WO2023190370A1 - 弾性波装置 - Google Patents
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
- H03H9/02—Details
- H03H9/125—Driving means, e.g. electrodes, coils
- H03H9/145—Driving means, e.g. electrodes, coils for networks using surface acoustic waves
Definitions
- the present invention relates to an elastic wave device.
- the plate wave mode and its harmonics become strong unnecessary waves. Therefore, when the elastic wave device is used in a filter device, the filter characteristics may deteriorate.
- An object of the present invention is to provide an elastic wave device that can suppress unnecessary waves.
- An elastic wave device includes a support member including a support substrate, a piezoelectric layer provided on the support member, a pair of bus bars provided on the piezoelectric layer and facing each other, and a plurality of an IDT electrode having electrode fingers, and a plurality of mass adding films provided on the plurality of electrode fingers;
- An acoustic reflecting portion is provided in the supporting member at a position overlapping with at least a portion of the IDT electrode, and when the thickness of the piezoelectric layer is d and the distance between the centers of adjacent electrode fingers is p, d/ p is 0.5 or less, and when viewed from a direction perpendicular to the electrode fingers, which is perpendicular to the electrode finger extension direction in which the plurality of electrode fingers extend, an area where the adjacent electrode fingers overlap is an intersection area.
- the crossing region includes a central region, and a first edge region and a second edge region facing each other with the central region sandwiched in the electrode finger extending direction, and at least one of the plurality of mass adding films
- the width of at least one of the mass-adding films overlaps with the central region in a plan view, and the width of at least one mass-adding film is defined as the width of the mass-adding film along the direction perpendicular to the electrode finger. is different from the width of the other mass-adding films.
- FIG. 1 is a schematic plan view of an elastic wave device according to a first embodiment of the present invention.
- FIG. 2 is a schematic cross-sectional view taken along line II in FIG.
- FIG. 3 is a diagram showing admittance frequency characteristics in the first embodiment of the present invention and a comparative example.
- FIG. 4 is a diagram illustrating admittance frequency characteristics at a frequency lower than the resonance frequency in the first embodiment of the present invention and a comparative example.
- FIG. 5 is a diagram showing admittance frequency characteristics in a region higher than the anti-resonance frequency in the first embodiment of the present invention and a comparative example.
- FIG. 6 is a schematic plan view of an elastic wave device according to a second embodiment of the present invention.
- FIG. 1 is a schematic plan view of an elastic wave device according to a first embodiment of the present invention.
- FIG. 2 is a schematic cross-sectional view taken along line II in FIG.
- FIG. 3 is a diagram showing admittance frequency characteristics in the first embodiment of
- FIG. 7 is a schematic plan view of an elastic wave device according to a third embodiment of the present invention.
- FIG. 8 is a schematic plan view of an elastic wave device according to a fourth embodiment of the present invention.
- FIG. 9 is a schematic plan view of an elastic wave device according to a fifth embodiment of the present invention.
- FIG. 10 is a circuit diagram of a filter device according to a sixth embodiment of the present invention.
- FIG. 11(a) is a schematic perspective view showing the external appearance of an elastic wave device that utilizes thickness-shear mode bulk waves
- FIG. 11(b) is a plan view showing the electrode structure on the piezoelectric layer.
- FIG. 12 is a cross-sectional view of a portion taken along line AA in FIG. 11(a).
- FIG. 13(a) is a schematic front cross-sectional view for explaining Lamb waves propagating through the piezoelectric film of an acoustic wave device
- FIG. FIG. 2 is a schematic front cross-sectional view for explaining a mode of bulk waves.
- FIG. 14 is a diagram showing the amplitude direction of the bulk wave in the thickness shear mode.
- FIG. 15 is a diagram showing the resonance characteristics of an elastic wave device that uses thickness-shear mode bulk waves.
- FIG. 16 is a diagram showing the relationship between d/p and the fractional band of a resonator, where p is the distance between the centers of adjacent electrodes, and d is the thickness of the piezoelectric layer.
- FIG. 17 is a plan view of an elastic wave device that uses thickness-shear mode bulk waves.
- FIG. 18 is a diagram showing the resonance characteristics of the elastic wave device of the reference example in which spurious signals appear.
- FIG. 19 is a diagram showing the relationship between the fractional band and the amount of phase rotation of spurious impedance normalized by 180 degrees as the magnitude of spurious.
- FIG. 20 is a diagram showing the relationship between d/2p and metallization ratio MR.
- FIG. 21 is a diagram showing a map of the fractional band with respect to Euler angles (0°, ⁇ , ⁇ ) of LiNbO 3 when d/p is brought as close to 0 as possible.
- FIG. 22 is a front sectional view of an acoustic wave device having an acoustic multilayer film.
- FIG. 1 is a schematic plan view of an elastic wave device according to a first embodiment of the present invention.
- FIG. 2 is a schematic cross-sectional view taken along line II in FIG.
- the acoustic wave device 10 includes a piezoelectric substrate 12 and an IDT electrode 11.
- the piezoelectric substrate 12 includes a support member 13 and a piezoelectric layer 14.
- the support member 13 includes a support substrate 16 and an insulating layer 15.
- An insulating layer 15 is provided on the support substrate 16.
- a piezoelectric layer 14 is provided on the insulating layer 15.
- the support member 13 may be composed only of the support substrate 16.
- 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 are opposed to each other.
- the second main surface 14b is located on the support member 13 side.
- the piezoelectric layer 14 is, for example, a lithium niobate layer, such as a LiNbO 3 layer, or a lithium tantalate layer, such as a LiTaO 3 layer.
- a recess is provided in the insulating layer 15.
- a piezoelectric layer 14 is provided on the insulating layer 15 so as to close the recess.
- This hollow part is the hollow part 10a.
- the support member 13 and the piezoelectric layer 14 are arranged such that a part of the support member 13 and a part of the piezoelectric layer 14 face each other with the cavity 10a in between.
- the recess in the support member 13 may be provided across the insulating layer 15 and the support substrate 16.
- the recess provided only in the support substrate 16 may be closed by the insulating layer 15.
- the recess may be provided in the piezoelectric layer 14.
- the cavity 10a may be a through hole provided in the support member 13.
- the IDT electrode 11 is provided on the first main surface 14a of the piezoelectric layer 14. In plan view, at least a portion of the IDT electrode 11 overlaps with the cavity 10a of the piezoelectric substrate 12. In this specification, planar view refers to viewing from a direction corresponding to the upper side in FIG. 2 along the lamination direction of the support member 13 and the piezoelectric layer 14. In addition, in FIG. 2, for example, of the support substrate 16 side and the piezoelectric layer 14 side, the piezoelectric layer 14 side is the upper side.
- the IDT electrode 11 has a pair of bus bars and a plurality of electrode fingers.
- the pair of bus bars is a first bus bar 26 and a second bus bar 27.
- the first bus bar 26 and the second bus bar 27 are opposed to each other.
- the plurality of electrode fingers are a plurality of first electrode fingers 28 and a plurality of second electrode fingers 29.
- One end of each of the plurality of first electrode fingers 28 is connected to the first bus bar 26 .
- One end of each of the plurality of second electrode fingers 29 is connected to the second bus bar 27 .
- the plurality of first electrode fingers 28 and the plurality of second electrode fingers 29 are inserted into each other.
- the IDT electrode 11 may be made of a single layer metal film or may be made of a laminated metal film.
- first bus bar 26 and the second bus bar 27 may be simply referred to as bus bars.
- the first electrode finger 28 and the second electrode finger 29 may be simply referred to as electrode fingers.
- Each electrode finger has a distal end and a proximal end.
- the base end portion is a portion of the electrode finger that is connected to the bus bar.
- the direction perpendicular to the electrode finger extending direction is defined as the electrode finger orthogonal direction.
- the electrode finger opposing direction is parallel to the electrode finger orthogonal direction.
- an area where adjacent electrode fingers overlap is an intersection area F.
- the crossover region F is a region of the piezoelectric layer 14 defined based on the configuration of the IDT electrode 11.
- the intersecting region F has a central region H and a pair of edge regions.
- the pair of edge regions face each other with the center region H in between in the electrode finger extending direction.
- the pair of edge regions is a first edge region Ea and a second edge region Eb.
- the first edge region Ea is located on the first bus bar 26 side.
- the second edge region Eb is located on the second bus bar 27 side.
- the area located between the intersection area F and the pair of bus bars is a pair of gap areas.
- the pair of gap regions is a first gap region Ga and a second gap region Gb.
- the first gap region Ga is located between the first bus bar 26 and the first edge region Ea.
- the second gap region Gb is located between the second bus bar 27 and the second edge region Eb.
- Each gap region, like the intersection region F, is a region of the piezoelectric layer 14 defined based on the configuration of the IDT electrode 11.
