JP2006166466A - 表面波装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＳｉＯ_２膜による電極保護効果及び温度特性改善効果を有するだけでなく、挿入損失の劣化を抑制し得る弾性表面波装置を提供する。
【解決手段】回転ＹカットＸ伝搬ＬｉＴａＯ_３基板と、ＬｉＴａＯ_３基板上に形成されており、かつＡｌまたはＡｌを主成分とする金属からなる少なくとも１つのインターデジタルトランスデューサと、インターデジタルトランスデューサを覆うようにＬｉＴａＯ_３基板表面に形成されたＳｉＯ_２膜と、反射器とを備え、ＳｉＯ_２膜の表面波の波長λで規格化された膜厚をＨｓとし、ＬｉＴａＯ_３基板のカット角をθとしたときに、規格化膜厚Ｈｓが所定の範囲にあり、かつ反射器がＬｉＴａＯ_３基板の端面により構成されており、それによって端面反射型の表面波装置とされていることを特徴とする、表面波装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、共振子や帯域フィルタなどに用いられる表面波装置に関し、より詳細には、ＬｉＴａＯ_３基板上にＡｌまたはＡｌを主成分とする金属からなる電極が形成されており、かつＳｉＯ_２膜からなる保護層を有する表面波装置に関する。

従来、弾性表面波装置を表面波基板として、３６°及び３９．５°〜４６°回転Ｙ板ＬｉＴａＯ_３基板が広く用いられている。また、この表面波基板を用いた高周波用表面波フィルタでは、電極材料としてＡｌまたはＡｌを主成分とする合金が用いられている。この種の表面波装置では、インターデジタルトランスデューサ（ＩＤＴ）などの電極の表面波の波長λで規格化された膜厚は、０．０８〜０．１０程度と比較的厚くされている。

また、このような表面波装置において、温度特性を改善するために、並びにＩＤＴなどの電極を保護するためにＳｉＯ_２膜を形成した構造が知られている。ＳｉＯ_２膜が形成された弾性表面波装置は、例えば、下記の特許文献１、特許文献２、特許文献３などに開示されている。

これらのうち、特許文献３に記載の表面波フィルタでは、複数のＩＤＴが設けられている領域の表面波伝搬方向両側に反射器が形成されている構造において、ＩＤＴ及び反射器を覆うようにＳｉＯ_２膜が所定の膜厚となるように形成されている。この先行技術に記載の表面波フィルタでは、ＳｉＯ_２膜の形成により、電極の保護だけでなく、帯域幅の拡大が図られるとされている。
特開平２−３７８１５号公報 特開平８−２６５０８８号公報 特開平９−１８６５４２号公報

しかしながら、表面波装置においてＳｉＯ_２膜を形成した場合、ＳｉＯ_２膜の付加により挿入損失が劣化するという問題があった。

本発明の目的は、上述した従来技術の欠点を解消し、回転Ｙ板Ｘ伝搬のＬｉＴａＯ_３基板上にＡｌまたはＡｌを主成分とする金属からなるＩＤＴが形成されており、さらにＩＤＴを覆うようにＳｉＯ_２膜が形成されている構成において、ＳｉＯ_２膜による電極保護効果及び温度特性改善効果を有するだけでなく、挿入損失を効果的に低減し得る表面波装置を提供することにある。

本発明の広い局面によれば、回転ＹカットＸ伝搬ＬｉＴａＯ_３基板と、前記ＬｉＴａＯ_３基板上に形成されており、かつＡｌまたはＡｌを主成分とする金属からなる少なくとも１つのインターデジタルトランスデューサと、前記インターデジタルトランスデューサを覆うように前記ＬｉＴａＯ_３基板表面に形成されたＳｉＯ_２膜と、反射器とを備え、前記ＳｉＯ_２膜の表面波の波長λで規格化された膜厚をＨｓとし、ＬｉＴａＯ_３基板のカット角をθとしたときに、規格化膜厚Ｈｓが下記の（１）〜（８）のいずれかの範囲にあり、かつ前記反射器がＬｉＴａＯ_３基板の端面により構成されており、それによって端面反射型の表面波装置とされていることを特徴とする、表面波装置が提供される。

すなわち、本発明の表面波装置では、ＳｉＯ_２膜の膜厚Ｈｓが上記特定の範囲とされているため、後述の具体的な実験例から明らかなように、ＳｉＯ_２膜を形成した場合であっても、弾性表面波の減衰定数αを小さくでき、それによって挿入損失を低減することができる。

本発明に係る表面波装置のある特定の局面では、ＩＤＴの表面波の波長λで規格化された膜厚をＨａとしたときに、Ｈａが０．０４以下とされ、より好ましくは０．０３以下とされ、それによってＳｉＯ_２膜表面の凹凸が小さくなり、減衰定数αがより一層小さくなる。従って、挿入損失をより一層効果的に低減することができる。

