TW202044757A

TW202044757A - 高次模式彈性表面波裝置

Info

Publication number: TW202044757A
Application number: TW109111399A
Authority: TW
Inventors: 門田道雄; 田中秀治
Original assignee: 國立大學法人東北大學
Priority date: 2019-04-03
Filing date: 2020-04-01
Publication date: 2020-12-01
Also published as: JPWO2020204045A1; DE112020001723T5; GB2596956A; GB202114590D0; KR20210145804A; CN113678372A; SG11202110974YA; GB2596956A8; US20220200566A1; GB2596956B; WO2020204045A1

Abstract

本發明之高次模式彈性表面波裝置具有：壓電基板(11)，其由LiTaO₃ 結晶或LiNbO₃ 結晶構成；交叉指狀電極(12)，其被埋入壓電基板(11)之表面，但可以自壓電基板(11)之表面突出之方式形成；且利用高次模式之彈性表面波。又，可具有積層於壓電基板(11)之薄膜(13)或基板，亦可具有以與壓電基板(11)之與設置有交叉指狀電極(12)之表面為相反側之面相接之方式設置之支持基板(14)及/或多層膜(15)。高次模式彈性表面波裝置即便在3.8 GHz以上之高頻帶下亦可獲得良好之特性，且可保持充分之機械強度。

Description

高次模式彈性表面波裝置

本發明係關於一種提供成為基本模式之泛音之高次模式之利用的高次模式彈性表面波(SAW；surface acoustic wave，表面聲波)裝置。

近年來，在由智慧型手機等主要使用之700 MHz至3 GHz之頻帶中，存在接近80個頻帶，非常混雜。作為其對策，在下一代無線通訊系統之第5代移動通訊系統(5G)中，計畫利用3.6 GHz至4.9 Ghz之頻帶，進而，在其下一代中，亦形成使用6 GHz以上之頻帶之計畫。

相對於該等計畫，在代表性彈性波裝置即彈性表面波裝置中，由於耐電力及製造技術之界限，而無法減小交叉指狀電極(IDT；interdigital transducer，交叉指型換能器)之週期(λ)，而高頻化有其界限。在圖1(a)及(b)中，作為先前之SAW裝置之一例，顯示針對壓電基板利用LiTaO₃ 結晶之42ﾟ旋轉Y板，利用Al形成X方向傳播之交叉指狀電極52之構造之平面圖及剖視圖。圖1(b)之剖視圖顯示沿圖1(a)之平面圖中之切斷線I-I之剖面。

在圖1(c)中顯示在交叉指狀電極52之週期為1.2 μm時獲得之阻抗之頻率特性。其共振頻率為約3.2 GHz，相對帶寬為3.8%，阻抗比為65 dB。又，在17.2 GHz下觀察到類似高次模式之較小之回應，但並非係無法使用之位準。即便將交叉指狀電極52之週期微細化至1 μm，其共振頻率亦為約3.8 GHz，如此，在先前之SAW裝置中，毋庸置疑在5G以後亦無法覆蓋5G所需之頻帶。

此處，在專利文獻1中曾揭示下述之彈性表面波裝置，即：將金屬化率0.45以下之較Al更重之Pt、Cu、Mo、Ni、Ta、W等之電極埋入歐拉角(0ﾟ、80～130ﾟ、0ﾟ)之LiNbO₃ 基板，激振洛夫波之基本模式，而獲得較寬之頻帶寬。又，在非專利文獻1中曾揭示下述之彈性表面波裝置，即：在42ﾟ旋轉Y板之LiTaO₃ 基板埋入0.1波長以下之Cu電極，在其上形成Al電極，以在基本模式下激振而獲得較高之Q值。另一方面，作為具有1.9 GHz之頻帶之彈性波濾波器，業界曾研究利用AlN或ScAlN之壓電薄膜之塊體彈性波裝置(FBAR；film bulk acoustic resonator，薄膜塊體聲波共振器)(例如，參照非專利文獻2)。 [先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]國際公開第2014/054580號 [非專利文獻]

[非專利文獻1] T. Kimura, M. Kadota, and Y. IDA, 「High Q SAW resonator using upper-electrodes on Grooved-electrode in LiTaO₃ 」, Proc. IEEE Microwave Symp. (IMS), p.1740, 2010. [非專利文獻2] Keiichi Umeda et al. 「PIEZOELECTRIC PROPERTIES OF ScAlN THIN FILMS FOR PIRZO-MEMS DEVICES」, MEMS 2013, Taipei, Taiwan January 20-24, 2013

[發明所欲解決之問題]

然而，專利文獻1、非專利文獻1所記載之技術之電極所使用之金屬較重，金屬化率亦較小，於在5G以後所謀求之3.6 GHz以上之高頻帶下未獲得充分之性能。非專利文獻2所記載之體彈性波裝置由於壓電薄膜為多晶薄膜，故在1.9 GHz下僅獲得55 dB之阻抗比，超高頻下之衰減較大，而難以實現良好之特性。又，FBAR之頻率由薄膜之聲速/(2×薄膜之厚度)決定，為了提高頻率，而必須將薄膜之厚度基端變薄。由於現行之FBAR由於具有自身所支持之壓電薄膜，故在其極端變薄之超高頻帶下，無法保持機械強度。

本發明係著眼於如上述之問題而完成者，目的在於提供一種即便在3.8 GHz以上之高頻帶下，亦可獲得良好之特性，且可保持充分之機械強度之高次模式彈性表面波裝置。 [解決問題之技術手段]

為了達成上述目的，本發明之高次模式彈性表面波裝置包含：壓電基板，其包含LiTaO₃ 結晶或LiNbO₃ 結晶；及交叉指狀電極，其被埋入壓電基板之表面；且利用高次模式之彈性表面波。

高次模式彈性表面波裝置藉由將交叉指狀電極埋入壓電基板之表面，而可激振SAW之高次模式(1次模式、2次模式、3次模式等)，可獲得具有較大之阻抗比之高次模式。高次模式彈性表面波裝置藉由利用該高次模式，而可謀求高頻化，即便在3.8 GHz以上之高頻帶下亦可獲得良好之特性。又，藉由利用高次模式，而即便在3.8 GHz以上之高頻帶下亦無須將壓電基板超薄板化，或無須縮小交叉指狀電極之週期，可保持充分之機械強度。此外，在壓電基板中亦包含壓電薄膜或壓電薄板。

在高次模式彈性表面波裝置中，交叉指狀電極可自壓電基板之表面突出而形成。此情形下亦可獲得具有較大之阻抗比之高次模式。

高次模式彈性表面波裝置可具有以與壓電基板相接之方式設置之薄膜或基板。又，可具有以與壓電基板之與設置有交叉指狀電極之表面為相反側之面相接之方式設置之支持基板及/或多層膜。在具有支持基板時，支持基板可包含金屬以外之材料。又，支持基板可包含Si、水晶、藍寶石、玻璃、石英、鍺及氧化鋁之至少一種。又，在具有多層膜時，多層膜包含積層有音響阻抗不同之複數個層之音響多層膜。該等情形下亦可獲得具有較大之阻抗比之高次模式。

在上述之高次模式彈性表面波裝置中，交叉指狀電極之金屬化率較佳為0.45以上0.9以下，更佳為0.63以上。此情形下，可獲得具有更大之阻抗比之高次模式。又，亦可擴大頻帶寬。

又，高次模式彈性表面波裝置為了獲得具有更大之阻抗比之高次模式，而可為以下之構成。亦即，可行的是，壓電基板包含LiTaO₃ 結晶，交叉指狀電極包含Ti、Al及Mg合金之至少一種。此情形下，交叉指狀電極較佳為自壓電基板之表面被埋入至彈性表面波之波長/金屬化率為0.075～0.3(在波長/金屬化率為0.5時，為0.15～0.6)之範圍內之深度，更佳為被埋入至彈性表面波之波長/金屬化率為0.115～0.3(在波長/金屬化率為0.5時，為0.23～0.6)之範圍內之深度。此處，在經埋入之電極之剖面並非相對於基板表面垂直之情形下，金屬化率及電極寬度設為有效之金屬化率及電極寬度。以下亦同樣。

