CN115004547A - 弹性波设备及具备该弹性波设备的梯型滤波器 - Google Patents
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Abstract
弹性波设备(100)具备基板(105)、第一谐振器(101)及第二谐振器(102)、以及共用反射器(REF12)。第二谐振器与第一谐振器相邻地配置,频率特性与第一谐振器不同。第一谐振器包括第一IDT电极(IDT1)。第二谐振器包括第二IDT电极(IDT2)。共用反射器具有与第一谐振器及第二谐振器相同或者第一谐振器与第二谐振器之间的频率特性。第一谐振器的高阶模式频率与第二谐振器的高阶模式频率之间的差一致。在共用反射器的电极指为偶数的情况下,第一IDT电极及第二IDT电极的与共用反射器对置的电极指是相同的极性。在共用反射器的电极指为奇数的情况下,第一IDT电极及第二IDT电极的与共用反射器对置的电极指是相反的极性。
Description
技术领域
本公开涉及弹性波设备及具备该弹性波设备的梯型滤波器,更具体而言,涉及用于使弹性波设备小型化的技术。
背景技术
在日本特开平10-303691号公报(专利文献1)中,公开了一种由多个声表面波(Surface Acoustic Wave:SAW)谐振器构成的滤波器装置。通常,在这样的滤波器装置中,为了抑制在声表面波谐振器中传播的信号从谐振器漏出,在形成声表面波谐振器的IDT(Interdigital Transducer,叉指换能器)电极的两端配置反射器。
在先技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开平10-303691号公报
专利文献2:日本特开2002-176335号公报
发明内容
发明要解决的问题
上述那样的使用了声表面波谐振器的滤波器装置例如有时用于以便携电话或智能手机为代表的便携终端。在便携终端中,小型化及薄型化的需求依然高,伴随于此,针对滤波器装置这样的构成该便携终端的设备,也要求进一步的小型化及薄型化。
针对这样的问题,例如在日本特开2002-176335号公报(专利文献2)中,提出了以下结构:针对相邻的声表面波谐振器,共用配置在IDT电极之间的反射器,由此实现弹性波设备整体的小型化。
另一方面,在弹性波设备中,有时产生与作为通过对象的频带(将有助于通带的振动模式作为主模式)不同的频率的高阶模式的杂散。该高阶模式的杂散有时无法被反射器去除,在这样的情况下,该高阶模式的信号可能对相邻的弹性波谐振器产生影响。
本发明是为了解决上述的问题而完成的,其目的在于,在由多个谐振器形成的弹性波设备中,降低设备的高阶模式的杂散的影响并实现小型化。
用于解决问题的手段
本公开的第一方面的弹性波设备具备:基板,其具有压电层;第一谐振器及第二谐振器,其配置在上述基板上;以及共用反射器。第二谐振器在上述基板上与第一谐振器相邻地配置,频率特性与第一谐振器不同。共用反射器在上述基板上配置在第一谐振器与第二谐振器之间。第一谐振器包括以第一间距形成了电极指的第一IDT电极。第二谐振器包括以第二间距形成了电极指的第二IDT电极。共用反射器的阻带的下限频率与第一谐振器的阻带的下限频率及第二谐振器的阻带的下限频率相同,或者处于第一谐振器的阻带的下限频率与第二谐振器的阻带的下限频率之间。共用反射器的阻带的上限频率与第一谐振器的阻带的上限频率及第二谐振器的阻带的上限频率相同,或者处于第一谐振器的阻带的上限频率与第二谐振器的阻带的上限频率之间。第一谐振器的高阶模式频率与第二谐振器的高阶模式频率一致。在共用反射器的电极指的数量为偶数的情况下,在第一IDT电极中对置于共用反射器的电极指是与在第二IDT电极中对置于共用反射器的电极指相同的极性。在共用反射器的电极指的数量为奇数的情况下,在第一IDT电极中对置于共用反射器的电极指是与在第二IDT电极中对置于共用反射器的电极指相反的极性。
本公开的第二方面的弹性波设备具备:基板,其具有压电层;第一谐振器及第二谐振器,其配置在上述基板上;以及共用反射器。第二谐振器在上述基板上与第一谐振器相邻地配置,频率特性与第一谐振器不同。共用反射器在上述基板上配置在第一谐振器与第二谐振器之间。第一谐振器包括以第一间距形成了电极指的第一IDT电极。第二谐振器包括以第二间距形成了电极指的第二IDT电极。第一谐振器及第二谐振器的主模式是谐振频率相对于压电层的厚度的增加而增加的振动模式。关于共用反射器、第一谐振器及第二谐振器,在将使电极指的间距、电极指的占空比、电极指的厚度及压电层的厚度的倒数相乘而得到的值分别设为第一值、第二值及第三值的情况下,第一值与第二值及第三值相同,或者处于第二值与第三值之间。第一谐振器的高阶模式频率与第二谐振器的高阶模式频率一致。在共用反射器的电极指的数量为偶数的情况下,在第一IDT电极中对置于共用反射器的电极指是与在第二IDT电极中对置于共用反射器的电极指相同的极性。在共用反射器的电极指的数量为奇数的情况下,在第一IDT电极中对置于共用反射器的电极指是与在第二IDT电极中对置于共用反射器的电极指相反的极性。
本公开的第三方面的弹性波设备具备:基板,其具有压电层;第一谐振器及第二谐振器,其配置在上述基板上;以及共用反射器。第二谐振器在上述基板上与第一谐振器相邻地配置,频率特性与第一谐振器不同。共用反射器在上述基板上配置在第一谐振器与第二谐振器之间。第一谐振器包括以第一间距形成了电极指的第一IDT电极。第二谐振器包括以第二间距形成了电极指的第二IDT电极。第一谐振器及第二谐振器的主模式是谐振频率相对于压电层的厚度的增加而减少的振动模式。关于共用反射器、第一谐振器及第二谐振器,在将使电极指的间距、电极指的占空比、电极指的厚度及压电层的厚度相乘而得到的值分别设为第四值、第五值及第六值的情况下,第四值与第五值及第六值相同,或者处于第五值与第六值之间。第一谐振器的高阶模式频率与第二谐振器的高阶模式频率一致。在共用反射器的电极指的数量为偶数的情况下,在第一IDT电极中对置于共用反射器的电极指是与在第二IDT电极中对置于共用反射器的电极指相同的极性。在共用反射器的电极指的数量为奇数的情况下,在第一IDT电极中对置于共用反射器的电极指是与在第二IDT电极中对置于共用反射器的电极指相反的极性。
发明效果
根据本公开的弹性波设备,在分别包括IDT电极的两个弹性波谐振器(第一谐振器、第二谐振器)之间配置有作为双方的反射器而发挥功能的共用反射器。而且,该共用反射器具有第一谐振器的频率特性与第二谐振器的频率特性之间的频率特性。而且,在共用反射器的电极指的数量为偶数的情况下,两个谐振器的与共用反射器对置的电极指配置为彼此相同的极性,在共用反射器的电极指的数量为奇数的情况下,两个谐振器的与共用反射器对置的电极指配置为彼此相反的极性。通过采用这样的结构,由各谐振器产生的高阶模式的杂散彼此相抵消,因此,在弹性波设备中,能够降低高阶模式的杂散的影响并实现小型化。
附图说明
图1是由本实施方式1的弹性波设备形成的滤波器装置的电路结构。
图2是用于说明在本实施方式1的弹性波设备中形成了共用反射器的部分的结构的俯视图。
图3是实施方式1的弹性波设备的剖视图。
图4是比较例的弹性波设备的俯视图。
图5是用于说明实施方式1的弹性波设备的频率特性的图。
图6是共用反射器的电极指为奇数的情况下的弹性波设备的俯视图。
图7是共用反射器的电极指为偶数的情况下的弹性波设备的俯视图。
图8是用于说明降低高阶模式的杂散的原理的图。
图9是用于说明信号的有效传播距离与容许频率差之间的关系的图。
图10是变形例的弹性波设备的俯视图。
图11是示出相对于谐振器的构造参数的高阶模式的频率灵敏度比的图。
图12是实施方式2的第一例的弹性波设备的剖视图。
图13是用于说明主模式及高阶模式中的压电层膜厚与板波声速之间的关系的图。
图14是示出第一例的弹性波设备的实施例和比较例的规格的图。
图15是实施方式2的第二例的弹性波设备的剖视图。
图16是用于说明高阶模式频率与IDT电极的占空比之间的关系的图。
图17是示出第二例的弹性波设备的实施例和比较例的规格的图。
图18是实施方式2的第三例的弹性波设备的剖视图。
图19是用于说明高阶模式频率与IDT电极的膜厚之间的关系的图。
图20是示出第三例的弹性波设备的实施例和比较例的规格的图。
图21是实施方式2的第四例的弹性波设备的剖视图。
图22是示出电介质层的变形例的图。
具体实施方式
