CN109802650B - 弹性波装置、高频前端电路以及通信装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供能够抑制由横模造成的杂散的弹性波装置，具备：压电性基板，具有压电体层和高声速构件层，压电体层直接或间接地层叠在高声速构件层上；以及IDT电极，设置在压电性基板上。压电体层由钽酸锂构成。在将弹性波传播方向设为第一方向并将与第一方向正交的方向设为第二方向时，在IDT电极中，沿着第二方向依次配置有中央区域、第一低声速区域、第二低声速区域以及第一高声速区域、第二高声速区域。第一低声速区域、第二低声速区域通过在IDT电极的第一电极指、第二电极指上设置质量附加膜而构成。通过由IDT电极的电极指间距规定的波长对质量附加膜的膜厚进行归一化的波长归一化膜厚与质量附加膜的密度之积为13.4631以下。
Description
技术领域
本发明涉及弹性波装置、高频前端电路以及通信装置。
背景技术
以往，弹性波装置被广泛用于便携式电话机的滤波器等。在下述的专利文献1公开了弹性波装置的一个例子。该弹性波装置具有依次层叠了高声速构件、低声速膜以及压电膜的层叠体和设置在压电膜上的IDT电极。IDT电极具有中央区域、低声速区域以及高声速区域，低声速区域在与弹性波传播方向正交的方向上配置在中央区域的外侧，高声速区域在上述方向上配置在低声速区域的外侧。IDT电极的低声速区域中的膜厚比中央区域中的膜厚厚。由此，构成低声速区域。通过上述结构，能够提高Q值。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开第2016/208446号
然而，通过本发明人们的研究，新颖地明确了：在像专利文献1那样的弹性波装置中，横模的强度对低声速区域的宽度的依赖性变大，容易产生由横模造成的杂散。
在此，由低阶的横模造成的杂散产生在主模的谐振频率附近，因此特别需要抑制。然而，新颖地明确了：在IDT电极中，在将低声速区域中的膜厚增厚的结构中，存在容易产生由低阶的横模造成的杂散的情况。
发明内容
发明要解决的课题
本发明用于解决通过本发明人们的研究而新颖地明确的课题。本发明的目的在于，提供一种能够抑制由横模造成的杂散的弹性波装置、高频前端电路以及通信装置。
用于解决课题的技术方案
本发明涉及的弹性波装置具备：压电性基板，具有压电体层和高声速构件层，所述高声速构件层传播的体波(bulk wave)的声速比在所述压电体层传播的弹性波的声速高，所述压电体层直接或间接地层叠在所述高声速构件层上；以及IDT电极，设置在所述压电性基板上，所述压电体层由钽酸锂构成，所述IDT电极具有：第一汇流条以及第二汇流条，相互对置；多个第一电极指，一端与所述第一汇流条连接；以及多个第二电极指，一端与所述第二汇流条连接，且与所述多个第一电极指相互交替插入，在将弹性波传播方向设为第一方向并将与所述第一方向正交的方向设为第二方向时，所述第一电极指与所述第二电极指在所述第一方向上相互重叠的部分是交叉区域，所述交叉区域具有：中央区域，位于所述第二方向上的中央侧；第一低声速区域，配置在所述中央区域的所述第一汇流条侧，且声速比所述中央区域中的声速低；以及第二低声速区域，配置在所述中央区域的所述第二汇流条侧，且声速比所述中央区域中的声速低，所述第一低声速区域以及所述第二低声速区域通过在所述第一电极指上以及所述第二电极指上设置质量附加膜而构成，所述IDT电极具有声速比所述中央区域中的声速高的第一高声速区域以及第二高声速区域，所述第一低声速区域位于所述中央区域与所述第一高声速区域之间，所述第二低声速区域位于所述中央区域与所述第二高声速区域之间，在将通过由所述IDT电极的电极指间距规定的波长进行归一化的膜厚设为波长归一化膜厚(％)时，所述质量附加膜的所述波长归一化膜厚与所述质量附加膜的密度(g/cm3)之积为13.4631以下。
在本发明涉及的弹性波装置的某个特定的方面中，所述质量附加膜的材料与所述质量附加膜的所述波长归一化膜厚的上限值的组合为下述的表1所示的组合。
[表1]
| 密度(g/cm3) | 波长归一化膜厚的上限值(％) | |
| Al | 2.69 | 5 |
| Ti | 4.54 | 2.97 |
| Cu | 8.93 | 1.51 |
| Ta | 16.67 | 0.81 |
| Au | 19.3 | 0.7 |
| Pt | 21.37 | 0.63 |
| 氧化铝 | 3.98 | 3.38 |
| 氧化硅 | 2.21 | 6.09 |
| 氧化锗 | 6.2 | 2.17 |
| 氧化钽 | 8.47 | 1.59 |
在本发明涉及的弹性波装置的另一个特定的方面中，所述质量附加膜由金属构成。
