WO2008035546A1 - Elastic boundary wave device - Google Patents

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boundary acoustic
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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 elements; Electromechanical resonators
    • H03H9/02—Details
    • H03H9/02535—Details of surface acoustic wave devices
    • H03H9/02818—Means for compensation or elimination of undesirable effects
    • H03H9/02834—Means for compensation or elimination of undesirable effects of temperature influence
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    • H03H9/02—Details
    • H03H9/0222—Details of interface-acoustic, boundary, pseudo-acoustic or Stonely wave devices

Definitions

  • the present invention relates to a boundary acoustic wave device used for, for example, a bandpass filter. More specifically, an IDT electrode is provided between a first medium and a second medium.
  • the present invention relates to a boundary acoustic wave device using boundary acoustic waves propagating along a boundary.
  • Patent Document 1 discloses an elastic boundary wave device having a structure shown in a schematic sectional view in FIG.
  • the boundary acoustic wave device 101 has a structure in which a first medium 102 and a second medium 103 are stacked.
  • LiNbO substrate is used as the first medium 102
  • SiO is used as the second medium 103. Then, the first and second media 102,
  • An IDT 104 made of Au is formed at the boundary between 103.
  • Patent Document 1 WO2004 / 070946
  • the boundary acoustic wave device 101 described in Patent Document 1 has a drawback that the temperature characteristics, particularly the absolute value of the group delay time temperature coefficient TCD, is relatively large. This will be described more specifically.
  • the first medium 102 is made of a 15 ° Y-cut X-propagating LiNbO substrate, and the second medium 103 is also made of SiO force.
  • the IDT electrode 104 has a structure in which an A1 film of 0.05 ⁇ is laminated on an Au film having a thickness of 0.05 ⁇ 05 ⁇ , and the duty is 0.5.
  • the group delay time temperature coefficient TCD was calculated. [0006] The calculation is based on the finite element method described in "A Finite Element Method Analysis of Periodically Structured Piezoelectric Waveguides" (The IEICE Transactions Vol. J68-C Nol, 1985/1, pp. 21-27). Was extended, and a strip was placed in the half-wavelength section, and the velocity of sound at the upper and lower stopbands of the electrically open and shorted strips was determined. The speed of sound at the bottom of the open strip is V, the speed of sound at the top is V, and the speed of sound at the bottom of the shorted strip is V.
  • the sound speed at the upper end is V.
  • the vibration of the boundary acoustic wave starts from the position 1 ⁇ above the IDT.
  • the IDT electrode Since most of the energy is concentrated and propagates to the position of 1 ⁇ below the DT, the IDT electrode is sandwiched between 8 ⁇ , ie IDT electrode + 4 ⁇ force, IDT electrode 4 ⁇ , etc. This region was the analysis region, and the boundary conditions on the front and back surfaces of the boundary acoustic wave device were fixed elastically.
  • the group delay time temperature coefficient TCD was determined from the phase velocity V 1, V 2 and V at the lower end of the stop band of the short-circuit strip at 15 ° C, 25 ° C and 35 ° C by the following equation (1): .
  • alpha is a coefficient of linear expansion of LiNbO substrate in the boundary wave propagation direction
  • Table 1 shows the characteristics of boundary acoustic waves propagating through the above structure.
  • a F in Table 1 is the amount of frequency change obtained from the sound velocity V force when the duty changes +0.01.
  • ⁇ F -2499ppm As is clear from Table 1, in this conventional boundary acoustic wave device, ⁇ / k is as large as 0.15.
  • the group delay time temperature coefficient TCD is as large as 42 lppm / ° C.
  • An object of the present invention is to provide an elastic boundary between the first and second media by placing an IDT electrode made of a metal having a large mass between the first and second media in view of the current state of the prior art described above. It is an object of the present invention to provide a boundary acoustic wave device capable of further reducing the absolute value of the group delay time temperature coefficient TCD in a structure in which the energy of the wave is confined.
  • the present invention provides a first medium having a positive group delay time temperature coefficient TCD, an IDT electrode laminated on the first medium, and the first medium so as to cover the IDT electrode.
  • the second boundary medium including the second medium that is stacked and has a negative group delay time temperature coefficient TCD.
  • the third medium force S made of a dielectric material having a sound velocity lower than that of the medium is provided on at least the upper surface of the IDT electrode! /.
  • the third medium is provided so as to cover at least a part of the side surface of the IDT electrode, not only the upper surface of the IDT electrode. In this case, the energy distribution of the boundary acoustic wave to be confined more effectively spreads to the second medium side, thereby further improving the temperature characteristics.
  • an IDT electrode is formed on the first medium, and the third medium covers the IDT electrode and the upper surface of the first medium. It is formed.
  • the thin film formation method is used.
