KR20160065113A

KR20160065113A - 탄성파 소자와, 이것을 사용한 듀플렉서, 전자 기기

Info

Publication number: KR20160065113A
Application number: KR1020167009071A
Authority: KR
Inventors: 조지 후지와라; 요스께 하마오까; 데쯔야 쯔루나리; 히데까즈 나까니시; 히로유끼 나까무라; 레이 고또; 히데히또 시미즈
Original assignee: 스카이워크스 파나소닉 필터 솔루션즈 재팬 씨오., 엘티디.
Priority date: 2013-10-09
Filing date: 2014-09-26
Publication date: 2016-06-08
Also published as: WO2015052888A1; CN105612693A; US20160226464A1; HK1220817A1; JPWO2015052888A1

Abstract

탄성파 소자는, 압전체와, 압전체 상에 형성된 산화알루미늄층과, 산화알루미늄층 상에 형성된 전극과, 전극을 덮도록 산화알루미늄층 상에 형성된 보호막을 구비한다. 압전체는, 오일러각(φ, θ, ψ)을 갖는 니오브산 리튬계의 압전 재료를 포함한다. 산화알루미늄층은 Al₂O₃을 포함한다. 전극은 파장 λ를 갖는 주요 탄성파를 여진하도록 구성되어 있다. 보호막은 0.27λ보다 큰 막 두께를 갖는다. 오일러각은, ψ≤-2φ-3°와 -2φ＋3°≤ψ 중 한쪽과, -100°≤θ≤-60°와, 2φ-2°≤ψ≤2φ＋2°를 만족한다. 이 탄성파 소자는 발생하는 불필요한 스퓨리어스를 억제할 수 있다.

Description

탄성파 소자와, 이것을 사용한 듀플렉서, 전자 기기{ELASTIC WAVE ELEMENT, DUPLEXER INCLUDING SAME, AND ELECTRONIC APPLIANCE}

본 발명은, 탄성파 소자와, 이것을 사용한 듀플렉서, 전자 기기에 관한 것이다.

도 7은 종래의 탄성파 소자(1)의 단면 모식도이다. 탄성파 소자(1)는, 압전체(2)와, 압전체(2) 상에 형성된 산화물층(130)과, 산화물층(130) 상에 형성된 전극(3)과, 전극(3)을 덮도록 산화물층(130) 상에 형성된 보호막(4)을 구비한다.

탄성파 소자(1)와 유사한 종래의 탄성파 소자는, 예를 들어, 특허문헌 1에 개시되어 있다.

국제 공개 제2005/034347호

탄성파 소자는, 압전체와, 압전체 상에 형성된 산화알루미늄층과, 산화알루미늄층 상에 형성된 전극과, 전극을 덮도록 산화알루미늄층 상에 형성된 보호막을 구비한다. 압전체는, 오일러각(φ, θ, ψ)을 갖는 니오브산 리튬계의 압전 재료를 포함한다. 산화알루미늄층은 Al₂O₃을 포함한다. 전극은 파장 λ를 갖는 주요 탄성파를 여진하도록 구성되어 있다. 보호막은 0.27λ보다 큰 막 두께를 갖는다. 오일러각은, ψ≤-2φ-3°와 -2φ＋3°≤ψ 중 한쪽과, -100°≤θ≤-60°와, 2φ-2°≤ψ≤2φ＋2°를 만족한다.

이 탄성파 소자는 발생하는 불필요한 스퓨리어스를 억제할 수 있다.

도 1은 실시 형태에 있어서의 탄성파 소자의 단면 모식도이다.
도 2는 탄성파 소자의 비교 시료의 특성도이다.
도 3은 실시 형태에 있어서의 탄성파 소자의 특성도이다.
도 4는 실시 형태에 있어서의 탄성파 소자의 압전체의 오일러각을 나타내는 도면이다.
도 5는 실시 형태에 있어서의 탄성파 소자를 탑재한 듀플렉서의 블록도이다.
도 6은 실시 형태에 있어서의 탄성파 소자를 탑재한 전자 기기의 블록도이다.
도 7은 종래의 탄성파 소자의 단면 모식도이다.

