WO2020184621A1 - 弾性波装置 - Google Patents

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WO2020184621A1
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hypersonic
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克也 大門
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株式会社村田製作所
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    • H03H9/54—Filters comprising resonators of piezoelectric or electrostrictive material

Definitions

  • the present invention relates to an elastic wave device.
  • Patent Document 1 discloses an example of an elastic wave device.
  • a support substrate, a bonding film, a hypersonic film, a low sound velocity film, and a piezoelectric film are laminated in this order.
  • a plurality of IDT electrodes are provided on the piezoelectric film.
  • An object of the present invention is to provide an elastic wave device capable of suppressing a response in a higher-order mode.
  • a support substrate In a wide aspect of the elastic wave device according to the present invention, a support substrate, a first high-sound velocity film provided on the support substrate, and a low-sound velocity film provided on the first high-sound velocity film.
  • a second treble film provided on the bass film, a piezoelectric layer provided on the second treble film, and an IDT electrode provided on the piezoelectric layer.
  • the sound velocity of the bulk wave propagating in the low-pitched sound film is lower than the sound velocity of the bulk wave propagating in the piezoelectric layer, and the sound velocity of the bulk wave propagating in the first high-pitched sound film is high.
  • the sound velocity of the bulk wave propagating in the second treble film is higher than the sound velocity of the elastic wave propagating in the piezoelectric layer, and is equal to or higher than the sound velocity of the bulk wave propagating in the first treble film.
  • a support substrate made of silicon, a first treble velocity film provided on the support substrate and containing silicon nitride, silicon oxynitride, or crystal, and the above-mentioned
  • a bass velocity film provided on the first treble velocity film and made of a material mainly composed of silicon oxide, tantalum oxide, or a compound obtained by adding fluorine, carbon, or boron to silicon oxide, and on the bass velocity film.
  • a second treble membrane made of a medium containing aluminum oxide, aluminum nitride, titanium nitride, silicon nitride, silicon nitride or DLC as a main component, and a lithium tantalate provided on the second treble membrane.
  • a piezoelectric layer made of lithium niobate and an IDT electrode provided on the piezoelectric layer are provided.
  • FIG. 1 is a front sectional view showing a part of an elastic wave device according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a plan view of the elastic wave device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic diagram for explaining the crystal orientation Si (111).
  • FIG. 4 is a diagram showing the phase characteristics of the elastic wave device of the first embodiment and the comparative example of the present invention.
  • FIG. 5 shows the phases of the high-order mode generated in the frequency range near twice the frequency of the main mode and the high-order mode located in the middle band when the second high-sound velocity film in the elastic wave device is an aluminum oxide film. It is a figure which shows the characteristic.
  • FIG. 1 is a front sectional view showing a part of an elastic wave device according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a plan view of the elastic wave device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic diagram for explaining the crystal orientation Si (111).
  • FIG. 4
  • FIG. 6 shows the phases of the high-order mode generated in the frequency range near twice the frequency of the main mode and the high-order mode located in the middle band when the second high-sound velocity film in the elastic wave device is an aluminum nitride film. It is a figure which shows the characteristic.
  • FIG. 7 shows the phases of the high-order mode generated in the frequency range near twice the frequency of the main mode and the high-order mode located in the middle band when the second high-sound velocity film in the elastic wave device is a silicon nitride film. It is a figure which shows the characteristic.
  • FIG. 7 shows the phases of the high-order mode generated in the frequency range near twice the frequency of the main mode and the high-order mode located in the middle band when the second high-sound velocity film in the elastic wave device is a silicon nitride film. It is a figure which shows the characteristic.
  • FIG. 8 shows the phases of the high-order mode generated in the frequency range near twice the frequency of the main mode and the high-order mode located in the middle band when the second high-sound velocity film in the elastic wave device is a titanium nitride film. It is a figure which shows the characteristic.
  • FIG. 9 shows the phases of the high-order mode generated in the frequency range near twice the frequency of the main mode and the high-order mode located in the middle band when the second high-sound velocity film in the elastic wave device is a silicon carbide film. It is a figure which shows the characteristic.
  • FIG. 10 shows the phase characteristics of the high-order mode generated in the frequency range near twice the frequency of the main mode and the high-order mode located in the middle band when the second hypersonic film in the elastic wave device is a DLC film. It is a figure which shows.
  • FIG. 11 is a schematic view of an elastic wave device according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a front sectional view showing a part of an elastic wave device according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a plan view of the elastic wave device according to the first embodiment of the present invention. Note that FIG. 1 shows a portion of the IDT electrode described later near the pair of electrode fingers.
  • the elastic wave device 1 has a piezoelectric substrate 2.
  • the piezoelectric substrate 2 includes a support substrate 3, a first hypersonic film 4 provided on the support substrate 3, a hypersonic film 5 provided on the first hypersonic film 4, and a low sound velocity. It has a second hypersonic film 6 provided on the film 5 and a piezoelectric layer 7 provided on the second hypersonic film 6.
  • the IDT electrode 8 is provided on the piezoelectric layer 7.
  • the elastic wave device 1 of the present embodiment uses SH waves as the main mode. As shown in FIG. 2, reflectors 9A and 9B are provided on both sides of the IDT electrode 8 in the elastic wave propagation direction on the piezoelectric substrate 2.
  • the elastic wave device 1 of the present embodiment is an elastic wave resonator.
  • the elastic wave device according to the present invention is not limited to the elastic wave resonator, and may be a bandpass filter, a duplexer, a multiplexer, or the like having a plurality of elastic wave resonators.
  • the piezoelectric layer 7 shown in FIG. 1 is a lithium tantalate layer of 55 ° Y-cut X propagation in this embodiment.
  • the thickness of the piezoelectric layer 7 is 1 ⁇ or less.
  • the electrode finger pitch refers to the distance between the centers of the electrode fingers.
  • the cut angle, material, and thickness of the piezoelectric layer 7 are not limited to the above.
  • the material of the piezoelectric layer 7, for example, lithium niobate or the like can be used as the material of the piezoelectric layer 7, for example.
  • the support substrate 3 is a silicon substrate in this embodiment. More specifically, the crystal orientation of the silicon constituting the support substrate 3 is Si (111). The propagation angle of the support substrate 3 is 46 °. The propagation angle of the support substrate 3 is an angle formed by the elastic wave propagation direction and the silicon crystal axis [1-10] on the (111) plane.
  • Si (111) is a substrate cut on the (111) plane orthogonal to the crystal axis represented by the Miller index [111] in the crystal structure of silicon having a diamond structure, as shown in FIG. Indicates that there is. It also includes other crystallographically equivalent surfaces.
  • the crystal orientation, propagation angle, and material of the support substrate 3 are not limited to the above.
  • the surface orientation of the surface on the first hypersonic film 4 side is (111). May be good.
  • the first hypersonic film 4 is a relatively hypersonic film. More specifically, the sound velocity of the bulk wave propagating in the first hypersonic film 4 is higher than the sound velocity of the elastic wave propagating in the piezoelectric layer 7.
  • the first hypersonic film 4 is a silicon nitride film in the present embodiment.
  • the material of the first treble speed film 4 is not limited to the above, and for example, aluminum oxide, silicon carbide, silicon oxynitride, silicon, sapphire, lithium tantalate, lithium niobate, crystal, alumina, zirconia, and cordierite. , Murite, steatite, forsterite, magnesia, DLC (diamond-like carbon), diamond, and other media containing the above materials as main components can be used.
