WO2022059759A1 - 弾性波装置 - Google Patents

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WO2022059759A1
WO2022059759A1 PCT/JP2021/034204 JP2021034204W WO2022059759A1 WO 2022059759 A1 WO2022059759 A1 WO 2022059759A1 JP 2021034204 W JP2021034204 W JP 2021034204W WO 2022059759 A1 WO2022059759 A1 WO 2022059759A1
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elastic wave
piezoelectric layer
wave device
functional
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翔 永友
峰文 大内
直弘 野竹
哲也 木村
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株式会社村田製作所
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    • H03H9/176Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material having a single resonator consisting of ceramic material

Definitions

  • the present disclosure relates to an elastic wave device having a piezoelectric layer containing lithium niobate or lithium tantalate.
  • Patent Document 1 describes an elastic wave device.
  • the present disclosure has been made in view of the above, and an object of the present disclosure is to provide an elastic wave device that suppresses deterioration of the characteristics of the piezoelectric layer.
  • the elastic wave device is connected to a support substrate, a piezoelectric layer overlapping the support substrate when viewed in the first direction, a functional electrode provided on at least the first main surface of the piezoelectric layer, and the functional electrode. There is a space portion on the opposite side of the first main surface and on the second main surface side of the piezoelectric layer, and the space portion is covered with the piezoelectric layer.
  • the wiring electrode is provided so as to cover a part of the functional electrode, and when viewed in the first direction, the functional electrode and the wiring electrode are formed in a region where the functional electrode is covered with the wiring electrode. A gap or an insulating film is provided between them.
  • FIG. 1A is a perspective view showing an elastic wave device of the first embodiment.
  • FIG. 1B is a plan view showing the electrode structure of the first embodiment.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of a portion of FIG. 1A along line II-II.
  • FIG. 3A is a schematic cross-sectional view for explaining a Lamb wave propagating in the piezoelectric layer of the comparative example.
  • FIG. 3B is a schematic cross-sectional view for explaining the bulk wave of the thickness slip primary mode propagating through the piezoelectric layer of the first embodiment.
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view for explaining the amplitude direction of the bulk wave in the thickness slip primary mode propagating through the piezoelectric layer of the first embodiment.
  • FIG. 1A is a perspective view showing an elastic wave device of the first embodiment.
  • FIG. 1B is a plan view showing the electrode structure of the first embodiment.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of a portion of FIG. 1A along line
  • FIG. 5 is an explanatory diagram showing an example of resonance characteristics of the elastic wave device of the first embodiment.
  • FIG. 6 shows d / 2p as a resonator in the elastic wave apparatus of the first embodiment, where p is the center-to-center distance or the average distance between the centers of adjacent electrodes and d is the average thickness of the piezoelectric layer. It is explanatory drawing which shows the relationship with the specific band of.
  • FIG. 7 is a plan view showing an example in which a pair of electrodes is provided in the elastic wave device of the first embodiment.
  • FIG. 8 is a modified example of the first embodiment, and is a perspective view in which a part of the elastic wave device is cut out.
  • FIG. 9 is a plan view of the elastic wave device of the first embodiment.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view of a portion of FIG. 9 along the XX line.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view of the elastic wave device of the comparative example.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view of the elastic wave device of the first modification of the first embodiment.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view of the elastic wave device of the second modification of the first embodiment.
  • FIG. 14 is a cross-sectional view of the elastic wave device of the third modification of the first embodiment.
  • FIG. 15 is a cross-sectional view of the elastic wave device of the fourth modification of the first embodiment.
  • FIG. 16 is a cross-sectional view of the elastic wave device of the second embodiment.
  • FIG. 17 is a cross-sectional view of the elastic wave device of the first modification of the second embodiment.
  • FIG. 18 is a cross-sectional view of the elastic wave device of the third embodiment.
  • FIG. 19 is a cross-sectional view of the elastic wave device of the fourth embodiment.
  • FIG. 20 is an explanatory diagram showing the relationship between d / 2p, the metallization ratio MR, and the specific band in the elastic wave device of the fifth embodiment.
  • FIG. 21 is an explanatory diagram showing a map of a specific band with respect to Euler angles (0 °, ⁇ , ⁇ ) of LiNbO 3 when d / p is brought as close to 0 as possible in the elastic wave apparatus of the sixth embodiment. ..
  • FIG. 1A is a perspective view showing an elastic wave device of the first embodiment.
  • FIG. 1B is a plan view showing the electrode structure of the first embodiment.
  • the elastic wave device 1 of the first embodiment 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 a Z cut in the first embodiment.
  • the cut angle of LiNbO 3 or LiTaO 3 may be a rotary Y cut or an X cut. It should be noted that the propagation directions of Y propagation and X propagation ⁇ 30 ° are preferable.
  • the thickness of the piezoelectric layer 2 is not particularly limited, but is preferably 50 nm or more and 1000 nm or less in order to effectively excite the thickness slip primary mode as the main wave.
  • the piezoelectric layer 2 has a first main surface 2a facing each other in the Z direction and a second main surface 2b.
  • 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 electrode 4 adjacent to the electrode 3 face each other in a direction orthogonal to the length direction.
  • the length direction of the electrode 3 and the electrode 4 and the direction orthogonal to the length direction of the electrode 3 and the electrode 4 are all directions intersecting with each other in the thickness direction of the piezoelectric layer 2. Therefore, it can be said that the electrode 3 and the electrode 4 adjacent to the electrode 3 face each other in a direction intersecting with each other in the thickness direction of the piezoelectric layer 2.
  • the thickness direction of the piezoelectric layer 2 is the Z direction (or the first direction), and the direction orthogonal to the length direction of the electrode 3 and the electrode 4 is the X direction (or the second direction).
  • the length direction of the electrode 4 may be described as the Y direction (or the third direction).
  • 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. 1A and 1B. That is, in FIGS. 1A and 1B, 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. 1A and 1B. Then, 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 plurality of pairs in a direction orthogonal to the length direction of the electrodes 3 and 4. ing.
  • 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 electrode 3 and the electrode 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 between the electrode 3 and the electrode 4, that is, the pitch is preferably in the range of 1 ⁇ m or more and 10 ⁇ m or less.
  • the center-to-center distance between the electrode 3 and the electrode 4 is the center of the 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 connecting the center of the width dimension of.
  • the electrodes 3 and 4 when there are a plurality of at least one of the electrodes 3 and 4 (when the electrodes 3 and 4 are a pair of electrodes and there are 1.5 or more pairs of electrodes), the electrodes 3 and 4
  • the center-to-center distance refers to the average value of the center-to-center distances of 1.5 pairs or more of the electrodes 3, the adjacent electrodes 3 and the electrodes 4.
  • the width of the electrode 3 and the electrode 4, that is, the dimensions of the electrode 3 and the electrode 4 in the facing direction are preferably in the range of 150 nm or more and 1000 nm or less.
  • the center-to-center distance between the electrode 3 and the electrode 4 is a direction orthogonal to 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 length direction of the electrode 4. It is the distance connected to the center of the dimension (width dimension) of the electrode 4 in.
  • 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 °). ) May be.
