DE112007000874B4

DE112007000874B4 - Oberflächenwellenbauelement

Info

Publication number: DE112007000874B4
Application number: DE112007000874T
Authority: DE
Inventors: Kenji Nishiyama; Takeshi Nakao; Michio Kadota
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2006-04-24
Filing date: 2007-04-04
Publication date: 2012-11-29
Anticipated expiration: 2027-04-05
Also published as: US20090021107A1; CN101421921B; WO2007125733A1; JP4636178B2; JPWO2007125733A1; CN101421921A; US7705515B2; DE112007000874T5

Abstract

Ein Oberflächenwellenbauelement (1), dass die Rayleigsche Welle ausnutzt, wobei das Bauelement folgende Merkmale umfasst: ein LiNbo3-Substrat (2), das durch Eulersche Winkel von (0° ± 5°, θ ± 5°, 0° ± 10°) dargestellt ist; eine Elektrode (3), die auf dem LiNbo3-Substrat angeordnet ist, und die eine IDT-Elektrode mit Elektrodenfingern umfasst, die hauptsächlich Cu enthält; einen ersten Siliziumoxidfilm (6), der zwischen den Elektrodenfingern der IDT-Elektrode liegt, wobei der erste Siliziumoxidfilm eine Filmdicke gleich der Dicke der Elektrode aufweist; und einen zweiten Siliziumoxidfilm (7), der die Elektrode (3) und den ersten Siliziumoxidfilm (6) bedeckt, wobei die Filmdicke der Elektrode (3) innerhalb des Bereichs von 0,12λ bis 0,18λ liegt, wobei λ die Wellenlänge einer Oberflächenwelle darstellt, und θ der Eulerschen Winkel von (0° ± 5°, θ ± 5°, 0° ± 10°) innerhalb des Bereichs liegt, der die folgende Gleichung erfüllt:

