JP4968334B2 - 弾性表面波装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば共振子や帯域フィルタとして用いられる弾性表面波装置に関し、より詳細には、圧電基板上の溝に充填された金属を用いてＩＤＴが形成されている構造を有する弾性表面波装置に関する。

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。例えば下記の特許文献１には、図３０に略図的に断面構造を示す弾性表面波装置１００１が開示されている。弾性表面波装置１００１では、ＬｉＴａＯ_３基板１００２の上面１００２ａに、複数本の溝１００２ｂが形成されている。複数本の溝１００２ｂに金属が充填されており、それによって該金属からなる複数本の電極指を有するＩＤＴ１００３が形成されている。ＬｉＴａＯ_３基板１００２の上面１００２ａを覆うように、ＳｉＯ_２膜１００４が積層されている。ＬｉＴａＯ_３基板１００２が負の周波数温度係数ＴＣＦを有するため、正の周波数温度係数ＴＣＦを有するＳｉＯ_２膜１００４が積層されて、弾性表面波装置１００１の周波数温度係数ＴＣＦの絶対値が小さくされている。また、複数本の溝１００２ｂに埋め込まれた金属を用いてＩＤＴを形成することにより、ＩＤＴにおいて大きな反射係数が得られるとされている。具体的には、表面波の波長をλとしたときに、溝１００２ｂに充填されたＡｌの厚み、すなわちＡｌからなるＩＤＴの厚みを０．０４λとした場合、電極指１本あたりの反射係数が０．０５とされ、電極厚みが大きいほど、大きな反射係数の得られることが示されている。

他方、下記の特許文献２には、図３１に示す弾性表面波装置が開示されている。弾性表面波装置１１０１では、ＬｉＴａＯ_３またはＬｉＮｂＯ_３からなる圧電基板１１０２上に、ＩＤＴ１１０３が形成されている。また、ＩＤＴ１１０３を覆うように保護膜１１０４が形成されている。他方、ＩＤＴ１１０３及び保護膜１１０４が形成されている部分を除く残りの領域には、ＩＤＴ１１０３及び保護膜１１０４を積層してなる積層金属膜の厚みと等しいＳｉＯ_２からなる第１絶縁物層１１０５が形成されている。そして、第１絶縁物層１１０５を覆うように、ＳｉＯ_２からなる第２絶縁物層１１０６が積層されている。ここでは、ＩＤＴ１１０３として、Ａｌよりも密度の大きい金属を用いることにより、反射係数の絶対値を大きくすることができ、所望でないリップルを抑圧し得ることが示されている。
ＷＯ２００６／０１１４１７Ａ１ 特開２００４−１１２７４８号公報

特許文献１に記載の弾性表面波装置１００１では、ＡｌからなるＩＤＴの厚みが大きいほど、反射係数の絶対値を大きくし得る旨が示されている。しかしながら、本願発明者は、単に反射係数の絶対値を大きくしただけでは、良好な共振特性が得られないことを見出した。すなわち、特許文献１に記載の弾性表面波装置では、Ａｌからなる電極の厚みを厚くすることにより、反射係数の絶対値を大きくし得るものの、反射係数の符号が負のため、通過帯域に多数のリップルが生じ、良好な共振特性が得られないことを見出した。

特許文献１では、ＩＤＴの厚みと反射係数との関係については、ＬｉＴａＯ_３基板上にＡｌからなるＩＤＴを用いた場合について説明されているにすぎない。なお、特許文献１の段落０１２９では、Ａｕなどの他の金属を用いてＩＤＴを形成してよい旨が示唆されているが、この記載は、ＬｉＮｂＯ_３基板を用いた場合に、Ａｕなどの他の金属を用いてよいと記載されているにすぎない。すなわち、特許文献１には、ＬｉＴａＯ_３基板を用いた場合に、Ａｌ以外の金属を用いてＩＤＴを形成してもよい旨の示唆は存在しない。

他方、特許文献２では、上記のように、Ａｌよりも密度の大きい金属からなるＩＤＴを用いた場合に、反射係数の絶対値を高め得る旨は示されているものの、特許文献２では、反射係数の絶対値を高めてリップルを抑圧し得る旨が単に示されているにすぎず、反射係数の符号についての示唆は存在しない。また、特許文献２に記載の弾性表面波装置においても、電気機械結合係数ｋ^２が小さいという問題があった。

本発明の目的は、従来技術の欠点を解消し、圧電基板としてＬｉＴａＯ_３基板を用いており、しかも、ＩＤＴの反射係数が十分に大きいだけでなく、その符号が正であり、さらに電気機械結合係数ｋ^２が大きく、良好な共振特性やフィルタ特性を得ることができる、弾性表面波装置を提供することにある。

