WO2017068838A1 - 弾性波フィルタ装置 - Google Patents

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三村　昌和
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株式会社村田製作所
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Definitions

  • the present invention relates to a band-pass elastic wave filter device using Rayleigh waves.
  • Patent Document 1 discloses an elastic wave resonator using a Rayleigh wave.
  • an IDT electrode is provided on a LiNbO 3 substrate.
  • a SiO 2 film is laminated on the LiNbO 3 substrate so as to cover the IDT electrode.
  • Patent Document 1 describes that by adjusting the Euler angle of the LiNbO 3 substrate and the film thickness of the IDT electrode, SH wave spurious appearing between the resonance frequency and the anti-resonance frequency can be suppressed.
  • Patent Document 1 only describes suppression of SH wave spurious appearing between the resonance frequency and the antiresonance frequency in the elastic wave resonator.
  • An object of the present invention is to provide a band-pass type elastic wave filter device using a Rayleigh wave that is hardly affected by the response of the SH wave.
  • the present invention elastic with a piezoelectric substrate including a LiNbO 3 layer, an IDT electrode provided on the LiNbO 3 layer on, and a dielectric layer provided on the piezoelectric substrate so as to cover the IDT electrode
  • a band-pass elastic wave filter device including a plurality of wave resonators, wherein the elastic wave resonator uses a Rayleigh wave, and the elastic wave resonator is disposed outside a pass band of the elastic wave filter device.
  • This is an elastic wave filter device in which the response of the SH wave excited by is arranged.
  • the response of the SH wave is located on the lower side of the pass band of the elastic wave filter device.
  • the response of the SH wave is located on the lower side of the pass band, the influence of the response of the SH wave in the pass band can be almost eliminated.
  • the IDT electrode includes a main electrode layer made of a material having a density of 18 g / cm 3 or more, and the main electrode layer has a thickness of the Rayleigh wave.
  • the thickness of the SH wave is 2% or more slower than the speed of sound. In this case, the response of the SH wave is further separated than the passband.
  • the main electrode layer is made of Pt or an alloy containing Pt as a main component, and the thickness of the main electrode layer is 0.061 ⁇ or more.
  • the sound speed of the SH wave can be surely delayed by 2% or more than the sound speed of the Rayleigh wave.
  • the thickness of the main electrode layer is in the range of 0.061 ⁇ or more and 0.20 ⁇ or less.
  • the main electrode layer is made of W or an alloy containing W as a main component, and the thickness of the main electrode layer is 0.090 ⁇ or more.
  • the sound speed of the SH wave can be surely delayed by 2% or more than the sound speed of the Rayleigh wave.
  • the thickness of the main electrode layer is in a range of 0.090 ⁇ or more and 0.20 ⁇ or less.
  • ⁇ is 20 ° at the Euler angle (within 0 ° ⁇ 5 °, ⁇ , within 0 ° ⁇ 10 °) of the piezoelectric substrate. As mentioned above, it exists in the range of 50 degrees or less. In this case, the Rayleigh wave can be excited efficiently.
  • the band-pass elastic wave filter device is a ladder type filter having a series arm resonator and a parallel arm resonator, and the elastic wave resonator. Constitutes the series arm resonator. In this case, the influence due to the response of the SH wave within the pass band of the ladder type filter can be further reliably suppressed.
  • the acoustic wave resonator is a series trap resonator.
  • the elastic wave filter device since the response by the SH wave is located outside the pass band, it is possible to provide an elastic wave filter device that is less likely to be affected by the SH wave spurious.
  • FIG. 1 is a circuit diagram of an acoustic wave filter device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2A is a schematic plan view for explaining one elastic wave resonator component in the elastic wave filter device of one embodiment of the present invention, and
  • FIG. 2B shows an electrode structure. It is an expanded front sectional view.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing the relationship between the filter characteristics of the conventional ladder filter and the impedance characteristics of the parallel arm resonator and the series arm resonator.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing the relationship between the impedance characteristics of the parallel arm resonator and the series arm resonator and the filter characteristics of the ladder filter in the embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing the relationship between the filter characteristics of the conventional ladder filter and the impedance characteristics of the parallel arm resonator and the series arm resonator.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing the relationship between the impedance characteristics of the parallel arm resonator and the
  • FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the film thickness of the Pt film and the sound speeds of the Rayleigh wave and the SH wave.
  • FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the film thickness of the Pt film and the sound speed of the sound speed ratio SH wave / the sound speed of the Rayleigh wave.
  • FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the film thickness of the W film and the sound speeds of the Rayleigh wave and the SH wave.
  • FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the film thickness of the W film and the sound speed of the sound speed ratio SH wave / the sound speed of the Rayleigh wave.
  • FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the film thickness of the Ta film and the sound speeds of the Rayleigh wave and the SH wave.
  • FIG. 10 is a diagram showing the relationship between the film thickness of the Ta film and the sound speed of the sound speed ratio SH wave / the sound speed of the Rayleigh wave.
  • FIG. 11 is a diagram showing the relationship between the film thickness of the Mo film and the sound speeds of the Rayleigh wave and the SH wave.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating the relationship between the film thickness of the Mo film and the sound speed of the sound speed ratio SH wave / the sound speed of the Rayleigh wave.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating the relationship between the film thickness of the Cu film and the sound speeds of the Rayleigh wave and the SH wave.
  • FIG. 14 is a diagram showing the relationship between the film thickness of the Cu film and the speed of sound of the sound speed ratio SH wave / the speed of sound of the Rayleigh wave.
  • FIG. 15 is a circuit diagram of an acoustic wave filter device according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a circuit diagram of a ladder type filter as an elastic wave filter device according to an embodiment of the present invention.
  • the acoustic wave filter device 1 has a series arm connecting an input terminal and an output terminal.
  • the series arm resonators S1 to S3 are connected in series with each other.
  • a parallel arm resonator P1 is provided on the parallel arm connecting the connection point between the series arm resonators S1 and S2 and the ground potential.
  • a parallel arm resonator P2 is provided on the parallel arm connecting the connection point between the series arm resonators S2 and S3 and the ground potential.
  • a parallel arm resonator P3 is provided between the output terminal of the series arm resonator S3 and the ground potential.
