JP7103528B2 - 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、圧電体層を備える弾性波装置に関する。
従来、支持基板と、低音速膜と、圧電薄膜と、IDT電極と、を備える弾性表面波装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。
支持基板の材料は、例えば、シリコンである。低音速膜の材料は、例えば、酸化ケイ素である。圧電薄膜の材料は、例えば、LiTaOである。
国際公開第2015/098678号
特許文献1に開示された弾性表面波装置では、更なる高周波化への対応が難しかった。また、特許文献1に開示された弾性波表面装置では、高調波歪、IMD(相互変調歪)等による線形性の低下が起こることがあった。
本発明の目的は、高周波化に対応でき、かつ、線形性を向上させることが可能な弾性波装置を提供することにある。
本発明の一態様に係る弾性波装置は、圧電体層と、第1電極及び第2電極と、を備える。前記第1電極及び前記第2電極は、前記圧電体層の厚さ方向に交差する方向において対向している。前記弾性波装置は、厚みすべり1次モードのバルク波を利用する。前記弾性波装置は、シリコン基板を更に備える。前記シリコン基板は、互いに対向する第1主面及び第2主面を有する。前記圧電体層の材料が、リチウムニオベイト又はリチウムタンタレートである。前記圧電体層は、前記シリコン基板の前記第1主面上に設けられている。前記弾性波装置は、前記シリコン基板に設けられているトラップ領域を更に有する。
本発明の一態様に係る弾性波装置は、圧電体層と、第1電極及び第2電極と、を備える。前記第1電極及び前記第2電極は、前記圧電体層の厚さ方向に交差する方向において対向している。前記第1電極及び前記第2電極は隣り合う電極同士である。前記弾性波装置では、前記圧電体層の厚さ方向に沿った任意の断面において、前記第1電極及び前記第2電極の中心線間距離をpとし、前記圧電体層の厚さをdとするとき、d/pが0.5以下である。前記弾性波装置は、シリコン基板を更に備える。前記シリコン基板は、互いに対向する第1主面及び第2主面を有する。前記圧電体層の材料が、リチウムニオベイト又はリチウムタンタレートである。前記圧電体層は、前記シリコン基板の前記第1主面上に設けられている。前記弾性波装置は、前記シリコン基板に設けられているトラップ領域を更に有する。
本発明の上記態様に係る弾性波装置では、高周波化に対応でき、かつ、線形性を向上させることが可能となる。
図1は、実施形態1に係る弾性波装置の平面図である。 図2は、同上の弾性波装置に関し、図1のA-A線断面図である。 図3は、同上の弾性波装置に関し、図1のB-B線断面図である。 図4は、同上の弾性波装置の一部破断した斜視図である。 図5は、同上の弾性波装置の要部平面図である。 図6Aは、ラム波の説明図である。図6Bは、厚みすべり1次モードのバルク波の説明図である。 図7は、実施形態1に係る弾性波装置の動作説明図である。 図8は、参考形態に係る弾性波装置の構造モデルの説明図である。 図9Aは、同上の構造モデルに関し、厚みすべりモードの比帯域と[圧電体層の厚さ]/[対をなす2つの電極の中心線間距離]との関係を示すグラフである。図9Bは、同上の構造モデルに関し、厚みすべりモードの比帯域と[圧電体層の厚さ]/[対をなす2つの電極の中心線間距離]との関係を示すグラフであり、図9Aの横軸の0~0.2の範囲を拡大したグラフである。 図10は、同上の構造モデルに関し、厚みすべりモードの比帯域と、規格化スプリアスレベルとの関係を示すグラフである。 図11は、同上の構造モデルのインピーダンス-周波数特性図である。 図12は、同上の構造モデルに関し、[圧電体層の厚さ]/[対をなす2つの電極の中心線間距離]と構造パラメータとの組み合わせにおける比帯域の分布を説明するための図である。 図13は、実施形態1に係る弾性波装置の他の構成例の断面図である。 図14は、実施形態1の変形例1に係る弾性波装置の平面図である。 図15は、同上の弾性波装置の等価回路図である。 図16は、実施形態1の変形例2に係る弾性波装置の平面図である。 図17は、実施形態1の変形例3に係る弾性波装置の平面図である。 図18は、実施形態2に係る弾性波装置の断面図である。 図19は、実施形態2に係る弾性波装置の平面図である。 図20は、同上の弾性波装置に関し、図19のA-A線断面図である。 図21は、同上の弾性波装置に関し、図19のB-B線断面図である。 図22は、実施形態2の変形例1に係る弾性波装置の平面図である。 図23は、実施形態2の変形例2に係る弾性波装置の平面図である。 図24は、実施形態2の変形例3に係る弾性波装置の平面図である。 図25は、実施形態2の変形例4に係る弾性波装置の断面図である。 図26は、実施形態2の変形例5に係る弾性波装置の平面図である。 図27A~27Dは、弾性波装置の一対の電極の他の形状を示す断面図である。 図28A~28Cは、同上の弾性波装置の他の構成例を示す断面図である。
以下の実施形態等において参照する図1~8、13、14、16~28C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。
(実施形態1)
以下、実施形態1に係る弾性波装置1について、図1~5を参照して説明する。
(1.1)弾性波装置の全体構成
実施形態1に係る弾性波装置1は、図1に示すように、圧電体層4と、第1電極51及び第2電極52と、を備える。第1電極51及び第2電極52は、図2に示すように、圧電体層4の厚さ方向D1(以下、第1方向D1ともいう)に交差する方向D2(以下、第2方向D2ともいう)において対向している。弾性波装置1は、厚みすべり1次モードのバルク波を利用する弾性波装置である。第2方向D2は、圧電体層4の分極方向PZ1に直交する。厚みすべり1次モードのバルク波は、圧電体層4の厚みすべり振動により圧電体層4の厚さ方向D1を伝搬方向とするバルク波であって、圧電体層4の厚さ方向D1において節の数が1となるバルク波である。厚みすべり振動は、第1電極51及び第2電極52によって励振される。厚みすべり振動は、圧電体層4において、厚さ方向D1からの平面視で第1電極51と第2電極52との間の規定領域45に励振される。弾性波装置1では、第2方向D2が圧電体層4の分極方向PZ1に直交していれば、厚みすべり1次モードのバルク波の電気機械結合係数(以下、結合係数ともいう)が大きい。ここにおいて、「直交」とは、厳密に直交する場合のみに限定されず、略直交(第2方向D2と分極方向PZ1とのなす角度が例えば90°±10°)でもよい。
図1及び2に示すように、弾性波装置1は、第1電極51を複数含み、かつ、第2電極52を複数含む。つまり、弾性波装置1は、第1電極51,第2電極52を一対の電極組とした場合、第1電極51と第2電極52との電極組を複数対備えている。弾性波装置1では、複数の第1電極51と複数の第2電極52とが第2方向D2において1つずつ交互に並んでいる。弾性波装置1は、図1に示すように、第1電極51と接続されている第1配線部61と、第2電極52と接続されている第2配線部62と、を更に備える。第1配線部61は、第1端子T1に接続されている。第2配線部62は、第1端子T1とは異なる第2端子T2に接続されている。第1配線部61には、複数の第1電極51が共通接続されている。第2配線部62には、複数の第2電極52が共通接続されている。
弾性波装置1は、図2に示すように、シリコン基板2と、圧電体層4と、複数の第1電極51と、複数の第2電極52と、を備える。圧電体層4は、シリコン基板2上に設けられている。一例として、圧電体層4は、酸化ケイ素膜7を介してシリコン基板2上に設けられている。複数の第1電極51及び複数の第2電極52は、圧電体層4上に設けられている。弾性波装置1は、共振子として、第1電極51及び第2電極52と、圧電体層4と、を含む弾性波共振子5を有している。シリコン基板2は、圧電体層4の一部と対向する空洞26の少なくとも一部を含む。空洞26は、圧電体層4の厚さ方向D1からの平面視で複数の第1電極51及び複数の第2電極52と重なっている。ここにおいて、空洞26は、圧電体層4の厚さ方向D1からの平面視で複数の第1電極51と、複数の第2電極52と、複数の規定領域45とに重なっている。複数の規定領域45の各々は、隣り合う第1電極51と第2電極52との間の部分である。なお、第1電極51と第2電極52とが「隣り合う」とは、第1電極51と第2電極52とが間隔を介して対向している場合を指す。
弾性波装置1は、電荷の移動を抑制するトラップ領域10(図2~4参照)を更に有する。
(1.2)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。
(1.2.1)シリコン基板
シリコン基板2は、図2に示すように、圧電体層4を支持している。実施形態1に係る弾性波装置1では、シリコン基板2は、酸化ケイ素膜7を介して、圧電体層4と複数の第1電極51及び複数の第2電極52とを支持している。
シリコン基板2は、互いに対向する第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、シリコン基板2の厚さ方向において互いに対向する。シリコン基板2の厚さ方向は、圧電体層4の厚さ方向D1に沿った方向である。圧電体層4の厚さ方向D1からの平面視で、シリコン基板2の外周形状は、長方形状であるが、これに限らず、例えば正方形状であってもよい。
シリコン基板2の厚さは、例えば、100μm以上500μm以下である。シリコン基板2は、互いに対向する第1主面及び第2主面を有する単結晶シリコン基板を用いて形成されている。単結晶シリコン基板の第1主面の面方位は、例えば、(100)面、(110)面、又は、(111)面を採用することができる。上述のバルク波の伝搬方位は、単結晶シリコン基板の面方位に制約されずに設定することができる。単結晶シリコン基板の抵抗率は、例えば、1kΩcm以上であり、2kΩcm以上であるのが好ましく、4kΩcm以上であるのが更に好ましい。
シリコン基板2の第1主面21は、粗面211を含む。粗面211は、単結晶シリコン基板の第1主面を粗面化することによって形成されている。実施形態1に係る弾性波装置1では、シリコン基板2の第1主面21の全域が粗面211である。粗面211は、圧電体層4の厚さ方向D1からの平面視で、弾性波共振子5に重なっていない。シリコン基板2は、バルク領域2Bと、表面領域2Sと、を有する。バルク領域2Bは、表面領域2Sにおける圧電体層4側とは反対側に位置している。表面領域2Sは、例えば、アモルファスシリコン層である。アモルファスシリコン層は、例えば、単結晶シリコン基板の第1主面を粗面化する際に単結晶シリコン基板の格子構造を劣化させることによって形成される。表面領域2Sは、シリコン基板2の第1主面21を含む。表面領域2Sの厚さは、例えば、1nm以上700nm以下である。バルク領域2Bは、単結晶シリコン層である。単結晶シリコン層は、単結晶シリコン基板に表面領域2Sを形成したときの単結晶シリコン基板の残りの部分である。バルク領域2Bは、シリコン基板2の第2主面22を含む。弾性波装置1では、トラップ領域10が、表面領域2Sを含んでいる。表面領域2Sは、アモルファスシリコン層に限らず、例えば、多結晶シリコン層でもよい。表面領域2Sは、例えば、単結晶シリコン基板の一部を単結晶シリコン基板の第1主面から研削することにより形成できるが、これに限らない。表面領域2Sは、バルク領域2Bを構成する単結晶シリコン基板上に堆積されたアモルファスシリコン層又は多結晶シリコン層でもよい。シリコン基板2では、表面領域2Sがバルク領域2B上に堆積されたアモルファスシリコン層又は多結晶シリコン層の場合、シリコン基板2の第1主面21は、粗面211を含んでもよいし、含まなくてもよい。また、表面領域2Sは、例えば、単結晶シリコン基板の第1主面から単結晶シリコン基板に、アルゴン、シリコン、酸素及び炭素の群から選択される少なくとも一種の元素のイオンを注入することによって形成されていてもよい。また、表面領域2Sは、例えば、単結晶シリコン基板の第1主面から単結晶シリコン基板に放射線を照射することによって形成されていてもよい。表面領域2Sがイオン注入又は放射線照射によって形成されている場合、シリコン基板2の第1主面21は、粗面211を含んでもよいし、含まなくてもよい。