  • the third medium can be formed easily and with high accuracy.
  • the IDT electrode has a structure in which a plurality of metal layers are stacked, and in this case, the metal layer arranged on the second medium side among the plurality of metal layers is more than the remaining metal layers.
  • the metal layer arranged on the second medium side among the plurality of metal layers is more than the remaining metal layers.
  • the boundary acoustic wave device includes a first medium having a positive group delay time temperature coefficient TCD and a second medium having a negative group delay time temperature coefficient TCD.
  • the group delay time temperature coefficient TCD of the two cancel each other, and the absolute value of the group delay time temperature coefficient TCD can be reduced.
  • the group delay time temperature is increased by the mass load of the IDT electrode.
  • the absolute value of the coefficient TCD tends to increase.
  • the third medium force IDT electrode having a lower sound velocity than the second medium is provided on at least the upper surface, so that the energy distribution of the boundary acoustic wave has a negative TCD distribution. It spreads to the second medium side. Therefore, the temperature characteristics, especially the absolute value of TCD, can be reduced.
  • the IDT electrode is formed using a metal having a high density such as Au, for example, the temperature characteristics of the boundary acoustic wave device are improved, particularly the absolute value of TCD. Can be effectively reduced.
  • FIG. 1 is a front sectional view showing a main part of a boundary acoustic wave device according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic plan view showing an electrode structure of the boundary acoustic wave device according to the embodiment shown in FIG.
  • FIG. 3 is a schematic diagram for explaining that the energy distribution of the boundary acoustic wave changes due to the provision of the third medium.
  • Fig. 4 shows the sound of the boundary acoustic wave at the lower end of the stop band when the thickness of the third medium is changed. It is a figure which shows the change of speed.
  • FIG. 5 is a diagram showing a change in K / k when the thickness of the third medium is changed.
  • FIG. 6 is a graph showing changes in the group delay time temperature coefficient TCD when the film thickness of the third medium is changed.
  • FIG. 7 is a diagram showing changes in electromechanical coupling coefficient K 2 of a boundary acoustic wave in the case of changing the thickness of the third medium.
  • FIG. 8 is a schematic front cross-sectional view showing the main part of a boundary acoustic wave device according to a modification of the first embodiment.
  • FIG. 9 is a schematic front sectional view for explaining a conventional boundary acoustic wave device. Explanation of symbols
  • FIG. 1 is a schematic front sectional view showing a main part of a boundary acoustic wave device according to a first embodiment of the present invention.
  • the boundary acoustic wave device 1 has a structure in which a second medium 3 is stacked on a first medium 2.
  • the first medium 2 is made of a material having a positive group delay time temperature coefficient TCD, which is 15 in this embodiment. Y-cut X propagation LiNbO force, etc.
  • the second medium 3 has a group delay time temperature coefficient TCD It consists of an appropriate negative dielectric or insulator. In this embodiment, it is made of SiO.
  • the sound velocity of the transverse wave of SiO that constitutes the second medium is 3757 m / sec.
  • the sound velocity of the transverse wave of Ta O that constitutes medium 7 of 3 is 1580 m / sec.
  • an IDT electrode 4 is formed on the first medium 2.
  • the IDT electrode 4 has a plurality of electrode fingers.
  • the IDT electrode 4 includes the first metal layer 5 laminated on the first medium 2 and the second metal layer 6 laminated on the first metal layer 5. And have. That is, the IDT electrode 4 has a structure in which a plurality of metal layers are stacked.
  • the first metal layer 5 is made of Au
  • the second metal layer 6 is A. That is, among the plurality of metal layers 5 and 6, the metal layer 6 close to the second medium 3 side is made of a lighter metal than the remaining metal layer 5.
  • the third medium 7 is formed so as to cover the upper surface of the IDT electrode 4.
  • the third medium 7 is a material force whose transverse wave is lower than the second medium 3, and in this embodiment, the third medium 7 is a TaO force.
  • the electrode structure of the boundary acoustic wave device 1 having the IDT electrode 4 is not particularly limited, but in this embodiment, as shown in the schematic plan view of FIG.
  • the electrode structure is formed so as to form a 1-port boundary acoustic wave resonator with reflectors 8 and 9.
  • the group delay time temperature coefficient TCD of the first medium 2 is positive, and the group delay time temperature coefficient TCD of the second medium 3 is negative. Accordingly, the temperature characteristics of the first and second media 2 and 3 cancel each other, and the absolute value of the group delay time temperature coefficient TCD is reduced.
  • the IDT electrode 4 having a heavy metal layer made of Au is formed. Therefore, the improvement effect of the group delay time temperature coefficient TCD is not enough! / ,.
