WO2007138840A1

WO2007138840A1 - 弾性境界波装置

Info

Publication number: WO2007138840A1
Application number: PCT/JP2007/059760
Authority: WO
Inventors: Hajime Kando
Original assignee: Murata Manufacturing Co., Ltd.
Priority date: 2006-05-30
Filing date: 2007-05-11
Publication date: 2007-12-06
Also published as: US7772742B2; CN101454974B; EP2023485A4; CN101454974A; JPWO2007138840A1; EP2023485A1; JP4715922B2; US20090066189A1

Abstract

　第１～第４の媒質が積層されており、第１，第２の媒質間に電極が配置されている弾性境界波装置であって、遅延時間温度係数の絶対値が小さく、温度特性が良好な弾性境界波装置を提供する。　第１～第４の媒質１１～１４がこの順序で積層されており、第１の媒質１１と第２の媒質１２との間の界面にＩＤＴ電極１６を含む電極が配置されており、第４の媒質１４／第２の媒質１２／電極／第１の媒質１１を積層してなる構造における弾性境界波の遅延時間温度係数ＴＣＤが正の値であり、第４または第２の媒質が正の音速温度係数ＴＣＶを有し、第１の媒質１１が負の音速温度係数ＴＣＶを有し、第３の媒質１３の横波の音速が、第４の媒質１４及び／または第２の媒質１２の横波の音速よりも遅くされている、弾性境界波装置１。

Description

明細書

弾性境界波装置

技術分野

[0001] 本発明は、例えば共振子やフィルタとして用いられる弾性境界波装置に関し、より詳細には、第 1,第 2の媒質間に電極が配置されており、第 2の媒質上に、さらに第 3 及び第 4の媒質が積層されている構造を有する弾性境界波装置に関する。

背景技術

[0002] 近年、共振子や帯域フィルタとして、ノッケージ構造の簡略ィ匕を図り得るため、弾性境界波装置が注目されて、る。

[0003] 下記の特許文献 1には、電気機械結合係数が大きぐ伝搬損失及びパワーフロー角が小さぐ周波数温度係数 TCFが適度な範囲にある弾性境界波装置が開示されている。ここでは、圧電基板からなる第 1の媒質と、 SiO膜からなる第 2の媒質との界

2

面に IDT電極が形成されている。そして、圧電基板として用いる圧電単結晶の方位、 IDT電極を構成する材料、膜厚及び電極指ピッチを調整することにより、電気機械結合係数や温度特性を調整し得る旨が記載されて!、る。

[0004] 他方、下記の特許文献 2には、図 12に模式的に示す弾性境界波装置 101が開示されている。弾性境界波装置 101では、 Yカット X伝搬の LiNbO基板カゝらなる第 1の

3

媒質 111と、 SiO膜からなる第 2の媒質 112との界面に IDT電極 115が配置されて

2

いる。そして、第 2の媒質 112上に、多結晶 Si層からなる第 3の媒質 113と、 SiO膜

2 からなる第 4の媒質 114とがこの順序で積層されて、る。

[0005] ここでは、第 2の媒質〜第 4の媒質 112〜114を積層することにより、周波数調整を行うことができるとされている。すなわち、膜厚 HIの第 1の媒質 111と、膜厚 H2の第 2の媒質 112との間に電極 115が形成され、さらに膜厚 H3の第 3の媒質 113が積層されて、積層体が得られる。この積層体段階で周波数調整が行われる。そして、第 3 の媒質 113上に、膜厚 H4の第 4の媒質 114が積層される。このようにして得られた弾性境界波装置 101では、境界波のエネルギーは、図 12の右側に示す通りとなる。すなわち、第 4の媒質においては、境界波のエネルギーはごく一部にしか分布しないので、上記積層体段階で周波数調整を行い、周波数ばらつきを著しく小さくすると、第

4の媒質 114を形成したとしても、周波数ばらつきを小さくすることが可能とされている特許文献 1： WO2004- 070946

特許文献 2 :WO2005— 093949

発明の開示

[0006] 特許文献 1に記載の弾性境界波装置では、圧電基板を構成して！/ヽる圧電単結晶の基板方位、 IDT電極の構成が決定されると、周波数温度係数 TCFや遅延時間温度係数 TCDが自ずと決定されることになる。従って、所望の温度特性を有する弾性境界波装置を得ることは困難であった。

[0007] 他方、特許文献 2に記載の弾性境界波装置では、上記のように、第 2〜第 4の媒質を積層することにより、製造段階における周波数調整を容易に行うことができ、周波数ばらつきの少ない弾性境界波装置を提供することができる。しかしながら、特許文献 2の図 10にお、て周波数温度係数 TCFが示されて、るように、上記多結晶 Si層力なる第 3の媒質層が積層されていることにより、周波数温度係数 TCFが劣化するおそれがあった。

