DE112020001723T5

DE112020001723T5 - Akustische oberflächenwellenvorrichtungen hoher ordnung

Info

Publication number: DE112020001723T5
Application number: DE112020001723.0T
Authority: DE
Inventors: Michio Kadota; Shuji Tanaka
Original assignee: Tohoku University NUC
Current assignee: Tohoku University NUC
Priority date: 2019-04-03
Filing date: 2020-03-31
Publication date: 2021-12-16
Also published as: US20220200566A1; SG11202110974YA; JPWO2020204045A1; KR20210145804A; CN113678372A; TW202044757A; GB2596956A8; WO2020204045A1; GB2596956B; GB202114590D0; GB2596956A

Abstract

Eine Oberflächenwellenvorrichtung hoher Ordnung umfasst ein piezoelektrisches Substrat (11), welches einen LiTaO3- oder LiNbO3-Kristall aufweist, und eine interdigitale Wandlerelektrode (12), welche in eine Oberfläche des piezoelektrischen Substrats (11) eingebettet ist, bei der eine Oberflächenwelle hoher Ordnung verwendet wird. Weiterhin kann eine Oberflächenwellenvorrichtung hoher Ordnung einen Film (13) oder ein Substrat aufweisen, welcher/s auf dem piezoelektrischen Substrat (11) aufgestapelt ist, und ein Trägersubstrat (11) und/oder einen mehrlagigen Film (15) aufweisen, welcher in Kontakt mit einer Oberfläche gegenüber der Oberfläche des piezoelektrischen Substrats (11), auf der die interdigitale Wandlerelektrode (12) aufgebracht ist, steht. Die Oberflächenwellenvorrichtung hoher Ordnung kann gute Charakteristik erreicht und für eine ausreichende mechanische Stabilität sogar in einem Hochfrequenzband von 3,8 GHz oder mehr sorgen.

Description

[Technisches Gebiet]
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine akustische Oberflächenwellenvorrichtung hoher Ordnung zur Bereitstellung einer Mode hoher Ordnung, die Obertöne einer Fundamentalen ausbildet.
[Hintergrund]
In vergangenen Jahren umfasste das Frequenzband in einem Bereich zwischen 700 MHz und 3 GHz, welches hauptsächlich von Smartphones und dergleichen benutzt wird fast 80 Bänder, die erheblich verstopft sind. Um dieses Problem zu lösen, wurde im Mobilfunkkommunikationssystem der fünften Generation (5G) für das Drahtloskommunikationssystem der nächsten Generation geplant, das Frequenzband in einem Bereich zwischen 3,6 GHz bis 4,9 GHz zu nutzen, und eine weitere nächste Generation kann darauf ausgelegt werden, das Frequenzband von 6GHz oder mehr zu nutzen.
Im Rahmen dieser Pläne können typische Akustikwellenvorrichtungen wie etwa akustische Oberflächenwellenvorrichtungen die Periode (λ) der interdigitalen Wandlerelektrode („interdigital transducer“, IDT) aufgrund von Einschränkungen im Widerstand gegenüber elektrischer Leistung und in Herstellungstechnologien nicht verringern. Ferner gibt es Beschränkungen in der Nutzung höherer Frequenzen. 1(a) und 1(b) veranschaulichen eine Draufsicht bzw. eine Querschnittsansicht eines Beispiels einer herkömmlichen Oberflächenwellenvorrichtung (SAW-Vorrichtung) mit einer Struktur, in der eine um 42° gedrehte Y-Platte eines LiTaO₃-Kristalls als piezoelektrisches Substrat genutzt wird und eine interdigitale Wandlerelektrode 52 mit X-Ausbreitungsrichtung aus AI gebildet wird. Die Querschnittsansicht der 1(b) veranschaulicht einen Querschnitt entlang der Schnittlinie I-I in der Draufsicht der 1(a).
1(c) veranschaulicht das Impedanz-Frequenz-Verhalten, welches man erhält, wenn die interdigitale Wandlerelektrode 52 eine Periode von 1,2 µm aufweist. Die Resonanzfrequenz lag bei etwa 3,2 GHz, die anteilige Bandbreite betrug 3,8% und das Impedanzverhältnis lag bei 65 dB. Auch wenn eine geringfügige Antwort durch eine Mode hoher Ordnung bei 17,2 GHz verursacht zu sein schien, lag darüber hinaus das Ansprechverhalten nicht in einem praktikablen Bereich. Selbst wenn die Periode der interdigitalen Wandlerelektrode 52 auf 1 µm verringert wird, liegt die Resonanzfrequenz bei etwa 3,8 GHz und die herkömmliche SAW-Vorrichtung kann daher offensichtlich nicht das für 5G oder Mobilfunkkommunikationssysteme späterer Generationen notwendige Frequenzband abdecken.
Hier offenbart Patentliteratur (PTL) 1 eine akustische Oberflächenwellenvorrichtung mit einer Elektrode aus Pt, Cu, Mo, Ni, Ta, W oder etwas vergleichbarem, was schwerer als AI ist, bei einem Metallisationsverhältnis von 0,45 oder weniger, wobei die Elektrode in ein LiNbO₃-Substrat mit Eulerwinkeln von (0°, 80°-130°, 0°) eingebettet ist, um eine Fundamentalmode von Love-Wellen anzuregen, so dass sich dadurch eine große Bandbreite einstellt. Nicht-Patentliteratur (NPL) 1 offenbart ebenfalls eine akustische Oberflächenwellenvorrichtung mit einer Elektrode aus Cu von 0,1 Wellenlängen oder weniger, wobei die Cu-Elektrode in eine um 42° gedrehte Y-Platte eines LiTaO₃-Substrats eingebettet ist und eine AI-Elektrode auf der Cu-Elektrode ausgebildet ist, um einen höheren Q-Faktor zu erreichen, wenn eine Anregung in der Fundamentalmode erfolgt. Andererseits sind akustische Filmvolumenwellenresonatoren („film bulk acoustic resonators“, FBARs) mit einem piezoelektrischen Film aus AIN oder ScAIN als akustische Wellenfilter für das Frequenzband von 1,9 GHz untersucht worden (siehe zum Beispiel Nicht-Patentliteratur (NPL) 2).
[Zitatliste]
[Patentliteratur]
[PTL 1] Internationale Offenlegung Nr. WO 2014/054580 A1
[Nicht-Patentliteratur]

[NPL 1] T. Kimura, M. Kadota, und Y. IDA, „High Q SAW resonator using upper-electrodes on Grooved-electrode in LiTaO3", Proc. IEEE Microwave Symp. (IMS), S.1740, 2010.
[NPL 2] Keiichi Umeda et al., „PIEZOELECTRIC PROPERTIES OF ScAIN THIN FILMS FOR PIRZO-MEMS DEVICES", MEMS 2013, Taipei, Taiwan Januar 20-24, 2013.

