WO2010016246A1 - 弾性波素子とこれを用いた電子機器 - Google Patents

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wave
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dielectric layer
angle
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後藤令
中西秀和
中村弘幸
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パナソニック株式会社
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    • H03H9/0222—Details of interface-acoustic, boundary, pseudo-acoustic or Stonely wave devices
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    • H03H9/125—Driving means, e.g. electrodes, coils
    • H03H9/145—Driving means, e.g. electrodes, coils for networks using surface acoustic waves
    • H03H9/14538—Formation
    • H03H9/14541—Multilayer finger or busbar electrode

Definitions

  • the present invention relates to an acoustic wave device and an electronic device using the same.
  • FIGS. 9A and 9B A conventional acoustic wave device will be described with reference to FIGS. 9A and 9B.
  • FIG. 9A is a schematic cross-sectional view of a conventional acoustic wave device.
  • FIG. 9B is a diagram showing a range in which the electromechanical coupling coefficient of the Rayleigh wave becomes equal to or less than a predetermined value when the substrate cut angle of the piezoelectric body in the conventional elastic wave device is changed.
  • the conventional elastic wave device 1 includes a piezoelectric body 2 made of lithium niobate and an IDT electrode 3 disposed on the piezoelectric body 2.
  • the first dielectric layer 6 formed of a silicon oxide film is formed to have the same thickness as the IDT electrode 3 in the remaining area except the area where the IDT electrode 3 is formed on the piezoelectric body 2.
  • the second dielectric layer 7 made of a silicon oxide film formed to cover the IDT electrode 3 and the first dielectric layer 6.
  • the normalized film thickness of the second dielectric layer 7 is in the range of 0.15 ⁇ to 0.40 ⁇ , and the wedge of the substrate cut angle (0 ° ⁇ 5 °, ⁇ , ⁇ ) of the piezoelectric body 2 is 10 ° to 30.
  • the film thickness of the IDT electrode is, for example, 0.06 ⁇ , ⁇ and ⁇ ⁇ are within the range of the hatched area shown in FIG. 9B.
  • Such a conventional elastic wave device 1 sets the substrate cut angle of the piezoelectric body 2, the film thickness of the IDT electrode 3, the film thickness of the second dielectric layer 7, etc. By reducing the electromechanical coupling coefficient, the spurious due to the Rayleigh wave was suppressed.
  • this conventional elastic wave device 1 is a boundary wave device that confines a main wave inside the device, conditions such that the film thickness of the IDT electrode 3 and the film thickness of the dielectric layer can suppress Stoneley waves due to manufacturing variations. Frequent departure from Due to this manufacturing variation, the spurious due to the Stoneley wave is generated and the device characteristics are degraded.
  • the present invention provides an acoustic wave device in which degradation of device characteristics is suppressed even if manufacturing variations occur.
  • the elastic wave device of the present invention comprises a piezoelectric body, an IDT electrode disposed on the piezoelectric body, a first dielectric layer disposed on the piezoelectric body so as to cover the IDT electrode, and a first dielectric layer. And a second dielectric layer provided on top of the body layer for propagating a shear wave faster than the velocity of the shear wave propagating through the first dielectric layer.
  • the substrate cut angle of the piezoelectric body can be displayed in Euler's angle ( ⁇ , ⁇ , ⁇ When ⁇ ), ⁇ ⁇ 0 °, ⁇ 0 ⁇ ⁇ , ⁇ ⁇ 0 ⁇ ⁇ ⁇ .
  • the power flow angle of the Stoneley wave is not less than a predetermined value while the power flow angle of the SH wave which is the main wave is not more than a predetermined value by shifting the substrate cut angle ⁇ of the piezoelectric material from 0 °.
  • the film thickness of the IDT electrode, the film thickness of the dielectric layer, etc. deviate from the conditions that can suppress Stoneley waves, and the power flow angle of Stoneley waves becomes slightly smaller than a predetermined value. Even in this case, the deterioration of the element characteristics can be suppressed to an acceptable level.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of an acoustic wave device according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an explanatory view of the feature of the acoustic wave device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is an explanatory view of the feature of the acoustic wave device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is an explanatory view of the feature of the acoustic wave device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is an explanatory view of the feature of the acoustic wave device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is an explanatory view of the feature of the acoustic wave device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is an explanatory view of the feature of the acoustic wave device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is an explanatory view of the feature of the acoustic wave device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 9A is a schematic cross-sectional view of a conventional acoustic wave device.
  • FIG. 9B is a diagram showing the range of the electromechanical coupling coefficient of the Rayleigh wave in the conventional elastic wave device.
  • Embodiment 1 The acoustic wave device according to the first embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of elastic wave element 8 in accordance with the first exemplary embodiment.
  • the elastic wave element 8 is disposed on the piezoelectric body 9, an IDT (Inter-Digital Transducer) electrode 10 disposed on the piezoelectric body 9, and the piezoelectric body 9 so as to cover the IDT electrode 10.
  • a second dielectric layer 12 provided on top of the first dielectric layer 11.
  • the piezoelectric body 9 is formed of, for example, lithium niobate, lithium tantalate, or potassium niobate.
  • the substrate cut angle of the piezoelectric body 9 is ⁇ ⁇ 0 °, ⁇ ⁇ 0 °, ⁇ ⁇ 0 ° when ( ⁇ , ⁇ , ⁇ ) in Euler angle display.
  • the substrate cut angle of the piezoelectric body 9 is 1.3 ° ⁇ ⁇ 5.5 ° and ⁇ 70 ° ⁇ ⁇ 60 ° and ⁇ 3.4 ° ⁇ ⁇ 0 °.
  • the IDT electrode 10 is formed of, for example, a single metal made of aluminum, copper, silver, gold, titanium, tungsten, platinum, or chromium, or an alloy containing any of these metals as a main component.
