WO2007125734A1 - 弾性表面波装置 - Google Patents

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Inventor
Kenji Nishiyama
Takeshi Nakao
Michio Kadota
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Murata Manufacturing Co., Ltd.
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    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/02—Details
    • H03H9/02535—Details of surface acoustic wave devices
    • H03H9/02543—Characteristics of substrate, e.g. cutting angles
    • H03H9/02559—Characteristics of substrate, e.g. cutting angles of lithium niobate or lithium-tantalate substrates

Definitions

  • the present invention relates to a surface acoustic wave device used as, for example, a resonator or a bandpass filter. More specifically, the present invention has a structure in which an IDT electrode and a silicon oxide film are formed on a LiNbO substrate.
  • a band-pass filter used in an RF stage of a cellular phone is required to have a wide band and good temperature characteristics. For this reason, IDT electrodes are conventionally mounted on a piezoelectric substrate composed of a rotating Y plate X-propagating Li TaO substrate or a rotating Y plate X-propagating LiNbO substrate.
  • a surface acoustic wave device which is formed and has an acid key film formed so as to cover the IDT electrode.
  • This type of piezoelectric substrate has a negative frequency temperature coefficient and is formed such that a silicon oxide film having a positive frequency temperature characteristic covers the IDT electrode in order to improve the temperature characteristic.
  • Patent Document 1 a metal having a high AU density is formed on a piezoelectric substrate having a LiNbO force having an electromechanical coupling coefficient K 2 of 0.025 or more.
  • a main IDT electrode is formed, and a first oxide film is formed in the remaining area where the IDT electrode is formed, with a thickness equal to that of the electrode.
  • a surface acoustic wave device in which a second acid key film is laminated so as to cover the acid key film is disclosed.
  • the density of the IDT electrode is 1.5 times or more that of the first silicon oxide film, thereby reflecting the IDT electrode. It is said that the coefficient can be increased sufficiently to suppress ripples appearing in the resonance characteristics.
  • Rayleigh waves are used, and examples of the electrode material include Au and Cu.
  • the film thickness is 0.0019 to 0.06.
  • the composition power are S disclosed, in particular, by a 0.0017 e ⁇ 0. 03 lambda, that it is possible to increase the electromechanical coupling coefficient kappa 2 of the Rayleigh wave is shown.
  • the LiNbO substrate a LiNbO substrate with Euler angles (0 ° ⁇ 5 °, 38 ° ⁇ 10 °, 0 °) is shown.
  • the thickness of the second oxide layer is shown as a range of 0.15 to 0.4 when the surface wave wavelength is given. ing.
  • Patent Document 1 WO2005-034347
  • the electrode thickness may be increased.
  • the film thickness of an IDT electrode that also has an Au force is 0.06 at most. It was thought that when the film thickness of the IDT electrode made of Au was increased to 0.06, the response of the SH wave suddenly increased and a large spurious appeared between the resonance frequency and the anti-resonance frequency. It depends. Therefore, in Patent Document 1, when the IDT electrode is made of Au, the thickness is in the range of 0.0019 to 0.06, and preferably 0.0001 to 0.03 ⁇ . It was.
  • An object of the present invention is to eliminate the above-described drawbacks of the prior art and to increase the frequency.
  • An object of the present invention is to provide a surface acoustic wave device using Rayleigh waves, which is unlikely to cause an increase in loss even when the pole pitch is reduced or the electrode finger width is reduced.
  • a LiNbO substrate with Euler angles (0 ° ⁇ 5 °, 0 ⁇ 5 °, 0 ° ⁇ 10 °)
  • the film thickness of the electrode is in the range of 0.062 ⁇ to 0.14 mm, and the Euler angles (0 ° ⁇ 5 °, 0 ⁇ 5 °, 0 ° ⁇ 10) are represented by the following formula ( There is provided a surface acoustic wave device characterized by being in a range satisfying 1).
  • T A u A value obtained by standardizing the A u electrode film thickness with wavelength ⁇
  • the thickness ⁇ of the second silicon oxide film is in the range of 0.15 to 0.50, in which case the Rayleigh wave the electromechanical coupling coefficient kappa 2 can be 6% or more, it is possible to easily achieve broadband I spoon.
  • the main component is Au including an IDT electrode on a LiNbO substrate.
  • the electrode film thickness is within the specific range described above, and the first and second oxide layers are formed. In other words, since it is thicker than 0.062 ⁇ , it is possible to reduce the electrode resistance and thereby reduce the loss even when the frequency is increased. . In addition, since the Euler angle ⁇ of the LiNbO substrate is within the above specified range,
  • FIG. 1 (a) and (b) are a schematic plan view of a surface acoustic wave device according to an embodiment of the present invention, and a partially cutaway enlarged front sectional view showing an enlarged main part thereof. is there.
  • FIG. 2 is a graph showing changes in Rayleigh wave electromechanical coupling coefficient K 2 when the thickness of the IDT electrode made of Au and the Euler angle ⁇ are changed.
  • FIG. 3 is a diagram showing changes in electromechanical coefficient K 2 of the SH wave in the case where ⁇ thickness and Euler angles of the IDT electrode composed of Au is changed.
  • FIG. 4 is a diagram showing changes in the sound speed of Rayleigh waves and SH waves when the film thickness of an IDT electrode made of Au changes.
  • FIG. 5 is a diagram showing changes in the electromechanical coupling coefficient of Rayleigh waves when the film thickness of the IDT electrode changes.
  • Fig. 6 shows the electrical machine of Rayleigh waves due to the change of Euler angle ⁇ when the thickness of the second oxide layer is 0.2 ⁇ , 0.3 ⁇ or 0.4 mm.
  • Figure der showing a variation of the coupling coefficient kappa 2 Ru.
