CN109417372A - 弹性波装置 - Google Patents

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Abstract

提供一种能够抑制主模下的滤波器特性、损耗的劣化并且能够抑制由高阶的横模造成的纹波的产生的弹性波装置。具备压电基板(2)和IDT电极(3)，IDT电极(3)具有第一以及第二汇流条(6a、6b)和多根第一以及第二电极指(7a、7b)，在IDT电极(3)中，交叉区域(R1)具有：中央区域(R2)，弹性波的声速相对高；以及低声速部(R3、R4)，声速被设为低于中央区域(R2)，并设置在中央区域(R2)的电极指延伸的方向上的两端部，在将由IDT电极(3)的电极指间距决定的波长设为λ时，第一电极指(7a)的前端与第二汇流条(6b)之间的间隙长度(L1)、以及第二电极指(6b)的前端与第一汇流条(6a)之间的间隙长度(L2)为0.62λ以上且0.98λ以下。

Description

弹性波装置
技术领域
本发明涉及利用了活塞波型(piston mode)的弹性波装置。
背景技术
在下述的专利文献1公开了利用了活塞波型的弹性波装置。专利文献1的弹性波装置具备压电基板和设置在压电基板上的IDT电极。上述IDT电极在电极指的交叉区域中具有位于电极指延伸的方向上的中央的中央区域和配置在中央区域的两侧的边缘区域。
在专利文献1中，在该边缘区域中在电极指上设置有电介质层，或者在中央区域中在电极指上设置有电介质层，或者在边缘区域中使电极指的线宽变粗等。由此，边缘区域中的声波的速度与中央区域相比变慢。此外，在专利文献1中，记载了如下的要点，即，电极指的前端与汇流条之间的间隙长度比在IDT电极内传播的声波的一个波长长。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2011-101350号公报
发明内容
发明要解决的课题
然而，在专利文献1那样的弹性波装置中，因为电极指的前端与汇流条之间的间隙长度比在IDT电极内传播的声波的一个波长长，所以存在不能充分抑制由高阶的横模造成的纹波的产生的情况。此外，若想要抑制由高阶的横模造成的纹波的产生，则有时主模下的滤波器特性、损耗会劣化。
本发明的目的在于，提供一种能够抑制主模下的滤波器特性、损耗的劣化并且能够抑制由高阶的横模造成的纹波的产生的弹性波装置。
用于解决课题的技术方案
本发明涉及的弹性波装置具备：压电体；以及IDT电极，设置在所述压电体上，所述IDT电极具有：相互对置的第一汇流条以及第二汇流条；多根第一电极指，一端与所述第一汇流条连接；以及多根第二电极指，与所述多根第一电极指相互交替插入，且一端与所述第二汇流条连接，在将所述第一电极指和所述第二电极指在弹性波传播方向上相互重叠的部分设为交叉区域的情况下，所述交叉区域具有：中央区域，弹性波的声速相对高；以及低声速部，声速被设为低于所述中央区域，并设置在所述中央区域的电极指延伸的方向上的两端部，在将由所述IDT电极的电极指间距决定的波长设为λ时，所述第一电极指的前端与所述第二汇流条之间的间隙长度、以及所述第二电极指的前端与所述第一汇流条之间的间隙长度为0.62λ以上且0.98λ以下。
在本发明涉及的弹性波装置的某个特定的方式中，在将由所述IDT电极的电极指间距决定的波长设为λ时，所述第一电极指的前端与所述第二汇流条之间的间隙长度、以及所述第二电极指的前端与所述第一汇流条之间的间隙长度为0.72λ以上且0.92λ以下。在该情况下，能够更进一步抑制主模下的滤波器特性、损耗的劣化，并且能够更加有效地抑制由高阶的横模造成的纹波的产生。
在本发明涉及的弹性波装置的另一个特定的方式中，所述压电体是旋转Y切割的LiNbO3基板，旋转角处于116°以上且136°以下的范围。
