KR20190066053A - 탄성파 장치, 고주파 프론트 엔드 회로 및 통신 장치 - Google Patents

탄성파 장치, 고주파 프론트 엔드 회로 및 통신 장치 Download PDF

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Abstract

저손실이고, 주파수 온도 특성이 뛰어나며, 고차 모드에 의한 스퓨리어스가 생기기 어려우면서 IMD의 열화를 억제할 수 있는 탄성파 장치를 제공한다. 압전기판(2)과, 압전기판(2) 상에 마련된 IDT 전극(3)과, 압전기판(2) 상에서 IDT 전극(3)을 덮도록 마련되어 있는 산화규소막(6)을 포함하고, IDT 전극(3)이 제1 전극층과 제1 전극층 상에 적층된 제2 전극층을 가지며, 제1 전극층이, 제2 전극층을 구성하고 있는 금속 및 산화규소막(6)을 구성하고 있는 산화규소보다도 밀도가 높은 금속 혹은 합금에 의해 구성되어 있고, 압전기판(2)이 LiNbO3에 의해 구성되어 있으며, 압전기판(2)의 오일러 각(0°±5°, θ, 0°±10°)에서 θ가 8° 이상, 32° 이하의 범위 내에 있고, 산화규소막(6)이 수소 원자, 수산기 또는 실라놀기를 함유하고 있는 탄성파 장치(1).

Description

탄성파 장치, 고주파 프론트 엔드 회로 및 통신 장치
본 발명은 공진자나 고주파 필터 등에 이용되는 탄성파 장치, 상기 탄성파 장치를 이용한 고주파 프론트 엔드 회로 및 통신 장치에 관한 것이다.
종래, 공진자나 고주파 필터로서 탄성파 장치가 널리 이용되고 있다.
하기의 특허문헌 1, 2에는 LiNbO3 기판 상에 IDT 전극이 마련된 탄성파 장치가 개시되어 있다. 특허문헌 1, 2에서는 상기 IDT 전극을 덮도록 SiO2막이 마련되어 있다. 상기 SiO2막에 의해, 주파수 온도 특성을 개선할 수 있다고 되어 있다. 또한, 특허문헌 1에서는 상기 IDT 전극이 Al보다도 밀도가 큰 금속에 의해 형성되어 있다. 한편, 특허문헌 2에서는 상기 IDT 전극으로서, Pt막 상에 Al막이 적층된 적층 금속막이 기재되어 있다.
WO2005/034347 A1 일본 공개특허공보 특개2013-145930호
그러나 특허문헌 1과 같이 단층 구조의 IDT 전극을 이용한 경우, 전극지(電極指) 저항이 커져, 손실이 커지는 경우가 있었다. 한편, 특허문헌 2와 같이, 적층 금속막에 의해 형성된 IDT 전극에서는 충분한 주파수 온도 특성이 얻어지지 않는 경우가 있었다. 또한, 주파수 온도 특성을 개선하기 위해 SiO2막을 마련한 경우, 고차 모드에 의한 스퓨리어스(spurious)가 발생하는 일이 있었다. 또한, 이들 특성 모두를 개선하고자 하면, IMD(상호 변조 일그러짐)가 열화되는 경우가 있었다.
본 발명의 목적은, 저손실이고 주파수 온도 특성이 뛰어나며, 고차 모드에 의한 스퓨리어스가 생기기 어려우면서 IMD의 열화를 억제할 수 있는 탄성파 장치, 상기 탄성파 장치를 이용한 고주파 프론트 엔드 회로 및 통신 장치를 제공하는 것에 있다.
본 발명에 따른 탄성파 장치는, 압전기판과, 상기 압전기판 상에 마련된 IDT 전극과, 상기 압전기판 상에서 상기 IDT 전극을 덮도록 마련되어 있는 산화규소막을 포함하고, 상기 IDT 전극이 제1 전극층과 상기 제1 전극층 상에 적층된 제2 전극층을 가지며, 상기 제1 전극층이, 상기 제2 전극층을 구성하고 있는 금속 및 상기 산화규소막을 구성하고 있는 산화규소보다도 밀도가 높은 금속 혹은 합금에 의해 구성되어 있고, 상기 압전기판이 LiNbO3에 의해 구성되어 있으며, 상기 압전기판의 오일러 각(0°±5°, θ, 0°±10°)에서 θ가 8° 이상, 32° 이하인 범위 내에 있고, 상기 산화규소막이 수소 원자, 수산기 또는 실라놀기를 함유하고 있다.
본 발명에 따른 탄성파 장치의 어느 특정 국면에서는, 상기 탄성파 장치는 레일리파를 이용하고 있고, 상기 제1 전극층의 두께가, SH파의 음속이 상기 레일리파의 음속보다 느려지는 두께로 되어 있다. 이 경우, 통과 대역 근방에서의 불요파(不要波)를 억제할 수 있다.
본 발명에 따른 탄성파 장치의 어느 특정 국면에서는, 상기 제1 전극층이 Pt, W, Mo, Ta, Au, Cu 및 이들 금속을 주성분으로 하는 합금으로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 1종이다.
본 발명에 따른 탄성파 장치의 다른 특정 국면에서는 상기 IDT 전극의 전극지 피치로 정해지는 파장을 λ로 했을 때에, 상기 제1 전극층의 두께가 하기 표 1에 나타내는 상기 제1 전극층의 재료에 따라 하기 표 1에 나타내는 두께로 되어 있다. 이 경우, 통과 대역 근방에서의 불요파를 한층 더 억제할 수 있다.
Figure pct00001
본 발명에 따른 탄성파 장치의 또 다른 특정 국면에서는 상기 제2 전극층이 Al, Cu, 또는 Al 혹은 Cu를 주성분으로 하는 합금에 의해 구성되어 있다. 이 경우에는 전극지의 저항을 작게 할 수 있고, 한층 더 저손실로 할 수 있다.
본 발명에 따른 탄성파 장치의 또 다른 특정 국면에서는 상기 IDT 전극의 전극지 피치로 정해지는 파장을 λ로 했을 때에, 상기 제2 전극층의 두께가 0.0175λ 이상이다. 이 경우에는 전극지의 저항을 작게 할 수 있고, 한층 더 저손실로 할 수 있다.
본 발명에 따른 탄성파 장치의 또 다른 특정 국면에서는 상기 IDT 전극의 전극지 피치로 정해지는 파장을 λ로 했을 때에, 상기 산화규소막의 두께가 0.30λ 이상이다. 이 경우에는 주파수 온도 특성을 한층 더 개선할 수 있다.
본 발명에 따른 탄성파 장치의 또 다른 특정 국면에서는 상기 IDT 전극의 듀티비가 0.48 이상이다. 이 경우에는 고차 모드에 의한 스퓨리어스를 한층 더 억제할 수 있다.
본 발명에 따른 탄성파 장치의 또 다른 특정 국면에서는 상기 IDT 전극의 듀티비가 0.55 이상이다. 이 경우에는 고차 모드에 의한 스퓨리어스를 한층 더 억제할 수 있다.
본 발명에 따른 고주파 프론트 엔드 회로는 본 발명에 따라 구성되는 탄성파 장치와, 파워 앰프를 포함한다.
본 발명에 따른 통신 장치는 본 발명에 따라 구성되는 고주파 프론트 엔드 회로와, RF 신호 처리 회로를 포함한다.
본 발명에 의하면, 저손실이고 주파수 온도 특성이 뛰어나며, 고차 모드에 의한 스퓨리어스가 생기기 어려우면서 IMD의 열화를 억제할 수 있는 탄성파 장치를 제공할 수 있다.
