KR101516653B1 - 탄성 표면파 필터장치 - Google Patents

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가부시키가이샤 무라타 세이사쿠쇼
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Abstract

급준한 필터 특성을 가짐과 동시에 통과 대역이 넓고, 또한 통과 대역 내에서의 리플이 억압된 탄성 표면파 필터장치를 제공한다.
탄성 표면파 필터장치(1)는 레일리파를 주요 모드로서 이용하고 래더형 탄성 표면파 필터부(20)를 구비하고 있다. 직렬완 공진자를 구성하는 탄성 표면파 공진자(30)의 유전체층(33)의 두께(t1)가 병렬완 공진자를 구성하는 탄성 표면파 공진자(40)의 유전체층(43)의 두께(t2)와 다르다. 직렬완 공진자를 구성하는 탄성 표면파 공진자(30)에서의 탄성 표면파의 전파방위(A1)가 병렬완 공진자를 구성하는 탄성 표면파 공진자(40)에서의 탄성 표면파의 전파방위(A2)와 다르다.

Description

탄성 표면파 필터장치{ELASTIC SURFACE WAVE FILTER DEVICE}
본 발명은 탄성 표면파 필터장치에 관한 것이다. 특히 본 발명은 래더(ladder)형 탄성 표면파 필터부를 가지는 탄성 표면파 필터장치에 관한 것이다.
종래, 예를 들면 휴대 전화기 등의 통신기에서 RF(Radio Frequency)회로에 탑재되는 대역 통과 필터나 분파기로서, 탄성 표면파를 이용한 탄성 표면파 필터장치가 이용되고 있다. 그러한 탄성 표면파 필터장치의 일례로서 예를 들면 하기의 특허문헌 1에는 래더형 탄성 표면파 필터부를 가지는 탄성 표면파 필터장치가 기재되어 있다. 특허문헌 1에는 래더형 탄성 표면파 필터부를 구성하는 복수의 탄성 표면파 공진자에서 각 탄성 표면파 공진자의 IDT전극 위에 보호막을 마련하고, 병렬완(parallel arm) 탄성 표면파 공진자에서의 IDT전극 위의 보호막의 두께와 직렬완(series arm) 탄성 표면파 공진자에서의 IDT전극 위의 보호막의 두께를 다르게 함으로써 필터 특성을 급준하게 함과 동시에 통과 대역에서의 주파수 특성을 평탄하게 하는 것이 기재되어 있다.
일본국 공개특허공보 2000-196409호
그러나 특허문헌 1에 기재된 탄성 표면파 필터장치에서는 통과 대역 내에 리플(ripple)이 발생하는 경우가 있다는 문제가 있다.
본 발명은 이러한 점에 비추어 이루어진 것으로 그 목적은 급준한 필터 특성을 가짐과 동시에 통과 대역이 넓고, 또한 통과 대역 내에서의 리플이 억압된 탄성 표면파 필터장치를 제공하는 것에 있다.
본 발명에 따른 탄성 표면파 필터장치는 레일리파(Rayleigh wave)를 주요 모드로 이용하고 래더형 탄성 표면파 필터부를 구비하고 있다. 래더형 탄성 표면파 필터부는 직렬완과, 직렬완 공진자와, 병렬완과, 병렬완 공진자를 가진다. 직렬완 공진자는 직렬완에서 접속되어 있다. 병렬완은 직렬완과 그라운드를 접속하고 있다. 병렬완 공진자는 병렬완에 마련되어 있다. 직렬완 공진자와 병렬완 공진자 각각은 압전 기판과 IDT전극과 유전체층을 가지는 탄성 표면파 공진자에 의해 구성되어 있다. IDT전극은 압전 기판 위에 형성되어 있다. 유전체층은 IDT전극을 덮도록 형성되어 있다. 직렬완 공진자를 구성하는 탄성 표면파 공진자의 유전체층의 두께가 병렬완 공진자를 구성하는 탄성 표면파 공진자의 유전체층의 두께와 다르며, 또한 직렬완 공진자를 구성하는 탄성 표면파 공진자에서의 탄성 표면파의 전파방위가 병렬완 공진자를 구성하는 탄성 표면파 공진자에서의 탄성 표면파의 전파방위와 다르다.
본 발명에 따른 탄성 표면파 필터장치의 어느 특정한 국면에서는 압전 기판이 LiNbO3 기판으로 이루어지고 오일러각(φ, θ, ψ)에서 θ가 25°~45°의 범위 내에 있고, ψ가 직렬완 공진자를 구성하는 탄성 표면파 공진자에서의 탄성 표면파의 전파방위 및 병렬완 공진자를 구성하는 탄성 표면파 공진자에서의 탄성 표면파의 전파방위이다.
또한 본 발명에서 오일러각(φ, θ, ψ)이란 압전 기판의 절단면과 탄성 표면파의 전파방향을 표현하는 것이다. 본 발명에서 오일러각(φ, θ, ψ)은 문헌「탄성파 소자 기술 핸드북」(일본학술진흥회 탄성파 소자 기술 제150위원회, 제1판 제1쇄, 2001년 11월 30일 발행, 549쪽)에 기재된 오른손계(right-hand system) 오일러각이다. 즉, 압전 기판의 결정축 X, Y, Z에 대해 Z축을 축으로 해서 X축을 반시계 방향으로 φ 회전하여 Xa축을 얻는다. 다음으로 Xa축을 축으로 해서 Z축을 반시계 방향으로 θ 회전하여 Z'축을 얻는다. Xa축을 포함하고 Z'축을 법선으로 하는 면을 압전 기판의 절단면으로 한다. 그리고 Z'축을 축으로 해서 Xa축을 반시계 방향으로 ψ 회전한 축 X'방향을 탄성 표면파의 전파방향으로 한다. 또 오일러각의 초기값으로서 부여하는 압전 기판의 결정축 X, Y, Z는 Z축을 c축과 평행으로 하고, X축을 등가인 3방향의 a축 중 임의의 1개와 평행으로 하고, Y축은 X축과 Z축을 포함하는 면의 법선 방향으로 한다.
본 발명에 따른 탄성 표면파 필터장치의 다른 특정한 국면에서는 직렬완 공진자를 구성하는 탄성 표면파 공진자에서의 탄성 표면파의 전파방위가 병렬완 공진자를 구성하는 탄성 표면파 공진자에서의 탄성 표면파의 전파방위에 대해 이루는 각도가 0°보다 크고 8°이하이다.
본 발명에 따른 탄성 표면파 필터장치의 다른 특정한 국면에서는 직렬완 공진자를 구성하는 탄성 표면파 공진자의 유전체층이 병렬완 공진자를 구성하는 탄성 표면파 공진자의 유전체층보다 두껍게 되어 있고, 직렬완 공진자를 구성하는 탄성 표면파 공진자의 ψ가 0°±1°범위 내에 있으며, 병렬완 공진자를 구성하는 탄성 표면파 공진자의 ψ가 1°~8°범위 내에 있다.
본 발명에 따른 탄성 표면파 필터장치의 또 다른 특정한 국면에서는 병렬완 공진자를 구성하는 탄성 표면파 공진자의 ψ가 3.5°~6.5°의 범위 내에 있다.
