具体实施方式
(实施方式1)
以下,参照附图说明本发明的实施方式1。图1是实施方式1中的弹性波元件的剖面示意图(与IDT电极指的延伸方向垂直的剖面示意图)。
在图1中,弹性波元件5具备:压电体6;设置在压电体6上且激励波长为λ的主要弹性波(Shear Horizontal波等)的IDT电极7;和在压电体6上被设置成覆盖IDT电极7、膜厚在0.20λ以上且小于1λ的氧化硅膜8。另外,主要弹性波的波长λ是电极指间距的2倍。此外,弹性波元件5具备设置在氧化硅膜8上、且传播比在氧化硅膜8中传播的横波的速度快的横波的电介质薄膜9。该弹性波元件5是在压电体6与氧化硅膜8的边界部分关闭能量的大部分来激励主要弹性波的边界波元件。
压电体6是铌酸锂(LiNbO3)系基板,但是例如也可以是水晶、钽酸锂(LiTaO3)系、或铌酸钾(KNbO3)系的基板或薄膜等其他压电单晶介质。
当压电体6为铌酸锂系基板时,出于无用乱真信号抑制的观点,期望使用在欧拉角显示(φ,θ,ψ)中处于-100°≤0≤-60°范围的基板。并且,如日本特愿2009-251696所记载的,期望由该铌酸锂构成的压电体6的欧拉角(φ,θ,ψ)满足-100°≤θ≤-60°、1.193φ-2°≤ψ≤1.193φ+2°、ψ≤-2φ-3°、-2φ+3°≤ψ。另外,φ、θ是压电体6的切出角,ψ是压电体6上的IDT电极7的主要弹性波的传播角。通过设成该欧拉角,从而在抑制由瑞利波引起的无用乱真信号的产生的同时,能够抑制快的横波所产生的频带附近的无用乱真信号。
IDT电极7是从弹性波元件5的上方看时梳形形状的叉指型换能器电极,从压电体6侧开始依次具有以Mo为主成分的第1电极层10、和设置在第1电极层10上且以Al为主成分的第2电极层11。在该第1电极层10中也可以混入Si等混合物,在第2电极层11中也可以混入Mg、Cu、Si等混合物。由此,能够提高IDT电极7的耐电力性。
该IDT电极7具有0.15λ以下的总膜厚,并且第1电极层10具有0.05λ以上的膜厚,第2电极层11具有0.025λ以上的膜厚。
氧化硅膜8是具有与压电体6相反的频率温度特性的介质,因此能够提高弹性波元件5的频率温度特性。此外,氧化硅膜8的膜厚被设定成主要弹性波的速度比在压电体6中传播的最慢的横波的速度还低。由此,可降低向主要弹性波的压电体6方向的泄露。
并且,氧化硅膜8的膜厚被设定成由IDT电极7激励的主要弹性波的频率温度特性在规定值(30ppm/℃)以下。
满足上述情况的氧化硅膜8的膜厚在0.2λ以上且0.5λ以下时,尤其可以同时实现主要弹性波的泄露防止效果和频率温度特性提高。
另外,这里所说的氧化硅膜8的膜厚是指,未形成IDT电极7时,从压电体6与氧化硅膜8相接的部分中的压电体6与氧化硅膜8的边界面到氧化硅膜8的上表面的距离D。
电介质薄膜9是传播比在氧化硅膜8中传播的横波的速度快的横波的介质。该电介质薄膜9例如是钻石、硅、氮化硅、氮化铝、或氧化铝。此外,电介质薄膜9的膜厚大于氧化硅膜8的膜厚,在作为主要弹性波的SH(Shear Horizontal)波的波长λ以上。由此,能够在弹性波元件5中封住主要弹性波。此外,为了实现弹性波元件5的薄壁,期望电介质薄膜9的膜厚在5λ以下。
以下,详细说明本发明的弹性波元件5。
图2表示第1电极层10是膜厚为0.05λ的Mo层并在该Mo层上层叠了Al层的第2电极层11的整个IDT电极7的薄膜电阻(单位Ω/□)与、第2电极层11的膜厚(λ)之间的关系。根据图2可知,第2电极层11的膜厚以0.025λ为界,在不满足该值时,IDT电极7整体的电阻具有转折点,且比0.44Ω/□大。即,通过将第2电极层11的膜厚设为0.025λ以上,从而抑制IDT电极7的电阻。由此,能够抑制弹性波元件5中的插入损耗。
另外,在第2电极层11的膜厚为0.025λ以上的情况下,IDT电极7的电阻大致不依赖第1电极层10的膜厚。这是因为,若将由Al构成的第2电极层11的膜厚设为0.025λ以上,则流过IDT电极7的电流的大部分流过第2电极层11。
如以上所述,在弹性波元件5中,通过将IDT电极7的总膜厚设为0.15λ以下,从而降低氧化硅膜8的成膜偏差。此外,通过将以Mo为主成分的第1电极层10的膜厚设为0.05λ以上,从而提高弹性波元件的耐电力性。另外,通过将以Al为主成分的第2电极层11的膜厚设为0.025λ以上,从而抑制IDT电极7的电阻。由此,能够抑制弹性波元件5中的插入损耗。
图3表示作为压电体6使用25度旋转Y板X传播的铌酸锂基板、作为电介质薄膜9使用膜厚为1λ的氮化硅(SiN)、将氧化硅膜8的膜厚D在0.2λ至1λ内改变时的第1电极层的膜厚(λ)、与在IDT电极7中传播的主要弹性波的音速(m/秒)之间的关系。另外,假设氧化硅膜的上表面平坦。此外,设第2电极层11的膜厚为0.025λ。若该第2电极层11的膜厚比该值还大且越来越大,则主要弹性波的音速虽然很少但也会变小。另外,对于电介质薄膜9的膜厚而言,若其膜厚在1λ以上,则几乎对在IDT电极7中传播的主要弹性波的音速(m/秒)没有影响。此外,图3所示的主要弹性波的音速是主要弹性波在反谐振频率下的音速。这在表示主要弹性波的音速的其他附图中也是同样的。若要关注主要弹性波的能量损失,则可以认为重点是要关注主要弹性波在谐振频率和反谐振频率下的能量损失。但是,由于主要弹性波在反谐振频率下的音速比谐振频率下的音速还快,因此从主要弹性波的能量损失的观点出发,在对体波(bulkwave)的音速进行比较的情况下,其比较对象最好是主要弹性波在反谐振频率下的音速。
如图3所示,若氧化硅膜8的膜厚为0.2λ,则当第1电极层10的膜厚在0.093λ以上时,在IDT电极7中传播的主要弹性波的音速比在压电体6中传播的较慢的横波(体波)的音速(4080m/秒)慢,能够抑制因体波辐射引起的主要弹性波的能量损失。
此外,若氧化硅膜8的膜厚为0.3λ,则当第1电极层10的膜厚在0.068λ以上时,在IDT电极7中传播的主要弹性波的音速比在压电体6中传播的较慢的横波(体波)的音速(4080m/秒)慢,能够抑制因体波辐射引起的主要弹性波的能量损失。
此外,若氧化硅膜8的膜厚为0.5λ,则当第1电极层10的膜厚在0.05λ以上时,在IDT电极7中传播的主要弹性波的音速比在压电体6中传播的较慢的横波(体波)的音速(4080m/秒)慢,能够抑制因体波辐射引起的主要弹性波的能量损失。
此外,若氧化硅膜8的膜厚为λ,则当第1电极层10的膜厚在0.03λ以上时,在IDT电极7中传播的主要弹性波的音速比在压电体6中传播的较慢的横波(体波)的音速(4080m/秒)慢,能够抑制因体波辐射引起的主要弹性波的能量损失。
即,当氧化硅膜8的膜厚在0.2λ以上且小于0.3λ、第1电极层10的膜厚在0.093λ以上时,再有氧化硅膜8的膜厚在0.3λ以上且小于0.5λ、第1电极层10的膜厚在0.068λ以上时,还有氧化硅膜8的膜厚在0.5λ以上且小于1λ、第1电极层10的膜厚在0.05λ以上时,甚至氧化硅膜8的膜厚为λ、第1电极层10的膜厚在0.03λ以上时,在IDT电极7中传播的主要弹性波的音速比在压电体6中传播的最慢的横波(体波)的音速(4080m/秒)慢,能够抑制因体波辐射引起的主要弹性波的能量损失。
图4是实施方式1的其他弹性波元件中的剖面示意图(与IDT电极指的延伸方向垂直的剖面示意图)。在图4中,不同于图1的是,在IDT电极7的电极指的上方的氧化硅膜8的上表面设置了凸部12。
图5表示上述凸部12的截面与IDT电极7的电极指截面为相同形状时作为压电体6使用25度旋转Y板X传播的铌酸锂基板、作为电介质薄膜9使用膜厚为1λ的氮化硅(SiN)、将氧化硅膜8的膜厚D在0.2λ至1λ内改变时的第1电极层的膜厚(λ)、与在IDT电极7中传播的主要弹性波的音速(m/秒)之间的关系。此外,设第2电极层11的膜厚为0.025λ。若该第2电极层11的膜厚比该值还大且越来越大,则主要弹性波的音速虽然很少但也会变小。另外,对于电介质薄膜9的膜厚而言,若其膜厚在1λ以上,则几乎不会对在IDT电极7中传播的主要弹性波的音速(m/秒)有影响。
