KR102291606B1 - 탄성파 장치 - Google Patents

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Abstract

러브파를 이용하는 경우에, 에지영역에서의 음속을 확실히 낮게 하여, 횡모드 리플을 억제할 수 있는 탄성파 장치를 제공한다.
탄성파 장치(1)는 역속도면이 타원형인 압전성 기판(2)과, 압전성 기판(2) 상에 마련된 IDT 전극(3)과, IDT 전극(3)을 덮도록 압전성 기판(2) 상에 마련된 유전체막(13)을 포함하고, 러브파를 이용한다. IDT 전극(3)은 제1, 제2 전극지(6, 7)가 서로 겹치는 교차영역(B)을 가진다. 교차영역(B)은 중앙영역(M) 및 중앙영역(M)의 양측에 위치하는 제1, 제2 에지영역(X1, X2)을 가진다. IDT 전극(3)의 파장규격화 막 두께를 x(%)로 하고, IDT 전극(3)의 전극밀도를 y(g/㎤)로 한 경우, 파장규격화 막 두께 x가
y=0.0757x2-3.9023x+27.986 …식(1)
을 충족하는 x 이상이 된다. 제1, 제2 에지영역(X1, X2)에서의 유전체막(13)의 막 두께가 중앙영역(M)에서의 유전체막(13)의 막 두께보다 얇다.

Description

탄성파 장치
본 발명은 탄성파 장치에 관한 것이다.
종래, 탄성파 장치가 휴대전화기의 필터 등에 널리 이용되고 있다. 하기의 특허문헌 1에는 레일리파를 이용하는 탄성파 장치의 일례가 기재되어 있다. 이 탄성파 장치에서는 에지(edge)영역의 음속을 낮게 함으로써, 횡모드 리플의 억제가 도모된다. 보다 상세하게는 제1, 제2 전극지(電極指)가 탄성파 전파 방향에서 서로 겹쳐 있는 영역 내에서, 전극지의 연신(延伸)방향 양단에 에지영역이 마련되어 있다. 이 에지영역에서의 유전체막의 막 두께가 에지영역 사이에 끼인 중앙영역에서의 유전체막의 막 두께보다 두껍게 되어 있다. 그로써, 에지영역의 음속이 낮게 되어 있다.
일본 공개특허공보 특개2015-111923호
종래, IDT 전극에 적층된 유전체막의 막 두께를 두껍게 하는 것 등에 의해, IDT 전극에 가해지는 질량을 증가시켰다. 그로써, 음속을 낮게 할 수 있다고 생각했다.
그러나 본원 발명자들은 탄성파 장치가 러브파(Love wave)를 이용하는 경우에는 에지영역에서의 유전체막의 막 두께를 두껍게 하면, 반대로 음속이 높아지는 것을 발견했다. 에지영역에서의 음속이 중앙영역에서의 음속보다 상대적으로 높아지면 횡모드 리플을 억제할 수 없게 된다.
본 발명은 본원 발명자들에 의해 발견된 상기의 새로운 과제를 해결하기 위해 이루어진 것이다. 본 발명의 목적은 러브파를 이용하는 경우에, 에지영역에서의 음속을 확실히 낮게 하여 횡모드 리플을 억제할 수 있는 탄성파 장치를 제공하는 것에 있다.
본 발명에 따른 탄성파 장치의 어느 넓은 국면에서는 역(逆)속도면이 타원형인 압전체층을 가지는 압전성 기판과, 상기 압전성 기판 상에 마련된 IDT 전극과, 상기 IDT 전극을 덮도록 상기 압전성 기판 상에 마련된 유전체막이 포함되고, 러브파를 이용하며, 상기 IDT 전극이, 서로 대향하는 제1 버스바(busbar) 및 제2 버스바와, 상기 제1 버스바에 일단(一端)이 접속된 복수개의 제1 전극지와, 상기 제2 버스바에 일단이 접속되면서 상기 복수개의 제1 전극지와 서로 맞물리는 복수개의 제2 전극지를 가지며, 탄성파 전파 방향을 제1 방향으로 하고, 상기 제1 방향에 직교하는 방향을 제2 방향으로 했을 때에, 상기 IDT 전극이, 상기 제1 전극지와 상기 제2 전극지가 상기 제1 방향에서 서로 겹쳐 있는 부분인 교차 영역을 가지며, 상기 교차 영역이, 상기 제2 방향에서의 중앙 측에 위치하는 중앙영역과, 상기 중앙영역의 상기 제1 버스바 측에 위치하는 제1 에지영역과, 상기 중앙영역의 상기 제2 버스바 측에 위치하는 제2 에지영역을 가지며, 상기 IDT 전극의 전극지 피치에 의해 정해지는 파장을 λ, 상기 IDT 전극의 막 두께를 h, 상기 IDT 전극의 파장규격화 막 두께 h/λ×100(%)을 x(%)로 하고, 상기 IDT 전극에서의 전극밀도를 y(g/㎤)로 한 경우, 상기 IDT 전극의 전극밀도 y에 따라 상기 IDT 전극의 파장규격화 막 두께 x가,
y=0.0757x2-3.9023x+27.986 …식(1)
을 충족하는 x 이상이 되며, 상기 제1 에지영역에서의 상기 유전체막의 막 두께 및 상기 제2 에지영역에서의 상기 유전체막의 막 두께가 상기 중앙영역에서의 상기 유전체막의 막 두께보다 얇다.
