JP7421557B2 - 弾性波装置及び通信装置 - Google Patents
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Description
1.15×p1≦p2、
t0≦0.48×p1、及び
t0≧0.27×p2、が成り立つ。
図1は、弾性波装置1の一部の構成を示す平面図である。図2は、図1のII-II線における断面図である。
基板3は、直接的には、弾性波装置1の電気的特性に影響しない。従って、基板3の材料及び寸法は適宜に設定されてよい。基板3の材料は、例えば、絶縁材料であり、絶縁材料は、例えば、樹脂又はセラミックである。なお、基板3は、圧電膜7等に比較して熱膨張係数が低い材料によって構成されていてもよい。この場合、例えば、温度変化によって弾性波装置1の周波数特性が変化してしまう蓋然性を低減することができる。このような材料としては、例えば、シリコン等の半導体、サファイア等の単結晶及び酸化アルミニウム質焼結体等のセラミックを挙げることができる。なお、基板3は、互いに異なる材料からなる複数の層が積層されて構成されていてもよい。基板3の厚さは、例えば、圧電膜7よりも厚い。
導電層9は、例えば、金属により形成されている。金属は、適宜な種類のものとされてよく、例えば、アルミニウム(Al)又はAlを主成分とする合金(Al合金)である。Al合金は、例えば、アルミニウム-銅(Cu)合金である。なお、導電層9は、複数の金属層から構成されていてもよい。例えば、Al又はAl合金と、圧電膜7との間に、これらの接合性を強化するためのチタン(Ti)からなる比較的薄い層が設けられていてもよい。導電層9の厚さは適宜に設定されてよい。例えば、導電層9の厚さは、0.04p以上0.17p以下とされてよい。
弾性波装置1は、ピッチpが互いに異なる複数の励振電極19を有している。そのような弾性波装置1の例として、ここでは、マルチプレクサ(より詳細にはデュプレクサ)を挙げる。
上記のように、弾性波装置1は、互いに異なるピッチpを有する複数の励振電極19を同一の圧電膜7上に有している。以下の説明では、ピッチpとしてピッチp1を有する励振電極19を第1励振電極19Aといい、ピッチpとしてピッチp1よりも大きいピッチp2を有する励振電極19を第2励振電極19Bということがある。図3に符号を付すように、直列共振子15Sの励振電極19及び並列共振子15Pの励振電極19は、第1励振電極19A及び第2励振電極19Bの一例である。
1.15×p1≦p2 (1)
以下の検討では、弾性波装置1の特性を所定の評価指標に基づいて評価し、特性を向上させることができる条件(圧電膜7の厚さt0等)について特定する。評価指標としては、例えば、インピーダンスの位相θzの最大値θmaxを用いる。θmaxについては、以下のとおりである。
圧電膜7及び多層膜5の材料に関して、以下の3種類の構成例を想定した。そして、以下の構成例毎にシミュレーションを行った。
第1構成例:
圧電膜7:LT
第1層11:SiO2
第2層13:Ta2O5
第2構成例:
圧電膜7:LT
第1層11:SiO2
第2層13:HfO2
第3構成例:
圧電膜7:LN
第1層11:SiO2
第2層13:Ta2O5
導電層:
材料:Al
厚さ:0.1~0.15p
第1層の数:4
第2層の数:4
(圧電膜の厚さ)
電極指27のピッチp及び圧電膜7の厚さt0を種々設定し、共振子15の特性をシミュレーション計算により求めた。ピッチp及び厚さt0以外のシミュレーションの条件は、以下のとおりである。
圧電膜:
材料:LT
オイラー角:(0°,16°,0°)
第1層:
材料:SiO2
厚さ:t0:t1=0.35:0.18となるようにt0の値に応じて設定
第2層:
材料:Ta2O5
厚さ:t0:t2=0.35:0.14となるようにt0の値に応じて設定
0.29×p1≦t0≦0.40×p1 (2)
0.29×p2≦t0≦0.40×p2 (3)
t0≦0.40×p1 (4)
t0≧0.29×p2 (5)
0.29×p2≦0.40×p1 (6)
(6)の両辺を0.29で割ることにより、下記式が導かれる。
p2≦1.4×p1 (7)
図5において、厚さt0の一の値に対応する線L12上のピッチpの値を、前記一の値に対応する線L11上のピッチpの値で割ると、概ね、1.4程度となり、(7)式の係数と概ね一致する。この観点からも(4)式及び(5)式は妥当である。
上記のシミュレーションでは、第1層11の厚さt1及び第2層13の厚さt2は、圧電膜7の厚さt0の値と一定の比率になるように設定された。この比率は、インピーダンスの位相の最大値θmaxが大きくなるように選択されたものである。具体的には、以下のとおりである。
圧電膜の厚さt0:0.35μm
第1層の厚さt1:0.14μm~0.22μm
第2層の厚さt2:0.09μm~0.18μm
t0:t1:t2=0.35:0.18:0.14
0.49×t0≦t1≦0.54×t0 (8)