  • the third medium 7 is disposed so as to cover the upper surface of the IDT electrode 4, that is, on the second medium 3 side, the group delay time temperature coefficient TCD can be effectively improved. Is possible. This is because the energy distribution force of the confined elastic boundary wave U2 is increased as shown in Fig. 3 schematically showing the boundary wave energy distribution in the boundary acoustic wave device 1.
  • the state indicated by the broken line A above the metal layer made of Au of the IDT electrode 4 is that the third medium 7 is provided.
  • the solid line B it is considered that the energy distribution spreads toward the second medium 3 side.
  • the structure of the boundary acoustic wave device 1 was set as shown in Table 2 below, and the calculation was performed in the same manner as in the case of the conventional boundary acoustic wave device 101 described above.
  • TCD was determined by the above-described equation (1).
  • Fig. 4 shows the relationship between the thickness of the third medium and the sound velocity V at the lower end of the stop band
  • Fig. 5 shows the relationship between the thickness of the third medium and ⁇ / k.
  • FIG. 6 shows the relationship between the thickness and the temperature coefficient of group delay time TCD of the third medium
  • FIG. 7 shows the relationship between the thickness and the electromechanical coupling coefficient K 2 of the third medium.
  • the third medium As is clear from FIG. 7, as the thickness of the third medium increases, the electromechanical coupling coefficient K 2 of the boundary acoustic wave slightly decreases, but as is clear from FIG. 6, the third medium It can be seen that the absolute value of the group delay time temperature coefficient TCD is made sufficiently small as the thickness of is increased. As can be seen from Figs. 4 and 5, as the thickness of the third medium increases, the speed of sound decreases but ⁇ / k hardly changes.
  • the piezoelectric body used as the first medium in this type of boundary acoustic wave device is:
  • the group delay time temperature coefficient TCD is often positive.
  • the absolute value of the group delay time temperature coefficient TCD can be obtained by configuring the second medium with a material having a negative group delay time temperature coefficient TCD as in the boundary acoustic wave device 101 described in Patent Document 1.
  • the power S can be reduced.
  • the absolute value of the group delay time temperature coefficient TCD could not be made sufficiently small. This is because the IDT electrode is formed using a metal with a large mass such as Au and the energy of the boundary acoustic wave is confined to the interface between the first and second media. This is thought to be due to the deterioration of temperature characteristics.
  • the low acoustic velocity third medium is provided so as to cover the upper surface of the IDT electrode, whereby the energy distribution force S of the boundary acoustic wave is shown in FIG.
  • the temperature characteristics are considered to be improved by spreading from the interface to the second medium side.
  • the provision of the third medium 7 makes it possible to effectively improve the frequency temperature characteristics.
  • the third medium 7 is provided on the upper surface of the IDT electrode 4.
  • the third medium 7A may be formed so as to cover at least a part of the side surface.
  • the third medium 7A is formed so as to cover the IDT electrode 4 formed on the first medium 2 and to cover the upper surface of the first medium 2. It is desirable. That is, after forming the IDT electrode 4 on the first medium 2, the third medium 7A can be easily formed by forming the third medium 7A by a thin film formation method or the like. Because.
  • the IDT electrode 4 may be formed of a single metal layer.
  • the metal material constituting the IDT electrode is not particularly limited! /, But a metal having a mass larger than that of A1 should be used in order to effectively confine the energy of the boundary acoustic wave in the interface. Is desirable. Examples of such a metal include Au, Pt, Ag, Cu, Ni, Ti, Fe, W, and Ta. An alloy mainly composed of these metals may be used.
  • the IDT electrode 4 may have a structure in which a plurality of metal layers are laminated. In that case, it is desirable to form the IDT electrode 4 so as to have a metal layer made of a metal or alloy heavier than A1 as described above.
  • a beam is also heavy A structure in which a metal layer made of metal or an alloy is laminated with a metal layer having a relatively light weight such as Al, or a structure in which a plurality of metal layers made of metal heavier than A1 is laminated. Good.
  • the metal layer 6 having a small mass is disposed on the second medium 3 side.
  • the energy distribution of the boundary acoustic wave can be expanded to the second medium 3 side, and the temperature characteristics can be further improved.
  • the IDT electrode a thin layer made of a metal or an alloy such as Ti, Cr, NiCr, Ni, Pt, or Pd is used as an IDT electrode and the first medium in order to improve adhesion and power durability. Between the IDT electrode and the third medium, or between a plurality of metal layers constituting the IDT electrode.
  • the material mainly responsible for reflection of elastic boundary waves in the strip of the IDT electrode most of which is a heavy metal material, and the speed of sound of the transverse waves of the first and second media are considered. Gore ,.
  • the first medium is LiNbO
  • the second medium is SiO
  • 3 2 is composed of the force S, which is composed of the third medium force STa O, and the first to third mediums.
  • the quality may be configured using other suitable piezoelectric or dielectric materials.