以下,参照附图对本公开的实施方式详细进行说明。需要说明的是,针对图中相同或相当的部分标注相同的标记,不再重复其说明。
[实施方式1]
(滤波器装置的结构)
图1是示出由实施方式1的弹性波设备形成的滤波器装置10的电路结构的图。滤波器装置10例如是用于通信装置的发送侧电路的滤波器装置,是连接在发送用端子TX与天线端子ANT之间的梯型滤波器。滤波器装置10对由发送用端子TX收到的信号进行滤波后从天线端子ANT输出。
滤波器装置10包括串联连接在发送用端子TX与天线端子ANT之间的串联臂谐振部S1~S5、以及并联臂谐振部P1~P4。串联臂谐振部S1~S5及并联臂谐振部P1~P4的各谐振部构成为包括至少一个弹性波谐振器。在图1的例子中,串联臂谐振部S1、S5及并联臂谐振部P1~P4的各谐振部包括一个弹性波谐振器,串联臂谐振部S2~S4的各谐振部包括两个弹性波谐振器。串联臂谐振部S2构成为包括串联连接的弹性波谐振器S21、S22。串联臂谐振部S3构成为包括串联连接的弹性波谐振器S31、S32。串联臂谐振部S4构成为包括串联连接的弹性波谐振器S41、S42。需要说明的是,各谐振部所包含的弹性波谐振器的数量不限于此,与滤波器装置的特性配合地适当选择。作为弹性波谐振器,能够使用声表面波(SAW)谐振器。
并联臂谐振部P1的一端与串联臂谐振部S1和串联臂谐振部S2之间的连接点连接,另一端与接地电位GND连接。并联臂谐振部P2的一端与串联臂谐振部S2和串联臂谐振部S3之间的连接点连接,另一端与接地电位GND连接。并联臂谐振部P3的一端与串联臂谐振部S3和串联臂谐振部S4之间的连接点连接,另一端与接地电位GND连接。并联臂谐振部P4的一端与串联臂谐振部S4和串联臂谐振部S5之间的连接点连接,另一端与接地电位GND连接。
(弹性波设备的结构)
接着,使用图2及图3对本实施方式1的弹性波设备100的基本结构进行说明。图2是在弹性波设备100中在相邻谐振器之间形成共用反射器的部分的俯视图。另外,图3是相邻谐振器之间的部分的剖视图。
参照图2及图3,弹性波设备100包括相邻的两个弹性波谐振器101(第一谐振器)及弹性波谐振器102(第二谐振器)、以及共用反射器REF12。弹性波设备100所包含的弹性波谐振器101、102对应于图1所说明的滤波器装置10中的串联臂谐振部S1~S5及并联臂谐振部P1~P4中的任意一方所包含的谐振器。
弹性波谐振器101、102是构成为包括IDT电极的SAW谐振器。具体而言,弹性波谐振器101包括IDT电极IDT1、以及配置在IDT电极IDT1的两端的反射器REF1-1、REF1-2。弹性波谐振器102包括IDT电极IDT2、以及配置在IDT电极IDT2的两端的反射器REF2-1、REF2-2。
IDT电极具有使两个梳齿状电极对置的结构,该两个梳齿状电极的电极指以规定间隔配置于汇流条。弹性波谐振器101的IDT电极IDT1包括汇流条210(第一汇流条)及汇流条211(第二汇流条),弹性波谐振器102的IDT电极IDT2包括汇流条220(第三汇流条)及汇流条221(第四汇流条)。
在IDT电极中,声表面波沿着与对置的电极指的延伸方向正交的方向传播。反射器用于对从IDT电极的端部漏出的声表面波进行反射并封闭在IDT电极内。由此,能够提高弹性波谐振器的Q值。
如图3所示,构成各弹性波谐振器的IDT电极及反射器形成在具有压电层110的基板105上。基板105除了压电层110之外还包括低声速层121、高声速层122及支承层130。
支承层130例如是由硅(Si)形成的半导体基板。在支承层130上,朝向图3的Z轴的正方向依次层叠有高声速层122、低声速层121及压电层110。
压电层110例如由钽酸锂(LiTaO3)或铌酸锂(LiNbO3)这样的压电单晶材料、或者包括氮化铝(AlN)、LiTaO3或LiNbO3的压电层叠材料形成。在压电层110的上表面(Z轴的正方向的面)形成有作为功能元件的IDT电极及反射器。需要说明的是,在图3的例子中,作为压电层110而使用钽酸锂(LT)。
IDT电极及反射器例如由包括铝、铜、银、金、钛、钨、铂、铬、镍、钼中的至少一种的单体金属、或者以这些为主成分的合金等材料形成。
低声速层121由在该低声速层121传播的体波声速与在压电层110传播的体波声速相比成为低速的材料形成。在图3的例子中,低声速层121由二氧化硅(SiO2)形成。但是,低声速层121不限于二氧化硅,例如,也可以由玻璃、氮氧化硅、氧化钽等其他电介质或者向二氧化硅添加了氟、碳、硼等得到的化合物等形成。
另外,高声速层122由在该高声速层122传播的体波声速与在压电层110传播的弹性波声速相比成为高速的材料形成。在图3的例子中,高声速层122由氮化硅(SiN)形成。但是,高声速层122不限于氮化硅,也可以由氮化铝、氧化铝(矾土)、氮氧化硅、碳化硅、类金刚石碳(DLC)、金刚石等材料形成。
通过采用在压电层110的下方层叠低声速层121及高声速层122的结构,从而低声速层121及高声速层122作为反射层(镜面层)120发挥功能。即,从压电层110向支承层130的方向泄漏的声表面波由于传播的声速差而被高声速层122反射并封闭在低声速层121内。这样,通过反射层120传播的声表面波的声能的损耗被抑制,因此,能够高效地传播声表面波。需要说明的是,在图3中,作为反射层120,针对低声速层121及高声速层122分别形成了一层的例子进行了说明,但反射层120也可以是多个低声速层121及高声速层122交替配置的结构。
再次参照图2,弹性波谐振器101的反射器REF1-1面向IDT电极IDT1中的弹性波谐振器102侧的端部而配置。反射器REF1-2相对于IDT电极IDT1面向与反射器REF1-1相反的一侧的端部而配置。反射器REF1-1、REF1-2的电极指以与IDT电极IDT1的电极指相同的间距形成。
另外,弹性波谐振器102的反射器REF2-1面向IDT电极IDT2中的弹性波谐振器101侧的端部而配置。反射器REF2-2相对于IDT电极IDT2面向与反射器REF2-1相反的一侧的端部而配置。反射器REF2-1、REF2-2的电极指以与IDT电极IDT2的电极指相同的间距形成。
共用反射器REF12配置在弹性波谐振器101的反射器REF1-1与弹性波谐振器102的反射器REF2-1之间。反射器REF1-1的电极指的数量与共用反射器REF12的电极指的数量之和被设定为与反射器REF1-2的电极指的数量相同的数量。同样地,反射器REF2-1的电极指的数量与共用反射器REF12的电极指的数量之和被设定为与反射器REF2-2的电极指的数量相同的数量。共用反射器REF12的电极指的长度成为弹性波谐振器101及弹性波谐振器102所包含的IDT电极中的电极指的交叉宽度以上的长度。
共用反射器REF12的频率特性具有弹性波谐振器101的频率特性及弹性波谐振器102的频率特性之间的中间的频率特性。通过采用这样的结构,共用反射器REF12作为弹性波谐振器101及弹性波谐振器102双方的反射器发挥功能。
在实施方式1中,通过使共用反射器REF12的电极指的至少一部分由弹性波谐振器101中的IDT电极IDT1及反射器REF1-1、REF1-2的电极指的间距(第一间距:PT1)与弹性波谐振器102中的IDT电极IDT2及反射器REF2-1、REF2-2的电极指的间距(第二间距:PT2)之间的间距形成来实现中间的频率特性。这里,电极指的间距是相邻的电极指的中心间距离。
需要说明的是,频率特性能够通过在尽量不包含与各谐振器及反射器连接的布线的状态下使与网络分析仪连接的触针接触来测定。
需要说明的是,在共用反射器REF12中,电极指的整体可以以中间的间距形成,也可以为从弹性波谐振器101朝向弹性波谐振器102渐渐变更间距的结构。另外,也可以是从弹性波谐振器101朝向弹性波谐振器102阶段性地变更间距的结构。
弹性波谐振器101中的反射器REF1-1及弹性波谐振器102中的反射器REF2-1并不一定是必须的,也可以为在弹性波谐振器101的IDT电极IDT1与弹性波谐振器102的IDT电极IDT2之间仅配置共用反射器REF12的结构。在该情况下,优选共用反射器REF12的电极指的数量与反射器REF1-2及反射器REF2-2的电极指的数量相同。