シリコン基板2は、圧電体層4の第2主面42と対向する空洞26の少なくとも一部を含む。空洞26は、圧電体層4を挟んで、第1電極51及び第2電極52とは反対側に位置している。空洞26は、圧電体層4の厚さ方向D1からの平面視で弾性波共振子5と重なる。実施形態1に係る弾性波装置1では、空洞26は、圧電体層4の厚さ方向D1からの平面視で、弾性波共振子5よりも大きく、弾性波共振子5の全体と重なっている。また、実施形態1に係る弾性波装置1では、空洞26は、圧電体層4の厚さ方向D1からの平面視で第1配線部61及び第2配線部62それぞれの一部とも重なっている。圧電体層4の厚さ方向D1からの平面視での空洞26の開口形状は、長方形状であるが、これに限らない。
(1.2.2)酸化ケイ素膜
酸化ケイ素膜7は、シリコン基板2の第1主面21と圧電体層4との間に設けられている。実施形態1に係る弾性波装置1では、酸化ケイ素膜7は、圧電体層4の厚さ方向D1においてシリコン基板2の第1主面21の全域に重なっている。実施形態1に係る弾性波装置1では、第1主面21の全域が粗面211なので、酸化ケイ素膜7は、圧電体層4の厚さ方向D1からの平面視でシリコン基板2の粗面211に重なっている。実施形態1に係る弾性波装置1では、シリコン基板2と圧電体層4とが酸化ケイ素膜7を介して接合されている。
酸化ケイ素膜7の厚さは、例えば、0.1μm以上10μm以下である。
(1.2.3)圧電体層
圧電体層4は、図2に示すように、互いに対向する第1主面41及び第2主面42を有する。第1主面41と第2主面42とは圧電体層4の厚さ方向D1において対向する。圧電体層4は、シリコン基板2の第1主面21上に設けられている。ここにおいて、圧電体層4は、厚さ方向D1からの平面視で、シリコン基板2の第1主面21及び空洞26に重なっている。圧電体層4では、第1主面41と第2主面42とのうち第2主面42が、シリコン基板2側に位置している。圧電体層4の第1主面41は、圧電体層4におけるシリコン基板2側とは反対側の主面である。圧電体層4の第2主面42は、圧電体層4におけるシリコン基板2側の主面である。
弾性波装置1では、圧電体層4の第1主面41とシリコン基板2との距離が、圧電体層4の第2主面42とシリコン基板2との距離よりも長い。圧電体層4の材料は、リチウムニオベイト(LiNbO)又はリチウムタンタレート(LiTaO)である。圧電体層4は、例えば、ZカットLiNbO又はZカットLiTaOである。圧電体層4のオイラー角(φ,θ,ψ)に関して、φは、0°±10°であり、θは、0°±10°である。ψは、任意の角度である。圧電体層4は、結合係数を高くする観点から、ZカットLiNbO又はZカットLiTaOであるのが好ましい。圧電体層4は、回転YカットLiNbO、回転YカットLiTaO、XカットLiNbO、XカットLiTaOであってもよい。伝搬方位は、圧電体層4の結晶構造に対して定義される結晶軸(X,Y,Z)におけるY軸方向でもよいし、X軸方向でもよいし、X軸から±90°の範囲内で回転した方向であってもよい。圧電体層4は、単結晶であるが、これに限らず、例えば、双晶であってもよいし、セラミックスであってもよい。
圧電体層4の厚さは、例えば、50nm以上1000nm以下であり、一例として、400nmである。
圧電体層4は、規定領域45を有する。規定領域45は、圧電体層4の厚さ方向D1からの平面視で、圧電体層4のうち第1電極51と第2電極52との対向している方向において第1電極51と第2電極52との両方に交差し第1電極51と第2電極52との間にある領域である。
(1.2.4)電極
複数の第1電極51及び複数の第2電極52は、圧電体層4の第1主面41上に設けられている。
弾性波装置1では、対をなす第1電極51と第2電極52とが互いに異なる電位となる。弾性波装置1では、対をなす第1電極51と第2電極52とのうち一方が交流電圧の印加時にホット電位となる電極であり、他方がグランド電位となる電極である。
弾性波装置1では、複数の第1電極51と複数の第2電極52とが1つずつ交互に互いに離隔して並んでいる。したがって、隣り合う第1電極51と第2電極52とは離れている。対をなす第1電極51と第2電極52との中心線間距離は、例えば、1μm以上10μm以下であり、一例として3μmである。複数の第1電極51と複数の第2電極52とを含む一群の電極は、複数の第1電極51と複数の第2電極52とが、第2方向D2において、離隔して並んでいる構成であればよく、複数の第1電極51と複数の第2電極52とが交互に互いに離隔して並んでいない構成であってもよい。例えば、第1電極51と第2電極52とが1本ずつ離隔して並んでいる領域と、第1電極51又は第2電極52が第2方向D2において2つ並んでいる領域と、とが混在してもよい。
複数の第1電極51及び複数の第2電極52は、圧電体層4の厚さ方向D1からの平面視で、図1に示すように、第2方向D2に直交する第3方向D3を長手方向とし第2方向D2を幅方向とする長尺状(直線状)である。複数の第1電極51の各々の長さは、例えば、20μmであるが、これに限らない。複数の第1電極51の各々の幅H1(第1電極幅H1)は、例えば、50nm以上1000nmであり、一例として、500nmである。複数の第2電極52の各々の長さは、例えば、20μmであるが、これに限らない。複数の第2電極52の各々の幅H2(第2電極幅H2)は、例えば、50nm以上1000nmであり、一例として、500nmである。
複数の第1電極51の各々は、第1電極主部510を有する。第1電極主部510は、第1電極51のうち、第1電極51と第2電極52との対向している方向において第2電極52に交差する部分である。また、複数の第2電極52の各々は、第2電極主部520を有する。第2電極主部520は、第2電極52のうち、第1電極51と第2電極52との対向している方向において第1電極51に交差する部分である。
実施形態1に係る弾性波装置1では、複数の第1電極51の各々の第1電極幅H1が同じであるが、これに限らず、異なってもよい。また、実施形態1に係る弾性波装置1では、複数の第2電極52の各々の第2電極幅H2が同じであるが、これに限らず、異なってもよい。実施形態1に係る弾性波装置1では、第1電極幅H1と第2電極幅H2とが同じであるが、これに限らず、第1電極幅H1と第2電極幅H2とが異なってもよい。
実施形態1に係る弾性波装置1に関し、図1では、第1電極51及び第2電極52それぞれの数を5として描いてあるが、第1電極51及び第2電極52それぞれの数は5に限らず、1つでもよいし、2~4であってもよいし、6以上であってもよいし、50以上であってもよい。
隣り合う第1電極51及び第2電極52が対向する第2方向D2は、圧電体層4の分極方向PZ1(図2参照)に直交しているのが、好ましいが、これに限らない。例えば、圧電体層4がZカットの圧電体でない場合、第1電極51及び第2電極52は、長手方向である第3方向D3に直交する方向において対向していてもよい。なお、第1電極51及び第2電極52が矩形でない場合もある。その場合、長手方向である第3方向D3は、第1電極51及び第2電極52を平面視した場合に、第1電極51及び第2電極52に外接する外接多角形の長辺方向としてもよい。なお、「第1電極51及び第2電極52に外接する外接多角形」とは、第1電極51に第1配線部61が接続され、第2電極52に第2配線部62が接続されていた場合、少なくとも、第1電極51において第1配線部61に接続されている箇所を除いた部分と、第2電極52において第2配線部62に接続されている箇所を除いた部分とに外接する多角形を含む。
複数の第1電極51の各々は、図2に示すように、圧電体層4の厚さ方向D1に交差する第1主面511及び第2主面512と、第1電極51の幅方向に交差する2つの側面513,513と、を含む。複数の第1電極51の各々では、第1主面511と第2主面512とのうち第2主面512が、圧電体層4の第1主面41側に位置し、圧電体層4の第1主面41と面状に接している。
複数の第2電極52の各々は、圧電体層4の厚さ方向D1に交差する第1主面521及び第2主面522と、第2電極52の幅方向に交差する2つの側面523、523と、を含む。複数の第2電極52の各々では、第1主面521と第2主面522とのうち第2主面522が、圧電体層4の第1主面41側に位置し、圧電体層4の第1主面41と面状に接している。
複数の第1電極51及び複数の第2電極52は、導電性を有する。各第1電極51及び各第2電極52の材料は、例えば、Al(アルミニウム)、Cu(銅)、Pt(白金)、Au(金)、Ag(銀)、Ti(チタン)、Ni(ニッケル)、Cr(クロム)、Mo(モリブデン)、W(タングステン)又はこれらの金属のいずれかを主体とする合金等である。また、各第1電極51及び各第2電極52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いてもよい。各第1電極51及び各第2電極52は、例えば、Ti膜からなる密着膜と、密着膜上に形成されたAl膜又はAlCu膜からなる主電極膜との積層膜を含む。密着膜の厚さは、例えば、10nmである。また、主電極膜の厚さは、例えば80nmである。AlCu膜では、Cuの濃度が1wt%以上20wt%以下であるのが好ましい。
(1.2.5)第1配線部及び第2配線部
第1配線部61は、第1バスバー611を含む。第1バスバー611は、複数の第1電極51を同じ電位にするための導体部である。第1バスバー611は、第2方向D2を長手方向とする長尺状(直線状)である。第1バスバー611は、複数の第1電極51と接続されている。第1バスバー611に接続されている複数の第1電極51は、第2バスバー621に向かって延びている。弾性波装置1では、複数の第1電極51と第1バスバー611とを含む第1導体部は、圧電体層4の厚さ方向D1からの平面視で、櫛形状の形状である。第1バスバー611は、複数の第1電極51と一体に形成されているが、これに限らない。
第2配線部62は、第2バスバー621を含む。第2バスバー621は、複数の第2電極52を同じ電位にするための導体部である。第2バスバー621は、第2方向D2を長手方向とする長尺状(直線状)である。第2バスバー621は、複数の第2電極52と接続されている。第2バスバー621に接続されている複数の第2電極52は、第1バスバー611に向かって延びている。弾性波装置1では、複数の第2電極52と第2バスバー621とを含む第2導体部は、圧電体層4の厚さ方向D1からの平面視で、櫛形状の形状である。第2バスバー621は、複数の第2電極52と一体に形成されているが、これに限らない。
第1バスバー611と第2バスバー621とは、第3方向D3において対向し合っている。
第1配線部61及び第2配線部62は、導電性を有する。第1配線部61及び第2配線部62の材料は、例えば、Al、Cu、Pt、Au、Ag、Ti、Ni、Cr、Mo、W又はこれらの金属のいずれかを主体とする合金等である。また、第1配線部61及び第2配線部62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いてもよい。第1配線部61及び第2配線部62は、例えば、Ti膜からなる密着膜と、密着膜上に形成されたAl膜又はAlCu膜からなる主配線膜との積層膜を含む。密着膜の厚さは、例えば、10nmである。また、主配線膜の厚さは、例えば80nmである。AlCu膜では、Cuの濃度が1wt%以上20wt%以下であるのが好ましい。
