JP2020058027A - 多層インターディジタルトランスデューサ電極を有する弾性波デバイス - Google Patents
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Abstract
【課題】挿入損失を低減した弾性波デバイス、フィルタ、モジュール、無線通信デバイス及びその方法を提供する。【解決手段】弾性表面波デバイス10は、圧電層12と当該圧電層上のインターディジタルトランスデューサ電極20とを含む。インターディジタルトランスデューサ電極は、第2インターディジタルトランスデューサ電極層16と圧電層との間に配置された第1インターディジタルトランスデューサ電極層14を含む。第2インターディジタルトランスデューサ電極層は、アルミニウムを含み、厚さが少なくとも200ナノメートルである。弾性表面波デバイスは、温度補償層18を含んでよい。温度補償層は、インターディジタルトランスデューサ電極が、圧電層と温度補償層の少なくとも一部分との間に配置されるように配列される。【選択図】図1
Description
本開示の実施形態は弾性波フィルタに関する。
優先権出願の相互参照
本願は、「多層インターディジタルトランスデューサ電極を有する弾性波デバイス」との名称の2018年9月28日に出願された米国仮特許出願第62/738,526号の優先権の利益を主張し、その開示は全体がここに参照により組み入れられる。
本願は、「多層インターディジタルトランスデューサ電極を有する弾性波デバイス」との名称の2018年9月28日に出願された米国仮特許出願第62/738,526号の優先権の利益を主張し、その開示は全体がここに参照により組み入れられる。
弾性波フィルタは、無線周波数信号をフィルタリングするべく配列された複数の共振器を含み得る。弾性波フィルタの例は、弾性表面波(SAW)フィルタ及びバルク弾性波(BAW)フィルタを含む。弾性表面波フィルタの弾性表面波共振器は典型的に、インターディジタルトランスデューサ電極を圧電基板上に含む。弾性表面波共振器は、弾性表面波を生成するべく配列される。
無線周波数電子システムには弾性波フィルタを実装することができる。例えば、携帯電話機の無線周波数フロントエンドにおけるフィルタは、弾性波フィルタを含み得る。複数の弾性波フィルタを、マルチプレクサとして配列することができる。例えば、2つの弾性表面波フィルタをデュプレクサとして配列することができる。挿入損失が相対的に低い弾性波フィルタが一般に所望される。所定の設計仕様において低レベルの挿入損失を満たすことは難題となり得る。
特許請求の範囲に記載のイノベーションはそれぞれが、いくつかの側面を有し、その単独の一つのみが、その所望の属性に対して関与するわけではない。特許請求の範囲を制限することなく、本開示のいくつかの卓越した特徴の概要が以下に記載される。
本開示の一つの側面は、圧電層と、当該圧電層上のインターディジタルトランスデューサ電極と、温度補償層とを含む弾性波デバイスである。インターディジタルトランスデューサ電極は、第1インターディジタルトランスデューサ電極層と、第2インターディジタルトランスデューサ電極層とを含む。第1インターディジタルトランスデューサ電極層は、第2インターディジタルトランスデューサ電極層と圧電層との間に配置される。第2インターディジタルトランスデューサ電極層はアルミニウムを含み、少なくとも200ナノメートルの厚さを有する。インターディジタルトランスデューサ電極は、圧電層と温度補償層の少なくとも一部分との間に配置される。
第2インターディジタルトランスデューサ電極層の厚さは、第2インターディジタルトランスデューサ電極層の厚さに関連付けられる挿入損失改善を飽和させる程度に十分厚くすることができる。第2インターディジタルトランスデューサ電極層の厚さは、少なくとも250ナノメートルとすることができる。第2インターディジタルトランスデューサ電極層の厚さは、500ナノメートル未満としてよい。
温度補償層は二酸化シリコン層としてよい。温度補償層は、厚さが300ナノメートルから2.1マイクロメートルの範囲にあり得る。
第1インターディジタルトランスデューサ電極層は、第2インターディジタルトランスデューサ電極層よりも薄くしてよい。第1インターディジタルトランスデューサ電極層はモリブデンを含み得る。第1インターディジタルトランスデューサ電極層は、第1側と、第1側に対向する第2側とを有する。ここで、第1側は、圧電層に物理的に接触し、第2側は、第2インターディジタルトランスデューサ電極層に物理的に接触する。第2インターディジタルトランスデューサ電極層は、第1インターディジタルトランスデューサ電極に対向する側で温度補償層に物理的に接触し得る。
弾性波デバイスはさらに支持基板を含み得る。ここで、圧電層は、支持基板を覆うように配置される。
圧電層は、ニオブ酸リチウム層としてよい。圧電層は、タンタル酸リチウム層としてよい。
弾性波デバイスは、弾性表面波を生成するべく構成された弾性表面波デバイスとしてよい。
本開示の他側面は、挿入損失が低減された弾性波フィルタである。弾性波フィルタは、一の弾性波共振器及び複数の付加的弾性波共振器を含む。弾性波共振器は、圧電層と、温度補償層と、当該圧電層と当該温度補償層の少なくとも一部分との間に配置されたインターディジタルトランスデューサ電極とを含む。インターディジタルトランスデューサ電極は、第1インターディジタルトランスデューサ電極層と、第2インターディジタルトランスデューサ電極層とを含む。第1インターディジタルトランスデューサ電極層は、第2インターディジタルトランスデューサ電極層と圧電層との間に配置される。第2インターディジタルトランスデューサ電極層はアルミニウムを含み、少なくとも200ナノメートルの厚さを有する。一の弾性波共振器及び複数の付加的弾性波共振器は一緒になって、無線周波数通過帯域を有する帯域通過フィルタとして構成される。第2インターディジタルトランスデューサ電極層の厚さは、無線周波数通過帯域における挿入損失の低減を引き起こす。
第2インターディジタルトランスデューサ電極層の厚さは、第2インターディジタルトランスデューサ電極層の厚さに関連付けられる挿入損失改善を飽和させる程度に十分厚くすることができる。第2インターディジタルトランスデューサ電極層の厚さは、500ナノメートル未満としてよい。
