CN105811913A - 声波器件 - Google Patents

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Abstract

一种声波器件，该声波器件包括：Y?切割X?传播钽酸锂基板，所述Y?切割X?传播钽酸锂基板具有20°或更大且48°或更小的切割角；以及格栅电极，所述格栅电极由层叠在基板上的一个或更多个金属膜组成，并且激发声波，其中，当所述一个或更多个金属膜中的各个金属膜的密度由ρi表示，各个金属膜的泊松比由Pi表示，各个金属膜的膜厚度由hi表示，Cu的密度由ρ0表示，Cu的泊松比由P0表示，并且节距由λ表示时，对于所述一个或更多个金属膜，各个金属膜的“(hi/λ)×(ρi/ρ0)×(Pi/P0)”的总值大于0.08。

Description

声波器件
技术领域
本发明涉及一种声波器件，例如，涉及具有在压电基板上形成的格栅电极的声波器件。
背景技术
在表示蜂窝电话的高频通信系统中，高频滤波器等被用于去除没有包括在将被用于通信的频带中的不期望信号。具有表面声波(SAW)元件的声波器件被用于高频滤波器等。SAW元件是在压电基板上形成诸如IDT(叉指换能器)的格栅电极的元件。存在作为SAW元件的使用SH(水平剪切)波的元件，其中，水平剪切波是一种表面声波。
SH波是施加压力以在与压电基板的表面平行并且与所述SH波的传播方向正交的方向剪切压电基板的表面声波。与在压电基板的固体中传播的体波相比，SH波的声速快。为此原因，SH波在压电基板的表面上传播，而将体波发射到压电基板中。从而，在使用SH波的声波器件中，减少损耗受到限制。
为了减少使用SH波的声波器件的损耗，通过将慢声速材料附接在压电基板上来降低SH波的声速。使得SH波的声速比在压电基板中传播的体波(例如，体波的最慢横向波)慢。由此，减少在传播SH波时的体波的发射，并且使用SH波的声波器件可以减少损耗。从而，减少损耗的器件通常被称为“洛夫波型SAW器件”。
专利文献1(日本特开专利公报10-247835)公开了在具有0°的切割角(cut angle)的旋转Y-切割X-传播钽酸锂(LiTaO3)基板上形成Au电极，并且当假设电极的节距是“λ”并且膜厚度是“h”，“h/λ”从0.04改变至0.08时，减少损耗。专利文献1公开了通过将“h/λ”从0.04改变至0.08，使得SH波(漏波)的声速比最慢横向波的声速慢，并且因此减少损耗。
专利文献2(日本特开专利公报2001-77662)公开了在具有36°的切割角的旋转Y-切割X-传播钽酸锂基板上形成Au电极，并且当“h/λ”从0改变至0.05时，减少损耗。
而且，在具有IDT的声波器件中，已知减少不期望横向模式波的技术。专利文献3(日本特开专利公报2011-101350)公开了通过IDT的重叠区域中关于中心区域加宽边缘区域的电极指的宽度来减少不期望横向模式波。专利文献4(国际专利申请的日本国家公报2013-544041)公开了通过将介电膜添加到边缘区域的电极指来减少不期望横向模式波。
专利文献1和2中的计算假设电极均匀地形成在压电基板上。即，每个电极都不是格栅电极。例如，在专利文献2中，计算在“h/λ”从0改变至0.1的情况下的机电耦合系数和传播损耗。然而，在该计算中，格栅电极不被用作电极。从而，专利文献1和2中的“h/λ”的范围不指示减少损耗的范围。
发明内容
本发明的目标在于提供一种减少损耗的声波器件。
根据本发明的第一方面，提供一种声波器件，该声波器件包括：Y-切割X-传播钽酸锂基板，所述Y-切割X-传播钽酸锂基板具有20°或更大且48°或更小的切割角；以及格栅电极，所述格栅电极由层叠在基板上的一个或更多个金属膜组成，并且激发声波，其中，当所述一个或更多个金属膜中的各个金属膜的密度由ρi表示，各个金属膜的泊松比由Pi表示，各个金属膜的膜厚度由hi表示，Cu的密度由ρ0表示，Cu的泊松比由P0表示，并且节距由λ表示时，对于所述一个或更多个金属膜，各个金属膜的“(hi/λ)×(ρi/ρ0)×(Pi/P0)”的总值大于0.08。
在上述结构中，所述一个或更多个金属膜包括主要由Cu、W、Ru、Mo、Ta和Pt中的至少一种构成的金属膜。
在上述结构中，所述总值是0.09或更大。
根据本发明的第二方面，提供一种声波器件，所述声波器件包括：Y-切割X-传播钽酸锂基板，所述Y-切割X-传播钽酸锂基板具有20°或更大且48°或更小的切割角；以及格栅电极，所述格栅电极形成在所述基板上，激发声波，并且主要由Cu构成，其中，当所述格栅电极的膜厚度由h表示，并且格栅电极之间的节距由λ表示时，h/λ大于0.08。
根据本发明的第三方面，提供一种声波器件，所述声波器件包括：Y-切割X-传播钽酸锂基板，所述Y-切割X-传播钽酸锂基板具有20°或更大且48°或更小的切割角；以及格栅电极，所述格栅电极形成在所述基板上，激发声波，并且主要由W构成，其中，当所述格栅电极的膜厚度由h表示，并且格栅电极之间的节距由λ表示时，h/λ大于0.05。
