CN117321916A - 压电体波装置 - Google Patents
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Abstract
提供能够抑制频率特性中的纹波的压电体波装置。本发明的压电体波装置(10)具备：压电性基板(12)，具有包括硅基板(16)的支承构件(13)和设置在支承构件(13)上的压电层(14)；第一布线电极(17A)及第二布线电极(17B)，设置在压电性基板(12)上；以及功能电极，设置在压电层(14)上，与第一布线电极(17A)及第二布线电极(17B)中的至少一个连接，且具有多个电极。第一布线电极(17A)、第二布线电极(17B)及功能电极的多个电极中的至少任意一个是与不同的电位连接的第一电极膜及第二电极膜。硅基板(16)的面方位是(111)，在将n设为任意的整数时，硅基板(16)的欧拉角中的ψ是10°+120°×n≤ψ≤50°+120°×n或70°+120°×n≤ψ≤110°+120°×n的范围内的角度。
Description
技术领域
本发明涉及压电体波装置。
背景技术
以往，压电体波装置等弹性波装置被广泛用于便携电话机的滤波器等。近年来，提出了下述的专利文献1所记载的那样的使用了厚度剪切模式的体波的压电体波装置。在该压电体波装置中，在支承体上设置有压电层。在压电层上设置有成对的电极。成对的电极在压电层上相互对置，并且与不同的电位连接。通过在上述电极之间施加交流电压，从而使厚度剪切模式的体波激励。
在下述的专利文献2中公开了梯型滤波器的例子。在该梯型滤波器中，多个弹性波装置通过多个布线而连接。多个布线包括与信号电位连接的布线及与接地电位连接的布线。与信号电位连接的布线及与接地电位连接的布线相互对置。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：美国发明专利第10491192号说明书
专利文献2：日本特开2011-182096号公报
发明内容
发明要解决的问题
作为梯型滤波器的弹性波装置，有时使用专利文献1所记载的压电体波装置。但是，在压电体波装置中，有时激励无用的体波。该体波沿压电层的厚度方向传播。因此，有时在支承体中被反射。如专利文献2那样，在与不同的电位连接的布线相互对置的情况下，有时通过一个布线而取出无用的体波的信号。或者，也有时通过相对置的汇流条中的一个而取出无用的体波的信号。在这些情况下，在压电体波装置的频率特性中可能产生纹波。
本发明的目的在于，提供一种能够抑制频率特性中的纹波的压电体波装置。
用于解决问题的手段
本发明的压电体波装置具备：压电性基板，其具有包括硅基板的支承构件和设置在所述支承构件上的压电层；第一布线电极及第二布线电极，其设置在所述压电性基板上；以及功能电极，其设置在所述压电层上，与所述第一布线电极及所述第二布线电极中的至少一个连接，并且具有多个电极，所述第一布线电极、所述第二布线电极及所述功能电极的所述多个电极中的至少任意一个是与不同的电位连接的第一电极膜及第二电极膜，所述硅基板的面方位是(111)，在将n设为任意的整数时，所述硅基板的欧拉角中的ψ是10°+120°×n≤ψ≤50°+120°×n或者70°+120°×n≤ψ≤110°+120°×n的范围内的角度。
发明效果
根据本发明，能够提供能够抑制频率特性中的纹波的压电体波装置。
附图说明
图1是本发明的第一实施方式的压电体波装置的示意性主视剖视图。
图2是示出硅的晶轴的定义的示意图。
图3是示出硅的(111)面的示意图。
图4是在本发明的第一实施方式中从XY面观察硅的(111)面的晶轴时的图。
图5是示出硅的(100)面的示意图。
图6是示出本发明的第一实施方式及第一比较例的反射特性的图。
图7是示出在第一比较例中传播无用体波的例子的示意性主视剖视图。
图8是示出面方位(111)的硅基板的欧拉角中的ψ与ΔS11的关系的图。
图9是示出面方位(111)的硅基板的欧拉角中的ψ为40°的情况下及ψ为60°的情况下的反射特性的图。
图10是示出本发明的第一实施方式中的第一IDT电极的电极构造的示意性俯视图。
图11的(a)是示出利用厚度剪切模式的体波的压电体波装置的外观的简图的立体图，图11的(b)是示出压电层上的电极构造的俯视图。
图12是沿着图11的(a)中的A-A线的部分的剖视图。
图13的(a)是用于说明在压电体波装置的压电膜传播的兰姆波的示意性主视剖视图，图13的(b)是用于说明在压电体波装置中的压电膜传播的厚度剪切模式的体波的示意性主视剖视图。
图14是示出厚度剪切模式的体波的振幅方向的图。
图15是示出利用厚度剪切模式的体波的压电体波装置的谐振特性的图。
图16是示出将相邻的电极的中心间距离设为p并将压电层的厚度设为d的情况下的d/p与作为谐振器的分数带宽的关系的图。
