CN106031033B - 弹性波装置 - Google Patents
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Abstract
提供宽频带且高声速的弹性波装置。在LiNbO3基板(2)的第1主面(2a)形成第1IDT电极(3)，在第2主面(2b)形成第2IDT电极(4)，在向第1、第2IDT电极(3、4)施加了反相的交流电压的情况下，可激励SH波的高次模式为主体的板波，弹性波装置(1)利用该以SH波为主体的高次模式。
Description
技术领域
本发明涉及利用了LiNbO3基板且利用了在LiNbO3基板中传播的弹 性波之中的板波的弹性波装置。
背景技术
以往，提出各种各样的利用了板波的弹性波装置。下述的专利文献1 所述的弹性波装置中，使用的是LiNbO3基板。在LiNbO3基板的单面及 相反侧的面设置有IDT电极。而且，向被设置在单面的IDT电极和被设 置在相反侧的面的IDT电极施加同相的交流电压。由此，作为板波能够 利用SH波的0次模式。
下述的专利文献2中公开了利用LiNbO3所构成的压电薄膜的拉姆波 (Lamb Wave)装置。在专利文献2中也是在LiNbO3的双面形成IDT电 极。再有，专利文献2中还公开了在压电薄膜的单面设置IDT电极、在 相反侧的面设置金属膜所构成的电极以便与IDT电极重叠的构成。专利 文献2中，在压电薄膜中，作为拉姆波，激励声速为5000m/秒以上的 高次模式。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：WO2013/021948 A1
专利文献2：JP特开2010-220204号公报
发明内容
-发明所要解决的技术问题-
专利文献1所述的弹性波装置中，IDT电极形成于LiNbO3基板的双 面。因此，能够提高SH波的0次模式的机电耦合系数。由此，可以扩宽 相对带宽。
然而，声速低至3000～4000m/秒。为此，为了高频化实现，必须 减小波长λ。因此，IDT电极等的形成变得非常困难。
另一方面，专利文献2所述的弹性波装置中，能获得5000m/秒以 上的高声速。因此，高频化容易。然而，在专利文献2中并未描述可兼顾 宽频带与高声速的构成。
本发明的目的在于，提供一种能兼顾高声速与较宽的相对带宽的弹性 波装置。
-用于解决技术问题的手段-
本申请的第1发明涉及的弹性波装置具备：具有第1主面、及与该第 1主面相反侧的第2主面的LiNbO3基板；被设置于上述LiNbO3基板的上 述第1主面的第1IDT电极；以及被设置在上述LiNbO3基板的上述第2 主面且被配置成隔着上述LiNbO3基板而与上述第1IDT电极重合的第 2IDT电极。在向上述第1IDT电极与上述第2IDT电极施加了反相的交流 电压的情况下，上述LiNbO3基板中被激励的弹性波是SH波为主体的高 次模式的板波。
第1发明涉及的弹性波装置的某一特定的方面中，上述LiNbO3基板 的欧拉角(θ，ψ)中，ψ＝0±5°且θ处于72°以上、97°以下 的范围内。
第1发明涉及的弹性波装置的其他特定的方面中，在将由上述第 1IDT电极、上述第2IDT电极的电极指间距决定的波长设成λ时，上述 LiNbO3基板的厚度为0.05λ以上、0.52λ以下。
第1发明涉及的弹性波装置的其他特定的方面中，上述第1IDT电极、 上述第2IDT电极的占空比为0.15以上、0.77以下。
第1发明涉及的弹性波装置的又一特定的方面中，上述第1IDT电极、 上述第2IDT电极具有Al或以Al为主体的合金所构成的电极膜，在将由 上述第1IDT电极、上述第2IDT电极的电极指间距决定的波长设成λ时， 该电极膜的膜厚为0.035λ以下。
