JP7493306B2 - Elastic Wave Device - Google Patents

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Description

本発明は、弾性波装置に関する。 The present invention relates to an elastic wave device.

支持基板上に、高音速膜、低音速膜、LiTaO膜、IDT電極をこの順に積層してなる弾性波装置が開示されている(特許文献1参照)。LiTaO膜の膜厚としては、IDT電極の電極指の周期で決まる波長をλとしたときに、0.25λ等が開示されている。このような弾性波装置によれば、弾性波をLiTaO膜に閉じ込めることができるので高いQ値を得ることができる。 An acoustic wave device is disclosed in which a high acoustic velocity film, a low acoustic velocity film, a LiTaO3 film, and an IDT electrode are laminated in this order on a support substrate (see Patent Document 1). The thickness of the LiTaO3 film is disclosed to be 0.25λ, where λ is the wavelength determined by the period of the electrode fingers of the IDT electrode. With such an acoustic wave device, the acoustic wave can be confined in the LiTaO3 film, so a high Q value can be obtained.

国際公開2012/086639号International Publication No. 2012/086639

近年、移動体通信に用いられる携帯端末装置は高い通信品質を安定して実現するために、高い電気特性を備える弾性波装置を安定して供給することが求められている。 In recent years, there has been a demand for a stable supply of elastic wave devices with high electrical characteristics to ensure that portable terminal devices used in mobile communications can stably achieve high communication quality.

本発明は、このような課題に鑑みなされたものであり、その目的は、生産性が高く、かつ電気特性の優れた弾性波装置を提供することにある。 The present invention was developed in consideration of these problems, and its purpose is to provide an elastic wave device that is highly productive and has excellent electrical characteristics.

本開示の弾性波装置は、複数の電極指を備え、弾性表面波を励振するIDT電極と、上面に前記IDT電極が位置している圧電結晶からなり、前記複数の電極指の繰り返し間隔で定義されるpの2倍で定義される波長λに対して1.0λを超え、1.6λ以下の厚みである、X伝搬回転Yカットのタンタル酸リチウム単結晶基板からなる圧電膜と、を備える。そして、前記IDT電極の厚みは9%以上12%以下であり、前記圧電膜のカット角は46°以下である。 The acoustic wave device of the present disclosure comprises an IDT electrode having a plurality of electrode fingers and exciting a surface acoustic wave, and a piezoelectric film made of an X-propagating rotated Y-cut lithium tantalate single crystal substrate, which is made of a piezoelectric crystal on whose upper surface the IDT electrode is located and has a thickness of more than 1.0λ and not more than 1.6λ, where λ is a wavelength defined as twice p, which is defined as the repetition interval of the plurality of electrode fingers. The thickness of the IDT electrode is 9% or more and 12% or less, and the cut angle of the piezoelectric film is 46° or less.

上記構成によれば、生産性が高く、かつ、電気特性の優れた弾性波装置を提供することができる。 The above configuration makes it possible to provide an elastic wave device with high productivity and excellent electrical characteristics.

本開示にかかる弾性波装置の模式的な断面図である。1 is a schematic cross-sectional view of an elastic wave device according to the present disclosure. 図1の弾性波装置の上面図である。2 is a top view of the acoustic wave device of FIG. 1 . バルク波スプリアスの発生周波数と圧電膜の厚みとの関係を示す線図である。1 is a diagram showing the relationship between the generation frequency of spurious bulk waves and the thickness of a piezoelectric film. Δfと圧電膜のカット角との関係を示す線図である。1 is a diagram showing the relationship between Δf and the cut angle of a piezoelectric film. 図5(a)~図5(c)は比較例および実施例に係る弾性波装置の周波数特性を示す線図である。5A to 5C are graphs showing frequency characteristics of elastic wave devices according to a comparative example and an example. 図5(a),図5(b)はそれぞれ図1に係る弾性波装置の変形例を示す断面図である。5(a) and 5(b) are cross-sectional views showing modifications of the acoustic wave device shown in FIG. モード1-1のスプリアス強度が0となる条件を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing the condition under which the spurious intensity of mode 1-1 becomes 0.

以下、図面を参照しつつ、本開示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。 The present invention will be clarified below by explaining specific embodiments of the present disclosure with reference to the drawings.

図1は、本開示の実施形態に係る弾性波装置(以下、SAW装置という)1の模式的な断面図である。 Figure 1 is a schematic cross-sectional view of an acoustic wave device (hereinafter referred to as a SAW device) 1 according to an embodiment of the present disclosure.

SAW装置1は、支持基板3と圧電膜7とIDT電極9とを備える。支持基板3と圧電膜7とIDT電極9と、はこの順に積層されている。 The SAW device 1 comprises a support substrate 3, a piezoelectric film 7, and an IDT electrode 9. The support substrate 3, the piezoelectric film 7, and the IDT electrode 9 are layered in this order.

