CN113519120B - 弹性波装置 - Google Patents
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Abstract
提供一种弹性波装置，能够高精度地调整声速，难以产生声损失。弹性波装置(1)在支承基板(2)上层叠有能量封闭层(3)、压电膜(4)及IDT电极(7)，并且设置有声速调整膜(11、12)，该声速调整膜(11、12)设置在压电膜(4)与支承基板(2)之间的至少一部分，并且由与压电膜(4)不同的材料构成。
Description
技术领域
本发明涉及具有声速调整膜的弹性波装置。
背景技术
以往，已知有一种具有用于使弹性波的声速部分不同的声速调整膜的弹性波装置。例如在下述的专利文献1所记载的弹性波装置中，在第一电极指和第二电极指在从弹性波传播方向观察的情况下重叠的交叉区域内的两端附近，设置有第一边缘区域、第二边缘区域。为了降低该第一边缘区域、第二边缘区域的声速，在第一边缘区域、第二边缘区域层叠有用于向第一电极指、第二电极指附加质量的金属膜。另外，在下述的专利文献2中，示出在边缘区域中在第一电极指、第二电极指层叠了电介质膜的构造。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：WO2011/088904A1
专利文献2：日本特开2015-111923号公报
发明内容
发明要解决的课题
在专利文献1和专利文献2所记载的弹性波装置中，将由金属、电介质构成的声速调整膜层叠在第一电极指、第二电极指上，因此，难以高精度地形成声速调整膜。因此，难以高精度地对声速进行调整。另外，当在电极指层叠比较厚的声速调整膜时，声损失变大。因此，机电耦合系数、Q特性也可能会发生劣化。
本发明的目的在于，提供一种能够高精度地调整声速、难以产生声损失的弹性波装置。
用于解决课题的手段
本发明的弹性波装置具备：支承基板；压电膜；IDT电极，其设置在所述压电膜上；能量封闭层，其设置在所述压电膜与所述支承基板之间，用于将能量封闭在所述压电膜；以及声速调整膜，其设置在所述压电膜与所述支承基板之间的至少一部分，并且，由与所述压电膜不同的材料构成。
发明效果
根据本发明，可提供能够高精度地调整声速且难以产生声损失的弹性波装置。
附图说明
图1的(a)及图1的(b)是用于说明本发明的第一实施方式的弹性波装置的主要部分的俯视图及正面剖视图。
图2是示意性示出本发明的第一实施方式的弹性波装置的电极构造的俯视图。
图3是示出本发明的第二实施方式的弹性波装置的主要部分的正面剖视图。
图4的(a)及图4的(b)是用于说明本发明的第三实施方式的弹性波装置的主要部分的俯视图及正面剖视图。
图5的(a)及图5的(b)是用于说明本发明的第四实施方式的弹性波装置的主要部分的俯视图及正面剖视图。
图6是用于说明本发明的第五实施方式的弹性波装置的主要部分的正面剖视图。
图7是示出本发明的第六实施方式的弹性波装置的主要部分的正面剖视图。
具体实施方式
以下，通过参照附图对本发明的具体实施方式进行说明，使本发明变得清楚。
需要说明的是，本说明书所记载的各实施方式是例示性的内容，预先指出在不同的实施方式之间能够进行结构的部分置换或组合。
图1的(a)及图1的(b)是示出本发明的第一实施方式的弹性波装置的主要部分的俯视图及正面剖视图，图2是示意性示出本实施方式的弹性波装置的电极构造的俯视图。
如图1的(a)及图1的(b)所示，弹性波装置1具有支承基板2。在支承基板2上层叠有能量封闭层3。在能量封闭层3上层叠有压电膜4。压电膜4具有相对置的第一主面4a和第二主面4b。压电膜4层叠于能量封闭层3，使得第二主面4b与能量封闭层3相接。在压电膜4的第一主面4a上设置有IDT电极7。
在图1的(a)及图1的(b)中，示出了设置有IDT电极7的部分，但实际上如图2所示，在IDT电极7的弹性波传播方向两侧设置有反射器8、9。由此，构成弹性波谐振器。