본 발명에 따른 탄성 표면파 필터장치의 또 다른 특정한 국면에서는 직렬완 공진자를 구성하는 탄성 표면파 공진자의 유전체층이 병렬완 공진자를 구성하는 탄성 표면파 공진자의 유전체층보다 얇게 되어 있고, 직렬완 공진자를 구성하는 탄성 표면파 공진자의 ψ가 1°~8°범위 내에 있으며, 병렬완 공진자를 구성하는 탄성 표면파 공진자의 ψ가 0°±1°범위 내에 있다.
본 발명에 따른 탄성 표면파 필터장치의 또 다른 특정한 국면에서는 직렬완 공진자를 구성하는 탄성 표면파 공진자의 ψ가 3.5°~6.5°의 범위 내에 있다.
본 발명에 따른 탄성 표면파 필터장치의 또 다른 특정한 국면에서는 유전체층은 SiO2층을 포함한다. 또한 유전체층은 SiO2층으로만 구성되어 있어도 되고, SiO2층을 포함하는 적층체로 구성되어 있어도 된다.
본 발명에 따른 탄성 표면파 필터장치의 또 다른 특정한 국면에서는 직렬완 공진자의 압전 기판과 병렬완 공진자의 압전 기판이 공통의 압전 기판에 의해 구성되어 있다.
본 발명에 따르면 급준한 필터 특성을 가짐과 동시에 통과 대역이 넓고, 또한 통과 대역 내에서의 리플이 억압된 탄성 표면파 필터장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시형태에 따른 탄성 표면파 필터장치의 등가 회로도이다.
도 2는 본 발명의 일실시형태에서의 탄성 표면파 필터 칩의 모식적 투시 평면도이다.
도 3은 본 발명의 일실시형태에서의 직렬완 공진자를 구성하고 있는 탄성 표면파 공진자의 일부분의 약도적 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일실시형태에서의 병렬완 공진자를 구성하고 있는 탄성 표면파 공진자의 일부분의 약도적 단면도이다.
도 5는 비교예 1의 탄성 표면파 필터장치의 송신 필터의 필터 특성과, 비교예 2의 탄성 표면파 필터장치의 송신 필터의 필터 특성을 나타내는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일실시형태에 따른 탄성 표면파 필터장치의 송신 필터의 필터 특성과, 비교예 1의 탄성 표면파 필터장치의 송신 필터의 필터 특성을 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일실시형태에 따른 탄성 표면파 필터장치의 송신 필터의 필터 특성과, 비교예 2의 탄성 표면파 필터장치의 송신 필터의 필터 특성을 나타내는 그래프이다.
도 8은 비교예 3의 탄성 표면파 필터장치의 송신 필터의 필터 특성을 나타내는 그래프이다.
도 9는 본 발명의 일실시형태에 따른 탄성 표면파 필터장치의 송신 필터의 필터 특성을 나타내는 그래프이다.
도 10은 실험예에서 제작한 1포트형 탄성 표면파 공진자의 IDT전극의 모식적 평면도이다.
도 11은 ψ=0°일 때의 1포트형 탄성 표면파 공진자의 임피던스 특성을 나타내는 그래프이다.
도 12는 ψ=0°일 때의 1포트형 탄성 표면파 공진자의 리턴 손실을 나타내는 그래프이다.
도 13은 ψ=2.5°일 때의 1포트형 탄성 표면파 공진자의 임피던스 특성을 나타내는 그래프이다.
도 14는 ψ=2.5°일 때의 1포트형 탄성 표면파 공진자의 리턴 손실을 나타내는 그래프이다.
도 15는 ψ=5.0°일 때의 1포트형 탄성 표면파 공진자의 임피던스 특성을 나타내는 그래프이다.
도 16은 ψ=5.0°일 때의 1포트형 탄성 표면파 공진자의 리턴 손실을 나타내는 그래프이다.
도 17은 ψ=7.5°일 때의 1포트형 탄성 표면파 공진자의 임피던스 특성을 나타내는 그래프이다.
도 18은 ψ=7.5°일 때의 1포트형 탄성 표면파 공진자의 리턴 손실을 나타내는 그래프이다.
도 19는 ψ=10°일 때의 1포트형 탄성 표면파 공진자의 임피던스 특성을 나타내는 그래프이다.
도 20은 ψ=10°일 때의 1포트형 탄성 표면파 공진자의 리턴 손실을 나타내는 그래프이다.
도 21은 오일러각(φ, θ, ψ)의 ψ와 SH파에 기인하는 리플의 리턴 손실의 크기와의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 22는 실험예의 1포트형 탄성 표면파 공진자에서 IDT전극의 전극지를 단락시키지 않았을 때의 레일리파 및 SH파 각각의 음속, 그리고 IDT전극의 전극지를 단락시켰을 때의 레일리파 및 SH파 각각의 음속을 나타내는 그래프이다.
도 23은 산화 규소로 이루어지는 유전체막의 막두께와 TCF의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 24는 산화 규소로 이루어지는 유전체막의 막두께와 IDT전극의 핑거부의 폭이 1nm 변화했을 때의 주파수의 변화량의 관계를 나타내는 그래프이다.
이하, 본 발명을 실시한 바람직한 형태에 대해 도 1에 나타내는 탄성 표면파 필터장치(1)를 예로 들어 설명한다. 본 실시형태의 탄성 표면파 필터장치(1)는 래더형 탄성 표면파 필터부를 가지는 듀플렉서이다. 듀플렉서는 분파기의 일종이다. 단, 본 발명에 따른 탄성 표면파 필터장치는 듀플렉서에 한정되지 않는다. 본 발명에 따른 탄성 표면파 필터장치는 래더형 탄성 표면파 필터부를 가지는 것인 한 특별히 한정되지 않고, 트리플렉서 등의 다른 분파기여도 되고, 입력 신호 단자 또는 출력 신호 단자 중 적어도 한쪽이 공통으로 접속되어 있지 않은 복수의 필터부를 포함하는 것이어도 되고, 하나의 래더형 탄성 표면파 필터부만을 가지는 것이어도 된다.
도 1은 본 실시형태에 따른 탄성 표면파 필터장치(1)의 등가 회로도이다. 도 2는 본 실시형태에서의 탄성 표면파 필터 칩의 모식적 투시 평면도이다. 도 3은 본 실시형태에서의 직렬완 공진자(S1, S2, S3)를 구성하고 있는 탄성 표면파 공진자(30)의 일부분의 약도적 단면도이다. 도 4는 본 실시형태에서의 병렬완 공진자(P1, P2, P3)를 구성하고 있는 탄성 표면파 공진자(40)의 일부분의 약도적 단면도이다.
본 실시형태의 탄성 표면파 필터장치(1)는 예를 들면 UMTS와 같은 CDMA방식에 대응하는 휴대 전화기 등의 RF회로에 탑재되는 것이다. 구체적으로는 탄성 표면파 필터장치(1)는 UMTS-BAND3에 대응하는 듀플렉서이다. UMTS-BAND3의 송신 주파수대는 1710MHz~1785MHz이며 수신 주파수대는 1805MHz~1880MHz이다. 이와 같이 UMTS-BAND3에서는 송신측 주파수대가 수신측 주파수대보다 저주파수측에 위치하고 있다.