图4是比较例的弹性波设备100#中的相邻谐振器的俯视图。弹性波设备100#包括相邻的两个弹性波谐振器101#、102#。在弹性波设备100#中,在各弹性波谐振器的IDT电极的两端配置有相同形状的反射器(REF1-2、REF2-2)。即,在各弹性波谐振器中,配置在两端的反射器的电极指的数量相同。因此,例如在反射器REF1-2、REF2-2各自的电极指的数量为20根的情况下,配置在两个IDT电极之间的反射器的电极指的总数成为40根。
另一方面,在实施方式1的弹性波设备100中,例如,在将各反射器REF1-1、REF2-1的电极指的数量设为8根,将共用反射器REF12的电极指的数量设为12根时,反射器REF1-1及共用反射器REF12的电极指的总数以及反射器REF2-1及共用反射器REF12的电极指的总数分别成为20根,成为与反射器REF1-2、REF2-2的电极指的数量相同的数量。但是,配置在两个IDT电极之间的反射器的电极指的总数减少为28根(8+12+8)。因此,针对各弹性波谐振器能够维持作为反射器发挥功能的电极指的数量而抑制反射率的下降,并且能够缩窄两个IDT电极之间的间隔。由此,与比较例的弹性波设备100#相比,能够使弹性波设备100小型化。
在弹性波设备中,有时产生频率比作为通过对象的频带(主模式)高的高阶模式的杂散。在弹性波设备中,通常,将反射器设计为,针对主模式的频带的信号的反射系数变大。但是,针对高阶模式的频带的反射系数不一定能够变大,因此,可能产生高阶模式的杂散无法通过反射器充分去除的情况。这样,该高阶模式的杂散可能对相邻的弹性波谐振器产生影响而导致滤波器特性产生纹波。
于是,在本实施方式1的弹性波设备中,采用以下结构:使经由共用反射器而相邻的弹性波谐振器的高阶模式的频带大致一致,并且,使从各弹性波谐振器产生的高阶模式的信号的相位相互反转。通常,虽然产生多个高阶模式,但这里使该多个高阶模式中的至少一个高阶模式的频带一致。通过采用这样的结构,从反射器漏出的高阶模式的杂散彼此相抵消,因此,能够降低由高阶模式的杂散带来的影响。
使用图5,针对在相邻的弹性波谐振器中使用共用反射器的情况下的反射特性进行说明。在图5(a)、(b)的各个图中,上层示出反射器的反射系数的频率特性,下层示出谐振器的阻抗的频率特性。在图5中,实线LN50及实线LN60示出串联臂谐振器,虚线LN51及虚线LN61示出并联臂谐振器。
参照图5,在图1所示的梯型滤波器中,通常设计为串联臂谐振器的谐振频率与并联臂谐振器的反谐振频率大致一致。即,在串联臂谐振器的反射器中,反射系数接近1的阻带成为频率f2~f4之间(图5(a)的区域AR10)。另一方面,在并联臂谐振器的反射器中,反射系数接近1的阻带成为频率f1~f3之间(图5(b)的区域AR11)。
因此,在共用串联臂谐振器和并联臂谐振器的反射器并将反射器的电极指的间距设定为任一方的谐振器的IDT电极的电极指间距的情况下,虽然针对频率f2~f4的范围(区域AR15)能够确保反射率,但针对频率f1~f2的范围或频率f3~f4的范围,反射率可能大幅下降。这样,在该反射率下降的区域,来自一方的谐振器的声表面波不被反射而向另一方的谐振器漏出,因此,可能产生滤波器特性的劣化。
另一方面,在如本实施方式1那样将共用反射器的电极指间距的至少一部分设定为两个谐振器的电极指间距的中间的间距的情况下,共用反射器的反射系数例如成为图5中的单点划线LN52那样。这样,如图5(a)所示,针对串联臂谐振器的阻带被扩大到频率f2~f31的范围(区域AR16)。同样地,如图5(b)所示,针对并联臂谐振器的阻带被扩大到频率f11~f3的范围(区域AR17)。即,共用反射器的阻带的下限频率成为第一谐振器的阻带的下限频率与第二谐振器的阻带的下限频率之间,共用反射器的阻带的上限频率成为第一谐振器的阻带的上限频率与第二谐振器的阻带的上限频率之间。因此,相比于将共用反射器的电极指间距统一为任一方的谐振器的电极指间距的情况,能够扩大滤波器装置中的阻止范围,结果是能够抑制滤波器特性的劣化。
需要说明的是,在实施方式1中,“阻带”表示具有比反射系数的峰值的70%的值高的反射系数的频率范围。在实施方式1中,阻带的下限频率对应于各谐振器的谐振频率。另外,阻带的上限频率对应于在各谐振器的阻抗特性中开始出现阻带纹波(图5中的区域RG10、RG11)的频率。
接着,使用图6~图9,对用于降低高阶模式的杂散的影响的结构更加详细地进行说明。
图6及图7是实施方式1的弹性波设备的俯视图,图6示出共用反射器的电极指的数量为奇数的情况下的弹性波设备100A的俯视图,图7示出共用反射器的电极指的数量为偶数的情况下的弹性波设备100B的俯视图。需要说明的是,在图6及图7中,相邻的两个弹性波谐振器可以是串联臂谐振器彼此,也可以是并联臂谐振器彼此。或者,两个弹性波谐振器也可以是,一方为串联臂谐振器且另一方为并联臂谐振器。
参照图6,弹性波设备100A包括弹性波谐振器101A、102A、以及配置在弹性波谐振器101A、102A之间的共用反射器REF12A。在弹性波设备100A中,弹性波谐振器101A中的IDT电极IDT1A的汇流条211与弹性波谐振器102A中的IDT电极IDT2A的汇流条221通过布线图案200而连接。即,汇流条211及汇流条221是相同电位。
在弹性波设备100A中,弹性波谐振器101A、102A及共用反射器REF12A中的电极指的间距、占空比及电极膜厚均相同。因此,弹性波谐振器101A及弹性波谐振器102A的主模式及高阶模式的信号的频带一致。
共用反射器REF12A配置在弹性波谐振器101A的反射器REF1A-1与弹性波谐振器102A的反射器REF2A-1之间。反射器REF1A-1的电极指的数量和共用反射器REF12A的电极指的数量之和与反射器REF1A-2的电极指的数量相同。另外,反射器REF2A-1的电极指的数量和共用反射器REF12A的电极指的数量之和与反射器REF2A-2的电极指的数量相同。如上所述,共用反射器REF12A具有的电极指的数量为奇数。需要说明的是,弹性波谐振器101A的反射器REF1A-1的电极指的数量和弹性波谐振器102A的反射器REF2A-1的电极指的数量被设定为相同。
在弹性波谐振器101A的IDT电极IDT1A中,最接近弹性波谐振器102A的电极指(区域RG1A内的电极指)、即与反射器REF1A-1对置的电极指与汇流条210连接。另一方面,在弹性波谐振器102A的IDT电极IDT2A中,最接近弹性波谐振器101A的电极指(区域RG2A内的电极指)、即与反射器REF2A-1对置的电极指与汇流条221连接。换言之,在共用反射器具有的电极指的数量为奇数的情况下,在IDT电极中最接近对方侧的弹性波谐振器的电极指配置为成为彼此相反的电位(相反极性)。
另一方面,在图7的弹性波设备100B中,配置在两个弹性波谐振器101B、102B之间的共用反射器REF12B的电极指的数量为偶数。在弹性波谐振器101B的IDT电极IDT1B中,最接近弹性波谐振器102B的电极指(区域RG1B内的电极指)、即与反射器REF1B-1对置的电极指与汇流条211连接。而且,在弹性波谐振器102B的IDT电极IDT2B中,最接近弹性波谐振器101B的电极指(区域RG2B内的电极指)、即与反射器REF2B-1对置的电极指与汇流条221连接。换言之,在共用反射器具有的电极指的数量为偶数的情况下,在IDT电极中最接近对方侧的弹性波谐振器的电极指配置为成为相同的电位(相同极性)。
使用图8,来说明通过上述那样的IDT电极的电极指配置来降低高阶模式的杂散的原理。在图8中,将共用反射器的电极指的数量为奇数的弹性波设备100B作为例子进行说明。需要说明的是,为了容易说明,省略了反射器REF1A-1、2A-1。
参照图8,在弹性波谐振器101A的IDT电极IDT1A中,将与汇流条210连接的电极指设为电极指230,将与汇流条211连接的电极指设为电极指231。另外,在弹性波谐振器102A的IDT电极IDT2A中,将与汇流条220连接的电极指设为电极指240,将与汇流条221连接的电极指设为电极指241。
在弹性波设备100A中,将汇流条210、220的电位假定为高电位侧的正电极,将汇流条211、221的电位假定为低电位侧的负电极。如上所述,汇流条211及汇流条221通过布线图案200而连接,因此为相同电位。
在IDT电极中,相邻的电极指的间距成为所传播的声表面波的半波长(λ/2)。即,在各IDT电极传播的声表面波在正电极成为高电位,在负电极成为低电位。