本発明に係る表面波装置の他の特定の局面では、ＳｉＯ_２膜の規格化膜厚Ｈｓが０．１５〜０．４の範囲とされ、その場合には、温度特性ＴＣＦが−１５ｐｐｍ／℃〜＋１５ｐｐｍ／℃の範囲となり、良好な温度特性を実現することができる。

なお、本発明に係る表面波装置は端面反射型の表面波装置である。端面反射型の表面波装置では、帯域外にスプリアスが発生しがちであるが、本発明に従ってＳｉＯ_２膜を形成することにより、帯域外スプリアスを効果的に低減することができる。

本発明によれば、回転ＹカットＸ伝搬ＬｉＴａＯ_３基板からなる圧電基板上にＡｌまたはＡｌを主成分とする金属からなる少なくとも１つのＩＤＴ及びＳｉＯ_２膜が形成されている表面波装置において、ＳｉＯ_２膜の規格化膜厚Ｈｓ及びＬｉＴａＯ_３のカット角θが、上述した（１）〜（８）のいずれかの範囲を満たすように構成されているため、表面波の減衰定数αを小さくすることができる。よって、温度特性の向上やＩＤＴなどの電極の保護のためにＳｉＯ_２膜を形成した場合であっても、本発明によって挿入損失の劣化を効果的に抑制することができる。

従って、耐環境特性及び周波数温度特性が良好な表面波装置であって、低損失の表面波装置を提供することが可能となる。

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。

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では、ＬｉＴａＯ_３基板１２の上面に、ＩＤＴ１３ａ、１３ｂ及び反射器１４ａ，１４ｂが形成されている。ＩＤＴ１３ａ，１３ｂ及び反射器１４ａ，１４ｂを覆うように、ＳｉＯ_２膜１５が形成されている。

上記ＬｉＴａＯ_３基板１２としては、回転Ｙ板Ｘ伝搬ＬｉＴａＯ_３基板が用いられている。また、ＩＤＴ１３ａ，１３ｂ及び反射器１４ａ，１４ｂは、ＡｌまたＡｌを主成分とする金属により構成される。

そして、本実施例では、ＳｉＯ_２膜の表面波の波長λで規格化された膜厚Ｈｓが、ＬｉＴａＯ_３基板のカット角をθとしたときに、下記の範囲とされている。

以下に述べる実験例から明らかなように、ＳｉＯ_２膜１５の膜厚Ｈｓが上記特定の範囲とされているため、本実施例の弾性表面波装置１１では、挿入損失が低減される。

本願発明者等は、３９．５°ＹカットＸ伝搬ＬｉＴａＯ_３基板上に少なくとも１つのＩＤＴを形成し、周波数温度特性を改善するためにＳｉＯ_２膜を形成した場合に挿入損失が劣化する原因について種々検討した結果、ＳｉＯ_２膜の形成により表面波の減衰定数αが大きくなり、それによって挿入損失が劣化することを見出した。そこで、ＬｉＴａＯ_３基板のカット角θ、ＡｌからなるＩＤＴなどの電極の規格化膜厚Ｈａ及びＳｉＯ_２膜の規格化膜厚Ｈｓを種々の範囲で異ならせ、減衰定数αの変化を調べた。結果を図２〜図４に示す。

図２、図３及び図４には、それぞれ、ＩＤＴの規格化膜厚Ｈａが、０．０１、０．０２及び０．０３の場合の結果が示されている。また、図２〜図４においては、種々の規格化膜厚ＨｓのＳｉＯ_２膜を形成した場合の基板のカット角θと減衰定数αとの関係が示されている。

図２から明らかなように、ＳｉＯ_２膜の規格化膜厚Ｈｓ＝０の場合には、減衰定数αはカット角θ＝３６°付近で最小となるが、規格化膜厚Ｈｓが大きくなるに連れて、減衰定数αが大きくなることがわかる。しかしながら、ＬｉＴａＯ_３基板の膜厚Ｈｓを厚くしていった場合、減衰定数αが最小となるカット角θが次第に小さくなることがわかる。図３及び図４においても図２と同じ傾向のあることがわかる。

すなわち、ＩＤＴの規格化膜厚Ｈａを変化させた場合であっても、ＳｉＯ_２膜の形成により大きくなる減衰定数αは、従来に比べて小さなカット角θのＬｉＴａＯ_３基板を用いることによりほぼ０とし得ることがわかる。そして、減衰定数αをほぼ０とし得るカット角θが、ＳｉＯ_２膜の規格化膜厚Ｈｓに依存することがわかる。

