JP2024072778A - 弾性波デバイス、フィルタおよびマルチプレクサ - Google Patents

Abstract

【課題】温度特性を改善することができる弾性波デバイス、フィルタおよびマルチプレクサを提供すること。【解決手段】弾性波デバイスは、圧電層１４と、圧電層１４上に設けられ、厚さが５０ｎｍより大きい窒化チタン層である第１層１６ａと第１層１６ａ上に設けられた金属層である第２層１６ｂとを有する複数の電極指１８と、を備える少なくとも一対の櫛型電極２０とを備える。フィルタは、上記弾性波デバイスを備える。マルチプレクサは、上記フィルタを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、弾性波デバイス、フィルタおよびマルチプレクサに関し、櫛型電極を有する弾性波デバイス、フィルタおよび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が用いられている。高周波フィルタには、例えば弾性表面波（ＳＡＷ：Surface Acoustic Wave）共振器が用いられている。弾性表面波共振器においては、タンタル酸リチウム基板またはニオブ酸リチウム基板などの圧電基板上に複数の電極指を有するＩＤＴ（Interdigital Transducer）が設けられている。電極指として、アルミニウム層またはアルミニウム合金層を用いることが知られている（例えば、特許文献１～３）。圧電基板とアルミニウム層またはアルミニウム合金層との間にチタン合金等の適合層を設けること、適合層とアルミニウム層またはアルミニウム合金層との間に窒化チタン等の中間層を設けることが知られている（例えば特許文献１）。

特表２００５－５１８１２７号公報 特開２００８－２８９８０号公報 特開２００８－２４４５２３号公報

圧電基板とアルミニウム層またはアルミニウム合金層などの低抵抗の金属層との間にチタン層などを設けることで、耐電力性を向上できる。しかし、チタン層を厚くすると、周波数温度特性（ＴＣＦ：Temperature Coefficient of Frequency）等の温度特性が劣化する。

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、温度特性を改善することを目的とする。

本発明は圧電層と、前記圧電層上に設けられ、厚さが５０ｎｍより大きい窒化チタン層である第１層と前記第１層上に設けられた金属層である第２層とを有する複数の電極指と、を備える少なくとも一対の櫛型電極と、を備える弾性波デバイスである。

上記構成において、前記圧電層は、回転ＹカットＸ伝搬タンタル酸リチウム基板または回転ＹカットＸ伝搬基板である構成とすることができる。

上記構成において、前記第２層は、アルミニウム層、アルミニウム合金層、銅層または銅合金層である構成とすることができる。

上記構成において、前記第１層は、前記圧電層と前記第２層に接する構成とすることができる。

上記構成において、前記第１層の厚さは前記第２層の厚さ以下である構成とすることができる。

上記構成において、前記第１層におけるチタンの原子％で表した含有率と窒素の原子％で表した含有率との合計に対する前記第１層における窒素の原子％で表した含有率の比は０．３以上かつ０．６以下である構成とすることができる。

上記構成において、前記第１層は、前記圧電層と前記複数の電極指に接し、前記第１層の厚さは前記第２層の厚さ以下であり、前記第１層におけるチタンの原子％で表した含有率と窒素の原子％で表した含有率との合計に対する前記第１層における窒素の原子％で表した含有率の比は０．３以上かつ０．６以下である構成とすることができる。

上記構成において、前記圧電層は、回転ＹカットＸ伝搬タンタル酸リチウム基板であり、前記第２層は、アルミニウム層またはアルミニウム合金層である構成とすることができる。

前記圧電層下に設けられた支持基板を備え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備えるフィルタである。

本発明は、上記フィルタを備えるマルチプレクサである。

本発明によれば、温度特性を改善することができる。

図１（ａ）は、実施例１に係る弾性波デバイスの平面図、図１（ｂ）は、電極指の断面図である。 図２（ａ）から図２（ｄ）は、実験における構造ＡからＤを示す断面図である。 図３（ａ）から図３（ｃ）は、比較例１の構造Ａにおけるフィルタの通過特性を示す図である。 図４（ａ）から図４（ｃ）は、実施例１の構造Ａにおけるフィルタの通過特性を示す図である。 図５は、構造Ａにおける環境温度に対する規格化周波数変動を示している。 図６は、比較例１の構造Ｂ～Ｄおよび実施例１の構造Ｂ～Ｄにおける共振周波数および反共振周波数のＴＣＦを示す図である。 図７は、比較例１の構造Ｂおよび実施例１の構造Ｂにおける反共振周波数のＴＣＦ（ｆａ）を示す図である。 図８（ａ）から図８（ｃ）は、実施例１における弾性波共振器の別の構造例である。 図９（ａ）から図９（ｂ）は、実施例１における弾性波共振器の別の構造例である。 図１０（ａ）および図１０（ｂ）は、実施例１における弾性波共振器のさらに別の構造例である。 図１１（ａ）は、実施例２に係るフィルタの回路図、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１２（ａ）および図１２（ｂ）は、実施例３に係るセンサ素子の断面図である。

