DE112007001426B4

DE112007001426B4 - Oberflächenschallwellenvorrichtung

Info

Publication number: DE112007001426B4
Application number: DE112007001426.1T
Authority: DE
Inventors: Kenji Nishiyama; Takeshi Nakao; Michio Kadota
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2006-06-16
Filing date: 2007-05-22
Publication date: 2014-02-13
Anticipated expiration: 2027-05-23
Also published as: JP5137828B2; US20090085429A1; WO2007145057A1; US7804221B2; DE112007001426T5; JPWO2007145057A1

Abstract

Oberflächenschallwellenvorrichtung, umfassend: – ein Substrat aus LiNbO3 mit Euler-Winkeln (0° ± 5°, 8 ± 5°, 0° ± 10°); – eine Elektrode, die auf dem Substrat aus LiNbO3 angeordnet ist und eine hauptsächlich aus Kupfer bestehende IDT-Elektrode aufweist; – einen ersten Siliciumoxidfilm zwischen den Fingern der IDT-Elektrode mit einer Dicke gleich derjenigen der Elektrode; und – einen zweiten Siliciumoxidfilm, der so angeordnet ist, daß er die Elektrode und den ersten Siliciumoxidfilm abdeckt, – wobei die Oberflächenschallwelle eine SH-Welle nutzt, wobei eine Metallisierungsverhältnis D der IDT-Elektrode kleiner als oder gleich 0,49 ist und der θ-Wert der Euler-Winkel (0° ± 5°, θ ± 5°, 0° ± 10°) als in einen Bereich fallend eingestellt ist, der die folgende Ungleichung (1) erfüllt. –10 × D + 92,5 – 100 × C ≤ θ ≤ 37,5 × D2 – 57,75 × D + 104,075 + 5710 × C2 – 1105,7 × C + 45,729Ungleichung (1)D: Metallisierungsverhältnis C: Dicke der IDT-Elektrode ist, normiert mit einer Wellenlänge λ.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Oberflächenschallwellenvorrichtung, die beispielsweise als Resonator oder Bandpaßfilter verwendet wird, und insbesondere eine Oberflächenschallwellenvorrichtung, die eine derartige Konstruktion aufweist, daß auf einem Substrat aus LiNbO₃ eine IDT-Elektrode und ein Siliciumoxidfilm angeordnet sind, und bei der eine SH-Welle verwendet wird.
STAND DER TECHNIK
Ein Bandpaßfilter, der in einer Hochfrequenzstufe eines Mobilfunktelefons oder dergleichen verwendet wird, muß ein breites Band und eine sehr gute Temperaturkennlinie aufweisen. Mithin wird gemäß dem Stand der Technik eine Oberflächenschallwellenvorrichtung derart verwendet, daß eine IDT-Elektrode auf einem piezoelektrischen Substrat angeordnet ist, das aus einem in Y-Richtung gedrehten X-Schnitt eines LiTaO₃-Substrats oder einem in Y-Richtung gedrehten X-Schnitt eines LiNbO₃-Kristalls gebildet wird, und ein Siliciumoxidfilm wird so gebildet, so daß dieser die IDT-Elektrode bedeckt. Ein solches piezoelektrisches Substrat weist einen negativen Frequenz-Temperatur-Koeffizienten auf. Mithin wird zur Verbesserung der Temperaturkennlinie ein Siliciumoxidfilm mit einer positiven Frequenz-Temperatur-Kennlinie gebildet, so daß die IDT-Elektrode bedeckt ist.
Wenn jedoch die IDT-Elektrode aus Al oder einer hauptsächlich Al enthaltenden Legierung besteht, was im allgemeinen verwendet wird, kann die IDT-Elektrode keinen ausreichenden Reflexionskoeffizienten aufweisen. Mithin besteht das Problem, daß in der Resonanzkennlinie eine Welligkeit auftritt.
In dem nachfolgend genannten Patentdokument 1, in dem das obige Problem gelöst wird, ist eine Oberflächenschallwellenvorrichtung in folgender Weise beschrieben. Hier ist eine IDT-Elektrode, die aus einem Metall mit einer größeren Dichte als derjenigen von Al besteht, auf einem piezoelektrischen Substrat aus LiNbO₃ mit einem elektromechanischen Koeffizienten K² ausgebildet, der größer als oder gleich 0,025 ist, in dem anderen Bereich als dem Bereich, in dem die IDT-Elektrode ausgebildet ist, ist ein erster Siliciumoxidfilm mit einer Dicke gleich derjenigen der Elektrode ausgebildet, und darauf ist ein zweiter Siliciumoxidfilm aufbeschichtet, so daß dieser die Elektrode und den ersten Siliciumoxidfilm bedeckt.
Bei der in Patentdokument 1 beschriebenen Oberflächenschallwellenvorrichtung ist die Dichte der IDT-Elektrode größer als die eineinhalbfache Dichte des ersten Siliciumoxidfilms oder gleich dieser. Mithin ist der Reflexionskoeffizient der IDT-Elektrode ausreichend erhöht, um dadurch eine Welligkeit ausschalten zu können, die in der Resonanzkennlinie auftritt.
Des weiteren wird in Patentdokument 1 eine Rayleighsche Welle verwendet, und als Elektrodenmaterial werden beispielhaft Au, Cu oder dergleichen angeführt. Es wird eine Konstruktion beschrieben, bei welcher die aus Cu bestehende Elektrode eine Dicke von 0,0058 λ bis 0,11 λ aufweist. Dabei wird das Substrat aus LiNbO₃ mit Euler-Winkeln von (0° ± 5°, 62° bis 167°, 0° ± 10°) beschrieben, vorzugsweise von (0° ± 5°, 88° bis 117°, 0° ± 10°), und die Dicke des zweiten Siliciumoxidfilms liegt im Bereich von 0,15 λ bis 0,4 λ, wobei λ die Wellenlänge einer Oberflächenwelle ist.
Aus Patentdokument 2 ist ein mit Grenzschallwellen arbeitendes Bauelement bekannt, das auf einem piezoelektrischen Kristallsubstrat angeordnet ist.
Aus Patentdokument 3 ist ein mit Grenzschallwellen arbeitendes Bauelement bekannt, bei dem das Metallisierungsverhältnis im Bereich von 0,4 bis 0,8 liegt.

