DE112007002113T5

DE112007002113T5 - Grenzflächenschallwellenvorrichtung

Info

Publication number: DE112007002113T5
Application number: DE200711002113
Authority: DE
Inventors: Hajime Nagaokakyo Kando
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2006-09-27
Filing date: 2007-09-07
Publication date: 2009-08-06
Anticipated expiration: 2027-09-08
Also published as: JP4883089B2; US20090174285A1; WO2008038506A1; DE112007002113B4; JPWO2008038506A1; US8198781B2

Abstract

Grenzflächenschallwellenvorrichtung, bei der Grenzflächenschallwellen verwendet werden, umfassend:
ein erstes Medium,
ein auf dem ersten Medium gestapeltes zweites Medium und
eine IDT-Elektrode, die an der Grenzfläche zwischen dem ersten Medium und dem zweiten Medium angeordnet ist, wobei die IDT-Elektrode mehrere Elektrodenfinger umfaßt,
wobei zwischen den Elektrodenfingern der IDT-Elektrode ein drittes Medium angeordnet ist, wobei das dritte Medium eine Schallwellenimpedanz Z_B3 aufweist, welche den folgenden Ausdruck erfüllt, wobei Z_B2 die Schallwellenimpedanz des zweiten Mediums ist und Z_IDT die Schallwellenimpedanz der IDT-Elektrode ist: |ZB3/ZIDT – 1| < |ZB2/ZIDT – 1| Ausdruck (1)

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft Grenzflächenschallwellenvorrichtungen, die beispielsweise als Bandpaßfilter verwendet werden. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Grenzflächenschallwellenvorrichtung, die eine IDT-Elektrode umfaßt, die zwischen einem ersten Medium und einem zweiten Medium vorgesehen ist, und bei der Grenzflächenschallwellen genutzt werden, die sich an der Grenzfläche zwischen dem ersten Medium und dem zweiten Medium fortpflanzen.
TECHNISCHER HINTERGRUND
Oberflächenschallwellenvorrichtungen werden weithin als Resonatoren und Bandpaßfilter verwendet. Dabei haben in den letzten Jahren anstelle der Oberflächenschallwellenvorrichtungen Grenzflächenschallwellenvorrichtungen die Aufmerksamkeit auf sich gezogen, weil sich die Packungsgröße verkleinern läßt.
Beispielsweise ist in dem im folgenden beschriebenen Patentdokument 1 eine Grenzflächenschallwellenvorrichtung mit einer Struktur offenbart, die in der schematischen Querschnittsansicht gemäß 14 gezeigt ist. Eine Grenzflächenschallwellenvorrichtung 101 weist eine Struktur auf, bei der ein erstes Medium 102 und ein zweites Medium 103 zusammen gestapelt sind. Als erstes Medium 102 wird ein LiNbO₃-Substrat verwendet, und als zweites Medium 103 wird SiO₂ verwendet. Zwischen der Grenzfläche zwischen dem ersten Medium 102 und dem zweiten Medium 103 ist eine aus Au bestehende IDT 104 angeordnet.
Da die IDT-Elektrode 104 aus dem Metall mit hoher Dichte und niedriger Schallwellengeschwindigkeit besteht, konzentriert sich die Schwingungsenergie in einem Abschnitt, in dem die IDT-Elektrode 104 angeordnet ist, d. h. in der Grenzfläche zwischen dem ersten Medium 102 und dem zweiten Medium 103, und es werden Grenzflächenschallwellen erregt.

Patentdokument 1: Druckschrift der Internationalen PCT-Anmeldung mit Veröffentlichungsnr. WO 2004/070946 .

OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Wie in Patentdokument 1 beschrieben ist, beträgt in der Struktur, in der die aus Au bestehende IDT-Elektrode 104 an der Grenzfläche zwischen dem ersten Medium 102 aus LiNbO₃ und dem zweiten Medium 103 aus SiO₂ angeordnet ist, beispielsweise unter der Annahme, daß die Wellenlänge der Grenzflächenschallwellen λ beträgt, die Dicke der IDT-Elektrode 104 0,05λ beträgt und die Wirkleistung der IDT-Elektrode 104 0,5 beträgt, der Reflexionskoeffizient |κ₁₂|/k₀ des Elektrodenfingers etwa 0,15, und das ist hoch. Man beachte, daß der Reflexionskoeffizient |κ₁₂|/k₀ zu dem intermodalen Kopplungskoeffizienten korrespondiert, welcher der Index des Reflexionsbetrags der Elektrodenfinger ist, κ₁₂ den intermodalen Kopplungskoeffizienten auf der Basis der Modikopplungstheorie darstellt und k₀ eine Wellenzahl 2π/λ der Grenzflächenschallwellen darstellt, die sich durch die IDT-Elektrode hindurch fortpflanzen. In der Struktur, in der eine aus Al bestehende IDT-Elektrode auf einem LiTaO₃-Substrat in einem herkömmlichen Oberflächenschallwellenfilter angeordnet ist, der auf der Funkfrequenzstufe eines Mobiltelefons vorgesehen ist, beträgt der Reflexionskoeffizient |κ₁₂|/k₀ einer verlustbehafteten Oberflächenschallwelle LSAW lediglich etwa 0,03 bis 0,04.
Wenn der Reflexionskoeffizient hoch ist, läßt sich der Sperrbereich in einem Reflektor vergrößern. Folglich kann im Falle eines resonatorartigen Filters, in dem Reflektoren auf beiden Seiten des Bereichs angeordnet sind, in dem eine IDT-Elektrode in der Ausbreitungsrichtung der elastischen Welle vorgesehen ist, die Bandbreite leicht verbreitert werden. Weiterhin läßt sich die Anzahl der Elektrodenfinger in den Reflektoren verkleinern, und mithin kann die Größe verringert werden.
Wenn jedoch ein resonatorartiger Filter konfiguriert wird, ist in der Nähe des Endes des Sperrbereichs ein Durchlaßband ausgebildet. Wenn sich die Breite des Sperrbereichs vergrößert, nimmt deshalb nimmt die Frequenzschwankung auf Grund von Veränderungen in der Linienbreite und der Dicke der Elektrodenfinger zu, und das ist ein Problem.
Hierbei bezeichnet das Ende des Sperrbereichs einer IDT-Elektrode ein oberes Ende oder ein unteres Ende des Sperrbereichs, wenn die positiven und die negativen Klemmen der IDT-Elektrode kurzgeschlossen sind, um einen Gitterreflektor zu bilden. Das Ende des Sperrbereichs entspricht dem unteren Ende, wenn κ₁₂ positiv ist, und entspricht dem oberen Ende, wenn κ₁₂ negativ ist.
Bei der in Patentdokument 1 usw. beschriebenen Grenzflächenschallwellenvorrichtung erfolgt das Einstellen der Frequenz durch Einstellen der Dicke der IDT-Elektrode. Wenn sich die Dicke der IDT-Elektrode beim Herstellungsvorgang verändert, läßt sich folglich eine Änderung der Eigenschaften, die auf die Dickenveränderung beim Herstellungsvorgang zurückzuführen ist, durch das Einstellen der Frequenz minimieren. Jedoch neigt beim Herstellungsvorgang auch die Linienbreite der Elektrodenfinger der IDT-Elektrode zur Veränderung, und es ist auf Grund einer solchen Veränderung der Linienbreite schwer, die Frequenzschwankung zu beherrschen.
Weiterhin weist die Abstrahlkonduktanzeigenschaft bei einem positiven κ₁₂-Wert beispielsweise in dem Fall, in dem ein in Längsrichtung gekoppelter, resonatorartiger Filter konfiguriert ist, eine Wertspitze auf der unteren Seite des Durchlaßbands des Filters auf. Folglich nimmt die Dämpfung in der in 15 gezeigten Weise auf der unteren Seite des Durchlaßbands ab, und es kommt zu einer großen, durch den Pfeil A angezeigten Störresonanz, und das ist ein Problem.
Auf Grund der in der Technik bestehenden Probleme ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Grenzflächenschallwellenvorrichtung zu schaffen, welche die Energie der Grenzflächenschallwellen in der Grenzfläche wirksam eingrenzen kann, und in welcher der Reflexionskoeffizient |κ₁₂|/k₀ einer IDT-Elektrode auf einen geeigneten Wert eingestellt werden und dadurch eine unerwünschte Störresonanz unterdrückt werden kann, und in der eine Veränderung der Eigenschaften, die auf die Veränderung in der Linienbreite der Elektrodenfinger der IDT-Elektrode zurückzuführen ist, nicht so leicht eintritt.
Mit der vorliegenden Erfindung wird eine Grenzflächenschallwellenvorrichtung geschaffen, bei der Grenzflächenschallwellen genutzt werden, und die ein erstes Medium, ein auf dem ersten Medium gestapeltes, zweites Medium und eine IDT-Elektrode mit mehreren Elektrodenfingern umfaßt, und die an der Grenzfläche zwischen dem ersten Medium und dem zweiten Medium angeordnet ist, bei der zwischen den Elektrodenfingern der IDT-Elektrode ein drittes Medium angeordnet ist, wobei das dritte Medium eine Schallwellenimpedanz Z_B3 aufweist, welche den folgenden Ausdruck (1) erfüllt, wobei Z_B2 die Schallwellenimpedanz des zweiten Mediums ist und Z_IDT die Schallwellenimpedanz der IDT-Elektrode ist. |ZB3/ZIDT| – |ZB2/ZIDT – 1| Ausdruck (1)
Bei der Grenzflächenschallwellenvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung besteht das erste Medium vorzugsweise aus einem piezoelektrischen Material, auf dem piezoelektrischen Material ist die IDT-Elektrode angeordnet, und zwischen den Elektrodenfingern der IDT-Elektrode auf dem piezoelektrischen Material ist das dritte Medium angeordnet. In einem solchen Fall können dann, wenn eine IDT-Elektrode großer Dicke mit Hilfe eines Metalls niedriger Dicke ausgebildet ist, Grenzflächenschallwellen sicher zwischen dem ersten Medium und dem zweiten Medium eingegrenzt werden und sich fortpflanzen, und außerdem kann der Reflexionskoeffizient |κ₁₂|/k₀ auf einen geeigneten Wert eingestellt werden.
Bevorzugter ist das dritte Medium so angeordnet, daß es auch die IDT-Elektrode auf dem piezoelektrischen Material abdeckt. Wenn eine IDT-Elektrode kleiner Dicke mit Hilfe eines Metalls hoher Dichte ausgebildet ist, können dadurch Grenzflächenschallwellen sicher zwischen dem ersten Medium und dem zweiten Medium eingegrenzt werden und sich fortpflanzen, und außerdem kann der Reflexionskoeffizient |κ₁₂|/k₀ auf einen geeigneten Wert eingestellt werden.
Bei der vorliegenden Erfindung sind die Materialien, die das erste bis dritte Medium bilden, nicht speziell eingeschränkt, solange Ausdruck (1) erfüllt wird. Vorzugsweise besteht das erste Medium aus einem piezoelektrischen Material, das zweite Medium besteht aus Siliciumoxid, und das dritte Medium besteht aus einem Tantaloxid. In einem solchen Fall kann leicht eine Grenzflächenschallwellenvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung geschaffen werden, die Ausdruck (1) erfüllt.
VORTEILE
Bei der Grenzflächenschallwellenvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist die IDT-Elektrode an der Grenzfläche zwischen dem ersten Medium und dem zweiten Medium angeordnet, und das dritte Medium mit einer Schallwellenimpedanz Z_B3, die Ausdruck (1) erfüllt, ist zwischen den Elektrodenfingern der IDT-Elektrode angeordnet. Deshalb können Grenzflächenschallwellen in der Grenzfläche zwischen dem ersten Medium und dem zweiten Medium sicher eingegrenzt werden und sich fortpflanzen, und außerdem kann der Reflexionskoeffizient |κ₁₂|/k₀ auf einen geeigneten Wert eingestellt werden. Deshalb kann eine unerwünschte Störresonanz, die in den Frequenzeigenschaften auftritt, wirksam unterdrückt werden kann, und die Veränderung der Frequenzeigenschaften, die auf die Veränderung in der Linienbreite der Elektrodenfinger der IDT-Elektrode zurückzuführen ist, kann verkleinert werden. Folglich kann beispielsweise eine Filtervorrichtung für Grenzflächenschallwellen bereitgestellt werden, bei der nicht so leicht eine Verschlechterung der Eigenschaften eintritt, die auf eine Störresonanz an der unteren Seite des Durchlaßbandes zurückzuführen ist.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Querschnittsansicht von vorn, die eine Struktur einer Grenzflächenschallwellenvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
2 ist eine schematische Querschnittsansicht von vorn, die ein modifiziertes Beispiel für die Grenzflächenschallwellenvorrichtung gemäß der in 1 gezeigten Ausführungsform zeigt.
3 ist eine schematische Querschnittsansicht von vorn, die ein anderes modifiziertes Beispiel für die Grenzflächenschallwellenvorrichtung gemäß der in 1 gezeigten Ausführungsform zeigt.
4 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Dicke des dritten Mediums und der Schallgeschwindigkeit (m/s) der Grenzflächenschallwellen zeigt.
5 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Dicke (λ) des dritten Mediums und κ₁₂/k₀ zeigt.
6 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Dicke (λ) des dritten Mediums und dem TCF-Wert (ppm/°C) zeigt.
7 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Dicke (λ) des dritten Mediums und dem elektromechanischen Kopplungsfaktor K² (%) zeigt.
8 ist ein Diagramm, das die Frequenzeigenschaften einer Grenzflächenschallwellenvorrichtung gemäß der Ausführungsform und einer Grenzflächenschallwellenvorrichtung gemäß einem herkömmlichen Beispiel zeigt.
