DE112016003084T5

DE112016003084T5 - Vorrichtung für elastische Wellen

Info

Publication number: DE112016003084T5
Application number: DE112016003084.3T
Authority: DE
Inventors: Masakazu Mimura
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2015-07-06
Filing date: 2016-06-16
Publication date: 2018-04-05
Anticipated expiration: 2036-06-17
Also published as: KR20170136598A; WO2017006742A1; KR102345524B1; CN107710613A; KR101989470B1; JPWO2017006742A1; DE112016003084B4; JP2019041423A; US20230275558A1; KR20190015587A; JP6536676B2; JP6798543B2; US20180097500A1

Abstract

Es wird eine Vorrichtung für elastische Wellen bereitgestellt, die einen niedrigen Verlust aufweist, eine ausgezeichnete Frequenz-Temperatur-Kennlinie besitzt und bei der das Entstehen von durch eine Mode höherer Ordnung verursachten Störsignalen unwahrscheinlich ist. Eine Vorrichtung für elastische Wellen 1 enthält ein piezoelektrisches Substrat 2, eine IDT-Elektrode 3, die auf dem piezoelektrischen Substrat 2 angeordnet ist, und eine dielektrische Schicht 6, die so auf dem piezoelektrischen Substrat 2 angeordnet ist, dass sie die IDT-Elektrode 3 bedeckt. Die IDT-Elektrode 3 enthält eine erste Elektrodenschicht und eine zweite Elektrodenschicht, die auf die erste Elektrodenschicht geschichtet ist, wobei die erste Elektrodenschicht aus einem Metall oder einer Legierung gebildet wird, das/die eine höhere Dichte hat als ein Metall, das die zweite Elektrodenschicht bildet, und als ein Dielektrikum, das die dielektrische Schicht 6 bildet. Das piezoelektrische Substrat 2 besteht aus LiNbO3, und θ von Euler-Winkeln (0° ± 5°, θ, 0° ± 10°) des piezoelektrischen Substrats 2 fällt in einen Bereich von 8°–32°.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung für elastische Wellen, die als ein Resonator, ein Hochfrequenzfilter und dergleichen verwendet wird.
STAND DER TECHNIK
Im Stand der Technik werden Vorrichtungen für elastische Wellen weithin als Resonatoren und Hochfrequenzfilter verwendet.
Die unten angeführten Patentdokumente 1 und 2 offenbaren Vorrichtungen für elastische Wellen, bei denen eine IDT-Elektrode auf einem LiNbO₃-Substrat angeordnet ist. In den Patentdokumenten 1 und 2 ist ein SiO₂-Film so angeordnet, dass er die IDT-Elektrode bedeckt. Es wird davon ausgegangen, dass die Frequenz-Temperatur-Kennlinie der Vorrichtung für elastische Wellen durch den SiO₂-Film verbessert werden kann. Außerdem wird in Patentdokument 1 die IDT-Elektrode aus einem Metall mit einer höheren Dichte als Al gebildet. Andererseits wird in Patentdokument 2 ein mehrschichtiger Metallfilm, bei dem ein Al-Film auf einen Pt-Film geschichtet wird, als IDT-Elektrode beschrieben.
Zitierungsliste
Patentdokumente

Patentdokument 1: Internationale Publikation Nr. WO 2005/034347 A1
Patentdokument 2: Japanische ungeprüfte Patentanmeldungspublikation Nr. 2013-145930

KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Technisches Problem
In dem Fall, wo eine IDT-Elektrode mit einer Einschichtstruktur verwendet wird, wie in Patentdokument 1, können der Elektrodenfingerwiderstand und der Verlust zunehmen. Andererseits kann es passieren, dass mit einer IDT-Elektrode, die aus einem mehrschichtigen Metallfilm gebildet wird, wie in Patentdokument 2, keine adäquate Frequenz-Temperatur-Kennlinie erhalten wird. Außerdem können in dem Fall, wo ein SiO₂-Film angeordnet ist, um die Frequenz-Temperatur-Kennlinien zu verbessern, durch eine Mode höherer Ordnung Störsignale erzeugt werden. Darum ist es bis jetzt schwierig gewesen, eine Vorrichtung für elastische Wellen zu erhalten, die in vollem Umfang das Problem lösen kann, einen niedrigen Verlust zu realisieren, eine Frequenz-Temperatur-Kennlinie zu verbessern und Störsignale zu unterdrücken, die durch eine Mode höherer Ordnung verursacht werden.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung für elastische Wellen bereitzustellen, die einen niedrigen Verlust aufweist, eine ausgezeichnete Frequenz-Temperatur-Kennlinie besitzt, und bei der die Erzeugung von durch eine Mode höherer Ordnung verursachten Störsignalen unwahrscheinlich ist.
Lösung des Problems
Eine Vorrichtung für elastische Wellen gemäß der vorliegenden Erfindung enthält ein piezoelektrisches Substrat, eine IDT-Elektrode, die auf dem piezoelektrischen Substrat angeordnet ist, und eine dielektrische Schicht, die auf dem piezoelektrischen Substrat so angeordnet ist, dass sie die IDT-Elektrode bedeckt. Die IDT-Elektrode enthält eine erste Elektrodenschicht und eine zweite Elektrodenschicht, die auf die erste Elektrodenschicht geschichtet ist, wobei die erste Elektrodenschicht aus einem Metall oder einer Legierung gebildet wird, die eine höhere Dichte hat als ein Metall, das die zweite Elektrodenschicht bildet, und ein Dielektrikum, das die dielektrische Schicht bildet. Das piezoelektrische Substrat besteht aus LiNbO₃, und θ von Euler-Winkeln (0° ± 5°, θ, 0° ± 10°) des piezoelektrischen Substrats fällt in einen Bereich von 8°–32°. θ der Euler-Winkel des piezoelektrischen Substrats fällt bevorzugt in einen Bereich von 12°–26°, und in diesem Fall können durch eine Mode höherer Ordnung verursachte Störsignale weiter unterdrückt werden.
Bei einer bestimmten konkreten Ausführungsform der Vorrichtung für elastische Wellen gemäß der vorliegenden Erfindung werden Rayleigh-Wellen als eine Hauptmode von elastischen Wellen verwendet, die sich entlang des piezoelektrischen Substrats ausbreiten und durch die IDT-Elektrode angeregt werden, und die erste Elektrodenschicht hat eine Dicke, bei der eine Schallgeschwindigkeit von Scherhorizontalwellen niedriger ist als eine Schallgeschwindigkeit der Rayleigh-Wellen. In diesem Fall können unerwünschte Wellen in der Nähe des Durchlassbandes unterdrückt werden.
Bei einer weiteren konkreten Ausführungsform der Vorrichtung für elastische Wellen gemäß der vorliegenden Erfindung besteht die erste Elektrodenschicht aus mindestens einem, das ausgewählt ist aus einer Gruppe bestehend aus Pt, W, Mo, Ta, Au und Cu und Legierungen dieser Metalle.
Bei einer weiteren konkreten Ausführungsform der Vorrichtung für elastische Wellen gemäß der vorliegenden Erfindung besteht die erste Elektrodenschicht aus Pt oder einer Legierung mit Pt als einer Hauptkomponente, und die Dicke der ersten Elektrodenschicht beträgt mindestens 0,047 λ.
Bei einer weiteren konkreten Ausführungsform der Vorrichtung für elastische Wellen gemäß der vorliegenden Erfindung besteht die erste Elektrodenschicht aus W oder einer Legierung mit W als einer Hauptkomponente, und die Dicke der ersten Elektrodenschicht beträgt mindestens 0,062 λ.
Bei einer weiteren konkreten Ausführungsform der Vorrichtung für elastische Wellen gemäß der vorliegenden Erfindung besteht die erste Elektrodenschicht aus Mo oder einer Legierung mit Mo als einer Hauptkomponente, und die Dicke der ersten Elektrodenschicht beträgt mindestens 0,144 λ.
Bei einer weiteren konkreten Ausführungsform der Vorrichtung für elastische Wellen gemäß der vorliegenden Erfindung besteht die erste Elektrodenschicht aus Ta oder einer Legierung mit Ta als einer Hauptkomponente, und die Dicke der ersten Elektrodenschicht beträgt mindestens 0,074 λ.
Bei einer weiteren konkreten Ausführungsform der Vorrichtung für elastische Wellen gemäß der vorliegenden Erfindung besteht die erste Elektrodenschicht aus Au oder einer Legierung mit Au als einer Hauptkomponente, und die Dicke der ersten Elektrodenschicht beträgt mindestens 0,042 λ.
In einem weiteren konkreten Aspekt der Vorrichtung für elastische Wellen gemäß der vorliegenden Erfindung besteht die erste Elektrodenschicht aus Cu oder einer Legierung mit Cu als einer Hauptkomponente, und die Dicke der ersten Elektrodenschicht beträgt mindestens 0,136 λ.
Bei einer weiteren konkreten Ausführungsform der Vorrichtung für elastische Wellen gemäß der vorliegenden Erfindung besteht die zweite Elektrodenschicht aus Al oder einer Legierung mit Al als einer Hauptkomponente. In diesem Fall können der Widerstand der Elektrodenfinger verringert und ein noch geringerer Verlust realisiert werden.
Bei einer weiteren konkreten Ausführungsform der Vorrichtung für elastische Wellen gemäß der vorliegenden Erfindung beträgt eine Dicke der zweiten Elektrodenschicht mindestens 0,0175 λ. In diesem Fall können der Widerstand der Elektrodenfinger verringert und ein noch niedrigerer Verlust realisiert werden.
Bei einer weiteren konkreten Ausführungsform der Vorrichtung für elastische Wellen gemäß der vorliegenden Erfindung besteht die dielektrische Schicht aus mindestens einem Dielektrikum aus von SiO₂ und SiN. Die dielektrische Schicht besteht bevorzugt aus SiO₂. In diesem Fall kann die Frequenz-Temperatur-Kennlinie weiter verbessert werden.
Bei einer weiteren konkreten Ausführungsform der Vorrichtung für elastische Wellen gemäß der vorliegenden Erfindung beträgt eine Filmdicke der dielektrischen Schicht mindestens 0,30 λ. In diesem Fall kann die Frequenz-Temperatur-Kennlinie weiter verbessert werden.
Bei einer weiteren konkreten Ausführungsform der Vorrichtung für elastische Wellen gemäß der vorliegenden Erfindung beträgt ein Metallisierungsverhältnis der IDT-Elektrode mindestens 0,48. In diesem Fall können durch eine Mode höherer Ordnung verursachte Störsignale zu einem größeren Grad unterdrückt werden.
Bei einer weiteren konkreten Ausführungsform der Vorrichtung für elastische Wellen gemäß der vorliegenden Erfindung beträgt ein Metallisierungsverhältnis der IDT-Elektrode mindestens 0,55. In diesem Fall können durch eine Mode höherer Ordnung verursachte Störsignale zu einem größeren Grad unterdrückt werden.
Vorteilhafte Effekte der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine Vorrichtung für elastische Wellen bereitgestellt werden, die einen niedrigen Verlust aufweist, eine ausgezeichnete Frequenz-Temperatur-Kennlinie besitzt, und bei der das Entstehen von durch eine Mode höherer Ordnung verursachten Störsignalen unwahrscheinlich ist.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1(a) ist ein schematischer Querschnittsaufriss einer Vorrichtung für elastische Wellen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und 1(b) ist eine Draufsicht, die eine Elektrodenstruktur der Vorrichtung für elastische Wellen veranschaulicht.
2 ist ein schematischer Querschnittsaufriss, bei dem ein Elektrodenteil der Vorrichtung für elastische Wellen gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vergrößert ist.
3 ist ein Schaubild, das die Beziehung zwischen der Filmdicke eines Al-Films und dem Schichtwiderstand für einen mehrschichtigen Metallfilm veranschaulicht, bei dem ein Al-Film auf einen Pt-Film geschichtet ist.
4 ist ein Schaubild, das die Beziehung zwischen der Filmdicke eines Al-Films, der eine zweite Elektrodenschicht ist, und dem Temperaturkoeffizienten der Frequenz (TCF) veranschaulicht.
5 ist ein Schaubild, das die Beziehung zwischen der Filmdicke eines SiO₂-Films, der eine dielektrische Schicht ist, und dem Temperaturkoeffizienten der Frequenz (TCF) veranschaulicht.
6(a) ist ein Schaubild, das eine Impedanzkennlinie veranschaulicht, und 6(b) ist ein Schaubild, das eine Phasenkennlinie veranschaulicht, wenn die Filmdicke von SiO₂ 0,26 λ beträgt.
7(a) ist ein Schaubild, das die Impedanzkennlinie veranschaulicht, und 7(b) ist ein Schaubild, das die Phasenkennlinie veranschaulicht, wenn die Filmdicke von SiO₂ 0,30 λ beträgt.
8(a) ist ein Schaubild, das die Impedanzkennlinie veranschaulicht, und 8(b) ist ein Schaubild, das die Phasenkennlinie veranschaulicht, wenn die Filmdicke von SiO₂ 0,34 λ beträgt.
9(a) ist ein Schaubild, das die Impedanzkennlinie veranschaulicht, und 9(b) ist ein Schaubild, das die Phasenkennlinie veranschaulicht, wenn die Filmdicke von SiO₂ 0,38 λ beträgt.
10 ist ein Schaubild, das die Beziehung zwischen der Filmdicke eines SiO₂-Films und der maximalen Phase einer Mode höherer Ordnung veranschaulicht.
11(a) ist ein Schaubild, das die Impedanzkennlinie veranschaulicht, und 11(b) ist ein Schaubild, das die Phasenkennlinie veranschaulicht, wenn θ = 24° in Euler-Winkeln (0°, θ, 0°) beträgt.
12(a) ist ein Schaubild, das die Impedanzkennlinie veranschaulicht, und 12(b) ist ein Schaubild, das die Phasenkennlinie veranschaulicht, wenn θ = 28° in Euler-Winkeln (0°, θ, 0°) beträgt.
13(a) ist ein Schaubild, das die Impedanzkennlinie veranschaulicht, und 13(b) ist ein Schaubild, das die Phasenkennlinie veranschaulicht, wenn θ = 32° in Euler-Winkeln (0°, θ, 0°) beträgt.
14(a) ist ein Schaubild, das die Impedanzkennlinie veranschaulicht, und 14(b) ist ein Schaubild, das die Phasenkennlinie veranschaulicht, wenn θ = 36° in Euler-Winkeln (0°, θ, 0°) beträgt.
15(a) ist ein Schaubild, das die Impedanzkennlinie veranschaulicht, und 15(b) ist ein Schaubild, das die Phasenkennlinie veranschaulicht, wenn θ = 38° in Euler-Winkeln (0°, θ, 0°) beträgt.
16 ist ein Schaubild, das die Beziehung zwischen θ und der maximalen Phase einer Mode höherer Ordnung in Euler-Winkeln (0°, θ, 0°) veranschaulicht.
17(a) bis 17(c) sind Schaubilder, die die Beziehung zwischen θ von Euler-Winkeln (0°, θ, 0°) bzw. das Bandbreitenverhältnis von Scherhorizontalwellen veranschaulichen, wenn die Filmdicke eines Pt-Films 0,015 λ, 0,025 λ oder 0,035 λ beträgt.
18(a) bis 18(c) sind Schaubilder, die die Beziehung zwischen θ von Euler-Winkeln (0°, θ, 0°) bzw. das Bandbreitenverhältnis von Scherhorizontalwellen veranschaulichen, wenn die Filmdicke eines Pt-Films 0,055 λ, 0,065 λ oder 0,075 λ beträgt.
19 ist ein Schaubild, das die Beziehungen zwischen der Filmdicke eines Pt-Films und den Schallgeschwindigkeiten von Rayleigh-Wellen und Scherhorizontalwellen veranschaulicht.
20(a) ist ein Schaubild, das die Impedanzkennlinie veranschaulicht, und 20(b) ist ein Schaubild, das eine Phasenkennlinie einer Vorrichtung für elastische Wellen veranschaulicht, die in einem experimentellen Beispiel hergestellt wurde.
21 ist ein Schaubild, das die Beziehungen zwischen der Filmdicke eines W-Films und den Schallgeschwindigkeiten von Rayleigh-Wellen und Scherhorizontalwellen veranschaulicht.
22 ist ein Schaubild, das die Beziehungen zwischen der Filmdicke eines Mo-Films und den Schallgeschwindigkeiten von Rayleigh-Wellen und Scherhorizontalwellen veranschaulicht.
23 ist ein Schaubild, das die Beziehungen zwischen der Filmdicke eines Ta-Films und den Schallgeschwindigkeiten von Rayleigh-Wellen und Scherhorizontalwellen veranschaulicht.
24 ist ein Schaubild, das die Beziehungen zwischen der Filmdicke eines Au-Films und den Schallgeschwindigkeiten von Rayleigh-Wellen und Scherhorizontalwellen veranschaulicht.
25 ist ein Schaubild, das die Beziehungen zwischen der Filmdicke eines Cu-Films und den Schallgeschwindigkeiten von Rayleigh-Wellen und Scherhorizontalwellen veranschaulicht.
