JP7088316B2 - 弾性波装置 - Google Patents
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Description
本発明は、一般に弾性波装置に関し、より詳細には弾性波を利用する弾性波装置に関する。
従来、支持基板と、音速が相対的に高い高音速膜と、音速が相対的に低い低音速膜と、圧電膜と、ＩＤＴ（Interdigital Transducer）電極と、を備える弾性波装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
高音速膜は支持基板上に積層され、低音速膜は高音速膜上に積層されている。圧電膜は、低音速膜上に積層されている。高音速膜と圧電膜との間に、低音速膜を配置することで、弾性波エネルギーの損失を低減し、Ｑ値を高めることができる。
特許文献１に開示された弾性波装置で伝搬する弾性波の主成分が縦波である場合、支持基板の材料及び方位によっては、横波を主成分とする弾性波を伝搬する場合と比較して、弾性波エネルギーの損失が大きくなることがある。そのため、Ｑ値が低くなる、言い換えると良好なインピーダンス特性が得られないという問題がある。
本発明は上記課題に鑑みてなされ、弾性波が圧電体層を伝搬する際に良好なインピーダンス特性を得ることができる弾性波装置を提供することを目的とする。
本発明の一態様に係る弾性波装置は、支持基板と、圧電体層と、ＩＤＴ電極と、を備える。前記圧電体層は、前記支持基板上に直接又は間接的に設けられている。前記ＩＤＴ電極は、複数の電極指を含み、前記圧電体層の主面に設けられている。前記圧電体層の厚さが、前記ＩＤＴ電極の電極指周期で定まる弾性波の波長をλとした場合に１λ以下である。前記支持基板は、Ａ面サファイア基板である。前記支持基板のオイラー角は（９０°±５°，９０°±５°，ψ）で定まる方位であってψが１２０°以上１６５°以下の範囲内である、又は前記支持基板のオイラー角が（９０°±５°，９０°±５°，ψ）であり、かつψが１２０°以上１６５°以下の範囲内で定まる方位に結晶学的に等価な方位である。
本発明の一態様に係る弾性波装置は、支持基板と、圧電体層と、ＩＤＴ電極と、を備える。前記圧電体層は、前記支持基板上に直接又は間接的に設けられている。前記ＩＤＴ電極は、複数の電極指を含み、前記圧電体層の主面に設けられている。前記圧電体層の厚さが、前記ＩＤＴ電極の電極指周期で定まる弾性波の波長をλとした場合に１λ以下である。前記支持基板は、Ａ面サファイア基板である。前記圧電体層は、タンタル酸リチウム又はニオブ酸リチウムで生成されている。前記圧電体層のオイラー角は、（９０°±５°，９０°±５°，４０°±２０°）の範囲で定まる方位、又は前記範囲内で定まるオイラー角と結晶学的に等価な方位である。
本発明の一態様に係る弾性波装置は、支持基板と、圧電体層と、ＩＤＴ電極と、を備える。前記圧電体層は、前記支持基板上に直接又は間接的に設けられている。前記ＩＤＴ電極は、複数の電極指を含み、前記圧電体層の主面に設けられている。前記圧電体層の厚さが、前記ＩＤＴ電極の電極指周期で定まる弾性波の波長をλとした場合に１λ以下である。前記支持基板は、Ａ面サファイア基板である。前記圧電体層は、タンタル酸リチウム又はニオブ酸リチウムで生成されている。前記圧電体層のオイラー角は、（９０°±５°，９０°±５°，４０°±２０°）の範囲で定まる方位、又は前記範囲内で定まるオイラー角と結晶学的に等価な方位である。
本発明によると、伝搬する弾性波の主成分が縦波であっても良好なインピーダンス特性を得ることができる。
以下に説明する実施形態及び変形例は、本発明の一例に過ぎず、本発明は、実施形態及び変形例に限定されない。以下の実施形態及び変形例以外であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。
（実施形態）
以下、本実施形態に係る弾性波装置について、図１～図７を用いて説明する。
以下、本実施形態に係る弾性波装置について、図１～図７を用いて説明する。
以下の実施形態等において参照する図１、図８及び図１０は、いずれも模式的な図であり、図中の各構成要素の大きさや厚さそれぞれの比が、必ずしも実際の寸法比を反映しているとは限らない。
（１）弾性波装置の全体構成
実施形態に係る弾性波装置１は、例えば、弾性波として板波を利用する弾性波装置である。弾性波装置１は、図１に示すように、支持基板２と、圧電体層３と、櫛歯型の電極であるＩＤＴ（ＩＤＴ：Interdigital Transducer）電極４と、を備える。圧電体層３は、支持基板２上に形成されている。ＩＤＴ電極４は、圧電体層３上に形成されている。
実施形態に係る弾性波装置１は、例えば、弾性波として板波を利用する弾性波装置である。弾性波装置１は、図１に示すように、支持基板２と、圧電体層３と、櫛歯型の電極であるＩＤＴ（ＩＤＴ：Interdigital Transducer）電極４と、を備える。圧電体層３は、支持基板２上に形成されている。ＩＤＴ電極４は、圧電体層３上に形成されている。