Patentdokument 1: WO 2005-034347 A1
Patentdokument 2: US 2006/0071579 A1
Patentdokument 3: WO 2005/036743 A1

OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Bei der in Patentdokument 1 beschriebenen Oberflächenschallwellenvorrichtung kann dann, wenn der θ-Wert der Euler-Winkel des Substrats aus LiNbO₃, die Dicke der aus Cu bestehenden Elektrode und die Dicke des zweiten Siliciumoxidfilms in der oben beschriebenen Weise auf in den obigen speziellen Bereich fallend eingestellt werden, der elektromechanische Koeffizient K_R ² vergrößert werden, wenn eine Rayleighsche Welle verwendet wird, und der elektromechanische Koeffizient eines Modus, der zu einem Störfaktor wird, kann verkleinert werden.
Dagegen wird in der Oberflächenschallwellenvorrichtung, um die Energiestehleistung zu verbessern, möglicherweise das Metallisierungsverhältnis einer IDT-Elektrode verkleinert. Das Metallisierungsverhältnis ist das Verhältnis der Größe eines Elektrodenfingers in Breitenrichtung zur Summe der Größe des Elektrodenfingers in Breitenrichtung und eines Abstands zwischen den benachbarten Elektrodenfingern. Bei der in Patentdokument 1 beschriebenen Oberflächenschallwellenvorrichtung ist das Metallisierungsverhältnis der IDT-Elektrode nicht berücksichtigt.
Bei der in Patentdokument 1 beschriebenen Oberflächenschallwellenvorrichtung wird die Energiestehleistung verstärkt, wenn das Metallisierungsverhältnis zur Verstärkung der Energiestehleistung auf einen kleineren Wert als 0,5 verkleinert wird; jedoch tritt manchmal ein großer Störfaktor auf. Das heißt, daß selbst dann, wenn der Dickenbereich eines Elektrodenfilms und der Bereich von θ der Euler-Winkel in der in Patentdokument 1 beschriebenen Weise gewählt werden und das Metallisierungsverhältnis zur Verstärkung der Energiestehleistung verkleinert ist, manchmal ein großer Störfaktor auftritt.
Des weiteren tritt, abhängig von Bedingungen, unter denen die Oberflächenschallwellenvorrichtung hergestellt wird, manchmal ein Störfaktor auf Grund von Änderungen der Größe jedes Elektrodenfingers in der Breitenrichtung auf Grund der Herstellungsbedingungen oder dergleichen auf.
Aufgabe der Erfindung ist es, die oben beschriebenen Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen und eine Oberflächenschallwellenvorrichtung zu schaffen, mit der eine hauptsächlich aus Cu bestehende IDT-Elektrode auf einem Substrat aus LiNbO₃ ausgebildet wird, die selbst dann, wenn ein Metallisierungsverhältnis zur Verstärkung der Energiestehleistung verkleinert ist, einen großen elektromagnetischen Koeffizienten eines zu verwendenden Modus aufweist, und die einen ausreichend kleinen elektromagnetischen Koeffizienten eines Modus aufweist, der zum Störfaktor wird.
Eine Oberflächenschallwellenvorrichtung gemäß der Erfindung umfaßt: ein Substrat aus LiNbO₃ mit Euler-Winkeln von (0° ± 5°, θ ± 5°, 0° ± 10°); eine Elektrode, die auf dem Substrat aus LiNbO₃ angeordnet ist und eine hauptsächlich aus Cu bestehende IDT-Elektrode aufweist; einen ersten Siliciumoxidfilm, der in einem anderen Bereich als dem Bereich, in dem die Elektrode angeordnet ist, mit einer Dicke gleich derjenigen der Elektrode angeordnet ist; und einen zweiten Siliciumoxidfilm, so daß dieser die Elektrode und den ersten Siliciumoxidfilm bedeckt, wobei bei der Oberflächenschallwelle eine SH-Welle verwendet wird, wobei ein Metallisierungsverhältnis D der IDT-Elektrode kleiner als oder gleich 0,49 ist und der θ-Wert der Euler-Winkel (0° ± 5°, θ ± 5°, 0° ± 10°) als in einen Bereich fallend eingestellt ist, der die folgende Ungleichung (1) erfüllt. –10 × D + 92,5 – 100 × C ≤ θ ≤ 37,5 × D² – 57,75 × D + 104,075 + 5710 × C² – 1105,7 × C + 45,729 Ungleichung (1)

D: = Metallisierungsverhältnis
C: = Dicke der IDT-Elektrode ist, normiert mit einer Wellenlänge λ.

