KR20170128505A - 탄성파 장치 - Google Patents

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KR20170128505A
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아츠시 타나카
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가부시키가이샤 무라타 세이사쿠쇼
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Abstract

두께가 얇은 압전 박막, 저음속막 및 고음속 부재가 적층되어 있는 구조를 가지는 탄성파 장치에서, 특성의 편차가 적은 탄성파 장치를 제공한다.
저음속막(3) 상에 압전 박막(4)이 마련되어 있고, 압전 박막(4) 상에 IDT 전극(5)이 마련되어 있으며, 압전 박막(4)이, 압전 단결정으로 이루어지고, 분극축 방향에서의 플러스의 면인 제1 주면(4a)과, 분극축 방향에서의 마이너스의 면인 제2 주면(4b)을 가지며, 압전 박막(4)의 저음속막(3) 측의 주면이 제1 주면(4a)이고, IDT 전극(5) 측의 주면이 제2 주면(4b)인, 탄성파 장치(1).

Description

탄성파 장치
본 발명은 고음속 부재, 저음속막 및 압전 박막을 가지는 적층 구조를 이용한 탄성파 장치에 관한 것이다.
하기의 특허문헌 1에 기재된 탄성파 장치에서는, 고음속 부재 상에 저음속막 및 압전 박막이 적층되어 있다. 이 압전 박막 상에 IDT 전극이 마련되어 있다. 압전 박막을 전파하는 메인 모드의 탄성파의 음속보다도, 고음속 부재를 전파하는 벌크파(bulk wave)의 음속이 높게 되어 있다. 또한, 압전 박막을 전파하는 메인 모드의 탄성파의 음속보다도, 저음속막을 전파하는 벌크파의 음속이 낮게 되어 있다.
WO2012/086639
특허문헌 1에 기재된 바와 같이, 압전 박막, 저음속막, 및 고음속 부재가 적층되어 있는 구조를 가지는 탄성파 장치에서는 압전 박막과 저음속막의 밀착도가 불규칙하기 십상이었다. 예를 들면, IDT 전극의 전극지(電極指) 피치로 정해지는 파장을 λ로 했을 때에, 압전 박막의 두께가 3.5λ 이하와 같은 얇은 압전 박막을 사용한 경우에는 압전 박막과 저음속막의 밀착도의 편차가 커진다. 그 때문에 주파수 온도계수(TCF) 등의 특성의 편차가 생기는 경우가 있었다.
본 발명의 목적은, 두께가 얇은 압전 박막, 저음속막 및 고음속 부재가 적층되어 있는 구조를 가지는 탄성파 장치에서, 특성의 편차가 적은 탄성파 장치를 제공하는 것에 있다.
본 발명은, 압전 박막을 가지는 탄성파 장치로서, 상기 압전 박막을 전파하는 메인 모드의 탄성파의 음속보다도, 전파하는 벌크파의 음속이 고속인 고음속 부재와, 상기 고음속 부재 상에 적층되어 있고, 상기 압전 박막을 전파하는 메인 모드의 탄성파의 음속보다도, 전파하는 벌크파의 음속이 저속인 저음속막과, 상기 저음속막 상에 마련되어 있는 상기 압전 박막과, 상기 압전 박막 상에 마련되어 있는 IDT 전극을 포함하고, 상기 압전 박막은 압전 단결정으로 이루어지고, 상기 저음속막 측의 주면(主面)이 분극축 방향에서의 플러스 면, 상기 IDT 전극 측의 주면이 분극축 방향에서의 마이너스 면으로 되어 있는, 탄성파 장치이다.
본 발명에 따른 탄성파 장치의 어느 특정 국면에서는, 상기 IDT 전극의 전극지 피치로 정해지는 파장을 λ로 했을 때에 상기 압전 박막의 두께가 3.5λ 이하이다. 이 경우에는 Q값을 높게 할 수 있다. 바람직하게는, 압전 박막의 두께는 2.5λ 이하이다. 그 경우에는 TCF의 절대값을 작게 할 수 있다. 더 바람직하게는 압전 박막의 두께는 1.5λ 이하이다. 그 경우에는 음속을 용이하게 컨트롤할 수 있다.
본 발명에 따른 탄성파 장치의 어느 특정 국면에서는, 상기 저음속막이 상기 압전 단결정 이외의 산화물로 이루어진다.
본 발명에 따른 탄성파 장치의 다른 특정 국면에서는, 상기 산화물이 무기산화물이다.
