JP7005579B2 - 弾性波素子、アンテナデュプレクサ、ダイプレクサ及び通信機器 - Google Patents

Description

本開示の側面及び実施形態は一般に、弾性波素子と、当該弾性波素子を含むアンテナデュプレクサ又はダイプレクサと、当該弾性波素子、当該アンテナデュプレクサ又は当該ダイプレクサを含む電子機器とに関する。

従来、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ_３）基板に沿って非漏洩のＳＨ（ｓｈｅａｒ ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ）波を伝播させる弾性波素子が、移動体通信機器等のフィルタ及びアンテナデュプレクサとして使用されている。このような弾性波素子においてＳＨ波の励振は、当該ＳＨ波の速度が、遅い横波（ｓｌｏｗ ｓｈｅａｒ ｗａｖｅ（ＳＳＷ））の速度よりも遅くなるように構成することによって行われている。例えば特許文献１を参照のこと。

米国特許出願公開第２００７／００９０８９８（Ａ１）号明細書

しかしながら、タンタル酸リチウム基板に沿って非漏洩のＳＨ波を伝播させる弾性波素子においてはＩＤＴ（インターディジタルトランスデューサ）電極の厚さが大きくなる。具体的には、ＩＤＴ電極の厚さは、漏洩ＳＨ波を伝播させる弾性波素子のＩＤＴ電極の厚さの倍以上となる。例えば、ＩＤＴ電極の材料としてモリブデン（Ｍｏ）が使用される場合、ＳＨ波の波長λに対するＩＤＴ電極の厚さｈ_Ｍの比ｈ_Ｍ／λは、９．５％よりも大きくなる。このようなＩＤＴ電極の大きな厚さは、リソグラフィー等の工程において加工限界に達するために製造が困難となる。さらに、所定の電気機械結合係数ｋ^２を確保するためには、タンタル酸リチウムの回転Ｙ軸についてのカット角を、多用されている４２°よりも小さく抑える必要がある。このような小さなカット角においては、レイリー波によるスプリアスが発生する。

上述の事情に鑑み、本開示の実施形態は、タンタル酸リチウム基板に沿って非漏洩のＳＨ波を伝播させるが、ＩＤＴ電極の厚さを最小限とし、かつ、レイリー波によるスプリアスを抑制することができる弾性波素子と、アンテナデュプレクサ又はダイプレクサと、当該弾性波素子、当該アンテナデュプレクサ又は当該ダイプレクサを使用する電子機器とを与える。

本開示の一実施形態によれば、弾性波素子は、オイラー角（φ，θ，ψ）を有するタンタル酸リチウム基板と、当該タンタル酸リチウム基板の上に設けられて波長λの主要弾性波を励振させる電極とを含み、第１成分φが１０°≦φ≦５０°を満たし、当該電極は、ρ_Ｔｉがチタンの密度を表す場合にρ_Ｍ≧ρ_Ｔｉを満たす密度ρ_Ｍを有し、かつ、０．１４１×ｅｘｐ（－０．０７５ρ_Ｍ）λ≦ｈ_Ｍ≦０．１３４λを満たす厚さｈ_Ｍを有する。

一実施形態において、角度θは、－９０°－０．５×（－０．２２３４ρ_Ｍ ^２＋６．９１１９ρ_Ｍ－８．９２８）°≦θ≦－９０°＋０．５×（－０．２２３４ρ_Ｍ ^２＋６．９１１９ρ_Ｍ－８．９２８）°を満たす。角度ψは、－１６°≦ψ≦－２．５°を満たす。

本開示の複数の実施形態によれば、タンタル酸リチウム基板及び電極は上方が、タンタル酸リチウム基板とは逆の温度係数を有する絶縁層によって覆われる。絶縁層は二酸化ケイ素からなる。絶縁層の厚さｈ_Ｓは、０．０８λ≦ｈ_Ｓ≦０．５５λを満たす。

いくつかの実施形態によれば、絶縁層は、当該電極の電極指の延伸方向と直交する方向に沿った断面において、上方に突起を有する。絶縁層における突起の高さｈ_Ｔはまた、ｈ_Ｍが電極の厚さである場合に０≦ｈ_Ｔ≦ｈ_Ｍを満たす。いくつかの実施形態によれば、角度ψは、（－３７１．８１ｈ_Ｓ ^２＋３６．９２ｈ_Ｓ＋３．５３）°≦ψ≦（－３７１．８１ｈ_Ｓ ^２＋３６．９２ｈ_Ｓ＋１３．５３）°を満たす。

本開示の複数の実施形態に係るアンテナデュプレクサは、受信フィルタ及び送信フィルタを含む。その少なくとも一方が弾性波素子を含む。第１周波数及び第２周波数はそれぞれ、受信フィルタ及び送信フィルタを通過する。本開示の複数の実施形態に係るダイプレクサは、第１受信フィルタ及び第２受信フィルタを含む。その少なくとも一方が弾性波素子を含む。第１受信フィルタは第１周波数帯域を受信するべく構成され、第２受信フィルタは、第１周波数帯域とは異なる第２周波数帯域を受信するべく構成される。本開示の複数の実施形態に係る電子機器は、弾性波素子と、当該弾性波素子に接続された半導体素子と、当該半導体素子に接続された再生装置とを含む。

本開示の複数の実施形態によれば、ＩＤＴ電極の厚さを最小化するとともに、レイリー波によるスプリアスを抑制することができる。さらに、周波数特性の向上とともに装置の小型化を図ることができる。

これらの典型的な側面の、さらに他の側面、実施形態及び利点を以下に詳細に述べる。ここに開示の実施形態は、他の実施形態と、ここに開示される複数の原理の少なくとも一つ任意の態様で組み合わせることができ、「一実施形態」、「いくつかの実施形態」、「代替の実施形態」、「様々な実施形態」、「一つの実施形態」等の言及は、必ずしも互いに矛盾するわけではなく、記載される特定の特徴、構造又は特性が少なくとも一つ実施形態に含まれ得ることを示すことが意図される。かかる用語のここでの登場は、必ずしもすべてが同じ実施形態を言及するわけではない。

