CN110120794B - 弹性波装置、高频前端电路以及通信装置 - Google Patents
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Abstract
一种弹性波装置，利用板波S0模式，具备：支承基板；声反射层，直接或间接地层叠在支承基板上；压电体，直接或间接地层叠在声反射层上；以及IDT电极，直接或间接地设置在压电体上，在声反射层中，在低声阻抗层与高声阻抗层在层叠方向上相邻的部分中的至少一个部分，将用弹性波装置的动作频率处的在低声阻抗层中传播的横波体波的波长的厚度方向上的分量进行了归一化的低声阻抗层的厚度设为T1，将用弹性波装置的动作频率处的在高声阻抗层中传播的横波体波的波长的厚度方向上的分量进行了归一化的高声阻抗层的厚度设为T2，此时，T1+T2为0.40以上且0.60以下，T1/(T1+T2)为0.35以上且0.65以下。
Description
技术领域
本发明涉及利用了板波S0模式的弹性波装置、以及具有该弹性波装置的高频前端电路和通信装置。
背景技术
以往，提出了利用了板波的各种弹性波装置。在下述的专利文献1记载的弹性波装置中，在支承基板上经由声反射层层叠有压电体。在压电体上设置有IDT电极。声反射层具有低声阻抗层和高声阻抗层。通过设置声反射层，从而在压电体传播的板波至少被封闭在压电体内。在专利文献1记载的弹性波装置中，作为上述板波，示出了S0模式、A0模式、A1模式、SH0模式以及SH1模式等。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：WO2017/068827
本发明的发明人们发现，在专利文献1记载的弹性波装置中，在谐振器的情况下，在谐振频率或反谐振频率附近产生杂散，在带通型滤波器的情况下，在通带附近产生杂散。此外，发现有时声反射层中的反射率下降，损耗变大。
发明内容
发明要解决的课题
本发明用于解决由本申请的发明人发现的这些新的问题。本发明的目的在于，提供一种弹性波装置，该弹性波装置是利用了板波S0模式的弹性波装置，其中，在弹性波装置为谐振器的情况下，不易产生谐振频率或反谐振频率附近的杂散，在弹性波装置为滤波器的情况下，不易产生通带附近的杂散，并且该弹性波装置为低损耗。此外，本发明的另一个目的在于，提供一种具有上述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
本发明是使用板波S0模式的弹性波装置，具备：支承基板；声反射层，直接或间接地层叠在所述支承基板上；压电体，直接或间接地层叠在所述声反射层上；以及IDT电极，直接或间接地设置在所述压电体上，所述声反射层具有：至少一层低声阻抗层，声阻抗相对低；以及至少一层高声阻抗层，声阻抗相对高，在所述声反射层中，在所述低声阻抗层与高声阻抗层在层叠方向上相邻的部分中的至少一个部分，将用所述弹性波装置的动作频率处的在所述低声阻抗层中传播的横波体波(bulk wave)的波长的厚度方向上的分量进行了归一化的所述低声阻抗层的厚度设为T1，将用所述弹性波装置的动作频率处的在所述高声阻抗层中传播的横波体波的波长的厚度方向上的分量进行了归一化的所述高声阻抗层的厚度设为T2，此时，T1+T2为0.40以上且0.60以下，T1/(T1+T2)为0.35以上且0.65以下。
在本发明涉及的弹性波装置的某个特定的方面中，所述弹性波装置是弹性波谐振器，所述弹性波装置的动作频率是所述弹性波谐振器的谐振频率。在该情况下，不易产生谐振频率或反谐振频率附近的杂散。
此外，在本发明涉及的弹性波装置的另一个特定的方面中，所述弹性波装置是带通型弹性波滤波器，所述弹性波装置的所述动作频率是所述弹性波滤波器的通带的中心频率。在该情况下，不易产生通带内以及通带附近的杂散。
在本发明涉及的弹性波装置的另一个特定的方面中，所述低声阻抗层设置有多个层。
在本发明涉及的弹性波装置的又一个特定的方面中，所述高声阻抗层设置有多个层。
在本发明涉及的弹性波装置的又一个特定的方面中，多个所述低声阻抗层的声阻抗相等。在该情况下，能够使用相同的材料容易地提供多个低声阻抗层。
