DE112007001405T5

DE112007001405T5 - Oberflächenschallwellenvorrichtung

Info

Publication number: DE112007001405T5
Application number: DE112007001405T
Authority: DE
Inventors: Kenji Nagaokakyo Nishiyama; Takeshi Nagaokakyo Nakao; Michio Nagaokakyo Kadoto
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2006-06-16
Filing date: 2007-05-22
Publication date: 2009-04-16
Anticipated expiration: 2027-05-23
Also published as: JP5213708B2; WO2007145056A1; US7701114B2; DE112007001405B4; US20090072659A1; JPWO2007145056A1

Abstract

Oberflächenschallwellenvorrichtung, umfassend:
– ein Substrat aus LiNbO₃ mit Euler-Winkeln (0° ± 5°, θ ± 5°, ± 10°);
– eine Elektrode, die auf dem Substrat aus LiNbO₃ ausgebildet ist und eine hauptsächlich aus Kupfer bestehende IDT-Elektrode aufweist,
– einen ersten Siliciumoxidfilm, der in dem anderen Bereich als dem Bereich, in dem die Elektrode ausgebildet ist, mit einer Dicke gleich derjenigen der Elektrode ausgebildet ist, und
– einen zweiten Siliciumoxidfilm, der so ausgebildet ist, daß er die Elektrode und den ersten Siliciumoxidfilm bedeckt,
– wobei die Oberflächenschallwellenvorrichtung eine SH-Welle nutzt, wobei eine Wirkleistung D der IDT-Elektrode größer als oder gleich 0,52 ist und der θ-Wert der Euler-Winkel (0° ± 5°, θ ± 5°, 0° ± 10°) als in einen Bereich fallend eingestellt ist, der die folgende Ungleichung (1A) oder (1B) erfüllt.
[Ausdruck 1] (1) Wenn 0,52 ≤ D ≤ 0,6, dann –10 × D + 92,5...

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Oberflächenschallwellenvorrichtung, die beispielsweise als Resonator oder Bandpaßfilter verwendet wird, und insbesondere eine Oberflächenschallwellenvorrichtung, die eine derartige Konstruktion aufweist, daß auf einem Substrat aus LiNbO₃ eine IDT-Elektrode und ein Siliciumoxidfilm ausgebildet werden, und bei der eine SH-Welle verwendet wird.
STAND DER TECHNIK
Ein Bandpaßfilter, der in einer Hochfrequenzstufe eines Mobilfunktelefons oder dergleichen verwendet wird, muß ein breites Band und eine erwünschte Temperaturkennlinie aufweisen. Mithin wird gemäß dem Stand der Technik eine Oberflächenschallwellenvorrichtung verwendet, bei der eine IDT-Elektrode auf einem piezoelektrischen Substrat gebildet ist, das aus einem in Y-Richtung gedrehten X-Schnitt eines LiTaO₃-Substrats oder einem in Y-Richtung gedrehten X-Schnitt eines LiTaO₃-Kristalls gebildet wird, und ein Siliciumoxidfilm wird so gebildet, so daß er die IDT-Elektrode bedeckt. Ein solches piezoelektrisches Substrat weist einen negativen Frequenz-Temperatur-Koeffizienten auf. Mithin wird zur Verbesserung der Temperaturkennlinie ein Siliciumoxidfilm mit einer positiven Frequenz-Temperatur-Kennlinie gebildet, so daß die IDT-Elektrode bedeckt ist.
Wenn jedoch bei der obigen Konstruktion die IDT-Elektrode aus Aluminium oder einer hauptsächlich Aluminium enthaltenden Legierung besteht, was im allgemeinen verwendet wird, ist die IDT-Elektrode nicht in der Lage, einen ausreichenden Reflexionskoeffizienten zu erreichen. Mithin besteht das Problem, daß in der Resonanzkennlinie meist eine Welligkeit auftritt.
In dem nachfolgend genannten Patentdokument 1, in dem das obige Problem gelöst wird, ist eine Oberflächenschallwellenvorrichtung in folgender Weise beschrieben. Hier ist eine IDT-Elektrode, die aus einem Metall mit einer größeren Dichte als derjenigen von Al besteht, auf einem piezoelektrischen Substrat aus LiNbO₃ mit einem elektromechanischen Koeffizienten K² ausgebildet, der größer als oder gleich 0,025 ist, in dem anderen Bereich als dem Bereich, in dem die IDT-Elektrode ausgebildet ist, ist ein erster Siliciumoxidfilm mit einer Dicke gleich derjenigen der Elektrode ausgebildet, und darauf ist ein zweiter Siliciumoxidfilm auflaminiert, so daß dieser die Elektrode und den ersten Siliciumoxidfilm bedeckt.
Bei der in Patentdokument 1 beschriebenen Oberflächenschallwellenvorrichtung ist die Dichte der IDT-Elektrode größer als die eineinhalbfache Dichte des ersten Siliciumoxidfilms oder gleich dieser, und deshalb ist der Reflexionskoeffizient der IDT-Elektrode ausreichend erhöht, um dadurch eine Welligkeit ausschalten zu können, die in der Resonanzkennlinie auftritt.
Des weiteren wird in Patentdokument 1 eine Rayleighsche Oberflächenwelle verwendet, und als Elektrodenmaterial werden beispielhaft Au, Cu oder dergleichen angeführt. Es wird eine Konstruktion beschrieben, bei welcher die aus Cu bestehende Elektrode eine Dicke von 0,0058λ bis 0,11λ aufweist. Dabei wird das Substrat aus LiNbO₃ mit Euler-Winkeln von (0° ± 5°, 62° bis 167°, 0° ± 10°) beschrieben, vorzugsweise von (0° ± 5°, 88° bis 117°, 0° ± 10°), wobei λ die Dicke des zweiten Siliciumoxidfilms ist und die Wellenlänge einer Oberflächenwelle im Bereich von 0,15λ bis 0,4λ liegt.