在本发明涉及的弹性波装置的又一个特定的方面中，所述质量附加膜由Pt构成，所述质量附加膜的所述波长归一化膜厚为0.55％以下。可知，在该情况下，能够使三阶的横模的有效耦合系数Keff大幅减小。因此，能够更进一步抑制由三阶的横模造成的杂散。
在本发明涉及的弹性波装置的另一个特定的方面中，所述质量附加膜由氧化物构成。在该情况下，在质量附加膜与IDT电极之间不易产生相互扩散。因此，IDT电极不易劣化。
在本发明涉及的弹性波装置的又一个特定的方面中，在所述高声速构件层与所述压电体层之间设置有低声速膜，所述低声速膜传播的声速比在所述压电体层传播的弹性波的声速低。在该情况下，能够将弹性波的能量有效地封闭在压电体层侧。
在本发明涉及的弹性波装置的又一个特定的方面中，还具备支承基板，所述高声速构件层为设置在所述支承基板与所述低声速膜之间的高声速膜。在该情况下，能够将弹性波的能量有效地封闭在压电体层侧。
在本发明涉及的弹性波装置的又一个特定的方面中，所述高声速构件层为支承基板。
在本发明涉及的弹性波装置的又一个特定的方面中，所述压电体层的所述波长归一化膜厚为350％以下。在该情况下，能够有效地改善Q特性。
本发明涉及的高频前端电路具备按照本发明构成的弹性波装置和功率放大器。
本发明涉及的通信装置具备按照本发明构成的高频前端电路和RF信号处理电路。
发明效果
根据本发明，能够提供一种能够抑制由横模造成的杂散的弹性波装置、高频前端电路以及通信装置。
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示意性主视剖视图。
图2是本发明的第一实施方式涉及的弹性波装置的示意性俯视图。
图3是示出本发明的第一实施方式中的IDT电极的第二电极指的前端附近的示意性放大主视剖视图。
图4是示出由Pt构成的质量附加膜的波长归一化膜厚为1.1％的情况下的、低声速区域的宽度与横模的有效耦合系数Keff的关系的图。
图5是示出由Pt构成的质量附加膜的波长归一化膜厚为0.9％的情况下的、低声速区域的宽度与横模的有效耦合系数Keff的关系的图。
图6是示出由Pt构成的质量附加膜的波长归一化膜厚为0.8％的情况下的、低声速区域的宽度与横模的有效耦合系数Keff的关系的图。
图7是示出由Pt构成的质量附加膜的波长归一化膜厚为0.7％的情况下的、低声速区域的宽度与横模的有效耦合系数Keff的关系的图。
图8是示出由Pt构成的质量附加膜的波长归一化膜厚为0.6％的情况下的、低声速区域的宽度与横模的有效耦合系数Keff的关系的图。
图9是示出由Pt构成的质量附加膜的波长归一化膜厚为0.4％的情况下的、低声速区域的宽度与横模的有效耦合系数Keff的关系的图。
图10是示出由Pt构成的质量附加膜的波长归一化膜厚为0.3％的情况下的、低声速区域的宽度与横模的有效耦合系数Keff的关系的图。
图11是示出由Pt构成的质量附加膜的波长归一化膜厚为0.2％的情况下的、低声速区域的宽度与横模的有效耦合系数Keff的关系的图。
图12是示出压电性基板具有第一实施方式的结构的情况下以及具有参考例的结构的情况下的、由Pt构成的质量附加膜的波长归一化膜厚TPt与全部的横模的有效耦合系数Keff成为0.1％以下的低声速区域的宽度的范围的幅度的关系的图。
图13是示出由Pt构成的质量附加膜的波长归一化膜厚与反射损耗的关系的图。
图14是示出用于质量附加膜的材料、归一化声速以及归一化相对带宽的关系的图。
图15是示出由Pt构成的质量附加膜的波长归一化膜厚与三阶的横模的有效耦合系数Keff的关系的图。
图16是示出压电体层的波长归一化膜厚与Q特性的关系的图。
图17是本发明的第一实施方式的第一变形例涉及的弹性波装置的示意性主视剖视图。
图18是示出本发明的第一实施方式的第二变形例中的IDT电极的第二电极指附近的示意性放大主视剖视图。
图19是具有高频前端电路的通信装置的结构图。
附图标记说明
1：弹性波装置，2：压电性基板，3：支承基板，4：低声速膜，5：压电体层，6：IDT电极，7a：第一汇流条，7b：第一电极指，8a：第二汇流条，8b：第二电极指，9：质量附加膜，17、18：反射器，22：压电性基板，23：支承基板，24：高声速膜，39：质量附加膜，201A、201B：双工器，202：天线元件，203：RF信号处理电路，211、212：滤波器，214：低噪声放大器电路，221、222：滤波器，224：低噪声放大器电路，225：开关，230：高频前端电路，231、232：滤波器，234a、234b：功率放大器电路，240：通信装置，244a、244b：功率放大器电路。
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示意性主视剖视图。