根据本发明的第四方面，提供一种声波器件，所述声波器件包括：Y-切割X-传播钽酸锂基板，所述Y-切割X-传播钽酸锂基板具有20°或更大且48°或更小的切割角；以及格栅电极，所述格栅电极形成在所述基板上，激发声波，并且主要由Ru构成，其中，当所述格栅电极的膜厚度由h表示，并且格栅电极之间的节距由λ表示时，h/λ大于0.07。
根据本发明的第五方面，提供一种声波器件，所述声波器件包括：Y-切割X-传播钽酸锂基板，所述Y-切割X-传播钽酸锂基板具有20°或更大且48°或更小的切割角；以及格栅电极，所述格栅电极形成在所述基板上，激发声波，并且主要由Mo构成，其中，当所述格栅电极的膜厚度由h表示，并且格栅电极之间的节距由λ表示时，h/λ大于0.08。
在上述结构中，所述声波是SH(水平剪切)波。
在上述结构中，所述声波器件还包括：介电膜，所述介电膜形成在所述基板上并且覆盖所述格栅电极。
在上述结构中，设置有所述格栅电极的区域包括：中心区域，所述中心区域设置在所述格栅电极的延伸方向上的所述格栅电极的中心处；以及边缘区域，所述边缘区域设置在所述格栅电极的所述延伸方向上的所述格栅电极的边缘上，并且所述声波在所述边缘区域中的声速比所述声波在所述中心区域中的声速慢。
在上述结构中，设置有所述格栅电极的区域包括：中心区域，所述中心区域设置在所述格栅电极的延伸方向上的所述格栅电极的中心处；以及边缘区域，所述边缘区域设置在所述格栅电极的所述延伸方向上的所述格栅电极的边缘上，并且所述边缘区域中的格栅电极在所述声波的传播方向上的宽度比所述中心区域中的格栅电极在所述声波的所述传播方向上的宽度宽。
在上述结构中，设置有所述格栅电极的区域包括：中心区域，所述中心区域设置在所述格栅电极的延伸方向上的所述格栅电极的中心处；以及边缘区域，所述边缘区域设置在所述格栅电极的所述延伸方向上的所述格栅电极的边缘上，并且在所述边缘区域中的格栅电极上形成有附加膜，并且在所述中心区域中的格栅电极上未形成附加膜。
在上述结构中，设置有所述格栅电极的区域包括：中心区域，所述中心区域设置在所述格栅电极的延伸方向上的所述格栅电极的中心处；以及边缘区域，所述边缘区域设置在所述格栅电极的所述延伸方向上的所述格栅电极的边缘上，并且在所述边缘区域中，在所述基板上在格栅电极之间形成有附加膜，并且在所述中心区域中，在所述基板上在格栅电极之间未形成附加膜。
在上述结构中，所述声波器件还包括滤波器，所述滤波器包括所述格栅电极。
在上述结构中，所述声波器件还包括双工器，所述双工器包括所述滤波器。
附图说明
图1的(a)是用于仿真的谐振器的平面图；
图1的(b)是沿着图1的(a)的线A-A截取的截面图；
图2A至图2D是示出在谐振器中导纳关于标准化频率的仿真结果的视图；
图3A至图3C是示出在谐振器中导纳关于标准化频率的仿真结果的视图；
图4是示出使用Cu作为电极的谐振器的ΔY关于h/λ的视图；
图5A至图5D是示出在谐振器中电导关于标准化频率的仿真结果的视图；
图6A至图6C是示出在谐振器中电导关于标准化频率的仿真结果的视图；
图7是示出使用W作为电极的谐振器的ΔY关于h/λ的视图；
图8是示出使用Ru作为电极的谐振器的ΔY关于h/λ的视图；
图9是示出使用Mo作为电极的谐振器的ΔY关于h/λ的视图；
图10是示出使用W作为电极的谐振器的ΔY关于h/λ的视图；
图11是示出使用Ru作为电极的谐振器的ΔY关于h/λ的视图；
图12是示出使用Mo作为电极的谐振器的ΔY关于h/λ的视图；
图13A是根据第一实施方式的谐振器的平面图；
图13B是沿着图13A的线A-A截取的截面图；
图14A至图14C分别是根据第一实施方式的第一至第三变型例的谐振器的截面图；
图15是示出根据第二实施方式的滤波器的电路图；
图16是根据第三实施方式的双工器的框图；
图17A是所布置的电极指的平面图；
图17B是波数的平面图；
图18是示出βy/βθ关于βx/βθ的视图；
图19是示出使用Mo作为金属膜的谐振器的Γ关于h/λ的视图；
图20A和图20B是示出用于减少不期望的横向模式波的IDT的声速的视图；
图21A是根据第四实施方式的第一变型例的声波器件的一部分的平面图；
图21B是沿着图21A的线A-A截取的截面图；
图22A是示出分别根据第四实施方式的第一变型例和比较示例的谐振器中的反射特征的史密斯圆图；
图22B是示出分别根据第四实施方式的第一变型例和比较示例的谐振器中的电导关于频率的视图；
图23A是根据第四实施方式的第二变型例的声波器件的一部分的平面图；
图23B是沿着图23A的线A-A截取的截面图；
图24A是根据第四实施方式的第三变型例的声波器件的一部分的平面图；以及
图24B是沿着图24A的线A-A截取的截面图。
具体实施方式
此后，将参考附图给出本发明的描述。
(第一实施方式)
