CN112673570A

CN112673570A - 弹性波装置、弹性波滤波器以及复合滤波器装置

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Publication number: CN112673570A
Application number: CN201980058436.7A
Authority: CN
Inventors: 中川亮; 岩本英树
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2018-09-07
Filing date: 2019-09-06
Publication date: 2021-04-16
Anticipated expiration: 2039-09-06
Also published as: CN112673570B; WO2020050402A1; US20210194455A1; JPWO2020050402A1; JP6977890B2; US11888461B2; KR20210029806A; KR102515732B1

Abstract

提供一种不易产生纹波的弹性波装置。弹性波装置(1)在包含硅的支承基板(2)上层叠有氧化硅膜(3)、钽酸锂膜(4)、IDT电极(5)以及保护膜(8)，关于钽酸锂膜的波长标准化膜厚T_LT、欧拉角的θ_LT、氧化硅膜(3)的波长标准化膜厚T_S、换算为铝的厚度的IDT电极(5)的波长标准化膜厚T_E、保护膜的波长标准化膜厚T_P、支承基板(2)的传播方位ψ_Si、支承基板(2)的波长标准化膜厚T_Si的值，设定T_LT、θ_LT、T_S、T_E、T_P和ψ_Si，使得I_h大于‑2.4，其中，I_h对应于关于杂散(A、B、C)的响应中的至少一个响应由下述的式(1)表示的杂散的响应的强度。

Description

弹性波装置、弹性波滤波器以及复合滤波器装置

技术领域

本发明涉及具有在包含硅的支承基板上层叠有钽酸锂膜的构造的弹性波装置、弹性波滤波器以及复合滤波器装置。

背景技术

以往，在便携式电话、智能电话的高频前端电路，广泛使用多个弹性波滤波器。例如，在下述的专利文献1记载的分波器中，频率不同的两个以上的带通型滤波器的一端被公共连接。而且，各带通型滤波器分别包含声表面波滤波器芯片。各声表面波滤波器芯片具有多个声表面波谐振器。

在下述的专利文献2记载的弹性波谐振器中，公开了一种在硅支承基板上层叠包含二氧化硅的绝缘膜和包含钽酸锂的压电基板而成的弹性波装置。而且，通过在硅的(111)面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

在如专利文献1记载的弹性波装置中，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了在硅支承基板上直接或者间接地层叠有钽酸锂膜的弹性波谐振器中，在比所利用的主模更靠高频率侧出现多个杂散。在将这样的弹性波谐振器用于弹性波装置中的通带低的一侧的弹性波滤波器的情况下，在该弹性波滤波器出现的杂散有可能出现在通带高的一侧的其他弹性波滤波器的通带。因此，其他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，提供一种在上述其他弹性波滤波器中不易产生纹波的弹性波装置、弹性波滤波器以及复合滤波器装置。

用于解决课题的手段

本申请的第1发明涉及的弹性波装置的特征在于，具备：硅支承基板；氧化硅膜，层叠在所述硅支承基板上；钽酸锂膜，层叠在所述氧化硅膜上；IDT电极，设置在所述钽酸锂膜上，具有电极指；和保护膜，覆盖所述IDT电极的至少一部分，将由所述IDT电极的电极指间距决定的波长设为λ，将所述钽酸锂膜的波长标准化膜厚设为T_LT，将所述钽酸锂膜的欧拉角的θ设为θ_LT，将所述氧化硅膜的波长标准化膜厚设为T_S，将通过所述IDT电极的波长标准化膜厚和所述IDT电极的密度除以铝的密度所得的值之积而求出的换算为铝的厚度的所述IDT电极的波长标准化膜厚设为T_E，将通过所述保护膜的密度除以氧化硅的密度所得的值和利用所述波长λ对所述保护膜的厚度进行了标准化的波长标准化膜厚之积而求出的所述保护膜的波长标准化膜厚设为T_P，将所述硅支承基板中的传播方位设为ψ_Si，将利用所述波长λ对所述硅支承基板的厚度进行了标准化的波长标准化膜厚设为T_Si，此时，设定所述T_LT、所述θ_LT、所述T_S、所述T_E、所述T_P和所述ψ_Si，使得由下述的式(1)表示的值大于-2.4。

[数学式1]

其中，所述式(1)中的系数a、b、c、d、e、f是根据所述硅支承基板的晶体取向、所述T_S、所述T_LT以及所述ψ_Si的范围而决定的由下述的表1～表12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]

[表12]

