JPWO2019138810A1 - 弾性波装置、マルチプレクサ、高周波フロントエンド回路及び通信装置 - Google Patents

弾性波装置、マルチプレクサ、高周波フロントエンド回路及び通信装置 Download PDF

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Abstract

本発明の課題は、高次モードを抑制することである。複数の弾性波共振子(31〜39)のうち第1端子(101)に電気的に最も近い弾性波共振子をアンテナ端共振子とした場合に、アンテナ端共振子は、第1弾性波共振子(3A)であり、複数の弾性波共振子(31〜39)のうちアンテナ端共振子以外の少なくとも1つの弾性波共振子は、第2弾性波共振子(3B)である。弾性波装置1は、第1条件を満たす。第1条件は、第1弾性波共振子(3A)及び第2弾性波共振子(3B)の高音速部材(4A,4B)の各々がシリコン基板を含み、第1弾性波共振子(3A)のシリコン基板における圧電体層(6A)側の面(41A)が(111)面又は(110)面であり、第2弾性波共振子(3B)のシリコン基板における圧電体層(6B)側の面(41B)が(100)面である、という条件である。

Description

本発明は、一般に弾性波装置、マルチプレクサ、高周波フロントエンド回路及び通信装置に関し、より詳細には、複数の弾性波共振子を備える弾性波装置、マルチプレクサ、高周波フロントエンド回路及び通信装置に関する。
従来、共振子(弾性波共振子)等に用いられる弾性波装置として、圧電膜を有する弾性波装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。
特許文献1に記載された弾性波装置は、圧電膜を伝搬する弾性波音速より伝搬するバルク波音速が高速である高音速支持基板と、高音速支持基板上に積層されており、圧電膜を伝搬するバルク波音速より伝搬するバルク波音速が低速である低音速膜と、低音速膜上に積層された圧電膜と、圧電膜の一方面に形成されているIDT電極と、を備える。
そして、特許文献1には、IDT電極を含む電極構造は特に限定されず、共振子を組み合わせたラダー型フィルタ、縦結合フィルタ、ラチス型フィルタ、トランスバーサル型フィルタを構成するように変形し得る旨が記載されている。
国際公開第2012/086639号
特許文献1に記載された弾性波装置では、弾性波共振子の共振周波数よりも高周波数側に、高次モードが発生する、という問題があった。なお、特許文献1に記載された弾性波装置をマルチプレクサ、高周波フロントエンド回路及び通信装置のそれぞれに適用した場合にも、弾性波装置で高次モードが発生するという問題があった。
本発明の目的は、高次モードを抑制することが可能な弾性波装置、マルチプレクサ、高周波フロントエンド回路及び通信装置を提供することにある。
本発明の一態様に係る弾性波装置は、アンテナ端子である第1端子と、前記第1端子とは異なる第2端子との間に設けられる。前記弾性波装置は、複数の弾性波共振子を備える。前記複数の弾性波共振子は、前記第1端子と前記第2端子とを結ぶ第1経路上に設けられた複数の直列腕共振子と、前記第1経路上の複数のノードそれぞれとグラウンドとを結ぶ複数の第2経路上に設けられた複数の並列腕共振子と、を含む。前記複数の弾性波共振子のうち前記第1端子に電気的に最も近い弾性波共振子をアンテナ端共振子とした場合に、前記アンテナ端共振子は、第1弾性波共振子、SAW共振子又はBAW共振子であり、前記複数の弾性波共振子のうち前記アンテナ端共振子以外の少なくとも1つの弾性波共振子は、第2弾性波共振子又は第3弾性波共振子である。前記アンテナ端共振子が前記第1弾性波共振子の場合は、前記少なくとも1つの弾性波共振子は前記第2弾性波共振子である。前記アンテナ端共振子が前記SAW共振子又は前記BAW共振子である場合は、前記少なくとも1つの弾性波共振子は前記第3弾性波共振子である。前記SAW共振子は、圧電体基板と、複数の電極指を有するIDT電極と、を含む。前記IDT電極は、前記圧電体基板上に形成されている。前記第1弾性波共振子、前記第2弾性波共振子及び前記第3弾性波共振子の各々は、圧電体層と、複数の電極指を有するIDT電極と、高音速部材と、を含む。前記第1弾性波共振子、前記第2弾性波共振子及び前記第3弾性波共振子の各々の前記IDT電極は、前記圧電体層上に形成されている。前記高音速部材は、前記圧電体層を挟んで前記IDT電極とは反対側に位置している。前記高音速部材では、前記圧電体層を伝搬する弾性波の音速よりも伝搬するバルク波の音速が高速である。前記第1弾性波共振子、前記第2弾性波共振子及び前記第3弾性波共振子の各々では、前記圧電体層の厚さが、前記IDT電極の電極指周期で定まる弾性波の波長をλとしたときに、3.5λ以下である。前記弾性波装置は、前記アンテナ端共振子が前記第1弾性波共振子であり前記少なくとも1つの弾性波共振子が前記第2弾性波共振子である場合、第1条件と第2条件と第3条件とのうち少なくとも1つを満たす。前記第1条件は、前記第1弾性波共振子及び前記第2弾性波共振子の前記高音速部材の各々がシリコン基板を含み、前記第1弾性波共振子の前記シリコン基板における前記圧電体層側の面が(111)面又は(110)面であり、前記第2弾性波共振子の前記シリコン基板における前記圧電体層側の面が(100)面である、という条件である。前記第2条件は、前記第1弾性波共振子の前記圧電体層が、前記第2弾性波共振子の前記圧電体層よりも薄い、という条件である。前記第3条件は、前記第1弾性波共振子及び前記第2弾性波共振子の各々が、低音速膜を含み、かつ、前記第1弾性波共振子の前記低音速膜が、前記第2弾性波共振子の前記低音速膜よりも薄い、という条件である。前記低音速膜は、前記高音速部材と前記圧電体層との間に設けられている。前記低音速膜では、前記圧電体層を伝搬するバルク波の音速よりも伝搬するバルク波の音速が低速である。
本発明の一態様に係るマルチプレクサは、前記弾性波装置からなる第1フィルタと、第2フィルタと、を備える。前記第2フィルタは、前記第1端子と前記第1端子とは異なる第3端子との間に設けられている。前記第1フィルタの通過域が、前記第2フィルタの通過域よりも低周波数域である。
本発明の一態様に係る高周波フロントエンド回路は、前記マルチプレクサと、前記マルチプレクサに接続された増幅回路と、を備える。
本発明の一態様に係る通信装置は、高周波フロントエンド回路と、RF信号処理回路と、を備える。前記RF信号処理回路は、アンテナで受信される高周波信号を処理する。前記高周波フロントエンド回路は、前記アンテナと前記RF信号処理回路との間で前記高周波信号を伝達する。
本発明の一態様に係る弾性波装置、マルチプレクサ、高周波フロントエンド回路及び通信装置は、高次モードを抑制することが可能となる。
図1は、本発明の実施形態1に係る弾性波装置の回路図である。 図2は、同上の弾性波装置を備える通信装置の構成図である。 図3Aは、同上の弾性波装置における第1弾性波共振子の断面図である。図3Bは、同上の弾性波装置における第2弾性波共振子の断面図である。 図4Aは、同上の弾性波装置における第1弾性波共振子の要部平面図である。図4Bは、同上の弾性波装置における第1弾性波共振子を示し、図4AのA−A線断面図である。 図5Aは、同上の弾性波装置における第2弾性波共振子の要部平面図である。図5Bは、同上の弾性波装置における第2弾性波共振子を示し、図5AのA−A線断面図である。 図6は、同上の弾性波装置における第1弾性波共振子及び第2弾性波共振子それぞれのインピーダンス−周波数特性図である。 図7は、同上の弾性波装置における第1弾性波共振子及び第2弾性波共振子それぞれの位相−周波数特性図である。 図8Aは、本発明の実施形態1の変形例1に係る弾性波装置における第1弾性波共振子の断面図である。図8Bは、同上の弾性波装置における第2弾性波共振子の断面図である。 図9は、本発明の実施形態1の変形例2に係るマルチプレクサの回路図である。 図10は、本発明の実施形態1の変形例3に係る弾性波装置の回路図である。 図11Aは、本発明の実施形態2に係る弾性波装置における第1弾性波共振子の断面図である。図11Bは、同上の弾性波装置における第2弾性波共振子の断面図である。 図12は、参考例1に係る弾性波共振子に関し、IDT電極の厚さと高次モード位相特性との関係を示すグラフである。 図13は、参考例1に係る弾性波共振子に関し、IDT電極の厚さと共振周波数との関係を示すグラフである。 図14は、参考例1に係る弾性波共振子に関し、IDT電極の厚さと共振周波数のIDT電極の厚さに対する依存性との関係を示すグラフである。 図15は、参考例2に係る弾性波共振子に関し、IDT電極の厚さとTCF(Temperature Coefficient of Frequency)との関係を示すグラフである。 図16は、参考例2に係る弾性波共振子の反射特性図である。 図17は、参考例2に係る弾性波共振子に関し、インピーダンスの周波数特性図である。 図18Aは、本発明の実施形態3に係る弾性波装置における第1弾性波共振子の断面図である。図18Bは、同上の弾性波装置における第2弾性波共振子の断面図である。 図19は、参考例3に係る弾性波共振子に関し、圧電体層の厚さと高次モード位相特性との関係を示すグラフである。 図20は、参考例3に係る弾性波共振子に関し、圧電体層の厚さとQ値との関係を示すグラフである。 図21Aは、本発明の実施形態3の変形例1に係る弾性波装置における第1弾性波共振子の断面図である。図21Bは、同上の弾性波装置における第2弾性波共振子の断面図である。 図22は、本発明の実施形態3の変形例2に係る弾性波装置の第1弾性波共振子及び第2弾性波共振子の断面図である。 図23は、同上の弾性波装置の回路図である。 図24Aは、本発明の実施形態4に係る弾性波装置における第1弾性波共振子の断面図である。図24Bは、同上の弾性波装置における第2弾性波共振子の断面図である。 図25は、参考例4に係る弾性波共振子の低音速膜の厚さと高次モード位相特性との関係を示すグラフである。 図26は、参考例4に係る弾性波共振子の低音速膜の厚さとQ値との関係を示すグラフである。 図27は、本発明の実施形態4の変形例に係る弾性波装置の第1弾性波共振子及び第2弾性波共振子の断面図である。 図28Aは、本発明の実施形態5に係る弾性波装置における第1弾性波共振子の断面図である。図28Bは、同上の弾性波装置における第2弾性波共振子の断面図である。 図29は、参考例5に係る弾性波共振子に関し、誘電体膜の厚さとTCFとの関係を示すグラフである。 図30は、参考例5に係る弾性波共振子に関し、誘電体膜の厚さと比帯域との関係を示すグラフである。 図31は、本発明の実施形態5の変形例1に係る弾性波装置における第1弾性波共振子及び第2弾性波共振子の断面図である。 図32Aは、本発明の実施形態5の変形例2に係る弾性波装置における第1弾性波共振子の断面図である。図32Bは、同上の弾性波装置における第2弾性波共振子の断面図である。 図33は、本発明の実施形態5の変形例3に係る弾性波装置における第1弾性波共振子及び第2弾性波共振子の断面図である。 図34Aは、本発明の実施形態6に係る弾性波装置における第1弾性波共振子の断面図である。図34Bは、同上の弾性波装置における第2弾性波共振子の断面図である。 図35は、参考例6に係る弾性波共振子に関し、圧電体層のカット角と電気機械結合係数との関係を示すグラフである。 図36は、参考例6に係る弾性波共振子に関し、圧電体層のカット角とTCFとの関係を示すグラフである。 図37は、参考例6に係る弾性波共振子に関し、圧電体層のカット角と比帯域との関係を示すグラフである。 図38Aは、実施形態7に係る弾性波装置におけるSAW共振子の平面図である。図38Bは、同上の弾性波装置におけるSAW共振子を示し、図38AのA−A線断面図である。 図39は、同上の弾性波装置における第3弾性波共振子の断面図である。 図40は、同上の弾性波装置におけるSAW共振子及び第3弾性波共振子それぞれの位相の周波数特性を示すグラフである。 図41は、同上の弾性波装置におけるSAW共振子及び第3弾性波共振子それぞれの位相の周波数特性の別の例を示すグラフである。 図42は、実施形態7の変形例1に係る弾性波装置におけるBAW共振子の断面図である。 図43は、実施形態7の変形例2に係る弾性波装置におけるBAW共振子の断面図である。
以下、実施形態1〜7に係る弾性波装置、マルチプレクサ、高周波フロントエンド回路及び通信装置について、図面を参照して説明する。
以下の実施形態1〜7等において参照する図3A、3B、4A、4B、5A、5B、8A、8B、11A、11B、18A、18B、21A、21B、22、24A、24B、27、28A、28B、31、32A、32B、33、34A、34B、38A、38B、39、42及び43は、いずれも模式的な図であり、図中の各構成要素の大きさや厚さそれぞれの比が、必ずしも実際の寸法比を反映しているとは限らない。
(実施形態1)
(1.1)弾性波装置、マルチプレクサ、高周波フロントエンド回路及び通信装置それぞれの全体構成
以下、実施形態1に係る弾性波装置1、マルチプレクサ100、高周波フロントエンド回路300及び通信装置400について、図面を参照して説明する。
(1.1.1)弾性波装置
実施形態1に係る弾性波装置1は、図1に示すように、弾性波装置1の外部のアンテナ200に電気的に接続されるアンテナ端子である第1端子101と、第1端子101とは異なる第2端子102との間に設けられる。弾性波装置1は、ラダー型フィルタであり、複数(例えば、9つ)の弾性波共振子31〜39を備える。複数の弾性波共振子31〜39は、第1端子101と第2端子102とを結ぶ第1経路r1上に設けられた複数(例えば、5つ)の直列腕共振子(弾性波共振子31,33,35,37,39)と、第1経路r1上の複数(4つ)のノードN1,N2,N3,N4それぞれとグラウンドとを結ぶ複数(4つ)の第2経路r21,r22,r23,r24上に設けられた複数(4つ)の並列腕共振子(弾性波共振子32、34、36、38)と、を含む。なお、弾性波装置1では、第1経路r1上に直列腕共振子以外の素子として、インダクタ又はキャパシタの機能を有する素子が配置されていてもよい。また、弾性波装置1では、各第2経路r21,r22,r23,r24上に、並列腕共振子以外の素子として、インダクタ又はキャパシタの機能を有する素子が配置されていてもよい。
(1.1.2)マルチプレクサ
実施形態1に係るマルチプレクサ100は、図2に示すように、第1端子101と、第2端子102と、第3端子103と、弾性波装置1からなる第1フィルタ11と、第2フィルタ12と、を備える。
第1端子101は、マルチプレクサ100の外部のアンテナ200と電気的に接続可能なアンテナ端子である。
第1フィルタ11は、第1端子101と第2端子102との間に設けられる第1受信側フィルタである。第1フィルタ11は、第1フィルタ11の通過帯域の信号を通過させ、通過帯域以外の信号を減衰させる。
第2フィルタ12は、第1端子101と第3端子103との間に設けられる第2受信側フィルタである。第2フィルタ12は、第2フィルタ12の通過帯域の信号を通過させ、通過帯域以外の信号を減衰させる。
第1フィルタ11と第2フィルタ12とは互いに異なる通過帯域を有している。マルチプレクサ100では、第1フィルタ11の通過域が、第2フィルタ12の通過帯域よりも低周波数域である。したがって、マルチプレクサ100では、第2フィルタ12の通過帯域が第1フィルタ11の通過帯域よりも高周波数側にある。マルチプレクサ100では、例えば、第1フィルタ11の通過帯域の最大周波数が、第2フィルタ12の通過帯域の最小周波数よりも低い。
マルチプレクサ100では、第1フィルタ11と第2フィルタ12とが共通の第1端子101に接続されている。
また、マルチプレクサ100は、第4端子104と、第5端子105と、第3フィルタ21と、第4フィルタ22と、を更に備える。ただし、マルチプレクサ100において、第4端子104と、第5端子105と、第3フィルタ21と、第4フィルタ22は、必須の構成要素ではない。
第3フィルタ21は、第1端子101と第4端子104との間に設けられる第1送信側フィルタである。第3フィルタ21は、第3フィルタ21の通過帯域の信号を通過させ、通過帯域以外の信号を減衰させる。
第4フィルタ22は、第1端子101と第5端子105との間に設けられる第2送信側フィルタである。第4フィルタ22は、第4フィルタ22の通過帯域の信号を通過させ、通過帯域以外の信号を減衰させる。
(1.1.3)高周波フロントエンド回路
高周波フロントエンド回路300は、図2に示すように、マルチプレクサ100と、増幅回路303(以下、第1増幅回路303ともいう)と、スイッチ回路301(以下、第1スイッチ回路301ともいう)と、を備える。また、高周波フロントエンド回路300は、増幅回路304(以下、第2増幅回路304ともいう)と、スイッチ回路302(以下、第2スイッチ回路302ともいう)と、を更に備える。ただし、高周波フロントエンド回路300において、第2増幅回路304及び第2スイッチ回路302は、必須の構成要素ではない。
第1増幅回路303は、アンテナ200、マルチプレクサ100及び第1スイッチ回路301を経由した高周波信号(受信信号)を増幅して出力する。第1増幅回路303は、ローノイズアンプ回路である。
第1スイッチ回路301は、マルチプレクサ100の第2端子102及び第3端子103に個別に接続された2つの被選択端子と、第1増幅回路303に接続された共通端子と、を有する。つまり、第1スイッチ回路301は、第2端子102を介して第1フィルタ11と接続され、第3端子103を介して第2フィルタ12と接続されている。
第1スイッチ回路301は、例えば、SPDT(Single Pole Double Throw)型のスイッチによって構成される。第1スイッチ回路301は、制御回路によって制御される。第1スイッチ回路301は、上記制御回路からの制御信号にしたがって、共通端子と被選択端子とを接続する。第1スイッチ回路301は、スイッチIC(Integrated Circuit)によって構成されてもよい。なお、第1スイッチ回路301では、共通端子と接続される被選択端子は1つに限らず、複数であってもよい。つまり、高周波フロントエンド回路300は、キャリアアグリゲーション(Carrier Aggregation)に対応するように構成されていてもよい。
第2増幅回路304は、高周波フロントエンド回路300の外部(例えば、後述のRF信号処理回路401)から出力された高周波信号(送信信号)を増幅し、第2スイッチ回路302及びマルチプレクサ100を経由してアンテナ200に出力する。第2増幅回路304は、パワーアンプ回路である。
第2スイッチ回路302は、例えば、SPDT型のスイッチによって構成される。第2スイッチ回路302は、上記制御回路によって制御される。第2スイッチ回路302は、上記制御回路からの制御信号にしたがって、共通端子と被選択端子とを接続する。第2スイッチ回路302は、スイッチICによって構成されてもよい。なお、第2スイッチ回路302では、共通端子と接続される被選択端子は1つに限らず、複数であってもよい。
(1.1.4)通信装置
通信装置400は、図2に示すように、RF信号処理回路401と、高周波フロントエンド回路300と、を備える。RF信号処理回路401は、アンテナ200で受信される高周波信号を処理する。高周波フロントエンド回路300は、アンテナ200とRF信号処理回路401との間で高周波信号(受信信号、送信信号)を伝達する。通信装置400は、ベースバンド信号処理回路402を更に備える。ベースバンド信号処理回路402は、必須の構成要素ではない。
