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TECHNISCHES GEBIET
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Die
vorliegende Erfindung betrifft Schallwellenvorrichtungen, bei denen
Schallwellen wie Oberflächenschallwellen oder Grenzflächenschallwellen
genutzt werden. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine
Schallwellenvorrichtung mit einem Aufbau, bei dem eine die Temperaturcharakteristik
verbessernde Schicht zum Einstellen des Temperaturkoeffizienten
der Frequenz der Vorrichtung auf einem piezoelektrischen Substrat
angeordnet ist.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Oberflächenschallwellenvorrichtungen
werden weithin als Bandfilter für Mobiltelefone verwendet.
In Patentdokument 1 ist im folgenden ein Beispiel für eine
solche Art einer Oberflächenschallwellenvorrichtung offenbart.
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8 ist
eine schematische, von vorn geführte Schnittansicht der
in Patentdokument 1 offenbarten Oberflächenschallwellenvorrichtung.
Die Oberflächenschallwellenvorrichtung 101 umfaßt
ein piezoelektrisches Substrat 102 und auf diesem angeordnete,
interdigitale Elektroden (IDT-Elektroden) 103. Über
die interdigitalen Elektroden 103 erstreckt sich eine isolierende
Schutzschicht 104 mit einem Längsdehnungskoeffizienten,
der kleiner als derjenige des piezoelektrischen Substrats 102 ist.
Die isolierende Schutzschicht 104 ist mit einer Frequenzeinstellschicht 105 überzogen.
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Die
isolierende Schutzschicht 104 wird zur Verkleinerung von
auf Grund der Temperaturen bewirkten Schwankungen der Frequenzeigenschaften
verwendet, d. h. die isolierende Schutzschicht 104 wird
als eine die Temperaturcharakteristik verbessernde Schicht verwendet.
Die isolierende Schutzschicht 104 besteht aus SiO2.
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Die
Frequenzeinstellschicht 105 besteht aus SixNy mit einer Wellengeschwindigkeit (einer
Transversalwellengeschwindigkeit von 6000 m/s), die größer
als diejenige von SiO2 ist, wobei x und
y Zahlen sind, die von der Zusammensetzung derselben abhängen.
Frequenzen wie die Mittenfrequenz und die Resonanzfrequenz der Vorrichtung
werden in einer solchen Weise gesteuert, daß die Dicke
der Frequenzeinstellschicht 105 eingestellt wird.
- Patentdokument
1: Ungeprüfte Japanische
Patentanmeldung Veröffentlichung Nr. 2001-44787 .
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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Bei
der in Patentdokument 1 offenbarten Oberflächenschallwellenvorrichtung 101 wird
die isolierende Schutzschicht 104 zur Verbesserung der
Frequenz-Temperatur-Charakteristik verwendet, und die Frequenzeinstellschicht 105 wird
zur Steuerung der Frequenzen in der oben beschriebenen Weise verwendet.
In dem Fall, in dem Si3N4-Schichten
gebildet werden, die jeweils als Frequenzeinstellschicht 105 mit
einer Wellengeschwindigkeit (5850 bis 6010 m/s) und einem Wärmeausdehnungskoeffizienten
(von 3,4 × 10–6/°C)
fungieren, die größer als diejenigen von SiO2 (mit einem Wärmeausdehnungskoeffizient
von 0,55 × 10–6/°C)
sind, besteht das Problem, daß Vorteile, die auf das Vorhandensein
von SiO2-Schichten zurückzuführen
sind, vermindert werden, weil der absolute Wert jedes Temperaturkoeffizienten
der Frequenz (TCF), der die Frequenz-Temperatur-Charakteristik und
insbesondere eine auf die Temperatur zurückzuführende
Frequenzschwankung anzeigt, so groß wie in 9 gezeigt
ist. In 9 stellt λ entlang
der horizontalen Achse die Wellenlänge einer Schallwelle
dar, beispielsweise einer Oberflächenschallwelle oder einer
Grenzflächenschallwelle.
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Schallwellenvorrichtung
zu schaffen, welche die obigen, herkömmlichen technischen
Probleme wirksam löst. Die Schallwellenvorrichtung umfaßt
eine die Temperaturcharakteristik verbessernde Schicht zur Verbesserung
der Temperaturcharakteristik und eine darauf angeordnete Frequenzeinstellschicht.
Mit der Frequenzeinstellschicht läßt sich eine
Frequenz einstellen. Die Temperaturcharakteristik der Schallwellenvorrichtung
verschlechtert sich aufgrund des Vorhandenseins der Frequenzeinstellschicht
kaum.
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Bei
einer ersten Ausgestaltung der vorliegenden Verbindung wird eine
Schallwellenvorrichtung geschaffen, die ein piezoelektrisches Substrat,
auf dem piezoelektrischen Substrat angeordnete IDT-Elektroden, eine
sich über das piezoelektrische Substrat und die IDT-Elektroden
erstreckende, die Temperaturcharakteristik verbessernde Schicht
und eine auf der die Temperaturcharakteristik verbessernden Schicht
angeordnete Frequenzeinstellschicht umfaßt. Das piezoelektrische
Substrat besteht aus einem piezoelektrischen Material mit einem
negativen Temperaturkoeffizienten der Frequenz TCF. Die die Temperaturcharakteristik
verbessernde Schicht besteht aus einem Material mit einem positiven
Temperaturkoeffizienten der Frequenz TCF. Die Frequenzeinstellschicht
umfaßt einen Dünnglasfilm, der eine Transversalwellengeschwindigkeit
aufweist, die kleiner als die Transversalwellengeschwindigkeit der
die Temperaturcharakteristik verbessernden Schicht ist, und besitzt
auch einen Koeffizienten der linearen Wärmeausdehnung,
der kleiner als der Koeffizient der linearen Wärmeausdehnung
des piezoelektrischen Substrats ist.