  • Fig. 7 shows the SH-wave electromechanical system due to changes in Euler angle ⁇ when the thickness of the second oxide layer is 0.2 ⁇ , 0.3 ⁇ , or 0.4 mm. it is a diagram showing a variation of the coupling coefficient kappa 2.
  • FIG. 8 shows that when the thickness of the IDT electrode made of Au is 0.02 ⁇ , the thickness of the second silicon oxide film is 0.2 ⁇ , 0.3 ⁇ , or 0.4 in the case of example, it is a diagram showing changes in electromechanical coefficient kappa 2 of SH wave due to changes in the 0 Euler angles.
  • FIG. 9 is a diagram showing impedance characteristics and phase characteristics of the surface acoustic wave devices of the embodiment and the first and second comparative examples.
  • FIG. 10 is a graph showing impedance characteristics when the thickness of the second oxide layer is 0.34 ⁇ , 0.29 ⁇ , or 0.24 ⁇ in the surface acoustic wave device of the embodiment.
  • FIG. 6 is a diagram showing phase characteristics.
  • FIG. 1 (a) is a schematic plan view of a surface acoustic wave device according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 1 (b) is a partially cutaway enlarged front sectional view showing the main part thereof.
  • the surface acoustic wave device 1 is configured using a rotating Y plate X-propagating LiNbO substrate 2.
  • the crystal orientation of LiNbO substrate 2 is assumed to be Euler angles (0 ° ⁇ 5 °, ⁇ , 0 ° ⁇ 10 °).
  • an IDT electrode 3 is formed on the LiNbO substrate 2, as shown in FIG. 1 (b).
  • reflectors 4 and 5 are formed on both sides of the IDT electrode 3 in the surface wave propagation direction.
  • a first oxide film 6 is formed in the remaining region of the region where these electrodes are formed.
  • the thickness of the first silicon oxide film 6 is made equal to the thickness of the IDT electrode 3 and the reflectors 4 and 5.
  • a second acid key film 7 is formed so as to cover these electrodes 3, 4 and the first acid key film 6.
  • the LiNbO substrate has a negative frequency temperature coefficient.
  • the silicon oxide films 6 and 7 have a positive frequency temperature coefficient. Therefore, the frequency characteristics can be improved.
  • the density force of the electrode including the IDT electrode 3 is set to 1.5 times or more the density of the first oxide layer 6. That is, in this embodiment, the IDT electrode 3 is formed of Au. Therefore, the density of the IDT electrode 3 is 19.3 gZcm 3 , while the density of the first oxide layer is 2.21 gZcm 3 .
  • the surface acoustic wave device 1 of the present embodiment is characterized in that the thickness of the IDT electrode 3 is as follows. When the surface wave wavelength is set, it is in the range of 0.062 ⁇ 0.14
  • the 0 of Euler angles (0 ° ⁇ 5 °, 0 ⁇ 5 °, 0 ° ⁇ 10 °) of 3 is within the range that satisfies the following formula (1). That is, since the film thickness force of the IDT electrode 3 is made thicker than 0.062 ⁇ , the electrode resistance can be lowered. Therefore, even when the frequency is increased, loss can be reduced. In addition, since the Euler angle ⁇ is within a specific range, the electromechanical coupling coefficient of Rayleigh waves is unlikely to decrease.
  • T A u Value obtained by standardizing the AU * film thickness with wavelength ⁇
  • the finite element method was used to calculate the waves and spurious SH waves. As shown in Fig. 1 (b), the calculation model has a flat top surface of the second oxide layer, the IDT electrode is made of Au, and the first and second acid layers are formed.
  • the TK element films 6 and 7 are composed of SiO films.
  • the duty of the IDT electrode was 0.50, and the thickness of the SiO film constituting the second oxide film 7 was 0.3 ⁇ .
  • the electromechanical coupling coefficient ⁇ 2 of the SH wave changes greatly as the Euler angle ⁇ changes.
  • the thickness dependence of the IDT electrode made of Au is around 0.06 ⁇
  • the ⁇ dependence of the electromechanical coupling coefficient ⁇ 2 of the SH wave and the electromechanical coupling coefficient ⁇ 2 of the Rayleigh wave is The reason for the change is that the Rayleigh wave velocity and the SH wave velocity intersect as shown in Fig. 4 when the film thickness of the IDT electrode 3 is 0.06 mm. That is, as shown in FIG. 4, the sound speed of the SH wave and Rayleigh wave decreases as the IDT electrode film thickness increases. When the wave speed exceeds 0.062 ⁇ , the sound speed of the Rayleigh wave exceeds the sound speed of the SH wave. It will be.
  • FIG. 5 is a diagram showing a change due to the film thickness of the IDT electrode composed of Au of the electromechanical coupling coefficient K 2 of the Rayleigh wave.
  • the duty of the IDT electrode 3 is 0.50
  • the film thickness of the SiO film as the second silicon oxide film 7 is 0.3 ⁇ .
  • the electromechanical coupling coefficient K 2 of the Rayleigh wave tends to decrease as the film thickness of the IDT electrode 3 that also has Au force increases.
  • the electromechanical coupling coefficient kappa 2 of a Rayleigh wave is seen to exhibit on a 6% or more and sufficiently high value. Therefore, electromechanical coupling coefficient kappa 2 6% or more and to be ten minutes a large value, the thickness of the IDT electrode 3 is required to be less 0. 14 lambda.
  • the film thickness force of the IDT electrode 3 made of Au is set to 0.062 ⁇ or more, whereby the film thickness of the IDT electrode is sufficiently increased and the electrode resistance is reduced.
  • the spurious due to the SH wave can be made sufficiently small by selecting the Euler angle ⁇ as described later from the results of FIGS. 2 and 3, and the electromechanical coupling coefficient ⁇ ⁇ 2 due to the Rayleigh wave Can be set to a sufficiently large value of 6% or more.
