JP4811517B2 - Surface acoustic wave device - Google Patents
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Description
本発明は、帯域フィルタや共振子等に用いられる弾性表面波装置に関し、より詳細には、水晶からなる圧電基板上にＩＤＴ電極及びＺｎＯからなる圧電膜が積層された構造を有する弾性表面波装置に関する。 The present invention relates to a surface acoustic wave device used for a bandpass filter, a resonator, and the like, and more specifically, a surface acoustic wave device having a structure in which an IDT electrode and a piezoelectric film made of ZnO are laminated on a piezoelectric substrate made of quartz. About.
従来、さまざまな圧電材料を用いて、種々の弾性表面波装置が提案されている。例えば、下記の非特許文献１には、ＺｎＯ膜と水晶とを積層した構造を有する小型の弾性表面波フィルタが開示されている。ここでは、２７°ＹカットＸ伝搬の水晶からなる圧電基板上にＡｌからなるＩＤＴ電極が形成されており、ＩＤＴ電極を覆うようにＺｎＯからなる圧電膜が積層されたトランスバーサル型の弾性表面波フィルタが示されている。ＩＤＴ電極の弾性表面波の波長で規格化した膜厚Ｈ／λが０．０２とされている。ＺｎＯからなる圧電膜の規格化膜厚Ｈ／λは０．３とされており、それによって、ＷＣＤＭＡ方式の携帯電話機のＩＦ段の３８０ＭＨｚ帯の帯域フィルタが構成されている。
非特許文献１に記載のように、従来、ＺｎＯ／ＩＤＴ電極／水晶からなる積層構造については、トランスバーサル型の弾性表面波フィルタ装置への応用が検討されていた。
As described in
他方、表面波装置としては、トランスバーサル型の弾性表面波フィルタの他に、電極における表面波の反射を利用した弾性表面波共振子や、弾性表面波共振子型フィルタなどの共振子型の弾性表面波装置が知られている。もっとも、ＺｎＯ／ＩＤＴ電極／水晶からなる構造の共振子型の弾性表面波フィルタ装置への応用は十分に検討されていなかった。 On the other hand, as a surface acoustic wave device, in addition to a transversal surface acoustic wave filter, a surface acoustic wave resonator utilizing surface wave reflection at an electrode, or a resonator type elasticity such as a surface acoustic wave resonator type filter is used. Surface wave devices are known. However, application to a resonator-type surface acoustic wave filter device having a structure composed of ZnO / IDT electrode / quartz has not been sufficiently studied.
近年、携帯電話機の帯域フィルタとしては、比帯域幅が約１％と狭帯域であり、かつ選択度に優れた帯域フィルタが求められている。例えば、クオルコム社によるメディアＦＬＯ（登録商標）のような携帯電話向け映像放送サービスでは、中心周波数７００ＭＨｚであり、かつ帯域幅が６ＭＨｚ（比帯域幅で０．８５％）の帯域フィルタが求められている。このような狭帯域で、選択度に優れた帯域フィルタは、トランスバーサル型の弾性表面波フィルタでは実現が困難であった。また、ＬｉＴａＯ３、ＬｉＮｂＯ３または水晶などを圧電基板として用いた縦結合共振子型の弾性表面波フィルタでも、温度特性が悪いあるいは電気機械結合係数が適していない等の理由からこのような帯域幅を得ることは困難であった。In recent years, as a bandpass filter for a mobile phone, a bandpass filter having a narrow bandwidth with a specific bandwidth of about 1% and excellent selectivity has been demanded. For example, in a video broadcasting service for mobile phones such as Media FLO (registered trademark) by Qualcomm, a band filter with a center frequency of 700 MHz and a bandwidth of 6 MHz (0.85% in relative bandwidth) is required. Yes. Such a narrow band and excellent selectivity filter is difficult to realize with a transversal surface acoustic wave filter. Even in a longitudinally coupled resonator type surface acoustic wave filter using LiTaO 3 , LiNbO 3 or quartz as a piezoelectric substrate, such a bandwidth is used because of poor temperature characteristics or inappropriate electromechanical coupling coefficient. It was difficult to get.
なお、共振子型の弾性表面波装置において、ＩＤＴ電極の周期で定まる波長をλ、圧電基板におけるＩＤＴ部が電気的開放時の位相速度をＶ、ＩＤＴ部が電気的短絡時の位相速度ＶｍとしたときのＶ−ＶｍをΔＶ、中心周波数をＦ、帯域幅をΔＦとした場合、電気機械結合係数Ｋ２は下記の式（１）を満たしている。但し、式（１）において∝は比例を意味する。In the resonator type surface acoustic wave device, the wavelength determined by the period of the IDT electrode is λ, the phase speed when the IDT portion of the piezoelectric substrate is electrically opened is V, and the phase velocity Vm when the IDT portion is electrically short-circuited is Vm. If the V-Vm upon the [Delta] V, the center frequency F, bandwidth and [Delta] F, the electromechanical coefficient K 2 satisfies the equation (1) below. However, in formula (1), ∝ means proportionality.
Ｋ２／２＝｜ΔＶ｜／Ｖ
＝｜ΔＶ／λ｜／（Ｖ／λ）∝｜ΔＦ｜／Ｆ…式（１）
上記比帯域幅０．８５％を確保した上で、共振子型の弾性表面波フィルタ装置を小型化するには、ＩＤＴ電極の電極指の反射係数を高めることが求められる。しかしながら、従来、共振子型の弾性表面波フィルタ装置において、反射係数を十分に高めることは困難であり、従って、上記のような要求に応える共振子型の弾性表面波フィルタ装置を実現することはできなかった。 K 2/2 = | ΔV | / V
= | ΔV / λ | / (V / λ) ∝ | ΔF | / F (1)
In order to reduce the size of the resonator-type surface acoustic wave filter device while securing the above-mentioned specific bandwidth of 0.85%, it is required to increase the reflection coefficient of the electrode finger of the IDT electrode. However, conventionally, it is difficult to sufficiently increase the reflection coefficient in a resonator-type surface acoustic wave filter device. Therefore, it is possible to realize a resonator-type surface acoustic wave filter device that meets the above requirements. could not.