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Oberflächenwellenbauelement, das beispielsweise als ein Resonator und ein Bandpassfilter verwendet wird. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Oberflächenwellenbauelement, das eine Struktur aufweist, in der eine IDT-Elektrode (IDT = interdigital transducer = Interdigitalwandler) und ein Siliziumoxidfilm auf einem LiNbO₃-Substrat angeordnet sind, und die Rayleighsche Welle ausnutzen.
Stand der Technik
Bandpassfilter, die für HF-Stufen von Mobiltelefonen und dergleichen verwendet werden, müssen breitbandig sein und gute Temperaturcharakteristika aufweisen. Daher wurde bisher ein Oberflächenwellenbauelement verwendet, bei dem eine IDT-Elektrode auf einem piezoelektrischen Substrat angeordnet ist, das aus einem gedrehten Y-Schnitt-, x-Ausbreitungs-LiTaO₃-Substrat oder einem gedrehten Y-Schnitt-, x-Ausbreitungs-LiNbO₃-Substrat gebildet ist, und ein Siliziumoxidfilm auf solche Weise angeordnet ist, um die IDT-Elektrode zu bedecken. Bezüglich dieses Typs von piezoelektrischem Substrat nimmt der Temperaturkoeffizient der Resonanzfrequenz einen negativen Wert an. Um daher die Temperaturcharakteristik zu verbessern, wird der Siliziumoxidfilm mit einer positiven Temperaturcharakteristik der Resonanzfrequenz auf solche Weise angeordnet, um die IDT-Elektrode zu bedecken.
Bezüglich einer solchen Struktur kann jedoch in dem Fall, wo die IDT-Elektrode aus einem universellen Al oder einer Legierung, die hauptsächlich Al enthält, gebildet ist, kein zufriedenstellender Reflektionskoeffizient der IDT-Elektrode erhalten werden. Folglich gibt es das Problem, dass in der Resonanzcharakteristik wahrscheinlich eine Welligkeit auftritt.
Um die oben beschriebenen Probleme zu lösen, offenbart das folgende Patentdokument 1 ein Oberflächenwellenbauelement, bei dem eine IDT-Elektrode, die hauptsächlich aus einem Metall gebildet ist, das eine größere Dichte aufweist als diejenige von Al, auf einem piezoelektrischen Substrat angeordnet ist, das aus LiNbO₃ mit einem elektromechanischen Koeffizienten K² von 0,025 oder mehr gebildet ist, ein erster Siliziumoxidfilm mit einer Filmdicke gleich der Dicke der Elektrode in einer anderen Region angeordnet ist, als der Region, in der die IDT-Elektrode angeordnet ist, und ein zweiter Siliziumoxidfilm auf solch eine Weise geschichtet ist, um die Elektrode und den ersten Siliziumoxidfilm zu bedecken.
In dem Oberflächenwellenbauelement, das in Patentdokument 1 beschrieben ist, ist die Dichte der oben beschriebenen IDT-Elektrode festgelegt, um 1,5mal oder mehr größer zu sein als die Dichte des ersten Siliziumoxidfilms, und es wird beschrieben, dass der Reflektionskoeffizient der IDT-Elektrode dadurch zufriedenstellend erhöht ist und eine Welligkeit, die in der Resonanzcharakteristik auftritt, unterdrückt werden kann.
In Patentdokument 1 wird die Rayleighsche Welle verwendet, Au, Cu und dergleichen werden beispielhaft als Material für die oben beschriebene Elektrode genannt, eine Konfiguration ist offenbart, bei der in dem Fall, wo die Elektrode aus Cu gebildet ist, die Filmdicke derselben von 0.0058λ bis 0,11λ festgelegt ist, und es wird gezeigt, dass insbesondere wenn die Filmdicke von 0.0058λ bis 0,055λ festgelegt ist, der elektromechanische Koeffizient K² der Rayleighschen Welle ansteigen kann.
Ferner ist wie bei dem oben beschriebenen LiNbO₃-Substrat ein LiNbO₃-Substrat gezeigt, das durch Eulersche Winkel von (0° ± 5°, 38° ± 10°, 0°) dargestellt ist, und eine Konfiguration ist gezeigt, bei der die Filmdicke des oben beschriebenen zweiten Siliziumoxidfilms als innerhalb des Bereichs von 0.15λ bis 0,4λ liegend festgelegt ist, wo angenommen wird, dass die Wellenlänge der Oberflächenwellen λ ist.
Patentdokument 1: WO 2005-034347 A1
Offenbarung der Erfindung
In den letzten Jahren wurden auch im Hinblick auf Oberflächenwellenbauelemente die Frequenzen immer höher. Folglich wurde der Abstand der Elektrodenfinger der IDT-Elektroden klein und die Breitenabmessung der Elektrodenfinger selbst wurde ebenfalls klein. Als Folge erhöht sich der Leitungswiderstand und es ist wahrscheinlich, dass sich der Verlust in dem Oberflächenwellenbauelement erhöht.
Ein Anstieg bei der Filmdicke der Elektrode ist ausreichend zum Reduzieren des Verlusts in dem Oberflächenwellenbauelement. Wie es beispielsweise in dem Patentdokument 1 bezüglich des Oberflächenwellenbauelements, das in der Vergangenheit die Rayleighsche Welle ausgenutzt hat, beschrieben ist, ist jedoch die Filmdicke der IDT-Elektrode, die aus Cu gebildet ist, als maximal 0,11λ festgelegt. Es wird davon ausgegangen, dass der Grund dafür ist, dass wenn die Filmdicke der IDT-Elektrode, die aus Cu gebildet ist, auf bis zu 0,11λ erhöht wird, das Ansprechverhalten der SH-Welle stark ansteigt, und zwischen deren Resonanzfrequenz und der Antiresonanzfrequenz eine große Nebenwelle auftritt. Daher ist bei dem Patentdokument 1 in dem Fall, wo die IDT-Elektrode aus Cu gebildet ist, die Dicke derselben auf innerhalb des Bereichs von 0,0058λ bis 0,11λ, und vorzugsweise 0,058λ bis 0,055λ festgelegt.
Folglich kann in dem Fall, wo höhere Frequenzen verwendet werden, der Abstand der Elektrodenfinger reduziert ist, und die Breitenabmessung des Elektrodenfingers reduziert ist, die Filmdicke der nicht in einem großen Ausmaß erhöht werden. Daher erhöht sich der Leitungswiderstand und der Verlust erhöht sich wahrscheinlich.
Wie es oben bezüglich des Oberflächenwellenbauelements, das den ersten und den zweiten Siliziumoxidfilm umfasst, beschrieben ist, ist ferner die Temperaturcharakteristik der Resonanzfrequenz verbessert durch Aufbringen des Siliziumoxidfilms, aber es gibt ein Problem, weil die Charakteristik aufgrund der Schwankungen bei der Filmdicke des Siliziumoxidfilms unterschiedlich ist.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die oben beschriebenen Probleme des Stands der Technik zu lösen und ein Oberflächenwellenbauelement zu schaffen, das die Rayleighsche Welle ausnutzt, wobei ein Anstieg des Verlusts nicht ohne weiteres auftritt, selbst wenn der Abstand der Elektrodenfinger reduziert ist und die Breitenabmessung des Elektrodenfingers reduziert ist, um höhere Frequenzen zu verwenden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Oberflächenwellenbauelement, das die Rayleighsche Welle ausnutzt, geschaffen, wobei das Bauelement gekennzeichnet ist durch Umfassen eines LiNbO₃-Substrats, das durch Eulersche Winkel von (0° ± 5°, θ ± 5°, 0° ± 10°) dargestellt ist, einer Elektrode, die auf dem oben beschriebenen LiNbO₃-Substrat vorgesehen ist, und die eine IDT-Elektrode umfasst, die hauptsächlich Cu enthält, eines ersten Siliziumoxidfilms, der in einer anderen Region aufgebracht ist als der Region, in der die oben beschriebene Elektrode angeordnet ist, wobei der erste Siliziumoxidfilm eine Filmdicke gleich der Dicke der oben beschriebenen Elektrode aufweist, und eines zweiten Siliziumoxidfilms, der auf solche Weise angeordnet ist, dass er die oben beschriebene Elektrode und den ersten Siliziumoxidfilm abdeckt, wobei die Filmdicke der oben beschriebenen Elektrode innerhalb des Bereichs von 0,12λ bis 0,18λ liegt, wobei λ die Wellenlänge einer akustischen Oberflächenwelle darstellt, und θ der oben beschriebenen Eulerschen Winkel von (0° ± 5°, θ ± 5°, 0° ± 10°) als innerhalb des Bereichs liegend festgelegt ist, der die folgende Gleichung (1) erfüllt.
[Mathematische Gleichung 1]

θ = 32,01 – 351,92 × exp(–T_Cu/0,0187) Gleichung (1) wobei ein Wert der Cu-Elektrodenfilmdicke normiert ist mit der Wellenlänge λ.

