CN109861663B - 弹性波器件、射频前端电路和通信器件 - Google Patents
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Abstract
弹性波器件包括压电材料层、设置在压电材料层上的IDT电极、以及覆盖IDT电极的介电膜。IDT电极包括第一电极层以及层叠在第一电极层上的第二电极层。第一电极层的波长归一化膜厚和第二电极层的波长归一化膜厚等于或大于约1.25％。波长归一化膜厚通过使用由IDT电极的电极指间距所限定的波长来归一化。第二电极层的密度低于第一电极层的密度。第二电极层的侧面相对于IDT电极的厚度方向倾斜。
Description
技术领域
本发明涉及弹性波器件、射频前端电路和通信器件。
背景技术
在现有技术中，弹性波器件例如在蜂窝电话中的滤波器中广泛使用。在日本未审专利申请公开第2012-175315号中公开了示例性弹性波器件。在该弹性波器件中，具有层叠金属膜的叉指换能器(IDT)电极设置在压电基板上，在该层叠金属膜中层叠有多个金属层。IDT电极的电极指的侧面与IDT电极的厚度方向平行地延伸。IDT电极被设置在压电基板上的介电层覆盖。
在日本未审专利申请公开第2012-175315号描述的弹性波器件中，IDT电极被介电层覆盖。因此，IDT电极几乎不会损坏。然而，存在的问题在于，由于IDT电极被介电层覆盖的结构，相对带宽(fractional bandwidth)较窄。另外，根据IDT电极的金属层的结构不同，可能发生频率的大幅波动。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种弹性波器件、一种射频前端电路和一种通信器件，其可以使相对带宽更宽并且不易发生频率波动。
根据本发明的优选实施例的弹性波器件包括压电材料层、设置在压电材料层上的IDT电极、以及覆盖IDT电极的至少一部分的介电膜。IDT电极包括第一电极层以及层叠在第一电极层上的第二电极层。第一电极层的波长归一化膜厚和第二电极层的波长归一化膜厚等于或大于约1.25％。第一电极层的波长归一化膜厚和第二电极层的波长归一化膜厚通过使用由IDT电极的电极指间距所限定的波长来归一化。第二电极层的密度低于第一电极层的密度。第二电极层的侧面相对于IDT电极的厚度方向倾斜。
在根据本发明的优选实施例的弹性波器件的特定方面中，第一电极层的侧面相对于所述厚度方向倾斜。
在根据本发明的优选实施例的弹性波器件的另一特定方面中，第一电极层的侧面与所述厚度方向平行地延伸。在这种情况下，可以在第二电极层的侧面的倾斜角度的更宽范围中使相对带宽更宽。
在根据本发明的优选实施例的弹性波器件的另一特定方面中，第二电极层是Al层。将瑞利波用作主模式。Fr、Fsh、θ和TAl的组合是表1中描述的组合，其中Fr表示瑞利波Fr的谐振频率，Fsh表示SH波的谐振频率，θ表示第一电极层和第二电极层相对于所述厚度方向的倾斜角度，并且TAl表示第二电极层的波长归一化膜厚。在这种情况下，可以更确定地使相对带宽更宽。
表1
在根据本发明的优选实施例的弹性波器件的另一特定方面中，第一电极层是Pt层。第二电极层是Al层。将瑞利波用作主模式。θ、TPt和TAl的组合是表2所述的组合，其中θ表示第一电极层和第二电极层相对于所述厚度方向的倾斜角度，TPt表示第一电极层的波长归一化膜厚，并且TAl表示第二电极层的波长归一化膜厚。在这种情况下，可以更确定地使相对带宽更宽。
表2
在根据本发明的优选实施例的弹性波器件的另一特定方面中，第一电极层是Pt层。第二电极层是Cu层。将瑞利波用作主模式。θ、TPt和TCu的组合是表3所述的组合，其中θ表示第一电极层和第二电极层相对于所述厚度方向的倾斜角度，TPt表示第一电极层的波长归一化膜厚，并且TCu表示第二电极层的波长归一化膜厚。在这种情况下，可以更确定地使相对带宽更宽。
表3
在根据本发明的优选实施例的弹性波器件的另一特定方面中，第一电极层是Mo层。第二电极层是Al层。将瑞利波用作主模式，并且θ≤2.2×TAl+12.1，其中θ表示第一电极层和第二电极层相对于所述厚度方向的倾斜角度，并且TAl表示第二电极层的波长归一化膜厚。在这种情况下，可以更确定地使相对带宽更宽。
在根据本发明的优选实施例的弹性波器件的另一特定方面中，第二电极层的波长归一化膜厚TAl等于或大于约2％。在这种情况下，可以更确定地使相对带宽更宽。
根据本发明的优选实施例的射频前端电路包括根据本发明优选实施例形成的弹性波器件和功率放大器。
根据本发明的优选实施例的通信器件包括根据本发明的优选实施例形成的射频前端电路和RF信号处理电路。
本发明可以提供一种弹性波器件、一种射频前端电路和一种通信器件，其可以使相对带宽更宽并且不易发生频率波动。
通过下面参考附图对本发明的优选实施例的详细描述，本发明的其他特征、元件、特性和优点将变得更加明显。
附图说明
