CN101379699B

CN101379699B - 声表面波谐振器及使用该声表面波谐振器的声表面波滤波器以及天线共用器

Info

Publication number: CN101379699B
Application number: CN2007800046075A
Authority: CN
Inventors: 中村弘幸; 中西秀和; 岩崎行绪; 松波贤; 鹤成哲也
Original assignee: 松下电器产业株式会社
Current assignee: Japan Industrial Co Ltd
Priority date: 2006-12-27
Filing date: 2007-12-14
Publication date: 2012-04-11
Anticipated expiration: 2027-12-14
Also published as: CN101379699A; WO2008078573A1; US7965155B2; US20100219905A1; JP2011019249A; KR100963341B1; EP1962424A1; EP1962424A4; JP5012977B2; JP4569699B2; JPWO2008078573A1; KR20080077609A

Abstract

本发明提供一种因改善声表面波的横向泄漏，而寄生小且特性优良的声表面波谐振器。本发明的声表面波滤波器在压电衬底上形成有梳状电极与反射器电极，且在梳状电极与反射器电极上形成有SiO₂薄膜。梳状电极包含汇流条电极区域、虚设电极区域及交叉区域，而且梳状电极的汇流条电极区域上部成为SiO₂薄膜被除去的状态。

Description

声表面波谐振器及使用该声表面波谐振器的声表面波滤波器以及天线共用器

技术领域

本发明涉及一种声表面波谐振器、及使用该声表面波谐振器的声表面波滤波器、以及天线共用器。

背景技术

目前，为了实现具有宽频带特性的声表面波滤波器，例如使用铌酸锂(LiNbO₃)衬底等机电耦合系数较大的压电衬底。然而，使用此种衬底的声表面波滤波器，一般来说具有温度特性差的缺点。为了改善温度特性，提出有如下结构：在LiNbO₃衬底上形成SiO₂薄膜层，并且将所述LiNbO₃衬底的旋转Y切割(Y-cut)的切割角设为-10度～+30度，将所述薄膜层的膜厚尺寸设为H，将所述声表面波的工作中心频率的波长设为λ时，使H/λ值为0.115～0.31(例如，专利文献1)。

可通过梯形连接在这种衬底上形成的声表面波谐振器，来构成具有宽频带特性的声表面波滤波器。而且，在使用此种衬底的情况下，可能会产生横模寄生。一般来说，为了抑制此寄生而使用对梳状电极进行加权的方法。

图15A是表示现有的声表面波谐振器结构的俯视图。图15B是图15A的15B-15B局部剖面图。在压电衬底1201上形成有梳状电极1202与反射器电极1203，并在梳状电极1202与反射器电极1203上形成有SiO₂薄膜1204。此处，为了抑制横模寄生，而对梳状电极1202实施变迹加权。

然而，此声表面波谐振器中存在着如下问题：由声表面波谐振器中的音速引起的声表面波的横向泄漏，会使声表面波谐振器的特性劣化。而且，在使用此种声表面波谐振器来构成声表面波滤波器时，也存在声表面波滤波器的插入损耗及衰减特性劣化的问题。

专利文献1：日本专利特开2003-209458号公报

发明内容

本发明为了解决现有问题，提供一种因改善声表面波泄漏而特性优良的声表面波谐振器。而且，提供一种使用这种声表面波谐振器的声表面波滤波器、及天线共用器。本发明是具备由铌酸锂构成的衬底、设置在所述衬底的上表面的梳状电极、及覆盖所述梳状电极的电介质薄膜的声表面波谐振器。梳状电极包含汇流条电极区域、虚设电极区域、及交叉区域，在汇流条电极区域或虚设电极区域中的任一个区域的上部，所述电介质薄膜厚度小于所述交叉区域上部的电介质薄膜厚度。本发明具有能够实现通过此结构，改善声表面波横向泄漏且特性优良的声表面波谐振器的效果。而且，通过使用这种声表面波谐振器，构成声表面波滤波器、天线共用器，从而可实现具有优良特性的声表面波滤波器、天线共用器。

