JPWO2020095586A1 - 弾性波装置、分波器および通信装置 - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、弾性波装置1の要部の構成を示す平面図である。図1(a)は後述する共振子の構成を示しており、図1(b)は、図1(a)に示す共振子を複数設け、ラダー型フィルタを構成した例を示す。すなわち、直列共振子15Sと並列共振子15Pとをラダー型に接続している。ここで、直列共振子15Sを第2共振子または共振子15Hといい、直列共振子15Sよりも共振周波数の低い並列共振子15Pを第1共振子または共振子15Lということがある。図2は、図1(b)のII−II線(IIa−IIa線およびIIb−IIb線)における断面図である。
基板3は、直接的には、弾性波装置1の電気的特性に影響しない。従って、基板3の材料および寸法は適宜に設定されてよい。基板3の材料は、例えば、絶縁材料であり、絶縁材料は、例えば、樹脂またはセラミックである。なお、基板3は、圧電層7等に比較して熱膨張係数が低い材料によって構成されていてもよい。この場合、例えば、温度変化によって弾性波装置1の周波数特性が変化してしまうおそれを低減することができる。このような材料としては、例えば、シリコン等の半導体、サファイア等の単結晶および酸化アルミニウム質焼結体等のセラミックを挙げることができる。なお、基板3は、互いに異なる材料からなる複数の層が積層されて構成されていてもよい。基板3の厚さは、例えば、圧電層7よりも厚い。
導電層9は、例えば、金属により形成されている。金属は、適宜な種類のものとされてよく、例えば、アルミニウム(Al)またはAlを主成分とする合金(Al合金)である。Al合金は、例えば、Al−銅(Cu)合金である。なお、導電層9は、複数の金属層から構成されていてもよい。また、AlまたはAl合金と、圧電層7との間に、これらの接合性を強化するためのチタン(Ti)からなる比較的薄い層が設けられていてもよい。
1対の櫛歯電極23に電圧が印加されると、複数の電極指27によって圧電層7に電圧が印加され、圧電体である圧電層7が振動する。これにより、D1軸方向に伝搬する弾性波が励振される。弾性波は、複数の電極指27によって反射される。そして、複数の電極指27のピッチpを概ね半波長(λ/2)とする定在波が立つ。定在波によって圧電層7に生じる電気信号は、複数の電極指27によって取り出される。このような原理により、弾性波装置1は、ピッチpを半波長とする弾性波の周波数を共振周波数とする共振子として機能する。なお、λは、通常、波長を示す記号であり、また、実際の弾性波の波長は2pからずれることもあるが、以下でλの記号を用いる場合、特に断りがない限り、λは2pを意味するものとする。
スラブモードの弾性波を利用して比較的高い周波数領域(例えば5GHz以上)の共振を実現するためには、多層膜5の材料および厚さ、圧電体層(本実施形態では圧電層7)のオイラー角、材料および厚さ、ならびに導電層9の厚さの組み合わせに条件がある。
材料:LiTaO3
厚さ:0.2λ
オイラー角:(0,24,0)
多層膜:
材料:2種(SiO2,Ta2O5)
厚さ:SiO2層 0.10λ,Ta2O5層 0.98λ
積層数:8層
導電層:
材料:Al
厚さ:0.06λ
ピッチp:1μm(λ=2μm)
なお、積層数は、2種の層の数の合計(例えば図2の例では4)である。また、以降のシミュレーションはピッチpを1μmとして行なったが、ピッチを変化させた場合も、λ=2pで表される波長にしたがって実際の膜厚を変化させれば、共振特性は周波数依存性が全体的にシフトするだけで同様の結果となる。すなわち、波長またはピッチで規格化した場合も同様の結果を得ることができる。
他条件2:LT/0.2λ/SiO2/0.1λ/HfO2/0.08λ
他条件3:LN/0.19λ/SiO2/0.1λ/Ta2O5/0.07λ
他条件4:LN/0.2λ/SiO2/0.06λ/HfO2/0.095λ
なお、保護膜37の厚さは、断りがない限り、直列共振子15Sと並列共振子15Pとの間で同一の厚さとしてシミュレーションを行なった。
