JP2009194799A - 弾性境界波デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、弾性境界波デバイスにおける電気特性を向上させることを目的とする。
【解決手段】そして、この目的を達成するために本発明は、圧電基板１と、この圧電基板１の主面に設けられた櫛形電極３と、圧電基板１の主面上において櫛形電極３を覆うとともに、横波の伝播速度が圧電基板１より遅い第１の絶縁層２とを備えた弾性境界波デバイスにおいて、櫛形電極３と圧電基板１の間に横波の伝播速度が第１の絶縁層２の横波の伝播速度より遅い材料からなる第２の絶縁層５を設けたのである。
【選択図】図１

Description

本発明は、携帯電話等に用いられる弾性境界波デバイスに関するものである。

従来この種の弾性境界波デバイスは、図３に示すごとく、圧電基板１と第１の絶縁層２の積層構造体の境界面に櫛形電極３を配置した構造が知られている。

なお、この出願に関する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
国際公開第２００４／０９５６９９号パンフレット

しかしながら、このような弾性境界波デバイスにおいては、圧電基板１の横波の伝播速度１ａと第１の絶縁層２の横波の伝播速度２ａとの差が大きく、ＳＨ型の境界波におけるメインモードの変位分布の理想状態である圧電基板１と第１の絶縁層２の界面に集中せず実線４で示すように第１の絶縁層２の側に偏ってしまい、弾性境界波デバイスにおける実効的な電気機械結合係数を劣化させ、結果的に弾性境界波デバイスの電気特性を劣化させていた。

そこで、本発明はこのような問題を解決し弾性境界波デバイスにおける電気特性の向上を目的とする。

そして、この目的を達成するために本発明は、圧電基板と、この圧電基板の主面に設けられた櫛形電極と、圧電基板の主面上において櫛形電極を覆うとともに、横波の伝播速度が圧電基板より遅い第１の絶縁層とを備えた弾性境界波デバイスにおいて、櫛形電極と圧電基板の間に横波の伝播速度が第１の絶縁層の横波の伝播速度より遅い材料からなる第２の絶縁層を設けたのである。

この構成により、弾性境界波デバイスにおける電気特性を向上させることが出来るのである。

以下、本発明の一実施の形態における弾性境界波デバイスについて図面を用いて説明する。なお、上述した従来の技術と同様の構成については同じ符号を付して説明する。

図１は弾性境界波デバイスの断面を模式的に示したものであり、その基本構成は圧電基板１の主面に弾性境界波を励振させる櫛形電極３を設け、この櫛形電極３を含む圧電基板１の主面上に第１の絶縁層２を設けた構成であり、櫛形電極３を用いたデバイスの回路構成としては共振子を直並に接続したラダー型フィルタ回路構成や、圧電基板１の伝播方向に並設された一対の反射器間に複数の櫛形電極３を配置した縦モード結合フィルタ回路などが挙げられる。

また、圧電基板１としてはニオブ酸リチウムやタンタル酸リチウムなどの単結晶圧電体を所定のカット角で切り出した圧電基板１を用い、櫛形電極３は金やアルミニウムなどの導体材料により形成され、第１の絶縁層２としては酸化ケイ素や窒化ケイ素などの絶縁体材料により形成される。

そして、この弾性境界波デバイスにおいては、圧電基板１における櫛形電極３や第１の絶縁層２と接する主面に、横波の伝播速度５ａが第１の絶縁層２における横波の伝播速度２ａより遅い材料からなる第２の絶縁層５を配置したことにより、実効的な電気機械結合係数を増やすことができ、結果的に弾性境界波デバイスの電気特性を向上させることが出来るのである。

すなわち、弾性境界波デバイスにおける実効的な電気機械結合係数の劣化原因は、上述したごとく櫛形電極３を挟む圧電基板１と第１の絶縁層２における横波の伝播速度の差に起因して、弾性境界波が伝播速度の低い媒質中に集中するという特性があり破線４で示すように第１の絶縁層２の側に変位分布が偏ってしまうのであるが、圧電基板１と櫛形電極３との間の層に横波の伝播速度５ａが第１の絶縁層２より遅い第２の絶縁層５を介在させることで変位分布の偏りを実線６で示すように圧電基板１と第１の絶縁層２との境界部分に近づけることが出来るので、結果的に実効的な電気機械結合係数を増やすことが出来るからである。なお、このように第１の絶縁層２及び圧電基板１より伝播速度が遅い材質としては二酸化テルルや五酸化タンタルが挙げられる。