在本发明涉及的弹性波装置的又一个特定的方面中，多个所述高声阻抗层的声阻抗相等。在该情况下，能够使用相同的材料容易地提供多个高声阻抗层。
在本发明涉及的弹性波装置的另一个特定的方面中，所述压电体是铌酸锂。在该情况下，能够增大S0模式的机电耦合系数。
在本发明涉及的弹性波装置的又一个特定的方面中，所述压电体的欧拉角为(0°±5°的范围内，0°～150°，90°±10°的范围内)、(30°±5°的范围内，90°±10°的范围内，35°～180°)或(30°±5°的范围内，90°±10°的范围内，0°～5°)。在该情况下，能够提高板波S0模式的机电耦合系数，能够谋求更进一步的低损耗化。
本发明涉及的高频前端电路具备：弹性波滤波器，具有按照本发明构成的弹性波装置；以及功率放大器，与所述弹性波滤波器连接。
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，能够提供一种弹性波装置，该弹性波装置利用了板波S0模式，在谐振器的情况下，不易产生谐振频率或反谐振频率附近的杂散，在滤波器的情况下，不易产生通带内以及通带附近的杂散，并且该弹性波装置为低损耗。
附图说明
图1(a)是示出本发明的第一实施方式涉及的弹性波装置的主要部分的部分主视剖视图，图1(b)是该弹性波装置的示意性俯视图。
图2的(a)～(f)是用于说明板波A0模式、SH0模式、S0模式、SH1模式、A1模式以及S1模式的位移方向的各示意图。
图3是示出实验例1的弹性波装置的阻抗特性的图。
图4是示出实验例1的弹性波装置的相位特性的图。
图5是用于说明实验例1的弹性波装置中的弹性波的反射的机制的示意图。
图6是用于说明弹性波的厚度方向分量以及平行于主面的方向上的分量与弹性波的传播方向的关系的示意图。
图7是示出实验例2中的编号1的弹性波装置的阻抗特性的图。
图8是示出实验例2中的编号2的弹性波装置的阻抗特性的图。
图9是示出实验例2中的编号4的弹性波装置的阻抗特性的图。
图10是示出实验例2中的编号5的弹性波装置的阻抗特性的图。
图11是用于说明实验例3中的弹性波装置的声反射层的主视剖视图。
图12是示出实验例3中的、T1以及T2为0.25且T1/(T1+T2)＝0.50的情况下的反射率的频率依赖性的图。
图13是示出T1/(T1+T2)与反射率最大值的关系的图。
图14是示出LiNbO3的欧拉角为(0°，θ，ψ)的情况下的欧拉角的θ以及ψ与S0模式的机电耦合系数k2的关系的图。
图15是示出LiNbO3的欧拉角为(10°，θ，ψ)的情况下的欧拉角的θ以及ψ与S0模式的机电耦合系数k2的关系的图。
图16是示出LiNbO3的欧拉角为(20°，θ，ψ)的情况下的欧拉角的θ以及ψ与S0模式的机电耦合系数k2的关系的图。
图17是示出LiNbO3的欧拉角为(30°，θ，ψ)的情况下的欧拉角的θ以及ψ与S0模式的机电耦合系数k2的关系的图。
附图标记说明
1：弹性波装置，2：支承基板，3：声反射层，3a、3c、3e：低声阻抗层，3b、3d：高声阻抗层，4：压电体，4a、4b：第一主面、第二主面，5：IDT电极，6、7：电极指，8、9：反射器，23：声反射层，23b、23d、23f：高声阻抗层，23c、23e：低声阻抗层，23A、23B：SiO2层，A：高声阻抗层，B：低声阻抗层，C：高声阻抗层，Z1～Z3：路径。
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(a)是示出本发明的第一实施方式涉及的弹性波装置的主要部分的部分主视剖视图，图1(b)是该弹性波装置的示意性俯视图。弹性波装置1具有支承基板2。在支承基板2上设置有声反射层3。声反射层3具有多个低声阻抗层3a、3c、3e和多个高声阻抗层3b、3d。低声阻抗层3a、3c、3e的声阻抗与高声阻抗层3b、3d的声阻抗相比相对低。