  • the series arm resonators S1 to S3 and the parallel arm resonators P1 to P3 are 1-port type elastic wave resonators.
  • the attenuation poles on both sides of the passband are caused by the antiresonance frequency of the series arm resonators S1 to S3 and the resonance frequency of the parallel arm resonators P1 to P3. It is configured.
  • the response due to the SH wave is arranged outside the pass band of the acoustic wave filter device 1. Has been. Therefore, the elastic wave filter device is not easily affected by the SH wave spurious. That is, the filter characteristics in the pass band are improved. This will be described more specifically with reference to FIGS.
  • FIG. 2A is a schematic plan view of an acoustic wave resonator used as the series arm resonator S1.
  • the acoustic wave filter device 1 has a LiNbO 3 substrate 2.
  • An IDT electrode 3 is provided on the LiNbO 3 substrate 2.
  • the IDT electrode 3 has a plurality of electrode fingers 3a.
  • Reflectors 4 and 5 are provided on both sides of the IDT electrode 3 in the elastic wave propagation direction. Thereby, a 1-port elastic wave resonator is configured.
  • the elastic wave filter device 1 uses Rayleigh waves.
  • a dielectric film 6 is provided on the LiNbO 3 substrate 2 so as to cover the IDT electrode 3.
  • the dielectric film 6 is formed of SiO 2.
  • the thickness of the dielectric film 6 is desirably thicker than the IDT electrode 3 and about 0.5 ⁇ or less.
  • a frequency adjusting film made of SiN or the like may be provided on the dielectric film 6.
  • the IDT electrode 3 preferably has a main electrode layer made of a material having a density of 18 g / cm 3 or more. As shown in FIG. 2B, in this embodiment, the IDT electrode 3 is configured by a laminated metal film including an adhesion layer 11, a main electrode layer 12, a diffusion prevention layer 13, and a low resistance layer 14.
  • the adhesion layer 11 is made of an appropriate material having higher adhesion to LiNbO 3 such as NiCr than the main electrode layer 12.
  • the main electrode layer 12 is made of a material having a density of 18 g / cm 3 or more. As such a material, for example, Pt, W, or an alloy containing these metals as a main component is used.
  • the alloy as the main component is an average density of the alloy composition and refers to a component contained in a proportion exceeding 50% by weight.
  • the “main electrode layer” refers to an electrode layer that plays a dominant role in exciting the Rayleigh wave so that the response by the Rayleigh wave can be used when the electrode is provided on the LiNbO 3 substrate. Shall.
  • the IDT electrode may be composed only of a main electrode layer made of a material having the density of 18 g / cm 3 or more. That is, the IDT electrode 3 may be formed of a single electrode layer.
  • the thickness of the main electrode layer is such that the sound speed of the SH wave is 2% or more slower than the sound speed of the Rayleigh wave. Thereby, the response by the SH wave can be arranged more reliably in the frequency region outside the pass band.
  • the response by the SH wave refers to a resonance phenomenon caused by the SH wave, and is a resonance characteristic in a frequency range including a resonance frequency and an anti-resonance frequency.
  • the sound velocity is a value represented by the product of the frequency and the wavelength determined by the electrode finger pitch in the IDT electrode 3.
  • the wavelength determined by the electrode finger pitch in the IDT electrode 3 is ⁇ .
  • the thickness of the main electrode layer 12 is preferably 0.061 ⁇ or more, more preferably 0.061 ⁇ or more and 0.20 ⁇ or less. It is desirable to be within the range. In that case, the speed of sound of the SH wave can be made even more effective than the speed of sound of the Rayleigh wave.
  • the main electrode layer 12 is made of W or an alloy containing W as a main component, and the thickness of the main electrode layer 12 is preferably 0.090 ⁇ or more, more preferably 0.090 ⁇ or more. It is desirable to be in the range of 0.20 ⁇ or less. In that case, the sound speed of the SH wave can be more reliably delayed by 2% or more than the sound speed of the Rayleigh wave.
  • the diffusion preventing layer 13 is provided to prevent metal diffusion between the main electrode layer 12 and the low resistance layer 14.
  • Examples of the material of the diffusion preventing layer 13 include Ti.
  • the low resistance layer 14 is provided to reduce the electrical resistance of the IDT electrode 3.
  • the low resistance layer 14 is preferably made of a metal that is more conductive than the main electrode layer 12.
  • the main electrode layer 12 is formed of Pt or W, Ag, Al, or the like can be used as the low resistance layer 14.
  • the thickness of the low resistance layer 14 can be appropriately selected according to the required value of electrical resistance, and a value of about 0.03 ⁇ to 0.15 ⁇ is used.
  • any of the series arm resonators S2 and S3 and the parallel arm resonators P1 to P3 includes a similar elastic wave resonator.
  • parameters such as electrode finger pitches and cross widths of the IDT electrodes in the series arm resonators S1 to S3 and the parallel arm resonators P1 to P3 are not the same, and may be appropriately selected according to the target filter characteristics.
  • the elastic wave filter device 1 is characterized in that the elastic wave resonator uses a Rayleigh wave, and the response of the SH wave excited by the elastic wave resonator is disposed outside the passband of the elastic wave filter device 1. There is. Therefore, the filter characteristics of the elastic wave filter device are not easily affected by the SH wave.
  • the SH wave response is located on the lower side of the passband of the elastic wave filter device 1. In that case, the influence of the response of the SH wave on the filter characteristics of the elastic wave filter device is less likely to occur. This will be described with reference to FIGS.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing the relationship between the filter characteristics of a ladder filter as a conventional acoustic wave filter device and the impedance characteristics of the parallel arm resonator and the series arm resonator.
  • the solid line A1 represents the filter characteristic of the ladder-type filter
  • the solid line A P represents the impedance characteristic of the parallel arm resonator
  • a solid line A S indicates the impedance characteristic of the series arm resonators.
  • the attenuation pole located outside the passband B of the ladder filter is configured at the resonance frequency in the impedance characteristic of the parallel arm resonator and the anti-resonance frequency of the series arm resonator.
