CN109417371B - 弹性波装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种能够减小由瑞利波等弹性波的高阶模造成的杂散的弹性波装置。弹性波装置(1)在作为元件基板的压电基板(2)上设置有IDT电极(3)以及绝缘膜(6)。在IDT电极(3)的交叉区域上，在将弹性波传播方向一端设为第一端部(3a)并将另一端设为第二端部(3b)的情况下，随着从第一端部(3a)以及第二端部(3b)朝向弹性波传播方向中央，绝缘膜(6)的厚度变薄或变厚。

Description

弹性波装置
技术领域
本发明涉及设置有绝缘膜使得覆盖IDT电极的弹性波装置。
背景技术
提出了各种利用了在LiNbO3基板传播的瑞利波的弹性波装置。在下述的专利文献1记载的弹性波装置中，在LiNbO3基板上设置有IDT电极，并设置有温度补偿用的氧化硅膜，使得覆盖IDT电极。在专利文献1记载的弹性波装置中，氧化硅膜设置为，对IDT电极的电极指间进行填埋，进而覆盖IDT电极的上表面。氧化硅膜的上表面被平坦化。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：WO2005/034347
发明内容
发明要解决的课题
在专利文献1记载的弹性波装置中，利用的弹性波是瑞利波，但是也会激励高阶模。而且，该高阶模有时会在瑞利波的频率的1.2～1.3倍程度的频率区域强烈地产生。因此，有时瑞利波的高阶模会作为杂散而成为问题。此外，并不限于瑞利波，在设置有绝缘膜使得覆盖IDT电极的构造中，有时不仅激励所利用的弹性波的模式，还激励高阶模从而作为杂散而成为问题。
本发明的目的在于，提供一种能够减小瑞利波等弹性波的高阶模的杂散的弹性波装置。
用于解决课题的技术方案
本发明涉及的弹性波装置具备：元件基板，具有压电体层；IDT电极，设置在所述压电体层上；以及绝缘膜，覆盖所述IDT电极，所述IDT电极具有作为激励弹性波的区域的交叉区域，在将所述交叉区域的弹性波传播方向上的一端设为第一端部并将另一端设为第二端部的情况下，在所述IDT电极的交叉区域上，随着从所述IDT电极的所述第一端部以及所述第二端部朝向弹性波传播方向中央，所述绝缘膜的厚度变薄或变厚。
在本发明涉及的弹性波装置的某个特定的方式中，所述绝缘膜是直接覆盖所述IDT电极的电介质层。
在本发明涉及的弹性波装置的又一个特定的方式中，所述绝缘膜具有在所述弹性波传播方向上相对于所述压电体层的上表面倾斜的倾斜面。
在本发明涉及的弹性波装置的又一个特定的方式中，在所述IDT电极的至少所述交叉区域的上方，所述绝缘膜的厚度沿着所述弹性波传播方向连续地变化。
在本发明涉及的弹性波装置的又一个特定的方式中，在将所述IDT电极的交叉宽度方向上的所述交叉区域的一端设为第三端部并将另一端设为第四端部的情况下，随着从所述第三端部以及所述第四端部朝向交叉宽度方向中央，所述绝缘膜的厚度变薄或变厚。
在本发明涉及的弹性波装置的又一个特定的方式中，所述压电体层包含LiNbO3。
在本发明涉及的弹性波装置的又一个特定的方式中，利用了在所述LiNbO3传播的瑞利波。
在本发明的又一个特定的局面中，可提供作为具有所述IDT电极的弹性波谐振器的弹性波装置。
在本发明的又一个特定的局面中，提供一种弹性波装置，该弹性波装置是具有多个所述IDT电极的纵向耦合谐振器型弹性波滤波器。
发明效果