도 1에 나타내는 것과 같이 탄성 표면파 필터장치(1)는 안테나에 접속되는 안테나 단자(10)와 송신측 신호 단자(11)와 수신측 신호 단자(12)를 구비하고 있다. 안테나 단자(10)와 수신측 신호 단자(12) 사이에는 수신 필터(13)가 접속되어 있다. 본 실시형태에서 수신 필터(13)의 구성은 특별히 한정되지 않는다. 수신 필터(13)는 예를 들면 종결합 공진자형 탄성 표면파 필터부에 의해 구성되어 있어도 되고, 래더형 탄성 표면파 필터부에 의해 구성되어 있어도 된다. 또한 도 1에서는 하나의 수신측 신호 단자(12)만을 묘화하고 있지만, 수신 필터(13)가 평형-불평형 변환 기능을 가지는 밸런스형의 필터부에 의해 구성되어 있는 경우는 2개의 수신측 신호 단자가 마련된다.
안테나 단자(10)와 송신측 신호 단자(11) 사이에는 송신 필터(20)가 접속되어 있다. 송신 필터(20)와 수신 필터(13)의 접속점과 안테나 단자(10) 사이의 접속점과 그라운드 사이에는 정합 회로로서의 인덕터(L)가 접속되어 있다.
송신 필터(20)는 래더형 탄성 표면파 필터부에 의해 구성되어 있다. 송신 필터(20)는 안테나 단자(10)와 송신측 신호 단자(11)를 접속하고 있는 직렬완(21)을 가진다. 직렬완(21)에는 복수의 직렬완 공진자(S1, S2, S3)가 직렬로 접속되어 있다. 또한 직렬완 공진자(S1, S2, S3)는 각각 하나의 공진자로서 기능하는 복수의 탄성 표면파 공진자에 의해 구성되어 있다. 이로 인해 송신 필터(20)의 내전력성이 높아지고 있다. 단, 본 발명에서는 직렬완 공진자는 하나의 공진자로서 기능하는 복수의 탄성 표면파 공진자에 의해 구성되어 있어도 되고, 하나의 탄성 표면파 공진자에 의해 구성되어 있어도 된다.
송신 필터(20)는 직렬완(21)과 그라운드 사이에 접속되어 있는 복수의 병렬완(22, 23, 24)을 가진다. 병렬완(22, 23, 24) 각각에는 병렬완 공진자(P1, P2, P3)가 마련되어 있다. 병렬완 공진자(P1, P2, P3) 각각은 하나의 공진자로서 기능하는 복수의 탄성 표면파 공진자에 의해 구성되어 있다. 이로 인해 송신 필터(20)의 내전력성이 높아지고 있다. 단, 본 발명에서는 병렬완 공진자는 하나의 공진자로서 기능하는 복수의 탄성 표면파 공진자에 의해 구성되어 있어도 되고, 하나의 탄성 표면파 공진자에 의해 구성되어 있어도 된다.
다음으로 도 3 및 도 4를 참조하면서 직렬완 공진자(S1, S2, S3)를 구성하고 있는 탄성 표면파 공진자(30)와, 병렬완 공진자(P1, P2, P3)를 구성하고 있는 탄성 표면파 공진자(40)의 구성에 대해 설명한다.
탄성 표면파 공진자(30, 40)는 압전 기판(31)을 구비하고 있다. 즉, 탄성 표면파 공진자(30, 40)는 압전 기판(31)을 공유하고 있다.
탄성 표면파 공진자(30)는 IDT전극(32)과 유전체층(33)을 가진다. IDT전극(32)은 압전 기판(31)의 주면(主面)(31a) 위에 형성되어 있다. 유전체층(33)은 IDT전극(32)과 압전 기판(31)의 주면(31a) 위에 형성되어 있다. 즉, 유전체층(33)에 의해 IDT전극(32)이 덮여 있다. 한편, 탄성 표면파 공진자(40)는 IDT전극(42)과 유전체층(43)을 가진다. IDT전극(42)은 압전 기판(31)의 주면(31a) 위에 형성되어 있다. 유전체층(43)은 IDT전극(42)과 압전 기판(31)의 주면(31a) 위에 형성되어 있다. 즉, 유전체층(43)에 의해 IDT전극(42)이 덮여 있다.
IDT전극(32, 42)은 1조의 빗살형상 전극에 의해 구성되어 있다. 빗살형상 전극은 복수의 전극지와 복수의 전극지가 접속되어 있는 버스바(busbar)를 가진다. 도 3 및 도 4에서는 IDT전극(32, 42) 중 전극지 부분만이 도시되어 있다.
본 실시형태의 송신 필터(20)에서는 레일리파를 주요 모드로 하고 있다. 그렇기 때문에 압전 기판(31)은 LiNbO3 기판에 의해 구성되어 있다. 보다 구체적으로는 본 실시형태에서는 압전 기판(31)은 오일러각(φ, θ, ψ)의 θ가 25°~45°의 범위에 있는 LiNbO3 기판에 의해 구성되어 있다. 그러므로 레일리파의 전기기계 결합계수를 크게 할 수 있고 송신 필터(20)의 통과 대역을 넓힐 수 있다. 또한 φ은 0°±5°의 범위 내인 것이 바람직하다.
단, 본 발명에서 압전 기판은 LiNbO3 기판에 의해 구성되어 있지 않아도 된다. 압전 기판은 예를 들면 LiTaO3 기판이나 수정 기판 등에 의해 구성되어 있어도 된다. 이하, 본 실시형태에서는 압전 기판(31)이, 오일러각이 (0°, 37.5°, ψ)인 LiNbO3 기판에 의해 구성되어 있는 예에 대해 설명한다. 이 경우, 송신 필터(20)에서는 ψ의 방향으로 전파하는 레일리파를 주요 모드로 한다. 즉, ψ가 전파방위가 된다. 또한 오일러각이 (0°, 37.5°, ψ)인 LiNbO3 기판은 다른 표현으로는 127.5°Y커트 X전파 LiNbO3 기판이 된다.
IDT전극(32, 42)은 특별히 한정되지 않는다. IDT전극(32, 42)은 예를 들면 Al, Pt, Cu, Au, Ag, W, Ni, Cr, Ti, Co 및 Ta로 이루어지는 군에서 선택된 금속, 혹은 Al, Pt, Cu, Au, Ag, W, Ni, Cr, Ti, Co 및 Ta로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상의 금속을 포함하는 합금에 의해 형성할 수 있다. 또 IDT전극(32, 42)은 상기 금속이나 합금으로 이루어지는 복수의 도전막의 적층체에 의해 구성되어 있어도 된다. 구체적으로는 본 실시형태에서는 IDT전극(32, 42)은 모두 압전 기판(31)측에서부터 NiCr층(두께 10nm), Pt층(두께 40nm), Ti층(두께 10nm), Al층(두께 150nm), Ti층(두께 10nm)이 이 순서대로 적층된 적층체에 의해 구성되어 있다. 즉, IDT전극(32)과 IDT전극(42)은 동일한 층구성으로 이루어져 있다. 본 실시형태에서는 IDT전극(32, 42)은 레일리파를 주요 모드로 할 수 있도록 구성되어 있다.
