WO2022014495A1 - 弾性波装置 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to an elastic wave device.
- Patent Document 1 discloses an elastic wave device using a lamb wave as a plate wave.
- a piezoelectric substrate is provided on the support.
- the piezoelectric substrate consists of LiNbO 3 or LiTaO 3 .
- An IDT electrode is provided on the upper surface of the piezoelectric substrate.
- a voltage is applied between the plurality of electrode fingers connected to one potential of the IDT electrode and the plurality of electrode fingers connected to the other potential. This encourages Lamb waves.
- Reflectors are provided on both sides of the IDT electrode. As a result, an elastic wave resonator using a plate wave is constructed.
- Patent Document 2 discloses an example of a ladder type filter.
- a plurality of elastic wave devices are connected by a plurality of wirings.
- the plurality of wires includes a wire connected to a hot potential and a wire connected to a ground potential.
- the wiring connected to the hot potential and the wiring connected to the ground potential face each other.
- an unnecessary bulk wave may be excited. This bulk wave propagates in the thickness direction of the piezoelectric substrate. Therefore, it may be reflected on the support.
- an unnecessary bulk wave signal may be taken out by one of the wirings.
- the unwanted bulk wave signal may be extracted by one of the opposing busbars. In these cases, ripple may occur in the frequency characteristics of the elastic wave device.
- An object of the present invention is to provide an elastic wave device capable of suppressing ripples in frequency characteristics.
- the elastic wave device is provided on the support substrate, the piezoelectric layer provided on the support substrate, the functional electrodes provided on the piezoelectric layer, and the piezoelectric layer, respectively.
- the first electrode film and the second electrode film which face each other and have different potentials from each other, between at least a part of the first electrode film and the piezoelectric layer, and the second electrode. It includes a dielectric film provided on at least one of between at least a part of the film and the piezoelectric layer.
- an elastic wave device capable of suppressing ripples in frequency characteristics.
- FIG. 1 is a plan view of an elastic wave device according to a first embodiment of the present invention.
- FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line I-I in FIG.
- FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line II-II in FIG.
- FIG. 4 is a diagram showing the reflection characteristics of the first embodiment of the present invention and the comparative example.
- FIG. 5 is a cross-sectional view showing an example in which an unnecessary bulk wave propagates in a comparative example.
- FIG. 6 is a cross-sectional view showing a portion corresponding to the cross section shown in FIG. 3 of the elastic wave device according to the first modification of the first embodiment of the present invention.
- FIG. 1 is a plan view of an elastic wave device according to a first embodiment of the present invention.
- FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line I-I in FIG.
- FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line II-II in FIG.
- FIG. 4
- FIG. 7 is a plan view of the elastic wave device according to the second modification of the first embodiment of the present invention.
- FIG. 8 is a cross-sectional view showing a portion corresponding to the cross section shown in FIG. 2 of the elastic wave device according to the second embodiment of the present invention.
- FIG. 9 is a cross-sectional view showing a portion corresponding to the cross section shown in FIG. 3 of the elastic wave device according to the third embodiment of the present invention.
- FIG. 10 is a cross-sectional view showing a portion corresponding to the cross section shown in FIG. 3 of the elastic wave device according to the modified example of the third embodiment of the present invention.
- FIG. 11 is a cross-sectional view showing a portion corresponding to the cross section shown in FIG.
- FIG. 12 is a cross-sectional view showing a portion corresponding to the cross section shown in FIG. 3 of the elastic wave device according to the modified example of the fourth embodiment of the present invention.
- FIG. 13 is a schematic plan view of the elastic wave device according to the fifth embodiment of the present invention.
- FIG. 14 is a cross-sectional view taken along the line III-III in FIG.
- FIG. 15 is a circuit diagram of an elastic wave device according to a third embodiment of the present invention.
- FIG. 16 is a plan view of the elastic wave device according to the fourth embodiment of the present invention.
- FIG. 17 is a cross-sectional view taken along the line IV-IV in FIG. FIG.
- FIG. 18A is a schematic perspective view showing the appearance of an elastic wave device using a bulk wave in a thickness slip mode
- FIG. 18B is a plan view showing an electrode structure on a piezoelectric layer
- FIG. 19 is a cross-sectional view of a portion along the line AA in FIG. 18 (a).
- FIG. 20 (a) is a schematic front sectional view for explaining a Lamb wave propagating in the piezoelectric film of the elastic wave device
- FIG. 20 (b) is a thickness slip propagating in the piezoelectric film in the elastic wave device. It is a schematic front sectional view for explaining the bulk wave of a mode.
- FIG. 21 is a diagram showing the amplitude direction of the bulk wave in the thickness slip mode.
- FIG. 22 is a diagram showing resonance characteristics of an elastic wave device that utilizes a bulk wave in a thickness slip mode.
- FIG. 23 is a diagram showing the relationship between d / 2p and the specific band as a resonator when the distance between the centers of adjacent electrodes is p and the thickness of the piezoelectric layer is d.
- FIG. 24 is a plan view of an elastic wave device that utilizes a bulk wave in a thickness slip mode.
- FIG. 25 is a diagram showing a map of the specific band with respect to Euler angles (0 °, ⁇ , ⁇ ) of LiNbO 3 when d / p is brought as close to 0 as possible.
- FIG. 26 is a partially cutaway perspective view for explaining an elastic wave device using a Lamb wave.
- FIG. 1 is a plan view of an elastic wave device according to a first embodiment of the present invention.
- FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line I-I in FIG.
- FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line II-II in FIG.
- the elastic wave device 10 has a piezoelectric substrate 12 and an IDT electrode 11.
- the piezoelectric substrate 12 has a support member 13 and a piezoelectric layer 14.
- the support member 13 is composed of only a support substrate.
- the support member 13 may be, for example, a laminated body including a support substrate and an insulating layer.
- the support member 13 is provided with a through hole 13a as a hollow portion.
- a piezoelectric layer 14 is provided so as to cover the through hole 13a of the support member 13.
- the piezoelectric layer 14 has a first main surface 14a and a second main surface 14b.
- the first main surface 14a and the second main surface 14b face each other.
- the second main surface 14b is the main surface on the support member 13 side.
- the piezoelectric layer 14 is a lithium niobate layer in this embodiment. More specifically, the piezoelectric layer 14 is a LiNbO 3 layer.
- the piezoelectric layer 14 may be a lithium tantalate layer such as a LiTaO 3 layer.
- the support substrate is a silicon substrate in this embodiment.
- the material of the support substrate is not limited to the above.
- the IDT electrode 11 is provided on the piezoelectric layer 14.
- the IDT electrode 11 has a first bus bar 16 and a second bus bar 17, and a plurality of first electrode fingers 18 and a plurality of second electrode fingers 19.
- the first bus bar 16 is the first electrode film in the present invention.
- the second bus bar 17 is the second electrode film in the present invention. As shown in FIG. 3, the first bus bar 16 and the second bus bar 17 face each other.
- a dielectric film 15 is provided between the first bus bar 16 and the piezoelectric layer 14, and between the second bus bar 17 and the piezoelectric layer 14, respectively. On the other hand, the dielectric film 15 is not provided in the portion of the piezoelectric layer 14 between the first bus bar 16 and the second bus bar 17.
- the material of the dielectric film 15 for example, silicon oxide, silicon nitride, resin, or the like can be used.
- the first bus bar 16 and the second bus bar 17 are connected to different potentials from each other.
- the first bus bar 16 is connected to the hot potential and the second bus bar 17 is connected to the ground potential.
- the potential to which the first bus bar 16 and the second bus bar 17 are connected is not limited to the above.
- the first bus bar 16 may be connected to the ground potential and the second bus bar 17 may be connected to the hot potential.
- the plurality of first electrode fingers 18 and the plurality of second electrode fingers 19 shown in FIG. 1 are at least a pair of electrodes in the present invention. At least one pair of electrodes are opposed to each other. More specifically, the first electrode finger 18 is the first electrode in the present invention. The plurality of first electrode fingers 18 are periodically arranged. One end of each of the plurality of first electrode fingers 18 is connected to the first bus bar 16. The second electrode finger 19 is the second electrode in the present invention. The plurality of second electrode fingers 19 are periodically arranged. One end of each of the plurality of second electrode fingers 19 is connected to the second bus bar 17. The plurality of first electrode fingers 18 and the plurality of second electrode fingers 19 are interleaved with each other. In the following, the first electrode finger 18 and the second electrode finger 19 may be simply referred to as an electrode finger.
- the IDT electrode 11 may be made of a single-layer metal film or may be made of a laminated metal film.
- the elastic wave device 10 a plurality of electrode fingers as at least one pair of electrodes are functional electrodes in the present invention.
- An elastic wave is excited by applying an AC voltage to the functional electrode in the IDT electrode 11.
- the elastic wave device 10 uses a bulk wave in a thickness slip mode as a main wave. More specifically, the elastic wave device 10 uses a bulk wave in the thickness slip primary mode as the main wave.
- the elastic wave device 10 may be an elastic wave device that uses a plate wave such as a lamb wave as a main wave.
- the SH wave is excited as an unnecessary bulk wave.
- the direction in which the first electrode finger 18 and the second electrode finger 19 face each other is defined as the electrode finger facing direction.
- the plan view is a direction seen from above in FIG. 2 or FIG.
- the region where adjacent electrode fingers overlap each other when viewed from the electrode finger facing direction is the crossing region D.
- the crossing region D is a region of the IDT electrode 11 including the electrode finger at one end to the electrode finger at the other end in the direction facing the electrode finger. More specifically, the crossing region D extends from the outer edge portion of the electrode finger at one end in the direction facing the electrode finger to the outer edge portion of the electrode finger at the other end in the direction facing the electrode finger. including.
- the elastic wave device 10 has a plurality of excitation regions C.
- the excitation region C is also a region where adjacent electrode fingers overlap each other when viewed from the direction in which the electrode fingers face each other.
- Each excitation region C is a region between a pair of electrode fingers. More specifically, the excitation region C is a region from the center of one electrode finger in the direction facing the electrode finger to the center of the other electrode finger in the direction facing the electrode finger. Therefore, the crossover region D includes a plurality of excitation regions C.
- the bulk wave in the thickness slip mode is excited in each excitation region C.
- the crossover region D is an excitation region.
- the features of this embodiment are the dielectric material between the first bus bar 16 and the piezoelectric layer 14 as the first electrode film, and between the second bus bar 17 and the piezoelectric layer 14 as the second electrode film.
- the membrane 15 is provided.
- the comparative example is different from the first embodiment in that it does not have the dielectric film.
- the reflection characteristic as the frequency characteristic between the first bus bar and the second bus bar was measured.
- the reflection characteristics between the first bus bar and the second bus bar were measured.
- FIG. 4 is a diagram showing the reflection characteristics of the first embodiment and the comparative example.
- the reflection characteristic shown in FIG. 4 is the relationship between S11 and the frequency.
- FIG. 5 is a cross-sectional view showing an example in which an unnecessary bulk wave propagates in a comparative example. Arrow B in FIG. 5 indicates a part of an unnecessary bulk wave.