26(a) ist ein Schaubild, das die Impedanzkennlinie veranschaulicht, und 26(b) ist ein Schaubild, das die Phasenkennlinie veranschaulicht, wenn das Metallisierungsverhältnis 0,50 beträgt.
27(a) ist ein Schaubild, das die Impedanzkennlinie veranschaulicht, und 27(b) ist ein Schaubild, das die Phasenkennlinie veranschaulicht, wenn das Metallisierungsverhältnis 0,60 beträgt.
28(a) ist ein Schaubild, das die Impedanzkennlinie veranschaulicht, und 28(b) ist ein Schaubild, das die Phasenkennlinie veranschaulicht, wenn das Metallisierungsverhältnis 0,70 beträgt.
29 ist ein Schaubild, das die Beziehung zwischen dem Metallisierungsverhältnis einer IDT-Elektrode und der maximalen Phase einer Mode höherer Ordnung veranschaulicht.
BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
Im Weiteren wird die vorliegende Erfindung anhand einer Beschreibung konkreter Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezug auf die Zeichnungen verdeutlicht.
Die in der vorliegenden Spezifikation beschriebenen Ausführungsformen sind veranschaulichende Beispiele, und es ist anzumerken, dass Teile der in verschiedenen Ausführungsformen veranschaulichten Konfigurationen gegeneinander ausgetauscht oder miteinander kombiniert werden können.
1(a) ist ein schematischer Querschnittsaufriss einer Vorrichtung für elastische Wellen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und 1(b) ist eine Draufsicht, die eine Elektrodenstruktur der Vorrichtung für elastische Wellen veranschaulicht. 2 ist ein schematischer Querschnittsaufriss, bei dem ein Elektrodenteil der Vorrichtung für elastische Wellen gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vergrößert ist.
Eine Vorrichtung für elastische Wellen 1 enthält ein piezoelektrisches Substrat 2. Das piezoelektrische Substrat 2 hat eine Hauptfläche 2a. Das piezoelektrische Substrat 2 besteht aus LiNbO₃. In Euler-Winkeln (0° ± 5°, θ, 0° ± 10°) des piezoelektrischen Substrats 2 liegt θ innerhalb eines Bereichs von 8°–32°. Daher ist die Vorrichtung für elastische Wellen 1 in der Lage, das Entstehen von durch eine Mode höherer Ordnung verursachten Störsignalen zu unterdrücken.
θ beträgt bevorzugt maximal 30°, besonders bevorzugt maximal 28°, und ganz besonders bevorzugt mindestens 12° und maximal 26°. In diesem Fall kann das Entstehen von durch eine Mode höherer Ordnung verursachten Störsignalen zu einem größeren Grad unterdrückt werden.
Eine IDT-Elektrode 3 ist auf der Hauptfläche 2a des piezoelektrischen Substrats 2 angeordnet. Als eine Hauptmode verwendet die Vorrichtung für elastische Wellen 1 Rayleigh-Wellen als elastische Wellen, die durch die IDT-Elektrode 3 angeregt werden. In der vorliegenden Spezifikation, wie in 1(b) veranschaulicht, stellt λ die Wellenlänge einer Oberflächenschallwelle dar, die eine Grundwelle einer Längsmode ist, die durch den Mittenabstand der Elektrodenfinger der IDT-Elektrode 3 bestimmt wird.
Genauer gesagt, wird die in 1(b) veranschaulichte Elektrodenstruktur auf dem piezoelektrischen Substrat 2 gebildet. Das heißt, die IDT-Elektrode 3 und Reflektoren 4 und 5 werden gebildet, wobei die Reflektoren 4 und 5 auf beiden Seiten der IDT-Elektrode 3 in der Ausbreitungsrichtung einer elastischen Welle angeordnet werden. Somit wird ein Ein-Port-Resonator für elastische Wellen gebildet. Jedoch gelten für eine Elektrodenstruktur, die eine IDT-Elektrode der vorliegenden Erfindung enthält, keine besonderen Einschränkungen. Ein Filter kann durch Kombinieren mehrerer Resonatoren gebildet werden. Zu Beispielen eines solchen Filters gehören ein Kettenfilter, ein längsgekoppeltes Resonatorfilter, ein Gitterfilter und so weiter.
Die IDT-Elektrode 3 enthält erste und zweite Sammelschienen und mehrere erste und zweite Elektrodenfinger. Die mehreren ersten und zweiten Elektrodenfinger erstrecken sich in einer Richtung, die senkrecht zur Ausbreitungsrichtung für elastische Wellen verläuft. Die mehreren ersten Elektrodenfinger und die mehreren zweiten Elektrodenfinger werden ineinander verschachtelt angeordnet. Außerdem werden die mehreren ersten Elektrodenfinger mit der ersten Sammelschiene verbunden, und die mehreren zweiten Elektrodenfinger werden mit der zweiten Sammelschiene verbunden.
Wie in 2 veranschaulicht, enthält die IDT-Elektrode 3 erste und zweite Elektrodenschichten 3a und 3b. Die zweite Elektrodenschicht 3b wird auf die erste Elektrodenschicht 3a geschichtet. Die erste Elektrodenschicht 3a wird aus einem Metall oder einer Legierung gebildet, das bzw. die eine höhere Dichte hat als ein Metall, das die zweite Elektrodenschicht 3b bildet, und als ein Dielektrikum, das eine dielektrische Schicht 6 bildet.
Die erste Elektrodenschicht 3a besteht aus einem Metall, wie zum Beispiel Pt, W, Mo, Ta, Au und Cu, oder einer Legierung aus einem solchen Metall. Die erste Elektrodenschicht 3a besteht bevorzugt aus Pt oder einer Legierung mit Pt als einer Hauptkomponente.
Die zweite Elektrodenschicht 3b besteht aus Al oder einer Legierung mit Al als einer Hauptkomponente. Es ist bevorzugt, dass die zweite Elektrodenschicht 3b aus einem Metall oder einer Legierung mit einem niedrigeren spezifischen Widerstand besteht als die erste Elektrodenschicht 3a, damit der Widerstand der Elektrodenfinger klein wird und der Verlust weiter reduziert wird. Daher besteht die zweite Elektrodenschicht 3b bevorzugt aus Al oder einer Legierung mit Al als einer Hauptkomponente. In der vorliegenden Spezifikation bezieht sich „Hauptkomponente“ auf eine Komponente, die mindestens 50 Gewichts-% ausmacht. Die Filmdicke der zweiten Elektrodenschicht 3b beträgt bevorzugt mindestens 0,0175 λ, damit der Widerstand der Elektrodenfinger klein wird und der Verlust weiter reduziert wird. Außerdem beträgt die Filmdicke der zweiten Elektrodenschicht 3b bevorzugt maximal 0,2 λ.
Die IDT-Elektrode 3 kann ein mehrschichtiger Metallfilm sein, bei dem zusätzlich zu den ersten und zweiten Elektrodenschichten 3a und 3b ein weiteres Metall darüber geschichtet ist. Für das andere Metall bestehen keine besonderen Einschränkungen, und es kann ein Metall oder eine Legierung wie zum Beispiel Ti, NiCr oder Cr sein.
Es ist bevorzugt, dass ein Metallfilm, der aus Ti, NiCr, Cr oder dergleichen besteht, ein Klebstoff-Film ist, der die Bindungsfestigkeit zwischen der ersten Elektrodenschicht 3a und der zweiten Elektrodenschicht 3b erhöht.
Die dielektrische Schicht 6 wird auf der Hauptfläche 2a des piezoelektrischen Substrats 2 so angeordnet, dass sie die IDT-Elektrode 3 bedeckt. Für das Material, das die dielektrische Schicht 6 bildet, bestehen keine besonderen Einschränkungen. Ein geeignetes Material, wie zum Beispiel Siliziumoxid, Siliziumnitrid, Siliziumoxynitrid, Aluminiumnitrid, Tantaloxid, Titanoxid oder Aluminiumoxid, wird als das Material verwendet, das die dielektrische Schicht 6 bildet. Es ist bevorzugt, dass mindestens eines von SiO₂ und SiN als das Material verwendet werden kann, das die dielektrische Schicht 6 bildet, um die Frequenz-Temperatur-Kennlinie weiter zu verbessern. Besonders bevorzugt wird SiO₂ verwendet.
Die Filmdicke der dielektrischen Schicht 6 beträgt bevorzugt mindestens 0,30 λ, um die Frequenz-Temperatur-Kennlinie weiter zu verbessern. Außerdem beträgt die Filmdicke der dielektrischen Schicht 6 bevorzugt maximal 0,50 λ.
In der Vorrichtung für elastische Wellen 1 wird das piezoelektrische Substrat 2 aus LiNbO₃ gebildet, und θ der Euler-Winkel (0° ± 5°, θ, 0° ± 10°) des piezoelektrischen Substrats 2 liegt im Bereich von 8°–32°, wie oben beschrieben. Außerdem wird die IDT-Elektrode 3 aus einem mehrschichtigen Metallfilm gebildet, bei dem die hochdichte erste Elektrodenschicht 3a als die untere Schicht dient. Außerdem ist die dielektrische Schicht 6 so angeordnet, dass sie die IDT-Elektrode 3 bedeckt.
Daher kann gemäß der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung für elastische Wellen bereitgestellt werden, die einen niedrigen Verlust aufweist, eine ausgezeichnete Frequenz-Temperatur-Kennlinie besitzt, und bei der das Entstehen von durch eine Mode höherer Ordnung verursachten Störsignalen unwahrscheinlich ist. Dieser Punkt wird im Folgenden unter Bezug auf die 3 bis 29 ausführlicher beschrieben.
3 ist ein Schaubild, das die Beziehung zwischen der Filmdicke eines Al-Films und dem Schichtwiderstand für einen mehrschichtigen Metallfilm veranschaulicht, bei dem ein Al-Film auf einen Pt-Film geschichtet ist. Aus 3 wird klar, dass der Schichtwiderstand in dem Maße kleiner wird, wie die Filmdicke des Al-Films zunimmt. Der Schichtwiderstand betrug 0,5 (Ω/sq.), wenn die Filmdicke des Al-Films 70 nm betrug (0,035 λ in dem Fall, wo λ = 2,0 µm, 0,0175 λ in dem Fall, wo λ = 4,0 µm), und der Schichtwiderstand betrug 0,2 (Ω/sq.), wenn die Filmdicke des Al-Films 175 nm betrug (0,0875 λ in dem Fall, wo λ = 2,0 µm, 0,04375 λ in dem Fall, wo λ = 4,0 µm). Außerdem betrug der Schichtwiderstand 0,1 (Ω/sq.), wenn die Filmdicke des Al-Films 350 nm betrug (0,175λ in dem Fall, wo λ = 2,0 µm, 0,0875 λ in dem Fall, wo λ = 4,0 µm).
In dem Fall, wo dieser mehrschichtige Metallfilm in einer Vorrichtung wie zum Beispiel der Vorrichtung für elastische Wellen 1 verwendet wird, ist es bevorzugt, den Schichtwiderstand ausreichend klein auszulegen, damit der Verlust in der Vorrichtung klein wird. Insbesondere beträgt der Schichtwiderstand bevorzugt maximal 0,5 (Ω/sq.), besonders bevorzugt maximal 0,2 (Ω/sq.), und ganz besonders bevorzugt maximal 0,1 (Ω/sq.). Daher beträgt die Filmdicke des Al-Films in dem mehrschichtigen Metallfilm bevorzugt mindestens 70 nm, besonders bevorzugt mindestens 175 nm, und ganz besonders bevorzugt mindestens 350 nm. Außerdem beträgt die Filmdicke des Al-Films in dem mehrschichtigen Metallfilm bevorzugt maximal 0,2 λ, um die Verschlechterung der Frequenz-Temperatur-Kennlinie zu unterdrücken, was später noch beschrieben wird.
4 ist ein Schaubild, das die Beziehung zwischen der Filmdicke des Al-Films, der die zweite Elektrodenschicht ist, und dem Temperaturkoeffizienten der Frequenz (TCF) veranschaulicht. 4 veranschaulicht Ergebnisse, die erhalten wurden, wenn ein Resonator für elastische Wellen, der in der unten beschriebenen Weise konstruiert ist, in der in den 1 und 2 veranschaulichten Struktur verwendet wurde.
Piezoelektrisches Substrat 2: LiNbO₃-Substrat, Euler-Winkel (0°, 38°, 0°)
Erste Elektrodenschicht 3a: Pt-Film, Filmdicke: 0,02 λ
Zweite Elektrodenschicht 3b: Al-Film
IDT-Elektrode 3: Metallisierungsverhältnis: 0,50
Dielektrische Schicht 6; SiO₂-Film, Filmdicke D: 0,3 λ
Elastische Wellen: Hauptmode: Rayleigh-Wellen
Aus 4 wird klar, dass sich der TCF in dem Maße verschlechtert, wie die Filmdicke des Al-Films größer wird. Insbesondere sind die Beträge der Verschlechterung des TCF (ΔTCF) mit Bezug auf die Filmdicke des Al-Films, wenn die Wellenlänge λ 2,0 µm beträgt (entsprechend einer Frequenz von 1,8 GHz), unten in Tabelle 1 angeführt. Außerdem sind die Beträge der Verschlechterung des TCF (ΔTCF) mit Bezug auf die Filmdicke des Al-Films, wenn die Wellenlänge λ 4,0 µm beträgt (entsprechend einer Frequenz von 900 MHz), unten in Tabelle 2 angeführt.
5 ist ein Schaubild, das die Beziehung zwischen der Filmdicke eines Siliziumoxid (SiO₂)-Films als der dielektrischen Schicht und dem Temperaturkoeffizienten der Frequenz (TCF) veranschaulicht. 5 veranschaulicht Ergebnisse, die erhalten wurden, wenn ein Resonator für elastische Wellen, der in der unten beschriebenen Weise konstruiert ist, in der in den 1 und 2 veranschaulichten Struktur verwendet wurde.
Piezoelektrisches Substrat 2: LiNbO₃-Substrat, Euler-Winkel (0°, 38°, 0°)
Erste Elektrodenschicht 3a: Pt-Film, Filmdicke: 0,02 λ
Zweite Elektrodenschicht 3b: Al-Film: 0,10 λ
IDT-Elektrode 3: Metallisierungsverhältnis: 0,50
Dielektrische Schicht 6: SiO₂-Film
Elastische Wellen: Hauptmode: Rayleigh-Wellen

