CN1902817A - 边界声波装置 - Google Patents

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Abstract

一种使用斯通利波的边界声波装置，其具有简单的结构，是由简单的制备方法制备的，并且具有大的机电系数、小的传播损耗、小的功率通量角和合适范围内的频率温度系数TCF。将介电物质(3)形成在压电物质(2)的一个表面上，在压电物质(2)和介电物质(3)之间的边界处安置作为电极的IDT(4)和反射器(5)和(6)。确定电极的厚度使得斯通利波的声速低于传播通过介电物质(3)的慢横波的声速和传播通过压电物质(2)的慢横波的声速。从而，制造边界声波装置(1)。

Description

边界声波装置
技术领域
本发明涉及一种使用斯通利(Stoneley)波的边界声波装置，更具体而言，涉及一种边界声波装置，其使用斯通利波并且具有其中将电极安置在压电物质和介电物质之间的边界处的结构。
背景技术
迄今，各种表面声波装置已经被用于移动电话的RF和IF过滤器、VCO的谐振器、电视中的VIF过滤器等。表面声波装置使用沿着介质表面传播的表面声波，例如瑞利波或第一漏泄波。
由于是沿着介质表面传播的，表面声波对于介质表面状态的变化敏感。因此，为了保护表面声波传播的介质表面，将表面声波元件不透气地密封于密封装置中，其中提供空腔部分使其面对波传播表面。由于使用具有如上所述的空腔部分的密封装置，不可避免地增加了表面声波装置的成本。另外，由于密封装置的尺寸远大于表面声波元件的尺寸，从而不可避免地增大了表面声波装置的大小。
另一方面，在声波中，除了上述表面声波外，还存在沿着固体物质之间的边界传播的边界声波。
例如，在以下的非专利文件1中，公开了一种边界声波装置，其中在126°旋转的Y板X-传播LiTaO3衬底上形成IDT，并且在LiTaO3衬底和IDT上形成具有预定厚度的SiO2膜。在该文件中，公开了一种SV+P型边界声波，即一种所谓的斯通利波，传播。在非专利文件1中，公开了当将上述SiO2膜的厚度设置为1.0λ(λ表示边界声波的波长)时，获得2％的机电系数。
边界声波以这样一种状态传播，其中能量集中在固体物质之间的边界部分。因此，由于在上述LiTaO3衬底的底表面和SiO2膜的表面上基本上不存在能量，其性质不会因为所述衬底和薄膜的表面条件的变化而变化。因此，不需要具有空腔部分的密封装置，从而可以减小边界声波装置的大小。
另外，在以下的非专利文件2中，公开了一种称作斯通利波的边界声波，其在这样的结构中传播，其中在128°旋转的Y板X-传播LiNbO3衬底上形成SiO2膜。根据非专利文件2的分析，显示出当SiO2处于自然状态时，由于位移不是集中在SiO2层与LiNbO3衬底之间的边界上，所以不产生边界声波，而当将表示SiO2弹性的拉梅常数从其固有值0.3119×1011N/m2改变为0.4679×1011N/m2时，位移集中在边界上，从而产生边界声波。另外，根据非专利文件2的实验结果，还公开了，即使当形成SiO2层的条件发生各种变化时，也不能形成边界声波在其中传播的SiO2膜。
非专利文件1：″Piezoelectric Acoustic Boundary Waves PropagatingAlong the Interface Between SiO2 and LiTaO3″IEEE Trans.Sonics andultrason.，VOL.SU-25，No.6，1978 IEEE
非专利文件2：″Piezoelectric Boundary of Layered Substrate″Nakajo，Yamanouchi和Shibayama著，Technical Report of IEICE，US80-4，1980
发明内容
在边界声波装置中，需要有大的机电系数，小的传播损耗，小的功率通量角和小的频率温度系数。由边界声波传播造成的损耗，即传播损耗，可以降低边界声波滤波器的插入损耗，或者还可以降低边界声波谐振器的抗谐振性或阻抗比，所述的阻抗比是谐振频率下的阻抗与反谐振频率下的阻抗的比率。因此，优选尽可能降低传播损耗。
功率通量角是表示边界声波的相速度方向和其能量的群速度方向之间差别的角度。当功率通量角大时，必须与功率通量角一致地倾斜安置IDT。因此，电极设计变得复杂。另外，容易产生由角度偏差造成的损耗。
此外，当通过温度改变边界声波装置的工作频率时，在边界声波滤波器的情形中实际通带和阻带是减小的。在谐振器的情形中，当形成振荡电路时，上述由温度引起的工作频率变化导致异常振荡。因此，优选尽可能地减小每摄氏度的频率变化，即TCF。
例如，当沿着传播方向和在提供有传递IDT和接收IDT的区域之外安置反射器时，所述的传递IDT和接收IDT分别传递和接收边界声波，可以形成低损耗的谐振器型滤波器。该谐振器型滤波器的带宽取决于边界声波的机电系数。当机电系数k2大时，可以获得宽带滤波器，而当机电系数k2小时，形成窄带滤波器。因此，必须根据边界声波装置应用的适当确定用于它的边界声波的机电系数k2。当形成移动电话的RF滤波器时，要求机电系数k2为5％或更大。
但是，在上述非专利文件1公开的使用斯通利波的边界声波装置中，机电系数k2小，例如为2％。
另外，在上述非专利文件2公开的SiO2/LiNbO3结构中，使用的是具有大压电性的LiNbO3衬底。因此，据信与非专利文件1所述的边界声波装置相比，可以获得更大的机电系数k2；但是，这与形成SiO2膜以便边界声波传播相当困难，并且非专利文件2也未公开实际上形成SiO2膜后斯通利波的测量结果。
考虑到上述常规技术的目前状态，本发明的一个目的是提供一种使用斯通利波的边界声波装置，其具有足够大的机电系数、小的传播损耗、小的功率通量角和小的频率温度系数，并且可以用简单方法制造。
根据本发明的第一方面，提供一种使用斯通利波的边界声波装置，其包含：压电物质，层压在压电物质一个表面上的介电物质，和在压电物质与介电物质之间边界处提供的电极。在上述边界声波装置中，确定电极的厚度，使得斯通利波的声速低于传播通过介电物质的慢横波的声速和传播通过压电物质的慢横波的声速。
根据本发明的第二方面，提供一种使用斯通利波的边界声波装置，其包含：压电物质，层压在压电物质一个表面上的介电物质，和在压电物质与介电物质之间边界处提供的电极。在上述边界声波装置中，确定形成电极的条带的占空率，以使斯通利波的声速低于传播通过介电物质的慢横波的声速和传播通过压电物质的慢横波的声速。
根据本发明的第三方面，提供一种使用斯通利波的边界声波装置，其包含：主要由LiNbO3组成的压电物质，层压在压电物质一个表面上的介电物质，和在压电物质与介电物质之间边界处提供的电极。在上述边界声波装置中，主要由LiNbO3组成的压电物质的欧拉角(φ，θ，ψ)处于表1所示的各自范围中，并且使用声速为3,757m/sec或更低的斯通利波。
[表1]
  φ(°)   θ(°)   ψ(°)
  30   90   225
  30   270   135
  30   270   315
  90   90   135
  90   90   315
  90   270   45
  90   270   225
  150   90   45
  150   90   225
  150   270   135
  150   270   315
  210   90   135
  210   90   315
  210   270   45
  210   270   225
  270   90   45
  270   90   225
  270   270   135
  270   270   315
  330   90   135
  330   90   315
  330   270   45
  330   270   225
根据本发明第二或第三方面的边界声波装置的一种特殊情形，确定电极的厚度，使得斯通利波的声速低于传播通过介电物质的慢横波的声速和传播通过压电物质的慢横波的声速。