Patentdokument 1: WO 2005-034347

OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Bei der in Patentdokument 1 beschriebenen Oberflächenschallwellenvorrichtung kann dann, wenn der θ-Wert der Euler-Winkel des Substrats aus LiNbO₃, die Dicke der aus Cu bestehenden Elektrode und die Dicke des zweiten Siliciumoxidfilms in der oben beschriebenen Weise auf in den obigen speziellen Bereich fallend eingestellt werden, der elektromechanische Koeffizient eines zu verwendenden Modus vergrößert werden, und der elektromechanische Koeffizient eines Modus, der zu einem Störfaktor wird, kann verkleinert werden.
Das heißt in Patentdokument 1 ist beschrieben, daß die Euler-Winkel oder dergleichen des Substrats aus LiNbO₃ lediglich so eingestellt werden müssen, daß der elektromechanische Koeffizient des Modus, der unerwünscht wird, verkleinert wird.
Wenn jedoch beispielsweise eine Oberflächenschallwellen-Filtervorrichtung als Duplexgerät für ein Mobilfunktelefon verwendet wird, muß der senderseitige Filter die Dämpfung im Durchlaßband des empfängerseitigen Filters vergrößern, welcher der Filter auf der anderen Seite ist. Mithin ist zum Vergrößern der Dämpfung in dem Durchlaßband auf der anderen Seite ein Verfahren zum Variieren der Wirkleistung der IDT-Elektrode bekannt.
Das heißt, daß die Wirkleistung der IDT-Elektrode normalerweise auf 0,5 eingestellt ist; es gibt jedoch einen Fall, in dem die Wirkleistung auf mehr als 0,5 vergrößert wird, um die Dämpfung in dem speziellen Frequenzband zu vergrößern. Bei der in Patentdokument 1 beschriebenen Oberflächenschallwellenvorrichtung sind die Euler-Winkel des Substrats aus LiNbO₃ beschrieben, welche den elektromagnetischen Koeffizienten des Modus verkleinern, der zum Störfaktor wird; wenn jedoch die Wirkleistung der IDT-Elektrode in der oben beschriebenen Weise verändert wird, ist selbst dann, wenn die in Patentdokument 1 beschriebenen Euler-Winkel gewählt werden, ein Störfaktor manchmal tatsächlich groß. Das heißt in der in Patentdokument 1 beschriebenen Oberflächenschallwellenvorrichtung wurde die Wirkleistung der IDT-Elektrode nicht berücksichtigt.
Des weiteren tritt abhängig von Bedingungen, unter denen die Oberflächenschallwellenvorrichtung hergestellt wird, ein Störfaktor oder dergleichen auf Grund von Schwankungen der Größe jedes Elektrodenfingers in der Breitenrichtung bei der Herstellung ein.
Aufgabe der Erfindung ist es, die oben beschriebenen Nachteile beim Stand der Technik zu beseitigen und eine Oberflächenschallwellenvorrichtung zu schaffen, mit der eine hauptsächlich aus Cu bestehende IDT-Elektrode auf einem Substrat aus LiNbO3 ausgebildet wird, die selbst dann, wenn eine Wirkleistung gegenüber 0,5 verändert wird, einen großen elektromagnetischen Koeffizienten eines zu verwendenden Modus aufweist, und die einen ausreichend kleinen elektromagnetischen Koeffizienten eines Modus aufweist, der zum Störfaktor wird.
Eine Oberflächenschallwellenvorrichtung gemäß der Erfindung umfaßt: ein Substrat aus LiNbO₃ mit Euler-Winkeln (0° ± 5°, 0 ± 5°, 0° ± 10°); eine Elektrode, die auf dem Substrat aus LiNbO₃ ausgebildet ist und eine hauptsächlich aus Kupfer bestehende IDT-Elektrode aufweist; einen ersten Siliciumoxidfilm, der in dem anderen Bereich als dem Bereich, in dem die Elektrode ausgebildet ist, mit einer Dicke gleich derjenigen der Elektrode ausgebildet ist; und einen zweiten Siliciumoxidfilm, der die Elektrode und den ersten Siliciumoxidfilm bedeckend ausgebildet ist, wobei bei der Oberflächenschallwelle eine SH-Welle verwendet wird, wobei eine Wirkleistung D der IDT-Elektrode größer als oder gleich 0,52 ist und der θ-Wert der Euler-Winkel (0° ± 5°, θ ± 5°, 0° ± 10°) als in einem Bereich fallend eingestellt ist, der die folgende Ungleichung (1A) oder (1B) erfüllt.
[Ausdruck 1]

(1) Wenn 0,52 ≤ D ≤ 0,6, dann –10 × D + 92,5 – 100 × C ≤ θ ≤ 37,5 × D2 – 57,75 × D + 104,075 + 5710 × C2 – 1105,7 × C + 45,729 Ungleichung (1A)
(2) Wenn D > 0,6, dann 86,5 – 100 × C ≤ θ ≤ 37,5 × D2 – 57,75 × D + 104,075 + 5710 × C2 – 1105,7λC + 45,729 Ungleichung (1B),
wobei D eine Wirkleistung ist und C die Dicke der IDT-Elektrode ist, normiert mit einer Wellenlänge λ.

