JP2012222458A - Surface acoustic wave device - Google Patents

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surface acoustic
film
acoustic wave
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Inventor
Kazuhiro Hirota
和博 廣田
Junji Mori
淳史 森
Osamu Tokuda
治 徳田
Toshimasa Tsuda
稔正 津田
Susumu Yoshimoto
進 吉元
Atsushi Kamijo
敦 上條
Satori Kimura
悟利 木村
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Nihon Dempa Kogyo Co Ltd
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Nihon Dempa Kogyo Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To minimize insertion loss in a surface acoustic wave device having an IDT electrode disposed on a piezoelectric substrate in order to use a surface acoustic wave even when a frequency band of the device is a high frequency band of 2 GHz or more.SOLUTION: In an SAW resonator 1, an IDT electrode 2 is configured so that a longitudinal wave type leaky wave propagates at a frequency of 2 GHz or more on a piezoelectric substrate 10. Each of electrode fingers 6 is comprised of a laminate film 23 consisting of an aluminum film 22, and a molybdenum film 21 disposed on a lower layer side of the aluminum film 22 and having a larger elastic constant than the aluminum film 22. A film thickness h1 of the molybdenum film 21 is set at two seventh of a film thickness of the entirety of the laminate film 23.

Description

本発明は、SAW(surface acoustic wave:弾性表面波)を利用した弾性表面波デバイスに関する。   The present invention relates to a surface acoustic wave device using SAW (surface acoustic wave).

SAW(surface acoustic wave:弾性表面波)を利用した弾性表面波デバイスとして、圧電基板上にIDT(インターデジタルトランスデューサ)電極を配置すると共に、弾性波(弾性表面波)の伝搬方向においてIDT電極の両側に反射器を配置したSAW共振子や、SAW共振子をラダー型に接続したラダー型フィルタなどが知られている。この共振子では、圧電基板の表面を伝搬する弾性波の波長に対応するように、前記IDT電極における電極指のピッチ(周期長)が設定される。従って、このようなデバイスの使用周波数帯域(例えばフィルタの通過帯域)が高くなるにつれて、前記周期長は小さく(短く)なる。   As a surface acoustic wave device using SAW (surface acoustic wave), an IDT (interdigital transducer) electrode is arranged on a piezoelectric substrate, and both sides of the IDT electrode in the propagation direction of the acoustic wave (surface acoustic wave). There are known SAW resonators in which reflectors are arranged in a ladder, ladder type filters in which SAW resonators are connected in a ladder type, and the like. In this resonator, the pitch (period length) of the electrode fingers in the IDT electrode is set so as to correspond to the wavelength of the elastic wave propagating on the surface of the piezoelectric substrate. Therefore, as the frequency band of use of such a device (for example, the pass band of a filter) increases, the period length decreases (shortens).

ここで、前記SAW共振子を構成する主要な電極材として、例えばアルミニウム(Al)を用いる場合が多い。また、特許文献1には、デュプレクサにおいて耐電力性を高めるために、アルミニウム膜の下層側に下地膜としてチタン(Ti)膜などを形成して、これらアルミニウム膜及び下地膜により電極材を構成する技術について記載されている。このような下地膜は、電極材の1/5程度の膜厚に設定される場合が多い。従って、下地膜を設ける場合には、アルミニウム膜が電極材の主要な材質となっている。更に、特許文献2のように、アルミニウム膜とチタンやホウ化チタンなどとを交互に積層する技術や、金属膜に銅を混入させる技術(後述の文献3)も知られている。   Here, for example, aluminum (Al) is often used as a main electrode material constituting the SAW resonator. In Patent Document 1, a titanium (Ti) film or the like is formed as a base film on the lower layer side of the aluminum film in order to improve power durability in the duplexer, and an electrode material is constituted by the aluminum film and the base film. The technology is described. Such a base film is often set to a thickness of about 1/5 of the electrode material. Therefore, when providing the base film, the aluminum film is the main material of the electrode material. Further, as disclosed in Patent Document 2, a technique of alternately laminating aluminum films and titanium, titanium boride, or the like, or a technique of mixing copper into a metal film (Document 3 described later) is also known.

一方、既述の周波数帯域が2GHz以上もの高周波数帯域になると、様々な原因によって弾性表面波デバイスの挿入損失が大きくなりすぎてQ値が低下して、現実的な使用に耐えられなくなってしまう。そのため、2GHz以上の高周波数帯域では、通常は弾性表面波デバイスに代えて圧電振動デバイスである例えばFBAR(film bulk acoustic resonator)などが用いられている。
特許文献3〜14には、弾性表面波デバイスが記載されているが、既述の課題については検討されていない。
On the other hand, when the frequency band described above is a high frequency band of 2 GHz or more, the insertion loss of the surface acoustic wave device becomes too large due to various causes, the Q value is lowered, and it becomes impossible to withstand practical use. . For this reason, in a high frequency band of 2 GHz or more, for example, an FBAR (film bulk acoustic resonator), which is a piezoelectric vibration device, is usually used instead of the surface acoustic wave device.
In Patent Documents 3 to 14, surface acoustic wave devices are described, but the above-described problems are not studied.

特開2001−94382JP 2001-94382 A 特開平9−69748JP-A-9-69748 特開2008−125131JP 2008-125131 A 国際公開2006−16544International Publication 2006-16544 特開2002−368568JP 2002-368568 国際公開2006−46545International Publication 2006-46545 特開2002−305425JP 2002-305425 A 特開2003−152498JP2003-152498A 特開2005−253034JP 2005-253034 A 特開2003−258593JP 2003-258593 A 特開2003−209455JP 2003-209455 A 国際公開2000−74235International Publication 2000-74235 特開2003−101372JP2003-101372A 特開平9−135143JP-A-9-135143

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、弾性表面波を利用するために圧電基板上にIDT電極を配置した弾性表面波デバイスにおいて、このデバイスの周波数帯域が2GHz以上もの高周波数帯域であっても挿入損失を小さく抑えることのできる弾性表面波デバイスを提供することにある。   The present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is a surface acoustic wave device in which an IDT electrode is disposed on a piezoelectric substrate in order to use surface acoustic waves, and the frequency band of this device is 2 GHz or more. An object of the present invention is to provide a surface acoustic wave device that can suppress insertion loss even in a high frequency band.

本発明の弾性表面デバイスは、
2GHz以上の周波数の弾性表面波を利用した弾性表面波デバイスにおいて、
圧電基板と、
弾性表面波の伝搬方向に沿って各々伸びると共に、弾性表面波の伝搬方向に対して互いに直交する方向に離間するように前記圧電基板上に配置された一対のバスバーと、
各々のバスバーから対向するバスバーに向かって互いに交差するように前記圧電基板上に配置された複数本の電極指と、を備え、
電極指の幅寸法及び互いに隣接する電極指同士の離間寸法を含む周期長が前記圧電基板上を伝搬する弾性表面波の周波数に対応するように各々の電極指が配置され、
前記電極指は、アルミニウム膜と、当該アルミニウム膜の下層側に設けられ、このアルミニウム膜よりも弾性定数が大きい導電性膜と、からなる積層膜により各々構成され、
前記導電性膜の膜厚は、前記積層膜の全体の膜厚の1/4〜1/3に設定されていることを特徴とする。
The elastic surface device of the present invention comprises:
In a surface acoustic wave device using a surface acoustic wave having a frequency of 2 GHz or more,
A piezoelectric substrate;
A pair of bus bars disposed on the piezoelectric substrate so as to extend along the propagation direction of the surface acoustic wave and to be separated from each other in a direction perpendicular to the propagation direction of the surface acoustic wave;
A plurality of electrode fingers disposed on the piezoelectric substrate so as to cross each other from each bus bar toward the opposite bus bar,
Each electrode finger is disposed such that a period length including a width dimension of the electrode finger and a spacing dimension between adjacent electrode fingers corresponds to a frequency of the surface acoustic wave propagating on the piezoelectric substrate,
The electrode fingers are each composed of a laminated film including an aluminum film and a conductive film provided on a lower layer side of the aluminum film and having a larger elastic constant than the aluminum film,
The film thickness of the conductive film is set to ¼ to 3 of the total film thickness of the laminated film.

前記導電性膜は、モリブデン及びチタンの少なくとも一方であっても良い。
前記圧電基板上を伝搬する弾性表面波の波長をλ、前記導電性膜及び前記アルミニウム膜の膜厚を夫々h1及びh2とすると、
前記導電性膜の波長比膜厚h1/λは0.02であり、
前記アルミニウム膜の波長比膜厚h2/λは0.05であり、
前記圧電基板は、YカットZ伝搬ニオブ酸リチウム基板であり、
前記電極指の各々は、前記圧電基板上を弾性表面波のうち縦波型リーキー波が伝搬するように周期長が構成されていても良い。
The conductive film may be at least one of molybdenum and titanium.
When the wavelength of the surface acoustic wave propagating on the piezoelectric substrate is λ, and the film thicknesses of the conductive film and the aluminum film are h1 and h2, respectively,
The wavelength specific thickness h1 / λ of the conductive film is 0.02,
The wavelength specific film thickness h2 / λ of the aluminum film is 0.05,
The piezoelectric substrate is a Y-cut Z-propagating lithium niobate substrate,
Each of the electrode fingers may have a periodic length so that a longitudinal type leaky wave of surface acoustic waves propagates on the piezoelectric substrate.

本発明の別の弾性表面デバイスは、
2GHz以上の周波数の弾性表面波を利用した弾性表面波デバイスにおいて、
圧電基板と、
弾性表面波の伝搬方向に沿って各々伸びると共に、弾性表面波の伝搬方向に対して互いに直交する方向に離間するように前記圧電基板上に配置された一対のバスバーと、
各々のバスバーから対向するバスバーに向かって互いに交差するように前記圧電基板上に配置された複数本の電極指と、を備え、
電極指の幅寸法及び互いに隣接する電極指同士の離間寸法を含む周期長が前記圧電基板上を伝搬する弾性表面波の周波数に対応するように配置され、
前記電極指は、アルミニウム膜よりも弾性定数が大きいホウ化物を含む導電性膜により各々構成されていることを特徴とする。前記導電性膜は、ホウ化チタンであっても良い。
Another elastic surface device of the present invention is:
In a surface acoustic wave device using a surface acoustic wave having a frequency of 2 GHz or more,
A piezoelectric substrate;
A pair of bus bars disposed on the piezoelectric substrate so as to extend along the propagation direction of the surface acoustic wave and to be separated from each other in a direction perpendicular to the propagation direction of the surface acoustic wave;
A plurality of electrode fingers disposed on the piezoelectric substrate so as to cross each other from each bus bar toward the opposite bus bar,
The periodic length including the width dimension of the electrode fingers and the separation dimension between the electrode fingers adjacent to each other is arranged to correspond to the frequency of the surface acoustic wave propagating on the piezoelectric substrate,
The electrode fingers are each composed of a conductive film containing a boride having a larger elastic constant than an aluminum film. The conductive film may be titanium boride.

前記圧電基板上を伝搬する弾性表面波の波長をλ、前記導電性膜の膜厚をhとすると、
前記導電性膜の波長比膜厚h/λは0.07〜0.1であり、
前記圧電基板は、YカットZ伝搬ニオブ酸リチウム基板であり、
前記電極指の各々は、前記圧電基板上を弾性表面波のうち縦波型リーキー波が伝搬するように周期長が構成されていても良い。
When the wavelength of the surface acoustic wave propagating on the piezoelectric substrate is λ and the film thickness of the conductive film is h,
The conductive film has a wavelength specific thickness h / λ of 0.07 to 0.1,
The piezoelectric substrate is a Y-cut Z-propagating lithium niobate substrate,
Each of the electrode fingers may have a periodic length so that a longitudinal type leaky wave of surface acoustic waves propagates on the piezoelectric substrate.