本発明の目的は、上述した従来技術の現状に鑑み、ＩＤＴ電極の電極指の反射係数を高めることができ、それによって、狭い比帯域幅を実現することを可能とする共振子型の弾性表面波装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a resonator type elastic surface that can increase the reflection coefficient of the electrode finger of the IDT electrode and thereby realize a narrow specific bandwidth in view of the current state of the prior art described above. It is to provide a wave device.
本発明によれば、オイラー角が（０°±５°，０°〜１４０°，０°±４０°）である水晶からなり、上面に複数本の溝が形成されている圧電基板と、前記圧電基板の上面の複数本の溝に充填された金属からなり、かつ複数本の電極指を有するＩＤＴ電極と、前記ＩＤＴ電極を覆うように前記圧電基板上に形成されており、かつｃ軸配向のＺｎＯからなる圧電膜とを備え、弾性表面波としてレイリー波が利用される弾性表面波装置において、前記ＩＤＴ電極が、Ａｕ、Ｔａ、Ｗ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ｎｉ及びＭｏからなる群から選択された少なくとも１種の金属を主体とする金属材料からなり、弾性表面波の波長λとした場合、前記ＩＤＴ電極において主体となる金属と、前記ＩＤＴ電極の弾性表面波の波長で規格化した規格化膜厚ｈ／λと、前記圧電膜の弾性表面波の波長で規格化した規格化膜厚ｈ／λとが、下記の表１で示す各組み合わせの範囲内とされていることを特徴とする、弾性表面波装置が提供される。 According to the present invention, the piezoelectric substrate made of quartz having Euler angles (0 ° ± 5 °, 0 ° to 140 °, 0 ° ± 40 °), and having a plurality of grooves formed on the upper surface, An IDT electrode made of a metal filled in a plurality of grooves on the upper surface of the piezoelectric substrate and having a plurality of electrode fingers, formed on the piezoelectric substrate so as to cover the IDT electrode, and c-axis oriented In a surface acoustic wave device using a Rayleigh wave as a surface acoustic wave, the IDT electrode is selected from the group consisting of Au, Ta, W, Pt, Cu, Ni, and Mo. When the surface acoustic wave has a wavelength λ made of a metal material mainly composed of at least one kind of metal, the standardization is performed using the metal that is the main component of the IDT electrode and the surface acoustic wave wavelength of the IDT electrode. Film thickness h / λ and the piezoelectric film And the normalized film thickness h / lambda normalized by the wavelength of the surface acoustic wave, characterized in that it is within the ranges of each combination shown in Table 1 below, the surface acoustic wave device is provided.
本発明に係る弾性表面波装置では、好ましくは、前記ＩＤＴ電極の主体となる金属と、前記ＩＤＴ電極の弾性表面波の波長λで規格化した規格化膜厚と、ＺｎＯからなる前記圧電膜の弾性表面波の波長λで規格化した規格化膜厚とが、下記の表２に示す各組み合わせの範囲内とされる。この場合には、ＩＤＴ電極の電極指の１本当たりの弾性表面波の反射係数の絶対値を０．０５以上とより一層高くすることができる。 In the surface acoustic wave device according to the present invention, preferably, the metal which is the main body of the IDT electrode, the normalized film thickness normalized by the wavelength λ of the surface acoustic wave of the IDT electrode, and the piezoelectric film made of ZnO The normalized film thickness normalized by the wavelength λ of the surface acoustic wave falls within the range of each combination shown in Table 2 below. In this case, the absolute value of the reflection coefficient of the surface acoustic wave per electrode finger of the IDT electrode can be further increased to 0.05 or more.
より好ましくは、前記ＩＤＴ電極の主体となる金属と、前記ＩＤＴ電極の弾性表面波の波長λで規格化した規格化膜厚と、ＺｎＯからなる前記圧電膜の弾性表面波の波長λで規格化した規格化膜厚とが、下記の表３に示す各組み合わせの範囲内とされる。この場合には、ＩＤＴ電極の電極指の１本当たりの弾性表面波の反射係数の絶対値を０．１以上とより一層高くすることができる。 More preferably, it is normalized by the metal that is the main body of the IDT electrode, the normalized film thickness normalized by the wavelength λ of the surface acoustic wave of the IDT electrode, and the wavelength λ of the surface acoustic wave of the piezoelectric film made of ZnO. The normalized film thickness is within the range of each combination shown in Table 3 below. In this case, the absolute value of the reflection coefficient of the surface acoustic wave per electrode finger of the IDT electrode can be further increased to 0.1 or more.
また、上記圧電基板のオイラー角は、好ましくは、（０°±５°，０°〜２３°，０°±４０°）または（０°±５°，１０５°〜１４０°，０°±４０°）の範囲とされ、その場合には、水晶からなる圧電基板の正の周波数温度係数ＴＣＦを、ＺｎＯからなる圧電薄膜の負の周波数温度係数により効果的に相殺でき、周波数温度係数ＴＣＦの絶対値が小さい弾性表面波装置を提供することができる。 The Euler angle of the piezoelectric substrate is preferably (0 ° ± 5 °, 0 ° -23 °, 0 ° ± 40 °) or (0 ° ± 5 °, 105 ° -140 °, 0 ° ± 40). In this case, the positive frequency temperature coefficient TCF of the piezoelectric substrate made of quartz can be effectively offset by the negative frequency temperature coefficient of the piezoelectric thin film made of ZnO. A surface acoustic wave device having a small value can be provided.