图17是利用厚度剪切模式的体波的压电体波装置的俯视图。
图18是示出出现杂散的参考例的压电体波装置的谐振特性的图。
图19是示出分数带宽与作为杂散的大小的以180度标准化的杂散的阻抗的相位旋转量的关系的图。
图20是示出d/2p与金属化率MR的关系的图。
图21是示出使d/p无限接近于0的情况下的分数带宽相对于LiNbO3的欧拉角(0°，θ，ψ)的映射的图。
图22是具有声多层膜的压电体波装置的主视剖视图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的具体的实施方式进行说明，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实施方式，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是本发明的第一实施方式的压电体波装置的示意性主视剖视图。
如图1所示，压电体波装置10具有压电性基板12和作为功能电极的第一IDT电极11A及第二IDT电极11B。压电性基板12具有支承构件13和压电层14。在本实施方式中，支承构件13包括硅基板16和绝缘层15。在硅基板16上设置有绝缘层15。在绝缘层15上设置有压电层14。不过，支承构件13也可以仅由硅基板16构成。
压电层14具有第一主面14a及第二主面14b。第一主面14a及第二主面14b相互对置。第一主面14a及第二主面14b中的第二主面14b位于支承构件13侧。
作为绝缘层15的材料，能够使用氧化硅或五氧化钽等适当的电介质。作为压电层14的材料，例如能够使用铌酸锂、钽酸锂、氧化锌、氮化铝、石英或PZT(锆钛酸铅)等。需要说明的是，压电层14优选为LiTaO3层等钽酸锂层、或者LiNbO3层等铌酸锂层。
在支承构件13设置有空洞部13a及空洞部13b。更具体而言，在绝缘层15设置有多个凹部。在绝缘层15上设置有压电层14，使得堵塞各凹部。由此，构成空洞部13a及空洞部13b。需要说明的是，空洞部13a及空洞部13b可以仅设置于绝缘层15，或者也可以设置于硅基板16及绝缘层15的双方。本实施方式的空洞部13a及空洞部13b由中空部构成。不过，空洞部13a及空洞部13b也可以由设置于支承构件13的贯通孔构成。
在压电层14的第一主面14a设置有第一IDT电极11A及第二IDT电极11B。由此，构成两个弹性波谐振器。需要说明的是，压电体波装置10具有至少一个弹性波谐振器即可。压电体波装置10例如能够用作滤波器装置的一部分。不过，压电体波装置10的弹性波谐振器的个数也可以为三个以上，压电体波装置10本身也可以为滤波器装置。
在俯视下，第一IDT电极11A的至少一部分与空洞部13a重叠。在俯视下，第二IDT电极11B的至少一部分与空洞部13b重叠。需要说明的是，在支承构件13设置至少一个空洞部即可。更具体而言，在绝缘层15设置至少一个空洞部即可。例如，第一IDT电极11A及第二IDT电极11B也可以在俯视下与相同的空洞部重叠。在本说明书中，俯视是指从图1中的相当于上方的方向观察。在图1中，例如，硅基板16及压电层14中的压电层14侧为上方。
第一IDT电极11A及第二IDT电极11B分别具有一对汇流条和多个电极指。在本实施方式中，多个电极指是本发明中的电极。第一IDT电极11A的多个电极指彼此在第一主面14a上相互对置。在第二IDT电极11B中也是同样的。在将相邻的电极指彼此对置的方向设为电极指对置方向、将多个电极指延伸的方向设为电极指延伸方向时，在本实施方式中，电极指对置方向与电极指延伸方向正交。需要说明的是，一对汇流条在第一IDT电极11A及第二IDT电极11B中分别与互不相同的电位连接。
通过向第一IDT电极11A施加交流电压来激励弹性波。在第二IDT电极11B中也是同样的。在本实施方式中，各弹性波谐振器构成为例如能够利用厚度剪切一阶模式等厚度剪切模式的体波。支承构件13的空洞部13a及空洞部13b是本发明中的声反射部。能够通过声反射部将弹性波有效地封闭在压电层14侧。需要说明的是，作为声反射部，也可以设置后述的声多层膜。
如图1所示，在压电层14的第一主面14a设置有第一布线电极17A及第二布线电极17B。第一布线电极17A及第二布线电极17B在第一主面14a上相互对置。第一布线电极17A与第一IDT电极11A电连接。第二布线电极17B和第一布线电极17A与不同的电位连接。例如，也可以是，在第一IDT电极11A的一个汇流条连接有第一布线电极17A，在另一个汇流条连接有第二布线电极17B。或者，第二布线电极17B也可以与第一IDT电极11A以外的元件连接。在本实施方式中，第一布线电极17A是本发明中的第一电极膜。第二布线电极17B是本发明中的第二电极膜。