图1是根据本发明的第一实施例的弹性波器件的正截面图；
图2是根据本发明的第一实施例的叉指换能器(IDT)电极的电极指和该电极指附近部分的放大正截面图；
图3是表示本发明的第一实施例、第一比较例和第二比较例中的倾斜角度θ与Δf比率之间的关系的图；
图4是根据第三比较例的IDT电极的电极指和该电极指附近部分的正截面图；
图5是表示本发明的第一实施例、第一比较例和第三比较例中的倾斜角度θ与Δf比率之间的关系的图；
图6是表示第四比较例中的相对带宽Δf与IDT电极的第一电极层和第二电极层的侧面的倾斜角度θ之间的关系的图；
图7是表示本发明的第一实施例和第四比较例中的、fr比率与IDT电极的第一电极层和第二电极层的侧面的倾斜角度θ之间的关系的图；
图8是表示在IDT电极具有波长归一化膜厚等于或大于约1.25％的第一电极层(Pt层)的情况下，Δf比率与侧面相对于IDT电极的厚度方向倾斜的第二电极层(Al层)的波长归一化膜厚之间的关系的图；
图9是表示本发明的第一实施例中的、第一电极层和第二电极层的波长归一化膜厚与第一电极层和第二电极层的侧面的、Δf比率等于1时的倾斜角度θ1之间的关系的图；
图10是表示本发明的第一实施例中的、在第一电极层的波长归一化膜厚约等于3％的情况下表现出的阻抗频率特性的图；
图11是表示本发明的第一实施例中的、在第一电极层的波长归一化膜厚约等于7％的情况下表现出的阻抗频率特性的图；
图12是本发明的第一实施例的第一变型例中的IDT电极的电极指和该电极指附近部分的放大正截面图；
图13是根据本发明的第一实施例的第二变型例的弹性波器件的正截面图；
图14是表示本发明第一实施例的第三变型例中的、第一电极层和第二电极层的波长归一化膜厚与Δf比率等于1时的倾斜角度θ1之间的关系的图；
图15是表示本发明第一实施例的第四变型例中的、第一电极层和第二电极层的波长归一化膜厚与Δf比率等于1时的倾斜角度θ1之间的关系的图；
图16是根据本发明的第二实施例的IDT电极的电极指和该电极指附近部分的放大正截面图；
图17是表示本发明的第一实施例和第二实施例中的倾斜角度θ与Δf比率之间的关系的图；以及
图18是表示具有射频前端电路的通信器件的结构的图。
具体实施方式
参考附图，将描述本发明的特定实施例以公开本发明。
应注意，本文描述的实施例是示例性的，并且可以在不同实施例之间替换或组合组件的子集。
图1是根据本发明的第一实施例的弹性波器件的正截面图。
弹性波器件1具有压电材料层2。压电材料层2是铌酸锂层，其中切割角度为约126°。然而，压电材料层2的材料和切割角度不受上述限制。压电材料层2可以是钽酸锂层。备选地，压电材料层2可以是除钽酸锂层和铌酸锂层之外的压电单晶层等。
叉指换能器(IDT)电极3设置在压电材料层2上。IDT电极3具有多个电极指3a。向IDT电极3施加交流电压，以便激发弹性波。在第一实施例中，将瑞利波用作主模式。当将瑞利波用作主模式时，剪切水平(SH)波表现为不必要波的波纹。在IDT电极3的弹性波传播方向上的两侧，设置反射器6和反射器7。因此，根据第一实施例的弹性波器件1是弹性波谐振器。
图2是根据第一实施例的IDT电极的电极指和该电极指附近部分的放大正截面图。
IDT电极3是通过层叠多个金属层而获得的层叠金属层。通过使用由IDT电极3的电极指间距所限定的波长来归一化的每个金属层的膜厚表示为波长归一化膜厚(％)。IDT电极3的多个金属层包括多个电极层，所述多个电极层是具有约1.25％或更大的波长归一化膜厚的金属层。
更具体地，IDT电极3包括第一电极层4和第二电极层5。第一电极层4位于最靠近压电材料层2的位置。第二电极层5层叠在第一电极层4上。第一电极层4的波长归一化膜厚为约2％。第二电极层5的波长归一化膜厚为约5％。第一电极层4和第二电极层5的波长归一化膜厚不限于以上描述。由IDT电极3的电极指间距所限定的波长没有特别限制，并且在第一实施例中为约4μm。
第一电极层4是在波长归一化膜厚等于或大于约1.25％的电极层当中密度最高的电极层。第二电极层5是密度低于第一电极层4的密度的电极层。只要第一电极层4的密度高于第二电极层5的密度，可以采用任何结构。密度高于第一电极层4的密度的电极层可以包括在IDT电极3中。
第一电极层4的材料没有特别限制，并且在第一实施例中是Pt。第二电极层5的材料没有特别限制，并且在第一实施例中是Al。例如，第一电极层4和第二电极层5的材料的组合可以是Pt和Ti、Pt和Cu、Pt和Mo、Mo和Al、Cu和Al等。
IDT电极3的结构不限于上述结构。只要满足以下条件，可以采用任何结构：IDT电极3包括多个电极层，该多个电极层的波长归一化膜厚为约1.25％或更大；第一电极层4比第二电极层5更靠近压电材料层2。IDT电极3可以具有波长归一化膜厚小于约1.25％的金属层。弹性波器件1具有第二电极层5直接层叠在第一电极层4上的结构。然而，第二电极层5可以间接层叠在第一电极层4上，二者之间插入有其他金属层。