また、本発明の他の広い局面によれば、オイラー角が（０°±５°，０°〜１４０°，０°±４０°）である水晶からなり、上面に複数本の溝が形成されている圧電基板と、前記圧電基板の上面の前記複数本の溝に充填された金属からなり、複数本の電極指を有するＩＤＴ電極と、前記ＩＤＴ電極を覆うように前記圧電基板上に形成されたｃ軸配向ＺｎＯからなる圧電膜とを備え、弾性表面波としてレイリー波が利用される弾性表面波装置において、前記ＩＤＴ電極がＡｕ、Ｔａ、Ｗ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ｎｉ及びＭｏからなる群から選択された複数の金属の積層金属膜からなり、前記積層金属膜を構成する各金属膜の膜厚Ｔと各金属膜を構成している金属の密度との積の総和を、前記積層金属膜を構成する各金属膜の膜厚Ｔの総和で除算して得られる商を平均密度とし、弾性表面波波長をλとすると、前記平均密度、前記ＩＤＴ電極の規格化膜厚及び前記ＺｎＯ膜の規格化膜厚が、下記の表４に示す各組み合わせの範囲内であることを特徴とする、弾性表面波装置が提供される。 According to another broad aspect of the present invention, a plurality of grooves are formed on the upper surface made of quartz having Euler angles (0 ° ± 5 °, 0 ° to 140 °, 0 ° ± 40 °). Formed on the piezoelectric substrate so as to cover the IDT electrode, and an IDT electrode having a plurality of electrode fingers, the piezoelectric substrate being made of a metal filled in the plurality of grooves on the upper surface of the piezoelectric substrate. A surface acoustic wave device using Rayleigh waves as surface acoustic waves, wherein the IDT electrode is made of Au, Ta, W, Pt, Cu, Ni, and Mo. The laminated metal film is composed of a plurality of selected metal laminated metal films, and the sum of products of the film thickness T of each metal film constituting the laminated metal film and the density of the metal constituting each metal film The quotient obtained by dividing by the total thickness T of each metal film constituting Is the average density, and the surface acoustic wave wavelength is λ, the average density, the normalized film thickness of the IDT electrode, and the normalized film thickness of the ZnO film are within the combinations shown in Table 4 below. A surface acoustic wave device is provided.
本発明に係る弾性表面波装置では、上記特定のオイラー角の水晶からなる圧電基板の上面に形成された複数本の溝に金属を充填することによりＩＤＴ電極が形成されており、ＩＤＴ電極を覆うようにＺｎＯからなる圧電膜が形成されている構造において、ＩＤＴ電極が上記特定の金属を主体とする金属材料からなり、ＩＤＴ電極において主体となる金属と、ＩＤＴ電極の規格化膜厚と、圧電膜の規格化膜厚とが表１に示す各組み合わせの範囲内とされているため、ＩＤＴの電極指１本当たりの弾性表面波の反射係数の絶対値を０．０２５以上と高くすることができる。従って、ＺｎＯ／ＩＤＴ電極／水晶の積層構造を有する共振子型の弾性表面波装置であって、狭帯域かつ高選択度の弾性表面波装置を提供することが可能となる。 In the surface acoustic wave device according to the present invention, the IDT electrode is formed by filling a plurality of grooves formed on the upper surface of the piezoelectric substrate made of quartz having the specific Euler angle with the metal, and covers the IDT electrode. Thus, in the structure in which the piezoelectric film made of ZnO is formed, the IDT electrode is made of a metal material mainly composed of the specific metal, the metal mainly composed of the IDT electrode, the normalized film thickness of the IDT electrode, and the piezoelectric Since the normalized film thickness of the film is within the range of each combination shown in Table 1, the absolute value of the reflection coefficient of the surface acoustic wave per electrode finger of the IDT can be increased to 0.025 or more. it can. Accordingly, it is possible to provide a surface acoustic wave device of a resonator type having a laminated structure of ZnO / IDT electrode / quartz, and having a narrow band and high selectivity.
また、本発明において、上記のように、積層金属膜からなるＩＤＴ電極において、積層金属膜を構成する各金属膜の膜厚Ｔと、各金属膜を構成している金属の密度との積の総和を、積層金属膜を構成する各金属膜の膜厚Ｔの総和で除算した値を平均密度とし、弾性表面波の波長をλとした場合、平均密度、ＩＤＴ電極の規格化膜厚及びＺｎＯの規格化膜厚が表４に示す下記の範囲内とされている場合においても、同様に、ＩＤＴの電極指１本当たりの弾性表面波の反射係数の絶対値を０．０２５以上と高くすることができ、共振子型の弾性表面波装置であって、狭帯域かつ高選択度の弾性表面波装置を提供することが可能となる。 Further, in the present invention, as described above, in the IDT electrode composed of the laminated metal film, the product of the film thickness T of each metal film constituting the laminated metal film and the density of the metal constituting each metal film. A value obtained by dividing the sum by the sum of the film thicknesses T of the metal films constituting the laminated metal film is an average density, and when the wavelength of the surface acoustic wave is λ, the average density, the normalized film thickness of the IDT electrode, and ZnO Similarly, when the normalized film thickness is within the following range shown in Table 4, the absolute value of the reflection coefficient of the surface acoustic wave per electrode finger of the IDT is similarly increased to 0.025 or more. Therefore, it is possible to provide a surface acoustic wave device of a resonator type, which is a narrow band and high selectivity surface acoustic wave device.
１…弾性表面波装置
２…圧電基板
２ａ…溝
３…電極
４…圧電膜
５，６…反射器DESCRIPTION OF
以下、図面を参照しつつ本発明の具体的な実施形態を説明することにより、本発明を明らかにする。 Hereinafter, the present invention will be clarified by describing specific embodiments of the present invention with reference to the drawings.