[Zusammenfassung der Erfindung]
[Technisches Problem]
Gemäß der in PTL 1 und NPL 1 offenbarten Technologien jedoch ist das in den Elektroden verwendete Metall schwerer und das Metallisationsverhältnis ist kleiner, so dass das Leistungsvermögen dadurch in Frequenzbändern von 3,6 GHz und mehr nicht ausreichend war. Gemäß der akustischen Volumenwellenvorrichtung der NPL 2 wird aufgrund der Ausbildung des piezoelektrischen Films aus einem polykristallinen Film nur ein Impedanzverhältnis von lediglich 55 dB bei 1,9 GHz erreicht, und die Dämpfung wird größer bei einer wahnsinnig hohen Frequenz, so dass zufrieden stellende Eigenschaften daher schwer zu erreichen waren. Außerdem werden die Frequenzen von FBARs ausschließlich durch einen Betrag von der Schallgeschwindigkeit des Films dividiert durch die doppelte Filmdicke bestimmt, so dass der Film eine extrem viel kleinere Dicke aufweisen muss, um höhere Frequenzen erreichen zu können. Die herkömmlichen FBARs umfassen einen selbsttragenden piezoelektrischen Film und dessen mechanische Stabilität kann für Anwendungen mit extrem hohen Frequenzen, die einen extrem verdünnten Film benötigen würden, nicht sichergestellt werden.
Angesichts des vorgenannten Problems ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Oberflächenwellenvorrichtung hoher Ordnung zu schaffen, die gute Leistungseigenschaften erreichen kann, bei gleichzeitig ausreichender mechanischer Stabilität auch in einem höheren Frequenzband einschließlich 3,8 GHz oder mehr.
[Lösung des Problems]
Um diese Aufgabe zu lösen, kann die erfindungsgemäße Oberflächenwellenvorrichtung hoher Ordnung ein piezoelektrisches Substrat, welches einen LiTaO₃- oder LiNbO₃-Kristall aufweist, und eine interdigitale Wandlerelektrode, welche in eine Oberfläche des piezoelektrischen Substrats eingebettet ist, aufweisen, um eine Oberflächenwelle hoher Ordnung zu verwenden.
Die Oberflächenwellenvorrichtung hoher Ordnung kann die interdigitale Wandlerelektrode so in der Oberfläche des piezoelektrischen Substrats eingebettet aufweisen, dass sie eine Mode hoher Ordnung (beispielsweise eine Mode erster Ordnung, eine Mode zweiter Ordnung, eine Mode dritter Ordnung oder dergleichen) der Oberflächenwelle anregt, so dass die Mode hoher Ordnung es ermöglicht, ein höheres Impedanzverhältnis zu erreichen. Die Oberflächenwellenvorrichtung hoher Ordnung kann die Mode hoher Ordnung nutzen, um ein Hochfrequenzband zu verarbeiten und gute Leistungseigenschaften sogar in einem Hochfrequenzband von 3,8 GHz oder mehr zu erzielen. Weiterhin kann die Nutzung einer Mode hoher Ordnung die Notwendigkeit obsolet machen, das piezoelektrische Substrat sehr asuzudünnen oder die Periode der interdigitalen Wandlerelektroden sogar in einem Hochfrequenzband von 3,8 GHz oder mehr zu reduzieren, so dass eine ausreichende mechanische Stabilität beibehalten werden kann. Es sollte klar sein, dass das piezoelektrische Substrat einen piezoelektrischen Film oder eine piezoelektrische dünne Platte aufweisen kann.
Die Oberflächenwellenvorrichtung hoher Ordnung kann eine interdigitale Wandlerelektrode aufweisen, die so ausgebildet ist, dass sie von der Oberfläche des piezoelektrischen Substrats absteht. Sogar in diesem Fall kann eine Mode hoher Ordnung erzielt werden, die ein höheres Impedanzverhältnis ermöglichen kann.
Die Oberflächenwellenvorrichtung hoher Ordnung kann weiterhin einen Film oder ein Substrat in Kontakt mit dem piezoelektrischen Substrat umfassen. Weiterhin kann die Oberflächenwellenvorrichtung hoher Ordnung ein Substrat und/oder einen mehrlagigen Film aufweisen, welches bzw. welcher auf einer Oberfläche des piezoelektrischen Substrats gegenüber der Oberfläche, auf der interdigitale Wandlerelektrode aufgebracht ist, aufgebracht ist. Wenn ein Trägersubstrat verwendet wird, kann das Trägersubstrat aus einem anderen Material als Metall ausgebildet werden. Weiterhin kann das Trägersubstrat aus zumindest einem Material aus der Gruppe von Silizium, Quarz, Saphir, Glas, Siliziumdioxid, Germanium und Aluminiumoxid ausgebildet werden. Überdies kann, wenn ein mehrlagiger Film verwendet wird, der mehrlagige Film einen akustischen mehrlagigen Film aufweisen, in dem eine Vielzahl von Lagen unterschiedlicher akustischer Impedanzen gestapelt ist. Auch in diesen Fällen kann eine Mode hoher Ordnung erzielt werden, die ein höheres Impedanzverhältnis ermöglichen kann.
Solche eine Oberflächenwellenvorrichtung hoher Ordnung kann eine interdigitale Wandlerelektrode mit einem Metallisationsverhältnis in einem Bereich von vorzugsweise 0,4 oder mehr bis 0,9 oder weniger, insbesondere bevorzugt von 0,63 oder mehr, aufweisen. In diesem Fall kann eine Mode hoher Ordnung erzielt werden, die ein höheres Impedanzverhältnis ermöglichen kann. Außerdem kann die Bandbreite ausgedehnt werden.
Um außerdem eine Mode hoher Ordnung zu erzielen, die ein höheres Impedanzverhältnis ermöglichen kann, kann die Oberflächenwellenvorrichtung hoher Ordnung wie folgt ausgestaltet werden: Das piezoelektrische Substrat kann einen LiTaO₃-Kristall aufweisen, und die interdigitale Wandlerelektrode kann zumindest eines der Gruppe aus Titanlegierungen, Aluminiumlegierungen und Magnesiumlegierungen aufweisen. In diesem Fall ist die interdigitale Wandlerelektrode in die Oberfläche des piezoelektrischen Substrats bis zu einer Tiefe eingebettet, die dem Verhältnis der Wellenlänge der akustischen Oberflächenwelle und dem Metallisationsverhältnis in einem Bereich zwischen 0,075 und 0,3 Wellenlängen entspricht (zum Beispiel ist die Tiefe in einem Bereich von 0,15 bis 0,6, wenn die Wellenlänge / das Metallisationsverhältnis 0,5 beträgt), insbesondere bevorzugt bis zu einer Tiefe, die dem Verhältnis der Wellenlänge der akustischen Oberflächenwelle und dem Metallisationsverhältnis in einem Bereich zwischen 0,115 und 0,3 Wellenlängen entspricht (zum Beispiel ist die Tiefe in einem Bereich von 0,23 bis 0,6, wenn die Wellenlänge / das Metallisationsverhältnis 0,5 beträgt). Wenn der Querschnitt der eingebetteten Elektrode hier nicht senkrecht zur Substratoberfläche steht, können das Metallisationsverhältnis und die Elektrodenbreite ein effektives Metallisationsverhältnis bzw. eine effektive Elektrodenbreite sein. Analoges gilt für die folgenden Ausführungen.
Weiterhin kann das piezoelektrische Substrat aus einem LiTaO₃-Kristall ausgebildet sein und die interdigitale Wandlerelektrode kann zumindest eines der Gruppe aus Ag, Mo, Cu und Ni aufweisen. In diesem Fall ist die interdigitale Wandlerelektrode in die Oberfläche des piezoelektrischen Substrats vorzugsweise bis zu einer Tiefe eingebettet, die dem Verhältnis der Wellenlänge der akustischen Oberflächenwelle und dem Metallisationsverhältnis in einem Bereich zwischen 0,08 und 0,3 Wellenlängen entspricht (zum Beispiel ist die Tiefe in einem Bereich von 0,16 bis 0,6, wenn die Wellenlänge / das Metallisationsverhältnis 0,5 beträgt), insbesondere bevorzugt bis zu einer Tiefe, die dem Verhältnis der Wellenlänge der akustischen Oberflächenwelle und dem Metallisationsverhältnis in einem Bereich zwischen 0,09 und 0,3 Wellenlängen entspricht (zum Beispiel ist die Tiefe in einem Bereich von 0,18 bis 0,6, wenn die Wellenlänge / das Metallisationsverhältnis 0,5 beträgt).
Weiterhin kann das piezoelektrische Substrat aus einem LiTaO₃-Kristall ausgebildet sein und die interdigitale Wandlerelektrode kann zumindest eines der Gruppe aus Pt, Au, W, Ta und Hf aufweisen. In diesem Fall ist die interdigitale Wandlerelektrode in die Oberfläche des piezoelektrischen Substrats vorzugsweise bis zu einer Tiefe eingebettet, die dem Verhältnis der Wellenlänge der akustischen Oberflächenwelle und dem Metallisationsverhältnis in einem Bereich zwischen 0,08 und 0,3 Wellenlängen entspricht (zum Beispiel ist die Tiefe in einem Bereich von 0,16 bis 0,6, wenn die Wellenlänge / das Metallisationsverhältnis 0,5 beträgt), insbesondere bevorzugt bis zu einer Tiefe, die dem Verhältnis der Wellenlänge der akustischen Oberflächenwelle und dem Metallisationsverhältnis in einem Bereich zwischen 0,125 und 0,3 Wellenlängen entspricht (zum Beispiel ist die Tiefe in einem Bereich von 0,25 bis 0,6, wenn die Wellenlänge / das Metallisationsverhältnis 0,5 beträgt).
Ferner kann das piezoelektrische Substrat einen LiNbO₃-Kristall aufweisen, und die interdigitale Wandlerelektrode kann zumindest eines der Gruppe aus Titanlegierungen, Aluminiumlegierungen und Magnesiumlegierungen aufweisen. In diesem Fall ist die interdigitale Wandlerelektrode in die Oberfläche des piezoelektrischen Substrats bis zu einer Tiefe eingebettet, die dem Verhältnis der Wellenlänge der akustischen Oberflächenwelle und dem Metallisationsverhältnis in einem Bereich zwischen 0,07 und 0,3 Wellenlängen entspricht (zum Beispiel ist die Tiefe in einem Bereich von 0,14 bis 0,6, wenn die Wellenlänge / das Metallisationsverhältnis 0,5 beträgt), insbesondere bevorzugt bis zu einer Tiefe, die dem Verhältnis der Wellenlänge der akustischen Oberflächenwelle und dem Metallisationsverhältnis in einem Bereich zwischen 0,105 und 0,3 Wellenlängen entspricht (zum Beispiel ist die Tiefe in einem Bereich von 0,21 bis 0,6, wenn die Wellenlänge / das Metallisationsverhältnis 0,5 beträgt).
Ferner kann das piezoelektrische Substrat einen LiNbO₃-Kristall aufweisen, und die interdigitale Wandlerelektrode kann zumindest eines der Gruppe aus Ag, Mo, Cu und Ni aufweisen. In diesem Fall ist die interdigitale Wandlerelektrode in die Oberfläche des piezoelektrischen Substrats bis zu einer Tiefe eingebettet, die dem Verhältnis der Wellenlänge der akustischen Oberflächenwelle und dem Metallisationsverhältnis in einem Bereich zwischen 0,065 und 0,3 Wellenlängen entspricht (zum Beispiel ist die Tiefe in einem Bereich von 0,13 bis 0,6, wenn die Wellenlänge / das Metallisationsverhältnis 0,5 beträgt), insbesondere bevorzugt bis zu einer Tiefe, die dem Verhältnis der Wellenlänge der akustischen Oberflächenwelle und dem Metallisationsverhältnis in einem Bereich zwischen 0,09 und 0,3 Wellenlängen entspricht (zum Beispiel ist die Tiefe in einem Bereich von 0,18 bis 0,6, wenn die Wellenlänge / das Metallisationsverhältnis 0,5 beträgt).
Ferner kann das piezoelektrische Substrat einen LiNbO₃-Kristall aufweisen, und die interdigitale Wandlerelektrode kann zumindest eines der Gruppe aus Pt, Au, W, Ta und Hf aufweisen. In diesem Fall ist die interdigitale Wandlerelektrode in die Oberfläche des piezoelektrischen Substrats bis zu einer Tiefe eingebettet, die dem Verhältnis der Wellenlänge der akustischen Oberflächenwelle und dem Metallisationsverhältnis in einem Bereich zwischen 0,075 und 0,3 Wellenlängen entspricht (zum Beispiel ist die Tiefe in einem Bereich von 0,15 bis 0,6, wenn die Wellenlänge / das Metallisationsverhältnis 0,5 beträgt), insbesondere bevorzugt bis zu einer Tiefe, die dem Verhältnis der Wellenlänge der akustischen Oberflächenwelle und dem Metallisationsverhältnis in einem Bereich zwischen 0,115 und 0,3 Wellenlängen entspricht (zum Beispiel ist die Tiefe in einem Bereich von 0,23 bis 0,6, wenn die Wellenlänge / das Metallisationsverhältnis 0,5 beträgt).
Weiterhin kann das piezoelektrische Substrat einen LiTaO₃-Kristall aufweisen, und die Eulerwinkel können in einem Bereich von (0° +/- 10°, 112° bis 140°, 0° +/- 5°) oder dazu kristallographisch äquivalenten Eulerwinkeln liegen, bevorzugt in einem Bereich von (0° +/- 10°, 120° bis 132°, 0° +/- 5°) oder dazu kristallographisch äquivalenten Eulerwinkeln.
Weiterhin kann das piezoelektrische Substrat einen LiNbO₃-Kristall aufweisen, und die Eulerwinkel können in einem Bereich von (0° +/- 25°, 78° bis 153°, 0° +/- 5°) oder dazu kristallographisch äquivalenten Eulerwinkeln liegen, bevorzugt in einem Bereich von (0° +/- 20°, 87° bis 143°, 0° +/- 5°) oder dazu kristallographisch äquivalenten Eulerwinkeln.
Die Eulerwinkel (φ, θ, ψ) werden hier in einem rechtshändigen System angegeben und stellen die Schnittfläche des piezoelektrischen Substrats und die Ausbreitungsrichtung der akustischen Oberflächenwelle dar. In Bezug auf die Kristallachsen X, Y und Z in einem Kristall wie etwa LiTaO₃ oder LiNbO₃, die das piezoelektrische Substrat ausbilden, erhält man die X'-Achse daher, wenn die X-Achse um φ gegen den Uhrzeigersinn um die Z-Achse als Rotationsachse gedreht wird. Danach erhält man die Z'-Achse daher, wenn die Z-Achse um θ gegen den Uhrzeigersinn um die X'-Achse als Rotationsachse gedreht wird. Daraufhin wird die Z'-Achse als die Normale definiert und die Eben mit der X'-Achse wird als die Schnittfläche des piezoelektrischen Substrats definiert. Weiterhin wird die Richtung, die man durch Rotation der X'-Achse um ψ gegen den Uhrzeigersinn um die Z'-Achse als Rotationsachse dreht, als die Ausbreitungsrichtung der akustischen Oberflächenwelle definiert. Außerdem wird die Achse senkrecht zur X'-Achse und Z'-Achse als Y'-Achse erhalten, indem sich die Y-Achse aufgrund dieser Rotationen bewegt.
Gemäß der Definition der Eulerwinkel wird die X-Ausbreitungsrichtung der um 40° gedrehten Y-Platte über die Eulerwinkel mit (0°, 130°, 0°) und die 90° X-Ausbreitungsrichtung der um 40° gedrehten Y-Platte über die Eulerwinkel mit (0°, 130°, 90°) angegeben. Es sollte klar sein, dass das Schneiden des piezoelektrischen Substrats bei gewünschten Eulerwinkeln einen Maximalfehler von fast +/- 0.5° bei jeder Komponente der Eulerwinkel erzeugen kann. In Bezug auf die Form einer interdigitalen Wandlerelektrode kann ein Fehler von fast +/- 3° in der Ausbreitungsrichtung ψ erzeugt werden. In Bezug auf die Eigenschaften der akustischen Welle kann es sein, dass nahezu kein charakteristischer Unterschied aufgrund der Verschiebung um etwa +/- 5° für φ und ψ der Eulerwinkel (φ. θ, ψ) auftritt.
Die Vorrichtung kann zumindest ein Trägersubstrat, einen Film und/oder einen mehrlagigen Film auf einer Oberfläche, die derjenigen Oberfläche des piezoelektrischen Substrats, auf der die interdigitale Wandlerelektrode aufgebracht ist, gegenüberliegt, aufweisen, von denen das Trägersubstrat eine transversale Schallgeschwindigkeit oder äquivalente transversale Schallgeschwindigkeit in einem Bereich zwischen 2000 bis 3000 m/s oder von 6000 bis 8000 m/s erlaubt, wobei das piezoelektrische Substrat eine Dicke in einem Bereich von 0,2 bis 20 Wellenlängen aufweist.
Die Vorrichtung kann ein Trägersubstrat, einen Film und/oder einen mehrlagigen Film auf einer Oberfläche, die derjenigen Oberfläche des piezoelektrischen Substrats, auf der die interdigitale Wandlerelektrode aufgebracht ist, gegenüberliegt, aufweisen, von denen das Trägersubstrat eine transversale Schallgeschwindigkeit oder äquivalente transversale Schallgeschwindigkeit in einem Bereich zwischen 3000 m/s und 6000 m/s erlaubt, wobei das piezoelektrische Substrat eine Dicke in einem Bereich von 2 bis 20 Wellenlängen aufweist.
Die Vorrichtung kann ein Trägersubstrat, einen Film und/oder einen mehrlagigen Film auf einer Oberfläche, die derjenigen Oberfläche des piezoelektrischen Substrats, auf der die interdigitale Wandlerelektrode aufgebracht ist, gegenüberliegt, aufweisen, von denen das Trägersubstrat einen linearen Ausdehnungskoeffizienten von 10.4 × 10^-6/°C oder weniger aufweise. Das Dickenverhältnis der Dicke des Trägersubstrats zur Dicke des piezoelektrischen Substrats kann einen Betrag von TR oder mehr aufweisen, wobei TR über Gleichung (1) unten definiert werden kann.
$TR = α \times 0.55 \times 10^{6} + 2.18$
wobei α der lineare Ausdehnungskoeffizient ist.
[Vorteilhafte Effekte der Erfindung]
Erfindungsgemäß kann es möglich sein, eine Oberflächenwellenvorrichtung hoher Ordnung zu schaffen, die gute Leistungseigenschaften erreichen kann, bei gleichzeitig ausreichender mechanischer Stabilität auch in einem höheren Frequenzband einschließlich 3,8 GHz oder mehr.
Figurenliste

