JP2020092321A - 弾性波デバイスおよびその製造方法、フィルタ並びにマルチプレクサ - Google Patents
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Abstract
【課題】耐電力性を向上させること。【解決手段】本発明は、圧電基板１０と、前記圧電基板１０上に設けられ、主な金属膜１２が単結晶金属膜からなり、複数の電極指１４を各々備えた一対の櫛型電極と、を備える弾性波デバイスである。【選択図】図１
Description
本発明は、弾性波デバイスおよびその製造方法、フィルタ並びにマルチプレクサに関し、例えば櫛型電極を有する弾性波デバイスおよびその製造方法、フィルタ並びにマルチプレクサに関する。
携帯電話を代表とする高周波通信用システムにおいて、通信に使用する周波数帯以外の不要な信号を除去するために、高周波フィルタ等が用いられている。高周波フィルタ等には、弾性表面波（ＳＡＷ：Surface acoustic wave）素子等を有する弾性波デバイスが用いられている。弾性表面波素子は、強誘電体であるタンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）基板またはニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）基板等の圧電基板上に一対の櫛型電極を有するＩＤＴ（Interdigital Transducer）を形成した素子である。一対の櫛型電極は、弾性表面波の一種であるＳＨ（Shear Horizontal） 波、レイリー波または境界波等を励起する。弾性波デバイスの耐電力性を向上させるため、櫛型電極として、不純物を添加したアルミニウム膜を用いることが知られている（例えば特許文献１、２）。
しかしながら、特許文献１、２のように、櫛型電極として不純物を添加したアルミニウム膜を用いても耐電力性は十分ではない。また、櫛型電極としてアルミニウム膜以外の金属膜を用いる場合には適用できない。
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、耐電力性を向上させることを目的とする。
本発明は、圧電基板と、前記圧電基板上に設けられ、主な金属膜が単結晶金属膜からなり、複数の電極指を各々備えた一対の櫛型電極と、を備える弾性波デバイスである。
上記構成において、前記単結晶金属膜と前記圧電基板との間に接して設けられ、前記単結晶金属膜および前記圧電基板の少なくとも一方の構成元素を主成分とするアモルファス層を備える構成とすることができる。
上記構成において、前記単結晶金属膜と前記圧電基板との間に接して設けられ、前記単結晶金属膜および前記圧電基板の構成元素と異なる元素を主成分とする接合膜を備える構成とすることができる。
上記構成において、前記圧電基板の前記一対の櫛型電極が設けられた面の法線方向は、前記単結晶金属膜の結晶軸方位と異なる構成とすることができる。
上記構成において、前記圧電基板の前記一対の櫛型電極が設けられた面は、前記単結晶金属膜が体心立方格子結晶構造または面心立方格子結晶構造のとき（００１）面と異なり、前記単結晶金属膜が六方最密充填結晶構造のとき（０００１）面と異なる構成とすることができる。
上記構成において、前記単結晶金属膜は、融点が白金の融点以上の金属からなる構成とすることができる。
本発明は、上記弾性波デバイスを含むフィルタである。
本発明は、上記フィルタを含むマルチプレクサである。
本発明は、圧電基板上に単結晶金属膜を接合する工程と、前記圧電基板上に前記単結晶金属膜を接合する工程の後、前記単結晶金属膜をパターニングすることにより、複数の電極指を各々備えた一対の櫛型電極を形成する工程と、を含む弾性波デバイスの製造方法である。