図２〜図４に結果をふまえ、さらに、様々な規格化膜厚ＨａのＩＤＴを形成し、図２〜図４と同様にして調べた。これらの結果を図５に示す。

図５の太線で囲まれた範囲であれば、減衰定数αを０．００１Ｎｅｐｅｒ／λとすることができ、従って挿入損失を効果的に低下することができる。図５の太線で囲まれた領域は、前述した（１）〜（８）の範囲である。

すなわち、（１）〜（８）の範囲のいずれかを満たす範囲を選択することにより、減衰定数αを小さくでき、ＩＤＴなどの保護や温度特性ＴＣＦの改善のためにＳｉＯ_２膜を形成してなる表面波装置において、挿入損失の悪化を低減することが可能となる。

さらに、本願発明者は、ＡｌまたはＡｌを主成分とするＩＤＴなどの電極の膜厚Ｈａの影響についても検討した。カット角３６°のＬｉＴａＯ_３基板からなる圧電基板を用いて、１ポート型の表面波共振子を作製した。ここでは、ＩＤＴは、Ａｌで構成し、その規格化膜厚Ｈａを０．０１λ〜０．０８λ、ＳｉＯ_２膜の規格化膜厚Ｈｓを０〜０．３λの範囲で変化させた。このようにして得られた種々の１ポート型表面波共振子の共振抵抗Ｒｒを評価した。表面波共振子の共振抵抗Ｒｒは、フィルタ特性における挿入損失の劣化と関係することが知られている。

規格化膜厚Ｈａが種々異なるＩＤＴを有する種々の表面波共振子におけるＳｉＯ_２膜の規格化膜厚Ｈｓと共振抵抗Ｒｒの変化量との関係を図６に示す。

図６から明らかなように、ＩＤＴの規格化膜厚Ｈａが０．０４よりも厚い場合には、ＳｉＯ_２膜の膜厚増による共振抵抗Ｒｒの変化量が非常に大きいことがわかる。従って、好ましくは、ＩＤＴの規格化膜厚Ｈａを０．０４以下、より好ましくは０．０３以下とすれば、ＳｉＯ_２膜を形成した場合のその規格化膜厚Ｈｓの増加による共振抵抗Ｒｒの変動を抑制し得ることがわかる。従って、本発明においては、好ましくは、ＩＤＴの規格化膜厚Ｈａは０．０４以下、より好ましくは０．０３以下である。よって、（１）〜（８）のいずれかの範囲を満たすように圧電基板のカット角θ及びＳｉＯ_２膜の規格化膜厚Ｈｓを選択し、さらにＩＤＴの規格化膜厚Ｈａを０．０３以下とすることにより、より一層特性の劣化の少ない表面波装置を提供し得ることがわかる。

次に、本願発明者は、ＳｉＯ_２膜の膜厚Ｈｓを変化させた場合の温度特性ＴＣＦの変化を調べた。結果を図７に示す。

図７では、カット角θが２３°、２６°及び２９°の回転Ｙ板Ｘ伝搬ＬｉＴａＯ_３基板を用いて構成された第１の実施例の表面波装置におけるＳｉＯ_２膜の規格化膜厚Ｈｓと温度特性ＴＣＦの関係を示す。

図７から明らかなように、カット角θが２３°、２６°及び２９°のいずれの場合においても、ＳｉＯ_２膜の規格化膜厚Ｈｓが、０．１５〜０．４０の範囲であれば、温度特性ＴＣＦを±１５°ｐｐｍ以内とし得ることがわかる。従って、（１）〜（８）のいずれかの範囲を満たすように構成された本発明の表面波装置において、挿入損失の劣化を抑制するだけでなく、良好な温度特性を得るには、ＳｉＯ_２膜の規格化膜厚Ｈｓを０．１５〜０．４０の範囲とすればよいことがわかる。

図８は、本発明の第２の実施例としての端面反射型の縦結合型共振子フィルタを示す模式的平面図である。表面波フィルタ２１は、図１に示した表面波フィルタ１１における反射器１４ａ，１４ｂに代えて、ＬｉＴａＯ_３基板の一対の端面を反射端面２２ａ，２２ｂとしたことを除いては同様に構成されている。すなわち、表面波フィルタ２１は、ＳＨタイプの表面波を利用した端面反射型の表面波フィルタである。

上記表面波フィルタ２１を試作し、その減衰量周波数特性を測定した。結果を図９に示す。なお、図９の実線が第２の実施例の表面波フィルタの減衰量周波数特性を示す。ここでは、ＬｉＴａＯ_３基板として、３６°ＹカットＸ伝搬ＬｉＴａＯ_３基板が用いられており、ＩＤＴは、Ａｌからなり、その膜厚Ｈａは０．０１７、ＳｉＯ_２膜の膜厚Ｈｓは０．３とした。