  • a support member 8 is laminated on the second main surface 2b side of the piezoelectric layer 2 via an intermediate layer 7.
  • the intermediate layer 7 and the support member 8 have a frame-like shape and have openings 7a and 8a as shown in FIG. As a result, the cavity 9 (air gap) 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 intermediate layer 7 at a position where the support member 8 does not overlap with the portion where the at least one pair of electrodes 3 and the electrodes 4 are provided.
  • the intermediate layer 7 may not be provided. Therefore, the support member 8 can be directly or indirectly laminated on the second main surface 2b of the piezoelectric layer 2.
  • the intermediate layer 7 is an insulating layer and is made of silicon oxide.
  • the intermediate layer 7 can be formed of an appropriate insulating material such as silicon nitride or alumina in addition to silicon oxide.
  • the support member 8 is also called a support substrate and is made of Si.
  • the plane orientation of Si on the surface of the piezoelectric layer 2 side may be (100), (110), or (111).
  • high resistance Si having a resistivity of 4 k ⁇ or more is desirable.
  • the support member 8 can also be configured by using an appropriate insulating material or semiconductor material.
  • the material of the support member 8 include piezoelectric materials such as aluminum oxide, lithium tantalate, lithium niobate, and crystal, alumina, magnesia, sapphire, silicon nitride, aluminum nitride, silicon carbide, zirconia, cordierite, mulite, and steer.
  • Various ceramics such as tight and forsterite, dielectrics such as diamond and glass, and semiconductors such as gallium nitride can be used.
  • the plurality of electrodes 3, the electrodes 4, the first bus bar 5, and the second bus bar 6 are made of an appropriate metal or alloy such as an Al or AlCu alloy.
  • the electrode 3, the electrode 4, the first bus bar 5, and the second bus bar 6 have a structure in which an Al film is laminated on a Ti film.
  • a material other than the Ti film may be used for the adhesion layer.
  • 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. As a result, it is possible to obtain resonance characteristics using the bulk wave of the thickness slip primary mode excited in the piezoelectric layer 2.
  • the thickness of the piezoelectric layer 2 when the thickness of the piezoelectric layer 2 is d, the distance between the centers of the plurality of pairs of electrodes 3, the adjacent electrodes 3 of the electrodes 4, and the electrodes 4 is p, d / p is It is said to be 0.5 or less. Therefore, the bulk wave in the thickness slip primary 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 electrodes 3 and 4 are 1.5 pairs.
  • the distance p between the centers of the adjacent electrodes 3 and 4 is the average distance between the centers of the adjacent electrodes 3 and 4.
  • the elastic wave device 1 of the first embodiment has the above configuration, 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 it is a resonator that does not require reflectors on both sides and has little propagation loss. Further, the reason why the above reflector is not required is that the bulk wave of the thickness slip primary mode is used.
  • FIG. 3A is a schematic cross-sectional view for explaining a Lamb wave propagating in the piezoelectric layer of the comparative example.
  • FIG. 3B is a schematic cross-sectional view for explaining the bulk wave of the thickness slip primary mode propagating through the piezoelectric layer of the first embodiment.
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view for explaining the amplitude direction of the bulk wave in the thickness slip primary mode propagating through the piezoelectric layer of the first embodiment.
  • FIG. 3A is an elastic wave device as described in Patent Document 1, in which a ram wave propagates in a piezoelectric layer.
  • the wave propagates in the piezoelectric layer 201 as indicated by an arrow.
  • the piezoelectric layer 201 has a first main surface 201a and a second main surface 201b, 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 (Inter Digital Transducer) electrodes are lined up.
  • IDT Inter Digital Transducer
  • the piezoelectric layer 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 2a of the piezoelectric layer 2. It propagates substantially in the direction connecting the surface 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. And since the resonance characteristic is obtained by the propagation of the wave in the Z direction, the reflector is not required. Therefore, there is no propagation loss when propagating to the reflector. Therefore, 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 directions of the bulk waves in the thickness slip primary mode are the first region 451 included in the excitation region C (see FIG. 1B) of the piezoelectric layer 2 and the first region 451 included in the excitation region C.
  • FIG. 4 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 electrode 3 and the electrode 4 is arranged, but since the wave is not propagated in the X direction, the logarithm of the electrode pair consisting of the electrode 3 and the electrode 4 Does not necessarily have to be multiple pairs. 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. 5 is an explanatory diagram showing an example of resonance characteristics of the elastic wave device of the first embodiment.
  • the design parameters of the elastic wave device 1 that has obtained the resonance characteristics shown in FIG. 5 are as follows.
  • Piezoelectric layer 2 LiNbO 3 with Euler angles (0 °, 0 °, 90 °) Piezoelectric layer 2 thickness: 400 nm
  • Excitation region C (see FIG. 1B) length: 40 ⁇ m
  • the logarithm of the electrode consisting of the electrode 3 and the electrode 4 21 pairs
  • the distance (pitch) between the centers between the electrode 3 and the electrode 4 p 3 ⁇ m Width of electrode 3 and electrode 4: 500 nm d / p: 0.133
  • Intermediate layer 7 1 ⁇ m thick silicon oxide film.
  • Support member 8 Si.
  • the excitation region C (see FIG. 1B) is a region where the electrode 3 and the electrode 4 overlap when viewed in the X direction orthogonal to the length direction of the electrode 3 and the electrode 4.
  • 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 distance between the electrodes of the electrode pair consisting of the electrodes 3 and 4 is the same for the plurality of pairs. That is, the electrodes 3 and 4 are arranged at equal pitches.
  • d / p is 0.5 or less, more preferably 0.24. It is as follows. This will be described with reference to FIG.
  • FIG. 6 shows d / 2p as a resonator in the elastic wave apparatus of the first embodiment, where p is the center-to-center distance or the average distance between the centers of adjacent electrodes and d is the average thickness of the piezoelectric layer. It is explanatory drawing which shows the relationship with the specific band of.
  • 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.
  • a resonator having a wider specific band can be obtained, and a resonator having a higher coupling coefficient can be realized. Therefore, it can be seen that by setting d / p to 0.5 or less, a resonator having a high coupling coefficient can be configured by using the bulk wave of the thickness slip primary mode.
  • At least one pair of electrodes may be one pair, and in the case of a pair of electrodes, p is the distance between the centers of the adjacent electrodes 3 and 4. In the case of 1.5 pairs or more of electrodes, the average distance between the centers of the adjacent electrodes 3 and 4 may be p.
  • the piezoelectric layer 2 has a thickness variation
  • a value obtained by averaging the thickness may be adopted.
  • FIG. 7 is a plan view showing an example in which a pair of electrodes is provided in the elastic wave device of the first embodiment.
  • 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. 7 is an intersection 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 primary mode can be effectively excited.
  • FIG. 8 is a modification of the first embodiment, and the elastic wave device 81, which is a perspective view in which a part of the elastic wave device is cut out, 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 of the support substrate 82 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. 8, the outer peripheral edge of the cavity 9 is shown by a broken line.
  • the IDT electrode 84 has a first bus bar 84a and a second bus bar 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.
  • FIG. 9 is a plan view of the elastic wave device of the first embodiment.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view of a portion of FIG. 9 along the XX line.
