JP5176863B2 - 弾性波装置 - Google Patents

Description

本発明は、共振子や帯域フィルタなどに用いられる弾性波装置に関し、より詳細には、圧電基板上に複数の弾性波素子が構成されている弾性波装置に関する。

従来、弾性表面波や弾性境界波などの弾性波を利用した弾性波装置が、共振子や帯域フィルタなどに用いられている。

たとえば下記の特許文献１には、ＬｉＮｂＯ_３基板上に、ＩＤＴ電極及びＳｉＯ_２膜をこの順序で積層してなる弾性境界波装置が開示されている。ここでは、ＬｉＮｂＯ_３基板とＳｉＯ_２膜との界面において、弾性境界波が励振される。そして、ＩＤＴ電極の規格化膜厚、ＳｉＯ_２膜の膜厚及びＬｉＮｂＯ_３基板のカット角すなわちオイラー角のθを所定の範囲とすることにより、スプリアスとなるストンリー波を抑圧することができると記載されている。
特開２００７−２６７３６６号公報

上記のように、特許文献１に記載の弾性境界波装置では、スプリアスとなるストンリー波を抑圧することができるとされている。

他方、携帯電話機のＲＦ段の帯域フィルタなどでは、複数の弾性波共振子を接続することにより、帯域フィルタが構成されている。このようなフィルタでは、小型化を図るために、一つの圧電基板上に特性が異なる複数の弾性境界波素子や複数の弾性表面波素子を形成することが多い。

特性が異なる複数の弾性波素子では、たとえば周波数特性が異なる複数の弾性波素子では、ＩＤＴ電極における電極指ピッチで定まる波長やデューティが異なる。この場合、ストンリー波を抑圧するための電極の規格化膜厚、ＳｉＯ_２膜の膜厚及びＬｉＮｂＯ_３基板のオイラー角のθの最適範囲は弾性波素子によって異なることとなる。

従って、同じ圧電基板上において、一つの弾性波素子において特許文献１に記載のようにオイラー角のカット角θなどを最適な範囲として、ストンリー波によるスプリアスを抑圧することができたとしても、特性の異なる残りの弾性波素子ではスプリアスを効果的に抑圧することができなかった。

本発明の目的は、上述した従来技術の現状に鑑み、同一圧電基板上に複数の弾性波素子が形成されている弾性波装置において、複数の弾性波素子のそれぞれにおいてスプリアスを効果的に抑圧することが可能とされている弾性波装置を提供することにある。

圧電単結晶からなり、上面が、残りの部分に対して傾斜された傾斜面部を有し、傾斜面部以外の部分である平坦部とを有する圧電基板と、前記圧電基板の前記上面の前記平坦部に設けられており、かつ第１のＩＤＴ電極を有する第１の弾性波素子と、前記圧電基板の前記上面の前記傾斜面部に設けられており、かつ第２のＩＤＴ電極を有し、前記第１の弾性波素子とは特性が異なる第２の弾性波素子とを備える、弾性波装置が提供される。

本発明においては第１の弾性波素子と第２の弾性波素子との特性が異なるが、このような特性の相違は様々な構造により実現され得る。

本発明のある特定の局面では、前記第１の弾性波素子と前記第２の弾性波素子とにおいて、電極指ピッチで定まる波長λ、デューティ及び伝搬角ψの内の少なくとも１つが異なっている。また、本発明の他の特定の局面では、前記第１の弾性波素子における第１のＩＤＴ電極の電極指ピッチで定まる波長と、前記第２の弾性波素子の第２のＩＤＴ電極の電極指ピッチで定まる波長とが異なっている。

また、本発明に係る弾性波装置のさらに別の特定の局面によれば前記圧電基板の前記上面を覆うように設けられた誘電体層がさらに備えられており、前記第１，第２の弾性波素子のＩＤＴ電極が前記圧電基板と前記誘電体層との界面に形成されており、弾性波として弾性境界波が励振される。この場合には、圧電基板上に構成された特性の異なる第１，第２の弾性波素子として弾性境界波素子を形成した構造において、第１，第２の弾性境界波素子の双方においてスプリアスを効果的に抑圧することができる。