（２）弾性波装置の各構成要素
次に、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。
次に、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。
（２．１）支持基板
支持基板２は、図１に示すように、圧電体層３とＩＤＴ電極４との積層体を支持している。支持基板２は、その厚さ方向Ｄ１（以下、第１方向Ｄ１ともいう）において互いに反対側にある第１主面２１及び第２主面２２を有する。第１主面２１及び第２主面２２は、互いに背向する。支持基板２の平面視形状（支持基板２を厚さ方向Ｄ１から見たときの外周形状）は、長方形状であるが、長方形状に限らず、例えば正方形状であってもよい。
支持基板２は、図１に示すように、圧電体層３とＩＤＴ電極４との積層体を支持している。支持基板２は、その厚さ方向Ｄ１（以下、第１方向Ｄ１ともいう）において互いに反対側にある第１主面２１及び第２主面２２を有する。第１主面２１及び第２主面２２は、互いに背向する。支持基板２の平面視形状（支持基板２を厚さ方向Ｄ１から見たときの外周形状）は、長方形状であるが、長方形状に限らず、例えば正方形状であってもよい。
支持基板２は、Ａ面サファイア基板である。ここでＡ面サファイア基板とは第１主面２１をサファイアのＡ面にしたサファイア基板を示す。サファイアの結晶構造は菱面体晶系であるが、六方晶で近似可能である。また、サファイアは、異方性材料である。Ａ面サファイア基板は、面指数では（１１－２０）と表現され、オイラー角では（９０°，９０°，ψ）と表現される。なお、サファイアのオイラー角は、（９０°±５，９０°±５，ψ）であってもよい。
本実施形態では、ψが１２０°以上１６５°以下の範囲内である。
（２．２）圧電体層
圧電体層３は、例えば、ＸカットＹ伝搬ＬｉＮｂＯ３（ニオブ酸リチウム）圧電単結晶から形成されている。ＸカットＹ伝搬ＬｉＮｂＯ３圧電単結晶は、ＬｉＮｂＯ３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、Ｙ軸を中心軸としてＸ軸からＺ軸方向に回転した軸を法線とする面で切断したＬｉＮｂＯ３単結晶であって、Ｙ軸方向に弾性表面波が伝搬する単結晶である。本実施形態では、圧電体層３のオイラー角を（φ，θ，ψ）とする。なお、圧電体層３のオイラー角は、結晶学的に等価なオイラー角を含むものとする。ＬｉＮｂＯ３は三方晶系の３ｍ点群に属する結晶であるため、以下の式が成り立つ。
圧電体層３は、例えば、ＸカットＹ伝搬ＬｉＮｂＯ３（ニオブ酸リチウム）圧電単結晶から形成されている。ＸカットＹ伝搬ＬｉＮｂＯ３圧電単結晶は、ＬｉＮｂＯ３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、Ｙ軸を中心軸としてＸ軸からＺ軸方向に回転した軸を法線とする面で切断したＬｉＮｂＯ３単結晶であって、Ｙ軸方向に弾性表面波が伝搬する単結晶である。本実施形態では、圧電体層３のオイラー角を（φ，θ，ψ）とする。なお、圧電体層３のオイラー角は、結晶学的に等価なオイラー角を含むものとする。ＬｉＮｂＯ３は三方晶系の３ｍ点群に属する結晶であるため、以下の式が成り立つ。
Ｆ（θ，φ，ψ）＝Ｆ（６０°＋θ，－φ，ψ）
＝Ｆ（６０°－θ，－φ，１８０°－ψ）
＝Ｆ（θ，１８０°＋φ，１８０°－ψ）
＝Ｆ（φ，θ，１８０°＋ψ）
なお、圧電体層３は、ＸカットＹ伝搬ＬｉＮｂＯ３圧電単結晶に限定されず、例えば、ＸカットＹ伝搬ＬｉＮｂＯ３圧電セラミックスであってもよい。
＝Ｆ（６０°－θ，－φ，１８０°－ψ）
＝Ｆ（θ，１８０°＋φ，１８０°－ψ）
＝Ｆ（φ，θ，１８０°＋ψ）
なお、圧電体層３は、ＸカットＹ伝搬ＬｉＮｂＯ３圧電単結晶に限定されず、例えば、ＸカットＹ伝搬ＬｉＮｂＯ３圧電セラミックスであってもよい。
圧電体層３は、支持基板２の第１主面２１上に形成される。圧電体層３の厚さ（第１方向Ｄ１における長さ）は、ＩＤＴ電極４の電極指周期で定まる弾性波の波長をλとしたときに、１λ以下である。これにより、弾性波装置１では、ＩＤＴ電極４によって板波が励振され、板波が伝搬する。本実施形態の弾性波装置１では、例えば、弾性波の波長が１μｍであり、圧電体層３の厚さが０．２μｍである。圧電体層３の厚さを、１λ以下とすることで、Ｑ値が高くなる。さらに、弾性波の音速の調整を容易にすることができる。
本実施形態における圧電体層３のオイラー角は、（９０°，９０°，４０°）である。つまり、本実施形態の圧電体層３は、Ｘカット４０°Ｙ伝搬ＬｉＮｂＯ３圧電単結晶から形成されている。