Bei der Oberflächenschallwellenvorrichtung gemäß der Erfindung liegt eine Dicke H des zweiten Siliciumoxidfilm bevorzugter im Bereich von 0,16 λ bis 0,30 λ. Dadurch wird es möglich, eine Antwort eines Modus höherer Ordnung der SH-Welle, der zu einem Störfaktor wird, weiter zu verkleinern.
VORTEILE
Bei der Oberflächenschallwellenvorrichtung gemäß der Erfindung ist die hauptsächlich aus Cu bestehende IDT-Elektrode auf dem Substrat aus LiNbO₃ angeordnet, und der erste und der zweite Siliciumoxidfilm sind angeordnet. Mithin kann bei der Oberflächenschallwellenvorrichtung, die eine SH-Welle nutzt, der absolute Wert des Frequenz-Temperatur-Koeffizienten verkleinert werden, um dadurch die Temperaturkennlinie zu verbessern. Da des weiteren das Metallisierungsverhältnis D der IDT-Elektrode kleiner als oder gleich 0,49 ist, wird die Energiestehleistung vergrößert.
Zusätzlich wird es möglich, den elektromechanischen Koeffizient K_R ² einer Rayleighschen Welle, der zu einem Störfaktor wird, zu verkleinern, da der θ-Wert der Euler-Winkel des Substrats aus LiNbO₃ unter Berücksichtigung des Metallisierungsverhältnisses D als in den Bereich der Ungleichung (1) fallend eingestellt ist, und es wird auch möglich, den elektromechanischen Koeffizienten einer Mode höherer Ordnung einer SH-Welle zu verkleinern. Mithin läßt sich eine sehr gute Resonanzkennlinie oder Filterkennlinie erhalten, wobei eine SH-Welle benutzt wird und ein Störfaktor unterdrückt wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1(a) ist eine schematische Draufsicht auf eine Oberflächenschallwellenvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, und
1(b) ist eine zum Teil vergrößerte, vordere Schnittansicht, die einen wesentlichen Abschnitt der Oberflächenschallwellenvorrichtung zeigt.
2 ist eine Ansicht, die eine Beziehung zwischen eines Metallisierungsverhältnisses einer IDT-Elektrode und einer Durchschlagsleistung zeigt.
3 ist eine Ansicht, die eine Beziehung zwischen dem θ-Wert der Euler-Winkel, eines Metallisierungsverhältnisses der IDT-Elektrode und einem elektromechanischen Koeffizienten K_R ² einer Rayleighschen Welle zeigt, wenn auf einem Substrat aus LiNbO₃ mit Euler-Winkeln von (0°, θ, 0°) eine aus Kupfer bestehende IDT-Elektrode mit einer Dicke von 0,06 λ angeordnet ist, ein erster und ein zweiter Siliciumoxidfilm angeordnet sind und die Dicke des zweiten Siliciumoxidfilms auf 0,25 λ eingestellt ist.
4(a) ist eine Ansicht, die bei einer Oberflächenschallwellenvorrichtung, die so angeordnet ist, daß auf einem Substrat aus LiNbO₃ mit Euler-Winkeln (0°, θ, 0°) eine aus Kupfer bestehende IDT-Elektrode mit einer Dicke von 0,06 λ angeordnet ist, ein erster und ein zweiter Siliciumoxidfilm angeordnet sind und die Dicke des zweiten Siliciumoxidfilms auf 0,25 λ eingestellt ist, eine Beziehung zwischen dem θ-Wert der Euler-Winkel und dem Metallisierungsverhältnis zeigt, wenn der elektromechanische Koeffizient K_R ² einer Rayleighschen Welle, der zu einem Störfaktor wird, 0,04% oder weniger beträgt.
4(b) ist eine Ansicht, die bei einer Oberflächenschallwellenvorrichtung, die so angeordnet ist, daß auf einem Substrat aus LiNbO₃ mit Euler-Winkeln (0°, θ, 0°) eine aus Kupfer bestehende IDT-Elektrode angeordnet ist, ein erster und ein zweiter Siliciumoxidfilm angeordnet sind, die Dicke des zweiten Siliciumoxidfilms auf 0,25 λ eingestellt ist und das Metallisierungsverhältnis der IDT-Elektrode 0,40 beträgt, eine Beziehung zwischen dem θ-Wert der Euler-Winkel und einer Dicke einer Cu-Elektrode, die die IDT-Elektrode ist, zeigt, wenn der elektromechanische Koeffizient K_R ² einer Rayleighschen Welle, der zu einem Störfaktor wird, 0,04% oder weniger beträgt.
5 ist eine Ansicht, die bei einer solchen Konstruktion, daß auf einem Substrat aus LiNbO₃ mit Euler-Winkeln von (0°, θ, 0°) eine aus Cu bestehende IDT-Elektrode mit einer Dicke von 0,06 λ und einem Metallisierungsverhältnis von 0,50 angeordnet ist, eine Beziehung zwischen der Dicke des zweiten Siliciumoxidfilms, dem θ-Wert der Euler-Winkel und einem elektromechanischen Koeffizient K_R ² einer Rayleighschen Welle zeigt.
6 ist eine schematische Ansicht, die schematisch ein Berechnungsmodell für eine Oberflächenschallwellenvorrichtung zeigt, bei dem angenommen wird, daß man damit die in 3 bis 5 gezeigten Ergebnisse erhält.
7 ist eine Ansicht, welche die Impedanz-Frequenz-Kennlinien und die Phasen-Frequenz-Kennlinien mehrerer Arten von Oberflächenschallwellenvorrichtungen zeigt, die so angeordnet sind, daß auf einem Substrat aus LiNbO₃ mit 82° für den θ-Wert der Euler-Winkel eine IDT-Elektrode mit einem Metallisierungsverhältnis von 0,3; 0,4 oder 0,5 ausgebildet ist.
8 ist eine Ansicht, welche die Impedanz-Frequenz-Kennlinien und die Phasen-Frequenz-Kennlinien mehrerer Arten von Oberflächenschallwellenvorrichtungen zeigt, die so angeordnet sind, daß auf einem Substrat aus LiNbO₃ mit 86° für den θ-Wert der Euler-Winkel eine IDT-Elektrode mit einem Metallisierungsverhältnis von 0,3; 0,4 oder 0,5 ausgebildet ist.
9 ist eine Ansicht, welche die Filterkennlinien eines Oberflächenschallwellenfilters mit Euler-Winkeln von (0°, 84°, 0°) gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sowie die Filterkennlinien eines Oberflächenschallwellenfilters zeigt, bei dem ein Substrat aus LiNbO₃ mit Euler-Winkeln von (0°, 82°, 0°) gemäß einem Vergleichsbeispiel verwendet wird.
10 ist eine Ansicht, welche die Frequenzkennlinie eines Durchlaßbandes und eines höheren Bands als dem Durchlaßband eines Oberflächenschallwellenfilters gemäß der in 9 gezeigten, zweiten Ausführungsform zeigt.
11 ist eine Ansicht, welche die Frequenzkennlinie eines Durchlaßbandes und eines höheren Bands als dem Durchlaßband eines Oberflächenschallwellenfilters gemäß einem Vergleichsbeispiel zeigt, das ähnlich wie dasjenige der zweiten Ausführungsform ausgebildet ist, nur daß die Dicke eines SiO₂-Films, der als zweiter Siliciumoxidfilm dient, auf 0,35 λ geändert wurde.
Bezugszeichenliste