本発明に係る弾性波装置の他の特定の局面では、弾性波として弾性表面波が励振される。この場合には、本発明に従って、第１，第２の弾性波素子として弾性表面波素子が構成されている弾性波装置を提供することができる。

本発明によれば、圧電基板上において、傾斜面部以外の平坦部に第１の弾性波素子が形成されており、傾斜面部に第２の弾性波素子が形成されているので、傾斜面部の傾斜角度を調整することにより、第１，第２の弾性波素子の最適化を容易に図ることができる。従って、特性が異なる第１，第２の弾性波素子の双方において、スプリアスを効果的に抑圧することができ、良好な周波数特性を得ることができる。

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３（ａ）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り、（ｂ）及び（ｃ）は、それぞれ、（ａ）中のＸ−Ｘ線及びＹ−Ｙ線に沿う断面図である。弾性境界波装置１は、ＬｉＮｂＯ_３基板からなる圧電基板２を有する。本実施形態では、圧電基板２は、ＬｉＮｂＯ_３からなるが、ＬｉＴａＯ_３や水晶などの他の圧電単結晶により形成されても良い。

圧電基板２の上面２ａは、その一部に傾斜面部２ｂを有する。すなわち上面２ａは、傾斜面部２ｂと、傾斜面部２ｂを除いた残りの平坦部２ｃとを有する。平坦部２ｃ上に第１のＩＤＴ電極を含む第１の電極３が形成されており、それによって第１の弾性波境界波素子５が形成されている。また、傾斜面部２ｂにおいても、第２のＩＤＴ電極を含む第２の電極４が形成されており、それによって第２の弾性波素子６が形成されている。

圧電基板２の平坦部２ｃはオイラー角（０°，１２０°，０°）とされている。傾斜面部２ｂは５°傾けられてオイラー角（０°，１１５°，０°）とされている。

上記第１，第２の電極３，４を覆うようにＳｉＯ_２膜からなる誘電体層７が形成されている。誘電体層７の上面７ａは平坦面とされており、圧電基板２の上面の平坦部２ｃと平行とされている。上記誘電体層７を覆うように、ＳｉＮ膜からなる第２の誘電体層８が形成されている。

図１（ａ）では、上記誘電体層７，８を除去した弾性境界波装置１の構成を模式的に示す。また、図１（ｂ）は、上記第１の電極３の詳細を示す。図２は、図１（ａ）に示した構造の模式的平面図である。第１の電極３は矢印で示す弾性境界波伝搬方向に沿って順に配置された３個の第１のＩＤＴ電極３ａ〜３ｃと、第１のＩＤＴ電極３ａ〜３ｃが形成されている部分の弾性境界波伝搬方向両側に配置された反射器３ｄ，３ｅとを有する。すなわち、第１の電極３により形成されている第１の弾性波素子５は、３ＩＤＴ型の縦結合共振子型弾性境界波素子である。

図１（ａ）においては、上記第１の電極３の形成により構成されている第１の弾性波素子５を模式的に矩形のブロックで示す。図１（ａ）中の矢印は、図１（ｂ）における矢印と同様に、弾性境界波伝搬方向を示す。

傾斜面部２ｂは、平坦部２ｃに対して所定の角度をなすように傾斜されている。傾斜面部２ｂは、一端が平坦部２ｃに連ねられており、他端が平坦部２ｃよりも下方の位置となるように傾斜されている傾斜平面である。傾斜面部２ｂ上に第２の電極４が形成されている。第２の電極４もまた、図１（ｂ）に示したような３ＩＤＴ型の縦結合共振子型の弾性境界波フィルタを構成している。従って、第２の電極４は３個の第２のＩＤＴ電極と一対の反射器とを備える。

なお、第１のＩＤＴ電極３ａ〜３ｃにおいては、ＩＤＴ電極同士が隣り合う部分において、他の部分に比べて電極指ピッチが相対的に狭い狭ピッチ電極指部Ｎが形成されている。もっとも、狭ピッチ電極指部Ｎは必ずしも設けられずとも良い。