상기 무기산화물로는, 바람직하게는 산화규소, 산질화규소, 산화탄탈, 산화규소에 불소, 탄소 혹은 붕소를 첨가하여 이루어지는 화합물로 이루어지는 군에서 선택된, 1종의 재료로 이루어진다. 이 경우에는 주파수 온도계수(TCF)의 절대값을 작게 할 수 있다.
본 발명에 따른 탄성파 장치의 다른 특정 국면에서는, 상기 압전 단결정이 LiNbO3 또는 LiTaO3이고, 상기 저음속막이 Li를 함유하고 있다. 이 경우에는 저음속막과 압전 박막의 밀착성을 보다 효과적으로 높일 수 있다.
본 발명에 따른 탄성파 장치의 또 다른 특정 국면에서는, 상기 고음속 부재가 고음속 지지 기판이다.
본 발명에 따른 탄성파 장치의 다른 특정 국면에서는, 지지 기판을 더 포함하고, 상기 고음속 부재가 고음속막이며, 상기 고음속막이 상기 지지 기판과 상기 저음속막 사이에 적층되어 있다.
본 발명에 따른 탄성파 장치의 또 다른 특정 국면에서는, 상기 저음속막이 제1 저음속층과 제2 저음속층을 가지고, 상기 제1 저음속층과 상기 제2 저음속층이 제1 접착제층을 사이에 두고 접합되어 있다. 이 경우에는 제1 접착제층의 한쪽 측의 적층 부분과 다른 쪽 측의 적층 부분을 제작한 후, 제1 접착제층을 사이에 두고 접합하면 된다.
본 발명에 따른 탄성파 장치의 또 다른 특정 국면에서는, 상기 고음속막과 상기 지지 기판 사이에 적층된 제2 저음속막이 더 포함되어 있다. 이 경우에는 벌크파의 영향을 보다 한층 효과적으로 저감할 수 있다.
본 발명에 따른 탄성파 장치의 또 다른 특정 국면에서는, 상기 제2 저음속막이 제3 저음속층과 제4 저음속층을 가지고, 상기 제3 저음속층과 상기 제4 저음속층이 제2 접착제층을 사이에 두고 접합되어 있다. 이 경우에는 제2 접착제층의 한쪽 측의 적층 부분과, 다른 쪽 측의 적층 부분을, 제2 접착제층을 사이에 두고 접합하면 된다.
본 발명에 따른 탄성파 장치의 또 다른 특정 국면에서는, 상기 압전 박막의 상기 제2 주면 상에 제3 저음속막이 마련되어 있고, 상기 제2 저음속막 상에 상기 IDT 전극이 마련되어 있다. 이 경우에는 불필요한 벌크파를 제3 저음속막 측으로 누설시킬 수 있다.
본 발명에 따른 탄성파 장치에 의하면, 압전 박막과 저음속막의 밀착성을 높일 수 있고, 온도 특성이나 필터 특성 등의 전기적 특성의 편차를 적게 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 탄성파 장치의 정면 단면도이다.
도 2는 압전 박막의 분극축 방향에서의 마이너스의 면 및 플러스의 면을 설명하기 위한 모식적 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 탄성파 장치로서의 탄성파 공진자에서의 반사 손실(return loss) 특성을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시형태에 따른 탄성파 장치로서의 탄성파 공진자에서의 임피던스 스미스 차트(Smith chart)를 나타내는 도면이다.
도 5는 압전 박막과 분극축 방향에서의 마이너스 면을 저음속막에 적층한 경우와, 분극축 방향에서의 플러스 면을 압전 박막에 적층한 경우에서의, 대역내 리플(ripple)의 크기를 나타내는 도면이다.
도 6은 탄성파 장치에서, SiO2로 이루어지는 저음속막과 LiTaO3으로 이루어지는 압전 박막까지의 깊이 방향 위치와 Li 및 Ta의 농도의 관계를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시형태에 따른 탄성파 장치의 정면 단면도이다.
도 8은 본 발명의 제3 실시형태에 따른 탄성파 장치의 정면 단면도이다.
도 9는 본 발명의 제4 실시형태에 따른 탄성파 장치의 정면 단면도이다.
도 10은 본 발명의 제5 실시형태에 따른 탄성파 장치의 정면 단면도이다.
도 11은 본 발명의 제6 실시형태에 따른 탄성파 장치의 정면 단면도이다.
