JPWO2007097186A1 - 弾性表面波装置 - Google Patents
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Abstract
周波数特性上に現れるリップルを抑圧することができ、良好な温度特性を有するだけでなく、レイリー波を利用しており、SH波スプリアスによる影響を効果的に抑圧することができる、良好な周波数特性を有する弾性表面波装置を提供する。(0°±5°,θ,0°±10°)のLiNbO3基板2上に、Cuを主体とし、かつIDT電極3を含む電極が形成されており、IDT電極3を含む電極が形成されている領域を除いた残りの領域に、電極と同じ膜厚の第1の酸化ケイ素膜6が形成されており、電極及び第1の酸化ケイ素膜6を覆うように、第2の酸化ケイ素膜7が形成されており、下記の式(1)または(2)を満たす範囲となるように、オイラー角のθ及び第2の酸化ケイ素膜7の規格化膜厚Hが選択されている、弾性表面波装置1。【数1】【数2】
Description
本発明は、例えば共振子や帯域フィルタとして用いられる弾性表面波装置に関し、より詳細には、LiNbO3基板上にIDT電極及び酸化ケイ素膜が形成されている構造を有し、かつレイリー波を利用した弾性表面波装置に関する。
携帯電話機のRF段などに用いられている帯域フィルタでは、広帯域でありかつ良好な温度特性を有することが求められている。そのため、従来、回転Y板X伝搬のLiTaO3基板や回転Y板X伝搬のLiNbO3基板からなる圧電性基板上に、IDT電極が形成されており、かつIDT電極を被覆するように、酸化ケイ素膜を形成した弾性表面波装置が用いられている。この種の圧電性基板は、周波数温度係数が負の値を有し、温度特性を改善するために、正の周波数温度特性を有する酸化ケイ素膜がIDT電極を被覆するように形成されている。
しかしながら、このような構造において、IDT電極を汎用されているAlまたはAlを主成分とする合金などにより形成した場合、IDT電極において、十分な反射係数を得ることができなかった。そのため、共振特性にリップルが生じがちであるという問題があった。
このような問題を解決するものとして、下記の特許文献1には、電気機械結合係数K2が0.025以上のLiNbO3からなる圧電性基板上に、Alよりも密度の大きい金属を主体とするIDT電極が形成されており、該IDT電極が形成されている残りの領域に第1の酸化ケイ素膜が電極と等しい膜厚に形成されており、該電極及び第1の酸化ケイ素膜を被覆するように第2の酸化ケイ素膜を積層した弾性表面波装置が開示されている。
特許文献1に記載の弾性表面波装置では、上記IDT電極の密度が、第1の酸化ケイ素膜の密度の1.5倍以上とされており、それによってIDT電極の反射係数が十分に高められ、共振特性に現れるリップルを抑圧することができるとされている。
WO2005−034347
しかしながら、特許文献1に記載の弾性表面波装置では、共振周波数近傍におけるリップルを抑圧することができるものの、反共振周波数よりも高い周波数領域において、比較的大きなスプリアスが現れることがわかった。すなわち、レイリー波の応答を利用しようとした場合、レイリー波の反共振周波数よりも高い周波数領域であって、該反共振周波数近傍にSH波の応答による大きなスプリアスが現れることがわかった。
また、上記弾性表面波装置においては、実使用時に、電力を投入した時に、共振周波数及び反共振周波数が高域側に大きくシフトすることがあった。発熱による周波数シフトを超える、この異常な周波数シフトは、電力投入時に現れ、電力投入を終えると共振周波数は、設計通りの共振周波数に復帰する。しかしながら、電力投入時のこの異常な周波数シフトの抑圧が強く求められている。
本発明の目的は、上述した従来技術の欠点を解消し、温度特性を改善するために、IDT電極を被覆するように酸化ケイ素膜が形成されている弾性表面波装置において、IDT電極の反射係数を高めて、共振特性に現れるリップルを抑圧し得るだけでなく、レイリー波の応答の反共振周波数よりも高い周波数域に現れるスプリアスを効果的に抑圧することができ、より一層良好な周波数特性を得ることを可能とする、弾性表面波装置を提供することにある。