如图5所示,若氧化硅膜8的膜厚为0.2λ,则当第1电极层10的膜厚在0.08λ以上时,在IDT电极7中传播的主要弹性波的音速比在压电体6中传播的最慢的横波(体波)的音速(4080m/秒)慢,能够抑制因体波辐射引起的主要弹性波的能量损失。
此外,若氧化硅膜8的膜厚为0.3λ,则当第1电极层10的膜厚在0.066λ以上时,在IDT电极7中传播的主要弹性波的音速比在压电体6中传播的最慢的横波(体波)的音速(4080m/秒)慢,能够抑制因体波辐射引起的主要弹性波的能量损失。
此外,若氧化硅膜8的膜厚为0.5λ,则当第1电极层10的膜厚在0.051λ以上时,在IDT电极7中传播的主要弹性波的音速比在压电体6中传播的最慢的横波(体波)的音速(4080m/秒)慢,能够抑制因体波辐射引起的主要弹性波的能量损失。
此外,若氧化硅膜8的膜厚为λ,则当第1电极层10的膜厚在0.03λ以上时,在IDT电极7中传播的主要弹性波的音速比在压电体6中传播的最慢的横波(体波)的音速(4080m/秒)慢,能够抑制因体波辐射引起的主要弹性波的能量损失。
即,在IDT电极7的电极指的上方的氧化硅膜8的上表面设置了凸部12时,在IDT电极7中传播的主要弹性波的音速变慢一些。因此,与没有凸部12的结构相比,即使第1电极层10的膜厚薄,也能够抑制因体波辐射引起的主要弹性波的能量损失。
因此,在IDT电极7的电极指的上方的氧化硅膜8的上表面设置了凸部12的情况下,在下述条件下,能够抑制因体波辐射引起的主要弹性波的能量损失。即,当氧化硅膜8的膜厚在0.2λ以上且小于0.3λ、第1电极层10的膜厚在0.08λ以上时,再有氧化硅膜8的膜厚在0.3λ以上且小于0.5λ、第1电极层10的膜厚在0.066λ以上时,还有氧化硅膜8的膜厚在0.5λ以上且小于1λ、第1电极层10的膜厚在0.051λ以上时,甚至氧化硅膜8的膜厚为λ、第1电极层10的膜厚在0.03λ以上时,在IDT电极7中传播的主要弹性波的音速比在压电体6中传播的最慢的横波(体波)的音速(4080m/秒)慢,能够抑制因体波辐射引起的主要弹性波的能量损失。
此外,如图6所示,在凸部12的截面形状比IDT电极7的电极指的截面形状小的情况下,相对于第1电极层10的主要弹性波的音速成为图3所示的值与图5所示的值之间。
以下,详细叙述这种凸部12。
氧化硅膜8的凸部12优选从其凸部12的顶部到最下部在下方具有凸出的曲线形状。此时,在其下方以凸出的曲线或其延长线、和与包括顶部的压电体6的上表面平行的直线相交的点彼此之间的距离定义的顶部的宽度L,比IDT电极7的电极指的宽度小。由此,凸部12中的氧化硅膜8的质量附加连续且缓慢地变化。其结果,抑制产生因氧化硅膜8的形状引起的无用反射,同时能够弹性波元件5的电特性得以提高。
另外,凸部12的顶部的宽度优选在IDT电极7的电极指宽度的1/2以下。此外,凸部12的顶部的中心位置优选在电极指的中心位置的上方大致一致。由此,进一步提高质量附加效果带来的电极指中的反射率,弹性波元件5的电特性得以提高。
并且,在将凸部12的高度设为T、将IDT电极7的总膜厚设为h时,优选满足0.03λ<T≤h。这是因为,调查氧化硅膜8的凸部12的最下部至顶部的高度T与电特性的关系时发现,在高度T是比0.03λ大的值、将氧化硅膜8的表面设为平坦时,反射率的提高较大。另一方面,若具有比IDT电极7的膜厚h高的高度T,需要追加用于制造该氧化硅膜8的新的工序,制造方法会变得烦杂。
另外,优选第2电极层11形成为一部分覆盖到第1电极层10的侧面上。通过由此带来的支撑效果,能够抑制氧化硅膜8从压电体6剥离。
此外,如图7所示,在压电体6与第1电极层10之间,设置由Ti层或TiN层或Cr层或NiCr层构成的密封层,从而能够防止IDT电极7从压电体6剥离。
另外,如图7所示,在第1电极层10与第2电极层11之间,设置由Ti层或TiN层或Cr层或NiCr层构成的密封层,从而能够提高弹性波元件5的耐电力性。
(实施方式2)
以下,参照附图,说明本发明的实施方式2。图8是实施方式2的弹性波元件的剖面示意图(与IDT电极指的延伸方向垂直的剖面示意图)。对于与实施方式1相同的构成附加同一符号,并省略其说明。
在图8中,弹性波元件5不具备实施方式1所记载的电介质薄膜9,是将能量分布到压电体6的表面部分或氧化硅膜8来激励主要弹性波的表面波元件。
IDT电极7具有0.15λ以下的总膜厚,并且第1电极层10具有0.03λ以上的膜厚,第2电极层11具有0.025λ以上的膜厚。
氧化硅膜8的膜厚被设定成由IDT电极7激励的主要弹性波的频率温度特性在规定值(10ppm/℃)以下。
满足上述条件的氧化硅膜8的膜厚在0.2λ以上且0.5λ以下时,尤其可同时实现主要弹性波的泄露防止效果和频率温度特性提高。
此外,与实施方式1相同,第2电极层11的膜厚以0.025λ为界,在小于该值时,IDT电极7整体的电阻变大。即,通过将第2电极层11的膜厚设为0.025λ以上,从而抑制IDT电极7的电阻。由此,能够抑制弹性波元件5中的插入损耗。
如以上所述,在弹性波元件5中,通过将IDT电极7的总膜厚设为0.15λ以下,从而降低氧化硅膜8的成膜偏差。此外,通过将以Mo为主成分的第1电极层10的膜厚设为0.03λ以上,从而提高弹性波元件5的耐电力性。另外,通过将以Al为主成分的第2电极层11的膜厚设为0.025λ以上,从而抑制IDT电极7的电阻。由此,能够抑制弹性波元件5中的插入损耗。
图9表示作为压电体6使用25度旋转Y板X传播的铌酸锂基板、将氧化硅膜8的膜厚D在0.2λ至1λ内改变时的第1电极层的膜厚(λ)、与在IDT电极7中传播的主要弹性波的音速(m/秒)之间的关系。另外,假设氧化硅膜的上表面平坦。此外,设第2电极层11的膜厚为0.025λ。若该第2电极层11的膜厚比该值还大且越来越大,则主要弹性波的音速虽然很少但是也会变小。
如图9所示,若氧化硅膜8的膜厚为0.2λ,则当第1电极层10的膜厚在0.038λ以上时,在IDT电极7中传播的主要弹性波的音速比在压电体6中传播的最慢的横波(体波)的音速(4080m/秒)慢,能够抑制因体波辐射引起的主要弹性波的能量损失。
此外,若氧化硅膜8的膜厚为0.3λ,则当第1电极层10的膜厚在0.03λ以上时,在IDT电极7中传播的主要弹性波的音速比在压电体6中传播的最慢的横波(体波)的音速(4080m/秒)慢,能够抑制因体波辐射引起的主要弹性波的能量损失。
此外,若氧化硅膜8的膜厚在0.5λ以上,则即便不存在第1电极层10,在IDT电极7中传播的主要弹性波的音速也比在压电体6中传播的最慢的横波(体波)的音速(4080m/秒)慢,能够抑制因体波辐射引起的主要弹性波的能量损失。此时的弹性波元件在本发明外。
即,当氧化硅膜8的膜厚在0.2λ以上且小于0.3λ、第1电极层10的膜厚在0.038λ以上时,或者氧化硅膜8的膜厚在0.3λ以上且小于0.5λ、第1电极层10的膜厚在0.03λ以上时,在IDT电极7中传播的主要弹性波的音速比在压电体6中传播的最慢的横波(体波)的音速(4080m/秒)慢,能够抑制因体波辐射引起的主要弹性波的能量损失。
图10是实施方式2中的其他弹性波元件中的剖面示意图(与IDT电极指的延伸方向垂直的剖面示意图)。在图10中,不同于图8的是,在IDT电极7的电极指的上方的氧化硅膜8的上表面设置了凸部12。
图11表示上述凸部12的截面是与IDT电极7的电极指截面相同形状时,作为压电体6使用25度旋转Y板X传播的铌酸锂基板、将氧化硅膜8的膜厚D在0.2λ至1λ内改变时的第1电极层的膜厚(λ)、与在IDT电极7中传播的主要弹性波的音速(m/秒)之间的关系。此外,设第2电极层11的膜厚为0.025λ。该第2电极层11的膜厚比该值还大且越来越大,则主要弹性波的音速虽然很少但也会变小。