前記圧電基板は、39°〜50°YカットX伝搬タンタル酸リチウム基板であっても良い。
前記圧電基板上を伝搬する弾性表面波の波長をλ、前記導電性膜の膜厚をhとすると、
前記導電性膜の波長比膜厚h/λは0.075〜0.105であり、
前記圧電基板は、48°YカットX伝搬タンタル酸リチウム基板であり、
前記電極指の各々は、前記圧電基板上を弾性表面波のうち横波型リーキー波が伝搬するように周期長が構成されていても良い。
The piezoelectric substrate may be a 39 ° -50 ° Y-cut X-propagating lithium tantalate substrate.
When the wavelength of the surface acoustic wave propagating on the piezoelectric substrate is λ and the film thickness of the conductive film is h,
The wavelength specific thickness h / λ of the conductive film is 0.075 to 0.105,
The piezoelectric substrate is a 48 ° Y-cut X-propagating lithium tantalate substrate,
Each of the electrode fingers may have a periodic length so that a transverse-type leaky wave of surface acoustic waves propagates on the piezoelectric substrate.

前記圧電基板上を伝搬する弾性表面波の波長をλ、前記導電性膜の膜厚をhとすると、
前記導電性膜の波長比膜厚h/λは0.035〜0.065であり、
前記圧電基板は、42°YカットX伝搬タンタル酸リチウム基板であり、
前記電極指の各々は、前記圧電基板上を弾性表面波のうち横波型リーキー波が伝搬するように周期長が構成されていても良い。
前記導電性膜の上方側には、当該導電性膜よりも導電率の高い補助導電膜が積層されていても良い。
When the wavelength of the surface acoustic wave propagating on the piezoelectric substrate is λ and the film thickness of the conductive film is h,
The wavelength specific thickness h / λ of the conductive film is 0.035 to 0.065,
The piezoelectric substrate is a 42 ° Y-cut X-propagating lithium tantalate substrate,
Each of the electrode fingers may have a periodic length so that a transverse-type leaky wave of surface acoustic waves propagates on the piezoelectric substrate.
An auxiliary conductive film having a higher conductivity than that of the conductive film may be stacked on the upper side of the conductive film.

本発明は、2GHz以上の周波数の弾性表面波を利用した弾性表面波デバイスにおいて、圧電基板上に一対のバスバー及び複数の電極指を配置すると共に、これら電極指の各々について、幅寸法及び互いに隣接する電極指同士の離間寸法を含む周期長が前記圧電基板上を伝搬する弾性表面波の周波数と対応するように設定している。また、電極指の各々について、アルミニウム膜と、当該アルミニウム膜の下層側に設けられ、このアルミニウム膜よりも弾性定数が大きい導電性膜と、からなる積層膜により構成すると共に、前記導電性膜の膜厚を前記積層膜の全体の膜厚の1/4〜1/3に設定している。そのため、下層側の導電性膜が圧電基板上を伝搬する弾性表面波のエネルギーの大部分を担い、一方上層側のアルミニウム膜が電極指の導電性を担保しているので、電気抵抗の増大による弾性表面波のエネルギー損失を抑えながら、電極指の粘性に起因する弾性表面波のエネルギー損失を抑制できる。そのため、2GHz以上もの高周波数帯域で使用する弾性表面波デバイスであっても、挿入損失を抑えることができる。また、別の発明は、アルミニウム膜よりも弾性定数が大きいホウ化物により電極指の各々を構成しているので、電気抵抗の増大による弾性表面波のエネルギー損失を抑えながら、電極指の粘性に起因する弾性表面波のエネルギー損失を抑制できる。   The present invention relates to a surface acoustic wave device using a surface acoustic wave having a frequency of 2 GHz or more. A pair of bus bars and a plurality of electrode fingers are arranged on a piezoelectric substrate, and each of these electrode fingers is adjacent to the width dimension and each other. The period length including the distance between the electrode fingers is set to correspond to the frequency of the surface acoustic wave propagating on the piezoelectric substrate. Each electrode finger is formed of a laminated film including an aluminum film and a conductive film provided on a lower layer side of the aluminum film and having a larger elastic constant than the aluminum film. The film thickness is set to 1/4 to 1/3 of the total film thickness of the laminated film. Therefore, the lower layer side conductive film bears most of the surface acoustic wave energy propagating on the piezoelectric substrate, while the upper layer side aluminum film secures the conductivity of the electrode fingers, thereby increasing the electrical resistance. While suppressing the energy loss of the surface acoustic wave, the energy loss of the surface acoustic wave due to the viscosity of the electrode finger can be suppressed. Therefore, even if it is a surface acoustic wave device used in a high frequency band of 2 GHz or more, insertion loss can be suppressed. In another invention, each electrode finger is composed of a boride having an elastic constant larger than that of the aluminum film, so that it is caused by the viscosity of the electrode finger while suppressing the energy loss of the surface acoustic wave due to the increase in electric resistance. It is possible to suppress energy loss of surface acoustic waves.

本発明のSAWデバイスの一例を示す平面図である。It is a top view which shows an example of the SAW device of this invention. 前記デバイスを示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the said device. 前記デバイスにおいて伝搬する弾性波のエネルギー分布を模式的に示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows typically the energy distribution of the elastic wave which propagates in the said device. 前記デバイスについて得られた特性図である。It is the characteristic view obtained about the said device. 前記デバイスの他の例を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the other example of the said device. 前記デバイスについて得られた特性図である。It is the characteristic view obtained about the said device. 前記デバイスについて得られた特性図である。It is the characteristic view obtained about the said device. 前記デバイスについて得られた特性図である。It is the characteristic view obtained about the said device. 前記デバイスについて得られた特性図である。It is the characteristic view obtained about the said device. 前記デバイスのカット角についての説明図である。It is explanatory drawing about the cut angle of the said device. 前記デバイスについて得られた特性図である。It is the characteristic view obtained about the said device. 前記デバイスについて得られた特性図である。It is the characteristic view obtained about the said device. 前記デバイスについて得られた特性図である。It is the characteristic view obtained about the said device. 前記デバイスについて得られた特性図である。It is the characteristic view obtained about the said device. 前記デバイスについて得られた特性図である。It is the characteristic view obtained about the said device. 前記デバイスについて得られた特性図である。It is the characteristic view obtained about the said device. 前記デバイスの他の例を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the other example of the said device. 前記デバイスの他の例を示す平面図である。It is a top view which shows the other example of the said device.

[弾性表面波デバイスの概観]
本発明の弾性表面波デバイスの実施の形態の一例について、図1〜図3を参照して説明する。先ず、この弾性表面波デバイスの概観について説明すると、弾性表面波デバイスは、この例では複数のSAW(surface acoustic wave:弾性表面波)共振子1をラダー型に組み合わせたラダー型フィルタであり、例えばYカットZ伝搬ニオブ酸リチウム(Y軸に垂直に切断されたニオブ酸リチウム上を結晶軸のZ方向に弾性表面波が伝搬する基板)などからなる圧電基板10上に形成されている。この例では、入力ポート11と出力ポート12との間に3つのSAW共振子1が互いに直列となるように各々直列腕として配置され、これらSAW共振子1、1間に1つのSAW共振子1が並列に各々並列腕として接続されている。図1中13は接地ポートであり、4は各々のSAW共振子1、1同士あるいはSAW共振子1と各ポート11、12、13とを電気的に接続する引き回し電極である。尚、図1では、各SAW共振子1については模式的に簡略化して描画している。
[Overview of surface acoustic wave devices]
An example of an embodiment of a surface acoustic wave device according to the present invention will be described with reference to FIGS. First, an overview of the surface acoustic wave device will be described. In this example, the surface acoustic wave device is a ladder type filter in which a plurality of SAW (surface acoustic wave) resonators 1 are combined in a ladder type. Y-cut Z-propagating lithium niobate (a substrate on which surface acoustic waves propagate in the Z-direction of the crystal axis on lithium niobate cut perpendicular to the Y-axis) is formed on the piezoelectric substrate 10. In this example, three SAW resonators 1 are arranged as series arms between the input port 11 and the output port 12 so as to be in series with each other, and one SAW resonator 1 is interposed between the SAW resonators 1 and 1. Are connected in parallel as parallel arms. In FIG. 1, 13 is a ground port, and 4 is a lead electrode for electrically connecting the SAW resonators 1, 1 to each other or the SAW resonator 1 and the ports 11, 12, 13. In FIG. 1, each SAW resonator 1 is schematically depicted in a simplified manner.

各々のSAW共振子1は、IDT電極2と、弾性表面波(以下、「弾性波」と言う)の伝搬方向においてこのIDT電極2の両側に形成された反射器3、3とを備えている。IDT電極2は、弾性波の伝搬方向に沿って各々伸びると共に弾性波の伝搬方向に対して互いに直交する方向に離間するように配置された一対のバスバー5、5と、これらバスバー5、5間において互いに交差するように櫛歯状に形成された複数本の電極指6と、を備えている。この例では、IDT電極2は、一対のバスバー5、5のうち一方側のバスバー5から伸びる電極指6と、当該電極指6に隣接して他方側のバスバー5から伸びる電極指6と、が弾性波の伝搬方向に沿って交互に配置されて正規型電極をなしている。図1中、7は反射器バスバー、8は反射器電極指である。   Each SAW resonator 1 includes an IDT electrode 2 and reflectors 3 and 3 formed on both sides of the IDT electrode 2 in the propagation direction of the surface acoustic wave (hereinafter referred to as “elastic wave”). . The IDT electrode 2 extends along the propagation direction of the elastic wave and is spaced apart in a direction perpendicular to the propagation direction of the elastic wave, and between the bus bars 5 and 5. , And a plurality of electrode fingers 6 formed in a comb-teeth shape so as to cross each other. In this example, the IDT electrode 2 includes an electrode finger 6 extending from one bus bar 5 of the pair of bus bars 5 and 5 and an electrode finger 6 extending from the other bus bar 5 adjacent to the electrode finger 6. The electrodes are arranged alternately along the propagation direction of the elastic wave to form a regular electrode. In FIG. 1, 7 is a reflector bus bar, and 8 is a reflector electrode finger.

そして、各々の電極指6は、図2に示すように、互いに隣接する2本の電極指6、6の各々の幅寸法と、これら電極指6、6間の離間寸法と、からなる周期長が圧電基板10上を伝搬する弾性波の周波数に対応するように構成されている。具体的には、前記周期長は、所望の周波数における弾性波の波長λと同じ寸法となっている。この実施の形態では、圧電基板10上を伝搬する弾性表面波のうち縦波型リーキー波を利用するように、且つ圧電基板10上を伝搬する前記縦波型リーキー波の周波数fが2GHz以上この例では3GHzとなるように、前記周期長λが構成されている。即ち、この圧電基板10上では、電極指6の配置領域を伝搬する縦波型リーキー波の伝搬速度Vが例えば6100m/sとなるので、f=V/λとなるように、周期長λが設定されている。具体的には、周期長λは約2μmとなっている。互いに交差する電極指6、6の数量(電極指6の対数)Nは、例えば150対に設定され、互いに隣接する電極指6、6同士が交差する交差長Wは例えば30λとなっている。   Each electrode finger 6 is, as shown in FIG. 2, a periodic length composed of the width dimension of each of the two electrode fingers 6, 6 adjacent to each other and the separation dimension between the electrode fingers 6, 6. Is configured to correspond to the frequency of the elastic wave propagating on the piezoelectric substrate 10. Specifically, the period length has the same dimension as the wavelength λ of the elastic wave at a desired frequency. In this embodiment, the longitudinal wave type leaky wave propagating on the piezoelectric substrate 10 is used so as to utilize the longitudinal type leaky wave among the surface acoustic waves propagating on the piezoelectric substrate 10, and the frequency f of the longitudinal wave type leaky wave propagating on the piezoelectric substrate 10 is 2 GHz or more. In the example, the period length λ is configured to be 3 GHz. That is, on this piezoelectric substrate 10, the propagation speed V of the longitudinal wave type leaky wave propagating through the arrangement region of the electrode finger 6 is, for example, 6100 m / s. Therefore, the period length λ is set so that f = V / λ. Is set. Specifically, the cycle length λ is about 2 μm. The number N of electrode fingers 6 and 6 that intersect each other (the number of pairs of electrode fingers 6) N is set to 150 pairs, for example, and the intersection length W at which the electrode fingers 6 and 6 adjacent to each other intersect is 30λ, for example.