なお、圧電体層３では、一例としてオイラー角表示で（９０°，９０°，４０°）となる方位を結晶方位としている。しかしながら、圧電体層３の結晶方位は、この限りでない。オイラー角（９０°，９０°，ψ）はＸカット基板であり、Ｘカット基板上には縦波が優勢な弾性表面波が励振され、ψによって電気機械結合係数が変化する。そこで、圧電体層３の結晶方位は、所望の電気機械結合係数に合わせて任意に選択することができる。例えば、ψが４０°±２０°の範囲で、比較的大きな電気機械結合係数を得ることができる。同様に、φが９０°±５°又はθが９０°±５°の範囲であっても比較的大きな電気機械結合係数を得ることができる。つまり、圧電体層３のオイラー角は、（９０°±５°，９０°±５°，４０°±２０°）の範囲で定めてもよい。また、本実施形態では、縦波とは、音速が６０００ｍ／ｓ以上７０００ｍ／ｓ以下である弾性波である。
弾性波装置１では、圧電体層３を伝搬する弾性波のモードとして、縦波、ＳＨ波、若しくはＳＶ波、又はこれらが複合したモードが存在する。弾性波装置１では、縦波を主成分とするモードをメインモードとして使用している。圧電体層３を伝搬する弾性波のモードが「縦波を主成分とするモードをメインモード」であるか否かについては、例えば、圧電体層３のパラメータ（材料、オイラー角及び厚さ等）、ＩＤＴ電極４のパラメータ（材料、厚さ及び電極指周期等）のパラメータを用いて、有限要素法により変位分布を解析し、ひずみを解析することにより、確認することができる。圧電体層３のオイラー角は、分析により求めることができる。
なお、ここでいうメインモードとは、弾性波装置１が共振子である場合には、フィルタの通過帯域内に共振周波数及び反共振周波数の少なくとも一方が存在しており、かつ、共振周波数でのインピーダンスと反共振周波数でのインピーダンスとの差が一番大きい波のモードである。また、弾性波装置１がフィルタである場合には、フィルタの通過帯域を形成するために使用される波のモードである。
（２．３）ＩＤＴ電極
ＩＤＴ電極４は、複数の電極指４１と、２つのバスバー（図示せず）とを含み、圧電体層３の主面３１に設けられている。複数の電極指４１は、第１方向Ｄ１に直交する第２方向Ｄ２において互いに離隔して並んで設けられている。図示しない２つのバスバーは、第２方向Ｄ２を長手方向とする長尺状に形成されており、複数の電極指４１と電気的に接続されている。より詳細には、複数の電極指４１は、複数の第１電極指と、複数の第２電極指とを有する。複数の第１電極指は、２つのバスバーのうちの第１バスバーと電気的に接続されている。複数の第２電極指は、２つのバスバーのうちの第２バスバーと電気的に接続されている。
ＩＤＴ電極４は、複数の電極指４１と、２つのバスバー（図示せず）とを含み、圧電体層３の主面３１に設けられている。複数の電極指４１は、第１方向Ｄ１に直交する第２方向Ｄ２において互いに離隔して並んで設けられている。図示しない２つのバスバーは、第２方向Ｄ２を長手方向とする長尺状に形成されており、複数の電極指４１と電気的に接続されている。より詳細には、複数の電極指４１は、複数の第１電極指と、複数の第２電極指とを有する。複数の第１電極指は、２つのバスバーのうちの第１バスバーと電気的に接続されている。複数の第２電極指は、２つのバスバーのうちの第２バスバーと電気的に接続されている。
第１電極指及び第２電極指の幅をＷＡ（図１参照）とし、隣り合う第１電極指と第２電極指とのスペース幅をＳＡとした場合、ＩＤＴ電極４において、デューティ比は、ＷＡ／（ＷＡ＋ＳＡ）で定義される。ＩＤＴ電極４のデューティ比は、例えば、０．５である。ＩＤＴ電極４の電極指周期で定まる弾性波の波長をλとしたとき、波長λは、電極指周期と等しい。ＩＤＴ電極４の電極指周期は、複数の第１電極指及び複数の第２電極指の繰り返し周期で定義される。したがって、繰り返し周期と波長λとは等しい。ＩＤＴ電極４のデューティ比は、電極指周期の２分の１の値（ＷＡ＋ＳＡ）に対する第１電極指及び第２電極指の幅ＷＡの比である。
ＩＤＴ電極４の材料は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、チタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、若しくはタングステン（Ｗ）、又はこれらの金属のいずれかを主体とする合金など適宜の金属材料である。また、ＩＤＴ電極４は、これらの金属又は合金からなる複数の金属膜を積層した構造を有してもよい。本実施形態では、ＩＤＴ電極４の材料は、銅である。また、ＩＤＴ電極４の厚さ（第１方向Ｄ１における長さ）は、例えば５０ｎｍである。
また、ＩＤＴ電極４の少なくとも一部を覆うように保護膜や周波数調整膜が設けられてもよい。
（３）弾性波装置の特性
図２は、弾性波装置１を１ポート共振子として用いた場合において、支持基板２のオイラー角の一要素であるψの角度を変化させたときのψとインピーダンス比との関係を示すグラフである。
図２は、弾性波装置１を１ポート共振子として用いた場合において、支持基板２のオイラー角の一要素であるψの角度を変化させたときのψとインピーダンス比との関係を示すグラフである。
インピーダンス［ｄＢ］は、弾性波装置１のインピーダンスをＺとした場合、２０×ｌｏｇ１０｜Ｚ｜で求められる値である。また、インピーダンス比は、数式“インピーダンス比＝（２０×ｌｏｇ１０｜Ｚ１｜）－（２０×ｌｏｇ１０｜Ｚ２｜）”で求められる値である。ここにおいて、Ｚ２は、弾性波装置１の共振周波数でのインピーダンスである。また、Ｚ１は、弾性波装置１の反共振周波数でのインピーダンスである。