Wie in 5 veranschaulicht, ist deutlich, dass sich der TCF in dem Maße verbessert, wie die Filmdicke D des SiO₂-Films größer wird. Aus dieser Beziehung wurden die Erhöhungen der Filmdicke D des SiO₂-Films (ΔSiO₂) erhalten, die benötigt werden, um die Beträge der Verschlechterung des TCF zu kompensieren, die mit der Hinzufügung des Al-Films eintritt. Die Ergebnisse sind in Tabellen 1 und 2 unten angeführt. Tabelle 1 veranschaulicht die Ergebnisse für den Fall, wo λ = 2,0 µm (entsprechend einer Frequenz von 1,8 GHz), und Tabelle 2 veranschaulicht die Ergebnisse für den Fall, wo λ = 4,0 µm (entsprechend einer Frequenz von 900 GHz). Tabelle 1

Schichtwiderstand (Ω/sq.)	Filmdicke des Al-Films [nm]	Filmdicke des Al-Films (Wellenlängenverhältnis) [λ]	ΔTCF [ppm/°C]	ΔSiO₂ (Wellenlängenverhältnis) [λ]
	0	0	0	0
0,5	70	0,035	–5	0,023
0,2	175	0,0875	–12,5	0,058
0,1	350	0,175	–25	0,117

[Tabelle 2]

Schichtwiderstand (Ω/sq.)	Filmdicke des Al-Films [nm]	Filmdicke des Al-Films (Wellenlängenverhältnis) [λ]	ΔTCF [ppm/°C]	ΔSiO₂ (Wellenlängenverhältnis) [λ]
	0	0	0	0
0,5	70	0,0175	–2,5	0,012
0,2	175	0,04375	–6.25	0,029
0,1	350	0,0875	–12,5	0,058