1: Oberflächenschallwellenvorrichtung
2: Substrat aus LiNbO₃
3: IDT-Elektrode
4, 5: Reflektor
6: erster Siliciumoxidfilm
7: zweiter Siliciumoxidfilm

BESTE AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
Nunmehr werden spezielle Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung anhand der anliegenden Zeichnungen beschrieben, um die vorliegende Erfindung zu erläutern.
1(a) ist eine schematische Draufsicht auf eine Oberflächenschallwellenvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, und 1(b) ist eine zum Teil vergrößerte vordere Schnittansicht, die einen wesentlichen Abschnitt der Oberflächenschallwellenvorrichtung zeigt.
Die Oberflächenschallwellenvorrichtung 1 besteht aus einem in Y-Richtung gedrehten X-Schnitt eines Substrats 2 aus LiNbO₃. Die Kristallorientierung des Substrats 2 aus LiNbO₃ beträgt (0° ± 5°, θ, 0° ± 10°) in Euler-Winkeln.
Des weiteren ist auf dem Substrat 2 aus LiNbO₃ in der in 1(b) gezeigten Weise eine IDT-Elektrode 3 angeordnet. Wie in 1(a) gezeigt ist, sind jeweils auf beiden Seiten der IDT-Elektrode 3 in einer Ausbreitungsrichtung der Oberflächenschallwellen, in der sich eine Oberflächenschallwelle ausbreitet, Reflektoren 4 und 5 angeordnet.
In dem übrigen, anderen Bereich als diesen Bereichen, in denen die Elektrode angeordnet ist, ist ein erster Siliciumoxidfilm 6 angeordnet. Die Dicke des ersten Siliciumoxidfilms 6 ist so eingestellt, daß sie gleich der Dicke der IDT-Elektrode 3 und der Dicke von jeder der Reflektoren 4 und 5 ist. Dann ist ein zweiter Siliciumoxidfilm 7 angeordnet, so daß er die Elektroden 3 und 4 sowie den ersten Siliciumoxidfilm 6 bedeckt.
Bei der Oberflächenschallwellenvorrichtung 1 besitzt das Substrat 2 aus LiNbO₃ einen negativen Frequenz-Temperatur-Koeffizienten. Dagegen weisen die Siliciumoxidfilme 6 und 7 einen positiven Frequenz-Temperatur-Koeffizienten auf. Mithin läßt sich die Frequenzkennlinie verbessern.
Bei der vorliegenden Ausführungsform besteht die IDT-Elektrode 3 aus Cu und weist eine Dichte von 8,93 g/cm³ auf. Andererseits weist der erste Siliciumoxidfilm eine Dichte von 2,21 g/cm³ auf.
Mithin kann, wie dem obigen Patentdokument 1 beschrieben, der Reflexionskoeffizient der IDT-Elektrode 3 vergrößert werden. Auf diese Weise läßt sich eine Welligkeit ausschalten, die in der Resonanzkennlinie auftritt.
Bei der Oberflächenschallwellenvorrichtung 1 ist in 2 eine Variation der Durchschlagsleistung gezeigt, wenn sich das Metallisierungsverhältnis der IDT-Elektrode ändert. In 2 zeigt sich, daß dann, wenn das Metallisierungsverhältnis auf einen Wert von weniger als 0,5 abnimmt, die Durchschlagsleistung zunimmt. Dies liegt daran, daß die Größe jedes Zwischenraums zwischen benachbarten Elektrodenfingern im Vergleich zu der Breite jedes Elektrodenfingers größer wird. Dann zeigt sich, daß dann, wenn das Metallisierungsverhältnis der IDT-Elektrode auf einen kleineren Wert als 0,5, insbesondere auf 0,49 oder weniger, eingestellt ist, die Durchschlagsleistung auf einen Wert ansteigt, der als absoluter Wert größer als oder gleich 2 W ist. Eine Oberflächenschallwellenvorrichtung, die in einem Bandpaßfilter eines Mobiltelefons verwendet wird, muß eine Durchschlagsleistung von 2 W oder mehr aufweisen. Mithin ist bei der Erfindung das Metallisierungsverhältnis der Elektrode auf 0,49 oder weniger festgelegt.
Es wurde jedoch festgestellt, daß dann, wenn das Metallisierungsverhältnis auf 0,49 oder weniger, d. h. einen kleineren Wert als 0,5, eingestellt ist, ein unerwünschter Störfaktor auftritt.
Jedoch wird der obige Störfaktor in einer solchen Weise unterdrückt, daß der θ-Wert der Euler-Winkel des Substrats aus LiNbO₃ auf in einen Bereich fallend festgelegt ist, der die folgende Ungleichung (1) erfüllt. –10 × D + 92,5 - 100 × C ≤ θ ≤ 37,5 × D² – 57,75 × D + 104,075 + 5710 × C² – 1105,7 × C + 45,729 Ungleichung (1)