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Bei
einer zweiten Ausgestaltung der vorliegenden Verbindung wird eine
Schallwellenvorrichtung geschaffen, die ein piezoelektrisches Substrat,
auf dem piezoelektrischen Substrat angeordnete IDT-Elektroden, eine
erste sich über das piezoelektrische Substrat und die IDT-Elektroden
erstreckende, die Temperaturcharakteristik verbessernde Schicht,
eine auf der die Temperaturcharakteristik verbessernden ersten Schicht
angeordnete Frequenzeinstellschicht und eine zweite auf der Frequenzeinstellschicht
angeordnete, die Temperaturcharakteristik verbessernde Schicht umfaßt.
Das piezoelektrische Substrat besteht aus einem piezoelektrischen
Material mit einem negativen Temperaturkoeffizienten der Frequenz
TCF. Die erste und die zweite, die Temperaturcharakteristik verbessernde
Schicht bestehen aus einem Material mit einem positiven Temperaturkoeffizienten
der Frequenz TCF. Die Frequenzeinstellschicht umfaßt einen
Dünnglasfilm, der eine Transversalwellengeschwindigkeit
aufweist, die kleiner als die Transversalwellengeschwindigkeit der
ersten und der zweiten die Temperaturcharakteristik verbessernden
Schicht ist, und besitzt auch einen Koeffizienten der linearen Wärmeausdehnung,
der kleiner als der Koeffizient der linearen Wärmeausdehnung
des piezoelektrischen Substrats ist.
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Sowohl
bei der ersten als auch der zweiten Ausgestaltung besteht die die
Temperaturcharakteristik verbessernde Schicht aus dem Material mit
einem solchen positiven Temperaturkoeffizienten der Frequenz TCF,
und das piezoelektrische Substrat besteht aus dem piezoelektrischen
Material mit einem solchen negativen Temperaturkoeffizienten; daher
können die absoluten Werte des Temperaturkoeffizienten
der Frequenz TCF der Vorrichtung auf Grund des Vorhandenseins der
die Temperaturcharakteristik verbessernden Schicht klein sein. Da
die Frequenzeinstellschicht zum Einstellen der Frequenz verwendet
wird und die Transversalwellengeschwindigkeit der Frequenzeinstellschicht
niedriger als diejenige der die Temperaturcharakteristik verbessernden
Schicht ist, wird durch das Vorhandensein der Frequenzeinstellschicht
verhindert, daß sich der Temperaturkoeffizient der Frequenz
TCF der Vorrichtung ändert.
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Sowohl
bei der ersten als auch der zweiten Ausgestaltung besteht der Dünnglasfilm
aus einem anorganischen Material, das durch das Mischen mindestens
zweier anorganischer Oxide hergestellt ist, wobei eines von den
mindestens zwei anorganischen Oxiden ist Siliciumoxid ist. Das ist
beim Einstellen der Wellengeschwindigkeit auf eine niedrigere Geschwindigkeit
von Nutzen und wirkt auch beim Einstellen des Koeffizienten der
linearen Wärmeausdehnung.
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Der
Dünnglasfilm besteht vorzugsweise aus einem anorganischen
Material, dessen Koeffizient der linearen Wärmeausdehnung
kleiner ist als der Koeffizient der linearen Wärmeausdehnung.
Dies hilft, effektiv zu verhindern, daß die Eigenschaften
der Vorrichtung aufgrund von Temperaturänderungen variieren.
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Die
Schallwellenvorrichtungen können aus einer Grenzflächenschallwellenvorrichtung
bestehen, bei der eine Grenzflächenschallwelle verwendet
wird, die sich entlang der Grenzfläche zwischen dem piezoelektrischen
Substrat und der die Temperaturcharakteristik verbessernden Schicht
fortpflanzt, oder können aus einer Oberflächenschallwellenvorrichtung
bestehen, bei der eine Oberflächenschallwelle verwendet
wird, die sich auf dem piezoelektrischen Substrat fortpflanzt.
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Die
die Temperaturcharakteristik verbessernden Schichten bestehen vorzugsweise
jeweils aus mindestens einer Schicht, die aus der Gruppe ausgewählt
ist, die aus Siliciumoxiden, Titaniumoxiden und Aluminiumoxiden
besteht.
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(Vorteile)
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Bei
der Schallwellenvorrichtung gemäß der ersten Ausgestaltung
ist die die Temperaturcharakteristik verbessernde Schicht, die aus
dem Material mit einem positiven Temperaturkoeffizienten der Frequenz
TCF besteht, auf dem piezoelektrischen Substrat angeordnet, das
aus dem piezoelektrischen Material mit einem negativen Temperaturkoeffizienten
der Frequenz TCF besteht; daher ist der absolute Wert des Temperaturkoeffizienten
der Frequenz TCF der Vorrichtung klein. Die Frequenzeinstellschicht
umfasst den Dünnglasfilm, der eine Transversalwellengeschwindigkeit
aufweist, die kleiner als die Transversalwellengeschwindigkeit der
die Temperaturcharakteristik verbessernden Schicht ist und auch
einen kleinen Wärmeausdehnungskoeffizienten besitzt; daher
kann die Vorrichtung auf Grund des Vorhandenseins der Frequenzeinstellschicht
eine kleinere Frequenz und einen positiv verschobenen Temperaturkoeffizienten
der Frequenz TCF aufweisen. Deshalb kann selbst dann, wenn die die
Temperaturcharakteristik verbessernde Schicht eine kleine Dicke
aufweist und es deshalb schwierig ist, den absoluten Wert des Temperaturkoeffizienten
der Frequenz TCF der Vorrichtung auf nahe Null einzustellen, die
Vorrichtung durch das Vorhandensein der Frequenzeinstellschicht
einen Temperaturkoeffizienten der Frequenz TCF mit einem absoluten
Wert von nahe Null besitzen. Deshalb läßt sich die
folgende Vorrichtung erhalten: eine Schallwellenvorrichtung, die
langgestreckt ist, bei welcher sich der Temperaturkoeffizienten
der Frequenz TCF kaum ändert, und mit der eine Frequenz
auf eine gewünschte Frequenz eingestellt werden kann.