在本发明涉及的弹性波装置中，能够有效地减小由瑞利波等弹性波的高阶模造成的杂散。
附图说明
图1是本发明的第一实施方式涉及的弹性波装置的俯视图。
图2是本发明的第一实施方式涉及的弹性波装置的主视剖视图，是沿着图1中的A-A线的部分的剖视图。
图3的(a)以及图3的(b)是分别示出本发明的第一实施方式以及比较例的弹性波装置的阻抗-频率特性以及相位-频率特性的图。
图4是将图3的(b)所示的相位-频率特性的一部分放大示出的图。
图5是本发明的第二实施方式涉及的弹性波装置的主视剖视图。
图6的(a)以及图6的(b)是示出第二实施方式以及比较例的弹性波装置的阻抗-频率特性以及相位-频率特性的图。
图7是将图6的(b)的一部分放大示出的图。
图8是本发明的第三实施方式涉及的弹性波装置的主视剖视图。
图9是能够应用于本发明的纵向耦合谐振器型弹性波滤波器的俯视图。
图10是示出实验例1以及比较例1的弹性波装置的阻抗-频率特性的图。
图11是示出实验例1以及比较例1的弹性波装置的相位-频率特性的图。
图12是示出实验例2以及比较例2的弹性波装置的阻抗-频率特性的图。
图13是示出实验例2以及比较例2的弹性波装置的相位-频率特性的图。
图14是示出实验例3以及比较例3的弹性波装置的阻抗-频率特性的图。
图15是示出实验例3以及比较例3的弹性波装置的相位-频率特性的图。
图16是示出实验例4以及比较例4的弹性波装置的阻抗-频率特性的图。
图17是示出实验例4以及比较例4的弹性波装置的相位-频率特性的图。
图18是沿着图1中的B-B线的部分的剖视图。
图19是沿着图1中的B-B线的部分的变形例的剖视图。
具体实施方式
以下，通过参照附图对本发明的具体的实施方式进行说明，从而明确本发明。
另外，需要指出的是，在本说明书记载的各实施方式是例示性的，能够在不同的实施方式间进行结构的部分置换或组合。
图1是本发明的第一实施方式涉及的弹性波装置的俯视图。图2是沿着图1中的A-A线的剖视图。
弹性波装置1具有作为元件基板的压电基板2。在本实施方式中，压电基板2由欧拉角为(0°，38.5°，0°)的LiNbO3基板构成。不过，也可以使用其它的压电单晶。
此外，虽然压电基板2仅由压电体层构成，但是本发明中的元件基板也可以是在支承体、绝缘膜等层叠有压电体层的元件基板。
在压电基板2上设置有IDT电极3。在IDT电极3的弹性波传播方向两侧设置有反射器4、5。由此，构成单端口型的弹性波谐振器。
IDT电极3是多个金属膜的层叠体。即，具有从LiNbO3基板侧起依次层叠了Pt膜、Al膜的构造。
IDT电极3以及反射器4、5的材料没有特别限定，能够使用Au、Ag、Pt、W、Cu、Mo、Al等适当的金属或合金。此外，在Pt膜、Al膜的上下表面，也可以层叠有薄的密接层、扩散防止层。作为密接层、扩散防止层，能够使用Ti膜、NiCr膜、Cr膜等。
设置有绝缘膜6，使得覆盖IDT电极3以及反射器4、5。绝缘膜6包含氧化硅。此外，设置有被覆层7，使得覆盖绝缘膜6。被覆层7包含氮化硅。
上述绝缘膜6除了氧化硅以外，也可以包含SiON等其它的绝缘材料。此外，关于被覆层7，也可以由氮化硅以外的材料形成。
因为绝缘膜6包含氧化硅，所以在弹性波装置1中，能够减小频率温度系数TCF的绝对值。即，包含氧化硅的绝缘膜6实现温度补偿作用。不过，也可以使用不具有温度补偿功能的绝缘膜。
此外，被覆层7包含氮化硅，由此，能够提高耐湿性。