도 1은 실시 형태에 있어서의 탄성파 소자(5)의 단면 모식도이다. 탄성파 소자(5)는, 압전체(6)와, 압전체(6)의 면(6A) 상에 형성된 산화알루미늄층(30)과, 산화알루미늄층(30)의 면(30A) 상에 형성된 전극(7)과, 산화알루미늄층(30)의 면(30A) 상에 전극(7)을 덮도록 형성된 보호막(8)을 구비한다. 산화알루미늄층(30)의 면(30A)의 반대측의 면(30B)은 압전체(6)의 면(6A)에 접촉된다. 보호막(8)은 압전체(6)의 면(6A)에 접촉하는 면(8B)과, 면(8B)의 반대측의 면(8A)을 갖는다.

압전체(6)는, 니오브산 리튬(LiNbO₃)계의 압전 재료를 포함하는 압전 기판이고, 압전체(6)의 오일러각(φ, θ, ψ)은, ψ≤-2φ-3°와 -2φ＋3°≤ψ 중 한쪽과, -100°≤θ≤-60°와, 2φ-2°≤ψ≤2φ＋2°를 만족한다.

산화알루미늄층(30)은 Al₂O₃을 포함하고, 구체적으로는 사파이어를 포함한다. 산화알루미늄층(30)의 막 두께는 0.001λ 이상 0.02λ 이하이다.

전극(7)은, 예를 들어, 알루미늄, 구리, 은, 금, 티타늄, 텅스텐, 몰리브덴, 백금, 또는 크롬을 포함하는 단체 금속, 혹은 이들을 주성분으로 하는 합금, 또는 이들 금속을 적층시킨 구조를 갖는다. 전극은, 파장 λ를 갖는 SH(Shear Horizontal)파를 포함하는 주요 탄성파를 여진시키는 IDT(Inter-Digital Transducer) 전극을 구성하고, 실시 형태에서는 빗형 형상을 갖는다. 전극(7)의 총 막 두께는, 전극의 밀도에도 의존하지만 대략 0.01λ 내지 0.15λ를 갖는다.

보호막(8)은, 예를 들어 산화규소(SiO₂)막을 포함한다. 그 경우, 보호막(8)은 압전체(6)와 반대의 온도 특성을 갖고, 막 두께 T8을 0.27λ보다 크게 함으로써, 탄성파 소자(5)의 주파수 온도 특성을 향상시킬 수 있다. 보호막(8)은 산화규소막 이외의 재료를 포함하고 있어도 되고, 이에 의해 적절하게 전극(7)을 외부 환경으로부터 보호할 수 있다. 보호막(8)의 막 두께 T8은, 전극(7)이 형성되어 있지 않은 부분에 있어서의 막 두께이며, 압전체(6)와 보호막(8)이 접해 있는 압전체(6)의 면(6A)으로부터 보호막(8)의 면(8A)까지의 거리이다. 주요 탄성파의 파장 λ는, 빗 형상을 갖는 전극(7)의 전극 핑거의 평균 피치의 2배이다.

실시 형태에 있어서의 탄성파 소자(5)의 시료와 비교 시료를 제작하였다. 비교 시료는 도 7에 나타내는 종래의 탄성파 소자(1)와 마찬가지의 구조를 갖는다. 비교 시료에서는, 압전체(2)는 오일러각(0°, -90°, 0°)을 갖는 니오브산 리튬계의 압전 재료를 포함한다. 산화물층(130)은 Al₂O₃을 포함한다. 전극(3)은 구리 등의 금속을 포함하고, 파장 λ의 주요 탄성파를 여진시킨다. 보호막(4)은 산화규소(SiO₂)를 포함한다.

구체적으로는 산화물층(130)이 막 두께 0.006λ의 사파이어를 포함한다. 전극(3)이 막 두께 0.062λ를 갖는다. 보호막(4)은 막 두께 0.35λ를 갖는다.