本発明によれば、ＬｉＴａＯ_３基板からなり、上面に複数本の溝が形成されている圧電基板と、前記圧電基板の上面の複数本の溝に充填された金属からなる複数本の電極指を有するＩＤＴとを備えており、前記金属の密度をρ（ｋｇ／ｍ^３）、スティフネスをＣ_４４（Ｎ／ｍ^２）としたときに、前記金属が下記の式（１）で示す条件を満たすことを特徴とする、弾性表面波装置が提供される。

（ρ^３×Ｃ_４４）^１／２＞１．９５×１０^１１ … 式（１）
上記金属としては、Ｍｏ、Ｔａ、Ａｕ及びＰｔからなる群から選択した少なくとも１種の金属または該金属を主成分とする合金が用いられる。それによって、ＩＤＴの反射係数を確実に正の値とし、しかも十分にその絶対値を大きくすることができ、大きな電気機械結合係数ｋ^２を実現することができる。

なお、ＩＤＴを構成する金属は、単一の金属である必要は必ずしもない。本発明の他の広い局面では、ＬｉＴａＯ _３ 基板からなり、上面に複数本の溝が形成されている圧電基板と、前記圧電基板の上面の複数本の溝に充填された金属からなる複数本の電極指を有するＩＤＴとを備えており、前記ＩＤＴがＡｌ、Ａｕ、Ｔａ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ｎｉ及びＭｏからなる群から選択された複数の金属のそれぞれからなる複数の金属膜を積層している積層金属膜からなり、前記積層金属膜を構成する各金属膜の膜厚Ｔと各金属膜を構成している金属の密度との積の総和を、前記積層金属膜を構成する各金属膜の膜厚Ｔの総和で除算して得られた商を平均密度とし、該平均密度を前記ρ（ｋｇ／ｍ ^３ ）とし、前記積層金属膜を構成する各金属膜の膜厚Ｔと各金属膜を構成している金属のスティフネスとの積の総和を、前記積層金属膜を構成する各金属膜の膜厚Ｔの総和で除算して得られた商である平均スティフネスを前記Ｃ _４４ （Ｎ／ｍ ^２ ）としたときに、前記式（１）を満たしていることを特徴とする、弾性表面波装置が提供される。この場合には、前記積層金属膜を構成する各金属膜の膜厚Ｔと各金属膜を構成している金属の密度との積の総和を、前記積層金属膜を構成する各金属膜の膜厚Ｔの総和で除算して得られた商を平均密度とし、該平均密度を前記ρ（ｋｇ／ｍ^３）とし、前記積層金属膜を構成する各金属膜の膜厚Ｔと各金属膜を構成している金属のスティフネスとの積の総和を、前記積層金属膜を構成する各金属膜の膜厚Ｔの総和で除算して得られた商である平均スティフネスを前記Ｃ_４４（Ｎ／ｍ^２）としたときに、前記式（１）を満たしておればよい。

また、本発明に係る弾性表面波装置では、好ましくは、前記ＩＤＴ及び前記圧電基板を覆っている、ＳｉＯ_２あるいはＳｉＯ_２を主成分とする無機材料からなる誘電体膜がさらに備えられている。この場合には、ＳｉＯ_２あるいはＳｉＯ_２を主成分とする無機材料からなる誘電体膜の周波数温度係数が正の値であり、ＬｉＴａＯ_３の周波数温度係数ＴＣＦが負の値であるため、全体として周波数温度係数ＴＣＦの絶対値が小さい弾性表面波装置を提供することができる。

本発明に係る弾性表面波装置では、好ましくは、弾性表面波の波長をλとした場合、前記誘電体膜のλで規格化してなる規格化膜厚が０．０５以上、０．３以下とされている。この場合には、より一層大きく、かつ正の反射係数と、大きな電気機械結合係数ｋ^２とを得ることができる。

また、好ましくは、前記ＬｉＴａＯ_３基板のカット角が、オイラー角で（０°±１０°，７０°〜１８０°，０°±１０°）であるとされている。この場合には、レイリー波及びＳＨ波を利用して、本発明に従って、大きな正の反射係数を有し、しかも電気機械結合係数ｋ^２の大きい弾性表面波装置を提供することができる。
（発明の効果）

本発明によれば、ＬｉＴａＯ_３基板の上面の溝に充填された金属からなる複数本の電極指を有するＩＤＴにおいて、金属が上述した式（１）を満たすため、ＩＤＴの反射係数の絶対値が単に大きいだけでなく、反射係数が正の値であり、大きな電気機械結合係数ｋ^２を得ることができる。よって、弾性表面波装置の共振特性やフィルタ特性において通過帯域内のリップルを抑圧でき、良好な周波数特性を得ることができる。

