WO2010131606A1 - 弾性境界波装置 - Google Patents
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- H03H9/0222—Details of interface-acoustic, boundary, pseudo-acoustic or Stonely wave devices
Definitions
- the present invention relates to a boundary acoustic wave device using a boundary acoustic wave, and more particularly to a three-medium type boundary acoustic wave device having first and second dielectric layers formed on a piezoelectric substrate.
- elastic wave devices have been used for RF filters and IF filters for mobile phones, VCO resonators, television VIF filters, and the like.
- a surface acoustic wave device a surface acoustic wave device using a surface acoustic wave has been generally used.
- the following patent document The boundary acoustic wave device as described in No. 1 has been used.
- FIG. 15 is a schematic cross-sectional view of the boundary acoustic wave device described in Patent Document 1.
- the boundary acoustic wave device 100 includes a first medium layer 101.
- a second medium layer 102 is formed on the first medium layer 101.
- a third medium layer 103 is formed on the second medium layer 102.
- a sound absorbing layer 104 is formed on the third medium layer 103.
- An IDT electrode 105 is formed at the boundary between the first medium layer 101 and the second medium layer 102.
- wiring electrodes 106 and 107 are formed on the boundary between the second medium layer 102 and the third medium layer 103 and on the boundary between the third medium layer 103 and the sound absorbing layer 104.
- the wiring electrodes 106 and 107 are drawn out to the outer surface of the boundary acoustic wave device 100.
- the wiring electrodes 106 and 107 are formed so as to overlap the IDT electrode 105 in plan view. For this reason, a boundary acoustic wave apparatus can be reduced in size.
- Patent Document 1 since the sound absorbing layer 104 is provided, the mode that becomes spurious is attenuated by the sound absorbing layer 104, and as a result, a plurality of spurious frequencies on the higher frequency side than the resonance frequency and on the higher frequency side of the pass band. It is described that the response can be effectively suppressed.
- the sound absorbing layer 104 is provided on the wiring electrodes 106 and 107.
- the higher order mode that becomes a spurious is reflected by the wiring electrodes 106 and 107 provided between the sound absorbing layer 104 and the second medium 102 or the third medium 103, and cannot be transferred to the sound absorbing layer 104.
- the sound absorption layer 104 cannot act as a sound absorption medium.
- the higher-order mode energy returns to the second and third medium layers 102 and 103 again, and becomes an unnecessary spurious.
- the present invention has been made in view of such points, and an object thereof is to improve characteristics such as filter characteristics and resonator characteristics in the boundary acoustic wave device.
- the boundary acoustic wave device includes a first medium, a second medium, a third medium, an IDT electrode, and a wiring electrode.
- the first medium is made of a piezoelectric body.
- the second medium is formed on the first medium.
- the third medium is formed on the second medium.
- the IDT electrode is formed at the boundary between the first medium and the second medium.
- the second medium has a lower sound velocity than the first and third media.
- the sound speed of the third medium is higher than the sound speed of the first medium.
- the wiring electrode is formed on the third medium so as to at least partially overlap the IDT electrode in plan view.
- the thickness of the third medium is 0.7 times or more the wavelength of the boundary acoustic wave excited in the IDT electrode.
- the first medium is made of LiNbO 3
- the second medium is made of silicon oxide
- the third medium is made of silicon nitride.
- the wiring electrode includes an external terminal electrode.
- the sound speed of the second medium is lower than the sound speed of the first and third media
- the thickness of the third medium is 0.7 times or more the wavelength of the boundary acoustic wave excited in the IDT electrode.
- FIG. 1 is an equivalent circuit diagram of the boundary acoustic wave device.
- FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a part of the boundary acoustic wave device.
- FIG. 3A is a schematic plan view of a first boundary acoustic wave device manufactured in an experimental example.
- FIG. 3B is a schematic cross-sectional view of a part of the first boundary acoustic wave device manufactured in the experimental example.
- FIG. 4 is a schematic plan view of the second boundary acoustic wave device manufactured in the experimental example.
- FIG. 5 is a schematic plan view of a third boundary acoustic wave device manufactured in the experimental example.
- FIG. 6 is a graph showing the filter characteristics of the first to third boundary acoustic wave devices.
- FIG. 7 is a graph showing the displacement distribution of the SH type boundary acoustic wave in the fourth boundary acoustic wave device.
- FIG. 8 is a graph showing the displacement distribution of the first higher-order mode in the fourth boundary acoustic wave device.
- FIG. 9 is a graph showing the displacement distribution of the second higher-order mode in the fourth boundary acoustic wave device.
- FIG. 10 is a graph showing the displacement distribution of the SH type boundary acoustic wave in the fifth boundary acoustic wave device.
- FIG. 11 is a graph showing the displacement distribution of the first higher-order mode in the fifth boundary acoustic wave device.
- FIG. 12 is a graph showing the displacement distribution of the second higher-order mode in the fifth boundary acoustic wave device.
- FIG. 13A is a schematic plan view of a boundary acoustic wave device in which an IDT electrode and a wiring electrode do not overlap in a plan view.
- FIG. 13B is a schematic plan view of the boundary acoustic wave device in which the IDT electrode and a part of the wiring electrode overlap in plan view.
- FIG. 14 is a schematic cross-sectional view of a boundary acoustic wave device according to a modification.
- FIG. 15 is a schematic cross-sectional view of the boundary acoustic wave device described in Patent Document 1.
