CN102204094A - 弹性波元件及使用了该弹性波元件的电子设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种弹性波元件(6)，在采用第2电介质层(10)的膜厚为IDT电极(8)的间距宽度p的1.6倍以上的界面波元件构造的情况下，关于第1电介质层(9)，在IDT电极(8)的上方的第1电介质层(9)的上表面具有凸部(11)。基于该凸部(11)而作为主要波的SH波的电机耦合系数变大，所以容易获得良好的滤波器特性。

Description

弹性波元件及使用了该弹性波元件的电子设备
技术领域
本发明涉及弹性波元件及使用了该弹性波元件的电子设备。
背景技术
图10是现有的弹性波元件的剖面示意图。在图10中，现有的弹性波元件1具备：由铌酸锂构成的压电体2；配置在压电体2上的IDT(Interdigital Transducer)电极3；按照覆盖IDT电极3的方式配置在压电体2上且由氧化硅构成的第1电介质层4；配置在第1电介质层4上且由传播横波的媒质构成的第2电介质层5，该横波比在第1电介质层4中传播的横波快。
此外，作为本申请相关的现有技术文献信息，例如公知专利文献1。
上述的现有弹性波元件1通过设计第1电介质层4的膜厚、IDT电极3的膜厚、基板的切割角，从而抑制了作为不要波的斯通利波(Stoneley waves)的电机耦合系数。可是，作为主要波的SH波的电机耦合系数小，最大也只有0.15。为此，在将现有弹性波元件1应用于例如具有UMTS带宽I等较宽的收发频带间隙的双工器的情况下，难以获得良好的滤波器特性。
专利文献1：JP特开2007-267366号公报
发明内容
本发明使主要波的电机耦合系数提高。
本发明的弹性波元件的特征在于，在第2电介质层的膜厚为IDT电极的间距宽度p的1.6倍以上的边界波元件构造中，关于第1电介质层，在IDT电极的上方的第1电介质层的上表面具有凸部。
本发明的弹性波元件，基于上述凸部而作为主要波的SH波的电机耦合系数变大，在将弹性波元件应用于例如具有UMTS带宽I等的较宽的收发频带间隙的双工器的情况下，容易获得良好的滤波器特性。
附图说明
图1是本发明的实施方式1所涉及的弹性波元件的剖面示意图。
图2是本发明的实施方式1所涉及的弹性波元件的特性的说明图。
图3是本发明的实施方式1所涉及的弹性波元件的特性的说明图。
图4是本发明的实施方式1所涉及的弹性波元件的特性的说明图。
图5是本发明的实施方式1所涉及的弹性波元件的特性的说明图。
图6是本发明的实施方式1所涉及的弹性波元件的特性的说明图。
图7是本发明的实施方式1所涉及的弹性波元件的特性的说明图。
图8是本发明的实施方式1所涉及的弹性波元件的另一剖面示意图。
图9是本发明的实施方式1所涉及的弹性波元件的特性的说明图。
图10是现有的弹性波元件的剖面示意图。
符号说明：
6-弹性波元件；7-压电体；8-IDT电极；9-第1电介质层；10-第2电介质层；11-凸部。
具体实施方式
(实施方式1)
图1是本发明的实施方式1所涉及的弹性波元件的剖面示意图。在图1中，弹性波元件6具备：压电体7；配置在该压电体7上的IDT电极8；按照覆盖IDT电极8的方式配置在压电体7上且由氧化硅构成的第1电介质层9；配置在该第1电介质层9上且由传播横波的媒质构成的第2电介质层10，该横波比在第1电介质层9中传播的横波快。第1电介质层9在IDT电极8上方的第1电介质层9的上表面具有凸部11。这里，在设凸部11的间距宽度为L、IDT电极8的间距宽度为p的情况下，满足L≈p。
压电体7例如由铌酸锂、钽酸锂或者铌酸钾系的压电基板构成。
IDT电极8例如是铜(比重8.95)或者以铜为主成分的金属，但是并不限定于此。
第1电介质层9例如由氧化硅构成。可是，只要是具有与压电体7相反的频率温度特性的媒质即可。由此，能够提高频率温度特性。
第2电介质层10由传播比在第1电介质层9中传播的横波的速度还快的横波的媒质构成，例如金刚石(diamond)、硅、氮化硅、氮化铝、或者氧化铝。另外，该第2电介质层10的膜厚为IDT电极8的间距宽度p的1.6倍以上。由此，能够将作为主要波的SH波的能量纳入在弹性波元件6中。