  • the response by the SH wave is It appears at a position lower than the resonance frequency. That is, in the impedance characteristic BP , the response of the SH wave indicated by the arrow SH3 appears in a frequency range lower than the resonance frequency. Also in the impedance characteristic B S of the series arm resonator, the response of the SH wave indicated by the arrow SH4 appears in a frequency range sufficiently lower than the resonance frequency. The frequency positions of these SH wave responses SH3 and SH4 all appear in a frequency range lower than the resonance frequency of the parallel arm resonator.
  • spurious due to the SH wave appears at the positions indicated by the arrows SH3A and SH4A. That is, the spurious SH3A and SH4A appear in a frequency range lower than the passband B. Therefore, in the elastic wave filter device 1 of the above embodiment, the adverse effect of the SH wave hardly occurs in the filter characteristics. In the pass band B, no spurious due to the SH wave is generated, so that the filter characteristics can be improved.
  • the IDT electrode 3 is preferably made of the above-described material having a density of 18 g / cm 3 or more.
  • the main electrode layer may be included, and the thickness of the main electrode layer may be set such that the sound speed of the SH wave is 2% or more slower than the sound speed of the Rayleigh wave.
  • the response by the SH wave is lowered by 2% or more than the resonance frequency of the response of the Rayleigh wave.
  • the width of the pass band B of the ladder filter is at most about 4% of the center frequency. Therefore, as described above, if the sound speed of the SH wave is made 2% or more slower than that of the Rayleigh wave, the response by the SH wave can be shifted to a frequency position that is 2% or more lower than the center frequency of the passband.
  • the thickness of the main electrode layer may be determined so as to satisfy the sound velocity relationship according to the type of metal constituting the main electrode layer.
  • FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the Pt film thickness, the Rayleigh wave speed, and the SH wave speed when the main electrode layer is made of a Pt film.
  • FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the film thickness of the Pt film and the sound velocity ratio V (SH) / V (Rayleigh).
  • V (SH) / V (Rayleigh) the sound velocity ratio
  • the dielectric film was made of SiO 2 and the thickness was made 0.35 ⁇ .
  • the sound speed ratio is 0.98 or less. That is, the sound speed of the SH wave can be made 2% or more slower than the sound speed of the Rayleigh wave.
  • the film thickness is preferably 0.061 ⁇ or more. More preferably, in order to slow down the sound speed of the SH wave by 2.5% or more compared to the sound speed of the Rayleigh wave, the film thickness of the main electrode layer made of Pt or an alloy containing Pt as a main component is 0.065 ⁇ or more. It is more desirable to do.
  • the thickness of the main electrode layer is not particularly limited in reducing the sound speed of the SH wave. However, if the thickness of the main electrode layer becomes too thick, processing variations are likely to occur and frequency variations increase. As a result, the yield rate is deteriorated and the cost is increased. Therefore, the thickness of the main electrode layer is desirably 0.20 ⁇ or less. Therefore, the thickness of the main electrode layer is preferably in the range of 0.061 ⁇ or more and 0.20 ⁇ or less when made of Pt or an alloy containing Pt as a main component.
  • FIG. 7 and 8 are diagrams showing the relationship between the W film thickness when the W film is used as the main electrode layer, the sound speed of the SH wave and the sound speed of the Rayleigh wave, the film thickness of the W film, and the above sound speed. It is a figure which shows the relationship with ratio V (SH) / V (Rayleigh).
  • the film thickness is 0.090 ⁇ or more, the sound speed of the SH wave is 2% or more slower than the sound speed of the Rayleigh wave. Therefore, preferably, in the case of the main electrode layer made of W or an alloy containing W as a main component, the film thickness may be 0.090 ⁇ or more. More preferably, in order to slow down the sound speed of the SH wave by 2.5% or more compared to the sound speed of the Rayleigh wave, the film thickness of the main electrode layer made of W or an alloy containing W as a main component is 0.10 ⁇ or more. It is more desirable to do.
  • the upper limit of the film thickness is desirably 0.20 ⁇ or less, as in the case of Pt.
  • FIG. 9 and 10 are diagrams showing the relationship between the film thickness of the Ta film when the main electrode layer is a Ta film, the sound speed of the SH wave and the sound speed of the Rayleigh wave, and the film thickness of the Ta film. It is a figure which shows the relationship with the said sound speed ratio V (SH) / V (Rayleigh).
  • V (SH) / V (Rayleigh) the sound speed ratio
  • the main electrode layer is made of Ta or an alloy containing Ta as a main component, it can be seen from FIG. 10 that even if the film thickness is increased, the sound speed of the SH wave cannot be reduced by 2% or more compared to the sound speed of the Rayleigh wave.
  • 11 and 12 are diagrams showing the relationship between the film thickness of the Mo film when the main electrode layer is a Mo film, the sound speed of the SH wave and the sound speed of the Rayleigh wave, the film thickness of the Mo film, and the above sound speed. It is a figure which shows the relationship with ratio V (SH) / V (Rayleigh).
  • the sound speed of the SH wave cannot be reduced by 2% or more compared to the sound speed of the Rayleigh wave.
  • FIGS. 13 and 14 are diagrams showing the relationship between the film thickness of the Cu film and the sound speed of the SH wave and the sound speed of the Rayleigh wave when the main electrode layer shown in Patent Document 1 is a Cu film. It is a figure which shows the relationship between the film thickness of Cu film
  • the sound speed of the SH wave can be made slower than the sound speed of the Rayleigh wave.
  • the response of the SH wave can be shifted outside the pass band of the filter device 1.
  • the Euler angle of the piezoelectric substrate made of LiNbO 3 is preferably in a range where ⁇ is 20 ° or more and 50 ° or less (in the range of 0 ° ⁇ 5 °, ⁇ , in the range of 0 ° ⁇ 10 °). It is desirable that In that case, as described in Patent Document 1, Rayleigh waves can be excited efficiently.
  • the elastic wave filter apparatus 1 which is a ladder type filter
  • both the series arm resonator and the parallel arm resonator were comprised by the said elastic wave resonator
  • Only one of the series arm resonator and the parallel arm resonator includes a main electrode layer made of a material having the density of 18 g / cm 3 or more, and the thickness of the SH wave is 2% or more slower than the Rayleigh wave. It may be set as thickness.