如图2所示，第一电极层4具有侧面4a。第二电极层5也具有侧面5a。第一电极层4的侧面4a和第二电极层5的侧面5a相对于IDT电极3的厚度方向倾斜。相对于IDT电极3的厚度方向的倾斜角度由θ表示。正的倾斜角度θ表示朝向电极指3a的内侧倾斜。在第一实施例中，第一电极层4的侧面4a的倾斜角度θ与第二电极层5的侧面5a的倾斜角度θ相同。IDT电极3的各金属层的侧面的倾斜角度θ可以彼此不同。只要IDT电极3具有至少第二电极层5的侧面5a相对于厚度方向倾斜的结构，可以采用任何结构。
介电膜8设置在压电材料层2上，以覆盖IDT电极3。介电膜8由用SiOx表示的氧化硅形成。在第一实施例中，介电膜8由SiO2形成。介电膜8可以由x是正数的氧化硅形成。备选地，介电膜8可以由除氧化硅之外的电介质形成。电介质膜8的波长归一化膜厚没有特别限制，且在第一实施例中为约30％。这里，介电膜8的膜厚表示从设置有介电膜8的压电材料层2的主表面起测量的膜厚。
根据第一实施例的弹性波器件1具有以下结构。弹性波器件1包括压电材料层2、设置在压电材料层2上的IDT电极3、以及覆盖IDT电极3的介电膜8。IDT电极3包括第一电极层4、和层叠在第一电极层4上的第二电极层5。第一电极层4的波长归一化膜厚和第二电极层5的波长归一化膜厚等于或大于约1.25％。第二电极层5的密度低于第一电极层4的密度。第二电极层5的侧面5a相对于IDT电极3的厚度方向倾斜。该结构实现了更宽的相对带宽，并且还使得频率的波动不易发生。这将在下面描述，例如，通过将第一实施例与第一比较例至第四比较例进行比较来描述。
通过改变第一电极层4的侧面4a和第二电极层5的侧面5a的倾斜角度θ来制作具有根据第一实施例的结构的多个弹性波器件。另外，制作了根据第一比较例和第二比较例的弹性波器件。第一比较例与第一实施例的不同之处在于，第一电极层和第二电极层的侧面的倾斜角度θ为0°。第二比较例与第一实施例的不同之处在于，IDT电极仅由第一电极层形成。通过改变金属层的侧面的倾斜角度θ来制作根据第二比较例的多个弹性波器件。测量了上述弹性波器件的相对带宽Δf。
IDT电极的所有金属层的侧面的倾斜角度θ为0°的弹性波器件的相对带宽由Δf0表示。通过将弹性波器件(其中IDT电极的至少一个金属层的侧面的倾斜角度θ大于0°)的相对带宽Δf除以相对带宽Δf0所得到的值被表示为Δf比率。此时，Δf比率可以表示为Δf/Δf0。除了倾斜角度θ之外，测量了相对带宽Δf0的弹性波器件与测量了相对带宽Δf的弹性波器件具有相同的条件。如在第一比较例中，弹性波器件(其中IDT电极的所有金属层的侧面的倾斜角度θ为0°)的Δf比率设置为1。将具有根据第一实施例的结构的每个弹性波器件的相对带宽Δf除以第一比较例的相对带宽Δf。由此，计算具有根据第一实施例的结构的每个弹性波器件的Δf比率。类似地，将根据第二比较例的每个弹性波器件的相对带宽Δf除以第一比较例的相对带宽Δf。由此，计算根据第二比较例的每个弹性波器件的Δf比率。
图3是表示第一实施例、第一比较例和第二比较例中的倾斜角度θ与Δf比率之间的关系的图。在获得图3中的关系时，第一电极层是波长归一化膜厚为约2％的Pt层；第二电极层是波长归一化膜厚为约5％的Al层。在图3中，白色圆形图表示第一实施例的结果。黑色圆形图表示第一比较例的结果。矩形图表示第二比较例的结果。
如图3所示，在第二电极层的侧面相对于IDT电极的厚度方向倾斜的第一实施例中，Δf比率大于1，并且与第一比较例(其中第一电极层和第二电极层的侧面的倾斜角度θ为0)相比，可以获得更宽的相对带宽Δf。更具体地，当倾斜角度θ满足条件0°＜θ＜32°时，与第一比较例相比，可以获得更宽的相对带宽Δf。
与此相比，第二比较例的Δf比率小于1，并且相对带宽Δf比第一比较例窄。因此，在IDT电极仅具有单个层的情况下，当电极层的侧面相对于IDT电极的厚度方向倾斜时，相对带宽Δf比倾斜角度θ为0°的情况更窄。根据第一实施例的弹性波器件1不仅具有相对于厚度方向倾斜的第二电极层5的侧面5a，而且还包括作为多个电极层的第一电极层4和第二电极层5，它们的波长归一化膜厚等于或大于约1.25％。因此，相对带宽Δf可以有效地变宽。
如上所述，当第二电极层的波长归一化膜厚为约5％时，优选地，倾斜角度θ满足条件0°＜θ＜32°。下面将详细描述第一电极层和第二电极层的波长归一化膜厚和倾斜角度的优选范围。
由于第二电极层5的侧面5a相对于IDT电极3的厚度方向倾斜的结构，根据第一实施例的弹性波器件1实现了更宽的相对带宽。下面将通过比较第一实施例和第三比较例来描述这一点。
图4是根据第三比较例的IDT电极的电极指和该电极指附近部分的正截面图。
在根据第三比较例的弹性波器件中，第一电极层104的侧面104a相对于IDT电极103的厚度方向倾斜，并且第二电极层105的侧面105a与厚度方向平行地延伸。通过改变第一电极层104的侧面104a的倾斜角度θ来制造根据第三比较例的多个弹性波器件。