  • Such materials include Si, glass, SaC, ZnO, PZT ceramics, A1N, Al 2 O, LiTaO, KNbO
  • one of the first medium 2 and the second medium 3 has a necessary force s formed of a piezoelectric material.
  • the second medium 3 and the first medium 2 may have a laminated structure.
  • the second medium 3 may have a structure in which SiN is laminated on SiO.
  • a material that can improve the adhesion between the medium and the IDT is preferably used as the material constituting the third medium. It also constitutes a third medium
  • a chemically stable material such as TaO as the material to be used.
  • the strength of the boundary acoustic wave device is applied to the surface of the structure in which the first and second media are laminated. Or a protective layer for preventing the invasion of corrosive gas.
  • the boundary acoustic wave device 1 may be enclosed in a package.
  • the material constituting the protective layer is not particularly limited, and an insulating material or a metal film can be used.
  • the insulating material include organic insulating materials such as polyimide resin and epoxy resin, and inorganic insulating materials such as titanium oxide, aluminum nitride, and aluminum oxide.
  • the metal film include an Au film and an A1 film. Or W film
  • the present invention is not limited to the resonator with a reflector described above, but a transversal using a longitudinally coupled filter, a ladder-type filter, a longitudinally coupled resonator filter, a laterally coupled resonator filter, and a reflective SPUDT. It can be widely used for various devices using boundary acoustic waves such as type inertia boundary wave filters, boundary acoustic wave optical switches, and boundary acoustic wave optical filters.

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Description

明 細 書
弾性境界波装置
技術分野
[0001] 本発明は、例えば帯域フィルタなどに用いられる弾性境界波装置に関し、より詳細 には、第 1 ,第 2の媒質間に IDT電極が設けられており、第 1 ,第 2の媒質の境界を伝 搬する弾性境界波を利用した弾性境界波装置に関する。
背景技術
[0002] 従来、共振子や帯域フィルタとして、弾性表面波装置が広く用いられている。他方、 近年、パッケージの小型化を図り得るため、弾性表面波装置に代わって、弾性境界 波装置が注目されている。
[0003] 例えば、下記の特許文献 1には、図 9に模式的断面図で示す構造を有する弾性境 界波装置が開示されている。弾性境界波装置 101は、第 1の媒質 102と、第 2の媒質 103とを積層した構造を有する。第 1の媒質 102として、 LiNbO基板が用いられて
3
おり、第 2の媒質 103として、 SiOが用いられている。そして、第 1 ,第 2の媒質 102,
2
103間の境界に、 Auからなる IDT104が形成されている。