关于低声阻抗层3a、3c、3e以及高声阻抗层3b、3d的材料，只要满足上述声阻抗关系，就没有特别限定。例如，作为低声阻抗层的材料，能够使用氧化硅、氮氧化硅等电介质材料、绝缘性陶瓷材料、合成树脂、金属等。作为高声阻抗层3b、3d的材料，也能够适当地使用氧化硅、氮氧化硅、氮化铝等电介质材料、陶瓷材料、半导体材料或金属等。
在声反射层3上设置有压电体4。压电体4由LiNbO3构成。压电体4具有相互对置的第一主面4a以及第二主面4b。压电体4从第二主面4b侧层叠在声反射层3。在第一主面4a上设置有IDT电极5。IDT电极5具有彼此相互交替插入的多根电极指6、7。在图1(a)中，仅将配置有电极指6和电极指7的部分放大示出。
如图1(b)所示，在IDT电极5的弹性波传播方向两侧设置有反射器8、9，由此，在弹性波装置1中，构成单端口型的弹性波谐振器。
弹性波装置1利用了在压电体4传播的板波的S0模式。
在此，所谓的板波，是在将被激励的弹性波的传播方向上的波长设为λx时，在利用波长λx进行了归一化的膜厚为1λx以下的压电体中激励的各种波的统称。欲利用板波，只要板波的能量集中在压电体4即可。在弹性波装置1中，因为设置有声反射层3，所以板波被封闭在压电体4内，可利用板波得到特性。
参照图2的(a)～(f)，对板波的各模式进行说明。图2的(a)～(f)是从正面观察压电体4的示意图，用箭头示出位移方向。另外，在图2的右上角示出的U1方向、U2方向以及U3方向表示坐标系。关于U1方向以及U3方向，箭头的朝向为正方向，关于U2方向，从纸表面朝向纸背面的方向为正方向。U1方向是板波的传播方向。U2方向是与压电体4的第一主面4a、第二主面4b平行且与板波的传播方向垂直的方向。即，U2方向是SH方向。U3方向是压电体4的厚度方向。
如图2的(a)以及(f)所示，在A0模式和S1模式中，位移的主分量为U3方向。如图2的(c)以及(e)所示，在S0模式以及A1模式中，位移的主分量为U1方向。如图2的(b)以及(d)所示，在SH0模式以及SH1模式中，位移的主分量为U2方向上的分量。位移的U1方向分量与U3方向分量一边相互耦合一边传播。因此，在A0模式以及S1模式中，不仅具有沿着U3方向的分量，还具有沿着U1方向的分量。S0模式以及A1模式不仅具有沿着U1方向的分量，还具有沿着U3方向的分量，U2方向上的分量小。U2方向上的分量不与其它方向上的位移分量进行耦合。因此，SH0模式以及SH1模式不怎么具有沿着U1方向的分量和沿着U3方向的分量。
弹性波装置1利用上述板波的各模式中的图2(c)所示的S0模式。在板波S0模式中，在压电体4中，位移的主分量为与弹性波的传播方向平行的方向，且在压电体4的厚度方向上不具有节。在弹性波装置1中，因为作为压电体4而使用了LiNbO3，所以板波S0模式在6000～7000m/s的声速附近被激励。在此，所谓声速，用激励弹性波的频率与弹性波的波长之积来表示。所谓激励弹性波的频率，是指弹性波装置的动作频率。此外，所谓弹性波的波长，是由在弹性波装置中形成在压电体4的表面的IDT电极5的周期确定的长度。在一个IDT电极内电极指的周期变化的情况下，将该IDT电极内的周期的平均作为由该IDT激励的弹性波的波长。在弹性波装置1中使用的压电体4为LiNbO3，如果通过上述求出的激励弹性波的频率与弹性波的波长之积为6000～7000m/s，则认为该弹性波装置1使用了板波S0模式。
在弹性波装置1中，在声反射层3中，低声阻抗层3a、3c、3e和高声阻抗层3b、3d在厚度方向上交替地层叠。因此，低声阻抗层3a、3c或3e与高声阻抗层3b或3d在层叠方向上相邻的部分存在四处。
另外，在本发明中，低声阻抗层以及高声阻抗层的层叠数没有特别限定。只要低声阻抗层与高声阻抗层在层叠方向上相邻的部分存在至少一个即可。因此，声反射层也可以是具有在一层低声阻抗层层叠有一层高声阻抗层的构造的声反射层。
在本实施方式中，在将低声阻抗层3a、3c、3e的厚度设为T1并将高声阻抗层3b、3d的厚度设为T2时，T1+T2为0.40以上且0.60以下，并且T1/(T1+T2)处于0.35以上且0.65以下的范围。因为弹性波装置1是谐振器，所以在谐振频率或反谐振频率附近不易产生杂散，且被低损耗化。以下，基于具体的实验例对此进行说明。
