JP6547916B2 - 弾性波装置、高周波フロントエンド回路及び通信装置 - Google Patents

弾性波装置、高周波フロントエンド回路及び通信装置 Download PDF

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Description

本発明は、ピストンモードを利用した弾性波装置、高周波フロントエンド回路及び通信装置に関する。
従来、不要波を抑制するために、ピストンモードを利用した弾性波装置が提案されている。
例えば、下記の特許文献1には、ピストンモードを利用した弾性波装置の一例が示されている。この弾性波装置は、圧電基板上に設けられたIDT電極を有する。IDT電極は、電極指が延びる方向において中央に位置する中央励振領域と、中央励振領域の電極指が延びる方向両側に隣接する内縁領域とを有する。さらに、IDT電極は、内縁領域の外側に隣接する外縁領域を有する。
内縁領域においては、電極指上に誘電体または金属からなる質量付加膜を積層したり、内縁領域における電極指の幅を大きくしたりしている。これにより、内縁領域における音速が、中央励振領域及び外縁領域における音速よりも低速になっている。このように、内縁領域は低音速領域である。外縁領域は、中央励振領域より音速が高速である、高音速領域である。中央励振領域、低音速領域及び高音速領域をこの順序で配置することにより、弾性波のエネルギーを閉じ込め、かつ不要波を抑制している。
上記の質量付加膜を積層する方法は、積層厚みに設計上の上限がないため、大きな質量を付加することができる。よって、デバイスの設計自由度が高いという利点を持っている。このため、内縁領域において質量付加膜を積層する技術は注目されている。
特表2013−518455号公報
ピストンモードにおいて、中央励振領域で励起される横モード波は打ち消されるものの、低音速領域で励起される横モード波が打ち消されずに残り、不要波となってしまう。このため、一般的に低音速領域の幅は狭い方が望ましい。しかし、低音速領域と、低音速領域に隣接する音速領域との間の境界における音速勾配が緩やかである場合、同等の質量を付加するためには幅は広がってしまい、新たに不要波が生じてしまう。このため、隣接する音速領域との間の境界では、音速勾配が急峻であることが望ましい。
具体的には、平面視したとき、電極指の低音速領域における形状が矩形である場合には、質量付加膜の平面形状は、理想的には矩形であることが望ましい。
また、第1の電極指及び第2の電極指が延びる方向に沿う断面形状は、理想的には、矩形であることが望ましい。
しかしながら、実際には第1の電極指及び第2の電極指をこのような形状とすることは困難である。例えば、フォトリソグラフィ法を用いても、回折光や反射光などの影響により、パターン端の形状忠実性が劣化し、質量付加膜の平面形状のコーナー部は曲線状となり易い。
さらに、質量付加膜の断面形状は、リフトオフ法やエッチングなどの加工方法では、上底に対して下底が長い略台形となり易い。そのため、両端面は厚み方向に対して傾斜し易い。よって、低音速領域と高音速領域との間における音速勾配や低音速領域と中央励振領域との間における音速勾配が緩やかになる傾向があり、不要波を十分に抑制し得ないことがあった。
本発明の目的は、音速が異なる領域間の境界の音速勾配を急峻にすることができ、不要波を効果的に抑制することができる、弾性波装置、高周波フロントエンド回路及び通信装置を提供することにある。
本発明に係る弾性波装置のある広い局面では、圧電体と、前記圧電体上に設けられているIDT電極とを備え、前記IDT電極は、対向し合っている第1のバスバー及び第2のバスバーと、前記第1のバスバーに一端が接続された複数の第1の電極指と、前記第2のバスバーに一端が接続されており、かつ前記複数の第1の電極指と間挿し合っている複数の第2の電極指とを有し、かつ前記第1の電極指と前記第2の電極指とが弾性波伝搬方向において重なり合っている交叉領域と、第1の高音速領域及び第2の高音速領域とを有し、前記交叉領域は、弾性波伝搬方向に直交する方向の中央側に位置している中央領域と、前記中央領域の弾性波伝搬方向に直交する方向の両側に配置されており、かつ前記中央領域よりも音速が低速である第1の低音速領域及び第2の低音速領域とを有し、前記第1の高音速領域は、前記第1のバスバーと前記第1の低音速領域との間に位置しており、かつ前記中央領域よりも音速が高速である領域であり、前記第2の高音速領域は、前記第2のバスバーと前記第2の低音速領域との間に位置しており、かつ前記中央領域よりも音速が高速である領域であり、前記複数の第1の電極指及び前記複数の第2の電極指における前記第1の低音速領域及び前記第2の低音速領域に位置する部分に、質量付加膜がそれぞれ積層されており、各前記第1の電極指が延びる方向を各第1の長さ方向とし、各前記第2の電極指が延びる方向を各第2の長さ方向としたときに、各前記質量付加膜は、各前記第1の長さ方向または各前記第2の長さ方向における中央に位置する中央部と、各前記第1の長さ方向または各前記第2の長さ方向における両端に位置する第1の端部及び第2の端部とを有し、前記質量付加膜の弾性波伝搬方向に沿う寸法を幅としたときに、少なくとも1つの前記質量付加膜において、前記中央部の幅よりも前記第1の端部の幅及び前記第2の端部の幅が狭く、かつ前記少なくとも1つの質量付加膜が、前記第1の端部及び前記第2の端部のうち少なくとも一方から、前記圧電体側とは反対側に突出している突出部を有する。
