CN110198159B - 弹性表面波装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种弹性表面波装置，关于包含频率温度特性的各特性为良好。弹性表面波装置包含：晶体层；非晶氧化硅层，层叠于所述晶体层上；压电层，层叠于所述非晶氧化硅层上；以及梳形电极，形成于所述压电层上，用于在所述压电层上激励弹性表面波。当将所述弹性表面波的波长设为λ时，0.1≤所述非晶氧化硅层的厚度/λ≤1，0.08＜压电层的厚度/λ≤1。

Description

弹性表面波装置
技术领域
本发明涉及一种利用弹性表面波(surface acoustic wave，SAW)的弹性表面波装置。
背景技术
随着近年来手机等移动体通信系统的进化，具有窄频带且急剧的衰减特性的SAW滤波器的要求增强。因此，已公开有用于对机电耦合系数k2或频率温度特性的指标即频率温度系数(Temperature Coefficients of Frequency，TCF)获得良好的值的各种改善方法。作为其改善方法，已公开有利用使波长程度的厚度的压电基板与高音速基板贴合而成的基板构成SAW滤波器的方法。这种利用经贴合的基板的方法，不但作为改善SAW滤波器的特性的方法，而且作为改善SAW共振器等的其它弹性表面波装置的特性的方法，而广为人知。
在非专利文献1中，示出了一种使用如下的基板的SAW共振器，所述基板是将42°Y-X LiTaO3基板、非晶(amorphous)SiO2膜、AlN基板及Si层从上方起依此顺序贴合而成。所述非专利文献1记载了如下的主旨：通过设为这种构成，通过非晶SiO2的温度补偿效应、高音速基板即AlN的振动能量的封闭及利用Si的散热，而与利用42°Y-X LiTaO3基板单体构成SAW共振器的情况相比，对Q值、k2及TCF的各特性进行改善。但是，需要针对这些特性，以更简单的结构加以改善。
并且，在非专利文献2中，公开了利用将36°Y-X LiTaO3基板、AT-90°X的晶体基板从上方起依此顺序接合而成的基板(为了便于说明，设为LT晶体接合基板)构成漏声表面波(Leaky surface acoustic wave，LSAW)共振器的技术，通过利用所述LT晶体接合基板，而能够与利用LiTaO3基板单体构成LSAW共振器的情况相比，对Q值、k2及TCF进行改善。关于包含以上所述的LT晶体接合基板的LSAW共振器，当所述LiTaO3的基板的厚度/λ＝0.15，形成于所述LiTaO3基板上的Al(铝)的梳形电极(叉指换能器(Inter Digital Transducer，IDT))的厚度/λ＝0.09时，共振的Q值为12050，相对带宽为5.7％。再者，λ为弹性表面波的波长。以LiTaO3基板单体构成LSAW共振器时的共振的Q值为1350，相对带宽为4.4％，因此，通过使用LT晶体接合基板，而使得Q值大幅上升，相对带宽也上升。
这些Q值及相对带宽是在一个周期份的IDT的两侧，作为周期边界条件，在所述IDT的底面上分别假设了完全匹配层的条件下，利用有限元法(finite element method，FEM)计算出无限周期结构的结果。并且，关于TCF，虽然没有明确示出，但是可认为在基板表面短路的条件下的计算值为±2ppm/℃左右。然而，如果针对所述LT晶体接合基板，设为在基板上设置有IDT的条件，那么可知TCF会朝负方向偏移而变差。并且，当将所述LSAW共振器的IDT的相关厚度增至比较大时，共振频率的TCF、反共振频率的TCF分别会变差。为了防止这些TCF的值变差，必须进一步减小LiTaO3基板的厚度，但是如果减小LiTaO3基板的厚度，k2就会变差。因此，关于这种使用LT晶体接合基板的构成的装置，也难以将各特性设为良好的值。
且说，作为包含所述非晶SiO2(氧化硅)膜的SAW装置，也记载于专利文献1中。在所述专利文献1中，示出了将单结晶压电基板、非晶SiO2的无机薄膜层、晶体从上方起依此顺序层叠而构成表面弹性波元件的技术，并示出所述无机薄膜层是为了撷取单结晶压电基板与晶体的接合界面上的尘土而设置，设为1/2波长以下。在所述专利文献1中，还记载了不设置无机薄膜层，使单结晶压电基板与晶体直接贴合而构成表面弹性波元件的技术，此时，示出了为了以200MHz使设置于单结晶压电基板上的梳形电极激励，将所述单结晶压电基板的相关厚度设为1/4波长～3波长。
但是，如发明的实施方式中所示，通过本发明人的验证，已确认装置的特性因单结晶压电基板及非晶SiO2膜的各自的厚度的组合而发生变化，在专利文献1中，关于各层的厚度，针对适当的各厚度的组合并未进行探讨。此外，如上所述，专利文献1的SAW装置是在200MHz下使用，关于在GHz频带下使用时的适当的构成，并无启示。
