JPWO2020080465A1 - 弾性波装置 - Google Patents
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Abstract
Ｑの劣化が生じ難い、弾性波装置を提供する。
互いに対向する一方主面及び他方主面を有する圧電体５と、圧電体５の一方主面上に設けられており、複数本の電極指１１，１２を有するＩＤＴ電極６と、圧電体５の他方主面側に配置されており、圧電体５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い高音速部材３と、電極指１１，１２の上面に設けられている第１の誘電体膜１３とを備え、ＩＤＴ電極６の電極指１１，１２間に、誘電体が存在しない部分がある、弾性波装置１。
互いに対向する一方主面及び他方主面を有する圧電体５と、圧電体５の一方主面上に設けられており、複数本の電極指１１，１２を有するＩＤＴ電極６と、圧電体５の他方主面側に配置されており、圧電体５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い高音速部材３と、電極指１１，１２の上面に設けられている第１の誘電体膜１３とを備え、ＩＤＴ電極６の電極指１１，１２間に、誘電体が存在しない部分がある、弾性波装置１。
Description
本発明は、高音速部材上に直接または間接に圧電体が積層された構造を有する弾性波装置、該弾性波装置を用いた弾性波フィルタ、複合フィルタ装置、高周波フロントエンド回路及び通信装置に関する。
下記の特許文献１には、高音速部材上に直接または間接に圧電体が積層されている構造を有する弾性波装置が開示されている。特許文献１では、圧電体上にＩＤＴ電極が設けられている。また、特許文献１には、この圧電体上のＩＤＴ電極を覆うように、誘電体膜が設けられている。
特許文献１に記載の弾性波装置では、高音速部材上に直接または間接に圧電体が積層されている。この構造では、Ｑ値を高めることができる。
しかしながら、本願発明者らは、上記ＩＤＴ電極の電極指間の領域も含めて、ＩＤＴ電極を覆うように、誘電体膜が設けられていると、この誘電体膜の影響により、Ｑ値が劣化するおそれがあることを見出した。従って、Ｑ値が高い弾性波装置の利点が損なわれがちであった。
本発明の目的は、Ｑ値の劣化が生じ難い、弾性波装置を提供することにある。また、本発明の他の目的は、本発明の弾性波装置を有する、弾性波フィルタ、複合フィルタ装置、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。
本発明に係る弾性波装置は、互いに対向する一方主面及び他方主面を有する圧電体と、前記圧電体の前記一方主面上に設けられており、複数本の電極指を有するＩＤＴ電極と、前記圧電体の前記他方主面側に配置されており、前記圧電体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い高音速部材と、前記電極指の上面に設けられている第１の誘電体膜とを備え、前記ＩＤＴ電極の前記電極指間に、誘電体が存在しない部分がある、弾性波装置である。
本発明に係る弾性波フィルタは、本発明に従って構成された弾性波装置を有する。
本発明に係る複合フィルタ装置は、一端同士が共通接続されている複数の帯域通過型フィルタを備え、少なくとも１つの帯域通過型フィルタが、本発明に従って構成された弾性波フィルタである。
本発明に係る高周波フロントエンド回路は、本発明に従って構成された弾性波装置と、パワーアンプとを備える。
本発明に係る通信装置は、本発明に従って構成された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。
本発明に係る弾性波装置によれば、Ｑ値の劣化を抑制することができる。
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。
なお、本明細書に記載の各実施形態は、例示的なものであり、異なる実施形態間において、構成の部分的な置換または組み合わせが可能であることを指摘しておく。
図１（ａ）は、本発明の第１の実施形態の弾性波装置の正面断面図であり、図１（ｂ）は、その要部を拡大して示す部分拡大正面断面図である。図２は、第１の実施形態の弾性波装置の電極構造を示す模式的平面図である。
支持基板２上に、高音速部材３及び低音速膜４が積層されている。低音速膜４上に、圧電体５が積層されている。この圧電体５の上面５ａ上に、ＩＤＴ電極６及び反射器７，８が設けられている。弾性波装置１は、１ポート型弾性波共振子である。
ＩＤＴ電極６は、複数本の第１の電極指１１と、複数本の第２の電極指１２とを有する。図１（ｂ）に拡大して示されているように、第１の電極指１１及び第２の電極指１２上には、第１の誘電体膜１３が積層されている。第１の誘電体膜１３は、第１の電極指１１と第２の電極指１２との間のギャップの全領域においては設けられていない。
