JPWO2017038679A1 - 弾性表面波素子 - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、本開示の実施形態に係るSAW素子1の構成を示す平面図である。図2は、図1のII−II線における断面図である。ただし、図2において、後述する電極指の数は図1よりも少なく描かれている。
上記のように、複数の電極指19によって圧電基板7に電圧が印加されると、圧電基板7においては、SAWだけでなく、圧電基板7の内部を伝搬するバルク波も励起される。特許文献1では、貼り合わせ基板3の圧電基板7のように、圧電基板が薄いと、バルク波がスプリアスの要因となることを開示している。
本願発明者は、このようなスプリアスについて鋭意遂行を重ねた結果、無数のスプリアスは以下のメカニズムで発生していることを推定した。
図5は、図4(a)のような圧電基板の厚みとバルク波の周波数との関係を示す図であり、圧電基板7の厚みが比較的薄い範囲における、周波数が低い側の3つのバルク波の周波数を示している。
圧電基板:
材料:タンタル酸リチウム単結晶
カット角:42°Y板
支持基板:シリコン
IDT電極:
材料:Al−Cu合金
厚みte:121nm
電極指のピッチp:0.80413μm
電極指のデューティー比w/p:0.5
上記のバルク波スプリアスを低減する原理を利用する観点からは、規格化厚みts/2pは例えば1以上3以下である。
IDT電極11の厚みteは、通常、波長λ(2p)の7%程度がSAWの励振効率からよいとされている。また、IDT電極11の厚みteは共振周波数に影響を及ぼすことが知られている。具体的には、IDT電極11の厚みteが薄くなると、共振周波数は高くなる。
IDT電極:
厚みte:201nm
電極指のピッチp:0.75768μm
圧電基板:
材料:タンタル酸リチウム単結晶
カット角:42°Y板
厚みts:2.4μm(正規化厚みts/2p:約1.5)
支持基板:シリコン
IDT電極:
材料:Al−Cu合金
厚みte:121nm以上221nmの間で10nm毎に異ならせた
電極指のピッチp:0.8025μm
電極指のデューティー比w/p:0.5
te te/2p シフト量 正規化シフト量
(nm) (MHz)
121 0.075 0 0
131 0.082 7.8 0.003
141 0.088 21.0 0.008
151 0.094 30〜33 0.012〜0.013
161 0.100 44〜50 0.018〜0.020
171 0.107 60〜66 0.024〜0.026
181 0.113 77〜86 0.031〜0.034
191 0.119 99〜109 0.040〜0.044
201 0.125 119〜133 0.048〜0.053
211 0.131 141〜158 0.056〜0.063
221 0.138 165〜184 0.066〜0.074
このような、線L32および線L33の周波数を高くするための効果を狙っている電極厚みの共振子5、IDT電極11を、第1共振子、第1IDT電極という。
比較例および実施例に係るSAW共振子を作製し、その共振子特性を調べて比較した。比較例および実施例は、圧電基板7(タンタル酸リチウム単結晶)の厚みのみが相違し、比較例の圧電基板の規格化厚みts/2pは4.5であり、実施例の圧電基板の規格化厚みts/2pは1.1である。
上述の例では、支持基板としてSi基板を用いた場合を例に説明したが、サファイア基板を用いた場合についても、同様であることを確認している。具体的には、図5で示す線L21〜L23を数式で表すと、傾き等を定める各係数に違いはあるが、同様の傾向を確認している。具体的には、規格化厚みをx、規格化周波数をyとすると、支持基板としてSi基板を用いた場合には線L21〜L23の近似式は以下の通りとなる。
L21:y = 71.865x4 - 706.82x3 + 2641.5x2 - 4567.1x + 6518.1
L22:y = 466.89x4 - 2884x3 + 6768x2 - 7310.5x + 7544.4
L23:y = -66.245x3 + 689.86x2 - 2546x + 6941.6
同様にサファイア基板を用いた場合には線L21〜L23の近似式は以下の通りとなる。
L21:y = 33.795x4 - 419.77x3 + 1966.9x2 - 4212.8x + 6990.5
L22:y = -54.624x3 + 625.48x2 - 2533.6x + 7334.6
L23:y = -258.23x3 + 1477.7x2 - 2912.2x + 6418.1
なお、規格化のための“2p”は実際のピッチではなく、励振されるSAWの波長λを示すものとする。
上記の説明では、主として図1および図2に示した共振子5を例にとって説明した。しかし、上記のスプリアスを生じさせたくない周波数帯を、圧電基板の厚みが低い側かつ周波数が低い側の3つのバルク波の曲線(例えば線L21〜L23)に囲まれた領域に収めるスプリアス抑制方法は、SAWフィルタに適用されてもよい。以下に、SAWフィルタの例を示す。
このようなフィルタに用いられるIDT電極11や共振子5の少なくとも1つを、第1IDT電極11、第1共振子という。
SAW素子が複数の共振子5を有する場合における、電極指19のデューティー比w/pの設定例について説明する。なお、以下では、複数の共振子5同士を区別するために、「共振子5A」のように、共振子5の符号に大文字のアルファベットの付加符号を付すことがある。
図11(a)は、本開示の一態様に係るSAW素子401を示す模式的な平面図である。
ここで共振子5Aを第1共振子とみることができる。
図11(b)は、本開示の一態様に係るSAW素子501を示す模式的な平面図である。
図13(a)は、本開示の一態様に係るSAW素子601(SAWフィルタ605)を示す模式的な平面図である。