RF信号処理回路401は、例えばRFIC(Radio Frequency Integrated Circuit)であり、高周波信号(受信信号)に対する信号処理を行う。例えば、RF信号処理回路401は、アンテナ200から高周波フロントエンド回路300を介して入力された高周波信号(受信信号)に対してダウンコンバート等の信号処理を行い、当該信号処理により生成された受信信号をベースバンド信号処理回路402へ出力する。ベースバンド信号処理回路402は、例えばBBIC(Baseband Integrated Circuit)である。ベースバンド信号処理回路402で処理された受信信号は、例えば、画像信号として画像表示のために、又は、音声信号として通話のために使用される。
また、RF信号処理回路401は、例えば、ベースバンド信号処理回路402から出力された高周波信号(送信信号)に対してアップコンバート等の信号処理を行い、信号処理が行われた高周波信号を第2増幅回路304へ出力する。ベースバンド信号処理回路402は、例えば、通信装置400の外部からの送信信号に対する所定の信号処理を行う。
(1.2)弾性波装置
弾性波装置1では、図1に示すように、複数の弾性波共振子31〜39のうち第1端子101に電気的に最も近い弾性波共振子31をアンテナ端共振子とした場合に、アンテナ端共振子は、第1弾性波共振子3A(図3A参照)であり、複数の弾性波共振子31〜39のうちアンテナ端共振子以外の少なくとも1つの弾性波共振子33〜39は、第2弾性波共振子3B(図3B参照)である。実施形態1に係る弾性波装置1では、複数の直列腕共振子のうち第1端子101に電気的に最も近い直列腕共振子と、複数の並列腕共振子のうち第1端子101に電気的に最も近い並列腕共振子と、の各々が、第1弾性波共振子3Aである。
(1.3)第1弾性波共振子及び第2弾性波共振子の構成
第1弾性波共振子3A及び第2弾性波共振子3Bの各々は、図3A及び3Bに示すように、圧電体層6A,6Bと、IDT(Interdigital Transducer)電極7A,7Bと、高音速部材4A,4Bと、を含む。各IDT電極7A,7Bは、圧電体層6A,6B上に形成されている。「圧電体層6A,6B上に形成されている」とは、圧電体層6A,6B上に直接的に形成されている場合と、圧電体層6A,6B上に間接的に形成されている場合と、を含む。各高音速部材4A,4Bは、各圧電体層6A,6Bを挟んでIDT電極7A,7Bとは反対側に位置している。各圧電体層6A,6Bは、IDT電極7A,7B側の第1主面61A,61Bと、高音速部材4A,4B側の第2主面62A,62Bと、を有する。各高音速部材4A,4Bでは、圧電体層6A,6Bを伝搬する弾性波の音速よりも伝搬するバルク波の音速が高速である。
第1弾性波共振子3A及び第2弾性波共振子3Bの各々は、圧電体層6A,6Bの厚さが、IDT電極7A,7Bの電極指周期で定まる弾性波の波長をλとしたときに、3.5λ以下である。第1弾性波共振子3A及び第2弾性波共振子3Bの各々は、圧電体層6A,6Bの厚さが3.5λ以下である場合、Q値が高くなるが、高次モードも発生する。
また、第1弾性波共振子3A及び第2弾性波共振子3Bの各々は、低音速膜5A,5Bを更に含む。低音速膜5A,5Bは、高音速部材4A,4Bと圧電体層6A,6Bとの間に設けられている。各低音速膜5A,5Bでは、圧電体層6A,6Bを伝搬するバルク波の音速よりも伝搬するバルク波の音速が低速である。各高音速部材4A,4Bは、高音速支持基板42A,42Bである。各高音速支持基板42A,42Bは、低音速膜5A,5B、圧電体層6A,6B及びIDT電極7A,7Bを支持している。各高音速支持基板42A,42Bでは、その中を伝搬する複数のバルク波のうち、最も低音速なバルク波の音速が、圧電体層6A,6Bを伝搬する弾性波の音速よりも高速である。第1弾性波共振子3A及び第2弾性波共振子3Bの各々は、IDT電極7A,7Bの弾性波伝搬方向の両側それぞれに反射器(例えば、短絡グレーティング)を備えた1ポート型弾性波共振子である。ただし、反射器は、必須ではない。なお、第1弾性波共振子3A及び第2弾性波共振子3Bの各々は、1ポート型弾性波共振子に限らず、例えば、複数のIDT電極により構成される縦結合型弾性波共振子であってもよい。
(1.3.1)圧電体層
各圧電体層6A,6Bは、例えば、Γ°YカットX伝搬LiTaO圧電単結晶(例えば、50°YカットX伝搬LiTaO圧電単結晶)である。Γ°YカットX伝搬LiTaO圧電単結晶は、LiTaO圧電単結晶の3つの結晶軸をX軸、Y軸、Z軸とした場合に、X軸を中心軸としてY軸からZ軸方向にΓ°回転した軸を法線とする面で切断したLiTaO単結晶であって、X軸方向に弾性表面波が伝搬する単結晶である。Γ°は、例えば、50°である。各圧電体層6A,6Bのカット角は、カット角をΓ〔°〕、各圧電体層6A,6Bのオイラー角を(φ,θ,ψ)をすると、Γ=θ+90°である。ただし、Γと、Γ±180×nは同義である(結晶学的に等価である)。ここにおいて、nは、自然数である。各圧電体層6A,6Bは、Γ°YカットX伝搬LiTaO圧電単結晶に限らず、例えば、Γ°YカットX伝搬LiTaO圧電セラミックスであってもよい。
実施形態1に係る弾性波装置1における第1弾性波共振子3A及び第2弾性波共振子3Bでは、各圧電体層6A,6Bを伝搬する弾性波のモードとして、縦波、SH波、SV波、若しくはこれらが複合したモードが存在する。第1弾性波共振子3A及び第2弾性波共振子3Bでは、SH波を主成分とするモードをメインモードとして使用している。高次モードとは、圧電体層6A,6Bを伝搬する弾性波のメインモードよりも高周波数側に発生するスプリアスモードのことである。各圧電体層6A,6Bを伝搬する弾性波のモードが「SH波を主成分とするモードをメインモード」であるか否かについては、例えば、圧電体層6A,6Bのパラメータ(材料、オイラー角及び厚さ等)、IDT電極7A,7Bのパラメータ(材料、厚さ及び電極指周期等)、低音速膜5A,5Bのパラメータ(材料、厚さ等)等を用いて、有限要素法により変位分布を解析し、ひずみを解析することにより、確認することができる。圧電体層6A,6Bのオイラー角は、分析により求めることができる。
各圧電体層6A,6Bの材料は、LiTaO(リチウムタンタレート)に限らず、例えば、LiNbO(リチウムニオベイト)であってもよい。各圧電体層6A,6Bが、例えば、YカットX伝搬LiNbO圧電単結晶又は圧電セラミックスからなる場合、第1弾性波共振子3A及び第2弾性波共振子3Bは、ラブ波を弾性波として利用することにより、SH波を主成分とするモードをメインモードとして使用することができる。なお、各圧電体層6A,6Bの単結晶材料、カット角については、例えば、フィルタの要求仕様(通過特性、減衰特性、温度特性及び帯域幅等のフィルタ特性)等に応じて、適宜、決定すればよい。
各圧電体層6A,6Bの厚さは、各IDT電極7A,7Bの電極指周期で定まる弾性波の波長をλとしたときに、3.5λ以下である。
(1.3.2)IDT電極
各IDT電極7A,7Bは、Al、Cu、Pt、Au、Ag、Ti、Ni、Cr、Mo、W又はこれらの金属のいずれかを主体とする合金等の適宜の金属材料により形成することができる。また、IDT電極7A,7Bは、これらの金属又は合金からなる複数の金属膜を積層した構造を有していてもよい。例えば、各IDT電極7A,7Bは、Al膜であるが、これに限らず、例えば、圧電体層6A,6B上に形成されたTi膜からなる密着膜と、密着膜上に形成されたAl膜からなる主電極膜との積層膜であってもよい。密着膜の厚さは、例えば、10nm度である。また、主電極膜の厚さは、例えば130nm度である。
(1.3.2.1)第1弾性波共振子のIDT電極
IDT電極7Aは、図4A及び4Bに示すように、第1バスバー71Aと、第2バスバー72Aと、複数の第1電極指73Aと、複数の第2電極指74Aと、を含む。なお、図4Bでは、図3Aに示した高音速部材4A及び低音速膜5Aの図示を省略してある。
第1バスバー71A及び第2バスバー72Aは、高音速部材4Aの厚さ方向に沿った第1方向D1(Γ°Y方向)に直交する第2方向D2(X軸方向)を長手方向とする長尺状である。IDT電極7Aでは、第1バスバー71Aと第2バスバー72Aとは、第1方向D1と第2方向D2と両方に直交する第3方向D3において対向し合っている。
複数の第1電極指73Aは、第1バスバー71Aに接続され第2バスバー72Aに向かって延びている。ここにおいて、複数の第1電極指73Aは、第1バスバー71Aから第3方向D3に沿って延びている。複数の第1電極指73Aの先端と第2バスバー72Aとは離れている。例えば、複数の第1電極指73Aは、互いの長さ及び幅が同じである。
複数の第2電極指74Aは、第2バスバー72Aに接続され第1バスバー71Aに向かって延びている。ここにおいて、複数の第2電極指74Aは、第2バスバー72Aから第3方向D3に沿って延びている。複数の第2電極指74Aのそれぞれの先端は、第1バスバー71Aとは離れている。例えば、複数の第2電極指74Aは、互いの長さ及び幅が同じである。図4Aの例では、複数の第2電極指74Aの長さ及び幅は、複数の第1電極指73Aの長さ及び幅それぞれと同じである。
IDT電極7Aでは、複数の第1電極指73Aと複数の第2電極指74Aとが、第2方向D2において、1本ずつ交互に互いに離隔して並んでいる。したがって、第1バスバー71Aの長手方向において隣り合う第1電極指73Aと第2電極指74Aとは離れている。第1電極指73A及び第2電極指74Aの幅をW(図4B参照)とし、隣り合う第1電極指73Aと第2電極指74Aとのスペース幅をSとした場合、IDT電極7Aにおいて、デューティ比は、W/(W+S)で定義される。IDT電極7Aのデューティ比は、例えば、0.5である。IDT電極7Aの電極指周期で定まる弾性波の波長をλとしたとき、λは、電極指周期と等しい。電極指周期は、複数の第1電極指73A又は複数の第2電極指74Aの繰り返し周期PλA(図4B参照)で定義される。したがって、繰り返し周期PλAとλとは等しい。IDT電極7Aのデューティ比は、電極指周期の2分の1の値(W+S)に対する第1電極指73A及び第2電極指74Aの幅Wの比である。
複数の第1電極指73Aと複数の第2電極指74Aとを含む一群の電極指は、複数の第1電極指73Aと複数の第2電極指74Aとが、第2方向D2において、離隔して並んでいる構成であればよく、複数の第1電極指73Aと複数の第2電極指74Aとが交互に互いに離隔して並んでいない構成であってもよい。例えば、第1電極指73Aと第2電極指74Aとが1本ずつ離隔して並んでいる領域と、第1電極指73A又は第2電極指74Aが第2方向D2において2つ並んでいる領域と、とが混在してもよい。IDT電極7Aにおける複数の第1電極指73A及び複数の第2電極指74Aそれぞれの数は特に限定されない。
(1.3.2.2)第2弾性波共振子のIDT電極
IDT電極7Bは、図5A及び5Bに示すように、第1バスバー71Bと、第2バスバー72Bと、複数の第1電極指73Bと、複数の第2電極指74Bと、を含む。なお、図5Bでは、図3Bに示した高音速部材4B及び低音速膜5Bの図示を省略してある。
第1バスバー71B及び第2バスバー72Bは、高音速部材4Bの厚さ方向に沿った第1方向D1(Γ°Y方向)に直交する第2方向D2(X軸方向)を長手方向とする長尺状である。IDT電極7Bでは、第1バスバー71Bと第2バスバー72Bとは、第1方向D1と第2方向D2と両方に直交する第3方向D3において対向し合っている。
複数の第1電極指73Bは、第1バスバー71Bに接続され第2バスバー72Bに向かって延びている。ここにおいて、複数の第1電極指73Bは、第1バスバー71Bから第3方向D3に沿って延びている。複数の第1電極指73Bの先端と第2バスバー72Bとは離れている。例えば、複数の第1電極指73Bは、互いの長さ及び幅が同じである。
複数の第2電極指74Bは、第2バスバー72Bに接続され第1バスバー71Bに向かって延びている。ここにおいて、複数の第2電極指74Bは、第2バスバー72Bから第3方向D3に沿って延びている。複数の第2電極指74Bのそれぞれの先端は、第1バスバー71Bとは離れている。例えば、複数の第2電極指74Bは、互いの長さ及び幅が同じである。図5Aの例では、複数の第2電極指74Bの長さ及び幅は、複数の第1電極指73Bの長さ及び幅それぞれと同じである。
IDT電極7Bでは、複数の第1電極指73Bと複数の第2電極指74Bとが、第2方向D2において、1本ずつ交互に互いに離隔して並んでいる。したがって、第1バスバー71Bの長手方向において隣り合う第1電極指73Bと第2電極指74Bとは離れている。第1電極指73B及び第2電極指74Bの幅をW(図5B参照)とし、隣り合う第1電極指73Bと第2電極指74Bとのスペース幅をSとした場合、IDT電極7Bにおいて、デューティ比は、W/(W+S)で定義される。IDT電極7Bのデューティ比は、例えば、0.5である。IDT電極7Bの電極指周期で定まる弾性波の波長をλとしたとき、λは、電極指周期と等しい。電極指周期は、複数の第1電極指73B又は複数の第2電極指74Bの繰り返し周期PλB(図5B参照)で定義される。したがって、繰り返し周期PλBとλとは等しい。IDT電極7Bのデューティ比は、電極指周期の2分の1の値(W+S)に対する第1電極指73B及び第2電極指74Bの幅Wの比である。
複数の第1電極指73Bと複数の第2電極指74Bとを含む一群の電極指は、複数の第1電極指73Bと複数の第2電極指74Bとが、第2方向D2において、離隔して並んでいる構成であればよく、複数の第1電極指73Bと複数の第2電極指74Bとが交互に互いに離隔して並んでいない構成であってもよい。例えば、第1電極指73Bと第2電極指74Bとが1本ずつ離隔して並んでいる領域と、第1電極指73B又は第2電極指74Bが第2方向D2において2つ並んでいる領域と、とが混在してもよい。IDT電極7Bにおける複数の第1電極指73B及び複数の第2電極指74Bそれぞれの数は特に限定されない。
(1.3.3)第1弾性波共振子及び第2弾性波共振子それぞれの低音速膜
第1弾性波共振子3A及び第2弾性波共振子3Bの各々では、図3A及び3Bに示すように、高音速支持基板42A,42Bである高音速部材4A,4Bと圧電体層6A,6Bとの間に設けられた低音速膜5A,5Bを含むことにより、弾性波の音速が低下する。弾性波は本質的に低音速な媒質にエネルギーが集中する。したがって、第1弾性波共振子3A及び第2弾性波共振子3Bの各々では、各圧電体層6A,6B内及び弾性波が励振されている各IDT電極7A,7B内への弾性波エネルギーの閉じ込め効果を高めることができる。そのため、第1弾性波共振子3A及び第2弾性波共振子3Bの各々では、低音速膜5A,5Bが設けられていない場合に比べて、損失を低減し、Q値を高めることができる。第1弾性波共振子3A及び第2弾性波共振子3Bの各々は、例えば低音速膜5A,5Bと圧電体層6A,6Bとの間に介在する密着層を含んでいてもよい。これにより、第1弾性波共振子3A及び第2弾性波共振子3Bの各々は、低音速膜5A,5Bと圧電体層6A,6Bとの間で剥離が生じるのを抑制することができる。密着層は、例えば、樹脂(エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂等)、金属等からなる。また、第1弾性波共振子3A及び第2弾性波共振子3Bの各々は、密着層に限らず、誘電体膜を、低音速膜5A,5Bと圧電体層6A,6Bとの間、圧電体層6A,6B上、又は低音速膜5A,5B下のいずれかに備えていてもよい。
各低音速膜5A,5Bの材料は、例えば、酸化ケイ素と、ガラスと、酸窒化ケイ素と、酸化タンタルと、酸化ケイ素にフッ素又は炭素又はホウ素を加えた化合物と、からなる群から選択される少なくとも1種の材料である。
第1弾性波共振子3A及び第2弾性波共振子3Bでは、例えば、低音速膜5A,5Bが酸化ケイ素の場合、低音速膜5A,5Bを含んでいない場合と比べて、周波数温度特性を改善することができる。LiTaOの弾性定数は負の温度特性を有し、酸化ケイ素は正の温度特性を有する。したがって、第1弾性波共振子3A及び第2弾性波共振子3Bでは、TCF(Temperature Coefficient of Frequency)の絶対値を小さくすることができる。また、酸化ケイ素の固有音響インピーダンスは、LiTaOの固有音響インピーダンスよりも小さい。したがって、第1弾性波共振子3A及び第2弾性波共振子3Bでは、電気機械結合係数の増大による比帯域の拡大と、周波数温度特性の改善との双方を図ることができる。
低音速膜5A,5Bの厚さは、IDT電極7A,7Bの電極指周期で定まる弾性波の波長をλとすると、例えば、2.0λ以下である。
(1.3.4)高音速部材
各高音速部材4A,4Bは、圧電体層6A、6B及びIDT電極7A,7B等を支持している高音速支持基板42A,42Bである。各高音速支持基板42A,42Bでは、圧電体層6A,6Bを伝搬する弾性波の音速よりも伝搬するバルク波の音速が高速である。
(1.3.4.1)第1弾性波共振子の高音速部材
高音速部材4Aの平面視形状(高音速部材4Aを第1方向D1から見たときの外周形状)は、長方形状であるが、長方形状に限らず、例えば正方形状であってもよい。高音速部材4Aは、結晶基板である。具体的には、高音速部材4Aは、立方晶系の結晶構造を有する結晶基板である。一例として、高音速部材4Aでは、シリコン基板である。高音速部材4Aの厚さは、例えば、120μmである。
第1弾性波共振子3Aでは、高音速部材4Aが含むシリコン基板における圧電体層6A側の面41Aが(111)面である。(111)面は、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、〔111〕の結晶軸に直交する。「シリコン基板における圧電体層6A側の面41Aが(111)面である」とは、面41Aが(111)面のみに限らず、(111)面からのオフ角が0度よりも大きく5度以下の結晶面を含むことを意味する。また、「シリコン基板における圧電体層6A側の面41Aが(111)面である」とは、(111)面と等価な結晶面を含み、面41Aが{111}面であることを意味する。第1弾性波共振子3Aでは、シリコン基板における圧電体層6A側の面41Aが(111)面である場合に限らず、(110)面であってもよい。(110)面は、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、〔110〕の結晶軸に直交する。「シリコン基板における圧電体層6A側の面41Aが(110)面である」とは、面41Aが(110)面のみに限らず、(110)面からのオフ角が0度よりも大きく5度以下の結晶面を含むことを意味する。また、「シリコン基板における圧電体層6A側の面41Aが(110)面である」とは、(110)面と等価な結晶面を含み、面41Aが{110}面であることを意味する。面41Aの面方位については、例えば、X線回折法により分析することができる。結晶構造を有する結晶基板は、シリコン基板以外に、例えば、ゲルマニウム基板、ダイヤモンド基板等であってもよい。したがって、高音速部材4Aの材料は、シリコンに限らず、例えば、ゲルマニウム、ダイヤモンド等であってもよい。
