CN103891139B - 弹性表面波装置 - Google Patents

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Abstract

获得即使不连接附加电容也能调整频带宽度且传播损失足够小的弹性表面波装置。弹性表面波装置（1），使用切割角相同的压电体（4）而形成了多个弹性表面波元件（2、3），在各弹性表面波元件（2、3）中，至少一个弹性表面波元件（2）中的弹性表面波的传播方位（X1）与其他的至少一个弹性表面波元件（3）中的弹性表面波的传播方位（X2）不同，且在弹性表面波元件（2、3）中，在与压电体（4）的电极形成面相反侧的面，形成有将弹性表面波限制在压电体（4）侧的限制层（12）。

Description

弹性表面波装置
技术领域
本发明涉及具有使用了压电体的多个弹性表面波元件的弹性表面波装置，尤其涉及作为弹性表面波而使用了声速比在压电体中传播的体波（bulk wave）更快的弹性表面波的弹性表面波装置。
背景技术
以往，弹性表面波装置被广泛用于谐振器、频带滤波器。在弹性表面波装置中，能够根据所利用的表面波的种类来构成各式各样频域的谐振器、滤波器。
在下述的专利文献1中公开了一种即便在多个弹性表面波之中也可使用泄漏型弹性表面波的弹性表面波装置。
此外，在下述的专利文献2中公开了一种使用了弹性表面波谐振器的梯型滤波器。在此，与弹性表面波谐振器串联或者并联地附加电容。并记载了：通过附加电容，能够缩窄通频带宽度。
另一方面，在下述的专利文献3中公开了一种使用了非泄漏传播型弹性边界波的弹性边界波装置。在专利文献3中，于同一压电单晶上设有多个IDT，且使一个IDT的传播方位与其他的至少一个IDT的传播方位不同。由此，可以调整频带宽度。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：WO2003／088483
专利文献2：日本特开平8－65089
专利文献3：WO2005／060094
发明内容
发明要解决的课题
即便在专利文献1所记载的使用了泄漏型弹性表面波的弹性表面波装置中，也要求调整频带宽度、谐振特性。
另一方面，在专利文献2所记载的梯型滤波器中，通过与弹性表面波谐振器串联或者并联地附加电容，由此可以调整频带宽度。然而，在这样的构成中，由于需要附加电容，因此存在弹性表面波装置趋于大型化、且成本不断变高的问题。
此外，在专利文献3中，于同一压电基板上形成了多个IDT的结构中，至少一个弹性边界波元件的传播方位与其他弹性边界波元件的传播方位不同。根据该结构，不用连接附加电容便能调整频带宽度。
然而，在专利文献1所记载的那样使用了泄漏型弹性表面波的弹性表面波装置中，存在着若使传播方位不同则传播损失变大这一问题。这是基于下述理由，即，泄漏型弹性表面波的声速比压电基板的慢横波声速更快，故泄漏型弹性表面波的能量泄漏到压电基板侧。因此，在使用了泄漏型弹性表面波的弹性表面波装置中，使多个弹性表面波元件的传播方位不同的方法中，无法获得良好的滤波器特性、谐振特性。
本发明的目的在于提供一种使用了声速比在压电体中传播的体波更快的弹性表面波的弹性表面波装置，而且即使不连接附加电容也能调整频带宽度且传播损失足够小的弹性表面波装置。
用于解决课题的手段
在本发明中，使用切割角相同的压电体而构成了多个弹性表面波元件，该弹性表面波元件使用了声速比在压电体中传播的体波更快的弹性表面波。各弹性表面波元件具有压电体、设置在压电体上的IDT电极、和限制层。限制层设置在压电体的设有IDT的一侧的相反侧且将弹性表面波限制在压电体侧。
在本发明中，多个弹性表面波元件中，至少一个弹性表面波元件中的弹性表面波的传播方位与其他的至少一个弹性表面波元件中的弹性表面波的传播方位不同。
在本发明所涉及的弹性表面波装置的某特定方面，多个弹性表面波元件构成在单一的压电体上。在该情况下，能够推进弹性表面波装置的小型化。
在本发明所涉及的弹性表面波装置的另一特定方面，所述至少一个弹性表面波元件的频带宽度与所述其他的至少一个弹性表面波元件的频带宽度不同。
在本发明所涉及的弹性表面波装置的又一特定方面，所述限制层由在该限制层中传播的体波声速比所述弹性表面波的传播速度更快的电介质构成。在该情况下，由于弹性表面波几乎不在限制层中传播，因此能够将波的能量限制在表面侧。因此，能够使传播损失实质上变为0。
