CN110168932A

CN110168932A - 弹性波装置

Info

Publication number: CN110168932A
Application number: CN201780082505.9A
Authority: CN
Inventors: 小柳卓哉; 玉崎大辅
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2017-01-10
Filing date: 2017-12-11
Publication date: 2019-08-23
Also published as: KR20190077551A; US20190334499A1; WO2018131360A1; JPWO2018131360A1

Abstract

本发明提供一种能够在IDT电极内容易且可靠地设置中央区域和边缘区域的声速差的弹性波装置。在弹性波装置(1)中，在压电性基板(2)上设置有IDT电极(3)以及第一电介质层(6)，IDT电极(3)的第一电极指(3c)和第二电极指(3d)在弹性波传播方向上观察时相互重叠的交叉区域具有：中央区域B；以及第一边缘区域(C)、第二边缘区域(D)，在第一电极指(3c)、第二电极指(3d)延伸的方向上配置在中央区域B的两侧，层叠在第一电介质层(6)上的质量附加膜(7)具有至少两种厚度部分。

Description

弹性波装置

技术领域

本发明涉及在压电性基板上层叠了IDT电极以及电介质层的弹性波装置。

背景技术

以往，为了抑制横模纹波，已知有利用了活塞模式的弹性波装置。在利用了活塞模式的弹性波装置中，在IDT电极中，交叉区域具有中央区域和中央区域的两侧的边缘区域。另外，在弹性波传播方向上观察时，与不同的电位连接的电极指彼此相互重叠的区域为交叉区域。通过与中央区域的声速相比降低边缘区域的声速，从而形成活塞模式。

在下述的专利文献1记载的弹性波装置中，层叠有由氧化硅等构成的电介质层，使得覆盖IDT电极。在该电介质层内，在边缘区域的上方设置有金属条。该金属条是足以变更声波的速度的金属层。进而，在相互对置的汇流条的内侧端缘间的区域中，在上述电介质层上设置有第二电介质层。进而，在中央区域的上方，在第二电介质层上层叠有第三电介质层。该第三电介质层是足以变更声波的速度的电介质层。通过这些足以变更声波的速度的金属层、电介质层、或其组合，使中央区域的声速、边缘区域的声速以及边缘区域的外侧的区域的声速不同，使得边缘区域中的速度比中央区域中的速度低。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2012-186808号公报

发明内容

发明要解决的课题

在专利文献1记载的弹性波装置中，通过设置多个层，从而实现了中央区域、边缘区域、以及边缘区域的外侧的区域之间的声速差。因此，用于高精度地设置声速差的调整并不容易。

本发明的目的在于，提供一种能够在IDT电极内容易且可靠地设置中央区域与边缘区域之间的声速差的弹性波装置。

用于解决课题的技术方案

本发明涉及的弹性波装置具备：压电性基板；IDT电极，设置在所述压电性基板上；以及第一电介质层，设置为覆盖所述IDT电极，所述IDT电极具有：第一汇流条；第二汇流条，与所述第一汇流条对置；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，一端与所述第二汇流条连接，所述多根第一电极指和所述多根第二电极指相互交替插入，在弹性波传播方向上观察时，所述第一电极指和所述第二电极指相互重叠的交叉区域在所述第一电极指、所述第二电极指延伸的方向上具有中央区域和配置在该中央区域的两侧的第一边缘区域以及第二边缘区域，所述弹性波装置还具备设置在所述第一电介质层上的质量附加膜，所述质量附加膜具有至少两种厚度部分。

在本发明涉及的弹性波装置的某个特定的方式中，所述质量附加膜被设为在位于所述第一边缘区域、所述第二边缘区域的部分比位于所述中央区域的部分厚。

在本发明涉及的弹性波装置的另一个特定的方式中，所述质量附加膜在所述第一电极指、所述第二电极指延伸的方向上到达所述第一边缘区域的外侧的区域以及所述第二边缘区域的外侧的区域，所述第一边缘区域的外侧的区域的上方以及所述第二边缘区域的外侧的区域的上方的所述质量附加膜的厚度比所述第一边缘区域、所述第二边缘区域的上方的所述质量附加膜的厚度薄。在该情况下，能够在边缘区域的外侧设置声速比边缘区域高的高声速区域。因此，能够更加有效地抑制横模。

