CN113541639A - 弹性波装置及复合滤波器装置 - Google Patents
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Abstract
提供一种弹性波装置及复合滤波器装置，能够充分地抑制谐振频率的2.2倍的频率下的高阶模式。本发明的弹性波装置(1)具备面取向为(111)的硅基板(2)、氮化硅层(3)、氧化硅层(4)、钽酸锂层(5)、以及设置在钽酸锂层(5)上的IDT电极(6)。在将由IDT电极(6)的电极指间距规定的波长设为λ时，氮化硅层(3)的厚度SiN[λ]、氧化硅层(4)的厚度SiO2[λ]、钽酸锂层(5)的厚度LT[λ]及钽酸锂层(5)的欧拉角中的LTθ[deg.]为通过式1导出的第一高阶模式的相位成为‑20[deg.]以下的范围内的厚度及角度。
Description
技术领域
本发明涉及弹性波装置及复合滤波器装置。
背景技术
以往，弹性波装置被广泛用于便携电话机的滤波器等。在下述的专利文献1中公开了弹性波装置的一例。在该弹性波装置中，在包括硅的支承基板上层叠有氧化硅膜。在氧化硅膜上层叠有压电膜。在压电膜上设置有IDT(Interdigital Transducer，叉指换能器)电极。支承基板的方位角为(100)、(110)或(111)。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开第2018/164210号
发明内容
发明要解决的课题
在专利文献1所记载的弹性波装置中，抑制了谐振频率的1.5倍的频率下的高阶模式。但是，无法充分地抑制谐振频率的2.2倍的频率下的高阶模式。
本发明的目的在于，提供一种能够充分地抑制谐振频率的2.2倍的频率下的高阶模式的弹性波装置及复合滤波器装置。
用于解决课题的手段
本发明的弹性波装置具备：面取向为(111)的硅基板；设置在所述硅基板上的氮化硅层；设置在所述氮化硅层上的氧化硅层；设置在所述氧化硅层上的钽酸锂层；以及设置在所述钽酸锂层上的IDT电极，所述弹性波装置具有谐振频率，在将由所述IDT电极的电极指间距规定的波长设为λ、将所述氮化硅层的厚度设为SiN[λ]、将所述氧化硅层的厚度设为SiO2[λ]、将所述钽酸锂层的厚度设为LT[λ]、将所述钽酸锂层的欧拉角设为(LTφ[deg.]，LTθ[deg.]，LTφ[deg.])时，所述SiN[λ]、所述SiO2[λ]、所述LT[λ]及所述LTθ[deg.]是通过下述的式1导出的第一高阶模式的相位成为-20[deg.]以下的范围内的厚度及角度。
[数1]
相位[deg.]＝
6047.63520371535-3073.77179344486×(″LT[λ]″)
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-693.691058668391×(″LT[λ]″)×(″SiN[λ]″)...式1
在本发明的复合滤波器装置的某一广泛方面中，具备：共同连接端子；第一滤波器装置，其具有按照本发明构成的弹性波装置，且具有第一通带；以及第二滤波器装置，其与所述第一滤波器装置共同连接于所述共同连接端子，且具有与所述第一通带不同的第二通带，在所述弹性波装置的所述谐振频率的1.2倍以上且1.7倍以下的频率下，第二高阶模式被激励，所述第二高阶模式的频率位于所述第二通带的频带外。
在本发明的复合滤波器装置的另一广泛方面中，具备：共同连接端子；第一滤波器装置，其具有按照本发明构成的弹性波装置，且具有第一通带；以及第二滤波器装置，其与所述第一滤波器装置共同连接于所述共同连接端子，且具有第二通带，所述第二通带是比所述第一通带低的频带，在比所述弹性波装置的所述谐振频率低的频率下，瑞利波被励振，所述瑞利波的频率位于所述第二通带的频带外。
发明效果
根据本发明的弹性波装置及复合滤波器装置，能够充分地抑制谐振频率的2.2倍的频率下的高阶模式。
附图说明
图1是示出本发明的第一实施方式的弹性波装置的一部分的正面剖视图。
图2是本发明的第一实施方式的弹性波装置的俯视图。
图3是示出主模式与无用波的关系的例子的图。
图4是示出硅的(111)面的示意图。
图5是示出本发明的第一实施方式的弹性波装置的相位特性的图。
图6是示出氧化硅层的厚度SiO2[λ]与第一高阶模式的相位的关系的图。
图7是示出氧化硅层的厚度SiO2[λ]与第一高阶模式的声速的关系的图。
图8是示出第一高阶模式的相位与滤波器装置中的衰减量的劣化量的关系的图。
图9是示出第二高阶模式的相位与滤波器装置中的衰减量的劣化量的关系的图。
图10是示出LT切割角与瑞利波的耦合系数的关系的图。
图11是示出LT切割角与第一高阶模式的耦合系数的关系的图。
图12是示出瑞利波的相位与滤波器装置中的衰减量的劣化量的关系的图
图13是示出LT切割角与瑞利波的相位的关系的图。
图14是示出LT切割角与第一高阶模式的相位的关系的图。
图15是示出LT切割角与第二高阶模式的相位的关系的图。
图16是本发明的第二实施方式的复合滤波器装置的示意电路图。
附图标记说明
1...弹性波装置；
2...硅基板；
3...氮化硅层；
4...氧化硅层；
5...钽酸锂层；
6...IDT电极；
7A、7B...反射器；
8...电介质膜；
16...第一汇流条；
17...第二汇流条；
18...第一电极指；
19...第二电极指；
20...复合滤波器装置；
21A、21B、21C...第一滤波器装置、第二滤波器装置、第三滤波器装置；
22...共同连接端子；
P1～P3...并联臂谐振器；
S1～S4...串联臂谐振器。
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而使本发明变得清楚。
需要说明的是，本说明书所记载的各实施方式是例示，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是示出本发明的第一实施方式的弹性波装置的一部分的正面剖视图。图2是第一实施方式的弹性波装置的俯视图。需要说明的是，图1是沿着图2中的I-I线的剖视图。在图2中省略了后述的电介质膜。