本申请的第2发明涉及的弹性波装置具备：具有第1主面、及与该第 1主面相反侧的第2主面的LiNbO3基板；被设置于上述LiNbO3基板的上 述第1主面的IDT电极；以及被设置在上述LiNbO3基板的上述第2主面 且被设置成在从上述第1主面侧俯视的情况下占据被上述IDT电极的外 缘包围的整个区域的电极膜，在向上述IDT电极施加了交流电压的情况下，在上述LiNbO3基板中被激励的弹性波是SH波为主体的高次模式的 板波。
第2发明涉及的弹性波装置的某一特定的方面中，上述LiNbO3基板 的欧拉角(θ，ψ)中，ψ＝0±5°且θ处于68°以上、96°以下 的范围内。
第2发明涉及的弹性波装置的其他特定的方面中，在将由上述IDT 电极的电极指间距决定的波长设成λ时，上述LiNbO3基板的厚度为0.05λ 以上、0.18λ以下。
第2发明涉及的弹性波装置的再一特定的方面中，上述IDT电极的 占空比为0.1以上、0.68以下。
第2发明涉及的弹性波装置的又一特定的方面中，上述IDT电极具 有Al或以Al为主体的合金所构成的电极膜，在将由上述IDT电极的电 极指间距决定的波长设成λ时，该电极膜的膜厚为0.022λ以下。
-发明效果-
根据本申请的第1、第2发明，由于利用的是SH波为主体的高次模 式的板波，故可以实现高声速化。而且，根据本发明能够获得较宽的相对 带宽。因此，在利用了板波的弹性波装置中，可以兼顾高声速与较宽的相 对带宽。
附图说明
图1(a)是本发明的第1实施方式涉及的弹性波装置的正面剖视图， 图1(b)是表示其电极构造的示意性俯视图。
图2(a)～图2(f)是用于依序对S0模式、S1模式、A0模式、A1模式、SH0模式、SH1模式进行说明的示意图。
图3是在第1实施方式的弹性波装置中表示欧拉角的θ与SH波的1 次模式的声速的关系的图。
图4是在第1实施方式的弹性波装置中表示欧拉角的θ与相对带宽的 关系的图。
图5是在第1实施方式的弹性波装置中表示LiNbO3基板的厚度(×λ) 与相对带宽的关系的图。
图6是在第1实施方式的弹性波装置中表示IDT电极的占空比与相 对带宽的关系的图。
图7在第1实施方式的弹性波装置中表示构成IDT电极的Al膜的膜 厚(×λ)与相对带宽的关系的图。
图8是本发明的第2实施方式涉及的弹性波装置的简略的正面剖视 图。
图9是在第2实施方式的弹性波装置中表示欧拉角的θ与SH波的1 次模式的声速的关系的图。
图10是在第2实施方式的弹性波装置中表示欧拉角的θ与相对带宽 的关系的图。
图11是在第2实施方式的弹性波装置中表示LiNbO3基板的厚度 (×λ)与相对带宽的关系的图。
图12是在第2实施方式的弹性波装置中表示IDT电极的占空比与相 对带宽的关系的图。
图13是在第2实施方式的弹性波装置中表示构成IDT电极的Al膜 的膜厚(×λ)与相对带宽的关系的图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的具体的实施方式进行说明，由此使本发明 清楚。其中，本说明书所述的各实施方式是示例性的，指出在不同的实施 方式之间能够实现构成的局部的置换或组合。
图1(a)及图1(b)是本发明的第1实施方式涉及的弹性波装置的 正面剖视图及表示电极构造的示意性俯视图。
弹性波装置1具有LiNbO3基板2。以下，以(θ，ψ)来表示LiNbO3基板2的欧拉角。优选欧拉角处于(0±5°，θ，0±5°)的范围内。如果在 该范围内，那么能有效地激励作为板波的SH波。LiNbO3基板2具有第1 主面2a、及与第1主面2a相反侧的第2主面2b。