ここで、各々の電極指6は、図2に示すように、導電性膜である例えばモリブデン(Mo)膜21と、アルミニウム膜22と、が下側からこの順番で積層された積層膜23により構成されている。具体的には、各々の共振子1は、モリブデン膜21及びアルミニウム膜22を例えばスパッタ法により圧電基板10上の全面に亘って下側からこの順番で成膜した後、フォトリソグラフィー法を用いて積層膜23をパターニングすることによって形成されている。モリブデン膜21の膜厚h1及びアルミニウム膜22の膜厚h2は、夫々例えば0.02λ及び0.05λとなっている。従って、モリブデン膜21の膜厚h1は、積層膜23の全体の膜厚(h1+h2)の2/7となっている。尚、図2は圧電基板10を図1のA−A線で切断した縦断面図を示しており、圧電基板10の厚さ寸法については模式的に示している。   Here, as shown in FIG. 2, each electrode finger 6 is formed by a laminated film 23 in which, for example, a molybdenum (Mo) film 21 that is a conductive film and an aluminum film 22 are laminated in this order from the lower side. It is configured. Specifically, each resonator 1 is formed by forming a molybdenum film 21 and an aluminum film 22 from the lower side in this order over the entire surface of the piezoelectric substrate 10 by, for example, sputtering, and then using photolithography. It is formed by patterning the laminated film 23. The film thickness h1 of the molybdenum film 21 and the film thickness h2 of the aluminum film 22 are, for example, 0.02λ and 0.05λ, respectively. Therefore, the film thickness h1 of the molybdenum film 21 is 2/7 of the total film thickness (h1 + h2) of the laminated film 23. 2 shows a longitudinal sectional view of the piezoelectric substrate 10 taken along line AA in FIG. 1, and the thickness dimension of the piezoelectric substrate 10 is schematically shown.

モリブデン膜21は、以下に詳述するように、当該モリブデン膜21の内部を超音波(弾性波)が伝搬する時の減衰量がアルミニウム膜22よりも極めて小さい。一方、モリブデン膜21は、アルミニウム膜22と比べて電気的抵抗が高いので、電気的抵抗による損失(オーミックロス)が大きい。そのため、本発明では、図3に弾性波のエネルギー分布を太線で概略的に示すように、下層側のモリブデン膜21が圧電基板10上を伝搬する弾性波のエネルギーの大部分を担い、一方上層側のアルミニウム膜22がIDT電極2の導電性を担保するように、既述の2層構造となっている。以下に、このように2層構造を採っている理由について説明する。   As will be described in detail below, the molybdenum film 21 has a much smaller attenuation than the aluminum film 22 when ultrasonic waves (elastic waves) propagate through the molybdenum film 21. On the other hand, the molybdenum film 21 has a higher electrical resistance than the aluminum film 22, and therefore has a large loss (ohmic cross) due to the electrical resistance. Therefore, in the present invention, as shown in FIG. 3 where the energy distribution of the elastic wave is schematically shown by a thick line, the lower molybdenum film 21 bears most of the energy of the elastic wave propagating on the piezoelectric substrate 10, while the upper layer The above-described two-layer structure is used so that the aluminum film 22 on the side ensures the conductivity of the IDT electrode 2. Hereinafter, the reason why the two-layer structure is adopted will be described.

[弾性波のエネルギー損失の原因の推定]
弾性波は、固体材料の内部を伝搬する時にエネルギー損失が起こる。このような弾性波のエネルギー損失は、一般的に不導体、半導体及び導体の順番で大きくなり、従って圧電基板10(不導体)では無視できる程小さく、一方既述のIDT電極2などを構成する例えばアルミニウム膜22(導体)では無視できない程の大きさとなっている。このような弾性波のエネルギー損失の1波長あたりの大きさ(弾性波が1波長分だけ伝搬する時のエネルギー損失の大きさ)は、周波数にほぼ比例して増加することが知られており、従って周波数が高くなる程影響が大きくなる(損失が大きくなる)。そのため、これまでの実用的なSAWデバイスの上限周波数は2GHz未満であった。
[Estimation of the cause of energy loss of elastic waves]
When an elastic wave propagates inside a solid material, energy loss occurs. The energy loss of such elastic waves generally increases in the order of nonconductor, semiconductor, and conductor, and thus is so small that it can be ignored by the piezoelectric substrate 10 (nonconductor), while constituting the IDT electrode 2 described above. For example, the aluminum film 22 (conductor) has a size that cannot be ignored. It is known that the magnitude of energy loss of such an elastic wave per wavelength (the magnitude of energy loss when the elastic wave propagates by one wavelength) increases almost in proportion to the frequency, Therefore, the higher the frequency, the greater the influence (loss increases). Therefore, the upper limit frequency of practical SAW devices so far has been less than 2 GHz.

この損失は、電極(アルミニウム膜22)のオーミックロス、リーキー波を用いる場合にはバルク波放射による伝搬損失(バルク波として放射されてしまうことによる損失)、主伝搬方向に対して直角方向への弾性波の漏れによる放射損失などが支配的であった。一方、電極自身の機械的な(物理的な性質による)損失については、これまで積極的に取り上げられることがなかった。そこで、本発明では、以下のように電極の機械的な損失について検討した。   This loss is due to propagation loss due to bulk wave radiation (loss due to being emitted as a bulk wave) in the case of using ohmic crosses or leaky waves of the electrode (aluminum film 22), and in a direction perpendicular to the main propagation direction. Radiation loss due to acoustic wave leakage was dominant. On the other hand, mechanical loss (due to physical properties) of the electrode itself has not been actively addressed so far. Therefore, in the present invention, the mechanical loss of the electrode was examined as follows.

文献1は、アルミニウムや銅(Cu)などの数種類の金属薄膜をスパッタ法により各々形成し、これら金属薄膜の各々について、当該金属薄膜中を伝搬する超音波の減衰を評価した結果を示している。この文献1の評価結果について、減衰量が周波数に比例するものとして縦波バルク波の1波長あたりの減衰量の大きさを計算すると、
アルミニウム:0.1472dB/λ
モリブデン :0.0010dB/λ
チタン :0.0044dB/λ
となる。
Reference 1 shows the results of evaluating the attenuation of ultrasonic waves propagating in the metal thin film, each of which was formed by sputtering, and several kinds of metal thin films such as aluminum and copper (Cu) were formed. . With respect to the evaluation result of Document 1, when the amount of attenuation per wavelength of the longitudinal bulk wave is calculated assuming that the amount of attenuation is proportional to the frequency,
Aluminum: 0.1472 dB / λ
Molybdenum: 0.0010 dB / λ
Titanium: 0.0044 dB / λ
It becomes.

モリブデンやチタンは、アルミニウムよりも超音波の伝搬損失が格段に小さいことが分かる。一方、文献2には、バルク材としての縦波の伝搬損失(薄膜などといった形状で物性が変化しない状態の値)について記載されており、同様に1波長あたりの減衰量の大きさを各材質毎に示すと、
アルミニウム:0.048dB/λ
銅 :0.129dB/λ
金(Au) :0.065dB/λ
となる。
It can be seen that molybdenum and titanium have much smaller ultrasonic propagation loss than aluminum. On the other hand, Document 2 describes a longitudinal wave propagation loss as a bulk material (a value in a state in which physical properties do not change due to a shape such as a thin film), and similarly, the amount of attenuation per wavelength is set for each material. For each
Aluminum: 0.048 dB / λ
Copper: 0.129 dB / λ
Gold (Au): 0.065 dB / λ
It becomes.

アルミニウム中の損失について、これら文献1、2の各値を比較すると、バルク材よりも薄膜の方が3倍程度損失の大きいことが分かる。また、SAWデバイスの電極材として使用されることがある銅は、バルク材の状態で損失がアルミニウムの約2.7倍であり、従って薄膜であればより一層大きな損失となることが想定される。このように、同じ導体であっても弾性波の伝搬損失には材質によって大きな差異があるし、また同じ材質であっても薄膜ではバルク材よりも伝搬損失が大きくなる。この文献で示されている粘性損失は、周波数に比例して大きくなる。そのため、2GHz以上もの高い周波数の弾性波が伝搬するSAWデバイスでは、このような電極材そのものの機械的特性(物理的特性)がデバイス全体の周波数特性に大きく影響を及ぼすものと考えられる。そこで、2GHz以上の周波数の弾性波を利用するSAW共振子について、具体的に当該SAW共振子を構成する電極材の特性について検討した。   Comparing the values of these documents 1 and 2 for the loss in aluminum, it can be seen that the loss of the thin film is about three times that of the bulk material. In addition, copper that may be used as an electrode material for SAW devices has a loss of about 2.7 times that of aluminum in the state of a bulk material. . As described above, even if the conductor is the same, there is a large difference in the propagation loss of the elastic wave depending on the material. Even if the material is the same, the propagation loss is larger in the thin film than in the bulk material. The viscosity loss shown in this document increases in proportion to the frequency. Therefore, in a SAW device in which an elastic wave having a high frequency of 2 GHz or more propagates, it is considered that the mechanical characteristics (physical characteristics) of such an electrode material itself greatly affect the frequency characteristics of the entire device. Therefore, for the SAW resonator using an elastic wave having a frequency of 2 GHz or more, the characteristics of the electrode material constituting the SAW resonator were specifically examined.

先ず、YカットZ伝搬ニオブ酸リチウムからなる圧電基板上に、当該圧電基板上において3GHzの周波数で縦波型リーキー波(LLSAW:Longitudinal Leaky SAW)が共振するように、周期長λが約2μmのSAW共振子をアルミニウム膜により形成した。IDT電極の対数N、交差長W及び波長比膜厚h/λ(h:IDT電極の膜厚)については、夫々150対、30及び0.0795とした。図4は、このSAW共振子について、実際に実験により得られたアドミッタンス及び機械的損失を夫々特性1及び特性2として示している。この機械的損失は、SAW共振子の特性を標準的な集中定数等価回路(互いに直列に接続されたインダクタンス、容量成分及び抵抗成分に対して並列に別の容量成分が接続された回路)で表現した時に、既述の直列腕において得られる損失を評価したものである。尚、この特性2において、電気的抵抗によるオーミックロスは、前記回路に対して直列に抵抗を接続したものとして取り除いている。この機械的損失は、周波数の2次関数となっている。   First, on a piezoelectric substrate made of Y-cut Z-propagating lithium niobate, a periodic length λ is about 2 μm so that a longitudinal leaky wave (LLSAW: Longitudinal Leaky SAW) resonates at a frequency of 3 GHz on the piezoelectric substrate. The SAW resonator was formed from an aluminum film. The number N of IDT electrodes, the crossing length W, and the wavelength specific film thickness h / λ (h: film thickness of the IDT electrode) were 150 pairs, 30 and 0.0795, respectively. FIG. 4 shows the admittance and the mechanical loss actually obtained by experiments for this SAW resonator as the characteristics 1 and 2, respectively. This mechanical loss expresses the characteristics of the SAW resonator as a standard lumped constant equivalent circuit (a circuit in which another capacitance component is connected in parallel to the inductance, capacitance component, and resistance component connected in series with each other). The loss obtained in the above-described series arm was evaluated. In this characteristic 2, ohmic cross due to electric resistance is removed as a resistance connected in series with the circuit. This mechanical loss is a quadratic function of frequency.