図13(b)は、本開示の一態様に係るSAW素子701(SAWフィルタ705)を示す模式的な平面図である。
また、3つ以上の共振子33において、共振周波数が低いほど(および/またはピッチが大きいほど)、インダクタ31のインダクタンスが大きくなっていてもよい。また、別の観点では、例えば、最も共振周波数が低い(および/または最もピッチが大きい)共振子33のインダクタ31が最も大きいインダクタンスを有していてもよい。
上述のようなフィルタを分波器に適用してもよい。分波器は、通信装置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するものである。
Claims (16)
- 圧電基板と、
該圧電基板の下面に貼り合わされている支持基板と、
前記圧電基板の上面上に位置している第1IDT電極を含んでいる第1共振子と、
を有しており、
前記第1共振子の共振周波数および***振周波数が、前記第1共振子によって生じる複数のバルク波スプリアスの周波数のうちの、最も低い周波数と、その次に低い周波数との間に収まっている
弾性表面波素子。 - 圧電基板と、
該圧電基板の下面に貼り合わされている支持基板と、
前記圧電基板の上面上に位置している第1IDT電極を含んでいるフィルタと、
を有しており、
前記フィルタの通過帯域が、前記第1IDT電極によって生じる複数のバルク波スプリアスの周波数のうちの、最も低い周波数と、その次に低い周波数との間に収まっている
弾性表面波素子。 - 前記最も低い周波数のバルク波スプリアスと、前記次に低い周波数のバルク波スプリアスとは、振動方向に係るモードが互いに同一で、次数に係るモードが互いに異なっている
請求項1または2に記載の弾性表面波素子。 - 前記最も低い周波数のバルク波スプリアスと、前記次に低い周波数のバルク波スプリアスとは、振動方向に係るモードが互いに異なっている
請求項1または2に記載の弾性表面波素子。 - 前記第1IDT電極の電極指のピッチをpとし、前記圧電基板の厚みをtsとしたときに、前記圧電基板の正規化厚みts/2pが1以上3以下である
請求項1〜4のいずれか1項に記載の弾性表面波素子。 - 圧電基板と、
該圧電基板の下面に貼り合わされている支持基板と、
前記圧電基板の上面に位置している第1IDT電極と、
を有しており、
前記第1IDT電極の電極指のピッチをpとし、前記圧電基板の厚みをtsとしたときに、前記圧電基板の正規化厚みts/2pが1以上3以下である
弾性表面波素子。 - 前記圧電基板は、タンタル酸リチウムの単結晶基板である
請求項1〜6のいずれか1項に記載の弾性表面波素子。 - 前記圧電基板は、カット角が38°以上48°以下のY板である
請求項7に記載の弾性表面波素子。 - 前記第1IDT電極の電極指のピッチをpとし、前記電極指の厚みをteとしたときに、電極指の正規化厚みte/2pが0.080以上である
請求項1〜8のいずれか1項に記載の弾性表面波素子。 - 前記圧電基板の上面上に位置している第2IDT電極を含んでいる第2共振子を更に有しており、
前記第2共振子の共振周波数は、前記第1共振子の共振周波数よりも低く、
前記第2IDT電極のデューティー比は、前記第1IDT電極のデューディー比よりも大きい
請求項1に記載の弾性表面波素子。 - 前記圧電基板の上面上に位置している第2IDT電極を含んでいる第2共振子を更に有しており、
前記第2共振子の共振周波数は、前記第1共振子の共振周波数よりも低く、
前記第1共振子および前記第2共振子のうち前記第2共振子のみ、IDT電極に直列に接続されたインダクタを有している
請求項1に記載の弾性表面波素子。 - 前記圧電基板の上面上に位置している第2IDT電極を含んでいる第2共振子を更に有しており、
前記第2共振子の共振周波数は、前記第1共振子の共振周波数よりも低く、
前記第1共振子は、前記第1IDT電極に直列に接続された第1インダクタを含み、
前記第2共振子は、前記第2IDT電極に直列に接続された第2インダクタを含み、
前記第2インダクタは、前記第1インダクタよりもインダクタンスが大きい
請求項1に記載の弾性表面波素子。 - 前記圧電基板の上面上に位置している第2IDT電極を更に有しており、
前記第2IDT電極の共振周波数は、前記第1IDT電極の共振周波数よりも低く、
前記第2IDT電極のデューティー比は、前記第1IDT電極のデューディー比よりも大きい
請求項1〜9のいずれか1項に記載の弾性表面波素子。 - 前記第1IDT電極を含んでいる第1共振子と、
前記圧電基板の上面上に位置している第2IDT電極を含んでいる第2共振子と、
を更に有しており、
前記第2共振子の共振周波数は、前記第1共振子の共振周波数よりも低く、
前記第2IDT電極のデューティー比は、前記第1IDT電極のデューディー比よりも大きい
請求項2または6に記載の弾性表面波素子。 - 前記第1IDT電極を含んでいる第1共振子と、
前記圧電基板の上面上に位置している第2IDT電極を含んでいる第2共振子と、
を更に有しており、
前記第2共振子の共振周波数は、前記第1共振子の共振周波数よりも低く、
前記第1共振子および前記第2共振子のうち前記第2共振子のみ、IDT電極に直列に接続されたインダクタを有している
請求項2または6に記載の弾性表面波素子。 - 前記第1IDT電極を含んでいる第1共振子と、
前記圧電基板の上面上に位置している第2IDT電極を含んでいる第2共振子と、
を更に有しており、
前記第2共振子の共振周波数は、前記第1共振子の共振周波数よりも低く、
前記第1共振子は、前記第1IDT電極に直列に接続された第1インダクタを含み、
前記第2共振子は、前記第2IDT電極に直列に接続された第2インダクタを含み、
前記第2インダクタは、前記第1インダクタよりもインダクタンスが大きい
請求項2または6に記載の弾性表面波素子。
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