TWI740108B

TWI740108B - 彈性表面波裝置

Info

Publication number: TWI740108B
Application number: TW108106293A
Authority: TW
Inventors: 平塚祐也; 廣田和博
Original assignee: 日商Ｎｄｋ聲表濾波器股份有限公司
Priority date: 2018-02-27
Filing date: 2019-02-25
Publication date: 2021-09-21
Also published as: US20190267966A1; CN110198159A; CN110198159B; US11296672B2; JP7080671B2; JP2019149724A; TW201937767A

Abstract

本發明提供一種彈性表面波裝置，關於包含頻率溫度特性的各特性為良好。彈性表面波裝置包含：晶體層；非晶氧化矽層，層疊於所述晶體層上；壓電層，層疊於所述非晶氧化矽層上；以及梳形電極，形成於所述壓電層上，用於在所述壓電層上激勵彈性表面波。當將所述彈性表面波的波長設為λ時， 0.1 ≤ 所述非晶氧化矽層的厚度/λ ≤1， 0.08 ＜壓電層的厚度/λ ≤1。

Description

彈性表面波裝置

本發明是有關於一種利用彈性表面波（surface acoustic wave, SAW）的彈性表面波裝置。

隨著近年來手機等移動體通信系統的進化，具有窄頻帶且急劇的衰減特性的SAW濾波器的要求增強。因此，已公開有用於對機電耦合係數k² 或頻率溫度特性的指標即頻率溫度係數（Temperature Coefficients of Frequency, TCF）獲得良好的值的各種改善方法。作為其改善方法，已公開有利用使波長程度的厚度的壓電基板與高音速基板貼合而成的基板構成SAW濾波器的方法。這種利用經貼合的基板的方法，不但作為改善SAW濾波器的特性的方法，而且作為改善SAW共振器等的其它彈性表面波裝置的特性的方法，而廣為人知。

在非專利文獻1中，示出了一種使用如下的基板的SAW共振器，所述基板是將42°Y-X LiTaO₃ 基板、非晶（amorphous）SiO₂ 膜、AlN基板及Si層從上方起依此順序貼合而成。所述非專利文獻1記載了如下的主旨：通過設為這種構成，通過非晶SiO₂ 的溫度補償效應、高音速基板即AlN的振動能量的封閉及利用Si的散熱，而與利用42°Y-X LiTaO₃ 基板單體構成SAW共振器的情況相比，對Q值、k² 及TCF的各特性進行改善。但是，需要針對這些特性，以更簡單的結構加以改善。

並且，在非專利文獻2中，公開了利用將36°Y-X LiTaO₃ 基板、AT-90°X的晶體基板從上方起依此順序接合而成的基板（為了便於說明，設為LT晶體接合基板）構成漏聲表面波（Leaky surface acoustic wave, LSAW）共振器的技術，通過利用所述LT晶體接合基板，而能夠與利用LiTaO₃ 基板單體構成LSAW共振器的情況相比，對Q值、k² 及TCF進行改善。關於包含以上所述的LT晶體接合基板的LSAW共振器，當所述LiTaO₃ 的基板的厚度/λ＝0.15，形成於所述LiTaO₃ 基板上的Al（鋁）的梳形電極（叉指換能器（Inter Digital Transducer, IDT））的厚度/λ＝0.09時，共振的Q值為12050，相對帶寬為5.7%。再者，λ為彈性表面波的波長。以LiTaO₃ 基板單體構成LSAW共振器時的共振的Q值為1350，相對帶寬為4.4%，因此，通過使用LT晶體接合基板，而使得Q值大幅上升，相對帶寬也上升。

這些Q值及相對帶寬是在一個週期份的IDT的兩側，作為週期邊界條件，在所述IDT的底面上分別假設了完全匹配層的條件下，利用有限元法（finite element method, FEM）計算出無限週期結構的結果。並且，關於TCF，雖然沒有明確示出，但是可認為在基板表面短路的條件下的計算值為±2ppm/℃左右。然而，如果針對所述LT晶體接合基板，設為在基板上設置有IDT的條件，那麼可知TCF會朝負方向偏移而變差。並且，當將所述LSAW共振器的IDT的相關厚度增至比較大時，共振頻率的TCF、反共振頻率的TCF分別會變差。為了防止這些TCF的值變差，必須進一步減小LiTaO₃ 基板的厚度，但是如果減小LiTaO₃ 基板的厚度，k² 就會變差。因此，關於這種使用LT晶體接合基板的構成的裝置，也難以將各特性設為良好的值。

且說，作為包含所述非晶SiO₂ （氧化矽）膜的SAW裝置，也記載於專利文獻1中。在所述專利文獻1中，示出了將單結晶壓電基板、非晶SiO₂ 的無機薄膜層、晶體從上方起依此順序層疊而構成表面彈性波元件的技術，並示出所述無機薄膜層是為了擷取單結晶壓電基板與晶體的接合界面上的塵土而設置，設為1/2波長以下。在所述專利文獻1中，還記載了不設置無機薄膜層，使單結晶壓電基板與晶體直接貼合而構成表面彈性波元件的技術，此時，示出了為了以200MHz使設置於單結晶壓電基板上的梳形電極激勵，將所述單結晶壓電基板的相關厚度設為1/4波長～3波長。