VORTEILE
Bei der Oberflächenschallwellenvorrichtung gemäß der Erfindung ist die hauptsächlich aus Cu bestehende IDT-Elektrode auf dem Substrat aus LiNbO₃ ausgebildet, und der erste und der zweite Siliciumoxidfilm sind gebildet. Mithin kann bei der Oberflächenschallwellenvorrichtung, bei der eine SH-Welle genutzt wird, der absolute Wert des Frequenz-Temperatur-Koeffizienten verkleinert werden, um dadurch die Temperaturkennlinie zu verbessern. Des weiteren ist die Wirkleistung der IDT-Elektrode so eingestellt, daß sie größer als oder gleich 0,52 ist. Mithin läßt sich die Dämpfung der Hochbandseite vergrößern. Mithin kann beispielsweise bei Verwendung als Sendefilter in einem Duplexgerät für ein Mobilfunktelefon die Dämpfung in dem Durchlaßband des Empfängerfilters vergrößert werden, welches das Durchlaßband auf der anderen Seite ist.
Da des weiteren der θ-Wert der Euler-Winkel des Substrats aus LiNbO₃ unter Berücksichtigung der Wirkleistung D als in den Bereich der Ungleichungen (1A) oder (1B) fallend eingestellt ist, kann der elektromechanische Koeffizient K_R ² einer Rayleighschen Welle, der zu einem Störfaktor wird, verkleinert werden. Mithin läßt sich eine erwünschte Resonanzkennlinie oder Filterkennlinie erhalten, bei der eine SH-Welle benutzt wird und ein Störfaktor ausgeschaltet wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
1(a) ist eine schematische Draufsicht auf eine Oberflächenschallwellenvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, und
1(b) ist ein zum Teil vergrößerte, vordere Schnittansicht, die einen wesentlichen Abschnitt der Oberflächenschallwellenvorrichtung zeigt.
2 ist ein Blockschaltbild, welches den Schaltungsaufbau eines Duplexgeräts für ein Mobilfunktelefon zeigt.
3 ist eine Ansicht, welche die Frequenzkennlinien eines senderseitigen Filters eines WCDMA-Duplexgeräts zeigt, und ist eine Ansicht, welche die Frequenzkennlinien zeigt, wenn die Wirkleistungen der IDT-Elektroden jeweils 0,50; 0,52 und 0,54 betragen.
4 ist eine Ansicht, welche die Phasen-Frequenz-Kennlinie der Oberflächenschallwellenvorrichtung zeigt, die als zweipoliger Oberflächenschallwellenresonator dient, der zur Ausbildung eines senderseitigen Filters in dem WCDMA-Duplexgerät verwendet wird.
5 ist eine Ansicht, die dann, wenn auf einem Substrat aus LiNbO₃ mit Euler-Winkeln (0°, θ, 0°) eine aus Kupfer bestehende IDT-Elektrode mit einer Dicke von 0,06λ ausgebildet ist, ein erster und ein zweiter Siliciumoxidfilm ausgebildet sind und die Dicke des zweiten Siliciumoxidfilms auf 0,25λ eingestellt ist, eine Beziehung zwischen dem θ-Wert der Euler-Winkel, einer Wirkleistung der IDT-Elektrode und einem elektromechanischen Koeffizienten K_R ² einer Rayleighschen Welle zeigt.
6(a) ist eine Ansicht, die in einer Oberflächenschallwellenvorrichtung, die so ausgebildet ist, daß auf einem Substrat aus LiNbO₃ mit Euler-Winkeln (0°, θ, 0°) eine aus Kupfer bestehende IDT-Elektrode mit einer Dicke von 0,06λ ausgebildet ist, ein erster und ein zweiter Siliciumoxidfilm ausgebildet sind und die Dicke des zweiten Siliciumoxidfilms auf 0,25λ eingestellt ist, eine Beziehung zwischen dem θ-Wert der Euler-Winkel und der Wirkleistung zeigt, wenn der elektromechanische Koeffizient K_R ² einer Rayleighschen Welle, der zu einem Störfaktor wird, 0,04% oder weniger beträgt.
6(b) ist eine Ansicht, die dann, wenn in einer Oberflächenschallwellenvorrichtung, die so ausgebildet ist, daß auf einem Substrat aus LiNbO₃ mit Euler-Winkeln (0°, θ, 0°) eine aus Kupfer bestehende IDT-Elektrode mit einer Dicke von 0,06λ ausgebildet ist, ein erster und ein zweiter Siliciumoxidfilm ausgebildet sind, die Dicke des zweiten Siliciumoxidfilms auf 0,25λ eingestellt ist und die Wirkleistung der IDT-Elektrode 0,60 beträgt, eine Beziehung zwischen dem θ-Wert der Euler-Winkel und einer Dicke einer Cu-Elektrode zeigt, welche die IDT-Elektrode ist, wenn der elektromechanische Koeffizient K_R ² einer Rayleighschen Welle, der zu einem Störfaktor wird, 0,04% oder weniger beträgt.
7 ist eine Ansicht, die in einer solchen Konstruktion, bei der auf einem Substrat aus LiNbO₃ mit Euler-Winkeln (0°, θ, 0°) eine aus Kupfer bestehende IDT-Elektrode mit einer Dicke von 0,06λ und einer Wirkleistung von 0,50 ausgebildet ist, eine Beziehung zwischen der Dicke des zweiten Siliciumoxidfilms, dem θ-Wert der Euler-Winkel und einem elektromechanischen Koeffizient K_R ² einer Rayleighschen Welle zeigt.
8 ist eine schematische Ansicht, die schematisch ein Berechnungsmodell für eine Oberflächenschallwellenvorrichtung zeigt, bei dem angenommen wird, daß man damit die in 5 bis 7 gezeigten Ergebnisse erhält.
9 ist eine Ansicht, welche die Impedanz-Frequenz-Kennlinie und die Phasen-Frequenz-Kennlinien mehrerer Arten von Oberflächenschallwellenvorrichtungen zeigt, die so ausgebildet sind, daß auf einem Substrat aus LiNbO₃ mit 84° für den θ-Wert der Euler-Winkel eine IDT-Elektrode mit einer Wirkleistung von 0,5; 0,6 oder 0,7 ausgebildet ist.
10 ist eine Ansicht, welche die Impedanz-Frequenz-Kennlinie und die Phasen-Frequenz-Kennlinien mehrerer Arten von Oberflächenschallwellenvorrichtungen zeigt, die so ausgebildet sind, daß auf einem Substrat aus LiNbO₃ mit 81,5° für den θ-Wert der Euler-Winkel eine IDT-Elektrode mit einer Wirkleistung von 0,5; 0,6 oder 0,7 ausgebildet ist.
BESTE AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
Nunmehr werden spezielle Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung anhand der anliegenden Zeichnungen beschrieben, um die vorliegende Erfindung zu erläutern.
1(a) ist eine schematische Draufsicht auf eine Oberflächenschallwellenvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, und 1(b) ist eine zum Teil vergrößerte vordere Schnittansicht, die einen wesentlichen Abschnitt der Oberflächenschallwellenvorrichtung zeigt. Die Oberflächenschallwellenvorrichtung 1 besteht aus einem in Y-Richtung gedrehten X-Schnitt eines Substrats 2 aus LiNbO₃. Die Kristallorientierung des Substrats 2 aus LiNbO₃ beträgt (0° ± 5°, θ, 0° ± 10°) in Euler-Winkeln.
Des weiteren ist auf dem Substrat 2 aus LiNbO₃ in der in 1(b) gezeigten Weise eine IDT-Elektrode 3 ausgebildet. Wie in 1(a) gezeigt ist, sind jeweils auf beiden Seiten der IDT-Elektrode 3 Reflektoren 4 und 5 in einer Ausbreitungsrichtung der Oberflächenschallwellen ausgebildet, in der sich eine Oberflächenschallwelle ausbreitet.
In dem übrigen, anderen Bereich als diesen Bereichen, in denen die Elektrode ausgebildet ist, ist ein erster Siliciumoxidfilm 6 ausgebildet. Die Dicke des ersten Siliciumoxidfilms 6 ist so eingestellt, daß sie gleich der Dicke der IDT-Elektrode 3 und der Dicke von jedem der Reflektoren 4 und 5 ist. Dann ist ein zweiter Siliciumoxidfilm 7 ausgebildet, so daß er die Elektroden 3 und 4 sowie den ersten Siliciumoxidfilm 6 bedeckt.
Bei der Oberflächenschallwellenvorrichtung 1 besitzt das Substrat aus LiNbO₃ einen negativen Frequenz-Temperatur-Koeffizienten. Dagegen weisen die Siliciumoxidfilme 6 und 7 einen positiven Frequenz-Temperatur-Koeffizienten auf. Mithin läßt sich die Frequenzkennlinie verbessern.