  • the low sound velocity film 5 is a relatively low sound velocity film. More specifically, the sound velocity of the bulk wave propagating in the bass velocity film 5 is lower than the sound velocity of the bulk wave propagating in the piezoelectric layer 7.
  • the bass velocity film 5 is a silicon oxide film. Silicon oxide is represented by SiO x . x is any positive number. In the elastic wave device 1, the silicon oxide constituting the bass velocity film 5 is SiO 2 .
  • the material of the bass velocity film 5 is not limited to the above, and for example, a material containing glass, silicon nitride, tantalum oxide, or a compound obtained by adding fluorine, carbon, or boron to silicon oxide may be used. it can.
  • the second hypersonic film 6 is a film having a higher sound velocity than the first hypersonic film 4. More specifically, the sound velocity of the bulk wave propagating in the second hypersonic film 6 is equal to or higher than the sound velocity of the bulk wave propagating in the first hypersonic film 4.
  • the second hypersonic film 6 is an aluminum oxide film in this embodiment.
  • the material of the second hypersonic film 6 is not limited to the above, and the above materials such as aluminum nitride (AlN), silicon nitride (SiN), titanium nitride (TiN), silicon carbide (SiC), and DLC can be used. A medium as a main component can be used.
  • the material of the second hypersonic film 6 may be the same as the material of the first hypersonic film 4.
  • the piezoelectric layer 7 is indirectly provided on the low sound velocity film 5 via the second high sound velocity film 6. Since the elastic wave device 1 has a configuration in which the first hypersonic film 4, the low sound velocity film 5, and the piezoelectric layer 7 are laminated, the energy of the main mode can be effectively confined to the piezoelectric layer 7 side. ..
  • the IDT electrode 8 has a first bus bar 16 and a second bus bar 17 facing each other.
  • the IDT electrode 8 has a plurality of first electrode fingers 18 each having one end connected to the first bus bar 16.
  • the IDT electrode 8 has a plurality of second electrode fingers 19 each having one end connected to the second bus bar 17.
  • the plurality of first electrode fingers 18 and the plurality of second electrode fingers 19 are interleaved with each other.
  • the IDT electrode 8 is composed of a laminated metal film in which a Ti layer, an Al layer, and a Ti layer are laminated in this order from the piezoelectric layer 7 side.
  • the materials of the reflector 9A and the reflector 9B are the same as those of the IDT electrode 8.
  • the materials of the IDT electrode 8, the reflector 9A and the reflector 9B are not limited to the above.
  • the IDT electrode 8, the reflector 9A and the reflector 9B may be made of a single-layer metal film.
  • the feature of the present embodiment is that the first hypersonic film 4, the low sound velocity film 5, the second hypersonic film 6 and the piezoelectric layer 7 are laminated, and the second high sound velocity film is provided.
  • the sound velocity film 6 has a higher sound velocity than the first hypersonic film 4.
  • the higher-order mode can be suppressed.
  • the higher-order mode is a mode that occurs in the vicinity of twice the resonance frequency of the main mode.
  • An elastic wave device having the configuration of the first embodiment and an elastic wave device of a comparative example were prepared.
  • the comparative example differs from the first embodiment in that it does not have a second hypersonic film.
  • the conditions of the elastic wave device having the configuration of the first embodiment are as follows.
  • Support substrate Material: Silicon, Crystal orientation: Si (111), Propagation angle: 46 °
  • First hypersonic film Material: Silicon nitride (SiN), Thickness: 300 nm Bass sound film: Material: Silicon oxide (SiO 2 ), Thickness: 300 nm
  • Second hypersonic film Material: Aluminum oxide (Al 2 O 3 ), Thickness: 30 nm
  • Piezoelectric layer Material: Lithium tantalate (LiTaO 3 ), Cut angle: 55 ° Y cut X propagation
  • IDT electrode Material of each layer: Ti / Al / Ti from the piezoelectric layer side, Thickness of each layer: From the piezoelectric layer side 12nm / 100nm / 10nm
  • IDT electrode finger pitch 1 ⁇ m
  • Electrode finger logarithm 1 pair (calculated as 1 pair because it is based on the periodic boundary condition of the finite element method, but the logarithmic direction is assumed to be an infinite pair)
  • the conditions of the elastic wave device of the comparative example are the same as those of the elastic wave device of the first embodiment except that it does not have the second hypersonic film.
  • FIG. 4 is a diagram showing the phase characteristics of the elastic wave device of the first embodiment and the comparative example.
  • the solid line shows the result of the first embodiment
  • the broken line shows the result of the comparative example.
  • the higher-order mode can be suppressed for the following reasons.
  • the second hypersonic film 6 is provided between the low sound velocity film 5 and the piezoelectric layer 7.
  • the second hypersonic film 6 has a higher sound velocity than the first hypersonic film 4.
  • the speed of sound in the higher-order mode near twice the resonance frequency can be effectively increased, and the speed of sound in the higher-order mode is higher than the speed of sound of the bulk wave of the support substrate 3, so that the higher-order mode is supported by the support substrate. It can be leaked to the 3 side. Thereby, the higher-order mode can be suppressed.
  • FIG. 4 it can be seen that the phase angle of the main mode in the first embodiment is almost the same as that of the comparative example without the second hypersonic film 6. Therefore, it can be seen that the strength of the main mode has not deteriorated.
  • the elastic wave device 1 of the first embodiment for example, a higher-order mode located in the 5 GHz band can be suppressed. Therefore, the elastic wave device 1 can suppress the influence on the filter characteristics of the filter device when the pass band is commonly connected to the filter device located in the 5 GHz band and the antenna or the like.
  • the elastic wave device 1 of the first embodiment it is possible to suppress the higher-order mode located in the middle band. Therefore, the elastic wave device 1 can suppress the influence on the filter characteristics of the filter device when the pass band is commonly connected to the filter device located in the middle band and the antenna or the like.
  • the material of the second hypersonic film 6 is not limited to aluminum oxide.
  • Table 1 below shows the preferred material and thickness combinations of the second hypersonic film 6.
  • the higher-order mode is suppressed without increasing the response of the higher-order mode located in the middle band. Can be done. The details will be described below.
  • the material and thickness of the second hypersonic film 6 when the material and thickness of the second hypersonic film 6 are changed, the high-order mode generated in the frequency range near twice the frequency of the main mode and the high located in the middle band.
  • the phase characteristics of the next mode are shown.
  • the elastic wave device exhibiting the phase characteristics below has the same configuration as that of the first embodiment except for the material of the second hypersonic film 6.
  • the thickness (unit: ⁇ m) of the second hypersonic film of FIGS. 5 to 10 can be read as a wavelength ⁇ . For example, when the thickness of the Al 2 O 3 film of FIG. 5 is 0.2 ⁇ m, it is 0.1 ⁇ .
  • FIG. 5 shows the phases of the high-order mode generated in the frequency range near twice the frequency of the main mode and the high-order mode located in the middle band when the second high-sound velocity film in the elastic wave device is an aluminum oxide film. It is a figure which shows the characteristic. Note that FIG. 5 shows the relationship between the thickness of the second hypersonic film and the phase of each of the above modes.
  • the white plot in FIG. 5 shows the phase of the higher-order mode occurring in the frequency range near twice the frequency of the main mode.