図１（ａ）及び（ｂ）は、本発明の一実施形態に係る弾性表面波装置の要部を示す模式的部分正面断面図であり、（ｂ）は該弾性表面波装置の模式的平面図である。 図２は、図１に示した実施形態において、ＩＤＴの反射係数が０．１３である場合のインピーダンス位相特性及び周波数位相特性を示す図である。 図３は、比較のために用意したＩＤＴの反射係数γが−０．１３である場合の弾性表面波装置のインピーダンス周波数特性及び位相周波数特性を示す図である。 図４は、図１に示した実施形態において、ＩＤＴの反射係数が０．０９である場合のインピーダンス位相特性及び周波数位相特性を示す図である。 図５は、比較のために用意したＩＤＴの反射係数γが−０．０９である場合の弾性表面波装置のインピーダンス周波数特性及び位相周波数特性を示す図である。 図６は、ＳｉＯ_２膜の規格化膜厚が０．２であり、オイラー角が（０°，１２６°，０°）のＬｉＴａＯ_３基板の上面に各種金属からなるＩＤＴが形成されている弾性表面波装置のＩＤＴの規格化膜厚Ｈ／λと、電気機械結合係数ｋ^２との関係を示す図である。 図７は、ＳｉＯ_２膜の規格化膜厚が０．２５であり、オイラー角が（０°，１２６°，０°）のＬｉＴａＯ_３基板の上面に各種金属からなるＩＤＴが形成されている弾性表面波装置のＩＤＴの規格化膜厚Ｈ／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、ＳｉＯ_２膜の規格化膜厚が０．３であり、オイラー角が（０°，１２６°，０°）のＬｉＴａＯ_３基板の上面に各種金属からなるＩＤＴが形成されている弾性表面波装置のＩＤＴの規格化膜厚Ｈ／λと、電気機械結合係数ｋ^２との関係を示す図である。 図９は、ＳｉＯ_２膜の規格化膜厚が０．０５であり、オイラー角が（０°，１２６°，０°）のＬｉＴａＯ_３基板の上面の溝に各種金属が充填されてＩＤＴが形成されている弾性表面波装置において、ＩＤＴの規格化膜厚Ｈ／λと電気機械結合係数ｋ^２との関係を示す図である。 図１０は、ＳｉＯ_２膜の規格化膜厚が０．１であり、オイラー角が（０°，１２６°，０°）のＬｉＴａＯ_３基板の溝に各種金属が充填されてＩＤＴが形成されている弾性表面波装置において、ＩＤＴの規格化膜厚Ｈ／λと電気機械結合係数ｋ^２との関係を示す図である。 図１１は、ＳｉＯ_２膜の規格化膜厚が０．１５であり、オイラー角が（０°，１２６°，０°）のＬｉＴａＯ_３基板の上面の溝に各種金属が充填されてＩＤＴが形成されている弾性表面波装置において、ＩＤＴの規格化膜厚Ｈ／λと電気機械結合係数ｋ^２との関係を示す図である。 図１２は、ＳｉＯ_２膜の規格化膜厚が０．２５であり、オイラー角が（０°，１２６°，０°）のＬｉＴａＯ_３基板の上面の溝に各種金属が充填されてＩＤＴが形成されている弾性表面波装置において、ＩＤＴの規格化膜厚Ｈ／λと電気機械結合係数ｋ^２との関係を示す図である。 図１３は、ＳｉＯ_２膜の規格化膜厚が０．３であり、オイラー角が（０°，１２６°，０°）のＬｉＴａＯ_３基板の上面の溝に各種金属が充填されてＩＤＴが形成されている弾性表面波装置において、ＩＤＴの規格化膜厚Ｈ／λと電気機械結合係数ｋ^２との関係を示す図である。 図１４は、ＳｉＯ_２膜の規格化膜厚が０．０５であり、ＬｉＴａＯ_３基板の上面の溝に各種金属が充填されてＩＤＴが形成されている弾性表面波装置におけるＩＤＴの規格化膜厚Ｈ／λと反射係数との関係を示す図である。 図１５は、ＳｉＯ_２膜の規格化膜厚が０．１であり、オイラー角が（０°，１２６°，０°）のＬｉＴａＯ_３基板の上面の溝に各種金属が充填されてＩＤＴが形成されている弾性表面波装置におけるＩＤＴの規格化膜厚Ｈ／λと反射係数との関係を示す図である。 図１６は、ＳｉＯ_２膜の規格化膜厚が０．１５であり、オイラー角が（０°，１２６°，０°）のＬｉＴａＯ_３基板の上面の溝に各種金属が充填されてＩＤＴが形成されている弾性表面波装置におけるＩＤＴの規格化膜厚Ｈ／λと反射係数との関係を示す図である。 