유전체층(33, 43)은 예를 들면 SiO2, SiN, SiON, Ta2O5, AlN, Al2O3, ZnO 등의 각종 유전체 재료로 형성할 수 있다. 또 유전체층(33, 43)은 예를 들면 상기 유전체 재료로 이루어지는 복수의 유전체층의 적층체에 의해 구성되어 있어도 된다. 그중에서도 유전체층(33, 43)은 SiO2층을 포함하는 것이 바람직하다. 이 경우, SiO2층은 양의 주파수 온도 계수(TCF:Temperature Coefficient of Frequency)를 가지며, LiNbO3 기판은 음의 주파수 온도 계수를 가지는 것으로 인해 유전체층(33, 43)의 주파수 온도 계수와 압전 기판(31)의 주파수 온도 계수의 부호가 반대로 되기 때문에 송신 필터(20)의 주파수 온도 특성을 개선할 수 있다. 구체적으로는 본 실시형태에서 유전체층(33, 43)은 SiO2층(33a, 43a)과 SiN층(33b, 43b)의 적층체에 의해 구성되어 있다. SiO2층(33a, 43a)은 IDT전극(32, 42)과 압전 기판(31)의 주면(31a)을 덮도록 형성되어 있다. SiN층(33b, 43b)은 SiO2층(33a, 43a) 위에 형성되어 있다. 또한 SiN층(33b, 43b)은 그 두께를 조정함으로써 송신 필터(20)의 주파수를 조정하기 위한 주파수 조정막으로서 기능한다. SiN층(33b, 43b)의 두께는 예를 들면 20nm정도로 할 수 있다.
본 실시형태에서는 SiO2층(33a)의 두께가 670nm이며 SiO2층(43a)의 두께가 370nm이다. 그러므로 직렬완 공진자(S1, S2, S3)를 구성하고 있는 탄성 표면파 공진자(30)에서의 유전체층(33)의 두께(t1)가 병렬완 공진자(P1, P2, P3)를 구성하고 있는 탄성 표면파 공진자(40)에서의 유전체층(43)의 두께(t2)보다 두껍다(t1>t2). 여기서 유전체층의 두께는 유전체층 또는 전극지에 접촉하는 압전 기판의 표면에서부터 유전체층의 압전 기판측과 반대측의 표면까지의 거리이다. 단, 1파장 내에서 유전체층의 표면 형상에 기복이 있어서 두께가 균일하지 않은 경우, 전극지 사이에 분포하는 유전체층의 상기 두께의 산술 평균값으로 한다. 또한 IDT를 덮는 유전체층의 두께가 전체적으로 고르지 않은 경우는 탄성파가 전파하는 방향의 IDT의 중앙부의 전극지 사이의 두께를 t1 및 t2의 값으로 한다.
도 2에 본 실시형태의 탄성 표면파 필터장치(1)에서의 탄성 표면파 필터 칩인 송신 필터 칩(50)을 나타낸다. 송신 필터 칩(50)에는 송신 필터(20)의 직렬완 공진자(S1, S2, S3) 및 병렬완 공진자(P1, P2, P3)를 구성하는 복수의 탄성 표면파 공진자(30, 40)가 형성되어 있다.
도 2에 나타내는 것과 같이 본 실시형태에서는 직렬완 공진자(S1, S2, S3)를 구성하고 있는 탄성 표면파 공진자(30)에서의 탄성 표면파의 전파방위(A1)가 병렬완 공진자(P1, P2, P3)를 구성하고 있는 탄성 표면파 공진자(40)에서의 탄성 표면파의 전파방위(A2)와 다르게 되어 있다. 구체적으로는 압전 기판(31)인 LiNbO3 기판의 오일러각(φ, θ, ψ)에서 탄성 표면파 공진자(30)에서는 ψ가 0°로 되어 있으며, 탄성 표면파 공진자(40)에서는 ψ가 -5°로 되어있다. 이와 같이 전파방위(A1)가 전파방위(A2)에 대해 이루는 각도가 0°보다 크고 8°이하가 되도록 탄성 표면파 공진자(30, 40)가 형성되어 있다. 즉, 본 실시형태에서는 도 2에 나타내는 것과 같이 직렬완 공진자를 구성하고 있는 IDT전극(32)에서 생기는 탄성 표면파의 전파방위(A1)와, 병렬완 공진자를 구성하고 있는 IDT전극(42)에서 생기는 탄성 표면파의 전파방위(A2)의 차가 0°보다 크고 8°이하가 되도록(즉, 직렬완 공진자와 병렬완 공진자에서 탄성 표면파의 전파각의 차가 0°보다 크고 8°이하가 되도록) IDT전극(32, 42)이 형성되어 있다.
UMTS-BAND3에서는 송신 주파수대와 수신 주파수대는 20MHz밖에 떨어져 있지 않다. 이와 같이 송신 주파수대와 수신 주파수대의 간격이 좁은 시스템에 대응하는 듀플렉서에 있어서는 송신 필터 및 수신 필터의 적어도 한쪽은 급준성이 높은 필터 특성을 가지는 것이나 주파수 온도 특성이 우수할 것이 요구된다. 보다 상세하게는 송신 주파수대가 수신 주파수대보다 저역측에 위치하는 경우, 송신 필터는 통과 대역 고역측의 급준성이 높은 필터 특성을 가질 것이 요구된다. 또 송신 주파수대가 수신 주파수대보다 고역측에 위치하는 경우, 송신 필터는 통과 대역 저역측의 급준성이 높은 필터 특성을 가질 것이 요구된다.
여기서, 송신 필터가 래더형 탄성 표면파 필터부에 의해 구성되어 있는 경우 통과 대역 고역측의 급준성이 높은 필터 특성을 실현하기 위해서는 직렬완 공진자를 구성하고 있는 탄성 표면파 공진자의 Δf(공진 주파수와 반공진 주파수의 주파수 차)를 작게 할 필요가 있다. 이는 직렬완 공진자를 구성하고 있는 탄성 표면파 공진자의 Δf가 통과 대역 고역측의 급준성에 크게 영향을 미치기 때문이다. 한편, 통과 대역 저역측의 급준성이 높은 필터 특성을 실현하기 위해서는 병렬완 공진자를 구성하고 있는 탄성 표면파 공진자의 Δf를 작게 할 필요가 있다. 이는 병렬완 공진자를 구성하고 있는 탄성 표면파 공진자의 Δf가 통과 대역 저역측의 급준성에 크게 영향을 미치기 때문이다.
탄성 표면파 공진자에서는 IDT전극과 압전 기판의 주면을 덮도록 형성되어 있는 유전체층을 두껍게 함으로써 Δf를 작게 할 수 있다. 특히 압전 기판이 LiNbO3 기판 또는 LiTaO3 기판인 탄성 표면파 공진자의 경우 SiO2층을 포함하는 유전체층으로 하고, 유전체층을 두껍게 함으로써 Δf를 작게 할 수 있음과 동시에 주파수 온도 특성을 개선할 수 있다. 송신 필터의 통과 대역 고역측의 급준성과 통과 대역 저역측의 급준성 모두를 개선하는 관점에서는 직렬완 공진자 및 병렬완 공진자 모두를 구성하고 있는 탄성 표면파 공진자에서 유전체층을 두껍게 하는 것을 생각할 수 있다.
송신 필터(20)를 구성하고 있는 탄성 표면파 공진자(30, 40)에서의 유전체층(33, 43)의 두께를 370nm로 한 탄성 표면파 필터장치를 비교예 1로서 준비하고, 송신 필터(20)를 구성하고 있는 탄성 표면파 공진자(30, 40)에서의 유전체층(33, 43)의 두께를 670nm로 한 탄성 표면파 필터장치를 비교예 2로서 준비했다. 도 5에 비교예 1의 탄성 표면파 필터장치의 송신 필터의 필터 특성과 비교예 2의 탄성 표면파 필터장치의 송신 필터의 필터 특성을 나타낸다. 도 5에서 실선이 비교예 1을 나타내고 파선이 비교예 2를 나타낸다.