关于主模式的信号,线LN1这样的信号从IDT电极IDT1A沿箭头AR1的方向传播。另外,线LN2这样的信号从IDT电极IDT2A沿箭头AR2的方向传播。但是,主模式的信号被配置在两个IDT电极之间的反射器反射,因此,不能到达对方侧的IDT电极。
另一方面,关于高阶模式的信号,在反射器中未被充分反射,至少一部分通过对方侧的IDT电极。在图8中,线LN3这样的信号从IDT电极IDT2A沿箭头AR3的方向传播。由于共用反射器REF12A的电极指的数量为奇数(即,谐振器间的电极指的数量为奇数),因此,在IDT电极IDT1A中,在正电极(电极指230)接收来自IDT电极IDT2A的低电位的信号,在负电极(电极指231)接收来自IDT电极IDT2A的高电位的信号。反之,由IDT电极IDT1A产生并传播的高阶模式的信号在正电极(电极指230)成为高电位,在负电极(电极指231)成为低电位。即,在各电极指中,接收来自一方的谐振器的高电位的信号和来自另一方的谐振器的低电位的信号,因此,在各电极指中,高阶模式的信号相互抵消。
在IDT电极间的反射器中的电极指的数量为奇数的情况下,例如由IDT电极IDT1A产生的高阶模式信号在通过了反射器的时间点成为相位反转的状态。因此,在IDT电极IDT2A中对置于反射器的电极指成为与在IDT电极IDT1A中对置于反射器的电极指相反的电位(相反极性),由此,能够去除高阶模式信号的影响。
需要说明的是,在IDT电极间的反射器中的电极指的数量为偶数的情况下,通过了反射器的时间点的高阶模式信号的相位成为与从IDT电极输出的信号相同的相位。因此,在弹性波设备100B中,将在IDT电极IDT2B中对置于反射器的电极指设为与在IDT电极IDT1B中对置于反射器的电极指相同的电位(相同极性),由此,能够去除高阶模式信号的影响。
在本实施方式1中,如上所述,针对配置在IDT电极与共用反射器之间的反射器,将电极指设计为成为相同数量,因此,通过共用反射器的电极指来决定IDT电极间的反射器中的电极指的数量是偶数还是奇数。
需要说明的是,在上述的例子中,将两个弹性波谐振器中的主模式的频率一致(即,高阶模式的频率也一致)的情况作为前提进行了说明,但在实际的设计中,相邻的弹性波谐振器的高阶模式的频率不一定完全一致。以下,针对能够去除高阶模式的杂散的影响的弹性波谐振器的频率差进行说明。
如上所述,为了去除高阶模式的影响,从一方的弹性波谐振器传播的高阶模式的信号需要成为与另一方的弹性波谐振器中的高阶模式的信号相反的相位。根据声速v、频率f及波长λ的关系(v=fλ),在声速固定的情况下,频率差能够表示为波长的差。在具有IDT电极的SAW谐振器的情况下,电极指的间距被设定为所传播的声表面波的半波长(λ/2)。因此,当两个弹性波谐振器的电极指存在间距差(即,频率差)时,共用反射器中的传播距离越长且传播的电极指数量越多,则到达对方侧的IDT电极时的两个信号的相位差越扩大。如果该相位差为λ/4以下,则能够期待去除高阶模式的影响。
图9是示出信号的有效传播距离与两个弹性波谐振器的容许频率差之间的关系的图。这里,“有效传播距离”是能够使在两个弹性波谐振器传播的信号的相位差成为λ/4以下的极限距离,由波长(λ)表示。参照图9的线LN10可知,例如在有效传播距离为10λ(即,共用反射器中的电极指为20根)的情况下,如果两个弹性波谐振器的频率差为2.5%以下,则能够去除高阶模式的影响。如上所述,共用反射器中的声表面波的传播距离越长(即,电极指数量越多),则由于电极指的间距差被累计,因此,到达对方侧的IDT电极时的两个信号的相位差越扩大。因此,共用反射器的传播距离越长则容许频率差越小,需要提高两个弹性波谐振器的频率的一致度。
在将以波长为单位的长度设为“波长换算长度(N)”的情况下,容许频率差能够如以下的式(1)那样表示,这对应于图9的线LN10。
容许频率差[%]=25/N...(1)
这里,在将共用反射器的电极指的数量设为n时,波长换算长度N与电极指数量n之间的关系成为n=2N,因此,根据该关系和式(1)得到式(2)。
容许频率差[%]=50/n...(2)
在本公开中,“高阶模式频率一致”是指容许频率差为0%至(50/n)%的范围内。
从小型化的观点出发,优选增多共用的电极指的数量,但当共用的电极指的数量增多时,需要提高谐振器间的频率的一致度。因此,关于共用反射器的尺寸,根据两个谐振器的频率差及弹性波设备整体的尺寸而适当选择。
(变形例)
在实施方式1的弹性波设备中,说明了IDT电极及反射器中的电极指在与连接到电极指的汇流条正交的方向上延伸的结构。在变形例的弹性波设备中,针对IDT电极及反射器的电极指相对于汇流条倾斜配置的结构进行说明。
图10是变形例的弹性波设备100C的俯视图。在弹性波设备100C中,包括弹性波谐振器101C、102C、以及配置在弹性波谐振器101C、102C之间的共用反射器REF12C。
弹性波谐振器101C包括IDT电极IDT1C、以及配置在IDT电极IDT1C的两端的反射器REF1C-1、REF1C-2。弹性波谐振器102C包括IDT电极IDT2C、以及配置在IDT电极IDT2C的两端的反射器REF2C-1、REF2C-2。
共用反射器REF12C配置在反射器REF1C-1与反射器REF2C-1之间。反射器REF1C-1的电极指的数量和共用反射器REF12C的电极指的数量之和与反射器REF1C-2的电极指的数量相同。另外,反射器REF2C-1的电极指的数量和共用反射器REF12C的电极指的数量之和与反射器REF2C-2的电极指的数量相同。在弹性波设备100C中,弹性波谐振器101C、102C及共用反射器REF12C的电极指相对于汇流条倾斜地连接。电极指与汇流条所成的角大于0°且小于90°。
在弹性波谐振器中,声表面波在与电极指正交的方向上传播。例如,在弹性波设备100C中,来自弹性波谐振器101C的信号沿图10的箭头AR11的方向传播,来自弹性波谐振器102C的信号沿图10的箭头AR12的方向传播。如变形例的弹性波设备100C那样,针对相邻的弹性波谐振器,将电极指相对于汇流条倾斜配置,由此,能够使一方的弹性波谐振器中的声表面波的传播方向成为另一方的弹性波谐振器的IDT电极中的电极指的交叉宽度区域外。因此,能够进一步降低声表面波从共用反射器泄漏的情况下的对另一方的弹性波谐振器的影响。
需要说明的是,图10的弹性波设备100C对应于使共用反射器的电极指数量为奇数的图6的弹性波设备100A的电极指倾斜配置的结构,但关于共用反射器的电极指数量为偶数的图7的弹性波设备100B,也可以使电极指倾斜配置。
[实施方式2]
在实施方式1中,说明了相邻的两个弹性波谐振器中的主模式的频率一致的情况。但是,在实际的设计中,相邻的弹性波谐振器的主模式的频率有时不同。这样,在使用共用反射器的情况下,仅根据共用反射器中的电极指的数量来调整IDT电极的电极指的极性的话,可能产生无法去除高阶模式的杂散的情况。
在实施方式2中,说明以下结构:在相邻的弹性波谐振器的主模式的频率不同的情况下,通过维持主模式的频率并调整高阶模式的杂散的频率,来降低该杂散的影响。
通常,在谐振器中,相对于波长、压电层膜厚、电极膜厚或占空比这样的谐振器的构造参数的频率依赖性在主模式和高阶模式中不同。因此,通过利用这样的特性,能够在维持主模式的频率的同时使高阶模式的频率偏移。
图11是示出相对于谐振器的各构造参数(波长、压电层膜厚、电极膜厚、占空比)的高阶模式的频率灵敏度比的图。频率灵敏度比表示在将主模式的谐振频率的变化率设为1.00时的高阶模式的频率的变化率。在主模式的谐振频率及/或高阶模式的频率相对于谐振器的各构造参数的增加而增加的情况下,频率灵敏度比的符号表示为正,在主模式的谐振频率及/或高阶模式的频率相对于谐振器的各构造参数的增加而减少的情况下,频率灵敏度比的符号表示为负。在频率灵敏度比的绝对值比1.00大的情况下,表示使该构造参数变化时的高阶模式的频率的变化率大于主模式的频率的变化率。