少なくとも一つの実施形態の様々な側面を、縮尺どおりに描かれることが意図されるわけではない添付図面を参照して以下に記載する。図面は、例示と様々な側面及び実施形態のさらなる理解とを与えることを意図して含められ、本明細書の一部に含まれかつ当該一部をなすが、本発明の限界の画定を意図してはいない。図面において、様々な図面に例示される各同一又はほぼ同一の部材は、同じ参照番号によって表される。明確のため、すべての図面において、すべての部材が標識されているわけではない。

図１Ａ及び１Ｂは、本開示の一実施形態に係る弾性波素子の概略的な構造を示す。 ＩＤＴ電極の規格化厚さの下限と密度との関係を示すグラフである。 図３Ａは、ＳＳＷ及びＳＨ波の位相速度と角度φとの関係を示すグラフである。図３Ｂ及び３Ｃは、図１Ａ及び１Ｂの実施形態に係る弾性波素子の周波数特性を示すグラフである。 規格化電気機械結合係数ｋ^２と角度θとの関係を示す。 角度差θ_ｈｉｇｈ－θ_ｌｏｗとＩＤＴ電極の密度との関係を示すグラフである。 図６Ａ及び６Ｂはそれぞれ、共振及び反共振パワーフロー角度がゼロになる角度ψの、角度θへの依存性を示すグラフである。 図７Ａは、図１Ａ及び１Ｂに関連して記載された弾性波素子を含むアンテナデュプレクサの構成を概略的に示すブロック図である。図７Ｂは、図１Ａ及び１Ｂに関連して記載された弾性波素子を含むダイプレクサの構成を概略的に示すブロック図である。 図１Ａ及び１Ｂに関連して記載された弾性波素子を含む電子機器の構成を概略的に示すブロック図である。 図９Ａ及び９Ｂは、本開示の他の実施形態に係る弾性波素子の概略的な構造を示す。 図１０Ａは、図９Ａ及び９Ｂの実施形態に係る弾性波素子と先行技術の弾性波素子との比較結果を、二酸化ケイ素膜の規格化厚さと周波数温度係数の関係においてを示すグラフである。図１０Ｂ及び１０Ｃは、図９Ａ及び９Ｂの実施形態の２つのバリエーションに係る弾性波素子の概略的な構造を示す。 図９Ａ及び９Ｂの実施形態に係る弾性波素子の周波数特性を示すグラフである。 レイリー波によるスプリアス周波数と二酸化ケイ素膜の厚さとの関係を示すグラフである。 図１３Ａは、角度ψとレイリー波によるスプリアスの強度との関係を示すグラフである。図１３Ｂは、図９Ａ及び９Ｂの実施形態に係る弾性波素子の周波数特性を示すグラフである。 二酸化ケイ素膜の厚さとレイリー波によるスプリアスが抑制される角度ψの特定範囲の中央値との関係を示すグラフである。 本開示の複数の側面に係る弾性波素子の一実施形態を含むモジュールの一例のブロック図である。 本開示の複数の側面に係るデュプレクサの一実施形態を含むモジュールの一例のブロック図である。 本開示の複数の側面に係るダイプレクサの一実施形態を含むモジュールの一例のブロック図である。 本開示の複数の側面に係る弾性波素子の一実施形態を含む電子機器の一例のブロック図である。 本開示の複数の側面に係る図７Ａのアンテナデュプレクサの一実施形態を含む電子機器の他例のブロック図である。

弾性波素子の複数の側面及び実施形態が、添付図面を参照して以下に説明される。なお、ここに説明される方法及び装置の実施形態は、そのアプリケーションにおいて、以下の説明に記載され又は添付図面に例示される部材の詳細構成及び配列に限られない。当該方法及び装置は、他の実施形態で実装すること、及び様々な方法で実施又は実行することが可能である。特定の実装例が、例示のみを目的としてここに与えられるが、限定を意図するものではない。また、ここで使用されるフレーズ及び用語は説明を目的とし、限定として認めてはならない。ここでの「含む」、「有する」、「包含する」、「含有する」及びこれらのバリエーションは、その後に列挙される項目及びその等価物を、付加的な項目とともに包含することが意図される。「又は」及び「若しくは」との言及は、「又は」及び「若しくは」を使用して記載される任意の用語が、当該記載用語の一つ、一つを超えるもの、及びそのすべてを示し得るように包括的に解釈することができる。前後、左右、頂底、上下、及び垂直水平のいずれへの言及も、記載の便宜のためであって、本システム及び方法又はこれらの要素をいずれか一つの位置又は空間的配向に限定する意図はない。

図１Ａ及び１Ｂは全体的に、本開示の一実施形態に係る弾性波素子１０の概略的構造を示す。図１Ａは弾性波素子１０の上面図であり、図１Ｂは、図１ＡにおけるＰＰ’線に沿った弾性波素子１０の断面図である。

弾性波素子１０は、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ_３）の単結晶をオイラー角（ψ，θ，φ）によって規定される面によってカットすることによって製造された基板１１を含む。非漏洩のＳＨ波が、カットした基板１１の表面を主要弾性波として伝播する。基板１１の表面には複数のＩＤＴ電極１２が設けられる。各ＩＤＴ電極１２は、波長λを有するＳＨ波を励振するべく所定の金属材料から作られて所定の方向に延びる電極指を含む。

図１Ａ及び１Ｂに例示の実施形態は、ＩＤＴ電極１２として、チタン密度ρ_Ｔｉ以上の金属密度ρ_Ｍを有する金属材料を使用する。したがって、ＩＤＴ電極１２の金属密度ρ_Ｍは、チタン密度ρ_Ｔｉについて以下の式（１）によって規定される。
ρ_Ｍ≧ρ_Ｔｉ （１）

チタン密度ρ_Ｔｉ以上の密度を有する金属製のＩＤＴ電極１２により、ＩＤＴ電極１２の厚さｈ_Ｍを低減することができる。したがって、ＩＤＴ電極１２は、リソグラフィー及び他の加工法によって形成することができる。

