CN110999080B - 弹性波装置、多工器、高频前端电路以及通信装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种在其它弹性波滤波器中不易产生由高阶模造成的纹波的弹性波装置。弹性波装置(1)具备：支承基板(2)，是硅基板；氮化硅膜(3)，层叠在支承基板(2)上；氧化硅膜(4)，层叠在氮化硅膜(3)上；压电体(5)，层叠在氧化硅膜(4)上，且由钽酸锂构成；以及IDT电极(6)，设置在压电体(5)的一个主面，关于压电体的波长归一化膜厚TLT、压电体的欧拉角θLT、所述氮化硅膜的波长归一化膜厚TN、氧化硅膜(4)的波长归一化膜厚TS、通过所述IDT电极的波长归一化膜厚和所述IDT电极的密度相对于铝的密度之比的积求出的、换算为铝的厚度的IDT电极(6)的波长归一化膜厚TE、支承基板(2)的传播方向ψSi、支承基板(2)的波长归一化膜厚TSi的值，TLT、θLT、TN、TS、TE、ψSi被设定为由下述的式(1)表示的与第一高阶模的响应强度对应的Ih、与第二高阶模的响应强度对应的Ih、以及与第三高阶模的响应强度对应的Ih中的至少一个大于‑2.4，且TSi>20。[数学式1]
Description
技术领域
本发明涉及具有在由硅构成的支承基板上层叠了由钽酸锂构成的压电体的构造的弹性波装置、多工器、高频前端电路以及通信装置。
背景技术
以往，在便携式电话、智能电话的高频前端电路广泛使用了多工器。例如，在下述的专利文献1记载的作为分波器的多工器中，具有频率不同的两个以上的带通型滤波器。而且，各带通型滤波器分别由声表面波滤波器芯片构成。各声表面波滤波器芯片具有多个声表面波谐振器。
此外，在下述的专利文献2中公开了一种弹性波装置，该弹性波装置在硅制的支承基板上层叠由二氧化硅构成的绝缘膜和由钽酸锂构成的压电基板而成。而且，通过用硅的(111)面使支承基板和绝缘膜接合，从而提高了耐热性。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2014-68123号公报
专利文献2：日本特开2010-187373号公报
发明内容
发明要解决的课题
在像专利文献1记载的那样的多工器中，在天线端侧，频率不同的多个弹性波滤波器被公共连接。
可是，本申请的发明人们发现：在具有在以硅为材料的支承基板上直接或者间接地层叠了以钽酸锂为材料的压电体的构造的情况下，在比所利用的主模靠高频率侧出现多个高阶模。在将这样的弹性波谐振器用于多工器中的通带低的一侧的弹性波滤波器的情况下，由该弹性波滤波器的高阶模造成的纹波有可能出现在多工器中的通带高的一侧的其它弹性波滤波器的通带。即，若多工器中的通带低的一侧的弹性波滤波器的高阶模位于通带高的一侧的其它弹性波滤波器的通带内，则在通带产生纹波。因而，其它弹性波滤波器的滤波器特性有可能劣化。
本发明的目的在于，提供一种在上述其它弹性波滤波器中不易产生由高阶模造成的纹波的弹性波装置、多工器、具有该多工器的高频前端电路以及通信装置。
用于解决课题的技术方案
如后所述，本申请的发明人们发现：在以硅为材料的支承基板上直接或者间接地层叠了以钽酸锂为材料的压电体的弹性波装置中，后述的第一高阶模～第三高阶模出现在比主模靠高频率侧。
本发明涉及的弹性波装置抑制上述第一高阶模、第二高阶模以及第三高阶模中的至少一个高阶模。
即，本发明涉及的弹性波装置具备：支承基板，是硅基板；氮化硅膜，层叠在所述支承基板上；氧化硅膜，层叠在所述氮化硅膜上；压电体，层叠在所述氧化硅膜上，且由钽酸锂构成；以及IDT电极，设置在所述压电体的一个主面，将由所述IDT电极的电极指间距决定的波长设为λ，将所述压电体的波长归一化膜厚设为TLT，将所述压电体的欧拉角的θ设为θLT，将所述氮化硅膜的波长归一化膜厚设为TN，将所述氧化硅膜的波长归一化膜厚设为TS，将通过所述IDT电极的波长归一化膜厚和所述IDT电极的密度相对于铝的密度之比的积求出的、换算为铝的厚度的所述IDT电极的波长归一化膜厚设为TE，将所述支承基板内的传播方向设为ψSi，将所述支承基板的波长归一化膜厚设为TSi，此时，所述TLT、所述θLT、所述TN、所述TS、所述TE、所述ψSi被设定为由下述的式(1)表示的与第一高阶模的响应强度对应的Ih、与第二高阶模的响应强度对应的Ih、以及与第三高阶模的响应强度对应的Ih中的至少一个大于-2.4，且TSi>20。
[数学式1]