- the dielectric film 15 is provided between the first bus bar 16 and the piezoelectric layer 14, and between the second bus bar 17 and the piezoelectric layer 14, respectively. There is. Since the dielectric film 15 is provided, the electromechanical coupling coefficient changes as compared with the case where the dielectric film 15 is not provided. Thereby, the influence on the reflection characteristic by the unnecessary bulk wave can be suppressed. Therefore, it is possible to suppress the ripple in the reflection characteristic as the frequency characteristic.
- the thickness of the dielectric film 15 provided between the first bus bar 16 and the piezoelectric layer 14 is the dielectric provided between the second bus bar 17 and the piezoelectric layer 14. It is the same as the thickness of the body membrane 15. However, the thicknesses of the dielectric films 15 may be different from each other.
- the dielectric film 15 provided between the first bus bar 16 and the piezoelectric layer 14 and the dielectric film 15 provided between the second bus bar 17 and the piezoelectric layer 14 are integrally provided. ing. However, the dielectric film 15 provided between the first bus bar 16 and the piezoelectric layer 14 and the dielectric film 15 provided between the second bus bar 17 and the piezoelectric layer 14 are separate. It may be provided as a dielectric film.
- the support member 13 is composed of only a support substrate.
- the support member 13 may be a laminate of a support substrate and an insulating layer.
- the piezoelectric layer 14 is provided on the insulating layer.
- a silicon oxide layer, silicon nitride, tantalum oxide, or the like can be used as the material of the insulating layer.
- the cavity is not limited to the through hole.
- the hollow portion may be, for example, a hollow portion.
- the hollow portion is composed of, for example, a recess provided in the support member. More specifically, the hollow portion is formed by sealing the concave portion with the piezoelectric layer 14 or the like.
- the piezoelectric layer 14 may be provided with a recess that opens on the support member 13 side.
- the cavity may be formed.
- the support member 13 may not be provided with a recess or a through hole.
- the dielectric film 15 may be provided on at least one of them.
- the dielectric film 15 is not provided between the second bus bar 17 and the piezoelectric layer 14.
- the dielectric film 15 is also not provided on the piezoelectric layer 14 in the portion between the first bus bar 16 and the second bus bar 17.
- a dielectric film 15 is provided between the first bus bar 16 and the piezoelectric layer 14. Even in this case, the ripple in the frequency characteristic can be suppressed.
- the dielectric film 15 is provided between the entire first bus bar 16 and the second bus bar 17 and the piezoelectric layer 14. Thereby, the ripple in the frequency characteristic can be suppressed more reliably and effectively.
- FIG. 7 shows an example of a case where the elastic wave device uses a plate wave as a second modification of the first embodiment.
- a pair of reflectors 22A and 22B are provided on both sides of the IDT electrode 11 in the electrode finger facing direction on the piezoelectric layer 14.
- the resonance characteristic can be suitably improved.
- the IDT electrode 11 is configured in the same manner as in the first embodiment.
- the dielectric film 15 is provided in the same manner as in the first embodiment. Therefore, it is possible to suppress the ripple in the frequency characteristic.
- FIG. 8 is a cross-sectional view showing a portion corresponding to the cross section shown in FIG. 2 of the elastic wave device according to the second embodiment.
- the dielectric film 35 is provided on the piezoelectric layer 14 between the first bus bar 16 as the first electrode film and the second bus bar 17 as the second electrode film. In that respect, it differs from the first embodiment.
- This embodiment is also different from the first embodiment in that the dielectric film 35 is a laminated film.
- the elastic wave device of the present embodiment has the same configuration as the elastic wave device 10 of the first embodiment.
- the dielectric film 35 has a first layer 35a and a second layer 35b.
- a second layer 35b is provided on the first main surface 14a of the piezoelectric layer 14.
- the first layer 35a is laminated on the second layer 35b.
- the material of the first layer 35a and the material of the second layer 35b are different from each other.
- the material of the first layer 35a and the material of the second layer 35b may be the same.
- the first layer 35a is arranged in the same manner as in the first embodiment. More specifically, a first layer 35a is provided between the first bus bar 16 and the second bus bar 17 and the piezoelectric layer 14, respectively. The first layer 35a is not provided on the piezoelectric layer 14 in the portion between the first bus bar 16 and the second bus bar 17.
- the second layer 35b is provided between the first bus bar 16 and the second bus bar 17 and the piezoelectric layer 14. Further, the second layer 35b is also provided on the piezoelectric layer 14 in a portion between the first bus bar 16 and the second bus bar 17. More specifically, the second layer 35b is also provided between the plurality of electrode fingers of the IDT electrode 11 and the piezoelectric layer 14, and also between the electrode fingers on the piezoelectric layer 14.
- h1 be the thickness of the portion of the dielectric film 35 located between the first bus bar 16 and the second bus bar 17 in a plan view.
- h2 be the thickness of the portion of the dielectric film 35 between the first bus bar 16 and the piezoelectric layer 14.
- h3 be the thickness of the portion of the dielectric film 35 between the second bus bar 17 and the piezoelectric layer 14.
- the thickness h1 is thinner than both the thickness h2 and the thickness h3.
- the thickness h1 may be thinner than at least one of the thickness h2 and the thickness h3.
- the dielectric film 35 is provided between the first bus bar 16 and the piezoelectric layer 14, and between the second bus bar 17 and the piezoelectric layer 14. Therefore, the electromechanical coupling coefficient changes as compared with the case where the dielectric film 35 is not provided. Thereby, the influence on the frequency characteristic by the unnecessary bulk wave can be suppressed, and the ripple in the frequency characteristic can be suppressed.
- FIG. 9 is a cross-sectional view showing a portion corresponding to the cross section shown in FIG. 3 of the elastic wave device according to the third embodiment.
- This embodiment is different from the first embodiment in that a plurality of dielectric films are provided. Specifically, the first dielectric film 45A is provided between the first bus bar 16 and the piezoelectric layer 14. A second dielectric film 45B is provided between the second bus bar 17 and the piezoelectric layer 14. Further, it differs from the first embodiment in that the thickness of the first dielectric film 45A and the thickness of the second dielectric film 45B are different. Except for the above points, the elastic wave device of the present embodiment has the same configuration as the elastic wave device 10 of the first embodiment. However, the first dielectric film 45A and the second dielectric film 45B may be provided integrally.
- the thickness of the second dielectric film 45B is thicker than the thickness of the first dielectric film 45A.
- the thickness 2 of the first dielectric film 45A and the thickness of the second dielectric film 45B are different from each other.
- the thickness of the first dielectric film 45A is thicker than the thickness of the second dielectric film 45B. Even in this case, the ripple in the frequency characteristic can be effectively suppressed.
- FIG. 11 is a cross-sectional view showing a portion corresponding to the cross section shown in FIG. 3 of the elastic wave device according to the fourth embodiment.
- the thickness of the portion of the piezoelectric layer 54 that overlaps with the first bus bar 16 in a plan view is different from the thickness of the portion of the piezoelectric layer 54 that overlaps with the second bus bar 17 in a plan view. It is different from the embodiment of 1. Further, it differs from the first embodiment in that the dielectric film 15 is not provided between the second bus bar 17 and the piezoelectric layer 14. Except for the above points, the elastic wave device of the present embodiment has the same configuration as the elastic wave device 10 of the first embodiment.
- the piezoelectric layer 54 has a first region E1, a second region E2, and a third region E3.
- the first region E1 is a region that overlaps with the first bus bar 16 as the first electrode film in a plan view.
- the second region E2 is a region that overlaps with the second bus bar 17 as the second electrode film in a plan view.
- the third region E3 is a region that does not overlap with the first electrode film and the second electrode film in a plan view.
- the thickness of the piezoelectric layer 54 in the first region E1 is d1, the thickness of the piezoelectric layer 54 in the second region E2 is d2, and the thickness of the piezoelectric layer 54 in the third region E3 is d3.
- the thickness d1 and the thickness d2 are different from each other. More specifically, the thickness d1 is thicker than the thickness d2. Thereby, in the first region E1 and the second region E2, the mode of propagation of unnecessary bulk waves can be different from each other. Thereby, also in the first bus bar 16 and the second bus bar 17, the mode of propagation of unnecessary bulk waves can be different from each other. Further, a dielectric film 15 is provided between the first bus bar 16 and the piezoelectric layer 14. As a result, the electromechanical coupling coefficient changes as compared with the case where the dielectric film 15 is not provided. Therefore, the influence of unnecessary bulk waves on the frequency characteristics can be effectively suppressed, and the ripple in the frequency characteristics can be effectively suppressed.
- the dielectric film 15 is provided only between the first bus bar 16 and the piezoelectric layer 14.
- the dielectric film 15 may be provided on at least one of the space between the first bus bar 16 and the piezoelectric layer 14 and the space between the second bus bar 17 and the piezoelectric layer 14.
- the thickness d3 of the piezoelectric layer 54 in the third region E3 is the same as the thickness d2 of the piezoelectric layer 54 in the second region E2.
- the thickness d1 and the thickness d2 in the first region E1 may be different from each other, and the relationship between the thicknesses in the piezoelectric layer 54 is not limited to the above.
- the thickness d1 and the thickness d3 are the same.
- the thickness d2 is thinner than the thickness d1 and the thickness d3.
- the dielectric film 15 is provided between the second bus bar 17 and the piezoelectric layer 54A.
- the dielectric film 15 is not provided between the first bus bar 16 and the piezoelectric layer 54A. Even in this case, the ripple in the frequency characteristic can be effectively suppressed.
- the total thickness of the thickness d2 and the dielectric film 15 provided between the second bus bar 17 and the piezoelectric layer 54A is the same as the thickness d1 and the thickness d3.
- the IDT electrode 11 can be easily formed and the productivity can be increased.
- the relationship between the thickness of each region of the piezoelectric layer 54A and the thickness of the dielectric film 15 is not limited to the above.
- the influence of the signal can be suppressed. It should be noted that the propagation and extraction of unnecessary bulk wave signals may also occur between the wiring electrode membranes in the filter device.
- the elastic wave device is a filter device is shown.
- FIG. 13 is a schematic plan view of the elastic wave device according to the fifth embodiment.
- elastic wave resonators are shown by a schematic diagram in which two diagonal lines are added to a polygon.
- the elastic wave device 60 has a plurality of elastic wave resonators.
- the elastic wave device 60 is a filter device.
- Each elastic wave resonator of the elastic wave apparatus 60 has an IDT electrode.
- Each IDT electrode includes a pair of busbars and a plurality of electrode fingers as functional electrodes.
- the first electrode film 68 and the second electrode film 69 are wiring electrode films.
- the first electrode film 68 and the second electrode film 69 are provided on the piezoelectric layer 14, and a plurality of elastic wave resonators are configured on the piezoelectric layer 14.
- the wiring electrode film as the first electrode film 68 and the wiring electrode film as the second electrode film 69 are each drawn from different elastic wave resonators. That is, the first electrode film 68 and the second electrode film 69 are each connected to a plurality of electrode fingers as functional electrodes via a bus bar.
- the first electrode film 68 is connected to the hot potential
- the second electrode film 69 is connected to the ground potential.