仿真在压电基板上形成的格栅电极激发SH波的情况。认为当通过使用慢声速材料作为格栅电极，使得SH波的声速变得比体波的横向波的声速更小时，不发生体波的发射并且损耗减少。从而，发明人关注于将Cu(铜)、W(钨)、Ru(钌)和Mo(钼)作为声速慢的材料，并且该材料很重并且可以被沉积在压电基板上。当这些金属的每个金属膜被用于格栅电极时，使用有限元法仿真每个金属膜的膜厚度与声波谐振器的损耗之间的关系。
图1的(a)是用于仿真的谐振器的平面图。图1的(b)是沿着图1的(a)的线A-A截取的截面图。如图1的(a)和图1的(b)中所示，在压电基板10上形成IDT 12和反射器14。压电基板10是旋转Y-切割X-传播钽酸锂基板。IDT 12和反射器14由金属膜16制成。IDT 12包括一对叉指电极12a和12b。该对叉指电极12a和12b中的每个都包括多个电极指和连接所述多个电极指的母线。包括在该对叉指电极12a和12b中的多个电极指中的每个形成格栅电极。反射器14在声波的传播方向上形成在IDT 12的两侧。反射器14反射声波。金属膜16的膜厚度由h表示，并且格栅电极(即，IDT 12的电极指)之间的节距由λ表示。λ对应于IDT 12激发的SH(水平剪切)波的波长。
以下表示所仿真的谐振器的结构。
节距λ：4μm
电极指的占空比：50％
IDT中的电极指对的数量：55.5对
反射器中的电极指的数量：20
开口长度：35λ
表1表示作为金属膜16的材料的用于仿真的金属的物理特性值。如表1中所示，Cu膜、W膜、Ru膜和Mo金属被用作金属膜。密度、杨氏模量、以及泊松比被用作物理特性值。
[表1]
Cu W Ru Mo
密度[kg/m3] 0.892×104 1.925×104 1.237×104 1.028×104
杨氏模量[GPa] 130 411 447 329
泊松比 0.34 0.28 0.30 0.31
首先，将金属膜16设置为Cu膜，并且执行仿真。
图2A至图3C是示出在谐振器中导纳关于标准化频率的仿真结果的视图。膜厚度比(h/λ)从0.02改变至0.11，其中，膜厚度比(h/λ)是金属膜16的膜厚度h与IDT 12的节距λ(即，SH波的波长)的比率。横轴是标准化频率，并且纵轴是导纳。金属膜16是Cu膜，并且压电基板10是具有36°的切割角的旋转Y-切割X-传播钽酸锂基板。
谐振器的谐振频率与反谐振频率之间的导纳差ΔY被用作估计谐振器的损耗度的尺度(scale)。在谐振器的谐振频率中，导纳越大，损耗越小。在谐振器的反谐振频率中，导纳越小，损耗越小。为此原因，ΔY越大，谐振器的Q-值越大，并且损耗减少。
如图2A至图3C中所示，当h/λ从0.02到0.08时，ΔY相对小，并且当h/λ从0.09至0.11时，ΔY相对大。从而，与h/λ等于或小于0.08的谐振器相比，h/λ等于或大于0.09的谐振器具有大ΔY并且是低损耗谐振器。而且，当h/λ从0.02到0.06时，谐振频率和反谐振频率的峰值不是尖锐的。当h/λ是0.08时，谐振频率的峰值是尖锐的，并且Q-值变高。而且，当h/λ从0.09到0.11时，谐振频率和反谐振频率的峰值是尖锐的并且Q-值变高。
图4是示出关于使用Cu作为电极的谐振器的h/λ的ΔY的视图。压电基板10的Y-切割角被设置为20°、30°、36°、42°和48°。当Y-切割角小于20°时，机电耦合系数变小。当Y-切割角大于48°时，频率的温度系数增加。从而，Y-切割角从20°至48°的范围是实际范围。
如图4中所示，h/λ等于或小于0.08的范围30具有ΔY关于h/λ的本地最大值。这指示SH波的最佳膜厚度，并且这不是因为SH波的声速变得比体波的横向波的声速更慢。在h/λ大于0.08的范围32中，ΔY变得非常大。
图5A至图6C是示出谐振器中电导关于标准化频率的仿真结果的视图。金属膜16是Cu膜，并且压电基板10是具有36°的切割角的旋转Y-切割X-传播钽酸锂基板。通过虚直线近似除了谐振频率的峰值之外的电导。当h/λ从0.09至0.11时，在谐振频率与反谐振频率之间出现比虚线低的电导的区域40。认为区域40是体波不被发射并且电导降低的区域。如上所述，ΔY和电导的行为在h/λ＝0.08之后显著改变。认为当h/λ大于0.08时，SH波的声速变得比体波的横向波的声速慢，体波的发射被减少，并且因此实现低损耗谐振器。
接下来，将金属膜16设置为W膜、Ru膜和Mo膜，并且执行仿真。图7是示出使用W作为电极的谐振器的ΔY关于h/λ的视图。如图7中所示，ΔY关于h/λ的行为类似于在Cu的情况下的行为。与ΔY的行为改变的边界点相对应的h/λ约为0.05。
图8是示出使用Ru作为电极的谐振器的ΔY关于h/λ的视图。如图8中所示，ΔY关于h/λ的行为类似于在Cu的情况下的行为。与ΔY的行为改变的边界点相对应的h/λ约为0.07。
图9是示出使用Mo作为电极的谐振器的ΔY关于h/λ的视图。如图9中所示，ΔY关于h/λ的行为类似于在Cu的情况下的行为。与ΔY的行为改变的边界点相对应的h/λ约为0.08。
