JP6941944B2 - 弾性波デバイス - Google Patents
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Description
本発明は、弾性波デバイスに関する。
弾性波デバイスの周波数を調整するために、弾性波を励振する電極上に絶縁膜を設けることが知られている。例えば、圧電基板上に設けられた櫛形電極を覆って温度補償膜が設けられ、温度補償膜上に周波数調整用の絶縁膜が設けられた弾性波デバイスが知られている（例えば、特許文献１）。
特許文献１では、周波数調整用の絶縁膜として酸化タンタル膜などを用いることが記載されているが、所望の周波数への調整に関して改善の余地が残されている。
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、周波数調整を良好に行うことが可能な弾性波デバイスを提供することを目的とする。
本発明は、ＹカットＸ伝搬タンタル酸リチウム基板又はＹカットＸ伝搬ニオブ酸リチウム基板である圧電基板と、前記圧電基板上に設けられ、弾性波を励振する櫛型電極と、前記櫛型電極上に設けられ、チタンが添加された酸化タンタル膜又はチタンが添加された酸化ニオブ膜からなる絶縁膜と、を備える弾性波デバイスである。
上記構成において、前記絶縁膜は、前記チタンが添加された酸化タンタル膜であり、元素が添加されていない酸化タンタル膜よりもヤング率が大きい、又は、前記チタンが添加された酸化ニオブ膜であり、元素が添加されていない酸化ニオブ膜よりもヤング率が大きい構成とすることができる。
上記構成において、前記櫛型電極が励振する前記弾性波は弾性表面波である構成とすることができる。
上記構成において、前記櫛形電極上に設けられ、前記圧電基板の弾性定数の温度係数とは逆符号の温度係数の弾性定数を有する温度補償膜を備える構成とすることができる。
上記構成において、前記櫛形電極に含まれる電極指が設けられた領域は、前記電極指の延伸方向における中央に位置する中央領域と、前記電極指の延伸方向におけるエッジに位置するエッジ領域と、を有し、前記絶縁膜は、前記中央領域と前記エッジ領域とを覆って設けられ、前記中央領域における厚さと前記エッジ領域における厚さとが異なる構成とすることができる。
上記構成において、前記絶縁膜は、前記チタンが添加された酸化タンタル膜であり、チタンの添加量が０．１ａｔｏｍ％以上且つ４０ａｔｏｍ％以下である、又は、前記チタンが添加された酸化ニオブ膜であり、チタンの添加量は０．１ａｔｏｍ％以上且つ４０ａｔｏｍ％以下である構成とすることができる。
本発明によれば、周波数調整を良好に行うことができる。
以下、図面を参照して、本発明の実施例について説明する。
図１（ａ）は、実施例１に係る弾性波デバイスの平面図、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ間の断面図である。なお、図１（ａ）では、温度補償膜１８及び絶縁膜２０を透視してＩＤＴ１２及び反射器１４を図示している。図１（ａ）及び図１（ｂ）のように、実施例１の弾性波デバイス１００は、基板１０と、ＩＤＴ（Interdigital Transducer）１２と、反射器１４と、パッド１６と、温度補償膜１８と、絶縁膜２０と、を含む。基板１０は、例えばタンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）基板又はニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）基板などの圧電基板である。基板１０は、サファイア基板、スピネル基板、酸化アルミニウム基板、又はシリコン基板などの支持基板の主面に圧電基板が接合された接合基板でもよい。