另外，厚度T1是用在弹性波装置1的动作频率处在低声阻抗层3a、3c、3e内传播的横波体波的波长的厚度方向分量进行了归一化的低声阻抗层3a、3c、3e的厚度。厚度T2是用在弹性波装置1的动作频率处在高声阻抗层3b、3d内传播的横波体波的波长的厚度方向分量进行了归一化的高声阻抗层3b、3d的厚度。另外，作为弹性波装置1的动作频率，因为是弹性波谐振器，所以设为谐振频率。也可以代替谐振频率而将反谐振频率作为动作频率。
(实验例1)
用以下的设计参数制作了弹性波装置1。
压电体4：LiNbO3
LiNbO3的欧拉角：(90°，90°，40°)
由IDT电极5的电极指间距确定的波长＝2.0μm
IDT电极5由Al构成，其膜厚为100nm。
占空比：0.50
由LiNbO3构成的压电体4的厚度：400nm
低声阻抗层3a、3c、3e：由SiO2构成，各层的膜厚均设为403.5nm。
高声阻抗层3b、3d：由Pt构成，各层的膜厚均设为145.7nm。
声反射层3的层叠数为低声阻抗层3a、3c、3e和高声阻抗层3b、3d的合计五层。
支承基板2的材料：Si
将像上述那样构成的弹性波谐振器的阻抗特性示于图3。此外，将相位特性示于图4。如图3所示，在谐振频率以及反谐振频率处出现尖锐的峰，得到了良好的阻抗特性。此外，根据图3以及图4可明确，在谐振频率或反谐振频率附近未出现杂散。在实验例1中，T1＝0.25以及T2＝0.25，认为由此得到了良好的特性。以下对其理由进行说明。
图5是用于说明声反射层3中的弹性波，即，板波的反射的机制的示意图。在图5中，将弹性波装置1的主要部分图示为，从声反射层朝向压电体的一侧成为横向。如图5所示，从压电体传播到声反射层侧的弹性波首先在高声阻抗层A与低声阻抗层B的界面被反射。此外，通过了该界面的弹性波在低声阻抗层B与高声阻抗层C的界面被反射。进而，通过了低声阻抗层B与高声阻抗层C的界面的弹性波在高声阻抗层C与下一个低声阻抗层的界面被反射。如图5所示，将这些反射路径分别设为路径Z1、路径Z2以及路径Z3。在该情况下，在路径Z1、路径Z2以及路径Z3中，若反射过来的各弹性波的相位一致，则反射过来的弹性波相互加强。
在此，将在低声阻抗层B传播的弹性波的波长设为λa，将在高声阻抗层C传播的弹性波的波长设为λb。此外，将低声阻抗层B的厚度设为Ta，将高声阻抗层C的厚度设为Tb。
已知，在路径Z1和Z3、路径Z1和Z2、路径Z2和Z3中反射的弹性波相互加强的最佳的条件为，用弹性波的波长λ进行了归一化的低声阻抗层的厚度Ta/λa、以及用弹性波的波长λ进行了归一化的高声阻抗层的厚度Tb/λb分别为0.25。
另外，在低声阻抗层或高声阻抗层中传播的弹性波的波长λ用λ＝f/v表示。在此，f是频率，v是在各层中传播的弹性波的相速度。因此，传播的弹性波的波长λ依赖于频率，所以反射率根据频率而变化。即，上述条件示出在某个频率处反射率变得最高的条件。声反射层3的反射率具有频率依赖性，像在美国专利申请2004/0140869记载的那样，以某个中心频率为中心在一定的频率范围反射率变高。此时，低声阻抗层与高声阻抗层的波长归一化厚度的合计对应于该中心频率，在低声阻抗层与高声阻抗层的波长归一化厚度相等的情况下，中心频率处的反射率变高。
在声反射层3上设置有压电体4以及IDT电极5的构造中，由IDT电极5激励并作为体波在压电体4的厚度方向上传播的弹性波在声反射层3被反射。由此，弹性波被封闭在压电体4内。作为体波而在压电体4的厚度方向上传播的弹性波的传播方向用由体波声速和频率决定的波数矢量来表示。因为由IDT电极5激励该弹性波，所以上述体波具有与压电体4的第一主面4a、第二主面4b平行的波数分量，其大小由波长决定，该波长由IDT电极5的电极指间距确定。
