JPWO2008123131A1 - 弾性表面波装置 - Google Patents

Abstract

温度変化による特性の変動が生じ難く、ＩＤＴの電極指１本当たりの反射係数が高く、狭帯域化が容易な弾性表面波装置を得る。オイラー角が（０°±５°，０°〜１４０°，０°±４０°）である水晶からなる圧電基板２の上面の複数本の溝２ａに金属が充填されて、ＩＤＴ電極３が形成されており、ＩＤＴ電極３を覆うようにｃ軸配向のＺｎＯからなる圧電膜４が形成されており、弾性表面波としてレイリー波が利用される弾性表面波装置において、ＩＤＴ電極３が、Ａｕ、Ｔａ、Ｗ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ｎｉ及びＭｏからなる群から選択された少なくとも１種の金属を主体とする金属材料からなり、弾性表面波の波長をλとした場合、前記ＩＤＴ電極３において主体となる金属と、ＩＤＴ電極３のλで規格化してなる規格化膜厚と、圧電膜のλで規格化してなる規格化膜厚とが、下記の表１で示す各組み合わせの範囲内とされている弾性表面波装置１。【表１】

Description

本発明は、帯域フィルタや共振子等に用いられる弾性表面波装置に関し、より詳細には、水晶からなる圧電基板上にＩＤＴ電極及びＺｎＯからなる圧電膜が積層された構造を有する弾性表面波装置に関する。

従来、さまざまな圧電材料を用いて、種々の弾性表面波装置が提案されている。例えば、下記の非特許文献１には、ＺｎＯ膜と水晶とを積層した構造を有する小型の弾性表面波フィルタが開示されている。ここでは、２７°ＹカットＸ伝搬の水晶からなる圧電基板上にＡｌからなるＩＤＴ電極が形成されており、ＩＤＴ電極を覆うようにＺｎＯからなる圧電膜が積層されたトランスバーサル型の弾性表面波フィルタが示されている。ＩＤＴ電極の弾性表面波の波長で規格化した膜厚Ｈ／λが０．０２とされている。ＺｎＯからなる圧電膜の規格化膜厚Ｈ／λは０．３とされており、それによって、ＷＣＤＭＡ方式の携帯電話機のＩＦ段の３８０ＭＨｚ帯の帯域フィルタが構成されている。
「ＺｎＯ膜／水晶構造を用いた小型、低損失フィルタ」第３１回ＥＭシンポジウム、ｐｐ、８７−９４（２００２／５）

非特許文献１に記載のように、従来、ＺｎＯ／ＩＤＴ電極／水晶からなる積層構造については、トランスバーサル型の弾性表面波フィルタ装置への応用が検討されていた。

他方、表面波装置としては、トランスバーサル型の弾性表面波フィルタの他に、電極における表面波の反射を利用した弾性表面波共振子や、弾性表面波共振子型フィルタなどの共振子型の弾性表面波装置が知られている。もっとも、ＺｎＯ／ＩＤＴ電極／水晶からなる構造の共振子型の弾性表面波フィルタ装置への応用は十分に検討されていなかった。

近年、携帯電話機の帯域フィルタとしては、比帯域幅が約１％と狭帯域であり、かつ選択度に優れた帯域フィルタが求められている。例えば、クオルコム社によるメディアＦＬＯ（登録商標）のような携帯電話向け映像放送サービスでは、中心周波数７００ＭＨｚであり、かつ帯域幅が６ＭＨｚ（比帯域幅で０．８５％）の帯域フィルタが求められている。このような狭帯域で、選択度に優れた帯域フィルタは、トランスバーサル型の弾性表面波フィルタでは実現が困難であった。また、ＬｉＴａＯ_３、ＬｉＮｂＯ_３または水晶などを圧電基板として用いた縦結合共振子型の弾性表面波フィルタでも、温度特性が悪いあるいは電気機械結合係数が適していない等の理由からこのような帯域幅を得ることは困難であった。

なお、共振子型の弾性表面波装置において、ＩＤＴ電極の周期で定まる波長をλ、圧電基板におけるＩＤＴ部が電気的開放時の位相速度をＶ、ＩＤＴ部が電気的短絡時の位相速度ＶｍとしたときのＶ−ＶｍをΔＶ、中心周波数をＦ、帯域幅をΔＦとした場合、電気機械結合係数Ｋ^２は下記の式（１）を満たしている。但し、式（１）において∝は比例を意味する。

Ｋ^２／２＝｜ΔＶ｜／Ｖ
＝｜ΔＶ／λ｜／（Ｖ／λ）∝｜ΔＦ｜／Ｆ…式（１）
上記比帯域幅０．８５％を確保した上で、共振子型の弾性表面波フィルタ装置を小型化するには、ＩＤＴ電極の電極指の反射係数を高めることが求められる。しかしながら、従来、共振子型の弾性表面波フィルタ装置において、反射係数を十分に高めることは困難であり、従って、上記のような要求に応える共振子型の弾性表面波フィルタ装置を実現することはできなかった。