本発明の他の目的は、さらに、電力投入時の異常な共振周波数のシフトを低減することが可能とされている弾性表面波装置を提供することにある。
本発明によれば、オイラー角(0°±5°,θ,0°±10°)のLiNbO3基板と、前記LiNbO3基板上に形成されており、Cuを主体とし、少なくとも1つのIDT電極を含む電極と、前記電極が形成されている領域を除いた残りの領域において、前記電極と等しい厚みとなるように形成されている第1の酸化ケイ素膜と、前記電極および第1の酸化ケイ素膜を被覆するように形成された第2の酸化ケイ素膜とを備え、前記電極の密度が、前記第1の酸化ケイ素膜の密度の1.5倍以上である、レイリー波を利用した弾性表面波装置であって、前記第2の酸化ケイ素膜の規格化膜厚Hと、前記オイラー角(0°±5°,θ,0°±10°)のθとが、下記の式(1)または(2)を満たす範囲とされていることを特徴とする、弾性表面波装置が提供される。
本発明に係る弾性表面波装置のある特定の局面では、前記第2の酸化ケイ素膜の膜厚が、0.16λ〜0.40λの範囲とされている。この場合には、利用するメインの応答であるレイリー波の電気機械結合係数KSAW 2が6%以上となり、弾性表面波装置の帯域幅を拡げることが可能となる。
本発明の他の特定の局面では、上記LiNbO3基板のオイラー角のθが34.5〜37.5°の範囲とされている。この場合には、電力投入後の異常な周波数シフトを効果的に低減することができる。
本発明のさらに他の特定の局面では、上記IDT電極を被覆している第2の酸化ケイ素膜の膜厚が0.16λ〜0.30λの範囲とされており、それによって、レイリー波の高次モードの電気機械結合係数KSAW 2が0.5%以下とされる。従って、高次モードによるスプリアスを抑圧することができる。
本発明のさらに他の特定の局面では、上記IDT電極のデューティ比が.0.5未満とされており、それによって、電力投入後の異常な周波数シフトをより効果的に低減することができる。
本発明に係る弾性表面波装置のさらに別の特定の局面では、上記IDT電極の膜厚が0.04λ以下とされている。この場合には、電力投入後の異常な周波数シフトを低減することができる。
本発明に係る弾性表面波装置のさらに別の特定の局面では、IDT電極の交叉幅の対数に対する比である交叉幅/対数が0.075λ以上0.25λ以下とされており、それによって、電力投入後の異常な周波数シフトを効果的に低減することが可能となる。
(発明の効果)
(発明の効果)
本発明に係る弾性表面波装置では、(0°±5°,θ,0°±10°)のオイラー角のLiNbO3基板上に、少なくとも1つのIDT電極を含む電極と、第1の酸化ケイ素膜とが等しい膜厚で形成されており、かつ第1の酸化ケイ素膜及び電極を被覆するように第2の酸化ケイ素膜が形成されている。従って、第1,第2の酸化ケイ素膜により、周波数温度特性が改善されている。
しかも、上記IDT電極がCuを主体とし、その密度が第1の酸化ケイ素膜の密度の1.5倍以上とされているので、特許文献1に記載の弾性表面波装置の場合と同様に共振特性上に現れるリップルを抑圧することができる。
加えて、上記オイラー角のθと、第2の酸化ケイ素膜の規格化膜厚Hとが、上述した式(1)または(2)の範囲とされているため、後述の実験例から明らかなように、レイリー波の基本波による応答の反共振周波数よりも高域に現れるSH波スプリアスを効果的に抑圧することができる。これは、上記θと、第2の酸化ケイ素膜の規格化膜厚Hを上記特定の範囲とすることにより、SH波の電気機械結合係数KSAW 2が0.1%以下と小さくされることによる。
従って、本発明によれば、SH波スプリアスの影響が生じ難い、良好な共振特性やフィルタ特性を有する弾性表面波装置を提供することが可能となる。
1…弾性表面波装置
2…LiNbO3基板
3…IDT電極
4,5…反射器
6…第1の酸化ケイ素膜
7…第2の酸化ケイ素膜
2…LiNbO3基板
3…IDT電極
4,5…反射器
6…第1の酸化ケイ素膜
7…第2の酸化ケイ素膜
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。
