KR102667712B1 - 탄성파 장치 - Google Patents
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Abstract
고차 모드를 효과적으로 억제할 수 있는 탄성파 장치를 제공한다.
본 발명의 탄성파 장치(1)는 실리콘 기판인 지지 기판(4)과, 지지 기판(4) 상에 마련된 질화규소막(5)과, 질화규소막(5) 상에 마련된 산화규소막(6)과, 산화규소막(6) 상에 마련되고 Y커트 X전파의 탄탈산리튬을 사용한 압전체층(7)과, 압전체층(7) 상에 마련되고 복수개의 전극지를 가지는 IDT 전극(3)을 포함한다. IDT 전극(3)의 전극지 피치에 의해 규정되는 파장을 λ로 했을 때에 압전체층(7)의 막 두께가 1λ 이하이고, 압전체층(7)의 오일러 각이 (0±5°의 범위 내, θ, 0±5°의 범위 내) 또는 (0±5°의 범위 내, θ, 180±5°의 범위 내)이며, 압전체층(7)의 오일러 각에서의 θ가 서로 등가인 95.5°≤θ＜117.5° 또는 -84.5°≤θ＜-62.5°이고, 압전체층(7)의 오일러 각에서의 θ와 질화규소막(5)의 막 두께의 관계가 표 1 또는 표 2에 나타내는 조합이다.
본 발명의 탄성파 장치(1)는 실리콘 기판인 지지 기판(4)과, 지지 기판(4) 상에 마련된 질화규소막(5)과, 질화규소막(5) 상에 마련된 산화규소막(6)과, 산화규소막(6) 상에 마련되고 Y커트 X전파의 탄탈산리튬을 사용한 압전체층(7)과, 압전체층(7) 상에 마련되고 복수개의 전극지를 가지는 IDT 전극(3)을 포함한다. IDT 전극(3)의 전극지 피치에 의해 규정되는 파장을 λ로 했을 때에 압전체층(7)의 막 두께가 1λ 이하이고, 압전체층(7)의 오일러 각이 (0±5°의 범위 내, θ, 0±5°의 범위 내) 또는 (0±5°의 범위 내, θ, 180±5°의 범위 내)이며, 압전체층(7)의 오일러 각에서의 θ가 서로 등가인 95.5°≤θ＜117.5° 또는 -84.5°≤θ＜-62.5°이고, 압전체층(7)의 오일러 각에서의 θ와 질화규소막(5)의 막 두께의 관계가 표 1 또는 표 2에 나타내는 조합이다.
Description
본 발명은 탄성파 장치에 관한 것이다.
종래, 탄성파 장치는 휴대전화기의 필터 등에 널리 이용되고 있다. 하기의 특허문헌 1에는 탄성파 장치의 일례가 개시되어 있다. 이 탄성파 장치에서는 지지 기판, 고음속막, 저음속막 및 압전막이 이 순서로 적층되어 있고, 압전막 상에 IDT(Inter Digital Transducer) 전극이 마련된다. 상기 적층 구조가 마련됨으로써 Q값이 높아진다.
그러나 상기의 탄성파 장치에서는 이용하는 지지 기판의 면 방위를, 예를 들면 Si(111)로 한 경우 등에서는 고차 모드를 충분히 억제할 수 없을 우려가 있었다.
본 발명의 목적은 고차 모드를 효과적으로 억제할 수 있는 탄성파 장치를 제공하는 것에 있다.
본 발명에 따른 탄성파 장치의 어느 넓은 국면에서는 실리콘 기판인 지지 기판과, 상기 지지 기판 상에 마련된 질화규소막과, 상기 질화규소막 상에 마련된 산화규소막과, 상기 산화규소막 상에 마련되고 Y커트 X전파의 탄탈산리튬을 사용한 압전체층과, 상기 압전체층 상에 직접적으로 또는 간접적으로 마련되며 복수개의 전극지(電極指)를 가지는 IDT 전극이 포함되고, 상기 IDT 전극의 전극지 피치에 의해 규정되는 파장을 λ로 했을 때에 상기 압전체층의 막 두께가 1λ 이하이며, 상기 압전체층의 오일러 각이 (0±5°의 범위 내, θ, 0±5°의 범위 내) 또는 (0±5°의 범위 내, θ, 180±5°의 범위 내)이고, 상기 압전체층의 오일러 각에서의 θ가 서로 등가인 95.5°≤θ＜117.5° 또는 -84.5°≤θ＜-62.5°이며, 상기 압전체층의 오일러 각에서의 θ와 상기 질화규소막의 막 두께의 관계가 하기의 표 1 또는 표 2에 나타내는 조합이다.
본 발명에 따른 탄성파 장치의 다른 넓은 국면에서는 실리콘 기판인 지지 기판과, 상기 지지 기판 상에 마련된 질화규소막과, 상기 질화규소막 상에 마련된 산화규소막과, 상기 산화규소막 상에 마련되고 Y커트 X전파의 탄탈산리튬을 사용한 압전체층과, 상기 압전체층 상에 마련되고 복수개의 전극지를 가지는 IDT 전극이 포함되며, 상기 IDT 전극의 전극지 피치에 의해 규정되는 파장을 λ로 했을 때에 상기 압전체층의 막 두께가 1λ 이하이고, 상기 압전체층의 오일러 각이 (0±5°의 범위 내, θ, 0±5°의 범위 내)이며, 상기 압전체층의 오일러 각에서의 θ가 117.5°≤θ＜129.5°이고, 상기 압전체층의 오일러 각에서의 θ와 상기 질화규소막의 막 두께의 관계가 하기의 표 3에 나타내는 조합이다.
본 발명에 따른 탄성파 장치의 또 다른 넓은 국면에서는 실리콘 기판인 지지 기판과, 상기 지지 기판 상에 마련된 질화규소막과, 상기 질화규소막 상에 마련된 산화규소막과, 상기 산화규소막 상에 마련되고 Y커트 X전파의 탄탈산리튬을 사용한 압전체층과, 상기 압전체층 상에 마련되고 복수개의 전극지를 가지는 IDT 전극이 포함되며, 상기 IDT 전극의 전극지 피치에 의해 규정되는 파장을 λ로 했을 때에 상기 압전체층의 막 두께가 1λ 이하이고, 상기 압전체층의 오일러 각이 (0±5°의 범위 내, θ, 0±5°의 범위 내)이며, 상기 압전체층의 오일러 각에서의 θ가 85.5°≤θ＜95.5°이고, 상기 압전체층의 오일러 각에서의 θ와 상기 질화규소막의 막 두께의 관계가 하기의 표 4에 나타내는 조합이다.
본 발명에 따른 탄성파 장치에 따르면, 고차 모드를 효과적으로 억제할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 탄성파 장치의 평면도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시형태에 따른 탄성파 장치의 IDT 전극에서의 한 쌍의 전극지 부근을 나타내는, 도 1 중의 I-I선을 따르는 정면 단면도이다.
도 3은 실리콘 기판의 (111)면을 설명하기 위한 모식도이다.
도 4는 압전체층의 오일러 각에서의 θ가 96°인 경우의 질화규소막의 막 두께와 고차 모드의 위상의 관계를 나타내는 도면이다.
도 5는 압전체층의 오일러 각에서의 θ가 97°≤θ≤103°인 경우의 질화규소막의 막 두께와 고차 모드의 위상의 관계를 나타내는 도면이다.
도 6은 압전체층의 오일러 각에서의 θ가 104°≤θ≤110°인 경우의 질화규소막의 막 두께와 고차 모드의 위상의 관계를 나타내는 도면이다.
도 7은 압전체층의 오일러 각에서의 θ가 111°≤θ≤117°인 경우의 질화규소막의 막 두께와 고차 모드의 위상의 관계를 나타내는 도면이다.
도 8은 지지 기판의 전파 각(Ψ)과 고차 모드의 위상의 관계를 나타내는 도면이다.
