知道纵波型表面波。
例如，SH型弹性表面波以SH波为主振动分量，对SH波耦合SV波以及P波，并进行传播。因此，若取SH型表面波为例，则上述SH波成为主振动分量。
关于在氧化硅、氮化硅或氮化铝这样的各向同性的弹性体中传播的体波，也存在有相对于传播方向垂直的方向的位移的横波(S波)、以及有相对于传播方向水平的方向的位移的纵波(P波)。另外，在单结晶或氮化铝等的取向膜等的具有各向异性的弹性体中传播的体波中，横波作为快的横波和慢的横波这2个种类来进行传播。另外，这些体波因材料不同而具有固有的音速。
在本发明中，所谓高速介质是指，与弹性波装置中利用的弹性波的主振动分量的体波相同的体波的音速快于所利用的弹性波的音速的弹性体。另外，在所述主振动分量为SH波或SV波的情况下，所谓相同的体波表示具有大致同方向的位移分量的横波。所谓低速介质是指与弹性波装置中利用的弹性波的主振动分量相同的体波的音速慢于所利用的弹性波的音速的弹性体。并且，在将由所述高速介质形成该介质层的情况下的主振动模的音速设为VH、将由所述低速介质形成该介质层的情况下的主振动模的音速设为VI时，将形成所述介质层的弹性波装置中的主振动模的音速成为VL＜主振动模的音速＜VH这样的主振动模的音速定义为中间音速。另外，下面波长只要没有特别的否认，指的就是所利用的弹性波即主传播模的波长。该波长与IDT电极的电极指周期相等。
图1(a)是本发明的第1实施方式所涉及的示意主视截面图。
弹性波装置1具有支承基板2。在支承基板2上层叠有介质层3。在介质层3上层叠有压电体4。在压电体4上形成包含IDT电极5的电极构造。
支承基板2能由能支承介质层3以及压电体4的适宜的材料形成。作为这样的材料，能使用玻璃、氧化铝等的绝缘性陶瓷、LiNbO3等的结晶。另外，在使用LiNbO3等的结晶的情况下，由于不是能作为压电体来利用的材料，因此期望使用低品位且廉价的结晶。
压电体4，为了对IDT电极5施加交流电场时使弹性波激发而设。对于这样的压电体4并没有特别的限定，能适当地使用LiTaO3、LiNbO3、水晶等的压电体单结晶。在本实施方式中，压电体4使用42°Y切割X传播、欧拉角为(0°，132°，0°)的LiTaO3。
IDT电极5能由Al、Cu、Au、Ag、Pt、W、Mo等适宜的金属、或以这些金属为主体的合金形成。IDT电极5也可以由层叠多个金属膜而成的层叠金属膜形成。在本实施方式中，IDT电极5由Al构成。另外，上述电极构造并没有特别的限定，例如能如图1(b)所示，使用在IDT电极5的弹性波传播方向两侧配置反射器6、7的构造。这种情况下能遵循本发明来构成弹性表面波谐振器。
本实施方式的弹性波装置1的特征在于，上述介质层3层叠在与设置压电体4的IDT电极5一侧相反侧的面上。即，介质层3层叠在支承基板2与压电体4间。
介质层3在在本实施方式中由混合了低速介质和高速介质而成的复合介质构成。在本实施方式中，介质层3由氧化硅和氮化硅的混合材料构成。氮化硅相当于上述高速介质，氧化硅相当于低速介质。并且，通过设置介质层3，在弹性波装置1中，前述的中间音速的主振动模进行传播。
在弹性波装置1中，由于设置了上述介质层3，因此即使压电体4的膜厚存在偏差也能减小弹性波装置1的频率偏差。此外还能得到大的机电耦合系数k2。下面对其进行详细说明。
在以下，复合介质层的厚度设为3λ。另外，由42°Y切割X传播的LiTaO3构成的压电体4的厚度设为0.5λ。由Al构成的IDT电极5的厚度设为0.08λ。分别求取这样的构成下的复合介质层中的氧化硅与氮化硅的混合比、与弹性表面波的音速Vm、机电耦合系数k2、传播损耗α、能流角PFA、振动位移、阻抗特性的关系。
另外，在本实施方式的弹性波装置1中，利用以SH波为主体的SH型表面波的基模。因此，SH型表面波的高阶模和瑞利波成为杂散。
在本实施方式中，由复合介质层构成的介质层3如前述那样由氮化硅和氧化硅的混合材料构成。在此，在图2示出使混合比N/(O+N)变化的情况下的音速的变化。混合比N/(O+N)(％)是氮化硅相对于氮化硅和氧化硅的合计的比例(重量％)的略记。