在弹性波元件6中，当设从压电体7与第1电介质层9的交界面到凸部11的下端的高度为t1、从凸部11的上端到凸部11的下端的高度为t2、IDT电极8的膜厚为h、IDT电极8所激励的作为主要波的SH波的波长为λ时，满足t1≤0.28λ且0＜t2≤1.5h、或者0.28＜t1≤0.3λ且0＜t2≤0.58h。另外，在设凸部11的下端的宽度为L1、凸部11的上端的宽度为L2时，弹性波元件6满足L2≤L1。在满足了这些条件的情况下，尤其在作为主要波的SH波的电机耦合系数大、且将弹性波元件6应用于例如具有UMTS带宽I等的较宽的收发频带间隙的双工器的情况下，容易获得良好的滤波器特性。下面，利用图2～图6进行说明。
图2是本发明的实施方式1所涉及的弹性波元件的特性的说明图。即，图2是示出了在第1电介质层9的膜厚t1为0.25λ的情况下，使凸部11的高度t2变化时弹性波元件6的主要波的电机耦合系数的变化的图。在图2中，横轴为(凸部的高度t2)/(IDT电极的膜厚h)，纵轴为主要波的电机耦合系数。
在此，作为压电体7而采用25度旋转Y板的铌酸锂，IDT电极8采用膜厚为0.1λ的铜，作为第1电介质层9而采用膜厚t1为0.25λ的氧化硅，作为第2电介质层10而采用膜厚为λ的氮化硅。此外，凸部11的下端的宽度L1等于IDT电极8的电极指的宽度p1。其中，IDT电极8的电极指的宽度p1的方向是与主要波的传播方向相同的方向。
如图2所示，根据凸部11而弹性波元件6的主要波的电机耦合系数提高。尤其是，在凸部11的高度t2为0.038λ以上0.15λ以下的情况下，即为IDT电极8的膜厚h的0.38倍以上1.5倍以下的情况下，弹性波元件6的主要波的电机耦合系数进一步提高。
图3是本发明的实施方式1所涉及的弹性波元件的特性的说明图。即，图3是示出了在第1电介质层9的膜厚t1为0.28λ的情况下，使凸部11的高度t2变化时弹性波元件6的主要波的电机耦合系数的变化的图。在图3中，横轴为(凸部的高度t2)/(IDT电极的膜厚h)，纵轴为主要波的电机耦合系数。
在此，与图2的情况同样，作为压电体7而采用25度旋转Y板的铌酸锂，IDT电极8采用膜厚为0.1λ的铜，作为第1电介质层9而采用膜厚t1为0.28λ的氧化硅，作为第2电介质层10而采用膜厚为λ的氮化硅。此外，凸部11的下端的宽度L1及凸部11的上端的宽度L2等于IDT电极8的电极指的宽度p1。
如图3所示，在凸部11的高度t2为0.15λ以下的情况下，即为IDT电极8的膜厚h的1.5倍以下的情况下，弹性波元件6的主要波的电机耦合系数提高。
图4是本发明的实施方式1所涉及的弹性波元件的特性的说明图。即，图4是示出了在第1电介质层9的膜厚t1为0.3λ的情况下，使凸部11的高度t2变化时弹性波元件6的主要波的电机耦合系数的变化的图。在图4中，横轴为(凸部的高度t2)/(IDT电极的膜厚h)，纵轴为主要波的电机耦合系数。
在此，与图2的情况同样，作为压电体7而采用25度旋转Y板的铌酸锂，IDT电极8采用膜厚为0.1λ的铜，作为第1电介质层9而采用膜厚t1为0.3λ的氧化硅，作为第2电介质层10而采用膜厚为λ的氮化硅。此外，凸部11的下端的宽度L1及凸部11的上端的宽度L2等于IDT电极8的电极指的宽度p1。
如图4所示，在凸部11的高度t2为0.058λ以下的情况下，即为IDT电极8的膜厚h的0.58倍以下的情况下，弹性波元件6的主要波的电机耦合系数提高。
图5是本发明的实施方式1所涉及的弹性波元件的特性的说明图。即，图5是示出了在第1电介质层9的膜厚t1为0.4λ的情况下，使凸部11的高度t2变化时弹性波元件6的主要波的电机耦合系数的变化的图。在图5中，横轴为(凸部的高度t2)/(IDT电极的膜厚h)，纵轴为主要波的电机耦合系数。
在此，与图2的情况同样，作为压电体7而采用25度旋转Y板的铌酸锂，IDT电极8采用膜厚为0.1λ的铜，作为第1电介质层9而采用膜厚t1为0.4λ的氧化硅，作为第2电介质层10而采用膜厚为λ的氮化硅。此外，凸部11的下端的宽度L1及凸部11的上端的宽度L2等于IDT电极8的电极指的宽度p1。