  • the first dielectric layer 11 is made of, for example, silicon oxide, but any medium may be used as long as it has a frequency temperature characteristic reverse to that of the piezoelectric body 9. Thereby, frequency temperature characteristics can be improved.
  • the second dielectric layer 12 is formed of a medium in which a shear wave having a speed higher than the velocity of the shear wave propagating through the first dielectric layer 11 is propagated.
  • a shear wave having a speed higher than the velocity of the shear wave propagating through the first dielectric layer 11 is propagated.
  • diamond, silicon, silicon nitride, aluminum nitride or aluminum oxide is used.
  • the film thickness of the second dielectric layer 12 is 0.8 or more times the wavelength ⁇ of the SH wave which is the main wave. Thereby, the main wave can be confined in the elastic wave element 8.
  • the film thickness of the second dielectric layer 12 is desirably equal to or more than the wavelength ⁇ of the SH wave which is the main wave.
  • the power flow angle of the Stoney wave is set to a predetermined value or more while the power flow angle of the SH wave as the main wave is set to a predetermined value or less.
  • the power flow angle is an angle formed by the direction of the phase velocity propagating and the direction of the group velocity when a wave is excited by the IDT electrode 10.
  • the film thickness of the IDT electrode 10 the film thickness of the dielectric layer, etc. are out of the conditions that can suppress Stoneley waves, and the power flow angle of Stoneley waves is slightly smaller than a predetermined value. Even if it becomes, deterioration of the element characteristics can be suppressed to an acceptable level. This is explained below.
  • FIG. 2 is an explanatory view of the feature of the acoustic wave device according to the first embodiment of the present invention.
  • the vertical axis indicates PFA (power flow angle) (unit: deg) of SH wave which is a main wave or PFA (power flow angle) (unit: deg) of a Stoneley wave which is an unnecessary wave.
  • PFA power flow angle
  • unit: deg of SH wave which is a main wave
  • PFA power flow angle
  • Stoneley wave which is an unnecessary wave.
  • lithium niobate is used as the piezoelectric body 9
  • copper having a normalized film thickness of 0.09 ⁇ ( ⁇ is the wavelength of the SH wave) is used as the IDT electrode 10
  • the first dielectric layer 11 is used.
  • silicon nitride having a normalized film thickness ⁇ is used as the second dielectric layer 12.
  • the SH wave which is the main wave it is understood that by changing ⁇ , the PFA of the SH wave which is the main wave changes from 0 ° until 0 °.
  • a wedge that makes the PFA of the SH wave that is the main wave be 0 ° it is possible to suppress the Q value deterioration of the SH wave that is the main wave.
  • Q value degradation is suppressed because the absolute value of the power flow angle of SH wave excited by the IDT electrode 10 is less than 0.3 °.
  • elastic wave element 8 uses a wedge whose PFA of SH wave which is the main wave is 0 ° by setting substrate cut angle ⁇ of piezoelectric body 9 to a value other than 0 °. It is possible to shift the PFA of the Stoneley wave, which is an unnecessary wave, from 0 °.
  • the absolute value of the power flow angle of the SH wave excited to the IDT electrode 10 is less than 0.3 °, and the power flow angle of the Stoneley wave excited to the IDT electrode 10
  • the range of the substrate cut angle of the piezoelectric body 9 in which the absolute value is 0.3 ° or more will be described with reference to FIGS.
  • FIGS. 3 to 6 are explanatory views of the features of the acoustic wave device according to the first embodiment of the present invention.
  • the substrate cut angle of the piezoelectric body 9 in which the absolute value of the power flow angle of the SH wave is less than 0.3 ° and the absolute value of the power flow angle of the Stoneley wave is 0.3 ° or more Indicate the range.
  • the substrate cut angle of the piezoelectric body 9 is represented by ( ⁇ , ⁇ , ⁇ ) in Euler angle display
  • FIG. 3 is ⁇ of ⁇ 75 °
  • FIG. 4 is ⁇ of ⁇ 70 °
  • FIG. 6 the possible ranges of ⁇ and ⁇ are shown by oblique lines when the angle ⁇ is set to ⁇ 60 °.
  • lithium niobate is used as the piezoelectric body 9
  • copper having a normalized film thickness of 0.09 ⁇ ( ⁇ is the wavelength of the SH wave) is used as the IDT electrode 10
  • a normalized film is used as the first dielectric layer 11.
  • Silicon oxide having a thickness of 0.2 ⁇ was used, and silicon nitride having a normalized film thickness ⁇ was used as the second dielectric layer 12.
  • the absolute value of the power flow angle of the SH wave excited by the IDT electrode 10 is less than 0.3 °, Also, the absolute value of the power flow angle of the Stoneley wave excited to the IDT electrode 10 is 0.3 ° or more.
  • the substrate cut angle of the piezoelectric body 9 of the elastic wave element 8 satisfies the following conditions.
  • FIG. 7 is an explanatory view of the feature of the acoustic wave device according to the first embodiment of the present invention. That is, when the normalized film thickness of the IDT electrode 10 is 0.08 ⁇ ( ⁇ is the wavelength of the SH wave) and 0.12 ⁇ , the absolute value of the power flow angle of the SH wave is less than 0.3 °, and The range of the substrate cut angle of the piezoelectric body 9 in which the absolute value of the power flow angle of the Stoneley wave is 0.3 ° or more is shown.
  • FIG. 7 a region between two broken lines connecting triangles indicates a case where the film thickness of the IDT electrode 10 is 0.08 ⁇ , and a region between two broken lines connecting circles is a film of the IDT electrode 10. The case where the thickness is 0.12 ⁇ is shown.