如图11所示,若氧化硅膜8的膜厚为0.2λ,则当第1电极层10的膜厚在0.02λ以上时,在IDT电极7中传播的主要弹性波的音速比在压电体6中传播的最慢的横波(体波)的音速(4080m/秒)慢,能够抑制因体波辐射引起的主要弹性波的能量损失。
此外,若氧化硅膜8的膜厚为0.3λ,则当第1电极层10的膜厚在0.014λ以上时,在IDT电极7中传播的主要弹性波的音速比在压电体6中传播的最慢的横波(体波)的音速(4080m/秒)慢,能够抑制因体波辐射引起的主要弹性波的能量损失。
此外,若氧化硅膜8的膜厚在0.5λ以上,则即便不存在第1电极层10,在IDT电极7中传播的主要弹性波的音速也比在压电体6中传播的最慢的横波(体波)的音速(4080m/秒)慢,能够抑制因体波辐射引起的主要弹性波的能量损失。此时的弹性波元件在本发明外。
即,在IDT电极7的电极指的上方的氧化硅膜8的上表面设置了凸部12时,在IDT电极7中传播的主要弹性波的音速会变慢一些。因此,与没有凸部12的结构比较,即便第1电极层10的膜厚较薄,也能抑制因体波辐射引起的主要弹性波的能量损失。
因此,在IDT电极7的电极指的上方的氧化硅膜8的上表面设置了凸部12时,在下述条件下,能够抑制因体波辐射引起的主要弹性波的能量损失。即,当氧化硅膜8的膜厚在0.2λ以上且小于0.3、第1电极层10的膜厚在0.02λ以上时,再有氧化硅膜8的膜厚在0.3λ以上且小于0.5λ、第1电极层10的膜厚在0.014λ以上时,在IDT电极7中传播的主要弹性波的音速比在压电体6中传播的最慢的横波(体波)的音速(4080m/秒)慢,能够抑制因体波辐射引起的主要弹性波的能量损失。
此外,如图12所示,在凸部12的截面形状小于IDT电极7的电极指的截面形状的情况下,相对于第1电极层10的主要弹性波的音速在图9所示的值与图11所示的值之间。
以下,详细叙述这种凸部12。
氧化硅膜8的凸部12优选从其凸部12的顶部到最下部在下方具有凸出的曲线形状。此时,在其下方以凸出的曲线或其延长线、和与包括顶部的压电体6的上表面平行的直线相交的点彼此之间的距离定义的顶部的宽度L,比IDT电极7的电极指的宽度小。由此,凸部12中的氧化硅膜8的质量附加连续且缓慢地变化。其结果,抑制产生因氧化硅膜8的形状引起的无用反射,同时能够弹性波元件5的电特性得以提高。
另外,凸部12的顶部的宽度优选在IDT电极7的电极指宽度的1/2以下。此外,凸部12的顶部的中心位置优选在电极指的中心位置的上方大致一致。由此,质量附加效果带来的电极指中的反射率更高,弹性波元件5的电特性得以提高。
另外,在将凸部12的高度设为T、将IDT电极7的总膜厚设为h时,优选满足0.03λ<T≤h。这是因为,调查氧化硅膜8的凸部12的最下部至顶部的高度T与电特性的关系时发现,在高度T是比0.03λ大的值、将氧化硅膜8的表面设为平坦时,反射率的提高较大。另一方面,若具有比IDT电极7的膜厚h高的高度T,需要在下述的制造方法中还追加用于制造该氧化硅膜8的新的工序,制造方法会变得烦杂。
图13A~图13H是说明本发明的实施方式1中的例如具有凸部12的弹性波元件5的制造方法的一例的图。
首先,如图13A所示,在压电体21的上表面通过蒸镀或溅射等方法来使将Al或Al合金作为IDT电极或/和反射器的电极膜22进行成膜。
之后,如图13B所示,在电极膜22的上表面形成抗蚀剂膜23。
之后,如图13C所示,按照成为期望的形状的方式,利用曝光·显影技术等来加工抗蚀剂膜23。
之后,如图13D所示,利用干蚀刻技术等,将电极膜22加工成IDT电极或反射器等期望的形状之后,除去抗蚀剂膜23。
接着,如图13E所示,按照覆盖电极膜22的方式,通过蒸镀或溅射等方法将氧化硅(SiO2)形成为氧化硅膜24。此时,作为获得氧化硅膜24的上述凸部的方法,使用了在压电体21侧施加偏压的同时进行溅射来成膜的、所谓的偏压溅射法。
通过对氧化硅目标进行溅射,在压电体21上堆积氧化硅膜24的同时,根据偏压,对压电体21上的氧化硅膜24的一部分进行溅射。也就是说,堆积氧化硅膜24的同时除去一部分,从而控制氧化硅膜24的形状。此时,作为控制氧化硅膜24的形状的方法,只要在使氧化硅膜24堆积的途中改变施加给压电体21的偏压和溅射电力之比,或者在成膜初期不对压电体21施加偏压的情况下进行成膜并从中途开始与成膜同时施加偏压即可。此时,也可以管理压电体21的温度。
之后,如图13F所示,在氧化硅膜24的表面形成抗蚀剂膜25。
之后,如图13G所示,利用曝光·显影技术等,将抗蚀剂膜25加工成期望的形状。
接着,如图13H所示,利用干蚀刻技术等,除去用于取出电信号的焊盘26等、氧化硅膜24不需要的部分的电介质薄膜,之后除去抗蚀剂膜25。
最后,通过切割对各自进行分割,获得弹性波元件5。
如以上所述,发明人确认了:通过利用偏压溅射法,在适当的成膜条件下对氧化硅膜8进行成膜,从而能够获得期望的形状。
另外,在实施方式1中说明的密封层15、16当然也能够应用于实施方式2的IDT电极中。
此外,在本实施方式2中,在压电体6的欧拉角(φ,θ,ψ)满足-10°≤φ≤10°、33°≤θ≤43°、-10°≤ψ≤10°的情况下,由IDT电极7激励的主要弹性波是瑞利波。在使用该基板的欧拉角的情况下,有可能谐振频率至反谐振频率的频率不会落入IDT电极7的短路光栅中的阻带内。其结果,在IDT电极7的谐振频率至反谐振频率之间产生无用谐振乱真信号。即,为了不产生这种状况,需要使IDT电极7的反射系数足够大,为此判断出需要使由氧化硅膜8的膜厚H和Mo构成的第1电极层10的膜厚h、和与IDT电极7的电极间距相对应的电极指宽度比(占空比)η之间的关系成为图14A~图14G所示的区域。
图14A~图14G表示IDT电极7的短路光栅中的阻带在反谐振频率以上的、第1电极层10的占空比(纵轴)和第1电极层10的归一化膜厚h/λ(%)(横轴)可取的值的区域。此外,图14A表示H/h为5.00的情况,图14B表示H/h为5.62的情况,图14C表示H/h为6.25的情况,图14D表示H/h为6.87的情况,图14E表示H/h为7.50的情况,图14F表示H/h为8.12的情况,图14G表示H/h为8.75的情况。
如图14A至图14C所示,若H/h在5.00以上且小于6.25,则当第1电极层10的占空比在0.3以上且小于0.4时、或者在0.6以上且小于0.7时,h/λ在4.5%以上,IDT电极7的短路光栅中的阻带在反谐振频率以上。能够抑制在IDT电极7的谐振频率至反谐振频率之间产生的无用谐振乱真信号。此外,若H/h在5.00以上且小于6.25,则当第1电极层10的占空比在0.4以上且小于0.6时,h/λ在3.5%以上,IDT电极7的短路光栅中的阻带在反谐振频率以上。能够抑制在IDT电极7的谐振频率至反谐振频率之间产生的无用谐振乱真信号。
而且,如图14C至图14G所示,若H/h在6.25以上且8.75以下,则h/λ在3.5%以上,IDT电极7的短路光栅中的阻带在反谐振频率以上。能够抑制在IDT电极7的谐振频率至反谐振频率之间产生的无用谐振乱真信号。
(实施方式3)
以下,参照附图,说明本发明的实施方式3。图15是实施方式3中的弹性波元件的剖面示意图(与IDT电极指的延伸方向垂直的剖面示意图)。
在实施方式3中,与实施方式1的主要的不同点在于,第1电极层10的主成分是W(钨)。
图15中,弹性波元件5具备:压电体6;设置在压电体6上且激励波长为λ的主要弹性波(ShearHorizontal波等)的IDT电极7;和在压电体6上被设置成覆盖IDT电极7、且膜厚在0.20λ以上0.50λ以下的氧化硅膜8。此外,弹性波元件5具备:电介质薄膜9,其被设置在氧化硅膜8上,且传播比在氧化硅膜8中传播的横波的速度还快的横波。该弹性波元件5是在压电体6与氧化硅膜8的边界部分关闭能量的大部分来激励主要弹性波的边界波元件。
压电体6是铌酸锂(LiNbO3)系基板,但是例如也可以是水晶、钽酸锂(LiTaO3)系、或铌酸钾(KNbO3)系的基板或薄膜等其他压电单晶介质。
