KR20180075584A - 탄성파 장치 - Google Patents

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가부시키가이샤 무라타 세이사쿠쇼
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Abstract

IDT 전극의 교차 영역에서의 막 두께의 편차의 영향을 작게 할 수 있어서 횡모드 스퓨리어스를 충분히 억제할 수 있는 탄성파 장치를 제공한다.
탄성파 장치(1)는 평면에서 보아 IDT 전극(3)의 복수개의 제1 및 제2 전극 핑거(3a2, 3b2)에 겹치도록 제1 유전체막(4) 상에 마련되어 있고, 각 제1 및 제2 전극 핑거(3a2, 3b2)가 연장되는 방향을 따라 연장되어 있으면서 중앙 영역(A1)에 마련되어 있는 제1 질량 부가막(5a)과, 제1 유전체막(4) 상에 마련되어 있으면서 제1 및 제2 에지 영역(A2a, A2b)에 마련되어 있고, 평면에서 보아 제1 및 제2 전극 핑거(3a2, 3b2) 중 적어도 한쪽에 일부가 겹쳐져 있는 제2 및 제3 질량 부가막(5b, 5c)을 포함한다. 제1 질량 부가막(5a)의 탄성파 전파 방향을 따른 치수보다도, 제2 및 제3 질량 부가막(5b, 5c)의 탄성파 전파 방향을 따른 치수 쪽이 길다.

Description

탄성파 장치
본 발명은 피스톤 모드를 이용한 탄성파 장치에 관한 것이다.
종래 횡(橫)모드 스퓨리어스(spurious)를 억제하기 위해서, 피스톤 모드를 이용한 탄성파 장치가 제안되고 있다.
예를 들면, 하기의 특허문헌 1에는 피스톤 모드를 이용한 탄성파 장치의 일례가 나타나 있다. 이 탄성파 장치는 IDT 전극의 복수개의 제1 전극 핑거와 복수개의 제2 전극 핑거가 탄성파 전파 방향으로 봤을 때에 겹쳐져 있는 교차 영역을 가진다. 교차 영역은 제1, 제2 전극 핑거가 연장되는 방향에 있어서, 중앙 영역과 중앙 영역의 제1, 제2 전극 핑거가 연장되는 방향의 외측에 마련된 제1, 제2 에지 영역을 가진다.
한편, IDT 전극을 덮도록 압전 기판 상에 유전체막이 적층되어 있다. 유전체막의 제1, 제2 에지 영역에 위치하는 부분에 티탄층이 매립되어 있다. 이로 인해, 제1, 제2 에지 영역에서의 음속이, 중앙 영역 및 제1, 제2 에지 영역의 외측의 영역에서의 음속보다도 늦어져서 횡모드 스퓨리어스를 억제할 수 있다고 하고 있다.
일본 공개특허공보 2012-186808호
특허문헌 1의 탄성파 장치를 얻기 위한 제조 공정에서는 제1, 제2 에지 영역에 티탄층을 형성할 필요가 있다. 그렇기 때문에, 중앙 영역에서의 부분과 제1, 제2 에지 영역에서의 부분을 동일한 공정으로 형성할 수 없었다. 그래서, 교차 영역의 막 두께에 큰 편차가 생길 우려가 있었다. 따라서, 횡모드 스퓨리어스를 충분히 억제할 수 없을 우려가 있었다.
본 발명의 목적은 IDT 전극의 교차 영역에서의 막 두께의 편차의 영향을 적게 할 수 있어서, 횡모드 스퓨리어스를 충분히 억제할 수 있는 탄성파 장치를 제공하는 것에 있다.
본 발명에 따른 탄성파 장치는, 압전 기판과, 상기 압전 기판 상에 마련되어 있는 IDT 전극을 포함하고, 상기 IDT 전극이, 서로 대향하고 있는 제1 및 제2 버스바(busbar)와, 상기 제1 버스바에 한쪽 끝이 접속된 복수개의 제1 전극 핑거와, 상기 제2 버스바에 한쪽 끝이 접속된 복수개의 제2 전극 핑거를 가지고, 상기 복수개의 제1 및 제2 전극 핑거가 서로의 사이에 삽입되어 있으며, 상기 제1 전극 핑거와 상기 제2 전극 핑거가 탄성파 전파 방향에 있어서 겹쳐져 있는 부분을 교차 영역으로 한 경우에, 상기 교차 영역이 상기 제1 및 제2 전극 핑거가 연장되는 방향에 있어서, 중앙 측에 위치하고 있는 중앙 영역과 상기 중앙 영역의 양측에 배치된 제1 및 제2 에지 영역을 가지고, 상기 IDT 전극을 덮도록 상기 압전 기판 상에 마련되어 있는 제1 유전체막과, 상기 제1 유전체막 상에 마련되어 있으며, 상기 각 제1 및 제2 전극 핑거가 연장되는 방향을 따라 연장되어 있으면서 상기 중앙 영역에 마련되어 있고, 평면에서 보아 상기 복수개의 제1 및 제2 전극 핑거에 겹쳐져 있는 제1 질량 부가막과, 상기 제1 유전체막 상에 마련되어 있으면서 상기 제1 에지 영역에 마련되어 있으며, 평면에서 보아 상기 제1 및 제2 전극 핑거 중 적어도 한쪽에 일부가 겹쳐져 있는 제2 질량 부가막과, 상기 제1 유전체막 상에 마련되어 있으면서 상기 제2 에지 영역에 마련되어 있고, 평면에서 보아 상기 제1 및 제2 전극 핑거 중 적어도 한쪽에 일부가 겹쳐져 있는 제3 질량 부가막을 더 포함하며, 상기 제1 질량 부가막의 탄성파 전파 방향을 따른 치수보다도, 상기 제2 및 제3 질량 부가막의 탄성파 전파 방향을 따른 치수 쪽이 길다.