도 1은, 도 1(a)는 본 발명의 한 실시형태에 따른 탄성파 장치의 모식적 정면 단면도이고, 도 1(b)는 그 전극 구조를 나타내는 모식적 평면도이다.
도 2는 본 발명의 한 실시형태에 따른 탄성파 장치의 전극부를 확대한 모식적 정면 단면도이다.
도 3은 Pt막 상에 Al막을 적층한 적층 금속막에서, Al막의 막 두께와 시트 저항의 관계를 나타내는 도면이다.
도 4는 제2 전극층인 Al막의 막 두께와 주파수 온도 계수(TCF)의 관계를 나타내는 도면이다.
도 5는 산화규소막인 SiO2막의 막 두께와 주파수 온도 계수(TCF)의 관계를 나타내는 도면이다.
도 6은, 도 6(a)는 SiO2의 막 두께가 0.26λ일 때의 임피던스 특성을 나타내는 도면이고, 도 6(b)는 그 위상 특성을 나타내는 도면이다.
도 7은, 도 7(a)는 SiO2의 막 두께가 0.30λ일 때의 임피던스 특성을 나타내는 도면이고, 도 7(b)는 그 위상 특성을 나타내는 도면이다.
도 8은, 도 8(a)는 SiO2의 막 두께가 0.34λ일 때의 임피던스 특성을 나타내는 도면이고, 도 8(b)는 그 위상 특성을 나타내는 도면이다.
도 9는, 도 9(a)는 SiO2의 막 두께가 0.38λ일 때의 임피던스 특성을 나타내는 도면이고, 도 9(b)는 그 위상 특성을 나타내는 도면이다.
도 10은 SiO2막의 막 두께와 고차 모드의 최대 위상의 관계를 나타내는 도면이다.
도 11은, 도 11(a)는 오일러 각(0°, θ, 0°)에서 θ=24°일 때의 임피던스 특성을 나타내는 도면이고, 도 11(b)는 그 위상 특성을 나타내는 도면이다.
도 12는, 도 12(a)는 오일러 각(0°, θ, 0°)에서 θ=28°일 때의 임피던스 특성을 나타내는 도면이고, 도 12(b)는 그 위상 특성을 나타내는 도면이다.
도 13은, 도 13(a)는 오일러 각(0°, θ, 0°)에서 θ=32°일 때의 임피던스 특성을 나타내는 도면이고, 도 13(b)는 그 위상 특성을 나타내는 도면이다.
도 14는, 도 14(a)는 오일러 각(0°, θ, 0°)에서 θ=36°일 때의 임피던스 특성을 나타내는 도면이고, 도 14(b)는 그 위상 특성을 나타내는 도면이다.
도 15는, 도 15(a)는 오일러 각(0°, θ, 0°)에서 θ=38°일 때의 임피던스 특성을 나타내는 도면이고, 도 15(b)는 그 위상 특성을 나타내는 도면이다.
도 16은 오일러 각(0°, θ, 0°)에서 θ와 고차 모드의 최대 위상의 관계를 나타내는 도면이다.
도 17(a)~도 17(c)는 Pt막의 막 두께가 각각 0.015λ, 0.025λ, 0.035λ일 때의 오일러 각(0°, θ, 0°)에서의 θ와 SH파의 비대역의 관계를 나타내는 도면이다.
도 18(a)~도 18(c)는 Pt막의 막 두께가 각각 0.055λ, 0.065λ, 0.075λ일 때의 오일러 각(0°, θ, 0°)에서의 θ와 SH파의 비대역의 관계를 나타내는 도면이다.
도 19는 Pt막의 막 두께와, 레일리파 및 SH파의 음속의 관계를 나타내는 도면이다.
도 20은, 도 20(a)는 실험예에서 제작한 탄성파 장치의 임피던스 특성을 나타내는 도면이고, 도 20(b)는 그 위상 특성을 나타내는 도면이다.
도 21은 W막의 막 두께와, 레일리파 및 SH파의 음속의 관계를 나타내는 도면이다.
도 22는 Mo막의 막 두께와, 레일리파 및 SH파의 음속의 관계를 나타내는 도면이다.
도 23은 Ta막의 막 두께와, 레일리파 및 SH파의 음속의 관계를 나타내는 도면이다.
도 24는 Au막의 막 두께와, 레일리파 및 SH파의 음속의 관계를 나타내는 도면이다.
도 25는 Cu막의 막 두께와, 레일리파 및 SH파의 음속의 관계를 나타내는 도면이다.
도 26은, 도 26(a)는 듀티비가 0.50일 때의 임피던스 특성을 나타내는 도면이고, 도 26(b)는 그 위상 특성을 나타내는 도면이다.
도 27은, 도 27(a)는 듀티비가 0.60일 때의 임피던스 특성을 나타내는 도면이고, 도 27(b)는 그 위상 특성을 나타내는 도면이다.
도 28은, 도 28(a)는 듀티비가 0.70일 때의 임피던스 특성을 나타내는 도면이고, 도 28(b)는 그 위상 특성을 나타내는 도면이다.
도 29는 IDT 전극의 듀티비와 고차 모드의 최대 위상의 관계를 나타내는 도면이다.
도 30은 본 발명의 한 실시형태에 따른 탄성파 장치의 IMD 특성을 나타내는 도면이다.
도 31은 본 발명에 따른 통신 장치 및 고주파 프론트 엔드 회로의 구성도이다.
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.
(탄성파 장치)
도 1(a)는 본 발명의 한 실시형태에 따른 탄성파 장치의 모식적 정면 단면도이고, 도 1(b)는 그 전극 구조를 나타내는 모식적 평면도이다. 도 2는 본 발명의 한 실시형태에 따른 탄성파 장치의 전극부를 확대한 모식적 정면 단면도이다.
탄성파 장치(1)는 압전기판(2)을 가진다. 압전기판(2)은 주면(2a)을 가진다. 압전기판(2)은 LiNbO3에 의해 구성되어 있다. 압전기판(2)의 오일러 각(0°±5°, θ, 0°±10°)에서 θ는 8° 이상, 32° 이하의 범위 내에 있다. 그 때문에, 탄성파 장치(1)에서는 후술하는 바와 같이 고차 모드에 의한 스퓨리어스의 발생을 한층 더 억제할 수 있다.
한편, 압전기판(2)은 적어도 표면에 압전성을 가지는 기판이다. 예를 들면, 표면에 압전박막을 포함하고, 상기 압전박막과 음속이 다른 막, 및 지지 기판 등과의 적층체로 구성되어 있어도 된다. 또한, 압전기판(2)은 기판 전체에 압전성을 가지고 있어도 된다. 이 경우, 압전기판(2)은 압전체층 한 층으로 이루어진다.
상기 θ는 30° 이하인 것이 바람직하고, 28° 이하인 것이 보다 바람직하며, 12° 이상, 26° 이하인 것이 더 바람직하다. 그 경우에는 고차 모드에 의한 스퓨리어스의 발생을 한층 더 억제할 수 있다.
압전기판(2)의 주면(2a) 상에는 IDT 전극(3)이 마련되어 있다. 탄성파 장치(1)는 IDT 전극(3)에 의해 여진(勵振)되는 탄성파로서 레일리파를 메인 모드로 이용하고 있다. 한편, 본 명세서에서는 도 1(b)에 나타내는 바와 같이, 상기 IDT 전극(3)의 전극지 피치에 의해 정해지는 종모드의 기본파인 탄성표면파의 파장을 λ로 하고 있다.