如图1所示，弹性波装置1具有硅基板2、氮化硅层3、氧化硅层4、以及钽酸锂层5。更具体而言，在硅基板2上设置有氮化硅层3。在氮化硅层3上设置有氧化硅层4。在氧化硅层4上设置有钽酸锂层5。
在钽酸锂层5上设置有IDT电极6。通过向IDT电极6施加交流电压而激励弹性波。如图2所示，在钽酸锂层5上的IDT电极6的弹性波传播方向两侧设置有一对反射器7A及反射器7B。弹性波装置1是具有谐振频率的声表面波谐振器。在本实施方式中，除了主模式之外还激励多个模式。
图3是示出主模式与无用波的关系的例子的图。在图3中，箭头A示出谐振频率的0.7倍的频率，箭头B示出谐振频率的1.5倍的频率，箭头C示出谐振频率的2.2倍的频率。在示出相位特性的其他附图中也相同。
在图3所示的例子中，2800MHz附近是谐振频率。在谐振频率下激励主模式。如图3中的箭头A所示，在比谐振频率低的频率下激励瑞利波。更具体而言，在本实施方式中，在0.7倍的频率下激励瑞利波。如箭头B所示，在谐振频率的1.5倍的频率下激励高阶模式。此外，如箭头C所示，在2.2倍的频率下激励高阶模式。在弹性波装置1中，瑞利波及上述各高阶模式成为无用波。
在本实施方式中，将谐振频率的2.0倍以上且2.5倍以下的频率下的高阶模式设为第一高阶模式，将谐振频率的1.2倍以上且1.7倍以下的频率下的高阶模式设为第二高阶模式。需要说明的是，产生第一高阶模式、第二高阶模式及瑞利波的频率不限于上述。不过，产生第一高阶模式的频率比产生第二高阶模式的频率高。产生瑞利波的频率比谐振频率低。
在本说明书中，例如，在谐振频率的1.2倍以上且1.7倍以下的频率的范围内或者该范围外存在多个第二高阶模式的情况下，将其中具有最大的相位的高阶模式设为第二高阶模式。
如图2所示，IDT电极6具有第一汇流条16、第二汇流条17、多个第一电极指18及多个第二电极指19。第一汇流条16及第二汇流条17相对置。多个第一电极指18的一端分别与第一汇流条16连接。多个第二电极指19的一端分别与第二汇流条17连接。多个第一电极指18及多个第二电极指19相互交替插入。
IDT电极6是铝电极。反射器7A及反射器7B也包括以铝为主成分的材料。不过，IDT电极6、反射器7A及反射器7B的材料不限于上述。IDT电极6、反射器7A及反射器7B可以由单层金属膜构成，或者也可以由层叠金属膜构成。
在钽酸锂层5上设置有电介质膜8，使得覆盖IDT电极6、反射器7A及反射器7B。在本实施方式中，电介质膜8是氧化硅膜。在该情况下，能够减小弹性波装置1中的频率温度系数(TCF)的绝对值，能够改善频率温度特性。不过，电介质膜8的材料不限于上述，例如，也能够使用氮化硅或氮氧化硅等。需要说明的是，弹性波装置1也可以不具有电介质膜8。
返回到图1，硅基板2是硅单晶基板。如图4所示，硅具有金刚石构造。本实施方式的硅基板2的面取向为(111)。面取向为(111)是指在具有金刚石构造的硅的晶体构造中在由米勒(Miller)指数[111]表示的与晶轴正交的(111)面中切割的基板。需要说明的是，(111)面是图4所示的面。在(111)面为面内三次对称，成为在旋转120°时等效的晶体构造。
需要说明的是，将硅基板2的欧拉角设为(-45[deg.]，-54.7[deg.]，SiΨ[deg.])。另一方面，将钽酸锂层5的欧拉角设为(LTφ[deg.]，LTθ[deg.]，LTφ[deg.])。需要说明的是，以下，也有时省略LTθ[deg.]、SiΨ[deg.]的单位[deg.]，记载为LTθ、SiΨ。
在本实施方式中，氮化硅层3为SiN层。氧化硅层4为SiO2层。钽酸锂层5为LiTaO3层。这里，将通过IDT电极6的电极指间距规定的波长设为λ。将氮化硅层3的厚度设为SiN[λ]，将氧化硅层4的厚度设为SiO2[λ]，将钽酸锂层5的厚度设为LT[λ]，将IDT电极的厚度设为Al[λ]。这里，氧化硅层4也可以在氧化硅层4中包含由钛、镍、硅等构成的中间层。该情况下的氧化硅层4的厚度表示包含中间层的氧化硅层4的厚度。本发明人们发现了通过式1导出第一高阶模式的相位。
[数2]
相位[deg.]＝
6047.63520371535-3073.77179344486×(″LT[λ]″)
-150.043164693716×(″LTθ[deg.]″)+85.8474275079871×(″SiO2[λ}″)
+122.520263077834×(″SiN[λ]″)+13410.0503377046×(″LT[λ]″)2
-22919.3322354524×(″LT[λ]″)3+1.23679341913702×(″LTθ[deg.]″)2
-0.00339999845069541×(″LTθ[deg.]″)3
+8.82482069182538×(″LT[λ]″)×(″LTθ[deg.]″)
-693.691058668391×(″LT[λ]″)×(″SiN[λ]″)...式1
本实施方式的特征在于具有以下的结构。1)硅基板2的面取向为(111)。2)SiN[λ]、SiO2[λ]、LT[λ]及LTθ[deg.]是通过式1导出的第一高阶模式的相位成为-20[deg.]以下的范围内的厚度及角度。由此，能够充分地抑制谐振频率的2.2倍的频率下的第一高阶模式。以下，与式1的详情一起说明上述效果的详情。
对具有本实施方式的结构且设计参数如下的弹性波装置1的相位特性进行了测定。
硅基板2：材料...Si单晶，面取向...(111)，欧拉角...(-45[deg.]，-54.7[deg.]，30[deg.])
氮化硅层3：材料...SiN，厚度SiN[λ]...650[nm]
氧化硅层4：材料...SiO2，厚度SiO2[λ]...200[nm]
钽酸锂层5：材料...30Y-LiTaO3，厚度LT[λ]...200[nm]，欧拉角中的LTθ[deg.]...120[deg.]