Daher tritt in dem Fall, wo ein Al-Film angeordnet ist, um den Schichtwiderstand zu verbessern, eine TCF-Verschlechterung von etwa 10 und 20 ppm/°C ein, um einen ausreichenden Schichtwiderstandswert zu erhalten. Um diese Verschlechterung des TCF zu kompensieren, ist es notwendig, die Filmdicke D der SiO₂-Film um etwa 0,05 λ–0,10 λ in dem Wellenlängenverhältnis zu erhöhen.
In jeder der 6 bis 9 ist Teil (a) ein Schaubild, das die Größenordnung der Impedanz veranschaulicht, und Teil (b) ist ein Schaubild, das die Phasenkennlinien veranschaulicht, wenn die Schallgeschwindigkeit, die als das Produkt der Frequenz und der Wellenlänge ausgedrückt wird, verändert wird, wobei die Filmdicke des SiO₂-Films von Figur zu Figur verändert wird. In den 6 bis 9 betragen die Werte der Filmdicke des SiO₂-Films, die durch Normalisieren der Filmdicke D des SiO₂-Films unter Verwendung der Wellenlänge erhalten werden, der Reihe nach 0,26 λ, 0,30 λ, 0,34 λ und 0,38 λ. Außerdem veranschaulichen 6 bis 9 Ergebnisse, die erhalten wurden, wenn ein Resonator für elastische Wellen, der in der unten beschriebenen Weise konstruiert ist, in der in den 1 und 2 veranschaulichten Struktur verwendet wurde.
Piezoelektrisches Substrat 2: LiNbO₃-Substrat, Euler-Winkel (0°, 38°, 0°)
Erste Elektrodenschicht 3a: Pt-Film, Filmdicke: 0,02 λ
Zweite Elektrodenschicht 3b: Al-Film, Filmdicke: 0,10 λ
IDT-Elektrode 3: Metallisierungsverhältnis: 0,50
Dielektrische Schicht 6: SiO₂-Film
Elastische Wellen: Hauptmode: Rayleigh-Wellen
Aus den 6 bis 9 wird klar, dass Störsignale einer Mode höherer Ordnung, die sich in der Nähe einer Schallgeschwindigkeit von 4700 m/s befinden, in dem Maße größer werden, wie die Filmdicke des SiO₂-Films zunimmt. Es ist notwendig zu veranlassen, dass die maximale Phase der Mode höherer Ordnung maximal –25° beträgt, um die Verschlechterung der Kennlinien der gesamten Vorrichtung zu unterdrücken, die durch den Effekt der Mode höherer Ordnung verursacht wird.
10 ist ein Schaubild, das die Beziehung zwischen der Filmdicke des SiO₂-Films und der maximalen Phase der Mode höherer Ordnung veranschaulicht. 10 veranschaulicht Ergebnisse, die erhalten wurden, wenn ein Resonator für elastische Wellen mit der gleichen Bauweise wie der, die in dem in den 6 bis 9 veranschaulichten Fall verwendet wird, verwendet wurde.
Wie in 10 veranschaulicht, wird deutlich, dass die maximale Phase der Mode höherer Ordnung größer als –25° ist, wenn die SiO₂-Filmdicke auf mindestens 0,30 λ ausgelegt wird. Dementsprechend wird die Mode höherer Ordnung groß, und eine außerhalb des Durchlassbandes liegende Kennlinie wird verschlechtert, wenn der SiO₂-Film auf mindestens 0,30 λ ausgelegt wird, um die Verschlechterung des TCF zu kompensieren, die durch die Hinzufügung des Al-Films verursacht wird. Daher ist es im Stand der Technik nicht möglich gewesen, einen Resonator für elastische Wellen zu erhalten, der in vollem Umfang die Anforderungen eines niedrigen Verlusts, der Verbesserung des TCF und zufriedenstellender außerhalb des Durchlassbandes liegender Kennlinien erfüllt.
In den 11 bis 15 sind die Teile (a) Schaubilder, die die Impedanzkennlinie veranschaulichen, und die Teile (b) sind Schaubilder, die die Phasenkennlinie veranschaulichen, wenn θ der Euler-Winkel (0°, θ, 0°) eines piezoelektrische Substrats verändert wird. In den 11 bis 15 wird θ der Reihe nach auf 24°, 28°, 32°, 36° bzw. 38° eingestellt. Außerdem veranschaulichen die 11 bis 15 Ergebnisse, die erhalten wurden, wenn ein Resonator für elastische Wellen, der in der unten beschriebenen Weise konstruiert ist, in der in den 1 und 2 veranschaulichten Struktur verwendet wurde. Die veranschaulichten Filmdicken der Elektrodenschichten und der dielektrischen Schicht wurden unter Verwendung der Wellenlänge λ normalisiert.
Piezoelektrisches Substrat 2: LiNbO₃-Substrat, Euler-Winkel (0°, θ, 0°)
Erste Elektrodenschicht 3a: Pt-Film, Filmdicke: 0,02 λ
Zweite Elektrodenschicht 3b: Al-Film, Filmdicke: 0,10 λ
IDT-Elektrode 3: Metallisierungsverhältnis: 0,50
Dielektrische Schicht 6: SiO₂-Film, Filmdicke D: 0,40 λ
Elastische Wellen: Hauptmode: Rayleigh-Wellen
Aus den 11 bis 15 wird klar, dass der Störsignale einer Mode höherer Ordnung in dem Maße kleiner wird, wie θ verringert wird.
Außerdem ist 16 ein Schaubild, das die Beziehung zwischen θ von Euler-Winkeln (0°, θ, 0°) und der maximalen Phase der Mode höherer Ordnung veranschaulicht. 16 veranschaulicht Ergebnisse, die erhalten wurden, wenn ein Resonator für elastische Wellen mit der gleichen Bauweise wie der, die in dem in den 11 bis 15 veranschaulichten Fall verwendet wird, verwendet wurde. Aus 16 wird klar, dass die maximale Phase der Mode höherer Ordnung maximal –25° beträgt, wenn θ mindestens 8° und maximal 32° beträgt. Anders ausgedrückt: Es wird deutlich, dass das Generieren von Störsignalen einer Mode höherer Ordnung ausreichend unterdrückt werden kann, wenn θ mindestens 8° und maximal 32° beträgt und die Filmdicke des SiO₂-Film 0,40 λ beträgt. θ der Euler-Winkel beträgt bevorzugt mindestens 12° und maximal 26°, und Störsignale einer Mode höherer Ordnung können in diesem Fall in noch größerem Ausmaß unterdrückt werden.
Somit haben die in der vorliegenden Anmeldung benannten Erfinder entdeckt, dass ein Resonator für elastische Wellen erhalten werden kann, der im vollen Umfang die Anforderungen eines niedrigen Verlusts, der Verbesserung des TCF und einer zufriedenstellenden außerhalb des Durchlassbandes liegenden Kennlinie erfüllt, indem – zusätzlich zur Verwendung der oben beschriebenen Konfiguration – θ der Euler-Winkel (0°, θ, 0°) auf mindestens 8° und maximal 32° ausgelegt wird.
Jedoch wird aus den 11 bis 15 deutlich, dass große Störsignale in der Nähe der Hauptresonanz (Schallgeschwindigkeit von etwa 3700 m/s) erzeugt werden, wenn θ kleiner wird. Diese Störsignale haben ihre Ursache in Scherhorizontalwellen, die unerwünschte Wellen sind, die zusätzlich zu den Rayleigh-Wellen angeregt werden, die als dir Hauptmode verwendet werden. Diese Störsignale können unterdrückt werden, indem der Koeffizient der elektromechanischen Kopplung der Scherhorizontalwellen reduziert wird.
17(a) bis 17(c) und 18(a) bis 18(c) sind Schaubilder, die die Beziehung zwischen θ der Euler-Winkel (0°, θ, 0°) und dem Bandbreitenverhältnis der Scherhorizontalwellen veranschaulichen, wenn die Filmdicke des Pt-Films verändert wird. In den 17(a) bis 17(c) und 18(a) bis 18(c) wird die Filmdicke des Pt-Films der Reihe nach auf 0,015 λ, 0,025 λ, 0,035 λ, 0,055 λ, 0,065 λ bzw. 0,075 λ eingestellt. Außerdem veranschaulichen 17 und 18 Ergebnisse, die erhalten wurden, wenn ein Resonator für elastische Wellen, der in der unten beschriebenen Weise konstruiert ist, in der in den 1 und 2 veranschaulichten Struktur verwendet wurde.
Piezoelektrisches Substrat 2: LiNbO₃-Substrat, Euler-Winkel (0°, θ, 0°)
Erste Elektrodenschicht 3a: Pt-Film
Zweite Elektrodenschicht 3b: Al-Film, Filmdicke: 0,10 λ
IDT-Elektrode 3: Metallisierungsverhältnis: 0,50
Dielektrische Schicht 6: SiO₂-Film, Filmdicke D: 0,35 λ
Elastische Wellen: Hauptmode: Rayleigh-Wellen
Das Bandbreitenverhältnis (%) wird aus Bandbreitenverhältnis (%) = {(Antiresonanzfrequenz – Resonanzfrequenz)/Resonanzfrequenz} × 100 erhalten. Das Bandbreitenverhältnis (%) steht in einer proportionalen Beziehung mit dem Koeffizienten der elektromechanischen Kopplung (K²).
Aus den 17(a) bis 17(c) wird klar, dass der Wert von θ, wo der Koeffizient der elektromechanischen Kopplung der Scherhorizontalwellen den kleinsten Wert hat, in dem Maße größer wird, wie die Filmdicke des Pt-Films im Bereich der Filmdicke des Pt-Films von 0,015 λ–0,035 λ größer wird. Andererseits wird aus 18(a) deutlich, dass der Wert von θ, wo der Koeffizient der elektromechanischen Kopplung der Scherhorizontalwellen den kleinsten Wert hat, auf 27° verringert wird, wenn die Filmdicke des Pt-Films 0,055 λ beträgt. Außerdem wird aus 18(b) deutlich, dass θ 29° beträgt, wenn die Filmdicke des Pt-Films 0,065 λ beträgt. Außerdem wird aus 18(c) deutlich, dass θ 30° beträgt, wenn die Filmdicke des Pt-Films 0,075 λ beträgt.