- FIG. 14 is a cross-sectional view taken along the line III-III in FIG.
- the first electrode film 68 and the second electrode film 69 face each other. Similar to the first embodiment, the dielectric film 15 is provided between the first electrode film 68 and the piezoelectric layer 14, and between the second electrode film 69 and the piezoelectric layer 14, respectively. Since the dielectric film 15 is provided, the electromechanical coupling coefficient changes as compared with the case where the dielectric film 15 is not provided. Thereby, the influence on the frequency characteristic by the unnecessary bulk wave can be suppressed, and the ripple in the frequency characteristic can be suppressed.
- the circuit configuration in this embodiment is shown below.
- FIG. 15 is a circuit diagram of the elastic wave device according to the third embodiment.
- the elastic wave device 60 is a ladder type filter.
- the plurality of elastic wave resonators of the present embodiment include the series arm resonator S1, the series arm resonator S2, the series arm resonator S3, the series arm resonator S4, the series arm resonator S5 and the series arm resonator S6, and parallel.
- the elastic wave device 60 has a first signal terminal 65 and a second signal terminal 66.
- a series arm resonator S1 is connected between the connection point between the series arm resonator S1 and the series arm resonator S2 and the ground potential.
- the parallel arm resonator P2 is connected between the connection point between the series arm resonator S3 and the series arm resonator S4 and the ground potential.
- a parallel arm resonator P3 is connected between the connection point between the series arm resonator S5 and the series arm resonator S6 and the ground potential.
- the elastic wave device 60 has a plurality of ground terminals 67. Each parallel arm resonator is connected to the ground potential via any of the ground terminals 67.
- the circuit configuration described above is an example, and the circuit configuration of the elastic wave device 60 is not particularly limited.
- the first electrode film 68 is a wiring electrode film connecting the series arm resonator S1 and the parallel arm resonator P1.
- the second electrode film 69 is a wiring electrode film connecting the parallel arm resonator P2 and the ground terminal 67.
- the distance L between the first electrode film 68 and the second electrode film 69 is an elastic wave resonator different from each elastic wave resonator to which the first electrode film 68 and the second electrode film 69 are connected.
- the length is different from the opening length M of.
- the opening length of the elastic wave resonator means the distance between a pair of bus bars of the elastic wave resonator. As shown in FIG.
- the opening length of the series arm resonator S3 is M3
- the opening length of the series arm resonator S6 is M6.
- the distance L may be longer or shorter than, for example, the shortest opening length M among the opening lengths M of the other elastic wave resonators.
- the distance L may be longer or shorter than the shortest opening length of the opening lengths M6, for example.
- the IDT electrodes of the series arm resonator S1 and the parallel arm resonator P1 are connected to the first electrode film 68 of the first electrode film 68 and the second electrode film 69, respectively.
- the IDT electrode of the parallel arm resonator P2 is connected to the second electrode film 69.
- An IDT electrode connected to both the first electrode film 68 and the second electrode film 69 may be provided.
- FIG. 16 is a plan view of the elastic wave device according to the fourth embodiment.
- FIG. 17 is a cross-sectional view taken along the line IV-IV in FIG.
- the functional electrode has an upper electrode 71A and a lower electrode 71B.
- the upper electrode 71A is provided on the first main surface 14a of the piezoelectric layer 14.
- the lower electrode 71B is provided on the second main surface 14b of the piezoelectric layer 14.
- the upper electrode 71A and the lower electrode 71B face each other with the piezoelectric layer 14 interposed therebetween.
- the upper electrode 71A and the lower electrode 71B are connected to different potentials from each other.
- the region where the upper electrode 71A and the lower electrode 71B face each other is the excitation region.
- a first electrode film 68 and a second electrode film 69 are provided on the first main surface 14a of the piezoelectric layer 14.
- the first electrode film 68 and the second electrode film 69 are wiring electrode films.
- the first electrode film 68 is connected to the upper electrode 71A.
- a connection electrode 72 is provided on the second main surface 14b of the piezoelectric layer 14.
- the connection electrode 72 is connected to the lower electrode 71B.
- the piezoelectric layer 14 is provided with a through hole.
- the connection electrode 72 passes through the through hole and is connected to the second electrode film 69. Therefore, the second electrode film 69 is connected to the lower electrode 71B via the connection electrode 72.
- the first electrode film 68 and the second electrode film 69 face each other.
- the dielectric film 15 is provided. Since the dielectric film 15 is provided, the electromechanical coupling coefficient changes as compared with the case where the dielectric film 15 is not provided. Thereby, the influence on the frequency characteristic by the unnecessary bulk wave can be suppressed, and the ripple in the frequency characteristic can be suppressed.
- BAW Bit Acoustic Wave
- the first electrode film and the second electrode film may be wiring electrode membranes connected to different elastic wave resonators.
- the support member in the following example corresponds to the support substrate in the present invention.
- FIG. 18A is a schematic perspective view showing the appearance of an elastic wave device using a bulk wave in a thickness slip mode
- FIG. 18B is a plan view showing an electrode structure on a piezoelectric layer
- FIG. 19 is a cross-sectional view of a portion along the line AA in FIG. 18 (a).
- the elastic wave device 1 has a piezoelectric layer 2 made of LiNbO 3.
- the piezoelectric layer 2 may be made of LiTaO 3.
- the cut angle of LiNbO 3 and LiTaO 3 is Z-cut, but may be rotary Y-cut or X-cut.
- the thickness of the piezoelectric layer 2 is not particularly limited, but in order to effectively excite the thickness slip mode, it is preferably 40 nm or more and 1000 nm or less, and more preferably 50 nm or more and 600 nm or less.
- the piezoelectric layer 2 has first and second main surfaces 2a and 2b facing each other.
- the electrode 3 and the electrode 4 are provided on the first main surface 2a.
- the electrode 3 is an example of the “first electrode”
- the electrode 4 is an example of the “second electrode”.
- a plurality of electrodes 3 are connected to the first bus bar 5.
- the plurality of electrodes 4 are connected to the second bus bar 6.
- the plurality of electrodes 3 and the plurality of electrodes 4 are interleaved with each other.
- the electrode 3 and the electrode 4 have a rectangular shape and have a length direction.
- the electrode 3 and the adjacent electrode 4 face each other in a direction orthogonal to the length direction. Both the length direction of the electrodes 3 and 4 and the direction orthogonal to the length direction of the electrodes 3 and 4 are directions intersecting with each other in the thickness direction of the piezoelectric layer 2.
- the electrode 3 and the adjacent electrode 4 face each other in the direction of crossing in the thickness direction of the piezoelectric layer 2.
- the length directions of the electrodes 3 and 4 may be replaced with the directions orthogonal to the length directions of the electrodes 3 and 4 shown in FIGS. 18 (a) and 18 (b). That is, in FIGS. 18A and 18B, the electrodes 3 and 4 may be extended in the direction in which the first bus bar 5 and the second bus bar 6 are extended. In that case, the first bus bar 5 and the second bus bar 6 extend in the direction in which the electrodes 3 and 4 extend in FIGS. 18A and 18B.
- a pair of structures in which the electrode 3 connected to one potential and the electrode 4 connected to the other potential are adjacent to each other are provided in a direction orthogonal to the length direction of the electrodes 3 and 4.
- the case where the electrode 3 and the electrode 4 are adjacent to each other does not mean that the electrode 3 and the electrode 4 are arranged so as to be in direct contact with each other, but that the electrode 3 and the electrode 4 are arranged so as to be spaced apart from each other. Point to. Further, when the electrode 3 and the electrode 4 are adjacent to each other, the electrode connected to the hot electrode or the ground electrode, including the other electrodes 3 and 4, is not arranged between the electrode 3 and the electrode 4.
- This logarithm does not have to be an integer pair, and may be 1.5 pairs, 2.5 pairs, or the like.
- the distance between the centers of the electrodes 3 and 4, that is, the pitch is preferably in the range of 1 ⁇ m or more and 10 ⁇ m or less.
- the width of the electrodes 3 and 4, that is, the dimensions of the electrodes 3 and 4 in the opposite direction are preferably in the range of 50 nm or more and 1000 nm or less, and more preferably in the range of 150 nm or more and 1000 nm or less.
- the distance between the centers of the electrodes 3 and 4 is the center of the dimension (width dimension) of the electrode 3 in the direction orthogonal to the length direction of the electrode 3 and the electrode 4 in the direction orthogonal to the length direction of the electrode 4. It is the distance connected to the center of the dimension (width dimension) of.
- the direction orthogonal to the length direction of the electrodes 3 and 4 is the direction orthogonal to the polarization direction of the piezoelectric layer 2. This does not apply when a piezoelectric material having another cut angle is used as the piezoelectric layer 2.
- “orthogonal” is not limited to the case of being strictly orthogonal, and is substantially orthogonal (the angle formed by the direction orthogonal to the length direction of the electrodes 3 and 4 and the polarization direction is, for example, 90 ° ⁇ 10 °). Within the range).
- a support member 8 is laminated on the second main surface 2b side of the piezoelectric layer 2 via an insulating layer 7.
- the insulating layer 7 and the support member 8 have a frame-like shape and have through holes 7a and 8a as shown in FIG. As a result, the cavity 9 is formed.
- the cavity 9 is provided so as not to interfere with the vibration of the excitation region C of the piezoelectric layer 2. Therefore, the support member 8 is laminated on the second main surface 2b via the insulating layer 7 at a position where it does not overlap with the portion where at least one pair of electrodes 3 and 4 are provided.
- the insulating layer 7 may not be provided. Therefore, the support member 8 may be directly or indirectly laminated on the second main surface 2b of the piezoelectric layer 2.
- the insulating layer 7 is made of silicon oxide. However, in addition to silicon oxide, an appropriate insulating material such as silicon nitride or alumina can be used.
- the support member 8 is made of Si. The plane orientation of Si on the surface of the piezoelectric layer 2 side may be (100), (110), or (111).
- the Si constituting the support member 8 preferably has a high resistance having a resistivity of 2 k ⁇ or more, and more preferably has a high resistance having a resistivity of 4 k ⁇ or more.
- the support member 8 can also be configured by using an appropriate insulating material or semiconductor material.
- the plurality of electrodes 3, 4 and the first and second bus bars 5, 6 are made of an appropriate metal or alloy such as an Al or AlCu alloy.
- the electrodes 3 and 4 and the first and second bus bars 5 and 6 have a structure in which an Al film is laminated on a Ti film.
- An adhesive layer other than the Ti film may be used.
- an AC voltage is applied between the plurality of electrodes 3 and the plurality of electrodes 4. More specifically, an AC voltage is applied between the first bus bar 5 and the second bus bar 6.
- d / p is 0. It is said to be 5 or less. Therefore, the bulk wave in the thickness slip mode is effectively excited, and good resonance characteristics can be obtained. More preferably, d / p is 0.24 or less, in which case even better resonance characteristics can be obtained.
- the Q value is unlikely to decrease even if the logarithm of the electrodes 3 and 4 is reduced in order to reduce the size. This is because the propagation loss is small even if the number of electrode fingers in the reflectors on both sides is reduced. Further, the reason why the number of the electrode fingers can be reduced is that the bulk wave in the thickness slip mode is used. The difference between the lamb wave used in the elastic wave device and the bulk wave in the thickness slip mode will be described with reference to FIGS. 20 (a) and 20 (b).
