KR20230129498A - 탄성파 장치 및 래더형 필터 - Google Patents
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Abstract
한층 더한 소형화를 도모할 수 있는 탄성파 장치를 제공한다. 탄탈산리튬 또는 니오브산리튬으로 이루어지는 압전체층(6)과, 상기 압전체층(6) 상에 마련되고 탄탈산리튬 및 니오브산리튬보다도 유전율이 높은 유전체 재료로 이루어지는 유전체막(7)과, 유전체막(7) 상에 마련된 IDT 전극(8)을 포함하는 탄성파 장치(1).
Description
본 발명은 압전체층과 IDT 전극 사이에 유전체막이 마련되어 있는 탄성파 장치 및 상기 탄성파 장치를 가지는 래더형 필터에 관한 것이다.
하기의 특허문헌 1에 기재된 탄성파 장치에서는 지지 기판 상에 산화규소막 및 LiTaO3막이 적층되어 있다. LiTaO3막 상에 추가로 산화규소막이 적층되고, 산화규소막 상에 IDT 전극이 마련되어 있다. 산화규소막을 압전체층과 IDT 전극 사이에 적층함으로써, 온도 특성의 개선이 도모되고 있다.
특허문헌 1에 기재된 탄성파 장치에서는는 산화규소막이 IDT 전극과 LiTaO3막 사이에 적층되어 있었지만, 이와 같은 구성에서는 소형화가 곤란하다는 문제가 있었다.
본 발명의 목적은 한층 더 소형화할 수 있는 탄성파 장치를 제공하는 것에 있다.
본 발명에 따른 탄성파 장치는 탄탈산리튬 또는 니오브산리튬으로 이루어지는 압전체층과, 상기 압전체층 상에 마련되고 상기 탄탈산리튬 및 니오브산리튬보다도 유전율이 높은 유전체 재료로 이루어지는 유전체막과, 상기 유전체막 상에 마련된 IDT 전극을 포함한다.
본 발명에 따른 래더형 필터는 직렬암(serial arm) 공진자와 병렬암(parallel arm) 공진자를 가지며, 상기 직렬암 공진자 및 상기 병렬암 공진자가 본 발명에 따라 구성된 탄성파 장치로 이루어지고, 상기 직렬암 공진자에서의 상기 유전체막의 막 두께가 상기 병렬암 공진자에서의 상기 유전체막의 막 두께보다도 두꺼운, 래더형 필터이다.
본 발명에 따르면, 한층 더 소형화할 수 있는 탄성파 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시형태의 탄성파 장치의 주요부를 설명하기 위한 정면 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시형태에 따른 탄성파 장치의 전극 구조를 나타내는 모식적 평면도이다.
도 3은 실시예 1 및 비교예 1의 탄성파 장치의 공진 특성을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시형태에 따른 탄성파 장치의 주요부를 설명하기 위한 정면 단면도이다.
도 5는 실시예 2 및 비교예 2의 탄성파 장치의 공진 특성을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 제3 실시형태로서의 래더형 필터의 회로도이다.
도 7(a)는 실시예 3 및 실시예 4의 탄성파 장치의 공진 특성을 나타내는 도면이며, 도 7(b)는 실시예 3 및 실시예 4의 탄성파 장치의 Q특성을 나타내는 도면이다.
도 8은 TiO2막의 막 두께와 용량의 관계를 나타내는 도면이다.
도 9는 TiO2막의 막 두께와, 공진자로서의 비대역의 관계를 나타내는 도면이다.
도 10은 실시예 5 및 실시예 6의 탄성파 장치의 공진 특성을 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명의 제4 실시형태에 따른 탄성파 장치의 주요부를 나타내는 정면 단면도이다.
도 12는 제1 실시형태의 탄성파 장치의 제1 변형예를 설명하기 위한 정면 단면도이다.
도 13은 제1 실시형태의 탄성파 장치의 제2 변형예를 설명하기 위한 정면 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시형태에 따른 탄성파 장치의 전극 구조를 나타내는 모식적 평면도이다.
도 3은 실시예 1 및 비교예 1의 탄성파 장치의 공진 특성을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시형태에 따른 탄성파 장치의 주요부를 설명하기 위한 정면 단면도이다.
