CN103250348B - 弹性表面波装置 - Google Patents

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Abstract

提供抑制无用波引起的频率特性的降低的弹性表面波装置。弹性表面波装置（1）具备：压电基板（21）、形成于压电基板（21）上的IDT电极（22）、第1电介质层（23）、和第2电介质层24。第1电介质层（23）形成于压电基板（21）上。第1电介质层（23）由氧化硅构成。第2电介质层（24）形成于第1电介质层（23）上。第2电介质层（24）具有高于第1电介质层（23）的声速。弹性表面波装置（1）还具备第3电介质层（25）。第3电介质层（25）形成于第1电介质层（23）和压电基板（21）之间。第3电介质层（25）覆盖压电基板（21）的表面（21a）和IDT电极（22）的上表面（22a）以及侧面（22b、22c）。

Description

弹性表面波装置
技术领域
本发明涉及用在谐振器、带通滤波器等中的弹性表面波装置。
背景技术
现有技术中，例如作为谐振器、滤波器装置，广泛使用利用了弹性表面波的弹性表面波装置。例如，在下述的专利文献1中，作为这样的弹性表面波装置的一例，公开了如下的弹性表面波装置：形成于压电基板之上，具备覆盖IDT电极而形成的SiO2膜、和形成于SiO2膜上的SiN膜。
记载于该专利文献1中的弹性表面波装置由于具有覆盖IDT电极而形成的SiO2膜，因此具有良好的频率温度特性。另外，在专利文献1中记载的弹性表面波装置中，能通过调整形成于SiO2膜上的SiN膜的厚度来调整弹性表面波装置的频率特性。因而，能提高频率精度。
先行技术文献
专利文献
专利文献1：JP特开2001－44787号公报
发明的概要
发明要解决的课题
但是，在专利文献1所记载的弹性表面波装置中，有由无用波引起而例如在谐振频率和反谐振频率之间产生寄生，或在通过频带内产生寄生的问题。
发明内容
本发明鉴于这样的点而提出，其目的在于提供抑制了由无用波引起的频率特性的降低的弹性表面波装置。
用于解决课题的手段
本发明所涉及的弹性表面波装置具备：压电基板、IDT电极、第1电介质层、第2电介质层。IDT电极形成于压电基板上。第1电介质层形成于压电基板上。第1电介质层由氧化硅构成。第2电介质层形成于第1电介质层上。第2电介质层具有高于第1电介质层的声速。本发明所涉及的弹性表面波装置还具备第3电介质层。第3电介质层形成于第1电介质层和压电基板之间。第3电介质层覆盖压电基板的表面、和IDT电极的上表面以及侧面。
在本发明所涉及的弹性表面波装置的某特定的局面下，第3电介质层的厚度为根据IDT电极的电极指间间距所决定的波长的1.5％以上。在该构成中，能有效地抑制无用波引起的频率特性的降低。
在本发明所涉及的弹性表面波装置的其它的特定的局面下，第3电介质层的厚度为第1电介质层的厚度以下。
在本发明所涉及的弹性表面波装置的另外的特定的局面下，第3电介质层由氮化硅、氮氧化硅、金刚石、氧化铝或氮化铝构成。
在本发明所涉及的弹性表面波装置的再其它的特定的局面下，第2电介质层由氮化硅、氮氧化硅、金刚石、氧化铝或氮化铝构成。
在本发明所涉及的弹性表面波装置的再另外的特定的局面下，压电基板由LiNbO3或LiTaO3构成。
在本发明所涉及的弹性表面波装置的再其它的特定的局面下，压电基板由120°～130°Y切割X传播的LiNbO3基板构成。在该构成中，在将瑞利波作为主模来利用、将SH波作为无用波时，能更有效地抑制由作为无用波的SH波引起的频率特性的降低。
在本发明所涉及的弹性表面波装置的再另外的特定的局面下，压电基板由－10°～10°Y切割X传播的LiNbO3基板构成。在该构成中，在将SH波作为主模来利用、将瑞利波作为无用波时，能更有效地降低作为无用波的瑞利波引起的频率特性的降低。
发明的效果
在本发明所涉及的弹性表面波装置中，设置有第3电介质层，其形成于第1电介质层和压电基板之间，覆盖压电基板的表面、和IDT电极的上表面以及侧面。由此，能抑制无用波引起的频率特性的降低。
附图说明