温度補償層は二酸化シリコン層としてよい。
第1インターディジタルトランスデューサ電極層はモリブデンを含み得る。
帯域通過フィルタは、1.5ギガヘルツから2.5ギガヘルツの範囲にある中心周波数を有し得る。
本開示の他側面は、パッケージ基板と、当該パッケージ基板上の弾性表面波フィルタと、当該パッケージ基板上の電力増幅器とを含むパッケージ状モジュールである。弾性表面波フィルタは、圧電層と、当該圧電層上のインターディジタルトランスデューサ電極とを含む。インターディジタルトランスデューサ電極は、第1インターディジタルトランスデューサ電極層と、第2インターディジタルトランスデューサ電極層とを含む。第1インターディジタルトランスデューサ電極層は、第2インターディジタルトランスデューサ電極層と圧電層との間に配置される。第2インターディジタルトランスデューサ電極層はアルミニウムを含み、少なくとも200ナノメートルの厚さを有する。電力増幅器は、弾性表面波フィルタの入力部に結合された出力部を有する。電力増幅器及び弾性表面波フィルタは、共通パッケージ内に封入される。
パッケージ状モジュールはさらに、パッケージ基板上に無線周波数結合器を含んでよい。パッケージ状モジュールはさらに、パッケージ基板上に無線周波数スイッチを含み得る。弾性表面波フィルタは、ここに開示される任意の適切な特徴を含む弾性表面波共振器を含んでよい。
本開示の他側面は、無線周波数フロントエンドと、当該無線周波数フロントエンドと通信するアンテナとを含む無線通信デバイスである。無線周波数フロントエンドは、無線周波数信号をフィルタリングするべく構成された弾性波フィルタを含む。弾性波フィルタは、圧電層と、当該圧電層上のインターディジタルトランスデューサ電極とを含む。インターディジタルトランスデューサ電極は、第1インターディジタルトランスデューサ電極層と、第2インターディジタルトランスデューサ電極層とを含む。第1インターディジタルトランスデューサ電極層は、第2インターディジタルトランスデューサ電極層と圧電層との間に配置される。第2インターディジタルトランスデューサ電極層はアルミニウムを含み、少なくとも200ナノメートルの厚さを有する。
無線通信デバイスは携帯電話機としてよい。弾性波フィルタは、ここに開示される任意の適切な特徴を含む弾性波共振器を含んでよい。
本開示の他側面は、弾性波デバイスを製造する方法である。方法は、圧電層に第1インターディジタルトランスデューサ電極層を設けることと、第1インターディジタルトランスデューサ電極層を覆うように第2インターディジタルトランスデューサ電極層を形成して第1インターディジタルトランスデューサ電極層が第2インターディジタルトランスデューサ電極層と圧電基板との間に存在するようにすることとを含む。第2インターディジタルトランスデューサ電極層はアルミニウムを含み、厚さが少なくとも200ナノメートルである。
方法はさらに、第2インターディジタルトランスデューサ電極層を覆うように二酸化ケイ素層を形成することを含んでよい。弾性波デバイスは、ここに開示される任意の適切な特徴を含んでよい。
本開示の他側面は、挿入損失が低減された無線周波数信号をフィルタリングする方法である。方法は、無線周波数信号を弾性表面波フィルタに与えることを含み、当該弾性表面波フィルタは温度補償弾性表面波共振器を含み、当該温度補償弾性表面波共振器は、圧電層上のインターディジタルトランスデューサ電極と、当該インターディジタルトランスデューサ電極を覆う温度補償層とを含み、当該インターディジタルトランスデューサ電極は、第1インターディジタルトランスデューサ層と、第1インターディジタルトランスデューサ層を覆うように配置された第2インターディジタルトランスデューサ層とを含み、第2インターディジタルトランスデューサ層は、厚さが少なくとも200ナノメートルのアルミニウム層を含む。方法はまた、弾性表面波フィルタによって無線周波数信号をフィルタリングすることも含む。
弾性表面波フィルタは、ここに開示される任意の適切な特徴を含んでよい。
本開示の他側面は弾性波デバイスである。この弾性波デバイスは、圧電層と、当該圧電層上のインターディジタルトランスデューサ電極と、当該インターディジタルトランスデューサ電極上の温度補償層とを含む。インターディジタルトランスデューサ電極は、第1インターディジタルトランスデューサ電極層と、第2インターディジタルトランスデューサ電極層とを含む。第1インターディジタルトランスデューサ電極層は、第2インターディジタルトランスデューサ電極層と圧電層との間に配置される。第2インターディジタルトランスデューサ電極層は、厚さが少なくとも200ナノメートルである。
本開示をまとめる目的で本イノベーションの所定の側面、利点及び新規な特徴が、ここに記載されてきた。そのような利点の必ずしもすべてが、いずれかの特定の実施形態において達成されるというわけではない。よって、本イノベーションは、ここに教示される一つの利点又は一群の利点を、ここに教示又は示唆される他の利点を必ずしも達成することなく、達成又は最適化する態様で、具体化し又は実行することができる。
本開示の実施形態が、添付図面を参照する非限定的な例を介して以下に記載される。
図1Aは、一実施形態に係る弾性表面波デバイスの断面図である。図1Bは、図1Aの弾性表面波デバイスのインターディジタルトランスデューサ電極を平面図で示す。
図1Aの弾性表面波デバイスにおける、挿入損失対インターディジタルトランスデューサ電極層厚さのグラフである。
図3Aは、上側インターディジタルトランスデューサ電極層が異なる厚さとなる弾性表面波デバイスを含む送信フィルタに対する、減衰対周波数のグラフである。図3Bは、上側インターディジタルトランスデューサ電極層が異なる厚さとなる弾性表面波デバイスを含む受信フィルタに対する、減衰対周波数のグラフである。
図4Aは、上側インターディジタルトランスデューサ電極層が異なる厚さとなる弾性表面波デバイスを含む送信フィルタに対する、挿入損失分布グラフである。図4Bは、上側インターディジタルトランスデューサ電極層が異なる厚さとなる弾性表面波デバイスを含む受信フィルタに対する、挿入損失分布グラフである。
一実施形態に係る弾性表面波デバイスの断面図である。