図１（ａ），（ｂ）は、本発明の一実施形態に係る弾性表面波装置の部分切欠正面断面図及び電極構造を示す模式的平面図である。 FIGS. 1A and 1B are a partially cutaway front sectional view and a schematic plan view showing an electrode structure of a surface acoustic wave device according to an embodiment of the present invention.
弾性表面波装置１は、オイラー角が（０°±５°，０°〜１４０°，０°±４０°）である水晶からなる圧電基板２を有する。圧電基板２は、上面に複数本の溝２ａを有する。この圧電基板２の上面の複数本の溝２ａに金属を充填することにより、ＩＤＴ電極３が形成されている。ＩＤＴ電極３は複数本の電極指を有する。ＩＤＴ電極３を覆うように、圧電基板２上には、ｃ軸配向のＺｎＯからなる圧電膜４が形成されている。本実施形態では、溝２ａの深さとＩＤＴ電極３の厚みが等しくされているため、圧電膜４の上面は平坦とされている。
The surface
なお、図１（ｂ）に示すように、ＩＤＴ電極３の表面波伝搬方向両側には、反射器５，６が配置されている。
As shown in FIG. 1B,
本実施形態の弾性表面波装置は、弾性表面波としてはレイリー波を使用している共振子型弾性表面波フィルタである。 The surface acoustic wave device of this embodiment is a resonator type surface acoustic wave filter that uses a Rayleigh wave as a surface acoustic wave.
そして、上記ＩＤＴ電極３は、Ａｕ、Ｔａ、Ｗ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ｎｉ及びＭｏからなる群から選択された少なくとも１種の金属、すなわちＡｌよりも重いこれらの金属を主体とする金属材料からなる。弾性表面波の波長をλとしたとき、ＩＤＴ電極３において主体となる上記金属材料と、上記ＩＤＴ電極の弾性表面波の波長で規格化してなる規格化膜厚と、上記圧電膜の弾性表面波の波長で規格化した規格化膜厚とが、下記の表５に示す各組み合わせの範囲内とされていることを特徴とする。
The
本実施形態によれば、ＩＤＴ電極３の電極指１本当たりの弾性表面波の反射係数の絶対値を０．０２５以上とすることができ、比帯域幅が狭い狭帯域の共振子型の弾性表面波フィルタを提供することができる。
According to the present embodiment, the absolute value of the reflection coefficient of the surface acoustic wave per electrode finger of the
すなわち、本願発明者は、水晶基板上の上面に複数本の溝を形成し、該複数本の溝に金属を充填することによりＩＤＴ電極を形成し、かつＺｎＯからなる圧電薄膜を積層した構造について、水晶基板のオイラー角を上記の特定の範囲とし、ＩＤＴ電極を構成する金属を材料及びその厚み、並びにＺｎＯ膜の厚みを種々変化させて検討したところ、これらを上記の特定の範囲とすることにより、弾性表面波の反射係数の絶対値を０．０２５以上と高くし得ることを見出し、本発明をなすに至ったものである。すなわち、本発明は、実験的に見出されたものである。 That is, the inventor of the present invention forms a plurality of grooves on the upper surface of a quartz substrate, fills the plurality of grooves with a metal, forms an IDT electrode, and laminates a piezoelectric thin film made of ZnO. When the Euler angle of the quartz substrate is set to the above specific range, and the metal constituting the IDT electrode is examined by changing the material and its thickness and the thickness of the ZnO film, these are set to the above specific range. Thus, the inventors have found that the absolute value of the reflection coefficient of a surface acoustic wave can be increased to 0.025 or more, and have made the present invention. That is, the present invention has been found experimentally.
図２〜図９には、上記弾性表面波装置１において、水晶からなる圧電基板として、オイラー角が（０°，１１７°，０°）の水晶基板を用い、ＩＤＴ電極を構成する金属材料として、それぞれ、Ａｌ、Ａｕ、Ｔａ、Ｗ、Ｎｉ、Ｐｔ、ＣｕまたはＭｏを用い、これらの内の１種の金属からなるＩＤＴ電極の弾性表面波の波長で規格化した規格化膜厚及びＺｎＯ膜の弾性表面波の波長で規格化した規格化膜厚を変化させた場合のＩＤＴの電極指１本当たりの反射係数の変化を示す図である。
2 to 9, in the surface
図２から明らかなように、ＺｎＯ／Ａｌ／水晶からなる積層構造においては、ＡｌからなるＩＤＴ電極の規格化膜厚が０．５の場合には、ＺｎＯの規格化膜厚を０．０３以上、０．４５以下とした場合に反射係数の絶対値を０．０２５よりも大きくし得ることがわかる。しかしながら、実際には、規格化膜厚が０．５のＩＤＴ電極を形成するには、水晶に非常に深い溝を形成しなければならず、加工が事実上不可能である。 As is apparent from FIG. 2, in the laminated structure made of ZnO / Al / quartz, when the normalized film thickness of the IDT electrode made of Al is 0.5, the normalized film thickness of ZnO is 0.03 or more. , 0.45 or less, it can be seen that the absolute value of the reflection coefficient can be larger than 0.025. However, in practice, in order to form an IDT electrode having a standardized film thickness of 0.5, a very deep groove must be formed in the crystal, which is practically impossible.
これに対して、図３から明らかなように、ＺｎＯ／Ａｕ／水晶からなる積層構造においては、ＡｕからなるＩＤＴ電極の規格化膜厚が０．０５〜０．２の範囲において、ＺｎＯの規格化膜厚が０．０３以上、０．４５以下の範囲で、反射係数の絶対値を０．０２５以上とし得ることがわかる。 On the other hand, as is clear from FIG. 3, in the laminated structure made of ZnO / Au / quartz, the standard thickness of ZnO is within the range of 0.05 to 0.2 for the normalized film thickness of the IDT electrode made of Au. It can be seen that the absolute value of the reflection coefficient can be 0.025 or more in the range of 0.03 or more and 0.45 or less.