図１７は、ＳｉＯ_２膜の規格化膜厚が０．２５であり、オイラー角が（０°，１２６°，０°）のＬｉＴａＯ^３基板の上面の溝に各種金属が充填されてＩＤＴが形成されている弾性表面波装置におけるＩＤＴの規格化膜厚Ｈ／λと反射係数との関係を示す図である。 図１８は、ＳｉＯ_２膜の規格化膜厚が０．３であり、オイラー角が（０°，１２６°，０°）のＬｉＴａＯ_３基板の上面の溝に各種金属が充填されてＩＤＴが形成されている弾性表面波装置におけるＩＤＴの規格化膜厚Ｈ／λと反射係数との関係を示す図である。 図１９は、オイラー角（０°，１２６°，０°）のＬｉＴａＯ_３基板の上面の複数本の溝に各種金属を充填して規格化膜厚が０．００５であるＩＤＴが形成されている弾性表面波装置におけるＳｉＯ_２膜の規格化膜厚と、反射係数との関係を示す図である。 図２０は、オイラー角（０°，１２６°，０°）のＬｉＴａＯ_３基板の上面の複数本の溝に各種金属を充填して規格化膜厚が０．０３であるＩＤＴが形成されている弾性表面波装置におけるＳｉＯ_２膜の規格化膜厚と、反射係数との関係を示す図である。 図２１は、オイラー角（０°，１２６°，０°）のＬｉＴａＯ_３基板の上面の複数本の溝に各種金属を充填して規格化膜厚が０．０５であるＩＤＴが形成されている弾性表面波装置におけるＳｉＯ_２膜の規格化膜厚と、反射係数との関係を示す図である。 図２２は、オイラー角（０°，１２６°，０°）のＬｉＴａＯ_３基板の上面の複数本の溝に各種金属が充填されて規格化膜厚が０．００５のＩＤＴが形成されており、さらにＳｉＯ_２膜が積層されている弾性表面波装置のＳｉＯ_２膜の規格化膜厚と、電気機械結合係数ｋ^２との関係を示す図である。 図２３は、オイラー角（０°，１２６°，０°）のＬｉＴａＯ_３基板の上面の複数本の溝に各種金属が充填されて規格化膜厚が０．０３のＩＤＴが形成されており、さらにＳｉＯ_２膜が積層されている弾性表面波装置のＳｉＯ_２膜の規格化膜厚と、電気機械結合係数ｋ^２との関係を示す図である。 図２４は、オイラー角（０°，１２６°，０°）のＬｉＴａＯ_３基板の上面の複数本の溝に各種金属が充填されて規格化膜厚が０．０５のＩＤＴが形成されており、さらにＳｉＯ_２膜が積層されている弾性表面波装置のＳｉＯ_２膜の規格化膜厚と、電気機械結合係数ｋ^２との関係を示す図である。 図２５は、オイラー角（０°，９０°，０°）のＬｉＴａＯ_３基板を用い、該ＬｉＴａＯ_３基板の上面の複数本の溝に各種金属が充填されており、さらにＳｉＯ_２膜が規格化膜厚０．２５の厚みに形成されている弾性表面波装置における、ＩＤＴの規格化膜厚Ｈ／λと反射係数との関係を示す図である。 図２６は、オイラー角（０°，１１０°，０°）のＬｉＴａＯ_３基板を用い、該ＬｉＴａＯ_３基板の上面の複数本の溝に各種金属が充填されており、さらにＳｉＯ_２膜が規格化膜厚０．２５の厚みに形成されている弾性表面波装置における、ＩＤＴの規格化膜厚Ｈ／λと反射係数との関係を示す図である。 図２７は、オイラー角（０°，１５０°，０°）のＬｉＴａＯ_３基板を用い、該ＬｉＴａＯ_３基板の上面の複数本の溝に各種金属が充填されており、さらにＳｉＯ_２膜が規格化膜厚０．２５の厚みに形成されている弾性表面波装置における、ＩＤＴの規格化膜厚Ｈ／λと反射係数との関係を示す図である。 図２８は、オイラー角（０°，１７０°，０°）のＬｉＴａＯ_３基板を用い、該ＬｉＴａＯ_３基板の上面の複数本の溝に各種金属が充填されており、さらにＳｉＯ_２膜が規格化膜厚０．２５の厚みに形成されている弾性表面波装置における、ＩＤＴの規格化膜厚Ｈ／λと反射係数との関係を示す図である。 図２９は、各種金属元素と表１に示すＡ値との値を示す図である。 図３０は、従来の弾性表面波装置の一例を説明するための模式的正面断面図である。 図３１は、従来の弾性表面波装置の他の例を示す部分切欠正面断面図である。