以下、図面を参照し、本発明の実施例について説明する。

図１（ａ）は、実施例１に係る弾性波デバイスの平面図、図１（ｂ）は、電極指の断面図である。電極指の配列方向をＸ方向、電極指の延伸方向をＹ方向、支持基板及び圧電層の積層方向をＺ方向とする。Ｘ方向、Ｙ方向、及びＺ方向は、圧電層の結晶方位のＸ軸方向及びＹ軸方向とは必ずしも対応しない。圧電層が回転ＹカットＸ伝搬基板の場合、Ｘ方向は結晶方位のＸ軸方向となる。

図１（ａ）に示すように、圧電層１４上に弾性波共振器２６が設けられている。弾性波共振器２６はＩＤＴ２２および反射器２４を有する。反射器２４はＩＤＴ２２のＸ方向の両側に設けられている。ＩＤＴ２２は、対向する一対の櫛型電極２０を備える。櫛型電極２０は、複数の電極指１８と、複数の電極指１８が接続されたバスバー１９と、を備える。Ｘ方向からみて一対の櫛型電極２０の電極指１８が交差する領域が交差領域２５である。交差領域２５の長さが開口長である。

一対の櫛型電極２０は、交差領域２５の少なくとも一部において電極指１８が１本毎に交互に設けられている。交差領域２５において複数の電極指１８が主に励振する弾性波は、主にＸ方向に伝搬する。一対の櫛型電極２０のうち一方の櫛型電極２０の電極指１８のピッチがほぼ弾性波の波長λとなる。複数の電極指１８のピッチ（電極指１８の中心間のピッチ）をＤとすると、一方の櫛型電極２０の電極指１８のピッチは電極指１８の２本分のピッチＤとなる。反射器２４は、ＩＤＴ２２の電極指１８が励振した弾性波（弾性表面波）を反射する。これにより弾性波はＩＤＴ２２の交差領域２５内に閉じ込められる。

図１（ｂ）に示すように、電極指１８等のＩＤＴ２２および反射器２４は、圧電層１４上に設けられた導電膜１６により形成される。導電膜１６は、圧電層１４上に設けられた第１層１６ａと第１層１６ａ上に設けられた第２層１６ｂとを備える。第１層１６ａおよび第２層１６ｂの厚さは、それぞれＴ６ａおよびＴ６ｂである。

第１層１６ａは導電性の多結晶またはアモルファスの窒化チタン層である。第１層１６ａは、チタン（Ｔｉ）および窒素（Ｎ）以外に意図的または意図しない不純物を含んでもよい。第１層１６ａにおけるチタンの含有率と窒素の含有率の合計は、例えば８０原子％以上であり、９０原子％以上である。チタンの含有率（原子％）と窒素の含有率（原子％）の合計に対する窒素の含有率（原子％）の比は、例えば０．０１以上かつ０．９９以下であり、典型的には０．３以上かつ０．６以下であり、より典型的には０．３８以上かつ０．５５以下である。窒化チタンをＴｉＮ_Ｘとすると、窒化チタン層内のＸは０．０１以上かつ０．９９以下であり、典型的にはＸは０．５以上かつ１．５以下であり、より典型的には０．６以上かつ１．２以下である。

第２層１６ｂは、多結晶またはアモルファスのアルミニウム（Ａｌ）層またはアルミニウム合金層である。第２層１６ｂがアルミニウム合金層の場合、第２層１６ｂは、アルミニウム以外に銅（Ｃｕ）、マグネシウム（Ｍｇ）、スカンジウム（Ｓｃ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、チタン（Ｔｉ）、ネオジウム（Ｎｄ）およびシリコン（Ｓｉ）の少なくとも１つの元素を含む。第２層１６ｂがアルミニウム層のとき、第２層１６ｂは、アルミニウム以外に意図的または意図しない不純物を含んでもよい。第２層１６ｂがアルミニウム合金層のとき、第２層１６ｂは、アルミニウムとアルミニウム合金を構成する金属元素以外に意図的または意図しない不純物を含んでもよい。第２層１６ｂにおけるアルミニウム（Ａｌ）の含有率は、例えば８０原子％以上であり、９０原子％以上である。第２層１６ｂは、銅層、銅合金層、モリブデン層またはモリブデン合金層等の金属層でもよい。第２層１６ｂが銅層のとき、第２層１６ｂは、銅以外に意図的または意図しない不純物を含んでもよい。第２層１６ｂが銅合金層のとき、第２層１６ｂは、銅と銅合金を構成する金属元素以外に意図的または意図しない不純物を含んでもよい。第２層１６ｂにおける銅の含有率は、例えば８０原子％以上であり、９０原子％以上である。

［実験］
構造Ａ～Ｄの弾性波共振器２６を作製した。図２（ａ）から図２（ｄ）は、実験における構造ＡからＤを示す断面図である。図２（ａ）に示すように、構造Ａでは、圧電層１４の上に第１層１６ａおよび第２層１６ｂを有する導電膜１６が設けられている。圧電層１４の下に絶縁層および支持基板は設けられていない。