도 2는 탄성파 소자의 비교 시료의 특성도이다. 도 2에 있어서, 종축은 정합값에 대한 규격화 어드미턴스를 나타내고, 횡축은 주파수를 나타낸다. 탄성파 소자의 비교 시료에 있어서, 탄성파 소자의 온도 특성을 향상시키기 위해 산화규소를 포함하는 보호막(4)의 막 두께를 예를 들어 0.35λ로 하면, 도 2에 나타내는 바와 같이, 공진 주파수의 약 1.3배 부근의 주파수에 있어서, 불필요한 스퓨리어스 S1이 발생한다. 탄성파 소자의 비교 시료에는 다양한 음속의 횡파가 발생한다. 불필요한 스퓨리어스 S1은, 탄성파 소자에 발생하는 횡파 중 가장 빠른 횡파가 원인이라고 생각된다.

상기 빠른 횡파에 의해, 비교 시료의 탄성파 소자를 적용한 필터, 혹은 듀플렉서의 특성 품질이 열화된다. 불필요한 스퓨리어스 S1을 억제하기 위해, 압전체(2)의 오일러각(φ, θ, ψ) 중 각도 φ, ψ를 변화시킨다. 각도 φ를 변화시킨 경우에도 각도 ψ를 변화시킨 경우에도 빠른 횡파에 의한 불필요한 스퓨리어스 S1을 억제할 수 있지만, 반대로, 공진 주파수로부터 조금 낮은 주파수대에 상기와는 다른 불필요한 스퓨리어스 S1이 발생한다. 불필요한 스퓨리어스 S1은 레일리파에 의한 스퓨리어스라고 생각된다.

실시 형태에 있어서의 탄성파 소자(5)의 주파수 온도 특성을 향상시키기 위해 보호막(8)의 막 두께를 0.27λ보다 두껍게 한 경우에, 압전체(6)의 오일러각(φ, θ, ψ) 중 각도 φ, ψ를 소정 각도 이상으로 설정하고, 또한 ψ=2φ로 어느 정도 치우치도록 각도 φ를 0°로부터 변화시키면, 레일리파에 의한 불필요한 스퓨리어스 S1의 발생을 억제하면서 빠른 횡파가 발생하는 주파수대 부근에 있어서의 불필요한 스퓨리어스 S1을 억제할 수 있다.

도 3은 탄성파 소자(5)의 특성도이다. 도 3에 있어서, 종축은, 어드미턴스의 값의 공진시에 정합한 경우의 값에 대한 비율인 규격화 어드미턴스(dB)를 나타내고, 횡축은 주파수(㎒)를 나타낸다. 탄성파 소자(5)의 시료에서는, 압전체(6)는 오일러각(-3°, -90°, -3°)을 갖는 니오브산 리튬을 포함한다. 산화알루미늄층(30)은 막 두께 0.006λ의 사파이어를 포함한다. 전극(7)은 막 두께 0.062λ의 구리를 포함한다. 보호막(8)은 막 두께 0.35λ의 산화규소(SiO₂)를 포함한다. 도 3에 나타내는 바와 같이, 실시 형태에 있어서의 탄성파 소자(5)는, 비교 시료에서 발생한 도 2에 나타내는 레일리파에 의한 불필요한 스퓨리어스 S1을 억제하면서 빠른 횡파가 발생하는 주파수대 부근에 있어서의 불필요한 스퓨리어스 S1을 억제할 수 있다.

도 4는, 니오브산 리튬계의 압전 재료를 포함하는 압전체(6)의 오일러각(φ, θ, ψ) 중, 각도 φ, ψ가 취할 수 있는 범위 R1, R2를 사선으로 나타낸다. 또한, 각도 θ는, -100°≤θ≤-60°를 만족하고, 보호막(8)의 막 두께 T8은 0.27λ보다 크고, 전극(7)은 규격화 막 두께 0.062λ를 갖고 구리를 포함한다. 도 4에 나타내는 ψ=2φ의 관계를 나타내는 선 L1은, 레일리파에 의한 스퓨리어스 S1(도 2)이 특히 억제되는 경우의 각도 φ, ψ 간의 관계를 나타낸다. 도 2에 나타내는 바와 같이, ψ≤-2φ-3°와 -2φ＋3°≤ψ 중 한쪽의 범위에서, 선 L1을 중심으로 각도 ψ가 ±2° 이내의 범위, 즉 2φ-2°≤ψ≤2φ＋2°인 각도 φ의 범위에 있어서, 레일리파에 의한 스퓨리어스 S1이 억제된다.