作为这样的电介质，优选能够恰当采用从由氮化铝、氮化硅、氧化铝、碳化硅、氮氧化硅、DLC、金刚石、蓝宝石、矾土、氧化镁、硅、按照所传播的体波声速变得比所述弹性表面波的传播速度更快的方式选择切割角的钽酸锂、铌酸锂所构成的群组之中选择出的一种电介质、或者多种电介质的混合物、层叠物。
在本发明所涉及的弹性表面波装置的又一特定方面，所述弹性表面波为横波，所述IDT电极的厚度被设为所述弹性表面波的声速变得比在所述压电体中传播的慢横波的声速更快的厚度。在该情况下，由于与非泄漏型的表面波相比，声速快，因此能够增大IDT的间距，其结果能够提供有利于高频化的滤波器。
所述弹性表面波为纵波，所述IDT电极的厚度被设为所述弹性表面波的声速变得比在所述压电体中传播的纵体波的声速更快的厚度。
在本发明所涉及的弹性表面波装置的再一特定方面，所述弹性表面波为横波，所述IDT电极的占空比被设为变得比在所述压电体中传播的慢横波的声速更快的占空比。在此情况下，由于与非泄漏型的表面波相比，声速快，因此能够增大IDT的间距，其结果能够提供有利于高频化的滤波器。
所述弹性表面波为纵波，所述IDT电极的占空比被设为变得比在所述压电体中传播的纵体波的声速更快的占空比。
在本发明所涉及的弹性表面波装置的又一特定方面，还具备：低声速层，其设置在所述压电体与所述限制层之间，且该低声速层的体波的声速比在所述压电体中传播的体波的声速以及在限制层中传播的体波的声速慢。在该情况下，因低声速层的形成，也能够调整频带宽度。优选，低声速层由氧化硅构成。在该情况下，能够减小频率温度系数TCF的绝对值。
在本发明所涉及的弹性表面波装置的再一特定方面，所述限制层是声阻抗相对高的第1材料层和声阻抗相对低的第2材料层层叠而成的布拉格反射器。在该情况下，能够减小传播损失。
作为上述第1材料层，优选通过从由Cu、Au、Mo、Ni以及W构成的群组之中选择出的至少一种构成。在该情况下，能够有效地提高第1材料层的声阻抗。因此，能够增大第1、第2材料层的声阻抗的差，能够提高弹性表面波的反射效率。
优选，第2材料层由氧化硅或者聚合物构成。在该情况下，能够充分地减小第2材料层的声阻抗。因此，能够充分地增大第1、第2材料层的声阻抗的差。由此，能够提高弹性表面波的反射效率。
本发明所涉及的弹性表面波装置能够适用于具有多个弹性表面波元件的各式各样的弹性表面波装置，但是优选为滤波器或者谐振器。在为滤波器或者谐振器的情况下，按照本发明，可以提供一种能容易地调整频带宽度且传播损失小的滤波器或者谐振器。优选，按照本发明，构成纵耦合型弹性表面波滤波器。因此，能够提供一种频带宽度的调整容易且传播损失少的纵耦合型弹性表面波滤波器。
发明效果
根据本发明所涉及的弹性表面波装置，与使用声速比在压电体中传播的体波更快的弹性表面波无关地，各弹性表面波元件具有上述限制层，因此能够充分地减小弹性表面波的传播损失。因此，通过使至少一个弹性表面波元件中的弹性表面波的传播方位与其他的至少一个弹性表面波元件中的弹性表面波的传播方位不同，从而可以不使传播损失恶化地调整频带宽度。
除此之外，由于对于频带宽度的调整无需附加电容，因此不会导致弹性表面波装置的大型化。
附图说明
图1（a）以及（b）是本发明的一实施方式所涉及的弹性表面波装置的示意性俯视图以及部分切口主面截面图。
图2是表示在由欧拉角（0°，0°～180°，0°～180°）的LiTaO3构成的压电体上形成IDT电极而成的弹性表面波元件中的弹性表面波的声速、与欧拉角的θ以及ψ之间的关系的图。
图3是表示在由欧拉角（15°，0°～180°，0°～180°）的LiTaO3构成的压电体上形成IDT电极而成的弹性表面波元件中的弹性表面波的声速、与欧拉角的θ以及ψ之间的关系的图。
图4是表示在由欧拉角（30°，0°～180°，0°～180°）的LiTaO3构成的压电体上形成IDT电极而成的弹性表面波元件中的弹性表面波的声速、与欧拉角的θ以及ψ之间的关系的图。
图5是表示在由欧拉角（0°，0°～180°，0°～180°）的LiTaO3构成的压电体上形成IDT电极而成的弹性表面波元件中的弹性表面波的频带宽度、与欧拉角的θ以及ψ之间的关系的图。
图6是表示在由欧拉角（15°，0°～180°，0°～180°）的LiTaO3构成的压电体上形成IDT电极而成的弹性表面波元件中的弹性表面波的频带宽度、与欧拉角的θ以及ψ之间的关系的图。
图7是表示在由欧拉角（30°，0°～180°，0°～180°）的LiTaO3构成的压电体上形成IDT电极而成的弹性表面波元件中的弹性表面波的频带宽度、与欧拉角的θ以及ψ之间的关系的图。