Bezüglich des Oberflächenwellenbauelements gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Filmdicke H des zweiten Siliziumoxidfilms vorzugsweise als innerhalb des Bereichs von 0.15λ bis 0,50λ liegend festgelegt, und in diesem Fall wird es dem elektromechanischen Koeffizienten K² der Rayleighschen Welle ermöglicht, 6% oder höher zu werden, und eine Verbreiterung des Bands kann ohne weiteres erreicht werden.
Bei dem Oberflächenwellenbauelement, das die Rayleighsche Welle gemäß der vorliegenden Erfindung ausnutzt, ist die Elektrode, die eine IDT-Elektrode umfasst, die hauptsächlich Cu enthält, auf dem LiNbO₃-Substrat angeordnet, und die oben beschriebenen ersten und zweiten Siliziumoxidfilme sind angeordnet, und die Filmdicke der Elektrode ist als innerhalb des oben beschriebenen spezifischen Bereichs liegend festgelegt, d. h. große 0,12λ oder mehr. Daher kann der elektrische Widerstand reduziert werden und dadurch kann der Verlust reduziert werden, selbst wenn höhere Frequenzen verwendet werden. Da außerdem θ des Eulerschen Winkels des LiNbO₃-Substrats als innerhalb des oben beschriebenen Bereichs liegend festgelegt ist, wird der elektromechanische Koeffizient der Rayleighschen Welle nicht ohne weiteres reduziert.
Folglich kann gemäß der vorliegenden Erfindung ein Breitband-Oberflächenwellenbauelement geschaffen werden, das ohne weiteres an höhere Frequenzen angepasst werden kann und das einen reduzierten Verlust zeigt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1(a) und (b) sind eine schematische Draufsicht eines Oberflächenwellenbauelements gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung und eine vergrößerte Teilschnitt-Vorderschnittansicht, die einen Schlüsselabschnitt desselben unter Vergrößerung zeigt.
2 ist ein Diagramm, das Änderungen bei dem elektromechanischen Koeffizienten K² der Rayleighschen Welle in dem Fall zeigt, wo die Dicke einer IDT-Elektrode, die aus Cu gebildet ist, und θ des Eulerschen Winkels geändert sind.
3 ist ein Diagramm, das Änderungen bei dem elektromechanischen Koeffizienten K² der SH-Welle in dem Fall zeigt, wo die Dicke einer IDT-Elektrode, die aus Cu gebildet ist, und θ des Eulerschen Winkels geändert sind.
4 ist ein Diagramm, das Änderungen bei den Schallgeschwindigkeiten der Rayleighschen Welle und der SH-Welle in dem Fall zeigt, wo die Filmdicke der IDT-Elektrode, die aus Cu gebildet ist, geändert ist.
5 ist ein Diagramm, das Änderungen bei dem elektromechanischen Koeffizienten der Rayleighschen Welle in dem Fall zeigt, wo die Filmdicke der IDT-Elektrode geändert ist.
6 ist ein Diagramm, das Änderungen bei dem elektromechanischen Koeffizienten K² der Rayleighschen Welle aufgrund von Änderungen bei θ des Eulerschen Winkels in dem Fall zeigt, wo die Filmdicke des zweiten Siliziumoxidfilms als 0,2λ, 0,3λ oder 0,4λ festgelegt ist.
7 ist ein Diagramm, das Änderungen bei dem elektromechanischen Koeffizienten K² der SH-Welle aufgrund von Änderungen bei θ des Eulerschen Winkels in dem Fall zeigt, wo die Filmdicke des zweiten Siliziumoxidfilms als 0,2λ, 0,3λ oder 0,4λ festgelegt ist.
8 ist ein Diagramm, das Änderungen bei dem elektromechanischen Koeffizienten K² der SH-Welle aufgrund von Änderungen bei θ des Eulerschen Winkels in dem Fall zeigt, wo die Filmdicke der IDT-Elektrode, die aus Cu gebildet ist, 0,04λ ist, und in dem Fall, wo die Filmdicke des zweiten Siliziumoxidfilms 0,2λ, 0,3λ oder 0,4λ ist.
9 ist ein Diagramm, das die Impedanzcharakteristik und Phasencharakteristik von Oberflächenwellenbauelementen gemäß einem Ausführungsbeispiel und einem ersten und zweiten Vergleichsbeispiel zeigt.
10 ist ein Diagramm, das die Impedanzcharakteristik und die Phasencharakteristik eines Oberflächenwellenbauelements eines Ausführungsbeispiels in dem Fall zeigt, wo die Filmdicke des zweiten Siliziumoxidfilms als 0,34λ, 0,29λ oder 0,24λ festgelegt ist.
Bezugszeichenliste

1: Oberflächenwellenbauelement
2: LiNbO₃-Substrat
3: IDT-Elektrode
4, 5: Reflektor
6: erster Siliziumoxidfilm
7: zweiter Siliziumoxidfilm