- 16A and 16B show a boundary acoustic wave device having a SiO 2 / Au / LiNbO 3 structure described in Patent Document 1, with a Au thickness of 0.05 ⁇ and a SiO 2 film thickness of 1. It is a figure which shows the displacement distribution of each spurious mode when set to 0.5 ⁇ .
- FIG. 1 is an equivalent circuit diagram of the boundary acoustic wave device.
- FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a portion where the IDT electrode of the boundary acoustic wave device according to the present embodiment is formed.
- the boundary acoustic wave device embodying the present invention will be described using the boundary acoustic wave device 1 as the boundary acoustic wave filter shown in FIG. 1 as an example.
- the boundary acoustic wave device is not limited to the boundary acoustic wave filter.
- the boundary acoustic wave device of the present invention may be, for example, a boundary acoustic wave resonator or a ladder type filter composed of a plurality of boundary acoustic wave resonators.
- FIG. 1 and FIGS. 3 to 5 and 13 below IDT electrodes and resonators are schematically shown.
- the boundary acoustic wave device 1 includes an unbalanced input terminal 10 and first and second balanced output terminals 11a and 11b.
- a boundary acoustic wave filter unit 12 using a boundary acoustic wave is connected between the unbalanced input terminal 10 and the first and second balanced output terminals 11a and 11b.
- the boundary acoustic wave filter unit 12 is a 5IDT type longitudinally coupled resonator type boundary acoustic wave filter unit.
- the boundary acoustic wave filter unit 12 includes first to fifth IDT electrodes 13a to 13e and first to fifth IDT electrodes 13a to 13e arranged along the propagation direction of the boundary acoustic wave. And reflectors (not shown) disposed on both sides of the formed region in the elastic wave propagation direction.
- One side of each of the first, third, and fifth IDT electrodes 13 a, 13 c, and 13 e is connected to the unbalanced input terminal 10.
- the other side of each of the first, third and fifth IDT electrodes 13a, 13c and 13e is connected to a ground electrode.
- One side of each of the second and fourth IDT electrodes 13b and 13d is connected to a ground electrode.
- the other side of the fourth IDT electrode 13d is connected to the first balanced output terminal 11a.
- the other side of the second IDT electrode 13b is connected to the second balanced output terminal 11b.
- a boundary acoustic wave resonator 14 as a series trap is connected between one side of each of the first, third, and fifth IDT electrodes 13 a, 13 c, and 13 e and the unbalanced input terminal 10.
- the boundary acoustic wave resonator 14 includes an IDT electrode and reflectors disposed on both sides of the IDT electrode in the elastic wave propagation direction.
- a parallel capacitor 15 is connected between a connection point on one side of each of the first, third, and fifth IDT electrodes 13a, 13c, and 13e and the ground potential. Yes.
- the parallel capacitor 15 is composed of a pair of comb electrodes that are inserted into each other.
- the boundary acoustic wave resonator 16 is connected.
- the boundary acoustic wave resonator 16 includes an IDT electrode and reflectors disposed on both sides of the IDT electrode in the elastic wave propagation direction.
- FIG. 2 is a cross-sectional view of a portion where one of the IDT electrodes such as the first to fifth IDT electrodes 13a to 13e included in the boundary acoustic wave device 1 is formed.
- the IDT electrode is referred to by reference numeral “20”.
- the boundary acoustic wave device 1 is a so-called three-medium type boundary acoustic wave device.
- the boundary acoustic wave device 1 includes a first medium 21.
- the first medium 21 is a piezoelectric substrate made of a piezoelectric body.
- the piezoelectric body used for forming the first medium 21 is not particularly limited, and can be appropriately selected according to the characteristics required for the boundary acoustic wave device 1. Specific examples of the piezoelectric body include LiNbO 3 and LiTaO 3 .
- the IDT electrode 20 described above is formed on the first medium 21.
- a second medium 22 is formed on the first medium 21 so as to cover the IDT electrode 20. That is, the IDT electrode 20 is formed at the boundary between the first medium 21 and the second medium 22.
- a third medium 23 is formed on the second medium 22.
- the sound speed of the second medium 22 is lower than the sound speed of the first and third media 21 and 23.
- the speed of sound of the third medium 23 is higher than the speed of sound of the first medium 21.
- the material of the second and third media 22 and 23 is not particularly limited as long as the sound velocity of the second medium 22 is slower than the sound velocity of the first and third media 21 and 23.
- the second and third media 22 and 23 can be formed of a dielectric.
- the second medium 22 is formed of silicon oxide such as SiO 2
- the third medium 23 can be formed of silicon nitride, such as SiN.
- the thickness of the second medium 22 is not particularly limited, and can be appropriately set according to characteristics required for the boundary acoustic wave device 1.
- the thickness of the third medium 23 is 0.7 times or more the wavelength ( ⁇ ) of the boundary acoustic wave excited in the IDT electrode 20.
- a protective film 25 is formed on the third medium 23.
- This protective film 25 is a protective film for protecting a wiring electrode 24 described later.
- the protective film 25 can be formed of polyimide, for example.
- the boundary acoustic wave device 1 includes a wiring electrode 24 connected to the IDT electrode 20.
- the wiring electrode 24 is formed at the boundary between the first medium 21 and the second medium 22 and the boundary between the third medium 23 and the protective film 25, and the second medium 22 and the third medium. It is not formed at the boundary. That is, the wiring electrode 24 is formed only on the third medium 23 except for the boundary between the first medium 21 and the second medium 22 where the IDT electrode 20 is formed. At least a part of the wiring electrode 24 overlaps the IDT electrode 20 in plan view.