  • one support member 8A supports the first resonator RS1 and the second resonator RS2.
  • the second resonator RS2 is in a different position from the first resonator RS1.
  • the support member 8A and the first electrode 3 and the second electrode 4 are formed on the first main surface 2a, and the cavity portions 9A and 9B are formed on the second main surface 2b side. It has a piezoelectric layer 2 and the like.
  • the cavity 9B is provided in the Y direction with respect to the cavity 9A.
  • the cavity portion 9A and the cavity portion 9B are space portions provided in a part of the support member 8A.
  • the cavity 9A may be the first space and the cavity 9B may be the second space.
  • the functional electrode 51 includes a plurality of electrodes 3 extending in the Y direction and a first bus bar 5 to which the plurality of electrodes 3 are connected.
  • the functional electrode 52 includes a plurality of electrodes 4 extending in the Y direction and a second bus bar 6 to which the plurality of electrodes 4 are connected.
  • the IDT electrode 10A of the first resonator RS1 includes a functional electrode 51 and a functional electrode 52.
  • the IDT electrode 10B of the second resonator RS2 includes a functional electrode 51 and a functional electrode 52.
  • the first bus bar 5 may also be referred to as a first bus bar electrode
  • the second bus bar 6 may also be referred to as a second bus bar electrode.
  • the functional electrode 51 of the first resonator RS1 and the functional electrode 51 of the second resonator RS2 are electrically connected by a wiring electrode 31.
  • the functional electrode 51 and the functional electrode 52 include at least one of Al or Cu.
  • the wiring electrode 31 contains at least one of Al or Cu. As a result, the conductivity of the functional electrode 51, the functional electrode 52, and the wiring electrode 31 can be ensured. More preferably, the wiring electrode 31 comprises at least one of Au or Pt. As a result, the wiring electrode 31 can improve the corrosion resistance.
  • the wiring electrode 31 is provided so as to cover a part of the functional electrode 51, and the wiring electrode 31 and the functional electrode 51 are electrically connected by a connection portion CP.
  • a gap CQ1 is provided between the functional electrode 51 of the first resonator RS1 and the wiring electrode 31 in a region where the functional electrode 51 is covered with the wiring electrode 31.
  • the gap CQ1 is surrounded by a functional electrode 51, a wiring electrode 31, and a piezoelectric layer 2.
  • a gap CQ1 is not provided between the functional electrode 51 of the second resonator RS2 and the wiring electrode 31, and a close contact portion CQN in which the functional electrode 51 and the wiring electrode 31 are in close contact with each other is formed.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view of an elastic wave device of a comparative example.
  • FIG. 11 is another example of a cross-sectional view of a portion of FIG. 9 along the XX line.
  • the wiring metal layer 32 in the same layer as the functional electrode 51 is located between the wiring electrode 31 and the piezoelectric layer 2.
  • the IDT electrode 10A is located in the region PP around the cavity where the piezoelectric layer 2 and the edge 2E of the cavity 9A overlap. , Stress concentration is likely to occur due to the excitation of the IDT electrode 10B. With the stress concentration of the region PP around the cavity, characteristic deterioration such as destruction of the piezoelectric layer 2 and polarization reversal of the piezoelectric layer 2 is likely to occur.
  • a gap CQ1 surrounded by a functional electrode 51, a wiring electrode 31, and a piezoelectric layer 2 is provided in the vicinity of the edge 2E of the cavity 9A. ing.
  • the gap CQ1 relaxes the restraint of the piezoelectric layer 2 by the wiring electrode 31.
  • the stress concentration generated in the region PP around the cavity where the piezoelectric layer 2 and the edge 2E of the cavity 9A overlap is also relaxed. As a result, deterioration of characteristics such as destruction of the piezoelectric layer 2 and polarization inversion of the piezoelectric layer 2 is suppressed.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view of the elastic wave device of the first modification of the first embodiment.
  • FIG. 12 is another example of a cross-sectional view of a portion of FIG. 9 along the XX line.
  • the insulating film CQ2 is interposed inside the gap between the functional electrode 51 and the wiring electrode 31 of the first resonator RS1.
  • the insulating film CQ2 is either silicon oxide, silicon nitride or a resin.
  • the resin is not particularly limited as long as it has an insulating property, and is, for example, polyimide, SiOC, or the like.
  • an insulating film CQ2 surrounded by a functional electrode 51, a wiring electrode 31, and a piezoelectric layer 2 is provided in the vicinity of the edge 2E of the cavity 9A.
  • the insulating film CQ2 relaxes the restraint of the piezoelectric layer 2 by the wiring electrode 31.
  • the stress concentration generated in the region PP around the cavity where the piezoelectric layer 2 and the edge 2E of the cavity 9A overlap is also relaxed. As a result, deterioration of characteristics such as destruction of the piezoelectric layer 2 and polarization inversion of the piezoelectric layer 2 is suppressed.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view of the elastic wave device of the second modification of the first embodiment.
  • FIG. 13 is another example of a cross-sectional view of a portion of FIG. 9 along the XX line.
  • the gap CQ1 is provided between the functional electrode 51 and the wiring electrode 31 of the second resonator RS2.
  • the two voids CQ1 further relax the restraint of the piezoelectric layer 2 by the wiring electrode 31.
  • the void CQ1 may be filled with an insulating film material.
  • a part of the piezoelectric layer 2 has a thin portion 2T thinner than the thickness of the piezoelectric layer 2 in the region overlapping with the IDT electrode 10A and the IDT electrode 10B.
  • the thickness of the thin portion 2T of the piezoelectric layer 2 in at least a part between the wiring electrode 31 and the support member 8A is thinner than the thickness of the piezoelectric layer 2 between the functional electrode 51 and the support member 8A.
  • FIG. 14 is a cross-sectional view of the elastic wave device of the third modification of the first embodiment.
  • the other electrode 10C is, for example, any of a signal input terminal, a signal output terminal, and a ground terminal.
  • the void CQ1 may be filled with the material of the insulating film.
  • FIG. 15 is a cross-sectional view of the elastic wave device of the fourth modification of the first embodiment.
  • a gap CQ1 is provided between the functional electrode 51 (first functional electrode) of the first resonator RS1 and the wiring electrode 31.
  • the insulating film CQ2 is interposed inside the gap between the functional electrode 51 (second functional electrode) of the second resonator RS2 and the wiring electrode 31.
  • FIG. 16 is a cross-sectional view of the elastic wave device of the second embodiment.
  • one support member 8B supports the first resonator RS1 and the second resonator RS2.
  • the second resonator RS2 is in a different position from the first resonator RS1.
  • the same components as those in the first embodiment are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.
  • the piezoelectric layer 2 is not provided in at least a part of the region between the wiring electrode 31 and the support member 8B.
  • a slit 2H is provided in a part of the piezoelectric layer 2. According to this, the constraint of the piezoelectric layer 2 is further relaxed.
  • the elastic wave device of the second embodiment is provided with two functional electrodes 51 and a wiring electrode 31 connected to the two functional electrodes on the piezoelectric layer 2.
  • a gap CQ1 is provided between the wiring electrode 31 and the functional electrode 51.
  • the wiring electrode 31 is formed via the dielectric film 33 on the support member 8B.