氮化硅中的S波的音速Vs为5973m/秒，氧化硅中的S波的音速Vs为3757m/秒。另外，氮化硅中的P波的音速Vp为10642m/秒，氧化硅中的P波的音速Vp为5960m/秒。
如从图2所明了那样，可知能通过使混合比N/(O+N)变化来使音速Vp以及Vs变化。即，氧化硅和氮化硅的混合物的氮氧化硅SiOxNy(x，y为整数)的音速成为氧化硅的音速和氮化硅的音速的中间的值。并且可知，能通过调整混合比N/(O+N)来调整纵波的P波以及横波的S波的音速。特别如图2所示，可知能通过提高上述混合比来提高P波的音速Vp以及S波的音速Vs。
另外，在下述表1示出上述氮氧化硅SiOxNy中的组成、和弹性常数C11以及C12、密度p以及介电常数ε11的关系。
[表1]
另外，氮氧化硅SiOxNy膜中的x以及y能通过以氧化硅SiO2和氮化硅Si3N4为基准进行计算来求得。在表1中，在N为0％的情况下成为氧化硅SiO2。另外O(％)表示氧化硅SiO2的混合比例。
使用由上述复合介质层构成的介质层3，以前述的条件为前提，通过下述的计算方法来求取弹性波装置1中的表面波的音速Vm、机电耦合系数k2、传播损耗α。
在此，遵循“A method for estimating optimal cuts and propagationdirections for excitation and propagation directions for excitation ofpiezoelectric surface waves(估计用于激发的理想切割和传播方向的方法和压电体表面波的用于激发的传播方向)”(J.J.Campbell and W.R.Jones,IEEE Trans.Sonics andUltrason.,Vo1.SU-15(1968)pp.209-217)中公开的。设在开放边界的情况下不产生IDT电极5与压电体4的边界的位移点、电位点、电通量密度的法线分量。上下方向的应力连续，不在介质层3与支承基板2的界面产生弹性波的反射。将作为IDT电极5的Al的相对介电常数设为1来求取音速以及传播损耗。在短路边界的情况下，将IDT电极5与压电体4的边界的电位设为0来求取。
机电耦合系数k2通过下述的式(1)求取。另外，式(1)中的Vf是开放边界的音速。Vm是敷金属的情况下、即具有IDT电极5的弹性波装置1中的音速。
k2＝2x|Vf-Vm|/Vf …(1)
图3是表示如此求得的混合比O/(N+O)与弹性波装置1中的各振动分量的音速的关系的图。另外，图4是表示上述混合比与机电耦合系数k2的关系的图，图5是表示上述混合比与传播损耗α的关系的图。在图3～图5中，U1-1表示P波和SV波为主体的瑞利波。U2-1表示SH波的SH型表面波的基模，是在弹性波装置1中使用的弹性波。U2-2表示SH型表面波的高阶模。如前述那样，由于利用SH型表面波的基模、即由于利用U2-1，因此U2-2以及U1-1是成为杂散的模。
如从图3所明确的那样，在O/(N+O)超过60％时，U1-1模的音速变得高于横波的速度Vs。因此，在混合比为60％以上时，瑞利波成为泄漏模。因而，优选混合比O/(N+O)为60％以上。
另外，根据图5，在上述混合比O/(N+O)为60％以上时，成为杂散的U1-1模即瑞利波的传播损耗α变大。因此，能使成为杂散的瑞利波的响应小。
未设置介质层3的情况的、即42°Y切割X传播的LiTaO3的机电耦合系数k2为7.7％。如从图4所明确的那样，可知在上述混合比O/(N+O)为85％以下、还有93％以上100％以下的范围内，可知通过设置介质层3，能与不设介质层3的情况相比提高机电耦合系数k2。
图6(a)、(b)～图9是表示使上述弹性波装置1中的混合比变化的情况下的阻抗特性图。
图6(a)表示没有介质层3的42°Y切割X传播的LiTaO3的阻抗特性。图6(b)、图7(a)、(b)、图8(a)、(b)分别表示上述混合比为100、80、60、40以及20(％)的情况下的结果，图9表示上述混合比为0、即介质层由氮化硅构成的情况下的结果。