  • the black plot shows the phase of the higher mode located in the middle band. The same applies to FIGS. 6 to 10 below.
  • the phase of the higher-order mode is about 66.3 °.
  • the phase of the higher-order mode is about 65.4 °.
  • the phase angle of the higher-order mode is substantially constant. It can be seen that the phase angle of the higher-order mode located in the middle band is suppressed to less than 0 °.
  • FIG. 6 shows the phases of the high-order mode generated in the frequency range near twice the frequency of the main mode and the high-order mode located in the middle band when the second high-sound velocity film in the elastic wave device is an aluminum nitride film. It is a figure which shows the characteristic.
  • the phase angle of the higher-order mode that occurs in the frequency range near twice that of the above is less than 60 °, which is smaller than that in the case where the second hypersonic film 6 is not provided.
  • the thickness of the second hypersonic film 6 is very thin, it can be seen that there is an effect of suppressing the higher-order mode that occurs in the frequency range near twice the frequency of the main mode.
  • the phase angle of the higher-order mode is substantially constant. It can be seen that the phase angle of the higher-order mode located in the middle band is suppressed to less than -40 °.
  • FIG. 7 shows the phases of the high-order mode generated in the frequency range near twice the frequency of the main mode and the high-order mode located in the middle band when the second high-sound velocity film in the elastic wave device is a silicon nitride film. It is a figure which shows the characteristic.
  • the frequency of the main mode is less than 60 °, which is smaller than that in the case where the second hypersonic film 6 is not provided.
  • the thickness of the second hypersonic film 6 is very thin, it can be seen that there is an effect of suppressing the higher-order mode that occurs in the frequency range near twice the frequency of the main mode.
  • the phase angle of the higher-order mode is substantially constant. It can be seen that the phase angle of the higher-order mode located in the middle band is suppressed to less than ⁇ 39 °.
  • FIG. 8 shows the phases of the high-order mode generated in the frequency range near twice the frequency of the main mode and the high-order mode located in the middle band when the second high-sound velocity film in the elastic wave device is a titanium nitride film. It is a figure which shows the characteristic.
  • the frequency of the main mode is about 65.4 °, which is smaller than the case where the second hypersonic film 6 is not provided.
  • the thickness of the second hypersonic film 6 is very thin, it can be seen that there is an effect of suppressing the higher-order mode that occurs in the frequency range near twice the frequency of the main mode.
  • FIG. 9 shows the phases of the high-order mode generated in the frequency range near twice the frequency of the main mode and the high-order mode located in the middle band when the second high-sound velocity film in the elastic wave device is a silicon carbide film. It is a figure which shows the characteristic.
  • the frequency of the main mode is about 65.6 °, which is smaller than that in the case where the second hypersonic film 6 is not provided.
  • the thickness of the second hypersonic film 6 is very thin, it can be seen that there is an effect of suppressing the higher-order mode that occurs in the frequency range near twice the frequency of the main mode.
  • FIG. 10 shows the phase characteristics of the high-order mode generated in the frequency range near twice the frequency of the main mode and the high-order mode located in the middle band when the second hypersonic film in the elastic wave device is a DLC film. It is a figure which shows.
  • the frequency of the main mode is less than 51 °, which is smaller than that in the case where the second hypersonic film 6 is not provided.
  • the phase angle of the higher-order mode sharply decreases from the case where the thickness of the second hypersonic film 6 is 0.001 ⁇ m to the case where the thickness is 0.02 ⁇ m.
  • the phase angle becomes larger as the second hypersonic film 6 becomes thicker, but when the thickness of the second hypersonic film 6 is 0.2 ⁇ m or less, It can be seen that it is suppressed to less than 56 °.
  • a Rayleigh wave may be generated as an unnecessary wave.
  • the Rayleigh wave phase derived from the second Euler angles ⁇ of the piezoelectric layer 7, the thickness of the piezoelectric layer 7, and the thickness of the second hypersonic film 6 may be ⁇ 70 [deg] or less. preferable.
  • the second Euler angles are ⁇ in Euler angles ( ⁇ , ⁇ , ⁇ ).
  • the relational expression between the phase of the Rayleigh wave and the second Euler angles ⁇ of the piezoelectric layer 7, the thickness of the piezoelectric layer 7, and the thickness of the second hypersonic film 6 was derived.
  • the material of the second hypersonic film 6 is aluminum oxide, aluminum nitride, silicon nitride, titanium nitride, silicon carbide or DLC, the above relational expressions are shown.
  • the thickness of the piezoelectric layer 7 is described as the LT film thickness.
  • the Rayleigh wave phase derived by Equation 1 is preferably ⁇ 70 [deg] or less.
  • the Rayleigh wave phase derived by Equation 2 is preferably ⁇ 70 [deg] or less.
  • the Rayleigh wave phase derived by Equation 3 is preferably ⁇ 70 [deg] or less.
  • the Rayleigh wave phase derived by Equation 4 is preferably ⁇ 70 [deg] or less.
  • the Rayleigh wave phase derived by Equation 5 is preferably ⁇ 70 [deg] or less.
  • the Rayleigh wave phase derived by Equation 6 is preferably ⁇ 70 [deg] or less.
  • FIG. 11 is a schematic view of the elastic wave device according to the second embodiment.
  • the elastic wave device 20 is a multiplexer having a first filter device 21A, a second filter device 21B, and a third filter device 21C.
  • the first filter device 21A is a filter device including an elastic wave resonator having the same configuration as the elastic wave device 1 according to the first embodiment.
  • the second filter device 21B has a pass band in the 5 GHz band.
  • the third filter device 21C has a pass band in the middle band.
  • the elastic wave device 20 has a common connection terminal 22.
  • the first filter device 21A, the second filter device 21B, and the third filter device 21C are commonly connected to the common connection terminal 22.
  • the common connection terminal 22 may be, for example, an antenna terminal connected to the antenna.
  • the number of filter devices included in the elastic wave device 20 is not particularly limited.
  • the elastic wave device 20 also has a filter device other than the first filter device 21A, the second filter device 21B, and the third filter device 21C connected to the common connection terminal 22.
  • the first filter device 21A includes an elastic wave resonator having the same configuration as that of the first embodiment, it is possible to suppress a higher-order mode generated in a frequency range near twice the frequency of the main mode. Moreover, the response of the high-order mode of the middle band is small. Therefore, deterioration of the filter characteristics of the second filter device 21B and the third filter device 21C in the elastic wave device 20 can be suppressed.