도 12는 본 발명의 제7 실시형태에 따른 탄성파 장치의 정면 단면도이다.
도 13은 본 발명의 제8 실시형태에 따른 탄성파 장치의 정면 단면도이다.
도 14는 본 발명의 제9 실시형태에 따른 탄성파 장치의 정면 단면도이다.
도 15는 탄성파 장치에서의 LiTaO3막의 막 두께와 Q의 관계를 나타내는 도면이다.
도 16은 탄성파 장치에서의 LiTaO3막의 막 두께와 주파수 온도계수(TCF)의 관계를 나타내는 도면이다.
도 17은 탄성파 장치에서의 LiTaO3막의 막 두께와 음속의 관계를 나타내는 도면이다.
도 18은 LiTaO3으로 이루어지는 압전 박막의 두께와 비대역의 관계를 나타내는 도면이다.
이하, 도면을 참조하면서, 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명함으로써 본 발명을 분명하게 한다.
또한, 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 정면 단면도이다.
탄성파 장치(1)는 지지 기판(2)과, 지지 기판(2) 상에 적층된 저음속막(3)을 가진다. 저음속막(3) 상에 압전 박막(4)이 적층되어 있다. 압전 박막(4)은 제1 주면(4a)과 제2 주면(4b)을 가진다. 제1 주면(4a)이 저음속막(3)에 접하도록, 압전 박막(4)이 저음속막(3)에 적층되어 있다. 압전 박막(4)의 제2 주면(4b) 상에 IDT 전극(5)이 직접 마련되어 있다.
지지 기판(2)은 적절한 강성 재료로 이루어진다. 이와 같은 재료로는 압전체, 유전체, 반도체 또는 합성 수지 등을 들 수 있다. 압전체로는 사파이어, 탄탈산리튬, 니오브산리튬 또는 수정 등을 들 수 있다. 유전체로는 알루미나, 마그네시아, 질화규소, 질화알루미늄, 탄화규소, 지르코니아, 코디에라이트, 멀라이트 혹은 포스테라이트 등의 세라믹스, 또는 유리 등을 들 수 있다. 반도체로는 실리콘, 질화칼륨 등을 들 수 있다.
바람직하게는, 상기 지지 기판(2)으로서 고음속 지지 기판이 이용된다. 고음속 지지 기판은, 압전 박막(4)을 전파하는 메인 모드의 탄성파보다도, 전파하는 벌크파가 고속인 재료로 이루어진다. 여기서, 메인 모드의 탄성파란, 탄성파 장치(1)에서 이용하는 모드의 탄성파를 말하고, 기본 모드에 한정되는 것이 아니다. 이와 같은 재료로는 예를 들면, 질화알루미늄, 산화알루미늄, 탄화규소, 산질화규소, 질화규소, DLC, 다이아몬드 등을 알맞게 이용할 수 있다. 본 실시형태에서는, 지지 기판(2)으로서, 고음속 지지 기판 재료인, 사파이어, 리튬탄탈레이트, 리튬니오베이트, 수정 등의 압전체, 알루미나, 마그네시아, 질화규소, 질화알루미늄, 탄화규소, 지르코니아, 코디에라이트, 멀라이트, 스테아타이트, 포스테라이트 등의 각종 세라믹, 유리 등의 유전체, 실리콘, 질화갈륨 등의 반도체, 수지 기판 등을 이용한다.
저음속막(3)은, 전파하는 벌크파의 음속이, 압전 박막(4)을 전파하는 메인 모드의 탄성파의 음속보다도 낮은 재료로 이루어진다. 이와 같은 재료로는, 압전 박막(4)을 구성하고 있는 압전 단결정 이외의 산화물을 알맞게 이용할 수 있다. 단, 상기 음속 관계를 충족하는 한, 산화물에 한정되는 것이 아니다.
상기 산화물은 무기산화물이어도 되고, 유기산화물이어도 된다. 단, 기계적 강도를 높이고, 특성의 편차를 보다 한층 저감할 수 있으므로 무기산화물이 바람직하다. 무기산화물로는 산화규소, 산질화규소, 산화탄탈, 산화규소에 불소, 탄소 혹은 붕소를 첨가하여 이루어지는 화합물 등을 들 수 있다. 본 실시형태에서는, 저음속막(3)은 산화규소로 이루어진다.
