CN110024287A - 弹性波装置、高频前端电路以及通信装置 - Google Patents

弹性波装置、高频前端电路以及通信装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种低损耗、频率温度特性优异、不易产生由高阶模造成的杂散、且能够抑制IMD的劣化的弹性波装置。弹性波装置(1)具备：压电基板(2)；IDT电极(3)，设置在压电基板(2)上；以及氧化硅膜(6)，在压电基板(2)上设置为覆盖IDT电极(3)，IDT电极(3)具有第一电极层和层叠在第一电极层上的第二电极层，第一电极层由密度比构成第二电极层的金属以及构成氧化硅膜(6)的氧化硅高的金属或合金构成，压电基板2由LiNbO3构成，在压电基板2的欧拉角(0°±5°，θ，0°±10°)中，θ处于8°以上且32°以下的范围内，氧化硅膜(6)含有氢原子、羟基或硅烷醇基。

Description

弹性波装置、高频前端电路以及通信装置
技术领域
本发明涉及用于谐振器、高频滤波器等的弹性波装置、使用了该弹性波装置的高频前端电路以及通信装置。
背景技术
以往，作为谐振器、高频滤波器而广泛使用弹性波装置。
在下述的专利文献1、2公开了在LiNbO3基板上设置有IDT电极的弹性波装置。在专利文献1、2中，设置有SiO2膜，使得覆盖上述IDT电极。通过上述SiO2膜，能够改善频率温度特性。此外，在专利文献1中，上述IDT电极由密度比Al大的金属形成。另一方面，在专利文献2中，作为上述IDT电极，记载了在Pt膜上层叠有Al膜的层叠金属膜。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：WO2005/034347A1
专利文献2：日本特开2013-145930号公报
发明内容
发明要解决的课题
然而，在像专利文献1那样使用了单层构造的IDT电极的情况下，有时电极指电阻变大，从而损耗变大。另一方面，在像专利文献2那样由层叠金属膜形成的IDT电极中，存在得不到充分的频率温度特性的情况。此外，在为了改善频率温度特性而设置了SiO2膜的情况下，有时产生由高阶模造成的杂散。进而，若要将这些特性全部改善，则有时IMD(交调失真)会劣化。
本发明的目的在于，提供一种低损耗、频率温度特性优异、不易产生由高阶模造成的杂散、且能够抑制IMD的劣化的弹性波装置、使用了该弹性波装置的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：压电基板；IDT电极，设置在所述压电基板上；以及氧化硅膜，在所述压电基板上设置为覆盖所述IDT电极，所述IDT电极具有第一电极层和层叠在该第一电极层上的第二电极层，所述第一电极层由密度比构成所述第二电极层的金属以及构成所述氧化硅膜的氧化硅高的金属或合金构成，所述压电基板由LiNbO3构成，在所述压电基板的欧拉角(0°±5°，θ，0°±10°)中，θ处于8°以上且32°以下的范围内，所述氧化硅膜含有氢原子、羟基或硅烷醇基。
在本发明涉及的弹性波装置的某个特定的方面中，所述弹性波装置利用瑞利波，所述第一电极层的厚度被设为SH波的声速变得比所述瑞利波的声速慢的厚度。在该情况下，能够抑制通带附近的无用波。
在本发明涉及的弹性波装置的另一个特定的方面中，所述第一电极层是从由Pt、W、Mo、Ta、Au、Cu以及以这些金属为主成分的合金构成的组选择的至少一种。
在本发明涉及的弹性波装置的另一个特定的方面中，在将由所述IDT电极的电极指间距确定的波长设为λ时，所述第一电极层的厚度与下述表1所示的所述第一电极层的材料相应地被设为下述表1所示的厚度。在该情况下，能够更进一步抑制通带附近的无用波。
[表1]
第一电极层的材料 第一电极层的厚度
Pt或以Pt为主成分的合金 0.047λ以上
W或以W为主成分的合金 0.062λ以上
Mo或以Mo为主成分的合金 0.144λ以上
Ta或以Ta为主成分的合金 0.074λ以上
Au或以Au为主成分的合金 0.042λ以上
Cu或以Cu为主成分的合金 0.136λ以上
在本发明涉及的弹性波装置的又一个特定的方面中，所述第二电极层由Al、Cu或以Al或Cu为主成分的合金构成。在该情况下，能够减小电极指的电阻，能够更进一步设为低损耗。
在本发明涉及的弹性波装置的又一个特定的方面中，在将由所述IDT电极的电极指间距确定的波长设为λ时，所述第二电极层的厚度为0.0175λ以上。在该情况下，能够减小电极指的电阻，能够更进一步设为低损耗。
在本发明涉及的弹性波装置的又一个特定的方面中，在将由所述IDT电极的电极指间距确定的波长设为λ时，所述氧化硅膜的厚度为0.30λ以上。在该情况下，能够更进一步改善频率温度特性。
在本发明涉及的弹性波装置的又一个特定的方面中，所述IDT电极的占空比为0.48以上。在该情况下，能够更进一步抑制由高阶模造成的杂散。