[现有技术文献]
[专利文献]
专利文献1：日本专利特开平6-326553号公报
[非专利文献]
非专利文献1：高井勉等《用于微声组件的难以置信的高效能SAW技术及其应用(特邀)》超声研讨会(2017)(Tsutomu Takai et al.“I.H.P.SAW Technology and itsApplication to Microacoustic Components(Invited)、”Ultrasonic Symp.(2017))
非专利文献2：利用LiNbO3·LiTaO3薄板与晶体基板的接合的漏(Leaky)系SAW的高耦合化第四十六次EM研讨会EM46-2-02
发明内容
[发明所要解决的问题]
本发明是鉴于所述情况而完成的，其目的在于，提供一种弹性表面波装置，关于包含频率温度特性的各特性为良好。
[解决问题的技术手段]
本发明的弹性表面波装置，包括：晶体层；非晶氧化硅层，层叠于所述晶体层上；压电层，层叠于所述非晶氧化硅层上；以及梳形电极，形成于所述压电层上，用于在所述压电层上激励弹性表面波；其中，当将所述弹性表面波的波长设为λ时，
0.1≤所述非晶氧化硅层的厚度/λ≤1，
0.08＜压电层的厚度/λ≤1。
本发明的另一弹性表面波装置，包括：晶体层；非晶氧化硅层，层叠于所述晶体层上；压电层，层叠于所述非晶氧化硅层上；以及梳形电极，形成于所述压电层上，用于在所述压电层上激励2GHz以上的弹性表面波；其中，当将所述弹性表面波的波长设为λ时，
所述非晶氧化硅层的厚度/λ≤1。
[发明的效果]
根据本发明，通过针对依次层叠了晶体层、非晶氧化硅层、压电层、梳形电极的弹性表面波装置，将非晶氧化硅层的厚度、压电层的厚度设为适当的值而获得良好的特性。并且，通过针对激励2GHz以上的弹性表面波的弹性表面波装置，将非晶氧化硅层的厚度设为适当的值，可以形成为频率温度特性及其它各特性良好的装置。
附图说明
图1是作为本发明的SAW装置的一例的梯型滤波器(ladder type filter)的俯视图。
图2是所述梯型滤波器的纵剖侧视图。
图3是表示SAW的速度与构成SAW装置的各层的厚度的关系的曲线图。
图4是表示SAW的速度与构成SAW装置的各层的厚度的关系的曲线图。
图5是表示Q值与构成SAW装置的各层的厚度的关系的曲线图。
图6是表示Q值与构成SAW装置的各层的厚度的关系的曲线图。
图7是表示Q值与构成SAW装置的各层的厚度的关系的等高线图。
图8是表示Q值与构成SAW装置的各层的厚度的关系的等高线图。
图9是表示机电耦合系数与构成SAW装置的各层的厚度的关系的曲线图。
图10是表示机电耦合系数与构成SAW装置的各层的厚度的关系的等高线图。
图11是表示TCF与构成SAW装置的各层的厚度的关系的曲线图。
图12是表示TCF与构成SAW装置的各层的厚度的关系的曲线图。
图13是表示TCF与构成SAW装置的各层的厚度的关系的等高线图。
图14是表示TCF与构成SAW装置的各层的厚度的关系的等高线图。
图15是表示TCF与构成SAW装置的各层的厚度的关系的等高线图。
图16是表示TCF与构成SAW装置的各层的厚度的关系的示意图。
图17是表示TCF与构成SAW装置的各层的厚度的关系的示意图。
图18A～图18D是用于说明欧拉角(Euler angle)的表述的示意图。
图19是表示SAW的传输方向与Q值的关系的曲线图。
[符号的说明]
1：SAW共振子
3：基板
10：梯型滤波器
11：输入埠(埠)
12：输出埠(埠)
13：接地埠(埠)
14：引回电极
15：IDT电极
16：反射器
17：汇流条
18：电极指
21：反射器汇流条
22：反射器电极指
23：电极膜
31：晶体层(晶体基板)
32：非晶SiO2层(非晶氧化硅层)
33：压电层(LiTaO3层)
C：切割面
C1：波的传输方向
hAl：电极膜的厚度
hLT：压电层的厚度
hSiO2：非晶SiO2层的厚度
hAl/λ：通过除以λ而标准化的电极膜的厚度
hSiO2/λ：通过除以λ而标准化的非晶SiO2层的厚度
hLT/λ：通过除以λ而标准化的压电层的厚度
k2：机电耦合系数
Qa：反共振点上的Q值
Qr：共振点上的Q值
TCF-fa：反共振点上的TCF
TCF-fr：共振点上的TCF
Vopen：电极指18、电极指18之间打开时的传输速度
Vshort：使电极指18相互短路时的弹性波的传输速度
X、Y、Z、x1、y1、z1：轴