9 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Dicke (λ) des dritten Mediums und ΔV (ppm) zeigt.
10 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen |Z_B3/Z_IDT – 1|, das aus der Schallwellenimpedanz Z_B3 des dritten Mediums und der Schallwellenimpedanz Z_IDT der IDT-Elektrode errechnet wurde, und |κ₁₂|/k₀ zeigt.
11 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen |ρ_B3/ρ_IDT – 1|, das aus der Dichte ρ_B3 von SiO₂ als drittes Medium und der Dichte ρ_IDT der IDT-Elektrode errechnet wurde, und |κ₁₂|/k₀ zeigt.
12 ist ein Diagramm, das Konduktanzeigenschaften in bezug auf Grenzflächenschallwellenvorrichtungen mit IDT-Elektroden mit einem κ₁₂ von 0,05, 0,10 oder 0,15 und eine Grenzflächenschallwellenvorrichtung zeigt, bei der verlustbehaftete Oberflächenschallwellen als Bezugsbeispiel verwendet werden, und die eine IDT-Elektrode mit einem κ₁₂ von 0,03 besitzt.
13 ist ein Diagramm, das Konduktanzeigenschaften in bezug auf Grenzflächenschallwellenvorrichtungen mit IDT-Elektroden mit einem elektromechanischen Kopplungsfaktor K² von 4%, 9% oder 13% und eine Grenzflächenschallwellenvorrichtung zeigt, bei der verlustbehaftete Oberflächenschallwellen als Bezugsbeispiel verwendet werden, und die eine IDT-Elektrode mit einem elektromechanischen Kopplungsfaktor K² von 9,3% besitzt.
14 ist eine schematische Schnittansicht von vorn, die eine Struktur einer herkömmlichen Grenzflächenschallwellenvorrichtung zeigt.
15 ist ein Diagramm, das die Frequenzeigenschaften einer herkömmlichen Grenzflächenschallwellenvorrichtung zur Erläuterung einer Störresonanz zeigt, die auf der unteren Seite des Durchlaßbands in der herkömmlichen Grenzflächenschallwellenvorrichtung auftritt.
BESTE AUSFÜHRUNGSWEISEN DER ERFINDUNG
Im folgenden sind spezielle Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zur Erläuterung der vorliegenden Erfindung beschrieben.
1 ist eine schematische Querschnittsansicht von vorn, die eine Grenzflächenschallwellenvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Eine Grenzflächenschallwellenvorrichtung 1 weist eine Struktur auf, in der ein erstes Medium 2 und ein zweites Medium 3 zusammen gestapelt sind. An der Grenzfläche zwischen dem ersten Medium 2 und dem zweiten Medium 3 ist eine IDT-Elektrode 4 angeordnet. Die IDT-Elektrode 4 weist mehrere Elektrodenfinger 4a bis 4c auf. Die Grenzflächenschallwellenvorrichtung 1 ist als eines von verschiedenen Elementen konfiguriert, beispielsweise als Resonator oder Filter. Gemäß den erforderlichen Eigenschaften ist eine geeignete Struktur ausgebildet. Beispielsweise sind im Falle eines resonatorartigen Grenzflächenschallwellenfilters Reflektoren auf beiden Seiten in der Fortpflanzungsrichtung der Grenzflächenschallwellen der IDT-Elektrode 4 angeordnet.
Bei dieser Ausführungsform besteht das erste Medium 2 aus einem um 15° in X-Richtung gedrehten Y-Schnitt von LiNbO₃. Das erste Medium 2 kann aus LiNbO₃ mit einer anderen Kristallorientierung bestehen, oder es kann aus einem anderen, piezoelektrischen Einkristall bestehen. Weiterhin kann das erste Medium 2 aus etwas anderem als einem piezoelektrischen Einkristall, beispielsweise einem piezoelektrischen Material wie einer piezoelektrischen Keramik, bestehen.
Wenn das zweite Medium 3 aus einem piezoelektrischen Material besteht, kann das erste Medium 2 aus einem anderen Material als einem piezoelektrischen Material bestehen.
Bei dieser Ausführungsform besteht das zweite Medium 3 aus SiO₂. Das zweite Medium 3 kann aus einem von verschiedenen Siliciumoxiden SiO_x (x = 1 bis 3) einschließlich von SiO₂ bestehen, in denen das Zusammensetzungsverhältnis von S zu O im Bereich von 1 bis 3 liegt, oder kann aus einem anderen dielektrischen Material als einem Siliciumoxid bestehen. Weiterhin kann das zweite Medium 3 aus einem piezoelektrischen Material bestehen.
Unter der Annahme, daß die Wellenlänge der Grenzflächenschallwellen λ beträgt, besteht die IDT-Elektrode 4 bei dieser Ausführungsform aus einem geschichteten Metallfilm, in dem ein Al-Film mit einer Dicke von 0,05λ auf einem Au-Film mit einer Dicke von 0,05λ angeordnet ist und die Wirkleistung der IDT-Elektrode 4 0,5 beträgt. Die IDT-Elektrode 4 besteht nicht unbedingt aus einem solchen geschichteten Metallfilm, der mehrere Metallfilme umfaßt, und kann auch aus einem einzigen Metallfilm bestehen. Weiterhin kann die IDT-Elektrode 4 aus einem geeigneten Metallmaterial bestehen, welches das im folgenden beschriebene Schallwellenimpedanzverhältnis gemäß Ausdruck (1) erfüllt. Zu Beispielen für verschiedene Metallmaterialien zur Ausbildung der IDT-Elektrode 4 zählen Pt, Ag, Cu, Ni, Ti, Fe, W und Ta. Weiterhin kann zur Verbesserung der Haftkraft und des elektrischen Leistungswiderstands eine dünne Metallschicht, die aus Ti, Cr, NiCr, Ni, Pt oder Pd besteht, zwischen der IDT-Elektrode 4 und dem ersten, zweiten oder dritten Medium 2, 3 oder 5 oder zwischen den Metallfilmen in dem geschichteten Metallfilm, der die IDT-Elektrode 4 bildet, angeordnet sein. In einem solchen Fall ist das Schallwellenimpedanzverhältnis oder das Dichteverhältnis zwischen dem Metallmaterial, das hauptsächlich an der Reflexion in den Elektrodenfingern beteiligt ist (meist das schwerste Metallmaterial) und dem zweiten Medium 3 und dem dritten Medium 5 so eingestellt, daß der Ausdruck (1) oder der im folgenden beschriebene Ausdruck (2) erfüllt wird.
Bei dieser Ausführungsform ist die Dicke des dritten Mediums 5 kleiner als die Dicke der IDT-Elektrode 4. Jedoch kann die Dicke des dritten Mediums 5 wie bei einem in 2 gezeigten ersten modifizierten Beispiel größer als die Dicke der IDT-Elektrode 4 sein. Weiterhin ist in einem in 3 gezeigten, zweiten modifizierten Beispiel in der Struktur, in der die IDT-Elektrode 4 auf dem ersten Medium 2 aus einem piezoelektrischen Material angeordnet ist, das dritte Medium 5 so angeordnet, daß es die IDT-Elektrode 4 abdeckt. Wie oben beschrieben, kann die Dicke des dritten Mediums 5 in der Grenzflächenschallwellenvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kleiner oder größer als die Dicke der IDT-Elektrode 4 sein, oder das dritte Medium 5 kann so ausgebildet sein, daß es die IDT-Elektrode 4 auf dem ersten Medium 2 abdeckt.
Das Verfahren zur Herstellung der in 1 gezeigten Ausführungsform und der Struktur des in 2 gezeigten, modifizierten Beispiels ist nicht speziell eingeschränkt. Beispielsweise kann ein erstes Herstellungsbeispiel verwendet werden, das im folgenden beschrieben ist.
ERSTES HERSTELLUNGSBEISPIEL
Zuerst wird durch Aufstäuben auf ein piezoelektrisches Material, das ein erstes Medium 2 ist, ein drittes Medium 5 ausgebildet, und auf das dritte Medium 5 wird ein Photolack aufgebracht. Als nächstes wird der Photolack belichtet und entwickelt, um ein Photolackmuster mit einer umgekehrten Form in bezug auf die IDT-Elektrode 4 auszubilden. Mit Hilfe eines RIE-Systems oder dergleichen, in das CF₄-Gas eingeleitet wird, wird das dritte Medium 5 dem reaktiven Ionenätzen unterworfen, wobei das Photolackmuster als Maske verwendet wird. Dadurch wird das dritte Medium 5 so eingeprägt, daß es die Form der IDT-Elektrode 4 aufweist. Als nächstes wird durch Elektronenstrahldampfabscheiden ein Metallmaterial für die IDT-Elektrode 4 aufgebracht, und der Photolack und der auf dem Photolack befestigte Metallfilm werden mit einem Ablösevorgang entfernt. Auf eine solche Weise wird durch den Metallfilmteil, der in dem eingeprägten Abschnitt des dritten Mediums 5 verbleibt, die IDT-Elektrode 4 ausgebildet. Dann wird ein zweites Medium 3, beispielsweise durch Aufstäuben, so aufgebracht, daß es das dritte Medium 5 auf der IDT-Elektrode 4 und die IDT-Elektrode 4 abdeckt.
Bei dem Schritt des Einprägens der Form der IDT-Elektrode 4 in das dritte Medium 5 durch Einwirkenlassen des reaktiven Ionenätzens auf das dritte Medium 5 ist es schwierig, das Ätzen einheitlich in der Wafer-Ebene auszuführen. Auf Grund der Schwankung in der Ätzgeschwindigkeit ist es möglich, daß die Einprägebreite in dem Abschnitt des dritten Mediums 5 schwankt, der einem Abschnitt entspricht, in dem die Elektrodenfinger in der Wafer-Ebene angeordnet werden sollen. In einem solchen Fall kann sich die Linienbreite der Elektrodenfinger der IDT-Elektrode 4 verändern, was zu einer Frequenzveränderung führt.
Ebenso ist es möglich, daß ein Teil des ersten Mediums 2, auf das ein Abschnitt einwirkt, in dem die Ätzgeschwindigkeit hoch ist, so lange beschädigt wird, bis das dritte Medium 5 in einem Abschnitt entfernt wird, in dem die Ätzgeschwindigkeit niedrig ist. Mithin kann die Oberfläche des ersten Mediums 2 rauh werden. In einem solchen Fall nimmt dann, wenn auf der aufgerauhten Oberfläche des ersten Mediums 2 die IDT-Elektrode 4 ausgebildet wird, der Fortpflanzungsverlust der Grenzflächenschallwellen zu, was zur Verschlechterung des Einschaltverlusts des Filters oder des Resonanzwiderstands oder des Parallelresonanzwiderstands des Resonators führt. Insbesondere nimmt die Bearbeitungsschwierigkeit dann zu, wenn die Dicke des dritten Mediums 5 groß ist.