압전 박막(4)은 압전 단결정으로 이루어진다. 이용하는 압전 단결정은 특별히 한정되지 않지만, 바람직하게는 탄탈산리튬(LiTaO3) 또는 니오브산리튬(LiNbO3)이 이용된다.
압전 박막(4)은 분극축 방향에서 마이너스의 면과, 플러스의 면을 가진다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 압전 박막(4)은, 제1 주면(4a)이 분극축 방향에서의 플러스 면이고, 제2 주면(4b)이 분극축 방향에서의 마이너스 면이다. 이 분극축 방향에서의 플러스 면인 제1 주면(4a) 측으로부터, 압전 박막(4)이 저음속막(3)에 적층되어 있다. 그로써, 후술하는 바와 같이, 저음속막(3)과 압전 박막(4)의 밀착성을 높일 수 있고, 특성의 편차를 작게 할 수 있다.
또한, 도 2에 나타내는 바와 같이, 압전 박막(4) 중의 분극 성분(12)은 분극축 방향으로 연장되어 있다. 분극축 방향에서의 마이너스 면이란, 도 2에 나타내는 바와 같이, 압전 박막(4) 중의 분극 성분(12)의 마이너스 측이 향해 있는 방향에 있는 면을 말한다. 분극축 방향에서의 플러스 면이란, 압전 박막(4) 중의 분극 성분(12)의 플러스 측이 향해 있는 방향에 있는 면을 말한다.
IDT 전극(5)은 적절한 금속으로 이루어진다. 이와 같은 금속으로는 Al, Cu, Pt, Au, Ag, Ti, Ni, Cr, Mo, W 등의 금속 혹은 이들 금속을 주성분으로 하는 합금을 이용할 수 있다. IDT 전극(5)은, 복수의 금속막을 적층하여 이루어지는 적층 금속막에 의해 형성되어 있어도 된다.
본 실시형태의 탄성파 장치(1)에서는, IDT 전극(5)을 포함하는 탄성파 공진자가 구성되어 있다.
다음으로 구체적인 실험예에 기초하여, 상기 실시형태에 의하면, 특성의 편차를 대폭적으로 저감할 수 있는 것을 설명한다.
상기 실시형태의 탄성파 장치(1)의 실시예로서 탄성파 공진자를 제작했다. 또한, 비교를 위해, 압전 박막(4)의 분극축 방향에서의 마이너스 면 측으로부터 저음속막(3)에 압전 박막(4)을 적층한 것을 제외하고는 상기 실시예와 동일하게 하여, 비교예의 탄성파 공진자를 제작했다.
도 3의 실선은 상기 실시예의 탄성파 공진자의 반사 손실 특성을 나타낸다. 파선은 비교예의 반사 손실 특성을 나타낸다.
또한, 도 4의 실선은 상기 실시예의 탄성파 공진자의 임피던스 스미스 차트, 파선은 비교예의 탄성파 공진자의 임피던스 스미스 차트를 나타낸다. 도 3 및 도 4의 파선과 실선을 비교하면 분명한 바와 같이, 비교예에서는, 공진 주파수와 반공진 주파수 사이의 주파수역, 즉 비대역이 좁고, 이 주파수역 내에 큰 리플이 나타나있다.
이에 반하여, 상기 실시예에 의하면, 대역 내에서의 리플을 대폭적으로 작게 할 수 있는 것을 알 수 있다.
상기 주파수역 내에서의 가장 큰 리플의 크기를 최대 리플로 한다. 도 5에서, 상기 실시예 및 비교예의 최대 리플의 크기를 나타내는 것으로 한다.
도 5로부터 분명한 바와 같이, 상기 실시예에 의하면 비교예에 비해, 최대 리플을 대폭적으로 작게 할 수 있는 것을 알 수 있다.
상기와 같이, 비교예에 비해, 실시예에 의하면, 상기 주파수역 내에서의 리플을 대폭적으로 작게 할 수 있고, 특성의 편차를 저감할 수 있다. 이것은, IDT 전극(5)이 압전 박막(4)의 분극축 방향에서의 마이너스 면에 마련되어 있을뿐만 아니라, 압전 박막(4)의 제1 주면(4a), 즉 분극축 방향에서의 플러스 면이 저음속막(3)에 적층되어 있는 것에 기인한다고 생각된다. 압전 박막(4)의 분극축 방향에서의 플러스 면과 산화규소와 같은 무기산화물막 표면의 계면에서는, 화학 반응이 일어나기 쉽고, 분극축 방향에서의 마이너스 면과 무기산화물막의 계면에서는 화학 반응이 일어나기 어렵다고 생각된다.