  • the film thickness of the IDT electrode is less 0. 14 lambda as described above, leaving at be large fence and reliably over 6% electromechanical coupling coefficient kappa 2 of a Rayleigh wave.
  • FIG. 6 shows that the IDT electrode duty is 0.50, the thickness of the IDT electrode 3 made of Au is 0.062 1, and the thickness of the SiO film as the second oxide film 7 is 0.2 ⁇ , 0.3 ⁇ or 0.4
  • FIG. 6 is a graph showing the change of Rayleigh wave electromechanical coupling coefficient ⁇ 2 according to Euler angle ⁇ in the case of.
  • the thickness of the IDT electrode made of Au is 0.062 ⁇
  • the duty is 0.50
  • the thickness of the second oxide film is 0.20.
  • lambda is a diagram showing changes in electromechanical coefficient kappa 2 of SH waves by ⁇ Euler corner when formed into a 0. 3 lambda or 0. 4 lambda.
  • the film thickness of the second oxide layer is not limited to 0.2 ⁇ , 0.3 ⁇ , or 0.4 ⁇ . Even ⁇ is changed, the electromechanical coupling coefficient kappa 2 of a Rayleigh wave is not much change, and a high value of 6% or more.
  • the electromechanical coupling coefficient kappa 2 of SH waves as is apparent from FIG. 7, the Euler angles ⁇ is changed varies Then large, the film thickness of the second Sani ⁇ Kei Motomaku, In almost all cases of 0.2 ⁇ , 0.3 ⁇ , or 0.4, the results are almost the same. Therefore, as is apparent from FIGS.
  • the second layer made of the SiO film.
  • FIG. 8 Sani ⁇ Kei Motomaku 7 theta and second Euler angles of the electromechanical coupling coefficient K 2 of the SH wave of when the film thickness of the IDT electrode 3 and 0. 02 lambda It is a figure which shows the change by the film thickness of.
  • the thickness of the IDT electrode 3 that also has Au force is as thin as 0.02
  • the thickness of the second oxide film 7 is 0.2. in the case where or 0.4 e 3 e
  • the change of the electromechanical coupling coefficient K 2 of the SH wave due to ⁇ Euler angles are One very different. Therefore, when the film thickness of the IDT electrode 3 is as thin as 0.02, if the film thickness of the second oxide film 7 varies, the characteristics greatly vary.
  • T AU A value obtained by normalizing the thickness of the A u electrode with the wavelength ⁇ .
  • theta represented by the above formula (1) in the case of Shi desired to be in the range of theta ⁇ 5 ° Guso may be an electromechanical coupling coefficient kappa 2 of SH wave 0.1% or less it can.
  • the film thickness of the second oxide layer having the SiO force is 0.2 to
  • the electromechanical coefficient K 2 of the Rayleigh wave is higher than 6%.
  • the thickness of the second oxide layer is in the range of 0.15 to 0.5 mm, the Rayleigh wave power It has been confirmed that the gas-mechanical coupling coefficient K 2 can be as high as 6% or more. Therefore, preferably, the thickness of the second oxide layer is 0.15 to 0.5 ⁇ , more preferably 0.2 to 0.4 nm as shown in FIG. A range may be used.
  • FIG. 9 shows the impedance characteristics and phase characteristics of the surface acoustic wave device 1 of the above embodiment and the surface acoustic wave devices of the first and second comparative examples prepared for comparison.
  • the IDT electrode 3 is an Au film having a thickness of 0.062.
  • the film thickness of the Au film was 0.05 ⁇
  • the film thickness of the Au film was 0.04 ⁇ .
  • the duty of each IDT electrode was 0.5.
  • the solid line shows the result of the above embodiment
  • the broken line shows the result of the first comparative example
  • the alternate long and short dash line shows the result of the second comparative example.
  • FIG. 10 shows that in the surface acoustic wave device 1 of the above-described embodiment, the thickness of the second oxide layer film 7 is set to 0.34. 24.
  • Surface acoustic wave devices constructed in the same manner except that they were changed 24 times were prepared, and the results of measuring the filter characteristics of these surface acoustic wave devices are shown.
  • the solid line indicates the result when the thickness of the second oxide film is 0.34 mm, the result when the broken line is 0.39 The result when the chain line is 0.24 ⁇ is shown.
  • the Euler angle of the LiNbO substrate is (0 °, 0 ⁇ 5 °, 0 °).
  • ⁇ in the Euler angles ( ⁇ , ⁇ , ⁇ ) should be in the range of 0 ° ⁇ 5 °. Even in this case, it has been confirmed that the same effect as in the above embodiment can be obtained.
  • the IDT electrode is made of Au.
  • an electrode mainly composed of Au below the main electrode layer made of Au.
  • a relatively thin adhesive layer may be formed, or a thin protective electrode layer may be laminated on an electrode layer mainly made of Au.
  • the thickness of the main electrode layer having Au force may be set as the thickness of the electrode of the present invention.
  • the present invention can be applied not only to the band-pass filter portion of the 1-port surface acoustic wave resonator described above, but also to various resonators and surface wave filters having various circuit configurations.