- the wiring electrode 24 includes a bump electrode 26 as an external terminal electrode exposed from the protective film 25.
- the second and third media 22 and 23 are formed on the first medium 21, and the thickness of the third medium 23 is excited in the IDT electrode 20. It is set to 0.7 times or more of the wavelength ( ⁇ ) of the boundary acoustic wave. For this reason, the higher order mode of the boundary acoustic wave generated in the IDT electrode 20 can be confined in the second and third media 22 and 23 so as not to exist on the surface of the third media. That is, in this embodiment, not only the fundamental mode but also the higher order mode does not reach the surface of the third medium 23. Therefore, characteristics such as filter characteristics and resonator characteristics are not deteriorated due to the change in the shape of the higher-order mode by the wiring electrode 24 formed on the third medium 23.
- the wiring electrode 24 is provided on the second medium 22 without providing the third medium 23, and the wiring electrode 24 and the IDT electrode on the second medium 22 do not overlap in plan view.
- the boundary acoustic wave device (for GSM900 reception filter, passband: 925 MHz to 960 MHz) similar to the boundary acoustic wave device 1 shown in FIG. 1 and FIG. It was produced with the design parameters.
- FIG. 3A is a schematic plan view of the first boundary acoustic wave device.
- FIG. 3B is a schematic cross-sectional view of a part of the first boundary acoustic wave device.
- FIG. 3A and the following FIGS. 4, 5, and 13 members having substantially the same functions as those in the above embodiment are referred to by common reference numerals.
- reference numeral 17 denotes a ground electrode.
- First medium 21 LiNbO 3 with a cut angle of 15 ° IDT electrode 20: Ti film (thickness 10 nm (0.0029 ⁇ )) / Pt film (thickness 10 nm (0.0029 ⁇ )) / Au film (thickness 130 nm (0.037 ⁇ )) / Pt from the first medium side Film (thickness 10 nm (0.0029 ⁇ )) / Ti film (thickness 10 nm (0.0029 ⁇ )) / NiCr film (thickness 10 nm (0.0029 ⁇ )) Wavelength ( ⁇ ) determined by the pitch of the electrode fingers of the IDT electrode 20: about 3.5 ⁇ m Duty of IDT electrode 20: 0.60 Second medium 22: SiO 2 (thickness 5500 nm (1.57 ⁇ )) Wiring electrode 24: Ti film (thickness 20 nm (0.0057 ⁇ )) / AlCu film (thickness 1000 nm (0.29 ⁇ )) / Ti film (thickness 50 nm (0.014 ⁇ )) /
- a second boundary acoustic wave device shown in FIG. 4 A second boundary acoustic wave device shown in FIG.
- the third boundary acoustic wave device shown in FIG. 5 was produced in the same manner as the first boundary acoustic wave device except that the dummy electrode 30 was formed only on the IDT electrode of the boundary acoustic wave filter portion. .
- the filter characteristics of the first to third boundary acoustic wave devices were measured. The measurement results are shown in FIG. In FIG. 6, the data indicated by “A” represents the filter characteristics of the first boundary acoustic wave device. Data indicated by “B” represents the filter characteristics of the second boundary acoustic wave device. Data indicated by “C” represents the filter characteristics of the third boundary acoustic wave device.
- the present inventors have formed a SiO 2 film (second medium 22) having a thickness of 0.6 ⁇ on a LiNbO 3 substrate having a cut angle of 15 °. And a fourth boundary acoustic wave device in which a SiN film (third medium 23) having a thickness of 2.4 ⁇ is formed on a LiNbO 3 substrate having a cut angle of 15 ° and a thickness of 0.6 ⁇ .
- FIG. 7 is a graph showing the displacement distribution of the SH type boundary acoustic wave in the fourth boundary acoustic wave device.
- FIG. 8 is a graph showing the displacement distribution of the first higher-order mode in the fourth boundary acoustic wave device.
- FIG. 9 is a graph showing the displacement distribution of the second higher-order mode in the fourth boundary acoustic wave device.
- FIG. 10 is a graph showing the displacement distribution of the SH type boundary acoustic wave in the fifth boundary acoustic wave device.
- FIG. 11 is a graph showing the displacement distribution of the first higher-order mode in the fifth boundary acoustic wave device.
- FIG. 12 is a graph showing the displacement distribution of the second higher-order mode in the fifth boundary acoustic wave device.
- the first higher-order mode is a higher-order mode mainly composed of the Y component
- the second higher-order mode is a higher-order mode mainly composed of the Z component.
- the horizontal axis is the displacement
- the vertical axis is the depth ( ⁇ ) when the surface of the first medium is a reference) (0).
- ⁇ represents the displacement in the elastic wave propagation direction (X)
- ⁇ represents the displacement in the direction (Z) perpendicular to the elastic wave propagation direction (X) on the surface of the first medium 21.
- X represents the displacement in the thickness direction (Y) perpendicular to the direction (X) and the direction (Z).
- the first higher-order mode is also confined in the second medium 22 regardless of the presence or absence of the wiring electrode, and almost oozes out into the third medium 23. I understand that it is not.
- the results shown in FIGS. 9 and 12 show that the second higher-order mode oozes into the third medium 23 regardless of the presence or absence of the wiring electrode. Specifically, the second higher-order mode oozes to a depth of 1.3 ⁇ . For this reason, taking into account that the thickness of the second medium 22 is 0.6 ⁇ , the second higher-order mode has oozed out to the portion of the third medium 23 having a depth of 0.7 ⁇ . I understand. For this reason, when the third medium 23 is not provided or the thickness of the third medium 23 is less than 0.7 ⁇ , the wiring medium 24 is positioned above the IDT electrode 20. A second higher mode is reached. Then, it is considered that out-of-band spurious is generated due to deformation and reflection of the second higher-order mode at the wiring electrode 24.
