JP2024067557A - Acoustic Wave Devices - Google Patents
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Abstract
【課題】スプリアスを低減させた弾性波デバイスを提供する。【解決手段】2つの圧電薄板の層を有する接合基板と、前記層上に形成された電極と、を備え、前記2つの圧電薄板は、同じ材料で形成され、使用する振動モードに関係する前記2つの圧電薄板の圧電定数が同一であり、スプリアスとなる不要な振動モードに関係する前記2つの圧電薄板の圧電定数は、絶対値が同じで符号が反転するように、前記2つの圧電薄板のオイラー角が選ばれている弾性波デバイス。【選択図】図1[Problem] To provide an acoustic wave device with reduced spurious emissions. [Solution] An acoustic wave device comprising a bonded substrate having layers of two piezoelectric thin plates and electrodes formed on the layers, the two piezoelectric thin plates being made of the same material, the piezoelectric constants of the two piezoelectric thin plates related to the vibration mode being used being the same, and the Euler angles of the two piezoelectric thin plates being selected so that the piezoelectric constants of the two piezoelectric thin plates related to the unwanted vibration mode that causes spurious emissions have the same absolute value but opposite signs. [Selected Figure] Figure 1
Description
特許法第30条第2項適用申請有り (1)刊行物への発表による公開 令和4年2月21日に国立大学法人山梨大学発行,2021年度山梨大学工学部電気電子工学科卒業論文発表会予稿集,T18EE041-1~T18EE041-2にて掲載 (2)集会での発表による公開 令和4年2月21日に国立大学法人山梨大学における2021年度山梨大学工学部電気電子工学科卒業論文発表会で発表Application for application of Article 30, Paragraph 2 of the Patent Act has been filed. (1) Disclosure by publication in a publication: Published on February 21, 2022, by Yamanashi University, National University Corporation, in the proceedings of the 2021 Yamanashi University Faculty of Engineering, Department of Electrical and Electronic Engineering Graduation Thesis Presentations, T18EE041-1 to T18EE041-2. (2) Disclosure by presentation at a meeting: Presented at the 2021 Yamanashi University Faculty of Engineering, Department of Electrical and Electronic Engineering Graduation Thesis Presentations, held at Yamanashi University, National University Corporation, on February 21, 2022.
本発明は、弾性表面波を利用した弾性波デバイスに関する。 The present invention relates to an acoustic wave device that uses surface acoustic waves.
近年の移動体通信の世界的な伸張と通信量の増加にともない、スマートフォン等の移動体通信機器の高速化、高性能化が求められてきている。通信機器の高性能化のためには、弾性波デバイスの高周波数化、広帯域化、高Q値化等が重要となるが、更に、通信の高速化のため、複数のバンドを同時に利用するキャリアアグリゲーションなどの新技術が導入され、帯域外のスプリアスの低減についても求められてきている。 With the recent global expansion of mobile communications and the increase in communication volume, there is a demand for faster and more powerful mobile communication devices such as smartphones. To improve the performance of communication devices, it is important to increase the frequency, bandwidth, and Q value of acoustic wave devices. Furthermore, to increase communication speeds, new technologies such as carrier aggregation that uses multiple bands simultaneously have been introduced, and there is also a demand for reducing spurious out-of-band signals.
例えば、特許文献1には、圧電膜を有する弾性波装置であって、支持基板と、前記支持基板上に形成されており、前記圧電膜を伝搬する弾性波音速より伝搬するバルク波音速が高速である高音速膜と、前記高音速膜上に積層されており、前記圧電膜を伝搬するバルク波音速より伝搬するバルク波音速が低速である低音速膜と、前記低音速膜上に積層された前記圧電膜と、前記圧電膜の一方面に形成されているIDT電極とを備える、弾性波装置が開示されている。 For example, Patent Document 1 discloses an elastic wave device having a piezoelectric film, the elastic wave device comprising a support substrate, a high acoustic velocity film formed on the support substrate and having a bulk wave acoustic velocity faster than the acoustic velocity of the elastic wave propagating through the piezoelectric film, a low acoustic velocity film laminated on the high acoustic velocity film and having a bulk wave acoustic velocity slower than the bulk wave acoustic velocity propagating through the piezoelectric film, the piezoelectric film laminated on the low acoustic velocity film, and an IDT electrode formed on one side of the piezoelectric film.
これにより、支持基板と圧電膜との間に、高音速膜及び低音速膜が配置されているため、Q値を高めることが可能となる。従って、高いQ値を有する弾性波装置を提供することが可能となるとしている。 As a result, the high acoustic velocity film and the low acoustic velocity film are placed between the support substrate and the piezoelectric film, making it possible to increase the Q value. As a result, it is possible to provide an acoustic wave device with a high Q value.
しかしながら、特許文献1に記載した弾性波デバイス等の従来の弾性波デバイスでは、スプリアスを低減するためは、主要な伝搬モード以外の結合係数が小さいカットの圧電薄板しか使えないという大きな制約があった。 However, in conventional acoustic wave devices such as the acoustic wave device described in Patent Document 1, there was a major restriction that only cut piezoelectric thin plates with small coupling coefficients other than the main propagation mode could be used to reduce spurious signals.
言い換えると、従来の弾性波デバイスでは、使いたい主要な伝搬モードの結合係数をある程度確保しつつ、不要な伝搬モードの結合係数が小さい条件を探索するしか無かった。そして、不要な伝搬モードの結合係数が小さい条件がもし無かったらその構造は諦めざるを得ないという大きな制約があった。 In other words, with conventional acoustic wave devices, the only thing that could be done was to search for conditions where the coupling coefficient of the main propagation mode desired was high enough while the coupling coefficient of the unnecessary propagation modes was small. And if there was no condition where the coupling coefficient of the unnecessary propagation modes was low, then there was a major constraint: the structure had to be abandoned.
本発明は、係る実情に鑑み、上記課題を解決し、積極的に不要な伝搬モードの結合係数を、圧電定数をキャンセルすることによって低減することにより、スプリアスが低減された弾性波デバイスを提供しようとするものである。 In view of the current situation, the present invention aims to solve the above problems and provide an acoustic wave device with reduced spurious emissions by actively reducing the coupling coefficient of unnecessary propagation modes by canceling the piezoelectric constant.
本発明の課題は、下記の各発明によって解決することができる。
即ち、本発明の弾性波デバイスは、2つの圧電薄板の層を有する接合基板と、前記接合基板上に形成された電極と、を備え、前記2つの圧電薄板は、同じ材料で形成され、使用する振動モードに関係する前記2つの圧電薄板の圧電定数が同一であり、スプリアスとなる不要な振動モードに関係する前記2つの圧電薄板の圧電定数は、絶対値が同じで符号が反転するように、前記2つの圧電薄板のオイラー角が選ばれていることを主要な特徴としている。
The object of the present invention can be achieved by the following inventions.
In other words, the elastic wave device of the present invention comprises a bonded substrate having two layers of piezoelectric thin plates and electrodes formed on the bonded substrate, and the two piezoelectric thin plates are formed of the same material, the piezoelectric constants of the two piezoelectric thin plates related to the vibration mode used are identical, and the Euler angles of the two piezoelectric thin plates related to unwanted vibration modes that cause spurious noise are selected so that the piezoelectric constants of the two piezoelectric thin plates have the same absolute value but opposite signs.
また、本発明の弾性波デバイスは、前記2つの圧電薄板は、使用する振動モードがLamb波であり、かつ、前記2つの圧電薄板の圧電定数e11は、同じ値であり、かつ、前記2つの圧電薄板の圧電定数e16、e34は、絶対値が同じで符号が反転するようなオイラー角であることを主要な特徴としている。 The main feature of the elastic wave device of the present invention is that the vibration mode used by the two piezoelectric thin plates is a Lamb wave, the piezoelectric constant e11 of the two piezoelectric thin plates is the same value, and the piezoelectric constants e16 and e34 of the two piezoelectric thin plates are Euler angles with the same absolute value and opposite signs.
更に、本発明の弾性波デバイスは、前記2つの圧電薄板の厚さが同一であることを主要な特徴としている。 Furthermore, a key feature of the acoustic wave device of the present invention is that the thicknesses of the two piezoelectric thin plates are the same.
更にまた、前記2つの圧電薄板がいずれもニオブ酸リチウムか、またはタンタル酸リチウムであり、前記2つの圧電薄板のうち一方の圧電薄板のオイラー角を(90°,90°,ψ)とすると、他方の圧電薄板のオイラー角が(90°,-90°,-ψ)であるか、または、これらと結晶学的に等価なオイラー角であることを主要な特徴としている。 Furthermore, the two piezoelectric thin plates are both lithium niobate or lithium tantalate, and the main feature is that when the Euler angles of one of the two piezoelectric thin plates are (90°, 90°, ψ), the Euler angles of the other piezoelectric thin plate are (90°, -90°, -ψ) or are crystallographically equivalent to these Euler angles.
また、本発明の弾性波デバイスは、使用する振動モードがSH波であり、前記2つの圧電薄板がいずれもニオブ酸リチウムか、またはタンタル酸リチウムであり、かつ、前記2つの圧電薄板は、圧電定数e16が同じ値であり、かつ、前記2つの圧電薄板の圧電定数e31、e15の絶対値が同じで符号が反転するように前記2つの圧電薄板のオイラー角が選ばれていることを主要な特徴としている。 The main features of the elastic wave device of the present invention are that the vibration mode used is an SH wave, that both of the piezoelectric thin plates are lithium niobate or lithium tantalate, that the two piezoelectric thin plates have the same piezoelectric constant e16, and that the Euler angles of the two piezoelectric thin plates are selected so that the absolute values of the piezoelectric constants e31 and e15 of the two piezoelectric thin plates are the same but have opposite signs.
更に、本発明の弾性波デバイスは、前記2つの圧電薄板の厚さが同一であることを主要な特徴としている。 Furthermore, a key feature of the acoustic wave device of the present invention is that the thicknesses of the two piezoelectric thin plates are the same.
更にまた、本発明の弾性波デバイスは、前記2つの圧電薄板がいずれもニオブ酸リチウムか、またはいずれもタンタル酸リチウムであり、前記2つの圧電薄板のうち一方のオイラー角を(0°,100°,0°)とすると、他方の圧電薄板のオイラー角が(0°,280°,180°)であるか、または、これらと結晶学的に等価なオイラー角であることを主要な特徴としている。 Furthermore, the main feature of the elastic wave device of the present invention is that the two piezoelectric thin plates are both lithium niobate or both lithium tantalate, and when the Euler angles of one of the two piezoelectric thin plates are (0°, 100°, 0°), the Euler angles of the other piezoelectric thin plate are (0°, 280°, 180°) or are crystallographically equivalent to these Euler angles.
また、本発明の弾性波デバイスは、前記2つの圧電薄板は、第1圧電薄板と第2圧電薄板であり、前記接合基板は、前記第1圧電薄板、前記第2圧電薄板とで構成され、前記接合基板を支持する支持基板を備え、前記第1圧電薄板、前記第2圧電薄板、前記支持基板の順に層を形成し、前記支持基板の音速は、前記第1圧電薄板、前記第2圧電薄板の音速よりも速いことを主要な特徴としている。 The acoustic wave device of the present invention is also characterized in that the two piezoelectric thin plates are a first piezoelectric thin plate and a second piezoelectric thin plate, the bonded substrate is composed of the first piezoelectric thin plate and the second piezoelectric thin plate, and includes a support substrate that supports the bonded substrate, the layers being the first piezoelectric thin plate, the second piezoelectric thin plate, and the support substrate in that order, and the sound velocity in the support substrate is faster than the sound velocity in the first piezoelectric thin plate and the second piezoelectric thin plate.
