DE10202856B4

DE10202856B4 - Oberflächenakustikwellenvorrichtung

Info

Publication number: DE10202856B4
Application number: DE10202856A
Authority: DE
Inventors: Michio Kawasaki Miura; Takashi Kawasaki Matsuda; Osamu Kawasaki Ikata
Original assignee: Fujitsu Ltd; Fujitsu Media Devices Ltd
Current assignee: Taiyo Yuden Co Ltd
Priority date: 2001-06-29
Filing date: 2002-01-24
Publication date: 2005-06-02
Anticipated expiration: 2022-01-25
Also published as: KR20030003654A; KR100676152B1; JP2003017980A; US6437479B1; DE10202856A1; JP3476445B2

Abstract

Oberflächenakustikwellenvorrichtung mit einem piezoelektrischen Substrat (1), auf dessen einer Oberfläche ein interdigitaler Transducer (2) zum Erregen einer akustischen Oberflächenwelle gebildet ist, einem Hohlraum (4), der auf der gegenüberliegenden Seite des piezoelektrischen Substartes in einer Zone gebildet ist, die der Zone gegenüberliegt, wo der interdigitale Transducer gebildet ist, und einem Material mit geringer thermischer Ausdehnung, das in dem Hohlraum angeordnet ist.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Oberflächenakustikwellenvorrichtung und, im besonderen, eine Oberflächenakustikwellenvorrichtung mit einem piezoelektrischen Substrat, worauf eine Elektrode zum Erregen einer akustischen Oberflächenwelle vorhanden ist.
2. Beschreibung der verwandten Technik
Filter und Resonatoren, bei denen eine akustische Oberflächenwelle [surface acoustic wave (SAW)] genutzt wird, haben solche Charakteristiken, daß sie eine kleine Größe haben und preiswert sind. Deshalb findet heutzutage eine Oberflächenakustikwellenvorrichtung breite Verwendung in einem Bandpaßfilter und einem Duplexer einer Kommunikationsvorrichtung wie etwa einem tragbaren Telefon.
In den letzten Jahren wird von einem Filter, bei dem eine Oberflächenakustikwellenvorrichtung verwendet wird, ein hohes Leistungsvermögen einhergehend mit dem Leistungsfortschritt des tragbaren Telefons und dergleichen verlangt. Es existiert jedoch das Problem, daß sich das Durchlaßband auf Grund von Temperaturveränderung verschiebt, und daher wird eine Verbesserung der Temperaturstabilität verlangt.
Lithiumtantalat (im folgenden als LT abgekürzt), das als Material für ein Substrat der Oberflächenakustikwellenvorrichtung gegenwärtig häufig verwendet wird, ist ein Material, das zum Realisieren von Breitbandfiltercharakteristiken vorteilhaft ist, und ein piezoelektrisches Material mit einem großen elektromechanischen Kopplungsfaktor. Es hat jedoch den Nachteil einer schlechten Temperaturstabilität im Vergleich zu einem Quarzsubstrat. Bei piezoelektrischen Materialien ist die allgemeine Tendenz zu verzeichnen, daß Materialien mit einem großen elektromechanischen Kopplungsfaktor in der Temperaturstabilität unterlegen sind, während Materialien, die sich in der Temperaturstabilität auszeichnen, wie etwa Quarz, den Nachteil eines kleinen elektromechanischen Kopplungsfaktors haben.
Verschiedene Vorschläge sind gemacht worden, um ein Material mit einem großen elektromechanischen Kopplungsfaktor und ausgezeichneter Temperaturstabilität zu realisieren.

Zum Beispiel ist solch ein Substrat vorgeschlagen worden, das aus einem Lithiumniobat- (im folgenden als LN abgekürzt) oder LT-Substrat gebildet ist und auf seiner gesamten Oberfläche einen Quarzfilm hat, der einen entgegengesetzten Temperaturkoeffizienten besitzt (IEEE Trans. on Sonics and Ultrasonics, Bd. SU-31, S. 51 bis 57 (1984)).

Ferner ist vorgeschlagen worden, eine Polarisationsinversionsschicht mit einer Dicke, die gleich oder kleiner als eine SAW-Wellenlänge ist, auf einer Oberfläche eines LT-Substrates zu bilden und die Temperaturstabilität durch Ausnutzen ihres Shunt-Effektes des elektrischen Feldes zu verbessern (japanisches Patent Nr. 2.516.817).