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Gemäß der
zweiten Ausgestaltung bestehen die erste und die zweite die Temperaturcharakteristik
verbessernde Schicht aus dem Material mit einem positiven Temperaturkoeffizienten
der Frequenz TCF, und das piezoelektrische Substrat besteht aus
dem piezoelektrischen Material mit einem negativen Temperaturkoeffizienten
der Frequenz TCF; daher läßt sich der absolute
Wert des Temperaturkoeffizienten der Frequenz TCF der Vorrichtung
verkleinern. Weiterhin umfaßt die Frequenzeinstellschicht
den Dünnglasfilm, der eine Transversalwellengeschwindigkeit
aufweist, die kleiner als die Transversalwellengeschwindigkeit der
ersten und der zweiten die Temperaturcharakteristik verbessernden
Schicht ist, und die auch einen kleinen Wärmeausdehnungskoeffizienten
besitzt. Deshalb bewirkt die Frequenzeinstellschicht, daß die
Vorrichtung eine kleinere Frequenz aufweist und sich der Temperaturkoeffizient
der Frequenz TCF positiv verschiebt. Deshalb kann selbst dann, wenn
die erste und die zweite die Temperaturcharakteristik verbessernde
Schicht zur Verminderung der Größe eine kleinere
Dicke aufweisen und deshalb der absolute Wert des Temperaturkoeffizienten
der Frequenz TCF der Vorrichtung verhältnismäßig
groß ist, die Vorrichtung auf Grund des Vorhandenseins
der Frequenzeinstellschicht einen Temperaturkoeffizienten der Frequenz
TCF mit einem absoluten Wert nahe Null besitzen. Deshalb kann man
die folgende Vorrichtung erhalten: eine Schallwellenvorrichtung,
mit der eine Frequenz auf eine gewünschte Frequenz eingestellt
werden kann, die langgestreckt ist und eine gute Temperaturcharakteristik
aufweist. Gemäß der zweiten Ausgestaltung halten
die erste und die zweite die Temperaturcharakteristik verbessernde
Schicht die Frequenzeinstellschicht zwischen sich fest, und deshalb
lassen sich die Temperatureigenschaften der Vorrichtung effizient
verbessern.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine schematische Frontschnittansicht einer Schallwellenvorrichtung
gemäß einer ersten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung.
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2 ist
ein Diagramm, das Veränderungen im Temperaturkoeffizienten
der Frequenz TCF der Schallwellenvorrichtung gemäß der
ersten Ausführungsform zeigt, wobei sich die Dicke einer
Frequenzeinstellschicht und die Art des zur Ausbildung der Frequenzeinstellschicht
verwendeten Glases verändern.
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3 ist
ein Diagramm, das Veränderungen in der Wellengeschwindigkeit
der Schallwellenvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform
zeigt, wobei sich die Dicke der Frequenzeinstellschicht und ein
Material zur Ausbildung der Frequenzeinstellschicht verändern.
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4 ist
eine schematische Frontschnittansicht einer Schallwellenvorrichtung
gemäß einer zweiten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung.
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5 ist
ein Diagramm, das Veränderungen im Temperaturkoeffizienten
der Frequenz TCF der Schallwellenvorrichtung gemäß der
zweiten Ausführungsform zeigt, wobei sich die Dicke einer
Frequenzeinstellschicht und die Art des zur Ausbildung der Frequenzeinstellschicht
verwendeten Glases verändern.
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6 ist
ein Diagramm, das Veränderungen in der Wellengeschwindigkeit
der Schallwellenvorrichtung gemäß der zweiten
Ausführungsform zeigt, wobei sich die Dicke der Frequenzeinstellschicht
und ein Material zur Ausbildung der Frequenzeinstellschicht verändern.
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7 ist
eine graphische Darstellung, welche die Beziehung zwischen der Dicke
einer Frequenzeinstellschicht, die in der Schallwellenvorrichtung
gemäß der zweiten Ausführungsform enthalten
ist, und der Wellengeschwindigkeit derselben zeigt und den Verlauf
des Ausführens der Frequenzeinstellung durch Verändern der
Frequenzeinstellschicht beschreiben soll.
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8 ist
eine schematische Frontschnittansicht eines Beispiels für
eine herkömmliche Oberflächenschallwellenvorrichtung.
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9 ist
eine graphische Darstellung, welche die Beziehung zwischen der Dicke
einer Si3N4-Schicht, die
in der herkömmlichen Schallwellenvorrichtung enthalten
ist und als Frequenzeinstellschicht verwendet wird, und dem Temperaturkoeffizienten
der Frequenz TCF zeigt.
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- 1
- Schallwellenvorrichtung
- 2
- piezoelektrisches
Substrat
- 3
- IDT-Elektroden
- 4
- die
Temperaturcharakteristik verbessernde Schicht
- 5
- Frequenzeinstellschicht
- 11
- Schallwellenvorrichtung
- 12
- piezoelektrisches
Substrat
- 13
- IDT-Elektroden
- 14
- erste
die Temperaturcharakteristik verbessernde Schicht
- 15
- Frequenzeinstellschicht
- 16
- zweite
die Temperaturcharakteristik verbessernde Schicht
- 101
- Schallwellenvorrichtung
- 102
- piezoelektrisches
Substrat
- 103
- IDT
- 104
- SiO2-Schicht
- 105
- SixNy-Schicht
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BESTE AUSFÜHRUNGSWEISE
DER ERFINDUNG
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Nunmehr
werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung anhand
der anliegenden Zeichnungen derart beschrieben, daß die
vorliegende Erfindung verständlich wird.
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1 ist
eine Frontschnittansicht einer Schallwellenvorrichtung gemäß einer
ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die
Schallwellenvorrichtung 1 ist eine solche, bei der eine
Love-Welle verwendet wird, die aus einer leckenden Oberflächenschallwelle
abgeleitet ist.