一実施形態に係る多層圧電基板を有する弾性表面波デバイスの断面図である。
他実施形態に係る多層圧電基板を有する弾性表面波デバイスの断面図である。
他実施形態に係る多層圧電基板を有する弾性表面波デバイスの断面図である。
一実施形態に係るラム波共振器の断面図である。
他実施形態に係るラム波共振器の断面図である。
一実施形態に係る弾性波デバイスを有するフィルタを含むパッケージ状モジュールの模式的なブロック図である。
他実施形態に係る弾性波デバイスを有するフィルタを含むパッケージ状モジュールの模式的なブロック図である。
図11Aは、一実施形態に係る弾性波デバイスを有するフィルタを含む無線通信デバイスの模式的なブロック図である。図11Bは、他実施形態に係る弾性波デバイスを有するフィルタを含む無線通信デバイスの模式的なブロック図である。
所定の実施形態の以下の詳細な説明は、特定の実施形態の様々な記載を表す。しかしながら、ここに記載のイノベーションは、例えば特許請求の範囲によって画定され及びカバーされる多数の異なる態様で具体化することができる。本記載において、同じ参照番号が同一の又は機能的に類似の要素を示し得る図面が参照される。理解されることだが、図面に例示される要素は必ずしも縮尺どおりではない。さらに理解されることだが、所定の実施形態は、図面に例示されるよりも多くの要素を含んでよく、及び/又は図面に例示される要素の部分集合を含んでよい。さらに、いくつかの実施形態は、2つ以上の図面からの特徴のいずれかの適切な組み合わせを組み入れてよい。
弾性表面波(SAW)デバイスは、インターディジタルトランスデューサ電極(IDT電極)を覆う二酸化ケイ素(SiO2)層を含み得る。二酸化ケイ素層は、周波数温度係数(TCF)をゼロに近づける温度補償を与えることができる。そのようなSAWデバイスは、温度補償SAW(TCSAW)デバイスと称することができる。SAWデバイスに対する低い挿入損失が一般には望ましい。しかしながら、低い挿入損失は達成するのが難しい。
本開示の側面は、多層IDT電極を有するSAWデバイスに関する。IDT電極は、下側電極層及び上側電極層を含み得る。下側電極層は、上側電極層と圧電層との間に配置される。上側電極層は、厚さが少なくとも200ナノメートル(nm)であり、アルミニウムを含む。そのような電極層は、導体損失を、他の電気特性に有意に損なうことなく低減することができる。これは、SAWデバイスの挿入損失を低くし得る。
一実施形態において、TCSAWデバイスは二重層IDT電極を含む。二重層IDT電極は、圧電層上のモリブデン(Mo)層のような第1電極層と、第1電極層を覆うアルミニウム(Al)層とを含む。アルミニウム層は、第1電極層よりも厚い。アルミニウム層の厚さは、いくつかのアプリケーションにおいて少なくとも0.1Lである。ここで、LはIDT電極の周期である。アルミニウム層は、導体損失を、電気機械結合係数(k2)のような他の電気特性を有意に損なうことなく低減することができ、ひいては挿入損失を改善することができる。
二酸化ケイ素及びアルミニウムの音響インピーダンスが相対的に近くなり得るので、アルミニウム電極が大きな厚さを有する場合であっても、挿入損失を改善するように音速、結合係数等への影響を低減することができる。
他のSAWデバイスも多層IDT電極を含み得る。ここで、IDT電極の上側層が、二酸化ケイ素温度補償層の埋め込み特性の劣化を回避するべく薄くされる。しかしながら、このような薄化は、挿入損失の増大をもたらし得る。ここに開示される実施形態は、挿入損失を低減するとともに二酸化ケイ素層の埋め込み特性を維持することができる多層IDT電極を含む。
図1Aは、一実施形態に係る弾性表面波デバイスの断面図である。弾性表面波デバイス10は、上側IDT電極の厚さにより、薄い上側IDT電極層と比べて挿入損失が低減される多層IDT電極を含む。図示のように、弾性表面波デバイス10は、圧電層12と、第1IDT電極層14及び第2IDT電極層16を含む多層IDT電極と、当該多層IDT電極を覆う温度補償層18とを含む。弾性表面波デバイス10は、温度補償弾性表面波デバイスと称してよい。弾性表面波デバイス10において、多層IDT電極は、音響特性及び電気特性それぞれに影響を与える別個のIDT電極層を含む。したがって、挿入損失のような電気特性を、IDT電極層の一つを調整することによって、音響特性に有意に影響を与えることなく改善することができる。
圧電層12は、リチウム系圧電層としてよい。例えば、圧電層12は、ニオブ酸リチウム層としてよい。他例として、圧電層12は、タンタル酸リチウム層としてよい。弾性表面波デバイス10において、多層IDT電極は圧電層12の上に存在する。
第1IDT電極層14は、下側電極層と称してよい。第1IDT電極層14は、第2IDT電極層16と圧電層12との間に配置される。図示のように、第1IDT電極層14は、圧電層12と物理的に接触する第1側と、第2IDT電極層16と物理的に接触する第2側とを有する。
第1IDT電極層14は、弾性表面波デバイス10の音響特性に影響を与え得る。例えば、第1IDT電極層14の厚さH1は、弾性表面波デバイス10の共振周波数に影響を与え得る。第1IDT電極層は、モリブデン(Mo)、タングステン(W)、金(Au)、銀(Ag)、銅(Cu)、白金(Pt)、ルテニウム(Ru)、チタン(Ti)等、又はこれらの任意の適切な組み合わせを含んでよい。例えば、第1IDT電極層14は、所定のアプリケーションにおいてモリブデン層としてよい。第1IDT電極層14は、所定のアプリケーションにおいて約80nmから100nmの範囲にある厚さH1を有し得る。第1IDT電極層14は、第2IDT電極層16よりも薄くてよい。
第2IDT電極層16は、上側電極層と称してよい。第2IDT電極層16は、第1IDT電極層14と温度補償層18との間に配置される。図示のように、第2IDT電極層16は、第1IDT電極層14と物理的に接触する第1側と、温度補償層18と物理的に接触する第2側とを有する。
第2IDT電極層16は、弾性表面波デバイス10の電気特性に影響を与え得る。第2IDT電極層16の厚さは、弾性表面波共振器10の挿入損失に影響を与え得る。第2IDT電極層16の厚さは、弾性表面波デバイス10の音響特性に有意に影響を与えるわけではない。第2IDT電極層16は、アルミニウム(Al)又はその任意の適切な合金を含み得る。第2IDT電極層16の厚さH2は、入力電力により決定されるアルミニウム導電度に基づいてよい。