第一布线电极17A及第二布线电极17B位于第一IDT电极11A与第二IDT电极11B之间。不过，第一布线电极17A、第二布线电极17B、第一IDT电极11A及第二IDT电极11B的位置关系不限定于上述。
本实施方式的特征在于，具有以下的1)～3)的结构。1)第一布线电极17A及第二布线电极17B是与不同的电位连接的第一电极膜及第二电极膜。2)硅基板16的面方位是(111)。3)在将n设为任意的整数时，硅基板16的欧拉角中的ψ为10°+120°×n≤ψ≤50°+120°×n或者70°+120°×n≤ψ≤110°+120°×n的范围内的角度。由此，能够抑制无用体波对频率特性的影响，能够抑制频率特性中的纹波。以下，与晶轴、面方位的定义等一起说明该效果的详细情况。
图2是示出硅的晶轴的定义的示意图。图3是示出硅的(111)面的示意图。图4是在第一实施方式中从XY面观察硅的(111)面的晶轴时的图。
如图2所示，硅单晶具有金刚石构造。在本说明书中，将构成硅基板16的硅的晶轴为[XSi，YSi，ZSi]。在硅中，由于晶体构造的对称性，XSi轴、YSi轴及ZSi轴分别是等效的。
第一实施方式的硅基板16的面方位为(111)。面方位为(111)是指，在具有金刚石构造的硅的晶体构造中，在由密勒(Miller)指数[111]表示的晶轴所正交的(111)面中切割后的基板或层。需要说明的是，(111)面是图3及图4所示的面。不过，(111)面也包括其他的在晶体学上等效的面。如图4所示，在(111)面中是面内三次对称，成为以120°旋转而等效的晶体构造。
以下，通过比较第一实施方式及第一比较例来示出本实施方式的效果的详细情况。需要说明的是，第一比较例与本实施方式的不同点在于硅基板的面方位为(100)。面方位为(100)是指，在具有金刚石构造的硅的晶体构造中，在由密勒指数[100]表示的晶轴所正交的(100)面中切割后的基板或层。在(100)面中是面内四次对称，成为以90°旋转而等效的晶体构造。需要说明的是，(100)面是图5所示的面。
在第一实施方式及第一比较例的压电体波装置中，通过FEM仿真而比较了频率特性。具体而言，比较了第一布线电极及第二布线电极之间的作为上述频率特性的反射特性。需要说明的是，在该FEM仿真中，第一实施方式中的硅基板的欧拉角为(-45°，54.73561°，73°)。
图6是示出第一实施方式及第一比较例的反射特性的图。图6所示的反射特性是S11与频率的关系。图7是示出在第一比较例中传播无用体波的例子的示意性主视剖视图。图7中的箭头E表示无用体波的一部分。
如图6所示可知，在第一比较例的反射特性中，在图6所示的2200MHz～7000MHz附近，纹波变大。如图7所示，在第一比较例中，例如，从第一布线电极17A传播的无用体波在硅基板106中被反射。通过第二布线电极17B而取出无用体波的信号。因此，产生图6所示的纹波。另一方面，可知在第一实施方式的反射特性中抑制了纹波。
这里，将S11的最大值设为max(S11)，将S11的最小值设为min(S11)，设为max(S11)-min(S11)＝ΔS11。ΔS11相当于周反射特性中的纹波的大小。在第一实施方式及第一比较例中，比较例4300MHz～4700MHz中的ΔS11。其结果是，第一实施方式中的ΔS11相对于第一比较例中的ΔS11，为-73.2％。这样，在第一实施方式中，能够有效地抑制纹波。
在第一比较例中，纹波变大的原因在于，在硅基板中容易产生驻波。更具体而言，在沿着与电极指对置方向平行的方向的硅基板的剖面中，例如4500MHz的体波所引起的位移分布在厚度方向上具有大致固定的周期。另一方面，在沿着与电极指延伸方向平行的方向的硅基板的剖面中，难以产生4500MHz的体波引起的位移。据此，在厚度方向上产生体波的驻波。因此，到达第二布线电极17B的无用体波的强度变高，频率特性中的纹波变大。
与此相对，如图1所示的第一实施方式那样，在硅基板16的面方位为(111)的情况下，在硅基板16中难以产生驻波。更具体而言，在沿着与电极指对置方向平行的方向的硅基板16的剖面中，例如4500MHz的体波所引起的位移分布变得复杂。在沿着与电极指延伸方向平行的方向的硅基板16的剖面中也是同样的。据此，难以产生体波的驻波。因此，到达第二布线电极17B的无用体波的强度低，频率特性中的纹波也小。
此外，在第一实施方式中，硅基板16的欧拉角中的ψ是10°+120°×n≤ψ≤50°+120°×n或者70°+120°×n≤ψ≤110°+120°×n的范围内的角度。需要说明的是，n是任意的整数。由此，能够有效地抑制频率特性中的纹波。以下对此进行表示。
在面方位(111)的硅基板中，使方位进行面内旋转，评价了由无用体波引起的纹波的大小及回波损耗。更具体而言，通过将硅基板的欧拉角 设为(-45°，54.73561°，ψ)，使ψ变化，从而使方位进行面内旋转。在每次使/>变化时，测定max(S11)及min(S11)，计算出ΔS11。ΔS11相当于频率特性中的纹波的大小。