在本发明涉及的弹性波装置的又一个特定的方面中，所述IDT电极的占空比为0.55以上。在该情况下，能够更进一步抑制由高阶模造成的杂散。
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，能够提供一种低损耗、频率温度特性优异、不易产生由高阶模造成的杂散、且能够抑制IMD的劣化的弹性波装置。
附图说明
图1的(a)是本发明的一个实施方式涉及的弹性波装置的示意性主视剖视图，图1的(b)是示出其电极构造的示意性俯视图。
图2是将本发明的一个实施方式涉及的弹性波装置的电极部放大的示意性主视剖视图。
图3是示出在Pt膜上层叠有Al膜的层叠金属膜中Al膜的膜厚与表面电阻的关系的图。
图4是示出作为第二电极层的Al膜的膜厚与频率温度系数(TCF)的关系的图。
图5是示出作为氧化硅膜的SiO2膜的膜厚与频率温度系数(TCF)的关系的图。
图6的(a)是示出SiO2的膜厚为0.26λ时的阻抗特性的图，图6的(b)是示出其相位特性的图。
图7的(a)是示出SiO2的膜厚为0.30λ时的阻抗特性的图，图7的(b)是示出其相位特性的图。
图8的(a)是示出SiO2的膜厚为0.34λ时的阻抗特性的图，图8的(b)是示出其相位特性的图。
图9的(a)是示出SiO2的膜厚为0.38λ时的阻抗特性的图，图9的(b)是示出其相位特性的图。
图10是示出SiO2膜的膜厚与高阶模的最大相位的关系的图。
图11的(a)是示出在欧拉角(0°，θ，0°)中θ＝24°时的阻抗特性的图，图11的(b)是示出其相位特性的图。
图12的(a)是示出在欧拉角(0°，θ，0°)中θ＝28°时的阻抗特性的图，图12的(b)是示出其相位特性的图。
图13的(a)是示出在欧拉角(0°，θ，0°)中θ＝32°时的阻抗特性的图，图13的(b)是示出其相位特性的图。
图14的(a)是示出在欧拉角(0°，θ，0°)中θ＝36°时的阻抗特性的图，图14的(b)是示出其相位特性的图。
图15的(a)是示出在欧拉角(0°，θ，0°)中θ＝38°时的阻抗特性的图，图15的(b)是示出其相位特性的图。
图16是示出在欧拉角(0°，θ，0°)中θ与高阶模的最大相位的关系的图。
图17的(a)～图17的(c)是示出Pt膜的膜厚分别为0.015λ、0.025λ、0.035λ时的欧拉角(0°，θ，0°)中的θ与SH波的相对带宽的关系的图。
图18的(a)～图18的(c)是示出Pt膜的膜厚分别为0.055λ、0.065λ、0.075λ时的欧拉角(0°，θ，0°)中的θ与SH波的相对带宽的关系的图。
图19是示出Pt膜的膜厚与瑞利波以及SH波的声速的关系的图。
图20的(a)是示出在实验例中制作的弹性波装置的阻抗特性的图，图20的(b)是示出其相位特性的图。
图21是示出W膜的膜厚与瑞利波以及SH波的声速的关系的图。
图22是示出Mo膜的膜厚与瑞利波以及SH波的声速的关系的图。
图23是示出Ta膜的膜厚与瑞利波以及SH波的声速的关系的图。
图24是示出Au膜的膜厚与瑞利波以及SH波的声速的关系的图。
图25是示出Cu膜的膜厚与瑞利波以及SH波的声速的关系的图。
图26的(a)是示出占空比为0.50时的阻抗特性的图，图26的(b)是示出其相位特性的图。
图27的(a)是示出占空比为0.60时的阻抗特性的图，图27的(b)是示出其相位特性的图。
图28的(a)是示出占空比为0.70时的阻抗特性的图，图28的(b)是示出其相位特性的图。
图29是示出IDT电极的占空比与高阶模的最大相位的关系的图。
图30是示出本发明的一个实施方式涉及的弹性波装置的IMD特性的图。
图31是本发明涉及的通信装置以及高频前端电路的结构图。
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，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。
(弹性波装置)
图1的(a)是本发明的一个实施方式涉及的弹性波装置的示意性主视剖视图，图1的(b)是示出其电极构造的示意性俯视图。图2是将本发明的一个实施方式涉及的弹性波装置的电极部放大的示意性主视剖视图。
弹性波装置1具有压电基板2。压电基板2具有主面2a。压电基板2由LiNbO3构成。在压电基板2的欧拉角(0°±5°，θ，0°±10°)中，θ处于8°以上且32°以下的范围内。因此，在弹性波装置1中，如后所述，能够更进一步抑制由高阶模造成的杂散的产生。
另外，压电基板2是至少在表面具有压电性的基板。例如，也可以在表面具备压电薄膜，并由声速与该压电薄膜不同的膜、以及支承基板等的层叠体构成。此外，压电基板2也可以在基板整体具有压电性。在该情况下，压电基板2由一层压电体层构成。