- the elastic wave device 10 of this embodiment is an elastic wave resonator configured to be able to utilize thickness-shear mode bulk waves. More specifically, in the acoustic wave device 10, where d is the thickness of the piezoelectric layer 14 and p is the center-to-center distance between adjacent electrode fingers, d/p is 0.5 or less. Thereby, bulk waves in thickness shear mode are suitably excited. Note that when viewed from the direction perpendicular to the electrode fingers, the excitation region C is a region where adjacent electrode fingers overlap and is a region between the centers of the adjacent electrode fingers. That is, the intersection region F includes a plurality of excitation regions C. In each excitation region C, a thickness-shear mode bulk wave is excited.
- the cavity 10a shown in FIG. 2 is an acoustic reflection section in the present invention.
- the acoustic reflection portion can effectively confine the energy of the elastic wave to the piezoelectric layer 14 side.
- the acoustic reflecting portion may be provided at a position in the support member that overlaps at least a portion of the IDT electrode in plan view.
- an acoustic reflection film such as an acoustic multilayer film, which will be described later, may be provided as an acoustic reflection portion on the surface of the support member.
- a plurality of mass adding films 17 are provided on a plurality of electrode fingers. More specifically, in this embodiment, one mass adding film 17 is provided on every electrode finger. The mass adding film 17 is continuously provided from the base end side to the distal end side of the electrode finger.
- Each of the plurality of mass adding films 17 overlaps only the intersection region F in plan view. However, the plurality of mass-adding films 17 may overlap with a region outside the intersecting region F in the electrode finger extending direction in plan view. It is sufficient that at least a portion of each of the plurality of mass adding films 17 overlaps with the central region H in plan view.
- each mass adding film 17 is constant.
- the width of the mass-adding film 17 is a dimension of the mass-adding film 17 along the direction perpendicular to the electrode fingers.
- the mass adding film 17 is made of silicon oxide.
- a certain member is made of a certain material” includes the case where the material contains a trace amount of impurity that does not significantly deteriorate the electrical characteristics of the acoustic wave device. Note that the material of the mass adding film 17 is not limited to the above.
- a feature of this embodiment is that the width of at least one mass-adding film 17 is different from the width of the other mass-adding films 17. Thereby, unnecessary waves can be suppressed. This effect will be specifically illustrated below by comparing this embodiment and a comparative example.
- the comparative example differs from the first embodiment in that a mass-adding film is not provided.
- admittance frequency characteristics were compared.
- FIG. 3 is a diagram showing admittance frequency characteristics in the first embodiment and a comparative example.
- FIG. 4 is a diagram showing admittance frequency characteristics on the lower side than the resonance frequency in the first embodiment and the comparative example.
- FIG. 5 is a diagram showing admittance frequency characteristics in a region higher than the anti-resonance frequency in the first embodiment and the comparative example. Note that FIGS. 4 and 5 each show the admittance frequency characteristics in the frequency range around the part surrounded by the dashed line in FIG. 3.
- the plurality of mass-adding films 17 include a plurality of mass-adding films 17 having mutually different widths. Thereby, the frequencies at which unnecessary waves are excited can be dispersed, and the overall intensity of unnecessary waves can be reduced.
- the mass adding film 17 does not necessarily have to be provided on all electrode fingers.
- the plurality of electrode fingers may include electrode fingers in which the mass adding film 17 is not provided.
- the mass adding films 17 are provided on adjacent electrode fingers, and the widths of the mass adding films 17 provided on adjacent electrode fingers are different from each other. More preferably, the mass adding film 17 is provided on all electrode fingers. Thereby, unnecessary waves can be effectively suppressed.
- the mass adding film 17 overlaps the entire portion of the crossing region F from one end to the other end in the electrode finger extending direction in plan view. In this case, unnecessary waves can be suppressed more reliably.
- the IDT electrode 11 is provided on the first main surface 14a of the piezoelectric layer 14.
- the IDT electrode 11 may be provided on the first main surface 14a or the second main surface 14b of the piezoelectric layer 14.
- a plurality of mass adding films 17 may be provided on a plurality of electrode fingers in the IDT electrode 11. Even when the IDT electrode 11 is provided on the second main surface 14b, unnecessary waves can be suppressed similarly to the first embodiment.
- the mass adding film 17 is made of silicon oxide.
- the mass adding film 17 may be made of a dielectric other than silicon oxide.
- the density of the mass adding film 17 is higher than the density of silicon oxide.
- the mass adding film 17 is made of tantalum oxide or the like. Thereby, the thickness of the mass adding film 17 can be reduced. Thereby, variations in the shape of the mass adding film 17 can be suppressed.
- the mass adding film 17 may be made of an appropriate metal. Also in this case, the thickness of the mass-adding film 17 can be reduced, and variations in the shape of the mass-adding film 17 can be suppressed.
- FIG. 1 shows an example in which the plurality of mass adding films 17 have two widths.
- the widths of the plurality of mass adding films 17 may be three or more widths.
- the line width of each electrode finger of the IDT electrode 11 is constant, the line width of all electrode fingers is the same, and the center-to-center distance p between adjacent electrode fingers is constant.
- the line width of the electrode finger is the dimension of the electrode finger along the direction orthogonal to the electrode finger.
- the center-to-center distance p is the electrode finger pitch.
- the configuration of the IDT electrode 11 is not limited to the above.
- second to fourth embodiments will be shown that differ from the first embodiment only in the configuration of the IDT electrode.
- the width of at least one mass-adding film is different from the width of the other mass-adding films. Therefore, unnecessary waves can be suppressed.
- FIG. 6 is a schematic plan view of the elastic wave device according to the second embodiment.
- a part of the center-to-center distance p is different from a center-to-center distance p of the other part.
- the center-to-center distance p of a plurality of portions may be different from the center-to-center distance p of other portions.
- a plurality of portions having different center-to-center distances p may be arranged alternately in the direction perpendicular to the electrode fingers.
- FIG. 7 is a schematic plan view of an elastic wave device according to the third embodiment.
- the line widths of the plurality of electrode fingers are different from each other. More specifically, the line width of the first electrode finger 28B and the line width of the second electrode finger 29B are different from each other.
- the line widths of the plurality of first electrode fingers 28B also differ from each other.
- the line widths of the plurality of second electrode fingers 29B are the same. However, the line widths of the plurality of first electrode fingers 28B may be the same. Alternatively, the line widths of the plurality of second electrode fingers 29B may be different from each other.
- the line width of at least one electrode finger in the IDT electrode 11B is different from the line width of other electrode fingers. Therefore, the frequencies at which unnecessary waves are excited can be effectively dispersed.
- FIG. 8 is a schematic plan view of an elastic wave device according to the fourth embodiment.
- the line width of each electrode finger of the IDT electrode 11C is not constant. Specifically, the line width of each electrode finger changes from the base end side to the distal end side. More specifically, the line widths of all the first electrode fingers 28C and all the second electrode fingers 29C change so as to become narrower from the proximal end side to the distal end side.
- the line width of the electrode finger may change so that it becomes wider from the proximal end side to the distal end side.
- the electrode finger may have a portion where the line width changes from the proximal end side to the distal end side, and a portion where the line width changes from the proximal end side to the distal end side, where the line width changes to become wider. It may include both parts.
- the line width of at least one electrode finger in the IDT electrode 11C changes from the base end side to the distal end side. Therefore, the frequencies at which unnecessary waves are excited can be effectively dispersed.
- the configurations in the second to fourth embodiments can also be applied to the configurations in other embodiments of the present invention.
- the IDT electrode may have a configuration in at least one of the second to fourth embodiments.
- FIG. 9 is a schematic plan view of an elastic wave device according to the fifth embodiment.
- This embodiment differs from the first embodiment in the position where each mass adding film 17 is provided.
- the elastic wave device of this embodiment has the same configuration as the elastic wave device 10 of the first embodiment.
- each mass adding film 17 overlaps with at least one of the regions where the pair of bus bars are provided, both gap regions, and the intersection region F in plan view.
- the mass adding film 17 provided on the first electrode finger 28 extends from above the first electrode finger 28 to above the first bus bar 26 .
- the mass adding film 17 provided on the first electrode finger 28 also extends from the first electrode finger 28 onto the piezoelectric layer 14 .
- a portion of the mass adding film 17 provided directly on the piezoelectric layer 14 overlaps with the second gap region Gb in plan view.
- at least one mass-adding film 17 among the plurality of mass-adding films 17 provided on the plurality of first electrode fingers 28 extends from above the piezoelectric layer 14 to above the second bus bar 27 .
- At least one other mass-adding membrane 17 does not extend onto the second busbar 27 .
- the mass adding film 17 provided on the second electrode finger 29 extends from above the second electrode finger 29 to above the second bus bar 27.
- the mass adding film 17 provided on the second electrode finger 29 also extends from the second electrode finger 29 onto the piezoelectric layer 14 .
- a portion of the mass adding film 17 provided directly on the piezoelectric layer 14 overlaps with the first gap region Ga in plan view.