另外，在弹性波装置1中设置有声速调整膜11、12。声速调整膜11、12是为了调整所传播的弹性波的声速而设置的。在本实施方式的弹性波装置1中，通过设置声速调整膜11、12，能够使声速部分地不同。而且，如后所述，难以产生声损失，因此，难以产生机电耦合系数、Q特性的劣化。以下，详细说明弹性波装置1。
支承基板2包括绝缘体、半导体等。这样的材料没有特别限定，例如能够举出Si、Al2O3等。能量封闭层3具有声阻抗相对低的低声阻抗层3a、3c、3e、以及声阻抗相对高的高声阻抗层3b、3d。低声阻抗层3a、3c、3e和高声阻抗层3b、3d交替地层叠。
构成低声阻抗层3a、3c、3e的材料及构成高声阻抗层3b、3d的材料只要满足上述声阻抗关系就没有特别限定。作为低声阻抗层3a、3c、3e的材料，例如能够举出氧化硅、氮氧化硅等。作为高声阻抗层3b、3d的材料，能够举出金属、Al2O3等电介质。
在能量封闭层3的上表面层叠有压电膜4。压电膜4能够由LiNbO3、LiTaO3等压电单晶或者压电陶瓷构成。在本实施方式中，使用LiNbO3。
IDT电极7具有第一梳型电极5、第二梳型电极6。第一梳型电极5具有多根第一电极指5a和第一汇流条5b。第二梳型电极6具有多根第二电极指6a和第二汇流条6b。多根第一电极指5a和多根第二电极指6a相互交替插入。
IDT电极7能够由Al、Cu、W、Mo等金属或者以这些金属为主体的合金构成。另外，也可以使用将多个金属膜层叠而成的层叠金属膜。不过，IDT电极7的材料没有特别限定。
将由IDT电极7中的电极指间距决定的波长设为λ。压电膜4的厚度优选为1.5λ以下。在这样的较薄的压电膜4的情况下，能够使用能量封闭层3，将所产生的弹性波有效地封闭在压电膜4内。在能量封闭层3中，低声阻抗层3a、3c、3e中的至少一层位于比高声阻抗层3b、3d中的至少一层靠压电膜4侧的位置即可。由此，能够反射弹性波，将弹性波的能量有效地封闭在压电膜4内。
需要说明的是，能量封闭层3中的低声阻抗层及高声阻抗层的层叠数没有特别限定。
声速调整膜11、12被配置为用于在IDT电极7中在交叉宽度方向上设置声速不同的区域。在IDT电极7中，在沿弹性波传播方向观察时，第一电极指5a与第二电极指6a重叠的区域为交叉区域。在该交叉区域中，弹性波被激励。
在交叉区域中，与位于第一电极指5a、第二电极指6a延伸的方向中央的中央区域相比，位于中央区域的两侧的第一边缘区域A、第二边缘区域B的声速被声速调整膜11、12降低。即，设置有声速调整膜11、12的区域是第一边缘区域A、第二边缘区域B，如图1的(a)所示，第一边缘区域A、第二边缘区域B成为具有沿着弹性波传播方向延伸的长方形形状的区域。在该区域设置有声速调整膜11、12。
声速调整膜11、12位于能量封闭层3的上表面。声速调整膜11、12能够通过能量封闭层3上的图案形成来设置。因此，能够高精度地形成声速调整膜11、12，能够高精度地调整声速。而且，由于没有在第一电极指5a、第二电极指6a上附加其他膜，因此，也难以产生因声损失引起的机电耦合系数、Q特性的劣化。作为这样的声速调整膜11、12的材料，能够使用适当的材料。例如，能够适合使用Au、Pt、Pd、Ta、Nb或W等金属、或者以这些金属为主体的合金、或者这些金属的氧化物等。在本实施方式中，通过声速调整膜11、12所产生的质量附加作用，能够使第一边缘区域A、第二边缘区域B中的声速低于中央区域中的声速。由此，能够抑制横模引起的纹波。
在本实施方式中，声速调整膜11、12设置为在能量封闭层3与压电膜4的界面与压电膜4相接。因此，能够有效地降低第一边缘区域A、第二边缘区域B中的声速。这样的声速调整膜11、12也可以形成为层叠在能量封闭层3的上表面上，或者，也可以图案形成在压电膜4的第二主面4b上，在形成能量封闭层3之后与支承基板2层叠。无论在哪种形成方法中，都是在平坦的面上图案形成声速调整膜11、12即可。因此，能够高精度地形成声速调整膜11、12。需要说明的是，也可以在声速调整膜11、12与压电膜4之间形成紧贴层。
图3是示出本发明的第二实施方式的弹性波装置的主要部分的正面剖视图。在第二实施方式的弹性波装置21中，声速调整膜11、12设置在能量封闭层3内。在图3中，以简图的形式示出了能量封闭层3，但实际上与第一实施方式的能量封闭层3同样地构成。因此，多个高声阻抗与多个低声阻抗层交替地层叠。
