JP2016105559A - 弾性波共振子、弾性波フィルタ及びデュプレクサ - Google Patents

Abstract

【課題】非線形信号の発生を抑制できる、弾性波共振子を提供すること。
【解決手段】圧電基板２と、圧電基板２上に形成されており、Ａｌ又はＡｌを主体とする合金により構成されているＩＤＴ電極３とを備え、前記Ａｌ又はＡｌを主体とする合金の結晶化度が、３軸配向しているＡｌ又はＡｌを主体とする合金の結晶化度より低い、弾性波共振子１。
【選択図】図１

Description

本発明は、圧電基板上にＩＤＴ電極が設けられた弾性波共振子、並びに該弾性波共振子を有する弾性波フィルタ及びデュプレクサに関する。

従来、携帯電話機などに用いられる帯域フィルタを構成する共振子として、弾性波共振子が広く用いられている。例えば、下記特許文献１には、圧電基板と、該圧電基板上に設けられたＩＤＴ電極とを備える、弾性波共振子が開示されている。特許文献１では、上記ＩＤＴ電極が、Ａｌ膜により形成されることが記載されている。

特開平２−２９５２１２号公報

しかしながら、特許文献１の弾性波共振子のように、Ａｌ膜によりＩＤＴ電極が構成される場合、信号の線形性が低下することがあった。そのため、特許文献１の弾性波共振子をデュプレクサの送信フィルタに用いた場合、送信フィルタから発生する非線形信号のレベルが大きくなって、受信感度が低下することがあった。

本発明の目的は、非線形信号の発生を抑制できる、弾性波共振子、並びに該弾性波共振子を有する弾性波フィルタ及びデュプレクサを提供することにある。

本発明に係る弾性波共振子は、圧電基板と、前記圧電基板上に形成されており、Ａｌ又はＡｌを主体とする合金により構成されているＩＤＴ電極とを備え、前記Ａｌ又はＡｌを主体とする合金の結晶化度が、３軸配向しているＡｌ又はＡｌを主体とする合金の結晶化度より低い。

本発明に係る弾性波共振子のある特定の局面では、Ｘ線回折測定により得られた前記Ａｌ又はＡｌを主体とする合金の｛２００｝面のピークの半値幅が、２７度以上である。この場合には、Ａｌの結晶化度をより一層低めることができる。そのため、非線形信号の発生をより一層抑制することができる。

本発明に係る弾性波共振子の他の特定の局面では、前記Ａｌを主体とする合金が、ＡｌとＣｕとの合金である。この場合には、非線形信号の発生をより一層効果的に抑制することができる。

本発明に係る弾性波フィルタは、複数の弾性波共振子を有する弾性波フィルタであって、前記複数の弾性波共振子のうち、少なくとも１つの弾性波共振子が、前記本発明に従って構成される弾性波共振子である。

本発明に係るデュプレクサは、複数の弾性波共振子を有し、帯域通過型の第１のフィルタと、前記第１のフィルタと通過帯域が異なる第２のフィルタとを備える、デュプレクサであって、前記第１及び第２のフィルタのうち少なくとも一方の複数の弾性波共振子のうち、少なくとも１つの弾性波共振子が、前記本発明に従って構成される弾性波共振子である。

本発明に係る弾性波共振子では、ＩＤＴ電極を構成するＡｌ又はＡｌを主体とする合金の結晶化度が、３軸配向しているＡｌ又はＡｌを主体とする合金の結晶化度より低められている。そのため、本発明に係る弾性波共振子は、非線形信号の発生を抑制できる。

（ａ）は、本発明の一実施形態に係る弾性波共振子の模式的正面断面図であり、（ｂ）は、その電極構造を示す模式的平面図である。 （ａ）は、Ａｌ結晶の単位格子を示す模式図であり、（ｂ）〜（ｄ）は、３軸配向、１軸配向又は無配向の結晶の配向状態を示す模式図である。 本発明に係る弾性波共振子を構成するＩＤＴ電極に用いられるＡｌを試料として、Ｘ線回折測定を行ったときの｛２００｝面の極点図である。 図３の極点図のφ＝９０度付近のピークにおいて、φを固定してω方向にスキャンした際のＸ線回折プロファイルを示す図である。 Ｘ線回折測定により得られたＡｌの｛２００｝面におけるピークの半値幅と、３次高調波レベルとの関係を示す図である。 高調波発生周波数と３次高調波レベルとの関係を示す図である。 本発明の一実施形態に係るデュプレクサの概略回路図である。