- the mass adding film 17 provided on the second electrode finger 29 extends from above the piezoelectric layer 14 to above the first bus bar 26 .
- at least one mass-adding film 17 among the plurality of mass-adding films 17 provided on the plurality of second electrode fingers 29 does not have to extend from above the piezoelectric layer 14 to above the first bus bar 26. .
- the plurality of mass adding films 17 may not overlap with the region where the bus bar is provided, and may overlap with at least one of the pair of gap regions, in a plan view.
- the width of at least one mass-adding film 17 is different from the width of the other mass-adding films 17. Therefore, unnecessary waves can be suppressed.
- the elastic wave device according to the present invention can be used, for example, in a filter device.
- An example of this is illustrated by the sixth embodiment.
- FIG. 10 is a circuit diagram of a filter device according to a sixth embodiment of the present invention.
- the filter device 30 is a ladder type filter.
- the filter device 30 includes a first signal terminal 32 and a second signal terminal 33, a plurality of series arm resonators, and a plurality of parallel arm resonators.
- all series arm resonators and all parallel arm resonators are elastic wave resonators.
- the first signal terminal 32 and the second signal terminal 33 may be configured as electrode pads, or may be configured as wiring, for example.
- the first signal terminal 32 is an antenna terminal.
- the antenna terminal is connected to the antenna.
- the plurality of series arm resonators of the filter device 30 are a series arm resonator S1, a series arm resonator S2a, a series arm resonator S2b, and a series arm resonator S3.
- the plurality of parallel arm resonators are a parallel arm resonator P1 and a parallel arm resonator P2.
- a series arm resonator S1, a series arm resonator S2a, a series arm resonator S2b, and a series arm resonator S3 are connected in series between the first signal terminal 32 and the second signal terminal 33.
- the series arm resonator S2a and the series arm resonator S2b are split-type elastic wave resonators. More specifically, the series arm resonator S2a and the series arm resonator S2b are elastic wave resonators divided in series.
- a parallel arm resonator P1 is connected between the connection point between the series arm resonator S1 and the series arm resonator S2a and the ground potential.
- a parallel arm resonator P2 is connected between the connection point between the series arm resonator S2b and the series arm resonator S3 and the ground potential. Note that the circuit configuration of the filter device 30 is not limited to the above.
- the series arm resonator S2a which is one of the split elastic wave resonators, is the elastic wave device according to the present invention.
- the series arm resonator S2b which is the other elastic wave resonator of the split type elastic wave resonators, does not have the mass adding film in the present invention.
- unnecessary waves can be suppressed. Thereby, deterioration of filter characteristics in the filter device 30 can be suppressed.
- the series arm resonator S2b included in the plurality of split elastic wave resonators does not have a mass adding film. Thereby, increase in insertion loss in the filter device 30 can be suppressed.
- the filter device 30 only needs to include a plurality of segmented elastic wave resonators.
- the plurality of split elastic wave resonators may be a plurality of series arm resonators divided in series, or may be a plurality of series arm resonators divided in parallel.
- the plurality of split elastic wave resonators may be a plurality of parallel arm resonators divided in series, or may be a plurality of parallel arm resonators divided in parallel.
- the plurality of split elastic wave resonators may be, for example, a plurality of elastic wave resonators divided in series or in parallel into three or more pieces. At least one of the plurality of split elastic wave resonators may be the elastic wave device according to the present invention. At least one other of the plurality of split elastic wave resonators does not need to have the mass adding film according to the present invention. Thereby, in the filter device 30, it is possible to suppress an increase in insertion loss, and it is possible to suppress deterioration of filter characteristics.
- At least one elastic wave resonator in the filter device 30 may be an elastic wave device according to the present invention.
- at least one of the elastic wave resonators other than the split-type elastic wave resonators may be the elastic wave device according to the present invention. Even in this case, unnecessary waves can be suppressed in the elastic wave resonator which is the elastic wave device according to the present invention. Thereby, deterioration of filter characteristics in the filter device 30 can be suppressed.
- the thickness sliding mode will be explained below.
- electrode in the IDT electrode described below corresponds to the electrode finger in the present invention.
- support member in the following examples corresponds to the support substrate in the present invention.
- FIG. 11(a) is a schematic perspective view showing the appearance of an elastic wave device that utilizes thickness-shear mode bulk waves
- FIG. 11(b) is a plan view showing the electrode structure on the piezoelectric layer.
- FIG. 12 is a cross-sectional view of a portion taken along line AA in FIG. 11(a).
- the acoustic 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 a Z cut, it may be a rotational Y cut or an X cut.
- the thickness of the piezoelectric layer 2 is not particularly limited, but in order to effectively excite the thickness shear mode, it is preferably 40 nm or more and 1000 nm or less, more preferably 50 nm or more and 1000 nm or less.
- the piezoelectric layer 2 has first and second main surfaces 2a and 2b facing each other. An electrode 3 and an electrode 4 are provided on the first main surface 2a.
- electrode 3 is an example of a "first electrode”
- electrode 4 is an example of a "second electrode”.
- the plurality of electrodes 3 are a plurality of first electrode fingers connected to the first bus bar 5.
- the plurality of electrodes 4 are a plurality of second electrode fingers connected to the second bus bar 6.
- the plurality of electrodes 3 and the plurality of electrodes 4 are interposed with each other.
- Electrode 3 and 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 perpendicular to this length direction.
- the length direction of the electrodes 3 and 4 and the direction perpendicular to the length direction of the electrodes 3 and 4 are both directions that intersect with the thickness direction of the piezoelectric layer 2. Therefore, it can be said that the electrode 3 and the adjacent electrode 4 face each other in the direction intersecting the thickness direction of the piezoelectric layer 2. Further, the length direction of the electrodes 3 and 4 may be replaced with the direction perpendicular to the length direction of the electrodes 3 and 4 shown in FIGS. 11(a) and 11(b). That is, in FIGS. 11(a) and 11(b), the electrodes 3 and 4 may extend in the direction in which the first bus bar 5 and the second bus bar 6 extend.
- first bus bar 5 and the second bus bar 6 will extend in the direction in which the electrodes 3 and 4 extend in FIGS. 11(a) and 11(b).
- a plurality of pairs of structures in which an electrode 3 connected to one potential and an electrode 4 connected to the other potential are adjacent to each other are provided in a direction perpendicular to the length direction of the electrodes 3 and 4.
- electrode 3 and electrode 4 are adjacent does not mean that electrode 3 and electrode 4 are arranged so as to be in direct contact with each other, but when electrode 3 and electrode 4 are arranged with a gap between them.
- the electrode 3 and the electrode 4 when the electrode 3 and the electrode 4 are adjacent to each other, no electrode connected to the hot electrode or the ground electrode, including the other electrodes 3 and 4, is arranged between the electrode 3 and the electrode 4.
- This logarithm does not need to be an integer pair, and may be 1.5 pairs, 2.5 pairs, or the like.
- the center-to-center distance between 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 dimension in the opposing direction of the electrodes 3 and 4, is 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 refers to the distance between 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 center of the dimension (width dimension) of the electrode 4 in the direction orthogonal to the length direction of the electrode 4. This is the distance between the center of the dimension (width dimension).
- the direction perpendicular to the length direction of the electrodes 3 and 4 is the direction perpendicular to the polarization direction of the piezoelectric layer 2. This is not the case when a piezoelectric material having a different cut angle is used as the piezoelectric layer 2.
- “orthogonal” is not limited to strictly orthogonal, but approximately orthogonal (for example, the angle between the direction orthogonal to the length direction of the electrodes 3 and 4 and the polarization direction is 90° ⁇ 10°). (within range).
- a support member 8 is laminated on the second main surface 2b side of the piezoelectric layer 2 with an insulating layer 7 in between.
- 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. Thereby, a cavity 9 is formed.
- the cavity 9 is provided so as not to hinder 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 with the insulating layer 7 in between, at a position that does not overlap with the portion where at least one pair of electrodes 3 and 4 are provided. Note that the insulating layer 7 may not be provided. Therefore, the support member 8 can be laminated directly or indirectly on the second main surface 2b of the piezoelectric layer 2.
- the insulating layer 7 is made of silicon oxide. However, other than silicon oxide, an appropriate insulating material such as silicon oxynitride or alumina can be used.
- the support member 8 is made of Si. The plane orientation of the Si surface on the piezoelectric layer 2 side may be (100), (110), or (111). It is desirable that the Si constituting the support member 8 has a high resistivity of 4 k ⁇ cm or more. However, the support member 8 can also be constructed using an appropriate insulating material or semiconductor material.
- Examples of materials for the support member 8 include aluminum oxide, lithium tantalate, lithium niobate, piezoelectric materials such as crystal, alumina, magnesia, sapphire, silicon nitride, aluminum nitride, silicon carbide, zirconia, cordierite, mullite, and star.
- Various ceramics such as tite and forsterite, dielectrics such as diamond and glass, semiconductors such as gallium nitride, etc. can be used.
