JP2007235711A

JP2007235711A - 弾性表面波装置

Info

Publication number: JP2007235711A
Application number: JP2006056377A
Authority: JP
Inventors: Yasuharu Nakai; 康晴中井; Kenji Nishiyama; 健次西山; Michio Kadota; 道雄門田
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2006-03-02
Filing date: 2006-03-02
Publication date: 2007-09-13

Abstract

【課題】電力投入直後の共振周波数もしくは中心周波数のシフトが生じ難く、経時による周波数特性の劣化が生じ難い、弾性表面波装置を提供する。
【解決手段】圧電基板２上に、少なくとも１つのＩＤＴ電極３が形成されており、ＩＤＴ電極３が、圧電基板２側に配置された密着層３ａと、主電極層とを有し、主電極層として、ＣｕまたはＣｕを主体とする合金からなる複数の主電極層３ｂ，３ｃを有し、主電極層３ｂ，３ｃがＣｕもしくはＣｕを主体とする合金以外の金属材料からなる中間層３ｄを介して積層されている、弾性表面波装置１。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば共振子や帯域フィルタとして用いられる弾性表面波装置に関し、より詳細には、ＩＤＴ電極がＣｕまたはＣｕを主体とする合金からなる金属材料を用いて形成されている、弾性表面波装置に関する。

従来、共振子や帯域フィルタとして、弾性表面波装置が広く用いられている。例えば、移動体通信システムのデュプレクサＤＰＸの送信側帯域フィルタや受信側帯域フィルタでは、広帯域かつ良好な温度特性の双方が満たされていることが強く求められている。そのため、ＤＰＸの送信側帯域フィルタや受信側帯域フィルタとして、温度特性改善用絶縁膜が設けられた弾性表面波フィルタが提案されている。

下記の特許文献１には、この種の弾性表面波装置の一例が開示されている。図１５は、特許文献１に記載の弾性表面波装置の要部を示す模式的部分切欠正面断面図である。

弾性表面波装置１０１では、ＬｉＮｂＯ_３からなる圧電基板１０２上に、ＩＤＴ電極１０３が形成されている。ＩＤＴ電極１０３と同じ膜厚を有する第１の絶縁膜１０４が、ＩＤＴ電極１０３が設けられている領域の周囲に設けられている。そして、第１の絶縁膜１０４及びＩＤＴ電極１０３を覆うように、上面が平坦な温度特性改善用の第２の絶縁膜１０５が形成されている。第１，第２の絶縁膜１０４，１０５はＳｉＯ_２膜からなる。ＩＤＴ電極１０３は、Ａｌよりも密度が大きい金属からなる主電極層１０３ａ上に、他の金属からなる電極層１０３ｂが積層された積層金属膜からなる。上記Ａｌよりも密度が大きい金属としては、Ａｕ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ｔａ、Ｗ、Ｎｉ、Ｍｏ、ＮｉＣｒなどが示されている。
ＷＯ２００５／０３４３４７

特許文献１に開示されている弾性表面波装置では、上記ＩＤＴ電極１０３の密度が、第１の絶縁膜１０４の密度の１．５倍以上とされており、それによって、所望でないリップルによる特性の劣化を抑制することができるとされている。

しかしながら、弾性表面波装置１０１では、電力を投入した直後に、周波数シフトが生じることがわかった。すなわち、帯域フィルタや弾性表面波共振子を構成した場合には、中心周波数や共振周波数がシフトすることがわかった。このような周波数シフトは電力投入直後にみられ、電力を投入してからしばらく経つと、中心周波数や共振周波数は、目的とする周波数に復帰する。しかしながら、電力投入直後に上記のような周波数シフトが生じると、目的とする共振特性やフィルタ特性を電力投入直後に得ることができなくなる。

他方、上記弾性表面波装置１０１では、電力投入してからしばらく経つと、上記周波数シフトはなくなり、目的とする周波数特性に復帰するが、経時により、周波数特性が劣化するという問題のあることもわかった。すなわち、経時により、例えば、通過帯域内における挿入損失が大きくなったり、通過帯域幅が狭くなったり、減衰域における減衰量が小さくなったりすることのあることがわかった。