IDT电极6：材料...Al，厚度Al[λ]...100[nm]，波长λ...1.4[μm]
图5是示出第一实施方式的弹性波装置的相位特性的图。
如图5中的箭头C所示，可知在本实施方式中有效地抑制了第一高阶模式。
以下，说明式1的导出详情。使弹性波装置1的设计参数在下述的范围内变化，在各个情况下测定了第一高阶模式的相位。
SiΨ[deg.]：在0[deg.]以上且60[deg.]以下的范围内以10[deg.]刻度变化。
SiN[λ]：在50[nm]以上且850[nm]以下的范围内以50[nm]刻度变化。
SiO2[λ]：在100[nm]以上且500[nm]以下的范围内以50[nm]刻度变化。
LT[λ]：为100[nm]，或者在200[nm]以上且500[nm]以下的范围内以50[nm]刻度变化。
LTθ[deg.]：在100[deg.]以上且135[deg.]以下的范围内以5[deg.]刻度变化。
Al[λ]：为100[nm]、130[nm]、140[nm]或者160[nm]。
IDT电极6的波长λ：为1.4[μm]或2[μm]。
根据这些结果导出了上述式1。在弹性波装置1中，SiN[λ]、SiO2[λ]、LT[λ]及LTθ[deg.]是通过式1导出的第一高阶模式的相位成为-20[deg.]以下的范围内的厚度及角度。因此，能够可靠地将第一高阶模式的相位抑制到-20[deg.]以下。这里，示出SiO2[λ]与第一高阶模式的相位及声速的关系。
图6是示出氧化硅层的厚度SiO2[λ]与第一高阶模式的相位的关系的图。图7是示出氧化硅层的厚度SiO2[λ]与第一高阶模式的声速的关系的图。需要说明的是，图7中的双点划线示出作为Si纵波声速的9148[m/s]。Si纵波声速是指在硅基板2中传播的纵波的体波声速。
如图6所示，在氧化硅层4的厚度SiO2[λ]小于0.15[λ]的情况下，能够减小第一高阶模式的相位。在SiO2[λ]为0.125[λ]以下的情况下，能够有效地减小第一高阶模式的相位。这是因为，在SiO2[λ]为该范围内的情况下，能够使第一高阶模式成为泄漏模式。更详细而言，如图7所示，在SiO2[λ]为0.125[λ]以下的情况下，该高阶模式的声速比Si纵波声速高。由此，能够有效地使第一高阶模式向硅基板2侧泄漏，能够有效地减小第一高阶模式的相位。
弹性波装置1例如能够用于带通型滤波器等滤波器装置。弹性波装置1也可以用于梯型滤波器中的串联臂谐振器或并联臂谐振器。或者，也可以用于包含纵耦合谐振器型弹性波滤波器的滤波器装置的弹性波谐振器。使用弹性波装置1的滤波器装置的电路结构没有特别限定。在将弹性波装置1用于滤波器装置的情况下，能够抑制衰减量的劣化。以下说明该效果的详情。
使弹性波装置的SiN[λ]、SiO2[λ]、LT[λ]及LTθ[deg.]变化，测定了谐振频率的2.2倍的频率下的第一高阶模式的相位。并对使用了测定出该相位这一条件的弹性波装置的滤波器装置的衰减量频率特性进行了测定。以不产生第一高阶模式时的模拟数据为基准，计算出谐振频率的2.2倍的频率下的由第一高阶模式引起的衰减量的劣化量。
图8是示出第一高阶模式的相位与滤波器装置中的衰减量的劣化量的关系的图。
如图8所示，可知在弹性波装置中的第一高阶模式的相位与滤波器装置中的衰减量的劣化量中存在比例关系。具体而言，在将衰减量的劣化量设为y且将第一高阶模式的相位设为x时，由y＝0.1524x+13.072表示上述比例关系。在第一实施方式中，能够将第一高阶模式的相位抑制为-20[deg.]以下。因此，如图8所示，能够将滤波器装置的衰减量的劣化量抑制为10[dB]以下。
SiN[λ]、SiO2[λ]、LT[λ]及LTθ[deg.]优选为通过式1导出的第一高阶模式的相位成为-73[deg.]以下的范围内的厚度及角度。在该情况下，如图8所示，能够将滤波器装置中的衰减量的劣化量抑制为2[dB]以下。因此，能够更进一步改善滤波器装置的衰减特性。
第一高阶模式的相位的下限没有特别限定，但例如也可以为-90[deg.]。第一高阶模式的相位也可以为-90[deg.]以上，或者还可以比-90[deg.]大。
在上述中示出了本发明的弹性波装置的设计参数的一例。以下，举出其他设计参数的例子。
硅基板2：材料...Si单晶，面取向...(111)，欧拉角...(-45[deg.]，-54.7[deg.]，73[deg.])
氮化硅层3：材料...SiN，厚度SiN[λ]...50[nm]
氧化硅层4：材料...SiO2，厚度SiO2[λ]...400[nm]
钽酸锂层5：材料...35Y-LiTaO3，厚度LT[λ]...300[nm]，欧拉角中的LTθ[deg.]...125[deg.]
也可以为如下的设计参数。
硅基板2：材料...Si单晶，面取向...(111)，欧拉角...(-45[deg.]，-54.7[deg.]，30[deg.])
氮化硅层3：材料...SiN，厚度SiN[λ]...250[nm]
氧化硅层4：材料...SiO2，厚度SiO2[λ]...150[nm]
钽酸锂层5：材料...30Y-LiTaO3，厚度LT[λ]...300[nm]，欧拉角中的LTθ[deg.]...120[deg.]
或者也可以为如下的设计参数。
硅基板2：材料...Si单晶，面取向...(111)，欧拉角...(-45[deg.]，-54.7[deg.]，60[deg.])
氮化硅层3：材料...SiN，厚度SiN[λ]...650[nm]
氧化硅层4：材料...SiO2，厚度SiO2[λ]...300[nm]
钽酸锂层5：材料...35Y-LiTaO3，厚度LT[λ]...300[nm]，欧拉角中的LTθ[deg.]...125[deg.]