需要说明的是,在压电层的膜厚中,主模式谐振频率和高阶模式频率相对于谐振器的各构造参数的依赖趋势根据压电层的材料及厚度而变化。在压电层为LT或LN且其厚度相对于由电极指间距决定的波长λ为2λ以下的情况下,频率灵敏度比如下所述。即,在主模式例如为A0模式(0阶反对称模式)或SH0模式(0阶剪切水平模式)的情况下,频率灵敏度比的符号成为正。另一方面,在主模式例如为S0模式(对称模式)、SH1模式(1阶剪切水平模式)、A1模式(1阶反对称模式)、以及在此之上的高阶的振动模式的情况下,频率灵敏度比的符号成为负。另外,在高阶模式例如为A0模式或SH0模式的情况下,频率灵敏度比的符号成为正,在高阶模式例如为S0模式、SH1模式、A1模式、以及在此之上的高阶的振动模式的情况下,频率灵敏度比的符号成为负。在高阶模式中,频率灵敏度比的绝对值也根据振动模式而变化。另一方面,在压电层的厚度为2λ~5λ的范围的情况下,上述那样的依赖趋势消失。
图11示出对主模式使用SH0模式、对高阶模式使用S0模式的情况下的频率灵敏度比。需要说明的是,在后述的第一例~第四例中,也示出了使用这些模式的情况。
参照图11,例如在使波长(即,电极指间距)变化的情况下,相对于主模式的谐振频率的变化率-1.00,高阶模式的频率的变化率成为-0.67。即,在使波长变化的情况下,高阶模式的频率变化比主模式的频率变化小。
使压电层膜厚变化的情况下的高阶模式的频率灵敏度比为-2.40。在该情况下,如果主模式的谐振频率变高,则高阶模式的频率以比主模式大的程度变低。同样地,使电极指的占空比变化的情况下的高阶模式的频率灵敏度比为0.55,使电极指的膜厚变化的情况下的高阶模式的频率灵敏度比为0.70。即,在使电极指的占空比及膜厚变化的情况下,高阶模式的频率变化率比主模式的频率变化率小。
如图11所示,高阶模式的频率灵敏度比的特性根据构造参数而不同。因此,如果使主模式的谐振频率以波长(电极指间距)以外的构造参数变化,之后对波长进行调整,使主模式的谐振频率返回到原来的谐振频率,则能够在使主模式的谐振频率保持相同状态的情况下使高阶模式的频率成为不同的频率。
以下,在第一例示出使压电层膜厚变化的例子,在第二例示出使电极指的占空比变化的例子,在第三例示出使电极指的膜厚变化的例子。
(第一例)
在第一例中,针对通过变更相邻的两个弹性波谐振器中的压电层的膜厚来调整高阶模式的杂散的频率的情况进行说明。
图12是实施方式2的第一例的弹性波设备100D的剖视图。参照图12,弹性波设备100D包括弹性波谐振器101D、102D、以及配置在弹性波谐振器101D、102D之间的共用反射器REF12D。
在第一例中,弹性波谐振器101D的主模式的频率被设定为比弹性波谐振器102D的主模式的频率高。即,弹性波谐振器101D中的IDT电极IDT1D及反射器REF1D的电极指间距(PT1)比弹性波谐振器102D中的IDT电极IDT2D及反射器REF2D的电极指间距(PT2)窄。而且,共用反射器REF12D的电极指的至少一部分以电极指间距PT1与电极指间距PT2之间的间距形成。
在基板105中,配置有弹性波谐振器101D的区域的压电层110的膜厚被设定为BT1,配置有弹性波谐振器102D的区域的压电层110的膜厚被设定为BT2(BT1>BT2)。而且,配置有共用反射器REF12D的区域的至少一部分压电层110被设定为比配置有弹性波谐振器101D的区域的压电层110的膜厚BT1薄,并且比配置有弹性波谐振器102D的区域的压电层110的膜厚BT2厚。在图12中,共用反射器REF12D中的电极指的膜厚从弹性波谐振器101D朝向弹性波谐振器102D渐渐变薄。
图13是示出主模式及高阶模式中的压电层膜厚与板波声速之间的关系的图。在图13中,横轴示出通过波长而标准化的压电层110的膜厚(h/λ),纵轴示出板波声速。在图13中,实线LN20示出主模式的情况,虚线LN21示出高阶模式的一例的情况。
参照图13,主模式具有以下趋势:当压电层的膜厚变薄时,板波声速变低,当压电层的膜厚变得比规定厚时,声速大致成为固定。根据v=fλ的关系,即便在波长λ(即电极指间距)固定的情况下,如果声速v变化则频率f变化。即,当压电层膜厚变厚时,频率变高,当压电层膜厚变薄时,频率变低。另一方面,高阶模式与主模式不同,具有以下趋势:压电层的膜厚越薄则声速(频率)越高,压电层的膜厚越厚则声速(频率)越下降。
如图11及图13所示,频率相对于压电层的膜厚的变化程度(频率灵敏度比的绝对值)在高阶模式的情况下比在主模式的情况下大,变化方向(频率灵敏度比的符号)则相反。因此,在减薄压电层的膜厚来提高主模式的谐振频率、之后对电极指间距进行调整而使主模式的谐振频率返回到原来的谐振频率的情况下,能够在维持主模式的频率的状态下提高高阶模式的频率。
在图12的弹性波设备100D的情况下,通过使配置有弹性波谐振器101D的压电层110的膜厚比配置有弹性波谐振器102D的压电层110的膜厚厚,从而降低弹性波谐振器101D中的高阶模式的频率,接近弹性波谐振器102D的高阶模式的频率。或者反之,通过使配置有弹性波谐振器102D的压电层110的膜厚比配置有弹性波谐振器101D的压电层110的膜厚薄,从而提高弹性波谐振器102D中的高阶模式的频率,接近弹性波谐振器101D的高阶模式的频率。需要说明的是,有时通过变更压电层110的膜厚,使主模式的频率发生一些变化,但在这样的情况下,能够通过修正成为对象的弹性波谐振器的间距而调整为所希望的频率。
这样,在弹性波设备中,在经由共用反射器而相邻配置的两个弹性波谐振器的主模式的频率不同的情况下,能够通过对配置有各弹性波谐振器的压电层的膜厚和电极指间距进行调整而使高阶模式的信号的频率一致。而且,根据共用反射器的电极指的数量是奇数还是偶数,来变更在IDT电极中配置在最靠共用反射器侧的电极指的极性,由此,即便在主模式的频率不同的情况下,也能够降低高阶模式的杂散的影响。
需要说明的是,在共用反射器REF12D中,电极指的整体也可以以中间的间距形成,也可以为从弹性波谐振器101D朝向弹性波谐振器102D渐渐变更间距的结构。另外,也可以为从弹性波谐振器101D朝向弹性波谐振器102D阶段性地变更间距的结构。
另外,关于配置有共用反射器REF12D的区域的压电层110的膜厚,整体可以为中间的膜厚,也可以如图12那样为从弹性波谐振器101D朝向弹性波谐振器102D渐渐变更压电层110的膜厚的结构。另外,也可以为从弹性波谐振器101D朝向弹性波谐振器102D阶段性地变更压电层110的膜厚的结构。但是,关于电极指的间距和压电层110的膜厚,优选如图13中说明的那样,设定为通过波长而标准化的压电层膜厚(h/λ)成为大致固定。
图14示出关于第一例的实施例及其比较例的具体规格的图。图14的上层(图14(a))示出比较例,下层(图14(b))示出实施例。需要说明的是,在图14的例子中,在比较例及实施例中,电极指的占空比均为0.5。
在比较例中,谐振器1及谐振器2的压电层膜厚均设定为600nm。在比较例中,谐振器1的主模式的频率为2464.282MHz,高阶模式的频率为3106.941MHz。另外,谐振器2的主模式的频率为2361.513MHz,高阶模式的频率为3019.257MHz。
另一方面,在实施例中,谐振器2的压电层膜厚被变更为500nm,并且波长被调整为1.607μm。即,通过减薄谐振器2的压电层膜厚而降低主模式的谐振频率,并将波长调整得较短,从而使主模式的谐振频率返回到原来的谐振频率。由此,在该实施例中,谐振器2的主模式的频率成为2361.312MHz,谐振器2的高阶模式的频率高到3017.580MHz。因此,关于谐振器2,能够在维持主模式的频率的同时,使高阶模式的频率与谐振器1的情况一致。这样,即便在主模式的频率不同的情况下,也能够通过调整压电层膜厚来去除由高阶模式的杂散带来的影响。
(第二例)
在第二例中,针对通过变更相邻的两个弹性波谐振器中的电极指的占空比来调整高阶模式的杂散的频率的情况进行说明。
图15是实施方式2的第二例的弹性波设备100E的剖视图。参照图15,弹性波设备100E包括弹性波谐振器101E、102E、以及配置在弹性波谐振器101E、102E之间的共用反射器REF12E。
在第二例中,弹性波谐振器101E的主模式的频率被设定为比弹性波谐振器102E的主模式的频率低。即,弹性波谐振器101E中的IDT电极IDT1E及反射器REF1E的电极指间距(PT1)比弹性波谐振器102E中的IDT电极IDT2E及反射器REF2E的电极指间距(PT2)宽。而且,共用反射器REF12E的电极指的至少一部分以电极指间距PT1与电极指间距PT2之间的间距形成。
需要说明的是,在共用反射器REF12E中,电极指的整体可以以中间的间距形成,也可以为从弹性波谐振器101E朝向弹性波谐振器102E渐渐变更间距的结构。另外,也可以为从弹性波谐振器101E朝向弹性波谐振器102E阶段性地变更间距的结构。