同様に、図４〜図９から明らかなように、オイラー角（０°，１１７°，０°）の水晶を用いた場合、ＩＤＴ電極を構成する金属が、Ｔａ、Ｗ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｃｕ及びＭｏの場合、それぞれ、上述した表４に記載のＩＤＴ電極の規格化膜厚範囲、かつＺｎＯ膜の規格化膜厚範囲とすることにより、反射係数の絶対値を０．０２５以上とし得ることがわかる。 Similarly, as is apparent from FIGS. 4 to 9, when a crystal having Euler angles (0 °, 117 °, 0 °) is used, the metals constituting the IDT electrode are Ta, W, Ni, Pt, Cu. In the case of Mo and Mo, the absolute value of the reflection coefficient can be set to 0.025 or more by setting the normalized film thickness range of the IDT electrode described in Table 4 and the normalized film thickness range of the ZnO film, respectively. I understand.
また、図１０〜図１２には、弾性表面波装置１において、オイラー角が（０°，１１７°，３５°）の水晶からなる圧電基板上の複数本の溝に、Ａｌ、ＡｕまたはＣｕを充填してＩＤＴ電極を種々の厚みで形成し、ＺｎＯ薄膜の厚みを種々変化させた場合のＩＤＴ電極の規格化膜厚及びＺｎＯの規格化膜厚とを反射係数との関係を示す各図である。図１０から明らかなように、ＡｌからなるＩＤＴ電極の場合には、規格化膜厚が０．５と非常に大きくしなければ、反射係数を高め得ないことがわかる。従って、水晶の上面に非常に深い溝を形成しなければならないため、ＡｌをＩＤＴ電極として用いて、本発明の弾性表面波装置を形成することは事実上不可能である。
10 to 12, in the surface
これに対して、オイラー角が（０°，１１７°，３５°）の水晶基板に変更したことを除いては、図３及び図８の場合と同様にして構成された弾性表面波装置では、図１１，図１２から明らかなように、ＡｕまたはＣｕからなるＩＤＴ電極の規格化膜厚範囲及びＺｎＯ膜の規格化膜厚範囲の組み合わせを上述した表５に示されている範囲内とすることにより、反射係数の絶対値を０．０２５以上とし得ることがわかる。 On the other hand, with the surface acoustic wave device configured in the same manner as in FIGS. 3 and 8, except that the Euler angles are changed to quartz substrates of (0 °, 117 °, 35 °), As is apparent from FIGS. 11 and 12, the combination of the normalized film thickness range of the IDT electrode made of Au or Cu and the normalized film thickness range of the ZnO film should be within the range shown in Table 5 above. This shows that the absolute value of the reflection coefficient can be 0.025 or more.
また、図３〜図９及び図１１から明らかなように、反射係数の絶対値を０．０５以上とするには、下記の表６に示す各組み合わせの範囲内とすればよく、より好ましくは、下記の表７に示す各組み合わせの範囲内とすることにより、反射係数の絶対値を０．１以上とし得ることがわかる。 Also, as is apparent from FIGS. 3 to 9 and FIG. 11, in order to make the absolute value of the reflection coefficient 0.05 or more, it may be within the range of each combination shown in Table 6 below, more preferably It can be seen that the absolute value of the reflection coefficient can be set to 0.1 or more by setting within the range of each combination shown in Table 7 below.
図１３は、上記弾性表面波装置１における水晶からなる圧電共振子のオイラー角（０°，θ，０°）のθを変化させた場合のレイリー波の周波数温度係数ＴＣＦの変化を示す図である。図１３から明らかなように、オイラー角（０°，θ，０°）のθが０°〜１４０°の範囲ではＴＣＦが正であることがわかる。
FIG. 13 is a diagram showing changes in the frequency temperature coefficient TCF of Rayleigh waves when the Euler angles (0 °, θ, 0 °) of the piezoelectric resonator made of quartz in the surface
ＺｎＯ膜の周波数温度係数ＴＣＦは負の値である。従って、図１３から明らかなように、オイラー角のθを０°〜１４０°の範囲とすれば、水晶の周波数温度係数ＴＣＦがＺｎＯ膜の周波数温度係数ＴＣＦで相殺され、周波数温度係数ＴＣＦの絶対値の小さい弾性表面波装置を提供し得ることがわかる。従って、好ましくは、水晶からなる圧電基板２のオイラー角は（０°，０°〜１４０°，０°）とすることが望ましい。より好ましくは、（０°，０°〜２３°，０°）または（０°，１０５°〜１４０°，０°）であれば、ＴＣＦが正であり、かつＴＣＦが＋３〜＋２０ｐｐｍの範囲にあるので、ＺｎＯ膜の膜厚により温度変化による特性の変化をより一層小さくすることができる。
The frequency temperature coefficient TCF of the ZnO film is a negative value. Accordingly, as is apparent from FIG. 13, when the Euler angle θ is in the range of 0 ° to 140 °, the frequency temperature coefficient TCF of the quartz crystal is offset by the frequency temperature coefficient TCF of the ZnO film, and the absolute value of the frequency temperature coefficient TCF is It can be seen that a surface acoustic wave device having a small value can be provided. Therefore, it is preferable that the Euler angles of the
さらに、図１４は、オイラー角のψと、周波数温度係数ＴＣＦとの関係を示す図である。ここでは、実線でオイラー角（０°，１１９°４５’，ψ）の水晶を用いた場合の結果が、破線でオイラー角（０°，１３２°４５’，ψ）の水晶を用いた場合の結果が示されている。図１４から明らかなように、オイラー角のψが０°±４０°の範囲では、ＴＣＦが正であることがわかる。従って、図１４から明らかなようにオイラー角のψを０°±４０°の範囲とすれば、水晶の周波数温度係数ＴＣＦがＺｎＯ膜の負の周波数温度係数ＴＣＦで相殺されることがわかる。 Further, FIG. 14 is a diagram showing the relationship between Euler angle ψ and frequency temperature coefficient TCF. Here, the result when the Euler angle (0 °, 119 ° 45 ′, ψ) crystal is used as a solid line is the result when the Euler angle (0 °, 132 ° 45 ′, ψ) crystal is used as a broken line. Results are shown. As can be seen from FIG. 14, the TCF is positive when the Euler angle ψ is in the range of 0 ° ± 40 °. Therefore, as can be seen from FIG. 14, when the Euler angle ψ is in the range of 0 ° ± 40 °, the frequency frequency coefficient TCF of the quartz crystal is canceled by the negative frequency temperature coefficient TCF of the ZnO film.