  • Elastic wave device 2 ... Piezoelectric substrate 3 ... Support substrate 4 ... First high-sound velocity film 5 . Low-sound velocity film 6 ... Second high-sound velocity film 7 ... Piezoelectric layer 8 ... IDT electrodes 9A, 9B ... Reflector 16, 17 ... 1st and 2nd bus bars 18, 19 ... 1st and 2nd electrode fingers 20 ... Elastic wave devices 21A to 21C ... 1st to 3rd filter devices 22 ... Common connection terminals

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Abstract

高次モードを抑制することができる、弾性波装置を提供する。　弾性波装置１は、支持基板３と、支持基板３上に設けられている第１の高音速膜４と、第１の高音速膜４上に設けられている低音速膜５と、低音速膜５上に設けられている第２の高音速膜６と、第２の高音速膜６上に設けられている圧電体層７と、圧電体層７上に設けられているＩＤＴ電極８とを備え、低音速膜５を伝搬するバルク波の音速が、圧電体層７を伝搬するバルク波の音速よりも低く、第１の高音速膜４を伝搬するバルク波の音速が、圧電体層７を伝搬する弾性波の音速よりも高く、第２の高音速膜６を伝搬するバルク波の音速が、第１の高音速膜４を伝搬するバルク波の音速以上である。

Description

弾性波装置
　本発明は、弾性波装置に関する。
　従来、弾性波装置は携帯電話機のフィルタなどに広く用いられている。下記の特許文献１には弾性波装置の一例が開示されている。この弾性波装置においては、支持基板、接合膜、高音速膜、低音速膜及び圧電膜がこの順序で積層されている。圧電膜上に複数のＩＤＴ電極（Ｉｎｔｅｒ　Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）が設けられている。
国際公開第２０１６／１０３９５３号
　近年、５ＧＨｚ帯の利用が重要性を増している。５ＧＨｚ帯を利用する弾性波フィルタと他の弾性波フィルタとがアンテナ端において共通接続された場合、当該他の弾性波フィルタのメインモードの共振周波数の２倍の周波数付近に発生する高次モードによるレスポンスが問題となる。しかしながら、特許文献１に記載のような弾性波装置では、このような高次モードによるレスポンスを十分に抑制することは困難であった。
　本発明の目的は、高次モードによるレスポンスを抑制することができる、弾性波装置を提供することにある。
　本発明に係る弾性波装置のある広い局面では、支持基板と、前記支持基板上に設けられている第１の高音速膜と、前記第１の高音速膜上に設けられている低音速膜と、前記低音速膜上に設けられている第２の高音速膜と、前記第２の高音速膜上に設けられている圧電体層と、前記圧電体層上に設けられているＩＤＴ電極とが備えられており、前記低音速膜を伝搬するバルク波の音速が、前記圧電体層を伝搬するバルク波の音速よりも低く、前記第１の高音速膜を伝搬するバルク波の音速が、前記圧電体層を伝搬する弾性波の音速よりも高く、前記第２の高音速膜を伝搬するバルク波の音速が、前記第１の高音速膜を伝搬するバルク波の音速以上である。
　本発明に係る弾性波装置の他の広い局面では、シリコンからなる支持基板と、前記支持基板上に設けられ、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素、または、水晶を含む第１の高音速膜と、前記第１の高音速膜上に設けられ、酸化ケイ素、酸化タンタル、または、酸化ケイ素にフッ素、炭素やホウ素を加えた化合物を主成分とする材料からなる低音速膜と、前記低音速膜上に設けられ、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、窒化チタン、炭化ケイ素、窒化ケイ素またはＤＬＣを主成分とする媒質からなる第２の高音速膜と、前記第２の高音速膜上に設けられ、タンタル酸リチウムまたはニオブ酸リチウムからなる圧電体層と、前記圧電体層上に設けられているＩＤＴ電極とが備えられている。
　本発明に係る弾性波装置によれば、高次モードを抑制することができる。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る弾性波装置の一部を示す正面断面図である。 図２は、本発明の第１の実施形態に係る弾性波装置の平面図である。 図３は、結晶方位Ｓｉ（１１１）を説明するための模式図である。 図４は、本発明の第１の実施形態及び比較例の弾性波装置の位相特性を示す図である。 図５は、弾性波装置における第２の高音速膜を酸化アルミニウム膜とした場合における、メインモードの周波数の２倍付近の周波数域に生じる高次モード及びミドルバンドに位置する高次モードの位相特性を示す図である。 図６は、弾性波装置における第２の高音速膜を窒化アルミニウム膜とした場合における、メインモードの周波数の２倍付近の周波数域に生じる高次モード及びミドルバンドに位置する高次モードの位相特性を示す図である。 図７は、弾性波装置における第２の高音速膜を窒化ケイ素膜とした場合における、メインモードの周波数の２倍付近の周波数域に生じる高次モード及びミドルバンドに位置する高次モードの位相特性を示す図である。 図８は、弾性波装置における第２の高音速膜を窒化チタン膜とした場合における、メインモードの周波数の２倍付近の周波数域に生じる高次モード及びミドルバンドに位置する高次モードの位相特性を示す図である。 図９は、弾性波装置における第２の高音速膜を炭化ケイ素膜とした場合における、メインモードの周波数の２倍付近の周波数域に生じる高次モード及びミドルバンドに位置する高次モードの位相特性を示す図である。 図１０は、弾性波装置における第２の高音速膜をＤＬＣ膜とした場合における、メインモードの周波数の２倍付近の周波数域に生じる高次モード及びミドルバンドに位置する高次モードの位相特性を示す図である。 図１１は、本発明の第２の実施形態に係る弾性波装置の模式図である。
　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、本発明の第１の実施形態に係る弾性波装置の一部を示す正面断面図である。図２は、本発明の第１の実施形態に係る弾性波装置の平面図である。なお、図１は、後述するＩＤＴ電極の一対の電極指付近の部分を示す。
　弾性波装置１は圧電性基板２を有する。圧電性基板２は、支持基板３と、支持基板３上に設けられている第１の高音速膜４と、第１の高音速膜４上に設けられている低音速膜５と、低音速膜５上に設けられている第２の高音速膜６と、第２の高音速膜６上に設けられている圧電体層７とを有する。圧電体層７上にＩＤＴ電極８が設けられている。
　ＩＤＴ電極８に交流電圧を印加することにより、弾性波が励振される。本実施形態の弾性波装置１は、メインモードとしてＳＨ波を利用する。図２に示すように、圧電性基板２上におけるＩＤＴ電極８の弾性波伝搬方向両側には、反射器９Ａ及び反射器９Ｂが設けられている。本実施形態の弾性波装置１は弾性波共振子である。もっとも、本発明に係る弾性波装置は弾性波共振子には限定されず、複数の弾性波共振子を有する帯域通過フィルタ、デュプレクサやマルチプレクサなどであってもよい。
　図１に示す圧電体層７は、本実施形態においては、５５°ＹカットＸ伝搬のタンタル酸リチウム層である。ここで、ＩＤＴ電極の電極指ピッチにより規定される波長をλとしたときに、圧電体層７の厚みは１λ以下である。電極指ピッチとは電極指中心間距離をいう。なお、圧電体層７のカット角、材料及び厚みは上記に限定されない。圧電体層７の材料としては、例えば、ニオブ酸リチウムなどを用いることもできる。