도 9는 도 8의 확대도이다.
도 10은 지지 기판의 전파 각(Ψ)과 고차 모드의 위상의 관계를 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명의 제2 실시형태에 따른 탄성파 장치의 IDT 전극에서의 한 쌍의 전극지 부근을 나타내는 정면 단면도이다.
도 12는 본 발명의 제1 실시형태 및 제2 실시형태의 탄성파 장치의 위상 특성을 나타내는 도면이다.
도 13은 도 12의 확대도이다.
도 14는 압전체층의 오일러 각에서의 θ 및 질화규소층의 막 두께와 레일리파의 위상의 관계를 나타내는 도면이다.
도 15는 압전체층의 오일러 각에서의 θ 및 산화알루미늄층의 막 두께와 레일리파의 위상의 관계를 나타내는 도면이다.
도 16은 압전체층의 오일러 각에서의 θ 및 질화알루미늄층의 막 두께와 레일리파의 위상의 관계를 나타내는 도면이다.
도 17은 압전체층의 오일러 각에서의 θ가 118°인 경우의 질화규소막의 막 두께와 고차 모드의 위상의 관계를 나타내는 도면이다.
도 18은 압전체층의 오일러 각에서의 θ가 119°≤θ≤122°인 경우의 질화규소막의 막 두께와 고차 모드의 위상의 관계를 나타내는 도면이다.
도 19는 압전체층의 오일러 각에서의 θ가 123°≤θ≤126°인 경우의 질화규소막의 막 두께와 고차 모드의 위상의 관계를 나타내는 도면이다.
도 20은 압전체층의 오일러 각에서의 θ가 127°≤θ≤129°인 경우의 질화규소막의 막 두께와 고차 모드의 위상의 관계를 나타내는 도면이다.
도 21은 압전체층의 오일러 각에서의 θ가 130°인 경우의 질화규소막의 막 두께와 고차 모드의 위상의 관계를 나타내는 도면이다.
도 22는 압전체층의 오일러 각에서의 θ가 75°≤θ≤85°인 경우의 질화규소막의 막 두께와 고차 모드의 위상의 관계를 나타내는 도면이다.
도 23은 압전체층의 오일러 각에서의 θ가 86°≤θ≤88°인 경우의 질화규소막의 막 두께와 고차 모드의 위상의 관계를 나타내는 도면이다.
도 24는 압전체층의 오일러 각에서의 θ가 89°≤θ≤95°인 경우의 질화규소막의 막 두께와 고차 모드의 위상의 관계를 나타내는 도면이다.
도 25는 본 발명의 제5 실시형태에 따른 탄성파 장치의 IDT 전극에서의 한 쌍의 전극지 부근을 나타내는 정면 단면도이다.
도 26은 압전체층의 오일러 각에서의 θ 및 SiN 보호막의 막 두께와 레일리파 및 고차 모드의 위상의 관계를 나타내는 도면이다.
도 27은 압전체층의 오일러 각에서의 θ 및 Al2O3 보호막의 막 두께와 레일리파 및 고차 모드의 위상의 관계를 나타내는 도면이다.
도 28은 압전체층의 오일러 각에서의 θ 및 AlN 보호막의 막 두께와 레일리파 및 고차 모드의 위상의 관계를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시형태에 따른 탄성파 장치의 IDT 전극에서의 한 쌍의 전극지 부근을 나타내는, 도 1 중의 I-I선을 따르는 정면 단면도이다.
도 3은 실리콘 기판의 (111)면을 설명하기 위한 모식도이다.
도 4는 압전체층의 오일러 각에서의 θ가 96°인 경우의 질화규소막의 막 두께와 고차 모드의 위상의 관계를 나타내는 도면이다.
도 5는 압전체층의 오일러 각에서의 θ가 97°≤θ≤103°인 경우의 질화규소막의 막 두께와 고차 모드의 위상의 관계를 나타내는 도면이다.
도 6은 압전체층의 오일러 각에서의 θ가 104°≤θ≤110°인 경우의 질화규소막의 막 두께와 고차 모드의 위상의 관계를 나타내는 도면이다.
도 7은 압전체층의 오일러 각에서의 θ가 111°≤θ≤117°인 경우의 질화규소막의 막 두께와 고차 모드의 위상의 관계를 나타내는 도면이다.
도 8은 지지 기판의 전파 각(Ψ)과 고차 모드의 위상의 관계를 나타내는 도면이다.
도 9는 도 8의 확대도이다.
도 10은 지지 기판의 전파 각(Ψ)과 고차 모드의 위상의 관계를 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명의 제2 실시형태에 따른 탄성파 장치의 IDT 전극에서의 한 쌍의 전극지 부근을 나타내는 정면 단면도이다.
도 12는 본 발명의 제1 실시형태 및 제2 실시형태의 탄성파 장치의 위상 특성을 나타내는 도면이다.
도 13은 도 12의 확대도이다.
도 14는 압전체층의 오일러 각에서의 θ 및 질화규소층의 막 두께와 레일리파의 위상의 관계를 나타내는 도면이다.
도 15는 압전체층의 오일러 각에서의 θ 및 산화알루미늄층의 막 두께와 레일리파의 위상의 관계를 나타내는 도면이다.
도 16은 압전체층의 오일러 각에서의 θ 및 질화알루미늄층의 막 두께와 레일리파의 위상의 관계를 나타내는 도면이다.
도 17은 압전체층의 오일러 각에서의 θ가 118°인 경우의 질화규소막의 막 두께와 고차 모드의 위상의 관계를 나타내는 도면이다.
도 18은 압전체층의 오일러 각에서의 θ가 119°≤θ≤122°인 경우의 질화규소막의 막 두께와 고차 모드의 위상의 관계를 나타내는 도면이다.
도 19는 압전체층의 오일러 각에서의 θ가 123°≤θ≤126°인 경우의 질화규소막의 막 두께와 고차 모드의 위상의 관계를 나타내는 도면이다.
도 20은 압전체층의 오일러 각에서의 θ가 127°≤θ≤129°인 경우의 질화규소막의 막 두께와 고차 모드의 위상의 관계를 나타내는 도면이다.
도 21은 압전체층의 오일러 각에서의 θ가 130°인 경우의 질화규소막의 막 두께와 고차 모드의 위상의 관계를 나타내는 도면이다.
도 22는 압전체층의 오일러 각에서의 θ가 75°≤θ≤85°인 경우의 질화규소막의 막 두께와 고차 모드의 위상의 관계를 나타내는 도면이다.
도 23은 압전체층의 오일러 각에서의 θ가 86°≤θ≤88°인 경우의 질화규소막의 막 두께와 고차 모드의 위상의 관계를 나타내는 도면이다.
도 24는 압전체층의 오일러 각에서의 θ가 89°≤θ≤95°인 경우의 질화규소막의 막 두께와 고차 모드의 위상의 관계를 나타내는 도면이다.
도 25는 본 발명의 제5 실시형태에 따른 탄성파 장치의 IDT 전극에서의 한 쌍의 전극지 부근을 나타내는 정면 단면도이다.
도 26은 압전체층의 오일러 각에서의 θ 및 SiN 보호막의 막 두께와 레일리파 및 고차 모드의 위상의 관계를 나타내는 도면이다.
도 27은 압전체층의 오일러 각에서의 θ 및 Al2O3 보호막의 막 두께와 레일리파 및 고차 모드의 위상의 관계를 나타내는 도면이다.
도 28은 압전체층의 오일러 각에서의 θ 및 AlN 보호막의 막 두께와 레일리파 및 고차 모드의 위상의 관계를 나타내는 도면이다.
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 평면도이다.