附图说明

图1A是表示实施方式1的声表面波谐振器结构的俯视图。

图1B是表示实施方式1的声表面波谐振器结构的剖面图。

图2是实施方式1的声表面波谐振器的通过特性图。

图3A是表示实施方式1的声表面波谐振器的其它结构的俯视图。

图3B是表示实施方式1的声表面波谐振器的其它结构的剖面图。

图4是实施方式1的声表面波谐振器的通过特性图。

图5A是表示实施方式1的声表面波谐振器的其它结构的俯视图。

图5B是表示实施方式1的声表面波谐振器的其它结构的剖面图。

图6A是表示实施方式2的声表面波谐振器结构的俯视图。

图6B是表示实施方式2的声表面波谐振器结构的剖面图。

图7A是实施方式2的声表面波谐振器的通过特性图。

图7B是实施方式2的声表面波谐振器的通过特性图。

图8A是表示实施方式2的用来进行比较的声表面波谐振器结构的俯视图。

图8B是表示实施方式2的用来进行比较的声表面波谐振器结构的剖面图。

图9A是实施方式2的用来进行比较的通过特性图。

图9B是实施方式2的用来进行比较的通过特性图。

图10是表示实施方式3的声表面波滤波器的电路图。

图11A是表示实施方式2的声表面波谐振器结构的俯视图。

图11B是表示实施方式2的声表面波谐振器结构的剖面图。

图12A是表示实施方式2的用来进行比较的声表面波谐振器结构的俯视图。

图12B是表示实施方式2的用来进行比较的声表面波谐振器结构的剖面图。

图13是实施方式2的声表面波谐振器的通过特性图。

图14是实施方式2的用来进行比较的声表面波谐振器的通过特性图。

图15A是表示现有的声表面波谐振器结构的俯视图。

图15B是表示现有的声表面波谐振器结构的剖面图。

图16是现有的声表面波谐振器的通过特性图。

附图标记说明

101 压电衬底

102 梳状电极

103 反射器电极

104 SiO₂薄膜

105 汇流条电极区域

106 虚设电极区域

107 交叉区域

701 压电衬底

702 梳状电极

703 反射器电极

704 SiO₂薄膜

705 汇流条电极区域

706 虚设电极区域

707 交叉区域

708 虚设电极加权

1001 横模寄生

1101 声表面波谐振器

1102 声表面波谐振器

1103 声表面波谐振器

1104 声表面波谐振器

1105 声表面波谐振器

1106 声表面波谐振器

1201 压电衬底

1202 梳状电极

1203 反射器电极

1204 SiO₂薄膜

具体实施方式

以下一面参见附图一面说明本发明的实施方式。

(实施方式1)

图1A是表示实施方式1的声表面波谐振器结构的俯视图。图1B是图1A的1B-1B剖面图。在压电衬底101上形成有梳状电极102与反射器电极103，在梳状电极102与反射器电极103上形成有SiO₂薄膜104。梳状电极102包含汇流条电极区域105、虚设电极区域106及交叉区域107。为了抑制横模寄生而对梳状电极102实施变迹加权。此处，虚设电极区域106表示梳状电极102中的虚设电极的最小长度区域，交叉区域107表示梳状电极102进行交叉的最大长度区域。进而，在梳状电极102的汇流条电极区域105的上部去除SiO₂薄膜104后使电极露出。即，SiO₂薄膜104的厚度为零。

这种声表面波谐振器的相对频率的通过特性示于图2。而且，为了加以比较，图15A、图15B中所示现有的声表面波谐振器的通过特性示于图16。此处，使用切割角为5度的旋转Y切割LiNbO₃衬底来作为压电衬底101，而电极使用以Al为主成分的材料。而且，电极与SiO₂薄膜104的膜厚以由波长标准化的值表示，分别为8％、20％。如图2与图16所示，本发明的声表面波谐振器的最大衰减量为-21dB，现有的声表面波谐振器的最大衰减量为-19dB。即，本发明的声表面波谐振器的特性得到改善。而且，关于反谐振点的Q值，本发明的声表面波谐振器中Q值为230，而现有的声表面波谐振器中Q值为194。作为谐振器特性得到了改善。可认为谐振器特性能够得到改善的原因在于，去除汇流条电极区域105上部的SiO₂薄膜104而使电极露出，由此可使声表面波谐振器的声表面波的汇流条电极区域105的音速大于交叉区域107的音速，因此可抑制声表面波向横向、即向汇流条电极方向的泄漏，因此封闭性变佳。

