JP4883089B2 - 弾性境界波装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば帯域フィルタなどに用いられる弾性境界波装置に関し、より詳細には、第１，第２の媒質間にＩＤＴ電極が設けられており、第１，第２の媒質の境界を伝搬する弾性境界波を利用した弾性境界波装置に関する。

従来、共振子や帯域フィルタとして、弾性表面波装置が広く用いられている。他方、近年、パッケージの小型化を図り得るため、弾性表面波装置に代わって、弾性境界波装置が注目されている。

例えば、下記の特許文献１には、図１４に模式的断面図で示す構造を有する弾性境界波装置が開示されている。弾性境界波装置１０１は、第１の媒質１０２と、第２の媒質１０３とを積層した構造を有する。第１の媒質１０２として、ＬｉＮｂＯ_３基板が用いられており、第２の媒質１０３として、ＳｉＯ_２が用いられている。そして、第１，第２の媒質１０２，１０３間の境界に、ＡｕからなるＩＤＴ電極１０４が形成されている。

ＩＤＴ電極１０４として、密度が大きく、かつ音速の低い金属を用いることにより、ＩＤＴ電極１０４が設けられている部分、すなわち第１，第２の媒質１０２，１０３間の境界において振動エネルギーが集中され、弾性境界波が励振されている。
国際公開第２００４／０７０９４６号パンフレット

特許文献１に記載のように、ＬｉＮｂＯ_３からなる第１の媒質１０２と、ＳｉＯ_２からなる第２の媒質１０３との境界に、ＡｕからなるＩＤＴ電極１０４を設けた構造では、例えば、弾性境界波の波長をλとし、ＩＤＴ電極１０４の厚みを０．０５λとし、ＩＤＴ電極１０４のデューティを０．５とした場合、電極指の反射係数│κ_１２│／ｋ_０は、０．１５程度と大きかった。なお、この反射係数│κ_１２│／ｋ_０とは、電極指の反射量の指標であるモード間結合係数であり、κ_１２はモード結合理論に基づくモード間結合係数を示し、ｋ_０はＩＤＴ電極を伝搬する弾性表面波の波数２π／λを示す。携帯電話機のＲＦ段に設けられている従来の弾性表面波フィルタにおいて、ＬｉＴａＯ_３基板上にＡｌからなるＩＤＴ電極を設けた構造では、漏洩弾性表面波ＬＳＡＷの反射係数│κ_１２│／ｋ_０は、０．０３〜０．０４程度にすぎなかった。

上記反射係数が大きいと、反射器における阻止域を広くすることができる。従って、ＩＤＴ電極が設けられている領域の弾性波伝搬方向両側に反射器を設けた共振子型のフィルタを構成した場合、広帯域化を容易に図ることができる。また、反射器における電極指の本数を少なくすることができ、小型化を進めることができる。

しかしながら、共振子型のフィルタを構成した場合、ＩＤＴ電極の阻止域端近傍に通過域が形成されることになるため、阻止域幅が広いほど、電極指の線幅や膜厚のばらつきにより、周波数ばらつきが大きくなるという問題があった。

ここで、ＩＤＴ電極の阻止域端は、ＩＤＴ電極の正負端子を短絡してグレーティング反射器としたときの阻止域の上端又は下端を示す。また、κ_１２が＋のときは下端、−のときは上端となる。

なお、特許文献１に記載の弾性境界波装置等では、周波数調整は、ＩＤＴ電極の膜厚を調整することにより行われていた。従って、製造に際しＩＤＴ電極の膜厚がばらついている場合、上記周波数調整により製造時の膜厚ばらつきによる特性の変動を小さくすることができる。しかしながら、製造に際しては、ＩＤＴ電極の電極指の線幅もばらつきがちであり、このような線幅のばらつきによる周波数特性のばらつきに対しては、対応することが困難であった。

また、例えば縦結合共振子型のフィルタを構成した場合、κ_１２が正の場合ＩＤＴ電極の放射コンダクタンス特性が、フィルタ通過帯域よりも低域側にピークを有するため、図１５に示すように、通過帯域低域側において、減衰量が劣化し、矢印Ａで示す大きなスプリアスが発生するという問題があった。

よって、本発明の目的は、上述した従来技術の現状に鑑み、境界波のエネルギーを境界部分に効果的に閉じ込めることができ、しかも、ＩＤＴ電極による反射係数│κ_１２│／ｋ_０を適度な値とすることができ、それによって所望でないスプリアスを抑制することができ、しかも、ＩＤＴ電極の電極指の線幅による特性のばらつきが生じ難い、弾性境界波装置を提供することにある。