탄성파 장치(1)는 압전성 기판(2)을 가진다. 압전성 기판(2) 상에는 IDT 전극(3)이 마련된다. IDT 전극(3)에 교류 전압을 인가함으로써 탄성파가 여진(勵振)된다. 압전성 기판(2) 상에서의 IDT 전극(3)의 탄성파 전파방향 양측에는 한 쌍의 반사기(8A) 및 반사기(8B)가 마련된다. 본 실시형태의 탄성파 장치(1)는 탄성파 공진자이다. 물론, 본 발명에 따른 탄성파 장치(1)는 탄성파 공진자에 한정되지는 않고, 복수개의 탄성파 공진자를 가지는 필터 장치나 상기 필터 장치를 포함하는 멀티플렉서 등이어도 된다.
IDT 전극(3)은 서로 대향하는 제1 버스바(busbar)(16) 및 제2 버스바(17)를 가진다. IDT 전극(3)은 제1 버스바(16)에 각각 일단(一端)이 접속된 복수개의 제1 전극지(18)를 가진다. 또한, IDT 전극(3)은 제2 버스바(17)에 각각 일단이 접속된 복수개의 제2 전극지(19)를 가진다. 복수개의 제1 전극지(18)와 복수개의 제2 전극지(19)는 서로 맞물린다.
IDT 전극(3)은 압전성 기판(2) 측으로부터 Ti층, Al층 및 Ti층이 이 순서로 적층된 적층 금속막으로 이루어진다. 반사기(8A) 및 반사기(8B)의 재료도 IDT 전극(3)과 동일한 재료이다. 한편, IDT 전극(3), 반사기(8A) 및 반사기(8B)의 재료는 상기에 한정되지 않는다. 혹은 IDT 전극(3), 반사기(8A) 및 반사기(8B)는 단층의 금속막으로 이루어져도 된다.
도 2는 제1 실시형태에 따른 탄성파 장치의 IDT 전극(3)에서의 한 쌍의 전극지 부근을 나타내는 도 1 중의 I-I선을 따르는 정면 단면도이다.
탄성파 장치(1)의 압전성 기판(2)은 지지 기판(4)과, 지지 기판(4) 상에 마련된 질화규소막(5)과, 질화규소막(5) 상에 마련된 산화규소막(6)과, 산화규소막(6) 상에 마련된 압전체층(7)을 가진다. 압전체층(7) 상에 상기 IDT 전극(3), 반사기(8A) 및 반사기(8B)가 마련된다.
본 실시형태의 지지 기판(4)은 실리콘 기판이다. 지지 기판(4)의 면 방위는 Si(111)이다. 여기서 지지 기판(4)의 면 방위란, 지지 기판(4)의 압전체층(7) 측의 면 방위이다. Si(111)란, 다이아몬드 구조를 가지는 실리콘의 결정 구조에서 밀러 지수 [111]로 나타내지는 결정축에 직교하는 (111)면에서 커팅한 기판인 것을 나타낸다. 한편, (111)면은 도 3에 나타내는 면이다. 물론, 그 밖의 결정학적으로 등가인 면도 포함한다. 본 실시형태에서는 지지 기판(4)의 (111)면의 오일러 각은 (-45°, -54.7°, Ψ)이다. 여기서, 지지 기판(4)의 오일러 각에서의 Ψ는 지지 기판(4)의 전파 각이다. 지지 기판(4)의 전파 각이란, (111)면에서 탄성파 전파방향과 실리콘의 결정 축 [1-10]이 이루는 각이다. 결정의 대칭성으로부터 Ψ=Ψ+120°이 된다.
탄성파 장치(1)에서 질화규소막(5)을 구성하는 질화규소는 SiN이며, 산화규소막(6)을 구성하는 산화규소는 SiO2이다. 물론, 질화규소막(5)에서의 질소의 비율 및 산화규소막(6)에서의 산소의 비율은 상기에 한정되지 않는다.
압전체층(7)은 탄탈산리튬층이다. 보다 구체적으로는 압전체층(7)에는 Y커트 X전파의 LiTaO3이 사용된다. 여기서, IDT 전극(3)의 전극지 피치에 의해 규정되는 파장을 λ로 했을 때에 압전체층(7)의 막 두께는 1λ 이하이다. 한편, 어느 층(막)의 "막 두께"란, 그 층의 두께방향의 크기를 말하며, 지지 기판(4), 질화규소막(5), 산화규소막(6), 및 압전체층(7)이 적층된 방향의 크기를 말한다. 압전체층(7)의 오일러 각은 (0±5°의 범위 내, θ, 0±5°의 범위 내) 또는 (0±5°의 범위 내, θ, 180±5°의 범위 내)이다. 압전체층(7)의 오일러 각에서의 θ는 서로 등가인, 95.5°≤θ＜117.5° 또는 -84.5°≤θ＜-62.5°이다.
본 실시형태의 특징은 이하의 구성을 가지는 것에 있다. 1) 압전성 기판(2)이 실리콘 기판인 지지 기판(4), 질화규소막(5), 산화규소막(6) 및 Y커트 X전파의 탄탈산리튬을 사용한 압전체층(7)이 이 순서로 적층된 적층체로 이루어지는 것. 2) 압전체층(7)의 막 두께가 1λ 이하인 것. 3) 압전체층(7)의 오일러 각에서의 θ와 질화규소막(5)의 막 두께의 관계가 하기의 표 5 또는 표 6에 나타내는 조합인 것. 그로써, 고차 모드를 억제할 수 있다. 이에 대해 이하에서 상세하게 설명한다. 또한, 표 5에 나타내는 경우를 설명한 후에 표 6에 나타내는 경우를 설명한다.
제1 실시형태와 동일한 적층 구조를 가지는 탄성파 장치에서 압전체층의 오일러 각에서의 θ 및 질화규소막의 막 두께와 고차 모드의 위상의 관계를 구했다. 표 5에는 고차 모드가 -70° 이하가 되고, 고차 모드를 효과적으로 억제할 수 있는 θ 및 질화규소막의 막 두께의 범위를 나타냈다. 여기서, 탄성파 장치의 조건은 이하와 같다.
지지 기판: 재료…실리콘(Si), 면 방위…Si(111), (111)면에서의 오일러 각…(-45°, -54.7°, 46°)
질화규소막: 막 두께…0.0005λ 이상, 1.5λ 이하
산화규소막: 막 두께…0.15λ
압전체층: 재료…Y커트 X전파의 LiTaO3, 막 두께…0.2λ, 오일러 각…(0°, 96°≤θ≤117°, 0°)
IDT 전극: 재료…압전성 기판 측으로부터 Ti/Al/Ti, 각 층의 막 두께…압전성 기판 측으로부터 0.006λ/0.05λ/0.002λ
IDT 전극의 파장(λ): 2㎛
한편, 도 4~도 7에는 압전체층의 오일러 각에서의 θ를 96°≤θ≤117°의 범위에서 변화시킨 경우의 결과를 나타낸다. 한편, 예를 들면 θ가 θ1인 경우에 고차 모드 등의 스퓨리어스의 억제 효과가 있는 경우, θ1± 0.5° 정도의 범위 내이면 동일한 효과가 있음을 알 수 있었다. 따라서, 표 5에는 95.5°≤θ＜96.5°의 범위인 경우부터 116.5°≤θ＜117.5°의 범위인 경우까지를 기재했다. 마찬가지로, 표 5 이외의 표에서도 θ±0.5° 이내의 범위로서 기재하는 경우가 있다.
도 4는 압전체층의 오일러 각에서의 θ가 96°인 경우의 질화규소막의 막 두께와 고차 모드의 위상의 관계를 나타내는 도면이다. 도 5는 압전체층의 오일러 각에서의 θ가 97°≤θ≤103°인 경우의 질화규소막의 막 두께와 고차 모드의 위상의 관계를 나타내는 도면이다. 도 6은 압전체층의 오일러 각에서의 θ가 104°≤θ≤110°인 경우의 질화규소막의 막 두께와 고차 모드의 위상의 관계를 나타내는 도면이다. 도 7은 압전체층의 오일러 각에서의 θ가 111°≤θ≤117°인 경우의 질화규소막의 막 두께와 고차 모드의 위상의 관계를 나타내는 도면이다.