[0008] 本発明の目的は、上述した従来技術の現状に鑑み、複数の媒質を積層してなる弾性境界波装置において、温度による特性変化の小さい弾性境界波装置を提供することにある。

[0009] 本願の第 1の発明によれば、第 1の媒質〜第 4の媒質力 Sこの順序で積層されており、第 1の媒質と第 2の媒質との間の界面に電極が配置されている弾性境界波装置において、前記第 4の媒質 Z第 2の媒質 Z電極 Z第 1の媒質を積層してなる構造における弾性境界波または弾性表面波の遅延時間温度係数 TCDが正の値であり、前記第 4または第 2の媒質が正の音速温度係数 TCVを有し、前記第 1の媒質が負の音速温度係数 TCVを有し、前記第 3の媒質の横波の音速が、前記第 4の媒質及び Zまたは第 2の媒質の横波の音速よりも遅くされていることを特徴とする、弾性境界波装置が提供される。

[0010] 本発明のある特定の局面では、第 1の媒質が圧電基板力なり、第 2の媒質が酸化ケィ素膜からなり、第 3の媒質が酸ィ匕タンタル膜または酸ィ匕亜鉛膜からなり、第 4の媒質が酸ィ匕ケィ素膜からなる。この場合、酸ィ匕ケィ素膜からなる第 2,第 4の媒質間に、酸ィ匕ケィ素膜よりも横波の音速が遅い酸ィ匕タンタル膜または酸ィ匕亜鉛膜からなる第 3 の媒質が配置されることになる。従って、本発明により、横波の音速が第 4,第 2の媒質の横波の音速よりも遅い第 3の媒質が配置されることになるため、遅延時間温度係数 TCDの絶対値が小さヽ、温度特性の良好な弾性境界波装置を確実に提供することがでさる。

[0011] 本願の第 2の発明によれば、第 1の媒質〜第 4の媒質力 Sこの順序で積層されており、第 1の媒質と第 2の媒質との間の界面に電極が配置されている弾性境界波装置において、前記第 4の媒質 Z第 2の媒質 Z電極 Z第 1の媒質を積層してなる構造における弾性境界波または弾性表面波の遅延時間温度係数 TCDが負の値であり、前記第 4または第 2の媒質が負の音速温度係数 TCVを有し、前記第 1の媒質が正の音速温度係数 TCVを有し、前記第 3の媒質の横波の音速が、前記第 4の媒質及び Zまたは第 2の媒質の横波の音速よりも遅くされていることを特徴とする、弾性境界波装置が提供される。

[0012] 本願の第 3の発明によれば、第 1の媒質〜第 4の媒質力 Sこの順序で積層されており、第 1の媒質と第 2の媒質との間の界面に電極が配置されている弾性境界波装置において、前記第 4の媒質 Z第 2の媒質 Z電極 Z第 1の媒質を積層してなる構造における弾性境界波または弾性表面波の遅延時間温度係数 TCDが正の値であり、前記第 4または第 2の媒質が負の音速温度係数 TCVを有し、前記第 1の媒質が正の音速温度係数 TCVを有し、前記第 3の媒質の横波の音速が、前記第 4の媒質及び Zまたは第 2の媒質の横波の音速よりも速くされていることを特徴とする、弾性境界波装置が提供される。

[0013] 本願の第 4の発明によれば、第 1の媒質〜第 4の媒質力 Sこの順序で積層されており、第 1の媒質と第 2の媒質との間の界面に電極が配置されている弾性境界波装置において、前記第 4の媒質 Z第 2の媒質 Z電極 Z第 1の媒質を積層してなる構造における弾性境界波または弾性表面波の遅延時間温度係数 TCDが負の値であり、前記第 4または第 2の媒質が正の音速温度係数 TCVを有し、前記第 1の媒質が負の音速温度係数 TCVを有し、前記第 3の媒質の横波の音速が、前記第 4の媒質及び Zまたは第 2の媒質の横波の音速よりも速くされていることを特徴とする、弾性境界波装置が提供される。