在图7(b)、图8(a)、(b)以及图9中出现以箭头B1～B4表示的大的杂散。该杂散是因U2-2或U1-1引起的杂散。
即，在混合比O/(N+O)例如为20％或40％的情况下，如图3所示那样，成为杂散的U1-1以及U2-2模的音速低于横波的音速Vs。因此，SH型表面波的高阶模和瑞利波未泄漏模化。另外，如图5所明确的那样，U1-1模即瑞利波的传播损耗、和SH型表面波的高阶模的传播损耗也小。此外，如从图4所明确那样，成为杂散的U1-1模以及U2-2模的机电耦合系数也分别为2％程度或0.3～0.8％程度。由此，如图8(a)以及图8(b)所示那样，出现这些模引起的杂散B2、B3。
与此相对，若SH型表面波的音速与氮氧化硅的S波的音速接近，则如图7(a)所示那样，成为杂散的高阶模的响应也变小。
另外，在使用了高速介质的氮化硅的情况下，如图9所示那样高阶模杂散变大。另外，上述高阶模是能量集中在由LiTaO3构成的压电体表面、和由LiTaO3构成的压电体4与介质层3的界面之间来进行传播的模。参考图10～图18来对其进行说明。
另外，图10是表示没有介质层的42°Y切割X传播的LiTaO3中的U1分量、U2分量以及U3分量的能量分布的图。
图10～图18中的纵轴表示弹性波装置的上下方向位置，图10中的0表示LiTaO3的上表面的位置。另外，在图11～图18中，0表示压电体与介质层间的界面的位置。因此，+0.5λ的位置相当于压电体表面的位置。另外，图10、图11、图13、图15以及图17表示所利用的弹性波即SH型表面波的基模的U1分量～U3分量的能量分布。另一方面，图12，图14、图16以及图18表示杂散的SH型表面波的高阶模的U1分量、U2分量以及U3分量的分布。图11、图13、图15以及图17分别表示上述混合比为0％、40％、80％以及100％的情况下的结果。同样地，图12、图14、图16以及图18也表示上述混合比为0％、40％、80％以及100％的情况下的结果。
如从图12、图14、图16以及图18所明确的那样，成为上述杂散的高阶模是将能量集中在LiTaO3的表面、和LiTaO3与介质层的界面之间来进行传播的模。
另外，如从图11、图13、图15以及图17所明确的那样，SH型表面波的基模的振动不仅分布在LiTaO3，还分布在介质层侧。在上述弹性波装置1中，介质层3的厚度厚于振动能量所分布的厚度。为此，所利用的SH型表面波的基模不受配置于介质层3的下方的支承基板2的影响。由此，即使利用廉价的基板作为支承基板2，SH型表面波的基模的特性也难以劣化。如从图11、图13、图15以及图17所明确的那样，可知上述介质层3的厚度只要是1λ程度即可。即，通过将介质层的厚度设为1λ以上，SH型表面波的基模难以受到支承基板2的影响。
另外，42°Y切割X传播的LiTaO3中的SH型表面波的基模的音速为4036m/秒。因此，接近于上述弹性波装置1中传播的SH型表面波的基模的音速。在介质层3分布上述SH型表面波的基模的振动能量。但是，由于由氮氧化硅构成的介质层3中的SH型表面波的基模的音速接近于在42°Y切割X传播LiTaO3中传播的SH型表面波的基模的音速，因此即使将LiTaO3的厚度从0.5λ变更为例如0.2λ或0.8λ等的厚度，作为主传播模的SH型表面波的基模的音速的变动也小。即，由于相比于与仅由高速介质构成的介质层相接的构造，在LiTaO3具有介质层3，因此SH型表面波的基模的音速的变动变小。因此，根据本实施方式，即使由LiTaO3构成的压电体4的厚度在制造时有偏差，也能使频率偏差较小。
现有的使用42°Y切割X传播的LiTaO3的情况下，SH型表面波的机电耦合系数k2如前述那样为7.7％。与此相对，如图4所示，在本实施方式的弹性波装置1中，机电耦合系数如前述那样，遍及混合比O/(N+O)85％以下、以及93％以上的宽的范围，提高到8～9％。这时因为，包含介电常数低的氧化硅以及氮化硅的介质层3接近配置为分布SH型表面波的基模的振动能量程度。即，由此杂散容量减少，且成为驱动力的电场强度集中在介电常数高的LiTaO3侧。因而，振动能量也如图11、图13以及图15所示那样集中在LiTaO3侧。由此，与机电耦合系数k2成正比的驱动力提高，与机电耦合系数k2成反比的杂散容量减少，认为机电耦合系数k2提高。