また、前記対数Nや交差長Wを種々変えて既述のSAW共振子を作製し、同様に機械的損失を評価した。そして、これら評価結果から、対数N及び交差長Wが夫々十分に(無限に)大きい場合の機械的損失を推算して、図4に特性3として示した。即ち、弾性波の伝搬する領域が無限であると仮定して、当該領域から表面波として弾性波が水平方向に漏れ出す損失がないものとして前記推算を行った。従って、特性2及び特性3の差分は、前記領域から弾性波が漏れ出すことによる損失を表している。   Further, the above-described SAW resonator was manufactured by changing the logarithm N and the crossing length W in various ways, and mechanical loss was similarly evaluated. Then, from these evaluation results, the mechanical loss when the logarithm N and the intersection length W are sufficiently large (infinitely) is estimated and shown as characteristic 3 in FIG. That is, assuming that the region in which the elastic wave propagates is infinite, the above estimation is performed assuming that there is no loss that the elastic wave leaks from the region as a surface wave in the horizontal direction. Therefore, the difference between the characteristic 2 and the characteristic 3 represents a loss due to leakage of elastic waves from the region.

更に、有限要素法に基づく理論計算により、バルク放射による損失を算出して図4に特性4として示した。この理論計算は、SAW共振子を構成する電極が完全な導体であり、オーミック損失を含まず、また電極の機械的損失(後述する電極の粘性による損失)もないものとして求めた。また、この特性4の計算を行うにあたり、SAW共振子は、交差長方向では一様(即ち交差長Wが無限に長い)であり、弾性波の伝搬方向では無限の周期構造となっているものとした。従って、特性3及び特性4は、いずれも対数N及び交差長Wについて十分に大きい場合についての機械的損失を表しており、互いに比べることができる。   Furthermore, the loss due to bulk radiation was calculated by theoretical calculation based on the finite element method, and is shown as characteristic 4 in FIG. This theoretical calculation was determined on the assumption that the electrode constituting the SAW resonator was a perfect conductor, did not include ohmic loss, and had no mechanical loss of electrode (loss due to electrode viscosity described later). In calculating the characteristic 4, the SAW resonator is uniform in the cross length direction (that is, the cross length W is infinitely long) and has an infinite periodic structure in the elastic wave propagation direction. It was. Therefore, the characteristic 3 and the characteristic 4 both represent the mechanical loss when the logarithm N and the intersection length W are sufficiently large, and can be compared with each other.

これら特性3及び特性4を比較すると、特性3の損失は、特性4の損失よりも大きくなっていた。ここで、特性3の2次係数と特性4の2次係数とが同等であるため、これら特性3及び特性4の差分を取って特性5として図4に示すと、この特性5の値は、周波数が高くなるにつれて緩やかに増加していることが分かった。即ち、この特性5は、既述の特性4を算出するにあたって計算から除外した(含めなかった)損失、具体的にはSAW共振子を構成する電極のオーミック損失及び機械的損失を表しており、例えば3GHzでは約0.12dB/λとなっていた。従って、この特性5の結果から、これらオーミック抵抗及び機械的損失の少なくとも一方は、既述のように、周波数が高くなる程大きくなることが分かる。図4の特性4では、SAW共振子の共振点と反共振点との間のある周波数(3GHz)において、バルク波放射がゼロになっていた。   When these characteristics 3 and 4 are compared, the loss of characteristic 3 is larger than the loss of characteristic 4. Here, since the secondary coefficient of the characteristic 3 and the secondary coefficient of the characteristic 4 are equivalent, when the difference between the characteristic 3 and the characteristic 4 is taken and shown as the characteristic 5 in FIG. 4, the value of the characteristic 5 is It was found that the frequency gradually increased as the frequency increased. That is, this characteristic 5 represents the loss excluded (not included) from the calculation in calculating the above-described characteristic 4, more specifically, the ohmic loss and mechanical loss of the electrodes constituting the SAW resonator, For example, at 3 GHz, it was about 0.12 dB / λ. Therefore, from the result of the characteristic 5, it can be seen that at least one of the ohmic resistance and the mechanical loss increases as the frequency increases, as described above. In the characteristic 4 of FIG. 4, the bulk wave radiation is zero at a certain frequency (3 GHz) between the resonance point and the antiresonance point of the SAW resonator.

続いて、文献1において周波数が1GHzの場合に得られた減衰量に基づいて、3GHz帯における減衰量を算出(比例計算)すると共に、この減衰量をアルミニウム電極の粘性率に換算し、この粘性率を考慮して(粘性を含めて)既述の特性4の計算を行った。その結果、この特性は、図示を省略するが、既述の図4の特性4と同様に3GHzにおいて最小値を取る2次曲線を示したものの、損失の最小値はゼロではなく0.074dB/λとなっていた。この最小値は、特性5(実験値からの推算と理論値との差分)の3GHzにおける値(約0.12dB/λ)の6割に相当していた。   Subsequently, based on the attenuation obtained when the frequency is 1 GHz in Document 1, the attenuation in the 3 GHz band is calculated (proportional calculation), and the attenuation is converted into the viscosity of the aluminum electrode. The above-mentioned characteristic 4 was calculated in consideration of the rate (including viscosity). As a result, although not shown, this characteristic shows a quadratic curve having a minimum value at 3 GHz as in the case of the characteristic 4 in FIG. 4, but the minimum value of loss is not zero but 0.074 dB / It was λ. This minimum value corresponded to 60% of the value (about 0.12 dB / λ) at 3 GHz of characteristic 5 (difference between the estimated value from the experimental value and the theoretical value).

以上説明したことから、SAW共振子における機械的損失は、弾性波がバルク波として放射される損失(特性4)、対数Nや交差長Wが各々有限であるための損失(特性2及び特性3の差分)及びオーミック損失以外に、当該SAW共振子を構成する電極の粘性による損失が含まれていると言える。即ち、既述の実験に用いたSAW共振子は、対数N及び交差長Wが各々有限であることを考慮しても、損失がオーミック損失及びバルク波損失だけであれば、共振点におけるQ値がシミュレーションでは600程度となるはずだが、実際には170程度となっていた。従って、前記電極は圧電基板よりも柔らかく(弾性定数が小さく)粘性が大きいので、弾性波のエネルギーを熱として散逸してしまうと考えられる。   From the above description, the mechanical loss in the SAW resonator includes loss due to elastic waves radiated as bulk waves (characteristic 4), loss due to the finite logarithm N and crossing length W (characteristics 2 and 3). In addition to the ohmic loss and the ohmic loss, it can be said that the loss due to the viscosity of the electrodes constituting the SAW resonator is included. That is, the SAW resonator used in the above-described experiment has a Q value at the resonance point as long as the loss is only ohmic loss and bulk wave loss even when the logarithm N and the crossing length W are finite. However, in simulation, it should be about 600, but it was actually about 170. Therefore, the electrode is softer than the piezoelectric substrate (has a small elastic constant) and has a high viscosity, so it is considered that the energy of the elastic wave is dissipated as heat.

[機械的損失の低減]
このように、アルミニウムや銅あるいは金などといったこれまでSAWデバイスの主な電極材料として用いられている金属材料(導体)は、2GHz以上もの高い周波数では無視できない程度の大きな粘性損失(機械的損失)を持っており、SAWデバイスの損失を増加させていると考えられる。従って、この粘性損失を低減するためには、アルミニウム膜などよりも粘性損失の小さな導体を電極材料として用いる必要のあることが分かる。しかし、粘性損失の小さな導体を電極材料として用いるにあたって、当該電極材料の電気抵抗がアルミニウム膜などよりも大きいと、特に2GHz以上もの周波数では既述のように電極の膜厚が薄くなることからオーミック損失が大きくなる。例えば既述のモリブデン膜やチタン膜は、アルミニウム膜よりも機械的損失は小さいが、バルク材料としての電気抵抗はアルミニウムの夫々約2倍及び30倍と大きい。従って、2GHz以上もの周波数では、アルミニウム膜に代えてモリブデン膜やチタン膜を電極材料として用いるのであれば、機械的損失の低減とオーミック損失の増加とのバランスを計ることにより、アルミニウム膜を用いた場合よりも電極全体の損失が小さくなるように設計する必要がある。
[Reduction of mechanical loss]
Thus, metal materials (conductors) such as aluminum, copper, and gold that have been used as the main electrode materials of SAW devices so far cannot be ignored at frequencies as high as 2 GHz or higher (mechanical loss). It is considered that the loss of the SAW device is increased. Therefore, in order to reduce this viscous loss, it turns out that it is necessary to use a conductor whose viscosity loss is smaller than an aluminum film etc. as an electrode material. However, when using a conductor with low viscosity loss as an electrode material, if the electrical resistance of the electrode material is larger than that of an aluminum film or the like, the film thickness of the electrode is reduced as described above, particularly at a frequency of 2 GHz or more. Loss increases. For example, the aforementioned molybdenum film and titanium film have a smaller mechanical loss than the aluminum film, but the electrical resistance as a bulk material is about twice and 30 times that of aluminum, respectively. Therefore, at a frequency of 2 GHz or more, if a molybdenum film or a titanium film is used as an electrode material instead of an aluminum film, an aluminum film is used by balancing the reduction in mechanical loss and the increase in ohmic loss. It is necessary to design so that the loss of the whole electrode becomes smaller than the case.

以下に、電極材料としてアルミニウム膜に代えてモリブデン膜を用いた場合において、有限要素法を用いてシミュレーションを行った結果について説明する。電極材料としてアルミニウム膜を用いた場合には、バルク波放射損失が最小となる波長比膜厚h/λは0.08となったが、電極材料としてモリブデン膜を用いた場合には波長比膜厚h/λは0.043となった。従って、電極材料としてアルミニウム膜に代えてモリブデン膜を用いると、アルミニウム膜を用いた場合と比べて、粘性損失が1/150と無視できる位に小さくなるが、電気抵抗が大きい上に膜厚を薄くする必要があるので、オーミック抵抗は2×8÷4.3=3.72倍(電気抵抗がアルミニウム膜の2倍で膜厚が(4.3/8)倍)と増加することになる。   Hereinafter, the results of simulation using the finite element method when a molybdenum film is used instead of the aluminum film as an electrode material will be described. When the aluminum film is used as the electrode material, the wavelength specific film thickness h / λ that minimizes the bulk wave radiation loss is 0.08. However, when the molybdenum film is used as the electrode material, the wavelength specific film The thickness h / λ was 0.043. Therefore, when a molybdenum film is used as an electrode material instead of an aluminum film, the viscosity loss is negligibly small, 1/150, compared to the case of using an aluminum film, but the electrical resistance is high and the film thickness is increased. Since it is necessary to reduce the thickness, the ohmic resistance increases by 2 × 8 ÷ 4.3 = 3.72 times (the electric resistance is twice that of the aluminum film and the film thickness is (4.3 / 8) times). .

