JP7401999B2 - 弾性波素子 - Google Patents
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Description
、第2面20Bを支持基板10の上面に接合し、第1面20Aを圧電層30の下面に接合している。この例では、第1面20Aと圧電層30とおよび第2面20Bと支持基板10とは共に直接接合されているがこの限りではない。特に、基板20が後述のIDT電極4の電極指41の繰り返し間隔Pt1(以下、単に「ピッチ」,「p」ということがある)の2倍で定義される波長λ以上の厚みを備える場合には、基板20と支持基板10との間には接合層等を介して接合されていてもよい。接合層の厚みは例えば0.2p以下としてもよい。より好ましくは10nm以下としてもよい。
<モデル1>
電極指41の材料:Al-Cu1%添加合金
電極指41の厚み:0.08p(0.04λ)
電極指41のピッチ:1μm(λ=2μm)
圧電層30の材料:LiNbO3
圧電層30のオイラー角:(φ,θ,ψ)=(90°,90°,50°) (Xカット基
板/50°Y伝播に相当)
圧電層30の厚み:0.6p(0.3λ)
基板20の材料:SiC
基板20の厚み:2λ
支持基板10の材料:Si
支持基板10の厚み:250μm
なお、このシミュレーションは無限周期のIDTについて行っており、インピーダンスの絶対値は交差幅xIDT本数が2000λの場合に換算している。
波数を有する材料とすることで、基板20側への漏洩を抑制し、ロスの少ないSAW素子1を提供することができる。具体的には、この例で基板20として用いるSiCのカットオフ周波数は3.9GHzである。このため、図3(b)に示すように、3.9GHz未満の領域においてはロスの少ない共振子とすることができる。なお、SiCの厚みが薄くなった場合には、一部の音響波が支持基板10へ到達し、漏洩する。このため、基板20の厚みは少なくとも0.8λ以上、好ましくは1λ以上が必要である。また、基板20と圧電層30の間には、密着層や、特性を調整するための調整層が挿入されていても良い。
SAW素子1のインピーダンス特性は、圧電層30のオイラー角、厚み、電極4の厚みによって変化する。例えば、モデル1について、圧電層30のオイラー角を(90°,9
0°,50°)固定とし、圧電層30の厚みを0.4pまで薄くした場合のインピーダンス特性を図5(a)に示す。図5(a)は周波数に対するインピーダンス特性を示す線図であり、縦軸はインピーダンス(単位:Ω),横軸は周波数(単位:MHz)を示している。圧電層30の厚みが0.4pの場合には、0.6pの場合(図3)に比べて共振周波数が高くなっている。このため、圧電層30の厚みをこれよりも薄くすると、基板20のカットオフ周波数に近接してしまい、その結果、***振付近の周波数領域で大きなロスが発生してしまう。また、低周波数側のスプリアスも大きくなっている。
極厚み(単位:x p)である。なお、シミュレーションは圧電層30の厚みを0.3~
1.0p、電極厚み0.03~0.2pについてマトリクス状に行い、良好なインピーダンス特性となる点を図7にプロットした。図7中の実線で囲んだ範囲は、上記シミュレーションの結果から見出した良好な特性が得られる範囲である。
・Δf≧120MHz
・共振周波数fr≧2700MHz
・最大スプリアスのΔf≦18MHz
・frとカットオフ周波数との差分≧300MHz
また、ソフト依存性は少ないが、例えばANSYS Mecanical Ver19.0を用いてもよい。
上述の例では、支持基板10を有するSAW素子1について説明したが、基板20の厚みには電気特性上の上限は無いため、基板20を厚くして支持基板10としての機能をもたせることで、支持基板10は省略されても良い。
上述の例では、圧電層30のオイラー角は、(90°,90°,60°)を例示したが、φ,θ,ψともに、それぞれ0°~360°まで変化させて全ての組み合わせ毎にSA
W素子の周波数特性をシミュレーションした。その結果、図9に示すように、(30±2,90±2,120±10)についても共振~***振近傍にスプリアスが発生することなく高い共振周波数を得ることができることを確認した。
上述の例では基板20として、SiCを用いた場合について説明したが、サファイアを用いてもよい。基板2としてサファイアを用いた場合には、音速がSiCほど早くないため、***振周波数とサファイア自身のカットオフ周波数が近くなり、***振の少し高周波側に大きなリップルが現れてしまう。これに対し、サファイアは特定のオイラー角では音速が速くなるため、オイラー角を調整することで***振とサファイアのカットオフ周波数に十分な差を確保することができる。
ている。
)でZ=130°~160°の場合について、スプリアスのない良好な共振特性が得られる圧電層30の厚み、IDT電極4の厚みの範囲を示している。図中の実線で囲まれる範囲内において良好な共振特性を得ることができる。
20:基板
30:圧電層
4:IDT電極
41:電極指
Claims (4)
- 繰り返し間隔pで繰り返し配列され、その厚みが0.08p以上0.12p以下である複数の電極指を含むIDT電極と、
上面に前記IDT電極が位置しており、厚みが0.5p以上0.65p以下であり、オイラー角(φ,θ,ψ)が(90°±2°,90°±2°,60°~70°)であるニオブ酸リチウム単結晶からなる圧電層と、
前記圧電層の下面に直接または間接的に接合された第1面を備え、厚みが1.6p以上である、炭化珪素からなる基板と、を備える弾性波素子。 - 前記基板は、前記第1面と対向する第2面を備え、
前記第2面に接合された厚み1λを超える支持基板をさらに備える、請求項1に記載の弾性波素子。 - 前記支持基板はシリコンであり、前記圧電層、前記基板、前記支持基板の順に厚みが厚くなる、請求項2に記載の弾性波素子。
- 前記IDT電極により生じる弾性波の共振周波数と2pをかけた値が5800m/s以上である、請求項1乃至3のいずれかに記載の弾性波素子。
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