[0004] IDT104として、密度が大きぐかつ音速の低い金属を用いることにより、 IDT104 が設けられている部分、すなわち第 1 ,第 2の媒質 102, 103間の境界において振動 エネルギーが集中され、弾性境界波が励振されている。
特許文献 1： WO2004/070946
発明の開示
[0005] しかしながら、特許文献 1に記載の弾性境界波装置 101では、温度特性、特に群 遅延時間温度係数 TCDの絶対値が比較的大きいという欠点があった。これを、より 具体的に説明する。いま、特許文献 1に記載のように、第 1の媒質 102が 15° Yカツ ト X伝搬の LiNbO基板からなり、第 2の媒質 103が SiO力もなり、いずれも厚みを 8
3 2
λとし、 IDT電極 104が 0· 05 λの厚みの Au膜上に、 0. 05 λの A1膜を積層した構 造を有し、デューティが 0. 5とする。この構造について、計算により群遅延時間温度 係数 TCDを求めた。 [0006] 計算は、「周期構造圧電性導波路の有限要素法解析」（電子通信学会論文誌 Vol . J68 -C Nol , 1985/1 , pp. 21— 27)に記載されている有限要素法を拡張し、 半波長区間に 1本のストリップを配置し、電気的に開放したストリップと短絡したストリ ップとの阻止域上端と阻止域下端における音速を求めた。開放ストリップ下端におけ る音速を V 、上端における音速を V とし、短絡ストリップの下端における音速を V
01 02 si
、上端における音速を V とした。弾性境界波の振動は、 IDTの上方 1 λの位置から I
S2
DTの下方 1 λの位置までの間に大半のエネルギーを集中させて伝搬しているので、 IDT電極を挟んで上下方向に 8 λ、すなわち IDT電極 + 4 λ力、ら IDT電極 4 λま での領域を解析領域とし、かつ弾性境界波装置の表面及び裏面の境界条件は弾性 的に固定とした。
[0007] 次に、「モード結合理論による弾性表面波すだれ状電極の励振特性評価」電子情 報通信学会技術研究報告， MW90 - 62, 1990, pp. 69— 74)に記載されている 方法に基づき、 IDT電極の電極指における境界波の反射量を表す K /kと電気
12 0 機械結合係数 κ2とを求めた。なお、この文献で扱われている構造に比べると、上記 構造では音速の周波数分散が大きいため、 κ /kは周波数分散の影響を考慮し
12 0
て求めた。
[0008] また、群遅延時間温度係数 TCDを、 15°C、 25°C及び 35°Cにおける短絡ストリップ の阻止域下端の位相速度 V 、V 及び V から、下記の式（1)により求めた。
15°C 25°C 35°C
[0009] 國
-r r- r n, 1― V35 一 Vl5°C . . . n \ 式（1)において、 α は境界波伝搬方向における LiNbO基板の線膨張係数である
S 3
。表 1は、上記構造を伝搬する弾性境界波の特性を示す。なお、表 1における A Fは 、デューティが + 0. 01変化したときの音速 V力、ら求めた周波数変化量である。
si
[0010] [表 1] 項目 伝搬特性
境界波のタイプ SH成分主体の SH型境界波
音速 vsl 3221 m/秒
TCD 42.1 ppm/°C
K2 16.0%
0.15
△ F -2499ppm 表 1から明らかなように、この従来の弾性境界波装置では、 κ /kは 0. 15と大き
12 0
すぎ、そのためか、 A Fが— 2499ppmと周波数変化量は非常に大きかった。
[0011] また、群遅延時間温度係数 TCDが 42. lppm/°Cと大きいことがわかる。
[0012] すなわち、 Auを IDT電極の材料として用い、弾性境界波のエネルギーを第 1 ,第 2 の媒質間の界面に閉じ込めた構造では、群遅延時間温度係数 TCDが悪化するとい う問題があった。
[0013] 本発明の目的は、上述した従来技術の現状に鑑み、第 1 ,第 2の媒質間に質量が 大きな金属からなる IDT電極を配置して第 1 ,第 2の媒質間に弾性境界波のエネル ギーを閉じ込めた構造において、さらに群遅延時間温度係数 TCDの絶対値を小さく することが可能とされている弾性境界波装置を提供することにある。
[0014] 本発明は、群遅延時間温度係数 TCDが正である第 1の媒質と、前記第 1の媒質上 に積層された IDT電極と、前記 IDT電極を覆うように前記第 1の媒質に積層されてお り、群遅延時間温度係数 TCDが負である第 2の媒質とを備える、第 2の媒質/ IDT 電極/第 1の媒質の積層構造を有する弾性境界波装置において、前記第 2の媒質 よりも音速が低い誘電体材料からなる第 3の媒質力 S、前記 IDT電極の少なくとも上面 に設けられて!/、ることを特徴とする。
[0015] 本発明に係る弾性境界波装置では、好ましくは、上記第 3の媒質は、 IDT電極の上 面だけでなぐ前記 IDT電極の側面の少なくとも一部をも被覆するように設けられる。 この場合には、閉じ込められる弾性境界波のエネルギー分布が第 2の媒質側に、より 効果的に広がり、それによつて温度特性をより一層改善することができる。