第2IDT電極層16の厚さH2は、薄いIDT電極層と比べて挿入損失が改善する程度に十分厚くすることができる。例えば、第2IDT電極層16の厚さH2は、少なくとも200nmとしてよい。いくつかの例において、第2IDT電極層16の厚さH2は、第2IDT電極層の厚さに関連付けられる挿入損失改善が飽和する程度に十分厚くすることができる。厚さH2は、挿入損失を改善する程度に十分厚くなり得るが、電気機械結合係数(k2)を有意に低減するほど厚くなりすぎることはない。弾性表面波デバイス10における第2IDT電極層16の厚さの上限は、温度補償層18の厚さH3マイナス第1IDT電極層14の厚さH1によって画定することができる。いくつかの例において、第2IDT電極層16を覆う温度補償層18に対するマージンも存在し得る。一例として、第2IDT電極層16の厚さは、所定例において、500nm未満としてよい。
ここに開示される実施形態が2つのIDT電極層を有するIDT電極を含むにもかかわらず、ここに開示される任意の適切な原理及び利点が、3つ以上のIDT電極層を含む多層IDT電極に適用され得る。
弾性表面波デバイス10において、温度補償層18は、弾性表面波デバイス10の周波数温度係数(TCF)をゼロに近づけることができる。温度補償層18は、正のTCFを有し得る。これにより、圧電層12の負のTCFを補償することができる。圧電層12は、ニオブ酸リチウム又はタンタル酸リチウムとしてよい。これらは双方とも負のTCFを有する。温度補償層18は誘電膜としてよい。温度補償層18は二酸化ケイ素層としてよい。いくつかの他実施形態において、異なる温度補償層を実装してよい。他の温度補償層のいくつかの例は、二酸化テルル(TeO2)層又はオキシフッ化ケイ素(SiOF)層を含む。温度補償層18は、300nmから2.1マイクロメートル(μm)の範囲にある厚さH3を有し得る。所定のアプリケーションにおいて、温度補償層18の厚さH3は、約500nmから600nmの範囲にあってよい。
ここに開示される弾性表面波デバイス10及び/又は他の弾性波デバイスは、帯域通過フィルタに含まれてよい。帯域通過フィルタは、中心周波数が1.5ギガヘルツ(GHz)から2.5GHzの範囲にある通過帯域を有し得る。中心周波数は、通過帯域の下側カットオフ周波数と通過帯域の上側カットオフ周波数との算術平均又は幾何平均としてよい。中心周波数は、所定例において、1.5GHzから2.2GHzの範囲にある。通過帯域は、所定のアプリケーションにおいて、5メガヘルツ(MHz)から100MHzの範囲にある帯域幅としてよい。帯域通過フィルタは、通過帯域が1.5GHzから2.5GHzの周波数範囲内に存在する通信規格によって画定される通過帯域を有し得る。
いくつかの例において、ここに開示される弾性表面波デバイス10及び/又は他の弾性波デバイスは、1.5GHzから2.5GHzの範囲にある中心周波数を有する帯域阻止フィルタに含まれてよい。帯域阻止フィルタの阻止帯域は、所定のアプリケーションにおいて、5MHzから100MHzの範囲にある帯域幅を有してよい。
図1Bは、図1Aの弾性表面波デバイス10のインターディジタルトランスデューサ電極20を平面図で示す。温度補償層18は、IDT電極20に焦点を当てるべく、図1Bにおいて示されていない。IDT電極20は、第1音響反射器26と第2音響反射器28との間に配置される。音響反射器26及び28は、IDT電極20から、それぞれのギャップを介して別個とされる。IDT電極20は、バスバー22と、バスバー22から延びるIDT指24とを含む。IDT指24はピッチλを有する。弾性表面波デバイス10は、任意の適切な数のIDT指24を含んでよい。IDT指24のピッチλは、弾性表面波デバイス10の共振周波数に対応する。
図2〜4Bは、図1Aの弾性表面波デバイス10の第2IDT電極層16の厚さH2の、挿入損失に与える影響に関連するデータを与える。データは、ニオブ酸リチウム圧電層12と、厚さH1が90nmのモリブデンである第1IDT電極層14と、アルミニウムである第2IDT電極層16と、厚さH3が560nmの二酸化ケイ素である温度補償層18とを含む弾性表面波デバイス10に対応する。図2〜4Bはそれぞれが、第2IDT電極層16の異なる厚さH2に対する挿入損失に関連するデータを含む。
図2は、図1Aの弾性表面波デバイス10における、挿入損失対第2インターディジタルトランスデューサ電極層16厚さのグラフである。送信フィルタ及び受信フィルタ双方の、第2IDT電極層16の3つの異なる厚さH2に対するデータポイントが含まれる。図2は、第2IDT電極層16の厚さH2を増加させることにより挿入損失が改善された(すなわち低減された)ことを示す。挿入損失の改善は、第2IDT電極層16の厚さH2が約250nmのところで飽和し得る。
図3Aは、上側インターディジタルトランスデューサ電極層が異なる厚さとなる弾性表面波デバイス10を含む送信フィルタに対する、減衰対周波数のグラフである。減衰曲線が、160nm及び250nmの上側IDT電極厚さに対して示される。上側IDT電極層が厚くなると、SAWフィルタに対する通過帯域の挿入損失が低下している。図3Aは、上側IDT電極厚さH2の増加が、送信フィルタの通過帯域における挿入損失の低下をもたらし得ることを示す。例えば、周波数1720MHzにおいて、厚い上側IDT電極を含むSAWフィルタが、薄い上側IDT電極のSAWフィルタよりも低い挿入損失を有する。
図3Bは、上側インターディジタルトランスデューサ電極層が異なる厚さとなる弾性表面波デバイスを含む受信フィルタに対する、減衰対周波数のグラフである。減衰曲線が、160nm及び250nmの上側IDT電極層厚さに対して示される。上側IDT電極層が厚くなると、SAWフィルタに対する通過帯域の挿入損失が低下している。図3Bは、上側IDT電極厚さH2の増加が、受信フィルタの通過帯域における挿入損失の低下をもたらし得ることを示す。例えば、約1820MHzから1845MHzの範囲において、厚い上側IDT電極を含むSAWフィルタが、薄い上側IDT電極のSAWフィルタよりも低い挿入損失を有する。
