CN116458062A - 弹性波装置 - Google Patents
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Abstract
提供一种分数带宽较宽的弹性波装置。弹性波装置(1)具备高声速构件(3)、层叠在高声速构件(3)上的低声速层(4)、直接或间接地层叠在低声速层(4)上的压电层(5)、以及设置在压电层(5)上的电极(7)，低声速层(4)包括杨氏模量比氧化硅低的电介质材料、或者以该电介质材料为主成分的层。
Description
技术领域
本发明涉及具有在高声速构件上层叠有低声速层及压电层的构造的弹性波装置。
背景技术
以往，得到一种在具有压电层的复合基板上设置有IDT电极的弹性波装置。例如，在下述的专利文献1所记载的弹性波装置中，在包括高声速材料的高声速基板上层叠有包括氧化硅的低声速层及包括LiTaO3的压电层。在该压电层上设置有IDT电极。在该构造中，能够将弹性波有效地封闭在压电层，能够提高Q值。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2015-073331号公报
发明内容
发明要解决的问题
在用于带通型滤波器等的弹性波谐振器中，有时要求较宽的分数带宽。但是，在以往的弹性波装置中，难以充分地扩宽分数带宽。
本发明的目的在于，提供一种分数带宽较宽的弹性波装置。
用于解决问题的手段
本发明的弹性波装置具备：高声速构件；低声速层，其层叠在所述高声速构件上；压电层，其直接或间接地层叠在所述低声速层上；以及电极，其设置在所述压电层上，所述低声速层包括杨氏模量比氧化硅低的电介质材料、或者以该电介质材料为主成分的层。
发明效果
根据本发明，能够提供具有较宽的分数带宽的弹性波装置。
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主要部分的主视剖视图。
图2是示出第一实施方式的弹性波装置的电极构造的示意性俯视图。
图3是示出作为实施例1及比较例1的弹性波装置的弹性波谐振器的阻抗-频率特性的图。
图4是示出作为实施例2及比较例2的弹性波装置的弹性波谐振器的阻抗-频率特性的图。
图5是示出将LiTaO3膜用作压电层的弹性波装置中的低声速层的材料与分数带宽之间的关系的图。
图6是示出将LiNbO3膜用作压电层的弹性波装置中的低声速层的材料与分数带宽之间的关系的图。
图7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主视剖视图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的具体实施方式进行说明，由此使本发明变得清楚。
需要说明的是，本说明书所记载的各实施方式是例示性的，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主要部分的主视剖视图，图2是示出其电极构造的示意性俯视图。
在弹性波装置1中，在压电复合基板6上设置有IDT电极7。
IDT电极7具有相互交错对插的多根第一电极指7a和多根第二电极指7b。
需要说明的是，弹性波装置1是弹性波谐振器。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。
IDT电极7及反射器8、9能够由适当的金属或合金构成。另外，IDT电极7及反射器8、9也可以包括多个金属膜的层叠体。
在压电复合基板6中，在支承基板2上层叠有高声速构件3、低声速层4及压电层5。在本实施方式中，支承基板2包括Si。不过，支承基板2也能够由其他适当的电介质或半导体构成。高声速构件3包括高声速材料。高声速材料是指所传播的体波的声速比在压电层5传播的弹性波的声速高的材料。作为这样的高声速材料，能够举出氧化铝、碳化硅、氮化硅、氮氧化硅、硅、蓝宝石、钽酸锂、铌酸锂、石英、矾土、氧化锆、堇青石、莫来石、块滑石、镁橄榄石、氧化镁、DLC(类金刚石碳)膜或者金刚石、以上述材料为主成分的介质、以上述材料的混合物为主成分的介质等。在本实施方式中，高声速构件3包括作为氮化硅的SiN。
低声速层4包括所传播的体波的声速比在压电层5传播的体波的声速低的低声速材料。此外，低声速层4包括杨氏模量比氧化硅低的电介质材料。作为这样的电介质材料，没有特别限定，但能够使用从由钛酸铝、氮化硼、含碳氧化硅及含氮碳化硅构成的组中选择的一种材料。在本实施方式中，低声速层4包括作为钛酸铝的AlTiO4。
需要说明的是，AlTiO4的杨氏模量是13GPa，氧化硅的杨氏模量是73GPa。
压电层5包括压电单晶，作为这样的压电单晶，使用钽酸锂(LiTaO3)。需要说明的是，也可以使用铌酸锂。需要说明的是，压电层5也可以间接地层叠在低声速层4上。
在压电复合基板6中，具有上述层叠构造，因此，能够将弹性波有效地封闭在压电层5。因此，能够提高Q值。此外，由于低声速层4包括杨氏模量比氧化硅低的电介质材料，因此，根据后述的实验例可清楚，能够有效地扩宽分数带宽。
另外，在将谐振频率设为fr、将反谐振频率设为fa时，弹性波谐振器中的分数带宽由(fa-fr)/fr表示。
接着，在弹性波装置1中，通过说明实施例1～4的谐振特性，能够使如上述那样扩宽分数带宽的情况变得清楚。
(实施例1)
作为实施例1，制作出以下结构的弹性波装置。
作为支承基板2，使用了面方位为(111)面且第三欧拉角为73°的Si。作为高声速构件3，使用了厚度300nm的SiN膜。作为低声速层4，使用了杨氏模量为13GPa的AlTiO4，将膜厚设为400nm。
关于压电层5，使用了35°Y切割X传播LiTaO3膜，厚度为300nm。
