JP6276354B2 - インタデジタルトランスデューサ - Google Patents

Description

本発明は、移動体通信機器等のフィルタやアンテナ共用器として使用される弾性波共振器における圧電基板の上で使用されるインタデジタルトランスデューサに関するものである。

近年、高性能で温度特性の良い弾性波装置が求められている。このような弾性波装置を実現するためにニオブ酸リチウムを圧電基板とし、ＩＤＴ電極上に酸化ケイ素膜を設けて温度特性の改善した弾性波共振器を用いる検討がされている。このような弾性波装置においては高次横モードスプリアスの発生を抑制するためにＩＤＴ電極の電極指をアポダイズ重み付けする技術が汎用的に用いられる。本発明に関連する先行文献としては特許文献１がある。

特開２０１２−１３８９６４号公報

しかしながら、電極指にアポダイズ重み付けを施されたＩＤＴ電極によって構成された弾性波共振器は、反共振周波数におけるＱ値（Ｑｐ）は高いものの共振周波数におけるＱ値（Ｑｓ）が低いという課題がある。

本発明は、上記課題に鑑み、Ｑ値が高く、スプリアスが抑制された弾性波共振器をもたらすインタデジタルトランスデューサ（ＩＤＴ）を提供するものである。

上記目的を達成するために、本発明は、対向するくし電極の電極指が交互に配置された交差領域を有するＩＤＴ電極を含み、当該交差領域は、当該交差領域の弾性波伝搬方向の端部に向かうにつれて電極指延伸方向の幅が小さくなり、当該交差領域は、中央部に電極指ピッチが実質的に一定である定ピッチ領域と、当該定ピッチ領域の両外側部に当該定ピッチ領域の電極指ピッチよりも電極指ピッチの小さい狭ピッチ領域とを含み、当該定ピッチ領域の電極指延伸方向の幅が、当該定ピッチ領域の弾性波伝搬方向の端部に向かうにつれて小さくなる構成を有する。

このような構成とすることでＱ値が高く、スプリアスが抑制された弾性波共振器をもたらすＩＤＴが得られる。

本発明の一実施の形態に係る弾性波共振器の電極構成を模式的に示す上面図 同弾性波共振器の断面を模式的に示す断面図 （ａ）〜（ｃ）同弾性波共振器のＡ−Ａ部、Ｂ−Ｂ部、Ｃ−Ｃ部の規格化された電極指ピッチの分布を示す図 比較例の弾性波共振器の電極構成を模式的に示す上面図 （ａ）〜（ｃ）同弾性波共振器のＤ−Ｄ部、Ｅ−Ｅ部、Ｆ−Ｆ部の規格化された電極指ピッチの分布を示す図 本発明の一実施の形態に係る弾性波共振器と比較例の弾性波共振器の電気特性を示す図 本発明の他の実施の形態に係る弾性波共振器の電極構成を模式的に示す上面図 （ａ）〜（ｃ）同弾性波共振器の断面を模式的に示す断面図

図１は本発明の一実施の形態に係る弾性波共振器の電極構成を模式的に示す上面図、図２は同弾性波共振器を模式的に示す断面図である。

図１、図２において、本発明の一実施の形態に係る弾性波共振器１０は、レイリー波を用いた弾性表面波共振器であり、ニオブ酸リチウムからなる圧電基板１１の上面に、弾性波伝搬方向にインタデジタルトランスデューサ（ＩＤＴ）電極１２とその両側に反射器１３が配置されている。ＩＤＴ電極１２および反射器１３はＭｏ膜とＡｌ膜を積層した構造を有する。