Abstract

　レイリー波を利用しており、ＳＨ波によるスプリアスが生じ難く、電極抵抗が小さく、高周波化に容易に対応し得る弾性表面波装置を提供する。 　オイラー角（０°±５°，θ±５°，０°±１０°）のＬｉＮｂＯ３基板と、前記ＬｉＮｂＯ３基板２上に形成されており、Ａｕを主体とするＩＤＴ電極３を含む電極と、前記電極が形成されている領域を除いた残りの領域において、前記電極と等しい厚みとなるように形成されている第１の酸化ケイ素膜６と、前記電極３及び第１の酸化ケイ素膜６を被覆するように形成された第２の酸化ケイ素膜７とを備え、レイリー波を利用した弾性表面波装置であって、表面波の波長λとしたときに、前記電極３の膜厚が０．０６２λ～０．１４λの範囲にあり、前記オイラー角（０°±５°，θ±５°，０°±１０°）のθが下記の式（１）を満たす範囲とされている、弾性表面波装置。 【数１】 θ＝31.72–206.92×exp（–1×TAU／0.0138） …式 （１） 但し、TAu：Aｕ電極膜厚 を波長λで規格化した値

Description

明 細 書
弾性表面波装置
技術分野
[0001] 本発明は、例えば共振子や帯域フィルタとして用いられる弾性表面波装置に関し、 より詳細には、 LiNbO基板上に IDT電極及び酸化ケィ素膜が形成されている構造
3
を有し、かつレイリー波を利用した弾性表面波装置に関する。
背景技術
[0002] 携帯電話機の RF段などに用いられている帯域フィルタでは、広帯域でありかつ良 好な温度特性を有することが求められている。そのため、従来、回転 Y板 X伝搬の Li TaO基板や回転 Y板 X伝搬の LiNbO基板からなる圧電性基板上に、 IDT電極が
3 3
形成されており、かつ IDT電極を被覆するように、酸ィ匕ケィ素膜を形成した弾性表面 波装置が用いられている。この種の圧電性基板は、周波数温度係数が負の値を有し 、温度特性を改善するために、正の周波数温度特性を有する酸化ケィ素膜が IDT電 極を被覆するように形成されて 、る。
[0003] しかしながら、このような構造において、 IDT電極を汎用されている Aほたは A1を主 成分とする合金などにより形成した場合、 IDT電極において、十分な反射係数を得る ことができな力つた。そのため、共振特性にリップルが生じがちであるという問題があ つた o
[0004] このような問題を解決するものとして、下記の特許文献 1には、電気機械結合係数 K2が 0. 025以上の LiNbO力もなる圧電性基板上に、 AUりも密度の大きい金属を
3
主体とする IDT電極が形成されており、該 IDT電極が形成されて ヽる残りの領域に 第 1の酸ィ匕ケィ素膜が電極と等しい膜厚に形成されており、該電極及び第 1の酸ィ匕ケ ィ素膜を被覆するように第 2の酸ィ匕ケィ素膜を積層した弾性表面波装置が開示され ている。
[0005] 特許文献 1に記載の弾性表面波装置では、上記 IDT電極の密度が、第 1の酸化ケ ィ素膜の密度の 1. 5倍以上とされており、それによつて IDT電極の反射係数が十分 に高められ、共振特性に現れるリップルを抑圧することができるとされている。 [0006] 特許文献 1では、レイリー波が利用されており、上記電極材料として、 Auや Cuなど が例示されており、 Auからなる電極の場合にその膜厚は 0. 0017え〜 0. 06えとし た構成力 S開示されており、特に、 0. 0017え〜 0. 03 λとすることにより、レイリー波の 電気機械結合係数 Κ2を大きくすることができる旨が示されている。また、上記 LiNbO 基板としては、オイラー角が（0° ± 5° , 38° ± 10° , 0° )の LiNbO基板が示さ
3 3 れており、上記第 2の酸ィ匕ケィ素膜の膜厚としては、表面波の波長えとしたとき、 0. 1 5え〜 0. 4えの範囲とされている構成が示されている。
特許文献 1： WO2005-034347
発明の開示
[0007] 近年、弾性表面波装置においても高周波化が一層進んでいる。そのため、 IDT電 極における電極指ピッチが小さくなつてきており、電極指自体の幅寸法も小さくなつ てきている。その結果、配線抵抗が大きくなり、弾性表面波装置における損失が大き くなりがちであった。
[0008] 弾性表面波装置における損失を低減するには、電極の膜厚を厚くすればよい。し 力しながら、レイリー波を利用した従来の弾性表面波装置では、例えば特許文献 1に 記載のように、 Au力 力もなる IDT電極の膜厚は、厚くとも 0. 06えとされていた。こ れは、 Auからなる IDT電極の膜厚を 0. 06えまで厚くすると、 SH波の応答が急激に 大きくなり、共振周波数と反共振周波数との間に大きなスプリアスが現れると考えられ ていたことによる。従って、特許文献 1では、 IDT電極 Auで構成した場合、その厚み は、 0. 0017え〜 0. 06えの範囲とされており、好ましくは 0. 0017え〜 0. 03 λとさ れていた。
[0009] 従って、高周波化を進め、電極指ピッチを小さくしたり、電極指の幅寸法を小さくし た場合、電極膜厚をさほど厚くすることができないため、配線抵抗が大きくなり、損失 が大きくなりがちであった。
[0010] また、上記のように、第 1,第 2の酸化ケィ素膜を有する弾性表面波装置では、酸ィ匕 ケィ素膜の形成により周波数温度特性は改善されるものの、酸ィ匕ケィ素膜の膜厚ば らつきにより特性がばらつくという問題もあった。
[0011] 本発明の目的は、上述した従来技術の欠点を解消し、高周波化を図るために、電 極指ピッチを小さくしたり、電極指の幅寸法を小さくした場合であっても、損失の増大 が生じ難い、レイリー波を利用した弾性表面波装置を提供することにある。
