JP6034222B2 - Elastic wave device, duplexer and communication module - Google Patents
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Description
本発明は、弾性表面波（ＳＡＷ：Surface Acoustic Wave）素子等の弾性波素子、分波
器および通信モジュールに関する。
The present invention relates to an acoustic wave device such as a surface acoustic wave (SAW) device, a duplexer, and a communication module.
圧電基板と、圧電基板の主面上に設けられたＩＤＴ（InterDigitalTransducer）とを有する弾性波素子が知られている。このような弾性波素子は、例えば、分波器の送信フィルタ、受信フィルタなどに利用されている。 2. Description of the Related Art An acoustic wave element having a piezoelectric substrate and an IDT (InterDigital Transducer) provided on the main surface of the piezoelectric substrate is known. Such an acoustic wave element is used for, for example, a transmission filter and a reception filter of a duplexer.
弾性波素子において、素子の非線形性によって発生する電気的な歪波によって電気特性が低下することがある。例えば、弾性波素子を用いた分波器においては、送信帯域および受信帯域の帯域外の妨害波と、送信波とが混合されて、受信帯域内に含まれる歪波が生じる。この歪は相互変調歪（IMD：Inter-Modulation Distortion）と呼ばれ、無線装置の通信品質を低下させる原因の一つとなっている。この他、送信波の整数倍の周波数を持つ高調波歪が発生し、これが他の無線装置の通信を妨害するといった問題も生じる可能性がある。 In an acoustic wave device, electrical characteristics may be deteriorated by an electrical distortion wave generated by the nonlinearity of the device. For example, in a duplexer using an elastic wave element, a jamming wave outside the transmission band and the reception band and the transmission wave are mixed to generate a distorted wave included in the reception band. This distortion is called Inter-Modulation Distortion (IMD), and is one of the causes of lowering the communication quality of wireless devices. In addition, there is a possibility that a harmonic distortion having a frequency that is an integral multiple of the transmission wave is generated, and this may interfere with communication of other wireless devices.
そこで歪波によるＳＮ比の低下を抑制するために、分波器を構成するラダー型フィルタの直列共振子または並列共振子を静電容量を変えずに分割する方法が知られている（例えば、特許文献１）。これは直列共振子または並列共振子を分割することによって、その共振子に印加される電圧を分散させて歪波を抑制するものである。 Therefore, in order to suppress a decrease in the S / N ratio due to a distorted wave, a method is known in which a series resonator or a parallel resonator of a ladder filter constituting a duplexer is divided without changing capacitance (for example, Patent Document 1). In this method, by dividing a series resonator or a parallel resonator, a voltage applied to the resonator is dispersed to suppress distortion waves.
しかしながら、静電容量を変えずに共振子を分割すると分割前に比べて、共振子が大型化し、ひいては弾性波素子が大型化してしまう。 However, if the resonator is divided without changing the capacitance, the resonator becomes larger and the elastic wave element becomes larger than before the division.
本発明はかかる実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、共振子を大型化することなく、歪波の影響を抑制できる弾性波素子、分波器および通信モジュールを提供することである。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to provide an elastic wave element, a duplexer, and a communication module that can suppress the influence of a distorted wave without increasing the size of a resonator. is there.
本発明の一態様の弾性波素子は、圧電基板と、該圧電基板の上面に配置された少なくとも１つのＩＤＴ電極とを有する弾性波素子である。前記ＩＤＴ電極は、一対の第１および第２櫛歯状電極を有し、前記第１櫛歯状電極は、前記圧電基板を伝搬する弾性波の伝搬方向に延びた第１バスバー電極と、該第１バスバー電極から前記伝搬方向に直交する方向に前記第２櫛歯状電極に向かって延びて前記第２櫛歯状電極に対して第１ギャップを有する位置に先端が位置している複数の第１電極指とを有している。前記第２櫛歯状電極は、前記伝搬方向に延びて前記第１電極指側で前記第１バスバー電極に対向して配置された第２バスバー電極と、該第２バスバー電極から前記伝搬方向に直交する方向に前記第１櫛歯状電極に向かって延びて前記第１電極指に隣り合って配置されるとともに、前記第１櫛歯状電極に対して第２ギャップを有する位置に先端が位置している複数の第２電極指とを有している。前記第１櫛歯状電極のうち前記第２ギャップを介して前記第２電極指に対向して
いる部分および前記第２櫛歯状電極のうち前記第１ギャップを介して前記第１電極指に対向している部分は、前記圧電基板の上面との間に該圧電基板よりも誘電率が小さい絶縁膜を介して前記圧電基板の上面に配置されている。前記圧電基板の上面の前記ＩＤＴ電極の直下領域を、前記第１電極指と前記第２電極指とが交差している領域である交差領域と、前記１電極指と前記第２電極指とが交差していない非交差領域とに分けたときに、前記第１および前記第２電極指のうち前記交差領域に位置する部分は、前記圧電基板の上面に直に配置されている。
The acoustic wave device of one embodiment of the present invention is an acoustic wave device including a piezoelectric substrate and at least one IDT electrode disposed on the top surface of the piezoelectric substrate. The IDT electrode has a pair of first and second comb-shaped electrodes, and the first comb-shaped electrode extends in a propagation direction of an elastic wave propagating through the piezoelectric substrate, A plurality of tips extending from the first bus bar electrode in the direction orthogonal to the propagation direction toward the second comb-shaped electrode and having a first gap with respect to the second comb-shaped electrode A first electrode finger; The second comb-like electrode extends in the propagation direction and is disposed on the first electrode finger side so as to face the first bus bar electrode, and from the second bus bar electrode to the propagation direction. The tip extends in the direction orthogonal to the first comb-shaped electrode and is arranged adjacent to the first electrode finger, and the tip is located at a position having a second gap with respect to the first comb-shaped electrode. And a plurality of second electrode fingers. A portion of the first comb-shaped electrode facing the second electrode finger through the second gap and a portion of the second comb-shaped electrode formed on the first electrode finger through the first gap The facing portion is disposed on the upper surface of the piezoelectric substrate with an insulating film having a dielectric constant smaller than that of the piezoelectric substrate between the upper surface of the piezoelectric substrate. The region immediately below the IDT electrode on the upper surface of the piezoelectric substrate is an intersection region where the first electrode finger and the second electrode finger intersect, and the first electrode finger and the second electrode finger. When divided into non-intersecting non-intersecting regions, the portions of the first and second electrode fingers located in the intersecting region are arranged directly on the upper surface of the piezoelectric substrate.
本発明の一態様に係る分波器は、アンテナ端子と、送信信号をフィルタリングして前記アンテナ端子に出力する送信フィルタと、前記アンテナ端子からの受信信号をフィルタリングする受信フィルタと、を備え、前記送信フィルタは、上記の弾性波素子を備える。 A duplexer according to an aspect of the present invention includes an antenna terminal, a transmission filter that filters a transmission signal and outputs the filtered signal to the antenna terminal, and a reception filter that filters a reception signal from the antenna terminal, The transmission filter includes the above acoustic wave element.
本発明の一態様に係る通信モジュールは、アンテナと、該アンテナに電気的に接続された上記の分波器と、該分波器に電気的に接続されたＲＦ−ＩＣとを備える。 A communication module according to one embodiment of the present invention includes an antenna, the above-described duplexer electrically connected to the antenna, and an RF-IC electrically connected to the duplexer.
上記の構成によれば、弾性波素子を大型化することなく歪波の影響を抑制することができる。 According to said structure, the influence of a distorted wave can be suppressed, without enlarging an elastic wave element.
以下、本発明の実施形態に係るＳＡＷ素子および分波器について、図面を参照して説明する。なお、以下の説明で用いられる図は模式的なものであり、図面上の寸法比率等は現実のものとは必ずしも一致していない。 Hereinafter, a SAW element and a duplexer according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the drawings used in the following description are schematic, and the dimensional ratios and the like on the drawings do not necessarily match the actual ones.
第２の実施形態以降において、既に説明された実施形態の構成と同一または類似する構成については、既に説明された実施形態と同一の符号を付し、説明を省略することがある。 In the second and subsequent embodiments, configurations that are the same as or similar to the configurations of the already described embodiments may be denoted by the same reference numerals as those of the already described embodiments, and description thereof may be omitted.