上述θ优选为30°以下，更优选为28°以下，进一步优选为12°以上且26°以下。在该情况下，能够更进一步抑制由高阶模造成的杂散的产生。
在压电基板2的主面2a上设置有IDT电极3。弹性波装置1作为由IDT电极3激励的弹性波而利用瑞利波作为主模。另外，在本说明书中，如图1的(b)所示，将由上述IDT电极3的电极指间距确定的作为纵模的基波的声表面波的波长设为λ。
更具体地，在压电基板2上形成有图1的(b)所示的电极构造。即，形成有IDT电极3和配置在IDT电极3的弹性波传播方向两侧的反射器4、5。由此，构成单端口型弹性波谐振器。不过，本发明中的包含IDT电极的电极构造并没有特别限定。也可以将多个谐振器组合而构成滤波器。作为这样的滤波器，可列举梯型滤波器、纵向耦合谐振器型滤波器、栅格型滤波器等。
IDT电极3具有第一汇流条、第二汇流条和多根第一电极指、第二电极指。多根第一电极指、第二电极指在与弹性波传播方向正交的方向上延伸。多根第一电极指和多根第二电极指彼此相互交替插入。此外，多根第一电极指与第一汇流条连接，多根第二电极指与第二汇流条连接。
如图2所示，IDT电极3具有第一电极层3a以及第二电极层3b。在第一电极层3a上层叠有第二电极层3b。第一电极层3a由密度比构成第二电极层3b的金属以及构成氧化硅膜6的氧化硅高的金属或合金构成。
第一电极层3a由Pt、W、Mo、Ta、Au、Cu等金属或合金构成。第一电极层3a优选由Pt或以Pt为主成分的合金构成。
第一电极层3a的厚度优选与下述表2所示的第一电极层3a的材料相应地设为下述的表2所示的厚度。
[表2]
第一电极层的材料 第一电极层的厚度
Pt或以Pt为主成分的合金 0.047λ以上
W或以W为主成分的合金 0.062λ以上
Mo或以Mo为主成分的合金 0.144λ以上
Ta或以Ta为主成分的合金 0.074λ以上
Au或以Au为主成分的合金 0.042λ以上
Cu或以Cu为主成分的合金 0.136λ以上
第二电极层3b由Al或以Al为主成分的合金构成。从减小电极指的电阻并更进一步设为低损耗的观点出发，第二电极层3b优选由电阻比第一电极层3a低的金属或合金构成。因此，第二电极层3b优选由Al、Cu、或以Al或Cu为主成分的合金构成。另外，在本说明书中，所谓主成分，是指包含50重量％以上的成分。
从减小电极指的电阻并更进一步设为低损耗的观点出发，第二电极层3b的膜厚优选为0.0175λ以上。此外，第二电极层3b的膜厚最好设为0.2λ以下。
IDT电极3也可以是除了第一电极层3a以及第二电极层3b以外进一步层叠有其它金属的层叠金属膜。作为上述其它金属，没有特别限定，可列举Ti、NiCr、Cr等金属或合金。由Ti、NiCr、Cr等构成的金属膜优选为提高第一电极层3a和第二电极层3b的接合力的密接层。
此外，IDT电极3例如能够通过蒸镀剥离法等形成。
在压电基板2的主面2a上，设置有氧化硅膜6，使得覆盖IDT电极3。氧化硅膜6由氧化硅构成。从更进一步改善频率温度特性的观点出发，构成氧化硅膜6的材料优选为SiO2。
此外，在本发明中，氧化硅膜6含有氢原子、羟基或硅烷醇基。在弹性波装置1中，因为氧化硅膜6含有氢原子、羟基或硅烷醇基，所以能够抑制IMD(交调失真)的劣化。
氧化硅膜6例如能够通过溅射而成膜在形成有IDT电极3的压电基板2的主面2a上。另外，在基于溅射的成膜中，通过用气化器使水(H2O)气化并与溅射气体混合，从而能够在氧化硅膜6中导入氢原子、羟基或硅烷醇基。此外，例如通过使用质量流控制器等对水(H2O)的气化量进行流量控制，从而能够调整氧化硅膜6中的氢原子、羟基或硅烷醇基的含量。另外，水(H2O)的气化量也可以通过其它方法进行控制。
作为使水(H2O)气化而进行混合的溅射气体，例如能够使用Ar、O2或它们的混合气体。溅射压力例如能够设为0.03Pa以上且1.50Pa以下。此外，基板加热温度例如能够设为100℃以上且300℃以下。
在弹性波装置1中，如上所述，压电基板2由LiNbO3构成，在压电基板2的欧拉角(0°±5°，θ，0°±10°)中，θ处于32°以下的范围内。此外，IDT电极3由将密度高的第一电极层3a作为下层的层叠金属膜构成。进而，设置有氧化硅膜6，使得覆盖IDT电极3。因此，弹性波装置1为低损耗，频率温度特性优异，且不易产生由高阶模造成的杂散。
此外，在弹性波装置1中，因为氧化硅膜6含有氢原子、羟基或硅烷醇基，所以能够抑制MD(交调失真)的劣化。
为了确认本实施方式的弹性波装置1能够抑制IMD的劣化，设计了如下的弹性波谐振器。
压电基板2：LiNbO3基板、欧拉角为(0°，30，0°)
第一电极层3a：Pt膜、膜厚为0.085λ
第二电极层3b：Al膜、膜厚为0.082λ
IDT电极3：占空比为0.5
氧化硅膜6：含有SiOH基的SiO2膜、膜厚为0.40λ
