WO2020261978A1 - 弾性表面波装置及びフィルタ装置 - Google Patents

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WO2020261978A1
WO2020261978A1 PCT/JP2020/022676 JP2020022676W WO2020261978A1 WO 2020261978 A1 WO2020261978 A1 WO 2020261978A1 JP 2020022676 W JP2020022676 W JP 2020022676W WO 2020261978 A1 WO2020261978 A1 WO 2020261978A1
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electrode layer
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piezoelectric substrate
layer
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PCT/JP2020/022676
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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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    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/02—Details
    • H03H9/02535—Details of surface acoustic wave devices
    • H03H9/02543—Characteristics of substrate, e.g. cutting angles
    • H03H9/02559—Characteristics of substrate, e.g. cutting angles of lithium niobate or lithium-tantalate substrates
    • H—ELECTRICITY
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    • H03H9/02—Details
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    • H—ELECTRICITY
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    • H03H9/46—Filters
    • H03H9/64—Filters using surface acoustic waves
    • H03H9/6423—Means for obtaining a particular transfer characteristic
    • H03H9/6433—Coupled resonator filters
    • H03H9/6483—Ladder SAW filters

Definitions

  • the present invention relates to a surface acoustic wave device and a filter device.
  • Patent Document 1 discloses an example of a surface acoustic wave device.
  • This surface acoustic wave device has a piezoelectric substrate made of LiNbO 3 .
  • An IDT electrode is provided on the piezoelectric substrate.
  • a metal film made of one of Pt, Cu, Mo, Au, W and Ta and a metal film made of Al, which is located closer to the piezoelectric substrate than the metal film, are laminated.
  • the metal film made of Al is used as a conductive auxiliary layer that lowers the electrical resistance of the IDT electrode.
  • a dielectric layer is provided on the piezoelectric substrate so as to cover the IDT electrode.
  • the electromechanical coupling coefficient of the surface acoustic wave to be used is increased by setting the film thickness of each metal film of the IDT electrode and the Euler angles of the piezoelectric substrate within a predetermined range, and the electricity of unnecessary waves is increased. It is intended to reduce the mechanical coupling coefficient.
  • a metal film made of a relatively dense metal such as Pt, Cu, Mo, Au, W or Ta is arranged on the piezoelectric substrate side, and the Euler angles and the thickness of the metal film set in Patent Document 1 are set. In this case, it was found that unnecessary waves may not be sufficiently suppressed. This is because the distance between the metal film made of a metal having a relatively high density and the piezoelectric substrate is different from the condition in Patent Document 1.
  • An object of the present invention is to provide a surface acoustic wave device and a filter device which are excellent in power resistance and linearity and can suppress unnecessary waves.
  • a piezoelectric substrate made of a ⁇ ° rotating Y-cut X propagation LiNbO 3 having a cut angle of ⁇ and a plurality of electrode fingers provided on the piezoelectric substrate are provided.
  • the IDT electrode has an IDT electrode and a dielectric film provided on the piezoelectric substrate so as to cover the IDT electrode.
  • the IDT electrode has a main electrode layer and a conductive auxiliary layer, and the main electrode has. The layer is located closer to the piezoelectric substrate than the conductive auxiliary layer, the main electrode layer contains Pt as a main component, the thickness of the main electrode layer is h, the thickness of the dielectric film is H, and the above.
  • a piezoelectric substrate composed of a ⁇ ° rotating Y-cut X propagation LiNbO 3 having a cut angle of ⁇ and a plurality of electrode fingers provided on the piezoelectric substrate.
  • the IDT electrode is provided with a dielectric film provided on the piezoelectric substrate so as to cover the IDT electrode, and the IDT electrode has a main electrode layer and a conductive auxiliary layer.
  • the electrode layer is located closer to the piezoelectric substrate than the conductive auxiliary layer, the main electrode layer contains Au as a main component, the film thickness of the main electrode layer is h, and the film thickness of the dielectric film is H.
  • a piezoelectric substrate composed of a ⁇ ° rotating Y-cut X propagation LiNbO 3 having a cut angle of ⁇ , and a plurality of electrodes provided on the piezoelectric substrate.
  • the IDT electrode having a finger and a dielectric film provided on the piezoelectric substrate so as to cover the IDT electrode are provided, and the IDT electrode has a main electrode layer and a conductive auxiliary layer.
  • the main electrode layer is located closer to the piezoelectric substrate than the conductive auxiliary layer, the main electrode layer contains W as a main component, the thickness of the main electrode layer is h, and the thickness of the dielectric film is H.
  • the filter device according to the present invention is a surface acoustic wave device including a parallel arm resonator and a resonator electrically connected to the parallel arm resonator, wherein the parallel arm resonator is configured according to the present invention. is there.
  • a surface acoustic wave device and a filter device which are excellent in power resistance and linearity and can suppress unnecessary waves.
  • FIG. 1 is a front sectional view of a surface acoustic wave device according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a plan view showing the IDT electrode according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is an enlarged front sectional view of the electrode finger of the IDT electrode according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram showing impedance characteristics when the thickness of the main electrode layer is different in the surface acoustic wave device in which the stacking order of the IDT electrodes is the same as that of the first embodiment.
  • FIG. 5 is a diagram showing the impedance characteristics of the surface acoustic wave devices of the comparative example when the film thicknesses of the main electrode layers are different.
  • FIG. 6 is a diagram showing a return loss characteristic showing an example in which spurious is generated in a surface acoustic wave device.
  • FIG. 7 shows the magnitude of spurious at the time of 200 ⁇ , h ⁇ 0.150 ⁇ .
  • FIG. 20 shows the magnitude of a spurious when .350 ⁇ and h ⁇ 0.300 ⁇ .
  • FIG. 21 shows the maximum and minimum values of the film thickness h of the main electrode layer having a spurious size of 0.5 dB or less when the film thickness H of the dielectric film is 0.250 ⁇ , and the cut angle ⁇ .
  • FIG. 22 is a diagram showing the relationship between the coefficient A in the formula showing the condition that the spurious size is 0.5 dB or less and the film thickness H of the dielectric film.
  • FIG. 23 is a diagram showing the relationship between the coefficient B in the equation showing the condition that the spurious size is 0.5 dB or less and the film thickness H of the dielectric film.
  • FIG. 24 is a diagram showing the relationship between the coefficient C in the formula showing the condition that the spurious size is 0.5 dB or less and the film thickness H of the dielectric film.
  • FIG. 25 is a diagram showing the relationship between the coefficient D in the equation showing the condition that the spurious size is 0.5 dB or less and the film thickness H of the dielectric film.
  • FIG. 26 shows the magnitude of the stress (equivalent stress of Mises) applied to the electrode finger of the IDT electrode when a signal of the resonance frequency of the 1-port resonator is applied to the IDT electrode having the structure of the comparative example with a certain constant power. It is a figure which shows the result of having obtained the stress by the finite element method.
  • FIG. 27 shows the magnitude of stress applied to the electrode finger of the IDT electrode when a signal of the resonance frequency of the 1-port resonator is applied to the IDT electrode having the structure of the first embodiment of the present invention with a certain constant power. It is a figure which shows.
  • FIG. 28 is a circuit diagram of a filter device according to a fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 29 is a circuit diagram of a filter device according to a fifth embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a front sectional view of the surface acoustic wave device according to the first embodiment of the present invention.
  • the surface acoustic wave device 1 has a piezoelectric substrate 2 made of a ⁇ ° rotating Y-cut X propagation LiNbO 3 having a cut angle of ⁇ .
  • the IDT electrode 3 is provided on the piezoelectric substrate 2.
  • Surface acoustic waves are excited by applying an AC voltage to the IDT electrode 3.
  • a pair of reflectors 8 and 9 are provided on both sides of the IDT electrode 3 on the piezoelectric substrate 2 in the surface acoustic wave propagation direction.
  • the surface acoustic wave device 1 of the present embodiment is a surface acoustic wave resonator that uses a love wave as a main mode.
  • FIG. 2 is a plan view showing the IDT electrode in the first embodiment.
  • the dielectric film and the frequency adjusting film which will be described later, are omitted.
  • the IDT electrode 3 has a first bus bar 16 and a second bus bar 17 facing each other.
  • the IDT electrode 3 has a plurality of first electrode fingers 18 each having one end connected to the first bus bar 16. Further, the IDT electrode 3 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.
  • a dielectric film 4 is provided on the piezoelectric substrate 2 so as to cover the IDT electrode 3.
  • the dielectric film 4 is a silicon oxide film. Silicon oxide is represented by SiO x . x is any positive number.
  • the silicon oxide constituting the dielectric film 4 of the present embodiment is SiO 2 .
  • the material of the dielectric film 4 is not limited to the above. However, the dielectric film 4 is preferably a silicon oxide film. Thereby, the absolute value of the frequency temperature coefficient (TCF) in the surface acoustic wave device 1 can be reduced, and the frequency temperature characteristic can be improved.
  • TCF frequency temperature coefficient
  • a frequency adjusting film 5 is provided on the dielectric film 4.
  • the frequency adjusting film 5 is a silicon nitride film.
  • the thickness of the frequency adjusting film 5 is preferably 0.1 ⁇ or less.
  • the thickness of the frequency adjusting film 5 becomes thicker, the surface acoustic wave device 1 excites the elastic boundary wave more strongly than the surface acoustic wave.
  • the elastic boundary wave is stressed, it becomes difficult to adjust the frequency.
  • the material of the frequency adjusting film 5 is not limited to the above.
  • the frequency adjusting film 5 does not necessarily have to be provided.
  • FIG. 3 is an enlarged front sectional view of the electrode finger of the IDT electrode in the first embodiment.
  • the IDT electrode 3 has a main electrode layer 3a provided on the piezoelectric substrate 2 and a conductive auxiliary layer 3b provided on the main electrode layer 3a.
  • the main electrode layer is an electrode layer that is dominant in the excitation of surface acoustic waves.
  • the conductivity auxiliary layer is a layer arranged to prevent the resistance of the electrode finger from becoming sufficiently small only with the main electrode layer, and it is desirable that the conductivity is higher than that of the main electrode layer.
  • the IDT electrode 3 may have a layer other than the main electrode layer 3a and the conductive auxiliary layer 3b.
  • an adhesion layer may be provided between the piezoelectric substrate 2 and the main electrode layer 3a, or a diffusion prevention layer may be provided between the main electrode layer 3a and the conductive auxiliary layer 3b.
  • the conductive auxiliary layer may be divided into a plurality of layers, and another thin layer may be provided between the divided conductive auxiliary layers.
  • the main electrode layer 3a may be located closer to the piezoelectric substrate 2 than the conductive auxiliary layer 3b.
  • the main electrode layer 3a is a layer containing Pt as a main component, for example, a Pt layer.
  • the main component means a component that accounts for 50% by weight or more.
  • the conductive auxiliary layer 3b contains Al as a main component.
  • the main component of the conductive auxiliary layer 3b is not limited to Al.
  • the material of the conductive auxiliary layer 3b a material having a higher conductivity than that of the main electrode layer 3a is used.
  • the conductivity of the conductive auxiliary layer does not necessarily have to be higher than the conductivity of the main electrode layer.
  • the main electrode layer may be an Au layer and the conductive auxiliary layer may be an Al layer.
  • the feature of this embodiment is that it has the configurations of 1) to 3).