よって、本発明の目的は、上述した従来技術の欠点を解消し、Ａｌよりも重い、ＣｕまたはＣｕを主体とする合金を用いたＩＤＴ電極を有しており、電力投入直後の周波数シフトが生じ難く、かつ経時による周波数特性の劣化が生じ難い、弾性表面波装置を提供することにある。

本発明に係る弾性表面波装置は、圧電基板と、前記圧電基板上に形成された少なくとも１つのＩＤＴ電極とを備え、前記ＩＤＴ電極が、ＣｕまたはＣｕを主体とする合金からなる主電極層と、前記ＩＤＴ電極の前記圧電基板に接触される側に配置された密着層とを備え、前記主電極層として、ＣｕもしくはＣｕを主体とする合金以外の金属材料からなる中間層を介して積層された複数の主電極層を有することを特徴とする。

本発明に係る弾性表面波装置では、ＩＤＴ電極を構成している主電極層がＡｌよりも密度が高い、ＣｕもしくはＣｕを主体とする合金からなるが、ＩＤＴ電極において、複数の主電極層がＣｕもしくはＣｕを主体とする合金以外の金属材料からなる中間層を介して積層されているため、ＩＤＴ電極の耐電力性が高められている。よって、電力投入直後の周波数シフトが抑制されるとともに、経時による周波数特性の劣化も生じ難い。

上記中間層は、ＣｕまたはＣｕを主体とする合金からなる主電極層間に配置され、Ｃｕの相互拡散を防止するように作用する。このような中間層を構成する金属材料としては、好ましくは、ＡｌＣｕ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｃｒ及びＮｉＣｒからなる群から選択された１種の金属が挙げられる。これらの金属の内１種の金属を用いて中間層を形成することにより、電力投入直後の耐電力性をより一層高めることができる。

上記密着層は、ＩＤＴ電極の圧電基板に対する密着性を高めるために設けられている。上記密着層が設けられていることにより、ＩＤＴ電極の圧電基板の密着性が高められ、耐電力性が高められる。従って、電力投入直後の周波数シフトを効果的に抑制することができる。

好ましくは、密着層は、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｃｒ及びＮｉＣｒからなる群から選択した１種の金属により形成されている。それによって、圧電基板に対するＩＤＴ電極の密着性をより効果的に高めることができ、耐電力性をより一層高めることができる。

もっとも、密着層の厚みは、好ましくは６０ｎｍ以下とされる。密着層の厚みが厚くなりすぎると、ＩＤＴ電極の電気抵抗が増大し、電極としての特性が劣化するおそれがある。従って、好ましくは、６０ｎｍ以下の厚みの密着層を形成することにより、電極としての特性を損なうことなく、耐電力性をより効果的に高めることができる。

本発明に係る弾性表面波装置の他の特定の局面では、複数の主電極層において、主電極層一層の膜厚が、弾性表面波の波長をλとしたときに、０．０１λ〜０．０４λの範囲にある。０．０１λ未満では、電気抵抗が十分に低くならず、特性が悪化するおそれがあり、０．０４λを超えると、電力投入直後の周波数シフト量が増大するおそれがある。

本発明に係る弾性表面波装置では、好ましくは、前記ＩＤＴ電極を被覆するように設けられた絶縁膜がさらに備えられている。この場合には、ＩＤＴ電極を絶縁膜により保護することができる。また、絶縁膜を構成する材料は特に限定されないが、好ましくは、正の周波数温度係数ＴＣＦを有する絶縁膜が用いられ、その場合圧電基板が負の周波数温度係数ＴＣＦを有する場合、絶縁膜により温度特性を改善することができる。このような正の周波数温度係数ＴＣＦを有する絶縁膜としては、好ましくは、ＳｉＯ_２膜が用いられる。

本発明に係る弾性表面波装置のさらに他の特定の局面では、前記絶縁膜と、前記ＩＤＴ電極との間に配置されたＳｉＮ層がさらに備えられている。この場合には、ＳｉＮ層の形成により、耐電力性をより効果的に高めることができ、電力投入直後の周波数シフトをより効果的に抑制することができる。

本発明においては、好ましくは、ＩＤＴ電極のデューティ比は０．２５〜０．５０の範囲とされる。デューティ比が０．２５未満では、電極指が細くなりすぎ、電気抵抗が高くなる。デューティ比が０．５０を超えると、電力投入直後の周波数シフトを抑制する効果が十分に得られないことがある。