在第二实施方式的弹性波装置21中，声速调整膜11、12设置在能量封闭层3内。即，声速调整膜11、12未与压电膜4的第二主面4b直接相接。这样，声速调整膜11、12能够形成在压电膜4的第二主面4b与支承基板2之间的任意的位置，但更优选形成为距压电膜4为1/2λ～1λ的距离。
另外，在弹性波装置21中，声速调整膜11、12并非位于第一边缘区域A、第二边缘区域B，而是位于设置有第一汇流条5b、第二汇流条6b的部分的下方。这样，在本发明的弹性波装置中，不限于第一边缘区域A、第二边缘区域B，也可以为了使其他部分的声速不同而设置声速调整膜11、12。另外，也可以为了提高声速而设置声速调整膜11、12。作为材料，能够使用矾土、SiC、金刚石等。
图4的(a)及图4的(b)是示出第三实施方式的弹性波装置31的主要部分的俯视图及正面剖视图。
在弹性波装置31中，与弹性波装置21同样地，声速调整膜11、12被设置为位于第一汇流条5b、第二汇流条6b的下方。不过，声速调整膜11、12被设置为与压电膜4的第二主面4b相接。这样，声速调整膜11、12在使第一边缘区域A、第二边缘区域B以外的部分的声速不同的情况下，也可以设置为与压电膜4的第二主面4b相接。
图5的(a)及图5的(b)是示出第四实施方式的弹性波装置41的主要部分的俯视图及正面剖视图。
在弹性波装置41中，在IDT电极7中，连结第一电极指5a的前端的包络线和连结第二电极指6a的前端彼此的包络线不是与第一电极指5a、第二电极指6a正交的方向，而是相对于正交的方向倾斜。与此相伴，第一汇流条5b、第二汇流条6b的延伸方向也相对于弹性波传播方向倾斜。由于第一边缘区域A、第二边缘区域B同样地倾斜，因此，声速调整膜11、12也被设置为在俯视下相对于弹性波传播方向倾斜。这样，在IDT电极7中，也可以是第一边缘区域A、第二边缘区域B相对于弹性波传播方向倾斜的构造。
这里，第一实施方式中的IDT电极7是不具有倾斜构造的标准型的IDT电极。本实施方式的弹性波装置41除了上述IDT电极7中的倾斜构造之外，与第一实施方式的弹性波装置1同样地构成。因此，能够通过声速调整膜11、12高精度地调整声速，能够有效地降低第一边缘区域A、第二边缘区域B的声速。
图6是示出第五实施方式的弹性波装置51的主要部分的正面剖视图。在弹性波装置5I中，使用具有作为高声速材料层的高声速膜52和作为低声速材料层的低声速膜53的能量封闭层54。除了代替能量封闭层3而设置有能量封闭层54之外，弹性波装置51与弹性波装置1同样地构成。
作为高声速膜52，能够使用由高声速材料构成的膜，在该高声速材料传播的体波的声速比在压电膜4传播的弹性波的声速高。作为这样的高声速材料，能够使用氮化铝、氧化铝、碳化硅、氮氧化硅、DLC膜或金刚石、以上述材料为主成分的介质等各种各样的高声速材料。
低声速膜53由低声速材料构成。低声速材料是指，在该低声速材料传播的体波的声速比在压电膜4传播的体波的声速低的材料。作为这样的低声速材料，能够使用氧化硅、玻璃、氮氧化硅、氧化钽、以及在氧化硅添加了氟、碳或硼而得到的化合物等、以上述材料为主成分的介质。
上述低声速膜53及高声速膜52也可以反复层叠。相较于至少1层低声速膜53，至少1层高声速膜52位于支承基板2侧即可。由此，能够将弹性波的能量有效地封闭在压电膜4内。
因此，高声速膜52也可以与由高声速材料构成的支承基板2一体地形成。在该情况下，在高声速构件上也层叠有低声速膜53及压电膜4。因此，能够将弹性波的能量有效地封闭在压电膜4内。需要说明的是，例如，高声速膜52与支承基板2也可以通过相同的材料一体地构成。
在弹性波装置51中，声速调整膜11、12也设置在第一边缘区域A、第二边缘区域B的下方，因此，能够调整为降低第一边缘区域A、第二边缘区域B中的声速。而且，与第一实施方式的情况同样地，能够高精度地形成声速调整膜11、12，并且也难以产生因声损失引起的机电耦合系数、Q特性的劣化。