本実施形態の特徴は、第２の弾性波素子６が上記傾斜面部２ｂに設けられているため、平坦部２ｃに設けられた第１の弾性波素子５及び傾斜面部２ｂに設けられた第２の弾性波素子６におけるオイラー角をそれぞれにおいて最適な範囲とすることができ、それによって特性の異なる第１，第２の弾性波素子５，６双方において所望でないスプリアスを抑圧し得ることにある。これをより具体的に説明する。

本実施形態では、第１の弾性波素子５により、通過帯域が１７４０〜１７８５ＭＨｚ付近にある帯域フィルタを、第２の弾性境界波素子６により、通過帯域が２０００〜２０６０ＭＨｚ付近にある周波数特性が異なる第１，第２の帯域フィルタを構成した。

仕様は以下の通りである。

ＩＤＴ電極３ａ〜３ｃ及び反射器３ｄ，３ｅにおける電極材料として、上からＰｔ膜、Ａｌ膜及びＰｔ膜をこの順序で積層した積層金属膜を用いた。膜厚は、Ｐｔ／Ａｌ／Ｐｔ＝２３．８／１５０／２３．８（ｎｍ）とした。また、ＩＤＴ電極３ａ〜７ｃにおけるデューティは０．５、交差幅は８０μｍとした。

中央のＩＤＴ電極３ｂの電極指の対数は１４とし、その内の各狭ピッチ電極指部の電極指の本数は２本とした。両側のＩＤＴ電極３ａ，３ｃの電極指の対数は８とし、その内の各狭ピッチ電極指部の電極指の本数は２本とした。狭ピッチ電極指部のピッチはλ−０．２μｍとした。反射器３ｄ〜３ｅの電極指の対数は１５とした。第２のＩＤＴ電極及びその両側の反射器も同様とした。ＳｉＯ_２の膜の膜厚は７６０ｎｍとし、ＳｉＮ膜の膜厚は２２００ｎｍとした。

第１の弾性波素子５におけるＩＤＴ電極３ａ〜３ｃの電極指ピッチで定まる波長λは、２１００ｎｍとし、第２の弾性波素子６において電極指ピッチで定まる波長λは１６００ｎｍとした。すなわち、第１の弾性波素子５の通過帯域帯域が２０００〜２０８０ＭＨｚにあり、第２の弾性波素子６における通過帯域帯域が１７３０〜１８１０ＭＨｚ付近にあるように両者の波長λを設定した。

図４は、上記第１，第２の弾性波素子５，６の周波数特性を示す。図４において、太い実線Ａが本実施形態における第１の弾性波素子５の周波数特性を示し、細い破線Ｂが第２の弾性波素子６の周波数特性を示す。

比較のために、オイラー角（０°，１２０°，０°）の平坦な圧電基板上に、波長λが２１００ｎｍとなるように、第１の弾性波素子５と同様にして第１の比較例の弾性境界波素子を作成した。この第１の比較例の弾性境界波素子の周波数特性を図４において、太い破線Ｃで示す。太い破線Ｃで示す周波数特性では、１７４５ＭＨｚ付近及び１７７０ＭＨｚ付近に大きなスプリアスが表れている。これに対して、太い実線Ａで示した周波数特性では、このようなスプリアスはほとんど表れていないことがわかる。

他方、第２の比較例として、オイラー角（０°，１１５°，０°）の平坦な圧電基板上に、第２の弾性波素子６と同様の電極構造を有する第２の比較例の弾性境界波素子を作成した。ここでは波長λは第２の弾性波素子と同様に１６００ｎｍとされている。第２の比較例の周波数特性を、図４において細い実線Ｄで示す。細い実線Ｄでは、２０３０ＭＨｚ付近及び２０７０ＭＨｚ付近に大きなスプリアスが表れている。これに対し細い破線Ｂで示す周波数特性ではこのようなスプリアスはほとんど表れていないことがわかる。