  • the IDT electrode 3 has a main electrode layer 3a and a conductive auxiliary layer 3b, and the main electrode layer 3a is located closer to the piezoelectric substrate 2 than the conductive auxiliary layer 3b.
  • the main electrode layer 3a contains Pt as a main component.
  • the film thickness of the main electrode layer 3a is h and the film thickness of the dielectric film 4 is H, the following relations of the formulas (1) and (2A) to (2D) are satisfied.
  • the surface acoustic wave device 1 is excellent in power resistance and linearity, and can suppress unnecessary waves. This will be described below.
  • the impedance characteristics were compared by changing the stacking order of the main electrode layer and the conductive auxiliary layer in the IDT electrode. More specifically, as in the first embodiment, in a configuration in which the main electrode layer is located closer to the piezoelectric substrate than the conductive auxiliary layer, the impedance characteristics were investigated by changing the film thickness of the main electrode layer. On the other hand, as a comparative example, in a configuration in which the conductive auxiliary layer is located closer to the piezoelectric substrate than the main electrode layer, the impedance characteristics were investigated by changing the film thickness of the main electrode layer.
  • the design parameters of the surface acoustic wave device and the surface acoustic wave device of the comparative example in which the stacking order of the IDT electrodes is the same as that of the first embodiment are as follows.
  • Piezoelectric substrate Material ... 10 ° Y cut X propagation LiNbO 3
  • Main electrode layer Material: Pt, film thickness: 0.05 ⁇ or more, 0.14 ⁇ or less.
  • Conductive auxiliary layer Material: Al, film thickness: 0.05 ⁇ IDT electrode duty ratio: 0.50
  • Dielectric film Material: SiO 2 , Film thickness: 0.25 ⁇
  • Frequency adjustment film Material: SiN, film thickness: 0.01 ⁇
  • FIG. 4 is a diagram showing impedance characteristics when the thickness of the main electrode layer is different in the surface acoustic wave device in which the stacking order of the IDT electrodes is the same as that of the first embodiment.
  • FIG. 5 is a diagram showing the impedance characteristics of the surface acoustic wave devices of the comparative example when the film thicknesses of the main electrode layers are different.
  • the horizontal axis is the normalized frequency standardized by the resonance frequency. Therefore, even if the film thickness of the main electrode layer is different and the resonance frequency itself is different, the normalized frequency corresponding to the resonance frequency is 1 in each case. Therefore, in FIGS. 4 and 5, the position corresponding to the resonance frequency on the horizontal axis is the same regardless of the film thickness of the main electrode layer.
  • the vertical axis in FIGS. 4 and 5 shows the impedance in each case where the film thickness of the main electrode layer is different. In order to make it easier to see the difference in each impedance characteristic, the film thickness of the main electrode layer is shifted in the vertical direction.
  • spurious emissions can be seen in addition to the main response near the antiresonance frequency.
  • the main response is due to the excitation of the love wave
  • the spurious is due to the response of the Rayleigh wave. It can be seen that the size of spurious varies depending on the film thickness of the main electrode layer.
  • the film thickness of the main electrode layer is 0.11 ⁇ or more and 0.12 ⁇ as shown in FIG.
  • Spurious is especially small when:
  • the comparative example in which the conductive auxiliary layer is located closer to the piezoelectric substrate than the main electrode layer as shown in FIG. 5, when the film thickness of the main electrode layer is 0.06 ⁇ or more and 0.07 ⁇ or less, spurious Is particularly small.
  • the conditions for suppressing spurious caused by Rayleigh waves differ depending on the stacking order of each layer in the IDT electrode.
  • the size of the spurious caused by the Rayleigh wave varies not only with the film thickness of the IDT electrode but also with the cut angle of the piezoelectric material used for the piezoelectric substrate and the film thickness of the dielectric film.
  • the cut angle ⁇ of the ⁇ ° rotation Y cut X propagation LiNbO 3 used for the piezoelectric substrate, the film thickness H of the dielectric film, or The change in the size of the spurious was investigated by making the film thickness h of the main electrode layer different. More specifically, as shown in the example shown in FIG. 6, the magnitude of spurious due to the Rayleigh wave in the return loss characteristic was investigated.
  • the magnitude of spurious was determined to be the magnitude of the difference between the return loss at the end on the high frequency side and the return loss at the peak at the frequency of ripple as spurious.
  • the changes in the size of spurious when the cut angle ⁇ , the film thickness H, or the film thickness h are changed are shown in FIGS. 7 to 20.
  • the film thickness of the conductive auxiliary layer was set to 0.050 ⁇ .
  • the film thickness h of the main electrode layer is changed within a range in which the total of the film thickness of the conductive auxiliary layer and the film thickness h of the main electrode layer is thinner than the film thickness H of the dielectric film.
  • the film thickness h of the main electrode layer is changed in the range of h ⁇ 0.150 ⁇ .
  • the material of the main electrode layer was Pt and the material of the conductive auxiliary layer was Al, as in the case of obtaining the impedance characteristics shown in FIGS. 4 and 5.
  • the material of the dielectric film is SiO 2 .
  • the film thickness h of the main electrode layer is 0.1291 ⁇ ⁇ h.
  • the size of spurious is 0.5 dB or less, and spurious is effectively suppressed.
  • the range of the film thickness h of the main electrode layer in which the spurious size is 0.5 dB or less.
  • ⁇ 7.5 °, 0.1114 ⁇ ⁇ h ⁇ 0.150 ⁇
  • ⁇ 10.0 °, 0.1012 ⁇ ⁇ h ⁇ 0.128 ⁇
  • spurious is effectively suppressed by setting the film thickness h of the main electrode layer within each of the above ranges according to the cut angle ⁇ . can do.
  • the film thickness H of the dielectric film is 0.200 ⁇
  • the cut angle ⁇ is 17.5 °, 20.0 °, 22.5 °, 25.0 °, 27.5 ° or 30.
  • the range of the film thickness h of the main electrode layer capable of suppressing spurious is shown.
  • spurious can be suppressed when the film thickness H of the dielectric film is 0.225 ⁇ , 0.250 ⁇ , 0.275 ⁇ , 0.300 ⁇ , 0.325 ⁇ or 0.350 ⁇ , respectively.
  • the range of the film thickness h of the main electrode layer that can be formed is shown for each cut angle ⁇ . Table 1 shows the conditions under which the spurious shown in FIGS. 7 to 20 can be suppressed.
  • FIG. 21 shows an example of the relationship between the maximum and minimum values of the film thickness h of the main electrode layer having a spurious size of 0.5 dB or less and the cut angle ⁇ .
  • FIG. 21 shows the maximum and minimum values of the film thickness h of the main electrode layer having a spurious size of 0.5 dB or less when the film thickness H of the dielectric film is 0.250 ⁇ , and the cut angle ⁇ . It is a figure which shows the relationship.
  • the X-shaped plot in FIG. 21 shows the maximum value of the film thickness h of the main electrode layer, and the circular plot shows the minimum value of the film thickness h of the main electrode layer.
  • the maximum and minimum values of the film thickness of the main electrode layer having a spurious size of 0.5 dB or less depend on the cut angle ⁇ .
  • the maximum value and the minimum value can be expressed by the following formulas.
  • the condition that the spurious size is 0.5 dB or less is expressed by the following formulas.
  • Table 2 shows the values of the coefficients A, B, C and D in the formula (1). Further, the relationship between each of the above coefficients and the film thickness H of the dielectric film is shown in FIGS. 22 to 25.
  • FIG. 22 is a diagram showing the relationship between the coefficient A in the formula showing the condition that the spurious size is 0.5 dB or less and the film thickness H of the dielectric film.
  • FIG. 23 is a diagram showing the relationship between the coefficient B in the equation showing the condition that the spurious size is 0.5 dB or less and the film thickness H of the dielectric film.
  • FIG. 24 is a diagram showing the relationship between the coefficient C in the formula showing the condition that the spurious size is 0.5 dB or less and the film thickness H of the dielectric film.
  • FIG. 25 is a diagram showing the relationship between the coefficient D in the equation showing the condition that the spurious size is 0.5 dB or less and the film thickness H of the dielectric film.
  • the coefficients A to D depend on the film thickness H of the dielectric film.
  • the relationship between the coefficients A to D and the film thickness H of the dielectric film is represented by the following formulas (2A) to (2D).
  • the relatively high density main electrode layer 3a is located closer to the piezoelectric substrate 2 than the relatively low density conductive auxiliary layer 3b. .. Thereby, the stress applied to the conductive auxiliary layer 3b can be reduced. Therefore, the surface acoustic wave device 1 is excellent in power resistance and linearity.
  • the conductive auxiliary layer is located closer to the piezoelectric substrate than the main electrode layer.
  • FIG. 26 shows the magnitude of the stress (equivalent stress of Mises) applied to the electrode finger of the IDT electrode when a signal of the resonance frequency of the 1-port resonator is applied to the IDT electrode having the structure of the comparative example with a certain constant power. It is a figure which shows the result of having obtained the stress by the finite element method.
  • FIG. 27 shows the magnitude of stress applied to the electrode finger of the IDT electrode when a signal of the resonance frequency of the 1-port resonator is applied to the IDT electrode having the structure of the first embodiment with a certain constant power. It is a figure.
  • the stress applied to most of the conductive auxiliary layer 3b is 7.5 GPa or less.
  • the applied stress is suppressed in most of the conductive auxiliary layer 3b. That is, in the present embodiment, by arranging the main electrode layer 3a closer to the piezoelectric substrate 2 than the conductive auxiliary layer 3b, the stress applied to the conductive auxiliary layer 3b can be suppressed. Therefore, deterioration of power resistance and linearity can be suppressed.
  • the main electrode layer 3a is relatively thick, the speed of sound of the surface acoustic wave excited can be lowered.
  • V f ⁇ .
  • the frequency f of the surface acoustic wave used in the surface acoustic wave device 1 is set to a constant value, the IDT electrode 3 becomes thicker, and the value of the sound velocity V becomes smaller, the value of the wavelength ⁇ becomes smaller. Therefore, the electrode finger pitch of the IDT electrode 3 can be reduced. Therefore, in the present embodiment, the surface acoustic wave device 1 can be miniaturized.
  • the film thickness of the main electrode layer 3a is preferably 0.06 ⁇ or more, and more preferably 0.08 ⁇ or more. As a result, the speed of sound of the surface acoustic wave can be effectively lowered, and the miniaturization of the surface acoustic wave device 1 can be effectively promoted.
  • the film thickness of the conductive auxiliary layer 3b is preferably 0.04 ⁇ or more, and more preferably 0.10 ⁇ or more. Thereby, the resistance of the IDT electrode can be effectively lowered, and the loss of the device can be reduced. Further, the film thickness of the IDT electrode 3 is preferably 0.10 ⁇ or more, and more preferably 0.18 ⁇ or more. On the other hand, if the IDT electrode 3 becomes too thick, it may be difficult to form an electrode pattern. Therefore, the film thickness of the IDT electrode 3 is preferably 0.25 ⁇ or less.
  • the film thickness of the dielectric film 4 is preferably 0.12 ⁇ or more, and more preferably 0.20 ⁇ or more. As a result, the IDT electrode 3 can be covered with the dielectric film 4 even when the film thickness of the IDT electrode 3 is in the above preferable range. Therefore, the miniaturization of the surface acoustic wave device 1 can be promoted more reliably. On the other hand, if the dielectric film 4 becomes too thick, the electromechanical coupling coefficient may decrease. Therefore, the film thickness of the dielectric film 4 is preferably 0.40 ⁇ or less.