1(a) zeigt eine Draufsicht auf eine herkömmliche akustische Oberflächenwellenvorrichtung [AI interdigitale Wandlerelektrode / um 42° gedrehter Y-Platten-X-Ausbreitungsrichtung-LiTaO₃-Kristall], 1(b) zeigt eine Querschnittsansicht derselben und 1(c) zeigt ein Diagramm, welches die Impedanz-Frequenz-Abhängigkeiten der in den 1(a) und 1(b) dargestellten akustischen Oberflächenwellenvorrichtung veranschaulicht.
2(a) zeigt eine Oberflächenwellenvorrichtung hoher Ordnung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, 2(b) zeigt eine Abwandlung der Vorrichtung der 2(a) mit einem Film, 2(c) zeigt eine weitere Abwandlung der Vorrichtung der 2(a) mit einer vorspringenden interdigitalen Wandlerelektrode, 2(d) zeigt eine weitere Abwandlung der Vorrichtung der 2(a) mit einem Trägersubstrat, 2(e) zeigt eine weitere Abwandlung der Vorrichtung der 2(d) mit einer vorspringenden interdigitalen Wandlerelektrode, und 2(f) zeigt eine weitere Abwandlung der Vorrichtung der 2(d) einem mehrlagigen Film zwischen dem piezoelektrischen Substrat und dem Trägersubstrat.
3 zeigt eine Querschnittsansicht der in den 2(a) bis 2(f) dargestellten Oberflächenwellenvorrichtung, bei der eine Seitenwand der eingebetteten Elektrode nicht senkrecht zu einer Substratoberfläche steht.
4(a) zeigt ein Diagramm, welches die Impedanz-Frequenz-Abhängigkeiten der in 2(a) dargestellten akustischen Oberflächenwellenvorrichtung hoher Ordnung veranschaulicht [AI Elektrode / (0°, 126,5°, 0°) LiTaO₃-Kristallsubstrat], wenn das Metallisationsverhältnis der interdigitalen Wandlerelektrode 0,5 beträgt, 4(b) zeigt ein Diagramm, welches einen Bereich um die in 4(a) gezeigte Resonanzfrequenz der Mode erster Ordnung vergrößert darstellt, 4(c) zeigt ein Diagramm, welches eine Verschiebungsverteilung bei der Resonanzfrequenz der Mode erster Ordnung derselben darstellt, und 4(d) zeigt ein Diagramm, welches die Impedanz-Frequenz-Abhängigkeiten der Vorrichtung darstellt, wenn das Metallisationsverhältnis der interdigitalen Wandlerelektrode 0,7 beträgt.
5 zeigt ein Diagramm, welches die Impedanz-Frequenz-Abhängigkeiten der in 2(c) dargestellten akustischen Oberflächenwellenvorrichtung hoher Ordnung veranschaulicht [AI Elektrode (Metallisationsverhältnis 0,5) / (0°, 126,5°, 0°) LiTaO₃-Kristallsubstrat].
6(a) zeigt ein Diagramm, welches die Impedanz-Frequenz-Abhängigkeiten der in 2(d) dargestellten akustischen Oberflächenwellenvorrichtung hoher Ordnung veranschaulicht [AI Elektrode (Metallisationsverhältnis 0,5) / (0°, 126,5°, 0°) LiTaO₃-Kristallsubstrat], wenn das Trägersubstrat aus einem Si-Substrat ausgebildet ist, und 6(b) zeigt ein Diagramm, welches die Impedanz-Frequenz-Abhängigkeiten der Vorrichtung veranschaulicht, wenn das Trägersubstrat aus einem Quarzsubstrat ausgebildet ist.
7 zeigt ein Diagramm, welches die Impedanz-Frequenz-Abhängigkeiten der Mode erster Ordnung der in 2(f) dargestellten akustischen Oberflächenwellenvorrichtung hoher Ordnung veranschaulicht [AI Elektrode (Metallisationsverhältnis 0,5) / (0°, 126,5°, 0°) LiTaO₃-Kristallsubstrat].
8(a) zeigt ein Diagramm, welches die Impedanz-Frequenz-Abhängigkeiten der in 2(a) dargestellten akustischen Oberflächenwellenvorrichtung hoher Ordnung veranschaulicht [AI Elektrode (Metallisationsverhältnis 0,5) / (0°, 116°, 0°) LiNbO₃-Kristallsubstrat], und 8(b) zeigt ein Diagramm, welches einen Bereich um die in 8(a) gezeigte Resonanzfrequenz der Mode erster Ordnung vergrößert darstellt.
9 zeigt ein Diagramm, welches die Impedanz-Frequenz-Abhängigkeiten der in 2(a) dargestellten akustischen Oberflächenwellenvorrichtung hoher Ordnung veranschaulicht [Cu Elektrode (Metallisationsverhältnis 0,5) / (0°, 116°, 0°) LiNbO₃-Kristallsubstrat].
10(a) zeigt ein Diagramm, welches die Beziehung zwischen einer Dicke jeder Elektrode und einer anteiligen Bandbreite bei einer Mode erster Ordnung darstellt, und 10(b) zeigt ein Diagramm, welches die Beziehung zwischen einer Dicke jeder Elektrode und einem Impedanzverhältnis bei einer Mode erster Ordnung darstellt, jeweils für die in 2(a) dargestellte akustische Oberflächenwellenvorrichtung hoher Ordnung [interdigitale Wandlerelektrode (Metallisationsverhältnis von 0,5) / (0°, 126,5°, 0°) LiTaO₃-Kristallsubstrat], bei der die interdigitale Wandlerelektrode eine AI, Cu oder Au Elektrode ist.
11(a) ist ein Diagramm, welches die Beziehung zwischen θ und einer anteiligen Bandbreite der Mode erster Ordnung zeigt, und 11(b) ist ein Diagramm, welches die Beziehung zwischen θ und einem Impedanz-Frequenz-Verhältnis der Mode erster Ordnung zeigt, jeweils für die in 2(a) dargestellte akustische Oberflächenwellenvorrichtung hoher Ordnung [AI Elektrode (Metallisationsverhältnis von 0,5) / (0°, θ, 0°) LiTaO₃-Kristallsubstrat].
12 ist ein Diagramm, welches die Beziehung zwischen φ und einem Impedanz-Frequenz-Verhältnis der Mode erster Ordnung zeigt, für ein (φ, 126.5°, 0°) LiTaO₃-Kristallsubstrat gemäß der in 2(a) gezeigten akustischen Oberflächenwellenvorrichtung hoher Ordnung [AI Elektrode (Metallisationsverhältnis von 0,5) / (0°, θ, 0°) LiTaO₃-Kristallsubstrat].
13(a) ist ein Diagramm, welches die Beziehung zwischen der Dicke jeder Elektrode und der anteiligen Bandbreite der Mode erster Ordnung zeigt, und 13(b) ist ein Diagramm, welches die Beziehung zwischen der Dicke jeder Elektrode und einem Impedanz-Frequenz-Verhältnis der Mode erster Ordnung zeigt, jeweils für die in 2(a) dargestellte akustische Oberflächenwellenvorrichtung hoher Ordnung [interdigitale Wandlerelektrode (Metallisationsverhältnis von 0,5) / (0°, 116°, 0°) LiNbO₃-Kristaitsubstrat], bei der die interdigitale Wandlerelektrode eine AI, Cu oder Au Elektrode ist.
14(a) ist ein Diagramm, welches die Beziehung zwischen θ und einer anteiligen Bandbreite der Mode erster Ordnung zeigt, und 14(b) ist ein Diagramm, welches die Beziehung zwischen θ und einem Impedanz-Frequenz-Verhältnis der Mode erster Ordnung zeigt, jeweils für die in 2(a) dargestellte akustische Oberflächenwellenvorrichtung hoher Ordnung [AI Elektrode (Metallisationsverhältnis von 0,5) / (0°, θ, 0°) LiNbO₃-Kristallsubstrat].
15 ist ein Diagramm, welches die Beziehung zwischen φ und einem Impedanz-Frequenz-Verhältnis der Mode erster Ordnung zeigt, für ein (φ. 116°, 0°) LiNbO₃-Kristallsubstrat gemäß der in 2(a) gezeigten akustischen Oberflächenwellenvorrichtung hoher Ordnung [AI Elektrode (Metallisationsverhältnis von 0,5) / (φ. θ, 0°) LiNbO₃-Kristallsubstrat].
16(a) ist ein Diagramm, welches die Beziehung zwischen dem Metallisationsverhältnis und der Phasengeschwindigkeit der Mode erster Ordnung zeigt, und 16(b) ist ein Diagramm, welches die Beziehung zwischen dem Metallisationsverhältnis und einem Impedanz-Frequenz-Verhältnis der Mode erster Ordnung zeigt, jeweils für die in 2(a) dargestellte akustische Oberflächenwellenvorrichtung hoher Ordnung [AI Elektrode / (0°, 126,5°, 0°) LiTaO₃-Kristallsubstrat].
17 ist ein Diagramm, welches Impedanz-Frequenz-Eigenschaften der in 2(a) gezeigten akustischen Oberflächenwellenvorrichtung hoher Ordnung [Al Elektrode (Metallisationsverhältnis von 0,85) / (0°, 126,5°, 0°) LiTaO₃-Kristallsubstrat] darstellt.
18(a) ist ein Diagramm, welches eine Beziehung zwischen der Dicke einer interdigitalen Wandlerelektrode und Phasengeschwindigkeiten der Moden nullter bis dritter Ordnung zeigt, und 18(b) ist ein Diagramm, welches eine Beziehung zwischen der Dicke einer interdigitalen Wandlerelektrode und Impedanzverhältnissen der Moden nullter bis dritter Ordnung zeigt, für eine in 17 gezeigte akustische Oberflächenwellenvorrichtung hoher Ordnung.
19 ist ein Diagramm, welches eine Abhängigkeit des Impedanzverhältnisses der Mode erster Ordnung von einer Dicke eines LiTaO₃-Kristallsubstrats für eine in 2(d) gezeigte akustische Oberflächenwellenvorrichtung hoher Ordnung [Cu Elektrode mit einer Grabentiefe von 0,2λ (Metallisationsverhältnis von 0,5) / (0°, 126,5°, 0°) LiTaO₃-Kristallsubstrat/-Trägersubstrat] zeigt, wenn das Trägersubstrat aus c-Saphir, Si, Quarz, Pyrexglas oder Bleiglas ausgebildet ist.
20 ist ein Diagramm, welches eine Abhängigkeit des Impedanzverhältnisses der Mode erster Ordnung von einer Dicke eines LiNbO₃-Kristallsubstrats für eine in 2(d) gezeigte akustische Oberflächenwellenvorrichtung hoher Ordnung [Cu Elektrode mit einer Grabentiefe von 0,23λ (Metallisationsverhältnis von 0,5) / (0°, 116°, 0°) LiNbO₃-Kristallsubstrat/-Trägersubstrat] zeigt, wenn das Trägersubstrat aus c-Saphir, Si, Quarz, Pyrexglas oder Bleiglas ausgebildet ist.
21 ist ein Diagramm, welches zeigt, wie Temperaturkoeffizienten der Frequenz für in 2(d) gezeigte akustische Oberflächenwellenvorrichtungen hoher Ordnung [AI Elektrode mit einer Grabentiefe von 0,3λ (Metallisationsverhältnis von 0,5) / (0°, 126,5°, 0°) LiTaO₃-Kristallsubstrat/Trägersubstrat] und [AI Elektrode mit einer Grabentiefe von 0,3λ (Metallisationsverhältnis von 0,5) / (0°, 116°, 0°) LiTaO₃-Kristallsubstrat/Trägersubstrat] von den Dicken der LiTaO₃- und LiNbO₃-Kristallsubstrate je nach linearem Ausdehnungskoeffizienten der jeweiligen Trägersubstrate abhängen.

