JP7424473B2

JP7424473B2 - 弾性波装置

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Publication number: JP7424473B2
Application number: JP2022515383A
Authority: JP
Inventors: 克也大門; 英樹岩本
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
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Publication date: 2024-01-30
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Description

本発明は、弾性波装置に関する。

従来、弾性波装置は携帯電話機のフィルタなどに広く用いられている。下記の特許文献１には、弾性波装置の一例が開示されている。この弾性波装置においては、支持基板、高音速膜、低音速膜及び圧電膜がこの順序において積層されている。圧電膜上にＩＤＴ（ＩｎｔｅｒｄｉｇｉｔａｌＴｒａｎｓｄｕｃｅｒ）電極が設けられている。該弾性波装置が上記の積層構造を有することにより、Ｑ値が高められている。なお、支持基板の材料の一例として、シリコンが挙げられている。

国際公開第２０１２／０８６６３９号

しかしながら、特許文献１に記載のような弾性波装置では、高次モードによるスプリアスが生じるおそれがある。

本発明の目的は、高次モードなどの不要波を広い帯域において抑制することができる、弾性波装置を提供することにある。

本発明に係る弾性波装置は、シリコン基板と、前記シリコン基板上に設けられている第１の高音速膜と、前記第１の高音速膜上に設けられている第１の低音速膜と、前記第１の低音速膜上に設けられている第２の低音速膜と、前記第２の低音速膜上に設けられている第２の高音速膜と、前記第２の高音速膜上に設けられている圧電膜と、前記圧電膜上に設けられているＩＤＴ電極とを備え、前記第１の高音速膜を伝搬するバルク波の音速及び前記第２の高音速膜を伝搬するバルク波の音速が、前記圧電膜を伝搬する弾性波の音速よりも高く、前記第１の低音速膜を伝搬するバルク波の音速及び前記第２の低音速膜を伝搬するバルク波の音速が、前記圧電膜を伝搬するバルク波の音速よりも低く、前記第１の低音速膜の材料と前記第２の低音速膜の材料とが異なる。

本発明に係る弾性波装置によれば、高次モードなどの不要波を広い帯域において抑制することができる。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る弾性波装置の一部を示す正面断面図である。図２は、本発明の第１の実施形態に係る弾性波装置の平面図である。図３は、シリコンの結晶軸の定義を示す模式図である。図４は、シリコンの（１１１）面を示す模式図である。図５は、シリコンの（１１１）面の結晶軸をＸＹ面から見た図である。図６は、シリコンの（１００）面を示す模式図である。図７は、シリコンの（１１０）面を示す模式図である。図８は、方向ベクトルｋ_１１１を説明するための模式的断面図である。図９は、方向ベクトルｋ_１１１を説明するための模式的平面図である。図１０は、シリコンの［１１－２］方向を示す模式図である。図１１は、角度α_１１１を説明するための模式図である。図１２は、比較例の弾性波装置の一部の層構成を示す正面断面図である。図１３は、本発明の第１の実施形態及び比較例の弾性波装置における位相特性を示す図である。図１４は、本発明の実施例１及び実施例２における位相特性を示す図である。図１５は、本発明の実施例３及び実施例４における位相特性を示す図である。図１６は、本発明の実施例５及び実施例６における位相特性を示す図である。図１７は、ＬｉＴａＯ_３膜のカット角と、レイリー波の位相との関係を示す図である。図１８は、本発明の第２の実施形態に係る弾性波装置の位相特性を示す図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の具体的な実施形態を説明することにより、本発明を明らかにする。

なお、本明細書に記載の各実施形態は、例示的なものであり、異なる実施形態間において、構成の部分的な置換または組み合わせが可能であることを指摘しておく。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る弾性波装置の一部を示す正面断面図である。図２は、第１の実施形態に係る弾性波装置の平面図である。なお、図１は、図２中のＩ－Ｉ線に沿う断面図である。

図１に示すように、弾性波装置１はシリコン基板２と、第１の高音速膜３と、第１の低音速膜４と、第２の低音速膜５と、第２の高音速膜６と、圧電膜７とを有する。より具体的には、シリコン基板２上に第１の高音速膜３が設けられている。第１の高音速膜３上に第１の低音速膜４が設けられている。第１の低音速膜４上に第２の低音速膜５が設けられている。第２の低音速膜５上に第２の高音速膜６が設けられている。第２の高音速膜６上に圧電膜７が設けられている。

圧電膜７上にはＩＤＴ電極８が設けられている。ＩＤＴ電極８に交流電圧を印加することにより、弾性波が励振される。図２に示すように、圧電膜７上における、ＩＤＴ電極８の弾性波伝搬方向両側に、一対の反射器９Ａ及び反射器９Ｂが設けられている。弾性波装置１は弾性表面波共振子である。もっとも、本発明に係る弾性波装置は弾性波共振子には限定されず、弾性波共振子を有するフィルタ装置やマルチプレクサであってもよい。

図２に示すように、ＩＤＴ電極８は、第１のバスバー１６、第２のバスバー１７、複数の第１の電極指１８及び複数の第２の電極指１９を有する。第１のバスバー１６及び第２のバスバー１７は対向し合っている。複数の第１の電極指１８の一端は、それぞれ第１のバスバー１６に接続されている。複数の第２の電極指１９の一端は、それぞれ第２のバスバー１７に接続されている。複数の第１の電極指１８及び複数の第２の電極指１９は互いに間挿し合っている。なお、本明細書においては、弾性波伝搬方向をＸ方向とする。ＩＤＴ電極８の第１の電極指１８及び第２の電極指１９が延びる方向をＹ方向とする。ＩＤＴ電極８、圧電膜７及びシリコン基板２などの厚み方向をＺ方向とする。

ＩＤＴ電極８、反射器９Ａ及び反射器９Ｂは積層金属膜からなる。より具体的には、該積層金属膜においては、Ｔｉ層、Ａｌ層及びＴｉ層がこの順序において積層されている。もっとも、ＩＤＴ電極８、反射器９Ａ及び反射器９Ｂの材料は上記に限定されない。あるいは、ＩＤＴ電極８、反射器９Ａ及び反射器９Ｂは、単層の金属膜からなっていてもよい。