図２（ｂ）に示すように、構造Ｂでは、支持基板１０上に絶縁層１１、絶縁層１２上に圧電層１４が設けられている。絶縁層１２は温度補償膜である。絶縁層１１は境界層である。絶縁層１２を設けることにより周波数温度係数を小さくできる。絶縁層１１を設けることで、主モードの弾性表面波を圧電層１４と絶縁層１２内に閉じ込めかつ、不要波に起因するスプリアスを抑制できる。支持基板１０と絶縁層１１との間の界面３０は粗面である。これにより、不要波が界面３０において散乱され、スプリアスを抑制できる。その他の界面は鏡面である。絶縁層１１、１２および圧電層１４の厚さはそれぞれＴ１、Ｔ２およびＴ４である。その他の構成は図２（ａ）の構造Ａと同じであり説明を省略する。

図２（ｃ）に示すように、構造Ｃでは、絶縁層１２が設けられていない。その他の構成は図２（ｂ）の構造Ｂと同じであり説明を省略する。図２（ｄ）に示すように、構造Ｄでは、絶縁層１１および１２が設けられておらず、界面３０は鏡面である。その他の構造は図２（ｂ）の構造Ｂと同じであり説明を省略する。なお、粗面の算術平均粗さＲａは、例えば１０ｎｍより大きく１００ｎｍ以下であり、鏡面の算術平均粗さＲａは、例えば１０ｎｍ以下であり、１ｎｍ程度である。粗面における凹凸はランダムでもよいし、周期的でもよい。

構造Ａ～Ｄの作製条件は以下である。
構造Ａ～Ｄに共通の条件
圧電層１４：４２°ＹカットＸ伝搬タンタル酸リチウム基板
第１層１６ａ：実施例１：窒化チタン、比較例１：チタン
第２層１６ｂ：アルミニウム銅合金
Ｔ６ａ：６０ｎｍ
Ｔ６ｂ：９０ｎｍ
弾性波の波長λ（２×Ｄ）：１．５μｍ
構造Ｂ
支持基板１０：厚さが５００μｍ、界面３０が粗面のサファイア基板
絶縁層１１：厚さＴ１が４λの酸化アルミニウム層
絶縁層１２：厚さＴ２が０．２λの酸化シリコン層
圧電層１４：厚さＴ４が０．３λ
構造Ｃ
支持基板１０：厚さが５００μｍ、界面３０が粗面のサファイア基板
絶縁層１１：厚さＴ１が５λの酸化アルミニウム層
圧電層１４：厚さＴ４が０．３λ
構造Ｄ
支持基板１０：厚さが５００μｍ、界面３０が鏡面のサファイア基板
圧電層１４：厚さＴ４が１３λ

［構造Ａのラダー型フィルタの温度特性］
構造Ａの弾性波共振器を用いたラダー型フィルタを作製し、フィルタの通過特性の温度特性を測定した。

図３（ａ）から図３（ｃ）は、比較例１の構造Ａにおけるフィルタの通過特性を示す図である。図４（ａ）から図４（ｃ）は、実施例１の構造Ａにおけるフィルタの通過特性を示す図である。図３（ｂ）および図４（ｂ）は、通過帯域の低周波側肩の拡大図であり、図３（ｃ）および図４（ｃ）は、通過帯域の高周波側肩の拡大図である。環境温度が８５℃、５０℃および２５℃における通過特性を示している。

図３（ａ）から図４（ｃ）に示すように、低周波側肩および高周波側肩ともに温度が高くなると周波数が低くなる。高周波側肩の温度変化は低周波側肩の温度変化より大きい。減衰量が－２０ｄＢにおける低周波側肩の周波数をＦＬとし、減衰量が－２０ｄＢにおける高周波側肩の周波数をＦＨとする。周波数ＦＬのＴＣＦはＴＣＦＬであり、周波数ＦＨのＴＣＦはＴＣＦＨである。

図５は、構造Ａにおける環境温度に対する規格化周波数変動を示している。規格化周波数変動は、約２５℃の周波数で規格化した周波数の変動を示す指標である。環境温度に対する規格化周波数変動の傾きがＴＣＦとなる。比較例１では、ＴＣＦＨおよびＴＣＦＬは、それぞれ－３１ｐｐｍ／℃および－６ｐｐｍ/℃である。ΔＴＣＦ＝ＴＣＦＬ－ＴＣＦＨは２５ｐｐｍ／℃である。

実施例１では、ＴＣＦＨおよびＴＣＦＬは、それぞれ－２０ｐｐｍ／℃および＋５ｐｐｍ/℃である。ΔＴＣＦ＝ＴＣＦＬ－ＴＣＦＨは２５ｐｐｍ／℃である。このように、実施例１では比較例１よりＴＣＦＨおよびＴＣＦＬがプラス側にシフトする。実施例１のΔＴＣＦは比較例１のΔＴＣＦとほぼ同じである。