上記構成において、前記単結晶金属膜を接合する工程の後かつ前記一対の櫛形電極を形成する工程の前に、前記単結晶金属膜の厚さが薄くなるように前記単結晶金属膜の一部を除去する工程を含む構成とすることができる。
本発明によれば、耐電力性を向上させることができる。
以下、図面を参照し、本発明の実施例について説明する。
弾性波デバイスとして弾性波共振器を例に説明する。図１（ａ）は、実施例１における弾性波共振器を示す平面図、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ断面図である。電極指１４の配列方向をＸ方向、電極指１４の延伸方向をＹ方向、圧電基板１０の法線方向をＺ方向とする。なお、Ｘ、ＹおよびＺ方向は圧電基板１０および金属膜１２の結晶方位とは必ずしも一致しない。
図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように、弾性波共振器２４は、ＩＤＴ２０および反射器２２を有している。ＩＤＴ２０および反射器２２は圧電基板１０上に設けられている。圧電基板１０は、例えばタンタル酸リチウム基板、ニオブ酸リチウム基板または水晶基板等の単結晶基板であり、例えば単結晶回転ＹカットＸ伝搬タンタル酸リチウム基板または単結晶回転ＹカットＸ伝搬ニオブ酸リチウム基板である。この場合は、Ｘ方向は圧電基板１０の結晶方位におけるＸ軸方向である。
ＩＤＴ２０および反射器２２は金属膜１２により形成されている。金属膜１２は、例えばアルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、モリブデン（Ｍｏ）、チタン（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ）、金（Ａｕ）、イリジウム（Ｉｒ）、白金（Ｐｔ）、レニウム（Ｒｅ）、ロジウム（Ｒｈ）、ルテニウム（Ｒｕ）、タンタル（Ｔａ）、および／またはタングステン（Ｗ）を主成分とする金属膜である。
ＩＤＴ２０は一対の櫛型電極１８を有する。一対の櫛型電極１８は、それぞれ複数の電極指１４と、複数の電極指１４が接続されたバスバー１６を有する。一方の櫛型電極１８の電極指１４と他方の櫛型電極１８の電極指１４とは少なくとも一部で互い違いに設けられている。
ＩＤＴ２０のＸ方向の両側に反射器２２が形成されている。ＩＤＴ２０が励振した弾性波（例えばＳＨ波、レイリー波または境界波）は主にＸ方向に伝播し、反射器２２は弾性波を反射する。一対の櫛型電極１８のうち一方の櫛型電極１８内の電極指１４のピッチをλとする。λは、ＩＤＴ２０が励振する弾性表面波の波長に相当する。金属膜１２を覆うように酸化シリコン膜または窒化シリコン膜等の絶縁膜が設けられていてもよい。絶縁膜の膜厚は金属膜１２の膜厚より厚くてもよいし薄くてもよい。
図２（ａ）および図２（ｂ）は、それぞれ実施例１および比較例１に係る弾性波共振器の断面模式図である。実際の結晶面の間隔は非常に小さいが、図２（ａ）および図２（ｂ）では、結晶面５０を模式的に図示する。以下の図も同様である。
図２（ａ）に示すように、実施例１では、金属膜１２は結晶面５０が揃った単結晶金属である。結晶面５０は、圧電基板１０の上面（すなわちＸＹ平面）と略平行である。
図２（ｂ）に示すように、比較例１では、金属膜１２は複数の結晶粒５２からなる多結晶構造である。例えば圧電基板１０上に真空蒸着法またはスパッタリング法を用い金属膜１２を形成することにより、金属膜１２は多結晶構造となる。結晶粒５２の間は粒界５３となる。結晶面５０は結晶粒５２により様々な方向を向いている。粒界５３では結晶粒５２同士の強度が弱い。これにより、電極指１４に振動または応力が加わったときに、電極指１４が破壊する起点となる。一対の櫛型電極１８間に大電力の高周波信号が印加されると、電極指１４が大きく振動する。これにより、粒界５３を起点に電極指１４が破壊されやすくなる。よって、耐電力性が低下する。