Des weiteren ist solch eine Oberflächenakustikwellenvorrichtung vorgeschlagen worden, deren Temperaturstabilität zu verbessern ist, indem ein dünnes piezoelektrisches Substrat und ein dickes Substrat aus einem Material mit geringer Ausdehnung durch direktes Koppeln verbunden werden, um eine Expansion und Kontraktion des piezoelektrischen Substrates auf Grund von Temperaturveränderung zu unterdrücken ( US 5 998 907 ; Proc. of IEEE Ultrasonics Symposium, S. 335 bis 338 (1998), etc.), und ferner ist eine Vorrichtung vorgeschlagen worden, bei der die ähnliche Struktur unter* Verwendung eines Haftmittels realisiert wird (The 20th Ultrasonics Symposium, November 1999).

Verwendung eines Haftmittels realisiert wird (The 20th Ultrasonics Symposium, November 1999).

Von den Vorschlägen, die zum Realisieren einer Oberflächenakustikwellenvorrichtung mit einem großen elektromechanischen Kopplungsfaktor und einer ausgezeichneten Temperaturstabilität gemacht worden sind, ist es bei dem LN- oder LT-Substrat, auf dessen gesamter Oberfläche ein Quarzfilm gebildet ist, schwierig, die Filmqualität des Quarzfilms so zu steuern, daß ein konstanter Zustand erhalten wird. Da des weiteren ein Quarzfilm auch auf interdigitalen Transducern (im folgenden als IDT abgekürzt) zum Verbessern der Temperaturcharakteristiken gebildet wird, wird der Ausbreitungsverlust der akustischen Oberflächenwelle groß, und die Vorrichtung ist noch nicht in der Praxis eingesetzt worden.

Bei dem Verfahren zum Bilden einer Polarisationsinversionsschicht auf einer Oberfläche eines LT-Substrates ist ein Tempern bei einer hohen Temperatur erforderlich, die unmittelbar unter dem Curie-Punkt liegt (≤ 600 °C), und daher ist die Steuerbarkeit der Tiefe der Polarisationsinversionsschicht schwierig.

Bei dem Verfahren, wo ein Substrat aus einem Material mit geringer Ausdehnung mit einem piezoelektrischen Substrat gekoppelt wird, müssen die Kopplungsoberflächen unbedingt Spiegeloberflächen sein, um eine Expansion und Kontraktion auf Grund von Temperaturveränderung zu unterdrücken, um höhere Effekte zu erhalten. Als Resultat bringt dies jedoch das Problem mit sich, daß eine Reflexion der Körperwelle an der Kopplungsgrenzfläche auftritt, um die akustische Oberflächenwelle zu beeinträchtigen, wodurch die Filtercharakteristiken verschlechtert werden, und daher ist es in der Praxis noch nicht eingesetzt worden.

Um das Problem zu lösen, wird in der japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung Nr. 2001-53579 eine Vorrich tung vorgeschlagen, die durch Aufrauhen der hinteren Fläche eines LT-Substrates erzeugt wird und dann mit einem Material mit geringer Ausdehnung unter Verwendung eines Haftmittels gekoppelt wird. Der Effekt zum Verbessern der Temperaturstabilität der Vorrichtung wird jedoch einhergehend mit der Verringerung des Haftvermögens an der Grenzfläche gemindert.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde die Temperaturstabilität des eingangs genannten Vorrichtung zu verbessern, ohne den elektromechanischen Kopplungsfaktor zu verschlechtern.

Diese Aufgabe wird mit dem Gegenstand des Anspruchs 1 oder 4 gelöst. Die Unteransprüche geben Ausführungseiten der Erfindung an.

Der Ausdruck "geringe Ausdehnung" bezeichnet infolgenden den thermischen Ausdehnungskoeffizienten, der niedriger als jener des Substrates ist.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Aufbau eines ersten Beispiels für eine Oberflächenakustikwellenvorrichtung gemäß der Erfindung zeigt.

2 ist ein Diagramm, das Simulationsresultate der Temperaturcharakteristiken der Vorrichtung des ersten Beispiels und der herkömmlichen Vorrichtung zeigt.

3 ist eine Querschnittsansicht, die eine Struktur des ersten Beispiels für eine Oberflächenakustikwellenvorrichtung gemäß der Erfindung zeigt.

4 ist eine Querschnittsansicht, die eine Struktur eines zweiten Beispiels für eine Oberflächenakustikwellenvorrichtung gemäß der Erfindung zeigt.

