CN102113214B - 弹性波装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种弹性波装置，其频率温度系数(TCF)小，插入损耗少，机电耦合系数大，而且可以增大电极指间距。弹性波装置(1)包括：压电体(10)、IDT电极(30)、和覆盖IDT电极(30)的电介质层(20)。电介质层(20)的频率温度系数的符号与压电体(10)相反或相同，频率温度系数的绝对值小于压电体(10)。IDT电极(30)的电极指(31a)、(31b)具有第1电极层(21)和第2电极层(22)。第1电极层(21)位于沟槽(10a)内部；第2电极层(22)位于沟槽(10a)上端面的上侧。第1电极层21的(ρ3×C44)1/2大于第2电极层(22)的(ρ3×C44)1/2。

Description

弹性波装置
技术领域
本发明涉及用于例如共振子和频带滤波器的弹性波装置，具体涉及具有被绝缘层覆盖的IDT电极的弹性波装置。
背景技术
在移动通信系统等中使用的双工器(DPX：Duplexer)和RF滤波器中，存在两方面的要求：频带要宽且温度特性良好。同时满足宽频带且温度特性良好的弹性表面波装置已经在例如专利文献1中公开，该弹性表面波装置的IDT电极由填充在LiTaO3基板中的Al组成，被具有正频率温度系数(TCF：Temperature Coefficient of Frequency)的SiO2层覆盖。如专利文献1公开的弹性表面波装置那样，通过将IDT电极嵌入压电基板，会得到较大的机电耦合系数(k2)。其结果将实现宽频带。此外，利用具有正TCF的SiO2层覆盖IDT电极，会实现良好的温度特性。
专利文献1：WO2006/011417 A1号公报
在IDT电极嵌入压电基板的弹性波装置中，要得到更大的机电耦合系数(k2)，优选提高IDT电极的密度。另外，从减小插入损耗的观点出发，优选：使用电阻率低的材料，将IDT电极的电极指形成得较厚，减小电极指的电阻。
然而，将密度高的IDT电极形成得较厚的情况下，会使弹性波的声速变慢。因此，想要例如利用频带为几百MHz～几GHz的高频带弹性波制作弹性波装置，会出现必需缩小IDT电极的电极指间距的问题。电极指间距一旦缩小，后果将是弹性波装置的抗静电性降低，并且容易产生横向模式的弹性波引发的波纹(ripple)。
发明内容
本发明的目的在于提供一种弹性波装置，频率温度系数(TCF)小，插入损耗少，机电耦合系数(k2)大，而且可以增大电极指的间距。
本发明的弹性波装置包括：压电体、IDT电极、和电介质层。压电体上形成有多条沟槽。IDT电极具有多个电极指。多个电极指的一部分位于形成在压电体的多条沟槽内。电介质层以覆盖IDT电极的方式形成在压电体上。电介质层的频率温度系数的符号与压电体的频率温度系数的符号相反或相同，频率温度系数的绝对值小于压电体的频率温度系数的绝对值。电极指具有第1电极层和第2电极层。第1电极层位于沟槽内部。第2电极层形成在第1电极层上。第2电极层位于沟槽上端面的上侧。第1电极层的平均密度(ρa)的3次方与平均硬度(C44a)的乘积的开平方(ρa 3×C44a)1/2大于第2电极层的平均密度(ρb)的3次方与平均硬度(C44b)的乘积的开平方(ρb 3×C44b)1/2。
在本发明的某个特定方面，弹性波装置满足(ρa 3×C44a)1/2＞1.95×1011＞(ρb 3×C44b)1/2。所以，可以进一步减少插入损耗。由于得到更大的机电耦合系数，所以实现宽频带。此外，由于可以提高声速，所以电极指的间距可以设定得更宽。这样，抗静电性会进一步得到提高，制造会变得容易。
在本发明的其它特定方面，第1电极层实质由金属或合金组成，该金属是从Mo、Ta、Pt、Au和W组成的群中选择，该合金以从该群中选出的至少一种金属为主要成分。
在本发明的另一特定方面，第2电极层实质由金属或合金组成，该金属是从Al、Ti和Cu组成的群中选择，该合金以从该群中选出的至少一种金属为主要成分。
在本发明的其它特定方面，第1和第2电极层至少一方由多个金属膜组成。
在本发明的另一特定方面，第2电极层由多个金属膜组成，在构成第2电极层的多个金属膜中，至少一个金属膜实质上由Cr、Ni、或主要成分为Cr和Ni中至少一种金属的合金组成。
在本发明的又一特定方面，电介质层是SiO2层、氮化硅层、或主要成分为SiO2或氮化硅的层。
在本发明的又一特定方面，电介质层的压电体相反侧的表面大致平坦。所以，可以进一步减少插入损耗。
在本发明的又一特定方面，电介质层的压电体相反侧的表面形成为与多个电极指的形状相对应的凹凸形状。所以，可以进一步提高反射系数。
在本发明的又一特定方面，形成电极指的部位的电介质层的厚度(h)用弹性波波长(λ)归一化后的波长归一化厚度(h/λ)为0.01以上、0.4以下。所以，可以进一步减小TCF。
在本发明的不同的特定方面，压电体是LiTaO3基板或LiNbO3基板。
在本发明的另一不同的特定方面，弹性波装置是弹性表面波装置。