本発明の目的は、上述した従来技術の現状に鑑み、ＩＤＴ電極の電極指の反射係数を高めることができ、それによって、狭い比帯域幅を実現することを可能とする共振子型の弾性表面波装置を提供することにある。

本発明によれば、オイラー角が（０°±５°，０°〜１４０°，０°±４０°）である水晶からなり、上面に複数本の溝が形成されている圧電基板と、前記圧電基板の上面の複数本の溝に充填された金属からなり、かつ複数本の電極指を有するＩＤＴ電極と、前記ＩＤＴ電極を覆うように前記圧電基板上に形成されており、かつｃ軸配向のＺｎＯからなる圧電膜とを備え、弾性表面波としてレイリー波が利用される弾性表面波装置において、前記ＩＤＴ電極が、Ａｕ、Ｔａ、Ｗ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ｎｉ及びＭｏからなる群から選択された少なくとも１種の金属を主体とする金属材料からなり、弾性表面波の波長λとした場合、前記ＩＤＴ電極において主体となる金属と、前記ＩＤＴ電極の弾性表面波の波長で規格化した規格化膜厚ｈ／λと、前記圧電膜の弾性表面波の波長で規格化した規格化膜厚ｈ／λとが、下記の表１で示す各組み合わせの範囲内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では、好ましくは、前記ＩＤＴ電極の主体となる金属と、前記ＩＤＴ電極の弾性表面波の波長λで規格化した規格化膜厚と、ＺｎＯからなる前記圧電膜の弾性表面波の波長λで規格化した規格化膜厚とが、下記の表２に示す各組み合わせの範囲内とされる。この場合には、ＩＤＴ電極の電極指の１本当たりの弾性表面波の反射係数の絶対値を０．０５以上とより一層高くすることができる。

より好ましくは、前記ＩＤＴ電極の主体となる金属と、前記ＩＤＴ電極の弾性表面波の波長λで規格化した規格化膜厚と、ＺｎＯからなる前記圧電膜の弾性表面波の波長λで規格化した規格化膜厚とが、下記の表３に示す各組み合わせの範囲内とされる。この場合には、ＩＤＴ電極の電極指の１本当たりの弾性表面波の反射係数の絶対値を０．１以上とより一層高くすることができる。

また、上記圧電基板のオイラー角は、好ましくは、（０°±５°，０°〜２３°，０°±４０°）または（０°±５°，１０５°〜１４０°，０°±４０°）の範囲とされ、その場合には、水晶からなる圧電基板の正の周波数温度係数ＴＣＦを、ＺｎＯからなる圧電薄膜の負の周波数温度係数により効果的に相殺でき、周波数温度係数ＴＣＦの絶対値が小さい弾性表面波装置を提供することができる。

また、本発明の他の広い局面によれば、オイラー角が（０°±５°，０°〜１４０°，０°±４０°）である水晶からなり、上面に複数本の溝が形成されている圧電基板と、前記圧電基板の上面の前記複数本の溝に充填された金属からなり、複数本の電極指を有するＩＤＴ電極と、前記ＩＤＴ電極を覆うように前記圧電基板上に形成されたｃ軸配向ＺｎＯからなる圧電膜とを備え、弾性表面波としてレイリー波が利用される弾性表面波装置において、前記ＩＤＴ電極がＡｕ、Ｔａ、Ｗ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ｎｉ及びＭｏからなる群から選択された複数の金属の積層金属膜からなり、前記積層金属膜を構成する各金属膜の膜厚Ｔと各金属膜を構成している金属の密度との積の総和を、前記積層金属膜を構成する各金属膜の膜厚Ｔの総和で除算して得られる商を平均密度とし、弾性表面波波長をλとすると、前記平均密度、前記ＩＤＴ電極の規格化膜厚及び前記ＺｎＯ膜の規格化膜厚が、下記の表４に示す各組み合わせの範囲内であることを特徴とする、弾性表面波装置が提供される。

（発明の効果）

本発明に係る弾性表面波装置では、上記特定のオイラー角の水晶からなる圧電基板の上面に形成された複数本の溝に金属を充填することによりＩＤＴ電極が形成されており、ＩＤＴ電極を覆うようにＺｎＯからなる圧電膜が形成されている構造において、ＩＤＴ電極が上記特定の金属を主体とする金属材料からなり、ＩＤＴ電極において主体となる金属と、ＩＤＴ電極の規格化膜厚と、圧電膜の規格化膜厚とが表１に示す各組み合わせの範囲内とされているため、ＩＤＴの電極指１本当たりの弾性表面波の反射係数の絶対値を０．０２５以上と高くすることができる。従って、ＺｎＯ／ＩＤＴ電極／水晶の積層構造を有する共振子型の弾性表面波装置であって、狭帯域かつ高選択度の弾性表面波装置を提供することが可能となる。