본 발명에 따른 탄성파 장치의 어느 특정한 국면에서는, 상기 중앙 영역에서의 탄성파의 음속을 V1, 상기 제1 및 제2 에지 영역에서의 탄성파의 음속을 V2, 상기 제1 에지 영역과 상기 제1 버스바 사이 및 상기 제2 에지 영역과 상기 제2 버스바 사이에 위치하는 영역에서의 탄성파의 음속을 V3이라고 한 경우, V3>V1>V2로 되어 있다. 이 경우에는 횡모드 스퓨리어스를 한층 더 억제할 수 있다.
본 발명에 따른 탄성파 장치의 다른 특정한 국면에서는, 상기 IDT 전극의 재료의 밀도보다도 상기 제1~제3 질량 부가막의 재료의 밀도 쪽이 높다. 이 경우에는 IDT 전극의 여진(勵振) 효율을 효과적으로 높일 수 있다.
본 발명에 따른 탄성파 장치의 또 다른 특정한 국면에서는, 상기 제2 및 제3 질량 부가막이 상기 제1 및 제2 에지 영역의 탄성파 전파 방향으로 전체 길이에 걸쳐 있다. 이 경우에는 제1 및 제2 에지 영역에서의 음속을 효과적으로 늦출 수 있다. 따라서, 횡모드 스퓨리어스를 한층 더 억제할 수 있다.
본 발명에 따른 탄성파 장치의 다른 특정한 국면에서는, 상기 제2 질량 부가막을 복수개 가지고, 상기 복수개의 제2 질량 부가막이 탄성파 전파 방향에 있어서 서로 갭을 두고 배치되어 있으며, 상기 각 제2 질량 부가막이 평면에서 보아 상기 각 제1 및 제2 전극 핑거에 상기 각 제1 및 제2 전극 핑거의 탄성파 전파 방향으로 전체 길이에 걸쳐 겹쳐져 있고, 상기 제3 질량 부가막을 복수개 가지고, 상기 복수개의 제3 질량 부가막이 탄성파 전파 방향에 있어서 서로 갭을 두고 배치되어 있으며, 상기 각 제3 질량 부가막이, 평면에서 보아 상기 각 제1 및 제2 전극 핑거에 상기 각 제1 및 제2 전극 핑거의 탄성파 전파 방향으로 전체 길이에 걸쳐 겹쳐져 있다. 이 경우에는 탄성파 장치를 얻기 위한 제조 공정에 있어서, 제1~제3 질량 부가막을 리프트 오프법을 이용하여 용이하게 형성할 수 있다. 따라서, 생산성을 높일 수 있다.
본 발명에 따른 탄성파 장치의 또 다른 특정한 국면에서는, 상기 제1 질량 부가막과 상기 제2 및 제3 질량 부가막이 나란히 줄지어 있다.
본 발명에 따른 탄성파 장치의 또 다른 특정한 국면에서는, 평면에서 보아 상기 제1 질량 부가막과 상기 제2 및 제3 질량 부가막이 탄성파 전파 방향에 수직한 방향으로 갭을 두고 배치되어 있다.
본 발명에 따른 탄성파 장치의 또 다른 특정한 국면에서는, 상기 각 제1 및 제2 전극 핑거의 탄성파 전파 방향을 따른 치수보다도, 상기 제1 질량 부가막의 탄성파 전파 방향을 따른 치수 쪽이 짧다. 이 경우에는 중앙 영역에서의 음속을 늦추기 어렵다. 따라서, 횡모드 스퓨리어스를 한층 더 억제할 수 있다.
본 발명에 따른 탄성파 장치의 또 다른 특정한 국면에서는, 상기 압전 기판과 상기 IDT 전극 사이에 적층되어 있는 제2 유전체막이 더 포함되어 있다. 이 경우에는 전기 기계 결합 계수를 조정할 수 있다.
본 발명에 따른 탄성파 장치에 의하면, IDT 전극의 교차 영역에서의 막 두께의 편차의 영향을 작게 할 수 있어서, 횡모드 스퓨리어스를 충분히 억제할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 탄성파 장치의 평면도이다.
도 2는 도 1 중의 I-I선을 따른 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시형태에서의 제1~제3 질량 부가막의 막 두께를 95㎚로 했을 때의, 탄성파 장치에서의 제2, 제3 질량 부가막의 폭과 1차 및 고차 실효 전기 기계 결합 계수의 관계를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시형태에서의 제1~제3 질량 부가막의 막 두께를 70㎚로 했을 때의, 탄성파 장치에서의 제2, 제3 질량 부가막의 폭과 1차 및 고차 실효 전기 기계 결합 계수의 관계를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시형태에서의 제1~제3 질량 부가막의 막 두께를 120㎚로 했을 때의, 탄성파 장치에서의 제2, 제3 질량 부가막의 폭과 1차 및 고차 실효 전기 기계 결합 계수의 관계를 나타내는 도면이다.