在本发明的又一不同的特定方面，作为弹性波使用的是弹性界面波，由此，按照本发明，就会构成弹性界面波装置。
在本发明的弹性波装置中，电极指由位于沟槽内部的第1电极层；和形成在第1电极层上、位于沟槽上端面的上侧的第2电极层构成。第1电极层的平均密度(ρa)的3次方与平均硬度(C44a)的乘积的开平方(ρa 3×C44a)1/2被设定得大于第2电极层的平均密度(ρb)的3次方与平均硬度(C44b)的乘积的开平方(ρb 3×C44b)1/2。所以，可以减少插入损耗。由于得到较大的机电耦合系数，从而可实现宽频带。此外，由于可以提高声速，所以电极指的间距可以设定得更宽。这样，抗静电性会进一步得到提高，制造会变得容易。
此外，在本发明的弹性波装置中，IDT电极被电介质层覆盖，该电介质层的频率温度系数的符号与压电体的频率温度系数的符号相反或相同，频率温度系数的绝对值小于压电体的频率温度系数的绝对值。所以，可以减小频率温度系数(TCF)。
附图说明
图1是弹性表面波装置的截面略图。
图2是弹性表面波装置的平面略图。
图3是与比较例1～4有关的弹性表面波装置的截面略图。
图4是表示实施例1和比较例1中反射系数的图线。
图5是表示实施例1和比较例1中TCF的图线。
图6是表示实施例2和比较例2中反射系数的图线。
图7是表示实施例2和比较例2中TCF的图线。
图8是表示实施例3和比较例3中反射系数的图线。
图9是表示实施例4和比较例4中反射系数的图线。
图10表示实施例3和比较例3中相位速度的图线。
图11表示实施例4和比较例4中相位速度的图线。
图12是与比较例5、7有关的弹性表面波装置的截面略图。
图13是表示比较例5、6中相位速度的图线。
图14是表示比较例7、8中相位速度的图线。
图15是与比较例9、10有关的弹性表面波装置的截面略图。
图16是表示实施例5和比较例9中机电耦合系数的图线。
图17是表示实施例6和比较例10中机电耦合系数的图线。
图18是与实施例7有关的弹性表面波装置的截面略图。
图19是表示实施例7中机电耦合系数的图线。
图20是表示实施例7中反射系数的图线。
图21是与比较例8、9有关的弹性表面波装置的截面略图。
图22是表示实施例1、8中反射系数的图线。
图23是表示实施例2、9中反射系数的图线。
图24是用来说明本发明的第2实施方式的弹性界面波装置的正面截面的示意图。
图25表示第1实验例中准备的实施方式和比较例的弹性界面波装置中Al膜的膜厚与反射系数的关系。
图26表示第1实验例中准备的实施方式和比较例的弹性界面波装置中Al膜的膜厚与机电耦合系数k2的关系。
图27表示第2实验例中准备的实施方式和比较例的弹性界面波装置中Al膜的膜厚与反射系数的关系。
图28表示第2实验例中准备的实施方式和比较例的弹性界面波装置中Al膜的膜厚与机电耦合系数k2的关系。
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，揭示本发明的内容。
图1是与本实施方式有关的弹性表面波装置1的截面略图。图2是与本实施方式有关的弹性表面波装置1的平面略图。如图1和图2所示，弹性表面波装置1具有压电体10。对于压电体10，没有特殊限定，可以由例如LiTaO3基板和LiNbO3基板等构成。
如图2所示，压电体10上形成有电极30。电极30包括IDT电极37。在弹性表面波传播方向d的IDT电极37的两侧配置有反射器33、34。IDT电极37具有相互交叉的第1和第2梳齿电极31、32。第1梳齿电极31与第1端子35电连接；第2梳齿电极32与第2端子36电连接。
第1梳齿电极31包括：第1母线(bus bar)31a、与第1母线31a连接的多个第1电极指31b。多个第1电极指31b被配置成彼此大致平行。第2梳齿电极32包括：第2母线32a、与第2母线32a连接的多个第2电极指32b。多个第2电极指32b被配置成彼此大致平行。多个第2电极指32b与多个第1电极指31b在弹性表面波的传播方向d交替配置。第1电极指31b和第2电极指32b各自的一部分位于在压电体10上形成的多条沟槽10a内。
如图1所示，第1和第2电极指31b、32b包括第1电极层21和第2电极层22。第1电极层21形成在压电体10上形成的多条沟槽10a内。一般认为，第1电极层21的表面与压电体10没有形成沟槽10a那一部分的表面大致为同一平面。
第2电极层22形成在第1电极层21上。第2电极层22位于沟槽10a上端面的上侧。也就是说，第2电极层22没有形成在沟槽10a的内部，形成在沟槽10a以外。
在本实施方式中，第1电极层21的平均密度(ρa(kg/m3))的3次方与平均硬度(stiffness)(C44a(N/m2))的乘积的开平方(ρa 3×C44a)1/2被设定得大于第2电极层22的平均密度(ρb(kg/m3))的3次方与平均硬度(C44b(N/m2))的乘积的开平方(ρb 3×C44b)1/2。也就是说，在本实施方式中，(ρ3×C44)1/2较大的第1电极层21被埋设在沟槽10a内；(ρ3×C44)1/2较小的第2电极层22被形成在沟槽10a上端面的上侧。