ＩＤＴ１２及び反射器１４は、基板１０上に設けられている。ＩＤＴ１２は、１対の櫛形電極３０を備える。１対の櫛形電極３０は、複数の電極指３２と、複数のダミー電極指３４と、複数の電極指３２及び複数のダミー電極指３４が接続されたバスバー３６と、を備える。電極指３２とダミー電極指３４とは、ほぼ交互に配列されている。１対の櫛形電極３０は、電極指３２がほぼ互い違いとなるように対向して設けられている。１対の櫛形電極３０のうちの一方の櫛形電極３０の電極指３２の先端と他方の櫛形電極３０のダミー電極指３４の先端とは空隙を介して対向している。ＩＤＴ１２は、アポダイズ重み付けがされている。電極指３２が励振する弾性波は、主に電極指３２の配列方向に伝搬する。反射器１４は、弾性波の伝搬方向でＩＤＴ１２を挟んで設けられ、弾性波を反射する。
パッド１６は、バスバー３６に接続されて、基板１０上に設けられている。ＩＤＴ１２、反射器１４、及びパッド１６は、例えばアルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、チタン（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ）、ルテニウム（Ｒｕ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、白金（Ｐｔ）、及び金（Ａｕ）の少なくとも１種を含む金属膜であり、単層金属膜でもよいし、積層金属膜でもよい。
温度補償膜１８は、ＩＤＴ１２及び反射器１４を覆って、基板１０上に設けられている。温度補償膜１８は、ＩＤＴ１２及び反射器１４よりも厚い厚さを有する。温度補償膜１８は、基板１０を構成する圧電基板の弾性定数の温度係数とは逆符号の温度係数の弾性定数を有する。温度補償膜１８は、温度変化による特性変化を抑制する機能を有する。また、温度補償膜１８は、ＩＤＴ１２及び反射器１４が水分に曝されて腐食することを抑制する機能も有する。温度補償膜１８は、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ２）膜又は元素が添加された酸化シリコン膜（例えばフッ素添加酸化シリコン（ＳｉＯＦ）膜）である。
絶縁膜２０は、ＩＤＴ１２及び反射器１４を覆って、温度補償膜１８上に設けられている。絶縁膜２０は、弾性波デバイスの共振周波数を調整する周波数調整用として用いられる。絶縁膜２０は、チタン（Ｔｉ）が添加された酸化タンタル膜（ＴａＯｘ膜）である。Ｔｉの添加量は、例えば０．１ａｔｏｍ％以上且つ４０ａｔｏｍ％以下である。以下において、Ｔｉが添加された酸化タンタル膜をＴｉドープ酸化タンタル膜と称す。酸化タンタル膜において、チタンはタンタルサイトに置換されていると考えられる。
図２（ａ）から図２（ｃ）は、実施例１に係る弾性波デバイスの製造方法を示す断面図である。図２（ａ）のように、基板１０上に、真空蒸着法又はスパッタリング法を用いて金属膜を堆積した後、リフトオフ法又はエッチング法を用いて金属膜を所望の形状にパターニングする。これにより、ＩＤＴ１２、反射器１４、及びパッド１６を形成する。
図２（ｂ）のように、基板１０上に、化学気相成長（ＣＶＤ：Chemical Vapor Deposition）法を用いて、ＩＤＴ１２及び反射器１４を覆う温度補償膜１８を形成する。なお、温度補償膜１８は、スパッタリング法を用いて形成してもよい。温度補償膜１８を堆積した後、温度補償膜１８の上面を平坦化する平坦化処理を行ってもよい。平坦化処理は、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）法を用いてもよい。
図２（ｃ）のように、温度補償膜１８上に、イオンビームアシスト蒸着法を用いて、ＩＤＴ１２及び反射器１４を覆う絶縁膜２０を形成する。イオンビーム蒸着法における蒸着源として、例えば五酸化二タンタル（Ｔａ２Ｏ５）と一酸化チタン（ＴｉＯ）と三酸化二チタン（Ｔｉ２Ｏ３）との焼結体を用いることができる。イオン銃から照射されるイオンビームとして、酸素イオンを用いることができる。
次に、実施例１の弾性波デバイスと比較例１の弾性波デバイスのアドミタンス特性及びＱ特性を評価した実験について説明する。比較例１の弾性波デバイスは、絶縁膜２０に意図的な元素の添加がされていない酸化タンタル膜（以下、ノンドープ酸化タンタル膜と称す）を用いた点以外は、実施例１の弾性波デバイスと同じ構成をしている。