其中，所述式(1)中的系数a、b、c、d、e是根据所述支承基板的晶向、表示所述第一高阶模、所述第二高阶模或者所述第三高阶模中的任一个的高阶模的种类、所述氧化硅膜的波长归一化膜厚TS、所述压电体的波长归一化膜厚TLT、以及所述支承基板内的传播方向ψSi的范围决定的由下述的表1～表11表示的值。
[表1]
[表2]
[表3]
[表4]
[表5]
[表6]
[表7]
[表8]
[表9]
[表10]
[表11]
在本发明涉及的弹性波装置的某个特定的方面中，关于所述第一高阶模以及第二高阶模的Ih设得大于-2.4。
在本发明涉及的弹性波装置的另一个特定的方面中，关于所述第一高阶模以及第三高阶模的Ih设得大于-2.4。
在本发明涉及的弹性波装置的又一个特定的方面中，关于所述第二高阶模以及第三高阶模的Ih设得大于-2.4。
在本发明涉及的弹性波装置中，优选地，关于第一高阶模、第二高阶模以及第三高阶模的全部的Ih设得大于-2.4。在该情况下，能够有效地抑制第一高阶模、第二高阶模以及第三高阶模的全部的响应。
在本发明涉及的弹性波装置的另一个特定的方面中，所述压电体的厚度为3.5λ以下。
在本发明涉及的弹性波装置的又一个特定的方面中，所述压电体的厚度为2.5λ以下。
在本发明涉及的弹性波装置的又一个特定的方面中，所述压电体的厚度为1.5λ以下。
在本发明涉及的弹性波装置的又一个方面中，所述压电体的厚度为0.5λ以下。
在本发明涉及的弹性波装置的另一个方面中，作为弹性波装置而提供弹性波谐振器。
本发明涉及的弹性波滤波器具有多个谐振器，多个谐振器中的至少一个谐振器由按照本发明构成的弹性波装置构成。因此，可得到抑制了第一高阶模、第二高阶模以及第三高阶模中的至少一个的响应的弹性波滤波器。
本发明涉及的多工器具备通带不同的N个(其中，N为2以上)弹性波滤波器，所述N个弹性波滤波器的一端在天线端侧被公共连接，所述N个弹性波滤波器中的除通带最高的弹性波滤波器以外的至少一个弹性波滤波器具有一个以上的弹性波谐振器，所述一个以上的弹性波谐振器中的至少一个弹性波谐振器是按照本发明构成的弹性波装置。
本发明涉及的多工器优选用作载波聚合用复合滤波器装置。
此外，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：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按照本发明构成的弹性波装置；以及RF信号处理电路。
发明效果
根据本发明涉及的弹性波装置、高频前端电路以及通信装置，能够有效地抑制位于比主模靠高频率侧的第一高阶模的响应、第二高阶模的响应以及第三高阶模的响应中的至少一个。因此，在使用了本发明的弹性波装置的高频前端电路以及通信装置中，在具有频率比该弹性波装置的频率高的通带的其它带通型滤波器中不易产生由高阶模造成的纹波。
附图说明
图1的(a)以及图1的(b)是本发明的第一实施方式涉及的弹性波装置的简图式主视剖视图以及示出该弹性波装置的电极构造的示意性俯视图。
图2是示出弹性波谐振器的导纳特性的图。
图3是示出支承基板内的传播方向ψSi与第一高阶模的响应强度S11的关系的图。
图4是示出由钽酸锂构成的压电体的波长归一化膜厚TLT与第一高阶模的响应强度S11的关系的图。
图5是示出由钽酸锂构成的压电体的切割角(90°+θLT)与第一高阶模的响应强度S11的关系的图。
图6是示出氧化硅膜的波长归一化膜厚TS与第一高阶模的响应强度S11的关系的图。
图7是示出IDT电极的波长归一化膜厚TE与第一高阶模的响应强度S11的关系的图。
图8是示出氮化硅膜的波长归一化膜厚TN与第一高阶模的响应强度S11的关系的图。
图9是具有第一实施方式的弹性波装置的多工器的电路图。
图10是示出具有第一实施方式的弹性波装置并在多工器中使用的弹性波滤波器的电路图。
图11的(a)是示出具有比较例的弹性波装置的多工器的滤波器特性的图，图11的(b)是示出第一实施方式的多工器的滤波器特性的图。
图12是示出支承基板的波长归一化膜厚TSi与第一高阶模、第二高阶模以及第三高阶模的响应的关系的图。
图13是示出支承基板内的传播方向ψSi与第二高阶模的响应强度S11的关系的图。
图14是示出由钽酸锂构成的压电体的波长归一化膜厚TLT与第二高阶模的响应强度S11的关系的图。
图15是示出由钽酸锂构成的压电体的切割角(90°+θLT)与第二高阶模的响应强度S11的关系的图。
图16是示出氧化硅膜的波长归一化膜厚TS与第二高阶模的响应强度S11的关系的图。
图17是示出IDT电极的波长归一化膜厚TE与第二高阶模的响应强度S11的关系的图。