D:: Metallisierungsverhältnis
C:: Dicke der IDT-Elektrode, normiert mit einer Wellenlänge λ.

Im folgenden wird insbesondere die Tatsache weiter detailliert beschrieben, daß ein Störfaktor dann, wenn eine SH-Welle verwendet wird, in einer solchen Weise effizient unterdrückt werden kann, daß der θ-Wert der Euler-Winkel des Substrats aus LiNbO₃ auf einen auf in einen Bereich fallend festgelegt ist, der die obige Ungleichung (1) erfüllt.
3 ist eine Ansicht, die bei einer solchen Konstruktion, bei der auf dem Substrat aus LiNbO₃ mit 82 Grad, 83 Grad, 84 Grad oder 86 Grad für den θ-Wert der Euler-Winkel (0°, θ, 0°) eine aus Cu bestehende IDT-Elektrode mit einer Dicke von 0,06 λ angeordnet ist, ein aus Cu bestehender SiO₂-Film mit der gleichen Dicke wie derjenigen der IDT-Elektrode als erster Siliciumoxidfilm angeordnet ist und ein SiO₂-Film mit einer Dicke von 0,25 λ als zweiter SiO₂-Film angeordnet ist, so daß er die IDT-Elektrode und den ersten Siliciumoxidfilm bedeckt, eine Beziehung zwischen einem Metallisierungsverhältnis der IDT-Elektrode und einem elektromechanischen Koeffizienten K_R ² einer Rayleighschen Welle zeigt, die zu einem Störfaktor wird.
Man beachte, daß die in 3 und 4 und dergleichen gezeigten Ergebnisse, die später beschrieben werden, mit einer Methode finiter Elemente auf der Basis des in 6 gezeigten Berechnungsmodells berechnet werden. Wie aus 6 hervorgeht, wurde als Modell eine Konstruktion verwendet, bei der auf einem Substrat 21 aus LiNbO₃ mit unbegrenzter Dicke eine IDT-Elektrode 22 und ein erster Siliciumoxidfilm 23 angeordnet sind und auf diesem ein zweiter Siliciumoxidfilm 24 angeordnet ist.
Wie aus 3 hervorgeht, ist der elektromagnetische Koeffizient K_R ² einer Rayleighschen Welle dann, wenn θ = 82° und das Metallisierungsverhältnis 0,5 ist, kleiner als oder gleich 0,04%. Wenn jedoch das Metallisierungsverhältnis von 0,5 aus abnimmt, wird der elektromagnetische Koeffizient K_R ² einer Rayleighschen Welle größer, und deshalb scheint es, daß ein auf die Rayleigh-Welle zurückzuführender Störfaktor nicht ignoriert werden kann. Mithin zeigt sich aus 3, daß dann, wenn das Metallisierungsverhältnis kleiner als 0,5 ist, der θ-Wert der Euler-Winkel reguliert werden muß.
4(a) ist eine Ansicht, die einen Bereich zeigt, in welchem der elektromagnetische Koeffizient K_R ² einer Rayleighschen Welle 0,04% oder weniger in einer Konstruktion beträgt, in der auf einem Substrat aus LiNbO₃ mit Euler-Winkeln (0°, θ, 0°) in ähnlicher Weise eine aus einem Cu-Film bestehende IDT-Elektrode mit 0,06 λ angeordnet ist, ein SiO₂-Film mit der gleichen Dicke angeordnet ist und dann ein zweiter SiO₂-Film von 0,25 λ angeordnet ist. Der in 4(a) mit schrägen Strichen schraffierte Bereich ist der Bereich, in dem der elektromagnetische Koeffizient K_R ² einer Rayleighschen Welle 0,04% oder weniger beträgt. Des weiteren zeigt die Linie bei einem Metallisierungsverhältnis von 0,25, die in 4 vertikal verläuft, eine Obergrenze des Metallisierungsverhältnisses. Wenn das Metallisierungsverhältnis kleiner als die Untergrenze oder gleich dieser wird, ist es im wesentlichen schwierig, die IDT-Elektrode der Oberflächenschallwellenvorrichtung herzustellen.
Mithin läßt sich gemäß 4(a) dann, wenn das Metallisierungsverhältnis größer als oder gleich 0,25 und kleiner als oder gleich 0,49 ist und der θ-Wert der Euler-Winkel in dem in 4(a) schraffierten Bereich gewählt wird, der elektromechanische Koeffizient K_R ² einer Rayleighschen Welle, der zu einem Störfaktor wird, auf 0,04% oder weniger verkleinern. Wenn der in 4(a) mit schrägen Strichen schraffierte Bereich in einer Ungleichung ausgedrückt wird, so wird ein Wert durch die Ungleichung (2) ausgedrückt. –10 × D + 86,5 ≤ θ ≤ 37,5 × D² – 57,75 × D² – 104,075 Ungleichung (2)