実験を行った実施例１の弾性波デバイス及び比較例１の弾性波デバイス共に、基板１０は１２７．８６°ＹカットＸ伝搬のＬｉＮｂＯ３基板とした。ＩＤＴ１２及び反射器１４はＣｕを主成分とした厚さ２５２ｎｍの金属膜とした。温度補償膜１８は厚さ１１６４μｍのＳｉＯ２膜とした。ＩＤＴ２０の電極指３２のピッチ間隔を３．８４μｍとした。電極指３２の対数を５５対とした。開口長を３５λ（λは弾性表面波の波長）とした。電極指３２及びダミー電極指３４のデューティ比を５０％とした。絶縁膜２０の厚さを１０ｎｍとした。
実施例１のＴｉドープ酸化タンタル膜からなる絶縁膜２０はイオンビームアシスト蒸着法を用いて成膜した。蒸着源としてＴａ２Ｏ５とＴｉＯとＴｉ２Ｏ３との焼結体を用いた。この焼結体のＴａ２Ｏ５の質量パーセント濃度は９０ｗｔ％以上で、ＴｉＯとＴｉ２Ｏ３の質量パーセント濃度は１０ｗｔ％未満が好ましい。イオンビームアシスト蒸着の条件は、ビーム加速電圧を−６ｋＶとし、エミッション電流の最大値を７００ｍＡとし、イオン銃のビーム電圧を７００Ｖ、ビーム電流を７００ｍＡとした。そして、イオン銃に酸素を導入（酸素ガス流量：５０ｓｃｃｍ）してイオンアシスト成膜を行った。イオン銃から酸素イオンが照射される前のチャンバー内の真空度は８×１０−４Ｐａで、酸素イオンが照射された後の真空度は２×１０−２Ｐａであった。
比較例１のノンドープ酸化タンタル膜からなる絶縁膜２０もイオンビームアシスト蒸着法を用いて成膜した。蒸着源としてＴａ２Ｏ５からなる焼結体を用いた点以外は、Ｔｉドープ酸化タンタル膜の場合と同じ条件で行った。
図３（ａ）及び図３（ｂ）は、実施例１に係る弾性波デバイスのアドミタンス特性及びＱ特性の実験結果を示す図、図３（ｃ）及び図３（ｄ）は、比較例１に係る弾性波デバイスのアドミタンス特性及びＱ特性の実験結果を示す図である。図３（ａ）から図３（ｄ）において、絶縁膜２０を成膜する前のアドミタンス特性及びＱ特性を破線で示し、絶縁膜２０を成膜した後のアドミタンス特性及びＱ特性を実線で示している。
図３（ａ）及び図３（ｃ）のように、絶縁膜２０にＴｉドープ酸化タンタル膜及びノンドープ酸化タンタル膜のいずれを用いた場合でも、絶縁膜２０を成膜することで、共振周波数ｆｒ及び反共振周波数ｆａは低周波数側に変化していることが分かる。図３（ａ）のように、絶縁膜２０にＴｉドープ酸化タンタル膜を用いた場合、絶縁膜２０の単位膜厚あたりの周波数変化量を共振周波数ｆｒの変化量から求めた所、−０．２１３ＭＨｚ／ｎｍであった。図３（ｃ）のように、絶縁膜２０にノンドープ酸化タンタル膜を用いた場合、絶縁膜２０の単位膜厚あたりの周波数変化量を共振周波数ｆｒの変化量から求めた所、−０．３２５ＭＨｚ／ｎｍであった。このように、絶縁膜２０にＴｉドープ酸化タンタル膜を用いた場合では、ノンドープ酸化タンタル膜を用いた場合に比べて、絶縁膜２０の単位膜厚あたりの周波数変化量が小さかった。
図３（ｂ）及び図３（ｄ）のように、絶縁膜２０にＴｉドープ酸化タンタル膜及びノンドープ酸化タンタル膜のいずれを用いた場合でも、絶縁膜２０の成膜前と成膜後でＱ値はほとんど変化がなかった。図３（ｂ）のように、絶縁膜２０にＴｉドープ酸化タンタル膜を用いた場合では、絶縁膜２０の成膜前に対する成膜後のＱ値は、共振周波数ｆｒと反共振周波数ｆａとの間の最大値で−３１．３、平均値で―１９．０であった。図３（ｄ）のように、絶縁膜２０にノンドープ酸化タンタル膜を用いた場合では、絶縁膜２０の成膜前に対する成膜後のＱ値は、共振周波数ｆｒと反共振周波数ｆａとの間の最大値で−３８．８、平均値で―２６．３であった。