由此，如以下的实施例中证实的那样，可以增大机电耦合系数(k2)。其结果，能够实现弹性表面波装置1的宽频带化。此外，由于本实施方式可以抑制反射系数的降低，减小电极指31b、32b的电阻，所以弹性表面波的声速会得到提高。因此，电极指31b、32b的间距可以设置得较宽。换言之，不用缩小电极指31b、32b的间距，就可以实现弹性表面波装置1的高频带化。因此，本实施方式可以提高抗静电性，并且可以抑制产生因横向模式引发的波纹。还可以使弹性表面波装置1的制造更加容易。
将(ρ3×C44)1/2较大的第1电极层21的至少一部分配置在沟槽10a上端面上侧的情况下，机电耦合系数(k2)有变小的趋势。将(ρ3×C44)1/2较小的第2电极层22配置在沟槽10a内的情况下，反射系数有变小的趋势。
通过只厚厚地形成(ρ3×C44)1/2较大的第1电极层21，而不设置(ρ3×C44)1/2较小的第2电极层22，来谋求电极指31b、32b的电阻降低时，那么，弹性表面波的声速就会降低。这样一来，电极指31b、32b的间距有变窄的趋势。
从进一步使机电耦合系数(k2)增大、进一步减少插入损耗、且进一步提高弹性表面波的声速的观点出发，优选第1电极层21和第2电极层22在形成时，满足(ρa 3×C44a)1/2＞1.95×1011＞(ρb 3×C44b)1/2。
对于第1和第2电极层21、22的结构，只要满足(ρa 3×C44a)1/2＞(ρb 3×C44b)1/2的关系，不做特别限定。第1和第2电极层21、22各自既可以由1个金属膜构成，也可以由多个金属膜的叠层体构成。
当第1电极层21由1个金属膜构成时，优选使用(ρ3×C44)1/2较大的金属或合金材料来形成第1电极层21，更优选使用(ρ3×C44)1/2大于1.95×1011的金属或合金材料来形成第1电极层21。具体而言，优选：第1电极层21实质由金属或合金组成，金属是从Mo、Ta、Pt、Au和W组成的群中选择，合金是以该群中选出的至少一种金属为主要成分。
当第2电极层22由1个金属膜构成时，优选使用(ρ3×C44)1/2较小的金属或合金材料来形成第2电极层22，更优选使用(ρ3×C44)1/2小于1.95×1011的金属材料来形成第2电极层22。具体而言，优选：第2电极层22实质由金属或合金组成，金属是从Al、Ti和Cu组成的群中选择，合金是以该群中选出的至少一种金属为主要成分。
当第1电极层21由多个金属膜的叠层体构成时，第1电极层21的平均密度(ρa(kg/m3))是构成第1电极层21的各金属膜的密度与膜厚的乘积总和，除以各金属膜的膜厚总和而得到的值。第1电极层21的平均硬度(C44a(N/m2))是构成第1电极层21的各金属膜的硬度与膜厚的乘积总和，除以各金属膜的膜厚总和而得到的值。
此外，当第2电极层22由多个金属膜的叠层体构成时，第2电极层22的平均密度(ρb(kg/m3))是构成第2电极层22的各金属膜的密度与膜厚的乘积总和，除以各金属膜的膜厚总和而得到的值。第2电极层22的平均硬度(C44b(N/m2))是构成第2电极层22的各金属膜的硬度与膜厚的乘积总和，除以各金属膜的膜厚总和而得到的值。
这样，当第1和第2电极层21、22中的至少一方由多个金属膜的叠层体构成时，构成第1电极层21的多个金属膜中，可以存在如下的金属膜，该金属膜由密度以及硬度的至少一个小于构成第2电极层22的电极膜的金属或合金材料组成。此外，构成第2电极层22的多个金属膜中，可以存在如下的金属膜，该金属膜由密度以及硬度的至少一个大于构成第1电极层21的电极膜的金属或合金材料组成。具体而言，在构成第2电极层22的金属膜中，其中几个金属膜可以由Cr或Ni形成。
下述表1表示一例可以用于第1和第2电极层21、22的金属材料的(ρ3×C44)1/2。
[表1]
Figure BPA00001308488900071
如图1所示，在压电体10上以覆盖电极30的方式形成有电介质层20。
电介质层20的频率温度系数(TCF：Temperature Coefficient ofFrequency)符号与压电体10的TCF相反或相同，电介质层20由TCF的绝对值小于压电体10的材料形成。这样，就实现了TCF小的目标。
从获得更小的TCF的观点出发，优选电介质层20的频率温度系数(TCF：Temperature Coefficient of Frequency)的符号与压电体10相反。例如，优选，压电体10具有负的TCF，电介质层20具有正的TCF。具体而言就是，例如压电体10实质由负的TCF的LiTaO3或LiNbO3形成的情况下，优选电介质层20是正TCF的SiO2层、SiN层等氮化硅层、或者主要成分为SiO2或氮化硅。
对于电介质层20的厚度，虽然不做特殊限定，但优选形成有电极指31b、32b的部位上的电介质层20的厚度(h)用弹性波波长(λ)归一化后的波长归一化厚度(h/λ)为0.01以上、0.4以下。这样，可以得到更小的TCF。