但是，如發明的實施方式中所示，通過本發明人的驗證，已確認裝置的特性因單結晶壓電基板及非晶SiO₂ 膜的各自的厚度的組合而發生變化，在專利文獻1中，關於各層的厚度，針對適當的各厚度的組合並未進行探討。此外，如上所述，專利文獻1的SAW裝置是在200MHz下使用，關於在GHz頻帶下使用時的適當的構成，並無啟示。

[現有技術文獻] [專利文獻] 專利文獻1：日本專利特開平6-326553號公報

[非專利文獻] 非專利文獻1：高井勉等《用於微聲組件的難以置信的高效能SAW技術及其應用（特邀）》超聲研討會（2017）（Tsutomu Takaietal. “I.H.P.SAW Technology and its Application to Microacoustic Components（Invited）、”Ultrasonic Symp.（2017））非專利文獻2：利用LiNbO₃ ·LiTaO₃ 薄板與晶體基板的接合的漏（Leaky）系SAW的高耦合化第四十六次EM研討會EM46-2-02

[發明所要解決的問題] 本發明是鑒於所述情況而完成的，其目的在於，提供一種彈性表面波裝置，關於包含頻率溫度特性的各特性為良好。

[解決問題的技術手段] 本發明的彈性表面波裝置，包括：晶體層；非晶氧化矽層，層疊於所述晶體層上；壓電層，層疊於所述非晶氧化矽層上；以及梳形電極，形成於所述壓電層上，用於在所述壓電層上激勵彈性表面波；其中，當將所述彈性表面波的波長設為λ時， 0.1 ≤ 所述非晶氧化矽層的厚度/λ ≤ 1， 0.08 ＜壓電層的厚度/λ ≤ 1。

本發明的另一彈性表面波裝置，包括：晶體層；非晶氧化矽層，層疊於所述晶體層上；壓電層，層疊於所述非晶氧化矽層上；以及梳形電極，形成於所述壓電層上，用於在所述壓電層上激勵2GHz以上的彈性表面波；其中，當將所述彈性表面波的波長設為λ時，所述非晶氧化矽層的厚度/λ ≤ 1。

[發明的效果] 根據本發明，通過針對依次層疊了晶體層、非晶氧化矽層、壓電層、梳形電極的彈性表面波裝置，將非晶氧化矽層的厚度、壓電層的厚度設為適當的值而獲得良好的特性。並且，通過針對激勵2GHz以上的彈性表面波的彈性表面波裝置，將非晶氧化矽層的厚度設為適當的值，可以形成為頻率溫度特性及其它各特性良好的裝置。

圖1表示本發明的彈性表面波裝置的一個實施方式，亦即，將多個彈性表面波（surface acoustic wave, SAW）共振子1組合成梯型的梯型濾波器10。在所述梯型濾波器10中，在輸入埠11與輸出埠12之間將三個SAW共振子1以相互串聯的方式分別配置成串聯臂，在這些SAW共振子1、1之間將一個SAW共振子1分別並聯地連接成並聯臂。再者，簡化地描繪各SAW共振子1。圖1中的13是接地埠。圖1中的14是將各個SAW共振子1、1彼此或將SAW共振器1與各埠11、12、13加以電性連接的引回電極。

SAW共振子1包括：IDT電極15、以及在彈性表面波（以下稱為“彈性波”）的傳輸方向上形成於所述IDT電極15的兩側的反射器16、16。IDT電極15包括：一對匯流條（busbar）17、17，以沿彈性波的傳輸方向分別延伸，並且在與彈性波的傳輸方向相互正交的方向上相離的方式而配置；以及多條電極指18，在這些匯流條17、17之間以相互交叉的方式形成為梳齒狀。IDT電極15中，從一對匯流條17、17之中一側的匯流條17延伸的電極指18、及與所述電極指18鄰接而從另一側的匯流條17延伸的電極指18沿彈性波的傳輸方向交替配置而形成正規型電極。圖1中的21是反射器匯流條，22是反射器電極指。有時將IDT電極15、反射器16、引回電極14、各埠11、12、13、反射器匯流條21及反射器電極指22記作電極膜23。所述電極膜23例如由Al（鋁）構成，形成於基板3上。

圖2是圖1的II-II向視剖面，表示IDT電極15的電極指18及基板3的縱剖側面。如所述圖2所示，包括相互鄰接的兩根電極指18、18的各自的寬度尺寸及所述電極指18、18之間的間隔尺寸的週期長度，對應於在基板3上傳輸的彈性波的頻率。具體地說，所述週期長度與所需的頻率下的彈性波的波長λ尺寸相同。在所述示例中，以在基板3的表面上傳輸的SH型的彈性表面波的頻率f成為2GHz以上的方式，構成週期長度λ。具體地說，當將所述彈性表面波的速度設為Vs時，f＝Vs/λ，因此，例如當Vs為4000 m/秒時，λ設定為2 μm以下。

基板3是從下方側起依次層疊晶體層31、非晶SiO₂ 層32、壓電層（壓電基板）即LiTaO₃ （以下，有時記作LT）層33而構成，在壓電層33上層疊著以上所述的電極膜23。關於壓電層33，在所述示例中是由36°旋轉Y切割-X軸傳播LiTaO₃ （36°Y-X LiTaO₃ ）構成。作為晶體層（晶體基板）31，是由經AT切割且90°X軸傳輸的晶體構成。如果以後文詳述的歐拉角來表述，則是（φ, θ, ψ）＝（0°, 125.25°, 90°）。