图8是示出面方位(111)的硅基板的欧拉角中的ψ与ΔS11的关系的图。
如图8所示，在10°≤ψ≤50°及70°≤ψ≤110°的范围内，能够有效地减小ΔS11。因此，在10°≤ψ≤50°及70°≤ψ≤110°的范围内，能够有效地抑制频率特性中的纹波。
需要说明的是，在(111)面中是面内三次对称，成为以120°旋转而等效的晶体构造。因此，在将n设为任意的整数时，10°≤ψ≤50°与10°+120°×n≤ψ≤50°+120°×n是等效的。70°≤ψ≤110°与70°+120°×n≤ψ≤110°+120°×n是等效的。而且，在本实施方式中，硅基板16的欧拉角 中的ψ是10°+120°×n≤ψ≤50°+120°×n或者70°+120°×n≤ψ≤110°+120°×n的范围内的角度。因此，能够有效地抑制频率特性中的纹波。
如图8所示，在ψ为40°附近的情况下，ΔS11特别小。另一方面，在ψ为60°附近的情况下，ΔS11比较大。这里，示出ψ为40°附近的情况和ψ为60°附近的情况下的反射特性。
图9是示出面方位(111)的硅基板的欧拉角中的ψ为40°的情况及ψ为60°的情况下的反射特性的图。
与ψ＝60°的情况相比，在ψ＝40°的情况下，可知抑制了作为频率特性的反射特性中的纹波。需要说明的是，尽管未图示，但相对于硅基板的面方位为(100)且ψ＝0°的情况，在硅基板的面方位为(111)且ψ＝60°的情况下，ΔS11成为-45％。另一方面，相对于硅基板的面方位为(100)且ψ＝0°的情况，在硅基板的面方位为(111)且ψ＝40°的情况下，ΔS11成为-78％。这样，在ψ＝40°的情况下，能够有效地抑制频率特性中的纹波。
在图1所示的第一实施方式中，第一电极膜是第一布线电极17A。第二电极膜是第二布线电极17B。在压电体波装置10中，抑制了通过第一布线电极17A或第二布线电极17B进行的无用体波的信号的取出。需要说明的是，即便在一个IDT电极的一对汇流条之间，也有时产生无用体波的信号的传播及取出。以下示出本实施方式中的第一IDT电极11A的电极构造。
图10是示出第一实施方式中的第一IDT电极的电极构造的示意性俯视图。需要说明的是，在图10中，省略了与第一IDT电极11A连接的布线等。
第一IDT电极11A具有第一汇流条18A及第二汇流条18B、以及多个第一电极指19A及多个第二电极指19B。第一汇流条18A及第二汇流条18B相互对置。多个第一电极指19A的一端分别与第一汇流条18A连接。多个第二电极指19B的一端分别与第二汇流条18B连接。多个第一电极指19A及多个第二电极指19B相互交错对插。与第一IDT电极11A同样地，图1所示的第二IDT电极11B也具有一对汇流条及多个电极指。第一IDT电极11A及第二IDT电极11B可以包括单层的金属膜，也可以包括层叠金属膜。
第一汇流条18A及第二汇流条18B与互不相同的电位连接。因此，如上所述，即便在一对汇流条之间，也有时产生无用体波的信号的传播及取出。此外，第一汇流条18A及第一电极指19A是相同电位。同样地，第二汇流条18B及第二电极指19B是相同电位。因此，即便在第一汇流条18A或第一电极指19A与第二汇流条18B或第二电极指19B之间，也可能产生无用体波的信号的传播及取出。
不过，在第一实施方式中，如上述那样构成了硅基板16。因此，例如，即便在第一电极膜是第一汇流条18A或第一电极指19A、第二电极膜是第二汇流条18B或第二电极指19B的情况下，也能够抑制无用体波对频率特性的影响，能够抑制频率特性中的纹波。
这里，第一汇流条18A及第二汇流条18B或者多个第一电极指19A及多个第二电极指19B是本发明中的功能电极的至少一对电极。也可以是，至少一对上述电极中的例如第一汇流条18A或第一电极指19A是本发明中的第一电极膜，第二汇流条18B或第二电极指19B是本发明中的第二电极膜。即，第一布线电极17A、第二布线电极17B及功能电极的多个上述电极中的至少任意一个是与不同的电位连接的第一电极膜及第二电极膜即可。
然而，如图1所示，压电体波装置10的第一IDT电极11A及第二IDT电极11B设置在压电层14的第-主面14a。需要说明的是，第一IDT电极11A及第二IDT电极11B也可以设置在压电层14的第二主面14b。在功能电极是IDT电极的情况下，本发明中的至少一对电极设置在压电层14的同一主面即可。
以下，说明厚度剪切模式的详细情况。压电体波装置是弹性波装置的一种。以下，有时将压电体波装置记载为弹性波装置。以下的例子包括如下情况：相当于本发明的硅基板的基板是包括与本发明的硅基板不同的材料的基板。以下，将该基板记载为支承构件。此外，以下的例子中的电极相当于上述电极指。