弹性波：主模为瑞利波
另外，关于氧化硅膜6，在压电基板2上形成了IDT电极3之后，通过溅射进行了成膜。具体地，一边使用质量流控制器控制流量一边向Ar和O2的混合气体添加了使用气化器从液体气化为气体的水(H2O)。此外，溅射压力设为0.5Pa，基板加热温度设为220℃。将结果示于图30。
图30是示出本发明的一个实施方式涉及的弹性波装置1的IMD特性的图。另外，在图30中，用虚线示出使用含有氢原子、羟基或硅烷醇基的氧化硅膜6设计了弹性波谐振器时的IMD特性。此外，用实线示出使用不含有氢原子、羟基或硅烷醇基的氧化硅膜6设计了弹性波谐振器时的IMD特性。根据图30可知，通过使用含有氢原子、羟基或硅烷醇基的氧化硅膜6，从而改善了IMD特性。
另外，关于本实施方式的弹性波装置1为低损耗且不易产生由高阶模造成的杂散的情况，能够参照图3～图29像以下那样进行说明。
图3是示出在Pt膜上层叠有Al膜的层叠金属膜中Al膜的膜厚与表面电阻的关系的图。根据图3可知，伴随着Al膜的膜厚的增加，表面电阻变小。另外，在Al膜的膜厚为70nm(在λ＝2.0μm的情况下为0.035λ，在λ＝4.0μm的情况下为0.0175λ)时，表面电阻为0.5(Ω/sq.)，在Al膜的膜厚为175nm(在λ＝2.0μm的情况下为0.0875λ，在λ＝4.0μm的情况下为0.04375λ)时，表面电阻为0.2(Ω/sq.)。此外，在Al膜的膜厚为350nm(在λ＝2.0μm的情况下为0.175λ，在λ＝4.0μm的情况下为0.0875λ)时，表面电阻为0.1(Ω/sq.)。
在将这样的层叠金属膜用于弹性波装置1那样的器件的情况下，从减小器件的损耗的观点出发，最好使表面电阻充分小。具体地，表面电阻优选为0.5(Ω/sq.)以下，更优选为0.2(Ω2/sq.)以下，进一步优选为0.1(Ω/sq.)以下。因此，上述层叠金属膜中的Al膜的膜厚优选为70nm以上，更优选为175nm以上，进一步优选为350nm以上。另外，从抑制后述的频率温度特性的劣化的观点出发，上述层叠金属膜中的Al膜的膜厚最好设为0.2λ以下。
图4是示出作为第二电极层的Al膜的膜厚与频率温度系数(TCF)的关系的图。另外，图4是在图1以及图2所示的构造中使用了像以下那样设计的弹性波谐振器时的结果。
压电基板2：LiNbO3基板、欧拉角为(0°，38°，0°)
第一电极层3a：Pt膜、膜厚为0.02λ
第二电极层3b：Al膜
IDT电极3：占空比为0.50
氧化硅膜6：SiO2膜、膜厚为0.3λ
弹性波：主模为瑞利波
根据图4可知，Al膜的膜厚越大，TCF越劣化。具体地，波长λ为2.0μm(相当于频率为1.8GHz)时的相对于Al膜的膜厚的TCF的劣化量(ΔTCF)成为像下述的表3那样。此外，波长λ为4.0μm(相当于频率为900MHz)时的Al膜的膜厚和TCF的劣化量(ΔTCF)成为像下述的表4那样。
图5是示出氧化硅(SiO2)膜的膜厚与频率温度系数(TCF)的关系的图。另外，图5是在图1以及图2所示的构造中使用了像以下那样设计的弹性波谐振器时的结果。
压电基板2：LiNbO3基板、欧拉角为(0°，38°，0°)
第一电极层3a：Pt膜、膜厚为0.02λ
第二电极层3b：Al膜、膜厚为0.10λ
IDT电极3：占空比为0.50
氧化硅膜6：SiO2膜
弹性波：主模为瑞利波
如图5所示，可知随着将SiO2膜的膜厚增厚，改善了TCF。另外，根据该关系，求出了对与Al膜的附加相伴的TCF的劣化的量进行补偿所需的SiO2膜的膜厚的增加的量(ΔSiO2)。将结果示于下述的表3以及表4。表3是波长λ＝2.0μm(相当于频率为1.8GHz)的情况下的结果，表4是波长λ＝4.0μun(相当于频率为900MHz)的情况下的结果。
[表3]
[表4]
在为了改善表面电阻而设置了Al膜的情况下，为了得到充分的表面电阻值，会伴随着10ppm/℃以上且20ppm/℃以下程度的TCF的劣化。为了补偿该TCF的劣化，需要将SiO2膜的膜厚按波长比增厚0.05λ以上且0.10λ以下程度。
在图6～图9中，对于每个图，在使SiO2膜的膜厚变化时，(a)是示出使由频率与波长之积表示的声速变化时的阻抗的大小的图，(b)是示出其相位特性的图。另外，在图6～图9中，用波长对SiO2膜的膜厚进行了归一化的值依次分别为0.26λ、0.30λ、0.34λ、0.38λ。此外，图6～图9是在图1以及图2所示的构造中使用了像以下那样设计的弹性波谐振器时的结果。
压电基板2：LiNbO3基板、欧拉角为(0°，38°，0°)
第一电极层3a：Pt膜、膜厚为0.02λ
第二电极层3b：Al膜、膜厚为0.10λ
IDT电极3：占空比为0.50
氧化硅膜6：SiO2膜
弹性波：主模为瑞利波