在IDT电极3的交叉区域中，将IDT电极3的弹性波传播方向上的一端设为第一端部3a，将另一端设为第二端部3b。另外，所谓交叉区域，是指电位不同的电极指彼此在弹性波传播方向上重叠的区域。此外，所谓交叉宽度方向，是指电极指延伸的方向。弹性波装置1的特征在于，在第一端部3a与第二端部3b之间的部分，绝缘膜6的厚度变化，使得绝缘膜6的厚度在IDT电极3的弹性波传播方向上随着朝向中央而变厚。即，与第一端部3a上以及第二端部3b上的绝缘膜6的厚度H相比，IDT电极3的弹性波传播方向中央的绝缘膜6的厚度变厚。
另一方面，将IDT电极的交叉区域的沿着交叉宽度方向上的一端设为第三端部3c，将另一端设为第四端部3d。另外，所谓交叉宽度方向，是指电极指延伸的方向。如图18所示，在沿着图1中的B-B线的剖面中，在本实施方式中，与第三端部3c和第四端部3d处的绝缘膜6的厚度H相比，第三端部3c以及第四端部3d间的绝缘膜部分的厚度在交叉宽度方向上随着朝向中央而变薄。
另外，绝缘膜6的厚度也可以不在交叉宽度方向上变化。不过，优选地，期望在交叉宽度方向上绝缘膜6的厚度也变化。由此，能够更进一步减小由高阶模造成的杂散。另外，也可以如图19所示，在沿着图1中的B-B线的部分的剖面中，在与弹性波传播方向正交的交叉宽度方向上，绝缘膜6在IDT电极3中央最厚，随着在交叉宽度方向上朝向外侧，绝缘膜6的厚度变薄。
在本实施方式的弹性波装置1中，绝缘膜6的厚度像上述那样变化，因此在利用了瑞利波的情况下，能够抑制由高阶模造成的杂散的影响。参照图3的(a)、图3的(b)以及图4对此进行说明。
在上述实施方式的弹性波装置1中，将IDT电极以及反射器的设计参数设为如下。
电极指的对数＝100对，由电极指间距决定的波长λ＝5.0μm。
IDT电极的第一端部3a与第二端部3b之间的距离＝500μm。
反射器4、5中的电极指的根数＝各20根。
IDT电极3以及反射器4、5的层叠构造如下述的表1所示。
[表1]
Figure GDA0001915343990000061
作为被覆层7的氮化硅膜的膜厚为50nm。
第一端部3a以及第二端部3b处的绝缘膜6的厚度H＝1680nm。
在本实施方式中，在弹性波传播方向中央，将从压电基板2的上表面到绝缘膜6的上表面的距离即绝缘膜6的厚度H设为1850nm。而且，使绝缘膜6的厚度变化，使得厚度随着从第一端部3a以及第二端部3b接近弹性波传播方向中央而依次增加。
为了比较，除了代替绝缘膜6而设置了厚度为1750nm且上表面平坦的绝缘膜以外与实施方式同样地得到了比较例的弹性波装置。图3的(a)、图3的(b)是示出本实施方式的弹性波装置以及比较例的弹性波装置的阻抗-频率特性以及相位-频率特性的图。图4是将图3的(b)所示的相位-频率特性的一部分放大示出的图。实线示出实施方式的结果，虚线示出比较例的结果。根据图3的(a)、图3的(b)以及图4可明确，作为所利用的模式的瑞利波的响应出现在0.73GHz附近。瑞利波的响应在实施方式和比较例的结果中大致相同。相对于此，在0.92GHz附近，出现了由高阶模造成的杂散。而且，根据将图3的(b)的出现了杂散的部分放大示出的图4可明确，根据实施方式，与比较例相比，能够减小由高阶模造成的杂散的大小。这是因为，在绝缘膜6中，存在厚度不同的绝缘膜部分，因此高阶模的响应分散。即，像在图4中用箭头S1、S2示出的那样，在实施方式中，得到了由高阶模引起的多个响应，相对于此，在比较例中，仅出现大的响应S0。