- the plurality of electrodes 3 and 4 and the first and second bus bars 5 and 6 are made of a suitable metal or alloy such as 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. Note that 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. Thereby, it is possible to obtain resonance characteristics using the thickness shear mode bulk wave excited in the piezoelectric layer 2.
- d/p is 0. It is considered to be 5 or less. Therefore, the bulk wave in the thickness shear 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 elastic wave device 1 Since the elastic wave device 1 has the above-mentioned configuration, even if the logarithm of the electrodes 3 and 4 is reduced in an attempt to downsize the device, the Q value is unlikely to decrease. This is because even if the number of electrode fingers in the reflectors on both sides is reduced, the propagation loss is small. Furthermore, the number of electrode fingers can be reduced because the bulk waves in the thickness shear mode are used. The difference between the Lamb wave used in the elastic wave device and the thickness-shear mode bulk wave will be explained with reference to FIGS. 13(a) and 13(b).
- FIG. 13(a) is a schematic front cross-sectional view for explaining a Lamb wave propagating through a piezoelectric film of an acoustic wave device as described in Japanese Patent Publication No. 2012-257019.
- waves propagate through the piezoelectric film 201 as indicated by arrows.
- the first main surface 201a and the second main surface 201b are opposite to each other, and the thickness direction connecting the first main surface 201a and the second main surface 201b is the Z direction. It is.
- the X direction is the direction in which the electrode fingers of the IDT electrodes are lined up.
- the Lamb wave the wave propagates in the X direction as shown.
- the piezoelectric film 201 vibrates as a whole, but since the wave propagates in the X direction, reflectors are placed on both sides to obtain resonance characteristics. Therefore, wave propagation loss occurs, and when miniaturization is attempted, that is, when the number of logarithms of electrode fingers is reduced, the Q value decreases.
- the vibration displacement is in the thickness-slip direction, so the waves are generated between the first main surface 2a and the second main surface of the piezoelectric layer 2.
- 2b that is, the Z direction, and resonates. That is, the X-direction component of the wave is significantly smaller than the Z-direction component. Since resonance characteristics are obtained by the propagation of waves in the Z direction, propagation loss is unlikely to occur even if the number of electrode fingers of the reflector is reduced. Furthermore, even if the number of pairs of electrodes 3 and 4 is reduced in an attempt to promote miniaturization, the Q value is unlikely to decrease.
- FIG. 14 schematically shows a bulk wave when a voltage is applied between electrode 3 and electrode 4 such that electrode 4 has a higher potential than electrode 3.
- the first region 451 is a region of the excitation region C between a virtual plane VP1 that is perpendicular to the thickness direction of the piezoelectric layer 2 and bisects the piezoelectric layer 2, 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 principal surface 2b.
- the elastic wave device 1 As mentioned above, in the elastic wave device 1, at least one pair of electrodes consisting of the electrode 3 and the electrode 4 are arranged, but since the wave is not propagated in the X direction, the elastic wave device 1 is made up of the electrodes 3 and 4. There is no need for a plurality of pairs of electrodes. That is, it is only necessary that at least one pair of electrodes be provided.
- 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 no floating electrode is provided.
- FIG. 15 is a diagram showing the resonance characteristics of the elastic wave device shown in FIG. 12. Note that the design parameters of the elastic wave device 1 that obtained this resonance characteristic are as follows.
- Insulating layer 7 silicon oxide film with a thickness of 1 ⁇ m.
- 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 electrode pairs made up of the electrodes 3 and 4 were all equal in multiple pairs. That is, the electrodes 3 and 4 were arranged at equal pitches.
- d/p is 0.5 or less, as described above. Preferably it is 0.24 or less. This will be explained with reference to FIG. 16.
- FIG. 16 is a diagram showing the relationship between this d/p and the fractional band of the resonator of the elastic wave device.
- FIG. 17 is a plan view of an elastic wave device that utilizes bulk waves in thickness-shear mode.
- a pair of electrodes including an electrode 3 and an electrode 4 are provided on the first main surface 2a of the piezoelectric layer 2.
- K in FIG. 17 is the crossover width.
- the number of pairs of electrodes may be one. Even in this case, if the above-mentioned d/p is 0.5 or less, bulk waves in the thickness shear mode can be excited effectively.
- the above-mentioned adjacent region with respect to the excitation region C which is a region where any of the adjacent electrodes 3, 4 overlap when viewed in the opposing direction.
- the metallization ratio MR of the matching electrodes 3 and 4 satisfies MR ⁇ 1.75(d/p)+0.075. In that case, spurious can be effectively reduced. This will be explained with reference to FIGS. 18 and 19.
- FIG. 18 is a reference diagram showing an example of the resonance characteristics of the elastic wave device 1.
- the metallization ratio MR will be explained with reference to FIG. 11(b).
- the excitation region C is a region where electrode 3 overlaps electrode 4 when electrode 3 and electrode 4 are viewed in a direction perpendicular to the length direction of electrodes 3 and 4, that is, in a direction in which they face each other. 3, and a region between electrodes 3 and 4 where electrodes 3 and 4 overlap.
- the metallization ratio MR is the ratio of the area of the metallized portion to the area of the excitation region C.
- MR may be the ratio of the metallized portion included in all the excitation regions to the total area of the excitation regions.
- FIG. 19 shows the relationship between the fractional band and the amount of phase rotation of the spurious impedance normalized by 180 degrees as the magnitude of the spurious when a large number of elastic wave resonators are configured according to the form of the elastic wave device 1.
- FIG. 19 Note that the specific band was adjusted by variously changing the thickness of the piezoelectric layer and the dimensions of the electrode. Further, although FIG. 19 shows the results when using a Z-cut piezoelectric layer made of LiNbO 3 , the same tendency occurs even when piezoelectric layers having other cut angles are used.
- the spurious is as large as 1.0.
- the fractional band exceeds 0.17, that is, exceeds 17%, a large spurious with a spurious level of 1 or more will affect the pass band even if the parameters constituting the fractional band are changed. Appear within. That is, as in the resonance characteristic shown in FIG. 18, a large spurious signal indicated by arrow B appears within the band. Therefore, it is preferable that the fractional band is 17% or less. In this case, by adjusting the thickness of the piezoelectric layer 2, the dimensions of the electrodes 3 and 4, etc., the spurious can be reduced.
- FIG. 20 is a diagram showing the relationship between d/2p, metallization ratio MR, and fractional band.
- various elastic wave devices having different d/2p and MR were constructed and the fractional bands were measured.
- the hatched area on the right side of the broken line D in FIG. 20 is a region where the fractional band is 17% or less.
- the fractional band can be reliably set to 17% or less.
- FIG. 21 is a diagram showing a map of the fractional band with respect to Euler angles (0°, ⁇ , ⁇ ) of LiNbO 3 when d/p is brought as close to 0 as possible.
- the hatched areas in FIG. 21 are regions where a fractional band of at least 5% can be obtained, and the range of these regions can be approximated by the following equations (1), (2), and (3). ).
- the fractional band can be made sufficiently wide, which is preferable.
- the piezoelectric layer 2 is a lithium tantalate layer.
- FIG. 22 is a front sectional view of an acoustic wave device having an acoustic multilayer film.
- an acoustic multilayer film 82 is laminated on the second main surface 2b of the piezoelectric layer 2.
- the acoustic multilayer film 82 has a laminated structure of low acoustic impedance layers 82a, 82c, 82e with relatively low acoustic impedance and high acoustic impedance layers 82b, 82d with relatively high acoustic impedance.
- the bulk wave in the thickness shear mode can be confined within the piezoelectric layer 2 without using the cavity 9 in the acoustic wave device 1.
- the elastic wave device 81 by setting the above-mentioned d/p to 0.5 or less, resonance characteristics based on a bulk wave in the thickness shear mode can be obtained.
- the number of laminated low acoustic impedance layers 82a, 82c, 82e and high acoustic impedance layers 82b, 82d is not particularly limited. It is sufficient that at least one high acoustic impedance layer 82b, 82d is disposed farther from the piezoelectric layer 2 than the low acoustic impedance layer 82a, 82c, 82e.
- the low acoustic impedance layers 82a, 82c, 82e and the high acoustic impedance layers 82b, 82d can be made of any appropriate material as long as the above acoustic impedance relationship is satisfied.
- examples of the material for the low acoustic impedance layers 82a, 82c, and 82e include silicon oxide and silicon oxynitride.
- examples of the material for the high acoustic impedance layers 82b and 82d include alumina, silicon nitride, and metal.
- an acoustic multilayer film 82 shown in FIG. 22 may be provided as an acoustic reflection film between the support member and the piezoelectric layer.
- the support member and the piezoelectric layer may be arranged such that at least a portion of the support member and at least a portion of the piezoelectric layer face each other with the acoustic multilayer film 82 in between.
- low acoustic impedance layers and high acoustic impedance layers may be alternately laminated.