图18是示出氮化硅膜的波长归一化膜厚TN与第二高阶模的响应强度S11的关系的图。
图19是示出支承基板内的传播方向ψSi与第三高阶模的响应强度S11的关系的图。
图20是示出由钽酸锂构成的压电体的波长归一化膜厚TLT与第三高阶模的响应强度S11的关系的图。
图21是示出由钽酸锂构成的压电体的切割角(90°+θLT)与第三高阶模的响应强度S11的关系的图。
图22是示出氧化硅膜的波长归一化膜厚TS与第三高阶模的响应强度S11的关系的图。
图23是示出IDT电极的波长归一化膜厚TE与第三高阶模的响应强度S11的关系的图。
图24是示出氮化硅膜的波长归一化膜厚TN与第三高阶模的响应强度S11的关系的图。
图25是示出弹性波装置中的LiTaO3膜的膜厚与Q值的关系的图。
图26是示出弹性波装置中的LiTaO3膜的膜厚与频率温度系数TCF的关系的图。
图27是示出弹性波装置中的LiTaO3膜的膜厚与声速的关系的图。
图28是示出LiTaO3膜厚与相对带宽的关系的图。
图29是示出氧化硅膜的膜厚、高声速膜的材质以及声速的关系的图。
图30是示出氧化硅膜的膜厚、机电耦合系数以及高声速膜的材质的关系的图。
图31是具有高频前端电路的通信装置的结构图。
图32是用于说明晶向的示意图。
图33是用于说明晶向的示意图。
图34是用于说明晶向的示意图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的具体的实施方式进行说明，由此明确本发明。
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之间进行结构的部分置换或者组合。
图1的(a)是本发明的第一实施方式的弹性波装置的简图式主视剖视图，图1的(b)是示出其电极构造的示意性俯视图。
弹性波装置1是单端口型的弹性波谐振器。弹性波装置1具有支承基板2、层叠在支承基板2上的氮化硅膜3、层叠在氮化硅膜3上的氧化硅膜4、层叠在氧化硅膜4上的压电体5、以及形成在压电体5上的IDT电极6。
支承基板2为单晶硅基板。另外，也可以在单晶硅中掺杂有杂质。氮化硅膜3为SiN膜，氧化硅膜4为SiO2膜。压电体5为钽酸锂(LiTaO3)。另外，也可以在钽酸锂中掺杂有Fe等。压电体5具有彼此对置的第一主面5a、第二主面5b。在第一主面5a上设置有IDT电极6。在IDT电极6的弹性波传播方向两侧设置有反射器7、8。
另外，氮化硅膜3不限于SiN膜，也可以在SiN中掺杂有其它元素。此外，氧化硅膜4不仅包含SiO2，例如还可以包含在SiO2中掺杂了氟等的氧化硅。
此外，氧化硅膜4也可以是由多个层构成并在多个层之间包含由钛、镍等构成的中间层的多层构造。也就是说，可以是从支承基板2侧起依次层叠了第一氧化硅膜、中间层、第二氧化硅膜的多层构造。设该情况下的氧化硅膜4的波长归一化厚度表示多层构造整体的厚度。同样地，氮化硅膜3也可以是由多个层构成并在多个层之间包含由钛、镍等构成的中间层的多层构造。也就是说，可以是从支承基板2侧起依次层叠了第一氮化硅膜、中间层、第二氮化硅膜3的多层构造。设该情况下的氮化硅膜3的波长归一化厚度表示多层构造整体的厚度。
由本申请的发明人发现：在具有在这样的支承基板2上直接或者间接地层叠了由钽酸锂构成的压电体5的构造的弹性波谐振器中，产生由下述的第一高阶模、第二高阶模以及第三高阶模造成的响应。
图2是示出用于说明第一高阶模～第三高阶模的弹性波谐振器的导纳特性的图。图2所示的导纳特性不是本发明的实施方式的导纳特性，而是以下的设计参数的弹性波谐振器的导纳特性。
支承基板2的欧拉角
氧化硅膜4的膜厚＝0.30λ，压电体5的膜厚＝0.30λ，压电体的欧拉角
由IDT电极6的电极指间距决定的波长λ为1μm。IDT电极6由层叠了Al膜和Ti膜的层叠金属膜构成，根据各电极层的厚度和密度换算为铝的厚度为0.05λ。
根据图2可明确，在上述弹性波谐振器中，在比主模的响应靠高频率侧出现了第一高阶模、第二高阶模以及第三高阶模的各响应。另外，所谓主模，是指用于得到作为目标的频率特性的谐振模式。关于频率位置，是第一高阶模的响应<第二高阶模的响应<第三高阶模的响应，第一高阶模的响应最靠近主模的响应。但是，图2是一个例子，根据电极厚度等条件，有可能存在各模式的频率位置关系调换的情况。
本实施方式的弹性波装置1的特征在于，可抑制该第一高阶模的响应、第二高阶模的响应以及第三高阶模的响应中的至少一个。