在第1主面2a上形成有第1IDT电极3。图1(b)表示第1IDT电极 3的电极构造。第1IDT电极3具有多根电极指3a和多根电极指3b。多 根电极指3a与多根电极指3b相互穿插配合。
在第2主面2b上形成有第2IDT电极4。第2IDT电极4在俯视的情 况下呈与第1IDT电极3相同的形状。第1IDT电极3的电极指3a、3b与 第2IDT电极4的电极指4a、4b隔着LiNbO3基板2而重合。不过，通过 施加反相的交流电压，从而IDT电极3与IDT电极4被驱动。
IDT电极3、4在本实施方式中由Al构成。不过，也可以利用以Al 为主体的合金。在此，主体意味着在IDT电极3、4中50重量％以上由 Al构成。再有，也可以是与其他金属的层叠构造。
本实施方式中，通过向IDT电极3与IDT电极4施加反相的交流电 压，从而作为板波可有效地激励SH波的1次模式并对其加以利用。其中， 该SH波的1次模式相当于SH波为主体的高次模式的板波。
另外，在本说明书中，SH波为主体的高次模式指的是SH波的1次 模式、及与SH波的1次模式相比更高次的模式。即，将与SH波的基本 波即SH波的0次模式相比更高次的模式的板波作为SH波为主体的高次 模式的板波。表现为“SH波为主体”是因为被激励的板波也包含SH波 以外的分量的缘故。不过，“为主体”意味着在被激励的上述模式中振 动能量的50％以上为SH波分量。
此外，板波根据位移分量而被分类为拉姆波(弹性波传播方向、及压 电体厚度方向的分量为主)和SH波(SH分量为主)。再有，拉姆波被 分类为对称模式(S模式)与反对称模式(A模式)。在压电体厚度的一 半的线处折返时，将位移重叠的模式称为对称模式，将位移为相反方向模 式称为反对称模式。下标的数值表示厚度方向的节的个数。在此，A1模 式拉姆波是1次反对称模式拉姆波。图2表示这些拉姆波的S模式与A 模式、及SH波的传播模式的形态。在图2的(a)～图2(d)中，箭头 的朝向表示弹性波的位移方向，在图2(e)、图2(f)中纸面厚度方向 表示弹性波的位移方向。图2(e)的SH波的0次模式是SH波的基本波， 在本实施方式中利用图2(f)的SH波的1次模式。
图3是表示在上述LiNbO3基板2的欧拉角的(0°，θ，0°)中使欧拉 角的θ发生了变化的情况下的SH波的1次模式的声速的变化的图。在此， 在将由电极指间距决定的波长设成λ时，将LiNbO3基板的厚度设成0.1λ。 再有，将IDT电极的膜厚设为0.01λ，将占空比设成0.3。
根据图3可清楚地知道：欧拉角的θ处于40°～160°的范围内，能实 现17500m/秒以上的高声速。
图4是表示与上述同样地构成的弹性波装置1中的欧拉角的θ与相对 带宽的关系的图。在此，相对带宽指的是构成声表面波谐振器的情况下的 反谐振频率与谐振频率的频率差相对于谐振频率的比例。
根据图4可清楚地知道：如果欧拉角的θ为72°以上、97°以下，那 么相对带宽为0.17以上、即17％以上。在当前的弹性波装置中，相对带 宽最大为17％左右。由此，如上述，可知通过将欧拉角的θ设为72°以上、 97°以下，从而能实现宽频带化。
更优选的是欧拉角的θ为79°以上、91°以下，该情况下可以使相对 带宽为20％以上。
图5是表示上述LiNbO3基板2的厚度(×λ)与相对带宽的关系的 图。其中，在此欧拉角设成(0°，83°，0°)。将IDT电极的膜厚设成0.01λ， 将占空比设成0.3。
根据图5可清楚地知道：如果LiNbO3基板2的厚度为0.05λ以上、 0.52λ以下，那么能将相对带宽设为0.17以上、即17％以上。更优选的是 将LiNbO3基板2的厚度设为0.07λ以上、0.17λ以下。该情况下，能使相 对带宽为20％以上。