在IDT电极7中，使用了Ti/AlCu/Ti的层叠体。从与压电层5相反的上表面侧起，膜厚为12nm/100nm/4nm。IDT电极7的电极指的对数为100对，交叉宽度为40μm，由电极指间距决定的波长λ为2μm。需要说明的是，交叉宽度是指，从弹性波传播方向观察时，相邻的第一电极指7a与第二电极指7b重合的区域的、沿着第一电极指7a和第二电极指7b延伸的方向的尺寸。
为了进行比较，除了在低声速层4使用了厚度为300nm的氧化硅膜之外，与实施例1同样地准备了比较例1的弹性波装置。
图3是示出作为实施例1及比较例1的弹性波装置的弹性波谐振器的谐振特性的图。从图3中可清楚，与比较例1相比，根据实施例1，能够使谐振频率向低频侧偏移。因此，分数带宽扩宽。
其原因认为如下。认为当低声速层4的杨氏模量较小时，压电层5与低声速层4之间的声阻抗差变大，由此，能够更加有效地将弹性波封闭在压电层5，分数带宽变大。
(实施例2)
接着，作为实施例2，制作出在低声速层4使用了作为氮化硼的BN的弹性波装置。BN的杨氏模量为10GPa，将其厚度设为400nm。IDT电极7的电极指的对数为100对，交叉宽度＝40μm，由电极指间距决定的波长为2μm。其他结构与实施例1相同。为了比较，除了将厚度300nm的氧化硅膜用作低声速层4之外，与实施例2同样地准备了比较例2的弹性波装置。
图4是示出作为实施例2及比较例2的弹性波装置的弹性波谐振器的阻抗-频率特性的图。从图4中可清楚，与比较例2相比，根据实施例2，谐振频率向低频率侧偏移，分数带宽扩宽。
从实施例1及实施例2的上述结果中可清楚，可知根据本发明，低声速层4包括杨氏模量比氧化硅低的电介质材料，因此能够有效地扩宽弹性波装置的分数带宽。需要说明的是，在低声速层4包括该电介质材料作为主成分即可。即，低声速层4也可以是以该电介质材料为主成分的层。
如上所述，在本发明中，作为构成上述低声速层4的材料，使用了杨氏模量比氧化硅低的电介质材料。作为这样的电介质材料，除了作为钛酸铝的AlTiO4及作为氮化硼的BN之外，能够适当地使用作为含碳氧化硅的SiOC、作为含氮碳化硅的SiCN等。
(实施例3)
在实施例3中，在包括Si的支承基板2上层叠包括厚度300nm的氮化硅(SiN)的高声速构件3，作为低声速层4而使用200nm的各种电介质材料，由此构成了弹性波装置。
在压电层5使用了厚度400nm的40°Y切割X传播的LiTaO3膜。电极的层叠构造与实施例1相同。需要说明的是，由IDT电极7的电极指间距决定的波长λ为2μm，电极指的对数为100对，交叉宽度为40μm。
作为上述电介质材料，使用了SiOC、AlTiO4、SiCN、BN。为了比较，准备了由SiO2构成上述低声速层4的结构。
对作为这些弹性波装置的弹性波谐振器的特性进行评价，求出了分数带宽。图5示出结果。如图5所示，可知与使用了SiO2的情况相比，在使用了SiOC、AlTiO4、SiCN或BN的情况下，能够有效地扩宽分数带宽。
需要说明的是，SiOC、AlTiO4、SiCN、BN及SiO2的杨氏模量如下述的表1所示。
[表1]
| 杨氏模量 | |
| SiO2 | 73GPa |
| AlTiO4 | 13GPa |
| BN | 10GPa |
| SiOC | 15GPa |
| SiCN | 40GPa |
(实施例4)
除了使用了包括厚度400nm的30°Y切割X传播的LiNbO3膜的压电层5之外，与实施例3同样地构成了将各电介质材料用作低声速层4的弹性波装置。与实施例3同样地测定各弹性波装置的谐振特性，求出了分数带宽。图6示出结果。如图6所示，可知与构成低声速层4的电介质材料为SiO2的情况相比，在使用了SiOC、AlTiO4、SiCN或BN的情况下，能够扩宽分数带宽。这样，在本发明中，即便在将LiNbO3用作压电层5的情况下，也能够有效地扩宽分数带宽。
图7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弹性波装置的主视剖视图。
在弹性波装置21中，高声速构件3是包括高声速材料的支承基板。在该情况下，能够省略作为与支承基板不同的材料的高声速构件。关于其他构造，弹性波装置21与图1所示的弹性波装置1相同。
附图标记说明
1、21…弹性波装置；
2…支承基板；
3…高声速构件；
4…低声速层
5…压电层；
6…压电复合基板；
7…IDT电极；
7a、7b…第一电极指、第二电极指；
8、9…反射器。
Claims (6)
1.一种弹性波装置，具备：
高声速构件；
低声速层，其层叠在所述高声速构件上；
压电层，其直接或间接地层叠在所述低声速层上；以及
电极，其设置在所述压电层上，
所述低声速层包括杨氏模量比氧化硅低的电介质材料或者以该电介质材料为主成分的层。
2.根据权利要求1所述的弹性波装置，其中，
所述电介质材料包括从由钛酸铝、氮化硼、含碳氧化硅及含氮碳化硅构成的组中选择的一种材料。
3.根据权利要求1或2所述的弹性波装置，其中，
所述弹性波装置还具备支承基板，
在所述支承基板上层叠有所述高声速构件。
4.根据权利要求1或2所述的弹性波装置，其中，
所述高声速构件是包括高声速材料的支承基板。
5.根据权利要求3或4所述的弹性波装置，其中，
所述支承基板是硅基板。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的弹性波装置，其中，
所述压电层包括钽酸锂或铌酸锂。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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