JP5751887B2 - 弾性波素子およびそれを用いた弾性波装置 - Google Patents
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2よりも音響インピーダンスが大きく、前記スペーサーよりも密度が大きく、かつ前記IDT電極の材料およびSiO2よりも弾性波の伝搬速度が遅い材料からなる。
図1(a)は本発明の実施形態に係る弾性波素子(以下、SAW素子)1の平面図、図1(b)は図1(a)のIb−Ib線における断面図である。なお、SAW素子1は、いずれの方向が上方または下方とされてもよいものであるが、以下では、便宜的に、直交座標系xyzを定義するとともに、z方向の正側(図1(a)の紙面手前側、図1(b)の紙面上方)を上方として、上面、下面等の用語を用いるものとする。
の結晶性を向上させて導電率を低くしたりすることに使用される。
ることがあるものとする。
い状態のものとなっている。換言すれば、第1の比較例のSAW素子101に保護層11を付加したものとなっている。
保護層11と下方のスペーサー18との上下方向に弾性波の速度を速めて温度係数を低減させる効果のある部材が配置されていることとなり、さらに温度係数を小さくすることができる。
スペーサー18の厚みdを変化させたときのSAW素子の特性について検討する。
基板3の材料:127°Y−XカットのLiNbO3基板
IDT電極5の材料:Al
スペーサー18の材料:SiO2
保護層11の材料:SiO2
IDT電極5の正規化厚みe:0.08λ
保護層11の正規化厚みT:0.25λ
付加膜9の正規化厚みt:0.03および0.05λの2通りの計算結果を示した。
付加膜9の材料:Ta2O5
図4において、縦軸は、周波数温度係数(単位:ppm/℃)を示し、横軸は、スペーサー18の厚みd(単位:λm)を示している。図4から、スペーサーの厚みdを0(IDT電極5に接している状態)から大きくしていくと、周波数温度係数が低減されることがわかる。このように、スペーサー18によりIDT電極5と付加膜9とを離間することにより温度係数を小さくすることができ、さらに離間距離により温度係数を調整できることが確認できている。
以下、付加膜9の好適な材料および厚みtについて検討する。なお、以下の検討において、特に断りがない限り、基板3は128°Y−XカットのLiNbO3基板であり、IDT電極5はAlからなり、保護層11はSiO2からなるものとする。また、簡単のため、付加膜9はIDT電極5に接している場合についての計算を行った。本実施形態では、付加膜9はIDT電極5の上方に、IDT電極5と離間して設けられているが、付加膜の好適な材料および厚みについては、付加膜9がIDT電極5に接している場合とほぼ同様である(図5参照)。
IDT電極5の正規化厚みe:0.08λ
保護層11の正規化厚みT:0.25λ
付加膜9の正規化厚みt:0.01λ〜0.05λの範囲で変化させた。
付加膜9の材料:WC、TiN、TaSi2
各材料の音響インピーダンス(単位はMRayl):
SiO2:12.2 Al:13.5
WC:102.5 TiN:56.0 TaSi2:40.6
図7(a)および図7(b)において、横軸は付加膜9の正規化厚みtを示している。図7(a)において縦軸は電極指13bの1本当たりの反射係数Γ1を示している。図7(b)において縦軸は電気機械結合係数K2を示している。
IDT電極5の正規化厚みe:0.08λ
保護層11の正規化厚みT:0.30λ
付加膜9の正規化厚みt:0.03λ
付加膜9の物性値:
ZS E ρ
(MRayl)(GPa)(103kg/m3)
No.1: 50 100 25.0
No.2: 50 200 12.5
No.3: 50 300 8.33
No.4: 50 400 6.25
No.5: 50 500 5.00
No.6: 50 600 4.17
No.7: 50 700 3.57
なお、ZS=√(ρE)である。
No.1: 2000 No.2: 4000 No.3: 6000
No.3: 8000 No.4:10000 No.6:12000
No.7:14000
従って、同等の音響インピーダンスの付加膜9であっても、振動分布が付加膜9に集中する弾性波の伝搬速度が遅い付加膜9の方が、振動分布が周りに分散してしまう弾性波の伝搬速度が速い付加膜9よりも、実効的に反射係数が高くなると考えられる。