[0014] また、第 4の発明では、好ましくは、前記第 1の媒質が圧電基板力もなり、前記第 2 の媒質と第 4の媒質が酸ィ匕ケィ素膜からなり、前記第 3の媒質がケィ素膜または窒化ケィ素膜からなる。この場合には、酸ィ匕ケィ素膜からなる第 2,第 4の媒質間に、酸ィ匕ケィ素膜よりも横波の音速が速いケィ素膜または窒化ケィ素膜からなる第 3の媒質が配置されることになる。従って、本発明により、横波の音速が第 4,第 2の媒質の横波の音速よりも速い第 3の媒質が配置されることになるため、遅延時間温度係数 TCD の絶対値が小さい温度特性の良好な弾性境界波装置を確実に提供することができる。

[0015] 本発明（第 1〜第 4の発明）では、好ましくは、電極として、少なくとも 1つの IDT電極が形成されている。すなわち、少なくとも 1つの IDT電極により、弾性境界波が効率良く励振され、本発明に従って、弾性境界波を利用し、遅延時間温度特性が良好な弾性境界波装置を提供することができる。

(発明の効果）

[0016] 本発明（第 1,第 2の発明）に係る弾性境界波装置では、第 1〜第 4の媒質がこの順序で積層されており、第 1,第 2の媒質間の界面に電極が配置されている構造において、第 3の媒質の横波の音速が、第 4の媒質及び Zまたは第 2の媒質の横波の音速よりも遅くされているので、遅延時間温度特性 TCDの絶対値を小さくすることができ、良好な温度特性を有する弾性境界波装置を提供することができる。これは、以下の理由によると考えられる。振動エネルギーは、音速が低い媒質側に集中しやすい傾向がある。従って、第 3の媒質における横波の音速が、第 4の媒質及び Zまたは第 2 の媒質の横波の音速よりも遅くされている場合、第 3の媒質において、横波の振動ェネルギ一が強く分布することになるため、それによつて、第 2,第 4の媒質への横波の振動エネルギーの分布も強くなり、弾性境界波の遅延時間温度係数 TCDを小さくすることができることによると考えられる。また、第 3,第 4の発明においては、第 3の媒質の横波の音速を逆に速くすることにより第 2,第 4の媒質への横波のエネルギー分布を小さくでき、効果を得ているものである。

[0017] よって、本発明によれば、温度による特性の変化が小さい弾性境界波装置を確実にかつ容易に提供することが可能となる。

図面の簡単な説明

[0018] [図 1]図 1 (a)及び (b)は、本発明の一実施形態に係る弾性境界波装置を説明するための略図的正面断面図及び電極構造を示す模式的平面図である。

[図 2]図 2は、実施形態の弾性境界波装置における各媒質層における振動エネルギ一の分布状態を説明するための模式図である。

[図 3]図 3は、 Ta O力もなる第 3の媒質の膜厚を変化させた場合の弾性境界波の音

2 5

速の変化を示す図である。

[図 4]図 4は、 Ta O力もなる第 3の媒質の膜厚を変化させた場合の弾性境界波のス

2 5

ブリット反射指標 κ の

12 変化を示す図である。

[図 5]図 5は、 Ta O力もなる第 3の媒質の膜厚を変化させた場合の弾性境界波の遅

2 5

延時間温度係数 TCDの変化を示す図である。

[図 6]図 6は、 Ta O力もなる第 3の媒質の膜厚を変化させた場合の弾性境界波の電

2 5

気機械結合係数 κ²の変化を示す図である。

[図 7]図 7は、第 3の媒質を構成している Ta O厚みが 0. 03 λである場合の実施形

2 5

態の弾性境界波装置の振動エネルギー分布を模式的に示す図である。

[図 8]図 8は、第 3の媒質を構成している Ta O厚みが 0. 20 λである場合の実施形

2 5

[図 9]図 9は、 Ta O力なる第 3の媒質の厚みが 0. 02 λ及び 0. 05えの場合、第 3

2 5

の媒質が積層されてヽな、構造における周波数温度係数 TCFを示す図である。

[図 10]図 10は、 Ta O力なる第 3の媒質の厚みが 0. 02 λ及び 0. 05えの場合、第

2 5

3の媒質が積層されていない構造における共振子の比帯域を示す図である。

[図 11]図 11は、第 3の媒質としての Ta Oの厚みが 0. 02 λ及び 0. 05 λ及び第 3の

2 5

媒質が積層されてヽなヽ各弾性境界波装置のインピーダンス及び位相周波数特性を示す図である。

[図 12]図 12は、従来の弾性境界波装置の一例を説明するための模式的正面断面図である。

符号の説明

[0019] 1…弾性境界波装置

11· ··第 1の媒質

12· ··第 2の媒質

13· ··第 3の媒質

14· ··第 4の媒質

15…積層体

16- IDT電極

17, 18…反射器

発明を実施するための最良の形態

[0020] 以下、図面を参照しつつ本発明の具体的な実施形態を説明することにより、本発明を明らかにする。

[0021] 図 1 (a)及び (b)は、本発明の一実施形態に係る弾性境界波装置の模式的正面断面図及び電極構造を示す模式的平面図である。

[0022] 弾性境界波装置 1は、第 1の媒質 11〜第 4の媒質 14をこの順序で積層した積層体 15を有する。そして、第 1の媒質 11と第 2の媒質 12との界面に、図 1 (b)に示す電極構造が形成されている。すなわち、上記電極構造として、 IDT電極 16と、 IDT電極 1 6の弾性境界波伝搬方向外側に設けられた反射器 17, 18とを有する。