본 발명에 따른 탄성파 장치의 다른 넓은 국면에서는 역속도면이 타원형인 압전체층을 가지는 압전성 기판과, 상기 압전성 기판 상에 마련된 IDT 전극과, 상기 IDT 전극을 덮도록 상기 압전성 기판 상에 마련된 유전체막이 포함되고, 러브파를 이용하며, 상기 IDT 전극이, 서로 대향하는 제1 버스바 및 제2 버스바와, 상기 제1 버스바에 일단이 접속된 복수개의 제1 전극지와, 상기 제2 버스바에 일단이 접속되면서 상기 복수개의 제1 전극지와 서로 맞물리는 복수개의 제2 전극지를 가지며, 탄성파 전파 방향을 제1 방향으로 하고, 상기 제1 방향에 직교하는 방향을 제2 방향으로 했을 때에, 상기 IDT 전극이, 상기 제1 전극지와 상기 제2 전극지가 상기 제1 방향에서 서로 겹쳐 있는 부분인 교차 영역을 가지며, 상기 교차 영역이, 상기 제2 방향에서의 중앙 측에 위치하는 중앙영역과, 상기 중앙영역의 상기 제1 버스바 측에 위치하는 제1 에지영역과, 상기 중앙영역의 상기 제2 버스바 측에 위치하는 제2 에지영역을 가지며, 상기 IDT 전극이, Pt, Au, W, Ta, Mo 또는 Cu로 이루어지고, 상기 IDT 전극의 전극지 피치에 의해 정해지는 파장을 λ, 상기 IDT 전극의 막 두께를 h, 상기 IDT 전극의 파장규격화 막 두께 h/λ×100(%)을 x(%)로 한 경우, 상기 IDT 전극의 파장규격화 막 두께 x가 상기 IDT 전극의 재료에 따라 하기의 표 1에 나타내는 값 이상이 되며, 상기 제1 에지영역에서의 상기 유전체막의 막 두께 및 상기 제2 에지영역에서의 상기 유전체막의 막 두께가 상기 중앙영역에서의 상기 유전체막의 막 두께보다 얇다. 이 경우에는 IDT 전극의 두께가 두꺼운 경우여도 에지영역에서의 음속을 한층 더 확실히 낮게 할 수 있다.
Figure 112020017457785-pct00001
본 발명의 탄성파 장치에 따르면, 러브파를 이용하는 경우에, 에지영역에서의 음속을 확실히 낮게 하여 횡모드 리플을 억제할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 탄성파 장치의 모식적 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시형태에 따른 탄성파 장치의 전극구조를 나타내는 모식적 평면도이다.
도 3은 IDT 전극이 Pt로 이루어지는 경우의, 유전체막의 파장규격화 막 두께, 탄성파의 음속 및 IDT 전극의 파장규격화 막 두께의 관계를 나타내는 도면이다.
도 4는 IDT 전극이 Mo로 이루어지는 경우의, 유전체막의 파장규격화 막 두께, 탄성파의 음속 및 IDT 전극의 파장규격화 막 두께의 관계를 나타내는 도면이다.
도 5는 IDT 전극이 Au로 이루어지는 경우의, 유전체막의 파장규격화 막 두께, 탄성파의 음속 및 IDT 전극의 파장규격화 막 두께의 관계를 나타내는 도면이다.
도 6은 IDT 전극이 W로 이루어지는 경우의, 유전체막의 파장규격화 막 두께, 탄성파의 음속 및 IDT 전극의 파장규격화 막 두께의 관계를 나타내는 도면이다.
도 7은 IDT 전극이 Ta로 이루어지는 경우의, 유전체막의 파장규격화 막 두께, 탄성파의 음속 및 IDT 전극의 파장규격화 막 두께의 관계를 나타내는 도면이다.
도 8은 IDT 전극이 Cu로 이루어지는 경우의, 유전체막의 파장규격화 막 두께, 탄성파의 음속 및 IDT 전극의 파장규격화 막 두께의 관계를 나타내는 도면이다.
도 9는 유전체막의 막 두께가 두꺼워질수록 음속이 높아지는, IDT 전극의 파장규격화 막 두께의 하한값과 IDT 전극의 전극밀도의 관계를 나타내는 도면이다.