[0012] 本発明によれば、オイラー角（0° ± 5° , 0 ± 5° , 0° ± 10° )の LiNbO基板と
3
、前記 LiNbO基板上に形成されており、 Auを主体とする IDT電極を含む電極と、
3
前記電極が形成されて 、る領域を除 、た残りの領域にぉ 、て、前記電極と等し ヽ厚 みとなるように形成されている第 1の酸ィ匕ケィ素膜と、前記電極及び第 1の酸化ケィ素 膜を被覆するように形成された第 2の酸ィ匕ケィ素膜とを備え、レイリー波を利用した弾 性表面波装置であって、表面波の波長えとしたときに、前記電極の膜厚が 0. 062 λ 〜0. 14えの範囲にあり、前記オイラー角（0° ± 5° , 0 ± 5° , 0° ± 10。 ）の 0 が下記の式（1)を満たす範囲とされていることを特徴とする、弾性表面波装置が提供 される。
[0013] [数 1]
(9 = 3 1 . 72 - 206. 92 X exp ( - 1 X TAU/ 0. 01 38) …式 （1 )
但し、 T A u ： A u電極膜厚を波長 λで規格化した値
[0014] 本発明に係る弾性表面波装置では、好ましくは、第 2の酸化ケィ素膜の膜厚 Ηは、 0. 15え〜 0. 50えの範囲とされ、その場合には、レイリー波の電気機械結合係数 Κ2 を 6%以上とすることができ、広帯域ィ匕を容易に図ることができる。
(発明の効果）
[0015] 本発明に係る弾性表面波装置では、 LiNbO基板上に IDT電極を含む Auを主体
3
とする電極が形成されており、上記第 1,第 2の酸ィ匕ケィ素膜が形成されており、レイ リー波を利用した弾性表面波装置において、電極膜厚が、上記特定の範囲内とされ ており、すなわち 0. 062 λ以上と厚くされているため、電極抵抗を低くすることができ 、それによつて高周波化を進めた場合であっても損失の低減を図ることが可能となる 。加えて、 LiNbO基板のオイラー角の Θが上記特定の範囲内とされているので、レ
3
イリ一波の電気機械結合係数の低下が生じ難い。
[0016] よって、本発明によれば、高周波化に容易に対応することができ、低損失であり、広 帯域の弾性表面波装置を提供することが可能となる。
図面の簡単な説明 [0017] [図 1]図 1 (a) , (b)は本発明の一実施形態に係る弾性表面波装置の模式的平面図 及びその要部を拡大して示す部分切欠拡大正面断面図である。
[図 2]図 2は、 Auからなる IDT電極の厚み及びオイラー角の Θが変化した場合のレイ リー波の電気機械結合係数 K2の変化を示す図である。
[図 3]図 3は、 Auからなる IDT電極の厚み及びオイラー角の Θが変化した場合の SH 波の電気機械結合係数 K2の変化を示す図である。
[図 4]図 4は、 Auからなる IDT電極の膜厚が変化した場合のレイリー波及び SH波の 音速の変化を示す図である。
[図 5]図 5は、 IDT電極の膜厚が変化した場合のレイリー波の電気機械結合係数の変 化を示す図である。
[図 6]図 6は、第 2の酸ィ匕ケィ素膜の膜厚を 0. 2 λ , 0. 3 λまたは 0. 4えとしたときの オイラー角の Θの変化によるレイリー波の電気機械結合係数 Κ2の変化を示す図であ る。
[図 7]図 7は、第 2の酸ィ匕ケィ素膜の膜厚を 0. 2 λ、 0. 3 λまたは 0. 4えとしたときの オイラー角の Θの変化による SH波の電気機械結合係数 Κ2の変化を示す図である。
[図 8]図 8は、 Auからなる IDT電極の膜厚が 0. 02 λである場合の、第 2の酸化ケィ 素膜の膜厚が 0. 2 λ、0. 3 λまたは 0. 4えの場合の、オイラー角の 0の変化による SH波の電気機械結合係数 Κ2の変化を示す図である。
[図 9]図 9は、実施形態及び第 1 ,第 2の比較例の弾性表面波装置のインピーダンス 特性及び位相特性を示す図である。
[図 10]図 10は、実施形態の弾性表面波装置において、第 2の酸ィ匕ケィ素膜の膜厚 を 0. 34 λ、 0. 29 λまたは 0. 24 λとした場合のインピーダンス特性及び位相特性 を示す図である。
符号の説明
[0018] 1…弾性表面波装置
2- - -LiNbO基板
3
3 -IDT電極
4, 5…反射器 6…第 1の酸ィ匕ケィ素膜
7…第 2の酸ィ匕ケィ素膜
発明を実施するための最良の形態
[0019] 以下、図面を参照しつつ、本発明の具体的な実施形態を説明することにより、本発 明を明らかにする。
[0020] 図 1 (a)は、本発明の一実施形態に係る弾性表面波装置の模式的平面図であり、 ( b)はその要部を示す部分切欠拡大正面断面図である。
[0021] 弾性表面波装置 1は、回転 Y板 X伝搬の LiNbO基板 2を用いて構成されている。
3
LiNbO基板 2の結晶方位は、オイラー角で（0° ± 5° ， θ， 0° ± 10° )とされてい
3
る。
[0022] また、 LiNbO基板 2上には、図 1 (b)に示すように、 IDT電極 3が形成されている。
3
図 1 (a)に示すように、 IDT電極 3の表面波伝搬方向両側には、反射器 4, 5が形成さ れている。
[0023] これらの電極が形成されている領域の残りの領域には、第 1の酸ィ匕ケィ素膜 6が形 成されている。第 1の酸化ケィ素膜 6の膜厚は、 IDT電極 3及び反射器 4, 5の膜厚と 等しくされている。そして、これらの電極 3, 4及び第 1の酸ィ匕ケィ素膜 6を覆うように第 2の酸ィ匕ケィ素膜 7が形成されて 、る。
[0024] 弾性表面波装置 1では、 LiNbO基板は、負の周波数温度係数を有する。これに