λ：波长(周期长度)
具体实施方式
图1表示本发明的弹性表面波装置的一个实施方式，亦即，将多个弹性表面波(surface acoustic wave，SAW)共振子1组合成梯型的梯型滤波器10。在所述梯型滤波器10中，在输入埠11与输出埠12之间将三个SAW共振子1以相互串联的方式分别配置成串联臂，在这些SAW共振子1、1之间将一个SAW共振子1分别并联地连接成并联臂。再者，简化地描绘各SAW共振子1。图1中的13是接地埠。图1中的14是将各个SAW共振子1、1彼此或将SAW共振器1与各埠11、12、13加以电性连接的引回电极。
SAW共振子1包括：IDT电极15、以及在弹性表面波(以下称为“弹性波”)的传输方向上形成于所述IDT电极15的两侧的反射器16、16。IDT电极15包括：一对汇流条(bus bar)17、17，以沿弹性波的传输方向分别延伸，并且在与弹性波的传输方向相互正交的方向上相离的方式而配置；以及多条电极指18，在这些汇流条17、17之间以相互交叉的方式形成为梳齿状。IDT电极15中，从一对汇流条17、17之中一侧的汇流条17延伸的电极指18、及与所述电极指18邻接而从另一侧的汇流条17延伸的电极指18沿弹性波的传输方向交替配置而形成正规型电极。图1中的21是反射器汇流条，22是反射器电极指。有时将IDT电极15、反射器16、引回电极14、各埠11、12、13、反射器汇流条21及反射器电极指22记作电极膜23。所述电极膜23例如由Al(铝)构成，形成于基板3上。
图2是图1的II-II向视剖面，表示IDT电极15的电极指18及基板3的纵剖侧面。如所述图2所示，包括相互邻接的两根电极指18、18的各自的宽度尺寸及所述电极指18、18之间的间隔尺寸的周期长度，对应于在基板3上传输的弹性波的频率。具体地说，所述周期长度与所需的频率下的弹性波的波长λ尺寸相同。在所述示例中，以在基板3的表面上传输的SH型的弹性表面波的频率f成为2GHz以上的方式，构成周期长度λ。具体地说，当将所述弹性表面波的速度设为Vs时，f＝Vs/λ，因此，例如当Vs为4000m/秒时，λ设定为2μm以下。
基板3是从下方侧起依次层叠晶体层31、非晶SiO2层32、压电层(压电基板)即LiTaO3(以下，有时记作LT)层33而构成，在压电层33上层叠着以上所述的电极膜23。关于压电层33，在所述示例中是由36°旋转Y切割-X轴传播LiTaO3(36°Y-X LiTaO3)构成。作为晶体层(晶体基板)31，是由经AT切割且90°X轴传输的晶体构成。如果以后文详述的欧拉角来表述，则是
再者，关于所述晶体层31，只要选择能够通过与压电层33接合，来抑制基板3的表面的能量作为体波漏出而使Q值下降的方位的晶体层即可，并不限于所述欧拉角的晶体层。后文将对调查所述晶体层31的方位与装置的Q值的关联性的实验进行说明。并且，关于晶体层31，对晶片的表面及背面进行区分而考虑θ＝-54.75°及/>θ＝125.25°，但是由于结晶的对称性而具有同等的性质，所以，关于θ＝125.25°的晶体层31，作为AT切割的代表来表示。并且，关于角度ψ，也由于180°的对称性，所以/>θ＝-54.75°、ψ＝90°与θ＝-54.75°、ψ＝-90°具有相互同等的性质，此外，使这些对称性(θ，ψ)组合而成者也具有同等的性质。即，关于角度θ、角度ψ，分别可从所述各值进行选择，可以从角度θ、角度ψ的各组合中，获得相互同等的性质。
另外，所述非晶SiO2层32是为了利用温度补偿效应改善TCF而设置。并且，如以下所述的试验中所示，已确认，通过对所述非晶SiO2层32的厚度进行调整，也可以对TCF以外的装置的各特性进行调整。并且，为了充分获得温度补偿效应，所述非晶SiO2层32的厚度例如大于100nm。再者，在这里所谓的非晶SiO2层32的厚度，不是后述通过除以λ而标准化的厚度，而是实际的非晶SiO2层32的厚度。
(第一试验)
进行如下的第一试验：针对图2所示的包含基板3及构成电极指18的电极膜23的层叠体，分别变更压电层33的厚度(hLT/λ)、非晶SiO2层32的厚度(hSiO2/λ)，以调查装置的特性的对于这些厚度的依存性。在模拟的所述第一试验中，设为λ＝2.1μm，电极膜23的厚度(hAl/λ)＝0.06。并且，hLT/λ在0.02～1的范围内进行了变更，hSiO2/λ在0～1的范围内进行了变更。图3～图15的曲线图表示所述试验结果。