图5是示出第一实施例、第一比较例和第三比较例中的倾斜角度θ与Δf比率之间的关系的图。在获得图5中的关系时，第一电极层是波长归一化膜厚为约2％的Pt层；第二电极层是波长归一化膜厚为约5％的Al层。在图5中，白色圆形图表示第一实施例的结果。黑色矩形图表示第三比较例的结果。黑色圆形图表示第一比较例的结果。
如图5所示，在第三比较例中，Δf比率小于1，并且相对带宽Δf第一比较例的Δf更窄。因此，在第二电极层105的侧面105a不相对于IDT电极103的厚度方向倾斜的情况下，如果第一电极层104的侧面104a相对于厚度方向倾斜，则相对带宽Δf与倾斜角度θ为0°时相比更窄。在根据第一实施例的弹性波器件1中，第二电极层5的侧面5a相对于厚度方向倾斜。因此，相对带宽Δf可以有效地变宽。
根据第一实施例的弹性波器件1由于以下结构实现了更宽的相对带宽：密度高于第二电极层的第一电极层比第二电极层更靠近压电材料层2。下面将通过比较第一实施例和第四比较例来描述这一点。
第四比较例与第一实施例的不同之处在于，第二电极层比第一电极层更靠近压电材料层。通过改变第一电极层和第二电极层的侧面的倾斜角度θ(θ包括0°)来制造根据第四比较例的多个弹性波器件。测量根据第四比较例的多个弹性波器件的相对带宽Δf。
图6是示出第四比较例中的IDT电极的第一电极层和第二电极层的侧面的倾斜角度θ与相对带宽Δf之间的关系的图。在获得图6中的关系时，第一电极层是波长归一化膜厚为约2％的Pt层；第二电极层是波长归一化膜厚为约5％的Al层。
如图6所示，在第四比较例中，发现在第一电极层和第二电极层的侧面的倾斜角度θ大于0°的情况下获得的相对带宽Δf比在倾斜角度θ为0°的情况下获得的相对带宽Δf更窄。因此，当具有低密度的第二电极层比具有高密度的第一电极层更靠近压电材料层时，倾斜角度θ越大，则相对带宽Δf越窄。与此相比，由于第一电极层4比第二电极层5更靠近压电材料层2的结构，第一实施例实现了如图3和图5所示的更宽的相对带宽。
下面将描述在第一实施例中不易出现频率波动。通过将IDT电极的至少一个金属层的侧面的倾斜角度θ大于0°的弹性波器件的谐振频率除以倾斜角度θ为0°的弹性波器件的谐振频率所获得的值表示为fr比率。除了倾斜角度θ之外，倾斜角度θ大于0°的弹性波器件具有与倾斜角度θ为0°的弹性波器件相同的条件。IDT电极的所有金属层的侧面的倾斜角度θ为0°的弹性波器件的谐振频率由fr0表示。fr比率可以表示为fr/fr0。将IDT电极的所有金属层的侧面的倾斜角度θ为0°的弹性波器件的fr比率设置为1。将具有根据第一实施例的结构的每个弹性波器件的谐振频率除以根据第一比较例的弹性波器件的谐振频率。由此，获得第一实施例的fr比率。类似地，获得根据第四比较例的弹性波器件的fr比率。用于计算fr比率的谐振频率是主模式中的谐振频率。
图7是示出第一实施例和第四比较例中的、IDT电极的第一电极层和第二电极层的侧面的倾斜角度θ与fr比率之间的关系的图。在图7中，白色圆形图表示第一实施例的结果。黑色圆形图表示第四比较例的结果。
如图7所示，在第四比较例中，相对于倾斜角度θ的变化，fr比率的变化较大。因此，当在制造过程中发生倾斜角度θ的波动时，频率发生较宽的波动。与此相比，在第一实施例中，发现即使当倾斜角度θ变化时，fr比率的变化也很小。因此，在第一实施例中，即使在制造过程中发生倾斜角度θ的波动时，也不易发生频率的波动。如上所述，第一实施例实现了更宽的相对带宽Δf，并且不易发生频率波动。
下面将描述的是：由于第一电极层4和第二电极层5的波长归一化膜厚等于或大于约1.25％的结构，可以获得更宽的相对带宽的效果。
通过改变第二电极层的波长归一化膜厚，制造了除了第一电极层的侧面的倾斜角度θ为0°，并且第二电极层的侧面的倾斜角度θ为5°以外具有与第一实施例类似的结构的多个弹性波器件。此外，通过改变第二电极层的波长归一化膜厚，制造了根据第一比较例的多个弹性波器件，其中第一电极层和第二电极层的侧面的倾斜角度θ为0°。然后，计算弹性波器件的Δf比率。
图8是示出第二电极层(Al层)的波长归一化膜厚与Δf比率之间的关系的图，该关系是在IDT电极的第一电极层(Pt层)的波长归一化膜厚等于或大于约1.25％的情况下获得的。第二电极层(Al层)具有相对于IDT电极的厚度方向倾斜的侧面。在获得图8中的关系时，第一电极层是波长归一化膜厚为约2％的Pt层；第二电极层是Al层。
如图8所示，发现在侧面相对于IDT电极的厚度方向倾斜的金属层的波长归一化膜厚小于约1.25％的情况下，Δf比率小于1。与此相比，发现在第二电极层的波长归一化膜厚等于或大于约1.25％的情况下，Δf比率等于或大于1。因此，电极层的波长归一化膜厚为约1.25％或更大可以使相对带宽有效地变宽。
如图3所示，当第二电极层的波长归一化膜厚为约5％时，优选地，倾斜角度θ满足条件0°＜θ＜32°。下面将详细描述第一电极层和第二电极层的波长归一化膜厚和倾斜角度的优选范围。