- FIG. 20A is a schematic front sectional view for explaining a Lamb wave propagating in a piezoelectric film of an elastic wave device as described in Patent Document 1.
- the wave propagates in the piezoelectric film 201 as shown by an arrow.
- the first main surface 201a and the second main surface 201b face each other, and the thickness direction connecting the first main surface 201a and the second main surface 201b is the Z direction.
- the X direction is the direction in which the electrode fingers of the IDT electrodes are lined up.
- the wave propagates in the X direction as shown in the figure.
- the piezoelectric film 201 vibrates as a whole because it is a plate wave, the wave propagates in the X direction, so reflectors are arranged on both sides to obtain resonance characteristics. Therefore, a wave propagation loss occurs, and the Q value decreases when the size is reduced, that is, when the logarithm of the electrode fingers is reduced.
- the wave is generated by the first main surface 2a and the second main surface of the piezoelectric layer 2. It propagates substantially in the direction connecting 2b, that is, in the Z direction, and resonates. That is, the X-direction component of the wave is significantly smaller than the Z-direction component. Since the resonance characteristic is obtained by the propagation of the wave in the Z direction, the propagation loss is unlikely to occur even if the number of electrode fingers of the reflector is reduced. Further, even if the logarithm of the electrode pair consisting of the electrodes 3 and 4 is reduced in order to promote miniaturization, the Q value is unlikely to decrease.
- the amplitude direction of the bulk wave in the thickness slip mode is opposite in the first region 451 included in the excitation region C of the piezoelectric layer 2 and the second region 452 included in the excitation region C.
- FIG. 21 schematically shows a bulk wave when a voltage at which the electrode 4 has a higher potential than that of the electrode 3 is applied between the electrode 3 and the electrode 4.
- the first region 451 is a region of the excitation region C between the virtual plane VP1 orthogonal to the thickness direction of the piezoelectric layer 2 and dividing the piezoelectric layer 2 into two, and the first main surface 2a.
- the second region 452 is a region of the excitation region C between the virtual plane VP1 and the second main surface 2b.
- the elastic wave device 1 at least one pair of electrodes consisting of the electrodes 3 and 4 is arranged, but since the waves are not propagated in the X direction, they are composed of the electrodes 3 and 4.
- the number of pairs of electrodes does not have to be multiple. That is, it is only necessary to provide at least one pair of electrodes.
- the electrode 3 is an electrode connected to a hot potential
- the electrode 4 is an electrode connected to a ground potential.
- the electrode 3 may be connected to the ground potential and the electrode 4 may be connected to the hot potential.
- at least one pair of electrodes is an electrode connected to a hot potential or an electrode connected to a ground potential as described above, and is not provided with a floating electrode.
- FIG. 22 is a diagram showing the resonance characteristics of the elastic wave device shown in FIG.
- the design parameters of the elastic wave device 1 that has obtained this resonance characteristic are as follows.
- Insulation layer 7 1 ⁇ m thick silicon oxide film.
- Support member 8 Si.
- the length of the excitation region C is a dimension along the length direction of the electrodes 3 and 4 of the excitation region C.
- the distances between the electrodes of the electrode pairs consisting of the electrodes 3 and 4 are all the same in the plurality of pairs. That is, the electrodes 3 and 4 are arranged at equal pitches.
- d / p is more preferably 0.5 or less. Is 0.24 or less. This will be described with reference to FIG.
- FIG. 23 is a diagram showing the relationship between this d / 2p and the specific band as a resonator of the elastic wave device.
- the ratio band is less than 5% even if d / p is adjusted.
- the specific band can be set to 5% or more by changing d / p within that range. That is, a resonator having a high coupling coefficient can be constructed.
- the specific band can be increased to 7% or more.
- the logarithm of at least one pair of electrodes may be one pair.
- the piezoelectric layer 2 has a thickness variation
- a value obtained by averaging the thickness may be adopted.
- FIG. 24 is a plan view of an elastic wave device that utilizes a bulk wave in a thickness slip mode.
- the elastic wave device 80 a pair of electrodes having an electrode 3 and an electrode 4 is provided on the first main surface 2a of the piezoelectric layer 2.
- K in FIG. 24 is the crossover width.
- the logarithm of the electrodes may be one pair. Even in this case, if the d / p is 0.5 or less, the bulk wave in the thickness slip mode can be effectively excited.
- FIG. 25 is a diagram showing a map of the specific band with respect to Euler angles (0 °, ⁇ , ⁇ ) of LiNbO 3 when d / p is brought as close to 0 as possible.
- the portion shown with hatching in FIG. 11 is a region where a specific band of at least 5% or more can be obtained, and when the range of the region is approximated, the following equations (1), (2) and (3) are approximated. ).
- Equation (1) (0 ° ⁇ 10 °, 20 ° ⁇ 80 °, 0 ° ⁇ 60 ° (1- ( ⁇ -50) 2/900) 1/2) or (0 ° ⁇ 10 °, 20 ° ⁇ 80 °, [180 ° -60 ° (1- ( ⁇ - 50) 2/900) 1/2] ⁇ 180 °) ... equation (2) (0 ° ⁇ 10 °, [ 180 ° -30 ° (1- ( ⁇ -90) 2/8100) 1/2] ⁇ 180 °, any [psi) ... Equation (3)
- the specific band can be sufficiently widened, which is preferable.