5 ist eine Querschnittsansicht, die eine Struktur des zweiten Beispiels für eine Oberflächenakustikwellenvorrichtung gemäß der Erfindung zeigt.

6 ist ein Diagramm, das Simulationsresultate der Temperaturcharakteristiken der Vorrichtung des zweiten Beispiels und der herkömmlichen Vorrichtung zeigt.

7 ist eine Querschnittsansicht, die eine Struktur eines dritten Beispiels für eine Oberflächenakustikwellenvorrichtung gemäß der Erfindung zeigt.

8 ist eine Querschnittsansicht, die eine Struktur des dritten Beispiels für eine Oberflächenakustikwellenvorrichtung gemäß der Erfindung zeigt.

9 ist ein Diagramm, das Simulationsresultate der Temperaturcharakteristiken der Vorrichtung des dritten Beispiels und der herkömmlichen Vorrichtung zeigt.

10 ist ein Diagramm, das Simulationsresultate der Temperaturcharakteristiken der Vorrichtung des dritten Beispiels und der herkömmlichen Vorrichtung zeigt.

11 ist eine Querschnittsansicht, die eine Struktur eines anderen Beispiels für eine Oberflächenakustikwellenvorrichtung gemäß der Erfindung zeigt.

12 ist eine Querschnittsansicht, die eine Struktur noch eines anderen Beispiels für eine Oberflächenakustikwellenvorrichtung gemäß der Erfindung zeigt.

13 ist eine Querschnittsansicht, die eine Struktur eines weiteren Beispiels für eine Oberflächenakustikwellenvorrichtung gemäß der Erfindung zeigt.

