JP6950751B2 - 弾性波装置、マルチプレクサ、高周波フロントエンド回路、及び通信装置 - Google Patents
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Description
(1)弾性波装置の全体構成
まず、実施形態1に係る弾性波装置1の全体構成について、図面を参照して説明する。
次に、実施形態1に係る弾性波装置1の各構成要素について、図面を参照して説明する。
複数の弾性波共振子31〜39のうち、アンテナ端共振子である弾性波共振子31は、第1弾性波共振子3Aである。また、複数の並列腕共振子(弾性波共振子32,34,36,38)のうち第1端子101に電気的に最も近い弾性波共振子32も第1弾性波共振子3Aである。
実施形態1の高音速部材4Aは、高音速支持基板42Aである。高音速支持基板42Aは、圧電体層6Aを挟んでIDT電極7Aとは反対側に位置している。高音速支持基板42Aでは、圧電体層6Aを伝搬する弾性波の音速よりも、高音速支持基板42Aを伝搬するバルク波の音速が高速である。高音速支持基板42Aは、低音速膜5A、圧電体層6A、誘電体膜8A、及びIDT電極7Aを支持する。
低音速膜5Aは、圧電体層6Aを伝搬するバルク波の音速より、低音速膜5Aを伝搬する横波バルク波の音速が低速となる膜である。低音速膜5Aは、高音速支持基板42Aと圧電体層6Aとの間に設けられている。低音速膜5Aが高音速支持基板42Aと圧電体層6Aとの間に設けられていることにより、弾性波の音速が低下する。弾性波は本質的に低音速な媒質にエネルギーが集中する。したがって、圧電体層6A内及び弾性波が励振されているIDT電極7A内への弾性波のエネルギーの閉じ込め効果を高めることができる。その結果、低音速膜5Aが設けられていない場合に比べて、損失を低減し、Q値を高めることができる。
圧電体層6Aは、例えば、Γ°YカットX伝搬LiTaO3圧電単結晶から形成されている。Γ°YカットX伝搬LiTaO3圧電単結晶は、LiTaO3圧電単結晶の3つの結晶軸をX軸、Y軸、Z軸とした場合に、X軸を中心軸としてY軸からZ軸方向にΓ°回転した軸を法線とする面で切断したLiTaO3単結晶であって、X軸方向に弾性表面波が伝搬する単結晶である。圧電体層6Aのカット角は、カット角をΓ[°]、圧電体層6Aのオイラー角を(φ,θ,ψ)をすると、Γ=θ+90°である。ただし、Γと、Γ±180×nは同義である(結晶学的に等価である)。ここにおいて、nは、自然数である。圧電体層6Aは、Γ°YカットX伝搬LiTaO3圧電単結晶に限定されず、例えば、Γ°YカットX伝搬LiTaO3圧電セラミックスであってもよい。
IDT電極7Aは、図4A及び図4Bに示すように、第1バスバー71Aと、第2バスバー72Aと、複数の第1電極指73Aと、複数の第2電極指74Aとを含み、誘電体膜8Aの主面81Aに設けられている。
誘電体膜8Aは、図3Aに示すように、圧電体層6A上に形成されている。誘電体膜8A上にIDT電極7Aが形成されている。誘電体膜8Aの材料は、例えば、酸化ケイ素である。
複数の弾性波共振子31〜39のうち第1弾性波共振子3A以外の弾性波共振子は、図1に示すように、第2弾性波共振子3Bである。図1の例では、複数の弾性波共振子33〜39が第2弾性波共振子3Bである。
実施形態1の高音速部材4Bは、高音速支持基板42Bである。高音速支持基板42Bは、圧電体層6Bを挟んでIDT電極7Bとは反対側に位置している。高音速支持基板42Bでは、圧電体層6Bを伝搬する弾性波の音速よりも、高音速支持基板42Bを伝搬するバルク波の音速が高速である。高音速支持基板42Bは、低音速膜5B、圧電体層6B、及びIDT電極7Bを支持する。