  • the piezoelectric layer 2 is laminated and formed on the dielectric film 33. According to this, it is possible to avoid the electrical influence of the support member 8B which is the support substrate, and it is possible to relieve the stress generated by the wiring electrode 31 by the dielectric film 33.
  • the material of the dielectric film 33 are, for example, silicon oxide, silicon nitride, or resin.
  • the resin is not particularly limited as long as it has an insulating property, and is, for example, polyimide, SiOC, or the like.
  • the wiring electrode 31 may be in direct contact with the support member 8B.
  • FIG. 17 is a cross-sectional view of the elastic wave device of the first modification of the second embodiment.
  • the dielectric film 33 is laminated on the support member 8B, and the piezoelectric layer 2 is formed on the dielectric film 33.
  • the wiring electrode 31 is formed on a part of the piezoelectric layer 2 and the functional electrode 51.
  • the thickness of the piezoelectric layer 2 in at least a part between the wiring electrode 31 and the support member 8B is thinner than the thickness of the piezoelectric layer 2 between the functional electrode 51 and the support member 8B.
  • FIG. 18 is a cross-sectional view of the elastic wave device of the third embodiment.
  • one support member 8C supports the first resonator RS1 and the second resonator RS2.
  • the second resonator RS2 is in a different position from the first resonator RS1.
  • the elastic wave device of the third embodiment is provided with the cavity 9A and the cavity 9B in the intermediate layer 7.
  • the same components as those in the first embodiment are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.
  • the piezoelectric layer 2 may have holes for forming the cavity 9A and the cavity 9B.
  • the piezoelectric layer 2 covers the cavity 9A and the cavity 9B except for this hole. As described above, at least a part of the cavity 9A and at least a part of the cavity 9B are covered with the piezoelectric layer 2.
  • FIG. 19 is a cross-sectional view of the elastic wave device of the fourth embodiment.
  • one support member 8D supports the first resonator RS1 and the second resonator RS2.
  • the second resonator RS2 is in a different position from the first resonator RS1.
  • the elastic wave device of the fourth embodiment includes an upper electrode 91, a lower electrode 92, and a piezoelectric layer 2A in the first resonator.
  • the upper electrode 91 and the lower electrode 92 are functional electrodes facing each other, and sandwich the piezoelectric layer 2A in the Z direction.
  • the upper electrode 91 is provided on the first main surface of the piezoelectric layer 2A, and the lower electrode 92 is provided on the second main surface of the piezoelectric layer 2A.
  • the lower electrode 91A and the lower electrode 94 are functional electrodes facing each other and sandwich the piezoelectric layer 2B in the Z direction.
  • the elastic wave device of the fourth embodiment may be referred to as a BAW element (Bulk Acoustic Wave element).
  • the electrode 91 and the electrode 91A are electrically connected by a wiring electrode 93.
  • the cavity 9A and the cavity 9B provided in the support member 8D are covered with the piezoelectric layer 2A and the piezoelectric layer 2B.
  • the electrode 91 and the electrode 92 overlap the cavity portion 9A in the Z direction.
  • the electrodes 91A and 94 overlap with the cavity 9B in the Z direction.
  • the insulating film 41 is provided on the support member 8D to ensure the insulating property between the electrode 92 and the support member 8D.
  • the insulating film 41 may be omitted.
  • the insulating film 42 is provided between the piezoelectric layer 2 and the wiring electrode 93. Further, the insulating film 42 secures the insulating property between the wiring electrode 93 and the support member 8B.
  • the insulating film 41 and the insulating film 42 are made of the same material as the dielectric film 33 described above.
  • a void CQ1 surrounded by an electrode 91, a wiring electrode 93, an insulating film 42, and a piezoelectric layer 2 is provided near the edge of the cavity 9A.
  • the void CQ1 relaxes the restraint of the piezoelectric layer 2 by the wiring electrode 93.
  • the restraint of the piezoelectric layer 2 is relaxed, the stress concentration generated in the region around the cavity where the edges of the piezoelectric layer 2 and the cavity 9A overlap is also relaxed. As a result, deterioration of characteristics such as destruction of the piezoelectric layer 2 and polarization inversion of the piezoelectric layer 2 is suppressed.
  • FIG. 20 is an explanatory diagram showing the relationship between d / 2p, the metallization ratio MR, and the specific band in the elastic wave device of the fifth embodiment.
  • the same components as those in the first embodiment are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.
  • various elastic wave devices 1 having different MRs from d / 2p were configured, and the specific band was measured.
  • the portion shown with hatching on the right side of the broken line D in FIG. 20 is a region having a specific band of 17% or less.
  • MR 1.75 (d / p) + 0.075. Therefore, MR ⁇ 1.75 (d / p) +0.075 is preferable.
  • FIG. 21 is an explanatory diagram showing a map of a specific band with respect to Euler angles (0 °, ⁇ , ⁇ ) of LiNbO 3 when d / p is brought as close to 0 as possible in the elastic wave apparatus of the sixth embodiment. ..
  • the same components as those in the first embodiment are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.
  • the portion shown with hatching in FIG. 21 is a region where a specific band of at least 5% or more can be obtained. When the range of the region is approximated, it becomes the range represented by the following equations (1), (2) and (3).
  • Equation (1) (0 ° ⁇ 10 °, 20 ° to 80 °, 0 ° to 60 ° (1- ( ⁇ -50) 2/900) 1/2 ) or (0 ° ⁇ 10 °, 20 ° to 80 °, [180] ° -60 ° (1- ( ⁇ -50) 2/900) 1/2 ] to 180 °).
  • Equation (2) (0 ° ⁇ 10 °, [180 ° -30 ° (1- ( ⁇ 90) 2/8100) 1/2 ] to 180 °, arbitrary ⁇ ).
  • the specific band can be sufficiently widened, which is preferable.