根据图6～图9可知，随着将SiO2膜的膜厚增厚，声速4700m/s附近的高阶模的杂散变大。另外，为了抑制由该高阶模的影响造成的器件整体的特性的劣化，需要使高阶模的最大相位为-25°以下。
图10是示出SiO2膜的膜厚与高阶模的最大相位的关系的图。另外，图10是使用了与图6～图9相同的设计的弹性波谐振器时的结果。
如图10所示，可知若将SiO2的膜厚设为0.30λ以上，则高阶模的最大相位变得大于-25°。因此，若为了补偿由Al膜的附加造成的TCF的劣化而将SiO2膜设为0.30λ以上，则高阶模变大，带外特性将劣化。因此，以往未能得到将低损耗、TCF的改善以及良好的带外特性全部满足的弹性波装置。
在图11～图15中，(a)是示出在压电基板的欧拉角(0°，θ，0°)中使θ变化时的阻抗特性的图，(b)是示出其相位特性的图。另外，在图11～图15中，θ依次分别为24°、28°、32°、36°、38°。此外，图11～图15是在图1以及图2所示的构造中使用了像以下那样设计的弹性波谐振器时的结果。电极层以及氧化硅膜的膜厚用波长λ进行归一化而示出。
压电基板2：LiNbO3基板、欧拉角为(0°，θ，0°)
第一电极层3a：Pt膜、膜厚为0.02λ
第二电极层3b：Al膜、膜厚为0.10λ
IDT电极3：占空比为0.50
氧化硅膜6：SiO2膜、膜厚为0.40λ
弹性波：主模为瑞利波
根据图11～图15可知，随着减小θ，高阶模的杂散变小。
此外，图16是示出在欧拉角(0°，θ，0°)中θ与高阶模的最大相位的关系的图。另外，图16是使用了与图11～图15相同的设计的弹性波谐振器时的结果。根据图16可知，在θ为8°以上且32°以下时，高阶模的最大相位成为-25°以下。即，可知在θ为8°以上且32°以下时，即使SiO2膜的膜厚厚至0.40λ，也能够充分地抑制高阶模的杂散的产生。优选地，欧拉角的θ最好为12°以上且26°以下，在该情况下，能够更进一步抑制高阶模的杂散。
像这样，除了本实施方式的上述结构以外，通过在欧拉角(0°，θ，0°)中将θ设为8°以上且32°以下，从而也能够得到将低损耗、TCF的改善以及良好的带外特性全部满足的弹性波装置。
不过，根据图11～图15可知，随着减小θ，在主要的谐振附近(声速：3700m/s附近)产生大的杂散。这是由于除了作为主模的瑞利波以外还激励了成为无用波的SH波而造成的杂散。该杂散能够通过减小SH波的机电耦合系数来抑制。
图17的(a)～图17的(c)以及图18的(a)～图18的(c)是示出使Pt膜的膜厚变化时的欧拉角(0°，θ，0°)中的θ与SH波的相对带宽的关系的图。另外，在图17的(a)～图17的(c)以及图18的(a)～图18的(c)中，Pt膜的膜厚依次分别为0.015λ、0.025λ、0.035λ、0.055λ、0.065λ、0.075λ。此外，图17以及图18是在图1以及图2所示的构造中使用了像以下那样设计的弹性波谐振器时的结果。
压电基板2：LiNbO3基板、欧拉角为(0°，θ，0°)
第一电极层3a：Pt膜
第二电极层3b：Al膜、膜厚为0.10λ
IDT电极3：占空比为0.50
氧化硅膜6：SiO2膜、膜厚为0.35λ
弹性波：主模为瑞利波
另外，相对带宽(％)通过相对带宽(％)＝{(反谐振频率-谐振频率)/谐振频率}×100求出。相对带宽(％)与机电耦合系数(K2)处于比例关系。
根据图17的(a)～图17的(c)可知，若Pt膜的膜厚为0.015λ～0.035λ的范围，则随着Pt膜的膜厚变厚，SH波的机电耦合系数成为极小值的θ变大。另一方面，根据图18的(a)可知，在Pt膜的膜厚为0.055λ时，SH波的机电耦合系数成为极小值的θ变小为27°。此外，根据图18的(b)可知，在Pt膜的膜厚为0.065λ时，θ为29°。此外，根据图18的(c)可知，在Pt膜的膜厚为0.075λ时，θ为30°。
因此，可知为了将能够充分地抑制上述高阶模的杂散的欧拉角θ设为32°以下，需要至少使Pt膜的膜厚大于0.035λ。
另外，关于Pt膜的膜厚为0.035λ～0.055λ之间时SH波的机电耦合系数的极小值大幅变化的理由，能够使用图19进行说明。
图19是示出Pt膜的膜厚与瑞利波以及SH波的声速的关系的图。图中，实线示出作为主模的瑞利波的结果，虚线示出成为无用波的SH波的结果。此外，纵轴示出声速(Vsaw)(图21～图25也设为相同)。另外，图19是在图1以及图2所示的构造中使用了像以下那样设计的弹性波谐振器时的结果。
压电基板2：LiNbO3基板、欧拉角为(0°，28°，0°)
第一电极层3a：Pt膜
第二电极层3b：Al膜、膜厚为0.10λ
IDT电极3：占空比为0.60
氧化硅膜6：SiO2膜、膜厚为0.35λ
弹性波：主模为瑞利波