符号の説明

１…弾性表面波装置
２…ＬｉＴａＯ_３基板
２ａ…上面
２ｂ…溝
３…ＩＤＴ
４…ＳｉＯ_２膜
５，６…反射器

以下、図面を参照しつつ、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（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係る弾性表面波装置のＩＤＴが形成されている部分の模式的部分正面断面図であり、（ｂ）は、該弾性表面波装置の模式的平面図である。

図１（ａ）に示すように、弾性表面波装置１は、ＬｉＴａＯ_３基板２を有する。ＬｉＴａＯ_３基板２の上面２ａには、複数本の溝２ｂが形成されている。複数本の溝２ｂに金属を充填することにより、複数本の電極指を有するＩＤＴ３が形成されている。このＩＤＴ３の上面と、ＬｉＴａＯ_３基板２の上面２ａは面一とされている。

上面２ａ及びＩＤＴ３を覆うように、ＳｉＯ_２膜４が形成されている。

図１（ｂ）に示すように、弾性表面波装置１は、上記ＩＤＴ３と、ＩＤＴ３の表面波伝搬方向両側に配置された第１，第２の反射器５，６とを有する、１ポート型の弾性表面波共振子である。なお、反射器５，６は、それぞれ、複数本の電極指の両端を短絡してなるグレーティング反射器である。

上記反射器５，６も、ＩＤＴ３と同様に、ＬｉＴａＯ_３基板２の上面２ａに設けられた複数本の溝に同じ金属を充填することにより形成されている。従って、反射器５，６においても、電極表面とＬｉＴａＯ_３基板２の上面２ａとが略面一にされている。よって、ＳｉＯ_２膜４の上面は、弾性表面波装置１の全体にわたり略平坦化されている。

ＬｉＴａＯ_３基板２の周波数温度係数ＴＣＦは負の値であるが、ＳｉＯ_２膜４の周波数温度係数ＴＣＦは正の値であるため、全体として周波数温度係数ＴＣＦの絶対値が小さくされている。従って、弾性表面波装置１では、温度変化による周波数特性の変化が小さい。

本実施形態の弾性表面波装置１の特徴は、上記ＩＤＴを構成している金属の密度をρ（ｋｇ／ｍ^３）、スティフネスをＣ_４４（Ｎ／ｍ^２）としたときに、上記金属が下記の式（１）を満たしていることにある。

（ρ^３×Ｃ_４４）^１／２＞１．９５×１０^１１ … 式（１）
それによって、本実施形態の弾性表面波装置１では、ＩＤＴ３の反射係数の絶対値が大きくされているだけでなく、反射係数が正の値であり、大きな電気機械結合係数ｋ^２を得ることができ、リップルの少ない良好な共振特性を得ることができる。

従来、弾性表面波装置では、ＩＤＴの反射係数の絶対値が大きくなればよいことが認識されていたが、反射係数の極性については注意が払われていなかった。しかしながら、本願発明者は、反射係数の極性が負の値である場合には、リップルが発生し、良好な共振特性やフィルタ特性の得られないことを見出した。これを、以下において、具体的な実験例に基づき説明する。

図２は、上記実施形態において、ＩＤＴの反射係数γを０．１３とした場合のインピーダンス周波数特性及び位相周波数特性を示す図である。ここでは、オイラー角（０°，１２６°，０°）のＬｉＴａＯ_３基板上に、０．０５λの深さの溝２ｂを溝幅が約０．５μｍとなるように形成した。この複数本の溝に電極材料として金（Ａｕ）を充填し、対数が１００対であり、交叉幅が３０μｍであるＩＤＴ３を形成した。また、反射器５，６も、電極指の幅及び電極厚みはＩＤＴ３と同様とし、反射器における電極指の本数は各１００本とした。このようにして作製した弾性表面波装置１では、ＩＤＴの電極指の反射係数は０．１３である。

他方、比較のために、ＬｉＴａＯ_３基板の溝に充填される金属をＡｌに変更し、ＩＤＴの反射係数γ＝−０．１３とし、反射器５，６における反射係数もγ＝−０．１３とした弾性表面波装置を作製した。このようにして得られた第１の比較例の弾性表面波装置のインピーダンス周波数特性及び位相周波数特性を図３に示す。

図２と図３を比較すれば明らかなように、第１の比較例の弾性表面波装置では、通過帯域内において、多数のリップルが現れているのに対し、上記実施形態では、このようなリップルは現れておらず、良好な共振特性を得られていることがわかる。

また、上記Ａｕの膜厚を０．０５λから０．３λに変更し、反射係数γが０．０９である実施形態の弾性表面波装置を作製し、インピーダンス周波数特性及び位相周波数特性を測定した。結果を図４に示す。

また比較のために、ＩＤＴ及び反射器を構成する金属をＡｌに変更し、反射係数γを−０．０９としたことを除いては、上記と同様にして構成された弾性表面波装置を第２の比較例として用意した。第２の比較例の弾性表面波装置のインピーダンス周波数特性及び位相周波数特性を図５に示す。