关于W、Ru和Mo，h/λ被标准化。金属膜16的密度由ρ表示，Cu的密度由ρ0表示，金属膜16的泊松比由P表示，并且Cu的泊松比由P0表示。此时，标准化的h/λ由“标准化的h/λ＝(h/λ)×(ρ/ρ0)×(P/P0)”表示。在Cu的情况下，标准化的h/λ与h/λ相同。
图10是示出使用W作为电极的谐振器的ΔY关于h/λ的视图。图11是示出使用Ru作为电极的谐振器的ΔY关于h/λ的视图。图12是示出使用Mo作为电极的谐振器的ΔY关于h/λ的视图。在h/λ大于0.08的范围32中，体波的发射可以被减少，并且损耗可以被减少，如图10至图12中所示。从而，通过使用标准化的h/λ，范围30与范围32之间的边界可以被一般化，而不管金属膜16的材料如何。
图13A是根据第一实施方式的谐振器的平面图。图13B是沿着图13A的线A-A截取的截面图。在谐振器100中，IDT 12和反射器14形成在压电基板10上，该压电基板10是旋转Y-切割X-传播钽酸锂基板，如图13A和图13B中所示。IDT 12和反射器14由金属膜16制成。压电基板10的Y-切割角是20°或更大且48°或更小。Y-切割角可以是25°或更大、或者30°或更大、以及45°或更小、或者40°或更小。IDT 12的每个电极指形成格栅电极。格栅电极由金属膜16制成。金属膜16的标准化的h/λ大于0.08。当Y-切割角被设置为20°或更大且48°或更小时，标准化的h/λ被设置为大于0.08，IDT 12激发的声波的主要模式是SH波。
由此，体波的发射被减少，并且损耗可以被减少，如图4、图11和图12中所示。为了减少损耗，标准化的h/λ优选为0.09或更大，并且更优选地为0.10或更大。当标准化的h/λ大于0.14时，具有与SH波几乎相同的频率的瑞利波增加。为此原因，寄生(spuriouses)增加。从而，标准化的h/λ优选为0.14或更小，更优选为0.13或更小，并且还优选为0.12或更小。
金属膜16的主成分优选是声速慢的材料，并且该材料很重。而且，金属膜16的主成分可以优选地被沉积在压电基板10上。金属膜16的主成分例如优选为Cu、W、Ru、Mo、Ta(钽)和Pt(铂)中的至少一个。
当金属膜16的主成分是Cu(如图4中所示)时，h/λ优选大于0.08，更优选为0.09或更大，并且还优选为0.10或更大。当金属膜16的主成分为W(如图7中所示)时，h/λ优选大于0.05，更优选为0.055或更大，并且还优选为0.06或更大。当金属膜16的主成分是Ru(如图8中所示)时，h/λ优选大于0.07，更优选为0.08或更大，并且还优选地为0.09或更大。当金属膜16的主成分是Mo(如图9中所示)时，h/λ优选大于0.08，更优选为0.09或更大，并且还优选为0.10或更大。在此，主成分是排除不期望杂质并且排除旨在被添加用于特征的改进的杂质的成分、以及包括50％或更大原子％的成分。例如，金属膜可以包括其它元件，使得泊松比/密度关于纯金属在±10％内。
格栅电极(IDT 12)的电极指与反射器14之间的节距可以在10％或更小(优选5％或更小)的范围内相互不同。格栅电极中的节距可以在10％或更小的范围(优选5％或更小)内改变。在该情况下，甚至当格栅电极中的节距被用作h/λ的λ时，h/λ的误差为10％或更小、或者5％或更小，并且很难影响结果。
图14A至图14C分别是根据第一实施方式的第一至第三变型例的谐振器的截面图。如图14A中所示，介电膜18形成在压电基板10上，以覆盖金属膜16。介电膜18是用于频率调节和/或温度改变补偿的膜。例如，硅氧化物膜、硅氮化物膜、以及铝氧化物膜可以用作介电膜18。介电膜18比金属膜16轻。从而，介电膜18的存在或者不存在很难影响上述仿真结果。
如图14B中所示，粘合层17可以形成在金属膜16与压电基板10之间。粘合层17改进金属膜16和压电基板10的粘合。例如，Ti(钛)或Cr(铬)可以被用作粘合层17。粘合层17的材料比金属膜16更轻并且更薄。从而，粘合层17的存在或者不存在很难影响上述仿真结果。
如图14C中所示，多个金属膜16a和16b可以被层叠为金属膜16。此时，标准化的h/λ可以是总计两个标准化的h/λ，标准化的h/λ利用金属膜16a和16b中的每个计算。金属膜16a的膜厚度、密度和泊松比分别由h1、ρ1和P1表示，并且金属膜16b的膜厚度、密度和泊松比分别由h2、ρ2和P2表示。金属膜16a的标准化的h1/λ由“标准化的h1/λ＝(h1/λ)×(ρ1/ρ0)×(P1/P0)”表示。金属膜16b的标准化的h2/λ由“标准化的h2/λ＝(h2/λ)×(ρ2/ρ0)×(P2/P0)”表示。从而，金属膜16的标准化的h/λ由“标准化的h/λ＝标准化的h1/λ+标准化的h2/λ＝(h1/λ)×(ρ1/ρ0)×(P1/P0)+(h2/λ)×(ρ2/ρ0)×(P2/P0)”表示。以此方式计算的标准化的h/λ需要大于0.08。