本申请的第2发明涉及的弹性波装置的特征在于，具备：硅支承基板；氧化硅膜，层叠在所述硅支承基板上；钽酸锂膜，层叠在所述氧化硅膜上；IDT电极，设置在所述钽酸锂膜上，具有电极指；和保护膜，覆盖所述IDT电极的至少一部分，将由所述IDT电极的电极指间距决定的波长设为λ，将所述钽酸锂膜的波长标准化膜厚设为T_LT，将所述钽酸锂膜的欧拉角的θ设为θ_LT，将所述氧化硅膜的波长标准化膜厚设为T_S，将通过所述IDT电极的波长标准化膜厚和所述IDT电极的密度除以铝的密度所得的值之积而求出的换算为铝的厚度的所述IDT电极的波长标准化膜厚设为T_E，将通过所述保护膜的密度除以氧化硅的密度所得的值和利用所述波长λ对所述保护膜的厚度进行了标准化的波长标准化膜厚之积而求出的所述保护膜的波长标准化膜厚设为T_P，将所述硅支承基板中的传播方位设为ψ_Si，将利用所述波长λ对所述硅支承基板的厚度进行了标准化的波长标准化膜厚设为T_Si，此时，设定所述T_LT、所述θ_LT、所述T_S、所述T_E、所述T_P和所述ψ_Si，使得由下述的式(1)表示的值大于-2.4。

[数学式2]

其中，所述式(1)中的系数a、b、c、d、e、f是根据所述硅支承基板的晶体取向、所述T_S、所述T_LT以及所述ψ_Si的范围而决定的由下述的表13～表24表示的值。

[表13]

[表14]

[表15]

[表16]

[表17]

[表18]

[表19]

[表20]

[表21]

[表22]

[表23]

[表24]

本申请的第3发明涉及的弹性波装置为如下的弹性波装置，具备：硅支承基板；氧化硅膜，层叠在所述硅支承基板上；钽酸锂膜，层叠在所述氧化硅膜上；IDT电极，设置在所述钽酸锂膜上，具有电极指；和保护膜，覆盖所述IDT电极的至少一部分，将由所述IDT电极的电极指间距决定的波长设为λ，将所述钽酸锂膜的波长标准化膜厚设为T_LT，将所述钽酸锂膜的欧拉角的θ设为θ_LT，将所述氧化硅膜的波长标准化膜厚设为T_S，将通过所述IDT电极的波长标准化膜厚和所述IDT电极的密度除以铝的密度所得的值之积而求出的换算为铝的厚度的所述IDT电极的波长标准化膜厚设为T_E，将通过所述保护膜的密度除以氧化硅的密度所得的值和利用所述波长λ对所述保护膜的厚度进行了标准化的波长标准化膜厚之积而求出的所述保护膜的波长标准化膜厚设为T_P，将所述硅支承基板中的传播方位设为ψ_Si，将利用所述波长λ对所述硅支承基板的厚度进行了标准化的波长标准化膜厚设为T_Si，此时，设定所述T_LT、所述θ_LT、所述T_S、所述T_E、所述T_P和所述ψ_Si，使得由下述的式(1)表示的值大于-2.4。

[数学式3]

其中，所述式(1)中的系数a、b、c、d、e、f是根据所述硅支承基板的晶体取向、所述T_S、所述T_LT以及所述ψ_Si的范围而决定的由下述的表25～表36表示的值。

[表25]

[表26]

[表27]

[表28]

[表29]

[表30]

[表31]

[表32]

[表33]

[表34]

[表35]

[表36]

本发明涉及的弹性波滤波器具有多个谐振器，所述多个谐振器中的至少一个谐振器由本发明涉及的弹性波装置构成。

本发明涉及的复合滤波器装置具备通带不同的N个(其中，N为2以上)带通型滤波器，所述N个带通型滤波器的一端在天线端侧被公共连接，所述N个带通型滤波器中除了通带最高的带通型滤波器以外的至少一个带通型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包含按照本发明构成的弹性波装置。

发明效果

根据本发明，能够提供一种在公共连接的其他弹性波滤波器中不易产生纹波的弹性波装置、和具有该弹性波装置的弹性波滤波器以及复合滤波器装置。

附图说明

图1的(a)以及图1的(b)是本发明的第1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(admittance characteristic)的图。

图3是示出单晶Si层内的传播方位ψ_Si与杂散A的响应的强度S11的关系的图。

图4是示出钽酸锂膜的波长标准化膜厚T_LT与杂散A的响应的强度S11的关系的图。

图5是示出钽酸锂膜的切割角(90°-θ_LT)与杂散A的响应的强度S11的关系的图。

图6是示出SiO₂膜的波长标准化膜厚T_S与杂散A的响应的强度S11的关系的图。

图7是示出IDT电极的波长标准化膜厚T_E与杂散A的响应的强度S11的关系的图。

图8是示出作为氧化硅膜的保护膜的波长标准化膜厚T_P与杂散A的响应的强度S11的关系的图。

图9是具有第1实施方式的弹性波装置的复合滤波器装置的电路图。

图10是示出具有第1实施方式的弹性波装置并在复合滤波器装置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复合滤波器装置的滤波器特性的图，图11的(b)是示出作为本发明的实施方式的复合滤波器装置的滤波器特性的图。