需要说明的是，IDT电极6的波长λ优选为1.3μm以上且1.6μm以下。IDT电极6的厚度优选为100nm以上且140nm以下。IDT电极6的占空比优选为0.3以上且0.6以下。IDT电极6例如也可以为AlCu电极。
这里，如图5中的箭头B所示，可知在第一实施方式中不仅有效地抑制了第一高阶模式，还有效地抑制了谐振频率的1.5倍的频率下的第二高阶模式。此外，如箭头A所示，也有效地抑制了瑞利波。在说明了第二高阶模式的抑制效果的详情之后，对瑞利波的抑制效果的详情进行说明。
使弹性波装置的设计参数在与导出上述的式1时相同的范围内变化，测定了第二高阶模式的相位。根据这些结果，导出了作为第二高阶模式的相位与各参数的关系式的式2。
本实施方式的弹性波装置1除了上述1)及2)的结构以外，还具有下述的结构。3-1)0[deg.]≤SiΨ[deg.]≤30[deg.]。4-1)LT[λ]≤0.179[λ]。5-1)SiN[λ]、SiO2[λ]、LT[λ]、LTθ[deg.]及SiΨ[deg.]为通过下述的式2导出的第二高阶模式的相位成为-70[deg.]以下的范围内的厚度及角度。由此，除了能够抑制第一高阶模式之外，还能够抑制第二高阶模式。
[数3]
相位[deg.]＝
(-205.883644685925)+127.798701342823×(″LT[λ]″)
+2.15277969099328×(″LTθ[deg.]″)-102.612816079968×(″SiO2[λ}″)
-0.224847505825644×(″SiΨ[deg.]″)-51.4047137303909×(″SiN[λ]″)
-0.00890818181751331×(″LTθ[deg.]″)2
+307.622195727849×(″SiO2[λ]″)2-0.00758239200722899×(″Siψ[deg.]″)2
+77.4266396390485×(″SiN[λ]″)2-181.250917094982×(″LT[λ]″)×(″SiN[λ]″)
+1.30355347496229×(″SiΨ[deg.]″)×(″SiN[λ]″)
…式2
使弹性波装置中的SiN[λ]、SiO2[λ]、LT[λ]及LTθ[deg.]变化，测定了谐振频率的1.5倍的频率下的第二高阶模式的相位。并对使用了测定出该相位这一条件的弹性波装置的滤波器装置的衰减量频率特性进行了测定。以不产生第二高阶模式时的模拟数据为基准，计算出谐振频率的1.5倍的频率下的由第二高阶模式引起的衰减量的劣化量。
图9是示出第二高阶模式的相位与滤波器装置中的衰减量的劣化量的关系的图。
如图9所示，可知在弹性波装置中的第二高阶模式的相位与滤波器装置中的衰减量的劣化量中存在比例关系。具体而言，在将衰减量的劣化量设为y且将第二高阶模式的相位设为x时，由y＝0.256x+22.917表示上述比例关系。在第一实施方式中，能够将第二高阶模式的相位抑制为-70[deg.]以下。因此，如图9所示，能够将滤波器装置的衰减量的劣化量抑制为5[dB]以下。
SiN[λ]、SiO2[λ]、LT[λ]、LTθ[deg.]及SiΨ[deg.]优选为通过式2导出的第二高阶模式的相位成为-82[deg.]以下的范围内的厚度及角度。在该情况下，如图9所示，能够将滤波器装置中的衰减量的劣化量抑制为2[dB]以下。因此，能够更进一步改善滤波器装置的衰减特性。
第二高阶模式的相位的下限没有特别限定，但例如也可以为-90[deg.]。第二高阶模式的相位也可以为-90[deg.]以上，或者还可以比-90Ldeg.]大。
此外，与式2同样地导出了作为第二高阶模式的相位与各参数的关系式的式3～式5。代替上述3-1)、4-1)及5-1)的结构，也可以具有下述的3-2)、4-2)及5-2)的结构、3-3)、4-3)及5-3)的结构以及3-4)、4-4)及5-4)的结构中的任一结构。
3-2)30[deg.]＜SiΨ[deg.]≤60[deg.]。4-2)LT[λ]≤0.179[λ]。5-2)SiO2[λ]、LT[λ]及SiΨ[deg.]为通过下述的式3导出的第二高阶模式的相位成为-70[deg.]以下的范围内的厚度及角度。
[数4]
相位[deg.]＝
(-95.094880212045)+101.711189386615×(″LT[λ]″)
+128.75225217158×(″SiO2[λ]″)-0.0470853398232617×(″SiΨ[deg.]″)
-3206.16069403422×(″SiO2[λ]″)2+17936.7194110188×(″SiO2[λ]″)3
-29992.9686614269×(″SiO2[λ]″)4
+0.906373829580059×(″SiO2[λ]″)×(″Siψ[deg.]″)…式3
在该情况下，能够抑制第二高阶模式。SiO2[λ]、LT[λ]及SiΨ[deg.]优选为通过式3导出的第二高阶模式的相位成为-82[deg.]以下的范围内的厚度及角度。在该情况下，能够更进一步抑制第二高阶模式。由此，在将弹性波装置用于滤波器装置的情况下，能够更进一步改善衰减特性。
3-3)0[deg.]≤SiΨ[deg.]≤30[deg.]。4-3)LT[λ]＞0.179[λ]。5-3)SiN[λ]、SiO2[λ]、LT[λ]、LTθ[deg.]及SiΨ[deg.]为通过下述的式4导出的第二高阶模式的相位成为-70[deg.]以下的范围内的厚度及角度。
[数5]
相位[deg.]＝
(-392.892314841977)+89.8044648175736×(″LT[λ]″)
+4.83528870777243×(″LTθ[deg.]″)+42.3707695093921×(″SiO2[λ]″)
+1.3908306540313×(″SiΨ[deg.]″)-67.6290880097491×(″SiN[λ]″)
-0.0172601858992679×(″LTθ[deg.]″)2+805.019716677561×(″SiO2[λ]″)2
-0.0159531563567603×(″SiΨ[deg.]″)2+85.4536492286811×(″SiN[λ}″)2
-2.20006335400308×(″LTθ[deg.]″)×(″SiO2[λ]″)
-0.0128636179659422×(″LTθ[deg.]″)×(″SiΨ[deg.}″)
-133.229375274161×(″SiO2[λ}″)×(″SiN[λ]″)
+1.5036945578866×(″SiΨ[deg.]″)×(″SiN[λ]″)…式4
在该情况下，能够抑制第二高阶模式。SiN[λ]、SiO2[λ]、LT[λ]、LTθ[deg.]及SiΨ[deg.]优选为通过式4导出的第二高阶模式的相位成为-82[deg.]以下。在该情况下，能够更进一步抑制第二高阶模式。由此，在将弹性波装置用于滤波器装置的情况下，能够更进一步改善衰减特性。
3-4)IDT电极6为铝电极，30[deg.]＜SiΨ[deg.]≤60[deg.]。4-4)LT[λ]＞0.179[λ]。5-4)Al[λ]、SiN[λ]、SiO2[λ]、LT[λ]、LTθ[deg.]及SiΨ[deg.]为通过下述的式5导出的第二高阶模式的相位成为-70[deg.]以下的范围内的厚度及角度。
[数6]
相位[deg.]＝