因此可知，根据弹性波装置1，在利用了瑞利波的情况下，能够有效地抑制由高阶模造成的杂散的影响。
图5是本发明的第二实施方式涉及的弹性波装置的主视剖视图。
在弹性波装置11中，绝缘膜6A设置为覆盖IDT电极3。在此，在弹性波传播方向上，随着从IDT电极3的第一端部3a以及第二端部3b接近弹性波传播方向中央，绝缘膜的厚度变薄。第一端部3a以及第二端部3b处的绝缘膜6A的厚度H＝1820nm。弹性波传播方向中央的绝缘膜6A的厚度设为1650nm。第二实施方式中的IDT电极以及反射器的设计参数与上述的实施方式1的情况相同。
电极指的对数＝100对，由电极指间距决定的波长λ＝5.0μm。
IDT电极的第一端部3a与第二端部3b之间的距离＝500μm。
反射器4、5中的电极指的根数＝各20根。
IDT电极3以及反射器4、5的层叠构造设为如下述的表2所示。
[表2]
Figure GDA0001915343990000071
作为被覆层7的氮化硅膜的膜厚为50nm。
图6的(a)以及图6的(b)是示出第二实施方式以及比较例的弹性波装置的阻抗-频率特性以及相位-频率特性的图。此外，图7是将图6的(b)的一部分放大示出的图。在图6的(a)、图6的(b)以及图7中，实线示出第二实施方式的结果，虚线示出比较例的结果。比较例与图3的(a)、图3的(b)以及图4所示的比较例相同。
根据图6的(a)、图6的(b)以及图7明确可知，在第二实施方式中，也能够使由高阶模造成的杂散分散，由此，能够减小高阶模杂散。
另外，如图5所示，在剖视下，绝缘膜6A的厚度可以在弹性波传播方向上呈直线变化，但是也可以呈曲线变化。此外，在弹性波传播方向上，绝缘膜的厚度未必一定要连续地变化。
另外，虽然在上述的实施方式中，示出了在利用瑞利波的情况下能够抑制由瑞利波的高阶模造成的杂散的影响，但是可知，在利用瑞利波以外的情况下，由高阶模造成的杂散也会成为问题。通过以下的实验例1～4来说明对于由这些高阶模造成的杂散也能够通过同样的方法来抑制。以下的实验例1～4为本发明的实施例，分别与比较例1～4对比而进行说明。
(实验例1)
作为压电基板而使用了欧拉角为(0°，-5°，0°)的LiNbO3基板。作为IDT电极3，使用了在Pt膜上层叠了Al膜的层叠金属膜。将Pt膜的厚度设为120nm，将Al膜的厚度设为206nm。此外，将IDT电极3的第一端部3a以及第二端部3b处的作为绝缘膜6的氧化硅膜的厚度H设为2130nm。此外，在IDT电极3的弹性波传播方向中央，绝缘膜6的厚度设为2450nm。
IDT电极3的电极指的对数设为100对，反射器的电极指的根数设为20根。由IDT电极3的电极指间距决定的波长设为5μm。作为被覆层7的氮化硅膜的膜厚设为50nm。
此外，在实验例1中，绝缘膜6的剖面设为与图2所示的第一实施方式相同。
为了比较，除了由氧化硅膜构成的绝缘膜的厚度为2250nm且上表面平坦以外，与上述实验例1同样地得到了比较例1的弹性波装置。
在实验例1以及比较例1中，作为主模而利用了拉夫波(Love wave)。
在图10以及图11分别示出上述实验例1以及比较例1的弹性波装置的阻抗特性以及相位特性。在图10以及图11中，实线示出实验例1的结果，虚线示出比较例1的结果。
根据图10以及图11明确可知，与比较例1相比，根据实验例1，可抑制在0.91～0.94GHz附近出现的高阶模等。
(实验例2)
