JPH08154030A - 弾性表面波素子 - Google Patents

弾性表面波素子

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JPH08154030A
JPH08154030A JP6291588A JP29158894A JPH08154030A JP H08154030 A JPH08154030 A JP H08154030A JP 6291588 A JP6291588 A JP 6291588A JP 29158894 A JP29158894 A JP 29158894A JP H08154030 A JPH08154030 A JP H08154030A
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JP
Japan
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substrate
surface acoustic
acoustic wave
plane
piezoelectric substrate
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Application number
JP6291588A
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English (en)
Inventor
Atsushi Sakurai
敦 櫻井
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Murata Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Murata Manufacturing Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 高い印加電力レベルで使用した場合にも、優
れたストレスマイグレーション耐性を有する弾性表面波
素子用の圧電基板を提供する。 【構成】 蒸着、スパッタ、IBS(Ion Beam Sputteri
ng)、CVD(ChemicalVaper Deposition) 、プラズマC
VD、MBE(Molecular Beam Epitaxy)、ICB(Ioniz
ed Cluster Beam)、レーザーアブレーションなどの成膜
方法を用いた成膜プロセスにおいて、所定のイオンエネ
ルギーでイオンアシストを行いながら、(111)配向
エピタキシャル膜を、(013)面、(016)面のい
ずれかの結晶面を有するLiNbO3 基板からなる圧電
基板上に成膜させ、弾性表面波素子を作製する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、弾性表面波素子に関
し、特に、(111)配向エピタキシャル膜を電極材料
に、LiNbO3 基板、LiTaO3 基板を圧電基板に
用いる弾性表面波素子に関する。
【0002】
【従来の技術】弾性表面波を利用した弾性表面波素子
は、一般に、圧電基板の表面に、インターディジタル電
極(すだれ状電極)や金属ストリップのグレーティング
電極等が形成されたものであって、テレビ、ビデオ等に
広く用いられている。そして、弾性表面波素子の電極材
料としては、一般にアルミニウムが用いられており、通
常はアモルファス的な多結晶アルミニウム電極材料が用
いられている。一方、圧電基板としては、一般にLiT
aO3 、あるいはLiNbO3 が用いられており、通常
は結晶面(012)面が用いられている。
【0003】また、近年、弾性表面波素子は、高周波領
域の送受信素子あるいは共振子として広く用いられるよ
うになっている。特に、移動体通信用の携帯機器の小
形、軽量化のため、携帯機器の通信段のフィルタとして
用いることが期待されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】弾性表面波素子は、テ
レビ、ビデオなどの用途においては、1mW程度の低い
印加電力レベルで使用されるが、移動体通信、特にその
送信用として用いる場合には、弾性表面波素子に高電圧
レベルの信号が印加される。例えば、コードレス電話用
フィルタは、20mWと従来に比べて著しく高い印加電