Demgemäß ist der Fall, in dem die Dicke des dritten Mediums 5 in der in 1 gezeigten Weise kleiner als die Dicke der Elektrodenfinger der IDT-Elektrode 4 ist, stärker zu bevorzugen als der Fall, in dem die Dicke des dritten Mediums 5 in der in 2 gezeigten Weise angesichts der Bearbeitbarkeit größer als die Dicke der Elektrodenfinger der IDT-Elektrode 4 ist.
Weiterhin können als Verfahren zur Herstellung eines modifizierten Beispiels für eine Grenzflächenschallwellenvorrichtung, die in 3 gezeigt ist, ein zweites Herstellungsverfahren und ein drittes Herstellungsverfahren, die im folgenden beschrieben sind, verwendet werden.
ZWEITES HERSTELLUNGSBEISPIEL
Auf ein piezoelektrisches Material als erstes Medium 2 wird ein Photolack aufgebracht, und der Photolack wird belichtet/entwickelt, um ein Photolackmuster mit einer umgekehrten Form in bezug auf eine IDT-Elektrode 4 auszubilden. Als nächstes wird durch Elektronenstrahldampfabscheiden ein Metallmaterial aufgetragen, das die IDT-Elektrode 4 bildet. Dann werden das Photolackmuster und der auf dem Photolack befestigte Metallfilmabschnitt zusammen mit dem Photolack entfernt, und durch den verbleibenden Metallfilmteil wird eine Elektrodenstruktur mit der IDT-Elektrode 4 darin ausgebildet. Als nächstes wird durch Aufstäuben ein drittes Medium 5 so aufgebracht, daß es die IDT-Elektrode 4 abdeckt, und durch Aufstäuben wird ein zweites Medium 3 so aufgebracht, daß es das dritte Medium 5 abdeckt.
DRITTES HERSTELLUNGSBEISPIEL
Auf ein piezoelektrisches Material, welches ein erstes Medium 2 ist, wird ein Metallmaterial aufgebracht, das eine IDT-Elektrode 4 bildet. Als nächstes wird auf dieses ein Photolack aufgebracht, und der Photolack wird belichtet/entwickelt, um ein Photolackmuster mit der Form in der IDT-Elektrode 4 auszubilden. In ein RIE-System oder dergleichen wird ein Gas eingeleitet, das den Metallfilm ätzt, der Metallfilm wird dem Ionenstrahlätzen unterworfen und in eine Photolackabtrennlösung getaucht, mit der ein unerwünschter Metallfilm entfernt wird, wodurch der Photolack abgetrennt wird (Trockenätzverfahren). Als nächstes wird ein drittes Medium 5 durch Aufstäuben so aufgebracht, daß es die IDT-Elektrode 4 abdeckt, und dann wird durch Aufstäuben ein zweites Medium 3 so aufgebracht, daß es das dritte Medium 5 abdeckt.
Bei dem zweiten Herstellungsbeispiel und dem dritten Herstellungsbeispiel ist es schwierig, das dritte Medium 5 gleichmäßig aufzubringen. Insbesondere treten dann, wenn die Dicke der IDT-Elektrode 4 groß ist, auf Grund von Unregelmäßigkeiten, die von den Abschnitten, in denen Elektrodenfinger vorhanden sind, und den Abschnitten herrühren, in denen keine Elektrodenfinger vorhanden sind, leicht Risse und Spannungsverformung in dem dritten Medium 5 auf. Die Risse und die Spannungsverformungen sind in der Wafer-Ebene unterschiedlich. Deshalb kommt es dadurch zu Frequenzveränderungen und Einschaltverlusten, wenn ein Filter oder ein Resonator konfiguriert ist.
Bei der in Patentdokument 1 beschriebenen Grenzflächenschallwellenvorrichtung muß, damit sich die Grenzflächenschallwellen verlustfrei ausbreiten können, die Dicke der IDT-Elektrode verkleinert werden, wenn das die IDT-Elektrode bildende Metall eine hohe Dichte aufweist, und die Dicke der IDT-Elektrode vergrößert werden, wenn das die IDT-Elektrode bildende Metall eine niedrige Dichte aufweist.
Folglich ist die Struktur des in 3 gezeigten, modifizierten Beispiels zu bevorzugen, wenn die Dichte der IDT-Elektrode hoch ist, die Betriebsfrequenz hoch ist und die Dicke der IDT-Elektrode klein ist. Die Struktur der in 1 gezeigten Ausführungsform ist zu bevorzugen, wenn die Dichte des die IDT-Elektrode 4 bildenden Metalls hoch ist, die Betriebsfrequenz niedrig ist und die Dicke der IDT-Elektrode 4 groß ist.
Weiterhin wird der Reflexionskoeffizient von dem Verhätnis zwischen den Schallwellenimpedanzen der IDT-Elektrode 4, des zweiten Mediums 3 und des dritten Mediums 5 bestimmt. Unter der Annahme, daß die Schallwellenimpedanz des dritten Mediums 5 Z_B3 beträgt und die Schallwellenimpedanz der IDT-Elektrode 4 Z_IDT beträgt, muß in dem Fall, in dem Z_B3 stark unter Z_IDT liegt, die Dicke des dritten Mediums 5 vergrößert werden. Dadurch kann die Bearbeitung noch schwieriger werden. In einem solchen Fall kann die Struktur des in 2 gezeigten, modifizierten Beispiels verwendet werden.
In der oben beschriebenen Weise sind die in 1 bis 3 gezeigten Strukturen abhängig von der Art der Materialien, die das zweite Medium 3, das dritte Medium 5 und die IDT-Elektrode 4 sowie die Betriebsfrequenz bilden, in erwünschter Weise geeignet ausgewählt.
Die Grenzflächenschallwellenvorrichtung 1 ist dadurch gekennzeichnet, daß das dritte Medium zwischen den Elektrodenfingern 4a bis 4c der IDT-Elektrode angeordnet ist. Bei dieser Ausführungsform besteht das dritte Medium 5 aus Ta₂O₅. Das dritte Medium 5 kann aus einem von verschiedenen Tantaloxiden einschließlich von Ta₂O₅ bestehen. Weiterhin kann das dritte Medium 5 auch aus einem anderen Material bestehen, solange das Schallwellenimpedanzverhältnis gemäß Ausdruck (1) erfüllt ist.
Beispiele für die Materialien, die das erste bis dritte Medium 2, 3 und 5 bilden, sind Si, Glas, SiC, ZnO, PZT, AlN, Al₂O₃, LiTaO₃ und Kaliumniobat. Das heißt, es können verschiedene piezoelektrische Materialien und dielektrische Materialien als Materialien verwendet werden, die das erste bis dritte Medium 2, 3, 5 bilden.
Als Ergebnis einer Untersuchung zu dem Problem, daß auf der unteren Seite des Durchlaßbands in dem Fall, in dem ein Grenzflächenschallwellenfilter mit Hilfe der in Patentdokument 1 beschriebenen Grenzflächenschallwellenvorrichtung gebildet wird, eine Störresonanz auftritt, wurde festgestellt, daß der κ₁₂/k₀-Wert der IDT-Elektrode auf einen geeigneten Wert eingestellt werden sollte. Das ist anhand von 12 und 13 beschrieben.
12 und 13 sind jeweils ein Diagramm, das Konduktanzeigenschaften in bezug auf IDT-Elektroden in der oben beschriebenen Grenzflächenschallwellenvorrichtung zeigt. 12 zeigt die Ergebnisse, wenn κ₁₂ 0,15, 0,10 oder 0,05 beträgt, und zeigt zum Vergleich auch die Konduktanzeigenschaften einer IDT-Elektrode in einer Oberflächenschallwellenvorrichtung mit einem LiTaO₃-Substrat und unter Verwendung von verlustbehafteten Oberflächenschallwellen, wobei die IDT-Elektrode einen κ₁₂-Wert von 0,03 aufweist. 13 zeigt Konduktanzeigenschaften von IDT-Elektroden, wenn der elektromechanische Kopplungsfaktor K² 13%, 9% oder 4% beträgt, und zeigt zum Vergleich auch die Konduktanzeigenschaften einer IDT-Elektrode in einer Oberflächenschallwellenvorrichtung mit einem LiTaO₃-Substrat mit einem elektromechanischen Kopplungsfaktor K² von 9,3%.
Wie in 12 gezeigt ist, nimmt die Konduktanz der IDT-Elektrode in der Nähe der Störresonanz auf der unteren Seite des Durchlaßbands ab, wenn K² kleiner wird, und die Störresonanz kann unterdrückt werden. Dagegen verbessert sich die Effektivität der elektroakustischen Umwandlung, da die Konduktanz der IDT-Elektrode in dem Durchlaßband zunimmt, und das führt zu einer Verlustminderung.
Wie in 13 gezeigt ist, nimmt die Konduktanz selbst dann insgesamt ab, wenn der elektromechanische Kopplungsfaktor K² einfach verkleinert wird, und die Form der Konduktanzeigenschaften ändert sich nicht. Folglich ist klar, daß selbst dann, wenn der elektromechanische Kopplungsfaktor K² verkleinert wird, um die Störresonanz auf der unteren Seite des Durchlaßbands zu unterdrücken, die Wirksamkeit der elektroakustischen Umwandlung der IDT-Elektrode in dem Durchlaßband abnimmt und der Verlust zunimmt.
Wie im obigen gezeigt ist, muß |κ₁₂|/k₀ nach Maßgabe der erforderlichen Größe und der erforderlichen Frequenzeigenschaften der Grenzflächenschallwellenvorrichtung auf einen geeigneten Wert eingestellt werden.
Bei der vorliegenden Erfindung werden zum Einstellen von |κ₁₂|/k₀ auf einen mäßig kleinen Wert die Schallwellenimpedanz ZB₂ des zweiten Mediums 3, die Schallwellenimpedanz Z_B3 des dritten Mediums 5 und die Schallwellenimpedanz Z_IDT der IDT-Elektrode 4 so eingestellt, daß der folgende Ausdruck (1) erfüllt wird. |ZB3/ZIDT – 1| < |ZB2/ZIDT – 1| Ausdruck (1)
Bei dieser Ausführungsform kann der Reflexionskoeffizient |κ₁₂|/k₀ der Grenzflächenschallwellen auf einen geeigneten Wert verkleinert werden, da die Schallwellenimpedanz Z_B2 des zweiten Mediums 3, die Schallwellenimpedanz Z_B3 des dritten Mediums 5 und die Schallwellenimpedanz Z_IDT der IDT-Elektrode 4 so eingestellt sind, daß der obige Ausdruck (1) erfüllt wird. Infolgedessen kann die Störresonanz auf der unteren Seite des Durchlaßbands wirksam unterdrückt werden. Das wird anhand eines speziellen Rechenbeispiels beschrieben.
Es wurde eine Berechnung in bezug auf eine in 14 gezeigte, herkömmliche Grenzflächenschallwellenvorrichtung 101 ausgeführt, die eine Struktur aufweist, die im folgenden in Tabelle 1 gezeigt ist. [Tabelle 1]

