JP2003218664A - 弾性表面波装置 - Google Patents
弾性表面波装置Info
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Abstract
周波数温度特性が改善されているだけでなく、SiO2
膜表面におけるクラックが生じ難く、所望とする特性を
確実に得ることができ、電気機械結合係数が大きく、減
衰定数α小さい弾性表面波装置を提供する。 【解決手段】 20°〜60°回転Y板のLiTaO3
基板上に、Agを主体とする少なくとも1つのIDTが
形成されており、該IDTを覆うように、LiTaO3
基板上にSiO2膜が形成されている、弾性表面波装
置。
Description
ルタなどに用いられる弾性表面波装置に関し、より詳細
には、回転Y板X伝搬LiTaO3基板を用いた弾性表
面波装置及びその製造方法に関する。
RF段の帯域フィルタやデュプレクサとして、弾性表面
波フィルタが用いられている。この種の弾性表面波フィ
ルタとして、30°〜50°回転Y板X伝搬のLiTa
O3基板上に、AlからなるIDT(インターデジタル
トランスデューサー)が形成されており、漏洩弾性波を
利用した弾性表面波フィルタが実用化されている。
は、周波数温度特性が−30〜−40ppm/℃と悪
く、その改善が求められていた。そこで、周波数温度特
性を改善するために、30°〜50°回転Y板X伝搬L
iTaO3基板上にAlからなるIDTを形成した後
に、さらにSiO2膜を積層した構造が提案されてい
る。SiO2膜を形成することにより、周波数温度特性
が改善される。
るIDTを形成する場合、反射係数や電気機械結合係数
K2を大きくするために、IDTの電極膜厚H/λ(H
は膜厚、λは表面波の波長)は、0.08〜0.10と
かなり厚くされる。このように、AlからなるIDTが
かなり厚くされているため、図16(a)に示されてい
る部分において、周波数温度特性を改善するためにSi
O2膜がその上に形成されると、図16(b)に示すよ
うに、SiO2膜において大きな段差が生じ、SiO2膜
にクラックが生じることがあった。そのため、クラック
の発生により、弾性表面波フィルタのフィルタ特性が悪
化しがちであった。
厚いため、SiO2膜の形成によるIDTの電極表面の
凹凸を被覆する効果が十分でなく、それによって、温度
特性が十分に改善されないことがあった。
が大きくなりフィルタ特性の劣化が生じた。本発明の目
的は、上述した従来技術の現状に鑑み、回転Y板X伝搬
のLiTaO3基板を用いた弾性表面波装置において、
SiO2膜の形成により周波数温度特性を改善し得るだ
けでなく、IDTの電極膜厚を低減することができ、S
iO2膜におけるクラックを防止することができると共
に減衰定数も大幅に低減でき、従って目的とするフィル
タ特性などの電気的特性を得ることができ、かつIDT
における電気機械結合係数及び反射係数が十分な大きさ
とされる、弾性表面波装置及びその製造方法を提供する
ことにある。
ば、オイラー角(0±3°,110°〜150°,0±
3°)のLiTaO3基板と、前記LiTaO3基板上に
形成されており、Agを主体とする少なくとも1つのI
DTと、前記IDTを覆うように前記LiTaO3基板
上に形成されたSiO2膜とを備えることを特徴とす
る、弾性表面波装置が提供される。
するため、また、SiO2膜の形成により、電気機械結
合係数が大きくなり、かつ周波数温度特性特性が改善さ
れる。さらに、上記特定のオイラー角のLiTaO3基
板が用いられるため、減衰定数αが低減される。
表面波の波長で規格化された膜厚H/λが0.01〜
0.08の範囲にあり、SiO2膜の表面波の波長で規
格化された膜厚H/λが0.15〜0.40の範囲とさ
れ、その場合には、本発明に従って、電気機械結合係数
及び反射係数が大きく、良好な周波数温度特性を有し、
減衰定数が十分に小さく、SiO2膜のクラックが生じ
難い、弾性表面波装置を確実に提供することができる。
の膜厚H/λが0.12以下であり、SiO2の規格化
膜厚及び前記LiTaO3基板のオイラー角が、下記の
(a)〜(f)で表される組み合わせのいずれかとされ
る。
くは、表面波として漏洩弾性表面波が用いられ、本発明
に従って、周波数温度特性に優れ、電気機械結合係数及
び反射係数の大きなIDTを有する、伝搬損失の小さ
い、弾性表面波装置を提供することができる。
の具体的な実施例を説明することにより、本発明を明ら
かにする。