图11的(a)是示出利用厚度剪切模式的体波的弹性波装置的外观的简图的立体图，图11的(b)是示出压电层上的电极构造的俯视图，图12是沿着图11的(a)中的A-A线的部分的剖视图。
弹性波装置1具有包括LiNbO3的压电层2。压电层2也可以包括LiTaO3。LiNbO3或LiTaO3的切割角是Z切割，但也可以是旋转Y切割或X切割。压电层2的厚度没有特别限定，但为了有效地激励厚度剪切模式，优选为40nm以上且1000nm以下，更优选为50nm以上且1000nm以下。压电层2具有相对置的第一主面2a、第二主面2b。在第一主面2a上设置有电极3及电极4。这里，电极3是“第一电极”的一例，电极4是“第二电极”的一例。在图11的(a)及图11的(b)中，多个电极3是与第一汇流条5连接的多个第一电极指。多个电极4是与第二汇流条6连接的多个第二电极指。多个电极3及多个电极4相互交错对插。电极3及电极4具有矩形形状，具有长度方向。在与该长度方向正交的方向上，电极3与相邻的电极4对置。电极3、4的长度方向、以及与电极3、4的长度方向正交的方向均是与压电层2的厚度方向交叉的方向。因此，电极3和相邻的电极4也可以说是在与压电层2的厚度方向交叉的方向上对置。另外，电极3、4的长度方向也可以替换为与图11的(a)及图11的(b)所示的电极3、4的长度方向正交的方向。即，在图11的(a)及图11的(b)中，也可以使电极3、4在第一汇流条5及第二汇流条6延伸的方向上延伸。在该情况下，第一汇流条5及第二汇流条6在图11的(a)及图11的(b)中电极3、4延伸的方向上延伸。而且，连接到一个电位的电极3与连接到另一个电位的电极4相邻的一对构造在与上述电极3、4的长度方向正交的方向上设置有多对。这里，电极3与电极4相邻并不是指电极3与电极4配置为直接接触的情况，而是指电极3与电极4隔着间隔而配置的情况。另外，在电极3与电极4相邻的情况下，在电极3与电极4之间未配置包括其他的电极3、4的与信号电极或接地电极连接的电极。该对数不需要为整数对，也可以是1.5对或2.5对等。电极3、4间的中心间距离即间距优选为1μm以上且10μm以下的范围。另外，电极3、4的宽度即电极3、4的对置方向的尺寸优选为50nm以上且1000nm以下的范围，更优选为150nm以上且1000nm以下的范围。需要说明的是，电极3、4间的中心间距离成为将正交于电极3的长度方向的方向上的电极3的尺寸(宽度尺寸)的中心与正交于电极4的长度方向的方向上的电极4的尺寸(宽度尺寸)的中心连结而得到的距离。
另外，在弹性波装置1中，由于使用Z切割的压电层，因此，正交于电极3、4的长度方向的方向成为正交于压电层2的极化方向的方向。在作为压电层2而使用了其他切割角的压电体的情况下，不限于此。这里，“正交”不仅仅限定于严格上正交的情况，也可以是大致正交(正交于电极3、4的长度方向的方向与极化方向所成的角度例如是90°±10°的范围内)。
在压电层2的第二主面2b侧，隔着绝缘层7层叠有支承构件8。绝缘层7及支承构件8具有框状的形状，如图12所示，具有贯通孔7a、8a。由此形成空洞部9。空洞部9是为了不妨碍压电层2的激励区域C的振动而设置的。因此，上述支承构件8在与设置有至少一对电极3、4的部分不重叠的位置处，隔着绝缘层7层叠于第二主面2b。需要说明的是，也可以不设置绝缘层7。因此，支承构件8可以直接或间接地层叠于压电层2的第二主面2b。
绝缘层7包括氧化硅。不过，除了氧化硅之外，还能够使用氮氧化硅、矾土等适当的绝缘性材料。支承构件8包括Si。Si的压电层2侧的面上的面方位可以是(100)或(110)，也可以是(111)。构成支承构件8的Si期望为电阻率4kΩcm以上的高电阻。不过，也能够使用适当的绝缘性材料或半导体材料来构成支承构件8。
作为支承构件8的材料，例如能够使用氧化铝、钽酸锂、铌酸锂、石英等压电体、矾土、氧化镁、蓝宝石、氮化硅、氮化铝、碳化硅、氧化锆、堇青石、莫来石、块滑石、镁橄榄石等各种陶瓷、金刚石、玻璃等电介质、氮化镓等半导体等。
上述多个电极3、4及第一汇流条5、第二汇流条6包括Al、AlCu合金等适当的金属或合金。在本实施方式中，电极3、4及第一汇流条5、第二汇流条6具有在Ti膜上层叠了Al膜的构造。需要说明的是，也可以石英Ti膜以外的紧贴层。
在驱动时，向多个电极3与多个电极4之间施加交流电压。更具体而言，向第一汇流条5与第二汇流条6之间施加交流电压。由此，能够得到利用了在压电层2中被激励的厚度剪切模式的体波的谐振特性。另外，在弹性波装置1中，在将压电层2的厚度设为d并将多对电极3、4中的任意相邻的电极3、4的中心间距离设为p的情况下，d/p为0.5以下。因此，能够有效地激励上述厚度剪切模式的体波，得到良好的谐振特性。更优选的是，d/p为0.24以下，在该情况下，能够得到更加良好的谐振特性。
