DE112009000281T5

DE112009000281T5 - Rand-Schallwellenvorrichtung

Info

Publication number: DE112009000281T5
Application number: DE112009000281T
Authority: DE
Inventors: Atsushi Nagaokakyo Shimizu; Daisuke Nagaokakyo Tamazaki; Shinya Nagaokakyo Johnosono
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2008-02-05
Filing date: 2009-01-23
Publication date: 2011-02-17
Also published as: US20100277036A1; WO2009098840A1; JPWO2009098840A1; CN101939911A

Abstract

Rand-Schallwellenvorrichtung umfassend:
ein piezoelektrisches Substrat mit einer Oberseite;
einen dielektrischen Film, der auf der Oberseite des piezoelektrischen Substrats ausgebildet ist und aus einem ersten Dielektrikum besteht;
eine Elektrode, die auf dem dielektrischen Film ausgebildet ist und eine IDT-Elektrode umfaßt; und
eine dielektrische Schicht, die so ausgebildet ist, daß sie die Elektrode abdeckt, und die aus einem zweiten Dielektrikum besteht.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die Erfindung betrifft eine Rand-Schallwellenvorrichtung, bei welcher eine Elektrode an der Grenzfläche zwischen einem Piezoelektrikum und einem Dielektrikum ausgebildet ist. Im Speziellen betrifft die Erfindung eine Rand-Schallwellenvorrichtung mit einer verbesserten Mehrschichtstruktur.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
In den letzten Jahren finden zunehmend Rand-Schallwellenvorrichtungen anstelle von Oberflächen-Schallwellenvorrichtungen Beachtung. Da Rand-Schallwellenvorrichtungen nicht in hohlen Gehäusen untergebracht werden müssen, können Rand-Schallwellenvorrichtungen in kleiner Bauform hergestellt werden.
Das weiter unten genannte Patentliteratur 1 offenbart eine Rand-Schallwellenvorrichtung, bei der ein erstes Medium aus LiNbO₃ oder dergleichen und ein zweites Medium aus SiO₂ oder dergleichen übereinander angeordnet sind und eine IDT-Elektrode zwischen dem ersten und dem zweiten Medium vorgesehen ist. Die IDT-Elektrode wird hier einer Apodisationsgewichtung unterzogen und die Spaltbreite zwischen einem Elektrodenfinger und einem Blind-Elektrodenfinger innerhalb eines bestimmten Bereichs eingestellt. Als Folge daraus wird die durch das Phänomen der Streuung von Rand-Schallwellen verursachte Verschlechterung von Kennlinien unterdrückt.

Patentliteratur 1: Japanische Ungeprüfte Patentanmeldung Veröffentlichungsnr. 2006-319887

OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Wenn jedoch bestehende Rand-Schallwellenvorrichtungen, wie beispielsweise jene, die in Patentliteratur 1 beschrieben ist, einer Überschlagspannungsprüfung unterzogen werden, kommt es zu Fällen, in denen ein Elektrodenzusammenbruch bei relativ geringer Spannung eintritt.
Darüber hinaus besteht auch bei Rand-Schallwellenvorrichtungen, ebenso wie bei Oberflächenwellenvorrichtungen, ein großer Bedarf an einer Verringerung des Einfügungsverlustes.
In Anbetracht der weiter oben beschriebenen Umstände hinsichtlich der verwandten Technik, ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Rand-Schallwellenvorrichtung zu schaffen, bei der die Überschlagspannung erhöht werden kann.
Darüber hinaus ist es ein genauer eingegrenztes Ziel der Erfindung, eine Rand-Schallwellenvorrichtung zu schaffen, bei welcher die Überschlagspannung hoch und der Verlust niedrig ist.
Die Erfindung schafft eine Rand-Schallwellenvorrichtung umfassend ein piezoelektrisches Substrat mit einer Oberseite; einen dielektrischen Film, der auf der Oberseite des piezoelektrischen Substrats ausgebildet ist und aus einem ersten Dielektrikum besteht; eine Elektrode, die auf dem dielektrischen Film ausgebildet ist und zumindest eine IDT-Elektrode umfaßt; und eine dielektrische Schicht, die so ausgebildet ist, daß sie die Elektrode abdeckt, und die aus einem zweiten Dielektrikum besteht. Bei der vorliegenden Erfindung wird die Überschlagspannung insofern erhöht, als die IDT-Elektrode auf dem aus dem ersten Dielektrikum bestehenden, dielektrischen Film ausgebildet ist, wobei der dielektrische Film auf der Oberseite des piezoelektrischen Substrats ausgebildet ist.
Für ein dielektrisches Material zur Bildung des ersten Dielektrikums bestehen keine besonderen Einschränkungen. Gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei dem ersten Dielektrikum um ein Dielektrikum aus der Gruppe bestehend aus Ta₂O₅, TiO₂, TiO, SiO₂, MgO, Al₂O₃, Nb₂O₅, Cr₂O₃, ZrO₂, ZnO, NiO, WO₃, HfO₂, AlN, TiN, Si₃N₄ und SiC. In diesem Fall kann die Überschlagspannung auf effektivere Weise erhöht werden. Insbesondere wird als erstes Dielektrikum vorzugsweise Ta₂O₅ verwendet, und dadurch kann die Überschlagspannung auf effektivere Weise erhöht werden.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung weist der aus dem ersten Dielektrikum bestehende, dielektrische Film eine Dicke von 0,018λ oder weniger auf, wobei λ eine Wellenlänge der verwendeten Rand-Schallwellen darstellt. In diesem Fall kann der Verlust der Rand-Schallwellenvorrichtung verringert werden.
Bei einer erfindungsgemäßen Rand-Schallwellenvorrichtung sollte der aus dem ersten Dielektrikum bestehende dielektrische Film an der Oberseite des piezoelektrischen Substrats zumindest in einem Bereich ausgebildet sein, in dem die Elektrode ausgebildet ist.
Der dielektrische Film ist vorzugsweise über die gesamte Oberseite des piezoelektrischen Substrats hinweg ausgebildet. In diesem Fall kann der aus dem ersten Dielektrikum bestehende, dielektrische Film auf einfache Weise ohne Strukturierung oder dergleichen ausgebildet werden.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist weiterhin eine zweite dielektrische Schicht aus einem dritten Dielektrikum vorgesehen; die aus dem dritten Dielektrikum bestehende, zweite dielektrische Schicht ist oberhalb der aus dem zweiten Dielektrikum bestehenden Schicht angeordnet; und eine Schallgeschwindigkeit des dritten Dielektrikums ist so eingestellt, daß sie höher als eine Schallgeschwindigkeit des zweiten Dielektrikums ist.
Was ein Material zum Ausbilden des piezoelektrischen Substrats anlangt, so können dafür verschiedene Piezoelektrika verwendet werden; vorzugsweise handelt es sich bei dem Material jedoch um LiNbO₃. Es folgt daraus, daß durch das Ausbilden eines dielektrischen Films aus einem ersten Dielektrikum gemäß der vorliegenden Erfindung die Überschlagspannung auf effektive Weise erhöht werden kann.
(Vorteilhafte Effekte der Erfindung)
Bei einer erfindungsgemäßen Rand-Schallwellenvorrichtung kann dadurch bedingt, daß ein dielektrischer Film aus einem ersten Dielektrikum auf einem piezoelektrischen Substrat ausgebildet ist und eine Elektrode umfassend eine IDT-Elektrode auf dem dielektrischen Film ausgebildet ist, die Überschlagspannung im Vergleich zu bestehenden Rand-Schallwellenvorrichtungen erhöht werden. Demgemäß können Rand-Schallwellenvorrichtungen zuverlässiger gestaltet werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Schnittansicht von vorne zur Veranschaulichung einer Rand-Schallwellenvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung.
2 ist ein schematischer Grundriß, der die Elektrodenstruktur der in 1 dargestellten Rand-Schallwellenvorrichtung veranschaulicht.
3 ist eine vergrößerte Teilschnittansicht von vorne zur Illustration der Elektrodenmehrschichtstruktur der Rand-Schallwellenvorrichtung gemäß der in 1 veranschaulichten Ausführungsform.
4 ist eine schematische Schnittansicht von vorne zur Illustration einer Modifikation einer Rand-Schallwellenvorrichtung, bei welcher eine zweite dielektrische Schicht in einem Stapel zwischen einer dielektrischen Schicht und einem Schutzfilm angeordnet ist.
5 ist ein Graph, der eine Spannungsschwankung veranschaulicht, bei welcher der Einfügungsverlust in einem Band um 0,3 dB herabgesetzt worden ist, d. h. eine Überschlagspannungsschwankung, im Fall einer Veränderung der Metallisierungsverhältnisse in einer in 1 und 2 veranschaulichten Rand-Schallwellenvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform, einer Rand-Schallwellenvorrichtung, bei welcher Randschallwellen-Resonatorabschnitte gemäß einer zweiten Ausführungsform nicht ausgebildet sind, und einer Rand-Schallwellenvorrichtung eines Vergleichsbeispiels.
6 ist ein Graph zur Veranschaulichung einer Filterkennlinie einer Rand-Schallwellenvorrichtung des Vergleichsbeispiels und von Rand-Schallwellenvorrichtungen, bei denen Dielektrika aus Ta₂O₅ gemäß einer Mehrzahl von Ausführungsformen unterschiedliche Dicken aufweisen.
7 ist ein Graph, der die Filterkennlinie der Rand-Schallwellenvorrichtung des Vergleichsbeispiels veranschaulicht, wobei die Filterkennlinie durch eine durchgehende Linie A in 6 dargestellt ist.
8 ist ein Graph, der die Filterkennlinie der Rand-Schallwellenvorrichtung einer Ausführungsform veranschaulicht, wobei die Filterkennlinie durch eine gestrichelte Linie B in 6 dargestellt ist.
9 ist ein Graph, der die Filterkennlinie der Rand-Schallwellenvorrichtung einer Ausführungsform veranschaulicht, wobei die Filterkennlinie durch eine alternierend lang-kurz-gestrichelte Linie C in 6 dargestellt ist.
10 ist ein Graph, der die Filterkennlinie der Rand-Schallwellenvorrichtung einer Ausführungsform veranschaulicht, wobei die Filterkennlinie durch eine dünne Linie D in 6 dargestellt ist.
11 ist ein Graph, der die Schwankung beim Einfügungsverlust veranschaulicht, wenn die normalisierte Dicke eines Ta₂O₅-Films, der als dielektrischer Film dient, verändert wird.
Bezugszeichenliste