도 5는 실시 형태에 있어서의 탄성파 소자(5)를 탑재한 듀플렉서(33)의 블록도이다. 듀플렉서(33)는, 필터(31)와, 필터(31)보다 높은 통과 대역을 갖는 필터(32)와, 필터(31)에 접속된 단자(36)와, 필터(32)에 접속된 단자(35)와, 필터(31, 32)의 사이에 접속된 단자(34)를 구비한다. 필터(31)에 실시 형태에 있어서의 탄성파 소자(5)를 사용하는 것이 바람직하다. 필터(31)에 있어서의 빠른 횡파에 의한 스퓨리어스가 필터(32)의 높은 통과 대역의 특성을 열화시킬 가능성이 있다. 따라서, 필터(31)를 실시 형태에 있어서의 탄성파 소자(5)를 포함함으로써, 필터(32)의 특성의 열화를 방지할 수 있다. 필터(31)가 송신 필터이고, 필터(32)가 수신 필터인 경우, 단자(36)는 송신기에 접속되는 입력 단자가 되고, 단자(35)는 수신기에 접속되는 출력 단자가 되고, 단자(34)는 안테나에 접속되는 안테나 단자가 된다.

실시 형태에 있어서의 탄성파 소자(5)를 공진기에 적용해도 되고, 래더(ladder)형 필터 혹은 DMS 필터 등의 필터에 적용해도 된다.

도 6은 실시 형태에 있어서의 탄성파 소자(5)를 탑재한 전자 기기(40)의 블록도이다. 전자 기기(40)는, 필터(37)와, 필터(37)에 접속된 반도체 집적 회로 소자(38)와, 반도체 집적 회로 소자(38)에 접속된 재생 장치(39)를 구비한다. 필터(37)는 실시 형태에 있어서의 탄성파 소자(5)를 포함하고 있다. 탄성파 소자(5)에 의해, 상기한 공진기, 필터 및 전자 기기(40)에 있어서의 통신 품질을 향상시킬 수 있다.

본 발명에 관한 탄성파 소자는, 불필요한 스퓨리어스의 발생을 억제할 수 있고, 휴대 전화 등의 전자 기기에 적용 가능하다.

5 : 탄성파 소자
6 : 압전체
7 : 전극
8 : 보호막
30 : 산화알루미늄층

Claims

오일러각(φ, θ, ψ)을 갖는 니오브산 리튬(lithium niobate)계의 압전 재료를 포함하는 압전체와,
상기 압전체 상에 형성된 Al₂O₃을 포함하는 산화알루미늄층과,
상기 산화알루미늄층 상에 형성된 전극과,
상기 전극을 덮도록 상기 산화알루미늄층 상에 형성된 보호막을 구비하고,
상기 전극은 파장 λ를 갖는 주요 탄성파를 여진하도록 구성되어 있고,
상기 보호막은 0.27λ보다 큰 막 두께를 갖고,
상기 오일러각은,
ψ≤-2φ-3°와 -2φ＋3°≤ψ 중 한쪽과,
-100°≤θ≤-60°와,
2φ-2°≤ψ≤2φ＋2°를 만족하는, 탄성파 소자.
제1항에 있어서, 상기 보호막은 산화규소막을 포함하는, 탄성파 소자.
제1항에 기재된 탄성파 소자를 갖는 제1 필터와,
상기 제1 필터보다 높은 통과 대역을 갖는 제2 필터를 구비한, 듀플렉서.
제1항에 기재된 탄성파 소자와,
상기 탄성파 소자에 접속된 회로 소자를 구비한 전자 기기.