(-399.83489386091)+1237.69111458529×(″Al[λ]″)
+110.765597748741×(″LT[λ]″)+4.70911344378166×(″LTθ[deg.]″)
-538.290200050676×(″SiO2[λ]″)+0.159441787289077×(″SiΨ[deg.]″)
-11.3589769001844×(″SiN[λ]″)-0.0176171588883711×(″LTθ[deg.]″)2
+3583.79682941935×(″SiO2[λ]″)2-5766.3194876186×(″SiO2[λ]″)3
-8.32276363625543×(″Al[λ}″)×(″LTθ[deg.]″)
-1532.20321265641×(″Al[λ]″)×(″SiO2[λ]″)
+89.1277241924082×(″SiO2[λ]″)×(″SiN[λ}″)…式5
在该情况下，能够抑制第二高阶模式。Al[λ]、SiN[λ]、SiO2[λ]、LT[λ]、LTθ[deg.]及SiΨ[deg.]优选为通过式5导出的第二高阶模式的相位成为-82[deg.]以下的范围内的厚度及角度。在该情况下，能够更进一步抑制第二高阶模式。由此，在将弹性波装置用于滤波器装置的情况下，能够更进一步改善衰减特性。
在第一实施方式中，能够抑制第一高阶模式及第二高阶模式，并且，也能够抑制瑞利波。以下说明瑞利波的抑制效果的详情。
使弹性波装置的设计参数在与导出上述的式1时相同的范围内变化，测定了瑞利波的相位。根据这些结果，导出了作为瑞利波的相位与各参数的关系式的式6。
本实施方式的弹性波装置1除了具有上述1)、2)、3-1)、4-1)及5-1)的结构以外，还具有下述的结构。6)IDT电极6为铝电极。7)Al[λ]、SiN[λ]、SiO2[λ]、LT[λ]、LTθ[deg.]及SiΨ[deg.]为通过下述的式6导出的瑞利波的相位成为-72[deg.]以下的范围内的厚度及角度。由此，除了能够抑制第一高阶模式及第二高阶模式之外，还能够抑制瑞利波。
[数7]
相位[deg.]＝
(-33248.0843066889)-2022.07522889033×(″Al[λ]″)
+402.370929355681×(″LT[λ]″)+1127.75197369894×(″LTθ[deg.]″)
+413.75228258329×(″SiO2[λ]″)-0.787669638019358×(″SiΨ[deg.]″)
-12.1242670011703×(″SiN[λ]″)-14.2127713812958×(″LTθ[deg.]″)2
+00787858396593867×(″LTθ[deg.]″)3-0.000162271010336368×(″LTθ[deg.]″)4
+16.0480592141443×(″Al[λ]″)×(″LTθ[deg.]″)
-2.8737040817671×(″LT[λ]″)×(″LTθ[deg.]″)
-3.29244406546554×(″LTθ[deg.]″)×(″SiO2[λ]″)
+0.00614278417047359×(″LTθ[deg.]″)×(″SiΨ[deg.]″)…式6
需要说明的是，第一实施方式的弹性波装置1也可以不必具有上述的3-1)、4-1)及5-1)的结构、3-2)、4-2)及5-2)的结构、3-3)、4-3)及5-3)的结构以及3-4)、4-4)及5-4)的结构。弹性波装置1也可以具有上述1)、2)、6)及7)的结构。或者，弹性波装置1至少具有上述1)及2)的结构即可。
通过将钽酸锂层5的切割角设为适当值，能够抑制瑞利波。但是，在仅设为能够抑制瑞利波的上述切割角时，难以充分地抑制第一高阶模式。由图10及图11示出该例。需要说明的是，在第一实施方式的结构中，根据晶体的等效性，由{(LTθ-180)+90}[°Y]＝(LTθ-90)[°Y]表示钽酸锂层5的切割角。以下，有时将钽酸锂层5的切割角记载为LT切割角[°Y]或者省略了单位的LT切割角。
图10是示出LT切割角与瑞利波的耦合系数的关系的图。图11是示出LT切割角与第一高阶模式的耦合系数的关系的图。
以往，LT切割角例如有时为55[°Y]。在该情况下，如图10及图11所示，无法充分地减小瑞利波及第一高阶模式双方的耦合系数。这里，在图10所示的例子中，在钽酸锂层5的LT切割角为40[°Y]时，能够使瑞利波的耦合系数成为0。但是，如图11所示，即便将LT切割角设为40[°Y]，也无法使第一高阶模式的耦合系数成为0。
与此相对，在第一实施方式中，不仅采用进行了LT切割角[°Y]的调整即LTθ[deg.]的调整的结构，还采用例如减小LT[λ]及SiO2[λ]的值等的结构。更具体而言，弹性波装置1满足通过式1导出的第一高阶模式的相位成为-20[deg.]以下的条件，并且满足通过式6导出的瑞利波的相位成为-72[deg.]以下的条件。由此，除了能够抑制第一高阶模式之外，还能够抑制瑞利波。
使弹性波装置中的Al[λ]、SiN[λ]、SiO2[λ]、LT[λ]、LTθ[deg.]及SiΨ[deg.]变化，测定了谐振频率的0.7倍的频率下的瑞利波的相位。并对使用了测定出该相位这一条件的弹性波装置的滤波器装置的衰减量频率特性进行了测定。以不产生瑞利波时的模拟数据为基准，计算出谐振频率的0.7倍的频率下的由瑞利波引起的衰减量的劣化量。
图12是示出瑞利波的相位与滤波器装置中的衰减量的劣化量的关系的图。
如图12所示，可知在弹性波装置中的瑞利波的相位和滤波器装置中的衰减量的劣化量中存在比例关系。具体而言，在将衰减量的劣化量设为y且将瑞利波的相位设为x时，由y＝0.1239x+10.968表示上述比例关系。在第一实施方式中，能够将瑞利波的相位抑制为-72[deg.]以下。因此，如图12所示，能够将滤波器装置的衰减量的劣化量抑制为2[dB]以下。
Al[λ]、SiN[λ]、SiO2[λ]、LT[λ]、LTθ[deg.]及SiΨ[deg.]优选为通过式6导出的瑞利波的相位成为-84[deg.]以下的范围内的厚度及角度。在该情况下，如图12所示，能够将滤波器装置中的衰减量的劣化量抑制为0.5[dB]以下。因此，能够更进一步改善滤波器装置的衰减特性。
瑞利波的相位的下限没有特别限定，但例如也可以为-90[deg.]。瑞利波的相位也可以为-90[deg.]以上，或者还可以比-90[deg.]大。
弹性波装置1满足通过式1导出的相位成为-20[deg.]以下这一条件、通过式2导出的相位成为-70[deg.]以下这一条件、以及通过式6导出的相位成为-72[deg.]以下这一条件。更具体而言，弹性波装置1的Al[λ]、SiN[λ]、SiO2[λ]、LT[λ]、LTθ[deg.]及SiΨ[deg.]是满足上述各条件的范围内的厚度及角度。因此，例如即便使LTθ变化，通过调整其他的各厚度及角度，也能够抑制第一高阶模式、第二高阶模式及瑞利波。以下示出该例。
使具有第一实施方式的结构的弹性波装置1中的LT切割角变化，即，使LTθ变化，测定了瑞利波、第一高阶模式及第二高阶模式的相位。需要说明的是，该弹性波装置1的设计参数如下。
硅基板2：材料...Si单晶，面取向...(111)，欧拉角...(-45[deg.]，-54.7[deg.]，30[deg.])