又，可行的是，壓電基板包含LiTaO₃ 結晶，交叉指狀電極包含Ag、Mo、Cu、及Ni之至少一種。此情形下，交叉指狀電極較佳為自壓電基板之表面被埋入至彈性表面波之波長/金屬化率為0.08～0.3(在波長/金屬化率為0.5時，為0.16～0.6)之範圍內之深度，更佳為被埋入至彈性表面波之波長/金屬化率為0.09～0.3(在波長/金屬化率為0.5時，為0.18～0.6)之範圍內之深度。

又，可行的是，壓電基板包含LiTaO₃ 結晶，交叉指狀電極包含Pt、Au、W、Ta及Hf之至少一種。此情形下，交叉指狀電極較佳為自壓電基板之表面被埋入至彈性表面波之波長/金屬化率為0.08～0.3(在波長/金屬化率為0.5時，為0.16～0.6)之範圍內之深度，更佳為被埋入至彈性表面波之波長/金屬化率為0.125～0.3(在波長/金屬化率為0.5時，為0.25～0.6)之範圍內之深度。

又，可行的是，壓電基板包含LiNbO₃ 結晶，交叉指狀電極包含Ti、Al及Mg合金之至少一種。此情形下，交叉指狀電極較佳為自壓電基板之表面被埋入至彈性表面波之波長/金屬化率為0.07～0.3(在波長/金屬化率為0.5時，為0.14～0.6)之深度，更佳為被埋入至彈性表面波之波長/金屬化率為0.105～0.3(在波長/金屬化率為0.5時，為0.21～0.6)之深度。

又，可行的是，壓電基板包含LiNbO₃ 結晶，交叉指狀電極包含Ag、Mo、Cu、及Ni之至少一種。此情形下，交叉指狀電極較佳為自壓電基板之表面被埋入至彈性表面波之波長/金屬化率為0.065～0.3(在波長/金屬化率為0.5時，為0.13～0.6波長)之深度，更佳為被埋入至彈性表面波之波長/金屬化率為0.09～0.3(在波長/金屬化率為0.5時，為0.18～0.6波長)之深度。

又，可行的是，壓電基板包含LiNbO₃ 結晶，交叉指狀電極包含Pt、Au、W、Ta及Hf之至少一種。此情形下，交叉指狀電極較佳為自壓電基板之表面被埋入至彈性表面波之波長/金屬化率為0.075～0.3(在波長/金屬化率為0.5時，為0.15～0.6)之深度，更佳為被埋入至彈性表面波之波長/金屬化率為0.115～0.3(在波長/金屬化率為0.5時，為0.23～0.6波長)之深度。

又，壓電基板包含LiTaO₃ 結晶，較佳為，歐拉角為(0ﾟ±20ﾟ、112ﾟ～140ﾟ、0ﾟ±5ﾟ)之範圍內、或為在結晶學上與其等效之歐拉角，進而，更佳為，歐拉角為(0ﾟ±10ﾟ、120ﾟ～132ﾟ、0ﾟ±5ﾟ)之範圍內、或為在結晶學上與其等效之歐拉角。

又，壓電基板包含LiNbO₃ 結晶，較佳為歐拉角為(0ﾟ±25ﾟ、78ﾟ～153ﾟ、0ﾟ±5ﾟ)之範圍內、或為在結晶學上與其等效之歐拉角，進而，更佳為，歐拉角為(0ﾟ±20ﾟ、87ﾟ～143ﾟ、0ﾟ±5ﾟ)之範圍內、或為在結晶學上與其等效之歐拉角。

此處，歐拉角(ϕ、θ、ψ)為右手系，且係表現壓電基板之切斷面、及彈性表面波之傳播方向者。亦即，相對於構成壓電基板之結晶、LiTaO₃ 或LiNbO₃ 之結晶軸X、Y、Z，以Z軸為旋轉軸使X軸逆時針旋轉ϕ，而獲得X’軸。其次，以該X’軸為旋轉軸使Z軸逆時針旋轉θ而獲得Z’軸。此時，以Z’軸為法線，將包含X’軸之面設為壓電基板之切斷面。又，將以Z’軸為旋轉軸使X’軸逆時針旋轉ψ之方向設為彈性表面波之傳播方向。又，將藉由該等旋轉而Y軸移動而獲得之與X’軸及Z’軸垂直之軸設為Y’軸。

藉由如上述般定義歐拉角，而例如，40ﾟ旋轉Y板之X方向傳播以歐拉角表示為(0ﾟ、130ﾟ、0ﾟ)，40ﾟ旋轉Y板之90ﾟX方向傳播以歐拉角表示為(0ﾟ、130ﾟ、90ﾟ)。此外，在以所期望之歐拉角切出壓電基板時，相對於歐拉角之各成分，有可能最大產生±0.5ﾟ左右之誤差。關於交叉指狀電極之形狀，相對於傳播方向ψ，有可能產生±3ﾟ左右之誤差。關於彈性波之特性，關於(ϕ、θ、ψ)之歐拉角中之ϕ、ψ，幾乎不存在因±5ﾟ左右之偏差所致之特性差異。

可行的是，包含以與壓電基板之與設置有交叉指狀電極之表面為相反側之面相接之方式設置之支持基板、薄膜及多層膜之至少一者，且支持基板之橫波聲速或等效的橫波聲速為2000～3000 m/s或6000～8000 m/s之範圍內，壓電基板之厚度為0.2波長至20波長之範圍內。

可行的是，包含以與壓電基板之與設置有交叉指狀電極之表面為相反側之面相接之方式設置之支持基板、薄膜及多層膜之至少一者，支持基板之橫波聲速或等效的橫波聲速為3000～6000 m/s之範圍內，壓電基板之厚度為2波長至20波長之範圍內。

可行的是，包含以與壓電基板之與設置有前述交叉指狀電極之表面為相反側之面相接之方式設置之支持基板、薄膜及多層膜之至少一者，支持基板之線膨脹係數為10.4×10^-6 /℃以下，以α為線膨脹係數，支持基板/壓電基板之厚度之比TR為由下述之(1)式規定之TR之值以上， TR=α×0.55×10⁶ +2.18 (1) [發明之效果]

根據本發明，可提供一種即便在3.8 GHz以上之高頻帶下，亦可獲得良好之特性，且可保持充分之機械強度之高次模式彈性表面波裝置。

以下，參照圖式，針對本發明之實施形態進行說明。圖2至圖21係關於本發明之實施形態之高次模式彈性表面波裝置者。如圖2(a)所示，高次模式彈性表面波裝置10係利用高次模式之彈性表面波(SAW)者，具有壓電基板11及交叉指狀電極(IDT)12。

壓電基板11包含LiTaO₃ 結晶或LiNbO₃ 結晶。交叉指狀電極12被埋入壓電基板11之表面。此外，交叉指狀電極12之上表面位於與壓電基板11之表面為同一平面上、或位於較該平面更靠下，且可自壓電基板11之表面突出。以下，電極厚度係意指被埋入槽之電極厚度。

高次模式彈性表面波裝置10可如圖2(b)所示般具有以覆蓋交叉指狀電極12之間隙之壓電基板11之表面之方式設置之薄膜13。薄膜13為例如SiO₂ 薄膜。交叉指狀電極12之上表面位於與薄膜13之表面為同一平面上。又，高次模式彈性表面波裝置10可如圖2(a)所示般，交叉指狀電極12可與壓電基板11之表面相同，也可位於下方。如圖2(c)所示，交叉指狀電極12可以自壓電基板11之表面突出之方式設置。