ＩＤＴ電極１２は、間隙１４を介して互いに噛み合った一対のくし電極１５からなり、くし電極１５はバスバー１６とバスバー１６から延伸する交差電極指１７とダミー電極指１８を有する。交差電極指１７は対向するくし電極１５の交差電極指１７と交互に配置され、ダミー電極指１８は同じ側のバスバー１６から延伸する交差電極指１７に隣接すると共に、ダミー電極指１８の先端は、対向するくし電極１５の交差電極指１７の先端と間隙１４を介して対向する。対向するくし電極１５の交差電極指１７が交互に配置された領域が交差領域１９であり、ダミー電極指１８が配置された領域がダミー領域２０である。

交差領域１９の交差電極指１７は、弾性波伝搬方向について端部に向かうに連れて交差幅が小さくなる交差幅アポダイズ重み付けを有する。ダミー電極指１８は、交差幅アポダイズ重み付けを有する電極指に対向して設けられ、交差幅アポダイズ重み付けを有さない交差電極指１７には対向して設けられない。

交差領域１９の中央には、電極指ピッチが実質的に一定である定ピッチ領域２１を有する。定ピッチ領域２１の電極指延伸方向の幅は、弾性波伝搬方向の両端部に向かうに連れて小さくなる重み付けを有する。

交差領域１９の弾性波伝搬方向の両側部には弾性波伝搬方向の端部に向かうに連れて電極指ピッチが徐々に小さくなるグラデーション状の狭ピッチ領域２２を有する。狭ピッチ領域２２の電極指ピッチは、定ピッチ領域２１に近づくにつれて定ピッチ領域２１の電極指ピッチに近づく。

弾性波共振器１０は、レイリー波を用いた弾性表面波共振器であるが、レイリー波に限らず、ラブ波や擬似弾性波でもよい。圧電基板１１は、ニオブ酸リチウムの他に、ニオブ酸カリウム、タンタル酸リチウム、水晶、ランガサイト、四硼酸リチウムなど他の圧電基板で構成してもよい。また、圧電基板１１は、絶縁体に圧電薄膜を積層した構造を有していてもよい。

ＩＤＴ電極１２および反射器１３は、適宜の金属もしくは合金により形成することができる。また、バスバー１６およびバスバー１６に接続された引き回し配線（図示せず）は、上記Ｍｏ膜及びＡｌ膜を積層してなる積層金属膜上にさらに補助金属膜を積層してもよい。補助金属膜としては、Ａｌ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｐｔ、Ｃｕ、ＷまたはＡｇなどの金属を用いることができる。補助金属膜はこれらの金属からなる金属膜を複数積層したものであってもよい。また、これらの金属を主体とする合金により補助金属膜を形成してもよい。

圧電基板１１の上には、ＩＤＴ電極１２および反射器１３を被覆するように、周波数温度特性を改善するための酸化ケイ素からなる絶縁性の誘電体膜２３が形成されている。誘電体膜２３の上には、窒化珪素からなる絶縁性の誘電体膜２４を有する。誘電体膜２４は、誘電体膜２３より音速の速い材料が好ましく、窒化珪素の他に、窒化アルミニウムでもよい。誘電体膜２４の上に、さらに、酸化窒化珪素、酸化アルミニウム等からなるパッシベーション膜（図示せず）を設けてもよい。

図３（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、本発明の一実施の形態に係る弾性波共振器１０のＡ−Ａ部〜Ｃ−Ｃ部の規格化された電極指ピッチの分布を示す図である。

図３（ａ）は、図１のＡ−Ａ部の電極指ピッチの分布である。ＩＤＴ電極１２の定ピッチ領域２１の電極指ピッチを１として規格化したとき、ＩＤＴ電極１２の弾性波伝搬方向の端における電極指ピッチは０．９８とした。ＩＤＴ電極１２の狭ピッチ領域２２において０．９８から１まで電極指ピッチが変化している。反射器１３の電極指ピッチは１．０２である。