도 5는 실시예 2 및 비교예 2의 탄성파 장치의 공진 특성을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 제3 실시형태로서의 래더형 필터의 회로도이다.
도 7(a)는 실시예 3 및 실시예 4의 탄성파 장치의 공진 특성을 나타내는 도면이며, 도 7(b)는 실시예 3 및 실시예 4의 탄성파 장치의 Q특성을 나타내는 도면이다.
도 8은 TiO2막의 막 두께와 용량의 관계를 나타내는 도면이다.
도 9는 TiO2막의 막 두께와, 공진자로서의 비대역의 관계를 나타내는 도면이다.
도 10은 실시예 5 및 실시예 6의 탄성파 장치의 공진 특성을 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명의 제4 실시형태에 따른 탄성파 장치의 주요부를 나타내는 정면 단면도이다.
도 12는 제1 실시형태의 탄성파 장치의 제1 변형예를 설명하기 위한 정면 단면도이다.
도 13은 제1 실시형태의 탄성파 장치의 제2 변형예를 설명하기 위한 정면 단면도이다.
이하, 도면을 참조하면서 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명함으로써, 본 발명을 분명하게 한다.
한편, 본 명세서에 기재된 각 실시형태는 예시적인 것이며, 다른 실시형태 간에 구성의 부분적인 치환 또는 조합이 가능한 것을 지적해 둔다.
도 1은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 탄성파 장치의 주요부를 나타내는 정면 단면도이며, 도 2는 본 발명의 제1 실시형태에 따른 탄성파 장치의 전극 구조를 나타내는 모식적 평면도이다.
탄성파 장치(1)에서는 지지 기판(2)과 압전체층(6) 사이에 중간층(5)이 적층되어 있다. 지지 기판(2)은 본 실시형태에서는 실리콘으로 이루어진다. 물론, 지지 기판(2)은 실리콘이나 탄화규소 등의 반도체나, 질화규소, 산화알루미늄 등의 적절한 유전체, 질화알루미늄, 수정 등의 압전체에 의해 구성할 수 있다.
중간층(5)은 고음속 부재층으로서의 고음속막(3)과 저음속막(4)의 적층체로 이루어진다. 고음속막(3)은 전파하는 벌크파의 음속이 압전체층(6)을 전파하는 탄성파의 음속보다도 높은 고음속 재료로 이루어진다. 이와 같은 고음속 재료로는 산화알루미늄, 탄화규소, 질화규소, 산질화규소, 실리콘, 사파이어, 탄탈산리튬, 니오브산리튬, 수정, 알루미나, 지르코니아, 코디에라이트, 멀라이트, 스테아타이트, 포스테라이트, 마그네시아, DLC(다이아몬드 라이크 카본)막 또는 다이아몬드, 상기 재료를 주성분으로 하는 매질, 상기 재료의 혼합물을 주성분으로 하는 매질 등의 다양한 재료를 사용할 수 있다.
본 실시형태에서는 고음속막(3)은 질화규소막으로 이루어진다.
저음속막(4)은 전파하는 벌크파의 음속이 압전체층(6)을 전파하는 벌크파의 음속보다도 낮은 저음속 재료로 이루어진다. 본 실시형태에서는 저음속막(4)은 산화규소로 이루어진다.
상기 저음속 재료로는 산화규소, 유리, 산질화규소, 산화탄탈, 또한, 산화규소에 불소나 탄소나 붕소, 수소, 혹은 실라놀기를 추가한 화합물, 상기 재료를 주성분으로 하는 매질 등의 다양한 재료를 사용할 수 있다.
한편, 지지 기판(2)이 고음속 재료로 이루어지는 경우, 도 12에 나타내는 제1 변형예의 탄성파 장치(51)와 같이 고음속막을 제외해도 된다.
압전체층(6)은 탄탈산리튬 또는 니오브산리튬으로 이루어진다. 본 실시형태에서는 압전체층(6)은 30° 회전 Y컷 X전파의 LiTaO3로 이루어진다. 압전체층(6)의 결정 방위는 이에 한정되는 것은 아니다.