Herkömmliche Struktur SiO₂/IDT/15° Y-X LiNbO₃

IDT (Al/Au) Dicke 0,05/0,05λ, Wirkleistung 0,5

Zweites Medium (SiO₂) Dicke 8λ

Erstes Medium (15° Y-X LiNbO₃) Dicke 8λ
Die Berechnung wurde durch Erweiterung der Methode finiter Elemente ausgeführt, die in "Finite element method analysis of piezoelectric waveguides having periodic structure" beschrieben ist (The Institute of Electronics, Information and Communication Engineers Transactions, Bd. J68-C, Nr. 1, 1985/1, S. 21–27). Insbesondere ist jeder Streifen in einem Intervall von einer halben Wellenlänge angeordnet, und es wurden die Schallwellengeschwindigkeiten an dem oberen Ende eines Sperrbereichs und an dem unteren Ende des Sperrbereiches in dem unterbrochenen Streifen und in dem kurzgeschlossenen Streifen ermittelt. Die Schallwellengeschwindigkeit an dem unteren Ende in dem unterbrochenen Streifen ist durch V₀₁ dargestellt, und die Schallwellengeschwindigkeit an dem oberen Ende in dem unterbrochenen Streifen ist durch V₀₂ dargestellt. Die Schallwellengeschwindigkeit an dem unteren Ende in dem kurzgeschlossenen Streifen ist durch V_S1 dargestellt, und die Schallwellengeschwindigkeit an dem oberen Ende in dem kurzgeschlossenen Streifen ist durch V_S2 dargestellt. Die Schwingung der Grenzflächenschallwellen pflanzt sich derart fort, daß sich der größte Teil der Energie in dem Bereich von einer Position, die um 1λ höher als die IDT-Elektrode ist, zu einer Position konzentriert, die um 1λ niedriger als die IDT-Elektrode ist. Folglich wurde ein Analysebereich als Bereich von 8λ in vertikaler Richtung definiert, wobei die IDT-Elektrode die Bereichsmitte ist, d. h. als Bereich von einer Position, die um 4λ höher als die IDT-Elektrode ist, zu einer Position, die um 4λ niedriger als die IDT-Elektrode ist. Die Grenzflächenbedingungen der Vorderseite und der Rückseite der Grenzflächenschallwellenvorrichtung wurden elastisch festgelegt.
Als nächstes erhielt man κ₁₂/k₀, welches den Reflexionsbetrag der Grenzflächenschallwellen in den Elektrodenfingern der IDT-Elektrode darstellt, und der elektromechanische Kopplungsfaktor K² gemäß der Methode, die beschrieben ist in "Evaluation of excitation property of surface acoustic wave interdigital electrode an the basis of mode coupling theory", The Institute of Electronics, Information and Communication Engineers Research Report, MW90-62, 1990, S. 69–74). Im Vergleich zu der in diesem Dokument verwendeten Struktur ist die Frequenzstreuung der Schallwellengeschwindigkeit in der oben in Tabelle 1 gezeigten Struktur groß. Deshalb wurde κ₁₂/k₀ unter Berücksichtigung des Einflusses der Frequenzstreuung bestimmt.
Weiterhin wurde TCD wurde aus den Phasengeschwindigkeiten V_15°C, V_25°C und V_35°C an dem unteren Ende des Sperrbereiches des kurzgeschlossenen Streifens bei 15°C, 25°C und 35°C errechnet.
[Formel 1]