  • the elastic wave element 8 shown in FIG. 7 has the same configuration as the elastic wave element 8 shown in FIG. 5 except for the film thickness of the IDT electrode 10.
  • FIG. 8 is an explanatory view of the feature of the acoustic wave device according to the first embodiment of the present invention. That is, the absolute value of the power flow angle of the SH wave is 0.3 ° when the normalized film thickness of the first dielectric layer 11 is 0.1 ⁇ ( ⁇ is the wavelength of the SH wave) and 0.4 ⁇ . The range of the substrate cut angle of the piezoelectric body 9 where the absolute value of the power flow angle of the Stoneley wave is less than 0.3 ° is shown.
  • FIG. 8 a region between two broken lines connecting triangles indicates the case where the film thickness of the first dielectric layer 11 is 0.4 ⁇ , and a region between two broken lines connecting circles is the first. The case where the film thickness of the first dielectric layer 11 is 0.1 ⁇ is shown.
  • the elastic wave element 8 shown in FIG. 8 has the same configuration as the elastic wave element 8 shown in FIG. 5 except for the thickness of the first dielectric layer 11.
  • the piezoelectric body 9 in which the absolute value of the power flow angle of the SH wave is less than 0.3 ° and the absolute value of the power flow angle of the Stoneley wave is 0.3 ° or more
  • the range of the substrate cut angle also depends on the film thickness and density of the IDT electrode 10 and the film thickness of the first dielectric layer 11.
  • F1 represents a correction function of the upper limit of ⁇ satisfying the above condition with respect to ⁇
  • F2 represents a correction function of the lower limit of ⁇ satisfying the above condition with respect to ⁇ .
  • the elastic wave element before correction is the same as the elastic wave element 8 as described above, that is, the standard of the IDT electrode 10 made of copper and having a normalized film thickness of 0.2 ⁇ for the first dielectric layer 11 made of silicon oxide. It is the elastic wave element 8 having a thickness of 0.09 ⁇ .
  • the film thickness of the IDT electrode 10 is h
  • the ratio of the density of the IDT electrode 10 to the density of copper is a
  • the film thickness of the first dielectric layer 11 is H.
  • g1 ( ⁇ ), g2 ( ⁇ ), h1 ( ⁇ ) and h2 ( ⁇ ) are represented by the following (formula 3), (formula 4), (formula 5) and (formula 6).
  • the above g1 ( ⁇ ) and g2 ( ⁇ ) are correction functions showing the dependence on the film thickness and density of the IDT electrode 10