弾性波装置1では、第1バスバー611及び第2バスバー621の低抵抗化の観点等から、第1バスバー611及び第2バスバー621の各々において、主配線膜上に金属膜を含んでいてもよい。また、第1配線部61及び第2配線部62の各々の厚さが、第1電極51及び第2電極52の厚さよりも厚くてもよい。
(1.2.6)トラップ領域
トラップ領域10は、圧電体層4の第2主面42側に設けられている。トラップ領域10は、シリコン基板2に設けられている。トラップ領域10は、シリコン基板2の第1主面21に沿った電荷の移動を抑制する。ここにおいて、実施形態1に係る弾性波装置1では、トラップ領域10は、第1配線部61と第2配線部62との電位差があるときに、シリコン基板2の第1主面21と酸化ケイ素膜7との界面付近の電荷がシリコン基板2の第1主面21に沿って第1配線部61と第2配線部62との間を移動することを抑制する。
実施形態1に係る弾性波装置1では、トラップ領域10に含まれる表面領域2Sのトラップ密度が、バルク領域2Bのトラップ密度よりも高い。ここにおいて、トラップ密度は、電荷(自由電荷キャリア)をトラップするトラップの密度である。また、トラップ領域10では、表面領域2Sのキャリア移動度がバルク領域2Bのキャリア移動度よりも低い。実施形態1に係る弾性波装置1では、シリコン基板2の含む空洞26が、圧電体層4の厚さ方向D1からの平面視で第1配線部61及び第2配線部62それぞれの一部と重なっており、トラップ領域10に含まれている。つまり、実施形態1に係る弾性波装置1では、トラップ領域10が、シリコン基板2の表面領域2Sと、シリコン基板2の空洞26と、を含んでいる。
(1.3)弾性波装置の製造方法
弾性波装置1の製造方法は、例えば、互いに対向する第1主面及び第2主面を有する単結晶シリコン基板を準備した後、第1工程~第6工程を行う。第1工程では、単結晶シリコン基板の第1主面を粗面化することによって表面領域2Sとバルク領域2Bとを有するシリコン基板2を形成する。第2工程では、シリコン基板2の第1主面21上に酸化ケイ素膜7を形成する。第3工程では、圧電体層4の元になる圧電体基板とシリコン基板2とを酸化ケイ素膜7を介して接合する。第4工程では、圧電体基板を薄くすることにより圧電体基板の一部からなる圧電体層4を形成する。第5工程では、圧電体層4の第1主面41上に複数の第1電極51、複数の第2電極52、第1配線部61、第2配線部62、第1端子T1及び第2端子T2を形成する。第6工程では、シリコン基板2の第2主面22から空洞26を形成する。上述の第5工程では、フォトリソグラフィ技術、エッチング技術、薄膜形成技術等を利用して複数の第1電極51、複数の第2電極52、第1配線部61、第2配線部62、第1端子T1及び第2端子T2を形成する。また、上述の第6工程では、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術等を利用して、シリコン基板2における空洞26の形成予定領域をエッチングする。第6工程では、酸化ケイ素膜7をエッチングストッパ層としてシリコン基板2のエッチングを行い、その後、酸化ケイ素膜7の不要部分をエッチング除去することによって、圧電体層4の第2主面42の一部を露出させる。また、単結晶シリコン基板を準備する際には、単結晶シリコンウェハを準備し、第3工程では圧電体基板として圧電体ウェハを用いる。弾性波装置1の製造方法では、複数の弾性波装置1を含むウェハをダイシングすることで、複数個の弾性波装置1(チップ)を得る。
弾性波装置1の製造方法は、一例であり、特に限定されない。例えば、圧電体層4は、成膜技術を利用して形成してもよい。この場合、弾性波装置1の製造方法は、第3工程と第4工程との代わりに、圧電体層4を成膜する工程を備える。成膜技術により成膜する圧電体層4は、例えば、単結晶でもよいし、双晶でもよい。成膜技術としては、例えば、CVD(Chemical Vapor Deposition)法が挙げられるが、これに限らない。
(1.4)弾性波装置の動作及び特性
実施形態1に係る弾性波装置1は、厚みすべり1次モードのバルク波を利用する弾性波装置である。上述のように、厚みすべり1次モードのバルク波は、圧電体層4の厚みすべり振動により圧電体層4の厚さ方向D1を伝搬方向とするバルク波であって、圧電体層4の厚さ方向D1において節の数が1となるバルク波である。厚みすべり振動は、第1電極51及び第2電極52によって励振される。厚みすべり振動は、圧電体層4において、厚さ方向D1からの平面視で隣り合う第1電極51と第2電極52との間の規定領域45に励振される。厚みすべり振動は、例えば、FEM(Finite Element Method)によって確認できる。より詳細には、厚みすべり振動は、例えば、圧電体層4のパラメータ(材料、オイラー角及び厚さ等)、第1電極51及び第2電極52のパラメータ(材料、厚さ、第1電極51と第2電極52との中心線間距離等)等を用いて、FEM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4のオイラー角は、分析により求めることができる。
ここで、従来の弾性波装置で利用したラム波と、上記厚みすべり1次モードのバルク波との相違を、図6A及び6Bを参照して説明する。
図6Aは、特許文献1に記載の弾性表面波装置のような従来の弾性波装置の圧電薄膜を伝搬するラム波を説明するための模式的正面断面図である。従来の弾性波装置では、圧電薄膜400中を矢印で示すように弾性波が伝搬する。ここで、圧電薄膜400は、互いに対向する第1主面401及び第2主面402を有している。図6Aでは、圧電薄膜400とは別に、Z方向及びX方向を図示してある。図6Aでは、Z方向は、圧電薄膜400の第1主面401と第2主面402とを結ぶ厚み方向である。X方向は、IDT電極の複数の電極指が並んでいる方向である。ラム波では、弾性波が図6Aに示すようにX方向に伝搬していく板波である。よって、従来の弾性波装置では、弾性波はX方向に伝搬するため、2つの反射器をIDT電極の両側に1つずつ配置して、所望の共振特性を得ている。そのため、従来の弾性波装置では、弾性波の伝搬ロスが生じるので、小型化を図った場合、すなわち電極指の対数を少なくした場合、Q値が低下する。
これに対して、実施形態1に係る弾性波装置1では、振動変位は厚みすべり方向であるから、弾性波は、図6Bに示すように、圧電体層4の第1主面41と第2主面42とを結ぶ方向、すなわちZ方向にほぼ伝搬し、共振する。すなわち、弾性波のX方向成分がZ方向成分に比べて著しく小さい。実施形態1に係る弾性波装置1では、このZ方向の弾性波の伝搬により共振特性が得られるため、必ずしも反射器を必要としない。よって、実施形態1に係る弾性波装置1では、弾性波が反射器に伝搬する際の伝搬損失は生じない。従って、実施形態1に係る弾性波装置1では、小型化を進めようとして、第1電極51と第2電極52とからなる電極対の対数を減らしたとしても、Q値の低下が生じ難い。
実施形態1に係る弾性波装置1では、厚みすべり1次モードのバルク波の振幅方向は、図7に示すように、圧電体層4の規定領域45に含まれる第1領域451と、規定領域45に含まれる第2領域452と、で逆になる。図7では、第1電極51と第2電極52との間に、第2電極52が第1電極51よりも高電位となる電圧が印加された場合のバルク波を二点鎖線で模式的に示してある。第1領域451は、規定領域45のうち、圧電体層4の厚さ方向D1に直交し圧電体層4を2分する仮想平面VP1と、第1主面41と、の間の領域である。第2領域452は、規定領域45のうち、仮想平面VP1と、第2主面42と、の間の領域である。
厚みすべり1次モードのバルク波を利用する参考形態の弾性波装置の構造モデル1r(図8参照)について、特性のシミュレーションを行った。構造モデル1r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。
構造モデル1rは、第1配線部61、第2配線部62及びトラップ領域10を備えていない点で、実施形態1に係る弾性波装置1と相違する。シミュレーションにあたっては、第1電極51と第2電極52との対数を無限大とし、圧電体層4を120°回転YカットX伝搬LiNbOとした。
構造モデル1rでは、圧電体層4がメンブレンであり、圧電体層4の第2主面42が空気と接している。構造モデル1rでは、圧電体層4の厚さ方向D1に沿った任意の断面(図8)において、隣り合う第1電極51と第2電極52との中心線間距離をpとし、圧電体層4の厚さをdとした。また、構造モデル1rでは、圧電体層4の厚さ方向D1からの平面視で、第1電極主部510の面積をS1とし、第2電極主部520の面積をS2とし、規定領域45の面積をS0とし、(S1+S2)/(S1+S2+S0)で規定される構造パラメータをMRとした。なお、圧電体層4に第1電極51及び第2電極52の少なくとも一方が複数本形成される場合、上記中心線間距離pは、隣り合う第1電極51と第2電極52との中心線間距離それぞれの距離となる。
図9A及び9Bは、構造モデル1rに関して、第1電極51と第2電極52とに互いに異なる電位を与えた場合の比帯域とd/pとの関係を示すグラフである。図9A及び9Bでは、横軸がd/p、縦軸が比帯域である。図9A及び9Bは、圧電体層4が120°回転YカットX伝搬LiNbOの場合であるが、他のカット角の場合も同様の傾向となる。また、弾性波装置の構造モデル1rでは、圧電体層4の材料がLiTaOの場合も、比帯域とd/pとの関係が、図9A及び9Bと同様の傾向となる。また、弾性波装置の構造モデル1rでは、第1電極51と第2電極52との対数にかかわらず、比帯域とd/pとの関係が、図9A及び9Bと同様の傾向となる。また、弾性波装置の構造モデル1rでは、圧電体層4の第2主面42が空気に接している場合に限らず、音響反射層と接している場合も、比帯域とd/pとの関係が、図9A及び9Bと同様の傾向となる。
図9Aから、弾性波装置の構造モデル1rでは、比帯域の値がd/p=0.5を変曲点としてドラスティックに変わることが分かる。弾性波装置の構造モデル1rでは、d/p>0.5の場合、0.5<d/p<1.6の範囲内でd/pをどれだけ変更しても、結合係数が低く、比帯域は、5%未満となる。一方、弾性波装置の構造モデル1rでは、d/p≦0.5の場合、0<d/p≦0.5の範囲内でd/pを変化させれば、結合係数を高めて比帯域を5%以上とすることも可能である。
また、弾性波装置の構造モデル1rでは、d/p≦0.24の場合、0<d/p≦0.24の範囲内でd/pを変化させれば、結合係数を更に高めて、比帯域をより大きくすることも可能である。実施形態1に係る弾性波装置1についても、図2に示すように、圧電体層4の厚さ方向D1に沿った任意の断面において、第1電極51及び第2電極52の中心線間距離をpとし、圧電体層4の厚さをdとすれば、その比帯域とd/pとの関係は、弾性波装置の構造モデル1rの比帯域とd/pとの関係と同様の傾向となる。
さらに、図9Aから明らかなように、d/p≦0.10の場合、0<d/p≦0.10の範囲内でd/pを変化させれば、結合係数を更に高めて、比帯域をより大きくすることも可能である。
図9Bは、図9Aの一部を拡大したグラフである。図9Bに示すように、比帯域がd/p=0.096を変曲点として変化しているので、d/p≦0.096の場合、0<d/p≦0.096の範囲内でd/pを変化させれば、0.096<d/pの場合よりも、結合係数を更に高めて、比帯域をより大きくすることも可能である。また、図9Bに示すように、比帯域がd/p=0.072、0.048を変曲点として変化しており、0.048≦d/p≦0.072とすれば、d/pの変化による結合係数の変化を抑制でき、比帯域を略一定の値とすることが可能となる。