图12是示出单晶Si层的波长标准化膜厚与杂散A、B、C的响应的关系的图。

图13是示出单晶Si层内的传播方位ψ_Si与杂散B的响应的强度S11的关系的图。

图14是示出钽酸锂膜的波长标准化膜厚T_LT与杂散B的响应的强度S11的关系的图。

图15是示出钽酸锂膜的切割角(90°-θ_LT)与杂散B的响应的强度S11的关系的图。

图16是示出SiO₂膜的波长标准化膜厚T_S与杂散B的响应的强度S11的关系的图。

图17是示出IDT电极的波长标准化膜厚T_E与杂散B的响应的强度S11的关系的图。

图18是示出作为氧化硅膜的保护膜的波长标准化膜厚T_P与杂散B的响应的强度S11的关系的图。

图19是示出单晶Si层内的传播方位ψ_Si与杂散C的响应的强度S11的关系的图。

图20是示出钽酸锂膜的波长标准化膜厚T_LT与杂散C的响应的强度S11的关系的图。

图21是示出钽酸锂膜的切割角(90°-θ_LT)与杂散C的响应的强度S11的关系的图。

图22是示出SiO₂膜的波长标准化膜厚T_S与杂散C的响应的强度S11的关系的图。

图23是示出IDT电极的波长标准化膜厚T_E与杂散C的响应的强度S11的关系的图。

图24是示出作为氧化硅膜的保护膜的波长标准化膜厚T_P与杂散C的响应的强度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特性的关系的图。

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SiO₂膜的膜厚、高声速膜的材质和声速的关系的图。

图30是示出SiO₂膜的膜厚、机电耦合系数和高声速膜的材质的关系的图。

图31是用于说明保护膜的厚度部分地不同的变形例的部分放大主视剖视图。

图32是用于说明保护膜的厚度部分地不同的另一变形例的部分放大主视剖视图。

图33是用于说明保护膜的厚度部分地不同的又一变形例的部分放大主视剖视图。

图34是示出在本发明中使用的弹性波谐振器的变形例的主视剖视图。

图35是示出在本发明中使用的弹性波谐振器的又一变形例的主视剖视图。

图36是用于说明保护膜为层叠膜的变形例的部分放大主视剖视图。

图37是用于说明晶体取向Si(100)的示意图。

图38是用于说明晶体取向Si(110)的示意图。

图39是用于说明晶体取向Si(111)的示意图。

图40是具有作为本发明的实施方式的高频前端电路的通信装置的概略结构图。

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，从而使本发明变得明确。

另外，需要指出的是，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1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具有作为支承基板的单晶Si层2。在该单晶Si层2上层叠有作为氧化硅膜的SiO₂膜3、钽酸锂膜(LiTaO₃膜)4。钽酸锂膜4具有相互对置的第1、第2主面4a、4b。在第1主面4a上设置有IDT电极5。在IDT电极5的弹性波传播方位两侧设置有反射器6、7。此外，作为氧化硅膜的SiO₂膜3不仅包含SiO₂，例如还可以包含在SiO₂中掺杂了氟等的氧化硅。氧化硅膜也可以是具有包含氧化硅的多个层的多层构造。也可以在多个层之间包含包括钛、镍等的中间层。设该情况下的氧化硅膜的厚度表示多层构造整体的厚度。

设置有保护膜8，使得覆盖IDT电极5以及反射器6、7。在本实施方式中，保护膜8包含氧化硅膜。不过，保护膜8也可以是氮氧化硅、氮化硅等各种各样的电介质膜。此外，在本实施方式中，保护膜8设置为不仅覆盖IDT电极5的电极指上方，还覆盖钽酸锂膜4的上表面以及电极指的两侧面。不过，保护膜8的形态并不限定于此。

在这样的具有钽酸锂膜直接或者间接地层叠于单晶Si层2的构造的弹性波谐振器中，由本申请的发明人发现了会产生基于下述的杂散A、B、C的响应。

图2是示出用于说明杂散A、B、C的弹性波谐振器的导纳特性的图。图2所示的导纳特性并非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。