本発明に係る弾性波装置の他の広い局面では、圧電体と、前記圧電体上に設けられているIDT電極とを備え、前記IDT電極は、対向し合っている第1のバスバー及び第2のバスバーと、前記第1のバスバーに一端が接続された複数の第1の電極指と、前記第2のバスバーに一端が接続されており、かつ前記複数の第1の電極指と間挿し合っている複数の第2の電極指とを有し、かつ前記第1の電極指と前記第2の電極指とが弾性波伝搬方向において重なり合っている交叉領域と、第1の高音速領域と、第2の高音速領域とを有し、前記交叉領域は、弾性波伝搬方向に直交する方向の中央側に位置している中央領域と、前記中央領域の弾性波伝搬方向に直交する方向の両側に配置されており、かつ前記中央領域よりも音速が低速である第1の低音速領域及び第2の低音速領域とを有し、前記第1の高音速領域は、前記第1のバスバーと前記第1の低音速領域との間に位置しており、かつ前記中央領域よりも音速が高速である領域であり、前記第2の高音速領域は、前記第2のバスバーと前記第2の低音速領域との間に位置しており、かつ前記中央領域よりも音速が高速である領域であり、前記複数の第1の電極指及び前記複数の第2の電極指における前記第1の低音速領域及び前記第2の低音速領域に位置する部分に、質量付加膜がそれぞれ積層されており、各前記第1の電極指が延びる方向を各第1の長さ方向とし、各前記第2の電極指が延びる方向を各第2の長さ方向としたときに、各前記質量付加膜は、各前記第1の長さ方向または各前記第2の長さ方向における中央に位置する中央部と、各前記第1の長さ方向または各前記第2の長さ方向における両端に位置する第1の端部及び第2の端部と、前記第1の端部に位置する端面である第1の端面及び前記第2の端部に位置する端面である第2の端面とを有し、少なくとも1つの前記質量付加膜の前記第1の端面と前記第2の端面とが、前記質量付加膜の厚み方向に対して傾斜して延びており、かつ前記少なくとも1つの質量付加膜が、前記第1の端部及び前記第2の端部のうち少なくとも一方から、前記圧電体側とは反対側に突出している突出部を有する。
本発明に係る弾性波装置の他の特定の局面では、前記質量付加膜の厚み方向に対して傾斜している角度を傾斜角度としたときに、前記第1の端部及び前記第2の端部のうち前記突出部が突出している端部に位置する端面の傾斜角度より、前記突出部の傾斜角度が小さい。この場合には、音速が異なる領域間の境界の音速勾配をより一層急峻にすることができ、不要波をより一層抑制することができる。
本発明に係る弾性波装置のさらに他の特定の局面では、全ての前記質量付加膜が、前記突出部を有する。これにより、音速が異なる領域間の境界の音速勾配がより一層急峻になるため、不要波をより一層抑制することができる。
本発明に係る弾性波装置の別の特定の局面では、前記突出部は、前記質量付加膜における前記第1の端部及び前記第2の端部の両方に設けられている。これにより、両方の境界の音速勾配が急峻になるため、不要波をより一層抑制することができる。
本発明の高周波フロントエンド回路は、本発明に従い構成された弾性波装置と、パワーアンプとを備える。
本発明の通信装置は、本発明に従い構成された高周波フロントエンド回路と、RF信号処理回路とを備える。
本発明によれば、音速が異なる領域間の境界の音速勾配を急峻にすることができ、不要波を効果的に抑制することができる、弾性波装置、高周波フロントエンド回路及び通信装置を提供することができる。
図1は、本発明の第1の実施形態に係る弾性波装置の平面図である。 図2は、本発明の第1の実施形態におけるIDT電極の第2の電極指の先端部付近の拡大図である。 図3は、図2中のI−I線に沿う断面図である。 図4は、本発明の第1の実施形態及び比較例の弾性波装置の、図2中のI−I線に沿う部分に相当する部分の第2の長さ方向における位置と、音速との関係を説明するための図である。 図5は、本発明の第1の実施形態に係る弾性波装置の図2中のII−II線に沿う断面図である。 図6は、本発明の第1の実施形態の変形例に係る弾性波装置の正面断面図である。 図7(a)〜図7(c)は、本発明の第1の実施形態に係る弾性波装置の製造方法の一例を説明するための平面図である。 図8(a)〜図8(e)は、本発明の第1の実施形態に係る弾性波装置の製造方法の一例を説明するための、図7(a)中のX−X線に沿う部分に相当する断面図である。 図9(a)〜図9(d)は、本発明の第1の実施形態に係る弾性波装置の製造方法の一例を説明するための、図7(a)中のY−Y線に沿う部分に相当する断面図である。 図10(a)〜図10(c)は、本発明の第1の実施形態に係る弾性波装置の製造方法の一例を説明するための、図7(a)中のY−Y線に沿う部分に相当する断面図である。 図11は、本発明の第2の実施形態における質量付加膜付近の、図2中のI−I線に沿う部分に相当する断面図である。 図12は、第1の実施形態の変形例におけるIDT電極の第2の電極指の先端部付近の部分拡大平面図である。 図13は、図12のV−V線に沿う部分に相当する断面図である。 図14は、高周波フロントエンド回路を有する通信装置の構成図である。
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。
なお、本明細書に記載の各実施形態は、例示的なものであり、異なる実施形態間において、構成の部分的な置換または組み合わせが可能であることを指摘しておく。
図1は、本発明の第1の実施形態に係る弾性波装置の平面図である。図2は、第1の実施形態におけるIDT電極の第2の電極指の先端部付近の拡大図である。図3は、図2中のI−I線に沿う断面図である。なお、IDT電極の第2の電極指については後述する。
弾性波装置1は、圧電基板2を有する。圧電基板2は、LiNbOまたはLiTaOなどの圧電単結晶や、適宜の圧電セラミックスからなる。
圧電基板2上には、IDT電極3が設けられている。IDT電極3に交流電圧を印加することにより、弾性波が励振される。IDT電極3の弾性波伝搬方向両側には、反射器4及び反射器5が配置されている。
IDT電極3は、対向し合っている第1のバスバー3a1及び第2のバスバー3b1を有する。IDT電極3は、第1のバスバー3a1に一端が接続されている、複数の第1の電極指3a2を有する。さらに、IDT電極3は、第2のバスバー3b1に一端が接続されている、複数の第2の電極指3b2を有する。