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Abstract

圧電層の特性劣化を抑制する弾性波装置を提供する。弾性波装置は、支持基板と、第1方向にみて、支持基板に重なる圧電層と、圧電層の少なくとも第1の主面に設けられる機能電極と、機能電極に接続された配線電極と、を備える。支持基板の第1の主面の反対側であって、圧電層の第2の主面側に空間部がある。空間部は、圧電層で覆われており、配線電極は、機能電極の一部を覆うように設けられ、機能電極が配線電極で覆われている領域において、機能電極と配線電極との間には空隙または絶縁膜が設けられている。

Description

弾性波装置
 本開示は、ニオブ酸リチウム又はタンタル酸リチウムを含む圧電層を有する弾性波装置に関する。
 特許文献1には、弾性波装置が記載されている。
特開2012-257019号公報
 特許文献1記載の弾性波装置では、圧電層と空洞部の縁が重なる空洞部周辺の領域における圧電層の破壊や圧電層の分極反転などの特性劣化が生じやすい可能性がある。
 本開示は、上記に鑑みてなされたものであって、圧電層の特性劣化を抑制する弾性波装置を提供することを目的とする。
 一態様に係る弾性波装置は、支持基板と、第1方向にみて、前記支持基板に重なる圧電層と、前記圧電層の少なくとも第1の主面に設けられる機能電極と、前記機能電極に接続された配線電極と、を備え、前記第1の主面の反対側であって、前記圧電層の第2の主面側に空間部があり、前記空間部は、前記圧電層で覆われており、前記配線電極は、前記機能電極の一部を覆うように設けられ、前記第1方向にみて、前記機能電極が前記配線電極で覆われている領域において、前記機能電極と前記配線電極との間には空隙または絶縁膜が設けられている。
 本開示によれば、圧電層の特性劣化を抑制することが可能となる。
図1Aは、第1実施形態の弾性波装置を示す斜視図である。 図1Bは、第1実施形態の電極構造を示す平面図である。 図2は、図1AのII-II線に沿う部分の断面図である。 図3Aは、比較例の圧電層を伝播するラム波を説明するための模式的な断面図である。 図3Bは、第1実施形態の圧電層を伝播する厚み滑り1次モードのバルク波を説明するための模式的な断面図である。 図4は、第1実施形態の圧電層を伝播する厚み滑り1次モードのバルク波の振幅方向を説明するための模式的な断面図である。 図5は、第1実施形態の弾性波装置の共振特性の例を示す説明図である。 図6は、第1実施形態の弾性波装置において、隣り合う電極の中心間距離又は中心間距離の平均距離をp、圧電層の平均厚みをdとした場合、d/2pと、共振子としての比帯域との関係を示す説明図である。 図7は、第1実施形態の弾性波装置において、1対の電極が設けられている例を示す平面図である。 図8は、第1実施形態の変形例であって、弾性波装置の一部分を切欠いた斜視図である。 図9は、第1実施形態の弾性波装置の平面図である。 図10は、図9のX-X線に沿う部分の断面図である。 図11は、比較例の弾性波装置の断面図である。 図12は、第1実施形態の第1変形例の弾性波装置の断面図である。 図13は、第1実施形態の第2変形例の弾性波装置の断面図である。 図14は、第1実施形態の第3変形例の弾性波装置の断面図である。 図15は、第1実施形態の第4変形例の弾性波装置の断面図である。 図16は、第2実施形態の弾性波装置の断面図である。 図17は、第2実施形態の第1変形例の弾性波装置の断面図である。 図18は、第3実施形態の弾性波装置の断面図である。 図19は、第4実施形態の弾性波装置の断面図である。 図20は、第5実施形態の弾性波装置において、d/2pと、メタライゼーション比MRと、比帯域との関係を示す説明図である。 図21は、第6実施形態の弾性波装置において、d/pを限りなく0に近づけた場合のLiNbOのオイラー角(0°、θ、ψ)に対する比帯域のマップを示す説明図である。
 以下に、本開示の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態により本開示が限定されるものではない。なお、本開示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又は組み合わせが可能である変形例や第2実施の形態以降では第1の実施形態と共通の事柄についての記述を省略し、異なる点についてのみ説明する。特に、同様の構成による同様の作用効果については実施形態毎には逐次言及しない。
(第1実施形態)
 図1Aは、第1実施形態の弾性波装置を示す斜視図である。図1Bは、第1実施形態の電極構造を示す平面図である。
 第1実施形態の弾性波装置1は、LiNbOからなる圧電層2を有する。圧電層2は、LiTaOからなるものであってもよい。LiNbOやLiTaOのカット角は、第1実施形態では、Zカットである。LiNbOやLiTaOのカット角は、回転YカットやXカットであってもよい。なお、Y伝搬及びX伝搬±30°の伝搬方位が好ましい。
 圧電層2の厚みは、特に限定されないが、主要波として厚み滑り1次モードを効果的に励振するには、50nm以上、1000nm以下が好ましい。
 圧電層2は、Z方向に対向し合う第1の主面2aと、第2の主面2bとを有する。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1A及び図1B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、電極3と隣接する電極4とが対向している。電極3、電極4の長さ方向、及び、電極3、電極4の長さ方向と直交する方向はいずれも、圧電層2の厚み方向に交差する方向である。このため、電極3と、電極3と隣接する電極4とは、圧電層2の厚み方向に交差する方向において対向しているともいえる。第1実施形態では、圧電層2の厚み方向をZ方向(又は第1方向)とし、電極3、電極4の長さ方向と直交する方向をX方向(又は第2方向)とし、電極3、電極4の長さ方向をY方向(又は第3方向)として、説明することがある。
 また、電極3、電極4の長さ方向が図1A及び図1Bに示す電極3、電極4の長さ方向に直交する方向と入れ替わっても良い。すなわち、図1A及び図1B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、電極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1A及び図1Bにおいて電極3、電極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、電極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、電極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と電極4との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と電極4との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の幅寸法の中心とを結んだ距離となる。
 さらに、電極3、電極4の少なくとも一方が複数本ある場合(電極3、電極4を一対の電極組とした場合に、1.5対以上の電極組がある場合)、電極3、電極4の中心間距離は、1.5対以上の電極3、電極4のうち隣り合う電極3、電極4それぞれの中心間距離の平均値を指す。
 また、電極3、電極4の幅、すなわち電極3、電極4の対向方向の寸法は、150nm以上、1000nm以下の範囲が好ましい。なお、電極3と電極4との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、第1実施形態では、Zカットの圧電層を用いているため、電極3、電極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、電極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°)でもよい。
 圧電層2の第2の主面2b側には、中間層7を介して支持部材8が積層されている。中間層7及び支持部材8は、枠状の形状を有し、図2に示すように、開口部7a、8aを有する。それによって、空洞部(エアギャップ)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、電極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に中間層7を介して積層されている。なお、中間層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に直接又は間接に積層され得る。
 中間層7は、絶縁層であり、酸化ケイ素で形成されている。もっとも、中間層7は、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で形成することができる。