図１Ａ及び１Ｂに例示の実施形態によれば、ＩＤＴ電極１２の厚さｈ_Ｍは、ＩＤＴ電極１２が励振するＳＴ波の波長λについて以下の式（２）によって規定される。
０．１４１×ｅｘｐ（－０．０７５ρ_Ｍ）λ≦ｈ_Ｍ≦０．１３４λ （２）

ＩＤＴ電極１２の厚さｈ_ＭをＳＨ波の波長λによって規格化すると、規格化厚さｈが以下の式（３）によって導入される。
ｈ＝ｈ_Ｍ／λ （３）

規格化厚さｈを使用すれば、上述の式（２）は以下の式（４）のように表現される。
０．１４１×ｅｘｐ（－０．０７５ρ_Ｍ）≦ｈ≦０．１３４ （４）

式（４）は以下のようにして得られる。

図１Ａ及び１Ｂに例示の実施形態は、式（４）に規定されるように、規格化厚さｈに対する上限、すなわちｈ≦０．１３４を設けている。上限を設けることにより、形成対象であるＩＤＴ電極１２の加工を確実にすることができる。したがって、当該形成加工において、エッチング不良のような加工不備が回避される。

図２は、各金属材料について、ＳＨ波の励振に必要なＩＤＴ電極１２の規格化厚さｈの下限とＩＤＴ電極１２を構成する金属の密度ρ_Ｍとの関係を示すグラフである。ここで、遅い横波（ＳＳＷ）が最も速いので、ＩＤＴ電極１２の厚さは、ＳＨ波が励振される速度の上限が最大になるときに最も薄くなる。上述の最も薄い厚さを実現するべく、オイラー角の第２成分角度θが－９０°かつ第３成分角度φが３０°の場合に、ＳＨ波の励振条件を求めることができる。

図２において、チタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）及び白金（Ｐｔ）それぞれについての、励振条件下でＩＤＴ電極１２に対して当該金属材料を使用した場合の規格化厚さｈの値がプロットされる。ＩＤＴ電極１２の金属密度ρ_ＭとＳＨ波の励振に必要なＩＤＴ電極１２の規格化厚さｈの下限との関係が、各材料についての値より以下の式（５）として得られる。ここで、変数ｘ及びｙはそれぞれ、図２に示される横軸及び縦軸に対応する。
ｙ＝１４．１０２×ｅｘｐ（－０．０７５ｘ） （５）

図１Ａ及び１Ｂに関連して記載される実施形態は、式（４）によるＩＤＴ電極１２の規格化厚さｈに下限、すなわち０．１４１×ｅｘｐ（－０．０７５ρ_Ｍ）≦ｈを設けることにより、規格化厚さｈが、式（５）によって規定される下限以上となるように保証することができる。なお、式（５）において示される係数は、百分率で表されるので、式（４）の係数の１００倍となる。したがって、ＩＤＴ電極１２の金属密度ρ_Ｍにかかわらず、規格化厚さｈが式（４）に従う下限以上となる場合にＳＨ波を励振することができる。例えば、モリブデン（Ｍｏ）製のＩＤＴ電極１２において、規格化厚さｈの下限は１．５％となる。なお、ＩＤＴ電極１２にさらにアルミニウム（Ａｌ）層を堆積することも、このＡｌ層を含むＩＤＴ電極１２の全体厚さが上述の式（４）を満たす限り可能である。

図１Ａ及び１Ｂに関連して上述の実施形態に係るカット角を規定するオイラー角（φ，θ，ψ）の第１成分角度φは、以下の式（６）によって規定される。
１０°≦φ≦５０° （６）

式（６）は以下のようにして得られる。

図３Ａは、ＳＳＷ及びＳＨ波の位相速度と角度φとの関係を示すグラフである。ここで、ＩＤＴ電極１２の厚さは、その材料としてチタン（Ｔｉ）が使用されたときの上限に設定される。図３Ａにおいて、「ａ」で示される曲線はＳＳＷの位相速度を表し、「ｂ」で示される曲線はＳＨ波の位相速度を表す。なお、以下において位相速度のことを単に速度と称する。

非漏洩のＳＨ波は、その速度が遅い横波（ＳＳＷ）の速度未満のときに励振される。角度φが式（６）を満たす範囲において、ＳＨ波の速度がＳＳＷの速度以下のときに、非漏洩のＳＨ波が励振される。換言すれば、式（６）は、非漏洩のＳＨ波が励振される条件から得られる。

図３Ｂは角度φ＝１０°のときの周波数特性を示し、図３Ｃは角度φ＝３０°のときの周波数特性を示す。図３Ｂ及び３Ｃの縦軸は、順方向アドミタンスＹ_２１を表す。φ＝１０°のとき、ＳＨ波はバルク波に漏洩するので、反共振特性の劣化が見られる。さらに、共振周波数の近くにレイリー波によるスプリアスが見られる。

他方、φ＝３０°のときは主モードＳＨ波の励振ゆえに、ＳＨ波について鋭い共振特性及び反共振特性が見られる。φ＝１０°のときのレイリー波によるスプリアスは抑制され、通過帯域から外れる低周波数側へとシフトされる。

図１Ａ及び１Ｂの上述の実施形態に係るオイラー角（φ，θ，ψ）の第２成分角度θは、ρ_ＭをＩＤＴ電極１２の材料の金属密度とすれば、以下の式（７）によって規定される。
－９０°－０．５×（－０．２２３４ρ_Ｍ ^２＋６．９１１９ρ_Ｍ－８．９２８）°≦θ≦
－９０°＋０．５×（－０．２２３４ρ_Ｍ ^２＋６．９１１９ρ_Ｍ－８．９２８）° （７）