Bei der vorliegenden Ausführungsform besteht die IDT-Elektrode 3 aus Cu mit einer Dichte von 8,93 g/cm³. Dagegen weist der erste Siliciumoxidfilm eine Dichte von 2,21 g/cm³ auf.
Mithin kann in der in dem obigen Patentdokument 1 beschriebenen Weise der Reflexionskoeffizient der IDT-Elektrode 3 vergrößert werden. Auf diese Weise wird es möglich, eine Welligkeit auszuschalten, die in der Resonanzkennlinie auftritt.
Bei der vorliegenden Erfindung wird eine Mehrzahl von den Oberflächenschallwellenvorrichtungen 1 verwendet, die als die zweipoligen Oberflächenschallwellenresonatoren dienen, so daß ein Sendefilter 12 eines Duplexgeräts 11 entsteht, das in 2 gezeigt ist. Man beachte, daß in dem Duplexgerät 11 der Sendefilter 12 und ein Empfangsfilter 13 mit einem antennenseitigen Eingangsanschluß 14 verbunden sind.
Der Schaltungsaufbau des Sendefilters 12 ist nicht speziell beschränkt und kann eine derartige Konstruktion sein, daß eine Mehrzahl von den zweipoligen Oberflächenschallwellenresonatoren, beispielsweise den Oberflächenschallwellenvorrichtungen 1, so verbunden sind, daß sie einen Leiterschaltungsaufbau bilden.
Der obige Sendefilter wurde unter Verwendung der Mehrzahl von Oberflächenschallwellenvorrichtungen 1 hergestellt. Dabei wurde jede Oberflächenschallwellenvorrichtung 1, die als der zweipolige Oberflächenschallwellenresonator dient, gemäß den folgenden technischen Daten hergestellt.
Auf einem um 171,5 Grad in Y-Richtung gedrehten X-Schnitt eines Substrats aus LiNbO₃, d. h. eines Substrats aus LiNbO₃ mit Euler-Winkeln (0°, 81,8, 0°), wurde eine aus Kupfer bestehende IDT mit einer Dicke von 108 nm ausgebildet. Die Dicke eines Siliciumoxidfilms, der aus SiO₂ auf der IDT hergestellt war, wurde auf 459 nm festgelegt. Weiterhin wurde auf die oberste Schicht ein SiN-Film zum Einstellen der Frequenz aufgebracht. Durch das Einstellen der Dicke des SiN-Films oder das Ätzen durch reaktives Ionenätzen oder Sputterätzen nach dem Aufbringen kann man die Frequenz auf eine gewünschte Frequenz einstellen. Bei dem vorliegenden experimentellen Beispiel wurde die Dicke des SiN-Films nach dem Einstellen der Frequenz auf etwa 15 nm eingestellt. Man beachte, daß der Sendefilter einen Leiterschaltungsaufbau aufwies und einen Reihenarmresonator und einen Parallelarmresonator besaß. Der Reihenarmresonator und der Parallelarmresonator wiesen unterschiedliche Resonanzfrequenzen auf. Des weiteren sind die Resonanzfrequenzen gewöhnlich unter mehreren Reihenarmresonatoren etwas variiert, und die Resonanzfrequenzen werden gewöhnlich unter mehreren Parallelarmresonatoren etwas variiert. Da eine Wellenlänge λ in den Reihenarmresonatoren und den Parallelarmresonatoren nicht konstant ist, wird mithin eine normierte Dicke der aus Cu bestehenden Elektrode oder eine normierte Dicke des SiO₂ ebenfalls dementsprechend variiert. Bei dem vorliegenden experimentellen Beispiel wurde λ in geeigneter Weise innerhalb eines Bereiches von 1,76 bis 1,89 μm eingestellt, eine normierte Dicke h/λ des Cu-Films wurde in geeigneter Weise innerhalb eines Bereiches von 0,057 bis 0,061 eingestellt, und eine normierte Dicke h/λ eines SiO₂ wurde in geeigneter Weise innerhalb eines Bereiches von 0,244 bis 0,260 eingestellt.
Bei der obigen Oberflächenschallwellenvorrichtung 1 wurde die Wirkleistung auf 0,50; 0,52 oder 0,54 eingestellt. Dann wurden die Frequenzkennlinien der Sendefilter gemessen, bei denen die Oberflächenschallwellenvorrichtungen 1 der jeweiligen Wirkungsgrade verwendet werden. Die Ergebnisse sind in 3 und 4 gezeigt. 3 zeigt die Frequenzkennlinien des Sendefilters. 4 zeigt die Phasenkennlinie eines in dem Sendefilter verwendeten zweipoligen Oberflächenschallwellenresonators.
Wie in der in 3 gezeigt, zeigt sich, daß dann, wenn die Wirkleistung 0,5 beträgt, die Dämpfung in dem Durchlaßband des Empfangsfilters, welcher der Filter auf der anderen Seite ist, innerhalb des höheren Frequenzbandes als dem Durchlaßband des Sendefilters, d. h. in dem Band von 2110 bis 2170 MHz, klein ist und sich die Isolierungskennlinie verschlechtert. Wie aus 4 hervorgeht, zeigt sich dagegen ein erhabener Abschnitt in der Phase, der mit dem Bezugszeichen A angegeben ist, auf der Hochfrequenzseite eines Hauptfrequenzgangs. Das ist auf die Volumenwelle zurückzuführen, und das führt in der oben beschriebenen Weise zur Verschlechterung der Isolationskennlinie.
Dagegen zeigt sich, wie in 3 dargestellt, daß dann, wenn die Wirkleistung als größer als 0,5 festgelegt ist, die Dämpfung in dem höheren Band als dem Durchlaßband ausreichend groß ist, d. h. daß die Isolierungskennlinie verbessert werden kann. Insbesondere ist aus 3 ersichtlich, daß dann, wenn die Wirkleistung so festgelegt ist, daß sie größer als oder gleich 0,52 ist, die Isolationskennlinie effizient verbessert werden kann.
Bei der Erfindung ist die Wirkleistung der IDT-Elektrode so festgelegt, daß sie größer als oder gleich 0,52 ist. Mithin kann die Isolationskurve effizient verbessert werden, wenn sie beispielsweise angelegt wird, um den Sendefilter des Duplexgeräts eines Mobiltelefons zu bilden. Jedoch kann bei der Oberflächenschallwellenvorrichtung gemäß der Erfindung dann, wenn die Wirkleistung der IDT-Elektrode auf 0,52 oder höher festgelegt ist, die Dämpfung eines anderen, von dem Durchlaßband verschiedenen Bands im Vergleich zu dem Fall, in dem die Wirkleistung 0,50 beträgt, vergrößert werden. Das heißt, die Oberflächenschallwellenvorrichtung gemäß der Erfindung ist nicht auf die Anwendung bei dem Sendefilter eines Duplexgeräts beschränkt.
Man beachte, daß die Volumenwelle, die dazu führt, daß sich die Isolationskennlinie in der in 3 und 4 gezeigten Weise verschlechtert, nicht von einem Oberflächenzustand des piezoelektrischen Substrats beeinflußt wird. Eine Position, an welcher in der Phasenkennlinie der oben beschriebene, erhabene Abschnitt auftritt, wird auf der Basis der Wellenlänge der Volumenwelle bestimmt. Wenn bei der vorliegenden Erfindung die Wirkleistung auf 0,52 oder höher festgelegt ist, vergrößert sich ein Frequenzintervall zwischen einem Hauptfrequenzgang und der Volumenwelle. Mithin verbessert sich die Isolationskennlinie. Das heißt, daß sich dann, wenn die Wirkleistung auf 0,52 oder höher festgelegt ist, ein Intervall zwischen einer Frequenz der Volumenwelle, bei der eine SH-Welle verwendet wird, und einer Frequenz der Volumenwelle vergrößert.
Es hat sich jedoch herausgestellt, daß zur Verbesserung der Isolationskennlinie dann, wenn die Wirkleistung auf größer als 0,52 festgelegt ist, auf Grund einer Reaktion einer Rayleighschen Welle deutlich ein Störfaktor auftritt.
Dagegen ist bei der vorliegenden Erfindung der θ-Wert der Euler-Winkel des Substrats aus LiNbO₃ als in einem Bereich fallend eingestellt, der die folgende Ungleichung (1A) oder (1B) erfüllt, so daß bei Verwendung einer SH-Welle ein Störfaktor, der auf einer Rayleighschen Welle beruht, effizient ausgeschaltet werden kann. Das wird weiter speziell beschrieben.
[Ausdruck 2]