압전체층(6) 상에 유전체막(7)이 마련되어 있다. 유전체막(7)은 탄탈산리튬이나 니오브산리튬으로 이루어지는 압전체층(6)보다도 유전율이 높은 유전체 재료로 이루어진다. 이와 같은 유전체 재료로는 특별히 한정되지 않는데, 바람직하게는 TiO2, SrTiO3, SrBi2Ta2O9, CaTiO3 및 BaTiO3로 이루어지는 군에서 선택된 1종의 유전체 재료가 사용된다. 이 경우, 탄성파 장치의 한층 더한 소형화를 도모할 수 있다. 본 실시형태에서는 유전체막(7)은 TiO2로 이루어진다.
유전체막(7) 상에 IDT 전극(8)이 마련되어 있다. 도 1에서는 IDT 전극(8)의 일부가 마련되어 있는 부분만을 도시하고 있지만, 도 2에 나타내는 바와 같이, 탄성파 장치(1)의 전극 구조는 IDT 전극(8)과, IDT 전극(8)의 탄성파 전파 방향 양측에 마련된 반사기(9, 10)를 가진다. 그로써, 1포트형 탄성파 공진자가 구성되어 있다.
바람직하게는 IDT 전극(8)의 전극지(電極指) 피치로 정해지는 파장을 λ로 했을 때에, 유전체막(7)의 두께는 0.05λ 이하이다. 이 경우에는 용량을 마련하는 것에 따른 소형화와 비대역 폭의 밸런스 조정을 양립할 수 있다.
탄성파 장치(1)에서는 유전체막(7)은 압전체층(6)을 구성하고 있는 탄탈산리튬 및 니오브산리튬보다도 유전율이 높은 유전체 재료로 이루어진다. 그 때문에, 용량을 크게 할 수 있고, 탄성파 장치(1)에서 소형화를 도모할 수 있다. 이를, 이하의 실시예 1 및 비교예 1를 들어 보다 구체적으로 설명한다.
(실시예 1의 구성)
지지 기판(2)에는 Si를 사용했다. 고음속막(3)으로서 막 두께 300㎚의 SiN막을 사용했다. 저음속막(4)으로서, 막 두께 300㎚의 SiO2막을 사용했다. 압전체층(6)으로서 30° 회전 Y컷 X전파의 LiTaO3을 사용하고, 두께는 350㎚로 했다.
유전체막(7)의 재료를 TiO2로 하고, 막 두께는 30㎚로 했다.
IDT 전극(8)은 Ti막/AlCu막/Ti막의 적층체로 하고, 막 두께는 Ti막/AlCu막/Ti막=12㎚/100㎚/4㎚로 했다. 한편, 12㎚의 Ti막이 유전체막(7) 측에 위치하고 있는 Ti막이다.
IDT 전극(8)의 전극지 피치로 정해지는 파장은 2㎛로 하고, 듀티는 0.5로 했다.
비교를 위해, TiO2막 대신 두께 10㎚의 SiO2막을 마련한 것을 제외하고는 실시예 1과 마찬가지로 하여 비교예 1의 탄성파 장치를 제작했다.
도 3은 상기 실시예 1 및 비교예 1의 탄성파 장치의 공진 특성을 나타내는 도면이다. 비교예 1에서는 SiO2막의 유전율이 4 정도이다. 이에 반해, 실시예 1에서는 TiO2막의 유전율이 약 90이기 때문에, 대폭적인 소형화를 도모할 수 있다.
도 4는 본 발명의 제2 실시형태에 따른 탄성파 장치의 주요부를 설명하기 위한 정면 단면도이다. 탄성파 장치(21)에서는 압전체층(22)이 니오브산리튬으로 이루어지는 압전 기판이다. 이와 같이, 본 발명에서는 압전체층은 니오브산리튬 또는 탄탈산리튬으로 이루어지는 압전 기판이어도 된다.
압전체층(22) 상에 유전체막(23)이 적층되어 있다. 유전체막(23)은 압전체층(22)을 구성하고 있는 니오브산리튬 또는 탄탈산리튬보다도 유전율이 높은 유전체 재료로 이루어진다. 이와 같은 유전체 재료로는 전술한 유전체막(7)의 설명에서 서술한 유전체 재료를 들 수 있다. 본 실시형태에서는 유전체막(23)은 TiO2막으로 이루어진다.
유전체막(23) 상에 IDT 전극(8)이 마련되어 있다. 제2 실시형태에서도 IDT 전극(8)의 탄성파 전파 방향 양측에 반사기가 마련되어 있다. 그로써, 1포트형 탄성파 공진자가 구성되어 있다.