在压电体6为铌酸锂系基板的情况下,在欧拉角显示(φ,θ,ψ)中,出于抑制无用乱真信号的观点,优选使用-100°≤θ≤-60°范围的基板。另外,如日本特愿2009-251696所记载的,由该铌酸锂构成的压电体6的欧拉角(φ,θ,ψ)优选满足-100°≤θ≤-60°、1.193φ-2°≤ψ≤1.193φ+2°、ψ≤-2φ-3°,-2φ+3°≤ψ。另外,φ、θ是压电体6的切出角,ψ是压电体6上的IDT电极7中的主要弹性波的传播角。通过设为该欧拉角,能够在抑制因瑞利波引起的无用乱真信号的产生的同时,能够抑制快的横波所产生的频带附近的无用乱真信号。
IDT电极7是从弹性波元件5的上方看时梳形形状的叉指型换能器电极。从压电体6侧开始依次具有以W(钨)为主成分的第1电极层10、和在第1电极层10上设置的以Al(铝)为主成分的第2电极层11。在该第1电极层10中也可以混入Si等混合物,在第2电极层11中也可以混入Mg、Cu、Si等混合物。由此,能够提高IDT电极7的耐电力性。
该IDT电极7具有0.15λ以下的总膜厚,并且第1电极层10具有0.03λ以上的膜厚,第2电极层11具有0.026λ以上的膜厚。
氧化硅膜8是具有与压电体6相反的频率温度特性的介质,因此能够提高弹性波元件5的频率温度特性。此外,氧化硅膜8的膜厚被设定成主要弹性波的速度比在压电体6中传播的最慢的横波的速度还慢。由此,能够降低向主要弹性波的压电体6方向的泄漏。
另外,氧化硅膜8的膜厚被设定成由IDT电极7激励的主要弹性波的频率温度特性在规定值(30ppm/℃)以下。
满足上述条件的氧化硅膜8的膜厚在0.2λ以上且0.5λ以下时,尤其能够同时实现主要弹性波的泄露防止效果和频率温度特性提高。
另外,这里所指的氧化硅膜8的膜厚是从未形成IDT电极7时压电体6与氧化硅膜8相接的部分中的压电体6与氧化硅膜8的边界面到氧化硅膜8的上表面的距离D。
电介质薄膜9是传播比在氧化硅膜8中传播的横波的速度快的横波的介质。该电介质薄膜9例如是钻石、硅、氮化硅、氮化铝、或氧化铝。此外,电介质薄膜9的膜厚大于氧化硅膜8的膜厚,且在作为主要弹性波的SH(ShearHorizontal)波的波长λ以上。由此,能够在弹性波元件5中封住主要弹性波。此外,为了实现弹性波元件5的薄壁,优选电介质薄膜9的膜厚在5λ以下。
以下,详细说明本发明的弹性波元件5。
图16是表示了第1电极层10为膜厚0.04λ的W层并在该W层之上层叠了Al层的第2电极层11的IDT电极7整体的薄膜电阻(单位Ω/□)、与第2电极层11的膜厚(λ)之间的关系的图。根据图16可知,第2电极层11的膜厚以0.026λ为界,在小于该值时,IDT电极7整体的电阻具有转折点(inflection point),且大于0.44Ω/□。即,通过使第2电极层11的膜厚在0.026λ以上,从而抑制IDT电极7的电阻。由此,能够抑制弹性波元件5中的插入损耗。
另外,当第2电极层11的膜厚在0.026λ以上时,IDT电极7的电阻几乎不依赖于第1电极层10的膜厚。这是因为,若将由Al构成的第2电极层11的膜厚设为0.026λ以上,则流过IDT电极7的电流的大部分流过第2电极层11。
如上所述,在弹性波元件5中,通过将IDT电极7的总膜厚设为0.15λ以下,从而降低氧化硅膜8的成膜偏差。此外,通过将以W为主成分的第1电极层10的膜厚设为0.03λ以上,从而提高弹性波元件的耐电力性。另外,通过将以Al为主成分的第2电极层11的膜厚设为0.026λ以上,从而抑制IDT电极7的电阻。由此,能够抑制弹性波元件5中的插入损耗。
图17表示作为压电体6使用25度旋转Y板X传播的铌酸锂基板、作为电介质薄膜9使用膜厚为1λ的氮化硅(SiN)、将氧化硅膜8的膜厚D在0.2λ至0.5λ内改变时的第1电极层的膜厚(λ)、与在IDT电极7中传播的主要弹性波的音速(m/秒)之间的关系。另外,假设氧化硅膜的上表面平坦。此外,设第2电极层11的膜厚为0.026λ。若该第2电极层11的膜厚大于该值且越来越大,则主要弹性波的音速虽然很少但是也会变小。另外,对于电介质薄膜9的膜厚而言,若其膜厚在1λ以上,则几乎对在IDT电极7中传播的主要弹性波的音速(m/秒)没有影响。此外,图17所示的主要弹性波的音速是主要弹性波在反谐振频率下的音速。这在表示主要弹性波的音速的其他附图中也是相同的。若要关注主要弹性波的能量损失,则可以认为重点是要关注主要弹性波在谐振频率和反谐振频率下的能量损失,但是,由于主要弹性波在反谐振频率下的音速比谐振频率下的音速还快,因此从主要弹性波的能量损失的观点出发,在对体波的音速进行比较的情况下,其比较对象最好是主要弹性波在反谐振频率下的音速。
如图17所示,若氧化硅膜8的膜厚为0.2λ,则当第1电极层10的膜厚在0.04λ以上时,在IDT电极7中传播的主要弹性波的音速比在压电体6中传播的最慢的横波(体波)的音速(4080m/秒)慢。因此,能够抑制因体波辐射引起的主要弹性波的能量损失。
此外,若氧化硅膜8的膜厚为0.3λ,则当第1电极层10的膜厚在0.037λ以上时,在IDT电极7中传播的主要弹性波的音速比在压电体6中传播的最慢的横波(体波)的音速(4080m/秒)慢,能够抑制因体波辐射引起的主要弹性波的能量损失。
此外,若氧化硅膜8的膜厚为0.4λ,则当第1电极层10的膜厚在0.03λ以上时,在IDT电极7中传播的主要弹性波的音速比在压电体6中传播的最慢的横波(体波)的音速(4080m/秒)慢,能够抑制因体波辐射引起的主要弹性波的能量损失。
此外,若氧化硅膜8的膜厚为0.5λ,则当第1电极层10的膜厚在0.03λ以上时,在IDT电极7中传播的主要弹性波的音速比在压电体6中传播的最慢的横波(体波)的音速(4080m/秒)慢,能够抑制因体波辐射引起的主要弹性波的能量损失。
即,当氧化硅膜8的膜厚在0.2λ以上且小于0.3λ、第1电极层10的膜厚在0.04λ以上时,再有氧化硅膜8的膜厚在0.3λ以上且小于0.4λ、第1电极层10的膜厚在0.037λ以上时,还有氧化硅膜8的膜厚在0.4λ以上且0.5λ以下、第1电极层10的膜厚在0.03λ以上时,在IDT电极7中传播的主要弹性波的音速比在压电体6中传播的最慢的横波(体波)的音速(4080m/秒)慢,能够抑制因体波辐射引起的主要弹性波的能量损失。
图18是实施方式3的其他弹性波元件中的剖面示意图(与IDT电极指的延伸方向垂直的剖面示意图)。在图18中,不同于图15的是,在IDT电极7的电极指的上方的氧化硅膜8的上表面设置了凸部12。
图19表示上述凸部12的截面与IDT电极7的电极指截面是相同形状时、作为压电体6使用25度旋转Y板X传播的铌酸锂基板、作为电介质薄膜9使用膜厚1λ的氮化硅(SiN)、将氧化硅膜8的膜厚D在0.2λ至0.5λ内改变时的第1电极层的膜厚(λ)、与在IDT电极7中传播的主要弹性波的音速(m/秒)之间的关系。此外,假设第2电极层11的膜厚为0.026λ。若该第2电极层11的膜厚比该值还大且越来越大,则主要弹性波的音速虽然很少但是也会变小。另外,对于电介质薄膜9的膜厚而言,若其膜厚在1λ以上,则几乎对在IDT电极7中传播的主要弹性波的音速(m/秒)没有影响。
如图19所示,若氧化硅膜8的膜厚为0.2λ,则当第1电极层10的膜厚在0.04λ以上时,在IDT电极7中传播的主要弹性波的音速比在压电体6中传播的最慢的横波(体波)的音速(4080m/秒)慢,能够抑制因体波辐射引起的主要弹性波的能量损失。
此外,若氧化硅膜8的膜厚为0.3λ,则当第1电极层10的膜厚在0.035λ以上时,在IDT电极7中传播的主要弹性波的音速比在压电体6中传播的最慢的横波(体波)的音速(4080m/秒)慢,能够抑制因体波辐射引起的主要弹性波的能量损失。
此外,若氧化硅膜8的膜厚为0.4λ,则当第1电极层10的膜厚在0.029λ以上时,在IDT电极7中传播的主要弹性波的音速比在压电体6中传播的最慢的横波(体波)的音速(4080m/秒)慢,能够抑制因体波辐射引起的主要弹性波的能量损失。