图3的曲线图表示设为使电极指18相互短路时的弹性波的传输速度Vshort(单位：m/秒)、hLT/λ与hSiO2/λ的关系。在所述曲线图中，分别将Vshort设定为纵轴，将hLT/λ设定为横轴，利用相互不同的线型表示hSiO2/λ的值。hSiO2/λ是在所述范围内以每次0.1进行变更而进行试验，为了便于图示，省略显示一部分hSiO2/λ的值时的试验结果。再者，hSiO2/λ＝0表示未设置非晶SiO2层32。并且，图4的曲线图表示电极指18、18之间打开时的传输速度Vopen(单位：m/秒)、hLT/λ与hSiO2/λ的关系。在所述曲线图中，分别将Vopen设定为纵轴，将hLT/λ设定为横轴，与图3同样地通过各线型来表示hSiO2/λ。
如图3、图4所示，在hSiO2/λ＝0的情况下，随着hLT/λ从0左右的值起增大，Vshort、Vopen的值分别下降，并且下降的情形是逐渐变缓。在hSiO2/λ＝0.1～1的情况下，hLT/λ为0左右时，Vshort、Vopen的值分别小于hSiO2/λ＝0的情况。而且，随着hLT/λ从0左右起增大，Vshort、Vopen的值分别上升。但是，有的hSiO2/λ的值，Vopen会暂时下降后立即上升。而且，随着hLT/λ增大，Vshort、Vopen的上升的情形逐渐变缓。并且，随着hLT/λ增大，hSiO2/λ＝0.1～1时的Vshort、Vopen的值分别逐渐接近于hSiO2/λ＝0时的Vshort、Vopen的值。
如以上所述，通过设置非晶SiO2层32而造成Vshort、Vopen降低的结果。特别是hLT/λ比较小的情况，Vshort、Vopen的值大幅降低。如上所述，所谓Vshort、Vopen下降，是指：可以减小电极指18、18之间的距离，从而能够在相同频带内实现SAW装置的小型化。但是，当hSiO2/λ＝0.1～1且hLT/λ≤0.08时，各曲线图的线的倾斜会比较急剧。即，Vshort、Vopen的值因为hLT/λ的微小变化而大幅改变。制造装置时，可能在装置的各部的尺寸上产生制造上的误差，因此，需要避免所述误差大幅影响到装置的特性。因此，从所述图3、图4的曲线图可认为，优选的是设为hLT/λ＞0.08。
图5的曲线图表示共振点上的Q值(Qr)、hLT/λ与hSiO2/λ的关系，分别将Qr设定为纵轴，将hLT/λ设定为横轴，与图3、图4同样地利用曲线图的各线型来表示hSiO2/λ的值。图6的曲线图表示反共振点上的Q值(Qa)、hLT/λ与hSiO2/λ的关系，分别将Qa设定为纵轴，将hLT/λ设定为横轴，与图5同样地利用各线型来表示hSiO2/λ的值。
如果描述图5的曲线图中的Qr的变化的概况，则是在hSiO2/λ＝0～1的各值时，随着hLT/λ从0左右的值起增大，Qr上升，然后急剧下降。当观察所述上升后下降的曲线图的拐点时，与hSiO2/λ＝0时相比，hSiO2/λ＝0.1～1时的hLT/λ的值更高。如果描述图6的曲线图中的Qa的变化的概况，则是在hSiO2/λ＝0～0.9的各值时，随着hLT/λ从0左右的值起增大，Qa上升，但其后，Qa下降。当观察所述上升后下降的曲线图的拐点时，与hSiO2/λ＝0时相比，hSiO2/λ＝0.1～0.9时的hLT/λ的值更高。并且，当hSiO2/λ＝1时，随着hLT/λ从0左右的值起增大，Qa上升之后，上升达到顶点，Qa大致固定地推移。根据所述结果，通过设为0.1≤hSiO2/λ≤1，可以在hLT/λ≤1的范围内，随同hLT/λ的上升而缩小或消除Qr、Qa下降的范围，因此能够提高hLT/λ的设定的自由度。
图7中，以与图5不同的形态，表示Qr、hLT/λ与hSiO2/λ的关系。并且，图8中，以与图6不同的形态，表示Qa、hLT/λ与hSiO2/λ的关系。关于所述图7、图8，分别将hLT/λ设定为X轴，将hSiO2/λ设定为Y轴，并且分别以等高线表示Q值(Qr及Qa)的分布。以能够辨别由等高线包围的各区域的Q值的范围的方式，在所述各区域内标注与所述Q值的范围相应的花纹而表示。
为了在2GHz以上的频带内用作SAW装置，实际应用时需要设为Q值＞1000。根据图5～
图8，Qr或Qa非常高而达到5000～6000的区域存在于hLT/λ＜0.8的范围内，因此，可认为优选的是将hLT/λ设定于这样的范围。并且，可知在hLT/λ＜0.5的范围内，存在Qr及Qa都非常高而达到5000～6000的区域。因此，可知为了获得良好的Q值，特别优选的是设为hLT/λ＜0.5。再者，使压电层33与晶体层31层叠而构成基板3的原因在于，与只利用这些层中的一个构成基板的情况相比，使特性进一步提高，但是如果hLT/λ过大，那么压电层33的特性就会占主导，使各层层叠的效果就会降低，因此，从防止此结果的角度考虑，优选的也是将hLT/λ设定于hLT/λ＜0.5的比较小的范围。