도 4에 나타내는 바와 같이, θ가 96°인 경우에는 질화규소막의 막 두께가 0.0005λ 이상, 0.746λ 이하의 범위 내인 경우에 고차 모드의 위상이 -70° 이하로 되었다. 이 결과가 표 5에 나타나있다. 마찬가지로, 도 5~도 7에 나타내는 바와 같이, 압전체층의 오일러 각에서의 θ를 97°부터 1°씩 117°까지 변화시킨 경우에 고차 모드의 위상이 -70° 이하가 되는 질화규소막의 막 두께의 범위를 표 5에 나타낸다. 이상과 같이, 압전체층의 오일러 각에서의 θ와 질화규소막의 막 두께의 관계가 표 5에 나타내는 조합인 본 실시형태에서는 고차 모드를 효과적으로 억제할 수 있음을 알 수 있다. 이와 같이 고차 모드를 억제할 수 있는 것은 이하의 이유에 의한 것으로 생각된다.
예를 들면, 공진 주파수의 2배 부근의 고차 모드는 레일리계의 모드이고, 전파방향 성분과 깊이방향 성분을 가진다. 압전체층을 구성하는 압전체의 커트 각의 어느 일정 범위에서는 레일리파의 결합 계수가 작아진다. 마찬가지로, 압전체의 커트 각은 고차 모드에도 영향을 준다고 생각된다. 또한, 고차 모드에 대해서는 지지 기판을 구성하는 실리콘의 면 방위도 영향을 주었다고 생각된다. 그 때문에 파가 지지 기판까지 도달할 정도의 질화규소막의 막 두께로 함으로써 고차 모드를 억제할 수 있다고 생각된다.
압전체층(7)의 오일러 각에서의 θ가 95.5°≤θ＜117.5°인 경우와 등가인 -84.5°≤θ＜-62.5°인 경우에도 상기와 마찬가지로 고차 모드를 억제할 수 있다. 따라서, θ와 질화규소막(5)의 막 두께의 관계가 표 6에 나타내는 조합인 경우에도 고차 모드를 억제할 수 있다.
한편, 상기에서는 지지 기판의 (111)면에서의 전파 각(Ψ)이 46°인 경우를 나타냈는데, 이에 한정되지 않는다. 이하의 구성을 가짐으로써, 압전체층의 오일러 각에서의 θ가 95.5°≤θ＜117.5° 또는 -84.5°≤θ＜-62.5°인 경우에 고차 모드를 한층 더 억제할 수 있다. 1) 질화규소막의 막 두께가 0.5λ 이하이며, 지지 기판의 면 방위가 Si(111)인 것. 2a) 압전체층의 오일러 각이 (0±5°의 범위 내, θ, 0±5°의 범위 내)이며, n을 임의의 정수 (0, ±1, ±2)로 하고, 압전체층의 오일러 각에서의 θ가 95.5°≤θ＜117.5°, 또는 -84.5°≤θ＜-62.5°일 때에 지지 기판의 전파 각(Ψ)이 60°±50°+120°×n의 범위 내인 것. 2b) 압전체층의 오일러 각이 (0±5°의 범위 내, θ, 180±5°의 범위 내)이며, n을 임의의 정수 (0, ±1, ±2)로 하고, 압전체층의 오일러 각에서의 θ가 95.5°≤θ＜117.5°일 때, 또는 θ가 -84.5°≤θ＜-62.5°일 때에 지지 기판의 전파 각(Ψ)이 0°±50°+120°×n의 범위 내인 것. 이에 대해 상세하게 설명한다. 한편, 상기 2a)의 경우를 설명한 후에 상기 2b)의 경우를 설명한다.
제1 실시형태와 동일한 적층 구조를 가지는 탄성파 장치에서 압전체층의 오일러 각에서의 θ, 질화규소막의 막 두께 및 지지 기판의 전파 각(Ψ)과 고차 모드의 위상의 관계를 구했다. 탄성파 장치의 조건은 이하와 같다.
지지 기판: 재료…실리콘(Si), 면 방위…Si(111), (111)면에서의 오일러 각…(-45°, -54.7°, 0°≤Ψ＜360°)
질화규소막: 막 두께…0.5λ 이하
산화규소막: 막 두께…0.15λ
압전체층: 재료…Y커트 X전파의 LiTaO3, 막 두께…0.2λ, 오일러 각…(0°, 96°≤θ≤117°, 0°)
IDT 전극: 재료…압전성 기판 측으로부터 Ti/Al/Ti, 각 층의 막 두께…압전성 기판 측으로부터 0.006λ/0.05λ/0.002λ
IDT 전극의 파장(λ): 2㎛
도 8은 지지 기판의 전파 각(Ψ)과 고차 모드의 위상의 관계를 나타낸다. 도 9는 도 8의 확대도이다. 여기서, Ψ=Ψ+120°이기 때문에 도 8에서는 Ψ가 0°~120°인 경우를 나타냈다.
도 8에 나타내는 바와 같이, 전파 각(Ψ)의 크기에 관계 없이 고차 모드의 위상은 -77° 미만으로 되어 있고, 고차 모드는 충분히 억제되었다. 특히, 도 9에 나타내는 바와 같이, Ψ가 10° 이상인 경우에는 고차 모드의 위상값이 한층 더 작아졌음을 알 수 있다. 마찬가지로, Ψ가 110° 이하인 경우에 고차 모드의 위상값이 한층 더 작아졌다. Ψ가 60°±50°+120°×n의 범위 내인 경우에 고차 모드를 한층 더 억제 할 수 있음을 알 수 있다.
또한, 도 8에 나타내는 바와 같이, 지지 기판의 전파 각(Ψ)이 26°에 가까워지게 커질수록 고차 모드의 위상값이 급격하게 작아졌고, 26°≤Ψ≤60°의 경우에는 고차 모드의 위상은 더욱 한층 더 억제되었다. 마찬가지로, Ψ가 94°에 가까워지게 작아질수록 고차 모드의 위상값이 급격하게 작아졌고, 60°≤Ψ≤94°의 경우에는 고차 모드는 더욱 한층 더 억제되었다. 따라서, Ψ가 60°±34°+120°×n의 범위 내인 경우에는 고차 모드를 더욱 한층 더 억제할 수 있다. (0°, -84°≤θ≤-63°, 0°)일 때도 마찬가지이다.
다음으로, 도 8의 관계를 구했을 때의 탄성파 장치의 조건으로부터 압전체층의 오일러 각의 (φ, θ, ψ)에서의 ψ의 조건만 다르게 하여, ψ, 질화규소막의 막 두께 및 지지 기판의 전파 각(Ψ)과 고차 모드의 위상의 관계를 구했다.
압전체층: 재료…Y커트 X전파의 LiTaO3, 막 두께…0.2λ, 오일러 각…(0°, 96°≤θ≤117°, 180°)
도 10은 지지 기판의 전파 각(Ψ)과 고차 모드의 위상의 관계를 나타내는 도면이다.
도 10에 나타내는 바와 같이, 전파 각(Ψ)의 크기에 관계 없이 고차 모드의 위상은 -77° 미만이 되었고, 고차 모드는 충분히 억제되었다. 특히 Ψ가 -50° 이상인 경우에는 고차 모드의 위상값이 한층 더 작아졌음을 알 수 있다. 마찬가지로, Ψ가 50° 이하인 경우에 고차 모드의 값이 한층 더 작아졌다. Ψ가 0°±50°+120°×n의 범위 내인 경우에 고차 모드를 한층 더 억제할 수 있음을 알 수 있다.