图1是表示实施本发明的一个实施方式所涉及的弹性表面波滤波器的概略电路图。
图2是实施本发明的一个实施方式中的弹性表面波谐振器的概略的俯视图。
图3是表示放大实施本发明的一个实施方式中的弹性表面波谐振器的一部分的概略截面图。
图4是表示实验例所涉及的弹性表面波谐振器中的第3电介质层的厚度与弹性表面波的频率特性的关系的曲线。
图5是表示实验例所涉及的弹性表面波谐振器中的第3电介质层的厚度、与由SH波引起的寄生频率相对于瑞利波的反谐振频率之比（（由SH波引起的寄生频率F（SH））/（瑞利波的反谐振频率Fa））的关系的曲线。
图6是表示实验例所涉及的弹性表面波谐振器的相位特性的曲线。
图7是表示实验例以及比较例的弹性表面波滤波器装置的插入损耗的曲线。
具体实施方式
下面，举出图1所示的梯型的弹性表面波滤波器装置1为例来说明实施本发明的优选的形态。但是，弹性表面波滤波器装置1仅是例示。本发明并不受到弹性表面波滤波器装置1的任何的限定。本发明所涉及的弹性表面波装置例如既可以是弹性表面波分波器，也可以是弹性表面波谐振器。另外，本发明所涉及的弹性表面波装置例如也可以是纵耦合谐振器型弹性表面波滤波器装置。
如图1所示，弹性表面波滤波器装置1具有第1以及第2信号端子11、12。第1以及第2信号端子11、12通过串联臂13而连接。在串联臂13上串联多个串联臂谐振器S1～S4。在串联臂谐振器S2并联连接电容器C1。串联臂13和接地电位通过并联臂14～16而进行连接。在并联臂14～16分别设有并联臂谐振器P1～P3。在并联臂谐振器P1和接地电位之间连接电感器L1。在并联臂谐振器P2和接地电位之间连接电感器L2。在电感器L1、L2和接地电位之间连接电感器L4。在并联臂谐振器P3和接地电位之间连接电感器L3。
串联臂谐振器S1～S4以及并联臂谐振器P1～P3分别由1个或多个弹性表面波谐振器构成。在图2示出该弹性表面波谐振器20的概略俯视图，在图3示出放大了一部分的概略截面图。
弹性表面波谐振器20具有压电基板21。压电基板21例如能通过LiNbO3或LiTaO3形成。压电基板21例如能通过120°～130°Y切割X传播的LiNbO3基板、－10°～10°Y切割X传播的LiNbO3基板构成。
在压电基板21的主面21a上形成有IDT电极22。IDT电极22通过相互插入其间的一对的梳齿状电极形成。IDT电极22能通过适宜的导电材料形成。IDT电极22例如能通过从由Al、Pt、Au、Ag、Cu、Ni、Ti、Cr以及Pd构成的群中选出的金属、或包含从由Al、Pt、Au、Ag、Cu、Ni、Ti、Cr以及Pd构成的群中选出的一种以上的金属的合金形成。另外，IDT电极22还能通过由上述金属或合金构成的多个导电层的层叠体构成。
在主面21a上形成有第1电介质层23。第1电介质层23由氧化硅构成。由此，第1电介质层23具有与压电基板21正负不同的频率温度系数（TCF：Temperature Coefficient of Frequency）。因此，通过设置第1电介质层23能改善弹性表面波谐振器20的频率温度特性。其结果，能改善弹性表面波滤波器装置1的频率温度特性。
第1电介质层23的厚度只要是使IDT电极22上激励的弹性波成为弹性表面波的程度即可，没有特别的限定。第1电介质层23的厚度例如能设为电极厚度大约0.5λ（λ是根据IDT电极的电极指间间距所确定的波长）的程度。
在第1电介质层23上形成有第2电介质层24。第1电介质层23被该第2电介质层24覆盖。第2电介质层24具有高于第1电介质层23的声速。第2电介质层24例如能通过氮化硅、氮氧化硅、金刚石、氧化铝或氮化铝形成。能通过调整该第2电介质层24的厚度来调整弹性表面波谐振器20的频率特性。其结果，能调整弹性表面波滤波器装置1的频率特性。因而，能通过设置第2电介质层24来以高的频率精度制造弹性表面波滤波器装置1。另外，在制造后，能容易地调整滤波器特性等的频率特性。
另外，第2电介质层24的厚度只要是使IDT电极22上激励的弹性波成为弹性表面波的程度即可，没有特别的限定。第2电介质层24的厚度例如能设为0.002λ～0.05λ（λ是根据IDT电极的电极指间间距所确定的波长）的程度。