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。

なお、本明細書に記載の各実施形態は、例示的なものであり、異なる実施形態間において、構成の部分的な置換または組み合わせが可能であることを指摘しておく。

（弾性波共振子）
図１（ａ）は、本発明の一実施形態に係る弾性波共振子の模式的正面断面図であり、図１（ｂ）は、その電極構造を示す模式的平面図である。弾性波共振子１は、圧電基板２を有する。圧電基板２の主面上に、ＩＤＴ電極３が積層されている。

圧電基板２は、ＬｉＴａＯ_３からなる基板である。もっとも、圧電基板２としては、ＬｉＮｂＯ_３などの他の圧電単結晶からなる基板を用いてもよいし、圧電セラミックスからなる基板を用いてもよい。

図１（ａ）では略図的に示しているが、圧電基板２上には、図１（ｂ）に示す電極構造が形成されている。すなわち、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が形成されている。それによって、１ポート型弾性表面波共振子が構成されている。

図１（ｂ）に示すように、ＩＤＴ電極３は、第１，第２のバスバーと、複数本の第１，第２の電極指とを有する。複数本の第１の電極指と、複数本の第２の電極指とは、互いに間挿し合っている。

複数本の第１，第２の電極指に電圧を印加し、励振させることにより弾性波が発生する。この弾性波が伝搬する方向と直交する方向に、複数本の第１，第２の電極指が延びている。複数本の第１の電極指は、第１のバスバーに接続されている。他方、複数本の第２の電極指は、第２のバスバーに接続されている。

ＩＤＴ電極３は、Ａｌにより構成されている。ＩＤＴ電極３は、Ａｌを主体とする合金により構成されていてもよい。Ａｌを主体とする合金とは、Ａｌを５０重量％以上含む合金のことをいい、例えば、Ａｌ及びＣｕの合金（ＡｌＣｕ合金）が挙げられる。

また、ＩＤＴ電極３は、上記Ａｌ又はＡｌを主体とする金属と、他の金属との積層金属膜により構成されていてもよい。積層金属膜を構成する他の金属としては、例えば、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｕ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｃｒ又はこれらの合金を用いることができる。なお、積層金属膜の積層数については、特に限定されない。

本実施形態においては、ＩＤＴ電極３を構成するＡｌの結晶化度が、３軸配向しているＡｌの結晶化度より低い。

図２（ａ）は、Ａｌ結晶の単位格子の模式図である。また、図２（ｂ）〜（ｄ）は、３軸配向、１軸配向又は無配向の結晶の配向状態を示す模式図である。３軸配向とは、図２（ｂ）に示す単位格子のｘ軸、ｙ軸及びｚ軸の３軸全ての方向に配向していることをいう。

図２（ｃ）に示すように、１軸配向している場合は、ｚ軸方向にのみ配向している。ｘ軸及びｙ軸方向においては、ランダムな結晶構造となっている。もっとも、ｚ軸でなくとも、ｘ軸及びｙ軸のうち、１軸方向に配向していてもよい。

また、図２（ｄ）に示すように、無配向である場合は、ｘ軸、ｙ軸及びｚ軸のいずれの方向においても、ランダムな結晶構造となっている。

本明細書において、「３軸配向しているＡｌの結晶化度より低い」とは、ｘ軸、ｙ軸及びｚ軸のうち、少なくとも一方向の配向度が３軸配向時よりも低いことをいう。「３軸配向しているＡｌの結晶化度より低い」場合、Ａｌの結晶が、１軸配向又は無配向の状態にある場合も含まれる。なお、ＩＤＴ電極３が、Ａｌ又はＡｌを主体とする合金である場合も同様とする。

３軸配向しているＡｌより結晶性を崩して電極を成膜する方法としては、特に限定されない。例えば、プラズマ処理により電極を成膜する場合は、電力及び処理時間を変化させることによりＡｌの結晶性を調整することができる。なお、上記プラズマ処理においては、ＣＦ_４ガスを用いることができる。