実施例１では、図２（ａ）のように、金属膜１２は粒界５３のほとんどないほぼ均一な単結晶である。これにより、一対の櫛型電極１８間に大電力の高周波信号が加わり電極指１４が大きく振動しても、破壊の起点となる粒界５３がほとんどなく、電極指１４が破壊されにくい。よって、耐電力性を向上できる。
図３（ａ）から図３（ｃ）は、単結晶金属膜の結晶構造を示す斜視図である。図３（ａ）は、体心立方格子構造（ｂｃｃ：body-centered cubic）を示す図、図３（ｂ）は、面心立方格子構造（ｆｃｃ：face-centered cubic）を示す図、図３（ｃ）は、六方最密充填構造（ｈｃｐ：hexagonal close-packed）を示す図であり、原子３８の配列を示す図である。
モリブデンの結晶構造は図３（ａ）のようなｂｃｃ構造である。上面は（００１）面となる。アルミニウム、銅、白金およびロジウムの結晶構造は図３（ｂ）のようなｆｃｃ構造である。上面は（００１）面となる。ルテニウムおよびチタンの結晶構造は図３（ｃ）のようなｈｃｐ構造である。上面は（０００１）面となる。
圧電基板１０に接合される金属膜１２の結晶面はどのような面でもよいが、例えば金属膜１２の結晶構造がｂｃｃ構造またはｆｃｃ構造のとき（００１）面、金属膜１２の結晶構造はｈｃｐ構造のとき（０００１）面とすることができる。なお、ｂｃｃ構造およびｆｃｃ構造では（００１）面は（１００）面および（０１０）面と等価である。
［実施例１の製造方法］
図４（ａ）から図４（ｃ）は、実施例１に係る弾性波共振器の製造方法を示す斜視図である。図５（ａ）から図６（ｃ）は、実施例１に係る弾性波共振器の製造方法を示す断面図である。
図４（ａ）から図４（ｃ）は、実施例１に係る弾性波共振器の製造方法を示す斜視図である。図５（ａ）から図６（ｃ）は、実施例１に係る弾性波共振器の製造方法を示す断面図である。
図４（ａ）に示すように、金属単結晶インゴット３０を例えばチョクラルスキー法を用い形成する。金属単結晶インゴット３０はチョクラルスキー法以外の方法で形成してもよい。図４（ｂ）に示すように、金属単結晶インゴット３０を円筒状のインゴット３１に加工する。結晶方位に合わせオリフラ３１ａを形成する。図４（ｃ）に示すように、インゴット３１を例えばワイヤソーを用い切断しウエハ形状の金属基板３２を形成する。研磨法またはＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）法を用い金属基板３２を所望の厚みにし、かつ表面を平坦面とする。
図５（ａ）に示すように、真空中において金属基板３２の下面および圧電基板１０の上面にイオン３４をイオンビーム、中性化したビームまたはプラズマとして、照射する。イオン３４は例えばアルゴン（Ａｒ）イオン等の不活性元素（例えば希ガス元素）のイオンである。イオン３４をイオンビームとして照射する場合には、イオンガンを用いる。イオン３４を中性化した原子として照射する場合には、ＦＡＢ（Fast Atom Beam）ガンを用いる。これにより、圧電基板１０の上面および金属基板３２の下面が活性化される。
圧電基板１０の上面には、圧電基板１０の構成元素を主成分とするアモルファス層１１ａが形成される。金属基板３２の下面には、金属基板３２の構成元素を主成分とするアモルファス層１１ｂが形成される。例えば、圧電基板１０がタンタル酸リチウム基板であり、イオン３４がアルゴンイオンのとき、アモルファス層１１ａはタンタル、リチウムおよび酸素を主成分としアルゴンを含む。例えば、金属基板３２がモリブデンであり、イオン３４がアルゴンイオンのとき、アモルファス層１１ｂはモリブデンを主成分としアルゴンを含む。