Die vorliegende Erfindung wird verdeutlicht, indem nachfolgend die spezifischen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung mit Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben werden.
1(a) ist eine schematische Draufsicht eines Oberflächenwellenbauelements gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, und (b) ist eine vergrößerte Teilschnitt-Vorderschnittansicht, die einen Schlüsselabschnitt derselben zeigt.
Ein Oberflächenwellenbauelement 1 wird gebildet durch Verwenden eines gedrehten Y-Schnitt-, x-Ausbreitungs-LiNbO₃-Substrats 2. Die Kristallausrichtung des LiNbO₃-Substrats 2 ist durch Eulersche Winkel von (0° ± 5°, θ, 0° ± 10°) festgelegt.
Wie es ferner in 1(b) gezeigt ist, ist eine IDT-Elektrode 3 auf dem LiNbO₃-Substrat 2 angeordnet. Wie es in 1(a) gezeigt ist, sind Reflektoren 4 und 5 auf beiden Seiten der IDT-Elektrode 3 in einer Oberflächenwellenausbreitungsrichtung angeordnet.
Ein erster Siliziumoxidfilm 6 ist in einer anderen Region angeordnet als der Region, in der diese Elektroden angeordnet sind. Die Filmdicke des ersten Siliziumoxidfilms 6 ist als gleich der Filmdicken der IDT-Elektrode 3 und der Reflektoren 4 und 5 festgelegt. Ferner ist ein zweiter Siliziumoxidfilm 7 auf solche Weise angeordnet, um diese Elektroden 3 bis 5 und den ersten Siliziumoxidfilm 6 zu bedecken.
In dem Oberflächenwellenbauelement 1 hat das LiNbO₃-Substrat einen negativen Temperaturkoeffizienten der Resonanzfrequenz. Andererseits haben die Siliziumoxidfilme 6 und 7 positive Temperaturkoeffizienten der Resonanzfrequenz. Daher kann die Frequenzcharakteristik verbessert werden.
Außerdem ist die Dichte der Elektrode, die die IDT-Elektrode 3 umfasst, als 1,5mal oder mehr größer als die Dichte des ersten Siliziumoxidfilms 6 festgelegt. Das heißt bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die IDT-Elektrode 3 aus Cu gebildet. Daher ist die Dichte der IDT-Elektrode 3 8,93 g/cm³. Andererseits ist die Dichte des ersten Siliziumoxidfilms 2,21 g/cm³.
Wie es in dem oben beschriebenen Patendokument 1 offenbart ist, kann folglich der Reflektionskoeffizient der IDT-Elektrode 3 erhöht werden. Es wird dadurch möglich gemacht, eine Welligkeit zu unterdrücken, die in der Resonanzcharakteristik auftritt.
Das Oberflächenwellenbauelement 1 des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist ferner dadurch gekennzeichnet, dass die Filmdicke der oben beschriebenen IDT-Elektrode 3 innerhalb des Bereichs von 0,12λ bis 0,18λ liegt, wobei λ die Wellenlänge einer Oberflächenwelle darstellt, und θ der Eulerschen Winkel von (0° ± 5°, θ ± 5°, 0° ± 10°) des LiNbO₃-Substrats 2 als innerhalb des Bereichs liegend festgelegt ist, der die folgende Gleichung (1) erfüllt. Das heißt, da die Filmdicke der IDT-Elektrode 3 als große 0,12λ oder mehr festgelegt ist, kann der Elektrodenwiderstand reduziert werden. Folglich kann der Verlust reduziert werden, selbst wenn höhere Frequenzen verwendet werden. Da ferner θ des Eulerschen Winkels als innerhalb eines bestimmten Bereichs liegend festgelegt ist, ist der elektromechanische Koeffizient der Rayleighschen Welle nicht ohne weiteres reduziert.
[Mathematische Gleichung 1]

θ = 32,01 – 351,92 × exp(–T_Cu/0,0187) Gleichung (1) wobei T_Cu: ein Wert der Cu-Elektrodenfilmdicke normiert mit der Wellenlänge λ.