また、本発明において、上記のように、積層金属膜からなるＩＤＴ電極において、積層金属膜を構成する各金属膜の膜厚Ｔと、各金属膜を構成している金属の密度との積の総和を、積層金属膜を構成する各金属膜の膜厚Ｔの総和で除算した値を平均密度とし、弾性表面波の波長をλとした場合、平均密度、ＩＤＴ電極の規格化膜厚及びＺｎＯの規格化膜厚が表４に示す下記の範囲内とされている場合においても、同様に、ＩＤＴの電極指１本当たりの弾性表面波の反射係数の絶対値を０．０２５以上と高くすることができ、共振子型の弾性表面波装置であって、狭帯域かつ高選択度の弾性表面波装置を提供することが可能となる。

図１（ａ），（ｂ）は、本発明の一実施形態に係る弾性表面波装置の部分切欠模式的正面断面図及び電極構造を示す模式的平面図である。 図２は、オイラー角（０°，１１７°，０°）の水晶からなる圧電基板の上面の複数本の溝にＡｌを充填することによりＡｌからなるＩＤＴ電極が形成されており、さらにＺｎＯ膜が積層されている構造におけるＡｌからなるＩＤＴ電極の規格化膜厚及びＺｎＯ膜の規格化膜厚Ｈ／λと、ＩＤＴの電極指の反射係数との関係を示す図である。 図３は、オイラー角（０°，１１７°，０°）の水晶からなる圧電基板の上面の複数本の溝にＡｕを充填することによりＡｕからなるＩＤＴ電極が形成されており、さらにＺｎＯ膜が積層されている構造におけるＡｕからなるＩＤＴ電極の規格化膜厚及びＺｎＯ膜の規格化膜厚Ｈ／λと、ＩＤＴの電極指の反射係数との関係を示す図である。 図４は、オイラー角（０°，１１７°，０°）の水晶からなる圧電基板の上面の複数本の溝にＴａを充填することによりＴａからなるＩＤＴ電極が形成されており、さらにＺｎＯ膜が積層されている構造におけるＴａからなるＩＤＴ電極の規格化膜厚及びＺｎＯ膜の規格化膜厚Ｈ／λと、ＩＤＴの電極指の反射係数との関係を示す図である。 図５は、オイラー角（０°，１１７°，０°）の水晶からなる圧電基板の上面の複数本の溝にＷを充填することによりＷからなるＩＤＴ電極が形成されており、さらにＺｎＯ膜が積層されている構造におけるＷからなるＩＤＴ電極の規格化膜厚及びＺｎＯ膜の規格化膜厚Ｈ／λと、ＩＤＴの電極指の反射係数との関係を示す図である。 図６は、オイラー角（０°，１１７°，０°）の水晶からなる圧電基板の上面の複数本の溝にＮｉを充填することによりＮｉからなるＩＤＴ電極が形成されており、さらにＺｎＯ膜が積層されている構造におけるＮｉからなるＩＤＴ電極の規格化膜厚及びＺｎＯ膜の規格化膜厚Ｈ／λと、ＩＤＴの電極指の反射係数との関係を示す図である。 図７は、オイラー角（０°，１１７°，０°）の水晶からなる圧電基板の上面の複数本の溝にＰｔを充填することによりＰｔからなるＩＤＴ電極が形成されており、さらにＺｎＯ膜が積層されている構造におけるＰｔからなるＩＤＴ電極の規格化膜厚及びＺｎＯ膜の規格化膜厚Ｈ／λと、ＩＤＴの電極指の反射係数との関係を示す図である。 図８は、オイラー角（０°，１１７°，０°）の水晶からなる圧電基板の上面の複数本の溝にＣｕを充填することによりＣｕからなるＩＤＴ電極が形成されており、さらにＺｎＯ膜が積層されている構造におけるＣｕからなるＩＤＴ電極の規格化膜厚及びＺｎＯ膜の規格化膜厚Ｈ／λと、ＩＤＴの電極指の反射係数との関係を示す図である。 図９は、オイラー角（０°，１１７°，０°）の水晶からなる圧電基板の上面の複数本の溝にＭｏを充填することによりＭｏからなるＩＤＴ電極が形成されており、さらにＺｎＯ膜が積層されている構造におけるＭｏからなるＩＤＴ電極の規格化膜厚及びＺｎＯ膜の規格化膜厚Ｈ／λと、ＩＤＴの電極指の反射係数との関係を示す図である。 図１０は、オイラー角（０°，１１７°，３５°）の水晶からなる圧電基板の上面の複数本の溝にＡｌを充填することによりＡｌからなるＩＤＴ電極が形成されており、さらにＺｎＯ膜が積層されている構造におけるＡｌからなるＩＤＴ電極の規格化膜厚及びＺｎＯ膜の規格化膜厚Ｈ／λと、ＩＤＴ電極の反射係数との関係を示す図である。 