＜通信モジュール＞
図１は、本発明の実施形態に係る通信モジュール１０１の要部を示すブロック図である。通信モジュール１０１は、電波を利用した無線通信を行うものである。分波器１は、通信モジュール１０１において送信周波数の信号と受信周波数の信号とを分波する機能を有している。
<Communication module>
FIG. 1 is a block diagram showing a main part of a
通信モジュール１０１において、送信すべき情報を含む送信情報信号ＴＩＳは、ＲＦ−ＩＣ１０３によって変調および周波数の引き上げ（搬送波周波数の高周波信号への変換）がなされて送信信号ＴＳとされる。送信信号ＴＳは、バンドパスフィルタ１０５によって
送信用の通過帯域以外の不要成分が除去され、増幅器１０７によって増幅されて分波器１に入力される。そして、分波器１は、入力された送信信号ＴＳから送信用の通過帯域以外の不要成分を除去してアンテナ１０９に出力する。アンテナ１０９は、入力された電気信号（送信信号ＴＳ）を無線信号（電波）に変換して送信する。
In the
また、通信モジュール１０１において、アンテナ１０９によって受信された無線信号は、アンテナ１０９によって電気信号（受信信号ＲＳ）に変換されて分波器１に入力される。分波器１は、入力された受信信号ＲＳから受信用の通過帯域以外の不要成分を除去して増幅器１１１に出力する。出力された受信信号ＲＳは、増幅器１１１によって増幅され、バンドパスフィルタ１１３によって受信用の通過帯域以外の不要成分が除去される。そして、受信信号ＲＳは、ＲＦ−ＩＣ１０３によって周波数の引き下げおよび復調がなされて受信情報信号ＲＩＳとされる。
In the
なお、送信情報信号ＴＩＳおよび受信情報信号ＲＩＳは、適宜な情報を含む低周波信号（ベースバンド信号）でよく、例えば、アナログの音声信号もしくはデジタル化された音声信号である。無線信号の通過帯域は、ＵＭＴＳ（Universal Mobile Telecommunications System）等の各種の規格に従ったものでよい。変調方式は、位相変調、振幅変調、周波数変調もしくはこれらのいずれか２つ以上の組み合わせのいずれであってもよい。回路方式は、図１では、ダイレクトコンバージョン方式を例示したが、それ以外の適宜なものとされてよく、例えば、ダブルスーパーヘテロダイン方式であってもよい。また、図１は、要部のみを模式的に示すものであり、適宜な位置にローパスフィルタやアイソレータ等が追加されてもよいし、また、増幅器等の位置が変更されてもよい。 The transmission information signal TIS and the reception information signal RIS may be low-frequency signals (baseband signals) including appropriate information, for example, analog audio signals or digitized audio signals. The passband of the radio signal may be in accordance with various standards such as UMTS (Universal Mobile Telecommunications System). The modulation method may be any of phase modulation, amplitude modulation, frequency modulation, or a combination of any two or more thereof. In FIG. 1, the direct conversion method is exemplified as the circuit method, but other appropriate methods may be used. For example, a double superheterodyne method may be used. FIG. 1 schematically shows only the main part, and a low-pass filter, an isolator or the like may be added at an appropriate position, and the position of an amplifier or the like may be changed.
＜分波器＞
図２は、本発明の実施形態に係る分波器１の構成を示す回路図である。分波器１は、図１において通信モジュール１０１に使用されているものである。
<Demultiplexer>
FIG. 2 is a circuit diagram showing a configuration of the
分波器１は、増幅器１０７からの送信信号ＴＳが入力される送信端子３と、送信信号ＴＳから送信用の通過帯域以外の不要成分を除去して出力する送信フィルタ５と、送信フィルタ５からの信号が入力されるアンテナ端子７とを有している。アンテナ端子７は、アンテナ１０９に接続される。
The
また、分波器１は、アンテナ１０９からアンテナ端子７を介して入力された受信信号ＲＳから受信用の通過帯域以外の不要成分を除去して出力する受信フィルタ９と、受信フィルタ９からの信号が入力される受信端子１１とを有している。受信端子１１は、増幅器１１１に接続される。
Further, the
送信フィルタ５は、例えば、ラダー型ＳＡＷフィルタによって構成されている。すなわち、送信フィルタ５は、その入力側と出力側との間において直列に接続された１以上（本実施形態では３）の第１直列共振子１５Ａ−１〜第３直列共振子１５Ａ−３と、その直列のラインと基準電位部との間に設けられた１以上（本実施形態では２）の並列共振子１５Ｂとを有している。なお、以下では、第１直列共振子１５Ａ−１〜第３直列共振子１５Ａ−３を単に「直列共振子１５Ａ」といい、これらを区別しないことがあり、また、直列共振子１５Ａおよび並列共振子１５Ｂを単に「共振子１５」といい、これらを区別しないことがある。
The
第１直列共振子１５Ａ−１は、送信フィルタ５においてアンテナ端子７に最も近い共振子１５である。また、送信フィルタ５、受信フィルタ９とアンテナ端子７の間には、インピーダンスマッチング用の回路が挿入されてもよい。
The first series resonator 15 </ b> A- 1 is the resonator 15 closest to the antenna terminal 7 in the
受信フィルタ９は、例えば、多重モード型ＳＡＷフィルタ１７と、その入力側に直列に接続された補助共振子１５Ｃとを有している。なお、本実施形態において、多重モードは、２重モードを含むものとする。
The reception filter 9 includes, for example, a
＜ＳＡＷ素子＞
図３は、本発明の実施形態に係るＳＡＷ素子５１の平面図である。ＳＡＷ素子５１は、図２に示した分波器１において、第１直列共振子１５Ａ−１を構成するものである。
<SAW element>
FIG. 3 is a plan view of the SAW element 51 according to the embodiment of the present invention. The SAW element 51 constitutes the
なお、ＳＡＷ素子５１は、いずれの方向が上方または下方とされてもよいものであるが、以下では、便宜的に、直交座標系ｘｙｚを定義するとともに、ｚ方向の正側（図３の紙面手前側）を上方として、上面、下面等の用語を用いるものとする。 Note that the SAW element 51 may be either upward or downward, but hereinafter, for convenience, the orthogonal coordinate system xyz is defined and the positive side in the z direction (the paper surface of FIG. 3). Terms such as the upper surface and the lower surface are used with the front side as the upper side.
ＳＡＷ素子５１は、例えば、１ポートＳＡＷ共振子として構成されており、圧電基板５３と、圧電基板５３の上面５３ａに設けられたＩＤＴ電極５５および反射器５７を有している。なお、ＳＡＷ素子５１は、上記の他、ＩＤＴ電極５５および反射器５７の上面に配置される付加膜、ＩＤＴ電極５５および反射器５７と圧電基板５３との間に介在する接着層、圧電基板５３の上面５３ａをＩＤＴ電極５５および反射器５７の上から覆う保護層等を有していてもよい。図３では、ＩＤＴ電極５５に信号の入出力を行うための配線およびパッドは図示を省略している。
The SAW element 51 is configured as a 1-port SAW resonator, for example, and includes a piezoelectric substrate 53, an
圧電基板５３は、例えば、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）単結晶、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）単結晶等の圧電性を有する単結晶の基板である。より具体的には、４２°±１０°Ｙ−ＸカットのＬｉＴａＯ３、１２８°±１０°Ｙ−ＸカットのＬｉＮｂＯ３基板もしくは０°±１０°Ｙ−ＸカットのＬｉＮｂＯ３基板などを使用することができる。圧電基板５３の平面形状および各種寸法は適宜に設定されてよい。 The piezoelectric substrate 53 is a single crystal substrate having piezoelectricity, such as a lithium tantalate (LiTaO 3 ) single crystal or a lithium niobate (LiNbO 3 ) single crystal. More specifically, a 42 ° ± 10 ° YX cut LiTaO 3 , a 128 ° ± 10 ° YX cut LiNbO 3 substrate, or a 0 ° ± 10 ° YX cut LiNbO 3 substrate is used. be able to. The planar shape and various dimensions of the piezoelectric substrate 53 may be set as appropriate.
ＩＤＴ電極５５は、圧電基板５３の上面５３ａに形成された導電層からなり、第１櫛歯状電極５９Ａおよび第２櫛歯状電極５９Ｂを有している。なお、以下では、第１櫛歯状電極５９Ａおよび第２櫛歯状電極５９Ｂを単に櫛歯状電極５９といい、これらを区別しないことがある。また、第１櫛歯状電極５９Ａを構成する部材については、「第１バスバー電極６１Ａ」のように、「第１」および「Ａ」を付すことがあり、第２櫛歯状電極５９Ｂを構成する部材については、「第２バスバー電極６１Ｂ」等のように、「第２」および「Ｂ」を付すことがある。また、第１櫛歯状電極５９Ａおよび第２櫛歯状電極５９Ｂを構成する部材で対応するもの同士をまとめて称するときは、「第１」、「第２」、「Ａ」、および「Ｂ」を省略することがある。
The
第１櫛歯状電極５９Ａは、第１バスバー電極６１Ａから第２バスバー電極６１Ｂに向かって延びた複数の第１電極指６３Ａを有する。隣接する第１電極指６３Ａの間には、第１ダミー電極指６５Ａが設けられている。 The first comb-like electrode 59A has a plurality of first electrode fingers 63A extending from the first bus bar electrode 61A toward the second bus bar electrode 61B. A first dummy electrode finger 65A is provided between the adjacent first electrode fingers 63A.