  • the cut angle ⁇ is preferably 30 ° or less. As a result, unnecessary waves can be more reliably suppressed even when the cut angle ⁇ has manufacturing variations.
  • the orientation of LiNbO 3 used for the piezoelectric substrate 2 is described as ⁇ ° rotation Y-cut X propagation.
  • this is displayed by Euler angles, it becomes (0 °, ⁇ -90 °, 0 °).
  • the first and third Euler angles, which are 0 ° may be in the range of ⁇ 5 ° or more and 5 ° or less.
  • the piezoelectric substrate 2 may be made of LiNbO 3 having Euler angles (0 °, ⁇ + 90 °, 0 °). In this case, when expressed in terms of cut angle, ( ⁇ -180) ° rotation Y cut X propagation.
  • the IDT electrode 3 may have, for example, an adhesion layer or a diffusion prevention layer in addition to the main electrode layer 3a and the conductive auxiliary layer 3b.
  • the adhesion layer and the diffusion prevention layer are preferably thinner than the main electrode layer 3a and the conductive auxiliary layer 3b. More specifically, the film thicknesses of the adhesion layer and the diffusion prevention layer are preferably 0.020 ⁇ or less, respectively.
  • the material of the adhesion layer and the diffusion prevention layer for example, Ti, Ni, Cr, NiCr or the like can be used.
  • An alloy containing Al or Al as a main component is preferably used for the conductive auxiliary layer 3b.
  • SiO 2 is preferably used for the dielectric film 4.
  • Al and SiO 2 have similar physical properties such as density and elastic constant. Therefore, when the conductive auxiliary layer 3b containing Al as a main component is covered with the dielectric film 4 made of SiO 2 , the characteristics of spurious and the like change even if the film thickness of the conductive auxiliary layer 3b changes. It's hard to do. Therefore, even if the film thickness of the conductive auxiliary layer 3b changes, the range of the film thickness of the main electrode layer 3a where the spurious becomes small is unlikely to change. Therefore, unnecessary waves can be suppressed more reliably.
  • the main component of the main electrode layer of the IDT electrode in the present invention is not limited to Pt.
  • the main component of the main electrode layer may be Au or W.
  • the second embodiment in which the main component of the main electrode layer is Au and the third embodiment in which the main component of the main electrode layer is W will be described with reference to FIG.
  • the relatively high density main electrode layer 3a is located closer to the piezoelectric substrate than the relatively low density conductive auxiliary layer 3b. Thereby, the stress applied to the conductive auxiliary layer 3b can be reduced. Therefore, the surface acoustic wave device of the second embodiment is also excellent in power resistance and linearity as in the first embodiment.
  • the conditions under which the spurious can be set to 0.5 dB or less and the spurious can be suppressed are obtained in the same manner as in the first embodiment. This condition is shown in Table 3.
  • the maximum and minimum values of the film thickness of the main electrode layer 3a having a spurious size of 0.5 dB or less can be expressed by the following formulas.
  • the condition that the spurious size is 0.5 dB or less for each film thickness H of the dielectric film is expressed by the following formulas.
  • Table 4 shows the values of the coefficients A, B, C and D in the formula (3).
  • the relationship between the coefficients A to D and the film thickness H of the dielectric film is represented by the following formulas (4A) to (4D).
  • the relationship between the formula (3) and the formulas (4A) to (4D) is satisfied.
  • the relatively high density main electrode layer 3a is located closer to the piezoelectric substrate 2 than the relatively low density conductive auxiliary layer 3b. Therefore, the surface acoustic wave device of the second embodiment is excellent in power resistance and linearity, and can effectively suppress unnecessary waves.
  • the relatively high density main electrode layer 3a is located closer to the piezoelectric substrate than the relatively low density conductive auxiliary layer 3b. Therefore, the stress applied to the conductive auxiliary layer 3b can be reduced. Therefore, the surface acoustic wave device of the third embodiment is also excellent in power resistance and linearity as in the first embodiment.
  • the maximum and minimum values of the film thickness of the main electrode layer 3a having a spurious size of 0.5 dB or less can be expressed by the following formulas.
  • the condition that the spurious size is 0.5 dB or less for each film thickness H of the dielectric film is expressed by the following formulas.
  • Table 6 shows the values of the coefficients A, B, C and D in the formula (5).
  • the relationship between the coefficients A to D and the film thickness H of the dielectric film is represented by the following formulas (6A) to (6D).
  • A 1.1333 ⁇ (H / ⁇ ) 2 -0.8926 ⁇ (H / ⁇ ) + 0.3466 ...
  • B ⁇ 1.2762 ⁇ (H / ⁇ ) 2 + 0.5028 ⁇ (H / ⁇ ) + 0.0798... Equation (6B)
  • C 3.4667 ⁇ (H / ⁇ ) 2 ⁇ 2.3181 ⁇ (H / ⁇ ) +0.5858... Equation (6C)
  • D -1.6 x (H / ⁇ ) 2 + 0.6314 x (H / ⁇ ) + 0.0884 ... Equation (6D)
  • the relationship between the formula (5) and the formulas (6A) to (6D) is satisfied.
  • the relatively high density main electrode layer 3a is located closer to the piezoelectric substrate 2 than the relatively low density conductive auxiliary layer 3b. Therefore, the surface acoustic wave device of the third embodiment is excellent in power resistance and linearity, and can effectively suppress unnecessary waves.
  • FIG. 28 is a circuit diagram of the filter device according to the fourth embodiment.
  • the filter device 20 is a ladder type filter having a plurality of series arm resonators and a plurality of parallel arm resonators. More specifically, the filter device 20 has a first signal end 22 and a second signal end 23. In the present embodiment, the second signal end 23 is an antenna end connected to the antenna. The first signal end 22 and the second signal end 23 may be configured as electrode pads or may be configured as wiring.
  • a series arm resonator S1, a series arm resonator S2, and a series arm resonator S3 are connected in series between the first signal end 22 and the second signal end 23.
  • a parallel arm resonator P1 is connected between the connection point between the series arm resonator S1 and the series arm resonator S2 and the ground potential.
  • a parallel arm resonator P2 is connected between the connection point between the series arm resonator S2 and the series arm resonator S3 and the ground potential.
  • the parallel arm resonator P1 and the parallel arm resonator P2 have the configuration of any of the above-mentioned first to third embodiments of the surface acoustic wave device. Therefore, the filter device 20 is excellent in power resistance and linearity, and unnecessary waves can be suppressed in the filter device 20.
  • the circuit configuration of the filter device 20 is not limited to the above, and it is sufficient that the filter device 20 has at least one series arm resonator and at least one parallel arm resonator. At least one parallel arm resonator in the filter device 20 may have the configuration of the surface acoustic wave device according to the present invention.
  • the antiresonance frequency of the parallel arm resonators constituting the passband of the ladder type filter is often located within the passband of the ladder type filter.
  • spurious due to the Rayleigh wave occurs in the vicinity of the antiresonance frequency. Therefore, when a surface acoustic wave device using a love wave is used for the parallel arm resonator, spurious may occur in the pass band of the ladder type filter, and the filter characteristics may be deteriorated.
  • the parallel arm resonator P1 and the parallel arm resonator P2 have the configuration of the surface acoustic wave device according to the present invention. Therefore, in the filter device 20, unnecessary waves in the pass band can be suppressed. Therefore, deterioration of filter characteristics can be suppressed.
  • all the parallel arm resonators in the filter device 20 have the configuration of the surface acoustic wave device according to the present invention as in the present embodiment. As a result, deterioration of filter characteristics can be further suppressed.
  • all the series arm resonators and all the parallel arm resonators may have the configuration of the surface acoustic wave device according to the present invention.
  • the resonator electrically connected to the parallel arm resonator which is a surface acoustic wave device having the configuration of the present invention, is a series arm resonator.
  • the resonator electrically connected to the parallel arm resonator may be a longitudinally coupled resonator type surface acoustic wave filter.
  • FIG. 29 is a circuit diagram of the filter device according to the fifth embodiment.
  • the filter device 30 includes a vertically coupled resonator type surface acoustic wave filter 34, a parallel arm resonator P11, and a parallel arm resonator P12.
  • the longitudinally coupled resonator type surface acoustic wave filter 34 is connected between the first signal end 22 and the second signal end 23.
  • the longitudinal coupling resonator type surface acoustic wave filter 34 is a 5IDT type longitudinal coupling resonator type surface acoustic wave filter.
  • the longitudinal coupling resonator type surface acoustic wave filter 34 may be, for example, a 3IDT type or a 7IDT type, and the number of IDT electrodes in the longitudinal coupling resonator type surface acoustic wave filter 34 is not particularly limited.
  • the parallel arm resonator P11 is connected between the connection point between the second signal end 23 and the vertically coupled surface acoustic wave filter 34 and the ground potential.
  • the parallel arm resonator P12 is connected between the connection point between the first signal end 22 and the vertically coupled surface acoustic wave filter 34 and the ground potential.
  • the parallel arm resonator P11 and the parallel arm resonator P12 are used as parallel traps.
  • the parallel arm resonator P11 and the parallel arm resonator P12 have the configuration of any surface acoustic wave device according to the first to third embodiments. Therefore, the filter device 30 is excellent in power resistance and linearity, and unnecessary waves can be suppressed in the filter device 30.
  • the circuit configuration of the filter device 30 is not limited to the above, and it is sufficient that the filter device 30 has a vertically coupled surface acoustic wave filter 34 and at least one parallel arm resonator, and at least one parallel arm resonator is present. It suffices to have the structure of the surface acoustic wave apparatus according to the invention.
  • the filter device may be, for example, a duplexer or a multiplexer including a bandpass type filter having the configuration of the fourth or fifth embodiment.