そのため、オーミック抵抗をなるべく増やさずに粘性損失をできるだけ小さくするために、アルミニウム膜とモリブデン膜とを積層した電極構成について検討した。先ず、このような積層構造において、アルミニウム膜だけを電極材料として用いた場合よりもオーミック抵抗を増大させないためには、アルミニウム膜をモリブデン膜よりも厚くする必要がある。そこで、このような積層構造として、YカットZ伝搬ニオブ酸リチウムからなる圧電基板上に、アルミニウム膜及びモリブデン膜を下側からこの順番で積層した構成について、同様に有限要素法を用いたシミュレーションを行った。その結果、粘性損失はアルミニウム膜だけを用いた場合の半分以下にはならなかった。即ち、電極の膜厚方向においてアルミニウム膜の一部をモリブデン膜に代えた場合には、オーミック抵抗が増大する分、粘性損失がアルミニウム膜だけを用いた場合の半分以下にならないと、オーミック損失及び粘性損失を含めた全体の損失が改善されないと考えられる。   Therefore, in order to minimize the viscosity loss without increasing the ohmic resistance as much as possible, an electrode configuration in which an aluminum film and a molybdenum film are stacked was examined. First, in such a laminated structure, it is necessary to make the aluminum film thicker than the molybdenum film in order not to increase the ohmic resistance as compared with the case where only the aluminum film is used as the electrode material. Therefore, as such a laminated structure, a simulation using the finite element method is similarly applied to a configuration in which an aluminum film and a molybdenum film are laminated in this order from the lower side on a piezoelectric substrate made of Y-cut Z-propagating lithium niobate. went. As a result, the viscosity loss did not become less than half that when only the aluminum film was used. That is, when a part of the aluminum film is replaced with a molybdenum film in the film thickness direction of the electrode, the ohmic resistance increases, so that the viscosity loss is not less than half that when only the aluminum film is used. It is considered that the overall loss including viscosity loss is not improved.

一方、圧電基板上にモリブデン膜及びアルミニウム膜を下側からこの順番で積層した積層構造を検討した。そして、モリブデン膜の波長比膜厚h1/λを0.02、アルミニウム膜の波長比膜厚h2/λを0.05に設定すると、即ちモリブデン膜の膜厚を前記積層構造の全体の膜厚の2/7(0.02÷(0.02+0.05))に設定すると、アルミニウム膜だけを用いた場合と比べて粘性損失が1/6となり、オーミック抵抗は、以下の式(1)に示すように、1.33倍の増加で済むことが分かった。

Figure 2012222458
On the other hand, the laminated structure which laminated | stacked the molybdenum film | membrane and the aluminum film | membrane in this order from the lower side on the piezoelectric substrate was examined. When the wavelength specific film thickness h1 / λ of the molybdenum film is set to 0.02 and the wavelength specific film thickness h2 / λ of the aluminum film is set to 0.05, that is, the film thickness of the molybdenum film is set to the entire film thickness of the laminated structure. 2/7 (0.02 ÷ (0.02 + 0.05)), the viscosity loss becomes 1/6 compared to the case of using only the aluminum film, and the ohmic resistance is expressed by the following equation (1). As shown, it was found that an increase of 1.33 times is sufficient.
Figure 2012222458

即ち、弾性波が圧電基板上を伝搬することから、圧電基板上に形成された電極では、当該圧電基板の表面(圧電基板と電極との間の界面)に近い程、弾性波の伝搬や励振(発生)に寄与する割合が大きくなり、一方圧電基板の表面から上方側に離れる程、弾性波の伝搬や励振に寄与する割合が小さくなると考えられる。従って、アルミニウム膜の下層にモリブデン膜を配置すると共に、これらアルミニウム膜とモリブデン膜との膜厚の比率を既述のように設定することにより、アルミニウム膜よりも粘性損失の小さい(弾性定数の大きい)モリブデン膜が圧電基板上を伝搬する弾性波のエネルギーの大部分を担い、モリブデン膜よりも電気抵抗の小さいアルミニウム膜が電極の導電性を担保することになる。   That is, since the elastic wave propagates on the piezoelectric substrate, in the electrode formed on the piezoelectric substrate, the closer to the surface of the piezoelectric substrate (the interface between the piezoelectric substrate and the electrode), the propagation and excitation of the elastic wave. It is considered that the proportion contributing to (generation) increases, while the proportion contributing to the propagation and excitation of elastic waves decreases as the distance from the surface of the piezoelectric substrate increases. Therefore, by arranging a molybdenum film under the aluminum film and setting the ratio of the film thickness of the aluminum film and the molybdenum film as described above, the viscosity loss is smaller than that of the aluminum film (the elastic constant is large). ) The molybdenum film bears most of the energy of the elastic wave propagating on the piezoelectric substrate, and an aluminum film having an electric resistance smaller than that of the molybdenum film ensures the conductivity of the electrode.

上述の実施の形態によれば、2GHz以上もの周波数で縦波型リーキー波が圧電基板10上を伝搬するようにIDT電極2を構成したSAW共振子1において、電極指6の各々について、アルミニウム膜22と、当該アルミニウム膜22の下層側に設けられ、このアルミニウム膜22よりも弾性定数が大きいモリブデン膜21と、からなる積層膜23により構成すると共に、モリブデン膜21の膜厚h1を前記積層膜23の全体の膜厚の2/7に設定している。そのため、モリブデン膜32が圧電基板10上を伝搬する弾性表面波のエネルギーの大部分を担い、一方アルミニウム膜22が電極指6の導電性を担保しているので、電気抵抗の増大による弾性表面波のエネルギー損失を抑えながら、電極指6の粘性に起因する弾性表面波のエネルギー損失を抑制できる。そのため、2GHz以上もの高周波数帯域で使用するSAW共振子1であっても、挿入損失を抑えることができる。従って、従来では適用が困難であった2GHz以上の周波数帯域について、SAWデバイスの適用範囲を広げることができる。   According to the above-described embodiment, in the SAW resonator 1 in which the IDT electrode 2 is configured such that a longitudinal wave type leaky wave propagates on the piezoelectric substrate 10 at a frequency of 2 GHz or more, an aluminum film is formed on each electrode finger 6. 22 and a molybdenum film 21 provided on the lower layer side of the aluminum film 22 and having a larger elastic constant than the aluminum film 22, and a film thickness h1 of the molybdenum film 21 is set to the laminated film. The total film thickness of 23 is set to 2/7. Therefore, the molybdenum film 32 bears most of the energy of the surface acoustic wave propagating on the piezoelectric substrate 10, while the aluminum film 22 ensures the conductivity of the electrode fingers 6. The energy loss of the surface acoustic wave due to the viscosity of the electrode finger 6 can be suppressed while suppressing the energy loss. Therefore, even with the SAW resonator 1 used in a high frequency band of 2 GHz or more, insertion loss can be suppressed. Therefore, the application range of the SAW device can be expanded in a frequency band of 2 GHz or higher, which has been difficult to apply in the past.

また、電極材料としてアルミニウム膜22に代えてモリブデン膜21だけを用いた場合には、既述のようにモリブデン膜21は、膜厚がアルミニウム膜22を用いた場合の0.043/0.08と薄くなるので、アルミニウム膜22だけを用いた場合よりも膜厚の精度を厳しく(厳密に)設定する必要がある。しかし、モリブデン膜21とアルミニウム膜22との積層構造とすることにより、モリブデン膜21だけを用いた場合よりも前記積層構造の膜厚が厚くなり、従って当該積層構造の膜厚について高い精度が不要になるので、SAW共振子1を製造しやすくなる。   When only the molybdenum film 21 is used as the electrode material instead of the aluminum film 22, the molybdenum film 21 has a thickness of 0.043 / 0.08 when the aluminum film 22 is used as described above. Therefore, it is necessary to set the accuracy of the film thickness more strictly (strictly) than when only the aluminum film 22 is used. However, by adopting a laminated structure of the molybdenum film 21 and the aluminum film 22, the film thickness of the laminated structure becomes thicker than when only the molybdenum film 21 is used, and therefore high accuracy is not required for the film thickness of the laminated structure. Therefore, it becomes easy to manufacture the SAW resonator 1.

既述の例では、モリブデン膜の膜厚h1を前記積層膜23の全体の膜厚の2/7に設定したが、オーミック抵抗の増大を抑えながら、粘性損失を低減するためには、モリブデン膜21の膜厚h1は、積層膜23の全体の膜厚の1/4〜1/3に設定すれば良い。また、アルミニウム膜22の下層に形成する導電性膜としてモリブデン膜21を用いたが、このモリブデン膜21に代えて、あるいはモリブデン膜21と共に、チタン膜、ルテニウム(Ru)、タングステン(W)の少なくとも1つからなる膜を用いても良い。   In the example described above, the film thickness h1 of the molybdenum film is set to 2/7 of the total film thickness of the laminated film 23. However, in order to reduce the viscosity loss while suppressing the increase in ohmic resistance, the molybdenum film is used. The film thickness h <b> 1 of 21 may be set to ¼ to 膜厚 of the total film thickness of the laminated film 23. Although the molybdenum film 21 is used as a conductive film formed below the aluminum film 22, at least one of a titanium film, ruthenium (Ru), and tungsten (W) is used instead of or together with the molybdenum film 21. A single film may be used.

[他の実施の形態]
続いて、本発明のSAWデバイスの他の実施の形態について、図5を参照して説明する。この実施の形態では、各々のSAW共振子1は、モリブデン膜21とアルミニウム膜22との積層構造により形成されていることに代えて、ホウ化チタン(TiB2)膜25により各々形成されている。このようにホウ化チタン膜25によりSAW共振子1を構成している理由について、以下に詳述する。尚、この実施の形態では、既述の図1及び図2にて説明したSAWデバイスと同じ構成については説明を省略する。
[Other embodiments]
Next, another embodiment of the SAW device of the present invention will be described with reference to FIG. In this embodiment, each SAW resonator 1 is formed by a titanium boride (TiB 2) film 25 instead of being formed by a laminated structure of a molybdenum film 21 and an aluminum film 22. The reason why the SAW resonator 1 is constituted by the titanium boride film 25 will be described in detail below. In this embodiment, the description of the same configuration as the SAW device described with reference to FIGS. 1 and 2 is omitted.

文献2に記載されているように、一般的に、固体材料の内部を弾性波(音波)が伝搬する時の当該弾性波の減衰量と固体材料の電気伝導度との間には相関関係があり、不導体(酸化物結晶を含む)、半導体及び導体の順番で減衰量が増加する。また、同じ導体でも、電気抵抗が非常に小さい材料は、音波の減衰量が大きい傾向がある。即ち、導体の各材料について、電気抵抗が大きくなるに従って、音波の減衰量が小さくなると言える。従って、SAW共振子1の電極材料として適した材料は、導体の中でも電気抵抗の高い材料と言えるかも知れない。   As described in Document 2, in general, there is a correlation between the amount of attenuation of the elastic wave when the elastic wave (sound wave) propagates inside the solid material and the electrical conductivity of the solid material. Yes, the attenuation increases in the order of nonconductor (including oxide crystal), semiconductor and conductor. In addition, even with the same conductor, a material having a very small electric resistance tends to have a large attenuation of sound waves. That is, for each material of the conductor, it can be said that the attenuation amount of the sound wave decreases as the electric resistance increases. Therefore, it may be said that a material suitable as the electrode material of the SAW resonator 1 is a material having high electrical resistance among conductors.

既述の例で説明した各材料についても、弾性波の損失(粘性による損失)は、電気抵抗の小さいアルミニウム、銅あるいは金などでは大きいが、電気抵抗の大きなモリブデンやチタンなどでは小さい。このような弾性波の損失の小さいモリブデンやチタンなどの材料は、弾性波の損失の大きな材料と比べて、弾性定数が大きく、電気抵抗が6μΩcm以上であるという共通の特徴を持っている。   For each material described in the above-described example, the loss of elastic waves (loss due to viscosity) is large for aluminum, copper, gold, or the like having a low electric resistance, but is small for molybdenum, titanium, or the like having a high electric resistance. Such a material such as molybdenum or titanium having a small elastic wave loss has a common characteristic that it has a large elastic constant and an electric resistance of 6 μΩcm or more as compared with a material having a large elastic wave loss.