図1(a)は、本発明の一実施形態に係る弾性表面波装置の模式的平面図であり、(b)はその要部を示す部分切欠拡大正面断面図である。
弾性表面波装置1は、回転Y板X伝搬のLiNbO3基板2を用いて構成されている。LiNbO3基板2の結晶方位は、オイラー角で(0°,θ,0°)とされている。
また、LiNbO3基板2上には、図1(b)に示すように、IDT電極3が形成されている。図1(a)に示すように、IDT電極3の表面波伝搬方向両側には、反射器4,5が形成されている。
これらの電極が形成されている領域の残りの領域には、第1の酸化ケイ素膜6が形成されている。第1の酸化ケイ素膜6の膜厚は、IDT電極3及び反射器4,5の膜厚と等しくされている。そして、これらの電極及び第1の酸化ケイ素膜6を覆うように第2の酸化ケイ素膜7が形成されている。
弾性表面波装置1では、LiNbO3基板は、負の周波数温度係数を有する。これに対して、酸化ケイ素膜6,7は、正の周波数温度係数を有する。従って、周波数特性を改善することができる。
加えて、IDT電極3を含む電極の密度が、第1の酸化ケイ素膜6の密度の1.5倍以上とされている。すなわち、本実施形態では、IDT電極3は、Cuにより形成されている。従って、IDT電極3の密度は8.93g/cm3であり、他方第1の酸化ケイ素膜の密度は2.21g/cm3である。
従って、前述した特許文献1に開示されているように、IDT電極3の反射係数を高めることができる。それによって、共振特性上に現れるリップルを抑圧することが可能とされている。
本実施形態の弾性表面波装置1の特徴は、さらに、上記LiNbO3基板2のオイラー角のθと、第2の酸化ケイ素膜7の規格化膜厚Hとが、下記の式(1)または(2)を満たす範囲とされていることにある。それによって、レイリー波を利用した場合のレイリー波の応答の反共振周波数の高域側に現れる不要スプリアスを効果的に抑圧することができる。これを、具体的な実験例に基づき説明する。
(第1の実験例)
上記弾性表面波装置1として、オイラー角(0°,θ,0°)のθが異なる複数種のLiNbO3基板を用意した。このLiNbO3基板2上に、Cuからなり、膜厚が0.04λ、デューティ比が0.50のIDT電極3を形成した。IDT電極3の電極指の対数は120対、交叉幅は32.3μmとした。また、上記IDT電極3の表面波伝搬方向両側に、IDT電極3と同じ電極材料で、同じ膜厚の反射器4,5を形成した。反射器4,5における電極指の本数はそれぞれ20本とした。
上記弾性表面波装置1として、オイラー角(0°,θ,0°)のθが異なる複数種のLiNbO3基板を用意した。このLiNbO3基板2上に、Cuからなり、膜厚が0.04λ、デューティ比が0.50のIDT電極3を形成した。IDT電極3の電極指の対数は120対、交叉幅は32.3μmとした。また、上記IDT電極3の表面波伝搬方向両側に、IDT電極3と同じ電極材料で、同じ膜厚の反射器4,5を形成した。反射器4,5における電極指の本数はそれぞれ20本とした。
なお、製造に際しては、LiNbO3基板上に、第1の酸化ケイ素膜をスパッタリングにより成膜し、しかる後酸化ケイ素膜上にレジストパターンを形成した後、反応性イオンエッチングにより酸化ケイ素膜をエッチングし、電極形成部分に溝を形成してLiNbO3基板を露出させた。この溝に、Cuを埋め込むことにより、IDT電極3及び反射器4,5を形成した。
なお、第2の酸化ケイ素膜は、スパッタリング法により、形成した。第2の酸化ケイ素膜の膜厚を、0.15λ、0.20λ、0.25λ、0.30λ、0.35λまたは0.40λとして、複数種の弾性表面波装置1を作製した。
これらの弾性表面波装置1におけるオイラー角のθと、レイリー波の電気機械結合係数KSAW 2と、第2の酸化ケイ素膜の膜厚との関係を図2に示す。
図2から明らかなように、第2の酸化ケイ素膜の膜厚が薄くなるほど電気機械結合係数KSAW 2が高くなる傾向のあることがわかる。また、オイラー角のθが30〜45°の範囲で高くなり、特に35〜40°付近で高くなることがわかる。
すなわち、レイリー波の電気機械結合係数KSAW 2は、オイラー角のθ及び第2の酸化ケイ素膜の膜厚により変化することがわかる。