- the acoustic multilayer film 82 may be an acoustic reflection section in an elastic wave device.
- d/p is preferably 0.5 or less, and preferably 0.24 or less. is more preferable. Thereby, even better resonance characteristics can be obtained. Furthermore, in the excitation region of the elastic wave devices of the first to fifth embodiments that utilize thickness-shear mode bulk waves, MR ⁇ 1.75(d/p)+0.075 is satisfied as described above. is preferred. In this case, spurious components can be suppressed more reliably.
- the piezoelectric layer in the acoustic wave devices of the first to fifth embodiments that utilize thickness-shear mode bulk waves is preferably a lithium niobate layer or a lithium tantalate layer.
- the Euler angles ( ⁇ , ⁇ , ⁇ ) of lithium niobate or lithium tantalate constituting the piezoelectric layer are within the range of formula (1), formula (2), or formula (3) above. is preferred. In this case, the fractional band can be made sufficiently wide.
- Filter device 32 33...first and second signal terminals 80, 81...acoustic wave device 82...acoustic multilayer films 82a, 82c, 82e...low acoustic impedance layers 82b, 82d...high acoustic impedance layer 201...piezoelectric films 201a, 201b...th 1, second main surfaces 451, 452...first and second regions C...excitation regions Ea, Eb...first and second edge regions F...crossing regions Ga, Gb...first and second gap regions H ...Central region P1, P2...Parallel arm resonator S1, S2a, S2b, S3...Series arm resonator VP1...Virtual plane
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Surface Acoustic Wave Elements And Circuit Networks Thereof (AREA)
Abstract
不要波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10は、支持基板を含む支持部材と、支持部材上に設けられている圧電層14と、圧電層14上に設けられており、対向し合う1対のバスバー(第1,第2のバスバー26,27)と、複数の電極指(複数の第1,第2の電極指28,29)とを有するIDT電極11と、複数の電極指上に設けられている複数の質量付加膜17とを備える。支持部材及び圧電層14の積層方向に沿って見た平面視において、支持部材における、IDT電極11の少なくとも一部と重なる位置に音響反射部が設けられている。圧電層14の厚みをd、隣り合う電極指同士の中心間距離をpとした場合、d/pが0.5以下である。複数の電極指が延びる電極指延伸方向と直交する、電極指直交方向から見たときに、隣り合う電極指同士が重なり合っている領域が交叉領域Fである。交叉領域Fは、中央領域Hと、中央領域Hを電極指延伸方向において挟み互いに対向している第1のエッジ領域Ea及び第2のエッジ領域Ebとを含む。複数の質量付加膜17の少なくとも一部がそれぞれ、平面視において中央領域Hと重なっている。電極指直交方向に沿う質量付加膜17の寸法を質量付加膜17の幅としたときに、少なくとも1つの質量付加膜17の幅が、他の質量付加膜17の幅と異なる。
Description
本発明は、弾性波装置に関する。
従来、弾性波装置は、携帯電話機のフィルタなどに広く用いられている。近年においては、下記の特許文献1に記載のような、厚み滑りモードのバルク波を用いた弾性波装置が提案されている。この弾性波装置においては、支持体上に圧電層が設けられている。圧電層上に、対となる電極が設けられている。対となる電極は圧電層上において互いに対向しており、かつ互いに異なる電位に接続される。上記電極間に交流電圧を印加することにより、厚み滑りモードのバルク波を励振させている。
特許文献1に記載の弾性波装置においては、板波モード及びその高調波が強勢な不要波となる。そのため、フィルタ装置に当該弾性波装置を用いた場合には、フィルタ特性が劣化するおそれがある。
本発明の目的は、不要波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、支持基板を含む支持部材と、前記支持部材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おり、対向し合う1対のバスバーと、複数の電極指とを有するIDT電極と、前記複数の電極指上に設けられている複数の質量付加膜とを備え、前記支持部材及び前記圧電層の積層方向に沿って見た平面視において、前記支持部材における、前記IDT電極の少なくとも一部と重なる位置に音響反射部が設けられており、前記圧電層の厚みをd、隣り合う前記電極指同士の中心間距離をpとした場合、d/pが0.5以下であり、前記複数の電極指が延びる電極指延伸方向と直交する、電極指直交方向から見たときに、隣り合う前記電極指同士が重なり合っている領域が交叉領域であり、前記交叉領域が、中央領域と、前記中央領域を前記電極指延伸方向において挟み互いに対向している第1のエッジ領域及び第2のエッジ領域とを含み、前記複数の質量付加膜の少なくとも一部がそれぞれ、平面視において前記中央領域と重なっており、前記電極指直交方向に沿う前記質量付加膜の寸法を前記質量付加膜の幅としたときに、少なくとも1つの前記質量付加膜の前記幅が、他の前記質量付加膜の前記幅と異なる。
本発明によれば、不要波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模式的平面図である。図2は、図1中のI-I線に沿う模式的断面図である。
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16と、絶縁層15とを含む。支持基板16上に絶縁層15が設けられている。絶縁層15上に圧電層14が設けられている。もっとも、支持部材13は支持基板16のみにより構成されていてもよい。
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は互いに対向している。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側に位置している。
支持基板16の材料としては、例えば、シリコンなどの半導体や、酸化アルミニウムなどのセラミックスなどを用いることができる。絶縁層15の材料としては、酸化ケイ素または酸化タンタルなどの、適宜の誘電体を用いることができる。圧電層14は、例えば、LiNbO3層などのニオブ酸リチウム層またはLiTaO3層などのタンタル酸リチウム層である。
図2に示すように、絶縁層15に凹部が設けられている。絶縁層15上に、凹部を塞ぐように、圧電層14が設けられている。これにより、中空部が構成されている。この中空部が空洞部10aである。本実施形態では、支持部材13の一部及び圧電層14の一部が、空洞部10aを挟み互いに対向するように、支持部材13と圧電層14とが配置されている。もっとも、支持部材13における凹部は、絶縁層15及び支持基板16にわたり設けられていてもよい。あるいは、支持基板16のみに設けられた凹部が、絶縁層15により塞がれていてもよい。凹部は圧電層14に設けられていても構わない。なお、空洞部10aは、支持部材13に設けられた貫通孔であってもよい。
圧電層14の第1の主面14aには、IDT電極11が設けられている。平面視において、IDT電極11の少なくとも一部が、圧電性基板12の空洞部10aと重なっている。本明細書において平面視とは、図2における上方に相当する方向から、支持部材13及び圧電層14の積層方向に沿って見ることをいう。なお、図2においては、例えば、支持基板16側及び圧電層14側のうち、圧電層14側が上方である。
図1に示すように、IDT電極11は、1対のバスバーと、複数の電極指とを有する。1対のバスバーは、具体的には、第1のバスバー26及び第2のバスバー27である。第1のバスバー26及び第2のバスバー27は互いに対向している。複数の電極指は、具体的には、複数の第1の電極指28及び複数の第2の電極指29である。複数の第1の電極指28の一端はそれぞれ、第1のバスバー26に接続されている。複数の第2の電極指29の一端はそれぞれ、第2のバスバー27に接続されている。複数の第1の電極指28及び複数の第2の電極指29は互いに間挿し合っている。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。
以下においては、第1のバスバー26及び第2のバスバー27を、単にバスバーと記載することがある。第1の電極指28及び第2の電極指29を、単に電極指と記載することがある。各電極指は先端部及び基端部を有する。基端部は、電極指における、バスバーに接続されている部分である。複数の電極指が延びる方向を電極指延伸方向としたときに、電極指延伸方向において、基端部及び先端部が互いに対向している。
ここで、電極指延伸方向と直交する方向を電極指直交方向とする。なお、隣り合う電極指同士が互いに対向する方向を電極指対向方向としたときに、電極指対向方向は電極指直交方向と平行である。IDT電極11を電極指直交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は交叉領域Fである。交叉領域Fは、IDT電極11の構成に基づいて定義される、圧電層14の領域である。