单晶Si层的欧拉角

SiO₂膜的膜厚＝0.30λ，钽酸锂膜的膜厚＝0.30λ，钽酸锂膜的欧拉角

由IDT电极的电极指间距决定的波长λ为1μm。IDT电极包含层叠了Al膜和Ti膜的层叠金属膜，换算为铝的厚度是0.05λ。

根据图2可明确，在上述弹性波谐振器中，在比主模的响应更靠高频率侧出现了杂散A、B、C。杂散A、B、C的频率的高低是杂散A＜杂散B＜杂散C。杂散A最接近主模。

本实施方式的弹性波装置1的特征在于，抑制了该杂散A的响应、杂散B的响应以及杂散C的响应中的至少一个。

将由上述IDT电极5的电极指间距决定的波长设为λ。将上述钽酸锂膜4的波长标准化膜厚设为T_LT，将钽酸锂膜的欧拉角的θ设为θ_LT，将SiO₂膜3的波长标准化膜厚设为T_S，将换算为铝的厚度的IDT电极5的波长标准化膜厚设为T_E，将通过保护膜8的密度除以氧化硅的密度所得的值和利用波长λ对保护膜8的厚度进行了标准化的波长标准化膜厚之积而求出的保护膜8的波长标准化膜厚设为T_P，将单晶Si层2内的传播方位设为ψ_Si，将单晶Si层2的波长标准化膜厚设为T_Si。设定T_LT、θ_LT、T_S、T_E、T_P、ψ_Si，使得关于杂散A、B、C中的至少一个的由下述的式(1)表示的值I_h大于-2.4，并且，设为T_Si＞20。由此，可有效地抑制杂散A、B或者C的响应中的至少一个。以下对此详细地进行说明。

另外，在本说明书中，所谓波长标准化膜厚，是用由IDT电极的电极指间距决定的波长λ对膜的厚度进行了标准化的值。因此，实际的厚度除以λ所得的值成为波长标准化膜厚。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，IDT电极5的密度不是测定值，而是根据构成IDT电极5的金属材料的密度求出的值。此外，铝的密度为2698.9kg/m³。该值是在化学手册、基础篇II修订4版日本化学学会编、丸善发行(1993)P.26记载的值。

在此，所谓保护膜8的密度，不是测定值，而是基于构成保护膜8的材料的密度求出的值。此外，氧化硅的密度为2200kg/m³。该值是在化学手册、应用篇II材料篇修订4版日本化学学会编、丸善发行(1993)P.922记载的值。

此外，在本说明书中，所谓保护膜8的厚度，是指位于IDT电极的电极指的上方的部分中的保护膜的厚度。

[数学式4]

其中，式(1)中的系数a、b、c、d、e、f是根据杂散的种类、单晶Si层2的取向(100)、(110)或(111)、SiO₂膜3的波长标准化膜厚以及钽酸锂膜4的波长标准化膜厚等的范围，由下述的表37～表72表示的值。

[表37]

[表38]

[表39]

[表40]

[表41]

[表42]

[表43]

[表44]

[表45]

[表46]

[表47]

[表48]

[表49]

[表50]

[表51]

[表52]

[表53]

[表54]

[表55]

[表56]

[表57]

[表58]

[表59]

[表60]

[表61]

[表62]

[表63]

[表64]

[表65]

[表66]

[表67]

[表68]

[表69]

[表70]

[表71]

[表72]

本申请的发明人们使上述T_LT、θ_LT、T_S、T_E、T_P、ψ_Si、T_Si的各设计参数发生种种变化，对成为杂散A、B、C的响应的强度如何变化进行了调查。

另外，作为使上述各参数变化的情况下的杂散的响应的强度，求出了S11的绝对值。示出S11的绝对值的分贝显示值越小，则杂散的响应的强度越大。在计算S11时，电极指交叉宽度设为20λ，电极指的对数设为94对，利用二维有限元法的电极指一对模型求出了S11。

另外，IDT电极设为从钽酸锂膜侧起按照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，对于IDT电极的波长标准化膜厚T_E，使用根据各金属膜的密度估算的IDT电极整体的质量，求出了换算为铝的厚度的情况下的波长标准化膜厚。

(杂散A)

将具有图2所示的导纳特性的弹性波谐振器设为基准构造。图3～图8分别是示出相对于基准构造使各参数变化的情况下的杂散A的响应的强度S11的变化的图。如图3所示，可知若相对于基准构造使单晶Si层内的传播方位ψ_Si在0°至45°的范围内变化，则杂散A的响应的强度S11变化。

同样地，如图4所示，可知在使钽酸锂膜的波长标准化膜厚T_LT变化的情况下，杂散A的响应的强度S11也变化。

进而，如图5所示，在作为钽酸锂膜的切割角的(90°-θ_LT)变化的情况下，杂散A的响应的强度S11也变化。

如图6所示，在使SiO₂膜的波长标准化膜厚T_S变化的情况下，杂散A的响应的强度S11也变化。

如图7所示，在作为IDT电极的Al换算厚度的波长标准化膜厚T_E变化的情况下，杂散A的响应的强度S11也变化。

如图8所示，若作为氧化硅膜的保护膜的波长标准化膜厚T_P变化，则杂散A的响应的强度S11变化。

根据图3～图8可知，通过使这些参数变化，从而能够调整杂散A的响应的强度。即，通过选择上述各参数的值，从而能够在维持主模的响应的同时减小杂散A的响应的强度。

本申请的发明人们根据图3～图8等的计算结果导出了如下内容，即，与杂散的响应的强度对应的I_h可通过前述的式(1)和前述的表37～48中的系数a、b、c、d、e、f求出。