 支持部材8は、支持基板ともいい、Siで形成されている。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)、または(111)であってもよい。好ましくは、抵抗率4kΩ以上の高抵抗のSiが望ましい。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。支持部材8の材料としては、例えば、酸化アルミニウム、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム、水晶などの圧電体、アルミナ、マグネシア、サファイア、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、炭化ケイ素、ジルコニア、コージライト、ムライト、ステアタイト、フォルステライトなどの各種セラミック、ダイヤモンド、ガラスなどの誘電体、窒化ガリウムなどの半導体などを用いることができる。
 上記複数の電極3、電極4及び第1のバスバー5、第2のバスバー6は、Al、AlCu合金などの適宜の金属もしくは合金からなる。第1実施形態では、電極3、電極4及び第1のバスバー5、第2のバスバー6は、Ti膜上にAl膜を積層した構造を有する。なお、密着層には、Ti膜以外の材料を用いてもよい。
 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との間に交流電圧が印加される。それによって、圧電層2において励振される厚み滑り1次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、電極4のうちいずれかの隣り合う電極3、電極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1次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。
 なお、第1実施形態のように電極3、電極4の少なくとも一方が複数本ある場合、すなわち、電極3、電極4を1対の電極組とした場合に電極3、電極4が1.5対以上ある場合、隣り合う電極3、電極4の中心間距離pは、各隣り合う電極3、電極4の中心間距離の平均距離となる。
 第1実施形態の弾性波装置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、電極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、両側に反射器を必要としない共振器であり、伝搬ロスが少ないためである。また、上記反射器を必要としないのは、厚み滑り1次モードのバルク波を利用していることによる。
 図3Aは、比較例の圧電層を伝播するラム波を説明するための模式的な断面図である。図3Bは、第1実施形態の圧電層を伝播する厚み滑り1次モードのバルク波を説明するための模式的な断面図である。図4は、第1実施形態の圧電層を伝播する厚み滑り1次モードのバルク波の振幅方向を説明するための模式的な断面図である。
 図3Aでは、特許文献1に記載のような弾性波装置であり、圧電層をラム波が伝搬する。図3Aに示すように、圧電層201中を矢印で示すように波が伝搬する。ここで、圧電層201には、第1の主面201aと、第2の主面201bとがあり、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(Inter Digital Transducer)電極の電極指が並んでいる方向である。図3A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、圧電層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3Bに示すように、第1実施形態の弾性波装置では、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、反射器を必要としない。よって、反射器に伝搬する際の伝搬損失は生じない。従って、小型化を進めようとして、電極3、電極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1次モードのバルク波の振幅方向は、図4に示すように、圧電層2の励振領域C(図1B参照)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4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。
 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、電極4からなる電極対の対数は複数対ある必要は必ずしもない。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。第1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又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5は、第1実施形態の弾性波装置の共振特性の例を示す説明図である。なお、図5に示す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LiNbO
 圧電層2の厚み:400nm
 励振領域C(図1B参照)の長さ:40μm
 電極3、電極4からなる電極の対数:21対
 電極3と電極4との間の中心間距離(ピッチ)p:3μm
 電極3、電極4の幅:500nm
 d/p:0.133
 中間層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(図1B参照)とは、電極3と電極4の長さ方向と直交するX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である。励振領域Cの長さとは、励振領域Cの電極3、電極4の長さ方向に沿う寸法である。
 第1実施形態では、電極3、電極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5から明らかなように、反射器を有しないにもかかわらず、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、第1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6を参照して説明する。
 図5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6は、第1実施形態の弾性波装置において、隣り合う電極の中心間距離又は中心間距離の平均距離をp、圧電層の平均厚みをdとした場合、d/2pと、共振子としての比帯域との関係を示す説明図である。
 図6に示すように、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、d/pを0.5以下とすることにより、上記厚み滑り1次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、少なくとも1対の電極は、1対でもよく、上記pは、1対の電極の場合、隣り合う電極3、電極4の中心間距離とする。また、1.5対以上の電極の場合には、隣り合う電極3、電極4の中心間距離の平均距離をpとすればよい。
 例えば、圧電層2が厚みばらつきを有する場合、その厚みを平均化した値を採用してもよい。
 図7は、第1実施形態の弾性波装置において、1対の電極が設けられている例を示す平面図である。弾性波装置1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7中のKが交差幅となる。前述したように、本開示の弾性波装置では、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1次モードのバルク波を効果的に励振することができる。
 図8は、第1実施形態の変形例であって、弾性波装置の一部分を切欠いた斜視図である弾性波装置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、支持基板82の空洞部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8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のバスバー84a及び第2のバスバー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。
 図9は、第1実施形態の弾性波装置の平面図である。図10は、図9のX-X線に沿う部分の断面図である。図9及び図10に示すように、第1実施形態の弾性波装置は、1つの支持部材8Aが第1共振子RS1、第2共振子RS2を支持している。第2共振子RS2は、第1共振子RS1とは異なる位置にある。
 図9及び図10に示す弾性波装置は、支持部材8Aと、第1の主面2aに第1電極3、第2電極4が形成され、第2の主面2b側に空洞部9A、9Bがある圧電層2とを有する。空洞部9Bは、空洞部9Aに対して、Y方向に設けられている。空洞部9A及び空洞部9Bは、支持部材8Aの一部に設けられる空間部である。空洞部9Aが第1空間部であり、空洞部9Bが第2空間部ということもある。