　支持基板３は、本実施形態ではシリコン基板である。より具体的には、支持基板３を構成するシリコンの結晶方位はＳｉ（１１１）である。支持基板３の伝搬角は４６°である。なお、支持基板３の伝搬角とは（１１１）面において弾性波伝搬方向とシリコンの結晶軸［１－１０］とのなす角である。ここで、Ｓｉ（１１１）とは、図３に示すように、ダイヤモンド構造を有するシリコンの結晶構造において、ミラー指数［１１１］で表される結晶軸に直交する（１１１）面においてカットした基板であることを示す。なお、その他の結晶学的に等価な面も含む。もっとも、支持基板３の結晶方位、伝搬角及び材料は上記に限定されない。例えば、支持基板３を構成するシリコンの第１の高音速膜４側の面及びＩＤＴ電極８側の面のうち、第１の高音速膜４側の面の面方位が（１１１）であってもよい。
　第１の高音速膜４は相対的に高音速な膜である。より具体的には、第１の高音速膜４を伝搬するバルク波の音速は、圧電体層７を伝搬する弾性波の音速よりも高い。第１の高音速膜４は、本実施形態においては窒化ケイ素膜である。なお、第１の高音速膜４の材料は上記に限定されず、例えば、酸化アルミニウム、炭化ケイ素、酸窒化ケイ素、シリコン、サファイア、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム、水晶、アルミナ、ジルコニア、コージライト、ムライト、ステアタイト、フォルステライト、マグネシア、ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）またはダイヤモンドなど、上記材料を主成分とする媒質を用いることができる。
　低音速膜５は相対的に低音速な膜である。より具体的には、低音速膜５を伝搬するバルク波の音速は、圧電体層７を伝搬するバルク波の音速よりも低い。本実施形態においては、低音速膜５は酸化ケイ素膜である。酸化ケイ素はＳｉＯｘで表される。ｘは任意の正数である。弾性波装置１においては、低音速膜５を構成する酸化ケイ素はＳｉＯ２である。なお、低音速膜５の材料は上記に限定されず、例えば、ガラス、酸窒化ケイ素、酸化タンタル、または、酸化ケイ素にフッ素、炭素やホウ素を加えた化合物を主成分とする材料を用いることができる。
　第２の高音速膜６は、第１の高音速膜４以上に高音速な膜である。より具体的には、第２の高音速膜６を伝搬するバルク波の音速は、第１の高音速膜４を伝搬するバルク波の音速以上である。第２の高音速膜６は、本実施形態においては酸化アルミニウム膜である。なお、第２の高音速膜６の材料は上記に限定されず、例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化ケイ素（ＳｉＮ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）またはＤＬＣなど、上記材料を主成分とする媒質を用いることができる。第２の高音速膜６の材料は、第１の高音速膜４の材料と同じであってもよい。
　本実施形態において、圧電体層７は、低音速膜５上に第２の高音速膜６を介して間接的に設けられている。弾性波装置１は、第１の高音速膜４、低音速膜５及び圧電体層７が積層された構成を有するため、メインモードのエネルギーを圧電体層７側に効果的に閉じ込めることができる。
　図２に示すように、ＩＤＴ電極８は、対向し合う第１のバスバー１６及び第２のバスバー１７を有する。ＩＤＴ電極８は、第１のバスバー１６にそれぞれ一端が接続されている複数の第１の電極指１８を有する。さらに、ＩＤＴ電極８は、第２のバスバー１７にそれぞれ一端が接続されている複数の第２の電極指１９を有する。複数の第１の電極指１８と複数の第２の電極指１９とは互いに間挿し合っている。
　ＩＤＴ電極８は、圧電体層７側から、Ｔｉ層、Ａｌ層及びＴｉ層がこの順序で積層された積層金属膜からなる。反射器９Ａ及び反射器９Ｂの材料も、ＩＤＴ電極８と同様の材料である。なお、ＩＤＴ電極８、反射器９Ａ及び反射器９Ｂの材料は上記に限定されない。あるいは、ＩＤＴ電極８、反射器９Ａ及び反射器９Ｂは単層の金属膜からなっていてもよい。
　図１に戻り、本実施形態の特徴は、第１の高音速膜４、低音速膜５、第２の高音速膜６及び圧電体層７が積層された構成を有し、第２の高音速膜６が第１の高音速膜４以上に高音速なことにある。それによって、高次モードを抑制することができる。なお、上述したように、高次モードとは、メインモードの共振周波数の２倍の周波数付近に生じるモードである。上記効果を、本実施形態と比較例とを比較することにより、以下において説明する。
　第１の実施形態の構成を有する弾性波装置と、比較例の弾性波装置とを用意した。比較例は、第２の高音速膜を有しない点において、第１の実施形態と異なる。
　第１の実施形態の構成を有する弾性波装置の条件は以下の通りである。
　支持基板：材料…シリコン、結晶方位…Ｓｉ（１１１）、伝搬角…４６°
　第１の高音速膜：材料…窒化ケイ素（ＳｉＮ）、厚み…３００ｎｍ
　低音速膜：材料…酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、厚み…３００ｎｍ
　第２の高音速膜：材料…酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、厚み…３０ｎｍ
　圧電体層：材料…タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）、カット角…５５°ＹカットＸ伝搬
　ＩＤＴ電極：各層の材料…圧電体層側からＴｉ／Ａｌ／Ｔｉ、各層の厚み…圧電体層側から１２ｎｍ／１００ｎｍ／１０ｎｍ
　ＩＤＴ電極の電極指ピッチ：１μｍ
　電極指対数：１対（有限要素法の周期境界条件に基づくため１対で計算しているが、対数方向は無限対と仮定している。）
　比較例の弾性波装置の条件は、第２の高音速膜を有しない点以外は第１の実施形態の弾性波装置と同様である。
　図４は、第１の実施形態及び比較例の弾性波装置の位相特性を示す図である。図４において、実線は第１の実施形態の結果を示し、破線は比較例の結果を示す。
　図４中の矢印Ａに示す周波数においては、比較例では大きな高次モードが生じていることがわかる。これに対して、第１の実施形態においては、高次モードが抑制されていることがわかる。加えて、第１の実施形態において、矢印Ｂに示す周波数付近に生じる高次モードも抑制されていることがわかる。
　比較例においては、メインモードだけでなく、高次モードも圧電体層側に閉じ込められるため、高次モードの抑制は困難である。これに対して、第１の実施形態においては、以下の理由により高次モードを抑制することができると考えられる。
　図１に示すように、第１の実施形態では、低音速膜５と圧電体層７との間に第２の高音速膜６が設けられている。加えて、第２の高音速膜６は第１の高音速膜４以上に高音速である。これにより、共振周波数の２倍付近の高次モードの音速を効果的に高くすることができ、高次モードの音速が支持基板３のバルク波の音速より高くなるため、高次モードを支持基板３側に漏洩させることができる。それによって、高次モードを抑制することができる。なお、図４に示すように、第１の実施形態におけるメインモードの位相の角度は、第２の高音速膜６を有しない比較例とほぼ変わらないことがわかる。よって、メインモードの強度は劣化していないことがわかる。
　第１の実施形態の弾性波装置１においては、例えば、５ＧＨｚ帯に位置する高次モードを抑制することができる。よって、弾性波装置１は、通過帯域が５ＧＨｚ帯に位置するフィルタ装置とアンテナなどに共通接続された場合において、該フィルタ装置のフィルタ特性に対する影響を抑制することができる。
　加えて、第１の実施形態の弾性波装置１においては、ミドルバンドに位置する高次モードを抑制することもできる。よって、弾性波装置１は、通過帯域がミドルバンドに位置するフィルタ装置とアンテナなどに共通接続された場合において、該フィルタ装置のフィルタ特性に対する影響を抑制することができる。