도 6은 비교예에서의 제2, 제3 질량 부가막의 막 두께를 6㎚로 했을 때의, 탄성파 장치에서의 제2, 제3 질량 부가막의 폭과 1차 및 고차 실효 전기 기계 결합 계수의 관계를 나타내는 도면이다.
도 7은 비교예에서의 제2, 제3 질량 부가막의 막 두께를 4.5㎚로 했을 때의, 탄성파 장치에서의 제2, 제3 질량 부가막의 폭과 1차 및 고차 실효 전기 기계 결합 계수의 관계를 나타내는 도면이다.
도 8은 비교예에서의 제2, 제3 질량 부가막의 막 두께를 7.5㎚로 했을 때의, 탄성파 장치에서의 제2, 제3 질량 부가막의 폭과 1차 및 고차 실효 전기 기계 결합 계수의 관계를 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 제1 실시형태의 제1 변형예에 따른 탄성파 장치의 평면도이다.
도 10은 본 발명의 제1 실시형태의 제2 변형예에 따른 탄성파 장치의 평면도이다.
도 11은 본 발명의 제1 실시형태의 제3 변형예에 따른 탄성파 장치의 확대 정면 단면도이다.
도 12는 본 발명의 제2 실시형태의 제4 변형예에 따른 탄성파 장치의 평면도이다.
이하, 도면을 참조하면서, 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명함으로써 본 발명을 명백히 한다.
한편, 본 명세서에 기재된 각 실시형태는 예시적인 것이며, 다른 실시형태 간에 있어서 구성의 부분적인 치환 또는 조합이 가능함을 지적해 둔다.
도 1은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 탄성파 장치의 평면도이다. 도 2는 도 1 중의 I-I선을 따른 단면도이다. 한편, 도 1에 있어서는 후술하는 제1~제3 질량 부가막 상의 유전체막은 생략하고 있다.
탄성파 장치(1)는 압전 기판(2)을 가진다. 압전 기판(2)은 LiNbO3 또는 LiTaO3 등의 압전 단결정이나 적절한 압전 세라믹스로 이루어진다.
압전 기판(2) 상에는 IDT 전극(3)이 마련되어 있다. IDT 전극(3)은 서로 대향하고 있는 제1, 제2 버스바(3a1, 3b1)를 가진다. IDT 전극(3)은 제1 버스바(3a1)에 한쪽 끝이 접속되어 있는 복수개의 제1 전극 핑거(3a2)를 가진다. 또한, IDT 전극(3)은 제2 버스바(3b1)에 한쪽 끝이 접속되어 있는 복수개의 제2 전극 핑거(3b2)를 가진다.
복수개의 제1, 제2 전극 핑거(3a2, 3b2)는 서로의 사이에 삽입되어 있다. 여기서, 제1 전극 핑거(3a2)와 제2 전극 핑거(3b2)가 탄성파 전파 방향에 있어서 겹쳐져 있는 부분을 교차 영역(A)으로 한다. 이 때, 교차 영역(A)은 제1, 제2 전극 핑거(3a2, 3b2)가 연장되는 방향에 있어서, 중앙 측에 위치하고 있는 중앙 영역(A1)을 가진다. 교차 영역(A)은 제1, 제2 전극 핑거(3a2, 3b2)가 연장되는 방향에 있어서, 중앙 영역(A1)의 양측에 배치된 제1, 제2 에지 영역(A2a, A2b)도 가진다. 제1 에지 영역(A2a)은 제1 버스바(3a1) 측에 위치하고, 제2 에지 영역(A2b)은 제2 버스바(3b1) 측에 위치하고 있다.
IDT 전극(3)은 제1, 제2 에지 영역(A2a, A2b)의 중앙 영역(A1) 측과는 반대측의 영역인, 제1, 제2 외측 영역(Ba, Bb)을 가진다. 제1 외측 영역(Ba)은 제1 에지 영역(A2a)과 제1 버스바(3a1) 사이에 위치하고 있다. 제2 외측 영역(Bb)은 제2 에지 영역(A2b)과 제2 버스바(3b1) 사이에 위치하고 있다.
본 실시형태에서 IDT 전극(3)은 Al로 이루어진다. 한편, IDT 전극(3)은 Al 이외의 적절한 금속으로 이루어져 있어도 된다. IDT 전극(3)은 단층의 금속막으로 이루어져 있어도 되고, 혹은 적층 금속막으로 이루어져 있어도 된다.
여기서, 탄성파 장치(1)는 피스톤 모드를 이용한 탄성파 장치이다. 중앙 영역(A1)에서의 탄성파의 음속을 V1, 제1, 제2 에지 영역(A2a, A2b)에서의 탄성파의 음속을 V2, 제1, 제2 외측 영역(Ba, Bb)에서의 탄성파의 음속을 V3으로 한다. 이 때, V3>V1>V2로 되어 있는 것이 바람직하다. 이로 인해, 횡모드 스퓨리어스를 효과적으로 억제할 수 있다. 상기와 같은 각 음속 V1, V2, V3의 관계를 도 1에 나타낸다. 한편, 도 1에서의 좌측을 향함에 따라 음속이 고속임을 나타낸다.