D:: Metallisierungsverhältnis

Die Dicke der IDT-Elektrode beträgt 0,06 λ.
Die Ungleichung (2) ist eine Beziehung, die aufgestellt wird, wenn die Dicke der aus Cu bestehenden IDT-Elektrode 0,06 λ beträgt. Dann ändern sich der θ-Wert und das Metallisierungsverhältnis, bei welcher der elektromechanische Koeffizient K_R ² einer Rayleighschen Welle klein ist, abhängig von der Dicke der aus Cu bestehenden IDT-Elektrode. Dann erhält man bei einer derartigen Konstruktion, bei der die Dicke des SiO₂-Films 0,25 λ und das Metallisierungsverhältnis 0,40 beträgt, den θ-Wert, durch den der elektromechanische Koeffizient K_R ² einer Rayleighschen Welle 0,04% oder kleiner wird, wenn die Dicke der aus Cu bestehenden IDT-Elektrode geändert wurde. Die Ergebnisse sind in 4(b) gezeigt.
Wie in 4(b) gezeigt, hängt ein Bereich, in dem der elektromechanische Koeffizient K_R ² einer Rayleighschen Welle 0,04% oder weniger beträgt, von der Dicke der aus Cu bestehenden IDT-Elektrode ab. Mithin läßt sich unter Berücksichtigung der Abhängigkeit von der Dicke der Elektrode die Ungleichung (2) ähnlich wie im Fall der Ungleichung (1) ausdrücken.
Man beachte, daß sich das Verhältnis von Ungleichung (1) innerhalb des Bereichs, in dem die Dicke des zweiten Siliciumoxidfilms 0,15 λ bis 0,4 λ beträgt, nicht wesentlich ändert. Das wird anhand von 5 beschrieben.
5 ist eine Ansicht, die bei einer solchen Konstruktion, bei der auf einem Substrat aus LiNbO₃ mit Euler-Winkeln von (0°, θ, 0°) eine aus Kupfer bestehende IDT-Elektrode mit einer Dicke von 0,06 λ und einem Metallisierungsverhältnis von 0,50 angeordnet ist, eine Beziehung zwischen dem θ-Wert der Euler-Winkel und einem elektromechanischen Koeffizienten K_R ² einer Rayleighschen Welle zeigt, wenn die Dicke des zweiten Siliciumoxidfilms auf 0,20 λ, 0,25 λ oder 30 λ festgelegt ist. Wie aus 5 hervorgeht, zeigt sich, daß sich selbst dann, wenn sich die Dicke des SiO₂ innerhalb des Bereiches von 0,20 λ bis 0,30 λ ändert, ein Verhältnis zwischen dem θ-Wert der Euler-Winkel und einem elektromechanischen Koeffizient K_R ² einer Rayleighschen Welle nicht wesentlich ändert. Gemäß dem Experiment, das die Erfinder der vorliegenden Anmeldung ausführten, wurde bewiesen, daß sich selbst dann, wenn sich die Dicke des SiO₂-Films innerhalb eines Bereiches von 0,15 λ bis 0,40 λ ändert, ähnlich wie bei den in 5 gezeigten Ergebnissen das Verhältnis zwischen dem elektromechanischen Koeffizienten K_R ² einer Rayleighschen Welle und dem θ-Wert nicht wesentlich ändert.
Man beachte, daß bei der Erfindung die Dicke der IDT-Elektrode vorzugsweise auf in den Bereich von 0,03 λ bis 0,064 λ fallend eingestellt ist. Gemäß der oben beschriebenen Ungleichung (1) heißt das, daß dann, wenn die Dicke des Cu etwa 0,072 λ beträgt, die Obergrenze und die Untergrenze des θ-Werts umgekehrt sind. Dies bedeutet, daß, wenn 0,072 λ überschritten wird, ein Bereich besteht, in dem der elektromechanische Koeffizient K_R ² einer Rayleighschen Welle 0,04% oder weniger beträgt. Mithin beträgt die Dicke der IDT-Elektrode vorzugsweise 0,072 λ oder weniger.
Wenn des weiteren ein Störfaktor einer Rayleighschen Welle berücksichtigt wird, dehnt sich der Bereich aus, in dem der elektromechanische Koeffizient K_R ² einer Rayleighschen Welle klein ist, da die Dicke der IDT-Elektrode verkleinert ist. Mithin ist es vorzuziehen, daß die Dicke der IDT-Elektrode verkleinert wird. Wenn die Dicke der IDT-Elektrode jedoch zu klein ist, wird die Geschwindigkeit des Schalls einer Oberflächenschallwelle höher als die Geschwindigkeit des Schalls einer langsamen Querrichtungswelle. Mithin kann möglicherweise die Dämpfung größer werden. Angesichts der obigen Tatsache beträgt die Dicke der IDT-Elektrode erwünschterweise 0,03 λ oder mehr. Mithin liegt die Dicke der hauptsächlich aus Cu bestehenden IDT-Elektrode erwünschterweise im Bereich von 0,03 λ bis 0,072 λ.
Als nächstes wird eine beispielhafte Ausführungsform beschrieben, bei der eine Oberflächenschallwellenvorrichtung tatsächlich auf der Basis der obigen Ausführungsform hergestellt wurde.
Es wurde eine in Y-Richtung gedrehter X-Schnitt eines Substrats aus LiNbO₃ mit Euler-Winkeln (0°, 82° bis 86°, 0°) hergestellt. Auf das Substrat aus LiNbO₃ wurde als erster Siliciumoxidfilm ein SiO₂-Film in einer Dicke von 107 nm (0,057 λ) aufgebracht. Danach wurde auf dem SiO₂-Film ein Fotolack-Muster angeordnet, und dann wurde der SiO₂-Film wahlweise durch das reaktive Ionenätzen (RIE) mit Hilfe des Fotolack-Musters ausgebildet, um dadurch eine Rille zu bilden. Zum Füllen der Rille mit Cu wurde ein Cu-Film aufgebracht, um dadurch eine IDT-Elektrode auszubilden. Danach wurde der andere Cu-Film, der keine IDT-Elektrode bildete, zusammen mit dem Fotolack-Muster mit dem Abhebeverfahren beseitigt, und dann wurde als zweiter Siliciumoxidfilm ein SiO₂-Film in einer Dicke von 460 nm (0,24 λ) aufgebracht.
Auf diese Weise wurde ein zweipoliger Oberflächenschallwellenresonator mit λ = 1,89 µm, d. h. einer Resonanzfrequenz von 1,9 GHz, hergestellt.
7 und 8 zeigen die Impedanz-Frequenz-Kennlinie und die Phasen-Frequenz-Kennlinie des in der oben beschriebenen Weise erhaltenen zweipoligen Oberflächenschallwellenresonators. 7 zeigt die Ergebnisse, wenn der θ-Wert der Euler-Winkel 82° beträgt und das Metallisierungsverhältnis der IDT-Elektrode 0,3; 0,4 oder 0,5 beträgt. 8 zeigt die Kennlinie, wenn der θ-Wert der Euler-Winkel 86° beträgt und das Metallisierungsverhältnis 0,3; 0,4 oder 0,5 beträgt.
Wie aus 7 hervorgeht, zeigt sich, daß dann, wenn der θ-Wert der Euler-Winkel 82° beträgt, ein Störfaktor, der nicht vorhanden ist, wenn das Metallisierungsverhältnis 0,5 beträgt, im wesentlichen in der von den Pfeilen X1 und X2 angezeigten Weise auftritt, wenn das Metallisierungsverhältnis auf 0,4 oder 0,3 absinkt.