根据本发明第三方面的边界声波装置的另一种特殊情形，确定形成电极的条带的占空率，使得斯通利波的声速低于传播通过介电物质的慢横波的声速和传播通过压电物质的慢横波的声速。
根据本发明的第四方面，提供一种使用斯通利波的边界声波装置，其包含：主要由LiNbO3组成的压电物质，层压在压电物质一个表面上的介电物质，和在压电物质与介电物质之间边界处提供的电极。在上述边界声波装置中，当电极密度、电极厚度和斯通利波的波长分别用ρ(kg/m3)、H(λ)和λ表示时，H＞1/[1/(3×107×ρ-2.22+0.017)-0.4]成立。
根据本发明第四方面的边界声波装置的一种特殊情形，将电极密度ρ设置为4,711kg/m3或更大。
根据本发明的第五方面，提供一种使用斯通利波的边界声波装置，其包含：主要由LiNbO3组成的压电物质，层压在压电物质一个表面上的介电物质，和在压电物质与介电物质之间边界处提供的电极。在上述边界声波装置中，当电极密度、电极厚度和斯通利波的波长分别用ρ(kg/m3)、H(λ)和λ表示时，H＞0.03λ并且ρ＞2,699kg/m3成立。
在根据本发明第一至第五方面的边界声波装置中，所述电极每个均主要由含有选自Ag、Au、Cu、Fe、Mo、Ni、Ta、W、Ti和Pt中的至少一种的电极层组成。
根据本发明第一方面的边界声波装置包含压电物质，层压在压电物质一个表面上的介电物质，和在压电物质与介电物质之间边界处安置的电极，并且在上述边界声波装置中，确定电极的厚度，使得斯通利波的声速低于传播通过介电物质的慢横波的声速和传播通过压电物质的慢横波的声速。
另外，根据本发明第二方面的边界声波装置包含压电物质，层压在压电物质一个表面上的介电物质，和在压电物质与介电物质之间边界处安置的电极，并且在上述边界声波装置中，确定形成电极的条带的占空率，使得斯通利波的声速低于传播通过介电物质的慢横波的声速和传播通过压电物质的慢横波的声速。
因此，根据本发明的第一或第二方面，由于如上所述地确定电极的厚度或其条带的占空率，可以提供这样一种边界声波装置，其中斯通利波传播通过介电物质和压电物质。
根据本发明第三方面的边界声波装置包含主要由LiNbO3组成的压电物质，层压在压电物质一个表面上的介电物质，和在压电物质与介电物质之间边界处安置的电极，并且在上述边界声波装置中，压电物质的欧拉角(φ，θ，ψ)处于表1所示的各自范围内，且使用声速为3,757m/sec或更低的斯通利波。因此，如从稍后描述的实施例清楚的是，可以有效抑制假波，并且可以提高斯通利波的机电系数k2。
在根据本发明第二或第三方面的边界声波装置中，当确定电极的厚度或占空率，使得斯通利波的声速低于传播通过介电物质的慢横波的声速和传播通过压电物质的慢横波的声速时，可以提供这样一种边界声波装置，其中斯通利波可以可靠地沿着介电物质和压电物质之间的边界传播。
根据本发明第四方面的边界声波装置包含主要由LiNbO3组成的压电物质，层压在压电物质一个表面上的介电物质，和在压电物质与介电物质之间边界处提供的电极，并且当电极密度、电极厚度和斯通利波的波长分别用ρ(kg/m3)、H(λ)和λ表示时，H＞1/[1/(3×107×ρ-2.22+0.017)-0.4]成立；因此，可以提供一种边界声波装置，其使用具有适宜的机电系数k2的斯通利波。具体而言，当电极密度ρ为4,711kg/m3或更大时，可以降低传播损耗为0时的电极厚度，因此可容易形成电极。
根据本发明第五方面的边界声波装置包含主要由LiNbO3组成的压电物质，层压在压电物质一个表面上的介电物质，和在压电物质与介电物质之间边界处提供的电极，并且当电极密度、电极厚度和斯通利波的波长分别用ρ(kg/m3)、H(λ)和λ表示时，H＞0.03λ并且ρ＞2,699kg/m3成立；因此，提供一种边界声波装置，其使用由比Al更重的材料组成的电极并且斯通利波在其中传播。
在本发明中，当电极每个均主要由含有选自Ag、Au、Cu、Fe、Mo、Ni、Ta、W、Ti和Pt中的至少一种的电极层组成时，根据本发明，可以提供一种使用斯通利波的边界声波装置。另外，当通过选择形成第二电极层的金属材料，还提供至少一个包含除形成上述电极层的金属之外的金属的第二电极时，可以增加电极与介电物质或压电物质的附着力，或者可以提高电功率阻抗。
附图简述
图1是显示根据本发明一个实施方案的边界声波装置的正面横截面视图。
图2是显示根据本发明一个实施方案的边界声波装置的作为电极而形成的IDT和反射器的示意性平面图。
图3是显示实施例1中形成的表1所示边界声波装置A1的阻抗-频率特性的图表。
图4是显示实施例1中形成的表1所示边界声波装置A2的阻抗-频率特性的图表。
图5是显示实施例1中形成的表1所示边界声波装置A3的阻抗-频率特性的图表。
图6是显示实施例1中形成的表1所示边界声波装置A4的阻抗-频率特性的图表。
图7是显示实施例1中形成的表1所示边界声波装置A5的阻抗-频率特性的图表。
图8是显示实施例1中形成的表1所示边界声波装置A6的阻抗-频率特性的图表。
图9是显示实施例1中形成的表1所示边界声波装置A7的阻抗-频率特性的图表。
图10是显示欧拉角φ和以下结构中的声速V之间关系的图表，在该结构中，在(φ，0°，0°)的LiNbO3衬底上形成Au电极，并且在其上形成SiO2膜。
图11是显示欧拉角φ和以下结构中的机电系数k2之间关系的图表，在该结构中，在(φ，0°，0°)的LiNbO3衬底上形成Au电极，并且在其上形成SiO2膜。
图12是显示欧拉角φ和以下结构中的传播损耗α之间关系的图表，在该结构中，在(φ，0°，0°)的LiNbO3衬底上形成Au电极，并且在其上形成SiO2膜。
图13是显示欧拉角φ和以下结构中的频率温度系数TCF之间关系的图表，在该结构中，在(φ，0°，0°)的LiNbO3衬底上形成Au电极，并且在其上形成SiO2膜。
图14是显示欧拉角φ和以下结构中的功率通量角PFA之间关系的图表，在该结构中，在(φ，0°，0°)的LiNbO3衬底上形成Au电极，并且在其上形成SiO2膜。
图15是显示欧拉角φ和以下结构中的声速V之间关系的图表，在该结构中，在(φ，0°，90°)的LiNbO3衬底上形成Au电极，并且在其上形成SiO2膜。
图16是显示欧拉角φ和以下结构中的机电系数k2之间关系的图表，在该结构中，在(φ，0°，90°)的LiNbO3衬底上形成Au电极，并且在其上形成SiO2膜。
图17是显示欧拉角φ和以下结构中的传播损耗α之间关系的图表，在该结构中，在(φ，0°，90°)的LiNbO3衬底上形成Au电极，并且在其上形成SiO2膜。
图18是显示欧拉角φ和以下结构中的频率温度系数TCF之间关系的图表，在该结构中，在(φ，0°，90°)的LiNbO3衬底上形成Au电极，并且在其上形成SiO2膜。
图19是显示欧拉角φ和以下结构中的功率通量角PFA之间关系的图表，在该结构中，在(φ，0°，90°)的LiNbO3衬底上形成Au电极，并且在其上形成SiO2膜。
图20是显示欧拉角φ和以下结构中的声速V之间关系的图表，在该结构中，在(φ，90°，0°)的LiNbO3衬底上形成Au电极，并且在其上形成SiO2膜。
图21是显示欧拉角φ和以下结构中的机电系数k2之间关系的图表，在该结构中，在(φ，90°，0°)的LiNbO3衬底上形成Au电极，并且在其上形成SiO2膜。
图22是显示欧拉角φ和以下结构中的传播损耗α之间关系的图表，在该结构中，在(φ，90°，0°)的LiNbO3衬底上形成Au电极，并且在其上形成SiO2膜。
图23是显示欧拉角φ和以下结构中的频率温度系数TCF之间关系的图表，在该结构中，在(φ，90°，0°)的LiNbO3衬底上形成Au电极，并且在其上形成SiO2膜。
图24是显示欧拉角φ和以下结构中的功率通量角PFA之间关系的图表，在该结构中，在(φ，90°，0°)的LiNbO3衬底上形成Au电极，并且在其上形成SiO2膜。