式（７）は以下のようにして得られる。

例えば、ＩＤＴ電極１２の材料がタングステン（Ｗ）の場合、オイラー角の第２成分角度θは、以下の式（８）のように規定される。
－１１１°≦θ≦－６９° （８）

図４は、規格化電気機械結合係数ｋ^２と角度θとの関係を示す。規格化電気機械結合係数ｋ^２は、ＩＤＴ電極にアルミニウム（Ａｌ）を使用して４２°回転Ｙ軸カットした従来型タンタル酸リチウム基板に対する電気機械結合係数によって規格化して導出される。

図４において、「ａ」、「ｂ」、「ｃ」及び「ｄ」で示される曲線はそれぞれ、チタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）及び白金（Ｐｔ）に対応する多項式によるものである。図４において、電気機械結合係数が１以上となる各曲線の部分、すなわち下限θ_ｌｏｗから上限θ_ｈｉｇｈまでの部分が、従来型タンタル酸リチウム基板によって達成されるもの以上となり得る電気機械結合係数が得られる領域となる。この領域は以下の式（９）によって規定される。
θ_ｌｏｗ≦θ≦θ_ｈｉｇｈ （９）

図５は、角度差θ_ｈｉｇｈ－θ_ｌｏｗとＩＤＴ電極１２の金属密度ρ_Ｍとの関係を示すグラフである。具体的には、図５において、チタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、白金（Ｐｔ）の角度差θ_ｈｉｇｈ－θ_ｌｏｗが、ＩＤＴ電極１２の対応金属密度ρ_Ｍに対してプロットされる。

角度差θ_ｈｉｇｈ－θ_ｌｏｗとＩＤＴ電極１２の金属密度ρ_Ｍとの関係は、以下の式（１０）に従う曲線に沿って存在する。ここで、変数ｘ及びｙはそれぞれ、図５に示される横軸及び縦軸に対応する。
ｙ＝－０．２２３４ｘ^２＋６．９１１９ｘ－８．９２８ （１０）

角度差θ_ｈｉｇｈ－θ_ｌｏｗが角度θ＝－９０°に対して対称的な範囲となることを考慮して式（１０）を式（９）と組み合わせることにより、上述の式（７）が導出される。角度θが式（７）によって規定される場合、電気機械結合係数は、４２°回転Ｙ軸カットかつＩＤＴ電極としてアルミニウム（Ａｌ）使用の従来型タンタル酸リチウム基板のもの以上となることが保証される。

図１Ａ及び１Ｂの上述の実施形態に係るオイラー角（φ，θ，ψ）の第３成分角度ψは、以下の式（１１）によって規定される。
－１６°≦ψ≦－２．５° （１１）

式（１１）は以下のようにして得られる。

図６Ａ及び６Ｂは、タングステン（Ｗ）製のＩＤＴ電極１２に対して共振及び反共振それぞれのパワーフロー角度がゼロになる角度ψの角度θへの依存性を示すグラフである。

図６Ａは、共振パワーフロー角度がゼロになるときの角度ψを示す。角度φは上述の式（６）に従う範囲となるので、角度φは、図３Ａの「ａ」及び「ｂ」で示される曲線に明示されるように、角度φ＝３０°に対して対称的な範囲となり得る。したがって、図６Ａは、角度φ＝１０°、２０°及び３０°それぞれに対応する曲線ａ、ｂ及びｃに沿って共振パワーフロー角度がゼロとなるときの角度ψを示す。

図６Ｂは、反共振パワーフロー角度がゼロになるときの角度ψを示す。図６Ａと同様に、図６Ｂもまた、角度φ＝１０°、２０°及び３０°それぞれに対応する曲線ａ、ｂ及びｃに沿って反共振パワーフロー角度がゼロとなるときの角度ψを示す。ＩＤＴ電極１２がタングステン（Ｗ）から作られる場合、角度θの範囲は上述の式（８）に従って規定される。図６Ａ及び６Ｂに示される角度θの範囲において、共振及び反共振パワーフロー角度がゼロとなり得る角度ψは、図６Ａにおいてθ＝１１１°となるときの角度ψ＝－１６°が下限となり、図６Ｂにおいてθ＝－９０°となるときの角度ψ＝－２．５°が上限となる。したがって、式（１１）が得られる。

このように、角度ψを式（１１）によって規定することにより、ＩＤＴ電極１２がタングステン（Ｗ）製の場合に共振パワーフロー角度及び反共振パワーフロー角度の少なくとも一方をゼロとすることができる。これにより、弾性波素子１０に対するパワーフロー角度由来のエネルギー損失を低減することができる。ここで、パワーフロー角度がゼロとなる角度ψの範囲の下限は、図６Ａに示される角度θの下限における角度ψの値となる。したがって、角度θが上述の式（７）に示される金属密度ρ_Ｍに依存することを考慮すると、式（１１）に示される角度ψの範囲の下限はＩＤＴ電極１２の密度に依存する。

図７Ａは、図１Ａ及び１Ｂに関連して上述した弾性波素子を含むアンテナデュプレクサの構成を示す。アンテナデュプレクサ６０は、受信フィルタ６１及び送信フィルタ６２を含むように構成することができる。受信フィルタ６１及び送信フィルタ６２はそれぞれ、第１周波数及び第２周波数それぞれが受信フィルタ及び送信フィルタを通過するように上述の弾性波素子１０を含むことができる。図７Ａに示されるように、デュプレクサ６０は、アンテナ６８に結合可能なアンテナ端子として使用可能な共通端子６７と、送信回路６６に結合可能な送信端子として使用可能な第１端子６５と、受信回路６４に結合可能な受信端子として使用可能な第２端子６３とを含み得る。送信回路６６及び受信回路は、アンテナデュプレクサ６０として同じモジュール内又は同じパッケージ内に配置することができる。または、アンテナデュプレクサ６０の外部にあるモジュール又はパッケージに配置することができる。