図５（ｂ）に示すように、真空を維持した状態で、圧電基板１０と金属基板３２とを張り合わせると、活性化された圧電基板１０の上面と活性化された金属基板３２の下面とが接合される。このような接合は常温（例えば１００℃以下かつ−２０℃以上、好ましくは８０℃以下かつ０℃以上）で行われるため熱応力を抑制できる。圧電基板１０と金属基板３２との間にはアモルファス層１１が形成される。
図５（ｃ）に示すように、研磨法またはＣＭＰ法を用い金属基板３２を所望の厚みにする。これにより、金属基板３２から金属膜１２が形成される。金属膜１２の厚さは例えば０．１λである。
図６（ａ）に示すように、金属膜１２上にマスク層３６を形成する。マスク層３６は例えばフォトレジストであり、ファトリソグラフィ法を用い形成する。マスク層３６は、ＩＤＴ２０および反射器２２の平面形状を有する。
図６（ｂ）に示すように、マスク層３６をマスクに金属膜１２を例えばドライエッチング法を用い除去する。図６（ｃ）に示すように、マスク層３６を除去することで、圧電基板１０上に金属膜１２からなるＩＤＴ２０および反射器２２が形成される。
図７（ａ）は、実施例１に係る弾性波共振器の断面模式図である。図７（ａ）に示すように、圧電基板１０と金属膜１２との間にアモルファス層１１が設けられていてもよい。アモルファス層１１は、図５（ａ）において、圧電基板１０の上面および金属基板３２の下面にイオン３４を照射することにより形成される。アモルファス層１１は、圧電基板１０および金属基板３２の少なくとも一方の構成元素を主成分とし、イオン３４の元素を含む。アモルファス層１１の厚さは例えば１ｎｍから１０ｎｍである。アモルファス層１１はＴＥＭ（Transmission Electron Microscope）法を用い観察できる。例えば圧電基板１０が単結晶のとき、アモルファス層１１は単結晶に挟まれるため、ＴＥＭにて観察できる。イオン３４または原子の照射方法によっては、アモルファス層１１ａおよび１１ｂの少なくとも一方はほとんど形成されないこともある。
［実施例１の変形例１］
図７（ｂ）は、実施例１の変形例１に係る弾性波共振器の断面模式図である。図７（ｂ）に示すように、圧電基板１０と金属膜１２との間に接合膜１３が設けられている。接合膜１３は、複数の結晶粒５４からなる多結晶構造またはアモルファス構造である。接合膜１３は、例えばチタン、クロムおよび／またはニッケルを主成分とする金属膜である。接合膜１３の膜厚は例えば１０ｎｍから１００ｎｍである。その他の構成は実施例１と同じであり説明を省略する。
図７（ｂ）は、実施例１の変形例１に係る弾性波共振器の断面模式図である。図７（ｂ）に示すように、圧電基板１０と金属膜１２との間に接合膜１３が設けられている。接合膜１３は、複数の結晶粒５４からなる多結晶構造またはアモルファス構造である。接合膜１３は、例えばチタン、クロムおよび／またはニッケルを主成分とする金属膜である。接合膜１３の膜厚は例えば１０ｎｍから１００ｎｍである。その他の構成は実施例１と同じであり説明を省略する。
図８（ａ）および図８（ｂ）は、実施例１の変形例１に係る弾性波共振器の製造方法を示す断面図である。図８（ａ）に示すように、実施例１の図４（ａ）から図４（ｃ）の後に、圧電基板１０の上面に接合膜１３ａを形成し、金属基板３２の下面に接合膜１３ｂを形成する。接合膜１３ａおよび１３ｂの形成は、例えば真空蒸着法またはスパッタリング法を用いる。接合膜１３ａおよび１３ｂは多結晶構造またはアモルファス構造となり単結晶構造とはならない。
図８（ｂ）に示すように、接合膜１３ａおよび１３ｂを接合する。接合膜１３ａおよび１３ｂは、一体となり接合膜１３となる。これにより、圧電基板１０と金属基板３２とが接合膜１３を介し接合する。接合膜１３ａと１３ｂとの接合は、接合膜１３ａの上面および接合膜１３ｂの下面にイオン等を照射する表面活性化法を用いる。接合膜１３ａと１３ｂとの接合は加熱および押圧により行ってもよい。接合膜１３ａおよび１３ｂのいずれか一方は形成されていなくてもよい。その後、実施例１の図５（ｃ）以降の工程を行う。
［実施例１の変形例２］