在弹性波设备100E中,弹性波谐振器101E中的电极指的占空比(第一占空比)被设定为DT1,弹性波谐振器102E中的电极指的占空比(第二占空比)被设定为DT2(DT1>DT2)。而且,共用反射器REF12E中的电极指的至少一部分以上述的第一占空比DT1与第二占空比DT2之间的中间的占空比形成。换言之,共用反射器REF12E中的电极指的至少一部分形成得比第一占空比DT1小且比第二占空比DT2大。例如,优选的是,共用反射器REF12E的电极指的占空比被设定为,从弹性波谐振器101E朝向弹性波谐振器102E渐渐地或阶段性地变小。
图16是用于说明高阶模式频率与IDT电极的占空比之间的关系的图。在图16中,横轴示出主模式的波长,纵轴示出高阶模式频率。在图16中,线LN30示出IDT电极的占空比为0.4的情况,线LN31示出IDT电极的占空比为0.5的情况,线LN32示出IDT电极的占空比为0.6的情况。据此可知,即便在主模式的频率相同的情况下,占空比越大,高阶模式的频率也越趋向于下降。
主模式的谐振频率基本上由电极指的间距决定。但是,即便电极指间距相同,当电极指的质量增减时,主模式的谐振频率在质量附加效应的作用下也可能变化。具体而言,当电极指的质量增加时,谐振频率变低,当电极指的质量减少时,谐振频率变高。因此,当使占空比变化时,电极指的电极宽度变化,质量增减,主模式的谐振频率变化。而且,如图11所示,相对于占空比的频率灵敏度在高阶模式的情况下比在主模式的情况下小。因此,在减小电极指的占空比来提高主模式的谐振频率、之后对电极指间距进行调整而使主模式的谐振频率返回到原来的谐振频率的情况下,能够在维持主模式的频率的状态下降低高阶模式的频率。
这样,在相邻的弹性波谐振器中,通过调整占空比和电极指间距,能够不改变主模式的频率而对高阶模式的频率进行调整使其一致。因此,即便在弹性波谐振器的主模式的频率不同的情况下,也能够去除高阶模式的杂散。
图17示出关于第二例的实施例及其比较例的具体规格的图。图17的上层(图17(a))示出比较例,下层(图17(b))示出实施例。
在比较例中,谐振器1及谐振器2的占空比均被设定为0.5。在比较例中,谐振器1的主模式的频率为2464.282MHz,高阶模式的频率为3106.941MHz。另外,谐振器2的主模式的频率为2469.837MHz,高阶模式的频率为3111.626MHz。
另一方面,在实施例中,谐振器2的占空比被设定为0.4,并且波长被设定为1.559226μm。在共用反射器中,电极指的占空比从谐振器1朝向谐振器2渐渐从0.5变化为0.4。即,通过减小谐振器2的占空比来提高主模式的谐振频率,并将波长调整得较长,从而使主模式的谐振频率返回到原来的谐振频率。由此,在该实施例中,谐振器2的主模式的频率成为2469.837MHz,谐振器2的高阶模式的频率低到3106.941MHz。因此,关于谐振器2,能够在维持主模式的频率的同时,使高阶模式的频率与谐振器1的情况一致。这样,即便在主模式的频率不同的情况下,也能够通过调整弹性波谐振器的电极指的占空比来去除由高阶模式的杂散带来的影响。
(第三例)
在第三例中,针对通过变更相邻的两个弹性波谐振器中的电极指的膜厚来调整高阶模式的杂散的频率的情况进行说明。
图18是实施方式2的第三例的弹性波设备100F的剖视图。参照图15,弹性波设备100F包括弹性波谐振器101F、102F、以及配置在弹性波谐振器101F、102F之间的共用反射器REF12F。
在第三例中,弹性波谐振器101F的主模式的频率被设定为,比弹性波谐振器102F的主模式的频率低。即,弹性波谐振器101F中的IDT电极IDT1F及反射器REF1F的电极指间距(PT1)比弹性波谐振器102F中的IDT电极IDT2F及反射器REF2F的电极指间距(PT2)宽。而且,共用反射器REF12F的电极指的至少一部分以电极指间距PT1与电极指间距PT2之间的间距形成。
需要说明的是,在共用反射器REF12F中,电极指的整体可以以中间的间距形成,也可以为从弹性波谐振器101F朝向弹性波谐振器102F渐渐变更间距的结构。另外,也可以为从弹性波谐振器101F朝向弹性波谐振器102F阶段性地变更间距的结构。
在弹性波设备100F中,弹性波谐振器101F中的电极指的膜厚被设定为ET1,弹性波谐振器102F中的电极指的膜厚被设定为ET2(ET1<ET2)。而且,共用反射器REF12F中的电极指的至少一部分以上述的膜厚ET1与膜厚ET2之间的中间的膜厚形成。换言之,共用反射器REF12F中的电极指的至少一部分比弹性波谐振器101F中的电极指的膜厚ET1厚,并且比弹性波谐振器102F中的电极指的膜厚ET2薄。优选的是,共用反射器REF12F的电极指的膜厚被设定为,从弹性波谐振器101F朝向弹性波谐振器102F渐渐地或阶段性地变厚。
图19是用于说明高阶模式频率与IDT电极的膜厚之间的关系的图。在图19中,横轴示出主模式的波长,纵轴示出高阶模式频率。在图19中,线LN40示出IDT电极的膜厚为111nm的情况,线LN41示出IDT电极的膜厚为121nm的情况,线LN42示出IDT电极的膜厚为131nm的情况。据此可知,即便在主模式的频率相同的情况下,IDT电极的膜厚越厚,则高阶模式的频率也越趋向于下降。
与第二例的使占空比变化的情况同样地,当增厚IDT电极的膜厚时,电极的质量增加,因此,主模式的谐振频率在质量附加效应的作用下下降。而且,如图11所示,相对于IDT电极的膜厚的频率灵敏度在高阶模式的情况下比在主模式的情况下小。因此,在增厚IDT电极的膜厚来降低主模式的谐振频率、之后对电极指间距进行调整而使主模式的谐振频率返回到原来的谐振频率的情况下,能够在维持主模式的频率的状态下降低高阶模式的频率。
这样,在相邻的弹性波谐振器中,通过调整IDT电极的膜厚和电极指间距,能够不改变主模式的频率而对高阶模式的频率进行调整使其一致。因此,即便在弹性波谐振器的主模式的频率不同的情况下,也能够去除高阶模式的杂散。
图20是示出关于第三例的实施例及其比较例的具体规格的图。图20的上层(图20(a))示出比较例,下层(图20(b))示出实施例。
在比较例中,谐振器1及谐振器2的电极膜厚均设定为121nm。在比较例中,谐振器1的主模式的频率为2464.282MHz,高阶模式的频率为3106.941MHz。另外,谐振器2的主模式的频率为2468.655MHz,高阶模式的频率为3110.626MHz。
另一方面,在实施例中,谐振器2的电极膜厚被设定为191nm,并且波长被设定为1.48439μm。在共用反射器中,电极膜厚从谐振器1朝向谐振器2渐渐从121nm变化到191nm。即,通过增厚谐振器2的电极膜厚来降低主模式的谐振频率,并且将波长调整得较短,从而使主模式的谐振频率返回到原来的谐振频率。由此,在该实施例中,谐振器2的主模式的频率成为2468.227MHz,谐振器2的高阶模式的频率低到3107.036MHz。因此,关于谐振器2,能够在维持主模式的频率的同时,使高阶模式的频率与谐振器1的情况一致。这样,即便在主模式的频率不同的情况下,也能够通过调整弹性波谐振器的电极指的占空比来去除由高阶模式的杂散带来的影响。
(第四例)
需要说明的是,在IDT电极配置电介质层作为保护膜的情况下,也能够根据该电介质层的厚度来调整高阶模式的频率。
图21是实施方式2的第四例的弹性波设备100G的剖视图。参照图21,弹性波设备100G包括弹性波谐振器101G、102G、配置在弹性波谐振器101G、102G之间的共用反射器REF12G、以及覆盖各谐振器的IDT电极及反射器的电介质层140。
电介质层140例如是二氧化硅、玻璃、氮氧化硅、氧化钽、氮化硅、氮化铝、氧化铝(矾土)、氮氧化硅、碳化硅、类金刚石碳(DLC)、金刚石等材料,也可以由向二氧化硅添加氟、碳、硼等而得到的化合物等形成。电介质层140配置为覆盖配置在基板105的压电层110上的功能元件(IDT电极、反射器)。
在第四例中,弹性波谐振器101G的主模式的频率被设定为比弹性波谐振器102G的主模式的频率高。即,弹性波谐振器101G中的IDT电极IDT1G及反射器REF1G的电极指间距(PT1)比弹性波谐振器102G中的IDT电极IDT2G及反射器REF2G的电极指间距(PT2)窄。而且,共用反射器REF12G的电极指的至少一部分以电极指间距PT1与电极指间距PT2之间的间距形成。