보다 구체적으로, 압전기판(2) 상에는 도 1(b)에 나타내는 전극 구조가 형성되어 있다. 즉, IDT 전극(3)과 IDT 전극(3)의 탄성파 전파 방향 양측에 배치된 반사기(4, 5)가 형성되어 있다. 그로써, 1포트형 탄성파 공진자가 구성되어 있다. 물론, 본 발명에서의 IDT 전극을 포함하는 전극 구조는 특별히 한정되지 않는다. 복수개의 공진자를 조합하여 필터가 구성되어 있어도 된다. 이와 같은 필터로는 래더(ladder)형 필터, 종결합 공진자형 필터, 래티스(lattice)형 필터 등을 들 수 있다.
IDT 전극(3)은 제1, 제2 버스바(busbar)와 복수개의 제1, 제2 전극지를 가진다. 복수개의 제1, 제2 전극지는 탄성파 전파 방향과 직교하는 방향으로 연장되어 있다. 복수개의 제1 전극지와 복수개의 제2 전극지는 서로 사이에 삽입되어 있다. 또한, 복수개의 제1 전극지는 제1 버스바에 접속되어 있고, 복수개의 제2 전극지는 제2 버스바에 접속되어 있다.
도 2에 나타내는 바와 같이, IDT 전극(3)은 제1 및 제2 전극층(3a, 3b)을 가진다. 제1 전극층(3a) 상에 제2 전극층(3b)이 적층되어 있다. 제1 전극층(3a)은 제2 전극층(3b)을 구성하고 있는 금속 및 산화규소막(6)을 구성하고 있는 산화규소보다도 밀도가 높은 금속 혹은 합금에 의해 구성되어 있다.
제1 전극층(3a)은 Pt, W, Mo, Ta, Au, Cu 등의 금속 또는 합금으로 이루어진다. 제1 전극층(3a)은 Pt 또는 Pt를 주성분으로 하는 합금으로 이루어지는 것이 바람직하다.
제1 전극층(3a)의 두께는 하기 표 2에 나타내는 제1 전극층(3a)의 재료에 따라 하기의 표 2에 나타내는 두께로 되어 있는 것이 바람직하다.
Figure pct00002
제2 전극층(3b)은 Al 또는 Al을 주성분으로 하는 합금으로 이루어진다. 전극지의 저항을 작게 하고, 한층 더 저손실로 하는 관점에서 제2 전극층(3b)은 제1 전극층(3a)보다 저항이 낮은 금속 또는 합금으로 이루어지는 것이 바람직하다. 따라서, 제2 전극층(3b)은 Al, Cu, 또는 Al 혹은 Cu를 주성분으로 하는 합금으로 이루어지는 것이 바람직하다. 한편, 본 명세서에서 주성분이란, 50중량% 이상 포함되어 있는 성분을 말하는 것으로 한다.
전극지의 저항을 작게 하고, 한층 더 저손실로 하는 관점에서, 제2 전극층(3b)의 막 두께는 0.0175λ 이상인 것이 바람직하다. 또한, 제2 전극층(3b)의 막 두께는 0.2λ 이하로 하는 것이 바람직하다.
IDT 전극(3)은 제1 및 제2 전극층(3a, 3b)에 더하여, 다른 금속이 추가로 적층된 적층 금속막이어도 된다. 상기 다른 금속으로는 특별히 한정되지 않지만, Ti, NiCr, Cr 등의 금속 또는 합금을 들 수 있다. Ti, NiCr, Cr 등으로 이루어지는 금속막은 제1 전극층(3a)과 제2 전극층(3b)의 접합력을 높이는 밀착층인 것이 바람직하다.
또한, IDT 전극(3)은 예를 들면, 증착 리프트 오프법 등에 의해 형성할 수 있다.
압전기판(2)의 주면(2a) 상에서, IDT 전극(3)을 덮도록 산화규소막(6)이 마련되어 있다. 산화규소막(6)은 산화규소에 의해 구성되어 있다. 주파수 온도 특성을 한층 더 개선하는 관점에서, 산화규소막(6)을 구성하는 재료는 SiO2인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에서는 산화규소막(6)이 수소 원자, 수산기 또는 실라놀기를 함유하고 있다. 탄성파 장치(1)에서는 산화규소막(6)이 수소 원자, 수산기 또는 실라놀기를 함유하고 있으므로, IMD(상호 변조 일그러짐)의 열화를 억제할 수 있다.
산화규소막(6)은 예를 들면, IDT 전극(3)이 형성된 압전기판(2)의 주면(2a) 상에 스퍼터링(sputtering)에 의해 막을 형성할 수 있다. 한편, 스퍼터링에 의한 막 형성 중에 기화기로 물(H2O)을 기화시켜서 스퍼터링 가스와 혼합함으로써, 산화규소막(6) 중에 수소 원자, 수산기 또는 실라놀기를 도입할 수 있다. 또한, 물(H2O)의 기화량을 예를 들면 매스 플로우 컨트롤러(mass flow controller) 등을 이용하여 유량 제어함으로써, 산화규소막(6) 중에서의 수소 원자, 수산기 또는 실라놀기의 함유량을 조정할 수 있다. 한편, 물(H2O)의 기화량은 다른 방법에 의해 제어해도 된다.
물(H2O)을 기화시켜서 혼합하는 스퍼터링 가스로는 예를 들면, Ar, O2 또는 이들의 혼합 가스를 사용할 수 있다. 스퍼터링 압력은, 예를 들면 0.03㎩ 이상, 1.50㎩ 이하로 할 수 있다. 또한, 기판 가열 온도는 예를 들면 100℃ 이상, 300℃ 이하로 할 수 있다.
탄성파 장치(1)에서는, 상기와 같이 압전기판(2)이 LiNbO3에 의해 구성되어 있고, 압전기판(2)의 오일러 각(0°±5°, θ, 0°±10°)에서 θ가 32° 이하의 범위 내에 있다. 또한, IDT 전극(3)이 밀도가 높은 제1 전극층(3a)을 하층으로 하는 적층 금속막에 의해 구성되어 있다. 또한, IDT 전극(3)을 덮도록 산화규소막(6)이 마련되어 있다. 따라서, 탄성파 장치(1)는 저손실이고, 주파수 온도 특성이 뛰어나면서 고차 모드에 의한 스퓨리어스가 생기기 어렵다.
또한, 탄성파 장치(1)에서는 산화규소막(6)이 수소 원자, 수산기 또는 실라놀기를 함유하고 있으므로, IMD(상호 변조 일그러짐)의 열화를 억제할 수 있다.
본 실시형태의 탄성파 장치(1)가 IMD의 열화를 억제할 수 있는 것을 확인하기 위해, 이하와 같은 탄성파 공진자를 설계했다.
압전기판(2)…LiNbO3 기판, 오일러 각(0°, 30, 0°)
제1 전극층(3a)…Pt막, 막 두께: 0.085λ
제2 전극층(3b)…Al막, 막 두께: 0.082λ
IDT 전극(3)…듀티비: 0.5
산화규소막(6)…SiOH기를 함유하는 SiO2막, 막 두께: 0.40λ
탄성파…메인 모드: 레일리파
한편, 산화규소막(6)은 압전기판(2) 상에 IDT 전극(3)을 형성한 후, 스퍼터링에 의해 막을 형성했다. 구체적으로는 Ar과 O2의 혼합 가스에, 기화기를 이용하여 액체에서 기체로 기화시킨 물(H2O)을, 매스 플로우 컨트롤러를 이용하여 유량을 제어하면서 첨가했다. 또한, 스퍼터링 압력은 0.5㎩로 하고, 기판 가열 온도는 220℃로 했다. 결과를 도 30에 나타낸다.