よって、図１３及び図１４から明らかなように、周波数温度係数ＴＣＦの絶対値が小さい、温度変化による特性の安定な弾性表面波装置を得るには、水晶からなる圧電基板のオイラー角は、（０°，０°〜１４０°，０°±４０°）の範囲とすべきことがわかる。 Therefore, as is apparent from FIGS. 13 and 14, in order to obtain a surface acoustic wave device having a small absolute value of the frequency temperature coefficient TCF and stable characteristics due to temperature change, the Euler angle of the piezoelectric substrate made of quartz is ( 0 °, 0 ° to 140 °, 0 ° ± 40 °).
なお、オイラー角のφについては、０°±５°の範囲であれば、０°の場合とほぼ同等の結果が得られることが確かめられている。従って、オイラー角で、（０°±５°，０°〜１４０°，０°±４０°）の水晶からなる圧電基板２を用いればよい。より好ましくは、（０°±５°，０°〜２３°，０°±４０°）または（０°±５°，１０５°〜１４０°，０°±４０°）とすればよく、それによって、より一層温度変化による特性の安定な弾性表面波装置を提供することができる。
Regarding the Euler angle φ, it has been confirmed that if it is in the range of 0 ° ± 5 °, a result almost equal to that in the case of 0 ° can be obtained. Therefore, the
図１５〜図１７は、オイラー角（０°，１３２°４５’，０°）の水晶からなる圧電基板上に、Ａｌ、ＡｕまたはＣｕからなるＩＤＴを種々の厚みで形成し、かつＺｎＯからなる圧電膜３を種々の厚みで形成した構造の反射係数の変化を示す図である。図１５から明らかなように、ＩＤＴ電極がＡｌからなる場合には、ＩＤＴ電極の規格化膜厚をさらに厚くしなければ反射係数の絶対値を０．０２５以上とすることができない。従って、ＩＤＴ電極形成に際して、深い溝を水晶の表面に形成しなければならず、技術上、オイラー角（０°，１３２°４５’，０°）の水晶を用いた場合にも、ＩＤＴ電極をＡｌで形成して、本発明の弾性表面波装置を形成することは非常に困難である。
15 to 17, IDTs made of Al, Au or Cu are formed in various thicknesses on a piezoelectric substrate made of quartz having Euler angles (0 °, 132 ° 45 ′, 0 °), and made of ZnO. It is a figure which shows the change of the reflection coefficient of the structure which formed the
これに対して、図１６及び図１７から明らかなように、オイラー角（０°，１３２°４５’，０°）の水晶からなる圧電基板２上に、ＩＤＴ電極及びＺｎＯ膜を種々の厚みで形成した構造では、オイラー角が（０°，１１７°，０°）である図３及び図８の結果と同様の反射係数の得られることがわかる。すなわち、上記のように、温度特性の安定な弾性表面波装置を得ようとして、オイラー角のθを１１７°から１３２°４５’に変更したとしても同様の反射係数を実現し得ることがわかる。
On the other hand, as is apparent from FIGS. 16 and 17, the IDT electrode and the ZnO film are formed in various thicknesses on the
図１８〜図２０は、オイラー角（φ、θ、ψ）＝（０°，６５°，０°）の水晶からなる圧電基板２上に、Ａｌ、Ａｕ、ＣｕからなるＩＤＴ電極を種々の厚みで形成し、かつＺｎＯからなる圧電膜３を種々の厚みで形成した構造の反射係数の変化を示す図である。図１８から明らかなように、オイラー角（０°，６５°，０°）の水晶を用いた場合においても、ＩＤＴ電極がＡｌからなる場合には、ＩＤＴ電極の規格化膜厚を非常に厚くしなければ、反射係数の絶対値を０．０２５以上とし得ないことがわかる。
18 to 20 show various thicknesses of IDT electrodes made of Al, Au, and Cu on a
これに対して、図１９及び図２０から明らかなように、オイラー角（φ、θ、ψ）＝（０°，６５°，０°）の水晶からなる圧電基板２上に、ＩＤＴ電極及びＺｎＯ膜を種々の厚みで形成した構造では、オイラー角（φ、θ、ψ）＝（０°，１１７°，０°）である図２、３及び図８の結果と略同様の反射係数の得られることがわかる。すなわち、上記のように、温度特性の安定な弾性表面波装置を得ようとしてオイラー角のθを１１７°から６５°に変えたとしても略同様の反射係数を得ることができることがわかる。
On the other hand, as apparent from FIGS. 19 and 20, the IDT electrode and the ZnO are formed on the
よって、本発明によれば、オイラー角の（０°±５°，０°〜１４０°，０°±４０°）、好ましくは、（０°±５°，０°〜２３°，０°±４０°）または（０°±５°，１０５°〜１４０°，０°±４０°）の水晶からなる圧電基板２を用い、ＩＤＴ電極を上記Ａｕ、Ｔａ、Ｗ、Ｐｔ、Ｃｕ、ＮｉまたはＭｏで形成し、該ＩＤＴ電極の規格化膜厚と、ＺｎＯ膜の規格化膜厚とを上述した、表５の各組み合わせの範囲内、より好ましくは表６に示す各組み合わせの範囲内、さらに好ましくは、表７に示した各組み合わせの範囲内とすることにより、周波数温度係数ＴＣＦの絶対値が小さく、温度特性が良好であり、しかもＩＤＴ電極の電極指の反射係数を高めることができ、従って、狭帯域幅の弾性表面波装置を容易に提供することが可能となる。
Therefore, according to the present invention, the Euler angles (0 ° ± 5 °, 0 ° to 140 °, 0 ° ± 40 °), preferably (0 ° ± 5 °, 0 ° to 23 °, 0 ° ± 40 °) or (0 ° ± 5 °, 105 ° to 140 °, 0 ° ± 40 °) using a