  • the main electrode layer having the specific thickness range. In that case, since the response of the SH wave can be shifted away from the resonance frequency of the series arm resonator toward the low frequency side, the effect of the present invention is particularly great.
  • the band-pass elastic wave filter device of the present invention is not limited to the ladder type filter.
  • a longitudinally coupled resonator type elastic wave filter 22 may be provided.
  • an acoustic wave resonator S ⁇ b> 11 for forming a series trap is connected to the input end side of the longitudinally coupled resonator type acoustic wave filter 22.
  • An elastic wave resonator S12 for forming a series trap is connected to the output end side of the longitudinally coupled resonator type elastic wave filter 22.
  • the elastic wave resonator P11 is connected between a connection point between the longitudinally coupled resonator type elastic wave filter 22 and the elastic wave resonator S12 and the ground potential.
  • the elastic wave resonators S11, S12, and P11 are disposed on the lower side of the pass band of the elastic wave filter device 21 as in the case of the first embodiment. What is necessary is just to comprise so that the response of SH wave in may appear. More preferably, it is effective that the acoustic wave resonators S11 and S12, which are series trap resonators, are elastic wave resonators that shift the response of the SH wave to a lower frequency side than the passband.
  • elastic wave filter device 2 ... LiNbO 3 substrate 3 ... IDT electrode 3a ... electrode fingers 4,5 ... reflector 6 ... dielectric film 11 ... adhesive layer 12 ... main electrode layer 13 ... diffusion preventing layer 14 ... low-resistance layer 21 ... elastic wave filter device 22 ... longitudinally coupled resonator type elastic wave filters S1 to S3 ... series arm resonators P1 to P3 ... parallel arm resonators S11, S12, P11 ... elastic wave resonators

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Abstract

ＳＨ波の応答による影響が生じ難い、レイリー波を利用した、帯域通過型の弾性波フィルタ装置を提供する。　ＬｉＮｂＯ３層を含む圧電基板２上に、ＩＤＴ電極３及び誘電体層６が設けられており、ＩＤＴ電極３により弾性波共振子が構成されている帯域通過型の弾性波フィルタ装置１。弾性波共振子は、レイリー波を利用しており、弾性波フィルタ装置１の通過帯域外に、弾性波共振子により励振されるＳＨ波の応答が位置している。

Description

弾性波フィルタ装置
　本発明は、レイリー波を利用している、帯域通過型の弾性波フィルタ装置に関する。
　下記の特許文献１には、レイリー波を利用した弾性波共振子が開示されている。特許文献１に記載の弾性波共振子では、ＬｉＮｂＯ３基板上に、ＩＤＴ電極が設けられている。このＩＤＴ電極を覆うように、ＬｉＮｂＯ３基板上にＳｉＯ２膜が積層されている。特許文献１では、ＬｉＮｂＯ３基板のオイラー角と、ＩＤＴ電極の膜厚を調整することにより、共振周波数と反共振周波数との間に現れるＳＨ波スプリアスを抑制し得ることが記載されている。
ＷＯ２００７／１２５７３３
　しかしながら、特許文献１では、弾性波共振子における共振周波数と反共振周波数との間に現れるＳＨ波スプリアスの抑制について記載されているだけであった。