- FIGS. 16A and 16B show a boundary acoustic wave device having a SiO 2 / Au / LiNbO 3 structure described in Patent Document 1, with a Au thickness of 0.05 ⁇ and a SiO 2 film thickness of 1. It is a figure which shows the displacement distribution of each spurious mode when set to 0.5 ⁇ .
- the wiring electrode 24 As a method of suppressing out-of-band spurious, it is conceivable to form the wiring electrode 24 so that the IDT electrode 20 and the wiring electrode 24 do not overlap in the height direction, as shown in FIG.
- the IDT electrode 20 and the wiring electrode 24 are not overlapped in a plan view, for example, as shown in FIG. 13B in which the IDT electrode 20 and a part of the wiring electrode 24 are overlapped in a plan view.
- the size of the boundary acoustic wave device is increased. Therefore, it is difficult to achieve both suppression of out-of-band spurious and miniaturization of the boundary acoustic wave device.
- the second higher-order mode since the second higher-order mode only oozes out to the portion of the third medium 23 having a depth of 0.7 ⁇ , By setting the thickness of the medium 23 to 0.7 ⁇ or more, the second higher-order mode can be prevented from reaching the surface of the third medium 23. Therefore, when the thickness of the third medium 23 is 0.7 ⁇ or more, out-of-band spurious is effectively suppressed even when the wiring electrode 24 is formed so as to overlap the IDT electrode 20 in plan view. Can do. That is, by setting the thickness of the third medium 23 to 0.7 ⁇ or more and forming the wiring electrode 24 on the surface of the third medium 23, both suppression of out-of-band spurious and miniaturization of the boundary acoustic wave device can be achieved. Can be planned.
- the so-called three-medium type boundary acoustic wave device provided with the high acoustic velocity third medium 23, as can be seen from the results shown in FIGS.
- the entirety of the first medium 21 formed by the body in the thickness direction vibrates greatly, and the sound speed of the second medium 22 is lowered.
- the higher order mode oozes out to the portion of the third medium 23 on the second medium 22 side
- the higher order mode is attenuated in the third medium 23. Therefore, the higher-order mode does not reach the portion of the third medium 23 that is away from the second medium 22. Therefore, in the three-medium type boundary acoustic wave device, by setting the thickness of the third medium 23 to 0.7 ⁇ or more, the out-of-band spurious can be effectively suppressed as described above.
- the higher mode oozes out toward the first medium 21.
- the sound speed of the first medium 21 is slower than the sound speed of the third medium 23. That is, the higher-order mode can be leached to the LiNbO 3 side by setting the sound speed of the higher-order mode to a higher sound speed than the fast transverse wave speed of LiNbO 3 constituting the first medium 21.