図１に戻り、圧電膜７はタンタル酸リチウム膜である。より具体的には、圧電膜７は、４０°ＹカットＸ伝搬のＬｉＴａＯ_３膜である。なお、圧電膜７の材料及びカット角は上記に限定されない。圧電膜７の材料としては、例えば、ニオブ酸リチウムを用いてもよい。ニオブ酸リチウムとしては、例えば、ＬｉＮｂＯ_３を用いることができる。圧電膜７がＬｉＴａＯ_３膜である場合において、圧電膜７のオイラー角を（ＬＴφ，ＬＴθ，ＬＴψ）とする。なお、圧電膜７は結晶軸（Ｘ_Ｐ，Ｙ_Ｐ，Ｚ_Ｐ）を有する。

図１に示す第１の高音速膜３及び第２の高音速膜６は、相対的に高音速な膜である。より具体的には、第１の高音速膜３を伝搬するバルク波の音速は、圧電膜７を伝搬する弾性波の音速よりも高い。同様に、第２の高音速膜６を伝搬するバルク波の音速は、圧電膜７を伝搬する弾性波の音速よりも高い。本実施形態においては、第１の高音速膜３及び第２の高音速膜６の双方は窒化ケイ素膜である。より具体的には、第１の高音速膜３及び第２の高音速膜６の双方はＳｉＮ膜である。なお、第１の高音速膜３及び第２の高音速膜６の材料は上記に限定されず、例えば、酸化ハフニウム、酸化タングステンまたは五酸化ニオブなどの材料を主成分とする媒質を用いることもできる。

本実施形態においては、第１の高音速膜３及び第２の高音速膜６の材料は同じである。もっとも、第１の高音速膜３の材料と第２の高音速膜６の材料とは異なっていてもよい。

第１の低音速膜４及び第２の低音速膜５は、相対的に低音速な膜である。より具体的には、第１の低音速膜４を伝搬するバルク波の音速は、圧電膜７を伝搬するバルク波の音速よりも低い。同様に、第２の低音速膜５を伝搬するバルク波の音速は、圧電膜７を伝搬するバルク波の音速よりも低い。本実施形態の第１の低音速膜４は酸化ケイ素膜である。酸化ケイ素はＳｉＯ_ａにより表される。ａは任意の正数である。本実施形態の第１の低音速膜４を構成する酸化ケイ素はＳｉＯ_２である。他方、第２の低音速膜５は五酸化タンタル膜である。より具体的には、第２の低音速膜５はＴａ_２Ｏ_５膜である。このように、第１の低音速膜４の材料と、第２の低音速膜５の材料とは異なる。なお、第１の低音速膜４及び第２の低音速膜５の材料は上記に限定されず、例えば、ガラス、酸窒化ケイ素、酸化リチウム、五酸化タンタル、酸化ケイ素、または、酸化ケイ素にフッ素、炭素やホウ素を加えた化合物を主成分とする材料を用いることができる。

第１の低音速膜４の材料と第２の低音速膜５の材料とが異なっていればよい。もっとも、第１の低音速膜４または第２の低音速膜５はＳｉＯ_２膜であることが好ましい。この場合には、弾性波装置１の周波数温度係数（ＴＣＦ）の絶対値を小さくすることができ、周波数温度特性を高めることができる。

本実施形態の特徴は、シリコン基板２、第１の高音速膜３、第１の低音速膜４、第２の低音速膜５、第２の高音速膜６及び圧電膜７がこの順序において積層されており、かつ第１の低音速膜４の材料と第２の低音速膜５の材料とが異なることにある。それによって、高次モードなどの不要波を広い帯域において抑制することができる。この効果の詳細を、結晶軸、面方位の定義などと共に、以下において説明する。

図３は、シリコンの結晶軸の定義を示す模式図である。図４は、シリコンの（１１１）面を示す模式図である。図５は、シリコンの（１１１）面の結晶軸をＸＹ面から見た図である。図６は、シリコンの（１００）面を示す模式図である。図７は、シリコンの（１１０）面を示す模式図である。

上記シリコン基板２はシリコン単結晶基板である。図３に示すように、シリコンはダイヤモンド構造を有する。本明細書において、シリコン基板を構成するシリコンの結晶軸は、［Ｘ_Ｓｉ，Ｙ_Ｓｉ，Ｚ_Ｓｉ］とする。シリコンにおいては、結晶構造の対称性により、Ｘ_Ｓｉ軸、Ｙ_Ｓｉ軸及びＺ_Ｓｉ軸はそれぞれ等価である。図５に示すように、（１１１）面においては面内３回対称であり、１２０°回転で等価な結晶構造となる。

本実施形態のシリコン基板２の面方位は（１１１）である。面方位が（１１１）であるとは、ダイヤモンド構造を有するシリコンの結晶構造において、ミラー指数［１１１］で表される結晶軸に直交する（１１１）面においてカットした基板であることを示す。なお、（１１１）面は、図４及び図５に示す面である。もっとも、その他の結晶学的に等価な面も含む。

なお、シリコン基板２の面方位は上記に限定されず、例えば、（１００）または（１１０）であってもよい。面方位が（１００）であるとは、ダイヤモンド構造を有するシリコンの結晶構造において、ミラー指数［１００］で表される結晶軸に直交する（１００）面においてカットした基板であることを示す。（１００）面においては面内４回対称であり、９０°回転で等価な結晶構造となる。なお、（１００）面は図６に示す面である。

他方、面方位が（１１０）であるとは、ダイヤモンド構造を有するシリコンの結晶構造において、ミラー指数［１１０］で表される結晶軸に直交する（１１０）面においてカットした基板であることを示す。（１１０）面においては面内２回対称であり、１８０°回転で等価な結晶構造となる。なお、（１１０）面は図７に示す面である。

以下において、角度α及び後述する方向ベクトルｋの詳細を説明する。なお、角度αはα_１１１、α_１１０及びα_１００の３種類の角度のうちのいずれかである。方向ベクトルｋはｋ_１１１、ｋ_１１０及びｋ_１００のうちのいずれかである。