第２櫛歯状電極５９Ｂは、第２バスバー電極６１Ｂから第１バスバー電極６１Ａに向かって延びた複数の第２電極指６３Ｂを有する。隣接する第２電極指６３Ｂの間には、第２ダミー電極指６５Ｂが設けられている。 The second comb-like electrode 59B has a plurality of second electrode fingers 63B extending from the second bus bar electrode 61B toward the first bus bar electrode 61A. Between the adjacent second electrode fingers 63B, a second dummy electrode finger 65B is provided.
一対の櫛歯状電極５９は、複数の電極指６３が互いに噛み合うように配置されている。換言すれば、第１電極指６３Ａと第２電極指６３Ｂとはｘ方向に沿って交互に配置されている。
The pair of comb-
なお、ＳＡＷの伝搬方向は複数の電極指６３の向き等によって規定されるが、本実施形態では、便宜的に、ＳＡＷの伝搬方向を基準として、複数の電極指６３が延びている方向
等を説明することがある。
Note that the SAW propagation direction is defined by the orientation of the plurality of electrode fingers 63, but in the present embodiment, for convenience, the direction in which the plurality of electrode fingers 63 extends is defined based on the SAW propagation direction. May be explained.
第１、第２バスバー電極６１Ａ、６１Ｂは、例えば、長尺状であり、一定の幅でＳＡＷの伝搬方向（ｘ方向）に直線状に延びている。第１バスバー電極６１Ａと第２バスバー電極６１Ｂは、ＳＡＷの伝搬方向に直交する方向（ｙ方向）において対向している。また、第１バスバー電極６１Ａと第２バスバー電極６１Ｂは、例えば、互いに平行であり、両者の間の距離は、ＳＡＷの伝搬方向において一定である。 The first and second bus bar electrodes 61A and 61B have, for example, a long shape, and extend linearly in the SAW propagation direction (x direction) with a constant width. The first bus bar electrode 61A and the second bus bar electrode 61B oppose each other in the direction (y direction) orthogonal to the SAW propagation direction. The first bus bar electrode 61A and the second bus bar electrode 61B are, for example, parallel to each other, and the distance between them is constant in the SAW propagation direction.
複数の第１、第２電極指６３Ａ，６３Ｂは、概ね一定の幅でｙ方向に直線状に延びている。複数の第１、第２電極指６３Ａ，６３Ｂは、ＳＡＷの伝搬方向（ｘ方向）に沿って一定の間隔で配列されている。複数の電極指６３は、そのピッチｐが、例えば、共振させたい周波数でのＳＡＷの波長λの半波長と同等となるように設けられている。ピッチｐは、例えば、隣接する第１電極指６３Ａと第２電極指６３Ｂとの中心間距離によって規定される。ＳＡＷの波長λは、例えば、１．５μｍ〜６μｍである。 The plurality of first and second electrode fingers 63A and 63B extend linearly in the y direction with a substantially constant width. The plurality of first and second electrode fingers 63A and 63B are arrayed at regular intervals along the SAW propagation direction (x direction). The plurality of electrode fingers 63 are provided so that the pitch p is equal to, for example, a half wavelength of the wavelength λ of the SAW at a frequency to be resonated. The pitch p is defined by, for example, the distance between the centers of the adjacent first electrode fingers 63A and the second electrode fingers 63B. The wavelength λ of the SAW is, for example, 1.5 μm to 6 μm.
第１、第２電極指６３Ａ，６３Ｂの長さおよび幅ｗは、例えば、互いに同等である。なお、これらの寸法は、ＳＡＷ素子５１に要求される電気特性等に応じて適宜に設定される。電極指６３の幅ｗは、例えば、電極指６３のピッチｐに対して０．４ｐ〜０．７ｐである。 The length and width w of the first and second electrode fingers 63A and 63B are, for example, equal to each other. These dimensions are appropriately set according to the electrical characteristics required for the SAW element 51. The width w of the electrode finger 63 is, for example, 0.4 p to 0.7 p with respect to the pitch p of the electrode finger 63.
第１ダミー電極指６５Ａは、複数の第１電極指６３Ａ間の中央に配置されている。同様に第２ダミー電極指６５Ｂは、複数の第２電極指６３Ｂ間の中央に配置されている。第１、第２ダミー電極指６５Ａ、６５Ｂの幅（ｘ方向）は、例えば、電極指６３の幅ｗと同等である。ダミー電極指６５の長さ（ｙ方向）は、電極指６３よりも短い。 The first dummy electrode finger 65A is disposed at the center between the plurality of first electrode fingers 63A. Similarly, the second dummy electrode finger 65B is arranged at the center between the plurality of second electrode fingers 63B. The width (x direction) of the first and second dummy electrode fingers 65A and 65B is equal to the width w of the electrode finger 63, for example. The length (y direction) of the dummy electrode finger 65 is shorter than that of the electrode finger 63.
第１電極指６３Ａの先端は、第２ダミー電極指６５Ｂの先端と第１ギャップ６７Ａを介して対向している。また、第２電極指６３Ｂの先端は、第１ダミー電極指６５Ａの先端と第２ギャップ６７Ｂを介して対向している。 The tip of the first electrode finger 63A faces the tip of the second dummy electrode finger 65B via the first gap 67A. The tip of the second electrode finger 63B is opposed to the tip of the first dummy electrode finger 65A via the second gap 67B.
複数の第１ギャップ６７Ａの数は、複数の第１電極指６３Ａの本数と同数である。同様に複数の第２ギャップ６７Ｂの数は、複数の第２電極指６３Ｂの本数と同数である。また、複数の第１、第２ギャップ６７Ａ，６７Ｂの幅は、複数の第１、第２電極指６３Ａ，６３Ｂの幅ｗと同等である。複数の第１、第２ギャップ６７Ａ，６７Ｂの長さｌｇ（ｙ方向の大きさ。以下、ギャップの長さを「ギャップ長」と称することがある。）は、ギャップ６７同士で互いに同一である。ギャップ長ｌｇは、ＳＡＷ素子５１に要求される電気特性等に応じて適宜に設定される。例えば、ギャップ長ｌｇは、０．１λ〜０．６λである。 The number of the plurality of first gaps 67A is the same as the number of the plurality of first electrode fingers 63A. Similarly, the number of the plurality of second gaps 67B is the same as the number of the plurality of second electrode fingers 63B. The widths of the plurality of first and second gaps 67A and 67B are equal to the width w of the plurality of first and second electrode fingers 63A and 63B. The lengths l g of the first and second gaps 67A and 67B (the size in the y direction; hereinafter, the length of the gap may be referred to as “gap length”) are the same in the gaps 67. is there. Gap length l g is set appropriately in accordance with the electrical characteristics required of the SAW element 51. For example, the gap length l g is a 0.1λ~0.6λ.
ＩＤＴ電極５５は、例えば、金属によって形成されている。この金属としては、例えば、ＡｌまたはＡｌを主成分とする合金（Ａｌ合金）が挙げられる。Ａｌ合金は、例えば、Ａｌ−Ｃｕ合金である。なお、ＩＤＴ電極５５は、複数の金属層から構成されてもよい。ＩＤＴ電極５５の厚みは適宜に設定されてよい。
The
ＩＤＴ電極５５によって圧電基板５３に交流電圧が印加されると、圧電基板５３の上面５３ａ付近において上面５３ａに沿ってｘ方向に伝搬するＳＡＷが誘起される。また、ＳＡＷは、電極指６３によって反射される。そして、電極指６３のピッチｐを半波長とする定在波が形成される。定在波は、当該定在波と同一周波数の電気信号に変換され、電極指６３によって取り出される。このようにして、ＳＡＷ素子５１は、共振子もしくはフィルタとして機能する。
When an AC voltage is applied to the piezoelectric substrate 53 by the
反射器５７は、圧電基板５３の上面５３ａに形成された導電層によって構成されており
、平面視において格子状に形成されている。すなわち、反射器５７は、ＳＡＷの伝搬方向に交差する方向において互いに対向する一対のバスバー電極およびこれらバスバー電極間においてＳＡＷの伝搬方向に直交する方向（ｙ方向）に延びる複数の電極指を有している。反射器５７の複数の電極指は、ＩＤＴ電極５５の複数の電極指６３と概ね同等のピッチで配列されている。
The
ＳＡＷ素子５１は、上記の基本的な構成に加え、歪波がＳＮ比に及ぼす影響を抑制するための構成として、絶縁膜６９を有している。 In addition to the basic configuration described above, the SAW element 51 includes an insulating film 69 as a configuration for suppressing the influence of the distorted wave on the SN ratio.