IDT 전극(8)을 덮도록 제2 유전체막(24)으로서 산화규소막이 적층되어 있다. 산화규소의 주파수 온도 계수는 양이다. 이로써, 탄성파 장치(21)에서의 주파수 온도 계수의 절대값을 0에 가까워지게 할 수 있고, 주파수 온도 특성을 개선할 수 있다. 이 제2 유전체막(24) 상에 보호막으로서 질화규소막(25)이 적층되어 있다. 한편, 본 실시형태에서는 유전체막(23)은 제1 유전체막이다.
탄성파 장치(21)에서도 압전체층(22)과 IDT 전극(8) 사이에 상기 유전체막(23)이 마련되어 있기 때문에, 소형화를 도모할 수 있다. 이를, 이하의 실시예 2 및 비교예 2를 들어 설명한다.
(실시예 2의 구성)
압전체층(22)으로서 0° Y컷의 X전파의 LiNbO3 기판을 사용했다. 유전체막(23)으로서 두께 60㎚의 TiO2막을 사용했다.
IDT 전극(8)은 NiCr/Pt/Ti/AlCu/Ti의 적층막으로 했다. 막 두께는 이 순서대로 10㎚/50㎚/10㎚/200㎚/10㎚로 했다. 한편, NiCr막이 유전체막(23) 측에 위치하고 있다.
제2 유전체막(24)으로서 두께 870㎚의 SiO2막을 사용했다.
보호막으로서의 질화규소막(25)의 막 두께는 30㎚로 했다.
IDT 전극(8)의 전극지 피치로 정해지는 파장(λ)은 2㎛로 하고, 듀티는 0.5로 했다.
비교를 위해, 유전체막(23)으로서의 TiO2막 대신 두께 10㎚의 산화규소막을 사용한 것을 제외하고는 실시예 2와 마찬가지로 하여, 비교예 2의 탄성파 장치를 제작했다.
도 5는 실시예 2 및 비교예 2의 탄성파 장치의 공진 특성을 나타내는 도면이다.
도 5로부터 분명한 바와 같이, 비교예 2에 비해 실시예 2에 따르면 비대역이 좁게 되어 있다. 이는 유전체막(23)의 유전율이 90 정도로 크고, 용량이 커지기 때문이다. 따라서, 소형화를 도모할 수 있다.
도 6은 본 발명의 제3 실시형태로서의 래더형 필터의 회로도이다. 래더형 필터(31)는 복수개의 직렬암 공진자(S1~S3)와 복수개의 병렬암 공진자(P1, P2)를 가진다. 직렬암 공진자(S1~S3) 및 병렬암 공진자(P1, P2)가 본 발명의 탄성파 장치로 구성되어 있다. 물론, 직렬암 공진자(S1~S3)에서의 유전체막의 막 두께가 병렬암 공진자(P1, P2)에서의 유전체막의 막 두께보다도 두껍게 되어 있다. 그로써, 양호한 필터 특성을 가지면서 소형화를 도모할 수 있는 래더형 필터(31)를 제공할 수 있다. 이를, 실시예 3 및 실시예 4의 탄성파 장치의 공진 특성에 의해 설명한다.
(실시예 3 및 실시예 4의 구성)
실시예 3의 탄성파 장치에 대해서는 TiO2막의 막 두께를 40㎚로 한 것을 제외하고는 실시예 1의 탄성파 장치와 동일하게 했다. 이 실시예 3의 탄성파 장치를 직렬암 공진자(S1~S3)에 사용했다.
또한, TiO2막의 막 두께를 40㎚에서 20㎚로 변경한 것을 제외하고는 실시예 3과 마찬가지로 하여 실시예 4의 탄성파 장치를 구성했다. 이 실시예 4의 탄성파 장치를 병렬암 공진자(P1, P2)로서 사용했다.
도 7(a)는 실시예 3 및 실시예 4의 탄성파 장치의 공진 특성을 나타내고, 도 7(b)는 Q특성을 나타낸다.