図８は、方向ベクトルｋ_１１１を説明するための模式的断面図である。図９は、方向ベクトルｋ_１１１を説明するための模式的平面図である。なお、図８におけるシリコン基板２の面方位は（１１１）である。

図８及び図９では、圧電膜７のオイラー角が（０°，－３５°，０°）の場合の例を示す。この例は、ＩＤＴ電極８が圧電膜７のプラス面上に設けられている例である。シリコン基板２の（１１１）面は圧電膜７に接している。

ここで、図８に示すように、圧電膜７を構成する圧電体ＬｉＴａＯ_３のＺ_Ｐ軸をシリコン基板２の（１１１）面に投影した方向ベクトルをｋ_１１１とする。図８及び図９に示すように、方向ベクトルｋ_１１１は、ＩＤＴ電極８の電極指が延びる方向である、Ｙ方向に平行である。

図１０は、シリコンの［１１－２］方向を示す模式図である。図１１は、角度α_１１１を説明するための模式図である。

図１０に示すように、シリコンの［１１－２］方向は、シリコンの結晶構造において、Ｘ_Ｓｉ方向の単位ベクトルと、Ｙ_Ｓｉ方向の単位ベクトルと、Ｚ_Ｓｉ方向の単位ベクトルの－２倍のベクトルとの合成ベクトルとして示される。図１１に示すように、角度α_１１１は、方向ベクトルｋ_１１１とシリコン基板２を構成するシリコンの［１１－２］方向とがなす角度である。なお、前述したとおり、シリコンの結晶の対称性から、［１１－２］方向、［１－２１］方向、［－２１１］方向は等価となる。

他方、面方位が（１１０）であるシリコン基板において、Ｚ_Ｐ軸を該シリコン基板の（１１０）面に投影した方向ベクトルをｋ_１１０とする。角度α_１１０は、方向ベクトルｋ_１１０と該シリコン基板を構成するシリコンの［００１］方向とがなす角度である。なお、シリコンの結晶の対称性から、［００１］方向、［１００］方向、［０１０］方向は等価となる。

面方位が（１００）であるシリコン基板において、Ｚ_Ｐ軸を該シリコン基板の（１００）面に投影した方向ベクトルをｋ_１００とする。角度α_１００は、方向ベクトルｋ_１００と該シリコン基板を構成するシリコンの［００１］方向とがなす角度である。

なお、シリコン基板が圧電膜に直接的に積層されているか、他の層を介して間接的に積層されているかに関わらず、方向ベクトルｋ及び角度αの定義は同じである。図１に示す場合においては、シリコン基板２と圧電膜７とは、第１の高音速膜３、第１の低音速膜４、第２の低音速膜５及び第２の高音速膜６を介して間接的に積層されている。この場合においても、シリコン基板２の面方位に基づいて、上記角度α_１００、角度α_１１０または角度α_１１１が規定される。

弾性波装置１によれば高次モードを広い帯域において抑制できることを、本実施形態と、比較例とを比較することにより示す。

比較例は、図１２に示すように、積層構造において第１の実施形態と異なる。比較例においては、シリコン基板１０２、高音速膜１０３、低音速膜１０４及び圧電膜１０７がこの順序において積層されている。

第１の実施形態の構成を有する弾性波装置及び比較例の位相特性を比較した。第１の実施形態の構成を有する弾性波装置の設計パラメータは以下の通りである。なお、シリコン基板２のオイラー角を（Ｓｉφ，Ｓｉθ，Ｓｉψ）とする。

シリコン基板２；面方位…（１１１）、オイラー角（Ｓｉφ，Ｓｉθ，Ｓｉψ）におけるＳｉψ…４６°
第１の高音速膜３；材料…ＳｉＮ、厚み３００ｎｍ
第１の低音速膜４；材料…ＳｉＯ_２、厚み…１００ｎｍ
第２の低音速膜５；材料…Ｔａ_２Ｏ_５、厚み…７０ｎｍ
第２の高音速膜６；材料…ＳｉＮ、厚み…７０ｎｍ
圧電膜７；材料…４０°ＹカットＸ伝搬ＬｉＴａＯ_３、厚み…３５０ｎｍ
ＩＤＴ電極８の層構成；層構成…圧電膜７側からＴｉ層／Ａｌ層／Ｔｉ層、厚み…圧電膜７側から１２ｎｍ／１００ｎｍ／４ｎｍ

比較例の弾性波装置の設計パラメータは以下の通りである。

シリコン基板１０２；面方位…（１１１）、オイラー角（Ｓｉφ，Ｓｉθ，Ｓｉψ）におけるＳｉψ…７３°
高音速膜１０３；材料…ＳｉＮ、厚み３００ｎｍ
低音速膜１０４；材料…ＳｉＯ_２、厚み…３００ｎｍ
圧電膜１０７；材料…５５°ＹカットＸ伝搬ＬｉＴａＯ_３、厚み…４００ｎｍ
ＩＤＴ電極８の層構成；層構成…圧電膜１０７側からＴｉ層／Ａｌ層／Ｔｉ層、厚み…圧電膜７側から１２ｎｍ／１００ｎｍ／４ｎｍ

図１３は、第１の実施形態及び比較例の弾性波装置における位相特性を示す図である。

図１３中の矢印Ａに示すように、比較例においては、共振周波数の２．２倍付近において高次モードが生じている。これに対して、第１の実施形態においては、共振周波数の２．２倍付近における高次モードが抑制されていることがわかる。加えて、矢印Ｂに示すように、第１の実施形態においては、共振周波数の１．５倍付近における高次モードを抑制することもできている。さらに、第１の実施形態においては、４０００～５５００ＭＨｚ付近の広い範囲において、比較例よりも高次モードなどの不要波を抑制することができている。このように、第１の実施形態においては、高次モードなどの不要波を広い帯域において抑制することができる。

ここで、第１の高音速膜３の厚みが第２の高音速膜６の厚み以上であることが好ましい。この場合には、高次モードをより一層抑制することができる。この効果の詳細を以下において示す。