インピーダンス比は、共振レスポンスの大きさの指標を表し、その値が大きいほど共振周波数でのインピーダンスが良好であるといえる。図２で示すように、ψが１２０°以上１６５°以下である範囲内である場合はインピーダンス比が６０［ｄＢ］を超える。そのため、ψが１２０°以上１６５°以下である範囲内では、共振周波数でのインピーダンスが良好である。
図３は、Ａ面サファイア基板（支持基板２）のψを変化させた場合のバルク波音速を示す。具体的には、位相速度とψとの関係を示す。縦波と横波のバルク波音速とは異なり、サファイアは異方性材料であるため、横波には速度の速いモード（速い横波）と速度が遅いモード（遅い横波）とが伝搬する。すなわち、Ａ面サファイア基板を伝搬する弾性バルク波は、縦波、速い横波及び遅い横波を含む。これらの波の速度は、ψによって異なる。
図３に示すように、縦波の音速は、ψの値に関わらず速度１００００ｍ／ｓを超える音速である。一方、速い横波及び遅い横波の各々の音速は、速度６０００ｍ／ｓ付近の音速である。ここで、共振周波数でのインピーダンスが良好となるψの範囲（１２０°以上１６５°以下である範囲）では、速い横波及び遅い横波の双方とも６６００ｍ／ｓ以上となり、Ａ面サファイア基板でも特異的に音速が速くなる領域である。
本実施形態では、縦波型の弾性波モードの共振周波数点の音速が約６０００ｍ／ｓで、反共新周波数点の音速は６６００ｍ／ｓよりも小さいので、Ａ面サファイア基板の音速が、共振周波数点及び反共振点における音速よりも速い場合は、共振周波数と反共振周波数との間において、Ａ面サファイア基板（支持基板２）側に弾性波エネルギーが漏洩せずに、圧電体層３近傍にエネルギーが集中した状態で弾性波が伝搬される。そのため良好なインピーダンス特性（インピーダンス比）が得られている。つまり、良好な弾性表面波の特性が得られる。
なお、インピーダンスが良好となるψの範囲（１２０°以上１６５°以下である範囲）と結晶学的に等価である範囲（３００°以上３４５°以下の範囲）においても速い横波及び遅い横波の双方とも６６００ｍ／ｓ以上となる。そのため、ψが３００°以上３４５°以下の範囲においても、良好なインピーダンス特性が得られる。その結果、圧電体層３近傍にエネルギーが集中した状態で弾性波が伝搬されるので、良好な弾性表面波の特性が得られる。
ψが１２０°より小さい場合、１６５°より大きく３００°より小さい場合、又は３４５°より大きい場合には、速い横波及び遅い横波のうち少なくとも一方の音速が６６００［ｍ／ｓ］よりも小さい。そのため、反共振周波数近傍でＡ面サファイア基板（支持基板２）へのエネルギー漏洩が生じるために、良好なインピーダンス特性が得られない。
（４）利点
以上説明したように、本実施形態では、弾性波装置１は、オイラー角が（９０°，９０°，４０°）である圧電体層３と、オイラー角が（９０°，９０°、ψ）であるＡ面サファイア基板である支持基板２とを備える。ここで、ψは、１２０°以上１６５°以下である。ψが１２０°以上１６５°以下の範囲内の値である場合、図２及び図３で示すように、共振周波数での良好なインピーダンス特性が得られる。そのため、本実施形態の弾性波装置１は、支持基板２側に弾性波エネルギーが漏洩せずに、圧電体層３近傍にエネルギーが集中した状態で弾性波を伝搬することができる。その結果、良好な弾性表面波の特性が得られる。つまり、Ｑ値を高めることができる。
以上説明したように、本実施形態では、弾性波装置１は、オイラー角が（９０°，９０°，４０°）である圧電体層３と、オイラー角が（９０°，９０°、ψ）であるＡ面サファイア基板である支持基板２とを備える。ここで、ψは、１２０°以上１６５°以下である。ψが１２０°以上１６５°以下の範囲内の値である場合、図２及び図３で示すように、共振周波数での良好なインピーダンス特性が得られる。そのため、本実施形態の弾性波装置１は、支持基板２側に弾性波エネルギーが漏洩せずに、圧電体層３近傍にエネルギーが集中した状態で弾性波を伝搬することができる。その結果、良好な弾性表面波の特性が得られる。つまり、Ｑ値を高めることができる。
ところで、支持基板としてＲ面サファイア基板又はＣ面サファイア基板を利用することが考えられる。
例えば、実施形態１で示す支持基板２の代わりに、オイラー角が（０°，１２２．２３°，０°）であるＲ面サファイア基板（比較例の支持基板）を用いた場合でのインピーダンス特性を、図４に示す。図４に示すように、例えば周波数が５５００ＭＨｚ以上６５００ＭＨｚ以下において、インピーダンスの最大値と最小値との差分は大きくない。つまり、インピーダンス比は小さい。そのため、比較例の支持基板（Ｒ面サファイア基板）では、良好なインピーダンス特性を得ることができない。