 図9に示すように、機能電極51は、Y方向に延びる複数の電極3と、複数の電極3が接続される第1のバスバー5とを備える。機能電極52は、Y方向に延びる複数の電極4と、複数の電極4が接続される第2のバスバー6とを備える。第1共振子RS1のIDT電極10Aは、機能電極51と機能電極52とを含む。第2共振子RS2のIDT電極10Bは、機能電極51と機能電極52とを含む。第1のバスバー5は、第1のバスバー電極ともいい、第2のバスバー6は、第2のバスバー電極ともいうことがある。
 第1共振子RS1の機能電極51と第2共振子RS2の機能電極51とは、配線電極31で電気的に接続されている。機能電極51及び機能電極52は、AlまたはCuの少なくとも1つを含む。配線電極31は、AlまたはCuの少なくとも1つを含む。これにより、機能電極51、機能電極52及び配線電極31の導電性を確保できる。より望ましくは、配線電極31は、AuまたはPtの少なくとも1つを含む。これにより、配線電極31は、耐食性を向上させることができる。
 配線電極31は、機能電極51の一部を覆うように設けられ、配線電極31と、機能電極51とは、接続部CPで電気的に接続している。第1実施形態では、第1共振子RS1の機能電極51と配線電極31との間には、機能電極51が配線電極31で覆われている領域において、空隙CQ1が設けられている。空隙CQ1は、機能電極51、配線電極31及び圧電層2に囲まれている。第2共振子RS2の機能電極51と配線電極31との間には、空隙CQ1が設けられておらず、機能電極51と配線電極31とが密着した密着部CQNが形成されている。
 図11は、比較例の弾性波装置の断面図である。図11は、図9のX-X線に沿う部分の断面図の他の例である。図11に示すように、比較例の弾性波装置では、機能電極51と同層の配線金属層32が配線電極31と圧電層2との間にある。
 比較例の弾性波装置では、配線金属層32と配線電極31とが、圧電層2を拘束するので、圧電層2と空洞部9Aの縁2Eが重なる空洞部周辺の領域PPに、IDT電極10A、IDT電極10Bの励振による応力集中が生じやすい。空洞部周辺の領域PPの応力集中にともなって、圧電層2の破壊や圧電層2の分極反転などの特性劣化が生じやすい。
 これに対して、図10に示す第1実施形態の弾性波装置は、空洞部9Aの縁2Eの近傍に、機能電極51、配線電極31及び圧電層2に囲まれている空隙CQ1が設けられている。空隙CQ1は、配線電極31による圧電層2の拘束を緩和する。圧電層2の拘束が緩和されると、圧電層2と空洞部9Aの縁2Eが重なる空洞部周辺の領域PPに生じる応力集中も緩和される。その結果、圧電層2の破壊や圧電層2の分極反転などの特性劣化が抑制される。
 図12は、第1実施形態の第1変形例の弾性波装置の断面図である。図12は、図9のX-X線に沿う部分の断面図の他の例である。図12に示すように、第1共振子RS1の機能電極51と配線電極31との間にある空隙の内部に絶縁膜CQ2が介在している。絶縁膜CQ2は、酸化ケイ素、窒化ケイ素または樹脂のいずれかである。樹脂は、絶縁性があれば、特に限定されないが、例えば、ポリイミド、SiOCなどである。
 図12に示す第1実施形態の第1変形例の弾性波装置は、空洞部9Aの縁2Eの近傍に、機能電極51、配線電極31及び圧電層2に囲まれている絶縁膜CQ2が設けられている。絶縁膜CQ2は、配線電極31による圧電層2の拘束を緩和する。圧電層2の拘束が緩和されると、圧電層2と空洞部9Aの縁2Eが重なる空洞部周辺の領域PPに生じる応力集中も緩和される。その結果、圧電層2の破壊や圧電層2の分極反転などの特性劣化が抑制される。
 図13は、第1実施形態の第2変形例の弾性波装置の断面図である。図13は、図9のX-X線に沿う部分の断面図の他の例である。第1実施形態の第2変形例では、第2共振子RS2の機能電極51と配線電極31との間には、空隙CQ1が設けられている。2つの空隙CQ1は、配線電極31による圧電層2の拘束をさらに緩和する。なお、空隙CQ1には、絶縁膜の材料が充填されていてもよい。
 図13に示すように、圧電層2の一部には、IDT電極10AやIDT電極10Bと重畳する領域の圧電層2の厚みよりも薄い薄厚部2Tがある。配線電極31と支持部材8Aとの間の少なくとも一部における圧電層2の薄厚部2Tの厚みは、機能電極51と支持部材8Aとの間の圧電層2の厚みより薄い。これにより、配線電極31による圧電層2の拘束が緩和される。
 図14は、第1実施形態の第3変形例の弾性波装置の断面図である。図14に示すように、第2共振子RS2がなく代わりに、他の電極10Cがあってもよい。他の電極10Cは、例えば、信号入力端子、信号出力端子、グラウンド端子のいずれかである。第1実施形態の第3変形例においても、空隙CQ1には、絶縁膜の材料が充填されていてもよい。
 図15は、第1実施形態の第4変形例の弾性波装置の断面図である。第1共振子RS1の機能電極51(第1機能電極)と配線電極31との間には、空隙CQ1が設けられている。第2共振子RS2の機能電極51(第2機能電極)と配線電極31との間にある空隙の内部に絶縁膜CQ2が介在している。
(第2実施形態)
 図16は、第2実施形態の弾性波装置の断面図である。第2実施形態の弾性波装置は、1つの支持部材8Bが第1共振子RS1、第2共振子RS2を支持している。第2共振子RS2は、第1共振子RS1とは異なる位置にある。第2実施形態では、第1実施形態と同じ構成には同じ符号を付して、説明を省略する。
 図16に示すように、配線電極31と支持部材8Bとの間の領域の少なくとも一部において、圧電層2が設けられていない。圧電層2の一部に、スリット2Hが設けられている。これによれば、圧電層2の拘束はより緩和される。実施形態2の弾性波装置は、圧電層2上に2つの機能電極51と、2つの機能電極に接続された配線電極31と、が設けられている。配線電極31と機能電極51との間には空隙CQ1が設けられている。実施形態1の変形例1のように、空隙CQ1の内部には、絶縁膜があってもよい。
 また、配線電極31は、支持部材8Bの上の誘電体膜33を介して形成されている。圧電層2は、誘電体膜33の上に積層形成されている。これによれば、支持基板である支持部材8Bによる電気的な影響を回避でき、また誘電体膜33によって配線電極31により生じる応力を緩和しうる。なお、誘電体膜33の材料例としては、例えば、酸化ケイ素、窒化ケイ素または樹脂のいずれかである。樹脂は、絶縁性があれば、特に限定されないが、例えば、ポリイミド、SiOCなどである。なお、配線電極31は支持部材8Bに直接接触しても良い。
 図17は、第2実施形態の第1変形例の弾性波装置の断面図である。誘電体膜33は、支持部材8B上に積層されており、圧電層2は、誘電体膜33上に形成されている。配線電極31は、圧電層2及び機能電極51の一部の上に形成されている。配線電極31と支持部材8Bとの間の少なくとも一部における圧電層2の厚みは、機能電極51と支持部材8Bとの間の圧電層2の厚みより薄い。実施形態1の変形例1のように、空隙CQ1の内部には、絶縁膜があってもよい。
(第3実施形態)
 図18は、第3実施形態の弾性波装置の断面図である。第3実施形態の弾性波装置は、1つの支持部材8Cが第1共振子RS1、第2共振子RS2を支持している。第2共振子RS2は、第1共振子RS1とは異なる位置にある。第3実施形態の弾性波装置は、第1実施形態の弾性波装置と異なり、空洞部9A及び空洞部9Bが中間層7に設けられている。第3実施形態では、第1実施形態と同じ構成には同じ符号を付して、説明を省略する。
 第3実施形態では、空洞部9A及び空洞部9Bが中間層7に設けられているので、空洞部9A及び空洞部9Bに重なる圧電層2のメンブレン領域の精度を高めることができる。空洞部9A及び空洞部9Bは、支持部材8Aと圧電層2との間に設けられるエアギャップによる空間部である。第3実施形態では、圧電層2に空洞部9A及び空洞部9Bを形成するための孔があけられていることがある。圧電層2は、この孔を除き、空洞部9A及び空洞部9Bを覆う。このように、空洞部9Aの少なくとも一部及び空洞部9Bの少なくとも一部が圧電層2で覆われている。
(第4実施形態)
 図19は、第4実施形態の弾性波装置の断面図である。第4実施形態の弾性波装置は、1つの支持部材8Dが第1共振子RS1、第2共振子RS2を支持している。第2共振子RS2は、第1共振子RS1とは異なる位置にある。第4実施形態の弾性波装置は、第1共振子において、上部の電極91と、下部の電極92と、圧電層2Aとを備えている。第1共振子RS1において、上部の電極91と下部の電極92とは、対向し合う機能電極であり、圧電層2AをZ方向に挟む。上部の電極91は、圧電層2Aの第1の主面に設けられ、下部の電極92は、圧電層2Aの第2の主面に設けられる。第2共振子RS2において、下部の電極91Aと下部の電極94とは、対向し合う機能電極であり、圧電層2BをZ方向に挟む。第4実施形態の弾性波装置は、BAW素子(Bulk Acoustic Wave 素子)とよばれることもある。電極91と、電極91Aとは、配線電極93で電気的に接続される。