又，高次模式彈性表面波裝置10可如圖2(d)所示般，具有支持基板14，壓電基板11係由厚度較小之薄板構成，支持基板14以與壓電基板11之設置有交叉指狀電極12之表面為相反側之面相接之方式設置。支持基板14為例如Si基板或水晶基板、藍寶石基板、玻璃基板、石英基板、鍺基板或氧化鋁基板等之半導體或絕緣基板。又，除圖2(d)之構成以外，還可如圖2(b)般，在壓電基板11之表面形成薄膜13。又，高次模式彈性表面波裝置10可如圖2(e)所示般，除圖2(d)之構成以外，還如圖2(c)般，交叉指狀電極12以自壓電基板11之表面突出之方式設置。

又，高次模式彈性表面波裝置10可如圖2(f)所示般，除圖2(d)之構成以外，還具有設置於壓電基板11與支持基板14之間之多層膜15。多層膜15為例如積層有音響阻抗不同之複數個層之音響多層膜。又，除圖2(f)之構成以外，還可如圖2(b)般，在壓電基板11之表面形成薄膜13，亦可如圖2(c)般，交叉指狀電極12自壓電基板11之表面突出。

高次模式彈性表面波裝置10藉由將交叉指狀電極12埋入壓電基板11之表面，而可激振SAW之高次模式(1次模式、2次模式、3次模式等)，可獲得具有較大之阻抗比之高次模式。有高次模式亦稱為激振約2倍、3倍、4倍之頻率之泛音之情形。高次模式彈性表面波裝置10藉由利用該高次模式，而可謀求高頻化，即便在3.8 GHz以上之高頻帶下亦可獲得良好之特性。又，藉由利用高次模式，而即便在3.8 GHz以上之高頻帶下亦無須將壓電基板11超薄板化，或無須縮小交叉指狀電極之週期，可保持充分之機械強度。

高次模式彈性表面波裝置10例如可如以下般製造。首先，在壓電基板11之表面形成用於將交叉指狀電極12埋入之電極槽。亦即，在壓電基板11之表面之未形成電極槽之部分塗佈抗蝕劑等，以Ar等之離子進行乾式蝕刻，而在壓電基板11之表面形成電極槽。此時，作為抗蝕劑以外之材料，可使用蝕刻時之速度慢於壓電基板11之蝕刻速度之材料，而取代抗蝕劑。又，除乾式蝕刻以外，還可使用利用濕式進行蝕刻之方法。

其次，以將該電極槽埋入至壓電基板11之表面之程度之厚度，在壓電基板11之表面整體，將電極用之金屬成膜。之後，利用濕式蝕刻或洗淨等去除抗蝕劑。藉此，可形成被埋入電極槽之交叉指狀電極12。此外，在交叉指狀電極12之厚度並非係所期望之厚度之情形下，可進一步進行藉由蝕刻等而調整交叉指狀電極12之厚度之步驟。

以下，針對圖2所示之各構成之高次模式彈性表面波裝置10，求得阻抗比及相對帶寬等。參照圖1(c)，阻抗比由共振特性之阻抗中之最低之共振頻率fr下之共振阻抗Zr與最高之***振頻率fa下之***振阻抗Za之比20×log(Za/Zr賦予。相對帶寬由(fa-fr)/fr賦予。又，參照圖1(a)，交叉指狀電極52之金屬化率傳播由將沿彈性表面波之傳播方向的交叉指狀電極52之電極指狀件之寬度F除以電極指狀件之週期(λ)之一半(電極指狀件之寬度F與電極指狀件間之間隙G之和)之比率、亦即F/(F+G)=2×F/λ賦予。

如圖3所示，可能有交叉指狀電極12之電極與基板表面傾斜而非垂直地被埋入基板內之情形。此時，金屬化率及電極寬度設為有效之金屬化率及電極寬度。亦即，在電極槽之側面與壓電基板11之表面所成之角γ小於90度時，若設定各電極之表面之寬度a、底之寬度b、經埋入之深度d，則面極之有效寬度c由(a+b)/2賦予，金屬化率由(c/(c+e))賦予。經埋入之電極深度為d不變。

此處，將交叉指狀電極12之週期(λ)設為1 μm，將金屬化率設為0.5，亦即將電極指狀件之寬度設為0.25 μm，將電極指狀件之間隙設為0.25 μm。此外，以下，簡單地利用(ϕ、θ、ψ)表示歐拉角(ϕ、θ、ψ)。又，利用相對於所使用之彈性表面波裝置之波長λ(交叉指狀電極之週期)之倍率表示壓電基板11及交叉指狀電極12之厚度等。

在圖4中顯示具有圖2(a)所示之構造之高次模式彈性表面波裝置10之阻抗之頻率特性等。壓電基板11為(0ﾟ、126.5ﾟ、0ﾟ)LiTaO₃ 結晶。交叉指狀電極12係由厚度為0.36 λ之Al電極構成，自壓電基板11之表面被埋入至深度0.36 λ。在圖4(a)及圖4(b)中顯示交叉指狀電極12之金屬化率為0.5時之阻抗之頻率特性，在圖4(c)中顯示1次模式之共振頻率之變位分佈。圖4(b)係將圖4(a)之1次模式之共振頻率附近放大者。又，在圖4(d)中顯示交叉指狀電極12之金屬化率為0.7時之阻抗之頻率特性。

如圖4(a)所示，確認藉由將交叉指狀電極12埋入壓電基板11，而獲得圖1所示之先前之SAW裝置之0次模式之共振頻率3.3 GHz之1.36倍的共振頻率4.5 GHz之0次模式。而且，如圖4(a)及圖4(b)所示確認，相對於共振頻率4.5 GHz之0次模式，其約2倍之共振頻率9.6 GHz之1次模式被較大地激振。確認該1次模式之相對帶寬為3%，阻抗比為67 dB，獲得較圖1所示之先前之SAW裝置更大之阻抗比。1次模式之共振頻率為先前之SAW裝置之共振頻率之約2.9倍。

又，如圖4(c)所示，可知共振頻率9.5 GHz之1次模式由於僅由SH(shear horizontal，水平剪力)成分構成，且先前之SAW裝置之共振頻率亦包含SH成分，故為基本模式(0次)之高次模式(1次模式)。此外，圖4(c)中之「L」表示縱波成分，「SV」表示垂直剪力(shear vertical)成分。又，如圖4(d)所示，確認藉由將金屬化率設為0.7，而1次模式之共振頻率成為將屬化比設為0.5時之1.2倍之11.2 GHz，相對帶寬成為較13%為寬之3.4%，阻抗比成為較3 dB為大之70 dB。

在圖5中顯示具有圖2(c)所示之構造之高次模式彈性表面波裝置10之阻抗之頻率特性。壓電基板11為(0ﾟ、126.5ﾟ、0ﾟ)LiTaO₃ 結晶。交叉指狀電極12係由厚度為0.38 λ之Al電極構成，自壓電基板11之表面被埋入至深度0.36 λ，且自壓電基板11之表面突出0.02 λ。交叉指狀電極12之金屬化率為0.5。

如圖5所示，確認與圖4(a)及圖4(b)相比，高次模式(1次模式)之共振頻率變得略高。又，雖然阻抗比變小為50 dB，但相對帶寬變窄為1%，可謂適於窄頻帶化。又，確認成為寄生之基本模式(0次)之激振較小。

在圖6中顯示具有圖2(d)所示之構造之高次模式彈性表面波裝置10之阻抗之頻率特性。壓電基板11為(0ﾟ、126.5ﾟ、0ﾟ)LiTaO₃ 結晶，厚度為0.5 λ。交叉指狀電極12係由厚度為0.36 λ之Al電極構成，自壓電基板11之表面被埋入至深度0.36 λ。交叉指狀電極12之金屬化率為0.5。支持基板14係由Si或水晶構成，厚度均為350 μm，藉由接著劑或直接接合而與壓電基板11接合。在圖6(a)中顯示支持基板14由Si基板構成時之阻抗之頻率特性，在圖6(b)中顯示支持基板14由水晶基板構成時之阻抗之頻率特性。