図９（ａ）は、実施例１の変形例２に係る弾性波共振器の断面模式図である。図９（ａ）に示すように、電極指１４は、金属膜１２上に金属膜１５を備えていてもよい。金属膜１５は、例えば金属膜１５を保護する保護膜、または金属膜１２より抵抗率の低い低抵抗膜である。金属膜１５が保護膜のとき、金属膜１５は例えばチタン、クロムおよび／またはニッケルを主成分とする。金属膜１５が低抵抗膜のとき、金属膜１５は例えばアルニミウム、金および／または銅を主成分とする。その他の構成は実施例１と同じであり説明を省略する。
図９（ａ）は、実施例１の変形例２に係る弾性波共振器の断面模式図である。図９（ａ）に示すように、電極指１４は、金属膜１２上に金属膜１５を備えていてもよい。金属膜１５は、例えば金属膜１５を保護する保護膜、または金属膜１２より抵抗率の低い低抵抗膜である。金属膜１５が保護膜のとき、金属膜１５は例えばチタン、クロムおよび／またはニッケルを主成分とする。金属膜１５が低抵抗膜のとき、金属膜１５は例えばアルニミウム、金および／または銅を主成分とする。その他の構成は実施例１と同じであり説明を省略する。
金属膜１５は、図５（ｃ）において金属膜１２上に形成する。金属膜１５の形成は、例えば真空蒸着法またはスパッタリング法を用いる。金属膜１５は、複数の結晶粒５４からなる多結晶構造またはアモルファス構造となる。以降の工程は実施例１と同じであり説明を省略する。金属膜１５の膜厚は例えば１０ｎｍから１００ｎｍである。圧電基板１０と金属膜１２との間に接合膜１３が設けられ、金属膜１２上に金属膜１５が設けられていてもよい。
［実施例１の変形例３］
図９（ｂ）は、実施例１の変形例３に係る弾性波共振器の断面模式図である。図９（ｂ）に示すように、圧電基板１０は、支持基板１０ａ上に接合されている。支持基板１０ａは、例えばサファイア基板、スピネル基板、シリコン基板、水晶基板、石英基板、またはアルミナ基板である。支持基板１０ａの線膨張係数は、圧電基板１０のＸ方向の線膨張係数より小さい。これにより、弾性波共振器の周波数温度係数を小さくできる。圧電基板１０の厚さは、例えば１０λ以下である。バルク波に起因するスプリアスを抑制するため、圧電基板１０の厚さは１λ以下が好ましい。圧電基板１０と支持基板１０ａとの間には酸化シリコンまたは窒化アルミニウムからなる絶縁膜が設けられていてもよい。その他の構成は実施例１と同じであり説明を省略する。
図９（ｂ）は、実施例１の変形例３に係る弾性波共振器の断面模式図である。図９（ｂ）に示すように、圧電基板１０は、支持基板１０ａ上に接合されている。支持基板１０ａは、例えばサファイア基板、スピネル基板、シリコン基板、水晶基板、石英基板、またはアルミナ基板である。支持基板１０ａの線膨張係数は、圧電基板１０のＸ方向の線膨張係数より小さい。これにより、弾性波共振器の周波数温度係数を小さくできる。圧電基板１０の厚さは、例えば１０λ以下である。バルク波に起因するスプリアスを抑制するため、圧電基板１０の厚さは１λ以下が好ましい。圧電基板１０と支持基板１０ａとの間には酸化シリコンまたは窒化アルミニウムからなる絶縁膜が設けられていてもよい。その他の構成は実施例１と同じであり説明を省略する。
［実施例１の変形例４］
図１０は、実施例１の変形例４に係る弾性波共振器の断面模式図である。図１０に示すように、圧電基板１０と金属膜１２とが接合する接合面は結晶面５０に対し傾いている。実施例１のように、金属膜１２の接合面が（００１）面または（０００１）面の場合、弾性表面波の振動の主変位は、（００１）面または（０００１）面に直交または平行である。このため、金属膜１２が（００１）面または（０００１）面に直交する面から破壊されやすい。実施例１の変形例4では、金属膜１２の接合面が（００１）面または（０００１）面から傾いている。これにより、弾性表面波の振動の主変位は、（００１）面または（０００１）面から傾く。よって、金属膜１２の破壊を抑制でき、大電力の高周波信号の印加における耐電力性を向上できる。金属膜１２の接合面は（００１）面または（０００１）面から５°以上かつ８５°以下傾いていることが好ましく、１０°以上かつ８０°以下傾いていることがより好ましく、２０°以上かつ７０°以下傾いていることがさらに好ましい。その他の構成は実施例１と同じであり説明を省略する。