从而，当作为格栅电极的多个金属膜被层叠在压电基板10上时，并且当多个金属膜中的每个金属膜的密度由ρi表示，每个金属膜的泊松比由Pi表示，每个金属膜的膜厚度由hi表示，Cu的密度由ρ0表示，Cu的泊松比由P0表示，并且节距由λ表示时，关于多个金属膜的每个金属膜的“(hi/λ)×(ρi/ρ0)×(Pi/P0)”的总值需要大于0.08。
(第二实施方式)
第二实施方式表示作为声波器件的滤波器的示例。图15是示出根据第二实施方式的滤波器的电路图。如图15中所示，在滤波器102中，一个或更多个串联谐振器S1至S4串联在输入端Tin与输出端Tout之间。一个或更多个并联谐振器P1至P3并联在输入端Tin与输出端Tout之间。串联谐振器S1至S4和并联谐振器P1至P3中的至少一个是根据第一实施方式或者第一实施方式的变型例的谐振器。从而，滤波器102包括根据第一实施方式或者第一实施方式的变型例的格栅电极。由此，可以减少滤波器102的损耗。
滤波器102的串联谐振器和并联谐振器的数量以及串联谐振器和并联谐振器的连接形式可以被适当地设置。而且，第二实施方式将梯形滤波器解释为示例，但是滤波器可以是多模式滤波器等。
(第三实施方式)
第三实施方式表示作为声波器件的双工器的示例。图16是根据第三实施方式的双工器的框图。如图16中所示，在双工器104中，发送滤波器22连接在公共端Ant与发送端Tx之间。接收滤波器24连接在公共端Ant与接收端Rx之间。根据第二实施方式的滤波器102可以用于发送滤波器22和接收滤波器24中的至少一个。从而，双工器104包括根据第二实施方式的滤波器102。从而，可以减少双工器104的损耗。
第三实施方式解释这样的示例：双工器104包括发送滤波器22和接收滤波器24，但是两个滤波器可以是发送滤波器或者接收滤波器中的任一个。
(第四实施方式)
第四实施方式表示通过使格栅电极变厚使各向异性系数从负改变为正的示例。图17A是所布置的电极指的平面图。图17B是波数的平面图。图17A和图17B的X方向和Y方向是用于解释各向异性系数的方向，并且不必须对应于压电基板的晶体方位的Y-轴取向和Y-轴取向。
如图17A中所示，IDT 12的电极指13a在压电基板上在X方向上布置。与X方向正交的方向是Y方向。声波在X方向上传播。X方向上的声波具有波数βx，并且Y方向上的声波具有波数βy。当在从X方向到Y方向以角θ倾斜的方向上的声波的波数βθ可以通过抛物线关于角θ被近似时，使用各向异性系数γ由“βx2+γ·βy2＝βθ2”表示波数βθ。
图18是示出βy/βθ关于βx/βθ的视图。βx/βθ对应于声波在X方向上的相速的缓慢性，并且βy/βθ对应于声波在Y方向上的相速的缓慢性。图18表示各向异性系数γ＝1,0和-3的情况。当从原点看时，各向异性系数γ为正时的缓慢表面70是凸面。从而，γ>0的状态还被称为凸起状态。当各向异性系数γ为0时，缓慢表面71是平坦的。当从原点看时，各向异性系数γ为负时的缓慢表面72具有凹面。从而，γ<0的状态还被称为凹入状态。
当旋转Y-切割X-传播钽酸锂基板被用作压电基板时，各向异性系数γ为负。电极指的材料和膜厚度改变，并且仿真各向异性系数γ。
在仿真时，使用具有图1的(a)和图1的(b)的结构的谐振器。以下表示用于仿真的谐振器的结构。
压电基板10：42°-旋转Y-切割X传播钽酸锂基板
节距λ：4μm
电极指的占空比：50％
IDT中的电极指对的数量和开口长度：无限
用于仿真的Cu膜、W膜和Mo膜的物理特性值与第一实施方式的那些相同。表2表示Al膜和Ti膜的物理特性值。
[表2]
Al Ti
密度[kg/m3] 0.270×104 0.450×104
杨氏模量[GPa] 70 116
泊松比 0.35 0.34
图19是示出使用Mo作为金属膜的谐振器的Γ关于h/λ的视图。各向异性系数γ由“γ＝1+Γ”表示。即，当Γ大于-1时，各向异性系数γ为正，并且当Γ小于-1时，各向异性系数γ为负。当作为电极指13a(即，形成电极指13a的金属膜)的膜厚度与SH波的波长的比率的膜厚度比h/λ增加时，Γ增加，如图19中所示。当h/λ约为0.08或更小时，Γ小于-1(即，各向异性系数γ为负)。当h/λ大于约0.08时，Γ大于-1(即，各向异性系数γ为正)。从而，当电极指13a的膜厚度增加时，各向异性系数γ从负改变为正。
表3表示当Mo膜、Cu膜、Al膜、W膜和Ti膜被用作金属膜时的h/λ和Γ。
[表3]
当Mo膜中的h/λ大于约0.08时，Γ大于-1，如表3中所示。当Cu膜中的h/λ约为0.08或更大时，Γ大于-1。当Al膜中的h/λ约为0.15或更大时，Γ大于-1。当W膜中的h/λ约为0.05或更大时，Γ大于-1。当Ti膜中的h/λ约为0.125时，Γ大于-1。