图6是示出弹性波的厚度方向分量C以及平行于压电体4的第一主面4a、第二主面4b的方向上的分量B与弹性波的传播方向A的关系的图。图6中的圆表示在介质中传播的弹性波的波数的大小。箭头B是在与压电体4的第一主面4a、第二主面4b平行的方向上传播的分量，像上述的那样，其大小由波长λ决定，该波长λ由IDT电极5的电极指间距确定。从起点O朝向使箭头B的前端向纸面的下方向延伸的线与图中的圆相交的点的方向，表示弹性波的传播方向A。从起点O朝向使该交点向纸面的左方向延伸的线与厚度方向上的轴相交的点的方向，是用箭头C示出的方向，箭头C的长度示出在压电体4的厚度方向上传播的波数分量。因此，如图6所示，能够求出体波中的压电体4的厚度方向上的波数分量，并能够根据该波数分量求出波长的压电体的厚度方向分量。
将由IDT电极5的电极指间距规定的弹性波的传播方向上的波长设为λx，将频率设为f，将在介质中传播的体波的传播速度设为v，将在介质中传播的体波的波长的压电体4的厚度方向分量设为λz。在介质为各向同性体的情况下，λz由以下的式(1)表示。
[数学式1]
在使用声反射层3将弹性波封闭在压电体4内的构造中，只要以像上述的那样求出的在介质中传播的横波的厚度方向分量λz为基准设定各介质的厚度即可。
作为体波，存在纵波和横波，各自以不同的相速度进行传播。因此，波长的厚度方向分量存在分别对应于纵波和横波的两种。
在弹性波装置1中，在纵波以及横波之中，以横波的波长的厚度方向分量为基准，对介质的厚度，即，低声阻抗层3a、3c、3e以及高声阻抗层3b、3d的厚度进行了归一化。其理由如下。
横波能够分解为具有与压电体4的第一主面4a、第二主面4b平行的位移分量的SH波和具有与SH波垂直的位移分量的SV波。在一种介质中，纵波、SV波以及SH波这三个分量相互独立地传播。在SH波入射到介质间的边界面时，作为SH波进行反射或透射。另一方面，在纵波和SV波入射到介质间的边界面时，在相互引起模式变换的同时进行反射或透射。此时，如果以横波的厚度方向分量的波长为基准设定各介质层的厚度，则横波分量，即，SV波以及SH波成为如下的相位关系，即，在支承基板2的方向上传播的情况下相互减弱，在压电体4的第一主面4a、第二主面4b的方向上传播的情况下相互加强。因此，能够将向支承基板2方向的泄漏抑制得小。
另一方面，虽然纵波分量并不示出上述那样的相位关系，但是在各介质间的边界处产生纵波与SV波之间的模式变换。模式变换为SV波的分量成为上述的相位关系，因此成为如下关系，即，在支承基板2的方向上传播的情况下相互减弱，在压电体4的方向上传播的情况下相互加强。因此，在边界进行反射或透射时，通过重复模式变换，从而从IDT电极5作为纵波辐射的体波最终会向IDT电极5方向返回。
在弹性波装置1中，使用了板波S0模式。在S0模式中，U1分量最大，且具有U3分量，但是U2分量小。即，不怎么存在SH波分量，纵波分量和SV波分量为主体。因此，在声反射层3的各层的边界面，在引起模式变换的同时重复反射和透射。然后，最终弹性波集中在IDT电极5的附近，被封闭在压电体4内。
另外，例如在SH0模式的板波中，因为U2方向分量为主体，所以SH波成为主体，因此不产生声反射层3的各层的边界面处的模式变换。
关于构成用于声反射层3的低声阻抗层3a、3c、3e以及高声阻抗层3b、3d的材料，只要满足上述声阻抗关系，就没有特别限定，将代表性的材料的密度、纵波的声速和声阻抗、以及横波的声速和声阻抗示于下述的表1。
[表1]
如果以选择表1所示的声阻抗之差大的材料的组合并按照各自的横波声速的值通过上述的式子求出的波长的压电体4的厚度方向分量为基准，设定各层的厚度，则能够将弹性波有效地封闭在压电体4。
在上述实验例1中，像这样考虑而设定了声反射层3中的低声阻抗层3a、3c、3e以及高声阻抗层3b、3d的厚度。即，在作为低声阻抗层3a、3c、3e的材料的SiO2中传播的横波体波的声速为3768m/秒，在作为高声阻抗层3b、3d的材料的Pt中传播的横波体波的声速为1678m/秒。式(1)中的频率f设为3000MHz，由IDT电极5的电极指间距确定的波长为2.0μm，因此在SiO2中以及Pt中传播的横波体波的波长的压电体4的厚度方向分量变得如下。
SiO2：λzt＝｛((3000MHz)/(3768m/s))2-(1/(2.0μm))2}(-1/2)＝1.6141μm
Pt：λzt＝{((3000MHz)/(1678m/s))2-(1/(2.0μm))2}(-1/2)＝0.5828μm