他の実施形態によれば、弾性波素子１０は、２つの周波数帯域を有する受信信号を分離するのに使用されるダイプレクサのようなフィルタ装置に組み入れることができる。弾性波素子１０の一例を組み入れたダイプレクサ７０の一例が、図７Ｂに概略的に示される。本例では、ダイプレクサ７０は、異なる周波数を有する信号を受信するべくアンテナ７８に接続可能な共通端子７７を含み得る。ダイプレクサ７０は、それぞれが共通端子７７に接続された第１受信フィルタ７１ａ及び第２受信フィルタ７１ｂを含む。本開示の一側面によれば、上述の弾性波素子１０は、第１受信フィルタ７１ａ及び／又は第２受信フィルタ７１ｂにおいて使用することができる。ダイプレクサ７０はさらに、第１受信端子として使用可能な第１端子７３ａと、第２受信端子として使用可能な第２端子７３ｂとを含む。第１端子７３ａは、第１周波数帯域を受信するべく構成された第１受信回路７４ａに結合することができる。第２端子７３ｂは、第１周波数帯域とは異なる第２周波数帯域を受信するべく構成された第２受信回路７４ｂに結合することができる。

図８は、図１Ａ及び１Ｂに関連して記載された弾性波素子を含む電子機器の構成を示す。示されるように、電子機器１００は、図１Ａ及び１Ｂに関連して上述した弾性波素子１０と、当該弾性波素子１０に接続された半導体素子８０と、当該半導体素子８０に接続された再生装置９０とを含む。

以上のように、図１Ａ及び１Ｂに関連して上述した実施形態によれば、上述の式（２）によって規定される範囲のＩＤＴ電極１２の厚さｈ_Ｍを最小としながらも、非漏洩のＳＨ波を励振することができる。したがって、従来型リソグラフィー及び他の半導体加工技術を使用して、ＩＤＴ電極１２を確実に形成することができる。さらに、角度φが上述の式（６）によって規定されるので、レイリー波によるスプリアスを抑制して通過帯域から外れるようにシフトさせることができる。したがって、弾性波素子１０、アンテナデュプレクサ６０の受信フィルタ６１及び／若しくは送信フィルタ６２、ダイプレクサ７０の第１受信フィルタ７１ａ若しくは第２受信フィルタ７１ｂ、又は電子機器１００において、改善されたフィルタリング機能を達成することができる。

本開示のさらなる側面によれば、他の実施形態に係る弾性波素子、アンテナデュプレクサ、ダイプレクサ及び電子機器が以下に記載される。

図９Ａ及び９Ｂは一般に、本開示の他の実施形態に係る弾性波素子２０の概略的な構造を示す。具体的には、図９Ａが弾性波素子２０の上面図を示し、図９Ｂが、図９ＡにおけるＰＰ’線に沿った弾性波素子２０の断面図を示す。

弾性波素子２０は、基板２１が、オイラー角（φ，θ，ψ）によって規定される平面沿いにタンタル酸リチウムの単結晶をカットして製造される点で、図１Ａ及び１Ｂに関連して上述された弾性波素子１０と同様に構成される。それぞれが波長λを有する弾性波を励振可能な複数のＩＤＴ電極２２が、基板２１の表面に設けられる。しかしながら、上述の弾性波素子１０とは対照的に、実施形態２の弾性波素子２０はさらに、厚さｈ_Ｓの二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）膜２５を含む。これは、ＩＤＴ電極２２が形成された基板２１の表面に形成される。なお、二酸化ケイ素膜２５は透明なので、二酸化ケイ素膜２５は図９Ａの上面図に示されないが、図９Ｂの断面図には示される。

二酸化ケイ素膜２５は、基板２１の表面からの、一般にＩＤＴ電極２２の厚さｈ_Ｍよりも大きな厚さｈ_Ｓを有する。さらに、二酸化ケイ素膜２５は、その表面２６に形成された突起２７を含む。突起２７は高さｈ_Ｔを有し、厚さｈ_Ｓを有するＩＤＴ電極２２の電極指の直上に配置される。突起２７は、ＩＤＴ電極２２の電極指の上方に突出する。図９Ｂに示されるように、突起２７は、電極２２の電極指が延びる方向と直交する方向の断面に現れる。

本開示の一側面によれば、二酸化ケイ素膜２５の厚さｈ_Ｓは、ＩＤＴ電極２２の波長λを使用する以下の式（１２）によって規定される。
０．０８λ≦ｈ_Ｓ≦０．５５λ （１２）

式（１２）は以下のようにして導出される。

図１０Ａは、図９Ａ及び９Ｂに例示される実施形態に係る弾性波素子と先行技術の弾性波素子との比較結果を、二酸化ケイ素膜２５の厚さｈ_Ｓを波長λによって規格化して導出された規格化厚さｈ_Ｓ／λと周波数温度係数（ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｏｆ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ（ＴＣＦ））との関係において示すグラフである。図１０Ａにおいて、「ａ」で示される曲線は、図１０Ｂに示されるように突起２７の厚さｈ_Ｔがゼロとなるように構成された場合のＴＣＦを示す。「ｂ」で示される曲線は、図１０Ｃに示されるように突起２７の厚さｈ_ＴがＩＤＴ電極２２の厚さｈ_Ｍとなるように構成された場合のＴＣＦを示す。「ｃ」で示される直線は、ＩＤＴ電極２２がアルミニウム（Ａｌ）製の場合の、従来型の典型ＴＣＦ値、すなわち－３３ｐｐｍ／℃を示す。

図１０Ａにはっきりと示されるように、ＴＣＦが、８％のｈ_Ｓ／λにおける－３３ｐｐｍ／℃から、５５％のｈ_Ｓ／λにおける０ｐｐｍ／℃までの範囲にある結果、二酸化ケイ素膜２５の厚さｈ_Ｓを式（１２）によって規定することができる。したがって、式（１２）により、先行技術よりも良好な周波数温度特性を実現することができる。

本実施形態によれば、二酸化ケイ素膜２５の突起２７の高さｈ_Ｔは、ＩＤＴ電極２２の厚さｈ_Ｍを使用する以下の式（１３）によって規定される。
０≦ｈ_Ｔ≦ｈ_Ｍ （１３）