波装置としての縦結合共振子フィルタを説明するための
平面図である。弾性表面波装置11は、LiTaO3基
板12の上面に、IDT13a,13b及び反射器14
a,14bを形成した構造を有する。また、IDT13
a,13b及び反射器14a,14bを覆うようにSi
O2膜15が形成されている。なお、LiTaO3基板1
2としては、20°〜60°回転Y板LiTaO3基板
が用いられる。この範囲外のカット角の回転Y板X伝搬
LiTaO3基板では、減衰定数が大きく、TCFも悪
化する。
14bは、Alに比べて密度の高いAgからなる。上記
のように、Alに比べて密度の高いAgによりIDT1
3a,13b及び反射器14a,14bが構成されてい
るため、IDT13a,13b及び反射器14a,14
bの膜厚をAlを用いた場合に比べて薄くした場合であ
っても、電気機械結合係数及び反射係数を高めることが
できる。
ことができるので、IDT13a,13b上に形成され
たSiO2膜15における前述した段差に基づくクラッ
クの発生を確実に抑制することができる。SiO2膜1
5の厚みについては、後述の実験例から明らかなよう
に、表面波の波長で規格化された膜厚H/λが0.15
〜0.40の範囲であることが好ましい。この範囲にす
ることで、SiO2膜が形成されていない場合よりも減
衰定数を大幅に小さくすることができ、低損失化が可能
となる。
表面波の波長で規格化された膜厚H/λは0.01〜
0.08が好ましい。本発明の係る弾性表面波装置で
は、上記のように、LiTaO3基板12上にAgによ
りIDT13a,13bが構成されており、該IDT1
3a,13bの電極膜厚を薄くすることができる。従っ
て、SiO2膜における段差の発生を抑制することがで
き、クラックを確実に防止することができる。さらに上
記特定のオイラー角のLiTaO3基板を用いるため減
衰定数を大幅に小さくすることができ、低ロス化が可能
となる。また、SiO2膜15の形成により、良好な周
波数温度特性が実現される。これを、具体的な実験例に
基づき説明する。
イリー波の他に漏洩弾性表面波(LSAW)がある。漏
洩弾性表面波は、レイリー波に比べて音速が早く、電気
機械結合係数が大きいが、エネルギーを基板内に放射し
つつ伝搬する。従って、漏洩弾性表面波は、伝搬ロスの
原因となる減衰定数を有する。
におけるオイラー角(0°,θ,0°)のθと、基板表
面が電気的に短絡された場合の減衰定数αとの関係を示
す。なお、回転角=θ−90°の関係がある。
θが124°〜126°の範囲では、減衰定数αは小さ
いが、この範囲外では減衰定数αは大きくなることがわ
かる。また、比較的膜厚が厚いAlからなるIDTを用
いた場合、θ=129°〜136°では減衰定数が小さ
くなることが知られている。従って、従来は、Alから
なるIDTを用いる場合、LiTaO3基板として、オ
イラー角のθが129°〜136°の範囲のものが用い
られてた。
数K2との関係を示す。図3から明らかなように、オイ
ラー角のθが100°〜120°の範囲で、大きな電気
機械結合係数K2が得られる。しかしながら、図2から
明らかなように、θ=100°〜120°の範囲では減
衰定数αが大きく、θ=100°〜120°のLiTa
O3基板は弾性表面波装置に使用することはできない。
3基板(オイラー角で(0°,126°,0°))上
に、AgからなるIDTを形成した場合のAg膜の規格
化膜厚H/λと、電気機械結合係数K2との関係を示
す。なお、λは、弾性表面波装置の中心周波数における
波長を示すものとする。
/λが0.01〜0.08の範囲において、電気機械結
合係数K2が、Ag膜が形成されていない場合(H/λ
=0)に比べて1.5倍以上となることがわかる。ま
た、Ag膜の膜厚がH/λ=0.02〜0.06の範囲
では、Ag膜が形成されていない場合に比べて、電気機
械結合係数K2は1.7倍以上の値となり、Ag膜の膜
厚H/λが0.03〜0.05の範囲では、Ag膜が形
成されていない場合の1.8倍以上の値となることがわ
かる。
えると、Ag膜からなるIDTの作製が困難となる。従
って、大きな電気機械結合係数を得ることができ、かつ
IDTの作製が容易であるため、Ag膜からなるIDT
の厚みは、0.01〜0.08の範囲であることが望ま
しく、より好ましくは0.02〜0.06、さらに好ま
しくは0.03〜0.05の範囲とされる。
成膜した場合の周波数温度係数TCFの変化を図5に示
す。図5は、オイラー角(0°,113°,0°)、