弾性波共振子１においては、上述したように、Ａｌの結晶化度が、３軸配向しているＡｌの結晶化度より低い。Ａｌの結晶化度が低いとき、Ａｌの弾性定数における３次の非線形係数が小さくなる。そのため、弾性波共振子１において、非線形信号の発生が抑制される。

なお、本発明においては、ＩＤＴ電極がＡｌを主体とする合金により構成される場合も同様に、Ａｌを主体とする合金の結晶化度が、３軸配向しているＡｌを主体とする合金の結晶化度より低い。そのため、ＩＤＴ電極がＡｌを主体とする合金により構成される場合も同様に、弾性波共振子における非線形信号の発生を抑制できる。

本発明においては、Ｘ線回折測定により得られたＡｌの｛２００｝面のピークの半値幅が、２７度以上であることがより好ましい。

上記ピークの半値幅が大きくなるにつれて、Ａｌの結晶化度が低められる。すなわち、Ａｌの弾性定数における３次の非線形係数が小さくなる。従って、この場合、弾性波共振子における非線形信号の発生をより一層抑制できる。

また、上記ピークの半値幅の上限は、ピークの半値幅が求められる限り、特に限定されない。すなわち、Ａｌは、完全にアモルファス（非晶質）であってもよい。

Ｘ線回折測定は、広角Ｘ線回折法によって測定される。Ｘ線としては、ＣｕＫα線（波長１．５４１Å）が用いられる。

Ｘ線回折法によるピークの半値幅の求め方について、以下、図３及び図４を参照して説明する。

図３は、Ａｌを試料として、Ｘ線回折測定を行ったときの｛２００｝面の極点図である。ピークの半値幅は、図３の極点図のピーク強度が最大となる点において角度φを固定し、ω方向にスキャンしたＸ線回折プロファイルを用いて求めることができる。

図４は、図３の極点図のφ＝９０度付近において、φを固定してω方向にスキャンした際のＸ線回折プロファイルを示す図である。ピークの半値幅は、下記式（１）に示すようにガウス関数ｆ（ω）とローレンツ関数ｇ（ω）の和であるため、図４に示すピークとのピークフィットにより求めることができる。

ｈ（ω）＝（１−ｋ）・ｆ（ω）＋ｋ・ｇ（ω）…（１）
（式（１）中、ｋは、０≦ｋ≦１の定数である）

図５は、Ｘ線回折測定により得られたＡｌの｛２００｝面におけるピークの半値幅と、３次高調波レベルとの関係を示す図である。なお、図５中、３次高調波レベルは、図６に示す３次高調波レベルがピークのことをいうものとする。

図５より、Ａｌの｛２００｝面におけるピークの半値幅が大きくなるにつれて、３次高調波レベルが低下していることがわかる。また、Ａｌの｛２００｝面におけるピークの半値幅が２７度以上のとき、３次高調波レベルがより一層低下していることがわかる。すなわち、弾性波共振子における非線形信号の発生をより一層抑制できることがわかる。

なお、本発明においては、Ａｌの代わりにＡｌを主体とする合金を用いた場合においても同様に、Ｘ線回折プロファイルにおける｛２００｝面のピークの半値幅を２７度以上とすることが好ましい。それによって、弾性波共振子の信号の線形性の低下をより一層抑制することができる。

［弾性波フィルタ及びデュプレクサ］
図７は、本発明の一実施形態に係るデュプレクサの概略回路図である。本実施形態に係るデュプレクサは、アンテナ６に共通に接続されている第１のフィルタ７と、第２のフィルタ８とを有する。

第１のフィルタ７は、帯域通過型の送信フィルタである。第１のフィルタ７は、ラダー型フィルタである。第１のフィルタ７は、送信端子である入力端子１０ａと、出力端子１０ｂとを有する。入力端１０ａと出力端子１０ｂとを結ぶ直列腕に、複数の直列腕共振子Ｓ１〜Ｓ４が配置されている。

直列腕共振子Ｓ１及び直列腕共振子Ｓ２の間の接続点とグラウンド電位との間に並列腕共振子Ｐ１が接続されている。直列腕共振子Ｓ３及び直列腕共振子Ｓ４との間の接続点とグラウンド電位との間に並列腕共振子Ｐ２が接続されている。