　他方、弾性波共振子を有する帯域通過型フィルタにおいては、弾性波共振子を複数使用するので、単に弾性波共振子において共振周波数と反共振周波数との間に現れるＳＨ波スプリアスを抑制したとしても、通過帯域内において、ＳＨ波によるスプリアスが発生してしまう可能性があった。
　本発明の目的は、ＳＨ波の応答による影響が生じ難い、レイリー波を利用した、帯域通過型の弾性波フィルタ装置を提供することにある。
　本願発明は、ＬｉＮｂＯ３層を含む圧電基板と、前記ＬｉＮｂＯ３層上に設けられたＩＤＴ電極と、前記ＩＤＴ電極を覆うように前記圧電基板上に設けられた誘電体層と、を備えた弾性波共振子を複数含む、帯域通過型の弾性波フィルタ装置であって、前記弾性波共振子は、レイリー波を利用しており、前記弾性波フィルタ装置の通過帯域外に、前記弾性波共振子により励振されるＳＨ波の応答が配置されている、弾性波フィルタ装置である。
　本発明に係る弾性波フィルタ装置のある特定の局面では、前記弾性波フィルタ装置の通過帯域よりも低域側に前記ＳＨ波の応答が位置している。この場合には、ＳＨ波の応答が通過帯域よりも低域側に位置しているため、通過帯域におけるＳＨ波の応答による影響をほぼ無くすことができる。
　本発明に係る弾性波フィルタ装置の他の特定の局面では、前記ＩＤＴ電極が、密度が１８ｇ／ｃｍ３以上の材料からなる主電極層を含み、前記主電極層の厚みが、前記レイリー波の音速よりも前記ＳＨ波の音速が２％以上遅くなる厚みとされている。この場合には、ＳＨ波の応答が、通過帯域よりもより一層隔てられる。
　本発明に係る弾性波フィルタ装置のさらに他の特定の局面では、前記主電極層は、ＰｔまたはＰｔを主成分とする合金からなり、前記主電極層の厚みが、０．０６１λ以上である。この場合には、レイリー波の音速よりも、ＳＨ波の音速を２％以上確実に遅くすることができる。
　本発明に係る弾性波フィルタ装置の別の特定の局面では、前記主電極層の厚みが、０．０６１λ以上、０．２０λ以下の範囲にある。
　本発明に係る弾性波フィルタ装置のさらに他の特定の局面では、前記主電極層は、ＷまたはＷを主成分とする合金からなり、前記主電極層の厚みが、０．０９０λ以上である。この場合には、レイリー波の音速よりも、ＳＨ波の音速を確実に２％以上遅くすることができる。
　本発明に係る弾性波フィルタ装置のさらに別の特定の局面では、前記主電極層の厚みが、０．０９０λ以上、０．２０λ以下の範囲にある。
　本発明に係る弾性波フィルタ装置のさらに別の特定の局面では、前記圧電基板のオイラー角（０°±５°の範囲内，θ，０°±１０°の範囲内）において、θが２０°以上、５０°以下の範囲内にある。この場合には、レイリー波を効率的に励振することができる。
　本発明に係る弾性波フィルタ装置のさらに別の特定の局面では、前記帯域通過型の弾性波フィルタ装置が直列腕共振子及び並列腕共振子を有するラダー型フィルタであって、前記弾性波共振子が、前記直列腕共振子を構成している。この場合には、ラダー型フィルタの通過帯域内におけるＳＨ波の応答による影響をより一層確実に抑制することができる。
　本発明に係る弾性波フィルタ装置のさらに他の特定の局面では、前記弾性波共振子が、直列トラップ用共振子である。
　本発明に係る弾性波フィルタ装置によれば、ＳＨ波による応答が、通過帯域外に位置されるため、ＳＨ波スプリアスの影響が生じ難い、弾性波フィルタ装置を提供することができる。
図１は、本発明の一実施形態に係る弾性波フィルタ装置の回路図である。 図２（ａ）は、本発明の一実施形態の弾性波フィルタ装置における１つの弾性波共振子構成部分を説明するための模式的平面図であり、図２（ｂ）は、電極構造を示す拡大正面断面図である。 図３は、従来のラダー型フィルタにおけるフィルタ特性と、並列腕共振子及び直列腕共振子のインピーダンス特性との関係を示す模式図である。 図４は、本発明の一実施形態において、並列腕共振子及び直列腕共振子のインピーダンス特性と、ラダー型フィルタのフィルタ特性との関係を示す模式図である。 図５は、Ｐｔ膜の膜厚と、レイリー波及びＳＨ波の音速との関係を示す図である。 図６は、Ｐｔ膜の膜厚と、音速比ＳＨ波の音速／レイリー波の音速との関係を示す図である。 図７は、Ｗ膜の膜厚と、レイリー波及びＳＨ波の音速との関係を示す図である。 図８は、Ｗ膜の膜厚と、音速比ＳＨ波の音速／レイリー波の音速との関係を示す図である。 図９は、Ｔａ膜の膜厚と、レイリー波及びＳＨ波の音速との関係を示す図である。 図１０は、Ｔａ膜の膜厚と、音速比ＳＨ波の音速／レイリー波の音速との関係を示す図である。 図１１は、Ｍｏ膜の膜厚と、レイリー波及びＳＨ波の音速との関係を示す図である。 図１２は、Ｍｏ膜の膜厚と、音速比ＳＨ波の音速／レイリー波の音速との関係を示す図である。 図１３は、Ｃｕ膜の膜厚と、レイリー波及びＳＨ波の音速との関係を示す図である。 図１４は、Ｃｕ膜の膜厚と、音速比ＳＨ波の音速／レイリー波の音速との関係を示す図である。 図１５は、本発明の他の実施形態の弾性波フィルタ装置の回路図である。
　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。
　なお、本明細書に記載の各実施形態は、例示的なものであり、異なる実施形態間において、構成の部分的な置換または組み合わせが可能であることを指摘しておく。
　図１は、本発明の一実施形態に係る弾性波フィルタ装置としてのラダー型フィルタの回路図である。
　弾性波フィルタ装置１は、入力端子と出力端子とを結ぶ直列腕を有する。直列腕において、直列腕共振子Ｓ１～Ｓ３が互いに直列に接続されている。
　直列腕共振子Ｓ１，Ｓ２間の接続点とグラウンド電位とを結ぶ並列腕に並列腕共振子Ｐ１が設けられている。直列腕共振子Ｓ２，Ｓ３間の接続点とグラウンド電位とを結ぶ並列腕に並列腕共振子Ｐ２が設けられている。直列腕共振子Ｓ３の出力端とグラウンド電位との間に並列腕共振子Ｐ３が設けられている。
　直列腕共振子Ｓ１～Ｓ３及び並列腕共振子Ｐ１～Ｐ３は、１ポート型の弾性波共振子である。