  • the above h1 ( ⁇ ) and h2 ( ⁇ ) are the first dielectric It is a correction function showing the dependency on the film thickness of the layer 11.
  • the elastic wave element 8 according to the first embodiment may be applied to a resonator (not shown), or may be applied to a filter (not shown) such as a ladder type filter or a DMS filter.
  • a filter such as a ladder type filter or a DMS filter.
  • an electronic apparatus comprising the acoustic wave device 8, the filter, a semiconductor integrated circuit device (not shown) connected to the filter, and a reproduction device connected to the semiconductor integrated circuit device (not shown) You may apply. This can improve the communication quality in the resonator, the filter, and the electronic device.
  • the elastic wave device according to the present invention has a feature of suppressing deterioration of device characteristics, and is applicable to electronic devices such as mobile phones.

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Abstract

　本発明の弾性波素子（８）は、圧電体（９）と、圧電体（９）の上に配置されたＩＤＴ電極（１０）と、圧電体（９）の上にＩＤＴ電極（１０）を覆うように配置された第１の誘電体層（１１）と、第１の誘電体層（１１）の上部に設けられて第１の誘電体層（１１）を伝搬する横波の速度よりも速い横波が伝搬する第２の誘電体層（１２）と、を備える。第２の誘電体層（１２）の膜厚がＩＤＴ電極（１０）で励振される主要波の波長より大きい場合に、圧電体（９）の基板カット角をオイラー角表示で（φ，θ，ψ）としたとき、φ≠０°，θ≠０°，ψ≠０°として、素子特性の劣化を抑制する。

Description

弾性波素子とこれを用いた電子機器
　本発明は、弾性波素子と、これを用いた電子機器に関するものである。
　従来の弾性波素子について図９Ａ、図９Ｂを用いて説明する。
　図９Ａは従来の弾性波素子の断面模式図である。図９Ｂは従来の弾性波素子における圧電体の基板カット角を変化させた場合のレイリー波の電気機械結合係数が所定値以下となる範囲を示す図である。
　図９Ａ、図９Ｂにおいて、従来の弾性波素子１は、ニオブ酸リチウムからなる圧電体２と、圧電体２の上に配置されたＩＤＴ電極３と、を備える。また、圧電体２の上にＩＤＴ電極３が形成されている領域を除いた残りの領域において、ＩＤＴ電極３と等しい厚みとなるように形成されて酸化ケイ素膜からなる第１の誘電体層６を備える、さらに、ＩＤＴ電極３及び第１の誘電体層６を被覆するように形成された酸化ケイ素膜からなる第２の誘電体層７を備える。
　第２の誘電体層７の規格化膜厚が０．１５λ～０．４０λの範囲にあり、圧電体２の基板カット角（０°±５°，θ，ψ）のψが１０°～３０°の範囲にあり、かつ、ＩＤＴ電極の膜厚が例えば０．０６λの場合において、θ及びψが図９Ｂにハッチングを付して示した領域の範囲内にある。
　これにより、主要波でないレイリー波の電気機械結合係数を小さくし、レイリー波によるスプリアスを抑制していた。また、このような従来の弾性波素子１は、圧電体２の基板カット角、ＩＤＴ電極３の膜厚、及び第２の誘電体層７の膜厚等を設定し、主要波でないレイリー波の電気機械結合係数を小さくすることにより、レイリー波によるスプリアスを抑制していた。
　しかしながら、この従来の弾性波素子１を、主要波を素子内部で閉じ込める境界波素子とした場合、製造ばらつきにより、ＩＤＴ電極３の膜厚、誘電体層の膜厚等がストンリー波を抑制できる条件から外れることが頻繁に発生する。この製造ばらつきにより、ストンリー波によるスプリアスが発生し、素子特性が劣化する。
特開２００７－２５１７１０号公報
　本発明は、たとえ製造ばらつきが生じたとしても、素子特性劣化を抑制した弾性波素子を提供する。
　本発明の弾性波素子は、圧電体と、圧電体の上に配置されたＩＤＴ電極と、圧電体の上にＩＤＴ電極を覆うように配置された第１の誘電体層と、第１の誘電体層の上部に設けられて第１の誘電体層を伝搬する横波の速度よりも速い横波が伝搬する第２の誘電体層と、を備える。そして、第２の誘電体層の膜厚がＩＤＴ電極で励振される主要波の波長λの０．８倍より大きい場合に、圧電体の基板カット角をオイラー角表示で（φ，θ，ψ）としたとき、φ≠０°，θ≠０°，ψ≠０°としている。
　本発明の弾性波素子において、圧電体の基板カット角φを０°からずらすことにより、主要波であるＳＨ波のパワーフロー角を所定値以下としつつ、ストンリー波のパワーフロー角を所定値以上としている。すなわち、製造ばらつきが頻繁に発生する境界波素子において、ＩＤＴ電極の膜厚、誘電体層の膜厚等がストンリー波を抑制できる条件から外れ、ストンリー波のパワーフロー角が所定値より多少小さくなったとしても、素子特性の劣化を許容レベルに抑制することができる。