［構造Ｂ～Ｄの弾性波共振器の温度特性］
構造Ｂ～Ｄの弾性波共振器を作製し、共振周波数ｆｒおよび反共振周波数ｆａのＴＣＦを測定した。図６は、比較例１の構造Ｂ～Ｄおよび実施例１の構造Ｂ～Ｄにおける共振周波数および反共振周波数のＴＣＦを示す図である。ドットは、９個の弾性波共振器の平均値を示している。白丸は共振周波数ｆｒのＴＣＦであり、黒丸は反共振周波数ｆａのＴＣＦである。図６に示すように、構造Ｂ～Ｄのいずれにおいても反共振周波数ｆａのＴＣＦは、共振周波数ＦｒのＴＣＦよりマイナス側であり、ＴＣＦの絶対値が大きい。

比較例１および実施例１ともに、構造Ｄに対し構造Ｃでは反共振周波数ｆａのＴＣＦの絶対値が大きい。これは、損失およびスプリアスの抑制のために、圧電層１４をλ以下に薄くし、かつ絶縁層１１を設けたためと考えられる。構造Ｃに対し構造Ｂでは、ＴＣＦの絶対値が小さくなり、さらに構造Ｄに対し構造Ｂでは、ＴＣＦの絶対値が小さい。これは、温度補償膜として絶縁層１２を設けたためと考えられる。

構造Ｂ～Ｄのいずれにおいても、比較例１に対し実施例１では、ＴＣＦの絶対値が小さい。このように、構造によらず、実施例１では、ＴＣＦを改善できる。

［構造Ｂにおいて第１層の厚さを変えたときの温度特性］
構造Ｂについて、第１層１６ａの厚さＴ６ａを変え、反共振周波数ｆａのＴＣＦを測定した。図７は、比較例１の構造Ｂおよび実施例１の構造Ｂにおける反共振周波数のＴＣＦ（ｆａ）を示す図である。横軸は第１層１６ａの厚さＴ６ａに相当するが、比較例１と実施例１とで、横軸をずらして図示している。９個の弾性波共振器のＴＣＦ（ｆａ）を測定し、エラーバーは、９個の弾性波共振器のＴＣＦ（ｆａ）の最大値と最小値を示し、エラーバーが大きいことはばらつきが大きいことを示している。厚さＴ６ａは、１０ｎｍ、３０ｎｍ、６０ｎｍおよび９０ｎｍであり、エラーバーをつなぐ点線曲線を図示している。

図７に示すように、比較例１では、厚さＴ６ａが１０ｎｍのとき、ＴＣＦ（ｆａ）は約－２０ｐｐｍ／℃である。厚さＴ６ａが３０ｎｍのとき、ＴＣＦ（ｆａ）が約－２２ｐｐｍ／℃となり、ばらつきが若干大きくなる。厚さＴａが６０ｎｍのとき、ＴＣＦ（ｆａ）が－３０ｐｐｍ／℃となり、ばらつきが大きくなる。厚さＴａが９０ｎｍのとき、ＴＣＦ（ｆａ）が－４０～－５０ｐｐｍ／℃となり、ばらつきがさらに大きくなる。

実施例１では、厚さＴ６ａが１０ｎｍのとき、ＴＣＦ（ｆａ）は約－２０ｐｐｍ／℃であり、比較例１とほぼ同じである。ばらつきも比較例１とほぼ同じである。厚さＴ６ａが３０ｎｍおよび６０ｎｍのとき、ＴＣＦ（ｆａ）およびばらつきはＴ６ａが１０ｎｍのときとほぼ同じである。厚さＴ６ａが９０ｎｍのとき、ＴＣＦ（ｆａ）は－２２ｐｐｍ／℃であり、Ｔ６ａが１０ｎｍのときより少しマイナス側となる。ばらつきはＴ６ａが１０ｎｍのときほぼ同じである。

このように、比較例１では、第1層１６ａの厚さＴ６ａを大きくすると、ＴＣＦが劣化し、ばらつきも大きくなる。一方、実施例１では、厚さＴ６ａを大きくしてもＴＣＦおよびそのばらつきはほとんど変わらない。厚さＴ６ａが３０ｎｍより大きくなると、比較例１のＴＣＦが劣化し始め、かつばらつきが大きくなり始める。

電極指１８の耐電力性を向上させる場合に、厚さＴ６ａを厚くすることがある。また、電極指１８を重くしかつ電極指１８を厚くしないために、厚さＴ６ａを大きくすることがある。このような場合、比較例１では、ＴＣＦが劣化し、かつばらつきが大きくなる。実施例１では、厚さＴ６ａを大きくしても、ＴＣＦの劣化およびばらつきの増加を抑制できる。

このように、実施例１において、厚さＴ６ａが大きくなってもＴＣＦの劣化を抑制できる理由は明確ではないが、例えば以下のように考えられる。電極指１８を構成するチタン（または窒化チタン）およびアルミニウムのヤング率は、温度変化し、圧電層１４のヤング率の温度変化より大きい。比較例１では、第２層１６ｂのヤング率の温度変化より第１層１６ａのヤング率の温度変化が大きく、第１層１６ａが厚くなると、ＴＣＦが劣化する。実施例１では、窒化チタンのヤング率がチタンのヤング率より大きいため、第１層１６ａおよび第２層１６ｂのヤング率が温度変化しても、第１層１６ａが変形しにくいため、ＴＣＦの劣化が抑制されると考えられる。