而且，发现了如下内容，即，式(1)中的系数根据单晶Si层的晶体取向、钽酸锂膜的波长标准化膜厚T_LT、钽酸锂膜的欧拉角θ_LT、SiO₂膜的波长标准化膜厚T_S、IDT电极的波长标准化膜厚T_E、保护膜的波长标准化膜厚T_P的各范围以及单晶Si层中的传播方位ψ_Si而成为表37～表48记载的值。由此，决定与杂散A的响应的强度对应的I_h1变得大于-2.4的T_LT、θ_LT、T_S、T_E、T_P、ψ_Si的条件。

可是，在多个弹性波滤波器在一端被连接的复合滤波器装置中，要求杂散的响应的强度S11大于-2.4dB。这是为了设为能够忽视对自身以外的其他弹性波滤波器的通过特性的影响这样的程度。通常，在便携式电话机等中，从确保接收灵敏度的观点出发，要求在通带出现的纹波为-0.8dB以上。不过，在杂散存在于其他弹性波滤波器的通带的情况下，可知杂散的响应的强度的大致1/3的强度程度的纹波产生在其他滤波器的通带。因此，为了将上述通带内的纹波设为-0.8dB以上，只要使杂散的响应的强度S11大于-2.4dB即可。

关于杂散A的上述I_h设为I_h＞-2.4，因此能够有效地抑制杂散A的响应对其他弹性波滤波器的通带的影响。参照图9～图12对其进行说明。

图9是复合滤波器装置的电路图。在复合滤波器装置10中，第1～第4弹性波滤波器11～14在天线端子15侧被公共连接。图10是第1弹性波滤波器11的电路图。第1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1弹性波滤波器11为梯型滤波器。串联臂谐振器S1～S3以及并联臂谐振器P1、P2使用上述实施方式的弹性波装置1而构成。

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不限定于此。例如也可以是具有纵耦合谐振器型弹性波滤波器的弹性波滤波器。在该情况下，纵耦合谐振器型弹性波滤波器也可以是本发明的弹性波装置。或者，与纵耦合谐振器型弹性波滤波器连接的弹性波谐振器也可以包含本发明涉及的弹性波装置。

另外，将第1～第4弹性波滤波器11～14的通带设为第1通带～第4通带。

第1通带处于最靠低频率侧，按照第2通带、第3通带以及第4通带的顺序，通带变高。即，第1通带＜第2通带＜第3通带＜第4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之外，与上述实施方式同样地构成了第1弹性波滤波器的比较例的复合滤波器装置。图11的(a)示出比较例的复合滤波器装置中的第1弹性波滤波器以及第2弹性波滤波器的滤波器特性。实线示出第1弹性波滤波器的滤波器特性，虚线示出第2弹性波滤波器的滤波器特性。在第2通带中，出现了大的纹波。这是因为，由于第1弹性波滤波器所使用的弹性波谐振器的杂散A，响应出现得大。

图11的(b)是示出作为本发明的实施方式的复合滤波器装置的滤波器特性的图。实线示出第1弹性波滤波器的滤波器特性，虚线示出第2弹性波滤波器的滤波器特性。在此，第1弹性波滤波器使用上述实施方式的弹性波装置而构成。因此，在第2通带中，没有出现大的纹波。即，在作为其他滤波器的第2弹性波滤波器的通带中，没有出现大的纹波。因此，不易产生第2弹性波滤波器中的滤波器特性的劣化。

像这样，在本发明涉及的复合滤波器装置中，在具有按照本发明而构成的弹性波装置的弹性波滤波器中，可抑制上述杂散A的响应，因此能够有效地抑制通带比自身频带高的其他弹性波滤波器中的滤波器特性的劣化。

另外，图12是示出单晶Si层2的波长标准化膜厚与杂散A、B、C的响应的强度S11的关系的图。根据图12可明确，可知如果T_Si＞20，则能够更有效地抑制杂散A、B、C的响应的强度。

(杂散B)

图13是示出单晶Si层内的传播方位ψ_Si和杂散B的响应的强度S11的关系的图。根据图13可明确，若ψ_Si变化，则杂散B的响应的强度S11变化。同样地，如图14所示，在钽酸锂膜的波长标准化膜厚T_LT变化的情况下，杂散B的响应的强度S11也变化。如图15所示，在钽酸锂膜的切割角(90°-θ_LT)变化的情况下，杂散B的响应的强度S11也变化。如图16所示，在SiO₂膜的波长标准化膜厚T_S变化的情况下，杂散B的响应的强度S11也变化。进而，如图17所示，在IDT电极的Al换算的波长标准化膜厚T_E变化的情况下，杂散B的响应的强度S11也变化。