なお、後述するように、本発明においては、電極指間の一部の領域に誘電体が存在していてもよい。すなわち、電極指間に、誘電体が存在しない領域があればよい。なお、電極指間に存在しない「誘電体」とは、第１の誘電体膜１３を含む全ての誘電体を含む。言い換えれば、「電極指間に誘電体が存在しない領域がある」場合とは、電極指間に第１の誘電体膜１３がなく、かつ、第１の誘電体膜１３以外の他の誘電体膜がない場合を指す。なお、ＩＤＴ電極の全ての電極指間において、誘電体が存在しない領域があってもよく、少なくとも一部の電極指間において誘電体が存在しない部分があってもよい。
第１の実施形態では、電極指間に誘電体が存在しないため、Ｑ値の劣化が生じ難い。この点については、後述の実施例１及び比較例１，２を参照して詳細に説明する。
図１（ａ）に戻り、支持基板２は、本実施形態では、シリコン基板である。もっとも、支持基板２の材料は特に限定されず、酸化アルミニウム、ダイヤモンド、サファイア、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム、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及び樹脂等を用いることができる。
高音速部材３は、伝搬するバルク波の音速が、圧電体５を伝搬する弾性波の音速よりも高い高音速材料からなる。本実施形態では、高音速部材３は、窒化アルミニウムからなる。もっとも、上記弾性波を閉じ込め得る限り、高音速材料としては、酸化アルミニウム、炭化ケイ素、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素、シリコン、サファイア、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム、水晶、アルミナ、ジルコニア、コ−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、ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）膜またはダイヤモンド、上記材料を主成分とする媒質、上記材料の混合物を主成分とする媒質等の様々な材料を用いることができる。弾性波を圧電体５及び低音速膜４が積層されている部分に閉じ込めるには、高音速部材３の膜厚は厚いほど望ましく、弾性波の波長λの０．５倍以上、さらには１．５倍以上であることが望ましい。
なお、本明細書において、主成分とは、材料の５０重量％を超える成分をいうものとする。
低音速膜４は、伝搬するバルク波の音速が、圧電体５を伝搬するバルク波の音速よりも低い適宜の材料からなる。本実施形態では、低音速膜４は酸化ケイ素からなる。もっとも、上記低音速膜を構成する材料としては、酸化ケイ素の他、酸窒化ケイ素、炭化タンタル、ガラスなどを用いることができる。また、これらの材料に、フッ素、炭素またはホウ素などを加えた化合物のような、これらの元素を主成分とした媒質を用いてもよい。
圧電体５は、ＬｉＴａＯ３からなる。もっとも、圧電体５は、ＬｉＮｂＯ３やＺｎＯなどの他の圧電体を用いて構成されていてもよい。
ＩＤＴ電極６及び反射器７，８は、適宜の金属からなる。このような金属としては特に限定されない。また、複数の金属膜を積層してなる積層金属膜が用いられてもよい。
第１の誘電体膜１３は、酸化ケイ素からなる。もっとも、第１の誘電体膜１３の材料はこれに限定されない。酸窒化ケイ素、アルミナなどの他の誘電体材料が用いられてもよい。また、第１の誘電体膜１３は、これらの誘電体を主成分とする混合材料からなるものであってもよい。
第１の誘電体膜１３は、順テーパー形状を有する。第１の誘電体膜１３は、下面１３ａと、上面１３ｂと、第１，第２の側面１３ｃ，１３ｄとを有する。下面１３ａが第１の電極指１１上に積層されている部分である。上面１３ｂは、下面１３ａと、第１の誘電体膜１３の厚み方向において対向している。第１の側面１３ｃと第２の側面１３ｄとは、第１の電極指１１の幅方向において対向し合っている。図１（ｂ）に示されているように、下面１３ａから上面１３ｂ側に向かうにつれて、その幅方向寸法が小さくなるように、第１の誘電体膜１３に順テーパー形状が設けられている。ここで幅方向寸法とは、第１の電極指１１の幅方向に沿う寸法をいうものとする。
従って、第１の側面１３ｃ及び第２の側面１３ｄは、上方にいくにつれて両者が近接するように傾斜されている。ここで、第１の側面１３ｃの下面１３ａとのなす角度を、テーパー角度θ１とする。第２の側面１３ｄも、下面１３ａに対して、テーパー角度θ１をなしている。第２の電極指１２上においても同様に、第１の誘電体膜１３に順テーパー形状が付与されている。
次に、弾性波装置１においてＱ値が高められることを、具体的な実験例に基づき説明する。
以下の実施例１の弾性波装置を用意した。
ＩＤＴ電極の電極指ピッチで定まる波長をλとした。λ＝２μｍとした。
ＩＤＴ電極６の電極指の対数＝６７対。
ＩＤＴ電極６のデューティ＝０．４５。
第１，第２の電極指１１，１２の幅方向寸法＝０．４５μｍ。
交差幅＝９０μｍ。
反射器７，８の電極指の本数＝各４１本。
ＩＤＴ電極６及び反射器７，８の材料：Ａｌ。厚み＝１４５ｎｍ。
第１の誘電体膜１３：酸化ケイ素膜、厚み＝３５ｎｍ、テーパー角度θ１＝５５°。
下面１３ａの幅方向寸法＝０．３８５μｍ。
上面１３ｂの幅方向寸法＝０．３３８μｍ。
上面１３ｂの幅方向寸法＝０．３３８μｍ。