图9的曲线图表示机电耦合系数k2(单位：％)、hLT/λ与hSiO2/λ的关系。在曲线图的纵轴、横轴上分别设定k2、hLT/λ，与图3等同样地，使用相互不同的线型来表示hSiO2/λ的值。关于所述k2，按照下述式1进行计算。式中的fr是共振点的频率，fa是反共振点的频率。
k2＝(π/2·fr/fa)/tan(π/2·fr/fa)……式1
如果观察各hSiO2/λ的曲线图的波形，则是随着hLT/λ从0左右起上升，k2在急剧上升之后达到顶点，然后缓慢下降。再者，关于图9中未显示的hSiO2/λ＝0.2、0.4、0.6、0.8的曲线图，也为呈现这种变化的曲线图。再者，当hSiO2/λ＝0.1时，k2为13.13％，表示最大值。
关于所述k2，虽然对应于搭载SAW装置的机器有适当的值，但是一般来说，高值的通用性大，因而优选。此外，如上所述考虑到装置的制造时的误差，优选的是k2的值的变化量小于hLT/λ的变化量。从所述图9的曲线图可确认，例如在0.08＜hLT/λ＜0.5、且hSiO2/λ＜0.5时，可获得大致8％以上的实际应用上有效的k2，并且相对于hLT/λ的变化量的k2的值的变化量比较低，所以，优选的是在如上所述的范围内设定hLT/λ及hSiO2/λ。
另外，图10是将试验中获得的hLT/λ、hSiO2/λ与k2的关系显示为等高线图的图，与图8同样地，分别在X轴上设定hLT/λ，在Y轴上设定hSiO2/λ，利用等高线来表示k2的分布。如所述图10所示，在0.1≤hSiO2/λ≤0.3的范围内，存在k2非常高而达到12％～13％的区域。因此，为了提高SAW装置的k2，特别优选的是如上所述设为0.1≤hSiO2/λ≤0.3。
图11的曲线图表示共振点上的TCF(单位：ppm/℃)、hLT/λ与hSiO2/λ的关系，分别在纵轴上设定所述共振点上的TCF(以后记作TCF-fr)，在横轴上设定hLT/λ。图12的曲线图表示反共振点上的TCF(单位：ppm/℃)、hLT/λ与hSiO2/λ的关系，分别在纵轴上设定所述反共振点上的TCF(以后记作TCF-fa)，在横轴上设定hLT/λ。在所述图11、图12的曲线图中，与图3、图4的曲线图同样地，使用相互不同的线型，表示hSiO2/λ的值。再者，关于TCF-fr及TCF-fa，越接近0ppm/℃，越优选。
根据图11，当hSiO2/λ＝0时，随着hLT/λ从0左右起上升，TCF-fr上升，hLT/λ达到0.1左右之后，所述TCF-fr缓慢下降。然后，在hLT/λ比较低的范围内，成为TCF-fr＝0ppm。另一方面，当hSiO2/λ＝0.1～1时，在hLT/λ为0左右时，TCF-fr为0ppm/℃以上，随着hLT/λ从0左右起上升，TCF-fr下降，在hLT/λ达到0.4之前，TCF-fr＝0ppm/℃。当hLT/λ进一步上升时，hSiO2/λ＝0.1～1时的TCF-fr逐渐接近于hSiO2/λ＝0时的TCF-fr。并且，当在0.8＞hLT/λ，所述hLT/λ采用任意值时，hSiO2/λ的值越大，TCF-fr的值越大。
根据图12，在hSiO2/λ＝0的情况下，随着hLT/λ从0左右起上升，TCF-fa逐渐下降。并且，在hLT/λ为0左右时，TCF-fa成为最靠近0ppm/℃，并低于所述0ppm/℃的值。另一方面，在hSiO2/λ＝0.1～1的情况下，hLT/λ为0左右时TCF-fa高于0ppm/℃，随着所述hLT/λ从0左右起上升，TCF-fa急剧下降之后，缓慢下降。hSiO2/λ＝0.1～0.8时的TCF-fa在如上所述缓慢下降的过程中，在hLT/λ＝0.08～0.3的范围内成为0ppm/℃以下。hSiO2/λ＝0.9时的TCF-fa如上所述缓慢下降，在hLT/λ＝0.4～0.6时逐渐接近0ppm/℃。并且，当hSiO2/λ＝1时，TCF-fa如上所述缓慢下降之后，缓慢上升。并且，在除了hLT/λ＝0.8左右以外的hLT/λ的各范围内，hSiO2/λ越大，TCF-fa的值越大。
从图11的曲线图，表示了通过设为0.1≤hSiO2/λ≤1，可以与设为hSiO2/λ＝0时相比，增大TCF-fr成为0ppm/℃的hLT/λ的值。并且，从图12的曲线图，表示了通过设为0.1≤hSiO2/λ≤1，可以与设为hSiO2/λ＝0时相比，增大TCF-fa＝0ppm/℃或0ppm/℃左右的hLT/λ的值。如果hLT/λ的值过小，就存在SAW用晶片的制造步骤中难以形成压电层33的情况。因此，已确认通过设为0.1≤hSiO2/λ≤1，可以针对SAW装置获得良好的温度特性，并且容易制造。