3
対して、酸化ケィ素膜 6, 7は、正の周波数温度係数を有する。従って、周波数特性 を改善することができる。
[0025] 加えて、 IDT電極 3を含む電極の密度力 第 1の酸ィ匕ケィ素膜 6の密度の 1. 5倍以 上とされている。すなわち、本実施形態では、 IDT電極 3は、 Auにより形成されてい る。従って、 IDT電極 3の密度は 19. 3gZcm3であり、他方第 1の酸ィ匕ケィ素膜の密 度は 2. 21gZcm3である。
[0026] 従って、前述した特許文献 1に開示されて!ヽるように、 IDT電極 3の反射係数を高 めることができる。それによつて、共振特性上に現れるリップルを抑圧することが可能 とされている。
[0027] 本実施形態の弾性表面波装置 1の特徴は、さら〖こ、上記 IDT電極 3の膜厚が、表 面波の波長えとしたときに、 0. 062え〜 0. 14えの範囲にあり、力つ LiNbO基板 2
3 のオイラー角（0° ± 5° , 0 ± 5° , 0° ± 10° )の 0が下記の式（1)を満たす範囲 とされていることにある。すなわち、 IDT電極 3の膜厚力 0. 062 λ以上と厚くされて いるので、電極抵抗を低くすることができる。よって、高周波化を進めた場合であって も損失の低減を図ることができる。また、オイラー角の Θが特定の範囲内とされている ので、レイリー波の電気機械結合係数の低下が生じ難い。
[0028] [数 2]
6» = 3 1 . 72 - 20 S . 9 2 X exp ( - 1 X TAL,/ 0. 01 38) …式 （1 )
但し、 T A u ： A U電*膜厚を波長 λで規格化した値
[0029] これを、具体的な実験例に基づき説明する。
[0030] (第 1の実験例）
オイラー角（0° , 20° 〜50° , 0° )の LiNbO基板 2において励振されるレイリー
3
波及びスプリアスとなる SH波に関し、有限要素法により計算を行った。なお、計算モ デルは、図 1 (b)に示すように、第 2の酸ィ匕ケィ素膜の上面が平坦な構造とし、 IDT電 極を Auで構成し、第 1,第 2の酸ィ匕ケィ素膜 6, 7は SiO膜により構成したものとした
2
oなお、 IDT電極のデューティは 0. 50とし、第 2の酸ィ匕ケィ素膜 7を構成している Si O膜の膜厚は 0. 3 λの厚みとした。
2
[0031] IDT電極 3の膜厚を、 0. 020 λ、 0. 040 λ、 0. 062 λまたは 0. 080 λとし、才イラ 一角の Θを変化させた場合のレイリー波の電気機械結合係数 Κ2の変化を図 2に示 す。また、 IDT電極の膜厚を 0. 020 λ、 0. 040 λ、 0. 062 λまたは 0. 080 λとし、 オイラー角の Θを変化させた場合のスプリアスとなる SH波の電気機械結合係数 Κ2 の変化を図 3に示す。
[0032] 図 2及び図 3から明らかなように、 Au力もなる IDT電極 3の膜厚が 0. 062 λ以上に なると、レイリー波の電気機械結合係数 Κ2及び SH波の電気機械結合係数 Κ2の 、ず れもが、オイラー角の Θに対する依存性が変化することがわかる。すなわち、レイリー 波の場合には図 2から明らかなように、 IDT電極の膜厚が 0. 04 λ以下の場合には、 レイリー波の電気機械結合係数 Κ2が小さぐかつ膜厚が 0. 02えと薄くなると、ォイラ 一角の Θにより、電気機械結合係数 Κ2が大きく変化していることがわかる。これに対 して、 IDT電極の膜厚が 0. 062 λ以上の場合には、レイリー波の電気機械結合係 数は 6%以上と高ぐしかもオイラー角の Θの変化による変化が少ないことがわかる。
[0033] 他方、図 3から明らかなように、 SH波の電気機械結合係数 Κ2は、オイラー角の Θが 変化すると大きく変化している。もっとも、 IDT電極 3の膜厚が 0. 02えの場合には、 Θ = 36° 付近でスプリアスとなる SH波の電気機械結合係数 Κ2が極小となっている のに対し、電極膜厚力 SO. 062 λ及び 0. 08えで ίま、 0 = 30° 付近で SH波の電気 機械結合係数が極小になっている。なお、 IDT電極の膜厚が 0. 04えの場合には、 オイラー角の Θ = 36° の場合に、 SH波の電気機械結合係数は 5%と非常に高かつ たので、図 3には図示できていない。
[0034] 従って、図 3から明らかなように、スプリアスとなる SH波の電気機械結合係数 Κ2が 最小となる 0は、 Au力もなる IDT電極の膜厚が 0. 062 λ以上となると、 Θ = 36° 付 近から 30° 付近にシフトすることがわかる。
[0035] 従来、レイリー波を利用する場合、 IDT電極 3の膜厚が厚くなると、 SH波スプリアス が大きくなると考えられていた。すなわち、上記のように、例えば電極膜厚が 0. 04 λ 、かつオイラー角の Θ力 ¾6° の場合、 SH波の電気機械結合係数は 5%と非常に高 かった。
[0036] これに対して、 0. 062 λ以上の膜厚とした場合には、 Θ力 ¾6° 付近では、図 3から 明らかなように、 SH波の電気機械結合係数 Κ2は、 0. 2〜0. 4%程度であるものの、 Θ = 30° 付近では、非常に小さぐ 0. 05%以下となることがわかる。
[0037] このように、 Auからなる IDT電極の膜厚力 0. 06 λ付近を境にして、 SH波の電気 機械結合係数 Κ2及びレイリー波の電気機械結合係数 Κ2の Θ依存性が変化するの は、図 4に示すようにレイリー波の音速と SH波の音速が、 IDT電極 3の膜厚が 0. 06 2えで交叉するためと考えられる。すなわち、図 4に示すように、 IDT電極の膜厚が増 加するにつれて、 SH波及びレイリー波の音速は低下する力 0. 062 λ以上になると 、レイリー波の音速が SH波の音速を上回ることになる。