支持基板3は、この例では、その上に積層される圧電膜7を支持するものであり、一定の強度を備えれば特に限定されない。例えば、圧電膜7に比べて線膨張係数の小さい材料で構成する場合には、温度変化による圧電膜7の変形を低減することで、温度変化による特性変化を低減することができる。また、圧電膜7中を伝搬する弾性波の横波音速に比べて支持基板3中を伝搬する弾性波の横波音速が早くなるように材料を選定した場合には、弾性波を圧電膜7に閉じ込めることができ、周波数特性の優れたSAW装置1を提供することができる。 In this example, the support substrate 3 supports the piezoelectric film 7 laminated thereon, and is not particularly limited as long as it has a certain strength. For example, if it is made of a material with a smaller linear expansion coefficient than the piezoelectric film 7, it is possible to reduce the deformation of the piezoelectric film 7 due to temperature changes, thereby reducing changes in characteristics due to temperature changes. Furthermore, if a material is selected such that the transverse wave sound velocity of the elastic waves propagating in the support substrate 3 is faster than the transverse wave sound velocity of the elastic waves propagating in the piezoelectric film 7, the elastic waves can be confined in the piezoelectric film 7, and a SAW device 1 with excellent frequency characteristics can be provided.

このような材料として、例えば、サファイア基板やSi基板等を例示できる。本実施形態においては支持基板3としてSi基板を用いた場合を例に説明する。 Examples of such materials include a sapphire substrate and a Si substrate. In this embodiment, an example will be described in which a Si substrate is used as the support substrate 3.

圧電膜7は、第1面7aとこれに対向する第2面7bとを備える。便宜上、第2面7bから第1面7aに向かう方向を上方ということがある。このため、第1面7aを上面,第2面7bを下面と呼ぶこともある。 The piezoelectric film 7 has a first surface 7a and a second surface 7b facing the first surface 7a. For convenience, the direction from the second surface 7b toward the first surface 7a is sometimes referred to as the upward direction. For this reason, the first surface 7a is sometimes referred to as the upper surface, and the second surface 7b is sometimes referred to as the lower surface.

支持基板3は圧電膜7の第2面7bに接合されている。圧電膜7と支持基板3とは、直接接合されていてもよいし、間に接着層,中間層等を介在させて接続してもよい。中間層としては、酸化ケイ素や酸化アルミニウム、窒化ケイ素、窒化アルミニウム等の絶縁材料を例示することができる。 The support substrate 3 is bonded to the second surface 7b of the piezoelectric film 7. The piezoelectric film 7 and the support substrate 3 may be bonded directly, or may be connected via an adhesive layer, intermediate layer, or the like. Examples of intermediate layers include insulating materials such as silicon oxide, aluminum oxide, silicon nitride, and aluminum nitride.

圧電膜7は、タンタル酸リチウム(LiTaO;以下LTという)結晶からなる圧電性を有する単結晶の基板を用いることができる。LT結晶のカット角は46°以下としているが、詳しくは後述する。 A single crystal substrate having piezoelectricity made of lithium tantalate (LiTaO 3 , hereinafter referred to as LT) crystal can be used for the piezoelectric film 7. The cut angle of the LT crystal is set to 46° or less, which will be described in detail later.

圧電膜7は、その厚みを後述のIDT電極9により規定される弾性波の波長λに対して1λを超え、かつ1.6λ以下としている。圧電膜7の厚みについては後述する。 The thickness of the piezoelectric film 7 is greater than 1λ and less than or equal to 1.6λ, where λ is the wavelength of the elastic wave defined by the IDT electrode 9 described below. The thickness of the piezoelectric film 7 will be described later.

IDT電極9は、圧電膜7の第1面7aに位置する。IDT電極9は、導電性を有する材料を用いて形成されており、この例ではAlにCuを添加したAl-Cu合金で形成されている。IDT電極9は、他にもAl,Cu,Pt,Mo,Au等やその合金等種々の導電性材料を採用することができる。また、これら導電性材料からなる複数の層を積層させて構成してもよい。また。複数層の積層体からなる場合には、積層界面に例えばTi等からなる下地層を介在させてもよい。 The IDT electrode 9 is located on the first surface 7a of the piezoelectric film 7. The IDT electrode 9 is made of a conductive material, and in this example, is made of an Al-Cu alloy in which Cu is added to Al. The IDT electrode 9 can also be made of various other conductive materials such as Al, Cu, Pt, Mo, Au, and alloys thereof. It may also be made by stacking multiple layers made of these conductive materials. Also, when it is made of a laminate of multiple layers, a base layer made of, for example, Ti may be interposed at the interface of the layers.