图7是示出第六实施方式的弹性波装置的主要部分的正面剖视图。在弹性波装置61中，作为能量封闭层，在中间层62设置有空腔X。这里，在支承基板2上设置有中间层62。在中间层62中，形成向上方敞开的凹部而设置有空腔X。压电膜4层叠在中间层62上，使得覆盖该空腔X。在压电膜4的第二主面4b设置有声速调整膜11、12。声速调整膜11、12设置在IDT电极7中的第一边缘区域A、第二边缘区域B的下方。因此，在本实施方式的弹性波装置61中，也能够有效地降低第一边缘区域A、第二边缘区域B的声速。
在本发明中，能量封闭层也可以为这样的空腔X。由此，能够有效地将弹性波的能量封闭在压电膜4内。
在弹性波装置61中，声速调整膜11、12设置在压电膜4的第二主面4b上即可，因此，能够高精度地形成声速调整膜，能够高精度地调整声速。另外，声速调整膜11、12的声损失也难以产生，因此，也难以产生机电耦合系数、Q特性的劣化。
需要说明的是，作为构成上述中间层62的材料，不限于氧化硅，能够使用各种各样的电介质材料。
附图标记说明
1…弹性波装置；
2…支承基板；
3…能量封闭层；
3a、3c、3e…低声阻抗层；
3b、3d…高声阻抗层；
4…压电膜；
4a…第一主面；
4b…第二主面；
5…第一梳型电极；
5a…第一电极指；
5b…第一汇流条；
6…第二梳型电极；
6a…第二电极指；
6b…第二汇流条；
7…IDT电极；
8、9…反射器；
11、12…声速调整膜；
21、31、41、51、61…弹性波装置；
52…高声速膜；
53…低声速膜；
54…能量封闭层；
62…中间层；
X…空腔。
Claims (9)
1.一种弹性波装置，具备：
支承基板；
压电膜；
IDT电极，其设置在所述压电膜上；以及
能量封闭层，其设置在所述压电膜与所述支承基板之间，用于将能量封闭在所述压电膜，
所述能量封闭层具有位于所述压电膜侧的上表面和位于所述支承基板侧的下表面，
所述弹性波装置还具备声速调整膜，所述声速调整膜在所述压电膜与所述支承基板之间的至少一部分设置为在从所述IDT电极的上方俯视时与所述能量封闭层的所述上表面部分重叠，
所述声速调整膜设置为与所述能量封闭层的所述上表面相接、与所述下表面相接或者所述上表面与所述下表面之间，并且，所述声速调整膜由与所述压电膜不同的材料构成，
所述IDT电极具有一对汇流条以及相互交替插入的第一电极指和第二电极指，在将沿弹性波传播方向观察时所述第一电极指与所述第二电极指重叠的区域设为交叉区域的情况下，该交叉区域具有在所述第一电极指、第二电极指的延伸方向上位于中央的中央区域和配置在所述中央区域的两侧的边缘区域，所述声速调整膜设置为在所述边缘区域的下方或所述汇流条的下方沿所述弹性波传播方向延伸。
2.根据权利要求1所述的弹性波装置，其中，
所述声速调整膜设置为与所述压电膜相接。
3.根据权利要求1或2所述的弹性波装置，其中，
所述IDT电极是标准型的IDT电极。
4.根据权利要求1或2所述的弹性波装置，其中，
所述能量封闭层具有声阻抗相对低的低声阻抗层和声阻抗相对高的高声阻抗层，该高声阻抗层配置在比所述低声阻抗层靠所述支承基板侧的位置。
5.根据权利要求4所述的弹性波装置，其中，
所述低声阻抗层与所述高声阻抗层交替地层叠有多层。
6.根据权利要求1或2所述的弹性波装置，其中，
所述能量封闭层具有高声速材料层和由低声速材料构成的低声速材料层，
在该高声速材料层传播的体波的声速比在所述压电膜传播的弹性波的声速高，
在该低声速材料层传播的体波的声速比在所述压电膜传播的体波的声速低。
7.根据权利要求6所述的弹性波装置，其中，
所述支承基板由高声速材料构成，所述高声速材料层与所述支承基板由相同的材料一体地构成。
8.根据权利要求1或2所述的弹性波装置，其中，
所述能量封闭层在所述压电膜侧具有开口部，该开口部位于设置有所述IDT电极的部分的下方。
9.根据权利要求8所述的弹性波装置，其中，
在所述能量封闭层设置有具有所述开口部的凹部。
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