再者，關於所述晶體層31，只要選擇能夠通過與壓電層33接合，來抑制基板3的表面的能量作為體波漏出而使Q值下降的方位的晶體層即可，並不限於所述歐拉角的晶體層。後文將對調查所述晶體層31的方位與裝置的Q值的關聯性的實驗進行說明。並且，關於晶體層31，對晶片的表面及背面進行區分而考慮φ＝0°、θ＝-54.75°及φ＝0°，θ＝125.25°，但是由於結晶的對稱性而具有同等的性質，所以，關於θ＝125.25°的晶體層31，作為AT切割的代表來表示。並且，關於角度ψ，也由於180°的對稱性，所以φ＝0°、θ＝-54.75°、ψ＝90°與φ＝0°、θ＝-54.75°、ψ＝-90°具有相互同等的性質，此外，使這些對稱性（θ, ψ）組合而成者也具有同等的性質。即，關於角度θ、角度ψ，分別可從所述各值進行選擇，可以從角度θ、角度ψ的各組合中，獲得相互同等的性質。

另外，所述非晶SiO₂ 層32是為了利用溫度補償效應改善TCF而設置。並且，如以下所述的試驗中所示，已確認，通過對所述非晶SiO₂ 層32的厚度進行調整，也可以對TCF以外的裝置的各特性進行調整。並且，為了充分獲得溫度補償效應，所述非晶SiO₂ 層32的厚度例如大於100nm。再者，在這裡所謂的非晶SiO₂ 層32的厚度，不是後述通過除以λ而標準化的厚度，而是實際的非晶SiO₂ 層32的厚度。

（第一試驗）進行如下的第一試驗：針對圖2所示的包含基板3及構成電極指18的電極膜23的層疊體，分別變更壓電層33的厚度（hLT/λ）、非晶SiO₂ 層32的厚度（hSiO₂ /λ），以調查裝置的特性的對於這些厚度的依存性。在模擬的所述第一試驗中，設為λ＝2.1μm，電極膜23的厚度（hAl/λ）＝0.06。並且，hLT/λ在0.02～1的範圍內進行了變更，hSiO₂ /λ在0～1的範圍內進行了變更。圖3～圖15的曲線圖表示所述試驗結果。

圖3的曲線圖表示設為使電極指18相互短路時的彈性波的傳輸速度Vshort（單位：m/秒）、hLT/λ與hSiO₂ /λ的關係。在所述曲線圖中，分別將Vshort設定為縱軸，將hLT/λ設定為橫軸，利用相互不同的線型表示hSiO₂ /λ的值。hSiO₂ /λ是在所述範圍內以每次0.1進行變更而進行試驗，為了便於圖示，省略顯示一部分hSiO₂ /λ的值時的試驗結果。再者，hSiO₂ /λ＝0表示未設置非晶SiO₂ 層32。並且，圖4的曲線圖表示電極指18、18之間打開時的傳輸速度Vopen（單位：m/秒）、hLT/λ與hSiO₂ /λ的關係。在所述曲線圖中，分別將Vopen設定為縱軸，將hLT/λ設定為橫軸，與圖3同樣地通過各線型來表示hSiO₂ /λ。

如圖3、圖4所示，在hSiO₂ /λ＝0的情況下，隨著hLT/λ從0左右的值起增大，Vshort、Vopen的值分別下降，並且下降的情形是逐漸變緩。在hSiO₂ /λ＝0.1～1的情況下，hLT/λ為0左右時，Vshort、Vopen的值分別小於hSiO₂ /λ＝0的情況。而且，隨著hLT/λ從0左右起增大，Vshort、Vopen的值分別上升。但是，有的hSiO₂ /λ的值，Vopen會暫時下降後立即上升。而且，隨著hLT/λ增大，Vshort、Vopen的上升的情形逐漸變緩。並且，隨著hLT/λ增大，hSiO₂ /λ＝0.1～1時的Vshort、Vopen的值分別逐漸接近於hSiO₂ /λ＝0時的Vshort、Vopen的值。

如以上所述，通過設置非晶SiO₂ 層32而造成Vshort、Vopen降低的結果。特別是hLT/λ比較小的情況，Vshort、Vopen的值大幅降低。如上所述，所謂Vshort、Vopen下降，是指：可以減小電極指18、18之間的距離，從而能夠在相同頻帶內實現SAW裝置的小型化。但是，當hSiO₂ /λ＝0.1～1且hLT/λ≤0.08時，各曲線圖的線的傾斜會比較急劇。即，Vshort、Vopen的值因為hLT/λ的微小變化而大幅改變。製造裝置時，可能在裝置的各部的尺寸上產生製造上的誤差，因此，需要避免所述誤差大幅影響到裝置的特性。因此，從所述圖3、圖4的曲線圖可認為，優選的是設為hLT/λ＞0.08。

圖5的曲線圖表示共振點上的Q值（Qr）、hLT/λ與hSiO₂ /λ的關係，分別將Qr設定為縱軸，將hLT/λ設定為橫軸，與圖3、圖4同樣地利用曲線圖的各線型來表示hSiO₂ /λ的值。圖6的曲線圖表示反共振點上的Q值（Qa）、hLT/λ與hSiO₂ /λ的關係，分別將Qa設定為縱軸，將hLT/λ設定為橫軸，與圖5同樣地利用各線型來表示hSiO₂ /λ的值。