本発明によれば、第１の媒質と、前記第１の媒質に積層された第２の媒質と、前記第１，第２の媒質の境界に設けられており、複数本の電極指を含むＩＤＴ電極とを備え、弾性境界波を利用した弾性境界波装置であって、前記第２の媒質の音響特性インピーダンスをＺ_Ｂ２、前記ＩＤＴ電極の音響特性インピーダンスをＺ_ＩＤＴとしたときに、下記の式（１）の条件を満足する音響特性インピーダンスＺ_Ｂ３を有する第３の媒質が、前記ＩＤＴ電極の電極指間に、前記ＩＤＴ電極とは膜厚が異なるように設けられており、前記第３の媒質が前記ＩＤＴ電極を覆わずに、前記ＩＤＴ電極の電極指間に配置されていることを特徴とする、弾性境界波装置が提供される。

│Ｚ_Ｂ３／Ｚ_ＩＤＴ−１│＜│Ｚ_Ｂ２／Ｚ_ＩＤＴ−１│ …式（１）
本発明に係る弾性境界波装置では、好ましくは、前記第１の媒質が圧電体からなり、前記ＩＤＴ電極が、前記圧電体上に設けられており、前記第３の媒質が、前記圧電体上において、ＩＤＴ電極の電極指間に配置されている。この場合には密度の小さい金属を用いて大きな膜厚のＩＤＴ電極を形成したときに第１、第２の媒質間に弾性境界波を確実に閉じ込めて伝搬させることができ、しかも、反射係数│κ_１２│／ｋ_０を適度な値とすることができる。

本発明においては、第１〜第３の媒質を構成する材料は、上記式（１）を満たす限り特に限定されないが、好ましくは、第１の媒質が圧電体からなり、第２の媒質が酸化ケイ素からなり、第３の媒質が酸化タンタルからなり、その場合には、上記式（１）を満たす本発明の弾性境界波装置を容易に提供することができる。
（発明の効果）

本発明に係る弾性境界波装置では、第１，第２の媒質間の境界にＩＤＴ電極が設けられており、ＩＤＴ電極の電極指間に、上記式（１）を満たす音響特性インピーダンスＺ_Ｂ３を有する第３の媒質が配置されているので、第１，第２の媒質間の境界に弾性境界波を確実に閉じ込めて伝搬させることができ、しかも、反射係数│κ_１２│／ｋ_０を適度な値とすることができる。よって、周波数特性上に現れる所望でないスプリアスを効果的に抑圧することができ、かつＩＤＴ電極の電極指の線幅のばらつきによる周波数特性のばらつきも小さくすることができる。従って、例えば通過帯域低域側におけるスプリアスによる特性の悪化が生じ難い、弾性境界波フィルタ装置などを提供することが可能となる。

図１は、本発明の一実施形態に係る弾性境界波装置の構造を模式的に示す正面断面図である。 図２は、図１に示した実施形態の弾性境界波装置の変形例を示す模式的正面断面図である。 図３は、図１に示した実施形態の弾性境界波装置のさらに他の変形例を示す模式的正面断面図である。 図４は、第３の媒質の膜厚と、弾性境界波の音速Ｖ（ｍ／秒）との関係を示す図である。 図５は、第３の媒質の厚み（λ）とκ_１２／ｋ_０との関係を示す図である。 図６は、第３の媒質の厚み（λ）とＴＣＦ（ｐｐｍ／℃）との関係を示す図である。 図７は、第３の媒質の厚み（λ）と電気機械結合係数Ｋ^２（％）との関係を示す図である。 図８は、実施形態及び従来例の弾性境界波装置の周波数特性を示す図である。 図９は、第３の媒質の厚み（λ）とΔＶ（ｐｐｍ）との関係を示す図である。 図１０は、第３の媒質の音響特性インピーダンスＺ_Ｂ３とＩＤＴ電極の音響特性インピーダンスＺ_ＩＤＴとから求められた│Ｚ_Ｂ３／Ｚ_ＩＤＴ−１│と│κ_１２│／ｋ_０との関係を示す図である。 図１１は、第３の媒質としてのＳｉＯ_２の密度ρ_Ｂ３とＩＤＴ電極の密度ρ_ＩＤＴとから求めた│ρ_Ｂ３／ρ_ＩＤＴ−１│と│κ_１２│／ｋ_０との関係を示す図である。 図１２は、弾性境界波装置におけるＩＤＴ電極のκ_１２を０．０５、０．１０または０．１５と変化させた場合及び参考例としての漏洩弾性表面波を利用した弾性表面波装置におけるＩＤＴ電極のκ_１２が０．０３の場合のコンダクタンス特性を示す図である。 図１３は、弾性境界波装置において、ＩＤＴ電極の電気機械結合係数Ｋ^２が４％、９％または１３％とした場合、並びに参考例としての漏洩弾性表面波を利用した弾性表面波装置において電気機械結合係数が９．３％の場合のＩＤＴ電極のコンダクタンス特性を示す図である。 図１４は、従来の弾性境界波装置の構造を模式的に示す正面断面図である。 図１５は、従来の弾性境界波装置において通過帯域低域側に現れるスプリアスを説明するための従来の弾性境界波装置の周波数特性を示す図である。