此外,若氧化硅膜8的膜厚为0.5λ,则当第1电极层10的膜厚在0.028λ以上时,在IDT电极7中传播的主要弹性波的音速比在压电体6中传播的最慢的横波(体波)的音速(4080m/秒)慢,能够抑制因体波辐射引起的主要弹性波的能量损失。
即,在IDT电极7的电极指的上方的氧化硅膜8的上表面设置了凸部12的情况下,在IDT电极7中传播的主要弹性波的音速会变慢一些。因此,与没有凸部12的结构相比,即使第1电极层10的膜厚较薄,也能够抑制因体波辐射引起的主要弹性波的能量损失。
因此,在IDT电极7的电极指的上方的氧化硅膜8的上表面设置了凸部12的情况下,若是下述条件,则能够抑制因体波辐射引起的主要弹性波的能量损失。即,当氧化硅膜8的膜厚在0.2λ以上且小于0.3λ、第1电极层10的膜厚在0.04λ以上时,再有氧化硅膜8的膜厚在0.3λ以上且小于0.4λ、第1电极层10的膜厚在0.037λ以上时,还有氧化硅膜8的膜厚在0.4λ以上且0.5λ以下、第1电极层10的膜厚在0.03λ以上时,甚至氧化硅膜8的膜厚为0.5λ、第1电极层10的膜厚在0.028λ以上时,在IDT电极7中传播的主要弹性波的音速比在压电体6中传播的最慢的横波(体波)的音速(4080m/秒)慢,能够抑制因体波辐射引起的主要弹性波的能量损失。
此外,如图20所示,在凸部12的截面形状小于IDT电极7的电极指的截面形状的情况下,相对于第1电极层10的主要弹性波的音速处于图17所示的值与图19所示的值之间。
以下,详细叙述这种凸部12。
氧化硅膜8的凸部12优选从其凸部12的顶部到最下部在下方具有凸出的曲线形状。此时,以在其下方凸出的曲线或其延长线和与包括顶部的压电体6的上表面平行的直线相交的点彼此之间的距离定义的顶部的宽度L,小于IDT电极7的电极指的宽度。由此,凸部12中的氧化硅膜8的质量附加连续且缓慢地变化。其结果,能够抑制产生因氧化硅膜8的形状引起的无用反射的同时,能够弹性波元件5的电特性得以提高。
另外,凸部12的顶部的宽度优选在IDT电极7的电极指宽度的1/2以下。此外,凸部12的顶部的中心位置优选在电极指的中心位置的上方大致一致。由此,质量附加效果带来的电极指中的反射率更高,弹性波元件5的电特性得以提高。
另外,在将凸部12的高度设为T、IDT电极7的总膜厚设为h时,优选满足0.03λ<T≤h。这是因为,调查氧化硅膜8的凸部12的最下部至顶部的高度T与电特性的关系时发现,在高度T是比0.03λ大的值、将氧化硅膜8的表面设为平坦时,反射率的提高较大。另一方面,若具有比IDT电极7的膜厚h高的高度T,需要追加用于制造该氧化硅膜8的新的工序,制造方法会变得烦杂。
另外,第2电极层11优选形成为覆盖到第1电极层10的侧面的一部分上。通过由此带来的支撑效果,能够抑制氧化硅膜8从压电体6剥离。
此外,如图21所示,通过在压电体6与第1电极层10之间设置由Ti层或Cr层或NiCr层构成的密封层15,从而能够防止IDT电极7从压电体6剥离。
另外,如图21所示,通过在第1电极层10与第2电极层11之间设置由Ti层或Cr层或NiCr层构成的密封层16,从而能够提高弹性波元件5的耐电力性。
(实施方式4)
以下,参照附图,说明本发明的实施方式4。图22是实施方式4的弹性波元件的剖面示意图(与IDT电极指的延伸方向垂直的剖面示意图)。对与实施方式3相同的构成附加同一符号,并省略其说明。
在实施方式4中,不同于实施方式2的是,第1电极层10的主成分是W(钨)。
在图22中,弹性波元件5不具备实施方式3所记载的电介质薄膜9,而是向压电体6的表面部分或氧化硅膜8分布能量来激励主要弹性波的表面波元件。
IDT电极7具有0.15λ以下的总膜厚,并且第1电极层10具有0.004λ以上的膜厚,第2电极层11具有0.026λ以上的膜厚。
氧化硅膜8的膜厚被设定成由IDT电极7激励的主要弹性波的频率温度特性在规定值(10ppm/℃)以下。
满足上述条件的氧化硅膜8的膜厚在0.1λ以上且0.5λ以下时,尤其能够同时实现主要弹性波的泄露防止效果和频率温度特性提高。
此外,与实施方式3相同,第2电极层11的膜厚以0.026λ为界,在小于该值时,IDT电极7整体的电阻变大。即,通过将第2电极层11的膜厚设为0.026λ以上,从而抑制IDT电极7的电阻。由此,能够抑制弹性波元件5中的插入损耗。
如上所述,在弹性波元件5中,通过将IDT电极7的总膜厚设为0.15λ以下,从而降低氧化硅膜8的成膜偏差。此外,通过将以W为主成分的第1电极层10的膜厚设为0.004λ以上,从而提高弹性波元件5的耐电力性。并且,通过将以Al为主成分的第2电极层11的膜厚设为0.026λ以上,从而抑制IDT电极7的电阻。由此,能够抑制弹性波元件5中的插入损耗。
图23表示作为压电体6使用25度旋转Y板X传播的铌酸锂基板、将氧化硅膜8的膜厚D在0.1λ至0.5λ内改变时的第1电极层的膜厚(λ)、与在IDT电极7中传播的主要弹性波的音速(m/秒)之间的关系。另外,假设氧化硅膜的上表面平坦。此外,设第2电极层11的膜厚为0.026λ。若该第2电极层11的膜厚大于该值且越来越大,则主要弹性波的音速虽然很少但也会变小。
如图23所示,若氧化硅膜8的膜厚为0.1λ,则当第1电极层10的膜厚在0.027λ以上时,在IDT电极7中传播的主要弹性波的音速比在压电体6中传播的最慢的横波(体波)的音速(4080m/秒)慢,能够抑制因体波辐射引起的主要弹性波的能量损失。
此外,若氧化硅膜8的膜厚为0.2λ,则当第1电极层10的膜厚在0.02λ以上时,在IDT电极7中传播的主要弹性波的音速比在压电体6中传播的最慢的横波(体波)的音速(4080m/秒)慢,能够抑制因体波辐射引起的主要弹性波的能量损失。
此外,若氧化硅膜8的膜厚为0.3λ,则当第1电极层10的膜厚在0.018λ以上时,在IDT电极7中传播的主要弹性波的音速比在压电体6中传播的最慢的横波(体波)的音速(4080m/秒)慢,能够抑制因体波辐射引起的主要弹性波的能量损失。
此外,若氧化硅膜8的膜厚为0.4λ,则当第1电极层10的膜厚在0.01λ以上时,在IDT电极7中传播的主要弹性波的音速比在压电体6中传播的最慢的横波(体波)的音速(4080m/秒)慢,能够抑制因体波辐射引起的主要弹性波的能量损失。
此外,若氧化硅膜8的膜厚为0.5λ,则当第1电极层10的膜厚在0.004λ以上时,在IDT电极7中传播的主要弹性波的音速比在压电体6中传播的最慢的横波(体波)的音速(4080m/秒)慢,能够抑制因体波辐射引起的主要弹性波的能量损失。
即,当氧化硅膜8的膜厚在0.1λ以上且小于0.2λ、第1电极层10的膜厚在0.027λ以上时,再有氧化硅膜8的膜厚在0.2λ以上且小于0.3λ、第1电极层10的膜厚在0.02λ以上时,还有氧化硅膜8的膜厚在0.3λ以上且小于0.4λ、第1电极层10的膜厚在0.018λ以上时,甚至氧化硅膜8的膜厚在0.4λ以上且小于0.5λ、第1电极层10的膜厚在0.01λ以上时,或者氧化硅膜8的膜厚为0.5λ、第1电极层10的膜厚在0.004λ以上时,在IDT电极7中传播的主要弹性波的音速比在压电体6中传播的最慢的横波(体波)的音速(4080m/秒)慢,能够抑制因体波辐射引起的主要弹性波的能量损失。
图24是实施方式4的其他弹性波元件中的剖面示意图(与IDT电极指的延伸方向垂直的剖面示意图)。在图24中,不同于图22的是,在IDT电极7的电极指的上方的氧化硅膜8的上表面设置了凸部12。
图25表示上述凸部12的截面是与IDT电极7的电极指截面相同形状时、作为压电体6使用25度旋转Y板X传播的铌酸锂基板、将氧化硅膜8的膜厚D在0.1λ至0.5λ内改变时的第1电极层10的膜厚(λ)、与在IDT电极7中传播的主要弹性波的音速(m/秒)之间的关系。此外,设第2电极层11的膜厚为0.026λ。若该第2电极层11的膜厚大于该值且越来越大,则主要弹性波的音速虽然很少但也会变小。