　上述したように、第２の高音速膜６の材料は酸化アルミニウムには限定されない。下記の表１に、第２の高音速膜６の好ましい材料及び厚みの組み合わせを示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　第２の高音速膜６の材料及び厚みが、表１に示すいずれかの組み合わせである場合に、ミドルバンドに位置する高次モードのレスポンスを大きくせずして、高次モードを抑制することができる。この詳細を以下において説明する。
　下記の図５～図１０において、第２の高音速膜６の材料及び厚みを変化させた場合における、メインモードの周波数の２倍付近の周波数域に生じる高次モード及びミドルバンドに位置する高次モードの位相特性を示す。なお、以下において位相特性を示す弾性波装置は、第２の高音速膜６の材料以外においては、第１の実施形態と同様の構成を有する。なお、図５～図１０の第２の高音速膜の厚み（単位：μｍ）は、波長λに換算して読み替えることができる。例えば、図５のＡｌ２Ｏ３膜の厚みが０．２μｍの場合は０．１λである。
　図５は、弾性波装置における第２の高音速膜を酸化アルミニウム膜とした場合における、メインモードの周波数の２倍付近の周波数域に生じる高次モード及びミドルバンドに位置する高次モードの位相特性を示す図である。なお、図５は、第２の高音速膜の厚みと上記各モードの位相との関係を示す。図５中の白色のプロットはメインモードの周波数の２倍付近の周波数域に生じる高次モードの位相を示す。黒色のプロットはミドルバンドに位置する高次モードの位相を示す。下記の図６～図１０も同様である。
　図５に示すように、第２の高音速膜６が厚くなるほど、メインモードの周波数の２倍付近の周波数域に生じる高次モードがより一層抑制されていることがわかる。なお、第２の高音速膜６が設けられていない場合には、該高次モードの位相は約６６．３°である。これに対して、第２の高音速膜６の厚みが０．００１μｍ＝０．０００５λである場合には、該高次モードの位相は約６５．４°である。このように、第２の高音速膜６の厚みが非常に薄い場合においても、メインモードの周波数の２倍付近の周波数域に生じる高次モードの抑制の効果があることがわかる。さらに、第２の高音速膜６の厚みが０．００１μｍ＝０．０００５λの場合から０．０３μｍ＝０．０１５λの場合にかけて該高次モードの位相の角度が急激に小さくなっていることがわかる。
　他方、ミドルバンドに位置する高次モードの位相の角度は、第２の高音速膜６の厚みが０．７μｍ＝０．３５λ以下の場合においては、第２の高音速膜６が厚くなるほど大きくなっている。第２の高音速膜６の厚みが０．７μｍ＝０．３５λ以上の場合においては、該高次モードの位相の角度はほぼ一定となっている。ミドルバンドに位置する高次モードの位相の角度は０°未満に抑制されていることがわかる。
　第２の高音速膜６の材料が酸化アルミニウムである場合、第２の高音速膜６の厚みは０．００１μｍ＝０．０００５λ以上であることが好ましい。それによって、ミドルバンドに位置する高次モードによるレスポンスを大きくせずして、メインモードの周波数の２倍付近の周波数域に生じる高次モードをより確実に抑制することができる。第２の高音速膜６の厚みは０．０３μｍ＝０．０１５λ以上であることがより好ましい。それによって、ミドルバンドに位置する高次モードによるレスポンスを大きくせずして、メインモードの周波数の２倍付近の周波数域に生じる高次モードをより一層抑制することができる。第２の高音速膜６の厚みは１μｍ＝０．５λ以下であることが好ましい。第２の高音速膜６が厚すぎると、生産性が低くなることがある。
　図６は、弾性波装置における第２の高音速膜を窒化アルミニウム膜とした場合における、メインモードの周波数の２倍付近の周波数域に生じる高次モード及びミドルバンドに位置する高次モードの位相特性を示す図である。
　図６に示すように、第２の高音速膜６の材料が窒化アルミニウムである場合、第２の高音速膜６の厚みが０．００１μｍ＝０．０００５λである場合には、メインモードの周波数の２倍付近の周波数域に生じる高次モードの位相の角度は６０°未満であり、第２の高音速膜６が設けられていない場合よりも小さい。このように、第２の高音速膜６の厚みが非常に薄い場合においても、メインモードの周波数の２倍付近の周波数域に生じる高次モードの抑制の効果があることがわかる。さらに、第２の高音速膜６の厚みが０．００１μｍ＝０．０００５λの場合から０．０５μｍ＝０．０２５λの場合にかけて該高次モードの位相の角度が急激に小さくなっていることがわかる。
　他方、ミドルバンドに位置する高次モードの位相の角度は、第２の高音速膜６の厚みが０．６μｍ＝０．３λ以下の場合においては、第２の高音速膜６が厚くなるほど大きくなっている。第２の高音速膜６の厚みが０．６μｍ＝０．３λ以上の場合においては、該高次モードの位相の角度はほぼ一定となっている。ミドルバンドに位置する高次モードの位相の角度は－４０°未満に抑制されていることがわかる。
　第２の高音速膜６の材料が窒化アルミニウムである場合、第２の高音速膜６の厚みは０．００１μｍ＝０．０００５λ以上であることが好ましい。それによって、ミドルバンドに位置する高次モードによるレスポンスを大きくせずして、メインモードの周波数の２倍付近の周波数域に生じる高次モードをより確実に抑制することができる。第２の高音速膜６の厚みは０．０５μｍ＝０．０２５λ以上であることがより好ましい。それによって、ミドルバンドに位置する高次モードによるレスポンスを大きくせずして、メインモードの周波数の２倍付近の周波数域に生じる高次モードをより一層抑制することができる。第２の高音速膜６の厚みは１μｍ＝０．５λ以下であることが好ましい。第２の高音速膜６が厚すぎると、生産性が低くなることがある。
　図７は、弾性波装置における第２の高音速膜を窒化ケイ素膜とした場合における、メインモードの周波数の２倍付近の周波数域に生じる高次モード及びミドルバンドに位置する高次モードの位相特性を示す図である。
　図７に示すように、第２の高音速膜６の材料が窒化ケイ素である場合、第２の高音速膜６の厚みが０．００１μｍ＝０．０００５λである場合には、メインモードの周波数の２倍付近の周波数域に生じる高次モードの位相の角度は６０°未満であり、第２の高音速膜６が設けられていない場合よりも小さい。このように、第２の高音速膜６の厚みが非常に薄い場合においても、メインモードの周波数の２倍付近の周波数域に生じる高次モードの抑制の効果があることがわかる。さらに、第２の高音速膜６の厚みが０．００１μｍ＝０．０００５λの場合から０．０４μｍ＝０．０２λの場合にかけて該高次モードの位相の角度が急激に小さくなっていることがわかる。
　他方、ミドルバンドに位置する高次モードの位相の角度は、第２の高音速膜６の厚みが０．７μｍ＝０．３５λ以下の場合においては、第２の高音速膜６が厚くなるほど大きくなっている。第２の高音速膜６の厚みが０．７μｍ＝０．３５λ以上の場合においては、該高次モードの位相の角度はほぼ一定となっている。ミドルバンドに位置する高次モードの位相の角度は－３９°未満に抑制されていることがわかる。
　第２の高音速膜６の材料が窒化ケイ素である場合、第２の高音速膜６の厚みは０．００１μｍ＝０．０００５λ以上であることが好ましい。それによって、ミドルバンドに位置する高次モードによるレスポンスを大きくせずして、メインモードの周波数の２倍付近の周波数域に生じる高次モードをより確実に抑制することができる。第２の高音速膜６の厚みは０．０４μｍ＝０．０２λ以上であることがより好ましい。それによって、ミドルバンドに位置する高次モードによるレスポンスを大きくせずして、メインモードの周波数の２倍付近の周波数域に生じる高次モードをより一層抑制することができる。第２の高音速膜６の厚みは１μｍ＝０．５λ以下であることが好ましい。第２の高音速膜６が厚すぎると、生産性が低くなることがある。
　図８は、弾性波装置における第２の高音速膜を窒化チタン膜とした場合における、メインモードの周波数の２倍付近の周波数域に生じる高次モード及びミドルバンドに位置する高次モードの位相特性を示す図である。