再者，关于如果所述hLT/λ的值小就难以形成压电层33的的理由，以下将详细说明。在2GHz以上时，λ为约2μm以下，因此，压电层33的厚度的实际尺寸(＝hLT)变得极小，其偏差即ΔhLT/hLT(ΔhLT为hLT的误差)会成为大问题。即便hLT/λ稍大，所述偏差(ΔhLT/hLT)对特性的影响也会得到缓和。关于此点，通过如下的验算来进一步明确。设为λ＝2μm，ΔhLT＝0.01μm，hSiO2＝0时，根据图11的曲线图，成为TCF-fr＝0的hLT＝0.08λ＝0.16μm，因此，成为ΔhLT/hLT＝0.01/0.16。另一方面，hSiO2＝0.1时，成为TCF-fr＝0的hLT＝0.18λ＝0.36μm，因此，成为ΔhLT/hLT＝0.01/0.36，所以可以减小厚度的偏差。
另外，根据图11、图12的各曲线图，可知以hSiO2/λ越大，使TCF-fr、TCF-fa的值偏移得越高的方式获得了温度补偿效应。特别是关于TCF-fa，通过追加非晶SiO2层32而产生的所述偏移量大。然而根据图12，可认为当hSiO2/λ＝1时，hLT/λ为任意值时的TCF-fa的值与0ppm/℃的差分稍大，所以使hSiO2/λ大于1并非上策。因此，为了将TCF设为适当的值，有效的是设为0＜hSiO2/λ≤1。
图13的等高线图与图11相同，表示hLT/λ、hSiO2/λ与TCF-fr的关系。并且，图14的等高线图与图12相同，表示hLT/λ、hSiO2/λ与TCF-fa的关系。关于所述图13、图14的等高线图，分别在X轴上设定hLT/λ，在Y轴上设定hSiO2/λ。而且，对应于TCF(TCF-fr及TCF-fa)划等高线，与图7等同样地在由等高线包围的各区域内标注花纹，表示TCF的分布。
在图13、图14的等高线图中，当观察TCF-fr及TCF-fa为-10ppm/℃～+10ppm/℃的区域的hSiO2/λ的范围时，在hLT/λ比较小的范围内，所述hSiO2/λ的范围窄。但是当hLT/λ比较厚时，具体地说当hLT/λ≧0.2时，所述hSiO2/λ的范围扩大，因此可知关于hLT/λ，优选的是如上所述设为hLT/λ≧0.2。
在图15中，将hLT/λ、hSiO2/λ与|TCF-fr|+|TCF-fa|的关系显示为等高线图，分别在X轴上设定hLT/λ，在Y轴上设定hSiO2/λ，对应于|TCF-fr|+|TCF-fa|，而划等高线。如所述图15所示，|TCF-fr|+|TCF-fa|的值非常低而达到0ppm～20ppm的区域存在于0.2≤hLT/λ≤0.7、且0.4≤hSiO2/λ≤1的范围内。因此，为了获得良好的频率温度特性，优选的是在如上所述的范围内设定hLT/λ及hSiO2/λ。
再者，关于如上所述成为|TCF-fr|+|TCF-fa|＝0ppm～20ppm的区域，如图16所示，近似为七边形。所述七边形是在Y＝0.4～0.8的范围内由X＝0.2，在X＝0.2～0.3的范围内由Y＝0.4，在X＝0.3～0.4的范围内由Y＝2X－0.2，在X＝0.4～0.7的范围内由Y＝X+0.2，在X＝0.5～0.7的范围内由Y＝-0.5X+1.25，在X＝0.3～0.5的范围内由Y＝1、及在X＝0.2～0.3的范围内由Y＝2X+0.4的各线段包围的区域。即，当在曲线图中在横轴(X轴)上采用hLT/λ，在纵轴(Y轴)上采用hSiO2/λ时，所述七边形的顶点的坐标(hLT/λ，hSiO2/λ)为(0.2，0.4)、(0.3，0.4)、(0.4，0.6)、(0.7，0.9)、(0.5，1.0)、(0.3，1.0)、(0.2，0.8)。特别优选的是将hLT/λ、hSiO2/λ分别设定为所述七边形的区域内的值。
再者，虽然将图14～图16中所说明的TCF设为优选值的hLT/λ及hSiO2/λ的各范围、与将图9、图10中所说明的k2设为优选值的hLT/λ及hSiO2/λ的各范围不一致，但是更重视k2及TCF之中的哪个，则根据情况而不同，因此只要在重视的那一方的优选范围内分别设定hLT/λ、hSiO2/λ即可。
且说，为了使所述k2及TCF都获得良好的值，优选的是在图17的曲线图的五边形所示的范围内分别设定hLT/λ、hSiO2/λ。图17的曲线图是通过使图15所示的TCF的相关曲线图与图10所示的k2的相关曲线图相互重合，而确定了如上所述使k2及TCF都获得良好的值的范围的图。图17的曲线图是如上所述在横轴(X轴)上采用hLT/λ，在纵轴(Y轴)上采用hSiO2/λ，所述五边形的顶点的坐标(hLT/λ，hSiO2/λ)为(0.1，0.1)、(0.4，0.1)、(0.3，0.5)、(0.2，0.5)、(0.1，0.4)。