[0016] また、本発明では、好ましくは、第 1の媒質上に IDT電極が形成されており、該 IDT 電極を覆うようにかつ第 1の媒質の上面を覆うように上記第 3の媒質が形成されてい る。この場合には、 IDT電極を第 1の媒質上に形成した後に、薄膜形成法などにより 第 3の媒質を容易にかつ高精度に形成することができる。
[0017] 好ましくは、上記 IDT電極が複数の金属層を積層した構造を有し、その場合、複数 の金属層のうち第 2の媒質側に配置されている金属層が、残りの金属層よりも軽い金 属により構成される。第 2の媒質側に配置される金属層を軽い金属で構成することに より、温度特性をより効果的に改善することができる。
(発明の効果）
[0018] 本発明に係る弾性境界波装置では、群遅延時間温度係数 TCDが正の第 1の媒質 と、群遅延時間温度係数 TCDが負の第 2の媒質とを用いて弾性境界波装置が構成 されているので、両者の群遅延時間温度係数 TCDが相殺し合い、群遅延時間温度 係数 TCDの絶対値を小さくすることができる。第 1の媒質上に IDT電極が形成されて おり、 IDT電極を覆うように第 1の媒質上に第 2の媒質が積層されている構造では、 I DT電極の質量負荷により、群遅延時間温度係数 TCDの絶対値が大きくなりがちと なる。
[0019] しかしながら、本発明では、第 2の媒質よりも低音速の第 3の媒質力 IDT電極の少 なくとも上面に設けられており、それによつて、弾性境界波のエネルギー分布が TCD が負の第 2の媒質側に広がる。従って、温度特性、特に TCDの絶対値を小さくするこ とが可能となる。
[0020] よって、本発明によれば、例えば Auなどの密度の大きな金属を用いて IDT電極が 形成されている場合であっても、弾性境界波装置の温度特性の改善、特に TCDの 絶対値を効果的に小さくすることが可能となる。
図面の簡単な説明
[0021] [図 1]図 1は、本発明の一実施形態に係る弾性境界波装置の要部を示す正面断面図 である。
[図 2]図 2は、図 1に示した実施形態の弾性境界波装置の電極構造を示す模式的平 面図である。
[図 3]図 3は、第 3の媒質を設けたことにより、弾性境界波のエネルギー分布が変化す ることを説明するための模式図である。
[図 4]図 4は、第 3の媒質の厚みを変化させた場合の阻止域下端の弾性境界波の音 速の変化を示す図である。
[図 5]図 5は、第 3の媒質の厚みを変化させた場合の K /kの変化を示す図である
12 0
[図 6]図 6は、第 3の媒質の膜厚を変化させた場合の群遅延時間温度係数 TCDの変 化を示す図である。
[図 7]図 7は、第 3の媒質の膜厚を変化させた場合の弾性境界波の電気機械結合係 数 K2の変化を示す図である。
[図 8]図 8は、第 1の実施形態の変形例に係る弾性境界波装置の要部を示す模式的 正面断面図である。
[図 9]図 9は、従来の弾性境界波装置を説明するための模式的正面断面図である。 符号の説明
[0022] 1…弾性境界波装置
2···第 1の媒質
3···第 2の媒質
4- IDT電極
5···金属層
6···金属層
7···第 3の媒質
7Α···第 3の媒質
8, 9···反射器
発明を実施するための最良の形態
[0023] 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。
[0024] 図 1は本発明の第 1の実施形態に係る弾性境界波装置の要部を示す模式的正面 断面図である。
[0025] 弾性境界波装置 1は、第 1の媒質 2上に第 2の媒質 3を積層した構造を有する。第 1 の媒質 2は、群遅延時間温度係数 TCDが正の材料からなり、本実施形態では、 15 。 Yカット X伝搬の LiNbO力、らなる。第 2の媒質 3は、群遅延時間温度係数 TCDが 負の適宜の誘電体もしくは絶縁体からなり、本実施形態では、 SiOにより形成されて
2
いる。第 2の媒質を構成している SiOの横波の音速は 3757m/秒であり、後述の第
2
3の媒質 7を構成している Ta Oの横波の音速は 1580m/秒である。
2 5
[0026] また、第 1の媒質 2上には、 IDT電極 4が形成されている。 IDT電極 4は複数本の電 極指を有する。
[0027] また、本実施形態では、 IDT電極 4は、第 1の媒質 2上に積層された第 1の金属層 5 と、第 1の金属層 5上に積層された第 2の金属層 6とを有する。すなわち、 IDT電極 4 は、複数の金属層を積層した構造を有する。第 1の金属層 5が Auからなり、第 2の金 属層 6が A なる。すなわち、複数の金属層 5, 6のうち、第 2の媒質 3側に近い金 属層 6が、残りの金属層 5よりも軽い金属で構成されている。
[0028] 本実施形態では、上記 IDT電極 4の上面を覆うように、第 3の媒質 7が形成されてい る。第 3の媒質 7は、第 2の媒質 3よりも横波が低音速の材料力 なり、本実施形態で は、第 3の媒質 7は、 Ta O力、らなる。
2 5
[0029] IDT電極 4を有する弾性境界波装置 1の電極構造は特に限定されないが、本実施 形態では、図 2の模式的平面図で示すように、 IDT電極 4の弾性境界波伝搬方向両 側に反射器 8, 9が設けられた 1ポート型の弾性境界波共振子を構成するように電極 構造が形成されている。