1: Rand-Schallwellenvorrichtung
2: piezoelektrisches Substrat
2a: Oberseite
3: dielektrischer Film
4: Elektrode
5–7: erste bis dritte IDT-Elektrode
8, 9: Reflektoren
10: Rand-Schallwellenfilterabschnitt
11: Rand-Schallwellenresonatorabschnitt
11a: IDT-Elektrode
11b, 11c: Reflektoren
12: Eingangsklemme
13: Rand-Schallwellenresonatorabschnitt
13a: IDT-Elektrode
13b, 13c: Reflektoren
14: Ausgangsklemme
15: dielektrische Schicht
16: Schutzfilm
17: zweite dielektrische Schicht

BESTE ARTEN ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand der Beschreibung spezifischer Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
1 ist eine schematische Schnittansicht von vorne auf eine Rand-Schallwellenvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Eine Rand-Schallwellenvorrichtung 1 umfaßt ein piezoelektrisches Substrat 2. Bei dem piezoelektrischen Substrat 2, das aus einem geeigneten Piezoelektrikum besteht, handelt es sich bei der ersten Ausführungsform um ein um 15° in der Y-Achse geschnittenes LiNbO₃-Substrat mit X-Ausbreitung. Alternativ dazu kann auch ein LiNbO₃-Substrat mit einer anderen Kristallorientierung verwendet werden. Alternativ dazu kann auch ein anderes piezoelektrisches Einkristall-Substrat aus LiTaO₃, Quarz oder dergleichen, oder ein piezoelektrisches Substrat aus einer piezoelektrischen Keramik, wie beispielsweise eine Bleizirconattitanat-Keramik verwendet werden.
Ein dielektrischer Film 3 aus Ta₂O₅, das als ein erstes Dielektrikum dient, ist auf einer Oberseite 2a des piezoelektrischen Substrats 2 ausgebildet. Für das erste Dielektrikum bestehen keine besonderen Einschränkungen und ein geeignetes dielektrisches Material, mit dem es möglich ist, die weiter unten beschriebene Überschlagspannung zu erhöhen, kann dafür verwendet werden. Die Auswahl eines solchen Dielektrikums erfolgt vorzugsweise aus der Gruppe bestehend aus Ta₂O₅, TiO₂, TiO, SiO₂, MgO, Al₂O₃, Nb₂O₅, Cr₂O₃, ZrO₂, ZnO, NiO, WO₃, HfO₂, AlN, TiN, Si₃N₄ und SiC. Mehr bevorzugt, wird Ta₂O₅ verwendet, da dadurch die Überschlagspannung auf effektive Weise erhöht werden kann.
Bei der ersten Ausführungsform ist der dielektrische Film 3 über die gesamte Oberseite 2a des piezoelektrischen Substrats 2 hinweg ausgebildet. Alternativ dazu kann der dielektrische Film 3 auf einem Teil der Oberseite 2a des piezoelektrischen Substrats 2 ausgebildet sein. Das heißt, der dielektrische Film 3 sollte zumindest unterhalb eines Teils vorhanden sein, in dem eine weiter unten beschriebene Elektrode 4 ausgebildet ist. Anders ausgedrückt, der dielektrische Film 3 sollte zumindest in einem Bereich ausgebildet sein, in dem die Elektrode 4 ausgebildet ist, und zwar in der Oberseite 2a des piezoelektrischen Substrats 2.
Bei der Rand-Schallwellenvorrichtung 1 kann durch Anordnen des dielektrischen Films 3 die Überschlagspannung auf effektive Weise erhöht werden, wie weiter unten anhand von Versuchsbeispielen gezeigt wird. Dies wird wahrscheinlich dadurch erzielt, weil der Isolationswiderstand (IR) erhöht wird.
Die Elektrode 4 ist auf dem dielektrischen Film 3 ausgebildet. Die ebenflächige Auslegung der Elektrode 4 ist in 2 schematisch dargestellt. Die Elektrode 4 ist zwar in 1 einfach dargestellt, die Elektrode 4 weist jedoch die in 2 veranschaulichte, ebenflächige Auslegung auf. Die Elektrode 4 umfaßt nämlich eine erste bis dritte IDT-Elektrode 5 bis 7, die in einer Ausbreitungsrichtung von Rand-Schallwellen angeordnet sind, und Reflektoren 8 und 9, die in der Ausbreitungsrichtung von Rand-Schallwellen so angeordnet sind, daß sie einen Bereich, in dem die IDT-Elektroden 5 bis 7 angeordnet sind, zu beiden Seiten umgeben. Die erste bis dritte IDT-Elektrode 5 bis 7 und die Reflektoren 8 und 9 stellen einen als Resonator ausgebildeten Rand-Schallwellenfilterabschnitt 10 mit drei IDTs dar.