第１の誘電体膜１３の厚み＝０．０２５λすなわち波長の２．５％。
比較例１として、電極指間のギャップの全領域においても、酸化ケイ素膜が、０．０２５λの厚みで設けられていることを除いては、実施例１と同様にして構成された弾性波装置を用意した。
また、比較例２の弾性波装置として、第１の誘電体膜１３が設けられていないことを除いては、実施例１と同様にして構成された、弾性波装置を用意した。
図５は、実施例１の弾性波装置並びに比較例１及び比較例２の弾性波装置の共振特性を示し、図６は、Ｑ特性を示す図である。図５及び図６において、実線が実施例１の結果を示し、破線が比較例１の結果を示し、一点鎖線が比較例２の結果を示す。
図５から明らかなように、比較例１及び比較例２に比べて、実施例１では、メインモードの共振特性における山谷比が大きくなっている。また、矢印Ｘで示す高次モードの応答も、実施例１は、比較例１及び比較例２に比べて小さくなっている。
図６に示すように、Ｑ値については、第１の誘電体膜が設けられていない比較例２が良好であるのに対し、電極指間に第１の誘電体膜が存在している比較例１ではＱ特性がかなり悪化している。これに対して、実施例１では、比較例１と同等のＱ特性を示す。
従って、実施例１によれば、高音速部材上に直接または間接に圧電体５が積層されている弾性波装置における良好なＱ特性を劣化させることなく、良好な共振特性が得られることがわかる。
実施例１と同様の構造の弾性波装置において、第１の誘電体膜１３の厚みを変化させた。図７は、上記第１の誘電体膜１３の厚みとＱｍａｘとの関係を示す図である。図７から明らかなように、第１の誘電体膜１３の厚みが増加すると、特に、０．０４λを超えると、Ｑｍａｘが急激に低下する。従って、好ましくは、第１の誘電体膜１３の膜厚は、０．０４λ以下、すなわち波長λの４％以下である。
図３は、本発明の第２の実施形態としての弾性波フィルタの回路図である。弾性波フィルタ２１は、複数の弾性波共振子を有するラダー型フィルタである。複数の直列腕共振子Ｓ１〜Ｓ４及び複数の並列腕共振子Ｐ１〜Ｐ３が弾性波共振子からなる。このうち少なくとも１つの弾性波共振子が、上記弾性波装置１により構成されている。
なお、本発明の弾性波フィルタは、ラダー型回路を有するものに限定されない。本発明の弾性波装置を有する弾性波フィルタであればよい。
図４は、本発明の第３の実施形態としての複合フィルタ装置の回路図である。複合フィルタ装置３０では、複数の帯域通過型フィルタ３１〜３４の一端が共通接続されている。複合フィルタ装置３０は、ＣＡ（キャリアアグリゲーション）システムに好適に用いられる。すなわち、複数のバンドの受信信号や送信信号などを同時に送受信する用途に、複合フィルタ装置３０は好適に用いられる。この場合、複数の帯域通過型フィルタ３１〜３４の少なくとも１つが、本発明に係る弾性波フィルタからなるものであればよい。その場合に、弾性波装置のＱ値を低減することができるので、良好なフィルタ特性を得ることができる。
図８（ａ）は本発明の第４の実施形態の弾性波装置を説明するための部分拡大正面断面図であり、図８（ｂ）は第５の実施形態の弾性波装置を説明するための部分拡大正面断面図である。
図８（ａ）に示す弾性波装置４１では、第１の電極指１１及び第２の電極指１２に順テーパー形状が設けられている。第１の電極指１１を代表して説明すると、第１の電極指１１は、下面１１ａと、上面１１ｂと、一対の側面１１ｃ，１１ｄとを有する。圧電体５の上面５ａから上方にいくにつれて、側面１１ｃと側面１１ｄとが電極指の幅方向において近づくように、第１の電極指１１に順テーパーが設けられている。このように、第１の電極指１１に順テーパーが設けられていてもよい。
また、第４の実施形態の弾性波装置４１では、第１の電極指１１と第２の電極指１２との間の電極指間のギャップの一部の領域に誘電体からなるフィレット４２が設けられている。このように、本発明は、電極指間の全領域に誘電体が設けられない構造に限定されるものではない。すなわち、電極指間の一部の領域にフィレット４２のような誘電体が存在していてもよい。
また、図８（ｂ）に示す第５の実施形態の弾性波装置４３のように、順テーパーが設けられていない第１，第２の電極指１１，１２間のギャップにおいても、同様にフィレット４２が設けられてもよい。このフィレット４２が設けられていることにより、第４，第５の実施形態の弾性波装置では、第１，第２の電極指１１，１２と圧電体５との境界及び境界近傍に加わる応力を低減することができる。それによって、耐熱衝撃性を高めることができるとともに、ＩＭＤ特性を高めることができる。これを、図９を参照して説明する。
図９は、第５の実施形態の弾性波装置４３におけるフィレット４２が設けられている部分を拡大して示す図である。熱衝撃が加わった場合、あるいは駆動時に発熱した場合、第１の電極指１１と、圧電体５の上面５ａとの境界Ｙ付近に、ハッチングで示す領域に大きな応力が加わる。フィレット４２が設けられていると、この応力による歪みを抑制することができるとともに、応力集中を緩和することができる。それによって、耐熱衝撃性及びＩＭＤ特性を高めることができる。
