CN117616690A - 弹性波装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种能够改善温度特性的弹性波装置。弹性波装置(1)具备：压电体层(3)；以及IDT电极(4)，设置在压电体层(3)上，具有周期性地配置的多个电极指(多个第1电极指(8)、第2电极指(9))。电极指包含至少一层电极层，至少一层电极层包含Nb、Pd以及Ni中的至少任一种。基于电极层与Mo的密度比而换算为电极层由Mo构成的情况的电极层的厚度的总和相对于多个电极指的周期为10％以上。
Description
技术领域
本发明涉及弹性波装置。
背景技术
以往，弹性波装置被广泛用于便携式电话机的滤波器等。在下述的专利文献1中公开了弹性波装置的一个例子。在该弹性波装置中，在压电基板上设置有IDT(InterdigitalTransducer，叉指换能器)电极。作为IDT电极的材料，可列举钼或钨这样的高密度的金属。记载了如下的内容，即，在对IDT电极使用了钼的情况下，为了提高机电耦合系数，将IDT电极的膜厚设为0.0375λ以上。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第5716050号公报
发明内容
发明要解决的问题
通过对IDT电极使用高密度的金属，从而能够降低SAW(Surface Acoustic Wave，声表面波)的声速。由此，通过抑制体波辐射，从而能够将模式从泄漏波的状态设为洛夫波的状态。本发明的发明人发现，若设为如专利文献1记载的那样的结构，则与泄漏波的状态相比较，在洛夫波的状态下，温度特性劣化。
本发明的目的在于，提供一种能够改善温度特性的弹性波装置。
用于解决问题的技术方案
本发明涉及的弹性波装置具备：压电体层；以及IDT电极，设置在所述压电体层上，具有周期性地配置的多个电极指，所述电极指包含至少一层电极层，至少一层所述电极层包含Nb、Pd以及Ni中的至少任一种，基于所述电极层与Mo的密度比而换算为所述电极层由Mo构成的情况的所述电极层的厚度的总和相对于所述多个电极指的周期为10％以上。
发明效果
根据本发明涉及的弹性波装置，能够改善温度特性。
附图说明
图1是本发明的第1实施方式涉及的弹性波装置的俯视图。
图2是图1中的沿着I-I线的剖视图。
图3是示出电极指的标准化厚度为10％的情况下的、电极指的弹性温度系数TCm和谐振点下的声速温度系数TCVr的关系的图。
图4是示出NbMo中的Mo的含有率和dc44/dT的关系的图。
图5是示出NbMo中的Mo的含有率和密度的关系的图。
图6的(a)是示出电极指的标准化厚度为8％的情况下的、电极指的弹性温度系数TCm和声速温度系数之差ΔTCV的关系的图，图6的(b)是示出电极指的标准化厚度为10％的情况下的、电极指的弹性温度系数TCm和声速温度系数之差ΔTCV的关系的图，图6的(c)是示出电极指的标准化厚度为12％的情况下的、电极指的弹性温度系数TCm和声速温度系数之差ΔTCV的关系的图，图6的(d)是示出电极指的标准化厚度为14％的情况下的、电极指的弹性温度系数TCm和声速温度系数之差ΔTCV的关系的图。
图7是本发明的第2实施方式涉及的弹性波装置的主视剖视图。
图8是本发明的第3实施方式涉及的弹性波装置的主视剖视图。
图9是本发明的第4实施方式涉及的弹性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，由此明确本发明。
另外，预先指出的是，在本说明书记载的各实施方式是例示性的，能够在不同的实施方式间进行结构的部分置换或组合。
图1是本发明的第1实施方式涉及的弹性波装置的俯视图。图2是图1中的沿着I-I线的剖视图。