Daher wird deutlich, das es notwendig ist, die Filmdicke des Pt-Films mindestens größer als 0,035 λ auszulegen, um den Euler-Winkel θ, bei dem die Störsignale einer Mode höherer Ordnung ausreichend unterdrückt werden können, auf maximal 32° zu bringen.
Der Grund, warum sich der kleinste Wert des Koeffizienten der elektromechanischen Kopplung der Scherhorizontalwellen in hohem Maße in dem Bereich ändert, wo die Filmdicke des Pt-Films 0,035 λ–0,055 λ beträgt, kann anhand von 19 erklärt werden.
19 ist ein Schaubild, das die Beziehungen zwischen der Filmdicke des Pt-Films und den Schallgeschwindigkeiten von Rayleigh-Wellen und Scherhorizontalwellen veranschaulicht. In der Figur stellt eine durchgezogene Linie die Ergebnisse für Rayleigh-Wellen dar, die als die Hauptmode verwendet werden, und eine durchbrochene Linie stellt die Ergebnisse für Scherhorizontalwellen dar, die unerwünschte Wellen sind. 19 veranschaulicht Ergebnisse, die erhalten wurden, wenn ein Resonator für elastische Wellen, der in der unten beschriebenen Weise konstruiert ist, in der in den 1 und 2 veranschaulichten Struktur verwendet wurde.
Piezoelektrisches Substrat 2: LiNbO₃-Substrat, Euler-Winkel (0°, 28°, 0°)
Erste Elektrodenschicht 3a: Pt-Film
Zweite Elektrodenschicht 3b: Al-Film, Filmdicke: 0,10 λ
IDT-Elektrode 3: Metallisierungsverhältnis: 0,60
Dielektrische Schicht 6: SiO₂-Film, Filmdicke D: 0,35 λ
Elastische Wellen: Hauptmode: Rayleigh-Wellen
Aus 19 wird klar, dass die Schallgeschwindigkeit der Scherhorizontalwellen größer ist als die Schallgeschwindigkeit der Rayleigh-Wellen, wenn die Filmdicke des Pt-Films kleiner als 0,047 λ ist. Umgekehrt wird deutlich, dass die Schallgeschwindigkeit der Rayleigh-Wellen größer ist als die Schallgeschwindigkeit der Scherhorizontalwellen, wenn die Filmdicke des Pt-Films mindestens 0,047 λ beträgt. Aus diesen Ergebnissen wird deutlich, dass sich an dem Punkt, wo die Pt-Filmdicke 0,047 λ beträgt, die Beziehung zwischen den Schallgeschwindigkeiten der Scherhorizontalwellen und der Rayleigh-Wellen ändert, und folglich verringert sich der Wert von θ, bei dem der Koeffizient der elektromechanischen Kopplung der Scherhorizontalwellen einen kleinsten Wert hat. Anders ausgedrückt: Wenn die Pt-Filmdicke mindestens 0,047 λ beträgt, kann θ auf maximal 32° gebracht werden, und der Koeffizient der elektromechanischen Kopplung der Scherhorizontalwellen kann minimiert werden.
Daher ist in der vorliegenden Erfindung die Filmdicke der ersten Elektrodenschicht 3a bevorzugt eine Dicke, bei der die Schallgeschwindigkeit der Scherhorizontalwellen niedriger ist als die Schallgeschwindigkeit der Rayleigh-Wellen.
Insbesondere in dem Fall, wo ein Pt-Film als die erste Elektrodenschicht 3a verwendet wird, beträgt die Filmdicke des Pt-Films bevorzugt mindestens 0,047 λ. In diesem Fall kann der Koeffizient der elektromechanischen Kopplung der Scherhorizontalwellen klein ausgelegt werden, und das Entstehen unerwünschter Wellen in der Nähe des Durchlassbandes (Schallgeschwindigkeit: etwa 3700 m/s) kann unterdrückt werden. Außerdem ist es angesichts der Tatsache, dass das Seitenverhältnis der Elektrode größer wird und die Form der Elektrode problematisch werden kann, wenn die Gesamtdicke der Elektrode zunimmt, bevorzugt, dass die Gesamtdicke der Elektrode, die Al enthält, maximal 0,25 beträgt.
21 ist ein Schaubild, das die Beziehungen zwischen der Filmdicke eines W-Films und den Schallgeschwindigkeiten von Rayleigh-Wellen und Scherhorizontalwellen veranschaulicht. In der Figur stellt eine durchgezogene Linie die Ergebnisse für Rayleigh-Wellen dar, die als die Hauptmode verwendet werden, und eine durchbrochene Linie stellt die Ergebnisse für Scherhorizontalwellen dar, die unerwünschte Wellen sind. 21 veranschaulicht Ergebnisse, die erhalten wurden, wenn ein Resonator für elastische Wellen verwendet wurde, der die gleiche Bauweise hatte wie der, der im dem in 19 veranschaulicht Fall verwendet wurde, außer dass ein W-Film einer vorgeschriebenen Dicke als die erste Elektrodenschicht 3a ausgebildet wurde.
Aus 21 wird klar, dass sich in dem Fall, wo ein W-Film verwendet wird, die Beziehung zwischen der Schallgeschwindigkeit der Rayleigh-Wellen und der Schallgeschwindigkeit der Scherhorizontalwellen an einem Punkt umkehrt, wobei die Filmdicke des W-Films 0,062 λ beträgt. Daher kann in dem Fall, wo ein W-Film verwendet wird, der Euler-Winkel θ auf maximal 32° gebracht werden, und der Koeffizient der elektromechanischen Kopplung kann minimiert werden, wenn die Filmdicke des W-Films mindestens 0,062 λ beträgt.
Daher ist es in dem Fall, wo ein W-Film als die erste Elektrodenschicht 3a verwendet wird, bevorzugt, dass die Filmdicke des W-Films mindestens 0,062 λ beträgt. In diesem Fall kann der Koeffizient der elektromechanischen Kopplung der Scherhorizontalwellen klein ausgelegt werden, und das Entstehen unerwünschter Wellen in der Nähe des Durchlassbandes (Schallgeschwindigkeit: etwa 3700 m/s) kann unterdrückt werden.
22 ist ein Schaubild, das die Beziehungen zwischen der Filmdicke eines Mo-Films und den Schallgeschwindigkeiten von Rayleigh-Wellen und Scherhorizontalwellen veranschaulicht. In der Figur stellt eine durchgezogene Linie die Ergebnisse für Rayleigh-Wellen dar, die als die Hauptmode verwendet werden, und eine durchbrochene Linie stellt die Ergebnisse für Scherhorizontalwellen dar, die unerwünschte Wellen sind. 22 veranschaulicht Ergebnisse, die erhalten wurden, wenn ein Resonator für elastische Wellen verwendet wurde, der die gleiche Bauweise hatte wie der, der in dem in 19 veranschaulichten Fall verwendet wird, außer dass ein Mo-Film einer vorgeschriebenen Dicke als die erste Elektrodenschicht 3a ausgebildet wurde.
Aus 22 wird klar, dass sich in dem Fall, wo ein Mo-Film verwendet wird, die Beziehung zwischen der Schallgeschwindigkeit der Rayleigh-Wellen und der Schallgeschwindigkeit der Scherhorizontalwellen an einem Punkt umkehrt, wo die Filmdicke des Mo-Film 0,144 λ beträgt. Daher kann in dem Fall, wo ein Mo-Film verwendet wird, der Euler-Winkel θ auf maximal 32° gebracht werden, und der Koeffizient der elektromechanischen Kopplung kann minimiert werden, wenn die Filmdicke des Mo-Film mindestens 0,144 λ beträgt.
Daher ist es in dem Fall, wo ein Mo-Film als die erste Elektrodenschicht 3a verwendet wird, bevorzugt, dass die Filmdicke des Mo-Film mindestens 0,144 λ beträgt. In diesem Fall kann der Koeffizient der elektromechanischen Kopplung der Scherhorizontalwellen klein ausgelegt werden, und das Entstehen unerwünschter Wellen in der Nähe des Durchlassbandes kann unterdrückt werden.
23 ist ein Schaubild, das die Beziehungen zwischen der Filmdicke eines Ta-Films und den Schallgeschwindigkeiten von Rayleigh-Wellen und Scherhorizontalwellen veranschaulicht. In der Figur stellt eine durchgezogene Linie die Ergebnisse für Rayleigh-Wellen dar, die als die Hauptmode verwendet werden, und eine durchbrochene Linie stellt die Ergebnisse für Scherhorizontalwellen dar, die unerwünschte Wellen sind. 23 veranschaulicht Ergebnisse, die erhalten wurden, wenn ein Resonator für elastische Wellen verwendet wurde, der die gleiche Bauweise hatte wie der, der in dem in 19 veranschaulichten Fall verwendet wird, außer dass ein Ta-Film einer vorgeschriebenen Dicke als die erste Elektrodenschicht 3a ausgebildet wurde.