本発明に係る弾性表面波装置では、圧電基板上に、ＩＤＴ電極が形成されており、ＩＤＴ電極がＣｕまたはＣｕを主体とする合金からなる主電極層と、ＩＤＴ電極の圧電基板に接触される側に配置された密着層とを備えており、中間層を介して複数の主電極層が設けられているため、主電極層一層あたりの厚みが相対的に薄くされ得る。従って、後述の実験例で実験的に示されているように、電力投入直後の周波数シフトを効果的に抑制することができる。

また、上記密着層を有するため、経時によるフィルタ特性や共振特性の劣化も生じ難い。

よって、本発明によれば、電力投入直後における周波数特性の変動が生じ難く、かつ経時による特性の劣化も生じ難い、信頼性に優れた弾性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形態を説明することにより、本発明を明らかにする。

図１（ａ）は、本発明の一実施形態に係る弾性表面波装置の模式的平面図であり、（ｂ）は、そのＩＤＴ電極の要部を拡大して示す模式的部分切欠正面断面図である。

本実施形態の弾性表面波装置１は、１ポート型弾性表面波共振子である。複数個の該１ポート型弾性表面波共振子がラダー型回路構成を有するように接続されて、携帯電話機のデュプレクサの送信側帯域フィルタが構成される。

すなわち、弾性表面波装置１は、上記送信側帯域フィルタに用いられる複数の共振子の内の１つの共振子である。

携帯電話機のデュプレクサでは、例えば、送信側帯域フィルタの通過帯域に比べ、受信側帯域フィルタの通過帯域が高域側に存在する。従って、通過帯域の周波数が相対的に低い送信側帯域フィルタでは、その通過帯域よりも高域側における減衰域の減衰量が大きいことが強く求められる。他方、帯域フィルタでは、通過帯域における挿入損失が小さいこと、また用途によっては、通過帯域の幅が広いこと、さらにフィルタ特性の急峻性が高いことも求められる。

本実施形態の弾性表面波装置１は、上記のような要求に答える帯域フィルタを構成するのに好適な１ポート型弾性表面波共振子である。

弾性表面波装置１は、圧電基板２と、圧電基板２上に形成されたＩＤＴ電極３と、ＩＤＴ電極３の弾性表面波伝搬方向両側に配置された反射器４，５とを有する。上記ＩＤＴ電極３を被覆するように、温度特性改善用の絶縁膜６が形成されている。

圧電基板２は、例えばＬｉＴａＯ_３やＬｉＮｂＯ_３のような圧電単結晶、あるいは圧電セラミックスにより構成される。ＬｉＴａＯ_３やＬｉＮｂＯ_３は、負の周波数温度係数を示す。従って、上記温度特性改善用の絶縁膜６として、例えばＳｉＯ_２などの正の周波数温度係数を示す絶縁材料からなる絶縁膜を用いることにより、弾性表面波装置１の温度による特性変化を小さくすることができる。

この絶縁膜６は、図１５記載の例と同様に、ＩＤＴ電極３の周囲すなわち電極指間と電極の外周領域に形成した第１の絶縁膜と、ＩＤＴ電極３及び第１の絶縁膜上に形成した第２の絶縁膜とで構成された、いわゆる埋め込み構造とされている。

本実施形態の弾性表面波装置１の特徴は、上記ＩＤＴ電極３が、以下の電極構造を有することにある。すなわち、図１（ｂ）に示すように、ＩＤＴ電極３は、圧電基板２に接触される側に、相対的に薄い密着層３ａを有する。そして、ＩＤＴ電極３は、複数の主電極層としての第１，第２の主電極層３ｂ，３ｃと、主電極層３ｂ，３ｃ間に配置された中間層３ｄと、主電極層３ｂの上面に形成された保護電極層３ｅとをさらに有する。

主電極層３ｂ，３ｃは、Ｃｕからなる。「主電極層」とは、ＩＤＴ電極の電極として作用する主要部分を占める電極層を意味し、言い換えれば、複数の電極層を積層してなるＩＤＴ電極３において、主電極層の厚みの合計は、他の電極層の厚みあるいは他の電極層の厚みの合計よりも厚くされている。Ｃｕは電気抵抗が低いため、ＩＤＴ電極３は、その電気抵抗が比較的低く、電極として有効に機能する。