在实验例1的弹性波装置1中，通过将像上述那样求出的波长的压电体4的厚度方向分量乘以0.25倍，从而设定了各低声阻抗层3a、3c、3e以及高声阻抗层3b、3d的厚度。
(实验例2)
接着，除了使声反射层3中的低声阻抗层3a、3c、3e以及高声阻抗层3b、3d的厚度变化以外，与实验例1同样地制作弹性波装置1，并评价了其阻抗特性。将用横波的压电体4的厚度方向上的波长对低声阻抗层3a、3c、3e以及高声阻抗层3b、3d的厚度进行了归一化的归一化厚度T1、T2设为相等。此外，使归一化厚度T1、T2在0.150以上且0.350以下的范围内如下述的表2的编号1～编号5所示地变化。因为谐振频率为大约3000MHz，所以在式(1)中，计算横波的压电体4的厚度方向上的波长时的频率f设为3000MHz。
[表2]
将在表2的编号1、编号2、编号4以及编号5中制作的弹性波装置的阻抗特性分别示于图7～图10。
图7示出编号1的阻抗特性。如图7所示，在谐振频率的低频段侧出现了用箭头S1示出的大的杂散。在上述归一化厚度T1、T2小于0.20的编号1中，出现了这样的低频段侧的大的杂散。认为这是由于，声反射层3中的低声阻抗层3a、3c、3e以及高声阻抗层3b、3d的厚度薄，因此声反射层3的反射率在高频率侧高，且在谐振频率以下的频带中反射率变低。
另一方面，图8示出编号2的阻抗特性，图9示出编号4的阻抗特性，如图8以及图9所示，在归一化厚度T1、T2为0.20以及0.30的情况下，不存在杂散。此外，图10示出编号5的阻抗特性，如图10所示，在归一化厚度T1、T2为0.325的情况下，在比反谐振频率靠高频段侧出现了用箭头S2示出的杂散。此外，在相位特性(未图示)中，也在比反谐振频率稍微高的频率侧确认到上翘。
另外，图3、图4示出表2的编号3的条件的特性。因此，可知如果是表2的编号2的条件与编号4之间的条件，则可得到没有杂散的良好的特性。
在此，作为相邻的低声阻抗层以及高声阻抗层的归一化厚度的合计的T1+T2对反射率变高的频带的中心频率造成大的影响。即，如果T1+T2小，则反射率变高的中心频率变高，如果T1+T2大，则反射率变高的中心频率变低。
在图7的条件编号1的情况下，T1+T2小，因此反射率变高的频带处于高频侧。认为，由此，谐振频率的低频侧的反射率下降，因此产生了杂散。另一方面，在图10的条件编号5的情况下，T1+T2大，因此反射率变高的频带处于低频侧。认为，由此，反谐振频率的高频侧的反射率下降，因此产生了杂散。即，如果低声阻抗层3a、3c、3e的归一化厚度T1与高声阻抗层3b、3d的归一化厚度T2的合计为0.40以上且0.60以下的范围内，则能够得到杂散少的良好的特性。
虽然在上述实验例1以及实验例2中，多个低声阻抗层3a、3c、3e的厚度以及多个高声阻抗层3b、3d的厚度设计为全部相等，但是也可以在上述的范围内不同。
进而，多个低声阻抗层3a、3c、3e的声阻抗也可以不相等。不过，多个低声阻抗层3a、3c、3e的声阻抗优选相等，在该情况下，能够使用相同的材料容易地制作多个低声阻抗层3a、3c、3e。虽然多个高声阻抗层3b、3d的声阻抗可以不同，但是同样优选相等。
此外，虽然在弹性波装置1中，压电体4的厚度设为了0.2λ，但是并不限定于此，只要根据所需的特性，优选地在1.0λ以下的范围内设定压电体4的厚度即可。
IDT电极5的材料也不限于Al，能够使用各种各样的金属或合金。此外，也可以具有层叠了多个金属膜的构造，此外，还可以层叠有密接层、导电辅助层。IDT电极5可以直接形成在压电体4上，也可以形成在形成于压电体4上的电介质膜上等，间接地形成。关于IDT电极5中的各电极层的厚度，只要利用板波S0模式，也只要根据所需的特性适当地进行选择即可。
此外，也可以在声反射层3与压电体4的界面、或者在声反射层3中的低声阻抗层3a、3c、3e与高声阻抗层3b、3d的界面作为密接层而形成有Ti膜等。即，压电体4可以直接层叠在声反射层3，也可以间接地层叠在声反射层3。
(实验例3)