如图1以及图2所示，弹性波装置1具有压电性基板。本实施方式的压电性基板是仅包含压电体层3的压电基板。不过，压电性基板也可以是包含压电体层3的层叠基板。
在压电体层3上设置有IDT电极4。通过对IDT电极4施加交流电压，从而激励弹性波。在本实施方式中，作为主模式而激励SH模式。更详细地，弹性波装置1利用设为洛夫波的状态的SH模式。另外，所谓SH模式为洛夫波的状态，是指SH模式在压电体层3的厚度方向上为非泄漏状态。
在压电体层3上的、IDT电极4的弹性波传播方向两侧，设置有一对反射器5A以及反射器5B。本实施方式的弹性波装置1为声表面波谐振器。不过，本发明的弹性波装置例如也可以是具有多个弹性波谐振器的滤波器装置、多工器等。
对压电体层3使用了钽酸锂。更具体地，对压电体层3使用了42YX-LiTaO3。不过，压电体层3的切割角以及材料并不限定于上述。也可以对压电体层3使用LiNbO3等铌酸锂。
如图1所示，IDT电极4具有第1汇流条6以及第2汇流条7和多个第1电极指8以及多个第2电极指9。第1汇流条6和第2汇流条7相互对置。多个第1电极指8的一端分别与第1汇流条6连接。多个第2电极指9的一端分别与第2汇流条7连接。多个第1电极指8和多个第2电极指9周期性地配置。多个第1电极指8和多个第2电极指9彼此相互交错对插。以下，也有时将第1电极指8以及第2电极指9仅记载为电极指。
IDT电极4包含一层电极层。另外，IDT电极4只要具有至少一层电极层即可。因而，IDT电极4也可以具有多个电极层。
IDT电极4的电极层包含NbMo。NbMo是Nb和Mo的合金。不过，电极层的材料并不限定于上述。作为电极层的材料，例如，还能够使用NiTi、CoPd或NiFe等。另外，只要至少一层电极层包含Nb、Pd以及Ni中的至少任一种即可。特别是，更优选至少一层电极层包含合金，该合金包含Nb。对于一对反射器5A以及反射器5B，使用了与IDT电极4同样的材料。
在本说明书中，作为电极层的厚度，使用Mo换算厚度。所谓电极层的Mo换算厚度，是基于电极层与Mo的密度比而换算为电极层由Mo构成的情况的电极层的厚度。将电极层的密度设为ρe，将Mo的密度设为ρMo，将密度比设为r＝ρe/pMo，将电极层的厚度设为te，将电极层的Mo换算厚度设为tn，此时，tn＝r×te。在电极指具有多个电极层的情况下，电极指的Mo换算厚度为多个电极层的Mo换算厚度的总和。例如，在电极指为m层电极层的层叠体且将第k个电极层的Mo换算厚度设为tnk时，电极指的Mo换算厚度为∑tnk(1≤k≤m)。不过，在电极指具有仅一层的电极层的情况下，电极层的Mo换算厚度的总和为一层电极层的Mo换算厚度。
另一方面，在本说明书中，也有时将电极指的厚度表示为通过IDT电极4的多个电极指的周期进行了标准化的标准化厚度。这里的电极指的标准化厚度是电极指的厚度相对于上述周期的比率。更详细地，电极指的标准化厚度是电极指的Mo换算厚度相对于上述周期的比率。另外，在将IDT电极4的电极指间距设为p时，多个电极指的周期为2p。所谓电极指间距，是相邻的第1电极指18和第2电极指19的中心间距离。例如，在电极指的Mo换算厚度为2p的情况下，电极指的标准化厚度为100％。
本实施方式的特征在于，电极指的电极层包含Nb，且电极层的Mo换算厚度的总和相对于多个电极指的周期为10％以上。即，电极指的标准化厚度为10％以上。由此，将SH模式设为洛夫波的状态。在该状态下，电极层包含Nb，由此能够改善温度特性。更具体地，能够减小声速温度系数TCV[ppm/K]的绝对值。不过，电极层只要包含Nb、Pd以及Ni中的至少任一种即可。以下，在示出SH模式为洛夫波的状态的情况下的特征之后，示出能够通过像本实施方式这样构成电极层来改善温度特性。