在弹性波装置1中，由于具备上述结构，因此，即便为了实现小型化而减小了电极3、4的对数，也难以产生Q值的下降。这是因为，即便减少两侧的反射器中的电极指的根数，传播损耗也少。另外，能够减少上述电极指的根数是由于利用了厚度剪切模式的体波。参照图13的(a)及图13的(b)来说明在弹性波装置中利用的兰姆(Lamb)波与上述厚度剪切模式的体波的不同。
图13的(a)是用于说明在日本公开专利公报日本特开2012-257019号公报所记载的弹性波装置的压电膜传播的兰姆波的示意性主视剖视图。这里，波在压电膜201中如箭头所示那样传播。这里，在压电膜201中，第一主面201a与第二主面201b对置，连结第一主面201a与第二主面201b的厚度方向是Z方向。X方向是IDT电极的电极指排列的方向。如图13的(a)所示，对于兰姆波，波如图示那样沿X方向传播下去。由于是板波，因此，虽然压电膜201整体上振动，但由于波沿X方向传播，因此，在两侧配置反射器而得到谐振特性。因此，产生波的传播损耗，在实现了小型化的情况下，即在减少了电极指的对数的情况下，Q值下降。
与此相对，如图13的(b)所示，在弹性波装置1中，振动位移是厚度剪切方向，因此，波大致沿着连结压电层2的第一主面2a与第二主面2b的方向即Z方向传播并进行谐振。即，波的X方向分量比Z方向分量显著小。而且，通过该Z方向的波的传播得到谐振特性，因此，即便减少了反射器的电极指的根数，也难以产生传播损耗。此外，即便为了推进小型化而减少了包括电极3、4的电极对的对数，也难以产生Q值的下降。
需要说明的是，如图14所示，厚度剪切模式的体波的振幅方向在压电层2的激励区域C所包含的第一区域451和激励区域C所包含的第二区域452成为相反。在图14中，示意性示出在电极3与电极4之间施加了电极4相比于电极3成为高电位的电压的情况下的体波。第一区域451是激励区域C中的正交于压电层2的厚度方向且将压电层2分为两部分的假想平面VP1与第一主面2a之间的区域。第二区域452是激励区域C中的假想平面VP1与第二主面2b之间的区域。
如上所述，在弹性波装置1中，配置有包括电极3和电极4的至少一对电极，但由于没有使波沿X方向传播，因此，包括该电极3、4的电极对的对数未必需要具有多对。即，只要设置至少一对电极即可。
例如，上述电极3是与信号电位连接的电极，电极4是与接地电位连接的电极。不过，也可以是，电极3与接地电位连接，电极4与信号电位连接。在本实施方式中，如上所述，至少一对电极是与信号电位连接的电极或者与接地电位连接的电极，未设置浮置电极。
图15是示出图12所示的弹性波装置的谐振特性的图。需要说明的是，得到该谐振特性的弹性波装置1的设计参数如下所述。
压电层2：欧拉角(0°，0°，90°)的LiNbO3，厚度＝400nm。
在沿正交于电极3与电极4的长度方向的方向观察时，电极3与电极4重叠的区域即激励区域C的长度＝40μm，包括电极3、4的电极的对数＝21对，电极间中心距离＝3μm，电极3、4的宽度＝500nm，d/p＝0.133。
绝缘层7：1μm的厚度的氧化硅膜。
支承构件8：Si。
需要说明的是，激励区域C的长度是激励区域C的沿着电极3、4的长度方向的尺寸。
在本实施方式中，包括电极3、4的电极对的电极间距离在多对中全部相等。即，等间距地配置了电极3和电极4。
根据图15可清楚，尽管不具有反射器，也得到分数带宽为12.5％的良好的谐振特性。
另外，在将上述压电层2的厚度设为d并将电极3与电极4的电极的中心间距离设为p的情况下，如上所述，在本实施方式中，d/p为0.5以下，更优选为0.24以下。参照图16对此进行说明。
与得到图15所示的谐振特性的弹性波装置同样地，但是使d/p变化而得到多个弹性波装置。图16是示出该d/p与作为弹性波装置的谐振器的分数带宽的关系的图。
根据图16可清楚，在d/p＞0.5时，即便调整d/p，分数带宽也小于5％。与此相对，在d/p≤0.5的情况下，如果使d/p在该范围内变化，则能够使分数带宽成为5％以上，即能够构成具有高耦合系数的谐振器。另外，在d/p为0.24以下的情况下，能够使分数带宽高到7％以上。此外，如果在该范围内调整d/p，则能够得到分数带宽更加宽的谐振器，能够实现具有更加高的耦合系数的谐振器。因此可知，通过将d/p设为0.5以下，可以构成利用了上述厚度剪切模式的体波的具有高耦合系数的谐振器。
图17是利用厚度剪切模式的体波的弹性波装置的俯视图。在弹性波装置31中，在压电层2的第一主面2a上设置有具有电极3和电极4的一对电极。需要说明的是，图17中的K成为交叉宽度。如上所述，在本发明的弹性波装置中，电极的对数也可以是一对。即便在该情况下，如果上述d/p为0.5以下，则也能够有效地激励厚度剪切模式的体波。