비교예 1에서는 송신 필터의 직렬완 공진자 및 병렬완 공진자 모두를 구성하고 있는 탄성 표면파 공진자에서 유전체층을 얇게 했기 때문에 모든 탄성 표면파 공진자의 Δf가 커진다. 그러므로 도 5에서 알 수 있듯이 통과 대역폭이 넓어지는 한편, 통과 대역 고역측의 급준성과 통과 대역 저역측의 급준성이 모두 낮아지고 있다. 그렇기 때문에 비교예 1에서는 UMTS-BAND3의 수신 주파수대에서의 감쇠량이 불충분하게 되어 있다.
또 비교예 2에서는 송신 필터의 직렬완 공진자 및 병렬완 공진자 모두를 구성하고 있는 탄성 표면파 공진자에서 유전체층을 두껍게 했기 때문에 모든 탄성 표면파 공진자의 Δf가 작아진다. 그러므로 도 5에서 알 수 있듯이 통과 대역 고역측의 급준성과 통과 대역 저역측의 급준성이 모두 높아지는 한편, 통과 대역폭이 좁아져 있다. 그렇기 때문에 비교예 2에서는 UMTS-BAND3의 송신 주파수대에 대응하는 통과 대역폭이 실현되지 않았다. 이와 같이 직렬완 공진자를 구성하고 있는 탄성 표면파 공진자에서의 유전체층의 두께와 병렬완 공진자를 구성하고 있는 탄성 표면파 공진자에서의 유전체층의 두께를 동일하게 한 경우는 높은 급준성과 넓은 통과 대역폭을 가지는 필터 특성을 실현하기가 곤란하다.
도 6에 본 실시형태의 탄성 표면파 필터장치(1)의 송신 필터(20)의 필터 특성과 비교예 1의 탄성 표면파 필터장치의 송신 필터의 필터 특성을 나타낸다. 도 6에서 실선이 본 실시형태를 나타내고 파선이 비교예 1을 나타낸다. 도 7에 본 실시형태의 탄성 표면파 필터장치(1)의 송신 필터(20)의 필터 특성과 비교예 2의 탄성 표면파 필터장치의 송신 필터의 필터 특성을 나타낸다. 도 7에서 실선이 본 실시형태를 나타내고 파선이 비교예 2를 나타낸다.
상술한 것과 같이 본 실시형태의 탄성 표면파 필터장치(1)의 송신 필터(20)에서는 직렬완 공진자(S1, S2, S3)를 구성하고 있는 탄성 표면파 공진자(30)에서의 유전체층(33)의 두께(t1)가 병렬완 공진자(P1, P2, P3)를 구성하고 있는 탄성 표면파 공진자(40)에서의 유전체층(43)의 두께(t2)보다 두껍게 되어 있다. 그렇기 때문에 본 실시형태에서는 도 6에 나타내는 것과 같이 비교예 1과 거의 동등한 넓이의 통과 대역폭을 얻을 수 있다. 또한 도 7에 나타내는 것과 같이 비교예 2와 동등한 급준성을 얻을 수 있다.
본 실시형태에서는 직렬완 공진자(S1, S2, S3)를 구성하고 있는 탄성 표면파 공진자(30)에서의 유전체층(33)이 두껍게 되어 있음으로써 탄성 표면파 공진자(30)의 Δf가 작아지고, 통과 대역 고역측의 급준성이 높아지고 있다. 한편, 병렬완 공진자(P1, P2, P3)를 구성하고 있는 탄성 표면파 공진자(40)에서의 유전체층(43)이 얇게 되어 있음으로써 탄성 표면파 공진자(40)의 Δf가 커지고, 통과 대역폭이 넓어지고 있다. 즉, 직렬완 공진자(S1, S2, S3)를 구성하고 있는 탄성 표면파 공진자(30)에서의 유전체층(33)의 두께(t1)가 병렬완 공진자(P1, P2, P3)를 구성하고 있는 탄성 표면파 공진자(40)에서의 유전체층(43)의 두께(t2)보다 두껍게 되어 있는 본 실시형태에서는 높은 급준성과 넓은 통과 대역폭을 가지는 필터 특성을 실현할 수 있다. 혹은 직렬완 공진자(S1, S2, S3)를 구성하고 있는 탄성 표면파 공진자(30)에서의 유전체층(33)의 두께(t1)가 병렬완 공진자(P1, P2, P3)를 구성하고 있는 탄성 표면파 공진자(40)에서의 유전체층(43)의 두께(t2)보다 얇게 되어 있는 실시형태에서도 높은 급준성과 넓은 통과 대역폭을 가지는 필터 특성을 실현할 수 있다. 유전체층(33)의 두께(t1)가 작아짐으로써 탄성 표면파 공진자(30)의 Δf가 커지기 때문에 통과 대역폭이 넓어진다. 유전체층(43)의 두께(t2)가 커짐으로써 탄성 표면파 소자(40)의 Δf가 작아지므로 통과 대역 저역측의 급준성이 높아지기 때문이다.
여기서 직렬완 공진자(S1, S2, S3) 및 병렬완 공진자(P1, P2, P3)의 파장을 각각 λ(S1), λ(S2), λ(S3) 및 λ(P1), λ(P2), λ(P3)로 한다.
유전체층을 형성하지 않는 LiTaO3 기판에서의 누설파(leaky wave)의 TCF가 약 -35[ppm/℃]이다. 도 23에 직렬완 공진자(S1, S2, S3)의 산화 규소로 이루어지는 유전체층(33)의 막두께와 TCF의 관계를 나타낸다. 도 23에서 세로축이 TCF[ppm/℃]이며, 가로축이 산화 규소로 이루어지는 유전체막의 막두께[nm]를 파장(λ)으로 규격화한 파장 규격화 막두께이다. 도 23에 나타내는 결과로부터 유전체층의 파장 규격화 두께를 23% 이상으로 함으로써 LiTaO3 기판에서의 누설파의 TCF를 -35[ppm/℃]보다 작게 할 수 있다는 것을 알 수 있다. 따라서 유전체층(33)의 파장 규격화 두께를 23% 이상으로 하는 것이 바람직한 것을 알 수 있다.
유전체층(33)의 두께(t1)와 유전체층(43)의 두께(t2)의 차가 커지면, IDT전극의 전극지의 폭이 단위 길이 변화했을 때의 주파수의 변화량이 커지는 경향이 있다. 또 주파수 대역폭은 직렬완 공진자(S1, S2, S3)의 IDT전극의 최대 파장과 병렬완 공진자(P1, P2, P3)의 IDT전극의 최소 파장에 대한 의존도가 높은 경향이 있다. 여기서 일반적인 IDT전극 형성 정밀도의 관점에서 허용되는 전극지의 폭의 변화량이 40[nm]일 때, 이에 대응하는 주파수의 변화 허용량은 2.5[MHz]이다. 도 24는 산화 규소로 이루어지는 유전체막의 막두께와, IDT전극의 핑거부의 폭이 1nm 변화했을 때의 주파수의 변화량의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 24에 나타내는 결과로부터 유전체층(33)의 파장 규격화 두께와 유전체층(43)의 파장 규격화 두께의 차를 16.6% 이하로 함으로써 주파수의 변화 허용량을 2.5[MHz] 이하로 할 수 있다는 것을 알 수 있다.