도 10은 IDT 전극이 Pt막 및 Al막의 적층 금속막으로 이루어지는 경우의, 유전체막의 파장규격화 막 두께, 탄성파의 음속 및 IDT 전극의 파장규격화 막 두께의 관계를 나타내는 도면이다.
도 11은 IDT 전극이 Pt막 및 Cu막의 적층 금속막으로 이루어지는 경우의, 유전체막의 파장규격화 막 두께, 탄성파의 음속 및 IDT 전극의 파장규격화 막 두께의 관계를 나타내는 도면이다.
도 12는 IDT 전극이 Mo막 및 Al막의 적층 금속막으로 이루어지는 경우의, 유전체막의 파장규격화 막 두께, 탄성파의 음속 및 IDT 전극의 파장규격화 막 두께의 관계를 나타내는 도면이다.
도 13은 본 발명의 제1 실시형태의 변형예에 따른 탄성파 장치의, 도 1에 나타내는 절단면에 상당하는 단면도이다.
도 14는 본 발명의 제2 실시형태에 따른 탄성파 장치의 정면 단면도이다.
이하, 도면을 참조하면서 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명함으로써, 본 발명을 분명하게 한다.
한편, 본 명세서에 기재된 각 실시형태는 예시적인 것이며, 다른 실시형태 간에 구성의 부분적인 치환 또는 조합이 가능한 것을 지적해 둔다.
도 1은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 탄성파 장치의 모식적 단면도이다. 도 2는 제1 실시형태에 따른 탄성파 장치의 전극구조를 나타내는 모식적 평면도이다. 한편, 도 1은 도 2 중의 I-I선을 따르는 단면도이다. 도 2에서는 후술할 유전체막은 생략되었다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 탄성파 장치(1)는 압전성 기판(2)을 가진다. 본 발명에서는 압전성 기판(2)은 역속도면이 타원형인 압전체층을 가진다. 본 실시형태에서는 압전성 기판(2)의 압전체층은 LiNbO3으로 이루어진다. 한편, 탄성파 장치(1)의 압전성 기판(2)은 압전체층만으로 이루어지는 압전 기판이다. 단, 압전성 기판(2)은 압전체층을 포함하는 적층기판이어도 된다.
압전성 기판(2) 상에는 도 2에 나타내는 IDT 전극(3)이 마련된다. IDT 전극(3)에 교류 전압을 인가함으로써, 탄성파가 여진(勵振)된다. 본 발명에서는 탄성파로서 러브파가 이용된다. 한편, 본 실시형태에서는, 압전성 기판(2)의 오일러 각 (φ, θ, ψ)은 특별히 한정되지 않지만, 오일러 각 (φ, -90°±30°의 범위, ψ)이다. 이로써, 러브파를 알맞게 여진시킬 수 있다. 한편, 상기 오일러 각에서의 θ는 ±로 나타내지는 상한값 및 하한값을 포함한다.
여기서, 탄성파 전파 방향을 제1 방향으로 하고, 탄성파 전파 방향에 직교하는 방향을 제2 방향으로 한다. IDT 전극(3)의 제1 방향에서의 양측에는 반사기(14) 및 반사기(15)가 각각 마련된다. 그로써, 1포트형 탄성파 공진자가 구성된다.
IDT 전극(3)은 서로 대향하는 제1 버스바(4) 및 제2 버스바(5)를 가진다. 제1 버스바(4)에는 복수개의 제1 전극지(6)의 일단이 접속된다. 제2 버스바(5)에는 복수개의 제2 전극지(7)의 일단이 접속된다. 복수개의 제1 전극지(6)와 복수개의 제2 전극지(7)는 서로 맞물린다. 제1 전극지(6) 및 제2 전극지(7)는 제2 방향으로 평행하게 연장된다.
IDT 전극(3)은 제1 방향에서 제1 전극지(6)와 제2 전극지(7)가 서로 겹쳐 있는 교차영역(B)을 가진다. 교차영역(B)은 제2 방향에서의 중앙 측에 위치하는 중앙영역(M)과, 중앙영역(M)의 제2 방향에서의 양측에 위치하는 제1 에지영역(X1) 및 제2 에지영역(X2)을 가진다. 제1 에지영역(X1)은 중앙영역(M)의 제1 버스바(4) 측에 위치한다. 제2 에지영역(X2)은 중앙영역(M)의 제2 버스바(5) 측에 위치한다.
IDT 전극(3)은 제1 에지영역(X1)의 제1 버스바(4) 측에 위치하는 제1 갭(gap)영역(C1) 및 제2 에지영역(X2)의 제2 버스바(5) 측에 위치하는 제2 갭영역(C2)을 가진다. 제1 갭영역(C1)에는 제1 전극지(6) 및 제2 전극지(7) 중 제1 전극지(6)만 배치된다. 제2 갭영역(C2)에는 제1 전극지(6) 및 제2 전극지(7) 중 제2 전극지(7)만 배치된다.