二酸化ケイ素膜２５の表面２６が平坦に構成される場合、突起２７の厚さｈ_Ｔはゼロにまで最小化される。さらに、突起２７の高さｈ_Ｔは、ＩＤＴ電極２２の厚さｈ_Ｍにまで最大化される。したがって、二酸化ケイ素膜２５の突起２７の高さｈ_Ｔは、式（１３）によって規定される範囲に制限される。

図９Ａ及び９Ｂに関連して記載された実施形態によれば、オイラー角の第３成分角度ψは以下の式（１４）によって規定される。
（－３７１．８１ｈ_Ｓ ^２＋３６．９２ｈ_Ｓ＋３．５３）°≦ψ≦
（－３７１．８１ｈ_Ｓ ^２＋３６．９２ｈ_Ｓ＋１３．５３）° （１４）

式（１４）は以下のようにして得られる。

図１１は、図９Ａ及び９Ｂに関連して記載された実施形態に係る弾性波素子２０の周波数特性を示すグラフである。図１２は、レイリー波によるスプリアス周波数と二酸化ケイ素膜２５の厚さとの関係を示すグラフである。図１２に示されるように、二酸化ケイ素膜２５の厚さｈ_Ｓが大きくなるにつれて、レイリー波によるスプリアスの規格化周波数も大きくなる。したがって、図１１及び１２からわかるように、図１１において文字「ａ」で示されるレイリー波によるスプリアスは、二酸化ケイ素膜２５の厚さｈ_Ｓが大きくなるにつれて、主モードＳＨ波の共振周波数及び反共振周波数に近づく。

図１３Ａは、角度ψとレイリー波によるスプリアスの強度との関係を示すグラフであり、図１３Ｂは、図９Ａ及び９Ｂの実施形態に係る弾性波素子２０の周波数特性を示すグラフである。図１３Ａに示されるように、規格化スプリアス強度（Ｉ／Ｉ_ｍｉｎ）^－１は、文字「ａ」によって示される特定範囲の角度ψ内でゼロ又はゼロ近くまで抑制される。図１３Ａに示される特定範囲において、縦軸が共振周波数を基準としたアドミタンス特性を示す図１３Ｂの周波数特性に示されるように、共振及び反共振周波数の近くではレイリー波によるスプリアスが存在しない。

図１４は、二酸化ケイ素膜２５の厚さｈ_Ｓとレイリー波によるスプリアスが抑制される特定範囲の角度ψの中央値との関係を示すグラフである。この特定範囲は、図１３Ａにおいて文字「ａ」で示される、規格化スプリアス強度がゼロ又はゼロ近くまで抑制される特定範囲に相当する。図１４において、当該特定範囲内に収まる二酸化ケイ素膜２５の厚さｈ_Ｓのいくつかの中央値がプロットされる。これらの値より、二酸化ケイ素膜２５の厚さｈ_Ｓと当該特定範囲内の中央値との関係を表すべく、以下の式（１５）を得ることができる。ここで、変数ｘ及びｙはそれぞれ、図１４に示される横軸及び縦軸に対応する。
ψ＝－３７１．８１ｘ^２＋３６．９２ｘ＋３．５２５６ （１５）

式（１５）によって規定される特定範囲内の中央値に対し、所定の幅を設定することにより、角度ψの特定角度範囲を規定することができる。例えば、所定の幅を±５°に設定すると、上述の式（１４）によって規定される角度ψの角度範囲を得ることができる。なお、当該幅は±５°に限られるわけではなく、図１３Ａの文字「ａ」によって示される範囲のような特定範囲に基づいて適宜に定めることができる。したがって、式（１４）によれば、レイリー波によるスプリアスの、共振及び反共振周波数近くにおける抑制が実現される結果、周波数特性が改善される。

なお、図１Ａ及び１Ｂの弾性波素子１０に関連して記載されたのと同じ態様で図９Ａ及び９Ｂの実施形態に関連して記載された弾性波素子２０を使用して、アンテナデュプレクサ、ダイプレクサ、及び／又は電子機器を構成することができる。アンテナデュプレクサ、ダイプレクサ及び電子機器は、弾性波素子１０の代わりに弾性波素子２０を使用することを除き、図７Ａ、７Ｂ及び８に関連して記載されたものと同様である。さらに、図９Ａ及び９Ｂに示されるように二酸化ケイ素膜２５が基板２１及びＩＤＴ電極２２上に形成されるにもかかわらず、二酸化ケイ素の代わりの他の適切な材料を使用して絶縁層を形成することもできる。このような絶縁層に適切な材料は、タンタル酸リチウム基板とは逆の周波数温度係数を有するものから選択することができる。

なお、本開示の実施形態は、移動体通信機器等に適用することができる。例えば、弾性波素子１０又は２０、当該弾性波素子１０、２０を含むデュプレクサ６０又はダイプレクサ７０ａの実施形態は究極的に、例えば無線通信機器のような電子機器１００において使用され得るモジュールに組み入れられてパッケージ化され得る。図１５Ａは、弾性波素子１０、２０を含むモジュール２００の一例を示すブロック図である。モジュール２００はさらに、信号相互接続を与える接続部２０２と、例えば、当該回路のパッケージングのためのパッケージ基板のようなパッケージング２０４と、例えば、ここでの開示に鑑みて半導体製造の当業者にとって知られている増幅器、前置フィルタ、変調器、復調器、ダウンコンバータ等のような他の回路ダイ２０６とを含む。図１５Ｂ及び１５Ｃはそれぞれ、図７Ａ及び７Ｂに関連して記載されるデュプレクサ６０又はダイプレクサ７０の一実施形態を含むモジュール２１０、２２０の他例を示すブロック図である。これらはいずれも、弾性波素子１０、２０の一実施形態を組み入れることができる。

ここに開示される複数例及び複数実施形態に係る弾性波素子１０、２０、デュプレクサ６０、ダイプレクサ７０、又はいずれかのモジュール２００、２１０、２２０は、通信又は無線機器（例えば携帯電話、タブレット等）のような様々な電子機器において有用である。