符号の説明

１…弾性境界波装置
２…第１の媒質
３…第２の媒質
４…ＩＤＴ電極
４ａ…電極指
５…第３の媒質

以下、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。

図１は、本発明の一実施形態に係る弾性境界波装置の模式的正面断面図である。弾性境界波装置１は、第１の媒質２と、第２の媒質３とを積層した構造を有する。第１の媒質２と第２の媒質３との境界には、ＩＤＴ電極４が形成されている。ＩＤＴ電極４は、複数本の電極指４ａ〜４ｃを有する。なお、弾性境界波装置１は、共振子やフィルタなどの様々な素子として構成され、その要求特性に応じて電極構造は適宜形成される。例えば、共振子型の弾性境界波フィルタを構成する場合、ＩＤＴ電極４の弾性境界波伝搬方向両側に、反射器が形成されることになる。

第１の媒質２は、本実施形態では、１５°ＹカットＸ伝搬のＬｉＮｂＯ_３からなる。もっとも、第１の媒質２は、他の結晶方位のＬｉＮｂＯ_３により構成されていてもよく、他の圧電単結晶で構成されていてもよい。また、第１の媒質２は、圧電セラミックスなどの圧電単結晶以外の圧電体により構成されてもよい。

また、第１の媒質２は、第２の媒質３が圧電体からなる場合には、圧電体以外の材料で構成されていてもよい。

本実施形態では、第２の媒質３は、ＳｉＯ_２からなる。もっとも、第２の媒質３は、ＳｉＯ_２を含むＳｉとＯの組成比が例えば１〜３の範囲にある様々な酸化ケイ素ＳｉＯ_ｘ（ｘ＝１〜３）により構成することができ、また酸化ケイ素以外の他の誘電体により構成されていてもよい。さらに、第２の媒質３は、圧電体により構成されていてもよい。

弾性境界波の波長をλとしたとき、ＩＤＴ電極４は、本実施形態では、厚み０．０５λのＡｕ膜上に、厚み０．０５λのＡｌ膜を積層した積層金属膜により構成されており、そのデューティは０．５とされている。なお、ＩＤＴ電極４は、このような複数の金属膜を積層した積層金属膜により形成される必要は必ずしもなく、単一の金属膜により形成されていてもよい。また、ＩＤＴ電極４は、後述の式（１）の音響特性インピーダンス関係を満たす適宜の金属材料により形成され得る。このようなＩＤＴ電極４を形成するための様々な金属材料としては、Ｐｔ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｆｅ、Ｗ、Ｔａなどが挙げられる。また、密着性や耐電力性を高めるために、Ｔｉ、Ｃｒ、ＮｉＣｒ、Ｎｉ、ＰｔもしくはＰｄなどからなる薄い金属層を、ＩＤＴ電極４と第１、第２または第３の媒質２，３，５との間に、あるいはＩＤＴ電極４を形成している積層金属膜の金属膜間に配置してもよい。この場合には、電極指において反射の主体となる金属材料、多くは最も重い金属材料と、第２の媒質３及び第３の媒質５との音響特性インピーダンス比もしくは密度比を式（１）や後述の式（２）を満たすように構成すればよい。

なお、本実施形態では、第３の媒質５は、ＩＤＴ電極４の厚みより薄くされているが、図２に示す第１の変形例のように、逆に第３の媒質５の厚みがＩＤＴ電極４の厚みより厚くてもよい。さらに、図３に示す第２の変形例では、第３の媒質５は、圧電体からなる第１の媒質２上において、ＩＤＴ電極４が形成されている構造において、ＩＤＴ電極４を覆うように形成されている。このように、本発明に係る弾性境界波装置では、第３の媒質５の厚みは、ＩＤＴ電極４よりも薄くてもよく、厚くてもよく、あるいは第１の媒質２上において、ＩＤＴ電極４を覆うように形成されていてもよい。