在弹性波为泄漏状态的情况下，对弹性波的各种特性而言，压电体层的影响占主导地位。因此，对于弹性波的各种特性，电极指的贡献并不大。另一方面，在弹性波为非泄漏状态的情况下，例如，在SH模式为洛夫波的状态的情况下，弹性波的位移分布集中在压电体层的表面以及电极指。因此，电极指对弹性波的各种特性的贡献变大。更具体地，电极指的弹性温度系数TCm[ppm/K]等对声速温度系数TCV的贡献变大。进而，由电极指造成的质量附加变得越大，上述贡献变得越大。
在SH模式为洛夫波的状态且由电极指造成的质量附加大的情况下，若弹性温度系数TCm变化，则例如谐振点下的声速温度系数TCVr[ppm/K]或反谐振点下的声速温度系数TCVa[ppm/K]大幅变化。进而，谐振点与反谐振点下的声速温度系数之差ΔTCV[ppm/K]也大幅变化。以下，对SH模式为洛夫波的状态的情况和SH模式为泄漏状态的情况进行比较。
在像本实施方式这样电极指的标准化厚度为10％以上的情况下，SH模式成为洛夫波的状态。通过仿真，导出了电极指的标准化厚度为10％的情况下的、电极指的弹性温度系数TCm和谐振点下的声速温度系数TCVr的关系。另外，在该仿真中，设IDT电极由假想Mo构成，压电体层由42YX-LiTaO3构成。通过使假想Mo的弹性系数c11以及c44变化，从而使弹性温度系数TCm变化。弹性系数c11和c44设为相同的值。假想Mo的弹性系数以外的物性值与Mo的物性值相同。另外，弹性系数c44对声速温度系数TCV有贡献。因此，在本说明书中，弹性温度系数TCm示出弹性系数c44对温度的依赖性。即，作为弹性系数c44的变化相对于温度变化的斜率的dc44/dT[ppm/K]为弹性温度系数TCm[ppm/K]。在图3中，示出上述仿真的结果。作为比较，还一并示出SH模式为泄漏状态的情况下的声速温度系数TCVr。
图3是示出电极指的标准化厚度为10％的情况下的、电极指的弹性温度系数TCm和谐振点下的声速温度系数TCVr的关系的图。图3中的虚线示出SH模式为泄漏状态的情况下的、谐振点下的声速温度系数TCVr。另外，SH模式为泄漏状态的情况下的结果是电极指的标准化厚度比10％薄的情况下的结果。
如图3所示，在SH模式为泄漏状态的情况下，谐振点下的声速温度系数TCVr为一35ppm/K。另一方面，可知在SH模式为洛夫波的状态的情况下，弹性温度系数TCm变得越大，声速温度系数TCVr越接近于0。可知，如果弹性温度系数TCm为-40ppm/K以上，则SH模式为洛夫波的状态的情况下的声速温度系数TCVr成为SH模式为泄漏状态的情况下的声速温度系数TCVr以上。
然而，一般来说，电极材料的弹性温度系数TCm小于-40ppm/K。在表1中，示出用于IDT电极的代表性的材料的弹性温度系数TCm。如表1所示，任意的材料的弹性温度系数TCm均小于-40ppm/K。因此，以往，如果SH模式为洛夫波的状态，则与SH模式为泄漏状态的情况相比，温度特性劣化。将对IDT电极使用了Mo的情况下的例子示于表2。如表2所示，在洛夫波的状态下，与为泄漏状态的情况相比，TCVr的绝对值变大。
[表1]
| 材料 | TCm[ppm/K] |
| Al | -590 |
| Cu | -270 |
| Mo | -130 |
| W | -99 |
[表2]
| Mo换算厚度 | TCVr[ppm/K] | TCVa[ppm/K] |
| 2％(泄漏状态) | -35 | -64 |
| 10％(洛夫波的状态) | -42 | -62 |
另一方面，Nb、Pd、NiFe和包含Nb以及Pd中的至少一者的合金的弹性温度系数TCm比较大。而且，在本实施方式中，对电极指的电极层使用了包含Nb的合金。因而，能够增大电极指的弹性温度系数TCm，能够减小谐振点下的声速温度系数TCVr等的绝对值，能够改善温度特性。