14 ist eine Querschnittsansicht, die eine Struktur noch eines weiteren Beispiels für eine Oberflächenakustikwellenvorrichtung gemäß der Erfindung zeigt.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die Erfindung sieht eine Oberflächenakustikwellenvorrichtung vor, die ein piezoelektrisches Substrat umfaßt, auf dessen Oberfläche ein interdigitaler Transducer zum Erregen einer akustischen Oberflächenwelle gebildet ist, ein Material mit geringer Ausdehnung, das in Kontakt mit der anderen Oberfläche des piezoelektrischen Substrates gebildet ist, auf der der interdigitale Transducer nicht gebildet ist, welches Material mit geringer Ausdehnung einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten hat, der niedriger als jener des piezoelektrischen Substrates ist, und einen Hohlraum, der auf dem Material mit geringer Ausdehnung in einer Zone gebildet ist, die einer Zone entspricht, wo der interdigitale Transducer gebildet ist.
Gemäß der Erfindung wird die Temperaturstabilität verbessert und kann der Einfluß der Reflexion der Körperwelle an der Kopplungsgrenzfläche auf die akustische Oberflächenwelle unterdrückt werden, wodurch eine Verschlechterung der Filtercharakteristiken verhindert werden kann.
Um die Temperaturstabilität zu verbessern, ist es vorzuziehen, wenn der Hohlraum eine Tiefe hat, die gleich oder größer als eine Dicke des Materials mit geringer Ausdehnung ist.
Um den Einfluß der Reflexion der Körperwelle zu reduzieren, ist es vorzuziehen, wenn die Oberfläche des piezoelektrischen Substrates, die mit dem Hohlraum in Kontakt ist, der in dem Material mit geringer Ausdehnung gebildet ist, eine aufgerauhte Oberfläche ist.
Weiterhin kann die Erfindung ferner eine Polarisationsinversionsschicht umfassen, die auf einer Oberfläche des piezoelektrischen Substrates gebildet ist, auf der der interdigitale Transducer gebildet ist, und eine Dicke hat, die sich auf das Fünffache oder weniger einer Wellenlänge der akustischen Oberflächenwelle beläuft. Gemäß der Struktur wird die Temperaturstabilität weiter verbessert.
Unter Bezugnahme auf Ausführungsformen, die in den Zeichnungen gezeigt sind, wird die Erfindung eingehend beschrieben Werte, die die Temperaturstabilität darstellen und bei den folgenden Beispielen angegeben sind, wurden durch Strukturanalysesimulation unter Einsatz der Methode der finiten Elemente berechnet. Es ist herausgefunden worden, daß es eine Näherungsbeziehung gibt zwischen der thermischen Beanspruchung T, die durch die Simulation bei Anwendung einer Temperaturveränderung erhalten wurde, und dem Temperaturkoeffizienten der Frequenz (temperature coefficient of frequency; im folgenden als TCF abgekürzt), der die Temperaturstabilität einer Oberflächenakustikwellenvorrichtung angibt, die durch die folgende Gleichung ausgedrückt wird. TCF = 0,00033·T2 – 0,0862·T – 39,84
Die Einheit für den TCF ist ppm/°C, und die Einheit für die Beanspruchung T ist MPa.
Die TCF-Werte bei den Beispielen sind jene, die durch die Beziehung erhalten werden. Eine Oberflächenakustikwellenvorrichtung, die durch Vorsehen eines interdigitalen Transducers auf einem LT-42°-Y-X-Substrat gebildet ist und keiner Maßnahme zum Verbessern der Temperaturstabilität unterzogen worden ist, hat einen TCF von etwa –40 ppm/°C. Das Substrat, das keiner Maßnahme zum Verbessern der Tempe raturstabilität unterzogen worden ist, umfaßt einfach ein Substrat, auf dem ein interdigitaler Transducer (IDT) zum Erregen der akustischen Oberflächenwelle (im folgenden als SAW abgekürzt) vorgesehen ist, d. h., ein Substrat, das nicht mit einem Material mit geringer Ausdehnung gekoppelt worden ist, und so weiter.
In dem Fall, wenn ein aus anderen Materialien gebildetes Substrat oder ein Substrat mit einem verschiedenen Azimut verwendet wird, ist es unbedingt erforderlich, einen Beziehungsausdruck durch Ausführen der ähnlichen Simulation und von Experimenten zu erhalten. In dem Fall eines Substrates, das einen Schnittwinkel in der Nähe von LT-42°-X-Y des LT-Substrates hat, kann eine Näherungsbeziehung erhalten werden, indem eine Abwandlung auf solch eine Weise vorgenommen wird, daß der TCF auf den ursprünglichen TCF jenes Schnittwinkels eingestellt wird, wenn T = 0 ist.
Erstes Beispiel