Dies wird mit Bezugnahme auf spezifische experimentelle Beispiele beschrieben.
(Erstes experimentelles Beispiel)
Bezüglich der Rayleighschen Welle, die auf dem LiNbO₃-Substrat 2 erregt wird, das durch die Eulerschen Winkel von (0°, 20° bis 50°, 0°) dargestellt ist, und der SH-Welle, die eine Nebenwelle wird, wurde eine Berechnung durch ein Finite-Elemente-Verfahren durchgeführt. Wie es in 1(b) gezeigt ist, hatte die obere Oberfläche eines zweiten Siliziumoxidfilms in einem Rechenmodell eine flache Struktur, eine IDT-Elektrode wurde aus Cu gebildet und ein erster und ein zweiter Siliziumoxidfilm 6 und 7 wurden aus SiO₂-Filmen gebildet. Die Nutzleistung der IDT-Elektrode wurde als 0,50 festgelegt, und die Filmdicke des SiO₂-Films, der den zweiten Siliziumoxidfilm 7 bildet, wurde mit einer Dicke von 0,3λ festgelegt.
Änderungen bei dem elektromechanischen Koeffizienten K² der Rayleighschen Welle in dem Fall, wo die Filmdicke der IDT-Elektrode 3 als 0,05λ, 0.10λ, 0,12λ oder 0,20λ festgelegt war und θ des Eulerschen Winkels geändert war, sind in 2 gezeigt. Ferner sind Änderungen bei dem elektromechanischen Koeffizienten K² der SH-Welle, die eine Nebenwelle wurde, in dem Fall, wo die Filmdicke der IDT-Elektrode als 0,05λ, 0,10λ, 0,12λ oder 0,20λ festgelegt war und θ des Eulerschen Winkels geändert wurde, in 3 gezeigt.
Wie es von 2 und 3 deutlich wird, ändern sich in dem Fall, wo die Filmdicke der IDT-Elektrode 3, die aus Cu gebildet ist, 0,12λ oder mehr ist, sowohl die Abhängigkeit des elektromechanischen Koeffizienten K² der Rayleighschen Welle als auch die Abhängigkeit des elektromechanischen Koeffizienten K² der SH-Welle von θ des Eulerschen Winkels. Das heißt, wie es in 2 bezüglich der Rayleighschen Welle deutlich wird, ist in dem Fall, wo die Filmdicke der IDT-Elektrode 0,10λ oder weniger ist, der elektromechanische Koeffizient K² der Rayleighschen Welle relativ klein, und wenn die Filmdicke kleine 0,05λ beträgt, wird der elektromechanische Koeffizient K² wesentlich geändert, aufgrund des θ des Eulerschen Winkels. Im Gegensatz dazu ist in dem Fall, wo die Filmdicke der IDT-Elektrode 0,12λ oder mehr ist, klar, dass der elektromechanische Koeffizient K² der Rayleighschen Welle hohe 6% oder mehr beträgt, und Änderungen aufgrund des θ des Eulerschen Winkels sind klein.
Wie es andererseits von 3 deutlich wird, ändert sich der elektromechanische Koeffizient K² der SH-Welle wesentlich, wenn sich θ des Eulerschen Winkels ändert. Im übrigen wird in dem Fall, wo die Filmdicke der IDT-Elektrode 3 0,05λ beträgt, der elektromechanische Koeffizient K² der SH-Welle, der eine Nebenwelle wird, in der Nähe von θ = 36° ein lokales Minimum, während in dem Fall, wo die Elektrodenfilmdicke 0,12λ oder 0,20λ beträgt, der elektromechanische Koeffizient der SH-Welle in der Nähe von θ = 30° ein lokales Minimum wird. Im übrigen war in dem Fall, wo die Filmdicke der IDT-Elektrode 0,10λ beträgt, der elektromechanische Koeffizient der SH-Welle sehr hohe 5%, wenn θ des Eulerschen Winkels 36° war, und kann daher in 3 nicht gezeigt werden.
Wie es von 3 deutlich wird, verschiebt sich folglich θ, bei dem der elektromechanische Koeffizient K² der SH-Welle, die als eine Nebenwelle dient, ein Minimum wird, von der Nähe von θ = 36° zu der Nähe von 30° in dem Fall, wo die Filmdicke der IDT-Elektrode, die aus Cu gebildet ist, 0,12λ oder mehr beträgt.
Bisher wurde davon ausgegangen, dass sich in dem Fall, wo die Rayleighsche Welle verwendet wird, eine SH-Wellen-Nebenwelle erhöht, wenn sich die Filmdicke der IDT-Elektrode 3 erhöht. Das heißt, wie es oben beschrieben wurde, war beispielsweise in dem Fall, wo die Elektrodenfilmdicke 0,10λ betrug und θ des Eulerschen Winkels 36° war, der elektromechanische Koeffizient K² der SH-Welle sehr hohe 5%.
Andererseits ist in dem Fall, wo die Filmdicke als 0.12λ oder mehr festgelegt ist, wie es von 3 deutlich wird, der elektromechanische Koeffizient K² der SH-Welle etwa 0,2% bis 0,4%, wenn θ in der Nähe von 36° liegt, aber nur kleine 0,1% oder weniger innerhalb des Bereichs von θ = 30° ± 5°, und sehr kleine 0,05% oder weniger in der Nähe von θ = 30°.
Der Grund weshalb sich die θ-Abhängigkeit des elektromechanischen Koeffizienten K² der SH-Welle und die θ-Abhängigkeit des elektromechanischen Koeffizienten K² der Rayleighschen Welle an der Grenze in der Nähe von 0,12λ bei der Filmdicke der IDT-Elektrode, die aus Cu gebildet ist, wie es oben beschrieben ist, ändern, ist vermutlich, wie es in 4 gezeigt ist, dass sich die Schallgeschwindigkeit der Rayleighschen Welle und die Schallgeschwindigkeit der SH-Welle bei einer Filmdicke der IDT-Elektrode 3 von 0,12λ schneiden. Das heißt, wie es in 4 gezeigt ist, die Schallgeschwindigkeiten der SH-Welle und der Rayleighschen Welle verringern sich, während sich die Filmdicke der IDT-Elektrode erhöht, aber wenn die Filmdicke 0,12λ oder mehr wird, überschreitet die Schallgeschwindigkeit der Rayleighschen Welle die Schallgeschwindigkeit der SH-Welle.
Wie es in 2 und 3 gezeigt ist, wird daher davon ausgegangen, dass die Schallgeschwindigkeit der oben beschriebenen Rayleighschen Welle und die Schallgeschwindigkeit der SH-Welle umgekehrt sind, wenn die Filmdicke der IDT-Elektrode 0,12λ oder mehr wird, und dadurch sind die θ-Abhängigkeit des elektromechanischen Koeffizienten K² der Rayleighschen Welle und die θ-Abhängigkeit des elektromechanischen Koeffizienten K² der SH-Welle geändert.