- the surface of the third medium 23 does not vibrate. For this reason, it is possible to provide wiring on the surface of the third medium 23 and to realize good characteristics.
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Abstract
弾性境界波装置において、フィルタ特性や共振子特性などの特性を向上する。 弾性境界波装置1は、圧電体からなる第1の媒質21と、第2の媒質22と、第3の媒質23と、IDT電極20と、配線電極24とを備えている。第2の媒質22は、第1の媒質21の上に形成されている。第3の媒質23は、第2の媒質22の上に形成されている。IDT電極20は、第1の媒質21と第2の媒質22との境界に形成されている。第2の媒質22は、第1及び第3の媒質21,23よりも音速が低い。第1の媒質21の音速より第3の媒質23の音速が高い。配線電極24は、第3の媒質23の上に、IDT電極20と平面視において少なくとも一部が重なるように形成されている。第3の媒質23の厚みは、IDT電極20において励振される弾性境界波の波長の0.7倍以上である。
Description
本発明は、弾性境界波を利用した弾性境界波装置に関し、詳細には、圧電基板の上に形成された第1及び第2の誘電体層を有する3媒質型の弾性境界波装置に関する。
従来、携帯電話用のRFフィルタやIFフィルタ、VCO用共振子、テレビジョン用VIFフィルタなどに弾性波装置が用いられている。弾性波装置としては、従来、弾性表面波を利用した弾性表面波装置が一般的に用いられていたが、近年、弾性表面波装置よりも小型化が可能であることより、例えば下記の特許文献1に記載されているような、弾性境界波装置が用いられるようになってきている。
図15は、特許文献1に記載されている弾性境界波装置の略図的断面図である。図15に示すように、弾性境界波装置100は、第1の媒質層101を備えている。第1の媒質層101の上には、第2の媒質層102が形成されている。さらに、第2の媒質層102の上には、第3の媒質層103が形成されている。さらに、第3の媒質層103の上には、吸音層104が形成されている。第1の媒質層101と第2の媒質層102との境界には、IDT電極105が形成されている。また、第2の媒質層102と第3の媒質層103との境界や、第3の媒質層103と吸音層104との境界には、配線電極106,107が形成されている。
配線電極106,107は、弾性境界波装置100の外側面に引き出されている。平面視において、配線電極106,107は、IDT電極105と重なるように形成されている。このため、弾性境界波装置を小型化することができる。
特許文献1には、吸音層104が設けられているため、この吸音層104によりスプリアスとなるモードが減衰され、その結果、共振周波数よりも高域側や通過帯域の高域側における複数のスプリアス応答を効果的に抑圧することができる旨が記載されている。
しかしながら、特許文献1に記載されている弾性境界波装置100では、吸音層104が配線電極106,107の上に設けられていた。スプリアスとなる高次モードは、吸音層104と第2の媒質102や第3の媒質103との間に設けられた配線電極106,107によって反射され、吸音層104に移行することができない。このため、吸音層104を、吸音媒質として作用させることができない。
従って、高次モードのエネルギーは、再度、第2、第3の媒質層102、103に戻り、不要なスプリアスとなる。
よって、平面視において、配線電極106,107がIDT電極105と重なるように形成された弾性境界波装置100では、十分に良好なフィルタ特性や共振子特性などの特性が得られないという問題があった。
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、弾性境界波装置において、フィルタ特性や共振子特性などの特性を向上することにある。
本発明に係る弾性境界波装置は、第1の媒質と、第2の媒質と、第3の媒質と、IDT電極と、配線電極とを備えている。第1の媒質は、圧電体からなる。第2の媒質は、第1の媒質の上に形成されている。第3の媒質は、第2の媒質の上に形成されている。IDT電極は、第1の媒質と第2の媒質との境界に形成されている。第2の媒質は、第1及び第3の媒質よりも音速が低い。第1の媒質の音速より第3の媒質の音速が高い。配線電極は、第3の媒質の上に、IDT電極と平面視において少なくとも一部が重なるように形成されている。第3の媒質の厚みは、IDT電極において励振される弾性境界波の波長の0.7倍以上である。
本発明に係る弾性境界波装置のある特定の局面では、第1の媒質は、LiNbO3からなり、第2の媒質は、酸化珪素からなり、第3の媒質は、窒化珪素からなる。
本発明に係る弾性境界波装置の他の特定の局面では、配線電極は、外部端子電極を含んでいる。
本発明では、第2の媒質の音速が第1及び第3の媒質の音速よりも低く、かつ第3の媒質の厚みがIDT電極において励振される弾性境界波の波長の0.7倍以上とされている。このため、IDT電極において発生する弾性境界波の高次モードを、第3の媒質の表面に存在しないように第2及び第3の媒質内に閉じ込めることができる。このため、第3の媒質の上に、IDT電極と平面視において重なるように配線電極を形成した場合においても、高次モードが配線電極により反射されることがない。従って、高次モードに起因する特性低下を防止しつつ、弾性境界波装置の小型化を図ることができる。
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。
図1は、弾性境界波装置の等価回路図である。図2は、本実施形態に係る弾性境界波装置のIDT電極が形成されている部分の模式的断面図である。本実施形態では、本発明を実施した弾性境界波装置について、図1に示す弾性境界波フィルタとしての弾性境界波装置1を例に挙げて説明する。但し、本発明において、弾性境界波装置は、弾性境界波フィルタに限定されない。本発明の弾性境界波装置は、例えば、弾性境界波共振子や複数個の弾性境界波共振子で構成されたラダー型フィルタなどであってもよい。