(MRayl)(m/s)(GPa)(103kg/m3)
Ta2O5 :33.8 4352 147 7.76
TaSi2 :40.6 4438 180 9.14
W5Si2 :67.4 4465 301 15.1
なお、図7(a)において例示したWCおよびTiNは、保護層11およびIDT電極5を形成する材料よりも弾性波の伝搬速度が遅いという条件を満たさない(WCのV:6504m/s、TiNのV:10721m/s)。
保護層11の正規化厚みT:0.27λ、0.30λまたは0.33λ
付加膜9の正規化厚みt:0.01λ〜0.09λの範囲で変化させた。
発生する。その結果、所望のフィルタ特性等が得られないおそれがある。
下限値 (実線LN1):t=0.5706T2−0.3867T+0.0913
TaSi2(図12):
下限値 (実線LN2):t=0.3995T2−0.2675T+0.0657
W5Si2(図13):
下限値 (実線LN3):t=0.2978T2−0.1966T+0.0433
なお、いずれの下限値の式においても、正規化厚みtの極小値は、特許文献2において示された密着層の厚みの最大値(0.01λ)よりも大きい。特許文献1は、密着層の厚みが波長によって正規化されていないので比較が難しい。しかし、正規化された厚みが大きくなるように、周波数を高く(例えばUMTSの最大周波数2690MHz)、弾性波
の伝搬速度を遅く(例えば3000m/s)しても、λ=1.1μmであり、特許文献1の密着層の厚さの最大値(100Å)は0.01λ未満である。
上限値:t=T−0.1
なお、tおよびTはλによって除されて正規化されている。
但し、Tは絶縁層11の正規化厚みであり、Tおよびtは弾性波の波長によって除されて正規化されたものである。
但し、Tは絶縁層11の正規化厚みであり、Tおよびtは弾性波の波長によって除されて正規化されたものである。
但し、Tは絶縁層11の正規化厚みであり、Tおよびtは弾性波の波長によって除されて正規化されたものである。
図15は、本実施形態に係るSAW装置51を示す断面図である。
置51は、SAW素子31と、SAW素子31が実装される回路基板53とを有している。
極材料と異なる材料からなる金属膜が配置されていると、浸入した水分によって、異種金属間の電池効果よる腐食が発生するからである。よって、付加膜をTa2O5などの絶縁材料によって形成すれば、電極と付加膜との間において電池効果は殆ど起きないため、電極の腐食が抑制された信頼性の高い弾性波素子とすることができる。
Claims (7)
- 圧電基板と、
該圧電基板の上面に配置された複数の電極指を備えるIDT電極と、
該IDT電極の上面に配置された絶縁材料からなるスペーサーと、
該スペーサーの上面に配置された付加膜と、
該付加膜が配置された前記IDT電極を前記圧電基板のうち前記IDT電極から露出する部分とともに覆い、前記圧電基板の上面からの厚みが前記圧電基板の上面から前記付加膜の上面までの厚み以上であるSiO2からなる絶縁層と
を有し、
前記付加膜は、平面透視で前記複数の電極指の間には配置されておらず、前記IDT電極の材料,前記スペーサーの材料およびSiO2よりも音響インピーダンスが大きく、前記スペーサーよりも密度が大きく、かつ前記IDT電極の材料およびSiO2よりも弾性波の伝搬速度が遅い材料からなる
弾性波素子。 - 前記IDT電極が、AlまたはAlを主成分とする合金からなり、前記スペーサーは、SiO 2 からなる
請求項1に記載の弾性波素子。 - 前記IDT電極の厚みと前記スペーサーの厚みと前記付加膜との厚みとを合計した厚みは、前記IDT電極の共振周波数における弾性波の波長の0.25倍以下である
請求項1または2に記載の弾性波素子。 - 前記圧電基板が、118°〜138°Y−XカットのLiNbO3基板である
請求項1乃至3のいずれかに記載の弾性波素子。 - 前記付加膜が、絶縁材料からなる
請求項1乃至4のいずれかに記載の弾性波素子。 - 前記付加膜が、Ta2O5、TaSi2またはW5Si2からなる
請求項1乃至5のいずれかに記載の弾性波素子。 - 請求項1乃至6のいずれかに記載の弾性波素子と、
該弾性波素子が実装された回路基板と、
を備える弾性波装置。
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