根据图19可知，在Pt膜的膜厚小于0.047λ时，瑞利波的声速<SH波的声速。另一方面，可知若为0.047λ以上，则成为SH波的声速<瑞利波的声速。据此可知，以Pt膜的膜厚为0.047λ时为界，SH波与瑞利波的声速关系变化，其结果是，SH波的机电耦合系数成为极小值的θ降低。即，在Pt膜的膜厚为0.047λ以上时，能够将θ设为32°以下，且能够使SH波的机电耦合系数极小。
因此，在本发明中，第一电极层3a的膜厚优选设为SH波的声速变得比瑞利波的声速低的那样的厚度。具体地，在作为第一电极层3a而使用Pt膜的情况下，优选Pt膜的膜厚为0.047λ以上。在该情况下，能够减小SH波的机电耦合系数，能够抑制通带附近(声速：3700m/s附近)的无用波的产生。另外，若电极的合计厚度变厚，则电极的纵横比变大，变得难以形成，因此包含Al的电极的合计膜厚最好为0.25以下。
图21是示出W膜的膜厚与瑞利波以及SH波的声速的关系的图。图中，实线示出作为主模的瑞利波的结果，虚线示出成为无用波的SH波的结果。另外，图21是使用了除了作为第一电极层3a而以给定的厚度形成了W膜以外与图19同样地设计的弹性波谐振器时的结果。
根据图21可知，在使用W膜的情况下，以W膜的膜厚为0.062λ时为界，瑞利波的声速和SH波的声速反转。因此，在使用W膜的情况下，在W膜的膜厚为0.062λ以上时，能够将欧拉角θ设为32°以下，且能够使机电耦合系数极小。
因此，在作为第一电极层3a而使用W膜的情况下，优选W膜的膜厚为0.062λ以上。在该情况下，能够减小SH波的机电耦合系数，能够抑制通带附近(声速：3700m/s附近)的无用波的产生。
图22是示出Mo膜的膜厚与瑞利波以及SH波的声速的关系的图。图中，实线示出作为主模的瑞利波的结果，虚线示出成为无用波的SH波的结果。另外，图22是使用了除了作为第一电极层3a而以给定的厚度形成了Mo膜以外与图19同样地设计的弹性波谐振器时的结果。
根据图22可知，在使用Mo膜的情况下，以Mo膜的膜厚为0.144λ时为界，瑞利波的声速和SH波的声速反转。因此，在使用Mo膜的情况下，在Mo膜的膜厚为0.144λ以上时，能够将欧拉角θ设为32°以下，且能够使机电耦合系数极小。
因此，在作为第一电极层3a而使用Mo膜的情况下，优选Mo膜的膜厚为0.144λ以上。在该情况下，能够减小SH波的机电耦合系数，能够抑制通带附近的无用波的产生。
图23是示出Ta膜的膜厚与瑞利波以及SH波的声速的关系的图。图中，实线示出作为主模的瑞利波的结果，虚线示出成为无用波的SH波的结果。另外，图23是使用了除了作为第一电极层3a而以给定的厚度形成了Ta膜以外与图19同样地设计的弹性波谐振器时的结果。
根据图23可知，在使用Ta膜的情况下，以Ta膜的膜厚为0.074λ时为界，瑞利波的声速和SH波的声速反转。因此，在使用Ta膜的情况下，在Ta膜的膜厚为0.074λ以上时，能够将欧拉角θ设为32°以下，且能够使机电耦合系数极小。
因此，在作为第一电极层3a而使用Ta膜的情况下，优选Ta膜的膜厚为0.074λ以上。在该情况下，能够减小SH波的机电耦合系数，能够抑制通带附近的无用波的产生。
图24是示出Au膜的膜厚与瑞利波以及SH波的声速的关系的图。图中，实线示出作为主模的瑞利波的结果，虚线示出成为无用波的SH波的结果。另外，图24是使用了除了作为第一电极层3a而以给定的厚度形成了Au膜以外与图19同样地设计的弹性波谐振器时的结果。
根据图24可知，在使用Au膜的情况下，以Au膜的膜厚为0.042λ时为界，瑞利波的声速和SH波的声速反转。因此，在使用Au膜的情况下，在Au膜的膜厚为0.042λ以上时，能够将欧拉角θ设为32°以下，且能够使机电耦合系数极小。
因此，在作为第一电极层3a而使用Au膜的情况下，优选Au膜的膜厚为0.042λ以上。在该情况下，能够减小SH波的机电耦合系数，能够抑制通带附近的无用波的产生。
图25是示出Cu膜的膜厚与瑞利波以及SH波的声速的关系的图。图中，实线示出作为主模的瑞利波的结果，虚线示出成为无用波的SH波的结果。另外，图25是使用了除了作为第一电极层3a而以给定的厚度形成了Cu膜以外与图19同样地设计的弹性波谐振器时的结果。
根据图25可知，在使用Cu膜的情况下，以Cu膜的膜厚为0.136λ时为界，瑞利波的声速和SH波的声速反转。因此，在使用Cu膜的情况下，在Cu膜的膜厚为0.136λ以上时，能够将欧拉角θ设为32°以下，且能够使机电耦合系数极小。
因此，在作为第一电极层3a而使用Cu膜的情况下，优选Cu膜的膜厚为0.136λ以上。在该情况下，能够减小SH波的机电耦合系数，能够抑制通带附近的无用波的产生。
在图26～图28中，(a)是示出使占空比变化时的阻抗特性的图，(b)是示出其相位特性的图。另外，在图26～图28中，是占空比依次分别为0.50、0.60以及0.70时的结果。此外，图26～图28是在图1以及图2所示的构造中使用了像以下那样设计的弹性波谐振器时的结果。