そして、主電極層３ｂ，３ｃはＣｕからなるが、Ｃｕを主体とする合金、例えば、ＢｅＣｕ、ＣｕＭｇなどにより主電極層３ｂ，３ｃを構成してもよい。

密着層３ａは、ＩＤＴ電極３を圧電基板２に強固に接合するために設けられており、それによって、弾性表面波装置１の耐電力性が高められる。密着層３ａを構成する材料については特に限定されず、Ｃｕよりも圧電基板２に対する密着性を高めることができる適宜の金属材料を用いることができる。このような金属材料としては、例えば、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｃｒ及びＮｉＣｒからなる群から選択した１種の金属材料を挙げることができる。

また、上記中間層３ｄは、主電極層３ｂと、主電極層３ｃとの間におけるＣｕの拡散を抑制するように作用する。中間層３ｄを構成する材料としては、本実施形態では、ＡｌＣｕが用いられているが、上記作用を奏する限り、特に限定されず、例えば、Ｔｉ、Ｎｉ、ＣｒまたはＮｉＣｒを用いてもよい。中間層３ｄを介して複数の主電極層３ｂ，３ｃを積層した構造とすることにより、主電極層３ｂ，３ｃの一層あたりの厚みが薄くされる。そのため、後述する実験例から明らかなように、耐電力性を高めることができ、電力投入直後の周波数シフトを抑制することができるとともに、経時によるフィルタ特性の劣化も抑制される。

また、保護電極層３ｅは、本発明において必ずしも必要ではないが、保護電極層３ｅを設けることにより、ＩＤＴ電極の主電極層３ｂを保護することができるとともに、耐電力性をより一層高めることができる。このような保護電極層３ｅを構成する材料についても特に限定されず、Ｔｉ、ＡｌＣｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、ＮｉＣｒなどを挙げることができる。

次に、具体的な実験例に基づき、上記実施形態の効果を明らかにする。

上記実施形態の弾性表面波装置と同様の電極構造を有する複数の１ポート型弾性表面波共振子を用いて、ラダー型フィルタを作製した。すなわち、それぞれ、上記弾性表面波装置１と同様にして構成された３個の直列腕共振子と、３個の並列腕共振子とを有するラダー型回路構成の帯域フィルタを作製した。この帯域フィルタの設計中心周波数は、携帯電話機のＰＣＳ方式のＤＰＸの送信フィルタの中心周波数である１８８０ＭＨｚとした。なお、ＰＣＳ方式の携帯電話機のＤＰＸでは、送信側の通過帯域は、１８５０〜１９１０ＭＨｚであり、受信側帯域フィルタの通過帯域は、１９３０〜１９９０ＭＨｚとされている。

いま、直列腕共振子としての上記実施形態の弾性表面波装置１として、圧電基板２として１２６°回転Ｙ板Ｘ伝搬のＬｉＮｂＯ_３基板を用い、ＩＤＴ電極として密着層３ａを、２０ｎｍの厚みのＴｉ膜により形成し、主電極層３ｂ，３ｃについては、０．０２５λの厚みのＣｕ膜を用いて形成し、中間層３ｄについては、１０ｎｍの厚みのＡｌＣｕ膜を用い、保護電極層３ｅについては、１０ｎｍの厚みのＡｌＣｕ膜を用いた。なお、並列腕共振子においても、電極の積層構造は同様とした。なお、反射器４，５の電極構造もＩＤＴ電極３と同様とした。また、絶縁膜６は、ＳｉＯ_２からなる第１，第２の絶縁膜で構成された埋め込み構造であり、その表面の凹凸差が０．０３λ以下に平坦化している。

上記のようにして得られた本実施形態の送信側帯域フィルタのフィルタ特性を、測定し、さらに、５５℃の雰囲気に、１４０時間維持する試験を行い、試験後に、再度フィルタ特性を測定した。なお、投入した電力は１．１Ｗとした。結果を図５に示す。

また、比較のために、図３に示すように、複数の主電極層を有せず、Ｃｕからなる０．０５λの厚みの単一の主電極層１１１の下面に２０ｎｍの厚みのＴｉからなる密着層１１２を形成し、上面に１０ｎｍの厚みのＡｌＣｕ合金膜からなる保護電極層１１３を形成したことを除いては、上記実施形態と同様にして、比較例の帯域フィルタを作製し、同様に評価した。結果を図４に示す。