[Beschreibung von Ausführungsformen]
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf die beigeschlossenen Zeichnungen beschrieben. 2 bis 21 zeigen akustische Oberflächenwellenvorrichtungen hoher Ordnung gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Wie in 2(a) dargestellt umfasst eine akustische Oberflächenwellenvorrichtung (SAW) hoher Ordnung 10 ein piezoelektrisches Substrat 11 und eine interdigitale Wandlerelektrode (IDT) 12 zur Nutzung einer SAW einer Mode hoher Ordnung.
Das piezoelektrische Substrat 11 ist aus einem LiTaO₃- und LiNbO₃-Kristall ausgebildet. Die interdigitale Wandlerelektrode 12 ist in eine Oberfläche des piezoelektrischen Substrats 11 eingebettet. Es sollte klar sein, dass die interdigitale Wandlerelektrode 12 eine obere Oberfläche aufweisen kann, die auf der gleichen Ebene wie die Oberfläche des piezoelektrischen Substrats 11 oder unter dieser Ebene angeordnet sein kann, und von der Oberfläche des piezoelektrischen Substrats 11 hervorstehen kann. Wie im Folgenden beschrieben kann die Elektrodendicke als in einem Graben eingebettete Elektrodendicke bezeichnet werden.
Wie in 2(b) gezeigt, kann die akustische Oberflächenwellenvorrichtung hoher Ordnung 10 einen Film 13 aufweisen, welcher so ausgebildet ist, dass er die Oberfläche des piezoelektrischen Substrats 11 zwischen Lücken in der interdigitalen Wandlerelektrode 12 bedeckt. Der Film 13 kann beispielsweise ein SiO₂-Film sein. Die interdigitale Wandlerelektrode 12 weist eine obere Oberfläche auf, die auf der gleichen Ebene wie die Oberfläche des Films 13 angeordnet ist. Weiterhin kann bei der akustischen Oberflächenwellenvorrichtung hoher Ordnung 10 eine Oberfläche der interdigitalen Wandlerelektrode 12 koplanar mit oder unterhalb der Oberfläche des piezoelektrischen Substrats 11 aufweisen. Wie in 2(c) gezeigt, kann die interdigitale Wandlerelektrode 12 so ausgebildet werden, dass sie von der Oberfläche des piezoelektrischen Substrats 11 hervorsteht.
Weiterhin kann, wie in 2(d) gezeigt, die akustische Oberflächenwellenvorrichtung hoher Ordnung 10 ein Trägersubstrat 14 aufweisen, das piezoelektrische Substrat 11 kann aus einem Film geringerer Dicke ausgebildet werden, und das Trägersubstrat 14 kann im Kontakt mit einer Oberfläche des piezoelektrischen Substrats 11 gegenüber der Oberfläche, auf der die interdigitale Wandlerelektrode 12 ausgebildet ist, ausgebildet werden. Das Trägersubstrat 14 kann ein Substrat sein, welches aus Halbleiter- oder Isolatormaterial, wie etwa einem Substrat aus Si, Quarz, Saphir, Glas, Germanium, Siliziumoxid oder Aluminiumoxid ausgebildet ist. Weiterhin kann, zusätzlich zur Konfiguration der 2(d), der Film 13 auf einer Oberfläche des piezoelektrischen Substrats 11 ausgebildet werden, wie in 2(b) gezeigt. Außerdem kann, zusätzlich zur Konfiguration der 2(d), die akustische Oberflächenwellenvorrichtung hoher Ordnung 10 so ausgebildet werden, dass die interdigitale Wandlerelektrode 12 von der Oberfläche des piezoelektrischen Substrats 11 hervorsteht, wie in 2(e) analog zur Konfiguration der 2(c) gezeigt.
Außerdem kann, zusätzlich zur Konfiguration der 2(d), die akustische Oberflächenwellenvorrichtung hoher Ordnung 10 so ausgebildet werden, dass sie einen mehrlagigen Film 15 aufweist, welcher zwischen dem piezoelektrischen Substrat 11 und dem Trägersubstrat 14 angeordnet ist, wie in 2(f) gezeigt. Beispielsweise kann der mehrlagige Film 15 ein akustischer Mehrlagenfilm sein, welcher eine Vielzahl darin gestapelter Lagen unterschiedlicher akustischer Impedanzen aufweist. Außerdem kann, zusätzlich zur Konfiguration der 2(f), der Film 13 auf der Oberfläche des piezoelektrischen Substrats 11 ausgebildet werden, wie in 2(b) dargestellt, oder die interdigitale Wandlerelektrode 12 kann von der Oberfläche des piezoelektrischen Substrats 11 hervorstehen, wie in 2(c) dargestellt.
Die akustische Oberflächenwellenvorrichtung hoher Ordnung 10 kann eine interdigitale Wandlerelektrode 12 aufweisen, die in eine Oberfläche des piezoelektrischen Substrats 11 eingebettet ist, um eine SAW in einer Mode hoher Ordnung (d.h. eine Mode erster Ordnung, eine Mode zweiter Ordnung, eine Mode dritter Ordnung oder dergleichen) anzuregen und eine Mode hoher Ordnung zu erhalten, die ein höheres Impedanzverhältnis ermöglicht. Die Mode hoher Ordnung kann als Oberton zur Anregung einer ungefähr doppelten, dreifachen oder vierfachen Frequenz bezeichnet werden. Die akustische Oberflächenwellenvorrichtung hoher Ordnung 10 kann eine derartige Mode hoher Ordnung nutzen, um höhere Frequenzen zu erreichen und gute Leistungseigenschaften zu erzielen, sogar in einem Hochfrequenzband von 3,8 GHz oder mehr. Weiterhin kann die Nutzung einer solchen Mode hoher Ordnung die Notwendigkeit entfallen lassen, das piezoelektrische Substrat stark auszudünnen oder die Periode der interdigitalen Wandlerelektrode zu verringern, sogar in einem Hochfrequenzband von 3,8 GHz oder mehr, so dass eine ausreichende mechanische Stabilität beibehalten werden kann.
Als Beispiel kann die akustische Oberflächenwellenvorrichtung hoher Ordnung 10 wie folgt hergestellt werden. Zunächst wird ein Elektrodengraben auf einer Oberfläche eines piezoelektrischen Substrats 11 ausgebildet, in der eine interdigitale Wandlerelektrode 12 eingebettet werden soll. Deshalb wird eine Maskierung oder dergleichen auf einem Bereich der Oberfläche des piezoelektrischen Substrats 11 aufgebracht, in welchem der Elektrodengraben nicht entstehen soll, und danach wird die Oberfläche des piezoelektrischen Substrats 11 trocken geätzt, durch Argonionen (Ar) oder dergleichen, um den Elektrodengraben auszubilden. In diesem Fall kann ein Material statt oder anstelle der Maskierung verwendet werden, um eine Ätzgeschwindigkeit zu ermöglichen, die geringer als die des piezoelektrischen Substrats 11 ist. Ebenso kann statt eines derartigen Trockenätzverfahrens auch ein Nassätzverfahren eingesetzt werden.
Als nächstes wird Metall für die Elektrode auf der gesamten Oberfläche des piezoelektrischen Substrats 11 abgeschieden, mit einer Dicke, die ausreichend ist, um den Elektrodengraben bis zur Oberfläche des piezoelektrischen Substrats 11 aufzufüllen. Danach wird die Maskierung über Nassätzen, Reinigen oder dergleichen entfernt. Daher kann die interdigitale Wandlerelektrode 12 in dem Elektrodengraben eingebettet ausgeformt werden. Falls die Dicke der interdigitalen Wandlerelektrode 12 nicht an die Wunschdicke heranreichen sollte, sollte es klar sein, dass ein zusätzlicher Ätzschritt oder dergleichen vorgenommen werden kann, um die Dicke der interdigitalen Wandlerelektrode 12 anzupassen.
Ein Impedanzverhältnis, eine anteilige Bandbreite oder dergleichen für die akustische Oberflächenwellenvorrichtung hoher Ordnung 10 in jeder der in den 2(a) bis 2(f) gezeigten Konfigurationen wird im Folgenden abgeschätzt. In Bezug auf 1(c) wird das Impedanzverhältnis über 20 x log (Za/Zr) bestimmt, wobei Za eine Anti-Resonanzimpedanz bei der höchsten Anti-Resonanzfrequenz fa und Zr eine Resonanzimpedanz bei der niedrigsten Resonanzfrequenz fr darstellt, ausgewählt unter allen durch Resonanz geprägten Impedanzen. Die anteilige Bandbreite wird über (fa-fr)/fr bestimmt. Außerdem wird in Bezug auf 1(a) das Metallisationsverhältnis der interdigitalen Wandlerelektrode 52 über ein Verhältnis der Elektrodenfingerbreite F der interdigitalen Wandlerelektrode 52 geteilt durch die Hälfte der Periode λ des Elektrodenfingers (was der Summe der Elektrodenfingerbreite F und dem Abstand G zwischen benachbarten Elektrodenfingern entspricht) bestimmt, d.h. F/(F + G)=2 x F/λ.
Wie in 3 gezeigt, kann der Fall auftreten, dass eine Elektrode der interdigitalen Wandlerelektrode 12, die in der Substratoberfläche eingebettet ist, eine abgewinkelte und keine senkrecht stehende Seite aufweist. In diesem Fall können sowohl das Metallisationsverhältnis als auch die Elektrodenbreite jeweils als effektives Metallisationsverhältnis bzw. effektive Elektrodenbreite betrachtet werden. Wenn daher der Winkel γ zwischen einer seitlichen Oberfläche des Elektrodengrabens und einer oberen Oberfläche des piezoelektrischen Substrats 11 zwischen 11° und 90° oder weniger beträgt, kann die effektive Elektrodenbreite „c“ über (a + b)/2 und das effektive Metallisationsverhältnis über c/(c + e) bestimmt werden, wobei „a“ für die Breite der oberen Oberfläche, „b“ für die Breite der unteren Oberfläche und „d“ für die Einbettungstiefe jeder Elektrode steht. Die Einbettungstiefe der Elektrode bleibt dabei „d“.
Die hierin genannte interdigitale Wandlerelektrode 12 hat eine Periode von 1 µm und ein Metallisationsverhältnis von 0,5, d.h. die Elektrodenfingerbreite beträgt 0,25 µm und die Lücke zwischen den Elektrodenfingern beträgt 0,25 µm. Es sollte klar sein, dass Eulerwinkel von (φ, θ, ψ) im Folgenden lediglich mit (φ, θ, ψ) bezeichnet werden können. Darüber hinaus werden die Dicke und andere Parameter des piezoelektrischen Substrats 11 oder der interdigitalen Wandlerelektrode 12 als Vergrößerungsfaktoren in Bezug auf die Wellenlänge λ (Periode der interdigitalen Wandlerelektrode) einer jeweils zu verwendenden akustischen Oberflächenwellenvorrichtung angegeben.
4(a) bis 4(d) zeigen Impedanz-Frequenz-Charakteristik und dergleichen einer akustischen Oberflächenwellenvorrichtung hoher Ordnung 10 mit einer Struktur wie in 2(a) gezeigt. Das piezoelektrische Substrat 11 ist ein (0°, 126.5°, 0°) LiTaO₃-Kristall. Die interdigitale Wandlerelektrode 12 ist aus einer AI-Elektrode mit einer Dicke von 0,36λ ausgebildet und bis zu einer Tiefe von 0.36λ gemessen von der Oberfläche des piezoelektrischen Substrats 11 eingebettet. 4(a) und 4(b) zeigen Impedanz-Frequenz-Charakteristiken und 4(c) zeigt eine Verschiebungsverteilung bei der Resonanzfrequenz der Mode erster Ordnung, wenn das Metallisationsverhältnis der interdigitalen Wandlerelektrode 12 0,5 beträgt. 4(b) zeigt einen Bereich um die in 4(a) gezeigte Resonanzfrequenz der Mode erster Ordnung in vergrößerte Ansicht. Weiterhin zeigt 4(d) ein Diagramm, welches die Impedanz-Frequenz-Abhängigkeiten darstellt, wenn das Metallisationsverhältnis der interdigitalen Wandlerelektrode 12 0,7 beträgt.
Wie in 4(a) dargestellt konnte herausgefunden werden, dass ein Einbetten der interdigitalen Wandlerelektrode 12 in das piezoelektrische Substrat 11 eine Resonanzfrequenz der Mode nullter Ordnung von 4,5 GHz ergibt, was das 1,36-fache eine Resonanzfrequenz der Mode nullter Ordnung bei 3,3 GHz für die herkömmliche in den 1(a) bis 1(c) gezeigten SAW-Vorrichtung beträgt. Wie weiterhin in den 4(a) und 4(b) dargestellt, konnte herausgefunden werden, dass die Resonanzfrequenz der Mode erster Ordnung von 9,6 GHz stark angeregt worden ist, was ungefähr dem Doppelten der Anregung einer Resonanzfrequenz der Mode nullter Ordnung bei 4,5 GHz entspricht. Die anteilige Bandbreite und das Impedanzverhältnis der Mode erster Ordnung waren 3% bzw. 67 dB, und man konnte zeigen, dass ein Impedanzverhältnis, welches größer war als das einer herkömmlichen in 1 gezeigten SAW-Vorrichtung, erreicht werden konnte. Die Resonanzfrequenz der Mode erster Ordnung war etwa 2,9-fach höher als die Resonanzfrequenz für die herkömmliche SAW-Vorrichtung.
