JP2022126852A - 弾性表面波素子 - Google Patents
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Abstract
Description
前記圧電基板上に形成された一対のバスバーと、これらバスバーの各々から対向するバスバーに向かって互いに櫛歯状に伸び出す複数の電極指と、を備え、これら複数の電極指の並び方向に沿って見たとき、一方のバスバーに接続された電極指と、他方のバスバーに接続された電極指とが交差する領域である交差領域が形成された一対のIDT電極と、を備え、
前記交差領域の端部側の領域であって、前記複数の電極指の先端部を含む領域をエッジ領域と呼ぶとき、前記エッジ領域での弾性表面波の伝播速度が、前記交差領域での弾性表面波の伝播速度より低速であることと、
前記交差領域における弾性表面波の伝播速度よりも、前記バスバーが設けられた領域であるバスバー領域における弾性表面波の伝播速度が高速であることと、を特徴とする。
(a)前記エッジ領域には、前記交差領域よりも弾性表面波の伝搬速度を低下させるための伝搬速度調節膜が形成されていること。または、前記エッジ領域内に位置する電極指には、前記交差領域よりも弾性表面波の伝搬速度を低下させるための拡幅部が形成されていること。
(b)前記交差領域よりもバスバー領域における弾性表面波の伝播速度を高速にするため、前記電極指を構成する金属膜の厚さよりも、前記バスバーを構成する金属膜の厚さが薄いこと。
(c)前記交差領域よりもバスバー領域における弾性表面波の伝播速度を高速にするため、前記電極指を構成する金属膜の密度よりも、前記バスバーを構成する金属膜の密度が小さいこと。
(d)前記IDT電極よりも上層側には、前記圧電基板の温度-周波数特性とは反対の方向に周波数が変化する温度-周波数特性を有する誘電体膜が形成されていること。
(e)前記交差領域よりもバスバー領域における弾性表面波の伝播速度を高速にするため、電極指が配置された電極指領域に形成された誘電体膜の厚さよりも、前記バスバー領域に形成された誘電体膜の厚さが薄いこと。または、前記交差領域よりもバスバー領域における弾性表面波の伝播速度を高速にするため、電極指が配置された電極指領域には誘電体膜が形成され、前記バスバー領域には誘電体膜が形成されていないこと。
(f)前記交差領域よりもバスバー領域における弾性表面波の伝播速度を高速にするため、電極指が配置された電極指領域に形成された誘電体膜よりも、前記バスバー領域に形成された誘電体膜の方が、弾性表面波の伝播速度が速い誘電体により構成されていること。
(g)(d)~(f)において、前記圧電基板は、LiNbO3またはLiTaO3であり、前記誘電体膜は酸化ケイ素、酸窒化ケイ素またはフッ素ドープ酸化ケイ素であること。
(i)隣り合って配置された電極指の中心線間の距離dに対し、当該電極指の延伸方向に沿って見た前記交差領域の端部とバスバーとの間幅が0.1d~2dの範囲内であること。
(j)弾性表面波素子に耐候性を持たせるため、あるいは周波数調整を行うために、当該弾性表面波素子の最上層に形成された上層膜を備えたこと。前記上層膜は窒化ケイ素であること。
図1(a)はSAW素子を模式的に示した拡大平面図、図1(b)は、図1(a)中に示すY軸方向に沿って見たSAWの伝播速度の分布図、図1(c)は、同方向に沿って見たSAWの振幅の分布図である。
また、本実施の形態に係る圧電基板11には、(i)非圧電体材料からなる基板の表面に、圧電薄膜を形成したものや(ii)非圧電材料と圧電材料とを積層した積層基板が含まれる。(i)としては、非圧電材料であるサファイア基板の表面に、窒化アルミニウムの圧電薄膜を形成する場合が例示できる。また、(ii)としては、非圧電材料であるシリコン基板と圧電材料であるLiTaO3基板とを積層した積層基板を例示できる。
圧電材料としてLiTaO3を用いる場合、オイラー角(φ,θ,ψ)表記におけるLiTaO3のカット角はφ、ψ=0±10°、θ=132±15°であるもの、またはφ、ψ=0±10°、θ=-90±15°であるものを例示できる。
以下、図2~図8、図9を用いて説明するSAW素子において、図1(a)を用いて説明したものと共通の構成要素には、同図にて用いたものと共通の符号を付してある。
図1(b)を用いて説明した、「交差領域ZABにおけるSAWの伝播速度よりも、バスバー領域SBにおけるSAWの伝播速度が高速とする」手法の1つ目として、本例のSAW素子は、電極指3a、3bを構成する金属膜の厚さよりも、バスバー2a、2bを構成する金属膜の厚さを薄くしている(図2(b))。
また、2つ目の手法として、電極指3a、3bを構成する金属膜の密度よりも、バスバー2a、2bを構成する金属膜の密度が小さくなるように、これらの金属膜の材料を選定している。