如图5所示，无论凸部11的高度t2是何值，弹性波元件6的主要波的电机耦合系数都会根据凸部11而降低。
如图2～图5可知，在从压电体7与第1电介质层9的交界面到凸部11的下端的高度t1为0.25λ以上0.28λ以下的情况下，当凸部的高度t2为IDT电极8的膜厚h的1.5倍以下时，作为主要波的SH波的电机耦合系数提高；或者，在t1为大于0.28λ且在0.3λ以下的情况下，当t2为h的0.58倍以下时，作为主要波的SH波的电机耦合系数提高。
图6是本发明的实施方式1所涉及的弹性波元件的特性的说明图。即，图6是示出了在第1电介质层9的膜厚t1为0.25λ、且凸部11的下端的宽度L1及凸部11的上端的宽度L2为IDT电极8的电极指的宽度p1的0.32倍、0.6倍、1倍、1.4倍及1.8倍的情况下，使凸部11的高度t2变化时弹性波元件6的主要波的电机耦合系数的变化的图。在图6中，横轴为(凸部的高度t2)/(IDT电极的膜厚h)，纵轴为主要波的电机耦合系数。
在此，与图2的情况同样，作为压电体7而采用25度旋转Y板的铌酸锂，IDT电极8采用膜厚为0.1λ的铜，作为第1电介质层9而采用膜厚t1为0.25λ的氧化硅，作为第2电介质层10而采用膜厚为λ的氮化硅。
如图6所示，无论凸部11的下端的宽度L1比IDT电极的电极指的宽度p1大还是小，只要在0＜t1≤0.28λ且0＜t2≤1.5h、或者、0.28＜t1≤0.3λ且0＜t2≤0.58h的条件下，作为主要波的SH波的电机耦合系数都会提高。此外，在凸部11的下端的宽度L1比IDT电极8的电极指的宽度p1的0.5倍小的情况下，例如在凸部11的下端的宽度L1为IDT电极的电极指的宽度p1的0.32倍的情况下，作为主要波的SH波的电机耦合系数降低。
图7是本发明的实施方式1所涉及的弹性波元件的特性的说明图。即，示出当凸部11的下端的宽度L1与上端的宽度L2之间的关系满足L2＜L1时凸部11向上变细的弹性波元件6的特性。
在图7中，示出在第1电介质层9的膜厚t1为0.25λ的情况下，当凸部11的下端的宽度L1为IDT电极8的电极指的宽度p1的0.6倍且凸部11的上端的宽度L2为IDT电极8的电极指的宽度p1的0.3倍、凸部11的下端的宽度L1为IDT电极8的电极指的宽度p1的1倍且凸部11的上端的宽度L2为IDT电极8的电极指的宽度p1的0.5倍、凸部11的下端的宽度L1为IDT电极8的电极指的宽度p1的1.4倍且凸部11的上端的宽度L2为IDT电极8的电极指的宽度p1的0.7倍、以及凸部11的下端的宽度L1为IDT电极8的电极指的宽度p1的1.8倍且凸部11的上端的宽度L2为IDT电极8的电极指的宽度p1的0.9倍时，使凸部11的高度t2变化时弹性波元件6的主要波的电机耦合系数的变化的图。图7的横轴为(凸部的高度t2)/(IDT电极的膜厚h)，图7的纵轴为主要波的电机耦合系数。
在此，与图2的情况同样，作为压电体7而采用25度旋转Y板的铌酸锂，IDT电极8采用膜厚为0.1λ的铜，作为第1电介质层9而采用膜厚t1为0.25λ的氧化硅，作为第2电介质层10而采用膜厚为λ的氮化硅。在该情况下，特别是在凸部11的下端的宽度L1比IDT电极8的电极指的宽度p1大的情况下，凸部的形状为L2＜L1的弹性波元件6的主要波的电机耦合系数变得比凸部的形状为L1＝L2的弹性波元件6的主要波的电机耦合系数更大。
此外，作为获得第1电介质层9的上述形状的方法，在弹性波元件6的制造工序中，举出了一边在压电体7侧施加偏压一边用溅射成膜的所谓的偏压(Bias)溅射法。
例如，通过对氧化硅的目标(target)进行溅射而在压电体7上堆积第1电介质层9，与此同时，通过偏压对压电体7上的第1电介质层9的一部分进行溅射。也就是说，通过一边堆积第1电介质层9一边削减其一部分，来控制第1电介质层9的形状。此时，作为控制第1电介质层9形状的方法，可以在堆积第1电介质层9的中途改变对压电体7施加的偏压与溅射电力之比，在成膜的初期不施加偏压地成膜，而自中途开始与成膜同时地施加偏压即可。此时，也对压电体21的温度进行管理。