在本发明涉及的弹性波装置的又一个特定的方式中，所述交叉区域的所述电极指延伸的方向上的交叉宽度为12.5λ以下。
在本发明涉及的弹性波装置的又一个特定的方式中，所述第一电极指以及所述第二电极指在所述低声速部的厚度被设为比所述第一电极指以及所述第二电极指的所述低声速部以外的部分的厚度厚。
在本发明涉及的弹性波装置的又一个特定的方式中，在所述低声速部，在所述第一电极指以及所述第二电极指上还层叠有其它的层。
发明效果
根据本发明，能够提供一种能够抑制主模下的滤波器特性、损耗的劣化并且能够抑制由高阶的横模造成的纹波的产生的弹性波装置。
附图说明
图1是示出本发明的一个实施方式涉及的弹性波装置的示意性俯视图。
图2是将本发明的一个实施方式涉及的弹性波装置的IDT电极部分放大示出的示意性俯视图。
图3是沿着图2的A-A线的示意性剖视图。
图4是示出在实验例的弹性波装置中间隙长度为0.5λ时的阻抗特性的图。
图5是示出在实验例的弹性波装置中间隙长度为0.7λ时的阻抗特性的图。
图6是示出在实验例的弹性波装置中间隙长度为1.2λ时的阻抗特性的图。
图7是示出在实验例的弹性波装置中间隙长度为0.5λ时的回波损耗特性的图。
图8是示出在实验例的弹性波装置中间隙长度为0.7λ时的回波损耗特性的图。
图9是示出在实验例的弹性波装置中间隙长度为1.2λ时的回波损耗特性的图。
图10是示出实验例的弹性波装置中的间隙长度与阻抗比的关系的图。
图11是示出实验例的弹性波装置中的间隙长度与纹波的大小的关系的图。
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是示出本发明的一个实施方式涉及的弹性波装置的示意性俯视图。图2是将本发明的一个实施方式涉及的弹性波装置的IDT电极部分放大示出的示意性俯视图。此外，图3是沿着图2的A-A线的示意性剖视图。另外，为了图示的方便，在图1以及图2中，省略了图3所示的电介质膜8。
如图1所示，弹性波装置1具备作为压电体的压电基板2。压电基板2包含LiTaO3、LiNbO3等压电单晶。压电基板2也可以是包含压电陶瓷的压电基板。另外，弹性波装置1的压电体也可以是在支承基板上设置有压电薄膜的压电体。此外，弹性波装置1的压电体也可以是在形成于支承基板上的层叠膜上进一步层叠了压电薄膜的压电体。作为上述层叠膜，例如，可举出高声速膜和低声速膜的层叠膜，所述高声速膜所传播的体波(bulk wave)声速高于在压电薄膜传播的弹性波的声速，所述低声速膜设置在高声速膜上，所传播的体波声速低于在压电薄膜传播的弹性波的声速。另外，在使用具有这样的高声速膜和低声速膜的层叠膜的情况下，能够在低声速膜上层叠压电薄膜。
此外，优选地，压电基板2由旋转Y切割的LiNbO3基板构成，旋转角处于116°以上且136°以下的范围。
在压电基板2上设置有IDT电极3。在图1中，仅示意性地示出了形成有IDT电极3的位置。此外，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，构成单端口型弹性波谐振器。即，弹性波装置1是单端口型弹性波谐振器。另外，本发明的弹性波装置并不限于弹性波谐振器，也可以是弹性波滤波器等其它的弹性波装置。
作为构成IDT电极3的金属材料，例如可举出Cu、Ag、Au、Mo、W、Ta、Pt、Al、Ti、Ni、Cr、或者这些金属的合金等。IDT电极3可以是单层的金属膜，也可以是层叠了两种以上的金属膜的层叠金属膜。
如图3所示，设置有电介质膜8，使得覆盖IDT电极3。电介质膜8为了减小频率温度系数TCF的绝对值而设置。即，作为温度补偿用的电介质膜，设置有电介质膜8。电介质膜8包含氧化硅、氮氧化硅等介电陶瓷等。另外，电介质膜8也可以设置为实现其它的功能的层。