如圖6(a)所示，確認在具有Si支持基板之情形下，1次模式之共振頻率為9 GHz，相對帶寬為2.8%，阻抗比為71 dB。又，如圖6(b)所示，確認在具有水晶基板之情形下，1次模式之共振頻率為9 GHz，相對帶寬為3.5%，阻抗比為68 dB。將圖6(a)及圖6(b)與圖4(b)進行比較，確認藉由設置支持基板14，而阻抗比變大。此外，為了獲得更大之阻抗比，而壓電基板11較佳為薄於支持基板14，更佳為20波長以下，進一步更佳為10波長以下。

在圖7中顯示具有圖2(f)所示之構造之高次模式彈性表面波裝置10之阻抗之頻率特性。壓電基板11為(0ﾟ、126.5ﾟ、0ﾟ)LiTaO₃ 結晶，厚度為0.5 λ。交叉指狀電極12係由厚度為0.36 λ之Al電極構成，自壓電基板11之表面被埋入至深度0.36 λ。交叉指狀電極12之金屬化率為0.5。多層膜15係由將音響阻抗不同之SiO₂ 層(厚度0.25 μm)與Ta層(厚度0.25 μm)交替地積層6層之音響多層膜構成。支持基板14係由Si基板構成，厚度為350 μm。此外，該聲膜之層數為6層以外。

如圖7所示，確認1次模式之共振頻率為9.5 GHz，相對帶寬為2.6%，阻抗比為69 dB。將圖7與圖6(a)進行比較，確認藉由設置多層膜15，而頻帶寬略變窄，且阻抗比略變小。

在圖8中顯示具有圖2(a)所示之構造之高次模式彈性表面波裝置10之阻抗之頻率特性。圖8(a)顯示阻抗之頻率特性，圖8(b)係將圖8(a)之1次模式之共振頻率附近放大者。壓電基板11為(0ﾟ、116ﾟ、0ﾟ)LiNbO₃ 結晶。交叉指狀電極12係由厚度為0.35 λ之Al電極構成，自壓電基板11之表面被埋入至深度0.35 λ。交叉指狀電極12之金屬化率為0.5。

如圖8(a)及8(b)所示，確認壓電基板11為LiNbO₃ 結晶之情形亦與為LiTaO₃ 結晶之情形(參照圖4)同樣地，10.4 GHz之高次模式(1次模式)被較大地激振。確認，該1次模式之相對帶寬為6.4%，阻抗比為68 dB，與圖4(b)所示之LiTaO₃ 結晶為1次模式相比，頻帶寬變寬，阻抗比變大。

在圖9中顯示具有圖2(a)所示之構造之高次模式彈性表面波裝置10之阻抗之頻率特性。壓電基板11為(0ﾟ、116ﾟ、0ﾟ)LiNbO₃ 結晶。交叉指狀電極12係由厚度為0.24 λ之Cu電極構成，自壓電基板11之表面被埋入至深度0.24 λ。交叉指狀電極12之金屬化率為0.5。

如圖9所示，確認在交叉指狀電極12為Cu電極之情形下，1次模式之共振頻率與為Al電極之情形(參照圖8(a))相比，略低為9.5 GHz，但即便較Al電極更薄(淺)地形成，亦獲得與Al電極相同程度即68 dB之阻抗比。

在圖10中顯示具有圖2(a)所示之構造之高次模式彈性表面波裝置10之交叉指狀電極12之厚度與1次模式之相對帶寬及阻抗比之關係。壓電基板11為(0ﾟ、126.5ﾟ、0ﾟ)LiTaO₃ 結晶。交叉指狀電極12係由Al電極、Cu電極、或Au電極構成。交叉指狀電極12之金屬化率為0.5。在圖10(a)及圖10(b)中分別顯示使各電極之厚度(深度)變化於0.02 λ～0.6 λ時之各電極之厚度與相對帶寬之關係、及各電極之厚度與1次模式之阻抗比之關係。

如圖10(a)所示，確認在相同之厚度(深度)時，Al電極之頻帶寬最寬廣，頻帶寬依照Cu電極、Au電極之順序逐漸變窄。又，確認各電極均隨著厚度(深度)變大，而頻帶寬逐漸擴展。又，如圖10(b)所示，確認當在Al電極下為0.15 λ～0.6 λ時，在Cu電極及Au電極下為0.16 λ～0.6 λ時，阻抗比成為50 dB以上。又，確認當在Al電極下為0.23 λ～0.6 λ時，在Cu電極下為0.18 λ～0.6 λ時，在Au電極下為0.25 λ～0.6 λ時，阻抗比成為60 dB以上。進而，確認當在Al電極下為0.3 λ～0.6 λ時，在Cu電極下為0.29 λ～0.6 λ時，在Au電極為0.55 λ～0.6 λ時，阻抗比成為65 dB以上。

此外，電極之厚度×金屬化率為一定，例如，相對於金屬化率為0.5，電極之厚度為0.15 λ，而在金屬化率為0.75之情形下，電極之厚度成為0.5×0.15 λ/0.75=0.10 λ。因而，例如，相對於金屬化率0.5時之Al電極之厚度0.15 λ，而在金屬化率為0.75之情形下，Al電極之厚度只要為0.10 λ以上即可。

此外，並不限定於圖2(a)所示之構造，即便為圖2(b)～圖2(f)所示之構造，亦認為阻抗比相對於各電極之厚度之關係不變。又，阻抗比相對於各電極之厚度之關係顯示下述傾向，即：密度1500～6000 kg/m³ 之電極材料(例如Ti、Mg合金)與Al電極相同，密度6000～12000 kg/m³ 之電極材料(例如Ag、Mo、Ni)與Cu電極相同，密度12000～23000 kg/m³ 之電極材料(例如Pt、W、Ta、Hf)與Au電極相同。又，在所利用之電極材料為合金之情形下、或為由不同之金屬積層而成者之情形下，藉由根據各者之材料之厚度與密度所計算出之平均密度，而決定上述之阻抗比相對於電極之厚度之關係之傾向。

在圖11中顯示具有圖2(a)所示之構造之高次模式彈性表面波裝置10之壓電基板11之歐拉角與1次模式之相對帶寬及阻抗比之關係。壓電基板11為(0ﾟ、θ、0ﾟ)LiTaO₃ 結晶。交叉指狀電極12係由厚度為0.36 λ之Al電極構成，自壓電基板11之表面被埋入至深度0.36 λ。交叉指狀電極12之金屬化率為0.5。在圖11(a)及圖11(b)中分別顯示使構成歐拉角之θ變化於0ﾟ～180ﾟ時之θ與相對帶寬之關係、及θ與阻抗比之關係。

如圖11(a)及圖11(b)所示，確認在θ=112ﾟ～168ﾟ時，相對帶寬為2.5%以上，在θ=112ﾟ～140ﾟ時，阻抗比為50 dB以上。又，確認在θ=120ﾟ～132ﾟ時，相對帶寬為2.6～2.7%，阻抗比成為60 dB以上。又，如圖12所示，確認在ϕ=-20ﾟ至20ﾟ時，阻抗比成為50 dB以上，在ϕ=-10ﾟ至10ﾟ時，阻抗比成為60 dB以上。

在圖13中顯示具有圖2(a)所示之構造之高次模式彈性表面波裝置10之交叉指狀電極12之厚度與1次模式之相對帶寬及阻抗比之關係。壓電基板11為(0ﾟ、116ﾟ、0ﾟ)LiNbO₃ 結晶。交叉指狀電極12包含Al電極、Cu電極、或Au電極。交叉指狀電極12之金屬化率為0.5。在圖13(a)及圖13(b)中分別顯示使各電極之厚度(深度)變化於0.02 λ～0.6 λ時之各電極之厚度與相對帶寬之關係、及各電極之厚度與阻抗比之關係。