Ein erster Einzelport-Rand-Schallwellenresonatorabschnitt 11 ist mit einem Ende der zweiten IDT 6 des Rand-Schallwellenfilterabschnitts 10 verbunden. Der Rand-Schallwellenresonatorabschnitt 11 umfaßt eine IDT-Elektrode 11a und Reflektoren 11b und 11c. Ein Ende der IDT-Elektrode 11a ist mit der zweiten IDT-Elektrode 6 verbunden und das andere Ende der IDT-Elektrode 11a ist mit einer Eingangsklemme 12 verbunden. Jeweils ein Ende der ersten und dritten IDT-Elektrode 5 und 7 ist mit einem Ende einer IDT-Elektrode 13a eines zweiten Einzelport-Rand-Schallwellenresonatorabschnitts 13 verbunden. Das andere Ende der IDT-Elektrode 13a ist mit einer Eingangsklemme 14 verbunden. Bei dem Rand-Schallwellenresonatorabschnitt 13 sind Reflektoren 13b und 13c auch in der Ausbreitungsrichtung der Randwellen so angeordnet, daß diese die IDT-Elektrode 13a zu beiden Seiten umgeben.
Es ist zu beachten, daß bei dieser Ausführungsform eine Rand-Schallwellenfiltervorrichtung gebildet ist, bei welcher die Einzelport-Rand-Schallwellenresonatorabschnitte 11 und 13 mit oberstromig und unterstromig gelegenen Teilen des Rand-Schallwellenfilterabschnitts 10 mit drei IDTs verbunden sind. Die Struktur der Elektrode, die eine IDT-Elektrode umfaßt, ist jedoch gemäß der Erfindung nicht auf jene der Elektrode 4 der ersten Ausführungsform beschränkt und es können Elektrodenstrukturen, die aus verschiedenen Resonatoren und Bandfiltern bestehen, verwendet werden. Es sei angemerkt, daß der dielektrische Film 3 gemäß obiger Beschreibung zwar über die gesamte Oberseite 2a des piezoelektrischen Substrats 2 hinweg ausgebildet ist, daß der dielektrische Film 3 jedoch auch ausreichend ist, wenn der dielektrische Film 3 auf der Oberseite des piezoelektrischen Substrats zumindest in einem Bereich ausgebildet ist, in dem eine solche oben beschriebene Elektrode ausgebildet ist.
Bei der ersten Ausführungsform besteht die Elektrode 4 aus einem Mehrschicht-Metallfilm, der ausgebildet wird, indem eine Mehrzahl von Metallfilmen übereinander angeordnet werden. Alternativ dazu kann die Elektrode 4 auch aus einem einzelnen Metallfilm bestehen. Für ein Metallmaterial zur Bildung der Elektrode bestehen keine besonderen Einschränkungen und es kann ein Metall, wie beispielsweise Cu, Al, Pt, Au, oder N, oder eine Legierung aus den zuvor genannten in angemessener Weise verwendet werden. Im Speziellen kann die Elektrode 4, wie in 3 mit einer schematisch vergrößerten Schnittansicht veranschaulicht, eine Struktur aufweisen, bei der, von oben angefangen, ein NiCr-Film 4a, ein Pt-Film 4b, ein Ti-Film 4c, an AlCu-Film 4d, ein Ti-Film 4e, ein Pt-Film 4f und ein Ti-Film 4g aufeinanderfolgend übereinander angeordnet sind. Hier ist der Ti-Film 4g, welcher ein zuunterst gelegener Film ist, als eine Haftschicht ausgebildet, um das Haftvermögen an dem dielektrischen Film 3 zu verbessern. Der Ti-Film 4c und der Ti-Film 4e sind als Haftschichten ausgebildet, um das Haftvermögen zwischen den Metallfilmen zu verbessern, die zu beiden Seiten von diesen Ti-Filmen angeordnet sind. Der Ti-Film 4c und der Ti-Film 4e fungieren auch zur diffusionsunterdrückende Schichten zwischen dem Metallfilm 4b und dem Metallfilm 4d sowie zwischen dem Metallfilm 4d und dem Metallfilm 4f. Der NiCr-Film 4a hat die Funktionen eines Schutzfilms zum Schutz des Pt-Films 4b, der als eine der Hauptelektrodenschichten dient, einer Haftschicht für SiO₂, und einer Frequenzeinstellungsschicht. Demgemäß wird die Dicke des NiCr-Films 4a, des Ti-Films 4c, des Ti-Films 4e, und des Ti-Films 4g jeweils kleiner eingestellt als die Dicken des Pt-Films 4b, des AlCu-Films 4d, und des Pt-Films 4f, die als Hauptelektrodenschichten dienen.