另外，更具体地，在本实施方式中，对于IDT电极，作为包含Nb的合金而使用了NbMo。在图4中，示出NbMo中的dc44/dT。另外，像上述的那样，示出弹性系数c44对温度的依赖性的dc44/dT是弹性温度系数TCm。图4基于非专利文献(Hubbell，et al.，PhysicsLetters A 39.4(1972)：261-262.)的记载。
图4是示出NbMo中的Mo的含有率和dc44/dT的关系的图。另外，图4所示的关系是25℃下的关系。另外，在Mo的含有率为0％的情况下，表示Nb。
如图4所示，Nb的dc44/dT为-35ppm/K。而且，可知在NbMo中的Mo的含有率为33.6atm％以下的范围内，Mo的含有率变得越高，dc44/dT变得越大。进而，在Mo的含有率为33.6atm％的情况下，dc44/dT成为最大值。Mo的含有率优选为50atm％以下。在该情况下，能够使NbMo的dc44/dT大于Nb的dc44/dT。Mo的含有率更优选为2.5atm％以上且49atm％以下。在该情况下，能够将dc44/dT设为0ppm/K以上。Mo的含有率进一步优选为10atm％以上且46atm％以下。在该情况下，能够将dc44/dT设为100ppm/K以上。Mo的含有率更进一步优选为22.5atm％以上且42.5atm％以下。在该情况下，能够将dc44/dT设为300ppm/K以上。
因而，通过将如上所述的NbMo用于IDT电极，从而能够增大电极指的弹性温度系数TCm。因此，能够减小谐振点下的声速温度系数TCVr的绝对值，能够改善温度特性。
进而，在电极指由Mo构成的情况和NbMo中的Mo的含有率为36％的情况下进行了仿真。由此，对两者的谐振点下的TCVr与反谐振点下的TCVa进行了比较。另外，在该仿真中，在对电极指使用了Mo的情况和对电极指使用了NbMo的情况下，使由电极指造成的质量附加相同。更具体地，在对电极指使用了Mo的情况下，将电极指的标准化厚度设为10％。在对电极指使用了NbMo的情况下，将电极指的标准化厚度设为11％。这基于图5所示的NbMo中的Mo的含有率和密度的关系。在表3中示出上述仿真的结果。
[表3]
| 电极指的材料 | 标准化厚度 | TCVr[ppm/K] | TCVa[ppm/K] |
| Mo | 10％ | -42 | -62 |
| NbMo | 11％ | -7 | -20 |
根据表3可知，在像本实施方式这样对电极指使用了NbMo的情况下，与对电极指使用了Mo的情况相比，能够减小谐振点下的声速温度系数TCVr以及反谐振点下的声速温度系数TCVa这两者的绝对值。在本实施方式中，将SH模式作为洛夫波的状态来利用，因此电极指的弹性温度系数TCm越大，越能够减小声速温度系数TCV的绝对值。进而，如图4所示，在NbMo中的Mo的含有率为36％的情况下，dc44/dT、即弹性温度系数TCm高至600ppm/K。因此，能够更进一步改善温度特性。
进而，通过仿真，在使电极指的厚度变化的各个情况下，导出了电极指的弹性温度系数TCm和声速温度系数之差ΔTCV的关系。另外，在谐振点与反谐振点下的声速温度系数之差ΔTCV的绝对值大的情况下，由温度变化造成的、谐振点以及反谐振点的变化的幅度不同。因此，弹性波装置的电特性的稳定性有可能受到损害。因而，声速温度系数之差ΔTCV的绝对值越小，温度特性越良好。
图6的(a)是示出电极指的标准化厚度为8％的情况下的、电极指的弹性温度系数TCm和声速温度系数之差ΔTCV的关系的图。图6的(b)是示出电极指的标准化厚度为10％的情况下的、电极指的弹性温度系数TCm和声速温度系数之差ΔTCV的关系的图。图6的(c)是示出电极指的标准化厚度为12％的情况下的、电极指的弹性温度系数TCm和声速温度系数之差ΔTCV的关系的图。图6的(d)是示出电极指的标准化厚度为14％的情况下的、电极指的弹性温度系数TCm和声速温度系数之差ΔTCV的关系的图。