图8是表示在由欧拉角（0°，0°～180°，0°～180°）的LiNbO3构成的压电体上形成IDT电极而成的弹性表面波元件中的弹性表面波的声速、与欧拉角的θ以及ψ之间的关系的图。
图9是表示在由欧拉角（15°，0°～180°，0°～180°）的LiNbO3构成的压电体上形成IDT电极而成的弹性表面波元件中的弹性表面波的声速、与欧拉角的θ以及ψ之间的关系的图。
图10是表示在由欧拉角（30°，0°～180°，0°～180°）的LiNbO3构成的压电体上形成IDT电极而成的弹性表面波元件中的弹性表面波的声速、与欧拉角的θ以及ψ之间的关系的图。
图11是表示在由欧拉角（0°，0°～180°，0°～180°）的LiNbO33构成的压电体上形成IDT电极而成的弹性表面波元件中的弹性表面波的频带宽度、与欧拉角的θ以及ψ之间的关系的图。
图12是表示在由欧拉角（15°，0°～180°，0°～180°）的LiNbO3构成的压电体上形成IDT电极而成的弹性表面波元件中的弹性表面波的频带宽度、与欧拉角的θ以及ψ之间的关系的图。
图13是表示在由欧拉角（30°，0°～180°，0°～180°）的LiNbO3构成的压电体上形成IDT电极而成的弹性表面波元件中的弹性表面波的频带宽度、与欧拉角的θ以及ψ之间的关系的图。
图14是用于说明本发明的第2实施方式所涉及的弹性表面波装置的示意性主面截面图。
图15是表示图14所示的具备低声速膜的弹性表面波装置中的SiO2的膜厚与TCV之间的关系的图。
图16是表示图14所示的具备低声速膜的弹性表面波装置中的SiO2的膜厚与频带宽度之间的关系的图。
图17是表示IDT电极的膜厚、与谐振点以及反谐振点处的表面波的声速之间的关系的图。
图18是用于说明本发明的第3实施方式所涉及的弹性表面波装置的示意性主面截面图。
图19是作为本发明所适用的弹性表面波装置的梯型滤波器的电路图。
图20（a）以及（b）是表示本发明所适用的滤波器的另一例的简略性电路图。
图21是用于说明本发明所适用的弹性表面波装置的又一例的简略性电路图。
图22是表示作为本发明所适用的弹性表面波装置的一例的纵耦合型滤波器的电极结构的示意性俯视图。
图23是表示比较例1中的泄漏传播型弹性表面波的能量集中度相对于传播方位ψ的依赖性的图。
具体实施方式
以下，参照附图来说明本发明的具体实施方式，从而使本发明变得明了。
图1（a）以及（b）是表示本发明的一实施方式所涉及的弹性表面波装置的示意性俯视图、以及表示其主要部分的主面截面图。
如图1（a）所示，在弹性表面波装置1中，形成有用于构成作为多个弹性表面波元件的第1、第2弹性表面波元件2、3的电极结构。即，为了形成第1弹性表面波元件2，形成有IDT电极6、和配置在IDT电极6两侧的反射器7、8。同样地，为了形成第2弹性表面波元件3，形成有IDT电极9、和配置在IDT电极9两侧的反射器10、11。第1、第2弹性表面波元件2、3利用声速比在压电体中传播的体波更快的SH型弹性表面波。
第1弹性表面波元件2中的弹性表面波的传播方位与第2弹性表面波元件3中的弹性表面波的传播方位如图示那样不同。即，在将第1弹性表面波元件2中的弹性表面波的传播方位设为X1时，第2弹性表面波元件3中的弹性表面波的传播方位X2相对于传播方位X1而呈β的角度。在本实施方式的弹性表面波装置1中，由于相对于第1弹性表面波元件2的弹性表面波的传播方位X1，第2弹性表面波元件3的弹性表面波的传播方位X2不同，因此可以如后所述那样调整频带宽度。
图1（b）是形成有IDT电极6的部分的示意性主面截面图。如图1（b）所示，IDT电极6形成在压电体4上。在本实施方式中，压电体4由LiTaO3构成。此外，IDT电极6由Al构成。不过，压电体4也可以由LiNbO3等的其他压电体来形成。关于IDT电极6，也可以由Al以外的Cu、Ag、Au、Pt、W、Ti、Ni、Cr、或者将它们作为主体的合金来形成。进而，IDT电极6还可以由层叠多个金属层而成的层叠金属膜来形成。
本实施方式的特征在于，在使用了声速比在压电体中传播的体波更快的弹性表面波的弹性表面波装置1中，1）如上所述弹性表面波的传播方位X1和弹性表面波的传播方位X2不同、以及2）设有限制层12。
如图1（b）所示，限制层12层叠在压电体4的下表面。即，在压电体4的形成有IDT电极6的一侧的相反侧的面，层叠有限制层12。限制层12由在限制层12中传播的体波的声速比在压电体4中传播的弹性波声速更快的材料构成。在本实施方式中，限制层12由氮化硅构成，体波的声速为5950m／秒。相对于此，虽然LiTaO3中的SH型的弹性表面波声速因欧拉角、电极的厚度等的不同而不同，但是却为3200～4300m／秒程度。