図１１は、オイラー角（０°，１１７°，３５°）の水晶からなる圧電基板の上面の複数本の溝にＡｕを充填することによりＡｕからなるＩＤＴ電極が形成されており、さらにＺｎＯ膜が積層されている構造におけるＡｕからなるＩＤＴ電極の規格化膜厚及びＺｎＯ膜の規格化膜厚Ｈ／λと、ＩＤＴ電極の反射係数との関係を示す図である。 図１２は、オイラー角（０°，１１７°，３５°）の水晶からなる圧電基板の上面の複数本の溝にＣｕを充填することによりＣｕからなるＩＤＴ電極が形成されており、さらにＺｎＯ膜が積層されている構造におけるＣｕからなるＩＤＴ電極の規格化膜厚及びＺｎＯ膜の規格化膜厚Ｈ／λと、ＩＤＴ電極の反射係数との関係を示す図である。 図１３は、オイラー角（０°，θ，０°）の水晶からなる圧電基板のオイラー角のθと周波数温度係数ＴＣＦとの関係を示す図である。 図１４は、オイラー角（０°，１１９°４５’，ψ）の水晶または（０°，１３２°４５’，ψ）の水晶を用いた場合のオイラー角のψと、周波数温度係数ＴＣＦとの関係を示す図である。 図１５は、オイラー角（０°，１３２°４５’，０°）の水晶からなる圧電基板の上面の複数本の溝にＡｌを充填することによりＡｌからなるＩＤＴ電極が形成されており、さらにＺｎＯ膜が積層されている構造において、ＩＤＴ電極の規格化膜厚と、ＺｎＯ膜の規格化膜厚Ｈ／λと、ＩＤＴ電極の電極指との反射係数との関係を示す図である。 図１６は、オイラー角（０°，１３２°４５’，０°）の水晶からなる圧電基板の上面の複数本の溝にＡｕを充填することによりＡｕからなるＩＤＴ電極が形成されており、さらにＺｎＯ膜が積層されている構造において、ＩＤＴ電極の規格化膜厚と、ＺｎＯ膜の規格化膜厚Ｈ／λと、ＩＤＴ電極の電極指との反射係数との関係を示す図である。 図１７は、オイラー角（０°，１３２°４５’，０°）の水晶からなる圧電基板の上面の複数本の溝にＣｕを充填することによりＣｕからなるＩＤＴ電極が形成されており、さらにＺｎＯ膜が積層されている構造において、ＩＤＴ電極の規格化膜厚と、ＺｎＯ膜の規格化膜厚Ｈ／λと、ＩＤＴ電極の電極指との反射係数との関係を示す図である。 図１８は、オイラー角（０°，６５°，０°）の水晶からなる圧電基板の上面の複数本の溝にＡｌを充填することによりＡｌからなるＩＤＴ電極が形成されており、さらにＺｎＯ膜が積層されている構造において、ＩＤＴ電極の規格化膜厚と、ＺｎＯ膜の規格化膜厚Ｈ／λと、ＩＤＴ電極の電極指との反射係数との関係を示す図である。 図１９は、オイラー角（０°，６５°，０°）の水晶からなる圧電基板の上面の複数本の溝にＡｕを充填することによりＡｕからなるＩＤＴ電極が形成されており、さらにＺｎＯ膜が積層されている構造において、ＩＤＴ電極の規格化膜厚と、ＺｎＯ膜の規格化膜厚Ｈ／λと、ＩＤＴ電極の電極指との反射係数との関係を示す図である。 図２０は、オイラー角（０°，６５°，０°）の水晶からなる圧電基板の上面の複数本の溝にＣｕを充填することによりＣｕからなるＩＤＴ電極が形成されており、さらにＺｎＯ膜が積層されている構造において、ＩＤＴ電極の規格化膜厚と、ＺｎＯ膜の規格化膜厚Ｈ／λと、ＩＤＴ電極の電極指との反射係数との関係を示す図である。 図２１は、オイラー角（０°，１３２°４５’，３５°）の水晶からなる圧電基板の上面の複数本の溝にＡｌを充填することによりＡｌからなるＩＤＴ電極が形成されており、さらにＺｎＯ膜が積層されている構造において、ＩＤＴ電極の規格化膜厚と、ＺｎＯ膜の規格化膜厚Ｈ／λと、ＩＤＴ電極の電極指との反射係数との関係を示す図である。 図２２は、オイラー角（０°，１３２°４５’，３５°）の水晶からなる圧電基板の上面の複数本の溝にＡｕを充填することによりＡｕからなるＩＤＴ電極が形成されており、さらにＺｎＯ膜が積層されている構造において、ＩＤＴ電極の規格化膜厚と、ＺｎＯ膜の規格化膜厚Ｈ／λと、ＩＤＴ電極の電極指との反射係数との関係を示す図である。 図２３は、オイラー角（０°，１３２°４５’，３５°）の水晶からなる圧電基板の上面の複数本の溝にＣｕを充填することによりＣｕからなるＩＤＴ電極が形成されており、さらにＺｎＯ膜が積層されている構造において、ＩＤＴ電極の規格化膜厚と、ＺｎＯ膜の規格化膜厚Ｈ／λと、ＩＤＴ電極の電極指との反射係数との関係を示す図である。