上記第１，第２の実施形態及び第１，第２の比較例におけるオイラー角及び波長λを下記の表１にまとめて示す。

上記の通り、本実施形態によれば、第１の弾性波素子５においては、オイラー角を（０°，１２０°，０°）とし、ＩＤＴ電極の膜厚等を上記のように設定したため、所望でないスプリアスを効果的に抑圧することが可能とされている。さらに、第２の弾性波素子６においても、傾斜面部２ｂ上にを形成されているため、オイラー角が（０°，１１５°，０°）とされており、やはりスプリアスを効果的に抑圧することが可能とされている。すなわち、周波数特性が異なる第１，第２の弾性波素子５，６のそれぞれにおいて、スプリアスを効果的に抑圧し得るオイラー角範囲を実現することが可能とされている。

これに対して、たとえば、オイラー角（０°１２０°，０°）の上面が平坦な圧電基板上に第１，第２の電極３，４と同様の電極構造を形成した場合には、上記第１の比較例と、上記第２の弾性波素子６とを同じ（０°，１２０°，０°）のＬｉＮｂＯ_３基板上に形成したことになる。そのため、第１の弾性波素子側では太い実線Ａで示したようにスプリアスを抑圧し得るものの、第２の弾性波素子側では細い実線Ｄで示した特性となり、大きなスプリアスが表れることとなる。

逆に、オイラー角が（０°，１１５°，０°）のＬｉＮｂＯ_３基板を用い、その平坦な上面に第１，第２の弾性波素子を形成した場合には、第２の弾性波素子側においては細い破線Ｂで示すようにフィルタ特性は良好となるものの、第１の弾性境界波素子側においては、太い破線Ｃで示すように大きなスプリアスが表れる。

すなわち、上面が平坦面であるＬｉＮｂＯ_３基板を用いた場合、オイラー角のθが一定となるため、周波数特性異なる第１，第２の弾性境界波素子の双方においてスプリアスを効果的に抑圧することはできない。

これに対して、本実施形態のよう、上記傾斜面部２ｂに第２の弾性波素子６を構成することにより、第１，第２の弾性波素子５，６のそれぞれにおいて、オイラー角のθを最適な値とすることができ、それによって、第１，第２の弾性波素子の双方において、所望でないストンリー波によるスプリアスを抑圧することができる。

なお、本実施形態では、第１，第２の弾性波素子５，６の周波数特性は、第１の弾性波素子におけるＩＤＴ電極の波長λと、第２の弾性境界波素子６における電極指ピッチで定まる波長λとを異ならせることにより異ならされていたが、第１，第２の弾性境界波素子におけるＩＤＴ電極のデューティや、伝搬角ψを異ならせることにより、第１、第２の弾性境界波素子の特性が異ならされていても良い。すなわち、ＩＤＴ電極の電極指ピッチで定まる波長、デューティ及び伝搬角ψのうち少なくとも一種を異ならせることにより、第１，第２の弾性波素子５，６の特性を異ならせれば良い。

また、傾斜面部２ｂの傾斜角度は、第２の弾性波素子の特性の最適化に応じて適宜調整すれば良い。従って、オイラー角のθは１２０°や１１５°に限定されるものではない。

さらに、上記実施形態では、弾性境界波としてＳＨ型の弾性境界波を利用した弾性境界波装置につき説明したが、ＳＨ波以外の弾性境界波を利用した弾性境界波装置にも本発明を適用することができ、その場合においても、スプリアスとなる波を抑圧しうるように第１、第２の弾性波素子５，６のそれぞれを最適に構成することができる。

また、上記実施形態では弾性境界波装置につき説明したが、本発明は、図５（ａ）〜（ｃ）に示す弾性表面波装置についても同様に適用することができる。弾性表面波装置１１では、圧電基板１２の上面１２ａが傾斜面部１２ｂと平坦部１２ｃとを有する。そして、ここでも、平坦部１２ｃにおいて、第１の電極１３を形成することにより、第１の弾性波素子１５が形成され、傾斜面部１２ｂ上に電極１４を形成することにより、第２の弾性波素子１６が形成される。この場合においても、傾斜面部１２ｂの傾斜角度をコントロールすることにより、周波数特性が異なる第１，第２の弾性波素子のそれぞれの周波数特性を容易に最適化することできる。