図4Aは、上側インターディジタルトランスデューサ電極層が異なる厚さとなる弾性表面波デバイスを含む送信フィルタに対する、挿入損失分布グラフである。図4Aにおける挿入損失分布グラフは、1720MHzにおけるトップ損失を示す。送信フィルタについて、上側IDT電極厚さ160nm、200nm及び250nmに対する挿入損失分布のヒストグラムが示される。900個を超えるサンプルが、各厚さに対して採取された。上側IDT電極厚さが200nm及び250nmのSAWフィルタは、上側IDT電極厚さが160nmのSAWフィルタよりも良好な、1720MHzでの挿入損失を有する。図4Aは、200nmにおいて上側IDT電極の厚さゆえの挿入損失改善が、ほぼ飽和していることを示す。したがって、上側IDT電極に対して厚さを200nm以上とすることが望ましい。
図4Bは、上側インターディジタルトランスデューサ電極層が異なる厚さとなる弾性表面波デバイスを含む受信フィルタに対する、挿入損失分布グラフである。図4Bにおける挿入損失分布グラフは、約1820MHzから1845MHzの周波数範囲におけるトップ損失を示す。受信フィルタについて、上側IDT電極厚さ160nm、200nm及び250nmに対する挿入損失分布のヒストグラムが示される。900個を超えるサンプルが、各厚さに対して採取された。上側IDT電極厚さが200nm及び250nmのSAWフィルタは、上側IDT電極厚さが160nmのSAWフィルタよりも良好な、特定周波数範囲での挿入損失を有する。図4Bは、200nmにおいて上側IDT電極の厚さゆえの挿入損失改善が、ほぼ飽和していることを示す。したがって、上側IDT電極に対して厚さを200nm以上とすることが望ましい。
図5は、一実施形態に係る弾性表面波デバイス50の断面図である。弾性表面波デバイス50は、図1Aの弾性表面波デバイス10と同様であるが、弾性表面波デバイス50が温度補償層18を含まない点が異なる。図5は、多層IDT電極が、当該多層IDT電極を覆う温度補償層が存在しなくてもSAWデバイスに実装できることを示す。
図6Aは、他実施形態に係る弾性表面波デバイス60の断面図である。弾性表面波デバイス60は、図1Aの弾性表面波デバイス10と同様であるが、弾性表面波デバイス60が、圧電層12の、IDT電極に対向する側に付加的に基板層52を含む点が異なる。図6Aは、多層IDT電極が、多層圧電基板を有するSAWデバイスに実装できることを示す。
基板層52は、シリコン層、水晶層、セラミック層、ガラス層、スピネル層、酸化マグネシウムスピネル層、サファイア層、ダイヤモンド層、炭化ケイ素層、窒化ケイ素層、窒化アルミニウム層等のような、任意の適切な基板層としてよい。一例として、弾性表面波デバイス60は、所定のアプリケーションにおいて、ニオブ酸リチウム/シリコン圧電基板を含んでよい。
基板層52は、相対的に高いインピーダンスを有し得る。基板層52の音響インピーダンスは、圧電層12の音響インピーダンスよりも高くてよい。基板層52の音響インピーダンスは、温度補償層18の音響インピーダンスよりも高くてよい。例えば、基板層52は、二酸化ケイ素の音響インピーダンスよりも高い音響インピーダンスを有してよい。シリコン基板のような高インピーダンス支持基板層52上に圧電層12を有するSAWデバイス60は、高インピーダンス支持基板層52を有しない同様のSAWデバイスと比べて良好なTCF及び放熱性を達成することができる。
所定の実施形態において、圧電層12の、IDT電極に対向する側に2つ以上の層を含めることができる。図6Bは、一実施形態に係る多層圧電基板を有する弾性表面波デバイス65の断面図である。弾性表面波デバイス65は、図6Aの弾性表面波デバイス60と同様であるが、弾性表面波デバイス65がさらに、圧電層12と基板層52との間に配置された付加層67も含む点が異なる。
付加層67は、基板層52よりも低い音響インピーダンスを有する低インピーダンス層としてよい。いくつかの実施形態において、付加層67は二酸化シリコン(SiO2)層としてよい。付加層67は、多層圧電基板の層間接着性を高めることができる。代替的又は付加的に、付加層67は、SAWデバイス60と比べてSAWデバイス65において熱放散性を高めることができる。
付加層67は、所定のアプリケーションにおいて、基板層52の後方反射を低減することができる。そのようなアプリケーションにおいて、付加層は、ビーム散乱によって後方反射を散乱させることができる。いくつかの例において、付加層67を多結晶スピネル層とし、基板層52をシリコン層としてよい。
図6Cは、他実施形態に係る多層圧電基板を有する弾性表面波デバイス68の断面図である。弾性表面波デバイス68は、図6Aの弾性表面波デバイス60と同様であるが、弾性表面波デバイス68が、圧電層12に対向する側においてインターディジタルトランスデューサを覆う温度補償層なしで実装される点が異なる。図6Cは、所定の多層圧電基板SAWデバイスが、ここに開示される任意の適切な原理及び利点に従う多層インターディジタルトランスデューサ電極を有するが多層インターディジタルトランスデューサ電極を覆う温度補償層が存在しないように実装できることを示す。
図7は、一実施形態に係るラム波共振器70の断面図である。図7に示されるように、多層IDT電極は、独立型ラム波共振器に実装することができる。ラム波共振器70は、多層IDT電極、圧電層72、下側電極73、エアギャップ74及び基板75を含む。多層IDT電極は、第1IDT電極層14及び第2IDT電極層16を含む。ラム波共振器70のこれらのIDT電極層は、ここに開示されるいずれかの適切な原理及び利点に従って実装することができる。圧電層72は、窒化アルミニウム層のような任意の適切な圧電層としてよい。基板75は、シリコン素基板のような半導体基板としてよい。エアギャップ74は、空気キャビティとしてよい。エアギャップ74は、図示のように基板75の中にエッチングしてよい。代替的に、エアギャップ74は、基板75の上方に実装してよい。
