CN116671012A - 弹性波装置 - Google Patents

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CN116671012A CN202280008921.5A CN202280008921A CN116671012A CN 116671012 A CN116671012 A CN 116671012A CN 202280008921 A CN202280008921 A CN 202280008921A CN 116671012 A CN116671012 A CN 116671012A
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Abstract

本发明提供一种能够充分地抑制由瑞利波引起的纹波的弹性波装置。弹性波装置在支承基板(3)上直接或间接地层叠有压电层(5)，在压电层(5)的第1主面(5a)设置有第1IDT电极(6)，将构成第1IDT电极(6)的金属膜的用波长λ进行了标准化的厚度设为te，将压电层(5)的用波长λ进行了标准化的厚度设为tp，设te/tp＝x，将用金属膜的厚度te对上述金属膜的总质量进行了标准化的平均密度设为y[g/cm3]，此时，下述的式(1)所示的F(x)为10以下，F(x)＝Ax2+Bx+C…式(1)另外，在式(1)中，A以及B由下述的式(2)以及式(3)表示，C＝19，A＝1.0392y2+8.4182y‑45.223…式(2)B＝0.0334y2‑11.363y+28.984…式(3)。

Description

弹性波装置
技术领域
本发明涉及在支承基板上直接或间接地层叠有包含钽酸锂的压电层的弹性波装置。
背景技术
在下述的专利文献1记载的弹性波装置中，在支承基板上直接或间接地设置有包含LiTaO3的压电层。在压电层上设置有IDT电极。在该弹性波装置中，选择了由瑞利波引起的杂散变得极小的、压电层的最佳切割角θ。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特表2018-092511号公报
发明内容
发明要解决的问题
像专利文献1记载的弹性波装置那样，在支承基板上设置了较薄的包含LiTaO3的压电层的压电复合基板中，在比主谐振更靠低频侧产生由瑞利波引起的纹波。在专利文献1中，为了抑制该纹波，根据压电层以及IDT电极的用波长λ进行了标准化的厚度，对LiTaO3的切割角进行了最佳化。另外，λ是由IDT电极的电极指间距决定的波长。
然而，在同一压电复合基板上构成了多个谐振器的情况下，有时电极指间距在谐振器间不同。在这样的情况下，对于各电极指间距，压电层的标准化厚度以及IDT电极的标准化厚度变得不同。因此，根据谐振器，有时不同于最佳的切割角，有时难以在全部的谐振器中抑制由瑞利波引起的杂散。
本发明的目的在于，提供一种能够有效地抑制由瑞利波引起的纹波的弹性波装置。
用于解决问题的技术方案
本申请的第1发明涉及的弹性波装置具备：压电复合基板，具有压电层和支承基板，所述压电层具有相互对置的第1主面以及第2主面并包含钽酸锂，所述压电层从所述第1主面侧直接或间接地层叠于所述支承基板；以及第1IDT电极，设置在所述压电层的所述第1主面，所述第1IDT电极包含金属膜，将由所述第1IDT电极的电极指间距决定的波长设为λ，将该第1IDT电极的所述金属膜的用波长λ进行了标准化的厚度设为te，将所述压电层的用波长λ进行了标准化的厚度设为tp，设te/tp＝x，将用所述金属膜的厚度te对所述金属膜的总质量进行了标准化的平均密度设为y[g/cm3]，此时，由下述的式(1)给出的F(x)为10以下。