他方、図3は、上記複数の弾性表面波装置1におけるオイラー角のθと、第2の酸化ケイ素膜7の膜厚とスプリアスとなるSH波の電気機械結合係数KSAW 2との関係を示す図である。
図3から明らかなように、第2の酸化ケイ素膜7の膜厚が薄くなるにつれて、SH波の電気機械結合係数KSAW 2も高くなる傾向のあることがわかる。もっとも、SH波の電気機械結合係数KSAW 2は、オイラー角のθが30〜40°付近で小さく、35°付近でもっとも小さくなることがわかる。
図2及び図3の結果を基にスプリアスとなるSH波の電気機械結合係数KSAW 2が0.1%以下となるオイラー角のθ及び第2の酸化ケイ素膜の規格化膜厚Hを求めると、図4に示すハッチングで付した領域となる。すなわち、図4に斜線のハッチングを付した領域内では、SH波の電気機械結合係数KSAW 2が0.1%以下となり、弾性表面波装置1を使用する際に、SH波によるスプリアスがほとんど無視され得る範囲となることがわかる。
そして、図4の斜線のハッチングを付して示した領域とは、前述した式(1)または式(2)を満たす範囲内である。
従って、上記式(1)または式(2)を満たすように、LiNbO3基板2のオイラー角のθと、第2の酸化ケイ素膜7の膜厚を選択することにより、スプリアスとなるSH波の電気機械結合係数KSAW 2を0.1%以下とし得ることがわかる。
(第2の実験例)
上記弾性表面波装置1と同様にして、ただし、第2の酸化ケイ素膜の膜厚を0.3λまたは0.4λとし、IDT電極の膜厚を0.02λ、0.04λまたは0.06λとした弾性表面波装置を種々作製した。これらの弾性表面波装置1におけるオイラー角のθと、IDT電極の膜厚と、SH波の電気機械結合係数との関係を図5(a),(b)に示す。図5(a)は、第2の酸化ケイ素膜7の膜厚が0.3λの場合の結果を示し、(b)は0.4λの場合の結果を示す。
上記弾性表面波装置1と同様にして、ただし、第2の酸化ケイ素膜の膜厚を0.3λまたは0.4λとし、IDT電極の膜厚を0.02λ、0.04λまたは0.06λとした弾性表面波装置を種々作製した。これらの弾性表面波装置1におけるオイラー角のθと、IDT電極の膜厚と、SH波の電気機械結合係数との関係を図5(a),(b)に示す。図5(a)は、第2の酸化ケイ素膜7の膜厚が0.3λの場合の結果を示し、(b)は0.4λの場合の結果を示す。
図5(a),(b)から明らかなように、第2の酸化ケイ素膜7の膜厚が0.3λあるいは0.4λのいずれの場合においても、IDT電極3の膜厚を0.02λ〜0.06λの範囲で変化させたとしても、電気機械結合係数KSAW 2を0.1%以下とし得るオイラー角のθと、第2の酸化ケイ素膜7の膜厚Hとの関係はさほど大きく変化しないことがわかる。
他方、実際に弾性表面波装置1を使用する際に、利用するレイリー波の電気機械結合係数KSAW 2は5%以上とすることが求められる。従って、第2の酸化ケイ素膜の膜厚は、図2より、0.4λ以下とすることが望ましい。また、図4より、第2の酸化ケイ素膜の膜厚は0.16λ以上であることが好ましい。
(第3の実験例)
次に、上記図4に示した結果を確認するために、具体的な弾性表面波装置を作製し、その周波数特性を測定した。オイラー角(0°,34°,0°)のLiNbO3基板を用いて、1.9GHz帯の共振周波数を有する1ポート型弾性表面波共振子を作製した。なお、λ=2.07μmとなる。
次に、上記図4に示した結果を確認するために、具体的な弾性表面波装置を作製し、その周波数特性を測定した。オイラー角(0°,34°,0°)のLiNbO3基板を用いて、1.9GHz帯の共振周波数を有する1ポート型弾性表面波共振子を作製した。なお、λ=2.07μmとなる。
すなわち、上記LiNbO3基板2上に、第1の酸化ケイ素膜を全面に0.039λの厚みとなるように成膜した。しかる後、レジストパターンを形成し、反応性イオンエッチングにより第1の酸化ケイ素膜を選択的にエッチングし、電極形成部分に溝を形成した。この溝に、Cuを埋め込み、厚み0.039λ=80nmのCuからなるIDT電極3及び反射器4,5を形成した。しかる後、IDT電極を覆うように第2の酸化ケイ素膜7を成膜し、弾性表面波装置を得た。この場合、第2の酸化ケイ素膜7の膜厚は、500nm(0.24λ)、600nm(0.29λ)または700nm(0.34λ)とした。