図8は、一実施形態に係るラム波共振器80の断面図である。図8に示されるように、多層IDT電極は、ソリッドマウントラム波共振器に実装することができる。ラム波共振器80は、多層IDT電極、圧電層82、下側電極83、音響ミラー84及び基板85を含む。多層IDT電極は、第1IDT電極層14及び第2IDT電極層16を含む。ラム波共振器80のこれらのIDT電極層は、ここに開示されるいずれかの適切な原理及び利点に従って実装することができる。圧電層82は、窒化アルミニウム層のような任意の適切な圧電層としてよい。音響ブラッグ反射器84は、低インピーダンス層84Aと高インピーダンス層84Bとを交互に含み得る。例えば、音響ブラッグ反射器84は、低インピーダンス層84Aとしての二酸化ケイ素と高インピーダンス層84Bとしてのタングステンとの交互層を含み得る。基板85は、シリコン素基板のような半導体基板としてよい。
いくつかの他実施形態(図示せず)によれば、ここに開示される任意の適切な原理及び利点に係る多層IDT電極は、境界波共振器に実装することもできる。ここに開示される原理及び利点はいずれも、IDT電極を含む任意の適切な弾性波共振器に実装することができる。
ここに開示される弾性波デバイスは、様々なパッケージ状モジュールに実装することができる。ここに開示の弾性波共振器の任意の適切な原理及び利点を実装することができるパッケージ状モジュールの一例を以下に記載する。パッケージ状モジュールは、図9のパッケージ状モジュール及び/又は図10のパッケージ状モジュールの一つ以上の特徴を含み得る。
図9は、ここに開示される任意の適切な原理及び利点に係る弾性波デバイスを有するフィルタ92を含むモジュール90の模式的なブロック図である。モジュール90はフィルタ92を含む。フィルタ92は、弾性波デバイス、スイッチ94、電力増幅器95及び無線周波数(RF)結合器96を含む。電力増幅器95は無線周波数信号を増幅することができる。スイッチ94は電力増幅器95の出力を、フィルタ92に選択的かつ電気的に結合することができる。フィルタ92は帯域通過フィルタとしてよい。フィルタ92は、デュプレクサ又は他のマルチプレクサに含めることができる。RF結合器96は、方向性結合器又は任意の他の適切なRF結合器としてよい。RF結合器96は、送信信号経路におけるRF電力の一部分をサンプリングして当該RF電力の表示を与えることができる。RF結合器96は、電力増幅器95の出力部とスイッチ94の入力部との間のような任意の適切なポイントにおいて送信信号経路に結合することができる。モジュール90は、図示の素子を封入するパッケージを含み得る。弾性波共振器を有するフィルタ92は、モジュール90の他の図示される素子とともに、共通パッケージ基板97上に配置することができる。パッケージ基板97は、例えば積層基板としてよい。
図10は、フィルタ102を含むモジュール100の模式的なブロック図である。フィルタ102は、ここに開示される任意の適切な原理及び利点に係る一つ以上の弾性波デバイスを含む。図示のように、モジュール100は、電力増幅器95、スイッチ94、フィルタ102、アンテナスイッチ104、スイッチ105、低雑音増幅器106及び制御回路107を含む。
電力増幅器95は、送信ポートTXからの無線周波数信号を受信することができる。いくつかの例において、スイッチは、複数の送信ポートの選択された一つを、電力増幅器95の入力部に電気的に接続することができる。電力増幅器95は、エンベロープ追跡モード及び/又は平均電力追跡モードで動作することができる。スイッチ94は、電力増幅器95の出力部を、フィルタ102の一つ以上の選択された送信フィルタに電気的に接続するべく構成された多投無線周波数スイッチとしてよい。スイッチ94は、電力増幅器95の出力部を、特定の周波数帯域用の送信フィルタに電気的に接続するべく配列された帯域選択スイッチとしてよい。
フィルタ102は弾性波フィルタとしてよい。フィルタ102のいずれかにおける一つ以上の共振器が、ここに開示される任意の適切な原理及び利点に係る多層IDT電極を含み得る。所定のアプリケーションにおいて、フィルタ102の一つ以上のフィルタのすべての弾性波共振器は、ここに開示される任意の適切な原理及び利点に係る多層IDT電極を含む。フィルタ102は、複数のデュプレクサ及び/又は他のマルチプレクサを含み得る。代替的又は付加的に、フィルタ102は、一つ以上の独立型送信フィルタ及び/又は一つ以上の独立型受信フィルタを含んでよい。フィルタ102は、いくつかのアプリケーションにおいて、少なくとも4つのデュプレクサを含み得る。いくつかの他のアプリケーションによれば、フィルタ102は、少なくとも8つのデュプレクサを含み得る。
図示のように、フィルタ102は、アンテナスイッチ104に電気的に接続される。アンテナスイッチ104は、フィルタ102の一つ以上のフィルタを、モジュール100のアンテナポートANTに電気的に接続するべく配列された多投無線周波数スイッチとしてよい。アンテナスイッチ104は、いくつかのアプリケーションにおいて、少なくとも8つの投を含み得る。所定のアプリケーションにおいて、アンテナスイッチ104は、少なくとも10個の投を含み得る。
スイッチ105は、フィルタの選択された受信フィルタを低雑音増幅器106に電気的に接続することができる。低雑音増幅器106は、受信無線周波数信号を増幅して出力を受信ポートRXに与えるべく配列される。いくつかの例において、他のスイッチを、低雑音増幅器106と受信ポートRXとの間に電気的に結合することができる。
図示のモジュール100はまた、制御回路107も含む。制御回路107は、モジュール100のための任意の適切な制御機能を行うことができる。
図11Aは、一つ以上の実施形態に係る弾性波デバイスを有するフィルタ113を含む無線通信デバイス110の模式的なブロック図である。無線通信デバイス110は、任意の適切な無線通信デバイスとしてよい。例えば、無線通信デバイス110は、スマートフォンのような携帯電話機としてよい。図示のように、無線通信デバイス110は、アンテナ111、RFフロントエンド112、RF送受信器114、プロセッサ115、メモリ116及びユーザインタフェイス117を含む。アンテナ111は、RFフロントエンド112が与えるRF信号を送信することができる。アンテナ111は、受信したRF信号を、処理を目的としてRFフロントエンド112に与えることができる。