将由上述IDT电极6的电极指间距决定的波长设为λ。将由上述钽酸锂构成的压电体5的波长归一化膜厚设为TLT，将由钽酸锂构成的压电体的欧拉角的θ设为θLT，将氮化硅膜3的波长归一化膜厚设为TN，将氧化硅膜4的波长归一化膜厚设为TS，将根据各电极层的厚度和密度换算为铝的厚度的IDT电极6的波长归一化膜厚设为TE，将支承基板2内的传播方向设为ψSi，将支承基板2的波长归一化膜厚设为TSi。
TLT、θLT、TN、TS、TE、ψSi被设定为由下述的式(1)表示的与第一高阶模的响应强度对应的Ih、与第二高阶模的响应强度对应的Ih、以及与第三高阶模的响应强度对应的Ih中的至少一个大于-2.4，且设为TSi>20。由此，可有效地抑制第一高阶模、第二高阶模或者第三高阶模的响应中的至少一个。以下对此进行详细说明。
另外，在本说明书中，所谓波长归一化膜厚，是用由IDT电极的电极指间距决定的波长λ对膜的厚度进行了归一化的值。因此，将实际的厚度除以λ而得到的值成为波长归一化膜厚。另外，所谓由IDT电极的电极指间距决定的波长λ，也可以由电极指间距的平均值决定。
另外，换算为铝的厚度的IDT电极6的波长归一化膜厚TE可通过IDT电极的波长归一化厚度和IDT电极6的密度相对于铝的密度之比的积求出。在该情况下，在像IDT电极6那样具有多个电极层的情况下，根据各电极层的厚度以及密度求出IDT电极6的密度，求出上述换算为铝的IDT电极6的波长归一化膜厚TE。
[数学式2]
其中，式(1)中的系数a、b、c、d以及e是根据支承基板2的晶向、表示第一高阶模、第二高阶模或者第三高阶模中的任一个的高阶模的种类、氧化硅膜4的波长归一化膜厚TS、由钽酸锂构成的压电体的波长归一化膜厚TLT、以及所述支承基板2内的传播方向ψSi等的范围决定的由下述的表12～表22表示的值。另外，表12～表22中的Si(100)、Si(110)或Si(111)是构成支承基板2的单晶Si的晶向。关于该各晶向的详情将在后面叙述。
[表12]
[表13]
[表14]
[表15]
[表16]
[表17]
[表18]
[表19]
[表20]
[表21]
[表22]
本申请的发明人们使上述TLT、θLT、TN、TS、TE、ψSi、TSi的各设计参数进行各种变化，并研究了第一高阶模、第二高阶模以及第三高阶模的响应强度如何变化。
另外，作为使上述各参数变化了的情况下的高阶模的响应强度，求出了S11的绝对值。S11的绝对值的分贝显示值越小，表示高阶模的响应强度越大。在计算S11时，设电极指交叉宽度为20λ且电极指的对数为94对，用二维有限元法的电极指对模型求出了S11。
另外，IDT电极设为从压电体侧起按Ti/Pt/Ti/Al的顺序层叠了这些金属膜的构造。此外，关于IDT电极的厚度，变更Pt膜的厚度而使其变化。进而，关于IDT电极的波长归一化膜厚TE，使用根据各金属膜的密度估计的IDT电极整体的质量，求出了根据各电极层的厚度和密度换算为铝的厚度的情况下的波长归一化膜厚。
(第一高阶模)
将具有图2所示的导纳特性的弹性波谐振器作为基准构造。即，将如下的弹性波谐振器作为基准构造，即，支承基板2的欧拉角＝(0°，0°，45°)，氧化硅膜4的膜厚＝0.30λ，压电体5的膜厚＝0.30λ，压电体5的欧拉角＝(0°，-40°，0°)，由IDT电极6的电极指间距决定的波长λ＝1λμm。在该基准构造中，IDT电极6由层叠了Al膜和Ti膜的层叠金属膜构成。根据各电极层的厚度和密度换算为铝的层叠金属膜的厚度设为0.05λ。图3～图8分别是示出相对于基准构造使各参数变化了的情况下的第一高阶模的响应强度S11的变化的图。如图3所示，可知若相对于基准构造使支承基板内的传播方向ψSi在0°至45°的范围内变化，则第一高阶模的响应强度S11变化。
同样地，如图4所示，可知在使由钽酸锂构成的压电体的波长归一化膜厚TLT变化了的情况下，第一高阶模的响应强度S11也变化。
进而，如图5所示，在作为由钽酸锂构成的压电体的切割角的(90°+θLT)变化了的情况下，第一高阶模的响应强度S11也变化。
如图6所示，在使氧化硅膜的波长归一化膜厚TS变化了的情况下，第一高阶模的响应强度S11也变化。
如图7所示，在作为IDT电极的换算为Al的厚度的波长归一化膜厚TE变化了的情况下，第一高阶模的响应强度S11也变化。
如图8所示，可知若使氮化硅膜的波长归一化膜厚TN变化，则第一高阶模的强度S11变化。
根据图3～图8可知，通过使这些参数变化，从而能够调整第一高阶模的响应强度。即，通过选择上述各参数的值，从而能够减小第一高阶模的响应强度。
本申请的发明人们根据图3～图8等的计算结果导出：与高阶模的响应强度对应的Ih可由前述的式(1)和前述的表12～表22中的系数a、b、c、d、e求出。