図５から明らかなように、通過帯域内において多数のリップルが現れているのに対し、図４に示す実施形態では、このようなリップルが現れていないことがわかる。

従って、図２と図３との比較及び図４と図５との比較から明らかなように、ＩＤＴ３の反射係数の極性が負である場合には、通過帯域内において所望でない複数のリップルが現れているのに対し、反射係数γが正の値である上記実施形態では、このような複数のリップルが現れておらず、良好な共振特性の得られていることがわかる。

他方、図６〜図８は、図３１に示した従来の弾性表面波装置１１０１と同様に、ＬｉＴａＯ_３基板１００２の上面に、金属からなるＩＤＴが形成されており、該ＩＤＴを覆うようにかつ上面が平坦なＳｉＯ_２膜が形成されている第３の比較例の弾性表面波装置におけるＩＤＴの規格化膜厚と電気機械結合係数ｋ^２との関係を示す各図である。なお、ＬｉＴａＯ_３のオイラー角は（０°，１２６°，０°）である。なお、規格化膜厚は、厚みを弾性表面波の波長λで除算して得られる値である。図６では、ＳｉＯ_２膜の規格化膜厚が０．２である場合の結果を示し、図７はＳｉＯ_２の規格化膜厚が０．２５である場合の結果を示し、図８はＳｉＯ_２膜の規格化膜厚が０．３である場合の結果を示す。

また、図９〜図１３は、図１（ａ）と同様に、ＬｉＴａＯ_３基板の上面に形成された複数本の溝に金属を充填してＩＤＴが形成されており、かつＳｉＯ_２膜がＬｉＴａＯ_３基板上に積層されている構造の弾性表面波装置において、ＩＤＴの規格化膜厚と電気機械結合係数ｋ^２との関係を示す図である。ここでは、ＬｉＴａＯ_３基板のオイラー角は（０°，１２６°，０°）である。図９〜図１３は、それぞれ、ＳｉＯ_２の規格化膜厚が０．０５、０．１、０．１５、０．２５、０．３の場合の結果を示す。

図６〜図８の結果と、図９〜図１３の結果とを比較すれば明らかなように、ＬｉＴａＯ_３基板の上面に形成された複数本の溝に金属を埋め込んだ場合、すなわち図９〜図１３では、電気機械結合係数ｋ^２を大きくし得ることがわかる。特に、図９〜図１３の結果から、ＬｉＴａＯ_３基板の上面に設けられた溝に金属を充填することにより形成されたＩＤＴの場合には、ＳｉＯ_２膜の膜厚が厚くなったとしても、電気機械結合係数ｋ^２の低下が少ないことがわかる。

従って、大きな電気機械結合係数ｋ^２を得るには、上記実施形態のように、ＬｉＴａＯ_３基板上に設けられた複数本の溝に金属材料を充填して複数本の電極指が形成されているＩＤＴが望ましいことがわかる。

他方、図１４〜図１８は、図９〜図１３と同様に、オイラー角（０°，１２６°，０°）のＬｉＴａＯ_３基板の上面に設けられた複数本の溝に各種金属を充填して複数本の電極指が形成されているＩＤＴを有し、上面にＳｉＯ_２膜が様々な規格化膜厚で積層されている弾性表面波装置におけるＩＤＴの規格化膜厚Ｈ／λと、反射係数との関係を示す図であり、図１４〜図１８は、それぞれ、ＳｉＯ_２膜の規格化膜厚が０．０５、０．１、０．１５、０．２５及び０．３の場合の結果を示す。

図１４〜図１８から明らかなように、ＩＤＴを構成する金属として、Ａｌを用いた場合、並びにＡｇやＣｕを用いた場合、反射係数の値は、負の値となったり、正の値であってもその絶対値が比較的小さいことがわかる。しかも、ＩＤＴの規格化膜厚を厚くした場合、Ａｌ、ＡｇまたはＣｕを用いた場合、反射係数が正の値側から負の値側にシフトしていくことがわかる。

これに対して、Ａｇよりも重い金属を用いた場合には、ＳｉＯ_２膜の膜厚及びＩＤＴの膜厚の如何にかかわらず、反射係数を正の値とし、かつ反射係数の絶対値を、ＩＤＴの規格化膜厚を大きくするに従って大きくし得ることがわかる。

従って、図１４〜図１８の結果から、Ａｇよりも重い、Ｍｏ、Ｔａ、Ａｕ、Ｐｔ及びＷからなる群から選択した金属を用いることが望ましいことがわかる。すなわち、これらの金属からなる群から選択した少なくとも１種の金属または該金属を主成分とする合金を用いれば、反射係数を正の値とし、かつ反射係数の絶対値を、ＩＤＴの規格化膜厚を厚くすることにより大きくし得ることがわかる。