本発明に係る弾性波装置において、第２の高音速膜６の厚みを一定とし、第１の高音速膜３の厚みを異ならせて、位相特性を測定した。具体的には、第２の高音速膜６の厚みを３００ｎｍとした。第１の高音速膜３の厚みを１００ｎｍまたは５００ｎｍとした。これにより、一方の弾性波装置においては、第１の高音速膜３の厚みは第２の高音速膜６の厚みよりも薄い。これを実施例１とする。他方の弾性波装置においては、第１の高音速膜３の厚みは第２の高音速膜６の厚みよりも厚い。これを実施例２とする。

図１４は、実施例１及び実施例２における位相特性を示す図である。

図１４に示すように、実施例１及び実施例２の双方において、２８００ＭＨｚ付近の高次モードは－５ｄｅｇ未満に抑制されている。加えて、実施例１及び実施例２の双方では、２６００～４０００ＭＨｚの広い範囲において、不要波は抑制されている。ここで、実施例２においては、実施例１よりもさらに、２８００ＭＨｚ付近の高次モードが抑制されていることがわかる。このように、第１の高音速膜３の厚みが第２の高音速膜６の厚み以上の場合には、高次モードをより一層抑制することができる。

第１の低音速膜４の厚みが第２の低音速膜５の厚み以上であることが好ましい。この場合には、高次モードをより一層抑制することができる。この効果の詳細を以下において示す。

本発明に係る弾性波装置において、第１の低音速膜４の厚み及び第２の低音速膜５の厚みをそれぞれ異ならせて、位相特性を測定した。具体的には、一方の弾性波装置においては、第１の低音速膜４の厚みを１００ｎｍとし、第２の低音速膜５の厚みを３００ｎｍとした。該弾性波装置においては、第１の低音速膜４の厚みは第２の低音速膜５の厚みよりも薄い。これを実施例３とする。他方の弾性波装置においては、第１の低音速膜４の厚みを３００ｎｍとし、第２の低音速膜５の厚みを１００ｎｍとした。該弾性波装置においては、第１の低音速膜４の厚みは第２の低音速膜５の厚みよりも厚い。これを実施例４とする。

図１５は、実施例３及び実施例４における位相特性を示す図である。

図１５に示すように、実施例３及び実施例４の双方において、３０００ＭＨｚ付近の高次モードは－５５ｄｅｇ未満に抑制されている。加えて、実施例３及び実施例４の双方では、２６００～４０００ＭＨｚの広い範囲において、不要波は抑制されている。ここで、実施例４においては、実施例３よりもさらに、３０００ＭＨｚ付近の高次モードが抑制されていることがわかる。このように、第１の低音速膜４の厚みが第２の低音速膜５の厚み以上の場合には、高次モードをより一層抑制することができる。

第１の高音速膜３の厚みが第１の低音速膜４の厚み以上であることが好ましい。それによって、高次モードをより一層抑制することができる。この効果の詳細を以下において示す。

本発明に係る弾性波装置において、第１の高音速膜３の厚み及び第１の低音速膜４の厚みをそれぞれ異ならせて、位相特性を測定した。具体的には、一方の弾性波装置においては、第１の高音速膜３の厚みを３００ｎｍとし、第１の低音速膜４の厚みを１００ｎｍとした。該弾性波装置においては、第１の高音速膜３の厚みは第１の低音速膜４の厚みよりも厚い。これを実施例５とする。他方の弾性波装置においては、第１の高音速膜３の厚みを１００ｎｍとし、第１の低音速膜４の厚みを３００ｎｍとした。該弾性波装置においては、第１の高音速膜３の厚みは第１の低音速膜４の厚みよりも薄い。これを実施例６とする。

図１６は、実施例５及び実施例６における位相特性を示す図である。

図１６に示すように、実施例５及び実施例６の双方において、４４００ＭＨｚ付近の高次モードは－３５ｄｅｇ未満に抑制されている。加えて、実施例５及び実施例６の双方では、２６００～５０００ＭＨｚの広い範囲において、不要波は抑制されている。ここで、実施例５においては、実施例６よりもさらに、４４００ＭＨｚ付近の高次モードが抑制されていることがわかる。このように、第１の高音速膜３の厚みが第１の低音速膜４の厚み以上の場合には、高次モードをより一層抑制することができる。

ところで、図１３中の矢印Ｃに示すように、比較例においては、共振周波数の０．７倍付近の周波数において、不要波としてのレイリー波が生じている。これに対して、第１の実施形態においては、レイリー波が抑制されていることがわかる。これは、弾性波装置１においては圧電膜７がＬｉＴａＯ_３膜であり、カット角が４０°Ｙであることによる。なお、カット角が（４０±５）°Ｙの範囲内である場合においては、同様の効果を得られることがわかっている。よって、圧電膜７がＬｉＴａＯ_３膜である場合には、カット角は、（４０±５）°Ｙの範囲内であることが好ましい。これにより、レイリー波を抑制することができる。

なお、圧電膜７上には、ＩＤＴ電極８、反射器９Ａ及び反射器９Ｂを覆うように、誘電体膜が設けられていてもよい。誘電体膜の材料としては、例えば、酸化ケイ素、窒化ケイ素または酸窒化ケイ素などを用いることもできる。もっとも、弾性波装置１は誘電体膜を有していなくともよい。

ここで、ＩＤＴ電極８の電極指ピッチにより規定される波長をλとする。なお、電極指ピッチとは、隣り合う電極指における、電極指中心間距離をいう。具体的には、隣り合う電極指のそれぞれにおいて、弾性波伝搬方向、すなわちＸ方向における中心点同士を結んだ距離をいう。電極指中心間距離が一定でない場合には、電極指ピッチは、電極指中心間距離の平均値であるとする。