Außerdem zeigt sich, dass die Resonanzfrequenz der Mode erster Ordnung bei 9,5 GHz eine Mode höherer Ordnung (Mode erster Ordnung) als die Fundamentalmode (Mode nullter Ordnung), dahingehend, dass - wie in 4(c) gezeigt - die Mode erster Ordnung nur aus der horizontalen Scherkomponenten (SH-Komponente) gebildet wird und dass die Resonanzfrequenz für die herkömmliche SAW-Vorrichtung ebenfalls von der SH-Komponenten gebildet wird. Es wird darauf hingewiesen, dass die Buchstaben „L“ und „SV“, die in 4(c) angegeben sind, die longitudinale Komponente bzw. die vertikale Scherkomponente bezeichnen. Zusätzlich dazu, wie in 4(d) gezeigt, stellte sich heraus, dass ein Einstellen des Metallisationsverhältnisses bei 0,7 eine Resonanzfrequenz der Mode erster Ordnung bei 11,2 GHz, eine anteilige Bandbreite bei 3,4% und ein Impedanzverhältnis von 70 dB nach sich zog. Diese jeweiligen Werte sind 1,2-fach größer, 13% breiter bzw. 3 dB höher als diejenigen bei einem Metallisationsverhältnis von 0,5.
5 zeigt Impedanz-Frequenz-Abhängigkeiten einer gemäß der Struktur in 2(c) ausgestalteten akustischen Oberflächenwellenvorrichtung 10 hoher Ordnung. Das piezoelektrische Substrat 11 ist ein (0°, 126,5°, 0°) LiTaO₃-Kristall. Die interdigitale Wandlerelektrode 12 ist aus einer Al-Elektrode mit einer Dicke von 0,38λ ausgebildet und bis zu einer Tiefe von 0.36λ gemessen von der Oberfläche des piezoelektrischen Substrats 11 eingebettet, während sie von der Oberfläche des Substrats 11 um 0,02λ hervorsteht. Die interdigitale Wandlerelektrode 12 weist ein Metallisationsverhältnis von 0,5 auf.
Wie in 5 gezeigt ergab sich, dass die Resonanzfrequenz der Mode hoher Ordnung (Mode erster Ordnung) geringfügig höher war als diejenige der 4(a) und 4(b). Weiterhin war das Impedanzverhältnis nur 50 dB groß, während die anteilige Bandbreite nur 1% schmal war, was für Anwendungen mit geringerer Bandbreite vorteilhaft sein kann. Außerdem stellte sich heraus, dass die Anregung bei der Fundamentalmode (Mode nullter Ordnung), die Leckemissionen hervorrufen könnte, geringer war.
6 zeigt eine Impedanz-Frequenz-Charakteristik einer akustischen Oberflächenwellenvorrichtung hoher Ordnung 10 mit einer Struktur wie in 2(d) gezeigt. Das piezoelektrische Substrat 11 ist ein (0°, 126,5°, 0°) LiTaO₃-Kristall mit einer Dicke von 0,5λ. Die interdigitale Wandlerelektrode 12 ist aus einer Al-Elektrode mit einer Dicke von 0,36λ ausgebildet und bis zu einer Tiefe von 0.36λ gemessen von der Oberfläche des piezoelektrischen Substrats 11 eingebettet. Die interdigitale Wandlerelektrode 12 weist ein Metallisationsverhältnis von 0,5 auf. Das Trägersubstrat 14 ist aus Si oder Quarz ausgebildet und hat in beiden Fällen eine Dicke von 350 µm. Das Trägersubstrat 14 ist an das piezoelektrische Substrat 14 über einen Klebstoff oder eine Direktverbindung angebunden. 6(a) zeigt Impedanz-Frequenz-Abhängigkeiten, wenn das Trägersubstrat 14 als Si-Substrat ausgebildet ist, und 6(b) zeigt Impedanz-Frequenz-Abhängigkeiten, wenn das Trägersubstrat 14 als Quarzsubstrat ausgebildet ist.
Wie in 6(a) gezeigt, lagen die Resonanzfrequenz der Mode erster Ordnung, die anteilige Bandbreite und das Impedanzverhältnis für das Si-Trägersubstrat bei 9 GHz, 2,8% bzw. 71 dB. Wie weiterhin in 6(b) gezeigt, lagen die Resonanzfrequenz der Mode erster Ordnung, die anteilige Bandbreite und das Impedanzverhältnis für das Quarz-Trägersubstrat bei 9 GHz, 3,5% bzw. 68 dB. Durch Vergleich zwischen 6(a) und 6(b) stellt sich heraus, dass das Bereitstellen eines Trägersubstrats 14 das Impedanzverhältnis größer werden ließ. Es sollte klar sein, dass zur Erreichung eines größeren Impedanzverhältnisses das piezoelektrische Substrat 11 dünner sein kann als das Trägersubstrat 14, d.h. die Dicke kann vorzugsweise 20 Wellenlängen oder weniger betragen, und insbesondere 10 Wellenlängen oder weniger.
7 zeigt Impedanz-Frequenz-Abhängigkeiten einer gemäß der Struktur in 2(f) ausgestalteten akustischen Oberflächenwellenvorrichtung 10 hoher Ordnung. Das piezoelektrische Substrat 11 ist ein (0°, 126,5°, 0°) LiTaO₃-Kristall mit einer Dicke von 0.5A. Die interdigitale Wandlerelektrode 12 ist aus einer AI-Elektrode mit einer Dicke von 0,36λ ausgebildet und bis zu einer Tiefe von 0.36λ gemessen von der Oberfläche des piezoelektrischen Substrats 11 eingebettet. Die interdigitale Wandlerelektrode 12 weist ein Metallisationsverhältnis von 0,5 auf. Der mehrlagige Film 15 ist aus einem akustischen Mehrlagenfilm gebildet, in dem eine SiO₂-Schicht (mit einer Dicke von 0.25 µm) und eine Ta-Schicht (mit einer Dicke von 0.25 µm) und jeweils unterschiedlichen akustischen Impedanzen wechselweise zu einem sechslagigen Film aufeinander gestapelt sind. Das Trägersubstrat 14 ist als Si-Substrat mit einer Dicke von 350 µm ausgebildet. Es sollte klar sein, dass die Schichten mehr oder weniger als sechs Schichten aufweisen können.
Wie in 7 gezeigt, lagen die Resonanzfrequenz der Mode erster Ordnung, die anteilige Bandbreite und das Impedanzverhältnis für das Si-Trägersubstrat bei 9,5 GHz, 2,6% bzw. 69 dB. Durch Vergleich zwischen 7 und 6(a) stellt sich heraus, dass der mehrlagige Film 15 eine geringfügig verringerte Bandbreite und ein geringfügig kleineres Impedanzverhältnis hervorrief.
8(a) und 8(b) zeigen Impedanz-Frequenz-Abhängigkeiten einer gemäß der Struktur in 2(a) ausgestalteten akustischen Oberflächenwellenvorrichtung 10 hoher Ordnung. 8(a) zeigt die Impedanz-Frequenz-Abhängigkeiten und 8(b) vergrößert einen Bereich um die Resonanzfrequenz der Mode erster Ordnung aus 8(a). Das piezoelektrische Substrat 11 ist ein (0°, 116°, 0°) LiNbO₃-Kristall. Die interdigitale Wandlerelektrode 12 ist aus einer AI-Elektrode mit einer Dicke von 0,35λ ausgebildet und bis zu einer Tiefe von 0.35λ gemessen von der Oberfläche des piezoelektrischen Substrats 11 eingebettet. Die interdigitale Wandlerelektrode 12 weist ein Metallisationsverhältnis von 0,5 auf.
Wie in 8(a) und 8(b) dargestellt, stellte sich heraus, dass die Mode hoher Ordnung (Mode erster Ordnung) bei 10,4 GHz stark angeregt war, wenn das piezoelektrische Substrat 11 aus einem LiNbO₃-Kristall ausgebildet worden war, analog zu dem Fall, in dem das piezoelektrische Substrat 11 aus einem LiTaO₃-Kristall ausgebildet worden war (siehe 4(a) bis 4(d)). Die anteilige Bandbreite und das Impedanzverhältnis für die Mode erster Ordnung betrugen 6,4% bzw. 68 dB, und die Bandbreite und das Impedanzverhältnis waren offensichtlich breiter und größer im Vergleich zu denen der Mode erster Ordnung in dem in 4(b) gezeigten LiTaO₃-Kristall.
9 zeigt eine Impedanz-Frequenz-Charakteristik einer akustischen Oberflächenwellenvorrichtung hoher Ordnung 10 mit einer Struktur wie in 2(a) gezeigt. Das piezoelektrische Substrat 11 ist ein (0°, 116°, 0°) LiNbO₃-Kristall. Die interdigitale Wandlerelektrode 12 ist aus einer Cu-Elektrode mit einer Dicke von 0,24λ ausgebildet und bis zu einer Tiefe von 0.24λ gemessen von der Oberfläche des piezoelektrischen Substrats 11 eingebettet. Die interdigitale Wandlerelektrode 12 weist ein Metallisationsverhältnis von 0,5 auf.
Wie in 9 gezeigt, lag die Resonanzfrequenz der Mode erster Ordnung bei 9,5 GHz, wenn die interdigitale Wandlerelektrode 12 aus einer Cu-Elektrode gebildet war, was geringfügig kleiner war als diejenige bei einer AI-Elektrode (siehe 8(a)); auch wenn die Cu-Elektrode dünner (flacher) als die Al-Elektrode ausgebildet war, stellte sich jedoch heraus, dass sich ein mit dem der Al-Elektrode vergleichbares Impedanzverhältnis von 68 dB erreichen lassen konnte.
10(a) zeigt ein Verhältnis zwischen der Dicke der interdigitalen Wandlerelektrode 12 und der anteiligen Bandbreite einer akustischen Oberflächenwellenvorrichtung hoher Ordnung 10 mit einer Struktur wie in 2(a) gezeigt, und 10(b) zeigt ein Verhältnis zwischen der Dicke der interdigitalen Wandlerelektrode 12 und dem Impedanzverhältnis der Vorrichtung. Das piezoelektrische Substrat 11 ist ein (0°, 126,5°, 0°) LiTaO₃-Kristall. Die interdigitale Wandlerelektrode 12 ist als AI-, Cu- oder Au-Elektrode ausgebildet. Die interdigitale Wandlerelektrode 12 weist ein Metallisationsverhältnis von 0,5 auf. 10(a) und 10(b) zeigen die Verhältnisse zwischen der Dicke jeder Elektrode und der anteiligen Bandbreite bzw. zwischen der Dicke jeder Elektrode und dem Impedanzverhältnis bei der Mode erster Ordnung, wobei jede Elektrodendicke (Elektrodentiefe) zwischen 0,02λ bis 0.6λ variiert.
Wie in 10(a) dargestellt, stellte sich die Al-Elektrode als diejenige mit der breitesten Bandbreite heraus, und die Cu- und Au-Elektroden hatten in dieser Reihenfolge geringere Bandbreiten. Weiterhin stellte sich heraus, dass jede Elektrode mit zunehmender Dicke (Tiefe) jeweils eine breitere Bandbreite aufwies. Darüber hinaus, wie in 10(b) gezeigt, zeigte sich ein Impedanzverhältnis von 50 dB oder mehr, wenn die Al-Elektrode eine Tiefe im Bereich zwischen 0,15λ und 0,6λ aufwies, wenn die Cu-Elektrode eine Tiefe im Bereich zwischen 0,16λ und 0,6λ aufwies, und wenn die Au-Elektrode eine Tiefe im Bereich zwischen 0,16λ und 0,6λ aufwies. Außerdem zeigte sich ein Impedanzverhältnis von 60 dB oder mehr, wenn die Al-Elektrode eine Tiefe im Bereich zwischen 0,23λ und 0,6λ aufwies, wenn die Cu-Elektrode eine Tiefe im Bereich zwischen 0,18λ und 0,6λ aufwies, und wenn die Au-Elektrode eine Tiefe im Bereich zwischen 0,25λ und 0,6λ aufwies. Schließlich zeigte sich ein Impedanzverhältnis von 65 dB oder mehr, wenn die AI-Elektrode eine Tiefe im Bereich zwischen 0,3A und 0,6λ aufwies, wenn die Cu-Elektrode eine Tiefe im Bereich zwischen 0,1829λ und 0,6λ aufwies, und wenn die Au-Elektrode eine Tiefe im Bereich zwischen 0,55λ und 0,6λ aufwies.
Es sollte klar sein, dass das Produkt aus Elektrodendicke und dem Metallisationsverhältnis konstant ist, wenn z.B. das Metallisationsverhältnis 0,5 und die Elektrodendicke 0,15λ beträgt, ist die Elektrodendicke (0,5 × 0,15λ)/0,75 = 0,10λ bei einem Metallisationsverhältnis von 0,75. Wenn das Metallisationsverhältnis daher beispielsweise 0,5 und die Dicke der AI-Elektrode 0,15λ beträgt, kann die Dicke der Al-elektrode 0,10λ oder mehr bei einem Metallisationsverhältnis von 0,75 betragen.
Die Beziehung zwischen der Dicke jeder Elektrode und dem Impedanzverhältnis kann man sich als konstant vorstellen, nicht nur für die in 2(a) gezeigte Struktur, sondern auch für die in den 2(b) bis 2(f) gezeigten Strukturen. Außerdem kann die Beziehung zwischen der Dicke jeder Elektrode und dem Impedanzverhältnis die gleiche Tendenz aufweisen wie die AI-Elektrode, wenn das Elektrodenmaterial (wie zum Beispiel Ti- oder Mg-Legierung) eine Dichte im Bereich von 1500 bis 6000 kg/m³ aufweist, wie die Cu-Elektrode, wenn das Elektrodenmaterial (wie zum Beispiel Ag, Mo oder Ni) eine Dichte im Bereich von 6000 bis 12000 kg/m³ aufweist, und wie die Au-Elektrode, wenn das Elektrodenmaterial (wie zum Beispiel Pt, W, Ta oder Hf) eine Dichte im Bereich von 12000 bis 23000 kg/m³ aufweist. Wenn ferner das einzusetzende Elektrodenmaterial eine Legierung oder eine Mischung verschiedener Metalle ist, kann die Tendenz der Beziehung zwischen der Dicke jeder Elektrode und dem Impedanzverhältnis über eine mittlere Dichte der jeweiligen Materialien bestimmt werden.