图8是本发明的实施方式1所涉及的弹性波元件的另一剖面示意图。在图8中，通过使凸部11的上端的宽度L2变得比IDT电极8的电极指的宽度P 1小，使得弹性波元件6的主要波的电机耦合系数进一步增大。另外，由第1电介质层9的质量附加效果引起的IDT电极8的反射率变高，从而弹性波元件6的电气特性提高。
此外，希望具有凹凸形状，即从凸部11的上端向下端成向下凸的曲线。由此，凸部11中的第1电介质层9的质量附加连续地且缓慢地变化。其结果，既能抑制因第1电介质层9的形状引起的不必要反射的发生，又能提高弹性波元件6的主要波的电机耦合系数。
另外，希望凸部11的上端的宽度进一步在IDT电极8的电极指宽度的1/2以下。进而，希望凸部11的上端的中心位置大致与IDT电极8的电极指的中心位置的上方相一致。由此，进一步提高了弹性波元件5的电气特性。
另外，在设凸部11的高度为t2、IDT电极8的膜厚为h时，希望满足0.18λ＜t2≤h。其原因在于，如图7所示，在0.6≤L1/p1≤1.8的情况下，相对于t2为0.18λ以上且使第1电介质层9的表面平坦化的情形，主要波的电机耦合系数提高。
另一方面，如果使IDT电极8的膜厚h进一步增大，则进一步需要追加用于作成该第1电介质层9的新工序，故制造方法变得复杂。
在上述中，说明了IDT电极8为以铜为主成分的金属的情况，但IDT电极8并不限定于铜。
图9是本发明的实施方式1所涉及的弹性波元件的特性的说明图。即，图9是示出了针对IDT电极8为钼(比重10.22)的情况，在第1电介质层9的膜厚t1为0.25λ、0.28λ、0.3λ的情况下，使凸部11的高度t2变化时弹性波元件6的主要波的电机耦合系数的变化的图。在图9中，横轴为(凸部的高度t2)/(IDT电极的膜厚h)，纵轴为主要波的电机耦合系数。
在此，作为压电体7而采用25度旋转Y板的铌酸锂，IDT电极8采用膜厚为0.1λ的钼，作为第1电介质层9而采用膜厚t1为0.28λ的氧化硅，作为第2电介质层10而采用膜厚为λ的氮化硅。此外，凸部11的下端的宽度L1及凸部11的上端的宽度L2等于IDT电极8的电极指的宽度p1。这样，在IDT电极为铜以外的情况例如为钼的情况下，弹性波元件6的主要波的电机耦合系数也提高。
此外，本实施方式1的弹性波元件6可应用于谐振器(未图示)，也可应用于梯形滤波器或者DMS滤波器等滤波器(未图示)。进而，也可将弹性波元件6应用于具备该滤波器、与滤波器连接的半导体集成电路元件(未图示)、与半导体集成电路元件(未图示)连接的扬声器或显示部等的再生装置这样的电子设备。由此，能够提高谐振器、滤波器及电子设备的通信品质。
本发明所涉及的弹性波元件具有主要波的电机耦合系数变大这一特征，可应用于便携电话等电子设备。

Claims (6)

1.一种弹性波元件，具备：
压电体；
IDT电极，其配置在所述压电体上；
第1电介质层，其按照覆盖所述IDT电极的方式配置在所述压电体上，由具有与所述压电体相反的频率温度特性的媒质构成；和
第2电介质层，其配置在所述第1电介质层上，由传播横波的媒质构成，该横波比在所述第1电介质层中传播的横波快；
所述第1电介质层，在所述IDT电极的上方的所述第1电介质层的上表面具有凸部。
2.根据权利要求1所述的弹性波元件，其中，
在设从所述压电体与所述第1电介质层的交界面到所述凸部的下端的高度为t1、从所述凸部的上端到所述凸部的下端的高度为t2、所述IDT电极的膜厚为h、所述IDT电极所激励的主要波的波长为λ时，满足：
0＜t1≤0.28λ且0＜t2≤1.5h，或者
0.28＜t1≤0.3λ且0＜t2≤0.58h。
3.根据权利要求1或2所述的弹性波元件，其中，
所述第2电介质层的膜厚为IDT电极的间距宽度p的1.6倍以上。
4.根据权利要求1或2所述的弹性波元件，其中，
在设所述IDT电极的电极指的宽度为p1、所述凸部的下端的宽度为L1时，满足：0.6≤L1/p1≤1.8。
5.根据权利要求1或2所述的弹性波元件，其中，
在设所述凸部的上端的宽度为L2时，满足：L2＜L1。
6.一种电子设备，具备：
权利要求1所述的弹性波元件；
与所述弹性波元件连接的半导体集成电路元件；和
与所述半导体集成电路元件连接的再生装置。
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