低音速膜5Bは、圧電体層6Bを伝搬するバルク波の音速より、低音速膜5Bを伝搬するバルク波の音速が低速となる膜である。低音速膜5Bは、高音速支持基板42Bと圧電体層6Bとの間に設けられている。低音速膜5Bが高音速支持基板42Bと圧電体層6Bとの間に設けられていることにより、弾性波の音速が低下する。弾性波は本質的に低音速な媒質にエネルギーが集中する。したがって、圧電体層6B内及び弾性波が励振されているIDT電極7B内への弾性波のエネルギーの閉じ込め効果を高めることができる。その結果、低音速膜5Bが設けられていない場合に比べて、損失を低減し、Q値を高めることができる。
圧電体層6Bは、圧電体層6Aと同様、例えば、Γ°YカットX伝搬LiTaO3圧電単結晶から形成されている。圧電体層6Bのカット角は、カット角をΓ[°]、圧電体層6Bのオイラー角を(φ,θ,ψ)をすると、Γ=θ+90°である。なお、圧電体層6Bは、Γ°YカットX伝搬LiTaO3圧電単結晶に限定されず、例えば、Γ°YカットX伝搬LiTaO3圧電セラミックスであってもよい。
IDT電極7Bは、IDT電極7Aと同様、図5A及び図5Bに示すように、第1バスバー71Bと、第2バスバー72Bと、複数の第1電極指73Bと、複数の第2電極指74Bとを含み、圧電体層6Bの主面61B(図3B参照)に設けられている。
第1弾性波共振子3Aについては、シリコン基板からなる高音速部材4Aの面41Aを(111)面とする。低音速膜5A、圧電体層6A及びIDT電極7Aの厚さは、IDT電極7Aの電極指周期で定まる弾性波の波長であるλを用いて規格化している。第1弾性波共振子3Aでは、λは、1.48μmとする。図6は、第1弾性波共振子3Aにおいて、アルミニウムからなるIDT電極7Aの厚さを0.07λとし、50°YカットX伝搬LiTaO3圧電単結晶からなる圧電体層6Aの厚さを0.3λとし、酸化ケイ素からなる低音速膜5Aの厚さを0.35λとし、誘電体膜8Aの厚さを0nmから30nmの範囲で変化させた場合の、誘電体膜8Aの厚さとTCFとの関係を示している。また、図7は、第1弾性波共振子3Aにおける誘電体膜8Aの厚さと比帯域との関係を示している。
次に、実施形態1に係るマルチプレクサ100について、図2を参照して説明する。
次に、実施形態1に係る高周波フロントエンド回路300について、図2を参照して説明する。
次に、実施形態1に係る通信装置400について、図2を参照して説明する。
以上説明したように、実施形態1に係る弾性波装置1では、第1弾性波共振子3Aにおいて、圧電体層6AとIDT電極7Aとの間に誘電体膜8Aが設けられている。これにより、たとえ高次モードが存在していても、温度によって、高次モードが発生する周波数が変化する度合いを低減させることができる。つまり、高次モードの温度による変化を低減させることができる。
以下、実施形態1の変形例について説明する。
実施形態2に係る弾性波装置は、実施形態1に係る弾性波装置1の第1弾性波共振子3A及び第2弾性波共振子3Bの代わりに、図11Aに示すような第1弾性波共振子3Ad及び図11Bに示すような第2弾性波共振子3Bdを備える点で、実施形態1に係る弾性波装置1と相違する。実施形態2に係る弾性波装置の回路構成は、実施形態1に係る弾性波装置1の回路構成と同じなので、図示及び説明を省略する。実施形態2に係る弾性波装置に関し、実施形態1に係る弾性波装置1と同様の構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。
実施形態3に係る弾性波装置は、実施形態1に係る弾性波装置1の第1弾性波共振子3Aと第2弾性波共振子3Bの代わりに、図13Aに示すような第1弾性波共振子3An及び図13Bに示すような第2弾性波共振子3Bnを備える点で、実施形態1に係る弾性波装置1と相違する。実施形態3に係る弾性波装置の回路構成は、実施形態1に係る弾性波装置1の回路構成と同じなので、図示及び説明を省略する。実施形態3に係る弾性波装置に関し、実施形態1に係る弾性波装置1と同様の構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。
以上説明した実施形態及び変形例より以下の態様が開示されている。