図１０は、実施例１の変形例４に係る弾性波共振器の断面模式図である。図１０に示すように、圧電基板１０と金属膜１２とが接合する接合面は結晶面５０に対し傾いている。実施例１のように、金属膜１２の接合面が（００１）面または（０００１）面の場合、弾性表面波の振動の主変位は、（００１）面または（０００１）面に直交または平行である。このため、金属膜１２が（００１）面または（０００１）面に直交する面から破壊されやすい。実施例１の変形例4では、金属膜１２の接合面が（００１）面または（０００１）面から傾いている。これにより、弾性表面波の振動の主変位は、（００１）面または（０００１）面から傾く。よって、金属膜１２の破壊を抑制でき、大電力の高周波信号の印加における耐電力性を向上できる。金属膜１２の接合面は（００１）面または（０００１）面から５°以上かつ８５°以下傾いていることが好ましく、１０°以上かつ８０°以下傾いていることがより好ましく、２０°以上かつ７０°以下傾いていることがさらに好ましい。その他の構成は実施例１と同じであり説明を省略する。
実施例１およびその変形例によれば、一対の櫛型電極１８は、主な金属膜が単結晶金属膜１２からなる。これにより、一対の櫛型電極１８間に大電力の高周波信号が印加されても、金属膜１２に破壊の起点となる粒界がほとんど存在しないため、金属膜１２が破壊されることを抑制できる。よって、耐電力性を向上できる。
櫛型電極１８は主な金属膜が単結晶金属膜１２からなるとは、櫛型電極１８が複数の金属膜が積層された複合膜の場合、単結晶金属膜１２の厚さは、櫛型電極１８の厚さの５０％以上である。これにより、耐電力性を向上できる。単結晶金属膜１２の厚さは、櫛型電極１８の厚さの８０％以上が好ましく、９０％以上がより好ましい。
弾性波共振器を製造する方法として、図５（ａ）および図５（ｂ）のように、圧電基板１０上に単結晶金属膜１２を接合する。その後、図５（ｃ）から図６（ｃ）のように、単結晶金属膜１２をパターニングすることにより、複数の電極指１４を各々備えた一対の櫛型電極１８を形成する。これにより、単結晶金属膜１２を含む一対の櫛型電極１８を形成することができる。
図５（ｃ）のように、金属膜１２を接合した後櫛形電極１８を形成する前に、金属膜１２を薄膜化する。これにより、金属膜１２を薄膜化できる。
実施例１の変形例１のように、単結晶金属膜１２と圧電基板１０との間に接して設けられた接合膜１３を備える。接合膜１３は単結晶金属膜１２および圧電基板１０の構成元素と異なる元素を主成分とする。これにより、単結晶金属膜１２と圧電基板１０とを接合することができる。主成分とするとは、特性を向上させるために添加した不純物および意図しない不純物を除く成分であり、例えば主成分とする元素を５０原子％以上含むことである。
実施例１のように、単結晶金属膜１２と圧電基板１０との間に接して設けられ、単結晶金属膜１２および圧電基板１０の少なくとも一方の構成元素を主成分とするアモルファス層１１を備える。これにより、単結晶金属膜１２と圧電基板１０とを常温において接合することができる。主成分とは、図５（ａ）において活性化のために用いた元素（例えばアルゴン）および意図しない不純物を除く成分である。例えば、アモルファス層１１は圧電基板１０および金属膜１２の構成元素（例えば圧電基板１０がタンタル酸リチウム基板であり、金属膜１２がモリブデンの場合、タンタル、リチウム、酸素およびモリブデン）を合計で５０原子％以上含む。