图25是显示欧拉角φ和以下结构中的声速V之间关系的图表，在该结构中，在(φ，90°，90°)的LiNbO3衬底上形成Au电极，并且在其上形成SiO2膜。
图26是显示欧拉角φ和以下结构中的机电系数k2之间关系的图表，在该结构中，在(φ，90°，90°)的LiNbO3衬底上形成Au电极，并且在其上形成SiO2膜。
图27是显示欧拉角φ和以下结构中的传播损耗α之间关系的图表，在该结构中，在(φ，90°，90°)的LiNbO3衬底上形成Au电极，并且在其上形成SiO2膜。
图28是显示欧拉角φ和以下结构中的频率温度系数TCF之间关系的图表，在该结构中，在(φ，90°，90°)的LiNbO3衬底上形成Au电极，并且在其上形成SiO2膜。
图29是显示欧拉角φ和以下结构中的功率通量角PFA之间关系的图表，在该结构中，在(φ，90°，90°)的LiNbO3衬底上形成Au电极，并且在其上形成SiO2膜。
图30是显示欧拉角θ和以下结构中的声速V之间关系的图表，在该结构中，在(0°，θ，0°)的LiNbO3衬底上形成Au电极，并且在其上形成SiO2膜。
图31是显示欧拉角θ和以下结构中的机电系数k2之间关系的图表，在该结构中，在(0°，θ，0°)的LiNbO3衬底上形成Au电极，并且在其上形成SiO2膜。
图32是显示欧拉角θ和以下结构中的传播损耗α之间关系的图表，在该结构中，在(0°，θ，0°)的LiNbO3衬底上形成Au电极，并且在其上形成SiO2膜。
图33是显示欧拉角θ和以下结构中的频率温度系数TCF之间关系的图表，在该结构中，在(0°，θ，0°)的LiNbO3衬底上形成Au电极，并且在其上形成SiO2膜。
图34是显示欧拉角θ和以下结构中的功率通量角PFA之间关系的图表，在该结构中，在(0°，θ，0°)的LiNbO3衬底上形成Au电极，并且在其上形成SiO2膜。
图35是显示欧拉角θ和以下结构中的声速V之间关系的图表，在该结构中，在(0°，θ，90°)的LiNbO3衬底上形成Au电极，并且在其上形成SiO2膜。
图36是显示欧拉角θ和以下结构中的机电系数k2之间关系的图表，在该结构中，在(0°，θ，90°)的LiNbO3衬底上形成Au电极，并且在其上形成SiO2膜。
图37是显示欧拉角θ和以下结构中的传播损耗α之间关系的图表，在该结构中，在(0°，θ，90°)的LiNbO3衬底上形成Au电极，并且在其上形成SiO2膜。
图38是显示欧拉角θ和以下结构中的频率温度系数TCF之间关系的图表，在该结构中，在(0°，θ，90°)的LiNbO3衬底上形成Au电极，并且在其上形成SiO2膜。
图39是显示欧拉角θ和以下结构中的功率通量角PFA之间关系的图表，在该结构中，在(0°，θ，90°)的LiNbO3衬底上形成Au电极，并且在其上形成SiO2膜。
图40是显示欧拉角θ和以下结构中的声速V之间关系的图表，在该结构中，在(90°，θ，0°)的LiNbO3衬底上形成Au电极，并且在其上形成SiO2膜。
图41是显示欧拉角θ和以下结构中的机电系数k2之间关系的图表，在该结构中，在(90°，θ，0°)的LiNbO3衬底上形成Au电极，并且在其上形成SiO2膜。
图42是显示欧拉角θ和以下结构中的传播损耗α之间关系的图表，在该结构中，在(90°，θ，0°)的LiNbO3衬底上形成Au电极，并且在其上形成SiO2膜。
图43是显示欧拉角θ和以下结构中的频率温度系数TCF之间关系的图表，在该结构中，在(90°，θ，0°)的LiNbO3衬底上形成Au电极，并且在其上形成SiO2膜。
图44是显示欧拉角θ和以下结构中的功率通量角PFA之间关系的图表，在该结构中，在(90°，θ，0°)的LiNbO3衬底上形成Au电极，并且在其上形成SiO2膜。
图45是显示欧拉角θ和以下结构中的声速V之间关系的图表，在该结构中，在(90°，θ，90°)的LiNbO3衬底上形成Au电极，并且在其上形成SiO2膜。
图46是显示欧拉角θ和以下结构中的机电系数k2之间关系的图表，在该结构中，在(90°，θ，90°)的LiNbO3衬底上形成Au电极，并且在其上形成SiO2膜。
图47是显示欧拉角θ和以下结构中的传播损耗α之间关系的图表，在该结构中，在(90°，θ，90°)的LiNbO3衬底上形成Au电极，并且在其上形成SiO2膜。
图48是显示欧拉角θ和以下结构中的频率温度系数TCF之间关系的图表，在该结构中，在(90°，θ，90°)的LiNbO3衬底上形成Au电极，并且在其上形成SiO2膜。
图49是显示欧拉角θ和以下结构中的功率通量角PFA之间关系的图表，在该结构中，在(90°，θ，90°)的LiNbO3衬底上形成Au电极，并且在其上形成SiO2膜。
图50是显示欧拉角ψ和以下结构中的声速V之间关系的图表，在该结构中，在(0°，0°，ψ)的LiNbO3衬底上形成Au电极，并且在其上形成SiO2膜。
图51是显示欧拉角ψ和以下结构中的机电系数k2之间关系的图表，在该结构中，在(0°，0°，ψ)的LiNbO3衬底上形成Au电极，并且在其上形成SiO2膜。
图52是显示欧拉角ψ和以下结构中的传播损耗α之间关系的图表，在该结构中，在(0°，0°，ψ)的LiNbO3衬底上形成Au电极，并且在其上形成SiO2膜。
图53是显示欧拉角ψ和以下结构中的频率温度系数TCF之间关系的图表，在该结构中，在(0°，0°，ψ)的LiNbO3衬底上形成Au电极，并且在其上形成SiO2膜。
图54是显示欧拉角ψ和以下结构中的功率通量角PFA之间关系的图表，在该结构中，在(0°，0°，ψ)的LiNbO3衬底上形成Au电极，并且在其上形成SiO2膜。
图55是显示欧拉角ψ和以下结构中的声速V之间关系的图表，在该结构中，在(0°，90°，ψ)的LiNbO3衬底上形成Au电极，并且在其上形成SiO2膜。
图56是显示欧拉角ψ和以下结构中的机电系数k2之间关系的图表，在该结构中，在(0°，90°，ψ)的LiNbO3衬底上形成Au电极，并且在其上形成SiO2膜。
图57是显示欧拉角ψ和以下结构中的传播损耗α之间关系的图表，在该结构中，在(0°，90°，ψ)的LiNbO3衬底上形成Au电极，并且在其上形成SiO2膜。
图58是显示欧拉角ψ和以下结构中的频率温度系数TCF之间关系的图表，在该结构中，在(0°，90°，ψ)的LiNbO3衬底上形成Au电极，并且在其上形成SiO2膜。
图59是显示欧拉角ψ和以下结构中的功率通量角PFA之间关系的图表，在该结构中，在(0°，90°，ψ)的LiNbO3衬底上形成Au电极，并且在其上形成SiO2膜。
图60是显示欧拉角ψ和以下结构中的声速V之间关系的图表，在该结构中，在(90°，0°，ψ)的LiNbO3衬底上形成Au电极，并且在其上形成SiO2膜。
图61是显示欧拉角ψ和以下结构中的机电系数k2之间关系的图表，在该结构中，在(90°，0°，ψ)的LiNbO3衬底上形成Au电极，并且在其上形成SiO2膜。
图62是显示欧拉角ψ和以下结构中的传播损耗α之间关系的图表，在该结构中，在(90°，0°，ψ)的LiNbO3衬底上形成Au电极，并且在其上形成SiO2膜。
图63是显示欧拉角ψ和以下结构中的频率温度系数TCF之间关系的图表，在该结构中，在(90°，0°，ψ)的LiNbO3衬底上形成Au电极，并且在其上形成SiO2膜。
图64是显示欧拉角ψ和以下结构中的功率通量角PFA之间关系的图表，在该结构中，在(90°，0°，ψ)的LiNbO3衬底上形成Au电极，并且在其上形成SiO2膜。
图65是显示欧拉角ψ和以下结构中的声速V之间关系的图表，在该结构中，在(90°，90°，ψ)的LiNbO3衬底上形成Au电极，并且在其上形成SiO2膜。
图66是显示欧拉角ψ和以下结构中的机电系数k2之间关系的图表，在该结构中，在(90°，90°，ψ)的LiNbO3衬底上形成Au电极，并且在其上形成SiO2膜。
图67是显示欧拉角ψ和以下结构中的传播损耗α之间关系的图表，在该结构中，在(90°，90°，ψ)的LiNbO3衬底上形成Au电极，并且在其上形成SiO2膜。