複数の第1の電極指3a2と複数の第2の電極指3b2とは、互いに間挿し合っている。IDT電極3は、第1の電極指3a2と第2の電極指3b2とが弾性波伝搬方向において重なり合っている部分である交叉領域Aを有する。ここで、第1の電極指3a2及び第2の電極指3b2が延びる方向を第1の電極指3a2及び第2の電極指3b2の弾性波伝搬方向に直交する方向とする。このとき、交叉領域Aは、弾性波伝搬方向に直交する方向中央側に位置している中央領域A1と、弾性波伝搬方向に直交する方向において、中央領域A1の両側に配置された第1のエッジ領域A2a及び第2のエッジ領域A2bを有する。第1のエッジ領域A2aは第1のバスバー3a1側に位置し、第2のエッジ領域A2bは第2のバスバー3b1側に位置している。
IDT電極3は、第1のエッジ領域A2a及び第2のエッジ領域A2bの中央領域A1側とは反対側の領域である、第1の外側領域Ba及び第2の外側領域Bbを有する。第1の外側領域Baは、第1のエッジ領域A2aと第1のバスバー3a1との間に位置している。第2の外側領域Bbは、第2のエッジ領域A2bと第2のバスバー3b1との間に位置している。
本実施形態では、IDT電極3は、複数の金属層が積層された積層金属膜からなる。より具体的には、IDT電極3においては、圧電基板2側からNiCr層、Pt層、Ti層、Al層及びTi層がこの順序で積層されている。各金属層の膜厚としては、NiCr層が10nmであり、Pt層が200nmであり、Ti層が10nmであり、Al層が300nmであり、Ti層が10nmである。なお、IDT電極3に用いられる金属や金属層の膜厚は、上記に限定されない。IDT電極3は単層の金属膜からなっていてもよい。
IDT電極3の各第1の電極指3a2及び各第2の電極指3b2における第1のエッジ領域A2a及び第2のエッジ領域A2bに位置する部分には、質量付加膜6がそれぞれ設けられている。
ここで、各第1の電極指3a2が延びる方向を各第1の長さ方向とし、各第2の電極指3b2が延びる方向を各第2の長さ方向とする。このとき、図2に示すように、各質量付加膜6は、各第1の長さ方向または各第2の長さ方向における中央に位置する中央部6aを有する。各質量付加膜6は、各第1の長さ方向または各第2の長さ方向における両端に位置する第1の端部6b及び第2の端部6cを有する。なお、本実施形態においては、各第1の長さ方向、各第2の長さ方向及び弾性波伝搬方向に直交する方向は全て同じ方向である。
ここで、質量付加膜6の弾性波伝搬方向に沿う寸法を幅とする。このとき、本実施形態では、質量付加膜6において、中央部6aの幅よりも第1の端部6bの幅及び第2の端部6cの幅は狭い。質量付加膜6の平面形状は略楕円形である。なお、質量付加膜6の平面形状は上記に限定されない。
質量付加膜6の平面形状は、理想的には、第1の電極指3a2及び第2の電極指3b2の、第1のエッジ領域A2a及び第2のエッジ領域A2bにおける部分の形状に沿う形状であることが望ましい。例えば、図2に示す場合は、質量付加膜6の平面形状は矩形であることが望ましい。しかしながら、実際には、本実施形態のように、質量付加膜6の平面形状は、コーナー部が曲線状になる傾向がある。
図3に示すように、質量付加膜6は、第1の端部に位置する端面である第1の端面6dと、第2の端部に位置する端面である第2の端面6eとを有する。第1の端面6d及び第2の端面6eは、質量付加膜6の厚み方向に対して傾斜して延びている。なお、IDT電極3の第1の電極指3a2及び第2の電極指3b2の先端部に位置する端面も、IDT電極3の厚み方向に対して傾斜して延びている。
質量付加膜6の第1の端面6d及び第2の端面6eは、理想的には、質量付加膜6の厚み方向に平行に延びていることが望ましい。しかしながら、実際には、本実施形態のように、質量付加膜6の第1の端面6d及び第2の端面6eは、上記のように傾斜して延びる傾向がある。
図2に示すように、質量付加膜6は、第1の端部6bから、圧電基板2側とは反対側に突出している突出部7を有する。同様に、質量付加膜6は、第2の端部6cから、圧電基板2側とは反対側に突出している突出部8を有する。なお、突出部は、第1の端部6b及び第2の端部6cのうち少なくとも一方に設けられていればよい。
質量付加膜6は、本実施形態では、複数の金属層が積層された積層金属膜からなる。より具体的には、IDT電極3側から、Ti層、Pt層及びTi層がこの順序で積層されている。各金属層の膜厚としては、Ti層が10nmであり、Pt層が60nmであり、Ti層が10nmである。突出部7及び突出部8は、上記Pt層上に設けられた、膜厚が40nmのTi層からなる。なお、質量付加膜6及び突出部7,8に用いられる金属や金属層の膜厚は上記に限定されない。質量付加膜6は単層の金属膜からなっていてもよい。
ここで、質量付加膜6の厚み方向に対して傾斜している角度を傾斜角度とする。このとき、本実施形態では、第1の端面6dの傾斜角度と、突出部7の傾斜角度とは同じである。同様に、第2の端面6eの傾斜角度と、突出部8の傾斜角度とは同じである。なお、第1の端面6dと突出部7との傾斜角度は異なっていてもよい。同様に、第2の端面6eと突出部8との傾斜角度は異なっていてもよい。
図1に戻り、質量付加膜6が設けられていることにより、中央領域A1における弾性波の音速より第1のエッジ領域A2a及び第2のエッジ領域A2bにおける弾性波の音速が低速になっている。ここで、中央領域A1における弾性波の音速をV1、第1のエッジ領域A2a及び第2のエッジ領域A2bにおける弾性波の音速をV2とする。このとき、V1>V2とされている。このように、第1のエッジ領域A2a及び第2のエッジ領域A2bは、中央領域A1よりも音速が低速である、第1の低音速領域及び第2の低音速領域である。