図３（ａ）から図３（ｄ）のように、絶縁膜２０にＴｉドープ酸化タンタル膜及びノンドープ酸化タンタル膜のいずれを用いた場合でも、Ｑ特性の劣化を抑制しつつ、周波数の調整を行うことが可能であることが分かる。しかしながら、絶縁膜２０にノンドープ酸化タンタル膜を用いた場合、絶縁膜２０の単位膜厚あたりの周波数変化量が−０．３２５ＭＨｚ／ｎｍと比較的大きいため、絶縁膜２０の膜厚制御によって周波数を精度良く調整することが難しい。一方、絶縁膜２０にＴｉドープ酸化タンタル膜を用いた場合、絶縁膜２０の単位膜厚あたりの周波数変化量は−０．２１３ＭＨｚ／ｎｍと比較的小さいため、絶縁膜２０の膜厚制御によって周波数を精度良く調整することができる。
絶縁膜２０にＴｉドープ酸化タンタル膜を用いた場合では、ノンドープ酸化タンタル膜を用いた場合に比べて、絶縁膜２０の単位膜厚あたりの周波数変化量が小さくなった理由を以下に説明する。
表１は、絶縁膜２０に用いたＴｉドープ酸化タンタル膜とノンドープ酸化タンタル膜の密度、ヤング率、及び音速の評価結果である。なお、評価精度を高めるために絶縁膜２０の厚さを８０ｎｍ〜１８０ｎｍとして評価を行った。
表１において、密度は、Ｘ線反射率（ＸＲＲ：X-Ray Reflection）法を用いて評価した。ヤング率は、基板１０を伝搬する弾性表面波の音速から計算した。音速は、下記の数１を用いて計算した。なお、数１において、Ｖは音速、ρは密度、Ｅはヤング率、νはポアソン比である。
表１のように、Ｔｉドープ酸化タンタル膜及びノンドープ酸化タンタル膜の密度は、それぞれ８．０１ｇ／ｃｍ３及び８．１０ｇ／ｃｍ３と同程度の大きさであった。なお、Ｔａ２Ｏ２膜の密度の理論値は８．２ｇ／ｃｍ３である。Ｔｉドープ酸化タンタル膜のヤング率は１９６．０ＧＰａと、ノンドープ酸化タンタル膜のヤング率１７１．３ＧＰａよりも大きかった。このように、Ｔｉドープ酸化タンタル膜は、ノンドープ酸化タンタル膜に対して、密度はほとんど変化せずに（変化率：１．２％程度）、ヤング率が大きくなる（変化率：１４％程度）ことが分かる。また、数１のようにヤング率Ｅが大きくなるほど音速Ｖは速くなることから、Ｔｉドープ酸化タンタル膜の音速は３１５３．８７ｍ／ｓと、ノンドープ酸化タンタル膜の音速２９３２．０３ｍ／ｓよりも速くなっている。
基板１０に１２７．８６°ＹカットＸ伝搬のＬｉＮｂＯ３基板を用いた場合、弾性表面波の主モードの音速は約３５００ｍ／ｓである。絶縁膜２０の膜厚が一定である場合、弾性表面波の音速と絶縁膜２０の音速との差が大きくなるほど、周波数変化量が大きくなる。ノンドープ酸化タンタル膜の音速は２９３２．０３ｍ／ｓであることから、弾性表面波の音速（約３５００ｍ／ｓ）との差は約５６０ｍ／ｓである。これに対し、Ｔｉドープ酸化タンタル膜の音速は３１５３．８７ｍ／ｓであることから、弾性表面波の音速（約３５００ｍ／ｓ）との差は約３５０ｍ／ｓである。このように、絶縁膜２０にＴｉドープ酸化タンタル膜を用いた場合では、ノンドープ酸化タンタル膜を用いた場合に比べて、弾性表面波の音速と絶縁膜２０の音速との差が小さくなり、その結果、絶縁膜２０の単位膜厚あたりの周波数変化量が小さくなったと考えられる。
なお、基板１０に０°ＹカットＸ伝搬のＬｉＮｂＯ３基板を用いた場合の弾性表面波の主モードの音速は約３６００ｍ／ｓであり、４２°ＹカットＸ伝搬タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）基板を用いた場合の弾性表面波の主モードの音速は約４０００ｍ／ｓである。このように、基板１０がＬｉＮｂＯ３基板又はＬｉＴａＯ３基板のいずれを含む場合であっても、弾性表面波の主モードの音速は酸化タンタル膜の音速よりも速くなる。したがって、基板１０がＬｉＮｂＯ３基板又はＬｉＴａＯ３基板のいずれを含む場合であっても、絶縁膜２０にＴｉドープ酸化タンタル膜を用いることで、絶縁膜２０の音速を速めて、絶縁膜２０の単位膜厚あたりの周波数変化量を小さくできる。
実施例１によれば、櫛形電極３０上にＴｉドープ酸化タンタル膜からなる絶縁膜２０が設けられている。これにより、図３（ａ）及び図３（ｂ）で説明したように、Ｑ特性の劣化を抑制しつつ、周波数の調整を行うことができる。Ｔｉドープ酸化タンタル膜からなる絶縁膜２０の単位膜厚あたりの周波数変化量は、絶縁膜２０にノンドープ酸化タンタル膜を用いた場合に比べて小さくなることから、製造におけるマージンを確保でき、周波数調整を良好に行うことができる。また、Ｔｉドープ酸化タンタル膜は優れた耐湿性を有することから、絶縁膜２０にＴｉドープ酸化タンタル膜を用いることで温度補償膜１８の吸湿を抑制できる。