在图6的(a)所示的、电极指的标准化厚度为8％的情况下，SH模式为泄漏状态。在该状态下，谐振点与反谐振点下的声速温度系数之差ΔTCV也存在对电极指的弹性温度系数TCm的依赖性。然而，在SH模式为泄漏状态的情况下，若弹性温度系数TCm变大，则声速温度系数之差ΔTCV的绝对值变大。
若对图6的(a)和图6的(b)进行比较，则可知电极指的弹性温度系数TCm和声速温度系数之差ΔTCV的关系相互不同。在图6的(b)所示的、电极指的标准化厚度为10％的情况下，弹性温度系数TCm变得越大，声速温度系数之差ΔTCV的绝对值越接近于0。像这样，能够确认，在电极指的标准化厚度为10％以上的情况下，SH模式成为洛夫波的状态。如图6的(c)以及图6的(d)所示，在标准化厚度为12％以及14％的情况下，声速温度系数之差ΔTCV的绝对值变得更加小。电极指的标准化厚度优选为12％以上，更优选为14％以上。由此，能够更进一步改善温度特性。另外，电极指的标准化厚度的上限没有特别限定，但是电极指的标准化厚度优选为100％以下。在该情况下，能够适当地形成电极指，能够提高生产率。
此外，优选地，用于图2所示的压电体层3的压电体为旋转Y切割晶体，旋转角为-30°以上且70°以下。由此，能够适当地激励SH模式。
在本实施方式中，压电性基板是仅包含压电体层3的压电基板。不过，压电性基板也可以是包含压电体层3的层叠基板。以下，作为压电性基板为层叠基板的情况下的例子，示出第2实施方式～第4实施方式。另外，除了压电性基板以外，第2实施方式～第4实施方式的弹性波装置具有与第1实施方式的弹性波装置1同样的结构。在第2实施方式～第4实施方式中，也能够改善温度特性。
图7是第2实施方式涉及的弹性波装置的主视剖视图。
本实施方式的压电性基板12具有支承基板16、作为高声速材料层的高声速膜15、低声速膜14、以及压电体层3。在支承基板16上设置有高声速膜15。在高声速膜15上设置有低声速膜14。在低声速膜14上设置有压电体层3。
低声速膜14是相对低声速的膜。更具体地，在低声速膜14传播的体波的声速比在压电体层3传播的体波的声速低。作为低声速膜14的材料，例如，能够使用玻璃、氧化硅、氮氧化硅、氧化锂、五氧化钽、或者以氧化硅中添加了氟、碳、硼的化合物为主成分的材料。
高声速材料层是相对高声速的层。在本实施方式中，高声速材料层是高声速膜15。在高声速材料层传播的体波的声速比在压电体层3传播的弹性波的声速高。作为高声速材料层的材料，例如，能够使用硅、氧化铝、碳化硅、氮化硅、氮氧化硅、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、DLC(类金刚石碳)膜或金刚石等、以上述材料为主成分的介质。
作为支承基板16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、蓝宝石、氧化镁、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、硅、氮化镓等半导体或树脂等。
在本实施方式中，依次层叠有作为高声速材料层的高声速膜15、低声速膜14以及压电体层3。由此，能够将弹性波的能量有效地封闭在压电体层3侧。
另外，压电性基板也可以是支承基板、高声速膜以及压电体层的层叠体。或者，高声速材料层也可以是高声速支承基板。在该情况下，例如，压电性基板可以是高声速支承基板、低声速膜以及压电体层的层叠体，也可以是高声速支承基板以及压电体层的层叠体。在这些情况下，也与第2实施方式同样地，能够改善温度特性。进而，能够将弹性波的能量封闭在压电体层侧。
图8是第3实施方式涉及的弹性波装置的主视剖视图。
本实施方式的压电性基板22具有支承基板16、声反射膜24、以及压电体层3。在支承基板16上设置有声反射膜24。在声反射膜24上设置有压电体层3。