如图25所示,若氧化硅膜8的膜厚为0.1λ,则当第1电极层10的膜厚在0.016λ以上时,在IDT电极7中传播的主要弹性波的音速比在压电体6中传播的最慢的横波(体波)的音速(4080m/秒)慢,能够抑制因体波辐射引起的主要弹性波的能量损失。
此外,若氧化硅膜8的膜厚为0.2λ,则当第1电极层10的膜厚在0.009λ以上时,在IDT电极7中传播的主要弹性波的音速比在压电体6中传播的最慢的横波(体波)的音速(4080m/秒)慢,能够抑制因体波辐射引起的主要弹性波的能量损失。
此外,若氧化硅膜8的膜厚为0.3λ、0.4λ、0.5λ,则即使不存在第1电极层10,在IDT电极7中传播的主要弹性波的音速也会比在压电体6中传播的最慢的横波(体波)的音速(4080m/秒)慢,能够抑制因体波辐射引起的主要弹性波的能量损失。
即,在IDT电极7的电极指的上方的氧化硅膜8的上表面设置了凸部12的情况下,在IDT电极7中传播的主要弹性波的音速会变慢一些。因此,与没有凸部12的结构相比,即使第1电极层10的膜厚较薄,也能够抑制因体波辐射引起的主要弹性波的能量损失。
因此,在IDT电极7的电极指的上方的氧化硅膜8的上表面设置了凸部12的情况下,在下述条件下,能够抑制因体波辐射引起的主要弹性波的能量损失。即,当氧化硅膜8的膜厚在0.1λ以上且小于0.2λ、第1电极层10的膜厚在0.016λ以上时,再有氧化硅膜8的膜厚在0.2λ以上且小于0.3λ、第1电极层10的膜厚在0.009λ以上时,在IDT电极7中传播的主要弹性波的音速比在压电体6中传播的最慢的横波(体波)的音速(4080m/秒)慢,能够抑制因体波辐射引起的主要弹性波的能量损失。
此外,如图26所示,在凸部12的截面形状小于IDT电极7的电极指的截面形状的情况下,相对于第1电极层10的主要弹性波的音速处于图23所示的值与图25所示的值之间。
以下,详细叙述这种凸部12。
氧化硅膜8的凸部12优选从其凸部12的顶部到最下部在下方具有凸出的曲线形状。此时,以在下方凸出的曲线或其延长线、和与包括顶部的压电体6的上表面平行的直线相交的点彼此之间的距离定义的顶部的宽度L,小于IDT电极7的电极指的宽度。由此,凸部12中的氧化硅膜8的质量附加连续且缓慢地变化。其结果,能够抑制产生因氧化硅膜8的形状引起的无用反射的同时,使弹性波元件5的电特性得以提高。
另外,凸部12的顶部的宽度优选在IDT电极7的电极指宽度的1/2以下。此外,凸部12的顶部的中心位置优选在电极指的中心位置的上方大致一致。由此,质量附加效果带来的电极指中的反射率更高,弹性波元件5的电特性得以提高。
另外,将凸部12的高度设为T、IDT电极7的总膜厚设为h时,优选满足0.03λ<T≤h。这是因为,调查氧化硅膜8的凸部12的最下部至顶部的高度T与电特性的关系时发现,在高度T是比0.03λ大的值、将氧化硅膜8的表面设为平坦时,反射率的提高较大。另一方面,若具有比IDT电极7的膜厚h高的高度T,需要追加用于制造该氧化硅膜8的新的工序,制造方法会变得烦杂。另外,实施方式4的弹性波元件5的制造方法与实施方式2相同。
另外,对于在实施方式3中说明的密封层15、16而言,当然也能够应用于实施方式4的IDT电极中。
(实施方式5)
以下,参照附图,说明本发明的实施方式5。图27是实施方式5的弹性波元件的剖面示意图(与IDT电极指的延伸方向垂直的剖面示意图)。
在实施方式5中,不同于实施方式1的是,第1电极层10的主成分是Pt(铂)。
在图27中,弹性波元件5具备:压电体6;设置在压电体6上切激励波长为λ的主要弹性波(Shear Horizontal波等)的IDT电极7;和在压电体6上被设置成覆盖IDT电极7、而膜厚在0.20λ以上且0.50λ以下的氧化硅膜8。此外,弹性波元件5具备设置在氧化硅膜8上且传播比在氧化硅膜8中传播的横波的速度还快的横波的电介质薄膜9。该弹性波元件5是在压电体6与氧化硅膜8的边界部分封住能量的大部分来激励主要弹性波的边界波元件。
压电体6是铌酸锂(LiNbO3)系基板,例如也可以是水晶、钽酸锂(LiTaO3)系、或铌酸钾(KNbO3)系基板或薄膜等其他压电单晶介质。
在压电体6为铌酸锂系基板的情况下,在欧拉角显示(φ,θ,ψ)中,出于无用乱真信号抑制的观点,优选使用-100°≤θ≤-60°范围的基板。另外,如在日本特愿2009-251696中记载的,由铌酸锂构成的该压电体6的欧拉角(φ,θ,ψ)优选满足-100°≤θ≤-60°、1.193φ-2°≤ψ≤1.193φ+2°、ψ≤-2φ-3°,-2φ+3°≤ψ。另外,φ、θ是压电体6的切出角,ψ是压电体6上的IDT电极7中的主要弹性波的传播角。通过设成该欧拉角,从而在抑制因瑞利波引起的无用乱真信号的产生的同时,能够抑制较快的横波所产生的频带附近的无用乱真信号。
IDT电极7是从弹性波元件5的上方看时梳形形状的叉指型换能器电极,从压电体6侧开始依次具有以Pt(铂)为主成分的第1电极层10、和设置在第1电极层10上且以Al(铝)为主成分的第2电极层11。在该第1电极层10中也可以混入Si等混合物,在第2电极层11中也可以混入Mg、Cu、Si等混合物。由此,能够提高IDT电极7的耐电力性。
该IDT电极7具有0.15λ以下的总膜厚,并且第1电极层10具有0.025λ以上的膜厚,第2电极层11具有0.026λ以上的膜厚。
氧化硅膜8是具有与压电体6相反的频率温度特性的介质,因此能够提高弹性波元件5的频率温度特性。此外,氧化硅膜8的膜厚被设定成主要弹性波的速度比在压电体6中传播的最慢的横波的速度还慢低。由此,能够降低向主要弹性波的压电体6方向的泄漏。
另外,氧化硅膜8的膜厚被设定成由IDT电极7激励的主要弹性波的频率温度特性在规定值(30ppm/℃)以下。
满足上述条件的氧化硅膜8的膜厚在0.2λ以上且0.5λ以下时,尤其能够同时实现主要弹性波的泄露防止效果和频率温度特性提高。
另外,在此所指的氧化硅膜8的膜厚是未形成IDT电极7时压电体6与氧化硅膜8相接的部分中的压电体6和氧化硅膜8的边界面到氧化硅膜8的上表面的距离D。
电介质薄膜9是传播比在氧化硅膜8中传播的横波的速度快的横波的介质。该电介质薄膜9例如是钻石、硅、氮化硅、氮化铝、或氧化铝。此外,电介质薄膜9的膜厚大于氧化硅膜8的膜厚、且在作为主要弹性波的SH(ShearHorizontal)波的波长λ以上。由此,能够在弹性波元件5中封住主要弹性波。此外,为了使弹性波元件5的薄壁,优选电介质薄膜9的膜厚在5λ以下。
以下,详细叙述本发明的弹性波元件5。
图28是表示第1电极层10是膜厚为0.03λ的Pt层且在该Pt层上层叠了Al层的第2电极层11的IDT电极7整体的薄膜电阻(单位Ω/□)、与第2电极层11的膜厚(λ)之间的关系的图。根据图28可知,第2电极层11的膜厚以0.026λ为界,在小于该值的情况下,IDT电极7整体的电阻具有转折点且大于0.44Ω/□。即,通过将第2电极层11的膜厚设为0.026λ以上,从而抑制IDT电极7的电阻。由此,能够抑制弹性波元件5中的插入损耗。
另外,当第2电极层11的膜厚在0.026λ以上时,IDT电极7的电阻几乎不依赖于第1电极层10的膜厚。这是因为,若将由Al构成的第2电极层11的膜厚设为0.026λ以上,则流过IDT电极7的电流的大部分流过第2电极层11。
如上所述,在弹性波元件5中,通过将IDT电极7的总膜厚设为0.15λ以下,从而降低氧化硅膜8的成膜偏差。此外,通过将以Pt为主成分的第1电极层10的膜厚设为0.025λ以上,从而提高弹性波元件的耐电力性。另外,通过将以Al为主成分的第2电极层11的膜厚设为0.026λ以上,从而抑制IDT电极7的电阻。由此,能够抑制弹性波元件5中的插入损耗。