如众所周知的那样，在固体内传播的体波存在纵波即P波、和横波。当固体具有各向异性的情况下，作为横波而传播SH波和SV波这两个种类。这些波当中最低声速的横波成为慢横波，最高声速的横波是快横波。另外，SH波和SV波中的哪个成为慢横波，因固体的各向异性的不同而不同。在旋转Y切割X传播附近的LiTaO3、LiNbO3中，体波当中SV波成为慢横波，SH波成为快横波。
在此，对本说明书中所记载的体波进行定义。当在压电体上传播的弹性波是泄漏波、乐甫波（Love wave）这样的以SH成分为主体的弹性波的情况下，压电体等具有各向异性的介质的体波是表示SH体波，各向同性体时的体波是表示横体波。当在压电体上传播的弹性波是瑞利波这样的SV波和P波发生耦合的弹性波的情况下，具有各向异性的介质的体波是表示SV体波，各向同性体时的体波是表示横体波。另一方面，当在压电体上传播的弹性波是纵波成分主体的弹性波的情况下，压电体的体波以及限制层的体波是表示纵体波。
此外，对本说明书中的泄漏波、非泄漏波进行定义。在压电体中传播的表面波之中，成为泄漏传播型弹性表面波或者成为非泄漏传播型弹性表面波，是由表面波的声速与压电体的体波声速之间的关系来决定的。即，当在压电体上传播的波是横波、即以SH成分为主体的弹性表面波或以SV成分为主成分的弹性表面波等的情况下，且弹性表面波的声速成为比压电体的慢横波声速更快的传播速度的情况下，成为泄漏传播型弹性表面波。另外，在表面波的声速比压电体的慢横波声速更慢的情况下，成为非泄漏传播型弹性表面波。当在压电体上传播的波为纵波的情况下、且弹性表面波的声速成为比压电体的纵体波声速更快的传播速度的情况下，成为泄漏传播型弹性表面波，在表面波的声速比压电体的纵体波声速更慢的情况下，成为非泄漏传播型弹性表面波。另外，旋转Y切割中的LiTaO3的慢横波为3367m/秒，LiNbO3的慢横波为4031m/秒。
如前所述，在专利文献3中，在使用了非泄漏传播型弹性边界波的弹性边界波装置中，通过使由IDT所激励的非泄漏传播型弹性边界波的传播方位与由其他IDT所激励的非泄漏传播型弹性边界波的传播方位不同，从而可以调整频带宽度。然而，在使用了泄漏传播型弹性表面波的情况下，存在着若变更传播方位则传播损失会变大这一问题。
相对于此，在本实施方式的弹性表面波装置1中，由于设有上述限制层12，因此声速比在压电体中传播的体波更快的弹性表面波、即泄漏传播型弹性表面波被限制在压电体4内。因而，能够使传播损失大致变为0。以下通过对比实施例1和比较例1，从而使之变得明了。
作为实施例1，作成了以下的弹性表面波装置。
实施例1的规格
Al（0.08）／LT（0.5）／SiN（2.0）LT的欧拉角（，θ，ψ）＝（0～30，0～180，0～180）
电极以及压电体的膜厚的单位为波长〔λ〕波长为2μm。
有限制层
比较例1的规格
Al（0.08）／LT（200）LT的欧拉角（，θ，ψ）＝（0，128.5，－15～15）
电极以及压电体的膜厚的单位为波长〔λ〕波长为2μm。
无限制层
在上述实施例1以及比较例1中，使传播方位发生变化，并测量了传播损失。其结果，在使用了欧拉角（0°，θ，ψ）的LiTaO3的情况下，即便使θ分别变化为0°、15°、30°、45°、60°、75°、90°、105°、120°、135°、150°、165°以及180°、使ψ分别变化为0°、30°、60°、90°、120°、150°以及180°，泄漏传播型弹性表面波的能量集中度也为100％，未发现泄漏。在将LiTaO3的欧拉角的设为15°或者30°，同样地使θ以及ψ发生变化的情况下，在实施例1中，能量集中度保持在100％，未发现泄漏。
相对于此，在比较例1中，如图23所示，在欧拉角（0°，128.5°，ψ）的LiTaO3中，使传播方位ψ发生变化之际，泄漏传播型弹性表面波的能量集中度随着ψ发生较大变化。
如图23所明确的那样可知，在传播方位发生变化的情况下，在比较例1中传播损失随着传播方位而变大。相对于此，在实施例1中，即使传播方位发生变化，传播损失也几乎为0。
如上述，在本实施方式的弹性表面波装置1中，通过设置限制层12，从而能够与传播方位的如何无关地使弹性表面波的传播损失几乎变为0。即，如果限制层为足够的厚度，则声速比在压电体中传播的体波更快的主传播模式成为传播损失0、成为非泄漏的弹性表面波，但即便是限制层薄的情况也可获得泄漏的抑制效果，主传播模式能够作为传播损失小的泄漏传播型弹性表面波。