Wie aus 8 hervorgeht, zeigt sich dagegen, daß dann, wenn der θ-Wert der Euler-Winkel 86° beträgt, ein Störfaktor, der bei einem Metallisierungsverhältnis von 0,5 in der von Pfeil Y angezeigten Weise auftritt, dann abnimmt, wenn das Metallisierungsverhältnis abnimmt. Dabei erfüllt der Bereich, in dem der θ-Wert 86° beträgt und das Metallisierungsverhältnis 0,3 beträgt, die oben beschriebene Ungleichung (1). Der andere Bereich erfüllt die oben beschriebene Ungleichung (1) nicht, d. h. ist ein außerhalb des Umfangs der Erfindung liegendes Beispiel.
Wie aus den in 7 und 8 gezeigten Ergebnissen hervorgeht, zeigt sich mithin, daß dann, wenn der θ-Wert der Euler-Winkel so festgelegt wird, daß er unter Berücksichtigung des Metallisierungsverhältnisses D die oben beschriebene Ungleichung (1) erfüllt, ein unerwünschter Störfaktor effizient unterdrückt werden kann, wenn eine SH-Welle verwendet wird.
Man beachte, daß die IDT-Elektrode, solange diese hauptsächlich aus Cu besteht, so angeordnet werden kann, daß eine Klebstoffschicht als Fundamentfilm auf die Unterseite einer aus Cu bestehenden Elektrodenschicht aufbeschichtet wird oder eine Schutzschicht auf die obere Fläche einer Hauptelektrodenschicht aufbeschichtet wird. Weiterhin braucht die Hauptelektrodenschicht nicht aus einfachem Cu zu bestehen und kann aus einer Legierung bestehen, die hauptsächlich Cu enthält. Des weiteren kann auf einen Elektrodenfilm, der aus Cu oder einer hauptsächlich Cu enthaltenden Legierung besteht, ein sekundärer Metallfilm aufbeschichtet werden, der aus einem anderen Metall als Cu besteht.
Als nächstes wurde in ähnlicher Weise wie bei der obigen Ausführungsform ein Duplexgerät DPX für WCDMA hergestellt. Hierbei wurde ein sendeseitiger Bandpaßfilter des Duplexgeräts DPX aus einem Oberflächenschallwellenfilter hergestellt, bei dem mehrere, gemäß der Erfindung gebildete Oberflächenschallwellenresonatoren verwendet wurden. Insbesondere wurde eine aus Cu bestehende IDT-Elektrode auf einem Substrat aus LiNbO₃ mit Euler-Winkeln (0°, 84°, 0°) so angeordnet, daß die Dicke 108 nm (0,057 λ) betrug und das Metallisierungsverhältnis 0,40 betrug. Man beachte, daß ein SiO₂-Film mit einer Dicke gleich derjenigen der IDT-Elektrode als erster Siliciumoxidfilm aufgebracht wurde und ein SiO₂-Film mit einer Dicke von 159 nm (0,24 λ) so angeordnet wurde, daß er die IDT-Elektrode und den ersten Siliciumoxidfilm bedeckte. Hierbei wurde weiterhin ein SiN-Film zum Einstellen der Frequenz auf den obersten Abschnitt aufgebracht, und der SiN-Film wurde zum Einstellen der Frequenz geätzt. Die Dicke des SiN-Films nach dem Einstellen der Frequenz betrug etwa 15 nm.
Man beachte, daß für den Frequenzeinstellfilm ein SiC-Film, ein Si-Film oder dergleichen als ein anderer als der SiN-Film verwendet werden können.
9 ist eine Ansicht, welche die Filterkennlinie des Oberflächenschallwellenfilters für das DPX zeigt, das man in der oben beschriebenen Weise erhält. Zum Vergleich zeigt 9 mit der Strichellinie die Filterkennlinie eines Oberflächenschallwellenfilters für ein Duplexgerät, das ähnlich wie das obige gebildet ist, nur daß die Euler-Winkel auf (0°, 82°, 0°) eingestellt sind. Man beachte, daß die aus Cu bestehende IDT-Elektrode, welche die mit der durchgehenden Linie bezeichnete Kennlinie, d. h. Euler-Winkel 0°, 84°, 0°), und die obige Dicke besitzt und die Dicke die Ungleichung (1) erfüllt, während dagegen die durch die Strichellinie bezeichnete Filterkennlinie das von der Ungleichung (1) ausgedrückte Verhältnis nicht erfüllt. Wie aus 9 hervorgeht, treten in dem mit der Strichellinie angezeigten Vergleichsbeispiel große Störfaktoren auf, die durch die Pfeile Z1 und Z2 angezeigt sind. Das sind Störfaktoren, die auf eine Rayleighsche Welle zurückzuführen sind. Dagegen zeigt sich bei der zweiten Ausführungsform, daß derartige Störfaktoren ausreichend unterdrückt werden und man deshalb eine sehr gute Filterkennlinie erhalten kann.
Als nächstes zeigt 10 die Frequenzkennlinie eines Durchlaßbandes und eines höheren Bands als des Durchlaßbandes eines Oberflächenschallwellenfilters des bei der zweiten Ausführungsform hergestellten Duplexgeräts TPX.
Des weiteren zeigt 11 zum Vergleich die Frequenzkennlinie eines Oberflächenschallwellenfilters, der ähnlich wie bei der zweiten Ausführungsform gebildet ist, nur daß die Dicke des zweiten Siliciumoxidfilms auf 0,35 λ geändert ist.
In 11 tritt in der von dem Pfeil W angezeigten Weise ein Störfaktor auf Grund einer Mode höherer Ordnung einer SH-Welle auf. Das heißt, es scheint so, daß ein Störfaktor, der vermutlich auf eine Mode höherer Ordnung einer SH-Welle zurückzuführen ist, außerordentlich von der Dicke des SiO₂-Films abhängt, der als zweiter Siliciumoxidfilm dient. Dann kann bezüglich der Filterkennlinie dann, wenn die Dicke des zweiten Siliciumoxidfilms vorzugsweise auf 0,03 λ oder weniger festgelegt ist, effizient ein Störfaktor unterdrückt werden, der auf eine Mode höherer Ordnung einer SH-Welle zurückzuführen ist, wie er von dem Pfeil W gemäß 11 angezeigt ist.
Die Euler-Winkel des Substrats aus LiNbO₃ sind bei der vorliegenden Erfindung auf (0°, θ ± 5°, 0°) festgelegt. Gemäß dem Experiment der Erfinder der vorliegenden Anmeldung braucht jedoch in den Euler-Winkeln (ψ, θ, ψ) das θ nur innerhalb des Bereichs von θ ± 5° zu liegen, und ψ soll nur innerhalb des Bereichs von θ ± 10° zu liegen. In jedem von beiden Fällen hat sich bestätigt, daß sich Vorteile erhalten lassen, die denen der oben beschriebenen Ausführungsform ähneln.
Weiterhin ist die Erfindung nicht auf den oben beschriebenen zweipoligen Oberflächenschallwellenresonator oder den Bandpaßfilterabschnitt des Duplexgeräts beschränkt. Diese kann auf verschiedene Resonatoren oder Oberflächenschallwellenfilter verschiedener Schaltungskonfigurationen angewandt werden.