通过改变第一电极层4和第二电极层5的波长归一化膜厚以及侧面的倾斜角度θ，制造了具有根据第一实施例的结构的多个弹性波器件。通过改变第一电极层和第二电极层的波长归一化膜厚，制造了根据第一比较例的倾斜角度θ为0°的多个弹性波器件。测量多个弹性波器件的相对带宽Δf。计算具有根据第一实施例的结构的弹性波器件的Δf比率。Δf比率等于1时的倾斜角度θ表示为倾斜角度θ1。针对第一电极层4和第二电极层5的每个波长归一化膜厚集，获得倾斜角度θ1。还测量了多个弹性波器件的阻抗频率特性。
图9是示出第一实施例中的、第一电极层和第二电极层的波长归一化膜厚与第一电极层和第二电极层的侧面的Δf比率等于1时的倾斜角度θ1之间的关系的图。在获得图9中的关系时，第一电极层是Pt层；第二电极层是Al层。在图9中，白色圆形图表示波长归一化膜厚为约3％的Pt层的结果。黑色圆形图表示波长归一化膜厚为约4％的Pt层的结果。白色矩形图表示波长归一化膜厚为约6％的Pt层的结果。黑色矩形图表示波长归一化膜厚为约7％的Pt层的结果。三角形图表示波长归一化膜厚为约8％的Pt层的结果。
如图9所示，第二电极层5的波长归一化膜厚越大，则Δf比率为1时的倾斜角度θ1越大。如图3所示，在倾斜角度θ满足条件0°＜θ≤θ1的范围中，Δf比率等于或大于1，从而实现更宽的相对带宽Δf。
在作为第一电极层4的Pt层的波长归一化膜厚等于或小于约4％的情况和该波长归一化膜厚等于或大于约6％的情况下，相对于第二电极层5的波长归一化膜厚的变化的、Δf等于1时的倾斜角度θ的变化趋势是不同的。这可能是因为，在第一电极层4的波长归一化膜厚等于或小于约4％的情况和该波长归一化膜厚等于或大于约6％的情况下，作为主模式的瑞利波的谐振频率与SH波的谐振频率之间的关系是不同的。作为示出这一点的示例性证据，图10示出了在第一电极层4的波长归一化膜厚等于或小于约4％的情况下呈现的示例性阻抗特性，并且图11示出了在该波长归一化膜厚等于或大于约6％的情况下呈现出的示例性阻抗特性。
图10是表示根据第一实施例的当第一电极层的波长归一化膜厚为约3％时呈现出的阻抗频率特性的图。图11是表示根据第一实施例的当第一电极层的波长归一化膜厚为约7％时呈现出的阻抗频率特性的图。
瑞利波的谐振频率用Fr表示，并且SH波的谐振频率用Fsh表示。如图10所示，发现当第一电极层4的波长归一化膜厚为约3％时，关系Fsh＞Fr成立。如图11所示，发现当第一电极层4的波长归一化膜厚为约7％时，关系Fsh＜Fr成立。已经发现，当第一电极层4的波长归一化膜厚接近约5％时，Fr基本上等于Fsh(未示出)。
因此，当第一电极层4的波长归一化膜厚等于或小于约4％时，可以成立Fsh＞Fr的关系；当第一电极层4的波长归一化膜厚等于或大于约6％时，可以成立Fsh＜Fr的关系。
在第一实施例中，作为Pt层的第一电极层4的波长归一化膜厚由TPt表示；作为Al层的第二电极层5的波长归一化膜厚由TAl表示。回到图9，在第一电极层4的波长归一化膜厚TPt等于或小于约4％(Fsh＞Fr)的情况下，如果倾斜角度θ≤3.8×TAl+4.27，则Δf比率可以更确定地等于或大于1，从而实现更宽的相对带宽f。与此相比，在第一电极层4的波长归一化膜厚TPt等于或大于约6％(Fsh＜Fr)、并且第二电极层5的波长归一化膜厚TAl等于或小于约4％的情况下，如果倾斜角度θ≤3.9×TAl-0.4，则Δf比率可以更确定地等于或大于1。在第一电极层4的波长归一化膜厚TPt等于或大于约6％(Fsh＜Fr)、并且第二电极层的波长归一化膜厚TAl大于约4％的情况下，如果倾斜角度θ≤2.8×TAl+4，则Δf比率可以更确定地等于或大于1。下述的表3和表4共同示出了使Δf比率更确定地等于或大于1的条件。
表3
表4
将谐振频率Fr、谐振频率Fsh，倾斜角度θ和波长归一化膜厚TAl的组合设定为表3所示的组合。在这种情况下，Δf比率可以更加确定地等于或大于1，从而更确定地实现更宽的相对带宽Δf。类似地，将倾斜角度θ、波长归一化膜厚TPt和波长归一化膜厚TAl的组合设置为表4所示的组合。在这种情况下，Δf比率可以更加确定地等于或大于1，从而更确定地实现更宽的相对带宽Δf。
在第一实施例中，IDT电极3具有两个电极层，所述两个电极层的波长归一化膜厚等于或大于约1.25％。备选地，IDT电极3可具有三个或更多个电极层，所述三个或更多个电极层具有等于或大于约1.25％的波长归一化膜厚。
下面将描述第一实施例的第一变型例和第二变型例。同样在第一变型例和第二变型例中，类似于第一实施例，实现了更宽的相对带宽Δf，并且不易发生频率的波动。
图12是根据第一实施例的第一变型例的IDT电极的电极指和该电极指附近部分的放大正截面图。
第一变形例与第一实施例的不同之处在于，IDT电极13具有波长归一化膜厚小于约1.25％的金属层。除此之外，第一变型例具有与第一实施例类似的结构。