图68是显示欧拉角ψ和以下结构中的频率温度系数TCF之间关系的图表，在该结构中，在(90°，90°，ψ)的LiNbO3衬底上形成Au电极，并且在其上形成SiO2膜。
图69是显示欧拉角ψ和以下结构中的功率通量角PFA之间关系的图表，在该结构中，在(90°，90°，ψ)的LiNbO3衬底上形成Au电极，并且在其上形成SiO2膜。
图70是显示实施例3中形成的边界声波装置中电极厚度和斯通利波的声速之间关系的图表，其中电极是由Ag构成的。
图71是显示实施例3中形成的边界声波装置中电极厚度和斯通利波的传播损耗α之间关系的图表，其中电极是由Ag构成的。
图72是显示实施例3中形成的边界声波装置中电极厚度和斯通利波的机电系数k2之间关系的图表，其中电极是由Ag构成的。
图73是显示实施例3中形成的边界声波装置中电极厚度和斯通利波的频率温度系数TCF之间关系的图表，其中电极是由Ag构成的。
图74是显示实施例3中形成的边界声波装置中电极厚度和斯通利波的声速之间关系的图表，其中电极是由Al构成的。
图75是显示实施例3中形成的边界声波装置中电极厚度和斯通利波的传播损耗α之间关系的图表，其中电极是由Al构成的。
图76是显示实施例3中形成的边界声波装置中电极厚度和斯通利波的机电系数k2之间关系的图表，其中电极是由Al构成的。
图77是显示实施例3中形成的边界声波装置中电极厚度和斯通利波的频率温度系数TCF之间关系的图表，其中电极是由Al构成的。
图78是显示实施例3中形成的边界声波装置中电极厚度和斯通利波的声速之间关系的图表，其中电极是由Au构成的。
图79是显示实施例3中形成的边界声波装置中电极厚度和斯通利波的传播损耗α之间关系的图表，其中电极是由Au构成的。
图80是显示实施例3中形成的边界声波装置中电极厚度和斯通利波的机电系数k2之间关系的图表，其中电极是由Au构成的。
图81是显示实施例3中形成的边界声波装置中电极厚度和斯通利波的频率温度系数TCF之间关系的图表，其中电极是由Au构成的。
图82是显示实施例3中形成的边界声波装置中电极厚度和斯通利波的声速之间关系的图表，其中电极是由Cr构成的。
图83是显示实施例3中形成的边界声波装置中电极厚度和斯通利波的传播损耗α之间关系的图表，其中电极是由Cr构成的。
图84是显示实施例3中形成的边界声波装置中电极厚度和斯通利波的机电系数k2之间关系的图表，其中电极是由Cr构成的。
图85是显示实施例3中形成的边界声波装置中电极厚度和斯通利波的频率温度系数TCF之间关系的图表，其中电极是由Cr构成的。
图86是显示实施例3中形成的边界声波装置中电极厚度和斯通利波的声速之间关系的图表，其中电极是由Cu构成的。
图87是显示实施例3中形成的边界声波装置中电极厚度和斯通利波的传播损耗α之间关系的图表，其中电极是由Cu构成的。
图88是显示实施例3中形成的边界声波装置中电极厚度和斯通利波的机电系数k2之间关系的图表，其中电极是由Cu构成的。
图89是显示实施例3中形成的边界声波装置中电极厚度和斯通利波的频率温度系数TCF之间关系的图表，其中电极是由Cu构成的。
图90是显示实施例3中形成的边界声波装置中电极厚度和斯通利波的声速之间关系的图表，其中电极是由Fe构成的。
图91是显示实施例3中形成的边界声波装置中电极厚度和斯通利波的传播损耗α之间关系的图表，其中电极是由Fe构成的。
图92是显示实施例3中形成的边界声波装置中电极厚度和斯通利波的机电系数k2之间关系的图表，其中电极是由Fe构成的。
图93是显示实施例3中形成的边界声波装置中电极厚度和斯通利波的频率温度系数TCF之间关系的图表，其中电极是由Fe构成的。
图94是显示实施例3中形成的边界声波装置中电极厚度和斯通利波的声速之间关系的图表，其中电极是由Mo构成的。
图95是显示实施例3中形成的边界声波装置中电极厚度和斯通利波的传播损耗α之间关系的图表，其中电极是由Mo构成的。
图96是显示实施例3中形成的边界声波装置中电极厚度和斯通利波的机电系数k2之间关系的图表，其中电极是由Mo构成的。
图97是显示实施例3中形成的边界声波装置中电极厚度和斯通利波的频率温度系数TCF之间关系的图表，其中电极是由Mo构成的。
图98是显示实施例3中形成的边界声波装置中电极厚度和斯通利波的声速之间关系的图表，其中电极是由Ni构成的。
图99是显示实施例3中形成的边界声波装置中电极厚度和斯通利波的传播损耗α之间关系的图表，其中电极是由Ni构成的。
图100是显示实施例3中形成的边界声波装置中电极厚度和斯通利波的频率温度系数TCF之间关系的图表，其中电极是由Ni构成的。
图101是显示实施例3中形成的边界声波装置中电极厚度和斯通利波的声速之间关系的图表，其中电极是由Ta构成的。
图102是显示实施例3中形成的边界声波装置中电极厚度和斯通利波的传播损耗α之间关系的图表，其中电极是由Ta构成的。
图103是显示实施例3中形成的边界声波装置中电极厚度和斯通利波的机电系数k2之间关系的图表，其中电极是由Ta构成的。
图104是显示实施例3中形成的边界声波装置中电极厚度和斯通利波的频率温度系数TCF之间关系的图表，其中电极是由Ta构成的。
图105是显示实施例3中形成的边界声波装置中电极厚度和斯通利波的声速之间关系的图表，其中电极是由W构成的。
图106是显示实施例3中形成的边界声波装置中电极厚度和斯通利波的传播损耗α之间关系的图表，其中电极是由W构成的。
图107是显示实施例3中形成的边界声波装置中电极厚度和斯通利波的机电系数k2之间关系的图表，其中电极是由W构成的。
图108是显示实施例3中形成的边界声波装置中电极厚度和斯通利波的频率温度系数TCF之间关系的图表，其中电极是由W构成的。
图109是显示实施例3中形成的边界声波装置中电极厚度和斯通利波的声速之间关系的图表，其中电极是由Ti构成的。
图110是显示实施例3中形成的边界声波装置中电极厚度和斯通利波的传播损耗α之间关系的图表，其中电极是由Ti构成的。
图111是显示实施例3中形成的边界声波装置中电极厚度和斯通利波的机电系数k2之间关系的图表，其中电极是由Ti构成的。
图112是显示实施例3中形成的边界声波装置中电极厚度和斯通利波的频率温度系数TCF之间关系的图表，其中电极是由Ti构成的。
图113是显示实施例3中形成的边界声波装置中电极厚度和斯通利波的声速之间关系的图表，其中电极是由Pt构成的。
图114是显示实施例3中形成的边界声波装置中电极厚度和斯通利波的传播损耗α之间关系的图表，其中电极是由Pt构成的。
图115是显示实施例3中形成的边界声波装置中电极厚度和斯通利波的机电系数k2之间关系的图表，其中电极是由Pt构成的。
图116是显示实施例3中形成的边界声波装置中电极厚度和斯通利波的频率温度系数TCF之间关系的图表，其中电极是由Pt构成的。
图117是显示电极密度与其在斯通利波传播损耗α为0时的厚度之间关系的图表，所述关系是在通过不同地改变实施例3中的电极密度而形成边界声波装置时获得的。
图118是显示实施例4中形成的边界声波装置中声速与欧拉角φ之间关系的图表，其中在欧拉角(φ，30°，0°)的LiNbO3衬底上形成Au电极和SiO2膜。
图119是显示实施例4中形成的边界声波装置中频率温度系数TCF与欧拉角φ之间关系的图表，其中在欧拉角(φ，30°，0°)的LiNbO3衬底上形成Au电极和SiO2膜。
图120是显示实施例4中形成的边界声波装置中机电系数k2与欧拉角φ之间关系的图表，其中在欧拉角(φ，30°，0°)的LiNbO3衬底上形成Au电极和SiO2膜。
图121是显示实施例4中形成的边界声波装置中功率通量角PFA与欧拉角φ之间关系的图表，其中在欧拉角(φ，30°，0°)的LiNbO3衬底上形成Au电极和SiO2膜。
图122是显示实施例4中形成的边界声波装置中传播损耗α与欧拉角φ之间关系的图表，其中在欧拉角(φ，30°，0°)的LiNbO3衬底上形成Au电极和SiO2膜。
图123是显示实施例4中形成的边界声波装置中声速与欧拉角ψ之间关系的图表，其中在欧拉角(0°，30°，ψ)的LiNbO3衬底上形成Au电极和SiO2膜。