表１のように、絶縁膜２０は、ノンドープ酸化タンタル膜よりもヤング率の大きいＴｉドープ酸化タンタル膜からなることが好ましい。数１から分かるように、絶縁膜２０の音速Ｖは、絶縁膜２０のヤング率Ｅを大きくするだけでなく、絶縁膜２０の密度ρを小さくすることでも速くできる。すなわち、絶縁膜２０の密度を小さくすることでも、弾性表面波の音速と絶縁膜２０の音速との差を小さくすることができる。しかしながら、絶縁膜２０の密度を小さくすると、絶縁膜２０の膜質が悪くなってしまう。したがって、絶縁膜２０のヤング率を大きくすることで、絶縁膜２０の音速を速くして、弾性表面波の音速と絶縁膜２０の音速との差を小さくすることが好ましい。例えば、Ｔｉドープ酸化タンタル膜からなる絶縁膜２０のヤング率は、ノンドープ酸化タンタル膜のヤング率の１．１倍以上である場合が好ましく、１．１５倍以上である場合がより好ましく、１．２倍以上である場合がさらに好ましい。
絶縁膜２０は、イオンビームアシスト蒸着法を用いて成膜されることが好ましい。表２は、イオンビームアシスト蒸着の条件を変えた場合での、Ｔｉドープ酸化タンタル膜の密度、ヤング率、及び音速の評価結果である。サンプル１は、イオン銃のビーム電圧を０Ｖ、ビーム電流を０ｍＡ（すなわち、イオンアシストなし）の条件で成膜したＴｉドープ酸化タンタル膜の評価結果である。サンプル２は、イオン銃のビーム電圧を７００Ｖ、ビーム電流を７００ｍＡの条件で成膜したＴｉドープ酸化タンタル膜の評価結果である。サンプル３は、イオン銃のビーム電圧を１０００Ｖ、ビーム電流を１０００ｍＡの条件で成膜したＴｉドープ酸化タンタル膜の評価結果である。イオンビームアシスト蒸着のその他の条件については、表１で説明した条件と同じ条件にした。
表２のように、サンプル２及びサンプル３では、密度はノンドープ酸化タンタル膜の密度（表１：８．１０ｇ／ｃｍ３）と同等の大きさとなった。ヤング率はノンドープ酸化タンタル膜のヤング率（表１：１７１．３ＧＰａ）よりも大きくなり、その結果、音速はノンドープ酸化タンタル膜の音速（表１：２９３２．０３ｍ／ｓ）よりも速くなった。一方、サンプル１では、密度及びヤング率はノンドープ酸化タンタル膜よりも小さく、音速はノンドープ酸化タンタル膜よりも遅くなった。このことから、絶縁膜２０の音速を速くして、弾性表面波の音速と絶縁膜２０の音速との差を小さくするには、絶縁膜２０に用いるＴｉドープ酸化タンタル膜をイオンビームアシスト蒸着法によって形成することが好ましいことが分かる。なお、サンプル１は、密度が小さくて緻密性が低下しているために、ヤング率が小さくなったものと考えられる。したがって、緻密なＴｉドープ酸化タンタル膜が成膜できる製造方法であれば、イオンビームアシスト蒸着法以外であってもよく、例えばＴｉを添加したＴａ５Ｏ２のターゲットを用いたスパッタリング法や、ＣＶＤ法、原子層堆積（ＡＬＤ：Atomic Layer Deposition）法を用いて成膜してもよい。
なお、実施例１では、絶縁膜２０にＴｉドープ酸化タンタル膜を用いた場合を例に示したが、Ｔｉが添加された酸化ニオブ膜（ＮｂＯｘ膜）を用いる場合でもよい。この場合でも、Ｔｉの添加量が０．１ａｔｏｍ％以上且つ４０ａｔｏｍ％以下であることが好ましい。タンタル（Ｔａ）とニオブ（Ｎｂ）は価数とイオン半径が近いため（５価のＴａのイオン半径：０．６４Å、５価のＮｂのイオン半径：０．６４Å）、Ｔａ２Ｏ５とＮｂ２Ｏ５は、同様の結晶構造を構成し、同様の電気特性を示すと考えられる。したがって、Ｔｉドープ酸化タンタル膜の場合と同様に、Ｔｉドープ酸化ニオブ膜は、ノンドープ酸化ニオブ膜に対して、密度はほとんど変化せずに、ヤング率が大きくなると考えられる。したがって、絶縁膜２０にＴｉドープ酸化ニオブ膜を用いた場合でも、絶縁膜２０の単位膜厚あたりの周波数変化量を小さくでき、周波数調整を良好に行うことができると考えられる。また、絶縁膜２０がＴｉドープ酸化タンタル膜からなる場合と同様に、絶縁膜２０は、ノンドープ酸化ニオブ膜よりもヤング率の大きいＴｉドープ酸化ニオブ膜からなることが好ましい。例えば、Ｔｉドープ酸化ニオブ膜からなる絶縁膜２０のヤング率は、ノンドープ酸化ニオブ膜のヤング率の１．１倍以上である場合が好ましく、１．１５倍以上である場合がより好ましく、１．２倍以上である場合がさらに好ましい。