또한, 도 10에 나타내는 바와 같이, 전파 각(Ψ)이 -34°에 가까워지게 커질수록 고차 모드의 위상값이 급격하게 작아졌고, -34°≤Ψ≤0°의 경우에는 고차 모드의 위상은 더욱 한층 더 억제되었다. 마찬가지로, Ψ가 34°에 가까워지게 작아질수록 고차 모드의 위상값이 급격하게 작아졌고, 0°≤Ψ≤34°의 경우에는 고차 모드는 더욱 한층 더 억제되었다. 따라서, Ψ가 0°±34°+120°×n의 범위 내인 경우에는 고차 모드를 더욱 한층 더 억제할 수 있다.
도 11은 제2 실시형태에 따른 탄성파 장치의 IDT 전극에서의 한 쌍의 전극지 부근을 나타내는 정면 단면도이다.
본 실시형태는 압전체층(7)과 IDT 전극(3) 사이에 유전체층(28)이 마련된 점에서 제1 실시형태와 다르다. 제1 실시형태에서는 압전체층(7) 상에 직접적으로 IDT 전극(3)이 마련되었지만, 본 실시형태와 같이, 압전체층(7) 상에 유전체층(28)을 개재하여 간접적으로 IDT 전극(3)이 마련되어도 된다.
유전체층(28)을 전파하는 벌크파의 음속은 압전체층(7)을 전파하는 탄성파의 음속보다도 높다. 본 실시형태에서는 유전체층(28)은 질화규소층이다. 또한, 유전체층(28)은 상대적으로 고음속이면 되고, 질화규소층에 한정되지는 않는다.
여기서, 이하에서 제2 실시형태의 구성을 가지는 탄성파 장치 및 제1 실시형태의 구성을 가지는 탄성파 장치의 위상 특성을 나타낸다. 각 탄성파 장치의 조건은 이하와 같다.
지지 기판: 재료…실리콘(Si), 면 방위…Si(111), (111)면에서의 오일러 각…(-45°, -54.7°, 47°)
질화규소막: 막 두께…0.15λ
산화규소막: 막 두께…0.15λ
압전체층: 재료…Y커트 X전파의 LiTaO3, 막 두께…0.2λ, 오일러 각…(0°, 110°, 0°)
IDT 전극: 재료…압전성 기판 측으로부터 Ti/Al/Ti, 각 층의 막 두께…압전성 기판 측으로부터 0.006λ/0.05λ/0.002λ
IDT 전극의 파장(λ): 2㎛
도 12는 제1 실시형태 및 제2 실시형태의 탄성파 장치의 위상 특성을 나타내는 도면이다. 도 13은 도 12의 확대도이다. 도 12 및 도 13에서 실선은 제2 실시형태의 결과를 나타내고, 파선은 제1 실시형태의 결과를 나타낸다.
도 12 및 도 13에 나타내는 바와 같이, 제1 실시형태 및 제2 실시형태에서는 고차 모드를 효과적으로 억제할 수 있게 되어 있다. 특히, 제2 실시형태에서는 고차 모드를 한층 더 억제할 수 있게 되어 있음을 알 수 있다. 제2 실시형태에서는 고음속인 유전체층이 마련되기 때문에 고차 모드의 음속은 높아진다. 그로써, 고차 모드가 벌크 방향으로 누설되기 때문에 고역(高域) 측의 고차 모드를 한층 더 억제할 수 있다.
여기서 예를 들면, 메인모드로서 SH파 등을 사용하는 경우에는 레일리파가 스퓨리어스가 된다. 유전체층(28)이 SiN층인 경우에 후술하는 구성을 가짐으로써 스퓨리어스로서의 레일리파도 억제할 수 있다. 이에 대해 상세하게 설명한다.
제2 실시형태의 구성을 가지는 탄성파 장치의, 압전체층의 오일러 각에서의 θ 및 유전체층의 막 두께와 레일리파의 위상의 관계를 구했다. 탄성파 장치의 조건은 이하와 같다.
지지 기판: 재료…실리콘(Si), 면 방위…Si(111), (111)면에서의 오일러 각…(-45°, -54.7°, 47°)
질화규소막: 막 두께…0.15λ
산화규소막: 막 두께…0.15λ
압전체층: 재료…Y커트 X전파의 LiTaO3, 막 두께…0.2λ, 오일러 각…(0°, 96°≤θ≤117°, 0°)
IDT 전극: 재료…압전성 기판 측으로부터 Ti/Al/Ti, 각 층의 막 두께…압전성 기판 측으로부터 0.006λ/0.05λ/0.002λ
IDT 전극의 파장(λ): 2㎛
유전체층: 재료…SiN, 막 두께…0.0025λ 이상, 0.0975λ 이하
도 14는 유전체층이 질화규소층인 경우의, 압전체층의 오일러 각에서의 θ 및 질화규소층의 막 두께와 레일리파의 위상의 관계를 나타내는 도면이다.
도 14에 나타내는, 해칭에 의해 나타낸 범위 이외의 범위는 레일리파의 위상이 -70° 이하가 되는 범위이다. 여기서, 도 14에 나타내는 관계를 하기의 식 1에 의해 나타낸다. 한편, 식 1에서는 질화규소층의 막 두께를 SiN막 두께라고 기재한다.
압전체층의 오일러 각에서의 θ 및 질화규소층의 막 두께는 식 1에 의해 도출되는 레일리파의 위상이 -70° 이하가 되는 범위 내의 각도 및 막 두께인 것이 바람직하다. 이 경우에는 고차 모드를 억제할 수 있음에 더하여, 레일리파도 효과적으로 억제할 수 있다.
상술한 바와 같이, 유전체층은 질화규소층에 한정되지는 않는다. 예를 들면, 유전체층이 산화알루미늄층 또는 질화알루미늄층인 경우에도 고차 모드에 더하여 레일리파를 효과적으로 억제할 수 있다. 이를 이하에서 나타낸다.
압전체층의 오일러 각에서의 θ 및 산화알루미늄층의 막 두께와 레일리파의 위상의 관계를 구했다. 한편, 압전체층의 오일러 각에서의 θ 및 질화알루미늄층의 막 두께와 레일리파의 위상의 관계를 구했다. 또한, 탄성파 장치의 조건은 유전체층의 재료가 Al2O3 또는 AlN인 점 이외에는 도 14의 관계를 구한 조건과 동일하다.
도 15는 유전체층이 산화알루미늄층인 경우의, 압전체층의 오일러 각에서의 θ 및 산화알루미늄층의 막 두께와 레일리파의 위상의 관계를 나타내는 도면이다.
도 15에 나타내는, 해칭에 의해 나타낸 범위 이외의 범위는 레일리파의 위상이 -70° 이하가 되는 범위이다. 여기서, 도 15에 나타내는 관계를 하기의 식 2에 의해 나타낸다. 한편, 식 2에서는 산화알루미늄층의 막 두께를 Al2O3막 두께라고 기재한다.
압전체층의 오일러 각에서의 θ 및 산화알루미늄층의 막 두께는 식 2에 의해 도출되는 레일리파의 위상이 -70° 이하가 되는 범위 내의 각도 및 막 두께인 것이 바람직하다. 이 경우에는 고차 모드를 억제할 수 있음에 더하여, 레일리파도 효과적으로 억제할 수 있다.
도 16은 유전체층이 질화알루미늄층인 경우의, 압전체층의 오일러 각에서의 θ 및 질화알루미늄층의 막 두께와 레일리파의 위상의 관계를 나타내는 도면이다.
도 16에 나타내는, 해칭에 의해 나타낸 범위 이외의 범위는 레일리파의 위상이 -70° 이하가 되는 범위이다. 여기서, 도 16에 나타내는 관계를 하기의 식 3에 의해 나타낸다. 한편, 식 3에서는 질화알루미늄층의 막 두께를 AlN막 두께 또는 AlNβ라고 기재한다.
압전체층의 오일러 각에서의 θ 및 질화알루미늄층의 막 두께는 식 3에 의해 도출되는 레일리파의 위상이 -70° 이하가 되는 범위 내의 각도 및 막 두께인 것이 바람직하다. 이 경우에는 고차 모드를 억제할 수 있음에 더하여, 레일리파도 효과적으로 억제할 수 있다.