なお、上記実施形態では、ＩＤＴ電極が、Ａｕ、Ｔａ、Ｗ、Ｐｔ、Ｃｕ、ＮｉまたはＭｏにより形成されていたが、ＩＤＴ電極は、上記純金属で形成される必要は必ずしもない。すなわち、Ａｕ、Ｔａ、Ｗ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ｎｉ及びＭｏからなる群から選択された少なくとも１種の金属を主体とする金属材料によりＩＤＴ電極が形成されればよい。 In the above embodiment, the IDT electrode is formed of Au, Ta, W, Pt, Cu, Ni, or Mo. However, the IDT electrode is not necessarily formed of the pure metal. That is, the IDT electrode may be formed of a metal material mainly composed of at least one metal selected from the group consisting of Au, Ta, W, Pt, Cu, Ni, and Mo.
この場合、上記金属を主体とする金属材料とは、上記各金属、あるいは該金属を主成分とする合金であってもよい。また、上記金属材料は複数の金属膜を積層した積層金属膜からなるものであってもよく、その場合には、積層金属膜全体における主成分が、Ａｕ、Ｔａ、Ｗ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ｎｉ及びＭｏからなる群から選択された１種の金属もしくは該金属を主成分とする合金であればよい。 In this case, the metal material mainly composed of the metal may be each metal or an alloy mainly composed of the metal. The metal material may be a laminated metal film in which a plurality of metal films are laminated. In that case, the main component in the whole laminated metal film is Au, Ta, W, Pt, Cu, Ni. And one kind of metal selected from the group consisting of Mo or an alloy containing the metal as a main component.
なお、本発明においては、上記ＩＤＴ電極はＡｕ、Ｔａ、Ｗ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ｎｉ及びＭｏからなる群から選択された複数の金属により形成された複数の金属膜を積層してなる積層金属膜であってもよい。この場合は、ＩＤＴ電極の規格化膜厚については、積層金属膜の平均密度を考慮して定めればよい。 In the present invention, the IDT electrode is a laminated metal film formed by laminating a plurality of metal films formed of a plurality of metals selected from the group consisting of Au, Ta, W, Pt, Cu, Ni and Mo. It may be. In this case, the normalized film thickness of the IDT electrode may be determined in consideration of the average density of the laminated metal film.
積層金属膜を構成している各金属膜の膜厚Ｔと、各金属膜を構成している金属の下記表８に示されている密度ρとの積の総和を、積層金属膜の全膜厚すなわち複数の金属膜の膜厚Ｔの総和で除算した値を平均密度とする。そして、弾性表面波の波長λとしたときに、平均密度、ＩＤＴ電極の規格化膜厚及びＺｎＯの規格化膜厚が下記の表９の範囲内とされればよい。 The sum of the products of the film thickness T of each metal film constituting the laminated metal film and the density ρ shown in the following Table 8 of the metal constituting each metal film is the total film of the laminated metal film. The value obtained by dividing the thickness, that is, the sum of the thicknesses T of the plurality of metal films, is defined as the average density. When the surface acoustic wave has a wavelength λ, the average density, the normalized film thickness of the IDT electrode, and the normalized film thickness of ZnO may be within the ranges shown in Table 9 below.
すなわち、積層金属膜からなる場合には、その積層金属膜の平均密度が、Ａｕ、Ｔａ、Ｗ、Ｐｔ、Ｃｕ、ＮｉまたはＭｏの密度と等しいように構成された場合には、密度の大きさに応じて、表５と同様のＩＤＴ電極の規格化膜厚の及びＺｎＯ膜の規格化膜厚範囲を選択することにより、電極指１本当たりの反射係数を０．０２５以上とすることができる。 That is, in the case of a multilayer metal film, the density is large when the average density of the multilayer metal film is equal to the density of Au, Ta, W, Pt, Cu, Ni, or Mo. Accordingly, by selecting the standardized film thickness range of the IDT electrode and the standardized film thickness range of the ZnO film as in Table 5, the reflection coefficient per electrode finger can be set to 0.025 or more. .