以下，对构成弹性波装置1的IDT电极3的构造更详细地进行说明。
如图2所示，IDT电极3具有第一汇流条6a以及第二汇流条6b和多根第一电极指7a以及第二电极指7b。第一汇流条6a以及第二汇流条6b相互对置。
在第一汇流条6a连接有多根第一电极指7a的一端。另一方面，在第二汇流条6b连接有多根第二电极指7b的一端。第一电极指7a以及第二电极指7b相互交替插入。
如图2所示，在从弹性波传播方向P观察时，第一电极指7a和第二电极指7b具有部分相互重叠的区域。该相互重叠的区域为交叉区域R1。
交叉区域R1具有中央区域R2和第一边缘区域R3以及第二边缘区域R4。中央区域R2是在第一电极指7a以及第二电极指7b延伸的方向上位于交叉区域R1的中央的区域。第一边缘区域R3以及第二边缘区域R4是在第一电极指7a以及第二电极指7b延伸的方向上位于中央区域R2的两侧的区域。
如图3所示，第一电极指7a的厚度被设为在第一边缘区域R3以及第二边缘区域R4中比中央区域R2厚。另外，虽然未图示，但是第二电极指7b的厚度也被设为在第一边缘区域R3以及第二边缘区域R4中比中央区域R2厚。像这样，在第一边缘区域R3以及第二边缘区域R4中，电极指的厚度被设为比中央区域R2厚，由此声速变慢。即，第一边缘区域R3以及第二边缘区域R4的声速V2比中央区域R2的声速V1慢，形成活塞波型。像这样，第一边缘区域R3以及第二边缘区域R4是声速比中央区域R2慢的低声速部。
此外，如图2所示，第一间隙区域R5位于第一边缘区域R3的第一电极指7a以及第二电极指7b延伸的方向上的外侧。第一间隙区域R5是第一电极指7a的前端与第二汇流条6b之间的区域。
同样地，第二间隙区域R6位于第二边缘区域R4的第一电极指7a以及第二电极指7b延伸的方向上的外侧。第二间隙区域R6是第二电极指7b的前端与第一汇流条6a之间的区域。
在第一间隙区域R5以及第二间隙区域R6未设置电极指，因此第一间隙区域R5以及第二间隙区域R6的声速V3比中央区域R2的声速V1快。像这样，第一间隙区域R5以及第二间隙区域R6是声速比中央区域R2快的高声速部。
在本实施方式中，在第一间隙区域R5中，第一电极指7a的前端与第二汇流条6b之间的距离即间隙长度L1为0.62λ以上且0.98λ以下。此外，在第二间隙区域R6中，第二电极指7b的前端与第一汇流条6a之间的距离即间隙长度L2为0.62λ以上且0.98λ以下。另外，将由IDT电极3的电极指间距决定的波长设为λ。
像这样，本实施方式的特征在于，第一电极指7a的前端与第二汇流条6b之间的间隙长度L1、以及第二电极指7b的前端与第一汇流条6a之间的间隙长度L2分别为0.62λ以上且0.98λ以下。更具体地，本实施方式的特征在于，通过将间隙长度L1、L2设为上述特定的范围，从而抑制主模下的滤波器特性、损耗的劣化，并且抑制由横模造成的纹波的产生。通过后述的实验例对此进行详细说明。
另外，所谓横模，是指比在弹性波装置1中所利用的更高阶的横模。在弹性波装置1中，作为主模，利用了基波，即，一阶的模式。
此外，在本实施方式中，间隙长度L1与间隙长度L2相等。因此，以下，将间隙长度L1、L2统称为间隙长度。
在实验例中，通过以下的要领制作了作为单端口型弹性波谐振器的弹性波装置1，并使间隙长度变化而对谐振器特性进行了评价。
压电基板2：126°±10°旋转Y切割LiNbO3基板(传播方向为X方向)
IDT电极3：Al/Pt/LN
Pt膜厚：0.02λ
Al膜厚：0.05λ
另外，在第一边缘区域以及第二边缘区域中，在Al膜上进一步形成了0.009λ的Pt膜。
占空比：0.50
交叉宽度：12.5λ