更具体地，波长归一化膜厚小于约1.25％的粘合剂层14设置在压电材料层2和第一电极层4之间。波长归一化膜厚小于约1.25％的扩散防止层15设置在第一电极层4和第二电极层5之间。由此，可以改善IDT电极13与压电材料层2之间的粘附性，并且可以抑制第一电极层4与第二电极层5之间的相互扩散。粘合剂层14没有特别限制，并且例如是Ti层或NiCr层。扩散防止层15没有特别限制，并且例如是Ti层。因此，可以包括波长归一化膜厚小于约1.25％的金属层。波长归一化膜厚小于约1.25％的金属层的侧面也可以相对于IDT电极13的厚度方向倾斜。
图13是根据第一实施例的第二变型例的弹性波器件的正截面图。
根据第二变型例的弹性波器件包括支撑基板24、设置在支撑基板24上的高声速膜25、以及设置在高声速膜25上的低声速膜26。压电材料层22设置在低声速膜26上。
高声速膜25是传播的体波的声速高于在压电材料层22中传播的弹性波的声速的膜。高声速膜25的材料的示例包括压电材料(例如氮化铝、氧化铝、碳化硅、氮化硅、氮氧化硅、硅、类金刚石碳(DLC)膜、硅树脂、蓝宝石、钽酸锂、铌酸锂和水晶)、各种陶瓷(如氧化铝、氧化锆、堇青石、莫来石、滑石、镁橄榄石)、金刚石、氧化镁、主要成分包括在上述材料中的材料以及主要成分为以上材料的混合物的材料。只要高声速膜25的材料具有相对高的声速，就可以使用任何材料。
低声速膜26是传播的体波的声速低于在压电材料层22中传播的弹性波的声速的膜。低声速膜26的材料的示例包括氧化硅、玻璃、氮氧化硅、氧化钽、以及其主要成分是通过向氧化硅中添加氟、碳或硼而获得的化合物的材料。只要低声速膜26的材料具有相对低的声速，就可以使用任何材料。
包括高声速膜25、低声速膜26和压电材料层22在内的多层体的结构使得弹性波的能量能够有效地限制在压电材料层22侧。
高声速膜25的设置不是必须的。在这种情况下，优选的是，支撑基板24是由如上所述的具有相对高的声速的材料制成的高声速基板。更具体地，高声速基板的材料的示例包括压电材料(例如氮化铝、氧化铝、碳化硅、氮化硅、氮氧化硅、硅、DLC膜、硅树脂、蓝宝石、钽酸锂、铌酸锂和水晶)、各种陶瓷(如氧化铝、氧化锆、堇青石、莫来石、滑石、镁橄榄石)、金刚石、氧化镁、主要成分包括在上述材料中的材料以及主要成分为以上材料的混合物的材料。因此，包括用作高声速基板的支撑基板24、低声速膜26和压电材料层22在内的多层体的结构使得弹性波的能量能够有效地限制在压电材料层22侧。
如上所述，第一电极层和第二电极层的材料的组合不限于Pt和Al。以下将描述在第一电极层和第二电极层的材料的组合不是Pt和Al的情况下可使相对带宽更宽的倾斜角度θ的范围。
下面描述的根据第一实施例的第三变型例的弹性波器件具有与根据第一实施例的弹性波器件类似的结构，不同之处在于第二电极层是Cu层。下面描述的根据第一实施例的第四变型例的弹性波器件具有与根据第一实施例的弹性波器件类似的结构，不同之处在于第一电极层是Mo层。第一电极层和第二电极层的材料的组合在第三变型例中是Pt和Cu，并且在第四变型例中是Mo和Al。
图14是示出第一实施例的第三变型例中的、第一电极层和第二电极层的波长归一化膜厚与Δf比率等于1时的倾斜角度θ1之间的关系的图。在图14中，白色圆形图表示作为第一电极层的Pt层的波长归一化膜厚为约2％的情况的结果。黑色圆形图表示Pt层的波长归一化膜厚为约6％的情况的结果。白色矩形图表示Pt层的波长归一化膜厚为约7％的情况的结果。黑色矩形图表示Pt层的波长归一化膜厚为约8％的情况的结果。三角形图表示Pt层的波长归一化膜厚为约9％的情况的结果。
如图14所示，第二电极层的波长归一化膜厚越大，则Δf比率等于1时的倾斜角度θ1越大。如上所述，在倾斜角度θ的范围0°＜θ≤θ1中，Δf比率等于或大于1，从而实现更宽的相对带宽Δf。
在第一实施例的第三变型例中，作为第一电极层的Pt层的波长归一化膜厚由TPt表示；作为第二电极层的Cu层的波长归一化膜厚由TCu表示。如图14所示，在第一电极层的波长归一化膜厚TPt等于或大于约2％且小于约7％、并且第二电极层的波长归一化膜厚TCu小于约3％的情况下，如果倾斜角度θ≤3.3×TCu-3.3，则Δf比率可以更确定地等于或大于1，从而实现更宽的相对带宽Δf。在第一电极层的波长归一化膜厚TPt等于或大于约2％且小于约7％、并且第二电极层的波长归一化膜厚TCu等于或大于约3％的情况下，如果倾斜角度θ≤1.3×TCu+2.4，则Δf比率可以更确定地等于或大于1。与此相比，在第一电极层的波长归一化膜厚等于或大于约7％的情况下，如果倾斜角度θ≤3.3×TCu-3.3，则Δf比率可以更确定地等于或大于1。下面的表5总体描述了使Δf比率更确定地等于或大于1的条件。
表5
将倾斜角度θ、波长归一化膜厚TPt、波长归一化膜厚TCu的组合设定为表5所示的组合。在这种情况下，Δf比率可以更确定地等于或大于1，从而更确定地实现更宽的相对带宽Δf。
