JPWO2019082806A1 - 弾性波素子 - Google Patents
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Abstract
Description
電極指41の材料:Al−Cu1%添加合金
電極指41の厚み:0.07λ
電極指41のピッチ:1μm(λ=2μm)
電極指41の本数:100本
電極指41の交差幅:10λ
圧電層30の材料:LiTaO3
圧電層30のオイラー角:(φ,θ,ψ)=(90°,90°,30°) (Xカット基板/30°Y伝播に相当)
圧電層30の厚み:0.25λ
基板20の材料:AlN
基板20の厚み:2λ
支持基板10の材料:Si
支持基板10の厚み:250μm
なお、圧電層には適当な伝播ロスを仮定しており、若干のロスがある状態の共振子特性が示されている。
SAW素子1のインピーダンス特性は、圧電層30のオイラー角、厚み、電極4の厚みによって変化する。例えば、モデル1について、圧電層30のオイラー角を(90°,90°,30°)固定とし、圧電層30の厚みを0.2λまで薄くした場合のインピーダンス特性を図5に示す。図5(a)は周波数に対するインピーダンス特性を示す線図であり、縦軸はインピーダンス(単位:Ω),横軸は周波数(単位:MHz)を示している。また、図5(b)は周波数に対する位相特性を示す線図であり、縦軸は位相(単位:°)、横軸は周波数(単位:MHz)である。この場合、反共振付近のインピーダンス位相特性が、−90°よりも盛り上がっている。これは、この周波数領域で大きなロスが発生していることを示している。
上述の例では、支持基板10を有するSAW素子1について説明したが、基板20の厚みには電気特性上の上限は無いため、基板20を厚くして支持基板10としての機能をもたせることで、支持基板10は省略されても良い。
上述の例では、支持基板10と基板20との組み合わせ例については言及していないが、支持基板10をサファイア単結晶として、基板20をAlNとしてもよい。この場合には、支持基板10と基板2とが共にAl系材料となる。従って、支持基板10と基板20とを貼り合せて接合するときには、接合界面のミスマッチを低減することができるので、弾性波の損失を低減することができる。また、強固な接合を実現することができるので信頼性を高めることができる。また、支持基板10上に基板20を成膜して形成する場合には、同じ材料系のため、界面のミスマッチを低減するとともに、成膜する膜品質を高めることができ、弾性波の損失を低減することができる。
上述の例では、基板20をAlNとした例を説明したが、基板20をSiCとしてもよい。SiCはカットオフ周波数が高いため、図3,図5等で確認された反共振周波数よりも高周波数側におけるロスの発生を低減することができる。具体的には3000MHzの共振に対して3800MHz近傍までフロアレベルの上昇は確認されなかった。
上述の例では、基板20をAlNとした例を説明したが、基板20をサファイアとしてもよい。基板としてサファイアを用いた場合のSAW素子1のインピーダンス特性と圧電層30のオイラー角、電極4の厚みとの相関をシミュレーションした。具体的には、圧電層30は、厚みを0.3λ,0.5λの2水準、オイラー角を(86°〜94°,86°〜94°,−10°〜70°)とし、電極4の厚みは、0.04λ〜0.08λとし、それぞれの条件を組み合わせて周波数特性をシミュレーションした。その結果、AlN,SiCと同様に、スプリアス、ロスを低減して3GHzの共振を得ることを確認し、さらに、φ,θに対する特性変化も同様の傾向であることを確認した。
上述の例では、圧電層30と基板20とが直接接合された場合を例に説明したが、図13に示すように、中間層50を介在させてもよい。中間層50は、圧電層30を伝播する弾性波の音速が圧電層30および基板20よりも小さい材料からなる。このような材料は、例えば、SiO2である。また、その厚みは圧電層30に比べ薄く、例えば、0.08λ〜0.1λとしてもよい。
SAW素子1は、IDT電極4に並列に接続される容量部60を備えていてもよい。容量部60により、dfを小さくすることができるので、所望のdfを備えるよう調整することができる。このような容量部60をIDT電極4と同様のインターディジタル型の電極で形成する場合には、容量部の電極指43(容量部電極指43)の繰り返し配列方向D1を、共振子として機能するIDT電極4の電極指41の配列方向D2と異ならせてもよい。このような構成とすることで、容量部60による共振の影響を低減することができる。さらに、支持基板10としてSi(111)面を用いる場合には、図15に示すように、配列方向D1を−60°±5°,60°±5°とすると、frよりも高周波数側に位置するスプリアスの最大強度を低くすることができる。
20:基板
30:圧電層
4:IDT電極
41:電極指
Claims (14)
- 複数の電極指を含むIDT電極と、
上面に前記IDT電極が位置しており、前記複数の電極指の繰り返し間隔の2倍で定義される波長をλとすると0.35λ未満の厚みである、タンタル酸リチウム単結晶からなり、そのオイラー角が(90±0.5,90±1,20〜50)である圧電層と、
横波音速V(m/s)が5800m/s以上であり、前記圧電層の下面に直接または間接的に接合された第1面を備える基板と、を備える弾性波素子。 - 前記基板は、窒化アルミ、窒化チタン、窒化珪素、炭化珪素、サファイア、ダイアモンド、窒化ホウ素、ダイアモンドライクカーボンのいずれかからなり、その厚みが1λ以上である、請求項1に記載の弾性波素子。
- 前記基板は、前記第1面と対向する第2面を備え、
前記第2面に直接または間接的に接合された厚み1λを超える支持基板をさらに備える、請求項1または2に記載の弾性波素子。 - 前記圧電層の厚みと、前記IDT電極の厚みとの関係が、図7に塗りつぶしで示す範囲R1にある請求項1乃至3のいずれかに記載の弾性波素子。
- 前記基板はサファイアであり、そのオイラー角が(90±1,90±1,−20〜―40)である、請求項1または2に記載の弾性波素子。
- 前記基板は単結晶SiC基板からなり、その導電率が1kΩcm以上であることを特徴とする請求項1または2に記載の弾性波素子。
- 前記圧電層の厚みが、0.225λ〜0.3λである請求項1乃至6のいずれかに記載の弾性波素子。
- 前記IDT電極の厚みが、0.05λ〜0.08λである請求項1乃至7のいずれかに記載の弾性波素子。
- 前記支持基板はシリコンであり、前記圧電層、前記基板、前記支持基板の順に厚みが厚くなる、請求項3に記載の弾性波素子。
- 前記IDT電極により生じる弾性波の共振周波数とλをかけた値が5800m/s以上である、請求項1乃至9のいずれかに記載の弾性波素子。
- 前記圧電層と前記基板との間に、前記圧電層および前記基板に比べ前記横波音速が小さい材料からなり、厚み0.075λ以上0.125λ以下の中間層を含む、請求項1乃至10のいずれかに記載の弾性波素子。
- 前記中間層は、二酸化ケイ素膜である請求項11記載の弾性波素子。
- 前記基板は、前記第1面と対向する第2面を備え、
前記第2面に直接または間接的に接合された厚み1λを超えるシリコンである支持基板を備え、
前記IDT電極に並列に接続された、複数の容量部電極指を含むインターディジタル型の容量部を含み、前記容量部電極指の配列方向は、前記IDT電極の前記電極指の配列方向に対して60°±5°もしくは−60°±5°の角度をなしている、請求項1に記載の弾性波素子。 - 前記支持基板のオイラー角は、(−45,−54.7,ψ)であり、ψは0〜20°、40〜140°および160〜180°のいずれかである、請求項13に記載の弾性波素子。
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