(1) Wenn 0,52 ≤ D ≤ 0,6, dann –10 × D + 92,5 – 100 × C ≤ θ ≤ 37,5 × D2 – 57,75 × D + 104,075 + 5710 × C2 – 1105,7 × C + 45,729 Ungleichung (1A)
(2) Wenn D > 0,6, dann 86,5 – 100 × C ≤ θ ≤ 37,5 × D2 – 57,75 × D + 104,075 + 5710 × C2 – 1105,7λC + 45,729 Ungleichung (1B),
wobei D eine Wirkleistung ist und C eine normierte Dicke der IDT-Elektrode ist, normiert mit einer Wellenlänge λ.

5 ist eine Ansicht, die bei einer solchen Konstruktion, bei der auf dem Substrat aus LiNbO₃ mit 82 Grad, 83 Grad oder 84 Grad für den θ-Wert der Euler-Winkel (0°, θ, 0°) eine aus Cu bestehende IDT-Elektrode mit einer Dicke von 0,06λ ausgebildet ist, ein aus Cu bestehender SiO₂-Film mit der gleichen Dicke wie derjenigen der IDT-Elektrode als erster Siliciumoxidfilm ausgebildet ist und ein SiO₂-Film mit einer Dicke von 0,25λ als zweiter SiO₂-Film ausgebildet ist, so daß er die IDT-Elektrode und den ersten Siliciumoxidfilm bedeckt, eine Beziehung zwischen einer Wirkleistung der IDT-Elektrode und einem elektromechanischen Koeffizienten K_R ² einer Rayleighschen Welle zeigt, die zu einem Störfaktor wird.
Man beachte, daß die in 5, 6 und 7 gezeigten Ergebnisse, die später beschrieben werden, mit einer Methode finiter Elemente auf der Basis des in 8 gezeigten Berechnungsmodells berechnet werden. Wie aus 8 hervorgeht, wurde als Modell eine Konstruktion verwendet, bei der auf einem Substrat 21 aus LiNbO₃ mit unbegrenzter Dicke eine IDT-Elektrode 22 und ein erster Siliciumoxidfilm 23 ausgebildet sind und auf diesem ein zweiter Siliciumoxidfilm 24 ausgebildet ist.
Wie aus 5 hervorgeht, ist der elektromagnetische Koeffizient K_R ² einer Rayleighschen Welle dann, wenn θ = 82° und die Wirkleistung 0,5 ist, kleiner als 0,04% oder gleich diesem. Wenn jedoch die Wirkleistung von 0,5 aus ansteigt, steigt der elektromagnetische Koeffizient K_R ² einer Rayleighschen Welle an, und deshalb kommt es vor, daß ein auf die Rayleigh-Welle zurückzuführender Störfaktor nicht ignoriert werden kann.
Wenn dagegen θ = 83° oder θ = 83° und die Wirkleistung 0,5 beträgt, ist der elektromagnetische Koeffizient K_R ² einer Rayleighschen Welle kleiner als oder gleich 0,02%; es scheint jedoch, daß dann, wenn die Wirkleistung von 0,5 aus ansteigt, der elektromagnetische Koeffizient K_R ² einer Rayleighschen Welle sehr stark ansteigt. Mithin scheint es aus 5, daß der θ-Wert der Euler-Winkel dann, wenn die Wirkleistung größer als 0,5 ist, reguliert werden muß.
6(a) ist eine Ansicht, die einen Bereich zeigt, in welchem der elektromagnetische Koeffizient K_R ² einer Rayleighschen Welle 0,04% oder weniger in einer Konstruktion beträgt, in der auf einem Substrat aus LiNbO₃ mit Euler-Winkeln (0°, θ, 0°) in ähnlicher Weise eine aus einem Cu-Film bestehende IDT-Elektrode mit 0,06λ ausgebildet ist, ein SiO₂-Film mit der gleichen Dicke ausgebildet ist und dann ein zweiter SiO₂-Film von 0,25λ ausgebildet ist. Der in 6(a) mit schrägen Strichen schraffierte Bereich ist der Bereich, in dem der elektromagnetische Koeffizient K_R ² einer Rayleighschen Welle 0,04% oder weniger beträgt. Des weiteren zeigt die Linie bei einer Wirkleistung von 0,75, die in 4 vertikal verläuft, eine Obergrenze der Wirkleistung. Wenn die Wirkleistung größer als die Obergrenze oder gleich dieser wird, ist es im wesentlichen schwierig, die IDT-Elektrode der Oberflächenschallwellenvorrichtung herzustellen.
Mithin läßt sich gemäß 6(a) dann, wenn die Wirkleistung größer als oder gleich 0,52 und kleiner als oder gleich 0,75 ist und der θ-Wert der Euler-Winkel in dem in 6(a) schraffierten Bereich gewählt wird, der elektromechanische Koeffizient K_R ² einer Rayleighschen Welle, der zu einem Störfaktor wird, auf 0,04% oder weniger verkleinern. Wenn der in 6(a) mit schrägen Strichen schraffierte Bereich als Ungleichung ausgedrückt ist, wird ein Wert durch die Ungleichung (2A) oder (2B) ausgedrückt.
[Ausdruck 3]