도 1에 도시하는 바와 같이, IDT 전극(3)을 덮도록 압전 기판(2) 상에 제1 유전체막(4)이 마련되어 있다. 제1 유전체막(4)은 특별히 한정되지 않지만, SiO2로 이루어진다.
제1 유전체막(4) 상에는 평면에서 보아 제1, 제2 전극 핑거(3a2, 3b2)에 겹치도록 제1~제3 질량 부가막(5a~5c)이 마련되어 있다. 보다 구체적으로는 제1 질량 부가막(5a)은 중앙 영역(A1)에 복수개 마련되어 있다. 복수개의 제1 질량 부가막(5a)은 각 제1, 제2 전극 핑거(3a2, 3b2)가 연장되는 방향을 따라 연장되어 있고, 중앙 영역(A1)의 상기 방향으로 전체 길이에 걸쳐 있다. 복수개의 제1 질량 부가막(5a)은 탄성파 전파 방향에 있어서 서로 갭을 두고 마련되어 있다. 복수개의 제1 질량 부가막(5a)은 평면에서 보아 제1 전극 핑거(3a2)에 겹쳐져 있는 제1 질량 부가막(5a)과 제2 전극 핑거(3b2)에 겹쳐져 있는 제1 질량 부가막(5a)을 포함한다. 여기서, 각 제1, 제2 전극 핑거(3a2, 3b2) 및 각 제1 질량 부가막(5a)의 탄성파 전파 방향을 따른 치수를 폭으로 한다. 이 때, 본 실시형태에서는 각 제1, 제2 전극 핑거(3a2, 3b2)의 폭보다도 각 제1 질량 부가막(5a)의 폭 쪽이 좁다.
한편, 제2 질량 부가막(5b)은 제1 에지 영역(A2a)에 마련되어 있다. 제2 질량 부가막(5b)은 제1 에지 영역(A2a)의, 탄성파 전파 방향으로 전체 길이에 걸쳐 있다.
제3 질량 부가막(5c)은 제2 에지 영역(A2b)에 마련되어 있다. 제3 질량 부가막(5c)은 제2 에지 영역(A2b)의, 탄성파 전파 방향으로 전체 길이에 걸쳐 있다. 이와 같이, 제1 질량 부가막(5a)의 탄성파 전파 방향을 따른 치수보다도, 제2 질량 부가막(5b) 및 제3 질량 부가막(5c)의 탄성파 전파 방향을 따른 치수 쪽이 길다.
본 실시형태에서는 복수개의 제1 질량 부가막(5a)과 제2, 제3 질량 부가막(5b, 5c)이 나란히 줄지어 있다.
제1~제3 질량 부가막(5a~5c)은, 본 실시형태에서는 Pt로 이루어진다. 한편, 제1~제3 질량 부가막(5a~5c)은 Pt 이외의 적절한 금속으로 이루어져 있어도 된다. 제1~제3 질량 부가막(5a~5c)의 재료의 밀도는 IDT 전극(3)의 재료의 밀도보다도 높은 것이 바람직하다. 이로 인해, IDT 전극(3)의 여진 효율을 효과적으로 높일 수 있다. 한편, 제1~제3 질량 부가막(5a~5c)은 단층의 금속막으로 이루어져 있어도 되고, 혹은 적층 금속막으로 이루어져 있어도 된다.
도 2에 도시하는 바와 같이, 제1 유전체막(4) 상에 유전체층(6)이 마련되어 있다. 유전체층(6)은 도 1에 도시한 제1~제3 질량 부가막(5a~5c)을 덮고 있다. 유전체층(6)은 제1 유전체막(4) 측에 위치하고 있는 제1 층(6a)과 제1 층(6a) 상에 적층된 제2 층(6b)을 가진다. 이 경우에는 예를 들면, 제1 층(6a)은 SiO2 등으로 이루어져 있어도 되고, 제2 층(6b)은 SiN 등으로 이루어져 있어도 된다. 한편, 유전체층(6)은 단층으로 이루어져 있어도 된다.
도 1로 돌아가, 본 실시형태의 특징은 평면에서 보아 IDT 전극(3)의 교차 영역(A)에 겹치도록 제1~제3 질량 부가막(5a~5c)이 마련되어 있는 것에 있다. 이로 인해, IDT 전극(3)의 교차 영역(A)에서의 막 두께의 편차의 영향을 작게 할 수 있다. 또한, 횡모드 스퓨리어스를 충분히 억제할 수 있다. 이것을 이하에서 설명한다.
도 1에 도시하는 바와 같이, IDT 전극(3)에 있어서 제1 외측 영역(Ba)에 위치하고 있는 부분은 제1 전극 핑거(3a2) 뿐이다. IDT 전극(3)에 있어서 제2 외측 영역(Bb)에 위치하고 있는 부분은 제2 전극 핑거(3b2) 뿐이다. 그와 더불어, 교차 영역(A)에 있어서는 제1~제3 질량 부가막(5a~5c)이 마련되어 있기 때문에 음속이 늦어지고 있다. 따라서, 탄성파 장치(1)에 있어서는 V3>V1 및 V3>V2로 되어 있다.