さらに、図５に、Ｒ面サファイア基板（比較例の支持基板）のψを変化させた場合のバルク波音速、すなわち位相速度とψとの関係を示す。Ｒ面サファイア基板を用いた場合、オイラー角（０°，１２２．２３°，ψ）においてψの値に関わらず、遅い横波の音速は６０００ｍ／ｓ付近である。すなわち、遅い横波の音速は共振周波数点の音速に近いため、バルク放射によって良好なインピーダンス特性が得られない。
また、図６に、Ｃ面サファイア基板のψを変化させた場合のバルク波音速、すなわち位相速度とψとの関係を示す。Ｃ面サファイア基板を用いた場合、ψの値に関わらず、Ｒ面サファイア基板と同様に、遅い横波の音速は６０００ｍ／ｓ付近である。すなわち、遅い横波の音速は共振周波数点の音速に近いため、Ｃ面サファイア基板を用いた場合においても、バルク放射によって良好なインピーダンス特性が得られない。
さらに、支持基板としてｍ面サファイア基板を用いることも考えられる。図７に、ｍ面サファイア基板のψを変化させた場合のバルク波音速、すなわち位相速度とψとの関係を示す。ｍ面サファイア基板を支持基板とした場合、ψの値に関わらず、Ｒ面サファイア基板及びＣ面サファイア基板と同様に、遅い横波の音速は６０００ｍ／ｓ付近である。すなわち、遅い横波の音速は共振周波数点の音速に近いため、ｍ面サファイア基板を用いた場合においても、バルク放射によって良好なインピーダンス特性が得られない。
したがって、Ｃ面サファイア基板、Ｒ面サファイア基板及びｍ面サファイア基板では弾性波を伝搬する際には基板側に弾性波エネルギーが漏洩してしまうが、Ａ面サファイア基板を支持基板２として用いることで、支持基板２側に弾性波エネルギーを漏洩することなく弾性波を伝搬することができる。
また、実施形態に係る弾性波装置１では、ＩＤＴ電極４の電極指周期で定まる弾性波の波長をλとしたときに、圧電体層３の厚さが、１λ以下である。これにより、実施形態に係る弾性波装置１では、板波を励振することができる。
また、実施形態に係る弾性波装置１では、弾性波が板波である。これにより、実施形態に係る弾性波装置１では、板波を利用する弾性波装置として使用することが可能となる。
上記の実施形態は、本発明の様々な実施形態の一つに過ぎない。上記の実施形態は、本発明の目的を達成できれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。
（５）変形例
以下に、変形例について列記する。なお、以下に説明する変形例は、上記実施形態と適宜組み合わせて適用可能である。
以下に、変形例について列記する。なお、以下に説明する変形例は、上記実施形態と適宜組み合わせて適用可能である。
（５．１）変形例１
本実施形態の変形例１として、図８に示すように、弾性波装置１Ａは、実施形態の弾性波装置１と比較して、中間層５を更に備える構成であってもよい。
本実施形態の変形例１として、図８に示すように、弾性波装置１Ａは、実施形態の弾性波装置１と比較して、中間層５を更に備える構成であってもよい。
中間層５は、例えば、酸化ケイ素層であり、支持基板２と圧電体層３との間に設けられる。言い換えると、中間層５は支持基板２の第１主面２１上に積層され、中間層５上に圧電体層３が積層される。中間層５の厚さは、例えば５０ｎｍである。中間層５を設けることで、弾性波装置１Ａにおける周波数温度特性を改善することができる。なお、中間層５を生成する材料は、酸化ケイ素の他、窒化ケイ素、窒化アルミニウム等であってもよい。
図９は、弾性波装置１Ａを１ポート共振子として用いた場合において、支持基板２のオイラー角の一要素であるψの角度を変化させたときのインピーダンス特性を示す。本変形例では、ψとして、１０５°、１２０°、１４０°、１６５°、及び１８０°を適用した場合のインピーダンス特性を、図９に示す。
上述したように、インピーダンス比は、数式“インピーダンス比＝（２０×ｌｏｇ１０｜Ｚ１｜）－（２０×ｌｏｇ１０｜Ｚ２｜）”で求められる値である。Ｚ２は、弾性波装置１の共振周波数でのインピーダンスであり、インピーダンス特性の極大値に相当する。また、Ｚ１は、弾性波装置１の反共振周波数でのインピーダンスであり、インピーダンス特性の極大値に相当する。
図９では、ψが１０５°及び１８０°である場合には、インピーダンス比は約５３ｄＢである。ψが１２０°である場合にはインピーダンス比は約８０ｄＢであり、ψが１４０°である場合にはインピーダンス比は約８３ｄＢであり、ψが１６５°である場合にはインピーダンス比は約８５ｄＢである。つまり、ψが１２０°以上１６５°以下の範囲内である場合には、インピーダンス比として８０ｄＢ付近の値が得られる。したがって、ψが１２０°以上１６５°以下である範囲内では、良好なインピーダンス特性が得られる。つまり、良好な弾性表面波の特性が得られる。
ここで、支持基板２はＡ面サファイアからなるため、高音速基板として機能する。中間層５は、酸化ケイ素層であるため、低音速膜として機能する。高音速基板では、圧電体層３を伝搬する弾性波の音速よりも、高音速基板を伝搬するバルク波の音速が高速である。低音速膜では、圧電体層３を伝搬するバルク波の音速よりも、低音速膜を伝搬するバルク波の音速が低速である。