氮化硅层3：材料...SiN，厚度SiN[λ]...50[nm]
氧化硅层4：材料...SiO2，厚度SiO2[λ]...400[nm]
钽酸锂层5：材料...LiTaO3，厚度LT[λ]...300[nm]，LT切割角[°Y]...在25[°Y]以上且36[°Y]以下的范围内以1[°Y]刻度变化。
IDT电极6：材料...Al，厚度...140[nm]，波长...1.4[μm]
图13是示出LT切割角与瑞利波的相位的关系的图。图14是示出LT切割角与第一高阶模式的相位的关系的图。图15是示出LT切割角与第二高阶模式的相位的关系的图。
如图13所示，在LT切割角为25[°Y]以上且36[°Y]以下的范围内，瑞利波的相位小于-72[deg.]。另一方面，如图14及图15所示，在LT切割角为25[°Y]以上且36[°Y]以下的范围内，第一高阶模式的相位小于-20[deg.]，第二高阶模式的相位小于-70[deg.]。这样，在为上述设计参数的情况下，在LT切割角为25[°Y]以上且36[°Y]以下的范围内，能够充分地抑制第一高阶模式、第二高阶模式及瑞利波。因此，可知即便使LT切割角变化，即，使LTθ变化，通过调整其他的各厚度及角度，也能够充分地抑制第一高阶模式、第二高阶模式及瑞利波。
此外，如图13所示，在LT切割角为26[°Y]以上且36[°Y]以下的范围内，能够将瑞利波的相位抑制为小于-84[deg.]。在LT切割角为29[°Y]以上且35[°Y]以下的范围内，能够将瑞利波的相位抑制为小于-88[deg.]。
图16是第二实施方式的复合滤波器装置的示意电路图。
复合滤波器装置20是多工器。更具体而言，复合滤波器装置20具有共同连接端子22、第一滤波器装置21A、第二滤波器装置21B及第三滤波器装置21C。第一滤波器装置21A包括本发明的一实施方式的弹性波装置。第一滤波器装置21A、第二滤波器装置21B及第三滤波器装置21C共同连接于共同连接端子22。共同连接端子22例如与天线连接。共同连接端子22可以构成为电极焊盘，也可以构成为布线。
第一滤波器装置21A具有第一通带。第二滤波器装置21B具有第二通带。第三滤波器装置21C具有第三通带。第一通带、第二通带及第三通带互不相同。第一滤波器装置21A、第二滤波器装置21B及第三滤波器装置21C分别可以为发送滤波器，也可以为接收滤波器。
复合滤波器装置20具有第一滤波器装置21A、第二滤波器装置21B及第三滤波器装置21C以外的多个滤波器装置。不过，复合滤波器装置20的滤波器装置的个数没有特别限定。需要说明的是，复合滤波器装置20也可以仅具有第一滤波器装置21A及第二滤波器装置21B。在该情况下，复合滤波器装置20例如是双工器。
如图16所示，在本实施方式中，第一滤波器装置21A是梯型滤波器。第一滤波器装置21A具有串联臂谐振器S1、串联臂谐振器S2、串联臂谐振器S3、串联臂谐振器S4、并联臂谐振器P1、并联臂谐振器P2及并联臂谐振器P3。串联臂谐振器S1、串联臂谐振器S2、串联臂谐振器S3及串联臂谐振器S4相互串联地连接。在串联臂谐振器S1及串联臂谐振器S2之间的连接点与接地电位之间连接有并联臂谐振器P1。在串联臂谐振器S2及串联臂谐振器S3之间的连接点与接地电位之间连接有并联臂谐振器P2。在串联臂谐振器S3及串联臂谐振器S4之间的连接点与接地电位之间连接有并联臂谐振器P3。位于最靠共同连接端子22侧的谐振器是串联臂谐振器S1。
串联臂谐振器S1是本发明的一实施方式的弹性波装置。不过，第一滤波器装置21A的串联臂谐振器S1以外的谐振器也可以是本发明的弹性波装置。第一滤波器装置21A至少具有一个本发明的弹性波装置即可。需要说明的是，第一滤波器装置21A的电路结构不限于上述。
另一方面，第二滤波器装置21B及第三滤波器装置21C的电路结构没有特别限定。
在串联臂谐振器S1中，谐振频率的2.0倍以上且2.5倍以下的频率下的第一高阶模式被激励。此外，谐振频率的1.2倍以上且1.7倍以下的频率下的第二高阶模式及比谐振频率低的频率下的瑞利波被激励。不过，与第一实施方式同样地抑制了第一高阶模式。另一方面，第二高阶模式的相位比-72[deg.]大。瑞利波的相位比-70[deg.]大。
这里，在本实施方式中，串联臂谐振器S1的谐振频率的1.5倍的频率及瑞利波的频率位于第二通带外。因此，能够抑制在第一滤波器装置21A中产生的第二高阶模式及瑞利波对第二滤波器装置21B造成的影响。需要说明的是，在第一滤波器装置21A中，抑制了第一高阶模式，因此，也能够抑制第一高阶模式对第二滤波器装置21B造成的影响。更具体而言，例如，能够抑制第二滤波器装置21B中的插入损耗的劣化。
不过，串联臂谐振器S1的谐振频率的1.5倍的频率及瑞利波的频率中的至少一方位于第二通带的频带外即可。在串联臂谐振器S1的瑞利波的频率位于第二通带的频带外的情况下，优选满足抑制第二高阶模式的条件。更具体而言，串联臂谐振器S1优选具有上述3-1)、4-1)及5-1)的结构、3-2)、4-2)及5-2)的结构、3-3)、4-3)及5-3)的结构以及3-4)、4-4)及5-4)的结构中的任一结构。或者，在串联臂谐振器S1的谐振频率的1.5倍的频率位于第二通带的频带外的情况下，优选满足抑制瑞利波的条件。更具体而言，串联臂谐振器S1优选具有上述6)及7)的结构。在这些情况下，能够抑制第一高阶模式、第二高阶模式及瑞利波对第二滤波器装置21B造成的影响。
这里，在比谐振频率低的频率下产生瑞利波。因此，在瑞利波位于第二通带的频带外的结构中，适合于第二通带是比第一通带低的频带的情况。另一方面，在第二高阶模式位于第二通带的频带外的结构中，适合于第二通带是比第一通带高的频带的情况。
本实施方式的结构尤其适合于未充分地抑制第二高阶模式或瑞利波的情况。不过，在本实施方式的结构中，第二高阶模式的相位也可以为-72[deg.]以下。同样地，瑞利波的相位也可以为-70[deg.]以下。