此外，在本实施方式中，如上述，第1弹性表面波元件2中的弹性表面波的传播方位X1与第2弹性表面波元件3的弹性表面波的传播方位X2不同。由此，能够通过调整传播方位的差异来调整频带宽度。参照图2～图4来说明该情况。
图2～图4是表示作为压电体将欧拉角（，θ，ψ）的LiTaO3中的欧拉角的设为0°、15°、30°、使θ在0°～180°之间发生变化、使ψ在0°～180°之间发生变化时的弹性表面波的声速的变化的图。在此，由LiTaO3构成的压电体4的膜厚设为0.5λ，由氮化硅构成的限制层12的膜厚设为2.0λ，由Al构成的电极的膜厚设为0.08λ。此外，由IDT的电极指间距所确定的波长λ设为λ＝2μm。上述欧拉角的ψ相当于上述传播方位。
另外，图2～图4中的标号A1～A6分别表示为下述的表1所示的声速范围。
[表1]
声速(m/秒)
A1 3900以上～不足4000
A2 3800以上～不足3900
A3 3700以上～不足3800
A4 3600以上～不足3700
A5 3500以上～不足3600
A6 3400以上～不足3500
此外，图5～图7是表示上述弹性表面波装置1的相对频带的欧拉角依赖性的图。该相对频带表示将谐振器的反谐振点和谐振点的频率差作为相对频带进行模拟得到的结果。
此外，图5～图7中的标号B1～B11表示频带宽度分别为以下记述的表2的范围。
[表2]
频带宽度(%)
B1 5.0%以上～不足5.5%
B2 4.5%以上～不足5.0%
B3 4.0%以上～不足4.5%
B4 3.5%以上～不足4.0%
B5 3.0%以上～不足3.5%
B6 2.5%以上～不足3.0%
B7 2.0%以上～不足2.5%
B8 1.5%以上～不足2.0%
B9 1.0%以上～不足1.5%
B10 0.5%以上～不足1.0%
B11 0.0%以上～不足0.5%
另外，使用LiNbO3来取代上述LiTaO3，与实施例1同样地使欧拉角（θ，ψ）发生变化，并求出弹性表面波的声速的变化以及频带宽度的变化。在图8～图10以及图11～图13中示出结果。图8～图10表示弹性表面波的声速的变化，图11～图13表示频带宽度的变化。
另外，图8～图10中的标号C1～C5分别表示为下述的表3所示的声速范围。
[表3]
声速(m/秒)
C1 不足4031
C2 4031以上～不足4081
C3 4081以上～不足4131
C4 4131以上～不足4181
C5 4181以上～不足4231
此外，图11～图13中的标号D1～D6表示频带宽度分别为以下的表4的范围。
[表4]
频带宽度(%)
D1 0.0%以上～不足3.0%
D2 3.0%以上～不足6.0%
D3 6.0%以上～不足9.0%
D4 9.0%以上～不足12.0%
D5 12.0%以上～不足15.0%
D6 15.0%以上～不足18.0%
如由图2～图13明确的那样可知，由于LiTaO3、LiNbO3具有各向异性，因此可以通过变更传播方位ψ而使谐振器的频带宽度变化。
而且，在本实施方式的弹性表面波装置1中，由于设有上述限制层12，因此即便使传播方位发生变化，传播损失也几乎为0。由此，根据本实施方式的弹性表面波装置1，不用连接附加电容便能调整频带宽度。即，即便是比体波更快的弹性波，也与前述的专利文献3的弹性边界波装置的情况同样地，通过在多个弹性波元件之间使传播方位不同，由此能够调整滤波器的频带宽度。此外，即便变更传播方位，传播损失也几乎为0，因此设计时的布局的自由度得以提高。
另外，在上述实施方式中，虽然限制层12由氮化硅形成，但是也可由其他高声速材料来形成限制层12。作为这样的形成限制层12的材料，能够采用体波的声速比在压电体中传播的弹性波的声速更快的适宜材料。作为这样的材料，能够恰当采用氮化铝、氧化铝等。氮化铝的横体波的声速为6016m／秒，氧化铝的横体波的声速为6073m／秒。除此之外，即便是采用了碳化硅、氮氧化硅、DLC（diamond-like carbon；类金刚石碳）膜、金刚石、蓝宝石、矾土、氧化镁、硅、按照所传播的体波声速变得比所述弹性表面波的传播速度更快的方式选择切割角的钽酸锂、铌酸锂等的材料的情况，可获得同样的效果。此外，如上所述，只要体波比在压电体4中传播的弹性波的声速快，即使变更了传播方位，弹性表面波的传播损失也几乎为0。
此外，优选的是限制层12期望热传导率高。由此，能够提高散热性，能够提高向器件接通电力时的可靠性。压电单晶的LiTaO3的热传导率为2.93W／m·K，LiNbO3的热传导率为4.6W/m·K，相对于此，氮化铝的热传导率为170W／m·K，氧化铝的热传导率为29W／m·K，氮化硅的热传导率为25.4W／m·K。因此，期望由这些热传导性卓越的氮化铝、氧化铝或者氮化硅来形成限制层12。在提高热传导率的基础上，进一步期望采用氮化铝。