絶縁膜６９は圧電基板５３の上面５３ａの所定の領域にのみ形成されている。具体的には、圧電基板５３の上面５３ａのうちＩＤＴ電極５５の直下領域を、第１電極指６３Ａと第２電極指６３Ｂとが交差している交差領域Ｔｃと、交差領域Ｔｃ以外の領域、すなわち第１電極指６３Ａと第２電極指６３Ｂとが交差していない非交差領域Ｔｎとに分けたときに、非交差領域Ｔｎには絶縁膜６９が形成されているが、交差領域Ｔｃには絶縁膜６９は形成されていない。
The insulating film 69 is formed only in a predetermined region on the upper surface 53 a of the piezoelectric substrate 53. Specifically, the region directly below the
このように絶縁膜６９を形成した結果、一対の櫛歯状電極５９のうち非交差領域Ｔｎに位置する部分全体が絶縁膜６９を介して圧電基板５３の上面５３ａに配置されることとなる。なお、ＳＡＷ素子５１において、櫛歯状電極５９のうち非交差領域Ｔｎに位置する部分とは、バスバー電極６１、ダミー電極指６５および電極指６３の根本部分（隣り合う電極指とｘ方向において交差しない部分）である。
As a result of forming the insulating film 69 in this way, the entire portion of the pair of comb-
このような絶縁膜６９を設けることによって歪波を抑制することができる。また、ＩＤＴ電極５５の大きさはそのまま維持されるため、ＳＡＷ素子５１が大型化されることもない。絶縁膜６９を設けることによって歪波を抑制することができる理由を図４および図５を用いて説明する。
By providing such an insulating film 69, distortion waves can be suppressed. Further, since the size of the
図４は図３に示すＩＤＴ電極５５の一部分を抜き出した図である。図４において、第１櫛歯状電極５９Ａが第２櫛歯状電極５９Ｂよりも電位が高い状態にあるとする。このとき圧電基板５３の第１櫛歯状電極５９Ａと第２櫛歯状電極５９Ｂとの間の領域には、主として黒塗りの矢印で示した方向の電場Ｅが発生している。すなわち、交差領域Ｔｃでは、ＳＡＷの伝搬方向（ｘ方向）に沿った電場Ｅｘが発生し、ギャップ６７の領域ではＳＡＷの伝搬方向に直交する方向（ｙ方向）に沿った電場Ｅｙが発生する。
FIG. 4 is a diagram in which a part of the
このような電場が発生すると圧電体からなる圧電基板５３が有する非線形性によって歪電流が発生する。歪電流のうち、２次の非線形性に起因する電流Ｉ２は電場Ｅの２乗に比例する。すなわち、Ｉ２＝αＥ２
なる式で表される歪電流Ｉ２が発生する。この式で、αは圧電基板の結晶方位に依存する係数である。歪電流Ｉ２は電場Ｅの２乗に比例するため、電場Ｅの極性に寄らず圧電基板の結晶方位に対して同じ方向に流れる。つまり、図４に示したように、ｘ方向の電場Ｅｘに対してはｘ方向の歪電流Ｉ２ｘが流れ、ｙ方向の電場Ｅｙに対してはｙ方向の歪電流Ｉ２ｙ（第１ギャップ６７Ａにおける歪電流をＩ２ｙＡ、第２ギャップ６７Ｂにおける歪電流をＩ２ｙＢとする。）が流れる。なお、ここではαが正の定数である場合について説明したが、実際のαは圧電基板の材料および結晶方位に依存する複素数となる。
When such an electric field is generated, a distorted current is generated due to nonlinearity of the piezoelectric substrate 53 made of a piezoelectric material. Of the distorted current, the current I 2 resulting from the second-order nonlinearity is proportional to the square of the electric field E. That is, I 2 = αE 2
A distortion current I 2 expressed by the following formula is generated. In this equation, α is a coefficient depending on the crystal orientation of the piezoelectric substrate. Since the strain current I 2 is proportional to the square of the electric field E, it flows in the same direction with respect to the crystal orientation of the piezoelectric substrate regardless of the polarity of the electric field E. That is, as shown in FIG. 4, a distorted current I 2x in the x direction flows with respect to the electric field Ex in the x direction, and a distorted current I 2y in the y direction (first gap 67A) with respect to the electric field Ey in the y direction. the distortion current I 2y a, a distortion current in the second gap 67B and I 2y B in.) flows. Here, the case where α is a positive constant has been described, but actual α is a complex number depending on the material and crystal orientation of the piezoelectric substrate.
ここでｘ方向に沿った歪電流Ｉ２ｘに着目すると、第１電極指６３Ａを流れる歪電流Ｉ２ｘは、第１電極指６３Ａに流れ込む歪電流Ｉ２ｘと第１電極指６３Ａから流れ出る歪電流Ｉ２ｘとが逆方向であるため打ち消しあって０になる。このため、歪電流Ｉ２ｘに基づく歪波がＳＡＷ素子５１の外部に出力されることは基本的にはない。第２電極指６３Ｂにおいても同様に歪電流Ｉ２ｘは打ち消し合う。よってＩＤＴ電極５５の交差領域Ｔｃ全体
における歪電流Ｉ２は打ち消しあってＳＡＷ素子５１の外部に歪波として出力されることはない。
Here, when attention is paid to the distortion current I 2x along the x-direction, the distortion current I 2x flowing through the first electrode finger 63A is distorted current I flowing out from the distortion current I 2x and the first electrode finger 63A which flows into the first electrode finger 63A Since 2x is in the opposite direction, it cancels out and becomes 0. For this reason, a distorted wave based on the distorted current I 2x is basically not output to the outside of the SAW element 51. Similarly, the distortion current I 2x cancels out also in the second electrode finger 63B. Therefore, the distortion current I 2 in the entire intersection region Tc of the
一方、ｙ方向に沿った電場Ｅｙに着目すると、第１ギャップ６７Ａにおける歪電流Ｉ２ｙＡ、第２ギャップ６７Ｂにおける歪電流Ｉ２ｙＢはいずれも同方向であるため、これらの歪電流Ｉ２ｙは打ち消し合わない。 On the other hand, when attention is paid to the electric field E y along the y-direction, the distortion current I 2y A in the first gap 67A, since the distortion current I 2y B in the second gap 67B are both in the same direction, these distortions current I 2y Will not cancel each other.
このように打ち消し合わずに残ったギャップ６７における歪電流Ｉ２ｙが歪波の発生要因の１つになっていると考えられる。これは本発明者等が歪波に関する種々の実験を行い、考察を重ねた結果、初めて見出したものである。 Thus, it is considered that the distorted current I 2y in the gap 67 remaining without canceling is one of the causes of the distorted wave. This has been found for the first time as a result of various experiments concerning the distorted wave conducted by the present inventors.
ここでは電場Ｅに起因する歪波について説明したが、この他、ＳＡＷの振動に起因する歪波も存在している。ＳＡＷの振動に起因する歪波も、電場Ｅに起因する歪波と同様にギャップ６７における歪電流が発生要因になっていると考えられる。なお、電場Ｅに起因する歪波は圧電体の誘電率の非線形性に起因するものであり、ＳＡＷの振動に起因する歪波は圧電体の弾性定数の非線形性に起因するものである。 Although the distorted wave caused by the electric field E has been described here, there is also a distorted wave caused by SAW vibration. Similarly to the distorted wave caused by the electric field E, the distorted current caused by the SAW vibration is considered to be caused by the distorted current in the gap 67. Note that the distorted wave caused by the electric field E is caused by the nonlinearity of the dielectric constant of the piezoelectric body, and the distorted wave caused by the SAW vibration is caused by the nonlinearity of the elastic constant of the piezoelectric body.