图19是表示本发明的第2实施方式所涉及的弹性波装置的示意主视截面图。
在图19所示的弹性波装置11中，在支承基板12上层叠介质层13、压电体4以及IDT电极5。压电体4以及IDT电极5与第1实施方式相同。即，压电体4由42°Y切割X传播的LiTaO3构成，其厚度为0.5λ。IDT电极5由Al构成，厚度为0.08λ，占空比为0.5。
在本实施方式中，介质层13由层叠由低速介质构成的低速介质层13a，13c和由高速介质构成的高速介质层13b，13d而成的层叠体构成。如此，本发明中的介质层也可以是层叠了高速介质层和低速介质层的层叠体，这种情况下，介质层13包含低速介质和高速介质。在第2实施方式中，也是通过设置介质层13而使得在弹性波装置11中传播前述的中间音速的主振动模。
如此，在由层叠高速介质和低速介质的构造形成介质层的情况下，有以下那样的优点。
a)在介质层为低速介质/高速介质/低速介质的构造的情况下，在支承基板使用低速的材料、散射弹性波这样的粗制的材料、树脂这样的吸音的材料的情况下，若主振动的能量分布到低速介质层，则主振动就会衰减。因而，期望主振动留在高速介质层。在此，在支承基板中使用高速且弹性波的衰减小的材料的情况下，若与最下层的低速介质层相接地配置高音速基板，则能避免主振动的衰减。
在这种情况下，由于与低速介质/高速介质这样的2层构造相比，低速介质/高速介质/低速介质能进行更细致的音速调整，因此更期望。
b)在介质层为高速介质/低速介质/高速介质的构造的情况下，与低速介质/高速介质、和高速介质/低速介质/高速介质相比，在使主振动的能量分布到最下层的高速介质层的情况下，由于其上层的高速介质/低速介质/高速介质能进行比低速介质/高速介质更细致的音速调整，因此更期望。此外，在压电膜背面形成高速介质/低速介质/高速介质层后再接合支承基板的工法中，由于在主振动的能量分布的区域不存在接合界面，因此有不管接合状态如何都稳定的优点。
因此，在设为层叠高速介质和低速介质的构造的情况下，更优选3层以上层叠的构造。
图20表示第2实施方式的变形例所涉及的弹性波装置21。与第2实施方式的不同之处在于，IDT电极5层叠在压电体4的下表面。如此，在本发明中，IDT电极5只要与压电体4相接，则也可以形成在下表面侧。
图21表示第2实施方式的其它变形例所涉及的弹性波装置。在图21所示的弹性波装置31中，IDT电极5形成在由层叠体构成的介质层13的上表面。覆盖该IDT电极5地配置压电体4。如此，IDT电极5也可以形成在由层叠体构成的介质层13的上表面。
另外，在前述的第1实施方式的弹性波装置1中，同样IDT电极5也是既可以形成在压电体4的下表面，也可以形成在由复合介质层构成的介质层3的上表面。
图22～图25是表示上述第2实施方式所涉及的弹性波装置11中的介质层13的层叠数和所利用的SH型表面波的基模的特性的关系的各图。另外，在图22～图25中示出在由层叠体构成的介质层中使由氮化硅构成的高速介质层的厚度、和由氧化硅构成的低速介质层的厚度的比率变化的情况下的结果。图22～图25中的N/O表示该厚度之比，例如N/O＝1/9表示氮化硅的厚度比例为10％、氧化硅的厚度比例为90％。
图22表示如上述那样使层叠体的构成变化的情况下的SH型表面波的音速的变化。另外，图23表示阻抗Z的变化。图24表示相对频带(Fa-Fr)/Fr(％)的变化。在此，Fa表示反谐振频率，Fr表示谐振频率。另外，图25表示最小阻抗值Zr的绝对值的变化。
上述图22～图25的结果通过将在“周期构造压电性波导路径的有限要素法解析(电子通信学会论文志)Vo1.J68-C No1，1985/1，pp.21-27)中提出有限要素法扩展来求得。即，在半波长区间将1条的带进行2区间配置。另外，导出在电气上设为1V的电极指和设为0V的电极指的阻抗、容量。由此，通过谐振频率Fr、反谐振频率Fa、阻抗的最小值Zr、最大值Za来求取阻抗比|Z|＝|Za/Zr|和相对频带宽度(Fa-Fr)/Fr。谐振频率Fr下的弹性表面波的音速能通过IDT的周期λ以Fr×λ(m/秒)求得。