한편, 제1 실시형태 및 제2 실시형태에서는 압전체층의 오일러 각에서의 θ가 95.5≤θ＜117.5°인 경우를 나타냈다. 이하에서 117.5°≤θ＜129.5° 또는 85.5°≤θ＜95.5°의 경우에도 고차 모드를 억제할 수 있는 구성을 나타낸다. 117.5°≤θ＜129.5°인 점 이외에는 제1 실시형태와 동일한 구성을 가지는 제3 실시형태의 상세를 도 17~도 21을 이용하여 설명한다. 85.5°≤θ＜95.5°인 점 이외에는 제1 실시형태와 동일한 구성을 가지는 제4 실시형태의 상세를 도 22~도 24를 이용하여 설명한다.
제3 실시형태의 탄성파 장치는 이하의 구성을 가짐으로써 고차 모드를 억제할 수 있다. 1) 압전성 기판이 실리콘 기판인 지지 기판, 질화규소막, 산화규소막, 및 탄탈산리튬을 사용한 압전체층이 이 순서로 적층된 적층체로 이루어지는 것. 2) 압전체층의 막 두께가 1λ 이하인 것. 3) 압전체층의 오일러 각에서의 θ와 질화규소막의 막 두께의 관계가 하기의 표 7에 나타내는 조합인 것.
도 4~도 7의 관계를 구했을 때의 탄성파 장치의 조건으로부터 압전체층의 오일러 각에서의 θ의 조건만 다르게 하여, θ 및 질화규소막의 막 두께와 고차 모드의 위상의 관계를 구했다.
압전체층: 재료…Y커트 X전파의 LiTaO3, 막 두께…0.2λ, 오일러 각…(0°, 118°≤θ≤129°, 0°)
도 17은 압전체층의 오일러 각에서의 θ가 118°인 경우의 질화규소막의 막 두께와 고차 모드의 위상의 관계를 나타내는 도면이다. 도 18은 압전체층의 오일러 각에서의 θ가 119°≤θ≤122°인 경우의 질화규소막의 막 두께와 고차 모드의 위상의 관계를 나타내는 도면이다. 도 19는 압전체층의 오일러 각에서의 θ가 123°≤θ≤126°인 경우의 질화규소막의 막 두께와 고차 모드의 위상의 관계를 나타내는 도면이다. 도 20은 압전체층의 오일러 각에서의 θ가 127°≤θ≤129°인 경우의 질화규소막의 막 두께와 고차 모드의 위상의 관계를 나타내는 도면이다. 도 21은 압전체층의 오일러 각에서의 θ가 130°인 경우의 질화규소막의 막 두께와 고차 모드의 위상의 관계를 나타내는 도면이다.
도 17에 나타내는 바와 같이, θ가 118°인 경우에는 질화규소막의 막 두께가 0.0005λ 이상, 0.092λ 이하의 범위 내 또는 0.166λ 이상, 0.597λ 이하의 범위 내에서 고차 모드의 위상이 -70° 이하가 되었다. 이 결과가 표 7에 나타나있다. 마찬가지로, 도 18~도 20에 나타내는 바와 같이, 압전체층의 오일러 각에서의 θ를 119°부터 1°씩 129°까지 변화시킨 경우에 고차 모드의 위상이 -70° 이하가 되는 질화규소막의 막 두께의 범위를 표 7에 나타낸다.
한편, 도 21에 나타내는 바와 같이, θ가 130°인 경우에는 질화규소막의 막 두께가 1.5λ 이하인 범위에서 고차 모드의 위상이 -70°를 초과하여, 고차 모드의 위상을 충분히 억제하는 것은 어렵다. 이상과 같이, 압전체층의 오일러 각에서의 θ와 질화규소막의 막 두께의 관계가 표 7에 나타내는 조합인 경우에는 고차 모드를 효과적으로 억제할 수 있음을 알 수 있다.
제4 실시형태의 탄성파 장치는 이하의 구성을 가짐으로써 고차 모드를 억제할 수 있다. 1) 압전성 기판이 실리콘 기판인 지지 기판, 질화규소막, 산화규소막, 및 탄탈산리튬을 사용한 압전체층이 이 순서로 적층된 적층체로 이루어지는 것. 2) 압전체층의 막 두께가 1λ 이하인 것. 3) 압전체층의 오일러 각에서의 θ와 질화규소막의 막 두께의 관계가 하기의 표 8에 나타내는 조합인 것.
도 4~도 7의 관계를 구했을 때의 탄성파 장치의 조건으로부터 압전체층의 오일러 각에서의 θ의 조건만 다르게 하여, θ 및 질화규소막의 막 두께와 고차 모드의 위상의 관계를 구했다.
압전체층: 재료…Y커트 X전파의 LiTaO3, 막 두께…0.2λ, 오일러 각…(0°, 86°≤θ≤95°, 0°)
도 22는 압전체층의 오일러 각에서의 θ가 75°≤θ≤85°인 경우의 질화규소막의 막 두께와 고차 모드의 위상의 관계를 나타내는 도면이다. 도 23은 압전체층의 오일러 각에서의 θ가 86°≤θ≤88°인 경우의 질화규소막의 막 두께와 고차 모드의 위상의 관계를 나타내는 도면이다. 도 24는 압전체층의 오일러 각에서의 θ가 89°≤θ≤95°인 경우의 질화규소막의 막 두께와 고차 모드의 위상의 관계를 나타내는 도면이다.
도 22에 나타내는 바와 같이, θ가 75°≤θ≤85°인 경우에는 질화규소막의 막 두께가 1.5λ 이하의 범위에서 고차 모드의 위상이 -70°를 초과하여, 고차 모드의 위상을 충분히 억제하는 것은 어렵다.
이에 반하여, 도 23에 나타내는 바와 같이, θ가 86°인 경우에는 질화규소막의 막 두께가 0.0005λ 이상, 0.03λ 이하의 범위 내 또는 0.43λ 이상, 0.46λ 이하의 범위 내에서 고차 모드의 위상이 -70° 이하가 되었다. 이 결과가 표 8에 나타나있다. 마찬가지로, 도 23 및 도 24에 나타내는 바와 같이, 압전체층의 오일러 각에서의 θ를 87°부터 1°씩 95°까지 변화시킨 경우에 고차 모드의 위상이 -70° 이하가 되는 질화규소막의 막 두께의 범위를 표 8에 나타낸다. 이상과 같이, 압전체층의 오일러 각에서의 θ와 질화규소막의 막 두께의 관계가 표 8에 나타내는 조합인 경우에는 고차 모드를 효과적으로 억제할 수 있음을 알 수 있다.
도 25는 제5 실시형태에 따른 탄성파 장치의 IDT 전극에서의 한 쌍의 전극지 부근을 나타내는 정면 단면도이다.
본 실시형태는 IDT 전극(3)을 덮도록, 압전체층(7) 상에 마련된 보호막(39)을 가지는 점에서 제1 실시형태와 다르다. 본 실시형태의 보호막(39)의 재료는 질화규소이다. 보다 구체적으로는 보호막(39)은 재료를 SiN으로 하는 SiN 보호막이다. 한편, 보호막(39)을 구성하는 질화규소에서의 질소의 비율은 상기에 한정되지 않는다. 혹은 보호막(39)의 재료는 질화규소에 한정되지는 않고, 예를 들면, 질화알루미늄이나 산화알루미늄이어도 된다.
본 실시형태의 탄성파 장치는 후술하는 구성을 가짐으로써 고차 모드를 억제할 수 있음에 더하여 스퓨리어스로서의 레일리파도 억제할 수 있다. 이에 대해 상세하게 설명한다.
제5 실시형태의 구성을 가지는 탄성파 장치의 압전체층의 오일러 각에서의 θ 및 보호막의 막 두께와 레일리파의 위상의 관계를 구했다. 탄성파 장치의 조건은 이하와 같다.
