CN110313130B - 声表面波元件 - Google Patents

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Abstract

一种声表面波元件(10),具备包含LiNbO3压电单晶的基板(101)、设置在基板(101)上的第一电介质层(122)、以及设置在第一电介质层(122)上的IDT电极(121),利用瑞利波,在基板(101)传播高频信号。

Description

声表面波元件
技术领域
本发明涉及具有IDT(InterDigital Transducer,叉指换能器)电极的声表面波元件。
背景技术
以往,在配置于移动体通信机的前端部的带通滤波器等中,广泛使用有使用了弹性波的声表面波元件。
例如,作为与带通滤波器对应的声表面波元件,已知有如下结构:在30°Y切割X传播的铌酸锂基板上设置有由氧化铝构成的电介质层,在该电介质层上设置有IDT电极(例如参照专利文献1)。
在先技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2008-78739号公报
发明内容
发明要解决的课题
在专利文献1所示的声表面波元件中,能够适当选择电介质层的厚度、材质来调整机电耦合系数,决定相对频带((反谐振频率-谐振频率)/谐振频率×100)。然而,由于在声表面波元件的制造过程中产生的电介质层的厚度偏差,在制造后的多个声表面波元件中,存在产生相对频带的偏差这样的问题。
因此,本发明以抑制声表面波元件的相对频带的偏差为目的。
用于解决课题的手段
为了实现上述目的,本发明的一方式的声表面波元件具备包含LiNbO3压电单晶的基板、直接或间接地设置在所述基板上的第一电介质层、以及直接或间接地设置在所述第一电介质层上的IDT电极,利用瑞利波,在所述基板传播高频信号。
在利用瑞利波来传播高频信号的声表面波元件中,信号传播时的振幅大的区域位于远离基板及第一电介质层的位置,因此,即便在制造时产生第一电介质层的厚度偏差的情况下,也能够抑制声表面波元件的相对频带的偏差。
另外,也可以是,所述LiNbO3压电单晶的Y切割角为100°以上且160°以下。
由于LiNbO3压电单晶的Y切割角为100°以上且160°以下,因此,在该Y切割角的范围内,机电耦合系数变大,成为声表面波元件容易利用瑞利波来传播高频信号的构造。由此,信号传播时的振幅大的区域成为位于远离基板及第一电介质层的位置,即便在制造时产生第一电介质层的厚度偏差的情况下,也能够抑制声表面波元件的相对频带的偏差。
另外,也可以是,所述第一电介质层包含氧化硅。
由此,即便在制造时产生包含氧化硅的第一电介质层的厚度偏差的情况下,也能够抑制声表面波元件的相对频带的偏差。
也可以是,声表面波元件还具备直接或间接地设置在所述IDT电极上的第二电介质层,所述第一电介质层的厚度比所述第二电介质层的厚度薄。
这样,通过将用于调整机电耦合系数的层即第一电介质层设为比第二电介质层薄,从而能够减小第一电介质层的厚度的偏差尺寸。由此,在制造后的多个声表面波元件中,能够抑制相对频带的偏差。
另外,也可以是,在向所述IDT电极输入了高频信号的情况下,在所述声表面波元件中产生的振动的最大振幅的产生位置存在于所述第二电介质层内。
由此,信号传播时的最大振幅的产生位置成为位于远离基板及第一电介质层的位置。因此,即便在制造时产生第一电介质层的厚度偏差的情况下,也能够抑制声表面波元件的相对频带的偏差。
发明效果
根据本发明,能够抑制声表面波元件的相对频带的偏差。
附图说明
图1是示出实施方式的声表面波元件的概要的俯视图及剖视图。
图2是示出实施方式的声表面波元件的基板及IDT电极的详情的剖视图。
图3是示出比较例中的声表面波元件的基板及IDT电极的详情的剖视图。
图4是示出声表面波元件的剖面的振动分布的图,(a)是产生了瑞利波的情况下的振动分布(实施方式),(b)是产生了洛夫波的情况下的振动分布(比较例)。
具体实施方式
以下,使用实施例及附图对本发明的实施方式详细进行说明。需要说明的是,以下说明的实施方式均示出包括性的或具体的例子。以下的实施方式所示的数值、形状、材料、构成要素、构成要素的配置及连接方式等是一例,并非意在限定本发明。关于以下的实施方式的构成要素中的未记载于独立权利要求的构成要素,作为任意的构成要素来说明。另外,附图所示的构成要素的大小或大小之比不一定严格。另外,在各图中,针对实质上相同的结构标注相同的标记,存在省略或简化重复的说明的情况。