压电基板2：LiNbO3基板、欧拉角为(0°，28°，0°)
第一电极层3a：Pt膜、膜厚为0.06λ
第二电极层3b：Al膜、膜厚为0.10λ
氧化硅膜6：SiO2膜、膜厚为0.32λ
弹性波：主模为瑞利波
根据图26～图28可知，占空比越大，越可抑制高阶模的杂散。
图29是示出IDT电极的占空比与高阶模的最大相位的关系的图。另外，图29是使用了与图26～图28相同的设计的弹性波谐振器时的结果。根据图29可知，在占空比为0.48以上时，高阶模的最大相位成为-25°以下。此外，可知若占空比为0.55以上，则高阶模的最大相位成为-60°以下。因此，从更进一步抑制高阶模的杂散的观点出发，IDT电极3的占空比优选为0.48以上，更优选为0.55以上。另外，若占空比变大，则相邻的电极指间的缝隙变小，因此占空比最好为0.80以下。
接着，根据以上，在图1以及图2所示的构造中，设计了以下那样的弹性波谐振器。
压电基板2：LiNbO3基板、欧拉角为(0°，28°，0°)
第一电极层3a：Pt膜、膜厚为0.06λ
第二电极层3b：Al膜、膜厚为0.10λ
IDT电极3：占空比为0.50
氧化硅膜6：SiO2膜、膜厚为0.40λ
弹性波：主模为瑞利波
图20的(a)是示出使用了像上述那样设计的弹性波谐振器的弹性波装置的阻抗特性的图，图20的(b)是示出其相位特性的图。
根据图20的(a)以及图20的(b)可知，在使用了本弹性波谐振器的弹性波装置中，抑制了高阶模以及SH波的杂散。此外，在使用了本弹性波谐振器的弹性波装置中，Al膜的厚度足够厚，因此是低损耗。进而，在使用了本弹性波谐振器的弹性波装置中，TCF为-20.7ppm/℃，TCF也是良好的。
根据以上能够确认，能够制作将低损耗、TCF的改善、且高阶模的杂散抑制以及通带附近的无用波的抑制全部满足的弹性波装置。
另外，虽然图3～图29示出欧拉角为(0°，θ，0°)的结果，但是已确认，在欧拉角为(0°±5°，θ，0°±10°)的范围中，也可得到同样的结果。
此外，为了确认在使用了含有氢原子、羟基或硅烷醇基的氧化硅膜6的情况下也能够更进一步改善频率温度特性，且对于其它特性也可得到同等的结果，设计了以下那样的弹性波谐振器。
压电基板2：LiNbO3基板、欧拉角为(0°，30，0°)
第一电极层3a：Pt膜、膜厚为0.085λ
第二电极层3b：Al膜、膜厚为0.082λ
IDT电极3：占空比为0.50
氧化硅膜6：含有氢原子、羟基或硅烷醇基的SiO2膜、膜厚为0.40λ
弹性波：主模为瑞利波
另外，关于氧化硅膜6，在压电基板2上形成了IDT电极3之后，通过溅射进行了成膜。具体地，一边使用质量流控制器控制流量一边直到腔内的H2O分压成为0.5％～20％为止向Ar和O2的混合气体添加了使用气化器从液体气化为气体的水(H2O)。此外，溅射压力设为0.5Pa，基板加热温度设为220℃。
在设计的弹性波谐振器中，测定了TCF、阻抗Z比、以及相对带宽。将结果示于表5。另外，在表5中，为了进行比较，一并示出使用了不含有氢原子、羟基或硅烷醇基的氧化硅膜6时的结果。
[表5]
根据表5的结果可知，在氧化硅膜6含有氢原子、羟基或硅烷醇基的情况下，也可得到低损耗、频率温度特性优异、不易产生由高阶模造成的杂散的弹性波谐振器。
(高频前端电路、通信装置)
上述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31是通信装置以及高频前端电路的结构图。另外，在同图中，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31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，上述弹性波装置可以是双工器201A、201B，也可以是滤波器211、212、221、222。上述弹性波装置还可以是构成双工器201A、201B、滤波器211、212、221、222的弹性波谐振器。
进而，对于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，也能够应用上述弹性波装置。
即，上述弹性波装置包含弹性波谐振器、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)的控制信号将天线元件202和对应于给定的频段的信号路径连接，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连接的信号路径并不限于一个，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输出的接收放大电路。低噪声放大器电路224是将经由了天线元件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输出的接收放大电路。