図４において、破線は電力投入直後のフィルタ特性を、実線は１４０時間経過後のフィルタ特性を示す。図４から明らかなように、上記比較例では、５５℃の雰囲気に１４０時間維持した後、フィルタ特性が劣化していることがわかる。すなわち、経時により、通過帯域内の挿入損失が小さくなり、通過帯域幅が小さくなり、かつ通過帯域の高域側における減衰量が矢印Ａで示すように劣化していることがわかる。従って、相対的に高域側に通過帯域を有する受信側帯域フィルタの通過帯域における減衰量が小さくなっていることがわかる。

上記実施形態のフィルタ特性を示し、ここでは、特性の変化が少ないため、上記試験前の特性を破線で示したが、試験後の特性を示す実線の特性と重なってしまった。すなわち、図５から明らかなように、上記実施形態の弾性表面波装置１を用いた帯域フィルタでは、５５℃の雰囲気に１４０時間維持する前と維持した後で、フィルタ特性が殆ど変化していないことがわかる。

以上のように、主電極層が単一の層である場合に比べて、複数の主電極層が中間層を介して積層されている構造とすることにより、経時によるフィルタ特性の劣化を効果的に抑制し得ることがわかる。

なお、本発明においては、ＩＤＴ電極の主電極層は、ＣｕまたはＣｕを主体とする合金からなる複数の主電極層を有する限り、主電極層の数は２層に限定されず、３層以上であってもよい。すなわち、図２に示すように、３層の主電極層１３ｂ，１３ｃ，１３ｄが、中間層１３ｅ，１３ｆを介して積層されていてもよい。なお、ＩＤＴ電極１３においては、密着層１３ａが下方に、保護電極層１３ｇが上面に形成されている。

図６は、複数の上記実施形態の弾性表面波装置１を用いたＤＰＸの送信側帯域フィルタにおいて、主電極層の積層数を変化させた場合の電力投入直後の中心周波数シフト量の変化を示す図である。

すなわち、図６は、Ｃｕからなる主電極層の積層数と、フィルタの中心周波数シフト量比との関係を示す図である。すなわち、縦軸の中心周波数シフト量の比とは、電力投入直後に中心周波数がシフトした際の周波数シフト量を分子とし、単一の主電極層を用いた比較例の弾性表面波装置を用いた場合の周波数シフト量を分母として求められる比である。従って、Ｃｕからなる単一の主電極層が用いられている比較例では、上記中心周波数シフト量比は当然のことながら、１．０となる。

図６から明らかなように、主電極層の積層数を２または３とすることにより、比較例の場合に比べて、中心周波数シフト量を著しく小さくし得ることがわかる。すなわち、上記実施形態及び変形例と、上記比較例とを比べれば明らかなように、ＩＤＴ電極の厚みが全体として同一であっても、Ｃｕからなる主電極層の積層数を複数とすることにより、電力投入直後の中心周波数シフト量を著しく小さくし得ることがわかる。

図７は、上記実施形態において、主電極層３ｂ，３ｃにおいて主電極層一層の膜厚を変化させた場合の上記帯域フィルタにおける中心周波数シフト量の変化を示す図である。図７において、横軸は、主電極層一層の膜厚を示し、縦軸は、膜厚０．０５λの単一の主電極層の場合の比較例の中心周波数シフト量を基準として、この基準となる中心周波数シフト量に対する中心周波数シフト量の比を示した。

図７から明らかなように、主電極層の厚みが０．０５λよりも小さくなると、上記中心周波数シフト量が小さくなり、特に、主電極層一層の膜厚が、０．０４λ以下であれば、中心周波数シフト量比を±０．３以内とすることができ、良好であることがわかる。なお、主電極層一層の厚みが、０．０１λ未満になると、電極としての電気抵抗が高くなり、良好な特性が得られ難い。よって、好ましくは、Ｃｕからなる主電極層の一層の厚みは、０．０１λ〜０．０４λの範囲とすることが好ましい。

上記のように、主電極層を複数の電極層とし、間に中間層を介在させることにより、中心周波数シフト量が小さくなるのは、以下の理由によるものと考えられる。すなわち、複数のＣｕ電極層間におけるＣｕの拡散が抑制されて、ＩＤＴ電極全体としての耐電力性が高められていること、並びに図７の結果から明らかなように、主電極層一層の厚みが薄くなるほうが、上記中心周波数のシフトが小さくなることによると考えられる。