본 실시형태에서는 IDT 전극(3)은 제1 버스바(4)에 일단이 접속되는 복수개의 제1 더미(dummy) 전극지(8)와, 제2 버스바(5)에 일단이 접속되는 복수개의 제2 더미 전극지(9)를 가진다. 복수개의 제1 더미 전극지(8)는 복수개의 제2 전극지(7)와 제1 갭영역(C1)을 사이에 두고 대향한다. 복수개의 제2 더미 전극지(9)는 복수개의 제1 전극지(6)와 제2 갭영역(C2)을 사이에 두고 대향한다.
도 1에 나타내는 바와 같이, IDT 전극(3)을 덮도록 압전성 기판(2) 상에 유전체막(13)이 마련된다. 본 실시형태에서는 유전체막(13)은 SiO2로 이루어진다. 한편, 유전체막(13)은 SiO2에 한정되지 않고, SiOx에 의해 나타내지며, x가 2 이외의 정수인 산화규소로 이루어져도 된다. 혹은, 유전체막(13)을 구성하는 재료는 SiON 등의 다른 유전체여도 된다.
종래, IDT 전극 상에 적층된 유전체막의 막 두께가 두꺼워지면, 질량 부가 효과에 의해 음속이 낮아진다고 생각했다. 그러나 상술한 바와 같이, 본원 발명자들은 러브파를 이용하는 경우에 전극의 막 두께가 어느 값 이상이 되면, 반대로 유전체막의 막 두께가 두꺼워질수록 음속이 높아지는 것을 발견했다.
여기서, IDT 전극(3)의 전극지 피치에 의해 정해지는 파장을 λ, IDT 전극(3)의 막 두께를 h, IDT 전극(3)의 파장규격화 막 두께 h/λ×100(%)을 x(%)로 하고, IDT 전극(3)에서의 전극밀도를 y(g/㎤)로 한다. 본 실시형태의 특징은 이하의 구성에 있다. 1) 러브파를 이용한다. 2) IDT 전극(3)의 전극밀도 y에 따라 IDT 전극(3)의 파장규격화 막 두께 x가,
y=0.0757x2-3.9023x+27.986 …식(1)
을 충족하는 x 이상이 된다. 3) 제1 에지영역(X1)에서의 유전체막(13)의 막 두께 및 제2 에지영역(X2)에서의 유전체막(13)의 막 두께가 중앙영역(M)에서의 유전체막의 막 두께보다 얇다. 그로써, 러브파를 이용하고, IDT 전극(3)의 막 두께가 두꺼운 경우에도 중앙영역(M)에서의 탄성파의 음속보다도, 제1 에지영역(X1) 및 제2 에지영역(X2)에서의 탄성파의 음속을 확실히 낮게 할 수 있다. 이하에서, 이에 대한 상세한 내용을 설명한다.
도 3은 IDT 전극이 Pt로 이루어지는 경우의, 유전체막의 파장규격화 막 두께, 탄성파의 음속 및 IDT 전극의 파장규격화 막 두께의 관계를 나타내는 도면이다. 한편, 유전체막으로는 SiO2로 이루어지는 유전체막을 사용했다.
도 3으로부터 분명한 바와 같이, IDT 전극이 Pt로 이루어지는 경우에는 IDT 전극의 파장규격화 막 두께가 1.8% 미만에서는 유전체막의 파장규격화 막 두께가 두꺼워질수록 음속은 낮아진다. 그러나 IDT 전극의 파장규격화 막 두께가 1.8% 이상인 경우에는 유전체막의 파장규격화 막 두께가 두꺼워질수록 음속은 높아진다.
IDT 전극이 Pt 이외의 금속으로 이루어지는 경우에도 유전체막의 파장규격화 막 두께와 음속의 관계에서 역전이 발생한다. 이 역전이 발생하는 IDT 전극의 파장규격화 막 두께 x와 IDT 전극의 전극밀도 y의 관계를 상기 식(1)이 나타내고 있다. IDT 전극이 Pt로 이루어지는 경우에는 식(1)의 x의 값은 1.8% 정도가 된다.
도 1에 나타내는 탄성파 장치(1)에서는 IDT 전극(3)의 파장규격화 막 두께 x는 상기 식(1)을 충족하는 x 이상이 된다. 그 때문에, 탄성파 장치(1)에서는 유전체막(13)의 막 두께가 두꺼워질수록 음속이 높아진다. 본 실시형태에서는 제1 에지영역(X1) 및 제2 에지영역(X2)에서의 유전체막(13)의 막 두께는 중앙영역(M)에서의 유전체막(13)의 막 두께보다 얇다. 따라서, 제1 에지영역(X1) 및 제2 에지영역(X2)에서의 음속이 중앙영역(M)에서의 음속보다 낮다. 이와 같이, 러브파를 이용하고, IDT 전극(3)의 두께가 두꺼운 경우여도 제1 에지영역(X1) 및 제2 에지영역(X2)에서의 음속을 확실히 낮게 할 수 있다.