- FIG. 26 is a partially cutaway perspective view for explaining an elastic wave device using a Lamb wave.
- the broken line in FIG. 26 indicates the position of the cavity 9 as seen from the piezoelectric layer 83 side.
- the elastic wave device 81 has a support substrate 82.
- the support substrate 82 is provided with a recess opened on the upper surface.
- the piezoelectric layer 83 is laminated on the support substrate 82.
- the cavity 9 is configured.
- An IDT electrode 84 is provided on the piezoelectric layer 83 above the cavity 9. Reflectors 85 and 86 are provided on both sides of the IDT electrode 84 in the elastic wave propagation direction. In FIG. 26, the outer peripheral edge of the cavity 9 is shown by a broken line.
- the IDT electrode 84 has first and second bus bars 84a and 84b, a plurality of electrodes 84c as first electrode fingers, and a plurality of electrodes 84d as second electrode fingers.
- the plurality of electrodes 84c are connected to the first bus bar 84a.
- the plurality of electrodes 84d are connected to the second bus bar 84b.
- the plurality of electrodes 84c and the plurality of electrodes 84d are interleaved with each other.
- a lamb wave as a plate wave is excited by applying an AC electric field to the IDT electrode 84 on the cavity 9. Since the reflectors 85 and 86 are provided on both sides, the resonance characteristic due to the Lamb wave can be obtained.
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Abstract
周波数特性におけるリップルを抑制することができる、弾性波装置を提供する。 本発明に係る弾性波装置1は、支持基板と、支持基板上に設けられている圧電層14と、圧電層14上に設けられている機能電極(第1,第2の電極指18,19)と、圧電層14上にそれぞれ設けられており、互いに対向し合っており、かつ互いに異なる電位である第1の電極膜(第1のバスバー16)及び第2の電極膜(第2のバスバー17)と、第1の電極膜の少なくとも一部と圧電層14との間、及び第2の電極膜の少なくとも一部と圧電層14との間のうち少なくとも一方に設けられている誘電体膜15とを備える。
Description
本発明は、弾性波装置に関する。
従来、LiNbO3またはLiTaO3からなる圧電膜を伝搬する板波を利用した弾性波装置が知られている。例えば、下記の特許文献1では、板波としてのラム波を利用した弾性波装置が開示されている。この弾性波装置においては、支持体上に圧電基板が設けられている。圧電基板はLiNbO3またはLiTaO3からなる。圧電基板の上面にIDT電極が設けられている。IDT電極の一方電位に接続される複数の電極指と、他方電位に接続される複数の電極指との間に電圧が印加される。それによって、ラム波が励振される。このIDT電極の両側には反射器が設けられている。それによって、板波を利用した弾性波共振子が構成されている。
下記の特許文献2には、ラダー型フィルタの例が開示されている。このラダー型フィルタにおいては、複数の弾性波装置が複数の配線により接続されている。複数の配線は、ホット電位に接続される配線及びグラウンド電位に接続される配線を含む。ホット電位に接続される配線及びグラウンド電位に接続される配線が対向し合っている。
特許文献1に記載のような弾性波共振子においては、不要なバルク波が励振されることがある。このバルク波は、圧電基板の厚み方向に伝搬する。そのため、支持体において反射されることがある。特許文献2のように、異なる電位に接続される配線が対向し合っている場合には、一方の配線により、不要なバルク波の信号が取り出されることがある。あるいは、不要なバルク波の信号は、対向し合うバスバーのうち一方により取り出されることもある。これらの場合、弾性波装置の周波数特性においてリップルが生じるおそれがある。
本発明の目的は、周波数特性におけるリップルを抑制することができる、弾性波装置を提供することにある。
本発明に係る弾性波装置は、支持基板と、前記支持基板上に設けられている圧電層と、前記圧電層上に設けられている機能電極と、前記圧電層上にそれぞれ設けられており、互いに対向し合っており、かつ互いに異なる電位である第1の電極膜及び第2の電極膜と、前記第1の電極膜の少なくとも一部と前記圧電層との間、及び前記第2の電極膜の少なくとも一部と前記圧電層との間のうち少なくとも一方に設けられている誘電体膜とを備える。
本発明によれば、周波数特性におけるリップルを抑制することができる、弾性波装置を提供することができる。
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。
なお、本明細書に記載の各実施形態は、例示的なものであり、異なる実施形態間において、構成の部分的な置換または組み合わせが可能であることを指摘しておく。
図1は、本発明の第1の実施形態に係る弾性波装置の平面図である。図2は、図1中のI-I線に沿う断面図である。図3は、図1中のII-II線に沿う断面図である。
図1に示すように、弾性波装置10は、圧電性基板12と、IDT電極11とを有する。図2に示すように、圧電性基板12は、支持部材13と、圧電層14とを有する。本実施形態では、支持部材13は支持基板のみからなる。もっとも、支持部材13は、例えば、支持基板及び絶縁層を含む積層体であってもよい。
支持部材13には空洞部としての、貫通孔13aが設けられている。支持部材13の貫通孔13aを覆うように、圧電層14が設けられている。
圧電層14は第1の主面14a及び第2の主面14bを有する。第1の主面14a及び第2の主面14bは対向し合っている。第1の主面14a及び第2の主面14bのうち第2の主面14bが支持部材13側の主面である。圧電層14は、本実施形態では、ニオブ酸リチウム層である。より具体的には、圧電層14はLiNbO3層である。もっとも、圧電層14は、例えばLiTaO3層などの、タンタル酸リチウム層であってもよい。
支持基板は、本実施形態ではシリコン基板である。もっとも、支持基板の材料は上記に限定されない。
図1に戻り、圧電層14上にIDT電極11が設けられている。IDT電極11は、第1のバスバー16及び第2のバスバー17と、複数の第1の電極指18及び複数の第2の電極指19とを有する。第1のバスバー16は、本発明における第1の電極膜である。第2のバスバー17は、本発明における第2の電極膜である。図3に示すように、第1のバスバー16及び第2のバスバー17は対向し合っている。
第1のバスバー16と圧電層14との間、及び第2のバスバー17と圧電層14との間にはそれぞれ、誘電体膜15が設けられている。他方、圧電層14上における、第1のバスバー16及び第2のバスバー17の間の部分には、誘電体膜15は設けられていない。誘電体膜15の材料としては、例えば、酸化ケイ素、窒化ケイ素または樹脂などを用いることができる。
第1のバスバー16及び第2のバスバー17は、互いに異なる電位に接続される。本実施形態では、第1のバスバー16はホット電位に接続され、第2のバスバー17はグラウンド電位に接続される。もっとも、第1のバスバー16及び第2のバスバー17が接続される電位は上記に限定されない。例えば、第1のバスバー16がグラウンド電位に接続され、第2のバスバー17がホット電位に接続されてもよい。
一方で、図1に示す複数の第1の電極指18及び複数の第2の電極指19は、本発明における少なくとも1対の電極である。少なくとも1対の電極は互いに対向し合っている。より具体的には、第1の電極指18は、本発明における第1電極である。複数の第1の電極指18は周期的に配置されている。複数の第1の電極指18の一端はそれぞれ、第1のバスバー16に接続されている。第2の電極指19は本発明における第2電極である。複数の第2の電極指19は周期的に配置されている。複数の第2の電極指19の一端はそれぞれ、第2のバスバー17に接続されている。複数の第1の電極指18及び複数の第2の電極指19は互いに間挿し合っている。なお、以下においては、第1の電極指18及び第2の電極指19を単に電極指と記載することもある。IDT電極11は、単層の金属膜からなっていてもよく、あるいは積層金属膜からなっていてもよい。
弾性波装置10においては、少なくとも1対の電極としての複数の電極指が、本発明における機能電極である。IDT電極11における機能電極に交流電圧を印加することにより、弾性波が励振される。本実施形態では、弾性波装置10は、主要波として厚み滑りモードのバルク波を利用している。より具体的には、弾性波装置10は、主要波として厚み滑り1次モードのバルク波を利用している。なお、弾性波装置10は、主要波としてラム波などの板波を利用する弾性波装置であってもよい。他方、本実施形態では、不要バルク波として、SH波が励振される。
ここで、平面視において、第1の電極指18及び第2の電極指19が対向する方向を電極指対向方向とする。平面視とは、図2または図3などにおける上方から見る方向である。電極指対向方向から見たときに、隣り合う電極指同士が重なり合う領域が交叉領域Dである。交叉領域Dは、IDT電極11の、電極指対向方向における一方端の電極指から他方端の電極指までを含む領域である。より具体的には、交叉領域Dは、上記一方端の電極指の、電極指対向方向における外側の端縁部から、上記他方端の電極指の、電極指対向方向における外側の端縁部までを含む。
さらに、弾性波装置10は、複数の励振領域Cを有する。励振領域Cも、電極指対向方向から見たときに、隣り合う電極指同士が重なり合う領域である。なお、各励振領域Cはそれぞれ、1対の電極指間の領域である。より詳細には、励振領域Cは、一方の電極指の電極指対向方向における中心から、他方の電極指の電極指対向方向における中心までの領域である。よって、交叉領域Dは、複数の励振領域Cを含む。厚み滑りモードのバルク波は、各励振領域Cにおいて励振される。他方、弾性波装置10が板波を利用する場合には、交叉領域Dが励振領域である。
本実施形態の特徴は、第1の電極膜としての第1のバスバー16と圧電層14との間、及び第2の電極膜としての第2のバスバー17と圧電層14との間に誘電体膜15が設けられていることにある。それによって、弾性波装置10において、不要バルク波による周波数特性に対する影響を抑制することができ、周波数特性におけるリップルを抑制することができる。これを、本実施形態及び比較例を比較することにより、以下において示す。
比較例は、上記誘電体膜を有しない点において第1の実施形態と異なる。第1の実施形態において、第1のバスバー及び第2のバスバーの間の、上記周波数特性としての反射特性を測定した。同様に、比較例において、第1のバスバー及び第2のバスバーの間の反射特性を測定した。
図4は、第1の実施形態及び比較例の反射特性を示す図である。図4に示す反射特性は、S11と周波数との関係である。図5は、比較例において、不要バルク波が伝搬する例を示す断面図である。図5中の矢印Bは、不要バルク波の一部を示す。
図4に示すように、比較例の反射特性では、図4に示す周波数帯域の全域においてリップルが生じていることがわかる。図5に示すように、比較例においては、例えば、第1のバスバー16から伝搬した不要バルク波が、支持基板において反射する。不要バルク波の信号は、第2のバスバー17により取り出される。そのため、図4に示すリップルが生じている。一方で、第1の実施形態の反射特性では、リップルが抑制されていることがわかる。