功率放大器电路234a、234b是将从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的发送放大电路。功率放大器电路244a、244b是将从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的发送放大电路。
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，并向低噪声放大器电路224输出进行该信号处理而生成的高频发送信号。RF信号处理电路203例如为RFIC。另外，通信装置也可以包含BB(基带)IC。在该情况下，BBIC对由RFIC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。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也可以在上述的各构成要素之间具备其它电路元件。
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连接于天线元件202。
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，从而能够设为低损耗、改善频率温度特性、使得不易产生由高阶模造成的杂散，且能够抑制IMD的劣化。
以上，列举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、内置有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。
本发明能够作为弹性波谐振器、滤波器、能够应用于多频段系统的多工器、前端电路以及通信装置而广泛利用于便携式电话等通信设备。
附图标记说明
1：弹性波装置；
2：压电基板；
2a：主面；
3：IDT电极；
3a、3b：第一电极层、第二电极层；
4、5：反射器；
6：氧化硅膜；
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。

Claims (11)

1.一种弹性波装置，具备：
压电基板；
IDT电极，设置在所述压电基板上；以及
氧化硅膜，在所述压电基板上设置为覆盖所述IDT电极，
所述IDT电极具有：
第一电极层；以及
第二电极层，层叠在该第一电极层上，
所述第一电极层由密度比构成所述第二电极层的金属以及构成所述氧化硅膜的氧化硅高的金属或合金构成，
所述压电基板由LiNbO3构成，在所述压电基板的欧拉角(0°±5°，θ，0°±10°)中，θ处于8°以上且32°以下的范围内，
所述氧化硅膜含有氢原子、羟基或硅烷醇基。
2.根据权利要求1所述的弹性波装置，其中，
所述弹性波装置利用瑞利波，
所述第一电极层的厚度被设为SH波的声速变得比所述瑞利波的声速慢的厚度。
3.根据权利要求1或2所述的弹性波装置，其中，
所述第一电极层是从由Pt、W、Mo、Ta、Au、Cu以及以这些金属为主成分的合金构成的组选择的至少一种。
4.根据权利要求3所述的弹性波装置，其中，
在将由所述IDT电极的电极指间距确定的波长设为λ时，所述第一电极层的厚度与下述表1所示的所述第一电极层的材料相应地被设为下述表1所示的厚度，
[表1]
第一电极层的材料 第一电极层的厚度 Pt或以Pt为主成分的合金 0.047λ以上 W或以W为主成分的合金 0.062λ以上 Mo或以Mo为主成分的合金 0.144λ以上 Ta或以Ta为主成分的合金 0.074λ以上 Au或以Au为主成分的合金 0.042λ以上 Cu或以Cu为主成分的合金 0.136λ以上
。
5.根据权利要求1～4中的任一项所述的弹性波装置，其中，
所述第二电极层由Al、Cu或以Al或Cu为主成分的合金构成。
6.根据权利要求5所述的弹性波装置，其中，
在将由所述IDT电极的电极指间距确定的波长设为λ时，所述第二电极层的厚度为0.0175λ以上。
7.根据权利要求1～6中的任一项所述的弹性波装置，其中，
在将由所述IDT电极的电极指间距确定的波长设为λ时，所述氧化硅膜的厚度为0.30λ以上。
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IDT电极的占空比为0.48以上。
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IDT电极的占空比为0.55以上。
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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