在弹性波装置1中，优选的是，在多个电极3、4中任意相邻的电极3、4相对于激励区域C的金属化率MR期望满足MR≤1.75(d/p)+0.075，该激励区域是在沿上述相邻的电极3、4对置的方向观察时重叠的区域。在该情况下，能够有效地减小杂散。参照图18及图19对此进行说明。图18是示出上述弹性波装置1的谐振特性的一例的参考图。在谐振频率与反谐振频率之间出现箭头B所示的杂散。需要说明的是，设为d/p＝0.08且LiNbO3的欧拉角(0°，0°，90°)。另外，设为上述金属化率MR＝0.35。
参照图11的(b)对金属化率MR进行说明。在图11的(b)的电极构造中，在着眼于一对电极3、4的情况下，设为仅设置有该一对电极3、4。在该情况下，由单点划线包围的部分成为激励区域C。该激励区域C是指，在沿着正交于电极3、4的长度方向的方向即对置方向观察电极3和电极4时电极3中的与电极4重合的区域、电极4中的与电极3重合的区域、以及电极3与电极4之间的区域中的与电极3及电极4重合的区域。而且，相对于该激励区域C的面积的激励区域C内的电极3、4的面积成为金属化率MR。即，金属化率MR是金属化部分的面积相对于激励区域C的面积的比。
需要说明的是，在设置有多对电极的情况下，将全部激励区域所包含的金属化部分相对于激励区域的面积的合计的比例设为MR即可。
图19是示出按照本实施方式构成了许多弹性波谐振器的情况下的分数带宽与作为杂散的大小的以180度标准化的杂散的阻抗的相位旋转量的关系的图。需要说明的是，针对分数带宽，对压电层的膜厚、电极的尺寸进行了各种变更、调整。另外，图19是使用了Z切割的包括LiNbO3的压电层的情况下的结果，但在使用其他切割角的压电层的情况下，也成为同样的趋势。
在图19中的椭圆J所包围的区域，杂散大到1.0。根据图19可清楚，当分数带宽超过0.17时即超过17％时，即便使构成分数带宽的参数变化，在通带内也出现杂散电平为1以上的较大杂散。即，如图18所示的谐振特性那样，在频带内出现箭头B所示的较大杂散。因此，分数带宽优选为17％以下。在该情况下，通过调整压电层2的膜厚、电极3、4的尺寸等，能够减小杂散。
图20是示出d/2p、金属化率MR以及分数带宽的关系的图。在上述弹性波装置中，构成d/2p和MR不同的各种弹性波装置，测定了分数带宽。图20的虚线D的右侧的标注有阴影线而示出的部分是分数带宽为17％以下的区域。标注有该阴影线的区域与未标注该阴影线的区域的边界由MR＝3.5(d/2p)+0.075表示。即，MR＝1.75(d/p)+0.075。因此，优选为MR≤1.75(d/p)+0.075。在该情况下，容易使分数带宽成为17％以下。更优选的是图20中的单点划线D1所示的MR＝3.5(d/2p)+0.05的右侧的区域。即，如果MR≤1.75(d/p)+0.05，则能够使分数带宽可靠地成为17％以下。
图21是示出使d/p无限接近于0的情况下的分数带宽相对于LiNbO3的欧拉角(0°，θ，ψ)的映射的图。图21的标注有阴影线而示出的部分是至少得到5％以上的分数带宽的区域，当近似该区域的范围时，成为由下述的式(1)、式(2)及式(3)表示的范围。
(0°±10°，0°～20°，任意的ψ)...式(1)
(0°±10°，20°～80°，0°～60°(1-(θ-50)2/900)1/2)或(0°±10°，20°～80°，[180°-60°(1-(θ-50)2/900)1/2]～180°)...式(2)
(0°±10°，[180°-30°(1-(ψ-90)2/8100)1/2]～180°，任意的ψ)...式(3)
因此，在上述式(1)、式(2)或式(3)的欧拉角范围的情况下，能够充分地使分数带宽变宽，是优选的。在压电层2为钽酸锂层的情况下也是同样的。
图22是具有声多层膜的弹性波装置的主视剖视图。
在弹性波装置41中，在压电层2的第二主面2b层叠有声多层膜42。声多层膜42具有声阻抗相对低的低声阻抗层42a、42c、42e与声阻抗相对高的高声阻抗层42b、42d的层叠构造。在使用了声多层膜42的情况下，即便不使用弹性波装置1中的空洞部9，也能够将厚度剪切模式的体波封闭在压电层2内。在弹性波装置41中，通过将上述d/p设为0.5以下，也能够得到基于厚度剪切模式的体波的谐振特性。需要说明的是，在声多层膜42中，其低声阻抗层42a、42c、42e及高声阻抗层42b、42d的层叠数量没有特别限定。只要至少一层高声阻抗层42b、42d配置在比低声阻抗层42a、42c、42e远离压电层2的一侧即可。
上述低声阻抗层42a、42c、42e及高声阻抗层42b、42d能够由适当的材料构成，只要满足上述声阻抗的关系即可。例如，作为低声阻抗层42a、42c、42e的材料，能够举出氧化硅或者氮氧化硅等。另外，作为高声阻抗层42b、42d的材料，能够举出矾土、氮化硅或者金属等。