图14是用于说明本发明的第2实施方式所涉及的弹性表面波装置的示意性主面截面图。在第2实施方式中，在压电体4与限制层12之间层叠有低声速膜22。由于其他结构与第1实施方式相同，因此假设在第2实施方式的弹性表面波装置21的说明中援引第1实施方式的说明。
低声速膜是指较之于在压电体4中传播的体波而该低声速膜中的体波的声速成为低速的膜。因此，低声速膜22由体波的声速比在压电体4中传播的体波的声速以及在限制层12中传播的体波的声速慢的材料构成。在本实施方式中，所传播的弹性波为SH型表面波，由体波的声速即横波声速为3757m／秒的氧化硅而形成了低声速膜22。另外，在压电体4为LiTaO3的情况下，体波是快横波、即SH体波，其声速变为4212m／秒。此外，在限制层12为氮化硅的情况下，体波为横波，其声速变为5950m／秒。不过，低声速膜22并不限于氧化硅，也可以采用将氮氧化硅、氧化钽、玻璃、氧化硅作为主体的混合物等。
通过使用低声速膜22，由此也能调整频带宽度。图16是表示在第2实施方式的弹性表面波装置21中使作为上述低声速膜22的氧化硅的膜厚发生变化时的频带宽度的变化的图。另外，膜厚（％）以相对于由IDT的电极指间距所确定的波长的比例来表示。
在图16中，氧化硅膜厚为0％相当于不具有低声速膜22的上述第1实施方式时的结果。如由图16明确的那样可知，通过使氧化硅膜的膜厚发生变化，由此可使频带宽度发生变化。尤其可知，在氧化硅膜厚比0％厚、且设为波长的82％以下的范围的情况下，较之于未设置低声速膜的情况，可扩宽频带宽度。进而可知，若使氧化硅膜的膜厚变得厚于波长的82％，则较之于未设置氧化硅膜的情况，可缩窄频带宽度。
另外，图16表示将氧化硅膜作为低声速膜22来使用时的结果，但是即便在使用了由其他的前述材料构成的低声速膜的情况下，同样地也能够调整频带宽度。
进而，在低声速膜22由氧化硅膜构成的情况下，其TCF为正的值。另一方面，压电体4的TCF为负的值。因此，通过层叠由氧化硅膜构成的低声速膜22，从而能够改善温度特性。图15是表示使氧化硅膜的膜厚发生变化时的谐振频率以及反谐振频率下的声速的频率温度特性即TCV的变化的图。如由图15明确的那样可知，通过使氧化硅膜的膜厚发生变化，从而温度特性发生变化。尤其可知，在将氧化硅膜的膜厚设为波长的20～150％的范围的情况下，可将谐振频率的TCV设在±10ppm／℃的范围内，可将反谐振频率的TCV设在±30ppm／℃的范围内。
另外，作为低声速膜，在采用了频率温度系数TCF为正的值的氮化硅等、或者即便是负的值但其绝对值比构成压电体4的压电单晶的TCF的绝对值小的材料的情况下，同样地也能够改善频率温度特性。
其次，对本发明所涉及的弹性表面波装置的电极的厚度所带来的影响进行说明。
在弹性表面波元件中，若变更电极膜厚，则所传播的表面波的声速发生变化。图17是表示与第1实施方式的弹性表面波装置1的第1弹性表面波元件2同样地构成的弹性表面波元件中的电极膜厚、与在压电体上被激励的SH型的表面波的声速之间的关系的图。在此，LiTaO3的欧拉角设为（0°，128.5°，0°）。此外，由LiTaO3构成的压电体4的厚度设为0.5λ，限制层12的厚度设为2.0λ。设λ＝2.0μm。
在这样的结构中，使由Al构成的IDT电极的膜厚在0.01λ～0.3λ的范围内发生变化。
如由图17明确的那样可知，在上述结构中，若电极膜厚变化，则谐振频率以及反谐振频率下的声速也变化。即，随着电极膜厚便后，谐振频率以及反谐振频率不断降低。而且可知，由于在压电体4中传播的慢横波声速为3338m／秒，因此电极膜厚在15％以下的区域内，成为声速比在压电体中传播的体波更快的弹性表面波。
如上述，为了利用声速比在压电体中传播的体波更快的弹性表面波，只要将电极膜厚设为表面波的声速变得比在压电体4中传播的慢横波声速更快的厚度即可。不过，关于该电极膜厚，虽然也因所使用的材料的不同而不同，但是如图17所示，只要根据所使用的压电体材料以及电极材料来调整弹性表面波的声速，以使得比慢横波声速更快即可。
如众所周知的那样，在弹性表面波装置中，通过使IDT电极的占空比发生变化也能使弹性表面波的声速发生变化。即，通过设为表面波的声速变得比在压电体4中传播的慢横波声速更快的占空比，从而能够利用声速比在压电体中传播的体波更快的弹性表面波。