在实验例3中，以图11所示的声反射层23为前提。如图11所示，在声反射层23中，在最上层以及最下层配置了半无限厚度的SiO2层23A、23B。在该SiO2层23A与SiO2层23B之间，交替地层叠有三层高声阻抗层23b、23d、23f和两层低声阻抗层23c、23e。低声阻抗层23c、23e由SiO2构成，将利用通过上述式(1)求出的弹性波的基板厚度方向分量的波长进行了归一化的厚度设为T1。高声阻抗层23b、23d、23f由Pt构成，将其归一化厚度设为T2。
如下述的表3所示，将低声阻抗层23c、23e的归一化厚度T1以及高声阻抗层23b、23d、23f的归一化厚度T2的合计设为0.50，并使低声阻抗层以及高声阻抗层的厚度不同，制作了编号11～编号19的弹性波装置。
[表3]
另外，在决定上述归一化厚度T1、T2时，由IDT电极5的电极指间距确定的弹性波的与压电体4的第一主面4a、第二主面4b平行的方向上的波长设为2.0μm。此时，将从半无限厚度的最上层的SiO2层输入的弹性波的振幅与被反射而在最上层的SiO2层中传播的弹性波的振幅之比设为反射率，并求出了该反射率的频率依赖性。
将T1以及T2为0.25且前述的表2的T1/(T1+T2)＝0.50的情况下的反射率的频率依赖性示于图12。将在美国专利申请2004/0140869记载的方法变更了一部分，使得适用于本申请的构造，从而求出了图12的特性。在本申请的构造中，关于在声反射层内传播的弹性波的波数的厚度方向分量，使用通过式(1)求出的λz，用2π/λz表示。在美国专利申请2004/0140869中表示厚度方向上的波数的是，表示声反射层的各层内的相位旋转的美国专利申请2004/0140869中的式(2)中的ω/vi的部分。因此，将该部分置换为2π/λz，除此以外的部分使用在美国专利申请2004/0140869记载的方法，由此求出了图12的特性。另外，在式(1)中使用的体波声速v使用横波体波的值，传播方向上的波长λx设为2.0μm。
根据图12可明确，在大约3GHz，反射率变得最大。以3GHz为中心在某个程度的频率范围内，反射率大致为1，可知弹性波被有效地封闭在压电体4。
在上述的特性中，可认为，反射率的峰值越高，弹性波装置1中的损耗变得越小。因此，在表3的各编号的弹性波装置中，求出反射率的频率依赖性，并求出了T1/(T1+T2)与反射率最大值的关系。将该关系示于图13。根据图13可明确，关于反射率的最大值，在T1/(T1+T2)为0.50附近处变得最大。这是因为，在低声阻抗层23c、23e以及高声阻抗层23b、23d、23f的归一化厚度为0.25的情况下，即，在T1/(T1+T2)＝0.50的情况下，反射率变得最高。而且，若T1/(T1+T2)从0.50远离，则反射率逐渐变低，损耗变大。可知，如果T1/(T1+T2)为0.35以上且0.65以下的范围内，则反射率足够高，泄漏到支承基板2的弹性波变少，因此能够减小弹性波装置1的损耗。
根据以上，在使用了板波S0模式的弹性波装置中，如果相邻的低声阻抗层与高声阻抗层的归一化厚度的合计(T1+T2)为0.40以上且0.60以下、T1/(T1+T2)为0.35以上且0.65以下，则杂散变少，能够减小损耗。
压电体4并不限定于LiNbO3。只要是能够激励板波的S0模式的压电体即可。因此，也可以是LiTaL3、AlN、ZnO或掺杂了Sc等的AlN等。
此外，将在使用了LiNbO3的情况下使其欧拉角(
θ，ψ)变化时的S0模式的机电耦合系数k2的变化示于图14～图17。在图14～图17之中，优选机电耦合系数k2大的区域，其中，尤其是k2成为0.04以上的区域能够强烈地激励S0模式，从而优选。其中，尤其是，如果欧拉角为(0°±5°的范围内，0°～150°，90°±10°的范围内)、(30°±5°的范围内，90°±10°的范围内，35°～180°)、或(30°±5°的范围内，90°±10°的范围内，0°～5°)，则机电耦合系数k2成为0.04以上，不仅能够强烈地激励S0模式，而且晶体的对称性也良好，因此不易激励其它模式，从而优选。