したがって、弾性波装置１Ａの支持基板２は、弾性表面波を圧電体層３及び中間層５（低音速膜）が積層されている部分に閉じ込め、弾性表面波が支持基板２より下の構造に漏れないように機能する。
なお、中間層５としての低音速膜を構成する材料としては圧電体層３を伝搬するバルク波よりも低音速膜のバルク波音速を有する適宜の材料を用いることができる。例えば、酸化ケイ素、ガラス、酸窒化ケイ素、酸化タンタル、又は酸化ケイ素にフッ素や炭素やホウ素を加えた化合物等、これらの材料を主成分とした媒質を用いてもよい。
また、圧電体層３と支持基板２との間に設けられる中間層５は、１つの層に限定されない。圧電体層３と支持基板２との間には、複数の中間層５が設けられてもよい。要は、圧電体層３と支持基板２との間に少なくとも１つの中間層５が設けられてもよいし、上記実施形態のように中間層５は設けられなくてもよい。つまり、圧電体層３は、支持基板２上に直接又は間接的に設けられていればよい。
（５．２）変形例２
圧電体層３と支持基板２との間に、少なくとも１つの高音響インピーダンス層と、少なくとも１つの低音響インピーダンス層とをそれぞれ中間層として設けてもよい。ここで、高音響インピーダンス層は、低音響インピーダンス層よりも音響インピーダンスが高い層である。例えば、図１０に示すように、圧電体層３と支持基板２との間に、３つの高音響インピーダンス層５１と、３つの低音響インピーダンス層５２とを設けてもよい。
圧電体層３と支持基板２との間に、少なくとも１つの高音響インピーダンス層と、少なくとも１つの低音響インピーダンス層とをそれぞれ中間層として設けてもよい。ここで、高音響インピーダンス層は、低音響インピーダンス層よりも音響インピーダンスが高い層である。例えば、図１０に示すように、圧電体層３と支持基板２との間に、３つの高音響インピーダンス層５１と、３つの低音響インピーダンス層５２とを設けてもよい。
以下では、説明の便宜上、３つの高音響インピーダンス層５１を、支持基板２の第１主面２１に近い順に、第１高音響インピーダンス層５１１、第２高音響インピーダンス層５１２，第３高音響インピーダンス層５１３と称することもある。また、３つの低音響インピーダンス層５２を、支持基板２の第１主面２１に近い順に、第１低音響インピーダンス層５２１、第２低音響インピーダンス層５２２、第３低音響インピーダンス層５２３と称することもある。
弾性波装置１Ｂでは、支持基板２側から、第１高音響インピーダンス層５１１、第１低音響インピーダンス層５２１、第２高音響インピーダンス層５１２、第２低音響インピーダンス層５２２、第３高音響インピーダンス層５１３及び第３低音響インピーダンス層５２３が、この順に並んでいる。したがって、弾性波装置１Ｂでは、第３低音響インピーダンス層５２３と第３高音響インピーダンス層５１３との界面、第２低音響インピーダンス層５２２と第２高音響インピーダンス層５１２との界面、第１低音響インピーダンス層５２１と第１高音響インピーダンス層５１１との界面のそれぞれにおいて、圧電体層３からの弾性波（板波）を反射することが可能である。
複数の高音響インピーダンス層５１の材料は、例えば、Ｐｔ（白金）である。また、複数の低音響インピーダンス層５２の材料は、例えば、酸化ケイ素である。弾性波装置１Ｂは、３つの高音響インピーダンス層５１の各々がＰｔにより形成されているので、３つの導電層を含んでいる。
複数の高音響インピーダンス層５１の材料は、Ｐｔ（白金）に限らず、例えば、Ｗ（タングステン）、Ｔａ（タンタル）等の金属でもよい。また、弾性波装置１Ｂは、高音響インピーダンス層５１が導電層である例に限らず、低音響インピーダンス層５２が導電層であってもよい。
また、複数の高音響インピーダンス層５１は、互いに同じ材料である場合に限らず、例えば、互いに異なる材料であってもよい。また、複数の低音響インピーダンス層５２は、互いに同じ材料である場合に限らず、例えば、互いに異なる材料であってもよい。
また、高音響インピーダンス層５１及び低音響インピーダンス層５２それぞれの数は、２つ又は４つ以上であってもよい。また、高音響インピーダンス層５１の数と低音響インピーダンス層５２の数とは異なってもよい。また、弾性波装置１Ｂは、少なくとも１つの高音響インピーダンス層５１と少なくとも１つの低音響インピーダンス層５２とが支持基板２の厚さ方向Ｄ１において重複していればよい。
圧電体層３と支持基板２との間に、少なくとも１つの高音響インピーダンス層５１と、少なくとも１つの低音響インピーダンス層５２とを設けた場合であっても、支持基板２のオイラー角の一要素であるψが１２０°以上１６５°以下である範囲内では、良好なインピーダンス特性が得られる。つまり、良好な弾性表面波の特性が得られる。
（５．３）変形例３
上記実施形態では、圧電体層３のオイラー角は、（９０°±５°，９０°±５°，４０°±２０°）の範囲内で定まる方位であるとしたが、これに限定されない。圧電体層３のオイラー角は、縦波が優勢な弾性表面波として励振される方位であればよい。例えば、圧電体層３において縦波が優勢な弾性表面波として励振される方位として、（９０°±５°，９０°±５°，４０°±２０°）の範囲内で定まる方位の他、（０°±５°，３５°±２０°，９０°±２０°）の範囲内で定まる方位及び（０°±５°，８５°±２０°，９０°±２０°）の範囲内で定まる方位がある。