图124是显示实施例4中形成的边界声波装置中频率温度系数TCF与欧拉角ψ之间关系的图表，其中在欧拉角(0°，30°，ψ)的LiNbO3衬底上形成Au电极和SiO2膜。
图125是显示实施例4中形成的边界声波装置中机电系数k2与欧拉角ψ之间关系的图表，其中在欧拉角(0°，30°，ψ)的LiNbO3衬底上形成Au电极和SiO2膜。
图126是显示实施例4中形成的边界声波装置中功率通量角PFA与欧拉角ψ之间关系的图表，其中在欧拉角(0°，30°，ψ)的LiNbO3衬底上形成Au电极和SiO2膜。
图127是显示实施例4中形成的边界声波装置中传播损耗α与欧拉角ψ之间关系的图表，其中在欧拉角(0°，30°，ψ)的LiNbO3衬底上形成Au电极和SiO2膜。
参考数字
1……边界声波装置
2……压电物质
3……介电物质
4……作为电极的IDT
5，6…作为电极的反射器
实施本发明的最佳方式
以下，参考附图，将对本发明的具体实施例进行描述以便于理解本发明。
为了使边界声波在两个固体层之间传播，要求将边界声波的能量集中在固体层之间。
通常，当存在高声速区和低声速区时，波集中在低声速区并且在其中传播。因此，本发明的发明人发现，当通过使用高密度和低声速的金属材料，例如Au或Cu，作为在两个固体层之间提供的电极材料而增加电极厚度，从而降低在两个固体层之间传播的边界声波的声速时，可以满足将能量集中在两个固体层之间的条件，结果，完成了本发明。
迄今，已知作为在固体物质中传播的体波，存在三类波，即纵波、快横波和慢横波，它们分别称作P波、SH波和SV波。SH波或SV波是否成为慢横波是由基体材料的各向异性决定的。在上述三类体波中，声速最慢的体波是慢横波。当固体物质是各向同性物质如SiO2时，由于只有一类横波穿过其传播，该横波为慢横波。
另一方面，在穿过各向异性基体材料如压电衬底传播的边界声波中，大多数情况下，P波、SH波和SV波的三种位移分量在相互偶合的同时传播，并且通过主要分量，确定边界声波的类型。例如，上述斯通利波是主要由P波和SV波组成的边界声波，而SH型边界声波是主要由SH分量组成的边界声波。另外，根据条件，SH波分量和P波或SV波分量有时可以在不相互偶合的情况下传播。
在边界声波中，由于上述三种位移分量在相互偶合的同时传播，例如，在声速快于SH波声速的边界声波中，SH分量和SV分量泄漏，而在声速快于SV波声速的边界声波中，SV分量泄漏。这种漏波分量造成边界声波的传播损耗。
因此，当将斯通利波的声速降低到小于上述两固体层的两种慢横波的声速时，可以将斯通利波的能量集中在安置在两个固体层之间的电极周围，并且可以传播具有大机电系数k2的斯通利波，因此可以获得其中传播损耗为0的条件。由于密度大的电极材料具有低的声速，当降低斯通利波的声速时，优选使用密度大的电极材料。本发明是基于如上所述的理解进行的。
另外，当固体层中的至少一个是由压电物质形成，并且使用含有压电物质的介电物质作为另一层时，通过安置在固体层之间的电极，可以激发斯通利波。所述电极可以包括梳状电极或叉指式电极(叉指式变换器，IDT)，如Mikio SHIBAYAMA在The Institute of Electronics，Information andCommunication Engineers出版的″Surface Acoustic Technology″57至58页中所公开的。
图1是根据本发明一个实施方案的边界声波装置的示意性正面横截面视图，图2是该边界声波装置电极结构的平面图。在边界声波装置1中，将介电物质3层压在片状压电物质2上。在压电物质2和介电物质3之间的边界处，安置IDT 4和反射器5和6作为电极。将反射器5和6安置在IDT 4在表面声波的传播方向上的两侧，从而在该实施方案中，形成边界声波谐振器。
该实施方案的边界声波装置的特征在于，形成的IDT 4和反射器5和6具有大的厚度，因此将斯通利波的声速降低至小于传播通过介电物质3的慢横波的声速和传播通过压电物质2的慢横波的声速。
在该实施方案中，增加电极的厚度，以降低斯通利波的声速，使其小于传播通过压电物质2和介电物质3的每种慢横波的声速，从而使斯通利波的能量集中在压电物质2和介电物质3之间的边界上。因此，可以在低传播损耗下传播机电系数k2大的斯通利波。
除了增加电极的厚度以使斯通利波传播外，在本发明中，当通过控制如稍后所述的形成电极的条带的占空率，将斯通利波的声速降低至低于传播通过压电物质2和介电物质3的每种慢横波的声速时，可以将斯通利波集中在上述两种物质之间的边界上，然后可以传播。
顺便提及，条带的占空率是由L/P表示的值，其中L是条带的宽度，并且P是从相邻条带之间间隔的中心到与上述间隔相邻的下一间隔的中心的距离。
图1所示的结构是一个简单结构，其中将IDT 4和反射器5和6安置作为在压电物质2和介电物质3之间的电极。通过上述结构，可以用大量材料形成使用斯通利波的边界声波装置。例如，在非专利文件2中公开的结构中，该结构由SiO2/IDT电极/128°旋转的Y板X-传播LiNbO3组成，证实没有斯通利波。但是，尽管电极厚度小时可能不形成斯通利波，但是当电极厚度增加时是可以存在斯通利波的。以下，本发明将参考具体实施例进行详细描述。
[实施例1]
制备128°旋转的Y板X-传播LiNbO3衬底，即具有欧拉角(0°，38°，0°)，作为压电物质2。在此LiNbO3衬底上，通过蒸发方法形成NiCr膜作为粘合层。接着，采用蒸发方法在此粘合层上形成Au膜，随后使用升高(lift-off)法形成图案，从而形成IDT 4和反射器5和6。另外，采用RF磁控管溅射法，在200℃的膜形成温度形成SiO2膜，以覆盖IDT 4和反射器5和6。
将IDT 4电极指对的数量和每个反射器的电极指的数量分别设置为50.5和51。
另外，将IDT 4电极指的交叉宽度设置为30λ。另一方面，将反射器5和6的孔隙长度A(见图2)设置为30.5λ。在该实施例中，λ是IDT 4和反射器5和6的电极指的布置周期。另外，将IDT 4和反射器5和6的占空率分别设置为0.5。
如上所述，尽管如以下表2所示不同地形成NiCr膜、Au膜和SiO2膜，但是所形成的都是一个口的边界声波装置1。
[表2]
  图号   Au(λ)   SiO2(λ)   NiCr(λ)
  A1   0.075   4.5   0.005
  A2   0.060   3.6   0.004
  A3   0.056   3.3   0.004
  A4   0.050   3.0   0.003
  A5   0.043   2.6   0.003
  A6   0.038   2.3   0.003
  A7   0.030   1.8   0.002
测量表2中所示的如上所述形成的边界声波装置A1至A7每个的阻抗-频率特性。结果示于图3至9中。图3至9中垂直轴的阻抗是以下式1表示的值：
[式1]
20×log10|Z|[dB]
另外，在图3至9中，水平轴表示用斯通利波响应的谐振频率标准化的频率。
如从图3至9清楚的是，在上述表2所示的A1至A7的边界声波装置中，反谐振点处的阻抗Za和谐振点处的阻抗之间的比率Za/Zr在50至60dB范围内，并且应当理解可以获得优越的谐振特性。
另一方面，当采用类似于上述边界声波装置的方式，但是只使用Al作为电极材料形成边界声波装置时，只证实高次副振荡模(high orderspurious mode)的响应，不能证实斯通利波的响应。这个结果与上述非专利文件2的实验结果一致。在该实施例中，为了证实斯通利波的响应，将阻尼材料粘着于芯片表面，并且测量衰减的存在用于证实。
从实验结果清楚的是，当使用主要由比Al重的Au组成的电极，并且将电极厚度设置为0.03λ或更大时，可以证实SiO2/LiNbO3衬底中斯通利波的响应，这是过去无法实现的，并且应当理解可以获得更优的谐振特性。
另外，还是在使用旋转的Y板X-传播LiTaO3衬底或石英衬底作为压电物质2的情形中，当将Au膜的厚度设置为0.03λ或更大时，证实了可以传播斯通利波。此外，也还是在另一压电衬底的情形中，当将Au膜的厚度设置为0.03λ或更大时，如上述情形那样证实了可以传播斯通利波。