如圖13(a)所示，確認在為0.1 λ以上且相同之厚度(深度)時，Al電極之頻帶寬最寬廣，頻帶寬依照Cu電極、Au電極之順序逐漸變窄。又，亦確認各電極均在0.4 λ以下時，隨著厚度(深度)變大，而頻帶寬逐漸擴展。又，如圖13(b)所示，確認當在Al電極下為0.14 λ～0.6 λ時，在Cu電極下為0.13 λ～0.6 λ時，在Au電極下為0.15 λ～0.6 λ時，阻抗比成為50 dB以上。又，確認當在Al電極下為0.21 λ～0.6 λ時，在Cu電極下為0.18 λ～0.6 λ時，在Au電極下為0.23 λ～0.6 λ時，阻抗比成為60 dB以上。此外，如上述般，電極之厚度×金屬化率為一定。

在圖14中顯示具有圖2(a)所示之構造之高次模式彈性表面波裝置10之壓電基板11之歐拉角與1次模式之相對帶寬及阻抗比之關係。壓電基板11為(0ﾟ、θ、0ﾟ)LiNbO₃ 結晶。交叉指狀電極12係由厚度為0.3 λ之Al電極構成，自壓電基板11之表面被埋入至深度0.3 λ。交叉指狀電極12之金屬化率為0.5。在圖14(a)及圖14(b)中分別顯示使構成歐拉角之θ變化於50ﾟ～180ﾟ時之θ與相對帶寬之關係、及θ與阻抗比之關係。

如圖14(a)及圖14(b)所示，確認在θ=78ﾟ～153ﾟ時，相對帶寬為4.4～6.5%，阻抗比成為50 dB以上。又，確認在θ=87ﾟ～143ﾟ時，相對帶寬為5.2～6.5%，阻抗比成為60 dB以上。進而，確認在θ=94ﾟ～135ﾟ時，相對帶寬為5.7～6.5%，阻抗比成為65 dB以上。又，如圖15所示，確認在ϕ=-25ﾟ至25ﾟ時，阻抗比成為50 dB以上，在ϕ=-20ﾟ至20ﾟ時，阻抗比成為60 dB以上，在ϕ=-10ﾟ至10ﾟ時，阻抗比成為70 dB以上。

在圖16中顯示具有圖2(a)所示之構造之高次模式彈性表面波裝置10之交叉指狀電極12之金屬化率與1次模式之相位速度及阻抗比之關係。壓電基板11為(0ﾟ、126.5ﾟ、0ﾟ)LiTaO₃ 結晶。交叉指狀電極12係由厚度為0.36 λ之Al電極構成，自壓電基板11之表面被埋入至深度0.36 λ。在圖16(a)及圖16(b)中分別顯示使Al電極之金屬化率變化於0.3～0.9時之金屬化率與相位速度之關係、及金屬化率與阻抗比之關係。

如圖16(a)所示，確認相位速度為約10000～11500 m/s，且存在大致金屬化率越大則變快之傾向。又，如圖16(b)所示，確認在金屬化率為0.4以上時，阻抗比成為50 dB以上，在金屬化率為4.5以上時，阻抗比成為60 dB以上，在金屬化率為0.52以上時，阻抗比成為65 dB以上，在金屬化率為0.63以上時，阻抗比成為70 dB以上。

在圖17中顯示具有圖2(a)所示之構造之高次模式彈性表面波裝置10之阻抗之頻率特性。壓電基板11為(0ﾟ、126.5ﾟ、0ﾟ)LiTaO₃ 結晶。交叉指狀電極12係由厚度為0.2 λ之Al電極構成，自壓電基板11之表面被埋入至深度0.2 λ。交叉指狀電極12之金屬化率為0.85。

如圖17所示，確認0次模式之高次模式即1次模式、2次模式、3次模式被激振。如圖4及圖8所示，由於在金屬化率為0.5時，幾乎無法確認2次模式及3次模式，故考量藉由增大金屬化率，而將2次及3次等之高次模式激振。

圖18(a)及圖18(b)顯示在與圖17相同之構造下，使交叉指狀電極12之厚度變化於0.05 λ～0.55 λ時之交叉指狀電極12之厚度與0次～3次模式之相位速度之關係、及交叉指狀電極12之厚度與0次～3次模式之阻抗比之關係。如圖18(a)所示，例如，確認在交叉指狀電極12之厚度為0.3 λ時，與0次模式相比，相位速度為約2.7倍之1次模式、4.7倍之2次模式、約6.9倍之3次模式之高次模式被激振。又，此時，如圖18(b)所示，確認阻抗比相對於在0次模式下為47 dB，而在1次模式下為57 dB，在2次模式下為40 dB，在3次模式下為45 dB，為可充分使用之位準。

在表1中顯示圖2(d)所示之高次模式彈性表面波裝置[槽電極/LiTaO₃ 結晶或LiNbO₃ 結晶基板/支持基板]用之支持基板之密度、縱波聲速、橫波聲速。縱波聲速由((c₃₃ /密度)之平方根)表示，橫波聲速由((c₄₄ /密度)之平方根)表示。此處，C_ij 為彈性剛度常數。相應於橫波聲速，而分組為A、B、C、D、E之5個組。

[表1]

	支持基板	密度	縱波聲速	橫波聲速
(Kg/m³ )	(m/s)	(m/s)
	LiNbO₃	4640	7228	3578
LTaO₃	7454	6127	3604
A	TeO₂	5990	4203	2103
鉛玻璃L	4360	4127	2414
ZnO	5665	6083	2733
鉛玻璃M	5000	6020	2900
B	玻璃E	2470	5500	3100
玻璃D	2440	5565	3408
派熱克斯	2230	5710	3494
硼矽酸玻璃	2365	5620	3520
SiO2膜	2210	4675	3572
熔融石英	2210	5960	3757
石英玻璃	2200	5976	3768
C	水晶	2650	6360	4676
D	多晶Si	2331	8945	5341
單晶Si	2331	8431	5844
E	藍寶石	3986	11178	6073
氧化鋁	3800	10476	6198
SiC	3200	11963	7603

在圖19中顯示圖2(d)所示之高次模式彈性表面波裝置[槽深度0.2 λ之Cu電極(金屬化率0.5)/(0ﾟ、126.5ﾟ、0ﾟ)LiTaO₃ 結晶基板/支持基板]之支持基板包含c藍寶石、Si、水晶、派熱克斯(Pyrex)玻璃、鉛玻璃時的阻抗比之LiTaO₃ 結晶基板厚度依存性。圖中，中空之記號表示在頻率特性之頻帶內無波紋之特性，塗黑之記號表示在頻帶內存在波紋之特性。在任一支持基板中，於LiTaO₃ 結晶厚度20波長以上時，與無支持基板之僅LiTaO₃ 結晶基板時之阻抗比62 dB一致，但20波長以下之LiTaO₃ 結晶厚之阻抗比較其變大。

在橫波聲速遠比表1所示之LiTaO₃ 結晶之橫波聲速3604 m/s慢之表1之橫波聲速2000～3000 m/s之A組之2414 m/s之鉛玻璃之情形下，在LiTaO₃ 結晶厚度0.2 λ以上未達20 λ時無頻帶內波紋且獲得62 dB之阻抗比，在10波長以下獲得63 dB以上之阻抗比。在橫波聲速遠比LiTaO₃ 結晶慢之表1之橫波聲速6001～8000 m/s之E組之聲速6073 m/s之藍寶石之情形下亦無頻帶內之波紋，在LiTaO₃ 結晶厚度0.2 λ以上未達20 λ時獲得無頻帶內波紋、62 dB以上之阻抗比，在LiTaO₃ 結晶厚度0.2 λ以上10 λ時獲得63 dB以上之阻抗比。