In Ausdruck (2) stellt α_s den Linearausdehnungskoeffizienten des LiNbO₃-Substrats in der Fortpflanzungsrichtung der Grenzflächenwelle dar. Tabelle 2 zeigt Eigenschaften der Grenzflächenschallwellen, die sich durch die in Tabelle 1 gezeigte Struktur hindurch ausbreiten, wobei man die Eigenschaften mit der oben beschriebenen Berechnung erhält. ΔF in Tabelle 2 ist die Frequenzänderung, die aus der Schallwellengeschwindigkeit V_s1 errechnet wurde, wenn sich die Wirkleistung um +0,01 änderte. [Tabelle 2]

Punkt	Ausbreitungseigenschaften
Art der Grenzflächenwellen	SH-Grenzflächenwellen, hauptsächlich bestehend aus SH-Komponente
Schallwellengeschwindigkeit V_s1	3221 m/s
TCD	42,1 ppm/°C
K²	16,0%
κ₁₂/k₀	0,15
ΔF	–2499 ppm

Wie in Tabelle 2 gezeigt, ist der κ₁₂/k₀-Wert bei der herkömmlichen Grenzflächenschallwellenvorrichtung mit 0,15 übermäßig groß, und aus diesem Grund oder einem anderen Grund ist die Frequenzänderung ΔF mit –2499 ppm sehr groß.
Als nächstes sind die Berechnungsergebnisse in bezug auf die Grenzflächenschallwellenvorrichtung 1 gemäß der Ausführungsform beschrieben.
Die folgende Tabelle 3 zeigt die Berechnungsbedingungen in bezug auf die Grenzflächenschallwellenvorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform. [Tabelle 3]

Struktur SiO₂/Ta₂O₅/IDT/15° Y-X LiNbO₃

IDT (Al/Au) Dicke 0,05/0,05λ, Wirkleistung 0,5

Zweites Medium (SiO₂) Dicke 8λ

Erstes Medium (15° Y-X LiNbO₃) Dicke 8λ

Tabelle 4 zeigt die Schallwellenimpedanz und die Dichte des zweiten Mediums 3 und des dritten Mediums 5. [Tabelle 4]

Struktur		Schallwellenimpedanz [kg·s/m²]	Dichte [kg/m³]
Erstes Medium LiNbO₃
Zweites Medium SiO₂		Z_B2	8,30	ρ_B3	2210
Drittes Medium Ta₂O₅		Z_B3	13,8	ρ_B2	8470
IDT	Au-Film	24,0		19300
IDT	Al-Film	8,39		2690

Unter den in Tabelle 4 gezeigten Bedingungen zeigen 4 bis 7 die Beziehung zwischen der Dicke des dritten Mediums 5 und der Schallwellengeschwindigkeit V_s1 an dem unteren Ende des Sperrbereichs der IDT-Elektrode 4, dem κ₁₂/k₀-Wert, dem Temperaturkoeffizienten der Frequenz TCF oder dem elektromechanischen Kopplungsfaktor K². In 4 bis 7 stellt Δ die Ergebnisse bei der in 1 gezeigten Ausführungsform und dem in 2 gezeigten, modifizierten Beispiel, d. h. dem Fall dar, in dem das dritte Medium 5 die IDT-Elektrode 4 nicht abdeckt, und O stellt die Ergebnisse in dem Fall dar, in dem das dritte Medium 5 in der in 3 gezeigten Weise die obere Fläche der IDT-Elektrode 4 abdeckt.
In 4 bis 7 ist das zweite modifizierte Beispiel in dem Bereich, in dem die Dicke des dritten Mediums 5 0,10 oder weniger beträgt, nicht vorhanden.
In jedem Fall, in dem die Dicke des dritten Mediums 5 in der in 1 gezeigten Weise kleiner als die Dicke der IDT-Elektrode 4 ist, dem Fall, in dem die Dicke des dritten Mediums 5 in der in 2 gezeigten Weise größer als die Dicke der IDT-Elektrode 4 ist, und dem Fall, in dem die Dicke des dritten Mediums 5 in der in 3 gezeigten Weise größer als die Dicke der IDT-Elektrode 4 ist und das dritte Medium 5 so konfiguriert ist, daß es die IDT-Elektrode 4 abdeckt, nimmt der κ₁₂/k₀-Wert ab, wenn die Dicke des dritten Mediums 5 zunimmt. Insbesondere in den Strukturen der Ausführungsform und des ersten modifizierten Beispiels, in dem das dritte Medium 5 die IDT-Elektrode 4 nicht abdeckt, beträgt der κ₁₂/k₀-Wert 0 bei einer Dicke des dritten Mediums 5 von etwa 0,13λ, und der κ₁₂/k₀-Wert ist negativ, wenn die Dicke des dritten Mediums 5 weiter zunimmt. Das heißt, es ist klar, daß κ₁₂/k₀ durch Änderung der Dicke des dritten Mediums 5 frei eingestellt werden kann. Wie in 1 und 2 gezeigt ist, können vorzugsweise in dem Fall, in dem das dritte Medium 5 die IDT-Elektrode 4 nicht abdeckt und zwischen den Fingern der IDT-Elektrode 4 angeordnet ist, und wenn eine IDT-Elektrode 4 von großer Dicke unter Verwendung eines Metalls mit niedriger Dichte ausgebildet ist, die Grenzflächenschallwellen sicher zwischen dem ersten Medium 2 und dem zweiten Medium 3 eingegrenzt werden und sich fortpflanzen, und weiterhin kann der Reflexionskoeffizient |κ₁₂|/k₀ auf einen geeigneten Wert eingestellt werden.
Bei dem zweiten modifizierten Beispiel ist in der in 5 gezeigten Weise, obwohl die Änderung von κ₁₂/k₀ im Vergleich zu der Ausführungsform und dem ersten modifizierten Beispiel klein ist, und wenn sich die Dicke des dritten Mediums 5 geändert hat, auch eine Einstellung von κ₁₂/k₀ durch Änderung der Dicke des dritten Mediums 5 möglich. Wie bei dem zweiten modifizierten Beispiel ist das dritte Medium 5 vorzugsweise so angeordnet, daß es die IDT-Elektrode 4 abdeckt. Dadurch können dann, wenn eine IDT-Elektrode 4 kleiner Dicke unter Verwendung eines Metalls mit hoher Dichte ausgebildet ist, die Grenzflächenschallwellen sicher zwischen dem ersten Medium 2 und dem zweiten Medium 3 eingegrenzt werden und sich fortpflanzen, und weiterhin kann der Reflexionskoeffizient |κ₁₂|/k₀ auf einen geeigneten Wert eingestellt werden.
Des weiteren nimmt bei der Ausführungsform und dem ersten und dem zweiten modifizierten Beispiel der Verlust nicht so leicht zu, da die Grenzflächenwellen in der Nähe der Grenzfläche sicher eingegrenzt sind und sich fortpflanzen.
Wie aus 5 hervorgeht, sollte die Dicke des dritten Mediums 5 beispielsweise auf 0,055λ eingestellt werden, um κ₁₂/k₀ von 0,15 auf 0,10 zu verkleinern.
8 ist ein Diagramm, das die Frequenzeigenschaften der Grenzflächenschallwellenvorrichtung gemäß der Ausführungsform, in der κ₁₂/k₀ = 0,10, und die Frequenzeigenschaften des herkömmlichen Beispiels zeigt, in dem κ₁₂/k₀ = 0,15. Wie in 8 gezeigt ist, läßt sich durch Änderung von κ₁₂/k₀ von 0,15 auf 0,10 die Störresonanz auf der unteren Seite des Durchlaßbandes wirksam unterdrücken.
9 ist ein Diagramm, das die Änderung ΔV (ppm) der Schallwellengeschwindigkeit V_s1 bei einer Änderung des Wirkleistungsverhältnisses um +0,01 zeigt, und insbesondere ändert sich die Wirkleistung von 0,5 bei der Ausführungsform auf 0,51. Wie in 9 gezeigt ist, nimmt die Änderung ΔV (ppm) der Schallwellengeschwindigkeit V_s1 ab, wenn die Dicke des dritten Mediums 5 zunimmt. Wenn die Dicke des dritten Mediums 5 verkleinert wird, kann deshalb die Frequenzschwankung, die auf die Veränderung in der Linienbreite der Elektrodenfinger der IDT-Elektrode 4 zurückzuführen ist, vermindert werden.
Folglich läßt sich die Veränderung in den Frequenzeigenschaften der Grenzflächenschallwellenvorrichtung 1 vermindern, und die Produktionsausbeute läßt sich verbessern.