  • Elastic surface wave device 2 Piezoelectric substrate 3 ... IDT electrode 3a ... Main electrode layer 3b ... Conductive auxiliary layer 4 ... Dielectric film 5 ; Frequency adjusting film 8, 9 ... Reflectors 16, 17 ... First and second Bus bars 18, 19 ... 1st and 2nd electrode fingers 20 ... Filter devices 22, 23 ... 1st and 2nd signal ends 30 ... Filter device 34 ... Vertically coupled resonator type elastic surface wave filters S1 to S3 ... Series arms Resonator P1, P2, P11, P12 ... Parallel arm resonator

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Abstract

耐電力性及び線形性に優れ、かつ不要波を抑制することができる、弾性表面波装置を提供する。　弾性表面波装置１は、カット角をθとするθ°回転ＹカットＸ伝搬ＬｉＮｂＯ３からなる圧電基板２と、圧電基板２上に設けられており、複数の電極指を有するＩＤＴ電極３と、ＩＤＴ電極３を覆うように、圧電基板２上に設けられている誘電体膜４とを備える。ＩＤＴ電極３は、主電極層３ａと、導電補助層３ｂとを有する。主電極層３ａは導電補助層３ｂよりも圧電基板２側に位置する。主電極層３ａはＰｔを主成分とする。主電極層３ａの膜厚をｈ、誘電体膜４の膜厚をＨ、ＩＤＴ電極３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、式（１）及び式（２Ａ）～（２Ｄ）の関係を満たす。

Description

弾性表面波装置及びフィルタ装置
　本発明は、弾性表面波装置及びフィルタ装置に関する。
　従来、弾性表面波装置は、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、弾性表面波装置の一例が開示されている。この弾性表面波装置は、ＬｉＮｂＯ３からなる圧電基板を有する。圧電基板上にＩＤＴ電極が設けられている。ＩＤＴ電極においては、Ｐｔ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ａｕ、Ｗ及びＴａのうち１種からなる金属膜と、該金属膜よりも圧電基板側に位置し、Ａｌからなる金属膜とが積層されている。Ａｌからなる金属膜は、ＩＤＴ電極の電気抵抗を低くする導電補助層として用いられている。
　圧電基板上には、ＩＤＴ電極上を覆うように、誘電体層が設けられている。特許文献１においては、ＩＤＴ電極の上記各金属膜の膜厚及び圧電基板のオイラー角を所定の範囲内とすることにより、利用する弾性表面波の電気機械結合係数を大きくし、不要波の電気機械結合係数を小さくすることが図られている。
国際公開第２０１８／０９２４７０号
　弾性表面波を用いたデバイスにおいては、ＩＤＴ電極におけるＡｌ層などの導電補助層に大きな応力が加わると、耐電力性や線形性が劣化し易いことが知られている。なお、特許文献１に記載のような構造におけるＩＤＴ電極においては、圧電基板側に位置する部分に応力が加わり易い。そのため、上記のように導電補助層を圧電基板側に配置した場合、耐電力性や線形性が劣化するおそれがある。
　他方、Ｐｔ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ａｕ、ＷまたはＴａなどの、相対的に密度が高い金属からなる金属膜を圧電基板側に配置し、特許文献１で設定されたオイラー角や金属膜の膜厚とした場合には、不要波を十分に抑制できない場合があることが見出された。これは、相対的に密度が高い金属からなる金属膜と圧電基板との距離が、特許文献１における条件と異なることによる。
　本発明の目的は、耐電力性及び線形性に優れ、かつ不要波を抑制することができる、弾性表面波装置及びフィルタ装置を提供することにある。
　本発明に係る弾性表面波装置のある広い局面では、カット角をθとするθ°回転ＹカットＸ伝搬ＬｉＮｂＯ３からなる圧電基板と、前記圧電基板上に設けられており、複数の電極指を有する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ている誘電体膜とを備え、前記ＩＤＴ電極が、主電極層と、導電補助層とを有し、前記主電極層が前記導電補助層よりも前記圧電基板側に位置しており、前記主電極層がＰｔを主成分とし、前記主電極層の膜厚をｈ、前記誘電体膜の膜厚をＨ、前記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、下記の式（１）及び式（２Ａ）～（２Ｄ）の関係を満たす。
　２×ｅｘｐ（－Ａ×（θ＋１０．８））＋Ｂ≦ｈ／λ≦２×ｅｘｐ（－Ｃ×（θ＋６．３））＋Ｄ…式（１）
　Ａ＝－０．１×（Ｈ／λ）＋０．２６５…式（２Ａ）
　Ｂ＝－０．２９３３×（Ｈ／λ）２＋０．０６１３×（Ｈ／λ）＋０．０８８…式（２Ｂ）
　Ｃ＝－０．２２８６×（Ｈ／λ）２－０．０２５７×（Ｈ／λ）＋０．２６４２…式（２Ｃ）
　Ｄ＝－０．５１０５×（Ｈ／λ）２＋０．１４４８×（Ｈ／λ）＋０．０８７２…式（２Ｄ）
　本発明に係る弾性表面波装置の他の広い局面では、カット角をθとするθ°回転ＹカットＸ伝搬ＬｉＮｂＯ３からなる圧電基板と、前記圧電基板上に設けられており、複数の電極指を有する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ている誘電体膜とを備え、前記ＩＤＴ電極が、主電極層と、導電補助層とを有し、前記主電極層が前記導電補助層よりも前記圧電基板側に位置しており、前記主電極層がＡｕを主成分とし、前記主電極層の膜厚をｈ、前記誘電体膜の膜厚をＨ、前記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、下記の式（３）及び式（４Ａ）～（４Ｄ）の関係を満たす。
　２×ｅｘｐ（－Ａ×（θ＋１４．６））＋Ｂ≦ｈ／λ≦２×ｅｘｐ（－Ｃ×（θ＋９．３））＋Ｄ…式（３）
　Ａ＝－０．１６×（Ｈ／λ）２－０．０４９７×（Ｈ／λ）＋０．１９６４…式（４Ａ）
　Ｂ＝－０．０５１４×（Ｈ／λ）２＋０．００３３×（Ｈ／λ）＋０．０６９２…式（４Ｂ）
　Ｃ＝－０．１２×（Ｈ／λ）＋０．２４９…式（４Ｃ）
　Ｄ＝－０．３１８１×（Ｈ／λ）２＋０．１１４×（Ｈ／λ）＋０．０６３４…式（４Ｄ）
　本発明に係る弾性表面波装置のさらに他の広い局面では、カット角をθとするθ°回転ＹカットＸ伝搬ＬｉＮｂＯ３からなる圧電基板と、前記圧電基板上に設けられており、複数の電極指を有する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ている誘電体膜とを備え、前記ＩＤＴ電極が、主電極層と、導電補助層とを有し、前記主電極層が前記導電補助層よりも前記圧電基板側に位置しており、前記主電極層がＷを主成分とし、前記主電極層の膜厚をｈ、前記誘電体膜の膜厚をＨ、前記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、下記の式（５）及び式（６Ａ）～（６Ｄ）の関係を満たす。
　２×ｅｘｐ（－Ａ×（θ＋１３．１））＋Ｂ≦ｈ／λ≦２×ｅｘｐ（－Ｃ×（θ＋６））＋Ｄ…式（５）
　Ａ＝１．１３３３×（Ｈ／λ）２－０．８９２６×（Ｈ／λ）＋０．３４６６…式（６Ａ）
　Ｂ＝－１．２７６２×（Ｈ／λ）２＋０．５０２８×（Ｈ／λ）＋０．０７９８…式（６Ｂ）
　Ｃ＝３．４６６７×（Ｈ／λ）２－２．３１８１×（Ｈ／λ）＋０．５８５８…式（６Ｃ）
　Ｄ＝－１．６×（Ｈ／λ）２＋０．６３１４×（Ｈ／λ）＋０．０８８４…式（６Ｄ）
　本発明に係るフィルタ装置は、並列腕共振子と、前記並列腕共振子と電気的に接続されている共振子とを備え、前記並列腕共振子が本発明に従い構成された弾性表面波装置である。
　本発明によれば、耐電力性及び線形性に優れ、かつ不要波を抑制することができる、弾性表面波装置及びフィルタ装置を提供することができる。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る弾性表面波装置の正面断面図である。 図２は、本発明の第１の実施形態におけるＩＤＴ電極を示す平面図である。 図３は、本発明の第１の実施形態におけるＩＤＴ電極の電極指の拡大正面断面図である。 図４は、ＩＤＴ電極における積層の順序が第１の実施形態と同様の弾性表面波装置において、主電極層の膜厚を異ならせた場合の、それぞれのインピーダンス特性を示す図である。 図５は、比較例の弾性表面波装置において、主電極層の膜厚を異ならせた場合の、それぞれのインピーダンス特性を示す図である。 図６は、弾性表面波装置においてスプリアスが生じている例を示す、リターンロス特性を示す図である。 図７は、θ°回転ＹカットＸ伝搬ＬｉＮｂＯ３のカット角θ、誘電体膜の膜厚Ｈ、主電極層の膜厚ｈが、それぞれ、２．５°≦θ≦１５°、Ｈ＝０．２００λ、ｈ＜０．１５０λである場合におけるスプリアスの大きさを示す図である。 図８は、θ°回転ＹカットＸ伝搬ＬｉＮｂＯ３のカット角θ、誘電体膜の膜厚Ｈ、主電極層の膜厚ｈが、それぞれ、１７．５°≦θ≦３０°、Ｈ＝０．２００λ、ｈ＜０．１５０λである場合におけるスプリアスの大きさを示す図である。 図９は、θ°回転ＹカットＸ伝搬ＬｉＮｂＯ３のカット角θ、誘電体膜の膜厚Ｈ、主電極層の膜厚ｈが、それぞれ、２．５°≦θ≦１５°、Ｈ＝０．２２５λ、ｈ＜０．１７５λである場合におけるスプリアスの大きさを示す図である。 図１０は、θ°回転ＹカットＸ伝搬ＬｉＮｂＯ３のカット角θ、誘電体膜の膜厚Ｈ、主電極層の膜厚ｈが、それぞれ、１７．５°≦θ≦３０°、Ｈ＝０．２２５λ、ｈ＜０．１７５λである場合におけるスプリアスの大きさを示す図である。 図１１は、θ°回転ＹカットＸ伝搬ＬｉＮｂＯ３のカット角θ、誘電体膜の膜厚Ｈ、主電極層の膜厚ｈが、それぞれ、２．