図１は本発明の実施の形態１における弾性波素子の断面模式図である。 図２は本発明の実施の形態１における弾性波素子の特徴の説明図である。 図３は本発明の実施の形態１における弾性波素子の特徴の説明図である。 図４は本発明の実施の形態１における弾性波素子の特徴の説明図である。 図５は本発明の実施の形態１における弾性波素子の特徴の説明図である。 図６は本発明の実施の形態１における弾性波素子の特徴の説明図である。 図７は本発明の実施の形態１における弾性波素子の特徴の説明図である。 図８は本発明の実施の形態１における弾性波素子の特徴の説明図である。 図９Ａは従来の弾性波素子の断面模式図である。 図９Ｂは従来の弾性波素子におけるレイリー波の電気機械結合係数の範囲を示す図である。
　（実施の形態１）
　以下、本発明の実施の形態１における弾性波素子について図面を参照しながら説明する。
　図１は、実施の形態１における弾性波素子８の断面模式図である。図１において、弾性波素子８は、圧電体９と、圧電体９の上に配置されたＩＤＴ（Ｉｎｔｅｒ－Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）電極１０と、圧電体９の上にＩＤＴ電極１０を覆うように配置された第１の誘電体層１１と、第１の誘電体層１１の上部に設けられた第２の誘電体層１２と、を備える。
　圧電体９は、例えば、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、又はニオブ酸カリウムで形成されている。この圧電体９の基板カット角は、オイラー角表示で（φ，θ，ψ）としたとき、φ≠０°，θ≠０°，ψ≠０°である。例えば、圧電体９の基板カット角は、１．３°＜φ＜５．５°かつ－７０°＜θ＜－６０°かつ－３．４°＜ψ＜０°である。
　ＩＤＴ電極１０は、例えば、アルミニウム、銅、銀、金、チタン、タングステン、白金、又はクロムからなる単体金属、又はこれらを主成分とする合金で形成されている。
　第１の誘電体層１１は、例えば、酸化ケイ素からなるが、圧電体９とは逆の周波数温度特性を有する媒質であれば何でも構わない。これにより、周波数温度特性を向上することができる。
　第２の誘電体層１２は、第１の誘電体層１１を伝搬する横波の速度よりも速い横波が伝搬する媒質で形成されている。例えば、ダイアモンド、シリコン、窒化シリコン、窒化アルミニウム、または酸化アルミニウムが用いられる。また、この第２の誘電体層１２の膜厚は主要波であるＳＨ波の波長λの０．８倍以上である。これにより、主要波を、弾性波素子８の中に閉じ込めることができる。主要波を弾性波素子８の中にほぼ完全に閉じ込めるために、第２の誘電体層１２の膜厚は主要波であるＳＨ波の波長λ以上であることが望ましい。
　上記構成のように、圧電体９の基板カット角φを０°からずらすことにより、主要波であるＳＨ波のパワーフロー角を所定値以下としつつ、ストンリー波のパワーフロー角を所定値以上としている。なお、パワーフロー角とは、ＩＤＴ電極１０によって波が励振されたときに、伝搬する位相速度の方向と群速度の方向のなす角度である。
　よって、製造ばらつきが頻繁に発生する境界波素子において、ＩＤＴ電極１０の膜厚、誘電体層の膜厚等がストンリー波を抑制できる条件から外れ、ストンリー波のパワーフロー角が所定値より多少小さくなったとしても、素子特性の劣化を許容レベルに抑制することができる。以下に、このことについて説明する。
　図２は本発明の実施の形態１における弾性波素子の特徴の説明図である。図２において、縦軸は、主要波であるＳＨ波のＰＦＡ（パワーフロー角）（単位：ｄｅｇ）若しくは不要波であるストンリー波のＰＦＡ（パワーフロー角）（単位：ｄｅｇ）を示す。また、圧電体９基板カット角が、θ＝－６５°かつ、φ＝０°、１°、２°、３°、４°、５°の場合を示す。
　弾性波素子８において、圧電体９としてニオブ酸リチウムが用いられ、ＩＤＴ電極１０として、規格化膜厚０．０９λ（λはＳＨ波の波長）の銅が用いられ、第１の誘電体層１１として、規格化膜厚０．２λの酸化ケイ素が用いられ、第２の誘電体層１２として、規格化膜厚λの窒化ケイ素が用いられている。
　図２において、主要波であるＳＨ波について見ると、φを変化させることで主要波であるＳＨ波のＰＦＡが０°となるψが０°から変化していることがわかる。主要波であるＳＨ波のＰＦＡが０°となるψを用いることにより、主要波であるＳＨ波のＱ値劣化を抑えることができる。なお、ＩＤＴ電極１０に励振されるＳＨ波のパワーフロー角の絶対値が０．３°未満となることでＱ値劣化が抑制される。
　また、不要波であるストンリー波について見ると、圧電体９の基板カット角φが０°の場合は、主要波であるＳＨ波のＰＦＡを０°とするψを用いたときに、不要波であるストンリー波のＰＦＡもまた０°となることがわかる。そこで、実施の形態１における弾性波素子８は、圧電体９の基板カット角φを０°以外の値とすることにより、主要波であるＳＨ波のＰＦＡが０°となるψを用いたときに不要波であるストンリー波のＰＦＡを、０°からずらすことができる。
　以上の結果より、圧電体９の基板カット角φを０°から変化させることにより、不要応答であるストンリー波のＱ値を小さくし、スプリアス応答を選択的に抑制することができる。
　次に、上記弾性波素子８において、ＩＤＴ電極１０に励振されるＳＨ波のパワーフロー角の絶対値が０．３°未満となり、かつ、ＩＤＴ電極１０に励振されるストンリー波のパワーフロー角の絶対値が０．３°以上となる圧電体９の基板カット角の範囲を、図３～図６を用いて説明する。