중앙 영역(A1)에 있어서는 복수개의 제1 질량 부가막(5a)이 탄성파 전파 방향에 갭을 두고 마련되어 있다. 이에 비하여, 제1, 제2 에지 영역(A2a, A2b)에 있어서는 제2, 제3 질량 부가막(5b, 5c)이 교차 영역(A)의 탄성파 전파 방향으로 전체 길이에 걸쳐 있다. 이로 인해, 제1, 제2 에지 영역(A2a, A2b)에서의 제2, 제3 질량 부가막(5b, 5c)의 면적을 크게 할 수 있다. 그렇기 때문에, 제1, 제2 에지 영역(A2a, A2b)에 있어서, IDT 전극(3)에 부가되는 질량을 크게 할 수 있다. 따라서, 제1, 제2 에지 영역(A2a, A2b)에서의 음속 V2를 효과적으로 늦출 수 있다. 이로 인해, V1>V2로 할 수 있으면서, 음속 V1과 음속 V2의 차이를 크게 할 수 있다. 따라서, 횡모드 스퓨리어스를 효과적으로 억제할 수 있다.
하기의 도 3~도 5를 이용하여 제1 실시형태의 효과를 더 설명한다. 여기서, 제2, 제3 질량 부가막(5b, 5c)의 탄성파 전파 방향에 수직한 방향의 치수를 제2, 제3 질량 부가막(5b, 5c)의 폭으로 한다. 제1 실시형태에서는 제2, 제3 질량 부가막(5b, 5c)의 폭은 동일한 폭이다.
도 3은 제1 실시형태에서의 제1~제3 질량 부가막의 막 두께를 95㎚로 했을 때의, 탄성파 장치에서의 제2, 제3 질량 부가막의 폭과 1차 및 고차 실효 전기 기계 결합 계수의 관계를 나타내는 도면이다. 도 4는 제1 실시형태에서의 제1~제3 질량 부가막의 막 두께를 70㎚로 했을 때의, 탄성파 장치에서의 제2, 제3 질량 부가막의 폭과 1차 및 고차 실효 전기 기계 결합 계수의 관계를 나타내는 도면이다. 도 5는 제1 실시형태에서의 제1~제3 질량 부가막의 막 두께를 120㎚로 했을 때의, 탄성파 장치에서의 제2, 제3 질량 부가막의 폭과 1차 및 고차 실효 전기 기계 결합 계수의 관계를 나타내는 도면이다. 한편, 도 3~도 5에 나타내는 관계를 구할 때에 IDT 전극의 막 두께는 20㎚로 했다.
도 3~도 5에서의 능형 플롯 및 실선은 1차 실효 전기 기계 결합 계수를 나타낸다. 직사각형 플롯 및 파선은 3차 실효 전기 기계 결합 계수를 나타낸다. 삼각형 플롯 및 파선은 5차 실효 전기 기계 결합 계수를 나타낸다. X자형 플롯 및 파선은 7차 실효 전기 기계 결합 계수를 나타낸다. I자형 플롯 및 파선은 9차 실효 전기 기계 결합 계수를 나타낸다. 원형 플롯 및 파선은 11차 실효 전기 기계 결합 계수를 나타낸다. 1차 실효 전기 기계 결합 계수의 값은 우측의 종축에 나타내고, 3차 이상의 실효 전기 기계 결합 계수의 값은 좌측의 종축에 나타낸다. 상기 플롯의 형상 및 선 종류와 각 차수의 관계는 후술하는 도 6~도 8에 있어서도 동일하다.
도 3에 나타내는 결과에서는, 1차 실효 전기 기계 결합 계수가 극대값이 되는 제2, 제3 질량 부가막의 폭과 1차 및 고차 실효 전계 결합 계수가 극소값이 되는 제2, 제3 질량 부가막의 폭은 거의 동일한 폭이다. 따라서, 에너지 효율을 효과적으로 높일 수 있으면서, 횡모드 스퓨리어스를 효과적으로 억제할 수 있다.
도 4에 나타내는 결과는 도 3에 나타낸 관계를 구했을 때의 제1~제3 질량 부가막의 막 두께를 25㎚ 얇게 한 경우의 결과이다. 이 경우에 있어서도, 1차 실효 전기 기계 결합 계수가 극대값이 되는 제2, 제3 질량 부가막의 폭과 3차 이상의 실효 전기 기계 결합 계수가 극소값이 되는 제2, 제3 질량 부가막의 폭의 차이는 작다.
도 5에 나타내는 결과는 도 3에 나타낸 관계를 구했을 때의 제1~제3 질량 부가막의 막 두께를 25㎚ 두껍게 한 경우의 결과이다. 이 경우에 있어서도, 1차 실효 전기 기계 결합 계수가 극대값이 되는 제2, 제3 질량 부가막의 폭과 3차 이상의 실효 전기 기계 결합 계수가 극소값이 되는 제2, 제3 질량 부가막의 폭의 차이는 작다.
이와 같이, 제1~제3 질량 부가막의 막 두께가 95±25㎚인 넓은 범위에 있어서 횡모드 스퓨리어스를 효과적으로 억제할 수 있다. 따라서, 제1~제3 질량 부가막의 막 두께의 편차의 영향을 작게 할 수 있어서 IDT 전극의 교차 영역에서의 막 두께의 편차의 영향을 작게 할 수 있다.