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Die
Schallwellenvorrichtung 1 umfaßt ein piezoelektrisches
Substrat 2. Das piezoelektrische Substrat 2 besteht
aus einem um 38° in X-Richtung gedrehten Y-Schnitt eines
LiTaO3-Kristalls, das einen Temperaturkoeffizienten
der Frequenz TCF von –42 ppm/°C und einen Linearausdehnungskoeffizienten ρ von
16,1 × 10–6/°C
aufweist.
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Auf
dem piezoelektrischen Substrat 2 sind IDT-Elektroden 3 angeordnet.
Die IDT-Elektroden 3 bestehen aus Cu. Die Dicke derselben
beträgt etwa 0,05 λ, ist jedoch nicht darauf beschränkt.
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Die
IDT-Elektroden 3 können aus einer Legierung oder
einem geeigneten anderen Metall als Cu bestehen oder können
jeweils einen mehrschichtigen Metallfilm mit mehreren aufgebrachten
Metallschichten umfassen. Über die IDT-Elektroden 3 erstreckt
sich eine die Temperaturcharakteristik verbessernde Schicht 4.
Bei dieser Ausführungsform umfaßt die die Temperaturcharakteristik
verbessernde Schicht 4 einen SiO2-Film
mit einer Dicke von 0,25 λ, wobei λ die Wellenlänge
einer Oberflächenschallwelle darstellt.
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Der
SiO2-Film besitzt einen positiven Temperaturkoeffizienten
der Frequenz, d. h. einen Temperaturkoeffizienten der Frequenz von
84,2 ppm/°C. Der SiO2-Film weist
eine Transversalwellengeschwindigkeit von 3757 m/s und einen Linearausdehnungskoeffizienten
von 0,55 × 10–6/°C
auf.
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Auf
der die Temperaturcharakteristik verbessernden Schicht 4 ist
eine Frequenzeinstellschicht 5 angeordnet. Bei dieser Ausführungsform
umfaßt die Frequenzeinstellschicht 5 einen Dünnglasfilm
mit einer Transversalwellengeschwindigkeit, die kleiner als diejenige
der die Temperaturcharakteristik verbessernden Schicht 4 ist.
Die Frequenzeinstellschicht 5 weist einen Linearausdehnungskoeffizienten
auf, der kleiner als derjenige des piezoelektrischen Substrats 2 ist.
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Bei
der Schallwellenvorrichtung 1 gemäß dieser
Ausführungsform besteht die die Temperaturcharakteristik
verbessernde Schicht 4 aus SiO2 und
besitzt einen positiven Temperaturkoeffizienten der Frequenz TCF,
und das piezoelektrische Substrat 2 besteht aus LiTaO3 und besitzt einen negativen Temperaturkoeffizienten
der Frequenz TCF. Deshalb kann der absolute Wert des Temperaturkoeffizienten
der Frequenz TCF der Vorrichtung auf Grund des Vorhandenseins der
die Temperaturcharakteristik verbessernde Schicht 4 klein sein,
wodurch verhindert wird, daß sich die Frequenzeigenschaften
der Vorrichtung infolge von Temperaturänderungen verändern.
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Die
Resonanzfrequenz und/oder die Mittenfrequenz der Vorrichtung läßt
sich durch Einstellen der Dicke der Frequenzeinstellschicht 5 auf
eine gewünschte Frequenz einstellen. Da die Frequenzeinstellschicht 5 eine
Transversalwellengeschwindigkeit, die kleiner als diejenige der
die Temperaturcharakteristik verbessernden Schicht 4 ist,
und einen kleinen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist,
kann man den Temperaturkoeffizienten der Frequenz TCF der Vorrichtung
auf Grund des Vorhandenseins der Frequenzeinstellschicht 5 positiv
verschieben. Deshalb ist die Frequenzeinstellschicht beim Einstellen
der Resonanzfrequenz und/oder der Mittenfrequenz der Vorrichtung
auf eine gewünschte Frequenz von Nutzen und ist auch beim
positiven Verschieben des Temperaturkoeffizienten der Frequenz TCF
der Vorrichtung derart effizient, daß der absolute Wert
des Temperaturkoeffizienten der Frequenz TCF der Vorrichtung nahe
null liegt.
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Falls
die Dicke der die Temperaturcharakteristik verbessernden Schicht 4,
die aus SiO2 besteht, verkleinert ist, weist
die Vorrichtung eine kleinere Dicke auf. In diesem Fall reicht die
die Temperaturcharakteristik verbessernde Schicht 4 nicht
aus, um die Temperaturcharakteristik der Vorrichtung zu verbessern;
jedoch kann der Temperaturkoeffizient der Frequenz TCF der Vorrichtung
auf Grund des Vorhandenseins der Frequenzeinstellschicht 5 nahe
Null liegen.
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Deshalb
läßt sich die Schallwellenvorrichtung 1 ohne
weiteres so herstellen, daß sie eine gute Temperaturcharakteristik
und die gewünschten guten Frequenzeigenschaften aufweist.
Das wird nunmehr anhand von Experimenten im einzelnen beschrieben.