特别是，当压电体10由LiNbO3组成、电介质层20由SiO2组成时，进一步优选电介质层20的波长归一化厚度(h/λ)为0.1以上。这样，可以得到较大的反射系数和机电耦合系数(k2)。
对于电介质层20的压电体10相反侧的表面20a，既可以大致平坦地形成，也可以与电极指31b、32b的形状相对应地形成凹凸形状。通过使电介质层20的表面20a大致平坦，可以减小插入损耗。另一方面，通过使电介质层20的表面20a形成与电极指31b、32b的形状相对应的凹凸形状，可以得到更大的反射系数。
另外，对于本发明的弹性波装置，本实施方式是以图1和图2所示的弹性表面波装置1为例进行的说明。但是，本发明的弹性波装置并不限于弹性表面波装置。本发明的弹性波装置也可以是利用斯通利波(Stoneleywaves)或SH型界面波等弹性界面波的弹性界面波装置。
此外，本实施方式还以共振子为例，对弹性波装置进行了说明。但是，本发明的弹性波装置也不限于共振子，也可以是例如利用弹性波的滤波器。作为滤波器的具体例，例如有纵耦合共振子型滤波器或梯形滤波器等。
(实施例1、2和比较例1、2)
实施例1是按照以下条件，制作图1和图2所示的弹性表面波装置1，测定电介质层20各种厚度下的弹性表面波装置1的反射系数和TCF。反射系数的测定结果在图4所示的图线中用实线表示。此外，TCF的测定结果在图5中表示。
实施例1的条件：
压电体10：欧拉角为(0°，128°，0°)的LiTaO3基板
压电体10的厚度(mm)：0.38
第1电极层21：Pt膜
第1电极层21的波长归一化厚度(h/λ)：0.03
第2电极层22：Al膜
第2电极层22的波长归一化厚度(h/λ)：0.04
电介质层20：SiO2层
比较例1是如图3所示的那样，将第1和第2电极层21、22双方均形成在压电体10的沟槽10a内，除此之外，按照与实施例1同样的条件，制作弹性表面波装置，测定电介质层20各种厚度下的弹性表面波装置的反射系数。反射系数的测定结果在图4所示的图线中用虚线表示。
实施例2是按照以下条件，制作图1和图2所示的弹性表面波装置1，测定电介质层20各种厚度下的弹性表面波装置1的反射系数和TCF。反射系数的测定结果在图6所示的图线中用实线表示。此外，TCF的测定结果在图7中表示。
实施例2的条件：
压电体10：欧拉角为(0°，216°，0°)的LiNbO3基板
压电体10的厚度(mm)：0.38
第1电极层21：Pt膜
第1电极层21的波长归一化厚度(h/λ)：0.03
第2电极层22：Al膜
第2电极层22的波长归一化厚度(h/λ)：0.04
电介质层20：SiO2层
比较例2是如图3所示的那样，将第1和第2电极层21、22双方均形成在压电体10的沟槽10a内，除此之外，按照与实施例2同样的条件，制作弹性表面波装置，测定电介质层20各种厚度下的弹性表面波装置的反射系数。反射系数的测定结果在图6所示的图线中用虚线表示。
如图4和图6所示，与第1和第2电极层21、22方均形成在沟槽10a内的比较例1、2相比，第1电极层21形成在沟槽10a内、第2电极层22形成在沟槽10a上端面上侧的实施例1、2的反射系数更高。由该结果可知，通过将第1电极层21形成在沟槽10a内，将第2电极层22形成在沟槽10a上端面的上侧，会得到更高的反射系数。
此外，如图5和图7所示，可知：通过形成电介质层20，会使TCF得到改善。此外，增加电介质层20的厚度，会使TCF进一步变小。
(实施例3、4和比较例3、4)
实施例3、4是按照以下条件，制作图1和图2所示的弹性表面波装置1，测定第2电极层22各种波长归一化厚度(h/λ)下的弹性表面波装置1的反射系数和相位速度。反射系数的测定结果在图8、图9中表示。相位速度的测定结果在图10、图11中表示。
具体而言，图8和图10中带有符号101的图线是实施例3中第1电极层21的波长归一化厚度(h/λ)为0.05时的数据。图8和图10中带有符号102的图线是实施例3中第1电极层21的波长归一化厚度(h/λ)为0.04时的数据。图8和图10中带有符号103的图线是实施例3中第1电极层21的波长归一化厚度(h/λ)为0.03时的数据。图8和图10中带有符号104的图线是实施例3中第1电极层21的波长归一化厚度(h/λ)为0.02时的数据。图8和图10中带有符号105的图线是实施例3中第1电极层21的波长归一化厚度(h/λ)为0.01时的数据。
图9和图11中带有符号111的图线是实施例4中第1电极层21的波长归一化厚度(h/λ)为0.05时的数据。图9和图11中带有符号112的图线是实施例4中第1电极层21的波长归一化厚度(h/λ)为0.04时的数据。图9和图11中带有符号113的图线是实施例4中第1电极层21的波长归一化厚度(h/λ)为0.03时的数据。图9和图11中带有符号114的图线是实施例4中第1电极层21的波长归一化厚度(h/λ)为0.02时的数据。图9和图11中带有符号115的图线是实施例4中第1电极层21的波长归一化厚度(h/λ)为0.01时的数据。