(0°,126°,0°)及び(0°,129°,0
°)の3種類のLiTaO3基板上にSiO2膜が形成さ
れている場合のSiO2膜の規格化膜厚H/λとTCF
との関係を示す。なお、ここでは電極は形成されていな
い。
126°及び129°のいずれの場合においても、Si
O2膜の規格化膜厚H/λが0.15〜0.45の範囲
において、TCFが−20〜+17ppm/℃の範囲と
なることがわかる。もっとも、SiO2膜の成膜には時
間を要するため、SiO2膜の膜厚H/λは0.15〜
0.40が望ましい。
ことにより、レイリー波などのTCFが改善されること
は知られていたが、LiTaO3基板上に、Agからな
る電極を形成し、さらにSiO2膜を積層した構造にお
いて、実際に、Agからなる電極の膜厚、SiO2の膜
厚、カット角、及び漏洩弾性波の減衰定数を考慮して実
験された報告はない。
°)のLiTaO3基板上に規格化膜厚H/λが0.1
0以下のAgからなる電極と、規格化膜厚H/λが0〜
0.5のSiO2膜を形成した場合における減衰定数α
の変化を示す。図6から明らかなように、SiO2膜の
膜厚H/λが0.2〜0.40、Ag膜の膜厚H/λが
0.01〜0.10である場合に減衰定数αが小さくな
っていることがわかる。
のオイラー角のLiTaO3基板上には、規格化膜厚H
/λが0〜0.10のAg膜を形成し、さらに、規格化
膜厚H/λが0〜0.5のSiO2膜を形成した場合の
減衰定数αの変化を示す。
LiTaO3基板を用いた場合には、Ag膜の膜厚が
0.06以下においてSiO2膜の膜厚を上記のように
変化させたとしても、減衰定数αは大きいことがわか
る。
結合係数及び小さな減衰定数を実現するには、LiTa
O3基板のカット角すなわちオイラー角と、SiO2膜の
膜厚と、Agからなる電極の膜厚とをそれぞれ最適なよ
うに組み合わせることが必要となることがわかる。
規格化膜厚H/λが、0.1、0.15、0.2、0.
25、0.3、0.35、0.4または0.45であ
り、規格化膜厚H/λが0.1以下のAg膜をLiTa
O3基板上に形成した場合のθと減衰定数αとの関係を
示す。
の厚みH/λを0.01〜0.08とした場合、SiO
2膜の厚みと、オイラー角のθとが、下記の表3に示す
(a)〜(f)を満たすように選択されれば、周波数温
度特性TCFが良好であり、電気機械結合係数が大き
く、かつ減衰定数αを効果的に抑制し得ることがわか
る。望ましくは、下記の表3の右側のより好ましいオイ
ラー角を選択することにより、より一層良好な特性を得
ることができる。
厚が0.02〜0.06の場合には、SiO2膜の厚み
と、オイラー角のθとが、下記の表4に示す(g)〜
(l)を満たすように選択されれば、より一層好まし
く、さらに望ましくは、下記の表4の右側のより好まし
いオイラー角を選択することにより、より一層良好な特
性を得ることができる。
0.03〜0.05のときに、SiO2膜の厚みと、オ
イラー角のθとが、下記の表5に示す(m)〜(r)を
満たすように選択されれば、より一層良好な特性を得る
ことができる。この場合においても、下記の表5の右側
に示すより好ましいオイラー角を選択することにより、
特性をより一層改善することができる。
構成されてもよいが、Agを主体とする限り、Ag合金
やAgと他の金属との積層体で構成されてもよい。Ag
を主体とするIDTとは、IDTの全体の80重量%以
上がAgであればよい。従って、Agの下地にAl薄膜
やTi薄膜が形成されていてもよく、この場合において
も、下地の薄膜とAgとの合計のうち80重量%以上が
Agで構成されていればよい。
°)のLiTaO3基板が用いられたが、基板材料のオ
イラー角において、0±3°のばらつきが通常発生す
る。このようなばらつきの範囲内、すなわち(0±3
°,110°〜150°,0±3°)のLiTaO3基
板においても、本発明の効果は得られる。
子型弾性表面波フィルタだけでなく、弾性表面波共振
子、横結合型表面波フィルタ、ラダー型フィルタ、ラチ
ス型フィルタなどの様々な表面波装置に適用することが
できる。
ラー角(0±3°,110°〜150°,0±3°)の
LiTaO3基板上に、Agを主体とする少なくとも1
つのIDTが形成されており、該IDTを覆うようにL
iTaO3基板上にSiO2膜が形成されているため、電
気機械結合係数が大きく、温度特性に優れており、かつ
減衰定数αが低減された、伝搬損失が少ない弾性表面波
装置を提供することができる。
波長で規格化された膜厚が0.01〜0.08であり、