　図３～図６は本発明の実施の形態１における弾性波素子の特徴の説明図である。図３～図６において、ＳＨ波のパワーフロー角の絶対値が０．３°未満、かつ、ストンリー波のパワーフロー角の絶対値が０．３°以上となる圧電体９の基板カット角の範囲を示す。ここで、圧電体９の基板カット角をオイラー角表示で（φ，θ，ψ）としたとき、図３はθを－７５°、図４はθを－７０°、図５はθを－６５°、図６はθを－６０°とした場合の、それぞれφとψの取り得る範囲を斜線で示している。
　ここで、圧電体９としてニオブ酸リチウムを用い、ＩＤＴ電極１０として、規格化膜厚０．０９λ（λはＳＨ波の波長）の銅を用い、第１の誘電体層１１として、規格化膜厚０．２λの酸化ケイ素を用い、第２の誘電体層１２として、規格化膜厚λの窒化ケイ素を用いた。
　図３～図６に示すように、圧電体９の基板カット角が以下の条件を満たす場合に、ＩＤＴ電極１０に励振されるＳＨ波のパワーフロー角の絶対値が０．３°未満となり、かつ、ＩＤＴ電極１０に励振されるストンリー波のパワーフロー角の絶対値が０．３°以上となる。
　即ち、弾性波素子８の圧電体９の基板カット角は、以下の条件を満たす。
　ｉ）－７７．５°≦θ＜－７２．５°の場合
　－０．５°≦φ＜０．５°かつ　－２．２°≦ψ＜－１．４°
または
　０．５°≦φ＜１．５°かつ　－２．４°≦ψ＜－０．８°
または
　１．５°≦φ＜２．５°かつ　－２．６°≦ψ＜－０．２°
または
　２．５°≦φ＜３．５°かつ　－２．８°≦ψ＜０．３°
または
　３．５°≦φ＜４．５°かつ　－３．１°≦ψ＜０．８°
または
　４．５°≦φ＜５．５°かつ　－３．３°≦ψ＜１．３°
　ｉｉ）－７２．５°≦θ＜－６７．５°の場合
　－０．５°≦φ＜０．５°かつ　－２．５°≦ψ＜－１．７°
または
　０．５°≦φ＜１．５°かつ　－２．６°≦ψ＜－０．９°
または
　１．５°≦φ＜２．５°かつ　－２．７°≦ψ＜－０．１°
または
　２．５°≦φ＜３．５°かつ　－２．７°≦ψ＜０．７°
または
　３．５°≦φ＜４．５°かつ　－２．９°≦ψ＜１．３°
または
　４．５°≦φ＜５．５°かつ　－３°≦ψ＜２°
　ｉｉｉ）－６７．５°≦θ＜－６２．５°の場合
　－０．５°≦φ＜０．５°かつ　－３．２°≦ψ＜－２．２°
または
　０．５°≦φ＜１．５°かつ　－３°≦ψ＜－０．９°
または
　１．５°≦φ＜２．５°かつ　－２．７°≦ψ＜０．４°
または
　２．５°≦φ＜３．５°かつ　－２．５°≦ψ＜１．５°
または
　３．５°≦φ＜４．５°かつ　－２．４°≦ψ＜２．６°
または
　４．５°≦φ＜５．５°かつ　－２．４°≦ψ＜３．３°
　ｉｖ）－６２．５°≦θ＜－５７．５°の場合
　－０．５°≦φ＜０．５°かつ　－５．２°≦ψ＜－４．１°
または
　０．５°≦φ＜１．５°かつ　－４°≦ψ＜－０．８°
または
　１．５°≦φ＜２．５°かつ　－２．８°≦ψ＜２．１°
または
　２．５°≦φ＜３．５°かつ　－１．８°≦ψ＜４．１°
または
　３．５°≦φ＜４．５°かつ　－１．１°≦ψ＜５．５°
または
　４．５°≦φ＜５．５°かつ　－０．９°≦ψ＜６．２°
　上記の条件を満たすとき、主要波であるＳＨ波のパワーフロー角の絶対値が０．３°未満となり、かつ、ストンリー波のパワーフロー角の絶対値が０．３°以上となり、ＳＨ波の伝搬ロスを低減することができると共に、ストンリー波のスプリアスを抑制できる。
　図７は本発明の実施の形態１における弾性波素子の特徴の説明図である。すなわち、ＩＤＴ電極１０の規格化膜厚が０．０８λ（λはＳＨ波の波長）の場合と０．１２λの場合の、ＳＨ波のパワーフロー角の絶対値が０．３°未満、かつ、ストンリー波のパワーフロー角の絶対値が０．３°以上となる圧電体９の基板カット角の範囲を示す。
　図７において、三角をつなぐ２本の折れ線の間の領域は、ＩＤＴ電極１０の膜厚が０．０８λの場合を示し、丸をつなぐ２本の折れ線の間の領域は、ＩＤＴ電極１０の膜厚が０．１２λの場合を示す。なお、この図７に示す弾性波素子８は、ＩＤＴ電極１０の膜厚以外は、図５に示す弾性波素子８と同様の構成である。
　図８は本発明の実施の形態１における弾性波素子の特徴の説明図である。すなわち、第１の誘電体層１１の規格化膜厚が０．１λ（λはＳＨ波の波長）の場合と０．４λの場合の、ＳＨ波のパワーフロー角の絶対値が０．３°未満、かつ、ストンリー波のパワーフロー角の絶対値が０．３°以上となる圧電体９の基板カット角の範囲を示す。
　図８において、三角をつなぐ２本の折れ線の間の領域は、第１の誘電体層１１の膜厚が０．４λの場合を示し、丸をつなぐ２本の折れ線の間の領域は、第１の誘電体層１１の膜厚が０．１λの場合を示す。なお、この図８に示す弾性波素子８は、第１の誘電体層１１の膜厚以外は、図５に示す弾性波素子８と同様の構成である。
　これら図７、図８にも示すように、ＳＨ波のパワーフロー角の絶対値が０．３°未満、かつ、ストンリー波のパワーフロー角の絶対値が０．３°以上となる圧電体９の基板カット角の範囲は、ＩＤＴ電極１０の膜厚と密度、第１の誘電体層１１の膜厚にも依存する。
　ここで、ＩＤＴ電極１０の膜厚と密度、及び第１の誘電体層１１の膜厚が変化した場合の上記条件を満たす圧電体９の基板カット角ψの補正関数Ｆ１、Ｆ２をそれぞれ（式１）、（式２）に示す。
　Ｆ１は、φに対する上記条件を満たすψの上限の補正関数を示し、Ｆ２は、φに対する上記条件を満たすψの下限の補正関数を示す。なお、補正前の弾性波素子は、上記と同様の弾性波素子８、即ち、酸化ケイ素からなる第１の誘電体層１１の規格化膜厚が０．２λ、銅からなるＩＤＴ電極１０の規格化膜厚が０．０９λである弾性波素子８である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　ここで、ＩＤＴ電極１０の膜厚をｈ、ＩＤＴ電極１０の密度の銅の密度に対する比をａ、第１の誘電体層１１の膜厚をＨとしている。
　ただし、上記ｇ１（φ）、ｇ２（φ）、ｈ１（φ）、ｈ２（φ）は、下記（式３）、（式４）、（式５）、（式６）で示される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