　帯域通過型フィルタとしての弾性波フィルタ装置１では、周知のように、直列腕共振子Ｓ１～Ｓ３の反共振周波数と並列腕共振子Ｐ１～Ｐ３の共振周波数により、通過帯域の両側の減衰極が構成されている。弾性波フィルタ装置１では、直列腕共振子Ｓ１～Ｓ３及び並列腕共振子Ｐ１～Ｐ３を構成している弾性波共振子において、ＳＨ波による応答が、弾性波フィルタ装置１の通過帯域外に配置されている。そのため、弾性波フィルタ装置は、ＳＨ波スプリアスの影響を受け難い。すなわち、通過帯域におけるフィルタ特性の改善が図られる。これを、図２～図１４を参照して、より具体的に説明する。
　図２（ａ）は、直列腕共振子Ｓ１として用いられている弾性波共振子の模式的平面図である。
　弾性波フィルタ装置１は、ＬｉＮｂＯ３基板２を有する。ＬｉＮｂＯ３基板２上にＩＤＴ電極３が設けられている。ＩＤＴ電極３は、複数本の電極指３ａを有する。ＩＤＴ電極３の弾性波伝搬方向両側に、反射器４，５が設けられている。それによって、１ポート型弾性波共振子が構成されている。弾性波フィルタ装置１は、レイリー波を利用している。
　弾性波フィルタ装置１では、ＩＤＴ電極３を覆うように、ＬｉＮｂＯ３基板２上に誘電体膜６が設けられている。本実施形態では、誘電体膜６は、ＳｉＯ２からなる。誘電体膜６の厚みは、ＩＤＴ電極３よりも厚く、０．５λ程度以下とすることが望ましい。また、図示はされていないが、誘電体膜６上に、ＳｉＮなどからなる周波数調整膜が設けられていても良い。
　ＩＤＴ電極３は、好ましくは、密度が１８ｇ／ｃｍ３以上の材料からなる主電極層を有する。図２（ｂ）に示すように、本実施形態では、ＩＤＴ電極３は、密着層１１、主電極層１２、拡散防止層１３、及び低抵抗層１４からなる積層金属膜により構成されている。
　密着層１１は、ＮｉＣｒなどのＬｉＮｂＯ３に対する密着性が、主電極層１２よりも高い適宜の材料からなる。主電極層１２は、密度が１８ｇ／ｃｍ３以上の材料からなる。このような材料としては、例えば、Ｐｔ、Ｗ、またはこれらの金属を主成分とする合金からなる。主成分とする合金とは、合金組成の平均密度で、５０重量％を越える割合で含まれている成分をいうものとする。なお、「主電極層」とは、ＬｉＮｂＯ３基板上に電極を設けた場合に、レイリー波による応答を利用し得るようにレイリー波を励振するのに、支配的な役割を担う電極層をいうものとする。
　なお、本発明においては、ＩＤＴ電極は、上記密度が１８ｇ／ｃｍ３以上の材料からなる主電極層のみにより構成されていてもよい。すなわち、ＩＤＴ電極３は、単一の電極層により形成されていてもよい。好ましくは、主電極層の厚みは、レイリー波の音速よりも、ＳＨ波の音速が２％以上遅くなる厚みとされている。それによって、ＳＨ波による応答を、通過帯域外の周波数域により一層確実に配置することができる。
　なお、ＳＨ波による応答とは、ＳＨ波による共振現象をいい、共振周波数と反共振周波数とを含む周波数域における共振特性である。また、音速とは、周波数とＩＤＴ電極３における電極指ピッチで定まる波長との積で表される値である。
　ＩＤＴ電極３における電極指ピッチで定まる波長をλとする。主電極層が、ＰｔまたはＰｔを主成分とする合金からなる場合、主電極層１２の厚みは、０．０６１λ以上であることが好ましく、より好ましくは、０．０６１λ以上、０．２０λ以下の範囲内にあることが望ましい。その場合には、ＳＨ波の音速を、レイリー波の音速よりもより一層効果的に遅くすることができる。
　また、好ましくは、上記主電極層１２は、ＷまたはＷを主成分とする合金からなり、主電極層１２の厚みは、０．０９０λ以上であることが望ましく、より好ましくは０．０９０λ以上、０．２０λ以下の範囲にあることが望ましい。その場合には、ＳＨ波の音速を、レイリー波の音速よりもより確実に２％以上遅くすることができる。
　ＩＤＴ電極３において、拡散防止層１３は、主電極層１２と、低抵抗層１４との間の金属の拡散を防止するために設けられている。拡散防止層１３の材料としては、Ｔｉなどを挙げることができる。
　低抵抗層１４は、ＩＤＴ電極３の電気抵抗を低めるために設けられている。低抵抗層１４は、主電極層１２よりも導電性に優れた金属からなることが好ましい。例えばＰｔやＷにより主電極層１２が形成されている場合、低抵抗層１４として、Ａｇ、Ａｌなどを用いることができる。低抵抗層１４の厚みは、必要な電気抵抗の値に応じて適宜選択することができ、０．０３λ～０．１５λ程度の値が用いられる。
　直列腕共振子Ｓ１としての弾性波共振子につき説明したが、直列腕共振子Ｓ２，Ｓ３及び並列腕共振子Ｐ１～Ｐ３のいずれかの共振子も同様の弾性波共振子からなる。もっとも、直列腕共振子Ｓ１～Ｓ３及び並列腕共振子Ｐ１～Ｐ３におけるＩＤＴ電極の電極指ピッチ、交差幅などのパラメータは、同一ではなく、目的とするフィルタ特性に応じて適宜選択すればよい。
　弾性波フィルタ装置１の特徴は、上記弾性波共振子がレイリー波を利用しており、弾性波フィルタ装置１の通過帯域外に弾性波共振子により励振されるＳＨ波の応答が配置されていることにある。従って、弾性波フィルタ装置のフィルタ特性において、ＳＨ波による影響を受け難い。
　より好ましくは、弾性波フィルタ装置１の通過帯域よりも低域側にＳＨ波の応答が位置している。その場合には、弾性波フィルタ装置のフィルタ特性におけるＳＨ波の応答による影響がより一層生じ難い。これを、図３及び図４を参照して説明する。
　図３は、従来の弾性波フィルタ装置としてのラダー型フィルタにおけるフィルタ特性と、並列腕共振子及び直列腕共振子のインピーダンス特性との関係を示す模式図である。
　実線Ａ１がラダー型フィルタのフィルタ特性を示し、実線ＡＰが並列腕共振子のインピーダンス特性を示し、実線ＡＳが、直列腕共振子のインピーダンス特性を示す。図３から明らかなように、並列腕共振子のインピーダンス特性における共振周波数と、直列腕共振子の反共振周波数とにおいて、上記ラダー型フィルタの通過帯域Ｂの外側に位置している減衰極が構成されている。