F(x)＝Ax2+Bx+C…式(1)
另外，在式(1)中，A以及B由下述的式(2)以及式(3)表示，C＝19。
A＝1.0392y2+8.4182y-45.223…式(2)
B＝0.0334y2-11.363y+28.984…式(3)
本申请的第2发明涉及的弹性波装置具备：压电复合基板，具有压电层和支承基板，所述压电层具有相互对置的第1主面以及第2主面并包含钽酸锂，所述压电层从所述第1主面侧直接或间接地层叠于所述支承基板；第1IDT电极，设置在所述压电层的所述第1主面；以及第2IDT电极，设置在所述压电层的所述第2主面，隔着所述压电层与所述第1IDT电极对置，所述第2IDT电极包含金属膜，将由所述第2IDT电极的电极指间距决定的波长设为λ，将该第2IDT电极的所述金属膜的用波长λ进行了标准化的厚度设为te，将所述压电层的用波长λ进行了标准化的厚度设为tp，设te/tp＝x，将用所述金属膜的厚度te对所述金属膜的总质量进行了标准化的平均密度设为y[g/cm3]，此时，由下述的式(4)给出的G(x)为10以下。
G(x)＝Ax2+Bx+C…式(4)
另外，在式(4)中，A以及B由下述的式(5)以及式(6)表示，C＝19。
A＝0.0564y2+39.909y-29.023…式(5)
B＝0.1407y2-11.875y+5.4093…式(6)
发明效果
根据本发明涉及的弹性波装置，能够有效地抑制由瑞利波引起的纹波。
附图说明
图1是示出本发明的第1实施方式涉及的弹性波装置的主要部分的主视剖视图。
图2是示出本发明的第1实施方式的弹性波装置中的电极构造的示意性俯视图。
图3是示出LiTaO3的欧拉角θ和瑞利波的耦合系数的关系的图。
图4是示出在以往例的弹性波装置中IDT电极包含Al的情况下的LiTao3的波长标准化厚度tp和欧拉角θ的最佳角(度)的关系的图。
图5是示出在以往例的弹性波装置中IDT电极包含Cu的情况下的LiTao3的波长标准化厚度tp和欧拉角θ的最佳角(度)的关系的图。
图6是示出在本发明的第1实施方式涉及的弹性波装置中IDT电极包含Cu的情况下的LiTaO3的波长标准化厚度tp和欧拉角θ的最佳角(度)的关系的图。
图7是示出在以往例的弹性波装置中IDT电极包含Pt的情况下的LiTaO3的波长标准化厚度tp和欧拉角θ的最佳角(度)的关系的图。
图8是示出在本发明的第1实施方式涉及的弹性波装置中IDT电极包含Pt的情况下的LiTaO3的波长标准化厚度tp和欧拉角θ的最佳角(度)的关系的图。
图9是示出在以往例的弹性波装置以及本发明的第1实施方式涉及的弹性波装置中IDT电极包含Cu的情况下的比te/tp和压电层的波长比厚度为15％λ以及45％λ时的最佳切割角的差θH-θL(度)的关系的图。
图10是示出在以往例的弹性波装置以及本发明的第1实施方式涉及的弹性波装置中IDT电极包含Pt的情况下的比te/tp和压电层的波长比厚度为15％λ以及45％λ时的最佳切割角的差θH-θL(度)的关系的图。
图11是示出构成第1IDT电极的金属膜的密度和式(1)中的A以及B的关系的图。
图12是示出本发明的第2实施方式涉及的弹性波装置的主要部分的主视剖视图。
图13是示出本发明的第2实施方式涉及的弹性波装置中的构成第2IDT电极的金属的密度和式(4)中的A以及B的关系的图。
图14是用于说明本发明的第3实施方式涉及的弹性波装置的主要部分的主视剖视图。
图15是用于说明本发明的第4实施方式涉及的弹性波装置的主要部分的主视剖视图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的具体的实施方式进行说明，由此明确本发明。