ここで、フィレット４２とは、誘電体からなるが、上記効果を奏するためには、第１の電極指１１の側面１１ｄから、上記境界Ｙを通り、圧電体５の上面５ａ上であって、ギャップの領域の一部に至るように延びている。ここで、フィレットの上端は、第１の電極指１１の側面１１ｄの上端であってもよい。すなわち、フィレット４２の上端は、側面１１ｄ内に限らず、側面１１ｄの上端縁に至っていてもよい。図９は、第１の電極指１１の長さ方向と直交する方向の断面を示している。この長さ方向と直交する断面において、フィレット４２の外表面は、上記境界Ｙであるコーナー部に向かって凹んだ曲線状の形状を有している。
ここで、フィレット４２の高さＨ及び長さＬを以下のように定義する。
高さＨは、境界Ｙと、側面１１ｄ上のフィレット４２の上端との間の寸法である。長さＬは、境界Ｙと、フィレット４２の圧電体５の上面５ａ上の最も遠い端部との間の寸法である。ここで、フィレットの寸法Ｌと、ミーゼス応力との関係を図１０に示す。図１０は、フィレットの寸法と、ＬｉＴａＯ３からなる圧電体５及び第１の電極指１１に加わるミーゼス応力との関係を示す図である。なお、図１０においては、ａ）〜ｄ）の４種類の構造についての結果が示されている。
ａ）ＬｉＴａＯ３上に、Ａｌからなる電極指が積層されている構造。
この場合のＬｉＴａＯ３の上面側の応力ＬＴ＠ＬＴと表す。また、Ａｌからなる電極指側における応力を、Ａｌ＠ＬＴで示す。
ｂ）ＬｉＮｂＯ３上に、Ａｌからなる電極指が積層されている構造。
図１０において、ＬＮ＠ＬＮは、この構造において、ＬｉＮｂＯ３側における応力を示す。Ａｌ＠ＬＮは、この構造におけるＡｌからなる電極指側の応力を示す。
ｃ）Ｓｉ基板上に、Ａｌが積層されている構造。
この場合には、Ｓｉ＠Ｓｉが、Ｓｉ基板側の応力を示す。Ａｌ＠Ｓｉが、この構造におけるＡｌからなる電極指側の応力を示す。
ｄ）第１の実施形態のように、高音速部材、低音速膜及び圧電体が積層されている構造。
この構造における圧電体側における応力をＰＥＣＴ＠ＰＥＣＴで示す。この構造におけるＡｌからなる電極指側の応力をＡｌ＠ＰＥＣＴで表す。
なお、図１０では、上記のように、構造ａ）〜ｄ）のそれぞれについて、２種類の応力のフィレットサイズ依存性が示されている。もっとも、図１０において、Ａｌ＠ＬＴ、Ａｌ＠ＬＮ及びＡｌ＠ＰＥＣＴはほぼ同じ値であり、重複しているため、１本の破線で示している。同様に、ＬＴ＠ＬＴ及びＰＥＣＴ＠ＰＥＣＴもほぼ重なっているため、１本の実線で示している。
図１０から明らかなように、ａ）〜ｄ）のいずれの構造においても、フィレット寸法Ｌは１．０ｎｍ以上であれば、応力を効果的に緩和し得ることがわかる。
なお、図１０より、フィレット寸法Ｌは、１０００ｎｍ以下の範囲で、１．０ｎｍ未満の場合よりも応力を小さくし得ることがわかる。
なお、図８（ａ）に示す第４の実施形態のように、第１，第２の電極指１１，１２に順テーパーが設けられていることが望ましい。それによって、上記応力をより一層緩和することができる。
図１１は本発明の第６の実施形態の弾性波装置を説明するための部分拡大正面断面図である。第６の実施形態の弾性波装置５１では、第１の電極指１１が順テーパー形状を有し、第１の誘電体膜１３も順テーパー形状を有する。特に図示はしないが、第２の電極指１２側も同様に構成されている。ここで、弾性波装置５１では、第１の誘電体膜１３の第１の側面１３ｃ及び第２の側面１３ｄのテーパー角度θ１が、５０°以上、８８°以下とされている。それによって、メインモードに最も近い高次モードを効果的に抑制することができる。これを図１２を参照して説明する。
図１２は、テーパー角度θ１と、図５に矢印Ｘで示したメインモードに最も近い高次モードの位相との関係を示す図である。図１２から明らかなように、テーパー角度θ１が９０°、すなわちテーパーが付与されていない場合に比べ、５０°以上、８８°以下になれば高次モードの位相は小さくなることがわかる。また、９０°以上、１００°以下の範囲内であれば、高次モードの位相の大きさは飽和しており、小さくならないこともわかる。
従って、弾性波装置５１では、テーパー角度θ１が５０°以上、８８°以下であるため、上記高次モードの影響を効果的に抑制することができる。特に、テーパー角度θ１は８０°以下であることがより一層好ましい。
弾性波装置１を、例えば図４に示した複合フィルタ装置３０の帯域通過型フィルタに用いた場合、上記高次モードが現れると、他の帯域通過型フィルタのフィルタ特性に悪影響を与えるおそれがある。すなわち、高次モードの発生する周波数は他の帯域通過型フィルタの通過帯域内に位置すると、他の帯域通過型フィルタのフィルタ特性も悪化させる。従って、このような利用するメインモード以外の高次モードは抑制されることが望ましい。本実施形態では、上記テーパー角度θ１が８８°以下であるため、上記高次モードを効果的に抑制することができる。
なお、図５では示されていないが、上記メインモードに最も近い高次モードだけでなく、メインモードの共振周波数の２倍の周波数付近の位置にも高次モードが現れていた。
図１３は、テーパー角度θ１と、この共振周波数の２倍の周波数付近の高次モードの位相との関係を示す図である。図１３から明らかなように、テーパー角度θ１が、６０°以上、８０°以下であれば、この高次モードを効果的に抑制することができる。従って、より好ましくは、テーパー角度θ１は、６０°以上、８０°以下である。