Zusätzlich ist bei der ersten Ausführungsform eine dielektrische Schicht 15 aus SiO₂, die als zweites Dielektrikum dient, in dem Stapel so angeordnet, daß sie die Elektrode 4 abdeckt. Für ein Material zur Bildung der dielektrischen Schicht 15 besteht keine Einschränkungen auf SiO₂ und es können verschiedene Dielektrika dafür verwendet werden. Neben SiO₂ kann es sich bei dem zweiten Dielektrikum zur Bildung der dielektrischen Schicht 15 auch um ZnO, Si₃N₄, AlN, Ta₂O₅, Al₂O₃, B₂O₃, oder dergleichen handeln. Es ist anzumerken, daß das erste Dielektrikum und das zweite Dielektrikum aus demselben Material sein oder sich voneinander unterscheiden können.
Wenn das erste und das zweite Dielektrikum aus demselben Material bestehen, können der dielektrische Film 3 und die dielektrische Schicht 15 der Rand-Schallwellenvorrichtung 1 aus demselben dielektrischen Material gebildet sein. Demgemäß können die Materialkosten gesenkt werden und kann der Herstellungsprozeß vereinfacht werden.
Wenn allerdings geeignete dielektrische Materialien individuell unterschiedlich für das erste Dielektrikum und das zweite Dielektrikum verwendet werden, so kann die Überschlagspannung der Rand-Schallwellenvorrichtung 1 erhöht werden, während die Filterkennlinien der Rand-Schallwellenvorrichtung 1 auf einfache Weise optimiert werden können.
Die Dicke der Elektrode 4 variiert, je nach dem verwendeten Metallmaterial und der Struktur der Elektrode 4; jedoch beträgt die Dicke im Allgemeinen ungefähr 0,01λ bis 0,25λ. Für eine effiziente Verwendung der Rand-Schallwellen wird die Dicke der dielektrischen Schicht 15 im Allgemeinen auf ungefähr 0,4λ bis 3,0λ eingestellt. Allerdings ist die Dicke der dielektrischen Schicht 15 ebenfalls nicht auf diesen Bereich beschränkt.
Für die Dicke des dielektrischen Films 3 gibt es keine besonderen Einschränkungen, solange der dielektrische Film 3 effektiv in der Lage ist, die weiter unten beschriebenen Überschlagspannung zu erhöhen. Um jedoch den Einfügungsverlust zu verringern, wird die Dicke des dielektrischen Films 3 wünschenswerterweise auf ungefähr 0,018λ oder weniger eingestellt, wobei λ die Wellenlänge der verwendeten Rand-Schallwellen darstellt. In diesem Fall kann der Verlust verringert werden.
Bei der ersten Ausführungsform ist des Weiteren eine Schutzschicht 16 aus Polyimid im Stapel auf der Oberseite der dielektrischen Schicht 15 angeordnet. Als Ergebnis der Ausbildung der Schutzschicht 16 aus Polyimid kann die Oberseite der dielektrischen Schicht 15 geschützt werden.
Das Material zur Ausbildung der Schutzschicht ist nicht auf Polyimid eingeschränkt und es kann sich bei dem Material um ein Kunstharz, wie beispielsweise ein Epoxidharz, ein Phenolharz, ein Acrylatharz, ein Urethanharz, ein Silikonharz oder einen Polyester handeln; oder um ein anorganisches Material, wie beispielsweise Si₃N₄, AlN oder Glas.
Zusätzlich kann bei der Erfindung eine dielektrische Schicht 17 aus einem dritten Dielektrikum mit einer größeren Schallgeschwindigkeit als das die dielektrische Schicht 15 bildende, zweite Dielektrikum zwischen der Schutzschicht 16 aus Polyimid und der dielektrischen Schicht 15 angeordnet sein. In diesem Fall kann die Strombelastbarkeit auf effiziente Weise verbessert werden. Als ein Material zur Bildung des dritten Dielektrikums kann ein dielektrisches Material verwendet werden, das sich von dem zweiten Dielektrikum unterscheidet und in angemessener Weise aus der Gruppe bestehend aus SiO₂, SiN, AlN, SiC, Al₂O₃, diamantartiger Kohlenstoff (DLC) und Diamant ausgewählt ist. Das heißt, es kann aus diesen dielektrischen Materialien eine Kombination aus dielektrischen Materialien zur Bildung des zweiten und des dritten Dielektrikums ausgewählt werden.