弹性波装置1具有压电性基板2。压电性基板2是依次层叠了支承基板3、低声速膜4以及压电体层5的层叠体。在压电体层5上设置有IDT电极(Inter Digital Transducer，叉指换能器)6。通过对IDT电极6施加交流电压，从而激励弹性波。在IDT电极6的弹性波传播方向两侧设置有反射器17以及反射器18。在本实施方式中，弹性波装置1为弹性波谐振器。
压电体层5由钽酸锂(LiTaO3)构成。压电体层5的欧拉角(φ、θ、ψ)没有特别限定，在本实施方式中欧拉角为(0°、50°、0°)。
低声速膜4是传播的声速比在压电体层5传播的弹性波的声速低的膜。在本实施方式中，低声速膜4由氧化硅构成。氧化硅由SiOx表示，弹性波装置1中的低声速膜4由SiO2构成。另外，低声速膜4不限于SiO2，也可以由x为2以外的整数的氧化硅构成。或者，低声速膜4例如可以由玻璃、氮氧化硅、氧化钽或以在氧化硅中添加了氟、碳、硼的化合物为主成分的材料等构成。低声速膜4的材料只要是相对低声速的材料即可。
在本实施方式中，支承基板3是传播的声速比在压电体层5传播的弹性波的声速高的高声速构件层。更具体地，支承基板3由硅(Si)构成。另外，作为高声速构件层的支承基板3例如可以由氮化铝、氧化铝、碳化硅、氮化硅、氮氧化硅、DLC膜、硅、蓝宝石、钽酸锂、铌酸锂、石英等压电体、氧化铝、氧化锆、堇青石、多铝红柱石、滑石、镁橄榄石等各种陶瓷、金刚石、氧化镁、或以上述各材料为主成分的材料、以上述各材料的混合物为主成分的材料中的任一种构成。高声速构件层的材料只要是相对高声速的材料即可。
在本实施方式中，在高声速构件层上隔着低声速膜4间接地层叠有压电体层5。另外，也可以在高声速构件层上直接层叠有压电体层5。
IDT电极6由Al构成。另外，IDT电极6的材料不限定于上述材料。IDT电极6可以由单层的金属膜构成，也可以由层叠了多个金属层的层叠金属膜构成。在本实施方式中，反射器17以及反射器18也由与IDT电极6同样的材料构成。
弹性波装置1具有依次层叠了作为高声速构件层的支承基板3、低声速膜4以及压电体层5的作为层叠体的压电性基板2，因此，能够将弹性波的能量有效地封闭在压电体层5侧。
图2是第一实施方式涉及的弹性波装置的示意性俯视图。图3是示出第一实施方式中的IDT电极的第二电极指的前端附近的示意性放大主视剖视图。
如图2所示，IDT电极6具有彼此相互对置的第一汇流条7a以及第二汇流条8a。IDT电极6具有一端与第一汇流条7a连接的多个第一电极指7b。进而，IDT电极6具有一端与第二汇流条8a连接的多个第二电极指8b。多个第一电极指7b和多个第二电极指8b彼此相互交替插入。
在此，将弹性波传播方向设为第一方向x，将与第一方向x正交的方向设为第二方向y。在IDT电极6中，第一电极指7b和第二电极指8b在第一方向x上相互重叠的部分为交叉区域A。交叉区域A具有位于第二方向y上的中央侧的中央区域B。
交又区域A具有配置在中央区域B的第一汇流条7a侧的第一边缘区域C1和配置在中央区域B的第二汇流条8a侧的第二边缘区域C2。如图3所示，在第一边缘区域C1中，在第一电极指7b以及第二电极指8b上设置有质量附加膜9。返回到图2，在本实施方式中，通过在多个第一电极指7b上以及多个第二电极指8b上设置质量附加膜9，从而在第一边缘区域C1中，声速变得比中央区域B中的声速低。由此，构成第一低声速区域。同样地，在第二边缘区域C2中，构成声速比中央区域B中的声速低的第二低声速区域。在此，在将中央区域B中的声速设为V1并将第一低声速区域以及第二低声速区域中的声速设为V2时，V2＜V1。
另外，在第一边缘区域C1中，例如，也可以在多个第一电极指7b上以及多个第二电极指8b上的其中一方设置有质量附加膜9。同样地，在第二边缘区域C2中，例如，也可以在多个第一电极指7b上以及多个第二电极指8b上的其中一方设置有质量附加膜9。
另外，在本实施方式中，质量附加膜9由Pt构成。
IDT电极6具有配置在第一边缘区域C1的第二方向y上的外侧的第一外侧区域D1。进而，IDT电极6具有配置在第二边缘区域C2的第二方向y上的外侧的第二外侧区域D2。第一边缘区域C1位于中央区域B与第一外侧区域D1之间。第二边缘区域C2位于中央区域B与第二外侧区域D2之间。在本实施方式中，第一外侧区域D1位于第一边缘区域C1与第一汇流条7a之间。第二外侧区域D2位于第二边缘区域C2与第二汇流条8a之间。
在第一外侧区域D1中，仅设置有第一电极指7b以及第二电极指8b中的第一电极指7b。在第二外侧区域D2中，仅设置有第一电极指7b以及第二电极指8b中的第二电极指8b。由此，第一外侧区域D1以及第二外侧区域D2中的声速变得比中央区域B中的声速高。在将第一外侧区域D1以及第二外侧区域D2中的弹性波的声速设为V3时，V1＜V3。像这样，在第一外侧区域D1中设置有第一高声速区域，在第二外侧区域D2中设置有第二高声速区域。