[0023] 本実施形態では、第 1の媒質 11は、 15° Yカット X伝搬の LiNbO基板からなる。

3

なお、第 1の媒質 11は、他の結晶方位の LiNbO基板、あるいは LiTaO基板などの

3 3 他の圧電単結晶基板を用いて構成されてもよい。第 1の媒質 11は、他の圧電材料、例えば圧電セラミックスにより構成されていてもよぐさら〖こは、絶縁性材料に圧電薄膜を積層した構造により構成されてもよい。

[0024] また、第 2の媒質 12は、本実施形態では酸ィ匕ケィ素膜としての SiO膜により形成さ

2

れている。本実施形態で、第 3の媒質 13は、酸ィ匕タンタル膜としての Ta Oからなる

2 5

。また、第 4の媒質 14は、酸ィ匕ケィ素膜としての SiO膜からなる。

2

[0025] Ta O力なる第 3の媒質 13における横波の音速は 1580mZ秒である。他方、 Si O

2力もなる第 2,第 4の媒質中の横波の音速は 3757mZ秒である。すなわち、第 3の媒質 13における横波の音速は、第 2,第 4の媒質 12, 14における横波の音速よりも遅くされている。また、 ZnOも横波音速 2826mZsであるので、第 3の媒質として利用できる。

[0026] なお、上記第 4の媒質 14Z第 2の媒質 12ZIDT電極 16Z第 1の媒質 11を積層した積層構造では、弾性境界波の遅延時間温度係数 TCDは正の値とされている。なお、遅延時間温度係数 TCDは、デバイスの性能の指標と直結する弾性波の伝搬性能の指標であり、デバイス性能の指標となる周波数温度係数 TCFとの間には、 TCF =—TCDの関係がある。

[0027] また、本実施形態では、第 3の媒質 13における横波の音速は、第 2の媒質 12における横波の音速及び第 4の媒質 14における横波の音速よりも遅くされていたが、第 3 の媒質 13における横波の音速は、第 2の媒質 12における横波の音速または第 4の媒質 14における横波の音速の少なくとも一方よりも遅くされていればよい。

[0028] また、 SiO力なる第 2,第 4の媒質においては、音速温度係数 TCVは正の値であ

2

る。音速温度係数 TCVとは、線膨張係数の影響を除いた弾性波の伝搬性能の指標であり、線膨張係数の影響を除いた音速の温度による変化傾向を示す。

[0029] なお、第 1の媒質 11を構成して、る LiNbO基板は、音速温度係数 TCVは負の値

3

である。

[0030] 本実施形態では、 IDT電極 16及び反射器 17, 18は、 Au層上に、 A1層を積層した積層金属膜からなり、 IDT電極のデューティは 0. 6とされている。

[0031] 本実施形態の弾性境界波装置 1では、第 3の媒質 13を構成している Ta Oの横波

2 5 の音速が、第 2,第 4の媒質 12, 14における横波の音速よりも遅いため、横波のエネルギ一は第 3の媒質に集中することとなる。従って、第 1,第 2の媒質 11, 12の界面を伝搬する弾性境界波の遅延時間温度係数 TCDの絶対値を小さくすることができ、良好な温度特性を得ることができる。これを、従来の弾性境界波装置と対比しつつ、より具体的に説明する。

[0032] 第 3及び第 4の媒質 13, 14を有しないことを除いては、上記実施形態の弾性境界波装置 1と同様に構成された従来の弾性境界波装置について、下記の表 1に示す条件で IDT電極、反射器及び第 1,第 2の媒質を構成した。この従来の弾性境界波装置について、「周期構造圧電性導波路の有限要素法解析」（電子通信学会論文誌 V ol. J68-C Nol. 1985/1,第 21頁〜第 27頁）に提案されている有限要素法を拡張し、半波長区間に 1本のストリップを配置し、電気的に開放したストリップと、短絡したストリップとの阻止域の上端と下端とにおける音速を求めた。境界波の振動エネルギ一は、 IDT電極の上方 1 λまでの部分及び下方 1 λまでの部分に大半のェネルギ一が集中している。従って、 IDT電極の上下方向に 8えの厚みの部分を解析領域とし、解析領域の表面と裏面の境界条件は弾性的に固定した。