なお、図１１において、傾斜角度αは、第１の電極指１１の順テーパー構造における側面１１ｃと、下面１１ａとのなす角度である。
図１４は、本発明の第７の実施形態に係る弾性波装置の正面断面図である。第７の実施形態の弾性波装置６１では、第１，第２の電極指１１，１２が、第６の実施形態と同様に順テーパー形状を有し、並びに第２の誘電体膜６２が設けられていることを除いては、第１の実施形態の弾性波装置１と同様に構成されている。第２の誘電体膜６２は、圧電体５の上面５ａと、第１，第２の電極指１１，１２との間に積層されている。第２の誘電体膜６２は、本実施形態では、酸化ケイ素膜である。第２の誘電体膜６２を構成する誘電体は、これに限定されない。酸窒化ケイ素、アルミナ、酸化タンタルなど適宜の誘電体を用いることができる。また、これらの誘電体を主成分とし、他の誘電体や元素が添加された材料を用いてもよい。
第２の誘電体膜６２は、第１，第２の電極指１１，１２間のギャップの全領域には至っていない。もっとも、ここでは、ギャップとは、第１，第２の電極指１１，１２の下端間の全領域をいうものではなく、第１，第２の電極指１１，１２と一体化されている第２の誘電体膜６２，６２間の圧電体５の上面５ａ間の露出領域をいうものとする。従って、第７の実施形態の弾性波装置６１においても、ギャップの全領域において、誘電体が存在していない。もっとも、第７の実施形態の弾性波装置６１においても、前述したフィレットが設けられていてもよい。またギャップ内において、一部の領域に、誘電体が存在していてもよい。
第２の誘電体膜６２の材料は、第１の誘電体膜１３の材料と同一である必要は必ずしもなく、異なっていてもよい。
ＩＤＴ電極６の第１の電極指１１の側面と、電極指間のギャップにおいて圧電体５の上面５ａとが誘電体で覆われていない。そのため、弾性表面波が、圧電体５内を効果的に伝搬する。従って、圧電体の粘性損が、誘電体の粘性損に比べて小さいため、Ｑ値の劣化を効果的に抑制することができる。
よって、弾性波装置６１においても、第１の電極指１１と第２の電極指１２との間の一部に誘電体が存在しないため、第１の実施形態と同様に、Ｑ値の劣化を抑制することができる。
また、第２の誘電体膜６２が設けられていることにより、比帯域を狭くする方向に周波数調整することができる。さらに上方の第１の誘電体膜１３の厚みや材料の調整により周波数調整を容易に行うことができる。
図１５は、第８の実施形態に係る弾性波装置の正面断面図である。第８の実施形態の弾性波装置７１では、第１の電極指１１と第２の電極指１２との間のギャップにおいて、圧電体５の上面５ａに溝５ｂが設けられている。この溝５ｂが設けられていることを除いては、弾性波装置７１は弾性波装置６１と同様に構成されている。溝５ｂが設けられているため、溝５ｂの底面５ｂ１は、圧電体５の上面５ａよりも低い位置にある。
弾性波装置７１では、上記溝５ｂが設けられているため、Ｑ値をより一層高めることができる。これを、図１６を参照して説明する。
弾性波装置７１の実施例として、第２の誘電体膜６２を設けずに、第２の誘電体膜６２を略して、以下の実施例３の弾性波装置を用意した。
実施例３のパラメータ。
Ｓｉからなる支持基板の方位：（１１１）面。
高音速部材３：窒化ケイ素膜、厚み３００ｎｍ。
低音速膜４：酸化ケイ素膜、厚み２２５ｎｍ。
圧電体５：５０°ＹカットのＬｉＴａＯ３、厚み３００ｎｍ。
ＩＤＴ電極６の電極指ピッチで定まる波長λ＝２μｍ。
ＩＤＴ電極６の電極指の対数＝１００対、デューティ＝０．５。
第１，第２の電極指１１，１２の幅方向寸法＝３０μｍ。
ＩＤＴ電極６及び反射器７，８の電極構造は、下からＴｉ膜／Ａｌ膜／Ｔｉ膜の積層構造。厚みは、下からＴｉ膜＝１６ｎｍ、Ａｌ膜＝１２０ｎｍ、Ｔｉ膜＝４ｎｍ。
第１の誘電体膜１３：酸化ケイ素膜、厚み＝３５ｎｍ、テーパー角度θ１＝７８°。
なお、第２のテーパー角度θ２の定義については、後述する。
上記設計パラメータの実施例３と、上記溝５ｂが設けられていないことを除いては、弾性波装置７１と同様にして構成された実施例４の弾性波装置を用意した。
図１６は、上記実施例３及び実施例４の弾性波装置のＱ特性を示す図である。実線が実施例３の結果を、破線が実施例４の結果を示す。図１６から明らかなように、溝５ｂが設けられている実施例３では、Ｑ特性をより一層効果的に高め得ることがわかる。
図１７は、本発明の第９の実施形態の弾性波装置を説明するための部分拡大正面断面図である。弾性波装置８１では、弾性波装置６１と同様に構成されている。もっとも、図１７に示すテーパー角度θ２＞テーパー角度θ１とされている。ここでテーパー角度θ２とは、第２の誘電体膜６２における第３，第４の側面６２ｃ，６２ｄの傾斜角度である。第２の誘電体膜６２は、下面６２ａと、上面６２ｂと、第３，第４の側面６２ｃ，６２ｄとを有する。第２の誘電体膜６２は、前述したように順テーパー形状を有する。従って、第３の側面６２ｃは、下面６２ａすなわち圧電体５の上面５ａと、テーパー角度θ２をなしている。