第1の外側領域Baに位置している部分は、第1の電極指3a2のみである。第2の外側領域Bbに位置している部分は、第2の電極指3b2のみである。それによって、中央領域A1における弾性波の音速より第1の外側領域Ba及び第2の外側領域Bbにおける弾性波の音速が高速になっている。ここで、第1の外側領域Ba及び第2の外側領域Bbにおける音速をV3とする。このとき、V3>V1とされている。このように、第1の外側領域Ba及び第2の外側領域Bbは、中央領域A1よりも音速が高速である、第1の高音速領域及び第2の高音速領域である。
中央領域A1の外側に第1,第2の低音速領域が配置され、第1,第2の低音速領域の外側に第1,第2の高音速領域が配置されていることにより、不要波を抑制することができる。このように、弾性波装置1はピストンモードを利用した弾性波装置である。
理想的には、低音速領域と高音速領域との境界における低音速領域側の音速は音速V2であり、高音速領域側の音速は音速V3であることが望ましい。しかしながら、上述したように、実際には、質量付加膜6は、平面形状におけるコーナー部が曲線状になる傾向や、第1,第2の端面が厚み方向に対して傾斜して延びる傾向がある。そのため、低音速領域と高音速領域との間において、音速に勾配が生じる傾向がある。
ここで、本実施形態の特徴は、図2に示すように、質量付加膜6が、第1の端部6b及び第2の端部6cから、圧電基板2側とは反対側に突出している突出部7及び突出部8を有することにある。それによって、音速が異なる領域間の境界の音速勾配を急峻にすることができ、不要波を効果的に抑制することができる。これを、以下において、本実施形態と比較例とを比較することにより説明する。
なお、比較例は、質量付加膜が突出部を有しない点で、本実施形態と異なる。
図4は、第1の実施形態及び比較例の弾性波装置の、図2中のI−I線に沿う部分に相当する部分の第2の長さ方向における位置と、音速との関係を説明するための図である。図4において、実線は第1の実施形態の結果を示し、破線は比較例の結果を示す。
なお、図4においては、第1の高音速領域Hの第1の低音速領域L側の端部を第2の電極指の先端部側の端面が圧電基板に接する位置としている。第1の低音速領域Lの第1の高音速領域H側の端部を、質量付加膜の第1の端面において質量付加膜の中央部の膜厚となる位置としている。第1の低音速領域Lの中央領域A1側の端部を、質量付加膜の第2の端面において質量付加膜の中央部の膜厚となる位置としている。中央領域A1の第1の低音速領域L側の端部を、質量付加膜の第2の端面と第2の電極指とが接する位置としている。
図4に示すように、比較例よりも第1の実施形態における第1の低音速領域Lと第1の高音速領域Hとの間の境界の音速勾配が急峻であることがわかる。第1の実施形態では、質量付加膜が、第1の端部から突出している突出部を有する。そのため、第1の端部において、質量付加膜の膜厚が厚くなっている。よって、突出部において、音速をより一層低速にすることができる。これにより、第1の低音速領域Lと第1の高音速領域Hとの間の領域を含む、突出部周囲の音速の平均速度が低速になり、第1の低音速領域Lと第1の高音速領域Hとの間の境界の音速勾配を急峻にすることができるものと考えられる。
図4に示すように、比較例よりも第1の実施形態における第1の低音速領域Lと中央領域A1との間の境界の音速勾配が急峻であることがわかる。第1の実施形態では、質量付加膜は第2の端部から突出している突出部を有する。これにより、第1の低音速領域Lと中央領域A1との間の領域を含む、突出部周囲の音速の平均速度が低速になり、第1の低音速領域Lと中央領域A1との間の境界の音速勾配を急峻にすることができるものと考えられる。
図5は、第1の実施形態に係る弾性波装置の図2中のII−II線に沿う断面図である。
図2中のI−I線に沿う部分は、質量付加膜6の弾性波伝搬方向中心を通っている。これに対して、II−II線に沿う部分は、質量付加膜6の弾性波伝搬方向中心から弾性波伝搬方向にずれている。図5に示すように、質量付加膜6は、II−II線に沿う部分においては、第2の電極指3b2の先端部には至っていない。図2に示したように、質量付加膜6の平面形状は略楕円形であるため、質量付加膜6はI−I線に沿う部分では第2の電極指3b2の先端部に至っているが、II−II線に沿う部分では上記先端部に至っていない。このように、弾性波伝搬方向において、質量が欠損している。比較例においても同様である。
比較例では、上記のように質量が欠損しているため、図4に示すように、第1の低音速領域Lと第1の高音速領域Hとの間の境界において、音速勾配がさらに緩やかになっている。
これに対して、第1の実施形態では、質量付加膜が突出部を有する。よって、弾性波伝搬方向において一部欠損した質量の分の質量を、厚み方向に付加することができる。それによって、第1の低音速領域Lと第1の高音速領域Hとの間及び第1の低音速領域Lと中央領域A1との間の境界における音速勾配を急峻にすることができる。従って、第1の実施形態では、質量付加膜の平面形状が略楕円形であり、中央部の幅より第1,第2の端部の幅が狭い場合であっても、不要波を効果的に抑制することができる。
図4においては、音速が異なる領域として、第1のバスバー側の、中央領域A1、第1の低音速領域L及び第1の高音速領域Hについて示した。第1の実施形態では、第2のバスバー側の、第2の低音速領域と第2の高音速領域との間及び第2の低音速領域と中央領域A1との間においても、上記と同様に音速勾配を急峻にすることができ、不要波を効果的に抑制することができる。
このように、実際には質量付加膜の第1の端面及び第2の端面は質量付加膜の厚み方向に対して傾斜する傾向があるが、本実施形態においては、不要波を効果的に抑制することができる。
図2に示す突出部7は、第1の端部6bの全幅に設けられていることが好ましい。それによって、第1の低音速領域と第1の高音速領域との間の境界の音速勾配を効果的に急峻にすることができる。同様に、突出部8は、第2の端部6cの全幅に設けられていることが好ましい。それによって、第1の低音速領域と中央領域との間の境界の音速勾配を効果的に急峻にすることができる。