なお、図１に示した実施形態及び図２に示した第１の変形例の構造を得る方法は特に限定されないが、例えば、以下の第１の製造例を用いることができる。

第１の製造例：
まず、第１の媒質２である圧電体上に第３の媒質５をスパッタ法で成膜し、第３の媒質５上にフォトレジストを塗布する。次に、フォトレジストを露光し、現像することにより、ＩＤＴ電極４を反転した形状のレジストパターンを形成する。このレジストパターンをマスクとして、ＲＩＥ装置などによりＣＦ_４ガスを導入し、第３の媒質５をリアクティブイオンエッチングすることにより、第３の媒質５をＩＤＴ電極４の形状となるように堀り込む。次に、電子ビーム蒸着によりＩＤＴ電極４の金属材料を成膜し、リフトオフ法によりレジスト及びレジスト上に付着している金属膜を除去する。このようにして、第３の媒質５の堀り込まれた部分に残っている金属膜部分によりＩＤＴ電極４が形成されることになる。しかる後、第２の媒質３を、ＩＤＴ電極４上の第３の媒質５とＩＤＴ電極４とを覆うように例えばスパッタ法により成膜する。

なお、上記第３の媒質５をリアクティブイオンエッチングしてＩＤＴ電極４の形状を第３の媒質５に堀り込む工程では、ウェハ面内で均一にエッチングを行うことは難しい。エッチング加工速度のばらつきにより、ウェハ面内での第３の媒質５の電極指が設けられる部分に相当する部分における堀り込み幅がばらつくおそれがある。その場合には、ＩＤＴ電極４の電極指の線幅がばらつき、周波数のばらつきが生じるおそれがある。

また、エッチング加工速度が遅い部分において第３の媒質５が除去されるまで、エッチング加工速度が速い部分に露出している第１の媒質２の部分が損傷するおそれがあるので、第１の媒質２の表面が荒れるおそれがある。この場合、第１の媒質２の表面が荒れた部分にＩＤＴ電極４が形成されると、弾性境界波の伝搬損失が増大し、フィルタの挿入損失や共振子の共振抵抗や反共振抵抗が劣化する。特に第３の媒質５の厚みが厚いと、加工難度が高くなる。

よって、図１に示したように、ＩＤＴ電極４の電極指の厚みよりも、第３の媒質５の厚みを薄くした方が図２に示したように、ＩＤＴ電極４の電極指の厚みよりも、第３の媒質５の厚みを厚くしたものより加工しやすいため好ましい。

また、図３に示した変形例の弾性境界波装置の製造方法としては、下記の第２の製造例及び第３の製造例を用いることができる。

第２の製造例：
第１の媒質２である圧電体上にフォトレジストを塗布し、露光・現像し、ＩＤＴ電極４を反転したレジストパターンを形成する。次に電子ビーム蒸着によりＩＤＴ電極４を構成する金属材料を成膜する。リフトオフ法により、レジストパターン及びレジスト上に付着している金属膜部分をレジストとともに除去し、残りの金属膜部分により、ＩＤＴ電極４を含む電極構造を形成する。次に、ＩＤＴ電極４を覆うように第３の媒質５をスパッタ法により成膜し、第２の媒質３を、第３の媒質５を覆うようにスパッタ法で成膜する。

第３の製造例：
第１の媒質２である圧電体上に電子ビーム蒸着によりＩＤＴ電極４を構成する金属材料を成膜する。次に、フォトレジストを塗布し、露光・現像し、ＩＤＴ電極４の形状となるようにレジストパターンを形成する。ＲＩＥ装置などに金属膜をエッチングするガスを導入し、上記金属膜をリアクティブイオンエッチングし、不要な金属膜を取り除くレジスト剥離液に浸漬し、レジストを剥離する（ドライエッチング法）。しかる後、ＩＤＴ電極４を覆うようにして第３の媒質５をスパッタ法により成膜し、しかる後、第２の媒質３を第３の媒質５を覆うようにスパッタ法により成膜する。

上記第２の製造例及び第３の製造例では、第３の媒質５を均等に成膜することが難しい。特に、ＩＤＴ電極４の膜厚が厚いと、電極指の存在部分と存在しない部分との凹凸により、第３の媒質５にクラックや応力歪みが生じやすくなる。このクラックや応力歪みは、ウェハ面内でもばらつきをもつため、フィルタや共振子を構成した場合、周波数ばらつきや挿入損失のばらつきの原因となる。

前述した特許文献１に記載の弾性境界波装置において、境界波が非漏洩で伝搬するには、ＩＤＴ電極を構成する金属の密度が大きい場合にはＩＤＴ電極の膜厚を薄くし、ＩＤＴ電極の構成金属の密度が小さい場合には、ＩＤＴ電極の膜厚を厚くする必要があった。

従って、ＩＤＴ電極の密度が高かったり、動作周波数が高く、ＩＤＴ電極の膜厚が薄かったりした場合には、図３の示した変形例の構造が好ましい。また、ＩＤＴ電極４を構成する金属の密度が低かったり、動作周波数が低かったり、ＩＤＴ電極４の膜厚が厚かったりした場合には、図１に示した実施形態の構造が好ましい。