需要说明的是,在共用反射器REF12G中,电极指的整体可以以中间的间距形成,也可以为从弹性波谐振器101G朝向弹性波谐振器102G渐渐变更间距的结构。另外,也可以为从弹性波谐振器101G朝向弹性波谐振器102G阶段性地变更间距的结构。
在弹性波设备100G中,弹性波谐振器101G中的电介质层140的膜厚被设定为FT1,弹性波谐振器102G中的电介质层140的膜厚被设定为FT2(FT1<FT2)。而且,共用反射器REF12G中的电极指的至少一部分以上述的膜厚FT1与膜厚FT2之间的中间的膜厚形成。换言之,共用反射器REF12G中的电极指的至少一部分比弹性波谐振器101G中的电极指的膜厚FT1厚,并且比弹性波谐振器102G中的电极指的膜厚FT2薄。优选的是,共用反射器REF12G的电极指的膜厚被设定为从弹性波谐振器101G朝向弹性波谐振器102G渐渐地或阶段性地变厚。
在由具有比弹性波谐振器101G或弹性波谐振器102G的谐振频率的声速慢的体波声速的材料(二氧化硅、玻璃、氧化钽、氧化铌、氧化碲等)形成了电介质层140的情况下,配置在电极指上的电介质层140越厚,则电极指振动时的质量越大,因此,谐振器的谐振频率及高阶模式的频率在质量附加效应的作用下变低。因此,与第二例及第三例的情况同样地,通过调整电介质层140的膜厚及电极指的间距,能够在维持主模式的谐振频率的同时降低高阶模式的频率。
另一方面,在由具有比弹性波谐振器101G或弹性波谐振器102G的谐振频率的声速快的体波声速的材料(玻璃、氮化硅、氮化铝、矾土、氮氧化硅、碳化硅、DLC、金刚石等)形成了电介质层140的情况下,电介质层越厚,则谐振器的谐振频率越高。在该情况下,也通过调整电介质层140的膜厚及电极指的间距,能够在维持主模式的谐振频率的同时调整高阶模式的频率。
这样,即便在弹性波谐振器的主模式的频率不同的情况下,也能够去除高阶模式的杂散。
需要说明的是,在图21所示的弹性波设备100G中,电介质层140的膜厚FT1、FT2被定义为从IDT电极及反射器的电极指的上表面到电介质层140的表面为止的距离。另外,如图22所示,电介质层140的具有电极指的部分的电介质的上表面的位置与不具有电极指的部分的电介质的上表面的位置也可以不同。
(第五例)
通常,谐振器的谐振频率、阻带的频率(上限频率、下限频率)及反射器的频率(上限频率、下限频率)针对电极指的间距、电极指的占空比、电极指的厚度、压电层的厚度及电介质层的厚度的各参数而示出同样的依赖趋势。如上所述,关于电极指的间距、电极指的占空比及电极指厚度的各参数,参数的值越大,则各谐振器的谐振频率及高阶模式的频率越趋向于变低。另一方面,关于压电层的厚度,在主模式为A0模式或SH0模式这样的振动模式的情况下,参数的值越大,则各谐振器的谐振频率越大。因此,关于共用反射器REF12及两个弹性波谐振器101、102,在将使电极指的间距、电极指的占空比、电极指的厚度及压电层的厚度的倒数相乘而得到的值(=电极指间距×电极指占空比×电极指膜厚/压电层膜厚)分别设为第一值、第二值及第三值时,通过设定为共用反射器REF12的第一值成为弹性波谐振器101的第二值与弹性波谐振器102的第三值之间,从而即便在弹性波谐振器的主模式的频率不同的情况下,也能够去除高阶模式的杂散。
另外,在主模式为S0模式、SH1模式、A1模式、以及在此之上的高阶的振动模式这样的振动模式的情况下,参数的值越大,则各谐振器的谐振频率越小。因此,关于共用反射器REF12及两个弹性波谐振器101、102,将使电极指的间距、电极指的占空比、电极指的厚度及压电层的厚度相乘而得到的值(=电极指间距×电极指占空比×电极指膜厚×压电层膜厚)分别设为第四值、第五值及第六值时,通过设定为共用反射器REF12的第四值成为弹性波谐振器101的第五值与弹性波谐振器102的第六值之间,从而即便在弹性波谐振器的主模式的频率不同的情况下,也能够去除高阶模式的杂散。需要说明的是,主模式不限于上述记载的振动模式,也能够使用其他的振动模式。
此外,在具备覆盖弹性波谐振器101、弹性波谐振器102及共用反射器REF12且由具有比弹性波谐振器的谐振频率的声速慢的体波声速的材料形成的电介质层时,该电介质层的厚度越大,则各谐振器的谐振频率越趋向于变低。因此,关于共用反射器REF12及弹性波谐振器101、102,在将对第一值、第二值及第三值分别乘以电介质层的厚度而得到的值(=电极指间距×电极指占空比×电极指膜厚/压电层膜厚×电介质层膜厚)分别设为第1a值、第2a值及第3a值时,共用反射器REF12的第1a值被设定为成为弹性波谐振器101的第2a值与弹性波谐振器102的第3a值之间。另外,关于共用反射器REF12及弹性波谐振器101、102,在将对第四值、第五值及第六值分别乘以电介质层的厚度而得到的值(=电极指间距×电极指占空比×电极指膜厚×压电层膜厚×电介质层膜厚)分别设为第4a值、第5a值及第6a值时,共用反射器REF12的第4a值被设定为成为弹性波谐振器101的第5a值与弹性波谐振器102的第6a值之间。
或者,在具备覆盖弹性波谐振器101、弹性波谐振器102及共用反射器REF12且由具有比弹性波谐振器的谐振频率的声速快的体波声速的材料形成的电介质层时,该电介质层的厚度越大,则各谐振器的谐振频率越趋向于变高。因此,关于共用反射器REF12及弹性波谐振器101、102,在将对第一值、第二值及第三值分别乘以电介质层的厚度的倒数而得到的值(=电极指间距×电极指占空比/电极指膜厚/电介质层膜厚)分别设为第1b值、第2b值及第3b值时,共用反射器REF12的第1b值被设定为成为弹性波谐振器101的第2b值与弹性波谐振器102的第3b值之间。另外,关于共用反射器REF12及弹性波谐振器101、102,在将对第四值、第五值及第六值分别乘以电介质层的厚度的倒数而得到的值(=电极指间距×电极指占空比×电极指膜厚×压电层膜厚/电介质层膜厚)分别设为第4b值、第5b值及第6b值时,共用反射器REF12的第4b值被设定为成为弹性波谐振器101的第5b值与弹性波谐振器102的第6b值之间。
需要说明的是,为了使第一值~第六值、第1a值~第6a值及第1b值~第6b值的关系成立,需要使用各参数大致线性地变化的区域,因此,需要电介质层140由具有比弹性波谐振器的谐振频率的声速慢的体声速的材料形成、以及各弹性波谐振器的占空比为0.65以下这一条件。
此次公开的实施方式在全部方面是例示,应认为不是限制性的内容。本公开的范围由权利要求书示出,而非上述实施方式的说明,意在包含与权利要求书同等的含义及范围内的所有变更。
附图标记说明
10 滤波器装置,100、100A~100G 弹性波设备,101、101A~101G、102、102A~102G、S21、S22、S31、S32、S41、S42 弹性波谐振器,105 基板,110 压电层,120 反射层,121低声速层,122 高声速层,130 支承层,140 电介质层,200 布线图案,210、211、220、221 汇流条,230、231、240、241 电极指,ANT 天线端子,GND 接地电位,IDT1、IDT1A~IDT1G、IDT2、IDT2A~IDT2G IDT电极,P1~P4 并联臂谐振部,REF1、REF1A~REF1G、REF2、REF2A~REF2G反射器,REF12、REF12A~REF12G 共用反射器,S1~S5 串联臂谐振部,TX 发送用端子。
Claims (19)
1.一种弹性波设备,具备:
基板,其具有压电层;
第一谐振器,其配置在所述基板上;
第二谐振器,其在所述基板上与所述第一谐振器相邻地配置,频率特性与所述第一谐振器不同;以及
共用反射器,其在所述基板上配置在所述第一谐振器与所述第二谐振器之间,
所述第一谐振器包括以第一间距形成了电极指的第一IDT电极,其中,IDT为叉指换能器,
所述第二谐振器包括以第二间距形成了电极指的第二IDT电极,
所述共用反射器的阻带的下限频率与所述第一谐振器的阻带的下限频率及所述第二谐振器的阻带的下限频率相同,或者处于所述第一谐振器的阻带的下限频率与所述第二谐振器的阻带的下限频率之间,
所述共用反射器的阻带的上限频率与所述第一谐振器的阻带的上限频率及所述第二谐振器的阻带的上限频率相同,或者处于所述第一谐振器的阻带的上限频率与所述第二谐振器的阻带的上限频率之间,