各声速的关系成为V2＜V1＜V3。将上述那样的各声速的关系示于图2。另外，示出随着朝向图2中的左侧，声速变高。
在IDT电极6中，在第二方向y上，依次配置有中央区域B、第一低声速区域以及第一高声速区域。同样地，在第二方向y上，依次配置有中央区域B、第二低声速区域以及第二高声速区域。像这样，弹性波装置1利用了活塞模式(piston mode)，能够抑制由横模造成的杂散。
虽然在图1中未示出，但是也可以在压电体层5上设置有保护膜，使得覆盖IDT电极6以及质量附加膜9。
本实施方式的弹性波装置1具有如下结构，即，具备压电性基板2和设置在压电性基板2上的IDT电极6，压电性基板2具有作为高声速构件层的支承基板3和压电体层5，压电体层5由钽酸锂构成，在IDT电极6中，设置有声速比中央区域B中的声速低的第一低声速区域和声速比中央区域B中的声速低的第二低声速区域，第一低声速区域以及第二低声速区域通过在第一电极指7b上以及第二电极指8b上设置质量附加膜9而构成，在IDT电极6中，设置有声速比中央区域B中的声速高的第一高声速区域和第二高声速区域，通过由IDT电极6的电极指间距规定的波长对质量附加膜9的膜厚进行了归一化的波长归一化膜厚与质量附加膜9的密度之积为13.4631以下。由此，能够有效地抑制由横模造成的杂散。以下，对此进行说明。
使质量附加膜的膜厚和第一低声速区域以及第二低声速区域的宽度分别变化，制作了多个弹性波装置。在此，所谓第一低声速区域以及第二低声速区域的宽度，是指第一低声速区域以及第二低声速区域的沿着第二方向的尺寸。另外，除了质量附加膜的膜厚以外，各个弹性波装置具有与第一实施方式同样的结构。在上述多个弹性波装置中，分别求出了横模的有效耦合系数Keff。在此，在横模的有效耦合系数Keff超过0.1％的情况下，由横模造成的杂散变大，弹性波装置的滤波器特性等劣化。因此，横模的有效耦合系数Keff最好为0.1％以下。
在各弹性波装置中，第一低声速区域以及第二低声速区域的宽度设为相同，因此，在下述的图4～图11中，将第一低声速区域以及第二低声速区域统一示出为低声速区域。在此，将由电极指间距规定的波长设为λ。低声速区域的宽度作为波长λ的波长比示出。
图4是示出由Pt构成的质量附加膜的波长归一化膜厚为1.1％的情况下的、低声速区域的宽度与横模的有效耦合系数Keff的关系的图。图5是示出由Pt构成的质量附加膜的波长归一化膜厚为0.9％的情况下的、低声速区域的宽度与横模的有效耦合系数Keff的关系的图。图6是示出由Pt构成的质量附加膜的波长归一化膜厚为0.8％的情况下的、低声速区域的宽度与横模的有效耦合系数Keff的关系的图。图7是示出由Pt构成的质量附加膜的波长归一化膜厚为0.7％的情况下的、低声速区域的宽度与横模的有效耦合系数Keff的关系的图。图8是示出由Pt构成的质量附加膜的波长归一化膜厚为0.6％的情况下的、低声速区域的宽度与横模的有效耦合系数Keff的关系的图。图9是示出由Pt构成的质量附加膜的波长归一化膜厚为0.4％的情况下的、低声速区域的宽度与横模的有效耦合系数Keff的关系的图。图10是示出由Pt构成的质量附加膜的波长归一化膜厚为0.3％的情况下的、低声速区域的宽度与横模的有效耦合系数Keff的关系的图。图11是示出由Pt构成的质量附加膜的波长归一化膜厚为0.2％的情况下的、低声速区域的宽度与横模的有效耦合系数Keff的关系的图。
在图4～图11中，示出二阶以上的横模的有效耦合系数Keff。在本说明书中，将三阶以下的横模称为低阶的横模。在此，将由Pt构成的质量附加膜的波长归一化膜厚设为TPt。将各个波长归一化膜厚TPt记载于图4～图11。在此，偶数阶的横模在IDT电极内以电方式被抵消，因此有时也称为未被激励。然而，实际上，还存在IDT电极由于制造时的尺寸偏差而未成为完全对称的构造的情况。在这样的情况下，认为偶数阶的横模未被完全抵消而被激励，因此，在本发明中，将偶数阶的横模的有效耦合系数Keff也作为进行抑制的对象。
如图4所示，在由Pt构成的质量附加膜的波长归一化膜厚TPt为1.1％的情况下，能够使有效耦合系数Keff最小的低声速区域的宽度为0.14λ，成为非常小的值。进而，可知，在低声速区域的宽度从0.14λ起进行变化的情况下，二阶和三阶等低阶的横模的有效耦合系数Keff急剧变大，有效耦合系数Keff仅在低声速区域的宽度为0.1389λ以上且0.1407λ以下的范围内成为0.1％以下。像这样，有效耦合系数Keff成为0.1％以下的低声速区域的宽度的范围的幅度为0.0018λ，非常窄。在此，如上所述，在横模的有效耦合系数Keff超过0.1％的情况下，由横模造成的杂散变大，弹性波装置的滤波器特性等劣化。在图4所示的情况下，相对于低声速区域的宽度的变化的、二阶和三阶等低阶的横模的有效耦合系数Keff的变化大，因此，容易受到制造工序中的偏差的影响，难以充分地抑制由横模造成的杂散。