作为压电基板而使用了欧拉角为(0°，-5°，0°)的LiNbO3基板。作为IDT电极3，使用了在Pt膜上层叠了Al膜的层叠金属膜。将Pt膜的厚度设为120nm，将Al膜的厚度设为206nm。IDT电极3的电极指的对数、由电极指间距决定的波长以及反射器4、5的电极指的根数设为与实验例1相同。
此外，将IDT电极3的第一端部3a以及第二端部3b处的作为绝缘膜6的氧化硅膜的厚度H设为2370nm。此外，在IDT电极3的弹性波传播方向中央，绝缘膜6的厚度设为2050nm。
另外，在实验例2中，绝缘膜6的剖面设为与图5所示的第二实施方式相同。包含氮化硅的被覆层7的厚度设为50nm。
为了比较，除了由氧化硅膜构成的绝缘膜的厚度为2250nm且上表面平坦以外，与上述实验例2同样地得到了比较例2的弹性波装置。
在实验例2以及比较例2中，作为主模而利用了拉夫波。
在图12以及图13分别示出上述实验例2以及比较例2的弹性波装置的阻抗特性以及相位特性。在图12以及图13中，实线示出实验例2的结果，虚线示出比较例2的结果。
根据图12以及图13明确可知，与比较例2相比，根据实验例2，可抑制在0.91～0.94GHz附近出现的高阶模等。
(实验例3)
作为压电基板而使用了欧拉角为(0°，132°，0°)的LiTaO3基板。作为IDT电极3，使用了在Pt膜上层叠了Al膜的层叠金属膜。将Pt膜的厚度设为200nm，将Al膜的厚度设为206nm。IDT电极3的电极指的对数、由电极指间距决定的波长以及反射器4、5的电极指的根数设为与实验例1相同。
在实验例3中，绝缘膜6的剖面构造设为与图2所示的第一实施方式相同。此外，将IDT电极3的第一端部3a以及第二端部3b处的作为绝缘膜6的氧化硅膜的厚度H设为2880nm。此外，在IDT电极3的弹性波传播方向中央，绝缘膜6的厚度设为3200nm。此外，由氮化硅膜构成的被覆层7的厚度设为50nm。
为了比较，除了由氧化硅膜构成的绝缘膜的厚度为3000nm且上表面平坦以外，与上述实验例3同样地得到了比较例3的弹性波装置。
在实验例3以及比较例3中，作为主模而利用了SH波。
在图14以及图15分别示出上述实验例3以及比较例3的弹性波装置的阻抗特性以及相位特性。在图14以及图15中，实线示出实验例3的结果，虚线示出比较例3的结果。
根据图14以及图15明确可知，与比较例3相比，根据实验例3，可抑制在0.83～0.86GHz附近出现的高阶模等。
(实验例4)
作为压电基板而使用了欧拉角为(0°，132°，0°)的LiTaO3基板。作为IDT电极3，使用了在Pt膜上层叠了Al膜的层叠金属膜。将Pt膜的厚度设为200nm，将Al膜的厚度设为206nm。IDT电极3的电极指的对数、由电极指间距决定的波长以及反射器4、5的电极指的根数设为与实验例1相同。
在实验例4中，绝缘膜6的剖面构造设为与第二实施方式相同。此外，将IDT电极3的第一端部3a以及第二端部3b处的作为绝缘膜6的氧化硅膜的厚度H设为3120nm。此外，在IDT电极3的弹性波传播方向中央，绝缘膜6的厚度设为2800nm。此外，由氮化硅膜构成的被覆层7的厚度设为50nm。
为了比较，除了由氧化硅膜构成的绝缘膜的厚度为3000nm且上表面平坦以外，与上述实验例4同样地得到了比较例4的弹性波装置。
在实验例4以及比较例4中，作为主模而利用了SH波。
在图16以及图17分别示出上述实验例4以及比较例4的弹性波装置的阻抗特性以及相位特性。在图16以及图17中，实线示出实验例4的结果，虚线示出比较例4的结果。