[0030] 本実施形態の弾性境界波装置 1では、第 1の媒質 2の群遅延時間温度係数 TCD が正であり、第 2の媒質 3の群遅延時間温度係数 TCDが負である。従って、第 1 ,第 2の媒質 2, 3の温度特性が相殺し、群遅延時間温度係数 TCDの絶対値が小さくさ れている。
[0031] しかしながら、弾性境界波のエネルギーを第 1 ,第 2の媒質 2, 3間の界面に閉じ込 めるために、 Auからなる重い金属層を有する IDT電極 4が形成されている。そのため 、群遅延時間温度係数 TCDの改善効果は十分ではな!/、。
[0032] しかしながら、上記第 3の媒質 7が、 IDT電極 4の上面を覆うように、すなわち第 2の 媒質 3側に配置されているため、群遅延時間温度係数 TCDを効果的に改善すること が可能とされている。これは、図 3に弾性境界波装置 1における境界波のエネルギー 分布を模式的に示すように、閉じ込められる弾性境界波 U2のエネルギー分布力 上 記第 3の媒質 7を設けない場合には、 IDT電極 4の Auからなる金属層よりも上方にお いて、破線 Aで示す状態であったのが、上記第 3の媒質 7を設けたことにより、実線 B で示すように、第 2の媒質 3側にエネルギー分布が広がったことによると考えられる。
[0033] 次に、上記実施形態の弾性境界波装置 1により、群遅延時間温度係数 TCDが改 善されることを、より具体的な例に基づき説明する。
[0034] 弾性境界波装置 1の構造を、下記の表 2に示す通りとして、前述した従来の弾性境 界波装置 101の場合と同様にして計算を行った。
[0035] [表 2]
Figure imgf000009_0001
すなわち、従来の弾性境界波装置 101について、行った計算法を用いて、 IDT電 極を電気的に開放したストリップと、短絡したストリップとの阻止域上端と阻止域下端 における音速、 IDT電極 4の電極指における境界波の反射量を表す K /kと、電
12 0 気機械結合係数 K2と、群遅延時間温度係数 TCDとを求めた。 TCDは、前述した式 ( 1 )により求めた。
[0036] 図 4〜図 7は、上記計算結果を示す。すなわち、図 4は、第 3の媒質の厚みと、阻止 域下端の音速 V との関係を示し、図 5は、第 3の媒質の厚みと、 κ /kとの関係を
sl 12 0
示し、図 6は第 3の媒質の厚みと群遅延時間温度係数 TCDとの関係を示し、図 7は、 第 3の媒質の厚みと電気機械結合係数 K2との関係を示す。
[0037] 図 7から明らかなように、第 3の媒質の厚みが厚くなると、弾性境界波の電気機械結 合係数 K2が若干低下するものの、図 6から明らかなように、第 3の媒質の厚みが厚く なるにつれて、群遅延時間温度係数 TCDの絶対値が十分に小さくされていることが 分かる。また、図 4 , 5から明らかなように、第 3の媒質の厚みが厚くなると、音速は低 下していくが、 κ /kはほとんど変化していないことがわかる。
12 0
[0038] 一般に、この種の弾性境界波装置において第 1の媒質として用いられる圧電体は、 その群遅延時間温度係数 TCDが正であることが多い。これに対して、特許文献 1に 記載の弾性境界波装置 101のように、負の群遅延時間温度係数 TCDの材料により 第 2の媒質を構成することにより、群遅延時間温度係数 TCDの絶対値を小さくするこ と力 Sできる。し力、しながら、この方法だけでは、群遅延時間温度係数 TCDの絶対値を 十分に小さくすることはできなかった。これは、 Auなどの質量の大きな金属を用いて I DT電極を形成して弾性境界波のエネルギーを第 1 ,第 2の媒質間の界面に閉じ込 めた構造では、 IDT電極の質量負荷により温度特性が悪化するためと考えられる。
[0039] これに対し、本実施形態によれば、上記低音速の第 3の媒質を IDT電極の上面を 覆うように設けたことにより、弾性境界波のエネルギー分布力 S、図 3に示したように、界 面から第 2の媒質側に広がるため、それによつて、温度特性が改善されているものと 考えられる。
[0040] よって、本実施形態によれば、上記第 3の媒質 7を設けたことにより、周波数温度特 性を効果的に改善することが可能となる。
[0041] なお、上記実施形態では、 IDT電極 4の上面に第 3の媒質 7が設けられていたが、 図 8に示す変形例のように、 IDT電極 4の上面だけでなぐ IDT電極 4の側面の少な くとも一部をも覆うように、第 3の媒質 7Aが形成されていても良い。この場合、図 8に 示すように、第 1の媒質 2上に形成されている IDT電極 4を覆うように、かつ第 1の媒 質 2の上面を覆うように第 3の媒質 7Aを形成することが望ましい。すなわち、第 1の媒 質 2上に IDT電極 4を形成した後に、薄膜形成法などにより、第 3の媒質 7Aを成膜す ることにより、容易に第 3の媒質 7Aを形成することができるからである。
[0042] なお、図 8に示すように、 IDT電極 4は単一の金属層により形成されていてもよい。