上記実施形態では、圧電体層３のオイラー角は、（９０°±５°，９０°±５°，４０°±２０°）の範囲内で定まる方位であるとしたが、これに限定されない。圧電体層３のオイラー角は、縦波が優勢な弾性表面波として励振される方位であればよい。例えば、圧電体層３において縦波が優勢な弾性表面波として励振される方位として、（９０°±５°，９０°±５°，４０°±２０°）の範囲内で定まる方位の他、（０°±５°，３５°±２０°，９０°±２０°）の範囲内で定まる方位及び（０°±５°，８５°±２０°，９０°±２０°）の範囲内で定まる方位がある。
または、圧電体層３のオイラー角は、（９０°±５°，９０°±５°，４０°±２０°）、（０°±５°，３５°±２０°，９０°±２０°）のいずれかの範囲内で定まるオイラー角と結晶学的に等価な方位としてもよい。
（５．４）変形例４
圧電体層３の材料は、ＬｉＮｂＯ３に限定されない。例えば、圧電体層３の材料は、ＬｉＴａＯ３（タンタル酸リチウム）であってもよい。つまり、圧電体層３がＹカットＸ伝搬ＬｉＮｂＯ３圧電単結晶又は圧電セラミックスであってもよい。例えば、オイラー角が（０°，１３０°，０°）であるＬｉＮｂＯ３で生成された圧電体層では、ＳＨ波が優勢な弾性波が励振される結晶方位であるが、ＳＨ波は縦波よりも音速が遅い。そのため、Ａ面サファイア（支持基板２）のオイラー角の一要素であるψを１２０°以上１６５°以下の範囲内とすることで、良好なインピーダンス特性が得られる。つまり、良好な弾性表面波の特性が得られる。
圧電体層３の材料は、ＬｉＮｂＯ３に限定されない。例えば、圧電体層３の材料は、ＬｉＴａＯ３（タンタル酸リチウム）であってもよい。つまり、圧電体層３がＹカットＸ伝搬ＬｉＮｂＯ３圧電単結晶又は圧電セラミックスであってもよい。例えば、オイラー角が（０°，１３０°，０°）であるＬｉＮｂＯ３で生成された圧電体層では、ＳＨ波が優勢な弾性波が励振される結晶方位であるが、ＳＨ波は縦波よりも音速が遅い。そのため、Ａ面サファイア（支持基板２）のオイラー角の一要素であるψを１２０°以上１６５°以下の範囲内とすることで、良好なインピーダンス特性が得られる。つまり、良好な弾性表面波の特性が得られる。
圧電体層３の単結晶材料、カット角については、例えば、フィルタの要求仕様（通過特性、減衰特性、温度特性及び帯域幅等のフィルタ特性）等に応じて、適宜、決定すればよい。
（５．５）変形例５
上記実施形態では、弾性波装置１を１ポート共振子とした場合について説明した。しかしながら、弾性波装置１の適用は１ポート共振子に限定されない。
上記実施形態では、弾性波装置１を１ポート共振子とした場合について説明した。しかしながら、弾性波装置１の適用は１ポート共振子に限定されない。
弾性波装置１は、複数ポートの共振子としてもよい。また、弾性波装置１は、複数の共振子を組み合わせて、フィルタ、デュプレクサ及びマルチプレクサとしてもよい。
（まとめ）
以上説明したように、第１の態様の弾性波装置（１；１Ａ；１Ｂ）は、支持基板（２）と、圧電体層（３）と、ＩＤＴ電極（４）と、を備える。圧電体層（３）は、支持基板（２）上に直接又は間接的に設けられている。ＩＤＴ電極（４）は、複数の電極指（４１）を含み、圧電体層（３）の主面（３１）に設けられている。圧電体層（３）の厚さが、ＩＤＴ電極（４）の電極指周期で定まる弾性波の波長をλとした場合に１λ以下である。支持基板（２）は、Ａ面サファイア基板である。
以上説明したように、第１の態様の弾性波装置（１；１Ａ；１Ｂ）は、支持基板（２）と、圧電体層（３）と、ＩＤＴ電極（４）と、を備える。圧電体層（３）は、支持基板（２）上に直接又は間接的に設けられている。ＩＤＴ電極（４）は、複数の電極指（４１）を含み、圧電体層（３）の主面（３１）に設けられている。圧電体層（３）の厚さが、ＩＤＴ電極（４）の電極指周期で定まる弾性波の波長をλとした場合に１λ以下である。支持基板（２）は、Ａ面サファイア基板である。
この構成によると、支持基板（２）としてＡ面サファイア基板を用いるので、伝搬する弾性波の主成分が縦波であっても良好なインピーダンス特性をえることができる。そのため、縦波が圧電体層（３）を伝搬する際のエネルギー損失を低減することができる。
第２の態様の弾性波装置（１；１Ａ；１Ｂ）では、第１の態様において、圧電体層（３）は、タンタル酸リチウム又はニオブ酸リチウムで生成される。圧電体層（３）のオイラー角は、（９０°±５°，９０°±５°，４０°±２０°）、（０°±５°，３５°±２０°，９０°±２０°）及び（０°±５°，８５°±２０°，９０°±２０°）のいずれかの範囲で定まる方位、又はいずれかの範囲内で定まるオイラー角と結晶学的に等価な方位である。
この構成によると、伝搬する弾性波の主成分を縦波とすることができる。
第３の態様の弾性波装置（１；１Ａ；１Ｂ）では、第１又は第２の態様において、圧電体層（３）を伝搬する弾性波は、縦波を含む。