另外，需要指出的是，本说明书记载的各实施方式是例示性的，能够在不同的实施方式之间进行结构的部分置换或者组合。
图1是示出本发明的第1实施方式涉及的弹性波装置的主要部分的主视剖视图，图2是示出该弹性波装置的电极构造的示意性俯视图。
在弹性波装置1中，压电复合基板2具有支承基板3、层叠在支承基板3上的电介质层4、和压电层5。另外，也可以不设置电介质层4。
支承基板3包含适当的绝缘体、半导体。在本实施方式中，支承基板3包含Si。
电介质层4包含适当的电介质材料，在本实施方式中，包含氧化硅。
压电层5具有相互对置的第1主面5a和第2主面5b。压电层5从第1主面5a侧层叠于电介质层4。在压电层5的第1主面5a上设置有第1IDT电极6。
压电层5包含钽酸锂。优选为旋转Y切割X传播的钽酸锂，切割角更优选为40°以上且60°以下。
而且，第1IDT电极6包含金属膜，该金属膜包含适当的金属或合金。第1IDT电极6也可以包含多个金属膜的层叠体。
如图2所示，在第1IDT电极6的弹性波传播方向两侧设置有反射器7、8。由此，构成了单端口型的弹性波谐振器。
返回到图1，第1IDT电极6设置在压电层5的第1主面5a上，除了与第1主面5a接触的部分以外，埋设到电介质层4内。将由第1IDT电极6中的电极指间距决定的波长设为λ。将构成第1IDT电极6的金属膜的波长标准化厚度设为te，将压电层5的波长标准化厚度设为tp。在此，设te/tp＝x。另外，te为电极指的厚度，tp为交叉区域中的压电层5的厚度。而且，将用金属膜的厚度te对构成第1IDT电极6的金属膜的总质量进行了标准化的密度设为平均密度y[g/cm3]，此时，由下述的式(1)给出的F(x)被设为10以下。
F(x)＝Ax2+Bx+C…式(1)
另外，在式(1)中，A以及B由下述的式(2)以及式(3)表示，C＝19。
A＝1.0392y2+8.4182y-45.223…式(2)
B＝0.0334y2-11.363y+28.984…式(3)
在弹性波装置1中，上述F(x)为10以下，因此能够有效地抑制由瑞利波引起的纹波。参照图3～图11对此更详细地进行说明。
图3是示出以往例的弹性波装置中的LiTaO3的欧拉角θ和瑞利波的耦合系数的关系的图。另外，是IDT电极为Al的情况下的结果。在图3中，实线示出tp＝0.2的情况下的结果，虚线示出tp＝0.3的情况下的结果。无论在tp＝0.2以及tp＝0.3的哪种情况下，瑞利波的耦合系数变得最小的欧拉角θ均几乎不变。
此外，图4是示出te/tp＝0.15、0.2或者0.25的情况下的tp和欧拉角θ的最佳角的关系的图。根据图4可明确，即使假设te/tp变化为0.15、0.2或者0.25，最佳角的变化也小。因此，可知在IDT电极包含Al的情况下，即使在同一压电复合基板上构成了不同间距的谐振器，也能够将欧拉角θ容易地设定为最佳角，在电极指间距不同的谐振器中，无论哪种情况下均能够抑制瑞利波。
不过，在以往例的弹性波装置中，在IDT电极为Cu的情况下，如图5所示，若te/tp变化为0.12、0.16或者0.2，则欧拉角θ的最佳角大幅变动。因此，在同一压电复合基板上构成了多个谐振器的情况下，若多个谐振器的电极指间距不同，则根据谐振器，欧拉角会偏离欧拉角θ的最佳角。因此，会存在无法抑制由瑞利波引起的纹波的谐振器。
相对于此，图6是示出本发明的第1实施方式中的第1IDT电极6包含Cu的情况下的tp和欧拉角θ的最佳角的关系的图。根据图6可明确，即使假设te/tp变化为0.12、0.16或者0.2，欧拉角θ的最佳角也几乎不变。因此，根据本实施方式的弹性波装置1，即使假设在同一压电复合基板2上构成了电极指间距不同的多个弹性波谐振器，也能够有效地抑制由瑞利波引起的纹波。这是由于，在本实施方式中，如后所述，F(x)被设为10以下。