而且，发现：根据支承基板的晶向(100)、(110)或(111)、由钽酸锂构成的压电体的波长归一化膜厚TLT、氮化硅膜的波长归一化膜厚TN、氧化硅膜的波长归一化膜厚TS、IDT电极的波长归一化膜厚TE的各范围以及支承基板中的传播方向ψSi，式(1)中的系数成为在表12～表14记载的值。由此，决定与第一高阶模的响应强度对应的Ih1变得大于-2.4的TLT、θLT、TN、TS、TE、ψSi的条件。
可是，在一端连接了多个弹性波滤波器的多工器中，要求高阶模的响应强度对于S11大于-2.4dB。这是为了将其设为能够忽略对自身以外的其它弹性波滤波器的通过特性的影响的程度。通常，在便携式电话机等中，从确保接收灵敏度的观点出发，要求出现在通带的纹波为-0.8dB以上。不过，可知在高阶模存在于其它弹性波滤波器的通带的情况下，在其它滤波器的通带产生高阶模的响应强度的大致1/3的强度程度的纹波。因此，为使上述通带内的纹波为-0.8dB以上，只要使高阶模的响应强度S11大于-2.4dB即可。
除此以外，在第一实施方式的弹性波装置1中，设为TSi>20。
由于设为关于第一高阶模的上述Ih>-2.4且设为TSi>20，所以能够有效地抑制第一高阶模的响应对其它弹性波滤波器的通带的影响。参照图9～图12对此进行说明。
图9是多工器的电路图。在多工器10中，第一弹性波滤波器11～第四弹性波滤波器14在天线端子15侧被公共连接。图10是第一弹性波滤波器11的电路图。第一弹性波滤波器11具有多个串联臂谐振器S1～S3和多个并联臂谐振器P1、P2。即，第一弹性波滤波器11是梯型滤波器。使用上述实施方式的弹性波装置1构成了串联臂谐振器S1～S3以及并联臂谐振器P1、P2。另外，上述多工器10例如能够用作载波聚合用复合滤波器装置。
另外，在本发明中，具有本发明的弹性波装置的弹性波滤波器的电路结构并不限定于此。例如，也可以是具有纵向耦合谐振器型弹性波滤波器的弹性波滤波器。在该情况下，可以是，纵向耦合谐振器型弹性波滤波器为本发明的弹性波装置。或者，也可以是，与纵向耦合谐振器型弹性波滤波器连接的弹性波谐振器由本发明涉及的弹性波装置构成。
另外，将第一弹性波滤波器11～第四弹性波滤波器14的通带设为第一通带～第四通带。频率位置设为第一通带<第二通带<第三通带<第四通带。
为了比较，准备了除了使用上述基准构造的弹性波谐振器以外与上述实施方式同样地构成了第一弹性波滤波器的比较例的多工器。
图11的(a)示出比较例的多工器中的第一弹性波滤波器以及第二弹性波滤波器的滤波器特性。第一弹性波滤波器的通带为第一通带A。第二弹性波滤波器的通带为第二通带B。在第二通带B中，出现了大的纹波。这是因为，由于用于第一弹性波滤波器的弹性波谐振器的第一高阶模，响应出现得大。
图11的(b)是示出作为本发明的实施方式的多工器的滤波器特性的图。在此，第一弹性波滤波器使用上述实施方式的弹性波装置构成。因此，在第二通带B中没有出现大的纹波。即，在作为其它滤波器的第二弹性波滤波器的通带B中没有出现大的纹波。因而，不易产生第二弹性波滤波器中的滤波器特性的劣化。
像这样，在本发明涉及的多工器中，在具有按照本发明构成的弹性波装置的弹性波滤波器中可抑制上述第一高阶模的响应，因此能够有效地抑制通带比自身频带高的其它弹性波滤波器中的滤波器特性的劣化。
另外，图12是示出支承基板2的波长归一化膜厚TSi与第一高阶模、第二高阶模以及第三高阶模的响应强度S11的关系的图。根据图12明确可知，如果TSi>20，则能够更有效地抑制第一高阶模、第二高阶模以及第三高阶模的响应强度。
(第二高阶模)
图13是示出支承基板内的传播方向ψSi与第二高阶模的响应强度S11的关系的图。根据图13可明确，若ψSi变化，则第二高阶模的响应强度S11变化。同样地，如图14所示，在由钽酸锂构成的压电体的波长归一化膜厚TLT变化了的情况下，第二高阶模的响应强度S11也变化。如图15所示，在由钽酸锂构成的压电体的切割角(90°+θLT)变化了的情况下，第二高阶模的响应强度S11也变化。
如图16所示，在氧化硅膜的波长归一化膜厚TS变化了的情况下，第二高阶模的响应强度S11也变化。进而，如图17所示，在IDT电极的换算为Al的波长归一化膜厚TE变化了的情况下，第二高阶模的响应强度S11也变化。此外，如图18所示，在氮化硅膜的波长归一化膜厚TN变化了的情况下，第二高阶模的响应强度S11也变化。