本実施形態の特徴は、θ２＞θ１であり、それによって、高次モードを効果的に抑制することができる。これを、図１８を参照して説明する。上記第１の誘電体膜１３の側面のテーパー角度θ１を４０°と固定し、第２の誘電体膜６２の側面のテーパー角度θ２を変化させた。図１８は、テーパー角度θ２と、メインモードに最も近い高次モードの位相との関係を示す図である。なお、他の設計パラメータは前述した実施例４と同様とした。すなわち、圧電体において、電極指間のギャップには溝を設けなかった。
図１８から明らかなように、第２の誘電体膜６２のテーパー角度θ２が、４０°を超えると、高次モードの位相が非常に小さくなることがわかる。従って、好ましくは、θ２＞θ１であり、それによって、高次モードを効果的に抑制することができる。
図１９は、第１０の実施形態の弾性波装置を説明するための部分拡大正面断面図である。弾性波装置９１では、弾性波装置８１とは逆に、テーパー角度θ１＞テーパー角度θ２である。その他の構成は、弾性波装置９１は弾性波装置８１と同様である。図２０は、第１の誘電体膜１３の側面のテーパー角度θ１を４０°と固定し、第２の誘電体膜６２の側面のテーパー角度θ２を変化させた場合のレイリー波の位相の変化を示す図である。図２０から明らかなように、テーパー角度θ２が４０°より小さいと、レイリー波の位相を小さくすることができる。従って、スプリアスとなるレイリー波を効果的に抑制することができる。
図２１は、密度比＝（第２の誘電体膜６２の密度Ｄ２／第１の誘電体膜１３の密度Ｄ１）と、メインモードに最も近い高次モードの位相との関係を示す図である。なお、弾性波装置の設計パラメータは実施例４と同様とした。ここでは、第１の誘電体膜１３を酸化ケイ素で構成し、第２の誘電体膜６２の材料を変更し、第２の誘電体膜６２の密度を変化させた。なお、酸化ケイ素の密度は２．２×１０３ｋｇ／ｍ３である。
図２１から明らかなように、上記密度比が１を超えて大きくなるほど高次モードの位相が小さくなっている。従って、好ましくは、Ｄ２＞Ｄ１である。
図２２は、第１１の実施形態の弾性波装置の正面断面図である。弾性波装置１０１は、高音速部材３を有しない。また、支持基板２が、高音速材料からなる高音速支持基板２Ａである。このように、高音速部材として、高音速支持基板２Ａを用いてもよい。
図２３は、本発明の第１２の実施形態の弾性波装置の正面断面図である。弾性波装置１１１では、弾性波装置１０１における低音速膜４が取り除かれている。その他の構成は、弾性波装置１１１は、弾性波装置１０１と同様である。このように、圧電体５のＩＤＴ電極６が設けられている側とは反対の面に、直接高音速支持基板２Ａが高音速部材として積層されていてもよい。
上記各実施形態の弾性波装置は、高周波フロントエンド回路のデュプレクサなどとして用いることができる。この例を下記において説明する。
図２４は、通信装置及び高周波フロントエンド回路の構成図である。なお、同図には、高周波フロントエンド回路２３０と接続される各構成要素、例えば、アンテナ素子２０２やＲＦ信号処理回路（ＲＦＩＣ）２０３も併せて図示されている。高周波フロントエンド回路２３０及びＲＦ信号処理回路２０３は、通信装置２４０を構成している。なお、通信装置２４０は、電源、ＣＰＵやディスプレイを含んでいてもよい。
高周波フロントエンド回路２３０は、スイッチ２２５と、デュプレクサ２０１Ａ，２０１Ｂと、フィルタ２３１，２３２と、ローノイズアンプ回路２１４，２２４と、パワーアンプ回路２３４ａ，２３４ｂ，２４４ａ，２４４ｂとを備える。なお、図２４の高周波フロントエンド回路２３０及び通信装置２４０は、高周波フロントエンド回路及び通信装置の一例であって、この構成に限定されるものではない。
デュプレクサ２０１Ａは、フィルタ２１１，２１２を有する。デュプレクサ２０１Ｂは、フィルタ２２１，２２２を有する。デュプレクサ２０１Ａ，２０１Ｂは、スイッチ２２５を介してアンテナ素子２０２に接続される。なお、上記弾性波装置は、デュプレクサ２０１Ａ，２０１Ｂであってもよいし、フィルタ２１１，２１２，２２１，２２２であってもよい。
さらに、上記弾性波装置は、例えば、３つのフィルタのアンテナ端子が共通化されたトリプレクサや、６つのフィルタのアンテナ端子が共通化されたヘキサプレクサなど、３以上のフィルタを備えるマルチプレクサについても適用することができる。
すなわち、上記弾性波装置は、弾性波共振子、フィルタ、デュプレクサ、３以上のフィルタを備えるマルチプレクサを含む。そして、該マルチプレクサは、送信フィルタ及び受信フィルタの双方を備える構成に限らず、送信フィルタのみ、または、受信フィルタのみを備える構成であってもかまわない。
スイッチ２２５は、制御部（図示せず）からの制御信号に従って、アンテナ素子２０２と所定のバンドに対応する信号経路とを接続し、例えば、ＳＰＤＴ（Ｓｉｎｇｌｅ Ｐｏｌｅ Ｄｏｕｂｌｅ Ｔｈｒｏｗ）型のスイッチによって構成される。なお、アンテナ素子２０２と接続される信号経路は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２３０は、キャリアアグリゲーションに対応していてもよい。