(实施方式)
[1.1声表面波元件的构造]
声表面波元件例如用作构成声表面波滤波器的元件,该声表面波滤波器对输入的高频信号进行滤波并输出。
图1是示出实施方式的声表面波元件10的概要的俯视图及剖视图。另外,图2是示出声表面波元件10的基板101及IDT电极121的详情的剖视图。以后,将声表面波沿着基板101的主面101a传播的方向设为T方向,将与主面101a垂直的方向设为V方向,将与T方向及V方向的两方垂直的方向设为H方向。
如图1所示,声表面波元件10具有基板101、设置在基板101上的第一电介质层122、设置在第一电介质层122上的IDT电极121、第二电介质层103以及保护层104。本实施方式的声表面波元件10利用在向IDT电极121输入了高频信号的情况下在基板101产生的瑞利波,在基板101传播高频信号。
基板101例如包括127.5°Y切割X传播的LiNbO3压电单晶,具有利用瑞利波来传播高频信号的构造。需要说明的是,为了利用瑞利波,LiNbO3压电单晶的Y切割角是至少100°以上且160°以下的规定的Y切割角即可。另外,优选的是,LiNbO3压电单晶的Y切割角为120°以上且130°以下的规定的Y切割角即可。
另外,基板101是至少一部分具有压电性的基板即可。例如,也可以在表面具备压电薄膜(压电体),由声速与该压电薄膜不同的膜及支承基板等的层叠体构成。基板101也可以在基板整体中具有压电性。在该情况下,基板101是由压电体层单层构成的压电基板。
如图1所示,IDT电极121由相互对置的一对梳形电极121a及121b构成。梳形电极121a及121b分别由相互平行的多个电极指和将该多个电极指连接的母线电极构成。上述多个电极指沿着与T方向正交的H方向而形成。声表面波元件10根据该多个电极指的重复周期λ、占空比W/(W+S)等的没计参数来规定被激励的弹性波的波长。
另外,如图2所示,IDT电极121通过从基板101侧依次层叠金属膜211、金属膜212、金属膜213、金属膜214及金属膜215而形成。
金属膜211是用于提高与基板101的紧贴性的紧贴膜,例如由厚度10nm的NiCr材料形成。金属膜212是用于封闭弹性波的能量的主电极,例如由厚度40nm的Pt材料形成。金属膜213是抑制金属膜212与金属膜214的相互扩散的阻隔膜,例如由厚度10nm的Ti材料形成。金属膜214是用于提高电极指的导电性的导电膜,例如由厚度为159nm且电阻值小的材料即AlCu合金材料形成。金属膜215是用于提高与第二电介质层103的紧贴性的紧贴膜,例如由厚度10nm的Ti材料形成。由Pt构成的金属膜212是构成层叠体的多个金属膜211~215中的密度最高的金属膜。另外,金属膜211、213、214及215构成密度最高的金属膜212以外的金属膜。
第一电介质层122是形成在基板101及IDT电极121之间的、用于调整机电耦合系数的层。第一电介质层122例如是厚度1nm的氧化硅层,通过溅射而形成。
第二电介质层103是改善频率温度特性且保护IDT电极121不受到外部环境的破坏的层。第二电介质层103例如是厚度30nm的氧化硅层,且设置在第一电介质层122上,使得覆盖IDT电极121。
第一电介质层122的厚度比第二电介质层103薄。第一电介质层122的厚度为第二电介质层103的厚度的约1/30。IDT电极121的合计厚度与第二电介质层103的厚度大致相同。
保护层104是用于调整频率的层,并且是保护IDT电极121不受外部环境的破坏的层。保护层104例如是SiN层,设置在第二电介质层103上。
需要说明的是,图1及图2所示的声表面波元件10的结构是一例,不局限于此。构成IDT电极121的电极指的根数和长度等不局限于此。IDT电极121也可以不是金属膜的层叠构造,而是金属膜的单层。另外,构成各金属膜及各保护层的材料不局限于上述材料。另外,IDT电极121例如也可以由Ti、Al、Cu、Pt、Au、Ag、Pd等金属或合金构成,还可以由多个层叠体构成,该多个层叠体由上述的金属或合金构成。另外,第二电介质层103、保护层104及第一电介质层122的结构不局限于上述的结构,例如也可以由SiO2、SiN、AlN、聚酰亚胺、或者它们的层叠体等的电介质或绝缘体构成。
(效果等)
具有上述结构的声表面波元件10与作为利用了洛夫波的声表面波元件的比较例相比,能够抑制相对频带的偏差。为了使该理解变得容易,对比较例中的声表面波元件的结构进行说明。
图3是示出比较例中的声表面波元件510的基板501及IDT电极121的详情的剖视图。