力レベルで使用される。このため、アルミニウム電極
に、弾性表面波による強い応力が加わってマイグレーシ
ョンが発生する。このマイグレーションは応力によるマ
イグレーションであることから、ストレスマイグレーシ
ョンと呼ばれている。そして、このストレスマイグレー
ションが発生すると電気的短絡や、挿入損失の増加、共
振子のQの低下などを招き、弾性表面波素子の特性が劣
化するという問題点があった。このような問題点を解決
するために、本出願人により、電極材料として、イオン
アシストを併用した成膜方法で作製した(111)面に
結晶方位がそろったアルミニウム膜あるいはアルミニウ
ム合金(例えばアルミニウム−銅合金)膜を用い、圧電
基板として、(012)面LiTaO3 基板、あるいは
(012)面LiNbO3 基板を用いた弾性表面波素子
が提案されている。(特願平5−339293号) しかしながら、前記解決策では、ストレスマイグレーシ
ョン耐性に効果がみられるものの、その効果はいまだ不
十分であり、更なる改善が望まれていた。
【0005】そこで、本発明者らは、結晶面が(01
2)面であるLiTaO3 基板、あるいはLiNbO3
基板について、その原因を鋭意検討した結果、圧電基板
と電極金属との間のミスフィットがストレスマイグレー
ションの要因であると考えられるに至った。すなわち、
従来の(012)面LiTaO3 基板、あるいは(01
2)面LiNbO3 基板という圧電基板では、電極金属
との間のミスフィットが負の値を示す。従って、電極金
属の結晶性の著しい乱れが発生し、ストレスマイグレー
ション劣化に至ると考えられる。
【0006】よって、本発明の目的は、前記問題点を解
決するものであり、高い印加電力レベルで使用した場合
にも優れた耐ストレスマイグレーション特性を有する弾
性表面波素子を提供することである。
【0007】
【課題を解決するための手段】以上の問題を解決するた
め、本発明は、(111)配向エピタキシャル膜からな
る電極材料と、前記電極材料とのミスフィットが+1
0.0%以下の正の値となるような結晶面を有するLi
NbO3 基板、LiTaO3 基板のいずれかからなる圧
電基板とを備えることを特徴とする。
【0008】また、本発明は、(111)配向エピタキ
シャル膜からなる電極材料と、前記電極材料とのミスフ
ィットが+5.5%以下の正の値となるような結晶面を
有するLiNbO3 基板、LiTaO3 基板のいずれか
からなる圧電基板とを備えることを特徴とする。
【0009】
【作用】請求項1の弾性表面波素子によれば、(11
1)配向エピタキシャル膜からなる電極材料とLiNb
3 基板である圧電基板との間のミスフィットを+1
0.0%以下の正の値にすることができる。従って、結
晶欠陥の著しく少ない(111)配向エピタキシャル膜
を形成することが可能になる。また、基板と電極との界
面を非常に安定にすることが可能になる。
【0010】請求項2の弾性表面波素子によれば、(1
11)配向エピタキシャル膜からなる電極材料とLiN
bO3 基板である圧電基板との間のミスフィットを+
5.5%以下の正の値にすることができる。従って、結
晶欠陥の極めて少ない(111)配向エピタキシャル膜
を形成することが可能になる。また、基板と電極との界
面を極めて安定にすることが可能になる。
【0011】
【実施例】以下に、添付図面を参照にして本発明の実施
例を説明する。
【0012】図1は、2重モード弾性表面波フィルタ7
を示す平面図である。圧電基板1の表面において、中央
部には上下2段にインターディジタル電極2a、2aが
設けられており、インターディジタル電極2a、2aの
両側にはそれぞれインターディジタル電極2b、2bが
上下2段に設けられており、さらに、インターディジタ
ル電極2b、2bの両側にはそれぞれグレーティング電
極(反射器)2c、2cが設けられている。さらに、グ
レーティング電極2c、2cの外側の中段部には、すだ
れ状をした容量電極4、4が形成されている。さらに、
インターディジタル電極2a、2aからは、ワイヤーに
よりリード端子3、3が引き出されている。また、各イ
ンターディジタル電極2bは配線パターン5によって相
互に導通されており、さらに、配線パターン5によって
容量電極4、4に接続され、容量を付与されている。さ
らに、容量電極4、4からは、ワイヤーによりリード端
子6が引き出されている。
【0013】以下に、この2重モード弾性表面波フィル