第２のフィルタ８は、第１のフィルタ７と通過帯域が異なる受信フィルタである。第２のフィルタ８は、縦結合共振子型の弾性波フィルタ１２を有する。第２のフィルタ８は入力端子１１ａと、受信端子としての出力端子１１ｂとを有する。入力端子１１ａと縦結合共振子型の弾性波フィルタ１２との間に弾性波共振子９が接続されている。入力端子１１ａは、出力端子１０ｂとの共通接続点を介してアンテナ６に接続されている。

なお、本発明においては、第１のフィルタとして、縦結合共振子型フィルタ、ラチス型フィルタ等を用いてもよい。また、第２のフィルタとして、ラダー型フィルタ、ラチス型フィルタ等を用いてもよい。

通常、デュプレクサにおいる送信フィルタにあって、発生する非線形信号のレベルが大きくなった場合、受信フィルタの受信感度が低下しやすくなる。

これに対して、本実施形態においては、第１のフィルタ７の直列腕共振子Ｓ４が上記本発明に従って構成される弾性波共振子である。すなわち、直列腕共振子Ｓ４のＩＤＴ電極を構成しているＡｌ又はＡｌを主体とする合金の結晶化度が、３軸配向しているＡｌ又はＡｌを主体とする合金の結晶化度より低い。

そのため、直列腕共振子Ｓ４において発生する非線形信号のレベルが抑制され、従って、本実施形態に係るデュプレクサは、受信感度が低下し難い。

もっとも、本発明においては、弾性波フィルタを構成する複数の弾性波共振子のうち少なくとも１つの弾性波共振子が、上記本発明に従って構成される弾性波共振子であればよい。すなわち、ＩＤＴ電極を構成しているＡｌ又はＡｌを主体とする合金の結晶化度が、３軸配向しているＡｌ又はＡｌを主体とする合金の結晶化度より低ければよい。

また、本発明に係るデュプレクサにおいては、互いに通過帯域が異なる送信フィルタ及び受信フィルタを有する場合、送信フィルタの少なくとも１つの弾性波共振子が上記本発明に従って構成される弾性波共振子であればよい。

すなわち、ＩＤＴ電極を構成しているＡｌ又はＡｌを主体とする合金の結晶化度が、３軸配向しているＡｌ又はＡｌを主体とする合金の結晶化度より低ければよい。それによって、受信フィルタの受信感度の低下を抑制することが可能となる。

１，９…弾性波共振子
２…圧電基板
３…ＩＤＴ電極
４，５…反射器
６…アンテナ
７…第１のフィルタ
８…第２のフィルタ
１０ａ，１１ａ…入力端子
１０ｂ，１１ｂ…出力端子
１２…縦結合共振子型の弾性波フィルタ
Ｓ１〜Ｓ４…直列腕共振子
Ｐ１，Ｐ２…並列腕共振子

Claims (5)

1. 圧電基板と、
   前記圧電基板上に形成されており、Ａｌ又はＡｌを主体とする合金により構成されているＩＤＴ電極とを備え、
   前記Ａｌ又はＡｌを主体とする合金の結晶化度が、３軸配向しているＡｌ又はＡｌを主体とする合金の結晶化度より低い、弾性波共振子。
2. Ｘ線回折測定により得られた前記Ａｌ又はＡｌを主体とする合金の｛２００｝面のピークの半値幅が、２７度以上である、請求項１に記載の弾性波共振子。
3. 前記Ａｌを主体とする合金が、ＡｌとＣｕとの合金である、請求項１又は２に記載の弾性波共振子。
4. 複数の弾性波共振子を有する弾性波フィルタであって、
   前記複数の弾性波共振子のうち、少なくとも１つの弾性波共振子が、請求項１〜３のいずれか１項に記載の弾性波共振子である、弾性波フィルタ。
5. 複数の弾性波共振子を有し、帯域通過型の第１のフィルタと、前記第１のフィルタと通過帯域が異なる第２のフィルタとを備える、デュプレクサであって、
   前記第１及び第２のフィルタの少なくとも一方の複数の弾性波共振子のうち、少なくとも１つの弾性波共振子が、請求項１〜３のいずれか１項に記載の弾性波共振子である、デュプレクサ。