実施例１の変形例４のように、圧電基板１０の一対の櫛型電極１８が設けられた面の法線方向は、単結晶金属膜１２層の結晶軸方位（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向またはＺ軸方向）と異なる。圧電基板１０の一対の櫛型電極１８が設けられた面は、単結晶金属膜１２が体心立方格子結晶構造または面心立方格子結晶構造のとき（００１）面と異なり、単結晶金属膜１２が六方最密充填結晶構造のとき（０００１）面と異なる。これにより、耐電力性をより向上できる。
ＩＤＴ２０により励振された弾性表面波の音速が圧電基板１０内を伝播するバルク波（例えば最も遅い横波バルク波）の音速より早い場合、弾性表面波はバルク波を放射しながら圧電基板１０の表面を伝播する。よって、損失が生じる。特に、弾性表面波の一種であるＳＨ波の音速はバルク波の音速より早い。このため、ＳＨ波を主モードとする弾性波共振器では損失が大きくなる。例えば、２０°以上かつ４８°以下のカット角を有するＹカットＸ伝播タンタル酸リチウム基板では、ＳＨ波が主モードとなる。
弾性表面波の音速を遅くするため、金属膜１２に音響インピーダンスの大きな金属を用いる。音響インピーダンスは、密度およびヤング率が大きくなると大きくなる。密度は原子番号が大きな金属が大きく、ヤング率は硬い金属が大きい。このような金属は融点が高い高融点金属である。このように、高融点金属を金属膜１２に用いると弾性表面波の音速が遅くなり損失が小さくなる。
また、高融点金属は、電子数が大きくかつ原子半径が小さいため金属結合が強くなる。エレクトロマイグレーションおよびストレスマイグレーションはそれぞれ電界および応力により金属原子が移動する現象である。よって、金属結合が強い高融点金属はこれらのマイグレーションが生じ難い。よって、高融点金属を金属膜１２に用いるとマイグレーションが小さくなる。
例えば、アルミニウムは、融点が６６０℃であり、密度、ヤング率および音響インピーダンスがそれぞれ２．７ｇ／ｃｍ３、６８ＧＰａおよび８．３ＧＰａ・ｓ／ｍである。高融点金属であるモリブデンは、融点が２６２２℃であり、密度、ヤング率および音響インピーダンスがそれぞれ１０．２ｇ／ｃｍ３、３２９ＧＰａおよび３５．９ＧＰａ・ｓ／ｍである。このように、モリブデンはアルミニウムに比べ融点が２０００℃高く、密度は約４倍、ヤング率は約５倍であり、音響インピーダンスは約４倍である。
例えば、イリジウム、モリブデン、レニウム、ロジウム、ルテニウムおよびタングステンの融点は白金の融点１７７４℃以上である。密度は、Ａｌの４倍以上である。
このように、融点が白金以上の高融点金属は密度が高く音響インピーダンスも高い。このため、これらの金属を金属膜１２とすることで弾性表面波の音速が遅くなり、損失を抑制できる。また融点が高いため、マイグレーションが生じ難くなる。
しかしながら、圧電基板１０上に、電極指１４として融点が白金以上の高融点金属とすると、真空蒸着法およびスパッタリング法いずれの方法を用いても結晶粒が柱状構造となりやすい。柱状構造では粒界が鮮明である。これは結晶粒の間の結合が弱いおよび／または結晶粒の間に隙間があるためである。また、結晶粒の大きさは揃っておりかつ金属膜１２の積層方向に連続している。これにより、ＩＤＴ２０に大電力が加わると、金属膜１２が破壊されやすい。
そこで、一対の櫛型電極１８の主な金属膜が融点が白金の融点以上の金属からなるときに、主な金属膜を単結晶金属膜１２とする。これにより、金属膜１２の破壊が抑制され、耐電力性が向上する。