在本发明涉及的弹性波装置的另一个特定的方式中，在所述第一电极指、所述第二电极指延伸的方向上，在所述第一边缘区域的外侧的区域以及所述第二边缘区域的外侧的区域未设置所述质量附加膜。在该情况下，也能够容易地在边缘区域的外侧的区域设置与边缘区域相比声速高的高声速区域。因此，能够更加有效地抑制横模。

在本发明涉及的弹性波装置的另一个特定的方式中，在所述第一电极指、所述第二电极指延伸的方向上，在所述第一边缘区域的外侧的区域以及所述第二边缘区域的外侧的区域中，所述质量附加膜的厚度为所述中央区域的上方的所述质量附加膜的厚度以下。在该情况下，能够在边缘区域的外侧设置高声速区域，能够更加有效地抑制横模。

在本发明涉及的弹性波装置的又一个特定的方式中，所述质量附加膜由密度比构成所述第一电介质层的电介质高的材料构成。优选地，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式中，所述质量附加膜由密度比所述第一电介质层高的电介质构成。

在本发明涉及的弹性波装置的另一个特定的方式中，还具备设置在所述质量附加膜上的第二电介质层。

在本发明涉及的弹性波装置的另一个特定的方式中，所述第二电介质层由与所述第一电介质层相同的材料构成。在该情况下，能够减少电介质材料的种类。此外，也不易招致制造工序的繁杂。

在本发明涉及的弹性波装置的另一个特定的方式中，所述第二电介质层的上表面是平坦的。在该情况下，能够在第二电介质层上设置表面平坦的第三电介质层等。

在本发明涉及的弹性波装置的另一个特定的方式中，还具备层叠在所述第二电介质层上的第三电介质层。

在本发明涉及的弹性波装置的又一个特定的方式中，所述质量附加膜从所述IDT电极中在所述弹性波传播方向上所述多根第一电极指、第二电极指相互交替插入的区域的一端朝向另一端连续。在该情况下，能够容易地形成质量附加膜。

发明效果

根据本发明涉及的弹性波装置，能够容易且可靠地设置中央区域与边缘区域的声速差。

附图说明

图1的(a)是在第一实施方式涉及的弹性波装置中除去了质量附加膜、第二电介质层、第三电介质层的构造的俯视图，图1的(b)是图1的(a)中的沿着I-I线的部分且层叠有质量附加膜、第二电介质层、第三电介质层的构造的剖视图。

图2是用于说明第一实施方式的弹性波装置中的IDT电极内的声速差的示意性俯视图。

图3是在第一实施方式的弹性波装置中在第一电介质层上设置有质量附加膜的构造的部分切割俯视图。

图4是比较例的弹性波装置的剖视图。

图5是示出实施例的弹性波装置中的边缘区域宽度与三阶以上的高阶横模的机电耦合系数以及基波即一阶模式的机电耦合系数的关系的图。

图6是示出比较例的弹性波装置中的边缘区域宽度与三阶以上的高阶横模的机电耦合系数以及基波即一阶模式的机电耦合系数的关系的图。

图7是用于说明本发明的第二实施方式涉及的弹性波装置的主要部分的部分切割主视剖视图。

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。

图1的(a)是在本发明的第一实施方式涉及的弹性波装置中除去了质量附加膜、第二电介质层、第三电介质层的构造的俯视图，图1的(b)是图1的(a)中的沿着I-I线的部分且层叠有质量附加膜、第二电介质层、第三电介质层的构造的剖视图。

弹性波装置1具有压电性基板2。压电性基板2由LiNbO₃或LiTaO₃等的压电单晶构成。不过，压电性基板2也可以具有在由不具有压电性的材料构成的支承基板上层叠了压电膜的构造。

在压电性基板2的上表面2a上设置有IDT电极3。在IDT电极3的弹性波传播方向两侧设置有反射器4、5。设置有第一电介质层6，使得覆盖IDT电极3、反射器4、5。另外，如图1的(b)所示，在第一电介质层6上层叠有质量附加膜7、第二电介质层8以及第三电介质层9。图1的(a)是除去了质量附加膜7、第二电介质层8以及第三电介质层9的构造的俯视图。

IDT电极3具有第一汇流条3a和与第一汇流条3a对置的第二汇流条3b。在第一汇流条3a连接有多根第一电极指3c的一端。在第二汇流条3b连接有多根第二电极指3d的一端。第一电极指3c和第二电极指3d相互交替插入。在反射器4、5中，多根电极指的两端被短路。