　並列腕共振子のインピーダンス特性ＡＰにおいて、共振周波数と反共振周波数との間に、矢印ＳＨ１で示すＳＨ波の応答がスプリアスとなって現れている。また、直列腕共振子のインピーダンス特性ＡＳでは、同じく、共振周波数と反共振周波数との間に、ＳＨ波スプリアスが矢印ＳＨ２で示すように現れている。この場合、ラダー型フィルタのフィルタ特性では、上記通過帯域内において、上記スプリアスＳＨ１及びＳＨ２に応じて、スプリアスＳＨ１Ａ，ＳＨ２Ａが現れている。
　すなわち、弾性波共振子の共振周波数と反共振周波数との間において、ＳＨ波の応答が生じると、ラダー型フィルタの通過帯域Ｂ内に、上記のようなスプリアスＳＨ１Ａ，ＳＨ２Ａが現れ、フィルタ特性が劣化する。
　これに対して、上記実施形態の弾性波フィルタ装置１では、図４に示すように、並列腕共振子のインピーダンス特性ＢＰ及び直列腕共振子のインピーダンス特性ＢＳにおいて、ＳＨ波による応答は、共振周波数よりも低い位置に現れている。すなわち、インピーダンス特性ＢＰでは、矢印ＳＨ３で表すＳＨ波の応答が、共振周波数よりも低い周波数域に現れている。また、直列腕共振子のインピーダンス特性ＢＳにおいても、共振周波数よりも十分低い周波数域に、矢印ＳＨ４で示すＳＨ波の応答が現れている。これらのＳＨ波の応答ＳＨ３，ＳＨ４の周波数位置は、いずれも、並列腕共振子の共振周波数よりも低い周波数域に現れている。
　従って、弾性波フィルタ装置１のフィルタ特性ＢＦでは、ＳＨ波によるスプリアスは、矢印ＳＨ３Ａ，ＳＨ４Ａで示す位置に現れている。すなわち、スプリアスＳＨ３Ａ，ＳＨ４Ａは、通過帯域Ｂよりも低い周波数域に現れている。よって、上記実施形態の弾性波フィルタ装置１では、ＳＨ波の悪影響がフィルタ特性に生じ難い。通過帯域Ｂにおいて、ＳＨ波によるスプリアスが生じないため、フィルタ特性の改善を図ることができる。
　ところで、上記のように、ＳＨ波の応答を弾性波共振子の共振周波数よりも低い位置に位置させるには、好ましくは、ＩＤＴ電極３として、前述した密度が１８ｇ／ｃｍ３以上の材料からなる主電極層を含み、該主電極層の厚みを、レイリー波の音速よりもＳＨ波の音速が２％以上遅くなる厚みとすればよい。レイリー波の音速よりも、ＳＨ波の音速が２％以上遅くなると、ＳＨ波による応答が、レイリー波の応答の共振周波数よりも２％以上低められる。
　ラダー型フィルタの通過帯域Ｂの幅は、大きくとも、中心周波数の４％程度である。従って、上記のように、レイリー波の音速よりもＳＨ波の音速を２％以上遅くすれば、ＳＨ波による応答を、通過帯域の中心周波数よりも２％以上低い周波数位置にシフトさせ得る。
　従って、主電極層を構成する金属の種類に応じて、上記主電極層の厚みを、上記音速関係を満たすように決定すればよい。
　これを、図５～図１４を参照して説明する。
　図５は、主電極層がＰｔ膜からなる場合のＰｔ膜の膜厚と、レイリー波の音速及びＳＨ波の音速との関係を示す図である。また、図６はＰｔ膜の膜厚と、音速比Ｖ（ＳＨ）／Ｖ（レイリー）との関係を示す図である。このときの誘電体膜はＳｉＯ２とし、厚みは０．３５λとした。図６から明らかなように、Ｐｔ膜の膜厚が０．０６１λ以上であれば、上記音速比が０．９８以下となる。すなわち、ＳＨ波の音速をレイリー波の音速よりも２％以上遅くすることができる。従って、好ましくは、ＰｔまたはＰｔを主成分とする合金からなる主電極層１２の場合、その膜厚は０．０６１λ以上であることが望ましい。より好ましくは、レイリー波の音速に比べてＳＨ波の音速を２．５％以上遅くするには、ＰｔまたはＰｔを主成分とする合金からなる主電極層の膜厚は、０．０６５λ以上とすることがさらに望ましい。
　なお、主電極層の厚みは、ＳＨ波の音速を低めるうえでは特に限定されないが、主電極層の厚みが厚くなりすぎると、加工ばらつきが生じやすく、周波数のばらつきが大きくなる。その結果、良品率の劣化やコストアップを生じる。従って、主電極層の厚みは０．２０λ以下であることが望ましい。よって、主電極層の厚みは、好ましくは、ＰｔまたはＰｔを主成分とする合金からなる場合、０．０６１λ以上、０．２０λ以下の範囲内とすればよい。
　以下に比較的密度が高いＷ、Ｔａ、Ｍｏについて同様の検討をした。
　図７及び図８は、主電極層として、Ｗ膜を用いた場合のＷ膜厚と、ＳＨ波の音速及びレイリー波の音速との関係を示す図、並びにＷ膜の膜厚と、上記音速比Ｖ（ＳＨ）／Ｖ（レイリー）との関係を示す図である。
　主電極層がＷ膜からなる場合には、膜厚が０．０９０λ以上であれば、ＳＨ波の音速がレイリー波の音速よりも２％以上遅くなる。従って、好ましくは、ＷまたはＷを主成分とする合金からなる主電極層の場合には、膜厚は０．０９０λ以上とすればよい。より好ましくは、レイリー波の音速に比べてＳＨ波の音速を２．５％以上遅くするには、ＷまたはＷを主成分とする合金からなる主電極層の膜厚は、０．１０λ以上とすることがさらに望ましい。
　上記主電極層がＷなどからなる場合においても、その膜厚の上限はＰｔの場合と同様に、０．２０λ以下であることが望ましい。
　また、図９及び図１０は、主電極層がＴａ膜である場合のＴａ膜の膜厚と、ＳＨ波の音速及びレイリー波の音速との関係を示す図、並びにＴａ膜の膜厚と、上記音速比Ｖ（ＳＨ）／Ｖ（レイリー）との関係を示す図である。主電極層がＴａまたはＴａを主成分とする合金からなる場合には、図１０より、膜厚を大きくしてもレイリー波の音速に比べＳＨ波の音速を２％以上遅くすることができない。
　図１１及び図１２は、主電極層がＭｏ膜である場合のＭｏ膜の膜厚と、ＳＨ波の音速及びレイリー波の音速との関係を示す図、並びにＭｏ膜の膜厚と、上記音速比Ｖ（ＳＨ）／Ｖ（レイリー）との関係を示す図である。
　この場合にもＴａ同様に、Ｍｏの膜厚を大きくしてもレイリー波の音速に比べＳＨ波の音速を２％以上遅くすることができない。
　また、図１３及び図１４は、特許文献１で示されている主電極層がＣｕ膜である場合のＣｕ膜の膜厚と、ＳＨ波の音速及びレイリー波の音速との関係を示す図、並びにＣｕ膜の膜厚と、上記音速比Ｖ（ＳＨ）／Ｖ（レイリー）との関係を示す図である。
　上記Ｍｏ同様に、この場合においても、Ｃｕの膜厚を大きくしてもレイリー波の音速に比べＳＨ波の音速を２％以上遅くすることができない。