Claims (14)
1.一种弹性波装置，具备：
面取向为(111)的硅基板；
设置在所述硅基板上的氮化硅层；
设置在所述氮化硅层上的氧化硅层；
设置在所述氧化硅层上的钽酸锂层；以及
设置在所述钽酸锂层上的IDT电极，
所述弹性波装置具有谐振频率，
将由所述IDT电极的电极指间距规定的波长设为λ、将所述氮化硅层的厚度设为SiN[λ]、将所述氧化硅层的厚度设为SiO2[λ]、将所述钽酸锂层的厚度设为LT[λ]、将所述钽酸锂层的欧拉角设为(LTφ[deg.]，LTθ[deg.]，LTφ[deg.])时，所述SiN[λ]、所述SiO2[λ]、所述LT[λ]及所述LTθ[deg.]是通过下述的式1导出的第一高阶模式的相位成为-20[deg.]以下的范围内的厚度及角度，
[数1]
相位[deg.]＝
6047.63520371535-3073.77179344486×(″LT[λ]″)-150.043164693716×(″LTθ[deg.]″)+85.8474275079871×(″SiO2[λ]″)+122.520263077834×(″SiN[λ]″)+13410.0503377046×(″LT[λ]″)2-22919.3322354524×(″LT[λ]″)3+1.23679341913702×(″LTθ[deg.]″)2-0.00339999845069541×(″LTθ[deg.]″)3+8.82482069182538×(″LT[λ]″)×(″LTθ[deg.}″)-693.691058668391×(″LT[λ]″)×(″SiN[λ]″)…式1。
2.根据权利要求1所述的弹性波装置，其中，
所述SiN[λ]、所述SiO2[λ]、所述LT[λ]及所述LTθ[deg.]是通过所述式1导出的所述第一高阶模式的相位成为-73[deg.]以下的范围内的厚度及角度。
3.根据权利要求1或2所述的弹性波装置，其中，
在将所述硅基板的欧拉角设为(-45[deg.]，-54.7[deg.]，SiΨ[deg.])时，0[deg.]≤SiΨ[deg.]≤30[deg.]，
LT[λ]≤0.179[λ]，
所述SiN[λ]、所述SiO2[λ]、所述LT[λ]、所述LTθ[deg.]及所述SiΨ[deg.]是通过下述的式2导出的第二高阶模式的相位成为-70[deg.]以下的范围内的厚度及角度，
[数2]
相位[deg.]＝
(-205.883644685925)+127.798701342823×(″LT[λ]″)+2.15277969099328×(″LTθ[deg.]″)-102.612816079968×(″SiO2[λ]″)-0.224847505825644×(”Siψ[deg.]″)-51.4047137303909×(″SiN[λ]″)-0.00890818181751331×(″LTθ[deg.]″)2+307.622195727849×(″SiO2[λ]″)2-0.00758239200722899×(″Siψ[deg.]″)2+77.4266396390485×(″SiN[λ]″)2-181.250917094982×(″LT[λ]″)×(″SiN[λ]″)+1.30355347496229×(″Siψ[deg.]″)×(″SiN[λ]″)…式2。
4.根据权利要求3所述的弹性波装置，其中，
所述SiN[λ]、所述SiO2[λ]、所述LT[λ]、所述LTθ[deg.]及所述SiΨ[deg.]是通过所述式2导出的所述第二高阶模式的相位成为-82[deg.]以下的范围内的厚度及角度。
5.根据权利要求1或2所述的弹性波装置，其中，
在将所述硅基板的欧拉角设为(-45[deg.]，-54.7[deg.]，SiΨ[deg.])时，30[deg.]＜SiΨ[deg.]≤60[deg.]，
LT[λ]≤0.179[λ]，
所述SiO2[λ]、所述LT[λ]及所述SiΨ[deg.]是通过下述的式3导出的第二高阶模式的相位成为-70[deg.]以下的范围内的厚度及角度，
[数3]
相位[deg.]＝
(-95.094880212045)+101.711189386615×(″LT[λ]″)+128.75225217158×(″SiO2[λ}″)-0.0470853398232617×(″Siψ[deg.]″)-3206.16069403422×(″SiO2[λ]″)2+17936.7194110188×(″SiO2[λ]″)3-29992.9686614269×(″SiO2[λ]″)4+0.906373829580059×(″SiO2[λ]″)×(″Siψ[deg.]″)…式3。
6.根据权利要求5所述的弹性波装置，其中，
所述SiO2[λ]、所述LT[λ]及所述SiΨ[deg.]是通过所述式3导出的所述第二高阶模式的相位成为-82[deg.]以下的范围内的厚度及角度。
7.根据权利要求1或2所述的弹性波装置，其中，
在将所述硅基板的欧拉角设为(-45[deg.]，-54.7[deg.]，SiΨ[deg.])时，0[deg.]≤SiΨ[deg.]≤30[deg.]，
LT[λ]＞0.179[λ]，
所述SiN[λ]、所述SiO2[λ]、所述LT[λ]、所述LTθ[deg.]及所述SiΨ[deg.]是通过下述的式4导出的第二高阶模式的相位成为-70[deg.]以下的范围内的厚度及角度，
[数4]
相位[deg.]＝