그런데 본 실시형태와 같이 송신 필터(20)가 레일리파를 주요 모드로서 이용하는 것인 경우, 불필요한 파인 SH파에 기인하는 리플이 통과 대역 내에 발생하는 경우가 있다. 통상적으로 이 SH파에 기인하는 리플은 압전 기판인 LiNbO3 기판의 오일러각(φ, θ, ψ)의 θ를 조정함으로써 억압되어 있다. 구체적으로는 LiNbO3 기판의 오일러각(φ, θ, ψ)의 θ를 25°~45°, 특히 바람직하게는 37.5°로 함으로써 SH파의 전기기계 결합계수가 충분히 작아져서 SH파에 기인하는 리플이 억압되어 있다. 래더형 탄성 표면파 필터부에서 직렬완 공진자를 구성하고 있는 탄성 표면파 공진자와 병렬완 공진자를 구성하고 있는 탄성 표면파 공진자에서 유전체층의 두께가 같게 되어 있으면 이 수법에 의해 SH파에 기인하는 리플을 억압할 수 있다.
그러나 본 실시형태에서는 래더형 탄성 표면파 필터부에 의해 구성되어 있는 송신 필터(20)에서 직렬완 공진자(S1, S2, S3)를 구성하고 있는 탄성 표면파 공진자(30)에서의 유전체층(33)의 두께(t1)가 병렬완 공진자(P1, P2, P3)를 구성하고 있는 탄성 표면파 공진자(40)에서의 유전체층(43)의 두께(t2)보다 두껍다(t1>t2). 여기서 레일리파를 주요 모드로서 이용하는 경우, 복수의 탄성 표면파 공진자에서 유전체층의 두께가 다르면 SH파의 전기기계 결합계수를 작게 하기 위한 최적의 θ값도 다르다.
그러므로 예를 들면 직렬완 공진자를 구성하고 있는 탄성 표면파 공진자와 병렬완 공진자를 구성하고 있는 탄성 표면파 공진자를 1개의 압전 기판을 이용해 형성할 때에, 직렬완 공진자를 구성하고 있는 탄성 표면파 공진자와 병렬완 공진자를 구성하고 있는 탄성 표면파 공진자에서 유전체층의 두께가 다르면, 직렬완 공진자를 구성하고 있는 탄성 표면파 공진자에서 SH파의 전기기계 결합계수를 충분히 작게 하기 위해 최적의 θ를 선택하면, 선택한 θ는 병렬완 공진자를 구성하고 있는 탄성 표면파 공진자에서는 최적의 값이 아니게 된다.
즉, 직렬완 공진자를 구성하고 있는 탄성 표면파 공진자와 병렬완 공진자를 구성하고 있는 탄성 표면파 공진자를 1개의 압전 기판을 이용해 형성할 때에, 직렬완 공진자를 구성하고 있는 탄성 표면파 공진자와 병렬완 공진자를 구성하고 있는 탄성 표면파 공진자에서 유전체층의 두께가 다른 경우에는 직렬완 공진자를 구성하고 있는 탄성 표면파 공진자와 병렬완 공진자를 구성하고 있는 탄성 표면파 공진자 모두에서 SH파의 전기기계 결합계수를 작게 하기 위해, 직렬완 공진자와 병렬완 공진자 모두에 최적인 θ를 설정할 수 없다. 따라서 압전 기판의 오일러각 θ의 설정에 의해서만 SH파에 기인하는 리플을 직렬완 공진자와 병렬완 공진자 모두에 대해서 최적으로 억압하기는 곤란하다. 그 구체적인 예를 이하에 나타낸다.
송신 필터(20)에서 직렬완 공진자(S1, S2, S3)를 구성하고 있는 탄성 표면파 공진자(30)에서의 탄성 표면파의 전파방위(A1)가, 병렬완 공진자(P1, P2, P3)를 구성하고 있는 탄성 표면파 공진자(40)에서의 탄성 표면파의 전파방위(A2)와 동일하게 되어 있는 탄성 표면파 필터장치를 비교예 3으로서 준비했다. 즉, 비교예 3에서는 전파방위(A1)가 전파방위(A2)에 대해 이루는 각도가 0°가 되도록 탄성 표면파 공진자(30, 40)가 형성되어 있다. 구체적으로는 직렬완 공진자(S1, S2, S3)를 구성하고 있는 탄성 표면파 공진자(30)와 병렬완 공진자(P1, P2, P3)를 구성하고 있는 탄성 표면파 공진자(40)에 있어서 압전 기판인 LiNbO3 기판의 오일러각(φ, θ, ψ)의 ψ는 0°로 되어 있다. 도 8에 비교예 3의 탄성 표면파 필터장치의 송신 필터의 필터 특성을 나타낸다.
비교예 3의 탄성 표면파 필터장치에서는 압전 기판인 LiNbO3 기판의 오일러각(φ, θ, ψ)의 θ가 37.5°로 되어 있음으로써 직렬완 공진자를 구성하고 있는 탄성 표면파 공진자에서 생기는 SH파의 전기기계 결합계수가 0으로 되어 있다. 도 8에 나타내는 것과 같이 비교예 3의 탄성 표면파 필터장치에서는 병렬완 공진자를 구성하고 있는 탄성 표면파 공진자에서 생기는 SH파의 전기기계 결합계수가 충분히 작아지지 않으므로 SH파에 기인하는 리플이 충분히 억압되어 있지 않다.
이에 반해 본 실시형태에서는 직렬완 공진자(S1, S2, S3)를 구성하고 있는 탄성 표면파 공진자(30)에서의 탄성 표면파의 전파방위(A1)가, 병렬완 공진자(P1, P2, P3)를 구성하고 있는 탄성 표면파 공진자(40)에서의 탄성 표면파의 전파방위(A2)와 다르게 되어 있다. 구체적으로는 압전 기판(31)인 LiNbO3 기판의 오일러각(φ, θ, ψ)에서 탄성 표면파 공진자(30)에서는 ψ가 0°로 되어 있고, 탄성 표면파 공진자(40)에서는 ψ가 -5°로 되어 있으며, 전파방위(A1)가 전파방위(A2)에 대해 이루는 각도가 0°보다 크고 8°이하가 되도록 탄성 표면파 공진자(30, 40)가 형성되어 있다. 즉, 본 실시형태에서는 도 2에 나타내는 것과 같이 직렬완 공진자(S1, S2, S3)를 구성하고 있는 탄성 표면파 공진자(30)에서의 탄성 표면파의 전파방위(A1)와 병렬완 공진자(P1, P2, P3)를 구성하고 있는 탄성 표면파 공진자(40)에서의 탄성 표면파의 전파방위(A2)의 차가 0°보다 크고 8°이하가 되도록(즉, 탄성 표면파 공진자(30)와 탄성 표면파 공진자(40)에서 탄성 표면파의 전파각의 차가 0°보다 크고 8°이하가 되도록) IDT전극(32, 42)이 형성되어 있다.