更に、本発明の弾性波デバイスは、前記支持基板は、Si、水晶、サファイア、SiC、SiO2、ダイヤモンド、あるいは水晶、サファイア、SiC、SiO2、ダイヤモンドから選択されるいずれかが成膜されたSi基板であることを主要な特徴としている。 Furthermore, the main feature of the acoustic wave device of the present invention is that the support substrate is a Si substrate made of Si , quartz crystal, sapphire, SiC, SiO2, diamond, or a substrate on which a film of any one selected from quartz crystal, sapphire, SiC, SiO2 , and diamond has been formed.
更にまた、本発明の弾性波デバイスは、使用するSAWモードがLL-SAWの場合において、前記2つの圧電薄板は、圧電定数e11が同じ値となり、圧電定数e16、e34が絶対値が同じで符号が反転するようなオイラー角であることを主要な特徴としている。 Furthermore, the main feature of the acoustic wave device of the present invention is that when the SAW mode used is LL-SAW, the two piezoelectric thin plates have Euler angles such that the piezoelectric constant e11 is the same value, and the piezoelectric constants e16 and e34 have the same absolute value but opposite signs.
また、本発明の弾性波デバイスは、 前記2つの圧電薄板は、ニオブ酸リチウムか、またはタンタル酸リチウムであり、前記2つの圧電薄板のうち一方の圧電薄板のオイラー角と、他方の圧電薄板のオイラー角の組み合わせが、下記(1)~(3)の何れか一つであるか、または、下記(1)~(3)のいずれか一つと結晶学的に等価なオイラー角であることを主要な特徴としている。
(1)一方の圧電薄板のオイラー角 (φ,90°,ψ)
他方の圧電薄板のオイラー角 (φ,-90°,-ψ)
(2)一方の圧電薄板のオイラー角 (90°,θ,ψ)
他方の圧電薄板のオイラー角 (90°,-θ,-ψ)
(3)一方の圧電薄板のオイラー角 (90°,90°,ψ)
他方の圧電薄板のオイラー角 (90°,-90°,-ψ)
Moreover, the elastic wave device of the present invention is mainly characterized in that the two piezoelectric thin plates are lithium niobate or lithium tantalate, and the combination of the Euler angles of one of the two piezoelectric thin plates and the Euler angles of the other piezoelectric thin plate is any one of (1) to (3) below, or is an Euler angle that is crystallographically equivalent to any one of (1) to (3) below.
(1) Euler angle of one piezoelectric plate (φ, 90°, ψ)
Euler angles of the other piezoelectric plate (φ, -90°, -ψ)
(2) Euler angle of one piezoelectric plate (90°, θ, ψ)
Euler angles of the other piezoelectric plate (90°, -θ, -ψ)
(3) Euler angles of one piezoelectric plate (90°, 90°, ψ)
Euler angles of the other piezoelectric plate (90°, -90°, -ψ)
更に、本発明の弾性波デバイスは、前記第1圧電薄板の厚さh1と前記第2圧電薄板の厚さh2の比率が、スプリアスとなる不要な振動モードを励振しない比率であることを主要な特徴としている。 Furthermore, a main feature of the elastic wave device of the present invention is that the ratio of the thickness h1 of the first piezoelectric thin plate to the thickness h2 of the second piezoelectric thin plate is a ratio that does not excite unnecessary vibration modes that become spurious.
更にまた、本発明の弾性波デバイスは、前記第1圧電薄板の厚さh1と前記第2圧電薄板の厚さh2の比率が、h1:h2=1:2であることを主要な特徴としている。 Furthermore, the acoustic wave device of the present invention is mainly characterized in that the ratio of the thickness h1 of the first piezoelectric thin plate to the thickness h2 of the second piezoelectric thin plate is h1 : h2 =1:2.
また、本発明の弾性波デバイスは、使用するSAWモードがL-SAWの場合において、前記2つの圧電薄板は、いずれもニオブ酸リチウムか、またはタンタル酸リチウムであり、前記2つの圧電薄板の圧電定数e16が同じ値であり、前記2つの圧電薄板のオイラー角は、それぞれの前記圧電薄板の圧電定数e31、e15の絶対値が同じで符号が反転するように選ばれていることを主要な特徴としている。 The main features of the elastic wave device of the present invention are that, when the SAW mode used is L-SAW, the two piezoelectric thin plates are both lithium niobate or lithium tantalate, the piezoelectric constant e16 of the two piezoelectric thin plates is the same value, and the Euler angles of the two piezoelectric thin plates are selected so that the absolute values of the piezoelectric constants e31 and e15 of the respective piezoelectric thin plates are the same but have opposite signs.
更に、本発明の弾性波デバイスは、前記第1圧電薄板と前記第2圧電薄板のうち、一方の圧電薄板のオイラー角が(φ,θ,0°)とすると、他方の圧電薄板のオイラー角が(φ,θ±180°,0°±180°)であるか、または、これらと結晶学的に等価なオイラー角であることを主要な特徴としている。 Furthermore, the main feature of the elastic wave device of the present invention is that, when the Euler angles of one of the first and second piezoelectric thin plates are (φ, θ, 0°), the Euler angles of the other piezoelectric thin plate are (φ, θ±180°, 0°±180°) or are crystallographically equivalent to these Euler angles.
更にまた、本発明の弾性波デバイスは、前記第1圧電薄板の厚さh1と前記第2圧電薄板の厚さh2の比率が、スプリアスとなる不要な振動モードを励振しない比率であることを主要な特徴としている。 Furthermore, a main feature of the elastic wave device of the present invention is that the ratio of the thickness h1 of the first piezoelectric thin plate to the thickness h2 of the second piezoelectric thin plate is a ratio that does not excite unnecessary vibration modes that become spurious.
また、本発明の弾性波デバイスは、前記第1圧電薄板の厚さh1と前記第2圧電薄板の厚さh2の比率が、h1:h2=1:3であることを主要な特徴としている。 Moreover, the acoustic wave device of the present invention is mainly characterized in that the ratio of the thickness h1 of the first piezoelectric thin plate to the thickness h2 of the second piezoelectric thin plate is h1 : h2 =1:3.
更に、本発明の弾性波デバイスは、前記第1圧電薄板と前記第2圧電薄板のうち、一方の圧電薄板のオイラー角と、他方の圧電薄板のオイラー角の組み合わせが、(90°,θ,ψ)と(90°,-θ,-ψ)の組み合わせであるか、または、(φ,90°,ψ)と(φ,-90°,-ψ)の組み合わせであるか、または、これらと結晶学的に等価なオイラー角であることを主要な特徴としている。 Furthermore, the main feature of the acoustic wave device of the present invention is that the combination of the Euler angles of one of the first and second piezoelectric thin plates and the Euler angles of the other piezoelectric thin plate is a combination of (90°, θ, ψ) and (90°, -θ, -ψ), or a combination of (φ, 90°, ψ) and (φ, -90°, -ψ), or an Euler angle that is crystallographically equivalent to these.
更にまた、本発明の弾性波デバイスは、前記2つの圧電薄板がいずれもニオブ酸リチウムか、またはいずれもタンタル酸リチウムであり、前記2つの圧電薄板のうち一方のオイラー角を(φ,θ,0°)とすると、他方の圧電薄板のオイラー角が(φ,θ±180°,0°±180°)であるか、または、これらと結晶学的に等価なオイラー角であることを主要な特徴としている。 Furthermore, the main feature of the elastic wave device of the present invention is that the two piezoelectric thin plates are both lithium niobate or both lithium tantalate, and when the Euler angles of one of the two piezoelectric thin plates are (φ, θ, 0°), the Euler angles of the other piezoelectric thin plate are (φ, θ±180°, 0°±180°) or are crystallographically equivalent to these Euler angles.
スプリアスを低減した弾性波デバイスを提供することができる。 It is possible to provide an acoustic wave device with reduced spurious emissions.
以下、添付図面を参照しながら、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。ここで、図中、同一の記号で示される部分は、同様の機能を有する同様の要素である。
また、本発明において、オイラー角は、すべてIRE1949のスタンダードで示されている。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, in which like reference numerals denote like elements having like functions.
In the present invention, all Euler angles are shown in accordance with the IRE1949 standard.
<第1実施形態>
本発明に係る弾性波デバイスの第1実施形態の電極片面タイプについて図1を参照して説明する。第1実施形態の電極両面タイプについては後述する。図1(A)は、電極が片面にあるタイプの本発明に係る弾性波デバイスの概略断面図である。図1(B)は、電極が両面にあるタイプの本発明に係る弾性波デバイスの概略断面図である。
(1)電極片面タイプ
第1実施形態の電極片面タイプについて図1(A)を参照して説明する。
図1(A)に示すように、本発明に係る弾性波デバイスは、第1圧電薄板10の層と、第2圧電薄板20との層とで形成された接合基板30と、IDT電極40と、を主に含んで構成されている。
First Embodiment
A single-sided electrode type of a first embodiment of an acoustic wave device according to the present invention will be described with reference to Fig. 1. The double-sided electrode type of the first embodiment will be described later. Fig. 1(A) is a schematic cross-sectional view of an acoustic wave device according to the present invention having an electrode on one side. Fig. 1(B) is a schematic cross-sectional view of an acoustic wave device according to the present invention having electrodes on both sides.
(1) Single-Sided Electrode Type A single-sided electrode type according to a first embodiment will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 1A, the acoustic wave device of the present invention is mainly composed of a bonding substrate 30 formed of a layer of a first piezoelectric thin plate 10 and a layer of a second piezoelectric thin plate 20, and an IDT electrode 40.
第1圧電薄板10と第2圧電薄板20とは、接合されており、第1圧電薄板の表面には、IDT電極(櫛形電極)が形成されている。第1圧電薄板10と第2圧電薄板20とは、同じ圧電材料から形成され、その圧電材料としては、例えば、水晶、タンタル酸リチウム (LiTaO3),ニオフ゛酸リチウム(LiNbO3)なと゛を用いることができる。 The first piezoelectric thin plate 10 and the second piezoelectric thin plate 20 are bonded together, and an IDT electrode (interdigital electrode) is formed on the surface of the first piezoelectric thin plate. The first piezoelectric thin plate 10 and the second piezoelectric thin plate 20 are made of the same piezoelectric material, which may be, for example, quartz, lithium tantalate ( LiTaO3 ), or lithium niobate ( LiNbO3 ).
ここで、第1圧電薄板10と第2圧電薄板20は、以下の条件1、条件2すべてを満たすように形成される。
[条件1]
使用する振動モードに関係する第1圧電薄板10と第2圧電薄板20の圧電定数が同一である。
Here, the first piezoelectric thin plate 10 and the second piezoelectric thin plate 20 are formed so as to satisfy both of the following conditions 1 and 2.
[Condition 1]
The first piezoelectric thin plate 10 and the second piezoelectric thin plate 20 related to the vibration mode to be used have the same piezoelectric constant.
[条件2]
スプリアスとなる不要な振動モードに関係する、第1圧電薄板10と第2圧電薄板20の2つの圧電薄板の圧電定数は、絶対値が同じで符号が反転するように、前記2つの圧電薄板のオイラー角が選ばれている。
[Condition 2]
The Euler angles of the two piezoelectric thin plates, the first piezoelectric thin plate 10 and the second piezoelectric thin plate 20, which are related to unwanted vibration modes that cause spurious signals, are selected so that the piezoelectric constants of the two piezoelectric thin plates have the same absolute value but opposite signs.