５°≦θ≦１５°、Ｈ＝０．２５０λ、ｈ＜０．２００λである場合におけるスプリアスの大きさを示す図である。 図１２は、θ°回転ＹカットＸ伝搬ＬｉＮｂＯ３のカット角θ、誘電体膜の膜厚Ｈ、主電極層の膜厚ｈが、それぞれ、１７．５°≦θ≦３０°、Ｈ＝０．２５０λ、ｈ＜０．２００λである場合におけるスプリアスの大きさを示す図である。 図１３は、θ°回転ＹカットＸ伝搬ＬｉＮｂＯ３のカット角θ、誘電体膜の膜厚Ｈ、主電極層の膜厚ｈが、それぞれ、２．５°≦θ≦１５°、Ｈ＝０．２７５λ、ｈ＜０．２２５λである場合におけるスプリアスの大きさを示す図である。 図１４は、θ°回転ＹカットＸ伝搬ＬｉＮｂＯ３のカット角θ、誘電体膜の膜厚Ｈ、主電極層の膜厚ｈが、それぞれ、１７．５°≦θ≦３０°、Ｈ＝０．２７５λ、ｈ＜０．２２５λである場合におけるスプリアスの大きさを示す図である。 図１５は、θ°回転ＹカットＸ伝搬ＬｉＮｂＯ３のカット角θ、誘電体膜の膜厚Ｈ、主電極層の膜厚ｈが、それぞれ、２．５°≦θ≦１５°、Ｈ＝０．３００λ、ｈ＜０．２５０λである場合におけるスプリアスの大きさを示す図である。 図１６は、θ°回転ＹカットＸ伝搬ＬｉＮｂＯ３のカット角θ、誘電体膜の膜厚Ｈ、主電極層の膜厚ｈが、それぞれ、１７．５°≦θ≦３０°、Ｈ＝０．３００λ、ｈ＜０．２５０λである場合におけるスプリアスの大きさを示す図である。 図１７は、θ°回転ＹカットＸ伝搬ＬｉＮｂＯ３のカット角θ、誘電体膜の膜厚Ｈ、主電極層の膜厚ｈが、それぞれ、２．５°≦θ≦１５°、Ｈ＝０．３２５λ、ｈ＜０．２７５λである場合におけるスプリアスの大きさを示す図である。 図１８は、θ°回転ＹカットＸ伝搬ＬｉＮｂＯ３のカット角θ、誘電体膜の膜厚Ｈ、主電極層の膜厚ｈが、それぞれ、１７．５°≦θ≦３０°、Ｈ＝０．３２５λ、ｈ＜０．２７５λである場合におけるスプリアスの大きさを示す図である。 図１９は、θ°回転ＹカットＸ伝搬ＬｉＮｂＯ３のカット角θ、誘電体膜の膜厚Ｈ、主電極層の膜厚ｈが、それぞれ、２．５°≦θ≦１５°、Ｈ＝０．３５０λ、ｈ＜０．３００λである場合におけるスプリアスの大きさを示す図である。 図２０は、θ°回転ＹカットＸ伝搬ＬｉＮｂＯ３のカット角θ、誘電体膜の膜厚Ｈ、主電極層の膜厚ｈが、それぞれ、１７．５°≦θ≦３０°、Ｈ＝０．３５０λ、ｈ＜０．３００λである場合におけるスプリアスの大きさを示す図である。 図２１は、誘電体膜の膜厚Ｈが０．２５０λの場合における、スプリアスの大きさが０．５ｄＢ以下となる主電極層の膜厚ｈの最大値及び最小値と、カット角θとの関係を示す図である。 図２２は、スプリアスの大きさが０．５ｄＢ以下となる条件を示す式における係数Ａと、誘電体膜の膜厚Ｈとの関係を示す図である。 図２３は、スプリアスの大きさが０．５ｄＢ以下となる条件を示す式における係数Ｂと、誘電体膜の膜厚Ｈとの関係を示す図である。 図２４は、スプリアスの大きさが０．５ｄＢ以下となる条件を示す式における係数Ｃと、誘電体膜の膜厚Ｈとの関係を示す図である。 図２５は、スプリアスの大きさが０．５ｄＢ以下となる条件を示す式における係数Ｄと、誘電体膜の膜厚Ｈとの関係を示す図である。 図２６は、比較例の構造のＩＤＴ電極に対して、１ポート共振子の共振周波数の信号をある一定の電力で印加した場合におけるＩＤＴ電極の電極指に加わる応力（ミーゼスの相当応力）の大きさを有限要素法により求めた結果を示す図である。 図２７は、本発明の第１の実施形態の構造のＩＤＴ電極に対して、１ポート共振子の共振周波数の信号をある一定の電力で印加した場合におけるＩＤＴ電極の電極指に加わる応力の大きさを示す図である。 図２８は、本発明の第４の実施形態に係るフィルタ装置の回路図である。 図２９は、本発明の第５の実施形態に係る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、本発明の第１の実施形態に係る弾性表面波装置の正面断面図である。
　弾性表面波装置１は、カット角をθとするθ°回転ＹカットＸ伝搬ＬｉＮｂＯ３からなる圧電基板２を有する。圧電基板２上にはＩＤＴ電極３が設けられている。ＩＤＴ電極３に交流電圧を印加することにより、弾性表面波が励振される。圧電基板２上におけるＩＤＴ電極３の弾性表面波伝搬方向両側に、一対の反射器８及び反射器９が設けられている。本実施形態の弾性表面波装置１は、ラブ波をメインモードとして利用している弾性表面波共振子である。
　図２は、第１の実施形態におけるＩＤＴ電極を示す平面図である。なお、図２においては、後述する誘電体膜及び周波数調整膜を省略している。
　ＩＤＴ電極３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３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３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。
　図１に戻り、圧電基板２上には、ＩＤＴ電極３を覆うように、誘電体膜４が設けられている。誘電体膜４は酸化ケイ素膜である。酸化ケイ素はＳｉＯｘにより表される。ｘは任意の正数である。本実施形態の誘電体膜４を構成する酸化ケイ素はＳｉＯ２である。なお、誘電体膜４の材料は上記に限定されない。もっとも、誘電体膜４は酸化ケイ素膜であることが好ましい。それによって、弾性表面波装置１における周波数温度係数（ＴＣＦ）の絶対値を小さくすることができ、周波数温度特性を良好にすることができる。
　誘電体膜４上には周波数調整膜５が設けられている。本実施形態では、周波数調整膜５は窒化ケイ素膜である。周波数調整膜５の膜厚を調整することにより、周波数の調整を容易に行うことができる。ＩＤＴ電極３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、周波数調整膜５の膜厚は、０．１λ以下とすることが望ましい。周波数調整膜５の膜厚が厚くなると、弾性表面波装置１において弾性表面波より弾性境界波が強勢に励振されてしまう。弾性境界波が強勢に励振されると周波数の調整が困難になる。周波数調整膜５の膜厚を０．１λ以下とすることで、弾性表面波を強勢に励振させることができ、周波数の調整を容易に行うことができる。なお、周波数調整膜５の材料は上記に限定されない。周波数調整膜５は、必ずしも設けられていなくともよい。
　図３は、第１の実施形態におけるＩＤＴ電極の電極指の拡大正面断面図である。
　本実施形態では、ＩＤＴ電極３は、圧電基板２上に設けられている主電極層３ａと、主電極層３ａ上に設けられている導電補助層３ｂとを有する。本明細書において主電極層とは、弾性表面波の励振において支配的な電極層である。導電補助層は、主電極層だけでは電極指の抵抗が十分に小さくならないことを防ぐために配置される層であり、主電極層よりも導電率が高いことが望ましい。
　なお、ＩＤＴ電極３は、主電極層３ａ及び導電補助層３ｂ以外の層を有していてもよい。例えば、圧電基板２と主電極層３ａとの間に密着層が設けられていてもよく、あるいは、主電極層３ａと導電補助層３ｂとの間に拡散防止層が設けられていてもよい。また、導電補助層が複数層に分割され、分割された導電補助層間に薄い別の層が設けられていてもよい。主電極層３ａが導電補助層３ｂよりも圧電基板２側に位置していればよい。
　本実施形態では、主電極層３ａはＰｔを主成分とする層であり、例えば、Ｐｔ層である。本明細書において主成分とは、５０重量％以上を占める成分をいう。導電補助層３ｂはＡｌを主成分とする。もっとも、導電補助層３ｂの主成分はＡｌには限定されない。
　本実施形態では、導電補助層３ｂの材料として、主電極層３ａよりも導電率が高い材料を用いている。なお、本発明に係る弾性表面波装置においては、導電補助層の導電率は主電極層の導電率より必ずしも高くなくてもよい。例えば、主電極層をＡｕ層とし、導電補助層をＡｌ層としてもよい。
　本実施形態の特徴は、１）～３）の構成を有することにある。１）ＩＤＴ電極３が主電極層３ａ及び導電補助層３ｂとを有し、主電極層３ａが導電補助層３ｂよりも圧電基板２側に位置する。２）主電極層３ａがＰｔを主成分とする。３）主電極層３ａの膜厚をｈ、誘電体膜４の膜厚をＨとしたときに、下記の式（１）及び式（２Ａ）～式（２Ｄ）の関係を満たすことにある。それによって、弾性表面波装置１は、耐電力性及び線形性に優れ、かつ不要波を抑制することができる。これを以下において説明する。
　２×ｅｘｐ（－Ａ×（θ＋１０．８））＋Ｂ≦ｈ／λ≦２×ｅｘｐ（－Ｃ×（θ＋６．３））＋Ｄ…式（１）
　Ａ＝－０．１×（Ｈ／λ）＋０．２６５…式（２Ａ）
　Ｂ＝－０．２９３３×（Ｈ／λ）２＋０．０６１３×（Ｈ／λ）＋０．０８８…式（２Ｂ）
　Ｃ＝－０．２２８６×（Ｈ／λ）２－０．０２５７×（Ｈ／λ）＋０．２６４２…式（２Ｃ）
　Ｄ＝－０．５１０５×（Ｈ／λ）２＋０．１４４８×（Ｈ／λ）＋０．０８７２…式（２Ｄ）
　ＩＤＴ電極における主電極層及び導電補助層の積層の順序を異ならせて、インピーダンス特性を比較した。より具体的には、第１の実施形態と同様に、主電極層が導電補助層よりも圧電基板側に位置する構成において、主電極層の膜厚を変化させてインピーダンス特性を調べた。他方、比較例として、導電補助層が主電極層よりも圧電基板側に位置する構成において、主電極層の膜厚を変化させてインピーダンス特性を調べた。
　ＩＤＴ電極における積層の順序が第１の実施形態と同様の弾性表面波装置及び比較例の弾性表面波装置の設計パラメータは以下の通りである。
　圧電基板：材料…１０°ＹカットＸ伝搬ＬｉＮｂＯ３
　主電極層：材料…Ｐｔ、膜厚…０．０５λ以上、０．１４λ以下の範囲で変化させた。
　導電補助層：材料…Ａｌ、膜厚…０．０５λ
　ＩＤＴ電極のデューティ比：０．５０
　誘電体膜：材料…ＳｉＯ２、膜厚…０．２５λ
　周波数調整膜：材料…ＳｉＮ、膜厚…０．０１λ
　図４は、ＩＤＴ電極における積層の順序が第１の実施形態と同様の弾性表面波装置において、主電極層の膜厚を異ならせた場合の、それぞれのインピーダンス特性を示す図である。図５は、比較例の弾性表面波装置において、主電極層の膜厚を異ならせた場合の、それぞれのインピーダンス特性を示す図である。