도 30은 본 발명의 한 실시형태에 따른 탄성파 장치(1)의 IMD 특성을 나타내는 도면이다. 한편, 도 30에서는 파선으로, 수소 원자, 수산기 또는 실라놀기를 함유하고 있는 산화규소막(6)을 이용하여 탄성파 공진자를 설계했을 때의 IMD 특성을 나타내고 있다. 또한, 실선으로, 수소 원자, 수산기 또는 실라놀기를 함유하고 있지 않은 산화규소막(6)을 이용하여 탄성파 공진자를 설계했을 때의 IMD 특성을 나타내고 있다. 도 30으로부터, 수소 원자, 수산기 또는 실라놀기를 함유하고 있는 산화규소막(6)을 이용함으로써 IMD 특성이 개선되어 있는 것을 알 수 있다.
한편, 본 실시형태의 탄성파 장치(1)가 저손실이면서 고차 모드에 의한 스퓨리어스가 생기기 어려운 것에 대해서는 도 3~도 29를 참조하여 다음과 같이 설명할 수 있다.
도 3은 Pt막 상에 Al막을 적층한 적층 금속막에서, Al막의 막 두께와 시트 저항의 관계를 나타내는 도면이다. 도 3으로부터 Al막의 막 두께의 증가와 함께, 시트 저항이 작아지고 있는 것을 알 수 있다. 한편, 시트 저항은 Al막의 막 두께가 70㎚(λ=2.0㎛인 경우는 0.035λ, λ=4.0㎛인 경우는 0.0175λ)일 때, 0.5(Ω/sq.)이고, Al막의 막 두께가 175㎚(λ=2.0㎛인 경우는 0.0875λ, λ=4.0㎛인 경우는 0.04375λ)일 때, 0.2(Ω/sq.)이었다. 또한, 시트 저항은 Al막의 막 두께가 350㎚(λ=2.0㎛인 경우는 0.175λ, λ=4.0㎛인 경우는 0.0875λ)일 때, 0.1(Ω/sq.)이었다.
이와 같은 적층 금속막을 탄성파 장치(1)와 같은 디바이스에 이용하는 경우, 디바이스의 손실을 작게 하는 관점에서 시트 저항을 충분히 작게 하는 것이 바람직하다. 구체적으로 시트 저항은 바람직하게는 0.5(Ω/sq.) 이하이고, 보다 바람직하게는 0.2(Ω/sq.) 이하이며, 더 바람직하게는 0.1(Ω/sq.) 이하이다. 따라서, 상기 적층 금속막에서의 Al막의 막 두께는 바람직하게는 70㎚ 이상이고, 보다 바람직하게는 175㎚ 이상이며, 더 바람직하게는 350㎚ 이상이다. 한편, 후술하는 주파수 온도 특성의 열화를 억제하는 관점에서, 상기 적층 금속막에서의 Al막의 막 두께는 0.2λ 이하로 하는 것이 바람직하다.
도 4는 제2 전극층인 Al막의 막 두께와 주파수 온도 계수(TCF)의 관계를 나타내는 도면이다. 한편, 도 4는 도 1 및 도 2에 나타내는 구조에서, 이하와 같이 설계한 탄성파 공진자를 이용했을 때의 결과이다.
압전기판(2)…LiNbO3 기판, 오일러 각(0°, 38°, 0°)
제1 전극층(3a)…Pt막, 막 두께: 0.02λ
제2 전극층(3b)…Al막
IDT 전극(3)…듀티비: 0.50
산화규소막(6)…SiO2막, 막 두께: 0.3λ
탄성파…메인 모드: 레일리파
도 4로부터 Al막의 막 두께가 클수록 TCF가 열화되고 있는 것을 알 수 있다. 구체적으로, 파장 λ가 2.0㎛(주파수: 1.8㎓ 상당)일 때의 Al막의 막 두께에 대한 TCF의 열화량(ΔTCF)은 하기의 표 3과 같이 된다. 또한, 파장 λ가 4.0㎛(주파수: 900㎒ 상당)일 때의 Al막의 막 두께와 TCF의 열화량(ΔTCF)은 하기의 표 4와 같이 된다.
도 5는 산화규소(SiO2)막의 막 두께와 주파수 온도 계수(TCF)의 관계를 나타내는 도면이다. 한편, 도 5는 도 1 및 도 2에 나타내는 구조에서, 이하와 같이 설계한 탄성파 공진자를 이용했을 때의 결과이다.
압전기판(2)…LiNbO3 기판, 오일러 각(0°, 38°, 0°)
제1 전극층(3a)…Pt막, 막 두께: 0.02λ
제2 전극층(3b)…Al막, 막 두께: 0.10λ
IDT 전극(3)…듀티비: 0.50
산화규소막(6)…SiO2막
탄성파…메인 모드: 레일리파
도 5에 나타내는 바와 같이, SiO2막의 막 두께를 두껍게 함에 따라 TCF가 개선되고 있는 것을 알 수 있다. 한편, 이 관계로부터, Al막의 부가에 따른 TCF의 열화분을 보상하기 위해 필요한 SiO2막의 막 두께의 증가분(ΔSiO2)을 구했다. 결과를 하기의 표 3 및 표 4에 나타낸다. 표 3은 파장λ=2.0㎛(주파수: 1.8㎓ 상당)인 경우의 결과이며, 표 4는 파장 λ=4.0㎛(주파수: 900㎒ 상당)인 경우의 결과이다.
Figure pct00003
Figure pct00004
시트 저항을 개선하기 위해 Al막을 마련하는 경우, 충분한 시트 저항값을 얻기 위해서는 10ppm/℃ 이상, 20ppm/℃ 이하 정도의 TCF의 열화를 수반한다. 이 TCF의 열화를 보상하기 위해서는 SiO2막의 막 두께를 파장비로 0.05λ 이상, 0.10λ 이하 정도로 두껍게 할 필요가 있다.
도 6~도 9는 도면마다 SiO2막의 막 두께를 변화시켰을 때에, (a)는 주파수와 파장의 곱으로 나타나는 음속을 변화시켰을 때의 임피던스의 크기를 나타내는 도면이고, (b)는 그 위상 특성을 나타내는 도면이다. 한편, 도 6~도 9에서, SiO2막의 막 두께를 파장으로 규격화한 값은 각각 순서대로 0.26λ, 0.30λ, 0.34λ, 0.38λ이다. 또한, 도 6~도 9는 도 1 및 도 2에 나타내는 구조에서, 이하와 같이 설계한 탄성파 공진자를 이용했을 때의 결과이다.
압전기판(2)…LiNbO3 기판, 오일러 각(0°, 38°, 0°)
제1 전극층(3a)…Pt막, 막 두께: 0.02λ
제2 전극층(3b)…Al막, 막 두께: 0.10λ
IDT 전극(3)…듀티비: 0.50
산화규소막(6)…SiO2막
탄성파…메인 모드: 레일리파
도 6~도 9로부터, SiO2막의 막 두께를 두껍게 함에 따라, 음속 4700m/s 부근에서의 고차 모드의 스퓨리어스가 커져 있는 것을 알 수 있다. 한편, 이 고차 모드의 영향에 의한 디바이스 전체 특성의 열화를 억제하기 위해서는 고차 모드의 최대 위상을 -25° 이하로 할 필요가 있다.
도 10은 SiO2막의 막 두께와 고차 모드의 최대 위상의 관계를 나타내는 도면이다. 한편, 도 10은 도 6~도 9와 동일한 설계의 탄성파 공진자를 이용했을 때의 결과이다.
도 10에 나타내는 바와 같이, SiO2의 막 두께를 0.30λ 이상으로 하면, 고차 모드의 최대 위상이 -25°보다 커져 있는 것을 알 수 있다. 그 때문에, Al막의 부가에 의한 TCF의 열화를 보상하기 위해 SiO2막을 0.30λ 이상으로 하면, 고차 모드가 커져 대역 외 특성이 열화되게 된다. 따라서, 종래, 저손실, TCF의 개선 및 양호한 대역 외 특성을 모두 충족하는 탄성파 장치를 얻을 수 없었다.