[0033] 次に、「モード結合理論による弾性表面波すだれ状電極の励振特性評価」（電子情報通信学会技術報告、 MW90-62, 1990,第 69頁〜第 74頁）に提案されている方法に基づ、て、ストリップにおける境界波の反射量を表す κ /kと電気機械結

12 0

合係数 κ²を求めた。なお、「周期構造圧電性導波路の有限要素法解析」で扱った構造に比べると、上記従来例として用意した弾性境界波装置における音速の周波数分散が大きいため、 _K 12 Zk 0は周波数分散の影響を考慮して求めた。

[0034] また、遅延時間温度係数 TCDは、 15°C、 25°C及び 35°Cにおける短絡ストリップの阻止域下端の位相速度 V 、V 及び V より下記の式（1)により求めた。

15¾ 25¾ 35¾

[0035] TCD= a - (V —V ) /V (35— 15) …式（1)

s 35¾ 15 25¾

なお、式（1)において、ひは境界波伝搬方向における LiNbO基板の線膨張係数 s 3

である。

[0036] [表 1]

[0037] 上記計算により求めた従来の弾性境界波装置の特性を下記の表 2に示す。

[0038] [表 2] 項目伝搬特性

音速 v_{25 c} 3495mZ秒

TCD 26. 8ppmZ C

K² 1 7. 4%

K 12 k₀ 0. 096

[0039] 他方、上記実施形態の弾性境界波装置の IDT電極 16及び第 1〜第 4の媒質 11 14の構成を下記の表 3にまとめて示す。そして、下記の表 3のように設定された上記実施形態の弾性境界波装置について、上記従来の弾性境界波装置と同様にして、伝搬特性を計算した。結果を表 4に示す。

[0040] [表 3]

[0041] [表 4]

[0042] 表 2と表 4とを比較すれば明らかなように、本実施形態の弾性境界波装置によれば、遅延時間温度係数は 18. 7ppmZ°Cと良化していることがわかる。すなわち、音速、電気機械結合係数 K²、及び _K /kは若干変化したものの、これらの変化は実用

12 0

上十分許容され得る範囲内の変化であり、他方、遅延時間温度係数 TCDは上記のように大幅に良化して、ることがわ力る。

[0043] 本実施形態において、遅延時間温度係数 TCDの絶対値が小さくなり、良化する理由は、以下の通りであると考えられる。

[0044] 弾性境界波の遅延時間温度係数 TCDは、境界を形成する複数の媒質全体における線膨張係数 αと、個々の媒質における音速温度係数 TCVとのバランスにより決 s

定されることになる。例えば、弾性境界波の遅延時間温度係数 TCDが正の値である場合、横波の音速温度係数 TCVが正の材料における境界波の振動エネルギー分布を強くすると、境界波の遅延時間温度係数 TCDは小さくなる。弾性境界波の振動エネルギーは、低音速である媒質に集中しやすい。従って、 2つの層の一方の層に弾性境界波の振動エネルギーを集中させたい場合には、一方の層として、低音速の材料を用いればよい。また、 1つの媒質を 2つの層に分離し、分離された 2つの層の間に、相対的に低い音速の媒質を挿入すれば、該低い音速の媒質に振動エネルギ一を集中し、それにより、前記分離された 2つの層への振動エネルギー分布が強まる

[0045] 表 1に示した従来の弾性境界波装置では、遅延時間温度係数 TCDが正の値となる。従って、音速温度係数 TCVが正である SiO層側の振動エネルギーを高めること

2

ができれば、遅延時間温度係数 TCDを改善し得ると考えられる。そこで、上記実施形態では、表 3に示したように、第 2,第 4の媒質を構成している SiO膜間に、第 3の

2

媒質として、相対的に横波の音速が低速である Ta Oが配置されている。従って、音

2 5

速温度係数 TCVが正である SiO力もなる第 2の媒質 12と第 4の媒質 14における境

2

界波の振動エネルギーを高めることができる。

[0046] 図 2は、上記実施形態の場合と、上記実施形態とは異なり、 Ta O力なる第 3の媒

2 5

質が配置されて！ヽな、従来の場合の弾性境界波の変位分布を示す模式図である。実線が上記実施形態の場合を、破線が従来の場合を示している。図 2から明らかなように、 Ta O力もなる第 3の媒質 13を配置することにより、第 2の媒質 12と第 4の媒