　図８に示すように、第２の高音速膜６の材料が窒化チタンである場合、第２の高音速膜６の厚みが０．００１μｍ＝０．０００５λである場合には、メインモードの周波数の２倍付近の周波数域に生じる高次モードの位相の角度は約６５．４°であり、第２の高音速膜６が設けられていない場合よりも小さい。このように、第２の高音速膜６の厚みが非常に薄い場合においても、メインモードの周波数の２倍付近の周波数域に生じる高次モードの抑制の効果があることがわかる。さらに、第２の高音速膜６の厚みが０．００１μｍ＝０．０００５λの場合から０．０３μｍ＝０．０１５λの場合にかけて該高次モードの位相の角度が急激に小さくなっていることがわかる。
　他方、ミドルバンドに位置する高次モードの位相の角度は、第２の高音速膜６の厚みが０．４μｍ＝０．２λ以下の場合においては、第２の高音速膜６が厚くなるほど大きくなっている。第２の高音速膜６の厚みが０．４μｍ＝０．２λ以上の場合においては、第２の高音速膜６が厚くなるほど、該高次モードの位相の角度は小さくなっている。ミドルバンドに位置する高次モードの位相の角度は－４０°未満に抑制されていることがわかる。
　第２の高音速膜６の材料が窒化チタンである場合、第２の高音速膜６の厚みは０．００１μｍ＝０．０００５λ以上であることが好ましい。それによって、ミドルバンドに位置する高次モードによるレスポンスを大きくせずして、メインモードの周波数の２倍付近の周波数域に生じる高次モードをより確実に抑制することができる。第２の高音速膜６の厚みは０．０３μｍ＝０．０１５λ以上であることがより好ましい。それによって、ミドルバンドに位置する高次モードによるレスポンスを大きくせずして、メインモードの周波数の２倍付近の周波数域に生じる高次モードをより一層抑制することができる。第２の高音速膜６の厚みは１μｍ＝０．５λ以下であることが好ましい。第２の高音速膜６が厚すぎると、生産性が低くなることがある。
　図９は、弾性波装置における第２の高音速膜を炭化ケイ素膜とした場合における、メインモードの周波数の２倍付近の周波数域に生じる高次モード及びミドルバンドに位置する高次モードの位相特性を示す図である。
　図９に示すように、第２の高音速膜６の材料が炭化ケイ素である場合、第２の高音速膜６の厚みが０．００１μｍ＝０．０００５λである場合には、メインモードの周波数の２倍付近の周波数域に生じる高次モードの位相の角度は約６５．６°であり、第２の高音速膜６が設けられていない場合よりも小さい。このように、第２の高音速膜６の厚みが非常に薄い場合においても、メインモードの周波数の２倍付近の周波数域に生じる高次モードの抑制の効果があることがわかる。さらに、第２の高音速膜６の厚みが０．００１μｍ＝０．０００５λの場合から０．０２μｍ＝０．０１λの場合にかけて該高次モードの位相の角度が急激に小さくなっていることがわかる。
　他方、ミドルバンドに位置する高次モードは、第２の高音速膜６が厚くなるほど位相の角度が大きくなるが、第２の高音速膜６の厚みが０．２μｍ＝０．１λ以下である場合には、－１８°未満に抑制されていることがわかる。
　第２の高音速膜６の材料が炭化ケイ素である場合、第２の高音速膜６の厚みは０．００１μｍ＝０．０００５λ以上であることが好ましい。それによって、メインモードの周波数の２倍付近の周波数域に生じる高次モードをより確実に抑制することができる。第２の高音速膜６の厚みは０．０２μｍ＝０．０１λ以上であることがより好ましい。それによって、メインモードの周波数の２倍付近の周波数域に生じる高次モードをより一層抑制することができる。第２の高音速膜６の厚みは１μｍ＝０．５λ以下であることが好ましい。第２の高音速膜６が厚すぎると、生産性が低くなることがある。第２の高音速膜６は０．２μｍ＝０．１λ以下であることがより好ましい。それによって、ミドルバンドに位置する高次モードによるレスポンスを大きくせずして、メインモードの周波数の２倍付近の周波数域に生じる高次モードを抑制することができる。
　図１０は、弾性波装置における第２の高音速膜をＤＬＣ膜とした場合における、メインモードの周波数の２倍付近の周波数域に生じる高次モード及びミドルバンドに位置する高次モードの位相特性を示す図である。
　図１０に示すように、第２の高音速膜６の材料がＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）である場合、第２の高音速膜６の厚みが０．００１μｍである場合には、メインモードの周波数の２倍付近の周波数域に生じる高次モードの位相の角度は５１°未満であり、第２の高音速膜６が設けられていない場合よりも小さい。このように、第２の高音速膜６の厚みが非常に薄い場合においても、メインモードの周波数の２倍付近の周波数域に生じる高次モードの抑制の効果があることがわかる。さらに、第２の高音速膜６の厚みが０．００１μｍの場合から０．０２μｍの場合にかけて該高次モードの位相の角度が急激に小さくなっていることがわかる。
　他方、ミドルバンドに位置する高次モードは、第２の高音速膜６が厚くなるほど位相の角度が大きくなるが、第２の高音速膜６の厚みが０．２μｍ以下である場合には、５６°未満に抑制されていることがわかる。
　第２の高音速膜６の材料がＤＬＣである場合、第２の高音速膜６の厚みは０．００１μｍ＝０．０００５λ以上であることが好ましい。それによって、メインモードの周波数の２倍付近の周波数域に生じる高次モードをより確実に抑制することができる。第２の高音速膜６の厚みは０．０２μｍ＝０．０１λ以上であることがより好ましい。それによって、メインモードの周波数の２倍付近の周波数域に生じる高次モードをより一層抑制することができる。第２の高音速膜６の厚みは０．２μｍ＝０．１λ以下であることが好ましい。それによって、ミドルバンドに位置する高次モードによるレスポンスを大きくせずして、メインモードの周波数の２倍付近の周波数域に生じる高次モードを抑制することができる。第２の高音速膜６の厚みは０．１μｍ＝０．０５λ以下であることがより好ましい。それによって、ミドルバンドに位置する高次モードによるレスポンスをより大きくせずして、メインモードの周波数の２倍付近の周波数域に生じる高次モードを抑制することができる。
　ところで、弾性波装置においては、不要波としてレイリー波が生じることがある。このとき、圧電体層７の第２オイラー角θと、圧電体層７の厚みと、第２の高音速膜６の厚みから導出されるレイリー波位相が－７０［ｄｅｇ］以下となることが好ましい。なお、第２オイラー角とは、オイラー角（φ，θ，ψ）におけるθである。ここで、レイリー波の位相と、圧電体層７の第２オイラー角θ、圧電体層７の厚み及び第２の高音速膜６の厚みとの関係式を導出した。第２の高音速膜６の材料が、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、窒化チタン、炭化ケイ素またはＤＬＣである場合において、それぞれ上記関係式を示す。なお、下記の式１～式６においては、圧電体層７の厚みはＬＴ膜厚と記載している。
　第２の高音速膜６の材料が酸化アルミニウム（アルミナ）である場合、下記の式１が成立する。この場合、式１により導出されるレイリー波位相が－７０［ｄｅｇ］以下となることが好ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　第２の高音速膜６の材料が窒化アルミニウム（ＡｌＮ）である場合、下記の式２が成立する。この場合、式２により導出されるレイリー波位相が－７０［ｄｅｇ］以下となることが好ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
　第２の高音速膜６の材料が窒化ケイ素（ＳｉＮ）である場合、下記の式３が成立する。この場合、式３により導出されるレイリー波位相が－７０［ｄｅｇ］以下となることが好ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