　図４及び図５において、横軸は共振周波数で規格化した規格化周波数である。そのため、主電極層の膜厚が異なり、共振周波数自体は異なる場合であっても、共振周波数に相当する規格化周波数はいずれも１である。よって、図４及び図５においては、主電極層の膜厚に関わらず、横軸における共振周波数に相当する位置は同じである。他方、図４及び図５における縦軸は、主電極層の膜厚が異なるそれぞれの場合におけるインピーダンスを示している。各インピーダンス特性の差を見易くするために、主電極層の膜厚毎に、縦軸の方向においてずらして示す。
　図４及び図５に示すように、反共振周波数付近に主応答に加えて小さなスプリアスが見られる。ここでは、主応答はラブ波の励振によるものであり、スプリアスはレイリー波の応答によるものである。スプリアスの大きさは、主電極層の膜厚によって異なることがわかる。
　第１の実施形態と同様に、主電極層が導電補助層よりも圧電基板側に位置する場合には、図４に示すように、主電極層の膜厚が０．１１λ以上、０．１２λ以下のときに、スプリアスが特に小さくなる。他方、導電補助層が主電極層よりも圧電基板側に位置する比較例においては、図５に示すように、主電極層の膜厚が０．０６λ以上、０．０７λ以下のときに、スプリアスが特に小さくなる。このように、ＩＤＴ電極における各層の積層の順序により、レイリー波によるスプリアスを抑制するための条件が異なることが見出された。
　ここで、レイリー波によるスプリアスの大きさは、ＩＤＴ電極の膜厚だけではなく、圧電基板に用いられている圧電体のカット角や、誘電体膜の膜厚によっても変動する。ＩＤＴ電極における積層の順序が第１の実施形態と同様の弾性表面波装置において、圧電基板に用いられているθ°回転ＹカットＸ伝搬ＬｉＮｂＯ３のカット角θ、誘電体膜の膜厚Ｈまたは主電極層の膜厚ｈを異ならせて、スプリアスの大きさの変化を調べた。より具体的には、図６に示す例のように、リターンロス特性におけるレイリー波によるスプリアスの大きさを調べた。スプリアスの大きさは、図６中の両矢印で示されるように、スプリアスとしてのリップルの周波数における高域側の端部のリターンロスと、ピークのリターンロスとの差の大きさとした。カット角θ、膜厚Ｈまたは膜厚ｈを変化させた場合におけるスプリアスの大きさの変化を、図７～図２０に示す。
　なお、図７～図２０の関係を求めた弾性表面波装置においては、いずれも導電補助層の膜厚を０．０５０λとしている。導電補助層の膜厚と主電極層の膜厚ｈとの合計が、誘電体膜の膜厚Ｈよりも薄くなる範囲内において、主電極層の膜厚ｈを変化させている。例えば、誘電体膜の膜厚ＨがＨ＝０．２００λの場合には、主電極層の膜厚ｈはｈ＜０．１５０λの範囲において変化させている。このような範囲とすることにより、図７～図２０に示すいずれの場合においても、ＩＤＴ電極が誘電体膜により覆われた状態となっている。
　図７～図２０の関係を求めた弾性表面波装置においては、図４及び図５に示したインピーダンス特性を求めた場合と同様に、主電極層の材料をＰｔ、導電補助層の材料をＡｌ、誘電体膜の材料をＳｉＯ２としている。
　図７は、θ°回転ＹカットＸ伝搬ＬｉＮｂＯ３のカット角θ、誘電体膜の膜厚Ｈ、主電極層の膜厚ｈが、それぞれ、２．５°≦θ≦１５°、Ｈ＝０．２００λ、ｈ＜０．１５０λである場合におけるスプリアスの大きさを示す図である。なお、図７中にθ＝２．５°のラインがないが、これは導電補助層の膜厚と主電極層の膜厚ｈの合計が、誘電体膜の膜厚Ｈより薄くなる範囲においては、スプリアスの大きさが０．５ｄＢ以下にならなかったためである。図８は、θ°回転ＹカットＸ伝搬ＬｉＮｂＯ３のカット角θ、誘電体膜の膜厚Ｈ、主電極層の膜厚ｈが、それぞれ、１７．５°≦θ≦３０°、Ｈ＝０．２００λ、ｈ＜０．１５０λである場合におけるスプリアスの大きさを示す図である。図９は、θ°回転ＹカットＸ伝搬ＬｉＮｂＯ３のカット角θ、誘電体膜の膜厚Ｈ、主電極層の膜厚ｈが、それぞれ、２．５°≦θ≦１５°、Ｈ＝０．２２５λ、ｈ＜０．１７５λである場合におけるスプリアスの大きさを示す図である。図１０は、θ°回転ＹカットＸ伝搬ＬｉＮｂＯ３のカット角θ、誘電体膜の膜厚Ｈ、主電極層の膜厚ｈが、それぞれ、１７．５°≦θ≦３０°、Ｈ＝０．２２５λ、ｈ＜０．１７５λである場合におけるスプリアスの大きさを示す図である。図１１は、θ°回転ＹカットＸ伝搬ＬｉＮｂＯ３のカット角θ、誘電体膜の膜厚Ｈ、主電極層の膜厚ｈが、それぞれ、２．５°≦θ≦１５°、Ｈ＝０．２５０λ、ｈ＜０．２００λである場合におけるスプリアスの大きさを示す図である。図１２は、θ°回転ＹカットＸ伝搬ＬｉＮｂＯ３のカット角θ、誘電体膜の膜厚Ｈ、主電極層の膜厚ｈが、それぞれ、１７．５°≦θ≦３０°、Ｈ＝０．２５０λ、ｈ＜０．２００λである場合におけるスプリアスの大きさを示す図である。図１３は、θ°回転ＹカットＸ伝搬ＬｉＮｂＯ３のカット角θ、誘電体膜の膜厚Ｈ、主電極層の膜厚ｈが、それぞれ、２．５°≦θ≦１５°、Ｈ＝０．２７５λ、ｈ＜０．２２５λである場合におけるスプリアスの大きさを示す図である。図１４は、θ°回転ＹカットＸ伝搬ＬｉＮｂＯ３のカット角θ、誘電体膜の膜厚Ｈ、主電極層の膜厚ｈが、それぞれ、１７．５°≦θ≦３０°、Ｈ＝０．２７５λ、ｈ＜０．２２５λである場合におけるスプリアスの大きさを示す図である。図１５は、θ°回転ＹカットＸ伝搬ＬｉＮｂＯ３のカット角θ、誘電体膜の膜厚Ｈ、主電極層の膜厚ｈが、それぞれ、２．５°≦θ≦１５°、Ｈ＝０．３００λ、ｈ＜０．２５０λである場合におけるスプリアスの大きさを示す図である。図１６は、θ°回転ＹカットＸ伝搬ＬｉＮｂＯ３のカット角θ、誘電体膜の膜厚Ｈ、主電極層の膜厚ｈが、それぞれ、１７．５°≦θ≦３０°、Ｈ＝０．３００λ、ｈ＜０．２５０λである場合におけるスプリアスの大きさを示す図である。図１７は、θ°回転ＹカットＸ伝搬ＬｉＮｂＯ３のカット角θ、誘電体膜の膜厚Ｈ、主電極層の膜厚ｈが、それぞれ、２．５°≦θ≦１５°、Ｈ＝０．３２５λ、ｈ＜０．２７５λである場合におけるスプリアスの大きさを示す図である。図１８は、θ°回転ＹカットＸ伝搬ＬｉＮｂＯ３のカット角θ、誘電体膜の膜厚Ｈ、主電極層の膜厚ｈが、それぞれ、１７．５°≦θ≦３０°、Ｈ＝０．３２５λ、ｈ＜０．２７５λである場合におけるスプリアスの大きさを示す図である。図１９は、θ°回転ＹカットＸ伝搬ＬｉＮｂＯ３のカット角θ、誘電体膜の膜厚Ｈ、主電極層の膜厚ｈが、それぞれ、２．５°≦θ≦１５°、Ｈ＝０．３５０λ、ｈ＜０．３００λである場合におけるスプリアスの大きさを示す図である。図２０は、θ°回転ＹカットＸ伝搬ＬｉＮｂＯ３のカット角θ、誘電体膜の膜厚Ｈ、主電極層の膜厚ｈが、それぞれ、１７．５°≦θ≦３０°、Ｈ＝０．３５０λ、ｈ＜０．３００λである場合におけるスプリアスの大きさを示す図である。
　図７中の破線の細線に示すように、θ°回転ＹカットＸ伝搬ＬｉＮｂＯ３のカット角θが５．０°の場合には、主電極層の膜厚ｈが０．１２９１λ≦ｈのときに、スプリアスの大きさが０．５ｄＢ以下となっており、スプリアスが効果的に抑制されている。なお、上述したように、ＩＤＴ電極の膜厚が誘電体膜の膜厚Ｈ未満となる条件としている。そのため、図７に示す場合においては、誘電体膜の膜厚ＨはＨ＝０．２００λであり、導電補助層の膜厚は０．０５０λであり、主電極層の膜厚ｈはｈ＜０．１５０λである。よって、この条件下において、θ＝５．０°の場合には、０．１２９１λ≦ｈ＜０．１５０λのときに、スプリアスの大きさが０．５ｄＢ以下となる。
　同様に、カット角θが７．５°、１０．０°、１２．５°または１５．０°の場合において、スプリアスの大きさが０．５ｄＢ以下となる主電極層の膜厚ｈの範囲は、それぞれ以下の通りである。θ＝７．５°の場合には０．１１１４λ≦ｈ＜０．１５０λ、θ＝１０．０°の場合には０．１０１２λ≦ｈ≦０．１２８λ、θ＝１２．５°の場合には０．０９５λ≦ｈ≦０．１１４７λ、θ＝１５．０°の場合には０．０９１１λ≦ｈ≦０．１０６５λ。このように、誘電体膜の膜厚Ｈが０．２００λの場合においては、カット角θに応じて、主電極層の膜厚ｈを上記各範囲内とすることにより、スプリアスを効果的に抑制することができる。
　図８においては、誘電体膜の膜厚Ｈが０．２００λであり、カット角θが１７．５°、２０．０°、２２．５°、２５．０°、２７．５°または３０．０°の場合において、スプリアスを抑制することができる主電極層の膜厚ｈの範囲を示している。図９～図２０においては、誘電体膜の膜厚Ｈがそれぞれ０．２２５λ、０．２５０λ、０．２７５λ、０．３００λ、０．３２５λまたは０．３５０λの場合において、スプリアスを抑制することができる主電極層の膜厚ｈの範囲をカット角θ毎に示している。図７～図２０に示すスプリアスを抑制することができる条件を、表１に示す。なお、表１においては、スプリアスの大きさが０．５ｄＢとなる膜厚ｈの値を最小値または最大値として示している。そのため、表１において最大値が記載されていない場合、スプリアスの大きさが０．５ｄＢ以下となる膜厚ｈの上限は、各膜厚Ｈにおける膜厚ｈが取り得る上限となる。例えば、Ｈ＝０．２００λ、θ＝５．０°の場合には表１に膜厚ｈの最大値は記載されていないが、ｈ＜０．１５λのときにスプリアスの大きさが０．５ｄＢ以下となる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　表１に示すように、誘電体膜の膜厚Ｈが一定の場合、スプリアスの大きさが０．５ｄＢ以下となる主電極層の膜厚ｈの範囲は、カット角θによって異なる。スプリアスの大きさが０．５ｄＢ以下となる主電極層の膜厚ｈの最大値及び最小値と、カット角θとの関係の一例を図２１に示す。
　図２１は、誘電体膜の膜厚Ｈが０．２５０λの場合における、スプリアスの大きさが０．５ｄＢ以下となる主電極層の膜厚ｈの最大値及び最小値と、カット角θとの関係を示す図である。図２１中のＸ字形のプロットは主電極層の膜厚ｈの最大値を示し、円形のプロットは主電極層の膜厚ｈの最小値を示す。
　図２１に示すように、スプリアスの大きさが０．５ｄＢ以下となる主電極層の膜厚の最大値及び最小値は、カット角θに依存していることがわかる。上記最大値及び最小値は下記の各式により表すことができる。
　最小値：ｈ／λ＝２×ｅｘｐ（－０．２４×（θ＋１０．８））＋０．０８５
　最大値：ｈ／λ＝２×ｅｘｐ（－０．２４３×（θ＋６．３））＋０．０９２
　よって、誘電体膜の膜厚Ｈが０．２５０λである場合、スプリアスの大きさが０．５ｄＢ以下となる条件は、下記の各式により表される。
　Ｈ＝０．２５０λ：