도 11~도 15에서, (a)는 압전기판의 오일러 각(0°, θ, 0°)에서 θ를 변화시켰을 때의 임피던스 특성을 나타내는 도면이고, (b)는 그 위상 특성을 나타내는 도면이다. 한편, 도 11~도 15에서 θ는 각각 순서대로 24°, 28°, 32°, 36°, 38°이다. 또한, 도 11~도 15는 도 1 및 도 2에 나타내는 구조에서 이하와 같이 설계한 탄성파 공진자를 이용했을 때의 결과이다. 전극층 및 산화규소막의 막 두께는 파장 λ로 규격화하여 나타내고 있다.
압전기판(2)…LiNbO3 기판, 오일러 각(0°, θ, 0°)
제1 전극층(3a)…Pt막, 막 두께: 0.02λ
제2 전극층(3b)…Al막, 막 두께: 0.10λ
IDT 전극(3)…듀티비: 0.50
산화규소막(6)…SiO2막, 막 두께: 0.40λ
탄성파…메인 모드: 레일리파
도 11~도 15로부터, θ를 작게 함에 따라, 고차 모드의 스퓨리어스가 작아지고 있는 것을 알 수 있다.
또한, 도 16은 오일러 각(0°, θ, 0°)에서 θ와 고차 모드의 최대 위상의 관계를 나타내는 도면이다. 한편, 도 16은 도 11~도 15와 동일한 설계의 탄성파 공진자를 이용했을 때의 결과이다. 도 16으로부터, θ가 8° 이상, 32° 이하일 때 고차 모드의 최대 위상이 -25° 이하로 되어 있는 것을 알 수 있다. 즉, θ가 8° 이상, 32° 이하일 때, SiO2막의 막 두께가 0.40λ로 두꺼워도 고차 모드의 스퓨리어스의 발생을 충분히 억제할 수 있는 것을 알 수 있다. 바람직하게는, 오일러 각의 θ가 12° 이상, 26° 이하인 것이 바람직하고, 그 경우에는 고차 모드의 스퓨리어스를 한층 더 억제할 수 있다.
이와 같이, 본 실시형태의 상기 구성에 더하여, 오일러 각(0°, θ, 0°)에서 θ를 8° 이상, 32° 이하로 함으로써, 저손실, TCF의 개선 및 양호한 대역 외 특성 모두를 충족하는 탄성파 장치를 얻을 수 있다.
물론, 도 11~도 15로부터, θ를 작게 함에 따라 메인의 공진 부근(음속: 3700m/s 부근)에 큰 스퓨리어스가 발생되어 있는 것을 알 수 있다. 이것은, 메인 모드인 레일리파에 더하여, 불요파가 되는 SH파가 여진된 것에 의한 스퓨리어스이다. 이 스퓨리어스는 SH파의 전기기계 결합 계수를 작게 함으로써 억압할 수 있다.
도 17(a)~도 17(c) 및 도 18(a)~도 18(c)는 Pt막의 막 두께를 변화시켰을 때의 오일러 각(0°, θ, 0°)에서의 θ와 SH파의 비대역의 관계를 나타내는 도면이다. 한편, 도 17(a)~도 17(c) 및 도 18(a)~도 18(c)에서 Pt막의 막 두께는 각각 순서대로 0.015λ, 0.025λ, 0.035λ, 0.055λ, 0.065λ, 0.075λ이다. 또한, 도 17 및 도 18은, 도 1 및 도 2에 나타내는 구조에서 이하와 같이 설계한 탄성파 공진자를 이용했을 때의 결과이다.
압전기판(2)…LiNbO3 기판, 오일러 각(0°, θ, 0°)
제1 전극층(3a)…Pt막
제2 전극층(3b)…Al막, 막 두께: 0.10λ
IDT 전극(3)…듀티비: 0.50
산화규소막(6)…SiO2막, 막 두께: 0.35λ
탄성파…메인 모드: 레일리파
한편, 비대역(%)은 비대역(%)={(반공진 주파수-공진 주파수)/공진 주파수}×100으로 구했다. 비대역(%)은 전기기계 결합 계수(K2)와 비례 관계에 있다.
도 17(a)~도 17(c)로부터, Pt막의 막 두께가 0.015λ~0.035λ의 범위에서는 Pt막의 막 두께가 두꺼워짐에 따라, SH파의 전기기계 결합 계수가 극소값이 되는 θ가 커져 있는 것을 알 수 있다. 한편, 도 18(a)로부터, Pt막의 막 두께가 0.055λ일 때, SH파의 전기기계 결합 계수가 극소값이 되는 θ가 27°로 작아져 있는 것을 알 수 있다. 또한, 도 18(b)로부터, Pt막의 막 두께가 0.065λ일 때, θ가 29°인 것을 알 수 있다. 또한, 도 18(c)로부터, Pt막의 막 두께가 0.075λ일 때, θ가 30°인 것을 알 수 있다.
따라서, 상기 고차 모드의 스퓨리어스를 충분히 억제할 수 있는 오일러 각(θ)을 32° 이하로 하기 위해서는 적어도 Pt막의 막 두께를 0.035λ보다 크게 할 필요가 있는 것을 알 수 있다.
한편, Pt막의 막 두께가 0.035λ~0.055λ 사이에서, SH파의 전기기계 결합 계수의 극소값이 크게 변화되는 이유에 대해서는 도 19를 이용하여 설명할 수 있다.
도 19는 Pt막의 막 두께와, 레일리파 및 SH파의 음속의 관계를 나타내는 도면이다. 도면 중 실선은 메인 모드인 레일리파의 결과를 나타내고 있고, 파선은 불요파가 되는 SH파의 결과를 나타내고 있다. 또한, 세로축은 음속(Vsaw)을 나타내고 있다(도 21~도 25도 마찬가지로 함). 한편, 도 19는 도 1 및 도 2에 나타내는 구조에서, 이하와 같이 설계한 탄성파 공진자를 이용했을 때의 결과이다.
압전기판(2)…LiNbO3 기판, 오일러 각(0°, 28°, 0°)
제1 전극층(3a)…Pt막
제2 전극층(3b)…Al막, 막 두께: 0.10λ
IDT 전극(3)…듀티비: 0.60
산화규소막(6)…SiO2막, 막 두께: 0.35λ
탄성파…메인 모드: 레일리파
도 19로부터, Pt막의 막 두께가 0.047λ보다 작을 때, 레일리파의 음속＜SH파의 음속인 것을 알 수 있다. 한편, 0.047λ 이상에서는, SH파의 음속＜레일리파의 음속으로 되어 있는 것을 알 수 있다. 이로부터, Pt막의 막 두께가 0.047λ일 때를 경계로 SH파와 레일리파의 음속 관계가 변화되고, 그 결과 SH파의 전기기계 결합 계수가 극소값이 되는 θ가 낮아져 있는 것을 알 수 있다. 즉, Pt막의 막 두께가 0.047λ 이상일 때, θ를 32° 이하로 할 수 있으면서 SH파의 전기기계 결합 계수를 극소로 할 수 있다.
따라서, 본 발명에서는, 제1 전극층(3a)의 막 두께는 SH파의 음속이 레일리파의 음속보다 낮아지는 바와 같은 두께로 되어 있는 것이 바람직하다. 구체적으로, 제1 전극층(3a)으로서 Pt막을 사용하는 경우는 Pt막의 막 두께가 0.047λ 이상인 것이 바람직하다. 이 경우, SH파의 전기기계 결합 계수를 작게 할 수 있고, 통과 대역 근방(음속: 3700m/s 부근)의 불요파의 발생을 억제할 수 있다. 한편, 전극의 합계 두께가 두꺼워지면 전극의 애스펙트 비가 커지고, 형성이 곤란해지기 때문에, Al을 포함시킨 전극의 합계 막 두께는 0.25 이하인 것이 바람직하다.