另外，LiTaO3的晶体构造与LiNbO3同样地是三方晶系3m点群。因此，各特性的欧拉角依赖性在LiNbO3和LiTaO3中类似，因此在使用了LiTaO3的情况下，也可认为优选与上述同样的欧拉角范围。
另外，本发明中的LiNbO3、LiTaO3的欧拉角(
θ，ψ)只要在晶体学上是等效的即可。例如，根据文献(日本声学会志36卷3号、1980年、140～145页)，LiTaO3、LiNbO3是属于三方晶系3m点群的晶体，因此以下的式子成立。
F(φ，θ，ψ)＝F(60°+φ，-θ，ψ)
＝F(60°-φ，-θ，180°-ψ)
＝F(φ，180°+θ，180°-ψ)
＝F(φ，θ，180°+ψ)
在此，F是机电耦合系数、传播损耗、TCF、能流角(power flow angle)、自然单向性等任意的弹性波的特性。因而，实验例1所示的欧拉角(90°，90°，40°)与(30°，90°，140°)等效。
此外，在将AlN、ZnO、ScAlN等用于压电体的情况下，作为强烈地激励S0模式的方位，已知有c轴取向面、c轴与弹性波的传播方向平行的方位，可使用这些方位。另外，在将AlN用作压电体的情况下，S0模式在8000～10000m/s的声速附近被激励。在压电体为AlN的情况下，如果通过前面叙述的方法求出的声速为8000～10000m/s附近，则认为使用了S0模式。
此外，虽然在上述实施方式中，对单端口型弹性波谐振器进行了说明，但是本发明也可以是具有弹性波谐振器的带通型的弹性波滤波器。在该情况下，只要作为上述弹性波装置的动作频率而使用弹性波滤波器的通带的中心频率即可。
Claims (11)
1.一种弹性波装置，使用板波S0模式，其中，具备：
支承基板；
声反射层，直接或间接地层叠在所述支承基板上；
压电体，直接或间接地层叠在所述声反射层上；以及
IDT电极，直接或间接地设置在所述压电体上，
所述声反射层具有：
至少一层低声阻抗层，声阻抗相对低；以及
至少一层高声阻抗层，声阻抗相对高，
在所述声反射层中，在所述低声阻抗层与高声阻抗层在层叠方向上相邻的部分中的至少一个部分，将用所述弹性波装置的动作频率处的在所述低声阻抗层中传播的横波体波的波长的厚度方向上的分量进行了归一化的所述低声阻抗层的厚度设为T1，将用所述弹性波装置的动作频率处的在所述高声阻抗层中传播的横波体波的波长的厚度方向上的分量进行了归一化的所述高声阻抗层的厚度设为T2，此时，
T1+T2为0.40以上且0.60以下，
T1/(T1+T2)为0.35以上且0.65以下。
2.根据权利要求1所述的弹性波装置，其中，
所述弹性波装置是弹性波谐振器，所述弹性波装置的动作频率是所述弹性波谐振器的谐振频率。
3.根据权利要求1所述的弹性波装置，其中，
所述弹性波装置是带通型弹性波滤波器，所述弹性波装置的所述动作频率是所述弹性波滤波器的通带的中心频率。
4.根据权利要求1～3中的任一项所述的弹性波装置，其中，
所述低声阻抗层设置有多个层。
5.根据权利要求1～3中的任一项所述的弹性波装置，其中，
所述高声阻抗层设置有多个层。
6.根据权利要求4所述的弹性波装置，其中，
多个所述低声阻抗层的声阻抗相等。
7.根据权利要求5所述的弹性波装置，其中，
多个所述高声阻抗层的声阻抗相等。
8.根据权利要求1～3中的任一项所述的弹性波装置，其中，
所述压电体是铌酸锂。
9.根据权利要求8所述的弹性波装置，其中，
所述压电体的欧拉角为(0°±5°的范围内，0°～150°，90°±10°的范围内)、(30°±5°的范围内，90°±10°的范围内，35°～180°)或(30°±5°的范围内，90°±10°的范围内，0°～5°)。
10.一种高频前端电路，具备：
弹性波滤波器，具有权利要求1～9中的任一项所述的弹性波装置；以及
功率放大器，与所述弹性波滤波器连接。
11.一种通信装置，具备：
高频前端电路，具有弹性波滤波器以及与所述弹性波滤波器连接的功率放大器，所述弹性波滤波器具有权利要求1～9中的任一项所述的弹性波装置；以及
RF信号处理电路。
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