従って、電気抵抗が例えば5μΩcm以上、且つオーミック抵抗があまり大きくならないように電気抵抗が20μΩcm以下であり、更に弾性定数ができるだけ大きい材料は、SAW共振子1の電極材料として適していると考えられる。ここで、以下の表に示すように、ホウ化チタンなどのホウ化物(ホウ化ジルコニウム(ZrB2)、ホウ化ニオブ(NbB2)、ホウ化タンタル(TaB2)、ホウ化クロム(CrB2)、ホウ化モリブデン(Mo2B3)、ホウ化タングステン(W2B3)、ホウ化ランタン(LaB6))は、抵抗率が20μΩcm以下と他の化合物などと比べて比較的低く、特にホウ化チタン(7μΩcm)やホウ化ジルコニウム(6μΩcm)は、SAW共振子1の電極材料として十分使用可能である(文献4)。そして、このようなホウ化物は、アルミニウムなどよりも弾性定数が極めて大きい。   Therefore, a material having an electric resistance of, for example, 5 μΩcm or more, an electric resistance of 20 μΩcm or less so that the ohmic resistance is not so large, and an elastic constant as large as possible is considered suitable as an electrode material for the SAW resonator 1. Here, as shown in the following table, borides such as titanium boride (zirconium boride (ZrB2), niobium boride (NbB2), tantalum boride (TaB2), chromium boride (CrB2), molybdenum boride (Mo2B3), tungsten boride (W2B3), and lanthanum boride (LaB6)) have a resistivity of 20 μΩcm or less, which is relatively low compared to other compounds, especially titanium boride (7 μΩcm) and zirconium boride (6 μΩcm). ) Can be sufficiently used as the electrode material of the SAW resonator 1 (Reference 4). Such borides have an extremely large elastic constant than aluminum.

(表)

Figure 2012222458
(table)
Figure 2012222458

尚、この表において「c11」は縦波に関する弾性定数、「c44」は横波に関する弾性定数であり、これら縦波及び横波の位相速度V(縦波)及びV(横波)は、夫々以下の式(2)及び式(3)で求められる。

Figure 2012222458
In this table, “c11” is the elastic constant related to the longitudinal wave, “c44” is the elastic constant related to the transverse wave, and the phase velocity V (longitudinal wave) and V (transverse wave) of the longitudinal wave and the transverse wave are expressed by the following equations, respectively. It is calculated | required by (2) and Formula (3).
Figure 2012222458

Figure 2012222458

次いで、ホウ化チタン膜25をSAW共振子1の電極材料として用いた場合に得られる特性について説明する。具体的には、同軸YカットX伝搬タンタル酸リチウム上を伝搬するLSAWの代表として、48°YカットX伝搬タンタル酸リチウム(結晶軸のX軸回りに48°回転したY軸に垂直に切断したタンタル酸リチウム上をX方向に弾性表面波が伝搬する基板)からなる圧電基板上に、横波型リーキー波が伝搬するように正規型のSAW共振子を形成した場合に得られる周波数特性を例に挙げてシミュレーションした。この時、SAW共振子におけるIDT電極のライン占有率(電極指の幅寸法÷(電極指の幅寸法+互いに隣接する電極指間の距離))は、0.5とした。また、対数N及び交差長Wについては、既述のように各々無限長とした。
Figure 2012222458

Next, characteristics obtained when the titanium boride film 25 is used as the electrode material of the SAW resonator 1 will be described. Specifically, as a representative of LSAW propagating on coaxial Y-cut X-propagating lithium tantalate, 48 ° Y-cut X-propagating lithium tantalate (cut perpendicular to the Y axis rotated 48 ° around the X axis of the crystal axis) An example of frequency characteristics obtained when a regular SAW resonator is formed on a piezoelectric substrate (a substrate on which surface acoustic waves propagate in the X direction on lithium tantalate) so that transverse wave leaky waves propagate. I gave a simulation. At this time, the line occupation ratio of the IDT electrodes in the SAW resonator (electrode finger width dimension ÷ (electrode finger width dimension + distance between adjacent electrode fingers)) was set to 0.5. Further, the logarithm N and the intersection length W are each infinite length as described above.

そして、波長比膜厚h/λを種々変えて、共振周波数fr、反共振周波数fa及びバルク放射による伝搬損失が最小となる周波数fminを計算した。この時、SAW共振子の電極材料として、アルミニウム(図6)、モリブデン(図7)及びホウ化チタン(図8)を用いた場合の夫々についてシミュレーションを行った。尚、これら図6〜図8について、横軸は既述の波長比膜厚h/λ、縦軸は速い横波のカットオフ周波数(ブラック周波数)fBで規格化した周波数fを示している。   Then, the wavelength specific film thickness h / λ was variously changed, and the resonance frequency fr, the antiresonance frequency fa, and the frequency fmin at which the propagation loss due to the bulk radiation was minimized were calculated. At this time, simulation was performed for each of the cases where aluminum (FIG. 6), molybdenum (FIG. 7), and titanium boride (FIG. 8) were used as the electrode material of the SAW resonator. 6 to 8, the horizontal axis indicates the wavelength ratio film thickness h / λ described above, and the vertical axis indicates the frequency f normalized by the fast horizontal wave cut-off frequency (black frequency) fB.

横波型リーキー波を用いた場合、周波数fminにおいてバルク放射による伝搬損失が理論上ゼロになり、従って共振型のデバイスでは、平均的な損失量を最小化するためには、共振周波数frと反共振周波数faとの間のほぼ中間位置に周波数fminが位置することが好ましい。従って、これら図6〜図8において損失が各々最小となる時の波長比膜厚h/λを読み取ると、アルミニウムでは0.10、モリブデンでは0.043、ホウ化チタンでは0.085となる。尚、図6〜図8のシミュレーションでは、電極の粘性損失やその他の損失については計算から除いている。   When the transverse wave type leaky wave is used, the propagation loss due to the bulk radiation is theoretically zero at the frequency fmin. Therefore, in the resonance type device, in order to minimize the average loss amount, the resonance frequency fr and the antiresonance are obtained. It is preferable that the frequency fmin is located at an approximately middle position between the frequency fa. Accordingly, when the wavelength specific film thickness h / λ when the loss is minimized in each of FIGS. 6 to 8 is read, it is 0.10 for aluminum, 0.043 for molybdenum, and 0.085 for titanium boride. In addition, in the simulation of FIGS. 6-8, the viscous loss of an electrode and other loss are excluded from calculation.

この時、これら3種類の電極材料(アルミニウム、モリブデン及びホウ化チタン)について、既述のようにバルク放射による伝搬損失が最小となるように膜厚を調整した時の電気抵抗について検討する。アルミニウムを用いた場合の電気抵抗を1とすると、モリブデンでは(5.6/2.7)/(0.043/0.1)=4.8倍となっていたが、ホウ化チタンでは(7/2.7)/(0.085/0.1)=3倍に留まっていた。従って、既述の表ではホウ化チタンの電気抵抗はモリブデンよりも大きくなっていたが、バルク放射による伝搬損失が最小となるように電極の膜厚を調整した上で電気抵抗を検討すると、ホウ化チタンは、モリブデンよりも電気抵抗が小さくなることが分かった。尚、既述のように、表の電気抵抗はバルクについての値であり、薄膜の場合にはこの表の値よりも大きくなる(悪くなる)と考えられるが、その場合であってもホウ化チタンはモリブデンよりも電気抵抗が小さくなることは明らかである。従って、ホウ化チタン膜を用いてSAW共振子(電極指)を形成することにより、アルミニウム膜を用いた場合と比較して、電気抵抗による損失の増大を最小限に抑えながら、当該ホウ化チタン膜の粘性に起因する損失を小さく抑えることができる。そのため、アルミニウムを用いた場合よりも損失の小さなSAW共振子(SAWデバイス)を得ることができる。   At this time, regarding these three kinds of electrode materials (aluminum, molybdenum and titanium boride), the electrical resistance when the film thickness is adjusted so as to minimize the propagation loss due to bulk radiation as described above will be examined. Assuming that the electrical resistance when aluminum is used is 1, molybdenum has (5.6 / 2.7) / (0.043 / 0.1) = 4.8 times, but with titanium boride ( 7 / 2.7) / (0.085 / 0.1) = 3 times. Therefore, although the electrical resistance of titanium boride is larger than that of molybdenum in the above-mentioned table, the electrical resistance is examined after adjusting the film thickness of the electrode so that the propagation loss due to bulk radiation is minimized. It has been found that titanium halide has a lower electrical resistance than molybdenum. As described above, the electrical resistance in the table is a value for the bulk, and in the case of a thin film, it is considered to be larger (becomes worse) than the value in this table. It is clear that titanium has a lower electrical resistance than molybdenum. Therefore, by forming a SAW resonator (electrode finger) using a titanium boride film, the increase in loss due to electric resistance is minimized as compared with the case where an aluminum film is used. Loss due to the viscosity of the film can be kept small. Therefore, it is possible to obtain a SAW resonator (SAW device) with a smaller loss than when aluminum is used.

続いて、共振周波数frの膜厚感度(fr/fB)/(h/λ)を検討すると、アルミニウムでは−1.08、モリブデンでは−2.16となっているのに対して、ホウ化チタンでは−0.97となっていた。従って、モリブデンでは膜厚の精度がアルミニウムよりも2倍程度必要となるが、ホウ化チタンではアルミニウムよりも僅かに前記膜厚感度が小さいので、SAW共振子を製造しやすいと言える。従って、図8から、横波型リーキー波が伝搬するようにホウ化チタン膜を用いてSAW共振子を既述の圧電基板上に形成した場合には、波長比膜厚h/λの好ましい範囲は0.075〜0.105である。   Subsequently, when the film thickness sensitivity (fr / fB) / (h / λ) at the resonance frequency fr is examined, it is −1.08 for aluminum and −2.16 for molybdenum, whereas titanium boride. It was -0.97. Therefore, molybdenum requires about twice as much film thickness accuracy as aluminum, but titanium boride has a slightly lower film thickness sensitivity than aluminum, so it can be said that it is easy to manufacture a SAW resonator. Therefore, from FIG. 8, when the SAW resonator is formed on the above-described piezoelectric substrate using the titanium boride film so that the transverse wave type leaky wave propagates, the preferable range of the wavelength specific film thickness h / λ is as follows. 0.075 to 0.105.

既述の例では、同軸YカットX伝搬タンタル酸リチウムのうち48°YカットX伝搬タンタル酸リチウムを例に挙げて説明したが、この基板としては42°YカットX伝搬タンタル酸リチウムを用いても良い。この42°YカットX伝搬タンタル酸リチウムについても、アルミニウム膜及びホウ化チタン膜を夫々用いてSAW共振子を構成した場合について、既述の図6〜図8と同様の計算を行っており、波長比膜厚h/λの好ましい範囲は、図9に示すように、最適膜厚0.05を中心として±0.015であった。具体的には、共振点frではオーミックロスが加わるため、fminはややfr寄りが好ましく、そのため既述の最適膜厚を0.05とした。   In the above-described example, the 48 ° Y-cut X-propagating lithium tantalate is described as an example of the coaxial Y-cut X-propagating lithium tantalate. However, as this substrate, 42 ° Y-cut X-propagating lithium tantalate is used. Also good. For the 42 ° Y-cut X-propagating lithium tantalate, the same calculation as in FIGS. 6 to 8 described above was performed for the case where the SAW resonator was configured using an aluminum film and a titanium boride film, As shown in FIG. 9, the preferable range of the wavelength specific film thickness h / λ was ± 0.015 centered on the optimum film thickness 0.05. Specifically, since an ohmic cross is applied at the resonance point fr, fmin is preferably slightly closer to fr. Therefore, the optimum film thickness described above is set to 0.05.