다음으로, 제1 실시형태와 비교예를 비교함으로써 제1 실시형태의 효과를 설명한다. 비교예의 탄성파 장치는 IDT 전극이 Pt로 이루어지는 점 및 제1 질량 부가막을 가지지 않는 점에서 제1 실시형태와 다르다.
도 6은 비교예에서의 제2, 제3 질량 부가막의 막 두께를 6㎚로 했을 때의, 탄성파 장치에서의 제2, 제3 질량 부가막의 폭과 1차 및 고차 실효 전기 기계 결합 계수의 관계를 나타내는 도면이다. 도 7은 비교예에서의 제2, 제3 질량 부가막의 막 두께를 4.5㎚로 했을 때의, 탄성파 장치에서의 제2, 제3 질량 부가막의 폭과 1차 및 고차 실효 전기 기계 결합 계수의 관계를 나타내는 도면이다. 도 8은 비교예에서의 제2, 제3 질량 부가막의 막 두께를 7.5㎚로 했을 때의, 탄성파 장치에서의 제2, 제3 질량 부가막의 폭과 1차 및 고차 실효 전기 기계 결합 계수의 관계를 나타내는 도면이다. 한편, 이하의 도 6~도 8에 나타내는 관계를 구할 때에 IDT 전극의 막 두께는 20㎚로 했다.
도 6에 나타내는 비교예의 결과에서는, 1차 실효 전기 기계 결합 계수가 극대값이 되는 제2, 제3 질량 부가막의 폭과 3차 이상의 실효 전기 기계 결합 계수가 극소값이 되는 제2, 제3 질량 부가막의 폭의 차이는 작다. 그러나, 도 7 및 도 8에 나타내는 결과에서는 1차 실효 전기 기계 결합 계수가 극대값이 되는 제2, 제3 질량 부가막의 폭과 3차 이상의 실효 전기 기계 결합 계수가 극소값이 되는 제2, 제3 질량 부가막의 폭은 크게 차이가 난다. 또한, 도 7에 나타내는 결과에서 9차 이상의 실효 전기 기계 결합 계수의 변화는 작아져 있다.
여기서, 도 7에 나타내는 결과는 도 6에 나타낸 관계를 구했을 때의 제2, 제3 질량 부가막의 막 두께를 1.5㎚ 얇게 한 경우의 결과이다. 도 8에 나타내는 결과는 도 6에 나타낸 관계를 구했을 때의 제2, 제3 질량 부가막의 막 두께를 1.5㎚ 두껍게 한 경우의 결과이다. 이와 같이, 비교예에서는 제2, 제3 질량 부가막의 막 두께가 6±1.5㎚의 좁은 범위에 있어서도 상기 막 두께의 편차의 영향이 크다.
제1 실시형태의 탄성파 장치에서는, 도 3~도 5에 나타낸 바와 같이 제1~제3 질량 부가막의 막 두께의 범위의 넓이가 비교예의 10배보다 넓은 범위에 있어서, 상기 막 두께의 편차의 영향을 한층 더 효과적으로 작게 할 수 있다.
하기의 표 1에, 제1 실시형태에서의 V2/V1과 IDT 전극의 막 두께의 관계를 나타낸다. V2/V1은 제1, 제2 에지 영역의 음속 V2의, 중앙 영역의 음속 V1에 대한 비이다. 한편, 제1~제3 질량 부가막의 막 두께는 80㎚로 했다. 마찬가지로, 표 1에 비교예에서의 V2/V1과 IDT 전극의 막 두께의 관계를 나타낸다. 비교예의 제2, 제3 질량 부가막의 막 두께는 10㎚로 했다.
Figure pct00001
표 1에 나타내는 바와 같이, 비교예에서는 IDT 전극의 막 두께가 다름으로써 V2/V1이 다르다. 이에 비하여, 제1 실시형태에서는 V2/V1에 대해서 IDT 전극의 막 두께의 편차가 거의 영향을 주지 않는 것을 알 수 있다. 따라서, 제1 실시형태에서는 IDT 전극의 교차 영역에서의 막 두께의 편차의 영향을 한층 더 작게 할 수 있다.
도 1로 돌아가서, 제1 실시형태에서는 제1 유전체막(4)을 개재하여 복수개의 제1, 제2 전극 핑거(3a2, 3b2)에 대향하고 있는 복수개의 제1 질량 부가막(5a)이 마련되어 있음으로써 IDT 전극(3)의 여진 효율을 효과적으로 향상시킬 수 있다. 그와 더불어, 제1 실시형태에서는 도 1에 도시하는 바와 같이, 각 제1, 제2 전극 핑거(3a2, 3b2)의 폭보다도 각 제1 질량 부가막(5a)의 폭 쪽이 좁다. 이로 인해, 중앙 영역(A1)에서의 음속 V1은 늦추기 어렵다. 따라서, 음속 V1과 음속 V2의 차이를 한층 더 크게 할 수 있어서 횡모드 스퓨리어스를 한층 더 억제할 수 있다.
상술한 바와 같이, 제1, 제2 에지 영역(A2a, A2b)에서의 음속은 제2, 제3 질량 부가막(5b, 5c)이 마련되어 있음으로써 늦춰져 있다. 따라서, 제1, 제2 에지 영역(A2a, A2b)에 있어서, IDT 전극(3)의 제1, 제2 전극 핑거(3a2, 3b2)의 폭을 넓게 할 필요가 없다. 따라서, 전압을 인가했을 때 등에서의 정전 파괴에 대한 내성을 향상시킬 수도 있다.