如上所述，各向异性系数γ从负改变为正的膜厚度比h/λ与第一实施方式中的导纳的差值的行为改变的h/λ几乎相同，即，使得SH波的声速比体波的横向波的声速慢。从而，在第一实施方式中各向异性系数γ在损耗减少的h/λ的范围中为正。不清楚为何各向异性系数γ变为正的h/λ与使得SH波的声速比体波的横向波的声速慢的h/λ几乎相同。然而，由于声波与h/λ相关，认为可以利用形成电极指13a的金属膜的密度和泊松比标准化h/λ，如同第一实施方式一样。
与各向异性系数γ为负的情况相比，当各向异性系数γ为正时，可以容易地减少不期望横向模式波。例如，当各向异性系数γ为正时，可以使用专利文献3和4的方法容易地减少不期望的横向模式波。
图20A和图20B是示出在用于减少不期望的横向模式波的IDT中的声速的视图。图20A和图20B分别对应于各向异性系数γ为正的情况和各向异性系数γ为负的情况。如图20A和图20B的左侧视图所示，IDT 12包括两个叉指电极12a和12b。叉指电极12a和12b中的每个都包括电极指13a和母线13b。电极指13a连接至母线13b。电极指13a对应于格栅电极。电极指13a交叉的区域是重叠区域56(其还被称为“开口区域”)。重叠区域56具有中心区域50和边缘区域52。在重叠区域56与母线13b之间存在间隙区域54。
当各向异性系数γ为正时，使得间隙区域54的声速比重叠区域56的声速快，如在图20A的右侧视图中所示。由此，声波被限制在重叠区域56中。使得边缘区域52的声速比中心区域50慢。由此，可以减少不期望的横向模式波。当各向异性系数γ为负时，使得间隙区域54的声速比重叠区域56的声速慢，如图20B的右侧视图中所示。由此，声波被限制在重叠区域56中。使得边缘区域52的声速比中心区域50的声速快。由此，可以减少不期望的横向模式波。这样的结构被称为活塞模式结构。
为了处理各向异性系数γ为正的情况，并且使得边缘区域52的声速比中心区域50的声速慢，使得边缘区域52中的电极指13a的宽度比中心区域50中的电极指13a的宽度宽，如专利文献3中描述的。另一方面，为了处理各向异性系数γ为负的情况，并且为了使边缘区域52的声速比中心区域50的声速快，边缘区域52中的电极指13a的宽度比中心区域50中的电极指13a的宽度窄。从生产的观点看，狭窄地形成电极指13a的宽度具有大负载。从而，与各向异性系数γ为负的情况相比，当各向异性系数γ为正时，可以容易地减少不期望的横向模式波。而且，如专利文献4中描述的，在边缘区域52中的电极指13a上形成附加膜的方法可以被用作用于使边缘区域52的声速比中心区域50的声速慢的方法。
旋转Y-切割X传播钽酸锂基板的各向异性系数γ为负，如图20B中所示，但是使得电极的膜厚度更大。由此，各向异性系数γ变为正，如图20A中所示。从而，可以容易地减少不期望的横向模式波。
根据第四实施方式，压电基板10是具有≥20°且≤48°的切割角的Y-切割X-传播钽酸锂基板。当如同第一实施方式那个样，作为格栅电极的多个金属膜被层叠在压电基板10上，并且多个金属膜中的每个金属膜的密度由ρi表示，每个金属膜的泊松比由Pi表示，每个金属膜的膜厚度由hi表示，Cu的密度由ρ0表示，Cu的泊松比由P0表示，并且节距由λ表示时，使得关于多个金属膜的每个金属膜的(hi/λ)×(ρi/ρ0)×(Pi/P0)的总值大于0.08。由此，压电基板10中的各向异性系数为负，但是可以使得作为声波器件的各向异性系数为正。
然后，设置有格栅电极(即，电极指13a)的重叠区域56包括：中心区域50，该中心区域50在格栅电极的延伸方向上设置在格栅电极的中心；以及边缘区域52，该边缘区域52在格栅电极的延伸方向上设置在格栅电极的边缘上。使得边缘区域52中的声波的声速比中心区域50中的声波的声速快。由此，可以容易地减少不期望的横向模式波。
将给出用于减少不期望的横向模式波的方法的描述。图21A是根据第四实施方式的第一变型例的声波器件的一部分的平面图。图21B是沿着图21A的线A-A截取的截面图。IDT 12如图21A和图21B所示那样形成。边缘区域52中的每个电极指13a的宽度W52比中心区域50中的每个电极指13a的宽度W50宽。边缘区域52和中心区域50的节距W13彼此相同。从而，边缘区域52的占空比(W52/W13)比中心区域50的占空比(W50/W13)大。
根据第四实施方式的第一变型例的谐振器实际上根据经验生产。根据经验生产的结构如下：
节距λW13：3.84μm
中心区域50的占空比：45％
边缘区域52的占空比：50％
重叠区域56的长度L50(开口长度)：20λ
边缘区域52的长度L52：1.5λ
IDT中的电极指对的数量：100对
电极的材料：Cu
电极的膜厚度比h/λ：0.1λ
还根据经验生产根据边缘区域52的占空比为45％的比较示例的谐振器。