또한, SiO2의 성막(成膜) 온도를 높이면, 상기 주파수역 내 리플이 보다 작아지는 것이 확인되고 있다. 도 6은 SiO2로 이루어지는 저음속막과, LiTaO3으로 이루어지는 압전 박막이 적층되어 있는 부분의 깊이 방향 위치와, Li 및 Ta의 농도의 관계를 나타내는 도면이다. 비교예에 비해, 실시예에 의하면, Li의 저음속막으로의 확산 정도가 큰 것을 알 수 있다. LiTaO3 측의 Li 이온이 무기산화물로 이루어지는 저음속막(3) 측으로 확산되고, 그로 인해 양자의 밀착도가 향상되어 있다고 생각된다. 또한, LiNbO3의 경우에도 마찬가지로 Li 이온의 확산에 의해 밀착도가 향상된다.
상기와 같이, 실시예에 의하면, 비교예에 비해, 저음속막(3)과 압전 박막(4)의 밀착성이 향상되어 있기 때문에, 상기 주파수역 내 리플이 작아지고, 그 편차도 작아져 있는 것으로 생각된다.
탄성파 장치(1)에서는, 지지 기판(2), 저음속막(3) 및 압전 박막(4)이 적층되어 있기 때문에 Q값을 높일 수 있다. 특히, IDT 전극의 전극지 피치로 정해지는 파장을 λ로 했을 때에, 압전 박막(4)의 두께는 3.5λ 이하의 범위 내인 것이 바람직하다. 그로써, Q값을 높일 수 있을 뿐만 아니라, 압전 박막(4)의 편차에 의한 특성 편차를 억제할 수 있다. 이것을 도 15~도 17을 참조하여 설명한다.
도 15는, 실리콘으로 이루어지는 지지 기판(2) 상에, 두께 0.35λ의 SiO2막으로 이루어지는 저음속막(3) 및 오일러각(0°, 140.0°, 0°)의 LiTaO3으로 이루어지는 압전 박막(4)을 적층한 탄성파 장치에서의 LiTaO3의 막 두께와, Q값의 관계를 나타내는 도면이다. 여기서, 도 15의 세로축은 공진자의 Q 특성과 비대역(Δf)의 곱이고, 디바이스 특성의 좋고 나쁨을 판단하는 하나의 지표로서 일반적으로 이용된다. 또한, 도 16은 LiTaO3의 막 두께와, 주파수 온도계수(TCF)의 관계를 나타내는 도면이다. 도 17은 LiTaO3의 막 두께와 음속의 관계를 나타내는 도면이다. 도 15로부터 분명한 바와 같이, LiTaO3의 막 두께가 3.5λ 이하인 경우, 3.5λ를 초과한 경우에 비해 Q값이 높아지고, Q 특성이 양호해지는 것을 알 수 있다. 보다 바람직하게는, 보다 한층 Q값을 높이기 위해서는, LiTaO3의 막 두께는 2.5λ 이하인 것이 바람직하다.
또한, 도 16에 의해, LiTaO3의 막 두께가 2.5λ 이하인 경우, 주파수 온도계수(TCF)의 절대값이 2.5λ를 초과한 경우에 비해 작게 할 수 있는 것을 알 수 있다. 보다 바람직하게는, 2.5λ 이하의 범위에서는 주파수 온도계수(TCF)의 절대값을 -10ppm/℃ 이하로 할 수 있어, 바람직하다.
도 17로부터 분명한 바와 같이, LiTaO3의 막 두께가 1.5λ 이하이면, 막 두께를 컨트롤함으로써 음속을 용이하게 조정할 수 있다. 따라서, 보다 바람직하게는, LiTaO3의 막 두께는 1.5λ 이하인 것이 보다 한층 바람직하다.
한편, 도 18은, LiTaO3으로 이루어지는 압전 박막의 두께를 변화시킨 경우의 비대역의 변화를 나타내는 도면이다.
도 18로부터 분명한 바와 같이, LiTaO3의 두께가 1.5λ 이상에서는 비대역은 거의 변화하지 않는다. 이것은, 탄성표면파의 에너지가, 압전 박막 내에 갇혀 저음속막(3)이나 고음속 지지 기판 측에는 분포되어 있지 않은 것에 기인하는 것이다. 따라서, 압전 박막의 두께를 1.5λ 이하로 한 경우에는 탄성표면파의 에너지를 저음속막(3)에 충분히 분포시킬 수 있어, 보다 한층 Q값을 높일 수 있다고 생각된다.