如果描述圖5的曲線圖中的Qr的變化的概況，則是在hSiO₂ /λ＝0～1的各值時，隨著hLT/λ從0左右的值起增大，Qr上升，然後急劇下降。當觀察所述上升後下降的曲線圖的拐點時，與hSiO₂ /λ＝0時相比，hSiO₂ /λ＝0.1～1時的hLT/λ的值更高。如果描述圖6的曲線圖中的Qa的變化的概況，則是在hSiO₂ /λ＝0～0.9的各值時，隨著hLT/λ從0左右的值起增大，Qa上升，但其後，Qa下降。當觀察所述上升後下降的曲線圖的拐點時，與hSiO₂ /λ＝0時相比，hSiO₂ /λ＝0.1～0.9時的hLT/λ的值更高。並且，當hSiO₂ /λ＝1時，隨著hLT/λ從0左右的值起增大，Qa上升之後，上升達到頂點，Qa大致固定地推移。根據所述結果，通過設為0.1≤hSiO₂ /λ≤1，可以在hLT/λ≤1的範圍內，隨同hLT/λ的上升而縮小或消除Qr、Qa下降的範圍，因此能夠提高hLT/λ的設定的自由度。

圖7中，以與圖5不同的形態，表示Qr、hLT/λ與hSiO₂ /λ的關係。並且，圖8中，以與圖6不同的形態，表示Qa、hLT/λ與hSiO₂ /λ的關係。關於所述圖7、圖8，分別將hLT/λ設定為X軸，將hSiO₂ /λ設定為Y軸，並且分別以等高線表示Q值（Qr及Qa）的分佈。以能夠辨別由等高線包圍的各區域的Q值的範圍的方式，在所述各區域內標注與所述Q值的範圍相應的花紋而表示。

為了在2GHz以上的頻帶內用作SAW裝置，實際應用時需要設為Q值＞1000。根據圖5～圖8，Qr或Qa非常高而達到5000～6000的區域存在於hLT/λ＜0.8的範圍內，因此，可認為優選的是將hLT/λ設定於這樣的範圍。並且，可知在hLT/λ＜0.5的範圍內，存在Qr及Qa都非常高而達到5000～6000的區域。因此，可知為了獲得良好的Q值，特別優選的是設為hLT/λ＜0.5。再者，使壓電層33與晶體層31層疊而構成基板3的原因在於，與只利用這些層中的一個構成基板的情況相比，使特性進一步提高，但是如果hLT/λ過大，那麼壓電層33的特性就會占主導，使各層層疊的效果就會降低，因此，從防止此結果的角度考慮，優選的也是將hLT/λ設定於hLT/λ＜0.5的比較小的範圍。

圖9的曲線圖表示機電耦合係數k² （單位：%）、hLT/λ與hSiO₂ /λ的關係。在曲線圖的縱軸、橫軸上分別設定k² 、hLT/λ，與圖3等同樣地，使用相互不同的線型來表示hSiO₂ /λ的值。關於所述k² ，按照下述式1進行計算。式中的fr是共振點的頻率，fa是反共振點的頻率。 k² ＝（π/2·fr/fa）/tan（π/2·fr/fa）……式1

如果觀察各hSiO₂ /λ的曲線圖的波形，則是隨著hLT/λ從0左右起上升，k² 在急劇上升之後達到頂點，然後緩慢下降。再者，關於圖9中未顯示的hSiO₂ /λ＝0.2、0.4、0.6、0.8的曲線圖，也為呈現這種變化的曲線圖。再者，當hSiO₂ /λ＝0.1時，k² 為13.13%，表示最大值。

關於所述k² ，雖然對應於搭載SAW裝置的機器有適當的值，但是一般來說，高值的通用性大，因而優選。此外，如上所述考慮到裝置的製造時的誤差，優選的是k² 的值的變化量小於hLT/λ的變化量。從所述圖9的曲線圖可確認，例如在0.08＜hLT/λ＜0.5、且hSiO₂ /λ＜0.5時，可獲得大致8%以上的實際應用上有效的k² ，並且相對於hLT/λ的變化量的k² 的值的變化量比較低，所以，優選的是在如上所述的範圍內設定hLT/λ及hSiO₂ /λ。

另外，圖10是將試驗中獲得的hLT/λ、hSiO₂ /λ與k² 的關係顯示為等高線圖的圖，與圖8同樣地，分別在X軸上設定hLT/λ，在Y軸上設定hSiO₂ /λ，利用等高線來表示k² 的分佈。如所述圖10所示，在0.1≤hSiO₂ /λ≤0.3的範圍內，存在k² 非常高而達到12%～13%的區域。因此，為了提高SAW裝置的k² ，特別優選的是如上所述設為0.1≤hSiO₂ /λ≤0.3。

圖11的曲線圖表示共振點上的TCF（單位：ppm/℃）、hLT/λ與hSiO₂ /λ的關係，分別在縱軸上設定所述共振點上的TCF（以後記作TCF-fr），在橫軸上設定hLT/λ。圖12的曲線圖表示反共振點上的TCF（單位：ppm/℃）、hLT/λ與hSiO₂ /λ的關係，分別在縱軸上設定所述反共振點上的TCF（以後記作TCF-fa），在橫軸上設定hLT/λ。在所述圖11、圖12的曲線圖中，與圖3、圖4的曲線圖同樣地，使用相互不同的線型，表示hSiO₂ /λ的值。再者，關於TCF-fr及TCF-fa，越接近0ppm/℃，越優選。