도 7(a) 및 도 7(b)로부터 분명한 바와 같이, 실시예 4에 비해 실시예 3에서는 반공진 주파수 부근에서 공진 특성이 다소 열화(劣化)되어 있다. 그러나 직렬암 공진자(S1~S3)에서는 반공진 주파수 부근보다도 공진 주파수 부근의 특성이 중요하다. 따라서, 직렬암 공진자(S1~S3)에 실시예 3의 탄성파 장치를 이용해도, 필터 특성의 열화는 생기기 어렵다. 또한, 직렬암 공진자(S1~S3)의 비대역이 좁은 편이, 래더형 필터(31)에서 통과 대역 고역(高域) 측에서의 필터 특성의 급준성을 높일 수 있어, 바람직하다. 따라서, 래더형 필터(31)에서는 상기와 같이 본 발명에 따른 탄성파 장치에 의해 직렬암 공진자(S1~S3) 및 병렬암 공진자(P1, P2)가 구성되어 있기 때문에, 소형화를 도모할 수 있을 뿐만 아니라, 양호한 필터 특성을 실현할 수 있다.
실시예 3 및 실시예 4로부터 분명한 바와 같이, TiO2막의 막 두께가 변화되면, 공진 특성이 변화되고, 특히 비대역이 작아지는 것을 알 수 있다.
여기서, 상기 실시예 3의 탄성파 장치와 동일한 구성에서 TiO2막의 막 두께를 변화시켰다.
도 8은 TiO2막의 막 두께와 용량의 관계를 나타내는 도면이며, 도 9는 TiO2막의 막 두께와, 공진자로서의 비대역의 관계를 나타내는 도면이다.
도 8로부터 분명한 바와 같이, TiO2막의 막 두께가 두꺼워지면, 용량이 높아져 가는 것을 알 수 있다. 그 때문에, 도 9에 나타내는 바와 같이, TiO2막의 막 두께가 두꺼워지면 비대역이 좁아져 간다. 본 발명의 탄성파 장치를 대역 통과형 필터용 탄성파 공진자로서 이용하는 경우, 비대역은 2% 이상인 것이 바람직하다. 따라서, 바람직하게는 TiO2막의 막 두께는 도 9로부터 100㎚이하, 즉, 파장 규격화 막 두께로 0.05λ 이하이다.
또한, 상기 실시예 3과 동일한 탄성파 장치에서, Y컷 X전파의 LiTaO3의 커트 각(F)을 0° 이상, 90° 이하의 범위에서 5°씩 변화시키면서 두께를 400㎚로 했다. 또한, 유전체막의 막 두께를 10㎚ 이상, 200㎚ 이하의 범위에서 10㎚씩 변화시켰다. 또한, 유전체막의 유전율을 5 이상, 1200 이하의 범위에서 50씩 변화시켰다. 이와 같이 하여 구성한 복수종의 탄성파 장치에 대해 비대역을 측정했다. 그 결과, 하기의 식(1)을 만족하도록 유전체막의 두께(t)[λ], 유전율(ε) 및 Y컷 X전파의 LiTaO3의 커트 각(F)[도]을 설정하면 비대역을 2% 이상으로 할 수 있는 것을 찾아냈다.
도 10은 이하의 설계 파라미터의 실시예 5 및 실시예 6의 탄성파 장치의 공진 특성을 나타내는 도면이다.
(실시예 5 및 실시예 6의 구성)
실시예 5에서는 Y컷 X전파 LiTaO3의 커트 각을 0°로 하고, 두께를 300㎚로 했다. TiO2막의 막 두께를 10㎚로 했다. 실시예 5의 탄성파 장치의 다른 구성은 실시예 1과 동일하게 했다.
이에 반해, 실시예 6에서는 Y컷 X전파 LiTaO3의 커트 각을 25°로 하고, TiO2막의 막 두께를 20㎚로 한 것을 제외하고는 실시예 5와 동일하게 했다.
도 10에 나타내는 바와 같이, 실시예 5에서는 1660㎒ 부근에 레일리파에 의한 응답이 나타나 있다. 이에 반해, 실시예 6에서는 레일리파에 의한다고 생각되는 응답이 생기지 않았다. 즉, TiO2막의 막 두께를 선택함, 및 압전체층에서의 결정 방위를 선택함으로써, 스퓨리어스(spurious)가 되는 레일리파의 응답을 억제할 수 있는 것을 알 수 있다.