なお、上述したように、突出部は、第1の端部6b及び第2の端部6cのうち少なくとも一方に設けられていればよい。突出部7が第1の端部6bに設けられている場合には、第1の低音速領域と第1の高音速領域との間の境界の音速勾配を急峻にすることができるため、不要波を抑制することができる。突出部8が第2の端部6cに設けられている場合には、第1の低音速領域と中央領域との間の境界の音速勾配を急峻にすることができるため、不要波を抑制することができる。
突出部7及び突出部8のうち少なくとも一方が、少なくとも1つの質量付加膜6に設けられていればよい。もっとも、突出部7及び突出部8のうち少なくとも一方が全ての質量付加膜6に設けられていることが好ましい。それによって、音速が異なる領域間の境界の音速勾配がより一層急峻になるため、不要波をより一層抑制することができる。
突出部7及び突出部8が全ての質量付加膜6に設けられていることがより好ましい。それによって、低音速領域及び中央領域と、低音速領域及び高音速領域との両方の境界の音速勾配がより一層急峻になるため不要波をより一層抑制することができる。
上記において、質量付加膜6の平面形状を矩形などの形状とすることは、実際には困難であるとした。なお、弾性波装置1において、質量付加膜6の平面形状は、第1の電極指3a2及び第2の電極指3b2の、第1のエッジ領域及び第2のエッジ領域における部分の形状に沿う形状であってもよい。例えば、質量付加膜6の平面形状は矩形などであってもよい。この場合においても、質量付加膜6が突出部7及び突出部8のうち少なくとも一方を有することにより、音速が異なる領域間の境界における音速勾配をより一層急峻にすることができ、不要波をより一層効果的に抑制することができる。
図12は、第1の実施形態の変形例に係る弾性波装置において、第2の電極指先端部付近を示す部分拡大平面図であり、図13は、図12のV−V線に沿う断面図である。図12及び図13に示すように、質量付加膜6が積層されている第1,第2の低音速領域において、質量付加膜6の下方に位置している第1の電極指3a2及び第2の電極指3b2の側壁に、凹部Zが存在していてもよい。ここで側壁とは、第1,第2の電極指3a2,3b2の延びる方向に延ばされており、弾性波伝搬方向において対向している一対の側壁をいうものとする。上記凹部Zが、上記第1,第2の低音速領域において、側壁の一部に存在していてもよい。この場合、凹部Zは一対の側壁の一方にのみ存在していてもよく、対向し合う一対の側壁の双方に存在していてもよい。
ところで、第1の実施形態では、圧電体は圧電基板2であるが、図6に示す第1の実施形態の変形例のように、圧電体は圧電薄膜22であってもよい。例えば、圧電薄膜22のIDT電極3が設けられている面とは反対側の面には、低音速膜23が設けられていてもよい。低音速膜23の圧電薄膜22側とは反対側の面には、高音速部材24が設けられていてもよい。
ここで、低音速膜23とは、圧電薄膜22を伝搬する弾性波の音速よりも伝搬するバルク波の音速が低速な膜である。低音速膜23は、例えば、ガラス、酸窒化ケイ素、酸化タンタルまたは酸化ケイ素にフッ素、炭素やホウ素を加えた化合物を主成分とする材料などからなる。なお、低音速膜23の材料は、相対的に低音速な材料であればよい。
高音速部材24とは、圧電薄膜22を伝搬する弾性波の音速よりも伝搬するバルク波の音速が高速な部材である。高音速部材24は、例えば、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、炭化ケイ素、酸窒化ケイ素、DLC膜またはダイヤモンドを主成分とする材料などからなる。なお、高音速部材24の材料は、相対的に高音速な材料であればよい。
高音速部材24は、高音速膜であってもよく、あるいは、高音速基板であってもよい。このように、低音速膜23及び高音速部材24を有する場合、弾性波のエネルギーを効果的に閉じ込めることができる。
第1の実施形態の弾性波装置1は、例えば、リフトオフ法により製造することができる。以下において、第1の実施形態の弾性波装置1の製造方法の一例を説明する。
図7(a)〜図7(c)は、第1の実施形態に係る弾性波装置の製造方法の一例を説明するための平面図である。図8(a)〜図8(e)は、第1の実施形態に係る弾性波装置の製造方法の一例を説明するための、図7(a)中のX−X線に沿う部分に相当する断面図である。図9(a)〜図9(d)は、第1の実施形態に係る弾性波装置の製造方法の一例を説明するための、図7(a)中のY−Y線に沿う部分に相当する断面図である。図10(a)〜図10(c)は、第1の実施形態に係る弾性波装置の製造方法の一例を説明するための、図7(a)中のY−Y線に沿う部分に相当する断面図である。
なお、図7(a)においては、後述する第1のレジストパターンから露出している圧電基板の部分を破線状の斜線のハッチングで示す。図7(b)においては、第1のレジストパターン上に積層されたIDT電極用の金属膜を斜線のハッチングで示す。図7(c)においては、第1のレジストパターンの上方に積層された質量付加膜用の金属膜を斜線のハッチングで示す。
図7(a)、図8(a)及び図9(a)に示すように、圧電基板2を用意する。次に、圧電基板2上に、フォトリソグラフィ法により、第1のレジストパターン9Aを形成する。ここで、レジストパターンとは、パターニングされたレジスト層である。
第1のレジストパターン9Aは、後述する工程において、IDT電極及び反射器が形成される開口部を有する。図8(a)には、該開口部において、IDT電極の各第1,第2の電極指が形成される部分が示されている。本実施形態では、第1のレジストパターン9Aには、ネガ型レジストまたはイメージリバーサルレジストを用いている。なお、第1のレジストパターン9Aには、ポジ型レジストなどを用いてもよい。