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Auf
jedem piezoelektrischen Substrat
2, das aus einem um 38° in
X-Richtung gedrehten Y-Schnitt eines LiTaO
3-Kristalls
bestand, wurden IDT-Elektroden
3 aus Cu mit einer Dicke
von 0,05 λ ausgebildet. Auf dem piezoelektrischen Substrat
2 und
den IDT-Elektroden
3 wurde eine die Temperaturcharakteristik
verbessernde Schicht
4 aus SiO
2 mit
einer Dicke von 0,25 λ ausgebildet. Auf der die Temperaturcharakteristik
verbessernden Schicht
4 wurde mit Hilfe eines von Gläsern
A bis E und X, die in den Tabellen 1 und 2 gezeigt sind, eine Frequenzeinstellschicht
ausgebildet. Mit dem obigen Verfahren wurden verschiedene Arten
von Schallwellenvorrichtungen
1 hergestellt. Die Frequenzeinstellschichten
wiesen unterschiedliche Dicken auf. Tabelle 2 zeigt die Transversalwellengeschwindigkeit
und den Linearausdehnungskoeffizienten ρ jedes Glases sowie
diejenigen von SiO
2, Si
3N
4, LiTaO
3 und LiNbO
3. [Tabelle 1] Zusammensetzungen der Gläser
(in Gew.-%)
Arten der Gläser | SiO2 | Ba2O3 | Bi2O3 | ZnO | PbO | Al2O3 | K2O | Na2O | BaO | Andere |
A | 5 | 9 | 76 | 8 | | | | | | 2 |
B | 55 | | | | 30 | 2 | 7 | 4 | | 2 |
C | 73 | | | | 2 | 2 | | | 20 | 3 |
D | 55 | 22 | | 15 | | 5 | | | | 3 |
E | 68 | 13 | | | | 5 | | 6 | 6 | 3 |
X | 81 | 13 | | | | 2 | | 4 | | 0 |
[Tabelle 2]
Gläser | | Transversalwellengeschwindigkeit
(m/s) | Linearausdehnungskoeffizient ρ (/°C) |
A | 2030 | 10,2 × 10–6 |
B | 1990 | 8,4 × 10–6 |
C | 2160 | 8,0 × 10–6 |
D | 2880 | 4,2 × 10–6 |
E | 3380 | 6,0 × 10–6 |
X | 3770 | 18 × 10–6 |
Dielektrische Schichten | SiO2 | 3757 | 0,5 × 10–6 |
Si3N4 | 5850
bis 6010 | 3,4 × 10–6 |
Piezoelektrische Substrate | LiTaO3 | 3895 | 16,1 × 10–6 |
LiNbO3 | 4496 | 15,4 × 10–6 |
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2 zeigt
die Beziehung zwischen den Dicken jeder aus einem der Gläser
A bis E und X hergestellten Frequenzeinstellschicht 5 und
dem Temperaturkoeffizienten der Frequenz TCF jeder Schallwellenvorrichtung 1.
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Wie
aus 2 ersichtlich ist, besitzen die Schallwellenvorrichtungen,
welche die aus dem Glas X bestehenden Frequenzeinstellschichten
mit einer größeren Dicke enthalten, einen etwas
kleineren Temperaturkoeffizient der Frequenz TCF.
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Dagegen
besitzen die Schallwellenvorrichtungen, welche die aus den Gläsern
A bis E bestehenden Frequenzeinstellschichten mit einer größeren
Dicke enthalten, einen positiv verschobenen Temperaturkoeffizient
der Frequenz TCF. Das heißt, die Schallwellenvorrichtungen
können auf Grund des Vorhandenseins der Frequenzeinstellschichten 5 aus
den Gläsern A bis E einen positiv verschobenen Temperaturkoeffizient
der Frequenz TCF aufweisen, da die Gläser A bis E eine
Transversalwellengeschwindigkeit aufweisen, die kleiner als die Transversalwellengeschwindigkeit
(3757 m/s) des zur Ausbildung der die Temperaturcharakteristik verbessernden
Schichten 4 verwendeten SiO2 ist.
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3 zeigt
die Beziehung zwischen den Dicken jeder Si3N4-Schicht oder Frequenzeinstellschicht, die aus
einem der Gläser besteht, und der Geschwindigkeit einer
Love-Welle, die eine Art einer Oberflächenschallwelle ist.
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Wie
aus 3 ersichtlich ist, weisen die aus den Gläsern
A bis E bestehenden, eine größere Dicke besitzenden
Frequenzeinstellschichten eine kleinere Wellengeschwindigkeit auf.
Dagegen besitzen die eine größere Dicke aufweisenden
Si3N4-Schichten
eine größere Wellengeschwindigkeit.
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Deshalb
ist klar, daß eine Frequenzeinstellung durch Einstellen
der Dicke der aus den Gläsern A bis E bestehenden Frequenzeinstellschichten 5 derart
vorgenommen werden kann, daß sich die Wellengeschwindigkeiten
verkleinern, d. h. sich die Frequenzen vergrößern.
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Wie
aus 2 und 3 ersichtlich ist, können
die Schallwellenvorrichtungen 1 auf Grund der Verwendung
der Gläser A bis E mit einer kleineren Transversalwellengeschwindigkeit
als derjenigen des SiO2, d. h. der die Temperaturcharakteristik
verbessernden Schichten, einen positiv verschobenen Temperaturkoeffizient
der Frequenz TCF aufweisen. Außerdem kann der absolute
Wert des Temperaturkoeffizienten der Frequenz TCF auf Grund des
Vorhandenseins der Dünnglasfilme selbst dann verkleinert
werden, wenn die die Temperaturcharakteristik verbessernden Schichten 4 eine
kleine Dicke besitzen, und deshalb ist es schwierig, den absoluten
Wert des Temperaturkoeffizienten der Frequenz TCF auf nahe Null
einzustellen. Wie aus 3 hervorgeht, kann die Frequenzeinstellung
derart erfolgen, daß die Frequenzen kleiner werden.
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Diese
Ausführungsform wird im folgenden ergänzt.
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Um
den Temperaturkoeffizienten der Frequenz TCF einer herkömmlichen
Schallwellenvorrichtung zu sichern, wurde eine die Temperaturcharakteristik verbessernde
SiO2-Schicht von großer Dicke ausgebildet, und
auf dieser wurde eine Frequenzeinstellschicht SixNy ausgebildet. Da die die Temperaturcharakteristik
verbessernde SiO2-Schicht eine große
Dicke aufwies, war die herkömmliche Schallwellenvorrichtung
beim Einsetzungsverlust und anderen Eigenschaften unterlegen. Jedoch
wurden gemäß der Erfindung die Gläser
mit einer kleinen Wellengeschwindigkeit zur Ausbildung von Frequenzeinstellschichten
verwendet, wodurch sich die die Temperaturcharakteristik verbessernden
SiO2-Schichten eine kleine Dicke aufweisen
konnten und sich die Eigenschaften wie die Einsetzungsverluste um
etwa 1 dB verbesserten.