11(a) und 11(b) zeigen eine Beziehung zwischen den Eulerwinkeln des piezoelektrischen Substrats 11 und der anteiligen Bandbreite der Mode erster Ordnung sowie eine Beziehung zwischen den Eulerwinkeln des piezoelektrischen Substrats 11 und dem Impedanzverhältnis der Mode erster Ordnung für eine akustische Oberflächenwellenvorrichtung hoher Ordnung 10 mit einer Struktur wie in 2(a) gezeigt. Das piezoelektrische Substrat 11 ist ein (0°, θ, 0°) LiTaO₃-Kristall. Die interdigitale Wandlerelektrode 12 ist als AI-Elektrode ausgebildet, mit einer Dicke von 0,36λ und eingebettet bis zu einer Tiefe von 0,36λ von der Oberfläche des piezoelektrischen Substrats 11 aus betrachtet. Die interdigitale Wandlerelektrode 12 weist ein Metallisationsverhältnis von 0,5 auf. 11(a) und 11(b) zeigen eine Beziehung zwischen θ und der anteiligen Bandbreite sowie eine Beziehung zwischen θ und dem Impedanzverhältnis, wenn θ, das eine Komponente der Eulerwinkel ist, von 0° bis 180° variiert.
Wie in 11(a) und 11(b) gezeigt, stellte sich heraus, dass die anteilige Bandbreite sich in einem Bereich zwischen 2,5% und 3,2% bewegte, und das Impedanzverhältnis zeigte sich als 50 dB oder mehr, wenn θ = 112° bis 140° betrug. Weiterhin stellte sich heraus, dass die anteilige Bandbreite sich in einem Bereich zwischen 2,6% und 2,7% bewegte, und das Impedanzverhältnis zeigte sich als 60 dB oder mehr, wenn θ = 120° bis 132° betrug. Außerdem, wie in 12 gezeigt, stellte sich das Impedanzverhältnis als 50 dB oder mehr, wenn φ = -20° bis 20° betrug, bzw. als 60 dB oder mehr heraus, wenn φ = -10° bis 10° betrug.
13(a) und 13(b) zeigen eine Beziehung zwischen der Dicke der interdigitalen Wandlerelektrode 12 und der anteiligen Bandbreite der Mode erster Ordnung sowie eine Beziehung zwischen der Dicke der interdigitalen Wandlerelektrode 12 und dem Impedanzverhältnis der Mode erster Ordnung für eine akustische Oberflächenwellenvorrichtung hoher Ordnung 10 mit einer Struktur wie in 2(a) gezeigt. Das piezoelektrische Substrat 11 ist ein (0°, 116°, 0°) LiNbO₃-Kristall. Die interdigitale Wandlerelektrode 12 ist aus einer AI-, Cu- oder Au-Elektrode ausgebildet. Die interdigitale Wandlerelektrode 12 weist ein Metallisationsverhältnis von 0,5 auf. 13(a) und 13(b) zeigen eine Beziehung zwischen Dicke jeder Elektrode und der anteiligen Bandbreite sowie eine Beziehung zwischen Dicke jeder Elektrode und dem Impedanzverhältnis, wenn die Dicke (Tiefe) zwischen 0,02λ und 0,6λ variiert.
Wie in 13(a) dargestellt, stellte sich die Al-Elektrode als diejenige mit der breitesten Bandbreite heraus, und die Cu- und Au-Elektroden hatten in dieser absteigenden Reihenfolge geringere Bandbreiten, wenn diese Elektroden dieselbe Dicke (Tiefe) von 0,1λ oder mehr hatten. Weiterhin stellte sich heraus, dass jede Elektrode mit zunehmender Dicke (Tiefe) jeweils eine breitere Bandbreite aufwies, wenn jede Elektrode eine Dicke von 0,4λ oder mehr hatte. Darüber hinaus, wie in 13(b) gezeigt, zeigte sich ein Impedanzverhältnis von 50 dB oder mehr, wenn die AI-Elektrode eine Dicke im Bereich zwischen 0,14λ und 0,6λ aufwies, wenn die Cu-Elektrode eine Dicke im Bereich zwischen 0,13λ und 0,6λ aufwies, und wenn die Au-Elektrode eine Dicke im Bereich zwischen 0,15λ und 0,6λ aufwies. Außerdem zeigte sich ein Impedanzverhältnis von 60 dB oder mehr, wenn die AI-Elektrode eine Dicke im Bereich zwischen 0,21λ und 0,6λ aufwies, wenn die Cu-Elektrode eine Dicke im Bereich zwischen 0,18λ und 0,6λ aufwies, und wenn die Au-Elektrode eine Dicke im Bereich zwischen 0,23λ und 0,6A aufwies. Es sollte klar sein, dass das Produkt aus Elektrodendicke und dem Metallisationsverhältnis konstant ist, wie oben beschrieben.
Die Beziehung zwischen der Dicke jeder Elektrode und dem Impedanzverhältnis kann man sich als konstant vorstellen, nicht nur für die in 2(a) gezeigte Struktur, sondern auch für die in den 2(b) bis 2(f) gezeigten Strukturen. Außerdem kann die Beziehung zwischen der Dicke jeder Elektrode und dem Impedanzverhältnis die gleiche Tendenz aufweisen wie die AI-Elektrode, wenn das Elektrodenmaterial (wie zum Beispiel Ti- oder Mg-Legierung) eine Dichte im Bereich von 1500 bis 6000 kg/m³ aufweist, wie die Cu-Elektrode, wenn das Elektrodenmaterial (wie zum Beispiel Ag, Mo oder Ni) eine Dichte im Bereich von 6000 bis 12000 kg/m³ aufweist, und wie die Au-Elektrode, wenn das Elektrodenmaterial (wie zum Beispiel Pt, W, Ta oder Hf) eine Dichte im Bereich von 12000 bis 23000 kg/m³ aufweist. Wenn ferner das einzusetzende Elektrodenmaterial eine Legierung oder eine Mischung verschiedener Metalle ist, kann die Tendenz der Beziehung zwischen der Dicke jeder Elektrode und dem Impedanzverhältnis über eine mittlere Dichte der jeweiligen Materialien bestimmt werden.
14(a) und 14(b) zeigen eine Beziehung zwischen den Eulerwinkeln des piezoelektrischen Substrats 11 und der anteiligen Bandbreite der Mode erster Ordnung sowie eine Beziehung zwischen den Eulerwinkeln des piezoelektrischen Substrats 11 und dem Impedanzverhältnis der Mode erster Ordnung für eine akustische Oberflächenwellenvorrichtung hoher Ordnung 10 mit einer Struktur wie in 2(a) gezeigt. Das piezoelektrische Substrat 11 ist ein (0°, θ, 0°) LiNbO₃-Kristall. Die interdigitale Wandlerelektrode 12 ist als AI-Elektrode ausgebildet, mit einer Dicke von 0,3λ und eingebettet bis zu einer Tiefe von 0,3A von der Oberfläche des piezoelektrischen Substrats 11 aus betrachtet. Die interdigitale Wandlerelektrode 12 weist ein Metallisationsverhältnis von 0,5 auf. 14(a) und 14(b) zeigen eine Beziehung zwischen θ und der anteiligen Bandbreite sowie eine Beziehung zwischen θ und dem Impedanzverhältnis, wenn θ, das eine Komponente der Eulerwinkel ist, von 50° bis 180° variiert.
Wie in 14(a) und 14(b) gezeigt, stellte sich heraus, dass die anteilige Bandbreite sich in einem Bereich zwischen 4,4% und 6,5% bewegte, und das Impedanzverhältnis zeigte sich als 50 dB oder mehr wenn θ = 78° bis 153° betrug. Weiterhin stellte sich heraus, dass die anteilige Bandbreite sich in einem Bereich zwischen 5,2% und 6,5% bewegte, und das Impedanzverhältnis zeigte sich als 60 dB oder mehr, wenn θ = 87° bis 143° betrug. Darüber hinaus stellte sich heraus, dass die anteilige Bandbreite sich in einem Bereich zwischen 5,7% und 6,5% bewegte, und das Impedanzverhältnis zeigte sich als 65 dB oder mehr, wenn θ = 94° bis 135° betrug. Außerdem, wie in 15 gezeigt, stellte sich das Impedanzverhältnis als 50 dB oder mehr, wenn φ = -25° bis 25° betrug, bzw. als 70 dB oder mehr heraus, wenn φ = -10° bis 10° betrug.
16(a) und 16(b) zeigen eine Beziehung zwischen dem Metallisationsverhältnis der interdigitalen Wandlerelektrode 12 und der Phasengeschwindigkeit der Mode erster Ordnung sowie eine Beziehung zwischen dem Metallisationsverhältnis der interdigitalen Wandlerelektrode 12 und dem Impedanzverhältnis der Mode erster Ordnung für eine akustische Oberflächenwellenvorrichtung hoher Ordnung 10 mit einer Struktur wie in 2(a) gezeigt. Das piezoelektrische Substrat 11 ist ein (0°, 126,5°, 0°) LiTaO₃-Kristall. Die interdigitale Wandlerelektrode 12 ist als AI-Elektrode ausgebildet, mit einer Dicke von 0,36λ und eingebettet bis zu einer Tiefe von 0,36λ von der Oberfläche des piezoelektrischen Substrats 11 aus betrachtet. 16(a) und 16(b) zeigen eine Beziehung zwischen dem Metallisationsverhältnis und der Phasengeschwindigkeit bzw. eine Beziehung zwischen dem Metallisationsverhältnis und dem Impedanzverhältnis, wenn das Metallisationsverhältnis der AI-Elektrode zwischen 0,3 und 0,9 variiert.
Wie in 16(a) gezeigt, stellte sich heraus, dass die Phasengeschwindigkeit in einem Bereich zwischen etwa 10000 m/s und 11500 m/s lag, was sich zusammengefasst als Tendenz zu einer steigenden Phasengeschwindigkeit mit zunehmendem Metallisationsverhältnis ausdrücken lässt. Weiterhin stellte sich heraus, wie in 16(b) gezeigt, dass das Impedanzverhältnis 50 dB oder mehr betrug, wenn das Metallisationsverhältnis 0,4 oder mehr betrug, dass das Impedanzverhältnis 60 dB oder mehr betrug, wenn das Metallisationsverhältnis 0,45 oder mehr betrug, dass das Impedanzverhältnis 65 dB oder mehr betrug, wenn das Metallisationsverhältnis 0,52 oder mehr betrug, und dass das Impedanzverhältnis 70 dB oder mehr betrug, wenn das Metallisationsverhältnis 0,63 oder mehr betrug.
17 zeigt Impedanz-Frequenz-Abhängigkeiten für eine akustische Oberflächenwellenvorrichtung hoher Ordnung 10 mit einer Struktur wie in 2(a) gezeigt. Das piezoelektrische Substrat 11 ist ein (0°, 126,5°, 0°) LiTaO₃-Kristall. Die interdigitale Wandlerelektrode 12 ist als Al-Elektrode ausgebildet, mit einer Dicke von 0,2λ und eingebettet bis zu einer Tiefe von 0,2λ von der Oberfläche des piezoelektrischen Substrats 11 aus betrachtet. Die interdigitale Wandlerelektrode 12 weist ein Metallisationsverhältnis von 0,85 auf.
Wie in 17 gezeigt, stellte sich heraus, dass Moden hoher Ordnung der Mode nullter Ordnung, wie etwa eine Mode erster Ordnung, eine Mode zweiter Ordnung und eine Mode dritter Ordnung angeregt wurden. Wie in den 4(a) bis 4(d) sowie 8(a) bis 8(b) gezeigt, konnte nahezu keine Mode zweite Ordnung oder Mode dritter Ordnung nachgewiesen werden, wenn das Metallisationsverhältnis 0,5 betrug, und demgemäß kann man ein größeres Metallisationsverhältnis als Auslöser dafür betrachten, dass eine Mode zweite Ordnung und eine Mode dritter Ordnung angeregt werden.
18(a) und 18(b) zeigen eine Beziehung zwischen der Dicke der interdigitalen Wandlerelektrode 12 und den Phasengeschwindigkeiten der Moden nullter bis dritter Ordnung sowie eine Beziehung zwischen der Dicke der interdigitalen Wandlerelektrode 12 und den Impedanzverhältnissen der Moden nullter bis dritter Ordnung, wenn die Dicke der interdigitalen Wandlerelektrode 12 in derselben Struktur von 17 zwischen 0,05λ und 0,55λ variiert. Wie in 18(a) gezeigt, wenn beispielsweise die Dicke der interdigitalen Wandlerelektrode 12 0,3λ betrug, war die Phasengeschwindigkeit in der Mode erster Ordnung 2,7-fach, die Phasengeschwindigkeit in der Mode zweiter Ordnung 4,7-fach, und die Phasengeschwindigkeit in der Mode dritter Ordnung 6,9-fach gegenüber der Mode nullter Ordnung erhöht. Wie weiterhin in 18(b) gezeigt, war das Impedanzverhältnis unter diesen Bedingungen 57 dB in der Mode erster Ordnung, 40 dB in der Mode zweiter Ordnung und 45 dB in der Mode dritter Ordnung, wohingegen das Impedanzverhältnis in der Mode nullter Ordnung 47 dB betrug, so dass diese Moden hoher Ordnung ausreichend nutzbringend waren.
Tabelle 1 zeigt Dichten, longitudinale Schallgeschwindigkeiten und transversale Schallgeschwindigkeiten von Trägersubstraten für eine akustische Oberflächenwellenvorrichtung hoher Ordnung [Grabenelektrode/LiTaO₃- oder LiNbO₃-Kristallsubstrat/Trägersubstrat] wie in 2(d) gezeigt. Die longitudinale Schallgeschwindigkeit kann über die Quadratwurzel von (C₃₃/Dichte) angegeben werden, und die transversale Schallgeschwindigkeit kann über die Quadratwurzel von (C₄₄/Dichte) angegeben werden, wobei C_ij ein elastisches Modul ist. Diese werden in fünf Gruppen A, B, C, D und E einsortiert, gemäß den transversalen Schallgeschwindigkeiten.