进而，在本实施方式中，在第1电介质层23和压电基板21之间形成第3电介质层25。通过该第3电介质层25直接覆盖压电基板21的主面21a、IDT电极22的上表面22a以及侧面22b、22c。第3电介质层25与压电基板21的主面21a以及IDT电极22的上表面22a以及侧面22b、22c接触。
第3电介质层25由与第1电介质层23不同的电介质构成。第3电介质层25例如能通过氮化硅、氮氧化硅、金刚石、氧化铝或氮化铝形成。另外，第3电介质层25既可以具有高于第1电介质层23的声速，也可以具有低于第1电介质层23的声速。
第3电介质层25的厚度为第1电介质层23的厚度以下，优选为根据IDT电极22的电极指间间距所决定的波长的1.5％以上。
另外，第1～第3电介质层23～25的形成方法没有特别的限定。第1～第3电介质层23～15例如能通过溅射法或CVD法等形成。
如以上说明那样，在本实施方式中，在第1电介质层23和压电基板21之间形成覆盖压电基板21的主面21a、IDT电极22的上表面22a以及侧面22b、22c的第3电介质层25。由此，通过使该第3电介质层25的厚度变化，而能使由IDT电极22激励的多种类的弹性表面波的声速关系错开。因此，能使由无用的弹性表面波引起的寄生频率远离在特性发现中所利用的主模的谐振频率或反谐振频率。
例如，在通过120°～130°Y切割X传播的LiNbO3基板来构成压电基板21，将瑞利波设为主模、将SH波设为无用波时，能将由作为无用波的SH波引起的寄生频率位置配置在作为主模的瑞利波的谐振频率和反谐振频率间的频带的外侧，配置在由瑞利波形成的通过频带外。其结果，实现了高的频率特性。
另外，例如在通过－10°～10°Y切割X传播的LiNbO3基板来构成压电基板21，将SH波设为主模、将瑞利波设为无用波时，能将作为无用波的瑞利波引起的寄生频率位置配置在作为主模的SH波的谐振频率和反谐振频率之间的频带的外侧，配置在由SH波形成的通过频带之外。其结果，能实现高的频率特性。
以下，关于其效果，参照具体例来详细说明。
首先，在以下的设计参数下，使第3电介质层的厚度进行各种变化来制作多个与上述说明的弹性表面波谐振器20实质具有相同构成的弹性表面波谐振器，测定作为主模的瑞利波的谐振频率以及反谐振频率、和由作为无用波的SH波引起的寄生的频率位置。另外，计算出由SH波引起的寄生频率相对于瑞利波的反谐振频率之比（F（SH）/Fa）。在图4以及图10中示出了结果。另外，在图4以及图5中，横轴是第3电介质层的以波长（λ）归一化后的厚度。另外，在图6中，用实线表示第3电介质层的波长归一化厚度为2.5％时的相位特性，用虚线表示第3电介质层的波长归一化厚度为0％时的相位特性。
（弹性表面波谐振器的设计参数）
压电基板：129°Y切割X传播的LiNbO3基板
IDT电极的构成：Ti膜（厚度：10nm）/AlCu膜（厚度：13nm，Cu含有率：10质量％）/Ti膜（厚度：10nm）/Pt膜（厚度：80nm）/NiCr膜（厚度：10nm）/压电基板
IDT电极的波长（λ）：4.0μm
IDT电极的占空比：0.48
第1电介质层：厚度1100nm的SiO2膜
第2电介质层：厚度40nm的Si3N4膜
第3电介质层：厚度0nm、50nm、100nm或150nm的Si3N4膜
从图4以及图5所示的结果可知，随着第3电介质层的波长归一化厚度变大，瑞利波的谐振频率以及反谐振频率、和由SH波引起的寄生的频率都向高频侧移位。但是，相对于第3电介质层的波长归一化厚度变化量的、瑞利波的谐振频率以及反谐振频率的变化量相对较小，相对于第3电介质层的波长归一化厚度的变化量的、由SH波引起的寄生的频率的变化量相对较大。由此，虽然在未形成第3电介质层的情况下（第3电介质层的波长归一化厚度＝0％的情况下），由SH波引起的寄生的频率位于瑞利波的谐振频率和反谐振频率之间的频带，但若第3电介质层的波长归一化厚度变大，则由SH波引起的寄生的频率变为位于比瑞利波的谐振频率和反谐振频率之间的频带更高的高频侧。具体地，从图4所示曲线还可知，能通过将第3电介质层的波长归一化厚度设为1.5％以上，使由SH波引起的寄生的频率位于瑞利波的谐振频率和反谐振频率之间的频带更高的高频侧的位置。由此，能有效地抑制由作为无用波的SH波引起的寄生所带来的频率特性的劣化。