接合基板30は、例えば、以下のようなステップで作製することができる。
(1) Si等の基板に第2圧電薄板20を貼り付けて、第2圧電薄板20を所定の厚さになるまで研磨する。
(2) 所定の厚さになった第2圧電薄板20に第1圧電薄板10を貼り付ける。
(3) 第1圧電薄板10が所定の厚さになるまで研磨する。
(4) フォトリソグラフィにより第1圧電薄板10表面にIDT電極(櫛形電極)40を形成する。
(5) Si基板を研磨、または溶解によって全部または一部を取り除く。(一部を取り除く場合は、IDT電極40の下部のSi基板を取り除く[図6参照])
The bonded substrate 30 can be fabricated, for example, through the following steps.
(1) The second piezoelectric thin plate 20 is attached to a substrate such as Si, and the second piezoelectric thin plate 20 is polished to a predetermined thickness.
(2) The first piezoelectric thin plate 10 is attached to the second piezoelectric thin plate 20 which has reached a specified thickness.
(3) The first piezoelectric thin plate 10 is polished to a predetermined thickness.
(4) An IDT electrode (interdigital transducer) 40 is formed on the surface of the first piezoelectric thin plate 10 by photolithography.
(5) The Si substrate is polished or dissolved to remove all or part of it. (If only a portion of the Si substrate is to be removed, the Si substrate below the IDT electrode 40 is removed [see FIG. 6].)
上記(4)の電極40の形成ステップは、例えば、アルミニウム、金、チタン等の薄膜を第1圧電薄板の表面にスパッタリング、蒸着、CVD等で成膜し、フォトリソグラフィにより櫛形電極(IDT)の形状に形成することができる。電極40の形成に用いられる金属は、アルミニウム、金、チタンに限定されるものではなく、従来、弾性波デバイスの電極に用いられている金属ならば何を使用しても良い。 The above step (4) of forming the electrode 40 can be performed by, for example, forming a thin film of aluminum, gold, titanium, or the like on the surface of the first piezoelectric thin plate by sputtering, deposition, CVD, or the like, and forming it into the shape of an interdigital transducer (IDT) by photolithography. The metal used to form the electrode 40 is not limited to aluminum, gold, or titanium, and any metal that has been conventionally used for electrodes in acoustic wave devices may be used.
実施例1として、このように構成された弾性波デバイスについて、有限要素法(FEM:Finite Element Method)を用いて共振特性のシミュレーション(FEM解析)を行った。FEM解析を行った弾性波デバイスについて図2Aに示す。図2Aは、第1実施形態の電極片面タイプの一例を示す概略断面図である。 As Example 1, a simulation (FEM analysis) of the resonance characteristics of the acoustic wave device configured in this manner was performed using the finite element method (FEM). The acoustic wave device that underwent FEM analysis is shown in Figure 2A. Figure 2A is a schematic cross-sectional view showing an example of a single-sided electrode type of the first embodiment.
図2Aに示すように、オイラー角表示で(90°,90°,20°)で表せるXカット20°Y伝搬LN(ニオブ酸リチウム)で形成された第1圧電薄板10と、オイラー角表示で(90°,-90°,-20°)で表せるカット方位のLNで形成された第2圧電薄板20と2層をなした構造の接合基板30についてFEM解析を行った。 As shown in FIG. 2A, FEM analysis was performed on a bonded substrate 30 having a two-layer structure consisting of a first piezoelectric thin plate 10 made of X-cut 20° Y-propagation LN (lithium niobate) that can be expressed in Euler angles as (90°, 90°, 20°) and a second piezoelectric thin plate 20 made of LN with a cut orientation that can be expressed in Euler angles as (90°, -90°, -20°).
FEM解析により、この構造で励振されうるすべて伝搬モードの応答が現れるが、Lamb波であるS0モードに着目して検討した。S0モードを伝搬させる場合に電極40は、Al(アルミニウム)とした。また、周囲は空気としてFEM解析を行った。 FEM analysis shows responses of all propagation modes that can be excited by this structure, but the study focused on the S0 mode, which is a Lamb wave. When propagating the S0 mode, the electrode 40 was made of Al (aluminum). The FEM analysis was also performed with the surrounding air.
第1圧電薄板10の厚みh1及び第2圧電薄板20の厚みh2は、接合基板30に伝搬させる弾性波の波長をλとしたとき、h1/λ=0.05、h2/λ=0.05として設定した。言い換えると、厚みh1、h2は、どちらも波長λの5%と設定した。 The thickness h1 of the first piezoelectric thin plate 10 and the thickness h2 of the second piezoelectric thin plate 20 were set to h1 /λ=0.05 and h2 /λ=0.05, respectively, where λ is the wavelength of the elastic wave propagated to the bonding substrate 30. In other words, the thicknesses h1 and h2 were both set to 5% of the wavelength λ.
また、電極40の厚みhAlは、アルミニウムに弾性波を伝搬させたときの波長をλAlをとしたとき、hAl/λAl=0.01となる値、即ち、弾性波が接合基板を伝搬したときの波長の1%の値とした。 Furthermore, the thickness hAl of the electrode 40 was set to a value such that hAl / λAl =0.01, where λAl is the wavelength when an elastic wave is propagated through aluminum, that is, 1% of the wavelength when the elastic wave propagates through the bonded substrate.
更に、使用する振動モードに関係する第1圧電薄板10と第2圧電薄板20の圧電定数を同一とし、スプリアスとなる不要な振動モードに関係する、第1圧電薄板10と第2圧電薄板20の2つの圧電薄板の圧電定数は、絶対値が同じで符号が反転するように、第1圧電薄板10と第2圧電薄板20のオイラー角を選んだ。 Furthermore, the piezoelectric constants of the first piezoelectric thin plate 10 and the second piezoelectric thin plate 20 related to the vibration mode to be used are set to be the same, and the Euler angles of the first piezoelectric thin plate 10 and the second piezoelectric thin plate 20 related to the unwanted vibration mode that becomes spurious are selected so that the piezoelectric constants of the two piezoelectric thin plates, the first piezoelectric thin plate 10 and the second piezoelectric thin plate 20, have the same absolute value but opposite signs.
このとき、第1圧電薄板10と第2圧電薄板20の圧電定数e11は、同じ値であり、かつ、この2つの圧電薄板の圧電定数e16、e34は、絶対値が同じで符号が反転するようなオイラー角となっている。 At this time, the piezoelectric constant e11 of the first piezoelectric thin plate 10 and the second piezoelectric thin plate 20 is the same value, and the piezoelectric constants e16 and e34 of these two piezoelectric thin plates are Euler angles with the same absolute value and opposite signs.
具体的には、第1圧電薄板10は、オイラー角を(90°,90°,20°)とし、第2圧電薄板20は、オイラー角を(90°,-90°,-20°)とした。 Specifically, the first piezoelectric thin plate 10 has Euler angles of (90°, 90°, 20°), and the second piezoelectric thin plate 20 has Euler angles of (90°, -90°, -20°).
ここで、第1圧電薄板10のオイラー角と、第2圧電薄板20のオイラー角の組み合わせは、φ、θ、ψを任意の角度とすると、(90°,θ,ψ)と(90°,-θ,-ψ)の組み合わせでも、(φ,90°,ψ)と(φ,-90°,-ψ)の組み合わせでも、第1圧電薄板10と第2圧電薄板20の圧電定数e11は、同じ値であり、かつ、この2つの圧電薄板の圧電定数e16、e34は、絶対値が同じで符号が反転するようなオイラー角となる。 Here, when the Euler angles of the first piezoelectric thin plate 10 and the second piezoelectric thin plate 20 are combined, assuming that φ, θ, and ψ are arbitrary angles, whether it is a combination of (90°, θ, ψ) and (90°, -θ, -ψ) or a combination of (φ, 90°, ψ) and (φ, -90°, -ψ), the piezoelectric constant e11 of the first piezoelectric thin plate 10 and the second piezoelectric thin plate 20 is the same value, and the piezoelectric constants e16 and e34 of these two piezoelectric thin plates have Euler angles with the same absolute value but opposite signs.
図2Bに第1圧電薄板10と第2圧電薄板20の圧電定数テンソルを示す。図2Bは、図2Aに示されるLN(LiNbO3)圧電薄板の圧電定数テンソルを示す図である。図2Bの上層で示される圧電定数テンソルは、第1圧電薄板10の圧電定数テンソルであり、下層で示される圧電定数テンソルは第2圧電薄板20の圧電定数テンソルである。 Fig. 2B shows the piezoelectric constant tensors of the first piezoelectric thin plate 10 and the second piezoelectric thin plate 20. Fig. 2B is a diagram showing the piezoelectric constant tensor of the LN (LiNbO 3 ) piezoelectric thin plate shown in Fig. 2A. The piezoelectric constant tensor shown in the upper layer of Fig. 2B is the piezoelectric constant tensor of the first piezoelectric thin plate 10, and the piezoelectric constant tensor shown in the lower layer is the piezoelectric constant tensor of the second piezoelectric thin plate 20.
図2Bに示すように、第1圧電薄板10と第2圧電薄板20の圧電定数e11は、同じ値であり、かつ、この2つの圧電薄板の圧電定数e16、e34は、絶対値が同じで符号が反転するようなオイラー角となっている。 As shown in FIG. 2B, the piezoelectric constant e11 of the first piezoelectric thin plate 10 and the second piezoelectric thin plate 20 are the same value, and the piezoelectric constants e16 and e34 of these two piezoelectric thin plates have Euler angles with the same absolute value and opposite signs.
また、比較例1として、図2Aにおいて接合基板30が2つに分割されておらず、第1圧電薄板10、第2圧電薄板20の両方が第1圧電薄板と同じもの(圧電定数、オイラー角、寸法)言い換えると第1圧電薄板10の厚みが2倍になったものについても共振特性のFEM解析を行った。 As a comparative example 1, an FEM analysis of the resonance characteristics was also performed on a specimen in which the bonding substrate 30 in FIG. 2A was not divided into two, and both the first piezoelectric thin plate 10 and the second piezoelectric thin plate 20 were the same as the first piezoelectric thin plate (piezoelectric constants, Euler angles, dimensions), in other words, the thickness of the first piezoelectric thin plate 10 was doubled.
FEMの解析結果を図3に示す。図3は、第1実施形態の片面タイプの共振特性のFEM解析結果を示すグラフである。図3のX軸は、位相速度(波長×周波数)を表し、Y軸は、電極間のアドミッタンスを表す。 The results of the FEM analysis are shown in Figure 3. Figure 3 is a graph showing the results of the FEM analysis of the resonance characteristics of the single-sided type of the first embodiment. The X-axis of Figure 3 represents the phase velocity (wavelength x frequency), and the Y-axis represents the admittance between the electrodes.
実線は、実施例1の共振特性を示し、点線は、比較例1の共振特性を示す。
図3に示すように、比較例では、3700m/s近辺に不要な共振モードであるSH0モードがスプリアスとして現れているが、実施例では、きれいに消えている。また、実施例では、6000m/s近辺にある必要な共振モードであるS0モードは、減衰することなくそのまま存在している。
The solid line indicates the resonance characteristics of the first embodiment, and the dotted line indicates the resonance characteristics of the first comparative example.
3, in the comparative example, the unwanted resonance mode, SH 0 mode, appears as a spurious response near 3700 m/s, but in the example, it completely disappears. Also, in the example, the wanted resonance mode, S 0 mode, near 6000 m/s, remains unattenuated.