본 실시형태에서는 탄성 표면파 공진자(30)의 ψ가 0°일 때에 탄성 표면파 공진자(30)에서 생기는 SH파의 전기기계 결합계수가 0이 되도록 압전 기판(31)의 오일러각(φ, θ, ψ)의 θ가 37.5°로 되어있다. 이때, 탄성 표면파 공진자(30, 40)에서 유전체층(33, 43)의 두께가 다르기 때문에 탄성 표면파 공진자(40)에서 생기는 SH파의 전기기계 결합계수를 작게 하기 위한 최적의 θ 값은 37.5°와는 다르지만, 탄성 표면파 공진자(40)의 ψ를 -5°로 함으로써 탄성 표면파 공진자(40)에서 생기는 SH파의 전기기계 결합계수를 0으로 할 수 있다.
이와 같이 직렬완 공진자를 구성하고 있는 탄성 표면파 공진자와 병렬완 공진자를 구성하고 있는 탄성 표면파 공진자에서 유전체층의 두께가 달라도, 직렬완 공진자를 구성하고 있는 탄성 표면파 공진자에서 생기는 SH파의 전기기계 결합계수가 작아지도록 압전 기판인 LiNbO3 기판의 오일러각(φ, θ, ψ)의 θ를 설정했을 때, 병렬완 공진자를 구성하고 있는 탄성 표면파 공진자에서의 탄성 표면파의 전파방위(ψ)를 조정함으로써 병렬완 공진자를 구성하고 있는 탄성 표면파 공진자에서 생기는 SH파의 전기기계 결합계수를 줄일 수 있다. 그 결과 SH파에 기인하는 리플을 억압할 수 있다.
오일러각(φ, θ, ψ)의 φ 및 θ는 탄성 표면파를 전파하는 압전 기판의 커트면을 결정하는 각도이고, ψ는 탄성 표면파의 전파방향을 결정하는 각도이다. 따라서 도 2에 나타내는 것과 같이 동일한 커트면의 압전 기판 위에서 탄성 표면파 공진자(30)에서의 탄성 표면파의 전파방위(A1)와 탄성 표면파 공진자(40)에서의 탄성 표면파의 전파방위(A2)를 다르게 함으로써 SH파의 전기기계 결합계수가 다른 조건을 얻을 수 있다.
도 9에 본 실시형태의 탄성 표면파 필터장치(1)의 송신 필터(20)의 필터 특성을 나타낸다. 도 9에 나타내는 것과 같이 본 실시형태에서는 높은 급준성과 넓은 통과 대역폭을 가지는 필터 특성을 실현함과 동시에 통과 대역 내에서의 SH파에 기인하는 리플을 억압할 수 있다.
본 실시형태에서는 탄성 표면파 공진자(30)의 ψ가 0°로 되어 있지만 ψ가 0°±1°이면 된다. 본 실시형태에서는 탄성 표면파 공진자(30)의 ψ가 0°±1°일 때에 탄성 표면파 공진자(30)에서 생기는 SH파의 전기기계 결합계수가 0이 되도록 압전 기판(31)의 오일러각(φ, θ, ψ)의 θ가 37.5°로 되어 있고 탄성 표면파 공진자(40)의 ψ가 -5°로 되어 있었으나, 전파방위(A1)가 전파방위(A2)에 대해 이루는 각도가 1°~8°, 바람직하게는 3.5°~6.5°가 되는 각도이면 된다. 이로 인해 탄성 표면파 공진자(40)에서 생기는 SH파의 전기기계 결합계수를 0으로 할 수 있다. 단, 본 발명은 이 구성에 한정되지 않는다. 탄성 표면파 공진자(30, 40)의 ψ는 IDT전극(32, 42)의 두께 및 유전체층(33, 43)의 두께 등을 고려한 후에 최적인 값으로 되어 있으면 된다.
다음으로 탄성 표면파 공진자(30)의 ψ가 0°±1°일 때에 탄성 표면파 공진자(40)의 ψ가 1°~8°인 것이 바람직하고, 3.5°~6.5°인 것이 더 바람직하며, 약 5°인 것이 더욱 바람직한 이유에 대해 실험예에 기초하여 상세하게 설명한다.
우선 상기 실시형태의 병렬완 공진자를 구성하고 있는 탄성 표면파 공진자(40)와 실질적으로 같은 구성을 가지는 도 10에 나타내는 것과 같은 1포트형 탄성 표면파 공진자를, 압전 기판(31)인 LiNbO3 기판의 오일러각(0°, 37.5°, ψ)의 ψ를 0°~10°의 범위에서 다양하게 변화시켜서 복수 제작했다. 또한 이 1포트형 탄성 표면파 공진자의 구성은 본 실시형태의 IDT전극(32, 42)과 동일하다.
다음으로 그라운드 단자와 시그널 단자를 가지는 프로브를 이용하여 1포트형 탄성 표면파 공진자의 임피던스 특성 및 리턴 손실을 측정했다. 결과를 도 11~도 20에 나타낸다. 또한 도 10에서 G는 그라운드 단자를 가지는 프로브를 나타내고, S는 시그널 단자를 가지는 프로브를 나타낸다.
도 11은 ψ=0°일 때의 1포트형 탄성 표면파 공진자의 임피던스 특성을 나타내는 그래프이다. 도 12는 ψ=0°일 때의 1포트형 탄성 표면파 공진자의 리턴 손실을 나타내는 그래프이다. 도 13은 ψ=2.5°일 때의 1포트형 탄성 표면파 공진자의 임피던스 특성을 나타내는 그래프이다. 도 14는 ψ=2.5°일 때의 1포트형 탄성 표면파 공진자의 리턴 손실을 나타내는 그래프이다. 도 15는 ψ=5.0°일 때의 1포트형 탄성 표면파 공진자의 임피던스 특성을 나타내는 그래프이다. 도 16은 ψ=5.0°일 때의 1포트형 탄성 표면파 공진자의 리턴 손실을 나타내는 그래프이다. 도 17은 ψ=7.5°일 때의 1포트형 탄성 표면파 공진자의 임피던스 특성을 나타내는 그래프이다. 도 18은 ψ=7.5°일 때의 1포트형 탄성 표면파 공진자의 리턴 손실을 나타내는 그래프이다. 도 19는 ψ=10°일 때의 1포트형 탄성 표면파 공진자의 임피던스 특성을 나타내는 그래프이다. 도 20은 ψ=10°일 때의 1포트형 탄성 표면파 공진자의 리턴 손실을 나타내는 그래프이다. 도 21은 압전 기판(31)인 LiNbO3 기판의 오일러각(φ, θ, ψ)의 ψ와 SH파에 기인하는 리플의 리턴 손실의 크기와의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 11~도 21에 나타내는 결과로부터 ψ를 0°보다 크고 8°보다 작게 함으로써 병렬완 공진자를 구성하고 있는 탄성 표면파 공진자에서 생기는 SH파에 기인하는 리플을 억압할 수 있다는 것을 알 수 있다.
다음으로 IDT전극의 전극지를 단락시키지 않았을 때의 레일리파 및 SH파 각각의 음속, 그리고 IDT전극의 전극지를 단락시켰을 때의 레일리파 및 SH파 각각의 음속을 구했다. 그 결과를 도 22에 나타낸다. 도 22에 나타내는 결과로부터 IDT전극의 전극지를 단락시키지 않았을 때의 레일리파 및 SH파 각각의 음속, 그리고 IDT전극의 전극지를 단락시켰을 때의 레일리파 및 SH파 각각의 음속은 압전 기판인 LiNbO3 기판의 ψ=0°를 경계로 하여 양음으로 대칭이 되고 있는 것을 알 수 있다. 따라서 ψ를 0°보다 작으면서 -8°보다 크게 함으로 인해서도 병렬완 공진자를 구성하고 있는 탄성 표면파 공진자에서 생기는 SH파에 기인하는 리플을 억압할 수 있다는 것을 알 수 있다.