さらに、第１の高音速膜３の厚みをｔ＿ＳｉＮ－１［λ］とし、第２の高音速膜６の厚みをｔ＿ＳｉＮ－２［λ］とする。第１の低音速膜４の厚みをｔ＿ＳｉＯ２［λ］とし、第２の低音速膜５の厚みをｔ＿Ｔａ２Ｏ５［λ］とする。圧電膜７の厚みをｔ＿ＬＴ［λ］とする。共振周波数の１．５倍の周波数における高次モードを第１の高次モードとする。ｔ＿ＳｉＮ－１［λ］、ｔ＿ＳｉＮ－２［λ］、ｔ＿ＳｉＯ２［λ］、ｔ＿Ｔａ２Ｏ５［λ］、ｔ＿ＬＴ［λ］、ＬＴθ及びＳｉψをそれぞれ変化させて、第１の高次モードの位相を測定した。なお、シリコン基板２の面方位は（１１１）とした。これにより、各パラメータと第１の高次モードの位相との関係式である式１を導出した。

シリコン基板２の面方位が（１１１）である場合、式１により導出される位相が－７０ｄｅｇ以下であることが好ましい。より具体的には、ｔ＿ＳｉＮ－１［λ］、ｔ＿ＳｉＮ－２［λ］、ｔ＿ＳｉＯ２［λ］、ｔ＿Ｔａ２Ｏ５［λ］、ｔ＿ＬＴ［λ］、ＬＴθ、及びＳｉψが、式１により導出される位相が－７０ｄｅｇ以下となる範囲内の厚み及び角度であることが好ましい。それによって、第１の高次モードの位相をより確実に－７０ｄｅｇ以下とすることができる。従って、第１の高次モードをより確実に、かつ効果的に抑制することができる。

共振周波数の２．２倍の周波数における高次モードを第２の高次モードとする。式１の導出の際と同様にして、第１の高次モード及び第２の高次モードの位相を測定した。なお、シリコン基板２の面方位は（１１１）とした。これにより、各パラメータと、第１の高次モード及び第２の高次モードの位相との関係式である式２を導出した。

シリコン基板２の面方位が（１１１）である場合、式２により導出される位相が－７０ｄｅｇ以下であることが好ましい。より具体的には、ｔ＿ＳｉＮ－１［λ］、ｔ＿ＳｉＮ－２［λ］、ｔ＿ＳｉＯ２［λ］、ｔ＿Ｔａ２Ｏ５［λ］、ｔ＿ＬＴ［λ］、ＬＴθ、及びＳｉψが、式２により導出される位相が－７０ｄｅｇ以下となる範囲内の厚み及び角度であることが好ましい。それによって、第１の高次モード及び第２の高次モードの位相をより確実に－７０ｄｅｇ以下とすることができる。従って、第１の高次モード及び第２の高次モードをより確実に、かつ効果的に抑制することができる。

式１の導出の際と同様にして、レイリー波、第１の高次モード及び第２の高次モードの位相を測定した。なお、シリコン基板２の面方位は（１１１）とした。これにより、各パラメータと、レイリー波、第１の高次モード及び第２の高次モードの位相との関係式である式３を導出した。

シリコン基板２の面方位が（１１１）である場合、式３により導出される位相が－７０ｄｅｇ以下であることが好ましい。より具体的には、ｔ＿ＳｉＮ－１［λ］、ｔ＿ＳｉＮ－２［λ］、ｔ＿ＳｉＯ２［λ］、ｔ＿Ｔａ２Ｏ５［λ］、ｔ＿ＬＴ［λ］、ＬＴθ、及びＳｉψが、式３により導出される位相が－７０ｄｅｇ以下となる範囲内の厚み及び角度であることが好ましい。それによって、レイリー波、第１の高次モード及び第２の高次モードの位相をより確実に－７０ｄｅｇ以下とすることができる。従って、レイリー波、第１の高次モード及び第２の高次モードをより確実に、かつ効果的に抑制することができる。

シリコン基板２の面方位を（１１０）として、式１の導出の際と同様にして、第１の高次モードの位相を測定した。これにより、各パラメータと第１の高次モードの位相との関係式である式４を導出した。

シリコン基板２の面方位が（１１０）である場合、式４により導出される位相が－７０ｄｅｇ以下であることが好ましい。より具体的には、ｔ＿ＳｉＮ－１［λ］、ｔ＿ＳｉＮ－２［λ］、ｔ＿ＳｉＯ２［λ］、ｔ＿Ｔａ２Ｏ５［λ］、及びＳｉψが、式４により導出される位相が－７０ｄｅｇ以下となる範囲内の厚み及び角度であることが好ましい。それによって、第１の高次モードの位相をより確実に－７０ｄｅｇ以下とすることができる。従って、第１の高次モードをより確実に、かつ効果的に抑制することができる。

シリコン基板２の面方位を（１１０）として、式１の導出の際と同様にして、第１の高次モード及び第２の高次モードの位相を測定した。これにより、各パラメータと、第１の高次モード及び第２の高次モードの位相との関係式である式５を導出した。

シリコン基板２の面方位が（１１０）である場合、式５により導出される位相が－７０ｄｅｇ以下であることが好ましい。より具体的には、ｔ＿ＳｉＮ－１［λ］、ｔ＿ＳｉＮ－２［λ］、ｔ＿ＳｉＯ２［λ］、ｔ＿Ｔａ２Ｏ５［λ］、及びＳｉψが、式５により導出される位相が－７０ｄｅｇ以下となる範囲内の厚み及び角度であることが好ましい。それによって、第１の高次モード及び第２の高次モードの位相をより確実に－７０ｄｅｇ以下とすることができる。従って、第１の高次モード及び第２の高次モードをより確実に、かつ効果的に抑制することができる。

なお、シリコン基板２の面方位が（１１０）であり、圧電膜７がＬｉＴａＯ_３膜である場合には、圧電膜７のカット角は、２８°Ｙ以上、４８°Ｙ以下の範囲内であることが好ましい。これにより、第１の高次モード及び第２の高次モードに加えて、レイリー波をも抑制することができる。レイリー波を抑制することができる効果の詳細を、以下において示す。