また、図１９〜図２１は、オイラー角（０°，１２６°，０°）のＬｉＴａＯ_３基板の上面に設けられた複数本の溝に各種金属を充填してＩＤＴを形成し、さらにＳｉＯ_２膜を積層した構造において、ＳｉＯ_２膜の規格化膜厚と、反射係数との関係を示す各図であり、図１９〜図２１は、それぞれ、ＩＤＴの規格化膜厚が０．００５、０．０３及び０．０５の場合の結果を示す。

図１９〜図２１から明らかなように、ＩＤＴの規格化膜厚が０．００５、０．０３及び０．０５のいずれの場合においても、ＳｉＯ_２膜の膜厚を変化させたとしても、図１４〜図１８の場合と同様に、Ａｌ、ＣｕまたはＡｇを用いた場合には、反射係数が正の値の場合には小さく、また場合によっては負の値になることがわかる。これに対して、Ａｇよりも重い上記各種金属を用いた場合には、反射係数がＳｉＯ_２膜の膜厚を変化させたとしても正の値であり、かつＳｉＯ_２膜の膜厚を厚くしたとしても、反射係数はさほど低下しないことがわかる。

よって、図１４〜図１８及び図１９〜図２１から明らかなように、ＳｉＯ_２膜の膜厚を変化させた場合であっても、Ａｇよりも重い金属を用いてＩＤＴを形成した場合、正の反射係数であり、かつ絶対値の大きな反射係数を得ることができることがわかる。

また、図２２〜図２４は、オイラー角（０°，１２６°，０°）のＬｉＴａＯ_３基板の上面に設けられた複数本の溝に各種金属を充填してＩＤＴを形成し、さらにＳｉＯ_２膜を積層した構造において、ＳｉＯ_２膜の規格化膜厚と、電気機械結合係数との関係を示す各図であり、図２２〜図２４は、それぞれ、ＩＤＴの規格化膜厚が０．００５、０．０３及び０．０５の場合の結果を示す。ＳｉＯ_２膜を積層した構造では、ＳｉＯ_２膜の積層により電気機械結合係数ｋ^２は低下しがちであるのが普通であるが、ＩＤＴをＡｇよりも重い金属を用いて形成した上記構造では、図２２〜図２４から明らかなように、電気機械結合係数ｋ^２の低下も生じ難い。すなわち、十分大きな電気機械結合係数ｋ^２を得ることができる。

図２５は、オイラー角を（０°，９０°，０°）と変更したことを除いては、図６〜図２４に示した実験例の場合と同様に、ＬｉＴａＯ_３基板の上面に形成された複数本の溝に各種金属を充填し、さらにＳｉＯ_２膜を積層した弾性表面波装置において、各種金属からなるＩＤＴの規格化膜厚Ｈ／λを変化させた場合の反射係数の変化を示す図である。ここでは、ＳｉＯ_２膜の規格化膜厚は０．２５とした。

図２５から明らかなように、オイラー角を（０°，９０°，０°）に変更したとしても、図６〜図２４に示した結果の場合と同様に、Ａｇよりも重い金属を用いた場合には、反射係数が正の値であり、しかもＩＤＴの規格化膜厚Ｈ／λを厚くすることにより反射係数の絶対値を大きくし得ることがわかる。

よって、オイラー角（０°，１２６°，０°）の場合だけでなく、オイラー角（０°，９０°，０°）の場合においても、上記実施形態と同様の結果が得られることがわかる。

また、図２６〜図２８は、オイラー角（０°，１１０°，０°）、（０°，１５０°，０°）及び（０°，１７０°，０°）のＬｉＴａＯ_３基板を用いた場合に、ＩＤＴの規格化膜厚を変化させた場合の反射係数の変化を示す図である。なお、ＳｉＯ_２膜の膜厚は、いずれも０．２５とした。

図２６〜図２８から明らかなように、オイラー角を（０°，１２６°，０°）や（０°，９０°，０°）だけでなく、（０°，１１０°，０°）、（０°，１５０°，０°）及び（０°，１７０°，０°）の場合においても、同様にＡｇよりも重い金属を用いた場合に反射係数を正の値とし、かつＩＤＴの膜厚が増加するにつれて反射係数の絶対値を大きくし得ることがわかる。

すなわち、オイラー角に依存せずに、ＬｉＴａＯ_３基板上に形成された複数本の溝にＡｇよりも重い金属を充填してＩＤＴを形成すれば、上記実施形態と同様に、反射係数を正の値とし、しかも反射係数の絶対値を大きくし、かつ電気機械結合係数ｋ^２を高め得ることがわかる。