제1 실시형태의 탄성파 장치(1)에서는, 지지 기판(2) 상에 저음속막(3), 압전 박막(4) 및 IDT 전극(5)이 적층되어 있었지만, 본 발명의 탄성파 장치에서의 적층 구조는 이것에 한정되는 것이 아니다. 적층 구조의 변형을, 도 7~도 14에 나타내는 제2~제9 실시형태에 의해 설명한다.
도 7에 나타내는 제2 실시형태의 탄성파 장치(21)에서는, 제1 실시형태에서의 저음속막(3)을 대신하여 저음속막(23)이 이용되고 있다. 저음속막(23)은 제1 저음속층(23a)과 제2 저음속층(23b)을 가진다. 제1 저음속층(23a)과 제2 저음속층(23b)이 제1 접착제층(22)을 사이에 두고 접합되어 있다.
제1 저음속층(23a) 및 제2 저음속층(23b)은, 전술한 저음속막(3)을 구성하는 적절한 재료에 의해 형성할 수 있다. 바람직하게는, 제1 저음속층(23a)의 재료와 제2 저음속층(23b)의 재료는 동일하게 된다.
또한, 제1 저음속층(23a)의 재료와 제2 저음속층(23b)의 재료가 동일하다는 것은, 주성분이 50% 이상 동일한 경우를 말한다. 또한, 주성분이 75% 이상 동일하면, 보다 바람직하다. 또한, 주성분이 100% 동일하면, 보다 한층 바람직하다.
상기 제1 접착제층(22)은 적절한 접착제로 이루어진다. 이와 같은 접착제로는 폴리이미드나 에폭시수지계 접착제를 들 수 있다.
탄성파 장치(21)에서도, 압전 박막(4)의 분극축 방향에서의 플러스 면인 제1 주면(4a)이 저음속막(23)에 접촉하도록 압전 박막(4)이 저음속막(23)에 적층되어 있다. 따라서, 제1 실시형태와 동일한 효과가 얻어진다.
단, 제조할 때에는, 지지 기판(2) 상에 제2 저음속층(23b)이 적층된 제1 적층체와, 압전 박막(4)의 제1 주면(4a)에 제1 저음속층(23a)이 적층되어 있고 제2 주면(4b)에 IDT 전극(5)이 형성되어 있는 제2 적층체를 제1 접착제층(22)을 사이에 두고 접착하면 된다.
도 8에 나타내는 제3 실시형태의 탄성파 장치(31)에서는, 지지 기판(2A) 상에 고음속 부재로서의 고음속막(2B)이 적층되어 있다. 이 고음속막(2B) 상에 저음속막(3) 및 압전 박막(4)이 적층되어 있다.
상기 지지 기판(2A)을 구성하는 재료에 대해서는 지지 기판(2)을 구성하는 재료와 동일한 것을 이용할 수 있다. 고음속막(2B)을 구성하는 재료로는, 고음속막(2B)을 전파하는 벌크파가, 압전 박막(4)을 전파하는 메인 모드의 탄성파보다도 고속인 적절한 재료를 이용할 수 있다. 이와 같은 재료로는, 전술한 고음속 지지 기판 재료로서 나타낸 질화알루미늄, 산화알루미늄, 탄화규소, 산질화규소, 질화규소, DLC, 다이아몬드 등이 알맞게 이용된다.
탄성파 장치(31)에서도, 압전 박막(4)이 제1 주면(4a) 측으로부터 저음속막(3)에 적층되어 있기 때문에 제1 실시형태와 동일한 효과가 얻어진다. 그리고 제1 실시형태에서는, 지지 기판(2)을 고음속 지지 기판으로 한 경우에 탄성파를 효과적으로 가둘 수 있지만, 탄성파 장치(31)에서는, 고음속막(2B)에 의해, 탄성파를 효과적으로 고음속막(2B)보다도 압전 박막(4) 측에 가둘 수 있다.
도 9에 나타내는 제4 실시형태의 탄성파 장치(41)에서는, 탄성파 장치(31)에서의 저음속막(3)을, 탄성파 장치(21)에서의 저음속막(23) 및 제1 접착제층(22)을 가지는 구조로 바꿔 놓은 것에 상당한다. 따라서, 탄성파 장치(41)에서도, 제1~제3 실시형태와 마찬가지로 저음속막(23)과 압전 박막(4)의 밀착도를 높일 수 있고, 특성의 편차를 저감할 수 있다.