且说，针对图2中所说明的本发明的实施例的SAW装置及比较例的SAW装置，预先表示通过第一试验而获得的具体数值，并说明特性的差异。比较例的SAW装置中，除了未设置非晶SiO2层32以外，与实施例的SAW装置同样地构成。因此，比较例的SAW装置是在背景技术的项目中所说明的LT晶体接合基板上设置有电极膜23的构成。在所述比较例的SAW装置中，设为hLT/λ＝0.18、hAl/λ＝0.06时，Qr＝5175、Qa＝4410、k2＝12.99％、TCF-fr＝-3.47ppm/℃、TCF-fa＝-27.30ppm/℃。与此相对，在实施例的SAW装置中，当hLT/λ＝0.18、hAl/λ＝0.06、hSiO2/λ＝0.3时，Qr＝3847、Qa＝3954、k2＝12.55％，TCF-fr＝+11.93ppm/℃，TCF-fa＝-11.33ppm/℃。因此，实施例的SAW装置相对于比较例的SAW装置，几乎不使Q值及k2值变差，而大幅改善了TCF。
并且，针对实施例的SAW装置，算出TCF-fr及TCF-fa最接近于0ppm/℃的参数之后，在hLT/λ＝0.18、hAl/λ＝0.06、hSiO2/λ＝0.8时，Qr＝4710、Qa＝3963、k2＝9.54％、TCF-fr＝+4.06ppm/℃、TCF-fa＝-0.43ppm/℃。因此，与如上所述设为hLT/λ＝0.18、hAl/λ＝0.06、hSiO2/λ＝0.3的情况相比，k2成为约0.73倍而减少，但是关于Q值，呈一边维持大致相等的值，一边与TCF-fr、TCF-fa一并更靠近0ppm/℃的结果。因此，实施例的SAW装置能够改善如背景技术的项目中所述，通过形成LT晶体接合基板上的电极膜而使得TCF变差的问题。
(第二试验)
接着，说明为了确认SAW装置的特性而进行的第二试验。在所述第二试验中，通过模拟，而设定了从下方侧起依次层叠着晶体层31、压电层33、构成电极指18的电极膜23的SAW装置。压电层33与第一试验同样地包含36°Y-X LT。并且，分别设定为λ＝2.1μm、hLT/λ＝0.15，并设定为电极膜23的厚度(hAl/λ)＝0.09。而且，作为晶体层31，是设为经AT切割的晶体板，调查所述晶体层31中的波的传输方向与Q值(Qr及Qa)的关系。具体地说，在作为欧拉角的表述中设为/>θ＝125.25°，关于角度ψ，则在0°～360°的范围内进行了变更。
关于所述欧拉角的表述，参照图18A～图18D预先进行简单说明。在图18A～图18D中，相互正交的X轴、Y轴、Z轴是晶体的晶轴，关于相互正交的x1轴、y1轴、z1轴，是为了确定方位而设定的坐标系的坐标轴。在X、Y、Z与x1、y1、z1分别一致的图18A所示的状态下，θ＝0°，ψ＝0°。角度/>是从所述图18A所示的状态起，将Z轴(在所述时点下与z1轴相一致)作为旋转轴，使x1、y1、z1的坐标系朝右转方向旋转所得的角度(参照图18B)。角度θ表示进行所述围绕Z轴的旋转后将x1轴作为旋转轴而使x1、y1、z1的坐标系朝右转方向旋转所得的角度(参照图18C)。与所述z1轴垂直的面是晶体层31的切割面C。角度ψ表示进行所述围绕x1轴的旋转后将z1轴作为旋转轴，使x1、y1、z1的坐标系朝右转方向旋转所得的角度(参照图18D)。通过所述角度ψ的旋转而确定的x1轴的方向是波的传输方向(显示为箭头C1)。再者，说明了关于坐标系朝右转方向旋转，所述右转方向的旋转，是指对角度/>角度θ、角度ψ分别采用正(+)值时的旋转，对角度/>角度θ、角度ψ分别采用负(-)值时则是逆方向的旋转。
在图19所示的曲线图中，表示了所述试验的结果。分别将曲线图的横轴设定为角度θ(单位：°)，将曲线图的纵轴设定为1/Q，分别用实线表示Qr的相关结果，用点划线表示Qa的相关结果。如所述曲线图所示，呈现如下的结果：随着角度θ从0°起上升，1/Qr及1/Qa分别大致周期性地反复进行上升与下降。如以上所述，当在2GHz以上的频带内使用SAW装置时，优选的是Q值＞1000，所以1/Qr及1/Qa优选的是低于0.001。因此，根据曲线图，优选的是设为-20°(340°)≤ψ≤20°、70°≤ψ≤110°、160°≤ψ≤200°、及250°≤ψ≤290°。并且，当-5°≤ψ≤5°、85°≤ψ≤95°、175°≤ψ≤185°、及265°≤ψ≤275°时，1/Qr及1/Qa的值进一步降低，因而更优选。