在第一实施方式的压电体波装置中，例如也可以在硅基板及压电层之间设置图22所示的声多层膜42。
在具有利用厚度剪切模式的体波的弹性波谐振器的第一实施方式的压电体波装置10中，如上所述，d/p优选为0.5以下，更优选为0.24以下。由此，能够得到更加良好的谐振特性。此外，在具有利用厚度剪切模式的体波的弹性波谐振器的第一实施方式的压电体波装置10中，如上所述，优选满足MR≤1.75(d/p)+0.075。在该情况下，能够更加可靠地抑制杂散。
在具有利用厚度剪切模式的体波的弹性波谐振器的第一实施方式的压电体波装置10中，功能电极也可以是具有图17所示的一对电极3及电极4的功能电极。
具有利用厚度剪切模式的体波的弹性波谐振器的第一实施方式的压电体波装置10中的压电层14优选为铌酸锂层或钽酸锂层。而且，构成该压电层14的铌酸锂或钽酸锂的欧拉角优选处于上述的式(1)、式(2)或式(3)的范围。在该情况下，能够充分地使分数带宽变宽。
附图标记说明
1...弹性波装置；
2...压电层；
2a、2b...第一主面、第二主面；
3、4...电极；
5、6...第一汇流条、第二汇流条；
7...绝缘层；
7a...贯通孔；
8...支承构件；
8a...贯通孔；
9...空洞部；
10...压电体波装置；
11A、11B...第一IDT电极、第二IDT电极；
12...压电性基板；
13...支承构件；
13a、13b...空洞部；
14...压电层；
14a、14b...第一主面、第二主面；
15...绝缘层；
16...硅基板；
17A、17B...第一布线电极、第二布线电极；
18A、18B...第一汇流条、第二汇流条；
19A、19B...第一电极指、第二电极指；
31、41...弹性波装置；
42...声多层膜；
42a、42c、42e...低声阻抗层；
42d、42d...高声阻抗层；
106...硅基板；
201...压电膜；
201a、201b...第一主面、第二主面；
451、452...第一区域、第二区域；
C...激励区域；
VP1...假想平面。
Claims (9)
1.一种压电体波装置，具备：
压电性基板，其具有包括硅基板的支承构件和设置在所述支承构件上的压电层；
第一布线电极及第二布线电极，其设置在所述压电性基板上；以及
功能电极，其设置在所述压电层上，与所述第一布线电极及所述第二布线电极中的至少一个连接，并且具有多个电极，
所述第一布线电极、所述第二布线电极及所述功能电极的所述多个电极中的至少任意一个是与不同的电位连接的第一电极膜及第二电极膜，
所述硅基板的面方位是(111)，在将n设为任意的整数时，所述硅基板的欧拉角中的ψ是10°+120°×n≤ψ≤50°+120°×n或者70°+120°×n≤ψ≤110°+120°×n的范围内的角度。
2.根据权利要求1所述的压电体波装置，其中，
所述第一电极膜是所述第一布线电极，所述第二电极膜是所述第二布线电极。
3.根据权利要求1或2所述的压电体波装置，其中，
所述压电层是钽酸锂层或铌酸锂层。
4.根据权利要求3所述的压电体波装置，其中，
所述压电体波装置是能够利用厚度剪切模式的体波的结构。
5.根据权利要求3所述的压电体波装置，其中，
所述功能电极的所述多个电极是设置在所述压电层的同一主面上的至少一对电极，
在所述支承构件设置有声反射部，所述声反射部在俯视下与所述功能电极的至少一部分重叠，
在将所述压电层的厚度设为d并将相邻的所述电极的中心间距离设为p的情况下，d/p是0.5以下。
6.根据权利要求5所述的压电体波装置，其中，
d/p是0.24以下。
7.根据权利要求5或6所述的压电体波装置，其中，
所述声反射部是空洞部。
8.根据权利要求4至7中任一项所述的压电体波装置，其中，
所述功能电极的所述多个电极是设置在所述压电层的同一主面上的至少一对电极，
在从相邻的所述电极彼此对置的方向观察时，所述相邻的电极彼此重合的区域是激励区域，将所述多个电极指相对于所述激励区域的金属化率设为MR时，满足MR≤1.75(d/p)+0.075。
9.根据权利要求4至8中任一项所述的压电体波装置，其中，
作为所述压电层的所述铌酸锂层或所述钽酸锂层的欧拉角处于以下的式(1)、式(2)或式(3)的范围，
(0°±10°，0°～20°，任意的ψ)...式(1)
(0°±10°，20°～80°，0°～60°(1-(θ-50)2/900)1/2)或(0°±10°，20°～80°，[180°-60°(1-(θ-50)2/900)1/2]～180°)...式(2)
(0°±10°，[180°-30°(1-(ψ-90)2/8100)1/2]～180°，任意的ψ)...式(3)。
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