さらに、ＩＤＴ電極４と第２の媒質３及び第３の媒質５の音響インピーダンスの関係により反射係数は決定されることになる。第３の媒質５の音響のインピーダンスをＺ_Ｂ３とし、ＩＤＴ電極４の音響特性インピーダンスをＺ_ＩＤＴとした場合に、Ｚ_Ｂ３がＺ_ＩＤＴよりも大幅に小さい場合には、式（１）の条件を満たすには、第３の媒質５の厚みを厚くする必要があり、加工難易度が高くなるおそれがある。この場合には、図２に示した変形例の構造を適用すればよい。

上記のように、第２の媒質３、第３の媒質５及びＩＤＴ電極４を構成する材料の種類や動作周波数によって、図１〜３に示した各構造を適宜使い分けることが望ましい。

弾性境界波装置１の特徴は、上記ＩＤＴ電極４の電極指４ａ〜４ｃ間に、第３の媒質５が配置されていることにある。この第３の媒質５は、本実施形態では、Ｔａ_２Ｏ_５からなる。もっとも、Ｔａ_２Ｏ_５を含む様々な酸化タンタルにより第３の媒質５を構成することができる。さらに、第３の媒質５は、式（１）の音響特性インピーダンス関係を満たす限り、他の材料により形成されていてもよい。

上記のような第１〜第３の媒質２，３，５を構成する材料としては、Ｓｉ、ガラス、ＳｉＣ、ＺｎＯ、ＰＺＴ、ＡｌＮ、Ａｌ_２Ｏ_３、ＬｉＴａＯ_３、ニオブ酸カリウムなどを挙げることができる。すなわち、様々な圧電体や誘電体を、第１〜第３の媒質２，３，５を構成する材料として用いることができる。

次に、前述した特許文献１に記載の弾性境界波装置において、弾性境界波フィルタを構成した場合に通過帯域の低域側にスプリアスが生じる問題について検討した結果、ＩＤＴ電極のκ_１２／ｋ_０を、適切な値とすべきことを見出した。これを、図１２及び図１３を参照して説明する。

図１２及び図１３は、上記弾性境界波装置におけるＩＤＴ電極単体のコンダクタンス特性を示す図である。図１２は、κ_１２が０．１５、０．１０または０．０５の場合の結果を示し、比較のために、ＬｉＴａＯ_３基板を用い、ＩＤＴ電極のκ_１２が０．０３である漏洩弾性表面波を利用した表面波装置におけるＩＤＴ電極単体のコンダクタンス特性を合わせて示している。また、図１３は、電気機械結合係数Ｋ^２が１３％、９％及び４％の場合のＩＤＴ電極単体のコンダクタンス特性を示し、比較のために、電気機械結合係数Ｋ^２が９．３％であるＬｉＴａＯ_３基板を用いた表面波装置におけるＩＤＴ電極単体のコンダクタンス特性を合わせて示す。

図１２から明らかなように、κ_１２を小さくすると、通過帯域低域側におけるスプリアス応答付近におけるＩＤＴ電極のコンダクタンス値が小さくなり、スプリアスを抑制することができる。他方、通過帯域におけるＩＤＴ電極のコンダクタンス値は大きくなるので、通過帯域におけるＩＤＴ電極の電気音響変換性能が良化し、低損失化を果たすことができる。

もっとも、図１３から明らかなように、単純に電気機械結合係数Ｋ^２を小さくしたとしても、コンダクタンス値は全体的に小さくなるだけであり、コンダクタンス特性の形状自体は変化しないことがわかる。従って、通過帯域低域側のスプリアスを抑制するために電気機械結合係数Ｋ^２を小さくしたとしても、通過帯域におけるＩＤＴ電極の電気音響変換性能も劣化し、損失が増大することがわかる。

よって、｜κ_１２｜／ｋ_０は、要求される弾性境界波装置のサイズや周波数特性に対して適切な値とすることが必要であることがわかる。

本発明では、│κ_１２│／ｋ_０を適度に小さな値とするために、第２の媒質３の音響特性インピーダンスＺ_Ｂ２と、第３の媒質５の音響特性インピーダンスＺ_Ｂ３と、ＩＤＴ電極４の音響特性インピーダンスＺ_ＩＤＴとは、下記の式（１）を満たす範囲とされている。

│Ｚ_Ｂ３／Ｚ_ＩＤＴ−１│＜│Ｚ_Ｂ２／Ｚ_ＩＤＴ−１│ …式（１）
本実施形態では、上記第２の媒質３の音響特性インピーダンスＺ_Ｂ２と、第３の媒質５の音響特性インピーダンスＺ_Ｂ３と、ＩＤＴ電極４の音響特性インピーダンスＺ_ＩＤＴとが、上記式（１）を満たす範囲とされているので、弾性境界波の反射係数│κ_１２│／ｋ_０を小さくし、適度な値とすることができる。その結果、通過帯域低域側のスプリアスを効果的に抑圧することができる。これを、具体的な計算例に基づいて説明する。