図５は、ギャップ６７付近をｙ方向に沿って切断したときの断面図であり、（ａ）は絶縁膜６９が形成されていない状態のもの、（ｂ）は絶縁膜６９を形成した状態のもの（ＳＡＷ素子５１）である。なお、図５においても図４と同様に第１櫛歯状電極５９Ａが第２櫛歯状電極５９Ｂよりも電位が高い状態を示している。 5A and 5B are cross-sectional views when the vicinity of the gap 67 is cut along the y direction. FIG. 5A shows a state where the insulating film 69 is not formed, and FIG. 5B shows a state where the insulating film 69 is formed. (SAW element 51). 5 also shows a state in which the potential of the first comb-like electrode 59A is higher than that of the second comb-like electrode 59B, as in FIG.
図５（ａ）のように絶縁膜６９が形成されていない場合、上述したように圧電基板５３のギャップ６７の直下の領域において電場Ｅｙが生じている。この電場Ｅｙは、電極指６３に近い圧電基板５３の上面側ほど大きい。 When the insulating film 69 is not formed as shown in FIG. 5A, the electric field Ey is generated in the region immediately below the gap 67 of the piezoelectric substrate 53 as described above. The electric field Ey is larger on the upper surface side of the piezoelectric substrate 53 near the electrode fingers 63.
一方、図５（ｂ）に示すように圧電基板５３の上面５３ａのうち、交差領域Ｔｎに圧電基板５３よりも誘電率の低い絶縁膜６９を設けると、第１電極指６３Ａから圧電基板５３を経由して第２ダミー電極指６５Ｂまで到達する距離が長くなる。一般的に対向する一対の電極間に発生する電場Ｅの大きさは電極間の距離に反比例するから、図５（ｂ）における電場Ｅｙの大きさは図５（ａ）における電場Ｅｙよりも小さくなる。また、圧電基板５３よりも誘電率の小さい絶縁膜６９が設けられていることによって、絶縁膜６９に電場Ｅが集中し、距離を離した以上に電場Ｅｙを弱める効果が発揮される。 On the other hand, when an insulating film 69 having a dielectric constant lower than that of the piezoelectric substrate 53 is provided in the intersecting region Tn in the upper surface 53a of the piezoelectric substrate 53 as shown in FIG. 5B, the piezoelectric substrate 53 is moved from the first electrode finger 63A. The distance to reach the second dummy electrode finger 65B via the route becomes longer. In general, since the magnitude of the electric field E generated between a pair of electrodes facing each other is inversely proportional to the distance between the electrodes, the magnitude of the electric field Ey in FIG. 5B is smaller than the electric field Ey in FIG. Become. In addition, since the insulating film 69 having a dielectric constant smaller than that of the piezoelectric substrate 53 is provided, the electric field E concentrates on the insulating film 69, and the effect of weakening the electric field Ey is exhibited more than the distance is increased.
上述のようにギャップ６７に発生する電場Ｅｙが歪波の発生要因の１つであると考えられるため、この電場Ｅｙを弱めることによって歪波が抑制されることとなる。 As described above, since the electric field Ey generated in the gap 67 is considered to be one of the generation factors of the distorted wave, the distorted wave is suppressed by weakening the electric field Ey.
一方、ＳＡＷ素子５１において、図３に示したように交差領域Ｔｃには絶縁膜６９は形成されておらず、電極指６３の交差領域Ｔｃに位置する部分は圧電基板５３の上面５３ａに直に配置されている。ＩＤＴ電極５５によって励振されたＳＡＷは主として圧電基板５３の上面５３ａのうち交差領域Ｔｃをｘ方向に沿って伝搬するが、歪波を抑制するために設けた絶縁膜６９は非交差領域Ｔｎのみに設けられているため、ＳＡＷの伝搬に基づく電気特性が絶縁膜６９によって劣化するのを抑制することができる。
On the other hand, in the SAW element 51, as shown in FIG. 3, the insulating film 69 is not formed in the intersecting region Tc, and the portion located in the intersecting region Tc of the electrode finger 63 is directly on the upper surface 53a of the piezoelectric substrate 53. Has been placed. The SAW excited by the
したがってＳＡＷ素子５１によれば、ＳＡＷの伝搬に基づく電気特性を維持しつつ歪波を抑制することができる。 Therefore, according to the SAW element 51, it is possible to suppress the distorted wave while maintaining the electrical characteristics based on the SAW propagation.
またＳＡＷ素子５１においては、非交差領域Ｔｎをｘ方向に沿って延長した領域にも絶縁膜６９が形成されているが、交差領域Ｔｃをｘ方向に沿って延長した領域には絶縁膜６９は形成されていない。よって反射器５７を構成する電極指のうち交差領域Ｔｃをｘ方向
に延長した領域に位置する部分は、圧電基板５３の上面５３ａに直に形成されている。これによって反射器５７のＳＡＷを反射させる機能を維持することができる。
In the SAW element 51, the insulating film 69 is also formed in a region where the non-intersecting region Tn is extended along the x direction. However, the insulating film 69 is not formed in the region where the intersecting region Tc is extended along the x direction. Not formed. Therefore, a portion of the electrode fingers constituting the
また絶縁膜６９は、非交差領域Ｔｎの全体にわたって形成されており、櫛歯状電極５９のうち少なくともバスバー電極６１およびダミー電極指６５は全体が非交差領域Ｔｎに配置されることとなるため、バスバー電極６１およびダミー電極指６５に絶縁膜６９による段差が生じることがない。これによりバスバー電極６１およびダミー電極指６５に段差による段切れが発生しにくくなり、導通不良が発生するのを抑制することができる。
The insulating film 69 is formed over the entire non-intersecting region Tn, and at least the bus bar electrodes 61 and the dummy electrode fingers 65 of the comb-shaped
一方、電極指６３は非交差領域Ｔｎと交差領域Ｔｃとの境界付近で絶縁膜６９による段差が形成されるが、絶縁膜６９の厚みを電極指６３の厚みよりも薄くすることによって、電極指６９の段切れを抑制することができる。よって、絶縁膜６９の厚みは、櫛歯状電極５９の厚み（特に電極指６３の厚み）よりも薄くするとよい。また絶縁膜６９を非交差領域Ｔｎから交差領域Ｔｃに向かうにつれて厚みが漸次薄くなるように形成することによっても、電極指６３の段切れを抑制することができる。 On the other hand, in the electrode finger 63, a step is formed by the insulating film 69 in the vicinity of the boundary between the non-intersecting region Tn and the intersecting region Tc. By making the thickness of the insulating film 69 thinner than the thickness of the electrode finger 63, 69 step breakage can be suppressed. Therefore, the thickness of the insulating film 69 is preferably thinner than the thickness of the comb-like electrode 59 (particularly the thickness of the electrode finger 63). Also, the step of the electrode finger 63 can be suppressed by forming the insulating film 69 so that the thickness gradually decreases from the non-intersecting region Tn toward the intersecting region Tc.
絶縁膜６９は、圧電基板５３よりも誘電率の小さい材料であればどのような材料を用いてもよい。例えば、圧電基板５３としてＬｉＴａＯ３、ＬｉＮｂＯ３などを用いた場合には、絶縁膜６９としては、ＳｉＯ２等の酸化珪素、ＳｉＮ等の酸化窒素、Ａｌ２Ｏ３等の酸化アルミニウムといった絶縁材料を用いることができる。絶縁膜６９の厚みは、例えば、６ｎｍ〜６００ｎｍである。 Any material may be used for the insulating film 69 as long as it has a dielectric constant smaller than that of the piezoelectric substrate 53. For example, when LiTaO 3 , LiNbO 3 or the like is used as the piezoelectric substrate 53, an insulating material such as silicon oxide such as SiO 2 , nitrogen oxide such as SiN, or aluminum oxide such as Al 2 O 3 is used as the insulating film 69. Can be used. The thickness of the insulating film 69 is, for example, 6 nm to 600 nm.