なお、上記実施形態において、金属が式（１）を満たすことが必要である旨を規定したのは、Ａｇよりも単に重い金属を用いればよいのではなく、上記式（１）を満たす範囲であればよいからである。すなわち、図６〜図２４では、密度が１０２１９ｋｇ／ｍ^３とＡｇの密度１０５００ｋｇ／ｍ^３よりも小さいＭｏの場合にも良好な結果が得られている。すなわち、Ｍｏを用いた場合には、反射係数が、Ａｇを用いた場合の反射係数よりも絶対値が大きく、かつ正の反射係数を得ることができる。従って、上記金属の密度だけでなく、他のパラメータを種々を検討した。その結果、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｍｏ、Ａｕ、Ｔａ、Ｐｔ及びＷの密度及びスティフネスＣ_４４及び式（１）の左辺であるＡ＝（ρ^３×Ｃ_４４）^１／２＞１．９５×１０^１１は、下記の表１に示す関係及び図２９に示す関係があるため、上記Ａ値を１．９５×１０^１１よりも大きく、すなわち前述した式（１）を満たす金属を用いればよいことを見出した。

なお、前述したように、本願発明では、ＬｉＴａＯ_３のオイラー角（φ，θ，ψ）は特に限定されない旨を示したが、表面波として、レイリー波及びＳＨ波を利用するには、オイラー角のφが０°±１０°の範囲、θが７０°〜１８０°の範囲、ψが０°±１０°の範囲とすることが望ましい。すなわち、オイラー角で（０°±１０°，７０°〜１８０°，０°±１０°）の範囲とすることにより、レイリー波及びＳＨ波を好適に用いることができる。より具体的には、（０°±１０°，９０°〜１８０°，０°±１０°）でＳＨ波をより好適に利用することができる。

また、ＬＳＡＷ波を用いてもよく、その場合には、オイラー角は（０°±１０°，１１０°〜１６０°，０°±１０°）の範囲とすればよい。また、上記実施形態では、１ポート型ＳＡＷ共振子の電極構造を示したが、本発明の弾性表面波装置は、他の共振器構造あるいは他の共振器型弾性表面波フィルタに広く適用することができる。

Claims (5)

1. ＬｉＴａＯ_３基板からなり、上面に複数本の溝が形成されている圧電基板と、
   前記圧電基板の上面の複数本の溝に充填された金属からなる複数本の電極指を有するＩＤＴとを備えており、前記金属が、Ｍｏ、Ｔａ、Ａｕ及びＰｔからなる群から選択した少なくとも１種の金属または該金属を主成分とする合金であり、
   前記金属の密度をρ（ｋｇ／ｍ^３）、スティフネスをＣ_４４（Ｎ／ｍ^２）としたときに、前記金属が下記の式（１）で示す条件を満たすことを特徴とする、弾性表面波装置。
   （ρ^３×Ｃ_４４）^１／２＞１．９５×１０^１１ … 式（１）
2. ＬｉＴａＯ_３基板からなり、上面に複数本の溝が形成されている圧電基板と、
   前記圧電基板の上面の複数本の溝に充填された金属からなる複数本の電極指を有するＩＤＴとを備えており、
   前記ＩＤＴがＡｌ、Ａｕ、Ｔａ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ｎｉ及びＭｏからなる群から選択された複数の金属のそれぞれからなる複数の金属膜を積層している積層金属膜からなり、
   前記積層金属膜を構成する各金属膜の膜厚Ｔと各金属膜を構成している金属の密度との積の総和を、前記積層金属膜を構成する各金属膜の膜厚Ｔの総和で除算して得られた商を平均密度とし、該平均密度を前記ρ（ｋｇ／ｍ^３）とし、前記積層金属膜を構成する各金属膜の膜厚Ｔと各金属膜を構成している金属のスティフネスとの積の総和を、前記積層金属膜を構成する各金属膜の膜厚Ｔの総和で除算して得られた商である平均スティフネスを前記Ｃ_４４（Ｎ／ｍ^２）としたときに、下記の式（１）を満たしていることを特徴とする、弾性表面波装置。
   （ρ ^３ ×Ｃ _４４ ） ^１／２ ＞１．９５×１０ ^１１ … 式（１）
3. 前記ＩＤＴ及び前記圧電基板を覆っている、ＳｉＯ_２あるいはＳｉＯ_２を主成分とする無機材料からなる誘電体膜をさらに備える、請求項１または２に記載の弾性表面波装置。
4. 弾性表面波の波長をλとした場合、前記誘電体膜のλで規格化してなる規格化膜厚が０．０５以上、０．３以下である、請求項３に記載の弾性表面波装置。
5. 前記ＬｉＴａＯ_３基板のカット角が、オイラー角で（０°±１０°，７０°〜１８０°，０°±１０°）である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の弾性表面波装置。

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