図３（ｂ）は、図１のＢ−Ｂ部の電極指ピッチの分布である。Ｂ−Ｂ部においてＩＤＴ電極１２の両端には対向したバスバー１６から伸びた交差電極指１７に隣り合わないダミー電極指１８が存在する。ＩＤＴ電極１２の弾性波伝搬方向中央部の電極指ピッチを１として規格化したとき、ＩＤＴ電極１２の弾性波伝搬方向の端のダミー領域２０の電極指ピッチは１である。交差領域１９の両端部には狭ピッチ領域２２が存在し、狭ピッチ領域２２の端において電極指ピッチは０．９８とした。狭ピッチ領域２２において電極指ピッチは０．９８から１まで変化している。反射器１３の電極指ピッチは１．０２である。

図３（ｃ）は、図１のＣ−Ｃ部の電極指ピッチの分布である。Ｃ−Ｃ部においてＩＤＴ電極１２の両端には対向したバスバー１６から伸びた交差電極指１７同士が隣り合わないダミー領域２０がＢ−Ｂ部より多く存在する。ＩＤＴ電極１２の弾性波伝搬方向中央部の電極指ピッチを１として規格化したとき、ＩＤＴ電極１２の弾性波伝搬方向の端のダミー領域２０の電極指ピッチは１である。交差領域１９の両端部には狭ピッチ領域２２が存在し、狭ピッチ領域２２の端において電極指ピッチは０．９８としている。狭ピッチ領域２２において電極指ピッチは０．９８から１まで変化している。反射器１３の電極指ピッチは１．０２である。

ＩＤＴ電極１２の交差電極指１７の本数は８０〜１８０本が望ましい。狭ピッチ領域２２の交差電極指１７の本数は３〜２５本が望ましい。狭ピッチ領域２２の電極指ピッチの変化は、必ずしも単純増加もしくは単純減少である必要はなく、電極指ピッチが複数あり、かつ狭ピッチ領域２２の電極指ピッチの平均が定ピッチ領域２１の電極指ピッチより小さければよい。反射器１３の電極指ピッチは一定である必要はなく、反射器１３の電極指ピッチの平均がＩＤＴ電極１２の電極指ピッチの平均より大きいことが望ましい。反射器１３の電極指の本数は１０本以上であることが望ましい。

このような構成によりＱ値が高く、スプリアスが抑制された弾性波共振器を得ることができる。

図４に比較例の弾性波共振器３０を示す。比較例の弾性波共振器３０において、本発明の一実施の形態に係る弾性波共振器１０と同等の構成部品については、同じ符号を付して説明を省略する。比較例の弾性波共振器３０が、本発明の一実施の形態に係る弾性波共振器１０と異なる点は、ＩＤＴ電極３１の長破線で囲まれた側部領域３２において、弾性波伝搬方向端部に向かうに連れて電極指の交差幅が徐々に小さくなるアポダイズ重み付けが設けられるとともに、ダミー電極指および交差電極指の電極指ピッチが、弾性波伝搬方向端部に向かうに連れて徐々に小さくなるように変化するグラデーション領域になっている点である。ここで、電極指ピッチは電極指の中心間距離である。

図５（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、比較例の弾性波共振器３０のＤ−Ｄ部〜Ｆ−Ｆ部の規格化された電極指ピッチの分布を示す図である。

比較例の弾性波共振器３０では、図５（ａ）〜（ｃ）に示すように、ＩＤＴ電極３１の弾性波伝搬方向中央部３２の電極指ピッチを１として規格化したとき、ＩＤＴ電極３１の弾性波伝搬方向の端における電極指ピッチは０．９８とし、側部領域３２の電極指延伸方向における電極指ピッチは、交差領域とダミー領域にかかわらず一定としている。

図６に比較例の弾性波共振器３０と本発明の一実施の形態に係る弾性波共振器１０の電気特性の比較を示す。図６において、破線は比較例の弾性波共振器３０のアドミッタンス特性の実数部を示し、実線は本発明の一実施の形態に係る弾性波共振器１０のアドミッタンス特性の実数部を示す。図６に示すように、比較例の弾性波共振器３０は、共振周波数より低い側の周波数においてスプリアスを有するが、本発明の弾性波共振器１０は、共振周波数より低域側の周波数においてスプリアスを抑制することができ、共振周波数におけるＱ値も良好な特性が得られた。