另外，在上述第2实施方式中，虽然将横波作为声速比在压电体中传播的体波更快的弹性表面波来使用，但是也可将纵波作为声速比在压电体中传播的体波更快的弹性表面波来使用。在该情况下，期望所述IDT电极的厚度设为所述弹性表面波的声速变得比在所述压电体中传播的纵体波的声速更快的厚度。此外，在将纵波作为声速比在压电体中传播的体波更快的弹性表面波来使用的情况下，优选期望所述IDT电极的占空比被设为变得比在所述压电体中传播的纵体波的声速更快的占空比。通过设为如上所述那样优选的IDT电极的厚度以及／或者占空比，从而与上述实施方式同样地，能够确实地利用声速比在压电体中传播的体波更快的弹性表面波。尤其是，与非泄漏型的表面波相比，可以确实地提高弹性表面波的声速，因此能够增大IDT的间距。由此，能够提供有利于高频化的滤波器。
图18是用于说明本发明的第3实施方式所涉及的弹性表面波装置的示意性主面截面图。在弹性表面波装置31中，在压电体4的下表面层叠有限制层32。
限制层32具有层叠声阻抗相对高的第1材料层32a～32c、和声阻抗相对低的第2材料层32d～32f而成的结构。更具体而言，第1材料层32a～32c、和第2材料层32d～32f交替地层叠。此外，按照与压电体4相接的方式层叠第1材料层32a。
此外，上述第1材料层32a～32c以及第2材料层32d～32f，厚度被设为1／4波长。因此，限制层32构成了布拉格反射器。
作为构成上述第1材料层的材料，能够列举Cu、Au、Mo、Ni、W等。此外，作为构成第2材料层的材料，能够列举氧化硅、或者各式各样的聚合物等。
上述第1、第2材料层32a～32f的层叠，可以通过溅射、蒸镀或者印刷等的适宜方法来进行。
在弹性表面波装置31中，由于上述限制层32由布拉格反射器构成，因此能够使从压电体4传播来的弹性表面波发生反射。因此，即便是使传播方位发生变化的情况，也能使传播损失几乎为0。这样，作为本发明中的限制层，如前所述，不限于由比在压电体中传播的体波的声速更快的体波的声速所传播的材料构成，也可以是布拉格反射器。
本发明的弹性表面波装置具有多个弹性表面波元件。在该情况下，如第1实施方式那样优选期望在一个压电体4上形成有多个弹性表面波元件2、3。由此，能够使弹性表面波装置1单芯片化。不过，在本发明中，多个弹性表面波元件也可以构成在不同个体的压电体上。即便在该情况下，在各弹性表面波元件中也只要在压电体的下表面层叠限制层即可。
此外，本发明的弹性表面波装置具备多个弹性表面波元件。关于这样的使用了多个弹性表面波元件的电路构成以及弹性表面波装置的用途，并未特别限定。参照图19～图22来说明本发明的弹性表面波装置的应用例。
图19表示梯型滤波器40的电路图。在梯型滤波器40中，多个串联臂谐振器S1、S2、和多个并联臂谐振器P1～P3构成了梯型电路。在分别由弹性表面波元件来构成该串联臂谐振器S1、S2以及并联臂谐振器P1～P3之际，按照本发明，只要构成各弹性表面波谐振器即可。即便在该情况下，如前所述，通过使弹性表面波的传播方位不同，也能够容易地调整各谐振器的频带宽度。此外，通过这样的频带宽度调整，从而设计的自由度得以提高，既能确保作为梯型滤波器40中的滤波器的频带又能提高通频带附近处的陡峭性。
采用通过传播方位使机电耦合系数k2发生变化来调整频带宽度的结构以谋求弹性表面波装置的高性能化的手段，不仅能够提高上述梯型滤波器40中的通频带附近处的陡峭性，还能用于各式各样的构成。例如，如图20（a）所示，也能够适用于Rx滤波器41以及Tx滤波器42构成为一个芯片的2输入以及2输出类型的具有两个频带的滤波器芯片。在图20（a）中，例如能够提高Rx滤波器41在低频侧的陡峭性，或者提高Tx滤波器42在通频带高频域侧的陡峭性，或者采用与上述同样的手段。此外，如图20（b）所示，同样地也能够将上述手段用于1输入2输出类型的具有两个频带的滤波器。在图20（b）所示的滤波器中，Rx滤波器43和Tx滤波器44的输入被公共地连接。
此外，在将多个弹性表面波滤波器并联或者串联地连接而成的构成中，如果设计成一方的弹性表面波滤波器的通频带的高频域侧或者低频域侧、和其他的弹性表面波滤波器的通频带的低频域侧或者高频域侧相接，则能够构成宽频带的滤波器。在该情况下，期望通频带端在3dB的衰减量的部分进行相接。在这样的设计中，按照本发明，使用传播方位被改变的多个弹性表面波滤波器，如果将一方的弹性表面波滤波器设为宽频带，将一方的弹性表面波滤波器设为窄频带，则在通频带的高频侧或者低频侧的任一者中能够提高陡峭性。即，如图21所示，也可构成为第1弹性表面波滤波器45和第2弹性表面波滤波器46被并联地连接。在这样的构成中，按照本发明，通过调整传播方位，从而能够容易地设计宽频带的滤波器特性。