[0038] 従って、図 2及び図 3に示したように、 IDT電極の膜厚が 0. 062 λ以上になると、上 記レイリー波と SH波の音速が逆転することにより、レイリー波及び SH波の電気機械 結合係数 Κ2の Θに対する依存性が変化しているものと考えられる。 [0039] 図 5は、レイリー波の電気機械結合係数 K2の Auからなる IDT電極の膜厚による変 化を示す図である。ここでは、 IDT電極 3のデューティは 0. 50、第 2の酸化ケィ素膜 7としての SiO膜の膜厚は 0. 3 λとした。
2
[0040] 図 5から明らかなように、 Au力もなる IDT電極 3の膜厚が増加するにつれて、レイリ 一波の電気機械結合係数 K2は低下する傾向のあることがわかる。しかしながら、 IDT 電極 3の膜厚が 0. 14 λ以下であれば、レイリー波の電気機械結合係数 Κ2は 6%以 上と十分高い値を示すことがわかる。従って、電気機械結合係数 Κ2を 6%以上と十 分大きな値とするには、 IDT電極 3の膜厚は 0. 14 λ以下とすることが必要である。
[0041] 本発明では、 Auからなる IDT電極 3の膜厚力 0. 062 λ以上とされており、それに よって、 IDT電極の膜厚が十分厚くされ、電極抵抗が低くされている。この場合、図 2 及び図 3の結果から、後述するようにオイラー角の Θを選択することにより、 SH波によ るスプリアスを十分小さくすることができ、かつレイリー波による電気機械結合係数 Κ2 を 6%以上の十分大きな値とすることができる。特に、 IDT電極の膜厚を上記のように 0. 14 λ以下とすることにより、レイリー波の電気機械結合係数 Κ2を確実に 6%以上 と大さくすることがでさる。
[0042] 図 6は、 IDT電極のデューティを 0. 50、 Auからなる IDT電極 3の膜厚を 0. 062 1 とし、第 2の酸ィ匕ケィ素膜 7としての SiO膜の膜厚を 0. 2 λ、 0. 3 λまたは 0. 4えとし
2
た場合のオイラー角の Θによるレイリー波の電気機械結合係数 κ2の変化を示す図で ある。
[0043] 図 7は、図 6と同様に、 Auからなる IDT電極の膜厚を 0. 062 λ、デューティを 0. 50 とし、第 2の酸ィ匕ケィ素膜の膜厚を 0. 20 λ、 0. 3 λまたは 0. 4 λとしたときのオイラ 一角の Θによる SH波の電気機械結合係数 Κ2の変化を示す図である。
[0044] 図 6から明らかなように、第 2の酸ィ匕ケィ素膜の膜厚を、 0. 2 λ、 0. 3 λまたは 0. 4 λのいずれの場合であっても、オイラー角の Θが変化したとしても、レイリー波の電気 機械結合係数 Κ2はさほど変化せず、 6%以上の高い値を示している。他方、 SH波 の電気機械結合係数 Κ2については、図 7から明らかなように、オイラー角の Θが変化 すると大きく変化しているが、第 2の酸ィ匕ケィ素膜の膜厚が、 0. 2 λ、0. 3 λまたは 0 . 4えの場合のいずれにおいても、ほぼ同様の結果となっている。 [0045] 従って、図 6及び図 7から明らかなように、第 2の酸ィ匕ケィ素膜 7の膜厚が製造ばら つき等によりばらついたとしても、レイリー波及び SH波のオイラー角の Θ依存性はほ とんど変化しないことがわかる。よって、上記実施形態によれば、 SiO膜からなる第 2
2
の酸ィ匕ケィ素膜 7の厚みばらつきが生じたとしても、 SH波スプリアスによる特性の影 響のばらつきが生じ難い、特性の安定な弾性表面波装置 1を提供し得ることがわ力る
[0046] なお、図 8は、 IDT電極 3の膜厚を 0. 02 λとした場合の SH波の電気機械結合係 数 K2のオイラー角の Θ及び第 2の酸ィ匕ケィ素膜 7の膜厚による変化を示す図である 。図 8から明らかなように、 Au力もなる IDT電極 3の膜厚が 0. 02えと薄い場合には、 第 2の酸ィ匕ケィ素膜 7の膜厚が 0. 2えの場合、 0. 3えの場合あるいは 0. 4えの場合 において、オイラー角の Θによる SH波の電気機械結合係数 K2の変化が非常に異な つていることがわかる。従って、 IDT電極 3の膜厚が 0. 02えと薄い場合には、第 2の 酸ィ匕ケィ素膜 7の膜厚がばらつくと、特性が大きくばらつくことがわ力る。
[0047] なお、 SH波はスプリアスとなるため、その電気機械結合係数 K2は小さいことが好ま しい。 SH波の電気機械結合係数 K2が最小となる Θの値は、 Au力もなる IDT電極 3 の膜厚を T とすると、下記の式（1)で表される。この式（1)は、上記図 3の結果から
AU
導かれたものである。
[0048] [数 3]
6> = 3 1 . 72 - 206. 92 X exp ( - 1 X TAU/ 0. 01 38) …式 （1 )
但し、 T A U ： A u電極膜厚を波長 λで規格化した値
[0049] また、 SH波の電気機械結合係数 Κ2が 0. 1%以下であればスプリアスによる影響は 非常に小さくなる。そのため、上記式（1)で示される Θは、 Θ ± 5° の範囲であること が望ましぐその場合には、 SH波の電気機械結合係数 Κ2を 0. 1%以下とすることが できる。
[0050] また、図 6から明らかなように、 SiO力もなる第 2の酸ィ匕ケィ素膜の膜厚が 0. 2え〜
2