このように、圧電薄板を2層構造にして、使用する振動モードに関係する第1圧電薄板10と第2圧電薄板20の圧電定数を同一とし、スプリアスとなる不要な振動モードに関係する、それぞれの圧電薄板の圧電定数は、絶対値が同じで符号が反転するように2つの圧電薄板のオイラー角を設定することにより、スプリアスを低減させることができるとともに、必要な共振モードはそのまま残すことができる。 In this way, by making the piezoelectric thin plate into a two-layer structure, making the piezoelectric constants of the first piezoelectric thin plate 10 and the second piezoelectric thin plate 20 related to the vibration mode to be used the same, and setting the Euler angles of the two piezoelectric thin plates so that the piezoelectric constants of each piezoelectric thin plate related to the unnecessary vibration mode that causes spurious noise have the same absolute value but opposite signs, spurious noise can be reduced while the necessary resonance mode can be left intact.
ここで、FEM解析は、第1圧電薄板10と第2圧電薄板20は、ニオブ酸リチウムで行ったが、タンタル酸リチウムにおいても同様な結果となり、更に、これらと結晶学的に等価なオイラー角であっても同様の結果となる。 Here, the FEM analysis was performed using lithium niobate for the first piezoelectric thin plate 10 and the second piezoelectric thin plate 20, but similar results were obtained with lithium tantalate, and furthermore, similar results were obtained with Euler angles that are crystallographically equivalent to these.
(2)電極両面タイプ
本発明に係る弾性波デバイスの第1実施形態の電極両面タイプについて図面を参照して説明する。図4は、第1実施形態の電極両面タイプの一例を示す概略断面図である。
(2) Double-sided Electrode Type A double-sided electrode type of an acoustic wave device according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. Fig. 4 is a schematic cross-sectional view showing an example of the double-sided electrode type of the first embodiment.
この電極両面タイプは、電極片面タイプと電極以外は全く同じ構造なので、同じ部分の説明は省略し、異なる部分だけ説明する。
図1(B)及び図4を参照して、この電極両面タイプは、第1圧電薄板10の表面に作成された電極40の接合基板30を挟んで真下の位置の第2圧電薄板20の表面に下部電極50が形成されている。即ち、上部電極40と下部電極50は接合基板30に対して対称となっている。
This double-sided electrode type has exactly the same structure as the single-sided electrode type except for the electrodes, so we will omit a description of the same parts and only explain the differences.
1B and 4, in this double-sided electrode type, a lower electrode 50 is formed on the surface of the second piezoelectric thin plate 20 at a position directly below, across the bonding substrate 30, the electrode 40 formed on the surface of the first piezoelectric thin plate 10. In other words, the upper electrode 40 and the lower electrode 50 are symmetrical with respect to the bonding substrate 30.
また、第1圧電薄板10と第2圧電薄板20のオイラー角は、使用する振動モードに関係する第1圧電薄板10と第2圧電薄板20の圧電定数を同一とし、スプリアスとなる不要な振動モードに関係する、第1圧電薄板10と第2圧電薄板20の2つの圧電薄板の圧電定数は、絶対値が同じで符号が反転するように、第1圧電薄板10と第2圧電薄板20のオイラー角を選んだ。 The Euler angles of the first piezoelectric thin plate 10 and the second piezoelectric thin plate 20 are selected so that the piezoelectric constants of the first piezoelectric thin plate 10 and the second piezoelectric thin plate 20 related to the vibration mode to be used are the same, and the piezoelectric constants of the two piezoelectric thin plates, the first piezoelectric thin plate 10 and the second piezoelectric thin plate 20, related to the unwanted vibration mode that becomes spurious, have the same absolute value but opposite signs.
この図4に示される弾性波デバイスについて実施例2として、共振特性のFEM解析を行った。FEM解析により、この構造で励振されうるすべて伝搬モードの応答が現れるが、S0モードに着目して検討した。その結果を図5に示す。図5は、第1実施形態の両面タイプの共振特性のFEM解析結果を示すグラフである。また、比較のため、電極が片面のみでそれ以外は同一のもの、即ち実施例1のFEM解析結果も併せて図5に示す。 An FEM analysis of the resonance characteristics was performed on the acoustic wave device shown in Fig. 4 as Example 2. The FEM analysis revealed responses of all propagation modes that can be excited by this structure, but the study focused on the S0 mode. The results are shown in Fig. 5. Fig. 5 is a graph showing the FEM analysis results of the resonance characteristics of the double-sided type of the first embodiment. For comparison, Fig. 5 also shows the FEM analysis results of an identical device except that it has electrodes on only one side, i.e., Example 1.
図5のX軸、Y軸は、図3と同様であるので説明を省略する。また、実線は実施例2である両面電極タイプの共振特性を、点線は、実施例1の共振特性を示す。
図5に示すように、電極を接合基板の両面に対称に形成することにより、実施例1において発生していた7600m/sあたりのわずかなスプリアスも完全に消去することができることが判明した。
5 are the same as those in FIG 3, and therefore will not be described. The solid line indicates the resonance characteristics of the double-sided electrode type according to the second embodiment, and the dotted line indicates the resonance characteristics of the first embodiment.
As shown in FIG. 5, it was found that by forming electrodes symmetrically on both sides of the bonded substrate, even the slight spurious around 7600 m/s that occurred in Example 1 can be completely eliminated.
このように、本発明者の鋭意研究により、接合基板30を挟んで対称に電極を配置することにより、更に、スプリアスを低減することができることを見いだした。 As such, through intensive research, the inventors have discovered that spurious emissions can be further reduced by arranging the electrodes symmetrically on either side of the bonding substrate 30.
ここで、第1実施形態において、電極片面タイプにおいても、電極両面タイプにおいても、第1圧電薄板10と第2圧電薄板20の表面は空気でFEM解析を行ったが、弾性波デバイスとしては周囲は、空気でも真空でも良い。特に数十MHz(100MHz以下)の周波数の場合はエアーローディングの影響が効いてくるので、真空にする必要がある。 In the first embodiment, the surfaces of the first piezoelectric thin plate 10 and the second piezoelectric thin plate 20 were air-surfaced for both the single-sided electrode type and the double-sided electrode type, but as an elastic wave device, the surroundings may be air or a vacuum. In particular, in the case of frequencies of several tens of MHz (100 MHz or less), the effects of air loading come into play, so a vacuum is required.
接合基板30の両面を機械的開放端にすることにより、弾性波を完全反射させるためのダイヤフラム構造の弾性波デバイスの一例を図6に示す。図6は、ダイヤフラム構造の弾性波デバイスの例である。
の弾性波デバイスの構造の例である。図6は、電極片面タイプを示しているが、電極両面タイプでも同様にすることができる。
An example of an acoustic wave device having a diaphragm structure for completely reflecting acoustic waves by making both sides of the bonded substrate 30 mechanically open ends is shown in Fig. 6. Fig. 6 shows an example of an acoustic wave device having a diaphragm structure.
6 shows an example of the structure of an acoustic wave device having an electrode on one side, but an electrode on both sides can be used in the same way.
図6に示すように、電極40の有る側の表面も、電極40の有る側の反対面も、何もない開放端となっている。電極40の有る側の反対面の電極40から外れた接合基板の端部に支持基板60が接合されている。 As shown in FIG. 6, both the surface on the side where the electrode 40 is located and the surface opposite the side where the electrode 40 is located are open ends. A support substrate 60 is bonded to the end of the bonded substrate that is separated from the electrode 40 on the surface opposite the side where the electrode 40 is located.
支持基板60は、例えば、Si基板を用いることができる。このような構造の形成方法の一例としては、支持基板60であるSi基板に接合基板30を貼り合わせ、その後、電極40の真下の部分のSi基板をエッチング等で取り除くことによりこのようなダイヤフラム構造を形成することができる。
これにより、接合基板30に強度を持たせることができる。
For example, a Si substrate can be used as the support substrate 60. As an example of a method for forming such a structure, the bonding substrate 30 is bonded to the Si substrate that is the support substrate 60, and then the Si substrate directly below the electrode 40 is removed by etching or the like, thereby forming such a diaphragm structure.
This allows the bonded substrate 30 to have strength.
<第2実施形態>
本発明の第2実施形態について図面を参照して説明する。図7Aは、第2実施形態の概略断面図である。第2実施形態は、図2Aで示される第1実施形態とほとんど同じであるので、同じ所の説明は一部省略し、異なる所を主に説明する。
Second Embodiment
A second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. Fig. 7A is a schematic cross-sectional view of the second embodiment. The second embodiment is almost the same as the first embodiment shown in Fig. 2A, so a description of the same parts will be omitted and differences will be mainly described.
図7Aを参照して、第2実施形態の弾性波デバイスは、XカットY伝搬LT(タンタル酸リチウム)で形成された、第1圧電薄板10,第2圧電薄板20を備えている。 Referring to FIG. 7A, the acoustic wave device of the second embodiment includes a first piezoelectric thin plate 10 and a second piezoelectric thin plate 20 formed of X-cut Y-propagation LT (lithium tantalate).
第1圧電薄板10のオイラー角は、(90°,90°,31°)であり、第2圧電薄板20のオイラー角は、(90°,-90°,-31°)である。 The Euler angles of the first piezoelectric thin plate 10 are (90°, 90°, 31°), and the Euler angles of the second piezoelectric thin plate 20 are (90°, -90°, -31°).
また、第1圧電薄板10と第2圧電薄板20のオイラー角は、使用する振動モードに関係する第1圧電薄板10と第2圧電薄板20の圧電定数を同一とし、スプリアスとなる不要な振動モードに関係する、第1圧電薄板10と第2圧電薄板20の2つの圧電薄板の圧電定数は、絶対値が同じで符号が反転するように、第1圧電薄板10と第2圧電薄板20のオイラー角を選んだ。 The Euler angles of the first piezoelectric thin plate 10 and the second piezoelectric thin plate 20 are selected so that the piezoelectric constants of the first piezoelectric thin plate 10 and the second piezoelectric thin plate 20 related to the vibration mode to be used are the same, and the piezoelectric constants of the two piezoelectric thin plates, the first piezoelectric thin plate 10 and the second piezoelectric thin plate 20, related to the unwanted vibration mode that becomes spurious, have the same absolute value but opposite signs.
具体的には、第1圧電薄板10と第2圧電薄板20の圧電定数e11は、同じ値であり、かつ、この2つの圧電薄板の圧電定数e16、e34は、絶対値が同じで符号が反転するようなオイラー角を選んだ。 Specifically, the piezoelectric constant e11 of the first piezoelectric thin plate 10 and the second piezoelectric thin plate 20 are the same value, and the Euler angles of the piezoelectric constants e16 and e34 of these two piezoelectric thin plates are selected so that they have the same absolute value but opposite signs.
図7Bに第1圧電薄板10と第2圧電薄板20の圧電定数テンソルを示す。図7Bは、図7Aに示されるLT圧電薄板の圧電定数テンソルを示す図である。図7Bの上層で示される圧電定数テンソルは、第1圧電薄板10の圧電定数テンソルであり、下層で示される圧電定数テンソルは第2圧電薄板20の圧電定数テンソルである。 Figure 7B shows the piezoelectric constant tensors of the first piezoelectric thin plate 10 and the second piezoelectric thin plate 20. Figure 7B is a diagram showing the piezoelectric constant tensor of the LT piezoelectric thin plate shown in Figure 7A. The piezoelectric constant tensor shown in the upper layer of Figure 7B is the piezoelectric constant tensor of the first piezoelectric thin plate 10, and the piezoelectric constant tensor shown in the lower layer is the piezoelectric constant tensor of the second piezoelectric thin plate 20.