所述第一谐振器的高阶模式频率与所述第二谐振器的高阶模式频率一致,
在所述共用反射器的电极指的数量为偶数的情况下,在所述第一IDT电极中对置于所述共用反射器的电极指是与在所述第二IDT电极中对置于所述共用反射器的电极指相同的极性,
在所述共用反射器的电极指的数量为奇数的情况下,在所述第一IDT电极中对置于所述共用反射器的电极指是与在所述第二IDT电极中对置于所述共用反射器的电极指相反的极性。
2.根据权利要求1所述的弹性波设备,其中,
所述第一IDT电极的电极指与第一汇流条或第二汇流条连接,
所述第二IDT电极的电极指与第三汇流条或第四汇流条连接,
所述第二汇流条与所述第四汇流条连接,
在所述共用反射器的电极指的数量为偶数的情况下,
在所述第一IDT电极中,对置于所述共用反射器的电极指与所述第二汇流条连接,
在所述第二IDT电极中,对置于所述共用反射器的电极指与所述第四汇流条连接,
在所述共用反射器的电极指的数量为奇数的情况下,
在所述第一IDT电极中,对置于所述共用反射器的电极指与所述第一汇流条连接,
在所述第二IDT电极中,对置于所述共用反射器的电极指与所述第四汇流条连接。
3.根据权利要求1或2所述的弹性波设备,其中,
所述第一谐振器的主模式的频率比所述第二谐振器的主模式的频率高,
配置有所述第一谐振器的区域的所述压电层的膜厚比配置有所述第二谐振器的区域的所述压电层的膜厚厚,
配置有所述共用反射器的区域的所述压电层的至少一部分比配置有所述第一谐振器的区域的所述压电层的膜厚薄,并且比配置有所述第二谐振器的区域的所述压电层的膜厚厚。
4.根据权利要求1或2所述的弹性波设备,其中,
所述第一谐振器的主模式的频率比所述第二谐振器的主模式的频率低,
所述第一谐振器的电极指的膜厚比所述第二谐振器的电极指的膜厚薄,
所述共用反射器的至少一部分电极指的膜厚比所述第一谐振器的电极指的膜厚厚,并且比所述第二谐振器的电极指的膜厚薄。
5.根据权利要求3或4所述的弹性波设备,其中,
所述第一间距比所述第二间距窄,
所述共用反射器的电极指的至少一部分以所述第一间距与所述第二间距之间的间距形成。
6.根据权利要求5所述的弹性波设备,其中,
所述共用反射器的电极指的间距从所述第一谐振器朝向所述第二谐振器渐渐变宽。
7.根据权利要求5所述的弹性波设备,其中,
所述共用反射器的电极指的间距从所述第一谐振器朝向所述第二谐振器阶段性地变宽。
8.根据权利要求1或2所述的弹性波设备,其中,
所述第一谐振器的主模式的频率比所述第二谐振器的主模式的频率低,
所述第一谐振器中的电极指的占空比是第一占空比,所述第二谐振器中的电极指的占空比是比所述第一占空比小的第二占空比,
所述共用反射器的电极指的至少一部分以所述第一占空比与所述第二占空比之间的占空比形成。
9.根据权利要求8所述的弹性波设备,其中,
所述第一间距比所述第二间距宽,
所述共用反射器的电极指的至少一部分以所述第一间距与所述第二间距之间的间距形成。
10.根据权利要求9所述的弹性波设备,其中,
所述共用反射器的电极指的间距从所述第一谐振器朝向所述第二谐振器渐渐变窄。
11.根据权利要求9所述的弹性波设备,其中,
所述共用反射器的电极指的间距从所述第一谐振器朝向所述第二谐振器阶段性地变窄。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的弹性波设备,其中,
所述第一谐振器及所述第二谐振器分别包括:
第一反射器,其配置在该谐振器所包含的IDT电极与所述共用反射器之间;以及
第二反射器,其相对于该IDT电极配置在与所述第一反射器相反的端部,
所述第一谐振器的第一反射器的电极指以所述第一间距形成,
所述第二谐振器的第一反射器的电极指以所述第二间距形成。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的弹性波设备,其中,
各IDT电极及各反射器包括连接了电极指的汇流条,
在各IDT电极及各反射器中,电极指与汇流条所成的角比0°大且比90°小。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的弹性波设备,其中,
所述基板还包括配置所述压电层的反射层。
15.一种弹性波设备,具备:
基板,其具有压电层;
第一谐振器,其配置在所述基板上;
第二谐振器,其在所述基板上与所述第一谐振器相邻地配置,频率特性与所述第一谐振器不同;以及
共用反射器,其在所述基板上配置在所述第一谐振器与所述第二谐振器之间,
所述第一谐振器包括以第一间距形成了电极指的第一IDT电极,
所述第二谐振器包括以第二间距形成了电极指的第二IDT电极,
所述第一谐振器及所述第二谐振器的主模式是谐振频率相对于所述压电层的厚度的增加而增加的振动模式,
关于所述共用反射器、所述第一谐振器及所述第二谐振器,在将使电极指的间距、电极指的占空比、电极指的厚度及所述压电层的厚度的倒数相乘而得到的值分别设为第一值、第二值及第三值的情况下,所述第一值与所述第二值及所述第三值相同,或者处于所述第二值与所述第三值之间,
所述第一谐振器的高阶模式频率与所述第二谐振器的高阶模式频率一致,
在所述共用反射器的电极指的数量为偶数的情况下,在所述第一IDT电极中对置于所述共用反射器的电极指是与在所述第二IDT电极中对置于所述共用反射器的电极指相同的极性,
在所述共用反射器的电极指的数量为奇数的情况下,在所述第一IDT电极中对置于所述共用反射器的电极指是与在所述第二IDT电极中对置于所述共用反射器的电极指相反的极性。
16.一种弹性波设备,具备:
基板,其具有压电层;
第一谐振器,其配置在所述基板上;
第二谐振器,其在所述基板上与所述第一谐振器相邻地配置,频率特性与所述第一谐振器不同;以及
共用反射器,其在所述基板上配置在所述第一谐振器与所述第二谐振器之间,
所述第一谐振器包括以第一间距形成了电极指的第一IDT电极,
所述第二谐振器包括以第二间距形成了电极指的第二IDT电极,
所述第一谐振器及所述第二谐振器的主模式是谐振频率相对于所述压电层的厚度的增加而减少的振动模式,
关于所述共用反射器、所述第一谐振器及所述第二谐振器,在将使电极指的间距、电极指的占空比、电极指的厚度及所述压电层的厚度相乘而得到的值分别设为第四值、第五值及第六值的情况下,所述第四值与所述第五值及所述第六值相同,或者处于所述第五值与所述第六值之间,
所述第一谐振器的高阶模式频率与所述第二谐振器的高阶模式频率一致,
在所述共用反射器的电极指的数量为偶数的情况下,在所述第一IDT电极中对置于所述共用反射器的电极指是与在所述第二IDT电极中对置于所述共用反射器的电极指相同的极性,
在所述共用反射器的电极指的数量为奇数的情况下,在所述第一IDT电极中对置于所述共用反射器的电极指是与在所述第二IDT电极中对置于所述共用反射器的电极指相反的极性。
17.根据权利要求15或16所述的弹性波设备,其中,
所述弹性波设备还具备电介质层,该电介质层配置为覆盖所述第一谐振器、所述第二谐振器及所述共用反射器,
所述电介质层由具有比所述第一谐振器及所述第二谐振器的谐振频率的声速慢的体波声速的材料形成,
关于所述共用反射器、所述第一谐振器及所述第二谐振器,在将对所述第一值至所述第六值分别乘以所述电介质层的厚度而得到的值分别设为第1a值至第6a值的情况下,
所述第1a值与所述第2a值及所述第3a值相同或者处于所述第2a值与所述第3a值之间,或者,
所述第4a值与所述第5a值及所述第6a值相同或者处于所述第5a值与所述第6a值之间。
18.根据权利要求15或16所述的弹性波设备,其中,
所述弹性波设备还具备电介质层,该电介质层配置为覆盖所述第一谐振器、所述第二谐振器及所述共用反射器,
所述电介质层由具有比所述第一谐振器及所述第二谐振器的谐振频率的声速快的体波声速的材料形成,
关于所述共用反射器、所述第一谐振器及所述第二谐振器,在将对所述第一值至所述第六值分别乘以所述电介质层的厚度的倒数而得到的值分别设为第1b值至第6b值的情况下,
所述第1b值与所述第2b值及所述第3b值相同或者处于所述第2b值与所述第3b值之间,或者,
所述第4b值与所述第5b值及所述第6b值相同或者处于所述第5b值与所述第6b值之间。
19.一种梯型滤波器,包括权利要求1至18中任一项所述的弹性波设备。
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