根据图13～图18等的计算结果，与第一高阶模的情况同样地，求出了用于表现与第二高阶模的响应强度对应的Ih2的式(1)中的系数的值。如果根据支承基板的晶向(100)、(110)或(111)、由钽酸锂构成的压电体的波长归一化膜厚TLT、氮化硅膜的波长归一化膜厚TN、氧化硅膜的波长归一化膜厚TS、IDT电极的波长归一化膜厚TE、传播方向ψSi的范围，像上述的表15～表17那样设为式(1)的系数，则能够表现与第二高阶模的响应强度对应的Ih2，通过从其中决定Ih2成为-2.4以上的TLT、θLT、TN、TS、TE、ψSi的条件，进而设为TSi>20，从而还能够充分减小第二高阶模的响应。
(第三高阶模)
图19是示出支承基板内的传播方向ψSi与第三高阶模的响应强度S11的关系的图。根据图19可明确，若ψSi变化，则第三高阶模的响应强度S11变化。同样地，如图20所示，在由钽酸锂构成的压电体的波长归一化膜厚TLT变化了的情况下，第三高阶模的响应强度S11也变化。如图21所示，在由钽酸锂构成的压电体的切割角(90°+θLT)变化了的情况下，第三高阶模的响应强度S11也变化。如图22所示，在氧化硅膜的波长归一化膜厚TS变化了的情况下，第三高阶模的响应强度S11也变化。
进而，如图23所示，在IDT电极的换算为Al的波长归一化膜厚TE变化了的情况下，第三高阶模的响应强度S11也变化。此外，如图24所示，在氮化硅膜的波长归一化膜厚TN变化了的情况下，第三高阶模的响应强度S11也变化。
根据图19～图24等，求出了表现由式(1)示出的与第三高阶模的响应强度对应的Ih3的式(1)中的系数的值。即，如果根据支承基板的晶向(100)、(110)或(111)，进而根据由钽酸锂构成的压电体的波长归一化膜厚TLT、氮化硅膜的波长归一化膜厚TN、氧化硅膜的波长归一化膜厚TS、IDT电极的波长归一化膜厚TE、传播方向ψSi的范围，像上述的表18～表22那样设为式(1)的系数，则能够表现与第三高阶模的响应强度对应的Ih3，通过从其中决定Ih3成为-2.4以上的TLT、θLT、TN、TS、TE、ψSi的条件，进而设为TSi>20，从而还能够充分减小第三高阶模的响应。
(更优选的实施方式)
优选地，最好是关于第一高阶模、第二高阶模以及第三高阶模的全部的Ih为Ih>-2.4。在该情况下，能够有效地抑制第一高阶模～第三高阶模对其它弹性波滤波器的影响。此外，也可以将关于第一高阶模以及第二高阶模的Ih、关于第一高阶模以及第三高阶模的Ih或者关于第二高阶模以及第三高阶模的Ih设为Ih>-2.4。在该情况下，能够抑制由第一高阶模～第三高阶模中的两种高阶模造成的影响。
(压电体的厚度)
在应用本申请发明的构造的情况下，如上所述，具有高阶模封闭在层叠有氧化硅膜4和压电体5的部分的倾向，但是通过将上述压电体5的厚度设为3.5λ以下，从而氧化硅膜4和压电体5的层叠部分变薄，因此变得不易封闭高阶模。
更优选地，由钽酸锂构成的压电体5的膜厚为2.5λ以下，在该情况下，能够减小频率温度系数TCF的绝对值。进一步优选地，由钽酸锂构成的压电体5的膜厚为1.5λ以下。在该情况下，能够容易地调整机电耦合系数。更进一步优选地，由钽酸锂构成的压电体5的膜厚为0.5λ以下。在该情况下，能够在宽范围内容易地调整机电耦合系数。
在本发明中，在各基板材料中在晶体学上等效的取向作为相同的取向来处理。
另外，以下对由前述的Si(100)、Si(110)以及Si(111)示出的硅的晶向进行更详细的说明。
如图32所示，所谓Si(100)，表示是如下的基板，该基板是在具有金刚石构造的硅的晶体构造中在与由密勒指数[100]表示的晶轴正交的(100)面进行了切割的基板。另外，还包含Si(010)等在晶体学上等效的面。
如图33所示，所谓Si(110)，表示是如下的基板，该基板是在具有金刚石构造的硅的晶体构造中在与由密勒指数[110]表示的晶轴正交的(110)面进行了切割的基板。另外，还包含其它在晶体学上等效的面。
如图34所示，所谓Si(111)，表示是如下的基板，该基板是在具有金刚石构造的硅的晶体构造中在与由密勒指数[111]表示的晶轴正交的(111)面进行了切割的基板。另外，还包含其它在晶体学上等效的面。
另外，在上述式(1)中，
a)在使用Si(100)(设为欧拉角(
θSi＝0±5°，ψSi))的情况下，ψSi的范围设为0°≤ψSi≤45°。不过，根据Si(100)的晶体构造的对称性，ψSi和ψSi±(n×90°)同义(其中，n＝1、2、3…)。同样地，ψSi和-ψSi同义。
b)在使用Si(110)(设为欧拉角(