2 5

質 14における弾性境界波の振動エネルギーが大幅に高められることがわかる。

[0047] 図 3〜図 6は、第 3の媒質 13の厚みと、弾性境界波伝搬特性との関係を示す図である。具体的には、図 3は、第 3の媒質 13の膜厚を変化させた場合の音速の変化を示す図であり、図 4は、ストリップ反射指標の変化を示す図であり、図 5は、遅延時間温度係数 TCDの変化を示す図であり、図 6は、電気機械結合係数 K² (%)の変化を示す図である。

[0048] また、図 7は、厚みが 0. 03 λの Ta O力なる第 3の媒質における振動エネルギー

2 5

の分布を示す模式図であり、図 8は、厚みが 0. 20えの Ta O力なる第 3の媒質に

2 5

おける振動エネルギーの分布を示す模式図である。 [0049] 図 3から明らかなように、第 3の媒質 (Ta O )の厚みを厚くすることにより、音速が遅

2 5

い第 3の媒質の影響が高くなるため、弾性境界波の音速が低下していることがわかる。例えば、第 3の媒質を設けない場合の音速が 3394mZsであるのに対し、第 3の媒質の厚みが 0. 03えの場合の音速が 3332mZsとなる。また、第 3の媒質 (Ta O )の

2 5 厚みが厚くなると、遅延時間温度係数 TCDは上記の原理に従って、図 5に示すように負の側に移動していくことになる。例えば、第 3の媒質を設けない場合の TCDが 2 7ppm/°Cであるのに対し、第 3の媒質の厚みが 0. 03えの場合の TCDが 18ppm Z°Cとなる。さらに、図 7及び図 8に示したように、 Ta Oの膜厚が 0. 20えと厚くなる

2 5

に従って、 LiNbO基板に分布する振動エネルギーが減少し、電気機械結合係数 K

3

²が低くなる。すなわち、 Ta Oの厚みが 0. 3えの場合、図 6から明らかなように、電気

2 5

機械結合係数 K²は 2. 4%と小さくなり、実用性が低下する。

[0050] また、図 4から明らかなように、 Ta O力もなる第 3の媒質 13の厚みが厚くなつていく

2 5

と、ストリップの反射係数を示す κ

12は低くなつていく。特に、 Ta Oの

2 5 厚みが 0. 2 λ で κ は 0. 026と/ J、さくなる。従って、 κ カ^). 026より/ J、さくなると、 IDT電極 16の

12 12

左右にストリップ型反射器 17, 18を配置した上記実施形態の 1ポート型弾性境界波共振子や、あるいは縦結合型の共振子フィルタを構成した場合、すなわち共振子構造を利用した弾性境界波装置では、反射器の本数を多くしなければならなくなる。そのため、弾性境界波装置の大型化を招き、好ましくない。よって、好ましくは、 Ta O

2 5 力もなる第 3の媒質 13の厚みは、 0. 30 λ以下、より好ましくは 0. 20 λ以下とすることが望ましい。

[0051] 次に、上記実施形態に従って、 1ポート型弾性境界波装置を具体的に作製し、共振周波数の温度係数 TCFと、比帯域幅を測定した。

[0052] すなわち、下記の表 5に示すように、 IDT電極 16の周期 λ、 IDT電極 16の構成及び膜厚、第 1〜第 4の媒質 11〜14の膜厚及び材料を設定した。

[0053] さらに、 IDT電極 16における設計パラメータは以下の通りとした。

[0054] 電極指の対数： 60対

交差幅： 30 λ

開口幅： 30. 4 λ アポタイズ：有、 IDT中央が交差幅 30 λ、 IDT両端が交差幅 15 λ

反射器の電極指の本数： 51本

IDTと反射器の周期 λ： 3. 42 m (電極指配置ピッチ 0. 8 m)

電極指のライン幅： 0. 855 m

電極指間のスペース幅： 0. 855 /z m

[表 5]

[0056] なお、第 3の媒質 13の厚みについては、上記のように 170nm、すなわち 0. 05えとしたが、別に、第 3の媒質 13の厚みを 0. 02 λ (68nm)とした変形例の弾性境界波装置を作製した。さらに、比較のために、第 3の媒質の厚みを 0え、すなわち第 3の媒質 13を設けな力つたことを除いては、上記試作例と同様にして弾性境界波装置を作製した。これらの弾性境界波装置について、共振周波数の周波数温度係数 TCFと比帯域幅を求めた。結果を図 9及び図 10に示す。ここで、比帯域幅は (***振周波数一共振周波数) Z共振周波数として求める。