Als nächstes wurde durch Veränderung des die IDT-Elektrode 4 bildenden Materials die Beziehung zwischen der Schallwellenimpedanz, der Dichte und dem κ₁₂/k₀-Wert der IDT-Elektrode 4 bestimmt. Tabelle 5 zeigt die Berechnungsbedingungen für die Grenzflächenschallwellenvorrichtung 1, und Tabelle 6 zeigt die Beziehung zwischen der in der oben beschriebenen Weise bestimmten Schallwellenimpedanz, der Dichte und dem κ₁₂/k₀-Wert. [Tabelle 5]

Struktur	Polykristallines Si/SiO₂/IDT/36° Y-X LiNbO₃
Art der Grenzflächenwellen	Stonely-Wellen, hauptsächlich bestehend aus P- + SV-Komponenten
IDT	Dicke 0,1λ, Wirkleistung 0,7
Zweites Medium (Polykristallines Si)	Dicke 5λ
Drittes Medium (SiO₂)	Dicke 0,65λ
Erstes Medium (36° Y-X LiNbO₃)	Dicke 8λ

[Tabelle 6]

Material für IDT-Elektrode	ρ [kg/m³]	Schallwellen-impedanz Z [kg·s/m²]	\|ρ_B3/ρ_IDT – 1\|	\|Z_B3/Z_IDT – 1\|	κ₁₂/k₀
Au	19300	24,02	0,89	0,65	0,02275
Al	2690	8,38	0,18	0,01	0,00009
Ti	4540	13,50	0,51	0,38	0,00178
W	19300	50,50	0,89	0,84	0,02363
Ta	16600	29,31	0,87	0,72	0,02597
0Cu	8930	21,42	0,75	0,61	0,00936
Ag	10500	17,50	0,79	0,53	0,01313
Pt	21400	35,74	0,90	0,77	0,02820
Fe	7830	19,39	0,72	0,57	0,00698

10 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen |Z_B3/Z_IDT – 1|, das aus der Schallwellenimpedanz Z_B3 von SiO₂ als drittes Medium und der Schallwellenimpedanz Z_IDT der IDT-Elektrode 4 errechnet wurde, und κ₁₂/k₀ zeigt. In 10 stellt die vertikale Achse, d. h. die y-Achse, den |κ₁₂|/k₀-Wert dar, und die horizontale Achse, d. h. die x-Achse, stellt |Z_B3/Z_IDT – 1| dar.
In 10 und 11, die im folgenden beschrieben sind, stellt 1E-01 1 × 10^–1 dar.
Wie in 10 gezeigt ist, beträgt |Z_B3/Z_IDT – 1| dann, wenn |κ₁₂|/k₀ 0,0003 oder mehr beträgt, 0,125 oder mehr, was sich zur Verwendung in Filtern mit schmaler Bandbreite eignet.
Wenn |κ₁₂|/k₀ 0,001 oder mehr beträgt, beträgt |Z_B3/Z_IDT – 1| 0,291 oder mehr, und das eignet sich zur Verwendung in Filtern mit mittlerer Bandbreite.
Wenn |κ₁₂|/k₀ 0,014 oder mehr beträgt, beträgt |Z_B3/Z_IDT – 1| 0,655 oder mehr, und das eignet sich zur Verwendung in Filtern mit breiter Bandbreite.
Das heißt, daß sich in der in 10 gezeigten Weise durch Einstellen von |Z_B3/Z_IDT – 1| in dem oben beschriebenen, speziellen Bereich Eigenschaften von Filtern mit schmaler Bandbreite, mittlerer Bandbreite und breiter Bandbreite leicht und sicher erhalten lassen.
Zwar wird auf den Wert |κ₁₂|/k₀ der Elektrodenfinger der IDT-Elektrode 4 stark durch die Schallwellenimpedanz eingewirkt, jedoch wird auf die Schallwellenimpedanz durch die Dichte eingewirkt. 11 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen |ρ_B3/ρ_IDT – 1| und κ₁₂/k₀ zeigt, die aus der Dichte ρ_B3 von SiO₂ als drittes Medium 5 und der Schallwellenimpedanz Z_IDT der IDT-Elektrode errechnet wurde. Das heißt, die y-Achse stellt |κ₁₂|/k₀ dar, und die horizontale Achse, d. h. die x-Achse, stellt |ρ_B3/ρ_IDT – 1| dar.
Wie in 11 gezeigt ist, beträgt |ρ_B3/ρ_IDT – 1| dann, wenn |κ₁₂|/k₀ 0,0003 oder mehr beträgt, 0,314 oder mehr, und das eignet sich zum Erhalt von Eigenschaften von Filtern mit schmaler Bandbreite.
Wenn |κ₁₂|/k₀ 0,001 oder mehr beträgt, dann beträgt |ρ_B3/ρ_IDT – 1| 0,468 oder mehr, und das eignet sich zum Erhalt von Eigenschaften von Filtern mit mittlerer Bandbreite eignet.
Wenn |κ₁₂|/k₀ 0,014 oder mehr beträgt, dann beträgt |ρ_B3/ρ_IDT – 1| 0,805 oder mehr, und das eignet sich zum Erhalt von Eigenschaften von Filtern mit breiter Bandbreite.