θSi＝-90±5°，ψSi))的情况下，ψsi的范围设为0°≤ψSi≤90°。不过，根据Si(110)的晶体构造的对称性，ψSi和ψSi±(n×180°)同义(其中，n＝1、2、3…)。同样地，ψSi和-ψSi同义。
c)在使用Si(111)(设为欧拉角(
θSi＝-54.73561±5°，ψSi))的情况下，ψSi的范围设为0°≤ψSi≤60°。不过，根据Si(111)的晶体构造的对称性，ψSi和ψSi±(n×120°)同义(其中，n＝1、2、3…)。同样地，ψSi和-ψSi同义。
此外，虽然θLT的范围设为-180°<θLT≤0°，但是只要作为θLT和θLT+180°同义来处理即可。
另外，在本说明书中，例如，欧拉角(0°±5°的范围内，θ，0°±15°的范围内)中的所谓0°±5°的范围内，意味着-5°以上且+5°以下的范围内，所谓0°±15°的范围内，意味着-15°以上且+15°以下的范围内。
图25是示出在由硅构成的高声速支承基板上层叠了由厚度为0.35λ的氧化硅膜构成的低声速膜以及由欧拉角为(0°，-40°，0°)的钽酸锂构成的压电膜的弹性波装置中的、LiTaO3膜的膜厚与Q值的关系的图。该图25中的纵轴是谐振器的Q特性与相对带宽(Δf)之积。此外，图26是示出LiTaO3膜的膜厚与频率温度系数TCF的关系的图。图27是示出LiTaO3膜的膜厚与声速的关系的图。根据图25，LiTaO3膜的膜厚优选为3.5λ以下。在该情况下，与膜厚超过3.5λ的情况相比，Q值变高。更优选地，为了进一步提高Q值，LiTaO3膜的膜厚最好为2.5λ以下。
此外，根据图26，在LiTaO3膜的膜厚为2.5λ以下的情况下，与膜厚超过2.5λ的情况相比，能够减小频率温度系数TCF的绝对值。更优选地，最好将LiTaO3膜的膜厚设为2λ以下，在该情况下，能够使频率温度系数TCF的绝对值为10ppm/℃以下。为了减小频率温度系数TCF的绝对值，进一步优选将LiTaO3膜的膜厚设为1.5λ以下。
根据图27，若LiTaO3膜的膜厚超过1.5λ，则声速的变化极小。
不过，如图28所示，若LiTaO3膜的膜厚为0.05λ以上且0.5λ以下的范围，则相对带宽大幅变化。因此，能够在更宽的范围内调整机电耦合系数。因而，为了拓宽机电耦合系数以及相对带宽的调整范围，LiTaO3膜的膜厚最好为0.05λ以上且0.5λ以下的范围。
图29以及图30是分别示出氧化硅膜厚(λ)与声速以及机电耦合系数的关系的图。在此，在由SiO2构成的低声速膜的下方，作为高声速膜，分别使用了氮化硅膜、氧化铝膜以及金刚石。高声速膜的膜厚设为1.5λ。氮化硅的体波(bulk wave)的声速为6000m/秒，氧化铝中的体波的声速为6000m/秒，金刚石中的体波的声速为12800m/秒。如图29以及图30所示，即使变更了高声速膜的材质以及氧化硅膜的膜厚，机电耦合系数以及声速也几乎不变化。特别是，根据图30，若氧化硅膜的膜厚为0.1λ以上且0.5λ以下，则与高声速膜的材质如何无关，机电耦合系数几乎不变。此外，根据图29可知，如果氧化硅膜的膜厚为0.3λ以上且2λ以下，则与高声速膜的材质如何无关，声速不变。因此，优选地，由氧化硅构成的低声速膜的膜厚为2λ以下，更优选地，最好为0.5λ以下。
上述各实施方式的弹性波装置能够用作高频前端电路的多工器等部件。以下对这样的高频前端电路的例子进行说明。
图31是具有高频前端电路的通信装置的概略结构图。通信装置240具有天线202、高频前端电路230、以及RF信号处理电路203。高频前端电路230是与天线202连接的电路部分。高频前端电路230具有多工器210和放大器221～224。多工器210具有第一滤波器211～第四滤波器214。作为该多工器210，能够使用上述的本发明的多工器。多工器210具有与天线202连接的天线公共端子225。在天线公共端子225，作为接收滤波器的第一滤波器211～第三滤波器213的一端和作为发送滤波器的第四滤波器214的一端被公共连接。第一滤波器211～第三滤波器213的输出端分别与放大器221～223连接。此外，在第四滤波器214的输入端连接有放大器224。
放大器221～223的输出端与RF信号处理电路203连接。放大器224的输入端与RF信号处理电路203连接。
本发明涉及的多工器能够适当地用作这样的通信装置240中的多工器210。
另外，本发明中的多工器可以仅具有多个发送滤波器，也可以具有多个接收滤波器。另外，多工器具备n个带通型滤波器，n为2以上。因此，双工器也是本发明中的多工器。