1 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Struktur des ersten Beispiels für die Oberflächenakustikwellenvorrichtung gemäß der Erfindung zeigt. Bei dem ersten Beispiel ist ein IDT-Resonator 2, der aus Aluminium gebildet ist, auf einem LT-Substrat 1 vorgesehen, und ein Schutzfilm 3, der einen kleineren thermischen Ausdehnungskoeffizienten als das LT-Substrat 1 hat, ist auf Rändern rings um den IDT-Resonator 2 auf der Oberfläche des Substrates 1 gebildet, um den IDT-Resonator 2 zu umgeben. Der Schutzfilm 3 ist aus einem Quarz-(SiO₂)-Film gebildet. Der Schutzfilm 3 ist ein Film mit geringer Ausdehnung, der eine Funktion zum Einschränken der Expansion und Kontraktion des Substrates 1 hat, und kann aus irgendeinem Material gebildet sein, solange der Film einen kleineren thermischen Ausdehnungskoeffizienten als das Substrat 1 hat.
Im allgemeinen beträgt der thermische Ausdehnungskoeffizient T₀ in der Ausbreitungsrichtung der SAW des LT-Substrates 1 16,1 × 10^–6/°C, und der thermische Ausdehnungskoeffizient T₁ des Quarzfilms 3 beträgt 5,7 × 10^–7/°C.
Der Quarzfilm 3 kann durch Sputtern, CVD, Dampfabscheidung oder Schleuderbeschichtung gebildet werden, und der Quarzfilm 3 kann durch Ätzen oder ein Lift-off-Verfahren gemustert werden.
Das Filmbildungsverfahren und das Musterungsverfahren können andere Verfahren als die obigen sein, solange sie die Oberfläche des Substrates auf der Zone, wo der IDT-Resonator 2 gebildet ist, nicht nachteilig beeinflussen. Zum Beispiel ist es möglich, den Quarzfilm 3 auf den Rändern rings um die Zone zu bilden, wo der IDT-Resonator 2 zu bilden ist, und dann den IDT-Resonator 2 zu bilden.
Der IDT-Resonator 2 wird hierbei aus einem sogenannten interdigitalen Transducer zum Erregen der SAW gebildet und hat im allgemeinen solch eine Struktur, daß ein interdigitaler Transducer (IDT) in der Mitte angeordnet ist und Reflektoren auf beiden Seiten des IDT in der Ausbreitungsrichtung der erregten SAW angeordnet sind. Der IDT und die Reflektoren werden aus einem dünnen Metallfilm wie zum Beispiel aus Aluminium oder Gold gebildet, der eine Dicke von etwa 1 um oder weniger hat.
Simulationsresultate unter Verwendung der Dicken des LT-Substrates 1 und des Quarzfilms 3 als Parameter sind in 2 gezeigt.
In 2 haben die Proben 1 und 2 der vorliegenden Erfindung eine Dicke W₁ des Quarzfilms 3 von 50 μm, die größer als eine Dicke W_Z des interdigitalen Transducers (0,4 μm) ist, und die Probe 3 hat eine Dicke, die dieselbe wie jene des interdigitalen Transducers (0,4 μm) ist. Eine herkömmliche Vorrichtung ohne Quarzfilm (TCF = –40 ppm/°C) ist zum Vergleich auch in 2 gezeigt.
Bei den Proben 1 und 2, bei denen ein Quarzfilm mit einer Dicke von 50 μm(W₁) rings um den IDT gebildet ist und eine Dicke (L₁) des LT-Substrates 350 bzw. 150 μm beträgt, beläuft sich die Beanspruchung auf 45,1 und –84,6 MPa, und daher beträgt der TCF –36 und –31 ppm/°C gemäß dem obigen Ausdruck. Entsprechend dem Vergleich der TCF-Werte ist deshalb bei den Proben 1 und 2 eine Verbesserung der Temperaturstabilität um 10 % bzw. 23 % in bezug auf –40 ppm/°C der herkömmlichen Vorrichtung zu verzeichnen, die nur das LT-Substrat hat.
In dem Fall, wenn die Dicke des Quarzfilms 3 dieselbe wie jene des interdigitalen Transducers ist, wie bei der Probe 3, beträgt der TCF –39,9 ppm/°C, und deshalb ist es erforderlich, daß die Dicke W₁ des Quarzfilms 3 wenigstens größer als die Dicke Wo des interdigitalen Transducers ist. Im besonderen haben die Dicke W₁ des Quarzfilms 3 und die Dicke Wo des interdigitalen Transducers vorzugsweise etwa die Beziehung W₁ ≥ 50W₀.
Hinsichtlich der Beziehung zwischen den thermischen Ausdehnungskoeffizienten des LT-Substrates 1 und des Quarzfilms 3 reicht es unter dem Gesichtspunkt des Unterdrückens der Expansion und Kontraktion des LT-Substrates auf Grund von Temperaturveränderung aus, wenn der thermische Ausdehnungskoeffizient T₁ des Quarzfilms 3 kleiner als der thermische Ausdehnungskoeffizient T₀ des LT-Substrates 1 ist.
Wie in 3 gezeigt, ist es ferner möglich, daß die Zone rings um den IDT-Resonator 2 auf der Oberfläche des LT-Substrates 1 um einige μm abgeschabt wird und der Quarzfilm 3 dann darauf gebildet wird. Bei dieser Konfiguration wird die Temperaturstabilität verbessert, da die Expansion und Kontraktion des LT-Substrates 1, auf dem der IDT-Resonator 2 vorhanden ist, auch in der transversalen Richtung unterdrückt werden kann.
Zweites Beispiel
4 ist eine schematische Querschnittsansicht, die das zweite Beispiel der Erfindung zeigt. Ein IDT-Resonator 2, der aus Aluminium gebildet ist, ist auf einem LT-Substrat 1 vorgesehen, und ein Hohlraum 4 ist auf der hinteren Oberfläche des LT-Substrates 1 gebildet, auf der der IDT-Resonator 2 nicht gebildet ist.