此外，如图18所示，在作为氧化硅膜的保护膜的波长标准化膜厚T_P变化的情况下，杂散B的响应的强度S11也变化。

根据图13～图18等的计算结果，与杂散A的情况同样地，求出了用于表现与杂散B的响应的强度对应的I_h2的、式(1)中的系数的值。根据单晶Si层的取向(100)、(110)或(111)、钽酸锂膜的波长标准化膜厚T_LT、钽酸锂膜的欧拉角θ_LT、SiO₂膜的波长标准化膜厚T_S、IDT电极的波长标准化膜厚T_E、保护膜的波长标准化膜厚T_P、传播方位ψ_Si的范围，如上述的表49～表60那样，如果设为式(1)的系数，则能够表现与杂散B的响应的强度对应的I_h2，其中决定I_h2成为-2.4以上的T_LT、θ_LT、T_S、T_E、T_P、ψ_Si的条件，并进一步设为T_Si＞20，从而杂散B的响应也能够充分减小。

(杂散C)

图19是示出单晶Si层内的传播方位ψ_Si与杂散C的响应的强度S11的关系的图。根据图19可明确，若ψ_Si变化，则杂散C的响应的强度S11变化。同样地，如图20所示，在钽酸锂膜的波长标准化膜厚T_LT变化的情况下，杂散C的响应的强度S11也变化。如图21所示，在钽酸锂膜的切割角(90°-θ_LT)变化的情况下，杂散C的响应的强度S11也变化。如图22所示，在SiO₂膜的波长标准化膜厚T_S变化的情况下，杂散C的响应的强度S11也变化。进而，如图23所示，在IDT电极的Al换算的波长标准化膜厚T_E变化的情况下，杂散C的响应的强度S11也变化。

此外，如图24所示，在作为氧化硅膜的保护膜的波长标准化膜厚T_P变化的情况下，杂散C的响应的强度S11也变化。

根据图19～图24等，求出了表现与式(1)所示的杂散C的响应的强度对应的I_h3的、式(1)中的系数的值。即，根据Si(100)、(110)或(111)，进而根据钽酸锂膜的波长标准化膜厚T_LT、钽酸锂膜的欧拉角θ_LT、SiO₂膜的波长标准化膜厚T_S、IDT电极的波长标准化膜厚T_E、保护膜的波长标准化膜厚T_P、传播方位ψ_Si的范围，如上述的表61～表72那样，如果设为式(1)的系数，则能够表现与杂散C的响应的强度对应的I_h3，其中决定I_h3成为-2.4以上的T_LT、θ_LT、T_S、T_E、T_P、ψ_Si的条件，并进一步设为T_Si＞20，从而杂散C的响应也能够充分减小。

(更优选的实施方式)

优选的是，关于全部杂散A、B、C的I_h为I_h＞-2.4为宜。在该情况下，能够有效地抑制杂散A、B、C对其他弹性波滤波器的影响。此外，也可以将关于杂散A以及杂散B的I_h、关于杂散A以及杂散C的I_h或者关于杂散B以及杂散C的I_h设为I_h＞-2.4。在该情况下，能够抑制杂散A、B、C中的两种杂散带来的影响。

(钽酸锂膜的厚度)

在应用本申请发明的构造的情况下，如上所述，具有杂散封闭在SiO₂膜3和钽酸锂膜4被层叠的部分的倾向，但通过将上述钽酸锂膜4的厚度设为3.5λ以下，从而SiO₂膜3和钽酸锂膜4的层叠部分变薄，因此杂散变得不易封闭。

更优选的是，钽酸锂膜4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。进而，优选的是，钽酸锂膜4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。进而，更优选的是，钽酸锂膜4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。

另外，在上述式(1)中，

a)在使用Si(100)(设欧拉角

)的情况下，ψ_Si的范围设为0°≤ψ_Si≤45°。不过，根据Si(100)的晶体构造的对称性，ψ_Si和ψ_Si±(n×90°)同义(其中，n＝1，2，3···)。同样地，ψ_Si和-ψ_Si同义。

b)在使用Si(110)(设欧拉角

)的情况下，ψ_si的范围设为0°≤ψ_Si≤90°。不过，根据Si(110)的晶体构造的对称性，ψ_Si和ψ_Si±(n×180°)同义(其中，n＝1，2，3···)。同样地，ψ_Si和-ψ_Si同义。

c)在使用Si(111)(设欧拉角

)的情况下，ψ_Si的范围设为0°≤ψ_Si≤60°。不过，根据Si(111)的晶体构造的对称性，ψ_Si和ψ_Si±(n×120°)同义(其中，n＝1，2，3…)。

此外，θ_LT的范围设为-180°＜θ_LT≤0°，但只要作为θ_LT和θ_LT+180°同义来处理即可。

另外，在本说明书中，例如，所谓欧拉角(0°±5°的范围内，θ，0°±15°的范围内)中的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。在本说明书中，例如也有时将0°±5°的范围内仅记载为0°±5°。