このようにして得られた3種類の弾性表面波装置1のインピーダンス−周波数特性及び位相−周波数特性を測定した。結果を図6に示す。
図6から明らかなように、第2の酸化ケイ素膜7の膜厚が500nmすなわち0.24λである場合、矢印Aで示すように、反共振周波数の高域側に非常に大きなSH波によると思われるスプリアスが生じていることがわかる。これに対して、第2の酸化ケイ素膜の膜厚が600nm(0.29λ)または700nm(0.34λ)である場合には、反共振周波数の高域側にこのような大きなスプリアスの現れていないことがわかる。
すなわち、θが34°であるため、上記第2の酸化ケイ素膜の膜厚が0.29λ及び0.34λである場合には、式(2)を満たすことになるため、SH波スプリアスを小さくすることができる。これに対して、第2の酸化ケイ素膜の膜厚が500nmすなわち0.24λである場合には、式(1)及び式(2)のいずれをも満たさないことになるため、大きなSH波スプリアスが現れていることがわかる。
(第4の実験例)
次に、上記1ポート型弾性表面波共振子の製造方法と同様にして、PCS用のデュプレクサを作製し、その帯域フィルタ部の波形を測定した。なお、電極材料としてCuを用い、電極厚み及び第1の酸化ケイ素膜6の厚みは0.05λ(98nm)とし、第2の酸化ケイ素膜7の膜厚は0.27λ(531nm)とした。さらに、第2の酸化ケイ素膜7上に、周波数調整を行うために、周波数調整膜を成膜した。SiNを成膜し、成膜時の厚みを調整したり、あるいは成膜後に反応性イオンエッチングやイオンミリングなどによりエッチングし膜厚を薄くしたりするようにして所望の周波数となるように周波数調整を行った。なお、周波数調整膜は、SiCやSiなどの他の材料からなるものであってもよい。
次に、上記1ポート型弾性表面波共振子の製造方法と同様にして、PCS用のデュプレクサを作製し、その帯域フィルタ部の波形を測定した。なお、電極材料としてCuを用い、電極厚み及び第1の酸化ケイ素膜6の厚みは0.05λ(98nm)とし、第2の酸化ケイ素膜7の膜厚は0.27λ(531nm)とした。さらに、第2の酸化ケイ素膜7上に、周波数調整を行うために、周波数調整膜を成膜した。SiNを成膜し、成膜時の厚みを調整したり、あるいは成膜後に反応性イオンエッチングやイオンミリングなどによりエッチングし膜厚を薄くしたりするようにして所望の周波数となるように周波数調整を行った。なお、周波数調整膜は、SiCやSiなどの他の材料からなるものであってもよい。
図7は、上記のようにして得られたPCS用表面波デュプレクサの帯域フィルタ部の減衰量周波数特性を示す図である。なお、図7においては、オイラー角のθが32°であり、上記式(1),(2)の双方を満たさない場合とオイラー角のθが36°であり、上記式(1)を満たす場合との特性を示した。図7において、実線がθ=36°の場合の結果を示し、破線がθ=32°の場合を示す。また、図7において、下方の周波数特性は、縦軸の減衰量のスケールを縦軸の右側に示した拡大スケールで示した周波数特性である。
図7から明らかなように、θが32°の場合には、通過帯域内において、SH波の大きなスプリアスが矢印Bで示すように現れていることがわかる。これに対して、θが36°であり、上記式(1)を満たす場合には、このような大きなスプリアスが現れていないことがわかる。
(第5の実験例)
上記実施形態と同様の弾性表面波装置1を作製し、電力投入時の周波数変動量を測定した。すなわち、第1の実施形態の弾性表面波装置1と同様にして、ただし、CuからなるIDT電極の膜厚を0.05λ、第1の酸化ケイ素膜の膜厚を0.05λ、第2の酸化ケイ素膜7の膜厚を0.30λとし、さらに第2の酸化ケイ素膜の表面に周波数調整膜として膜厚15nmのSiN膜を形成した。IDT電極3のデューティ比は0.55とした。使用したLiNbO3基板2のオイラー角のθは、30°、34°、36°及び38°とした。このようにして得られた複数種の弾性表面波装置1におけるオイラー角のθと、電力投入時の周波数シフト量を示す乖離率との関係を図8に示す。なお、乖離率とは下記の式で求められる値である。