IDT電極9の膜厚は、詳しくは後述するが、波長λに対して8%を超え、かつ12%以下の厚みとしている。 The film thickness of the IDT electrode 9, which will be described in detail later, is greater than 8% and less than 12% of the wavelength λ.

図2に、IDT電極9の形状を示す。図2は、SAW装置1の上面図である。図2に示すように、IDT電極9は、2つのバスバー91と、バスバー91のいずれかに接続される複数の長尺状の電極指92が複数一方向に配列されている。そして一方のバスバー91に接続される電極指92と他方のバスバー91に接続される電極指92とが交互に配置さ
れている。また、一方のバスバー91に接続される電極指92の先端に対向し、他方のバスバー91に接続されるダミー電極93を備えている。なお、図中において、一方のバスバー91に接続される構成と他方のバスバー91に接続される構成を区別するために、一方に斜線を付している。
The shape of the IDT electrode 9 is shown in Fig. 2. Fig. 2 is a top view of the SAW device 1. As shown in Fig. 2, the IDT electrode 9 includes two bus bars 91 and a plurality of long electrode fingers 92 connected to either of the bus bars 91, which are arranged in one direction. The electrode fingers 92 connected to one bus bar 91 and the electrode fingers 92 connected to the other bus bar 91 are arranged alternately. Also, a dummy electrode 93 is provided that faces the tip of the electrode finger 92 connected to one bus bar 91 and is connected to the other bus bar 91. In the figure, one of the configurations connected to one bus bar 91 is shaded in order to distinguish between the configuration connected to one bus bar 91 and the configuration connected to the other bus bar 91.

このようなIDT電極9に高周波信号が印加されると、電極指92の中心間間隔pを半波長とする定在波が励振される。言い換えると、2pで表わされる波長λの弾性波が励振される。 When a high-frequency signal is applied to such an IDT electrode 9, a standing wave is excited with the center-to-center spacing p of the electrode fingers 92 being half the wavelength. In other words, an elastic wave with a wavelength λ represented by 2p is excited.

なお、IDT電極9の電極指92の配列方向の両側には反射器11が位置している。これにより、IDT電極9と反射器11とで1ポート型の共振子として機能する。なお、本開示のSAW素子1はこのようなIDT電極9を含めばよく、その数、配置等については特に限定されない。例えば、このような共振子を複数含むラダー型フィルタや、縦結合型フィルタ等を構成することもできる。 Reflectors 11 are located on both sides of the arrangement direction of the electrode fingers 92 of the IDT electrode 9. As a result, the IDT electrode 9 and the reflectors 11 function as a one-port resonator. The SAW element 1 of the present disclosure only needs to include such IDT electrodes 9, and there are no particular limitations on the number, arrangement, etc. of the electrodes. For example, it is possible to configure a ladder-type filter or a vertically coupled filter that includes multiple such resonators.

本開示のSAW装置1によれば、上述の構成において、圧電膜7の厚み、カット角、およびIDT電極9の膜厚と、を特定の関係とすることで、生産性が高く、かつ電気特性の優れたものとなる。以下、そのメカ二ズムについて詳述する。 According to the SAW device 1 of the present disclosure, in the above-mentioned configuration, by setting a specific relationship between the thickness of the piezoelectric film 7, the cut angle, and the film thickness of the IDT electrode 9, it is possible to achieve high productivity and excellent electrical characteristics. The mechanism behind this is described in detail below.

特許文献1に記載された弾性波装置は、厚みがλ未満(0.25λ)等の極めて薄い圧電膜を用いている。これにより、弾性波を圧電膜の内部に閉じ込めることができるとともに、バルク波によるスプリアスが共振周波数近傍に現れることもないため、高い電気特性を実現できる。 The elastic wave device described in Patent Document 1 uses an extremely thin piezoelectric film with a thickness of less than λ (0.25λ). This allows the elastic wave to be confined inside the piezoelectric film, and spurious responses due to bulk waves do not appear near the resonant frequency, achieving high electrical characteristics.

その一方で、圧電膜の厚みが極めて薄いことから、精密な加工が要求され生産性が低下する虞があった。さらに、圧電膜の厚みが薄いほどに、圧電膜の厚み変動に伴う周波数特性変動が大きくなり、安定した特性を維持することが困難だった。また、IDT電極9で励振された弾性波が支持基板3側にも分布するようになり、支持基板そのものや圧電膜と支持基板の界面の影響を受け、損失が大きくなったり、共振子としての特性が劣化したりする恐れがあった。 On the other hand, because the piezoelectric film is extremely thin, precise processing is required, which may reduce productivity. Furthermore, the thinner the piezoelectric film, the greater the fluctuation in frequency characteristics due to the variation in the thickness of the piezoelectric film, making it difficult to maintain stable characteristics. In addition, the elastic waves excited by the IDT electrode 9 are distributed on the support substrate 3 side as well, and may be affected by the support substrate itself and the interface between the piezoelectric film and the support substrate, resulting in increased loss and deterioration of the characteristics as a resonator.