ローノイズアンプ回路２１４は、アンテナ素子２０２、スイッチ２２５及びデュプレクサ２０１Ａを経由した高周波信号（ここでは高周波受信信号）を増幅し、ＲＦ信号処理回路２０３へ出力する受信増幅回路である。ローノイズアンプ回路２２４は、アンテナ素子２０２、スイッチ２２５及びデュプレクサ２０１Ｂを経由した高周波信号（ここでは高周波受信信号）を増幅し、ＲＦ信号処理回路２０３へ出力する受信増幅回路である。
パワーアンプ回路２３４ａ，２３４ｂは、ＲＦ信号処理回路２０３から出力された高周波信号（ここでは高周波送信信号）を増幅し、デュプレクサ２０１Ａ及びスイッチ２２５を経由してアンテナ素子２０２に出力する送信増幅回路である。パワーアンプ回路２４４ａ，２４４ｂは、ＲＦ信号処理回路２０３から出力された高周波信号（ここでは高周波送信信号）を増幅し、デュプレクサ２０１Ｂ及びスイッチ２２５を経由してアンテナ素子２０２に出力する送信増幅回路である。
ＲＦ信号処理回路２０３は、アンテナ素子２０２から受信信号経路を介して入力された高周波受信信号を、ダウンコンバートなどにより信号処理し、当該信号処理して生成された受信信号を出力する。また、ＲＦ信号処理回路２０３は、入力された送信信号をアップコンバートなどにより信号処理し、当該信号処理して生成された高周波送信信号をパワーアンプ回路２３４ａ，２３４ｂ，２４４ａ，２４４ｂへ出力する。ＲＦ信号処理回路２０３は、例えば、ＲＦＩＣである。なお、通信装置は、ＢＢ（ベースバンド）ＩＣを含んでいてもよい。この場合、ＢＢＩＣは、ＲＦＩＣで処理された受信信号を信号処理する。また、ＢＢＩＣは、送信信号を信号処理し、ＲＦＩＣに出力する。ＢＢＩＣで処理された受信信号や、ＢＢＩＣが信号処理する前の送信信号は、例えば、画像信号や音声信号等である。
なお、高周波フロントエンド回路２３０は、上記デュプレクサ２０１Ａ，２０１Ｂに代わり、デュプレクサ２０１Ａ，２０１Ｂの変形例に係るデュプレクサを備えていてもよい。
他方、通信装置２４０におけるフィルタ２３１，２３２は、ローノイズアンプ回路２１４，２２４及びパワーアンプ回路２３４ａ，２３４ｂ，２４４ａ，２４４ｂを介さず、ＲＦ信号処理回路２０３とスイッチ２２５との間に接続されている。フィルタ２３１，２３２も、デュプレクサ２０１Ａ，２０１Ｂと同様に、スイッチ２２５を介してアンテナ素子２０２に接続される。
以上、本発明の実施形態に係る弾性波装置、弾性波フィルタ、複合フィルタ装置、高周波フロントエンド回路及び通信装置について、実施形態及びその変形例を挙げて説明したが、本発明は、上記実施形態及び変形例における任意の構成要素を組み合わせて実現される別の実施形態や、上記実施形態に対して本発明の主旨を逸脱しない範囲で当業者が思いつく各種変形を施して得られる変形例や、本発明に係る高周波フロントエンド回路及び通信装置を内蔵した各種機器も本発明に含まれる。
本発明は、弾性波共振子、フィルタ、デュプレクサ、マルチバンドシステムに適用できるマルチプレクサ、フロントエンド回路及び通信装置として、携帯電話機などの通信機器に広く利用できる。
１…弾性波装置
２…支持基板
２Ａ…高音速支持基板
３…高音速部材
４…低音速膜
５…圧電体
５ａ…上面
５ｂ…溝
５ｂ１…底面
６…ＩＤＴ電極
７，８…反射器
１１…第１の電極指
１１ａ…下面
１１ｂ…上面
１１ｃ…側面
１１ｄ…側面
１２…第２の電極指
１３…第１の誘電体膜
１３ａ…下面
１３ｂ…上面
１３ｃ…第１の側面
１３ｄ…第２の側面
２１…弾性波フィルタ
３０…複合フィルタ装置
３１〜３４…帯域通過型フィルタ
４１…弾性波装置
４２…フィレット
４３…弾性波装置
５１…弾性波装置
６１…弾性波装置
６２…第２の誘電体膜
６２ａ…下面
６２ｂ…上面
６２ｃ…第３の側面
６２ｄ…第４の側面
７１…弾性波装置
８１…弾性波装置
９１…弾性波装置
１０１…弾性波装置
１１１…弾性波装置
２０１Ａ，２０１Ｂ…デュプレクサ
２０２…アンテナ素子
２０３…ＲＦ信号処理回路
２１１，２１２…フィルタ
２１４…ローノイズアンプ回路
２２１，２２２…フィルタ
２２４…ローノイズアンプ回路
２２５…スイッチ
２３０…高周波フロントエンド回路
２３１，２３２…フィルタ
２３４ａ，２３４ｂ…パワーアンプ回路
２４０…通信装置
２４４ａ，２４４ｂ…パワーアンプ回路
Ｐ１〜Ｐ３…並列腕共振子
Ｓ１〜Ｓ４…直列腕共振子
２…支持基板
２Ａ…高音速支持基板
３…高音速部材
４…低音速膜
５…圧電体
５ａ…上面
５ｂ…溝
５ｂ１…底面
６…ＩＤＴ電極
７，８…反射器
１１…第１の電極指
１１ａ…下面
１１ｂ…上面
１１ｃ…側面
１１ｄ…側面
１２…第２の電極指
１３…第１の誘電体膜
１３ａ…下面
１３ｂ…上面
１３ｃ…第１の側面
１３ｄ…第２の側面
２１…弾性波フィルタ
３０…複合フィルタ装置
３１〜３４…帯域通過型フィルタ
４１…弾性波装置
４２…フィレット
４３…弾性波装置
５１…弾性波装置
６１…弾性波装置
６２…第２の誘電体膜
６２ａ…下面
６２ｂ…上面
６２ｃ…第３の側面
６２ｄ…第４の側面
７１…弾性波装置
８１…弾性波装置
９１…弾性波装置
１０１…弾性波装置
１１１…弾性波装置
２０１Ａ，２０１Ｂ…デュプレクサ
２０２…アンテナ素子
２０３…ＲＦ信号処理回路
２１１，２１２…フィルタ
２１４…ローノイズアンプ回路
２２１，２２２…フィルタ
２２４…ローノイズアンプ回路