(1.3.4.2)第2弾性波共振子の高音速部材
高音速部材4Bの平面視形状(高音速部材4Bを第1方向D1から見たときの外周形状)は、長方形状であるが、長方形状に限らず、例えば正方形状であってもよい。高音速部材4Bは、結晶基板である。具体的には、高音速部材4Bは、立方晶系の結晶構造を有する結晶基板である。一例として、高音速部材4Bでは、シリコン基板である。高音速部材4Bの厚さは、例えば、120μmである。
第2弾性波共振子3Bでは、高音速部材4Bが含むシリコン基板における圧電体層6B側の面41Bが(100)面である。(100)面は、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、〔100〕の結晶軸に直交する。「シリコン基板における圧電体層6B側の面41Bが(100)面である」とは、面41Bが(100)面のみに限らず、(100)面からのオフ角が0度よりも大きく5度以下の結晶面を含むことを意味する。シリコン基板では、(100)面と(001)面と(010)面とが互いに等価な結晶面なので、「シリコン基板における圧電体層6B側の面41Bが(100)面である」とは、面41Bが{100}面であることを意味する。面41Bの面方位については、例えば、X線回折法により分析することができる。結晶構造を有する結晶基板は、シリコン基板以外に、例えば、ゲルマニウム基板、ダイヤモンド基板等であってもよい。したがって、高音速部材4Bの材料は、シリコンに限らず、例えば、ゲルマニウム、ダイヤモンド等であってもよい。
(1.4)第1弾性波共振子、第2弾性波共振子及び弾性波装置の特性
図6は、第1弾性波共振子3A及び第2弾性波共振子3Bそれぞれのインピーダンス−周波数特性の例を示す。また、図7は、第1弾性波共振子3A及び第2弾性波共振子3Bそれぞれの位相−周波数特性を示す。図6及び7において、「Si(111)」と表記されている線は、第1弾性波共振子3Aにおいて高音速部材4Aが含むシリコン基板の面41Aを(111)面とした場合の特性を示す。また、「Si(110)」と表記されている線は、第1弾性波共振子3Aにおいて高音速部材4Aが含むシリコン基板の面41Aを(110)面とした場合の特性を示す。また、「Si(100)」と表記されている線は、第2弾性波共振子3Bにおいて高音速部材4Bが含むシリコン基板の面41Bを(100)面とした場合の特性を示す。
第1弾性波共振子3Aについては、シリコン基板からなる高音速部材4Aが含むシリコン基板の面41Aを(111)面又は(110)面とした。低音速膜5A、圧電体層6A及びIDT電極7Aの厚さは、IDT電極7Aの電極指周期で定まる弾性波の波長であるλを用いて規格化している。第1弾性波共振子3Aでは、λは、1μmとした。第1弾性波共振子3Aでは、酸化ケイ素からなる低音速膜5Aの厚さを0.34λとし、50°YカットX伝搬LiTaO圧電単結晶からなる圧電体層6Aの厚さを0.3λとし、アルミニウムからなるIDT電極7Aの厚さを0.08λとした。なお、これらの数値は一例である。
第2弾性波共振子3Bについては、シリコン基板からなる高音速部材4Bが含むシリコン基板の面41Bを(100)面とした。低音速膜5B、圧電体層6B及びIDT電極7Bの厚さは、IDT電極7Bの電極指周期で定まる弾性波の波長であるλを用いて規格化している。第2弾性波共振子3Bでは、λは、1μmとした。酸化ケイ素からなる低音速膜5Bの厚さを0.34λとし、50°YカットX伝搬LiTaO圧電単結晶からなる圧電体層6Bの厚さを0.3λとし、アルミニウムからなるIDT電極7Bの厚さを0.08λとした。なお、これらの数値は一例である。
図6及び7から、第1弾性波共振子3A及び第2弾性波共振子3Bでは、共振周波数よりも高周波数側に高次モードが発生していることが分かる。また、図6及び7から、4500MHzから6000MHzの間にある高次モードのレスポンスの大きさについては、〔高音速部材4Bが含むシリコン基板の面41Bが(100)面の第2弾性波共振子3B〕>〔高音速部材4Aが含むシリコン基板の面41Aが(110)面の第1弾性波共振子3A〕>〔高音速部材4Aが含むシリコン基板の面41Aが(111)面の第1弾性波共振子3A〕の大小関係があることが分かる。つまり、図6及び7から、第1弾性波共振子3Aでは、第2弾性波共振子3Bよりも高次モードの強度を低減できることが分かる。
一方、第2弾性波共振子3Bでは、第1弾性波共振子3Aと比べて、熱衝撃試験によるシリコン基板のクラック、剥離等が発生しにくかった。ここにおいて、クラック及び剥離は、例えば、シリコン基板の側面の面方位と、高音速部材4A,4Bと圧電体層6A,6Bとの線膨張係数差等による熱応力と、に起因して発生する。第1弾性波共振子3Aでは、クラック、剥離等が発生した場合、フィルタ通過帯域における挿入損失の増大等の特性劣化が生じることがある。なお、LiTaOの線膨張係数は、シリコンの線膨張係数よりも大きい。
以上の結果から、本願発明者らは、弾性波装置1では、高次モードを抑圧する観点からは第1弾性波共振子3Aと第2弾性波共振子3Bとのうち第1弾性波共振子3Aを用いるのが好ましいと考えた。その一方で、本願発明者らは、弾性波装置1では、特性劣化を抑制する観点からは第1弾性波共振子3Aと第2弾性波共振子3Bとのうち第2弾性波共振子3Bを用いるのが好ましいと考えた。
また、本願発明者らは、弾性波装置1を例えばマルチプレクサ100等に適用した場合に、弾性波装置1の高次モードが他のフィルタに与える影響の大部分は、複数の弾性波共振子31〜39のうちアンテナ200から見たときに電気的にアンテナ200に最も近いアンテナ端共振子の特性で決定されることを見出している。実施形態1に係る弾性波装置1では、特性劣化を防ぎつつ高次モードを抑圧する観点から、アンテナ端共振子を含む第1グループの弾性波共振子31,32の各々を第1弾性波共振子3Aで構成し、第1グループ以外の第2グループの弾性波共振子33〜39の各々を第2弾性波共振子3Bで構成してある。弾性波装置1では、第1グループの弾性波共振子31,32をまとめて1チップ化してあり、第2グループの弾性波共振子33〜39をまとめて1チップ化してある。弾性波装置1では、複数の弾性波共振子31〜39のうちアンテナ端共振子である弾性波共振子31のみを第1弾性波共振子3Aにより構成し、アンテナ端共振子以外の弾性波共振子32〜39の各々を第2弾性波共振子3Bにより構成してもよい。
(1.5)効果
実施形態1に係る弾性波装置1は、アンテナ端子である第1端子101と、第1端子101とは異なる第2端子102との間に設けられる。弾性波装置1は、複数の弾性波共振子31〜39を備える。複数の弾性波共振子31〜39は、第1端子101と第2端子102とを結ぶ第1経路r1上に設けられた複数の直列腕共振子(弾性波共振子31,33,35,37,39)と、第1経路r1上の複数のノードN1,N2,N3,N4それぞれとグラウンドとを結ぶ複数の第2経路r21,r22,r23,r24上に設けられた複数の並列腕共振子(弾性波共振子32,34,36,38)と、を含む。複数の弾性波共振子31〜39のうち第1端子101に電気的に最も近い弾性波共振子をアンテナ端共振子とした場合に、アンテナ端共振子は、第1弾性波共振子3Aであり、複数の弾性波共振子31〜39のうちアンテナ端共振子以外の少なくとも1つの弾性波共振子は、第2弾性波共振子3Bである。第1弾性波共振子3A及び第2弾性波共振子3Bの各々は、圧電体層6A,6Bと、複数の電極指(第1電極指73A,73B及び複数の第2電極指74A,74B)を有するIDT電極7A,7Bと、高音速部材4A,4Bと、を含む。第1弾性波共振子3A及び第2弾性波共振子3Bの各々のIDT電極7A,7Bは、圧電体層6A,6B上に形成されている。高音速部材4A,4Bは、圧電体層6A,6Bを挟んでIDT電極7A,7Bとは反対側に位置している。高音速部材4A,4Bでは、圧電体層6A,6Bを伝搬する弾性波の音速よりも伝搬するバルク波の音速が高速である。第1弾性波共振子3A及び第2弾性波共振子3Bの各々では、圧電体層6A,6Bの厚さが、IDT電極7A,7Bの電極指周期で定まる弾性波の波長をλとしたときに、3.5λ以下である。弾性波装置1は、第1条件を満たす。第1条件は、第1弾性波共振子3A及び第2弾性波共振子3Bの高音速部材4A,4Bの各々がシリコン基板を含み、第1弾性波共振子3Aのシリコン基板における圧電体層6A側の面41Aが(111)面又は(110)面であり、第2弾性波共振子3Bのシリコン基板における圧電体層6B側の面41Bが(100)面である、という条件である。
実施形態1に係る弾性波装置1では、アンテナ端共振子が第1弾性波共振子3Aであり、第1弾性波共振子3Aのシリコン基板における圧電体層6A側の面41Aが(111)面又は(110)面であることにより、高次モードを抑制することができる。また、実施形態1に係る弾性波装置1では、複数の弾性波共振子31〜39のうちアンテナ端共振子以外の少なくとも1つの弾性波共振子33〜39が第2弾性波共振子3Bであり、第2弾性波共振子3Bのシリコン基板における圧電体層6B側の面41Bが(100)面であることにより、特性劣化を抑制することが可能となる。
また、実施形態1に係る弾性波装置1では、第1弾性波共振子3A及び第2弾性波共振子3Bの各々は、低音速膜5A,5Bを含む。低音速膜5A,5Bは、高音速部材4A,4Bと圧電体層6A,6Bとの間に設けられている。低音速膜5A,5Bでは、圧電体層6A,6Bを伝搬するバルク波の音速よりも伝搬するバルク波の音速が低速である。高音速部材4A,4Bは、圧電体層6A,6Bを伝搬する弾性波の音速よりも伝搬するバルク波の音速が高速である高音速支持基板42A,42Bである。これにより、弾性波装置1では、第1弾性波共振子3A及び第2弾性波共振子3Bの各々において、弾性波が本質的に低音速な媒質にエネルギーが集中するという性質により、圧電体層6A,6B内及び弾性波が励振されているIDT電極7A,7B内への弾性波エネルギーの閉じ込め効果を高めることができる。よって、弾性波装置1では、第1弾性波共振子3A及び第2弾性波共振子3Bの各々において、低音速膜5A,5Bを含んでいない場合と比べて、Q値を高めることができ、損失を低減することができる。
また、実施形態1に係る弾性波装置1では、第1弾性波共振子3Aと第2弾性波共振子3Bとは互いに異なるチップである。図1の例では、1つの一点鎖線で囲まれた2つの第1弾性波共振子3Aが1チップに集積され、別の1つの一点鎖線で囲まれた7つの第2弾性波共振子3Bが別の1チップに集積されている。
また、実施形態1に係る弾性波装置1は、アンテナ端子である第1端子101と、第1端子101とは異なる第2端子102との間に設けられる。弾性波装置1は、複数の弾性波共振子31〜39を備える。複数の弾性波共振子31〜39は、第1端子101と第2端子102とを結ぶ第1経路r1上に設けられた複数の直列腕共振子(弾性波共振子31,33,35,37,39)と、第1経路r1上の複数のノードN1,N2,N3,N4それぞれとグラウンドとを結ぶ複数の第2経路上に設けられた複数の並列腕共振子(弾性波共振子32,34,36,38)と、を含む。複数の弾性波共振子31〜39のうち第1端子101に電気的に最も近い弾性波共振子をアンテナ端共振子とした場合に、アンテナ端共振子は、第1弾性波共振子3Aであり、複数の弾性波共振子31〜39のうちアンテナ端共振子以外の少なくとも1つの弾性波共振子は、第2弾性波共振子3Bである。第1弾性波共振子3A及び第2弾性波共振子3Bの各々のIDT電極7A,7Bは、圧電体層6A,6B上に形成されている。高音速部材4A,4Bは、圧電体層6A,6Bを挟んでIDT電極7A,7Bとは反対側に位置している。高音速部材4A,4Bでは、圧電体層6A,6Bを伝搬する弾性波の音速よりも伝搬するバルク波の音速が高速である。第1弾性波共振子3A及び第2弾性波共振子3Bの各々では、圧電体層6A,6Bの厚さが、IDT電極7A,7Bの電極指周期で定まる弾性波の波長をλとしたときに、3.5λ以下である。第1弾性波共振子3Aの高次モードの強度が第2弾性波共振子3Bの高次モードの強度よりも小さい。
以上の構成の弾性波装置1では、高次モードを抑制することが可能となる。
(1.6)実施形態1の変形例1
実施形態1の変形例1に係る弾性波装置は、実施形態1に係る弾性波装置1の第1弾性波共振子3A及び第2弾性波共振子3Bの代わりに、図8A及び8Bに示すような第1弾性波共振子3Aa及び第2弾性波共振子3Baを備えている点で、実施形態1に係る弾性波装置1と相違する。変形例1に係る弾性波装置の他の構成は実施形態1に係る弾性波装置1と同様なので図示及び説明を適宜省略する。変形例1に係る弾性波装置に関し、実施形態1に係る弾性波装置1と同様の構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。
第1弾性波共振子3Aa及び第2弾性波共振子3Baの各々は、実施形態1に係る弾性波装置1の第1弾性波共振子3A及び第2弾性波共振子3Bの低音速膜5A,5Bを含まない。第1弾性波共振子3Aa及び第2弾性波共振子3Baの各々では、高音速部材4A,4B上に圧電体層6A,6Bが形成されている。第1弾性波共振子3Aa及び第2弾性波共振子3Baの各々は、高音速部材4A,4Bと圧電体層6A,6Bとの間に、密着層、誘電体膜等を含んでいてもよい。
(1.7)実施形態1の変形例2
実施形態1の変形例2に係るマルチプレクサ100bは、図9に示すように、複数の弾性波共振子31〜39からなる共振子群30を複数備える。複数の共振子群30では、第1端子101が共通端子であり、かつ、第2端子102が個別端子である。マルチプレクサ100bでは、複数の共振子群30のアンテナ端共振子(弾性波共振子31)が1チップに集積されている。これにより、変形例2に係るマルチプレクサ100bは、複数の共振子群30を備えた構成において、小型化を図ることが可能となり、かつ、アンテナ端共振子の特性ばらつきを小さくすることができる。図9では、例えば、1つの共振子群30における7つの第2弾性波共振子3Bが1チップに集積されている。また、複数の共振子群30ごとの2つの第1弾性波共振子3A(図示例では、4つの第1弾性波共振子3A)が1チップに集積されている。なお、変形例2に係るマルチプレクサ100bでは、複数の共振子群30の弾性波共振子31,32が1チップに集積されているが、少なくとも複数の共振子群30の弾性波共振子31が1チップに集積されていればよい。
実施形態1の変形例2に係るマルチプレクサ100bでは、複数の共振子群30は、例えば各共振子群30の弾性波の波長を異ならせて、互いに通過帯域周波数の異なるフィルタを構成する。
(1.8)実施形態1の変形例3
実施形態1の変形例3に係る弾性波装置1cは、図10に示すように、複数(8つ)の弾性波共振子31〜38の接続関係が、実施形態1に係る弾性波装置1と相違する。変形例3に係る弾性波装置1cの他の構成は実施形態1に係る弾性波装置1と同様なので図示及び説明を適宜省略する。変形例3に係る弾性波装置1cに関し、実施形態1に係る弾性波装置1と同様の構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。
弾性波装置1cでは、複数の弾性波共振子31〜38において、複数(4つ)の直列腕共振子(弾性波共振子31、33、35、37)のうち1つの直列腕共振子(弾性波共振子31)と複数(4つ)の並列腕共振子(弾性波共振子32、34、36、38)のうち1つの並列腕共振子(弾性波共振子32)とが、アンテナ端子である第1端子101と直接的に接続されている。「1つの直列腕共振子(弾性波共振子31)が第1端子101と直接的に接続されている」とは、他の弾性波共振子32〜38を介さずに第1端子101と電気的に接続されていることを意味する。また、「1つの並列腕共振子(弾性波共振子32)が第1端子101と直接的に接続されている」とは、他の弾性波共振子31、33〜38を介さずに第1端子101と電気的に接続されていることを意味する。
弾性波装置1cでは、上記1つの直列腕共振子(弾性波共振子31)と上記1つの並列腕共振子(弾性波共振子32)との両方がアンテナ端共振子として第1弾性波共振子3Aにより構成されているが、これに限らない。例えば、弾性波装置1cでは、上記1つの直列腕共振子(弾性波共振子31)と上記1つの並列腕共振子(弾性波共振子32)との少なくとも一方が、アンテナ端共振子として第1弾性波共振子3Aにより構成されていればよい。
(実施形態2)
実施形態2に係る弾性波装置の回路構成は、実施形態1に係る弾性波装置1の回路構成と同じなので、図示及び説明を省略する。実施形態2に係る弾性波装置は、実施形態1に係る弾性波装置1の第1弾性波共振子3A及び第2弾性波共振子3Bの代わりに、図11A及び11Bに示すような第1弾性波共振子3Ad及び第2弾性波共振子3Bdを備えている点で、実施形態1に係る弾性波装置1と相違する。実施形態2に係る弾性波装置に関し、実施形態1に係る弾性波装置1と同様の構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。
実施形態2に係る弾性波装置では、第1弾性波共振子3AdのIDT電極7Aの厚さと、第2弾性波共振子3BdのIDT電極7Bの厚さと、が異なる。第1弾性波共振子3Ad及び第2弾性波共振子3Bdの構成は、実施形態1に係る弾性波装置1の第1弾性波共振子3A及び第2弾性波共振子3Bそれぞれと同様であり、各IDT電極7A,7B、各圧電体層6A,6B、各低音速膜5A,5Bの厚さが相違する。実施形態2に係る弾性波装置では、IDT電極7Aの電極指(図4Aの第1電極指73A,第2電極指74A)の電極指長手方向(図4Aの第3方向D3)における単位長さ当たりの質量が、IDT電極7Bの電極指(図5Aの第1電極指73B,第2電極指74B)の電極指長手方向(図5Aの第3方向D3)における単位長さ当たりの質量よりも大きい。「電極指の電極指長さ方向における単位長さ」は、例えば、図4A及び図5Aにおいて、第2方向D2から見て第1電極指73A,73Bと第2電極指74A,74Bとが重なる領域(弾性波が励振される領域)における第1電極指73A,73B及び第2電極指74A,74Bの第3方向D3の長さ(交差幅LA,LB)である。
第1弾性波共振子3Adについては、シリコン基板からなる高音速部材4Aの面41Aを(111)面とした。低音速膜5A、圧電体層6A及びIDT電極7Aの厚さは、IDT電極7Aの電極指周期で定まる弾性波の波長であるλを用いて規格化している。第1弾性波共振子3Adでは、λは、1μmとした。図12は、第1弾性波共振子3Adと同様の構成を有する参考例1の弾性波共振子において、酸化ケイ素からなる低音速膜の厚さを0.225λとし、50°YカットX伝搬LiTaO圧電単結晶からなる圧電体層の厚さを0.225λとし、アルミニウムからなるIDT電極の厚さをλに対する割合として3%(0.03λ)、5%(0.05λ)、7%(0.07λ)、9%(0.09λ)、11%(0.11λ)で変化させた場合の、IDT電極の厚さと高次モードの位相特性との関係を示している。また、図13は、参考例1の弾性波共振子におけるIDT電極の厚さを変化させた場合の共振周波数の変化を示している。図14は、参考例1の弾性波共振子におけるIDT電極の厚さと、参考例1の弾性波共振子の共振周波数のIDT電極の厚さに対する依存性と、の関係を示している。図14において、縦軸の「共振周波数のIDT電極の厚さに対する依存性」は、図13の結果における共振周波数の変化をIDT電極の厚さの関数として2次曲線で近似し、その2次曲線の微分係数から求めた値である。参考例1の弾性波共振子では、インピーダンスの位相の周波数特性(図示せず)において、3700MHzから4200MHzにあるモードがメインモードであり、5500MHzから6000MHzに発生するモードが問題としている高次モードである。