如以上所说明那样，本发明的声表面波谐振器可通过去除梳状电极102中的汇流条电极区域105上部的SiO₂薄膜104，来改善声表面波谐振器的特性，可实现优良的声表面波谐振器。

作为去除SiO₂薄膜的方法，可在SiO₂薄膜成膜之后进行蚀刻，另外还可在SiO₂薄膜成膜之前，预先遮蔽梳状电极102中的汇流条电极区域105的上部，使SiO₂薄膜成为非形成状态。

另外，本实施方式中，对梳状电极102中去除汇流条电极区域105上部的SiO₂薄膜104的结构进行了说明，但也可成为如图3A、图3B所示的结构。图3A是表示实施方式1的声表面波谐振器的其它结构的俯视图。图3B是图3A的3B-B剖面图。与图1的结构不同之处在于，去除了声表面波谐振器的梳状电极102的虚设电极区域106上部的SiO₂薄膜104。这种声表面波谐振器的通过特性示于图4。图4中，最大衰减量进一步改善为-23dB。而且，反谐振点的Q值为245，得到了提高。这样，通过去除虚设电极区域106的SiO₂薄膜104，可进一步改善声表面波谐振器的特性。

另外，本实施方式中，对完全去除梳状电极102中的汇流条电极区域105及虚设电极区域106上部的SiO₂薄膜104的结构进行了说明，但并不限于此结构，可为所述结构中的任一结构。而且，也可以是如图5A所示的声表面波谐振器的结构。图5A是表示实施方式1的声表面波谐振器的其它结构的俯视图。图5B是图5A的5B-5B剖面图。这样可以使SiO₂薄膜104被去除的区域到达梳状电极102的虚设电极区域106和交叉区域107间的间隙区域为止。此种情况下，优选在作为声表面波主要传播路径的交叉区域107上部保留SiO₂薄膜104，如果去除交叉区域107上部的SiO₂薄膜104可能会导致谐振器特性劣化。因此，优选在最大交叉宽度处偏向虚设电极区域106侧去除SiO₂薄膜104。

另外，本实施方式中，对完全去除梳状电极102中的汇流条电极区域105、或虚设电极区域106上部的SiO₂薄膜104的结构，即SiO₂薄膜104的厚度为零进行了说明，但并不限于此结构。还可以是汇流条电极区域105上部的SiO₂薄膜104比交叉区域107上部的SiO₂薄膜104薄的结构。也可以是如下结构：改变声表面波谐振器的交叉区域107上部和汇流条电极区域105或虚设电极区域106上部的结构，能够使声表面波谐振器中的声表面波的汇流条电极区域105的音速大于交叉区域107的音速。

并且，虽然梳状电极102中的汇流条电极区域105或虚设电极区域106中的所有区域上部的SiO₂薄膜104被去除，但也可在至少一部分区域中去除此SiO₂薄膜104。即，将梳状电极102中的汇流条电极区域105或虚设电极区域106的一部分区域的SiO₂薄膜104去除，或者使SiO₂薄膜104变薄，则可获得与本发明相同的效果。

而且，本实施方式中，对如下情况进行了说明：将切割角为5度的旋转Y切割LiNbO₃衬底作为压电衬底101，且电极和SiO₂薄膜104的膜厚以由波长标准化的值分别表示为8％、20％，但并不限于此，而且，只要LiNbO₃衬底的切割角为-10～+30度左右的范围内，则通过应用本发明结构，便可实现宽频带且温度特性优良的特性优良的声表面波谐振器。