また、第２の絶縁層５は圧電基板１と櫛形電極３との間に設けられるため、その厚みによっては圧電基板１の圧電特性に影響を及ぼすものであり、櫛形電極３のピッチにより決まる弾性境界波の波長をλとして第２の絶縁層５の厚みが０．０５λより大きければ櫛形電極３による弾性境界波の励起効率が極端に低下し、これとは逆に第２の絶縁層５の厚みが０．００１λより小さければ変位分布に対する影響力が小さくなることから、第２の絶縁層５の厚みは０．００１λから０．０５λの間に設定することが望ましい。

また、第２の絶縁層５を形成する手段としては、上述した二酸化テルルや五酸化タンタルといった圧電体とは異なる材料を用いる以外に、図２に示すように、圧電基板１の表面にドーパント層６を形成しこのドーパント層６を第２の絶縁層５と見なすことでも同様の効果を得ることが出来るのである。例えばニオブ酸リチウムの圧電基板１の表面にニオブなどのドーパント材をドープすることで横波の伝播速度が第１の絶縁層２より遅いドーパント層６を形成することが出来るのである。

なお、このドーパント層６の形成においては、圧電基板１の主面（第１の絶縁層２との当接面）に対してプロトン交換を実施し、ドーパント材をドープすることで基板主面部分の伝播速度を他の部分と異ならせることができるのである。

また、弾性境界波デバイスにおいて櫛形電極３はＳＨ波をメインモードとして励振させるのであるが、他のモードとして圧電基板１の厚み方向に伝播するＳＶ波も励振してしまい、この縦波が圧電基板１の対向面にて反射した反射波が弾性境界波デバイスの電気特性におけるリップルとなり現れ特性劣化の要因となる。

よって、上述したように圧電基板１の厚み方向で伝播速度の異なる領域の界面が明確であれば、この界面にてＳＶ波が反射しより大きなリップルの発生につながるため、この実施形態においては、圧電基板１の厚み方向に対する伝播速度の分布を圧電基板１の主面側から対向面側に向けて連続的に劣化させることで、伝播速度が変化する界面をなくしＳＶ波の反射を抑制し、リップルの発生を抑制した構成としている。

また、このように伝播速度分布を連続的に変化させるにあたっては、上述したドーパント層６におけるドーパント材の濃度分布を主面側から対向面側に向けて連続的に変化させることで実現することが出来るのである。

なお、ＳＶ波の影響としては櫛形電極３の上側、つまり第１の絶縁層２の側においても発生するものであり、この対策としては特に図示していないが第１の絶縁層２の上にシリコンゴムのような音響波を減衰させる機能を有するダンピング層を設けることで抑制でき、さらに第１の絶縁層２とダンピング層の界面に音響波を散乱させる細かな凹凸を設けることでさらに抑制することが出来るのである。

本発明の弾性境界波デバイスは、電気特性を向上させることができるという効果を有し、特に小型の電子機器に対応する弾性境界波デバイスにおいて有用である。

本発明の一実施形態の弾性境界波デバイス及び特性を示す模式図 他の実施形態の弾性境界波デバイス及び特性を示す模式図 従来の弾性境界波デバイス及び特性を示す模式図

符号の説明

１ 圧電基板
２ 第１の絶縁層
３ 櫛形電極
５ 第２の絶縁層
６ ドーパント層

Claims (4)

1. 圧電基板と、この圧電基板の主面に設けられ弾性境界波を励振させる櫛形電極と、前記圧電基板の主面上において前記櫛形電極を覆うとともに、横波の伝播速度が前記圧電基板より遅い第１の絶縁層とを備え、前記櫛形電極と前記圧電基板の間に横波の伝播速度が前記第１の絶縁層の横波の伝播速度より遅い材料からなる第２の絶縁層を設けたことを特徴とする弾性境界波デバイス。
2. 第２の絶縁層を五酸化タンタル或いは二酸化テルルで形成したことを特徴とする請求項１に記載の弾性境界波デバイス。
3. 圧電基板の主面にドーパント層を形成し、このドーパント層を第２の絶縁層としたことを特徴とする請求項１に記載の弾性境界波デバイス。
4. 圧電基板の横波の伝播速度を主面側から対向面側に向けて連続的に変化させたことを特徴とする請求項３に記載の弾性境界波デバイス。

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