以上の48°YカットX伝搬タンタル酸リチウム及び42°YカットX伝搬タンタル酸リチウムについては、YカットX伝搬タンタル酸リチウムの代表例であり、波長比膜厚h/λは図10に示すように、カット角に応じてほぼ直線的に推移することが分かっている。従って、ホウ化チタン膜を用いてSAW共振子を構成するにあたってのYカットX伝搬タンタル酸リチウムの好ましいカット角は、39°〜50°と言える。   The above 48 ° Y-cut X-propagating lithium tantalate and 42 ° Y-cut X-propagating lithium tantalate are typical examples of Y-cut X-propagating lithium tantalate, and the wavelength ratio film thickness h / λ is as shown in FIG. In addition, it is known that the transition is almost linear according to the cut angle. Therefore, it can be said that the preferable cut angle of the Y-cut X-propagating lithium tantalate in constructing the SAW resonator using the titanium boride film is 39 ° to 50 °.

同様に、YカットZ伝搬ニオブ酸リチウムからなる圧電基板上に、縦波型リーキー波が伝搬するように正規型のSAW共振子を配置した場合の特性について説明する。この例においても、ライン占有率は0.5とした。そして、同様にアルミニウム、モリブデン及びホウ化チタンについて計算した結果を図11〜図13に夫々示す。また、これらアルミニウム、モリブデン及びホウ化チタンについて、周波数fminにおけるバルク放射による伝搬損失αを図14〜図16に夫々示す。図14〜図16において横軸は波長比膜厚h/λを示しており、縦軸は前記伝搬損失αを示している。この伝搬損失αは、これら図14〜図16に示すように、各々ある膜厚においてゼロとなる2次曲線となっていた。このように伝搬損失αがゼロとなる膜厚では、共振周波数frと反共振周波数faとの間の中間に周波数fminが位置しており、従って平均的なバルク放射による伝搬損失を最小化できる最適な膜厚となっている。この膜厚(波長比膜厚h/λ)は、アルミニウムでは0.080、モリブデンでは0.043、ホウ化チタンでは0.086となっていた。   Similarly, characteristics when a regular SAW resonator is arranged on a piezoelectric substrate made of Y-cut Z-propagating lithium niobate so that a longitudinal-wave leaky wave propagates will be described. Also in this example, the line occupation ratio is set to 0.5. Similarly, the results calculated for aluminum, molybdenum, and titanium boride are shown in FIGS. Moreover, about these aluminum, molybdenum, and titanium boride, the propagation loss (alpha) by the bulk radiation in the frequency fmin is shown in FIGS. 14-16, respectively. 14 to 16, the horizontal axis represents the wavelength specific film thickness h / λ, and the vertical axis represents the propagation loss α. As shown in FIGS. 14 to 16, the propagation loss α is a quadratic curve that becomes zero at a certain film thickness. Thus, at the film thickness at which the propagation loss α is zero, the frequency fmin is located in the middle between the resonance frequency fr and the antiresonance frequency fa, so that the optimum propagation loss due to average bulk radiation can be minimized. The film thickness is great. This film thickness (wavelength specific film thickness h / λ) was 0.080 for aluminum, 0.043 for molybdenum, and 0.086 for titanium boride.

この場合についても、同様に膜厚を考慮した電気抵抗をアルミニウムを1として計算すると、モリブデンでは(5.6/2.7)/(0.043/0.080)=3.9倍となっているのに対して、ホウ化チタンでは(7/2.7)/(0.086/0.080)=2.4倍であり、ホウ化チタンはモリブデンよりも電気抵抗が小さいと言える。また、共振周波数frの膜厚感度は、アルミニウムでは−2.82、モリブデンでは−3.27、ホウ化チタンでは−1.44であり、これら3種類の材料の中でホウ化チタンが最も容易に(高い精度を要さずに)SAW共振子を製造できると言える。更に、図14〜図16の夫々の2次曲線において、ホウ化チタンの曲線が最も緩やかな傾きとなっており、従ってホウ化チタンではアルミニウムやモリブデンよりも損失の小さい膜厚の範囲が広くなっている。従って、YカットZ伝搬ニオブ酸リチウムからなる圧電基板上に、縦波型リーキー波が伝搬するように正規型のSAW共振子を配置した場合には、アルミニウム膜を用いた場合よりも損失の小さなSAW共振子を得ることができ、波長比膜厚h/λの好ましい範囲は、周波数fminが共振周波数frと反共振周波数faとの間に位置する範囲である0.07〜0.1である。   In this case as well, when the electric resistance considering the film thickness is calculated with aluminum as 1, it is (5.6 / 2.7) / (0.043 / 0.080) = 3.9 times for molybdenum. On the other hand, in titanium boride, (7 / 2.7) / (0.086 / 0.080) = 2.4 times, and it can be said that titanium boride has lower electrical resistance than molybdenum. The film thickness sensitivity of the resonance frequency fr is -2.82 for aluminum, -3.27 for molybdenum, and -1.44 for titanium boride, and titanium boride is the easiest among these three types of materials. In other words, it can be said that a SAW resonator can be manufactured (without requiring high accuracy). Further, in each of the quadratic curves of FIGS. 14 to 16, the curve of titanium boride has the gradual slope, and therefore, the titanium boride has a wider range of film thickness with less loss than aluminum or molybdenum. ing. Therefore, when a regular SAW resonator is disposed on a piezoelectric substrate made of Y-cut Z-propagating lithium niobate so that a longitudinal-wave leaky wave propagates, the loss is smaller than when an aluminum film is used. A SAW resonator can be obtained, and a preferable range of the wavelength specific film thickness h / λ is 0.07 to 0.1 in which the frequency fmin is located between the resonance frequency fr and the antiresonance frequency fa. .

このようにホウ化チタン膜を用いてSAW共振子を構成するにあたり、バスバー5、反射器3及び引き回し電極4については、ホウ化チタン膜の上層に、ホウ化チタン膜よりも導電性の良好な材料例えばアルミニウム膜を積層しても良い。その場合には、SAW共振子全体としての電気的抵抗を下げることができる。また、既に詳述したように、アルミニウム膜とホウ化チタン膜とについて、バルク放射による伝搬損失が最小となる時の膜厚は互いに極めて近いので、膜厚方向においてホウ化チタン膜の一部をアルミニウム膜により置き換えても、弾性波の伝搬特性に与える影響は小さい。そのため、図17に示すように、例えば圧電基板上に、ホウ化チタン膜の上層側に補助導電膜としてアルミニウム膜を積層して、SAW共振子全体としての電気抵抗を下げるようにしても良い。更に、ホウ化チタンに代えて、あるいはホウ化チタンと共に、既述のホウ化物(ホウ化ジルコニウム、ホウ化ニオブ、ホウ化タンタル、ホウ化クロム、ホウ化モリブデン、ホウ化タングステン、ホウ化ランタン)のうち少なくとも1種を用いても良い。
また、IDT電極2の電極指6の各々について、モリブデン膜21の上層にアルミニウム膜22を積層した構成あるいはホウ化チタン膜25により形成した構成を採り、バスバー5、反射器3及び引き回し電極4については例えばアルミニウム膜により構成しても良い。
In constructing the SAW resonator using the titanium boride film as described above, the bus bar 5, the reflector 3 and the lead-out electrode 4 have higher conductivity than the titanium boride film on the titanium boride film. A material such as an aluminum film may be laminated. In that case, the electrical resistance of the entire SAW resonator can be lowered. Further, as already described in detail, the aluminum film and the titanium boride film are very close to each other when the propagation loss due to bulk radiation is minimized. Even if it is replaced by an aluminum film, the influence on the propagation characteristics of the elastic wave is small. Therefore, as shown in FIG. 17, for example, an aluminum film may be laminated as an auxiliary conductive film on the upper side of the titanium boride film on the piezoelectric substrate to lower the electrical resistance of the entire SAW resonator. Further, instead of or together with titanium boride, the boride described above (zirconium boride, niobium boride, tantalum boride, chromium boride, molybdenum boride, tungsten boride, lanthanum boride). At least one of them may be used.
Each of the electrode fingers 6 of the IDT electrode 2 adopts a structure in which an aluminum film 22 is laminated on the upper layer of the molybdenum film 21 or a structure formed of a titanium boride film 25, and the bus bar 5, the reflector 3 and the routing electrode 4. May be composed of, for example, an aluminum film.

また、電極指6を構成する電極材料として、モリブデン膜21、アルミニウム膜22あるいはホウ化チタン膜25などを例に挙げたが、各々の電極材料は単体(不純物を含まない状態)以外にも、他の材料と化合物を作らない程度に不純物が含まれている状態、あるいは既述の物性が大きく阻害されない程度(数%)に他の組成が混入した合金状態であっても良い。   In addition, as the electrode material constituting the electrode finger 6, the molybdenum film 21, the aluminum film 22, or the titanium boride film 25 is given as an example, but each electrode material is not only a simple substance (containing no impurities), It may be in a state where impurities are contained to such an extent that a compound with other materials is not formed, or an alloy state in which other compositions are mixed to such an extent that the above-described physical properties are not greatly inhibited (several percent).

更に、以上の各例で述べた弾性表面波用圧電基板以外にも、本発明のSAWデバイスでは、2GHz以上の周波数の縦波型リーキー波、横波型リーキー波及びレイリー波のいずれかの弾性表面波を利用しても良い。また、本発明のSAWデバイスは、以上述べたラダー型フィルタや共振子1以外にも、ラダー型フィルタを受信側フィルタ及び送信側フィルタに各々適用したデュプレクサや、あるいは共振子1を用いた発振器に適用しても良い。更に、本発明のSAWデバイスとして、図18に示すように、既述のIDT電極2を弾性波の伝搬方向に沿って互いに離間するように入力側電極及び出力側電極として各々配置して、SAWフィルタを構成しても良い。図18中50は入力ポート、51は出力ポート、52は弾性波を吸収するためのダンパー、53はシールド電極である。更にまた、以上の各例では、IDT電極2を正規型電極として構成したが、電極指6に隣接して反射電極(図示せず)を配置しても良いし、電極指6に重み付けしたりしても良い。   Further, in addition to the surface acoustic wave piezoelectric substrate described in each of the above examples, the SAW device of the present invention has any one of a longitudinal wave type leaky wave, a transverse wave type leaky wave and a Rayleigh wave having a frequency of 2 GHz or more. You may use waves. The SAW device of the present invention can be applied to a duplexer in which a ladder type filter is applied to a reception side filter and a transmission side filter, respectively, or an oscillator using the resonator 1, in addition to the ladder type filter and the resonator 1 described above. It may be applied. Further, as the SAW device of the present invention, as shown in FIG. 18, the IDT electrodes 2 described above are respectively arranged as an input side electrode and an output side electrode so as to be separated from each other along the propagation direction of the elastic wave. A filter may be configured. In FIG. 18, 50 is an input port, 51 is an output port, 52 is a damper for absorbing elastic waves, and 53 is a shield electrode. Furthermore, in each of the above examples, the IDT electrode 2 is configured as a regular electrode. However, a reflective electrode (not shown) may be disposed adjacent to the electrode finger 6, or the electrode finger 6 may be weighted. You may do it.