低声速部(第一边缘区域以及第二边缘区域各自)的宽度：0.541λ
中央区域与低声速部(第一边缘区域以及第二边缘区域)的声速比：0.97
中央区域与高声速部(第一间隙区域以及第二间隙区域)的声速比：1.08
各向异性系数：0.7485
另外，上述各向异性系数是指倒速度面用椭圆近似来表示的情况下的1+Γ的值，用下述式(1)表示。
在此，kx 2是波数矢量的纵向分量，ky 2是波数矢量的横向分量，k0 2是向主传播方向的声波的波数。纵向x上的主传播方向通过电极指的配置来规定，与电极指延伸的方向正交。
此外，在实验例的弹性波装置中，作为电介质膜使用了SiO2膜。在实验例的弹性波装置中，利用了在LiNbO3基板传播的瑞利波。
图4～图6是示出在实验例的弹性波装置中将间隙长度分别设为0.5λ、0.7λ以及1.2λ时的阻抗特性的图。此外，图7～图9是示出在实验例的弹性波装置中将间隙长度分别设为0.5λ、0.7λ以及1.2λ时的回波损耗特性的图。
如图4所示，可知在间隙长度小至0.5λ的情况下，在主模下阻抗特性劣化。另一方面，如图5以及图6所示，可知随着间隙长度增大至0.7λ以及1.2λ，在主模下得到了良好的阻抗特性。
此外，如图9所示，可知在间隙长度大至1.2λ的情况下，产生了由高阶的横模造成的纹波。在理论上，活塞波型能够通过对条件进行优化而完全抑制由全部的阶数的横模造成的纹波。然而，实际上，抑制阶数高的横模是困难的。在图9所示的特性中，特别是，由9阶以及11阶的横模造成的纹波较大地产生，有可能对器件特性造成不良影响。另一方面，如图7以及图8所示，可知随着间隙长度变小至0.7λ以及0.5λ，可抑制由高阶的横模造成的纹波。特别是，可知在间隙长度为1.2λ时，对器件特性的不良影响令人担忧的、由9阶以及11阶的横模造成的纹波被有效地抑制。
图10是示出实验例的弹性波装置中的间隙长度与阻抗比的关系的图。此外，图11是示出实验例的弹性波装置中的间隙长度与纹波的大小的关系的图。
例如，在使用弹性波装置构成滤波器的情况下，该弹性波装置利用的弹性波的主模下的阻抗比越大，滤波器的损耗越好。而且，通过本申请发明人的研究得知，在弹性波装置利用的弹性波的主模的阻抗比不足64dB的情况下，作为滤波器的损耗会劣化，不能充分发挥滤波器的功能。另一方面，通过本申请发明人的研究得知，在弹性波装置利用的弹性波的主模的阻抗比为65dB以上的情况下，能够充分发挥滤波器的功能。
基于此，若观察图10，则可知在间隙长度为0.62λ以上时，可得到65dB以上的良好的阻抗特性。因此，在间隙长度为0.62λ以上时，弹性波装置利用的弹性波的主模的阻抗比成为65dB以上，能够充分发挥滤波器的功能。
进而，可知在间隙长度为0.72λ以上时，可得到更加良好的阻抗特性，并且即使在间隙长度由于制造偏差等而变动的情况下，也可得到更加稳定的阻抗比。
此外，通过本申请发明人的研究得知，对于由高阶的横模造成的纹波的大小，在纹波的大小大于0.25dB的情况下，则不能充分发挥滤波器的功能，如果纹波的大小为0.20dB以下，则能够充分发挥滤波器的功能。根据图11，可知在间隙长度为0.98λ以下时，能够将有可能对器件特性造成更加不良影响的11阶的横模所造成的纹波抑制为0.25dB以下，可知在间隙长度为0.92λ以下时，能够将9阶以及11阶的横模所造成的纹波抑制为0.20dB以下。因此，可知在间隙长度为0.92λ以下时，能够更加有效地进行抑制。
像这样，在本发明中，通过将电极指的前端与汇流条之间的间隙长度设为0.62λ以上且0.98λ以下，从而能够抑制主模下的阻抗比的劣化，并且能够抑制由高阶的横模造成的纹波的产生。
此外，在本发明中，优选将电极指的前端与汇流条之间的间隙长度设为0.72λ以上且0.92λ以下。在该情况下，能够更加有效地抑制主模下的阻抗比的劣化，并且能够更加可靠地抑制由高阶的横模造成的纹波的产生。