次に、図8(b)及び図9(b)に示すように、圧電基板2上及び第1のレジストパターン9A上に、IDT電極用及び反射器用の金属膜3Aを積層する。この金属膜3Aは、本実施形態においては、複数の金属層を積層することにより形成される積層金属膜である。より具体的には、NiCr層、Pt層、Ti層、Al層及びTi層を、圧電基板2側からこの順序で積層する。上記複数の金属層は、例えば、真空蒸着法により積層することができる。このとき、金属膜3Aは、圧電基板2上に位置するIDT電極に相当する部分である、IDT電極部3A1を有する。IDT電極部3A1は、第1のレジストパターン9Aに沿い形成されている。
次に、図7(b)及び図9(c)に示すように、フォトリソグラフィ法により、金属膜3A上に、複数の開口部10Bを有する第2のレジストパターン9Bを形成する。より具体的には、本実施形態では、第2のレジストパターン9Bは、図1に示した第1,第2のエッジ領域A2a,A2bに配置された第1,第2の低音速領域に相当する部分に、開口部10Bを1つずつ有する。なお、開口部10Bの個数及び位置は上記に限定されず、質量付加膜を設ける位置により、開口部10Bの個数や位置を決定すればよい。
図7(b)では、金属膜3Aにおける、第1のレジストパターン上に積層された部分を強調して斜線のハッチングで示している。図7(b)中の斜線のハッチングで示すように、平面視において、第1のレジストパターン上に積層された金属膜3Aが、各開口部10Bの内側に位置するように、第2のレジストパターン9Bを設ける。
第2のレジストパターン9Bは、IDT電極用の金属膜3A上に積層されている。なお、第2のレジストパターン9Bは、圧電基板2上に直接積層された部分を有していてもよい。
次に、図8(c)及び図9(d)に示すように、金属膜3A上及び第2のレジストパターン9B上に、質量付加膜用の金属膜6Aを積層する。本実施形態では、金属膜6Aは、複数の金属層が積層された積層金属膜である。Ti層、Pt層及びTi層を、この順序で積層する。上記複数の金属層は、例えば、真空蒸着法により積層することができる。
このとき、金属膜6Aは、IDT電極部3A1上に積層された質量付加膜に相当する部分である、質量付加膜部6A1を有する。質量付加膜部6A1は、質量付加膜と同様に、第1,第2の高音速領域側の第1の端部及び中央領域側の第2の端部を有する。
上述したように、IDT電極部3A1は、第1のレジストパターン9Aに沿い形成される。この第1のレジストパターン9Aに沿い、質量付加膜部6A1の第1の端部が形成される。それによって、質量付加膜を、IDT電極の第1の電極指及び第2の電極指の先端部に至るように、高精度に形成することができる。これにより、弾性波装置1において、不要波を効果的に抑制することができる。
次に、図7(c)及び図10(a)に示すように、フォトリソグラフィ法により、複数の開口部10Cを有する第3のレジストパターン9Cを質量付加膜用の金属膜6A上に形成する。平面視において、開口部10Cが第2のレジストパターンの開口部10B内に位置するように、第3のレジストパターン9Cを形成する。より具体的には、第3のレジストパターン9Cにおける、質量付加膜部6A1上に位置する部分が、第1の端部及び第2の端部のみとなるように、開口部10Cを設ける。
次に、図8(d)及び図10(b)に示すように、ドライエッチングにより、金属膜6Aの第1の端部及び第2の端部以外の部分の膜厚を薄くする。これにより、図10(b)に示す突出部7及び突出部8を形成する。このとき、圧電基板2は第1〜第3のレジストパターン9A〜9Cにより覆われているため、ドライエッチングを行っても、周波数特性などが劣化し難い。
次に、第1〜第3のレジストパターン9A〜9Cを、図8(e)及び図10(c)に示すように、圧電基板2から剥離する。なお、本実施形態の場合、質量付加膜6の平面形状は、理想的には矩形となるが、実際には、コーナー部が曲線状になる傾向がある。
上記の製造方法の一例では、質量付加膜6の突出部7及び突出部8をドライエッチングにより形成していた。なお、突出部7及び突出部8を形成する方法は上記に限定されない。例えば、図8(b)に示した工程において、第2のレジストパターンの各開口部を、平面視において、上記IDT電極部の第1の電極指及び第2の電極指の先端部と面一になるように形成する。なお、第2のレジストパターンを形成する前に、第1のレジストパターンを剥離していてもよい。次に、質量付加膜用の金属膜を形成する。このとき、質量付加膜部の第1の端部及び第2の端部が、第2のレジストパターンに接するように上記金属膜を形成する。次に、第1,第2のレジストパターンを剥離する。これにより、突出部が形成される。この場合には、第3のレジストパターンを形成する工程を要しないため、生産性を高めることができる。
図11は、第2の実施形態における質量付加膜付近の、図2中のI−I線に沿う部分に相当する断面図である。
本実施形態の弾性波装置は、第1の端面6dの傾斜角度より突出部17の傾斜角度が小さく、第2の端面6eの傾斜角度より突出部18の傾斜角度が小さい点で、第1の実施形態と異なる。上記の点以外においては、本実施形態の弾性波装置は、第1の実施形態の弾性波装置1と同様の構成を有する。
本実施形態では、突出部17の傾斜角度が小さいため、第1の低音速領域における第1の高音速領域側において、質量付加膜6の膜厚をより一層厚くすることができる。よって、第1の低音速領域と第1の高音速領域との間の境界の音速勾配をより一層急峻にすることができる。突出部18の傾斜角度も小さいため、第1の低音速領域における中央領域側においても、質量付加膜6の膜厚をより一層厚くすることができる。よって、第1の低音速領域と中央領域との間の境界の音速勾配をより一層急峻にすることができる。従って、不要波をより一層抑制することができる。
なお、第2のバスバー側においても、同様に、音速が異なる領域間の境界における音速勾配をより一層急峻にすることができ、不要波をより一層抑制することができる。
上記弾性波装置は、高周波フロントエンド回路のデュプレクサなどとして用いることができる。この例を下記において説明する。