5 ist ein Diagramm, das Änderungen bei dem elektromechanischen Koeffizienten K² der Rayleighschen Welle aufgrund der Filmdicke der IDT-Elektrode zeigt, die aus Cu gebildet ist. Hier wurde die Nutzleistung der IDT-Elektrode 3 als 0,50 festgelegt, und die Filmdicke eines SiO₂-Films, der als der zweite Siliziumoxidfilm 7 dient, wurde als 0,3λ festgelegt.
Wie von 5 deutlich wird, neigt der elektromechanische Koeffizient K² der Rayleighschen Welle dazu, sich zu verringern, während sich die Filmdicke der IDT-Elektrode 3, die aus Cu gebildet ist, erhöht. Es ist jedoch klar, dass der elektromechanische Koeffizient K² der Rayleighschen Welle einen zufriedenstellend hohen Wert von 6% oder mehr zeigt, falls die Filmdicke der IDT-Elektrode 3 0,18λ oder weniger beträgt. Daher ist es notwendig, dass die Filmdicke der IDT-Elektrode 3 als 0,18λ oder weniger festgelegt ist, um es zu ermöglichen, dass der elektromechanische Koeffizient K² ein zufriedenstellend hoher Wert von 6% oder mehr wird.
Bei der vorliegenden Erfindung ist die Filmdicke der IDT-Elektrode 3, die aus Cu gebildet ist, als 0,12λ oder mehr festgelegt, und dadurch ist die Filmdicke der IDT-Elektrode zufriedenstellend erhöht, und der Elektrodenwiderstand ist reduziert. In diesem Fall kann auf der Basis der in 2 und 3 gezeigten Ergebnisse eine Nebenwelle aufgrund der SH-Welle zufriedenstellend reduziert werden, und außerdem wird es dem elektromechanischen Koeffizienten K² der Rayleighschen Welle ermöglicht, ein zufriedenstellend hoher Wert von 6% oder mehr zu werden, durch Auswählen von θ des Eulerschen Winkels, wie es nachfolgend beschrieben wird. Insbesondere kann der elektromechanische Koeffizient K² der Rayleighschen Welle zuverlässig auf 6% oder mehr erhöht werden, durch Festlegen der Filmdicke der IDT-Elektrode als 0,18λ oder weniger, wie es oben beschrieben ist.
6 ist ein Diagramm, das Änderungen bei dem elektromechanischen Koeffizienten K² der Rayleighschen Welle zeigt, aufgrund von θ des Eulerschen Winkels in dem Fall, wo die Nutzleistung der IDT-Elektrode als 0,50 festgelegt war, die Filmdicke der IDT-Elektrode 3, die aus Cu gebildet ist, als 0,12λ festgelegt war, und die Filmdicke eines SiO₂-Films, der als der zweite Siliziumoxidfilm 7 dient, als 0,2λ, 0,3λ oder 0,4λ festgelegt war.
Gleichartig zu 6 ist 7 ein Diagramm, das Änderungen bei dem elektromechanischen Koeffizienten K² der SH-Welle zeigt, aufgrund von θ des Eulerschen Winkels in dem Fall, wo die Filmdicke der IDT-Elektrode 3, die aus Cu gebildet ist, als 0,12λ festgelegt war, die Nutzleistung als 0,50 festgelegt war, und die Filmdicke des zweiten Siliziumoxidfilms als 0,20λ, 0,3λ oder 0,4λ festgelegt war.
Wie von 6 deutlich ist, ändert sich in jedem Fall, wo die Filmdicke des zweiten Siliziumoxidfilms als 0,2λ, 0,3λ oder 0,4λ festgelegt ist, der elektromechanische Koeffizient K² der Rayleighschen Welle nicht zu einem großen Ausmaß und zeigt einen hohen Wert von 6% oder mehr, selbst wenn θ des Eulerschen Winkels geändert wird. Andererseits, wie von 7 deutlich ist, ändert sich der elektromechanische Koeffizient K² der SH-Welle wesentlich, wenn sich θ des Eulerschen Winkels ändert, und in jedem Fall, wo die Filmdicke des zweiten Siliziumoxidfilms als 0,2λ, 0,3λ oder 0,4λ festgelegt ist, wird beinahe das gleiche Ergebnis erhalten.
Wie es von 6 und 7 deutlich ist, ändern sich folglich die Abhängigkeit der Rayleighschen Welle und die Abhängigkeit der SH-Welle von θ des Eulerschen Winkels kaum, selbst wenn die Filmdicke des zweiten Siliziumoxidfilms 7 aufgrund von Schwankungen bei der Herstellung und dergleichen variiert. Daher ist gemäß dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel klar, dass das Oberflächenwellenbauelement 1, das stabile Charakteristika zeigt, geschaffen werden kann, wobei Schwankungen beim Einfluss auf die Charakteristika aufgrund einer SH-Wellen-Nebenwelle nicht ohne weiteres auftreten, selbst wenn bei der Dicke des zweiten Siliziumoxidfilms, der aus einem SiO₂-Film gebildet ist, Schwankungen auftreten.
Im übrigen ist 8 ein Diagramm, das Änderungen bei dem elektromechanischen Koeffizienten K² der SH-Welle aufgrund von Änderungen bei θ des Eulerschen Winkels und der Filmdicke des zweiten Siliziumoxidfilms 7 in dem Fall zeigt, wo die Filmdicke der IDT-Elektrode 3 als 0,04λ festgelegt ist. Wie von 8 deutlich ist, sind Änderungen bei dem elektromechanischen Koeffizienten K² der SH-Welle aufgrund von θ des Eulerschen Winkels in dem Fall, wo die Filmdicke der IDT-Elektrode 3, die aus Cu gebildet ist, kleine 0,04λ ist, sehr unterschiedlich zu dem Fall, wo die Filmdicke des zweiten Siliziumoxidfilms 7 0,2λ beträgt und dem Fall, wo die Filmdicke 0,3λ beträgt und dem Fall, wo die Filmdicke 0,4λ beträgt. Folglich ist klar, dass falls in dem Fall, wo die Filmdicke der IDT-Elektrode 3 kleine 0,04λ beträgt, die Filmdicke des zweiten Siliziumoxidfilms 7 variiert, die Charakteristika wesentlich variieren.
Da im übrigen die SH-Welle eine Nebenwelle wird, wird bevorzugt, dass der elektromechanische Koeffizient K² derselben klein ist. Der Wert von θ, bei dem der elektromechanische Koeffizient K² der SH-Welle ein Minimum wird, ist durch die folgende Gleichung (1) dargestellt, wobei T_Cu die Filmdicke der IDT-Elektrode 3 darstellt, die aus Cu gebildet ist. Diese Gleichung (1) wurde von den in der oben beschriebenen 3 gezeigten Ergebnissen abgeleitet.
Mathematische Gleichung 1