弾性波装置1において、互いに異なる共振周波数を有する共振子15を含む場合には、保護膜37の厚さを異ならせることで、周波数特性を維持した状態で、周波数の調整を行なう。この例であれば、直列共振子15Sと並列共振子15Pとを有し、低い共振周波数を有する並列共振子15Pを覆う保護膜37の厚さを、直列共振子15Sに比べて小さくしている。
上述の実施形態によれば、共振子15の周波数調整を保護膜37の厚さのみで調整した場合を説明したが、他の周波数調整法と組み合わせてもよい。
0.9p1≦p2≦1.2p1
|p2/p1−1|≧|fr2/fr1−1|
すなわち、波形が崩れない範囲で共振周波数の変化率以上にピッチを変化させた上で、保護膜37の厚さを調整することで、保護膜37の厚さ調整の効果とピッチ調整による効果との効果を効率的に奏することができる。
上述の例では、ラダー型フィルタの構成について特に限定はしていないが、通過帯域の広いフィルタを構成する場合に、弾性波装置1を適用してもよい。具体的には、直列共振子15Sの反共振周波数が、並列共振子15P共振周波数よりも低周波数側に位置するようなフィルタに適用する。この場合には、ピッチpのみの周波数調整では周波数調整を行なうことが困難であるためである。
上述の例では、圧電層7としてLTを用いた場合を例に説明したが、LNを用いてもよい。圧電層7としてLNを用いたときも同様に保護膜37の厚さを変更することで周波数調整を行なえることを確認した。また、LTの場合と同様に、保護膜37の厚さを異ならせても波形の崩れはないことも確認した。
図9は、弾性波装置1の利用例としての分波器101の構成を模式的に示す回路図である。この図の紙面左上に示された符号から理解されるように、この図では、櫛歯電極23・反射器21を簡略化して表わされている。
図10は、弾性波装置1(分波器101)の利用例としての通信装置151の要部を示すブロック図である。通信装置151は、電波を利用した無線通信を行うものであり、分波器101を含んでいる。
Claims (9)
- 基板と、
前記基板上に位置している低音響インピーダンス層と高音響インピーダンス層とが交互に積層されてなる多層膜と、
前記多層膜上に位置している圧電層と、
前記圧電層上に位置しているIDT電極を含む複数の共振子と、
前記複数の共振子上に位置する保護膜と、
を有しており、
前記複数の共振子は、共振周波数の異なる第1共振子と第2共振子と備え、前記第1共振子は前記第2共振子に比べ共振周波数が低く、
前記保護膜は、前記第1共振子上の厚さよりも前記第2共振子上の厚さが厚い、
弾性波装置。 - 前記圧電層の厚さは、前記IDT電極の電極指のピッチをpとしたときに、0.6p以下である、
請求項1に記載の弾性波装置。 - ラダー型フィルタの直列共振子に前記第2共振子を用い、並列共振子に前記第1共振子を用いている、
請求項1または2に記載の弾性波装置。 - 前記第1共振子の反共振周波数は、前記第2共振子の共振周波数よりも低周波数側に位置している、
請求項3に記載の弾性波装置。 - 前記IDT電極の前記電極指のピッチを10%変化させたときの共振周波数の変化率が10%以下である、
請求項1〜4のいずれか1項に記載の弾性波装置。 - 前記保護膜の厚さは0.04p以下である、
請求項1〜5のいずれか1項に記載の弾性波装置。 - 前記第1共振子の前記IDT電極の前記電極指のピッチと前記第2共振子の前記IDT電極の前記電極指のピッチとの変化率は、前記第1共振子と前記第2共振子との共振周波数の変化率よりも、大きい、請求項1〜6のいずれかに記載の弾性波装置。
- アンテナ端子と、
前記アンテナ端子へ出力される信号をフィルタリングする送信フィルタと、
前記アンテナ端子から入力される信号をフィルタリングする受信フィルタと、
を有しており、
前記送信フィルタおよび前記受信フィルタの少なくとも一方が請求項1〜7のいずれか1項に記載の弾性波装置を含んでいる
分波器。 - アンテナと、
前記アンテナに前記アンテナ端子が接続されている請求項8に記載の分波器と、
前記送信フィルタおよび前記受信フィルタに対して信号経路に関して前記アンテナ端子とは反対側に接続されているICと、
を有している通信装置。
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