接下来，像图5所示的TPt为0.9％的情况、图6所示的TPt为0.8％的情况、图7所示的TPt为0.7％的情况、图8所示的TPt为0.6％的情况那样，质量附加膜的波长归一化膜厚TPt变得越薄，能够使有效耦合系数Keff最小的低声速区域的宽度变得越宽，分别为0.182λ、0.212λ、0.249λ、0.298λ。进而，像图9所示的TPt为0.4％的情况、图10所示的TPt为0.3％的情况、图11所示的TPt为0.2％的情况那样，伴随着质量附加膜的波长归一化膜厚TPt进一步变薄，能够使有效耦合系数Keff最小的低声速区域的宽度进一步变宽，分别为0.47λ、0.645λ、1.043λ。此外，能够将有效耦合系数Keff抑制为0.1％以下的低声速区域的宽度的范围的幅度也变宽，在TPt为0.9％的情况下为0.0025λ，在TPt为0.8％的情况下为0.0029λ，在TPt为0.7％的情况下为0.0038λ，在TPt为0.6％的情况下为0.005λ，在TPt为0.4％的情况下为0.00915λ，在TPt为0.3％的情况下为0.0148λ。
对于在图4～图11中示出的低声速区域的宽度的范围的幅度，在图12中作为相对于TPt的倾向而示出。另外，在图12中，一并示出压电性基板仅由压电体层构成的情况下的参考例的结果。
图12是示出压电性基板具有第一实施方式的结构的情况下以及具有参考例的结构的情况下的、由Pt构成的质量附加膜的波长归一化膜厚TPt与全部的横模的有效耦合系数Keff成为0.1％以下的低声速区域的宽度的范围的幅度的关系的图。在图12中，实心的圆形的点示出压电性基板具有第一实施方式的结构的情况下的结果。空心的圆形的点作为上述参考例而示出压电性基板仅由压电体层构成的情况下的结果。
如参考例中所示，可知，在压电性基板仅由压电体层构成的情况下，与质量附加膜的波长归一化膜厚TPt无关，全部的横模的有效耦合系数Keff成为0.1％以下的低声速区域的宽度的范围的幅度宽。像这样，本发明的课题是在压电性基板具有层叠了压电体层以及高声速构件层的结构的情况下所固有的课题。
在压电性基板具有第一实施方式的结构的情况下，在由Pt构成的质量附加膜的波长归一化膜厚TPt为0.63％以下的情况下，能够使全部的横模的有效耦合系数Keff成为0.1％以下的低声速区域的宽度的范围的幅度变宽至0.004λ以上。进而，如图12中的虚线所示，可知，在波长归一化膜厚TPt为0.63％以下的情况下，与超过0.63％的情况相比，上述范围的幅度相对于波长归一化膜厚TPt的斜率大。因此，在质量附加膜的波长归一化膜厚TPt为0.63％以下的情况下，即使使波长归一化膜厚TPt变薄的程度小，也能够使上述范围的幅度大幅变宽。在此，质量附加膜的密度与波长归一化膜厚TPt(0.63％)之积为21.37g/cm3×0.63％＝13.4631。因此，在质量附加膜由Pt构成的情况下，在质量附加膜的密度与波长归一化膜厚TPt之积为13.4631以下的情况下，能够有效地抑制由横模造成的杂散。
在下述的图13中，更具体地示出抑制杂散的效果。使由Pt构成的质量附加膜的波长归一化膜厚变化，并测定了反射损耗。另外，考虑到低声速区域的宽度的偏差，在比二阶的横模的有效耦合系数Keff成为极小值的低声速区域的宽度窄0.005λ的低声速区域的宽度中，分别测定了反射损耗。质量附加膜的波长归一化膜厚TPt设为0.33％、0.56％、0.67％以及0.78％。测定反射损耗时的有效耦合系数Keff在波长归一化膜厚TPt为0.33％的情况下为0.01％。在波长归一化膜厚TPt为0.56％的情况下为0.042％。在波长归一化膜厚TPt为0.67％的情况下为0.12％。在波长归一化膜厚TPt为0.78％的情况下为0.2％。
图13是示出由Pt构成的质量附加膜的波长归一化膜厚与反射损耗的关系的图。在图13中，实线示出波长归一化膜厚TPt为0.33％的情况下的结果。虚线示出波长归一化膜厚TPt为0.56％的情况下的结果。单点划线示出波长归一化膜厚TPt为0.67％的情况下的结果。双点划线示出波长归一化膜厚TPt为0.78％的情况下的结果。
如图13所示，可知，在由Pt构成的质量附加膜的波长归一化膜厚TPt为0.67％以及0.78％且有效耦合系数Keff超过0.1％的情况下，产生了大的杂散。相对于此，可知，在波长归一化膜厚TPt为作为0.63％以下的0.33％以及0.56％且横模的有效耦合系数Keff为0.1％以下的情况下，能够有效地抑制杂散。