图15是示出第一实施例的第四变型例中的、第一电极层和第二电极层的波长归一化膜厚与Δf比率等于1时的倾斜角度θ1之间的关系的图。在图15中，圆形图表示作为第一电极层的Mo层的波长归一化膜厚为约5％的情况的结果。矩形图表示Mo层的波长归一化膜厚为约7％的情况的结果。三角形图表示Mo层的波长归一化膜厚为约8％的情况的结果。
如图15所示，作为第二电极层的Al层的波长归一化膜厚TAl越大，则Δf比率等于1时的倾斜角度θ1越大。已经发现，当第一电极层的波长归一化膜厚等于或大于约7％时，第二电极层的波长归一化膜厚与倾斜角度θ1之间的关系几乎没有变化。
如图15所示，如果倾斜角度θ≤2.2×TAl+12.1，则Δf比率可以更确定地等于或大于1，从而实现更宽的相对带宽Δf。优选地，倾斜角度θ≤2.2×TAl+12.1并且第二电极层的波长归一化膜厚TAl等于或大于约2％。在这种情况下，Δf比率可以更确定地等于或大于1。
图16是根据第二实施例的IDT电极的电极指和该电极指附近部分的放大正截面图。
第二实施例与第一实施例的不同之处在于，第一电极层34的侧面34a与IDT电极33的厚度方向平行地延伸。除此之外，根据第二实施例的弹性波器件具有与根据第一实施例的弹性波器件1类似的结构。
图17是示出第一实施例和第二实施例中的倾斜角度θ与Δf比率之间的关系的图。在获得图17中的关系时，第一电极层是波长归一化膜厚为约2％的Pt层；第二电极层是波长归一化膜厚为约5％的Al层。在图17中，白色圆形图表示第一实施例的结果。矩形图表示第二实施例的结果。黑色圆形图表示第一比较例的结果。
如上所述，第一实施例可以使Δf比率等于或大于1，从而实现更宽的相对带宽Δf。如图17所示，已经发现，第二实施例实现了更宽的相对带宽Δf。此外，当倾斜角度θ大于32°时，第二实施例同样能够使Δf比率大于1。因此，可以在更宽的倾斜角度范围中使相对带宽Δf更宽。
根据上述实施例的弹性波器件可以用作例如射频前端电路的双工器。下面将描述其示例。
图18是示出通信器件和射频前端电路的结构的图。图18还示出了连接到射频前端电路230的部件，例如，天线器件202和射频(RF)信号处理电路(RFIC)203。射频前端电路230和RF信号处理电路203包括在通信器件240中。通信器件240可以包括电源、中央处理单元(CPU)和显示器。
射频前端电路230包括开关225、双工器201A和201B、滤波器231和232、低噪声放大器电路214和224、以及功率放大器电路234a、234b、244a和244b。图18中的射频前端电路230和通信器件240是示例性射频前端电路和示例性通信器件，并且不限于该结构。
双工器201A包括滤波器211和212。双工器201B包括滤波器221和222。双工器201A和201B经由开关225连接到天线器件202。上述弹性波器件可以用作双工器201A和201B，或者可以用作滤波器211、212、221和222。
上述弹性波器件也可以应用于例如具有三个或更多个滤波器的多路复用器，例如具有用于三个滤波器的公共天线端子的三工器、或具有用于六个滤波器的公共天线端子的六工器。
也就是说，上述弹性波器件包括弹性波谐振器、滤波器、双工器和具有三个或更多个滤波器的多路复用器。多路复用器不限于包括发送滤波器和接收滤波器两者的结构，可以具有仅包括发送滤波器或仅包括接收滤波器的结构。
开关225根据来自控制器(未示出)的控制信号将天线器件202连接到与给定频带对应的信号路径。开关225包括例如单刀双掷(SPDT)开关。连接到天线器件202的信号路径的数量不限于一个，可以是两个或更多个。也就是说，射频前端电路230可以与载波聚合兼容。
低噪声放大器电路214是接收放大器电路，其放大经由天线器件202、开关225和双工器201A发送的射频信号(这里是射频接收信号)并且将得到的信号输出到RF信号处理电路203。低噪声放大器电路224是接收放大器电路，其放大经由天线器件202、开关225和双工器201B发送的射频信号(这里是射频接收信号)并且将得到的信号输出到RF信号处理电路203。
功率放大器电路234a和234b是发射放大器电路，其放大已经从RF信号处理电路203输出的射频信号(这里是射频发射信号)，并且将得到的信号经由双工器201A和开关225输出到天线器件202。功率放大器电路244a和244b是发射放大器电路，其放大已经从RF信号处理电路203输出的射频信号(这里是射频发射信号)，并且将得到的信号经由双工器201B和开关225输出到天线器件202。
RF信号处理电路203例如通过下变频对通过接收信号路径从天线器件202接收到的射频接收信号执行信号处理，并输出通过该信号处理产生的接收信号。RF信号处理电路203例如通过上变频对输入的发送信号执行信号处理，并将通过该信号处理产生的射频发送信号输出到功率放大器电路234a、234b、244a和244b。RF信号处理电路203例如是RFIC。通信器件可以包括基带(BB)IC。在这种情况下，BBIC对已经由RFIC处理的接收信号执行信号处理。BBIC对发送信号执行信号处理，并将得到的信号输出到RFIC。已经由BBIC处理的接收信号和要由BBIC进行信号处理的发送信号是例如图像信号和音频信号。