以上をまとめると、比較例１のように、第１層１６ａとしてチタン層、第２層１６ｂとしてアルミニウム層またはアルミニウム合金層を用いると、第１層１６ａの厚さＴ６ａを３０ｎｍより大きくしたときに、ＴＣＦが劣化する。そこで、第２層１６ｂを窒化チタン層とする。これにより、ＴＣＦの劣化を抑制できる。

図８（ａ）から図９（ｂ）は、実施例１における弾性波共振器の別の構造例である。図８（ａ）に示すように、絶縁層１１と圧電層１４との間に絶縁層１３が設けられていてもよい。絶縁層１３は、圧電層１４と絶縁層１１とを接合させる層である。例えば絶縁層１１と圧電層１４とを表面活性化法を用い接合するときに、絶縁層１１と圧電層１４とが直接接合されにくいときに、絶縁層１３を設ける。その他の構成は図２（ｂ）と同じであり説明を省略する。

図８（ｂ）に示すように、支持基板１０と絶縁層１１との間の界面３０は鏡面でもよい。その他の構成は図８（ａ）と同じであり説明を省略する。図８（ｃ）に示すように、絶縁層１１と１２との間の界面３２は粗面でもよい。その他の構成は図８（ａ）と同じであり説明を省略する。

図９（ａ）に示すように、絶縁層１１と圧電層１４との間に、接合層として絶縁層１３が設けられていてもよい。その他の構成は、図２（ｃ）と同じであり説明を省略する。図９（ｂ）に示すように、支持基板１０と圧電層１４との間に、接合層として絶縁層１３が設けられていてもよい。その他の構成は、図２（ｄ）と同じであり説明を省略する。

図２（ａ）から図２（ｄ）および図８（ａ）から図９（ｂ）において、圧電層１４は、例えば単結晶タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ_３）基板、単結晶ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）基板であり、例えば回転ＹカットＸ伝搬タンタル酸リチウム層または回転ＹカットＸ伝搬ニオブ酸リチウム層である。圧電層１４は単結晶水晶基板でもよい。特に、圧電層１４が一対の櫛型電極２０が３６°以上かつ５０°以下の回転ＹカットＸ伝搬タンタル酸リチウム層のとき、主モードの弾性波としてＳＨ（Shear Horizontal）波が励振される。

図２（ｂ）から図２（ｄ）および図８（ａ）から図９（ｂ）において、支持基板１０は、例えばサファイア基板、アルミナ基板、シリコン基板、スピネル基板、水晶基板、石英基板または炭化シリコン基板である。サファイア基板は単結晶Ａｌ_２Ｏ_３基板であり、アルミナ基板は多結晶または非晶質Ａｌ_２Ｏ_３基板であり、シリコン基板は単結晶または多結晶のシリコン基板であり、スピネル基板は多結晶または非晶質ＭｇＡｌ_２Ｏ_４基板であり、水晶基板は単結晶ＳｉＯ_２基板であり、石英基板は多結晶または非晶質ＳｉＯ_２基板であり、炭化シリコン基板は多結晶または単結晶のＳｉＣ基板である。支持基板１０のＸ方向の線膨張係数は圧電層１４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依存性を小さくできる。支持基板１０を伝搬するバルク波の音速は圧電層１４、絶縁層１１から１３を伝搬するバルク波の音速より速くてもよいし、遅くてもよい。

圧電層１４の厚さＴ４は、スプリアスおよび損失を抑制する観点から１λ以下が好ましく、０．５λ以下がより好ましい。圧電層１４が薄くなりすぎると弾性波が励振され難くなることから、厚さＴ４は、０．１λ以上が好ましい。

図２（ｂ）および図８（ａ）から図８（ｃ）において、絶縁層１１を伝搬するバルク波の音速は、絶縁層１２および圧電層１４を伝搬するバルク波の音速より速い。これにより、圧電層１４および絶縁層１２内にメイン応答の弾性波のエネルギーが閉じ込められる。絶縁層１１は、例えば多結晶または非晶質であり、酸化アルミニウム層、窒化シリコン層、窒化アルミニウム層、シリコン膜または炭化シリコン層である。弾性波を絶縁層１２および圧電層１４内に閉じ込める観点から、絶縁層１１の厚さＴ１は０．３λ以上が好ましく、１λ以上が好ましい。特性を向上させる観点から厚さＴ１は各々１０λ以下が好ましい。