なお、バスバー2a、2b及び電極指3a、3bを各々構成する金属は、上述の組み合わせ例に限定されるものではなく、他の組み合わせにより、電極指3a、3bよりも、バスバー2a、2bを構成する金属膜の密度が小さくなるようにしてもよい。
図2(b)に示す例の製造法について説明すると、圧電基板11の上面に、アルミニウムからなる所定の膜厚の金属膜を成膜した後、エッチングなどによりバスバー2a、2bをパターニングする。次いで、バスバー2a、2bがパターニングされた圧電基板11の上面に、前記アルミニウムの金属膜よりも膜厚の厚い銅の金属膜を成膜する。そして、エッチングなどにより電極指3a、3bをパターニングする。これにより、電極指3a、3bよりも、バスバー2a、2bを構成する金属膜の膜厚を薄くすることができる。
または、密度が異なる金属を用いて、共通の膜厚のバスバー2a、2b、電極指3a、3bを形成してもよい。バスバー2a、2bをアルミニウムにより形成し、電極指3a、3bを銅により形成しつつ、電極指3a、3b及びバスバー2a、2bの膜厚を揃える場合を例示できる。
図2(b)に示すように、TC-SAW素子においては、IDT電極(バスバー2a、2b、電極指3a、3b)が形成された圧電基板11の上面に、誘電体膜5が形成(以下、「装荷」ともいう)されている。なお、図示内容が煩雑になることを避けるため、平面図である図2(a)~図8(a)においては、誘電体膜5の記載を省略(誘電体膜5の下面側を透視した状態を記載)してある。
質量負荷効果を得ることを目的として形成される伝播速度調節膜4の構成材料に特段の限定はないが、成膜のしやすさや比重の大きさなどを考慮して、金属や誘電体が選択される。本例のSAW素子は、比較的成膜がしやすく比重の大きなチタン(Ti)を伝播速度調節膜4としている。
上述の構成を備えるSAW素子において、設計周波数の周波数信号が印加されると、ピストンモードのSAWが励振されQ値が高くスプリアスの少ない周波数応答を得ることができる。
図3に示すSAW素子には、例えば圧電基板11に成膜された銅の金属膜をパターニングすることにより、同じ膜厚のバスバー2a、2b及び電極指3a、3bが形成されている。
高速誘電体膜51を構成する誘電体としては、窒化アルミニウム(AlN)や酸化アルミニウム(Al2O3)、窒化ケイ素(SiN)を例示することができる。
薄化領域52は、例えばSAW素子の全面に、均一な膜厚の誘電体膜5を装荷した後、バスバー領域SBの上面側の誘電体膜5の一部をエッチングにて削り取ることなどにより、形成することができる。
以上に説明した各種の実施の形態におけるSAWの伝播速度の調節手法は、図2を用いて説明した、既述のバスバー2a、2b及び電極指3a、3bを構成する金属膜の膜厚、密度が異なるSAW素子にも組み合わせて適用することができる。
ここで、これら図5~図8に示すSAW素子には、複数のダミー電極31a、31bが形成されている。ダミー電極31a、31bは、一方のバスバー2a、2bに接続された複数の電極指3a、3bの先端部と、他方のバスバー2b、2aとの間に、これらの先端部から離れて、他方のバスバー2b、2aから伸び出すように形成されている。
ダミー電極31a、31bが形成されたダミー領域の幅寸法は、0.2d~1d(0.1λ~0.5λ)程度に設定される。
また図7に示すSAW素子の変形例として、図8に示すSAW素子のように、電極指3a、3bの先端部の下面側の伝播速度調節膜41の形成は省略してもよい。
さらに当該SAW素子は、共通の圧電基板11に複数のIDT電極を設けた弾性波共振器や弾性波フィルタにも適用することができる。
A.シミュレーション条件
(実施例)
図2(c)に示すSAWの伝播速度分布を有するSAW素子のシミュレーションモデルを作成し、周波数-アドミタンス特性を調べた。その結果を図10に示す。
(比較例)
図9に示すように、交差領域ZABにおけるSAWの伝播速度よりも、バスバー領域SBにおけるSAWの伝播速度が低速であるSAWの伝播速度分布を有するSAW素子のシミュレーションモデルを作成し、周波数-アドミタンス特性を調べた。その結果を図11に示す。
図10に示す実施例のシミュレーション結果によれば、SAWの共振点、反共振点が確認され、SAW素子として利用可能な特性を備えていることが確認できた。また、高次の横モードに起因するスプリアスも観察されず、挿入損失の小さいSAW素子を構成することができた。
このように、実施例と比較例の対比からも、伝播速度調節膜4を備えた実施例に係るSAW素子は、スプリアスの少ない良好な特性を有することが確認された。
SB バスバー領域
11 圧電基板