根據圖11，當hSiO₂ /λ＝0時，隨著hLT/λ從0左右起上升，TCF-fr上升，hLT/λ達到0.1左右之後，所述TCF-fr緩慢下降。然後，在hLT/λ比較低的範圍內，成為TCF-fr＝0ppm。另一方面，當hSiO₂ /λ＝0.1～1時，在hLT/λ為0左右時，TCF-fr為0ppm/℃以上，隨著hLT/λ從0左右起上升，TCF-fr下降，在hLT/λ達到0.4之前，TCF-fr＝0ppm/℃。當hLT/λ進一步上升時，hSiO₂ /λ＝0.1～1時的TCF-fr逐漸接近於hSiO₂ /λ＝0時的TCF-fr。並且，當在0.8＞hLT/λ，所述hLT/λ採用任意值時，hSiO₂ /λ的值越大，TCF-fr的值越大。

根據圖12，在hSiO₂ /λ＝0的情況下，隨著hLT/λ從0左右起上升，TCF-fa逐漸下降。並且，在hLT/λ為0左右時，TCF-fa成為最靠近0ppm/℃，並低於所述0ppm/℃的值。另一方面，在hSiO₂ /λ＝0.1～1的情況下，hLT/λ為0左右時TCF-fa高於0ppm/℃，隨著所述hLT/λ從0左右起上升，TCF-fa急劇下降之後，緩慢下降。hSiO₂ /λ＝0.1～0.8時的TCF-fa在如上所述緩慢下降的過程中，在hLT/λ＝0.08～0.3的範圍內成為0ppm/℃以下。hSiO₂ /λ＝0.9時的TCF-fa如上所述緩慢下降，在hLT/λ＝0.4～0.6時逐漸接近0ppm/℃。並且，當hSiO₂ /λ＝1時，TCF-fa如上所述緩慢下降之後，緩慢上升。並且，在除了hLT/λ＝0.8左右以外的hLT/λ的各範圍內，hSiO₂ /λ越大，TCF-fa的值越大。

從圖11的曲線圖，表示了通過設為0.1≤hSiO₂ /λ≤1，可以與設為hSiO₂ /λ＝0時相比，增大TCF-fr成為0ppm/℃的hLT/λ的值。並且，從圖12的曲線圖，表示了通過設為0.1≤hSiO₂ /λ≤1，可以與設為hSiO₂ /λ＝0時相比，增大TCF-fa＝0ppm/℃或0ppm/℃左右的hLT/λ的值。如果hLT/λ的值過小，就存在SAW用晶片的製造步驟中難以形成壓電層33的情況。因此，已確認通過設為0.1≤hSiO₂ /λ≤1，可以針對SAW裝置獲得良好的溫度特性，並且容易製造。

再者，關於如果所述hLT/λ的值小就難以形成壓電層33的的理由，以下將詳細說明。在2GHz以上時，λ為約2μm以下，因此，壓電層33的厚度的實際尺寸（＝hLT）變得極小，其偏差即ΔhLT/hLT（ΔhLT為hLT的誤差）會成為大問題。即便hLT/λ稍大，所述偏差（ΔhLT/hLT）對特性的影響也會得到緩和。關於此點，通過如下的驗算來進一步明確。設為λ＝2μm，ΔhLT＝0.01μm，hSiO₂ ＝0時，根據圖11的曲線圖，成為TCF-fr＝0的hLT＝0.08λ＝0.16μm，因此，成為ΔhLT/hLT＝0.01/0.16。另一方面，hSiO₂ ＝0.1時，成為TCF-fr＝0的hLT＝0.18λ＝0.36μm，因此，成為ΔhLT/hLT＝0.01/0.36，所以可以減小厚度的偏差。

另外，根據圖11、圖12的各曲線圖，可知以hSiO₂ /λ越大，使TCF-fr、TCF-fa的值偏移得越高的方式獲得了溫度補償效應。特別是關於TCF-fa，通過追加非晶SiO₂ 層32而產生的所述偏移量大。然而根據圖12，可認為當hSiO₂ /λ＝1時，hLT/λ為任意值時的TCF-fa的值與0ppm/℃的差分稍大，所以使hSiO₂ /λ大於1並非上策。因此，為了將TCF設為適當的值，有效的是設為0＜hSiO₂ /λ≤1。

圖13的等高線圖與圖11相同，表示hLT/λ、hSiO₂ /λ與TCF-fr的關係。並且，圖14的等高線圖與圖12相同，表示hLT/λ、hSiO₂ /λ與TCF-fa的關係。關於所述圖13、圖14的等高線圖，分別在X軸上設定hLT/λ，在Y軸上設定hSiO₂ /λ。而且，對應於TCF（TCF-fr及TCF-fa）劃等高線，與圖7等同樣地在由等高線包圍的各區域內標注花紋，表示TCF的分佈。

在圖13、圖14的等高線圖中，當觀察TCF-fr及TCF-fa為-10ppm/℃～+10ppm/℃的區域的hSiO₂ /λ的範圍時，在hLT/λ比較小的範圍內，所述hSiO₂ /λ的範圍窄。但是當hLT/λ比較厚時，具體地說當hLT/λ³0.2時，所述hSiO₂ /λ的範圍擴大，因此可知關於hLT/λ，優選的是如上所述設為hLT/λ³0.2。