在图3至9中，斯通利波响应的谐振频率为1.0，该值是标准化的值。在低于斯通利波频率的低频率侧的响应是由SH边界声波造成的假响应，而在高于斯通利波频率的高频率侧的响应是来自高次副振荡模的响应。
可以用例如日本专利申请No.2003-114592中所述的方法抑制高次副振荡模的响应。
[实施例2]
在实施例1中，由低于斯通利波响应频率的低频率侧的SH型边界声波产生假响应。在实施例2中，试图抑制这种假响应。
即，为了抑制来自SH边界声波的假响应，获得LiNbO3衬底的欧拉角与斯通利波和SH型边界声波的声速V、机电系数k2、传播损耗α、频率温度系数TCF以及功率通量角(PFA)之间的关系。该计算是基于″A methodfor estimating optimal cuts and propagation directions for excitation andpropagation directions for excitation of piezoelectric surface waves″(J.J.Campbell and W.R.Jones，IEEE Trans.Sonics and Ultrason.，Vol.SU-15(1968)209至217页)中公开的方法进行的。在自由边界的情形中，声速和传播损耗是基于这样的假设进行的：其中位移、电势、电通量密度的法线分量以及在SiO2和Au之间和Au和LiNbO3之间各自边界处的向上和向下方向上的应力都是连续的，SiO2的厚度和LiNbO3的厚度是无限的，并且Au的相对介电常数为1。另外，在短路边界的情形中，在SiO2和Au之间和Au和LiNbO3之间的各自边界处的电势都视为0。另外，通过以下等式[1]获得机电系数k2。在该等式中，Vf表示自由边界的声速。
k2＝2×|Vf-V|/Vf                           …[1]
频率温度系数TCF是使用以下等式[2]从20℃、25℃和30℃的相速V获得的。
TCF＝V-1(25℃)×[(V(30℃)-V(20℃)/10℃)]-dS…[2]
上述等式中，dS表示LiNbO3衬底在边界声波传播方向上的线性热膨胀系数。
另外，在任选欧拉角(φ，θ，ψ)处的功率通量角PFA是使用以下等式[3]从ψ-0.5°、ψ和ψ+0.5°角度的相速V获得的。
PFA＝tan-1[V-1(ψ)×(V(ψ+0.5°)-V(ψ-0.5°)]……[3]
该实施例中使用的结构是其中在LiNbO3衬底上形成Au电极并且在其上形成SiO2膜的结构。将Au电极的厚度设置在0.07λ，欧拉角为(0°，0°，ψ)、(0°，90°，ψ)、(90°，0°，ψ)、(90°，90°，ψ)、(0°，θ，0°)、(0°，θ，90°)、(90°，θ，0°)、(90°，θ，90°)、(φ，0°，0°)、(φ，0°，90°)、(φ，90°，0°)和(φ，90°，90°)，并且φ、θ、ψ每个均在0°至180°之内。
结果示于图10至69中。
在图10至69中，用小写字母m作为下标的值表示在短路边界处的计算值，在所述的短路边界处将金属膜安置SiO2膜和LiNbO3衬底之间，而用小写字母f作为下标的值表示基于金属膜的相对介电常数为1的假设，在自由边界处的计算值。用U2作为前缀的值是SH边界声波的计算值，而用U3的值是斯通利波的计算值。
当使用斯通利波时，SH边界声波造成假响应，并且在通带中产生脉动，或者带外衰减量下降。当SH边界声波的机电系数k2为2％或更小时，由SH边界声波的假波引起的性能下降被减小，并且可以将使用斯通利波的边界声波装置用于相对宽的应用领域中。另外，当SH边界声波的机电系数k2为1％或更低时，可以提供可用于更广泛应用的使用斯通利波的边界声波装置。更优选地，当SH边界声波的机电系数k2为0.1％或更低时，由于可以几乎观察不到SH边界声波假波的响应，根据本发明的使用斯通利波的边界声波装置可用于需要具有大衰减量的滤波器，以及用于其中不允许有甚至一点轻微谐振假响应的高精度谐振器。
在图10至69中，SH边界声波的机电系数k2为2％或更低的欧拉角在(0°，0°，0°)至(0°，0°，180°)，(0°，90°，49°)至(0°，90°，131°)，(90°，0°，0°)至(90°，0°，180°)，(90°，90°，48°)至(0°，90°，131°)，(0°，-32°，0°)至(0°，47°，0°)，(0°，0°，90°)至(0°，180°，90°)，(90°，-39°，0°)至(90°，39°，0°)，(90°，0°，90°)至(90°，180°，90°)，(0°，0°，0°)至(180°，0°，0°)，(0°，0°，90°)至(180°，0°，90°)和(0°，90°，90°)至(180°，90°，90°)范围内。SH边界声波的机电系数k2为1％或更低的欧拉角在(0°，0°，12.5°)至(0°，0°，47.5°)，(0°，0°，62.5°)至(0°，0°，107.5°)，(0°，0°，132.5°)至(0°，0°，167.5°)，(0°，90°，56°)至(0°，90°，125°)，(90°，0°，-18°)至(90°，0°，18°)，(90°，0°，42°)至(90°，0°，78°)，(90°，0°，102°)至(90°，0°，138°)，(90°，0°，162°)至(90°，0°，180°)，(90°，90°，57°)至(90°，90°，127°)，(0°，13°，0°)至(0°，42°，0°)，(0°，0°，90°)至(0°，180°，90°)，(90°，-32°，0°)至(90°，32°，0°)，(90°，70°，90°)至(90°，110°，90°)，(12°，0°，0°)至(48°，0°，0°)，(72°，0°，0°)至(107°，0°，0°)，(132°，0°，0°)至(167°，0°，0°)，(-18°，0°，90°)至(18°，0°，90°)，(42°，0°，90°)至(78°，0°，90°)，(102°，0°，90°)至(138°，0°，90°)和(0°，90°，90°)至(180°，90°，90°)范围内。SH边界声波的机电系数k2为0.1％或更低的欧拉角在(0°，0°，26°)至(0°，0°，36°)，(0°，0°，86°)至(0°，0°，96°)，(0°，0°，146°)至(0°，0°，156°)，(0°，90°，80°)至(0°，90°，111°)，(90°，90°，110°)至(90°，00°，119°)，(0°，26°，0°)至(0°，34°，0°)，(0°，0°，90°)至(0°，180°，90°)，(90°，-14°，0°)至(90°，14°，0°)，(26°，0°，0°)至(34°，0°，0°)，(86°，0°，0°)至(94°，0°，0°)，(146°，0°，0°)至(154°，0°，0°)，(-6°，0°，90°)至(6°，0°，90°)，(54°，0°，90°)至(66°，0°，90°)，(114°，0°，90°)至(126°，0°，90°)，(-7°，90°，90°)至(7°，90°，90°)，(53°，90°，90°)至(67°，90°，90°)和(113°，90°，90°)至(127°，90°，90°)范围内。
当使用处于上述欧拉角范围内的LiNbO3衬底时，可以提供使用斯通利波的边界声波装置，该边界声波装置具有小的假响应，或者不产生假响应。
在图10至69所示计算结果的所有条件中，斯通利波的传播损耗U3-αm和U3-αf为0，因此可以获得优良的传播性能。
另外，斯通利波的声速U3-Vm集中在约3,000至3,400m/sec，因此应理解，由交角引起的变化小。
因此，即使当交角变化时，应理解通过稍后描述的式(4)可以获得传播损耗为0时的电极厚度H。