　なお、本願発明者は、特許文献１に記載のデータを基に、Ｃｕ膜の膜厚と、ＳＨ波の音速及びレイリー波の音速との関係、並びにＣｕ膜の膜厚と、音速比Ｖ（ＳＨ）／Ｖ（レイリー）との関係を再度求めたところ、上記図１３及び図１４の結果となることを確認した。
　従って、上記Ｔａ，Ｍｏ，Ｃｕの場合には、電極膜厚を厚くしても２％以上の音速差を得ることができないことが分かる。すなわち２％以上の音速差を得るためには電極材料の適切な選択が必要であることがわかる。
　なお、以下に示す通り、電極材料の密度についてレイリー波とＳＨ波の音速差を詳細に調査した結果、２％以上の音速差を得るためには概ね１８ｇ／ｃｍ３以上の密度が必要であることが分かった。
　電極材料と密度の関係を下記の表１に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　上記のように、主電極層１２を構成する金属の種類に応じて、その膜厚を調整することにより、レイリー波の音速に比べＳＨ波の音速を遅くすることができ、それによって、弾性波フィルタ装置１の通過帯域外に、ＳＨ波の応答をシフトさせることができる。
　なお、ＬｉＮｂＯ３からなる圧電基板のオイラー角は、好ましくは、（０°±５°の範囲内，θ，０°±１０°の範囲内）において、θが２０°以上、５０°以下の範囲であることが望ましい。その場合には、特許文献１に記載のように、効率的にレイリー波を励振することができる。
　また、上記実施形態では、ラダー型フィルタである弾性波フィルタ装置１につき説明し、その直列腕共振子及び並列腕共振子の双方が上記弾性波共振子により構成されていたが、ラダー型フィルタの直列腕共振子及び並列腕共振子の一方のみが、上記密度が１８ｇ／ｃｍ３以上の材料からなる主電極層を含み、その厚みがＳＨ波の音速がレイリー波の音速よりも２％以上遅くなる厚みとされていてもよい。好ましくは、直列腕共振子において、上記特定の厚み範囲の主電極層を設けることが望ましい。その場合には、直列腕共振子の共振周波数から低周波数側に離れたところにＳＨ波の応答をシフトさせることができるため、本発明の効果が特に大きくなる。
　また、本発明の帯域通過型の弾性波フィルタ装置は、上記ラダー型フィルタに限定されない。例えば、図１５に示す他の実施形態の弾性波フィルタ装置２１のように、縦結合共振子型弾性波フィルタ２２を有するものであってもよい。ここでは、縦結合共振子型弾性波フィルタ２２の入力端側に直列トラップを構成するための弾性波共振子Ｓ１１が接続されている。また、縦結合共振子型弾性波フィルタ２２の出力端側には、直列トラップを構成するための弾性波共振子Ｓ１２が接続されている。縦結合共振子型弾性波フィルタ２２と弾性波共振子Ｓ１２との間の接続点とグラウンド電位との間に弾性波共振子Ｐ１１が接続されている。このような弾性波共振子Ｓ１１，Ｓ１２，Ｐ１１についても、第１の実施形態の場合と同様に、弾性波フィルタ装置２１の通過帯域よりも低域側に、弾性波共振子Ｓ１１，Ｓ１２，Ｐ１１におけるＳＨ波の応答が現れるように構成すればよい。より好ましくは、直列トラップ用共振子である弾性波共振子Ｓ１１，Ｓ１２に、ＳＨ波の応答を、通過帯域よりも低域側にシフトさせる弾性波共振子であることが効果的である。
　また、弾性波フィルタ装置１や弾性波フィルタ装置２１を用いたデュプレクサにも利用できる。
１…弾性波フィルタ装置
２…ＬｉＮｂＯ３基板
３…ＩＤＴ電極
３ａ…電極指
４，５…反射器
６…誘電体膜
１１…密着層
１２…主電極層
１３…拡散防止層
１４…低抵抗層
２１…弾性波フィルタ装置
２２…縦結合共振子型弾性波フィルタ
Ｓ１～Ｓ３…直列腕共振子
Ｐ１～Ｐ３…並列腕共振子
Ｓ１１，Ｓ１２，Ｐ１１…弾性波共振子

Claims (10)

  1. 　ＬｉＮｂＯ３層を含む圧電基板と、
    　前記ＬｉＮｂＯ３層上に設けられたＩＤＴ電極と、
    　前記ＩＤＴ電極を覆うように前記圧電基板上に設けられた誘電体層と、
    を備えた弾性波共振子を複数含む、帯域通過型の弾性波フィルタ装置であって、
    　前記弾性波共振子は、レイリー波を利用しており、
    　前記弾性波フィルタ装置の通過帯域外に、前記弾性波共振子により励振されるＳＨ波の応答が配置されている、弾性波フィルタ装置。
  2. 　前記弾性波フィルタ装置の通過帯域よりも低域側に前記ＳＨ波の応答が位置している、請求項１に記載の弾性波フィルタ装置。
  3. 　前記ＩＤＴ電極が、密度が１８ｇ／ｃｍ３以上の材料からなる主電極層を含み、
    　前記主電極層の厚みが、前記レイリー波の音速よりも前記ＳＨ波の音速が２％以上遅くなる厚みとされている、請求項１または２に記載の弾性波フィルタ装置。
  4. 　前記主電極層は、ＰｔまたはＰｔを主成分とする合金からなり、前記主電極層の厚みが、０．０６１λ以上である、請求項３に記載の弾性波フィルタ装置。
  5. 　前記主電極層の厚みが、０．０６１λ以上、０．２０λ以下の範囲にある、請求項４に記載の弾性波フィルタ装置。
  6. 　前記主電極層は、ＷまたはＷを主成分とする合金からなり、前記主電極層の厚みが、０．０９０λ以上である、請求項３に記載の弾性波フィルタ装置。
  7. 　前記主電極層の厚みが、０．０９０λ以上、０．２０λ以下の範囲にある、請求項６に記載の弾性波フィルタ装置。
  8. 　前記圧電基板のオイラー角（０°±５°の範囲内，θ，０°±１０°の範囲内）において、θが２０°以上、５０°以下の範囲内にある、請求項１～７のいずれか１項に記載の弾性波フィルタ装置。
  9. 　前記帯域通過型の弾性波フィルタ装置が直列腕共振子及び並列腕共振子を有するラダー型フィルタであって、
    　前記弾性波共振子が、前記直列腕共振子を構成している、請求項１～８のいずれか１項に記載の弾性波フィルタ装置。
  10. 　前記弾性波共振子が、直列トラップ用共振子である、請求項１～８のいずれか１項に記載の弾性波フィルタ装置。
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