上記実施形態と同様の弾性表面波装置1を作製し、電力投入時の周波数変動量を測定した。すなわち、第1の実施形態の弾性表面波装置1と同様にして、ただし、CuからなるIDT電極の膜厚を0.05λ、第1の酸化ケイ素膜の膜厚を0.05λ、第2の酸化ケイ素膜7の膜厚を0.30λとし、さらに第2の酸化ケイ素膜の表面に周波数調整膜として膜厚15nmのSiN膜を形成した。IDT電極3のデューティ比は0.55とした。使用したLiNbO3基板2のオイラー角のθは、30°、34°、36°及び38°とした。このようにして得られた複数種の弾性表面波装置1におけるオイラー角のθと、電力投入時の周波数シフト量を示す乖離率との関係を図8に示す。なお、乖離率とは下記の式で求められる値である。
乖離率=(0.9Wの電力を投入した際の投入時の周波数変動量)/(60℃発熱時のTCFから求めた周波数変動量)
すなわち、弾性表面波装置では、電力を投入した際に、室温から60℃程度の温度まで温度が上昇する。従って、上記電力投入時の発熱により、幾分かは周波数が変動する。この温度上昇による周波数変動量に対する、実際に0.9Wの電力を投入した際の周波数変動量の割合を乖離率として求めた。従って、乖離率が1である場合には、上記温度上昇による周波数変動のみが生じていることになる。そして、乖離率が大きいほど温度上昇に基づく周波数変動以外に、異常な周波数シフトが起こっていることがわかる。
すなわち、弾性表面波装置では、電力を投入した際に、室温から60℃程度の温度まで温度が上昇する。従って、上記電力投入時の発熱により、幾分かは周波数が変動する。この温度上昇による周波数変動量に対する、実際に0.9Wの電力を投入した際の周波数変動量の割合を乖離率として求めた。従って、乖離率が1である場合には、上記温度上昇による周波数変動のみが生じていることになる。そして、乖離率が大きいほど温度上昇に基づく周波数変動以外に、異常な周波数シフトが起こっていることがわかる。
従って、TCFが−5ppm/℃の弾性表面波装置では、60℃の発熱により生じる周波数変動量は−300ppmであると考えられるが、0.9Wの電力を投入した際に−900ppmの変動量が生じた場合の乖離率は、(−900)/(−300)=3となる。
図8から明らかなように、オイラー角のθが36°近傍において、乖離率が1に非常に近づき、異常な周波数シフトがほとんど起こっていないことがわかる。他方、θが36°より小さくなったり、大きくなったりするにつれて、上記乖離率が大きくなっていくことがわかる。
上記乖離率は1が理想であるが、図8から乖離率を2.5以下とするには、オイラー角のθを34.5°〜37.5°の範囲とすればよいことがわかる。
従って、本発明においては好ましくは、オイラー角のθは、34.5°〜37.5°の範囲とされる。
なお、乖離率が2.5を超えると、上記周波数変動が大きくなりすぎ、電力投入直後の特性の安定性が大きく損なわれることになる。
(第6の実験例)
次に、θ=34°であるLiNbO3基板を用い、上記第5の実験例と同様にして弾性表面波装置1を作製し、ただし、第2の酸化ケイ素膜7の膜厚は0.30λとし、IDT電極3のデューティ比を0.2から0.65の範囲で変化させ、複数種の弾性表面波装置1を作製し、乖離率を求めた。結果を図9に示す。
次に、θ=34°であるLiNbO3基板を用い、上記第5の実験例と同様にして弾性表面波装置1を作製し、ただし、第2の酸化ケイ素膜7の膜厚は0.30λとし、IDT電極3のデューティ比を0.2から0.65の範囲で変化させ、複数種の弾性表面波装置1を作製し、乖離率を求めた。結果を図9に示す。
図9から明らかなように、IDT電極のデューティ比が小さくなるほど、乖離率が小さくなり好ましいことがわかる。そして、乖離率を2.5以下とするには、IDT電極のデューティ比を0.5以下とすればよいことがわかる。
もっとも、IDTのデューティ比が小さくなりすぎると、電極抵抗が高くなりすぎ、弾性表面波装置として使用することが困難になる。従って、IDT電極のデューティ比は0.25以上であることが望ましい。よって、好ましくは、IDT電極のデューティ比は0.25〜0.5の範囲とされる。