なお、本発明の一実施の形態に係る弾性波共振器１０は、ＩＤＴ電極１２上に絶縁膜２３、２４を有さなくても、その効果を有する。

図７、図８に、本発明の他の実施の形態に係る弾性波共振器４０を示す。図７は本発明の他の実施の形態に係る弾性波共振器４０の電極構成を模式的に示す上面図、図８は断面図である。

他の実施の形態に係る弾性波共振器４０において、本発明の一実施の形態に係る弾性波共振器１０と同等の構成部品については、同じ符号を付して説明を省略する。他の実施の形態に係る弾性波共振器４０が、本発明の一実施の形態に係る弾性波共振器１０と異なる点は、誘電体膜２３を覆う誘電体膜４１が凹部４２を有し、誘電体膜４１は凹部４２において薄膜部４３となっており、凹部４２以外で厚膜部４４となっている。

薄膜部４３はＩＤＴ電極１２の交差電極指１７の先端部を覆う箇所の誘電体膜４１に設けられている。薄膜部４３は全ての交差電極指１７の先端部に設ける必要はなく、交差幅アポダイズ重み付けを設けた交差幅が小さい領域においては、交差電極指１７の先端部の上方は厚膜部４４とする方がよい。以上の構成により、本発明の他の実施の形態に係る弾性波共振器４０は、横モードによるスプリアスを抑制することができる。

なお、誘電体膜４１は複数の誘電体膜の積層体からなる構成を有していてもよく、薄膜部４３と厚膜部４４の層構成を異ならせてもよい。

本発明の弾性波共振器は、Ｑ値が高く、スプリアスが抑制された優れた共振特性が得られ、フィルタやアンテナ共用器として有用である。

１０、３０、４０ 弾性波共振器
１１ 圧電基板
１２ ＩＤＴ電極
１３ 反射器
１４ 間隙
１５ くし電極
１６ バスバー
１７ 交差電極指
１８ ダミー電極指
１９ 交差領域
２０ ダミー領域
２１ 定ピッチ領域
２２ 狭ピッチ領域
２３、２４、４１ 誘電体膜

Claims (15)