实施例3的条件：
压电体10：欧拉角为(0°，128°，0°)的LiTaO3基板
压电体10的厚度(mm)：0.38
第1电极层21：Pt膜
第2电极层22：Al膜
电介质层20：SiO2层
电介质层20的波长归一化厚度(h/λ)：0.25
实施例4的条件：
压电体10：欧拉角为(0°，216°，0°)的LiNbO3基板
压电体10的厚度(mm)：0.38
第1电极层21：Pt膜
第2电极层22：Al膜
电介质层20：SiO2层
电介质层20的波长归一化厚度(h/λ)：0.25
比较例3是如图3所示的那样，将第1和第2电极层21、22双方均形成在压电体10的沟槽10a内，除此之外，按照与实施例3同样的条件，制作弹性表面波装置，测定第2电极层22各种厚度下的弹性表面波装置的反射系数和相位速度。反射系数的测定结果在图8中表示。相位速度的测定结果在图10中表示。
具体而言，图8和图10中带有符号201的图线是比较例3中第1电极层21的波长归一化厚度(h/λ)为0.05时的数据。图8和图10中带有符号202的图线是比较例3中第1电极层21的波长归一化厚度(h/λ)为0.04时的数据。图8和图10中带有符号203的图线是比较例3中第1电极层21的波长归一化厚度(h/λ)为0.03时的数据。图8和图10中带有符号204的图线是比较例3中第1电极层21的波长归一化厚度(h/λ)为0.02时的数据。图8和图10中带有符号205的图线是比较例3中第1电极层21的波长归一化厚度(h/λ)为0.01时的数据。
比较例4是如图3所示的那样，将第1和第2电极层21、22双方均形成在压电体10的沟槽10a内，除此之外，按照与实施例4同样的条件，制作弹性表面波装置，测定第2电极层22各种厚度下的弹性表面波装置的反射系数和相位速度。反射系数的测定结果在图9中表示。相位速度的测定结果在图11中表示。
具体而言，图9和图11中带有符号211的图线是比较例4中第1电极层21的波长归一化厚度(h/λ)为0.05时的数据。图9和图11中带有符号212的图线是比较例4中第1电极层21的波长归一化厚度(h/λ)为0.04时的数据。图9和图11中带有符号213的图线是比较例4中第1电极层21的波长归一化厚度(h/λ)为0.03时的数据。图9和图11中带有符号214的图线是比较例4中第1电极层21的波长归一化厚度(h/λ)为0.02时的数据。图9和图11中带有符号215的图线是比较例4中第1电极层21的波长归一化厚度(h/λ)为0.01时的数据。
如图8和图9所示，在第1和第2电极层21、22双方均被形成在沟槽10a内的比较例3、4(图线201～205、211～215)中，可知：第2电极层22的厚度越厚，反射系数下降得越多。相反，在第1电极层21形成在沟槽10a内、第2电极层22形成在沟槽10a的上端面上侧的实施例3、4(图线101～105、111～115)中，可知：即使第2电极层22的厚度增加，反射系数也没有大幅度下降。从这些结果可知，对于第1电极层21形成在沟槽10a内、第2电极层22形成在沟槽10a的上端面上侧的弹性表面波装置，通过增加第2电极层22的厚度，可以抑制反射系数下降，同时，可以减小电极指31b、32b的电阻。因此，可以同时实现较大的反射系数和较高的声速。
如图10和图11所示，可知：与第2电极层22是否在沟槽10a内无关，即使改变第2电极层22的厚度，弹性表面波的相位速度也少有变化。也就是说，通过增加第2电极层22的厚度，可以抑制声速的降低，同时，可以减小电极指31b、32b的电阻。由以上结果可知，即使第2电极层22形成在沟槽10a内时，也可以同时实现较高的声速和较小的插入损耗。
(比较例5～8)
比较例5是如图12所示的那样，制作弹性表面波装置，在由欧拉角为(0°，128°，0°)的LiTaO3基板组成的压电体10的沟槽10a内形成IDT电极37，IDT电极37仅由Pt膜构成的第1电极层21组成，同时，以覆盖IDT电极37的方式，形成由SiO2组成的波长归一化厚度(h/λ)为0.25的电介质层20。针对制成的弹性表面波装置，测定第1电极层21各种厚度下的相位速度。结果在图13中表示。
比较例6是除不形成电介质层20之外，按照与上述比较例5同样的条件制作弹性表面波装置，测定第1电极层21各种厚度下的相位速度。结果在图13中表示。
比较例7是除了压电体10由欧拉角为(0°，216°，0°)的LiNbO3基板构成以外，按照与上述比较例5同样的条件，制作弹性表面波装置，测定第1电极层21各种厚度下的相位速度。结果在图14中表示。
比较例8是除了压电体10由欧拉角为(0°，216°，0°)的LiNbO3基板构成以外，按照与上述比较例6同样的条件，制作弹性表面波装置，测定第1电极层21各种厚度下的相位速度。结果在图14中表示。
由图13、14所示的结果可知：在没有形成第2电极层22的情况下，第1电极层21越厚，弹性表面波的相位速度下降得越大。因此，在没有形成第2电极层22的情况下，很难在降低电极指31b、32b电阻的同时，又获得较高的声速。