　ここで、上記ｇ１（φ）、ｇ２（φ）は、ＩＤＴ電極１０の膜厚及び密度に対する依存性を示す補正関数であり、上記ｈ１（φ）、ｈ２（φ）は、第１の誘電体層１１の膜厚に対する依存性を示す補正関数である。
　すなわち、補正関数Ｆ１，Ｆ２を上記（式１）、（式２）で表現するとき、弾性波素子８の圧電体９の基板カット角は、以下の条件を満たす。
　ｉ）－７７．５°≦θ＜－７２．５°の場合
　－０．５°≦φ＜０．５°かつ　－２．２°＋Ｆ２≦ψ＜－１．４°＋Ｆ１
または
　０．５°≦φ＜１．５°かつ　－２．４°＋Ｆ２≦ψ＜－０．８°＋Ｆ１
または
　１．５°≦φ＜２．５°かつ　－２．６°＋Ｆ２≦ψ＜－０．２°＋Ｆ１
または
　２．５°≦φ＜３．５°かつ　－２．８°＋Ｆ２≦ψ＜０．３°＋Ｆ１
または
　３．５°≦φ＜４．５°かつ　－３．１°＋Ｆ２≦ψ＜０．８°＋Ｆ１
または
　４．５°≦φ＜５．５°かつ　－３．３°＋Ｆ２≦ψ＜１．３°＋Ｆ１
　ｉｉ）－７２．５°≦θ＜－６７．５°の場合
　－０．５°≦φ＜０．５°かつ　－２．５°＋Ｆ２≦ψ＜－１．７°＋Ｆ１
または
　０．５°≦φ＜１．５°かつ　－２．６°＋Ｆ２≦ψ＜－０．９°＋Ｆ１
または
　１．５°≦φ＜２．５°かつ　－２．７°＋Ｆ２≦ψ＜－０．１°＋Ｆ１
または
　２．５°≦φ＜３．５°かつ　－２．７°＋Ｆ２≦ψ＜０．７°＋Ｆ１
または
　３．５°≦φ＜４．５°かつ　－２．９°＋Ｆ２≦ψ＜１．３°＋Ｆ１
または
　４．５°≦φ＜５．５°かつ　－３°＋Ｆ２≦ψ＜２°＋Ｆ１
　ｉｉｉ）－６７．５°≦θ＜－６２．５°の場合
　－０．５°≦φ＜０．５°かつ　－３．２°＋Ｆ２≦ψ＜－２．２°＋Ｆ１
または
　０．５°≦φ＜１．５°かつ　－３°＋Ｆ２≦ψ＜－０．９°＋Ｆ１
または
　１．５°≦φ＜２．５°かつ　－２．７°＋Ｆ２≦ψ＜０．４°＋Ｆ１
または
　２．５°≦φ＜３．５°かつ　－２．５°＋Ｆ２≦ψ＜１．５°＋Ｆ１
または
　３．５°≦φ＜４．５°かつ　－２．４°＋Ｆ２≦ψ＜２．６°＋Ｆ１
または
　４．５°≦φ＜５．５°かつ　－２．４°＋Ｆ２≦ψ＜３．３°＋Ｆ１
　ｉｖ）－６２．５°≦θ＜－５７．５°の場合
　－０．５°≦φ＜０．５°かつ　－５．２°＋Ｆ２≦ψ＜－４．１°＋Ｆ１
または
　０．５°≦φ＜１．５°かつ　－４°＋Ｆ２≦ψ＜－０．８°＋Ｆ１
または
　１．５°≦φ＜２．５°かつ　－２．８°＋Ｆ２≦ψ＜２．１°＋Ｆ１
または
　２．５°≦φ＜３．５°かつ　－１．８°＋Ｆ２≦ψ＜４．１°＋Ｆ１
または
　３．５°≦φ＜４．５°かつ　－１．１°＋Ｆ２≦ψ＜５．５°＋Ｆ１
または
　４．５°≦φ＜５．５°かつ　－０．９°＋Ｆ２≦ψ＜６．２°＋Ｆ１
　上記の条件を満たすとき、主要波であるＳＨ波のパワーフロー角の絶対値が０．３°未満となり、かつ、ストンリー波のパワーフロー角の絶対値が０．３°以上となり、ＳＨ波の伝搬ロスを低減することができると共に、ストンリー波のスプリアスを抑制できる。
　なお、本実施の形態１の弾性波素子８を共振器（図示せず）に適用しても構わないし、ラダー型フィルタもしくはＤＭＳフィルタ等のフィルタ（図示せず）に適用しても構わない。さらに、弾性波素子８を、このフィルタと、フィルタに接続された半導体集積回路素子（図示せず）と、半導体集積回路素子（図示せず）に接続された再生装置とを備えた電子機器に適用しても良い。これにより、共振器、フィルタ、及び電子機器における通信品質を向上することができる。
　本発明に係る弾性波素子は、素子特性劣化を抑制するという特徴を有し、携帯電話等の電子機器に適用可能である。
８　　弾性波素子
９　　圧電体
１０　　ＩＤＴ電極
１１　　第１の誘電体層
１２　　第２の誘電体層

Claims (6)

  1. 圧電体と、
    前記圧電体の上に配置されたＩＤＴ電極と、
    前記圧電体の上に前記ＩＤＴ電極を覆うように配置された第１の誘電体層と、
    前記第１の誘電体層の上部に設けられて第１の誘電体層を伝搬する横波の速度よりも速く横波が伝搬する第２の誘電体層と、を備え、
    前記第２の誘電体層の膜厚は前記ＩＤＴ電極で励振されるＳＨ波の波長λの０．８倍より大きく、
    前記圧電体の基板カット角をオイラー角表示で（φ，θ，ψ）としたとき、
    φ≠０°，θ≠０°，ψ≠０°である
    弾性波素子。
  2. 前記圧電体の基板カット角は、前記ＩＤＴ電極に励振されるＳＨ波のパワーフロー角の絶対値が０．３°未満となり、かつ、前記ＩＤＴ電極に励振されるストンリー波のパワーフロー角の絶対値が０．３°以上となる値である
    請求項１に記載の弾性波素子。
  3. 前記圧電体は、ニオブ酸リチウムから形成され、
    前記圧電体の基板カット角をオイラー角表示で（φ，θ，ψ）としたとき、
    －０．５°≦φ＜５．５°
    かつ
    －７７．５°≦θ＜－５７．５°
    かつ
    －５．２°≦ψ＜６．２°
    を満たす
    請求項１に記載の弾性波素子。
  4. 前記圧電体は、ニオブ酸リチウムから形成され、
    前記圧電体の基板カット角をオイラー角表示で（φ，θ，ψ）としたとき、
    　ｉ）－７７．５°≦θ＜－７２．５°の場合
    　－０．５°≦φ＜０．５°かつ　－２．２°≦ψ＜－１．４°
    または
    　０．５°≦φ＜１．５°かつ　－２．４°≦ψ＜－０．８°
    または
    　１．５°≦φ＜２．５°かつ　－２．６°≦ψ＜－０．２°
    または
    　２．５°≦φ＜３．５°かつ　－２．８°≦ψ＜０．３°
    または
    　３．５°≦φ＜４．５°かつ　－３．１°≦ψ＜０．８°
    または
    　４．５°≦φ＜５．５°かつ　－３．３°≦ψ＜１．３°
    　ｉｉ）－７２．５°≦θ＜－６７．５°の場合
    　－０．５°≦φ＜０．５°かつ　－２．５°≦ψ＜－１．７°