図12から、参考例1の弾性波共振子では、IDT電極の厚さを厚くするほど、高次モードのレスポンスが抑制される傾向にあることが分かる。この傾向は、高音速部材が含むシリコン基板の圧電体層側の面を(110)面、(100)面とした場合も同様である。参考例1の弾性波共振子の高次モードを抑制する観点では、IDT電極の厚さは、厚いほうが好ましい。つまり、第1弾性波共振子3Adの高次モードを抑制する観点では、IDT電極7Aの電極指(第1電極指73A,第2電極指74A)の電極指長手方向における単位長さ当たりの質量がより大きいほうが好ましい。
また、図13から、参考例1の弾性波共振子では、IDT電極の厚さを厚くするほど共振周波数が小さくなる傾向にあることが分かる。また、図14から、参考例1の弾性波共振子では、IDT電極の厚さを厚くするほど、共振周波数のIDT電極の厚さに対する依存性が大きくなる傾向にあることが分かる。したがって、製造時のウェハ面内でのIDT電極のばらつきによる共振周波数のばらつきを低減する観点では、参考例1の弾性波共振子におけるIDT電極の厚さは、薄いほうが好ましい。
実施形態2に係る弾性波装置では、実施形態1に係る弾性波装置1と同様、アンテナ端共振子が第1弾性波共振子3Adであり、第1弾性波共振子3Adの高音速部材4Aが含むシリコン基板における圧電体層6A側の面41Aが(111)面又は(110)面であることにより、高次モードを抑制することができる。また、実施形態2に係る弾性波装置では、複数の弾性波共振子31〜39のうちアンテナ端共振子以外の少なくとも1つの弾性波共振子33〜39が第2弾性波共振子3Bdであり、第2弾性波共振子3Bdの高音速部材4Bが含むシリコン基板における圧電体層6B側の面が(100)面であることにより、特性劣化を抑制することが可能となる。
また、実施形態2に係る弾性波装置では、第1弾性波共振子3AdのIDT電極7Aの電極指(第1電極指73A,第2電極指74A)の電極指長手方向における単位長さ当たりの質量が、第2弾性波共振子3BdのIDT電極7Bの電極指(第1電極指73B,第2電極指74B)の電極指長手方向における単位長さ当たりの質量よりも大きい。これにより、実施形態2に係る弾性波装置では、共振周波数のばらつきを低減しつつ高次モードを、より抑制することが可能となる。
図15は、第1弾性波共振子3Adと同様の構成を有する参考例2の弾性波共振子におけるIDT電極の厚さとTCFとの関係を示すグラフである。参考例2の弾性波共振子の共振周波数は、参考例1の弾性波共振子の共振周波数とは異なる。参考例2の弾性波共振子では、λを2μmとし、酸化ケイ素からなる低音速膜の厚さを0.35λとし、50°YカットX伝搬LiTaO圧電単結晶からなる圧電体層の厚さを0.3λとし、IDT電極の厚さを70nmから180nmの範囲で変化させた。
図15から、参考例2の弾性波共振子では、例えばTCFの絶対値を10ppm以下にするには、IDT電極の厚さを70nmから140nmの範囲にするとよく、5ppm以下にするには、IDT電極の厚さを90nmから125nmの範囲にするとよいことが分かる。この傾向は、高音速部材が含むシリコン基板の圧電体層側の面を(110)面、(100)面とした場合も同様である。また、参考例2の弾性波共振子では、IDT電極の厚さを小さくしていくと、IDT電極の抵抗値が増加し、損失が増大するので、損失を低減する観点では、IDT電極の厚さが大きいほうが好ましい。したがって、実施形態2に係る弾性波装置において、高次モードの温度安定性、フィルタの損失の増大を抑制する観点では、第1弾性波共振子3AdのIDT電極7Aの電極指(第1電極指73A,第2電極指74A)の電極指長手方向における単位長さ当たりの質量が、第2弾性波共振子3BdのIDT電極7Bの電極指(第1電極指73B,第2電極指74B)の電極指長手方向における単位長さ当たりの質量よりも小さいのが好ましい。
また、参考例2の弾性波共振子では、IDT電極の電極指の電極指長手方向における単位長さ当たりの質量が大きいほど、Q値が高くなる傾向にある。この傾向は、高音速部材が含むシリコン基板の圧電体層側の面を(110)面、(100)面とした場合も同様である。したがって、参考例2の弾性波共振子では、Q値を高くする観点において、電極指長手方向における単位長さ当たりの質量がより大きいほうが好ましい。したがって、実施形態2に係る弾性波装置では、Q値の向上を図りつつ高次モードを抑制することが可能となる。
ところで、参考例2の弾性波共振子は、第1弾性波共振子3Ad及び第2弾性波共振子3Bdと同様、高音速部材と低音速膜とを含むので、圧電体層内及び弾性波が励振されているIDT電極内への弾性波エネルギーの閉じ込め効果を高めることができる。このため、参考例2の弾性波共振子では、インピーダンスの位相特性において、反共振周波数よりも高周波側に、ストップバンドリップルが発生する。ここにおいて、「ストップバンドリップル」とは、弾性波共振子のインピーダンスの位相特性において、ストップバンド端の影響によって反共振周波数よりも高い周波数に発生するリップルである。詳細には、「ストップバンドリップル」とは、弾性波に対するストップバンド(阻止域)の上端周波数(ストップバンド端)よりも高周波数側において、IDT電極の反射特性(図16参照)のサイドローブ特性の影響で発生するリップルである。図16において、横軸は周波数であり、左側の縦軸は反射率γの絶対値であり、右側の縦軸は反射率γの偏角である。なお、図16の横軸においてω2がストップバンドの上端周波数であり、ω1がストップバンドの下端周波数である。反射率γの偏角は、例えば、文献「弾性表面波デバイスシミュレーション技術入門」、橋本研也、リアライズ社、p.215に記載されている「∠Γ」と同じ意味である。ストップバンドは、弾性波に対するブラッグ反射が生じる周波数域である。反射帯域の中心周波数であるブラッグ反射のブラッグ周波数は、電極指周期と弾性波の音速によって決まる。反射帯域の幅は、IDT電極の材料、厚さ及び電極指の幅等によって決まる。
図17は、参考例2の弾性波共振子のインピーダンスの位相特性を示すグラフである。図17における一点鎖線と破線とは、IDT電極の電極指の電極指長手方向における単位長さ当たりの質量が異なる。図17では、IDT電極の質量が相対的に大きい場合のインピーダンスの位相特性を一点鎖線で示し、IDT電極の質量が相対的に小さい場合のインピーダンスの位相特性を破線で示してある。図17において、1.70GHzを含む通過帯域よりも高周波数側にあるリップルは、ストップバンドリップルである。図17から、参考例2の弾性波共振子では、IDT電極の電極指の電極指長手方向における単位長さ当たりの質量が相対的に大きいほうが、通過帯域の最大周波数よりも高周波数側におけるストップバンドリップルの強度が小さいことが分かる。図17の例では、通過帯域が1.70GHzを含んでおり、ストップバンドリップルが1.79GHz付近に発生している。この傾向は、高音速部材が含むシリコン基板の圧電体層側の面を(110)面、(100)面とした場合も同様である。参考例2の弾性波共振子では、IDT電極の厚さを変えることによって、IDT電極の電極指の電極指長手方向における単位長さ当たりの質量を変えているが、これに限らず、IDT電極の比重を変えることによって、IDT電極の電極指の電極指長手方向における単位長さ当たりの質量を変えてもよい。
(実施形態3)
実施形態3に係る弾性波装置の回路構成は、実施形態1に係る弾性波装置1の回路構成と同じなので、図示及び説明を省略する。実施形態3に係る弾性波装置は、実施形態1に係る弾性波装置1の第1弾性波共振子3A及び第2弾性波共振子3Bの代わりに、図18A及び18Bに示すような第1弾性波共振子3Ae及び第2弾性波共振子3Beを備えている点で、実施形態1に係る弾性波装置1と相違する。実施形態3に係る弾性波装置に関し、実施形態1に係る弾性波装置1と同様の構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。
実施形態3に係る弾性波装置では、第1弾性波共振子3Aeの圧電体層6Aが、第2弾性波共振子3Beの圧電体層6Bよりも薄い。第1弾性波共振子3Ad及び第2弾性波共振子3Bdの構成は、実施形態1に係る弾性波装置1の第1弾性波共振子3A及び第2弾性波共振子3Bそれぞれと同様である。第1弾性波共振子3Ad及び第2弾性波共振子3Bdでは、各圧電体層6A,6B、各低音速膜5A,5Bの厚さが実施形態1に係る弾性波装置1の各圧電体層6A,6B、各低音速膜5A,5Bの厚さとは相違する。
第1弾性波共振子3Aeについては、シリコン基板からなる高音速部材4Aの面41Aを(111)面とした。低音速膜5A、圧電体層6A及びIDT電極7Aの厚さは、IDT電極7Aの電極指周期で定まる弾性波の波長であるλを用いて規格化している。第1弾性波共振子3Aeでは、λは、1μmとした。図19は、第1弾性波共振子3Adと同様の構成を有する参考例3の弾性波共振子において、酸化ケイ素からなる低音速膜の厚さを0.2λとし、アルミニウムからなるIDT電極の厚さを0.08λとし、50°YカットX伝搬LiTaO圧電単結晶からなる圧電体層の厚さを0.2λから0.3λの範囲で変化させた場合の、圧電体層の厚さと高次モードの位相特性との関係を示している。また、図20は、参考例3の弾性波共振子における圧電体層の厚さを0.1λから0.4λの範囲で変化させた場合のQ値の変化を示している。参考例3の弾性波共振子では、高次モードのレスポンスが5500MHz付近に生じる。
図19から、参考例3の弾性波共振子では、圧電体層の厚さを薄くするほど、高次モードのレスポンスが抑制される傾向にあることが分かる。この傾向は、高音速部材の圧電体層側の面を(110)面、(100)面とした場合も同様である。参考例3の弾性波共振子の高次モードを抑制する観点では、圧電体層の厚さは、より薄いほうが好ましい。つまり、第1弾性波共振子3Aeの高次モードを抑制する観点では、圧電体層6Aの厚さが薄いほうがより好ましい。
また、図20から、参考例3の弾性波共振子では、圧電体層の厚さを薄くするほどQ値が小さくなる傾向にあることが分かる。要するに、参考例3の弾性波共振子では、高次モードの抑制とQ値の向上とがトレードオフの関係にある。また、参考例3の弾性波共振子では、圧電体層の厚さが薄くなるにつれて、圧電体層の厚さばらつきによる特性ばらつきが大きくなる傾向にある。
実施形態3に係る弾性波装置は、実施形態1に係る弾性波装置1(図1〜5B参照)と同様、アンテナ端子である第1端子101と、第1端子101とは異なる第2端子102との間に設けられる。弾性波装置1は、複数の弾性波共振子31〜39を備える。複数の弾性波共振子31〜39は、第1端子101と第2端子102とを結ぶ第1経路r1上に設けられた複数の直列腕共振子(弾性波共振子31,33,35,37,39)と、第1経路r1上の複数のノードN1,N2,N3,N4それぞれとグラウンドとを結ぶ複数の第2経路r21,r22,r23,r24上に設けられた複数の並列腕共振子(弾性波共振子32,34,36,38)と、を含む。複数の弾性波共振子31〜39のうち第1端子101に電気的に最も近い弾性波共振子をアンテナ端共振子とした場合に、アンテナ端共振子は、第1弾性波共振子3Aeであり、複数の弾性波共振子31〜39のうちアンテナ端共振子以外の少なくとも1つの弾性波共振子は、第2弾性波共振子3Beである。第1弾性波共振子3Ae及び第2弾性波共振子3Beの各々は、圧電体層6A,6Bと、複数の電極指(複数の第1電極指73A,73B及び複数の第2電極指74A,74B)を有するIDT電極7A,7Bと、高音速部材4A,4Bと、を含む。第1弾性波共振子3Ae及び第2弾性波共振子3Beの各々のIDT電極7A,7Bは、圧電体層6A,6B上に形成されている。高音速部材4A,4Bは、圧電体層6A,6Bを挟んでIDT電極7A,7Bとは反対側に位置している。高音速部材4A,4Bでは、圧電体層6A,6Bを伝搬する弾性波の音速よりも伝搬するバルク波の音速が高速である。第1弾性波共振子3Ae及び第2弾性波共振子3Beの各々では、圧電体層6A,6Bの厚さが、IDT電極7A,7Bの電極指周期で定まる弾性波の波長をλとしたときに、3.5λ以下である。弾性波装置は、第1条件及び第2条件を満たす。第1条件は、第1弾性波共振子3Ae及び第2弾性波共振子3Beの高音速部材4A,4Bの各々がシリコン基板を含み、第1弾性波共振子3Aeのシリコン基板における圧電体層6A側の面41Aが(111)面又は(110)面であり、第2弾性波共振子3Beのシリコン基板における圧電体層6B側の面41Bが(100)面である、という条件である。第2条件は、第1弾性波共振子3Aの圧電体層6Aが、第2弾性波共振子3Bの圧電体層6Bよりも薄い、という条件である。
実施形態3に係る弾性波装置では、アンテナ端共振子が第1弾性波共振子3Aeであり、第1弾性波共振子3Aeのシリコン基板における圧電体層6A側の面41Aが(111)面又は(110)面であることにより、高次モードを抑制することができる。また、実施形態3に係る弾性波装置では、複数の弾性波共振子31〜39のうちアンテナ端共振子以外の少なくとも1つの弾性波共振子33〜39が第2弾性波共振子3Beであり、第2弾性波共振子3Beのシリコン基板における圧電体層6B側の面41Bが(100)面であることにより、特性劣化を抑制することが可能となる。また、実施形態3に係る弾性波装置では、第1弾性波共振子3Aeの圧電体層6Aが、第2弾性波共振子3Beの圧電体層6Bよりも薄いことにより、高次モードを抑制することができる。
実施形態3に係る弾性波装置は、第1条件と第2条件との両方を満たしているが、第1条件と第2条件との少なくとも一方を満たしていれば、高次モードを抑制することができる。したがって、実施形態3に係る弾性波装置では、第1弾性波共振子3Aeの高音速部材4Aの圧電体層6A側の面41Aと第2弾性波共振子3Beの高音速部材4B側の面41Bとが同様の面方位であってもよい。例えば、第1弾性波共振子3Aeのシリコン基板の圧電体層6A側の面41Aと第2弾性波共振子3Beのシリコン基板の圧電体層6B側の面41Bとの両方が(111)面であってもよいし、(110)面であってもよいし、(100)面であってもよい。
(実施形態3の変形例1)
実施形態3の変形例1に係る弾性波装置は、実施形態3に係る弾性波装置の第1弾性波共振子3Ae及び第2弾性波共振子3Beの代わりに、図21A及び21Bに示すような第1弾性波共振子3Af及び第2弾性波共振子3Bfを備えている点で、実施形態3に係る弾性波装置と相違する。実施形態3の変形例1に係る弾性波装置の他の構成は実施形態3に係る弾性波装置1と同様なので図示及び説明を適宜省略する。実施形態3の変形例1に係る弾性波装置に関し、実施形態3に係る弾性波装置1と同様の構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。
第1弾性波共振子3Af及び第2弾性波共振子3Bfの各々は、支持基板44A,44Bを更に含む。高音速部材4A,4Bは、高音速支持基板42A,42Bに代えて、高音速膜45A,45Bを含む。高音速膜45A,45Bは、支持基板44A,44B上に形成されている。ここにおいて、「支持基板44A,44B上に形成されている」とは、支持基板44A,44B上に直接的に形成されている場合と、支持基板44A,44B上に間接的に形成されている場合と、を含む。高音速膜45A,45Bでは、その中を伝搬する複数のバルク波のうち、最も低速なバルク波の音速が、圧電体層6A,6Bを伝搬する弾性波の音速よりも高速である。低音速膜5A,5Bは、高音速膜45A,45B上に形成されている。ここにおいて、「高音速膜45A,45B上に形成されている」とは、高音速膜45A,45B上に直接的に形成されている場合と、高音速膜45A,45B上に間接的に形成されている場合と、を含む。低音速膜5A,5Bでは、圧電体層6A,6Bを伝搬するバルク波の音速よりも伝搬する横波バルク波の音速が低速である。圧電体層6A,6Bは、低音速膜5A,5B上に形成されている。ここにおいて、「低音速膜5A,5B上に形成されている」とは、低音速膜5A,5B上に直接的に形成されている場合と、低音速膜5A,5B上に間接的に形成されている場合と、を含む。
各支持基板44A,44Bの材料は、シリコンであるが、これに限らず、サファイア、リチウムタンタレート、リチウムニオベイト、水晶等の圧電体、アルミナ、マグネシア、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、炭化ケイ素、ジルコニア、コージライト、ムライト、ステアタイト、フォルステライト等の各種セラミック、ガラス等の誘電体、窒化ガリウム等の半導体、樹脂等であってもよい。
第1弾性波共振子3Af及び第2弾性波共振子3Bfの各々では、高音速膜45A,45Bは、メインモードの弾性波のエネルギーが高音速膜45A,45Bより下の構造に漏れないように機能する。
第1弾性波共振子3Af及び第2弾性波共振子3Bfの各々では、高音速膜45A,45Bの厚みが十分に厚い場合、メインモードの弾性波のエネルギーは圧電体層6A,6B及び低音速膜5A,5Bの全体に分布し、高音速膜45A,45Bの低音速膜5A,5B側の一部にも分布し、支持基板44A,44Bには分布しないことになる。高音速膜45A,45Bにより弾性波を閉じ込めるメカニズムは非漏洩なSH波であるラブ波型の表面波の場合と同様のメカニズムであり、例えば、文献「弾性表面波デバイスシミュレーション技術入門」、橋本研也、リアライズ社、p.26−28に記載されている。上記メカニズムは、音響多層膜によるブラッグ反射器を用いて弾性波を閉じ込めるメカニズムとは異なる。
各高音速膜45A,45Bの材料は、例えば、ダイヤモンドライクカーボン、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、炭化ケイ素、窒化ケイ素、シリコン、サファイア、リチウムタンタレート、リチウムニオベイト、水晶、アルミナ、ジルコニア、コージライト、ムライト、ステアタイト、フォルステライト、マグネシア及びダイヤモンドからなる群から選択される少なくとも1種の材料である。
各高音速膜45A,45Bの厚さに関しては、弾性波を圧電体層6A,6B及び低音速膜5A,5Bに閉じ込める機能の観点で、厚いほど望ましい。第1弾性波共振子3Af及び第2弾性波共振子3Bfの各々は、高音速膜45A,45B、低音速膜5A,5B及び圧電体層6A,6B以外に、密着層、誘電体膜等を有していてもよい。
実施形態3の変形例1に係る弾性波装置は、実施形態3に係る弾性波装置と同様、第1弾性波共振子3Afの圧電体層6Aが、第2弾性波共振子3Bfの圧電体層6Bよりも薄いことにより、高次モードを抑制することが可能となる。また、実施形態3の変形例1に係る弾性波装置では、第1弾性波共振子3Af及び第2弾性波共振子3Bfの各々が高音速膜45A,45Bを備えているので、メインモードの弾性波のエネルギーが支持基板44A,44Bに漏れるのを抑制することが可能となる。
(実施形態3の変形例2)