(实施例5、6和比较例9、10)
实施例5是按照与实施例1同样的条件，制作弹性表面波装置1，测定电介质层20各种厚度下的弹性表面波装置1的机电耦合系数(k2)。
此外，比较例9是如图15所示的那样，将第1和第2电极层21、22双方均形成在压电体10上，除此之外，就是按照与实施例5同样的条件，制作弹性表面波装置1，测定电介质层20各种厚度下的弹性表面波装置1的机电耦合系数(k2)。实施例5和比较例9的结果在图16中表示。
实施例6是按照与实施例2同样的条件，制作弹性表面波装置1，测定电介质层20各种厚度下的弹性表面波装置1的机电耦合系数(k2)。
此外，比较例10是如图15所示的那样，将第1和第2电极层21、22双方均形成在压电体10上，除此之外，就是按照与实施例6同样的条件，制作弹性表面波装置1，测定电介质层20各种厚度下的弹性表面波装置1的机电耦合系数(k2)。实施例6和比较例10的结果在图17中表示。
如图16、17所示，可知：对于第2电极层22形成在沟槽10a内的实施例5、6来说，不论电介质层20的厚度如何，都可以得到比第1和第2电极层21、22双方均形成在压电体10上的比较例9、10大的机电耦合系数(k2)。
(实施例7)
本实施例是如图18所示的那样，按照以下条件形成弹性表面波装置，第1电极层21由第1金属膜21a和第2金属膜21b构成，第2电极层22由第1金属膜22a和第2金属膜22b构成。然后测定电介质层20各种厚度下的机电耦合系数(k2)和反射系数。机电耦合系数(k2)和反射系数的测定结果分别在图19和图20中表示。
实施例7的条件：
压电体10：欧拉角为(0°，128°，0°)的LiTaO3基板
第1金属膜21a：Ti膜
第1金属膜21a的波长归一化厚度(h/λ)：0.01
第2金属膜21b：Pt膜
第2金属膜21b的波长归一化厚度(h/λ)：0.02
第1金属膜22a：Ti膜
第1金属膜22a的波长归一化厚度(h/λ)：0.02
第2金属膜22b：Cu膜
第2金属膜22b的波长归一化厚度(h/λ)：0.04
电介质层20：SiO2层
另外，实施例7的其它条件：
第1电极层21的平均密度(ρa)：1.58×104kg/m3
第1电极层21的平均硬度(C44a)：5.54×1010N/m2
第1电极层21的(ρa 3×C44a)1/2：4.66×1011
第2电极层22的平均密度(ρb)：7.46×103kg/m3
第2电极层22的平均硬度(C44b)：4.98×1010N/m2
第2电极层22的(ρb 3×C44b)1/2：1.44×1011
所以，第1电极层21的(ρa 3×C44a)1/2＝(4.66×1011)被设定得大于第2电极层22的(ρb 3×C44b)1/2(＝1.44×1011)。
如图19和图20所示，可知：即使第1和第2电极层21、22分别由多个金属膜构成，也可以得到较大的机电耦合系数(k2)和反射系数。
(实施例8、9)
实施例8是如图21所示的那样，使电介质层20的压电体10相反侧的表面20a形成与电极指31b、32b的形状相对应的凹凸形状，除此之外，就是按照与实施例1同样的条件，制作弹性表面波装置，测定反射系数。反射系数的测定结果与实施例1的结果一起在图22中表示。
实施例9是如图21所示的那样，使电介质层20的压电体10相反侧的表面20a形成与电极指31b、32b的形状相对应的凹凸形状，除此之外，就是按照与实施例2同样的条件，制作弹性表面波装置，测定反射系数。反射系数的测定结果与实施例2的结果一起在图23中表示。
如图22和图23所示，可知：通过使电介质层20的压电体10相反侧的表面20a形成与电极指31b、32b的形状相对应的凹凸形状，可以使反射系数更大。
[弹性界面波装置的实施方式]
上述的实施方式和实施例1～9是对利用弹性表面波的弹性表面波装置进行的说明，本发明的弹性波装置也可以是利用弹性界面波的弹性界面波装置。图24是示意地表示本发明的第2实施方式的弹性界面波装置的IDT电极形成部分的正面截面图。
弹性界面波装置41具有压电体50。在压电体50的上面形成有沟槽50a。以覆盖该压电体50的方式层叠第1电介质层51。另外，第2电介质层52叠层在第1电介质层51上，由声速不同于第1电介质层51的电介质组成。
压电体50由LiNbO3、LiTaO3等压电单晶组成。本实施方式使用的是Y旋15°切X传播的LiNbO3，也就是欧拉角为(0°，105°，0°)的LiNbO3。
沟槽50a的形成方式与图1所示的弹性表面波装置的沟槽10a相同。
此外，压电体50与第1电介质层51的界面上形成有IDT电极60。该IDT电机60包括：第1电极层61、和叠层在第1电极层61上的第2电极层62。
第1电极层61形成在沟槽50a内。一般认为，第1电极层61的上面与压电体50的上面为同一平面。