なお、図1及び下記の図3~5,13においては、IDT電極や共振子は、模式的に記載している。
図1に示すように、弾性境界波装置1は、不平衡入力端子10と、第1及び第2の平衡出力端子11a、11bとを備えている。不平衡入力端子10と、第1及び第2の平衡出力端子11a、11bとの間には、弾性境界波を利用した弾性境界波フィルタ部12が接続されている。弾性境界波フィルタ部12は、5IDT型の縦結合共振子型弾性境界波フィルタ部である。
具体的には、弾性境界波フィルタ部12は、弾性境界波の伝搬方向に沿って配列された第1~第5のIDT電極13a~13eと、第1~第5のIDT電極13a~13eが形成されている領域の弾性波伝搬方向両側に配置されている反射器(図示せず)とを備えている。第1,第3及び第5のIDT電極13a、13c、13eのそれぞれの一方側は、不平衡入力端子10に接続されている。一方、第1,第3及び第5のIDT電極13a、13c、13eのそれぞれの他方側は、グラウンド電極に接続されている。第2及び第4のIDT電極13b、13dのそれぞれの一方側は、グラウンド電極に接続されている。第4のIDT電極13dの他方側は、第1の平衡出力端子11aに接続されている。第2のIDT電極13bの他方側は、第2の平衡出力端子11bに接続されている。
第1,第3及び第5のIDT電極13a、13c、13eのそれぞれの一方側と、不平衡入力端子10との間には、直列トラップとしての弾性境界波共振子14が接続されている。弾性境界波共振子14は、IDT電極と、IDT電極の弾性波伝搬方向の両側に配置されている反射器とを備えている。
また、図1に示すように、第1,第3及び第5のIDT電極13a、13c、13eのそれぞれの一方側の接続点と、グラウンド電位との間には、並列容量15が接続されている。並列容量15は、一対の互いに間挿し合うくし歯電極により構成されている。
第2のIDT電極13bと第2の平衡出力端子11bとの間の接続点と、第4のIDT電極13dと第1の平衡出力端子11aとの間の接続点との間には、並列トラップとしての弾性境界波共振子16が接続されている。弾性境界波共振子16は、IDT電極と、IDT電極の弾性波伝搬方向の両側に配置されている反射器とを備えている。
次に、弾性境界波装置1の具体的構成について、図2を参照して詳細に説明する。なお、図2は、弾性境界波装置1に含まれる第1~第5のIDT電極13a~13eなどのIDT電極のうちのひとつが形成されている部分の断面図であり、図2においては、IDT電極を符号「20」で参照している。
図2に示すように、弾性境界波装置1は、所謂3媒質型の弾性境界波装置である。弾性境界波装置1は、第1の媒質21を備えている。第1の媒質21は、圧電体からなる圧電基板である。第1の媒質21の形成に用いる圧電体は、特に限定されず、弾性境界波装置1に求められる特性に応じて適宜選択することができる。圧電体の具体例としては、例えば、LiNbO3やLiTaO3などが挙げられる。
第1の媒質21の上には、上述のIDT電極20が形成されている。
第1の媒質21の上には、IDT電極20を覆うように第2の媒質22が形成されている。すなわち、IDT電極20は、第1の媒質21と第2の媒質22との境界に形成されている。
第2の媒質22の上には、第3の媒質23が形成されている。第2の媒質22の音速は、第1及び第3の媒質21,23の音速よりも低い。第3の媒質23の音速は、第1の媒質21の音速よりも高い。
第2及び第3の媒質22,23の材料は、第2の媒質22の音速が、第1及び第3の媒質21,23の音速よりも遅くなる材料であれば特に限定されない。例えば、第2及び第3の媒質22,23は、誘電体により形成することができる。具体的には、例えば、第2の媒質22をSiO2などの酸化珪素から形成し、第3の媒質23をSiNなどの窒化珪素により形成することができる。
第2の媒質22の厚みは、特に限定されず、弾性境界波装置1に要求される特性などに応じて適宜設定することができる。一方、第3の媒質23の厚みは、IDT電極20において励振される弾性境界波の波長(λ)の0.7倍以上である。
また、本実施形態では、第3の媒質23の上に、保護膜25が形成されている。この保護膜25は、後述する配線電極24を保護するための保護膜である。保護膜25は、例えば、ポリイミドにより形成することができる。
また、弾性境界波装置1には、IDT電極20に接続されている配線電極24を備えている。配線電極24は、第1の媒質21と第2の媒質22との境界と、第3の媒質23と保護膜25との境界とに形成されており、第2の媒質22と第3の媒質との境界には、形成されていない。すなわち、配線電極24は、IDT電極20が形成されている第1の媒質21と第2の媒質22との境界以外では、第3の媒質23の上にのみ形成されている。配線電極24の少なくとも一部は、平面視において、IDT電極20と重なっている。
なお、図2に示すように、配線電極24には、保護膜25から露出する外部端子電極としてのバンプ電極26が含まれている。
本実施形態では、上述のように、第1の媒質21の上に、第2及び第3の媒質22,23が形成されており、かつ第3の媒質23の厚みがIDT電極20において励振される弾性境界波の波長(λ)の0.7倍以上とされている。このため、IDT電極20において発生する弾性境界波の高次モードを、第3の媒質の表面に存在しないように第2及び第3の媒質22,23内に閉じ込めることができる。すなわち、本実施形態では、基本モードのみならず、高次モードも第3の媒質23の表面にまでは到達しない。従って、第3の媒質23の上に形成されている配線電極24によって高次モードの形状が変化することに起因して、フィルタ特性や共振子特性などの特性が低下することがない。
以下、この効果について、具体例に基づいてさらに詳細に説明する。
まず、第3の媒質23を設けずに、第2の媒質22の上に配線電極24を設けたこと、及び第2の媒質22上の配線電極24とIDT電極とが平面視において重ならないようにしたこと以外は、図1及び図2に示す弾性境界波装置1と同様の弾性境界波装置(GSM900受信フィルタ用、通過帯域:925MHz~960MHz)を、第1の弾性境界波装置として、下記の設計パラメータで作製した。
図3(a)は、第1の弾性境界波装置の略図的平面図である。図3(b)は、第1の弾性境界波装置の一部分の模式的断面図である。
なお、この図3(a)及び下記の図4,5,13においては、上記実施形態と実質的に共通の機能を有する部材を共通の符号で参照している。また、図3~図5及び図13において、符号17は、グラウンド電極を表している。