图25是示出在包含硅的高声速支承基板上层叠了包含厚度0.35λ的SiO₂膜的低声速膜以及包含欧拉角(0°，140.0°，0°)的钽酸锂的压电膜的弹性波装置中的LiTaO₃膜的膜厚与Q特性的关系的图。该图25中的纵轴是谐振器的Q值与相对带宽(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3.5λ以下。在该情况下，与超过3.5λ的情况相比，Q值变高。更优选的是，为了更加提高Q值，LiTaO₃膜的膜厚为2.5λ以下为宜。

此外，根据图26，在LiTaO₃膜的膜厚为2.5λ以下的情况下，与超过2.5λ的情况相比，能够减小频率温度系数TCF的绝对值。更优选的是，将LiTaO₃膜的膜厚设为2λ以下为宜，在该情况下，频率温度系数TCF的绝对值能够设为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，则声速的变化极其小。

不过，如图28所示，在LiTaO₃膜的膜厚为0.05λ以上且0.5λ以下的范围内，相对带宽变化大。因此，能够在更宽的范围内调整机电耦合系数。因此，为了拓宽机电耦合系数以及相对带宽的调整范围，LiTaO₃膜的膜厚为0.05λ以上且0.5λ以下的范围为宜。

图29以及图30是分别示出SiO₂膜的膜厚(λ)与声速以及机电耦合系数的关系的图。在此，在包含SiO₂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膜。高声速膜的膜厚设为1.5λ。氮化硅中的体波的声速为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SiO₂膜的膜厚，机电耦合系数以及声速也几乎不变化。特别是，在SiO₂膜的膜厚为0.1λ以上且0.5λ以下时，不论高声速膜的材质如何，机电耦合系数都几乎不变。此外，根据图29，可知如果SiO₂膜的膜厚为0.3λ以上且2λ以下，则不论高声速膜的材质如何，声速都不变。因此，优选的是，包含氧化硅的低声速膜的膜厚为2λ以下，更优选的是0.5λ以下为宜。

图31～图33是用于说明在本发明中使用的弹性波谐振器中保护膜的厚度部分地不同的各变形例的部分放大主视剖视图。在图31～图33所示的各变形例中，保护膜8设置为覆盖钽酸锂膜4以及IDT电极5的电极指5a的上表面以及侧面。在图31所示的变形例中，对电极指5a的侧面进行覆盖的保护膜8的厚度设得比对电极指5a的上表面进行覆盖的保护膜8的厚度薄。在该情况下，能够提高Q值，并且能够增大机电耦合系数。更详细地，由于保护膜8的Qm小，因此如果使电极指5a的侧面上的保护膜8薄，则能够提高弹性波谐振器的Q。因此，能够减小弹性波滤波器的损耗。此外，若在钽酸锂膜4上存在保护膜8，则设置有电极指5a的部分与电极指5a间的间隙之间的声阻抗差变小。因而，机电耦合系数变小。然而，如果使电极指5a的侧面上的保护膜8的厚度薄，则能够增大机电耦合系数。

另一方面，在图32所示的变形例中，钽酸锂膜4上的保护膜8的厚度设为比对电极指5a的上表面进行覆盖的保护膜8的厚度薄。在该情况下，也能够增大机电耦合系数。即，通过使覆盖钽酸锂膜4的部分的保护膜8的厚度薄，从而能够增大机电耦合系数。

在图33所示的变形例中，钽酸锂膜4上的保护膜8的厚度设为比对电极指5a的上表面进行覆盖的保护膜8的厚度厚。在该情况下，能够减小机电耦合系数，能够实现窄频带化。

图34是用于说明在本发明中使用的弹性波谐振器的变形例的主视剖视图。在本变形例的弹性波谐振器中，除了未配置SiO₂膜3之外，与图1的(a)所示的弹性波装置1同样地构成。像这样，在本发明中使用的弹性波谐振器也可以具有在单晶Si层2上直接层叠有钽酸锂膜4的构造。在该情况下，SiO₂膜3的厚度成为0。

图35是示出在本发明中使用的弹性波谐振器的又一变形例的主视剖视图。在弹性波装置1A中，保护膜8层叠在IDT电极5的电极指的上表面。保护膜8设置为不到达钽酸锂膜4的电极指的侧面。像这样，也可以仅在电极指的上表面层叠有保护膜8。