Der Hohlraum kann durch solch ein Bildungsverfahren wie etwa Ätzen und Sandstrahlen gebildet werden. Ein Material mit geringer Ausdehnung 5 ist auf einer Bodenfläche des Hohlraums 4 gebildet. Beispiele für das Material mit geringer Ausdehnung 5 umfassen Quarz oder Aluminiumoxid. Das Material mit geringer Ausdehnung 5 kann durch solch ein Verfahren wie Sputtern und CVD ähnlich wie bei dem ersten Beispiel nach der Bildung des Hohlraums 4 gebildet werden.
In 4 hat das LT-Substrat 1 eine Dicke L₁ von 350 μm und eine Dicke L₃ in dem Teil, wo der Hohlraum 4 gebildet ist, von 30 μm, und das Material mit geringer Ausdehnung 5 hat eine Dicke L₂ von etwa 100 μm.
Der Hohlraum 4 ist auf einer Oberfläche gegenüber der Fläche, auf der der IDT-Resonator 2 gebildet ist, in einer Zone gebildet, die der Zone entspricht, wo der IDT-Resonator 2 gebildet ist. Der Hohlraum 4 kann einen Bereich haben, der dem Bereich des IDT-Resonators 2 im wesentlichen gleich ist. Wenn die Zone, wo der IDT-Resonator gebildet ist, zum Beispiel einen Bereich von etwa 500 μm × 100 μm hat, kann ein Hohlraum 4 gebildet werden, der im wesentlichen den gleichen Bereich hat.
Des weiteren können, wie in 5 gezeigt, Splitter aus dem Material mit geringer Ausdehnung in dem gesamten Hohlraum 4 unter Verwendung eines Haftmittels angeordnet sein.
6 zeigt die Simulationsresultate unter Verwendung der Dicke L₃ des LT-Substrates 1 auf dem Teil, wo der Hohlraum gebildet ist, und der Dicke L₂ des Materials mit geringer Ausdehnung 5 als Parameter.
Die Proben 2-1 und 2-2 haben den in 4 gezeigten Aufbau. Die Beanspruchung beträgt –42 MPa in dem Fall, wenn Quarz als Material mit geringer Ausdehnung 5 verwendet wird, und –81 MPa in dem Fall, wenn Aluminiumoxid verwendet wird, und der TCF beträgt –36 ppm/°C bzw. –32 ppm/°C. Da das Material mit geringer Ausdehnung 5 eine Dicke von etwa 30 μm hat, haben beide Proben einen TCF, der niedriger als bei der herkömmlichen Probe ist (–40 ppm/°C), wodurch die Temperaturstabilität verbessert wird.
Bei den Proben 2-3 und 2-4, die den in 5 gezeigten Aufbau haben, wo die Dicke des Materials mit geringer Ausdehnung 250 μmbeträgt, beläuft sich die Beanspruchung auf –148 MPa in dem Fall, wenn Quarz als Material mit geringer Ausdehnung 5 verwendet wird, und –173 MPa in dem Fall, wenn Aluminiumoxid verwendet wird, und der TCF wird auf –22 ppm/°C bzw. –17 ppm/°C verringert. Demzufolge ist die Temperaturstabilität höher, wenn die Dicke des Materials mit geringer Ausdehnung größer als die bei den Proben 2-1 und 2-2 ist.
Quarz hat einen kleineren thermischen Ausdehnungskoeffizienten als Aluminiumoxid, aber Aluminiumoxid hat einen großen Youngschen Modul. Deshalb versteht sich, daß Aluminiumoxid einen größeren TCF-Verbesserungseffekt als Quarz hat, unter der Annahme, daß sie dieselbe Dicke haben.
Drittes Beispiel
7 ist eine schematische Querschnittsansicht, die das dritte Beispiel der Erfindung zeigt. Bei diesem Beispiel sind ein LT-Substrat 1 und ein Substrat, das aus einem Material mit geringer Ausdehnung 5 gebildet ist, durch direkte Kopplung gekoppelt, und bilden einen Hohlraum 4. Der Hohlraum 4 ist auf einer hinteren Fläche und in einer Zone gebildet, die der Zone gegenüberliegt, wo ein IDT-Resonator 2 gebildet ist. Der Hohlraum 4 ist in einem Bereich angeordnet, der im wesentlichen dem Bereich von der Zone gleich ist, wo der IDT-Resonator 2 gebildet ist.
Zum Beispiel sind beide Zonen rechteckige Zonen von 100 μm × 400 μm.
Um den Einfluß der Körperwellenreflexion zu reduzieren, ist es vorzuziehen, wenn der exponierte Teil der hinteren Fläche des LT-Substrates 1 in dem Hohlraum aufgerauht ist. Das Aufrauhen der Oberfläche kann durch Sandstrahlen erfolgen.
Die Vorrichtung gemäß diesem Beispiel kann auf solch eine Weise produziert werden, daß das LT-Substrat 1 und das Substrat, das aus dem Material mit geringer Ausdehnung 5 gebildet ist, gekoppelt werden und dann der Hohlraum durch Sandstrahlen gebildet wird. Es ist auch möglich, daß ein Durchgangsloch, das dem Hohlraum 4 entspricht, in dem Material mit geringer Ausdehnung geöffnet wird, das dann mit dem LT-Substrat 1 gekoppelt wird.
Weiterhin ist es möglich, wie in 8 gezeigt, daß der Hohlraum 4 eine Tiefe hat, die größer als die Dicke des Materials mit geringer Ausdehnung 5 ist, wodurch das LT-Substrat 1 einen Teil des Hohlraums 4 bildet.
Bezüglich des dritten Beispiels sind Simulationsresultate unter Verwendung der Dicke des LT-Substrates 1 und anderer Werte als Parameter in 9 und 10 gezeigt. 9 zeigt die Fälle, wo die Dicke L₅ des Materials mit geringer Ausdehnung 5 ein konstanter Wert von 300 μmist und die Dicke L₁ des LT-Substrates 1 verändert wird. Gemäß den Resultaten betragen im Falle der Probe 3-1, wo die Dicke L₁ des LT-Substrates 1 100 μm ausmacht, die Beanspruchung T –214 MPa und der TCF –8 ppm/°C, wodurch der größte Effekt bewirkt wurde. In diesem Fall wird der TCF um 80 % im Vergleich zu der herkömmlichen Vorrichtung verbessert.