実施形態3の変形例2に係る弾性波装置1gでは、図22及び23に示すように、第1弾性波共振子3Agと第2弾性波共振子3Bgとを含む複数の弾性波共振子31〜39が1チップに集積化されている。第1弾性波共振子3Ag及び第2弾性波共振子3Bgについて、実施形態3に係る弾性波装置の第1弾性波共振子3Ae及び第2弾性波共振子3Beと同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
実施形態3の変形例2に係る弾性波装置1gでは、図22に示すように、第1弾性波共振子3Agの高音速部材4Aと第2弾性波共振子3Bgの高音速部材4Bとが一体の高音速部材となる。また、第1弾性波共振子3Agの低音速膜5Aと第2弾性波共振子3Bgの低音速膜5Bとが一体の低音速膜となる。また、第1弾性波共振子3Agの圧電体層6Aと第2弾性波共振子3Bgの圧電体層6Bとが一体の圧電体層となる。図23では、複数の弾性波共振子31〜39が1チップに集積化されることを、一点鎖線で示している。実施形態3の変形例2に係る弾性波装置1gでは、実施形態3に係る弾性波装置と比べて、小型化を図ることが可能となる。また、実施形態3の変形例2に係る弾性波装置は、実施形態3に係る弾性波装置と同様、第1弾性波共振子3Agの圧電体層6Aが、第2弾性波共振子3Bgの圧電体層6Bよりも薄いことにより、高次モードを抑制することが可能となる。
(実施形態4)
実施形態4に係る弾性波装置の回路構成は、実施形態1に係る弾性波装置1の回路構成と同じなので、図示及び説明を省略する。実施形態4に係る弾性波装置は、実施形態1に係る弾性波装置1の第1弾性波共振子3A及び第2弾性波共振子3Bの代わりに、図24A及び24Bに示すような第1弾性波共振子3Ah及び第2弾性波共振子3Bhを備えている点で、実施形態1に係る弾性波装置1と相違する。実施形態4に係る弾性波装置に関し、実施形態1に係る弾性波装置1と同様の構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。
実施形態4に係る弾性波装置では、第1弾性波共振子3Ahの低音速膜5Aが、第2弾性波共振子3Bhの低音速膜5Bよりも薄い。第1弾性波共振子3Ah及び第2弾性波共振子3Bhの構成は、実施形態1に係る弾性波装置の第1弾性波共振子3A及び第2弾性波共振子3Bそれぞれと同様である。第1弾性波共振子3Ah及び第2弾性波共振子3Bhでは、各圧電体層6A,6B、各低音速膜5A,5Bの厚さが実施形態1に係る弾性波装置の各圧電体層6A,6B、各低音速膜5A,5Bの厚さとは相違する。
第1弾性波共振子3Ahについては、シリコン基板からなる高音速部材4Aの面41Aを(111)面とした。低音速膜5A、圧電体層6A及びIDT電極7Aの厚さは、IDT電極7Aの電極指周期で定まる弾性波の波長であるλを用いて規格化している。第1弾性波共振子3Ahでは、λは、1μmとした。図25は、第1弾性波共振子3Ahと同様の構成を有する参考例4の弾性波共振子において、アルミニウムからなるIDT電極の厚さを0.08λとし、50°YカットX伝搬LiTaO圧電単結晶からなる圧電体層の厚さを0.2λとし、酸化ケイ素からなる低音速膜の厚さを0.2λから0.35λの範囲で変化させた場合の、低音速膜の厚さと高次モードの位相特性との関係を示している。また、図26は、参考例4の弾性波共振子における低音速膜の厚さを0.15λから0.35λの範囲で変化させた場合のQ値の変化を示している。参考例4の弾性波共振子では、高次モードのレスポンスが700MHz付近に生じる。
図25から、参考例4の弾性波共振子では、低音速膜の厚さを薄くするほど、高次モードのレスポンスが抑制される傾向にあることが分かる。この傾向は、高音速部材が含むシリコン基板の圧電体層側の面を(110)面、(100)面とした場合も同様である。参考例4の弾性波共振子の高次モードを抑制する観点では、低音速膜の厚さは、より薄いほうが好ましい。つまり、第1弾性波共振子3Ahは、第1弾性波共振子3Ahの高次モードを抑制する観点では、低音速膜5Aの厚さが薄いほうがより好ましい。また、参考例4の弾性波共振子では、低音速膜の厚さを薄くするとTCFの絶対値が大きくなる傾向にある。この傾向は、高音速部材が含むシリコン基板の圧電体層側の面を(110)面、(100)面とした場合も同様である。第1弾性波共振子3Ahは、第1弾性波共振子3Ahの高次モードを抑制しつつTCFの絶対値を小さくする観点では、低音速膜5Aの厚さが薄いほうが好ましい。
また、図26から、参考例4の弾性波共振子では、低音速膜の厚さを薄くするほどQ値が小さくなる傾向にあることが分かる。この傾向は、高音速部材が含むシリコン基板の圧電体層側の面を(110)面、(100)面とした場合も同様である。参考例4の弾性波共振子では、高次モードの抑制とQ値の向上とがトレードオフの関係にある。したがって、実施形態4に係る弾性波装置では、第2弾性波共振子3Bhの低音速膜5Bが、第1弾性波共振子3Ahの低音速膜5Bよりも厚いのが好ましい。
実施形態4に係る弾性波装置は、実施形態1に係る弾性波装置1(図1〜5B参照)と同様、アンテナ端子である第1端子101と、第1端子101とは異なる第2端子102との間に設けられる。弾性波装置1は、複数の弾性波共振子31〜39を備える。複数の弾性波共振子31〜39は、第1端子101と第2端子102とを結ぶ第1経路r1上に設けられた複数の直列腕共振子(弾性波共振子31,33,35,37,39)と、第1経路r1上の複数のノードN1,N2,N3,N4それぞれとグラウンドとを結ぶ複数の第2経路r21,r22,r23,r24上に設けられた複数の並列腕共振子(弾性波共振子32,34,36,38)と、を含む。複数の弾性波共振子31〜39のうち第1端子101に電気的に最も近い弾性波共振子をアンテナ端共振子とした場合に、アンテナ端共振子は、第1弾性波共振子3Ahであり、複数の弾性波共振子31〜39のうちアンテナ端共振子以外の少なくとも1つの弾性波共振子は、第2弾性波共振子3Bhである。第1弾性波共振子3Ah及び第2弾性波共振子3Bhの各々は、圧電体層6A,6Bと、複数の電極指(複数の第1電極指73A,73B及び複数の第2電極指74A,74B)を有するIDT電極7A,7Bと、高音速部材4A,4Bと、を含む。第1弾性波共振子3Ah及び第2弾性波共振子3Bhの各々のIDT電極7A,7Bは、圧電体層6A,6B上に形成されている。高音速部材4A,4Bは、圧電体層6A,6Bを挟んでIDT電極7A,7Bとは反対側に位置している。高音速部材4A,4Bでは、圧電体層6A,6Bを伝搬する弾性波の音速よりも伝搬するバルク波の音速が高速である。第1弾性波共振子3Ah及び第2弾性波共振子3Bhの各々では、圧電体層6A,6Bの厚さが、IDT電極7A,7Bの電極指周期で定まる弾性波の波長をλとしたときに、3.5λ以下である。弾性波装置は、第1条件及び第3条件を満たす。第1条件は、第1弾性波共振子3Ah及び第2弾性波共振子3Bhの高音速部材4A,4Bの各々がシリコン基板を含み、第1弾性波共振子3Ahのシリコン基板における圧電体層6A側の面41Aが(111)面又は(110)面であり、第2弾性波共振子3Bhのシリコン基板における圧電体層6B側の面41Bが(100)面である、という条件である。第3条件は、第1弾性波共振子3Ah及び第2弾性波共振子3Bhの各々が、低音速膜5A,5Bを含み、かつ、第1弾性波共振子3Ahの低音速膜5Aが、第2弾性波共振子3Bhの低音速膜5Bよりも薄い、という条件である。低音速膜5A,5Bは、高音速部材4A,4Bと圧電体層6A,6Bとの間に設けられている。低音速膜5A,5Bでは、圧電体層6A,6Bを伝搬するバルク波の音速よりも伝搬するバルク波の音速が低速である。
実施形態4に係る弾性波装置では、アンテナ端共振子が第1弾性波共振子3Ahであり、第1弾性波共振子3Ahのシリコン基板における圧電体層6A側の面41Aが(111)面又は(110)面であることにより、高次モードを抑制することができる。また、実施形態4に係る弾性波装置では、複数の弾性波共振子31〜39のうちアンテナ端共振子以外の少なくとも1つの弾性波共振子33〜39が第2弾性波共振子3Bhであり、第2弾性波共振子3Bhのシリコン基板における圧電体層6B側の面41Bが(100)面であることにより、特性劣化を抑制することが可能となる。また、実施形態4に係る弾性波装置では、第1弾性波共振子3Ahの低音速膜5Aが第2弾性波共振子3Bhの低音速膜5Bよりも薄いことにより、高次モードを抑制することができる。
実施形態4に係る弾性波装置は、第1条件と第3条件との両方を満たしているが、第1条件と第3条件との少なくとも一方を満たしていれば、高次モードを抑制することができる。したがって、実施形態4に係る弾性波装置では、第1弾性波共振子3Ahのシリコン基板における圧電体層6A側の面41Aと第2弾性波共振子3Bhのシリコン基板における圧電体層6B側の面41Bとが同様の面方位であってもよい。例えば、第1弾性波共振子3Ahのシリコン基板における圧電体層6A側の面41Aと第2弾性波共振子3Bhのシリコン基板における圧電体層6B側の面41Bとの両方が(111)面であってもよいし、(110)面であってもよいし、(100)面であってもよい。
(実施形態4の変形例)
実施形態4の変形例に係る弾性波装置では、図27に示すように、第1弾性波共振子3Aiと第2弾性波共振子3Biとを含む複数の弾性波共振子31〜39(図1参照)が1チップに集積化されている。第1弾性波共振子3Ai及び第2弾性波共振子3Biについて、実施形態4に係る弾性波装置の第1弾性波共振子3Ah及び第2弾性波共振子3Bhと同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
実施形態4の変形例に係る弾性波装置では、第1弾性波共振子3Aiの高音速部材4Aと第2弾性波共振子3Biの高音速部材4Bとが一体の高音速部材となる。また、第1弾性波共振子3Aiの低音速膜5Aと第2弾性波共振子3Biの低音速膜5Bとが一体の低音速膜となる。また、第1弾性波共振子3Aiの圧電体層6Aと第2弾性波共振子3Biの圧電体層6Bとが一体の圧電体層となる。実施形態4の変形例に係る弾性波装置では、実施形態4に係る弾性波装置と比べて、小型化を図ることが可能となる。また、実施形態4の変形例に係る弾性波装置は、第1弾性波共振子3Aiの低音速膜5Aが第2弾性波共振子3Biの低音速膜5Bよりも薄いことにより、実施形態4に係る弾性波装置と同様に高次モードを抑制することができる。
(実施形態5)
実施形態5に係る弾性波装置の回路構成は、実施形態1に係る弾性波装置1(図1〜5B)の回路構成と同じなので、図示及び説明を省略する。実施形態5に係る弾性波装置は、実施形態1に係る弾性波装置1の第1弾性波共振子3A及び第2弾性波共振子3Bの代わりに、図28A及び28Bに示すような第1弾性波共振子3Aj及び第2弾性波共振子3Bjを備えている点で、実施形態1に係る弾性波装置1と相違する。実施形態5に係る弾性波装置に関し、実施形態1に係る弾性波装置1と同様の構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。
第1弾性波共振子3Aj及び第2弾性波共振子3Bjの各々は、誘電体膜8A,8Bを含む。各誘電体膜8A,8Bは、圧電体層6A,6B上に形成されている。各IDT電極7A,7Bは、誘電体膜8A,8B上に形成されている。各誘電体膜8A,8Bの材料は、例えば、酸化ケイ素である。
また、実施形態5に係る弾性波装置では、実施形態3に係る弾性波装置と同様、第1弾性波共振子3Ajの圧電体層6Aが、第2弾性波共振子3Bjの圧電体層6Bよりも薄い。第1弾性波共振子3Aj及び第2弾性波共振子3Bjの構成は、実施形態1に係る弾性波装置の第1弾性波共振子3A及び第2弾性波共振子3Bそれぞれと同様である。第1弾性波共振子3Aj及び第2弾性波共振子3Bjでは、各圧電体層6A,6B、各低音速膜5A,5Bの厚さが実施形態1に係る弾性波装置1の各圧電体層6A,6B、各低音速膜5A,5Bの厚さとは相違する。
第1弾性波共振子3Ajについては、高音速部材4Aが含むシリコン基板の面41Aを(111)面とした。低音速膜5A、圧電体層6A及びIDT電極7Aの厚さは、IDT電極7Aの電極指周期で定まる弾性波の波長であるλを用いて規格化している。第1弾性波共振子3Ajでは、λは、1.48μmとした。図29は、第1弾性波共振子3Ajと同様の構成を有する参考例5の弾性波共振子において、アルミニウムからなるIDT電極の厚さを0.07λとし、50°YカットX伝搬LiTaO圧電単結晶からなる圧電体層の厚さを0.3λとし、酸化ケイ素からなる低音速膜の厚さを0.35λとし、誘電体膜の厚さを0nmから30nmの範囲で変化させた場合の、誘電体膜の厚さとTCFとの関係を示している。また、図30は、参考例5の弾性波共振子における誘電体膜の厚さと比帯域との関係を示している。
図29から、参考例5の弾性波共振子では、TCFが正の値の範囲では誘電体膜の厚さを厚くするほど、TCFが小さくなる傾向にあることが分かる。この傾向は、高音速部材が含むシリコン基板における圧電体層側の面を(110)面、(100)面とした場合も同様である。参考例5の弾性波共振子の共振特性の温度変化に対する周波数変動を抑制する観点では、誘電体膜の厚さは、22nm以下であれば、より厚いほうが好ましい。つまり、第1弾性波共振子3Ajは、第1弾性波共振子3AjのTCFを小さくする観点では、誘電体膜8Aの厚さが厚いほうが好ましい。また、図30から、参考例5の弾性波共振子では、誘電体膜の厚さを大きくすると比帯域が狭くなる傾向にある。この傾向は、高音速部材が含むシリコン基板における圧電体層側の面を(110)面、(100)面とした場合も同様である。第1弾性波共振子3Ajは、第1弾性波共振子3Ajの比帯域を広くする観点では、誘電体膜8Aの厚さが薄いほうが好ましく、誘電体膜8Aを含まないのがより好ましい。
実施形態5に係る弾性波装置では、アンテナ端共振子が第1弾性波共振子3Ajであり、第1弾性波共振子3Ajの高音速部材4Aが含むシリコン基板における圧電体層6A側の面41Aが(111)面又は(110)面であることにより、高次モードを抑制することができる。また、実施形態5に係る弾性波装置では、複数の弾性波共振子31〜39(図1参照)のうちアンテナ端共振子以外の少なくとも1つの弾性波共振子33〜39が第2弾性波共振子3Bjであり、第2弾性波共振子3Bjの高音速部材4Bが含むシリコン基板における圧電体層6B側の面41Bが(100)面であることにより、特性劣化を抑制することが可能となる。また、実施形態5に係る弾性波装置では、第1弾性波共振子3Ajの圧電体層6Aが第2弾性波共振子3Bjの圧電体層6Bよりも薄いことにより、高次モードを抑制することができる。
実施形態5に係る弾性波装置は、実施形態3に係る弾性波装置と同様、第1条件と第2条件との両方を満たしているが、第1条件と第2条件との少なくとも一方を満たしていれば、高次モードを抑制することができる。したがって、実施形態5に係る弾性波装置では、第1弾性波共振子3Ajの高音速部材4Aが含むシリコン基板における圧電体層6A側の面41Aと第2弾性波共振子3Bjの高音速部材4Bが含むシリコン基板における圧電体層6B側の面41Bとが同様の面方位であってもよい。例えば、第1弾性波共振子3Ajのシリコン基板における圧電体層6A側の面41Aと第2弾性波共振子3Bjのシリコン基板における圧電体層6B側の面41Bとの両方が(111)面であってもよいし、(110)面であってもよいし、(100)面であってもよい。
また、実施形態5に係る弾性波装置では、第2条件を満たすとき、第1弾性波共振子3Aj及び第2弾性波共振子3Bjの各々が、圧電体層6A,6BとIDT電極7A,7Bとの間に設けられた誘電体膜8A,8Bを更に含む。第1弾性波共振子3Ajの誘電体膜8Aの厚さが、第2弾性波共振子3Bjの誘電体膜8Bの厚さよりも厚い。したがって、実施形態5に係る弾性波装置では、第1弾性波共振子3Ajの電気機械結合係数が大きくなりすぎるのを抑制することができる。
実施形態5に係る弾性波装置において、第1弾性波共振子3Ajと第2弾性波共振子3Bjとのうち、第1弾性波共振子3Ajのみが、圧電体層6AとIDT電極7Aとの間に設けられた誘電体膜8Aを含み、第2弾性波共振子3Bjが、圧電体層6BとIDT電極7Bとの間に設けられた誘電体膜8Bを含まない構成を採用してもよい。
また、実施形態5に係る弾性波装置において、第1弾性波共振子3Ajと第2弾性波共振子3Bjとのうち、第2弾性波共振子3Bjのみが、圧電体層6BとIDT電極7Bとの間に設けられた誘電体膜8Bを含み、第1弾性波共振子3Ajが、圧電体層6AとIDT電極7Aとの間に設けられた誘電体膜8Aを含まない構成を採用してもよい。
(実施形態5の変形例1)
実施形態5の変形例1に係る弾性波装置では、図31に示すように、第1弾性波共振子3Akと第2弾性波共振子3Bkとを含む複数の弾性波共振子31〜39(図1参照)が1チップに集積化されている。第1弾性波共振子3Ak及び第2弾性波共振子3Bkについて、実施形態5に係る弾性波装置の第1弾性波共振子3Aj及び第2弾性波共振子3Bjと同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
実施形態5の変形例1に係る弾性波装置では、第1弾性波共振子3Akの高音速部材4Aと第2弾性波共振子3Bkの高音速部材4Bとが一体の高音速部材となる。また、第1弾性波共振子3Akの低音速膜5Aと第2弾性波共振子3Bkの低音速膜5Bとが一体の低音速膜となる。また、第1弾性波共振子3Akの圧電体層6Aと第2弾性波共振子3Bkの圧電体層6Bとが一体の圧電体層となる。また、第1弾性波共振子3Akの誘電体膜8Aと第2弾性波共振子3Bkの誘電体膜8Bとが一体の誘電体膜となる。実施形態5の変形例1に係る弾性波装置では、実施形態5に係る弾性波装置と比べて、小型化を図ることが可能となる。また、実施形態5の変形例1に係る弾性波装置は、第1弾性波共振子3Akの圧電体層6Aが第2弾性波共振子3Bkの圧電体層6Bよりも薄いことにより、実施形態5に係る弾性波装置と同様に高次モードを抑制することができる。
(実施形態5の変形例2)
実施形態5の変形例2に係る弾性波装置は、実施形態5に係る弾性波装置の第1弾性波共振子3Aj及び第2弾性波共振子3Bjの代わりに、図32A及び32Bに示すような第1弾性波共振子3Al及び第2弾性波共振子3Blを備えている点で、実施形態5に係る弾性波装置と相違する。実施形態5の変形例2に係る弾性波装置に関し、実施形態5に係る弾性波装置と同様の構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。
また、実施形態5の変形例2に係る弾性波装置では、実施形態4に係る弾性波装置と同様、第1弾性波共振子3Alの低音速膜5Aが、第2弾性波共振子3Blの低音速膜5Bよりも薄い。実施形態5の変形例2に係る弾性波装置では、第1弾性波共振子3Alの圧電体層6Aの厚さと第2弾性波共振子3Blの圧電体層6Bの厚さとが同じである。
実施形態5の変形例2に係る弾性波装置では、アンテナ端共振子が第1弾性波共振子3Alであり、第1弾性波共振子3Alの高音速部材4Aが含むシリコン基板における圧電体層6A側の面41Aが(111)面又は(110)面であることにより、高次モードを抑制することができる。また、実施形態5の変形例2に係る弾性波装置では、複数の弾性波共振子31〜39のうちアンテナ端共振子以外の少なくとも1つの弾性波共振子33〜39(図1参照)が第2弾性波共振子3Blであり、第2弾性波共振子3Blの高音速部材4Bが含むシリコン基板における圧電体層6B側の面41Bが(100)面であることにより、特性劣化を抑制することが可能となる。また、実施形態5の変形例2に係る弾性波装置では、第1弾性波共振子3Alの低音速膜5Aが第2弾性波共振子3Blの低音速膜5Bよりも薄いことにより、高次モードを抑制することができる。