可是，已知横模的有效耦合系数Keff由归一化声速以及归一化相对带宽确定。另外，在本说明书中，所谓归一化声速，是通过未设置质量附加膜的情况下的声速进行了归一化的声速。所谓归一化相对带宽，是通过未设置质量附加膜的情况下的相对带宽进行了归一化的相对带宽。在具有第一实施方式的结构的弹性波装置中，求出了归一化声速与归一化相对带宽的关系。同样地，在除了质量附加膜由Pt以外的材料构成这一点以外具有与第一实施方式同样的结构的弹性波装置中，求出了归一化声速与归一化相对带宽的关系。另外，质量附加膜的材料分别设为Pt、Au、Ta、Cu、Al、氧化钽、氧化锗、氧化硅以及氧化铝。
图14是示出用于质量附加膜的材料、归一化声速以及归一化相对带宽的关系的图。
如图14所示，可知，归一化声速与归一化相对带宽的关系几乎不依赖于质量附加膜的材料。因此，不依赖于质量附加膜的材料，横模的有效耦合系数Keff成为大致相同的值。在此，归一化声速由通过质量附加膜对IDT电极附加的质量来确定。因此，不依赖于质量附加膜的材料，通过使质量附加膜的密度与波长归一化膜厚之积为13.4631以下，从而能够有效地抑制由横模造成的杂散。
在下述的表2中，示出质量附加膜9的密度与波长归一化膜厚之积成为13.4631以下的、质量附加膜9的材料与波长归一化膜厚的上限值的具体的组合的例子。
[表2]
| 密度(g/cm3) | 波长归一化膜厚的上限值(％) | |
| Al | 2.69 | 5 |
| Ti | 4.54 | 2.97 |
| Cu | 8.93 | 1.51 |
| Ta | 16.67 | 0.81 |
| Au | 19.3 | 0.7 |
| Pt | 21.37 | 0.63 |
| 氧化铝 | 3.98 | 3.38 |
| 氧化硅 | 2.21 | 609 |
| 氧化锗 | 6.2 | 2.17 |
| 氧化钽 | 8.47 | 1.59 |
在质量附加膜9的材料与波长归一化膜厚的上限值的组合为表2所示的组合的情况下，与第一实施方式同样地，能够有效地抑制由横模造成的杂散。
例如，在质量附加膜9由Pt、Au那样的密度高的材料构成的情况下，即使减薄质量附加膜9的波长归一化膜厚，也能够适当地构成第一低声速区域以及第二低声速区域。因此，在压电体层5上设置保护膜而使得覆盖IDT电极6以及质量附加膜9的情况下，通过使质量附加膜9的波长归一化膜厚变薄，从而能够通过保护膜适当地覆盖质量附加膜9。因此，能够提高弹性波装置1的可靠性。
另一方面，在使质量附加膜9的密度与波长归一化膜厚之积为13.4631以下时，在质量附加膜9由Al、Ti那样的密度低的材料构成的情况下，能够增厚质量附加膜9的波长归一化膜厚。因此，能够使波长归一化膜厚的偏差相对于波长归一化膜厚的比率相对小。因此，能够抑制横模的偏差。
可是，虽然在第一实施方式中，质量附加膜9由单层的金属膜构成，但是，质量附加膜9也可以具有不损害本发明的效果的程度的膜厚的扩散防止层、密接层等。
图15是示出由Pt构成的质量附加膜的波长归一化膜厚与三阶的横模的有效耦合系数Keff的最小值的关系的图。另外，图15中的所谓三阶的横模的有效耦合系数Keff的最小值，是在该质量附加膜的膜厚时三阶的横模的有效耦合系数Keff变得最小的低声速区域的宽度中的横模的有效耦合系数Keff。
如上所述，由低阶的横模造成的杂散具有产生在主模的谐振频率附近的倾向，抑制由低阶的横模造成的杂散是特别重要的。在此，在质量附加膜由Pt构成的情况下，波长归一化膜厚TPt优选为0.55％以下。如图15所示，已知，在波长归一化膜厚TPt为0.55％以下时，与波长归一化膜厚TPt超过0.55％的情况相比，能够大幅减小三阶的横模的有效耦合系数Keff。因此，能够更进一步抑制由三阶的横模造成的杂散。
在此，在具有如图1所示的第一实施方式那样的层叠构造的情况下，压电体层5是压电薄膜，比使用了通常的压电基板的弹性波装置中的压电基板薄。如图16所示，在压电体层5的波长归一化膜厚比350％厚的情况下，Q特性劣化。因此，压电体层5的波长归一化膜厚优选设为350％以下。由此，能够有效地改善Q特性。
此外，在具有上述层叠构造的情况下，低声速膜4的波长归一化膜厚优选为200％以下。通过使低声速膜4的波长归一化膜厚为200％以下，从而能够降低膜应力，其结果为，能够降低晶片的翘曲，能够实现良品率的提高以及特性的稳定化。此外，如果低声速膜4的膜厚在10％～50％的范围内，则还具有如下的效果，即，与后述的第一变形例中的高声速膜的材质如何无关，机电耦合系数几乎不变。
以下，示出第一实施方式的第一变形例以及第二变形例。在第一变形例以及第二变形例中，也与第一实施方式同样地，能够有效地抑制由横模造成的杂散。
图17是第一实施方式的第一变形例涉及的弹性波装置的示意性主视剖视图。