Aus 23 wird klar, dass sich in dem Fall, wo ein Ta-Film verwendet wird, die Beziehung zwischen der Schallgeschwindigkeit der Rayleigh-Wellen und der Schallgeschwindigkeit der Scherhorizontalwellen an einem Punkt umkehrt, wo die Filmdicke des Ta-Film 0,074 λ beträgt. Daher kann in dem Fall, wo ein Ta-Film verwendet wird, der Euler-Winkel θ auf maximal 32° gebracht werden, und der Koeffizient der elektromechanischen Kopplung kann minimiert werden, wenn die Filmdicke des Ta-Film mindestens 0,074 λ beträgt.
Daher ist es in dem Fall, wo ein Ta-Film als die erste Elektrodenschicht 3a verwendet wird, bevorzugt, dass die Filmdicke des Ta-Film mindestens 0,074 λ beträgt. In diesem Fall kann der Koeffizient der elektromechanischen Kopplung der Scherhorizontalwellen klein ausgelegt werden, und das Entstehen unerwünschter Wellen in der Nähe des Durchlassbandes kann unterdrückt werden.
24 ist ein Schaubild, das die Beziehungen zwischen der Filmdicke eines Au-Films und den Schallgeschwindigkeiten von Rayleigh-Wellen und Scherhorizontalwellen veranschaulicht. In der Figur stellt eine durchgezogene Linie die Ergebnisse für Rayleigh-Wellen dar, die als die Hauptmode verwendet werden, und eine durchbrochene Linie stellt die Ergebnisse für Scherhorizontalwellen dar, die unerwünschte Wellen sind. 24 veranschaulicht Ergebnisse, die erhalten wurden, wenn ein Resonator für elastische Wellen verwendet wurde, der die gleiche Bauweise hatte wie der, der in dem in 19 veranschaulichten Fall verwendet wird, außer dass ein Au-Film einer vorgeschriebenen Dicke als die erste Elektrodenschicht 3a ausgebildet wurde.
Aus 24 wird klar, dass sich in dem Fall, wo ein Au-Film verwendet wird, die Beziehung zwischen der Schallgeschwindigkeit der Rayleigh-Wellen und der Schallgeschwindigkeit der Scherhorizontalwellen an einem Punkt umkehrt, wo die Filmdicke des Au-Films 0,042 λ beträgt. Daher kann in dem Fall, wo ein Au-Film verwendet wird, der Euler-Winkel θ auf maximal 32° gebracht werden, und der Koeffizient der elektromechanischen Kopplung kann minimiert werden, wenn die Filmdicke des Au-Films mindestens 0,042 λ beträgt.
Daher ist es in dem Fall, wo ein Au-Film als die erste Elektrodenschicht 3a verwendet wird, bevorzugt, dass die Filmdicke des Au-Films mindestens 0,042 λ beträgt. In diesem Fall kann der Koeffizient der elektromechanischen Kopplung der Scherhorizontalwellen klein ausgelegt werden, und das Entstehen unerwünschter Wellen in der Nähe des Durchlassbandes kann unterdrückt werden.
25 ist ein Schaubild, das die Beziehungen zwischen der Filmdicke eines Cu-Films und den Schallgeschwindigkeiten von Rayleigh-Wellen und Scherhorizontalwellen veranschaulicht. In der Figur stellt eine durchgezogene Linie die Ergebnisse für Rayleigh-Wellen dar, die als die Hauptmode verwendet werden, und eine durchbrochene Linie stellt die Ergebnisse für Scherhorizontalwellen dar, die unerwünschte Wellen sind. 25 veranschaulicht Ergebnisse, die erhalten wurden, wenn ein Resonator für elastische Wellen verwendet wurde, der die gleiche Bauweise hatte wie der, der in dem in 19 veranschaulichten Fall verwendet wird, außer dass ein Cu-Film einer vorgeschriebenen Dicke als die erste Elektrodenschicht 3a ausgebildet wurde.
Aus 25 wird klar, dass sich in dem Fall, wo ein Cu-Film verwendet wird, die Beziehung zwischen der Schallgeschwindigkeit der Rayleigh-Wellen und der Schallgeschwindigkeit der Scherhorizontalwellen an einem Punkt umkehrt, wo die Filmdicke des Cu-Films 0,136 λ beträgt. Daher kann in dem Fall, wo ein Cu-Film verwendet wird, der Euler-Winkel θ auf maximal 32° gebracht werden, und der Koeffizient der elektromechanischen Kopplung kann minimiert werden, wenn die Filmdicke des Cu-Films mindestens 0,136 λ beträgt.
Daher ist es in dem Fall, wo ein Cu-Film als die erste Elektrodenschicht 3a verwendet wird, bevorzugt, dass die Filmdicke des Cu-Films mindestens 0,136 λ beträgt. In diesem Fall kann der Koeffizient der elektromechanischen Kopplung der Scherhorizontalwellen klein ausgelegt werden, und das Entstehen unerwünschter Wellen in der Nähe des Durchlassbandes kann unterdrückt werden.
In den 26 bis 28 sind die Teile (a) Schaubilder, die die Impedanzkennlinien veranschaulichen, und die Teile (b) sind Schaubilder, die die Phasenkennlinie veranschaulichen, wenn das Metallisierungsverhältnis verändert wird. Außerdem veranschaulichen 26 bis 28 Ergebnisse, die erhalten wurden, wenn das Metallisierungsverhältnis der Reihe nach auf 0,50, 0,60 bzw. 0,70 eingestellt wurde. 26 bis 28 veranschaulichen Ergebnisse, die erhalten wurden, wenn ein Resonator für elastische Wellen, der in der unten beschriebenen Weise konstruiert ist, in der in den 1 und 2 veranschaulichten Struktur verwendet wurde.
Piezoelektrisches Substrat 2: LiNbO₃-Substrat, Euler-Winkel (0°, 28°, 0°)
Erste Elektrodenschicht 3a: Pt-Film, Filmdicke: 0,06 λ
Zweite Elektrodenschicht 3b: Al-Film, Filmdicke: 0,10 λ
Dielektrische Schicht 6: SiO₂-Film, Filmdicke D: 0,32 λ
Elastische Wellen: Hauptmode: Rayleigh-Wellen
Aus den 26 bis 28 wird klar, dass Störsignale einer Mode höherer Ordnung umso stärker unterdrückt werden, je größer das Metallisierungsverhältnis wird.
29 ist ein Schaubild, das die Beziehung zwischen dem Metallisierungsverhältnis einer IDT-Elektrode und der maximalen Phase einer Mode höherer Ordnung veranschaulicht. 29 veranschaulicht Ergebnisse, die erhalten wurden, wenn ein Resonator für elastische Wellen mit der gleichen Bauweise wie der, die in dem in den 26 bis 28 veranschaulichten Fall verwendet wird, verwendet wurde. Aus 29 wird klar, dass die Intensität der Mode höherer Ordnung maximal –25° beträgt, wenn das Metallisierungsverhältnis mindestens 0,48 beträgt. Außerdem wird deutlich, dass die Intensität der Mode höherer Ordnung maximal –60° beträgt, wenn das Metallisierungsverhältnis mindestens 0,55 beträgt. Daher beträgt das Metallisierungsverhältnis der IDT-Elektrode 3 bevorzugt mindestens 0,48 und besonders bevorzugt mindestens 0,55, um Störsignale einer Mode höherer Ordnung weiter zu unterdrücken. Außerdem ist es bevorzugt, dass das Metallisierungsverhältnis maximal 0,80 beträgt, weil der Spalt zwischen benachbarten Elektrodenfingern klein ist, wenn das Metallisierungsverhältnis groß ist.
Als Nächstes wurde unter Berücksichtigung des oben Dargelegten der folgende Resonator für elastische Wellen zur Verwendung in der in den 1 und 2 veranschaulichten Struktur ausgelegt.
Piezoelektrisches Substrat 2: LiNbO₃-Substrat, Euler-Winkel (0°, 28°, 0°)
Erste Elektrodenschicht 3a: Pt, Filmdicke: 0,06 λ
Zweite Elektrodenschicht 3b: Al, Filmdicke: 0,10 λ
IDT-Elektrode 3: Metallisierungsverhältnis: 0,50
Dielektrische Schicht 6: SiO₂, Filmdicke D: 0,40 λ
Elastische Wellen: Hauptmode: Rayleigh-Wellen
20(a) ist ein Schaubild, das die Impedanzkennlinie veranschaulicht, und 20(b) ist ein Schaubild, das eine Phasenkennlinie des Resonators für elastische Wellen veranschaulicht, der wie oben beschrieben konstruiert ist.
Aus den 20(a) und 20(b) wird klar, dass Störsignale einer Mode höherer Ordnung und Störsignale durch Scherhorizontalwellen in diesem Resonator für elastische Wellen unterdrückt werden. Außerdem hat dieser Resonator für elastische Wellen einen niedrigen Verlust, da die Dicke des Al-Films genügend groß ist. Außerdem beträgt in diesem Resonator für elastische Wellen der TCF –20,7 ppm/°C, so dass der TCF ebenfalls zufriedenstellend ist.
Wie oben beschrieben, wurde bestätigt, dass ein Resonator für elastische Wellen hergestellt werden kann, der in vollem Umfang die Anforderungen eines niedrigen Verlusts, der Verbesserung des TCF, der Unterdrückung von Störsignale einer Mode höherer Ordnung und der Unterdrückung von unerwünschten Wellen in der Nähe des Durchlassbandes erfüllt.
Obgleich Ergebnisse für Euler-Winkel von (0°, θ, 0°) in den experimentellen Beispielen unter Verwendung der 3 bis 29 beschrieben wurden, kann bestätigt werden, dass ähnliche Ergebnisse auch im Bereich von Euler-Winkeln von (0° ± 5°, θ, 0° ± 10°) erhalten werden.
Bezugszeichenliste