符号の説明

１…弾性表面波装置
２…圧電基板
２ａ…溝
３…電極
４…圧電膜
５，６…反射器

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），（ｂ）は、本発明の一実施形態に係る弾性表面波装置の部分切欠正面断面図及び電極構造を示す模式的平面図である。

弾性表面波装置１は、オイラー角が（０°±５°，０°〜１４０°，０°±４０°）である水晶からなる圧電基板２を有する。圧電基板２は、上面に複数本の溝２ａを有する。この圧電基板２の上面の複数本の溝２ａに金属を充填することにより、ＩＤＴ電極３が形成されている。ＩＤＴ電極３は複数本の電極指を有する。ＩＤＴ電極３を覆うように、圧電基板２上には、ｃ軸配向のＺｎＯからなる圧電膜４が形成されている。本実施形態では、溝２ａの深さとＩＤＴ電極３の厚みが等しくされているため、圧電膜４の上面は平坦とされている。

なお、図１（ｂ）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５，６が配置されている。

本実施形態の弾性表面波装置は、弾性表面波としてはレイリー波を使用している共振子型弾性表面波フィルタである。

そして、上記ＩＤＴ電極３は、Ａｕ、Ｔａ、Ｗ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ｎｉ及びＭｏからなる群から選択された少なくとも１種の金属、すなわちＡｌよりも重いこれらの金属を主体とする金属材料からなる。弾性表面波の波長をλとしたとき、ＩＤＴ電極３において主体となる上記金属材料と、上記ＩＤＴ電極の弾性表面波の波長で規格化してなる規格化膜厚と、上記圧電膜の弾性表面波の波長で規格化した規格化膜厚とが、下記の表５に示す各組み合わせの範囲内とされていることを特徴とする。

本実施形態によれば、ＩＤＴ電極３の電極指１本当たりの弾性表面波の反射係数の絶対値を０．０２５以上とすることができ、比帯域幅が狭い狭帯域の共振子型の弾性表面波フィルタを提供することができる。

すなわち、本願発明者は、水晶基板上の上面に複数本の溝を形成し、該複数本の溝に金属を充填することによりＩＤＴ電極を形成し、かつＺｎＯからなる圧電薄膜を積層した構造について、水晶基板のオイラー角を上記の特定の範囲とし、ＩＤＴ電極を構成する金属を材料及びその厚み、並びにＺｎＯ膜の厚みを種々変化させて検討したところ、これらを上記の特定の範囲とすることにより、弾性表面波の反射係数の絶対値を０．０２５以上と高くし得ることを見出し、本発明をなすに至ったものである。すなわち、本発明は、実験的に見出されたものである。

図２〜図９には、上記弾性表面波装置１において、水晶からなる圧電基板として、オイラー角が（０°，１１７°，０°）の水晶基板を用い、ＩＤＴ電極を構成する金属材料として、それぞれ、Ａｌ、Ａｕ、Ｔａ、Ｗ、Ｎｉ、Ｐｔ、ＣｕまたはＭｏを用い、これらの内の１種の金属からなるＩＤＴ電極の弾性表面波の波長で規格化した規格化膜厚及びＺｎＯ膜の弾性表面波の波長で規格化した規格化膜厚を変化させた場合のＩＤＴの電極指１本当たりの反射係数の変化を示す図である。

図２から明らかなように、ＺｎＯ／Ａｌ／水晶からなる積層構造においては、ＡｌからなるＩＤＴ電極の規格化膜厚が０．５の場合には、ＺｎＯの規格化膜厚を０．０３以上、０．４５以下とした場合に反射係数の絶対値を０．０２５よりも大きくし得ることがわかる。しかしながら、実際には、規格化膜厚が０．５のＩＤＴ電極を形成するには、水晶に非常に深い溝を形成しなければならず、加工が事実上不可能である。

これに対して、図３から明らかなように、ＺｎＯ／Ａｕ／水晶からなる積層構造においては、ＡｕからなるＩＤＴ電極の規格化膜厚が０．０５〜０．２の範囲において、ＺｎＯの規格化膜厚が０．０３以上、０．４５以下の範囲で、反射係数の絶対値を０．０２５以上とし得ることがわかる。

同様に、図４〜図９から明らかなように、オイラー角（０°，１１７°，０°）の水晶を用いた場合、ＩＤＴ電極を構成する金属が、Ｔａ、Ｗ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｃｕ及びＭｏの場合、それぞれ、上述した表４に記載のＩＤＴ電極の規格化膜厚範囲、かつＺｎＯ膜の規格化膜厚範囲とすることにより、反射係数の絶対値を０．０２５以上とし得ることがわかる。

また、図１０〜図１２には、弾性表面波装置１において、オイラー角が（０°，１１７°，３５°）の水晶からなる圧電基板上の複数本の溝に、Ａｌ、ＡｕまたはＣｕを充填してＩＤＴ電極を種々の厚みで形成し、ＺｎＯ薄膜の厚みを種々変化させた場合のＩＤＴ電極の規格化膜厚及びＺｎＯの規格化膜厚とを反射係数との関係を示す各図である。図１０から明らかなように、ＡｌからなるＩＤＴ電極の場合には、規格化膜厚が０．５と非常に大きくしなければ、反射係数を高め得ないことがわかる。従って、水晶の上面に非常に深い溝を形成しなければならないため、ＡｌをＩＤＴ電極として用いて、本発明の弾性表面波装置を形成することは事実上不可能である。