0. 4えの範囲であれば、オイラー角の 0力 〜50° の広い範囲に渡り、レイリー 波の電気機械結合係数 K2が 6%よりも高くされている。本願発明者の実験によれば、 この第 2の酸ィ匕ケィ素膜の膜厚が 0. 15え〜 0. 5えの範囲にあれば、レイリー波の電 気機械結合係数 K2を 6%以上と高くし得ることが確かめられている。従って、好ましく は、第 2の酸ィ匕ケィ素膜の膜厚は 0. 15え〜 0. 5 λ、より好ましくは図 6に示されてい るように 0. 2え〜 0. 4えの範囲とすればよい。
[0051] 図 9は、上記実施形態の弾性表面波装置 1と、比較のために用意した第 1,第 2の 比較例の弾性表面波装置のインピーダンス特性及び位相特性を示す。実施形態の 弾性表面波装置では、 IDT電極 3は、膜厚が 0. 062えの Au膜とした。第 1の比較例 では、 Au膜の膜厚を 0. 05 λ、第 2の比較例では、 Au膜の膜厚を 0. 04 λとした。
[0052] なお、 IDT電極 3の膜厚以外の仕様は以下の通りとした。
[0053] オイラー角で (0° , 30° , 0° )の LiNbO基板 2上に、上記実施形態の弾性表面
3
波装置では、 0. 062 λ = 126nmの厚みの IDT電極 3を形成し、第 2の酸化ケィ素 膜 7として、 600nm=0. 29えの SiO膜を作製し、 1. 9GHz帯の 1ポート型弾性表
2
面波共振子を作製した。なお、 λ = 2. 07 mとした。
[0054] 第 1の比較例では、 IDT電極は、 104nm=0. 05 λの Au膜により形成し、第 2の酸 化ケィ素膜 7の膜厚は 600nm=0. 29えとした。また、第 2の比較例では、 Au力もな る IDT電極の厚みは 83nm=0. 04えとし、第 2の酸化ケィ素膜としての SiO膜の膜
2 厚は 600nm=0. 29えとした。 IDT電極のデューティはいずれも 0. 5とした。
[0055] 実線が上記実施形態の結果を、破線が第 1の比較例の結果を、一点鎖線が第 2の 比較例の結果を示す。
[0056] 図 9から明らかなように、第 2の比較例では、共振周波数と反共振周波数との間に 矢印 Aで示す大きなスプリアスが現れており、第 1の比較例においても共振周波数の 低域側に矢印 Bで示すスプリアスの現れていることがわかる。これらのスプリアスは、 S H波によるスプリアスと考えられる。これに対して、上記実施形態の弾性表面波装置 1 では、このようなスプリアスが認められない。
[0057] また、図 10は、上記実施形態の弾性表面波装置 1において、第 2の酸ィ匕ケィ素膜 7 の膜厚を、 0. 34えの場合力ら、 0. 29 λ及び 0. 24えに変ィ匕させたことを除いては 同様にして構成された弾性表面波装置を用意し、これらの弾性表面波装置について のフィルタ特性を測定した結果を示す。実線が、上記実施形態と同様に、第 2の酸化 ケィ素膜の膜厚が 0. 34えの場合の結果を、破線が 0. 29えの場合の結果を、一点 鎖線が 0. 24 λの場合の結果を示す。
[0058] 図 10から明らかなように、いずれの場合においてもスプリアスは見られず、良好な 共振特性の得られることがわかる。従って、 SiO力もなる第 2の酸ィ匕ケィ素膜の膜厚
2
がばらついたとしても、スプリアスが現れ難ぐ従って良好な共振特性を安定に得るこ とがでさる。
[0059] LiNbO基板のオイラー角は、上記実施形態では、（0° , 0 ± 5° , 0° )とされて
3
いた力 本願発明者の実験によれば、オイラー角（ φ , θ , φ )における φは 0° ± 5 ° の範囲であればよぐ φは 0° ± 10° の範囲であればよぐいずれの場合におい ても、上記実施形態と同様の効果が得られることが確認されている。
[0060] 上記実施形態では、 IDT電極は、 Auにより構成されて ヽたが、本発明にお ヽては 、 Auを主体とする電極を用いればよぐ Auからなる主たる電極層の下方に、相対的 に厚みの薄い密着層が形成されていてもよぐあるいは Auを主たる電極層上に、薄 い保護電極層が積層されていてもよい。これらの場合、 Au力もなる主たる電極層の 厚みを本発明の電極の厚みとすればよい。
[0061] さらに、前述した 1ポート型弾性表面波共振子ゃデュプレクサの帯域フィルタ部に 限らず、様々な共振子や様々な回路構成の表面波フィルタに本発明を適用すること ができる。

Claims

請求の範囲 [1] オイラー角（0。 ±5。 , 0 ±5。 ， 0° ±10。 ）の LiNbO基板と、 3 前記 LiNbO基板上に形成されており、 Auを主体とする IDT電極を含む電極と、 3 前記電極が形成されて 、る領域を除 、た残りの領域にぉ 、て、前記電極と等し ヽ 厚みとなるように形成されている第 1の酸化ケィ素膜と、 前記電極及び第 1の酸化ケィ素膜を被覆するように形成された第 2の酸化ケィ素膜 とを備え、レイリー波を利用した弾性表面波装置であって、 表面波の波長 λとしたときに、前記電極の膜厚が 0.062 λ〜0. 14 λの範囲にあ り、前記オイラー角（0° ±5° , 0 ±5° , 0° ±10° )の 0が下記の式（1)を満た す範囲とされていることを特徴とする、弾性表面波装置。
[数 1]
6> = 31.72 - 206.92Xexp( - 1 XTA1I/0.0138) …式 （1)
但し、 TAl) ： A u電極膜厚を波長えで規格化した値
[2] 前記第 2の酸ィ匕ケィ素膜の膜厚 Hが、 0. 15え〜 0.50えの範囲とされている、請 求項 1に記載の弾性表面波装置。
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