(-392.892314841977)+89.8044648175736×(″LT[λ]″)+4.83528870777243×(″LTθ[deg.]″)+42.3707695093921×(″SiO2[λ]″)+1.39083065403i3×(″Siψ[deg.]″)-67.6290880097491×(″SiN[λ]″)-0.0172601858992679×(″LTθ[deg.]″)2+805.019716677561×(″SiO2[λ]″)2-0.0159531563567603×(″Siψ[deg.]″)2+85.4536492286811×(″SiN[λ]″)2-2.20006335400308×(″LTθ[deg.]″)×(″SiO2[λ]″)-0.0128636179659422×(″LTθ[deg.]″)×(″Siψ[deg.]″)-133.229375274161×(″SiO2[λ]″)×(″SiN[λ]″)+1.5036945578866×(″Siψ[deg.]″)×(″SiN[λ]″)…式4。
8.根据权利要求7所述的弹性波装置，其中，
所述SiN[λ]、所述SiO2[λ]、所述LT[λ]、所述LTθ[deg.]及所述SiΨ[deg.]是通过所述式4导出的所述第二高阶模式的相位成为-82[deg.]以下的范围内的厚度及角度。
9.根据权利要求1或2所述的弹性波装置，其中，
所述IDT电极为铝电极，
在将所述硅基板的欧拉角设为(-45[deg.]，-54.7[deg.]，SiΨ[deg.])时，30[deg.]＜SiΨ[deg.]≤60[deg.]，
LT[λ]＞0.179[λ]，
在将所述IDT电极的厚度设为Al[λ]时，所述Al[λ]、所述SiN[λ]、所述SiO2[λ]、所述LT[λ]、所述LTθ[deg.]及所述SiΨ[deg.]是通过下述的式5导出的第二高阶模式的相位成为-70[deg.]以下的范围内的厚度及角度，
[数5]
相位[deg.]＝
(-399.83489386091)+1237.69111458529×(″Al[λ]″)+110.765597748741×(″LT[λ]″)+4.70911344378166×(″LTθ[deg.]″)-538.290200050676×(″SiO2[λ]″)+0.159441787289077×(″Siψ[deg.]″)-11.3589769001844×(″SiN[λ]″)-0.0176171588883711×(″LTθ[deg.]″)2+3583.79682941935×(″SiO2[λ]″)2-5766.3194876186×(″SiO2[λ]″)3-8.32276363625543×(″Al[λ]″)×(″LTθ[deg.]″)-1532.20321265641×(″Al[λ]″)×(″SiO2[λ]″)+89.1277241924082×(″SiO2[λ}″)×(″SiN[λ]″)…式5。
10.根据权利要求9所述的弹性波装置，其中，
所述Al[λ]、所述SiN[λ]、所述SiO2[λ]、所述LT[λ]、所述LTθ[deg.]及所述SiΨ[deg.]是通过所述式5导出的所述第二高阶模式的相位成为-82[deg.]以下的范围内的厚度及角度。
11.根据权利要求1～10至中任一项所述的弹性波装置，其中，
所述IDT电极为铝电极，
在将所述硅基板的欧拉角设为(-45[deg.]，-54.7[deg.]，SiΨ[deg.])、将所述IDT电极的厚度设为Al[λ]时，所述IDT电极的厚度、所述SiN[λ]、所述SiO2[λ]、所述LT[λ]、所述LTθ[deg.]及所述SiΨ[deg.]是通过下述的式6导出的瑞利波的相位成为-72[deg.]以下的范围内的厚度及角度，
[数6]
相位[deg.]＝
(-33248.0843066889)-2022.07522889033×(″Al[λ]″)+402.370929355681×(″LT[λ]″)+1127.75197369894×(″LTθ[deg.]″)+413.75228258329×(″SiO2[λ]″)-0.787669638019358×(″Siψ[deg.]″)-12.1242670011703×(″SiN[λ]″)-14.2127713812958×(″LTθ[deg.]″)2+0.0787858396593867×(″LTe[deg.]″)3-0.000162271010336368×(″LTθ[deg.]″)4+16.0480592141443×(″Al[λ]″)×(″LTθ[deg.]″)-2.8737040817671×(″LT[λ]″)×(″LTθ[deg.]″)-3.29244406546554×(″LTθ[deg.]″)×(″SiO2[λ]″)+0.00614278417047359×(″LTθ[deg.]″)×(″Siψ[deg.]″)…式6。
12.根据权利要求11所述的弹性波装置，其中，
所述IDT电极的厚度、所述SiN[λ]、所述SiO2[λ]、所述LT[λ]、所述LTθ[deg.]及所述SiΨ[deg.]是通过所述式6导出的所述瑞利波的相位成为-84[deg.]以下的范围内的厚度及角度。
13.一种复合滤波器装置，具备：
共同连接端子；
第一滤波器装置，其具有权利要求1或2所述的弹性波装置，且具有第一通带；以及
第二滤波器装置，其与所述第一滤波器装置共同连接于所述共同连接端子，且具有与所述第一通带不同的第二通带，
在所述弹性波装置的所述谐振频率的1.2倍以上且1.7倍以下的频率下，第二高阶模式被激励，
所述第二高阶模式的频率位于所述第二通带的频带外。
14.一种复合滤波器装置，具备：
共同连接端子；
第一滤波器装置，其具有权利要求1～10中任一项所述的弹性波装置，且具有第一通带；以及
第二滤波器装置，其与所述第一滤波器装置共同连接于所述共同连接端子，且具有第二通带，所述第二通带是比所述第一通带低的频带，
在比所述弹性波装置的所述谐振频率低的频率下，瑞利波被激励，
所述瑞利波的频率位于所述第二通带的频带外。
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