図7Bに示すように、第1圧電薄板10と第2圧電薄板20の圧電定数e11は、同じ値であり、かつ、この2つの圧電薄板の圧電定数e16、e34は、絶対値が同じで符号が反転するようなオイラー角となっている。 As shown in FIG. 7B, the piezoelectric constant e11 of the first piezoelectric thin plate 10 and the second piezoelectric thin plate 20 are the same value, and the piezoelectric constants e16 and e34 of these two piezoelectric thin plates have Euler angles with the same absolute value and opposite signs.
この第2実施形態について、実施例2としてFEM解析を実施した。FEM解析により、この構造で励振されうるすべて伝搬モードの応答が現れるが、S0モードに着目して検討した。また、図7Aにおいて接合基板30が2つに分割されておらず、第1圧電薄板10、第2圧電薄板20の両方が第1圧電薄板と同じもの(圧電定数、オイラー角、寸法)、言い換えると第1圧電薄板10の厚みが2倍になったものについても比較例2として共振特性のFEM解析を行った。 FEM analysis was performed on this second embodiment as Example 2. Although the FEM analysis revealed responses of all propagation modes that can be excited by this structure, the S0 mode was the focus of the study. In addition, FEM analysis of the resonance characteristics was performed as Comparative Example 2 for a case in which the bonding substrate 30 in FIG. 7A is not divided into two, and both the first piezoelectric thin plate 10 and the second piezoelectric thin plate 20 are the same as the first piezoelectric thin plate (piezoelectric constants, Euler angles, dimensions), in other words, the thickness of the first piezoelectric thin plate 10 is twice as thick.
このFEM解析結果を図8に示す。図8に示すように、比較例2においては、3300m/s近辺にあるスプリアスが、実施例2では完全に消えている。また、実施例では、5800m/s近辺にある必要な共振モードであるS0モードは、ほぼそのまま存在している。 The results of this FEM analysis are shown in Fig. 8. As shown in Fig. 8, the spurious around 3300 m/s in Comparative Example 2 has completely disappeared in Example 2. Also, in the Example, the S0 mode, which is a necessary resonant mode around 5800 m/s, remains almost unchanged.
このように圧電薄板を2層構造にして、スプリアスとなる不要な振動モードに関係するそれぞれの圧電薄板の圧電定数は、絶対値が同じで符号が反転するように2つの圧電薄板のオイラー角を設定することにより、スプリアスを低減させることができるとともに、必要な共振モードはそのまま残すことができる。 In this way, by forming the piezoelectric thin plate into a two-layer structure and setting the Euler angles of the two piezoelectric thin plates so that the piezoelectric constants of each piezoelectric thin plate related to the unwanted vibration modes that cause spurious noise have the same absolute value but opposite signs, spurious noise can be reduced while the necessary resonant modes remain intact.
ここで、FEM解析は、第1圧電薄板10のオイラー角は、(90°,90°,31°)、第2圧電薄板20のオイラー角は、(90°,-90°,-31°)で行ったが、圧電薄板のうち一方の圧電薄板のオイラー角が(90°,90°,ψ)(ψは任意の角度)であるとすると、他方の圧電薄板のオイラー角は、(90°,-90°,-ψ)であるか、または、これらと結晶学的に等価なオイラー角の圧電薄板であっても、FEM解析は同じ結果となる。 Here, the FEM analysis was performed with the Euler angles of the first piezoelectric thin plate 10 being (90°, 90°, 31°) and the Euler angles of the second piezoelectric thin plate 20 being (90°, -90°, -31°), but if the Euler angles of one of the piezoelectric thin plates are (90°, 90°, ψ) (ψ is an arbitrary angle), the FEM analysis will give the same results even if the Euler angles of the other piezoelectric thin plate are (90°, -90°, -ψ) or if the piezoelectric thin plate has Euler angles that are crystallographically equivalent to these.
<第3実施形態>
本発明の第3実施形態について図面を参照して説明する。図9Aは、第3実施形態の概略断面図である。第3実施形態は、図2Aで示される第1実施形態とほとんど同じであるので、同じ所の説明は省略し、異なる所だけ説明する。
Third Embodiment
A third embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. Fig. 9A is a schematic cross-sectional view of the third embodiment. The third embodiment is almost the same as the first embodiment shown in Fig. 2A, so a description of the same parts will be omitted and only the differences will be described.
図9Aを参照して、第3実施形態の弾性波デバイスは、オイラー角表示で(0°,100°,0°)で表せる10°回転YカットX伝搬LNで形成された第1圧電薄板10と、オイラー角表示で(0°,280°,180°)で表せるカット方位のLNで形成された第2圧電薄板20とを備えている。 Referring to FIG. 9A, the acoustic wave device of the third embodiment includes a first piezoelectric thin plate 10 formed with a 10° rotation Y-cut X-propagation LN that can be expressed in Euler angle notation as (0°, 100°, 0°), and a second piezoelectric thin plate 20 formed with LN with a cut orientation that can be expressed in Euler angle notation as (0°, 280°, 180°).
第1圧電薄板10の厚みh1及び第2圧電薄板20の厚みh2は、接合基板30に伝搬させる弾性波の波長をλとしたとき、h1/λ=0.025、h2/λ=0.025である。言い換えると、厚みh1、h2は、どちらも波長λの2.5%と設定した。 The thickness h1 of the first piezoelectric thin plate 10 and the thickness h2 of the second piezoelectric thin plate 20 are h1 /λ=0.025 and h2 /λ=0.025, respectively, where λ is the wavelength of the elastic wave propagated to the bonding substrate 30. In other words, the thicknesses h1 and h2 are both set to 2.5% of the wavelength λ.
また、第1圧電薄板10と第2圧電薄板20のオイラー角は、使用する振動モードに関係する第1圧電薄板10と第2圧電薄板20の圧電定数を同一とし、スプリアスとなる不要な振動モードに関係する、第1圧電薄板10と第2圧電薄板20の2つの圧電薄板の圧電定数は、絶対値が同じで符号が反転するように、第1圧電薄板10と第2圧電薄板20のオイラー角を選んだ。 The Euler angles of the first piezoelectric thin plate 10 and the second piezoelectric thin plate 20 are selected so that the piezoelectric constants of the first piezoelectric thin plate 10 and the second piezoelectric thin plate 20 related to the vibration mode to be used are the same, and the piezoelectric constants of the two piezoelectric thin plates, the first piezoelectric thin plate 10 and the second piezoelectric thin plate 20, related to the unwanted vibration mode that becomes spurious, have the same absolute value but opposite signs.
具体的には、第1圧電薄板10と第2圧電薄板20は、圧電定数e16が同じ値であり、かつ、前記2つの圧電薄板の圧電定数e31、e15の絶対値が同じで符号が反転するように前記2つの圧電薄板のオイラー角を選んだ。 Specifically, the first piezoelectric thin plate 10 and the second piezoelectric thin plate 20 have the same piezoelectric constant e16, and the Euler angles of the two piezoelectric thin plates were selected so that the absolute values of the piezoelectric constants e31 and e15 of the two piezoelectric thin plates are the same but have opposite signs.
このように圧電定数e16が同じ値であり、かつ、前記2つの圧電薄板の圧電定数e31、e15の絶対値が同じで符号が反転するオイラー角の組み合わせとしては、φ、θを任意の角度とすると、(φ,θ,0°)と、(φ,θ±180°,0°±180°)の組み合わせがある。よって、この組み合わせか、またはこの組み合わせと結晶学的に等価なオイラー角であれば、後述するFEM解析結果は同じものになる。 In this way, the combinations of Euler angles where the piezoelectric constant e16 is the same value and the absolute values of the piezoelectric constants e31 and e15 of the two piezoelectric thin plates are the same but have inverted signs are (φ, θ, 0°) and (φ, θ ±180°, 0° ±180°), where φ and θ are arbitrary angles. Therefore, this combination, or any Euler angle that is crystallographically equivalent to this combination, will produce the same results in the FEM analysis described below.
図9Bに第1圧電薄板10と第2圧電薄板20の圧電定数テンソルを示す。図9Bは、図9Aに示されるLN圧電薄板の圧電定数テンソルを示す図である。図9Bの上層で示される圧電定数テンソルは、第1圧電薄板10の圧電定数テンソルであり、下層で示される圧電定数テンソルは第2圧電薄板20の圧電定数テンソルである。 Figure 9B shows the piezoelectric constant tensors of the first piezoelectric thin plate 10 and the second piezoelectric thin plate 20. Figure 9B is a diagram showing the piezoelectric constant tensor of the LN piezoelectric thin plate shown in Figure 9A. The piezoelectric constant tensor shown in the upper layer of Figure 9B is the piezoelectric constant tensor of the first piezoelectric thin plate 10, and the piezoelectric constant tensor shown in the lower layer is the piezoelectric constant tensor of the second piezoelectric thin plate 20.
図9Bに示すように、第1圧電薄板10と第2圧電薄板20の圧電定数e16は、同じ値であり、かつ、この2つの圧電薄板の圧電定数e31、e15は、絶対値が同じで符号が反転するようなオイラー角となっている。 As shown in FIG. 9B, the piezoelectric constant e16 of the first piezoelectric thin plate 10 and the second piezoelectric thin plate 20 are the same value, and the piezoelectric constants e31 and e15 of these two piezoelectric thin plates have Euler angles with the same absolute value and opposite signs.
この第3実施形態について、実施例3としてFEM解析を実施した。FEM解析により、この構造で励振されうるすべて伝搬モードの応答が現れるが、SH板波に着目して検討した。また、図9Aにおいて接合基板30が2つに分割されておらず、第1圧電薄板10、第2圧電薄板20の両方が第1圧電薄板と同じもの(圧電定数、オイラー角、寸法)、言い換えると第1圧電薄板10の厚みが2倍になったものについても比較例3として共振特性のFEM解析を行った。 FEM analysis was performed on this third embodiment as Example 3. The FEM analysis revealed responses for all propagation modes that can be excited by this structure, but the study focused on SH plate waves. In addition, FEM analysis of the resonance characteristics was performed as Comparative Example 3 for a case in which the bonding substrate 30 in FIG. 9A is not divided into two, and both the first piezoelectric thin plate 10 and the second piezoelectric thin plate 20 are the same as the first piezoelectric thin plate (piezoelectric constants, Euler angles, dimensions), in other words, the thickness of the first piezoelectric thin plate 10 is twice as thick.
このFEM解析結果を図10に示す。図10に示すように、比較例3において、5000m/s及び6700m/s近辺にあるスプリアスが、実施例3ではほぼ消えている。また、実施例3では、3400m/s近辺にある必要な共振モードであるSHモードは、そのまま存在している。 The results of this FEM analysis are shown in Figure 10. As shown in Figure 10, the spurious noise near 5000 m/s and 6700 m/s in Comparative Example 3 has almost disappeared in Example 3. Also, in Example 3, the SH mode, which is a necessary resonant mode near 3400 m/s, remains as it is.
このように圧電薄板を2層構造にして、それぞれの圧電薄板の圧電定数は、絶対値が同じで符号が反転するように2つの圧電薄板のオイラー角を設定することにより、スプリアスを低減させることができるとともに、必要な共振モードはそのまま残すことができる。 In this way, by forming a two-layer structure of piezoelectric thin plates and setting the Euler angles of the two piezoelectric thin plates so that the piezoelectric constants of each piezoelectric thin plate have the same absolute value but opposite signs, it is possible to reduce spurious signals while leaving the necessary resonant modes intact.