上記第３の媒質５を有しない、すなわち図１４に示した従来の弾性境界波装置１０１の構造を下記の表１に示すとおりとして、計算を行った。

計算は、「周期構造圧電性導波路の有限要素法解析」（電子通信学会論文誌Ｖｏｌ．Ｊ６８−Ｃ Ｎｏ１，１９８５／１，ｐｐ．２１−２７）に記載されている有限要素法を拡張し、半波長区間に１本のストリップを配置し、電気的に開放したストリップと短絡したストリップとの阻止域上端と阻止域下端における音速を求めた。開放ストリップ下端における音速をＶ_０１、上端における音速をＶ_０２とし、短絡ストリップの下端における音速をＶ_Ｓ１、上端における音速をＶ_Ｓ２とした。弾性境界波の振動は、ＩＤＴ電極の上方１λの位置からＩＤＴ電極の下方１λの位置までの間に大半のエネルギーを集中させて伝搬しているので、従って、ＩＤＴ電極を挟んで上下方向に８λ、すなわちＩＤＴ電極＋４λからＩＤＴ電極−４λまでの領域を解析領域とし、かつ弾性境界波装置の表面及び裏面の境界条件は弾性的に固定とした。

次に、「モード結合理論による弾性表面波すだれ状電極の励振特性評価」電子情報通信学会技術研究報告，ＭＷ９０−６２，１９９０，ｐｐ．６９−７４）に記載されている方法に基づき、ＩＤＴ電極の電極指における境界波の反射量を表すκ_１２／ｋ_０と電気機械結合係数Ｋ^２とを求めた。なお、この文献で扱われている構造に比べると、上記表１に示した構造では音速の周波数分散が大きいため、κ_１２／ｋ_０は周波数分散の影響を考慮して求めた。

また、ＴＣＤを、１５℃、２５℃及び３５℃における短絡ストリップの阻止域下端の位相速度Ｖ_１５℃、Ｖ_２５℃及びＶ_３５℃から、下記の式（２）により求めた。

式（２）において、α_Ｓは境界波伝搬方向におけるＬｉＮｂＯ_３基板の線膨張係数である。表２は、上記計算により求めた表１の構造を伝搬する弾性境界波の特性を示す。なお、表２におけるΔＦは、デューティが＋０．０１変化したときの音速Ｖ_ｓｌから求めた周波数変化量である。

表２から明らかなように、この従来の弾性境界波装置では、κ_１２／ｋ_０は０．１５と大きすぎ、そのためか、ΔＦが−２４９９ｐｐｍと周波数変化量は非常に大きかった。

次に、上記実施形態の弾性境界波装置１における計算結果を説明する。

下記の表３は、第１の実施形態の弾性境界波装置１についての計算条件を示す。

また、表４は、上記第２，第３の媒質３，５の各音響特性インピーダンスと密度を示す。

表４として、図４〜図７は、図１に示した実施形態並びに図２及び図３に示した変形例において、第３の媒質５の膜厚と、ＩＤＴ電極４の阻止域下端における音速Ｖ_ｓｌ、κ_１２／ｋ_０、周波数温度係数ＴＣＦ及び電気機械結合係数Ｋ^２との関係をそれぞれ示す図である。なお、図４〜図７において、△で記した結果は、図１に示した実施形態及び図２の変形例、すなわち第３の媒質５がＩＤＴ電極４を被覆していない場合の結果を示し、〇は、図３に示したように、第３の媒質５が、ＩＤＴ電極４の上面を被覆している場合の結果を示す。

なお、図４〜図７においては、第３の媒質５の厚みが０．１０以下の領域では、第２の変形例は存在しないことになる。

図１に示すように、第３の媒質５がＩＤＴ電極４よりも薄い場合、図２に示したように、第３の媒質５がＩＤＴ電極４よりも厚い場合、及び図３に示したように、第３の媒質５がＩＤＴ電極４よりも厚く、かつＩＤＴ電極４を覆うように形成されている場合のいずれにおいても、第３の媒質５が厚くなると、κ_１２／ｋ_０が小さくなることがわかる。特に、ＩＤＴ電極４を第３の媒質５が被覆していない実施形態及び第１の変形例の構造では、第３の媒質５の厚みが０．１３λ付近でκ_１２／ｋ_０が０となり、さらに厚くなると、κ_１２／ｋ_０がマイナスの値となることがわかる。すなわち、第３の媒質５の厚みを変化させることにより、κ_１２／ｋ_０を自由に調整し得ることがわかる。好ましくは、図１及び図２に示したように、第３の媒質５がＩＤＴ電極４を覆わずに、ＩＤＴ電極４の電極指間に配置されている場合には、密度の小さい金属を用いて大きな膜厚のＩＤＴ電極４を形成したときに、第１，２の媒質２，３間に弾性境界波を確実に閉じ込め、伝搬させることができる。しかも、反射係数│κ_１２│／ｋ_０適度な値とすることができる。