なお、実施例１では、絶縁膜２０が温度補償膜１８の上面に設けられた場合を例に示したが、絶縁膜２０は温度補償膜１８内又は温度補償膜１８の下面に設けられている場合でもよい。
図４は、実施例２に係る弾性波デバイスの一部を拡大した断面図である。図４のように、実施例２の弾性波デバイス２００は、実施例１の弾性波デバイス１００と比べて、温度補償膜１８が設けられていない点で異なる。したがって、絶縁膜２０は、電極指３２に接して、ＩＤＴ１２及び反射器１４を覆っている。絶縁膜２０の厚さは、ＩＤＴ１２及び反射器１４よりも薄い。
実施例１では、絶縁膜２０は温度補償膜１８上に設けられていたが、実施例２のように、絶縁膜２０はＩＤＴ１２及び反射器１４に接して設けられていてもよい。なお、ＩＤＴ１２と絶縁膜２０との間に薄い保護膜が挿入されていてもよい。
まず、図５（ａ）及び図５（ｂ）を用いて、横モードの不要波を抑制するためのＩＤＴ内の音速について説明する。図５（ａ）は、圧電基板の異方性係数γが正の場合に対応し、図５（ｂ）は、圧電基板の異方性係数γが負の場合に対応する。回転ＹカットＸ伝搬ＬｉＮｂＯ３基板は異方性係数γが正であり、回転ＹカットＸ伝搬ＬｉＴａＯ３基板は異方性係数γが負である。図５（ａ）及び図５（ｂ）の左図のように、ＩＤＴ１２は、１対の櫛形電極３０ａを備えている。１対の櫛形電極３０ａは、複数の電極指３２と、複数の電極指３２が接続されたバスバー３６と、を備える。１対の櫛形電極３０ａのうちの一方の櫛形電極３０ａの電極指３２の先端と他方の櫛形電極３０ａのバスバー３６とが空隙を介して対向している。１対の櫛形電極３０ａの電極指３２が交差する領域を交差領域４０とする。交差領域４０は、中央領域４２及びエッジ領域４４を有する。交差領域４０とバスバー３６との間をギャップ領域４６とする。
図５（ａ）の右図のように、異方性係数γが正のとき、交差領域４０に比べギャップ領域４６の音速を速くする。これにより、弾性波が交差領域４０内に閉じ込められる。エッジ領域４４の音速を中央領域４２より遅くする。これにより、横モードによる不要波を抑制できる。図５（ｂ）の右図に示すように、異方性係数γが負のとき、交差領域４０に比べギャップ領域４６の音速を遅くする。これにより、弾性波が交差領域４０内に閉じ込められる。エッジ領域４４の音速を中央領域４２より速くする。これにより、横モードによる不要波を抑制できる。このような構造をピストンモード構造という。
図６（ａ）は、実施例３に係る弾性波デバイスの平面図、図６（ｂ）は、図６（ａ）のＡ−Ａ間の断面図である。実施例３の弾性波デバイス３００では、基板１０は回転ＹカットＸ伝搬ＬｉＮｂＯ３基板を含む。ＩＤＴ１２は、複数の電極指３２とバスバー３６とを備える１対の櫛形電極３０ａを備える。絶縁膜２０は、ギャップ領域４６と交差領域４０とを覆っていて、バスバー３６は覆っていない。絶縁膜２０は、Ｔｉドープ酸化タンタル膜又はＴｉドープ酸化ニオブ膜からなり、エッジ領域４４における厚さがギャップ領域４６及び中央領域４２における厚さよりも厚くなっている。その他の構成は、実施例１と同じであるため説明を省略する。
実施例３によれば、絶縁膜２０は、エッジ領域４４における厚さが中央領域４２における厚さよりも厚くなっている。これにより、エッジ領域４４の音速を中央領域４２より遅くできる。したがって、図５（ａ）で説明したように、横モードによる不要波を抑制できる。