弹性表面波的振动能量的大半的能量集中在IDT电极与压电体间的界面到1λ的深度为止的区域。因此，研究IDT电极与压电体的界面的上下方向±4λ、即8λ的厚度的范围。支承基板下表面的边界条件弹性地设为固定。
另外，在图22～图25中，由氧化硅构成的低速介质层和由氮化硅构成的高速介质层的厚度之比设为1∶9、3∶7、5∶5、7∶3以及9∶1。未描绘上述厚度之比为2∶8等的中间值。但是，能确定例如根据2∶8的前后的1∶9和3∶7的结果进行补足而得到的值、与2∶8的情况下的结果大致一致。
研究从层叠体中的层叠数为层叠高速介质层1层以及低速介质层1层的构成直到两者合计层叠128层的情况。例如，图22的层叠数1中的N/O＝1/9是指相对于由氮化硅构成的高速介质层1层，层叠9层由氧化硅构成的低速介质层的情况。
另外，在图22～图25中示出了在压电体4侧配置低速介质层的情况、和在压电体4侧配置高速介质层的情况的两者的结果。图中记载为N/O的内容是高速介质层的氮化硅接近由LiTaO3构成的压电体4的情况下的结果，记载为O/N的内容是低速介质层的氧化硅接近LiTaO3侧的情况下的结果。
另外，在仅由氮化硅构成上述层叠体的情况下，Fr×λ成为4065m/秒。另外，在以仅由氧化硅构成上述介质层的层叠体来构成的情况下成为3785m/秒。
图26～图29是表示与图22～图25同样构成的各弹性波装置中的阻抗特性以及相位特性的图。图26以及图27分别表示将低速介质层的氧化硅配置在LiTaO3侧的情况下的弹性波装置的阻抗特性以及相位特性。
图28表示将高速介质层的氮化硅配置在LiTaO3侧的情况下的阻抗特性，图29表示相位特性。
图30～图33是分别表示使用了层叠SiO2构成的低速介质层以及由SiN构成的高速介质层的构造的构成中的SiO2的厚度比、与音速Fr×λ、峰谷比(Za/Zr)、频带宽度(Fa-Fr)/(Fr)以及最小阻抗Zr的关系的图。在图30～图33示出LAY1为1层，LAY3为3层。
另外，在图22～图25、图26～图29以及图30～图33中，层叠体的厚度恒定为1λ。
如从图22所明确那样，在由层叠体构成的介质层的厚度恒定的情况下，随着层叠数增加，在氧化硅位于LiTaO3侧的情况下，伴随层叠数的增加音速变高。反之，在高速介质层的氮化硅位于LiTaO3侧的情况下，随着层叠数增加而音速降低。本来不管在哪种情况下，只要层叠数超过100就收敛到与厚度比率相应的音速。并且，收敛的音速值成为氮化硅的音速以及氧化硅的音速的中间的值。因此，认为在层叠上述高速介质层和低速介质层而成的层叠体中传播的体波的音速与第1实施方式的由混合材料构成的介质层3的情况相同，成为与氮化硅的氧化硅的厚度之比相应的中间的值。
另外，在高速介质层的氮化硅位于LiTaO3侧的情况下，若层叠数较少、氮化硅层的合计厚度变厚，则阻抗比|Z|和谐振电阻Zr显著变差。例如，如从图23所明确那样，在N/O＝1/9，在层叠数为1层的情况下，阻抗比|Z|恶化到30dB。与此相对，在构成低速介质层的氧化硅接近LiTaO3的情况下，阻抗比|Z|不会变差。认为这是因为若高速介质层接近压电体，则会使所利用的SH型表面波的基模的能量不集中在LiTaO3的表面，出现泄漏。
因此，优选将低速介质层配置在压电体侧的构成。这种情况下，即使是仅层叠高速介质层1层和低速介质层1层的层叠体也能抑制传播损耗，其结果，能使抗比|Z|变得大于70dB，且使阻抗的最小值的绝对值小于1.2Ω。即，能得到良好的谐振特性。
本来高速介质层也可以位于LiTaO3侧。在这种情况下，至少2层2层地层叠高速介质层以及低速介质层，或使N/O比为3/7以上即可。由此层叠体整体能实现比较高的音速，由此能使阻抗比|Z|为50dB以上。
另外，根据图30～图33，在层叠数少到1层～3层的情况下，可知低速介质层位于压电体侧时频带宽度(Fa-Fr)/(Fr)较大，能提高机电耦合系数k2。同样地，在层叠数少到1层～3层的情况下，可知压电体侧的音速的影响大。