なお、第２の変形例では、図５から明らかなように、上記実施形態及び第１の変形例の場合に比べて、第３の媒質５の厚みを変化させた場合のκ_１２／ｋ_０の変化幅は小さいものの、やはり、第３の媒質５の厚みを変化させることにより、κ_１２／ｋ_０を調整し得ることがわかる。第２の変形例のように、第３の媒質５がＩＤＴ電極４を覆うように設けられていることが好ましく、それによって、密度の大きい金属を用いて小さな膜厚のＩＤＴ電極４を形成したときに、第１，２の媒質２，３間に弾性境界波を確実に閉じ込め、伝搬させることができ、しかも、反射係数│κ_１２│／ｋ_０を適度な値とすることができる。

加えて、上記実施形態及び第１，第２の変形例では、境界波は確実に境界の近傍に閉じ込められて伝搬するため、損失は増大し難い。

例えば、κ_１２／ｋ_０を０．１５から０．１０に低減するには、図５から、第３の媒質５の厚みを０．０５５λとすればよいことがわかる。

図８は、上記実施形態の弾性境界波装置においてκ_１２／ｋ_０＝０．１０の場合の周波数特性と、κ_１２／ｋ_０＝０．１５である従来例の場合の周波数特性を示す図である。図８から明らかなように、κ_１２／ｋ_０を０．１５から０．１０に変化させることにより、通過帯域低域側のスプリアスを効果的に抑圧し得ることがわかる。

図９は、デューティ比が＋０．０１変化した場合、すなわち、デューティを上記実施形態の０．５から０．５１に変化させた場合の音速Ｖ_ｓｌの変化幅ΔＶ（ｐｐｍ）を示す図である。第３の媒質５の厚みが厚くなるほど、音速Ｖ_ｓｌの変化幅ΔＶが小さくなることがわかる。従って、ＩＤＴ電極４の電極指の線幅のばらつきによる周波数ばらつきを、第３の媒質５の厚みを厚くすることにより、小さくすることができる。従って、弾性境界波装置１の周波数特性のばらつきを低減し、かつ製造歩留りを改善することが可能となる。

次に、ＩＤＴ電極４を構成する材料を種々変更し、上記ＩＤＴ電極４の音響特性インピーダンスと密度と、κ_１２／ｋ_０との関係を求めた。表５は、弾性境界波装置１の計算条件を示し、表６は、上記のようにして求めた音響特性インピーダンスと、密度及びκ_１２／ｋ_０との関係を示す。

図１０は、第３の媒質５としてのＳｉＯ_２の音響特性インピーダンスＺ_Ｂ３と、ＩＤＴ電極４の音響特性インピーダンスＺ_ＩＤＴから求められた、│Ｚ_Ｂ３／Ｚ_ＩＤＴ−１│と│κ_１２│／ｋ_０との関係を示す図である。図１０の縦軸、すなわちｙ軸は、│κ_１２│／ｋ_０であり、横軸すなわちｘ軸は、│Ｚ_Ｂ３／Ｚ_ＩＤＴ−１│である。

なお、図１０及び後述の図１１の縦軸における１Ｅ−０１は、１×１０^−１であることを示す。

図１０から明らかなように、│κ_１２│／ｋ_０が０．０００３以上となるのは、│Ｚ_Ｂ３／Ｚ_ＩＤＴ−１│が０．１２５以上の場合であり、狭帯域なフィルタ用途に好適であることがわかる。

また、│κ_１２│／ｋ_０が０．００１以上となるのは、│Ｚ_Ｂ３／Ｚ_ＩＤＴ−１│が０．２９１以上の条件であり、中帯域なフィルタ用途に好適であることがわかる。

また、│κ_１２│／ｋ_０が０．０１４以上となるのは、│Ｚ_Ｂ３／Ｚ_ＩＤＴ−１│が０．６５５以上の条件であり、広帯域なフィルタ用途に好適であることがわかる。

すなわち、図１０から明らかなように、│Ｚ_Ｂ３／Ｚ_ＩＤＴ−１│を上記特定の範囲とすることにより、狭帯域、中帯域、広帯域のフィルタ特性を容易にかつ確実に得ることができる。