10 zeigt die Fälle, wo die Dicke L₁ des LT-Substrates 1 auf 100 μmfestgelegt ist und die Dicke L₅ des Materials mit geringer Ausdehnung 5 auf 300 μm festgelegt ist, während der Bereich der Zone des Hohlraums 4 verändert wird. Die Größe des Hohlraums 4 der Probe 3-1 beträgt 100 μm × 400 μm und ist somit dieselbe wie jene der Zone, wo der IDT-Resonator 2 gebildet ist. Die Größe des Hohlraums 4 der Probe 3-4 beträgt das Vierfache der Größe der Zone, wo der IDT-Resonator 2 gebildet ist, und die Größe des Hohlraums der Probe 3-5 beträgt das 16fache derselben. Gemäß den in 10 gezeigten Resultaten werden im Falle der Probe 3-1 die Beanspruchung T maximal und der TCF minimal, wodurch die höchste Temperaturstabilität vorgesehen wird.
Andere Beispiele
Um den Einfluß der Reflexion der Körperwelle zu reduzieren, ist es möglich, ein akustisches Material 6 in dem Hohlraum 4 vorzusehen, wie es in 11 gezeigt ist. Als akustisches Material 6 kann ein Harz wie z. B. ein Epoxidharz verwendet werden. In dieser Ausführungsform können die Maße wie etwa die Dicke L₁ des LT-Substrates 1 dieselben wie jene in der in 7 gezeigten Ausführungsform sein. Das akustische Material 6 kann auf die Zone des Hohlraums 4 (100 μm × 400 μm) der hinteren Fläche des LT-Substrates 1 durch Schleuderbeschichtung aufgetragen werden.
Des weiteren ist es möglich, wie in 12 gezeigt, daß die hintere Fläche des LT-Substrates 1 auf der Zone des Hohlraums 4 aufgerauht wird und dann ein Material mit geringer Ausdehnung 7 in dem Hohlraum 4 gebildet wird. Gemäß der Konfiguration wird die Expansion und Kontraktion des LT-Substrates 1 weiter unterdrückt, um die Temperaturstabilität zu verbessern. Das Material mit geringer Ausdehnung 7 kann dasselbe wie das Material mit geringer Ausdehnung 5 wie z. B. Quarz sein, aber es können verschiedene Materialien verwendet werden, solange sie einen kleineren thermischen Ausdehnungskoeffizienten als das LT-Substrat 1 haben.
Weiterhin ist es möglich, wie in 13 gezeigt, daß nach dem Bilden des akustischen Materials 6, wie es in
11 gezeigt ist, ein Material mit geringer Ausdehnung 7 in dem Hohlraum 4 gebildet wird. Gemäß der Konfiguration können ähnlich wie in 7 auch die Unterdrückung der Reflexion der Körperwelle und die Verbesserung der Temperaturstabilität erreicht werden.
Ferner ist es möglich, daß nach dem Aufrauhen der hinteren Fläche des LT-Substrates 1, wie es in 7 gezeigt ist, ein Substrat aus einem Material mit geringer Ausdehnung 8 in Kontakt mit dem Material mit geringer Ausdehnung 5 gekoppelt wird, während der Hohlraum 4 als leerer Raum erhalten bleibt, wie in 14 gezeigt. Gemäß der Konfiguration ist es nicht nötig, den Schritt zum Anordnen des Materials mit geringer Ausdehnung in dem Hohlraum 4 auszuführen, der ein komplizierterer Schritt als der Kopplungsschritt des Substrates aus dem Material mit geringer Ausdehnung 8 ist, wodurch der Produktionsprozeß der Vorrichtung vereinfacht werden kann, und die Zeit, die für die Produktion erforderlich ist, kann verkürzt werden.
Ein noch höherer Verbesserungseffekt der Temperaturcharakteristiken kann erhalten werden, indem eine Polarisationsinversionsschicht, die herkömmlicherweise verwendet worden ist, auf dem Teil des LT-Substrates 1 gebildet wird, wo der IDT bei den ersten, zweiten und dritten Beispielen gebildet ist.
Es ist vorzuziehen, die Polarisationsinversionsschicht auf der Oberfläche des LT-Substrates 1, auf der der IDT-Resonator 2 gebildet ist, auf dem Teil, wo der IDT gebildet ist, in einer Dicke zu bilden, die das Fünffache oder weniger der Wellenlänge der akustischen Oberflächenwelle beträgt.
Alle Zahlen, einschließlich der Parameter, die Materialien mit geringer Ausdehnung und dergleichen, auf die bei den Beispielen Bezug genommen wird, dienen der Erläuterung. Die beanspruchte Erfindung ist auch nicht auf eine Vorrichtung begrenzt, die einen Resonator aufweist; vielmehr kann sie auch auf ein Abzweigfilter, auf ein DMS-Filter, das aus mehreren Resonatoren besteht, und auf einen Duplexer unter Verwendung der Filter angewendet werden.
Gemäß der Erfindung kann somit eine Oberflächenakustikwellenvorrichtung geschaffen werden, die sich in der Temperaturstabilität auszeichnet, während ein großer elektromechanischer Kopplungsfaktor beibehalten wird. Ferner kann der Einfluß der Reflexion der Körperwelle unterdrückt werden, auch wenn Substrate miteinander gekoppelt sind, wodurch eine Verschlechterung der Filtercharakteristiken verhindert werden kann.