交叉領域Fは、中央領域Hと、1対のエッジ領域とを有する。1対のエッジ領域は、電極指延伸方向において、中央領域Hを挟み互いに対向している。1対のエッジ領域は、具体的には、第1のエッジ領域Ea及び第2のエッジ領域Ebである。第1のエッジ領域Eaは第1のバスバー26側に位置している。第2のエッジ領域Ebは第2のバスバー27側に位置している。
交叉領域Fと1対のバスバーとの間に位置する領域は、1対のギャップ領域である。1対のギャップ領域は、具体的には、第1のギャップ領域Ga及び第2のギャップ領域Gbである。第1のギャップ領域Gaは、第1のバスバー26及び第1のエッジ領域Eaの間に位置している。第2のギャップ領域Gbは、第2のバスバー27及び第2のエッジ領域Ebの間に位置している。各ギャップ領域は、交叉領域Fと同様に、IDT電極11の構成に基づいて定義される、圧電層14の領域である。
本実施形態の弾性波装置10は、厚み滑りモードのバルク波を利用可能に構成された弾性波共振子である。より具体的には、弾性波装置10においては、圧電層14の厚みをd、隣り合う電極指同士の中心間距離をpとした場合、d/pが0.5以下である。これにより、厚み滑りモードのバルク波が好適に励振される。なお、電極指直交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り、かつ隣り合う電極指同士の中心間の領域が励振領域Cである。すなわち、交叉領域Fは、複数の励振領域Cを含む。各励振領域Cにおいて、厚み滑りモードのバルク波が励振される。
図2に示す空洞部10aは、本発明における音響反射部である。音響反射部により、弾性波のエネルギーを圧電層14側に効果的に閉じ込めることができる。音響反射部は、平面視において、支持部材における、IDT電極の少なくとも一部と重なる位置に設けられていればよい。例えば、支持部材の表面上に、音響反射部として、後述する、音響多層膜などの音響反射膜が設けられていてもよい。
図1に戻り、複数の電極指上に、複数の質量付加膜17が設けられている。より具体的には、本実施形態においては、全ての電極指上に1つずつ質量付加膜17が設けられている。質量付加膜17は、電極指の基端部側から先端部側にかけて、連続的に設けられている。
複数の質量付加膜17はそれぞれ、平面視において、交叉領域Fのみと重なっている。もっとも、複数の質量付加膜17は、平面視において、電極指延伸方向における、交叉領域Fよりも外側の領域と重なっていてもよい。複数の質量付加膜17の少なくとも一部がそれぞれ、平面視において中央領域Hと重なっていればよい。
質量付加膜17毎の幅は一定である。質量付加膜17の幅は、質量付加膜17の電極指直交方向に沿う寸法である。
質量付加膜17は酸化ケイ素からなる。本明細書において、ある部材がある材料からなるとは、弾性波装置の電気的特性が大きく劣化しない程度の微量な不純物が含まれる場合を含む。なお、質量付加膜17の材料は上記に限定されない。
本実施形態の特徴は、少なくとも1つの質量付加膜17の幅が、他の質量付加膜17の幅と異なることにある。それによって、不要波を抑制することができる。この効果を、本実施形態及び比較例を比較することにより、以下において具体的に示す。
比較例は、質量付加膜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。第1の実施形態及び比較例において、アドミッタンス周波数特性を比較した。
図3は、第1の実施形態及び比較例における、アドミッタンス周波数特性を示す図である。図4は、第1の実施形態及び比較例における、共振周波数よりも低域側においてのアドミッタンス周波数特性を示す図である。図5は、第1の実施形態及び比較例における、***振周波数よりも高域側においてのアドミッタンス周波数特性を示す図である。なお、図4及び図5はそれぞれ、図3中の一点鎖線により囲まれた部分付近の周波数域におけるアドミッタンス周波数特性を示す。
比較例では、図3中の一点鎖線により囲まれた周波数域付近において、不要波が生じている。不要波は、共振周波数よりも低域側の周波数域、及び***振周波数よりも高域側の周波数域において生じている。これらの不要波は、板波及びその高調波に起因する。図4及び図5に示すように、第1の実施形態においては、比較例よりも不要波が抑制されていることがわかる。
これは、図1に示すように、複数の質量付加膜17が、幅が互いに異なる複数の質量付加膜17を含むことによる。これにより、不要波が励振される周波数を分散させることができ、不要波の全体としての強度を小さくすることができる。
なお、質量付加膜17は、必ずしも全ての電極指上に設けられていなくともよい。複数の電極指は、質量付加膜17が設けられていない電極指を含んでいていもよい。もっとも、隣り合う電極指上にそれぞれ質量付加膜17が設けられており、かつ隣り合う電極指上に設けられている質量付加膜17同士の幅が互いに異なることが好ましい。全ての電極指上に質量付加膜17が設けられていることがより好ましい。それによって、不要波を効果的に抑制することができる。
質量付加膜17は、平面視において、交叉領域Fの電極指延伸方向における一方端部から他方端部にわたる全ての部分と重なっていることが好ましい。この場合には、不要波をより確実に抑制することができる。
第1の実施形態では、IDT電極11は、圧電層14の第1の主面14aに設けられている。もっとも、IDT電極11は、圧電層14の第1の主面14aまたは第2の主面14bに設けられていればよい。複数の質量付加膜17が、IDT電極11における複数の電極指上に設けられていればよい。IDT電極11が第2の主面14bに設けられている場合においても、第1の実施形態と同様に、不要波を抑制することができる。
上記のように、質量付加膜17は酸化ケイ素からなる。もっとも、質量付加膜17は、酸化ケイ素以外の誘電体からなっていてもよい。この場合、質量付加膜17の密度が、酸化ケイ素の密度よりも高いことが好ましい。具体的には、例えば、質量付加膜17が酸化タンタルなどからなることが好ましい。それによって、質量付加膜17の厚みを薄くすることができる。これにより、質量付加膜17の形状のばらつきを抑制することができる。
あるいは、質量付加膜17は適宜の金属からなっていてもよい。この場合にも、質量付加膜17の厚みを薄くすることができ、質量付加膜17の形状のばらつきを抑制することができる。
図1では、複数の質量付加膜17の幅が、2通りの幅である例を示している。もっとも、複数の質量付加膜17の幅は、3通り以上の幅であってもよい。
第1の実施形態においては、IDT電極11の各電極指の線幅は一定であり、全ての電極指の線幅は同じであり、かつ隣り合う電極指同士の中心間距離pは一定である。なお、電極指の線幅は、電極指の電極指直交方向に沿う寸法である。中心間距離pは、言い換えると、電極指ピッチである。もっとも、IDT電極11の構成は上記に限定されない。
以下において、IDT電極の構成のみが第1の実施形態と異なる、第2~第4の実施形態を示す。第2~第4の実施形態においても、第1の実施形態と同様に、少なくとも1つの質量付加膜の幅が、他の質量付加膜の幅と異なる。それによって、不要波を抑制することができる。
図6は、第2の実施形態に係る弾性波装置の模式的平面図である。
第2の実施形態では、IDT電極11Aにおいて、一部の中心間距離pが他の部分の中心間距離pと異なる。これにより、不要波が励振される周波数を効果的に分散させることができる。この場合、IDT電極11Aにおける、いずれの部分においても、d/p≦0.5が成立していればよい。
なお、IDT電極11Aにおいて、複数の部分の中心間距離pが、他の部分の中心間距離pと異なっていてもよい。例えば、IDT電極11Aにおいて、中心間距離pが互いに異なる複数の部分が、電極指直交方向において交互に並んでいてもよい。
図7は、第3の実施形態に係る弾性波装置の模式的平面図である。
第3の実施形態では、IDT電極11Bにおいて、複数の電極指の線幅が互いに異なる。より具体的には、第1の電極指28Bの線幅と、第2の電極指29Bの線幅とが互いに異なる。複数の第1の電極指28B同士においても、線幅が互いに異なる。一方で、複数の第2の電極指29B同士の線幅は同じである。もっとも、複数の第1の電極指28B同士の線幅が同じであってもよい。あるいは、複数の第2の電極指29B同士において、互いに線幅が異なっていてもよい。
なお、IDT電極11Bにおける少なくとも1本の電極指の線幅が、他の電極指の線幅と異なっていればよい。これにより、不要波が励振される周波数を効果的に分散させることができる。
図8は、第4の実施形態に係る弾性波装置の模式的平面図である。
第4の実施形態では、IDT電極11Cの各電極指の線幅が一定ではない。具体的には、各電極指の線幅が、基端部側から先端部側にかけて変化している。より具体的には、全ての第1の電極指28C及び全ての第2の電極指29Cの線幅は、基端部側から先端部側にかけて狭くなるように変化している。
なお、電極指の線幅の変化の態様は上記に限定されない。電極指の線幅は、基端部側から先端部側にかけて広くなるように変化していてもよい。あるいは、電極指は、基端部側から先端部側にかけて、線幅が狭くなるように変化している部分、及び基端部側から先端部側にかけて、線幅が広くなるように変化している部分の双方を含んでいてもよい。
IDT電極11Cにおける少なくとも1本の電極指の線幅が、基端部側から先端部側にかけて変化していればよい。これにより、不要波が励振される周波数を効果的に分散させることができる。
第2~第4の実施形態における構成はそれぞれ、本発明の他の実施形態における構成にも適用することができる。例えば、IDT電極は、第2~第4の実施形態のうち少なくとも1つの形態における構成を有していてもよい。
図9は、第5の実施形態に係る弾性波装置の模式的平面図である。
本実施形態は、各質量付加膜17が設けられている位置が、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。
より具体的には、各質量付加膜17は、平面視において、1対のバスバーが設けられている領域のうち少なくとも一方の領域、双方のギャップ領域、及び交叉領域Fと重なっている。
より詳細には、第1の電極指28上に設けられている質量付加膜17は、第1の電極指28上から第1のバスバー26上に至っている。第1の電極指28上に設けられている質量付加膜17は、第1の電極指28から圧電層14上にも至っている。該質量付加膜17の圧電層14上に直接的に設けられている部分が、平面視において、第2のギャップ領域Gbと重なっている。さらに、複数の第1の電極指28上に設けられている複数の質量付加膜17のうち少なくとも1つの質量付加膜17は、圧電層14上から第2のバスバー27上に至っている。他の少なくとも1つの質量付加膜17は、第2のバスバー27上には至っていない。
第2の電極指29上に設けられている質量付加膜17は、第2の電極指29上から第2のバスバー27上に至っている。第2の電極指29上に設けられている質量付加膜17は、第2の電極指29から圧電層14上にも至っている。該質量付加膜17の圧電層14上に直接的に設けられている部分が、平面視において、第1のギャップ領域Gaと重なっている。さらに、第2の電極指29上に設けられている質量付加膜17は、圧電層14上から第1のバスバー26上に至っている。もっとも、複数の第2の電極指29上に設けられている複数の質量付加膜17のうち少なくとも1つの質量付加膜17が、圧電層14上から第1のバスバー26上に至っていなくともよい。