比较例中的声表面波元件510利用在向IDT电极121输入了高频信号的情况下在基板501产生的洛夫波,在基板501传播高频信号。基板501包括-4°Y切割X传播的LiNbO3压电单晶,具有利用洛夫波来传播高频信号的构造。其他结构与本实施方式相同,省略说明。
图4是示出声表面波元件的剖面的振动分布(仿真结果)的图,(a)是产生了瑞利波的情况下的振动分布(实施方式),(b)是产生了洛夫波的情况下的振动分布(比较例)。向各声表面波元件输入了功率1W的信号。
需要说明的是,图4的振动分布示出各坐标点处的振幅的大小。作为瑞利波的图4的(a)的振幅由V方向及T方向的振动成分构成,作为洛夫波的图4的(b)的振幅由H方向的振动成分构成。
在图4的(a)中,利用窄间距的斜阴影线表示振幅大的区域,利用宽间距的斜阴影线表示振幅小的区域。最大振幅a1的产生位置不存在于IDT电极121的内部,而存在于第二电介质层103的内部。最大振幅a1与最少振幅a2之差约为5nm。在图4的(b)中,利用窄间距的斜阴影线表示振幅大的区域,利用宽间距的斜阴影线表示振幅小的区域。最大振幅a3的产生位置存在于电极指内。最大振幅a3与最少振幅a4之差约为12nm。
在比较例的声表面波元件510中,如图4的(b)所示,振幅大的区域位于基板501及第一电介质层122的附近。因此,由于在声表面波元件510的制造过程中产生的第一电介质层122的厚度偏差,在制造后的多个声表面波元件510中,容易产生相对频带的偏差。
与此相对,在本实施方式的声表面波元件10中,如图4的(a)所示,振幅大的区域处于IDT电极121的上侧,与声表面波元件510相比,位于远离基板101及第一电介质层122的位置。因此,即便在制造时产生第一电介质层122的厚度偏差的情况下,也难以受到厚度偏差的影响,抑制了制造后的多个声表面波元件10的相对频带的偏差。
即,本实施方式的声表面波元件10具备包含LiNbO3压电单晶的基板101、设置在基板101上的第一电介质层122、以及设置在第一电介质层122上的IDT电极121,利用在向IDT电极121输入了高频信号的情况下在基板101产生的瑞利波,在基板101传播高频信号。
这样,在利用瑞利波来传播高频信号的声表面波元件10中,信号传播时的振幅大的区域成为位于远离基板101及第一电介质层122的位置。因此,即便在制造时产生第一电介质层122的厚度偏差的情况下,在制造后的多个声表面波元件10中,也能够抑制相对频带的偏差。
(其他实施方式)
以上,对本发明的实施方式的声表面波元件进行了说明,但本发明不局限于上述实施方式。组合上述实施方式中的任意的构成要素而实现的其他实施方式、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能够想到的各种变形而得到的变形例、内置有本发明的声表面波元件的各种滤波器及各种设备也包含在本发明中。
产业上的可利用性
本发明作为相对频带的偏差小的声表面波元件,能够广泛用于弹性波滤波器、复用器、高频前端电路及通信装置等。
附图标记说明:
10 声表面波元件;
101 基板;
101a 主面;
103 第二电介质层;
104 保护层;
121 IDT电极;
121a、121b 梳形电极;
122 第一电介质层;
211、212、213、214、215 金属膜。

Claims (4)

1.一种声表面波元件,具备包含LiNbO3压电单晶的基板、设置在所述基板上的第一电介质层、设置在所述第一电介质层上的IDT电极以及设置在所述第一电介质层上使得覆盖所述IDT电极的第二电介质层,
所述第一电介质层包含氧化硅,
所述LiNbO3压电单晶的Y切割角为100°以上且160°以下,
在所述IDT电极被输入了高频信号的情况下使所述基板产生瑞利波,从而在所述基板传播所述高频信号。
2.根据权利要求1所述的声表面波元件,其中,
所述第二电介质层包含氧化硅。
3.根据权利要求1或2所述的声表面波元件,其中,
所述第一电介质层的厚度比所述第二电介质层的厚度薄。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的声表面波元件,其中,
在向所述IDT电极输入了高频信号,由所述声表面波元件产生了所述瑞利波的情况下,所述瑞利波的振动的最大振幅的产生位置存在于所述第二电介质层内。
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