ＩＤＴ電極４の電極指のκ_１２／ｋ_０は音響特性インピーダンスの影響を強く受けるが、音響特性インピーダンスは密度に影響される。図１１は、第３の媒質５としてのＳｉＯ_２の密度ρ_Ｂ３と、ＩＤＴ電極４の音響特性インピーダンスＺ_ＩＤＴとから求めた│ρ_Ｂ３／ρ_ＩＤＴ−１│と、│κ_１２│／ｋ_０との関係を示す図である。すなわち、ｙ軸が│κ_１２│／ｋ_０を示し、横軸すなわちｘ軸が│ρ_Ｂ３／ρ_ＩＤＴ−１│を表す。

図１１から明らかなように、│κ_１２│／ｋ_０は０．０００３以上となるのは、│ρ_Ｂ３／ρ_ＩＤＴ−１│の０．３１４以上の条件であり、狭帯域のフィルタ特性を得るのに好適であることがわかる。

│κ_１２│／ｋ_０が０．００１以上となるのは、│ρ_Ｂ３／ρ_ＩＤＴ−１│が０．４６８以上の条件であり、中帯域のフィルタ特性を得ることができる。

│κ_１２│／ｋ_０が０．０１４以上となるのは、│ρ_Ｂ３／ρ_ＩＤＴ−１│が０．８０５以上の条件であり、広帯域のフィルタ特性に好適な│κ_１２│／ｋ_０を得ることができる。

上記実施形態では、第３の媒質５がＳｉＯ_２とされていたが、第３の媒質５を様々な材料で構成した場合、その密度ρ及び音響特性インピーダンスＺは下記の表７に示す通りである。従って、様々な金属を用いてＩＤＴ電極４を形成した場合、│Ｚ_Ｂ３／Ｚ_ＩＤＴ−１│が０．１２５以上となる金属と第３の媒質５を構成する材料との組み合わせは下記の表８に示す組み合わせを用いることができる。このように、ＩＤＴ電極４を構成する金属や、第３の媒質５を構成する材料を種々組み合わせ、式（１）を満たす弾性境界波装置１を構成することができる。

なお、本発明は、縦結合型の共振子型の弾性境界波フィルタに限定されず、共振子、ラダー型フィルタ、横結合共振子型フィルタ、反射型ＳＰＵＤＴを用いたトランスバーサル型フィルタ、弾性境界波光スイッチ、弾性境界波光フィルタなど、弾性境界波を用いた様々な装置に広く適用することができる。

また、第２の媒質３及び第３の媒質５を形成する前に、逆スパッタ、イオンビームミリング、ＲＩＥ、ウェットエッチング、研磨などにより薄化したり、スパッタや蒸着などの堆積法で追加成膜して厚化したりして、ＩＤＴ電極４の厚みや第３の媒質５の厚みを調整して周波数調整してもよい。
第２の媒質３と第１の媒質２の少なくとも一方が積層構造であってもよい。第２の媒質３は、ＳｉＯ_２の上にＳｉＮが積層された構造であってもよい。

第２の媒質３／第３の媒質５／ＩＤＴ電極４／第１の媒質２の積層構造外側に、弾性境界波装置１の強度を向上するためや腐食性ガスの侵入を防止するために、保護層を形成してもよい。場合によっては、積層構造をパッケージに封入してもよい。保護層は、ポリイミド樹脂もしくはエポキシ樹脂のような有機材料、酸化チタン、窒化アルミもしくは酸化アルミなどの無機絶縁材料またはＡｕ、ＡｌもしくはＷなどの金属膜により形成することができる。

Claims (3)

1. 第１の媒質と、
   前記第１の媒質に積層された第２の媒質と、
   前記第１，第２の媒質の境界に設けられており、複数本の電極指を含むＩＤＴ電極とを備え、弾性境界波を利用した弾性境界波装置であって、
   前記第２の媒質の音響特性インピーダンスをＺ_Ｂ２、前記ＩＤＴ電極の音響特性インピーダンスをＺ_ＩＤＴとしたときに、下記の式（１）の条件を満足する音響特性インピーダンスＺ_Ｂ３を有する第３の媒質が、前記ＩＤＴ電極の電極指間に、前記ＩＤＴ電極とは膜厚が異なるように設けられており、前記第３の媒質が前記ＩＤＴ電極を覆わずに、前記ＩＤＴ電極の電極指間に配置されていることを特徴とする、弾性境界波装置。
   │Ｚ_Ｂ３／Ｚ_ＩＤＴ−１│＜│Ｚ_Ｂ２／Ｚ_ＩＤＴ−１│ …式（１）
2. 前記第１の媒質が圧電体からなり、前記ＩＤＴ電極が、前記圧電体上に設けられている、請求項１に記載の弾性境界波装置。
3. 前記第２の媒質が酸化ケイ素からなり、前記第３の媒質が酸化タンタルからなる、請求項２に記載の弾性境界波装置。

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