これに対して、本開示のSAW装置1によれば、圧電膜7の厚みを、弾性波の閉じ込め効果が期待できる2λ未満とし、かつ、波長λを超える値とすることで、加工性を向上させるとともに、厚み変動に伴う特性変動の感度を下げることができる。すなわち、弾性波の閉じ込め効果に起因する高い電気特性と、圧電膜7の厚みを厚くすることによる高い生産性とを両立させることができる。 In contrast, according to the SAW device 1 of the present disclosure, the thickness of the piezoelectric film 7 is set to less than 2λ, at which the effect of confining elastic waves can be expected, and to a value that exceeds the wavelength λ, thereby improving processability and reducing the sensitivity to characteristic variations due to thickness variations. In other words, it is possible to achieve both high electrical characteristics resulting from the effect of confining elastic waves and high productivity by increasing the thickness of the piezoelectric film 7.

ただし、圧電膜7の厚みが1λを超える場合には、バルク波に起因するスプリアスの影響が大きくなる。図3に圧電膜の厚みを変えたときのバルク波スプリアスの周波数の変化の様子を示す。図3において横軸はλで規格化した圧電膜の厚みを示し、縦軸は周波数を示している。図3から、バルク波スプリアスのモード,次数が異なる種々のスプリアスが生じており、各スプリアスは圧電膜の厚みが薄くなるに従い高周波数側にシフトする様子が確認できる。そして、これら無数のスプリアスのうち、最も低い周波数に発生するバルク波スプリアスは、モード1の1次のものであり、以下モード1-1ということがある。なお、他のモード,次数のスプリアスについても同様の法則で表示する。そして、モード1-1の次に低い周波数に位置するバルク波スプリアスはモード2-1である。 However, when the thickness of the piezoelectric film 7 exceeds 1λ, the influence of spurious due to bulk waves becomes large. Figure 3 shows the change in the frequency of the bulk wave spurious when the thickness of the piezoelectric film is changed. In Figure 3, the horizontal axis shows the thickness of the piezoelectric film normalized by λ, and the vertical axis shows the frequency. Figure 3 shows that various spurious with different modes and orders of bulk wave spurious are generated, and that each spurious shifts to the higher frequency side as the thickness of the piezoelectric film becomes thinner. Of these countless spurious, the bulk wave spurious that occurs at the lowest frequency is the first order of mode 1, which may be referred to as mode 1-1 below. The same rule is used for spurious of other modes and orders. The bulk wave spurious located at the next lowest frequency after mode 1-1 is mode 2-1.

ここで、圧電膜の厚みがが1λ以下の場合には、共振周波数、反共振周波数近傍にバルク波スプリアスは発生しないが、厚みが1λを超えるとモード1-1,2-1のバルク波スプリアスが共振特性に影響を与える虞があることが分かる。 Here, when the thickness of the piezoelectric film is 1λ or less, no bulk wave spurious occurs near the resonant frequency or anti-resonant frequency, but when the thickness exceeds 1λ, it can be seen that the bulk wave spurious of modes 1-1 and 2-1 may affect the resonance characteristics.

そこで、本開示のSAW装置1によれば、モード1-1とモード2-1とのスプリアスの影響をなくすために以下の通りとした。なお、圧電膜7の厚みが1.6λを超える場合にはモード1-2のスプリアスが発生する。このため、圧電膜7の厚みを1.6λ以下とした。 Therefore, according to the SAW device 1 of the present disclosure, the following is done to eliminate the influence of the spurious of mode 1-1 and mode 2-1. Note that if the thickness of the piezoelectric film 7 exceeds 1.6λ, spurious of mode 1-2 occurs. For this reason, the thickness of the piezoelectric film 7 is set to 1.6λ or less.

まず、スプリアスの発生周波数はピッチp(もしくは波長λ)によって決まるため、IDT電極9の膜厚を厚くすることで、スプリアスの周波数は維持しつつ、共振周波数を低周波数側にシフトさせることができる。これにより、共振周波数に対するモード2-1のスプリアス周波数を(モード2-1の相対周波数)を高めて、モード2-1の影響を低減させる。言い換えると、モード2-1のスプリアスの周波数を共振周波数から離れる側にシフトさせることができる。 First, because the frequency at which spurious emissions occur is determined by the pitch p (or wavelength λ), by increasing the thickness of the IDT electrode 9, it is possible to shift the resonant frequency to a lower frequency while maintaining the frequency of the spurious emissions. This increases the spurious frequency of mode 2-1 relative to the resonant frequency (the relative frequency of mode 2-1), thereby reducing the influence of mode 2-1. In other words, it is possible to shift the spurious frequency of mode 2-1 away from the resonant frequency.