지지 기판: 재료…실리콘(Si), 면 방위…Si(111), (111)면에서의 오일러 각…(-45°, -54.7°, 46°)
질화규소막: 막 두께…0.15λ
산화규소막: 막 두께…0.15λ
압전체층: 재료…Y커트 X전파의 LiTaO3, 막 두께…0.2λ, 오일러 각…(0°, 96°≤θ≤117°, 0°)
IDT 전극: 재료…압전성 기판 측으로부터 Ti/Al/Ti, 각 층의 막 두께…압전성 기판 측으로부터 0.006λ/0.05λ/0.002λ
IDT 전극의 파장(λ): 2㎛
보호막: 재료…SiN, 막 두께…0.005λ 이상, 0.05λ 이하
도 26은 압전체층의 오일러 각에서의 θ 및 SiN 보호막의 막 두께와 레일리파 및 고차 모드의 위상의 관계를 나타내는 도면이다.
도 26에 나타내는, 해칭에 의해 나타낸 범위 이외의 범위는 고차 모드의 위상이 -70° 이하이면서 레일리파의 위상이 -70° 이하가 되는 범위이다. 여기서, 도 26에 나타내는, 압전체층의 오일러 각에서의 θ 및 SiN 보호막의 막 두께와 레일리파의 위상의 관계를 하기의 식 4에 의해 나타낸다. 마찬가지로, θ 및 SiN 보호막의 막 두께와 고차 모드의 위상의 관계를 하기의 식 5에 의해 나타낸다. 한편, 식 4 및 식 5에서는 SiN 보호막의 막 두께를 간단히 SiN 보호막이라고 기재한다.
본 실시형태에서는 압전체층의 오일러 각에서의 θ 및 SiN 보호막의 막 두께가 식 4에 의해 도출되는 레일리파의 위상이 -70° 이하가 되면서 식 5에 의해 도출되는 고차 모드의 위상이 -70° 이하가 되는 범위 내의 각도 및 막 두께이다. 그로써, 고차 모드를 억제할 수 있음에 더하여, 레일리파도 효과적으로 억제할 수 있다.
식 4에 의해 도출되는 레일리파의 위상의 하한으로는 -90°로 하는 것이 바람직하다. 그로써, 레일리파를 보다 확실하고 효과적으로 억제할 수 있다. 식 5에 의해 도출되는 고차 모드의 위상의 하한으로는 -90°로 하는 것이 바람직하다. 그로써, 고차 모드를 보다 확실하고 효과적으로 억제할 수 있다. 후술하는 식 6 및 식 8 그리고 식 7 및 식 9에서도 마찬가지이다.
여기서, 보호막은 SiN 보호막에 한정되지는 않는다. 예를 들면, 보호막의 재료가 산화알루미늄 또는 질화알루미늄인 경우에도 고차 모드에 더하여 레일리파를 효과적으로 억제할 수 있다. 이들을 제5 실시형태의 제1 변형예 및 제2 변형예로서 이하에서 나타낸다. 제1 변형예에서는 보호막은 재료를 Al2O3으로 하는 Al2O3 보호막이다. 제2 변형예에서는 보호막은 재료를 AlN으로 하는 AlN 보호막이다. 물론, 보호막을 구성하는 산화알루미늄 또는 질화알루미늄에서의 산소 또는 질소의 비율은 상기에 한정되지 않는다.
압전체층의 오일러 각에서의 θ 및 Al2O3 보호막의 막 두께와 레일리파 및 고차 모드의 위상의 관계를 구했다. 또한, 탄성파 장치의 조건은 보호막의 재료가 Al2O3인 점 이외에는 도 26의 관계를 구한 조건과 동일하다.
보호막: 재료…Al2O3, 막 두께…0.005λ 이상, 0.05λ 이하
도 27은 압전체층의 오일러 각에서의 θ 및 Al2O3 보호막의 막 두께와 레일리파 및 고차 모드의 위상의 관계를 나타내는 도면이다.
도 27에 나타내는, 해칭에 의해 나타낸 범위 이외의 범위는 고차 모드의 위상이 -70° 이하이면서 레일리파의 위상이 -70° 이하가 되는 범위이다. 여기서, 도 27에 나타내는 압전체층의 오일러 각에서의 θ 및 Al2O3 보호막의 막 두께와 레일리파의 위상의 관계를 하기의 식 6에 의해 나타낸다. 마찬가지로, θ 및 Al2O3 보호막의 막 두께와 고차 모드의 위상의 관계를 하기의 식 7에 의해 나타낸다. 한편, 식 6 및 식 7에서는 Al2O3 보호막의 막 두께를 간단히 Al2O3 보호막이라고 기재한다.
제1 변형예에서는 압전체층의 오일러 각에서의 θ 및 Al2O3 보호막의 막 두께는 식 6에 의해 도출되는 레일리파의 위상이 -70° 이하가 되면서 식 7에 의해 도출되는 고차 모드의 위상이 -70° 이하가 되는 범위 내의 각도 및 막 두께이다. 그로써, 고차 모드를 억제할 수 있음에 더하여 레일리파도 효과적으로 억제할 수 있다.
한편, 압전체층의 오일러 각에서의 θ 및 AlN 보호막의 막 두께와 레일리파 및 고차 모드의 위상의 관계를 구했다. 또한, 탄성파 장치의 조건은 보호막의 재료가 AlN인 점 이외에는 도 26의 관계를 구한 조건과 동일하다.
보호막: 재료…AlN, 막 두께…0.005λ 이상, 0.05λ 이하
도 28은 압전체층의 오일러 각에서의 θ 및 AlN 보호막의 막 두께와 레일리파 및 고차 모드의 위상의 관계를 나타내는 도면이다.
도 28에 나타내는, 해칭에 의해 나타낸 범위 이외의 범위는 레일리파의 위상이 -70° 이하가 되는 범위이다. 여기서, 도 28에 나타내는 압전체층의 오일러 각에서의 θ 및 AlN 보호막의 막 두께와 레일리파의 위상의 관계를 하기의 식 8에 의해 나타낸다. 마찬가지로, θ 및 AlN 보호막의 막 두께와 고차 모드의 위상의 관계를 하기의 식 9에 의해 나타낸다. 한편, 식 8 및 식 9에서는 AlN 보호막의 막 두께를 간단히 AlN 보호막이라고 기재한다.
제2 변형예에서는 압전체층의 오일러 각에서의 θ 및 AlN 보호막의 막 두께는 식 8에 의해 도출되는 레일리파의 위상이 -70° 이하가 되면서 식 9에 의해 도출되는 고차 모드의 위상이 -70° 이하가 되는 범위 내의 각도 및 막 두께이다. 그로써, 고차 모드를 억제할 수 있음에 더하여, 레일리파도 효과적으로 억제할 수 있다.