図3に示すように、本実施形態においては、第1のバスバー16と圧電層14との間、及び第2のバスバー17と圧電層14との間にそれぞれ、誘電体膜15が設けられている。誘電体膜15が設けられていることにより、誘電体膜15が設けられていない場合と比較して、電気機械結合係数が変化する。それによって、不要バルク波による反射特性に対する影響を抑制することができる。従って、周波数特性としての、反射特性におけるリップルを抑制することができる。
弾性波装置10においては、第1のバスバー16と圧電層14との間に設けられている誘電体膜15の厚みは、第2のバスバー17と圧電層14との間に設けられている誘電体膜15の厚みと同じである。もっとも、上記各誘電体膜15の厚みは互いに異なっていてもよい。
第1のバスバー16と圧電層14との間に設けられている誘電体膜15、及び第2のバスバー17と圧電層14との間に設けられている誘電体膜15は、一体として設けられている。もっとも、第1のバスバー16と圧電層14との間に設けられている誘電体膜15、及び第2のバスバー17と圧電層14との間に設けられている誘電体膜15は、別個の誘電体膜として設けられていてもよい。
図1に戻り、第1の実施形態では、支持部材13は支持基板のみからなる。もっとも、支持部材13は、支持基板及び絶縁層の積層体であってもよい。この場合、絶縁層上に圧電層14が設けられている。絶縁層の材料としては、例えば、酸化ケイ素層、窒化ケイ素または酸化タンタルなどを用いることができる。
空洞部は貫通孔に限られるものではない。空洞部は、例えば中空部であってもよい。中空部は、例えば、支持部材に設けられた凹部により構成される。より具体的には、該凹部が圧電層14などにより封止されることによって、中空部が構成される。あるいは、圧電層14に、支持部材13側に開口する凹部が設けられていてもよい。これにより、空洞部が構成されていてもよい。この場合、支持部材13には、凹部または貫通孔は設けられていなくともよい。
なお、第1の電極膜としての第1のバスバー16の少なくとも一部と圧電層14との間、及び第2の電極膜としての第2のバスバー17の少なくとも一部と圧電層14との間のうち少なくとも一方に、誘電体膜15が設けられていればよい。例えば、図6に示す第1の実施形態の第1の変形例においては、第2のバスバー17と圧電層14との間には、誘電体膜15は設けられていない。圧電層14上における、第1のバスバー16及び第2のバスバー17の間の部分にも、誘電体膜15は設けられていない。他方、第1のバスバー16と圧電層14との間には、誘電体膜15が設けられている。この場合においても、周波数特性におけるリップルを抑制することができる。
もっとも、誘電体膜15は、第1のバスバー16及び第2のバスバー17の全体と、圧電層14との間に設けられていることが好ましい。それによって、周波数特性におけるリップルをより一層確実に、効果的に抑制することができる。
図7には、第1の実施形態の第2の変形例として、弾性波装置が板波を利用する場合の例を示す。図7に示すように、平面視において、圧電層14上におけるIDT電極11の電極指対向方向両側に、1対の反射器22A及び反射器22Bが設けられている。それによって、板波を利用する場合において、共振特性を好適に高めることができる。本変形例においても、IDT電極11は第1の実施形態と同様に構成されている。さらに、誘電体膜15は、第1の実施形態と同様に設けられている。よって、周波数特性におけるリップルを抑制することができる。
図8は、第2の実施形態に係る弾性波装置の、図2に示した断面に相当する部分を示す断面図である。
本実施形態は、誘電体膜35が、圧電層14上における、第1の電極膜としての第1のバスバー16、及び第2の電極膜としての第2のバスバー17の間の部分に設けられている点において、第1の実施形態と異なる。本実施形態は、誘電体膜35が積層膜である点においても第1の実施形態と異なる。上記の点以外においては、本実施形態の弾性波装置は第1の実施形態の弾性波装置10と同様の構成を有する。
誘電体膜35は、第1の層35a及び第2の層35bを有する。圧電層14の第1の主面14aに第2の層35bが設けられている。第2の層35b上に第1の層35aが積層されている。本実施形態では、第1の層35aの材料と、第2の層35bの材料とは互いに異なる。もっとも、第1の層35aの材料と、第2の層35bの材料とは同じであってもよい。
第1の層35aは、第1の実施形態と同様に配置されている。より具体的には、第1のバスバー16及び第2のバスバー17と、圧電層14との間にそれぞれ、第1の層35aが設けられている。第1の層35aは、圧電層14上における、第1のバスバー16及び第2のバスバー17の間の部分には設けられていない。
第2の層35bは、第1のバスバー16及び第2のバスバー17と、圧電層14との間に設けられている。さらに、第2の層35bは、圧電層14上における、第1のバスバー16及び第2のバスバー17の間の部分にも設けられている。より具体的には、第2の層35bは、IDT電極11の複数の電極指と圧電層14との間、並びに圧電層14上における電極指間の部分にも設けられている。
誘電体膜35における、平面視において、第1のバスバー16及び第2のバスバー17の間に位置する部分の厚みをh1とする。誘電体膜35における、第1のバスバー16と圧電層14との間の部分の厚みをh2とする。誘電体膜35における、第2のバスバー17と圧電層14との間の部分の厚みをh3とする。厚みh1は、厚みh2及び厚みh3の双方よりも薄い。もっとも、厚みh1は、厚みh2及び厚みh3のうち少なくとも一方の厚みよりも薄くてもよい。
本実施形態においても、誘電体膜35が、第1のバスバー16と圧電層14との間、及び第2のバスバー17と圧電層14との間に設けられている。そのため、誘電体膜35が設けられていない場合と比較して、電気機械結合係数が変化する。それによって、不要バルク波による周波数特性に対する影響を抑制することができ、周波数特性におけるリップルを抑制することができる。
図9は、第3の実施形態に係る弾性波装置の、図3に示した断面に相当する部分を示す断面図である。
本実施形態においては、複数の誘電体膜が設けられている点において第1の実施形態と異なる。具体的には、第1のバスバー16と圧電層14との間に第1誘電体膜45Aが設けられている。第2のバスバー17と圧電層14との間に第2誘電体膜45Bが設けられている。さらに、第1誘電体膜45Aの厚みと、第2誘電体膜45Bの厚みとが異なる点において、第1の実施形態と異なる。上記の点以外においては、本実施形態の弾性波装置は第1の実施形態の弾性波装置10と同様の構成を有する。もっとも、第1誘電体膜45A及び第2誘電体膜45Bは一体として設けられていてもよい。
本実施形態では、第2誘電体膜45Bの厚みは、第1誘電体膜45Aの厚みよりも厚い。それによって、第1誘電体膜45A及び第2誘電体膜45Bにおいて、不要バルク波の伝搬の態様を互いに異ならせることができる。これにより、第1のバスバー16及び第2のバスバー17においても、不要バルク波の伝搬の態様を互いに異ならせることができる。よって、不要バルク波による周波数特性に対する影響を効果的に抑制することができ、周波数特性におけるリップルを効果的に抑制することができる。
なお、第1誘電体膜45Aの厚み2及び第2誘電体膜45Bの厚みが互いに異なっていればよい。図10に示す第3の実施形態の変形例においては、第1誘電体膜45Aの厚みが第2誘電体膜45Bの厚みよりも厚い。この場合においても、周波数特性におけるリップルを効果的に抑制することができる。
図11は、第4の実施形態に係る弾性波装置の、図3に示した断面に相当する部分を示す断面図である。
本実施形態は、圧電層54における、平面視において第1のバスバー16と重なる部分の厚みと、圧電層54における、平面視において第2のバスバー17と重なる部分の厚みとが異なる点において、第1の実施形態と異なる。さらに、第2のバスバー17と圧電層14との間に誘電体膜15が設けられていない点において第1の実施形態と異なる。上記の点以外においては、本実施形態の弾性波装置は第1の実施形態の弾性波装置10と同様の構成を有する。
圧電層54は、第1の領域E1、第2の領域E2及び第3の領域E3を有する。第1の領域E1は、平面視において、第1の電極膜としての第1のバスバー16と重なる領域である。第2の領域E2は、平面視において、第2の電極膜としての第2のバスバー17と重なる領域である。第3の領域E3は、平面視において、第1の電極膜及び第2の電極膜とは重ならない領域である。第1の領域E1における圧電層54の厚みをd1、第2の領域E2における圧電層54の厚みをd2、第3の領域E3における圧電層54の厚みをd3とする。
本実施形態では、厚みd1及び厚みd2が互いに異なる。より具体的には、厚みd1は厚みd2よりも厚い。それによって、第1の領域E1及び第2の領域E2において、不要バルク波の伝搬の態様を互いに異ならせることができる。これにより、第1のバスバー16及び第2のバスバー17においても、不要バルク波の伝搬の態様を互いに異ならせることができる。さらに、誘電体膜15が、第1のバスバー16と圧電層14との間に設けられている。これにより、誘電体膜15が設けられていない場合と比較して、電気機械結合係数が変化する。よって、不要バルク波による周波数特性に対する影響を効果的に抑制することができ、周波数特性におけるリップルを効果的に抑制することができる。
本実施形態では、誘電体膜15は第1のバスバー16と圧電層14との間のみに設けられている。なお、誘電体膜15は、第1のバスバー16と圧電層14との間、及び第2のバスバー17と圧電層14との間のうち少なくとも一方に設けられていればよい。
第3の領域E3における圧電層54の厚みd3は、第2の領域E2における圧電層54の厚みd2と同じである。もっとも、第1の領域E1における厚みd1及び厚みd2が互いに異なっていればよく、圧電層54における厚みの関係は上記に限定されない。図12に示す第4の実施形態の変形例においては、厚みd1及び厚みd3は同じである。一方で、厚みd2は、厚みd1及び厚みd3よりも薄い。なお、誘電体膜15は、第2のバスバー17と圧電層54Aとの間に設けられている。他方、誘電体膜15は、第1のバスバー16と圧電層54Aとの間には設けられていない。この場合においても、周波数特性におけるリップルを効果的に抑制することができる。
本変形例では、厚みd2及び第2のバスバー17と圧電層54Aとの間に設けられている誘電体膜15の厚みの合計が、厚みd1及び厚みd3と同じである。それによって、IDT電極11を形成し易く、生産性を高めることができる。もっとも、圧電層54Aの各領域の厚み及び誘電体膜15の厚みの関係は上記に限定されない。
第1~第4の実施形態では、1対のバスバーのうち一方から伝搬した不要バルク波の信号が、他方のバスバーにより取り出される場合において、該信号の影響を抑制できる例を示した。なお、フィルタ装置における配線電極膜間においても、不要バルク波の信号の伝搬及び取り出しが生じることもある。以下の第5の実施形態においては、弾性波装置がフィルタ装置である例を示す。
図13は、第5の実施形態に係る弾性波装置の略図的平面図である。図13においては、弾性波共振子を、多角形に2本の対角線を加えた略図により示す。
弾性波装置60は複数の弾性波共振子を有する。弾性波装置60はフィルタ装置である。弾性波装置60の各弾性波共振子はそれぞれIDT電極を有する。各IDT電極は、1対のバスバーと、機能電極としての複数の電極指とを含む。本実施形態においては、第1の電極膜68及び第2の電極膜69は配線電極膜である。
第1の電極膜68及び第2の電極膜69は圧電層14上に設けられており、かつ該圧電層14上において複数の弾性波共振子が構成されている。第1の電極膜68としての配線電極膜及び第2の電極膜69としての配線電極膜は、それぞれ、異なる弾性波共振子から引き出されている。すなわち、第1の電極膜68及び第2の電極膜69はそれぞれ、機能電極としての複数の電極指に、バスバーを介して接続されている。第1の電極膜68はホット電位に接続され、第2の電極膜69はグラウンド電位に接続される。
図14は、図13中のIII-III線に沿う断面図である。
第1の電極膜68及び第2の電極膜69は対向し合っている。第1の実施形態と同様に、第1の電極膜68と圧電層14の間、及び第2の電極膜69と圧電層14との間にそれぞれ、誘電体膜15が設けられている。誘電体膜15が設けられていることにより、誘電体膜15が設けられていない場合と比較して、電気機械結合係数が変化する。それによって、不要バルク波による周波数特性に対する影響を抑制することができ、周波数特性におけるリップルを抑制することができる。なお、以下において、本実施形態における回路構成を示す。
図15は、第3の実施形態に係る弾性波装置の回路図である。
弾性波装置60はラダー型フィルタである。本実施形態の複数の弾性波共振子は、直列腕共振子S1、直列腕共振子S2、直列腕共振子S3、直列腕共振子S4、直列腕共振子S5及び直列腕共振子S6、並びに並列腕共振子P1、並列腕共振子P2及び並列腕共振子P3である。さらに、弾性波装置60は、第1の信号端子65及び第2の信号端子66を有する。