本变形例与第一实施方式的不同点在于，压电性基板22的高声速构件层为设置在支承基板23与低声速膜4之间的高声速膜24。除了上述的方面以外，本变形例的弹性波装置具有与第一实施方式的弹性波装置1同样的结构。在本变形例中，支承基板23的材料不限于作为高声速构件层的材料。
高声速膜24例如由氮化铝、氧化铝、碳化硅、氮化硅、氮氧化硅、DLC膜、硅、蓝宝石、钽酸锂、铌酸锂、石英等压电体、氧化铝、氧化锆、堇青石、多铝红柱石、滑石、镁橄榄石等各种陶瓷、金刚石、氧化镁、或以上述各材料为主成分的材料、以上述各材料的混合物为主成分的材料中的任一种构成。另外，高声速膜24的材料只要是相对高声速的材料即可。
在本变形例中，弹性波装置具有依次层叠了高声速膜24、低声速膜4以及压电体层5的作为层叠体的压电性基板22，因此，能够将弹性波的能量有效地封闭在压电体层5侧。
图18是示出第一实施方式的第二变形例中的IDT电极的第二电极指附近的示意性放大主视剖视图。
本变形例与第一实施方式的不同点在于，质量附加膜39由氧化物等绝缘体构成，以及质量附加膜39到达压电体层5上。更具体地，质量附加膜39具有如下的带状的形状，即，在第一低声速区域以及第二低声速区域中，到达多个第一电极指7b上以及多个第二电极指8b上。除了上述的方面以外，本变形例的弹性波装置具有与第一实施方式的弹性波装置同样的结构。
由于质量附加膜39由绝缘体构成，所以在质量附加膜39与IDT电极6之间不易产生相互扩散。因此，IDT电极6不易劣化。
在本变形例中，只要在第一边缘区域C1以及第二边缘区域C2分别各设置至少一个带状的质量附加膜39即可，因此，能够容易地构成第一低声速区域以及第二低声速区域。另外，与第一实施方式同样地，质量附加膜39可以设置在一个一个的第一电极指7b上或第二电极指8b上，也可以不到达压电体层5上。
上述各实施方式的弹性波装置能够用作高频前端电路的双工器等。以下，对该例子进行说明。
图19是通信装置以及高频前端电路的结构图。另外，在图19中，还一并图示了与高频前端电路230连接的各构成要素，例如，天线元件202、RF信号处理电路(RFIC)203。高频前端电路230以及RF信号处理电路203构成通信装置240。另外，通信装置240也可以包含电源、CPU、显示器。
高频前端电路230具备开关225、双工器201A、201B、滤波器231、232、低噪声放大器电路214、224、以及功率放大器电路234a、234b、244a、244b。另外，图19的高频前端电路230以及通信装置240是高频前端电路以及通信装置的一个例子，并不限定于该结构。
双工器201A具有滤波器211、212。双工器201B具有滤波器221、222。双工器201A、201B经由开关225与天线元件202连接。另外，上述弹性波装置也可以是双工器201A、201B，还可以是滤波器211、212、221、222。
进而，上述弹性波装置例如也能够对将三个滤波器的天线端子公共化的三工器、将六个滤波器的天线端子公共化的六工器等具备三个以上的滤波器的多工器进行应用。
即，上述弹性波装置包括弹性波谐振器、滤波器、双工器、具备三个以上的滤波器的多工器。而且，该多工器并不限于具备发送滤波器以及接收滤波器的双方的结构，也可以是仅具备发送滤波器或仅具备接收滤波器的结构。
开关225按照来自控制部(未图示)的控制信号，对天线元件202和对应于给定的波段的信号路径进行连接，例如，由SPDT(Single Pole Double Throw：单刀双掷)型的开关构成。另外，与天线元件202连接的信号路径不限于一个，也可以是多个。换句话说，高频前端电路230也可以应对载波聚合。
低噪声放大器电路214是如下的接收放大电路，即，将经由了天线元件202、开关225以及双工器201A的高频信号(在此为高频接收信号)放大，并向RF信号处理电路203输出。低噪声放大器电路224是如下的接收放大电路，即，将经由了天线元件202、开关225以及双工器201B的高频信号(在此为高频接收信号)放大，并向RF信号处理电路203输出。
功率放大器电路234a、234b是如下的发送放大电路，即，将从RF信号处理电路203输出的高频信号(在此为高频发送信号)放大，并经由双工器201A以及开关225输出到天线元件202。功率放大器电路244a、244b是如下的发送放大电路，即，将从RF信号处理电路203输出的高频信号(在此为高频发送信号)放大，并经由双工器201B以及开关225输出到天线元件202。