图22A是示出分别根据第四实施方式的第一变型例和比较示例的谐振器中的反射特征的史密斯圆图。图22B是示出分别根据第四实施方式的第一变型例和比较示例的谐振器中的电导关于频率的视图。在比较示例中，生成以箭头示出的寄生，如图22A和图22B中所示。在第四实施方式的第一变型例中，寄生减少。认为这是因为边缘区域52的占空比比中心区域50的占空比大，并且因此边缘区域52中的声波的声速变得比中心区域50中的声波的声速慢。
从而，根据第四实施方式的第一变型例，当格栅电极是Cu时，格栅电极的膜厚度比h/λ被设置为0.08或更大。使得边缘区域52的格栅电极在声波的传播方向上的宽度W52比中心区域50的格栅电极在声波的传播方向上的宽度W50宽。由此，可以减少不期望的横向模式波。
当电极指13a的膜厚度比h/λ为小并且各向异性系数γ为负时，需要使得边缘区域52中的每个电极指13a的宽度W52比中心区域50中的每个电极指13a的宽度W50窄，以实现活塞模式结构。然而，从生产的观点看，难以使每个电极指13a的宽度变窄。在第四实施方式的第一变型例中，使得h/λ更大，并且各向异性系数γ为正。由此，可以通过使边缘区域52中的每个电极指13a的宽度W52变宽来实现活塞模式结构。从而，可以更容易地减少不期望的横向模式波。
图23A是根据第四实施方式的第二变型例的声波器件的一部分的平面图。图23B是沿着图23A的线A-A截取的截面图。在边缘区域52中，在压电基板10和电极指13a上形成有附加膜42，如图23A和图23B中所示。在声波的传播方向上以带样形状串联地形成多个附加膜42中的每个。
根据第四实施方式的第二变型例，在边缘区域52中的格栅电极上形成有附加膜42，但是在中心区域50中的格栅电极上未形成附加膜42。由此，可以使得边缘区域52的声速比中心区域50的声速慢。例如，可以使用五氧化二钽(Ta2O5)膜或者铝氧化物(Al2O3)膜作为附加膜42。例如，附加膜42的密度优选等于或者大于4g/cm3。而且，例如，附加膜42的膜厚度优选等于或小于200nm。
附加膜42可以形成在边缘区域52中的电极指13a的至少一部分上。附加膜42不需要形成在电极指13a之间的压电基板10上。将在电极指13a上形成的每个附加膜42可以是绝缘膜或者金属膜。将在电极指13a之间形成在压电基板10上的每个附加膜42优选为绝缘膜。
当各向异性系数γ为负时，不能通过添加附加膜42实现活塞模式结构。在第四实施方式的第二变型例中，使得h/λ更大，并且各向异性系数γ为正。由此，可以通过在边缘区域52中的电极指13a上形成附加膜42，容易地形成活塞模式结构。
图24A是根据第四实施方式的第三变型例的声波器件的一部分的平面图。图24B是沿着图24A的线A-A截取的截面图。在边缘区域52中，在压电基板10上在电极指13a之间形成有附加膜44，如图24A和图24B中所示。在电极指13a上未形成附加膜44。
根据第四实施方式的变型例，在边缘区域52中在压电基板10上在格栅电极之间形成有附加膜，并且在中心区域50中在压电基板10上在格栅电极之间未形成附加膜44。由此，可以使得边缘区域52的声速比中心区域50的声速慢。例如，五氧化二钽膜或者铝氧化物膜可以用作附加膜44。附加膜44的密度优选等于或者大于4g/cm3。而且，例如，附加膜44的膜厚度优选等于或者小于200nm。
附加膜44可以形成在边缘区域52中的电极指13a之间的至少一部分区域上。每个附加膜44优选为绝缘膜。
当各向异性系数γ为负时，不能通过增加附加膜44来实现活塞模式结构。在第四实施方式的第三变型例中，使得h/λ更大，并且各向异性系数γ为正。由此，可以通过在边缘区域52中在压电基板10上在电极指13a之间形成附加膜44，容易地实现活塞模式结构。
在第四实施方式及其变型例中，金属膜16可以由多个膜组成，就像第一实施方式的变型例那样。由于中心区域50主要有助于声波器件的特征，所以中心区域50的长度优选大于边缘区域52的长度。中心区域50的长度优选大于边缘区域52的长度的两倍，并且更优选地大于边缘区域52的长度的10倍。根据第四实施方式及其变型例的声波器件可以用于第二实施方式的滤波器和第三实施方式的双工器。
在第一至第四实施方式及其变型例中，表面声波器件被解释为声波器件的一个示例，但是声波器件可以是洛夫波器件、声边界波器件等。而且，压电基板10可以是连接到支撑基板(诸如，蓝宝石基板)的压电基板。
虽然已经详细地描述了本发明的实施方式，但是本发明不限于这些特定实施方式，并且在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以做出多种改变、替换和更改。

Claims (15)

1.一种声波器件，该声波器件包括：
Y-切割X-传播钽酸锂基板(10)，所述Y-切割X-传播钽酸锂基板(10)具有20°或更大且48°或更小的切割角；以及