图7是示出在以往例的弹性波装置中IDT电极包含Pt的情况下的tp和欧拉角θ的最佳角的关系的图。根据图7可明确，在IDT电极包含Pt的情况下，也是若te/tp变化为0.06、0.08或者0.1，则欧拉角θ的最佳角大不相同。因此，与Cu的情况同样地，在将多个弹性波谐振器构成于相同的压电复合基板的情况下，会产生无法充分地抑制由瑞利波引起的纹波的弹性波谐振器。
图8是示出在本发明的第1实施方式的弹性波装置中IDT电极为Pt的情况下的tp和欧拉角θ的最佳角的关系的图。根据图8明确可知，无论在te/tp为0.06、0.08或者0.1的哪种情况下，欧拉角θ的最佳角的差都小。因此，在IDT电极为Pt的情况下，也与Cu的情况同样地，根据本实施方式，能够有效地抑制由瑞利波引起的纹波。
图9是示出IDT电极为Cu的情况下的te/tp和压电层的波长比厚度为最小时15％λ以及最大时45％λ的最佳切割角的差θH-θI，的关系的图。实线示出第1实施方式的结果，虚线示出以往例的弹性波装置的结果。
此外，图10是示出IDT电极为Pt的情况下的te/tp和θH-θL的关系的图，实线示出第1实施方式的结果，虚线示出以往例的弹性波装置的情况下的结果。
根据图9以及图10明确可知，在构成IDT电极的金属膜像Cu、Pt这样较重的情况下，随着te/tp变大，与以往例的弹性波装置相反地，θH-θL不断变小。与之相对，在以往例的弹性波装置中，te/tp变得越大，则最佳切割角差θH-θL变得越大。
因此，在使用了Cu、Pt等密度高的金属膜的情况下，能够使弹性波低速化，并且相对于tp的变动而不易产生由瑞利波引起的响应的变动。
因此，为了得到不易由于tp的变动而产生由瑞利波引起的纹波的弹性波装置，tp的上限以及下限下的最佳切割角差θH-θL小为宜。而且，根据图9以及图10可明确，在电极的密度已确定的情况下，该值成为te/tp的函数。本申请的发明人发现了在设te/tp＝x时该函数能够由式(1)来表现。
因此，优选的是，构成第1IDT电极6的金属膜包括包含密度比Al高的金属的金属层。更优选的是，密度比Al高的金属层是金属膜的主要的金属层。
另外，式(1)中的系数A、B由前述的式(2)以及式(3)表示，C为19。
另外，在第1IDT电极6包含n个(n为自然数)层叠膜的情况下，若将第i层的密度设为ρi并将体积设为ti，则y由电极层的平均密度表示，即，由y＝∑(ti×ρi)/∑(ti)表示。在此，∑(ti×pi)为总质量。另外，ti为体积，但在电极指剖面为大致矩形的形状的情况下，也可以用厚度置换。
图11是对上述实施方式的弹性波装置中的上述系数A以及B进行说明的图。可知，无论在构成IDT电极的金属膜为Al、Cu或者Pt的哪种情况下，都能够通过上述式(2)以及式(3)来表示A、B。另外，图11中的y是图11的金属膜的密度的值。因此，在本发明中，通过将te/tp以及构成IDT电极的金属的密度构成为由式(1)表示的F(x)成为一定的范围以下，从而能够有效地抑制由瑞利波引起的纹波。在本发明中，该F(x)为10以下，更优选为5以下。由此，能够与构成IDT电极的金属膜的种类、密度无关地，有效地抑制由瑞利波引起的纹波。
可认为这是因为，通过将压电层中的电极形成面设为第1主面，即，设为支承基板侧，从而瑞利波的耦合系数的欧拉角θ依赖性和构成IDT电极的金属膜的质量的关系与以往例的弹性波装置的情况下的关系反转。
图12是示出本发明的第2实施方式涉及的弹性波装置的主要部分的主视剖视图。在弹性波装置21中，压电复合基板2与图1的情况同样地，具有支承基板3、电介质层4以及压电层5。不过，在弹性波装置21中，不但第1IDT电极6设置在压电层5的第1主面5a，而且第2IDT电极22设置在第2主面5b。第2IDT电极22设置为隔着压电层5与第1IDT电极6相互重叠。此外，构成第2IDT电极22的金属膜被设为与第1IDT电极6相同。不过，构成第2IDT电极22的金属膜也可以与构成第1IDT电极6的金属膜不同。