[0043] また、 IDT電極を構成する金属材料としては、特に限定されな!/、が、弾性境界波の エネルギーを界面に効果的に閉じ込め得るため、 A1よりも質量の大きな金属を用い ることが望ましい。このような金属としては、 Au、 Pt、 Ag、 Cu、 Ni、 Ti、 Fe、 Wまたは Taなどが挙げられ、またこれらの金属を主体とする合金を用いてもよい。
[0044] さらに、図 1に示した実施形態のように、 IDT電極 4は複数の金属層を積層した構 造を有していてもよい。その場合には、上記のように A1よりも重い金属もしくは合金か らなる金属層を有するように IDT電極 4を形成することが望ましい。また、 Aはりも重い 金属もしくは合金からなる金属層に、 Alなどの相対的に質量の軽い金属層を積層し た構造であってもよぐ A1よりも重い金属からなる複数の金属層を積層した構造であ つてもよい。
[0045] さらに、好ましくは、図 1に示した実施形態のように、複数の金属層を積層した構造 では、質量の小さい金属層 6が第 2の媒質 3側に配置されることが望ましぐそれによ つて、弾性境界波のエネルギー分布を第 2の媒質 3側に拡げることができ、温度特性 をより一層改善することができる。
[0046] なお、 IDT電極においては、密着性ゃ耐電力性を高めるために、 Ti、 Cr、 NiCr、 N i、Ptまたは Pdなどの金属もしくは合金からなる薄層が IDT電極と第 1の媒質との間、 IDT電極と第 3の媒質との間、 IDT電極を構成している複数の金属層間などに配置 されてもよい。このような構造の場合には、この IDT電極のストリップにおける弾性境 界波の反射作用を主として担う材料、多くはもつとも重い金属材料と、第 1 ,第 2の媒 質の横波の音速を考慮すればょレ、。
[0047] なお、上記実施形態及び変形例では、第 1の媒質が LiNbO、第 2の媒質が SiO
3 2 により構成されており、第 3の媒質力 STa Oにより構成されていた力 S、第 1〜第 3の媒
2 5
質は、他の適宜の圧電体もしくは誘電体を用いて構成され得る。このような材料とし ては、 Si、ガラス、 SaC、 ZnO、 PZT系セラミックス、 A1N、 Al O 、 LiTaO、 KNbO
2 3 3 3 などを挙げること力 Sできる。
[0048] もっとも、第 1の媒質 2または第 2の媒質 3のうち一方は圧電材料で形成される必要 力 sある。
また、第 2の媒質 3と第 1の媒質 2の少なくとも一方が積層構造であってもよい。さら に、第 2の媒質 3は、 SiOの上に SiNが積層された構造であってもよい。
2
[0049] また、好ましくは、上記第 3の媒質を構成する材料として、媒質と IDTとの密着性を 改善し得る材料、例えば TiOなどを用いることが望ましい。また、第 3の媒質を構成
2
する材料としては、好ましくは、 Ta Oのように、化学的に安定な材料を用いることが
2 5
望ましぐそれによつて、電極への媒質の拡散による抵抗の増加を抑制することがで きる。
[0050] さらに、第 1 ,第 2の媒質が積層されている構造の表面に、弾性境界波装置の強度 を高めたり、腐食性ガスの侵入を防止するための保護層を形成してもよい。場合によ つては、弾性境界波装置 1をパッケージに封入してもよい。上記保護層を構成する材 料は特に限定されず、絶縁性材料や金属膜を用いることができる。絶縁材料としては 、ポリイミドゃエポキシ樹脂の有機系絶縁材料、あるいは酸化チタン、窒化アルミユウ ムもしくは酸化アルミニウムなどの無機系絶縁材料を挙げることができ、上記金属膜と しては、 Au膜、 A1膜または W膜などを挙げることができる。
また、本発明は、上述した反射器付きの共振子に限らず、縦結合型フィルタ、ラダ 一型フィルタ、縦結合共振子型フィルタ、横結合共振機型フィルタ、反射型 SPUDT を用いたトランスバーサル型弹性境界波フィルタ、弾性境界波光スィッチ、弾性境界 波光フィルタなどの弾性境界波を用いた様々なデバイスに広く用いることができる。

Claims

請求の範囲
[1] 群遅延時間温度係数 TCDが正である第 1の媒質と、前記第 1の媒質上に積層され た IDT電極と、前記 IDT電極を覆うように前記第 1の媒質上に積層されており、群遅 延時間温度係数 TCDが負である第 2の媒質とを備え、第 2の媒質/ IDT電極/第 1 の媒質の積層構造を有する弾性境界波装置において、
前記第 2の媒質よりも横波の音速が低い誘電体材料からなる第 3の媒質が、前記 I
DT電極の少なくとも上面に設けられていることを特徴とする、弾性境界波装置。
[2] 前記第 3の媒質が、前記 IDT電極の上面だけでなぐ前記 IDT電極の側面の少な くとも一部をも覆うように設けられている、請求項 1に記載の弾性境界波装置。
[3] 前記第 3の媒質が、前記第 1の媒質上に形成された IDT電極及び第 1の媒質の上 面を覆うように形成されている、請求項 2に記載の弾性境界波装置。
[4] 前記 IDT電極が複数の金属層を積層した構造を有し、複数の金属層のうち第 2の 媒質側に配置されている金属層が、残りの金属層よりも軽い金属からなる、請求項 1
〜3のいずれか 1項に記載の弾性境界波装置。
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