RFフロントエンド112は、一つ以上の電力増幅器、一つ以上の低雑音増幅器、一つ以上のRFスイッチ、一つ以上の受信フィルタ、一つ以上の送信フィルタ、一つ以上のデュプレクスフィルタ、マルチプレクサのうちの一つ以上のフィルタ、ダイプレクサ若しくは他の周波数マルチプレクシング回路のうちの一つ以上のフィルタ、又はこれらの任意の適切な組み合わせを含み得る。RFフロントエンド112は、任意の適切な通信規格に関連付けられたRF信号を送信及び受信することができる。ここに開示される弾性波共振器のいずれも、RFフロントエンド112のフィルタ113に実装することができる。
RF送受信器114は、増幅及び/又は他の処理を目的としてRF信号をRFフロントエンド112に与えることができる。RF送受信器114はまた、RFフロントエンド112の低雑音増幅器が与えるRF信号を処理することができる。RF送受信器114はプロセッサ115と通信する。プロセッサ115はベース帯域プロセッサとしてよい。プロセッサ115は、無線通信デバイス110のための任意の適切なベース帯域処理機能を与えることができる。メモリ116は、プロセッサ115によってアクセスすることができる。メモリ116は、無線通信デバイス110のための任意の適切なデータを記憶することができる。プロセッサ115はまた、ユーザインタフェイス117とも通信する。ユーザインタフェイス117は、ディスプレイのような任意の適切なユーザインタフェイスとしてよい。
図11Bは、フィルタ113を有する無線周波数フロントエンド112と、一実施形態に係るフィルタ123を有するダイバーシティ受信モジュール122とを含む無線通信デバイス120の模式的なブロック図である。無線通信デバイス120は図11Aの無線通信デバイス100と同様であるが、無線通信デバイス120がさらにダイバーシティ受信機能を含む点が異なる。図11Bに例示されるように、無線通信デバイス120は、ダイバーシティアンテナ121と、ダイバーシティアンテナ121が受信した信号を処理するべく構成されてフィルタ123を含むダイバーシティモジュール122と、無線周波数フロントエンド122及びダイバーシティ受信モジュール122双方と通信する送受信器124とを含む。フィルタ103は、ここに開示される任意の適切なIDT電極を有する一つ以上の弾性波共振器を含み得る。フィルタ123は、ここに開示される任意の適切なIDT電極を有する一つ以上の弾性波共振器を含み得る。
上述された実施形態のいずれもが、セルラーハンドセットのような携帯デバイスに関連して実装することができる。実施形態の原理及び利点は、ここに説明される実施形態のいずれかから有益となり得る任意のアップリンク無線通信デバイスのような、任意のシステム又は装置によって使用することができる。ここでの教示は、様々なシステムに適用可能である。本開示がいくつかの実施形態例を含むにもかかわらず、ここに説明される教示は、様々な構造に適用することができる。ここに説明される原理及び利点はいずれも、約30キロヘルツ(kHz)から300ギガヘルツ(GHz)の周波数範囲、例えば約450MHzから8.5GHzの周波数範囲、にある信号を処理するべく構成されたRF回路に関連して実装することができる。ここに開示される特徴の任意の適切な組み合わせを含む弾性波共振器は、周波数範囲1(FR1)内の第5世代(5G)ニューラジオ(NR)動作帯域にある無線周波数信号をフィルタリングするべく配列されたフィルタに含まれ得る。5GNR動作帯域における無線周波数信号をフィルタリングするべく配列されたフィルタは、ここに開示される一つ以上の弾性波共振器を含み得る。FR1は、現行の5GNR仕様によれば、例えば410MHzから7.125GHzとすることができる。ここに開示される任意の適切な原理及び利点に係る一つ以上の弾性波共振器は、第4世代(4G)ロングタームエボリューション(LTE)動作帯域における無線周波数信号をフィルタリングするべく配列されたフィルタに含めることができる。
本開示の複数の側面は、様々な電子デバイスに実装することができる。電子デバイスの例は、消費者用電子製品、パッケージ状無線周波数モジュールのような消費者用電子製品の部品、アップリンク無線通信デバイス、無線通信インフラストラクチャ、電子試験機器等を含むがこれらに限られない。電子デバイスの例は、スマートフォンのような携帯型電話機、スマートウォッチ又はイヤーピースのような装着可能コンピューティングデバイス、電話機、テレビ、コンピュータモニタ、コンピュータ、モデム、ハンドヘルドコンピュータ、ラップトップコンピュータ、タブレットコンピュータ、電子レンジ、冷蔵庫、自動車電子システムのような車載電子システム、ステレオシステム、デジタル音楽プレーヤー、ラジオ、デジタルカメラのようなカメラ、携帯型メモリーチップ、洗濯機、乾燥機、洗濯/乾燥機、コピー機、ファクシミリ装置、スキャナ、多機能周辺デバイス、腕時計、置時計等を含むがこれらに限られない。さらに、電子デバイスは未完成の製品も含んでよい。
本明細書及び特許請求の範囲全体にわたり、文脈上そうでないことが明らかでない限り、「含む」等の用語は、排他的又は網羅的な意味とは反対の包括的意味に、すなわち「〜を含むがこれらに限られない」との意味に解釈すべきである。ここで一般に使用される単語「結合」は、直接接続されるか又は一つ以上の中間要素を介して接続されるかのいずれかとなり得る2つ以上の要素を言及する。同様に、ここで一般に使用される単語「接続」は、直接接続されるか又は一つ以上の中間要素を介して接続されるかのいずれかとなり得る2つ以上の要素を言及する。加えて、単語「ここ」、「上」、「下」及び同様の趣旨の単語は、本アプリケーションにおいて使用される場合、本アプリケーション全体を言及し、本アプリケーションの任意の固有部分を言及するわけではない。文脈が許容する場合、単数又は複数を使用する上述の詳細な説明における用語はそれぞれ、複数又は単数をも含み得る。2つ以上の項目のリストを言及する単語「又は」及び「若しくは」は、当該単語の以下の解釈のすべてをカバーする。すなわち、当該リストの任意の項目、当該リストのすべての項目、及び当該リストの項目の任意の組み合わせである。