따라서, Y컷 X전파 LiTaO3의 커트 각(F)을 10° 이상, 60° 이하의 범위에서 5°씩 변화시키고, 그 두께를 350㎚로 했다. 또한, TiO2막의 막 두께를 10㎚ 이상, 100㎚ 이하의 범위에서 10㎚씩 변화시켰다. 그 밖의 설계 파라미터는 실시예 6과 동일하게 했다.
상기와 같이 하여 복수종의 탄성파 장치를 구성하고, 레일리파의 위상이 -80도 이하가 되는 범위를 구했다. 그 결과, 레일리파의 위상을 -80도 이하로 하기 위해서는 이하의 식(2)를 만족하면 되는 것을 확인했다. 한편, TiO2막의 막 두께(t)[λ]는 IDT 전극의 전극지 피치로 정해지는 파장(λ)로 규격화한 막 두께이며, F[도]는 Y컷 X전파의 LiTaO3의 커트 각이다.
따라서, 상기 식(2)를 만족하는 커트 각(F) 및 TiO2막의 막 두께(t)를 선택하면, 레일리파의 응답을 효과적으로 억제할 수 있다.
도 11은 본 발명의 제4 실시형태에 따른 탄성파 장치의 주요부를 설명하기 위한 정면 단면도이다. 탄성파 장치(41)에서는 유전체막(7A)이 CaTiO3로 이루어진다. 그 밖의 구성에서는 탄성파 장치(41)는 탄성파 장치(1)와 마찬가지이다. CaTiO3의 유전율은 140이다. 그 때문에, 탄성파 장치(41)에서도 용량이 커지고, 소형화를 도모할 수 있다.
상기 탄성파 장치(41)의 실시예로서, 이하의 실시예 7의 탄성파 장치를 구성했다.
(실시예 7의 구성)
실시예 7에서도 실시예 6과 마찬가지로, Y컷 X전파 LiTaO3의 커트 각(F)을 0° 이상, 90° 이하의 범위에서 5°씩 변화시켰다. 또한, 두께에 대해서도 300㎚ 이상, 400㎚ 이하의 범위에서 50㎚마다 변화시켰다. 또한, CaTiO3막의 막 두께를 10㎚ 이상, 100㎚ 이하의 범위에서 10㎚씩 변화시켰다. 그 밖의 구성은 실시예 6과 마찬가지로 하여 탄성파 장치를 구성하고, 공진 특성 및 위상 특성을 측정했다. 레일리파의 위상을 -80도 이하로 하기 위해서는 이하의 식(3)을 만족하면 되는 것을 확인했다. 한편, t[λ]는 CaTiO3막의 λ로 규격화한 막 두께이고, F[도]는 Y컷 X전파 LiTaO3의 커트 각이며, t_LT[λ]는 LiTaO3의 파장(λ)으로 규격화한 두께이다.
상기와 같이 유전체막(7A)으로서 CaTiO3막을 사용한 경우에도, 상기 식(3)을 만족하도록 LiTaO3 등의 압전체층에서의 커트 각과 유전체막의 막 두께를 선택함으로써, 레일리파에 의한 응답을 효과적으로 억제할 수 있다.
(실시예 8의 구성)
실시예 8에서는 실시예 1과 동일한 적층 구조를 이용했다. 각 적층 부분의 막 두께를 이하의 값으로 했다. 고음속막(3)으로서, 두께 300㎚의 SiN막을 사용했다. 저음속막(4)으로서 두께 300㎚의 SiO2막을 사용했다. 압전체층(6)으로서 두께 400㎚의 LiTaO3을 사용했다. 물론, 이 압전체층(6)에서의 결정 방위를, 20° 회전 Y컷 X전파에서 40° 회전 Y컷 X전파까지 5°씩 변화시켰다.
IDT 전극(8)은 Ti/1% AlCu/Ti의 적층체로 하고, 이들 막 두께는 이 순서대로 12㎚/100㎚/4㎚로 했다. 한편, 12㎚가 유전체막(7) 측에 위치하고 있는 Ti막이다. 1% AlCu는 Cu를 1중량% 포함하는 AlCu 합금이다.
IDT 전극(8)의 전극지 피치로 정해지는 파장(λ)을 2㎛로 하고, 듀티를 0.5로 했다.