(1) Wenn 0,52 ≤ D ≤ 0,6, dann –10 × D + 86,5 ≤ θ ≤ 37,5 × D2 – 57,75 × D4 – 104,075 Ungleichung (2A)
(2) Wenn D > 0,6, dann 80,5 ≤ θ ≤ 37,5 ≤ D2 – 57,75 × D + 104,075 Ungleichung (2B),
wobei D eine Wirkleistung ist und die Dicke der IDT-Elektrode 0,06λ beträgt.

Die Ungleichung (2A) oder (2B) ist eine Beziehung, die aufgestellt wird, wenn die Dicke der aus Cu bestehenden IDT-Elektrode 0,06λ beträgt. Dann variieren θ und die Wirkleistung, bei welcher der elektromechanische Koeffizient K_R ² einer Rayleighschen Welle klein ist, abhängig von der Dicke der aus Cu bestehenden IDT-Elektrode. Dann erhielt man in einer derartigen Konstruktion, bei der die Wirkleistung 0,60 beträgt und die Dicke des SiO₂-Films 0,25λ beträgt, den θ-Wert, durch den der elektromechanische Koeffizient K_R ² einer Rayleighschen Welle 0,05% oder kleiner wird, wenn die Dicke der aus Cu bestehenden IDT-Elektrode variiert wurde. Die Ergebnisse sind in 6(b) gezeigt.
Wie in 6(b) gezeigt, hängt ein Bereich, in dem der elektromechanische Koeffizient K_R ² 0,04% oder weniger beträgt, von der Dicke der Cu-Elektrode ab. Wenn man mithin die Abhängigkeit von der Dicke der Cu-Elektrode berücksichtigt, läßt sich die Ungleichung (2A) oder (2B) wie im Fall der Ungleichung (1A) oder (1B) ausdrücken.
Man beachte, daß sich das Verhältnis von Ungleichung (1A) oder (1B) innerhalb des Bereichs, in dem die Dicke des zweiten Siliciumoxidfilms 0,15λ bis 0,4λ beträgt, nicht sehr stark ändert. Das wird anhand von 7 beschrieben.
7 ist eine Ansicht, die bei einer solchen Konstruktion, bei der auf einem Substrat aus LiNbO₃ mit Euler-Winkeln (0°, θ, 0°) eine aus Kupfer bestehende IDT- Elektrode mit einer Dicke von 0,06λ und einer Wirkleistung von 0,50 ausgebildet ist, eine Beziehung zwischen dem θ-Wert der Euler-Winkel und einem elektromechanischen Koeffizient K_R ² einer Rayleighschen Welle zeigt, wenn die Dicke des zweiten Siliciumoxidfilms auf 0,20λ, 0,25λ oder 30λ festgelegt ist. Wie aus 7 hervorgeht, scheint es, daß sich selbst dann, wenn die Dicke des SiO₂ innerhalb des Bereiches von 0,20λ bis 0,30λ variiert wird, ein Verhältnis zwischen dem θ-Wert der Euler-Winkel und einem elektromechanischen Koeffizient K_R ² einer Rayleighschen Welle nicht wesentlich ändert. Bei dem von den Erfindern der vorliegenden Anmeldung ausgeführten Experiment bewies sich, daß selbst dann, wenn die Dicke des SiO₂-Films innerhalb eines Bereiches von 0,15λ bis 0,40λ variiert wird, ähnlich wie bei den in 7 gezeigten Ergebnissen das Verhältnis zwischen dem elektromechanischen Koeffizient K_R ² einer Rayleighschen Welle und dem θ-Wert nicht wesentlich ändert.
Man beachte, daß bei der Erfindung die Dicke der IDT-Elektrode vorzugsweise auf in den Bereich von 0,03λ bis 0,064λ fallend eingestellt ist. Gemäß der oben beschriebenen Ungleichung (1A) oder (1B) heißt das, daß dann, wenn die Dicke des Cu etwa 0,064λ beträgt, die Obergrenze und die Untergrenze von θ umgekehrt sind. Da 0,0654λ überschritten wird, heißt das, daß kein Bereich besteht, in dem der elektromechanische Koeffizient K_R ² einer Rayleighschen Welle 0,04% oder weniger beträgt. Mithin beträgt die Dicke der IDT-Elektrode vorzugsweise 0,064λ oder weniger.
Wenn des weiteren ein Störfaktor einer Rayleighschen Welle berücksichtigt wird, und da die Dicke der IDT-Elektrode verkleinert ist, dehnt sich der Bereich aus, in dem der elektromechanische Koeffizient K_R ² einer Rayleighschen Welle klein ist. Mithin ist es mehr erwünscht, daß die Dicke der IDT-Elektrode verkleinert ist. Wenn die Dicke der IDT-Elektrode jedoch zu klein ist, wird die Geschwindigkeit des Schalls einer Oberflächenschallwelle höher als die Geschwindigkeit des Schalls einer langsamen Querrichtungswelle. Mithin kann möglicherweise die Dämpfung größer werden. Angesichts der obigen Tatsache beträgt die Dicke der IDT- Elektrode erwünschterweise 0,03λ oder mehr. Mithin liegt die Dicke der hauptsächlich aus Cu bestehenden IDT-Elektrode erwünschterweise im Bereich von 0,03λ bis 0,064λ.
Als nächstes wird eine beispielhafte Ausführungsform beschrieben, bei der eine Oberflächenschallwellenvorrichtung tatsächlich auf der Basis der obigen Ausführungsform hergestellt wurde.
Es wurde eine in Y-Richtung gedrehter X-Schnitt eines Substrats aus LiNbO₃ mit Euler-Winkeln (0°, 81,5° bis 84°, 0°) hergestellt. Auf das Substrat aus LiNbO₃ wurde als erster Siliciumoxidfilm ein SiO₂-Film in einer Dicke von 107 nm (0,057λ) aufgebracht. Danach wurde auf dem SiO₂-Film ein Fotolack-Muster ausgebildet, und dann wurde der SiO₂-Film wahlweise durch das reaktive Ionenätzen (RIE) mit Hilfe des Fotolack-Musters ausgebildet, um dadurch eine Rille zu bilden. Zum Füllen der Rille mit Cu wurde ein Cu-Film aufgebracht, um dadurch eine IDT-Elektrode auszubilden. Danach wurde der andere Cu-Film, der keine IDT-Elektrode bildete, zusammen mit dem Fotolack-Muster mit dem Abhebeverfahren beseitigt. Danach wurde als zweiter Siliciumoxidfilm ein SiO₂-Film in einer Dicke von 460 nm (0,24λ) aufgebracht.