タ7の電極形成方法について説明する。
【0014】圧電基板1としては、鏡面研磨された(0
13)面及び(016)面LiNbO3 基板を用意し、
デュアルイオンビームスパッタリング法を用い、イオン
アシストを行いつつ、圧電基板1の一方の主面全体に、
<101>方向に膜厚約0.2μmのアルミニウム膜を
エピタキシャル成長した。このときの成膜条件は、スパ
ッタイオン電流100mA、スパッタイオンエネルギー
1000eV、アシストイオンエネルギー500eV、
基板温度100℃である。
【0015】このとき、(111)配向エピタキシャル
アルミニウム膜と(013)面及び(016)面LiN
bO3 基板とのミスフィットは、それぞれ+5.1%、
+9.6%である。
【0016】それから、圧電基板1の一方の主面全体に
形成されたアルミニウム膜をフォトリソグラフィーによ
って加工し、圧電基板1の表面に、インターディジタル
電極2a、2b、グレーティング電極2c、容量電極
4、配線パターン5をそれぞれ形成することにより、図
1に示すような2重モード弾性表面波フィルタ7を作製
した。
【0017】この2重モード弾性表面波フィルタ7の5
0Ω系伝送特性を測定した結果、図2に示すような特性
曲線が得られた。なお、図2の伝送特性図における横軸
は信号周波数を示し、縦軸は弾性表面波フィルタ7を通
過した信号の減衰量を示す。図2に示すように、この特
性曲線においては、ピーク周波数は約380MHzであ
り、ピーク時における挿入損失は約2.5dBであっ
た。
【0018】また、図3に示すようなシステムを用い
て、この2重モード弾性表面波フィルタ7の耐電力特性
(耐ストレスマイグレーション特性)を評価した。
【0019】このシステムにおいては、発振器11の出
力信号(=1W)がパワーアンプ12において電力増幅
され、その出力が2重モード弾性表面波フィルタ7に印
加される。そして、2重モード弾性表面波フィルタ7の
出力P(t)がパワーメータ14に入力されてレベル測
定が行われる。また、パワーメータ14の出力をコンピ
ュータ15を介して発振器11にフィードバックするこ
とにより、印加信号の周波数が常に伝送特性のピーク周
波数と同じになるきょうにコントロールされる。さら
に、2重モード弾性表面波フィルタ7は、加熱して劣化
を加速させることができるように恒温槽13にいれられ
ている。なお、この実施例では雰囲気温度を85℃とし
て劣化を加速させた。
【0020】そして、パワーアンプ12の出力を1W
(50Ω系)とし、初期の出力レベルP(t)=P0
測定しておき、所定の時間tが経過した後の出力P
(t)が、 P(t)≧P0 −1.0(dB) となったときをその2重モード弾性表面波フィルタ7の
寿命tdとした。
【0021】これは、出力P(t)と時間tとの関係
が、通常、図4に示すような関係になることから、出力
P(t)が1dB低下した時点を2重モード弾性表面波
フィルタ7の寿命と推定して問題がないと考えたことに
よる。
【0022】なお、評価した各試料は、同一の(11
1)配向のエピタキシャルアルミニウム+1重量%Cu
の電極材料を用いて、下記に示す3種の圧電基板上に同
一形状の電極を形成したものである。 A:(012)面LiNbO3 基板(従来の圧電基板) B:(016)面LiNbO3 基板(実施例の圧電基
板) C:(013)面LiNbO3 基板(実施例の圧電基
板) 実験の結果、各試料の寿命は、それぞれ、 A:3200時間以上 B:3800時間以上 C:4000時間以上 であることが確認された。
【0023】この結果より、従来の(012)面LiN
bO3 基板を用いた試料Aに比べて、本願の実施例であ
る(016)面LiNbO3 基板を用いた試料Bは、そ
の寿命が約20%延びており、耐久性が著しく向上して
いることがわかる。また、(013)面LiNbO3
板を用いた試料Cにおいては、その寿命が約25%延
び、寿命がいっそう長くなっていることがわかる。従っ
て、耐久性がさらに大幅に向上していることがわかる。
【0024】各圧電基板に対する<121>Al方向の
ミスフィットは、表1のようになる。
【0025】
【表1】
【0026】なお、本願の実施例ではミスフィットが+
5.5%の(013)面、ミスフィットが+9.6%の
(016)面LiNbO3 基板を用いた場合について説
明したが、表1に示したように、例えば、(013)面