上記した第１の実施形態の弾性表面波装置において、絶縁膜６の表面を平坦化することにより、挿入損失を改善することができる。

図８は、本発明に係る弾性表面波装置の第２の実施形態を説明するための模式的正面断面図である。

第２の実施形態の弾性表面波装置は、第１の実施形態の弾性表面波装置１と同様に、１ポート型弾性表面波共振子であるが、図８では、そのＩＤＴ電極が形成されている部分のみが、拡大して拡大正面断面図で示されている。

本実施形態の弾性表面波装置２１では、圧電基板２２上に、第１の実施形態と同様にして、ＩＤＴ電極２３が形成されている。すなわち、ＩＤＴ電極２３は、密着層２３ａと、主電極層２３ｂ，２３ｃと、主電極層２３ｂ，２３ｃ間に配置された中間層２３ｄと、保護電極層２３ｅとを有する。異なるところは、ＩＤＴ電極２３が設けられている領域の側方に、ＩＤＴ電極２３と等しい膜厚の第１の絶縁物層２４が形成されており、第１の絶縁物層２４及びＩＤＴ電極２３の上面を被覆するように、ＳｉＮ層２５が形成されており、ＳｉＮ層上に、さらに第２の絶縁物層２６が形成されていることにある。

本実施形態では、第１の絶縁物層２４及び第２の絶縁物層２６は、いずれもＳｉＯ_２からなる。もっとも、第１，第２の絶縁物層２４，２６は、他の絶縁性材料から形成されていてもよく、また第１の絶縁物層２４を構成する絶縁材料と、第２の絶縁物層２６を構成する材料は異なる材料であってもよい。

いずれにしても、好ましくは、第１，第２の絶縁物層２４，２６がＳｉＯ_２で形成されている場合、圧電基板２２が負の周波数温度係数を有する前述した圧電材料である場合、周波数温度特性を改善することができ、望ましい。

本実施形態では、上記ＳｉＮ層２５が、ＩＤＴ電極２３と、第２の絶縁物層２６との間に積層されていることにより、電力投入直後の周波数シフトを効果的に抑制することができる。これを、図９及び図１０を参照して説明する。

第２の実施形態に従って、すなわち、第１の実施形態と同様に、複数の１ポート型弾性表面波共振子を接続して携帯電話機のＤＰＸの送信側帯域フィルタを形成し、周波数特性を測定した。図９は、上記帯域フィルタにおけるＣｕからなる複数の主電極層の２３ｂ，２３ｃの一層の膜厚を、縦軸は、中心周波数シフト量の比を示す。ここで、中心周波数シフト量比は、ＳｉＮ層２５が設けられていない比較のために用意した帯域フィルタにおける一層の主電極層の厚みが０．０５λである場合の中心周波数シフト量を基準とした中心周波数シフト量の割合である。

図９から明らかなように、ＳｉＮ層２５が設けられていない場合、破線で示すように、主電極層一層の膜厚が厚くなっていくと、特に膜厚が０．０４λを超えると、中心周波数シフト量が大きくなっていくことがわかる。これに対して、ＳｉＮ層が２５ｎｍの厚みで形成されている第２の実施形態によれば、主電極層の一層の厚みが厚くなるにつれ、若干中心周波数シフト量は増大するものの、中心周波数シフト量の変化を小さくすることができる。例えば、主電極層一層の厚みが０．０４λ〜０．０５λの範囲では、比較のために用意した弾性表面波フィルタの場合に比べて、中心周波数シフト量を大きく低減し得ることがわかる。

さらに、主電極層一層の厚みが０．０１λ〜０．０５λの範囲においても、ＳｉＮ層２５を設けることにより、中心周波数シフト量比がより改善できている。

これは、ＳｉＮ層２５を設けたことにより、拡散防止層となることによると考えられる。

また、図１０は、第２の実施形態において、１つの主電極層の厚みを０．０４λとしたときに、ＳｉＮ層２５の厚みを変化させた場合の上記中心周波数シフト量比の変化を示す図である。ここでは、中心周波数シフト量比は、ＳｉＮ層が設けられていない場合、すなわちＳｉＮ層の厚みが０である場合の中心周波数シフト量に対する中心周波数シフト量の割合である。