유전체막(7)에 대해서는 재료를 다르게 하고, 그 영률을 50㎬ 이상, 300㎬ 이하의 범위에서 50㎬씩 변화시켰다.
또한, 유전체막(7)의 밀도에 대해서도 재료를 변화시키고, 2㎏/㎥ 이상, 8㎏/㎥ 이하의 범위에서 2㎏/㎥씩 변화시켰다.
또한 유전체막(7)의 유전율을 30 이상, 380 이하의 범위에서 30씩 변화시켰다.
상기 유전체막(7)의 두께에 대해서도 0.005λ 이상, 0.025λ의 범위에서 0.005λ씩 변화시켰다.
이와 같이 하여 구성한 복수종의 탄성파 장치에 대해, 공진 특성을 측정하고, 비대역을 구했다. 그 결과, 하기의 식(4)를 만족하도록 유전체막의 두께(t)[λ], 유전율(ε), 유전체막의 영률(Y)[㎬], 유전체막의 밀도(d)[㎏/㎥], Y컷 X전파의 LiTaO3의 커트 각(F)[도]을 설정하면, 비대역이 2% 이상이 되는 것을 찾아냈다. 한편, 바람직하게는 비대역은 5% 이하이다.
또한, 상기 복수종의 탄성파 장치의 공진 특성에서 레일리파의 위상을 -70도 이하로 하기 위해서는 이하의 식(5)를 만족하면 되는 것을 찾아냈다.
한편, 탄성파 장치(1)에서는 지지 기판(2)과 압전체층(6) 사이에 중간층(5)이 적층되어 있었다. 이 중간층(5)에 대해서는 저음향 임피던스층과 고음향 임피던스층의 적층체로 이루어지는 음향 반사막이어도 된다. 보다 구체적으로는 저음향 임피던스층은 상대적으로 음향 임피던스가 낮은 층이다. 한편, 고음향 임피던스층은 상대적으로 음향 임피던스가 높은 층이다. 예를 들면, 도 13에 나타내는 제2 변형예의 탄성파 장치(61)에서는 중간층(5)이 저음향 임피던스층(62b, 62d, 62f)과 고음향 임피던스층(62a, 62c, 62e)의 적층체로 이루어진다.
1: 탄성파 장치 2: 지지 기판
3: 고음속막 4: 저음속막
5: 중간층 6: 압전체층
7, 7A: 유전체막 8: IDT 전극
9, 10: 반사기 21: 탄성파 장치
22: 압전체층 23: 유전체막
24: 제2 유전체막 25: 질화규소막
31: 래더형 필터 41, 51, 61: 탄성파 장치
62a, 62c, 62e: 고음향 임피던스층 62b, 62d, 62f: 저음향 임피던스층
P1, P2: 병렬암 공진자 S1~S3: 직렬암 공진자
3: 고음속막 4: 저음속막
5: 중간층 6: 압전체층
7, 7A: 유전체막 8: IDT 전극
9, 10: 반사기 21: 탄성파 장치
22: 압전체층 23: 유전체막
24: 제2 유전체막 25: 질화규소막
31: 래더형 필터 41, 51, 61: 탄성파 장치
62a, 62c, 62e: 고음향 임피던스층 62b, 62d, 62f: 저음향 임피던스층
P1, P2: 병렬암 공진자 S1~S3: 직렬암 공진자
Claims (17)
- 탄탈산리튬 또는 니오브산리튬으로 이루어지는 압전체층과,
상기 압전체층 상에 마련되고 상기 탄탈산리튬 및 니오브산리튬보다도 유전율이 높은 유전체 재료로 이루어지는 유전체막과,
상기 유전체막 상에 마련된 IDT 전극을 포함하는, 탄성파 장치. - 제1항에 있어서,
상기 유전체막이 TiO2, SrTiO3, SrBi2Ta2O9, CaTiO3 및 BaTiO3로 이루어지는 군에서 선택된 1종의 유전체 재료로 이루어지는, 탄성파 장치. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 IDT 전극의 전극지(電極指) 피치로 정해지는 파장을 λ로 했을 때에 상기 유전체막의 두께가 0.05λ 이하인, 탄성파 장치. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 유전체막을 구성하는 유전체의 유전율을 ε, 상기 IDT 전극의 전극지 피치로 정해지는 파장을 λ로 했을 때에, λ로 규격화한 상기 유전체막의 두께를 t[λ], 상기 압전체층이 LiTaO3로 이루어지고, 상기 LiTaO3의 커트 각을 F[도]로 했을 때에, 하기의 식(1)을 만족하는, 탄성파 장치.