图6是表示IDT电极的占空比与相对带宽的关系的图。在此，LiNbO3基板的欧拉角设为(0°，83°，0°)，厚度设成0.1λ。IDT电极由Al膜构 成，厚度设成0.01λ。
根据图6可清楚地知道占空比优选为0.15以上、0.77以下。由此可 知能可靠地使相对带宽为0.17以上、即17％以上。
图7是表示Al所构成的IDT电极的膜厚(λ)与相对带宽的关系的 图。在此，LiNbO3基板的欧拉角也设为(0°，83°，0°)，厚度设为0.1λ， IDT电极的占空比设成0.3。
根据图7可清楚地知道：A1的膜厚优选为0.035λ以下，该情况下能 使相对带宽为0.17以上、即17％以上。
图8是本发明的第2实施方式涉及的弹性波装置的正面剖视图。弹性 波装置11具有LiNbO3基板2。LiNbO3基板2的第1主面2a上形成有IDT 电极3。IDT电极3与第1实施方式的IDT电极3同样地具有多根电极指 3a和多根电极指3b。而且，IDT电极3由Al构成。
另一方面，在第2实施方式中，在LiNbO3基板2的第2主面2b设 置有Al所构成的电极膜14。电极膜14在从第1主面2a侧俯视的情况下， 呈包含第1IDT电极3的电极指交叉部的外缘的形状。电极膜14被用作 浮置电极。
IDT电极3及电极膜14也可以取代Al而由以Al为主体的合金形成。 再有，也可以是与其他金属的层叠构造。还有，电极膜14也可以是Ti、 Au、Ni、Cr等金属、或者ZnO或ITO等的导电性化合物膜。
第2实施方式的弹性波装置11中，若向第1IDT电极3施加交流电 压，则可以激励以SH波为主体的高次模式的板波。在本实施方式中，通 过利用SH波为主体的高次模式，从而也可以实现高声速及宽频带。
图9是表示在上述LiNbO3基板的欧拉角的(0°，θ，0°)中使欧拉角 的θ发生了变化的情况下的SH波的1次模式的声速的变化的图。在此， 在将由电极指间距决定的波长设成λ时，将LiNbO3基板2的厚度设成 0.1λ。再有，将IDT电极3的膜厚设为0.01λ，将占空比设成0.3。电极膜 14的膜厚设成0.01λ。根据图9可清楚地知道：在欧拉角的θ处于50°～ 110°的范围内，能实现20000m/秒以上的高声速。
图10是表示与上述同样地构成的弹性波装置11中的欧拉角的θ与相 对带宽的关系的图。在此，相对带宽指的是构成声表面波谐振器的情况下 的、反谐振频率与谐振频率的频率差相对于谐振频率的比例。
根据图10可清楚地知道：如果欧拉角的θ为68°以上、96°以下，那 么相对带宽为0.17以上、即17％以上。另外，在及ψ＝0±5°的 范围内也能获得同样的效果。由此，如上述通过将欧拉角的θ设为68°以 上、96°以下，从而能实现宽频带化。更优选的是，欧拉角的θ为72°以 上、92°以下，该情况下能使相对带宽为20％以上。
图11是表示上述LiNbO3基板2的厚度(×λ)与相对带宽的关系的 图。其中，在此欧拉角设成(0°，83°，0°)。将IDT电极3的膜厚设为0.01λ，将占空比设成0.3。电极膜14的膜厚设成0.01λ。
根据图11可清楚地知道：如果LiNbO3基板2的厚度为0.05λ以上、 0.18λ以下，那么能使相对带宽为0.17以上、即17％以上。更优选的是将 LiNbO3基板2的厚度设为0.07λ以上、0.16λ以下。该情况下，能使相对 带宽为20％以上。
图12是表示IDT电极的占空比与相对带宽的关系的图。在此，LiNbO3基板2的欧拉角设为(0°，83°，0°)、厚度设成0.1λ。IDT电极由Al膜， 厚度设成0.01λ。电极膜14的膜厚设成0.01λ。