0.38×t0≦t2≦0.42×t0 (9)
0.49=0.18/0.35×0.95
0.54=0.18/0.35×1.05
0.38=0.14/0.35×0.95
0.42=0.14/0.35×1.05
(圧電膜の厚さ)
第1構成例と同様に、電極指27のピッチp及び圧電膜7の厚さt0を種々設定し、共振子15の特性をシミュレーション計算により求めた。ピッチp及び厚さt0以外のシミュレーションの条件は、以下のとおりである。
圧電膜:
材料:LT
オイラー角:(0°,16°,0°)
第1層:
材料:SiO2
厚さ:t0:t1=0.40:0.20となるようにt0の値に応じて設定
第2層:
材料:HfO2
厚さ:t0:t2=0.40:0.16となるようにt0の値に応じて設定
t0≦0.41×p1 (10)
t0≧0.27×p2 (11)
p2≦1.5×p1 (12)
図7において、厚さt0が一の値に対応する線L22上のピッチpの値を、前記一の値に対応する線L21上のピッチpの値で割ると、概ね、1.5程度となり、(12)式の係数と概ね一致する。この観点からも(10)式及び(11)式は妥当である。
第2構成例においても、第1構成例と同様に、上記のシミュレーションにおける第1層11の厚さt1及び第2層13の厚さt2の圧電膜7の厚さt0の値に対する比率は、インピーダンスの位相の最大値θmaxが大きくなるように選択されている。具体的には、以下のとおりである。
圧電膜の厚さt0:0.40μm
第1層の厚さt1:0.16μm~0.24μm
第2層の厚さt2:0.06μm~0.28μm
t0:t1:t2=0.40:0.20:0.16
0.48×t0≦t1≦0.53×t0 (13)
0.38×t0≦t2≦0.42×t0 (14)
0.48=0.20/0.40×0.95
0.53=0.20/0.40×1.05
0.38=0.16/0.40×0.95
0.42=0.16/0.40×1.05
(圧電膜の厚さ)
第1構成例と同様に、電極指27のピッチp及び圧電膜7の厚さt0を種々設定し、共振子15の特性をシミュレーション計算により求めた。ピッチp及び厚さt0以外のシミュレーションの条件は、以下のとおりである。
圧電膜:
材料:LN
オイラー角:(0°、0°、0°)
第1層:
材料:SiO2
厚さ:t0:t1=0.38:0.20となるようにt0の値に応じて設定
第2層:
材料:Ta2O5
厚さ:t0:t2=0.38:0.12となるようにt0の値に応じて設定
t0≦0.48×p1 (15)
t0≧0.31×p2 (16)
p2≦1.5×p1 (17)
図9において、厚さt0の一の値に対応する線L32上のピッチpの値を、前記一の値に対応する線L31上のピッチpの値で割ると、概ね、1.5程度となり、(17)式の係数と概ね一致する。この観点からも(15)式及び(16)式は妥当である。
第3構成例においても、第1構成例と同様に、上記のシミュレーションにおける第1層11の厚さt1及び第2層13の厚さt2の圧電膜7の厚さt0の値に対する比率は、インピーダンスの位相の最大値θmaxが大きくなるように選択されている。具体的には、以下のとおりである。
圧電膜の厚さt0:0.38μm
第1層の厚さt1:0.16μm~0.24μm
第2層の厚さt2:0.05μm~0.22μm
t0:t1:t2=0.38:0.20:0.12
0.50×t0≦t1≦0.55×t0 (18)
0.30×t0≦t2≦0.33×t0 (19)
0.50=0.20/0.38×0.95
0.55=0.20/0.38×1.05
0.30=0.12/0.38×0.95
0.33=0.12/0.38×1.05
第1~第3構成例についての説明から、電極指27のピッチpと圧電膜7の厚さt0との相対関係が弾性波装置1の特性に及ぼす影響は、第1~第3構成例同士において類似していることが分かる。また、インピーダンスの位相の最大値θmaxについて、ある程度の大きさを確保できるt0/p1及びt0/p2の範囲も比較的近い。
t0≦0.48×p1 (20)
t0≧0.27×p2 (21)
(20)式は(15)式に基づいている。(21)式は(11)式に基づいている。
t0≦0.40×p1 (22)
t0≧0.31×p2 (23)
(22)式は(4)式に基づいている。(23)式は(16)式に基づいている。
p1≧0.75μm、及び
p2≦1.40μm、
が成り立ってよい。
並列共振子15Pのピッチp2が直列共振子15Sのピッチp1よりも15%以上大きいラダー型フィルタを試作し、その特性を調べた。圧電膜7、第1層11及び第2層13の材料及び厚さの範囲は、上述した第2構成例のものとした。
図12は、弾性波装置1(デュプレクサ101)の利用例としての通信装置151の要部を示すブロック図である。通信装置151は、電波を利用した無線通信を行うものであり、デュプレクサ101を含んでいる。
1.15×p1≦p2、
t0≦0.48×p1、及び