図７は、実施例３の変形例１に係る弾性波デバイスの断面図である。図７のように、実施例３の変形例１の弾性波デバイス３１０では、絶縁膜２０は、バスバー３６上にも設けられている。絶縁膜２０は、バスバー３６上における厚さがギャップ領域４６及び中央領域４２における厚さよりも厚くなっている。バスバー３６上における絶縁膜２０の厚さとエッジ領域４４における絶縁膜２０の厚さとは、例えば同じ厚さになっている。その他の構成は、実施例３と同じであるため説明を省略する。
実施例３の変形例１のように、エッジ領域４４における絶縁膜２０の厚さが中央領域４２における絶縁膜２０の厚さよりも厚い場合において、絶縁膜２０はバスバー３６上に設けられていてもよい。
なお、実施例３では、基板１０がＬｉＮｂＯ３基板を含む場合を例に示したが、これに限られない。基板１０はＬｉＴａＯ３基板を含む場合でもよい。この場合、図５（ｂ）のように、横モードの不要波を抑制するために、エッジ領域４４の音速を中央領域４２より速くすることが好ましい。したがって、絶縁膜２０は、エッジ領域４４における厚さが中央領域４２における厚さよりも薄い場合が好ましい。
このように、横モードの不要波を抑制するために、絶縁膜２０はエッジ領域４４における厚さと中央領域４２における厚さとが異なっている場合が好ましい。なお、異方性係数γが負であるＬｉＴａＯ３基板は、ＩＤＴ１２の膜厚を大きくすることで、異方性係数γを負から正に変えることができる。
図８は、実施例４に係る弾性波デバイスの断面図である。図８のように、実施例４の弾性波デバイス４００は、基板１０上に、圧電膜５４と、圧電膜５４を挟んで対向する下部電極５２及び上部電極５６と、が設けられている。圧電膜５４を挟み下部電極５２と上部電極５６とが対向する領域が、厚み縦振動モードが共振する共振領域５８となる。このように、下部電極５２及び上部電極５６は、弾性波を励振する電極である。
共振領域５８において、基板１０の平坦上面と下部電極５２との間に、下部電極５２側にドーム状の膨らみを有する空隙６０が設けられている。ドーム状の膨らみとは、例えば空隙６０の周辺では空隙６０の高さが低く、空隙６０の内部ほど空隙６０の高さが高くなるような形状の膨らみである。共振領域５８を覆って、上部電極５６上に絶縁膜２０が設けられている。絶縁膜２０は、Ｔｉドープ酸化タンタル膜又はＴｉドープ酸化ニオブ膜であり、弾性波デバイスの共振周波数を調整する周波数調整用として用いられる。なお、絶縁膜２０に凹部や孔が設けられていてもよい。
基板１０は、シリコン基板、石英基板、ガラス基板、セラミック基板、又はガリウム砒素基板などである。下部電極５２及び上部電極５６は、アルミニウム、銅、クロム、モリブデン、タングステン、タンタル、白金、ルテニウム、ロジウム、又はイリジウムなどの金属単層膜、若しくは、これらの積層膜である。圧電膜５４は、窒化アルミニウム膜、酸化亜鉛膜、チタン酸ジルコン酸鉛膜、又はチタン酸鉛膜などである。圧電膜５４は、窒化アルミニウムを主成分とし、共振特性の向上又は圧電性の向上のために他の元素を含んだ膜でもよい。例えば、添加元素にスカンジウムを用いることで圧電性を向上でき、電気機械結合係数を向上できる。共振領域５８は、楕円形状をしていてもよいし、矩形形状をしていてもよいし、その他の形状をしていてもよい。空隙６０は、基板１０に設けられた窪み又は貫通孔の場合でもよい。
図９は、絶縁膜の厚さと周波数との関係を示す図である。図９の横軸は絶縁膜２０の厚さで、縦軸は共振周波数である。図９では、下部電極５２及び上部電極５６に厚さ２５０ｎｍのルテニウム膜を用い、圧電膜５４に厚さ１２５０ｎｍの窒化アルミニウム膜を用い、絶縁膜２０にＴｉドープ酸化タンタル膜を用いた場合の測定結果を示している。また、比較のために、絶縁膜２０を二酸化シリコン（ＳｉＯ２）膜とした場合の測定結果も示している。絶縁膜２０がＴｉドープ酸化タンタル膜である場合の測定結果を実線で、ＳｉＯ２膜である場合の測定結果を破線で示している。図９のように、絶縁膜２０にＴｉドープ酸化タンタル膜を用いた場合は、ＳｉＯ２膜を用いた場合に比べて、単位膜厚あたりの周波数変化量が大きい。このため、広範囲にわたって共振周波数を調整することができる。