そして、積層金属膜からなるＩＤＴ電極の平均密度が、上述した表９に示す平均密度と一致しない場合には、表９において、最も近い平均密度の場合の組合せで代用すればよい。例えば、それぞれがＴａ、Ｐｔ、Ｗ、ＡｕまたはＭｏからなる５層の金属膜の厚みを、それぞれａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅとし、各金属膜の密度をρ（Ｔａ）、ρ（Ｐｔ）、ρ（Ｗ）、ρ（Ａｕ）、ρ（Ｍｏ）とすると、平均密度ρａｖは、｛ａ×ρ（Ｔａ）＋ｂ×ρ（Ｐｔ）＋ｃ×ρ（Ｗ）＋ｄ×ρ（Ａｕ）＋ｅ×ρ（Ｍｏ）｝／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）となる。総厚みｔは、ｔ＝ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅである。And when the average density of the IDT electrode which consists of a laminated metal film does not correspond with the average density shown in Table 9 mentioned above, what is necessary is just to substitute with the case in Table 9 with the closest average density. For example, the thicknesses of five layers of metal films each made of Ta, Pt, W, Au, or Mo are a, b, c, d, and e, respectively, and the density of each metal film is ρ (Ta), ρ (Pt ), Ρ (W), ρ (Au), ρ (Mo), the average density ρ av is {a × ρ (Ta) + b × ρ (Pt) + c × ρ (W) + d × ρ (Au) + E × ρ (Mo)} / (a + b + c + d + e). The total thickness t is t = a + b + c + d + e.
上記規格化膜厚ａ〜ｅが、それぞれ、０．０１、０．０２、０．０３、０．０４及び０．０５の場合、ρａｖ＝（２４５５．６８）／０．１５＝１６３７１．２ｋｇ／ｍ３となる。この値は、Ｔａの密度ρ（Ｔａ）に最も近いため、表５における平均密度が１６６７８ｋｇ／ｍ３の場合の組み合わせで代用すれば、反射係数の絶対値をほぼ０．０２５以上と高めることができる。When the normalized film thicknesses a to e are 0.01, 0.02, 0.03, 0.04, and 0.05, respectively, ρ av = (2455.68) /0.15=16361.2 kg / M 3 . Since this value is closest to the density ρ (Ta) of Ta, the absolute value of the reflection coefficient can be increased to approximately 0.025 or more by substituting the combination in the case where the average density in Table 5 is 16678 kg / m 3. it can.
なお、本発明における弾性表面波装置は、共振子型であれば特に限定されず、縦結合型などの様々な共振子型の弾性表面波フィルタや、１ポート型弾性表面波共振子などに本発明を適用することができる。 The surface acoustic wave device according to the present invention is not particularly limited as long as it is a resonator type, and is applicable to various resonator type surface acoustic wave filters such as a longitudinally coupled type, one-port type surface acoustic wave resonators, and the like. The invention can be applied.
Claims (7)
前記圧電基板の上面の複数本の溝に充填された金属からなり、かつ複数本の電極指を有するＩＤＴ電極と、
前記ＩＤＴ電極を覆うように前記圧電基板上に形成されており、かつｃ軸配向のＺｎＯからなる圧電膜とを備え、
弾性表面波としてレイリー波が利用される弾性表面波装置において、
前記ＩＤＴ電極が、Ａｕ、Ｔａ、Ｗ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ｎｉ及びＭｏからなる群から選択された少なくとも１種の金属を主体とする金属材料からなり、弾性表面波の波長をλとした場合、前記ＩＤＴ電極において主体となる金属と、前記ＩＤＴ電極のλで規格化してなる規格化膜厚と、ＺｎＯからなる前記圧電膜のλで規格化してなる規格化膜厚とが、下記の表１で示す各組み合わせの範囲内とされていることを特徴とする、弾性表面波装置。
An IDT electrode made of a metal filled in a plurality of grooves on the upper surface of the piezoelectric substrate and having a plurality of electrode fingers;
A piezoelectric film formed on the piezoelectric substrate so as to cover the IDT electrode and made of c-axis oriented ZnO;
In a surface acoustic wave device in which Rayleigh waves are used as surface acoustic waves,
When the IDT electrode is made of a metal material mainly composed of at least one metal selected from the group consisting of Au, Ta, W, Pt, Cu, Ni and Mo, and the wavelength of the surface acoustic wave is λ, Table 1 below shows the main metal in the IDT electrode, the normalized film thickness normalized by λ of the IDT electrode, and the normalized film thickness normalized by λ of the piezoelectric film made of ZnO. A surface acoustic wave device, characterized by being within the range of each combination indicated by.
前記圧電基板の上面の前記複数本の溝に充填された金属からなり、複数本の電極指を有するＩＤＴ電極と、
前記ＩＤＴ電極を覆うように前記圧電基板上に形成されたｃ軸配向ＺｎＯからなる圧電膜とを備え、
弾性表面波としてレイリー波が利用される弾性表面波装置において、
前記ＩＤＴ電極がＡｕ、Ｔａ、Ｗ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ｎｉ及びＭｏからなる群から選択された複数の金属の積層金属膜からなり、
前記積層金属膜を構成する各金属膜の膜厚Ｔと各金属膜を構成している金属の密度との積の総和を、前記積層金属膜を構成する各金属膜の膜厚Ｔの総和で除算して得られる商を平均密度とし、弾性表面波波長をλとすると、前記平均密度、前記ＩＤＴ電極の規格化膜厚及び前記ＺｎＯ膜の規格化膜厚が、下記の表４に示す各組み合わせの範囲内であることを特徴とする、弾性表面波装置。
An IDT electrode made of a metal filled in the plurality of grooves on the upper surface of the piezoelectric substrate and having a plurality of electrode fingers;
A piezoelectric film made of c-axis oriented ZnO formed on the piezoelectric substrate so as to cover the IDT electrode,
In a surface acoustic wave device in which Rayleigh waves are used as surface acoustic waves,
The IDT electrode comprises a laminated metal film of a plurality of metals selected from the group consisting of Au, Ta, W, Pt, Cu, Ni and Mo;
The sum of the products of the film thickness T of each metal film constituting the laminated metal film and the density of the metal constituting each metal film is the sum of the film thickness T of each metal film constituting the laminated metal film. When the quotient obtained by division is an average density and the surface acoustic wave wavelength is λ, the average density, the normalized film thickness of the IDT electrode, and the normalized film thickness of the ZnO film are shown in Table 4 below. A surface acoustic wave device characterized by being within a range of combination.
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