次に、モード1-1について検討する。SV波であるモード1のスプリアスの強度は、IDT電極9からのバルク波放射と相関がある。すなわち、圧電膜7を構成するLT結晶のカット角や、圧電膜7の厚み、IDT電極9の厚み等により、スプリアスの強度を変化させることができる。ここで、IDT電極9の厚みを厚くすることで、モード2-1を共振周波数から離すことはできたが、同時にモード1-1の相対周波数も変化し、スプリアス強度が大きくなることが推定される。そこで、モード1-1に対しては、バルク波が放射されないように(スプリアスの強度を低くするように)、圧電膜7の厚みとカット角とを調整する。 Next, we consider mode 1-1. The spurious intensity of mode 1, which is an SV wave, correlates with the bulk wave radiation from the IDT electrode 9. In other words, the spurious intensity can be changed by the cut angle of the LT crystals that make up the piezoelectric film 7, the thickness of the piezoelectric film 7, the thickness of the IDT electrode 9, etc. Here, by increasing the thickness of the IDT electrode 9, it is possible to move mode 2-1 away from the resonant frequency, but at the same time, it is estimated that the relative frequency of mode 1-1 also changes, increasing the spurious intensity. Therefore, for mode 1-1, the thickness and cut angle of the piezoelectric film 7 are adjusted so that bulk waves are not radiated (so that the spurious intensity is reduced).

具体的には、圧電膜7の厚みを調整して共振周波数とモード1-1の周波数を決定し、その周波数におけるスプリアス強度が小さくなるような圧電膜7のカット角とIDT電極9の膜厚との組み合わせを設定する。 Specifically, the thickness of the piezoelectric film 7 is adjusted to determine the resonant frequency and the frequency of mode 1-1, and a combination of the cut angle of the piezoelectric film 7 and the film thickness of the IDT electrode 9 is set so that the spurious intensity at that frequency is reduced.

以上より、周波数特性に大きく影響するバルク波スプリアスをモード1-1のみとするとともに、そのモード1-1のバルク波スプリアスの強度を小さくすることで、圧電膜7の厚みが1λを超えている場合であっても、バルク波スプリアスの影響を抑制することができるものとなる。 As a result, by limiting the bulk wave spurious that significantly affects the frequency characteristics to mode 1-1 and reducing the strength of the bulk wave spurious of mode 1-1, it is possible to suppress the effects of the bulk wave spurious even when the thickness of the piezoelectric film 7 exceeds 1λ.

表1に、圧電膜7の厚みが1λ~1.6λのときのモード1-1のスプリアス発生周波数と、このスプリアス発生周波数におけるモード1-1のスプリアス強度が0となるIDT電極9の厚みおよびLT結晶のカット角との組み合わせをシミュレーションした結果を図7に示す。図中において「無放射」とは、スプリアス強度が0となること示すものとする。 Table 1 shows the spurious generation frequency of mode 1-1 when the thickness of the piezoelectric film 7 is 1λ to 1.6λ, and Figure 7 shows the results of simulating the combination of the thickness of the IDT electrode 9 and the cut angle of the LT crystal that results in the spurious intensity of mode 1-1 at this spurious generation frequency being 0. In the figure, "non-radiation" indicates that the spurious intensity is 0.

図7からも明らかなように、モード1-1のスプリアス強度を0とするには、圧電膜5の厚みが一定の場合にはIDT電極9の膜厚が大きくなるほどLT結晶のカット角を大きくする必要がある。また、IDT電極9の厚みが一定の場合には圧電膜7の厚みが厚くなるほどLT結晶のカット角を小さくする必要があった。 As is clear from Figure 7, in order to make the spurious intensity of mode 1-1 zero, if the thickness of the piezoelectric film 5 is constant, the larger the film thickness of the IDT electrode 9, the larger the cut angle of the LT crystal must be. Also, if the thickness of the IDT electrode 9 is constant, the thicker the piezoelectric film 7, the smaller the cut angle of the LT crystal must be.

ここで、図4に、IDT電極9の膜厚を4%(λ比)~12%まで変更させたときの、LT結晶のカット角と、共振周波数と反共振周波数との差分(以下、Δfという)との関係を示す。図4において、横軸はLT結晶のカット角を示し、縦軸はΔfを示す。 Figure 4 shows the relationship between the cut angle of the LT crystal and the difference between the resonant frequency and the anti-resonant frequency (hereinafter referred to as Δf) when the film thickness of the IDT electrode 9 is changed from 4% (λ ratio) to 12%. In Figure 4, the horizontal axis shows the cut angle of the LT crystal, and the vertical axis shows Δf.