第1の信号端子65及び第2の信号端子66の間に、直列腕共振子S1、直列腕共振子S2、直列腕共振子S3、直列腕共振子S4、直列腕共振子S5及び直列腕共振子S6が、この順序において互いに直列に接続されている。直列腕共振子S1及び直列腕共振子S2の間の接続点とグラウンド電位との間に、並列腕共振子P1が接続されている。直列腕共振子S3及び直列腕共振子S4の間の接続点とグラウンド電位との間に、並列腕共振子P2が接続されている。直列腕共振子S5及び直列腕共振子S6の間の接続点とグラウンド電位との間に、並列腕共振子P3が接続されている。なお、図13に示すように、弾性波装置60は複数のグラウンド端子67を有する。各並列腕共振子はそれぞれ、いずれかのグラウンド端子67を介してグラウンド電位に接続される。なお、上記の回路構成は一例であって、弾性波装置60の回路構成は特に限定されない。
弾性波装置60においては、第1の電極膜68は、直列腕共振子S1及び並列腕共振子P1を接続している配線電極膜である。第2の電極膜69は、並列腕共振子P2及びグラウンド端子67を接続している配線電極膜である。第1の電極膜68及び第2の電極膜69の間の距離Lは、第1の電極膜68及び第2の電極膜69が接続された各弾性波共振子とは別の弾性波共振子の開口長Mとは異なる長さである。弾性波共振子の開口長とは、該弾性波共振子の1対のバスバー間の距離をいう。図13に示すように、例えば、直列腕共振子S3の開口長はM3であり、直列腕共振子S6の開口長はM6である。距離Lは、例えば、上記別の弾性波共振子の開口長Mのうち最も短い開口長より長くてもよく、短くてもよい。直列腕共振子S6のように開口長M6が一定でない場合には、距離Lは例えば、開口長M6のうち最も短い開口長より長くてもよく、短くてもよい。
直列腕共振子S1及び並列腕共振子P1のIDT電極はそれぞれ、第1の電極膜68及び第2の電極膜69のうち第1の電極膜68に接続されている。一方で、並列腕共振子P2のIDT電極は第2の電極膜69に接続されている。なお、第1の電極膜68及び第2の電極膜69の双方に接続されたIDT電極が設けられていてもよい。
図16は、第4の実施形態に係る弾性波装置の平面図である。図17は、図16中のIV-IV線に沿う断面図である。
図16及び図17に示すように、本実施形態においては、機能電極が上部電極71A及び下部電極71Bを有する。上部電極71Aは圧電層14の第1の主面14aに設けられている。下部電極71Bは圧電層14の第2の主面14bに設けられている。上部電極71A及び下部電極71Bは圧電層14を挟み対向し合っている。上部電極71A及び下部電極71Bは互いに異なる電位に接続される。上部電極71A及び下部電極71Bが対向し合っている領域が励振領域である。
図16に示すように、圧電層14の第1の主面14aには、第1の電極膜68及び第2の電極膜69が設けられている。本実施形態では、第1の電極膜68及び第2の電極膜69は配線電極膜である。第1の電極膜68は上部電極71Aに接続されている。他方、圧電層14の第2の主面14bには、接続電極72が設けられている。接続電極72は下部電極71Bに接続されている。圧電層14には貫通孔が設けられている。接続電極72は、貫通孔を通り、第2の電極膜69に接続されている。よって、第2の電極膜69は、接続電極72を介して下部電極71Bに接続されている。
第1の電極膜68及び第2の電極膜69は対向し合っている。本実施形態においては、図14に示す第3の実施形態の構成と同様に、第1の電極膜68と圧電層14の間、及び第2の電極膜69と圧電層14との間にそれぞれ、誘電体膜15が設けられている。誘電体膜15が設けられていることにより、誘電体膜15が設けられていない場合と比較して、電気機械結合係数が変化する。それによって、不要バルク波による周波数特性に対する影響を抑制することができ、周波数特性におけるリップルを抑制することができる。
本実施形態の弾性波装置のようなBAW(Bulk Acoustic Wave)を、図13に示したようなフィルタ装置に適用してもよい。この場合、第3の実施形態と同様に、第1の電極膜及び第2の電極膜は、異なる弾性波共振子に接続された配線電極膜であってもよい。
以下において、厚み滑りモード及び板波の詳細を説明する。以下の例における支持部材は、本発明における支持基板に相当する。
図18(a)は、厚み滑りモードのバルク波を利用する弾性波装置の外観を示す略図的斜視図であり、図18(b)は、圧電層上の電極構造を示す平面図であり、図19は、図18(a)中のA-A線に沿う部分の断面図である。
弾性波装置1は、LiNbO3からなる圧電層2を有する。圧電層2は、LiTaO3からなるものであってもよい。LiNbO3やLiTaO3のカット角は、Zカットであるが、回転YカットやXカットであってもよい。圧電層2の厚みは、特に限定されないが、厚み滑りモードを効果的に励振するには、40nm以上、1000nm以下であることが好ましく、50nm以上、600nm以下であることがより好ましい。圧電層2は、対向し合う第1,第2の主面2a,2bを有する。第1の主面2a上に、電極3及び電極4が設けられている。ここで電極3が「第1電極」の一例であり、電極4が「第2電極」の一例である。図18(a)及び図18(b)では、複数の電極3が、第1のバスバー5に接続されている。複数の電極4は、第2のバスバー6に接続されている。複数の電極3及び複数の電極4は、互いに間挿し合っている。電極3及び電極4は、矩形形状を有し、長さ方向を有する。この長さ方向と直交する方向において、電極3と、隣りの電極4とが対向している。電極3,4の長さ方向、及び、電極3,4の長さ方向と直交する方向はいずれも、圧電層2の厚み方向に交叉する方向である。このため、電極3と、隣りの電極4とは、圧電層2の厚み方向に交叉する方向において対向しているともいえる。また、電極3,4の長さ方向が図18(a)及び図18(b)に示す電極3,4の長さ方向に直交する方向と入れ替わってもよい。すなわち、図18(a)及び図18(b)において、第1のバスバー5及び第2のバスバー6が延びている方向に電極3,4を延ばしてもよい。その場合、第1のバスバー5及び第2のバスバー6は、図18(a)及び図18(b)において電極3,4が延びている方向に延びることとなる。そして、一方電位に接続される電極3と、他方電位に接続される電極4とが隣り合う1対の構造が、上記電極3,4の長さ方向と直交する方向に、複数対設けられている。ここで電極3と電極4とが隣り合うとは、電極3と電極4とが直接接触するように配置されている場合ではなく、電極3と電極4とが間隔を介して配置されている場合を指す。また、電極3と電極4とが隣り合う場合、電極3と電極4との間には、他の電極3,4を含む、ホット電極やグラウンド電極に接続される電極は配置されない。この対数は、整数対である必要はなく、1.5対や2.5対などであってもよい。電極3,4間の中心間距離すなわちピッチは、1μm以上、10μm以下の範囲が好ましい。また、電極3,4の幅、すなわち電極3,4の対向方向の寸法は、50nm以上、1000nm以下の範囲であることが好ましく、150nm以上、1000nm以下の範囲であることがより好ましい。なお、電極3,4間の中心間距離とは、電極3の長さ方向と直交する方向における電極3の寸法(幅寸法)の中心と、電極4の長さ方向と直交する方向における電極4の寸法(幅寸法)の中心とを結んだ距離となる。
また、弾性波装置1では、Zカットの圧電層を用いているため、電極3,4の長さ方向と直交する方向は、圧電層2の分極方向に直交する方向となる。圧電層2として他のカット角の圧電体を用いた場合には、この限りでない。ここにおいて、「直交」とは、厳密に直交する場合のみに限定されず、略直交(電極3,4の長さ方向と直交する方向と分極方向とのなす角度が例えば90°±10°の範囲内)でもよい。
圧電層2の第2の主面2b側には、絶縁層7を介して支持部材8が積層されている。絶縁層7及び支持部材8は、枠状の形状を有し、図19に示すように、貫通孔7a,8aを有する。それによって、空洞部9が形成されている。空洞部9は、圧電層2の励振領域Cの振動を妨げないために設けられている。従って、上記支持部材8は、少なくとも1対の電極3,4が設けられている部分と重ならない位置において、第2の主面2bに絶縁層7を介して積層されている。なお、絶縁層7は設けられずともよい。従って、支持部材8は、圧電層2の第2の主面2bに直接または間接に積層され得る。
絶縁層7は、酸化ケイ素からなる。もっとも、酸化ケイ素の他、酸窒化ケイ素、アルミナなどの適宜の絶縁性材料を用いることができる。支持部材8は、Siからなる。Siの圧電層2側の面における面方位は(100)であってもよく、(110)であってもよく、(111)であってもよい。支持部材8を構成するSiは、抵抗率2kΩ以上の高抵抗であることが好ましく、抵抗率4kΩ以上の高抵抗であることがより好ましい。もっとも、支持部材8についても適宜の絶縁性材料や半導体材料を用いて構成することができる。
上記複数の電極3,4及び第1,第2のバスバー5,6は、Al、AlCu合金などの適宜の金属もしくは合金からなる。本実施形態では、電極3,4及び第1,第2のバスバー5,6は、Ti膜上にAl膜を積層した構造を有する。なお、Ti膜以外の密着層を用いてもよい。
駆動に際しては、複数の電極3と、複数の電極4との間に交流電圧を印加する。より具体的には、第1のバスバー5と第2のバスバー6との間に交流電圧を印加する。それによって、圧電層2において励振される厚み滑りモードのバルク波を利用した、共振特性を得ることが可能とされている。また、弾性波装置1では、圧電層2の厚みをd、複数対の電極3,4のうちいずれかの隣り合う電極3,4の中心間距離をpとした場合、d/pは0.5以下とされている。そのため、上記厚み滑りモードのバルク波が効果的に励振され、良好な共振特性を得ることができる。より好ましくは、d/pは0.24以下であり、その場合には、より一層良好な共振特性を得ることができる。
弾性波装置1では、上記構成を備えるため、小型化を図ろうとして、電極3,4の対数を小さくしたとしても、Q値の低下が生じ難い。これは、両側の反射器における電極指の本数を少なくしても、伝搬ロスが少ないためである。また、上記電極指の本数を少なくできるのは、厚み滑りモードのバルク波を利用していることによる。弾性波装置で利用したラム波と、上記厚み滑りモードのバルク波の相違を、図20(a)及び図20(b)を参照して説明する。
図20(a)は、特許文献1に記載のような弾性波装置の圧電膜を伝搬するラム波を説明するための模式的正面断面図である。ここでは、圧電膜201中を矢印で示すように波が伝搬する。ここで、圧電膜201では、第1の主面201aと、第2の主面201bとが対向しており、第1の主面201aと第2の主面201bとを結ぶ厚み方向がZ方向である。X方向は、IDT電極の電極指が並んでいる方向である。図20(a)に示すように、ラム波では、波が図示のように、X方向に伝搬していく。板波であるため、圧電膜201が全体として振動するものの、波はX方向に伝搬するため、両側に反射器を配置して、共振特性を得ている。そのため、波の伝搬ロスが生じ、小型化を図った場合、すなわち電極指の対数を少なくした場合、Q値が低下する。
これに対して、図20(b)に示すように、弾性波装置1では、振動変位は厚み滑り方向であるから、波は、圧電層2の第1の主面2aと第2の主面2bとを結ぶ方向、すなわちZ方向にほぼ伝搬し、共振する。すなわち、波のX方向成分がZ方向成分に比べて著しく小さい。そして、このZ方向の波の伝搬により共振特性が得られるため、反射器の電極指の本数を少なくしても、伝搬損失は生じ難い。さらに、小型化を進めようとして、電極3,4からなる電極対の対数を減らしたとしても、Q値の低下が生じ難い。
なお、厚み滑りモードのバルク波の振幅方向は、図21に示すように、圧電層2の励振領域Cに含まれる第1領域451と、励振領域Cに含まれる第2領域452とで逆になる。図21では、電極3と電極4との間に、電極4が電極3よりも高電位となる電圧が印加された場合のバルク波を模式的に示してある。第1領域451は、励振領域Cのうち、圧電層2の厚み方向に直交し圧電層2を2分する仮想平面VP1と、第1の主面2aとの間の領域である。第2領域452は、励振領域Cのうち、仮想平面VP1と、第2の主面2bとの間の領域である。
上記のように、弾性波装置1では、電極3と電極4とからなる少なくとも1対の電極が配置されているが、X方向に波を伝搬させるものではないため、この電極3,4からなる電極対の対数は複数対ある必要はない。すなわち、少なくとも1対の電極が設けられてさえおればよい。
例えば、上記電極3がホット電位に接続される電極であり、電極4がグラウンド電位に接続される電極である。もっとも、電極3がグラウンド電位に、電極4がホット電位に接続されてもよい。本実施形態では、少なくとも1対の電極は、上記のように、ホット電位に接続される電極またはグラウンド電位に接続される電極であり、浮き電極は設けられていない。
図22は、図19に示す弾性波装置の共振特性を示す図である。なお、この共振特性を得た弾性波装置1の設計パラメータは以下の通りである。
圧電層2:オイラー角(0°,0°,90°)のLiNbO3、厚み=400nm。