Die Verwendung einer Kombination aus SiO₂ als zweites Dielektrikum und SiN als drittes Dielektrikum ist bevorzugt. In diesem Fall kann die Überschlagspannungsbelastbarkeit auf effizientere Weise verbessert werden.
Im Folgenden wird auf der Grundlage von spezifischen Versuchsbeispielen die Tatsache beschrieben, daß bei der Rand-Schallwellenvorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform die Überschlagspannung erhöht wird und der Einfügungsverlust verringert wird.
Bei der Rand-Schallwellenvorrichtung 1 wurden die Schichten der Elektrode 4 auf die folgenden Dicken eingestellt: NiCr/Pt/Ti/AlCu/Ti/Pt/Ti = 10/56/10/130/10/56/10 (nm). Jede Einheit der Dicken der Schichten ist in nm angegeben.
Der dielektrische Film 3 aus Ta₂O₅ wurde auf eine Dicke von ungefähr 30 nm eingestellt. Die dielektrische Schicht 15 aus SiO₂ wurde auf eine Dicke von ungefähr 4900 μm eingestellt. Die Schutzschicht 16 aus Polyimid wurde auf eine Dicke von ungefähr 6 μm eingestellt. Das piezoelektrische Substrat 2 aus LiNbO₃ wurde auf eine Dicke von ungefähr 100 μm eingestellt.
Alle Metallisierungsverhältnisse in der ersten bis dritten IDT-Elektrode 5 bis 7, den Reflektoren 8 und 9, den IDT-Elektroden 11a und 13a und den Reflektoren 11b 11c, 13b und 13c wurden auf ungefähr 0,5 eingestellt. Bei den IDT-Elektroden 5 bis 7 handelte es sich um normale IDT-Elektroden und die Überkreuzungsbreite der Elektrodenfinger derselben wurde auf ungefähr 50,2 μm eingestellt.
Die Anzahl der Elektrodenfingerpaare in den IDT-Elektroden 5 bis 7 wurde jeweils, angefangen von der IDT-Elektrode 5, über die IDT-Elektrode 6 bis zu der IDT-Elektrode 7 auf 8,5, 22 und 8,5 eingestellt. Die Anzahl von Elektrodenfingerpaaren in der IDT-Elektrode 11a des Rand-Schallwellenresonatorabschnitts 11 wurde auf 80 eingestellt. Die Anzahl von Elektrodenfingerpaaren in der IDT-Elektrode 13a des Rand-Schallwellenresonatorabschnitts 13 wurde auf 150 eingestellt.
Die auf diese Weise hergestellte Rand-Schallwellenvorrichtung 1 wurde hinsichtlich ihrer Filterkennlinie gemessen und wurde außerdem gemäß EIA/JESD22-A115-A (Maschinenmodell), definiert im EIA/JEDEC STANDARD, einer Überspannungsprüfung unterzogen, und zwar auf folgende Art und Weise.
Einzelheiten zu der Überschlagspannungsprüfung: Ein in dem obigen Standard definiertes Ersatzschaltungsmodell wurde vorbereitet und es wurden an dieses Modell sequentiell Spannungen angelegt.
Zum Vergleich wurde auch eine Rand-Schallwellenvorrichtung eines Vergleichsbeispiels in derselben Weise hinsichtlich Filterkennlinie und Überschlagspannung ausgewertet, wobei die Rand-Schallwellenvorrichtung dieselbe Auslegung aufwies wie in der ersten Ausführungsform, außer daß der dielektrische Film 3 aus Ta₂O₅ nicht ausgebildet wurde. Zusätzlich wurde auch eine Rand-Schallwellenvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform in derselben Weise hinsichtlich der Überschlagspannung, wobei die Rand-Schallwellenvorrichtung wie in der ersten Ausführungsform ausgebildet ist, außer daß der erste und der zweite Rand-Schallwellenresonatorabschnitt 11 und 13 nicht ausgebildet wurden.
Die Ergebnisse der Überschlagspannungsprüfung sind weiter unten in Tabelle 1 und in 5 gezeigt. Es ist anzumerken, daß die um 0,3 dB herabgesetzten Spannungswerte in Tabelle 1 und in 5 jeweils den Wert einer angelegten Spannung darstellen, bei welcher der minimale Einfügungsverlust in dem Durchlaßbereich um 0,3 dB herabgesetzt worden war. Die Reihen der Elektrodenzusammenbruchspannung in Tabelle 1 zeigen die angelegten Spannungen, bei welchen es zu einem Zusammenbruch der Elektroden, wie beispielsweise der IDT-Elektroden gekommen ist. In Tabelle 1 sind die Testergebnisse von vier Proben gezeigt, und zwar gleichermaßen für die erste Ausführungsform und das Vergleichsbeispiel.