Bei der oben beschriebenen Ausführungsform besteht das dritte Medium 5 aus SiO₂. Wenn die dritten Medien 5 aus verschiedenen Materialien bestehen, lauten die Dichte ρ und die Schallwellenimpedanz Z derselben so, wie sie im folgenden in Tabelle 7 gezeigt sind. Wenn die IDT-Elektroden 4 unter Verwendung verschiedener Metalle wie der Kombination des Metalls und des das dritte Medium 5 bildenden Materials ausgebildet sind, in dem |ρ_B3/ρ_IDT – 1| 0,125 oder mehr beträgt, können folglich die in Tabelle 8 gezeigten Kombinationen verwendet werden. Auf eine solche Weise kann durch verschiedenes Kombinieren des die IDT-Elektrode 4 bildenden Metalls und des das dritte Medium 5 bildenden Materials eine Grenzflächenschallwellenvorrichtung 1 konfiguriert werden, die Ausdruck (1) erfüllt.

[Tabelle 8]

Material	Symbol	ρ (kg/m³)	Zs × 10⁶ (kg·s/m²)
Siliciumoxid	SiO₂	2210	8,30
Glas	GLAS	2320	7,61
Einkristallsilicium	Si	2331	10,89
Polykristallines Silicium	Si	2331	12,45
Siliciumnitrid	Si₃N₄	3200	19,11
Magnesiumoxid	MgO	3583	18,99
Aluminiumoxid	Al₂O₃	3900	25,08
Saphir	Al₂O₃	3986	25,76
Titanoxid	TiO₂	4249	13,56
Zinkoxid	ZnO	5665	15,89
Tantaloxid	Ta₂O₅	8730	13,78
Aluminiumnitrid	AlN	3260	18,94

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf in Längsrichtung gekoppelte, resonatorartige Grenzflächenschallwellenfilter beschränkt, sondern kann auch in weitem Maße auf verschiedene Vorrichtungen mit Grenzflächenschallwellennutzung wie Resonatoren, Filterketten, in Querrichtung gekoppelte Resonatorfilter, Querfilter mit reflektierenden Einphasen-Einrichtungs-Wandlern, optische Grenzflächenschallwellenschalter und optische Grenzflächenschallwellenfilter angewandt werden.
Weiterhin können vor der Ausbildung des zweiten Mediums 3 und des dritten Mediums 5 die Dicke der IDT-Elektrode 4 und die Dicke des dritten Mediums 5 so eingestellt werden, daß eine Frequenzeinstellung durch Verkleinern der Dicke erfolgt, wobei rückseitige Zerstäubung, Ionenstrahlätzen, RIE, Naßätzen, Polieren oder dergleichen stattfinden, oder durch Vergrößern der Dicke durch zusätzliches Aufbringen unter Anwendung eines Aufbringverfahrens wie des Zerstäubens oder des Aufdampfens.
Mindestens eines von dem zweiten Medium 3 und dem ersten Medium 2 kann eine Schichtstruktur aufweisen. Das zweite Medium 3 kann eine Struktur besitzen, in der SiN auf SiO₂ angeordnet ist.
Um die Festigkeit der Grenzflächenschallwellenvorrichtung 1 zu verbessern und das Eindringen eines aggressiven Gases in die Grenzflächenschallwellenvorrichtung 1 zu verhindern, kann auf der Außenseite der Schichtstruktur des zweiten Mediums 3/des dritten Mediums 5/der IDT-Elektrode 4/des ersten Mediums 2 eine Schutzschicht ausgebildet sein. In manchen Fällen kann die Schutzschicht in einer Packung eingeschlossen sein. Die Schutzschicht kann aus einem organischen Material wie einem Polyimidharz oder Epoxidharz, einem anorganischen, isolierenden Material wie Titanoxid, Aluminiumnitrid oder einem Aluminiumoxid oder einem Metallfilm wie aus Au, Al oder W bestehen.
ZUSAMMENFASSUNG
Es wird eine Grenzflächenschallwellenvorrichtung geschaffen, in der |κ₁₂|/k₀ auf einen geeigneten Wert eingestellt werden kann und dadurch eine unerwünschte Störresonanz außerhalb des Durchlaßbands unterdrückt werden kann, und in der eine Veränderung der Frequenzeigenschaften, die auf die Veränderung in der Linienbreite der Elektrodenfinger der IDT-Elektrode zurückzuführen ist, nicht so leicht eintritt.
Eine Grenzflächenschallwellenvorrichtung 1 umfaßt eine IDT-Elektrode 4, die an der Grenzfläche zwischen einem ersten Medium 2 und einem zweiten Medium 3 angeordnet ist, wobei die IDT-Elektrode 4 mehrere Elektrodenfinger 4a bis 4c aufweist, bei der zwischen den Elektrodenfingern 4a bis 4c der IDT-Elektrode ein drittes Medium 5 angeordnet ist, wobei das dritte Medium 5 eine Schallwellenimpedanz Z_B3 aufweist, welche den folgenden Ausdruck (1) erfüllt, wobei Z_B2 die Schallwellenimpedanz des zweiten Mediums 3 ist und Z_IDT die Schallwellenimpedanz der IDT-Elektrode 4 ist. |ZB3/ZIDT – 1| < |ZB2/ZIDT – 1| Ausdruck (1)

1: Grenzflächenschallwellenvorrichtung
2: erstes Medium
3: zweites Medium
4: IDT-Elektrode
4a: Elektrodenfinger
5: drittes Medium

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- WO 2004/070946 [0004]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

- The Institute of Electronics, Information and Communication Engineers Transactions, Bd. J68-C, Nr. 1, 1985/1, S. 21–27 [0062]
- "Evaluation of excitation property of surface acoustic wave interdigital electrode an the basis of mode coupling theory", The Institute of Electronics, Information and Communication Engineers Research Report, MW90-62, 1990, S. 69–74 [0063]

Claims

Grenzflächenschallwellenvorrichtung, bei der Grenzflächenschallwellen verwendet werden, umfassend: ein erstes Medium, ein auf dem ersten Medium gestapeltes zweites Medium und eine IDT-Elektrode, die an der Grenzfläche zwischen dem ersten Medium und dem zweiten Medium angeordnet ist, wobei die IDT-Elektrode mehrere Elektrodenfinger umfaßt, wobei zwischen den Elektrodenfingern der IDT-Elektrode ein drittes Medium angeordnet ist, wobei das dritte Medium eine Schallwellenimpedanz Z_B3 aufweist, welche den folgenden Ausdruck erfüllt, wobei Z_B2 die Schallwellenimpedanz des zweiten Mediums ist und Z_IDT die Schallwellenimpedanz der IDT-Elektrode ist: |ZB3/ZIDT – 1| < |ZB2/ZIDT – 1| Ausdruck (1)
Grenzflächenschallwellenvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das erste Medium aus einem piezoelektrischen Material besteht, auf dem piezoelektrischen Material die IDT-Elektrode angeordnet ist und das dritte Medium zwischen den Elektrodenfingern der IDT-Elektrode auf dem piezoelektrischen Material angeordnet ist.
Grenzflächenschallwellenvorrichtung nach Anspruch 2, wobei das dritte Medium so angeordnet ist, daß es auch die IDT-Elektrode auf dem piezoelektrischen Material abdeckt.
Grenzflächenschallwellenvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, wobei das zweite Medium aus einem Siliciumoxid besteht und das dritte Medium aus einem Tantaloxid besteht.