声反射膜24是多个声阻抗层的层叠体。更具体地，声反射膜24具有多个低声阻抗层和多个高声阻抗层。低声阻抗层是声阻抗相对低的层。声反射膜24的多个低声阻抗层为低声阻抗层28a以及低声阻抗层28b。另一方面，高声阻抗层是声阻抗相对高的层。声反射膜24的多个高声阻抗层为高声阻抗层29a以及高声阻抗层29b。低声阻抗层和高声阻抗层交替地层叠。另外，低声阻抗层28a是在声反射膜24中位于最靠压电体层3侧的层。
声反射膜24分别各具有两层低声阻抗层以及高声阻抗层。不过，声反射膜24只要分别各具有至少一层低声阻抗层以及高声阻抗层即可。作为低声阻抗层的材料，例如，能够使用氧化硅或铝等。作为高声阻抗层的材料，例如，能够使用铂或钨等金属、氮化铝或氮化硅等电介质。
图9是第4实施方式涉及的弹性波装置的主视剖视图。
本实施方式的压电性基板32具有支承构件36和压电体层3。支承构件36包含支承基板36a和电介质层36b。另外，支承基板36a与第2实施方式、第3实施方式的支承基板16同样地构成。在支承基板36a上设置有电介质层36b。在电介质层36b上设置有压电体层3。支承构件36具有空洞部36c。更具体地，空洞部36c是设置在电介质层36b的凹部。该凹部被压电体层3密封，由此形成了中空部。空洞部36c在俯视下与IDT电极4的至少一部分重叠。在本说明书中，所谓俯视，是指从图2或图9等中的上方观察的方向。
另外，空洞部36c可以仅设置在支承基板36a，也可以跨越支承基板36a以及电介质层36b而进行设置。或者，空洞部36c也可以是设置在支承基板36a以及电介质层36b中的至少一者的贯通孔。支承构件36也可以仅包含支承基板36a。在该情况下，只要在支承基板36a设置有空洞部36c即可。
附图标记说明
1：弹性波装置；
3：压电体层；
4：IDT电极；
5A、5B：反射器；
6、7：第1汇流条、第2汇流条；
8、9：第1电极指、第2电极指；
12：压电性基板；
14：低声速膜；
15：高声速膜；
16：支承基板；
22：压电性基板；
24：声反射膜；
28a、28b：低声阻抗层；
29a、29b：高声阻抗层；
32：压电性基板；
36：支承构件；
36a：支承基板；
36b：电介质层；
36c：空洞部。
Claims (8)
1.一种弹性波装置，具备：
压电体层；以及
IDT电极，设置在所述压电体层上，具有周期性地配置的多个电极指，
所述电极指包含至少一层电极层，至少一层所述电极层包含Nb、Pd以及Ni中的至少任一种，
基于所述电极层与Mo的密度比而换算为所述电极层由Mo构成的情况的所述电极层的厚度的总和相对于所述多个电极指的周期为10％以上。
2.根据权利要求1所述的弹性波装置，其中，
对所述压电体层使用了钽酸锂。
3.根据权利要求1所述的弹性波装置，其中，
对所述压电体层使用了铌酸锂。
4.根据权利要求2或3所述的弹性波装置，其中，
用于所述压电体层的压电体为旋转Y切割晶体，旋转角为-30°以上且70°以下。
5.根据权利要求1～4中的任一项所述的弹性波装置，其中，
所述电极层包含NbMo，所述电极层包含的NbMo中的Mo的含有率为50atm％以下。
6.根据权利要求5所述的弹性波装置，其中，
所述电极层包含的NbMo中的Mo的含有率为2.5atm％以上且49atm％以下。
7.根据权利要求6所述的弹性波装置，其中，
所述电极层包含的NbMo中的Mo的含有率为10atm％以上且46atm％以下。
8.根据权利要求7所述的弹性波装置，其中，
所述电极层包含的NbMo中的Mo的含有率为22.5atm％以上且42.5atm％以下。
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