図10は、厚みすべりモードを利用する参考形態の弾性波装置の構造モデル1rにおいて、圧電体層4の厚さd、第1電極51及び第2電極52の中心線間距離p、第1電極幅H1、第2電極幅H2を変えた場合について、共振周波数と反共振周波数との間の周波数帯域におけるスプリアスのレベルをプロットした図である。図10では、横軸が比帯域、縦軸が規格化スプリアスレベルである。規格化スプリアスレベルは、圧電体層4の厚さd、第1電極51及び第2電極52の中心線間距離p、第1電極幅H1、第2電極幅H2を変えてもスプリアスのレベルが同じ値となる比帯域(例えば、22%)でのスプリアスレベルを1としてスプリアスのレベルを規格化した値である。図10は、圧電体層4として厚みすべりモードをより好適に励振できるZカットLiNbOを採用した場合であるが、他のカット角の場合も同様の傾向となる。また、弾性波装置の構造モデル1rでは、圧電体層4の材料がLiTaOの場合も、規格化スプリアスレベルと比帯域との関係が、図10と同様の傾向となる。また、弾性波装置の構造モデル1rでは、第1電極51と第2電極52との対数にかかわらず、規格化スプリアスレベルと比帯域との関係が、図10と同様の傾向となる。また、弾性波装置の構造モデル1rでは、圧電体層4の第2主面42が空気に接している場合に限らず、音響反射層と接している場合も、規格化スプリアスレベルと比帯域との関係が、図10と同様の傾向となる。
図10から、比帯域が17%を超えた場合、規格化スプリアスレベルが1に集約されていることが分かる。これは、比帯域が17%以上では、図11に例示するインピーダンスの周波数特性のように、共振周波数と反共振周波数との間の帯域において何らかの副共振が存在することを示す。図11は、圧電体層4としてオイラー角が(0°,0°,90°)のZカットLiNbOを採用し、d/p=0.08、MR=0.35とした場合のインピーダンスの周波数特性である。図11では、副共振の部分を破線で囲んでいる。
上述のように、比帯域が17%を超えると、圧電体層4の厚さd、第1電極幅H1、第2電極幅H2を変えても大きなスプリアスが共振周波数と反共振周波数との間の帯域内に含まれてしまう。このようなスプリアスは、平面方向、主に第1電極51及び第2電極52の対向方向のオーバートーンによって発生する。よって、帯域内のスプリアスを抑制する観点から、比帯域は、17%以下であるのが好ましい。実施形態1に係る弾性波装置1は、規格化スプリアスレベルと比帯域との関係に関しても、弾性波装置の構造モデル1rと同様の傾向を示すので、比帯域が17%以下であるのが好ましい。
図12は、弾性波装置の構造モデル1rに関して、圧電体層4としてZカットLiNbOを採用し、圧電体層4の厚さd、第1電極51及び第2電極52の中心線間距離p、第1電極幅H1、第2電極幅H2を変えた場合について、d/pとMRとをパラメータとし、比帯域が17%を超える第1分布領域DA1と、比帯域が17%以下となる第2分布領域DA2と、を表してある。図12では、第1分布領域DA1と第2分布領域DA2とで、ドットの密度を異ならせてあり、第1分布領域DA1のドットの密度を第2分布領域DA2のドットの密度よりも高くしてある。また、図12では、第1分布領域DA1と第2分布領域DA2との境界線の近似直線DL1を破線で示してある。近似直線DL1は、MR=1.75×(d/p)+0.075の数式で表される。よって、弾性波装置の構造モデル1rでは、MR≦1.75×(d/p)+0.075の条件を満たすことにより、比帯域を17%以下としやすい。図12は、圧電体層4として厚みすべりモードをより好適に励振できるZカットLiNbOを採用した場合であるが、他のカット角の場合も同様の傾向となる。また、弾性波装置の構造モデル1rでは、圧電体層4の材料がLiTaOの場合も、近似直線DL1は、同じとなる。また、弾性波装置の構造モデル1rでは、第1電極51と第2電極52との対数にかかわらず、近似直線DL1は、同じとなる。また、弾性波装置の構造モデル1rでは、圧電体層4の第2主面42が空気に接している場合に限らず、音響反射層と接している場合も、近似直線DL1は、同じとなる。実施形態1に係る弾性波装置1は、弾性波装置の構造モデル1rと同様、MR≦1.75×(d/p)+0.075の条件を満たすことにより、比帯域を17%以下としやすくなる。なお、図12に、近似直線DL1(以下、第1近似直線DL1ともいう)とは別に一点鎖線で示す近似直線DL2(以下、第2近似直線DL2ともいう)は、比帯域を確実に17%以下とするための境界を示す線である。第2近似直線DL2は、MR=1.75×(d/p)+0.05の数式で表される。よって、弾性波装置の構造モデル1r及び実施形態1に係る弾性波装置1では、MR≦1.75×(d/p)+0.05の条件を満たすことにより、比帯域を確実に17%以下とすることができる。
(1.5)効果
実施形態1に係る弾性波装置1は、圧電体層4と、第1電極51及び第2電極52と、を備える。第1電極51及び第2電極52は、圧電体層4の厚さ方向D1に交差する方向D2において対向している。弾性波装置1は、厚みすべり1次モードのバルク波を利用する。弾性波装置1は、シリコン基板2を更に備える。シリコン基板2は、互いに対向する第1主面21及び第2主面22を有する。圧電体層4の材料が、リチウムニオベイト又はリチウムタンタレートである。圧電体層4は、シリコン基板2の第1主面21上に設けられている。弾性波装置1は、シリコン基板2に設けられているトラップ領域10を更に有する。
以上説明した実施形態1に係る弾性波装置1では、高周波化に対応でき、かつ、線形性を向上させることが可能となる。
実施形態1に係る弾性波装置1では、共振周波数が、隣り合う第1電極51及び第2電極52の中心線間距離に制約されず、圧電体層4の厚さを薄くすることによって共振周波数を高くすることができるので、弾性波装置1の平面サイズを大型化することなく高周波化に対応することができる。また、特許文献1に記載の弾性表面波装置では、IDT電極の電極指の本数を少なくすると十分なQ値が得られないことがあった。これに対し、実施形態1に係る弾性波装置1では、第1電極51と第2電極52との対数を少なくしても十分なQ値を得ることができるので、小型化を図りながらも十分なQ値を得ることが可能となる。また、実施形態1に係る弾性波装置1では、トラップ領域10を備えることにより、線形性を向上させることが可能となる。
実施形態1に係る弾性波装置1は、トラップ領域10を備えずに単結晶シリコン基板と酸化ケイ素膜との界面を有する比較例に係る弾性波装置と比べて、シリコン基板2の第1主面21に沿った電荷の移動がトラップ領域10により抑制されるので、線形性を向上させることが可能となる。
また、実施形態1に係る弾性波装置1は、圧電体層4と、第1電極51及び第2電極52と、を備える。第1電極51及び第2電極52は、圧電体層4の厚さ方向D1に交差する方向D2において対向している。弾性波装置1では、圧電体層4の厚さ方向D1に沿った任意の断面において、隣り合う第1電極51及び第2電極52の中心線間距離をpとし、圧電体層4の厚さをdとするとき、d/pが0.5以下である。弾性波装置1は、シリコン基板2を更に備える。シリコン基板2は、互いに対向する第1主面21及び第2主面22を有する。圧電体層4の材料が、リチウムニオベイト又はリチウムタンタレートである。圧電体層4は、シリコン基板2の第1主面21上に設けられている。弾性波装置1は、シリコン基板2に設けられているトラップ領域10を更に有する。
以上説明した実施形態1に係る弾性波装置1では、高周波化に対応でき、かつ、線形性を向上させることが可能となる。
また、実施形態1に係る弾性波装置1では、シリコン基板2が、圧電体層4の第2主面42の一部を露出させる空洞26の一部を含んでいる。なお、「シリコン基板2が空洞26の一部を含む」場合は、空洞26の一部がシリコン基板2により囲われている場合を指す。「空洞26の一部がシリコン基板2により囲われている場合」とは、例えば、後述の図13に示すように空洞26がシリコン基板2の第2主面22側の基板20により覆われている場合に限らず、空洞26がシリコン基板2の第2主面側の基板20により覆われていない場合も含む。ここで、空洞26の一部は、圧電体層4の厚さ方向D1からの平面視で第1配線部61と第2配線部62との両方の一部に重なる空隙27を兼ねている。そして、実施形態1に係る弾性波装置1では、トラップ領域10が、上述の表面領域2Sと、空隙27と、を含む。これにより、実施形態1に係る弾性波装置1では、トラップ領域10が空隙27を含んでいない場合と比べて、線形性を向上させることが可能となる。
(実施形態1に係る弾性波装置の他の構成例)
弾性波装置1の他の構成例では、例えば、図13に示すように、シリコン基板2の圧電体層4とは反対側に、つまり、シリコン基板2の第2主面22に、圧電体層4の厚さ方向D1からの平面視で圧電体層4と重なるように他の基板20が積層されていてもよい。上記他の基板20の材料としては例えばシリコンが挙げられる。要するに、弾性波装置1では、シリコン基板2である第1シリコン基板2の第2主面22に、上記他の基板20からなる第2シリコン基板が接合されていてもよい。なお、シリコン基板2と他の基板20とは積層されている場合に限らず、1枚の基板から一体的に形成されていてもよい。
(実施形態1の変形例1)
以下では、変形例1に係る弾性波装置1aについて、図14及び15を参照して説明する。なお、変形例1に係る弾性波装置1a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。
変形例1に係る弾性波装置1aは、弾性波フィルタ(ここでは、ラダー型フィルタ)である。弾性波装置1aは、入力端子15と、出力端子16と、入力端子15と出力端子16とを結ぶ第1経路12に設けられた複数(2つ)の直列腕共振子RS1と、第1経路12上の複数(2つ)のノードN1、N2とグランド(グランド端子17、18)とを結ぶ複数(2つ)の第2経路13、14上に1つずつ設けられた複数(2つ)の並列腕共振子RS2と、を有する。グランド端子17、18は、1つのグランドとして共通化されていてもよい。
弾性波装置1aでは、複数の直列腕共振子RS1及び複数の並列腕共振子RS2の各々が、弾性波共振子5である。複数の弾性波共振子5の各々は、複数の第1電極51と複数の第2電極52とを含む共振子であるが、これに限らず、少なくとも1つの第1電極51と1つの第2電極52を含む共振子であればよい。弾性波装置1aでは、圧電体層4は、複数の弾性波共振子5において兼用されている。並列腕共振子RS2の共振周波数は、直列腕共振子RS1の共振周波数よりも低い。並列腕共振子RS2を構成する弾性波共振子5では、例えば、圧電体層4の第1主面41上に設けられた酸化ケイ素膜を備える一方で、直列腕共振子RS1を構成する弾性波共振子5では、圧電体層4の第1主面41上に酸化ケイ素膜を備えていない。直列腕共振子RS1を構成する弾性波共振子5において、圧電体層4の第1主面41上に酸化ケイ素膜を備えていてもよい。この場合は、並列腕共振子RS2を構成する弾性波共振子5の酸化ケイ素膜の厚さよりも、直列腕共振子RS1を構成する弾性波共振子5の酸化ケイ素膜の厚さを薄くすればよい。
弾性波装置1aでは、シリコン基板2が、圧電体層4の厚さ方向D1からの平面視で複数の弾性波共振子5と重なる空洞26の一部を含んでいるが、これに限らず、複数の弾性波共振子5と一対一に重なる複数の空洞26それぞれの一部を含んでいてもよい。
(実施形態1の変形例2)
以下では、変形例2に係る弾性波装置1jについて、図16を参照して説明する。変形例2に係る弾性波装置1j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。