1. 弾性波共振器における圧電基板の上で使用されるインタディジタルトランスデューサ（ＩＤＴ）であって、
   対向するくし電極の電極指が交互に配置された交差領域を有するＩＤＴ電極を含み、
   前記交差領域は、前記交差領域の弾性波伝搬方向の端部に向かうにつれて電極指延伸方向の幅が小さくなり、
   前記交差領域は、中央部に電極指ピッチが実質的に一定である定ピッチ領域と、前記定ピッチ領域の両外側部に前記定ピッチ領域の電極指ピッチよりも電極指ピッチの小さい狭ピッチ領域とを含み、
   前記定ピッチ領域の電極指延伸方向の幅が、前記定ピッチ領域の弾性波伝搬方向の端部に向かうにつれて小さくなるインタディジタルトランスデューサ。
2. 前記狭ピッチ領域の電極指ピッチは、前記狭ピッチ領域が前記定ピッチ領域に近づく方向に沿って前記定ピッチ領域の電極指ピッチに近づく請求項１のインタディジタルトランスデューサ。
3. 前記ＩＤＴ電極は、電極指の先端部に間隙を介して対向する先端部を有するダミー電極指を含み、
   前記ダミー電極指は、前記交差領域の前記端部に向かうにつれて幅が小さくなる前記交差領域の一部分に存在する電極指に対向し、前記交差領域の前記端部に向かうにつれて幅が小さくなる前記交差領域の一部分には存在しない電極指に対向して設けられない請求項１のインタディジタルトランスデューサ。
4. 前記ＩＤＴ電極の弾性波伝播方向の両外側に反射器電極が設けられ、
   前記反射器電極の電極指ピッチの平均が、前記ＩＤＴ電極の電極指ピッチの平均よりも大きい請求項１のインタディジタルトランスデューサ。
5. 前記圧電基板の上において前記ＩＤＴ電極を覆う第１の誘電体と、
   前記第１の誘電体を覆う、前記第１の誘電体よりも音速の速い第２の誘電体と
   をさらに含み、
   前記第２の誘電体は薄膜部と厚膜部を有し、
   前記薄膜部は、前記交差領域の前記端部に向かうにつれて幅が小さくなる前記交差領域の一部分には存在しない電極指の先端部の上方に設けられる請求項１のインタディジタルトランスデューサ。
6. 前記第２の誘電体は複数膜の層構成を含む請求項５のインタディジタルトランスデューサ。
7. 前記定ピッチ領域の弾性波伝搬方向の幅が、前記定ピッチ領域の電極指延伸方向の端部に向かうにつれて小さくなる請求項１のインタディジタルトランスデューサ。
8. 弾性波共振器における圧電基板の上で使用されるインタディジタルトランスデューサ（ＩＤＴ）であって、
   対向するくし電極の電極指が交互に配置された交差領域を有するＩＤＴ電極を含み、
   前記交差領域は、前記交差領域の弾性波伝搬方向の端部に向かうにつれて電極指延伸方向の幅が小さくなり、
   前記交差領域は、中央部に電極指ピッチが実質的に一定である定ピッチ領域と、前記定ピッチ領域の両外側部に前記定ピッチ領域の電極指ピッチよりも電極指ピッチの小さい狭ピッチ領域とを含み、
   前記定ピッチ領域の弾性波伝搬方向の幅が、前記定ピッチ領域の電極指延伸方向の端部に向かうにつれて小さくなるインタディジタルトランスデューサ。
9. 前記定ピッチ領域の電極指延伸方向の幅が、前記定ピッチ領域の弾性波伝搬方向の端部に向かうにつれて小さくなる請求項８のインタディジタルトランスデューサ。
10. 前記ＩＤＴ電極の弾性波伝搬方向の両外側に反射電極が設けられ、
    前記反射電極の電極指ピッチの平均が、前記ＩＤＴ電極の電極指ピッチの平均よりも大きい請求項８のインタディジタルトランスデューサ。
11. 前記狭ピッチ領域の電極指ピッチは、弾性波伝搬方向において前記定ピッチ領域の電極指ピッチの１００％から前記定ピッチ領域の電極指ピッチの９８％まで低下する請求項８のインタディジタルトランスデューサ。
12. 前記圧電基板の上において前記ＩＤＴ電極を覆う第１の誘電体と、
    前記第１の誘電体を覆う、前記第１の誘電体よりも音速の速い第２の誘電体と
    をさらに含み、
    前記第２の誘電体は薄膜部と厚膜部を有し、
    前記薄膜部は、前記交差領域の電極指の先端部を覆う領域に設けられる請求項８のインタディジタルトランスデューサ。
13. 前記厚膜部は、前記交差領域の弾性波伝搬方向の端部に向かうにつれて電極指延伸方向の幅が小さくなる前記交差領域の一部分に存在する電極指の先端部を覆うように設けられる請求項１２のインタディジタルトランスデューサ。
14. 前記狭ピッチ領域の電極指延伸方向の幅が、前記狭ピッチ領域の弾性波伝搬方向の端部に向かうにつれて小さくなる請求項１又は８のインタディジタルトランスデューサ。
15. 前記狭ピッチ領域の電極指ピッチの平均が、前記定ピッチ領域の電極指ピッチの平均よりも小さい請求項１又は８のインタディジタルトランスデューサ。

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