RF信号处理电路203通过下变频等对从天线元件202经由接收信号路径输入的高频接收信号进行信号处理，并输出进行该信号处理而生成的接收信号。此外，RF信号处理电路203通过上变频等对输入的发送信号进行信号处理，并将进行该信号处理而生成的高频发送信号向功率放大器电路234a、234b、244a、244b输出。RF信号处理电路203例如为RFIC。另外，通信装置电可以包含BB(基带)IC。在该情况下，BBIC对在RFIC中进行了处理的接收信号进行信号处理。此外，BBIC对发送信号进行信号处理，并输出到RFIC。在BBIC中进行了处理的接收信号、BBIC进行信号处理之前的发送信号例如是图像信号、声音信号等。
另外，高频前端电路230也可以代替上述双工器201A、201B而具备双工器201A、201B的变形例涉及的双工器。
另一方面，通信装置240中的滤波器231、232不经由低噪声放大器电路214、224以及功率放大器电路234a、234b、244a、244b而连接在RF信号处理电路203与开关225之间。滤波器231、232也与双工器201A、201B同样地，经由开关225与天线元件202连接。
根据像以上那样构成的高频前端电路230以及通信装置240，通过具备作为本发明的弹性波装置的弹性波谐振器、滤波器、双工器、具备三个以上的滤波器的多工器等，从而能够抑制由横模造成的杂散。
以上，举出实施方式及其变形例对本发明的实施方式涉及的弹性波装置、高频前端电路以及通信装置进行了说明，但是关于本发明，将上述实施方式以及变形例中的任意的构成要素进行组合而实现的其它实施方式、在不脱离本发明的主旨的范围内对上述实施方式实施本领域技术人员想到的各种变形而得到的变形例、内置了本发明涉及的高频前端电路以及通信装置的各种设备也包含于本发明。
本发明作为能够应用于弹性波谐振器、滤波器、双工器、多波段系统的多工器、前端电路以及通信装置，能够广泛利用于便携式电话机等通信设备。
Claims (11)
1.一种弹性波装置，具备：
压电性基板，具有压电体层和高声速构件层，所述高声速构件层传播的体波的声速比在所述压电体层传播的弹性波的声速高，所述压电体层直接或间接地层叠在所述高声速构件层上；以及
IDT电极，设置在所述压电性基板上，
所述压电体层由钽酸锂构成，
所述IDT电极具有：
第一汇流条以及第二汇流条，相互对置；
多个第一电极指，一端与所述第一汇流条连接；以及
多个第二电极指，一端与所述第二汇流条连接，且与所述多个第一电极指相互交替插入，
在将弹性波传播方向设为第一方向并将与所述第一方向正交的方向设为第二方向时，所述第一电极指与所述第二电极指在所述第一方向上相互重叠的部分是交叉区域，
所述交叉区域具有：
中央区域，位于所述第二方向上的中央侧；
第一低声速区域，配置在所述中央区域的所述第一汇流条侧，且声速比所述中央区域中的声速低；以及
第二低声速区域，配置在所述中央区域的所述第二汇流条侧，且声速比所述中央区域中的声速低，
所述第一低声速区域以及所述第二低声速区域通过在所述第一电极指上以及所述第二电极指上设置质量附加膜而构成，
所述IDT电极具有声速比所述中央区域中的声速高的第一高声速区域以及第二高声速区域，
所述第一低声速区域位于所述中央区域与所述第一高声速区域之间，
所述第二低声速区域位于所述中央区域与所述第二高声速区域之间，
在将通过由所述IDT电极的电极指间距规定的波长进行归一化的膜厚设为波长归一化膜厚时，所述质量附加膜的所述波长归一化膜厚与所述质量附加膜的密度之积为13.4631以下，其中，所述波长归一化膜厚的单位为％，所述质量附加膜的密度的单位为g/cm3，所述波长归一化膜厚与所述质量附加膜的密度之积的单位为％·g/cm3。
2.根据权利要求1所述的弹性波装置，其中，
所述质量附加膜的材料与所述质量附加膜的所述波长归一化膜厚的上限值的组合为下述的表1所示的任一行的组合，
[表1]
。
3.根据权利要求1或2所述的弹性波装置，其中，
所述质量附加膜由金属构成。
4.根据权利要求3所述的弹性波装置，其中，
所述质量附加膜由Pt构成，所述质量附加膜的所述波长归一化膜厚为0.55％以下。
5.根据权利要求1或2所述的弹性波装置，其中，
所述质量附加膜由氧化物构成。
6.根据权利要求1或2所述的弹性波装置，其中，
在所述高声速构件层与所述压电体层之间设置有低声速膜，所述低声速膜传播的声速比在所述压电体层传播的弹性波的声速低。
7.根据权利要求6所述的弹性波装置，其中，
还具备支承基板，
所述高声速构件层为设置在所述支承基板与所述低声速膜之间的高声谏膜。
8.根据权利要求1或2所述的弹性波装置，其中，所述高声速构件层为支承基板。
9.根据权利要求1或2所述的弹性波装置，其中，所述压电体层的所述波长归一化膜厚为350％以下。
10.一种高频前端电路，具备：
权利要求1～9中的任一项所述的弹性波装置；以及
功率放大器。
11.一种通信装置，具备：
权利要求10所述的高频前端电路；以及
RF信号处理电路。
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