另外，如上述那样，由于瑞利波的频率特性和SH波的频率特性相对于第3电介质层的波长归一化厚度的变化形态不同，因此，将SH波设为主模来利用、将瑞利波设为无用波时也相同，也能通过设置第3电介质层来有效地抑制无用波引起的寄生带来的频率特性的劣化。
接下来，作为实施例，以下述的设计参数制作具有与上述弹性表面波滤波器装置1相同的构成的弹性表面波滤波器装置，测定插入损耗。图7用虚线示出了结果。
另外，作为比较例，制作除了未设置第3电介质层以外具有与上述实施方式所涉及的弹性表面波滤波器装置相同构成的弹性表面波滤波器装置，测定插入损耗。图7用实线示出了结果。
（实施例中的设计参数）
压电基板：129°Y切割X传播的LiNbO3基板
IDT电极的构成：Ti膜（厚度：10nm）/AlCu膜（厚度：13nm，Cu含有率：10质量％）/Ti膜（厚度：10nm）/Pt膜（厚度：80nm）/NiCr膜（厚度：10nm）/压电基板
第1电介质层：厚度1000nm的SiO2膜
第2电介质层：厚度40nm的Si3N4膜
第3电介质层：厚度100nm的Si3N4膜
[表1]
如图7所示，在比较例（图7中的实线中），在通过频带内的高频侧部分产生作为无用波的由SH波引起的寄生，在通过频带内的高频侧部分的插入损耗变大。与此相对，在实施例（图7中的虚线）中，寄生位于比通过频带更高的高频侧，即位于通过频带外，抑制了通过频带中的高频侧部分的插入损耗的增大，作为结果，改善了通过频带的插入损耗。据此，通过设置第3电介质层，能抑制通过频带中的插入损耗的增大。
另外，若是形成于第1电介质层和压电基板之间、并形成覆盖压电基板的表面和IDT电极的上表面以及侧面的第3电介质层这样的构成，则也可以省略第2电介质层。这种情况下，也能确定主模的频率特性和成为无用波的寄生的频率特性相对于第3电介质层的厚度示出不同的举动，因此，能得到本申请的效果。
符号的说明
1   弹性表面波滤波器装置
11、12   信号端子
13   串联臂
14～16   并联臂
20   弹性表面波谐振器
21   压电基板
21a   主面
22   IDT电极
22a   上表面
22b、22c   侧面
23   第1电介质层
24   第2电介质层
25   第3电介质层
P1～P3   并联臂谐振器
S1～S4   串联臂谐振器
C1   电容器
L1～L4   电感器

Claims (7)

1.一种弹性表面波装置，具备：
压电基板；
IDT电极，其形成于所述压电基板上；
第1电介质层，其形成于所述压电基板上，由氧化硅构成；
第2电介质层，其形成于所述第1电介质层上，具有高于所述第1电介质层的声速，
其中，所述弹性表面波装置还具备：
第3电介质层，其形成于所述第1电介质层和所述压电基板之间，覆盖所述压电基板的表面、和所述IDT电极的上表面以及侧面，
所述第3电介质层的厚度为根据所述IDT电极的电极指间间距所决定的波长的1.5％以上。
2.根据权利要求1所述的弹性表面波装置，其中，
所述第3电介质层的厚度为所述第1电介质层的厚度以下。
3.根据权利要求1或2所述的弹性表面波装置，其中，
所述第3电介质层由氮化硅、氮氧化硅、金刚石、氧化铝或氮化铝构成。
4.根据权利要求1或2所述的弹性表面波装置，其中，
所述第2电介质层由氮化硅、氮氧化硅、金刚石、氧化铝或氮化铝构成。
5.根据权利要求1或2所述的弹性表面波装置，其中，
所述压电基板由LiNbO3或LiTaO3构成。
6.根据权利要求5所述的弹性表面波装置，其中，
所述压电基板由120°～130°Y切割X传播的LiNbO3基板构成。
7.根据权利要求5所述的弹性表面波装置，其中，
所述压电基板由-10°～10°Y切割X传播的LiNbO3基板构成。
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