また、図９の破線は、比較のために用意した端面反射型表面波フィルタの減衰量周波数特性を示す。この比較例は、ＳｉＯ_２膜を形成しなかったことを除いては、第２の実施例と同様にして構成されている。

図９から明らかなように、ＳｉＯ_２膜を形成した第２の実施例の表面波フィルタでは、挿入損失の劣化が小さいことがわかる。加えて、比較例では帯域外スプリアスが大きかったのに対し、第２の実施例の端面反射型表面波フィルタでは、帯域外スプリアスが効果的に抑圧されていることがわかる。これは、端面反射型の表面波装置で現れる帯域外スプリアスが、ＳｉＯ_２膜の形成により、帯域外スプリアスが抑制されていることによる。なお、第２の実施例では、カット角θは３６°とされたが、他のカット角θでも同様の効果の得られることが確かめられている。

従って、本発明において、特に、端面反射型の表面波装置を構成した場合には、ＳｉＯ_２膜の形成により端面反射型表面波装置特有の帯域外スプリアスを効果的に抑制することができる。

なお、本発明は、上述した縦結合共振子型表面波フィルタや１ポート型表面波共振子に限らず、反射器付きの様々な表面波装置、あるいは反射器を有しない様々な表面波装置に適用することができる。

また、ＩＤＴはＡｌのみからなるものである必要はなく、Ａｌを主成分とする合金により構成されていてもよい。

本発明の第１の実施例に係る表面波装置としての縦結合型表面波フィルタを示す平面図。 ＩＤＴの規格化膜厚Ｈａ＝０．０１であり、種々の膜厚のＳｉＯ_２膜を形成した場合のＬｉＴａＯ_３基板のカット角θと減衰定数αとの関係を示す図。 ＩＤＴの規格化膜厚Ｈａ＝０．０２であり、種々の膜厚のＳｉＯ_２膜を形成した場合のＬｉＴａＯ_３基板のカット角θと減衰定数αとの関係を示す図。 ＩＤＴの規格化膜厚Ｈａ＝０．０３であり、種々の膜厚のＳｉＯ_２膜を形成した場合のＬｉＴａＯ_３基板のカット角θと減衰定数αとの関係を示す図。 減衰定数αが０．００１Ｎｅｐｅｒ／λ以下の範囲となるＳｉＯ_２膜の規格化膜厚Ｈｓ及びカット角θの範囲を示す図。 種々の規格化膜厚ＨａのＡｌからなるＩＤＴを形成してなる１ポート型表面波共振子における、ＳｉＯ_２膜の規格化膜厚Ｈｓと共振抵抗Ｒｒ変化量との関係を示す図。 カット角θが２３°、２６°及び２９°の角ＬｉＴａＯ_３基板を用いた場合のＳｉＯ_２膜の規格化膜厚Ｈｓと温度特性ＴＣＦとの関係を示す図。 本発明の第２の実施例としての端面反射型の縦結合型表面波フィルタを示す平面図。 第２の実施例の表面波フィルタと、比較のために用意した表面波フィルタの減衰量周波数特性を示す図。

符号の説明

１１…弾性表面波装置
１２…ＬｉＴａＯ_３基板
１３ａ，１３ｂ…ＩＤＴ
１４ａ，１４ｂ…反射器
１５…ＳｉＯ_２膜
２１…端面反射型縦結合共振子型表面波フィルタ
２２…ＬｉＴａＯ_３基板
２２ａ，２２ｂ…端面

Claims (3)

1. 回転ＹカットＸ伝搬ＬｉＴａＯ_３基板と、
   前記ＬｉＴａＯ_３基板上に形成されており、かつＡｌまたはＡｌを主成分とする金属からなる少なくとも１つのインターデジタルトランスデューサと、
   前記インターデジタルトランスデューサを覆うように前記ＬｉＴａＯ_３基板表面に形成されたＳｉＯ_２膜と、
   反射器とを備え、
   前記ＳｉＯ_２膜の表面波の波長λで規格化された膜厚をＨｓとし、ＬｉＴａＯ_３基板のカット角をθとしたときに、規格化膜厚Ｈｓが下記の（１）〜（８）のいずれかの範囲にあり、かつ
   前記反射器がＬｉＴａＯ_３基板の端面により構成されており、それによって端面反射型の表面波装置とされていることを特徴とする、表面波装置。
   

   
2. 上記インターデジタルトランスデューサの表面波の波長λで規格化された膜厚をＨａとしたときに、Ｈａが０．０４以下である、請求項１に記載の表面波装置。
3. 前記ＳｉＯ_２膜の規格化膜厚Ｈｓが０．１５〜０．４の範囲にある、請求項１または２に記載の表面波装置。

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