射频前端电路230可以不包括双工器201A和201B，而是包括根据双工器201A和201B的变型例的双工器。
与此相比，通信器件240中的滤波器231和232在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和244b的情况下，连接在RF信号处理电路203和开关225之间。类似于双工器201A和201B，滤波器231和232也经由开关225连接到天线器件202。
具有上述结构的射频前端电路230和通信器件240包括作为根据本发明实施例的弹性波器件的弹性波谐振器、滤波器、双工器和具有三个或更多个滤波器的多路复用器。因此，可以使相对带宽更宽，并且不易发生频率的波动。
如上所述，通过实施例及其变型例描述了根据本发明实施例的弹性波器件、射频前端电路和通信器件。本发明包括通过将实施例和变型例中的任何组件彼此组合所实现的不同实施例、通过在不脱离本发明主旨的情况下对上述实施例进行本领域技术人员想到的各种改变而获得的变型例、以及其中包含有根据本发明实施例的射频前端电路和通信器件的各种设备。
本发明可以作为弹性波谐振器、滤波器、双工器、适用于多频带系统的多路复用器、前端电路和通信器件，广泛用于诸如蜂窝电话之类的通信设备中。
虽然上面已经描述了本发明的优选实施例，但是应该理解，在不脱离本发明的范围和精神的情况下，对于本领域技术人员来说，变化和修改是显而易见的。因此，本发明的范围仅由所附权利要求确定。
Claims (10)
1.一种弹性波器件，包括：
压电材料层；
设置在所述压电材料层上的IDT电极；以及
覆盖所述IDT电极的至少一部分的介电膜，
其中，所述IDT电极包括第一电极层以及层叠在所述第一电极层上的第二电极层，
所述第一电极层的波长归一化膜厚和所述第二电极层的波长归一化膜厚等于或大于1.25％，所述第一电极层的波长归一化膜厚和所述第二电极层的波长归一化膜厚通过使用由所述IDT电极的电极指间距所限定的波长来归一化，
所述第二电极层的密度低于所述第一电极层的密度，并且
所述第二电极层的侧面相对于所述IDT电极的厚度方向倾斜，
所述IDT电极还包括粘合剂层以及扩散防止层之中的至少一者，
所述粘合剂层设置在所述压电材料层和所述第一电极层之间，波长归一化膜厚小于1.25％，并且侧面相对于所述IDT电极的厚度方向倾斜，
所述扩散防止层设置在所述第一电极层和所述第二电极层之间，波长归一化膜厚小于1.25％，并且侧面相对于所述IDT电极的厚度方向倾斜。
2.根据权利要求1所述的弹性波器件，
其中，所述第一电极层的侧面相对于所述厚度方向倾斜。
3.根据权利要求1所述的弹性波器件，
其中，所述第一电极层的侧面与所述厚度方向平行地延伸。
4.根据权利要求2所述的弹性波器件，其中，
所述第二电极层是A1层，
将瑞利波用作主模式，并且
Fr、Fsh、θ和TAl的组合是表1所述的组合，
其中Fr表示所述瑞利波的谐振频率，Fsh表示SH波的谐振频率，θ表示所述第一电极层和所述第二电极层相对于所述厚度方向的倾斜角度，并且TAl表示所述第二电极层的波长归一化膜厚，
表1
5.根据权利要求2所述的弹性波器件，
其中，所述第一电极层是Pt层，
所述第二电极层是Al层，
将瑞利波用作主模式，并且
θ、TPt和TAl的组合是表2所述的组合，其中θ表示所述第一电极层和所述第二电极层相对于所述厚度方向的倾斜角度，TPt表示所述第一电极层的波长归一化膜厚，并且TAl表示所述第二电极层的波长归一化膜厚，
表2
6.根据权利要求2所述的弹性波器件，
其中，所述第一电极层是Pt层，
所述第二电极层是Cu层，
将瑞利波用作主模式，并且
θ、TPt和TCu的组合是表3所述的组合，其中θ表示所述第一电极层和所述第二电极层相对于所述厚度方向的倾斜角度，TPt表示所述第一电极层的波长归一化膜厚，并且TCu表示所述第二电极层的波长归一化膜厚，
表3
7.根据权利要求2所述的弹性波器件，
其中，所述第一电极层是Mo层，
所述第二电极层是Al层，
将瑞利波用作主模式，并且
θ≤2.2×TAl+12.1，其中θ表示所述第一电极层和所述第二电极层相对于所述厚度方向的倾斜角度，并且TAl表示所述第二电极层的波长归一化膜厚。
8.根据权利要求7所述的弹性波器件，
其中，所述第二电极层的波长归一化膜厚TAl等于或大于2％。
9.一种射频前端电路，包括：
根据权利要求1至8中任一项所述的弹性波器件；以及
功率放大器。
10.一种通信器件，包括：
根据权利要求9所述的射频前端电路；以及
RF信号处理电路。
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