図１７は、ＬｉＴａＯ_３膜のカット角と、レイリー波の位相との関係を示す図である。

図１７に示すように、圧電膜７がＬｉＴａＯ_３膜であり、圧電膜７のカット角が２８°Ｙ以上、４８°Ｙ以下の範囲内である場合においては、レイリー波の位相が－７２ｄｅｇ未満となっていることがわかる。このように、レイリー波を抑制することができる。

式４により導出される位相が－７０ｄｅｇ以下であり、かつ圧電膜７としてのＬｉＴａＯ_３膜のカット角が２８°Ｙ以上、４８°Ｙ以下の範囲内である場合には、レイリー波及び少なくとも第１の高次モードを抑制することができる。式５により導出される位相が－７０ｄｅｇ以下であり、かつ圧電膜７としてのＬｉＴａＯ_３膜のカット角が２８°Ｙ以上、４８°Ｙ以下の範囲内である場合には、レイリー波、第１の高次モード及び第２の高次モードを抑制することができる。

シリコン基板２の面方位を（１００）として、式１の導出の際と同様にして、第１の高次モードの位相を測定した。これにより、各パラメータと第１の高次モードの位相との関係式である式６を導出した。

シリコン基板２の面方位が（１００）である場合、式６により導出される位相が－７０ｄｅｇ以下であることが好ましい。より具体的には、ｔ＿ＳｉＮ－１［λ］、ｔ＿ＳｉＮ－２［λ］、ｔ＿ＳｉＯ２［λ］、ｔ＿Ｔａ２Ｏ５［λ］、及びＳｉψが、式６により導出される位相が－７０ｄｅｇ以下となる範囲内の厚み及び角度であることが好ましい。それによって、第１の高次モードの位相をより確実に－７０ｄｅｇ以下とすることができる。従って、第１の高次モードをより確実に、かつ効果的に抑制することができる。

シリコン基板２の面方位を（１００）として、式１の導出の際と同様にして、第１の高次モード及び第２の高次モードの位相を測定した。これにより、各パラメータと、第１の高次モード及び第２の高次モードの位相との関係式である式７を導出した。

シリコン基板２の面方位が（１００）である場合、式７により導出される位相が－７０ｄｅｇ以下であることが好ましい。より具体的には、ｔ＿ＳｉＮ－１［λ］、ｔ＿ＳｉＮ－２［λ］、ｔ＿ＳｉＯ２［λ］、ｔ＿Ｔａ２Ｏ５［λ］、及びＳｉψが、式７により導出される位相が－７０ｄｅｇ以下となる範囲内の厚み及び角度であることが好ましい。それによって、第１の高次モード及び第２の高次モードの位相をより確実に－７０ｄｅｇ以下とすることができる。従って、第１の高次モード及び第２の高次モードをより確実に、かつ効果的に抑制することができる。

なお、シリコン基板２の面方位が（１００）であり、圧電膜７がＬｉＴａＯ_３膜である場合には、圧電膜７のカット角は、２８°Ｙ以上、４８°Ｙ以下の範囲内であることが好ましい。これにより、図１７に示した場合と同様に、レイリー波をも抑制することができる。より詳細には、式６により導出される位相が－７０ｄｅｇ以下であり、かつ圧電膜７としてのＬｉＴａＯ_３膜のカット角が２８°Ｙ以上、４８°Ｙ以下の範囲内である場合には、レイリー波及び少なくとも第１の高次モードを抑制することができる。式７により導出される位相が－７０ｄｅｇ以下であり、かつ圧電膜７としてのＬｉＴａＯ_３膜のカット角が２８°Ｙ以上、４８°Ｙ以下の範囲内である場合には、レイリー波、第１の高次モード及び第２の高次モードを抑制することができる。

上記においては、圧電膜７がＬｉＴａＯ_３膜である場合の例を示した。以下においては、図１を援用して、圧電膜７がＬｉＮｂＯ_３膜である場合の例を示す。

本発明の第２の実施形態は、圧電膜７がＬｉＮｂＯ_３膜である点において第１の実施形態と異なる。上記の点以外においては、第２の実施形態の弾性波装置は第１の実施形態の弾性波装置と同様の構成を有する。

ここで、第２の実施形態の構成を有する弾性波装置の位相特性を測定した。該弾性波装置の設計パラメータは、以下の通りである。

シリコン基板２；面方位…（１１１）、オイラー角（Ｓｉφ，Ｓｉθ，Ｓｉψ）におけるＳｉψ…４６°
第１の高音速膜３；材料…ＳｉＮ、厚み５００ｎｍ
第１の低音速膜４；材料…ＳｉＯ_２、厚み…１００ｎｍ
第２の低音速膜５；材料…Ｔａ_２Ｏ_５、厚み…１０ｎｍ
第２の高音速膜６；材料…ＳｉＮ、厚み…１０ｎｍ
圧電膜７；材料…３０°ＹカットＸ伝搬ＬｉＮｂＯ_３、厚み…４００ｎｍ
ＩＤＴ電極８の層構成；層構成…圧電膜７側からＴｉ層／Ａｌ層／Ｔｉ層、厚み…圧電膜７側から１２ｎｍ／１００ｎｍ／４ｎｍ

図１８は、第２の実施形態に係る弾性波装置の位相特性を示す図である。

図１８に示すように、第２の実施形態では、２２００～６０００ＭＨｚ以下の広い帯域において、高次モードなどの不要波の位相が－７５ｄｅｇ未満に抑制されていることがわかる。このように、第２の実施形態においても、第１の実施形態と同様に、高次モードなどの不要波を広い帯域において抑制することができる。加えて、図１８に示すように、メインモードの帯域を広くできることがわかる。

１…弾性波装置
２…シリコン基板
３…第１の高音速膜
４…第１の低音速膜
５…第２の低音速膜
６…第２の高音速膜
７…圧電膜
８…ＩＤＴ電極
９Ａ，９Ｂ…反射器
１６…第１のバスバー
１７…第２のバスバー
１８…第１の電極指
１９…第２の電極指
１０２…シリコン基板
１０３…高音速膜
１０４…低音速膜
１０７…圧電膜