LiTaO3 を圧電基板に用いた場合には、(111)
面配向エピタキシャル膜とのミスフィットは、+5.5
%以下の正の値にすることができる。
【0027】また、例えば、(014)面、(015)
面LiNbO3 基板、(014)面、(015)面、
(016)面LiTaO3 を圧電基板に用いた場合に
は、(111)面配向エピタキシャル膜とのミスフィッ
トは、+10.0%以下の正の値にすることができる。
【0028】従って、(013)面、(016)面Li
NbO3 基板を用いた場合と同様の耐久性の向上が可能
となる。
【0029】
【発明の効果】以上述べたように、本発明に係る表面弾
性波素子において、請求項1の表面弾性波素子では、圧
電基板と電極金属とのミスフィットを10.0%以下の
正の値にすることが可能となり、その寿命を約20%延
ばすことが可能となる。従って、高い印加電力レベルで
使用した場合にも、耐ストレスマイグレーション特性に
優れている。
【0030】また、本発明の表面弾性波素子によれば、
(111)配向エピタキシャル膜の電極は、結晶欠陥が
著しく少ないため、耐エレクトロマイグレーション特性
や熱安定性にも優れている。
【0031】さらに、本発明の表面弾性波素子によれ
ば、基板と電極との界面が非常に安定になり、合金をつ
くることがないので、電極間の抵抗(IR)の低下を防
止することができる。
【0032】そして、請求項2の表面弾性波素子では、
圧電基板と電極金属とのミスフィットを5.5%以下の
正の値にすることが可能となり、その寿命を約25%延
ばすことが可能となる。従って、高い印加電力レベルで
使用した場合にも、耐ストレスマイグレーション特性に
優れている。
【0033】また、本発明の表面弾性波素子によれば、
(111)配向エピタキシャル膜の電極は、結晶欠陥が
極めて少ないため、耐エレクトロマイグレーション特性
や熱安定性にも優れているうえに、ウエットエッチング
における加工性にも優れている。
【0034】さらに、本発明の表面弾性波素子によれ
ば、基板と電極との界面が非常に安定になり、合金をつ
くることがないので、電極間の抵抗(IR)の低下を防
止することができる。
【0035】さらに、添加物の割合が大きくなっても結
晶欠陥の極めて少ない(111)配向エピタキシャル膜
を得ることが可能となるため、添加物を十分な割合で添
加することにより耐ストレスマイグレーション特性をさ
らに向上させることができる。
【0036】従って、このような特性に優れた請求項
1、請求項2の弾性表面波素子は、高い印加電力レベル
で使用される移動体通信、特にその送信用の素子として
非常に有用である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例に係わる2重モード弾性表面
波フィルタを示す概略平面図。
【図2】同上の2重モード弾性表面波フィルタにおける
50Ω系伝送特性を示す特性図。
【図3】耐ストレスマイグレーション評価システムの概
略図。
【図4】耐ストレスマイグレーション特性による寿命判
定を示すカーブを表した図。
【符号の説明】
1 圧電基板 2a、2b インターディジタル電極 2c グレーティング電極 4 容量電極 5 配線パターン 7 2重モード弾性表面波フィルタ 11 発信器 12 パワーアンプ 13 恒温槽 14 パワーメータ 15 コンピュータ

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 (111)配向エピタキシャル膜からな
    る電極材料と、 前記電極材料とのミスフィットが+10.0%以下の正
    の値となるような結晶面を有するLiNbO3 基板、L
    iTaO3 基板のいずれかからなる圧電基板とを備える
    ことを特徴とする弾性表面波素子。
  2. 【請求項2】 (111)配向エピタキシャル膜からな
    る電極材料と、 前記電極材料とのミスフィットが+5.5%以下の正の
    値となるような結晶面を有するLiNbO3 基板、Li
    TaO3 基板のいずれかからなる圧電基板とを備えるこ
    とを特徴とする弾性表面波素子。
JP6291588A 1994-11-25 1994-11-25 弾性表面波素子 Pending JPH08154030A (ja)

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