実施例２は、実施例１およびその変形例の弾性波共振器を用いたフィルタおよびデュプレクサの例である。図１１（ａ）は、実施例２に係るフィルタの回路図である。図１１（ａ）に示すように、入力端子Ｔ１と出力端子Ｔ２との間に、１または複数の直列共振器Ｓ１からＳ４が直列に接続されている。入力端子Ｔ１と出力端子Ｔ２との間に、１または複数の並列共振器Ｐ１からＰ４が並列に接続されている。１または複数の直列共振器Ｓ１からＳ４および１または複数の並列共振器Ｐ１からＰ４の少なくとも１つの共振器に実施例１およびその変形例の弾性波共振器を用いることができる。ラダー型フィルタにおける直列共振器および並列共振器の個数は任意に設定できる。フィルタとしてラダー型フィルタを例に説明したが、フィルタは多重モード型フィルタでもよい。
図１１（ｂ）は、実施例２の変形例１に係るデュプレクサの回路図である。図１１（ｂ）に示すように、共通端子Ａｎｔと送信端子Ｔｘとの間に送信フィルタ４０が接続されている。共通端子Ａｎｔと受信端子Ｒｘとの間に受信フィルタ４２が接続されている。送信フィルタ４０は、送信端子Ｔｘから入力された高周波信号のうち送信帯域の信号を送信信号として共通端子Ａｎｔに通過させ、他の周波数の信号を抑圧する。受信フィルタ４２は、共通端子Ａｎｔから入力された高周波信号のうち受信帯域の信号を受信信号として受信端子Ｒｘに通過させ、他の周波数の信号を抑圧する。送信フィルタ４０および受信フィルタ４２の少なくとも一方を実施例２のフィルタとすることができる。
マルチプレクサとしてデュプレクサを例に説明したがトリプレクサまたはクワッドプレクサでもよい。
以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
１０ 圧電基板
１１、１１ａ、１１ｂ アモルファス層
１２、１５ 金属膜
１３、１３ａ、１３ｂ 接合膜
１４ 電極指
１８ 櫛型電極
２０ ＩＤＴ
２２ 反射器
２４ 弾性波共振器
４０ 送信フィルタ
４２ 受信フィルタ
１１、１１ａ、１１ｂ アモルファス層
１２、１５ 金属膜
１３、１３ａ、１３ｂ 接合膜
１４ 電極指
１８ 櫛型電極
２０ ＩＤＴ
２２ 反射器
２４ 弾性波共振器
４０ 送信フィルタ
４２ 受信フィルタ
Claims (10)
- 圧電基板と、
前記圧電基板上に設けられ、主な金属膜が単結晶金属膜からなり、複数の電極指を各々備えた一対の櫛型電極と、
を備える弾性波デバイス。 - 前記単結晶金属膜と前記圧電基板との間に接して設けられ、前記単結晶金属膜および前記圧電基板の少なくとも一方の構成元素を主成分とするアモルファス層を備える請求項１に記載の弾性波デバイス。
- 前記単結晶金属膜と前記圧電基板との間に接して設けられ、前記単結晶金属膜および前記圧電基板の構成元素と異なる元素を主成分とする接合膜を備える請求項１に記載の弾性波デバイス。
- 前記圧電基板の前記一対の櫛型電極が設けられた面の法線方向は、前記単結晶金属膜の結晶軸方位と異なる請求項１から３のいずれか一項に記載の弾性波デバイス。
- 前記圧電基板の前記一対の櫛型電極が設けられた面は、前記単結晶金属膜が体心立方格子結晶構造または面心立方格子結晶構造のとき（００１）面と異なり、前記単結晶金属膜が六方最密充填結晶構造のとき（０００１）面と異なる請求項１から３のいずれか一項に記載の弾性波デバイス。
- 前記単結晶金属膜は、融点が白金の融点以上の金属からなる請求項１から５のいずれか一項に記載の弾性波デバイス。
- 請求項１から６のいずれか一項に記載の弾性波デバイスを含むフィルタ。
- 請求項７に記載のフィルタを含むマルチプレクサ。
- 圧電基板上に単結晶金属膜を接合する工程と、
前記単結晶金属膜を接合する工程の後、前記単結晶金属膜をパターニングすることにより、複数の電極指を各々備えた一対の櫛型電極を形成する工程と、
を含む弾性波デバイスの製造方法。 - 前記単結晶金属膜を接合する工程の後かつ前記一対の櫛形電極を形成する工程の前に、前記単結晶金属膜の厚さが薄くなるように前記単結晶金属膜の一部を除去する工程を含む請求項９に記載の弾性波デバイスの製造方法。
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