ここで、FEM解析は、第1圧電薄板10のオイラー角は、(0°,100°,0°)、第2圧電薄板20のオイラー角は、(0°,280°,180°)で行ったが、圧電定数e16が同じ値であり、かつ、前記2つの圧電薄板の圧電定数e31、e15の絶対値が同じで符号が反転するオイラー角の組み合わせでもFEM解析は同じ結果となる。 Here, the FEM analysis was performed with the Euler angles of the first piezoelectric thin plate 10 being (0°, 100°, 0°) and the Euler angles of the second piezoelectric thin plate 20 being (0°, 280°, 180°), but the FEM analysis also produced the same results when the piezoelectric constant e16 was the same value and the absolute values of the piezoelectric constants e31 and e15 of the two piezoelectric thin plates were the same but the signs were reversed for the Euler angle combinations.
即ち、圧電薄板のうち一方の圧電薄板のオイラー角が(φ,θ,0°)(φ、θは任意の角度)であるとすると、他方の圧電薄板のオイラー角は、(φ,θ±180°,0°±180°)であるか、または、これらと結晶学的に等価なオイラー角の圧電薄板であっても、FEM解析は同じ結果となる。 In other words, if the Euler angles of one of the piezoelectric thin plates are (φ, θ, 0°) (φ and θ are arbitrary angles), the Euler angles of the other piezoelectric thin plate will be (φ, θ ±180°, 0° ±180°), or the FEM analysis will produce the same results even if the other piezoelectric thin plate has Euler angles that are crystallographically equivalent to these.
また、FEM解析は、第1圧電薄板10と第2圧電薄板20は、ニオブ酸リチウムで行ったが、ニオブ酸リチウムとタンタル酸リチウムは、結晶対称性が同一なのでタンタル酸リチウムにおいても同様な結果となり、更に、これらと結晶学的に等価なオイラー角であっても同様の結果となる。 FEM analysis was performed using lithium niobate for the first piezoelectric thin plate 10 and the second piezoelectric thin plate 20, but because lithium niobate and lithium tantalate have the same crystal symmetry, similar results were obtained for lithium tantalate, and furthermore, similar results were obtained for Euler angles that are crystallographically equivalent to these.
<第4実施形態>
本発明の第4実施形態について図面を参照して説明する。図11は、第4実施形態の概略断面図である。第4実施形態は、図2Aで示される第1実施形態と同じ所の説明は省略し、異なる所を説明する。
Fourth Embodiment
A fourth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. Fig. 11 is a schematic cross-sectional view of the fourth embodiment. In the fourth embodiment, the description of the same points as in the first embodiment shown in Fig. 2A will be omitted, and only the differences will be described.
図11を参照して、第4実施形態の弾性波デバイスは、伝搬LN(ニオブ酸リチウム)で形成された第1圧電薄板10及び第2圧電薄板20と、支持基板60である水晶基板と、電極40とを備えている。 Referring to FIG. 11, the acoustic wave device of the fourth embodiment includes a first piezoelectric thin plate 10 and a second piezoelectric thin plate 20 formed of propagation LN (lithium niobate), a quartz substrate serving as a support substrate 60, and an electrode 40.
接合基板30は、第1圧電薄板10と、第2圧電薄板20とで形成され、第1圧電薄板10、第2圧電薄板20、水晶基板の順番に配置され、接合されている。 The bonding substrate 30 is formed of a first piezoelectric thin plate 10 and a second piezoelectric thin plate 20, which are arranged and bonded in the order of the first piezoelectric thin plate 10, the second piezoelectric thin plate 20, and the quartz substrate.
電極40は、アルミニウムであり、第1圧電薄板10上に形成され、その厚みhAlは、アルミニウムに弾性波を伝搬させたときの波長をλAlとしたとき、hAl/λAl=0.03となる値、即ち、弾性波が接合基板を伝搬したときの波長の3%の値とした。 The electrode 40 is made of aluminum and is formed on the first piezoelectric thin plate 10. The thickness hAl of the electrode 40 is set to a value such that hAl / λAl =0.03, where λAl is the wavelength when an elastic wave is propagated through the aluminum, that is, 3% of the wavelength when the elastic wave propagates through the bonded substrate.
第1圧電薄板10の厚みh1及び第2圧電薄板20の厚みh2は、接合基板30に伝搬させる弾性波の波長をλとしたとき、h1/λ=0.05、h2/λ=0.15である。また、水晶基板50の厚みは、弾性波の波長をλとしたとき10λとなる。 The thickness h1 of the first piezoelectric thin plate 10 and the thickness h2 of the second piezoelectric thin plate 20 are h1 /λ=0.05 and h2 /λ=0.15, respectively, where λ is the wavelength of the elastic wave propagated to the bonding substrate 30. The thickness of the quartz substrate 50 is 10λ, where λ is the wavelength of the elastic wave.
第1圧電薄板10のオイラー角は、(0°,100°,0°)であり、第2圧電薄板20のオイラー角は、(0°,280°,180°)である。また、水晶基板50のオイラー角は、(0°,125°,90°)である。 The Euler angles of the first piezoelectric thin plate 10 are (0°, 100°, 0°), and the Euler angles of the second piezoelectric thin plate 20 are (0°, 280°, 180°). The Euler angles of the quartz substrate 50 are (0°, 125°, 90°).
ここで、第1圧電薄板10と第2圧電薄板20は、第3実施形態と同じ圧電定数のものを使用しており、圧電定数e16が同じ値であり、かつ、前記2つの圧電薄板の圧電定数e31、e15の絶対値が同じで符号が反転するようなオイラー角となっている。 Here, the first piezoelectric thin plate 10 and the second piezoelectric thin plate 20 have the same piezoelectric constant as in the third embodiment, the piezoelectric constant e16 is the same value, and the absolute values of the piezoelectric constants e31 and e15 of the two piezoelectric thin plates are the same but have Euler angles with opposite signs.
図9Bは、第4実施形態の第1圧電薄板10と第2圧電薄板20の圧電定数テンソルの図でもある。即ち、図9Bは、図11に示されるLN圧電薄板の圧電定数テンソルを示す図でもある。図9Bの上層で示される圧電定数テンソルは、第1圧電薄板10の圧電定数テンソルであり、下層で示される圧電定数テンソルは第2圧電薄板20の圧電定数テンソルである。 Figure 9B is also a diagram of the piezoelectric constant tensors of the first piezoelectric thin plate 10 and the second piezoelectric thin plate 20 of the fourth embodiment. That is, Figure 9B is also a diagram showing the piezoelectric constant tensor of the LN piezoelectric thin plate shown in Figure 11. The piezoelectric constant tensor shown in the upper layer of Figure 9B is the piezoelectric constant tensor of the first piezoelectric thin plate 10, and the piezoelectric constant tensor shown in the lower layer is the piezoelectric constant tensor of the second piezoelectric thin plate 20.
図9Bに示すように、第1圧電薄板10と第2圧電薄板20の圧電定数e16は、同じ値であり、かつ、この2つの圧電薄板の圧電定数e31、e15は、絶対値が同じで符号が反転するようなオイラー角となっている。 As shown in FIG. 9B, the piezoelectric constant e16 of the first piezoelectric thin plate 10 and the second piezoelectric thin plate 20 are the same value, and the piezoelectric constants e31 and e15 of these two piezoelectric thin plates have Euler angles with the same absolute value and opposite signs.
ここで、第1圧電薄板10と第2圧電薄板20は、ニオブ酸リチウムであり、支持基板60は水晶基板なので、支持基板60の音速は、第1圧電薄板10と第2圧電薄板20の音速よりも速いことになる。 Here, the first piezoelectric thin plate 10 and the second piezoelectric thin plate 20 are lithium niobate, and the support substrate 60 is a quartz substrate, so the sound velocity in the support substrate 60 is faster than the sound velocity in the first piezoelectric thin plate 10 and the second piezoelectric thin plate 20.
この第4実施形態について、実施例4としてFEM解析を実施した。FEM解析により、この構造で励振されうるすべて伝搬モードの応答が現れるが、SH波型漏洩弾性表面波(L-SAW)に着目して検討した。第1圧電薄板10と第2圧電薄板20の弾性波の波長を10μmとした。 FEM analysis was performed on this fourth embodiment as Example 4. The FEM analysis revealed responses for all propagation modes that can be excited by this structure, but the analysis focused on SH-wave type leaky surface acoustic waves (L-SAW). The wavelength of the elastic waves of the first piezoelectric thin plate 10 and the second piezoelectric thin plate 20 was set to 10 μm.
また、比較例4として、図11において接合基板30が2つに分割されておらず、第1圧電薄板10、第2圧電薄板20の両方が第1圧電薄板と同じもの(圧電定数、オイラー角、寸法)言い換えると第1圧電薄板10の厚みがh1/λ=0.20になり、第2圧電薄板20の厚みが0になったものについても共振特性のFEM解析を行った。 As a comparative example 4, an FEM analysis of the resonance characteristics was also performed for a case in which the bonding substrate 30 in FIG. 11 was not divided into two, and both the first piezoelectric thin plate 10 and the second piezoelectric thin plate 20 were the same as the first piezoelectric thin plate (piezoelectric constants, Euler angles, dimensions), in other words, the thickness of the first piezoelectric thin plate 10 was h1 /λ=0.20, and the thickness of the second piezoelectric thin plate 20 was 0.
このFEM解析結果を図12、図13に示す。図12は、実施例4のFEM解析結果であり、図13は、比較例4のFEM解析結果である。図12に示すように、実施例4では、4000m/s近辺にある必要な共振モードであるL-SAWのモードは存在しているが、スプリアスとなるそれ以外の共振モードは存在していない。 The results of this FEM analysis are shown in Figures 12 and 13. Figure 12 shows the results of the FEM analysis of Example 4, and Figure 13 shows the results of the FEM analysis of Comparative Example 4. As shown in Figure 12, in Example 4, the L-SAW mode, which is the necessary resonant mode near 4000 m/s, is present, but no other resonant modes that would cause spurious noise are present.
一方、図13に示すように、比較例4の解析結果では、3400m/s近辺、及び6250m/s近辺にスプリアスが見られる。
このように、実施例4では、接合基板30の下面(電極40の無い側の面)に支持基板60が接合されているので、第1実施形態から第3実施形態とは異なり、接合基板30の上面、下面の対称性が崩れ、支持基板の中にも振動が漏れる。
On the other hand, as shown in FIG. 13, in the analysis result of Comparative Example 4, spurious signals are observed near 3400 m/s and near 6250 m/s.
In this manner, in Example 4, the support substrate 60 is bonded to the lower surface (the surface without the electrode 40) of the bonding substrate 30. Therefore, unlike the first to third embodiments, the symmetry of the upper and lower surfaces of the bonding substrate 30 is lost, and vibrations leak into the support substrate.
そのため、接合基板30を第1圧電薄板10と第2圧電薄板20とに分割する割合をそれに応じて変えることにより、スプリアスを低減させることができる。 Therefore, by changing the ratio at which the bonded substrate 30 is divided into the first piezoelectric thin plate 10 and the second piezoelectric thin plate 20 accordingly, spurious noise can be reduced.
即ち、スプリアスとなる不要な振動モードに関係するそれぞれの圧電薄板の圧電定数は、絶対値が同じで符号が反転するように2つの圧電薄板のオイラー角を設定し、かつ、第1圧電薄板10と第2圧電薄板20の厚みの割合を調整することにより、支持基板60を接合してもスプリアスを低減させることができる。 In other words, by setting the Euler angles of the two piezoelectric thin plates so that the piezoelectric constants of the two piezoelectric thin plates related to the unwanted vibration modes that cause spurious noise have the same absolute value but opposite signs, and by adjusting the ratio of the thicknesses of the first piezoelectric thin plate 10 and the second piezoelectric thin plate 20, spurious noise can be reduced even when the support substrate 60 is joined.