(実施形態5の変形例3)
実施形態5の変形例3に係る弾性波装置では、図33に示すように、第1弾性波共振子3Amと第2弾性波共振子3Bmとを含む複数の弾性波共振子31〜39(図1参照)が1チップに集積化されている。第1弾性波共振子3Am及び第2弾性波共振子3Bmについて、実施形態5の変形例2に係る弾性波装置の第1弾性波共振子3Al及び第2弾性波共振子3Blと同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
実施形態5の変形例3に係る弾性波装置では、第1弾性波共振子3Amの高音速部材4Aと第2弾性波共振子3Bmの高音速部材4Bとが一体の高音速部材となる。また、第1弾性波共振子3Amの低音速膜5Aと第2弾性波共振子3Bmの低音速膜5Bとが一体の低音速膜となる。また、第1弾性波共振子3Amの圧電体層6Aと第2弾性波共振子3Bmの圧電体層6Bとが一体の圧電体層となる。また、第1弾性波共振子3Amの誘電体膜8Aと第2弾性波共振子3Bmの誘電体膜8Bとが一体の誘電体膜となる。実施形態5の変形例3に係る弾性波装置では、実施形態5の変形例2に係る弾性波装置と比べて、小型化を図ることが可能となる。また、実施形態5の変形例3に係る弾性波装置は、第1弾性波共振子3Amの低音速膜5Aが第2弾性波共振子3Bmの低音速膜5Bよりも薄いことにより、実施形態5に係る弾性波装置と同様に高次モードを抑制することができる。
(実施形態6)
実施形態6に係る弾性波装置の回路構成は、実施形態1に係る弾性波装置1の回路構成と同じなので、図示及び説明を省略する。実施形態6に係る弾性波装置は、実施形態1に係る弾性波装置1の第1弾性波共振子3Aと第2弾性波共振子3Bの代わりに、図34A及び34Bに示すような第1弾性波共振子3An及び第2弾性波共振子3Bnを備えている点で、実施形態1に係る弾性波装置1と相違する。実施形態6に係る弾性波装置に関し、実施形態1に係る弾性波装置1と同様の構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。
実施形態6に係る弾性波装置では、第1弾性波共振子3Anの圧電体層6Aのカット角θが、第2弾性波共振子3Bnの圧電体層6Bのカット角θよりも大きい。
第1弾性波共振子3Anについては、シリコン基板からなる高音速部材4Aの面41Aを(111)面とした。低音速膜5A、圧電体層6A及びIDT電極7Aの厚さは、IDT電極7Aの電極指周期で定まる弾性波の波長であるλを用いて規格化している。第1弾性波共振子3Anでは、λは、2.00μmとした。図35は、第1弾性波共振子3Anと同様の構成を有する参考例6の弾性波共振子において、アルミニウムからなるIDT電極の厚さを0.07λとし、Γ°YカットX伝搬LiTaO圧電単結晶からなる圧電体層の厚さを0.3λとし、酸化ケイ素からなる低音速膜の厚さを0.35λとし、カット角θを40°から90°の範囲で変化させた場合の、カット角と電気機械結合係数との関係を示している。図35では、SH波をメインモードとする場合のカット角と電気機械結合係数との関係を一点鎖線で示し、SV波をメインモードとする場合のカット角と電気機械結合係数との関係を破線で示してある。また、図36は、参考例6の弾性波共振子におけるカット角とTCFとの関係を示している。また、図37は、参考例6の弾性波共振子におけるカット角と比帯域との関係を示している。
図35から、参考例6の弾性波共振子では、カット角が大きくなるほどSH波をメインモードとする電気機械結合係数が小さくなる傾向にあり、カット角が大きくなるほどSV波をメインモードとする電気機械結合係数が大きくなる傾向にあることが分かる。この傾向は、高音速部材が含むシリコン基板における圧電体層側の面を(110)面、(100)面とした場合も同様である。参考例6の弾性波共振子の電気機械結合係数を大きくする観点では、カット角が、より小さいほうが好ましい。
また、図36から、参考例6の弾性波共振子では、カット角が大きくなるほどTCFの絶対値が小さくなる傾向にあることが分かる。この傾向は、高音速部材が含むシリコン基板における圧電体層側の面を(110)面、(100)面とした場合も同様である。参考例6の弾性波共振子のTCFを小さくする観点では、カット角が、より大きいほうが好ましい。
また、図37から、参考例6の弾性波共振子では、カット角が大きくなるほど比帯域が狭くなる傾向にあることが分かる。この傾向は、高音速部材が含むシリコン基板における圧電体層側の面を(110)面、(100)面とした場合も同様である。参考例6の弾性波共振子の比帯域を広くする観点では、カット角が、より小さいほうが好ましい。
実施形態6に係る弾性波装置では、アンテナ端共振子が第1弾性波共振子3Anであり、第1弾性波共振子3Anの高音速部材4Aが含むシリコン基板における圧電体層6A側の面41Aが(111)面又は(110)面であることにより、高次モードを抑制することができる。また、実施形態6に係る弾性波装置では、複数の弾性波共振子31〜39(図1参照)のうちアンテナ端共振子以外の少なくとも1つの弾性波共振子33〜39が第2弾性波共振子3Bnであり、第2弾性波共振子3Bnの高音速部材4Bが含むシリコン基板における圧電体層6B側の面41Bが(100)面であることにより、特性劣化を抑制することが可能となる。
また、実施形態6に係る弾性波装置では、第1弾性波共振子3Anの圧電体層6Aのカット角θが、第2弾性波共振子3Bnの圧電体層6Bのカット角θよりも大きいので、第1弾性波共振子3AnのTCFの絶対値を第2弾性波共振子3BnのTCFの絶対値よりも小さくできる。これにより、実施形態6に係る弾性波装置では、高次モードの温度変化に伴う周波数変動を抑制することが可能となる。また、実施形態6に係る弾性波装置では、第2弾性波共振子3Bnの圧電体層6Bのカット角θが第1弾性波共振子3Anの圧電体層6Aのカット角θよりも小さい。これにより、実施形態6に係る弾性波装置では、弾性波共振子31〜39の全てが第1弾性波共振子3Anである場合と比べて、電気機械結合係数及び比帯域の特性低下を抑制することができる。
ところで、実施形態6に係る弾性波装置では、第1弾性波共振子3An及び第2弾性波共振子3Bnの各々において、通過帯域よりも低周波側にレイリー波が発生する。そこで、実施形態6に係る弾性波装置では、第1弾性波共振子3Anに関して、IDT電極7Aの電極指周期で定まる弾性波の波長をλ〔μm〕とし、IDT電極7Aの厚さをTIDT〔μm〕とし、IDT電極7Aの比重をρ〔g/cm〕とし、電極指の幅WAを電極指周期の2分の1の値(W+S)で除した値であるデューティ比をDとし、圧電体層6Aの厚さをTLT〔μm〕とし、低音速膜5Aの厚さをTVL〔μm〕とした場合、第1弾性波共振子3Anの圧電体層6Aのカット角θが、下記式(1)で求まるθ〔°〕を基準として、θ±4°の範囲内であるのが好ましい。
Figure 2019138810
スプリアスを抑制できる方策としては、特定のカット角を有する圧電体基板を用いることが知られている。一方で、フィルタ11では、要求されるフィルタ特性に対応してIDT電極7Aを構成するIDT電極7Aの厚さTIDT、デューティ比D、圧電体層6Aの厚みTLT、及び低音速膜5Aの厚さTVLを最適化することが望まれることがある。本願発明者らは、鋭意検討の結果、Γ°YカットX伝搬のLiTaO圧電単結晶を用いた第1弾性波共振子3Anについて、通過帯域よりも低周波側に発生するレイリー波の応答を抑制できるカット角は、一意に決まるのではなく、λ、TIDT、ρ、D、TLT、及びTVLにより変化し、上記式(1)を用いて規定できることを見出した。
これにより、IDT電極7A及び圧電体層6Aの構造パラメータに応じて圧電体層6Aのカット角を決めることにより、通過帯域よりも低周波側の減衰帯域におけるスプリアスを低減することが可能となる。
上記式(1)の導出にあたり、本願発明者らは、各構造パラメータと圧電体層6Aのカット角との関係について、規格化膜厚(TIDT/λ)、デューティ比D、規格化厚み(TLT/λ)、および規格化膜厚(TVL/λ)を変化させた場合の、レイリー波のスプリアスが極小となるカット角の変化を、有限要素法によるシミュレーションにより求めた。
その結果において、規格化膜厚(TIDT/λ)が大きくなるほど、上記カット角は小さくなる。また、デューティ比Dが大きくなるほど、上記カット角は小さくなる。また、規格化厚み(TLT/λ)が大きくなるほど、上記カット角は大きくなる。また、規格化膜厚(TVL/λ)が大きくなるほど、上記カット角は大きくなる。
実施形態6に係る弾性波装置では、第1弾性波共振子3Anの圧電体層6Aのカット角θがθ±4°の範囲内であることにより、レイリー波の応答強度を小さくすることができる。
(実施形態7)
実施形態7に係る弾性波装置の回路構成は、実施形態1に係る弾性波装置1の回路構成と同じなので、図示及び説明を省略する。実施形態7に係る弾性波装置は、実施形態1に係る弾性波装置1の第1弾性波共振子3Aの代わりに図38A及び38Bに示すようなSAW(Surface Acoustic Wave)共振子3Dを備え、第2弾性波共振子3Bの代わりに、図39に示すような第3弾性波共振子3Cを備えている。実施形態7に係る弾性波装置に関し、実施形態1に係る弾性波装置1と同様の構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。
SAW共振子3Dは、圧電体基板60と、圧電体基板60上に形成されているIDT電極7Dと、を含む。
圧電体基板60は、例えば、50°YカットX伝搬LiTaO基板である。圧電体基板60のカット角は、50°に限らず、別の値でもよい。また、圧電体基板は、LiTaO基板に限らず、例えば、LiNbO基板であってもよい。LiNbO基板は、例えば、128°YカットX伝搬LiNbO基板である。
IDT電極7Dは、実施形態1に係る弾性波装置1の第1弾性波共振子3AのIDT電極7A(図4A及び4B参照)と同様の構成を有する。すなわち、IDT電極7Dは、IDT電極7Aの第1バスバー71A、第2バスバー72A、複数の第1電極指73A及び複数の第2電極指74Aのそれぞれと同様の、第1バスバー71D、第2バスバー72D、複数の第1電極指73D及び複数の第2電極指74Dを備える。
第3弾性波共振子3Cは、第1弾性波共振子3A及び第2弾性波共振子3Bと同様の構成を有する。詳細には、第3弾性波共振子3Cは、圧電体層6Cと、IDT電極7Cと、高音速部材4Cと、を含む。IDT電極7Cは、圧電体層6C上に形成されている。IDT電極7Cは、実施形態1に係る弾性波装置1の第1弾性波共振子3AのIDT電極7A(図4A及び4B参照)と同様の構成を有する。すなわち、IDT電極7Cは、IDT電極7Aの第1バスバー71A、第2バスバー72A、複数の第1電極指73A及び複数の第2電極指74Aのそれぞれと同様の、第1バスバー、第2バスバー、複数の第1電極指73C及び複数の第2電極指74Cを備える。高音速部材4Cは、圧電体層6Cを挟んでIDT電極7Cとは反対側に位置している。圧電体層6Cは、IDT電極7C側の第1主面61Cと、高音速部材4C側の第2主面62Cと、を有する。高音速部材4Cでは、圧電体層6Cを伝搬する弾性波の音速よりも伝搬するバルク波の音速が高速である。
また、第3弾性波共振子3Cは、低音速膜5Cを更に含む。低音速膜5Cは、高音速部材4Cと圧電体層6Cとの間に設けられている。低音速膜5Cでは、圧電体層6Cを伝搬するバルク波の音速よりも伝搬するバルク波の音速が低速である。高音速部材4Cは、高音速支持基板42Cである。高音速支持基板42Cは、低音速膜5C、圧電体層6C及びIDT電極7Cを支持している。高音速支持基板42Cでは、圧電体層6Cを伝搬する弾性波の音速よりも伝搬するバルク波の音速が高速である。第3弾性波共振子3Cは、IDT電極7Cの弾性波伝搬方向の両側それぞれに反射器(例えば、短絡グレーティング)を備えた1ポート型弾性波共振子である。ただし、反射器は、必須ではない。なお、第3弾性波共振子3Cは、1ポート型弾性波共振子に限らず、例えば、縦結合弾性波共振子であってもよい。
圧電体層6Cは、例えば、Γ°YカットX伝搬LiTaO圧電単結晶(例えば、50°YカットX伝搬LiTaO圧電単結晶)である。
第3弾性波共振子3Cでは、圧電体層6Cを伝搬する弾性波のモードとして、縦波、SH波、SV波、若しくはこれらが複合したモードが存在する。第3弾性波共振子3Cでは、SH波を主成分とするモードをメインモードとして使用している。
図40の破線は、SAW共振子3Dのインピーダンスの位相の周波数特性を示している。また、図40の一点鎖線は、第3弾性波共振子3Cのインピーダンスの位相の周波数特性を示している。ここにおいて、SAW共振子3Dでは、IDT電極7Dの厚さは、IDT電極7Dの電極指周期で定まる弾性波の波長であるλを用いて規格化している。第3弾性波共振子3Cでは、λは、2μmとした。また、SAW共振子3Dでは、42°YカットX伝搬LiTaO圧電単結晶からなる圧電体基板60の厚さを120μm、アルミニウムからなるIDT電極7Cの厚さを0.08λとし、デューティ比を0.5とした。また、第3弾性波共振子3Cについては、シリコン基板からなる高音速部材4Cが含むシリコン基板における圧電体層6C側の面41Cを(100)面とした。低音速膜5C、圧電体層6C及びIDT電極7Cの厚さは、IDT電極7Cの電極指周期で定まる弾性波の波長であるλを用いて規格化している。第3弾性波共振子3Cでは、λは、2μmとした。第3弾性波共振子3Cでは、一例として、酸化ケイ素からなる低音速膜の厚さを0.35λとし、50°YカットX伝搬LiTaO圧電単結晶からなる圧電体層6Cの厚さを0.3λとし、アルミニウムからなるIDT電極7Cの厚さを0.08λとし、デューティ比を0.5とした。
図40から、第3弾性波共振子3Cでは、インピーダンスの位相特性において、通過帯域の最大周波数側にストップバンドリップルが発生する。図40の例では、通過帯域が1950MHzを含んでおり、ストップバンドリップルが2050MHz付近に発生している。これに対して、SAW共振子3Dでは、インピーダンスの位相特性において、2050MHz付近にリップルは発生していない。しかしながら、SAW共振子3Dでは、第3弾性波共振子3Cと比べて、通過帯域の特性が低下している。これらの傾向は、図41に示すように通過帯域を図40の場合よりも低周波数側に有する場合も同様である。図41の破線は、SAW共振子3Dのインピーダンスの位相の周波数特性を示している。また、図41の一点鎖線は、第3弾性波共振子3Cのインピーダンスの位相の周波数特性を示している。図41の例では、通過帯域が970MHzを含んでおり、ストップバンドリップルが1030MHz付近に発生している。
実施形態7に係る弾性波装置は、実施形態1に係る弾性波装置1(図1〜5B参照)と同様、アンテナ端子である第1端子101と、第1端子101とは異なる第2端子102との間に設けられる。弾性波装置1は、複数の弾性波共振子31〜39を備える。複数の弾性波共振子31〜39は、第1端子101と第2端子102とを結ぶ第1経路r1上に設けられた複数の直列腕共振子(弾性波共振子31,33,35,37,39)と、第1経路r1上の複数のノードN1,N2,N3,N4それぞれとグラウンドとを結ぶ複数の第2経路r21,r22,r23,r24上に設けられた複数の並列腕共振子(弾性波共振子32,34,36,38)と、を含む。複数の弾性波共振子31〜39のうち第1端子101に電気的に最も近い弾性波共振子31をアンテナ端共振子とした場合に、アンテナ端共振子は、SAW共振子3Dであり、複数の弾性波共振子31〜39のうちアンテナ端共振子以外の少なくとも1つの弾性波共振子33〜39は、第3弾性波共振子3Cである。SAW共振子3Dは、圧電体基板60と、圧電体基板60上に形成されており複数の電極指(複数の第1電極指73D及び複数の第2電極指74D)を有するIDT電極7Dと、を含む。第3弾性波共振子3Cは、圧電体層6Cと、複数の電極指(複数の第1電極指73C及び複数の第2電極指74C)を有するIDT電極7Cと、高音速部材4Cと、を含む。第3弾性波共振子3CのIDT電極7Cは、圧電体層6C上に形成されている。高音速部材4Cは、圧電体層6Cを挟んでIDT電極7Cとは反対側に位置している。高音速部材4Cでは、圧電体層6Cを伝搬する弾性波の音速よりも伝搬するバルク波の音速が高速である。第3弾性波共振子3Cでは、圧電体層6Cの厚さが、IDT電極7Cの電極指周期で定まる弾性波の波長をλとしたときに、3.5λ以下である。弾性波装置では、アンテナ端共振子がSAW共振子3Dである場合は、複数の弾性波共振子31〜39のうちアンテナ端共振子以外の少なくとも1つの弾性波共振子33〜39が第3弾性波共振子3Cである。
実施形態7に係る弾性波装置では、アンテナ端共振子がSAW共振子3Dである場合、複数の弾性波共振子31〜39のうちアンテナ端共振子以外の少なくとも1つの弾性波共振子33〜39が第3弾性波共振子3Cであることにより、反射特性及び通過特性の低下を抑制しつつ高次モードを抑制することができる。
(実施形態7の変形例1)
実施形態7の変形例1に係る弾性波装置は、実施形態7に係る弾性波装置のSAW共振子3Dの代わりに、図42に示すようなBAW(Bulk Acoustic Wave)共振子を備えている点が、実施形態7に係る弾性波装置と相違する。実施形態7の変形例1に係る弾性波装置に関し、実施形態7に係る弾性波装置と同様の構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。
BAW共振子3Eは、第1電極96と、圧電体膜97と、第2電極98と、を含む。圧電体膜97は、第1電極96上に形成されている。第2電極98は、圧電体膜97上に形成されている。
BAW共振子3Eは、支持部材90Eを更に備えている。支持部材90Eは、第1電極96と圧電体膜97と第2電極98とを支持している。支持部材90Eは、支持基板91と、支持基板91上に形成されている電気絶縁膜92と、を含む。支持基板91は、例えば、シリコン基板である。電気絶縁膜92は、例えば、シリコン酸化膜である。圧電体膜97は、例えば、PZT(チタン酸ジルコン酸鉛)からなる。
BAW共振子3Eは、第1電極96における圧電体膜97側とは反対側に空洞99を有する。BAW共振子3Eは、第1電極96と第1電極96直下の媒質との音響インピーダンス比を大きくすることにより支持部材90E側への弾性波エネルギーの伝搬を抑制することができ、空洞99が形成されていない場合と比べて、電気機械結合係数を高めることができる。BAW共振子3Eは、FBAR(Film Bulk Acoustic Resonator)である。なお、FBARを構成するBAW共振子3Eの構造は、一例であり、特に限定されない。
BAW共振子3Eでは、SAW共振子3Dと同様、インピーダンスの位相特性において、通過帯域の高周波側においてストップバンドリップルは発生しない。また、BAW共振子3Eでは、SAW共振子3Dと同様、第3弾性波共振子3Cと比べて、通過帯域の特性が低下する。