    または
    　０．５°≦φ＜１．５°かつ　－２．６°≦ψ＜－０．９°
    または
    　１．５°≦φ＜２．５°かつ　－２．７°≦ψ＜－０．１°
    または
    　２．５°≦φ＜３．５°かつ　－２．７°≦ψ＜０．７°
    または
    　３．５°≦φ＜４．５°かつ　－２．９°≦ψ＜１．３°
    または
    　４．５°≦φ＜５．５°かつ　－３°≦ψ＜２°
    　ｉｉｉ）－６７．５°≦θ＜－６２．５°の場合
    　－０．５°≦φ＜０．５°かつ　－３．２°≦ψ＜－２．２°
    または
    　０．５°≦φ＜１．５°かつ　－３°≦ψ＜－０．９°
    または
    　１．５°≦φ＜２．５°かつ　－２．７°≦ψ＜０．４°
    または
    　２．５°≦φ＜３．５°かつ　－２．５°≦ψ＜１．５°
    または
    　３．５°≦φ＜４．５°かつ　－２．４°≦ψ＜２．６°
    または
    　４．５°≦φ＜５．５°かつ　－２．４°≦ψ＜３．３°
    　ｉｖ）－６２．５°≦θ＜－５７．５°の場合
    　－０．５°≦φ＜０．５°かつ　－５．２°≦ψ＜－４．１°
    または
    　０．５°≦φ＜１．５°かつ　－４°≦ψ＜－０．８°
    または
    　１．５°≦φ＜２．５°かつ　－２．８°≦ψ＜２．１°
    または
    　２．５°≦φ＜３．５°かつ　－１．８°≦ψ＜４．１°
    または
    　３．５°≦φ＜４．５°かつ　－１．１°≦ψ＜５．５°
    または
    　４．５°≦φ＜５．５°かつ　－０．９°≦ψ＜６．２°
    を満たす請求項１に記載の弾性波素子。
  5. 前記圧電体は、ニオブ酸リチウムから形成され、
    前記圧電体の基板カット角をオイラー角表示で（φ，θ，ψ）とし、
    前記ＩＤＴ電極の膜厚をｈ、前記ＩＤＴ電極の密度の銅の密度に対する比をａ、前記第１の誘電体層１１の膜厚をＨとし、
    補正関数Ｆ１，Ｆ２を
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
     とし、
    前記ｇ１（φ）、前記ｇ２（φ）、前記ｈ１（φ）、前記ｈ２（φ）を
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000009
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000010
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000011
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000012
     としたとき、
    　ｉ）－７７．５°≦θ＜－７２．５°の場合
    　－０．５°≦φ＜０．５°かつ　－２．２°＋Ｆ２≦ψ＜－１．４°＋Ｆ１
    または
    　０．５°≦φ＜１．５°かつ　－２．４°＋Ｆ２≦ψ＜－０．８°＋Ｆ１
    または
    　１．５°≦φ＜２．５°かつ　－２．６°＋Ｆ２≦ψ＜－０．２°＋Ｆ１
    または
    　２．５°≦φ＜３．５°かつ　－２．８°＋Ｆ２≦ψ＜０．３°＋Ｆ１
    または
    　３．５°≦φ＜４．５°かつ　－３．１°＋Ｆ２≦ψ＜０．８°＋Ｆ１
    または
    　４．５°≦φ＜５．５°かつ　－３．３°＋Ｆ２≦ψ＜１．３°＋Ｆ１
    　ｉｉ）－７２．５°≦θ＜－６７．５°の場合
    　－０．５°≦φ＜０．５°かつ　－２．５°＋Ｆ２≦ψ＜－１．７°＋Ｆ１
    または
    　０．５°≦φ＜１．５°かつ　－２．６°＋Ｆ２≦ψ＜－０．９°＋Ｆ１
    または
    　１．５°≦φ＜２．５°かつ　－２．７°＋Ｆ２≦ψ＜－０．１°＋Ｆ１
    または
    　２．５°≦φ＜３．５°かつ　－２．７°＋Ｆ２≦ψ＜０．７°＋Ｆ１
    または
    　３．５°≦φ＜４．５°かつ　－２．９°＋Ｆ２≦ψ＜１．３°＋Ｆ１
    または
    　４．５°≦φ＜５．５°かつ　－３°＋Ｆ２≦ψ＜２°Ｆ１
    　ｉｉｉ）－６７．５°≦θ＜－６２．５°の場合
    　－０．５°≦φ＜０．５°かつ　－３．２°＋Ｆ２≦ψ＜－２．２°＋Ｆ１
    または
    　０．５°≦φ＜１．５°かつ　－３°＋Ｆ２≦ψ＜－０．９°＋Ｆ１
    または
    　１．５°≦φ＜２．５°かつ　－２．７°＋Ｆ２≦ψ＜０．４°＋Ｆ１
    または
    　２．５°≦φ＜３．５°かつ　－２．５°＋Ｆ２≦ψ＜１．５°＋Ｆ１
    または
    　３．５°≦φ＜４．５°かつ　－２．４°＋Ｆ２≦ψ＜２．６°＋Ｆ１
    または
    　４．５°≦φ＜５．５°かつ　－２．４°＋Ｆ２≦ψ＜３．３°＋Ｆ１
    　ｉｖ）－６２．５°≦θ＜－５７．５°の場合
    　－０．５°≦φ＜０．５°かつ　－５．２°＋Ｆ２≦ψ＜－４．１°＋Ｆ１
    または
    　０．５°≦φ＜１．５°かつ　－４°＋Ｆ２≦ψ＜－０．８°＋Ｆ１
    または
    　１．５°≦φ＜２．５°かつ　－２．８°＋Ｆ２≦ψ＜２．１°＋Ｆ１
    または
    　２．５°≦φ＜３．５°かつ　－１．８°＋Ｆ２≦ψ＜４．１°＋Ｆ１
    または
    　３．５°≦φ＜４．５°かつ　－１．１°＋Ｆ２≦ψ＜５．５°＋Ｆ１
    または
    　４．５°≦φ＜５．５°かつ　－０．９°＋Ｆ２≦ψ＜６．２°＋Ｆ１
    を満たす
    請求項１に記載の弾性波素子。
  6. 請求項１に記載の弾性波素子と、
    前記弾性波素子に接続された半導体集積回路素子と、を備えた
    電子機器。
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