ここで、音速の速い支持基板とは、例えば、Si、水晶、サファイア、SiC、SiO2、ダイヤモンド、あるいは水晶、サファイア、SiC、SiO2、ダイヤモンドから選択されるいずれかが成膜されたSi基板がある。 Here, the support substrate with a high sound velocity is, for example, Si, quartz crystal, sapphire, SiC, SiO 2 , diamond, or a Si substrate on which any one selected from quartz crystal, sapphire, SiC, SiO 2 , and diamond is formed.
ここで、FEM解析は、第1圧電薄板10のオイラー角は、(0°,100°,0°)、第2圧電薄板20のオイラー角は、(0°,280°,180°)で行ったが、圧電定数e16が同じ値であり、かつ、前記2つの圧電薄板の圧電定数e31、e15の絶対値が同じで符号が反転するオイラー角の組み合わせでもFEM解析は同じ結果となる。 Here, the FEM analysis was performed with the Euler angles of the first piezoelectric thin plate 10 being (0°, 100°, 0°) and the Euler angles of the second piezoelectric thin plate 20 being (0°, 280°, 180°), but the FEM analysis also produced the same results when the piezoelectric constant e16 was the same value and the absolute values of the piezoelectric constants e31 and e15 of the two piezoelectric thin plates were the same but the signs were reversed for the Euler angle combinations.
即ち、圧電薄板のうち一方の圧電薄板のオイラー角が(φ,θ,0°)(φ、θは任意の角度)であるとすると、他方の圧電薄板のオイラー角は、(φ,θ±180°,0°±180°)であるか、または、これらと結晶学的に等価なオイラー角の圧電薄板であっても、FEM解析は同じ結果となる。 In other words, if the Euler angles of one of the piezoelectric thin plates are (φ, θ, 0°) (φ and θ are arbitrary angles), the Euler angles of the other piezoelectric thin plate will be (φ, θ ±180°, 0° ±180°), or the FEM analysis will produce the same results even if the other piezoelectric thin plate has Euler angles that are crystallographically equivalent to these.
また、FEM解析は、第1圧電薄板10と第2圧電薄板20は、ニオブ酸リチウムで行ったが、ニオブ酸リチウムとタンタル酸リチウムは、結晶対称性が同一なのでタンタル酸リチウムにおいても同様な結果となり、更に、これらと結晶学的に等価なオイラー角であっても同様の結果となる。 FEM analysis was performed using lithium niobate for the first piezoelectric thin plate 10 and the second piezoelectric thin plate 20, but because lithium niobate and lithium tantalate have the same crystal symmetry, similar results were obtained for lithium tantalate, and furthermore, similar results were obtained for Euler angles that are crystallographically equivalent to these.
<第5実施形態>
本発明の第5実施形態について図面を参照して説明する。図14Aは、第5実施形態の概略断面図である。第5実施形態は、図11で示される第4実施形態と同じ所の説明は省略し、異なる所を説明する。
Fifth Embodiment
A fifth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. Fig. 14A is a schematic cross-sectional view of the fifth embodiment. In the fifth embodiment, the description of the same points as in the fourth embodiment shown in Fig. 11 will be omitted, and only the differences will be described.
図14Aを参照して、第5実施形態の弾性波デバイスは、XカットY伝搬LN(ニオブ酸リチウム)で形成された第1圧電薄板10及び第2圧電薄板20と、支持基板60であるダイヤモンド基板と、電極40とを備えている。ダイヤモンド基板は、アモルファスのダイヤモンドで形成されている。 Referring to FIG. 14A, the acoustic wave device of the fifth embodiment includes a first piezoelectric thin plate 10 and a second piezoelectric thin plate 20 formed of X-cut Y-propagation LN (lithium niobate), a diamond substrate serving as a support substrate 60, and an electrode 40. The diamond substrate is formed of amorphous diamond.
接合基板30は、第1圧電薄板10と、第2圧電薄板20とで形成され、第1圧電薄板10、第2圧電薄板20、ダイヤモンドの順番に配置され、接合されている。 The bonding substrate 30 is formed of a first piezoelectric thin plate 10 and a second piezoelectric thin plate 20, and is bonded in the following order: first piezoelectric thin plate 10, second piezoelectric thin plate 20, diamond.
電極40は、アルミニウムであり、第1圧電薄板10上に形成され、その厚みhAlは、アルミニウムに弾性波を伝搬させたときの波長をλAlをとしたとき、hAl/λAl=0.03となる値、即ち、弾性波が接合基板を伝搬したときの波長の3%の値とした。 The electrode 40 is made of aluminum and is formed on the first piezoelectric thin plate 10. The thickness hAl of the electrode 40 is set to a value such that hAl / λAl =0.03, where λAl is the wavelength when an elastic wave is propagated through the aluminum, that is, 3% of the wavelength when the elastic wave propagates through the bonded substrate.
第1圧電薄板10の厚みh1及び第2圧電薄板20の厚みh2は、接合基板30に伝搬させる弾性波の波長をλとしたとき、h1/λ=0.10、h2/λ=0.20である。また、ダイヤモンド基板の厚みは、弾性波の波長をλとしたとき10λとなる。 The thickness h1 of the first piezoelectric thin plate 10 and the thickness h2 of the second piezoelectric thin plate 20 are h1 /λ=0.10 and h2 /λ=0.20, respectively, where λ is the wavelength of the elastic wave propagated to the bonding substrate 30. The thickness of the diamond substrate is 10λ, where λ is the wavelength of the elastic wave.
また、第1圧電薄板10と第2圧電薄板20のオイラー角は、使用する振動モードに関係する第1圧電薄板10と第2圧電薄板20の圧電定数を同一とし、スプリアスとなる不要な振動モードに関係する、第1圧電薄板10と第2圧電薄板20の2つの圧電薄板の圧電定数は、絶対値が同じで符号が反転するように、第1圧電薄板10と第2圧電薄板20のオイラー角を選んだ。 The Euler angles of the first piezoelectric thin plate 10 and the second piezoelectric thin plate 20 are selected so that the piezoelectric constants of the first piezoelectric thin plate 10 and the second piezoelectric thin plate 20 related to the vibration mode to be used are the same, and the piezoelectric constants of the two piezoelectric thin plates, the first piezoelectric thin plate 10 and the second piezoelectric thin plate 20, related to the unwanted vibration mode that becomes spurious, have the same absolute value but opposite signs.
図14Bに第1圧電薄板10と第2圧電薄板20の圧電定数テンソルを示す。図14Bは、図14Aに示されるLN圧電薄板の圧電定数テンソルを示す図である。図14Bの上層で示される圧電定数テンソルは、第1圧電薄板10の圧電定数テンソルであり、下層で示される圧電定数テンソルは第2圧電薄板20の圧電定数テンソルである。 Figure 14B shows the piezoelectric constant tensors of the first piezoelectric thin plate 10 and the second piezoelectric thin plate 20. Figure 14B is a diagram showing the piezoelectric constant tensor of the LN piezoelectric thin plate shown in Figure 14A. The piezoelectric constant tensor shown in the upper layer of Figure 14B is the piezoelectric constant tensor of the first piezoelectric thin plate 10, and the piezoelectric constant tensor shown in the lower layer is the piezoelectric constant tensor of the second piezoelectric thin plate 20.
図14Bに示すように、第1圧電薄板10と第2圧電薄板20の圧電定数e16は、同じ値であり、かつ、この2つの圧電薄板の圧電定数e34、e16は、絶対値が同じで符号が反転するようなオイラー角となっている。 As shown in FIG. 14B, the piezoelectric constant e16 of the first piezoelectric thin plate 10 and the second piezoelectric thin plate 20 are the same value, and the piezoelectric constants e34 and e16 of these two piezoelectric thin plates have Euler angles with the same absolute value and opposite signs.
具体的には、第1圧電薄板10のオイラー角は、(90°,90°,36°)であり、第2圧電薄板20のオイラー角は、(90°,-90°,-36°)である。 Specifically, the Euler angles of the first piezoelectric thin plate 10 are (90°, 90°, 36°), and the Euler angles of the second piezoelectric thin plate 20 are (90°, -90°, -36°).
ここで、上記オイラー角は、一方の圧電薄板のオイラー角が(90°,90°,ψ)(ψは任意の角度)であるとすると、他方の圧電薄板のオイラー角が(90°,-90°,-ψ)であるか、または、これらと結晶学的に等価なオイラー角であれば、FEM解析結果は同様のものとなる。 Here, if the Euler angles of one piezoelectric thin plate are (90°, 90°, ψ) (ψ is an arbitrary angle), and the Euler angles of the other piezoelectric thin plate are (90°, -90°, -ψ) or are crystallographically equivalent to these, the FEM analysis results will be similar.
ここで、第1圧電薄板10と第2圧電薄板20は、ニオブ酸リチウムであり、支持基板60はダイヤモンド基板なので、支持基板60の音速は、第1圧電薄板10と第2圧電薄板20の音速よりも速いことになる。 Here, the first piezoelectric thin plate 10 and the second piezoelectric thin plate 20 are lithium niobate, and the support substrate 60 is a diamond substrate, so the sound velocity in the support substrate 60 is faster than the sound velocity in the first piezoelectric thin plate 10 and the second piezoelectric thin plate 20.
この第5実施形態について、実施例5としてFEM解析を実施した。FEM解析により、この構造で励振されうるすべて伝搬モードの応答が現れるが、縦波型漏洩弾性表面波[LL-SAW(Longitudinal-type Leaky SAW)]に着目して検討した。第1圧電薄板10と第2圧電薄板20の弾性波の波長を10μmとした。 FEM analysis was performed on this fifth embodiment as Example 5. The FEM analysis revealed responses for all propagation modes that can be excited by this structure, but the focus of the study was on longitudinal-type leaky surface acoustic waves (LL-SAW). The wavelength of the elastic waves of the first piezoelectric thin plate 10 and the second piezoelectric thin plate 20 was set to 10 μm.
また、比較例5として、図14Aにおいて接合基板30が2つに分割されておらず、第1圧電薄板10、第2圧電薄板20の両方が第1圧電薄板と同じもの(圧電定数、オイラー角、寸法)言い換えると第1圧電薄板10の厚みがh1/λ=0.30になり、第2圧電薄板20の厚みが0になったものについても共振特性のFEM解析を行った。 As comparative example 5, an FEM analysis of the resonance characteristics was also performed on a sample in which the bonding substrate 30 in FIG. 14A was not divided into two, and both the first piezoelectric thin plate 10 and the second piezoelectric thin plate 20 were the same as the first piezoelectric thin plate (piezoelectric constants, Euler angles, dimensions), in other words, the thickness of the first piezoelectric thin plate 10 was h1 /λ=0.30, and the thickness of the second piezoelectric thin plate 20 was 0.
このFEM解析結果を図15、図16に示す。図15は、実施例5のFEM解析結果であり、図16は、比較例5のFEM解析結果である。図16に示すように、比較例5の解析結果では、6500m/s近辺以外の所に多くのスプリアスが見られる。 The results of this FEM analysis are shown in Figures 15 and 16. Figure 15 shows the results of the FEM analysis of Example 5, and Figure 16 shows the results of the FEM analysis of Comparative Example 5. As shown in Figure 16, in the analysis results of Comparative Example 5, many spurious signals are seen in areas other than the vicinity of 6500 m/s.
しかしながら、図15に示すように、実施例5では、6500m/s近辺にある必要な共振モードは減衰していないが、スプリアスとなるそれ以外の共振モードは消滅するか、大きく減衰している。 However, as shown in FIG. 15, in Example 5, the necessary resonant mode near 6500 m/s is not attenuated, but other resonant modes that are spurious either disappear or are greatly attenuated.