在本实施方式中，上述第1电介质层51由SiO2组成，第2电介质层52由SiN组成。但是，电介质层51、52也可以用其它电介质材料形成。为了使弹性界面波封闭在压电体50与第1电介质层51的界面，需要使第2电介质层52的声速高于第1电介质层51的声速。因此，在本实施方式中，第1电介质层51由SiO2组成，第2电介质层52由声速相对较高的材料SiN组成。
但是，构成第1、2电介质层51、52的电介质材料并不限定于此。
由于能够改善温度特性，所以，SiO2是优选的第1电介质层51的构成材料，在这种情况下，第2电介质层优选由SiN组成。
在本实施方式中，第1、2电极层61、62是使用与图1所示的弹性表面波装置的实施方式的第1电极层21和第2电极层22同样的金属材料，按照同样方式构成。也就是说，第1电极层的平均密度ρa的3次方与平均硬度(C44a)的乘积的开平方(ρa 3×C44a)1/2大于第2电极层的平均密度(ρb)的3次方与平均硬度(C44b)的乘积的开平方(ρb 3×C44b)1/2。所以，弹性界面波装置41中也可以增大机电耦合系数k2。最终使弹性界面波装置41达到宽频带的要求。此外，本实施方式还可以使反射系数增大。另外，由于本实施方式可以减小电极指的电阻，所以，弹性界面波的声速会得到提高，电极指的间距可以设置得较宽。换言之，不用缩小电极指的间距，就可以实现高频带化。因此，本实施方式可以提高抗静电性，同时，可以抑制产生因横向模式引发的波纹。
此外，在第1、2电极层61、62形成时，优选满足(ρa 3×C44a)1/2＞1.95×1011＞(ρb 3×C44b)1/2。所以，本实施方式可以进一步增大机电耦合系数，进一步减少插入损耗、进一步提高弹性界面波的声速。
下面，说明一个作为第2实施方式的具体实施例的实验例。另外，在以下的实验例中，与弹性表面波的实施例同样，制作了一个单端型弹性波共振子，作为电极形成有IDT电极和反射器。
(第1实验例)
按照以下条件，制作图24所示的弹性界面波装置41，测定弹性界面波装置的反射系数和机电耦合系数。
反射系数的测定结果在图25和图27中表示，机电耦合系数的测定结果在图26和图28中表示。
压电体50：欧拉角为(0°，105°，0°)的LiNbO3基板
第1电极层61：Pt膜
第1电极层61的波长归一化厚度(h/λ)＝0.02、0.04或0.06
第2电极层62：Al膜
第2电极层62的波长归一化厚度(h/λ)＝0.02～0.16之间变化
第1电介质层51：SiO2层
第1电介质层51的厚度：λ，归一化厚度为1
第2电介质层：SiN层
第2电介质层52的厚度：2λ，归一化厚度为2
比较例是在压电体50上形成深度足够填充第1、第2电极层所组成的整个电极的沟槽，也就是说，使IDT电极的上面与压电体50的上面为同一平面，除此之外，就是按照与上述实施方式同样的构成方式，制作弹性界面波装置。这些实施方式和比较例的弹性界面波装置中的由Al组成的第2电极层的膜厚与反射系数之间的关系在图25中分别用实线和虚线表示。
由图25可知：对于比较例，第2电极层的厚度越厚，反射系数越小；相对于此，在本实施方式中，即使第2电极层62的厚度在0.02～0.16的范围内变化，反射系数也几乎没有劣化。因此可知，与叠层金属膜组成的IDT电极完全嵌入压电体中的比较例相比，本实施方式可以得到更大的反射系数。
图26表示上述实施方式的弹性界面波装置的机电耦合系数与Al膜膜厚的关系。为了进行比较，由叠层金属膜组成的IDT电极形成在压电体上面，压电体上面不形成沟槽，除此之外，按照同样构成方式构成弹性界面波装置，机电耦合系数与Al膜膜厚的关系用虚线表示。
由图26可知：在形成同一膜厚的Al膜时，按照上述实施方式，可以得到较高的机电耦合系数，高于构造为IDT电极没有嵌入压电体中的比较例。尤其是，在Al膜的归一化膜厚为0.04以上时，可以有效提高机电耦合系数。
(第2实验例)
将压电体50变更为Y旋42°切X传播的LiTaO3，除此之外，按照第1实验例同样的方式，制作多个弹性界面波装置，使由Al组成的第2电极层具有各不相同的膜厚。为了进行比较，准备一个构造，在压电体上面形成较深的沟槽，沟槽内填充第1、第2电极层组成的电极，使Al膜的上面与压电体50的上面处在同一平面，其余与实施方式相同。然后测定这些实施方式和比较例的弹性界面波装置的反射系数。结果在图27中表示。在图27中，实施方式的结果用实线表示；比较例中准备的几种弹性界面波装置的结果用虚线表示。
可知：在压电体由LiTaO3组成的情况下，结果与第1实验例的情况相同，即使Al膜的膜厚增加，也没有发现反射系数劣化。
相反，比较例准备的弹性界面波装置则不同，Al膜的膜厚越厚，反射系数越小。
图28表示第2实验例的弹性界面波装置中Al膜的归一化膜厚与机电耦合系数的关系。在图28中，实线表示实施方式的结果；虚线表示以不同方式制作的弹性界面波装置的结果。该制作方式为：IDT电极形成在压电体上面，在压电体上面不形成沟槽，其余与实施方式相同。