31〜39 弾性波共振子
3A,3Af,3Ad,3An 第1弾性波共振子
3B,3Bf,3Bd,3Bn 第2弾性波共振子
4A,4B 高音速部材
42A,42B 高音速支持基板
44A,44B 支持基板
45A,45B 高音速膜
5A,5B 低音速膜
6A,6B 圧電体層
61A,61B 主面
7A,7B IDT電極
71A,71B 第1バスバー
72A,72B 第2バスバー
73A,73B 第1電極指
74A,74B 第2電極指
100,100b マルチプレクサ
101 第1端子
102 第2端子
103 第3端子
104 第4端子
105 第5端子
11 第1フィルタ
12 第2フィルタ
21 第3フィルタ
22 第4フィルタ
30 共振子群
200 アンテナ
300 高周波フロントエンド回路
301 第1スイッチ回路
302 第2スイッチ回路
303 第1増幅回路
304 第2増幅回路
400 通信装置
401 RF信号処理回路
402 ベースバンド信号処理回路
N1〜N4 ノード
r1 第1経路
r21〜r24 第2経路
Claims (13)
- アンテナ端子である第1端子と、前記第1端子とは異なる第2端子との間に設けられる弾性波装置であって、
複数の弾性波共振子を備え、
前記複数の弾性波共振子は、
前記第1端子と前記第2端子とを結ぶ第1経路上に設けられた複数の直列腕共振子と、
前記第1経路上の複数のノードそれぞれとグラウンドとを結ぶ複数の第2経路上に設けられた複数の並列腕共振子と、を含み、
前記複数の弾性波共振子のうち前記第1端子に電気的に最も近い弾性波共振子をアンテナ端共振子とした場合に、
前記アンテナ端共振子は、第1弾性波共振子であり、
前記複数の弾性波共振子のうち前記アンテナ端共振子以外の少なくとも1つの弾性波共振子は、第2弾性波共振子であり、
前記第1弾性波共振子及び前記第2弾性波共振子の各々は、
圧電体層と、
前記圧電体層上に形成されており複数の電極指を有するIDT電極と、
前記圧電体層を挟んで前記IDT電極とは反対側に位置しており前記圧電体層を伝搬する弾性波の音速よりも伝搬するバルク波の音速が高速である高音速部材と、
前記高音速部材と前記圧電体層との間に設けられており前記圧電体層を伝搬するバルク波の音速よりも伝搬するバルク波の音速が低速である低音速膜と、を含み、
前記第1弾性波共振子が、前記圧電体層と前記IDT電極との間に設けられた誘電体膜を更に含み、前記第2弾性波共振子が、前記誘電体膜を含まない、若しくは、前記誘電体膜を更に含み、
前記圧電体層の厚さが、前記IDT電極の前記複数の電極指の周期である電極指周期で定まる弾性波の波長をλとしたときに、3.5λ以下であり、
前記圧電体層の材料が、リチウムタンタレートであり、
前記誘電体膜の材料が、酸化ケイ素であり、
前記誘電体膜の厚さが、前記波長に対して2.03%以下であり、
前記第1弾性波共振子及び前記第2弾性波共振子の各々における前記IDT電極の電極指の電極指長手方向における単位長さ当たりの質量が、0.945×10 −9 g/cm以上2.43×10 −9 g/cm以下であり、
前記第1弾性波共振子及び前記第2弾性波共振子の各々における前記圧電体層のカット角が、30°以上90°以下であり、
前記第1弾性波共振子と前記第2弾性波共振子は、第1条件と第2条件と第3条件とのうちの少なくとも1つを満たし、
前記第1条件は、前記第2弾性波共振子が前記誘電体膜を含む場合、前記第2弾性波共振子の前記誘電体膜が、前記第1弾性波共振子の前記誘電体膜の厚みより薄い厚みを有し、前記誘電体膜の厚さが、前記波長に対して1.48%以下である、という条件であり、
前記第2条件は、前記第1弾性波共振子及び前記第2弾性波共振子の各々における前記IDT電極の電極指の電極指長手方向における単位長さ当たりの質量が、1.4445×10 −9 g/cm以上2.43×10 −9 g/cm以下であり、前記第1弾性波共振子の前記IDT電極の電極指の電極指長手方向における前記単位長さ当たりの質量が、前記第2弾性波共振子の前記IDT電極の電極指の電極指長手方向における前記単位長さ当たりの質量よりも小さい、という条件であり、