[0057] 図 9及び図 10から明らかなように、具体的に試作された上記実施形態及び変形例の弾性境界波装置によれば、第 3の媒質を有しない弾性境界波装置に比べて、周波数温度係数 TCFの絶対値を小さくすることができ、かつ比帯域幅については、さほど変化しないことがわかる。従って、比帯域幅を狭めることなぐ周波数温度特性を改善し得ることがゎカゝる。

[0058] 図 11は、上記のようにして作製された 3種類の弾性境界波装置のインピーダンス及び位相特性を示す図である。図 11から明らかなように、第 3の媒質を有しない比較例に比べ、第 3の媒質 13を用いた実施形態及び変形例の弾性境界波装置では、*** 振周波数におけるインピーダンスの共振周波数におけるインピーダンスに対する比であるインピーダンス比すなわち山谷比が大きくなり、特性が改善されていることがわ力る。 [0059] 多くの圧電材料は負の音速温度係数 TCVを有し、そのデバイスは負の周波数温度係数 TCFを有する。従って、第 2の媒質 12及び第 4の媒質 14として、正の音速温度係数 TCVをもつ材料を用いることにより、デバイスの周波数温度係数 TCFをブラス側に補正することができる。正の音速温度係数 TCVを有する SiOを第 2の媒質 12

2

及び第 4の媒質 14として用いることにより、実用性を高めることができる。すなわち、周波数温度係数 TCFの絶対値を小さくすることができる。他方、 Ta Oは低音速で

2 5

あり、かつ重ぐ硬い誘電体材料である。従って、第 3の媒質 13として、 Ta Oを、 Si

2 5

O力もなる第 2の媒質 12と第 4の媒質 14との間に薄く配置することにより、エネルギ

2

一を効率的に第 1の媒質 11から第 2の媒質 12側に移動させることができる。また、 Si O及び Ta Oは耐熱性に優れており、化学的に安定である。従って、上記実施形態

2 2 5

の弾性境界波装置 1は、温度による特性の変化が小さいだけでなぐ耐熱性及び安定性に優れており、信頼性の点においても優れている。また、第 2の媒質 12と第 4の媒質 14は別の材料で構成してもよ、。

[0060] なお、上記実施形態では、第 4の媒質 Z第 2の媒質 Z電極 Z第 1の媒質を積層してなる構造における弾性境界波の遅延時間温度係数 TCDが正の値であり、第 4または第 2の媒質が正の音速温度係数 TCVを有し、第 1の媒質が負の音速温度係数 TC Vを有する構造とされていた力本発明においては、このような構造に限定されるものではなぐ第 3の媒質の横波の音速が、第 4の媒質及び Zまたは第 2の媒質の横波の音速よりも遅くされている下記の第 2の構造においても、また、第 3の媒質の横波の音速を逆に速くしている第 3,第 4の構造においても、遅延時間温度特性を改善することがでさる。

[0061] 第 2の構造例:第 4の媒質 Z第 2の媒質 Z電極 Z第 1の媒質を積層してなる構造における弾性境界波の遅延時間温度係数 TCDが負の値であり、第 4または第 2の媒質が負の音速温度係数 TCVを有し、第 1の媒質が正の音速温度係数 TCVを有する構造。

[0062] 第 3の構造例:第 4の媒質 Z第 2の媒質 Z電極 Z第 1の媒質を積層してなる構造における弾性境界波の遅延時間温度係数 TCDが正の値であり、第 4または第 2の媒質が負の音速温度係数 TCVを有し、第 1の媒質が正の音速温度係数 TCVを有する構造。

[0063] 第 4の構造例:第 4の媒質 Z第 2の媒質 Z電極 Z第 1の媒質を積層してなる構造における弾性境界波の遅延時間温度係数 TCDが負の値であり、第 4または第 2の媒質が正の音速温度係数 TCVを有し、第 1の媒質が負の音速温度係数 TCVを有する構造。

[0064] なお、上記実施例では、 1ポート型の弾性境界波共振子につき説明したが、本発明に係る弾性境界波装置は、様々な電極構造を有するように構成され得る。すなわち、 2個以上の IDTを用いた縦結合型もしくは横結合型の弾性境界波共振子フィルタや、複数個の弾性境界波共振子をラダー型に接続してなるラダー型フィルタであってもよい。また、本発明の弾性波装置は、弾性境界波光スィッチや弾性境界波光フィルタなどの光デバイスにも用いることができ、弾性境界波を利用した装置一般に広く用いることがでさる。