この構成によると、伝搬する縦波のエネルギー損失を低減することができる。
第４の態様の弾性波装置（１；１Ａ；１Ｂ）では、第１～第３のいずれかの態様において、支持基板（２）のオイラー角は（９０°±５°，９０°±５°，ψ）で定まる方位であってψが１２０°以上１６５°以下の範囲内である。または、支持基板（２）のオイラー角は（９０°±５°，９０°±５°，ψ）であり、かつψが１２０°以上１６５°以下の範囲内で定まる方位に結晶学的に等価な方位である。
この構成によると、伝搬する弾性波の主成分が縦波であっても良好なインピーダンス特性をえることができる。
第５の態様の弾性波装置（１Ａ；１Ｂ）では、第１～第４のいずれかの態様において、支持基板（２）と圧電体層（３）との間に少なくとも１つの中間層（５；５１；５２）を更に備える。
この構成によると、中間層（５；５１；５２）を更に備えた場合であっても良好なインピーダンス特性をえることができる。
第６の態様の弾性波装置（１Ａ；１Ｂ）では、第５の態様において、上記少なくとも１つの中間層（５；５１；５２）は、酸化ケイ素層（５；５２）を含む。
この構成によると、温度特性を改善しつつ、伝搬する弾性波の主成分が縦波であっても良好なインピーダンス特性をえることができる。
１ 弾性波装置
２ 支持基板
３ 圧電体層
４ ＩＤＴ電極
５ 中間層
２１ 第１主面
２２ 第２主面
３１ 主面
４１ 電極指
５１ 高音響インピーダンス層（中間層）
５２ 低音響インピーダンス層（中間層）
５１１ 第１高音響インピーダンス層（中間層）
５１２ 第２高音響インピーダンス層（中間層）
５１３ 第３高音響インピーダンス層（中間層）
５２１ 第１低音響インピーダンス層（中間層）
５２２ 第２低音響インピーダンス層（中間層）
５２３ 第３低音響インピーダンス層（中間層）
Ｄ１ 第１方向（厚さ方向）
Ｄ２ 第２方向
２ 支持基板
３ 圧電体層
４ ＩＤＴ電極
５ 中間層
２１ 第１主面
２２ 第２主面
３１ 主面
４１ 電極指
５１ 高音響インピーダンス層（中間層）
５２ 低音響インピーダンス層（中間層）
５１１ 第１高音響インピーダンス層（中間層）
５１２ 第２高音響インピーダンス層（中間層）
５１３ 第３高音響インピーダンス層（中間層）
５２１ 第１低音響インピーダンス層（中間層）
５２２ 第２低音響インピーダンス層（中間層）
５２３ 第３低音響インピーダンス層（中間層）
Ｄ１ 第１方向（厚さ方向）
Ｄ２ 第２方向
Claims (7)
- 支持基板と、
前記支持基板上に直接又は間接的に設けられている圧電体層と、
複数の電極指を含み、前記圧電体層の主面に設けられているＩＤＴ電極と、を備え、
前記圧電体層の厚さが、前記ＩＤＴ電極の電極指周期で定まる弾性波の波長をλとした場合に１λ以下であり、
前記支持基板は、Ａ面サファイア基板であり、
前記支持基板のオイラー角は（９０°±５°，９０°±５°，ψ）で定まる方位であってψが１２０°以上１６５°以下の範囲内である、又は前記支持基板のオイラー角が（９０°±５°，９０°±５°，ψ）であり、かつψが１２０°以上１６５°以下の範囲内で定まる方位に結晶学的に等価な方位である、
弾性波装置。 - 支持基板と、
前記支持基板上に直接又は間接的に設けられている圧電体層と、
複数の電極指を含み、前記圧電体層の主面に設けられているＩＤＴ電極と、を備え、
前記圧電体層の厚さが、前記ＩＤＴ電極の電極指周期で定まる弾性波の波長をλとした場合に１λ以下であり、
前記支持基板は、Ａ面サファイア基板であり、
前記圧電体層は、タンタル酸リチウム又はニオブ酸リチウムで生成され、
前記圧電体層のオイラー角は、（９０°±５°，９０°±５°，４０°±２０°）の範囲で定まる方位、又は前記範囲内で定まるオイラー角と結晶学的に等価な方位である、
弾性波装置。 - 前記圧電体層は、タンタル酸リチウム又はニオブ酸リチウムで生成され、
前記圧電体層のオイラー角は、（９０°±５°，９０°±５°，４０°±２０°）、（０°±５°，３５°±２０°，９０°±２０°）及び（０°±５°，８５°±２０°，９０°±２０°）のいずれかの範囲で定まる方位、又はいずれかの範囲内で定まるオイラー角と結晶学的に等価な方位である、
請求項１に記載の弾性波装置。 - 前記支持基板のオイラー角は（９０°±５°，９０°±５°，ψ）で定まる方位であってψが１２０°以上１６５°以下の範囲内である、又は前記支持基板のオイラー角が（９０°±５°，９０°±５°，ψ）であり、かつψが１２０°以上１６５°以下の範囲内で定まる方位に結晶学的に等価な方位である、
請求項２に記載の弾性波装置。 - 前記圧電体層を伝搬する弾性波は、縦波を含む、
請求項１～４のいずれか一項に記載の弾性波装置。 - 前記支持基板と前記圧電体層との間に少なくとも１つの中間層を更に備える、
請求項１～５のいずれか一項に記載の弾性波装置。 - 前記少なくとも１つの中間層は、酸化ケイ素層を含む、
請求項６に記載の弾性波装置。
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