另外，斯通利波的频率温度系数U3-TCFm集中在-30至-40ppm/℃，因此应当理解，由交角引起的变化不明显。因此，即使当交角改变时，也可以由式(4)确定使频率温度系数TCF降低的电极厚度H。
[实施例3]
使用实施例2中所述的计算方法，制备120°旋转的Y板X-传播LiNbO3衬底，即具有欧拉角(0°，30°，0°)的衬底，作为压电物质2，并且考虑到薄膜形成的容易度和抵消LiNbO3的TCF的作用，选择SiO2膜作为介电物质3。通过使用具有各种密度的电极材料形成电极，形成边界声波装置。随后，获得如此形成的每个边界声波装置的电极厚度与斯通利波的声速、传播损耗α(dB/λ)、机电系数k2(％)和频率温度系数TCF的关系。结果示于图70至116中。顺便提及，功率通量角PFA在所有条件下均为0。
在120°旋转的Y板X-传播LiNbO3衬底中，纵波、慢横波和慢横波的声速分别为6,547、4,752和4,031m/sec。另外，SiO2的纵波和慢横波的声速分别为5,960和3,757m/sec。根据图70至116，在斯通利波的声速小于3,757m/sec的电极厚度处(3,757m/sec是上述的最低声速)，应当理解斯通利波的传播损耗α为0。即，仅通过使用具有大密度的电极材料，不能将斯通利波的传播损耗α降低至0，并且应当理解，当增加电极厚度，使得斯通利波的速度降低至小于3,757m/sec时，可以将传播损耗α降低至0。
因此，在本发明中，优选设置电极厚度，以将斯通利波的声速降低至低于那些上述的最低声速，从而可以将斯通利波的传播损耗α降低到0。
此外，在本发明中，通过使用由具有大密度的材料制成的电极，降低了电极中横波的声速，结果将斯通利波的能量集中在电极上。因此，施加于电极的电能和斯通利波的电能被充分彼此偶合，结果，可以获得大的机电系数k2。另外，由于能量集中在电极，被形成电极的电极指所反射的斯通利波的反射系数也增大。当增加由电极指产生的斯通利波的反射系数时，可以减少形成栅状反射器的电极指的数量。结果，可以减小边界声波装置的大小。此外，还可以增加反射器的反射带。
当形成IDT 4的电极指的反射不存在时，IDT 4传导性的频率特性由对称正弦(sinc)函数表示。另一方面，当电极指的反射存在时，传导性的频率特性变得不对称，并且带的低频侧或其高频侧的传导性变大。随着电极指反射的增加，上述频率特性的不对称性提高。
通过使用具有如上所述内反射的IDT，例如，当将输入侧IDT和输出IDT安置在边界声波的传播方向上时，并且当将反射器安置在其中提供上述IDT的区域的两侧以形成纵向偶合滤波器时，形成滤波器通带，该滤波器通带反映传导特性的不对称性。在这种情况下，当电极指的反射系数提高时，可以设计陡带区。如上所述，当可以提高形成IDT的指电极的反射系数时，可以容易地获得更陡的滤波器特性。
图117是显示电极材料的密度ρ与斯通利波传播损耗为0处的电极厚度H之间关系的图表。另外，在以下表3中，示出了用作电极材料的各种金属的密度。
[表3]
  材料   密度(kg/m3)
  Al   2699
  Ti   4540
  Fe   7830
  Ni   8845
  Cu   8930
  Mo   10219
  Ag   10500
  Ta   16600
  Au   19300
  W   19300
  Pt   21400
如从图117清楚的，当确定厚度和电极材料以满足下式(4)时，可以将斯通利波的传播损耗减小到0。
H[λ]＞1/{1/(3×197×ρ-2.22+0.017)-0.4}……式(4)
另外，当制造这种类型的边界声波装置时，采用光刻技术，包括升高或干法刻蚀，在诸如LiNbO3衬底的压电衬底上形成诸如IDT的电极，并且采用薄膜形成方法，包括溅射、蒸发或CVD，在电极上形成由SiO2等形成的介电膜。因此，由于IDT的厚度而在介电膜的上表面上产生不规则性。另外，在某些情形中，介电膜可以倾斜生长，或者膜质量可以变得不均匀。当出现不规则性、倾斜方向上的膜生长或膜质量不均匀时，边界声波装置的性能下降。
为了避免上述的性能下降，优选电极的厚度小。根据本发明的发明人进行的研究，当电极厚度H为0.1λ或更大时，难以形成具有优良质量的介电薄膜。特别是当电极厚度变为0.25λ或更大时，电极的纵横比变为1或更大，并且也难以通过使用便宜的干法蚀刻步骤或者升高步骤形成电极。此外，用于介电薄膜形成的方法和仪器受到限制，结果，难以通过通用的RF磁控管溅射形成介电薄膜。因此，优选电极厚度为0.25λ或更小，更优选为0.1λ或更小。
从图117清楚的是，当使用密度ρ为4,711kg/m3或更大的电极材料时，可以将斯通利波传播损耗变为0的电极厚度H降低至0.25λ或更小，并且使用密度ρ为7,316kg/m3或更大的电极材料时，可以将斯通利波传播损耗变为0的电极厚度H降低至0.10λ或更小。因此，在本发明中，优选电极材料的密度ρ为4,711kg/m3或更大，更优选为7,316kg/m3或更大。
另外，如从图72、76、80、84、88、92、96、103、107、111和115清楚的是，同样在满足上述式(4)所示的条件的电极厚度H处，机电系数k2足够大，例如为3％至9.4％。因此，同样在上述式(4)成立的电极厚度H处，可以提供具有足够带宽的边界声波装置。
另外，如从图73、77、81、85、89、93、97、100、104、108、112和116清楚的是，应理解，在上述式(4)成立的电极厚度H处，Ag、Au、Cu、Fe、Ta、W、Ti和Pt的TCF的绝对值变为40ppm或更小。因此，优选使用选自Ag、Au、Cu、Fe、Ta、W、Ti和Pt的至少一种作为电极材料，因为可以改善频率温度系数特性。
[实施例4]
接着，在具有欧拉角(φ，30°，0°)和欧拉角(0°，30°，ψ)的各个LiNbO3衬底上形成厚度为0.06λ的Au电极，并且在各个电极上形成SiO2膜。测量欧拉角θ和ψ与SH型边界声波和斯通利波的声速V、机电系数k2、传播损耗α、频率温度系数TCF和功率通量角(PFA)之间的关系。结果示于图118至122和图119至127中。在图118至122中，U2显示SH边界声波的结果，而U3显示斯通利波的结果。在欧拉角(0°至90°，30°，0°)和(0°，30°，0°至90°)的整个范围内，传播损耗α为0dB/λ。
如从图118至122清楚的，在φ为0°至15°的范围内，SH边界声波的机电系数k2小，例如0.3％或更低，并且在φ为0°时SH边界声波的机电系数k2变得接近0％；因此应理解，由SH边界声波造成的假响应变得非常小。另外，在φ为0°至90°的范围内，TCF优良，例如在-37至-33ppm/℃的范围内，并且斯通利波的机电系数k2足够大，例如为3.5％至5％；因此应理解，可以提供边界声波滤波器，其优选用作窄带至中带的RF滤波器。另外，在φ为0°至90°的范围内，斯通利波的功率通量角PFA小，例如为±1.5°或更小。
如从图123至127清楚的是，在ψ为0°至14°范围内，SH边界声波的机电系数k2小，例如为0.3％或更低，并且ψ为0°时SH边界声波的机电系数k2变为接近0％；因此应理解，由SH边界声波造成的假响应变得非常小。另外，在ψ为0°至90°的范围内，TCF优良，例如在-36至-33ppm/℃范围内。另外，在ψ为0°至45°的范围内，斯通利波的机电系数k2足够大，例如为3.5％至5％，因此应理解，可以提供边界声波滤波器，其优选用作窄带至中带的RF滤波器。另外，在ψ为0°至90°的范围内，斯通利波的功率通量角小，例如为±1.7°或更小。
本发明中，介电物质和压电物质的厚度不必如同用于计算的模型的厚度是无限的，并且当边界声波的能量被限制在提供于边界处的电极附近时可以是足够的，即，例如1λ或更大的厚度可以是足够的。
另外，根据本发明，上述压电物质可以是形成在介电物质上的压电膜。
此外，在根据本发明的边界声波装置中，为了提高强度或者防止腐蚀性气体的进入，可以在边界声波装置外面，在介电物质-电极-压电物质层压结构的层压方向上形成保护层。在这种情形中，在某些情况下可以用包装材料密封本发明的边界声波装置。