由图28可知，在使用Y旋42°切X传播的LiTaO3时的情况下，与比较例相比，根据实施方式，不管Al膜的膜厚如何都可以提高机电耦合系数。
由第1、第2实验例可知，根据实施方式的弹性界面波装置，在增加Al膜的膜厚、降低电极指电阻的情况下，反射系数很难劣化，可以得到较大的反射系数，另外，还可以提高机电耦合系数k2，实现宽频带。
另外，并不限于上述特定切角的压电体，本发明的弹性界面波装置与上述弹性表面波装置相同，压电体可以使用不同切角的压电单晶。
此外，在上述第1、第2实验例中，使SiO2膜的归一化膜厚为1，使SiN膜的归一化膜厚为2，但为了抑制频率温度特性上升和寄生信号(spurious)，可以适当改变这些膜厚。即便如此，按照本发明，也可以防止反射系数的下降，提高机电耦合系数。此外，第2电介质层的SiN与第1电介质层的SiO2相比，具有较高的声速，所以不妨碍界面波能量封闭在界面上。因此，第2电介质层的材料也可以使用声速高于SiO2的电介质，例如Al2O3或类金刚石等，而不使用SiN。此外，声速较高的第2电介质层也可以采取多个电介质膜叠层的构造。
另外，本发明也可以不设第2电介质层，进一步增加第1电介质层的SiO2膜的厚度，使弹性界面波的能量集中在设有电极指的部分上。符号说明：
1…弹性表面波装置
10…压电体
10a…沟槽
20…电介质层
20a…表面
21…第1电极层
21a…第1金属膜
21b…第2金属膜
22…第2电极层
22a…第1金属膜
22b…第2金属膜
30…电极
31…第1梳齿电极
31a…第1母线
31b…第1电极指
32…第2梳齿电极
32a…第2母线
32b…第2电极指
33、34…反射器
35…第1端子
36…第2端子
37…IDT电极
41…弹性界面波装置
50…压电体
50a…沟槽
51…第1电介质层
52…第2电介质层
60…IDT电极
61…第1电极层
62…第2电极层

Claims (14)

1.一种弹性波装置，其特征在于，
包括：压电体，形成有多条沟槽；
IDT电极，具有一部分位于所述多条沟槽内的多个电极指；和
电介质层，以覆盖所述IDT电极的方式形成在所述压电体上，其频率温度系数的符号与所述压电体的频率温度系数的符号相反或相同，所述电介质层的频率温度系数的绝对值小于所述压电体的频率温度系数的绝对值，
所述电极指具有：第1电极层，位于所述沟槽的内部；和第2电极层，形成在所述第1电极层上、位于所述沟槽上端面的上侧，
所述第1电极层的平均密度ρa的3次方与平均硬度C44a的乘积的开平方(ρa 3×C44a)1/2大于第2电极层的平均密度ρb的3次方与平均硬度C44b的乘积的开平方(ρb 3×C44b)1/2。
2.根据权利要求1所述的弹性波装置，其特征在于，
满足(ρa 3×C44a)1/2＞1.95×1011＞(ρb 3×C44b)1/2。
3.根据权利要求1所述的弹性波装置，其特征在于，
所述第1电极层实质由金属或合金组成，该金属是从Mo、Ta、Pt、Au和W组成的群中选择，该合金以从该群中选出的至少一种金属为主要成分。
4.根据权利要求2所述的弹性波装置，其特征在于，
所述第1电极层实质由金属或合金组成，该金属是从Mo、Ta、Pt、Au和W组成的群中选择，该合金以从该群中选出的至少一种金属为主要成分。
5.根据权利要求1～4任意一项所述的弹性波装置，其特征在于，
所述第2电极层实质由金属或合金组成，该金属是从Al、Ti和Cu组成的群中选择，该合金以从该群中选出的至少一种金属为主要成分。
6.根据权利要求1～4任意一项所述的弹性波装置，其特征在于，
所述第1电极层和所述第2电极层的至少一方由多个金属膜组成。
7.根据权利要求6所述的弹性波装置，其特征在于，
所述第2电极层由多个金属膜组成，在构成所述第2电极层的多个金属膜中，至少一个金属膜实质上由Cr、Ni、或主要成分为Cr和Ni中至少一种金属的合金组成。
8.根据权利要求1～4任意一项所述的弹性波装置，其特征在于，
所述电介质层是SiO2层、氮化硅层、或者主要成分为SiO2或氮化硅的层。
9.根据权利要求1～4任意一项所述的弹性波装置，其特征在于，
所述电介质层的与所述压电体相反侧的表面大致平坦。
10.根据权利要求1～4任意一项所述的弹性波装置，其特征在于，
所述电介质层的与所述压电体相反侧的表面形成为与所述多个电极指的形状相对应的凹凸形状。
11.根据权利要求1～4任意一项所述的弹性波装置，其特征在于，
形成所述电极指的部位的所述电介质层的厚度(h)用弹性波波长(λ)归一化后的波长归一化厚度(h/λ)为0.01以上、0.4以下。
12.根据权利要求1～4任意一项所述的弹性波装置，其特征在于，
所述压电体是LiTaO3基板或LiNbO3基板。
13.根据权利要求1～4任意一项所述的弹性波装置，其特征在于，
所述弹性波装置是弹性表面波装置。
14.根据权利要求1～4任意一项所述的弹性波装置，其特征在于，
所述弹性波装置是弹性界面波装置。
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