格栅电极(12a、12b、13a)，所述格栅电极(12a、12b、13a)由层叠在所述Y-切割X-传播钽酸锂基板上的一个或更多个金属膜组成，并且激发声波，其中，当所述一个或更多个金属膜(16、16a、16b)中的各个金属膜的密度由ρi表示，各个金属膜的泊松比由Pi表示，各个金属膜的膜厚度由hi表示，Cu的密度由ρ0表示，Cu的泊松比由P0表示，并且节距由λ表示时，对于所述一个或更多个金属膜，各个金属膜的“(hi/λ)×(ρi/ρ0)×(Pi/P0)”的总值大于0.08。
2.根据权利要求1所述的声波器件，其中
所述一个或更多个金属膜包括主要由Cu、W、Ru、Mo、Ta和Pt中的至少一种构成的金属膜。
3.根据权利要求1所述的声波器件，其中
所述总值是0.09或更大。
4.一种声波器件，所述声波器件包括：
Y-切割X-传播钽酸锂基板(10)，所述Y-切割X-传播钽酸锂基板(10)具有20°或更大且48°或更小的切割角；以及
格栅电极，所述格栅电极形成在所述Y-切割X-传播钽酸锂基板上，激发声波，并且主要由Cu构成，其中，当所述格栅电极的膜厚度由h表示，并且格栅电极之间的节距由λ表示时，h/λ大于0.08。
5.一种声波器件，所述声波器件包括：
Y-切割X-传播钽酸锂基板(10)，所述Y-切割X-传播钽酸锂基板(10)具有20°或更大且48°或更小的切割角；以及
格栅电极(12a、12b、13a)，所述格栅电极(12a、12b、13a)形成在所述Y-切割X-传播钽酸锂基板上，激发声波，并且主要由W构成，其中，当所述格栅电极的膜厚度由h表示，并且格栅电极之间的节距由λ表示时，h/λ大于0.05。
6.一种声波器件，所述声波器件包括：
Y-切割X-传播钽酸锂基板(10)，所述Y-切割X-传播钽酸锂基板(10)具有20°或更大且48°或更小的切割角；以及
格栅电极(12a、12b、13a)，所述格栅电极(12a、12b、13a)形成在所述Y-切割X-传播钽酸锂基板上，激发声波，并且主要由Ru构成，其中，当所述格栅电极的膜厚度由h表示，并且格栅电极之间的节距由λ表示时，h/λ大于0.07。
7.一种声波器件，所述声波器件包括：
Y-切割X-传播钽酸锂基板(10)，所述Y-切割X-传播钽酸锂基板(10)具有20°或更大且48°或更小的切割角；以及
格栅电极(12a、12b、13a)，所述格栅电极(12a、12b、13a)形成在所述Y-切割X-传播钽酸锂基板上，激发声波，并且主要由Mo构成，其中，当所述格栅电极的膜厚度由h表示，并且格栅电极之间的节距由λ表示时，h/λ大于0.08。
8.根据权利要求1所述的声波器件，其中
所述声波是水平剪切SH波。
9.根据权利要求1所述的声波器件，所述声波器件还包括：
介电膜(18)，所述介电膜(18)形成在所述Y-切割X-传播钽酸锂基板上并且覆盖所述格栅电极。
10.根据权利要求1所述的声波器件，其中
设置有所述格栅电极的区域(56)包括：中心区域(50)，所述中心区域(50)设置在所述格栅电极的延伸方向上的所述格栅电极的中心处；以及边缘区域(52)，所述边缘区域(52)设置在所述格栅电极的所述延伸方向上的所述格栅电极的边缘上，以及
所述声波在所述边缘区域中的声速比所述声波在所述中心区域中的声速慢。
11.根据权利要求1所述的声波器件，其中
设置有所述格栅电极的区域(56)包括：中心区域(50)，所述中心区域(50)设置在所述格栅电极的延伸方向上的所述格栅电极的中心处；以及边缘区域(52)，所述边缘区域(52)设置在所述格栅电极的所述延伸方向上的所述格栅电极的边缘上，以及
所述边缘区域中的格栅电极在所述声波的传播方向上的宽度(W52)比所述中心区域中的格栅电极在所述声波的所述传播方向上的宽度(W50)宽。
12.根据权利要求1所述的声波器件，其中
设置有所述格栅电极的区域(56)包括：中心区域(50)，所述中心区域(50)设置在所述格栅电极的延伸方向上的所述格栅电极的中心处；以及边缘区域(52)，所述边缘区域(52)设置在所述格栅电极的所述延伸方向上的所述格栅电极的边缘上，以及
在所述边缘区域中的格栅电极上形成有附加膜(42)，并且在所述中心区域中的格栅电极上未形成附加膜。
13.根据权利要求1所述的声波器件，其中
设置有所述格栅电极的区域(56)包括：中心区域(50)，所述中心区域(50)设置在所述格栅电极的延伸方向上的所述格栅电极的中心处；以及边缘区域(52)，所述边缘区域(52)设置在所述格栅电极的所述延伸方向上的所述格栅电极的边缘上，以及
在所述边缘区域中，在所述Y-切割X-传播钽酸锂基板上在格栅电极之间形成有附加膜(44)，并且在所述中心区域中，在所述Y-切割X-传播钽酸锂基板上在格栅电极之间未形成附加膜。
14.根据权利要求1至13中的任一项所述的声波器件，所述声波器件还包括：
滤波器(102)，所述滤波器包括所述格栅电极。
15.根据权利要求14所述的声波器件，所述声波器件还包括：
双工器(104)，所述双工器(104)包括所述滤波器。
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