또한, 제조할 때에는, 탄성파 장치(21)와 마찬가지로, 제1 접착제층(22)의 한쪽 측의 적층체와, 다른 쪽 측의 적층체를, 제1 접착제층(22)을 사이에 두고 접합하면 된다.
도 10에 나타내는 제5 실시형태의 탄성파 장치(51)에서는, 도 8에 나타낸 탄성파 장치(31)에 대하여, 제2 저음속막(53)이 더 추가되어 있는 것을 제외하고는 탄성파 장치(31)와 동일하다. 제2 저음속막(53)은 지지 기판(2A)과 고음속막(2B) 사이에 적층되어 있다. 이와 같이, 고음속막(2B)의 저음속막(3)과는 반대 측의 면에 제2 저음속막(53)을 적층해도 된다. 제2 저음속막(53)도 또한, 저음속막(3)과 동일한 재료에 의해 형성할 수 있다. 바람직하게는, 저음속막(3)의 재료와 제2 저음속막(53)의 재료는 동일한 것이 바람직하다. 또한, 저음속막(3)의 재료와 제2 저음속막(53)의 재료가 동일하다는 것은, 주성분이 50% 이상 동일한 경우를 말한다. 또한, 주성분이 75% 이상 동일하면, 보다 바람직하다. 또한, 주성분이 100% 동일하면, 보다 한층 바람직하다.
본 실시형태에서도, 압전 박막(4)의 제1 주면(4a) 측으로부터, 압전 박막(4)이 저음속막(3)에 적층되어 있기 때문에, 제1~제4 실시형태의 탄성파 장치와 동일한 작용 효과를 발휘한다.
도 11에 나타내는 제6 실시형태의 탄성파 장치(61)에서는, 탄성파 장치(51)에서의 제2 저음속막(53)이 제3 저음속층(53a) 및 제4 저음속층(53b)을 가진다. 제3 저음속층(53a)과 제4 저음속층(53b)이 제2 접착제층(54)을 사이에 두고 접합되어 있다. 그 밖의 구성은, 탄성파 장치(61)는 탄성파 장치(51)와 동일하다. 따라서, 탄성파 장치(61)는 탄성파 장치(51)와 동일한 작용 효과를 발휘한다.
제조할 때에는, 제2 접착제층(54)의 한쪽 측의 적층 부분과, 다른 쪽 측의 적층 부분을 제2 접착제층(54)을 사이에 두고 접합하면 된다. 제2 접착제층(54)은, 제1 접착제층(22)과 마찬가지로 폴리이미드나 에폭시수지 등의 적절한 접착제를 이용할 수 있다.
도 12에 나타내는 제7 탄성파 장치(71)에서는, 압전 박막(4) 상에 제3 저음속막(72)이 적층되어 있고, 제3 저음속막(72) 상에 IDT 전극(5)이 마련되어 있다. 이와 같이, IDT 전극(5)은 압전 박막(4) 상에 간접적으로 마련되어 있어도 된다. 이 제3 저음속막(72)을 구성하는 재료로는 저음속막(3)과 동일한 재료를 이용할 수 있다. 이와 같이, IDT 전극(5)을, 제3 저음속막(72)을 사이에 두고 압전 박막(4)의 분극축 방향에서의 마이너스 면인 제2 주면(4b) 상에 간접적으로 적층해도 된다.
탄성파 장치(71)는, 그 밖의 구성은 제1 실시형태와 동일하기 때문에 제1 실시형태와 동일한 작용 효과를 발휘한다. 제3 저음속막(72)을 마련함으로써, 주파수 온도계수(TCF)의 절대값을 보다 효과적으로 작게 할 수 있다.
도 13에 나타내는 제8 실시형태의 탄성파 장치(81)는, 도 8에 나타낸 제3 실시형태의 탄성파 장치(31)에 상기 제3 저음속막(72)을 마련한 구조에 상당한다. 따라서, 제3 실시형태의 탄성파 장치(31)와 동일한 작용 효과를 발휘한다. 또한, 제3 저음속막(72)이 마련되어 있기 때문에 주파수 온도계수(TCF)의 절대값을 보다 작게 할 수 있다.