根据图12可清楚，占空比优选为0.1以上、0.68以下。由此，能可 靠地将相对带宽设为0.17以上、即17％以上。
图13是表示Al所构成的IDT电极3的膜厚(λ)与相对带宽的关系 的图。在此，LiNbO3基板2的欧拉角也设为(0°，83°，0°)、厚度设成 0.1λ。IDT电极3的占空比设成0.3。
根据图13可清楚地知道：Al的膜厚优选为0.022λ以下，该情况下能 使相对带宽为0.17以上、即17％以上。
上述第1、第2实施方式中，虽然对声表面波谐振器进行了说明，但 本发明的弹性波装置并未被限定为声表面波谐振器。本发明は、可以广泛 应用于具有多个IDT电极的声表面波滤波器或各种各样的弹性波装置。 因此，IDT电极的个数并未特别地被限定。
其中，欧拉角(θ，ψ)也可以是在晶体学方面等效的方位。
-符号说明-
1...弹性波装置
2...LiNbO3基板
2a...第1主面
2b...第2主面
3...第1IDT电极
3a、3b...电极指
4...第2IDT电极
4a、4b...电极指
11...弹性波装置
14...电极膜
Claims (6)
1.一种弹性波装置，具备：
LiNbO3基板，其具有第1主面、及与该第1主面相反侧的第2主面；
第1IDT电极，其被设置于所述LiNbO3基板的所述第1主面；以及
第2IDT电极，其被设置在所述LiNbO3基板的所述第2主面，且被配置成隔着所述LiNbO3基板而与所述第1IDT电极重合，通过与所述第1IDT电极反相的交流电压而被驱动，
在所述LiNbO3基板的欧拉角中，ψ＝0±5°且θ处于72°以上、97°以下的范围内，
在将由所述第1IDT电极、所述第2IDT电极的电极指间距决定的波长设成λ时，所述LiNbO3基板的厚度为0.05λ以上、0.52λ以下，
在向所述第1IDT电极与所述第2IDT电极施加了反相的交流电压的情况下，在所述LiNbO3基板中被激励的弹性波是SH波为主体的高次模式的板波。
2.根据权利要求1所述的弹性波装置，其中，
所述第1IDT电极、所述第2IDT电极的占空比为0.15以上、0.77以下。
3.根据权利要求1或2所述的弹性波装置，其中，
所述第1IDT电极、所述第2IDT电极具有Al或以Al为主体的合金所构成的电极膜，在将由所述第1IDT电极、所述第2IDT电极的电极指间距决定的波长设成λ时，该电极膜的膜厚为0.035λ以下。
4.一种弹性波装置，具备：
LiNbO3基板，其具有第1主面、及与该第1主面相反侧的第2主面；
IDT电极，其被设置于所述LiNbO3基板的所述第1主面；以及
电极膜，其被设置在所述LiNbO3基板的所述第2主面，且被设置成在从所述第1主面侧俯视的情况下占据被所述IDT电极的外缘包围的整个区域，
所述LiNbO3基板的欧拉角中，ψ＝0±5°且θ处于68°以上、96°以下的范围内，
在将由所述IDT电极的电极指间距决定的波长设成λ时，所述LiNbO3基板的厚度为0.05λ以上、0.18λ以下，
在向所述IDT电极施加了交流电压的情况下，在所述LiNbO3基板中被激励的弹性波是SH波为主体的高次模式的板波。
5.根据权利要求4所述的弹性波装置，其中，
所述IDT电极的占空比为0.1以上、0.68以下。
6.根据权利要求4或5所述的弹性波装置，其中，
所述IDT电极具有Al或以Al为主体的合金所构成的电极膜，在将由所述IDT电极的电极指间距决定的波长设成λ时，该电极膜的膜厚为0.022λ以下。
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