Weiterhin wurde zum Einstellen der Frequenz auf den obersten Abschnitt ein SiN-Film aufgebracht, und der SiN-Film wurde zum Einstellen der Frequenz geätzt. Die Dicke des SiN-Films nach dem Einstellen der Frequenz betrug etwa 15 nm.
Man beachte, daß als Frequenzeinstellfilm auch ein SiC-Film, a Si-Film oder dergleichen als ein anderer als der SiN-Film verwendet werden können. Auf diese Weise wurde ein zweipoliger Oberflächenschallwellenresonator mit λ 1,89 μm, d. h. einer Resonanzfrequenz im 1,9 GHz-Band, hergestellt.
9 und 10 zeigen die Impedanz-Frequenz-Kennlinie und die Phasen-Frequenz-Kennlinie des in der oben beschriebenen Weise erhaltenen zweipoligen Oberflächenschallwellenresonators. 9 zeigt die Ergebnisse, wenn der θ-Wert der Euler-Winkel 84° beträgt und die Wirkleistung der IDT-Elektrode 0,5; 0,6 oder 0,7 beträgt. 10 zeigt die Kennlinie, wenn der θ-Wert der Euler-Winkel 81,5° beträgt und die Wirkleistung 0,5; 0,6 oder 0,7 beträgt.
Wie aus 9 hervorgeht, zeigt sich, daß dann, wenn der θ-Wert der Euler-Winkel 84° beträgt, ein Störfaktor, der nicht vorhanden ist, wenn die Wirkleistung 0,5 beträgt, im wesentlichen in der von den Pfeilen X1 und X2 angezeigten Weise auftritt, wenn die Wirkleistung auf 0,6 oder 0,7 ansteigt.
Wie dagegen aus 10 hervorgeht, zeigt sich, daß dann, wenn der θ-Wert der Euler-Winkel 81,5° beträgt, fast kein oben beschriebener Störfaktor auftritt, selbst dann nicht, wenn die Wirkleistung eine von 0,5; 0,6 oder 0,7 ist. Der obige Fall, in dem die Wirkleistung 0,6 oder 0,7 beträgt, fällt in den Bereich, in dem die oben beschriebene Ungleichung (1A) oder (B) erfüllt wird.
Man beachte, daß die IDT-Elektrode, solange sie hauptsächlich aus Cu besteht, so ausgebildet werden kann, daß eine Klebstoffschicht als Fundamentfilm auf die Unterseite einer aus Cu bestehenden Elektrodenschicht aufbeschichtet wird oder eine Schutzschicht auf die obere Fläche einer Hauptelektrodenschicht aufbeschichtet wird. Weiterhin braucht die Hauptelektrodenschicht nicht aus einfachem Cu zu bestehen und kann aus einer Legierung bestehen, die hauptsächlich Cu enthält. Des weiteren kann auf einen Elektrodenfilm, der aus Cu oder einer hauptsächlich Cu enthaltenden Legierung besteht, ein sekundärer Metallfilm aufbeschichtet werden, der aus einem anderen Metall als Cu besteht.
Die Euler-Winkel des Substrats aus LiNbO₃ sind bei der vorliegenden Erfindung auf (0°, θ ± 5°, 0°) eingestellt; jedoch braucht gemäß dem Experiment der Erfinder der vorliegenden Anmeldung das ϕ in den Euler-Winkeln (ϕ, θ, ψ) nur innerhalb eines Bereiches von 0° ± 5° zu liegen, und das ψ braucht nur innerhalb des Bereiches von 0° ± 10° zu liegen. In jedem von beiden Fällen hat sich bestätigt, daß man ähnliche vorteilhafte Wirkungen wie diejenigen der Ausführungsform erhalten kann.
Weiterhin ist die Erfindung nicht auf den oben beschriebenen, zweipoligen Oberflächenschallwellenresonator oder den Durchlaßbandfilterabschnitt des Duplexgeräts beschränkt; diese kann auf verschiedene Resonatoren oder Oberflächenschallwellenfilter verschiedener Schaltungskonfigurationen angewandt werden.
Zusammenfassung
Es wird eine Oberflächenschallwellenvorrichtung geschaffen, bei der die Wirkleistung größer als 0,5 ist, die Dämpfung außerhalb des Durchlaßbands größer wird und eine unerwünschter Störfaktor effizient ausgeschaltet werden kann. Eine Oberflächenschallwellenvorrichtung 1 umfaßt: ein Substrat 2 aus LiNbO₃ mit Euler-Winkeln (0° ± 5°, θ ± 5°, 0° ± 10°), eine Elektrode, die auf dem Substrat aus LiNbO₃ ausgebildet ist und eine hauptsächlich aus Kupfer bestehende IDT-Elektrode 3 aufweist, einen ersten Siliciumoxidfilm 6, der in einem anderen Bereich als dem Bereich, in dem die Elektrode ausgebildet ist, mit einer Dicke gleich derjenigen der Elektrode ausgebildet ist; und einen zweiten Siliciumoxidfilm 7, der die Elektrode und den ersten Siliciumoxidfilm bedeckend ausgebildet ist, wobei die Oberflächenschallwellenvorrichtung eine SH-Welle verwendet wird, wobei eine Wirkleistung D der IDT-Elektrode 3 größer als oder gleich 0,52 ist und der θ-Wert der Euler-Winkel (0° ± 5°, θ ± 5°, 0° ± 10°) als in einen Bereich fallend eingestellt ist, der die folgende Ungleichung (1A) oder (1B) erfüllt:
[Ausdruck 1]