図１６は、ここに記載の一以上の特徴を有する弾性波素子１０、２０を含み得る電子機器３００の一例を示すブロック図である。例えば、典型的な電子機器３００は、図１Ａ～１４のいずれかに関連して記載された原理及び利点のいずれかに係る弾性波素子１０、２０、デュプレクサ６０又はダイプレクサ７０を含み得る。典型的な電子機器３００は、スマートフォンのような携帯電話であり得る。電子機器３００は、図１６に例示されない要素及び／又は例示の要素のサブコンビネーションも含み得る。図１６に描かれる電子機器３００は、多重帯域／多重モード携帯電話のような多重帯域及び／又は多重モード装置を表し得る。例えば、電子機器３００は、ＬＴＥ（Ｌｏｎｇ Ｔｅｒｍ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）に従って通信する無線機器とすることができる。本例では、電子機器３００は、ＬＴＥ規格によって規定される一以上の周波数帯域において動作するべく構成可能である。電子機器３００は代替的に又は付加的に、Ｗｉ－Ｆｉ（登録商標）規格、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）規格、３Ｇ規格、４Ｇ規格又はアドバンストＬＴＥ規格の一以上を含むがこれらに限られない一以上の他の通信規格に従って通信するべく構成可能である。

所定の実施形態において、電子機器３００はフィルタモジュール３１０を含み得る。フィルタモジュール３１０は、弾性波素子１０、２０の一以上の実施形態を含み、端子６５及び６３それぞれを介して回路３２０及び３３０に接続される。電子機器はさらに、共通端子６７を介してフィルタモジュール３１０に接続されたアンテナ３４０を含み得る。フィルタリングモジュール３１０は、図１５Ａ～Ｃに関連して記載されたモジュール２００、２１０又は２２０のいずれかを含み得る。回路３２０及び３３０は、アンテナ３４０を介して送信されるＲＦ信号を生成し又はアンテナ３４０から入来する信号を受信することができる受信又は送信回路とすることができる。

図１７を参照すると、一つの特定例において、図１６のフィルタリングモジュール３１０が、アンテナデュプレクサモジュール２１０を含む。本例において、電子機器３００は、アンテナデュプレクサ６０、入力端子６５を介して当該アンテナデュプレクサに接続された送信回路６６、出力端子６３を介して当該アンテナデュプレクサに接続された受信回路６４、及びアンテナ端子６７を介して当該アンテナデュプレクサに接続されたアンテナ３４０を含み得る。送信回路６６及び受信回路６４は、アンテナ３４０を介して送信されるＲＦ信号を生成し及びアンテナ３４０から入来するＲＦ信号を受信することができる送受信器の一部である。

図１６及び１７に示されるように、通信機器３００はさらに、コントローラ３５０、少なくとも一つコンピュータ可読媒体３６０、少なくとも一つのプロセッサ３７０、及び電池３８０を含む。

理解されることだが、ＲＦ信号の送信及び受信に関連付けられた様々な機能は、図１７において送信回路６６及び受信回路６４として表された一以上のコンポーネントによって達成することができる。例えば、単一のコンポーネントに送信機能及び受信機能の双方を与えるように構成することができる。他例において、送信及び受信機能は、別個のコンポーネントによって与えることができる。同様に理解されることだが、ＲＦ信号の送信及び受信に関連付けられた様々なアンテナ機能は、図１６及び１７においてアンテナ３４０として集合的に表された一以上のコンポーネントによって達成することができる。例えば、単一のアンテナに送信機能及び受信機能の双方を与えるように構成することができる。他例において、送信及び受信機能は、別個のアンテナによって与えることができる。通信機器が多重帯域装置となるさらなる他例において、通信機器３００に関連付けられた異なる帯域に対して異なるアンテナを与えることができる。

受信経路と送信経路とのスイッチングを容易にするべく、アンテナデュプレクサ６０は、選択された送信経路又は受信経路に対してアンテナ３４０を電気的に接続するべく構成することができる。こうしてアンテナデュプレクサ６０は、通信機器３００の動作に関連付けられた一定数のスイッチング機能を与えることができる。加えて、上述のようにアンテナデュプレクサ６０は、ＲＦ信号のフィルタリングを与えるべく構成された送信フィルタ６２及び受信フィルタ６１（図７Ａ参照）を含む。

図１６及び１７に示されるように、所定の実施形態において、フィルタリングモジュール３１０（例えばアンテナデュプレクサモジュール２１０）及び／又は他の動作コンポーネント（複数可）の動作に関連付けられた様々な機能を制御するべくコントローラ３５０を与えることができる。所定の実施形態において、少なくとも一つのプロセッサ３７０は、通信機器３００の動作のための様々な処理の実装を容易にするべく構成することができる。少なくとも一つプロセッサ３７０によって行われる処理は、コンピュータプログラム命令によって実装される。かかるコンピュータプログラム命令は、少なくとも一つのプロセッサ３７０へと与えられる。プロセッサ３７０は、機械をもたらす汎用コンピュータ、専用コンピュータ又は他のプログラム可能データ処理装置とすることができる。その結果、当該命令は、コンピュータ又は他のプログラム可能データ処理装置の少なくとも一つプロセッサを介して実行され、通信機器３００を動作させるメカニズムを作る。所定の実施形態において、こうしたコンピュータプログラム命令はまた、コンピュータ可読媒体３６０に記憶される。電池３８０は、通信機器３００における使用に適切な任意の電池とすることができる。これは、例えばリチウムイオン電池を含む。

少なくとも一つの実施形態のいくつかの側面について上述したが、様々な改変、修正及び改善が当業者にとって容易に想到される。かかる改変、修正及び改善は、本開示の一部であることが意図され、かつ、本発明の範囲内にあることが意図される。したがって、上述の記載及び図面は例示に過ぎず、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲及びその均等の適切な構成によって定めるべきである。

Claims (17)