2a、2b バスバー
3a、3b 電極指
31a、31b
ダミー電極
4、41、41’
伝播速度調節膜
Claims (13)
- 圧電基板と、
前記圧電基板上に形成された一対のバスバーと、これらバスバーの各々から対向するバスバーに向かって互いに櫛歯状に伸び出す複数の電極指と、を備え、これら複数の電極指の並び方向に沿って見たとき、一方のバスバーに接続された電極指と、他方のバスバーに接続された電極指とが交差する領域である交差領域が形成された一対のIDT電極と、を備え、
前記交差領域の端部側の領域であって、前記複数の電極指の先端部を含む領域をエッジ領域と呼ぶとき、前記エッジ領域での弾性表面波の伝播速度が、前記交差領域での弾性表面波の伝播速度より低速であることと、
前記交差領域における弾性表面波の伝播速度よりも、前記バスバーが設けられた領域であるバスバー領域における弾性表面波の伝播速度が高速であることと、
前記エッジ領域と前記バスバー領域とに挟まれたギャップ領域における弾性表面波の伝播速度が、前記エッジ領域での弾性表面波の伝播速度よりも高速、且つ、前記バスバー領域での弾性表面波の伝播速度よりも低速であることと、
前記エッジ領域では、前記交差領域よりも弾性表面波の伝播速度を低下させると共に、前記エッジ領域と前記バスバー領域とに挟まれたギャップ領域では、弾性表面波の伝播速度が、前記エッジ領域での弾性表面波の伝播速度よりも高速、且つ、前記バスバー領域での弾性表面波の伝播速度よりも低速である状態とするため、前記エッジ領域から前記ギャップ領域に亘る領域に、弾性表面波の伝播速度を低下させるための伝播速度調節膜が形成されていることを特徴とする弾性表面波素子。 - 前記エッジ領域には、前記交差領域よりも弾性表面波の伝播速度を低下させるための伝播速度調節膜が形成されていることを特徴とする請求項1に記載の弾性表面波素子。
- 前記エッジ領域内に位置する電極指には、前記交差領域よりも弾性表面波の伝播速度を低下させるための拡幅部が形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素子。
- 前記交差領域よりもバスバー領域における弾性表面波の伝播速度を高速にするため、前記電極指を構成する金属膜の厚さよりも、前記バスバーを構成する金属膜の厚さが薄いことを特徴とする請求項1ないし3のいずれか一つに記載の弾性表面波素子。
- 前記交差領域よりもバスバー領域における弾性表面波の伝播速度を高速にするため、前記電極指を構成する金属膜の密度よりも、前記バスバーを構成する金属膜の密度が小さいことを特徴とする請求項1ないし4のいずれか一つに記載の弾性表面波素子。
- 前記IDT電極よりも上層側には、前記圧電基板の温度-周波数特性とは反対の方向に周波数が変化する温度-周波数特性を有する誘電体膜が形成されていることを特徴とする請求項1ないし5のいずれか一つに記載の弾性表面波素子。
- 前記交差領域よりもバスバー領域における弾性表面波の伝播速度を高速にするため、電極指が配置された電極指領域に形成された誘電体膜の厚さよりも、前記バスバー領域に形成された誘電体膜の厚さが薄いことを特徴とする請求項6に記載の弾性表面波素子。
- 前記交差領域よりもバスバー領域における弾性表面波の伝播速度を高速にするため、電極指が配置された電極指領域に形成された誘電体膜よりも、前記バスバー領域に形成された誘電体膜の方が、弾性表面波の伝播速度が速い誘電体により構成されていることを特徴とする請求項6または7に記載の弾性表面波素子。
- 前記交差領域よりもバスバー領域における弾性表面波の伝播速度を高速にするため、電極指が配置された電極指領域には誘電体膜が形成され、前記バスバー領域には誘電体膜が形成されていないことを特徴とする請求項6ないし8のいずれか一つに記載の弾性表面波素子。
- 前記圧電基板は、LiNbO3またはLiTaO3であり、前記誘電体膜は酸化ケイ素、酸窒化ケイ素またはフッ素ドープ酸化ケイ素であることを特徴とする請求項6ないし9のいずれか一つに記載の弾性表面波素子。
- 隣り合って配置された電極指の中心線間の距離dに対し、当該電極指の延伸方向に沿って見た前記交差領域の端部とバスバーとの間幅が0.1d~2dの範囲内であることを特徴とする請求項1ないし10のいずれか一つに記載の弾性表面波素子。
- 弾性表面波素子に耐候性を持たせるため、あるいは周波数調整を行うために、当該弾性表面波素子の最上層に形成された上層膜を備えたことを特徴とする請求項1ないし11のいずれか一つに記載の弾性表面波素子。
- 前記上層膜は窒化ケイ素であることを特徴とする請求項12に記載の弾性表面波素子。
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