変形例2に係る弾性波装置1jは、実施形態1に係る弾性波装置1の空隙27が設けられておらず、シリコン基板2と酸化ケイ素膜7とが圧電体層4の厚さ方向D1からの平面視で第1配線部61と第2配線部62との両方の一部に重なっている。ここにおいて、変形例2に係る弾性波装置1jでは、酸化ケイ素膜7の全域に重なっている表面領域2Sが、圧電体層4の厚さ方向D1からの平面視で第1配線部61と第2配線部62との両方の一部に重なっている。したがって、変形例2に係る弾性波装置1jでは、トラップ領域10に含まれる表面領域2Sは、複数の外部接続端子(入力端子15、出力端子16、グランド端子17、18)と平面視して重なるように設けられている。
(実施形態1の変形例3)
以下では、変形例3に係る弾性波装置1bについて、図17を参照して説明する。変形例2に係る弾性波装置1b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。
変形例3に係る弾性波装置1bは、2つの反射器8を更に備える点で、実施形態1に係る弾性波装置1と相違する。
2つの反射器8の各々は、短絡グレーティングである。各反射器8は、1次すべりモードのバルク波を反射するためではなく、圧電体層4の第1主面41に沿って伝搬する不要な弾性表面波を反射する。2つの反射器8のうち1つの反射器8は、弾性波装置1bの不要な弾性表面波の伝搬方向に沿った方向において複数の第1電極51のうち端に位置する第1電極51の第2電極52側とは反対側に位置している。2つの反射器8のうち残りの1つの反射器8は、弾性波装置1bの不要な弾性表面波の伝搬方向に沿った方向において複数の第2電極52のうち端に位置する第2電極52の第1電極51側とは反対側に位置している。
各反射器8は、複数(例えば、4つ)の電極指81を有し、複数の電極指81の一端どうし短絡され、他端どうしが短絡されている。各反射器8では、電極指81の数は、特に限定されない。
各反射器8は、導電性を有する。各反射器8の材料は、例えば、Al,Cu,Pt,Au,Ag,Ti,Ni,Cr,Mo,W又はこれらの金属のいずれかを主体とする合金等である。また、各反射器8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いてもよい。各反射器8は、例えば、圧電体層4上に形成されたTi膜からなる密着膜と、密着膜上に形成されたAl膜からなる主電極膜との積層膜を含む。密着膜の厚さは、例えば、10nmである。また、主電極膜の厚さは、例えば80nmである。
また、変形例2に係る弾性波装置1bでは、各反射器8が短絡グレーティングであるが、これに限らず、例えば、開放グレーティング、正負反射型グレーティング、短絡グレーティングと開放グレーティングとが組み合わされたグレーティング等であってもよい。また、弾性波装置1bでは、2つの反射器8を備えているが、2つの反射器8のうち1つのみを備えた構成であってもよい。
変形例2に係る弾性波装置1bにおける2つの反射器8は、変形例1に係る弾性波装置1aにも適用でき、例えば、変形例1に係る弾性波装置1aの各弾性波共振子5ごとに設けられていてもよい。
(実施形態2)
以下では、実施形態2に係る弾性波装置1cについて、図18を参照して説明する。実施形態2に係る弾性波装置1c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2に係る弾性波装置1cは、シリコン基板2の第1主面21上に直接形成されている絶縁膜としての窒化ケイ素膜11を備えている。したがって、絶縁膜の酸素重量比は、酸化シリコンの酸素重量比より小さい。窒化ケイ素膜11は、スパッタにより形成されたスパッタ薄膜である。
実施形態2に係る弾性波装置1cでは、酸化ケイ素膜7が、窒化ケイ素膜11と圧電体層4との間に介在しており、窒化ケイ素膜11及び圧電体層4それぞれと接している。したがって、実施形態2に係る弾性波装置1cでは、酸化ケイ素膜7とシリコン基板2のバルク領域2Bとの間に、窒化ケイ素膜11と表面領域2Sとがある。
実施形態2に係る弾性波装置1cでは、トラップ領域10が、シリコン基板2の表面領域2Sを含む。
実施形態2に係る弾性波装置1cでは、実施形態1に係る弾性波装置1と同様、トラップ領域10を有するので、線形性を向上させることが可能となる。
実施形態2に係る弾性波装置1cでは、酸化ケイ素膜7は必須の構成要素ではなく、窒化ケイ素膜11と圧電体層4とが接していてもよい。
また、実施形態2に係る弾性波装置1cでは、窒化ケイ素膜11をなくして酸化ケイ素膜7をスパッタにより形成した構成としてもよい。
(実施形態3)
以下では、実施形態3に係る弾性波装置1dについて、図19~21を参照して説明する。実施形態3に係る弾性波装置1d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1dは、図20に示すように、シリコン基板2と圧電体層4との間に介在する音響反射層3を備えており、実施形態1に係る弾性波装置1における空洞26を有していない点で、実施形態1に係る弾性波装置1と相違する。また、実施形態3に係る弾性波装置1dでは、シリコン基板2が、圧電体層4の厚さ方向D1からの平面視で第1配線部61及び第2配線部62それぞれの一部に重なる2つの空隙27(図19及び21参照)それぞれの一部を含んでいる点で、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1dは、2つのトラップ領域10を有している。2つのトラップ領域10の各々が、空隙27を含んでいる。各トラップ領域10は、圧電体層4の第2主面42側においてシリコン基板2に設けられており、シリコン基板2の第1主面21に沿った電荷の移動を抑制する。
実施形態3に係る弾性波装置1dでは、音響反射層3が、シリコン基板2の第1主面21上に設けられ、圧電体層4が、音響反射層3上に設けられている。弾性波装置1dでは、弾性波共振子5は、第1電極51及び第2電極52と、圧電体層4と、を含む。弾性波装置1dでは、弾性波共振子5は、上述の音響反射層3を更に有している。
音響反射層3は、圧電体層4の厚さ方向D1において複数の第1電極51及び複数の第2電極52に対向している。
音響反射層3は、第1電極51と第2電極52とで励振されたバルク波(上述の厚みすべり1次モードのバルク波)がシリコン基板2に漏洩するのを抑制する機能を有する。弾性波装置1dは、音響反射層3を備えることにより、圧電体層4内への弾性波エネルギーの閉じ込め効果を高めることができる。そのため、弾性波装置1dは、音響反射層3を備えていない場合と比べて、損失を低減し、Q値を高めることができる。
音響反射層3は、複数(3つ)の低音響インピーダンス層31と複数(2つ)の高音響インピーダンス層32とが圧電体層4の厚さ方向D1において一層ごとに交互に並んだ積層構造を有する。低音響インピーダンス層31の音響インピーダンスは、高音響インピーダンス層32の音響インピーダンスよりも低い。
以下では、説明の便宜上、音響反射層3において、2つの高音響インピーダンス層32を、シリコン基板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321、第2高音響インピーダンス層322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31を、シリコン基板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311、第2低音響インピーダンス層312、第3低音響インピーダンス層313と称することもある。
音響反射層3では、シリコン基板2側から、第1低音響インピーダンス層311、第1高音響インピーダンス層321、第2低音響インピーダンス層312、第2高音響インピーダンス層322及び第3低音響インピーダンス層313が、この順に並んでいる。したがって、音響反射層3は、第3低音響インピーダンス層313と第2高音響インピーダンス層322との界面、第2高音響インピーダンス層322と第2低音響インピーダンス層312との界面、第2低音響インピーダンス層312と第1高音響インピーダンス層321との界面、第1高音響インピーダンス層321と第1低音響インピーダンス層311との界面のそれぞれにおいて、圧電体層4からのバルク波(厚みすべり1次モードのバルク波)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32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31の材料は、例えば、酸化ケイ素である。複数の高音響インピーダンス層32の各々の厚さは、例えば、94nmである。また、複数の低音響インピーダンス層31の各々の厚さは、例えば、188nmである。音響反射層3は、2つの高音響インピーダンス層32の各々が白金により形成されているので、2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32の材料は、Pt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、複数の高音響インピーダンス層32の材料は、金属に限らず、例えば、絶縁体であってもよい。
また、複数の高音響インピーダンス層32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31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、音響反射層3における高音響インピーダンス層32及び低音響インピーダンス層31それぞれの数は、2つ及び3つに限らず、1つ、3つ以上及び4つ以上であってもよい。また、高音響インピーダンス層32の数と低音響インピーダンス層31の数とは異なる場合に限らず、同じであってもよいし、低音響インピーダンス層31の数が高音響インピーダンス層32の数よりも1つ少なくてもよい。また、高音響インピーダンス層32及び低音響インピーダンス層31それぞれの厚さは、弾性波装置1の設計周波数、ならびに高音響インピーダンス層32及び低音響インピーダンス層31それぞれに適用する材料に応じて、音響反射層3で良好な反射が得られるように適宜設定される。
実施形態3に係る弾性波装置1dでは、空隙27は、シリコン基板2と音響反射層3とにわたって形成されており、圧電体層4の第2主面42の一部を露出させている。
弾性波装置1dの製造方法は、例えば、互いに対向する第1主面21及び第2主面22を有するシリコン基板2を準備した後、第1工程~第5工程を行う。第1工程では、シリコン基板2の第1主面21上に音響反射層3を形成する。第2工程では、圧電体層4の元になる圧電体基板とシリコン基板2とを音響反射層3を介して接合する。第3工程では、圧電体基板を薄くすることによって圧電体基板の一部からなる圧電体層4を形成する。第4工程では、圧電体層4上に複数の第1電極51と複数の第2電極52と第1配線部61と第2配線部62と第1端子T1と第2端子T2とを形成する。第5工程では、シリコン基板2の第2主面22からシリコン基板2及び音響反射層3の一部をエッチングすることにより空隙27を形成する。なお、第5工程では、シリコン基板2の第1主面21からシリコン基板2の一部をエッチングしてもよい。第1工程~第5工程では、シリコン基板2としてシリコンウェハを用いる。また、第2工程では、圧電体基板として圧電体ウェハを用いる。弾性波装置1dの製造方法では、複数の弾性波装置1dを含むウェハをダイシングすることで、複数個の弾性波装置1d(チップ)を得る。