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4 ist
eine Frontschnittansicht einer Schallwellenvorrichtung gemäß einer
zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die
Schallwellenvorrichtung 11 umfaßt ein piezoelektrisches
Substrat 12, darauf angeordnete IDT-Elektroden 13 und
eine erste, die Temperaturcharakteristik verbessernde, sich über die
IDT-Elektroden 13 erstreckende Schicht 14. Außerdem
umfaßt die Schallwellenvorrichtung 11 eine Frequenzeinstellschicht 15 und
eine zweite die Temperaturcharakteristik verbessernde Schicht 16 in
dieser Reihenfolge. Mit anderen Worten, die erste und die zweite,
die Temperaturcharakteristik verbessernde Schicht 14 und 16 sind
auf beiden Oberflächen der Frequenzeinstellschicht 15 angeordnet.
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Bei
dieser Ausführungsform ist das piezoelektrisches Substrat 12 ein
LiNbO3-Substrat mit Euler-Winkeln (0°,
105°, 0°). Das LiNbO3-Substrat
besitzt einen Temperaturkoeffizienten der Frequenz TCF von –84 ppm/°C
und einen Linearausdehnungskoeffizienten von 15 × 10–6/°C. Die IDT-Elektroden 13 bestehen
aus Au und sind 0,04 λ dick.
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Die
IDT-Elektroden 13 können auch aus einem anderen
Metall oder einer anderen Legierung bestehen oder können
jeweils einen mehrschichtigen Metallfilm mit mehreren aufgebrachten
Metallschichten umfassen.
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Bei
dieser Ausführungsform bestehen die erste und die zweite
die Temperaturcharakteristik verbessernde Schicht 14 und 16 aus
SiO2, und die Summe der Dicke der ersten
die Temperaturcharakteristik verbessernden Schicht 14 und
derjenigen der zweiten die Temperaturcharakteristik verbessernden
Schicht 16 beläuft sich auf 1,5 λ, wobei λ die
Wellenlänge der Grenzflächenschallwelle darstellt.
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Die
Frequenzeinstellschicht 15 umfaßt einen Dünnglasfilm
und besteht aus Glas mit einer Transversalwellengeschwindigkeit,
die kleiner als diejenige des SiO2 ist.
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Bei
dieser Ausführungsform beläuft sich die Summe
der Dicken der ersten und der zweiten die Temperaturcharakteristik
verbessernden Schicht 14 und 16 auf 1,5 λ;
daher wird eine Grenzflächenschallwelle, die sich entlang
der Grenzfläche zwischen dem piezoelektrischen Substrat 2 und
der ersten, die Temperaturcharakteristik verbessernden Schicht 14 fortpflanzt,
durch Einschalten der IDT-Elektroden 13 erregt, so daß sich die
Frequenzeigenschaften mit Hilfe der Grenzflächenschallwelle
erhalten lassen. Deshalb ist die Schallwellenvorrichtung 11 eine
Grenzflächenschallwellenvorrichtung.
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Bei
dieser Ausführungsform weist das LiNbO3 einen
negativen Temperaturkoeffizienten der Frequenz TCF auf, und die
erste und die zweite die Temperaturcharakteristik verbessernde Schicht 14 und 16 bestehen aus
SiO2 mit einem positiven Temperaturkoeffizienten
der Frequenz TCF; daher läßt sich der Temperaturkoeffizient
der Frequenz TCF der Vorrichtung auf nahe Null einstellen. Selbst
wenn die Summe der Dicken der ersten und der zweiten die Temperaturcharakteristik
verbessernden Schicht 14 und 16 nicht ausreicht,
um den Temperaturkoeffizienten der Frequenz TCF der Vorrichtung
auf nahe Null einstellen, kann der Temperaturkoeffizient der Frequenz
TCF der Vorrichtung auf Grund des Vorhandenseins der Frequenzeinstellschicht 15,
die den Dünnglasfilm mit einer kleineren Transversalwellengeschwindigkeit
als derjenigen des SiO2 enthält,
positiv verschoben werden. Dadurch kann der absolute Wert des Temperaturkoeffizienten
der Frequenz TCF der Vorrichtung klein sein.
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Die
Frequenzeinstellung kann durch Einstellen der Dicke der Frequenzeinstellschicht 15 derart
vorgenommen werden, daß sich die Frequenzen in der bei
der ersten Ausführungsform beschriebenen Weise vergrößern.
Das wird nachfolgend anhand von 5 und 6 beschrieben.
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5 ist
ein Diagramm, welches das Verhältnis zwischen der Dicke
der Frequenzeinstellschichten 15, die jeweils aus einem
der Gläser A bis E und X bestehen, und dem Temperaturkoeffizienten
der Frequenz TCF der Schallwellenvorrichtungen 1 ähnlich
der obigen Schallwellenvorrichtung zeigt. Die Schichten 14 und 16 weisen
eine Dicke von jeweils 0,4 λ und 1,1 λ auf.
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Wie
aus 5 hervorgeht, weisen die Vorrichtungen, welche
die aus dem Glas X bestehenden Frequenzeinstellschichten enthalten,
im wesentlichen den gleichen Temperaturkoeffizienten der Frequenz
TCF auf; jedoch besitzen die Vorrichtungen, welche die aus den Gläsern
A bis E bestehenden Frequenzeinstellschichten 15 mit einer
größeren Dicke enthalten, einen positiv verschobenen
Temperaturkoeffizienten der Frequenz TCF, wobei die Frequenzeinstellschichten 15 Dünnglasfilme
mit einer kleineren Transversalwellengeschwindigkeit als derjenigen
des SiO2 enthalten. Deshalb kann selbst
dann, wenn die erste und die zweite die Temperaturcharakteristik
verbessernde Schicht 14 und 16 eine verhältnismäßig
kleine Dicke aufweisen und deshalb eine geringe Auswirkung auf die
Verbesserung der Temperaturcharakteristik der Vorrichtungen haben, der
Temperaturkoeffizient der Frequenz TCF der Vorrichtungen auf Grund
des Vorhandenseins der Frequenzeinstellschichten 15 in
der bei der ersten Ausführungsform beschriebenen Weise
ebenfalls nahe Null liegen.