根据图16以及图17明确可知，与比较例4相比，根据实验例4，可抑制在0.83～0.86GHz附近出现的高阶模等。
图8是本发明的第三实施方式涉及的弹性波装置的主视剖视图。在弹性波装置11A中，随着从IDT电极3的第一端部3a以及第二端部3b接近弹性波传播方向中央，绝缘膜6B的厚度变厚。在反射器4以及反射器5的外侧的多根电极指上，绝缘膜6B的上表面部分6B1、6B2不倾斜，在与压电基板2的主面平行的方向上延伸。而且，设置有厚度随着从上表面部分6B1、6B2的IDT电极3侧端部分别朝向第一端部3a以及第二端部3b而增加的倾斜面6B3、6B4。像这样，在设置有IDT电极3的部分的弹性波传播方向上的外侧，可以设置有倾斜面6B3、6B4，或者设置有平坦的上表面部分6B1、6B2。
此外，虽然在第一实施方式～第三实施方式中对弹性波谐振器进行了说明，但是也可以将本发明应用于图9所示的纵向耦合谐振器型弹性波滤波器。作为纵向耦合谐振器型弹性波滤波器的弹性波装置21具有多个IDT电极22～26。在该情况下，只要将设置有多个IDT电极22～26的区域设为一个区域，并在该一个区域中将弹性波传播方向一端设为第一端部、将另一端设为第二端部而使绝缘膜的厚度变化即可。
附图标记说明
1、11、11A、21：弹性波装置；
2：压电基板；
3：IDT电极；
3a：第一端部；
3b：第二端部；
3c：第三端部；
3d：第四端部；
4、5：反射器；
6、6A、6B：绝缘膜；
6B1、6B2：上表面部分；
6B3、6B4：倾斜面；
7：被覆层；
22～26：IDT电极。

Claims (9)

1.一种弹性波装置，具备：
元件基板，具有压电体层；
IDT电极，设置在所述压电体层上；以及
绝缘膜，覆盖所述IDT电极，
所述IDT电极具有作为激励弹性波的区域的交叉区域，
在将所述交叉区域的弹性波传播方向上的一端设为第一端部并将另一端设为第二端部的情况下，在所述IDT电极的交叉区域上，随着从所述IDT电极的所述第一端部以及所述第二端部朝向弹性波传播方向中央，所述绝缘膜的厚度变薄或变厚。
2.根据权利要求1所述的弹性波装置，其中，
所述绝缘膜是直接覆盖所述IDT电极的电介质层。
3.根据权利要求1或2所述的弹性波装置，其中，
所述绝缘膜具有在所述弹性波传播方向上相对于所述压电体层的上表面倾斜的倾斜面。
4.根据权利要求1～3中的任一项所述的弹性波装置，其中，
在所述IDT电极的至少所述交叉区域的上方，所述绝缘膜的厚度沿着所述弹性波传播方向连续地变化。
5.根据权利要求1～4中的任一项所述的弹性波装置，其中，
在将所述IDT电极的交叉宽度方向上的所述交叉区域的一端设为第三端部并将另一端设为第四端部的情况下，随着从所述第三端部以及所述第四端部朝向交叉宽度方向中央，所述绝缘膜的厚度变薄或变厚。
6.根据权利要求1～5中的任一项所述的弹性波装置，其中，
所述压电体层包含LiNbO3。
7.根据权利要求6所述的弹性波装置，其中，
利用了在所述LiNbO3传播的瑞利波。
8.根据权利要求1～7中的任一项所述的弹性波装置，其中，
所述弹性波装置是具有所述IDT电极的弹性波谐振器。
9.根据权利要求1～8中的任一项所述的弹性波装置，其中，
所述弹性波装置是具有多个所述IDT电极的纵向耦合谐振器型弹性波滤波器。
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