然而，在橫波接近LiTaO₃ 結晶之橫波聲速之表1之橫波聲速3000～4220 m/s之B組之派熱克斯玻璃、4220～5000 m/s之C組之水晶、4220～5000 m/s之D組之Si基板之支持基板之情形下，在LiTaO₃ 結晶厚0.2 λ以上未達2 λ時於頻帶內產生波紋，在LiTaO₃ 結晶厚2 λ未達20 λ時，獲得62 dB以上之阻抗比，在LiTaO₃ 結晶厚2 λ至10 λ時獲得64.5 dB以上之阻抗比。

在圖20中顯示圖2(d)所示之高次模式彈性表面波裝置[槽深度0.23 λ之Cu電極(金屬化率0.5)/(0ﾟ、112ﾟ、0ﾟ)LiNbO₃ 結晶基板/支持基板]之支持基板包含c藍寶石、Si、水晶、派熱克斯玻璃、鉛玻璃時的阻抗比之LiTaO₃ 結晶基板厚度依存性。圖中，中空之記號表示在頻率特性之頻帶內無波紋之特性，塗黑之記號表示在頻帶內存在波紋之特性。在任一支持基板中，在LiNbO₃ 結晶厚度20波長以上時，與僅為無支持基板之LiNbO₃ 結晶基板時之阻抗比68 dB一致，但未達20波之LiNbO₃ 結晶厚之阻抗比較其變大。

在橫波聲速遠比表1所示之LiTaO₃ 結晶之橫波聲速3604 m/s慢之表1之A組之橫波聲速2414 m/s之鉛玻璃之情形下，在LiTaO₃ 結晶厚度0.2 λ以上未達20 λ時，獲得無頻帶內波紋、68～80 dB以上之阻抗比，在10波長以下時獲得71.5 dB以上之阻抗比。在遠快於表1之C組之橫波聲速6073 m/s及LiTaO₃ 結晶之藍寶石之情形下亦無頻帶內之波紋，在LiTaO₃ 結晶厚度為0.2 λ以上未達20 λ時獲得無頻帶內波紋、68～71 dB之阻抗比，在LiTaO₃ 結晶厚10波長以下時獲得70 dB以上之阻抗比。

然而，在橫波接近LiTaO₃ 結晶之橫波聲速之表1之B、C、D組之橫波聲速3000～6000 m/s之派熱克斯(Pyrex)、水晶、Si之支持基板之情形下，在LiTaO₃ 結晶厚0.2 λ以上未達2 λ時於頻帶內產生波紋，在LiTaO₃ 結晶厚自2 λ未達20 λ時獲得68～77 dB之阻抗比，在LiTaO₃ 結晶厚2 λ未達10 λ時獲得71.5～77 dB之阻抗比。

此外，於在LiTaO₃ 結晶或LiNbO₃ 結晶之壓電板與支持基板之間存在SiO₂ 膜、SiO膜、SiOF等SiO化合物膜等之薄膜之情形下，被認為該膜與下方之支持基板之平均之橫波聲速。於在壓電基板與支持基板之間存在SiO₂ 膜、SiO化合物膜、或音響多層膜之情形下，亦由該等2波長以內之聲速之表觀上之平均值之屬表1之A、B、C中任一組之聲速而決定壓電基板之最佳膜厚。此情形下，將與壓電基板相接之第1層之材料之權重設為70%，將其以後之權重全部設為30%。例如，在第1層SiO₂ 膜(橫波聲速3572 m/s)為0.5波長厚，藍寶石(橫波聲速6073 m/s)支持基板厚為1.5波長之情形下，(3572×0.5×0.7+6073×1.5×0.3)=3983 m/s，只要使用在E組中最佳之基板厚之LiTaO₃ 結晶、LiNbO₃ 結晶基板即可。

在表2中顯示LiTaO₃ 結晶與LiNbO₃ 結晶之線膨脹係數、及較LiTaO₃ 結晶或LiNbO₃ 結晶更小之代表性基板之線膨脹係數。在表2中顯示圖2(d)所示之高次模式彈性表面波裝置[槽電極/壓電基板/支持基板]構造所使用之各種支持基板之線膨脹係數。

[表2]

基板	線膨脹係數 (10^-6 )
合成石英	0.47
石英玻璃	0.47
熔融石英	0.55
碳C	3.20
派熱克斯	3.25
SiC	3.30
Si	3.35
碳C化合物	4.20
SiC化合物	4.2～4.5
SiO₂ 膜	4.50
SiO化合物(膜)	4.50
碳化硼B₄ C₅	4.50
藍寶石	7.10
硼矽酸玻璃	7.20
氧化鋁	8.00
釔(Y₂ O₃ )	8.20
尖晶石(MgAl₂ O₄ )	8.40
水晶90ﾟX傳播	10.35
水晶X傳播	13.71
LiNbO₃ 結晶X傳播	15.40
LiTaO₃ 結晶X傳播	16.10

在圖21中顯示圖2(d)所示之高次模式彈性表面波裝置[槽深度0.3 λ之Al電極(金屬化率0.5)/(0ﾟ、126.5ﾟ、0ﾟ)LiTaO₃ 結晶基板/支持基板]與槽深度0.3 λ之Al電極(金屬化率0.5)/(0ﾟ、112ﾟ、0ﾟ)LiNbO₃ 結晶基板/支持基板]之頻率溫度係數的每一支持基板之線膨脹係數之LiTaO₃ 結晶及LiNbO₃ 結晶/支持基板依存性。縱軸之頻率溫度係數由使用LiTaO₃ 結晶或LiNbO₃ 結晶/支持基板時之每1℃溫度之頻率變化率、亦即(-20至80℃間之最大頻率變化量/(100～20℃之溫度之最大變化量(此時為80)))表示，左與右之縱軸分別為使用LiTaO₃ 結晶基板、LiNbO₃ 結晶基板時之頻率溫度係數。橫軸由支持基板與壓電基板之比、亦即(支持基板之厚度/LiTaO₃ 結晶基板或LiNbO₃ 結晶基板厚)表示。

僅在支持基板設置Al之槽電極時之頻率溫度係數分別為-45、-100 ppm/℃，但在使用線膨脹係數0.5×10^-6 /℃之支持基板之情形下，在壓電基板/支持基板之厚度比為2.5以上時，在LiTaO₃ 結晶中可獲得優於-25 ppm/℃之頻率溫度係數，在LiNbO₃ 結晶中可獲得優於-35 ppm/℃之頻率溫度係數。在使用線膨脹係數3.35×10^-6 /℃之支持基板之情形下，壓電基板/支持基板之厚度比為4以上，在使用線膨脹係數8.4×10^-6 /℃之支持基板之情形下，壓電基板/支持基板之厚度比為6.7以上，在使用線膨脹係數10.4×10^-6 /℃之支持基板之情形下，壓電基板/支持基板之厚度比為8以上，在LiTaO₃ 結晶之情形下可獲得優於-25 ppm/℃之頻率溫度係數，在LiNbO₃ 結晶之情形下可獲得優於-35 ppm/℃之頻率溫度係數。該線膨脹係數α與壓電基板/支持基板之厚度比TR之關係由以下之(2)式表示。 TR=α×0.55×10⁶ +2.18 (2)

因而，只要使用成為較由(2)式獲得之TR更大之壓電基板/支持基板之厚度比之壓電基板、支持基板即可。於在壓電基板與支持基板之間介置SiO₂ 膜、SiO化合膜、或音響多層膜之情形下亦然，只要根據與厚度相應之線膨脹係數之平均值與總厚度計算TR即可。較理想為使用線膨脹係數較表2所示之LiTaO₃ 結晶或LiNbO₃ 結晶更小之10.4×10^-6 /℃以下之支持基板，若其以下之線膨脹係數則更佳。