(第7の実験例)
次に、上記第5,第6の実験例と同様にして、ただし、LiNbO3基板2のオイラー角のθを34°、CuからなるIDT電極3のデューティ比を0.55、第2の酸化ケイ素膜7の膜厚を0.30λとし、最上部に膜厚15nmのSiNからなる周波数調整膜を形成した構造において、IDT電極3であるCu膜の厚みを、0.03λ〜0.05λの間で変化させ、複数種の弾性表面波装置1を作製した。このようにして得られた弾性表面波装置1のCuからなるIDT電極3の膜厚と、乖離率との関係を図10に示す。
次に、上記第5,第6の実験例と同様にして、ただし、LiNbO3基板2のオイラー角のθを34°、CuからなるIDT電極3のデューティ比を0.55、第2の酸化ケイ素膜7の膜厚を0.30λとし、最上部に膜厚15nmのSiNからなる周波数調整膜を形成した構造において、IDT電極3であるCu膜の厚みを、0.03λ〜0.05λの間で変化させ、複数種の弾性表面波装置1を作製した。このようにして得られた弾性表面波装置1のCuからなるIDT電極3の膜厚と、乖離率との関係を図10に示す。
図10から明らかなように、IDT電極3の膜厚が薄くなるほど乖離率は小さくなり、Cuの膜厚が0.04λ以下であれば、乖離率が2.5以下と小さくなることがわかる。従って、好ましくは、IDT電極3の膜厚は、0.04λ以下とすることが望ましい。
(第8の実験例)
次に、上記第7の実験例と同様にして、ただし、周波数調整膜としてのSiN膜の膜厚を、15nmまたは25nmとした。さらに、比較のためにSiN膜を設けなかった弾性表面波装置も作製した。他の構成については上記第7の実験例と同様に、オイラー角のθを34°とし、IDT電極はCuからなり、その膜厚を0.05λとし、第2の酸化ケイ素膜の膜厚は0.30λとした。結果を図11に示す。図11から明らかなように、SiN膜厚を厚くするほど、乖離率が低下するので、SiNは厚い方が望ましい。
次に、上記第7の実験例と同様にして、ただし、周波数調整膜としてのSiN膜の膜厚を、15nmまたは25nmとした。さらに、比較のためにSiN膜を設けなかった弾性表面波装置も作製した。他の構成については上記第7の実験例と同様に、オイラー角のθを34°とし、IDT電極はCuからなり、その膜厚を0.05λとし、第2の酸化ケイ素膜の膜厚は0.30λとした。結果を図11に示す。図11から明らかなように、SiN膜厚を厚くするほど、乖離率が低下するので、SiNは厚い方が望ましい。
(第9の実験例)
次に、IDT電極3の交叉幅/対数を種々変更し、複数種の弾性表面波装置1を作製し、交叉幅と対数との関係を求めた。LiNbO3基板2のオイラー角のθは34°とし、CuからなるIDT電極3の膜厚は0.05λ、第2の酸化ケイ素膜7の膜厚は0.30λ、周波数調整膜としてのSiN膜の膜厚は15nmとし、IDT電極3のデューティ比を0.55とした。交叉幅/対数については、0.058λ、0.077λ、0.11λまたは0.23λと変化させた。
次に、IDT電極3の交叉幅/対数を種々変更し、複数種の弾性表面波装置1を作製し、交叉幅と対数との関係を求めた。LiNbO3基板2のオイラー角のθは34°とし、CuからなるIDT電極3の膜厚は0.05λ、第2の酸化ケイ素膜7の膜厚は0.30λ、周波数調整膜としてのSiN膜の膜厚は15nmとし、IDT電極3のデューティ比を0.55とした。交叉幅/対数については、0.058λ、0.077λ、0.11λまたは0.23λと変化させた。
なお、交叉幅とは、IDT電極3の隣接する異なる電位に接続される電極指通しが表面波伝搬方向において重なり合っている部分の電極指の延びる方向の寸法をいうものとする。
図12から明らかなように、交叉幅/対数が0.075λ以上、0.25λ以下の範囲であれば、乖離率が4以下と小さくなり、好ましいことがわかる。より好ましくは、交叉幅/対数を0.12λ〜0.2λの範囲とすれば、乖離率を2.5以下とし得ることがわかる。
(第10の実験例)