[수학식 1]
- 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 유전체막이 TiO2로 이루어지고, 상기 IDT 전극의 전극지 피치로 정해지는 파장을 λ로 했을 때에, λ로 규격화한 상기 유전체막의 두께를 t[λ], 상기 압전체층이 LiTaO3로 이루어지고, 상기 LiTaO3의 커트 각을 F[도]로 했을 때에, 하기의 식(2)를 만족하는, 탄성파 장치.
[수학식 2]
- 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 유전체막이 CaTiO3로 이루어지고, 상기 IDT 전극의 전극지 피치로 정해지는 파장을 λ로 했을 때에, λ로 규격화한 상기 유전체막의 두께를 t[λ], 상기 압전체층이 LiTaO3로 이루어지고, 상기 LiTaO3의 커트 각을 F[도], LiTaO3의 파장(λ)으로 규격화한 두께를 t_LT[λ]로 했을 때에, 하기의 식(3)을 만족하는, 탄성파 장치.
[수학식 3]
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 유전체막을 구성하는 유전체의 유전율을 ε, 상기 IDT 전극의 전극지 피치로 정해지는 파장을 λ로 했을 때에, λ로 규격화한 상기 유전체막의 두께를 t[λ], 상기 유전체막의 영률을 Y[㎬], 상기 유전체막의 밀도를 d[㎏/㎥]로 하고, 상기 압전체층이 LiTaO3로 이루어지며, 상기 LiTaO3의 커트 각을 F[도]로 했을 때에, 하기의 식(4)를 만족하는, 탄성파 장치.
[수학식 4]
- 제7항에 있어서,
하기의 식(5)를 만족하는, 탄성파 장치.
[수학식 5]
- 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
지지 기판을 더 포함하고, 상기 지지 기판과 상기 압전체층 사이에 적층된 중간층을 더 포함하는, 탄성파 장치. - 제9항에 있어서,
상기 중간층이, 상기 압전체층을 전파하는 벌크파의 음속보다도 전파하는 벌크파의 음속이 낮은 저음속 재료로 이루어지는 저음속막을 가지는, 탄성파 장치. - 제9항 또는 제10항에 있어서,
상기 지지 기판이, 전파하는 벌크파의 음속이 상기 압전체층을 전파하는 탄성파의 음속보다도 고속인 고음속 재료로 이루어지는, 탄성파 장치. - 제10항에 있어서,
상기 중간층이, 전파하는 벌크파의 음속이 상기 압전체층을 전파하는 탄성파의 음속보다도 높은 고음속 재료로 이루어지는 고음속 부재층을 더 가지며, 상기 고음속 부재층이 상기 저음속막과 상기 지지 기판 사이에 적층되는, 탄성파 장치. - 제9항에 있어서,
상기 중간층이, 상대적으로 음향 임피던스가 낮은 저음향 임피던스층과, 상대적으로 음향 임피던스가 높은 고음향 임피던스층을 가지는 음향 반사막인, 탄성파 장치. - 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 압전체층이, 상기 탄탈산리튬 또는 상기 니오브산리튬으로 이루어지는 압전 기판인, 탄성파 장치. - 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 유전체막이 제1 유전체막이며,
상기 IDT 전극을 덮도록 마련된 제2 유전체막을 더 포함하고,
상기 제2 유전체막이 주파수 온도 계수가 양인 유전체로 이루어지는, 탄성파 장치. - 제15항에 있어서,
상기 제2 유전체막이 산화규소로 이루어지는, 탄성파 장치. - 직렬암(serial arm) 공진자와 병렬암(parallel arm) 공진자를 가지는 래더형 필터로서, 상기 직렬암 공진자 및 상기 병렬암 공진자가 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 기재된 탄성파 장치로 이루어지고, 상기 직렬암 공진자에서의 상기 유전체막의 막 두께가 상기 병렬암 공진자에서의 상기 유전체막의 막 두께보다도 두꺼운, 래더형 필터.
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