Claims

Oberflächenschallwellenvorrichtung, umfassend: – ein Substrat aus LiNbO₃ mit Euler-Winkeln (0° ± 5°, 8 ± 5°, 0° ± 10°); – eine Elektrode, die auf dem Substrat aus LiNbO₃ angeordnet ist und eine hauptsächlich aus Kupfer bestehende IDT-Elektrode aufweist; – einen ersten Siliciumoxidfilm zwischen den Fingern der IDT-Elektrode mit einer Dicke gleich derjenigen der Elektrode; und – einen zweiten Siliciumoxidfilm, der so angeordnet ist, daß er die Elektrode und den ersten Siliciumoxidfilm abdeckt, – wobei die Oberflächenschallwelle eine SH-Welle nutzt, wobei eine Metallisierungsverhältnis D der IDT-Elektrode kleiner als oder gleich 0,49 ist und der θ-Wert der Euler-Winkel (0° ± 5°, θ ± 5°, 0° ± 10°) als in einen Bereich fallend eingestellt ist, der die folgende Ungleichung (1) erfüllt. –10 × D + 92,5 – 100 × C ≤ θ ≤ 37,5 × D² – 57,75 × D + 104,075 + 5710 × C² – 1105,7 × C + 45,729 Ungleichung (1) D: Metallisierungsverhältnis C: Dicke der IDT-Elektrode ist, normiert mit einer Wellenlänge λ.
Oberflächenschallwellenvorrichtung nach Anspruch 1, wobei eine Dicke H des zweiten Siliciumoxidfilms im Bereich von 0,16 λ bis 0,30 λ liegt.