而且，就电极的材料来说，使用以Al为主成分的材料，但并不限于此，还可使用Cu或Au及其它材料。

而且，对使用SiO₂薄膜104作为电介质薄膜的结构进行了说明，但也可使用其它电介质材料、或其它多层结构。

而且，反射器电极103的结构并不限于本实施方式。而且，也可以在反射器电极103中，将与梳状电极102的汇流条电极区域105、虚设电极区域106相对应的区域上部的SiO₂薄膜104去除，或者使SiO₂薄膜104变薄。此种情况下，可减少反射器中声表面波的横向泄漏。

而且，在本实施方式中，梳状电极102经变迹加权处理，但并不限于此结构。

而且，本实施方式中，对具备反射器电极的声表面波谐振器进行了说明，而本发明也适用于梳状电极，即便在无反射器电极的情况下也可获得效果。

(实施方式2)

图6A是表示实施方式2的声表面波谐振器结构的俯视图。图6B是图6A的6B-6B剖面图。在压电衬底701上形成有梳状电极702与反射器电极703，在所述梳状电极702与反射器电极703上形成有SiO₂薄膜704。梳状电极702包含汇流条电极区域705、虚设电极区域706及交叉区域707，且是未实施变迹加权的标准化梳状电极。此处，虚设电极区域706表示梳状电极702中的虚设电极的最小长度区域，交叉区域707表示梳状电极交叉的最大长度区域。而且，虚设电极区域706被实施了经金属喷涂的虚设电极加权708，金属喷涂区域从中心部向外侧增大，虚设电极的长度则逐渐变短。进而，梳状电极702的汇流条电极区域705、虚设电极区域706及其上部，SiO₂薄膜704被去除。

这种声表面波谐振器的通过特性示于图7A、图7B中。图7A、图7B为相同的声表面波谐振器的通过特性，图7B是将图7A的纵轴放大后的图。而且，为了进行比较，图8A、图8B中所示的声表面波谐振器的通过特性示于图9A、图9B中。图8A是表示实施方式2的用来进行比较的声表面波谐振器结构的俯视图。图8B表示图8A的8B-8B剖面。图9B是将图9A的纵轴放大后的图。此处，使用切割角为5度的旋转Y切割LiNbO₃衬底来作为压电衬底，电极使用以Al为主成分的材料。而且，电极与SiO₂薄膜的膜厚以由波长标准化的值表示，分别为8％、20％。本实施方式中图6A、图6B的声表面波谐振器的结构中，去除了包含经金属喷涂的虚设电极加权708的虚设电极区域706上的SiO₂薄膜704。另一方面，图8A、图8B中用来进行比较的声表面波谐振器具有包含虚设电极加权708的虚设电极区域706上的SiO₂薄膜704。图9A、图9B中，出现了横模寄生1001。另一方面，图7A、图7B中，因抑制此寄生而获得优良的谐振器特性。而且，如图7A所示，本发明的声表面波谐振器的最大衰减量为-20dB。而且，如图9A所示，用以比较的声表面波谐振器的最大衰减量为-18dB。这样，利用本发明结构，可同时实现声表面波谐振器的特性改善。其原因在于，通过去除虚设电极区域706上部的SiO₂薄膜704，可使声表面波谐振器中的声表面波的虚设电极区域706的音速大于交叉区域707的音速，从而抑制声表面波向横向、即向虚设电极区域706方向泄漏，使得封闭性变佳。

因此，本发明的结构中，通过使实施了经金属喷涂处理的虚设电极加权708的虚设电极区域上部的SiO₂薄膜成为非形成状态，不仅获得可抑制横模寄生1001的效果，还可获得改善谐振器特性的效果。

而且，如本实施方式所示，无需实施变迹加权，而以标准化梳状电极结构便可抑制横模寄生，能够防止由变迹加权引起的Q值等谐振器特性降低，从而在实现声表面波谐振器方面有利于其特性。进而，作为声表面波谐振器，在实现相同静电电容的情况下，本发明的声表面波谐振器即便不实施变迹加权也可抑制横模寄生，因此可以使谐振器的尺寸小于现有的经变迹加权的声表面波谐振器的尺寸，所以也具有可使声表面波谐振器小型化的效果。