なお、複数の質量付加膜17は、平面視において、バスバーが設けられている領域と重なっておらず、かつ1対のギャップ領域のうち、少なくとも一方のギャップ領域と重なっていてもよい。
本実施形態においても、第1の実施形態と同様に、少なくとも1つの質量付加膜17の幅が、他の質量付加膜17の幅と異なる。それによって、不要波を抑制することができる。
本発明に係る弾性波装置は、例えば、フィルタ装置に用いることができる。この例を、第6の実施形態により示す。
図10は、本発明の第6の実施形態に係るフィルタ装置の回路図である。
フィルタ装置30はラダー型フィルタである。フィルタ装置30は、第1の信号端子32及び第2の信号端子33と、複数の直列腕共振子及び複数の並列腕共振子とを有する。本実施形態においては、全ての直列腕共振子及び全ての並列腕共振子が弾性波共振子である。
第1の信号端子32及び第2の信号端子33は、例えば、電極パッドとして構成されていてもよく、あるいは、配線として構成されていてもよい。本実施形態においては、第1の信号端子32はアンテナ端子である。アンテナ端子はアンテナに接続される。
フィルタ装置30の複数の直列腕共振子は、具体的には、直列腕共振子S1、直列腕共振子S2a、直列腕共振子S2b及び直列腕共振子S3である。複数の並列腕共振子は、具体的には、並列腕共振子P1及び並列腕共振子P2である。
第1の信号端子32及び第2の信号端子33の間に、直列腕共振子S1、直列腕共振子S2a、直列腕共振子S2b及び直列腕共振子S3が互いに直列に接続されている。直列腕共振子S2a及び直列腕共振子S2bは、分割型の弾性波共振子である。より具体的には、直列腕共振子S2a及び直列腕共振子S2bは、直列分割された弾性波共振子である。
直列腕共振子S1及び直列腕共振子S2a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S2b及び直列腕共振子S3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。なお、フィルタ装置30の回路構成は上記に限定されない。
本実施形態においては、分割型の弾性波共振子のうち一方の弾性波共振子である直列腕共振子S2aが、本発明に係る弾性波装置である。分割型の弾性波共振子のうち他方の弾性波共振子である直列腕共振子S2bが、本発明における質量付加膜を有しない。直列腕共振子S2aにおいては、不要波を抑制することができる。それによって、フィルタ装置30におけるフィルタ特性の劣化を抑制することができる。加えて、複数の分割型の弾性波共振子に含まれる直列腕共振子S2bが、質量付加膜を有しない。それによって、フィルタ装置30において挿入損失が大きくなることを抑制できる。
フィルタ装置30は、複数の分割型の弾性波共振子を含んでいればよい。複数の分割型の弾性波共振子は、直列分割された複数の直列腕共振子であってもよく、並列分割された複数の直列腕共振子であってもよい。あるいは、複数の分割型の弾性波共振子は、直列分割された複数の並列腕共振子であってもよく、並列分割された複数の並列腕共振子であってもよい。
複数の分割型の弾性波共振子は、例えば、3つ以上に直列分割または並列分割された複数の弾性波共振子であってもよい。そして、複数の分割型の弾性波共振子のうち少なくとも1つが、本発明に係る弾性波装置であればよい。複数の分割型の弾性波共振子のうち他の少なくとも1つが、本発明における質量付加膜を有していなければよい。それによって、フィルタ装置30において、挿入損失が大きくなることを抑制でき、かつフィルタ特性の劣化を抑制することができる。
なお、フィルタ装置30における少なくとも1つの弾性波共振子が、本発明に係る弾性波装置であればよい。例えば、分割型の弾性波共振子以外の弾性波共振子のうち、少なくとも1つが、本発明に係る弾性波装置であってもよい。この場合においても、本発明に係る弾性波装置である弾性波共振子において、不要波を抑制することができる。それによって、フィルタ装置30におけるフィルタ特性の劣化を抑制することができる。
以下において、厚み滑りモードの詳細を説明する。なお、後述するIDT電極における「電極」は、本発明における電極指に相当する。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11(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11(b)は、圧電層上の電極構造を示す平面図であり、図12は、図11(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、1000nm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11(a)及び図11(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第1の電極指である。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第2の電極指である。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11(a)及び図11(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11(a)及び図11(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11(a)及び図11(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12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)や(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4kΩcm以上の高抵抗であることが望ましい。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3,4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。弾性波装置1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13(a)及び図13(b)を参照して説明する。
図13(a)は、日本公開特許公報 特開2012-257019号公報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13(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13(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14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14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。弾性波装置1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15は、図12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。
弾性波装置1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15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、弾性波装置1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16を参照して説明する。
図15に示した共振特性を得た弾性波装置と同様に、但しd/pを変化させ、複数の弾性波装置を得た。図16は、このd/p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16から明らかなように、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/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/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。
図17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17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。
弾性波装置1では、好ましくは、複数の電極3,4において、いずれかの隣り合う電極3,4が対向している方向に視たときに重なっている領域である励振領域Cに対する、上記隣り合う電極3,4のメタライゼーション比MRが、MR≦1.75(d/p)+0.075を満たすことが望ましい。その場合には、スプリアスを効果的に小さくすることができる。これを、図18及び図19を参照して説明する。図18は、上記弾性波装置1の共振特性の一例を示す参考図である。矢印Bで示すスプリアスが、共振周波数と***振周波数との間に現れている。なお、d/p=0.08として、かつLiNbO3のオイラー角(0°,0°,90°)とした。また、上記メタライゼーション比MR=0.35とした。
メタライゼーション比MRを、図11(b)を参照して説明する。図11(b)の電極構造において、1対の電極3,4に着目した場合、この1対の電極3,4のみが設けられるとする。この場合、一点鎖線で囲まれた部分が励振領域Cとなる。この励振領域Cとは、電極3と電極4とを、電極3,4の長さ方向と直交する方向すなわち対向方向に見たときに電極3における電極4と重なり合っている領域、電極4における電極3と重なり合っている領域、及び、電極3と電極4との間の領域における電極3と電極4とが重なり合っている領域である。そして、この励振領域Cの面積に対する、励振領域C内の電極3,4の面積が、メタライゼーション比MRとなる。すなわち、メタライゼーション比MRは、メタライゼーション部分の面積の励振領域Cの面積に対する比である。
なお、複数対の電極が設けられている場合、励振領域の面積の合計に対する全励振領域に含まれているメタライゼーション部分の割合をMRとすればよい。
図19は弾性波装置1の形態に従って、多数の弾性波共振子を構成した場合の比帯域と、スプリアスの大きさとしての180度で規格化されたスプリアスのインピーダンスの位相回転量との関係を示す図である。なお、比帯域については、圧電層の膜厚や電極の寸法を種々変更し、調整した。また、図19は、ZカットのLiNbO3からなる圧電層を用いた場合の結果であるが、他のカット角の圧電層を用いた場合においても、同様の傾向となる。
図19中の楕円Jで囲まれている領域では、スプリアスが1.0と大きくなっている。図19から明らかなように、比帯域が0.17を超えると、すなわち17%を超えると、スプリアスレベルが1以上の大きなスプリアスが、比帯域を構成するパラメータを変化させたとしても、通過帯域内に現れる。すなわち、図18に示す共振特性のように、矢印Bで示す大きなスプリアスが帯域内に現れる。よって、比帯域は17%以下であることが好ましい。この場合には、圧電層2の膜厚や電極3,4の寸法などを調整することにより、スプリアスを小さくすることができる。
図20は、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図である。上記弾性波装置において、d/2pと、MRが異なる様々な弾性波装置を構成し、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。
図21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。圧電層2がタンタル酸リチウム層である場合も同様である。
図22は、音響多層膜を有する弾性波装置の正面断面図である。
弾性波装置81では、圧電層2の第2の主面2bに音響多層膜82が積層されている。音響多層膜82は、音響インピーダンスが相対的に低い低音響インピーダンス層82a,82c,82eと、音響インピーダンスが相対的に高い高音響インピーダンス層82b,82dとの積層構造を有する。音響多層膜82を用いた場合、弾性波装置1における空洞部9を用いずとも、厚み滑りモードのバルク波を圧電層2内に閉じ込めることができる。弾性波装置81においても、上記d/pを0.5以下とすることにより、厚み滑りモードのバルク波に基づく共振特性を得ることができる。なお、音響多層膜82においては、その低音響インピーダンス層82a,82c,82e及び高音響インピーダンス層82b,82dの積層数は特に限定されない。低音響インピーダンス層82a,82c,82eよりも、少なくとも1層の高音響インピーダンス層82b,82dが圧電層2から遠い側に配置されておりさえすればよい。
上記低音響インピーダンス層82a,82c,82e及び高音響インピーダンス層82b,82dは、上記音響インピーダンスの関係を満たす限り、適宜の材料で構成することができる。例えば、低音響インピーダンス層82a,82c,82eの材料としては、酸化ケイ素または酸窒化ケイ素などを挙げることができる。また、高音響インピーダンス層82b,82dの材料としては、アルミナ、窒化ケイ素または金属などを挙げることができる。
第1~第5の実施形態の弾性波装置においては、例えば、支持部材及び圧電層の間に、音響反射膜としての、図22に示す音響多層膜82が設けられていてもよい。具体的には、支持部材の少なくとも一部及び圧電層の少なくとも一部が、音響多層膜82を挟み互いに対向するように、支持部材と圧電層とが配置されていてもよい。この場合、音響多層膜82において、低音響インピーダンス層と高音響インピーダンス層とが交互に積層されていればよい。音響多層膜82が、弾性波装置における音響反射部であってもよい。
厚み滑りモードのバルク波を利用する第1~第5の実施形態の弾性波装置においては、上記のように、d/pが0.5以下であることが好ましく、0.24以下であることがより好ましい。それによって、より一層良好な共振特性を得ることができる。さらに、厚み滑りモードのバルク波を利用する第1~第5の実施形態の弾性波装置における励振領域においては、上記のように、MR≦1.75(d/p)+0.075を満たすことが好ましい。この場合には、スプリアスをより確実に抑制することができる。
厚み滑りモードのバルク波を利用する第1~第5の実施形態の弾性波装置における圧電層は、ニオブ酸リチウム層またはタンタル酸リチウム層であることが好ましい。そして、該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、上記の式(1)、式(2)または式(3)の範囲にあることが好ましい。この場合、比帯域を十分に広くすることができる。
1…弾性波装置
2…圧電層
2a,2b…第1,第2の主面
3,4…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
10a…空洞部
11,11A~11C…IDT電極
12…圧電性基板
13…支持部材
14…圧電層
14a,14b…第1,第2の主面
15…絶縁層
16…支持基板
17…質量付加膜
26,27…第1,第2のバスバー
28,28B,28C…第1の電極指
29,29B,29C…第2の電極指
30…フィルタ装置
32,33…第1,第2の信号端子
80,81…弾性波装置
82…音響多層膜
82a,82c,82e…低音響インピーダンス層
82b,82d…高音響インピーダンス層
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
Ea,Eb…第1,第2のエッジ領域
F…交叉領域
Ga,Gb…第1,第2のギャップ領域
H…中央領域
P1,P2…並列腕共振子
S1,S2a,S2b,S3…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…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
10a…空洞部
11,11A~11C…IDT電極
12…圧電性基板
13…支持部材
14…圧電層
14a,14b…第1,第2の主面
15…絶縁層
16…支持基板
17…質量付加膜
26,27…第1,第2のバスバー
28,28B,28C…第1の電極指
29,29B,29C…第2の電極指
30…フィルタ装置
32,33…第1,第2の信号端子
80,81…弾性波装置
82…音響多層膜
82a,82c,82e…低音響インピーダンス層
82b,82d…高音響インピーダンス層
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
Ea,Eb…第1,第2のエッジ領域
F…交叉領域
Ga,Gb…第1,第2のギャップ領域
H…中央領域
P1,P2…並列腕共振子
S1,S2a,S2b,S3…直列腕共振子
VP1…仮想平面
Claims (16)
- 支持基板を含む支持部材と、
前記支持部材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おり、対向し合う1対のバスバーと、複数の電極指と、を有するIDT電極と、
前記複数の電極指上に設けられている複数の質量付加膜と、
を備え、
前記支持部材及び前記圧電層の積層方向に沿って見た平面視において、前記支持部材における、前記IDT電極の少なくとも一部と重なる位置に音響反射部が設けられており、
前記圧電層の厚みをd、隣り合う前記電極指同士の中心間距離をpとした場合、d/pが0.5以下であり、
前記複数の電極指が延びる電極指延伸方向と直交する、電極指直交方向から見たときに、隣り合う前記電極指同士が重なり合っている領域が交叉領域であり、前記交叉領域が、中央領域と、前記中央領域を前記電極指延伸方向において挟み互いに対向している第1のエッジ領域及び第2のエッジ領域と、を含み、前記複数の質量付加膜の少なくとも一部がそれぞれ、平面視において前記中央領域と重なっており、
前記電極指直交方向に沿う前記質量付加膜の寸法を前記質量付加膜の幅としたときに、少なくとも1つの前記質量付加膜の前記幅が、他の前記質量付加膜の前記幅と異なる、弾性波装置。 - 前記複数の質量付加膜が、隣り合う前記電極指上にそれぞれ設けられている前記質量付加膜を含み、
隣り合う前記電極指上に設けられている前記質量付加膜同士の前記幅が互いに異なる、請求項1に記載の弾性波装置。 - 前記質量付加膜が誘電体からなる、請求項1または2に記載の弾性波装置。
- 前記質量付加膜が酸化ケイ素からなる、請求項3に記載の弾性波装置。
- 前記質量付加膜の密度が、酸化ケイ素の密度よりも高い、請求項3に記載の弾性波装置。
- 前記質量付加膜が金属からなる、請求項1または2に記載の弾性波装置。
- 前記IDT電極において、少なくとも一部の前記中心間距離pが、他の部分の前記中心間距離pと異なる、請求項1~6のいずれか1項に記載の弾性波装置。
- 前記電極指直交方向に沿う前記電極指の寸法を前記電極指の線幅としたときに、少なくとも1本の前記電極指の前記線幅が、他の前記電極指の前記線幅と異なる、請求項1~7のいずれか1項に記載の弾性波装置。
- 前記複数の電極指がそれぞれ、前記バスバーに接続されている基端部、及び前記基端部と対向している先端部を有し、
前記電極指直交方向に沿う前記電極指の寸法を前記電極指の線幅としたときに、少なくとも1本の前記電極指の前記線幅が、前記基端部側から前記先端部側にかけて変化している、請求項1~8のいずれか1項に記載の弾性波装置。 - d/pが0.24以下である、請求項1~9のいずれか1項に記載の弾性波装置。
- 前記電極指直交方向から見たときに、隣り合う前記電極指同士が重なり合っている領域であり、かつ隣り合う前記電極指の前記電極指直交方向における中心間の領域が励振領域であり、
前記励振領域に対する、前記電極指のメタライゼーション比をMRとしたときに、MR≦1.75(d/p)+0.075を満たす、請求項1~10のいずれか1項に記載の弾性波装置。 - 前記圧電層が、タンタル酸リチウムまたはニオブ酸リチウムからなる、請求項1~11のいずれか1項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) - 前記音響反射部が、空洞部であり、前記支持部材の一部及び前記圧電層の一部が、前記空洞部を挟み互いに対向するように、前記支持部材と前記圧電層とが配置されている、請求項1~13のいずれか1項に記載の弾性波装置。
- 前記音響反射部が、相対的に音響インピーダンスが高い高音響インピーダンス層と、相対的に音響インピーダンスが低い低音響インピーダンス層と、を含む、音響反射膜であり、前記支持部材の少なくとも一部及び前記圧電層の少なくとも一部が、前記音響反射膜を挟み互いに対向するように、前記支持部材と前記圧電層とが配置されている、請求項1~13のいずれか1項に記載の弾性波装置。
- 分割型の弾性波共振子を含む複数の弾性波共振子を備え、
前記分割型の弾性波共振子のうち少なくとも1つが、請求項1~15のいずれか1項に記載の弾性波装置であり、他の少なくとも1つが、前記弾性波装置の前記質量付加膜を有しない弾性波共振子である、フィルタ装置。
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US202263324362P | 2022-03-28 | 2022-03-28 | |
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WO (1) | WO2023190370A1 (ja) |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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2023
- 2023-03-27 WO PCT/JP2023/012261 patent/WO2023190370A1/ja unknown
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