본 실시형태에서는 제1 에지영역(X1) 및 제2 에지영역(X2)에서, 중앙영역(M)에서의 음속보다 음속이 낮은 저음속 영역이 구성된다. 한편, 도 2에 나타내는 바와 같이, 제1 갭영역(C1) 및 제2 갭영역(C2)에서는 제1 전극지(6) 및 제2 전극지(7) 중 하나만 배치된다. 따라서, 제1 갭영역(C1) 및 제2 갭영역(C2)에서, 중앙영역(M)에서의 음속보다 음속이 높은 고음속 영역이 구성된다.
탄성파 장치(1)에서는 제2 방향에서, 중앙영역(M)의 외측에 저음속 영역이 배치되고, 저음속 영역의 외측에 고음속 영역이 배치된다. 그로써, 피스톤 모드를 이용함으로써, 횡모드 리플을 효과적으로 억제할 수 있다.
이하에서, IDT 전극(3)이 Pt 이외의 금속인 Mo, Au, W, Ta, 또는 Cu로 이루어지는 경우의 예를 나타낸다.
도 4는 IDT 전극이 Mo로 이루어지는 경우의, 유전체막의 파장규격화 막 두께, 탄성파의 음속 및 IDT 전극의 파장규격화 막 두께의 관계를 나타내는 도면이다. 도 5는 IDT 전극이 Au로 이루어지는 경우의, 유전체막의 파장규격화 막 두께, 탄성파의 음속 및 IDT 전극의 파장규격화 막 두께의 관계를 나타내는 도면이다. 도 6은 IDT 전극이 W로 이루어지는 경우의, 유전체막의 파장규격화 막 두께, 탄성파의 음속 및 IDT 전극의 파장규격화 막 두께의 관계를 나타내는 도면이다. 도 7은 IDT 전극이 Ta로 이루어지는 경우의, 유전체막의 파장규격화 막 두께, 탄성파의 음속 및 IDT 전극의 파장규격화 막 두께의 관계를 나타내는 도면이다. 도 8은 IDT 전극이 Cu로 이루어지는 경우의, 유전체막의 파장규격화 막 두께, 탄성파의 음속 및 IDT 전극의 파장규격화 막 두께의 관계를 나타내는 도면이다.
IDT 전극이 Mo로 이루어지는 경우, IDT 전극의 파장규격화 막 두께 x가 5.05% 이상이면, 식(1)을 충족하는 x 이상이 된다. 도 4로부터 분명한 바와 같이, IDT 전극의 파장규격화 막 두께 x가 5.05% 이상이면, 유전체막의 파장규격화 막 두께가 두꺼워질수록 음속이 높아지는 것을 알 수 있다. IDT 전극이 Au로 이루어지는 경우에는 IDT 전극의 파장규격화 막 두께 x가 1.9% 이상이면, 도 5로부터 유전체막의 파장규격화 막 두께가 두꺼워질수록 음속이 높아지는 것을 알 수 있다. IDT 전극이 W로 이루어지는 경우에는 IDT 전극의 파장규격화 막 두께 x가 2.2% 이상이면, 도 6으로부터 유전체막의 파장규격화 막 두께가 두꺼워질수록 음속이 높아지는 것을 알 수 있다. IDT 전극이 Ta로 이루어지는 경우에는 IDT 전극의 파장규격화 막 두께 x가 2.55% 이상이면, 도 7로부터 유전체막의 파장규격화 막 두께가 두꺼워질수록 음속이 높아지는 것을 알 수 있다. IDT 전극이 Cu로 이루어지는 경우에는 IDT 전극의 파장규격화 막 두께 x가 5.25% 이상이면, 도 8로부터 유전체막의 파장규격화 막 두께가 두꺼워질수록 음속이 높아지는 것을 알 수 있다.
IDT 전극이 Pt, W, Mo, Ta, Au 또는 Cu로 이루어지는 경우, 하기의 표 2에 나타내는 바와 같이, 전극의 재료에 따라 x가 표 2에 나타내는 값 이상이면 되는 것을 알 수 있다.
Figure 112020017457785-pct00002
IDT 전극의 파장규격화 막 두께는 25% 이하인 것이 바람직하다. 그로써, IDT 전극을 용이하게 형성할 수 있다.
도 9는 유전체막의 막 두께가 두꺼워질수록 음속이 높아지는, IDT 전극의 파장규격화 막 두께의 하한값과 IDT 전극의 전극밀도의 관계를 나타내는 도면이다.