1. 弾性波素子であって、
   第１成分φが１０°≦φ≦５０°を満たし、第２成分θが－９０°－０．５×（－０．２２３４ρ_Ｍ ^２＋６．９１１９ρ_Ｍ－８．９２８）°≦θ≦－９０°＋０．５×（－０．２２３４ρ_Ｍ ^２＋６．９１１９ρ_Ｍ－８．９２８）°を満たすオイラー角（φ，θ，ψ）を有するタンタル酸リチウム基板と、
   前記タンタル酸リチウム基板の上に設けられて波長λの主要弾性波を励振させる電極と、
   前記タンタル酸リチウム基板とは逆の温度係数を有する絶縁層と
   を含み、
   ここでρ_Ｍは前記電極の密度を表し、
   前記電極の密度ρ_Ｍ（ｇ／ｃｍ^３）は、ρ_Ｔｉがチタン（Ｔｉ）の密度（ｇ／ｃｍ^３）を表す場合にρ_Ｍ≧ρ_Ｔｉを満たし、
   前記電極の規格化厚さｈ_Ｍ／λは、０．１４１×ｅｘｐ（－０．０７５ρ_Ｍ）≦ｈ_Ｍ／λ≦０．１３４を満たし、
   前記絶縁層は、前記タンタル酸リチウム基板及び前記電極を覆い、
   第３成分ψが（－３７１．８１（ｈ_Ｓ／λ）^２＋３６．９２（ｈ_Ｓ／λ）＋３．５３）°≦ψ≦（－３７１．８１（ｈ_Ｓ／λ）^２＋３６．９２（ｈ_Ｓ／λ）＋１３．５３）°を満たし、
   ここでｈ_Ｓ／λは前記絶縁層の規格化厚さを表し、
   前記第３成分ψは、前記電極がタングステン（Ｗ）の場合に、共振パワーフロー角度及び反共振パワーフロー角度の少なくとも一方がゼロになるように構成される弾性波素子。
2. 前記絶縁層は二酸化ケイ素から作られる請求項１の弾性波素子。
3. 前記絶縁層の規格化厚さｈ_Ｓ／λは、０．０８≦ｈ_Ｓ／λ≦０．５５を満たす請求項２の弾性波素子。
4. 前記絶縁層は、周波数温度係数を増加させるべく前記電極の電極指の延伸方向と直交する方向の断面において前記電極の上方に設けられた突起を含む請求項１の弾性波素子。
5. 前記突起の規格化高さｈ_Ｔ／λ及び前記電極の規格化厚さｈ_Ｍ／λは０≦ｈ_Ｔ／λ≦ｈ_Ｍ／λを満たす請求項４の弾性波素子。
6. アンテナデュプレクサであって、
   第１周波数を通過させるべく構成された受信フィルタと、
   第２周波数を通過させるべく構成された送信フィルタと
   を含み、
   前記受信フィルタ及び前記送信フィルタの少なくとも一方が請求項１の弾性波素子を含むアンテナデュプレクサ。
7. ダイプレクサであって、
   第１周波数帯域を受信するべく構成された第１受信フィルタと、
   前記第１周波数帯域とは異なる第２周波数帯域を受信するべく構成された第２受信フィルタと
   を含み、
   前記第１受信フィルタ及び前記第２受信フィルタの少なくとも一方が請求項１の弾性波素子を含むダイプレクサ。
8. 請求項６のアンテナデュプレクサ及び請求項７のダイプレクサの一方を含む通信機器。
9. 前記通信機器は携帯電話である請求項８の通信機器。
10. 前記電極は、インターディジタル電極指を有するＩＤＴ電極である請求項１の弾性波素子。
11. 前記ＩＤＴ電極は、チタン、モリブデン、タングステン及び白金からなる群から選択された一つの金属を含む請求項１０の弾性波素子。
12. 前記ＩＤＴ電極の上にアルミニウム層が設けられる請求項１１の弾性波素子。
13. 前記ＩＤＴ電極の規格化厚さｈ_Ｍ／λは、前記ＩＤＴ電極の規格化厚さ及び前記アルミニウム層の規格化厚さを含む請求項１２の弾性波素子。
14. 第２成分θが－１１１°≦θ≦－６９°を満たす請求項１１の弾性波素子。
15. 前記ＩＤＴ電極はタングステンを含む請求項１４の弾性波素子。
16. 前記第３成分ψが－１６°≦ψ≦－２．５°を満たす請求項１の弾性波素子。
17. 弾性波素子であって、
    第１成分φが１０°≦φ≦５０°を満たし、第３成分ψが－１６°≦ψ≦－２．５°を満たすオイラー角（φ，θ，ψ）を有するタンタル酸リチウム基板と、
    前記タンタル酸リチウム基板の上に設けられて波長λの主要弾性波を励振させる電極と、
    前記タンタル酸リチウム基板とは逆の温度係数を有する絶縁層と
    を含み、
    前記電極は、ρ_Ｔｉがチタン（Ｔｉ）の密度（ｇ／ｃｍ^３）を表す場合にρ_Ｍ≧ρ_Ｔｉを満たす密度ρ_Ｍ（ｇ／ｃｍ^３）を有し、
    前記電極の規格化厚さｈ_Ｍ／λは、０．１４１×ｅｘｐ（－０．０７５ρ_Ｍ）≦ｈ_Ｍ≦０．１３４を満たし、
    前記絶縁層は、前記タンタル酸リチウム基板及び前記電極を覆い、
    第３成分ψが（－３７１．８１（ｈ_Ｓ／λ）^２＋３６．９２（ｈ_Ｓ／λ）＋３．５３）°≦ψ≦（－３７１．８１（ｈ_Ｓ／λ）^２＋３６．９２（ｈ_Ｓ／λ）＋１３．５３）°を満たし、
    ここでｈ_Ｓ／λは前記絶縁層の規格化厚さを表し、
    前記第３成分ψは、前記電極がタングステン（Ｗ）の場合に、共振パワーフロー角度及び反共振パワーフロー角度の少なくとも一方がゼロになるように構成される弾性波素子。

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