图29表示作为压电体6使用25度旋转Y板X传播的铌酸锂基板、作为电介质薄膜9使用膜厚1λ的氮化硅(SiN)、将氧化硅膜8的膜厚D在0.2λ至0.5λ内改变时的第1电极层的膜厚(λ)、与在IDT电极7中传播的主要弹性波的音速(m/秒)之间的关系。另外,假设氧化硅膜的上表面平坦。此外,设第2电极层11的膜厚为0.026λ。若该第2电极层11的膜厚大于该值且越来越大,则主要弹性波的音速虽然很少但是也会变小。另外,对于电介质薄膜9的膜厚而言,若其膜厚在1λ以上,则几乎对在IDT电极7中传播的主要弹性波的音速(m/秒)没有影响。此外,图29所示的主要弹性波的音速是主要弹性波在反谐振频率下的音速。这在表示主要弹性波的音速的其他附图中也是同样的。若要关注主要弹性波的能量损失,则可以认为重点是要关注主要弹性波在谐振频率和反谐振频率下的能量损失,但是,由于主要弹性波在反谐振频率下的音速比谐振频率下的音速还快,因此从主要弹性波的能量损失的观点出发,在对体波的音速进行比较的情况下,其比较对象最好是主要弹性波在反谐振频率下的音速。
如图29所示,若氧化硅膜8的膜厚为0.2λ,则当第1电极层10的膜厚在0.035λ以上时,在IDT电极7中传播的主要弹性波的音速比在压电体6中传播的最慢的横波(体波)的音速(4080m/秒)慢,能够抑制因体波辐射引起的主要弹性波的能量损失。
此外,若氧化硅膜8的膜厚为0.3λ,则当第1电极层10的膜厚在0.029λ以上时,在IDT电极7中传播的主要弹性波的音速比在压电体6中传播的最慢的横波(体波)的音速(4080m/秒)慢,能够抑制因体波辐射引起的主要弹性波的能量损失。
此外,若氧化硅膜8的膜厚为0.4λ,则当第1电极层10的膜厚在0.027λ以上时,在IDT电极7中传播的主要弹性波的音速比在压电体6中传播的最慢的横波(体波)的音速(4080m/秒)慢,能够抑制因体波辐射引起的主要弹性波的能量损失。
此外,若氧化硅膜8的膜厚为0.5λ,则当第1电极层10的膜厚在0.025λ以上时,在IDT电极7中传播的主要弹性波的音速比在压电体6中传播的最慢的横波(体波)的音速(4080m/秒)慢,能够抑制因体波辐射引起的主要弹性波的能量损失。
即,当氧化硅膜8的膜厚在0.2λ以上且小于0.3λ、第1电极层10的膜厚在0.035λ以上时,再有氧化硅膜8的膜厚在0.3λ以上且小于0.4λ、第1电极层10的膜厚在0.029λ以上时,还有氧化硅膜8的膜厚在0.4λ以上且小于0.5、第1电极层10的膜厚在0.027λ以上时,甚至氧化硅膜8的膜厚为0.5λ、第1电极层10的膜厚在0.025λ以上时,在IDT电极7中传播的主要弹性波的音速比在压电体6中传播的最慢的横波(体波)的音速(4080m/秒)慢,能够抑制因体波辐射引起的主要弹性波的能量损失。
图30是实施方式5中的其他弹性波元件的剖面示意图(与IDT电极指的延伸方向垂直的剖面示意图)。在图30中,不同于图27的是,在IDT电极7的电极指的上方的氧化硅膜8的上表面设置了凸部12。
图31表示上述凸部12的截面是与IDT电极7的电极指截面相同形状时、作为压电体6使用25度旋转Y板X传播的铌酸锂基板、作为电介质薄膜9使用膜厚为1λ的氮化硅(SiN)、将氧化硅膜8的膜厚D在0.2λ至0.5λ内改变时的第1电极层的膜厚(λ)、与在IDT电极7中传播的主要弹性波的音速(m/秒)之间的关系。此外,设第2电极层11的膜厚为0.026λ。若该第2电极层11的膜厚大于该值且越来越大,则主要弹性波的音速虽然很少但是也会变小。另外,对于电介质薄膜9的膜厚而言,若其膜厚在1λ以上,则几乎对在IDT电极7中传播的主要弹性波的音速(m/秒)没有影响。
如图31所示,若氧化硅膜8的膜厚为0.2λ,则当第1电极层10的膜厚在0.034λ以上时,在IDT电极7中传播的主要弹性波的音速比在压电体6中传播的最慢的横波(体波)的音速(4080m/秒)慢,能够抑制因体波辐射引起的主要弹性波的能量损失。
此外,若氧化硅膜8的膜厚为0.3λ,则当第1电极层10的膜厚在0.028λ以上时,在IDT电极7中传播的主要弹性波的音速比在压电体6中传播的最慢的横波(体波)的音速(4080m/秒)慢,能够抑制因体波辐射引起的主要弹性波的能量损失。
此外,若氧化硅膜8的膜厚为0.4λ,则当第1电极层10的膜厚在0.027λ以上时,在IDT电极7中传播的主要弹性波的音速比在压电体6中传播的最慢的横波(体波)的音速(4080m/秒)慢,能够抑制因体波辐射引起的主要弹性波的能量损失。
此外,若氧化硅膜8的膜厚为0.5λ,则当第1电极层10的膜厚在0.025λ以上时,在IDT电极7中传播的主要弹性波的音速比在压电体6中传播的最慢的横波(体波)的音速(4080m/秒)慢,能够抑制因体波辐射引起的主要弹性波的能量损失。
即,在IDT电极7的电极指的上方的氧化硅膜8的上表面设置了凸部12的情况下,在IDT电极7中传播的主要弹性波的音速会变慢一些。因此,与没有凸部12的结构相比,即使第1电极层10的膜厚较薄,也能够抑制因体波辐射引起的主要弹性波的能量损失。
因此,在IDT电极7的电极指的上方的氧化硅膜8的上表面设置了凸部12的情况下,在下述条件下,能够抑制因体波辐射引起的主要弹性波的能量损失。即,当氧化硅膜8的膜厚在0.2λ以上且小于0.3λ、第1电极层10的膜厚在0.034λ以上时,再有氧化硅膜8的膜厚在0.3λ以上且小于0.4λ、第1电极层10的膜厚在0.028λ以上时,还有氧化硅膜8的膜厚在0.4λ以上且小于0.5λ、第1电极层10的膜厚在0.027λ以上时,甚至氧化硅膜8的膜厚为0.5λ、第1电极层10的膜厚在0.025λ以上时,在IDT电极7中传播的主要弹性波的音速比在压电体6中传播的最慢的横波(体波)的音速(4080m/秒)慢,能够抑制因体波辐射引起的主要弹性波的能量损失。
此外,如图32所示,在凸部12的截面形状小于IDT电极7的电极指的截面形状的情况下,相对于第1电极层10的主要弹性波的音速处于图29所示的值与图31所示的值之间。
以下,详细叙述这种凸部12。
氧化硅膜8的凸部12优选从其凸部12的顶部到最下部在下方具有凸出的曲线形状。此时,以在其下方凸出的曲线或其延长线、和与包括顶部的压电体6的上表面平行的直线相交的点彼此之间的距离定义的顶部的宽度L,小于IDT电极7的电极指的宽度。由此,凸部12中的氧化硅膜8的质量附加连续且缓慢地变化。其结果,能够在抑制产生因氧化硅膜8的形状引起的无用反射的同时,使弹性波元件5的电特性得以提高。
另外,凸部12的顶部的宽度优选在IDT电极7的电极指宽度的1/2以下。此外,凸部12的顶部的中心位置优选在电极指的中心位置的上方大致一致。由此,质量附加效果带来的电极指中的反射率更高,弹性波元件5的电特性得以提高。
并且,在将凸部12的高度设为T、将IDT电极7的总膜厚设为h时,优选满足0.03λ<T≤h。这是因为,调查氧化硅膜8的凸部12的最下部至顶部的高度T与电特性的关系时发现,在高度T是比0.03λ大的值、将氧化硅膜8的表面设为平坦时,反射率的提高较大。另一方面,若具有比IDT电极7的膜厚h高的高度T,需要追加用于制造该氧化硅膜8的新的工序,制造方法会变得烦杂。
另外,优选第2电极层11形成为一部分覆盖到第1电极层10的侧面上。通过由此带来的支撑效果,能够抑制氧化硅膜8从压电体6剥离。
此外,如图33所示,通过在压电体6与第1电极层10之间设置由Ti层或Cr层或NiCr层构成的密封层15,从而能够防止IDT电极7从压电体6剥离。
并且,如图33所示,通过在第1电极层10与第2电极层11之间设置由Ti层或Cr层或NiCr层构成的密封层16,从而能够提高弹性波元件5的耐电力性。
(实施方式6)
以下,参照附图,说明本发明的实施方式6。图34是实施方式6中的弹性波元件的剖面示意图(与IDT电极指的延伸方向垂直的剖面示意图)。对与实施方式5相同的构成附加同一符号,并省略其说明。
在实施方式6中,不同于实施方式2的是,第1电极层10的主成分是Pt(铂)。
在图34中,弹性波元件5不具备实施方式5所记载的电介质薄膜9,是向压电体6的表面部分或氧化硅膜8分布能量来激励主要弹性波的表面波元件。
IDT电极7具有0.15λ以下的总膜厚,并且第1电极层10具有0.009λ以上的膜厚,第2电极层11具有0.026λ以上的膜厚。