关于可得到这样的效果的理由，能够说明如下。
各谐振模式的振幅在作为高声速部的间隙区域中朝向汇流条呈指数函数地衰减。此时，若作为高声速部的间隙区域中的间隙长度过短，则振幅在汇流条中不会充分衰减，会泄漏到汇流条外。其结果是，会产生器件的损耗。
此外，在主模和高阶的横模下，阶数越高，振幅向汇流条方向的扩展越大。因此，关于产生损耗的间隙长度，对于高阶的横模来说相对较大，对于主模来说相对较小。因此，通过适当地设定间隙长度，从而能够抑制主模的损耗的劣化，并且能够抑制由高阶的横模造成的纹波。
进而，在本发明中，优选像上述实验例那样，交叉区域的电极指延伸的方向上的交叉宽度为12.5λ以下。在该情况下，高阶的横模下的纹波的影响在交叉宽度窄时变得更大，因此可更进一步发挥本申请的效果。
另外，在上述实施方式中，通过将第一边缘区域以及第二边缘区域中的电极指的厚度增厚，从而使声速V2变慢而形成了活塞波型，但是关于使声速V2变慢的方法，并没有特别限定。
作为使低声速部(第一边缘区域以及第二边缘区域)的声速V2变慢的其它的方法，例如，可举出使第一边缘区域以及第二边缘区域中的电极指的宽度比中央区域中的电极指的宽度宽的方法、在低声速部(第一边缘区域以及第二边缘区域)中在电极指上设置其它的层的方法。作为上述其它的层，例如，能够使用金属膜、电介质膜等。
附图标记说明
1：弹性波装置；
2：压电基板；
3：IDT电极；
4、5：反射器；
6a、6b：第一汇流条、第二汇流条；
7a、7b：第一电极指、第二电极指；
8：电介质膜；
L1、L2：间隙长度；
P：弹性波传播方向；
R1：交叉区域；
R2：中央区域；
R3、R4：第一边缘区域、第二边缘区域；
R5、R6：第一间隙区域、第二间隙区域。

Claims (6)

1.一种弹性波装置，具备：
压电体；以及
IDT电极，设置在所述压电体上，
所述IDT电极具有：
相互对置的第一汇流条以及第二汇流条；
多根第一电极指，一端与所述第一汇流条连接；以及
多根第二电极指，与所述多根第一电极指相互交替插入，且一端与所述第二汇流条连接，
在将所述第一电极指和所述第二电极指在弹性波传播方向上相互重叠的部分设为交叉区域的情况下，
所述交叉区域具有：
中央区域，弹性波的声速相对高；以及
低声速部，声速被设为低于所述中央区域，并设置在所述中央区域的电极指延伸的方向上的两端部，
在将由所述IDT电极的电极指间距决定的波长设为λ时，所述第一电极指的前端与所述第二汇流条之间的间隙长度、以及所述第二电极指的前端与所述第一汇流条之间的间隙长度为0.62λ以上且0.98λ以下。
2.根据权利要求1所述的弹性波装置，其中，
在将由所述IDT电极的电极指间距决定的波长设为λ时，所述第一电极指的前端与所述第二汇流条之间的间隙长度、以及所述第二电极指的前端与所述第一汇流条之间的间隙长度为0.72λ以上且0.92λ以下。
3.根据权利要求1或2所述的弹性波装置，其中，
所述压电体是旋转Y切割的LiNbO3基板，旋转角处于116°以上且136°以下的范围。
4.根据权利要求1～3中的任一项所述的弹性波装置，其中，
所述交叉区域的所述电极指延伸的方向上的交叉宽度为12.5λ以下。
5.根据权利要求1～4中的任一项所述的弹性波装置，其中，
所述第一电极指以及所述第二电极指在所述低声速部的厚度被设为比所述第一电极指以及所述第二电极指的所述低声速部以外的部分的厚度厚。
6.根据权利要求1～5中的任一项所述的弹性波装置，其中，
在所述低声速部，在所述第一电极指以及所述第二电极指上还层叠有其它的层。
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