Falls ferner der elektromechanische Koeffizient K² der SH-Welle 0,1% oder weniger beträgt, wird durch die Nebenwelle sehr wenig Einfluss ausgeübt. Folglich ist wünschenswert, dass θ, das durch die oben beschriebene Gleichung (1) dargestellt ist, innerhalb des Bereichs von θ ± 5° liegt. In diesem Fall wird es dem elektromechanische Koeffizient K² der SH-Welle ermöglicht, 0.1% oder weniger zu werden.
Falls ferner, wie es von 6 deutlich ist, die Filmdicke des zweiten Siliziumoxidfilms, der aus SiO₂ gebildet ist, innerhalb des Bereichs von 0,2λ bis 0,4λ liegt, wird es dem elektromechanischen Koeffizienten K² der Rayleighschen Welle über einen großen Bereich von θ des Eulerschen Winkels von 20° bis 50° ermöglicht, höher zu werden als 6%. Gemäß den Experimenten, die durch die Erfinder der vorliegenden Erfindung durchgeführt wurden, wurde herausgefunden, dass es dem elektromechanische Koeffizient K² der Rayleighschen Welle ermöglicht wurde, 6% oder mehr zu werden, wenn die Filmdicke des zweiten Siliziumoxidfilms innerhalb des Bereichs von 0,15λ bis 0,5λ lag. Daher wird es bevorzugt, dass die Filmdicke des zweiten Siliziumoxidfilms als innerhalb des Bereichs von 0,15λ bis 0,5λ liegend festgelegt ist, und vorzugsweise innerhalb des Bereichs von 0,2λ bis 0,4λ, wie es in 6 gezeigt ist.
9 zeigt die Impedanz-Charakteristika und die Phasen-Charakteristika des Oberflächenwellenbauelements 1 des oben beschriebenen Ausführungsbeispiels und von Oberflächenwellenbauelementen des ersten und zweiten Vergleichsbeispiels, die für Vergleichszwecke vorbereitet wurden. Bei dem Oberflächenwellenbauelement des Ausführungsbeispiels war die IDT-Elektrode 3 ein Cu-Film mit einer Filmdicke von 0,12λ. Bei dem ersten Vergleichsbeispiel war die Filmdicke des Cu-Films als 0,10λ festgelegt, und bei dem zweiten Vergleichsbeispiel war die Filmdicke des Cu-Films als 0,08λ festgelegt.
Hier waren die anderen Spezifikationen außer der Filmdicke der IDT-Elektrode 3 wie nachfolgend beschrieben.
Bezüglich des Oberflächenwellenbauelements des oben beschriebenen Ausführungsbeispiels war eine IDT-Elektrode 3 mit einer Dicke von 0,12λ = 248 nm auf einem LiNbO₃-Substrat 2 gebildet, das durch Eulersche Winkel von (0°, 30°, 0°) dargestellt ist, und ein SiO₂-Film von 600 nm = 0,29λ war als zweiter Siliziumoxidfilm 7 gebildet, so dass ein 1,9 GHz-Band Oberflächenwellenresonator vom Eintor-Typ vorbereitet war. Hier wurde λ = 2.07 μm verwendet.
Bezüglich des ersten Vergleichsbeispiels wurde eine IDT-Elektrode aus einem Cu-Film von 207 nm = 0.10λ gebildet, und die Filmdicke des zweiten Siliziumoxidfilms 7 wurde als 600 nm = 0,29λ festgelegt. Bezüglich des zweiten Vergleichsbeispiels wurde die Dicke einer IDT-Elektrode, die aus Cu gebildet ist, als 166 nm = 0,08λ festgelegt, und die Filmdicke eines SiO₂-Films, der als einzweiter Siliziumoxidfilm dient, wurde als 600 nm = 0,29λ festgelegt. Die Nutzleistung von jeder der IDT-Elektroden wurde als 0,5 festgelegt.
Eine durchgezogene Linie zeigt das Ergebnis des oben beschriebenen Ausführungsbeispiels an, eine gestrichelte Linie zeigt das Ergebnis des ersten Vergleichsbeispiels an und eine abwechselnd lang und kurz gestrichelte Linie zeigt das Ergebnis des zweiten Vergleichsbeispiels an.
Wie es von 9 deutlich ist, erscheint bei dem zweiten Vergleichsbeispiel zwischen einer Resonanzfrequenz und einer Antiresonanzfrequenz eine große Nebenwelle, die durch einen Pfeil A angezeigt ist, und auch bei dem ersten Vergleichsbeispiel erscheint eine Nebenwelle, die durch einen Pfeil B angezeigt ist, auf der unteren Bereichsseite einer Resonanzfrequenz. Es wird davon ausgegangen, dass diese Nebenwellen Nebenwellen aufgrund der SH-Welle sind. Andererseits wird bei dem Oberflächenwellenbauelement 1 des oben beschriebenen Ausführungsbeispiels keine solche Nebenwelle beobachtet.
Oberflächenwellenbauelemente wurden wie bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel gebildet, außer dass die Filmdicke des zweiten Siliziumoxidfilms 7 in dem Oberflächenwellenbauelement 1 von 0,34λ zu 0,29λ und 0,24λ geändert wurde. 10 zeigt die Messergebnisse von Filtercharakteristika dieser Oberflächenwellenbauelemente. Wie bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel zeigt eine durchgezogene Linie das Ergebnis in dem Fall an, wo die Filmdicke des zweiten Siliziumoxidfilms 0,34λ beträgt, eine gestrichelte Linie zeigt das Ergebnis in dem Fall an, wo die Filmdicke 0,2λ beträgt und eine abwechselnd lang und kurz gestrichelte Linie zeigt das Ergebnis in dem Fall an, wo die Filmdicke 0,24λ beträgt.
Wie von 10 deutlich ist, wird nicht in jedem Fall eine Nebenwelle beobachtet und daher wird eine gute Resonanzcharakteristik erhalten. Selbst wenn die Filmdicke des zweiten Siliziumoxidfilms, der aus SiO₂ gebildet ist, variiert, erscheint folglich nicht ohne weiteres eine Nebenwelle, so dass eine gute Resonanzcharakteristik stabil erhalten werden kann.
Bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel sind die Eulerschen Winkel des x-Substrats als (0°, θ ± 5°, 0°) festgelegt. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung stellten jedoch durch das Experiment folgendes fest. Bezüglich der Eulerschen Winkel von (ϕ, θ, φ) ist es ausreichend, dass ϕ innerhalb des Bereichs von 0° ± 5° liegt, und φ innerhalb des Bereichs von 0° ± 10° liegt, und in jedem Fall werden Effekte erhalten, die ähnlich sind wie die Effekte des oben beschriebenen Ausführungsbeispiels.
Bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel ist die IDT-Elektrode aus Cu gebildet. Bei der vorliegenden Erfindung ist es jedoch ausreichend, dass eine Elektrode verwendet wird, die hauptsächlich Cu enthält. Eine Haftschicht mit einer relativ geringen Dicke kann unter einer Hauptelektrodenschicht angeordnet sein, die aus Cu gebildet ist oder eine dünne Schutzelektrodenschicht kann auf einer Elektrode laminiert sein, die hauptsächlich Cu enthält. In diesen Fällen ist es ausreichend, dass die Dicke der Hauptelektrodenschicht, die aus Cu gebildet ist, gleich der Dicke der Elektrode der vorliegenden Erfindung ist.
Ferner kann die vorliegende Erfindung nicht nur auf die oben beschriebenen Eintor-Oberflächenwellenresonatoren und Bandpassfilterabschnitte von Duplexern angewendet werden, sondern auch auf verschiedene Resonatoren und Oberflächenwellenfilter mit verschiedenen Schaltungskonfigurationen.