図4からも明らかなように、カット角が大きくなるに従い、Δfは小さくなる。さらに、IDT電極9の膜厚が8%~10%のときにΔfが最も大きくなり、膜厚がそれより小さくなる、もしくは大きくなるとΔfが小さくなることが分かる。 As is clear from Figure 4, as the cut angle increases, Δf decreases. Furthermore, Δf is largest when the film thickness of the IDT electrode 9 is between 8% and 10%, and Δf decreases as the film thickness decreases or increases.

圧電膜7としてLT結晶を用いることから、Δfは75MHz以上確保してもよい。この場合には、IDT電極9の膜厚としては8%以上12%とし、LT結晶のカット角としては46°以下としてもよい。ただし、IDT電極9の厚みは、モード2-1の相対周波数調整のため厚くしていることから、9%以上、より好ましくは10%以上としてもよい。 Since an LT crystal is used as the piezoelectric film 7, Δf may be ensured to be 75 MHz or more. In this case, the film thickness of the IDT electrode 9 may be 8% to 12%, and the cut angle of the LT crystal may be 46° or less. However, since the thickness of the IDT electrode 9 is made thick to adjust the relative frequency of mode 2-1, it may be 9% or more, more preferably 10% or more.

なお、通常のIDT電極9の厚みは、その弾性波発生効率等を考慮して約8%とすることが多い。このことは、図4において、IDT電極9の厚みを8%としたときに最もΔf等の電気特性が優れていることからも明らかである。 In addition, the thickness of the normal IDT electrode 9 is often set to about 8% in consideration of the efficiency of generating elastic waves. This is also evident from the fact that the electrical characteristics such as Δf are the best when the thickness of the IDT electrode 9 is set to 8% in FIG. 4.

このような、Δfを維持するための制限を考慮にいれると、モード1-1のスプリアス強度を0に近付けるには、圧電膜7の厚みは1.2λ~1.6λ、カット角は46°以下、IDT電極9の厚みは9%以上12%以下を同時に満たすことが必要である。 Taking into account these limitations to maintain Δf, in order to bring the spurious intensity of mode 1-1 closer to 0, the thickness of the piezoelectric film 7 must be 1.2λ to 1.6λ, the cut angle must be 46° or less, and the thickness of the IDT electrode 9 must be 9% or more and 12% or less.

なお、図7に示すモード1-1のスプリアス強度を0とするためのLT結晶のカット角Yは、圧電膜7の厚みをX,IDT電極9の膜厚をZとしたときに、以下の式で表される。
Y=AX+BX+C
ただし、A=-4017.9Z+1142.9Z-45.893、B=8625.0Z-3065.0Z+116.75、C=5021.4Z+503.57Z+27.891である。
The cut angle Y of the LT crystal for making the spurious intensity of mode 1-1 shown in FIG. 7 zero is expressed by the following equation, where X is the thickness of the piezoelectric film 7 and Z is the film thickness of the IDT electrode 9:
Y = AX2 + BX + C
Where A = -4017.9Z 2 + 1142.9Z - 45.893, B = 8625.0Z 2 - 3065.0Z + 116.75, and C = 5021.4Z 2 + 503.57Z + 27.891.

以上より、カット角はY±1°,IDT電極9の膜厚はZ±0.01(すなわち±1%)とすることで、モード1-1のスプリアス強度を0に近付けることができる。 From the above, by setting the cut angle to Y±1° and the film thickness of the IDT electrode 9 to Z±0.01 (i.e. ±1%), the spurious intensity of mode 1-1 can be brought close to 0.

以下、実施例として、実際の共振子の周波数特性をシミュレーションした結果を図5に示す。図5(a)は比較例に係るSAW装置の共振子特性を示し、図5(b)は実施例1に係るSAW装置の共振子特性を示し、図5(c)は実施例2に係るSAW装置の共振子特性を示す。 As an example, the results of simulating the frequency characteristics of an actual resonator are shown in Figure 5. Figure 5(a) shows the resonator characteristics of a SAW device according to a comparative example, Figure 5(b) shows the resonator characteristics of a SAW device according to Example 1, and Figure 5(c) shows the resonator characteristics of a SAW device according to Example 2.