弹性波装置1是具有IDT电极3和反射器4、5的单端口型弹性波谐振器。不过，本发明中的弹性波装置并不限定于单端口型弹性波谐振器。也可以是纵向耦合谐振器型弹性波滤波器等其它弹性波装置。

IDT电极3以及反射器4、5由适当的金属构成。作为这样的金属，可列举Au、Pt、Cu、W、Mo以及AlCu合金等。

IDT电极3以及反射器4、5也可以由层叠多个金属膜而成的层叠金属膜构成。第一电介质层6由氧化硅构成。第一电介质层6设置为覆盖IDT电极3、反射器4、5。如图1的(b)所示，第一电介质层6的上表面6a是平坦的。

构成第一电介质层6的电介质并不限定于氧化硅，也可以是氮氧化硅、氮化硅等的其它电介质。在第一电介质层6为氧化硅、氮氧化硅的情况下，能够适当地改善频率温度特性。

质量附加膜7由密度比第一电介质层6高的材料构成。在本实施方式中，质量附加膜7由金属构成。作为金属，可适当地使用钛、Cu等高密度的金属。质量附加膜7也可以由电介质构成。不过，在电介质的情况下，需要使用密度比第一电介质层6高的电介质。

质量附加膜7具有厚度不同的第一部分7a、第二部分7b以及第三部分7c。如图2所示，在IDT电极3中，第一电极指3c和第二电极指3d在弹性波传播方向上观察时重叠的区域为交叉区域A。在本实施方式中，交叉区域A具有在第一电极指3c、第二电极指3d延伸的方向上位于中央的中央区域B和配置在中央区域B的两侧的第一边缘区域C、第二边缘区域D。

此外，在第一电极指3c、第二电极指3d延伸的方向上，在第一边缘区域C的外侧设置有第一高声速区域E。在第二边缘区域D的外侧设置有第二高声速区域F。在第一电极指3c、第二电极指3d延伸的方向上，在第一高声速区域E的外侧，设置有第三低声速区域G。进而，在第二高声速区域F的外侧，同样地，设置有第四低声速区域H。另外，第一边缘区域C、第二边缘区域D是声速比中央区域B中的声速低的低声速区域。因此，第一边缘区域C、第二边缘区域D相当于第一低声速区域、第二低声速区域。因此，将低声速区域G、H分别表现为第三低声速区域G以及第四低声速区域H。

为了形成活塞模式，这些区域的声速设为图2所示的声速V1～V4。在图2的右侧的声速V1～V4中，如箭头所示，示出越靠右侧声速越高。即，声速V3＞V1＞V2＞V4。第三低声速区域G、第四低声速区域H是设置有第一汇流条3a、第二汇流条3b的部分。因此，声速变得最低。

返回到图1的(b)，将第一部分7a的膜厚设为T1，将第二部分7b的膜厚设为T2，将第三部分7c的膜厚设为T3。T2＞T1＞T3。

中央区域B、第一边缘区域C、第二边缘区域D以及第一高声速区域E、第二高声速区域F的声速通过在弹性波传播方向上观察时的第一电极指3c、第二电极指3d的配置和质量附加膜7的厚度进行调整。

质量附加膜7的第二部分7b设置在图2的标注影线而示出的第一边缘区域C、第二边缘区域D的上方。另外，虽然在图2中影线仅在第一电极指3c、第二电极指3d上示出，但是在本实施方式中，如图3所示，质量附加膜7在弹性波传播方向上还到达第一电极指3c、第二电极指3d间。即，质量附加膜7在多根第一电极指3c和多根第二电极指3d相互交替插入的区域中从该区域的弹性波传播方向一端侧朝向另一端侧连续。

第二部分7b在图2的第一边缘区域C以及第二边缘区域D中设置在第一电极指3c、第二电极指3d的上方。此外，第一部分7a在中央区域B中设置在IDT电极3的上方。第三部分7c设置为从第一高声速区域E、第二高声速区域F的上方到达第三低声速区域G、第四低声速区域H上。另外，第三部分7c也可以不到达第三低声速区域G上。同样地，第三部分7c也可以不到达第四低声速区域H上。

如上所述，因为设置有具有三种膜厚部分的质量附加膜7，所以如图2所示，声速的高低被设为V3＞V1＞V2＞V4。

与中央区域B的声速V1相比，第一边缘区域C、第二边缘区域D的声速V2变低。而且，在第一边缘区域C、第二边缘区域D的外侧设置有第一高声速区域E、第二高声速区域F。因此，使得能够通过活塞模式来抑制横模。