Claims

シリコン基板と、
前記シリコン基板上に直接的に設けられている第１の高音速膜と、
前記第１の高音速膜上に直接的に設けられている第１の低音速膜と、
前記第１の低音速膜上に直接的に設けられている第２の低音速膜と、
前記第２の低音速膜上に直接的に設けられている第２の高音速膜と、
前記第２の高音速膜上に直接的に設けられている圧電膜と、
前記圧電膜上に設けられているＩＤＴ電極と、
を備え、
前記第１の高音速膜を伝搬するバルク波の音速及び前記第２の高音速膜を伝搬するバルク波の音速が、前記圧電膜を伝搬する弾性波の音速よりも高く、
前記第１の低音速膜を伝搬するバルク波の音速及び前記第２の低音速膜を伝搬するバルク波の音速が、前記圧電膜を伝搬するバルク波の音速よりも低く、
前記第１の低音速膜の材料と前記第２の低音速膜の材料とが異なる、弾性波装置。
前記第１の高音速膜の厚みが前記第２の高音速膜の厚み以上である、請求項１に記載の弾性波装置。
前記第１の低音速膜の厚みが前記第２の低音速膜の厚み以上である、請求項１または２に記載の弾性波装置。
前記第１の高音速膜の厚みが前記第１の低音速膜の厚み以上である、請求項１～３のいずれか１項に記載の弾性波装置。
前記第１の低音速膜または前記第２の低音速膜がＳｉＯ_２膜である、請求項１～４のいずれか１項に記載の弾性波装置。
前記圧電膜がＬｉＴａＯ_３膜またはＬｉＮｂＯ_３膜である、請求項１～５のいずれか１項に記載の弾性波装置。
前記シリコン基板の面方位が（１１１）であり、
前記第１の高音速膜及び前記第２の高音速膜の双方がＳｉＮ膜であり、前記第１の低音速膜がＳｉＯ_２膜であり、前記第２の低音速膜がＴａ_２Ｏ_５膜であり、前記圧電膜がＬｉＴａＯ_３膜であり、
前記ＩＤＴ電極の電極指ピッチにより規定される波長をλとし、前記第１の高音速膜の厚みをｔ＿ＳｉＮ－１［λ］とし、前記第２の高音速膜の厚みをｔ＿ＳｉＮ－２［λ］とし、前記第１の低音速膜の厚みをｔ＿ＳｉＯ２［λ］とし、前記第２の低音速膜の厚みをｔ＿Ｔａ２Ｏ５［λ］とし、前記圧電膜の厚みをｔ＿ＬＴ［λ］とし、前記圧電膜のオイラー角を（ＬＴφ，ＬＴθ，ＬＴψ）とし、前記シリコン基板のオイラー角を（Ｓｉφ，Ｓｉθ，Ｓｉψ）としたときに、前記ｔ＿ＳｉＮ－１［λ］、前記ｔ＿ＳｉＮ－２［λ］、前記ｔ＿ＳｉＯ２［λ］、前記ｔ＿Ｔａ２Ｏ５［λ］、前記ｔ＿ＬＴ［λ］、前記ＬＴθ、及び前記Ｓｉψが、下記の式１により導出される位相が－７０［ｄｅｇ］以下となる範囲内の厚み及び角度である、請求項１～５のいずれか１項に記載の弾性波装置。
前記シリコン基板の面方位が（１１１）であり、
前記第１の高音速膜及び前記第２の高音速膜の双方がＳｉＮ膜であり、前記第１の低音速膜がＳｉＯ_２膜であり、前記第２の低音速膜がＴａ_２Ｏ_５膜であり、前記圧電膜がＬｉＴａＯ_３膜であり、
前記ＩＤＴ電極の電極指ピッチにより規定される波長をλとし、前記第１の高音速膜の厚みをｔ＿ＳｉＮ－１［λ］とし、前記第２の高音速膜の厚みをｔ＿ＳｉＮ－２［λ］とし、前記第１の低音速膜の厚みをｔ＿ＳｉＯ２［λ］とし、前記第２の低音速膜の厚みをｔ＿Ｔａ２Ｏ５［λ］とし、前記圧電膜の厚みをｔ＿ＬＴ［λ］とし、前記圧電膜のオイラー角を（ＬＴφ，ＬＴθ，ＬＴψ）とし、前記シリコン基板のオイラー角を（Ｓｉφ，Ｓｉθ，Ｓｉψ）としたときに、前記ｔ＿ＳｉＮ－１［λ］、前記ｔ＿ＳｉＮ－２［λ］、前記ｔ＿ＳｉＯ２［λ］、前記ｔ＿Ｔａ２Ｏ５［λ］、前記ｔ＿ＬＴ［λ］、前記ＬＴθ、及び前記Ｓｉψが、下記の式２により導出される位相が－７０［ｄｅｇ］以下となる範囲内の厚み及び角度である、請求項１～５のいずれか１項に記載の弾性波装置。
前記シリコン基板の面方位が（１１１）であり、
前記第１の高音速膜及び前記第２の高音速膜の双方がＳｉＮ膜であり、前記第１の低音速膜がＳｉＯ_２膜であり、前記第２の低音速膜がＴａ_２Ｏ_５膜であり、前記圧電膜がＬｉＴａＯ_３膜であり、
前記ＩＤＴ電極の電極指ピッチにより規定される波長をλとし、前記第１の高音速膜の厚みをｔ＿ＳｉＮ－１［λ］とし、前記第２の高音速膜の厚みをｔ＿ＳｉＮ－２［λ］とし、前記第１の低音速膜の厚みをｔ＿ＳｉＯ２［λ］とし、前記第２の低音速膜の厚みをｔ＿Ｔａ２Ｏ５［λ］とし、前記圧電膜の厚みをｔ＿ＬＴ［λ］とし、前記圧電膜のオイラー角を（ＬＴφ，ＬＴθ，ＬＴψ）とし、前記シリコン基板のオイラー角を（Ｓｉφ，Ｓｉθ，Ｓｉψ）としたときに、前記ｔ＿ＳｉＮ－１［λ］、前記ｔ＿ＳｉＮ－２［λ］、前記ｔ＿ＳｉＯ２［λ］、前記ｔ＿Ｔａ２Ｏ５［λ］、前記ｔ＿ＬＴ［λ］、前記ＬＴθ、及び前記Ｓｉψが、下記の式３により導出される位相が－７０［ｄｅｇ］以下となる範囲内の厚み及び角度である、請求項１～５のいずれか１項に記載の弾性波装置。