关于图2中所说明的包含基板3及电极膜23的SAW装置的晶体层31，也可认为通过将角度θ设定于如上所示的范围内，可获得高的Q值。再者，在中设为/>θ＝125.25°，但可认为即使角度/>角度θ分别与所述值稍有变化，Q值也不会大幅变化。因此，可认为，即使将角度/>角度θ例如设为/>123.25°≤θ≤127.25°的范围内的值，也可以提高Q值。并且，虽然已说明从结晶的对称性考虑，也可以是θ＝-54.25°，但是值也可以与所述-54.25°稍有变化，也可以是-56.75°≤θ≤-52.75°。
然而，关于构成压电层33的LT的切割角，只要是针对所驱动的纵波或横波大幅进行驱动的角度即可，并不限于所述切割角。例如，即便使用与经36°Y切割的晶体稍有不同的经切割的晶体，也可认为SAW装置的特性与以上所述的各实验结果没有大的变化。例如也可以将经31°～50°Y切割的LT构成为压电层33。并且，作为所述压电层33，并不限于LT，例如也可以包含LiNbO3，这时，也可认为SAW装置可获得与使用LT时大致相同的特性。
另外，电极膜23的厚度并不限于所述厚度，可以设为任意的厚度。此外，作为电极膜23的材料，并不限于如上所述由Al构成，还可以包含Au(金)、Cu(铜)、Mo(钼)、W(钨)、Pt(铂)、Sc(钪)、Ti(钛)等金属或含有以上列举的金属的合金。并且，也可以利用以上列举的金属的层叠体来构成电极膜23。此外，图2中所说明的电极膜23及基板3的层叠体除了可以应用于图1所示的梯型滤波器10以外，还可以应用于将梯型滤波器分别应用于接收侧滤波器及发送侧滤波器的双工器(duplexer)、或者利用SAW共振子1的振荡器。即，本发明的SAW装置并不限于梯型滤波器10。

Claims (8)

1.一种弹性表面波装置，其特征在于，包括：
晶体层；
非晶氧化硅层，层叠于所述晶体层上；
压电层，层叠于所述非晶氧化硅层上；以及
梳形电极，形成于所述压电层上，用于在所述压电层上激励弹性表面波；
其中，
当将所述弹性表面波的波长设为λ时，
0.1≤所述非晶氧化硅层的厚度/λ≤1，
0.08＜压电层的厚度/λ≤1。
2.根据权利要求1所述的弹性表面波装置，其特征在于，
所述弹性表面波的频率为2GHz以上。
3.根据权利要求2所述的弹性表面波装置，其特征在于，
所述压电层的厚度/λ＜0.5。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的弹性表面波装置，其特征在于，
所述非晶氧化硅层的厚度/λ＜0.5。
5.根据权利要求1或2所述的弹性表面波装置，其特征在于，
当分别在曲线图的横轴上采用所述压电层的厚度/λ，在曲线图的纵轴上采用所述非晶氧化硅层的厚度/λ时，在将(压电层的厚度/λ，非晶氧化硅层的厚度/λ)＝(0.2，0.4)、(0.3，0.4)、(0.4，0.6)、(0.7，0.9)、(0.5，1.0)、(0.3，1.0)、(0.2，0.8)的各坐标利用直线加以连结而获得的七边形的区域内，分别包含所述压电层的厚度/λ、所述非晶氧化硅层的厚度/λ。
6.根据权利要求1或2所述的弹性表面波装置，其特征在于，
当分别在曲线图的横轴上采用所述压电层的厚度/λ，在曲线图的纵轴上采用所述非晶氧化硅层的厚度/λ时，在将(压电层的厚度/λ，非晶氧化硅层的厚度/λ)＝(0.1，0.1)、(0.4，0.1)、(0.3，0.5)、(0.2，0.5)、(0.1，0.4)的各坐标利用直线加以连结而获得的五边形的区域内，分别包含所述压电层的厚度/λ、所述非晶氧化硅层的厚度/λ。
7.根据权利要求1至3中的任一项所述的弹性表面波装置，其特征在于，
所述晶体层的切割面及弹性表面波的传输方向以欧拉角显示
为/>
θ为123.25°≤θ≤127.25°、或-56.75°≤θ≤-52.75°，且
ψ为-20°≤ψ≤20°、70°≤ψ≤110°、160°≤ψ≤200°、或250°≤ψ≤290°。
8.一种弹性表面波装置，其特征在于，包括：
晶体层；
非晶氧化硅层，层叠于所述晶体层上；
压电层，层叠于所述非晶氧化硅层上；以及
梳形电极，形成于所述压电层上，用于在所述压电层上激励2GHz以上的弹性表面波；
其中，
当将所述弹性表面波的波长设为λ时，
所述非晶氧化硅层的厚度/λ≤1。
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多层微结构声表面波温补滤波器仿真设计;刘晓智;董加和;;压电与声光(第03期);第408-412页 *

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