第1の媒質21:カット角が15°のLiNbO3
IDT電極20:第1の媒質側からTi膜(厚さ10nm(0.0029λ))/Pt膜(厚さ10nm(0.0029λ))/Au膜(厚さ130nm(0.037λ))/Pt膜(厚さ10nm(0.0029λ))/Ti膜(厚さ10nm(0.0029λ))/NiCr膜(厚さ10nm(0.0029λ))
IDT電極20の電極指のピッチで定まる波長(λ):約3.5μm
IDT電極20のデューティー:0.60
第2の媒質22:SiO2(厚さ5500nm(1.57λ))
配線電極24:第2の媒質22側からTi膜(厚さ20nm(0.0057λ))/AlCu膜(厚さ1000nm(0.29λ))/Ti膜(厚さ50nm(0.014λ))/Pt膜(厚さ20nm(0.0057λ))
保護膜25:ポリイミド膜(厚さ7000nm、2.0λ)
IDT電極20:第1の媒質側からTi膜(厚さ10nm(0.0029λ))/Pt膜(厚さ10nm(0.0029λ))/Au膜(厚さ130nm(0.037λ))/Pt膜(厚さ10nm(0.0029λ))/Ti膜(厚さ10nm(0.0029λ))/NiCr膜(厚さ10nm(0.0029λ))
IDT電極20の電極指のピッチで定まる波長(λ):約3.5μm
IDT電極20のデューティー:0.60
第2の媒質22:SiO2(厚さ5500nm(1.57λ))
配線電極24:第2の媒質22側からTi膜(厚さ20nm(0.0057λ))/AlCu膜(厚さ1000nm(0.29λ))/Ti膜(厚さ50nm(0.014λ))/Pt膜(厚さ20nm(0.0057λ))
保護膜25:ポリイミド膜(厚さ7000nm、2.0λ)
また、弾性境界波フィルタ13および弾性境界波共振子14,16における全てのIDT電極20の上に、ダミー電極30を形成したこと以外は、上記第1の弾性境界波装置と同様にして図4に示す第2の弾性境界波装置を作製した。
さらに、弾性境界波フィルタ部のIDT電極の上のみにダミー電極30を形成したこと以外は、上記第1の弾性境界波装置と同様にして図5に示す第3の弾性境界波装置を作製した。
上記第1~第3の弾性境界波装置のフィルタ特性を測定した。測定結果を図6に示す。なお、図6において、「A」で示すデータは、第1の弾性境界波装置のフィルタ特性を表している。「B」で示すデータは、第2の弾性境界波装置のフィルタ特性を表している。「C」で示すデータは、第3の弾性境界波装置のフィルタ特性を表している。
図6に示すように、厚さが1.57λの第2の媒質22のみを形成し、第3の媒質23を形成しない場合は、IDT電極20の上にダミー電極30が位置していると、図6に点線で示す領域X1,X2などに位置する帯域外スプリアスが大きくなる傾向にある。
次に、本発明者らは、この帯域外スプリアスの原因を探求すべく、カット角が15°であるLiNbO3基板の上に、厚みが0.6λであるSiO2膜(第2の媒質22)及び厚みが2.4λであるSiN膜(第3の媒質23)を形成した第4の弾性境界波装置と、カット角が15°であるLiNbO3基板の上に、厚みが0.6λであるSiO2膜、厚みが2.4λであるSiN膜及びAlからなる配線電極(厚み:0.1λ)を形成した第5の弾性境界波装置とを作製し、弾性境界波の変位分布を測定した。なお、第4及び第5の弾性境界波装置においてIDT電極(厚み:0.06λ)はAuにより形成した。
図7は、第4の弾性境界波装置におけるSH型の弾性境界波の変位分布を表すグラフである。図8は、第4の弾性境界波装置における第1の高次モードの変位分布を表すグラフである。図9は、第4の弾性境界波装置における第2の高次モードの変位分布を表すグラフである。
また、図10は、第5の弾性境界波装置におけるSH型の弾性境界波の変位分布を表すグラフである。図11は、第5の弾性境界波装置における第1の高次モードの変位分布を表すグラフである。図12は、第5の弾性境界波装置における第2の高次モードの変位分布を表すグラフである。
ここで、第1の高次モードとは、Y成分を主体とする高次モードで、第2の高次モードとは、Z成分を主体とする高次モードである。
なお、図7~図12において、横軸は変位であり、縦軸は、第1の媒質の表面を基準)(0)とした場合の深さ(λ)である。また、「△」は、弾性波伝搬方向(X)における変位を表し、「○」は、第1の媒質21の表面上において弾性波伝搬方向(X)に垂直な方向(Z)における変位を表し、「×」は、方向(X)及び方向(Z)に垂直な厚み方向(Y)における変位を表す。
図7に示す結果から、SH型の弾性境界波(基本モード)は、第2の媒質22内に閉じ込められており、第3の媒質23にはほとんど浸み出していないことが分かる。図10に示す結果から、第3の媒質23の上に配線電極が設けられている場合についても同様に、SH型の弾性境界波は、第2の媒質22内に閉じ込められており、第3の媒質23にはほとんど浸み出していないことが分かる。
図8及び図11に示す結果から、第1の高次モードについても、配線電極の存否に関わらず、第2の媒質22内に閉じ込められており、第3の媒質23にはほとんど浸み出していないことが分かる。
それに対して、図9及び図12に示す結果から、第2の高次モードについては、配線電極の存否に関わらず、第3の媒質23に浸み出していることが分かる。具体的には、第2の高次モードは、深さ1.3λにまで浸み出している。このため、第2の媒質22の厚みが0.6λであることを勘案すると、第3の媒質23の深さ0.7λの部分にまで第2の高次モードが浸み出していることが分かる。このことから、第3の媒質23が設けられていなかったり、第3の媒質23の厚みが0.7λ未満であったりする場合は、IDT電極20の上に位置している配線電極24にまで第2の高次モードが到達する。そして、第2の高次モードが配線電極24において変形し、反射されることに起因して帯域外スプリアスが発生するものと考えられる。
第3の媒質23を設けない場合の高次モードの変位分布は、例えば、図16のように、特許文献1に示されている。
図16(a)及び(b)は、特許文献1に記載されている、SiO2/Au/LiNbO3構造の弾性境界波装置において、Auの厚みを0.05λ、SiO2膜の厚みを1.5λとした時の各スプリアスモードの変位分布を示す図である。
図16に示すように、第2の媒質22の表面まで高次モードの変位が存在する。従って、第2の媒質22の表面に配線電極24を設け、及び第2の媒質22上の配線電極24とIDT電極とが平面視において重なるようにしたとすると、高次モードが配線電極24において変形し、反射されることに起因して帯域外スプリアスが発生する。