これに対して、オイラー角が（０°，１１７°，３５°）の水晶基板に変更したことを除いては、図３及び図８の場合と同様にして構成された弾性表面波装置では、図１１，図１２から明らかなように、ＡｕまたはＣｕからなるＩＤＴ電極の規格化膜厚範囲及びＺｎＯ膜の規格化膜厚範囲の組み合わせを上述した表５に示されている範囲内とすることにより、反射係数の絶対値を０．０２５以上とし得ることがわかる。

また、図３〜図９及び図１１から明らかなように、反射係数の絶対値を０．０５以上とするには、下記の表６に示す各組み合わせの範囲内とすればよく、より好ましくは、下記の表７に示す各組み合わせの範囲内とすることにより、反射係数の絶対値を０．１以上とし得ることがわかる。

図１３は、上記弾性表面波装置１における水晶からなる圧電共振子のオイラー角（０°，θ，０°）のθを変化させた場合のレイリー波の周波数温度係数ＴＣＦの変化を示す図である。図１３から明らかなように、オイラー角（０°，θ，０°）のθが０°〜１４０°の範囲ではＴＣＦが正であることがわかる。

ＺｎＯ膜の周波数温度係数ＴＣＦは負の値である。従って、図１３から明らかなように、オイラー角のθを０°〜１４０°の範囲とすれば、水晶の周波数温度係数ＴＣＦがＺｎＯ膜の周波数温度係数ＴＣＦで相殺され、周波数温度係数ＴＣＦの絶対値の小さい弾性表面波装置を提供し得ることがわかる。従って、好ましくは、水晶からなる圧電基板２のオイラー角は（０°，０°〜１４０°，０°）とすることが望ましい。より好ましくは、（０°，０°〜２３°，０°）または（０°，１０５°〜１４０°，０°）であれば、ＴＣＦが正であり、かつＴＣＦが＋３〜＋２０ｐｐｍの範囲にあるので、ＺｎＯ膜の膜厚により温度変化による特性の変化をより一層小さくすることができる。

さらに、図１４は、オイラー角のψと、周波数温度係数ＴＣＦとの関係を示す図である。ここでは、実線でオイラー角（０°，１１９°４５’，ψ）の水晶を用いた場合の結果が、破線でオイラー角（０°，１３２°４５’，ψ）の水晶を用いた場合の結果が示されている。図１４から明らかなように、オイラー角のψが０°±４０°の範囲では、ＴＣＦが正であることがわかる。従って、図１４から明らかなようにオイラー角のψを０°±４０°の範囲とすれば、水晶の周波数温度係数ＴＣＦがＺｎＯ膜の負の周波数温度係数ＴＣＦで相殺されることがわかる。

よって、図１３及び図１４から明らかなように、周波数温度係数ＴＣＦの絶対値が小さい、温度変化による特性の安定な弾性表面波装置を得るには、水晶からなる圧電基板のオイラー角は、（０°，０°〜１４０°，０°±４０°）の範囲とすべきことがわかる。

なお、オイラー角のφについては、０°±５°の範囲であれば、０°の場合とほぼ同等の結果が得られることが確かめられている。従って、オイラー角で、（０°±５°，０°〜１４０°，０°±４０°）の水晶からなる圧電基板２を用いればよい。より好ましくは、（０°±５°，０°〜２３°，０°±４０°）または（０°±５°，１０５°〜１４０°，０°±４０°）とすればよく、それによって、より一層温度変化による特性の安定な弾性表面波装置を提供することができる。

図１５〜図１７は、オイラー角（０°，１３２°４５’，０°）の水晶からなる圧電基板上に、Ａｌ、ＡｕまたはＣｕからなるＩＤＴを種々の厚みで形成し、かつＺｎＯからなる圧電膜３を種々の厚みで形成した構造の反射係数の変化を示す図である。図１５から明らかなように、ＩＤＴ電極がＡｌからなる場合には、ＩＤＴ電極の規格化膜厚をさらに厚くしなければ反射係数の絶対値を０．０２５以上とすることができない。従って、ＩＤＴ電極形成に際して、深い溝を水晶の表面に形成しなければならず、技術上、オイラー角（０°，１３２°４５’，０°）の水晶を用いた場合にも、ＩＤＴ電極をＡｌで形成して、本発明の弾性表面波装置を形成することは非常に困難である。

これに対して、図１６及び図１７から明らかなように、オイラー角（０°，１３２°４５’，０°）の水晶からなる圧電基板２上に、ＩＤＴ電極及びＺｎＯ膜を種々の厚みで形成した構造では、オイラー角が（０°，１１７°，０°）である図３及び図８の結果と同様の反射係数の得られることがわかる。すなわち、上記のように、温度特性の安定な弾性表面波装置を得ようとして、オイラー角のθを１１７°から１３２°４５’に変更したとしても同様の反射係数を実現し得ることがわかる。