文献1:G.D.Mansfeld,S.G.Alekseev,I.M.Kotelyansky,”ACOUSTIC HBAR SPECTROSCOPY OF METAL(W,Ti,Mo,Al) THIN FILMS”,Proc.2001 Ultrasonics Symposium,pp.415-418
文献2:B.A.Auld"Acoustic fields and waves in solids−Second Edition",vol.1,Florida,Krieger Publishing,p.95,1990
文献3:門田他,「良好な温度特性を持つ小型WCDMAフルバンド対応SAWデュプレクサ」,Proc.Symp.Ultrason.Electron.,Vol.27,pp.39-40,2006./M.Kadota et.al.,Jpn.J.Appl.Phys.,pp.4714-4717,2007.
文献4:プラズマプロセスによる薄膜の基礎と応用(日刊工業新聞社)2005.
Reference 1: GDMansfeld, SGAlekseev, IMKotelyansky, “ACOUSTIC HBAR SPECTROSCOPY OF METAL (W, Ti, Mo, Al) THIN FILMS”, Proc. 2001 Ultrasonics Symposium, pp.415-418
Reference 2: BAAuld "Acoustic fields and waves in solids-Second Edition", vol. 1, Florida, Krieger Publishing, p. 95, 1990
Reference 3: Kadota et al., “SAW duplexer for small WCDMA full band with good temperature characteristics”, Proc. Symp. Ultrason. Electron., Vol. 27, pp. 39-40, 2006. /M.Kadota et.al., Jpn.J.Appl.Phys., Pp.4714-4717, 2007.
Reference 4: Basics and application of thin film by plasma process (Nikkan Kogyo Shimbun)

1 SAW共振子
2 IDT電極
6 電極指
10 圧電基板
21 モリブデン膜
22 アルミニウム膜
23 積層膜
25 ホウ化チタン膜
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 SAW resonator 2 IDT electrode 6 Electrode finger 10 Piezoelectric substrate 21 Molybdenum film 22 Aluminum film 23 Laminated film 25 Titanium boride film

Claims (10)

2GHz以上の周波数の弾性表面波を利用した弾性表面波デバイスにおいて、
圧電基板と、
弾性表面波の伝搬方向に沿って各々伸びると共に、弾性表面波の伝搬方向に対して互いに直交する方向に離間するように前記圧電基板上に配置された一対のバスバーと、
各々のバスバーから対向するバスバーに向かって互いに交差するように前記圧電基板上に配置された複数本の電極指と、を備え、
電極指の幅寸法及び互いに隣接する電極指同士の離間寸法を含む周期長が前記圧電基板上を伝搬する弾性表面波の周波数に対応するように各々の電極指が配置され、
前記電極指は、アルミニウム膜と、当該アルミニウム膜の下層側に設けられ、このアルミニウム膜よりも弾性定数が大きい導電性膜と、からなる積層膜により各々構成され、
前記導電性膜の膜厚は、前記積層膜の全体の膜厚の1/4〜1/3に設定されていることを特徴とする弾性表面波デバイス。
In a surface acoustic wave device using a surface acoustic wave having a frequency of 2 GHz or more,
A piezoelectric substrate;
A pair of bus bars disposed on the piezoelectric substrate so as to extend along the propagation direction of the surface acoustic wave and to be separated from each other in a direction perpendicular to the propagation direction of the surface acoustic wave;
A plurality of electrode fingers disposed on the piezoelectric substrate so as to cross each other from each bus bar toward the opposite bus bar,
Each electrode finger is disposed such that a period length including a width dimension of the electrode finger and a spacing dimension between adjacent electrode fingers corresponds to a frequency of the surface acoustic wave propagating on the piezoelectric substrate,
The electrode fingers are each composed of a laminated film including an aluminum film and a conductive film provided on a lower layer side of the aluminum film and having a larger elastic constant than the aluminum film,
The surface acoustic wave device according to claim 1, wherein a thickness of the conductive film is set to ¼ to 3 of a total thickness of the laminated film.
前記導電性膜は、モリブデン及びチタンの少なくとも一方であることを特徴とする請求項1に記載の弾性表面波デバイス。   The surface acoustic wave device according to claim 1, wherein the conductive film is at least one of molybdenum and titanium. 前記圧電基板上を伝搬する弾性表面波の波長をλ、前記導電性膜及び前記アルミニウム膜の膜厚を夫々h1及びh2とすると、
前記導電性膜の波長比膜厚h1/λは0.02であり、
前記アルミニウム膜の波長比膜厚h2/λは0.05であり、
前記圧電基板は、YカットZ伝搬ニオブ酸リチウム基板であり、
前記電極指の各々は、前記圧電基板上を弾性表面波のうち縦波型リーキー波が伝搬するように周期長が構成されていることを特徴とする請求項1または2に記載の弾性表面波デバイス。
When the wavelength of the surface acoustic wave propagating on the piezoelectric substrate is λ, and the film thicknesses of the conductive film and the aluminum film are h1 and h2, respectively,
The wavelength specific thickness h1 / λ of the conductive film is 0.02,
The wavelength specific film thickness h2 / λ of the aluminum film is 0.05,
The piezoelectric substrate is a Y-cut Z-propagating lithium niobate substrate,
3. The surface acoustic wave according to claim 1, wherein each of the electrode fingers is configured to have a periodic length so that a longitudinal-type leaky wave among the surface acoustic waves propagates on the piezoelectric substrate. device.
2GHz以上の周波数の弾性表面波を利用した弾性表面波デバイスにおいて、
圧電基板と、
弾性表面波の伝搬方向に沿って各々伸びると共に、弾性表面波の伝搬方向に対して互いに直交する方向に離間するように前記圧電基板上に配置された一対のバスバーと、
各々のバスバーから対向するバスバーに向かって互いに交差するように前記圧電基板上に配置された複数本の電極指と、を備え、
電極指の幅寸法及び互いに隣接する電極指同士の離間寸法を含む周期長が前記圧電基板上を伝搬する弾性表面波の周波数に対応するように配置され、
前記電極指は、アルミニウム膜よりも弾性定数が大きいホウ化物を含む導電性膜により各々構成されていることを特徴とする弾性表面波デバイス。
In a surface acoustic wave device using a surface acoustic wave having a frequency of 2 GHz or more,
A piezoelectric substrate;
A pair of bus bars disposed on the piezoelectric substrate so as to extend along the propagation direction of the surface acoustic wave and to be separated from each other in a direction perpendicular to the propagation direction of the surface acoustic wave;
A plurality of electrode fingers disposed on the piezoelectric substrate so as to cross each other from each bus bar toward the opposite bus bar,
The periodic length including the width dimension of the electrode fingers and the separation dimension between the electrode fingers adjacent to each other is arranged to correspond to the frequency of the surface acoustic wave propagating on the piezoelectric substrate,
2. The surface acoustic wave device according to claim 1, wherein each of the electrode fingers is composed of a conductive film containing a boride having a larger elastic constant than that of the aluminum film.
前記導電性膜は、ホウ化チタンであることを特徴とする請求項4に記載の弾性表面波デバイス。   The surface acoustic wave device according to claim 4, wherein the conductive film is titanium boride. 前記圧電基板上を伝搬する弾性表面波の波長をλ、前記導電性膜の膜厚をhとすると、
前記導電性膜の波長比膜厚h/λは0.07〜0.1であり、
前記圧電基板は、YカットZ伝搬ニオブ酸リチウム基板であり、
前記電極指の各々は、前記圧電基板上を弾性表面波のうち縦波型リーキー波が伝搬するように周期長が構成されていることを特徴とする請求項4または5に記載の弾性表面波デバイス。
When the wavelength of the surface acoustic wave propagating on the piezoelectric substrate is λ and the film thickness of the conductive film is h,
The conductive film has a wavelength specific thickness h / λ of 0.07 to 0.1,
The piezoelectric substrate is a Y-cut Z-propagating lithium niobate substrate,
6. The surface acoustic wave according to claim 4, wherein each of the electrode fingers is configured to have a periodic length so that a longitudinal type leaky wave among surface acoustic waves propagates on the piezoelectric substrate. device.
前記圧電基板は、39°〜50°YカットX伝搬タンタル酸リチウム基板であることを特徴とする請求項4または5に記載の弾性表面波デバイス。   6. The surface acoustic wave device according to claim 4, wherein the piezoelectric substrate is a 39 ° to 50 ° Y-cut X-propagating lithium tantalate substrate. 前記圧電基板上を伝搬する弾性表面波の波長をλ、前記導電性膜の膜厚をhとすると、
前記導電性膜の波長比膜厚h/λは0.075〜0.105であり、
前記圧電基板は、48°YカットX伝搬タンタル酸リチウム基板であり、
前記電極指の各々は、前記圧電基板上を弾性表面波のうち横波型リーキー波が伝搬するように周期長が構成されていることを特徴とする請求項7に記載の弾性表面波デバイス。
When the wavelength of the surface acoustic wave propagating on the piezoelectric substrate is λ and the film thickness of the conductive film is h,
The wavelength specific thickness h / λ of the conductive film is 0.075 to 0.105,
The piezoelectric substrate is a 48 ° Y-cut X-propagating lithium tantalate substrate,
8. The surface acoustic wave device according to claim 7, wherein each of the electrode fingers is configured to have a periodic length so that a transverse-type leaky wave among the surface acoustic waves propagates on the piezoelectric substrate.
前記圧電基板上を伝搬する弾性表面波の波長をλ、前記導電性膜の膜厚をhとすると、
前記導電性膜の波長比膜厚h/λは0.035〜0.065であり、
前記圧電基板は、42°YカットX伝搬タンタル酸リチウム基板であり、
前記電極指の各々は、前記圧電基板上を弾性表面波のうち横波型リーキー波が伝搬するように周期長が構成されていることを特徴とする請求項7に記載の弾性表面波デバイス。
When the wavelength of the surface acoustic wave propagating on the piezoelectric substrate is λ and the film thickness of the conductive film is h,
The wavelength specific thickness h / λ of the conductive film is 0.035 to 0.065,
The piezoelectric substrate is a 42 ° Y-cut X-propagating lithium tantalate substrate,
8. The surface acoustic wave device according to claim 7, wherein each of the electrode fingers is configured to have a periodic length so that a transverse-type leaky wave among the surface acoustic waves propagates on the piezoelectric substrate.
前記導電性膜の上方側には、当該導電性膜よりも導電率の高い補助導電膜が積層されていることを特徴とする請求項4ないし9のいずれか一つに記載の弾性表面波デバイス。   10. The surface acoustic wave device according to claim 4, wherein an auxiliary conductive film having a higher conductivity than that of the conductive film is laminated on the upper side of the conductive film. .
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPWO2016088543A1 (en) * 2014-12-01 2017-07-27 株式会社村田製作所 Elastic wave resonator, elastic wave filter, duplexer, and elastic wave device
WO2020204036A1 (en) * 2019-04-04 2020-10-08 株式会社村田製作所 Elastic wave device
US11082029B2 (en) 2018-09-28 2021-08-03 Skyworks Solutions, Inc. Acoustic wave device with multi-layer interdigital transducer electrode
CN115276593A (en) * 2022-06-27 2022-11-01 上海馨欧集成微电有限公司 Acoustic wave resonator and filter
WO2023003006A1 (en) * 2021-07-21 2023-01-26 株式会社村田製作所 Elastic wave device

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPWO2016088543A1 (en) * 2014-12-01 2017-07-27 株式会社村田製作所 Elastic wave resonator, elastic wave filter, duplexer, and elastic wave device
US11082029B2 (en) 2018-09-28 2021-08-03 Skyworks Solutions, Inc. Acoustic wave device with multi-layer interdigital transducer electrode
US11799445B2 (en) 2018-09-28 2023-10-24 Skyworks Solutions, Inc. Acoustic wave device with multi-layer interdigital transducer electrode
WO2020204036A1 (en) * 2019-04-04 2020-10-08 株式会社村田製作所 Elastic wave device
JPWO2020204036A1 (en) * 2019-04-04 2021-12-16 株式会社村田製作所 Elastic wave device
JP7231015B2 (en) 2019-04-04 2023-03-01 株式会社村田製作所 Acoustic wave device
WO2023003006A1 (en) * 2021-07-21 2023-01-26 株式会社村田製作所 Elastic wave device
CN115276593A (en) * 2022-06-27 2022-11-01 上海馨欧集成微电有限公司 Acoustic wave resonator and filter
CN115276593B (en) * 2022-06-27 2023-03-28 上海馨欧集成微电有限公司 Acoustic wave resonator and filter

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