比較例,実施例1、実施例2の圧電膜7のカット角、厚み、IDT電極9の厚みは順に以下の通りである。
比較例1:42°,1.5λ,8%
実施例1:46°,1.2λ,10%
実施例2:46°,1.5λ,12%
図5において、横軸は周波数,縦軸はインピーダンスの絶対値を示す。図5から明らかなように、モード1-1のスプリアスは共振周波数に近付けることでスプリアスの強度を小さくしており、モード2-1のスプリアスは高周波数側にシフトさせることで、反共振周波数近傍およびその高周波数側においても広い周波数範囲でスプリアスが存在しない領域を確保できていることが分かる。なお、共振子にはIDT電極の反射帯域の高周波側の端部(バンドエッジ)ではSH波のスプリアスが発生する(図5では「バンドエッジ」と記載)。電極厚みが厚い場合、このバンドエッジの周波数が共振周波数に対して高周波側にシフトする。そのため、SAWとSH波の結合が弱くなり、スプリアスが小さくなる。本開示のSAW装置では電極厚みが一般よりも厚めに設定されるため、バンドエッジのスプリアスが小さくなるという効果もある。
The cut angle and thickness of the piezoelectric film 7 and the thickness of the IDT electrode 9 in the comparative example, example 1, and example 2 are as follows, in that order.
Comparative Example 1: 42°, 1.5λ, 8%
Example 1: 46°, 1.2λ, 10%
Example 2: 46°, 1.5λ, 12%
In FIG. 5, the horizontal axis indicates frequency, and the vertical axis indicates absolute impedance. As is clear from FIG. 5, the spurious intensity of mode 1-1 is reduced by approaching the resonant frequency, and the spurious intensity of mode 2-1 is shifted to the high frequency side, so that a region where no spurious exists can be secured over a wide frequency range even in the vicinity of the anti-resonant frequency and on the high frequency side. Note that in the resonator, spurious SH waves are generated at the high frequency end (band edge) of the reflection band of the IDT electrode (shown as "band edge" in FIG. 5). When the electrode thickness is thick, the frequency of this band edge shifts to the high frequency side relative to the resonant frequency. Therefore, the coupling between the SAW and the SH wave is weakened, and the spurious becomes smaller. In the SAW device of the present disclosure, the electrode thickness is set to be thicker than usual, which also has the effect of reducing the spurious at the band edge.

なお、実施例1に係るSAW装置において、IDT電極9の厚みを固定し、圧電膜7の厚みを1.2λ~1.6λに、カット角を37°~46°まで変化させた結果、いずれの場合も比較例に比べモード1-1の影響を抑制し、モード2-1のスプリアスを高周波数側にシフトさせることができることを確認した。中でも、LT結晶のカット角を38°、
圧電膜7の厚みを1.6λ,IDT電極9の厚みを10%としたときに、帯域内の位相特性を安定させることができることを確認した。
In the SAW device according to the first embodiment, the thickness of the IDT electrode 9 was fixed, the thickness of the piezoelectric film 7 was changed from 1.2λ to 1.6λ, and the cut angle was changed from 37° to 46°. As a result, it was confirmed that in each case, the influence of mode 1-1 was suppressed compared to the comparative example, and the spurious of mode 2-1 could be shifted to the higher frequency side.
It was confirmed that when the thickness of the piezoelectric film 7 was set to 1.6λ and the thickness of the IDT electrode 9 was set to 10%, the phase characteristic within the band could be stabilized.

同様に、実施例2に係るSAW装置において、IDT電極9の厚みを固定し、圧電膜7の厚みを1.5λ,1.6λに、カット角を44°~46°まで変化させた結果、いずれの場合も比較例に比べモード1-1の影響を抑制し、モード2-1のスプリアスを高周波数側にシフトさせることができることを確認した。中でも、LT結晶のカット角を44°、圧電膜7の厚みを1.6λ,IDT電極9の厚みを12%としたときに、帯域内の位相特性を安定させることができることを確認した。 Similarly, in the SAW device of Example 2, the thickness of the IDT electrode 9 was fixed, the thickness of the piezoelectric film 7 was changed to 1.5λ and 1.6λ, and the cut angle was changed from 44° to 46°. As a result, it was confirmed that in each case, the influence of mode 1-1 was suppressed compared to the comparative example, and the spurious of mode 2-1 could be shifted to the higher frequency side. In particular, it was confirmed that the phase characteristics within the band could be stabilized when the cut angle of the LT crystal was 44°, the thickness of the piezoelectric film 7 was 1.6λ, and the thickness of the IDT electrode 9 was 12%.

(他の例)
上述の例では、支持基板3と圧電膜7とが積層された構成としたがその構成に限定されない。例えば、図6(a)に示すように両者の間に絶縁部5を備えた構成であってもよい。
(Other examples)
In the above example, the support substrate 3 and the piezoelectric film 7 are laminated, but the present invention is not limited to this configuration. For example, as shown in FIG. 6A, an insulating portion 5 may be provided between the two.

この場合には、絶縁部5は、例えば、酸化ケイ素、窒素ケイ素、酸化アルミニウム等の絶縁性を有する材料からなり、その結晶性は特に限定されない。絶縁部5を設けることにより、不要の電位が形成されたり不要の容量が形成されたりすることを低減することができるので、SAW装置1の電気特性を向上させることができる。 In this case, the insulating section 5 is made of an insulating material such as silicon oxide, silicon nitride, or aluminum oxide, and the crystallinity is not particularly limited. By providing the insulating section 5, it is possible to reduce the formation of unnecessary potential and unnecessary capacitance, thereby improving the electrical characteristics of the SAW device 1.