Die Tabelle 1 zeigt außerdem Werte für den Isolationswiderstand (IR) der Rand-Schallwellenvorrichtungen des Ausführungsbeispielen und des Vergleichsbeispiels. 5 veranschaulicht Schwankungen bei der um 0,3 dB herabgesetzten Spannung der drei Rand-Schallwellenvorrichtungen bei veränderten Metallisierungsverhältnissen der IDT-Elektroden 5 bis 7. [Tabelle 1]

			Proben-Nr.
	Ta₂O₅	Kriterien	1	2	3	4	Durchschnitt	IR (Ω)
Erste Ausführungsform	Vorhanden	um 0,3 dB herabgesetzte Spannung	2,39	2,28	2,34	2,34	2,34	10¹⁰
Erste Ausführungsform	Vorhanden	Elektrodenzusammenbruchspannung	3,12	3,04	2,45	2,76	2,84
Vergleichsbeispiel	Nicht vorhanden	um 0,3 dB herabgesetzte Spannung	*	*	*	*	*	10⁶
Vergleichsbeispiel	Nicht vorhanden	Elektrodenzusammenbruchspannung	1,04	0,85	1,11	1,00	1,00

Die um 0,3 dB herabgesetzte Spannung und die Elektrodenzusammenbruchspannung in Tabelle 1 sind als Proportionen in Bezug auf den Durchschnittswert für die Elektrodenzusammenbruchspannung des Vergleichsbeispiels dargestellt.
Tabelle 1 und 5 zeigen die Überschlagspannungen der ersten Ausführungsform und des Vergleichsbeispiels wenn der Durchschnittswert für die Elektrodenzusammenbruchspannungen in der Überschlagspannung des Vergleichsbeispiels mit 1 definiert ist. Wie aus Tabelle 1 ersichtlich ist, betrugen bei der ersten Ausführungsform die Spannungen, bei denen ein Elektrodenzusammenbruch eintrat, ungefähr 2,45 oder mehr und ungefähr 2,84 im Durchschnitt, was als hoch bezeichnet werden kann. Zudem betrugen die Spannungen, bei denen der Einfügungsverlust in dem Durchgangsbereich um 0,3 dB herabgesetzt worden war, ungefähr 2,28 oder mehr, was als hoch bezeichnet werden kann. Dies zeigt, daß selbst dann, wenn eine hohe Spannung von ungefähr 2,25 angelegt wurde, sich der Einfügungsverlust nur geringfügig verschlechterte.
Außerdem lagen, wie aus 5 ersichtlich, ungeachtet der Werte des Metallisierungsverhältnisses bei der zweiten Ausführungsform, bei welcher die Rand-Schallwellenresonatorabschnitte 11 und 13 nicht ausgebildet waren, die Spannungen, bei denen der Einfügungsverlust in den Durchlaßbereich um 0,3 dB herabgesetzt worden ist, bei ungefähr 1,5 oder darüber.
Demgemäß zeigt sich, daß ungeachtet dessen, ob die Rand-Schallwellenresonatorabschnitte 11 und 13 vorhanden sind oder nicht, die Überschlagspannung auf effektive Weise erhöht werden kann, indem gemäß der Erfindung der dielektrische Film 3 zwischen der Oberseite 2a des piezoelektrischen Substrats 2 und der Elektrode 4 angebracht wird.
6 ist ein Graph zur Veranschaulichung einer Dämpfungsfrequenzkennlinie der Rand-Schallwellenvorrichtung des Vergleichsbeispiels und von drei Rand-Schallwellenvorrichtungen, bei denen die Dicke des Ta₂O₅ so eingestellt wurde, daß sie sich von jener der Ausführungsformen unterschied. Es ist anzumerken, daß da der dielektrische Film 3 in dem Vergleichsbeispiel nicht angebracht worden ist, die Filmdicke von Ta₂O₅ gleich 0 war. In 6 stellt die durchgehende Linie A das Ergebnis für das Vergleichsbeispiel dar. Das Ergebnis für den Fall, in dem der dielektrische Film 3 aus Ta₂O₅ eine Dicke von ungefähr 12,6 nm aufweist, ist durch die gestrichelte Linie B dargestellt. Das Ergebnis für den Fall, in dem der dielektrische Film 3 aus Ta₂O₅ eine Dicke von ungefähr 18 nm aufweist, also den Fall, welcher der ersten Ausführungsform entspricht, ist durch die alternierend lang-kurz-gestrichelte Linie C dargestellt. Des weiteren ist das Ergebnis für den Fall, in dem der dielektrische Film 3 aus Ta₂O₅ eine Dicke von ungefähr 32,6 nm aufweist, durch die dünne Linie D dargestellt. Diese Linien sind in 6 jedoch vermischt und der Unterschied zwischen den Linien ist schwer zu erkennen. Demgemäß sind die Filterkennlinien, welche durch die durchgehende Linie A, die gestrichelte Linie B, die alternierend lang-kurz-gestrichelte Linie C und die dünne Linie D dargestellt sind, jeweils separat in den 7 bis 10 dargestellt.
Wie aus 6 bis 10 ersichtlich ist, variiert der Einfügungsverlust in dem Durchgangsbereich mit der Dicke des dielektrischen Films 3 aus Ta₂O₅.
Demgemäß wurde eine Mehrzahl von Rand-Schallwellenvorrichtungen, bei denen normalisierte Ta₂O₅-Filmdicken, das heißt die Filmdicken der dielektrischen Filme 3 aus Ta₂O₅, wobei die Filmdicken mit der Wellenlänge λ von Rand-Schallwellen normalisiert werden, variiert wurden, hinsichtlich ihrer Filterkennlinien gemessen und wurde das Verhältnis zwischen dem minimalen Einfügungsverlust in den Durchlaßbereich und den mit der Wellenlänge λ der Rand-Schallwellen normalisierten Ta₂O₅-Filmdicken bestimmt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 und 11 gezeigt. [Tabelle 2]

Ta₂O₅-Filmdicken Einfügungsverlust (dB)