実施形態7の変形例1に係る弾性波装置は、実施形態1に係る弾性波装置1(図1〜5B参照)と同様、アンテナ端子である第1端子101と、第1端子101とは異なる第2端子102との間に設けられる。弾性波装置1は、複数の弾性波共振子31〜39を備える。複数の弾性波共振子31〜39は、第1端子101と第2端子102とを結ぶ第1経路r1上に設けられた複数の直列腕共振子(弾性波共振子31,33,35,37,39)と、第1経路r1上の複数のノードN1,N2,N3,N4それぞれとグラウンドとを結ぶ複数の第2経路r21,r22,r23,r24上に設けられた複数の並列腕共振子(弾性波共振子32,34,36,38)と、を含む。複数の弾性波共振子31〜39のうち第1端子101に電気的に最も近い弾性波共振子31をアンテナ端共振子とした場合に、アンテナ端共振子は、BAW共振子3Eであり、複数の弾性波共振子31〜39のうちアンテナ端共振子以外の少なくとも1つの弾性波共振子33〜39は、第3弾性波共振子3Cである。BAW共振子3Eは、第1電極96と、第1電極96上に形成されている圧電体膜97と、圧電体膜97上に形成されている第2電極98と、を含む。第3弾性波共振子3Cは、圧電体層6Cと、複数の電極指(複数の第1電極指73C及び複数の第2電極指74C)を有するIDT電極7Cと、高音速部材4Cと、を含む。第3弾性波共振子3CのIDT電極7Cは、圧電体層6C上に形成されている。高音速部材4Cは、圧電体層6Cを挟んでIDT電極7Cとは反対側に位置している。高音速部材4Cでは、圧電体層6Cを伝搬する弾性波の音速よりも伝搬するバルク波の音速が高速である。第3弾性波共振子3Cでは、圧電体層6Cの厚さが、IDT電極7Cの電極指周期で定まる弾性波の波長をλとしたときに、3.5λ以下である。弾性波装置は、アンテナ端共振子がBAW共振子3Eである場合、複数の弾性波共振子31〜39のうちアンテナ端共振子以外の少なくとも1つの弾性波共振子33〜39が第3弾性波共振子3Cである。
実施形態7の変形例1に係る弾性波装置では、アンテナ端共振子がBAW共振子3Eである場合、複数の弾性波共振子31〜39のうちアンテナ端共振子以外の少なくとも1つの弾性波共振子33〜39が第3弾性波共振子3Cであることにより、反射特性及び通過特性の低下を抑制しつつ高次モードを抑制することができる。
実施形態7の変形例2に係る弾性波装置は、実施形態7の変形例1に係る弾性波装置のBAW共振子3Eの代わりに、図43に示すようなBAW共振子3Fを備える。
BAW共振子3Fは、第1電極96と、圧電体膜97と、第2電極98と、を含む。圧電体膜97は、第1電極96上に形成されている。第2電極98は、圧電体膜97上に形成されている。
BAW共振子3Fは、支持部材90Fを更に備えている。支持部材90Fは、第1電極96と圧電体膜97と第2電極98とを支持している。支持部材90Fは、支持基板91と、支持基板91上に形成されている音響多層膜95と、を含む。音響多層膜95は、圧電体膜97で発生したバルク弾性波を反射する。音響多層膜95は、相対的に音響インピーダンスの高い複数の高音響インピーダンス層93と相対的に音響インピーダンスの低い複数の低音響インピーダンス層94とが支持基板91の厚さ方向において一層ごとに交互に並んだ構造である。高音響インピーダンス層93の材料は、例えば、Ptである。低音響インピーダンス層94の材料は、例えば、酸化ケイ素である。支持基板91は、例えば、シリコン基板である。圧電体膜97は、例えば、PZTからなる。
BAW共振子3Fは、第1電極96における圧電体膜97側とは反対側に上記の音響多層膜95を有する。BAW共振子3Fは、SMR(Solidly Mounted Resonator)である。なお、SMRを構成するBAW共振子3Fの構造は、一例であり、特に限定されない。
BAW共振子3Fでは、SAW共振子3Dと同様、インピーダンスの位相特性において、通過帯域の高周波側においてストップバンドリップルは発生しない。また、BAW共振子3Fでは、SAW共振子3Dと同様、第3弾性波共振子3Cと比べて、ストップバンドの反射特性が低下する。
実施形態7の変形例2に係る弾性波装置では、アンテナ端共振子がBAW共振子3Fである場合に、複数の弾性波共振子31〜39のうちアンテナ端共振子以外の少なくとも1つの弾性波共振子33〜39が第3弾性波共振子3Cであることにより、反射特性及び通過特性の低下を抑制しつつ高次モードを抑制することができる。
上記の実施形態1〜7等は、本発明の様々な実施形態の一つに過ぎない。上記の実施形態1〜7等は、本発明の目的を達成できれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。
(まとめ)
以上説明した実施形態1〜7等から以下の態様が開示されている。
第1の態様に係る弾性波装置(1;1c;1g)は、アンテナ端子である第1端子(101)と第1端子(101)とは異なる第2端子(102)との間に設けられる。弾性波装置(1;1c;1g)は、複数の弾性波共振子(31〜39)を備える。複数の弾性波共振子(31〜39)は、第1端子(101)と第2端子(102)とを結ぶ第1経路(r1)上に設けられた複数の直列腕共振子(弾性波共振子31,33,35,37,39)と、第1経路(r1)上の複数のノード(N1,N2,N3,N4)それぞれとグラウンドとを結ぶ複数の第2経路上に設けられた複数の並列腕共振子(弾性波共振子32,34,36,38)と、を含む。複数の弾性波共振子(31〜39)のうち第1端子(101)に電気的に最も近い弾性波共振子をアンテナ端共振子とした場合に、アンテナ端共振子は、第1弾性波共振子(3A;3Aa〜3An)、SAW共振子(3D)又はBAW共振子(3E;3F)であり、複数の弾性波共振子(31〜39)のうちアンテナ端共振子以外の少なくとも1つの弾性波共振子は、第2弾性波共振子(3B;3Ba〜3Bn)又は第3弾性波共振子(3C)である。上記アンテナ端共振子が第1弾性波共振子(3A;3Aa〜3An)の場合は、上記少なくとも1つの弾性波共振子は第2弾性波共振子(3B;3Ba〜3Bn)である。上記アンテナ端共振子がSAW共振子(3D)又はBAW共振子(3E;3F)である場合は、複数の弾性波共振子(31〜39)のうち上記アンテナ端共振子以外の少なくとも1つの弾性波共振子が第3弾性波共振子(3C)である。SAW共振子(3D)は、圧電体基板(60)と、複数の電極指(複数の第1電極指73D及び複数の第2電極指74D)を有するIDT電極(7D)と、を含む。IDT電極(7D)は、圧電体基板(60)上に形成されている。第1弾性波共振子(3A;3Aa〜3An)、第2弾性波共振子(3B;3Ba〜3Bn)及び第3弾性波共振子(3C)の各々は、圧電体層(6A,6B,6C)と、複数の電極指(複数の第1電極指73A,73B,73C及び複数の第2電極指74A,74B,74C)を有するIDT電極(7A,7B,7C)と、高音速部材(4A,4B,4C)と、を含む。第1弾性波共振子(3A;3Aa〜3An)、第2弾性波共振子(3B;3Ba〜3Bn)及び第3弾性波共振子(3C)の各々のIDT電極(7A,7B,7C)は、圧電体層(6A,6B,6C)上に形成されている。高音速部材(4A,4B,4C)は、圧電体層(6A,6B,6C)を挟んでIDT電極(7A,7B,7C)とは反対側に位置している。高音速部材(4A,4B,4C)では、圧電体層(6A,6B,6C)を伝搬する弾性波の音速よりも伝搬するバルク波の音速が高速である。第1弾性波共振子(3A;3Aa〜3An)、第2弾性波共振子(3B;3Ba〜3Bn)及び第3弾性波共振子(3C)の各々では、圧電体層(6A,6B,6C)の厚さが、IDT電極(7A,7B,7C)の電極指周期で定まる弾性波の波長をλとしたときに、3.5λ以下である。弾性波装置(1;1c;1g)は、上記アンテナ端共振子が第1弾性波共振子(3A;3Aa〜3An)であり上記少なくとも1つの弾性波共振子が第2弾性波共振子(3B;3Ba〜3Bn)である場合、第1条件と第2条件と第3条件とのうち少なくとも1つを満たす。上記第1条件は、第1弾性波共振子(3A;3Aa〜3An)及び第2弾性波共振子(3B;3Ba〜3Bn)の高音速部材(4A,4B,4C)の各々がシリコン基板を含み、第1弾性波共振子(3A;3Aa〜3An)のシリコン基板における圧電体層(6A)側の面(41A)が(111)面又は(110)面であり、第2弾性波共振子(3B;3Ba〜3Bn)のシリコン基板における圧電体層(6B)側の面(41B)が(100)面である、という条件である。上記第2条件は、第1弾性波共振子(3A;3Aa〜3An)の圧電体層(6A)が、第2弾性波共振子(3B;3Ba〜3Bn)の圧電体層(6B)よりも薄い、という条件である。上記第3条件は、第1弾性波共振子(3A;3Aa〜3An)及び第2弾性波共振子(3B;3Ba〜3Bn)の各々が、低音速膜(5A,5B)を含み、かつ、第1弾性波共振子(3A;3Aa〜3An)の低音速膜(5A)が、第2弾性波共振子(3B;3Ba〜3Bn)の低音速膜(5B)よりも薄い、という条件である。低音速膜(5A,5B)は、高音速部材(4A,4B)と圧電体層(6A,6B)との間に設けられている。低音速膜(5A,5B)では、圧電体層(6A,6B)を伝搬するバルク波の音速よりも伝搬するバルク波の音速が低速である。
第1の態様に係る弾性波装置(1;1c;1g)では、高次モードを抑制することが可能となる。
第2の態様に係る弾性波装置(1;1c;1g)では、第1の態様において、BAW共振子(3E;3F)は、第1電極(96)と、圧電体膜(97)と、第2電極(98)と、を含む。圧電体膜(97)は、第1電極(96)上に形成されている。第2電極(98)は、圧電体膜(97)上に形成されている。
第3の態様に係る弾性波装置(1;1c;1g)では、第1又は2の態様において、弾性波装置(1;1c;1g)は、上記アンテナ端共振子が第1弾性波共振子(3A;3Aa〜3An)であり上記少なくとも1つの弾性波共振子が第2弾性波共振子(3B;3Ba〜3Bn)である場合、第4条件を満たす。上記第4条件は、第1弾性波共振子(3A;3Aa〜3An)のIDT電極(7A)の電極指の電極指長手方向における単位長さ当たりの質量が、第2弾性波共振子(3B;3Ba〜3Bn)のIDT電極(7B)の電極指の電極指長手方向における単位長さ当たりの質量よりも大きい、という条件である。
第3の態様に係る弾性波装置(1;1c;1g)では、電気機械結合係数を大きくでき、かつ、ストップバンドリップルを抑制することが可能となる。
第4の態様に係る弾性波装置(1;1c;1g)では、第1又は2の態様において、弾性波装置(1;1c;1g)は、上記アンテナ端共振子が第1弾性波共振子(3A;3Aa〜3An)であり上記少なくとも1つの弾性波共振子が第2弾性波共振子(3B;3Ba〜3Bn)である場合、第4条件を満たす。上記第4条件は、第1弾性波共振子(3A;3Aa〜3An)のIDT電極(7A)の電極指の電極指長手方向における単位長さ当たりの質量が、第2弾性波共振子(3B;3Ba〜3Bn)のIDT電極(7B)の電極指の電極指長手方向における前記単位長さ当たりの質量よりも小さい、という条件である。
第4の態様に係る弾性波装置(1;1c;1g)では、第1弾性波共振子(3A;3Aa〜3An)のTCFを第2弾性波共振子(3B;3Ba〜3Bn)のTCFよりも小さくすることが可能となる。
第5の態様に係る弾性波装置(1;1c;1g)は、第1〜4の態様のいずれか一つにおいて、上記アンテナ端共振子が第1弾性波共振子(3A;3Aa〜3An)であり上記少なくとも1つの弾性波共振子が第2弾性波共振子(3B;3Ba〜3Bn)である場合、上記第1条件と上記第2条件との少なくとも一方を満たす。第1弾性波共振子(3A;3Aa〜3An)と第2弾性波共振子(3B;3Ba〜3Bn)とのうち、第1弾性波共振子(3A;3Aa〜3An)のみが、低音速膜(5A)を含む。低音速膜(5A)は、高音速部材(4A)と圧電体層(6A)との間に設けられている。低音速膜(5A)では、圧電体層(6A)を伝搬するバルク波の音速よりも伝搬するバルク波の音速が低速である。
第5の態様に係る弾性波装置(1;1c;1g)では、電気機械結合係数の増大による比帯域の拡大と、周波数温度特性の改善との双方を図ることができる。
第6の態様に係る弾性波装置(1;1c;1g)は、第1〜4の態様のいずれか一つにおいて、上記アンテナ端共振子が第1弾性波共振子(3A;3Aa〜3An)であり上記少なくとも1つの弾性波共振子が第2弾性波共振子(3B;3Ba〜3Bn)である場合、上記第1条件と上記第2条件との少なくとも一方を満たす。第1弾性波共振子(3A;3Aa〜3An)と第2弾性波共振子(3B;3Ba〜3Bn)とのうち、第2弾性波共振子(3B;3Ba〜3Bn)のみが、低音速膜(5B)を含む。低音速膜(5B)は、高音速部材(4B)と圧電体層(6B)との間に設けられている。低音速膜(5B)では、圧電体層(6B)を伝搬するバルク波の音速よりも伝搬するバルク波の音速が低速である。
第6の態様に係る弾性波装置(1;1c;1g)では、第1弾性波共振子(3A;3Aa〜3An)で発生する高次モードをより抑制することができる。
第7の態様に係る弾性波装置(1;1c;1g)では、第1〜6の態様のいずれか一つにおいて、圧電体層(6A,6B,6C)の材料がリチウムタンタレート又はリチウムニオベイトである。低音速膜(5A,5B,5C)の材料が酸化ケイ素である。高音速部材(4A,4B,4C)の材料がシリコンである。
第7の態様に係る弾性波装置(1;1c;1g)では、低音速膜(5A,5B,5C)が設けられていない場合に比べて、損失を低減し、Q値を高めることができる。
第8の態様に係る弾性波装置(1;1c;1g)は、第1〜6の態様のいずれか一つにおいて、高音速部材(4A,4B)は、高音速膜(45A,45B)と、高音速膜(45A,45B)を支持する支持基板(44A,44B)と、を含む。高音速膜(45A,45B)では、圧電体層(6A,6B)を伝搬する弾性波の音速よりも伝搬するバルク波の音速が高速である。第1弾性波共振子(3A;3Aa〜3An)、第2弾性波共振子(3B;3Ba〜3Bn)及び第3弾性波共振子(3C)の各々は、高音速膜(45A,45B)上に形成されている低音速膜(5A,5B,5C)を含む。低音速膜(5A,5B,5C)では、圧電体層(6A,6B,6C)を伝搬するバルク波の音速よりも伝搬するバルク波の音速が低速である。弾性波装置(1;1b;1c;1g)は、上記第1条件を満たす場合、支持基板(44A,44B)が上記シリコン基板である。
第8の態様に係る弾性波装置(1;1c;1g)では、弾性波が支持基板(44A,44B)に漏れるのを抑制することが可能となる。
第9の態様に係る弾性波装置(1;1c;1g)では、第8の態様において、圧電体層(6A,6B,6C)の材料が、リチウムタンタレート又はリチウムニオベイトである。低音速膜(5A,5B,5C)の材料が、酸化ケイ素と、ガラスと、酸窒化ケイ素と、酸化タンタルと、酸化ケイ素にフッ素、炭素又はホウ素を加えた化合物と、からなる群から選択される少なくとも1種の材料である。高音速膜(45A,45B)の材料が、ダイヤモンドライクカーボン、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、炭化ケイ素、窒化ケイ素、シリコン、サファイア、リチウムタンタレート、リチウムニオベイト、水晶、アルミナ、ジルコニア、コージライト、ムライト、ステアタイト、フォルステライト、マグネシア及びダイヤモンドからなる群から選択される少なくとも1種の材料である。
第10の態様に係る弾性波装置(1;1c;1g)では、第1〜7の態様のいずれか一つにおいて、第1弾性波共振子(3A;3Aa〜3An)、第2弾性波共振子(3B;3Ba〜3Bn)及び第3弾性波共振子(3C)の各々は、低音速膜(5A,5B,5C)を含む。低音速膜(5A,5B,5C)は、高音速部材(4A,4B,4C)と圧電体層(6A,6B,6C)との間に設けられている。低音速膜(5A,5B,5C)では、圧電体層(6A,6B,6C)を伝搬するバルク波の音速よりも伝搬するバルク波の音速が低速である。高音速部材(4A,4B,4C)は、高音速支持基板(42A,42B,42C)である。高音速支持基板(42A,42B,42C)では、圧電体層(6A,6B,6C)を伝搬する弾性波の音速よりも伝搬するバルク波の音速が高速である。
第10の態様に係る弾性波装置(1;1c;1g)では、第1弾性波共振子(3A;3Aa〜3An)、第2弾性波共振子(3B;3Ba〜3Bn)及び第3弾性波共振子(3C)の各々が低音速膜(5A,5B,5C)を含まない場合に比べて、損失を低減し、Q値を高めることができる。
第11の態様に係る弾性波装置(1;1c;1g)では、第1〜10の態様のいずれか一つにおいて、上記第2条件を満たすとき、第1弾性波共振子(3A;3Aa〜3An)及び第2弾性波共振子(3B;3Ba〜3Bn)の各々が、圧電体層(6A,6B,6C)とIDT電極(7A,7B)との間に設けられた誘電体膜(8A,8B)を更に含む。第1弾性波共振子(3A;3Aa〜3An)の誘電体膜(8A)の厚さが、第2弾性波共振子(3B;3Ba〜3Bn)の誘電体膜(8B)の厚さよりも厚い。
第11の態様に係る弾性波装置(1;1c;1g)では、第1弾性波共振子(3A;3Aa〜3An)の電気機械結合係数が大きくなりすぎるのを抑制することができる。
第12の態様に係る弾性波装置(1;1c;1g)は、第1〜10の態様のいずれか一つにおいて、上記アンテナ端共振子が第1弾性波共振子(3A;3Aa〜3An)であり上記少なくとも1つの弾性波共振子が第2弾性波共振子(3B;3Ba〜3Bn)である場合、上記第1条件と上記第2条件との少なくとも一方を満たす。第1弾性波共振子(3A;3Aa〜3An)と第2弾性波共振子(3B;3Ba〜3Bn)とのうち、第1弾性波共振子(3A;3Aa〜3An)のみが、圧電体層(6A)とIDT電極(7A)との間に設けられた誘電体膜(8A)を更に含む。
第13の態様に係る弾性波装置(1;1c;1g)は、第1〜10の態様のいずれか一つにおいて、上記アンテナ端共振子が第1弾性波共振子(3A;3Aa〜3An)であり上記少なくとも1つの弾性波共振子が第2弾性波共振子(3B;3Ba〜3Bn)である場合、上記第1条件と上記第2条件との少なくとも一方を満たす。第1弾性波共振子(3A;3Aa〜3An)と第2弾性波共振子(3B;3Ba〜3Bn)とのうち、第2弾性波共振子(3B;3Ba〜3Bn)のみが、圧電体層(6B)とIDT電極(7B)との間に設けられた誘電体膜(8B)を更に含む。
第14の態様に係る弾性波装置(1;1c;1g)では、第1〜13の態様のいずれか一つにおいて、弾性波装置(1)は、上記アンテナ端共振子が第1弾性波共振子(3A;3Aa〜3An)であり上記少なくとも1つの弾性波共振子(32〜39)が第2弾性波共振子(3B;3Ba〜3Bn)である場合、第1弾性波共振子(3A;3Aa〜3An)の圧電体層(6A)のカット角(θ)が、第2弾性波共振子(3B;3Ba〜3Bn)の圧電体層(6B)のカット角(θ)よりも大きい。
第14の態様に係る弾性波装置(1;1c;1g)では、第1弾性波共振子(3An)のTCFの絶対値を第2弾性波共振子(3Bn)のTCFの絶対値よりも小さくできる。これにより、第14の態様に係る弾性波装置(1;1c;1g)では、高次モードの温度変化に伴う周波数変動を抑制することが可能となる。また、第14の態様に係る弾性波装置(1;1c;1g)では、第2弾性波共振子(3Bn)の圧電体層(6B)のカット角(θ)が第1弾性波共振子(3An)の圧電体層(6A)のカット角(θ)よりも小さいので、弾性波共振子(31〜39)の全てが第1弾性波共振子(3An)である場合と比べて、電気機械結合係数及び比帯域の特性低下を抑制することができる。