図１８〜図２０は、オイラー角（φ、θ、ψ）＝（０°，６５°，０°）の水晶からなる圧電基板２上に、Ａｌ、Ａｕ、ＣｕからなるＩＤＴ電極を種々の厚みで形成し、かつＺｎＯからなる圧電膜３を種々の厚みで形成した構造の反射係数の変化を示す図である。図１８から明らかなように、オイラー角（０°，６５°，０°）の水晶を用いた場合においても、ＩＤＴ電極がＡｌからなる場合には、ＩＤＴ電極の規格化膜厚を非常に厚くしなければ、反射係数の絶対値を０．０２５以上とし得ないことがわかる。

これに対して、図１９及び図２０から明らかなように、オイラー角（φ、θ、ψ）＝（０°，６５°，０°）の水晶からなる圧電基板２上に、ＩＤＴ電極及びＺｎＯ膜を種々の厚みで形成した構造では、オイラー角（φ、θ、ψ）＝（０°，１１７°，０°）である図２、３及び図８の結果と略同様の反射係数の得られることがわかる。すなわち、上記のように、温度特性の安定な弾性表面波装置を得ようとしてオイラー角のθを１１７°から６５°に変えたとしても略同様の反射係数を得ることができることがわかる。

よって、本発明によれば、オイラー角の（０°±５°，０°〜１４０°，０°±４０°）、好ましくは、（０°±５°，０°〜２３°，０°±４０°）または（０°±５°，１０５°〜１４０°，０°±４０°）の水晶からなる圧電基板２を用い、ＩＤＴ電極を上記Ａｕ、Ｔａ、Ｗ、Ｐｔ、Ｃｕ、ＮｉまたはＭｏで形成し、該ＩＤＴ電極の規格化膜厚と、ＺｎＯ膜の規格化膜厚とを上述した、表５の各組み合わせの範囲内、より好ましくは表６に示す各組み合わせの範囲内、さらに好ましくは、表７に示した各組み合わせの範囲内とすることにより、周波数温度係数ＴＣＦの絶対値が小さく、温度特性が良好であり、しかもＩＤＴ電極の電極指の反射係数を高めることができ、従って、狭帯域幅の弾性表面波装置を容易に提供することが可能となる。

なお、上記実施形態では、ＩＤＴ電極が、Ａｕ、Ｔａ、Ｗ、Ｐｔ、Ｃｕ、ＮｉまたはＭｏにより形成されていたが、ＩＤＴ電極は、上記純金属で形成される必要は必ずしもない。すなわち、Ａｕ、Ｔａ、Ｗ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ｎｉ及びＭｏからなる群から選択された少なくとも１種の金属を主体とする金属材料によりＩＤＴ電極が形成されればよい。

この場合、上記金属を主体とする金属材料とは、上記各金属、あるいは該金属を主成分とする合金であってもよい。また、上記金属材料は複数の金属膜を積層した積層金属膜からなるものであってもよく、その場合には、積層金属膜全体における主成分が、Ａｕ、Ｔａ、Ｗ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ｎｉ及びＭｏからなる群から選択された１種の金属もしくは該金属を主成分とする合金であればよい。

なお、本発明においては、上記ＩＤＴ電極はＡｕ、Ｔａ、Ｗ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ｎｉ及びＭｏからなる群から選択された複数の金属により形成された複数の金属膜を積層してなる積層金属膜であってもよい。この場合は、ＩＤＴ電極の規格化膜厚については、積層金属膜の平均密度を考慮して定めればよい。

積層金属膜を構成している各金属膜の膜厚Ｔと、各金属膜を構成している金属の下記表８に示されている密度ρとの積の総和を、積層金属膜の全膜厚すなわち複数の金属膜の膜厚Ｔの総和で除算した値を平均密度とする。そして、弾性表面波の波長λとしたときに、平均密度、ＩＤＴ電極の規格化膜厚及びＺｎＯの規格化膜厚が下記の表９の範囲内とされればよい。

すなわち、積層金属膜からなる場合には、その積層金属膜の平均密度が、Ａｕ、Ｔａ、Ｗ、Ｐｔ、Ｃｕ、ＮｉまたはＭｏの密度と等しいように構成された場合には、密度の大きさに応じて、表５と同様のＩＤＴ電極の規格化膜厚の及びＺｎＯ膜の規格化膜厚範囲を選択することにより、電極指１本当たりの反射係数を０．０２５以上とすることができる。