另外，在上述的第1、第2实施方式以及变形例中使用弹性表面波，本发明不仅能使用弹性表面波，也可以使用弹性边界波。在图34(a)以及图34(b)示意地示出具有这样的本发明的介质层的弹性边界波装置。
在图34(a)所示的弹性边界波装置41中，在支承基板2上按照介质层3、压电体4以及包含IDT电极5的电极构造的顺序将它们层叠。到此为止都与第1实施方式的弹性波装置1相同。在本实施方式中，为了利用弹性边界波，覆盖IDT电极5地层叠电介质层42。电介质层42能由氧化硅、氮化硅或氮化铝等适宜的电介质形成。
另外，在图34(b)所示的弹性边界波装置43中，第1电介质层44覆盖IDT电极5地形成，在第1电介质层44上层叠第2电介质层45。第1电介质层44由传播的慢的横波音速慢于构成第2电介质层45的电介质的适宜的电介质材料构成。作为这样的电介质材料的组合的示例，能例示由氧化硅构成的第1电介质层44、由氮化硅或氮化铝构成的第2电介质层45的组合等。
另外，在弹性边界波装置41，43，支承基板2、介质层3、压电体4以及IDT电极5能由与第1实施方式相同的材料构成。
标号的说明
1 弹性波装置
2 支承基板
3 介质层
4 压电体
5 IDT电极
6、7 反射器
11 弹性波装置
12 支承基板
13 介质层
13a、13c 低速介质层
13b、13d 高速介质层
21、31 弹性波装置

Claims (6)

1.一种弹性波装置，具备：
支承基板；
层叠于所述支承基板上的介质层；
层叠于所述介质层上、传播体波的压电体；和
形成于所述压电体的1个面的IDT电极，
所述介质层包含低速介质和高速介质，其中低速介质是与在所述压电体中传播的弹性波的音速相比与作为所述弹性波的主分量的体波相同的体波的传播速度为低速的介质，高速介质是与在所述压电体中传播的所述弹性波的音速相比与作为所述弹性波的主分量的体波相同的体波的传播速度为高速的介质，
如下地形成所述介质层：在将由所述高速介质形成该介质层的情况下的主振动模的音速设为VH、将由所述低速介质形成该介质层的情况下的主振动模的音速设为VL时，形成有所述介质层的弹性波装置中的主振动模的音速成为VL＜主振动模的音速＜VH，
所述介质层由混合了低速介质和高速介质而成的复合介质构成。
2.一种弹性波装置，具备：
支承基板；
层叠于所述支承基板上的介质层；
层叠于所述介质层上、传播体波的压电体；和
形成于所述压电体的1个面的IDT电极，
所述介质层包含低速介质和高速介质，其中低速介质是与在所述压电体中传播的弹性波的音速相比与作为所述弹性波的主分量的体波相同的体波的传播速度为低速的介质，高速介质是与在所述压电体中传播的所述弹性波的音速相比与作为所述弹性波的主分量的体波相同的体波的传播速度为高速的介质，
如下地形成所述介质层：在将由所述高速介质形成该介质层的情况下的主振动模的音速设为VH、将由所述低速介质形成该介质层的情况下的主振动模的音速设为VL时，形成有所述介质层的弹性波装置中的主振动模的音速成为VL＜主振动模的音速＜VH，
所述介质层由具有低速介质层和高速介质层的、3层以上的层叠体构成，其中低速介质层由所述低速介质构成，高速介质层由所述高速介质构成。
3.根据权利要求1或2所述的弹性波装置，其中，
在所述介质层中传播、且与在所述压电体中传播的弹性波的主传播模的体波相同的体波分量的音速，是在所述高速介质中传播的所述体波的音速、和在所述低速介质中传播的体波的音速之间的值。
4.根据权利要求1或2所述的弹性波装置，其中，
所述介质层的介电常数小于所述压电体的介电常数。
5.根据权利要求3所述的弹性波装置，其中，
所述介质层的介电常数小于所述压电体的介电常数。
6.根据权利要求2所述的弹性波装置，其中，
在由所述层叠体构成的介质层中，所述低速介质层配置得比所述高速介质层更靠所述压电体侧。
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