10:高次模式彈性表面波裝置 11:壓電基板 12:交叉指狀電極(IDT) 13:薄膜 14:支持基板 15:多層膜 52:交叉指狀電極 a:電極之表面之寬度 b:底之寬度 c:有效寬度 d:深度 F:電極指狀件之寬度 fa:***振頻率 fr:共振頻率 G:電極指狀件間之間隙 I-I:切斷線 L:縱波成分 SH:水平剪切成分 SV:垂直剪力成分 Za:***振阻抗 Zr:共振阻抗 λ:週期/波長 θ:歐拉角

圖1(a)係顯示先前之彈性表面波裝置[Al交叉指狀電極/42ﾟ旋轉Y板X方向傳播LiTaO₃ 結晶]之平面圖，圖1(b)係剖視圖，圖1(c)係顯示圖1(a)及圖1(b)之彈性表面波裝置之阻抗之頻率特性的圖。圖2(a)係本實施形態之高次模式彈性表面波裝置，圖2(b)係圖2(a)之具有薄膜之變化例，圖2(c)係圖2(a)之交叉指狀電極突出之變化例，圖2(d)係圖2(a)之具有支持基板之變化例，圖2(e)係圖2(d)之交叉指狀電極突出之變化例，圖2(f)係顯示圖2(d)之在壓電基板與支持基板之間具有多層膜之變化例之剖視圖。圖3係在圖2(a)至圖2(f)所示之高次模式彈性表面波裝置中，所埋入之電極之側面相對於基板表面並非垂直之情形下之剖視圖。圖4係針對圖2(a)所示之高次模式彈性表面波裝置[Al電極/(0ﾟ、126.5ﾟ、0ﾟ)LiTaO₃ 結晶基板]而顯示之圖，圖4(a)係顯示交叉指狀電極之金屬化率為0.5時之阻抗之頻率特性之圖，圖4(b)係將圖4(a)之1次模式之共振頻率附近放大之圖，圖4(c)係顯示1次模式之共振頻率之變位分佈之圖，圖4(d)係顯示交叉指狀電極之金屬化率為0.7時之1次模式之阻抗之頻率特性的圖。圖5係針對圖2(c)所示之高次模式彈性表面波裝置[Al電極(金屬化率0.5)/(0ﾟ、126.5ﾟ、0ﾟ)LiTaO₃ 結晶基板]，顯示阻抗之頻率特性之圖。圖6係針對圖2(d)所示之高次模式彈性表面波裝置[Al電極(金屬化率0.5)/(0ﾟ、126.5ﾟ、0ﾟ)LiTaO₃ 結晶基板/支持基板]而顯示之圖，圖6(a)係顯示支持基板由Si基板構成時之阻抗之頻率特性之圖；圖6(b)係顯示支持基板由水晶基板構成時之阻抗之頻率特性之圖。圖7係針對圖2(f)所示之高次模式彈性表面波裝置[Al電極(金屬化率0.5)/(0ﾟ、126.5ﾟ、0ﾟ)LiTaO₃ 結晶基板]，顯示1次模式之阻抗之頻率特性之圖。圖8係針對圖2(a)所示之高次模式彈性表面波裝置[Al電極(金屬化率0.5)/(0ﾟ、116ﾟ、0ﾟ)LiNbO₃ 結晶基板]而顯示之圖，圖8(a)係顯示阻抗之頻率特性之圖，圖8(b)係將圖8(a)之1次模式之共振頻率附近放大之圖。圖9係針對圖2(a)所示之高次模式彈性表面波裝置[Cu電極(金屬化率0.5)/(0ﾟ、116ﾟ、0ﾟ)LiNbO₃ 結晶基板]，顯示阻抗之頻率特性之圖。圖10係針對圖2(a)所示之高次模式彈性表面波裝置[交叉指狀電極(金屬化率0.5)/(0ﾟ、126.5ﾟ、0ﾟ)LiTaO₃ 結晶基板]、交叉指狀電極為Al電極、Cu電極及Au電極而顯示之圖，圖10(a)係顯示各電極之厚度與1次模式之相對帶寬之關係之圖，圖10(b)係顯示各電極之厚度與1次模式之阻抗比之關係之圖。圖11係針對圖2(a)所示之高次模式彈性表面波裝置[Al電極(金屬化率0.5)/(0ﾟ、θ、0ﾟ)LiTaO₃ 結晶基板]而顯示之圖，圖11(a)係顯示θ與1次模式之相對帶寬之關係之圖，圖11(b)係顯示θ與1次模式之阻抗比之關係之圖。圖12係針對圖2(a)所示之高次模式彈性表面波裝置[Al電極(金屬化率0.5)/(0ﾟ、θ、0ﾟ)LiTaO₃ 結晶基板]而顯示之圖，圖12係顯示在(ϕ、126.5ﾟ、0ﾟ)LiTaO₃ 結晶基板中，ϕ與1次模式之阻抗比之關係之圖。圖13係針對圖2(a)所示之高次模式彈性表面波裝置[交叉指狀電極(金屬化率0.5)/(0ﾟ、116ﾟ、0ﾟ)LiNbO₃ 結晶基板]、交叉指狀電極為Al電極、Cu電極及Au電極而顯示之圖，圖13(a)係顯示各電極之厚度與1次模式之相對帶寬之關係之圖，圖13(b)係顯示各電極之厚度與1次模式之阻抗比之關係之圖。圖14係針對圖2(a)所示之高次模式彈性表面波裝置[Al電極(金屬化率0.5)/(0ﾟ、θ、0ﾟ)LiNbO₃ 結晶基板]而顯示之圖，圖14(a)係顯示θ與1次模式之相對帶寬之關係之圖，圖14(b)係顯示θ與1次模式之阻抗比之關係之圖。圖15係針對圖2(a)所示之高次模式彈性表面波裝置[Al電極(金屬化率0.5)/(ϕ、θ、0ﾟ)LiNbO₃ 結晶基板]而顯示之圖，圖15係顯示在(ϕ、116ﾟ、0ﾟ)LiNbO₃ 結晶基板中，ϕ與1次模式之阻抗比之關係之圖。圖16係針對圖2(a)所示之高次模式彈性表面波裝置[Al電極/(0ﾟ、126.5ﾟ、0ﾟ)LiTaO₃ 結晶基板]而顯示之圖，圖16(a)係顯示Al電極之金屬化率與1次模式之相位速度之關係之圖，圖16(b)係顯示Al電極之金屬化率與1次模式之阻抗比之關係之圖。圖17係顯示圖2(a)所示之高次模式彈性表面波裝置[Al電極(金屬化率0.85)/(0ﾟ、126.5ﾟ、0ﾟ)LiTaO₃ 結晶基板]之阻抗之頻率特性之圖。圖18係針對圖17所示之高次模式彈性表面波裝置而顯示之圖，圖18(a)係顯示交叉指狀電極之厚度與0次～3次模式之相位速度之關係之圖，圖18(b)係顯示交叉指狀電極之厚度與0次～3次模式之圖阻抗比之關係之圖。圖19係針對圖2(d)所示之高次模式彈性表面波裝置[槽深度0.2 λ之Cu電極(金屬化率0.5)/(0ﾟ、126.5ﾟ、0ﾟ)LiTaO₃ 結晶之基板/支持基板]，顯示支持基板包含c藍寶石、Si、水晶、派熱克斯玻璃、鉛玻璃時之1次模式之阻抗比之LiTaO₃ 結晶基板厚度依存性的圖。圖20係針對圖2(d)所示之高次模式彈性表面波裝置[槽深度0.23 λ之Cu電極(金屬化率0.5)/(0ﾟ、116ﾟ、0ﾟ)LiNbO₃ 結晶之基板/支持基板]，顯示支持基板包含c藍寶石、Si、水晶、派熱克斯玻璃、鉛玻璃時之1次模式之阻抗比之LiNbO₃ 結晶之基板厚度依存性的圖。圖21係針對圖2(d)所示之高次模式彈性表面波裝置[槽深度0.3 λ之Al電極(金屬化率0.5)/(0ﾟ、126.5ﾟ、0ﾟ)LiTaO₃ 結晶之基板及(0ﾟ、116ﾟ、0ﾟ)LiNbO₃ 結晶之基板/支持基板]之頻率溫度係數，顯示每一支持基板之線膨脹係數之LiTaO₃ 結晶之基板及LiNbO₃ 結晶之厚度依存性的圖。