 支持部材8Dに設けられた空洞部9A及び空洞部9Bは、圧電層2A及び圧電層2Bで覆われている。電極91及び電極92は、Z方向において、空洞部9Aと重なる。電極91A及び電極94は、Z方向において、空洞部9Bと重なる。
 絶縁膜41は、支持部材8Dの上に設けられ、電極92と支持部材8Dとの絶縁性を確保する。絶縁膜41は、なくてもよい。絶縁膜42は、圧電層2と配線電極93との間に設けられる。また、絶縁膜42は、配線電極93と支持部材8Bとの絶縁性を確保する。絶縁膜41及び絶縁膜42は、上述した誘電体膜33と同じ材料で形成される。空洞部9Aの縁の近傍に、電極91、配線電極93、絶縁膜42及び圧電層2に囲まれている空隙CQ1が設けられている。空隙CQ1は、配線電極93による圧電層2の拘束を緩和する。圧電層2の拘束が緩和されると、圧電層2と空洞部9Aの縁が重なる空洞部周辺の領域に生じる応力集中も緩和される。その結果、圧電層2の破壊や圧電層2の分極反転などの特性劣化が抑制される。
(第5実施形態)
 図20は、第5実施形態の弾性波装置において、d/2pと、メタライゼーション比MRと、比帯域との関係を示す説明図である。第5実施形態では、第1実施形態と同じ構成には同じ符号を付して、説明を省略する。第5実施形態の弾性波装置1において、d/2pと、MRが異なる様々な弾性波装置1を構成し、比帯域を測定した。図20の破線Dの右側のハッチングを付して示した部分が、比帯域が17%以下の領域である。このハッチングを付した領域と、付していない領域との境界は、MR=3.5(d/2p)+0.075で表される。すなわち、MR=1.75(d/p)+0.075である。従って、好ましくは、MR≦1.75(d/p)+0.075である。その場合には、比帯域を17%以下としやすい。より好ましくは、図20中の一点鎖線D1で示すMR=3.5(d/2p)+0.05の右側の領域である。すなわち、MR≦1.75(d/p)+0.05であれば、比帯域を確実に17%以下にすることができる。
(第6実施形態)
 図21は、第6実施形態の弾性波装置において、d/pを限りなく0に近づけた場合のLiNbOのオイラー角(0°、θ、ψ)に対する比帯域のマップを示す説明図である。第6実施形態では、第1実施形態と同じ構成には同じ符号を付して、説明を省略する。図21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る。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)/900)1/2)または(0°±10°、20°~80°、[180°-60°(1-(θ-50)/900)1/2]~180°)  …式(2)
 (0°±10°、[180°-30°(1-(ψ-90)/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。
 なお、上記した実施の形態は、本開示の理解を容易にするためのものであり、本開示を限定して解釈するためのものではない。本開示は、その趣旨を逸脱することなく、変更/改良され得るとともに、本開示にはその等価物も含まれる。
1、81 弾性波装置
2、2A、2B 圧電層
2E 縁
2H スリット
2T 薄厚部
2a 第1の主面
2b 第2の主面
3 電極(第1の電極)
4 電極(第2の電極)
5 第1のバスバー
6 第2のバスバー
7 中間層
7a 開口部
8、8A、8B、8C、8D 支持部材
8a 開口部
9、9A、9B 空洞部
10A IDT電極
10B IDT電極
10C 他の電極
31 配線電極
32 配線金属層
33 誘電体膜
41 絶縁膜
42 絶縁膜
51 機能電極
52 機能電極
82 支持基板
83 圧電層
84 IDT電極
84a 第1のバスバー
84b 第2のバスバー
84c 電極
84d 電極
85、86 反射器
CP 接続部
CQ1 空隙
CQ2 絶縁膜
CQN 密着部
RS1 第1共振子
RS2 第2共振子
VP1 仮想平面
p 中心間距離

Claims (18)

  1.  支持基板と、
     第1方向にみて、前記支持基板に重なる圧電層と、
     前記圧電層の少なくとも第1の主面に設けられる機能電極と、
     前記機能電極に接続された配線電極と、
    を備え、
     前記第1の主面の反対側であって、前記圧電層の第2の主面側に空間部があり、
     前記空間部の少なくとも一部は、前記圧電層で覆われており、
     前記配線電極は、前記機能電極の一部を覆うように設けられ、
     前記第1方向にみて、前記機能電極が前記配線電極で覆われている領域において、前記機能電極と前記配線電極との間には空隙または絶縁膜が設けられている、
    弾性波装置。
  2.  前記機能電極と前記配線電極との接続部は、前記第1方向において、前記空間部と重ならない領域にある、請求項1に記載の弾性波装置。
  3.  前記機能電極は、複数の第1電極と、前記複数の第1電極が接続された第1のバスバー電極と、複数の第2電極と、前記複数の第2電極が接続された第2のバスバー電極と、を有する、請求項1または2に記載の弾性波装置。
  4.  前記圧電層の厚みは、前記複数の第1電極と前記複数の第2電極のうち、隣り合う第1電極と第2電極との間の中心間距離をpとした場合に2p以下である、請求項3に記載の弾性波装置。
  5.  前記配線電極と前記支持基板との間には前記圧電層が設けられていない領域がある、請求項1から4のいずれか1項に記載の弾性波装置。
  6.  前記領域において、前記配線電極と前記支持基板との間には誘電体膜が設けられている、請求項5に記載の弾性波装置。
  7.  前記配線電極と前記支持基板との間の少なくとも一部における圧電層の厚みは、前記機能電極と前記支持基板との間の圧電層の厚みより薄い、請求項1から4のいずれか1項に記載の弾性波装置。
  8.  前記機能電極及び前記配線電極の少なくとも一方は、AlまたはCuの少なくとも1つを含む、請求項1から7のいずれか1項に記載の弾性波装置。
  9.  前記配線電極は、AuまたはPtの少なくとも1つを含む、請求項1から8のいずれか1項に記載の弾性波装置。
  10.  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を含む、請求項1から9のいずれか1項に記載の弾性波装置。
  11.  厚み滑りモードのバルク波を利用している、請求項10に記載の弾性波装置。
  12.  前記機能電極が、互いに対向し合う少なくとも1対の第1電極及び第2電極を含み、
     前記圧電層の厚みをd、隣り合う前記第1電極及び前記第2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10に記載の弾性波装置。
  13.  前記d/pが0.24以下である、請求項12に記載の弾性波装置。
  14.  前記第1電極及び前記第2電極が対向している方向に視たときに、前記第1電極及び前記第2電極が重なり合っている領域である励振領域に対する、前記励振領域内の前記第1電極及び前記第2電極の面積の割合であるメタライゼーション比MRが、MR≦1.75(d/p)+0.075を満たす、請求項12または13に記載の弾性波装置。
  15.  前記機能電極がIDT電極である、請求項1から10のいずれか1項に記載の弾性波装置。
  16.  前記機能電極が、前記第1の主面に設けられている上部の電極と、前記第2の主面に設けられている下部の電極とを有し、
     前記上部の電極及び前記下部の電極が対向し合っている、請求項1から10のいずれか1項に記載の弾性波装置。
  17.  前記支持基板の一部には、第1空間部と、前記第1空間部と異なる位置にある第2空間部とが設けられており、
     前記第1方向において、前記第1空間部に重なり合う第1機能電極と、前記第2空間部に重なり合う第2機能電極と、を含む複数の前記機能電極と、前記第1機能電極と、前記第2機能電極とを接続する前記配線電極と、を備え、
     前記第1機能電極と、前記配線電極との間には空隙または絶縁膜が設けられ、前記第2機能電極と、前記配線電極との間には空隙または絶縁膜が設けられている、請求項1から16のいずれか1項に記載の弾性波装置。
  18.  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を含み、
     前記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1から9のいずれか1項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)/900)1/2)または(0°±10°、20°~80°、[180°-60°(1-(θ-50)/900)1/2]~180°)  …式(2)
     (0°±10°、[180°-30°(1-(ψ-90)/8100)1/2]~180°、任意のψ)  …式(3)
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