以上、図２における第１直列共振子１５Ａ−１を構成するＳＡＷ素子５１について説明したが、第１直列共振子１５Ａ−１以外の第２、第３直列共振子１５Ａ−２、１５Ａ−３、第１、第２並列共振子１５Ｂ−１、１５Ｂ−２および補助共振子１５Ｃの構成は、絶縁膜６９が設けられていない点を除いて、第１直列共振子１５Ａ−１（ＳＡＷ素子５１）と概ね同様である。なお、これらの共振子１５においても、第１直列共振子１５Ａ−１と同様に絶縁膜６９が設けられてもよい。また、多重モード型ＳＡＷフィルタ１７においても、同様の絶縁膜６９が設けられていてもよい。
As described above, the SAW element 51 constituting the
相互変調歪は送信端子３から入力される送信波と、アンテナ端子７から入力される妨害波が、同時にＳＡＷ共振子に印加されることによって発生するため、送信波および妨害波の双方の強度が大きい第１直列共振子１５Ａ−１が最も強い歪波を発生させることが多い。このため、第１直列共振子１５Ａ−１に絶縁膜６９を設けることが、分波器全体の相互変調歪を抑制することに最も効果がある。ただし、その他の共振子、特にアンテナ端子７に近い第１並列共振子１５Ｂ−１、補助共振子１５Ｃもある程度の歪波の発生源になるため、これらの共振子にも絶縁膜６９を設けることで、更なる歪波の抑制を図ることができる。
Since the intermodulation distortion is generated when the transmission wave input from the
多重モード型ＳＡＷフィルタ１７は、図２において模式的に示すように、例えば、縦結合型のものであり、ＳＡＷの伝搬方向において配列された複数（本実施形態では３つ）のＩＤＴ電極５５と、その両側に配置された反射器５７とを有している。また、多重モード型ＳＡＷフィルタ１７は、例えば、入力された不平衡信号を平衡信号に変換して出力する不平衡入力−平衡出力型のものである。
As schematically shown in FIG. 2, the
複数の共振子１５および多重モード型ＳＡＷフィルタ１７は、例えば、１つの圧電基板５３の上面５３ａに共に設けられている。
The plurality of resonators 15 and the
次に図６を用いてＳＡＷ素子５１の製造方法の一例について説明する。図６（ａ）〜（ｄ）はＳＡＷ素子５１の製造プロセス順に並べた図である。図６において、左側の列が平
面図であり、右側の列が左側の列に示した各平面図のＡ−Ａ’線における断面である。ＳＡＷ素子５１の製造方法に対応する図６（ａ）〜（ｄ）の工程は、いわゆるウエハプロセスにおいて実現される。すなわち、分割されることによって圧電基板５３となる母基板を対象に、薄膜形成やフォトリソグラフィー法などが行われ、その後、ダイシングされることにより、多数個分のＳＡＷ素子５１または分波器１が並行して形成される。ただし、図６（ａ）〜（ｄ）では１つのＳＡＷ素子５１に対応する部分のみを図示する。
Next, an example of a method for manufacturing the SAW element 51 will be described with reference to FIG. 6A to 6D are diagrams arranged in the order of the manufacturing process of the SAW element 51. FIG. In FIG. 6, the left column is a plan view, and the right column is a cross section taken along the line AA ′ of each plan view shown in the left column. 6A to 6D corresponding to the manufacturing method of the SAW element 51 is realized in a so-called wafer process. That is, a thin film formation, a photolithography method, or the like is performed on the mother substrate that becomes the piezoelectric substrate 53 by being divided, and then dicing is performed so that a large number of SAW elements 51 or
図６（ａ）に示すように、まず、圧電基板５３の上面５３ａには、絶縁膜６９となる膜６９’が形成される。具体的には、酸化珪素、酸化窒素等の絶縁材料を用いて、スパッタリング法、蒸着法またはＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法等の薄膜形成法によっ
て、上面５３ａ全体に膜６９’を形成する。
As shown in FIG. 6A, first, a film 69 ′ to be an insulating film 69 is formed on the upper surface 53 a of the piezoelectric substrate 53. Specifically, a film 69 ′ is formed on the entire upper surface 53a by using a thin film forming method such as a sputtering method, a vapor deposition method, or a CVD (Chemical Vapor Deposition) method using an insulating material such as silicon oxide or nitrogen oxide.
次に図６（ｂ）に示すように、膜６９’に対して縮小投影露光機（ステッパー）およびＲＩＥ（Reactive Ion Etching）装置を用いたフォトリソグラフィー法等によりパターニングが行われる。このパターニングにより交差領域Ｔｃに形成されていた膜６９’が除去されて、非交差領域Ｔｎに絶縁膜６９が形成される。 Next, as shown in FIG. 6B, the film 69 'is patterned by a photolithography method using a reduction projection exposure machine (stepper) and an RIE (Reactive Ion Etching) apparatus. By this patterning, the film 69 'formed in the intersecting region Tc is removed, and the insulating film 69 is formed in the non-intersecting region Tn.
絶縁膜６９を形成する方法としては、この他にも例えばリフトオフ法を採用してもよい。具体的には、絶縁膜６９を形成する部分が開口するようにパターニングされたレジスト層を圧電基板５３の上面５３ａに形成し、このレジスト層の上から絶縁膜となる絶縁材料の膜を形成した後、レジスト層を除去すればよい。 As another method for forming the insulating film 69, for example, a lift-off method may be employed. Specifically, a resist layer patterned so as to open a portion where the insulating film 69 is formed is formed on the upper surface 53a of the piezoelectric substrate 53, and an insulating material film serving as an insulating film is formed on the resist layer. Thereafter, the resist layer may be removed.
次に図６（ｃ）に示すように、アルミニウム等の金属材料を用いて、スパッタリング法、蒸着法またはＣＶＤ法等の薄膜形成法によって、上面５３ａ全体にＩＤＴ電極５５となる膜５５’を形成する。
Next, as shown in FIG. 6C, a
次に図６（ｄ）に示すように、膜５５’に対して縮小投影露光機およびＲＩＥ装置を用いたフォトリソグラフィー法等によりパターニングが行われる。このパターニングによって、ＩＤＴ電極５５が形成されて、図３に示したＳＡＷ素子５１が完成する。
Next, as shown in FIG. 6D, the film 55 'is patterned by a photolithography method using a reduction projection exposure machine and an RIE apparatus. By this patterning, the
上述した実施形態に係るＳＡＷ素子５１と実質的に同じ構成からなる実施例のＳＡＷ素子について、歪波の低減効果及び絶縁膜６９の電気特性への影響を有限要素法によるシミュレーションによって調べた。 With regard to the SAW element of the example having substantially the same configuration as the SAW element 51 according to the above-described embodiment, the distortion wave reducing effect and the influence on the electrical characteristics of the insulating film 69 were examined by a simulation using a finite element method.
シミュレーションは以下の条件のもとで行った。
・圧電基板の材料：ＬｉＴａＯ３
・圧電基板のカット角：４２°ＹカットＸ伝搬
・デューティ：０．５
・電極指ピッチｐ：２．３１μｍ
・電極指の厚み：０．４μｍ
・ギャップ長ｌｇ：１．０μｍ
（歪低減効果）
まず歪低減効果のシミュレーション結果について図８及び図９を用いて説明する。歪低減効果は、絶縁膜６９を設けていない比較例のＳＡＷ素子と、絶縁膜６９を設けた実施例のＳＡＷ素子５１のそれぞれについてシミュレーション用の解析モデルを作製し、その解析モデルについて圧電基板５３のギャップ６７における電束密度Ｄを対比することによって確かめた。
The simulation was performed under the following conditions.
Piezoelectric substrate material: LiTaO 3
・ Cutting angle of piezoelectric substrate: 42 ° Y-cut X propagation ・ Duty: 0.5
Electrode finger pitch p: 2.31 μm
-Electrode finger thickness: 0.4 μm
・ Gap length l g : 1.0 μm
(Distortion reduction effect)
First, the simulation result of the distortion reduction effect will be described with reference to FIGS. The distortion reduction effect is achieved by preparing an analysis model for simulation for each of the SAW element of the comparative example in which the insulating film 69 is not provided and the SAW element 51 of the example in which the insulating film 69 is provided. This was confirmed by comparing the electric flux density D in the gap 67 of the above.
ここで電束密度Ｄを計算したのは、電束密度Ｄと比例関係にある電場Ｅが歪波の発生強
度の指標となるからである。電場Ｅが歪波の発生強度の指標となる理由は以下の通りである。
The reason why the electric flux density D is calculated here is that an electric field E proportional to the electric flux density D serves as an index of the intensity of distortion wave generation. The reason why the electric field E is an indicator of the generation intensity of the distorted wave is as follows.
ＩＤＴ電極５５に電場の振幅がＥ１、Ｅ２である２つの正弦波の交流電圧が印加された場合、圧電基板５３の誘電性によって流れる電流Ｉは、次の（１）式によって表される。
When two sinusoidal AC voltages whose electric field amplitudes are E 1 and E 2 are applied to the
Ｉ＝ａε｛Ｅ１ｓｉｎ（ω１t）＋Ｅ２ｓｉｎ（ω２t）｝＋ｂε２｛Ｅ１ｓｉｎ（ω１t）＋Ｅ２ｓｉｎ（ω２t）｝２＋・・・ （１）
（１）式において、ａ、ｂは定数、εは誘電率、ε２は２次の非線形誘電率である。また、簡単のために３次以上の非線形の項は省略し、ＳＡＷの振動に起因する歪波（圧電体の弾性定数の非線形性）は考慮しないものとする。さらに（１）式を展開すると次のようになる。
I = aε {E 1 sin (ω 1 t) + E 2 sin (ω 2 t)} + bε 2 {E 1 sin (ω 1 t) + E 2 sin (ω 2 t)} 2 + (1)
In the formula (1), a and b are constants, ε is a dielectric constant, and ε 2 is a second-order nonlinear dielectric constant. For simplicity, the third and higher order nonlinear terms are omitted, and the distorted wave (nonlinearity of the elastic constant of the piezoelectric body) due to SAW vibration is not considered. Further, the expression (1) is expanded as follows.