도 21은 W막의 막 두께와, 레일리파 및 SH파의 음속의 관계를 나타내는 도면이다. 도면 중 실선은 메인 모드인 레일리파의 결과를 나타내고 있고, 파선은 불요파가 되는 SH파의 결과를 나타내고 있다. 한편, 도 21은 제1 전극층(3a)으로서 W막을 소정의 두께로 형성한 것 이외에는 도 19와 마찬가지로 하여 설계한 탄성파 공진자를 이용했을 때의 결과이다.
도 21로부터, W막을 이용하는 경우는 W막의 막 두께가 0.062λ일 때를 경계로 레일리파의 음속과 SH파의 음속이 역전되어 있는 것을 알 수 있다. 그 때문에, W막을 이용하는 경우는 W막의 막 두께가 0.062λ 이상일 때, 오일러 각(θ)을 32° 이하로 할 수 있으면서 전기기계 결합 계수를 극소로 할 수 있다.
따라서, 제1 전극층(3a)으로서 W막을 이용하는 경우는 W막의 막 두께가 0.062λ 이상인 것이 바람직하다. 이 경우, SH파의 전기기계 결합 계수를 작게 할 수 있고, 통과 대역 근방(음속: 3700m/s 부근)의 불요파의 발생을 억제할 수 있다.
도 22는 Mo막의 막 두께와, 레일리파 및 SH파의 음속의 관계를 나타내는 도면이다. 도면 중 실선은 메인 모드인 레일리파의 결과를 나타내고 있고, 파선은 불요파가 되는 SH파의 결과를 나타내고 있다. 한편, 도 22는 제1 전극층(3a)으로서 Mo막을 소정의 두께로 형성한 것 이외에는 도 19와 마찬가지로 하여 설계한 탄성파 공진자를 이용했을 때의 결과이다.
도 22로부터, Mo막을 이용하는 경우는 Mo막의 막 두께가 0.144λ일 때를 경계로 레일리파의 음속과 SH파의 음속이 역전되어 있는 것을 알 수 있다. 그 때문에, Mo막을 이용하는 경우는 Mo막의 막 두께가 0.144λ 이상일 때, 오일러 각(θ)을 32° 이하로 할 수 있으면서 전기기계 결합 계수를 극소로 할 수 있다.
따라서, 제1 전극층(3a)으로서 Mo막을 이용하는 경우는 Mo막의 막 두께가 0.144λ 이상인 것이 바람직하다. 이 경우, SH파의 전기기계 결합 계수를 작게 할 수 있고, 통과 대역 근방의 불요파의 발생을 억제할 수 있다.
도 23은 Ta막의 막 두께와, 레일리파 및 SH파의 음속의 관계를 나타내는 도면이다. 도면 중 실선은 메인 모드인 레일리파의 결과를 나타내고 있고, 파선은 불요파가 되는 SH파의 결과를 나타내고 있다. 한편, 도 23은, 제1 전극층(3a)으로서 Ta막을 소정의 두께로 형성한 것 이외에는 도 19와 마찬가지로 하여 설계한 탄성파 공진자를 이용했을 때의 결과이다.
도 23으로부터, Ta막을 이용하는 경우는 Ta막의 막 두께가 0.074λ일 때를 경계로 레일리파의 음속과 SH파의 음속이 역전되어 있는 것을 알 수 있다. 그 때문에, Ta막을 이용하는 경우는 Ta막의 막 두께가 0.074λ 이상일 때, 오일러 각(θ)을 32° 이하로 할 수 있으면서 전기기계 결합 계수를 극소로 할 수 있다.
따라서, 제1 전극층(3a)으로서 Ta막을 이용하는 경우는 Ta막의 막 두께가 0.074λ 이상인 것이 바람직하다. 이 경우, SH파의 전기기계 결합 계수를 작게 할 수 있고, 통과 대역 근방의 불요파의 발생을 억제할 수 있다.
도 24는 Au막의 막 두께와, 레일리파 및 SH파의 음속의 관계를 나타내는 도면이다. 도면 중 실선은 메인 모드인 레일리파의 결과를 나타내고 있고, 파선은 불요파가 되는 SH파의 결과를 나타내고 있다. 한편, 도 24는 제1 전극층(3a)으로서 Au막을 소정의 두께로 형성한 것 이외에는 도 19와 마찬가지로 하여 설계한 탄성파 공진자를 이용했을 때의 결과이다.
도 24로부터, Au막을 이용하는 경우는 Au막의 막 두께가 0.042λ일 때를 경계로 레일리파의 음속과 SH파의 음속이 역전되어 있는 것을 알 수 있다. 그 때문에, Au막을 이용하는 경우는 Au막의 막 두께가 0.042λ 이상일 때, 오일러 각(θ)을 32° 이하로 할 수 있으면서 전기기계 결합 계수를 극소로 할 수 있다.
따라서, 제1 전극층(3a)으로서 Au막을 이용하는 경우는 Au막의 막 두께가 0.042λ 이상인 것이 바람직하다. 이 경우, SH파의 전기기계 결합 계수를 작게 할 수 있고, 통과 대역 근방의 불요파의 발생을 억제할 수 있다.
도 25는 Cu막의 막 두께와, 레일리파 및 SH파의 음속의 관계를 나타내는 도면이다. 도면 중 실선은 메인 모드인 레일리파의 결과를 나타내고 있고, 파선은 불요파가 되는 SH파의 결과를 나타내고 있다. 한편, 도 25는 제1 전극층(3a)으로서 Cu막을 소정의 두께로 형성한 것 이외에는 도 19와 마찬가지로 하여 설계한 탄성파 공진자를 이용했을 때의 결과이다.
도 25로부터, Cu막을 이용하는 경우는 Cu막의 막 두께가 0.136λ일 때를 경계로 레일리파의 음속과 SH파의 음속이 역전되어 있는 것을 알 수 있다. 그 때문에, Cu막을 이용하는 경우는 Cu막의 막 두께가 0.136λ 이상일 때, 오일러 각(θ)을 32° 이하로 할 수 있으면서 전기기계 결합 계수를 극소로 할 수 있다.
따라서, 제1 전극층(3a)으로서 Cu막을 이용하는 경우는 Cu막의 막 두께가 0.136λ 이상인 것이 바람직하다. 이 경우, SH파의 전기기계 결합 계수를 작게 할 수 있고, 통과 대역 근방의 불요파의 발생을 억제할 수 있다.
도 26~도 28에서 (a)는 듀티비를 변화시켰을 때의 임피던스 특성을 나타내는 도면이고, (b)는 그 위상 특성을 나타내는 도면이다. 한편, 도 26~도 28에서 듀티비가 각각 순서대로 0.50, 0.60 및 0.70일 때의 결과이다. 또한, 도 26~도 28은, 도 1 및 도 2에 나타내는 구조에서 다음과 같이 설계한 탄성파 공진자를 이용했을 때의 결과이다.
압전기판(2)…LiNbO3 기판, 오일러 각(0°, 28°, 0°)
제1 전극층(3a)…Pt막, 막 두께: 0.06λ
제2 전극층(3b)…Al막, 막 두께: 0.10λ
산화규소막(6)…SiO2막, 막 두께: 0.32λ
탄성파…메인 모드: 레일리파
도 26~도 28로부터, 듀티비가 클수록 고차 모드의 스퓨리어스가 억제되어 있는 것을 알 수 있다.