Claims

Ein Oberflächenwellenbauelement (1), dass die Rayleigsche Welle ausnutzt, wobei das Bauelement folgende Merkmale umfasst: ein LiNbo₃-Substrat (2), das durch Eulersche Winkel von (0° ± 5°, θ ± 5°, 0° ± 10°) dargestellt ist; eine Elektrode (3), die auf dem LiNbo₃-Substrat angeordnet ist, und die eine IDT-Elektrode mit Elektrodenfingern umfasst, die hauptsächlich Cu enthält; einen ersten Siliziumoxidfilm (6), der zwischen den Elektrodenfingern der IDT-Elektrode liegt, wobei der erste Siliziumoxidfilm eine Filmdicke gleich der Dicke der Elektrode aufweist; und einen zweiten Siliziumoxidfilm (7), der die Elektrode (3) und den ersten Siliziumoxidfilm (6) bedeckt, wobei die Filmdicke der Elektrode (3) innerhalb des Bereichs von 0,12λ bis 0,18λ liegt, wobei λ die Wellenlänge einer Oberflächenwelle darstellt, und θ der Eulerschen Winkel von (0° ± 5°, θ ± 5°, 0° ± 10°) innerhalb des Bereichs liegt, der die folgende Gleichung erfüllt: θ = 32,01 – 351,92 × exp(–T_Cu/0,0187) wobei T_Cu ein Wert der Cu-Elektrodenfilmdicke normiert mit der Wellenlänge λ ist.
Das Oberflächenwellenbauelement gemäß Anspruch 1, bei dem die Filmdicke (H) des zweiten Siliziumoxidfilms (7) innerhalb des Bereichs von 0,15λ bis 0,50λ liegt.