Ｉ＝ａε｛Ｅ１ｓｉｎ（ω１t）＋Ｅ２ｓｉｎ（ω２t）｝
＋ｂε２｛Ｅ１ ２ｓｉｎ２（ω１ｔ）＋２Ｅ１Ｅ２ｓｉｎ（ω１ｔ）ｓｉｎ（ω２ｔ）＋Ｅ２ ２ｓｉｎ２（ω２ｔ）｝＋・・・（２）
（２）式において、｛Ｅ１ ２ｓｉｎ２（ω１ｔ）＋２Ｅ１Ｅ２ｓｉｎ（ω１ｔ）ｓｉｎ（ω２ｔ）＋Ｅ２ ２ｓｉｎ２（ω２ｔ）｝が２次の歪電流であり、そのうちの第１項と第３項が２次の高調波歪、第２項が相互変調歪である。
I = aε {E 1 sin (ω 1 t) + E 2 sin (ω 2 t)}
+ Bε 2 {E 1 2 sin 2 (ω 1 t) + 2E 1 E 2 sin (ω 1 t) sin (ω 2 t) + E 2 2 sin 2 (ω 2 t)} + (2)
In the equation (2), {E 1 2 sin 2 (ω 1 t) + 2E 1 E 2 sin (ω 1 t) sin (ω 2 t) + E 2 2 sin 2 (ω 2 t)} is a secondary distortion current. Of these, the first and third terms are second-order harmonic distortion, and the second term is intermodulation distortion.
この式から圧電基板中の電場と歪波との間には相関があるといえる。特に（１）式において、２次の非線形項であるε２項には電場Ｅの２乗が含まれることから、電場Ｅが大きくなると発生する歪波は急速に大きくなる。よって、圧電基板中の電場Ｅの最大値Ｅmax
が歪波の発生強度の指標となり、ひいては圧電基板中の電束密度Ｄの最大値Ｄmaxを計算
すれば歪波の発生強度を調べることができる。
From this equation, it can be said that there is a correlation between the electric field in the piezoelectric substrate and the distorted wave. In particular, in Equation (1), since the second-order nonlinear term ε 2 term includes the square of the electric field E, the distorted wave generated rapidly increases as the electric field E increases. Therefore, the maximum value Emax of the electric field E in the piezoelectric substrate
Becomes an index of the distorted wave generation intensity, and by calculating the maximum value Dmax of the electric flux density D in the piezoelectric substrate, the distorted wave generation intensity can be examined.
図８は歪低減効果をシミュレーションする際に用いた実施例の解析モデルの概略図であり、図５と同様にギャップ６７の部分をｙ方向に沿って切断したときの断面に相当する。図８に示すように、実施例の解析モデルでは、絶縁膜６９の電極指６３側の端部がギャップ６７の中央に位置しているものである。また絶縁膜６９についての設定条件は、材料がＳｉＯ２、厚みが５０ｎｍである。なお、比較例の解析モデルは絶縁膜６９を設けていないこと以外は、実施例の解析モデルと同じである。 FIG. 8 is a schematic diagram of the analysis model of the example used when simulating the distortion reduction effect, and corresponds to a cross-section when the gap 67 is cut along the y direction in the same manner as FIG. As shown in FIG. 8, in the analysis model of the embodiment, the end of the insulating film 69 on the electrode finger 63 side is located at the center of the gap 67. The setting condition for the insulating film 69 is that the material is SiO 2 and the thickness is 50 nm. The analysis model of the comparative example is the same as the analysis model of the example except that the insulating film 69 is not provided.
図９（ａ）は圧電基板５３の上面５３ａから０．０２μｍの深さにおける圧電基板中の電束密度Ｄを示すグラフである。同グラフにおいて横軸は解析モデルのｘ方向における位置であり、ギャップ６７の中心を「０」としている。また、同グラフにおいて実線が実施例の計算結果であり、破線が比較例の計算結果である。 FIG. 9A is a graph showing the electric flux density D in the piezoelectric substrate at a depth of 0.02 μm from the upper surface 53 a of the piezoelectric substrate 53. In the graph, the horizontal axis is the position in the x direction of the analysis model, and the center of the gap 67 is “0”. In the graph, the solid line is the calculation result of the example, and the broken line is the calculation result of the comparative example.
このグラフからわかるように、電極指６３側（Position＞０）における電束密度Ｄの最大値Ｄmax1、ダミー電極指６５側（Position＜０）の電束密度Ｄの最大値Ｄmax2（絶対値で見たときの最大値）いずれも、実施例の方が比較例よりも小さくなっている。 As can be seen from this graph, the maximum value D max1 of the electric flux density D on the electrode finger 63 side (Position> 0), the maximum value D max2 of the electric flux density D on the dummy electrode finger 65 side (Position <0) (absolute value). In all cases, the example is smaller than the comparative example.
図９（ｂ）は圧電基板５３の上面５３ａからの深さが異なる３か所（depth＝０．０２
μｍ、０．０８μｍ、０．１４μｍ）における電束密度の最大値Ｄmax1、Ｄmax2の計算結果を示すグラフである。
FIG. 9B shows three locations (depth = 0.02) having different depths from the upper surface 53a of the piezoelectric substrate 53. FIG.
(μm, 0.08 μm, 0.14 μm) is a graph showing the calculation results of the maximum values D max1 and D max2 of the electric flux density.
このグラフからわかるように電束密度の最大値Ｄmax1、Ｄmax2はいずれの深さにおいても実施例の方が比較例よりも小さくなっている。 As can be seen from this graph, the maximum values D max1 and D max2 of the electric flux density are smaller in the example than in the comparative example at any depth.
よって図９に示した結果から、実施例のＳＡＷ素子によれば歪波を抑制することができ
ることを確認できた。
Therefore, from the result shown in FIG. 9, it was confirmed that the distorted wave can be suppressed according to the SAW element of the example.
（電気特性への影響）
次に絶縁膜６９の電気特性への影響のシミュレーション結果について説明する。
(Effect on electrical characteristics)
Next, the simulation result of the influence on the electrical characteristics of the insulating film 69 will be described.
上述した実施形態のＳＡＷ素子５１は、絶縁膜６９が非交差領域Ｔｎにのみ設けられており、交差領域Ｔｃには絶縁膜６９を設けないようにしたが、これは絶縁膜６９を交差領域Ｔｃにまで形成するとＳＡＷ素子５１の電気特性が劣化すると考えられるためである。そこで、絶縁膜６９を交差領域Ｔｃにも形成した場合の電気特性についてシミュレーションを行った。 In the SAW element 51 of the above-described embodiment, the insulating film 69 is provided only in the non-intersecting region Tn, and the insulating film 69 is not provided in the intersecting region Tc. This is because it is considered that the electrical characteristics of the SAW element 51 are deteriorated when formed up to. Therefore, a simulation was performed on the electrical characteristics when the insulating film 69 was also formed in the intersection region Tc.
具体的には交差領域Ｔｃに絶縁膜６９が形成されていない実施例のＳＡＷ素子と交差領域Ｔｃにも絶縁膜６９が形成されている比較例のＳＡＷ素子について、電気機械結合係数Ｋ２を計算した。なお、絶縁膜６９はＳｉＯ２からなるものとし、比較例については絶縁膜６９の厚みが異なる４種類の解析モデルについて計算を行った。 Specifically the SAW device of the comparative example where the insulating film 69 to the SAW element and the intersecting region Tc embodiment not insulating film 69 is formed at the intersection Tc is formed, calculate the electromechanical coupling coefficient K 2 did. Note that the insulating film 69 is made of SiO 2 , and for the comparative example, calculation was performed for four types of analysis models with different thicknesses of the insulating film 69.
図１０に電気機械結合係数Ｋ２の計算結果のグラフを示す。同グラフにおいて横軸は絶縁膜６９の厚みであり、厚みが０の位置にプロットされているのが実施例である。厚みが０の位置以外の位置にプロットされているのが比較例である。 It shows a graph of calculation results of the electromechanical coupling coefficient K 2 in FIG. 10. In the graph, the horizontal axis represents the thickness of the insulating film 69, and the example is plotted at the position where the thickness is zero. A comparative example is plotted at a position other than the position where the thickness is zero.