10:高次模式彈性表面波裝置

11:壓電基板

12:交叉指狀電極(IDT)

13:薄膜

14:支持基板

15:多層膜

Claims

一種高次模式彈性表面波裝置，其包含：壓電基板，其包含LiTaO₃ 結晶或LiNbO₃ 結晶；及交叉指狀電極，其被埋入前述壓電基板之表面；且利用高次模式之彈性表面波。
如請求項1之高次模式彈性表面波裝置，其中前述交叉指狀電極以與前述壓電基板之表面非為同一面之方式形成。
如請求項1或2之高次模式彈性表面波裝置，其包含以與前述壓電基板相接之方式設置之薄膜或基板。
如請求項1或2之高次模式彈性表面波裝置，其更包含支持基板及/或多層膜，且前述支持基板及/或前述多層膜設置於前述壓電基板之與設置有前述交叉指狀電極之表面為相反側之面。
如請求項4之高次模式彈性表面波裝置，其中前述支持基板包含金屬以外之材料。
如請求項5之高次模式彈性表面波裝置，其中前述支持基板包含Si、水晶、藍寶石、玻璃、石英、鍺及氧化鋁之至少一者。
如請求項4之高次模式彈性表面波裝置，其中前述多層膜包含積層有音響阻抗不同之複數個層之音響多層膜。
如請求項1之高次模式彈性表面波裝置，其中前述交叉指狀電極之金屬化率為0.45以上。
如請求項1之高次模式彈性表面波裝置，其中前述交叉指狀電極之金屬化率為0.63以上。
如請求項1之高次模式彈性表面波裝置，其中前述壓電基板包含LiTaO₃ 結晶，前述交叉指狀電極包含Ti、Al及Mg合金之至少一種，且自前述壓電基板之表面被埋入至前述彈性表面波之波長/金屬化率為0.075～0.3之範圍內之深度。
如請求項1之高次模式彈性表面波裝置，其中前述壓電基板包含LiTaO₃ 結晶，前述交叉指狀電極包含Ag、Mo、Cu、Ni、Pt、Au、W、Ta及Hf之至少一種，且自前述壓電基板之表面被埋入至前述彈性表面波之波長/金屬化率為0.08～0.3之範圍內之深度。
如請求項1之高次模式彈性表面波裝置，其中前述壓電基板包含LiTaO₃ 結晶，前述交叉指狀電極包含Ti、Al及Mg合金之至少一種，且自前述壓電基板之表面被埋入至前述彈性表面波之波長/金屬化率為0.115～0.3之範圍內之深度。
如請求項1之高次模式彈性表面波裝置，其中前述壓電基板包含LiTaO₃ 結晶，前述交叉指狀電極包含Ag、Mo、Cu及Ni之至少一種，且自前述壓電基板之表面被埋入至前述彈性表面波之波長/金屬化率為0.09～0.3之範圍內之深度。
如請求項1之高次模式彈性表面波裝置，其中前述壓電基板包含LiTaO₃ 結晶，前述交叉指狀電極包含Pt、Au、W、Ta及Hf之至少一種，且自前述壓電基板之表面被埋入至前述彈性表面波之波長/金屬化率為0.125～0.3之範圍內之深度。
如請求項1之高次模式彈性表面波裝置，其中前述壓電基板包含LiNbO₃ 結晶，前述交叉指狀電極包含Ti、Al及Mg合金之至少一種，且自前述壓電基板之表面被埋入至前述彈性表面波之波長/金屬化率為0.07～0.3之範圍內之深度。
如請求項1之高次模式彈性表面波裝置，其中前述壓電基板包含LiNbO₃ 結晶，前述交叉指狀電極包含Ag、Mo、Cu及Ni之至少一種，且自前述壓電基板之表面被埋入至前述彈性表面波之波長/金屬化率為0.065～0.3之範圍內之深度。
如請求項1之高次模式彈性表面波裝置，其中前述壓電基板包含LiNbO₃ 結晶，前述交叉指狀電極包含Pt、Au、W、Ta及Hf之至少一種，且自前述壓電基板之表面被埋入至前述彈性表面波之波長/金屬化率為0.075～0.3之範圍內之深度。
如請求項1之高次模式彈性表面波裝置，其中前述壓電基板包含LiNbO₃ 結晶，前述交叉指狀電極包含Ti、Al及Mg合金之至少一種，且自前述壓電基板之表面被埋入至前述彈性表面波之波長/金屬化率為0.105～0.3之範圍內之深度。
如請求項1之高次模式彈性表面波裝置，其中前述壓電基板包含LiNbO₃ 結晶，前述交叉指狀電極包含Ag、Mo、Cu及Ni之至少一種，且自前述壓電基板之表面被埋入至前述彈性表面波之波長/金屬化率為0.09～0.3之範圍內之深度。
如請求項1之高次模式彈性表面波裝置，其中前述壓電基板包含LiNbO₃ 結晶，前述交叉指狀電極包含Pt、Au、W、Ta及Hf之至少一種，且自前述壓電基板之表面被埋入至前述彈性表面波之波長/金屬化率為0.115～0.3之範圍內之深度。
如請求項1之高次模式彈性表面波裝置，其中前述壓電基板包含LiTaO₃ 結晶，歐拉角為(0ﾟ±20ﾟ、112ﾟ～140ﾟ、0ﾟ±5ﾟ)之範圍內、或為在結晶學上與其等效之歐拉角。
如請求項1之高次模式彈性表面波裝置，其中前述壓電基板包含LiTaO₃ 結晶，歐拉角為(0ﾟ±10ﾟ、120ﾟ～132ﾟ、0ﾟ±5ﾟ)之範圍內、或為在結晶學上與其等效之歐拉角。
如請求項1之高次模式彈性表面波裝置，其中前述壓電基板包含LiNbO₃ 結晶，歐拉角為(0ﾟ±25ﾟ、78ﾟ～153ﾟ、0ﾟ±5ﾟ)之範圍內、或為在結晶學上與其等效之歐拉角。
如請求項1之高次模式彈性表面波裝置，其中前述壓電基板包含LiNbO₃ 結晶，歐拉角為(0ﾟ±20ﾟ、87ﾟ～143ﾟ、0ﾟ±5ﾟ)之範圍內、或為在結晶學上與其等效之歐拉角。
如請求項1或2之高次模式彈性表面波裝置，其包含以與前述壓電基板之與設置有前述交叉指狀電極之表面為相反側之面相接之方式設置之支持基板、薄膜及多層膜之至少一者，支持基板之橫波聲速或等效的橫波聲速為2000～3000 m/s或6000～8000 m/s之範圍內，前述壓電基板之厚度為0.2波長至20波長之範圍內。
如請求項1或2之高次模式彈性表面波裝置，其包含以與前述壓電基板之與設置有前述交叉指狀電極之表面為相反側之面相接之方式設置之支持基板、薄膜及多層膜之至少一者，支持基板之橫波聲速或等效的橫波聲速為3000～6000 m/s之範圍內，前述壓電基板之厚度為2波長至20波長之範圍內。
如請求項1或2之高次模式彈性表面波裝置，其包含以與前述壓電基板之與設置有前述交叉指狀電極之表面為相反側之面相接之方式設置之支持基板、薄膜及多層膜之至少一者，支持基板之線膨脹係數為10.4×10^-6 /℃以下，以α為線膨脹係數，支持基板/壓電基板之厚度之比為由下述之(1)式規定之TR之值以上， TR=α×0.55×10⁶ +2.18 (1)。