帯域外スプリアスを抑圧する方法としては、図13(a)に示すように、IDT電極20と配線電極24とが高さ方向に重畳しないように配線電極24を形成することが考えられる。しかしながら、IDT電極20と配線電極24とが平面視において重ならないようにした場合、例えば、IDT電極20と配線電極24の一部分とが平面視において重なるようにした図13(b)に示す場合と比較して、弾性境界波装置の寸法が大きくなる。従って、帯域外スプリアスの抑圧と、弾性境界波装置の小型化とを両立させることが困難である。
それに対して、上述のように、第2の高次モードは、第3の媒質23の深さ0.7λの部分にまでしか浸み出していないため、上記実施形態のように、第3の媒質23の厚さを0.7λ以上とすることによって、第2の高次モードが第3の媒質23の表面にまで到達しないようにすることができる。従って、第3の媒質23の厚みが0.7λ以上である場合は、IDT電極20と平面視において重なるように配線電極24を形成した場合であっても帯域外スプリアスを効果的に抑圧することができる。すなわち、第3の媒質23の厚みを0.7λ以上とし、第3の媒質23の表面に配線電極24を形成するとによって、帯域外スプリアスの抑圧と、弾性境界波装置の小型化との両立を図ることができる。
なお、第3の媒質を設けない2媒質型の弾性境界波装置においては、第2の媒質を厚くした場合であっても、上述の帯域外スプリアスを抑圧できるという効果は得難い。なぜならば、2媒質型の弾性境界波装置では、第2の媒質の上に、第2の媒質よりも音速の高い媒質がないため、高次モードにおいて、第2の媒質の厚さ方向における全体が大きく振動し、第2の媒質を厚くした場合であっても、高次モードが第2の媒質の表面にまで達するからである。
それに対して、高音速の第3の媒質23を設けた所謂3媒質型の弾性境界波装置においては、図8,9,11,12に示す結果からも分かるように、高次モードにおいて、圧電体により形成されている第1の媒質21の厚さ方向における全体が大きく振動し、かつ、第2の媒質22の音速が低くされている。このため、第3の媒質23の第2の媒質22側の部分には、高次モードが浸み出すものの、高次モードは第3の媒質23内において減衰する。よって、第3の媒質23の第2の媒質22から離れた部分までは高次モードが達しない。従って、3媒質型の弾性境界波装置においては、第3の媒質23の厚さを0.7λ以上にすることによって、上述のように、帯域外スプリアスを効果的に抑圧することができる。
図8,9,11,12に示す結果から高次モードが第1の媒質21側へ浸み出していることが分かる。これは、第3の媒質23の音速より第1の媒質21の音速が遅いことによる。すなわち、高次モードの音速を、第1の媒質21を構成するLiNbO3の速い横波音速より高音速とすることにより、高次モードをLiNbO3側へ浸み出させることができる。これによって、第3の媒質23の表面は振動しないことになる。このため、第3の媒質23の表面に配線を設けることが可能となり、良好な特性を実現できる。
(変形例)
図13(b)に示す例では、グラウンド電極17が2つ設けられているが、図14に示すように、グラウンド電極17は、ひとつのみ形成されていてもよい。このようにすることによって、弾性境界波装置をさらに小型化することができる。
図13(b)に示す例では、グラウンド電極17が2つ設けられているが、図14に示すように、グラウンド電極17は、ひとつのみ形成されていてもよい。このようにすることによって、弾性境界波装置をさらに小型化することができる。
1…弾性境界波装置
10…不平衡入力端子
11a…第1の平衡出力端子
11b…第2の平衡出力端子
12…弾性境界波フィルタ部
13…弾性境界波フィルタ
13a…第1のIDT電極
13b…第2のIDT電極
13c…第3のIDT電極
13d…第4のIDT電極
13e…第5のIDT電極
14…弾性境界波共振子
15…並列容量
16…弾性境界波共振子
17…グラウンド電極
20…IDT電極
21…第1の媒質
22…第2の媒質
23…第3の媒質
24…配線電極
25…保護膜
26…バンプ電極
30…ダミー電極
10…不平衡入力端子
11a…第1の平衡出力端子
11b…第2の平衡出力端子
12…弾性境界波フィルタ部
13…弾性境界波フィルタ
13a…第1のIDT電極
13b…第2のIDT電極
13c…第3のIDT電極
13d…第4のIDT電極
13e…第5のIDT電極
14…弾性境界波共振子
15…並列容量
16…弾性境界波共振子
17…グラウンド電極
20…IDT電極
21…第1の媒質
22…第2の媒質
23…第3の媒質
24…配線電極
25…保護膜
26…バンプ電極
30…ダミー電極
Claims (3)
- 圧電体からなる第1の媒質と、
前記第1の媒質の上に形成されている第2の媒質と、
前記第2の媒質の上に形成されている第3の媒質と、
前記第1の媒質と前記第2の媒質との境界に形成されているIDT電極と、
配線電極とを備え、前記第2の媒質の音速が前記第1及び第3の媒質の音速よりも低く、前記第1の媒質の音速より前記第3の媒質の音速が高い弾性境界波装置であって、
前記配線電極は、前記第3の媒質の上に、前記IDT電極と平面視において少なくとも一部が重なるように形成されており、
前記第3の媒質の厚みは、前記IDT電極において励振される弾性境界波の波長の0.7倍以上である、弾性境界波装置。 - 前記第1の媒質は、LiNbO3からなり、前記第2の媒質は、酸化珪素からなり、前記第3の媒質は、窒化珪素からなる、請求項1に記載の弾性境界波装置。
- 前記配線電極は、外部端子電極を含む、請求項1または2に記載の弾性境界波装置。
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WWE | Wipo information: entry into national phase |
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NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
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122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 10774863 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |