CN101213743B - 声边界波装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种声边界波装置(1)，其在石英基板(2)上至少形成IDT(4)、以覆盖IDT(4)的方式形成电介质(3)，在石英基板(2)和电介质(3)的边界传播声边界波，以SH型边界波的声速比在石英基板(2)中传播的慢横波及在电介质(3)中传播的慢横波的各声速低的方式设定IDT(4)的厚度，而且石英基板(2)的欧拉角处于图13中所示的附加了的斜线的范围内。从而能够使用廉价的石英基板，而且利用SH型声边界波，并能够提高机电耦合系数K2等物理性能及特性。

Description

声边界波装置
技术领域
本发明涉及利用在第一、第二介质之间的边界传播的声边界波的声边界波装置，具体说，是涉及第一介质是石英，第二介质是电介质的声边界波装置。 
背景技术
以往以来，在电视接收机、移动电话等各种各样的电子设备中，为了构成振荡器及带通滤波器，特性表面波装置被广泛使用。声表面波装置中，在压电基板上，至少形成一种IDT(交叉指型变换器)。作为该压电基板，使用LiTaO3基板或石英基板等。 
与使用LiTaO3基板的声表面波滤波器相比较，使用石英基板的声表面波滤波器适用于窄频带用途。因此，使用石英基板的声表面波谐振器目前被广泛地使用着。在这种声表面波谐振器中，在欧拉角为(0°，120°～140°，0°)、即，ST切割X传播的石英基板上，形成由Al构成的梳形电极，由此构成IDT。 
在声表面波谐振器中，虽说谐振频率和反谐振频率的差即频带宽度较窄是理想的，但是作为窄频带滤波器的谐振器，为了得到所期望的特性，理想的是具有一定程度的频带宽度。另外，在窄频带滤波器中，由于频带宽度窄，因此，通过频带相对应温度非常敏感。所以，最好能够减少通过频带的温度依赖性，目前，考虑这些要求，作为石英基板，使用ST切割X传播的石英基板。 
另外，声表面波谐振器的谐振频率和反谐振频率的差，与压电基板的机电耦合系数K2成比例，ST切割X传播的石英基板的机电耦合系数K2 约为0.14％。 
但是，由于在如上所述的声表面波谐振器中，必须激励声表面波，所以在形成于石英基板上的电极上必须设有不妨碍振动的空穴。因此，封装昂贵，而且不得不是大型的。还有，由封装产生的金属粉末等落在电极上， 可能会引起短路不良。 
对此，下述的专利文献1所述的声边界波装置中，由于利用在第一、第二介质之间传播的声边界波，因此能够实现封装小型化及低成本化，并且不必担心产生上述的短路不良。 
专利文献1所述的声边界波装置，在由Si系材料构成的第一基板上，形成有梳形电极，而且，以覆盖该梳形电极的方式贴合压电性的第二基板。这里，作为Si系基板，可以举出Si基板、非晶硅基板或者多晶硅基板等。另外，作为构成第二基板的压电材料，例如有LiNbO3、LiTaO3、石英等。而且，专利文献1中，通过利用作为声边界波的斯通利波(Stoneley waves)，能够实现封装的小型化及成本降低。 
另一方面，在下述的专利文献2中，表示了第一、第二介质中的一方由压电材料构成，另一方由压电材料或者非压电材料构成的声边界波装置。而且，暗示了其构成为在第一、第二介质之间，传播作为声边界波的SH波，即纯横边界波。作为上述压电材料，例如有钽酸锂、铌酸锂，及ST切割X传播的石英。 
另外，在下述的专利文献3中公开有在将压电体和电介质层积，在两者的界面上形成电极的声边界波装置中，将SH型声边界波的声速设定为比压电体中传播的慢横波的声速和电介质中传播的慢横波的声速低的声速，由此，使SH型声边界波能够传播。 
专利文献1：日本特开平10-84246号公报 
专利文献2：日本特表2003-512637号公报 
专利文献3：WO2004-070946 
如上所述，虽然专利文献1中公示了使用石英的声边界波装置，然而，在专利文献1中使用的声边界波是斯特利波。在使用斯特利波的情况下，难于得到像声表面波装置那样的较大的机电耦合系数，另外IDT及反射器的反射系数也难于达到足够大。所以，在专利文献1中所述的声边界波装置中，难于得到足够的频带宽度。 
另一方面，在专利文献2中，虽然提示了利用上述的SH型的声边界波，但是在专利文献2中没有对利用SH型声边界波的具体条件进行任何表示。 
如上所述，在专利文献3中，在将压电体和电介质层积的声边界波装置中，虽然示出了利用SH型声边界波的构成，但是作为整体，只不过表示了LiNbO3及LiTaO3等压电单晶。在使用LiNbO3及LiTaO3作为压电体、使用SiO3作为电介质时，能够得到声边界波装置的组延迟时间温度系数(TCD)小的条件。然而由于LiNbO3及LiTaO3本来的TCD较大，因此在声边界波装置的TCD中容易产生制造的参差不齐。由于在使用作为一方压电体的石英时石英的TCD较小，所以认为，能够减少声边界波装置的TCD的制造的离散。但是关于在利用使用石英的情况下利用SH型边界波方面的具体的构成，没有特别表示。 
发明内容
本发明是鉴于上述现有的技术状况而开发的，其目的在于提供一种声边界波装置，其不仅可以实现封装的小型化及低成本化，而且使用石英基板的构成，利用SH型的声边界波，机电耦合系数等各种物理性能及特性优越。 
根据本发明第一方面，提供一种声边界波装置，其特征在于，具有：石英基板、形成于所述石英基板上的IDT、以及以覆盖所述IDT的方式形成于所述石英基板上的电介质，在所述石英基板和所述电介质的边界传播声边界波，以所述声边界波的声速与在所述石英基板中传播的慢横波相比是低声速，而且与所述电介质中传播的慢横波相比为低声速的方式，设定所述IDT的厚度，所述石英基板的欧拉角，处于欧拉角(0°、θ、ψ)时的θ及ψ与机电耦合系数K2的关系中K2为0.08％以上的范围内，其中按照电介质由多晶Si构成、石英基板的厚度设为无限大、IDT由Au构成且其厚度设为0.07λ的条件，对所述石英基板的欧拉角进行种种变更而对在制造作为声边界波谐振器的所述声边界波装置时的机电耦合系数K2的变化进行计算，从而得到所述欧拉角(0°、θ、ψ)时的θ及ψ与机电耦合系数K2的关系。 
根据本发明第二方面，一种声边界波装置，其特征在于，具有：石英基板、形成于所述石英基板上的IDT、以及以覆盖所述IDT的方式形成于所述石英基板上的电介质，在所述石英基板和所述电介质的边界传播声边界波，以所述声边界波的声速与在所述石英基板中传播的慢横波相比是低声速，而且与所述电介质中传播的慢横波相比为低声速的方式，设定所述IDT的厚度，所述石英基板的欧拉角处于欧拉角(0°、θ、ψ)时的θ及ψ与频率温度系数TCF的关系中TCF比-15ppm/℃大的范围内，其中按照电介质由多晶Si构成、石英基板的厚度设为无限大、IDT由Au构成且其厚度设为0.07λ的条件，对所述石英基板的欧拉角进行种种变更而对在制造作为声边界波谐振器的所述声边界波装置时的机电耦合系数K2的变化进行计算，从而得到所述欧拉角(0°、θ、ψ)时的θ及ψ与频率温度系 数TCF的关系。 
根据本发明第三方面，提供一种声边界波装置，其特征在于，其有：石英基板、形成于所述石英基板上的IDT、以及以覆盖所述IDT的方式形成于所述石英基板上的电介质，在所述石英基板和所述电介质的边界传播声边界波，以所述声边界波的声速与在所述石英基板中传播的慢横波相比是低声速，而且与所述电介质中传播的慢横波相比为低声速的方式，设定所述IDT的厚度，所述石英基板的欧拉角处于欧拉角(0°、θ、ψ)时的θ及ψ与通量角PFA的关系中通量角PFA大于-6°而小于+6°的范围内，其中按照电介质由多晶Si构成、石英基板的厚度设为无限大、IDT由Au构成且其厚度设为0.07λ的条件，对所述石英基板的欧拉角进行种种变更而对在制造作为声边界波谐振器的所述声边界波装置时的机电耦合系数K2的变化进行计算，从而得到所述欧拉角(0°、θ、ψ)时的θ及ψ与通量角PFA的关系。 
在第一发明的某特定局面中，上述欧拉角处于图14中附加了斜线的范围内。 
在第一、第二发明的某特定方面，上述欧拉角处于图15中附加了斜线的范围内。 
根据第一～第三发明(以下统称为本发明)的某特定方面，以上述声边界波的声速比在上述石英中传播的慢横波的声速慢而且比在上述电介质中传播的慢横波的声速慢的方式，设定上述IDT的电极指的厚度及电极指的宽度。 
本发明中，上述IDT，由适宜的导电材料构成，在本发明的某特定方面，上述IDT从由Ni、Mo、Fe、Cu、W、Ag、Ta、Au及Pt构成的组中选择出至少一种金属而构成。 
在本发明的声边界波装置中，构成上述电介质膜的材料没有特别限定，但优选使用多晶硅或者非晶硅。 
另外，上述电介质不一定必须由硅系材料构成，可以由从氮化铝、玻璃、四硼酸锂、铌酸锂、钽酸锂、蓝宝石、氮化硅及铝构成的组中选择出的一种构成。 
根据发明的第一方面，由于在石英基板和电介质的界面上配置IDT，以声边界波的声速与在石英基板及电介质中传播的各个慢横波的声速相比成为低声速的方式决定IDT的厚度，使石英基板的欧拉角处于图13中附加了斜线的范围内，因此，可以提供使用与LiNbO3及LiTaO3相比廉价的石英而提供声边界波装置。所以，能够降低声边界波元件的成本。并且，可以提高作为声边界波而利用的SH型的边界波的机电耦合系数K2。由此，能够提供一种具有足够的频带宽度的声边界波装置。 
根据发明的第二方面，由于在石英基板和电介质的界面上配置IDT，以声边界波的声速与在石英基板和电介质中传播的慢横波相比是低声速 的方式，决定IDT的厚度，使石英基板的欧拉角处于图14中附加了斜线的范围内，因此，可以提供一种声边界波装置，其使用了比LiNbO3及LiTaO3廉价的石英且利用了SH型边界波。由此，能够降低声边界波元件的成本。并且，能够减小利用SH型边界波的组延迟时间温度系数TCD。还有，因为石英本身的TCD较小，因此也能够减小因TCD的校正引起的制造离散。 
根据发明的第三方面，由于在石英基板和电介质的界面上配置IDT，以声边界波的声速与在石英基板及电介质中传播的各个慢横波相比成为第声速的方式决定IDT的厚度，使石英基板的欧拉角处于图15中附加了斜线的范围内，因此，可以提供使用了比LiNbO3及LiTaO3廉价的石英且利用SH型边界波的声边界波装置。而且，由于欧拉角设定在上述特定的范围内，因此可以减小SH型边界波的通量角PFA。 
在第一发明中，在石英基板的欧拉角也位于图14中附加斜线的范围内的情况下，不仅可以增大机电耦合系数K2，而且还可以减小组延迟时间温度系数TCD。而且，由于石英本身的TCD较小，所以还能够减小因TCD的修正造成的制造的离散。 
在第一、第二发明中，在石英基板的欧拉角位于图15中附加了斜线的范围内的情况下，可以增大机电耦合系数K2而且减小通量角PFA。再有，在石英基板的欧拉角位于图13～15中附加了斜线的范围内的情况下，可以增大机电耦合系数K2，减小组延迟时间温度系数TCD及通量角PFA。并且，由于石英本身的TCD较小，所以能够减小因TCD的修正而造成的制造的离散。 
本发明中，在以声边界波的声速比在石英中传播的慢横波的声速慢而且比在电介质中传播的慢横波的声速慢的方式，设定IDT的厚度及线路宽度的情况下，可以藉此减少传播损失。 
在IDT由从Ni、Mo、Fe、Cu、W、Ag、Ta、Au及Pt所构成的组中选择出至少一种金属而构成的情况下，对其膜厚进行适宜地设定，即使声边界波的声速变得比石英及电介质的慢横波的声速慢，由此能够将声边界波无问题地进行激励。 
还有，在上述电介质由多晶硅或者非晶硅构成的情况下，能够提高机 电耦合系数K2，而且可以将表示能够减小组延迟时间温度系数TCD及通量角PFA的条件的欧拉角范围进行比较宽的设定。所以，可以容易地提供特性优良的声边界波装置。 
可以提供如下的声边界波装置：即在电介质膜由从氮化铝、玻璃、四硼酸锂、铌酸锂、钽酸锂、蓝宝石、氮化硅及氧化铝构成的组中选择出的一种构成的情况下，同使用多晶硅或者非晶硅的情况一样，能够增大机电耦合系数K2，使表示能够使组延迟时间温度系数TCD及通量角PFA变小的条件的欧拉角范围比较宽。 
附图说明
图1(a)及图1(b)是本发明的一实施方式的声边界波装置的示意性正面剖视图及示意性俯视剖视图。 
图2是表示实施方式的声边界装置的分析结果，并表示改变构成IDT的金属材料时的IDT的厚度和机电耦合系数K2的关系的图。 
图3是表示实施方式的声边界装置的分析结果，并表示改变构成IDT的金属材料时的IDT的厚度和频率温度系数TCF的关系的图。 
图4是表示实施方式的声边界装置的分析结果，并表示改变构成IDT的金属材料时的IDT的厚度和通量角PFA关系的图。 
图5是表示实施方式的声边界装置的分析结果，并表示改变构成IDT的金属材料时的IDT的厚度和SH型边界波的声速V的关系的图。 
图6是表示实施方式的声边界装置的分析结果，并表示变化构成IDT的金属材料时的IDT的厚度和传播损失α的关系的图。 
图7是表示本发明的实施方式中，改变电介质材料时的IDT的厚度和机电耦合系数K2的关系的图。 
图8是表示本发明的实施方式中，改变电介质材料时的IDT的厚度和机电耦合系数K2的关系的图。 
图9是表示本发明的实施方式中，改变电介质材料时的IDT的厚度和频率温度系数TCF的关系的图。 
图10是表示本发明的实施方式中，改变电介质材料时的IDT的厚度和通量角PFA的关系的图； 
图11是表示本发明的实施方式中，改变电介质材料时的IDT的厚度和SH型边界波的声速V的关系的图。 
图12是表示本发明的实施方式中，改变电介质材料时的IDT的厚度和传播损失α的关系的图。 
图13是表示在实施方式中，使用欧拉角(0°、θ、ψ)的石英基板时的θ及ψ与机电耦合系数K2的关系的图。 
图14是表示在实施方式中，使用欧拉角(0°、θ、ψ)的石英基板时的θ及ψ和频率温度系数TCF的关系的图。 
图15是表示在实施方式中，使用欧拉角(0°、θ、ψ)的石英基板时的θ及ψ和通量角PFA的关系的图。 
图16是表示在实施方式中，使用欧拉角(0°、θ、ψ)的石英基板时的θ及ψ和声速的关系的图； 
图17是表示在欧拉角(0°、127、和90°)的石英基板上，将金属及SiN层压的结构中的金属的厚度和反射系数的关系的图。 
图中：1～声边界波装置，2～石英基板，3～电介质，4～IDT，5、6～反射器。 
具体实施方式
下面，参照附图，对本发明的具体实施方式进行说明，由此使本发明明了化。 
图1(a)及图(b)是关于本发明的实施方式的声边界波装置的示意性正面剖视图及示意性俯视剖视图。 
本实施方式的声边界波装置1，具有石英基板2和由层积在石英基板2上的多晶硅构成的电介质3。在石英基板2和电介质3之间，形成如图1(b)示意性表示的电极构造。该电极构造具有IDT4和配置在IDT4的声边界波传播方向两侧的反射器5、6。IDT4及反射器5、6，由后述的金属构成。对IDT4，如图所示，实施交叉宽度加权，另外，也可以不对IDT实施加权。 
本实施方式的声边界波装置1是具有上述电极构造的单通道(ポ一ト)型声边界波谐振器。 
另外，在声边界波装置1中，以SH型声边界波的声速比在石英基板2中传播的慢横波的声速低的方式，而且以SH型声边界波的声速比在电介质3中传播的慢横波的声速低的方式，设定IDT4的厚度。为此，构成利用SH型的声边界波的声边界波装置1。 
在石英基板2那样的压电体和电介质3的界面上形成有IDT的结构中，通过使SH型声边界波的声速比在压电体及电介质中传播的各个慢横波的声速低，所以SH型声边界波能够在界面上传播，这在例如上述专利文献3等中已被公示。 
在上述声边界波装置1中，作为构成IDT4及反射器5、6的电极材料，求出在使用Ni、Mo、Fe、Cu、W、Ag、Ta、Au或者Pt时的、电极的厚度，与将SH型波作为主要成分的SH型边界波的声速、机电耦合系数K2、传播损失α及频率温度系数TCF之间的关系。其结果如图2～图6所示。另外，图2～图6所示的结果，按照以下条件根据文献(A method forestimating optimal cuts and propagation direction for excitation andpropagation direction for excitation of piezoelectric surface waves)(J.J.Campbell and W.R.Jones，IEEE Trans.Sonics and Ultrason.，vol.SU-15(1968)pp.207-217) 
(一种对用于激发压电表面波的最优截至和传播方向以及传播方向进行评价的方法)(J.J.Campbell and W.R.Jones，IEEE Trans.声学和超声学.卷SU-15(1968)pp.207-217) 
中所表示的方法计算而求出。 
计算条件 
电介质(SiN)/IDT/石英基板 
假设作为电介质的SiN的厚度无限大，石英基板的厚度也无限大。另外，假设石英基板的结晶方位为55°Y切割90°X传播欧拉角(0°，145°，90°)。 
旋转Y板X传播的石英基板中的纵波、快横波及慢横波的声速，分别为5799、4881及4139m/秒，在SiN中传播的纵波、慢横波的声速分别为10624及5973m/秒。 
还有，在开放边界的情况下，在石英基板和电极、电极和电介质的边 界中的位移、电位、电流密度的法线成分及上下方向的应力是连续的，假设石英基板和电介质的厚度无限大，再将电极的比电容率设定为1，求出声速和传播损失。另外，在边界短路的情况下，将石英基板和电极，电极和电介质的各个边界中的电位设定为0。另外，机电耦合系数K2通过下面所述的式(1)求得。另外，式(1)中，Vf为边界开放的声速，Vm为边界短路的声速。 
K2＝2|Vf-Vm|/Vf    …式(1) 
关于频率温度系数TCF，根据20℃、25℃、30℃的边界波的声速V〔20℃〕、V〔25℃〕及V〔30℃〕，通过下述的式(2)求得。 
TCF＝V〔25℃〕-1×{(V〔30℃〕-V〔20℃〕÷10℃)}-αs  …式(2) 
另外，关于组延迟时间温度系数TCD，通过下述的式(2A)求得。 
TCD＝-V〔25℃〕-1×{(V(30℃)-V(20℃)÷10℃}+αs  …式(2A) 
另外，ZAI式(2)及式(2A)中，αs为边界波传播方向上的石英基板的线膨胀系数。 
还有，石英基板的任意的欧拉角(，θ，ψ)中的通量角PFA，根据ψ-0.5°，ψ及ψ+0.5°中的边界波的声速，通过下式(3)求出。 
PFA＝tan-1{V〔ψ〕-1×(V〔ψ+0.5°〕-V〔ψ-0.5°〕)}    …式(3) 
图2是表示以上述方式求出的IDT的厚度和SH型边界波的机电耦合系数的关系的图。图3表示IDT的厚度和频率温度系数TCF的关系。图4表示IDT的厚度和通量角PFA的关系。图5表示IDT的厚度和SH型边界波的声速的关系。图6表示IDT的厚度和传播损失α的关系。 
由图5、图6可知，无论在使用上述的哪种金属时，都SH型边界波的声速成为上述纵波、快横波及慢横波中的最慢的波的声速即4139m/秒的方式，设定IDT的厚度，由此，SH型边界波的传播损失α为0，可知为低损失。作为一例，对使用由Au构成的IDT的情况进行说明。由图5可知，在使用由Au构成的IDT时，要使声速变为比4139m/秒更慢，只要将IDT的厚度设定为0.05λ以上即可。而且，由图6可知，IDT由Ni构成时，只要IDT的厚度在0.05λ以上，则传播损失α大致为0。另外，图5中的 SH型边界波的声速低于4139m/秒的各种金属的膜厚、和图6中的传播损失α逐渐减少达到大致为0的点的各种金属的膜厚完全不一致。这是因为，在设定了IDT的膜厚以使SH型边界波的声速低于石英的较快的横波的声速(4881m/秒)的时点，传播损失α急剧下降，因金属不同而显示接近0的值。优选传播损失α为0，因此更优选在图5中，以SH型边界波的声速低于4139m/秒的方式设定IDT的膜厚。特别是在图5中，即使不使SH型边界波的声速低于4139m/秒的区域，对于相对于IDT实际所使用的金属，在图6中，在传播损失α下降到实用上没问题的水平的范围内设定IDT的设计膜厚范围，并鉴于其他条件决定IDT的膜厚，由此能够得到特性优越的声边界波装置。 
这样，可知，即使在目前被认为在使用石英基板的声边界波装置中，不能够传播SH型边界波的石英基板的欧拉角内，也可以几乎不产生损失地传播SH型边界波。 
还有，将图2和图5进行比较可知，在以SH型边界波的声速比4139m/秒低的方式设定IDT的厚度时，即使为使用由任一金属构成的IDT的情况，也可以使机电耦合系数K2充分增大。 
另外，通过将图3、图4与图5进行比较，可知以SH型边界波的声速成为4139m/秒以下的方式设定IDT的厚度时，TCF及PFA也可以充分减小。 
由此，由图2～图6的结果可知，在上述实施方式中，不管构成IDT的金属材料是哪一种，只要以SH型边界波的声速是比在石英基板中传播的慢横波更低的声速，而且，比在SiN中传播的慢横波更低的声速的方式设定IDT的厚度，就可以使SH型边界波几乎无损失地进行传播，并且还能够得到充分大的机电耦合系数K2，可以使频率温度系数TCF及通量角PFA变小。 
图7～图12是表示除SiN以外，使用氮化铝(AlN)、玻璃(BGL)、四硼酸锂(LBA)、铌酸锂(LNK)、钽酸锂(LTK)、蓝宝石(SAPP)、多晶硅(SiP)、氧化锌(ZnO)或者氧化铝(Al2O3)时的IDT的厚度、和SH型边界波的声速、机电耦合系数K2、传播损失及频率温度系数TCF的关系。 
图7～图12所示的结果如下求出，即在石英基板/IDT/电介质的层积 结构中，将石英基板的厚度设定为无限大，将石英基板的切割角设定为与上述计算例一样，为55°Y切割90°X传播〔欧拉角(0°，145°，90°)〕，且将电介质的厚度设定为无限大。 
图7～图12所示的结果与求图2～图6所示的结果的情况同样进行计算而求出。 
上述石英基板的慢横波的声速如前所述为4139m/秒。另外，构成上述各个电介质的材料的慢横波的声速比4139m/秒快。所以，只要SH型边界波的声速比4139m/秒慢，就可以传播SH型边界波。换言之，在图11中，只要选择声速V为4139m/秒以下的IDT的厚度范围，就能够利用SH型边界波，而且，将图12和图11进行比较可以明了，即使在电介质的材料为各种不同的材料时，将IDT的厚度设定为SH型边界波能够传播的条件，即SH型边界波的声速V比4139m/秒慢的范围内时，传播损失α也大致成为0。而且可知，与图5及图6所示的计算结果的情况一样，即使在以SiN以外的材料作为电介质的情况下，通过以SH型边界波的声速比4139m/秒慢的方式设定IDT的厚度，也可以使SH型边界波几乎无损失地进行传播。 
另外，在以这样的方式设定IDT的厚度时，由图7所示可知，能够使SH型边界波的机电耦合系数K2充分大。例如，作为电介质，在使用AlN的情况下，由图12可知，通过将IDT的厚度设定为在0.02λ以上，则可以使得SH型边界波的损失大致为0，此时，由图7可知，能够使机电耦合系数K2在0.05以上。 
由图7～图12可知，即使在将电介质的材料变更为SiN以外的其他材料的情况下，同样地，可以得到足够大的机电耦合系数K2。 
由图2～图6及图7～图12的结果可知，即使在将构成IDT的材料及构成电介质的材料进行了种种变更的情况下，在使用欧拉角(0°，145°，90°)的石英基板时，通过以SH型边界波的声速为4139m/秒以下的方式设定IDT的厚度，则可以实现足够大的机电耦合系数、较小的频率温度系数TCF及PFA。 
接着，将石英基板2的欧拉角进行种种变更，计算在制造作为声边界波谐振器的声边界波装置1时的机电耦合系数K2、频率温度系数TCF、 功率流角PFA及SH型边界波的声速V的变化。其结果如图13～图16所示。 
另外，有关条件如下。 
结构：电介质2由多晶Si构成。对于石英基板，将欧拉角进行种种变更，其厚度设为无限大。 
IDT由Au形成，其厚度设为0.07λ。 
另外，在利用图1所示的声边界波装置1制造振荡器时，机电耦合系数K2越大越容易形成振荡。根据本专利发明者的确认，如果机电系数结合K2比0.08％小，则振荡形成困难。 
所以可知，通过使石英基板的欧拉角(0°，θ，ψ)中的θ，ψ处在图13所示的附加了斜线的区域内，能够使机电系数K2达到0.08％以上，用声边界波装置1可以良好地形成振荡。 
另外，就在该电介质传播的横波的而言，组延迟时间温度系数TCD为正值。另一方面，就石英而言，组延迟时间温度系数TCD为负值。如果将横波的声速的声速温度系数设为TCVs、将SH型边界波的传播方向上的材料的线膨胀系数设为αs，则组延迟温度系数TCD用下式表示。 
TCD＝αs-TCVs    …式(4) 
在具有电介质/IDT/石英基板的结构的声边界波装置中，在厚度为100λ左右的石英基板上，通过光刻法形成IDT，用喷镀法等堆积法将电介质形成为充分封闭了振动的厚度，例如0.8λ左右的厚度时，式(4)中，作为线膨胀系数αs，电介质的线膨胀系数可以忽略，石英基板的线膨胀系数成为支配性的。在横波成分支配的SH型声边界波中，声边界波的组延迟时间温度系数TCD成为电介质和石英基板的横波的声速之间的值。在声边界波装置中使用的电介质材料的声速温度系数TCVs，按照-10～-40ppm/℃大小分布。在求出图13～图16所示的结果时所使用的多晶硅的TCVs约为-25ppm/℃。 
所以可知，在图13～图16中，TCV比+15小(TCF比-15大。因为多晶硅的TCVs为-25，因此形成差值+10，在和TCV＝-10的电介质组合时估计TCD＝0)的石英的切割角，通过将声速温度系数TCV和负的电介质这，可以得到组延迟时间温度系数TCD大致为0的声边界波装置。 所以可知，在图14中，只要使用TCF比-15ppm/℃大的区域，即图14的用斜线表示的区域内的欧拉角的石英基板，则能够提供组延迟时间温度系数TCD大致为0的声边界波装置。 
所谓通量角PFA，就是表示声边界波的相位速度的方向和声边界波的能量进入的群速度的方向的差异的角度。如果通量角PFA变大，就必须使IDT与通量角一致而倾斜地配置，使电极设计变复杂。因此，在声边界波中，理想的是其通量角PFA较小。 
而且可知，只要该通量角PFA的值在±6°以下，则由上述角度偏差造成的损失可明显减小。所以，只要在图5所示的附加了斜线的区域内，则可以使通量角PFA大于-6°、小于+6°，由此，能够有效地抑制上述损失。 
另外，图13～图16表示IDT为Au时的结果，即使在IDT的电极材料的种类变化时，总之作为机电耦合系数等的绝对值，本申请发明人确认具有与图13～图16同样的倾向。例如，使用Cu形成IDT时，确认等高线的分布本身与图13～图16中表示的等高线分布是同样的。 
另外，本发明不限于图1(a)、(b)所示的声边界波谐振器，其能够广泛适用于使用阶梯型滤波器、纵耦合谐振器型滤波器、横耦合谐振器型滤波器、横向型滤波器、声边界波光开关、声边界波光滤波器等各种各样的声边界波的装置。 
在使用石英基板的窄频带的声表面波滤波器，特别是谐振器型声表面波滤波器和阶梯型声表面波滤波器中，为了得到足够大的衰减量，电极的反射系数必须要大。在石英基板的表面波滤波器中，通常使用由Al构成的电极，其厚度在将表面波的波长设为λ时为0.7λ以上，此时的电极指平均一根的反射系数约为0.08。 
与此相对，本发明中，将SiN的膜厚设为λ，IDT的电极指平均一根的反射系数如图17所示。即，图17是表示由各种各样的电极形成IDT时的构成电极的金属的厚度和反射系数的关系的图。由图17可知，在使用Cu时，只要厚度在0.07λ以上，其反射系数则可达到0.08以上。另外，在使用其他的金属的情况下，反射系数在图示的范围内，全部在0.08以上。 
所以，能够确实地得到充分大的衰减量。 
还有，含有IDT的各种电极，可以通过上述各种金属形成，但电极也可以具有进一步层积其他的电极层的结构。即，为了提高密合性和耐电性，也可以将由Ti、Cr、NiCr、Ni等构成的薄的层进行层积而成。将这样层积而成的薄电极层配置在与电介质的界面、和/或与石英基板的界面上，或配置在多个金属层之间，由此能够提高密接性和耐电性等。 
再有，关于IDT的厚度的设定，在石英基板上形成用于构成IDT的金属膜后，用逆溅射法、离子束研磨法、RIE或者蚀刻法等各种方法则能够容易地进行调整。 
另外，在本发明的声边界波装置中，也可以在和上述电介质的石英基板相反侧的面上还层积与电介质不同的电介质。 
另外，在由石英基板/IDT/电介质构成的结构的外侧，为了提高声边界波装置的强度，或者为了防止腐蚀性气体的进入，也可以形成保护层。作为保护层，可以使用聚亚胺、环氧树脂、氧化钛、氮化铝、氧化铝等适宜的绝缘性材料，或者使用Au、Al及W等金属膜。另外，根据情况，本发明的声边界波装置也可以封入封装内。 
另外，在本说明书中，所谓欧拉角、结晶轴及等价的欧拉角，其意义如下所述。 
欧拉角 
在本说明书中，表示基板的切断面和边界波的传播方向的欧拉角( 
Figure DEST_PATH_G22593162150138000D000051
，θ，ψ)，使用文献(声波元件技术手册)(日本学术振兴会声波元技术第150委员会、第一版第一次印刷、平成3年11月30日发行、第549页)记载的右手系欧拉角。也就是说，对于石英的结晶轴X，Y，Z，以Z轴为轴使X轴绕逆时针旋转 
Figure DEST_PATH_G22593162150138000D000052
而得到Xa轴。接着，以Xa轴为轴使Z轴绕逆时针旋转θ而得到Z′轴。将包含Xa轴、以Z′轴作为法线的面作为基板的切断面。而且，将以Z′轴为轴使Xa轴绕逆时针旋转ψ的轴X′方向作为表面波的传播方向。另外，将Y轴通过上述旋转进行移动所得到的与X′轴和Z′轴垂直的轴作为Y′轴。 
结晶轴 
再有，作为欧拉角的初始值而赋予的石英的结晶轴X，Y，Z，将Z轴设定为与c轴平行，将X轴设定为与等价的三个方向的a轴中的任意一 个平行，Y轴作为包含X轴和Z轴的面的法线方向。 
等价的欧拉角 
另外，本发明中的石英基板的欧拉角(
Figure 2006800241482_3
，θ，ψ)可以为结晶学上的等价。例如，根据文献(日本音响学会杂志第36卷)第3号，1980年，第140～150页)，由于是属于三方晶系3m点组的结晶，因此下述的公式(100)成立。 
F(φ，θ，ψ)＝F(60°-φ，-θ，ψ) 
＝F(60°+φ，-θ，180°-ψ) 
＝F(φ，180°+θ，180°-ψ) 
＝F(φ，θ，180°+ψ)    …式〔100〕 
这里，F为机电耦合系数K2、传播损失、TCF、PFA、自然方向性等任意的表面波特性。PFA或自然方向性是指，例如将传播方向正负反转时，因为虽然符号改变，但其绝对量相同，因此认为实际上是等价的，石英是属于32点组的石英，因此，公式(100)成立。 
例如，欧拉角(30°，θ，+ψ)的表面波传播特性和欧拉角(90°，180°-θ，180°-ψ)的表面波传播特性等价。另外，例如，欧拉角(30°，90°，45°)的表面波传播特性和表1所示的欧拉角的表面波传播特性等价。 
在基板表面上形成压电膜时，不严格如式〔100〕那样，也可得到实用上没有问题的程度同等的表面波传播特性。 
〔表1〕 
[表1] 
    φ(°)     θ(°)     ψ(°)
    30     90     225
    30     270     135
    30     270     315
    90     90     135
    90     90     315
    90     270     45
    90     270     225
    150     90     45
    150     90     225
    150     270     135
    150     270     315
    210     90     135
    210     90     315
    210     270     45
    210     270     225
    270     90     45
    270     90     225
    270     270     135
    270     270     315
    330     90     135
    330     90     315
    330     270     45
    330     270     225

Claims (9)

1.一种声边界波装置，其特征在于，
具有：石英基板、形成于所述石英基板上的IDT、以及以覆盖所述IDT的方式形成于所述石英基板上的电介质，在所述石英基板和所述电介质的边界传播声边界波，
以所述声边界波的声速与在所述石英基板中传播的慢横波相比是低声速，而且与所述电介质中传播的慢横波相比为低声速的方式，设定所述IDT的厚度，
所述石英基板的欧拉角，处于欧拉角(0°、θ、ψ)时的θ及ψ与机电耦合系数K2的关系中K2为0.08％以上的范围内，其中按照电介质由多晶Si构成、石英基板的厚度设为无限大、IDT由Au构成且其厚度设为0.07λ的条件，对所述石英基板的欧拉角进行种种变更而对在制造作为声边界波谐振器的所述声边界波装置时的机电耦合系数K2的变化进行计算，从而得到所述欧拉角(0°、θ、ψ)时的θ及ψ与机电耦合系数K2的关系。
2.一种声边界波装置，其特征在于，
具有：石英基板、形成于所述石英基板上的IDT、以及以覆盖所述IDT的方式形成于所述石英基板上的电介质，在所述石英基板和所述电介质的边界传播声边界波，
以所述声边界波的声速与在所述石英基板中传播的慢横波相比是低声速，而且与所述电介质中传播的慢横波相比为低声速的方式，设定所述IDT的厚度，
所述石英基板的欧拉角处于欧拉角(0°、θ、ψ)时的θ及ψ与频率温度系数TCF的关系中TCF比-15ppm/℃大的范围内，其中按照电介质由多晶Si构成、石英基板的厚度设为无限大、IDT由Au构成且其厚度设为0.07λ的条件，对所述石英基板的欧拉角进行种种变更而对在制造作为声边界波谐振器的所述声边界波装置时的频率温度系数TCF的变化进行计算，从而得到所述欧拉角(0°、θ、ψ)时的θ及ψ与频率温度系数TCF的关系。
3.一种声边界波装置，其特征在于，
其有：石英基板、形成于所述石英基板上的IDT、以及以覆盖所述IDT的方式形成于所述石英基板上的电介质，在所述石英基板和所述电介质的边界传播声边界波，
以所述声边界波的声速与在所述石英基板中传播的慢横波相比是低声速，而且与所述电介质中传播的慢横波相比为低声速的方式，设定所述IDT的厚度，
所述石英基板的欧拉角处于欧拉角(0°、θ、ψ)时的θ及ψ与通量角PFA的关系中通量角PFA大于-6°而小于+6°的范围内，其中按照电介质由多晶Si构成、石英基板的厚度设为无限大、IDT由Au构成且其厚度设为0.07λ的条件，对所述石英基板的欧拉角进行种种变更而对在制造作为声边界波谐振器的所述声边界波装置时的通量角PFA的变化进行计算，从而得到所述欧拉角(0°、θ、ψ)时的θ及ψ与通量角PFA的关系。
4.如权利要求1所述的声边界波装置，其特征在于，
所述欧拉角处于欧拉角(0°、θ、ψ)时的θ及ψ与频率温度系数TCF的关系中TCF比-15ppm/℃大的范围内，其中按照电介质由多晶Si构成、石英基板的厚度设为无限大、IDT由Au构成且其厚度设为0.07λ的条件，对所述石英基板的欧拉角进行种种变更而对在制造作为声边界波谐振器的所述声边界波装置时的频率温度系数TCF的变化进行计算，从而得到所述欧拉角(0°、θ、ψ)时的θ及ψ与频率温度系数TCF的关系。
5.如权利要求1、2或4中任一项所述的声边界波装置，其特征在于，
所述欧拉角处于欧拉角(0°、θ、ψ)时的θ及ψ与通量角PFA的关系中通量角PFA大于-6°而小于+6°的范围内，其中按照电介质由多晶Si构成、石英基板的厚度设为无限大、IDT由Au构成且其厚度设为0.07λ的条件，对所述石英基板的欧拉角进行种种变更而对在制造作为声边界波谐振器的所述声边界波装置时的通量角PFA的变化进行计算，从而得到所述欧拉角(0°、θ、ψ)时的θ及ψ与通量角PFA的关系。
6.如权利要求1～4中任一项所述的声边界波装置，其特征在于，
以所述声边界波的声速比在所述石英中传播的慢横波的声速慢而且比在所述电介质中传播的慢横波的声速慢的方式，设定所述IDT的电极指的厚度及电极指的宽度。
7.如权利要求1～4中任一项所述的声边界波装置，其特征在于，
所述IDT，使用将从由Ni、Mo、Fe、Cu、W、Ag、Ta、Au及Pt构成的组中选择出至少一种金属作为主要成分而包含的IDT电极，而构成。
8.如权利要求1～4中任一项所述的声边界波装置，其特征在于，
所述电介质由多晶硅或者非晶硅构成。
9.如权利要求1～4中任一项所述的声边界波装置，其特征在于，
所述电介质由从氮化铝、玻璃、四硼酸锂、铌酸锂、钽酸锂、蓝宝石、氮化硅及氧化铝构成的组中选择出的一种构成。
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