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6 ist
ein Diagramm, welches die Beziehung zwischen einer Veränderung
in der Dicke der SiO2-Filme, die in der
ersten und der zweiten, die Temperaturcharakteristik verbessernden
Schicht 14 und 16 enthalten sind, und einer Änderung
in der Geschwindigkeit einer Grenzflächenschallwelle zeigt,
wobei die erste und die zweite, die Temperaturcharakteristik verbessernde
Schicht 14 und 16 in den Schallwellenvorrichtungen
umfaßt sind. Diese Schallwellenvorrichtungen umfassen außerdem
die piezoelektrischen Substrate 12, die IDT-Elektroden 13 und die
Frequenzeinstellschichten 15. In 6 stellt
L die Dicke der ersten die Temperaturcharakteristik verbessernden
Schicht 14 dar, und U stellt die Dicke der zweiten die
Temperaturcharakteristik verbessernden Schicht 16 dar.
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Diese
Dünnglasfilme bestehen aus dem in Tabelle 1 gezeigten Glas
A. Zum Vergleich sind in 6 auch die folgenden Ergebnisse
gezeigt: die Ergebnisse, die man aus der ersten und der zweiten
die Temperaturcharakteristik verbessernden Schicht 14 und 16 erhielt,
die anstatt aus dem Glas A aus dem Glas X mit einer Dicke von jeweils
0,3 λ und 1,2 λ bestanden.
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Wie
aus 6 hervorgeht, ist bei Verwendung des Glases X
die Wellengeschwindigkeit unabhängig von der Dicke der
Frequenzeinstellschichten 15 gleichbleibend. Das zeigt,
daß die Verwendung des Glases X nicht ausreicht, um die
Frequenz einzustellen. Dagegen nimmt die Wellengeschwindigkeit bei
Verwendung des Glases A mit einer Zunahme in der Dicke der Frequenzeinstellschichten 15 mit
den Dünnglasfilmen darin unabhängig davon ab,
ob sich die Summe der Dicken der ersten und der zweiten die Temperaturcharakteristik verbessernden
Schicht 14 und 16 auf 1,5 λ beläuft
und sich das Verhältnis der Dicke jeder ersten die Temperaturcharakteristik
verbessernden Schicht 14 und derjenigen jeder zweiten die
Temperaturcharakteristik verbessernden Schicht 16 ändert.
Das zeigt, daß die Frequenzeinstellung durch das Einstellen
der Dicke der Frequenzeinstellschichten 15 derart erfolgen
kann, daß die Frequenzen abnehmen. Falls sich die Summe
der Dicken der ersten und der zweiten die Temperaturcharakteristik
verbessernden Schicht 14 und 16 nicht auf 1,5 λ beläuft,
erhält man im wesentlichen die gleichen Ergebnisse wie
oben.
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Deshalb
ist offenkundig, daß mit der zweiten Ausführungsform
sowie mit der ersten Ausführungsform eine Schallwellenvorrichtung
geschaffen werden kann, die langgestreckt ist, einen Temperaturkoeffizienten
der Frequenz TCF mit einem absoluten Wert nahe bei Null und gute
Frequenz-Temperatur-Eigenschaften aufweist und bei der eine Frequenzeinstellung
ohne weiteres und derart vorgenommen werden kann, daß man
eine gewünschte Resonanzfrequenz und/oder Mittenfrequenz
erhält.
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Bei
der zweiten Ausführungsform wird die Grenzflächenschallwelle
verwendet. Durch die Verminderung der Dicke der ersten und der zweiten
die Temperaturcharakteristik verbessernden, aus SiO2 bestehenden Schicht 14 und 16 kann
bei der Schallwellenvorrichtung eine Oberflächenschallwelle
genutzt werden.
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Bei
der ersten Ausführungsform kann bei der Schallwellenvorrichtung 1 durch
die Verminderung der Dicke der die Temperaturcharakteristik verbessernden,
aus SiO2 bestehenden Schicht 4 eine
Grenzflächenschallwelle genutzt werden.
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Bei
den obigen Ausführungsformen bestehen die die Temperaturcharakteristik
verbessernden Schichten 4, 14 und 16 aus
SiO2 und können auch aus einem
anderen Siliciumoxid als SiO2 bestehen.
Ein Material zur Ausbildung der die Temperaturcharakteristik verbessernden
Schichten 4, 14 und 16 ist nicht auf
ein solches Siliciumoxid beschränkt und kann eines von
Titaniumoxiden, Aluminiumoxiden und anderen Oxiden sein.
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Bei
der vorliegenden Erfindung weisen die piezoelektrischen Substrate
einen negativen Temperaturkoeffizienten der Frequenz TCF auf; daher
besitzen die die Temperaturcharakteristik verbessernden Schichten einen
positiven Temperaturkoeffizienten der Frequenz TCF und können
aus verschiedenen Materialien bestehen. Die Frequenzeinstellschichten 5 und 15 weisen
eine kleinere Transversalwellengeschwindigkeit als diejenige eines
Materials zum Ausbilden einer von den die Temperaturcharakteristik
verbessernden Schichten auf, und ein Glasmaterial zur Ausbildung
der Frequenzeinstellschichten 5 oder 15 ist nicht
speziell eingeschränkt.