再者，關於如上所述成為|TCF-fr|＋|TCF-fa|＝0ppm～20ppm的區域，如圖16所示，近似為七邊形。所述七邊形是在Y＝0.4～0.8的範圍內由X＝0.2，在X＝0.2～0.3的範圍內由Y＝0.4，在X＝0.3～0.4的範圍內由Y＝2X－0.2，在X＝0.4～0.7的範圍內由Y＝X＋0.2，在X＝0.5～0.7的範圍內由Y＝-0.5X＋1.25，在X＝0.3～0.5的範圍內由Y＝1、及在X＝0.2～0.3的範圍內由Y＝2X＋0.4的各線段包圍的區域。即，當在曲線圖中在橫軸（X軸）上採用hLT/λ，在縱軸（Y軸）上採用hSiO₂ /λ時，所述七邊形的頂點的座標（hLT/λ, hSiO₂ /λ）為（0.2, 0.4）、（0.3, 0.4）、（0.4, 0.6）、（0.7, 0.9）、（0.5, 1.0）、（0.3, 1.0）、（0.2, 0.8）。特別優選的是將hLT/λ、hSiO₂ /λ分別設定為所述七邊形的區域內的值。

再者，雖然將圖14～圖16中所說明的TCF設為優選值的hLT/λ及hSiO₂ /λ的各範圍、與將圖9、圖10中所說明的k² 設為優選值的hLT/λ及hSiO₂ /λ的各範圍不一致，但是更重視k² 及TCF之中的哪個，則根據情況而不同，因此只要在重視的那一方的優選範圍內分別設定hLT/λ、hSiO₂ /λ即可。且說，為了使所述k² 及TCF都獲得良好的值，優選的是在圖17的曲線圖的五邊形所示的範圍內分別設定hLT/λ、hSiO₂ /λ。圖17的曲線圖是通過使圖15所示的TCF的相關曲線圖與圖10所示的k² 的相關曲線圖相互重合，而確定了如上所述使k² 及TCF都獲得良好的值的範圍的圖。圖17的曲線圖是如上所述在橫軸（X軸）上採用hLT/λ，在縱軸（Y軸）上採用hSiO₂ /λ，所述五邊形的頂點的座標（hLT/λ, hSiO₂ /λ）為（0.1, 0.1）、（0.4, 0.1）、（0.3, 0.5）、（0.2, 0.5）、（0.1, 0.4）。

且說，針對圖2中所說明的本發明的實施例的SAW裝置及比較例的SAW裝置，預先表示通過第一試驗而獲得的具體數值，並說明特性的差異。比較例的SAW裝置中，除了未設置非晶SiO₂ 層32以外，與實施例的SAW裝置同樣地構成。因此，比較例的SAW裝置是在背景技術的項目中所說明的LT晶體接合基板上設置有電極膜23的構成。在所述比較例的SAW裝置中，設為hLT/λ＝0.18、hAl/λ＝0.06時，Qr＝5175、Qa＝4410、k² ＝12.99%、TCF-fr＝-3.47ppm/℃、TCF-fa＝-27.30ppm/℃。與此相對，在實施例的SAW裝置中，當hLT/λ＝0.18、hAl/λ＝0.06、hSiO₂ /λ＝0.3時，Qr＝3847、Qa＝3954、k² ＝12.55%，TCF-fr＝+11.93ppm/℃，TCF-fa＝-11.33ppm/℃。因此，實施例的SAW裝置相對於比較例的SAW裝置，幾乎不使Q值及k² 值變差，而大幅改善了TCF。

並且，針對實施例的SAW裝置，算出TCF-fr及TCF-fa最接近於0ppm/℃的參數之後，在hLT/λ＝0.18、hAl/λ＝0.06、hSiO₂ /λ＝0.8時，Qr＝4710、Qa＝3963、k² ＝9.54%、TCF-fr＝+4.06ppm/℃、TCF-fa＝-0.43ppm/℃。因此，與如上所述設為hLT/λ＝0.18、hAl/λ＝0.06、hSiO₂ /λ＝0.3的情況相比，k² 成為約0.73倍而減少，但是關於Q值，呈一邊維持大致相等的值，一邊與TCF-fr、TCF-fa一併更靠近0ppm/℃的結果。因此，實施例的SAW裝置能夠改善如背景技術的項目中所述，通過形成LT晶體接合基板上的電極膜而使得TCF變差的問題。

（第二試驗）接著，說明為了確認SAW裝置的特性而進行的第二試驗。在所述第二試驗中，通過模擬，而設定了從下方側起依次層疊著晶體層31、壓電層33、構成電極指18的電極膜23的SAW裝置。壓電層33與第一試驗同樣地包含36°Y-X LT。並且，分別設定為λ＝2.1μm、hLT/λ＝0.15，並設定為電極膜23的厚度（hAl/λ）＝0.09。而且，作為晶體層31，是設為經AT切割的晶體板，調查所述晶體層31中的波的傳輸方向與Q值（Qr及Qa）的關係。具體地說，在作為歐拉角的表述（φ, θ, ψ）中設為φ＝0°、θ＝125.25°，關於角度ψ，則在0°～360°的範圍內進行了變更。