そして、積層金属膜からなるＩＤＴ電極の平均密度が、上述した表９に示す平均密度と一致しない場合には、表９において、最も近い平均密度の場合の組合せで代用すればよい。例えば、それぞれがＴａ、Ｐｔ、Ｗ、ＡｕまたはＭｏからなる５層の金属膜の厚みを、それぞれａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅとし、各金属膜の密度をρ（Ｔａ）、ρ（Ｐｔ）、ρ（Ｗ）、ρ（Ａｕ）、ρ（Ｍｏ）とすると、平均密度ρ_ａｖは、｛ａ×ρ（Ｔａ）＋ｂ×ρ（Ｐｔ）＋ｃ×ρ（Ｗ）＋ｄ×ρ（Ａｕ）＋ｅ×ρ（Ｍｏ）｝／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）となる。総厚みｔは、ｔ＝ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅである。

上記規格化膜厚ａ〜ｅが、それぞれ、０．０１、０．０２、０．０３、０．０４及び０．０５の場合、ρ_ａｖ＝（２４５５．６８）／０．１５＝１６３７１．２ｋｇ／ｍ^３となる。この値は、Ｔａの密度ρ（Ｔａ）に最も近いため、表５における平均密度が１６６７８ｋｇ／ｍ^３の場合の組み合わせで代用すれば、反射係数の絶対値をほぼ０．０２５以上と高めることができる。

なお、本発明における弾性表面波装置は、共振子型であれば特に限定されず、縦結合型などの様々な共振子型の弾性表面波フィルタや、１ポート型弾性表面波共振子などに本発明を適用することができる。

Claims (7)

1. オイラー角が（０°±５°，０°〜１４０°，０°±４０°）である水晶からなり、上面に複数本の溝が形成されている圧電基板と、
   前記圧電基板の上面の複数本の溝に充填された金属からなり、かつ複数本の電極指を有するＩＤＴ電極と、
   前記ＩＤＴ電極を覆うように前記圧電基板上に形成されており、かつｃ軸配向のＺｎＯからなる圧電膜とを備え、
   弾性表面波としてレイリー波が利用される弾性表面波装置において、
   前記ＩＤＴ電極が、Ａｕ、Ｔａ、Ｗ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ｎｉ及びＭｏからなる群から選択された少なくとも１種の金属を主体とする金属材料からなり、弾性表面波の波長をλとした場合、前記ＩＤＴ電極において主体となる金属と、前記ＩＤＴ電極のλで規格化してなる規格化膜厚と、ＺｎＯからなる前記圧電膜のλで規格化してなる規格化膜厚とが、下記の表１で示す各組み合わせの範囲内とされていることを特徴とする、弾性表面波装置。
   

   
2. 前記ＩＤＴ電極の主体となる金属と、前記ＩＤＴ電極のλで規格化してなる規格化膜厚と、ＺｎＯからなる前記圧電膜のλで規格化してなる規格化膜厚とが、下記の表２に示す各組み合わせの範囲内である、請求項１に記載の弾性表面波装置。
   

   
3. 前記ＩＤＴ電極の主体となる金属と、前記ＩＤＴ電極の弾性表面波の波長λで規格化してなる規格化膜厚と、ＺｎＯからなる前記圧電膜のλで規格化してなる規格化膜厚とが、下記の表３に示す各組み合わせの範囲内である、請求項１に記載の弾性表面波装置。
   

   
4. 前記水晶からなる圧電基板のオイラー角が、（０°±５°，０°〜２３°，０°±４０°）または（０°±５°，１０５°〜１４０°，０°±４０°）の範囲内にある、請求項１〜３のいずれか１項に記載の弾性表面波装置。
5. 前記金属材料が、Ａｕ、Ｔａ、Ｗ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ｎｉ及びＭｏからなる群から選択した少なくとも１種の金属、または該金属を主成分とする合金である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の弾性表面波装置。
6. 前記金属材料が、複数の金属膜を積層した積層金属膜からなり、積層金属膜全体における主たる成分が、Ａｕ、Ｔａ、Ｗ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ｎｉ及びＭｏからなる群から選択された少なくとも１種の金属もしくは該金属を主成分とする合金である、請求項１〜５のいずれか１項に記載の弾性表面波装置。
7. オイラー角が（０°±５°，０°〜１４０°，０°±４０°）である水晶からなり、上面に複数本の溝が形成されている圧電基板と、
   前記圧電基板の上面の前記複数本の溝に充填された金属からなり、複数本の電極指を有するＩＤＴ電極と、
   前記ＩＤＴ電極を覆うように前記圧電基板上に形成されたｃ軸配向ＺｎＯからなる圧電膜とを備え、
   弾性表面波としてレイリー波が利用される弾性表面波装置において、
   前記ＩＤＴ電極がＡｕ、Ｔａ、Ｗ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ｎｉ及びＭｏからなる群から選択された複数の金属の積層金属膜からなり、
   前記積層金属膜を構成する各金属膜の膜厚Ｔと各金属膜を構成している金属の密度との積の総和を、前記積層金属膜を構成する各金属膜の膜厚Ｔの総和で除算して得られる商を平均密度とし、弾性表面波波長をλとすると、前記平均密度、前記ＩＤＴ電極の規格化膜厚及び前記ＺｎＯ膜の規格化膜厚が、下記の表４に示す各組み合わせの範囲内であることを特徴とする、弾性表面波装置。
   

   

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