도 9에 나타내는 곡선이 상술한 식(1)로 나타내지는 곡선이다. 도 9에서 어느 전극밀도의 IDT 전극의 경우, IDT 전극의 파장규격화 막 두께 x가 상기 곡선에 나타내는 파장규격화 막 두께 x 이상이면, 본 발명에 따라 유전체막의 막 두께를 조정함으로써, 제1 에지영역 및 제2 에지영역에서의 음속을 확실히 낮게 할 수 있다. 따라서, 상기와 같이 피스톤 모드를 이용함으로써, 횡모드 리플을 효과적으로 억제할 수 있다.
IDT 전극은 복수개의 금속막을 적층하여 이루어지는 적층 금속막으로 이루어지는 것이어도 된다. 이하에서, IDT 전극이 적층 금속막으로 이루어지는 경우의 예를 나타낸다.
도 10은 IDT 전극이 Pt막 및 Al막의 적층 금속막으로 이루어지는 경우의, 유전체막의 파장규격화 막 두께, 탄성파의 음속 및 IDT 전극의 파장규격화 막 두께의 관계를 나타내는 도면이다. 도 11은 IDT 전극이 Pt막 및 Cu막의 적층 금속막으로 이루어지는 경우의, 유전체막의 파장규격화 막 두께, 탄성파의 음속 및 IDT 전극의 파장규격화 막 두께의 관계를 나타내는 도면이다. 도 12는 IDT 전극이 Mo막 및 Al막의 적층 금속막으로 이루어지는 경우의, 유전체막의 파장규격화 막 두께, 탄성파의 음속 및 IDT 전극의 파장규격화 막 두께의 관계를 나타내는 도면이다.
도 10으로부터 분명한 바와 같이, Pt막 및 Al막의 적층 금속막의 경우, IDT 전극의 파장규격화 막 두께 x가 1.55% 이상이면, 유전체막의 막 두께가 두꺼워질수록 음속은 높아진다. 도 11로부터 분명한 바와 같이, Pt막 및 Cu막의 적층 금속막의 경우, IDT 전극의 파장규격화 막 두께 x가 2.5% 이상이면, 유전체막의 막 두께가 두꺼워질수록 음속은 높아진다. IDT 전극이 Mo막 및 Al막의 적층 금속막으로 이루어지는 경우, 도 12에 나타내는 바와 같이, IDT 전극의 파장규격화 막 두께 x가 5.5% 이상이면, 유전체막의 막 두께가 두꺼워질수록 음속은 높아진다. 한편, 적층 금속막의 경우, 그 적층 금속막을 구성하는 전극 재료의 밀도 및 막 두께로부터 적층 금속막의 전체 밀도를 구한다. 도 10~도 12의 관계를 구한 IDT 전극의 전극밀도는 각각 12.1g/㎤, 15.2g/㎤, 6.5g/㎤이다.
IDT 전극이 적층 금속막으로 이루어지는 경우에도 IDT 전극의 파장규격화 막 두께 x를 상기 식(1)을 충족하는 값 이상으로 하고, 유전체막의 막 두께를 조정함으로써, 제1 에지영역 및 제2 에지영역에서의 음속을 확실히 낮게 할 수 있다. 이와 같이, Pt막에 전기저항이 낮은 Al막 또는 Cu막을 적층하는 경우나, Mo막에 전기저항이 낮은 Al막을 적층하는 경우 등에도 본 발명의 구성이 알맞다.
도 10, 도 11 및 도 12에 나타내는 적층 금속막은 일례이며, 적층 금속막은 상기 이외의 금속에 의해 구성되어도 된다. 한편, 적층 금속막을 구성하는 금속이 동일해도 그 막 두께비에 따라 적층 금속막 전체의 밀도는 다르다. 적층 금속막의 밀도에 기초하여, 하한인 IDT 전극의 파장규격화 막 두께 x를 구하면 된다.
도 13은 제1 실시형태의 변형예에 따른 탄성파 장치의, 도 1에 나타내는 절단면에 상당하는 단면도이다.
본 변형예에서는 제1 더미 전극지 및 제1 버스바(4)가 마련된 영역에서의 유전체막(33)의 막 두께는 제1 에지영역(X1)에서의 유전체막(33)의 막 두께보다 두꺼우면서 중앙영역(M)에서의 유전체막(33)의 막 두께와 동일하다. 마찬가지로, 제2 더미 전극지(9) 및 제2 버스바(5)가 마련된 영역에서의 유전체막(33)의 막 두께는 제2 에지영역(X2)에서의 유전체막(33)의 막 두께보다 두꺼우면서 중앙영역(M)에서의 유전체막(33)의 막 두께와 동일하다. 이로써, 제조 공정의 간략화를 달성할 수 있다.
한편, 제1 더미 전극지 및 제1 버스바(4)가 마련된 영역 그리고 제2 더미 전극지(9) 및 제2 버스바(5)가 마련된 영역에서의 유전체막(33)의 막 두께는 중앙영역(M)에서의 막 두께와 달라도 된다.
도 14는 본 발명의 제2 실시형태에 따른 탄성파 장치의 정면 단면도이다.