絶縁層１２は、例えば温度補償膜であり、圧電層１４の弾性定数の温度係数の符号と反対の符号の弾性定数の温度係数を有する。例えば圧電層１４の弾性定数の温度係数は負であり、絶縁層１２の弾性定数の温度係数は正である。絶縁層１２は、酸化シリコン（ＳｉＯ_２）を主成分とする絶縁層であり、例えば無添加または弗素等の添加元素を含む酸化シリコン層であり、例えば多結晶または非晶質である。また、絶縁層１２は、多結晶または非晶質の酸化シリコン層に限らず、単結晶の水晶（ＳｉＯ_２）を用いてもよい。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。絶縁層１２が酸化シリコン層の場合、絶縁層１２を伝搬するバルク波の音速は圧電層１４を伝搬するバルクの音速より遅くなる。

絶縁層１２が温度補償の機能を有するためにはメイン応答の弾性波のエネルギーが絶縁層１２内にある程度存在することが求められる。弾性表面波のエネルギーが集中する範囲は弾性表面波の種類に依存するものの、典型的には弾性表面波のエネルギーは圧電層１４の上面から２λ（λは弾性波の波長）の範囲に集中し、特に圧電層１４の上面からλの範囲に集中する。そこで、絶縁層１２の下面から圧電層１４の上面までの距離（厚さＴ２＋Ｔ４）は、２λ以下が好ましく、１λ以下がより好ましい。

絶縁層１３は、例えば接合層であり、絶縁層１２と圧電層１４とを接合させる層である。絶縁層１３が酸化シリコン膜の場合、圧電層１４と絶縁層１２とを表面活性化法を用い直接接合することが難しい。このような場合、絶縁層１３として、絶縁層１２と異なる材料からなる絶縁層を設ける。絶縁層１３は、例えば多結晶または非晶質であり、酸化アルミニウム膜、窒化シリコン膜、窒化アルミニウム膜、シリコン膜または炭化シリコン膜である。弾性波のエネルギーを圧電層１４内に閉じ込めるため、絶縁層１３の厚さＴ３は１００ｎｍ以下が好ましい。絶縁層１３を接合層として機能させるため、厚さＴ３は１ｎｍ以上が好ましい。

弾性波の波長λは例えば１μｍから６μｍである。２本の電極指１８を１対としたときの対数は例えば２０対から３００対である。ＩＤＴ２２のデュティ比は、（電極指１８の太さ）／（電極指１８のピッチ）であり、例えば３０％から７０％である。ＩＤＴ２２の開口長は例えば１０λから５０λである。弾性波の波長λは電極指１８の平均ピッチＤの２倍である。電極指１８の平均ピッチＤは、ＩＤＴ２２のＸ方向の幅を電極指１８の本数で除することで算出できる。

図１０（ａ）および図１０（ｂ）は、実施例１における弾性波共振器のさらに別の構造例である。図１０（ａ）に示すように、圧電層１４上に電極指１８を覆うように保護膜１５が設けられている。保護膜１５の厚さは電極指１８の厚さより小さい。その他の構成は図１（ｂ）と同じであり説明を省略する。図１０（ｂ）に示すように、圧電層１４上に電極指１８を覆うように保護膜１５が設けられている。保護膜１５の厚さは電極指１８の厚さより大きく、保護膜１５の上面は平坦化されている。保護膜１５は、例えば酸化シリコン膜または窒化シリコン膜等の無機絶縁体膜である。圧電層１４の下に支持基板１０が設けられていてもよい。支持基板１０と圧電層１４との間に絶縁層１１から１３の少なくとも１層が設けられていてもよい。その他の構成は図１（ｂ）と同じであり説明を省略する。

実施例１によれば、少なくとも一対の櫛型電極２０は、窒化チタン層である第１層１６ａと第１層１６ａ上に設けられた金属層である第２層１６ｂとを有する複数の電極指を備える。これにより、実験の結果のように、第１層１６ａの厚さＴ６ａを３０ｎｍより大きくしても、ＴＣＦを改善しかつ、ＴＣＦのばらつきを抑制できる。

特に、実験結果が、上記において推測した理由によるものであれば、実験結果は第２層１６ｂとしてアルミニウム層またはアルミニウム合金層を用いた場合に一般化できる。

特に、実験の結果が、上記において推測した理由によるものであれば、実験結果は圧電層１４として回転Ｙカットタンタル酸リチウム層を用いた場合に一般化できる。

第１層１６ａと圧電層１４との間、および／または第１層１６ａと第２層１６ｂとの間には、第１層１６ａの厚さＴ６ａより小さい厚さを有する第１層１６ａと第２層１６ｂとは異なる材料からなる導電膜が設けられていてもよい。しかし、第１層１６ａは、圧電層１４と第２層１６ｂと接することが好ましい。これにより、ＴＣＦをより改善できる。

図７より、第１層１６ａの厚さＴ６ａは、４０ｎｍ以上が好ましく、５０ｎｍ以上がより好ましく、６０ｎｍ以上がさらに好ましい。第１層１６ａが厚すぎると、電極指１８の抵抗が高くなる。このため、厚さＴ６ａは、２００ｎｍ以下が好ましく、１５０ｎｍ以下がより好ましく、９０ｎｍ以下がさらに好ましい。また、厚さＴ６ａは厚さＴ６ｂより小さいことが好ましい。