第15の態様に係る弾性波装置(1;1c;1g)では、第1〜14の態様のいずれか一つにおいて、弾性波装置(1;1c;1g)は、上記アンテナ端共振子が第1弾性波共振子(3A;3Aa〜3An)であり上記少なくとも1つの弾性波共振子(33〜39)が第2弾性波共振子(3B;3Ba〜3Bn)である場合、第1弾性波共振子(3A;3Aa〜3An)に関して、圧電体層(6A)のカット角(θ)が、下記式(1)で求まるθを基準として、θ±4°の範囲内である。下記式(1)は、上記波長をλ〔μm〕とし、IDT電極(7A)の厚さをTIDT〔μm〕とし、IDT電極(7A)の比重をρ〔g/cm〕とし、電極指の幅(W)を電極指周期(繰り返し周期PλA)の2分の1の値(W+S)で除した値であるデューティ比をDとし、圧電体層(6A)の厚さをTLT〔μm〕とし、低音速膜(5A)の厚さをTVL〔μm〕とした場合の式である。
Figure 2019138810
第15の態様に係る弾性波装置(1;1c;1g)では、レイリー波の応答強度を小さくすることができる。
第16の態様に係る弾性波装置(1;1g)では、第1〜15の態様のいずれか一つにおいて、複数の直列腕共振子(弾性波共振子31,33,35,37,39)のうち1つの直列腕共振子(弾性波共振子31)が、複数の並列腕共振子(弾性波共振子32,34,36,38)よりも第1端子(101)に電気的に近い。上記1つの直列腕共振子(弾性波共振子31)が、上記アンテナ端共振子である。
第17の態様に係る弾性波装置(1c)では、第1〜15の態様のいずれか一つにおいて、複数の直列腕共振子(弾性波共振子31,33,35,37)のうち1つの直列腕共振子(弾性波共振子31)と複数の並列腕共振子(弾性波共振子32,34,36,38)のうち1つの並列腕共振子(弾性波共振子32)とが、第1端子(101)と直接的に接続されている。1つの直列腕共振子(弾性波共振子31)と前記1つの並列腕共振子との少なくとも一方が、上記アンテナ端共振子である。
第18の態様に係る弾性波装置(1;1c;1g)では、第1〜17の態様のいずれか一つにおいて、上記アンテナ端共振子は、複数の弾性波共振子(31〜39)における上記アンテナ端共振子以外の弾性波共振子(32〜39)とは異なるチップである。
第18の態様に係る弾性波装置(1;1c;1g)では、上記アンテナ端共振子以外の弾性波共振子の特性のばらつきを抑制することが可能となる。
第19の態様に係るマルチプレクサ(100;100b)は、第1フィルタ(11)と、第2フィルタ(12)と、を備える。第1フィルタ(11)は、第1〜18の態様のいずれか一つに記載の弾性波装置(1;1c;1g)からなる。第2フィルタ(12)は、第1端子(101)と第1端子(101)とは異なる第3端子(103)との間に設けられている。第1フィルタ(11)の通過帯域が、第2フィルタ(12)の通過帯域よりも低周波数域である。
第19の態様に係るマルチプレクサ(100;100b)では、第1フィルタ(11)で発生する高次モードが第2フィルタ(12)へ与える影響を抑制することが可能となる。
第20の態様に係るマルチプレクサ(100;100b)では、第19の態様において、複数の弾性波共振子(31〜39)からなる共振子群(30)を複数備える。複数の共振子群(30)では、第1端子(101)が共通端子であり、かつ、第2端子(102)が個別端子である。複数の共振子群(30)の上記アンテナ端共振子が1チップに集積されている。
第20の態様に係るマルチプレクサ(100;100b)では、複数の共振子群(30)の上記アンテナ端共振子の特性ばらつきを低減でき、かつ、マルチプレクサ(100;100b)の小型化を図ることが可能となる。
第21の態様に係るマルチプレクサ(100;100b)では、第19又は20の態様において、第1フィルタ(11)の通過帯域の最大周波数が、第2フィルタ(12)の通過帯域の最小周波数よりも低い。
第22の態様に係る高周波フロントエンド回路(300)は、第19〜21の態様のいずれか一つに記載のマルチプレクサ(100;100b)と、マルチプレクサ(100;100b)に接続された増幅回路(303)と、を備える。
第22の態様に係る高周波フロントエンド回路(300)は、高次モードを抑制することが可能となる。
第23の態様に係る通信装置(400)は、第21の態様に記載の高周波フロントエンド回路(300)と、RF信号処理回路(401)と、を備える。RF信号処理回路(401)は、アンテナ(200)で受信される高周波信号を処理する。高周波フロントエンド回路(300)は、アンテナ(200)とRF信号処理回路(401)との間で高周波信号を伝達する。
第23の態様に係る通信装置(400)では、高次モードを抑制することが可能となる。
1,1c,1g 弾性波装置
11 第1フィルタ
12 第2フィルタ
21 第3フィルタ
22 第4フィルタ
31,33,35,37,39 弾性波共振子(直列腕共振子)
32,34,36,38 弾性波共振子(並列腕共振子)
3A,3Aa,3Ab,3Ac,3Ad,3Ae,3Af,3Ag,3Ah,3Ai,3Aj,3Ak,3Al,3Am,3An 第1弾性波共振子
3B,3Ba,3Bb,3Bc,3Bd,3Be,3Bf,3Bg,3Bh,3Bi,3Bj,3Bk,3Bl,3Bm,3Bn 第2弾性波共振子
3C 第3弾性波共振子
3D SAW共振子
3E BAW共振子
3F BAW共振子
30 共振子群
4A,4B,4C 高音速部材
41A,41B,41C 面
42A,42B,42C 高音速支持基板
44A,44B 支持基板
45A,45B 高音速膜
5A,5B,5C 低音速膜
6A,6B,6C 圧電体層
61A,61B,61C 第1主面
62A,62B,62C 第2主面
7A,7B,7C,7D IDT電極
71A,71B,71D 第1バスバー
72A,72B,72D 第2バスバー
73A,73B,73C,73D 第1電極指
74A,74B,74C,74D 第2電極指
8A,8B 誘電体膜
90E,90F 支持部材
91 支持基板
92 電気絶縁膜
93 高音響インピーダンス層
94 低音響インピーダンス層
95 音響多層膜
96 第1電極
97 圧電体膜
98 第2電極
99 空洞
100,100b マルチプレクサ
101 第1端子
102 第2端子
103 第3端子
104 第4端子
200 アンテナ
300 高周波フロントエンド回路
301 スイッチ回路(第1スイッチ回路)
302 スイッチ回路(第2スイッチ回路)
303 増幅回路(第1増幅回路)
304 増幅回路(第2増幅回路)
400 通信装置
401 RF信号処理回路
402 ベースバンド信号処理回路
r1 第1経路
r21,r22,r23,r24 第2経路
N1,N2,N3,N4 ノード

スペース幅
λA 繰り返し周期
第2電極指の幅
スペース幅
λB 繰り返し周期
Γ カット角

Claims (23)

  1. アンテナ端子である第1端子と、前記第1端子とは異なる第2端子との間に設けられる弾性波装置であって、
    複数の弾性波共振子を備え、
    前記複数の弾性波共振子は、
    前記第1端子と前記第2端子とを結ぶ第1経路上に設けられた複数の直列腕共振子と、
    前記第1経路上の複数のノードそれぞれとグラウンドとを結ぶ複数の第2経路上に設けられた複数の並列腕共振子と、を含み、
    前記複数の弾性波共振子のうち前記第1端子に電気的に最も近い弾性波共振子をアンテナ端共振子とした場合に、
    前記アンテナ端共振子は、第1弾性波共振子、SAW共振子又はBAW共振子であり、
    前記複数の弾性波共振子のうち前記アンテナ端共振子以外の少なくとも1つの弾性波共振子は、第2弾性波共振子又は第3弾性波共振子であり、
    前記アンテナ端共振子が前記第1弾性波共振子の場合は、前記少なくとも1つの弾性波共振子は前記第2弾性波共振子であり、
    前記アンテナ端共振子が前記SAW共振子又は前記BAW共振子の場合は、前記少なくとも1つの弾性波共振子は前記第3弾性波共振子であり、
    前記SAW共振子は、
    圧電体基板と、
    圧電体基板上に形成されており複数の電極指を有するIDT電極と、を含み、
    前記第1弾性波共振子、前記第2弾性波共振子及び前記第3弾性波共振子の各々は、
    圧電体層と、
    前記圧電体層上に形成されており複数の電極指を有するIDT電極と、
    前記圧電体層を挟んで前記IDT電極とは反対側に位置しており前記圧電体層を伝搬する弾性波の音速よりも伝搬するバルク波の音速が高速である高音速部材と、を含み、
    前記圧電体層の厚さが、前記IDT電極の電極指周期で定まる弾性波の波長をλとしたときに、3.5λ以下であり、
    前記弾性波装置は、前記アンテナ端共振子が前記第1弾性波共振子であり前記少なくとも1つの弾性波共振子が前記第2弾性波共振子である場合、第1条件と第2条件と第3条件とのうち少なくとも1つを満たし、
    前記第1条件は、前記第1弾性波共振子及び前記第2弾性波共振子の前記高音速部材の各々がシリコン基板を含み、前記第1弾性波共振子の前記シリコン基板における前記圧電体層側の面が(111)面又は(110)面であり、前記第2弾性波共振子の前記シリコン基板における前記圧電体層側の面が(100)面である、という条件であり、
    前記第2条件は、前記第1弾性波共振子の前記圧電体層が、前記第2弾性波共振子の前記圧電体層よりも薄い、という条件であり、
    前記第3条件は、前記第1弾性波共振子及び前記第2弾性波共振子の各々が、前記高音速部材と前記圧電体層との間に設けられており前記圧電体層を伝搬するバルク波の音速よりも伝搬するバルク波の音速が低速である低音速膜を含み、かつ、前記第1弾性波共振子の前記低音速膜が、前記第2弾性波共振子の前記低音速膜よりも薄い、という条件である、
    弾性波装置。
  2. 前記BAW共振子は、
    第1電極と、
    前記第1電極上に形成されている圧電体膜と、
    前記圧電体膜上に形成されている第2電極と、を含む、
    請求項1に記載の弾性波装置。
  3. 前記弾性波装置は、前記アンテナ端共振子が前記第1弾性波共振子であり前記少なくとも1つの弾性波共振子が前記第2弾性波共振子である場合、第4条件を満たし、
    前記第4条件は、前記第1弾性波共振子の前記IDT電極の電極指の電極指長手方向における単位長さ当たりの質量が、前記第2弾性波共振子の前記IDT電極の電極指の電極指長手方向における前記単位長さ当たりの質量よりも大きい、という条件である、
    請求項1又は2に記載の弾性波装置。
  4. 前記弾性波装置は、前記アンテナ端共振子が前記第1弾性波共振子であり前記少なくとも1つの弾性波共振子が前記第2弾性波共振子である場合、第4条件を満たし、
    前記第4条件は、前記第1弾性波共振子の前記IDT電極の電極指の電極指長手方向における単位長さ当たりの質量が、前記第2弾性波共振子の前記IDT電極の電極指の電極指長手方向における前記単位長さ当たりの質量よりも小さい、という条件である、
    請求項1又は2に記載の弾性波装置。
  5. 前記弾性波装置は、前記アンテナ端共振子が前記第1弾性波共振子であり前記少なくとも1つの弾性波共振子が前記第2弾性波共振子である場合、
    前記第1条件と前記第2条件との少なくとも一方を満たし、
    前記第1弾性波共振子と前記第2弾性波共振子とのうち、前記第1弾性波共振子のみが、前記高音速部材と前記圧電体層との間に設けられており前記圧電体層を伝搬するバルク波の音速よりも伝搬するバルク波の音速が低速である低音速膜を含む、
    請求項1〜4のいずれか一項に記載の弾性波装置。
  6. 前記弾性波装置は、前記アンテナ端共振子が前記第1弾性波共振子であり前記少なくとも1つの弾性波共振子が前記第2弾性波共振子である場合、
    前記第1条件と前記第2条件との少なくとも一方を満たし、
    前記第1弾性波共振子と前記第2弾性波共振子とのうち、前記第2弾性波共振子のみが、前記高音速部材と前記圧電体層との間に設けられており前記圧電体層を伝搬するバルク波の音速よりも伝搬するバルク波の音速が低速である低音速膜を含む、
    請求項1〜4のいずれか一項に記載の弾性波装置。
  7. 前記圧電体層の材料がリチウムタンタレート又はリチウムニオベイトであり、
    前記低音速膜の材料が酸化ケイ素であり、
    前記高音速部材の材料がシリコンである、
    請求項1〜6のいずれか一項に記載の弾性波装置。
  8. 前記高音速部材は、
    前記圧電体層を伝搬する弾性波の音速よりも伝搬するバルク波の音速が高速である高音速膜と、
    前記高音速膜を支持する支持基板と、を含み、
    前記第1弾性波共振子、前記第2弾性波共振子及び前記第3弾性波共振子の各々は、前記高音速膜上に形成されており前記圧電体層を伝搬するバルク波の音速よりも伝搬するバルク波の音速が低速である低音速膜を含み、
    前記弾性波装置は、前記第1条件を満たす場合、前記支持基板が前記シリコン基板である、
    請求項1〜6のいずれか一項に記載の弾性波装置。
  9. 前記圧電体層の材料が、リチウムタンタレート又はリチウムニオベイトであり、
    前記低音速膜の材料が、酸化ケイ素と、ガラスと、酸窒化ケイ素と、酸化タンタルと、酸化ケイ素にフッ素、炭素又はホウ素を加えた化合物と、からなる群から選択される少なくとも1種の材料であり、
    前記高音速膜の材料が、ダイヤモンドライクカーボン、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、炭化ケイ素、窒化ケイ素、シリコン、サファイア、リチウムタンタレート、リチウムニオベイト、水晶、アルミナ、ジルコニア、コージライト、ムライト、ステアタイト、フォルステライト、マグネシア及びダイヤモンドからなる群から選択される少なくとも1種の材料である、
    請求項8に記載の弾性波装置。
  10. 前記第1弾性波共振子、前記第2弾性波共振子及び前記第3弾性波共振子の各々は、前記高音速部材と前記圧電体層との間に設けられており前記圧電体層を伝搬するバルク波の音速よりも伝搬するバルク波の音速が低速である低音速膜を含み、
    前記高音速部材は、前記圧電体層を伝搬する弾性波の音速よりも伝搬するバルク波の音速が高速である高音速支持基板である、
    請求項1〜7のいずれか一項に記載の弾性波装置。
  11. 前記弾性波装置では、前記第2条件を満たすとき、前記第1弾性波共振子及び前記第2弾性波共振子の各々が、前記圧電体層と前記IDT電極との間に設けられた誘電体膜を更に含み、
    前記第1弾性波共振子の誘電体膜の厚さが、前記第2弾性波共振子の誘電体膜の厚さよりも厚い、
    請求項1〜10のいずれか一項に記載の弾性波装置。
  12. 前記弾性波装置は、前記アンテナ端共振子が前記第1弾性波共振子であり前記少なくとも1つの弾性波共振子が前記第2弾性波共振子である場合、
    前記第1条件と前記第2条件との少なくとも一方を満たし、
    前記第1弾性波共振子と前記第2弾性波共振子とのうち、前記第1弾性波共振子のみが、前記圧電体層と前記IDT電極との間に設けられた誘電体膜を更に含む、
    請求項1〜10のいずれか一項に記載の弾性波装置。
  13. 前記弾性波装置は、前記アンテナ端共振子が前記第1弾性波共振子であり前記少なくとも1つの弾性波共振子が前記第2弾性波共振子である場合、
    前記第1条件と前記第2条件との少なくとも一方を満たし、
    前記第1弾性波共振子と前記第2弾性波共振子とのうち、前記第2弾性波共振子のみが、前記圧電体層と前記IDT電極との間に設けられた誘電体膜を更に含む、
    請求項1〜10のいずれか一項に記載の弾性波装置。
  14. 前記弾性波装置は、前記アンテナ端共振子が前記第1弾性波共振子であり前記少なくとも1つの弾性波共振子が前記第2弾性波共振子である場合、
    前記第1弾性波共振子の前記圧電体層のカット角が、前記第2弾性波共振子の前記圧電体層のカット角よりも大きい、
    請求項1〜13のいずれか一項に記載の弾性波装置。
  15. 前記弾性波装置は、前記アンテナ端共振子が前記第1弾性波共振子であり前記少なくとも1つの弾性波共振子が前記第2弾性波共振子である場合、
    前記第1弾性波共振子に関して、前記波長をλ〔μm〕とし、前記IDT電極の厚さをTIDT〔μm〕とし、前記IDT電極の比重をρ〔g/cm〕とし、前記電極指の幅を前記電極指周期の2分の1の値で除した値であるデューティ比をDとし、前記圧電体層の厚さをTLT〔μm〕とし、前記低音速膜の厚さをTVL〔μm〕とした場合、前記第1弾性波共振子の前記圧電体層のカット角が、下記式(1)で求まるθ〔°〕を基準として、θ±4°の範囲内である、
    Figure 2019138810
    請求項1〜14のいずれか一項に記載の弾性波装置。
  16. 前記複数の直列腕共振子のうち1つの直列腕共振子が、前記複数の並列腕共振子よりも前記第1端子に電気的に近く、
    前記1つの直列腕共振子が、前記アンテナ端共振子である、
    請求項1〜15のいずれか一項に記載の弾性波装置。
  17. 前記複数の直列腕共振子のうち1つの直列腕共振子と前記複数の並列腕共振子のうち1つの並列腕共振子とが、前記第1端子と直接的に接続されており、
    前記1つの直列腕共振子と前記1つの並列腕共振子との少なくとも一方が、前記アンテナ端共振子である、
    請求項1〜15のいずれか一項に記載の弾性波装置。
  18. 前記アンテナ端共振子は、前記少なくとも1つの弾性波共振子とは異なるチップである、
    請求項1〜17のいずれか一項に記載の弾性波装置。
  19. 請求項1〜18のいずれか一項に記載の弾性波装置からなる第1フィルタと、
    前記第1端子と前記第1端子とは異なる第3端子との間に設けられた第2フィルタと、を備え、
    前記第1フィルタの通過帯域が、前記第2フィルタの通過帯域よりも低周波数域である、
    マルチプレクサ。
  20. 前記複数の弾性波共振子からなる共振子群を複数備え、
    前記複数の共振子群では、前記第1端子が共通端子であり、かつ、前記第2端子が個別端子であり、
    前記複数の共振子群の前記アンテナ端共振子が1チップに集積されている、
    請求項19に記載のマルチプレクサ。
  21. 前記第1フィルタの前記通過帯域の最大周波数が、前記第2フィルタの前記通過帯域の最小周波数よりも低い、
    請求項19又は20に記載のマルチプレクサ。
  22. 請求項19〜21のいずれか一項に記載のマルチプレクサと、
    前記マルチプレクサに接続された増幅回路と、を備える、
    高周波フロントエンド回路。
  23. 請求項22に記載の高周波フロントエンド回路と、
    アンテナで受信される高周波信号を処理するRF信号処理回路と、を備え、
    前記高周波フロントエンド回路は、前記アンテナと前記RF信号処理回路との間で前記高周波信号を伝達する、
    通信装置。
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