그런데, 상술한 바와 같이, 제1 실시형태의 탄성파 장치(1)는 SiO2로 이루어지는 제1 유전체막(4)을 가진다. 이로 인해, TCF(Temperature coefficient of frequency: 주파수 온도 계수)의 절대치를 작게 할 수 있다. 따라서, 탄성파 장치(1)의 온도 특성을 개선할 수 있다. 한편, 제1 유전체막(4)은 SiN, SiON, 혹은 오산화 탄탈 등의 적절한 재료로 이루어져 있어도 된다.
도 2에 도시한 유전체층(6)은 SiN를 포함하는 것이 바람직하다. 이로 인해, 탄성파 장치(1)가 이용하는 탄성파의 주파수를 조정할 수 있다. 한편, 유전체층(6)은 반드시 마련되어 있지 않아도 된다.
이하의 도 9~도 12에 도시하는 제1 실시형태의 제1~제4 변형예에 있어서도 IDT 전극의 교차 영역에서의 막 두께의 편차의 영향을 작게 할 수 있다. 또한, 횡모드 스퓨리어스를 충분히 억제할 수 있다.
도 9에 도시하는 제1 실시형태의 제1 변형예와 같이 제2, 제3 질량 부가막(15b, 15c)을 각각 복수개 가지고 있어도 된다. 복수개의 제2 질량 부가막(15b)은 탄성파 전파 방향에 있어서 서로 갭을 두고 배치되어 있다. 복수개의 제3 질량 부가막(15c)도 탄성파 전파 방향에 있어서 서로 갭을 두고 배치되어 있다. 이 경우에는 탄성파 장치(11)를 얻기 위한 제조 공정에 있어서, 제1 질량 부가막(5a) 및 제2, 제3 질량 부가막(15b, 15c)을 리프트 오프법을 이용하여 용이하게 형성할 수 있다. 따라서, 생산성을 높일 수 있다.
보다 구체적으로는 탄성파 장치(11)를 얻기 위한 제조 공정에 있어서, 제1 유전체막(4) 상에 제1 질량 부가막(5a) 및 복수개의 제2, 제3 질량 부가막(15b, 15c)을 형성하기 위한 레지스트층을 형성한다. 다음으로, 레지스트층을 패터닝한다.
이 때, 각 제2, 제3 질량 부가막(15b, 15c) 간의 탄성파 전파 방향의 갭에 상당하는 부분에도 레지스트층이 도달하고 있다. 이로 인해, 평면에서 보아 IDT 전극(3)의 중앙 영역(A1)에 겹치는 부분의 레지스트층과 제1, 제2 외측 영역(Ba, Bb)에 겹치는 부분의 레지스트층이 접속되어 있다.
다음으로, 레지스트층 상에 제1 질량 부가막(5a) 및 복수개의 제2, 제3 질량 부가막(15b, 15c)이 되는 금속막을 형성한다. 다음으로, 레지스트층을 박리한다. 이 때, 레지스트층이 상기한 바와 같이 접속된 패턴이기 때문에 레지스트층을 용이하게 박리할 수 있다.
한편, 각 제2, 제3 질량 부가막(15b, 15c)은 평면에서 보아 각 제1, 제2 전극 핑거(3a2, 3b2) 중 적어도 한쪽에 일부가 겹쳐져 있으면 된다.
도 10에 도시하는 제1 실시형태의 제2 변형예와 같이, 평면에서 보아 제1 질량 부가막(25a)과 제2, 제3 질량 부가막(5b, 5c)은 탄성파 전파 방향에 수직한 방향으로 갭을 두고 배치되어 있어도 된다.
도 11에 도시하는 제1 실시형태의 제3 변형예와 같이, 압전 기판(2)과 IDT 전극(3) 사이에 제2 유전체막(37)이 적층되어 있어도 된다. 제2 유전체막(37)은 특별히 한정되지 않지만, SiO2나 SiN 등으로 이루어진다.
제3 변형예의 탄성파 장치에 있어서는 제2 유전체막(37)이 마련되어 있음으로써 전기 기계 결합 계수를 조정할 수 있다.
도 12에 도시하는 제1 실시형태의 제4 변형예와 같이, 제1 질량 부가막(45a)은 IDT 전극(3)의 각 제1, 제2 전극 핑거(3a2, 3b2)의 폭과 동일한 폭이어도 된다. 또한, 평면에서 보아 제1 버스바(3a1)의 적어도 일부에 겹치도록 제1 유전체막(4) 상에 제4 질량 부가막(45d)이 마련되어 있어도 된다. 평면에서 보아 제2 버스바(3b1)의 적어도 일부에 겹치도록 제1 유전체막(4) 상에 제5 질량 부가막(45e)이 마련되어 있어도 된다. 제4, 제5 질량 부가막(45d, 45e)은, 예를 들면, 제1, 제2 전극 핑거(3a2, 3b2)가 연장되는 방향에서 보아, 교차 영역(A)의 탄성파 전파 방향으로 전체 길이와 겹치도록 마련되어 있어도 된다.
본 발명은 탄성파 공진자나 대역 통과형 필터 등에도 바람직하게 적용할 수 있다.