다음으로 본 실시형태의 송신 필터(20)의 제조 방법의 일례에 대해 설명한다.
우선 압전 기판(31) 위에 IDT전극(32, 42)을 형성한다. IDT전극(32, 42)은 예를 들면 증착법이나 스퍼터링법으로 형성할 수 있다. 바람직하게는 증착법을 이용한 리프트 오프 공정(lift-off process)으로 형성된다.
다음으로 IDT전극(32, 42)과 압전 기판(31)의 주면(31a) 위에 IDT전극(32, 42)을 덮도록 SiO2층을 형성한다. SiO2층은 예를 들면 바이어스 스퍼터링법 등으로 형성할 수 있다. 다음으로 형성한 SiO2층의 표면을 에치백(etch back) 공법에 의해 평탄화한다.
다음으로 SiO2층에서의 IDT전극(32) 위에 위치하는 부분에 레지스트 등으로 이루어지는 마스크를 형성하고, SiO2층에서의 IDT전극(42) 위에 위치하는 부분을 에치백함으로써 SiO2층(33a, 43a)을 형성한다. 그 후 마스크를 박리한다.
마지막으로 SiN층(33b, 43b)을 형성함으로써 송신 필터(20)를 형성할 수 있다.
상기 실시형태에서는 전송 주파수대가 수신 주파수대보다 저역측에 위치하는 것이었지만, 송신 주파수대가 수신 주파수대보다 고역측에 위치하는 경우 송신 필터는 통과 대역 저역측의 급준성이 높은 필터 특성을 가질 것이 요구된다. 그렇기 때문에 직렬완 공진자를 구성하고 있는 탄성 표면파 공진자(30)에서의 유전체층(33)의 두께(t1)가 병렬완 공진자를 구성하고 있는 탄성 표면파 공진자(40)에서의 유전체층(43)의 두께(t2)보다 얇게(t2>t1) 함과 동시에, 압전 기판(31)인 LiNbO3 기판의 오일러각(φ, θ, ψ)에서 탄성 표면파 공진자(30)의 ψ를 1°~8°로 하고 탄성 표면파 공진자(40)의 ψ를 0°±1°로 함으로써, 높은 급준성과 넓은 통과 대역폭을 가지는 필터 특성을 실현함과 동시에 통과 대역 내에서의 SH파에 기인하는 리플을 억압할 수 있다.
상세하게는 탄성 표면파 공진자(30)에서의 유전체층(33)이 얇게 되어 있음으로써 탄성 표면파 공진자(30)의 Δf가 커지고 통과 대역폭이 넓어진다. 그리고 탄성 표면파 공진자(40)에서의 유전체층(43)이 두껍게 되어 있음으로써 탄성 표면파 공진자(40)의 Δf가 작아지고 통과 대역 저역측의 급준성이 높아진다. 또한 탄성 표면파 공진자(30)의 ψ를 1°~8°, 탄성 표면파 공진자(40)의 ψ를 0°±1°로 함으로써 통과 대역 내에서의 SH파에 기인하는 리플이 억압된다. 이 경우에서도 전파방위(A1)가 전파방위(A2)에 대해 이루는 각도가 1°~8°, 바람직하게는 3.5°~6.5°가 되는 각도이면 된다.
1…탄성 표면파 필터장치
10…안테나 단자
11…송신측 신호 단자
12…수신측 신호 단자
13…수신 필터
20…송신 필터
21…직렬완
22, 23, 24…병렬완
30, 40…탄성 표면파 공진자
31…압전 기판
31a…주면
32, 42…IDT전극
33, 43…유전체층
33a, 43a…SiO2층
33b, 43b…SiN층
50…송신 필터 칩
P1, P2, P3…병렬완 공진자
S1, S2, S3…직렬완 공진자

Claims (9)

  1. 직렬완(series arm)과,
    상기 직렬완에서 접속되어 있는 직렬완 공진자와,
    상기 직렬완과 그라운드를 접속하고 있는 병렬완(parallel arm)과,
    상기 병렬완에 마련되어 있는 병렬완 공진자를 가지는 래더형 탄성 표면파 필터부를 포함하고, 레일리파(Rayleigh wave)를 주요 모드로서 이용하는 탄성 표면파 필터장치로서,
    상기 직렬완 공진자와 상기 병렬완 공진자 각각은 압전 기판과, 상기 압전 기판 위에 형성된 IDT전극과, 상기 IDT전극을 덮도록 형성된 유전체층을 가지는 탄성 표면파 공진자에 의해 구성되어 있으며,
    상기 직렬완 공진자를 구성하는 탄성 표면파 공진자의 유전체층의 두께가 상기 병렬완 공진자를 구성하는 탄성 표면파 공진자의 유전체층의 두께와 다르고, 또한 상기 직렬완 공진자를 구성하는 탄성 표면파 공진자에서의 탄성 표면파의 전파방위가 상기 병렬완 공진자를 구성하는 탄성 표면파 공진자에서의 탄성 표면파의 전파방위와 다른 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 필터장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 압전 기판이 LiNbO3 기판으로 이루어지고, 오일러각(φ, θ, ψ)에서 θ가 25°~45°의 범위내에 있고, ψ가 상기 직렬완 공진자를 구성하는 탄성 표면파 공진자에서의 탄성 표면파의 전파방위 및 상기 병렬완 공진자를 구성하는 탄성 표면파 공진자에서의 탄성 표면파의 전파방위인 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 필터장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 직렬완 공진자를 구성하는 탄성 표면파 공진자에서의 탄성 표면파의 전파방위가, 상기 병렬완 공진자를 구성하는 탄성 표면파 공진자에서의 탄성 표면파의 전파방위에 대해 이루는 각도가 0°보다 크고 8°이하인 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 필터장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 직렬완 공진자를 구성하는 탄성 표면파 공진자의 유전체층이 상기 병렬완 공진자를 구성하는 탄성 표면파 공진자의 유전체층보다 두껍게 되어 있고, 상기 직렬완 공진자를 구성하는 탄성 표면파 공진자의 ψ가 0°±1°범위 내에 있고, 상기 병렬완 공진자를 구성하는 탄성 표면파 공진자의 ψ가 1°~8°범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 필터장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 병렬완 공진자를 구성하는 탄성 표면파 공진자의 ψ가 3.5°~6.5°의 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 필터장치.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 직렬완 공진자를 구성하는 탄성 표면파 공진자의 유전체층이 상기 병렬완 공진자를 구성하는 탄성 표면파 공진자의 유전체층보다 얇게 되어 있고, 상기 직렬완 공진자를 구성하는 탄성 표면파 공진자의 ψ가 1°~8°범위 내에 있고, 상기 병렬완 공진자를 구성하는 탄성 표면파 공진자의 ψ가 0°±1°범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 필터장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 직렬완 공진자를 구성하는 탄성 표면파 공진자의 ψ가 3.5°~6.5°의 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 필터장치.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유전체층은 SiO2층을 포함하는 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 필터장치.
  9. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 직렬완 공진자의 압전 기판과 상기 병렬완 공진자의 압전 기판이 공통의 압전 기판에 의해 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 필터장치.
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