Tabelle 1

	Trägersubstrat	Dichte (kg/m3)	Längsschallgeschwindigkeit (m/s)	Querschallgeschwindigkeit (m/s)
	LiNbO₃	4640	7228	3578
	LTaO₃	7454	6127	3604
A	TeO₂	5990	4203	2103
	Bleiglas L	4360	4127	2414
	ZnO	5665	6083	2733
	Bleiglas M	5000	6020	2900
B	Glas E	2470	5500	3100
	Glas D	2440	5565	3408
	Pyrex	2230	5710	3494
	Borsilikatglas	2365	5620	3520
	SiO₂-Film	2210	4675	3572
	Quarzglas	2210	5960	3757
	Siliziumoxid-Glas	2200	5976	3768
C	Quarz	2650	6360	4676
D	polykristallines Si	2331	8945	5341
D	monokristallines Si	2331	8431	5844
E	Saphir	3986	11178	6073
	Aluminiumoxid	3800	10476	6198
	SiC	3200	11963	7603

19 zeigt eine Abhängigkeit des Impedanzverhältnisses von einer Dicke eines LiTaO₃-Kristallsubstrats für eine akustische Oberflächenwellenvorrichtung hoher Ordnung [Cu-Elektrode mit Grabentiefe von 0,2λ (Metallisationsverhältnis von 0,5)/(0°, 126.5°, 0°) LiTaO₃-LiNbO₃-Kristallsubstrat/Trägersubstrat] wie in 2(d) gezeigt, wenn das Trägersubstrat aus c-Saphir, Si-Quarz, Pyrexglas oder Bleiglas ausgebildet ist. In dieser Figur stellen offene Symbole Eigenschaften ohne In-Band-Schwankungen und geschlossene Symbole Eigenschaften mit In-Band-Schwankungen dar. Wenn die Dicke des LiTaO₃-Kristalls 20 Wellenlängen oder mehr beträgt, fallen die Impedanzverhältnisse für alle Arten von Trägersubstraten mit einem Impedanzverhältnis von 62 dB zusammen, welches sich erhalten lässt, wenn nur das LiTaO₃-Kristallsubstrat verwendet wird, d.h. wenn es kein Trägersubstrat gibt; wenn allerdings die Dicke des LiTaO₃-Kristalls 20 Wellenlängen oder weniger beträgt, sind die Impedanzverhältnisse größer als dieser Betrag.
In Gruppe A, die den transversalen Schallgeschwindigkeiten zwischen 2000 und 3000 m/s in Tabelle 1 entspricht, die viel kleiner sind als die transversale Schallgeschwindigkeit von 3604 m/s für den ebenfalls in Tabelle 1 angegebenen LiTaO₃-Kristall, kann das Bleiglas mit einer Geschwindigkeit von 2414 m/s ein Impedanzverhältnis von 62 dB ohne In-Band-Schwankungen erzielen, wenn die Dicke des LiTaO₃-Kristalls 0,2λ oder mehr und weniger als 20λ beträgt. In Gruppe E, die den transversalen Schallgeschwindigkeiten zwischen 6001 und 8000 m/s in Tabelle 1 entspricht, die viel größer sind als die transversale Schallgeschwindigkeit für LiTaO₃-Kristall, kann Saphir mit einer Geschwindigkeit von 6073 m/s ein Impedanzverhältnis von 62 dB ohne In-Band-Schwankungen erzielen, wenn die Dicke des LiTaO₃-Kristalls 0,2λ oder mehr und weniger als 20λ beträgt, und ein Impedanzverhältnis von 63 dB ohne In-Band-Schwankungen erzielen, wenn die Dicke des LiTaO₃-Kristalls 0,2λ oder mehr und weniger als 10A beträgt.
Nichtsdestoweniger können Pyrexglas in Gruppe B, die transversalen Schallgeschwindigkeiten zwischen 3000 und 4220 m/s entspricht, Quarz in Gruppe C, die transversalen Schallgeschwindigkeiten zwischen 4220 und 5000 m/s entspricht, und das Si-Substrat in Gruppe D, die transversalen Schallgeschwindigkeiten zwischen 5000 und 6000 m/s entspricht, In-Band-Schwankungen unterliegen, wenn die Dicke des LiTaO₃-Kristalls 2λ oder mehr und weniger als 20λ beträgt, ein Impedanzverhältnis von 62 dB oder mehr erzielen, wenn die Dicke des LiTaO₃-Kristalls 2λ oder mehr und weniger als 20λ beträgt, und ein Impedanzverhältnis von 64,5 dB oder mehr erzielen, wenn die Dicke des LiTaO₃-Kristalls zwischen 2λ und 10λ beträgt.
20 zeigt eine Abhängigkeit des Impedanzverhältnisses von einer Dicke eines LiTaO₃-Kristallsubstrats für eine akustische Oberflächenwellenvorrichtung hoher Ordnung [Cu-Elektrode mit Grabentiefe von 0,23λ (Metallisationsverhältnis von 0,5)/(0°, 112°, 0°) LiNbO₃-LiNbO₃-Kristallsubstrat/Trägersubstrat] wie in 2(d) gezeigt, wenn das Trägersubstrat aus c-Saphir, Si-Quarz, Pyrexglas oder Bleiglas ausgebildet ist. In dieser Figur stellen offene Symbole Eigenschaften ohne In-Band-Schwankungen und geschlossene Symbole Eigenschaften mit In-Band-Schwankungen dar. Wenn die Dicke des LiNbO₃-Kristalls 20 Wellenlängen oder mehr beträgt, fallen die Impedanzverhältnisse für alle Arten von Trägersubstraten mit einem Impedanzverhältnis von 68 dB zusammen, welches sich erhalten lässt, wenn nur das LiNbO₃-Kristallsubstrat verwendet wird, d.h. wenn es kein Trägersubstrat gibt; wenn allerdings die Dicke des LiNbO₃-Kristalls 20 Wellenlängen oder weniger beträgt, sind die Impedanzverhältnisse größer als dieser Betrag.
Das Bleiglas mit einer Geschwindigkeit von 2414 m/s in der in Tabelle 1 angegebenen Gruppe A, welche einer viel kleineren transversalen Schallgeschwindigkeit entsprechen als die transversale Schallgeschwindigkeit von 3604 m/s für den ebenfalls in Tabelle 1 angegebenen LiTaO₃-Kristall, kann ein Impedanzverhältnis von 68 und 80 dB oder mehr ohne In-Band-Schwankungen erzielen, wenn die Dicke des LiTaO₃-Kristalls 0,2λ oder mehr und weniger als 20λ beträgt, und kann ein Impedanzverhältnis von 71,5 dB oder mehr ohne In-Band-Schwankungen erzielen, wenn die Dicke des LiTaO₃-Kristalls 10λ oder weniger beträgt. Gleichermaßen kann Saphir mit der mit einer transversalen Schallgeschwindigkeit von 6073 m/s in Gruppe D der Tabelle 1, welche viel größer ist als die transversale Schallgeschwindigkeit für LiTaO₃-Kristall, ein Impedanzverhältnis zwischen 68 und 71 dB ohne In-Band-Schwankungen erzielen, wenn die Dicke des LiTaO₃-Kristalls 0,2λ oder mehr und weniger als 20λ beträgt, und kann ein Impedanzverhältnis von 70 dB oder mehr ohne In-Band-Schwankungen erzielen, wenn die Dicke des LiTaO₃-Kristalls 10λ oder weniger beträgt.
Nichtsdestoweniger können Pyrexglas, Quarz und Si-Trägersubstrat in Gruppen B, C bzw. D, die transversalen Schallgeschwindigkeiten zwischen 3000 und 6000 m/s entsprechen, welche ähnlichen transversalen Schallgeschwindigkeiten wie der von LiTaO₃ wie in Tabelle 1 angegeben entsprechen, In-Band-Schwankungen unterliegen, wenn die Dicke des LiTaO₃-Kristalls 0,2λ oder mehr und weniger als 20λ beträgt, ein Impedanzverhältnis zwischen 68 und 77 dB erzielen, wenn die Dicke des LiTaO₃-Kristalls zwischen 2λ und 20λ beträgt, und ein Impedanzverhältnis von 71,5 dB bis 77 dB erzielen, wenn die Dicke des LiTaO₃-Kristalls zwischen 2λ und weniger als 10λ beträgt.
Es sollte berücksichtigt werden, dass wenn ein Film, z.B. ein SiO₂-Film, ein SiO-Film oder ein SiO-Verbundfilm wie etwa ein SiOF-Film, zwischen den piezoelektrischen LiTaO₃- oder LiNbO₃-Kristallsubstraten eingesetzt wird, eine mittlere transversale Schallgeschwindigkeit des Films und des darunterliegenden Trägersubstrats betrachtet werden sollte. Sogar wenn ein SiO₂-Film, ein SiO-Verbundfilm oder ein akustischer Mehrlagenfilm zwischen das piezoelektrische Substrat und das Trägersubstrat eingebracht wird, kann die optimale Filmdicke des piezoelektrischen Substrats bestimmt werden, bei der eine der Gruppen A, B und C einem offenbaren Mittelwert der Schallgeschwindigkeiten dieser Filme innerhalb von zwei Wellenlängen entspricht. In diesem Fall werden das Material der ersten Schicht in Kontakt mit dem piezoelektrischen Substrat zu 70% und all die anderen nachfolgenden Schichten mit 30% gewichtet. Falls beispielsweise die erste Schicht ein SiO₂-Film (mit einer transversalen Schallgeschwindigkeit von 3572 m/s) und einer Dicke von 0,5 Wellenlängen ist und das Trägersubstrat eine Dicke von 1,5 Wellenlängen aufweist, wird der Mittelwert zu (3572 × 0.5 × 0.7 + 6073 × 1.5 × 0.3) = 3982 m/s berechnet, und ein LiTaO₃- oder LiNbO₃-Kristallsubstrat kann als Substrat mit einer optimalen Dicke in Gruppe E verwendet werden.
Tabelle 2 zeigt lineare Ausdehnungskoeffizienten von LiTaO₃- und LiNbO₃-Kristallen neben linearen Ausdehnungskoeffizienten üblicher Substrate, die kleiner als die von LiTaO₃- und LiNbO₃-Kristallen sind. Tabelle 2 zeigt einen linearen Ausdehnungskoeffizienten jeder Art von Trägersubstrat, welche in einer Struktur einer akustischen Oberflächenwellenvorrichtung hoher Ordnung [Grabenelektrode/piezoelektrisches Substrat/Trägersubstrat] eingesetzt werden.

Tabelle 2

Substrat	Linearer Ausdehnungskoeffizient (10^-6)
Synthetischer Quarz	0,47
Siliziumoxid-Glas	0,47
Quarzglas	0,55
Kohlenstoff (C)	3,20
Pyrex	3,25
SiC	3,30
Si	3,35
Kohlenstoff-(C)-verbindung	4,20
SiC-Verbindung	4,2 - 4,5
SiO₂-Film	4,50
SiO-Verbindung (Film)	4,50
Borcarbid B₄C₅	4,50
Saphir	7,10
Borsilikat-Glas	7,20
Aluminiumoxid	8,00
Yttrium (Y₂O₃)	8,20
Spinell (MgAl₂O₄)	8,40
Quarz 90°X Ausbreitunq	10,35
Quarz X Ausbreitung	13,71
LiNbO₃-Kristall X Ausbreitung	15,40
LiTaO₃-Kristall X Ausbreitunq	16.10

21 zeigt, wie Temperaturkoeffizienten der Frequenz für in 2(d) gezeigte akustische Oberflächenwellenvorrichtungen hoher Ordnung [AI Elektrode mit einer Grabentiefe von 0,3λ (Metallisationsverhältnis von 0,5) / (0°, 126,5°, 0°) LiTaO₃-Kristallsubstrat/Trägersubstrat] und [AI Elektrode mit einer Grabentiefe von 0,3λ (Metallisationsverhältnis von 0,5) / (0°, 116°, 0°) LiTaO₃-Kristallsubstrat/Trägersubstrat] von den Dicken der LiTaO₃- und LiNbO₃-Kristallsubstrate je nach linearem Ausdehnungskoeffizienten der jeweiligen LiTaO₃-Kristallsubstrate / Trägersubstrate und LiNbO₃-Kristallsubstrate / Trägersubstrate abhängen. Die vertikale Achse stellt einen Temperaturkoeffizienten (TCF) dar, welcher als Frequenzänderungsrate pro Temperatur in Celsius (°C) angegeben ist, wenn LiTaO₃- und LiNbO₃-Kristallsubstrat/Trägersubstrat genutzt wird, d.h. (maximaler Betrag der Frequenzänderung, wenn sich die Temperatur von -20°C auf 80°C ändert)/(maximaler Betrag der Temperaturänderung, wenn sich die Temperatur von 100°C auf 20°C ändert (hier 80°C)). Die vertikale Achse auf der linken Seite stellt einen Temperaturkoeffizienten der Frequenz dar, wenn ein LiTaO₃-Kristallsubstrat genutzt wird, und die vertikale Achse auf der rechten Seite stellt einen Temperaturkoeffizienten der Frequenz dar, wenn ein LiNbO₃-Kristallsubstrat genutzt wird. Die horizontale Achse stellt ein Verhältnis zwischen dem Trägersubstrat und dem piezoelektrischen Substrat dar, d.h. (Dicke des Trägersubstrats)/(Dicke des LiTaO₃- oder LiNbO₃-Kristallsubstrats).
Die Temperaturkoeffizienten der Frequenz für eine Struktur, in der eine AI-Grabenelektrode nur auf dem Trägersubstrat bereitgestellt wird, betragen -45 ppm/°C für den LiTaO₃-Kristall und -100 ppm/°C für den LiNbO₃-Kristall, während die Nutzung eines Trägersubstrats mit einem linearen Ausdehnungskoeffizienten von 0,5 × 10^-6/°C bei einem Dickenverhältnis zwischen piezoelektrischem Substrat und Trägersubstrat 2,5 oder mehr den Temperaturkoeffizienten der Frequenz für den LiTaO₃-Kristall und den LiNbO₃-Kristall auf mehr als -25 ppm/°C bzw. -35 ppm/°C verbessern kann. Die Nutzung eines Trägersubstrats mit einem linearen Ausdehnungskoeffizienten von 3,35 × 10^-6/°C bei einem Dickenverhältnis zwischen piezoelektrischem Substrat und Trägersubstrat 4 oder mehr, die Nutzung eines Trägersubstrats mit einem linearen Ausdehnungskoeffizienten von 8,4 × 10^-6/°C bei einem Dickenverhältnis zwischen piezoelektrischem Substrat und Trägersubstrat 6,7 oder mehr und die Nutzung eines Trägersubstrats mit einem linearen Ausdehnungskoeffizienten von 10,4 × 10^-6/°C bei einem Dickenverhältnis zwischen piezoelektrischem Substrat und Trägersubstrat 8 oder mehr kann die Temperaturkoeffizienten der Frequenz für den LiTaO₃-Kristall und den LiNbO₃-Kristall auf mehr als -25 ppm/°C bzw. -35 ppm/°C verbessern kann. Das Verhältnis zwischen dem linearen Ausdehnungskoeffizienten α und dem Dickenverhältnis TR zwischen piezoelektrischem Substrat und Trägersubstrat kann in Gleichung (2) unten ausgedrückt werden. $TR = α \times 0.55 \times 10^{6} + 2.18$
Dementsprechend können ein piezoelektrisches Substrat und ein Trägersubstrat, die das Dickenverhältnis zwischen piezoelektrischem Substrat und Trägersubstrat aus Gleichung (2) übertreffen, verwendet werden. Sogar wenn ein SiO₂-Film, ein SiO-Verbundfilm oder ein akustischer Mehrlagenfilm zwischen das piezoelektrische Substrat und das Trägersubstrat eingebracht wird, kann TR aus einem dickenbasierten Mittelwert der jeweiligen linearen Ausdehnungskoeffizienten und einer Gesamtdicke bestimmt werden. Ein Trägersubstrat mit einem linearen Ausdehnungskoeffizienten von 10,4 × 10^-6/°C oder weniger, d.h. einem linearen Ausdehnungskoeffizienten, welcher kleiner als der eines LiTaO₃- oder LiNbO₃-Kristallsubstrats wir in Tabelle 2 gezeigt ist, kann bevorzugt verwendet werden, und ein linearer Ausdehnungskoeffizient, welcher kleiner als dieser Betrag ist, ist noch bevorzugter für das Trägersubstrat.
Bezugszeichenliste