なお、上記実施形態及び変形例では、第１，第２の弾性波素子が構成されていたが、３個以上の弾性波素子が同一圧電基板上に形成されていても良い。この場合、傾斜面部に複数の弾性波素子が構成されていてもよく、あるいは平坦部に複数の弾性波素子が形成されていても良い。また、各弾性波素子の特性に応じて、傾斜角度が異なる複数の傾斜面部を設けても良い。

また、上記弾性境界波装置１では、ＳｉＯ_２膜からなる誘電体層上に第２の誘電体層８か形成されていたが、第２の誘電体層８は形成されずとも良い。

さらに、第１，第２の弾性波素子５，６についても、上記縦結合共振子型の弾性波フィルタに限らず、弾性波共振子や、横結合型弾性波フィルタなど様々な電極構造の弾性波素子を用いることができる。

傾斜面部２ｂの形成方法は、特に限定されないが、形成部分に開口を有するレジストパターンを形成し、斜めにアルゴンイオンを照射してもよい。

（ａ）及び（ｂ）は、本発明の一実施形態に係る弾性波装置の要部を説明するために誘電体層を除去した状態を示す略図的及び電極構造を示す模式的平面図である。 図１（ａ）で示した弾性波装置の要部の模式的平面図である。 （ａ）は第１の実施形態の弾性波装置の模式的正面断面図であり、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ線に沿う部分を示す断面図であり、（ｃ）は（ａ）のＹ−Ｙ線に沿う部分を示す断面図である。 第１実施形態の弾性波装置における第１，第２の弾性境界波素子及び比較のために用意した第１，第２の比較例の弾性境界波素子の周波数特性を示す図である。 （ａ）は本発明の変形例に係る弾性波装置としての弾性表面波装置を説明するための模式的正面断面図であり、（ｂ）は（ａ）のＳ−Ｓ線に沿う部分を示す断面図であり、（ｃ）は（ａ）のＴ−Ｔ線に沿う部分を示す断面図である。

符号の説明

１…弾性境界波装置
２…圧電基板
２ａ…上面
２ｂ…傾斜面部
２ｃ…平坦部
３…第１の電極
３ａ〜３ｃ…第１のＩＤＴ電極
３ｄ，３ｅ…反射器
４…第２の電極
５…第１の弾性波素子
６…第２の弾性波素子
７，８…誘電体層
７ａ…上面
１１…弾性表面波装置
１２…圧電基板
１２ａ…上面
１２ｂ…傾斜面部
１２ｃ…平坦部
１３…第１の電極
１４…電極
１５…第１の弾性波素子
１６…第２の弾性波素子

Claims (5)

1. 圧電単結晶からなり、上面が、残りの部分に対して傾斜された傾斜面部と、傾斜面部以外の部分である平坦部とを有する圧電基板と、
   前記圧電基板の前記上面の前記平坦部に設けられており、かつ第１のＩＤＴ電極を有する第１の弾性波素子と、
   前記圧電基板の前記上面の前記傾斜面部に設けられており、かつ第２のＩＤＴ電極を有し、前記第１の弾性波素子とは特性が異なる第２の弾性波素子とを備える、弾性波装置。
2. 前記第１の弾性波素子と前記第２の弾性波素子とにおいて、電極指ピッチで定まる波長、デューティ及び伝搬角ψの内の少なくとも１つが異なっている、請求項１に記載の弾性波装置。
3. 前記第１の弾性波素子における第１のＩＤＴ電極の電極指ピッチで定まる波長と、前記第２の弾性波素子における第２のＩＤＴ電極の電極指ピッチで定まる波長とが異なっている、請求項２に記載の弾性波装置。
4. 前記圧電基板の前記上面を覆うように設けられた誘電体層をさらに備え、前記第１，第２の弾性波素子の第１，第２のＩＤＴ電極が前記圧電基板と前記誘電体層との界面に形成されており、弾性波として弾性境界波が励振される、請求項１〜３のいずれか１項に記載の弾性波装置。
5. 弾性波として弾性表面波が励振される、弾性表面波装置である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の弾性波装置。

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