另外，上述保护层可以由绝缘材料如氧化钛、氮化铝或氧化铝；金属膜如Au、Al或W；或者树脂如氨基甲酸酯、环氧或硅氧烷树脂形成。
除了Au、Ag、Cu和Al外，电极还可以由导电膜形成，所述的导电膜由金属如Fe、Ni、W、Ta、Pt、Mo、Cr、Ti、ZnO或ITO制成。另外，为了提高附着力和电功率阻抗，可以在由Au、Ag、Cu、Al或其合金形成的电极层上层压由另一金属材料形成的第二电极层，所述的另一金属材料如Ti、Cr或NiCr合金。在这种情形中，可以在第一电极层和压电物质之间、在第一电极层和介电物质之间、或者在上述两个位置处提供第二电极层。
此外，本发明中，电极可以包括：形成波导或汇流条的片状电极膜，激发边界声波的IDT或梳状电极，或者反射边界声波的反射器。
另外，在本发明的说明书中，作为表示衬底和边界声波传播方向的切割面的欧拉角(φ，θ，ψ)，使用右手欧拉角体系，该右手欧拉角体系公开于″Acoustic Wave Device Technology Handbook″(Acoustic Wave DeviceTechnology 150th Committee of the Japan Society for the Promotion ofScience编辑，2001年11月30日发行的第一次印刷/第一版，549页)。即，关于LN的晶轴X、Y和Z，Xa轴是通过X轴绕Z轴在逆时针方向上的φ旋转获得的。接着，Z′轴是通过Z轴绕Xa轴在逆时针方向上的θ旋转而获得的。将包括Xa轴并且以Z′轴作为法线的平面设置为衬底的切割表面。另外，将通过Xa轴绕Z′轴在逆时针方向上的ψ旋转获得的X′轴的方向设置为边界声波的传播方向。
另外，至于表示为欧拉角初始值的LiNbO3的晶轴X、Y和Z，将Z轴设置为平行于c-轴，X轴设置为平行于三个不同方向上的三个等价a-轴中的任一个，并且Y轴设置为平行于包含X轴和Z轴的平面的法线。
另外，可以使用根据结晶学等价于本发明LiNbO3的欧拉角(φ，θ，ψ)的欧拉角。例如，根据″Journal of the Acoustical Society of Japan，Vol.36，No.3，1980，第140至145页″，由于LiNbO3是属于三角3m点组的晶体，满足以下等式(A)。
F(φ，θ，ψ)＝F(60°-φ，-θ，ψ)
＝F(60°+φ，-θ，180°-ψ)
＝F(φ，180°+θ，180°-ψ)
＝F(φ，θ，180°+ψ)               等式(A)
在上述等式中，F是任选的边界声波性能，如机电系数k2、传播损耗、TCF、PFA或天然单向性。例如，至于PFA和天然单向性，当颠倒传播方向时，尽管改变了表示方向的正或负符号，但是该性能的绝对值没有变化，因此可以认为它们在实际上是相互等价的。另外，尽管上述文件涉及表面声波，但是即使在讨论边界声波时，也可以用与上述文件正公开的方式相同的方式处理晶体的对称性。例如，欧拉角(30°，θ，ψ)的边界声波的传播性能等价于欧拉角(90°，180°-θ，180°-ψ)的那些。另外，例如，欧拉角(30°，90°，45°)的边界声波的传播性能等价于在下面表4所示欧拉角的那些。
另外，本发明中用于计算的电极的材料常数是多晶物质的值；但是，即使在诸如外延膜的晶体物质中，由于与膜本身的作用相比，衬底的晶体取向依赖性主导性地影响边界声波性能，同样在式(A)表示的等价欧拉角的情形中，可以获得不产生任何实际问题的等价边界声波传播性能。
[表4]
  φ(°)   θ(°)   ψ(°)
  30   90   225
  30   270   135
  30   270   315
  90   90   135
  90   90   315
  90   270   45
  90   270   225
  150   90   45
  150   90   225
  150   270   135
  150   270   315
  210   90   135
  210   90   315
  210   270   45
  210   270   225
  270   90   45
  270   90   225
  270   270   135
  270   270   315
  330   90   135
  330   90   315
  330   270   45
  330   270   225

Claims (9)

1.一种使用斯通利波的边界声波装置，其包含：压电物质，层压在压电物质一个表面上的介电物质，和安置在压电物质和介电物质之间边界处的电极，
其中确定电极的厚度，使得斯通利波的声速低于传播通过介电物质的慢横波的声速和传播通过压电物质的慢横波的声速。
2.一种使用斯通利波的边界声波装置，其包含：压电物质，层压在压电物质一个表面上的介电物质，和安置在压电物质和介电物质之间边界处的电极，
其中确定形成电极的条带的占空率，使得斯通利波的声速低于传播通过介电物质的慢横波的声速和传播通过压电物质的慢横波的声速。
3.一种使用斯通利波的边界声波装置，其包含：主要由LiNbO3组成的压电物质，层压在压电物质一个表面上的介电物质，和安置在压电物质和介电物质之间边界处的电极，
其中主要由LiNbO3组成的压电物质的欧拉角(φ，θ，ψ)在以下表1所示的各个范围内，并且使用声速为3,757m/sec或更低的斯通利波
[表1]   φ(°)   θ(°)   ψ(°)   30   90   225   30   270   135   30   270   315   90   90   135   90   90   315   90   270   45   90   270   225   150   90   45   150   90   225   150   270   135   150   270   315   210   90   135   210   90   315   210   270   45   210   270   225   270   90   45   270   90   225   270   270   135   270   270   315   330   90   135   330   90   315   330   270   45   330   270   225
                                        。
4.根据权利要求2或3的边界声波装置，其中确定电极的厚度，使得斯通利波的声速低于传播通过介电物质的慢横波的声速和传播通过压电物质的慢横波的声速。
5.根据权利要求3的边界声波装置，其中确定形成电极的条带的占空率，使得斯通利波的声速低于传播通过介电物质的慢横波的声速和传播通过压电物质的慢横波的声速。
6.一种使用斯通利波的边界声波装置，其包含：主要由LiNbO3组成的压电物质，层压在压电物质一个表面上的介电物质，和安置在压电物质和介电物质之间边界处的电极，
其中当电极的密度、电极的厚度和斯通利波的波长分别用ρ(kg/m3)、H(λ)和λ表示时，H＞1/[1/(3×107×ρ-2.22+0.017)-0.4]成立。
7.根据权利要求6的边界声波装置，其中设置电极密度ρ，使得ρ≥4,711kg/m3成立。
8.一种使用斯通利波的边界声波装置，其包含：主要由LiNbO3组成的压电物质，层压在压电物质一个表面上的介电物质，和安置在压电物质和介电物质之间边界处的电极，
其中当电极的密度、电极的厚度和斯通利波的波长分别用ρ(kg/m3)、H(λ)和λ表示时，H＞0.03λ并且ρ＞2,699kg/m3成立。
9.根据权利要求1至8之一的边界声波装置，其中电极是各自主要由电极层组成的，所述的电极层包含选自Ag、Au、Cu、Fe、Mo、Ni、Ta、W、Ti和Pt中的至少一种。
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