도 29는 IDT 전극의 듀티비와 고차 모드의 최대 위상의 관계를 나타내는 도면이다. 한편, 도 29는 도 26~도 28과 동일한 설계의 탄성파 공진자를 이용했을 때의 결과이다. 도 29로부터, 듀티비가 0.48 이상일 때, 고차 모드의 최대 위상이 -25° 이하로 되어 있는 것을 알 수 있다. 또한, 듀티비가 0.55 이상에서는 고차 모드의 최대 위상이 -60° 이하로 되어 있는 것을 알 수 있다. 따라서, 고차 모드의 스퓨리어스를 한층 더 억제하는 관점에서, IDT 전극(3)의 듀티비는 0.48 이상인 것이 바람직하고, 0.55 이상인 것이 보다 바람직하다. 한편, 듀티비가 커지면 인접하는 전극지 간의 갭이 작아지기 때문에 듀티비는 0.80 이하인 것이 바람직하다.
다음으로, 이상에 입각하여, 도 1 및 도 2에 나타내는 구조에서 이하와 같은 탄성파 공진자를 설계했다.
압전기판(2)…LiNbO3 기판, 오일러 각(0°, 28°, 0°)
제1 전극층(3a)…Pt막, 막 두께: 0.06λ
제2 전극층(3b)…Al막, 막 두께: 0.10λ
IDT 전극(3)…듀티비: 0.50
산화규소막(6)…SiO2막, 막 두께: 0.40λ
탄성파…메인 모드: 레일리파
도 20(a)는 상기와 같이 설계한 탄성파 공진자를 이용한 탄성파 장치의 임피던스 특성을 나타내는 도면이고, 도 20(b)는 그 위상 특성을 나타내는 도면이다.
도 20(a) 및 도 20(b)로부터, 본 탄성파 공진자를 이용한 탄성파 장치에서는 고차 모드 및 SH파의 스퓨리어스가 억제되어 있는 것을 알 수 있다. 또한, 본 탄성파 공진자를 이용한 탄성파 장치는 Al막의 두께가 충분히 두껍기 때문에 저손실이다. 또한, 본 탄성파 공진자를 이용한 탄성파 장치에서는 TCF는 -20.7ppm/℃이며, TCF도 양호했다.
이상으로부터, 저손실, TCF의 개선, 또한 고차 모드의 스퓨리어스 억제 및 통과 대역 근방의 불요파의 억제 모두를 충족하는 탄성파 장치를 제작할 수 있는 것을 확인할 수 있었다.
한편, 도 3~도 29는 오일러 각(0°, θ, 0°)의 결과를 나타내고 있는데, 오일러 각(0°±5°, θ, 0°±10°)의 범위에서도 동일한 결과가 얻어지는 것을 확인할 수 있다.
또한, 수소 원자, 수산기 또는 실라놀기를 함유하는 산화규소막(6)을 사용한 경우도 주파수 온도 특성을 한층 더 개선할 수 있고, 다른 특성에 대해서도 동등한 결과가 얻어지는 것을 확인하기 위해 이하와 같은 탄성파 공진자를 설계했다.
압전기판(2)…LiNbO3 기판, 오일러 각(0°, 30, 0°)
제1 전극층(3a)…Pt막, 막 두께: 0.085λ
제2 전극층(3b)…Al막, 막 두께: 0.082λ
IDT 전극(3)…듀티비: 0.50
산화규소막(6)…수소 원자, 수산기 또는 실라놀기를 함유하는 SiO2막, 막 두께: 0.40λ
탄성파…메인 모드: 레일리파
한편, 산화규소막(6)은 압전기판(2) 상에 IDT 전극(3)을 형성한 후, 스퍼터링에 의해 막을 형성했다. 구체적으로는, Ar과 O2의 혼합 가스에, 기화기를 이용하여 액체에서 기체로 기화시킨 물(H2O)을, 매스 플로우 컨트롤러를 이용하여 유량을 제어하면서 챔버 내의 H2O 분압을 0.5% ~20%가 될 때까지 첨가했다. 또한, 스퍼터링 압력은 0.5㎩로 하고, 기판 가열 온도는 220℃로 했다.
설계한 탄성파 공진자에서, TCF, 임피던스 Z비, 및 비대역을 측정했다. 결과를 표 5에 나타낸다. 한편, 표 5에서는 비교를 위해 수소 원자, 수산기 또는 실라놀기를 함유하고 있지 않은 산화규소막(6)을 이용했을 때의 결과를 함께 나타내고 있다.
Figure pct00005
표 5의 결과로부터, 산화규소막(6)이 수소 원자, 수산기 또는 실라놀기를 함유하고 있는 경우에도 저손실이고 주파수 온도 특성이 뛰어나며, 고차 모드에 의한 스퓨리어스가 생기기 어려운 탄성파 공진자가 얻어지는 것을 알 수 있다.
(고주파 프론트 엔드 회로, 통신 장치)
상기 실시형태의 탄성파 장치는 고주파 프론트 엔드 회로의 듀플렉서 등으로 이용할 수 있다. 이 예를 하기에서 설명한다.
도 31은 통신 장치 및 고주파 프론트 엔드 회로의 구성도이다. 한편, 같은 도면에는 고주파 프론트 엔드 회로(230)와 접속되는 각 구성 요소, 예를 들면, 안테나 소자(202)나 RF 신호 처리 회로(RFIC)(203)도 함께 도시되어 있다. 고주파 프론트 엔드 회로(230) 및 RF 신호 처리 회로(203)는 통신 장치(240)를 구성하고 있다. 한편, 통신 장치(240)는 전원, CPU나 디스플레이를 포함하고 있어도 된다.
고주파 프론트 엔드 회로(230)는 스위치(225)와 듀플렉서(201A, 201B)와 필터(231, 232)와 로우 노이즈 앰프 회로(214, 224)와 파워 앰프 회로(234a, 234b, 244a, 244b)를 포함한다. 한편, 도 31의 고주파 프론트 엔드 회로(230) 및 통신 장치(240)는 고주파 프론트 엔드 회로 및 통신 장치의 일례이며, 이 구성에 한정되는 것은 아니다.
듀플렉서(201A)는 필터(211, 212)를 가진다. 듀플렉서(201B)는 필터(221, 222)를 가진다. 듀플렉서(201A, 201B)는 스위치(225)를 통해 안테나 소자(202)에 접속된다. 한편, 상기 탄성파 장치는 듀플렉서(201A, 201B)이어도 되고, 필터(211, 212, 221, 222)이어도 된다. 상기 탄성파 장치는 듀플렉서(201A, 201B)나 필터(211, 212, 221, 222)를 구성하는 탄성파 공진자이어도 된다.
또한, 상기 탄성파 장치는, 3개의 필터의 안테나 단자가 공통화된 트리플렉서나 6개의 필터의 안테나 단자가 공통화된 헥사플렉서 등, 3 이상의 필터를 포함하는 멀티플렉서에 대해서도 적용할 수 있다.
즉, 상기 탄성파 장치는 탄성파 공진자, 필터, 듀플렉서, 3 이상의 필터를 포함하는 멀티플렉서를 포함한다. 그리고 상기 멀티플렉서는 송신 필터 및 수신 필터 쌍방을 포함하는 구성에 한정되지 않고, 송신 필터만 또는 수신 필터만 포함하는 구성이어도 상관없다.
스위치(225)는, 제어부(도시하지 않음)로부터의 제어 신호에 따라 안테나 소자(202)와 소정의 밴드에 대응하는 신호 경로를 접속하고, 예를 들면, SPDT(Single Pole Double Throw)형 스위치에 의해 구성된다. 한편, 안테나 소자(202)와 접속되는 신호 경로는 1개에 한정되지 않고 복수개이어도 된다. 즉, 고주파 프론트 엔드 회로(230)는 케리어 어그리게이션에 대응하고 있어도 된다.