在设置了IDT电极3之后，仅通过设置一种材料层即质量附加膜7就能够实现上述声速差。因此，在形成质量附加膜7时，仅通过进行图案化或使用掩模进行成膜就能够容易且可靠地设置声速差。

如图1的(b)所示，在质量附加膜7上层叠有第二电介质层8以及第三电介质层9。另外，第二电介质层8、第三电介质层9也可以不设置。第二电介质层8由氧化硅、氮氧化硅等适当的电介质材料构成。优选地，第二电介质层8由与第一电介质层6相同的电介质材料构成为宜。在该情况下，不易招致制造工序的繁杂。此外，能够减少材料的种类。

第二电介质层8的上表面设为平坦。因此，在用沉积法对第三电介质层9进行了成膜的情况下，第三电介质层9的上表面也变得平坦。第二电介质层8以及第三电介质层9的上表面是平坦的为宜。由此，能够减小特性的偏差。

在本实施方式中，第三电介质层9由氮化硅构成。由此，可谋求第二电介质层8以下的构造的保护。此外，也可以通过调整第三电介质层9的膜厚，从而进行频率调整。即，第三电介质层9也可以是频率调整膜。另外，并不限于氮化硅，也可以使用氮氧化硅、氧化铝等其它电介质。

制作了上述实施方式的弹性波装置1的实施例和具有图4所示的构造的比较例的弹性波装置。实施例的构造设为如下。

压电性基板2：LiNbO₃基板。

IDT电极3以及反射器4、5的电极构造：从上层起依次为Ti/Al/Ti/Pt/NiCr的层叠构造。它们的厚度为Ti膜＝10nm/Al膜＝130nm/Ti膜＝1Onm/Pt膜＝30nm/NiCr膜＝10nm。

IDT电极3中的占空比设为0.5，由电极指间距确定的波长λ设为2μm。

第一电介质层6：由氧化硅构成，厚度为0.2μm。

第二电介质层8：由氧化硅构成，厚度为0.31μm。

质量附加膜7：由钛构成的膜。第一部分7a的膜厚T1＝0.14μm，第二部分7b的膜厚T2＝0.21μm，第三部分7c的膜厚T3＝0.1μm。

未设置第三电介质层9。

在比较例中，如图4所示，在第一电介质层6上仅在边缘区域102中设置了质量附加膜101。该质量附加膜101是在边缘区域102中在弹性波传播方向上延伸的钛条。该质量附加膜101的厚度设为0.1μm。在比较例中，在中央区域、高声速区域以及汇流条的上方未设置质量附加膜。关于其它，比较例设为与实施例相同。

通过有限元法求出了上述实施例以及比较例的弹性波装置中的一阶模式即基模的机电耦合系数和三阶以上的高阶横模的机电耦合系数。此外，在实施例以及比较例中，使边缘区域的宽度各种不同，并求出了上述机电耦合系数。

图5是示出上述实施例的弹性波装置中的边缘区域宽度与一阶模式的机电耦合系数以及三阶以上的高阶横模的机电耦合系数的关系的图。

图6是示出上述比较例的弹性波装置中的边缘区域宽度、基波(一阶模式)的机电耦合系数、以及三阶以上的高阶横模的机电耦合系数的关系的图。在弹性波装置中，需要使所利用的基波的机电耦合系数大。如图6所示，在比较例中，在基波的机电耦合系数大的、边缘区域宽度为0.55λ～0.63λ的范围内，三阶的横模的机电耦合系数相当大，五阶的横模的机电耦合系数、七阶的横模的机电耦合系数也比较大。

相对于此，如图5所示，根据实施例，在作为基波的机电耦合系数高的边缘区域宽度的0.75λ～0.8λ的范围内，三阶的横模、五阶的横模以及七阶的横模中的任一者的机电耦合系数均小。特别是，在边缘区域宽度为0.77λ～0.78λ附近，三阶的横模、五阶的横模以及七阶的横模的机电耦合系数曲线变得极小。因此，如果将边缘区域宽度设为0.77λ～0.78λ的范围，则能够充分抑制高阶的横模，关于基波，能够得到高的机电耦合系数。因而，可知能够提供良好的特性的弹性波装置。