Claims

Oberflächenakustikwellenvorrichtung mit einem piezoelektrischen Substrat (1), auf dessen einer Oberfläche ein interdigitaler Transducer (2) zum Erregen einer akustischen Oberflächenwelle gebildet ist, einem Hohlraum (4), der auf der gegenüberliegenden Seite des piezoelektrischen Substartes in einer Zone gebildet ist, die der Zone gegenüberliegt, wo der interdigitale Transducer gebildet ist, und einem Material mit geringer thermischer Ausdehnung, das in dem Hohlraum angeordnet ist.
Oberflächenakustikwellenvorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Material (5) mit geringer thermischer Ausdehnung einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten hat, der niedriger als jener des Substrates ist.
Oberflächenakustikwellenvorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Material (5) mit geringer thermischer Ausdehnung ein Si-Film, ein SiO₂-Film oder ein Aluminiumoxidfilm ist.
Oberflächenakustikwellenvorrichtung mit einem piezoelektrischen Substrat (1), auf dessen einer Oberfläche ein interdigitaler Transducer (2) zum Erregen einer akustischen Oberflächenwelle gebildet ist, einem Material (5) mit geringer thermischer Ausdehnung, das in Kontakt mit der anderen Seite des piezoelektrischen Substrates gebildet ist, auf der der interdigitale Transducer nicht gebildet ist, welches Material mit geringer thermischer Ausdehnung einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten hat, der niedriger als jener des piezoelektrischen Substrates ist, und mit einem Hohlraum (4), der in dem Material mit geringer thermischer Ausdehnung in einer Zone gebildet ist, der der Zone gegenüberligt, wo der interdigitale Transducer gebildet ist.
Oberflächenakustikwellenvorrichtung nach Anspruch 4, bei der der Hohlraum (4) des Materials mit geringer thermischer Ausdehnung eine Tiefe hat, die gleich oder großer als eine Dicke des Materials mit geringer thermischer Ausdehnung ist.
Oberflächenakustikwellenvorrichtung nach Anspruch 4, bei der die Oberfläche des piezoelektrischen Substrates (1), die mit dem Hohlraum (4) des Materials mit geringer thermischer Ausdehnung in Kontakt ist, aufgerauht ist.
Oberflächenakustikwellenvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der die Vorrichtung ferner eine Polarisationsinversionsschicht umfaßt, die auf der Oberfläche des piezoelektrischen Substrates gebildet ist, auf der der interdigitale Transducer gebildet worden ist, welche Polarisationsinversionsschicht eine Dicke hat, die das Fünffache oder weniger einer Wellenlänge der akustischen Oberflächenwelle beträgt.