図１０に示すグラフからわかるように交差領域Ｔｃにも絶縁膜６９を設けると電気機械結合係数Ｋ２が小さくなる。このように電気機械結合係数Ｋ２が小さくなるとＳＡＷの伝搬損失の増加、Δｆの狭小化などが起こり、ＳＡＷ素子の電気特性が劣化することとなる。 Electromechanical coupling factor K 2 when even an insulating film 69 at the intersection Tc As can be seen from the graph shown in FIG. 10 is reduced. Thus an increase in the SAW propagation loss when the electromechanical coupling coefficient K 2 is reduced, occurs and narrowing of Delta] f, the electrical characteristics of the SAW device is to be degraded.
よって図１０に示す結果から、交差領域Ｔｃに絶縁膜６９を設けないことによって電気特性の劣化を抑制することができるといえる。 Therefore, from the results shown in FIG. 10, it can be said that the deterioration of the electrical characteristics can be suppressed by not providing the insulating film 69 in the intersection region Tc.
本発明は、以上の実施形態に限定されず、種々の態様で実施されてよい。 The present invention is not limited to the above embodiment, and may be implemented in various aspects.
上述した実施の形態に係るＳＡＷ素子５１では絶縁膜６９が非交差領域Ｔｎの全体にわたって形成されていたが、絶縁膜６９は少なくとも第１櫛歯状電極５９Ａのうち第２ギャップ６７Ｂを介して第２電極指６３Ｂに対向している部分および第２櫛歯状電極５９Ｂのうち第１ギャップ６７Ａを介して第１電極指６３Ａに対向している部分に形成されていればよい。したがって、例えば、図７に示すように非交差領域Ｔｎのうち、第１ダミー電極指６５Ａおよび第２ダミー電極指６５Ｂが設けられている領域にのみ形成するようにしてもよい。 In the SAW element 51 according to the above-described embodiment, the insulating film 69 is formed over the entire non-intersecting region Tn. However, the insulating film 69 is located at least in the first comb-shaped electrode 59A via the second gap 67B. What is necessary is just to form in the part facing the 1st electrode finger 63A via the 1st gap 67A among the part facing the 2 electrode finger 63B, and the 2nd comb-tooth shaped electrode 59B. Therefore, for example, as shown in FIG. 7, the non-crossing region Tn may be formed only in a region where the first dummy electrode finger 65A and the second dummy electrode finger 65B are provided.
ＩＤＴ電極５５の形状は、図示したものに限定されない。例えば、ＩＤＴ電極５５は、いわゆるアポダイズが施されたものであってもよいし、ダミー電極指６５が設けられないものであってもよい。また、ＩＤＴ電極５５は、バスバー電極６１が傾斜もしくは屈曲するものであってもよいし、バスバー電極６１の弾性波の伝搬方向に直交する方向（ｙ方向）の大きさが変化するものであってもよい。また、ＩＤＴ電極５５は、電極指６３のピッチが一定でなく、狭くなる部分が設けられてもよい。また、電極指６３またはダミー電極指６５は、その先端の角部が面取りされていてもよいし、先端の幅（ｘ方向）が大きくされていてもよい。
The shape of the
５１…ＳＡＷ素子
５３…圧電基板
５３ａ…上面
５５…ＩＤＴ電極
５９Ａ…第１櫛歯状電極
５９Ｂ…第２櫛歯状電極
６１Ａ…第１バスバー電極
６１Ｂ…第２バスバー電極
６３Ａ…第１電極指
６３Ｂ…第２電極指
６７Ａ…第１ギャップ
６７Ｂ…第２ギャップ
６９…絶縁膜
51 ... SAW element 53 ... Piezoelectric substrate 53a ...
Claims (5)
前記ＩＤＴ電極は、一対の第１および第２櫛歯状電極を有し、
前記第１櫛歯状電極は、前記圧電基板を伝搬する弾性波の伝搬方向に延びた第１バスバー電極と、該第１バスバー電極から前記伝搬方向に直交する方向に前記第２櫛歯状電極に向かって延びて前記第２櫛歯状電極に対して第１ギャップを有する位置に先端が位置している複数の第１電極指とを有し、
前記第２櫛歯状電極は、前記伝搬方向に延びて前記第１電極指側で前記第１バスバー電極に対向して配置された第２バスバー電極と、該第２バスバー電極から前記伝搬方向に直交する方向に前記第１櫛歯状電極に向かって延びて前記第１電極指に隣り合って配置されるとともに、前記第１櫛歯状電極に対して第２ギャップを有する位置に先端が位置している複数の第２電極指とを有し、
前記第１櫛歯状電極のうち前記第２ギャップを介して前記第２電極指に対向している部分および前記第２櫛歯状電極のうち前記第１ギャップを介して前記第１電極指に対向している部分は、前記圧電基板の上面との間に該圧電基板よりも誘電率が小さい絶縁膜を介して前記圧電基板の上面に配置されており、
前記圧電基板の上面の前記ＩＤＴ電極の直下領域を、前記第１電極指と前記第２電極指とが交差している領域である交差領域と、前記１電極指と前記第２電極指とが交差していない非交差領域とに分けたときに、前記第１および前記第２電極指のうち前記交差領域に位置する部分は、前記圧電基板の上面に直に配置されている弾性波素子。 An acoustic wave device having a piezoelectric substrate and at least one IDT electrode disposed on the upper surface of the piezoelectric substrate,
The IDT electrode has a pair of first and second comb electrodes,
The first comb-shaped electrode includes a first bus bar electrode extending in a propagation direction of an elastic wave propagating through the piezoelectric substrate, and the second comb-shaped electrode extending from the first bus bar electrode in a direction perpendicular to the propagation direction. A plurality of first electrode fingers that extend toward the second comb-shaped electrode and have tips positioned at positions where the first gap is formed with respect to the second comb-shaped electrode;
The second comb-like electrode extends in the propagation direction and is disposed on the first electrode finger side so as to face the first bus bar electrode, and from the second bus bar electrode to the propagation direction. The tip extends in the direction orthogonal to the first comb-shaped electrode and is arranged adjacent to the first electrode finger, and the tip is located at a position having a second gap with respect to the first comb-shaped electrode. A plurality of second electrode fingers,
A portion of the first comb-shaped electrode facing the second electrode finger through the second gap and a portion of the second comb-shaped electrode formed on the first electrode finger through the first gap The facing portion is disposed on the upper surface of the piezoelectric substrate via an insulating film having a dielectric constant smaller than that of the piezoelectric substrate between the upper surface of the piezoelectric substrate,
The region immediately below the IDT electrode on the upper surface of the piezoelectric substrate is an intersection region where the first electrode finger and the second electrode finger intersect, and the first electrode finger and the second electrode finger. When divided into non-intersecting regions that do not intersect, the elastic wave element in which the portions of the first and second electrode fingers that are located in the intersecting region are arranged directly on the upper surface of the piezoelectric substrate.
前記第１および前記第２櫛歯状電極のうち前記非交差領域に位置する部分の全体が前記絶縁膜を介して前記圧電基板の上面に配置されている請求項１に記載の弾性波素子。 The insulating film is disposed on the entire non-intersecting region of the upper surface of the piezoelectric substrate,
2. The acoustic wave device according to claim 1, wherein the entire portion of the first and second comb-like electrodes positioned in the non-intersecting region is disposed on the upper surface of the piezoelectric substrate via the insulating film.
前記第２バスバー電極は、前記第１バスバー電極に向かって延びた複数の第２ダミー電極指を有し、該第２ダミー電極指の先端と前記第１電極指の先端とが前記第１ギャップを介して対向している請求項１または２に記載の弾性波素子。 The first bus bar electrode has a plurality of first dummy electrode fingers extending toward the second bus bar electrode, and a tip of the first dummy electrode finger and a tip of the second electrode finger are in the second gap. Through the
The second bus bar electrode has a plurality of second dummy electrode fingers extending toward the first bus bar electrode, and a tip of the second dummy electrode finger and a tip of the first electrode finger are in the first gap. The acoustic wave device according to claim 1, wherein the acoustic wave device is opposed to each other.
前記送信フィルタは、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の弾性波素子を有する分波器。 A duplexer comprising an antenna terminal, a transmission filter that filters a transmission signal and outputs the filtered signal to the antenna terminal, and a reception filter that filters a reception signal from the antenna terminal,
The duplexer having the acoustic wave device according to any one of claims 1 to 3, wherein the transmission filter.
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