このように、実施例5では実施例4と同様に接合基板30の下面(電極40の無い側の面)に支持基板60が接合されているので、第1実施形態から第3実施形態とは異なり、接合基板30の上面、下面の対称性が崩れ、支持基板の中にも振動が漏れる。 In this way, in Example 5, as in Example 4, the support substrate 60 is bonded to the bottom surface (the surface without the electrode 40) of the bonded substrate 30, and therefore, unlike the first to third embodiments, the symmetry of the top and bottom surfaces of the bonded substrate 30 is lost, and vibrations leak into the support substrate.
そのため、接合基板30を第1圧電薄板10と第2圧電薄板20とに分割する割合をそれに応じて変えることにより、スプリアスを低減させることができる。 Therefore, by changing the ratio at which the bonded substrate 30 is divided into the first piezoelectric thin plate 10 and the second piezoelectric thin plate 20 accordingly, spurious noise can be reduced.
即ち、スプリアスとなる不要な振動モードに関係するそれぞれの圧電薄板の圧電定数は、絶対値が同じで符号が反転するように2つの圧電薄板のオイラー角を設定し、かつ、第1圧電薄板10と第2圧電薄板20の厚みの割合を調整することにより、支持基板60を接合してもスプリアスを低減させることができる。 In other words, by setting the Euler angles of the two piezoelectric thin plates so that the piezoelectric constants of the two piezoelectric thin plates related to the unwanted vibration modes that cause spurious noise have the same absolute value but opposite signs, and by adjusting the ratio of the thicknesses of the first piezoelectric thin plate 10 and the second piezoelectric thin plate 20, spurious noise can be reduced even when the support substrate 60 is bonded.
ここで、音速の速い支持基板とは、例えば、Si基板、水晶基板、サファイア基板、SiC基板、SiO2基板、ダイヤモンド基板、あるいは水晶、サファイア、SiC、SiO2、ダイヤモンドから選択されるいずれかが成膜されたSi基板がある。 Here, the support substrate with a high sound velocity is, for example, a Si substrate, a quartz substrate, a sapphire substrate, a SiC substrate, a SiO2 substrate, a diamond substrate, or a Si substrate on which any one selected from quartz, sapphire, SiC, SiO2 , and diamond is formed.
ここで、FEM解析は、第1圧電薄板10のオイラー角は、(90°,90°,36°)、第2圧電薄板20のオイラー角は、(90°,-90°,-36°)で行ったが、以下の(1)~(3)のオイラー角の組み合わせか、または、(1)~(3)のオイラー角の組み合わせと結晶学的に等価なオイラー角の組み合わせの圧電薄板であってもFEM解析は同じ結果となる。(φ、θ、ψは任意の角度)
(1)一方の圧電薄板のオイラー角 (φ,90°,ψ)
他方の圧電薄板のオイラー角 (φ,-90°,-ψ)
(2)一方の圧電薄板のオイラー角 (90°,θ,ψ)
他方の圧電薄板のオイラー角 (90°,-θ,-ψ)
(3)一方の圧電薄板のオイラー角 (90°,90°,ψ)
他方の圧電薄板のオイラー角 (90°,-90°,-ψ)
Here, the FEM analysis was performed with the Euler angles of the first piezoelectric thin plate 10 being (90°, 90°, 36°) and the Euler angles of the second piezoelectric thin plate 20 being (90°, -90°, -36°), but the FEM analysis will produce the same results even if the piezoelectric thin plate has any of the Euler angle combinations (1) to (3) below, or any combination of Euler angles that are crystallographically equivalent to the Euler angle combinations (1) to (3). (φ, θ, ψ are arbitrary angles.)
(1) Euler angle of one piezoelectric plate (φ, 90°, ψ)
Euler angles of the other piezoelectric plate (φ, -90°, -ψ)
(2) Euler angle of one piezoelectric plate (90°, θ, ψ)
Euler angles of the other piezoelectric plate (90°, -θ, -ψ)
(3) Euler angles of one piezoelectric thin plate (90°, 90°, ψ)
Euler angles of the other piezoelectric plate (90°, -90°, -ψ)
また、実施例5では、第1圧電薄板の厚さh1と第2圧電薄板の厚さh2の比率は、h1:h2=1:2であるが、この厚さの比率を調整することにより、スプリアスとなる不要な振動モードを励振しないようにすることができる。 In addition, in Example 5, the ratio of the thickness h1 of the first piezoelectric thin plate to the thickness h2 of the second piezoelectric thin plate is h1 : h2 = 1:2, and by adjusting this thickness ratio, it is possible to prevent excitation of unnecessary vibration modes that become spurious.
なお、本発明の第1圧電薄板10、第2圧電薄板20は、薄板という表現を使用しているが、CVDやスパッタにより成膜した膜や、その他、有機金属気相成長法、分子線エピタキシー、液相成長法等の結晶成長法を用いて成膜した膜を第1圧電薄板10、第2圧電薄板20として用いることもできることは言うまでも無い。 Although the first piezoelectric thin plate 10 and the second piezoelectric thin plate 20 of the present invention are referred to as thin plates, it goes without saying that films formed by CVD or sputtering, or films formed using other crystal growth methods such as metal organic vapor phase epitaxy, molecular beam epitaxy, and liquid phase epitaxy, can also be used as the first piezoelectric thin plate 10 and the second piezoelectric thin plate 20.
10 第1圧電薄板
20 第2圧電薄板
30 接合基板
40 電極
50 下部電極
60 支持基板
10 First piezoelectric thin plate 20 Second piezoelectric thin plate 30 Bonding substrate 40 Electrode 50 Lower electrode 60 Support substrate
Claims (19)
前記接合基板の上に形成された電極と、を備え、
前記2つの圧電薄板は、同じ材料で形成され、
使用する振動モードに関係する前記2つの圧電薄板の圧電定数が同一であり、
スプリアスとなる不要な振動モードに関係する前記2つの圧電薄板の圧電定数は、絶対値が同じで符号が反転するように、前記2つの圧電薄板のオイラー角が選ばれている弾性波デバイス。 a bonding substrate having two piezoelectric thin plate layers;
an electrode formed on the bonding substrate;
The two piezoelectric plates are made of the same material;
The piezoelectric constants of the two piezoelectric thin plates related to the vibration mode to be used are the same,
An elastic wave device in which the Euler angles of the two piezoelectric thin plates are selected so that the piezoelectric constants of the two piezoelectric thin plates related to unwanted vibration modes that become spurious have the same absolute value but opposite signs.
かつ、前記2つの圧電薄板の圧電定数e11は、同じ値であり、
かつ、前記2つの圧電薄板の圧電定数e16、e34は、絶対値が同じで符号が反転するようなオイラー角である請求項1に記載の弾性波デバイス。 The two piezoelectric thin plates use a Lamb wave vibration mode,
Furthermore, the piezoelectric constants e11 of the two piezoelectric thin plates are the same value,
2. The acoustic wave device according to claim 1, wherein the piezoelectric constants e16 and e34 of the two piezoelectric thin plates are Euler angles having the same absolute value but opposite signs.
前記2つの圧電薄板がいずれもニオブ酸リチウムか、またはタンタル酸リチウムであり、
かつ、前記2つの圧電薄板は、圧電定数e16が同じ値であり、
かつ、前記2つの圧電薄板の圧電定数e31、e15の絶対値が同じで符号が反転するように前記2つの圧電薄板のオイラー角が選ばれている請求項1に記載の弾性波デバイス。 The vibration mode used is SH wave,
The two piezoelectric thin plates are both lithium niobate or lithium tantalate,
Furthermore, the two piezoelectric thin plates have the same piezoelectric constant e16,
2. The acoustic wave device according to claim 1, wherein the Euler angles of the two piezoelectric thin plates are selected so that the absolute values of the piezoelectric constants e31 and e15 of the two piezoelectric thin plates are the same but have opposite signs.
前記接合基板は、前記第1圧電薄板、前記第2圧電薄板とで構成され、
前記接合基板を支持する支持基板を備え、
前記第1圧電薄板、前記第2圧電薄板、前記支持基板の順に層を形成し、
前記支持基板の音速は、前記第1圧電薄板、前記第2圧電薄板の音速よりも速いことを特徴とする請求項1に記載の弾性波デバイス。 The two piezoelectric thin plates are a first piezoelectric thin plate and a second piezoelectric thin plate,
the bonding substrate is composed of the first piezoelectric thin plate and the second piezoelectric thin plate,
a support substrate for supporting the bonded substrate;
forming layers in the order of the first piezoelectric thin plate, the second piezoelectric thin plate, and the support substrate;
2 . The acoustic wave device according to claim 1 , wherein the sound velocity in the support substrate is faster than the sound velocity in the first piezoelectric thin plate and the sound velocity in the second piezoelectric thin plate.
前記2つの圧電薄板は、圧電定数e11が同じ値となり、圧電定数e16、e34が絶対値が同じで符号が反転するようなオイラー角である請求項8に記載の弾性波デバイス。 When the SAW mode used is LL-SAW,
9. The acoustic wave device according to claim 8, wherein the two piezoelectric thin plates have Euler angles such that the piezoelectric constant e11 is the same value, and the piezoelectric constants e16 and e34 have the same absolute value but opposite signs.
前記2つの圧電薄板のうち一方の圧電薄板のオイラー角と、他方の圧電薄板のオイラー角の組み合わせが、下記(1)~(3)の何れか一つであるか、または、下記(1)~(3)のいずれか一つと結晶学的に等価なオイラー角である請求項10に記載の弾性波デバイス。
(1)一方の圧電薄板のオイラー角 (φ,90°,ψ)
他方の圧電薄板のオイラー角 (φ,-90°,-ψ)
(2)一方の圧電薄板のオイラー角 (90°,θ,ψ)
他方の圧電薄板のオイラー角 (90°,-θ,-ψ)
(3)一方の圧電薄板のオイラー角 (90°,90°,ψ)
他方の圧電薄板のオイラー角 (90°,-90°,-ψ) The two piezoelectric sheets are lithium niobate or lithium tantalate;
The elastic wave device of claim 10, wherein a combination of the Euler angles of one of the two piezoelectric thin plates and the Euler angles of the other piezoelectric thin plate is any one of (1) to (3) below, or is an Euler angle that is crystallographically equivalent to any one of (1) to (3) below.
(1) Euler angle of one piezoelectric plate (φ, 90°, ψ)
Euler angles of the other piezoelectric plate (φ, -90°, -ψ)
(2) Euler angle of one piezoelectric plate (90°, θ, ψ)
Euler angles of the other piezoelectric plate (90°, -θ, -ψ)
(3) Euler angles of one piezoelectric plate (90°, 90°, ψ)
Euler angles of the other piezoelectric plate (90°, -90°, -ψ)
前記2つの圧電薄板は、いずれもニオブ酸リチウムか、またはタンタル酸リチウムであり、前記2つの圧電薄板の圧電定数e16が同じ値であり、
前記2つの圧電薄板のオイラー角は、それぞれの前記圧電薄板の圧電定数e31、e15の絶対値が同じで符号が反転するように選ばれている請求項8に記載の弾性波デバイス。 When the SAW mode used is L-SAW,
The two piezoelectric thin plates are both lithium niobate or lithium tantalate, and the piezoelectric constant e16 of the two piezoelectric thin plates is the same value;
9. The acoustic wave device according to claim 8, wherein the Euler angles of the two piezoelectric thin plates are selected so that the absolute values of the piezoelectric constants e31 and e15 of the respective piezoelectric thin plates are the same but have opposite signs.
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