前記第3条件は、前記第1弾性波共振子及び前記第2弾性波共振子の各々における前記圧電体層のカット角が、30°以上62°以下であり、前記第1弾性波共振子の前記圧電体層のカット角が、前記第2弾性波共振子の前記圧電体層のカット角よりも大きい、という条件である、
弾性波装置。 - 前記複数の弾性波共振子のうち前記アンテナ端共振子を含む少なくとも1つの弾性波共振子は、前記第1弾性波共振子であり、
前記複数の弾性波共振子のうち前記少なくとも1つの弾性波共振子以外の弾性波共振子は、前記第2弾性波共振子であり、
前記第1弾性波共振子は、前記第2弾性波共振子とは異なるチップである、
請求項1に記載の弾性波装置。 - 前記低音速膜の材料が酸化ケイ素であり、
前記高音速部材の材料がシリコンである、
請求項1又は2に記載の弾性波装置。 - 前記高音速部材は、
前記圧電体層を伝搬する弾性波の音速よりも伝搬するバルク波の音速が高速である高音速膜と、
前記高音速膜を支持する支持基板と、を含む、
請求項1又は2に記載の弾性波装置。 - 前記低音速膜の材料が、酸化ケイ素と、ガラスと、酸窒化ケイ素と、酸化タンタルと、酸化ケイ素にフッ素、炭素又はホウ素を加えた化合物と、からなる群から選択される少なくとも1種の材料であり、
前記高音速膜の材料が、ダイヤモンドライクカーボン、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、炭化ケイ素、窒化ケイ素、シリコン、サファイア、リチウムタンタレート、リチウムニオベイト、水晶、アルミナ、ジルコニア、コージライト、ムライト、ステアタイト、フォルステライト及びマグネシア、ダイヤモンドからなる群から選択される少なくとも1種の材料である、
請求項4に記載の弾性波装置。 - 前記高音速部材は、前記圧電体層を伝搬する弾性波の音速よりも伝搬するバルク波の音速が高速である高音速支持基板である、
請求項1〜3のいずれか1項に記載の弾性波装置。 - 前記複数の直列腕共振子のうち1つの直列腕共振子が、前記複数の並列腕共振子よりも前記第1端子に電気的に近く、
前記1つの直列腕共振子が、前記アンテナ端共振子である、
請求項1〜6のいずれか1項に記載の弾性波装置。 - 前記複数の直列腕共振子のうち1つの直列腕共振子と前記複数の並列腕共振子のうち1つの並列腕共振子とが、前記第1端子と直接的に接続されており、
前記1つの直列腕共振子と前記1つの並列腕共振子との少なくとも一方が、前記アンテナ端共振子である、
請求項1〜6のいずれか1項に記載の弾性波装置。 - 請求項1〜8のいずれか1項に記載の弾性波装置からなる第1フィルタと、
前記第1端子と前記第1端子とは異なる第3端子との間に設けられた第2フィルタと、を備え、
前記第1フィルタの通過帯域が、前記第2フィルタの通過帯域よりも低周波数域である、
マルチプレクサ。 - 前記複数の弾性波共振子からなる共振子群を複数備え、
前記複数の共振子群では、前記第1端子が共通端子であり、かつ、前記第2端子が個別端子であり、
前記複数の共振子群の前記アンテナ端共振子が1チップに集積されている、
請求項9に記載のマルチプレクサ。 - 前記第1フィルタの前記通過帯域の最小周波数が、前記第2フィルタの前記通過帯域の最大周波数よりも高い、
請求項9又は10に記載のマルチプレクサ。 - 請求項9〜11のいずれか1項に記載のマルチプレクサと、
前記マルチプレクサに接続された増幅回路と、を備える、
高周波フロントエンド回路。 - 請求項12に記載された高周波フロントエンド回路と、
アンテナで受信される高周波信号を処理する信号処理回路と、を備え、
前記高周波フロントエンド回路は、前記アンテナと前記信号処理回路との間で前記高周波信号を伝達する、
通信装置。
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