關於所述歐拉角的表述，參照圖18A～圖18D預先進行簡單說明。在圖18A～圖18D中，相互正交的X軸、Y軸、Z軸是晶體的晶軸，關於相互正交的x1軸、y1軸、z1軸，是為了確定方位而設定的座標系的座標軸。在X、Y、Z與x1、y1、z1分別一致的圖18A所示的狀態下，φ＝0°，θ＝0°，ψ＝0°。角度φ是從所述圖18A所示的狀態起，將Z軸（在所述時點下與z1軸相一致）作為旋轉軸，使x1、y1、z1的座標系朝右轉方向旋轉所得的角度（參照圖18B）。角度θ表示進行所述圍繞Z軸的旋轉後將x1軸作為旋轉軸而使x1、y1、z1的座標系朝右轉方向旋轉所得的角度（參照圖18C）。與所述z1軸垂直的面是晶體層31的切割面C。角度ψ表示進行所述圍繞x1軸的旋轉後將z1軸作為旋轉軸，使x1、y1、z1的座標系朝右轉方向旋轉所得的角度（參照圖18D）。通過所述角度ψ的旋轉而確定的x1軸的方向是波的傳輸方向（顯示為箭頭C1）。再者，說明瞭關於座標系朝右轉方向旋轉，所述右轉方向的旋轉，是指對角度φ、角度θ、角度ψ分別採用正（+）值時的旋轉，對角度φ、角度θ、角度ψ分別採用負（-）值時則是逆方向的旋轉。

在圖19所示的曲線圖中，表示了所述試驗的結果。分別將曲線圖的橫軸設定為角度θ（單位：°），將曲線圖的縱軸設定為1/Q，分別用實線表示Qr的相關結果，用點劃線表示Qa的相關結果。如所述曲線圖所示，呈現如下的結果：隨著角度θ從0°起上升，1/Qr及1/Qa分別大致週期性地反覆進行上升與下降。如以上所述，當在2GHz以上的頻帶內使用SAW裝置時，優選的是Q值＞1000，所以1/Qr及1/Qa優選的是低於0.001。因此，根據曲線圖，優選的是設為-20°（340°）≤ψ≤20°、70°≤ψ≤110°、160°≤ψ≤200°、及250°≤ψ≤290°。並且，當-5°≤ψ≤5°、85°≤ψ≤95°、175°≤ψ≤185°、及265°≤ψ≤275°時，1/Qr及1/Qa的值進一步降低，因而更優選。

關於圖2中所說明的包含基板3及電極膜23的SAW裝置的晶體層31，也可認為通過將角度θ設定於如上所示的範圍內，可獲得高的Q值。再者，在（φ, θ, ψ）中設為φ＝0°，θ＝125.25°，但可認為即使角度φ、角度θ分別與所述值稍有變化，Q值也不會大幅變化。因此，可認為，即使將角度φ、角度θ例如設為-2°≤φ≤2°、123.25°≤θ≤127.25°的範圍內的值，也可以提高Q值。並且，雖然已說明從結晶的對稱性考慮，也可以是θ＝-54.25°，但是值也可以與所述-54.25°稍有變化，也可以是-56.75°≤θ≤-52.75°。

然而，關於構成壓電層33的LT的切割角，只要是針對所驅動的縱波或橫波大幅進行驅動的角度即可，並不限於所述切割角。例如，即便使用與經36°Y切割的晶體稍有不同的經切割的晶體，也可認為SAW裝置的特性與以上所述的各實驗結果沒有大的變化。例如也可以將經31°～50°Y切割的LT構成為壓電層33。並且，作為所述壓電層33，並不限於LT，例如也可以包含LiNbO3，這時，也可認為SAW裝置可獲得與使用LT時大致相同的特性。

另外，電極膜23的厚度並不限於所述厚度，可以設為任意的厚度。此外，作為電極膜23的材料，並不限於如上所述由Al構成，還可以包含Au（金）、Cu（銅）、Mo（鉬）、W（鎢）、Pt（鉑）、Sc（鈧）、Ti（鈦）等金屬或含有以上列舉的金屬的合金。並且，也可以利用以上列舉的金屬的層疊體來構成電極膜23。此外，圖2中所說明的電極膜23及基板3的層疊體除了可以應用於圖1所示的梯型濾波器10以外，還可以應用於將梯型濾波器分別應用於接收側濾波器及發送側濾波器的雙工器（duplexer）、或者利用SAW共振子1的振盪器。即，本發明的SAW裝置並不限於梯型濾波器10。

1‧‧‧SAW共振子 3‧‧‧基板 10‧‧‧梯型濾波器 11‧‧‧輸入埠（埠） 12‧‧‧輸出埠（埠） 13‧‧‧接地埠（埠） 14‧‧‧引回電極 15‧‧‧IDT電極 16‧‧‧反射器 17‧‧‧匯流條 18‧‧‧電極指 21‧‧‧反射器匯流條 22‧‧‧反射器電極指 23‧‧‧電極膜 31‧‧‧晶體層（晶體基板） 32‧‧‧非晶SiO₂層（非晶氧化矽層） 33‧‧‧壓電層（LiTaO₃層） C‧‧‧切割面 C1‧‧‧波的傳輸方向 hAl‧‧‧電極膜的厚度 hLT‧‧‧壓電層的厚度 hSiO₂‧‧‧非晶SiO₂層的厚度 hAl/λ‧‧‧通過除以λ而標準化的電極膜的厚度 hSiO₂/λ‧‧‧通過除以λ而標準化的非晶SiO₂ 層的厚度 hLT/λ‧‧‧通過除以λ而標準化的壓電層的厚度 k²‧‧‧機電耦合係數 Qa‧‧‧反共振點上的Q值 Qr‧‧‧共振點上的Q值 TCF-fa‧‧‧反共振點上的TCF TCF-fr‧‧‧共振點上的TCF Vopen‧‧‧電極指18、電極指18之間打開時的傳輸速度 Vshort‧‧‧使電極指18相互短路時的彈性波的傳輸速度 X、Y、Z、x1、y1、z1‧‧‧軸 λ‧‧‧波長（週期長度）