SiO2膜の規格化膜厚が0.15〜0.40の範囲に
ある場合には、電気機械結合係数をより一層高めること
ができ、かつ良好な温度特性を実現することができる。
0.08であり、表1の(a)〜(f)に示すように、
LiTaO3基板のオイラー角のθ及びSiO2膜の規格
化膜厚H/λが選ばれている場合には、より一層、電気
機械結合係数が大きく、減衰定数αが小さく、さらに周
波数温度特性に優れた弾性表面波装置を提供することが
できる。
平面図。
θ,0°)のLiTaO3基板上におけるθと電気機械
結合係数K2との関係を示す図。
θ,0°)のLiTaO3基板上におけるθと減衰定数
αとの関係を示す図。
aO3基板上に、種々の膜厚のAg膜からなる電極を形
成した場合のAg膜の規格化膜厚H/λと、電気機械結
合係数K2との関係を示す図。
°,126°,0°)及び(0°,129°,0°)の
3種類のLiTaO3基板において、電極膜厚が0で、
種々の膜厚のSiO2膜を成膜した場合のSiO2膜の規
格化膜厚H/λと周波数温度係数TCFとの関係を示す
図。
aO3基板上に、0.1以下の規格化膜厚のAg膜を形
成し、0〜0.5の規格化膜厚のSiO2膜を成膜した
場合の減衰定数αの変化を示す図。
aO3基板上に、0.1以下の規格化膜厚のAg膜を形
成し、0〜0.5の規格化膜厚のSiO2膜を成膜した
場合の減衰定数αの変化を示す図。
基板上に、規格化膜厚H/λが0.1以下の各種Ag膜
を形成し、規格化膜厚H/λが0.1のSiO2膜を積
層した場合の、減衰定数αの変化を示す図。
基板上に、規格化膜厚H/λが0.1以下の各種Ag膜
を形成し、規格化膜厚H/λが0.15のSiO2膜を
積層した場合の、減衰定数αの変化を示す図。
3基板上に、規格化膜厚H/λが0.1以下の各種Ag
膜を形成し、規格化膜厚H/λが0.2のSiO2膜を
積層した場合の、減衰定数αの変化を示す図。
3基板上に、規格化膜厚H/λが0.1以下の各種Ag
膜を形成し、規格化膜厚H/λが0.25のSiO2膜
を積層した場合の、減衰定数αの変化を示す図。
3基板上に、規格化膜厚H/λが0.1以下の各種Ag
膜を形成し、規格化膜厚H/λが0.3のSiO2膜を
積層した場合の、減衰定数αの変化を示す図。
3基板上に、規格化膜厚H/λが0.1以下の各種Ag
膜を形成し、規格化膜厚H/λが0.35のSiO2膜
を積層した場合の、減衰定数αの変化を示す図。
3基板上に、規格化膜厚H/λが0.1以下の各種Ag
膜を形成し、規格化膜厚H/λが0.4のSiO2膜を
積層した場合の、減衰定数αの変化を示す図。
3基板上に、規格化膜厚H/λが0.1以下の各種Ag
膜を形成し、規格化膜厚H/λが0.45のSiO2膜
を積層した場合の、減衰定数αの変化を示す図。
の問題点を説明するための図であり、SiO2膜の成膜
前(a)と、成膜後(b)のSiO2膜の表面の状態を
示す走査型電子顕微鏡写真を示す図。
Claims (4)
- 【請求項1】 オイラー角(0±3°,110°〜15
0°,0±3°)のLiTaO3基板と、 前記LiTaO3基板上に形成されており、Agを主体
とする少なくとも1つのIDTと、 前記IDTを覆うように前記LiTaO3基板上に形成
されたSiO2膜とを備えることを特徴とする、弾性表
面波装置。 - 【請求項2】 前記IDTの表面波の波長で規格化され
た膜厚が0.01〜0.08であり、 前記SiO2膜の表面波の波長で規格化された膜厚が
0.15〜0.40の範囲にある、請求項1に記載の弾
性表面波装置。 - 【請求項3】 前記IDTの膜厚H/λが0.01〜
0.08であり、前記SiO2の規格化膜厚及びLiT
aO3基板のオイラー角が、下記の(a)〜(f)で表
される組み合わせのいずれかである、請求項1に記載の
弾性表面波装置。 【表1】 - 【請求項4】 弾性表面波として、SH波を主成分とす
る漏洩弾性表面波を用いることを特徴とする、請求項1
〜3のいずれかに記載の弾性表面波装置。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Publication Number | Publication Date |
---|---|
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Family Applications (1)
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