　２×ｅｘｐ（－０．２４×（θ＋１０．８））＋０．０８５≦ｈ／λ
≦２×ｅｘｐ（－０．２４３×（θ＋６．３））＋０．０９２
　同様に、誘電体膜の膜厚Ｈが０．２５０λ以外の場合においては、スプリアスの大きさが０．５ｄＢ以下となる条件は、下記の各式により表される。
　Ｈ＝０．２００λ：
　２×ｅｘｐ（－０．２４５×（θ＋１０．８））＋０．０８８５≦ｈ／λ
≦２×ｅｘｐ（－０．２５×（θ＋６．３））＋０．０９５５
　Ｈ＝０．２２５λ：
　２×ｅｘｐ（－０．２４２５×（θ＋１０．８））＋０．０８７≦ｈ／λ
≦２×ｅｘｐ（－０．２４７×（θ＋６．３））＋０．０９４２
　Ｈ＝０．２７５λ：
　２×ｅｘｐ（－０．２３７５×（θ＋１０．８））＋０．０８２６≦ｈ／λ
≦２×ｅｘｐ（－０．２４×（θ＋６．３））＋０．０８８１
　Ｈ＝０．３００λ：
　２×ｅｘｐ（－０．２３５×（θ＋１０．８））＋０．０８≦ｈ／λ
≦２×ｅｘｐ（－０．２３６×（θ＋６．３））＋０．０８４８
　Ｈ＝０．３２５λ：
　２×ｅｘｐ（－０．２３２５×（θ＋１０．８））＋０．０７７≦ｈ／λ
≦２×ｅｘｐ（－０．２３２×（θ＋６．３））＋０．０７９９
　Ｈ＝０．３５０λ：
　２×ｅｘｐ（－０．２３×（θ＋１０．８））＋０．０７３５≦ｈ／λ
≦２×ｅｘｐ（－０．２２７×（θ＋６．３））＋０．０７５７
　スプリアスの大きさが０．５ｄＢ以下となる条件をまとめると、下記の式（１）により表される。
　２×ｅｘｐ（－Ａ×（θ＋１０．８））＋Ｂ≦ｈ／λ≦２×ｅｘｐ（－Ｃ×（θ＋６．３））＋Ｄ…式（１）
　式（１）における係数Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤの値を表２に示す。さらに、上記各係数と誘電体膜の膜厚Ｈとの関係を図２２～図２５に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　図２２は、スプリアスの大きさが０．５ｄＢ以下となる条件を示す式における係数Ａと、誘電体膜の膜厚Ｈとの関係を示す図である。図２３は、スプリアスの大きさが０．５ｄＢ以下となる条件を示す式における係数Ｂと、誘電体膜の膜厚Ｈとの関係を示す図である。図２４は、スプリアスの大きさが０．５ｄＢ以下となる条件を示す式における係数Ｃと、誘電体膜の膜厚Ｈとの関係を示す図である。図２５は、スプリアスの大きさが０．５ｄＢ以下となる条件を示す式における係数Ｄと、誘電体膜の膜厚Ｈとの関係を示す図である。
　図２２～図２５に示すように、各係数Ａ～Ｄは、誘電体膜の膜厚Ｈに依存していることがわかる。各係数Ａ～Ｄと、誘電体膜の膜厚Ｈとの関係は、下記の式（２Ａ）～式（２Ｄ）により表される。
　Ａ＝－０．１×（Ｈ／λ）＋０．２６５…式（２Ａ）
　Ｂ＝－０．２９３３×（Ｈ／λ）２＋０．０６１３×（Ｈ／λ）＋０．０８８…式（２Ｂ）
　Ｃ＝－０．２２８６×（Ｈ／λ）２－０．０２５７×（Ｈ／λ）＋０．２６４２…式（２Ｃ）
　Ｄ＝－０．５１０５×（Ｈ／λ）２＋０．１４４８×（Ｈ／λ）＋０．０８７２…式（２Ｄ）
　本実施形態においては、式（１）及び式（２Ａ）～（２Ｄ）の関係が満たされるため、不要波を効果的に抑制することができる。
　ところで、弾性表面波を用いたデバイスにおいては、ＩＤＴ電極におけるＡｌ層などの導電補助層に大きな応力が加わると、耐電力性や線形性が劣化し易いことが知られている。これに対して、図３に示すように、本実施形態では、相対的に密度が高い主電極層３ａが、相対的に密度が低い導電補助層３ｂよりも圧電基板２側に位置している。それによって、導電補助層３ｂに加わる応力を小さくすることができる。従って、弾性表面波装置１は耐電力性及び線形性に優れる。これを、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。なお、比較例においては、導電補助層が主電極層よりも圧電基板側に位置する。
　図２６は、比較例の構造のＩＤＴ電極に対して、１ポート共振子の共振周波数の信号をある一定の電力で印加した場合におけるＩＤＴ電極の電極指に加わる応力（ミーゼスの相当応力）の大きさを有限要素法により求めた結果を示す図である。図２７は、第１の実施形態の構造のＩＤＴ電極に対して、１ポート共振子の共振周波数の信号をある一定の電力で印加した場合におけるＩＤＴ電極の電極指に加わる応力の大きさを示す図である。
　図２６に示すように、比較例においては、導電補助層３ｂの大部分において１０．５ＧＰａ以上という大きな応力が加わっていることがわかる。これに対して、図２７に示すように、本実施形態では、導電補助層３ｂの大部分において、加わる応力は７．５ＧＰａ以下となっている。このように、導電補助層３ｂの大部分において、加わる応力が抑制されていることがわかる。すなわち、本実施形態においては、主電極層３ａを導電補助層３ｂよりも圧電基板２側に配置することにより、導電補助層３ｂに加わる応力を抑制することができる。従って、耐電力性及び線形性の劣化を抑制することができる。
　加えて、主電極層３ａが比較的厚いため、励振される弾性表面波の音速を低くすることができる。ここで、音速をＶ、周波数をｆとしたとき、Ｖ＝ｆλとなる。弾性表面波装置１において用いる弾性表面波の周波数ｆを定数としたとき、ＩＤＴ電極３が厚くなり、音速Ｖの値が小さくなると、波長λの値も小さくなる。よって、ＩＤＴ電極３の電極指ピッチを小さくすることができる。従って、本実施形態においては、弾性表面波装置１を小型にすることができる。
　主電極層３ａの膜厚は、０．０６λ以上であることが好ましく、０．０８λ以上であることがより好ましい。それによって、弾性表面波の音速を効果的に低くすることができ、弾性表面波装置１の小型化を効果的に進めることができる。導電補助層３ｂの膜厚は、０．０４λ以上であることが好ましく、０．１０λ以上であることがより好ましい。それによって、ＩＤＴ電極の抵抗を効果的に低くすることができ、デバイスの損失を小さくすることができる。さらに、ＩＤＴ電極３の膜厚は、０．１０λ以上であることが好ましく、０．１８λ以上であることがより好ましい。他方、ＩＤＴ電極３が厚くなりすぎると、電極パターンの形成が困難になるおそれがある。よって、ＩＤＴ電極３の膜厚は、０．２５λ以下であることが好ましい。
　誘電体膜４の膜厚は、０．１２λ以上であることが好ましく、０．２０λ以上であることがより好ましい。それによって、ＩＤＴ電極３の膜厚が上記好ましい範囲である場合においても、誘電体膜４によりＩＤＴ電極３を覆うことができる。よって、弾性表面波装置１の小型化をより確実に進めることができる。他方、誘電体膜４が厚くなりすぎると、電気機械結合係数が小さくなるおそれがある。よって、誘電体膜４の膜厚は０．４０λ以下であることが好ましい。
　例えば、図１７に示すように、圧電基板２に用いられるθ°回転ＹカットＸ伝搬ＬｉＮｂＯ３のカット角θが大きいほど、スプリアスが小さくなる主電極層３ａの膜厚の範囲が狭くなる。ここで、カット角θは３０°以下であることが好ましい。それによって、カット角θに製造ばらつきが生じた場合においても、不要波をより確実に抑制することができる。
　本明細書においては、圧電基板２に用いられるＬｉＮｂＯ３の方位を、θ°回転ＹカットＸ伝搬と記載している。これをオイラー角により表示すると、（０°，θ－９０°，０°）となる。ここで、０°となっている第１及び第３オイラー角については、－５°以上、５°以下の範囲内であってもよい。ここで、圧電基板２において、用いるＬｉＮｂＯ３の結晶軸の方向が逆方向である場合であっても、電気的特性は同じとなる。よって、オイラー角（０°，θ＋９０°，０°）であるＬｉＮｂＯ３を用いた圧電基板２としてもよい。この場合はカット角で表記すると、（θ－１８０）°回転ＹカットＸ伝搬となる。
　上述したように、ＩＤＴ電極３は、主電極層３ａ及び導電補助層３ｂ以外にも、例えば、密着層や拡散防止層などを有していてもよい。密着層及び拡散防止層は、主電極層３ａ及び導電補助層３ｂよりも薄いことが好ましい。より具体的には、密着層及び拡散防止層の膜厚は、それぞれ０．０２０λ以下であることが好ましい。密着層及び拡散防止層の材料としては、例えば、Ｔｉ、Ｎｉ、ＣｒまたはＮｉＣｒなどを用いることができる。
　導電補助層３ｂには、ＡｌまたはＡｌを主成分とする合金が好適に用いられる。誘電体膜４には、ＳｉＯ２が好適に用いられる。Ａｌ及びＳｉＯ２においては、密度や弾性定数などの物理的特性が近い。そのため、Ａｌを主成分とする導電補助層３ｂがＳｉＯ２からなる誘電体膜４に覆われている場合には、導電補助層３ｂの膜厚が変化したとしても、スプリアスなどについての特性は変化し難い。従って、導電補助層３ｂの膜厚が変化しても、スプリアスが小さくなる主電極層３ａの膜厚の範囲は変化し難い。よって、不要波をより確実に抑制することができる。
　ところで、本発明におけるＩＤＴ電極の主電極層の主成分はＰｔには限定されない。主電極層の主成分は、ＡｕまたはＷであってもよい。以下において、図３を援用して、主電極層の主成分がＡｕである第２の実施形態及び主電極層の主成分がＷである第３の実施形態を説明する。
　第２の実施形態においては、相対的に密度が高い主電極層３ａが、相対的に密度が低い導電補助層３ｂよりも圧電基板側に位置している。それによって、導電補助層３ｂに加わる応力を小さくすることができる。従って、第２の実施形態の弾性表面波装置も、第１の実施形態と同様に、耐電力性及び線形性に優れる。
　ここで、第２の実施形態において、第１の実施形態と同様にして、スプリアスを０．５ｄＢ以下とすることができ、スプリアスを抑制することができる条件を求めた。この条件を表３に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　スプリアスの大きさが０．５ｄＢ以下となる主電極層３ａの膜厚の最大値及び最小値は、下記の各式により表すことができる。
　最大値：ｈ／λ＝２×ｅｘｐ（－０．１９８８×（θ＋１４．６））＋０．０６６８
　最小値：ｈ／λ＝２×ｅｘｐ（－０．２１９×（θ＋９．３））＋０．０７２
　よって、誘電体膜の膜厚Ｈ毎に、スプリアスの大きさが０．５ｄＢ以下となる条件は、下記の各式により表される。
　Ｈ＝０．２００λ：
　２×ｅｘｐ（－０．２×（θ＋１４．６））＋０．０６７８≦ｈ／λ
≦２×ｅｘｐ（－０．２２５×（θ＋９．３））＋０．０７３５
　Ｈ＝０．２２５λ：