圖1是作為本發明的SAW裝置的一例的梯型濾波器（ladder type filter）的俯視圖。圖2是所述梯型濾波器的縱剖側視圖。圖3是表示SAW的速度與構成SAW裝置的各層的厚度的關係的曲線圖。圖4是表示SAW的速度與構成SAW裝置的各層的厚度的關係的曲線圖。圖5是表示Q值與構成SAW裝置的各層的厚度的關係的曲線圖。圖6是表示Q值與構成SAW裝置的各層的厚度的關係的曲線圖。圖7是表示Q值與構成SAW裝置的各層的厚度的關係的等高線圖。圖8是表示Q值與構成SAW裝置的各層的厚度的關係的等高線圖。圖9是表示機電耦合係數與構成SAW裝置的各層的厚度的關係的曲線圖。圖10是表示機電耦合係數與構成SAW裝置的各層的厚度的關係的等高線圖。圖11是表示TCF與構成SAW裝置的各層的厚度的關係的曲線圖。圖12是表示TCF與構成SAW裝置的各層的厚度的關係的曲線圖。圖13是表示TCF與構成SAW裝置的各層的厚度的關係的等高線圖。圖14是表示TCF與構成SAW裝置的各層的厚度的關係的等高線圖。圖15是表示TCF與構成SAW裝置的各層的厚度的關係的等高線圖。圖16是表示TCF與構成SAW裝置的各層的厚度的關係的示意圖。圖17是表示TCF與構成SAW裝置的各層的厚度的關係的示意圖。圖18A～圖18D是用於說明歐拉角（Euler angle）的表述的示意圖。圖19是表示SAW的傳輸方向與Q值的關係的曲線圖。

18‧‧‧電極指

23‧‧‧電極膜

31‧‧‧晶體層(晶體基板)

32‧‧‧非晶SiO₂層(非晶氧化矽層)

33‧‧‧壓電層(LiTaO₃層)

hAl‧‧‧電極膜的厚度

hSiO₂‧‧‧非晶SiO₂層的厚度

hLT‧‧‧壓電層的厚度

λ‧‧‧波長(週期長度)

Claims

一種彈性表面波裝置，其特徵在於，包括：晶體層；非晶氧化矽層，層疊於所述晶體層上；壓電層，層疊於所述非晶氧化矽層上；以及梳形電極，形成於所述壓電層上，用於在所述壓電層上激勵彈性表面波；其中，當將所述彈性表面波的波長設為λ時，0.1
所述非晶氧化矽層的厚度/λ
1，0.08<壓電層的厚度/λ
1，其中，所述晶體層的切割面及彈性表面波的傳輸方向以歐拉角顯示(Φ，θ，ψ)，Φ為0°<Φ
2°，θ為-56.75°
θ
-52.75°，且ψ為70°
ψ
110°、160°
ψ
200°、或250°
ψ
290°。
如申請專利範圍第1項所述的彈性表面波裝置，其中，所述彈性表面波的頻率為2GHz以上。
如申請專利範圍第1項所述的彈性表面波裝置，其中，所述壓電層的厚度/λ<0.5。
如申請專利範圍第1項至第3項中的任一項所述的彈性表面波裝置，其中，所述非晶氧化矽層的厚度/λ<0.5。
如申請專利範圍第1項或第2項所述的彈性表面波裝置，其中，當分別在曲線圖的橫軸上採用所述壓電層的厚度/λ，在曲線圖的縱軸上採用所述非晶氧化矽層的厚度/λ時，在將(壓電層的厚度/λ，非晶氧化矽層的厚度/λ)=(0.2，0.4)、(0.3，0.4)、(0.4，0.6)、(07，0.9)、(0.5，1.0)、(0.3，1.0)、(0.2，0.8)的各座標利用直線加以連結而獲得的七邊形的區域內，分別包含所述壓電層的厚度/λ、所述非晶氧化矽層的厚度/λ。
如申請專利範圍第1項或第2項所述的彈性表面波裝置，其中，當分別在曲線圖的橫軸上採用所述壓電層的厚度/λ，在曲線圖的縱軸上採用所述非晶氧化矽層的厚度/λ時，在將(壓電層的厚度/λ，非晶氧化矽層的厚度/λ)=(0.1，0.1)、(0.4，0.1)、(0.3，0.5)、(02，0.5)、(0.1，0.4)的各座標利用直線加以連結而獲得的五邊形的區域內，分別包含所述壓電層的厚度/λ、所述非晶氧化矽層的厚度/λ。
一種彈性表面波裝置，其特徵在於，包括：晶體層；非晶氧化矽層，層疊於所述晶體層上；壓電層，層疊於所述非晶氧化矽層上；以及梳形電極，形成於所述壓電層上，用於在所述壓電層上激勵2GHz以上的彈性表面波；其中，當將所述彈性表面波的波長設為λ時，所述非晶氧化矽層的厚度/λ
1，其中，所述晶體層的切割面及彈性表面波的傳輸方向以歐拉角顯示(Φ，θ，ψ)，Φ為0°<Φ
2°，θ為-56.75°
θ
-52.75°，且ψ為70°
ψ
110°、160°
ψ
200°、或250°
ψ
290°。