氧化硅膜8的膜厚被设定成由IDT电极7激励的主要弹性波的频率温度特性在规定值(10ppm/℃)以下。
当满足上述条件的氧化硅膜8的膜厚在0.1λ以上且0.5λ以下时,尤其能够同时实现主要弹性波的泄露防止效果和频率温度特性提高。
此外,与实施方式5相同,第2电极层11的膜厚以0.026λ为界,在小于该值的情况下,IDT电极7整体的电阻变大。即,通过将第2电极层11的膜厚设为0.026λ以上,从而抑制IDT电极7的电阻。由此,能够抑制弹性波元件5中的插入损耗。
如以上所述,在弹性波元件5中,通过将IDT电极7的总膜厚设为0.15λ以下,从而降低氧化硅膜8的成膜偏差。此外,通过将以Pt为主成分的第1电极层10的膜厚设为0.009λ以上,从而提高弹性波元件5的耐电力性。另外,通过将以Al为主成分的第2电极层11的膜厚设为0.026λ以上,从而抑制IDT电极7的电阻。由此,能够抑制弹性波元件5中的插入损耗。
图35表示作为压电体6使用25度旋转Y板X传播的铌酸锂基板、将氧化硅膜8的膜厚D在0.1λ至0.5λ内改变时的第1电极层的膜厚(λ)、与在IDT电极7中传播的主要弹性波的音速(m/秒)之间的关系。另外,假设氧化硅膜的上表面平坦。此外,设第2电极层11的膜厚为0.026λ。若该第2电极层11的膜厚大于该值且越来越大,则主要弹性波的音速虽然很少但是也会变小。
如图35所示,若氧化硅膜8的膜厚为0.1λ,则当第1电极层10的膜厚在0.02λ以上时,在IDT电极7中传播的主要弹性波的音速比在压电体6中传播的最慢的横波(体波)的音速(4080m/秒)慢,能够抑制因体波辐射引起的主要弹性波的能量损失。
此外,若氧化硅膜8的膜厚为0.2λ,则当第1电极层10的膜厚在0.018λ以上时,在IDT电极7中传播的主要弹性波的音速比在压电体6中传播的最慢的横波(体波)的音速(4080m/秒)慢,能够抑制因体波辐射引起的主要弹性波的能量损失。
此外,若氧化硅膜8的膜厚为0.3λ,则当第1电极层10的膜厚在0.016λ以上时,在IDT电极7中传播的主要弹性波的音速比在压电体6中传播的最慢的横波(体波)的音速(4080m/秒)慢,能够抑制因体波辐射引起的主要弹性波的能量损失。
此外,若氧化硅膜8的膜厚为0.4λ,则当第1电极层10的膜厚在0.009λ以上时,在IDT电极7中传播的主要弹性波的音速比在压电体6中传播的最慢的横波(体波)的音速(4080m/秒)慢,能够抑制因体波辐射引起的主要弹性波的能量损失。
此外,若氧化硅膜8的膜厚为0.5λ,则即使不存在第1电极层10,在IDT电极7中传播的主要弹性波的音速也会比在压电体6中传播的最慢的横波(体波)的音速(4080m/秒)慢,能够抑制因体波辐射引起的主要弹性波的能量损失。
即,当氧化硅膜8的膜厚在0.1λ以上且小于0.2λ、第1电极层10的膜厚在0.02λ以上时,再有氧化硅膜8的膜厚在0.2λ以上且小于0.3λ、第1电极层10的膜厚在0.018λ以上时,还有氧化硅膜8的膜厚在0.3λ以上且小于0.4λ、第1电极层10的膜厚在0.016λ以上时,甚至氧化硅膜8的膜厚在0.4λ以上且小于0.5λ、第1电极层10的膜厚在0.009λ以上时,在IDT电极7中传播的主要弹性波的音速比在压电体6中传播的最慢的横波(体波)的音速(4080m/秒)慢,能够抑制因体波辐射引起的主要弹性波的能量损失。
图36是实施方式6的其他弹性波元件中的剖面示意图(与IDT电极指的延伸方向垂直的剖面示意图)。在图36中,不同于图34的是,在IDT电极7的电极指的上方的氧化硅膜8的上表面设置了凸部12。
图37表示在上述凸部12的截面是与IDT电极7的电极指截面相同形状时、作为压电体6使用25度旋转Y板X传播的铌酸锂基板、将氧化硅膜8的膜厚D在0.1λ至0.5λ内改变时的第1电极层10的膜厚(λ)、与在IDT电极7中传播的主要弹性波的音速(m/秒)之间的关系。此外,设第2电极层11的膜厚为0.026λ。若该第2电极层11的膜厚大于该值且越来越大,则主要弹性波的音速虽然很少但是也会变小。
如图37所示,若氧化硅膜8的膜厚为0.1λ,则当第1电极层10的膜厚在0.01λ以上时,在IDT电极7中传播的主要弹性波的音速比在压电体6中传播的最慢的横波(体波)的音速(4080m/秒)慢,能够抑制因体波辐射引起的主要弹性波的能量损失。
此外,若氧化硅膜8的膜厚为0.2λ,则当第1电极层10的膜厚在0.007λ以上时,在IDT电极7中传播的主要弹性波的音速比在压电体6中传播的最慢的横波(体波)的音速(4080m/秒)慢,能够抑制因体波辐射引起的主要弹性波的能量损失。
此外,若氧化硅膜8的膜厚为0.3λ、0.4λ、0.5λ,则即使不存在第1电极层10,在IDT电极7中传播的主要弹性波的音速也会比在压电体6中传播的最慢的横波(体波)的音速(4080m/秒)慢,能够抑制因体波辐射引起的主要弹性波的能量损失。
即,在IDT电极7的电极指的上方的氧化硅膜8的上表面设置了凸部12的情况下,在IDT电极7中传播的主要弹性波的音速会变慢一些。因此,与没有凸部12的结构相比,即使第1电极层10的膜厚较薄,也能够抑制因体波辐射引起的主要弹性波的能量损失。
因此,在IDT电极7的电极指的上方的氧化硅膜8的上表面设置了凸部12的情况下,在下述条件下,能够抑制因体波辐射引起的主要弹性波的能量损失。即,当氧化硅膜8的膜厚在0.1λ以上且小于0.2λ、第1电极层10的膜厚在0.01λ以上时,再有氧化硅膜8的膜厚在0.2λ以上且小于0.3λ、第1电极层10的膜厚在0.007λ以上时,在IDT电极7中传播的主要弹性波的音速比在压电体6中传播的最慢的横波(体波)的音速(4080m/秒)慢,能够抑制因体波辐射引起的主要弹性波的能量损失。
此外,如图38所示,在凸部12的截面形状小于IDT电极7的电极指的截面形状的情况下,相对于第1电极层10的主要弹性波的音速处于图35所示的值与图37所示的值之间。
以下,详细叙述这种凸部12。
氧化硅膜8的凸部12优选从其凸部12的顶部到最下部在下方具有凸出的曲线形状。此时,以在其下方凸出的曲线或其延长线、和与包括顶部的压电体6的上表面平行的直线相交的点彼此之间的距离定义的顶部的宽度L,小于IDT电极7的电极指的宽度。由此,凸部12中的氧化硅膜8的质量附加连续且缓慢地变化。其结果,能够在抑制产生因氧化硅膜8的形状引起的无用反射的同时,使弹性波元件5的电特性得以提高。
另外,凸部12的顶部的宽度优选在IDT电极7的电极指宽度的1/2以下。此外,凸部12的顶部的中心位置优选在电极指的中心位置的上方大致一致。由此,质量附加效果带来的电极指中的反射率更高,弹性波元件5的电特性得以提高。
另外,在将凸部12的高度设为T、IDT电极7的总膜厚设为h时,优选满足0.03λ<T≤h。这是因为,调查氧化硅膜8的凸部12的最下部至顶部的高度T与电特性的关系时发现,在高度T是比0.03λ大的值、将氧化硅膜8的表面设为平坦时,反射率的提高较大。另一方面,若具有比IDT电极7的膜厚h高的高度T,需要追加用于制造该氧化硅膜8的新的工序,制造方法会变得烦杂。另外,实施方式6的弹性波元件5的制造方法与实施方式2相同。
另外,关于在实施方式5中说明的密封层15、16,当然也能够应用于实施方式6的IDT电极中。
另外,也可以将本实施方式1~6的弹性波元件5应用于梯子型滤波器或DMS滤波器等滤波器(未图示)中。此外,也可以将该滤波器应用于具有发送滤波器和接收滤波器的天线共用器(未图示)中。此外,也可以将弹性波元件5应用于具备该滤波器、与滤波器相连的半导体集成电路元件(未图示)、和与半导体集成电路元件(未图示)相连的扬声器等再生部的电子设备中。
-工业可用性-
本发明涉及的弹性波元件具有抑制插入损耗的效果,可应用于移动电话等电子设备中。
-符号说明-
5 弹性波元件
6 压电体
7 IDT电极
8 氧化硅膜
9 电介质薄膜
10 第1电极层
11 第2电极层