1: 탄성파 장치
2: 압전성 기판
3: IDT 전극
4: 지지 기판
5: 질화규소막
6: 산화규소막
7: 압전체층
8A, 8B: 반사기
16, 17: 제1, 제2 버스바
18, 19: 제1, 제2 전극지
28: 유전체층
39: 보호막
2: 압전성 기판
3: IDT 전극
4: 지지 기판
5: 질화규소막
6: 산화규소막
7: 압전체층
8A, 8B: 반사기
16, 17: 제1, 제2 버스바
18, 19: 제1, 제2 전극지
28: 유전체층
39: 보호막
Claims (12)
- 실리콘 기판인 지지 기판과,
상기 지지 기판 상에 마련된 질화규소막과,
상기 질화규소막 상에 마련된 산화규소막과,
상기 산화규소막 상에 마련되고 Y커트 X전파의 탄탈산리튬을 사용한 압전체층과,
상기 압전체층 상에 직접적으로 또는 간접적으로 마련되고 복수개의 전극지(電極指)를 가지는 IDT 전극을 포함하고,
상기 IDT 전극의 전극지 피치에 의해 규정되는 파장을 λ로 했을 때에 상기 압전체층의 막 두께가 1λ 이하이며,
상기 압전체층의 오일러 각이 (0±5°의 범위 내, θ, 0±5°의 범위 내) 또는 (0±5°의 범위 내, θ, 180±5°의 범위 내)이고, 상기 압전체층의 오일러 각에서의 θ가 서로 등가인 95.5°≤θ＜117.5° 또는 -84.5°≤θ＜-62.5°이며,
상기 질화규소막의 막 두께가 0.5λ 이하이고,
상기 지지 기판의 면 방위가 Si(111)이며 상기 지지 기판의 전파 각을 Ψ로 하고, n을 임의의 정수 (0, ±1, ±2……)로 하며,
상기 압전체층의 오일러 각이 (0±5°의 범위 내, θ, 0±5°의 범위 내)인 경우에 상기 지지 기판의 전파 각(Ψ)이 60°±50°+120°×n의 범위 내이고,
상기 압전체층의 오일러 각이 (0±5°의 범위 내, θ, 180±5°의 범위 내)인 경우에 상기 지지 기판의 전파 각(Ψ)이 0°±50°+120°×n의 범위 내인, 탄성파 장치. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 압전체층의 오일러 각이 (0±5°의 범위 내, θ, 0±5°의 범위 내)인 경우에 상기 지지 기판의 전파 각(Ψ)이 60°±34°+120°×n의 범위 내이고,
상기 압전체층의 오일러 각이 (0±5°의 범위 내, θ, 180±5°의 범위 내)인 경우에 상기 지지 기판의 전파 각(Ψ)이 0°±34°+120°×n의 범위 내인, 탄성파 장치. - 제1항 또는 제3항에 있어서,
상기 압전체층과 상기 IDT 전극 사이에 유전체층이 마련되고,
상기 유전체층을 전파하는 벌크파의 음속이 상기 압전체층을 전파하는 탄성파의 음속보다도 높은, 탄성파 장치. - 제4항에 있어서,
상기 유전체층이 SiN층이고,
상기 압전체층의 오일러 각에서의 θ 및 상기 SiN층의 막 두께가 하기의 식 1에 의해 도출되는 레일리파의 위상이 -70° 이하가 되는 범위 내의 각도 및 막 두께인, 탄성파 장치.
[수학식 1]
- 제4항에 있어서,
상기 유전체층이 Al2O3층이고,
상기 압전체층의 오일러 각에서의 θ 및 상기 Al2O3층의 막 두께가 하기의 식 2에 의해 도출되는 레일리파의 위상이 -70° 이하가 되는 범위 내의 각도 및 막 두께인, 탄성파 장치.
[수학식 2]
- 제4항에 있어서,
상기 유전체층이 AlN층이고,
상기 압전체층의 오일러 각에서의 θ 및 상기 AlN층의 막 두께가 하기의 식 3에 의해 도출되는 레일리파의 위상이 -70° 이하가 되는 범위 내의 각도 및 막 두께인, 탄성파 장치.
[수학식 3]
- 실리콘 기판인 지지 기판과,
상기 지지 기판 상에 마련된 질화규소막과,
상기 질화규소막 상에 마련된 산화규소막과,
상기 산화규소막 상에 마련되고 Y커트 X전파의 탄탈산리튬을 사용한 압전체층과,
상기 압전체층 상에 마련되고 복수개의 전극지(電極指)를 가지는 IDT 전극을 포함하며,
상기 IDT 전극의 전극지 피치에 의해 규정되는 파장을 λ로 했을 때에 상기 압전체층의 막 두께가 1λ 이하이고,
상기 압전체층의 오일러 각이 (0±5°의 범위 내, θ, 0±5°의 범위 내)이고, 상기 압전체층의 오일러 각에서의 θ가 117.5°≤θ＜129.5°이며,
상기 질화규소막의 막 두께가 0.5λ 이하이고,
상기 지지 기판의 면 방위가 Si(111)이며 상기 지지 기판의 전파 각을 Ψ로 하고, n을 임의의 정수 (0, ±1, ±2……)로 하며,
상기 압전체층의 오일러 각이 (0±5°의 범위 내, θ, 0±5°의 범위 내)인 경우에 상기 지지 기판의 전파 각(Ψ)이 60°±50°+120°×n의 범위 내이고,
상기 압전체층의 오일러 각이 (0±5°의 범위 내, θ, 180±5°의 범위 내)인 경우에 상기 지지 기판의 전파 각(Ψ)이 0°±50°+120°×n의 범위 내인, 탄성파 장치. - 실리콘 기판인 지지 기판과,
상기 지지 기판 상에 마련된 질화규소막과,
상기 질화규소막 상에 마련된 산화규소막과,
상기 산화규소막 상에 마련되고 Y커트 X전파의 탄탈산리튬을 사용한 압전체층과,
상기 압전체층 상에 마련되고 복수개의 전극지(電極指)를 가지는 IDT 전극을 포함하며,
상기 IDT 전극의 전극지 피치에 의해 규정되는 파장을 λ로 했을 때에 상기 압전체층의 막 두께가 1λ 이하이고,
상기 압전체층의 오일러 각이 (0±5°의 범위 내, θ, 0±5°의 범위 내)이고, 상기 압전체층의 오일러 각에서의 θ가 85.5°≤θ＜95.5°이며,
상기 질화규소막의 막 두께가 0.5λ 이하이고,
상기 지지 기판의 면 방위가 Si(111)이며 상기 지지 기판의 전파 각을 Ψ로 하고, n을 임의의 정수 (0, ±1, ±2……)로 하며,
상기 압전체층의 오일러 각이 (0±5°의 범위 내, θ, 0±5°의 범위 내)인 경우에 상기 지지 기판의 전파 각(Ψ)이 60°±50°+120°×n의 범위 내이고,
상기 압전체층의 오일러 각이 (0±5°의 범위 내, θ, 180±5°의 범위 내)인 경우에 상기 지지 기판의 전파 각(Ψ)이 0°±50°+120°×n의 범위 내인, 탄성파 장치. - 제1항에 있어서,
상기 IDT 전극을 덮도록, 상기 압전체층 상에 마련된 보호막을 더 포함하고,
상기 보호막이 재료를 SiN으로 하는 SiN 보호막이며,
상기 압전체층의 오일러 각에서의 θ 및 상기 SiN 보호막의 막 두께가 하기의 식 4에 의해 도출되는 레일리파의 위상이 -70° 이하가 되면서 하기의 식 5에 의해 도출되는 고차 모드의 위상이 -70° 이하가 되는 범위 내의 각도 및 막 두께인, 탄성파 장치.
[수학식 4]
[수학식 5]
- 제1항에 있어서,
상기 IDT 전극을 덮도록, 상기 압전체층 상에 마련된 보호막을 더 포함하고,
상기 보호막이 재료를 Al2O3으로 하는 Al2O3 보호막이며,
상기 압전체층의 오일러 각에서의 θ 및 상기 Al2O3 보호막의 막 두께가 하기의 식 6에 의해 도출되는 레일리파의 위상이 -70° 이하가 되면서 하기의 식 7에 의해 도출되는 고차 모드의 위상이 -70° 이하가 되는 범위 내의 각도 및 막 두께인, 탄성파 장치.
[수학식 6]
[수학식 7]
- 제1항에 있어서,
상기 IDT 전극을 덮도록, 상기 압전체층 상에 마련된 보호막을 더 포함하고,
상기 보호막이 재료를 AlN으로 하는 AlN 보호막이며,
상기 압전체층의 오일러 각에서의 θ 및 상기 AlN 보호막의 막 두께가 하기의 식 8에 의해 도출되는 레일리파의 위상이 -70° 이하가 되면서 하기의 식 9에 의해 도출되는 고차 모드의 위상이 -70° 이하가 되는 범위 내의 각도 및 막 두께인, 탄성파 장치.
[수학식 8]
[수학식 9]
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