次に、前述したPCS用表面波デュプレクサについての1500MHz以上の高周波領域における周波数特性を図13に示す。なお、この特性は、前述した図7に示した周波数特性の高域側を示しているものである。
次に、前述したPCS用表面波デュプレクサについての1500MHz以上の高周波領域における周波数特性を図13に示す。なお、この特性は、前述した図7に示した周波数特性の高域側を示しているものである。
図13から明らかなように、利用する応答であるレイリー波の応答よりも高い周波数、すなわち、2300MHz付近に、矢印Cで示すスプリアスの現れていることがわかる。この矢印Cで示すスプリアスは、使用するレイリー波の高次モードによるスプリアスである。このスプリアスは、レイリー波による基本波の応答から幾分離れているものの、小さいことが望ましい。そして、本願発明者は、第2の酸化ケイ素膜7の膜厚を変化させた場合に、この高次モードによるスプリアスを抑圧し得ることを見出した。
図14は、上記表面波デュプレクサにおける第2の酸化ケイ素膜7の膜厚を変化させた場合の上記レイリー波の高次モードの電気機械結合係数KSAW 2の変化を示す図である。なお、使用したLiNbO3基板2のオイラー角のθは36°であり、IDT電極3はCuからなり、その膜厚は0.05λ、デューティ比は0.50とした。
図14から明らかなように、第2の酸化ケイ素膜7の膜厚が薄くなるほど、上記レイリー波の高次モードによるスプリアスを抑圧することができ、特に、この高次モードの電気機械結合係数は、特性上必要な減衰特性を得るには0.5%以下が望ましいとされている。従って、上記第2の酸化ケイ素膜7の膜厚は0.3λ以下とすることが好ましい。
なお、上述してきた実施形態及び実験例では、IDT電極3を含む電極はCuにより構成されていたが、本発明においては、電極はCuを主体とする限り、様々に変形することができる。すなわち、上記のようにCu単層からなる電極膜を用いてもよく、あるいはCu膜とCu以外の他の金属もしくは合金膜とを積層した積層膜により電極を形成してもよい。積層膜の場合には、Cu膜が電極の主体となる厚みに形成されておればよい。また、Cuに限らず、Cuを主成分とする合金によりIDT電極を形成してもよく、Cuを主体とする合金からなる電極膜を主たる電極層として有する積層膜により電極を形成してもよい。
さらに、前述した1ポート型弾性表面波共振子やデュプレクサの帯域フィルタ部に限らず、様々な共振子や様々な回路構成の表面波フィルタに本発明を適用することができる。
Claims (7)
- オイラー角(0°±5°,θ,0°±10°)のLiNbO3基板と、
前記LiNbO3基板上に形成されており、Cuを主体とし、少なくとも1つのIDT電極を含む電極と、
前記電極が形成されている領域を除いた残りの領域において、前記電極と等しい厚みとなるように形成されている第1の酸化ケイ素膜と、
前記電極及び第1の酸化ケイ素膜を被覆するように形成された第2の酸化ケイ素膜とを備え、
前記電極の密度が、前記第1の酸化ケイ素膜の密度の1.5倍以上である、レイリー波を利用した弾性表面波装置であって、
前記第2の酸化ケイ素膜の規格化膜厚Hと、前記オイラー角(0°±5°,θ,0°±10°)のθとが、下記の式(1)または(2)を満たす範囲とされていることを特徴とする、弾性表面波装置。
- 前記第2の酸化ケイ素膜の膜厚が、0.16λ〜0.40λの範囲とされている、請求項1に記載の弾性表面波装置。
- 前記オイラー角のθが34.5°〜37.5°の範囲にある、請求項1または2に記載の弾性表面波装置。
- 前記第2の酸化ケイ素膜の膜厚が0.16λ〜0.30λの範囲にある、請求項1〜3のいずれか1項に記載の弾性表面波装置。
- 前記IDT電極のデューティ比が0.5未満である、請求項1〜4のいずれか1項に記載の弾性表面波装置。
- 前記電極の厚みが、0.04λ以下である、請求項1〜5のいずれか1項に記載の弾性表面波装置。
- 前記IDT電極の電極指の対数に対する交叉幅の比である交叉幅/対数が0.075λ〜0.25λの範囲にある、請求項1〜6のいずれか1項に記載の弾性表面波装置。
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