t0≧0.27×p2、が成り立つ。
t0≦0.40×p1、及び
t0≧0.29×p2、
が成り立ってよい。
0.49×t0≦t1≦0.54×t0、及び
0.38×t0≦t2≦0.42×t0、
が成り立つ場合においては、最大値θmaxが概略78°以上(少なくとも76°以上)となる蓋然性が高くなる。
t0≦0.41×p1、及び
t0≧0.27×p2、
が成り立ってよい。
0.48×t0≦t1≦0.53×t0、及び
0.38×t0≦t2≦0.42×t0、
が成り立つ場合においては、最大値θmaxが概略82°以上となる蓋然性が高くなる。
t0≦0.48×p1、及び
t0≧0.31×p2、
が成り立ってよい。
0.50×t0≦t1≦0.55×t0、及び
0.30×t0≦t2≦0.33×t0、
が成り立つ場合においては、最大値θmaxが概略80°以上(少なくとも78°以上)となる蓋然性が高くなる。
Claims (9)
- 基板と、
前記基板上に位置している多層膜と、
前記多層膜上に位置している圧電膜と、
前記圧電膜上に位置している第1励振電極をそれぞれ有している1以上の直列共振子と、
前記圧電膜上に位置している第2励振電極をそれぞれ有している1以上の並列共振子と、
を有しており、
前記1以上の直列共振子と前記1以上の並列共振子とがラダー状に接続されてフィルタが構成されており、
前記第1励振電極は、弾性波の伝搬方向に第1ピッチで配列されている複数の第1電極指を有しており、
前記第2励振電極は、前記伝搬方向に第2ピッチで配列されている複数の第2電極指を有しており、
前記圧電膜は、LiTaO3の単結晶又はLiNbO3の単結晶によって構成されており、
前記第1ピッチをp1、前記第2ピッチをp2、前記圧電膜の厚さをt0としたときに、
1.15×p1≦p2、
t0≦0.48×p1、及び
t0≧0.27×p2、が成り立ち、
前記フィルタは、通過帯域を有し、
前記直列共振子が有する共振周波数及び前記並列共振子が有する反共振周波数が前記通過帯域に位置する
弾性波装置。 - 前記圧電膜は、LiTaO3の単結晶によって構成されており、
前記多層膜は、
SiO2によって構成されている第1層と、
Ta2O5によって構成されている第2層と、が交互に積層されて構成されており、
t0≦0.40×p1、及び
t0≧0.29×p2、が成り立つ
請求項1に記載の弾性波装置。 - 前記第1層の厚さをt1とし、前記第2層の厚さをt2としたときに、
0.49×t0≦t1≦0.54×t0、及び
0.38×t0≦t2≦0.42×t0、が成り立つ
請求項2に記載の弾性波装置。 - 前記圧電膜は、LiTaO3の単結晶によって構成されており、
前記多層膜は、
SiO2によって構成されている第1層と、
HfO2によって構成されている第2層と、が交互に積層されて構成されており、
t0≦0.41×p1、及び
t0≧0.27×p2、が成り立つ
請求項1に記載の弾性波装置。 - 前記第1層の厚さをt1とし、前記第2層の厚さをt2としたときに、
0.48×t0≦t1≦0.53×t0、及び
0.38×t0≦t2≦0.42×t0、が成り立つ
請求項4に記載の弾性波装置。 - 基板と、
前記基板上に位置している多層膜と、
前記多層膜上に位置している圧電膜と、
前記圧電膜上に位置している第1励振電極をそれぞれ有している1以上の直列共振子と、
前記圧電膜上に位置している第2励振電極をそれぞれ有している1以上の並列共振子と、
を有しており、
前記1以上の直列共振子と前記1以上の並列共振子とがラダー状に接続されてフィルタが構成されており、
前記第1励振電極は、弾性波の伝搬方向に第1ピッチで配列されている複数の第1電極指を有しており、
前記第2励振電極は、前記伝搬方向に第2ピッチで配列されている複数の第2電極指を有しており、
前記圧電膜は、LiNbO3の単結晶によって構成されており、
前記多層膜は、
SiO2によって構成されている第1層と、
Ta2O5によって構成されている第2層と、が交互に積層されて構成されており、
前記第1ピッチをp1、前記第2ピッチをp2、前記圧電膜の厚さをt0としたときに、
1.15×p1≦p2、
t0≦0.48×p1、及び
t0≧0.31×p2、が成り立つ
弾性波装置。 - 前記第1層の厚さをt1とし、前記第2層の厚さをt2としたときに、
0.50×t0≦t1≦0.55×t0、及び
0.30×t0≦t2≦0.33×t0、が成り立つ
請求項6に記載の弾性波装置。 - p1≧0.75μm、及び
p2≦1.40μm、が成り立つ
請求項1~7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と、
前記弾性波装置の前記フィルタに電気的に接続されているアンテナと、
前記フィルタを介して前記アンテナと電気的に接続されている集積回路素子と、
を有している通信装置
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