0,000λ 1,20

0,007λ 1,05

0,011λ 0,96

0,018λ 1,11

0,019λ 1,20
Wie aus Tabelle 2 und 11 ersichtlich, nimmt der minimale Einfügungsverlust im Durchlaßbereich in dem Maß ab, in dem sich die Ta₂O₅-Filmdicke von 0 ausgehend erhöht; in dem Maß jedoch, in dem sich die Filmdicke ab ungefähr 0,011λ weiter erhöht, nimmt der Einfügungsverlust wieder zu. Es konnte jedoch gezeigt werden, daß wenn die normalisierte Ta₂O₅-Filmdicke bei ungefähr 0,018λ oder darunter liegt, der Einfügungsverlust kleiner als 1,2 dB, was dem Einfügungsverlust des Vergleichsbeispiels entspricht, gemacht werden kann. Demgemäß wird die Filmdicke des dielektrischen Films 3 aus Ta₂O₅ vorzugsweise auf 0,018λ oder darunter eingestellt. Als Folge daraus kann der Einfügungsverlust verringert werden.
Zwar wurden in den Probeversuchen die Ergebnisse von Fällen, in denen der dielektrische Film 3 aus Ta₂O₅ gefertigt wurde, gezeigt, es lassen sich jedoch bei Verwendung der oben erwähnten, anderen dielektrischen Materialien ähnliche Ergebnisse erzielen. Das heißt, daß, wenn ein anderes dielektrisches Material verwendet wird, durch Einstellen der normalisierten Filmdicke auf ungefähr 0,018λ oder darunter der Einfügungsverlust auf ähnliche Weise verringert werden kann.
Die Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Rand-Schallwellenfiltervorrichtungen beschränkt. Die Erfindung ist auch auf Rand-Schallwellenresonatoren anwendbar. In diesem Fall wird Q der Rand-Schallwellenresonatoren erhöht und so der Verlust auf ähnliche Weise verringert. Daher kann gemäß der Erfindung der Verlust durch die Ausbildung des dielektrischen Films 3 verringert werden.
ZUSAMMENFASSUNG
Es wird eine Rand-Schallwellenvorrichtung geschaffen, bei welcher die Überschlagspannung erhöht werden kann.
Eine Rand-Schallwellenvorrichtung 1, bei welcher ein dielektrischer Film 3 bestehend aus einem ersten Dielektrikum auf einer Oberseite 2a eines piezoelektrischen Substrats 2 ausgebildet ist; eine Elektrode 4 umfassend eine IDT-Elektrode auf dem dielektrischen Film 3 ausgebildet ist; und eine dielektrische Schicht 15 bestehend aus einem zweiten Dielektrikum so ausgebildet ist, daß sie die Elektrode 4 abdeckt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- JP 2006-319887 [0003]

Claims

Rand-Schallwellenvorrichtung umfassend: ein piezoelektrisches Substrat mit einer Oberseite; einen dielektrischen Film, der auf der Oberseite des piezoelektrischen Substrats ausgebildet ist und aus einem ersten Dielektrikum besteht; eine Elektrode, die auf dem dielektrischen Film ausgebildet ist und eine IDT-Elektrode umfaßt; und eine dielektrische Schicht, die so ausgebildet ist, daß sie die Elektrode abdeckt, und die aus einem zweiten Dielektrikum besteht.
Rand-Schallwellenvorrichtung nach Anspruch 1, wobei es sich bei dem ersten Dielektrikum um ein Dielektrikum handelt, das aus der Gruppe bestehend aus Ta₂O₁, TiO₂, TiO, SiO₅, MgO, Al₂O₂, Nb₂O₃, Cr₂O₅, ZrO₂, ZnO, NiO, WO₃, HfO₂, AlN, TiN, Si₃N₂ und SiC ausgewählt ist.
Rand-Schallwellenvorrichtung nach Anspruch 2, wobei es sich bei dem ersten Dielektrikum um Ta₂O₅ handelt.
Rand-Schallwellenvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der aus dem ersten Dielektrikum gefertigte, dielektrische Film eine Dicke von 0,018λ oder darunter aufweist, wobei λ eine Wellenlänge von verwendeten Rand-Schallwellen darstellt.
Rand-Schallwellenvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der aus dem ersten Dielektrikum gefertigte, dielektrische Film auf der Oberseite des piezoelektrischen Substrats zumindest in einem Bereich ausgebildet ist, in welchem die Elektrode ausgebildet ist.
Rand-Schallwellenvorrichtung nach Anspruch 5, wobei der aus dem ersten Dielektrikum gefertigte, dielektrische Film über die gesamte Oberseite des piezoelektrischen Substrats hinweg ausgebildet ist.
Rand-Schallwellenvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, weiterhin umfassend eine zweite dielektrische Schicht aus einem dritten Dielektrikum, wobei die zweite dielektrische Schicht aus dem dritten Dielektrikum oberhalb der dielektrischen Schicht aus dem zweiten Dielektrikum angeordnet ist; und wobei eine Schallgeschwindigkeit des dritten Dielektrikums so eingestellt ist, daß sie größer als eine Schallgeschwindigkeit des zweiten Dielektrikums ist.
Rand-Schallwellenvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das piezoelektrische Substrat aus LiNbO₃ besteht.