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Die
aus den Gläsern A bis D bestehenden Frequenzeinstellschichten 5 und 15 besitzen
vorzugsweise einen kleineren Linearausdehnungskoeffizienten als
denjenigen des piezoelektrischen Substrats 2 oder 12. Durch
vermindern sich in der in 2 und 6 gezeigten
Weise die Schwankungen der auf Temperaturänderungen zurückzuführenden
Frequenzeigenschaften, weil die Ausdehnung und die Kontraktion der
auf Temperaturänderungen zurückzuführenden
Frequenzeinstellschichten 5 und 15 gering sind.
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7 ist
eine graphische Darstellung, welche die Beziehung zwischen der Dicke
der dicken Frequenzeinstellschichten 15, die in Schallwellenvorrichtungen ähnlich
der Schallwellenvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform
enthalten sind, und der Wellengeschwindigkeit derselben zeigt und
die Bedeutung der Frequenzeinstellung beschreiben soll, um kleinere
Frequenzen als eine gewünschte Frequenz zu erreichen.
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In 7 stellt
Punkt P1 die Wellengeschwindigkeit eines Aufbaus dar, bei dem die
folgenden Bestandteile in dieser Reihenfolge auf einem piezoelektrischen
Substrat 12 angeordnet sind: IDT-Elektroden 13,
eine erste die Temperaturcharakteristik verbessernde Schicht 14 mit
einem SiO2-Film mit einer Dicke von 0,2 λ und eine
Frequenzeinstellschicht 15, die aus dem Glas A besteht
und eine Dicke von 0,048 λ besitzt, wie das auf der horizontalen
Achse in 7 eingezeichnet ist. Die Schallwellenvorrichtung
weist eine kleinere Frequenz als eine gewünschte Frequenz
auf, und deshalb wird die Dicke der Frequenzeinstellschicht 15 durch
Wegätzen auf 0,04 λ verringert. Punkt 2 stellt
die Wellengeschwindigkeit der entstandenen Schallwellenvorrichtung
dar. Diese Punkte zeigen, daß die Wellengeschwindigkeit
auf Grund der Verminderung der Dicke der Frequenzeinstellschicht 15 von
3100 m/s bis 3150 m/s schwanken kann.
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Eine
Schallwellenvorrichtung mit einer Frequenzeinstellschicht 15,
der sich oben auf dieser befindet und eine Dicke von 1,3 λ aufweist,
besitzt eine Wellengeschwindigkeit von etwa 3340 m/s, wie das durch
Punkt P3 dargestellt ist.
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Punkt
P4 stellt die Wellengeschwindigkeit eines Aufbaus dar, bei dem die
folgenden Bestandteile in dieser Reihenfolge auf einem piezoelektrischen
Substrat 12 angeordnet sind: eine erste die Temperaturcharakteristik
verbessernde Schicht 14 mit einer Dicke von 0,2; eine Frequenzeinstellschicht,
die eine Dicke von 0,048 λ aufweist und aus dem Glas A
besteht und zur Frequenzeinstellung unbearbeitet ist; und eine Frequenzeinstellschicht 15 mit
einem SiO2-Film mit einer Dicke von 1,3 λ.
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Eine
Wellengeschwindigkeitsdifferenz, die in 7 mit einem
Pfeil A angezeigt ist, korrespondiert zu dem Betrag einer eingestellten
Frequenz. Mit anderen Worten wird die Wellengeschwindigkeit schließlich
um den von dem Pfeil A angezeigten Betrag variiert, indem die Dicke
der Frequenzeinstellschicht 15 verkleinert wird, die einen
Dünnglasfilm von 0,048 λ bis 0,04 λ umfaßt,
der zu dem eingestellten, durch Variieren der Dicke der Frequenzeinstellschicht 15 erzielten
Frequenzbetrag korrespondiert.
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Die
Punkte Q1 bis Q3 stellen die Wellengeschwindigkeiten von Konstruktionen
dar, die im wesentlichen mit denjenigen identisch sind, welche die
durch die Punkte Q1 bis Q3 dargestellten Wellengeschwindigkeiten
aufweisen, nur daß die unteren ersten die Temperaturcharakteristik
verbessernden Schichten 14 eine Dicke von 0,4 λ besitzen
und die oberen die Temperaturcharakteristik verbessernden Schichten 16 eine
Dicke von 1‚1 λ besitzen. Punkt Q4 stellt die
Wellengeschwindigkeit einer Konstruktion dar, die eine nicht dickenverminderte
Frequenzeinstellschicht 15 umfaßt. Eine Wellengeschwindigkeitsdifferenz,
die von einem Pfeil B in 7 angezeigt wird, korrespondiert
zu dem Frequenzbetrag, der durch Variieren der Dicke der Frequenzeinstellschicht 15 eingestellt
wird.
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Zusammenfassung
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Es
wird die folgende Vorrichtung geschaffen: eine Schallwellenvorrichtung,
bei der eine die Temperaturcharakteristik verbessernde Schicht und
eine Frequenzeinstellschicht auf einem piezoelektrischen Substrat abgeschieden
sind, das einen verbesserten Temperaturkoeffizienten der Frequenz
TCF aufweist, langgestreckt ist und die gewünschten Temperaturcharakteristik
sicher zustande bringen kann.
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Eine
Schallwellenvorrichtung 1 umfaßt ein piezoelektrisches
Substrat 2, IDT-Elektroden 3, eine die Temperaturcharakteristik
verbessernde Schicht 4 und eine Frequenzeinstellschicht 5,
die in dieser Reihenfolge auf dem piezoelektrischen Substrat 2 angeordnet
sind. Das piezoelektrische Substrat 2 weist einen negativen Temperaturkoeffizienten
der Frequenz TCF auf. Die die Temperaturcharakteristik verbessernde
Schicht besteht aus einem Material mit einem positiven Temperaturkoeffizienten
der Frequenz TCF. Die Frequenzeinstellschicht 5 umfaßt
einen Dünnglasfilm mit einer Transversalwellengeschwindigkeit,
die kleiner als die Transversalwellengeschwindigkeit der die Temperaturcharakteristik
verbessernde Schicht 4 ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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