也可由本发明所涉及的弹性表面波装置来构成纵耦合型滤波器。图22是表示构成了纵耦合型滤波器时的电极结构的示意性俯视图。
如图22所示，在纵耦合型滤波器51中，沿着弹性表面波的传播方向配置有3个IDT52～54。在配置有IDT52～54的区域的表面波传播方向两侧，配置有反射器55、56。中央的IDT53与输入端子连接，IDT52、54的各一端被公共地连接且被连接到输出端子。即，纵耦合型滤波器51是3IDT型的纵耦合型弹性表面波滤波器。
对于这样的纵耦合谐振器型的弹性表面波滤波器，也应用本发明。
符号说明
1…弹性表面波装置
2…第1弹性表面波元件
3…第2弹性表面波元件
4…压电体
6…IDT电极
7、8…反射器
9…IDT电极
10、11…反射器
12…限制层（confinement layer）
21…弹性表面波装置
22…低声速膜
31…弹性表面波装置
32…限制层
32a～32c…第1材料层
32d～32f…第2材料层
40…梯型滤波器
41…Rx滤波器
42…Tx滤波器
43…Rx滤波器
44…Tx滤波器
45…第1弹性表面波滤波器
46…第2弹性表面波滤波器
51…纵耦合型滤波器
52～54…IDT
55、56…反射器
P1～P3…并联臂谐振器
S1、S2…串联臂谐振器

Claims (15)

1.一种弹性表面波装置，其具备使用切割角相同的压电体而构成的多个弹性表面波元件，该弹性表面波元件使用了声速比在压电体中传播的体波更快的弹性表面波，
各所述弹性表面波元件具有：所述压电体、设置在所述压电体上的IDT电极、设置在所述压电体的设有所述IDT电极的一侧的相反侧且将所述弹性表面波限制在所述压电体侧的限制层、和设置在所述压电体与所述限制层之间的低声速层，
在所述多个弹性表面波元件中，至少一个弹性表面波元件中的弹性表面波的传播方位与其他的至少一个弹性表面波元件中的弹性表面波的传播方位不同，
所述低声速层的体波的声速，比在所述压电体中传播的体波的声速以及在所述限制层中传播的体波的声速慢。
2.根据权利要求1所述的弹性表面波装置，其中，
所述多个弹性表面波元件构成在单一的压电体上。
3.根据权利要求1或2所述的弹性表面波装置，其中，
所述至少一个弹性表面波元件的频带宽度与所述其他的至少一个弹性表面波元件的频带宽度不同。
4.根据权利要求1或2所述的弹性表面波装置，其中，
所述限制层由在该限制层中传播的体波声速比所述弹性表面波的传播速度更快的电介质构成。
5.根据权利要求4所述的弹性表面波装置，其中，
所述电介质是从由氮化铝、氮化硅、氧化铝、氮氧化硅以及类金刚石碳构成的群组之中选择出的一种电介质、或者多种电介质的混合物、层叠物。
6.根据权利要求1或2所述的弹性表面波装置，其中，
所述弹性表面波为横波，
所述IDT电极的厚度被设为所述弹性表面波的声速变得比在所述压电体中传播的慢横波的声速更快的厚度。
7.根据权利要求1或2所述的弹性表面波装置，其中，
所述弹性表面波为纵波，
所述IDT电极的厚度被设为所述弹性表面波的声速变得比在所述压电体中传播的纵体波的声速更快的厚度。
8.根据权利要求1或2所述的弹性表面波装置，其中，
所述弹性表面波为横波，
所述IDT电极的占空比被设为变得比在所述压电体中传播的慢横波的声速更快的占空比。
9.根据权利要求1或2所述的弹性表面波装置，其中，
所述弹性表面波为纵波，
所述IDT电极的占空比被设为变得比在所述压电体中传播的纵体波的声速更快的占空比。
10.根据权利要求1所述的弹性表面波装置，其中，
所述低声速层由氧化硅构成。
11.根据权利要求1或2所述的弹性表面波装置，其中，
所述限制层是声阻抗相对高的第1材料层和声阻抗相对低的第2材料层层叠而成的布拉格反射器。
12.根据权利要求11所述的弹性表面波装置，其中，
所述第1材料层通过从由Cu、Au、Mo、Ni以及W构成的群组之中选择出的至少一种构成。
13.根据权利要求11所述的弹性表面波装置，其中，
所述第2材料层由氧化硅或者聚合物构成。
14.根据权利要求1或2所述的弹性表面波装置，其中，
所述弹性表面波装置为滤波器或者谐振器。
15.根据权利要求14所述的弹性表面波装置，其中，
所述弹性表面波装置为纵耦合型弹性表面波滤波器。
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