(1) Wenn 0,52 ≤ D ≤ 0,6, dann –10 × D + 92,5 – 100 × C ≤ θ ≤ 37,5 × D2 – 57,75 × D + 104,075 + 5710 × C2 – 1105,7 × C + 45,729 Ungleichung (1A)
(2) Wenn D > 0,6, dann 86,5 – 100 × C ≤ θ ≤ 37,5 × D2 – 57,75 × D + 104,075 + 5710 × C2 – 1105λC + 45,729 Ungleichung (1B),
wobei D eine Wirkleistung ist und C die Dicke der IDT-Elektrode ist, normiert mit einer Wellenlänge λ.

1: Oberflächenschallwellenvorrichtung
2: Substrat aus LiNbO₃
3: IDT-Elektrode
4, 5: Reflektor
6: erster Siliciumoxidfilm
7: zweiter Siliciumoxidfilm

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- WO 2005-034347 [0006]

Claims

Oberflächenschallwellenvorrichtung, umfassend: – ein Substrat aus LiNbO₃ mit Euler-Winkeln (0° ± 5°, θ ± 5°, ± 10°); – eine Elektrode, die auf dem Substrat aus LiNbO₃ ausgebildet ist und eine hauptsächlich aus Kupfer bestehende IDT-Elektrode aufweist, – einen ersten Siliciumoxidfilm, der in dem anderen Bereich als dem Bereich, in dem die Elektrode ausgebildet ist, mit einer Dicke gleich derjenigen der Elektrode ausgebildet ist, und – einen zweiten Siliciumoxidfilm, der so ausgebildet ist, daß er die Elektrode und den ersten Siliciumoxidfilm bedeckt, – wobei die Oberflächenschallwellenvorrichtung eine SH-Welle nutzt, wobei eine Wirkleistung D der IDT-Elektrode größer als oder gleich 0,52 ist und der θ-Wert der Euler-Winkel (0° ± 5°, θ ± 5°, 0° ± 10°) als in einen Bereich fallend eingestellt ist, der die folgende Ungleichung (1A) oder (1B) erfüllt. [Ausdruck 1] (1) Wenn 0,52 ≤ D ≤ 0,6, dann –10 × D + 92,5 – 100 × C ≤ θ ≤ 37,5 × D2 – 57,75 × D + 104,075 + 5710 × C2 – 1105,7 × C + 45,729 Ungleichung (1A) (2) Wenn D > 0,6, dann 86,5 – 100 × C ≤ θ ≤ 37,5 × D2 – 57,75 × D + 104,075 + 5710 × C2 – 1105λC + 45,729 Ungleichung (1B),wobei D eine Wirkleistung ist und C die Dicke der IDT-Elektrode ist, normiert mit einer Wellenlänge λ.