図12は、高周波フロントエンド回路を有する通信装置の構成図である。なお、同図には、高周波フロントエンド回路230と接続される各構成要素、例えば、アンテナ素子202やRF信号処理回路(RFIC)203も併せて図示されている。高周波フロントエンド回路230及びRF信号処理回路203は、通信装置240を構成している。なお、通信装置240は、電源、CPUやディスプレイを含んでいてもよい。
高周波フロントエンド回路230は、スイッチ225と、デュプレクサ201A,201Bと、フィルタ231,232と、ローノイズアンプ回路214,224と、パワーアンプ回路234a,234b,244a,244bとを備える。なお、図12の高周波フロントエンド回路230及び通信装置240は、高周波フロントエンド回路及び通信装置の一例であって、この構成に限定されるものではない。
デュプレクサ201Aは、フィルタ211,212を有する。デュプレクサ201Bは、フィルタ221,222を有する。デュプレクサ201A,201Bは、スイッチ225を介してアンテナ素子202に接続される。なお、上記弾性波装置は、デュプレクサ201A,201Bであってもよいし、フィルタ211,212,221,222であってもよい。
さらに、上記弾性波装置は、例えば、3つのフィルタのアンテナ端子が共通化されたトリプレクサや、6つのフィルタのアンテナ端子が共通化されたヘキサプレクサなど、3以上のフィルタを備えるマルチプレクサについても適用することができる。
すなわち、上記弾性波装置は、弾性波共振子、フィルタ、デュプレクサ、3以上のフィルタを備えるマルチプレクサを含む。そして、該マルチプレクサは、送信フィルタ及び受信フィルタの双方を備える構成に限らず、送信フィルタのみ、または、受信フィルタのみを備える構成であってもかまわない。
スイッチ225は、制御部(図示せず)からの制御信号に従って、アンテナ素子202と所定のバンドに対応する信号経路とを接続し、例えば、SPDT(Single Pole Double Throw)型のスイッチによって構成される。なお、アンテナ素子202と接続される信号経路は1つに限らず、複数であってもよい。つまり、高周波フロントエンド回路230は、キャリアアグリゲーションに対応していてもよい。
ローノイズアンプ回路214は、アンテナ素子202、スイッチ225及びデュプレクサ201Aを経由した高周波信号(ここでは高周波受信信号)を増幅し、RF信号処理回路203へ出力する受信増幅回路である。ローノイズアンプ回路224は、アンテナ素子202、スイッチ225及びデュプレクサ201Bを経由した高周波信号(ここでは高周波受信信号)を増幅し、RF信号処理回路203へ出力する受信増幅回路である。
パワーアンプ回路234a,234bは、RF信号処理回路203から出力された高周波信号(ここでは高周波送信信号)を増幅し、デュプレクサ201A及びスイッチ225を経由してアンテナ素子202に出力する送信増幅回路である。パワーアンプ回路244a,244bは、RF信号処理回路203から出力された高周波信号(ここでは高周波送信信号)を増幅し、デュプレクサ201B及びスイッチ225を経由してアンテナ素子202に出力する送信増幅回路である。
RF信号処理回路203は、アンテナ素子202から受信信号経路を介して入力された高周波受信信号を、ダウンコンバートなどにより信号処理し、当該信号処理して生成された受信信号を出力する。また、RF信号処理回路203は、入力された送信信号をアップコンバートなどにより信号処理し、当該信号処理して生成された高周波送信信号をローノイズアンプ回路224へ出力する。RF信号処理回路203は、例えば、RFICである。なお、通信装置は、BB(ベースバンド)ICを含んでいてもよい。この場合、BBICは、RFICで処理された受信信号を信号処理する。また、BBICは、送信信号を信号処理し、RFICに出力する。BBICで処理された受信信号や、BBICが信号処理する前の送信信号は、例えば、画像信号や音声信号等である。なお、高周波フロントエンド回路230は、上述した各構成要素の間に、他の回路素子を備えていてもよい。
なお、高周波フロントエンド回路230は、上記デュプレクサ201A,201Bに代わり、デュプレクサ201A,201Bの変形例に係るデュプレクサを備えていてもよい。
他方、通信装置240におけるフィルタ231,232は、ローノイズアンプ回路214,224及びパワーアンプ回路234a,234b,244a,244bを介さず、RF信号処理回路203とスイッチ225との間に接続されている。フィルタ231,232も、デュプレクサ201A,201Bと同様に、スイッチ225を介してアンテナ素子202に接続される。
以上のように構成された高周波フロントエンド回路230及び通信装置240によれば、本発明の弾性波装置である、弾性波共振子、フィルタ、デュプレクサ、3以上のフィルタを備えるマルチプレクサ等を備えることにより、音速が異なる領域間の境界の音速勾配を急峻にすることができ、不要波を効果的に抑制することができる。
以上、本発明の実施形態に係る弾性波装置、高周波フロントエンド回路及び通信装置について、実施形態及びその変形例を挙げて説明したが、上記実施形態及び変形例における任意の構成要素を組み合わせて実現される別の実施形態や、上記実施形態に対して本発明の主旨を逸脱しない範囲で当業者が思いつく各種変形を施して得られる変形例や、本発明に係る高周波フロントエンド回路及び通信装置を内蔵した各種機器も本発明に含まれる。
本発明は、弾性波共振子、フィルタ、デュプレクサ、マルチバンドシステムに適用できるマルチプレクサ、フロントエンド回路及び通信装置として、携帯電話機などの通信機器に広く利用できる。
1…弾性波装置
2…圧電基板
3…IDT電極
3a1,3b1…第1,第2のバスバー
3a2,3b2…第1,第2の電極指
3A…金属膜
3A1…IDT電極部
4,5…反射器
6…質量付加膜
6a…中央部
6b,6c…第1,第2の端部