図１０から明らかなように、ＳｉＮ層２５の厚みが厚くなると、中心周波数シフト量比が小さくなり、中心周波数の電力投入直後の変動を抑制し得ることがわかる。図１０から明らかなように、特に、ＳｉＮ層の厚みを５ｎｍ以上とすれば、中心周波数シフト量を小さくでき、望ましいことがわかる。

本願発明者らは、上述した第１，第２の実施形態の結果をふまえ、さらに第１の実施形態の弾性表面波装置１において、ＩＤＴ電極のデューティを変化させた場合に、上記中心周波数シフト量比がどのように変化するかを測定した。図１１は、第１の実施形態において、ＩＤＴ電極のデューティ比を０．４５、または０．５０とし、それぞれの場合において、１つのＣｕからなる主電極層の膜厚を変化させた場合の中心周波数シフト量比の変化を示す図である。ここでは、中心周波数シフト量比は、デューティ比が０．５０であり、主電極層一層の厚みが０．０５λの場合の中心周波数シフト量に対する中心周波数シフト量の割合である。

図１１から明らかなように、デューティ比を０．５０から０．４５に低めることにより、中心周波数シフト量比を小さくし、より良好な特性の得られることがわかる。そして、図１２は、上記デューティ比を変化させた場合の中心周波数シフト量比の変化を示す図であり、図１２からデューティ比が０．５以下であれば、中心周波数の電力投入直後のシフトを効果的に抑制し得ることがわかる。

なお、デューティ比が０．２５未満になると、電極抵抗が高くなりすぎ、ＩＤＴ電極として用いた場合、良好なフィルタ特性を得ることができない。従って、好ましくは、デューティ比は０．２５〜０．５の範囲とされることが望ましい。

また、上記ＩＤＴ電極において、密着層としてＴｉ膜が形成されていたが、この密着層３ａの膜厚を、２０ｎｍまたは４０ｎｍとし、主電極層の膜厚を変化させた場合の上記中心周波数シフト量比の変化を求めた。なお、ここで、中心周波数シフト量比は、主電極層一層の膜厚が０．０５λであり、Ｔｉ膜の厚みが２０ｎｍの場合の中心周波数シフト量に対する中心周波数シフト量の割合である。結果を図１３に示す。

図１３から明らかなように、密着層であるＴｉ膜の厚みを２０ｎｍから４０ｎｍに厚くすることにより、上記中心周波数シフトを抑制し得ることがわかる。

図１４は、この結果をふまえて、Ｔｉ膜の膜厚を変化させた場合の上記中心周波数シフト量比の変化を示す。図１４では、中心周波数シフト量比は、主電極層の一層の厚みが０．０４λであって、Ｔｉ膜の膜厚が１０ｎｍの場合を基準とした中心周波数シフト量の割合を示す。

図１４から明らかなように、密着層が設けられている場合、密着層の膜厚が厚くなるにつれて、中心周波数のシフトを抑制することができ、好ましいことがわかる。もっとも、Ｔｉ膜の膜厚が６０ｎｍより厚くなりすぎると、電気抵抗が高くなり、良好な特性を得ることができなくなる。また、Ｔｉ膜の膜厚が増すことで、加工精度が下がる。従って、Ｔｉ膜の膜厚は、６０ｎｍ以下とすることが望ましい。

前述した第１，第２の実施形態では、１ポート型弾性表面波共振子につき説明したが、本発明は、１ポート型弾性表面波共振子に限らず、少なくとも１つのＩＤＴ電極が圧電基板上に形成されている様々な構造の弾性表面波共振子や弾性表面波フィルタ装置に適用することができる。

また、絶縁物層を形成するＳｉＯ_２膜に代えて、前述したＳｉＮの他、Ｓｉ、Ａｌ、Ｔａなどの酸化膜や窒化膜、例えば、ＳｉＯ_ｘＮ_ｙ、ＴａＯ_ｘなどの絶縁性材料により絶縁物層を形成してもよい。