본 실시형태는 압전성 기판(22)이 적층기판인 점에서, 제1 실시형태와 다르다. 상기의 점 이외에는 본 실시형태의 탄성파 장치는 제1 실시형태의 탄성파 장치(1)와 동일한 구성을 가진다.
압전성 기판(22)은 지지 기판(22a) 상에 고음속층(22b), 저음속층(22c) 및 압전체층(22d)이 이 순서로 적층된 구조를 가진다.
압전체층(22d)은 LiTaO3으로 이루어진다. 이 경우에도 고음속층(22b)이 압전체층(22d)에 직접적으로 또는 간접적으로 적층되어 있으면, 압전성 기판(22)의 역속도면은 타원형이 된다.
고음속층(22b)은 압전체층(22d)을 전파하는 탄성파의 음속보다도 전파하는 벌크파의 음속이 높은 재료로 이루어진다. 고음속층(22b)은 예를 들면, 질화알루미늄, 산화알루미늄, 탄화규소, 산질화규소, 규소, DLC막 또는 다이아몬드를 주성분으로 하는 재료 등으로 이루어진다. 한편, 고음속층(22b)의 재료는 상대적으로 고음속인 재료이면 된다.
저음속층(22c)은 압전체층(22d)을 전파하는 벌크파의 음속보다도 전파하는 벌크파의 음속이 낮은 재료로 이루어진다. 저음속층(22c)은 예를 들면, 유리, 산질화규소, 산화탄탈 또는 산화규소에 불소, 탄소나 붕소를 첨가한 화합물을 주성분으로 하는 재료 등으로 이루어진다. 한편, 저음속층(22c)의 재료는 상대적으로 저음속인 재료이면 된다. 본 실시형태에서는 저음속층(22c)은 압전체층(22d)과 고음속층(22b) 사이에 적층되는데, 압전성 기판(22)은 저음속층(22c)을 반드시 가지지 않아도 된다.
지지 기판(22a)은 규소나 알루미나 등의 적절한 재료로 이루어진다. 한편, 지지 기판(22a)은 상기와 같은 상대적으로 고음속인 재료로 이루어지는 고음속 기판이어도 된다. 이 경우에는 지지 기판(22a)이 고음속층이 되기 때문에, 압전성 기판(22)은 상기 고음속층(22b)을 가지지 않아도 된다.
본 실시형태에서는 압전체층(22d) 상에서는 제1 실시형태와 마찬가지로 구성되기 때문에, 러브파를 이용하고, IDT 전극(3)의 두께가 두꺼운 경우여도 제1 에지영역 및 제2 에지영역에서의 음속을 확실히 낮게 할 수 있다. 또한, 피스톤 모드를 이용함으로써, 횡모드 리플을 효과적으로 억제할 수 있다.
제1 실시형태 및 제2 실시형태에서는 탄성파 장치로서 1포트형 탄성파 공진자의 예를 나타냈다. 한편, 이에 한정되지 않고, 탄성파 장치는 종결합 공진자형 탄성파 필터나, 상기 탄성파 공진자를 포함하는 래더형 필터 등이어도 된다.
1: 탄성파 장치
2: 압전성 기판
3: IDT 전극
4, 5: 제1, 제2 버스바
6, 7: 제1, 제2 전극지
8, 9: 제1, 제2 더미 전극지
13: 유전체막
14, 15: 반사기
22: 압전성 기판
22a: 지지 기판
22b: 고음속층
22c: 저음속층
22d: 압전체층
33: 유전체막

Claims (9)

  1. 역(逆)속도면이 타원형인 압전체층을 가지는 압전성 기판과,
    상기 압전성 기판 상에 마련된 IDT 전극과,
    상기 IDT 전극을 덮도록 상기 압전성 기판 상에 마련된 유전체막을 포함하고,
    러브파(Love wave)를 이용하며,
    상기 IDT 전극이, 서로 대향하는 제1 버스바(busbar) 및 제2 버스바와, 상기 제1 버스바에 일단(一端)이 접속된 복수개의 제1 전극지(電極指)와, 상기 제2 버스바에 일단이 접속되면서 상기 복수개의 제1 전극지와 서로 맞물리는 복수개의 제2 전극지를 가지며,
    탄성파 전파 방향을 제1 방향으로 하고, 상기 제1 방향에 직교하는 방향을 제2 방향으로 했을 때에, 상기 IDT 전극이, 상기 제1 전극지와 상기 제2 전극지가 상기 제1 방향에서 서로 겹쳐 있는 부분인 교차 영역을 가지며,
    상기 교차 영역이, 상기 제2 방향에서의 중앙 측에 위치하는 중앙영역과, 상기 중앙영역의 상기 제1 버스바 측에 위치하는 제1 에지(edge)영역과, 상기 중앙영역의 상기 제2 버스바 측에 위치하는 제2 에지영역을 가지며,
    상기 IDT 전극의 전극지 피치에 의해 정해지는 파장을 λ, 상기 IDT 전극의 막 두께를 h, 상기 IDT 전극의 파장규격화 막 두께 h/λ×100(%)을 x(%)로 하고, 상기 IDT 전극에서의 전극밀도를 y(g/㎤)로 한 경우, 상기 IDT 전극의 전극밀도 y에 따라 상기 IDT 전극의 파장규격화 막 두께 x가,
    y=0.0757x2-3.9023x+27.986 …식(1)
    을 충족하는 x 이상이 되며,
    상기 제1 에지영역에서의 상기 유전체막의 막 두께 및 상기 제2 에지영역에서의 상기 유전체막의 막 두께가 상기 중앙영역에서의 상기 유전체막의 막 두께보다 얇은, 탄성파 장치.