在第2实施方式的弹性波装置21中，也只要由下述的式(4)表示的G(x)被设为10以下，优选被设为5以下，就能够有效地抑制由瑞利波引起的纹波。另外，下述的式(4)～式(6)是在第2IDT电极22中规定的式子。因此，下述的式(4)～式(6)是在将由第2IDT电极22的电极指间距决定的波长设为λ、将构成第2IDT电极22的金属膜的波长标准化厚度设为te、将压电层5的波长标准化厚度设为tp、设te/tp＝x、将用金属膜的厚度te对构成第2IDT电极22的金属膜的总质量进行了标准化的平均密度设为y[g/m3]时的式子。
G(x)＝Ax2+Bx+C…式(4)
另外，在式(4)中，A以及B由下述的式(5)以及式(6)表示，C＝19。
A＝0.0564y2+39.909y-29.023…式(5)
B＝0.1407y2-11.875y+5.4093…式(6)
在该情况下，第2IDT电极22的电位也可以具有任意的相位。
不过，在激励SH波时，第2IDT电极22相对于第1IDT电极6，优选相互对置的电极指彼此成为相同相位。在第2实施方式中，基于第1IDT电极6的质量附加大于第2IDT电极22的质量附加为宜。
将第1IDT电极6和第2IDT电极22的质量大致相等的情况下的第2IDT电极22的密度和式(4)中的系数A或者B的关系示于图13。在图13中，实线示出式(5)，虚线示出式(6)。另外，图13中的y是图13的金属膜的密度的值。
A＝0.0564y2+39.909y-29.023…式(5)
B＝0.1407y2-11.875y+5.4093…式(6)
在第2实施方式的弹性波装置21中，G(x)为10以下，优选为5以下，在该情况下，能够有效地抑制由瑞利波引起的纹波。
图14是示出本发明的第3实施方式涉及的弹性波装置的主要部分的主视剖视图。在弹性波装置31中，在压电层5的第2主面5b上设置有导电膜32。弹性波装置31的其他结构与图1所示的弹性波装置1相同。像这样，也可以在第2主面5b侧设置有导电膜32。在该情况下，也可以将导电膜32设为浮置电极，并设置为与第1IDT电极6的至少一部分对置。在该情况下，经由压电层5形成电容。
此外，也可以将上述导电膜32、电介质层4仅设置在与第1IDT电极6的电极指的前端对置的区域。在该情况下，能够降低电极指前端的区域的声速，从而构成利用了活塞模式的弹性波装置。
图15是示出本发明的第4实施方式涉及的弹性波装置的主要部分的主视剖视图。在弹性波装置41中，在压电复合基板2中构成了第1弹性波谐振器42A和第2弹性波谐振器42B。第1弹性波谐振器42A的IDT电极6A的电极指间距和第2弹性波谐振器42B的IDT电极6B的电极指间距不同。即，第1、第2弹性波谐振器42A、42B的谐振频率不同。即使在这样的情况下，如前所述，由于构成压电层5的LiTaO3的最佳切割角接近，因此也能够在第1、第2弹性波谐振器42A、42B双方有效地抑制由瑞利波引起的纹波。
另外，在本发明涉及的弹性波装置中，也可以3个以上的弹性波谐振器构成在相同的压电复合基板中，即使在该情况下，按照本发明，通过将F(x)设为10以下，从而也能够有效地抑制各弹性波谐振器中的由瑞利波引起的纹波。
附图标记说明
1、21、31、41：弹性波装置；
2：压电复合基板；
3：支承基板；
4：电介质层；
5：压电层；
5a：第1主面；
5b：第2主面；
6：第1IDT电极；
6A、6B：IDT电极；
7、8：反射器；
22：第2IDT电极；
32：导电膜；