弾性波装置1dの製造方法は、一例であり、特に限定されない。例えば、圧電体層4は、成膜技術を利用して形成してもよい。この場合、弾性波装置1dの製造方法は、第2工程と第3工程との代わりに、圧電体層4を成膜する工程を備える。成膜技術により成膜する圧電体層4は、例えば、単結晶でもよいし、双晶でもよい。成膜技術としては、例えば、CVD法が挙げられるが、これに限らない。
実施形態3に係る弾性波装置1dは、実施形態1に係る弾性波装置1と同様、厚みすべり1次モードのバルク波を利用する。これにより、実施形態3に係る弾性波装置1dでは、共振周波数が隣り合う第1電極51及び第2電極52の中心線間距離に制約されず、圧電体層4の厚さを薄くすることによって共振周波数を高くすることができるので、弾性波装置1dの平面サイズを大型化することなく高周波化に対応することができる。また、実施形態3に係る弾性波装置1dは、実施形態1に係る弾性波装置1と同様、トラップ領域10を有することにより、線形性を向上させることが可能となる。
弾性波装置1dは、圧電体層4の厚さ方向D1において第1配線部61の少なくとも一部と重なるトラップ領域10と、圧電体層4の厚さ方向D1において第2配線部62の少なくとも一部に重なるトラップ領域10と、を有しているが、少なくとも一方のトラップ領域10を有していれば、線形性を向上させることが可能となる。
また、実施形態3に係る弾性波装置1dは、弾性波共振子5において音響反射層3により、不要波を抑圧することが可能となる。また、実施形態3に係る弾性波装置1dでは、圧電体層4の材料がLiNbO又はLiTaOであり、低音響インピーダンス層31の材料が酸化ケイ素である。ここにおいて、LiNbO及びLiTaOの各々の周波数温度特性は負の傾きを有し、酸化ケイ素の周波数温度特性は正の傾きを有する。したがって、実施形態3に係る弾性波装置1dでは、TCF(Temperature Coefficient of Frequency)の絶対値を小さくすることができ、周波数温度特性を改善することができる。
(実施形態3の変形例1)
以下では、実施形態3の変形例1に係る弾性波装置1eについて、図22を参照して説明する。変形例1に係る弾性波装置1eに関し、実施形態3に係る弾性波装置1d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の変形例1に係る弾性波装置1eは、実施形態1の変形例1に係る弾性波装置1aと同様、弾性波フィルタ(ここでは、ラダー型フィルタ)である。弾性波装置1eは、入力端子15と、出力端子16と、入力端子15と出力端子16とを結ぶ第1経路12に設けられた複数(2つ)の直列腕共振子RS1と、第1経路12上の複数(2つ)のノードN1、N2とグランド(グランド端子17、18)とを結ぶ複数(2つ)の第2経路13、14上に1つずつ設けられた複数(2つ)の並列腕共振子RS2と、を有する。グランド端子17、18は、1つのグランドとして共通化されていてもよい。
変形例1に係る弾性波装置1eでは、複数の直列腕共振子RS1及び複数の並列腕共振子RS2の各々が、弾性波共振子5である。複数の弾性波共振子5の各々は、第1電極51及び第2電極52を含む共振子である。弾性波装置1eでは、圧電体層4は、複数の弾性波共振子5において兼用されている。また、弾性波装置1eでは、音響反射層3は、複数の弾性波共振子5において兼用されている。並列腕共振子RS2の共振周波数は、直列腕共振子RS1の共振周波数よりも低い。ここにおいて、並列腕共振子RS2を構成する弾性波共振子5では、例えば、圧電体層4の第1主面41上に設けられた酸化ケイ素膜を備える一方で、直列腕共振子RS1を構成する弾性波共振子5では、圧電体層4の第1主面41上に酸化ケイ素膜を備えていない。直列腕共振子RS1を構成する弾性波共振子5において、圧電体層4の第1主面41上に酸化ケイ素膜を備えていてもよく、この場合は、並列腕共振子RS2を構成する弾性波共振子5の酸化ケイ素膜の厚さよりも、直列腕共振子RS1を構成する弾性波共振子5の酸化ケイ素膜の厚さを薄くすればよい。
変形例1に係る弾性波装置1eでは、複数の弾性波共振子5において、音響反射層3が兼用されているが、複数の高音響インピーダンス層32のうち圧電体層4に最も近い高音響インピーダンス層32(第2高音響インピーダンス層322)が弾性波共振子5ごとに分離されていてもよい。また、変形例1に係る弾性波装置1eでは、第1高音響インピーダンス層321が、弾性波共振子5ごとに分離されているとさらに良い。
変形例1に係る弾性波装置1eでは、複数の弾性波共振子5の各々に接続された第1配線部61及び第2配線部62それぞれの一部に、圧電体層4の厚さ方向D1からの平面視で重なるように空隙27が形成されている。変形例1に係る弾性波装置1eでは、空隙27は、圧電体層4の厚さ方向D1からの平面視で複数の外部接続端子(入力端子15、出力端子16、グランド端子17、18)のいずれにも重ならない。変形例1に係る弾性波装置1eでは、圧電体層4の厚さ方向D1からの平面視で、第1経路12の大部分が空隙27と重なっており、各第2経路13、14の大部分が空隙27と重なっている。変形例1に係る弾性波装置1eでは、直列腕共振子RS1に接続された第2配線部62に重なる空隙27と並列腕共振子RS2に接続された第2配線部62に重なる空隙27とがつながっている。これにより、変形例1に係る弾性波装置1eでは、シリコン基板2の第1主面21に沿った電荷の移動を、より抑制することが可能となる。変形例1に係る弾性波装置1eは、トラップ領域10を有するので、線形性を向上させることが可能となる。
(実施形態3の変形例2)
以下では、実施形態3の変形例2に係る弾性波装置1fについて、図23を参照して説明する。変形例2に係る弾性波装置1fに関し、実施形態3の変形例1に係る弾性波装置1e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。
変形例2に係る弾性波装置1fは、変形例1に係る弾性波装置1eと比べて、圧電体層4の厚さ方向D1からの平面視で、各第2経路13,14において空隙27に重なる領域が小さい点で、変形例1に係る弾性波装置1eと相違する。変形例2に係る弾性波装置1fでは、直列腕共振子RS1に接続された第2配線部62に重なる空隙27と、並列腕共振子RS2に接続された第2配線部62に重なる空隙27と、が分離されている。変形例2に係る弾性波装置1fは、変形例1に係る弾性波装置1eと比べて、機械的強度を高めることが可能となる。
(実施形態3の変形例3)
以下では、実施形態3の変形例3に係る弾性波装置1gについて、図24を参照して説明する。変形例3に係る弾性波装置1gに関し、実施形態3の変形例1に係る弾性波装置1e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。
変形例3に係る弾性波装置1gは、変形例1に係る弾性波装置1eの空隙27とは異なる領域に形成された空隙28を有している。空隙28は、空隙27と同様、シリコン基板2と音響反射層3とにわたって形成されている。空隙28の少なくとも一部は、圧電体層4の厚さ方向D1からの平面視で第1配線部61と第2配線部62との少なくとも一方の一部に重なる領域から所定距離L11,L12内にある。所定距離L11,L12は、第1電極51及び第2電極52とシリコン基板2との距離である。トラップ領域10は、空隙28を含む。
変形例3に係る弾性波装置1gは、トラップ領域10を有するので、線形性を向上させることが可能となる。
(実施形態3の変形例4)
以下では、実施形態3の変形例4に係る弾性波装置1hについて、図25を参照して説明する。変形例4に係る弾性波装置1hに関し、実施形態3に係る弾性波装置1d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。
変形例4に係る弾性波装置1hは、音響反射層3の各低音響インピーダンス層31の材料と各高音響インピーダンス層32の材料とが互いに異なる誘電体である点で、実施形態3に係る弾性波装置1dと相違する。各低音響インピーダンス層31の材料は、例えば、酸化ケイ素である。各高音響インピーダンス層32の材料は、例えば、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、アルミナ及び酸化タンタルのいずれかである。
変形例4に係る弾性波装置1hは、実施形態3に係る弾性波装置1dの空隙27を備えていない。変形例4に係る弾性波装置1hでは、シリコン基板2が、圧電体層4の厚さ方向D1からの平面視で、第1配線部61と第2配線部62との少なくとも一方の一部に重なる表面領域2Sを含んでいる。表面領域2Sは、第1配線部61と第2配線部62との少なくとも一方の一部に重なっていればよい。
実施形態3の変形例4に係る弾性波装置1hでは、シリコン基板2が、実施形態1に係る弾性波装置1のシリコン基板2と同様、バルク領域2Bと、表面領域2Sと、を含む。表面領域2Sは、例えば、アモルファスシリコン層である。表面領域2Sは、シリコン基板2の第1主面21の一部を含む。シリコン基板2の第1主面21は、表面領域2Sにおいて粗面211を含む。表面領域2Sは、圧電体層4の厚さ方向D1からの平面視で弾性波共振子5と重なる領域には形成されていない。
実施形態3の変形例4に係る弾性波装置1hでは、トラップ領域10が、表面領域2Sを含む。実施形態3の変形例4に係る弾性波装置1hは、トラップ領域10を有するので、線形性を向上させることが可能となる。
(実施形態3の変形例5)
以下では、実施形態3の変形例5に係る弾性波装置1iについて、図26を参照して説明する。変形例5に係る弾性波装置1iに関し、実施形態3に係る弾性波装置1d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の変形例5に係る弾性波装置1iは、実施形態1の変形例2に係る弾性波装置1b(図17参照)と同様、2つの反射器8を更に備える点で、実施形態3に係る弾性波装置1dと相違する。各反射器8の構成は、弾性波装置1bの各反射器8と同様である。
上記の実施形態1~3等は、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1~3等は、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。
例えば、実施形態1に係る弾性波装置1では、圧電体層4が酸化ケイ素膜7を介してシリコン基板2と接合されているが、酸化ケイ素膜7は、必須の構成要素ではない。
また、実施形態1に係る弾性波装置1では、空洞26がシリコン基板2をその厚さ方向に貫通するように形成されているが、これに限らず、シリコン基板2を貫通せず、シリコン基板2の第1主面21に形成された凹部の内部空間により構成されてもよい。
また、弾性波装置1~1jでは、第1電極51及び第2電極52の断面形状が長方形状であるが、これに限らない。ここにおいて、断面形状は、例えば、圧電体層4の厚さ方向D1と第2方向D2とに直交する断面での形状である。第1電極51及び第2電極52は、例えば、図27A~27Dのいずれかのように、上端の幅よりも下端の幅が広い形状であってもよい。これにより、第1電極51の第1主面511(図2参照)及び第2電極52の第1主面521(図2参照)の幅を大きくすることなく、隣り合う第1電極51と第2電極52との間の容量を大きくすることが可能となる。
図27Aに示した第1電極51及び第2電極52は、上端側に幅が略一定の部分を有し、下端側に幅が漸次大きくなる部分を有する。また、図27Bに示した第1電極51及び第2電極52は、断面台形状の形状である。また、図27Cに示した第1電極51及び第2電極52は、末広がり状の形状であり、幅方向の両側面が曲面である。また、図27Dに示した第1電極51及び第2電極52は、上端側に断面台形状の部分を有し、下端側に上端側の断面台形状の部分よりも幅広の断面台形状の部分を有する。