  2. 역(逆)속도면이 타원형인 압전체층을 가지는 압전성 기판과,
    상기 압전성 기판 상에 마련된 IDT 전극과,
    상기 IDT 전극을 덮도록 상기 압전성 기판 상에 마련된 유전체막을 포함하고,
    러브파(Love wave)를 이용하며,
    상기 IDT 전극이, 서로 대향하는 제1 버스바(busbar) 및 제2 버스바와, 상기 제1 버스바에 일단(一端)이 접속된 복수개의 제1 전극지(電極指)와, 상기 제2 버스바에 일단이 접속되면서 상기 복수개의 제1 전극지와 서로 맞물리는 복수개의 제2 전극지를 가지며,
    탄성파 전파 방향을 제1 방향으로 하고, 상기 제1 방향에 직교하는 방향을 제2 방향으로 했을 때에, 상기 IDT 전극이, 상기 제1 전극지와 상기 제2 전극지가 상기 제1 방향에서 서로 겹쳐 있는 부분인 교차 영역을 가지며,
    상기 교차 영역이, 상기 제2 방향에서의 중앙 측에 위치하는 중앙영역과, 상기 중앙영역의 상기 제1 버스바 측에 위치하는 제1 에지(edge)영역과, 상기 중앙영역의 상기 제2 버스바 측에 위치하는 제2 에지영역을 가지며,
    상기 IDT 전극이 Pt, Au, W, Ta, Mo 또는 Cu로 이루어지고,
    상기 IDT 전극의 전극지 피치에 의해 정해지는 파장을 λ, 상기 IDT 전극의 막 두께를 h, 상기 IDT 전극의 파장규격화 막 두께 h/λ×100(%)을 x(%)로 한 경우, 상기 IDT 전극의 파장규격화 막 두께 x가 상기 IDT 전극의 재료에 따라 하기의 표 1에 나타내는 값 이상이 되며,
    상기 제1 에지영역에서의 상기 유전체막의 막 두께 및 상기 제2 에지영역에서의 상기 유전체막의 막 두께가 상기 중앙영역에서의 상기 유전체막의 막 두께보다 얇은, 탄성파 장치.
    [표 1]
    Figure 112020017457785-pct00003
  3. 제1항에 있어서,
    상기 IDT 전극이 복수개의 금속막이 적층된 적층 금속막으로 이루어지고, 상기 IDT 전극의 전극밀도 y가 상기 적층 금속막의 밀도인, 탄성파 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 IDT 전극이, 상기 제1 에지영역의 상기 제1 버스바 측에 위치하고, 상기 제1 전극지 및 상기 제2 전극지 중 상기 제1 전극지만 배치된 제1 갭영역과, 상기 제2 에지영역의 상기 제2 버스바 측에 위치하고, 상기 제1 전극지 및 상기 제2 전극지 중 상기 제2 전극지만 배치된 제2 갭영역을 가지는, 탄성파 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 IDT 전극이, 상기 제1 버스바에 일단이 접속되면서 상기 복수개의 제2 전극지와 상기 제1 갭영역을 사이에 두고 대향하는 복수개의 제1 더미 전극지와, 상기 제2 버스바에 일단이 접속되면서 상기 복수개의 제1 전극지와 상기 제2 갭영역을 사이에 두고 대향하는 복수개의 제2 더미 전극지를 가지는, 탄성파 장치.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 압전체층이 LiNbO3으로 이루어지는, 탄성파 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 압전체층의 오일러 각이 오일러 각 (φ, -90°±30°의 범위, ψ)인, 탄성파 장치.
  8. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 압전성 기판이, 상기 압전체층에 직접적 또는 간접적으로 적층되고, 상기 압전체층을 전파하는 탄성파보다도 전파하는 벌크파의 음속이 높은 고음속층을 가지는, 탄성파 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 압전성 기판이 상기 압전체층과 상기 고음속층 사이에 적층되고, 상기 압전체층을 전파하는 벌크파의 음속보다도 전파하는 벌크파의 음속이 낮은 저음속층을 가지는, 탄성파 장치.
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