前記シリコン基板の面方位が（１１０）であり、
前記第１の高音速膜及び前記第２の高音速膜の双方がＳｉＮ膜であり、前記第１の低音速膜がＳｉＯ_２膜であり、前記第２の低音速膜がＴａ_２Ｏ_５膜であり、前記圧電膜がＬｉＴａＯ_３膜であり、
前記ＩＤＴ電極の電極指ピッチにより規定される波長をλとし、前記第１の高音速膜の厚みをｔ＿ＳｉＮ－１［λ］とし、前記第２の高音速膜の厚みをｔ＿ＳｉＮ－２［λ］とし、前記第１の低音速膜の厚みをｔ＿ＳｉＯ２［λ］とし、前記第２の低音速膜の厚みをｔ＿Ｔａ２Ｏ５［λ］とし、前記圧電膜の厚みをｔ＿ＬＴ［λ］とし、前記シリコン基板のオイラー角を（Ｓｉφ，Ｓｉθ，Ｓｉψ）としたときに、前記ｔ＿ＳｉＮ－１［λ］、前記ｔ＿ＳｉＮ－２［λ］、前記ｔ＿ＳｉＯ２［λ］、前記ｔ＿Ｔａ２Ｏ５［λ］、及び前記Ｓｉψが、下記の式４により導出される位相が－７０［ｄｅｇ］以下となる範囲内の厚み及び角度である、請求項１～５のいずれか１項に記載の弾性波装置。
前記シリコン基板の面方位が（１１０）であり、
前記第１の高音速膜及び前記第２の高音速膜の双方がＳｉＮ膜であり、前記第１の低音速膜がＳｉＯ_２膜であり、前記第２の低音速膜がＴａ_２Ｏ_５膜であり、前記圧電膜がＬｉＴａＯ_３膜であり、
前記ＩＤＴ電極の電極指ピッチにより規定される波長をλとし、前記第１の高音速膜の厚みをｔ＿ＳｉＮ－１［λ］とし、前記第２の高音速膜の厚みをｔ＿ＳｉＮ－２［λ］とし、前記第１の低音速膜の厚みをｔ＿ＳｉＯ２［λ］とし、前記第２の低音速膜の厚みをｔ＿Ｔａ２Ｏ５［λ］とし、前記圧電膜の厚みをｔ＿ＬＴ［λ］とし、前記シリコン基板のオイラー角を（Ｓｉφ，Ｓｉθ，Ｓｉψ）としたときに、前記ｔ＿ＳｉＮ－１［λ］、前記ｔ＿ＳｉＮ－２［λ］、前記ｔ＿ＳｉＯ２［λ］、前記ｔ＿Ｔａ２Ｏ５［λ］、及び前記Ｓｉψが、下記の式５により導出される位相が－７０［ｄｅｇ］以下となる範囲内の厚み及び角度である、請求項１～５のいずれか１項に記載の弾性波装置。
前記シリコン基板の面方位が（１００）であり、
前記第１の高音速膜及び前記第２の高音速膜の双方がＳｉＮ膜であり、前記第１の低音速膜がＳｉＯ_２膜であり、前記第２の低音速膜がＴａ_２Ｏ_５膜であり、前記圧電膜がＬｉＴａＯ_３膜であり、
前記ＩＤＴ電極の電極指ピッチにより規定される波長をλとし、前記第１の高音速膜の厚みをｔ＿ＳｉＮ－１［λ］とし、前記第２の高音速膜の厚みをｔ＿ＳｉＮ－２［λ］とし、前記第１の低音速膜の厚みをｔ＿ＳｉＯ２［λ］とし、前記第２の低音速膜の厚みをｔ＿Ｔａ２Ｏ５［λ］とし、前記圧電膜の厚みをｔ＿ＬＴ［λ］とし、前記シリコン基板のオイラー角を（Ｓｉφ，Ｓｉθ，Ｓｉψ）としたときに、前記ｔ＿ＳｉＮ－１［λ］、前記ｔ＿ＳｉＮ－２［λ］、前記ｔ＿ＳｉＯ２［λ］、前記ｔ＿Ｔａ２Ｏ５［λ］、及び前記Ｓｉψが、下記の式６により導出される位相が－７０［ｄｅｇ］以下となる範囲内の厚み及び角度である、請求項１～５のいずれか１項に記載の弾性波装置。
前記シリコン基板の面方位が（１００）であり、
前記第１の高音速膜及び前記第２の高音速膜の双方がＳｉＮ膜であり、前記第１の低音速膜がＳｉＯ_２膜であり、前記第２の低音速膜がＴａ_２Ｏ_５膜であり、前記圧電膜がＬｉＴａＯ_３膜であり、
前記ＩＤＴ電極の電極指ピッチにより規定される波長をλとし、前記第１の高音速膜の厚みをｔ＿ＳｉＮ－１［λ］とし、前記第２の高音速膜の厚みをｔ＿ＳｉＮ－２［λ］とし、前記第１の低音速膜の厚みをｔ＿ＳｉＯ２［λ］とし、前記第２の低音速膜の厚みをｔ＿Ｔａ２Ｏ５［λ］とし、前記圧電膜の厚みをｔ＿ＬＴ［λ］とし、前記シリコン基板のオイラー角を（Ｓｉφ，Ｓｉθ，Ｓｉψ）としたときに、前記ｔ＿ＳｉＮ－１［λ］、前記ｔ＿ＳｉＮ－２［λ］、前記ｔ＿ＳｉＯ２［λ］、前記ｔ＿Ｔａ２Ｏ５［λ］、及び前記Ｓｉψが、下記の式７により導出される位相が－７０［ｄｅｇ］以下となる範囲内の厚み及び角度である、請求項１～５のいずれか１項に記載の弾性波装置。