（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係る弾性表面波装置の模式的平面図及び本発明の第１の実施形態における電極構造を示す部分切欠正面断面図。本発明の変形例における電極構造を示す部分切欠正面断面図。比較のために用意した弾性表面波装置の電極構造を模式的に示す部分拡大正面断面図。比較のために用意した弾性表面波装置を用いたデュプレクサの送信側帯域フィルタを５５℃及び１４０時間の環境に放置した試験前及び試験後のフィルタ特性を示す図。第１の実施形態の弾性表面波装置を用いて構成されたデュプレクサの送信側帯域フィルタを５５℃及び１４０時間の環境に放置した試験前及び試験後のフィルタ特性を示す図。第１の実施形態において、Ｃｕからなる主電極層の積層数と、電力投入直後の中心周波数シフト量に対する電力投入直後の中心周波数シフト量の割合である中心周波数シフト量比との関係を示す図。第１の実施形態において、主電極層の厚みの変化と、シフト量の割合である中心周波数シフト量比との関係を示す図。第２の実施形態に係る弾性表面波装置の電極構造を説明するための模式的正面断面図。ＳｉＮ層が設けられていない比較例と、ＳｉＮ層が設けられた第２の実施形態の弾性表面波装置を用いた場合の主電極層一層の膜厚と、電力投入直後の中心周波数シフト量比との関係を示す図。ＳｉＮ層の膜厚と、電力投入直後の中心周波数シフト量比との関係を示す図。ＩＤＴ電極のデューティ比を０．４５または０．５０とした場合の主電極層の膜厚と、中心周波数シフト量比との関係を示す図。ＩＤＴ電極のデューティ比を変化させた場合の、中心周波数シフト量比との関係を示す図。密着層としてのＴｉ膜の膜厚を２０ｎｍまたは４０ｎｍとし、かつＣｕからなる主電極層の膜厚を変化させた場合の中心周波数シフト量比の変化を示す図。Ｔｉ膜の膜厚を変化させた場合の中心周波数シフト量比の変化を示す図。従来の弾性表面波装置の一例を説明するための部分切欠正面断面図。

符号の説明

１…弾性表面波装置
２…圧電基板
３…ＩＤＴ電極
３ａ…密着層
３ｂ…主電極層
３ｃ…主電極層
３ｄ…中間層
３ｅ…保護電極層
４…絶縁物層
１３…ＩＤＴ電極
１３ａ…密着層
１３ｂ〜１３ｄ…主電極層
１３ｅ，１３ｆ…中間層
１３ｇ…保護電極層
２１…弾性表面波装置
２２…圧電基板
２３…ＩＤＴ電極
２３ａ…密着層
２３ｂ，２３ｃ…主電極層
２３ｄ…中間層
２３ｅ…保護電極層
２４…第１絶縁物層
２５…ＳｉＮ層
２６…第２の絶縁物層

Claims

圧電基板と、
前記圧電基板上に形成された少なくとも１つのＩＤＴ電極とを備え、前記ＩＤＴ電極が、ＣｕまたはＣｕを主体とする合金からなる主電極層と、前記ＩＤＴ電極の前記圧電基板に接触される側に配置された密着層とを備え、
前記主電極層として、ＣｕもしくはＣｕを主体とする合金以外の金属材料からなる中間層を介して積層された複数の主電極層を有することを特徴とする、弾性表面波装置。
前記中間層が、ＡｌＣｕ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｃｒ及びＮｉＣｒからなる群から選択した１種の金属により構成されている、請求項１に記載の弾性表面波装置。
前記密着層が、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｃｒ及びＮｉＣｒからなる群から選択した１種の金属により形成されている、請求項１または２に記載の弾性表面波装置。
前記密着層の厚みが、６０ｎｍ以下とされている、請求項３に記載の弾性表面波装置。
複数の主電極層において、主電極層一層の膜厚が、弾性表面波の波長をλとしたときに、０．０１λ〜０．０４λの範囲にあることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の弾性表面波装置。
前記ＩＤＴ電極を被覆するように設けられた絶縁膜をさらに備える、請求項１〜５のいずれか１項に記載の弾性表面波装置。
前記絶縁膜が、ＳｉＯ_２膜からなる、請求項６に記載の弾性表面波装置。
前記絶縁膜と、前記ＩＤＴ電極との間に配置されたＳｉＮ層をさらに備える、請求項６または７に記載の弾性表面波装置。
前記ＩＤＴ電極のデューティ比が０．２５〜０．５０の範囲にある、請求項１〜８のいずれか１項に記載の弾性表面波装置。