10: akustische Oberflächenwellenvorrichtung hoher Ordnung
11: Piezoelektrisches Substrat
12: Interdigitale Wandlerelektrode (IDT)
13: Film
14: Trägersubstrat
15: Mehrlagiger Film

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2014/054580 A1 [0006]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

T. Kimura, M. Kadota, und Y. IDA, „High Q SAW resonator using upper-electrodes on Grooved-electrode in LiTaO₃“, Proc. IEEE Microwave Symp. (IMS), S.1740, 2010 [0006]
Keiichi Umeda et al., „PIEZOELECTRIC PROPERTIES OF ScAIN THIN FILMS FOR PIRZO-MEMS DEVICES“, MEMS 2013, Taipei, Taiwan Januar 20-24, 2013 [0006]

Claims

Eine Oberflächenwellenvorrichtung hoher Ordnung umfassend: ein piezoelektrisches Substrat, welches einen LiTaO₃- oder LiNbO₃-Kristall aufweist; und eine interdigitale Wandlerelektrode, welche in eine Oberfläche des piezoelektrischen Substrats eingebettet ist, bei der eine Oberflächenwelle hoher Ordnung verwendet wird.
Die Oberflächenwellenvorrichtung hoher Ordnung gemäß Anspruch 1, wobei die interdigitale Wandlerelektrode so ausgebildet ist, dass die mit der Oberfläche des piezoelektrischen Substrats nicht koplanar ist.
Die Oberflächenwellenvorrichtung hoher Ordnung gemäß Anspruch 2, weiterhin umfassend einen Film oder ein Substrat in Kontakt mit dem piezoelektrischen Substrat.
Die Oberflächenwellenvorrichtung hoher Ordnung gemäß Anspruch 1 oder 2, weiterhin umfassend ein Trägersubstrat und/oder einen mehrlagigen Film, welches bzw. welcher auf einer Oberfläche des piezoelektrischen Substrats gegenüber der Oberfläche, auf der interdigitale Wandlerelektrode aufgebracht ist, aufgebracht ist.
Die Oberflächenwellenvorrichtung hoher Ordnung gemäß Anspruch 4, wobei das Trägersubstrat ein anderes Material als Metall aufweist.
Die Oberflächenwellenvorrichtung hoher Ordnung gemäß Anspruch 4, wobei das Trägersubstrat zumindest ein Material aus der Gruppe von Silizium, Quarz, Saphir, Glas, Siliziumdioxid, Germanium und Aluminiumoxid aufweist.
Die Oberflächenwellenvorrichtung hoher Ordnung gemäß einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei der mehrlagige Film einen akustischen mehrlagigen Film aufweist, in dem eine Vielzahl von Lagen unterschiedlicher akustischer Impedanzen gestapelt ist.
Die Oberflächenwellenvorrichtung hoher Ordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die interdigitale Wandlerelektrode ein Metallisationsverhältnis von 0,45 oder mehr aufweist.
Die Oberflächenwellenvorrichtung hoher Ordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die interdigitale Wandlerelektrode ein Metallisationsverhältnis von 0,63 oder mehr aufweist.
Die Oberflächenwellenvorrichtung hoher Ordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das piezoelektrische Substrat einen LiTaO₃-Kristall aufweist, und die interdigitale Wandlerelektrode zumindest eines der Gruppe aus Titanlegierungen, Aluminiumlegierungen und Magnesiumlegierungen aufweist und in die Oberfläche des piezoelektrischen Substrats bis zu einer Tiefe eingebettet ist, die dem Verhältnis der Wellenlänge der akustischen Oberflächenwelle und dem Metallisationsverhältnis in einem Bereich zwischen 0,075 und 0,3 Wellenlängen entspricht.
Die Oberflächenwellenvorrichtung hoher Ordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das piezoelektrische Substrat einen LiTaO₃-Kristall aufweist, und die interdigitale Wandlerelektrode zumindest eines der Gruppe aus Ag, Mo, Cu, Ni, Pt, Au, W, Ta und Hf aufweist und in die Oberfläche des piezoelektrischen Substrats bis zu einer Tiefe eingebettet ist, die dem Verhältnis der Wellenlänge der akustischen Oberflächenwelle und dem Metallisationsverhältnis in einem Bereich zwischen 0,08 und 0,3 Wellenlängen entspricht.
Die Oberflächenwellenvorrichtung hoher Ordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das piezoelektrische Substrat einen LiTaO₃-Kristall aufweist, und die interdigitale Wandlerelektrode zumindest eines der Gruppe aus Titanlegierungen, Aluminiumlegierungen und Magnesiumlegierungen aufweist und in die Oberfläche des piezoelektrischen Substrats bis zu einer Tiefe eingebettet ist, die dem Verhältnis der Wellenlänge der akustischen Oberflächenwelle und dem Metallisationsverhältnis in einem Bereich zwischen 0,115 und 0,3 Wellenlängen entspricht.
Die Oberflächenwellenvorrichtung hoher Ordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das piezoelektrische Substrat einen LiTaO₃-Kristall aufweist, und die interdigitale Wandlerelektrode zumindest eines der Gruppe aus Ag, Mo, Cu und Ni aufweist und in die Oberfläche des piezoelektrischen Substrats bis zu einer Tiefe eingebettet ist, die dem Verhältnis der Wellenlänge der akustischen Oberflächenwelle und dem Metallisationsverhältnis in einem Bereich zwischen 0,09 und 0,3 Wellenlängen entspricht.
Die Oberflächenwellenvorrichtung hoher Ordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das piezoelektrische Substrat einen LiTaO₃-Kristall aufweist, und die interdigitale Wandlerelektrode zumindest eines der Gruppe aus Ag, Mo, Cu, Ni, Pt, Au, W, Ta und Hf aufweist und in die Oberfläche des piezoelektrischen Substrats bis zu einer Tiefe eingebettet ist, die dem Verhältnis der Wellenlänge der akustischen Oberflächenwelle und dem Metallisationsverhältnis in einem Bereich zwischen 0,125 und 0,3 Wellenlängen entspricht.
Die Oberflächenwellenvorrichtung hoher Ordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das piezoelektrische Substrat einen LiNbO₃-Kristall aufweist, und die interdigitale Wandlerelektrode zumindest eines der Gruppe aus Titanlegierungen, Aluminiumlegierungen und Magnesiumlegierungen aufweist und in die Oberfläche des piezoelektrischen Substrats bis zu einer Tiefe eingebettet ist, die dem Verhältnis der Wellenlänge der akustischen Oberflächenwelle und dem Metallisationsverhältnis in einem Bereich zwischen 0,07 und 0,3 Wellenlängen entspricht.
Die Oberflächenwellenvorrichtung hoher Ordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das piezoelektrische Substrat einen LiNbO₃-Kristall aufweist, und die interdigitale Wandlerelektrode zumindest eines der Gruppe aus Ag, Mo, Cu und Ni aufweist und in die Oberfläche des piezoelektrischen Substrats bis zu einer Tiefe eingebettet ist, die dem Verhältnis der Wellenlänge der akustischen Oberflächenwelle und dem Metallisationsverhältnis in einem Bereich zwischen 0,065 und 0,3 Wellenlängen entspricht.
Die Oberflächenwellenvorrichtung hoher Ordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das piezoelektrische Substrat einen LiNbO₃-Kristall aufweist, und die interdigitale Wandlerelektrode zumindest eines der Gruppe aus Pt, Au, W, Ta und Hf aufweist und in die Oberfläche des piezoelektrischen Substrats bis zu einer Tiefe eingebettet ist, die dem Verhältnis der Wellenlänge der akustischen Oberflächenwelle und dem Metallisationsverhältnis in einem Bereich zwischen 0,075 und 0,3 Wellenlängen entspricht.
Die Oberflächenwellenvorrichtung hoher Ordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das piezoelektrische Substrat einen LiNbO₃-Kristall aufweist, und die interdigitale Wandlerelektrode zumindest eines der Gruppe aus Titanlegierungen, Aluminiumlegierungen und Magnesiumlegierungen aufweist und in die Oberfläche des piezoelektrischen Substrats bis zu einer Tiefe eingebettet ist, die dem Verhältnis der Wellenlänge der akustischen Oberflächenwelle und dem Metallisationsverhältnis in einem Bereich zwischen 0,105 und 0,3 Wellenlängen entspricht.
Die Oberflächenwellenvorrichtung hoher Ordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das piezoelektrische Substrat einen LiNbO₃-Kristall aufweist, und die interdigitale Wandlerelektrode zumindest eines der Gruppe aus Ag, Mo, Cu und Ni aufweist und in die Oberfläche des piezoelektrischen Substrats bis zu einer Tiefe eingebettet ist, die dem Verhältnis der Wellenlänge der akustischen Oberflächenwelle und dem Metallisationsverhältnis in einem Bereich zwischen 0,09 und 0,3 Wellenlängen entspricht.
Die Oberflächenwellenvorrichtung hoher Ordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das piezoelektrische Substrat einen LiNbO₃-Kristall aufweist, und die interdigitale Wandlerelektrode zumindest eines der Gruppe aus Pt, Au, W, Ta und Hf aufweist und in die Oberfläche des piezoelektrischen Substrats bis zu einer Tiefe eingebettet ist, die dem Verhältnis der Wellenlänge der akustischen Oberflächenwelle und dem Metallisationsverhältnis in einem Bereich zwischen 0,115 und 0,3 Wellenlängen entspricht.
Die Oberflächenwellenvorrichtung hoher Ordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei das piezoelektrische Substrat einen LiTaO₃-Kristall aufweist, und die Eulerwinkel in einem Bereich von (0° +/- 20°, 112° bis 140°, 0° +/-5°) oder dazu kristallographisch äquivalenten Eulerwinkeln liegen.
Die Oberflächenwellenvorrichtung hoher Ordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei das piezoelektrische Substrat einen LiTaO₃-Kristall aufweist, und die Eulerwinkel in einem Bereich von (0° +/- 10°, 120° bis 132°, 0° +/-5°) oder dazu kristallographisch äquivalenten Eulerwinkeln liegen.
Die Oberflächenwellenvorrichtung hoher Ordnung gemäß einem der Ansprüche 15 bis 20, wobei das piezoelektrische Substrat einen LiNbO₃-Kristall aufweist, und die Eulerwinkel in einem Bereich von (0° +/- 20°, 78° bis 153°, 0° +/- 5°) oder dazu kristallographisch äquivalenten Eulerwinkeln liegen.
Die Oberflächenwellenvorrichtung hoher Ordnung gemäß einem der Ansprüche 15 bis 20, wobei das piezoelektrische Substrat einen LiNbO₃-Kristall aufweist, und die Eulerwinkel in einem Bereich von (0° +/- 20°, 87° bis 143°, 0° +/- 5°) oder dazu kristallographisch äquivalenten Eulerwinkeln liegen.
Die Oberflächenwellenvorrichtung hoher Ordnung gemäß Anspruch 1 oder 2, umfassend ein Trägersubstrat, einen Film und/oder einen mehrlagigen Film auf einer Oberfläche, die derjenigen Oberfläche des piezoelektrischen Substrats, auf der die interdigitale Wandlerelektrode aufgebracht ist, gegenüberliegt, von denen das Trägersubstrat eine transversale Schallgeschwindigkeit oder äquivalente transversale Schallgeschwindigkeit in einem Bereich zwischen 2000 bis 3000 m/s oder von 6000 bis 8000 m/s erlaubt, wobei das piezoelektrische Substrat eine Dicke in einem Bereich von 0,2 bis 20 Wellenlängen aufweist.
Die Oberflächenwellenvorrichtung hoher Ordnung gemäß Anspruch 1 oder 2, umfassend ein Trägersubstrat, einen Film und/oder einen mehrlagigen Film auf einer Oberfläche, die derjenigen Oberfläche des piezoelektrischen Substrats, auf der die interdigitale Wandlerelektrode aufgebracht ist, gegenüberliegt, von denen das Trägersubstrat eine transversale Schallgeschwindigkeit oder äquivalente transversale Schallgeschwindigkeit in einem Bereich zwischen 3000 m/s und 6000 m/s erlaubt, wobei das piezoelektrische Substrat eine Dicke in einem Bereich von 2 bis 20 Wellenlängen aufweist.
Die Oberflächenwellenvorrichtung hoher Ordnung gemäß Anspruch 1 oder 2, umfassend ein Trägersubstrat, einen Film und/oder einen mehrlagigen Film auf einer Oberfläche, die derjenigen Oberfläche des piezoelektrischen Substrats, auf der die interdigitale Wandlerelektrode aufgebracht ist, gegenüberliegt, von denen das Trägersubstrat einen linearen Ausdehnungskoeffizienten von 10.4 × 10^-6/°C, und ein Dickenverhältnis der Dicke des Trägersubstrats zur Dicke des piezoelektrischen Substrats mit einem Betrag von TR oder mehr aufweist, wobei TR über Gleichung (1) definiert ist, $TR = α \times 0.55 \times 10^{6} + 2.18$
und wobei α der lineare Ausdehnungskoeffizient ist.