本发明作为滤波器、能够应用于多频段系统的多工器、前端电路以及通信装置，能够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：支承基板；
3：氮化硅膜；
4：氧化硅膜；
5：压电体；
5a、5b：第一主面、第二主面；
6：IDT电极；
7、8：反射器；
10：多工器；
11～14：第一弹性波滤波器～第四弹性波滤波器；
15：天线端子；
202：天线；
203：RF信号处理电路；
210：多工器；
211～214：第一滤波器～第四滤波器；
221～224：放大器；
225：天线公共端子；
230：高频前端电路；
240：通信装置；
P1、P2：并联臂谐振器；
S1～S3：串联臂谐振器。
Claims (15)
1.一种弹性波装置，具备：
支承基板，是硅基板；
氮化硅膜，层叠在所述支承基板上；
氧化硅膜，层叠在所述氮化硅膜上；
压电体，层叠在所述氧化硅膜上，且由钽酸锂构成；以及
IDT电极，设置在所述压电体的一个主面，
将由所述IDT电极的电极指间距决定的波长设为λ，将所述压电体的波长归一化膜厚设为TLT，将所述压电体的欧拉角的θ设为θLT，将所述氮化硅膜的波长归一化膜厚设为TN，将所述氧化硅膜的波长归一化膜厚设为TS，将通过所述IDT电极的波长归一化膜厚和所述IDT电极的密度相对于铝的密度之比的积求出的、换算为铝的厚度的所述IDT电极的波长归一化膜厚设为TE，将所述支承基板内的传播方向设为ψSi，将所述支承基板的波长归一化膜厚设为TSi，此时，所述TLT、所述θLT、所述TN、所述TS、所述TE、所述ψSi被设定为由下述的式(1)表示的与第一高阶模的响应强度对应的Ih、与第二高阶模的响应强度对应的Ih、以及与第三高阶模的响应强度对应的Ih中的至少一个大于-2.4，且所述TSi>20，
[数学式1]
其中，所述式(1)中的系数a、b、c、d、e是根据所述支承基板的晶向、表示所述第一高阶模、所述第二高阶模或者所述第三高阶模中的任一个的高阶模的种类、所述氧化硅膜的波长归一化膜厚TS、所述压电体的波长归一化膜厚TLT、以及所述支承基板内的传播方向ψSi的范围决定的由下述的表1～表11表示的值，
[表1]
[表2]
[表3]
[表4]
[表5]
[表6]
[表7]
[表8]
[表9]
[表10]
[表11]
2.根据权利要求1所述的弹性波装置，其中，
关于所述第一高阶模以及第二高阶模的Ih设得大于-2.4。
3.根据权利要求1所述的弹性波装置，其中，
关于所述第一高阶模以及第三高阶模的Ih设得大于-2.4。
4.根据权利要求1所述的弹性波装置，其中，
关于所述第二高阶模以及第三高阶模的Ih设得大于-2.4。
5.根据权利要求1所述的弹性波装置，其中，
关于所述第一高阶模、第二高阶模以及第三高阶模的全部的Ih设得大于-2.4。
6.根据权利要求1～5中的任一项所述的弹性波装置，其中，
所述压电体的厚度为3.5λ以下。
7.根据权利要求6所述的弹性波装置，其中，
所述压电体的厚度为2.5λ以下。
8.根据权利要求6所述的弹性波装置，其中，
所述压电体的厚度为1.5λ以下。
9.根据权利要求6所述的弹性波装置，其中，
所述压电体的厚度为0.5λ以下。
10.根据权利要求1～5中的任一项所述的弹性波装置，其中，
所述弹性波装置为弹性波谐振器。
11.一种弹性波滤波器，其中，
具有多个谐振器，多个谐振器中的至少一个谐振器由权利要求1～10中的任一项所述的弹性波装置构成。
12.一种多工器，其中，
具备通带不同的N个弹性波滤波器，其中，N为2以上，所述N个弹性波滤波器的一端在天线端侧被公共连接，
所述N个弹性波滤波器中的除通带最高的弹性波滤波器以外的至少一个弹性波滤波器具有一个以上的弹性波谐振器，
所述一个以上的弹性波谐振器中的至少一个弹性波谐振器为权利要求1～10中的任一项所述的弹性波装置。
13.根据权利要求12所述的多工器，其中，
所述多工器为载波聚合用复合滤波器装置。
14.一种高频前端电路，具备：
弹性波滤波器，具有权利要求1～10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。
15.一种通信装置，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1～10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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