実験において、第１層１６ａをスパッタリング法により形成しており、スパッタリング法を用い形成した場合、一般的に第１層１６ａにおけるチタンの原子％で表した含有率と窒素の原子％で表した含有率との合計に対する第１層１６ａにおける窒素の原子％で表わした含有率の比は０．３以上かつ０．６以下である。よって、チタンの含有率（原子％）と窒素の含有率（原子％）の合計に対する窒素の含有率（原子％）の比が０．３以上かつ０．６以下のとき、特に実験の結果を一般化できる。また、ＴｉＮ_ＸとしたときＸが０．６～１．２では窒化チタンは熱力学的に安定とされている。このとき、チタンの含有率（原子％）と窒素の含有率（原子％）との合計に対し窒素の含有率（原子％）は、０．３８以上かつ０．５５以下である。よって、チタンの含有率（原子％）と窒素の含有率（原子％）との合計に対する窒素の含有率（原子％）の比は、０．３８以上かつ０．５５以下であることが好ましい。

図２（ａ）のように、圧電層１４以外に支持基板等の層は設けられていなくてもよい。図２（ｂ）から図２（ｄ）および図８（ａ）から図９（ｂ）のように、圧電層１４下に設けられた支持基板１０を備えてもよい。図２（ｂ）、図２（ｃ）および図８（ａ）から図９（ｂ）のように、支持基板１０と圧電層１４との間に設けられた絶縁層１１から１３を備えてもよい。界面３０と絶縁層１１との間の界面は粗面でもよいし、鏡面でもよい。

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Ｔｉｎと出力端子Ｔｏｕｔとの間に、１または複数の直列共振器Ｓ１からＳ３が直列に接続されている。入力端子Ｔｉｎと出力端子Ｔｏｕｔとの間に、１または複数の並列共振器Ｐ１およびＰ２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Ｓ３および１または複数の並列共振器Ｐ１およびＰ２の少なくとも１つに実施例１の弾性波共振器を用いることができる。ラダー型フィルタの共振器の個数等は適宜設定できる。フィルタは、一対の櫛型電極を２対以上有する多重モード型フィルタでもよい。

［実施例２の変形例１］
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。

実施例３は、実施例１の弾性波デバイスをセンサに用いる例である。図１２（ａ）および図１２（ｂ）は、実施例３に係るセンサ素子の断面図である。図１２（ａ）に示すように、弾性波共振器２６の電極指１８上に保護膜１５が設けられ、保護膜１５上に感応膜３４が設けられている。感応膜３４に気体中の物質が吸着すると、弾性波共振器２６の共振周波数が低くなる。弾性波共振器２６の共振周波数を測定することで、気体中の物質を検出できる。

図１２（ｂ）に示すように、圧電層１４上に２つのＩＤＴ２２ａおよび２２ｂが設けられている。ＩＤＴ２２ａと２２ｂの間の圧電層１４上に感応膜３４が設けられている。ＩＤＴ２２ａに高周波信号を印加すると圧電層１４に弾性波が励振される。弾性波は感応膜３４下の圧電層１４を伝搬し、ＩＤＴ２２ｂにおいて高周波信号に変換される。感応膜３４に気体中の物質が吸着すると、感応膜３４下の圧電層１４を伝搬する弾性波の速度が遅くなる。ＩＤＴ２２ａに印加する高周波信号とＩＤＴ２２ｂが出力する高周波信号との位相差を測定することで、気体中の物質を検出できる。

実施例３のように、実施例１の弾性波共振器２６またはＩＤＴ２２をセンサ素子に用いることができる。実施例１のように、圧電層１４の下に支持基板１０が設けられていてもよい。支持基板１０と圧電層１４との間に絶縁層１１から１３の少なくとも１層が設けられていてもよい。

図７の実験結果について、再度考察する。まず、発明者らの知見によれば、チタンおよび窒化チタンの音速の温度係数は、大きくは変わらず、音速の温度係数の符号は負である。タンタル酸リチウムの音速の温度係数の符号も負である。チタンおよび窒化チタンの音速の温度係数の絶対値はタンタル酸リチウムの音速の温度係数の絶対値より大きい。

以上を前提とすると、第１層１６ａをチタン層または窒化チタン層とし、圧電層１４をタンタル酸リチウム基板とした場合、圧電層１４と第１層１６ａのうち圧電層１４に弾性波のエネルギーが多く分布した方が、第１層１６ａの音速の温度変化の影響を受けにくく、ＴＣＦが０に近くなると考えられる。第１層１６ａの厚さＴ６ａが小さいときは、弾性波のエネルギーは主に圧電層１４に分布する。このため、ＴＣＦの絶対値は主に圧電層１４の音速の温度係数により決まる。第１層１６ａの厚さＴ６ａが大きくなると、音速の温度係数の絶対値の大きい第１層１６ａに弾性波のエネルギーが分布するため、ＴＣＦの絶対値が大きくなる。