1: Vorrichtung für elastische Wellen
2: piezoelektrisches Substrat
2a: Hauptfläche
3: IDT-Elektrode
3a, 3b: erste und zweite Elektrodenschicht
4, 5: Reflektor
6: dielektrische Schicht

Claims

Vorrichtung für elastische Wellen, umfassend: ein piezoelektrisches Substrat, eine IDT-Elektrode, die auf dem piezoelektrischen Substrat vorgesehen ist, und dielektrische Schicht, die auf dem piezoelektrischen Substrat so vorgesehen ist, dass sie die IDT-Elektrode abdeckt, wobei die IDT-Elektrode eine erste Elektrodenschicht und eine zweite Elektrodenschicht, die auf die erste Elektrodenschicht geschichtet ist, umfasst, wobei die erste Elektrodenschicht aus einem Metall oder einer Legierung ausgebildet ist, das/die eine höhere Dichte als ein Metall, das die zweite Elektrodenschicht bildet, und als ein Dielektrikum, das die dielektrische Schicht bildet, besitzt, und wobei das piezoelektrischen Substrat aus LiNbO₃ gebildet ist und θ von Eulerwinkeln (0° ± 5°, θ, 0° ± 10°) des piezoelektrischen Substrats in den Bereich von 8°–32° fällt.
Vorrichtung für elastische Wellen nach Anspruch 1, wobei θ der Eulerwinkel des piezoelektrischen Substrats in den Bereich von 12°–26° fällt.
Vorrichtung für elastische Wellen nach Anspruch 1 oder 2, wobei Rayleigh-Wellen als eine Hauptmode der elastischen Wellen, die sich, angeregt durch die IDT-Elektrode, in dem Substrat ausbreiten, verwendet werden, wobei die erste Elektrodenschicht eine Dicke besitzt, bei welcher eine Schallgeschwindigkeit horizontaler Scherwellen geringer ist als eine Schallgeschwindigkeit der Rayleigh-Wellen.
Vorrichtung für elastische Wellen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die erste Elektrodenschicht aus wenigstens einem aus der aus Pt, W, Mo, Ta, Au und Cu und Legierungen dieser Metalle bestehenden Gruppe gewähltem gebildet ist.
Vorrichtung für elastische Wellen nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die erste Elektrodenschicht aus Pt oder einer Legierung mit Pt als Hauptkomponente gebildet ist und wobei die Dicke der ersten Elektrodenschicht größer oder gleich 0,047 λ ist.
Vorrichtung für elastische Wellen nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die erste Elektrodenschicht aus W oder einer Legierung mit W als Hauptkomponente gebildet ist und wobei die Dicke der ersten Elektrodenschicht größer oder gleich 0,062 λ ist.
Vorrichtung für elastische Wellen nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die erste Elektrodenschicht aus Mo oder einer Legierung mit Mo als Hauptkomponente gebildet ist und wobei die Dicke der ersten Elektrodenschicht größer oder gleich 0,144 λ ist.
Vorrichtung für elastische Wellen nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die erste Elektrodenschicht aus Ta oder einer Legierung mit Ta als Hauptkomponente gebildet ist und wobei die Dicke der ersten Elektrodenschicht größer oder gleich 0,074 λ ist.
Vorrichtung für elastische Wellen nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die erste Elektrodenschicht aus Au oder einer Legierung mit Au als Hauptkomponente gebildet ist und wobei die Dicke der ersten Elektrodenschicht größer oder gleich 0,042 λ ist.
Vorrichtung für elastische Wellen nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die erste Elektrodenschicht aus Cu oder einer Legierung mit Cu als Hauptkomponente gebildet ist und wobei die Dicke der ersten Elektrodenschicht größer oder gleich 0,136 λ ist.
Vorrichtung für elastische Wellen nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die zweite Elektrodenschicht aus Al oder einer Legierung mit Al als Hauptkomponente gebildet ist.
Vorrichtung für elastische Wellen nach Anspruch 11, wobei eine Dicke der zweiten Elektrodenschicht größer oder gleich 0,0175 λ ist.
Vorrichtung für elastische Wellen nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die dielektrische Schicht aus wenigstens einem unter SiO₂ und SiN gewählten Dielektrikum besteht.
Vorrichtung für elastische Wellen nach Anspruch 13, wobei die dielektrische Schicht aus SiO₂ besteht.
Vorrichtung für elastische Wellen nach Anspruch 14, wobei eine Filmdicke der dielektrischen Schicht größer oder gleich 0,30 λ ist.
Vorrichtung für elastische Wellen nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei ein Metallisierungsverhältnis der IDT-Elektrode größer oder gleich 0,48 ist.
Vorrichtung für elastische Wellen nach einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei ein Metallisierungsverhältnis der IDT-Elektrode größer oder gleich 0,55 ist.