如以上说明那样，本发明的声表面波谐振器中，对梳状电极702中的虚设电极区域706实施加权，进而去除其上部的SiO₂薄膜704，由此可改善声表面波谐振器的特性，实现优良的声表面波谐振器。

另外，本实施方式中，对将梳状电极702中的虚设电极区域706上部的SiO₂薄膜704去除的结构进行了说明，但也可以去除虚设电极区域706和汇流条电极区域705这两个区域上部的SiO₂薄膜704。

而且，对完全去除SiO₂薄膜704进行了说明，但并不限于此结构，还可以使虚设电极区域706上部的SiO₂薄膜比交叉区域707上部的SiO₂薄膜薄。也可以改变声表面波谐振器的交叉区域707上部和虚设电极区域706上部的结构，从而使声表面波谐振器中声表面波的虚设电极区域706的音速大于交叉区域707的音速。

而且，结构中去除了虚设电极区域706中所有区域上部的SiO₂薄膜704，但也可以使至少一部分区域中去除SiO₂薄膜704。也就是说，只要去除虚设电极区域706中一部分区域的SiO₂薄膜704，或者使SiO₂薄膜704变薄，则可获得与本发明相同的效果。

而且，也可以对应着虚设电极区域706，去除梳状电极702中汇流条电极区域705的部分区域的SiO₂薄膜704，或者使SiO₂薄膜变薄。

而且，从中心部向外侧对虚拟加权的形状进行金属喷涂，使虚设电极的长度逐渐缩短，但并不限于此结构，如果对虚设电极区域实施某种加权，且去除SiO₂薄膜704、或者使SiO₂薄膜704变薄，则可获得与本发明相同的效果。

而且，本实施方式中，对如下情况进行了说明：使压电衬底为切割角为5度的旋转Y切割LiNbO₃衬底，梳状电极702中的电极与SiO₂薄膜704的膜厚以由波长标准化的值表示，分别为8％、20％，但并不限于此，而且，只要LiNbO₃衬底的切割角为-10～+30度左右的范围内，则可通过应用本发明的结构，实现宽频带且温度特性优良的特性优良的声表面波谐振器。

而且，电极材料以Al为主成分，但不限于此，还可使用Cu、Au及其它材料。

而且，对使用SiO₂薄膜704作为电介质薄膜的结构进行了说明，但其也可为其它材料或多层结构。

而且，反射器电极703的结构也不限于此，而且，也可以去除与反射器电极703中的汇流条电极区域705、虚设电极区域706相对应的区域上部的SiO₂薄膜704，或者使SiO₂薄膜704变薄。在此种情况下，可预期减少反射器声表面波向横向泄漏。

而且，在本实施方式中，梳状电极702为标准化电极结构，但也可与变迹加权组合使用。此情况下，可进一步实现抑制寄生的效果。

而且，在本实施方式中，对具备反射器电极的声表面波谐振器进行了说明，而本发明适用于梳状电极，即便无反射器电极也可获得效果。

接着，对电介质薄膜非形成状态区域进行说明。图11A是表示声表面波谐振器结构的俯视图。图11B是图11A的11B-11B剖面图。图12A是表示用以与图11A进行比较的声表面波谐振器结构的俯视图。图12B是图12A的12B-12B剖面图。对于如图11A、图11B所示，电介质薄膜的非形成状态区域仅为虚拟区域之上与汇流条区域之上的情况，和如图12A、图12B所示，电介质薄膜的非形成状态区域包含交叉区域的一部分的情况进行比较。此处，交叉宽度为25μm，图12A、图12B中，在交叉区域的1μm内侧形成有电介质薄膜的非形成状态区域。而且，作为声表面波谐振器的结构，以标准化电极结构且未经虚设电极加权处理的状态进行比较。图11A、图11B的声表面波谐振器的特性示于图13中。图12A、图12B的声表面波谐振器的特性示于图14中。与图11A、图11B的声表面波谐振器的谐振器特性相比，图12A、图12B的声表面波谐振器的谐振器特性中寄生较大，声表面波谐振器特性劣化。因此，关于交叉区域，优选电介质薄膜为形成状态。