도 14에 나타내는 제9 실시형태의 탄성파 장치(91)는, 도 10에 나타낸 제5 실시형태의 탄성파 장치(51)에, 상기 제3 저음속막(72)을 추가한 구조에 상당한다. 따라서, 탄성파 장치(91)는 탄성파 장치(51)와 동일한 작용 효과를 발휘한다. 또한, 제3 저음속막(72)의 존재에 의해, 주파수 온도계수(TCF)의 절대값을 효과적으로 작게 할 수 있다. 제7~제9 실시형태에 따른 탄성파 장치(71, 81, 91)에서도 전술한 제1 접착제층이나 제2 접착제층을 마련해도 된다.
또한, 상기 실시형태에서는 탄성파 공진자에 대해 설명했지만, 본 발명에 따른 탄성파 장치는 탄성파 공진자에 한정되지 않고, 종결합 공진자형 탄성파 필터 등의 다양한 탄성파 장치에 널리 적용할 수 있다.
1, 21, 31, 41, 51, 61, 71, 81, 91: 탄성파 장치
2, 2A: 지지 기판
2B: 고음속막
3: 저음속막
4: 압전 박막
4a: 제1 주면
4b: 제2 주면
5: IDT 전극
12: 분극 성분
22: 제1 접착제층
23: 저음속막
23a: 제1 저음속층
23b: 제2 저음속층
53: 제2 저음속막
53a: 제3 저음속층
53b: 제4 저음속층
54: 제2 접착제층
72: 제3 저음속막

Claims (14)

  1. 압전 박막을 가지는 탄성파 장치로서,
    상기 압전 박막을 전파하는 메인 모드의 탄성파의 음속보다도, 전파하는 벌크파(bulk wave)의 음속이 고속인 고음속 부재와,
    상기 고음속 부재 상에 적층되어 있고, 상기 압전 박막을 전파하는 메인 모드의 탄성파의 음속보다도, 전파하는 벌크파의 음속이 저속인 저음속막과,
    상기 저음속막 상에 마련되어 있는 상기 압전 박막과,
    상기 압전 박막 상에 마련되어 있는 IDT 전극을 포함하고,
    상기 압전 박막은 압전 단결정으로 이루어지고, 상기 저음속막 측의 주면(主面)이 분극축 방향에서의 플러스 면, 상기 IDT 전극 측의 주면이 분극축 방향에서의 마이너스 면으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 탄성파 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 IDT 전극의 전극지(電極指) 피치로 정해지는 파장을 λ로 했을 때에, 상기 압전 박막의 두께가 3.5λ 이하인 것을 특징으로 하는 탄성파 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 압전 박막의 두께가 2.5λ 이하인 것을 특징으로 하는 탄성파 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 압전 박막의 두께가 1.5λ 이하인 것을 특징으로 하는 탄성파 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 저음속막이 상기 압전 단결정 이외의 산화물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 탄성파 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 산화물이 무기산화물인 것을 특징으로 하는 탄성파 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 무기산화물이, 산화규소, 산질화규소, 산화탄탈, 산화규소에 불소, 탄소 혹은 붕소를 첨가하여 이루어지는 화합물로 이루어지는 군에서 선택된, 1종의 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 탄성파 장치.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 압전 단결정이 LiNbO3 또는 LiTaO3이고, 상기 저음속막이 Li를 함유하고 있는 것을 특징으로 하는 탄성파 장치.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고음속 부재가 고음속 지지 기판인 것을 특징으로 하는 탄성파 장치.
  10. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    지지 기판을 더 포함하고, 상기 고음속 부재가 고음속막이며, 상기 고음속막이 상기 지지 기판과 상기 저음속막 사이에 적층되어 있는 것을 특징으로 하는 탄성파 장치.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 저음속막이 제1 저음속층과 제2 저음속층을 가지고, 상기 제1 저음속층과 상기 제2 저음속층이 제1 접착제층을 사이에 두고 접합되어 있는 것을 특징으로 하는 탄성파 장치.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 고음속막과 상기 지지 기판 사이에 적층된 제2 저음속막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 탄성파 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제2 저음속막이 제3 저음속층과 제4 저음속층을 가지고, 상기 제3 저음속층과 상기 제4 저음속층이 제2 접착제층을 사이에 두고 접합되어 있는 것을 특징으로 하는 탄성파 장치.
  14. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 압전 박막의 상기 제2 주면 상에 제3 저음속막이 마련되어 있고, 상기 제2 저음속막 상에 상기 IDT 전극이 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 탄성파 장치.
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