実施例４によれば、基板１０上に、圧電膜５４と、圧電膜５４を挟んで対向する下部電極５２及び上部電極５６と、が設けられている。共振領域５８上における上部電極５６上に、Ｔｉドープ酸化タンタル膜からなる絶縁膜２０が設けられている。これにより、広範囲にわたって周波数調整が可能となるため、周波数を良好に調整することができる。また、絶縁膜２０にＴｉドープ酸化タンタル膜を用いた場合は、ＳｉＯ２膜を用いた場合に比べて、同じ量の周波数を変化させるときの膜厚を薄くできることから、特性に与える影響を抑えることができる。絶縁膜２０の膜厚を厚くすることで共振周波数が低下していくことから、例えば絶縁膜２０はラダー型フィルタの並列共振器の周波数調整用として用いることができる。また、上述したように、Ｔｉドープ酸化タンタル膜は優れた耐湿性を有することから、上部電極５６が水分に曝されることを抑制できる。
実施例４では、絶縁膜２０がＴｉドープ酸化タンタル膜である場合を例に示したが、Ｔｉドープ酸化ニオブ膜である場合でもよい。実施例１で説明したように、Ｔａ２Ｏ５とＮｂ２Ｏ５は同様の結晶構造を構成し同様の電気特性を示すと考えられることから、絶縁膜２０がＴｉドープ酸化ニオブ膜の場合でも図９と同様の結果が得られると考えられるためである。
以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
１０ 基板
１２ ＩＤＴ
１４ 反射器
１６ パッド
１８ 温度補償膜
２０ 絶縁膜
３０、３０ａ 櫛形電極
３２ 電極指
３４ ダミー電極指
３６ バスバー
４０ 交差領域
４２ 中央領域
４４ エッジ領域
４６ ギャップ領域
５２ 下部電極
５４ 圧電膜
５６ 上部電極
５８ 共振領域
６０ 空隙
１００〜４００ 弾性波デバイス
１２ ＩＤＴ
１４ 反射器
１６ パッド
１８ 温度補償膜
２０ 絶縁膜
３０、３０ａ 櫛形電極
３２ 電極指
３４ ダミー電極指
３６ バスバー
４０ 交差領域
４２ 中央領域
４４ エッジ領域
４６ ギャップ領域
５２ 下部電極
５４ 圧電膜
５６ 上部電極
５８ 共振領域
６０ 空隙
１００〜４００ 弾性波デバイス
Claims (6)
- ＹカットＸ伝搬タンタル酸リチウム基板又はＹカットＸ伝搬ニオブ酸リチウム基板である圧電基板と、
前記圧電基板上に設けられ、弾性波を励振する櫛型電極と、
前記櫛型電極上に設けられ、チタンが添加された酸化タンタル膜又はチタンが添加された酸化ニオブ膜からなる絶縁膜と、を備える弾性波デバイス。 - 前記絶縁膜は、前記チタンが添加された酸化タンタル膜であり、元素が添加されていない酸化タンタル膜よりもヤング率が大きい、又は、前記チタンが添加された酸化ニオブ膜であり、元素が添加されていない酸化ニオブ膜よりもヤング率が大きい、請求項１記載の弾性波デバイス。
- 前記櫛型電極が励振する前記弾性波は弾性表面波である、請求項１または２記載の弾性波デバイス。
- 前記櫛型電極上に設けられ、前記圧電基板の弾性定数の温度係数とは逆符号の温度係数の弾性定数を有する温度補償膜を備える、請求項１から３のいずれか一項記載の弾性波デバイス。
- 前記櫛型電極に含まれる電極指が設けられた領域は、前記電極指の延伸方向における中央に位置する中央領域と、前記電極指の延伸方向におけるエッジに位置するエッジ領域と、を有し、
前記絶縁膜は、前記中央領域と前記エッジ領域とを覆って設けられ、前記中央領域における厚さと前記エッジ領域における厚さとが異なる、請求項１から４のいずれか一項記載の弾性波デバイス。 - 前記絶縁膜は、前記チタンが添加された酸化タンタル膜であり、チタンの添加量が０．１ａｔｏｍ％以上且つ４０ａｔｏｍ％以下である、又は、前記チタンが添加された酸化ニオブ膜であり、チタンの添加量が０．１ａｔｏｍ％以上且つ４０ａｔｏｍ％以下である、請求項１から５のいずれか一項記載の弾性波デバイス。
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