また、弾性波装置1~1jは、図28A~28Cのいずれかに示すように、圧電体層4の第1主面41と、第1主面41上の第1電極51及び第2電極52と、を覆う誘電体膜9を備えていてもよい。弾性波装置1~1jは、誘電体膜9を備えることにより、隣り合う第1電極51と第2電極52との間の容量を大きくすることができる。図28Aでは、誘電体膜9の厚さが第1電極51及び第2電極52の厚さよりも薄く、誘電体膜9の表面が、下地の形状に沿った凹凸形状を有している。図28Bでは、誘電体膜9の表面が、平坦化されており、平面状となっている。図28Cでは、誘電体膜9の厚さが第1電極51及び第2電極52の厚さよりも厚く、誘電体膜9の表面が、下地の形状に沿った凹凸形状を有している。
また、弾性波装置1~1jでは、第1電極51の断面形状と第2電極52の断面形状とが異なっていてもよい。ここにおいて、断面形状は、例えば、圧電体層4の厚さ方向D1と第2方向D2とに直交する断面での形状である。
また、弾性波装置1~1jでは、弾性波共振子5が複数の第1電極51及び複数の第2電極52を備えているが、これに限らず、少なくとも1つの第1電極51と1つの第2電極52とを備えていればよい。
また、実施形態1の変形例1の弾性波装置1aのように弾性波フィルタを構成する場合、弾性波共振子5ごとに第1電極51及び第2電極52の形状が異なっていてもよい。また、直列腕共振子RS1を構成する弾性波共振子5と並列腕共振子RS2を構成する弾性波共振子5とで、第1電極51及び第2電極52の形状が異なっていてもよい。
また、第1電極51及び第2電極52は、圧電体層4の厚さ方向D1からの平面視で直線状である場合に限らない。例えば、第1電極51及び第2電極52は、曲線状であってもよいし、直線状の部分と曲線状の部分とを含む形状であってもよい。
(態様)
以上説明した実施形態等から本明細書には以下の態様が開示されている。
第1の態様に係る弾性波装置(1;1a;1b;1c;1d;1e;1f;1g;1h;1i;1j)は、圧電体層(4)と、第1電極(51)及び第2電極(52)と、を備える。第1電極(51)及び第2電極(52)は、圧電体層(4)の厚さ方向(D1)に交差する方向(D2)において対向している。弾性波装置(1;1a)は、厚みすべり1次モードのバルク波を利用する。弾性波装置(1;1a;1b;1c;1d;1e;1f;1g;1h;1i;1j)は、シリコン基板(2)を更に備える。シリコン基板(2)は、互いに対向する第1主面(21)及び第2主面(22)を有する。圧電体層(4)の材料が、リチウムニオベイト又はリチウムタンタレートである。圧電体層(4)は、シリコン基板(2)の第1主面(21)上に設けられている。弾性波装置(1;1a;1b;1c;1d;1e;1f;1g;1h;1i;1j)は、シリコン基板(2)に設けられているトラップ領域(10)を更に有する。
第1の態様に係る弾性波装置(1;1a;1b;1c;1d;1e;1f;1g;1h;1i;1j)では、高周波化に対応でき、かつ、線形性を向上させることが可能となる。
第2の態様に係る弾性波装置(1;1a;1b;1c;1d;1e;1f;1g;1h;1i;1j)は、圧電体層(4)と、第1電極(51)及び第2電極(52)と、を備える。第1電極(51)及び第2電極(52)は、圧電体層(4)の厚さ方向(D1)に交差する方向(D2)において対向している。第1電極(51)及び第2電極(52)は隣り合う電極同士である。弾性波装置(1;1a)では、圧電体層(4)の厚さ方向(D1)に沿った任意の断面において、第1電極(51)及び第2電極(52)の中心線間距離をpとし、圧電体層(4)の厚さをdとするとき、d/pが0.5以下である。弾性波装置(1;1a;1b;1c;1d;1e;1f;1g;1h;1i;1j)は、シリコン基板(2)を更に備える。シリコン基板(2)は、互いに対向する第1主面(21)及び第2主面(22)を有する。圧電体層(4)の材料が、リチウムニオベイト又はリチウムタンタレートである。圧電体層(4)は、シリコン基板(2)の第1主面(21)上に設けられている。弾性波装置(1;1a;1b;1c;1d;1e;1f;1g;1h;1i;1j)は、シリコン基板(2)に設けられているトラップ領域(10)を更に有する。
第2の態様に係る弾性波装置(1;1a;1b;1c;1d;1e;1f;1g;1h;1i;1j)では、高周波化に対応でき、かつ、線形性を向上させることが可能となる。
第3の態様に係る弾性波装置(1;1a;1b;1c;1d;1e;1f;1g;1h;1i;1j)は、第2の態様において、d/pが0.24以下である。
第3の態様に係る弾性波装置(1;1a;1b;1c;1d;1e;1f;1g;1h;1i;1j)では、比帯域をより大きくすることが可能となる。
第4の態様に係る弾性波装置(1;1a;1b;1c;1d;1e;1f;1g;1h;1i;1j)では、第3の態様において、第1電極(51)は、第1電極主部(510)を有し、第2電極(52)は、第2電極主部(520)を有する。第1電極主部(510)は、第1電極(51)と第2電極(52)との対向している方向(D2)において第2電極(52)に交差する。第2電極(52)は、第1電極(51)と第2電極(52)との対向している方向(D2)において第1電極(51)に交差する。圧電体層(4)は、規定領域(45)を有する。規定領域(45)は、圧電体層(4)の厚さ方向(D1)からの平面視で、圧電体層(4)のうち第1電極(51)と第2電極(52)との対向している方向(D2)において第1電極(51)と第2電極(52)との両方に交差し第1電極(51)と第2電極(52)との間にある領域である。弾性波装置(1;1a;1b;1c;1d;1e;1f;1g;1h;1i;1j)は、下記の条件を満たす。条件は、MR≦1.75×(d/p)+0.075である。ここにおいて、S1は、圧電体層(4)の厚さ方向(D1)からの平面視での、第1電極主部(510)の面積である。S2は、圧電体層(4)の厚さ方向(D1)からの平面視での第2電極主部(520)の面積である。S0は、圧電体層(4)の厚さ方向(D1)からの平面視での規定領域(45)の面積である。MRは、(S1+S2)/(S1+S2+S0)で規定される構造パラメータである。
第4の態様に係る弾性波装置(1;1a;1b;1c;1d;1e;1f;1g;1h;1i;1j)では、帯域内のスプリアスを抑制することが可能となる。
第5の態様に係る弾性波装置(1;1a;1h;1i;1j)では、第1~4の態様のいずれか一つにおいて、シリコン基板(2)の第1主面(21)の少なくとも一部が粗面(211)である。シリコン基板(2)は、バルク領域(2B)と、粗面(211)を含む表面領域(2S)と、を有する。トラップ領域(10)は、表面領域(2S)を含む。
第6の態様に係る弾性波装置(1;1a;1h;1i;1j)では、第1~4の態様のいずれか一つにおいて、シリコン基板(2)は、バルク領域(2B)と、シリコン基板(2)の第1主面(21)を含む表面領域(2S)と、を有する。表面領域(2S)は、アモルファスシリコン層である。トラップ領域(10)は、表面領域(2S)を含む。
第7の態様に係る弾性波装置(1;1a;1h;1i;1j)では、第1~4の態様のいずれか一つにおいて、シリコン基板(2)は、バルク領域(2B)と、シリコン基板(2)の第1主面(21)を含む表面領域(2S)と、を有する。表面領域(2S)は、多結晶シリコン層である。トラップ領域(10)は、表面領域(2S)を含む。
第8の態様に係る弾性波装置(1;1a;1h;1i)では、第5の態様において、粗面(211)は、圧電体層(4)の厚さ方向(D1)からの平面視で、第1電極(51)及び第2電極(52)と圧電体層(4)の一部とを含む弾性波共振子(5)に重なっていない。
第9の態様に係る弾性波装置(1c)は、第1~5、8の態様のいずれか一つにおいて、トラップ領域(10)は、シリコン基板(2)の第1主面(21)上に直接形成されている絶縁膜(窒化ケイ素膜11)を含む。絶縁膜(窒化ケイ素膜11)の酸素重量比は、酸化ケイ素の酸素重量比よりも小さい。
第10の態様に係る弾性波装置(1c)は、第1~5、8の態様のいずれか一つにおいて、トラップ領域(10)は、シリコン基板(2)の第1主面(21)上に直接形成されている絶縁膜(窒化ケイ素膜11)を含む。絶縁膜は、窒化ケイ素膜(11)である。
第11の態様に係る弾性波装置(1c)では、第9又は10の態様において、絶縁膜(窒化ケイ素膜11)は、圧電体層(4)の厚さ方向(D1)からの平面視で、弾性波共振子(5)に重ならない。弾性波共振子(5)は、第1電極(51)及び第2電極(52)と圧電体層(4)の一部とを含む。
第11の態様に係る弾性波装置(1c)では、絶縁膜(窒化ケイ素膜11)が弾性波共振子(5)に重なっている場合と比べて、弾性波共振子(5)の共振特性のQ値を向上させることが可能となる。
第12の態様に係る弾性波装置(1;1a;1b;1c)では、第1~11の態様のいずれか一つにおいて、シリコン基板(2)は、圧電体層(4)を挟んで第1電極(51)及び第2電極(52)とは反対側に配置される空洞(26)の少なくとも一部を含む。空洞(26)が、圧電体層(4)の厚さ方向(D1)からの平面視で、弾性波共振子(5)の全領域に重なっている。弾性波共振子(5)は、第1電極(51)及び第2電極(52)と圧電体層(4)の一部とを含む。
第13の態様に係る弾性波装置(1;1a;1b;1c;1d;1e;1f;1i)は、第1~12の態様のいずれか一つにおいて、第1配線部(61)と、第2配線部(62)と、を更に備える。第1配線部(61)は、第1電極(51)と接続されている。第2配線部(62)は、第2電極(52)と接続されている。シリコン基板(2)は、空隙(27)の少なくとも一部を含む。空隙(27)は、圧電体層(4)の厚さ方向(D1)からの平面視で第1配線部(61)と第2配線部(62)との少なくとも一方の一部に重なる。トラップ領域(10)は、空隙(27)を含む。
第14の態様に係る弾性波装置(1d;1e;1f;1i)は、第1~5、8の態様のいずれか一つにおいて、第1配線部(61)と、第2配線部(62)と、音響反射層(3)と、を更に備える。第1配線部(61)は、第1電極(51)と接続されている。第2配線部(62)は、第2電極(52)と接続されている。音響反射層(3)は、シリコン基板(2)の第1主面(21)と圧電体層(4)との間に設けられている。音響反射層(3)は、少なくとも1つの高音響インピーダンス層(32)と、少なくとも1つの低音響インピーダンス層(31)と、を有する。少なくとも1つの低音響インピーダンス層(31)は、少なくとも1つの高音響インピーダンス層(32)よりも音響インピーダンスが低い。シリコン基板(2)は、空隙(27)の少なくとも一部を含む。空隙(27)は、圧電体層(4)の厚さ方向(D1)からの平面視で第1配線部(61)と第2配線部(62)との少なくとも一方の一部に重なる。トラップ領域(10)は、空隙(27)を含む。
第15の態様に係る弾性波装置(1g)は、第1~5、8の態様のいずれか一つにおいて、第1配線部(61)と、第2配線部(62)と、を更に備える。第1配線部(61)は、第1電極(51)と接続されている。第2配線部(62)は、第2電極(52)と接続されている。シリコン基板(2)は、空隙(28)の少なくとも一部を含む。空隙(28)は、圧電体層(4)の厚さ方向(D1)からの平面視で第1配線部(61)と第2配線部(62)との少なくとも一方の一部に重なる領域から所定距離(L11,L12)内にある部分を含む。所定距離(L11,L12)は、第1電極(51)及び第2電極(52)とシリコン基板(2)との距離である。トラップ領域(10)は、空隙(28)を含む。