窒化チタンのヤング率はチタンのヤング率より大きい。このため、窒化チタンの音速はチタンの音速より速い。よって、第１層１６ａとして窒化チタンを用いると、第１層１６ａとしてチタンを用いた場合に比べ圧電層１４に弾性波エネルギーが多く分布する。これにより、第１層１６ａを窒化チタン層とした実施例１は、第１層１６ａをチタン層とした比較例１よりＴＣＦの絶対値が小さい。特に、第１層１６ａの厚さＴ６ａが大きくなると、比較例１では、第１層１６ａに分布する弾性波のエネルギーが多くなるため、ＴＣＦの絶対値が大きくなる。また、ＴＣＦのばらつきが大きくなる。実施例１では、第１層１６ａの音速が速く、圧電層１４に弾性波のエネルギーが分布しやすい。このため、第１層１６ａが厚くなっても、ＴＣＦの絶対値は比較例１ほど大きくならない。また、ＴＣＦのばらつきが大きくならない。

実験結果を上記の再度考察した理由と考えると、圧電層１４の音速の温度係数の符号は負であり、圧電層１４の音速の温度係数の絶対値は、窒化チタンの音速の絶対値より小さければよい。このような材料としては、タンタル酸リチウム以外にニオブ酸リチウムが挙げられる。よって、実験の結果は、圧電層１４として回転ＹカットＸ伝搬タンタル酸リチウム基板または回転ＹカットＸ伝搬ニオブ酸リチウム基板を用いた場合に一般化できる。

上記の再度考察した理由から、第２層１６ｂは特に限定されず、電極として機能すればよい。第２層１６ｂは、低抵抗層として機能するため、第２層１６ｂの抵抗率は第１層１６ａの抵抗率より低いことが好ましい。このような材料として、第２層１６ｂはアルミニウム層、アルミニウム合金層、銅層または銅合金層であることが好ましい。

図７の結果から、第１層１６ａの厚さＴ６ａは３０ｎｍより大きいことが好ましい。厚さＴ６ａが６０ｎｍのときに、比較例１に比べ実施例１のＴＣＦの変化が小さい。よって、厚さＴ６ａは５０ｎｍより大きいことがより好ましく、６０ｎｍ以上がさらに好ましい。電極指１８の抵抗を低くする観点から、第１層１６ａの厚さＴ６ａは、第２層１６ｂの厚さの１倍以下が好ましく、１／２倍以下がより好ましく、１／５倍以下がより好ましい。厚さＴ６ａは、３００ｎｍ以下が好ましい。弾性波共振器２６の特性を向上させる観点から、厚さＴ６ａとＴ６ｂとの合計は、弾性波の波長λ（２×ピッチＤ）の０．０５倍以上かつ０．１５倍以下である。

以上、本願発明の実施形態について詳述したが、本願発明はかかる特定の実施形態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願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 支持基板
１１、１２、１３ 絶縁層
１４ 圧電層
１５ 保護膜
１６ａ 第１層
１６ｂ 第２層
１８ 電極指
２０ 櫛型電極
２６ 弾性波共振器
３０、３２ 界面
３４ 感応膜
４０ 送信フィルタ
４２ 受信フィルタ

Claims (11)

1. 圧電層と、
   前記圧電層上に設けられ、厚さが５０ｎｍより大きい窒化チタン層である第１層と前記第１層上に設けられた金属層である第２層とを有する複数の電極指と、を備える少なくとも一対の櫛型電極と、
   を備える弾性波デバイス。
2. 前記圧電層は、回転ＹカットＸ伝搬タンタル酸リチウム基板または回転ＹカットＸ伝搬基板である請求項１に記載の弾性波デバイス。
3. 前記第２層は、アルミニウム層、アルミニウム合金層、銅層または銅合金層である請求項２に記載の弾性波デバイス。
4. 前記第１層は、前記圧電層と前記第２層に接する請求項１から３のいずれか一項に記載の弾性波デバイス。
5. 前記第１層の厚さは前記第２層の厚さ以下である請求項１から３のいずれか一項に記載の弾性波デバイス。
6. 前記第１層におけるチタンの原子％で表した含有率と窒素の原子％で表した含有率との合計に対する前記第１層における窒素の原子％で表した含有率の比は０．３以上かつ０．６以下である請求項１から３のいずれか一項に記載の弾性波デバイス。
7. 前記第１層は、前記圧電層と前記複数の電極指に接し、
   前記第１層の厚さは前記第２層の厚さ以下であり、
   前記第１層におけるチタンの原子％で表した含有率と窒素の原子％で表した含有率との合計に対する前記第１層における窒素の原子％で表した含有率の比は０．３以上かつ０．６以下である請求項３に記載の弾性波デバイス。
8. 前記圧電層は、回転ＹカットＸ伝搬タンタル酸リチウム基板であり、
   前記第２層は、アルミニウム層またはアルミニウム合金層である請求項７に記載の弾性波デバイス。
9. 前記圧電層下に設けられた支持基板を備える請求項１から３のいずれか一項に記載の弾性波デバイス。
10. 請求項１または３のいずれか一項に記載の弾性波デバイスを備えるフィルタ。
11. 請求項１０に記載のフィルタを備えるマルチプレクサ。

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