さらに、とりわけ「できる」、「し得る」、「してよい」、「かもしれない」、「例えば」、「のような」等のようなここに記載の条件付き言語は一般に、特にそうでないことが述べられ、又は使用の文脈上そうでないことが理解される場合を除き、所定の実施形態が所定の特徴、要素及び/又は状態を含む一方で他の実施形態がこれらを含まないことを伝えるように意図される。すなわち、かかる条件的言語は一般に、特徴、要素及び/若しくは状態が任意の態様で一つ以上の実施形態にとって必要であるとの示唆を意図しない。
所定の実施形態が記載されてきたが、これらの実施形態は、例により提示されたにすぎないので、本開示の範囲を制限することを意図しない。実際のところ、ここに記載される新規な方法、装置及びシステムは、様々な他の形態で具体化することができる。さらに、ここに記載される方法及びシステムの形態における様々な省略、置換及び変更が、本開示の要旨から逸脱することなくなし得る。上述した様々な実施形態の要素及び工程の任意の適切な組み合わせを、さらなる実施形態を与えるように組み合わせることができる。添付の特許請求の範囲及びその均等物が、本開示の範囲及び要旨に収まるかかる形態又は修正をカバーすることが意図される。
Claims (20)
- 弾性波デバイスであって、
圧電層と、
前記圧電層上のインターディジタルトランスデューサ電極と、
温度補償層と
を含み、
前記インターディジタルトランスデューサ電極は、第1インターディジタルトランスデューサ電極層及び第2インターディジタルトランスデューサ電極層を含み、
前記第1インターディジタルトランスデューサ電極層は、前記第2インターディジタルトランスデューサ電極層と前記圧電層との間に配置され、
前記第2インターディジタルトランスデューサ電極層は、アルミニウムを含んで厚さが少なくとも200ナノメートルであり、
前記インターディジタルトランスデューサ電極は、前記圧電層と前記温度補償層の少なくとも一部分との間に配置される、弾性波デバイス。 - 前記第2インターディジタルトランスデューサ電極層の厚さは、前記第2インターディジタルトランスデューサ電極層の厚さに関連付けられる挿入損失の改善を飽和させる程度に十分厚い、請求項1の弾性波デバイス。
- 前記第2インターディジタルトランスデューサ電極層の厚さは少なくとも250ナノメートルである、請求項1の弾性波デバイス。
- 前記第2インターディジタルトランスデューサ電極層の厚さは500ナノメートル未満である、請求項1の弾性波デバイス。
- 前記温度補償層は二酸化ケイ素層である、請求項1の弾性波デバイス。
- 前記温度補償層は厚さが300ナノメートルから2.1マイクロメートルの範囲にある、請求項1の弾性波デバイス。
- 前記第1インターディジタルトランスデューサ電極層は前記第2インターディジタルトランスデューサ電極層よりも薄い、請求項1の弾性波デバイス。
- 前記第1インターディジタルトランスデューサ電極層は第1側と前記第1側に対向する第2側とを有し、
前記第1側は前記圧電層に物理的に接触し、
前記第2側は前記第2インターディジタルトランスデューサ電極層に物理的に接触する、請求項1の弾性波デバイス。 - 前記第2インターディジタルトランスデューサ電極層は、前記第1インターディジタルトランスデューサ電極層に対向する側で前記温度補償層に物理的に接触する、請求項1の弾性波デバイス。
- 支持基板をさらに含み、
前記圧電層は前記支持基板を覆うように配置される、請求項1の弾性波デバイス。 - 前記第1インターディジタルトランスデューサ電極層はモリブデンを含む、請求項1の弾性波デバイス。
- 前記圧電層はニオブ酸リチウム層を含む、請求項1の弾性波デバイス。
- 前記弾性波デバイスは、弾性表面波を生成するべく構成された弾性表面波デバイスである、請求項1の弾性波デバイス。
- 挿入損失が低減される弾性波フィルタであって、
圧電層、温度補償層、及び前記圧電層と前記温度補償層の少なくとも一部分との間に配置されたインターディジタルトランスデューサ電極を含む弾性波共振器と、
複数の付加弾性波共振器と
を含み、
前記インターディジタルトランスデューサ電極は、第1インターディジタルトランスデューサ電極層及び第2インターディジタルトランスデューサ電極層を含み、
前記第1インターディジタルトランスデューサ電極層は、前記第2インターディジタルトランスデューサ電極層と前記圧電層との間に配置され、
前記第2インターディジタルトランスデューサ電極層は、アルミニウムを含んで厚さが少なくとも200ナノメートルであり、
前記弾性波共振器と前記複数の付加弾性波共振器とは一緒になって無線周波数通過帯域を有する帯域通過フィルタとして構成され、
前記第2インターディジタルトランスデューサ電極層の厚さにより、前記無線周波数通過帯域における挿入損失が低減される、弾性波フィルタ。 - 前記第2インターディジタルトランスデューサ電極層の厚さは、前記第2インターディジタルトランスデューサ電極層の厚さに関連付けられる挿入損失の改善を飽和させる程度に十分厚い、請求項14の弾性波フィルタ。
- 前記第2インターディジタルトランスデューサ電極層の厚さは500ナノメートル未満である、請求項14の弾性波フィルタ。
- 前記温度補償層は二酸化ケイ素層である、請求項14の弾性波フィルタ。
- 前記第1インターディジタルトランスデューサ電極層はモリブデンを含む、請求項14の弾性波フィルタ。
- 前記帯域通過フィルタは、1.5ギガヘルツから2.5ギガヘルツの範囲にある中心周波数を有する、請求項14の弾性波フィルタ。
- 挿入損失が低減されて無線周波数信号をフィルタリングする方法であって、
無線周波数信号を弾性表面波フィルタに与えることと、
前記無線周波数信号を前記弾性表面波フィルタによってフィルタリングすることと
を含み、
前記弾性表面波フィルタは温度補償弾性表面波共振器を含み、
前記温度補償弾性表面波共振器は、圧電層上のインターディジタルトランスデューサ電極と、前記インターディジタルトランスデューサ電極を覆う温度補償層とを含み、
前記インターディジタルトランスデューサ電極は、第1インターディジタルトランスデューサ層と、前記第1インターディジタルトランスデューサ層を覆うように配置された第2インターディジタルトランスデューサ層とを含み、
前記第2インターディジタルトランスデューサ層は、厚さが少なくとも200ナノメートルのアルミニウム層を含む、方法。
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