特に、本例のように、支持基板3として半導体材料であるSi基板を用いる場合には、圧電膜7と支持基板3との間に絶縁部5を設けることにより、支持基板3の影響を低減すことができる。なお、絶縁性を確保しつつ、かつ、支持基板3の高音速材料の特性を活かすためには、絶縁部3の厚みは、0.01p以上2p以下としてもよい。特に0.1p~0.4pとした場合には支持基板3(この場合はSi)の導電率の影響を避けることができる。 In particular, when using a Si substrate, which is a semiconductor material, as the support substrate 3 as in this example, the influence of the support substrate 3 can be reduced by providing an insulating portion 5 between the piezoelectric film 7 and the support substrate 3. Note that in order to ensure insulation and utilize the characteristics of the high sound speed material of the support substrate 3, the thickness of the insulating portion 3 may be 0.01p or more and 2p or less. In particular, when the thickness is 0.1p to 0.4p, the influence of the conductivity of the support substrate 3 (Si in this case) can be avoided.

また、図6(b)に示ように、圧電膜7の直下に支持基板3が存在しない構成であってもよい。図6(b)において、支持基板3には凹部が形成されており、その凹部をふさぐように圧電膜7が配置されている。 Also, as shown in FIG. 6(b), the support substrate 3 may not be present directly below the piezoelectric film 7. In FIG. 6(b), a recess is formed in the support substrate 3, and the piezoelectric film 7 is disposed so as to fill the recess.

特に図示しないが、図6(a)において、絶縁部5が複数の異なる層を積層した構成としてもよい。 Although not specifically shown, in FIG. 6(a), the insulating section 5 may be configured by stacking multiple different layers.

1:SAW装置
3:支持基板
7:圧電膜
9:IDT電極
1: SAW device 3: Support substrate 7: Piezoelectric film 9: IDT electrode

Claims (4)

Al-Cu合金によって構成されており、複数の電極指を備え、弾性表面波を励振するIDT電極と、
上面に前記IDT電極が位置している圧電結晶からなり、前記複数の電極指の繰り返し間隔で定義されるpの2倍で定義される波長λに対して1.0λを超え、1.6λ以下の厚みである、X伝搬回転Yカットのタンタル酸リチウム単結晶基板からなる圧電膜と、を備え、
前記IDT電極の厚みは9%以上12%以下であり、
前記圧電膜のカット角は46°以下であり、
前記圧電膜のカット角をY,前記圧電膜の厚みをX,前記IDT電極の厚みをZとしたときに、以下の式を満たす弾性波装置。
Y=AX +BX+C±1
A=-4017.9Z +1142.9Z-45.893
B=8625.0Z -3065.0Z+116.75
C=5021.4Z +503.57Z+27.891
an IDT electrode made of an Al-Cu alloy, having a plurality of electrode fingers, and exciting a surface acoustic wave;
a piezoelectric film made of an X-propagating rotated Y-cut lithium tantalate single crystal substrate, the piezoelectric film being made of a piezoelectric crystal on whose upper surface the IDT electrode is located, and having a thickness of more than 1.0λ and not more than 1.6λ, where λ is a wavelength defined as twice p, the wavelength being defined as the repetition interval of the plurality of electrode fingers;
The thickness of the IDT electrode is 9% or more and 12% or less,
The cut angle of the piezoelectric film is 46° or less;
An acoustic wave device that satisfies the following formula, where Y is the cut angle of the piezoelectric film, X is the thickness of the piezoelectric film, and Z is the thickness of the IDT electrode.
Y = AX2 + BX + C±1
A = -4017.9Z2 + 1142.9Z-45.893
B = 8625.0Z 2 - 3065.0Z + 116.75
C = 5021.4Z2 + 503.57Z + 27.891
前記IDT電極の厚みは10%以上12%以下である、請求項1に記載の弾性波装置。 The acoustic wave device according to claim 1, wherein the thickness of the IDT electrode is 10% or more and 12% or less. 前記圧電膜の下面の側に直接または間接的に接続された、横波音速が、前記圧電膜中を伝搬する横波音速よりも速い支持基板をさらに備える、請求項1又は2に記載の弾性波装置。 3. The elastic wave device according to claim 1 , further comprising a support substrate connected directly or indirectly to a lower surface side of the piezoelectric film, the support substrate having a shear wave velocity faster than the shear wave velocity propagating through the piezoelectric film. 前記支持基板はSi基板である、請求項に記載の弾性波装置。 The acoustic wave device according to claim 3 , wherein the supporting substrate is a Si substrate.
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