[0065] なお、本発明の弾性境界波装置の製造に際しては、第 2の媒質 12〜第 4の媒質 1 4を形成するに先立ち、逆スパッタ、イオンビームミリング、反応性イオンエッチング、ウエットエッチングまたは研磨などにより、 IDT電極や第 2もしくは第 3の媒質 12, 13 を薄くしたり、スパッタリングもしくは蒸着などの堆積法により追加成膜して厚くすることにより、 IDT電極 16、第 2の媒質 12及び Zまたは第 3の媒質 13の厚みを調整することができる。そして、これらの厚み調整により、周波数調整を行うことができる。

[0066] また、本発明においては、表 5に示したように、電極構造は、複数の金属からなる積層膜により構成されてもよい。

[0067] さらに、本発明における第 1〜第 4の媒質を構成する材料についても特に限定されない。すなわち、様々な誘電体を媒質として用いることができる。このような媒質としては、例えば、ニオブ酸リチウム、ニオブ酸カリウム、タンタル酸リチウム、四ほう酸リチウム、ランガサイトやランガナイト、水晶、 PZT、 ΖηΟ、 Α1Ν、酸化珪素、ガラス、シリコン、サファイア、窒化シリコン及び窒化炭素力なる群力選択される 1種などが挙げられる。

[0068] また、媒質は、単一材料で構成されている必要は必ずしもなぐ複数の媒質層を積層してなる積層構造を有していてもよい。すなわち、第 1〜第 4の媒質のうち少なくとも 1つの媒質が、複数の材料層を積層した積層構造を有するものであってもよい。

[0069] カ卩えて、本発明に係る弾性境界波装置では、外側に、強度を高めたり、腐食性ガスなどの浸入を防止するための保護層を形成してもよい。また、弾性境界波装置は、部品サイズが大きくなることを厭わな、のであれば、パッケージに封入された構造を有していてもよい。

[0070] なお、上記保護層としては、酸化チタン、窒化アルミニウム、酸ィ匕アルミニウムなどの絶縁性材料により構成されていてもよぐ Au、 Aほたは Wなどの金属膜により構成されて!/、てもよく、エポキシ榭脂などの榭脂膜により構成されて、てもよ、。

Claims

請求の範囲

[1] 第 1の媒質〜第 4の媒質がこの順序で積層されており、第 1の媒質と第 2の媒質との間の界面に電極が配置されている弾性境界波装置において、

前記第 4の媒質 Z第 2の媒質 Z電極 Z第 1の媒質を積層してなる構造における弾性境界波または弾性表面波の遅延時間温度係数 TCDが正の値であり、

前記第 4または第 2の媒質が正の音速温度係数 TCVを有し、前記第 1の媒質が負の音速温度係数 TCVを有し、

前記第 3の媒質の横波の音速が、前記第 4の媒質及び Zまたは第 2の媒質の横波の音速よりも遅くされていることを特徴とする、弾性境界波装置。

[2] 前記第 1の媒質が圧電基板力なり、前記第 2の媒質が酸ィヒケィ素膜からなり、前記第 3の媒質が酸ィ匕タンタル膜または酸ィ匕亜鉛膜からなり、前記第 4の媒質が酸ィ匕ケィ素膜からなる、請求項 1に記載の弾性境界波装置。

[3] 第 1の媒質〜第 4の媒質がこの順序で積層されており、第 1の媒質と第 2の媒質との間の界面に電極が配置されている弾性境界波装置において、

前記第 4の媒質 Z第 2の媒質 Z電極 Z第 1の媒質を積層してなる構造における弾性境界波または弾性表面波の遅延時間温度係数 TCDが負の値であり、

前記第 4または第 2の媒質が負の音速温度係数 TCVを有し、前記第 1の媒質が正の音速温度係数 TCVを有し、

[4] 第 1の媒質〜第 4の媒質がこの順序で積層されており、第 1の媒質と第 2の媒質との間の界面に電極が配置されている弾性境界波装置において、

前記第 3の媒質の横波の音速が、前記第 4の媒質及び Zまたは第 2の媒質の横波の音速よりも速くされていることを特徴とする、弾性境界波装置。

[5] 第 1の媒質〜第 4の媒質がこの順序で積層されており、第 1の媒質と第 2の媒質との間の界面に電極が配置されている弾性境界波装置において、

[6] 前記第 1の媒質が圧電基板力なり、前記第 2の媒質と第 4の媒質が酸ィヒケィ素膜からなり、前記第 3の媒質がケィ素膜または窒化ケィ素膜からなる、請求項 5に記載の弾性境界波装置。

[7] 前記電極として、少なくとも 1つの IDT電極を有する、請求項 1〜6のいずれか 1項に記載の弾性境界波装置。