로우 노이즈 앰프 회로(214)는 안테나 소자(202), 스위치(225) 및 듀플렉서(201A)를 경유한 고주파 신호(여기서는 고주파 수신 신호)를 증폭시키고, RF 신호 처리 회로(203)에 출력하는 수신 증폭 회로이다. 로우 노이즈 앰프 회로(224)는, 안테나 소자(202), 스위치(225) 및 듀플렉서(201B)를 경유한 고주파 신호(여기서는 고주파 수신 신호)를 증폭시키고, RF 신호 처리 회로(203)에 출력하는 수신 증폭 회로이다.
파워 앰프 회로(234a, 234b)는, RF 신호 처리 회로(203)로부터 출력된 고주파 신호(여기서는 고주파 송신 신호)를 증폭시키고, 듀플렉서(201A) 및 스위치(225)를 경유하여 안테나 소자(202)에 출력하는 송신 증폭 회로이다. 파워 앰프 회로(244a, 244b)는, RF 신호 처리 회로(203)로부터 출력된 고주파 신호(여기서는 고주파 송신 신호)를 증폭시키고, 듀플렉서(201B) 및 스위치(225)를 경유하여 안테나 소자(202)에 출력하는 송신 증폭 회로이다.
RF 신호 처리 회로(203)는, 안테나 소자(202)로부터 수신 신호 경로를 통해 입력된 고주파 수신 신호를 다운 컨버트 등에 의해 신호 처리하고, 상기 신호 처리하여 생성된 수신 신호를 출력한다. 또한, RF 신호 처리 회로(203)는, 입력된 송신 신호를 업 컨버트 등에 의해 신호 처리하고, 상기 신호 처리하여 생성된 고주파 송신 신호를 로우 노이즈 앰프 회로(224)에 출력한다. RF 신호 처리 회로(203)는 예를 들면, RFIC이다. 한편, 통신 장치는 BB(베이스 밴드)IC를 포함하고 있어도 된다. 이 경우, BBIC는 RFIC로 처리된 수신 신호를 신호 처리한다. 또한, BBIC는 송신 신호를 신호 처리하고, RFIC에 출력한다. BBIC가 신호 처리하기 전의 송신 신호는 예를 들면, 화상 신호나 음성 신호 등이다. 한편, 고주파 프론트 엔드 회로(230)는 상술한 각 구성 요소 사이에 다른 회로 소자를 포함하고 있어도 된다.
한편, 고주파 프론트 엔드 회로(230)는 상기 듀플렉서(201A, 201B) 대신에 듀플렉서(201A, 201B)의 변형예에 따른 듀플렉서를 포함하고 있어도 된다.
한편, 통신 장치(240)에서의 필터(231, 232)는, 로우 노이즈 앰프 회로(214, 224) 및 파워 앰프 회로(234a, 234b, 244a, 244b)를 개재하지 않고, RF 신호 처리 회로(203)와 스위치(225) 사이에 접속되어 있다. 필터(231, 232)도 듀플렉서(201A, 201B)와 마찬가지로, 스위치(225)를 통해 안테나 소자(202)에 접속된다.
이상과 같이 구성된 고주파 프론트 엔드 회로(230) 및 통신 장치(240)에 의하면, 본 발명의 탄성파 장치인, 탄성파 공진자, 필터, 듀플렉서, 3 이상의 필터를 포함하는 멀티플렉서 등을 포함함으로써, 저손실로 하고, 주파수 온도 특성을 개선하며, 고차 모드에 의한 스퓨리어스를 생기기 어렵게 할 수 있으면서 IMD의 열화를 억제할 수 있다.
이상, 본 발명의 실시형태에 따른 탄성파 장치, 고주파 프론트 엔드 회로 및 통신 장치에 대해 실시형태 및 그 변형예를 들어 설명했는데, 본 발명은, 상기 실시형태 및 변형예에서의 임의의 구성 요소를 조합하여 실현되는 다른 실시형태나, 상기 실시형태에 대하여 본 발명의 주지를 일탈하지 않는 범위에서 당업자가 생각해내는 각종 변형을 실시하여 얻어지는 변형예나, 본 발명에 따른 고주파 프론트 엔드 회로 및 통신 장치를 내장한 각종 기기도 본 발명에 포함된다.
본 발명은, 탄성파 공진자, 필터, 멀티밴드 시스템에 적용할 수 있는 멀티플렉서, 프론트 엔드 회로 및 통신 장치로서, 휴대전화 등의 통신기기에 널리 이용할 수 있다.
1: 탄성파 장치 2: 압전기판
2a: 주면 3: IDT 전극
3a, 3b: 제1, 제2 전극층 4, 5: 반사기
6: 산화규소막 201A, 201B: 듀플렉서
202: 안테나 소자 203: RF 신호 처리 회로
211, 212: 필터 214: 로우 노이즈 앰프 회로
221, 222: 필터 224: 로우 노이즈 앰프 회로
225: 스위치 230: 고주파 프론트 엔드 회로
231, 232: 필터 234a, 234b: 파워 앰프 회로
240: 통신 장치 244a, 244b: 파워 앰프 회로

Claims (11)

  1. 압전기판과,
    상기 압전기판 상에 마련된 IDT 전극과,
    상기 압전기판 상에서, 상기 IDT 전극을 덮도록 마련되어 있는 산화규소막을 포함하고,
    상기 IDT 전극이,
    제1 전극층과,
    상기 제1 전극층 상에 적층된 제2 전극층을 가지며,
    상기 제1 전극층이, 상기 제2 전극층을 구성하고 있는 금속 및 상기 산화규소막을 구성하고 있는 산화규소보다도 밀도가 높은 금속 혹은 합금에 의해 구성되어 있고,
    상기 압전기판이 LiNbO3에 의해 구성되어 있고, 상기 압전기판의 오일러 각(0°±5°, θ, 0°±10°)에서 θ가 8° 이상, 32° 이하의 범위 내에 있으며,
    상기 산화규소막이 수소 원자, 수산기 또는 실라놀기를 함유하고 있는, 탄성파 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 탄성파 장치는 레일리파를 이용하고 있고,
    상기 제1 전극층의 두께가, SH파의 음속이 상기 레일리파의 음속보다 느려지는 두께로 되어 있는, 탄성파 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1 전극층이, Pt, W, Mo, Ta, Au, Cu 및 이들 금속을 주성분으로 하는 합금으로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 1종인, 탄성파 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 IDT 전극의 전극지 피치로 정해지는 파장을 λ로 했을 때에, 상기 제1 전극층의 두께가, 하기 표 1에 나타내는 상기 제1 전극층의 재료에 따라 하기 표 1에 나타내는 두께로 되어 있는, 탄성파 장치.
    [표 1]
    Figure pct00006
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 전극층이, Al, Cu, 또는 Al 혹은 Cu를 주성분으로 하는 합금에 의해 구성되어 있는, 탄성파 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 IDT 전극의 전극지 피치로 정해지는 파장을 λ로 했을 때에, 상기 제2 전극층의 두께가 0.0175λ 이상인, 탄성파 장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 IDT 전극의 전극지 피치로 정해지는 파장을 λ로 했을 때에 상기 산화규소막의 두께가 0.30λ 이상인, 탄성파 장치.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 IDT 전극의 듀티비가 0.48 이상인, 탄성파 장치.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 IDT 전극의 듀티비가 0.55 이상인, 탄성파 장치.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 기재된 탄성파 장치와,
    파워 앰프를 포함하는, 고주파 프론트 엔드 회로.
  11. 제10항에 기재된 고주파 프론트 엔드 회로와,
    RF 신호 처리 회로를 포함하는, 통신 장치.
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