图36是用于说明保护膜8为层叠膜的情况下的构造的部分放大主视剖视图。保护膜8具有层叠了第1保护膜层8a、第2保护膜层8b以及第3保护膜层8c的构造。像这样，保护膜8也可以为多个保护膜层的层叠膜。在该情况下，作为保护膜8的波长标准化膜厚T_P，通过各保护膜层的密度除以氧化硅的密度所得的值和该保护膜层的波长标准化膜厚之积的总合计来求出。例如，在第1保护膜层8a的密度设为d1、波长标准化膜厚设为t1、第2保护膜层8b的密度设为d2、波长标准化膜厚设为t2、第3保护膜层8c的密度设为d3、波长标准化膜厚设为t3的情况下，保护膜8的波长标准化膜厚T_P在将氧化硅的密度设为d0的情况下成为T_P＝(d1/d0)t1+(d2/d0)t2+(d3/d0)t3。

另外，如图37所示，所谓Si(100)，表示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，也包含Si(010)等晶体学上等价的面。

如图38所示，所谓Si(110)，表示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，也包含其他的晶体学上等价的面。

如图39所示，所谓Si(111)，表示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，也包含其他的晶体学上等价的面。

上述各实施方式的弹性波装置能够作为高频前端电路的复合滤波器装置等部件使用。在下述中对这样的高频前端电路的例子进行说明。

图40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和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具有复合滤波器装置210和放大器221～224。复合滤波器装置210具有第1～第4滤波器211～214。作为该复合滤波器装置210，能够使用上述的本发明的复合滤波器装置。复合滤波器装置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1～第3滤波器211～213的一端和作为发送滤波器的第4滤波器214的一端被公共连接。第1～第3滤波器211～213的输出端与放大器221～223分别连接。此外，在第4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。

本发明涉及的复合滤波器装置能够适合作为这样的通信装置240中的复合滤波器装置210使用。

本发明涉及的弹性波装置优选为前述的弹性波谐振器。此外，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为按照本发明构成的上述弹性波装置即可。

此外，本发明涉及的复合滤波器装置如上述复合滤波器装置210那样具备通带不同的N个(其中，N为2以上)带通型滤波器，并具有上述N个带通型滤波器的一端在天线端侧被公共连接的结构。在该情况下，N个带通型滤波器中除了通带最高的带通型滤波器之外的至少一个带通型滤波器具有一个以上的弹性波谐振器，该一个以上的弹性波谐振器中的至少一个为按照本发明构成的弹性波装置即可。此外，在N个带通型滤波器中，具有按照上述本发明构成的弹性波装置的弹性波滤波器以外的带通型滤波器的至少一个也可以不是弹性波滤波器。即，公共连接的带通型滤波器也可以包含LC滤波器等的弹性波滤波器以外的其他带通型滤波器。优选的是，上述N为3以上，3个以上的带通型滤波器是同时收发多个通信频段的信号的复合滤波器装置。此外，上述弹性波滤波器也可以为梯型滤波器。

本发明涉及的弹性波装置可用于各种各样的通信频段，但优选的是，弹性波滤波器中的通带是按3GPP标准规定的通信频段的通带。

另外，本发明中的复合滤波器装置可以仅具有多个发送滤波器，也可以具有多个接收滤波器。

本发明作为能够应用于滤波器、多频段系统的复合滤波器装置、前端电路以及通信装置，能够广泛利用于便携式电话机等通信设备。

符号说明

1、1A...弹性波装置；

2...单晶Si层；

3...SiO₂膜；

4...钽酸锂膜；

4a、4b...第1、第2主面；

5...IDT电极；

5a...电极指；

6、7...反射器；

8...保护膜；

8a、8b、8c...第1、第2、第3保护膜层；

10...复合滤波器装置；

11～14...第1～第4弹性波滤波器；

15...天线端子；

202...天线；

203...RF信号处理电路；

210...复合滤波器装置；

211～214...第1～第4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

1.一种弹性波装置，具备：

硅支承基板；

氧化硅膜，层叠在所述硅支承基板上；

钽酸锂膜，层叠在所述氧化硅膜上；

IDT电极，设置在所述钽酸锂膜上，具有电极指；和

保护膜，覆盖所述IDT电极的至少一部分，

将由所述IDT电极的电极指间距决定的波长设为λ，将所述钽酸锂膜的波长标准化膜厚设为T_LT，将所述钽酸锂膜的欧拉角的θ设为θ_LT，将所述氧化硅膜的波长标准化膜厚设为T_S，将通过所述IDT电极的波长标准化膜厚和所述IDT电极的密度除以铝的密度所得的值之积而求出的换算为铝的厚度的所述IDT电极的波长标准化膜厚设为T_E，将通过所述保护膜的密度除以氧化硅的密度所得的值和利用所述波长λ对所述保护膜的厚度进行了标准化的波长标准化膜厚之积而求出的所述保护膜的波长标准化膜厚设为T_P，将所述硅支承基板中的传播方位设为ψ_Si，将利用所述波长λ对所述硅支承基板的厚度进行了标准化的波长标准化膜厚设为T_Si，此时，设定所述T_LT、所述θ_LT、所述T_S、所述T_E、所述T_P和所述ψ_Si，使得由下述的式(1)表示的值大于-2.4，

[数学式1]