42A：第1弹性波谐振器；
42B：第2弹性波谐振器。

Claims (10)

1.一种弹性波装置，具备：
压电复合基板，具有压电层和支承基板，所述压电层具有相互对置的第1主面以及第2主面并包含钽酸锂，所述压电层从所述第1主面侧直接或间接地层叠于所述支承基板；以及
第1IDT电极，设置在所述压电层的所述第1主面，
所述第1IDT电极包含金属膜，将由所述第1IDT电极的电极指间距决定的波长设为λ，将该第1IDT电极的所述金属膜的用波长λ进行了标准化的厚度设为te，将所述压电层的用波长λ进行了标准化的厚度设为tp，设te/tp＝x，将用所述金属膜的厚度te对所述金属膜的总质量进行了标准化的平均密度设为y，y的单位为g/cm3，此时，由下述的式(1)给出的F(x)为10以下，
F(x)＝Ax2+Bx+C …式(1)
另外，在式(1)中，A以及B由下述的式(2)以及式(3)表示，C＝19，
A＝1.0392y2+8.4182y-45.223 …式(2)
B＝0.0334y2-11.363y+28.984 …式(3)。
2.根据权利要求1所述的弹性波装置，其中，
所述F(x)为5以下。
3.根据权利要求1或2所述的弹性波装置，其中，
在所述压电层的所述第2主面设置有导电膜。
4.一种弹性波装置，具备：
压电复合基板，具有压电层和支承基板，所述压电层具有相互对置的第1主面以及第2主面并包含钽酸锂，所述压电层从所述第1主面侧直接或间接地层叠于所述支承基板；
第1IDT电极，设置在所述压电层的所述第1主面；以及
第2IDT电极，设置在所述压电层的所述第2主面，隔着所述压电层与所述第1IDT电极对置，
所述第2IDT电极包含金属膜，将由所述第2IDT电极的电极指间距决定的波长设为λ，将该第2IDT电极的所述金属膜的用波长λ进行了标准化的厚度设为te，将所述压电层的用波长λ进行了标准化的厚度设为tp，设te/tp＝x，将用所述金属膜的厚度te对所述金属膜的总质量进行了标准化的平均密度设为y，y的单位为g/cm3，此时，由下述的式(4)给出的G(x)为10以下，
G(x)＝Ax2+Bx+C …式(4)
另外，在式(4)中，A以及B由下述的式(5)以及式(6)表示，C＝19，
A＝0.0564y2+39.909y-29.023 …式(5)
B＝0.1407y2-11.875y+5.4093 …式(6)。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的弹性波装置，其中，
构成所述第1IDT电极的所述金属膜包括包含密度比A1高的金属的金属层。
6.根据权利要求5所述的弹性波装置，其中，
所述密度比Al高的所述金属层是所述金属膜的主要的金属层。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的弹性波装置，其中，
在所述支承基板与所述压电层的所述第1主面之间设置有电介质层，所述第1IDT电极与所述压电层的所述第1主面相接，并且埋入到所述电介质层。
8.根据权利要求7所述的弹性波装置，其中，
所述电介质层包括包含氧化硅的材料。
9.根据权利要求1～8中任一项所述的弹性波装置，其中，
在所述压电层的所述第1主面设置有两个所述第1IDT电极，将所述两个第1IDT电极之中的一个第1IDT电极的电极指间距设为PA，将另一个第1IDT电极的电极指间距设为PB，此时，所述PA与所述PB不同。
10.根据权利要求1～9中任一项所述的弹性波装置，其中，
所述压电层包含旋转Y切割X传播的钽酸锂，切割角处于40°以上且60°以下的范围。
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