　第２の高音速膜６の材料が窒化チタン（ＴｉＮ）である場合、下記の式４が成立する。この場合、式４により導出されるレイリー波位相が－７０［ｄｅｇ］以下となることが好ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
　第２の高音速膜６の材料が炭化ケイ素（ＳｉＣ）である場合、下記の式５が成立する。この場合、式５により導出されるレイリー波位相が－７０［ｄｅｇ］以下となることが好ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
　第２の高音速膜６の材料がＤＬＣである場合、下記の式６が成立する。この場合、式６により導出されるレイリー波位相が－７０［ｄｅｇ］以下となることが好ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
　図１１は、第２の実施形態に係る弾性波装置の模式図である。
　弾性波装置２０は、第１のフィルタ装置２１Ａ、第２のフィルタ装置２１Ｂ及び第３のフィルタ装置２１Ｃを有するマルチプレクサである。第１のフィルタ装置２１Ａは、第１の実施形態に係る弾性波装置１と同様の構成を有する弾性波共振子を含むフィルタ装置である。第２のフィルタ装置２１Ｂは５ＧＨｚ帯において通過帯域を有する。第３のフィルタ装置２１Ｃはミドルバンドにおいて通過帯域を有する。
　弾性波装置２０は共通接続端子２２を有する。共通接続端子２２に、第１のフィルタ装置２１Ａ、第２のフィルタ装置２１Ｂ及び第３のフィルタ装置２１Ｃが共通接続されている。共通接続端子２２は、例えば、アンテナに接続されるアンテナ端子であってもよい。なお、弾性波装置２０が有するフィルタ装置の個数は特に限定されない。弾性波装置２０は、共通接続端子２２に接続された、第１のフィルタ装置２１Ａ、第２のフィルタ装置２１Ｂ及び第３のフィルタ装置２１Ｃ以外のフィルタ装置も有する。
　第１のフィルタ装置２１Ａは、第１の実施形態と同様の構成を有する弾性波共振子を含むため、メインモードの周波数の２倍付近の周波数域に生じる高次モードを抑制することができ、かつミドルバンドの高次モードのレスポンスが小さい。従って、弾性波装置２０における、第２のフィルタ装置２１Ｂ及び第３のフィルタ装置２１Ｃのフィルタ特性の劣化を抑制することができる。
１…弾性波装置
２…圧電性基板
３…支持基板
４…第１の高音速膜
５…低音速膜
６…第２の高音速膜
７…圧電体層
８…ＩＤＴ電極
９Ａ，９Ｂ…反射器
１６，１７…第１，第２のバスバー
１８，１９…第１，第２の電極指
２０…弾性波装置
２１Ａ～２１Ｃ…第１～第３のフィルタ装置
２２…共通接続端子

Claims (7)

  1. 　支持基板と、
    　前記支持基板上に設けられている第１の高音速膜と、
    　前記第１の高音速膜上に設けられている低音速膜と、
    　前記低音速膜上に設けられている第２の高音速膜と、
    　前記第２の高音速膜上に設けられている圧電体層と、
    　前記圧電体層上に設けられているＩＤＴ電極と、
    を備え、
    　前記低音速膜を伝搬するバルク波の音速が、前記圧電体層を伝搬するバルク波の音速よりも低く、
    　前記第１の高音速膜を伝搬するバルク波の音速が、前記圧電体層を伝搬する弾性波の音速よりも高く、
    　前記第２の高音速膜を伝搬するバルク波の音速が、前記第１の高音速膜を伝搬するバルク波の音速以上である、弾性波装置。
  2. 　前記第２の高音速膜の材料が、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、窒化チタン、炭化ケイ素またはダイヤモンドライクカーボンである、請求項１に記載の弾性波装置。
  3. 　前記第２の高音速膜の材料及び厚みが、表１に示すいずれかの組み合わせである、請求項２に記載の弾性波装置。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
  4. 　前記支持基板がシリコン基板である、請求項１～３のいずれか１項に記載の弾性波装置。
  5. 　前記支持基板の前記第１の高音速膜側の面の面方位が（１１１）である、請求項４に記載の弾性波装置。
  6. 　前記圧電体層の第２オイラー角θと、前記圧電体層の厚みと、前記第２の高音速膜の厚みから導出されるレイリー波位相が－７０［ｄｅｇ］以下となる、請求項１～５のいずれか１項に記載の弾性波装置。
  7. 　シリコンからなる支持基板と、
    　前記支持基板上に設けられ、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素、または、水晶を含む第１の高音速膜と、
    　前記第１の高音速膜上に設けられ、酸化ケイ素、酸化タンタル、または、酸化ケイ素にフッ素、炭素やホウ素を加えた化合物を主成分とする材料からなる低音速膜と、
    　前記低音速膜上に設けられ、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、窒化チタン、炭化ケイ素、窒化ケイ素、またはＤＬＣを主成分とする媒質からなる第２の高音速膜と、
    　前記第２の高音速膜上に設けられ、タンタル酸リチウムまたはニオブ酸リチウムからなる圧電体層と、
    　前記圧電体層上に設けられているＩＤＴ電極と、
    を備える弾性波装置。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022085624A1 (ja) * 2020-10-19 2022-04-28 株式会社村田製作所 弾性波装置
JP7433873B2 (ja) 2019-12-06 2024-02-20 太陽誘電株式会社 弾性波共振器、フィルタ、及びマルチプレクサ

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013047433A1 (ja) * 2011-09-30 2013-04-04 株式会社村田製作所 弾性波装置
JP2015122566A (ja) * 2013-12-20 2015-07-02 株式会社村田製作所 弾性波装置
WO2019031202A1 (ja) * 2017-08-09 2019-02-14 株式会社村田製作所 弾性波装置、マルチプレクサ、高周波フロントエンド回路及び通信装置

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013141168A1 (ja) * 2012-03-23 2013-09-26 株式会社村田製作所 弾性波装置及びその製造方法
JP6248600B2 (ja) * 2013-12-13 2017-12-20 株式会社村田製作所 弾性波デバイス
US11362639B2 (en) * 2017-07-27 2022-06-14 Kyocera Corporation Acoustic wave device, multiplexer, and communication apparatus

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013047433A1 (ja) * 2011-09-30 2013-04-04 株式会社村田製作所 弾性波装置
JP2015122566A (ja) * 2013-12-20 2015-07-02 株式会社村田製作所 弾性波装置
WO2019031202A1 (ja) * 2017-08-09 2019-02-14 株式会社村田製作所 弾性波装置、マルチプレクサ、高周波フロントエンド回路及び通信装置

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7433873B2 (ja) 2019-12-06 2024-02-20 太陽誘電株式会社 弾性波共振器、フィルタ、及びマルチプレクサ
WO2022085624A1 (ja) * 2020-10-19 2022-04-28 株式会社村田製作所 弾性波装置

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