图7是示出第二实施方式涉及的弹性波装置的主要部分的部分切割主视剖视图。在第二实施方式的弹性波装置21中，质量附加膜27具有第一部分27a和第二部分27b，未设置图1的(b)所示的第三部分7c。在该情况下，在质量附加膜27的成膜时，仅通过设置两种膜厚部分也能够形成声速差。即，与中央区域B的声速相比，能够充分降低第一边缘区域C中的声速。像这样，也可以不在第一高声速区域、第二高声速区域的上方设置质量附加膜。

在本发明中，在质量附加膜中，只要形成活塞模式，就如上所述地设置有至少两种膜厚部分即可，只要在第一边缘区域、第二边缘区域中使质量附加膜的膜厚最厚即可。

因此，虽然在图1的(b)中，第一部分7a的膜厚T1设为比第三部分7c的膜厚T3厚，但是膜厚T1和膜厚T3也可以相等。第三部分7c的膜厚T3只要为第一部分7a的膜厚T1以下即可。

附图标记说明

1：弹性波装置；

2：压电性基板；

2a：上表面；

3：IDT电极；

3a、3b：第一汇流条、第二汇流条；

3c、3d：第一电极指、第二电极指；

4、5：反射器；

6：第一电介质层；

6a：上表面；

7：质量附加膜；

7a：第一部分；

7b：第二部分；

7c：第三部分；

8：第二电介质层；

9：第三电介质层；

21：弹性波装置；

27：质量附加膜；

27a、27b：第一部分、第二部分。

Claims

1.一种弹性波装置，具备：

压电性基板；

IDT电极，设置在所述压电性基板上；以及

第一电介质层，设置为覆盖所述IDT电极，

所述IDT电极具有：第一汇流条；第二汇流条，与所述第一汇流条对置；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，一端与所述第二汇流条连接，所述多根第一电极指和所述多根第二电极指相互交替插入，在弹性波传播方向上观察时，所述第一电极指和所述第二电极指相互重叠的交叉区域在所述第一电极指、所述第二电极指延伸的方向上具有中央区域和配置在该中央区域的两侧的第一边缘区域以及第二边缘区域，

所述弹性波装置还具备：质量附加膜，设置在所述第一电介质层上，

所述质量附加膜具有至少两种厚度部分。

2.根据权利要求1所述的弹性波装置，其中，

所述质量附加膜被设为在位于所述第一边缘区域、所述第二边缘区域的部分比位于所述中央区域的部分厚。

3.根据权利要求1或2所述的弹性波装置，其中，

所述质量附加膜在所述第一电极指、所述第二电极指延伸的方向上到达所述第一边缘区域的外侧的区域以及所述第二边缘区域的外侧的区域，所述第一边缘区域的外侧的区域的上方以及所述第二边缘区域的外侧的区域的上方的所述质量附加膜的厚度比所述第一边缘区域、所述第二边缘区域的上方的所述质量附加膜的厚度薄。

4.根据权利要求1或2所述的弹性波装置，其中，

在所述第一电极指、所述第二电极指延伸的方向上，在所述第一边缘区域的外侧的区域以及所述第二边缘区域的外侧的区域未设置所述质量附加膜。

5.根据权利要求2所述的弹性波装置，其中，

在所述第一电极指、所述第二电极指延伸的方向上，在所述第一边缘区域的外侧的区域以及所述第二边缘区域的外侧的区域中，所述质量附加膜的厚度为所述中央区域的上方的所述质量附加膜的厚度以下。

6.根据权利要求1～5中的任一项所述的弹性波装置，其中，

所述质量附加膜由密度比构成所述第一电介质层的电介质高的材料构成。

7.根据权利要求6所述的弹性波装置，其中，

所述质量附加膜由金属构成。

8.根据权利要求6所述的弹性波装置，其中，

所述质量附加膜由密度比所述第一电介质层高的电介质构成。

9.根据权利要求1～8中的任一项所述的弹性波装置，其中，

所述弹性波装置还具备：第二电介质层，设置在所述质量附加膜上。

10.根据权利要求9所述的弹性波装置，其中，

所述第二电介质层由与所述第一电介质层相同的材料构成。

11.根据权利要求9或10所述的弹性波装置，其中，

所述第二电介质层的上表面是平坦的。

12.根据权利要求9～11中的任一项所述的弹性波装置，其中，

所述弹性波装置还具备：第三电介质层，层叠在所述第二电介质层上。

13.根据权利要求1～12中的任一项所述的弹性波装置，其中，

所述质量附加膜从所述IDT电极中在所述弹性波传播方向上所述多根第一电极指、第二电极指相互交替插入的区域的一端朝向另一端连续。