JP2003218664A - 弾性表面波装置 - Google Patents

弾性表面波装置

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JP2003218664A JP2002010301A JP2002010301A JP2003218664A JP 2003218664 A JP2003218664 A JP 2003218664A JP 2002010301 A JP2002010301 A JP 2002010301A JP 2002010301 A JP2002010301 A JP 2002010301A JP 2003218664 A JP2003218664 A JP 2003218664A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 IDT上にSiO2膜を形成することにより
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

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、共振子や帯域フィ
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。
【0002】
【従来の技術】携帯電話などの移動体通信機において、
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
3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。
【0003】しかしながら、この弾性表面波フィルタで
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。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで、Alからな
るIDTを形成する場合、反射係数や電気機械結合係数
2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
2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
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。
【0005】加えて、AlからなるIDTの電極膜厚が
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。
【0006】さらに、SiO2膜の形成により減衰定数
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。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明の広い局面によれ
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。
【0008】本発明においては、IDTがAgを主体と
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
板が用いられるため、減衰定数αが低減される。
【0009】本発明のより限定的な局面では、IDTの
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。
【0010】本発明のさらに他の局面では、前記IDT
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。
【0011】
【表2】
【0012】本発明に係る弾性表面波装置では、好まし
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。
【0013】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照しつつ、本発明
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。
【0014】図1は、本発明の一実施例に係る弾性表面
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
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
2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。
【0015】IDT13a,13b及び反射器14a,
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。
【0016】そして、上記のように電極膜厚を薄くする
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。
【0017】後述するように、IDT13a,13bの
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。
【0018】LiTaO3基板を伝わる表面波には、レ
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。
【0019】図2は、回転Y板X伝搬LiTaO3基板
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。
【0020】図2から明らかなのように、オイラー角の
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。
【0021】図3は、オイラー角のθと電気機械結合係
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
3基板は弾性表面波装置に使用することはできない。
【0022】図4は、36°回転Y板X伝搬LiTaO
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。
【0023】図4から明らかなように、Ag膜の膜厚H
/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。
【0024】Ag膜の規格化膜厚H/λが0.08を超
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。
【0025】次に、LiTaO3基板上に、SiO2膜を
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。
【0026】図5から明らかなように、θが113°、
126°及び129°のいずれの場合においても、Si
2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。
【0027】LiTaO3基板上にSiO2膜を成膜する
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。
【0028】図6は、オイラー角(0°,120°,0
°)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。
【0029】他方、図7は、(0°,140°,0°)
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。
【0030】図7から明らかなように、θ=140°の
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。
【0031】すなわち、良好なTCF、大きな電気機械
結合係数及び小さな減衰定数を実現するには、LiTa
3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。
【0032】図8〜図15は、それぞれ、SiO2膜の
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
3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。
【0033】図8〜図15から明らかなように、Ag膜
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。
【0034】
【表3】
【0035】また、より好ましくは、Ag膜の規格化膜
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。
【0036】
【表4】
【0037】さらに好ましくは、Ag膜の規格化膜厚が
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。
【0038】
【表5】
【0039】なお、本発明では、IDTはAgのみから
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。
【0040】上記実験では、オイラー角(0°,θ,0
°)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
板においても、本発明の効果は得られる。
【0041】なお、本発明は、図1に示した縦結合共振
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。
【0042】
【発明の効果】本発明に係る弾性表面波装置では、オイ
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。
【0043】また、本発明において、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、
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。
【0044】さらに、IDTの膜厚H/λが0.01〜
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。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例に係る弾性表面波装置を示す
平面図。
【図2】電極の膜厚が0のときのオイラー角(0°,
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。
【図3】電極の膜厚が0のときのオイラー角(0°,
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。
【図4】オイラー角(0°,126°,0°)のLiT
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。
【図5】オイラー角(0°,113°,0°)、(0
°,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。
【図6】オイラー角(0°,120°,0°)のLiT
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。
【図7】オイラー角(0°,140°,0°)のLiT
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。
【図8】オイラー角(0°,θ,0°)のLiTaO3
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。
【図9】オイラー角(0°,θ,0°)のLiTaO3
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。
【図10】オイラー角(0°,θ,0°)のLiTaO
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。
【図11】オイラー角(0°,θ,0°)のLiTaO
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
を積層した場合の、減衰定数αの変化を示す図。
【図12】オイラー角(0°,θ,0°)のLiTaO
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。
【図13】オイラー角(0°,θ,0°)のLiTaO
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
を積層した場合の、減衰定数αの変化を示す図。
【図14】オイラー角(0°,θ,0°)のLiTaO
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。
【図15】オイラー角(0°,θ,0°)のLiTaO
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
を積層した場合の、減衰定数αの変化を示す図。
【図16】(a)及び(b)は、従来の弾性表面波装置
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。
【符号の説明】
11…弾性表面波装置 12…LiTaO3基板 13a,13b…IDT 15…SiO2

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【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。
  2. 【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。
  3. 【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】
  4. 【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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