6d,6e…第1,第2の端面
6A…金属膜
6A1…質量付加膜部
7,8…突出部
9A〜9C…第1〜第3のレジストパターン
10B,10C…開口部
17,18…突出部
22…圧電薄膜
23…低音速膜
24…高音速部材
201A,201B…デュプレクサ
202…アンテナ素子
203…RF信号処理回路
211,212…フィルタ
214…ローノイズアンプ回路
221,222…フィルタ
224…ローノイズアンプ回路
225…スイッチ
230…高周波フロントエンド回路
231,232…フィルタ
234a,234b…パワーアンプ回路
240…通信装置
244a,244b…パワーアンプ回路

Claims (7)

  1. 圧電体と、
    前記圧電体上に設けられているIDT電極と、
    を備え、
    前記IDT電極は、対向し合っている第1のバスバー及び第2のバスバーと、前記第1のバスバーに一端が接続された複数の第1の電極指と、前記第2のバスバーに一端が接続されており、かつ前記複数の第1の電極指と間挿し合っている複数の第2の電極指と、を有し、かつ前記第1の電極指と前記第2の電極指とが弾性波伝搬方向において重なり合っている交叉領域と、第1の高音速領域及び第2の高音速領域と、を有し、
    前記交叉領域は、弾性波伝搬方向に直交する方向の中央側に位置している中央領域と、前記中央領域の弾性波伝搬方向に直交する方向の両側に配置されており、かつ前記中央領域よりも音速が低速である第1の低音速領域及び第2の低音速領域と、を有し、
    前記第1の高音速領域は、前記第1のバスバーと前記第1の低音速領域との間に位置しており、かつ前記中央領域よりも音速が高速である領域であり、
    前記第2の高音速領域は、前記第2のバスバーと前記第2の低音速領域との間に位置しており、かつ前記中央領域よりも音速が高速である領域であり、
    前記複数の第1の電極指及び前記複数の第2の電極指における前記第1の低音速領域及び前記第2の低音速領域に位置する部分に、質量付加膜がそれぞれ積層されており、
    各前記第1の電極指が延びる方向を各第1の長さ方向とし、各前記第2の電極指が延びる方向を各第2の長さ方向としたときに、各前記質量付加膜は、各前記第1の長さ方向または各前記第2の長さ方向における中央に位置する中央部と、各前記第1の長さ方向または各前記第2の長さ方向における両端に位置する第1の端部及び第2の端部と、を有し、
    前記質量付加膜の弾性波伝搬方向に沿う寸法を幅としたときに、少なくとも1つの前記質量付加膜において、前記中央部の幅よりも前記第1の端部の幅及び前記第2の端部の幅が狭く、かつ前記少なくとも1つの質量付加膜が、前記第1の端部及び前記第2の端部のうち少なくとも一方から、前記圧電体側とは反対側に突出している突出部を有する、弾性波装置。
  2. 圧電体と、
    前記圧電体上に設けられているIDT電極と、
    を備え、
    前記IDT電極は、対向し合っている第1のバスバー及び第2のバスバーと、前記第1のバスバーに一端が接続された複数の第1の電極指と、前記第2のバスバーに一端が接続されており、かつ前記複数の第1の電極指と間挿し合っている複数の第2の電極指と、を有し、かつ前記第1の電極指と前記第2の電極指とが弾性波伝搬方向において重なり合っている交叉領域と、第1の高音速領域と、第2の高音速領域と、を有し、
    前記交叉領域は、弾性波伝搬方向に直交する方向の中央側に位置している中央領域と、前記中央領域の弾性波伝搬方向に直交する方向の両側に配置されており、かつ前記中央領域よりも音速が低速である第1の低音速領域及び第2の低音速領域と、を有し、
    前記第1の高音速領域は、前記第1のバスバーと前記第1の低音速領域との間に位置しており、かつ前記中央領域よりも音速が高速である領域であり、
    前記第2の高音速領域は、前記第2のバスバーと前記第2の低音速領域との間に位置しており、かつ前記中央領域よりも音速が高速である領域であり、
    前記複数の第1の電極指及び前記複数の第2の電極指における前記第1の低音速領域及び前記第2の低音速領域に位置する部分に、質量付加膜がそれぞれ積層されており、
    各前記第1の電極指が延びる方向を各第1の長さ方向とし、各前記第2の電極指が延びる方向を各第2の長さ方向としたときに、各前記質量付加膜は、各前記第1の長さ方向または各前記第2の長さ方向における中央に位置する中央部と、各前記第1の長さ方向または各前記第2の長さ方向における両端に位置する第1の端部及び第2の端部と、前記第1の端部に位置する端面である第1の端面及び前記第2の端部に位置する端面である第2の端面と、を有し、
    少なくとも1つの前記質量付加膜の前記第1の端面と前記第2の端面とが、前記質量付加膜の厚み方向に対して傾斜して延びており、かつ前記少なくとも1つの質量付加膜が、前記第1の端部及び前記第2の端部のうち少なくとも一方から、前記圧電体側とは反対側に突出している突出部を有する、弾性波装置。
  3. 前記質量付加膜の厚み方向に対して傾斜している角度を傾斜角度としたときに、前記第1の端部及び前記第2の端部のうち前記突出部が突出している端部に位置する端面の傾斜角度より、前記突出部の傾斜角度が小さい、請求項2に記載の弾性波装置。
  4. 全ての前記質量付加膜が、前記突出部を有する、請求項1〜3のいずれか1項に記載の弾性波装置。
  5. 前記突出部は、前記質量付加膜における前記第1の端部及び前記第2の端部の両方に設けられている、請求項1〜4のいずれか1項に記載の弾性波装置。
  6. 請求項1〜5のいずれか1項に記載の弾性波装置と、
    パワーアンプと、
    を備える、高周波フロントエンド回路。
  7. 請求項6に記載の高周波フロントエンド回路と、
    RF信号処理回路と、
    を備える、通信装置。
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