２２５…スイッチ
２３０…高周波フロントエンド回路
２３１，２３２…フィルタ
２３４ａ，２３４ｂ…パワーアンプ回路
２４０…通信装置
２４４ａ，２４４ｂ…パワーアンプ回路
Ｐ１〜Ｐ３…並列腕共振子
Ｓ１〜Ｓ４…直列腕共振子
Claims (18)
- 互いに対向する一方主面及び他方主面を有する圧電体と、
前記圧電体の前記一方主面上に設けられており、複数本の電極指を有するＩＤＴ電極と、
前記圧電体の前記他方主面側に配置されており、前記圧電体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い高音速部材と、
前記電極指の上面に設けられている第１の誘電体膜とを備え、
前記ＩＤＴ電極の前記電極指間に、誘電体が存在しない部分がある、弾性波装置。 - 互いに対向する一方主面及び他方主面を有する圧電体と、
前記圧電体の前記一方主面上に設けられており、複数本の電極指を有するＩＤＴ電極と、
前記圧電体の前記他方主面側に配置されている高音速部材と、
前記電極指の上面に設けられている第１の誘電体膜とを備え、
前記高音速部材は、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、酸窒化ケイ素、シリコン、サファイア、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム、水晶、アルミナ、ジルコニア、コ−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、ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）膜またはダイヤモンドのうち少なくとも１種の材料または少なくとも１種の材料の混合物を主成分とする媒質からなり、
前記ＩＤＴ電極の前記電極指間に、誘電体が存在しない部分がある、弾性波装置。 - 前記電極指間の全領域において、前記第１の誘電体膜が存在しない、請求項１または２に記載の弾性波装置。
- 前記第１の誘電体膜の膜厚が、前記ＩＤＴ電極の電極指ピッチで定まる波長λの４％以下である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の弾性波装置。
- 前記誘電体からなるフィレットが少なくとも１つの電極指間に設けられており、
前記フィレットが、前記ＩＤＴ電極における前記電極指の側面から、前記電極指と前記圧電体における前記一方主面との境界を通り、さらに前記電極指間における前記一方主面の一部に至っており、
前記電極指の延びる方向と直交する方向の断面において、前記フィレットの外表面が、断面における前記電極指の前記側面と前記圧電体の前記一方主面との境界であるコーナー部に向かって凹んでいる曲線である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の弾性波装置。 - 前記電極指間において、前記圧電体の前記一方主面に溝が設けられている、請求項１〜５のいずれか１項に記載の弾性波装置。
- 前記電極指が順テーパー形状を有する、請求項１〜６のいずれか１項に記載の弾性波装置。
- 前記第１の誘電体膜が、順テーパー形状を有し、前記順テーパー形状のテーパー角度θ１が８８°以下である、請求項１〜７のいずれか１項に記載の弾性波装置。
- 前記テーパー角度θ１が５０°以上である、請求項８に記載の弾性波装置。
- 前記テーパー角度θ１が６０°以上、８０°以下である、請求項８または９に記載の弾性波装置。
- 前記圧電体と前記電極指との間に設けられた第２の誘電体膜をさらに備える、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の弾性波装置。
- 前記ＩＤＴ電極の電極指間の全領域において、前記第２の誘電体膜が存在しない、請求項１１に記載の弾性波装置。
- 前記第１の誘電体膜及び前記第２の誘電体膜が、それぞれ順テーパー形状を有し、
前記第１の誘電体膜の順テーパー形状のテーパー角度をθ１、前記第２の誘電体膜の順テーパー形状のテーパー角度をθ２としたときに、θ１＞θ２である、請求項１１または１２に記載の弾性波装置。 - 前記第１の誘電体膜及び前記第２の誘電体膜が、それぞれ順テーパー形状を有し、
前記第１の誘電体膜の順テーパー形状のテーパー角度をθ１、前記第２の誘電体膜の順テーパー形状のテーパー角度をθ２としたときに、θ１＜θ２である、請求項１１または１２に記載の弾性波装置。 - 前記第１の誘電体膜の密度をＤ１、前記第２の誘電体膜の密度をＤ２としたときに、Ｄ２＞Ｄ１である、請求項１１〜１４のいずれか１項に記載の弾性波装置。
- 前記高音速部材が、高音速材料を主体とする高音速支持基板である、請求項１に記載の弾性波装置。
- 前記高音速部材と、前記圧電体との間に配置されており、伝搬するバルク波の音速が、前記圧電体を伝搬するバルク波の音速よりも低い、低音速膜をさらに備える、請求項１に記載の弾性波装置。
- 前記第１の誘電体膜が酸化ケイ素膜である、請求項１〜１７のいずれか１項に記載の弾性波装置。
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