電極3と電極4の長さ方向と直交する方向に視たときに、電極3と電極4とが重なっている領域、すなわち励振領域Cの長さ=40μm、電極3,4からなる電極の対数=21対、電極間中心距離=3μm、電極3,4の幅=500nm、d/p=0.133。
絶縁層7:1μmの厚みの酸化ケイ素膜。
支持部材8:Si。
電極3と電極4の長さ方向と直交する方向に視たときに、電極3と電極4とが重なっている領域、すなわち励振領域Cの長さ=40μm、電極3,4からなる電極の対数=21対、電極間中心距離=3μm、電極3,4の幅=500nm、d/p=0.133。
絶縁層7:1μmの厚みの酸化ケイ素膜。
支持部材8:Si。
なお、励振領域Cの長さとは、励振領域Cの電極3,4の長さ方向に沿う寸法である。
本実施形態では、電極3,4からなる電極対の電極間距離は、複数対において全て等しくした。すなわち、電極3と電極4とを等ピッチで配置した。
図22から明らかなように、反射器を有しないにも関わらず、比帯域が12.5%である良好な共振特性が得られている。
ところで、上記圧電層2の厚みをd、電極3と電極4との電極の中心間距離をpとした場合、前述したように、本実施形態では、d/pは0.5以下、より好ましくは0.24以下である。これを、図23を参照して説明する。
図22に示した共振特性を得た弾性波装置と同様に、但しd/2pを変化させ、複数の弾性波装置を得た。図23は、このd/2pと、弾性波装置の共振子としての比帯域との関係を示す図である。
図23から明らかなように、d/2pが0.25を超えると、すなわちd/p>0.5では、d/pを調整しても、比帯域は5%未満である。これに対して、d/2p≦0.25、すなわちd/p≦0.5の場合には、その範囲内でd/pを変化させれば、比帯域を5%以上とすることができ、すなわち高い結合係数を有する共振子を構成することができる。また、d/2pが0.12以下の場合、すなわちd/pが0.24以下の場合には、比帯域を7%以上と高めることができる。加えて、d/pをこの範囲内で調整すれば、より一層比帯域の広い共振子を得ることができ、より一層高い結合係数を有する共振子を実現することができる。従って、本願の第2の発明のように、d/pを0.5以下とすることにより、上記厚み滑りモードのバルク波を利用した、高い結合係数を有する共振子を構成し得ることがわかる。
なお、前述したように、少なくとも1対の電極の対数は、1対でもよい。
なお、例えば、圧電層2が厚みばらつきを有する場合には、その厚みを平均化した値を採用してもよい。
図24は、厚み滑りモードのバルク波を利用する弾性波装置の平面図である。弾性波装置80では、圧電層2の第1の主面2a上において、電極3と電極4とを有する1対の電極が設けられている。なお、図24中のKが交叉幅となる。前述したように、本発明の弾性波装置では、電極の対数は1対であってもよい。この場合においても、上記d/pが0.5以下であれば、厚み滑りモードのバルク波を効果的に励振することができる。
図25は、d/pを限りなく0に近づけた場合のLiNbO3のオイラー角(0°,θ,ψ)に対する比帯域のマップを示す図である。図11のハッチングを付して示した部分が、少なくとも5%以上の比帯域が得られる領域であり、当該領域の範囲を近似すると、下記の式(1)、式(2)及び式(3)で表される範囲となる。
(0°±10°,0°~20°,任意のψ) …式(1)
(0°±10°,20°~80°,0°~60°(1-(θ-50)2/900)1/2) または (0°±10°,20°~80°,[180°-60°(1-(θ-50)2/900)1/2]~180°) …式(2)
(0°±10°,[180°-30°(1-(ψ-90)2/8100)1/2]~180°,任意のψ) …式(3)
(0°±10°,20°~80°,0°~60°(1-(θ-50)2/900)1/2) または (0°±10°,20°~80°,[180°-60°(1-(θ-50)2/900)1/2]~180°) …式(2)
(0°±10°,[180°-30°(1-(ψ-90)2/8100)1/2]~180°,任意のψ) …式(3)
従って、上記式(1)、式(2)または式(3)のオイラー角範囲の場合、比帯域を十分に広くすることができ、好ましい。
図26は、ラム波を利用する弾性波装置を説明するための部分切り欠き斜視図である。なお、図26中の破線は、圧電層83側から見た空洞部9の位置を示す。
弾性波装置81は、支持基板82を有する。支持基板82には、上面に開いた凹部が設けられている。支持基板82上に圧電層83が積層されている。それによって、空洞部9が構成されている。この空洞部9の上方において圧電層83上に、IDT電極84が設けられている。IDT電極84の弾性波伝搬方向両側に、反射器85,86が設けられている。図26において、空洞部9の外周縁を破線で示す。ここでは、IDT電極84は、第1,第2のバスバー84a,84bと、複数本の第1の電極指としての電極84c及び複数本の第2の電極指としての電極84dとを有する。複数本の電極84cは、第1のバスバー84aに接続されている。複数本の電極84dは、第2のバスバー84bに接続されている。複数本の電極84cと、複数本の電極84dとは間挿し合っている。
弾性波装置81では、上記空洞部9上のIDT電極84に、交流電界を印加することにより、板波としてのラム波が励振される。そして、反射器85,86が両側に設けられているため、上記ラム波による共振特性を得ることができる。
1…弾性波装置
2…圧電層
2a,2b…第1,第2の主面
3,4…第1,第2電極
5,6…第1,第2のバスバー
7…絶縁層
7a…貫通孔
8…支持部材
8a…貫通孔
9…空洞部
10…弾性波装置
11…IDT電極
12…圧電性基板
13…支持部材
13a…貫通孔
14…圧電層
14a,14b…第1,第2の主面
15…誘電体膜
16,17…第1,第2のバスバー
18,19…第1,第2の電極指
22A,22B…反射器
35…誘電体膜
35a,35b…第1,第2の層
45A,45B…第1,第2誘電体膜
54,54A…圧電層
60…弾性波装置
65,66…第1,第2の信号端子
67…グラウンド端子
68,69…第1,第2の電極膜
71A…上部電極
71B…下部電極
72…接続電極
80,81…弾性波装置
82…支持基板
83…圧電層
84…IDT電極
84a,84b…第1,第2のバスバー
84c,84d…電極
85,86…反射器
201…圧電膜
201a,201b…第1,第2の主面
451,452…第1,第2領域
C…励振領域
D…交叉領域
P1~P3…並列腕共振子
S1~S6…直列腕共振子
VP1…仮想平面
2…圧電層
2a,2b…第1,第2の主面
3,4…第1,第2電極
5,6…第1,第2のバスバー
7…絶縁層
7a…貫通孔
8…支持部材
8a…貫通孔
9…空洞部
10…弾性波装置
11…IDT電極
12…圧電性基板
13…支持部材
13a…貫通孔
14…圧電層
14a,14b…第1,第2の主面
15…誘電体膜
16,17…第1,第2のバスバー
18,19…第1,第2の電極指
22A,22B…反射器
35…誘電体膜
35a,35b…第1,第2の層
45A,45B…第1,第2誘電体膜
54,54A…圧電層
60…弾性波装置
65,66…第1,第2の信号端子
67…グラウンド端子
68,69…第1,第2の電極膜
71A…上部電極
71B…下部電極
72…接続電極
80,81…弾性波装置
82…支持基板
83…圧電層
84…IDT電極
84a,84b…第1,第2のバスバー
84c,84d…電極
85,86…反射器
201…圧電膜
201a,201b…第1,第2の主面
451,452…第1,第2領域
C…励振領域
D…交叉領域
P1~P3…並列腕共振子
S1~S6…直列腕共振子
VP1…仮想平面
Claims (18)
- 支持基板と、
前記支持基板上に設けられている圧電層と、
前記圧電層上に設けられている機能電極と、
前記圧電層上にそれぞれ設けられており、互いに対向し合っており、かつ互いに異なる電位である第1の電極膜及び第2の電極膜と、
前記第1の電極膜の少なくとも一部と前記圧電層との間、及び前記第2の電極膜の少なくとも一部と前記圧電層との間のうち少なくとも一方に設けられている誘電体膜と、
を備える、弾性波装置。 - 前記誘電体膜は、前記第1の電極膜と前記第2の電極膜との間には設けられていない、請求項1に記載の弾性波装置。
- 前記誘電体膜は、前記第1の電極膜と前記第2の電極膜との間にも設けられており、
前記第1の電極膜と前記第2の電極膜との間に設けられた前記誘電体膜の厚みは、前記第1の電極膜と前記圧電層との間、及び前記第2の電極膜と前記圧電層との間のうち少なくとも一方に設けられた前記誘電体膜の厚みより薄い、請求項1に記載の弾性波装置。 - 前記誘電体膜が、前記第1の電極膜と前記圧電層との間、及び前記第2の電極膜と前記圧電層との間のうち少なくとも一方に設けられている、第1の層と、前記第1の電極膜と前記圧電層との間、前記第2の電極膜と前記圧電層との間、及び、前記第1の電極膜と前記第2の電極膜との間に設けられ、前記誘電体膜とは異なる材料からなる第2の層と、を有する、請求項1または3に記載の弾性波装置。
- 前記誘電体膜が、前記第1の電極膜と前記圧電層との間、及び前記第2の電極膜と前記圧電層との間の双方に設けられている、請求項1~4の少なくとも1項に記載の弾性波装置。
- 前記誘電体膜における前記第1の電極膜と前記圧電層との間に位置する部分の厚みと、前記誘電体膜における前記第2の電極膜と前記圧電層との間に位置する部分の厚みとが異なる、請求項5に記載の弾性波装置。
- 前記誘電体膜が互いに接触していない第1誘電体膜及び第2誘電体膜を含み、
前記第1誘電体膜が、前記第1の電極膜と前記圧電層との間に位置し、前記第2誘電体膜が、前記第2の電極膜と前記圧電層との間に位置している、請求項5または6に記載の弾性波装置。 - 平面視において前記第1の電極膜と重なる領域における前記圧電層の厚みと、平面視において前記第2の電極膜と重なる領域における前記圧電層の厚みとが異なる、請求項1~7のいずれか1項に記載の弾性波装置。
- 前記誘電体膜が酸化ケイ素、窒化ケイ素または樹脂からなる、請求項1~8のいずれか1項に記載の弾性波装置。
- SH波が励振される、請求項1~9のいずれか1項に記載の弾性波装置。
- 前記圧電層が、ニオブ酸リチウムまたはタンタル酸リチウムからなる、請求項1~10のいずれか1項に記載の弾性波装置。
- 前記機能電極が、互いに対向し合う少なくとも1対の電極であり、
主要波として厚み滑りモードのバルク波を利用している、請求項11に記載の弾性波装置。 - 前記機能電極が、互いに対向し合う少なくとも1対の電極であり、
前記圧電層の厚みをd、隣り合う前記電極の中心間距離をpとした場合、d/p≦0.5である、請求項11に記載の弾性波装置。 - 前記圧電層を構成しているニオブ酸リチウムまたはタンタル酸リチウムのオイラー角(φ,θ,ψ)が、以下の式(1)、式(2)または式(3)の範囲にある、請求項12または13に記載の弾性波装置。
(0°±10°,0°~20°,任意のψ) …式(1)
(0°±10°,20°~80°,0°~60°(1-(θ-50)2/900)1/2) または (0°±10°,20°~80°,[180°-60°(1-(θ-50)2/900)1/2]~180°) …式(2)
(0°±10°,[180°-30°(1-(ψ-90)2/8100)1/2]~180°,任意のψ) …式(3) - 前記圧電層上に、前記機能電極と、1対のバスバーと、を含むIDT電極が設けられており、
前記機能電極である前記少なくとも1対の電極が前記IDT電極の複数の電極指であり、前記複数の電極指のうち一部の電極指が一方の前記バスバーに接続されており、前記複数の電極指のうち他の一部の電極指が他方の前記バスバーに接続されており、
一方の前記バスバーが前記第1の電極膜であり、他方の前記バスバーが前記第2の電極膜である、請求項12~14のいずれか1項に記載の弾性波装置。 - 前記圧電層上に、前記機能電極と、1対のバスバーと、を含むIDT電極が設けられており、
前記機能電極である前記少なくとも1対の電極が前記IDT電極の複数の電極指であり、前記複数の電極指のうち一部の電極指が一方の前記バスバーに接続されており、前記複数の電極指のうち他の一部の電極指が他方の前記バスバーに接続されており、
一方の前記バスバーが前記第1の電極膜であり、他方の前記バスバーが前記第2の電極膜であり、
板波を利用可能に構成されている、請求項1~11のいずれか1項に記載の弾性波装置。 - 前記誘電体膜が、前記1対のバスバーの全体と、前記圧電層との間に設けられている、請求項15または16に記載の弾性波装置。
- 前記第1の電極膜及び前記第2の電極膜のうち少なくとも一方と接続される機能電極が前記圧電層上に設けられており、
前記圧電層が、互いに対向し合う第1の主面及び第2の主面を有し、
前記第1の主面に前記第1の電極膜及び前記第2の電極膜が設けられており、
前記機能電極が、前記第1の主面に設けられている上部電極と、前記第2の主面に設けられている下部電極とを有し、
前記上部電極及び前記下部電極が対向し合っている、請求項1~11のいずれか1項に記載の弾性波装置。
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