(实施方式3)

图10是表示本发明实施方式3的声表面波滤波器结构的附图。图10中，1101、1102、1103、1104是串联臂声表面波谐振器，1105、1106是并联臂声表面波谐振器。此处，声表面波谐振器1101、1102、1103、1104、1105、1106构成为使用实施方式1或者实施方式2中所示的声表面波谐振器。利用以上结构，可实现具有优良特性的梯形声表面波滤波器。

在本实施方式中，对使用六个声表面波谐振器1101、1102、1103、1104、1105、1106的梯形声表面波滤波器进行了说明，但声表面波谐振器的个数或结构并不限于此，只要将实施方式1或者实施方式2的结构的声表面波谐振器用于构成声表面波滤波器的声表面波谐振器中的至少一个，则可获得改善效果。

而且，在本发明中，如果应用实施方式1或者实施方式2中的梳状电极102、702的结构，则不仅对于由在梳状电极102、702两侧配置有反射器电极103、703的声表面波谐振器构成的梯形声表面波滤波器，而且对于邻近配置有多个梳状电极102、702而构成的纵模式型滤波器来说，均可获得纵模式型声表面波滤波器的特性改善效果。

而且，本发明不仅适用于声表面波滤波器，还可适用于由发送滤波器与接收滤波器构成的天线共用器，通过在发送滤波器或接收滤波器中的任一个中使用本发明的声表面波谐振器或声表面波滤波器，可实现具有优良特性的天线共用器。

工业利用可能性

本发明的声表面波谐振器具有改善声表面波的横向泄漏，从而可实现特性优良的声表面波谐振器的效果。而且，具有如下效果：通过使用这种声表面波谐振器构成声表面波滤波器、天线共用器，可实现具有优良特性的声表面波滤波器、天线共用器。

Claims

1.一种声表面波谐振器，其具备由铌酸锂构成的衬底、设置在所述衬底的上表面的梳状电极、及覆盖所述梳状电极的电介质薄膜，其中：

所述梳状电极包含汇流条电极区域、虚设电极区域及交叉区域，所述虚设电极区域从所述电介质薄膜中露出。

2.根据权利要求1所述的声表面波谐振器，其中：

所述梳状电极被实施变迹加权处理。

3.根据权利要求1所述的声表面波谐振器，其中：

所述衬底为切割角为-10～+30度的旋转Y切割型。

4.根据权利要求1所述的声表面波谐振器，其中：

所述电介质薄膜为SiO₂薄膜。

5.根据权利要求1所述的声表面波谐振器，其中：

所述虚设电极区域被实施了经金属喷涂的虚设电极加权。

6.根据权利要求5所述的声表面波谐振器，其中：

所述梳状电极是标准化梳状电极结构。

7.一种声表面波谐振器，其具备由铌酸锂构成的衬底、设置在所述衬底的上表面上的梳状电极、及覆盖所述梳状电极的电介质薄膜，其中：

所述梳状电极包含汇流条电极区域、交叉区域以及其间的间隙区域，且所述间隙区域从所述电介质薄膜中露出。

8.一种声表面波滤波器，其具有多个声表面波谐振器，其中：

所述多个声表面波谐振器中的至少一个是权利要求1或7所述的声表面波谐振器。

9.根据权利要求8所述的声表面波滤波器，其中：

所述声表面波滤波器是梯形滤波器。

10.根据权利要求8所述的声表面波滤波器，其中：

所述声表面波滤波器是纵模式型滤波器。

11.一种天线共用器，其具有发送滤波器与接收滤波器，其中：

使用权利要求8所述的声表面波滤波器来作为所述发送滤波器或接收滤波器。