1: 탄성파 장치 2: 압전 기판
3: IDT 전극 3a1, 3b1: 제1, 제2 버스바
3a2, 3b2: 제1, 제2 전극 핑거 4: 제1 유전체막
5a~5c: 제1~제3 질량 부가막 6: 유전체층
6a, 6b: 제1, 제2 층 11: 탄성파 장치
15b, 15c: 제2, 제3 질량 부가막 25a: 제1 질량 부가막
37: 제2 유전체막
45a, 45d, 45e: 제1, 제4, 제5 질량 부가막

Claims (9)

  1. 압전 기판과,
    상기 압전 기판 상에 마련되어 있는 IDT 전극을 포함하고,
    상기 IDT 전극이, 서로 대향하고 있는 제1 및 제2 버스바(busbar)와, 상기 제1 버스바에 한쪽 끝이 접속된 복수개의 제1 전극 핑거와, 상기 제2 버스바에 한쪽 끝이 접속된 복수개의 제2 전극 핑거를 가지며,
    상기 복수개의 제1 및 제2 전극 핑거가 서로의 사이에 삽입되어 있고, 상기 제1 전극 핑거와 상기 제2 전극 핑거가 탄성파 전파 방향에 있어서 겹쳐져 있는 부분을 교차 영역으로 한 경우에, 상기 교차 영역이, 상기 제1 및 제2 전극 핑거가 연장되는 방향에 있어서, 중앙 측에 위치하고 있는 중앙 영역과 상기 중앙 영역의 양측에 배치된 제1 및 제2 에지 영역을 가지며,
    상기 IDT 전극을 덮도록 상기 압전 기판 상에 마련되어 있는 제1 유전체막과,
    상기 제1 유전체막 상에 마련되어 있고, 상기 각 제1 및 제2 전극 핑거가 연장되는 방향을 따라 연장되어 있으면서, 상기 중앙 영역에 마련되어 있으며, 평면에서 보아 상기 복수개의 제1 및 제2 전극 핑거에 겹쳐져 있는 제1 질량 부가막과,
    상기 제1 유전체막 상에 마련되어 있으면서, 상기 제1 에지 영역에 마련되어 있고, 평면에서 보아 상기 제1 및 제2 전극 핑거 중 적어도 한쪽에 일부가 겹쳐져 있는 제2 질량 부가막과,
    상기 제1 유전체막 상에 마련되어 있으면서, 상기 제2 에지 영역에 마련되어 있고, 평면에서 보아 상기 제1 및 제2 전극 핑거 중 적어도 한쪽에 일부가 겹쳐져 있는 제3 질량 부가막을 더 포함하며,
    상기 제1 질량 부가막의 탄성파 전파 방향을 따른 치수보다도, 상기 제2 및 제3 질량 부가막의 탄성파 전파 방향을 따른 치수 쪽이 긴 것을 특징으로 하는 탄성파 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 중앙 영역에서의 탄성파의 음속을 V1, 상기 제1 및 제2 에지 영역에서의 탄성파의 음속을 V2, 상기 제1 에지 영역과 상기 제1 버스바의 사이 및 상기 제2 에지 영역과 상기 제2 버스바의 사이에 위치하는 영역에서의 탄성파의 음속을 V3으로 한 경우, V3>V1>V2로 되어 있는 것을 특징으로 하는 탄성파 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 IDT 전극의 재료의 밀도보다도 상기 제1~제3 질량 부가막의 재료의 밀도 쪽이 높은 것을 특징으로 하는 탄성파 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 및 제3 질량 부가막이, 상기 제1 및 제2 에지 영역의 탄성파 전파 방향으로 전체 길이에 걸쳐 있는 것을 특징으로 하는 탄성파 장치.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 질량 부가막을 복수개 가지고, 상기 복수개의 제2 질량 부가막이 탄성파 전파 방향에 있어서 서로 갭을 두고 배치되어 있으며, 상기 각 제2 질량 부가막이 평면에서 보아 상기 각 제1 및 제2 전극 핑거에 상기 각 제1 및 제2 전극 핑거의 탄성파 전파 방향으로 전체 길이에 걸쳐 겹쳐져 있고,
    상기 제3 질량 부가막을 복수개 가지고, 상기 복수개의 제3 질량 부가막이 탄성파 전파 방향에 있어서 서로 갭을 두고 배치되어 있으며, 상기 각 제3 질량 부가막이 평면에서 보아 상기 각 제1 및 제2 전극 핑거에 상기 각 제1 및 제2 전극 핑거의 탄성파 전파 방향으로 전체 길이에 걸쳐 겹쳐져 있는 것을 특징으로 하는 탄성파 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 질량 부가막과 상기 제2 및 제3 질량 부가막이 나란히 줄지어 있는 것을 특징으로 하는 탄성파 장치.
  7. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    평면에서 보아 상기 제1 질량 부가막과 상기 제2 및 제3 질량 부가막이, 탄성파 전파 방향에 수직한 방향으로 갭을 두고 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 탄성파 장치.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 각 제1 및 제2 전극 핑거의 탄성파 전파 방향을 따른 치수보다도, 상기 제1 질량 부가막의 탄성파 전파 방향을 따른 치수 쪽이 짧은 것을 특징으로 하는 탄성파 장치.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 압전 기판과 상기 IDT 전극 사이에 적층되어 있는 제2 유전체막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 탄성파 장치.
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