第16の態様に係る弾性波装置(1;1a;1b;1c;1d;1e;1f;1g;1h;1i;1j)では、第13~15の態様のいずれか一つにおいて、第1電極(51)を複数含み、かつ、第2電極(52)を複数含む。複数の第1電極(51)と複数の第2電極(52)とが1つずつ交互に並んでいる。複数の第1電極(51)は、第1配線部(61)に共通接続されている。複数の第2電極(52)は、第2配線部(62)に共通接続されている。
第16の態様に係る弾性波装置(1;1a;1b;1c;1d;1e;1f;1g;1h;1i;1j)では、Q値を更に高めることが可能となる。
第17の態様に係る弾性波装置(1;1a;1b;1c;1d;1e;1f;1g;1h;1i;1j)は、第1~16の態様のいずれか一つにおいて、酸化ケイ素膜(7)を更に備える。酸化ケイ素膜(7)は、シリコン基板(2)と圧電体層(4)との間に設けられている。
第18の態様に係る弾性波装置(1a;1e;1f;1g;1j)は、第1~17の態様のいずれか一つにおいて、複数の弾性波共振子(5)を備える弾性波フィルタである。複数の弾性波共振子(5)の各々は、第1電極(51)及び第2電極(52)を含む共振子である。圧電体層(4)は、複数の弾性波共振子(5)において兼用されている。
第19の態様に係る弾性波装置(1;1a;1b;1c;1d;1e;1f;1g;1h;1i;1j)では、第1~18の態様のいずれか一つにおいて、圧電体層(4)は、互いに対向する第1主面(41)及び第2主面(42)を有する。圧電体層(4)の第1主面(41)は、圧電体層(4)におけるシリコン基板(2)側とは反対側の主面である。圧電体層(4)の第2主面(42)は、圧電体層(4)におけるシリコン基板(2)側の主面である。第1電極(51)と第2電極(52)とは、圧電体層(4)の第1主面(41)上で対向している。
1、1a 、1b、1c、1d、1e、1f、1g、1h、1i 弾性波装置
1r 構造モデル
2 シリコン基板
21 第1主面
211 粗面
22 第2主面
26 空洞
27 空隙
28 空隙
2B バルク領域
2S 表面領域
3 音響反射層
31 低音響インピーダンス層
311 第1低音響インピーダンス層(酸化ケイ素膜)
312 第2低音響インピーダンス層
313 第3低音響インピーダンス層
32 高音響インピーダンス層
321 第1高音響インピーダンス層
322 第2高音響インピーダンス層
4 圧電体層
41 第1主面
42 第2主面
45 規定領域
451 第1領域
452 第2領域
5 弾性波共振子
51 第1電極
510 第1電極主部
511 第1主面
512 第2主面
513 側面
52 第2電極
521 第1主面
522 第2主面
523 側面
61 第1配線部
611 第1バスバー
62 第2配線部
621 第2バスバー
7 酸化ケイ素膜
8 反射器
81 電極指
9 誘電体膜
10 トラップ領域
11 窒化ケイ素膜(絶縁膜)
12 第1経路
13 第2経路
14 第2経路
15 入力端子
16 出力端子
17 グランド端子
18 グランド端子
20 基板
400 圧電薄膜
401 第1主面
402 第2主面
D1 厚さ方向(第1方向)
D2 第2方向
D3 第3方向
DA1 第1分布領域
DA2 第2分布領域
DL1 近似直線(第1近似直線)
DL2 近似直線(第2近似直線)
HB1 突出寸法
HB2 突出寸法
HC1 突出寸法
HC2 突出寸法
L11 所定距離
L12 所定距離
MR 構造パラメータ
N1 ノード
N2 ノード
PZ1 分極方向
RS1 直列腕共振子
RS2 並列腕共振子
VP1 仮想平面
d 圧電体層の厚さ
p 中心線間距離

Claims (19)

  1. 圧電体層と、
    前記圧電体層の厚さ方向に交差する方向において対向している第1電極及び第2電極と、を備え、
    厚みすべり1次モードのバルク波を利用する弾性波装置であって、
    互いに対向する第1主面及び第2主面を有するシリコン基板を更に備え、
    前記圧電体層の材料が、リチウムニオベイト又はリチウムタンタレートであり、
    前記圧電体層は、前記シリコン基板の前記第1主面上に設けられており、
    前記弾性波装置は、
    前記シリコン基板に設けられているトラップ領域を更に有する、
    弾性波装置。
  2. 圧電体層と、
    前記圧電体層の厚さ方向に交差する方向において対向している第1電極及び第2電極と、を備え、
    前記第1電極及び前記第2電極は隣り合う電極同士であり、
    前記圧電体層の厚さ方向に沿った任意の断面において、前記第1電極及び前記第2電極の中心線間距離をpとし、前記圧電体層の厚さをdとするとき、
    d/pが0.5以下である、
    弾性波装置であって、
    互いに対向する第1主面及び第2主面を有するシリコン基板を更に備え、
    前記圧電体層の材料が、リチウムニオベイト又はリチウムタンタレートであり、
    前記圧電体層は、互いに対向する第1主面及び第2主面を有し、前記シリコン基板の前記第1主面上に設けられており、
    前記弾性波装置は、
    前記シリコン基板に設けられているトラップ領域を更に有する、
    弾性波装置。
  3. 前記d/pが0.24以下である、
    請求項2に記載の弾性波装置。
  4. 前記第1電極は、前記第1電極と前記第2電極との対向している方向において前記第2電極に交差する第1電極主部を有し、
    前記第2電極は、前記第1電極と前記第2電極との対向している方向において前記第1電極に交差する第2電極主部を有し、
    前記圧電体層は、前記圧電体層の厚さ方向からの平面視で、前記圧電体層のうち前記第1電極と前記第2電極との対向している方向において前記第1電極と前記第2電極との間にある規定領域を有し、
    前記圧電体層の厚さ方向からの平面視で、
    前記第1電極主部の面積をS1とし、
    前記第2電極主部の面積をS2とし、
    前記規定領域の面積をS0とし、
    (S1+S2)/(S1+S2+S0)で規定される構造パラメータをMRとするとき、
    前記弾性波装置は、下記の条件を満たし、
    前記条件は、
    MR≦1.75×(d/p)+0.075
    である、
    請求項3に記載の弾性波装置。
  5. 前記シリコン基板の前記第1主面の少なくとも一部が粗面であり、
    前記シリコン基板は、
    バルク領域と、
    前記粗面を含む表面領域と、を有し、
    前記トラップ領域は、前記表面領域を含む、
    請求項1~4のいずれか一項に記載の弾性波装置。
  6. 前記シリコン基板は、
    バルク領域と、
    前記シリコン基板の前記第1主面を含む表面領域と、を有し、
    前記表面領域は、アモルファスシリコン層であり、
    前記トラップ領域は、前記表面領域を含む、
    請求項1~4のいずれか一項に記載の弾性波装置。
  7. 前記シリコン基板は、
    バルク領域と、
    前記シリコン基板の前記第1主面を含む表面領域と、を有し、
    前記表面領域は、多結晶シリコン層であり、
    前記トラップ領域は、前記表面領域を含む、
    請求項1~4のいずれか一項に記載の弾性波装置。
  8. 前記粗面は、前記圧電体層の厚さ方向からの平面視で、前記第1電極及び前記第2電極と前記圧電体層の一部とを含む弾性波共振子に重なっていない、
    請求項5に記載の弾性波装置。
  9. 前記トラップ領域は、前記シリコン基板の前記第1主面上に直接形成された絶縁膜を含み、
    前記絶縁膜の酸素重量比は、酸化シリコンの酸素重量比より小さい、
    請求項1~5、8のいずれか一項に記載の弾性波装置。
  10. 前記トラップ領域は、前記シリコン基板の前記第1主面上に直接形成された絶縁膜を含み、
    前記絶縁膜は、窒化ケイ素膜である、
    請求項1~5、8のいずれか一項に記載の弾性波装置。
  11. 前記絶縁膜は、前記圧電体層の厚さ方向からの平面視で、前記第1電極及び前記第2電極と前記圧電体層の一部とを含む弾性波共振子に重ならない、
    請求項9又は10に記載の弾性波装置。
  12. 前記シリコン基板は、前記圧電体層を挟んで前記第1電極及び前記第2電極とは反対側に配置される空洞の少なくとも一部を含み、
    前記空洞が、前記圧電体層の厚さ方向からの平面視で、前記第1電極及び前記第2電極と前記圧電体層の一部とを含む弾性波共振子の全領域に重なっている、
    請求項1~11のいずれか一項に記載の弾性波装置。
  13. 前記第1電極と接続されている第1配線部と、
    前記第2電極と接続されている第2配線部と、を更に備え、
    前記シリコン基板は、前記圧電体層の厚さ方向からの平面視で前記第1配線部と前記第2配線部との少なくとも一方の一部に重なる空隙の少なくとも一部を含み、
    前記トラップ領域は、前記空隙を含む、
    請求項1~12のいずれか一項に記載の弾性波装置。
  14. 前記第1電極と接続されている第1配線部と、
    前記第2電極と接続されている第2配線部と、
    前記シリコン基板の前記第1主面と前記圧電体層との間に設けられている音響反射層と、を更に備え、
    前記音響反射層は、
    少なくとも1つの高音響インピーダンス層と、
    前記少なくとも1つの高音響インピーダンス層よりも音響インピーダンスが低い少なくとも1つの低音響インピーダンス層と、を有し、
    前記シリコン基板は、前記圧電体層の厚さ方向からの平面視で前記第1配線部と前記第2配線部との少なくとも一方の一部に重なる空隙の少なくとも一部を含み、
    前記トラップ領域は、前記空隙を含む、
    請求項1~5、8のいずれか一項に記載の弾性波装置。
  15. 前記第1電極と接続されている第1配線部と、
    前記第2電極と接続されている第2配線部と、を更に備え、
    前記シリコン基板は、前記圧電体層を挟んで前記第1電極及び前記第2電極とは反対側に配置される空隙の少なくとも一部を含み、
    前記空隙は、前記圧電体層の厚さ方向からの平面視で前記第1配線部と前記第2配線部との少なくとも一方の一部に重なる領域から所定距離内にある部分を含み、
    前記所定距離は、前記第1電極及び前記第2電極と前記シリコン基板との距離であり、
    前記トラップ領域は、前記空隙を含む、
    請求項1~5、8のいずれか一項に記載の弾性波装置。
  16. 前記第1電極を複数含み、かつ、前記第2電極を複数含み、
    前記複数の第1電極と前記複数の第2電極とが1つずつ交互に並んでおり、
    前記複数の第1電極は、前記第1配線部に共通接続されており、
    前記複数の第2電極は、前記第2配線部に共通接続されている、
    請求項13~15のいずれか一項に記載の弾性波装置。
  17. 前記シリコン基板と前記圧電体層との間に設けられている酸化ケイ素膜を更に備える、
    請求項1~16のいずれか一項に記載の弾性波装置。
  18. 前記弾性波装置は、複数の弾性波共振子を備える弾性波フィルタであって、
    前記複数の弾性波共振子の各々は、前記第1電極及び前記第2電極を含む共振子であり、
    前記圧電体層は、前記複数の弾性波共振子において兼用されている、
    請求項1~17のいずれか一項に記載の弾性波装置。
  19. 前記圧電体層は、互いに対向する第1主面及び第2主面を有し、
    前記圧電体層の前記第1主面は、前記圧電体層における前記シリコン基板側とは反対側の主面であり、
    前記圧電体層の前記第2主面は、前記圧電体層における前記シリコン基板側の主面であり、
    前記第1電極と前記第2電極とは、前記圧電体層の前記第1主面上で対向している、
    請求項1~18のいずれか一項に記載の弾性波装置。
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