　２×ｅｘｐ（－０．１９９５×（θ＋１４．６））＋０．０６７２≦ｈ／λ
≦２×ｅｘｐ（－０．２２２×（θ＋９．３））＋０．０７３
　Ｈ＝０．２５０λ：
　２×ｅｘｐ（－０．１９８８×（θ＋１４．６））＋０．０６６８≦ｈ／λ
≦２×ｅｘｐ（－０．２１９×（θ＋９．３））＋０．０７２
　Ｈ＝０．２７５λ：
　２×ｅｘｐ（－０．１９８×（θ＋１４．６））＋０．０６６２≦ｈ／λ
≦２×ｅｘｐ（－０．２１６×（θ＋９．３））＋０．０７０８
　Ｈ＝０．３００λ：
　２×ｅｘｐ（－０．１９７×（θ＋１４．６））＋０．０６５５≦ｈ／λ
≦２×ｅｘｐ（－０．２１３×（θ＋９．３））＋０．０６９
　Ｈ＝０．３２５λ：
　２×ｅｘｐ（－０．１９５７×（θ＋１４．６））＋０．０６４８≦ｈ／λ
≦２×ｅｘｐ（－０．２１×（θ＋９．３））＋０．０６６８
　Ｈ＝０．３５０λ：
　２×ｅｘｐ（－０．１９４２×（θ＋１４．６））＋０．０６４≦ｈ／λ
≦２×ｅｘｐ（－０．２０７×（θ＋９．３））＋０．０６４４
　スプリアスの大きさが０．５ｄＢ以下となる条件をまとめると、下記の式（３）により表される。
　２×ｅｘｐ（－Ａ×（θ＋１４．６））＋Ｂ≦ｈ／λ≦２×ｅｘｐ（－Ｃ×（θ＋９．３））＋Ｄ…式（３）
　式（３）における係数Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤの値を、表４に示す。各係数Ａ～Ｄと、誘電体膜の膜厚Ｈとの関係は、下記の式（４Ａ）～式（４Ｄ）により表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
　Ａ＝－０．１６×（Ｈ／λ）２－０．０４９７×（Ｈ／λ）＋０．１９６４…式（４Ａ）
　Ｂ＝－０．０５１４×（Ｈ／λ）２＋０．００３３×（Ｈ／λ）＋０．０６９２…式（４Ｂ）
　Ｃ＝－０．１２×（Ｈ／λ）＋０．２４９…式（４Ｃ）
　Ｄ＝－０．３１８１×（Ｈ／λ）２＋０．１１４×（Ｈ／λ）＋０．０６３４…式（４Ｄ）
　本実施形態においては、式（３）及び式（４Ａ）～（４Ｄ）の関係を満たす。加えて、上述したように、相対的に密度が高い主電極層３ａが、相対的に密度が低い導電補助層３ｂよりも圧電基板２側に位置している。従って、第２の実施形態の弾性表面波装置は、耐電力性及び線形性に優れ、かつ不要波を効果的に抑制することができる。
　以下において、図３を援用して、主電極層の主成分がＷである第３の実施形態を説明する。第３の実施形態においては、相対的に密度が高い主電極層３ａが、相対的に密度が低い導電補助層３ｂよりも圧電基板側に位置している。それによって、導電補助層３ｂに加わる応力を小さくすることができる。従って、第３の実施形態の弾性表面波装置も、第１の実施形態と同様に、耐電力性及び線形性に優れる。
　ここで、第１の実施形態と同様にして、スプリアスを０．５ｄＢ以下とすることができ、スプリアスを抑制することができる条件を求めた。この条件を、表５に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
　スプリアスの大きさが０．５ｄＢ以下となる主電極層３ａの膜厚の最大値及び最小値は、下記の各式により表すことができる。
　最大値：ｈ／λ＝２×ｅｘｐ（－０．１９４×（θ＋１３．１））＋０．１２６３
　最小値：ｈ／λ＝２×ｅｘｐ（－０．２２５×（θ＋６））＋０．１４７
　よって、誘電体膜の膜厚Ｈ毎に、スプリアスの大きさが０．５ｄＢ以下となる条件は、下記の各式により表される。
　Ｈ＝０．２００λ：
　２×ｅｘｐ（－０．２１３５×（θ＋１３．１））＋０．１２９≦ｈ／λ
≦２×ｅｘｐ（－０．２６×（θ＋６））＋０．１４６
　Ｈ＝０．２２５λ：
　２×ｅｘｐ（－０．２０３×（θ＋１３．１））＋０．１２８５≦ｈ／λ
≦２×ｅｘｐ（－０．２４×（θ＋６））＋０．１５
　Ｈ＝０．２５０λ：
　２×ｅｘｐ（－０．１９４×（θ＋１３．１））＋０．１２６３≦ｈ／λ
≦２×ｅｘｐ（－０．２２５×（θ＋６））＋０．１４７
　Ｈ＝０．２７５λ：
　２×ｅｘｐ（－０．１８７×（θ＋１３．１））＋０．１２２１≦ｈ／λ
≦２×ｅｘｐ（－０．２１×（θ＋６））＋０．１４１
　Ｈ＝０．３００λ：
　２×ｅｘｐ（－０．１８１×（θ＋１３．１））＋０．１１４９≦ｈ／λ
≦２×ｅｘｐ（－０．２０１×（θ＋６））＋０．１３３
　Ｈ＝０．３２５λ：
　２×ｅｘｐ（－０．１７６×（θ＋１３．１））＋０．１０８≦ｈ／λ
≦２×ｅｘｐ（－０．１９８×（θ＋６））＋０．１２４
　Ｈ＝０．３５０λ：
　２×ｅｘｐ（－０．１７３×（θ＋１３．１））＋０．１≦ｈ／λ
≦２×ｅｘｐ（－０．２×（θ＋６））＋０．１４４
　スプリアスの大きさが０．５ｄＢ以下となる条件をまとめると、下記の式（５）により表される。
　２×ｅｘｐ（－Ａ×（θ＋１３．１））＋Ｂ≦ｈ／λ≦２×ｅｘｐ（－Ｃ×（θ＋６））＋Ｄ…式（５）
　式（５）における係数Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤの値を、表６に示す。各係数Ａ～Ｄと、誘電体膜の膜厚Ｈとの関係は、下記の式（６Ａ）～式（６Ｄ）により表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006
　Ａ＝１．１３３３×（Ｈ／λ）２－０．８９２６×（Ｈ／λ）＋０．３４６６…式（６Ａ）
　Ｂ＝－１．２７６２×（Ｈ／λ）２＋０．５０２８×（Ｈ／λ）＋０．０７９８…式（６Ｂ）
　Ｃ＝３．４６６７×（Ｈ／λ）２－２．３１８１×（Ｈ／λ）＋０．５８５８…式（６Ｃ）
　Ｄ＝－１．６×（Ｈ／λ）２＋０．６３１４×（Ｈ／λ）＋０．０８８４…式（６Ｄ）
　本実施形態においては、式（５）及び式（６Ａ）～（６Ｄ）の関係を満たす。加えて、上述したように、相対的に密度が高い主電極層３ａが、相対的に密度が低い導電補助層３ｂよりも圧電基板２側に位置している。従って、第３の実施形態の弾性表面波装置は、耐電力性及び線形性に優れ、かつ不要波を効果的に抑制することができる。
　図２８は、第４の実施形態に係るフィルタ装置の回路図である。
　フィルタ装置２０は、複数の直列腕共振子及び複数の並列腕共振子を有するラダー型フィルタである。より具体的には、フィルタ装置２０は第１の信号端２２及び第２の信号端２３を有する。本実施形態においては、第２の信号端２３は、アンテナに接続されるアンテナ端である。第１の信号端２２及び第２の信号端２３は、電極パッドとして構成されていてもよく、配線として構成されていてもよい。
　第１の信号端２２と第２の信号端２３との間に、直列腕共振子Ｓ１、直列腕共振子Ｓ２及び直列腕共振子Ｓ３が互いに直列に接続されている。直列腕共振子Ｓ１と直列腕共振子Ｓ２との間の接続点と、グラウンド電位との間に並列腕共振子Ｐ１が接続されている。直列腕共振子Ｓ２と直列腕共振子Ｓ３との間の接続点と、グラウンド電位との間に並列腕共振子Ｐ２が接続されている。
　並列腕共振子Ｐ１及び並列腕共振子Ｐ２は、上記第１～第３の実施形態のうちいずれかの弾性表面波装置の構成を有する。よって、フィルタ装置２０は耐電力性及び線形性に優れ、かつフィルタ装置２０において不要波を抑制することができる。
　なお、フィルタ装置２０の回路構成は上記に限定されず、少なくとも１つの直列腕共振子と少なくとも１つの並列腕共振子とを有していればよい。フィルタ装置２０における少なくとも１つの並列腕共振子が、本発明に係る弾性表面波装置の構成を有していればよい。
　ところで、ラダー型フィルタの通過帯域を構成する並列腕共振子の反共振周波数は、ラダー型フィルタの通過帯域内に位置する場合が多い。上述したように、本願の実施形態におけるラブ波を利用する弾性表面波装置においては、反共振周波数付近にレイリー波によるスプリアスが生じる。そのため、ラブ波を利用する弾性表面波装置を並列腕共振子に用いた場合には、ラダー型フィルタの通過帯域内にスプリアスが生じるおそれがあり、フィルタ特性が劣化するおそれがある。
　これに対して、図２８に示す本実施形態においては、並列腕共振子Ｐ１及び並列腕共振子Ｐ２が、本発明に係る弾性表面波装置の構成を有する。よって、フィルタ装置２０においては、通過帯域内における不要波を抑制することができる。従って、フィルタ特性の劣化を抑制することができる。
　本実施形態のように、フィルタ装置２０における全ての並列腕共振子が、本発明に係る弾性表面波装置の構成を有することが好ましい。それによって、フィルタ特性の劣化をより一層抑制することができる。もっとも、全ての直列腕共振子及び全ての並列腕共振子が本発明に係る弾性表面波装置の構成を有していてもよい。
　本実施形態においては、本発明の構成を有する弾性表面波装置である並列腕共振子に電気的に接続されている共振子は直列腕共振子である。もっとも、上記並列腕共振子に電気的に接続されている共振子は、縦結合共振子型弾性表面波フィルタであってもよい。
　図２９は、第５の実施形態に係るフィルタ装置の回路図である。
　フィルタ装置３０は、縦結合共振子型弾性表面波フィルタ３４と、並列腕共振子Ｐ１１及び並列腕共振子Ｐ１２とを有する。縦結合共振子型弾性表面波フィルタ３４は、第１の信号端２２と第２の信号端２３との間に接続されている。縦結合共振子型弾性表面波フィルタ３４は５ＩＤＴ型の縦結合共振子型弾性表面波フィルタである。もっとも、縦結合共振子型弾性表面波フィルタ３４は、例えば３ＩＤＴ型や７ＩＤＴ型などであってもよく、縦結合共振子型弾性表面波フィルタ３４におけるＩＤＴ電極の個数は特に限定されない。
　並列腕共振子Ｐ１１は、第２の信号端２３と縦結合共振子型弾性表面波フィルタ３４との間の接続点と、グラウンド電位との間に接続されている。並列腕共振子Ｐ１２は、第１の信号端２２と縦結合共振子型弾性表面波フィルタ３４との間の接続点と、グラウンド電位との間に接続されている。本実施形態においては、並列腕共振子Ｐ１１及び並列腕共振子Ｐ１２は、並列トラップとして用いられている。
　並列腕共振子Ｐ１１及び並列腕共振子Ｐ１２は、上記第１～第３の実施形態のうちいずれかの弾性表面波装置の構成を有する。よって、フィルタ装置３０は耐電力性及び線形性に優れ、かつフィルタ装置３０において不要波を抑制することができる。
　なお、フィルタ装置３０の回路構成は上記に限定されず、縦結合共振子型弾性表面波フィルタ３４及び少なくとも１つの並列腕共振子を有していればよく、少なくとも１つの並列腕共振子が本発明に係る弾性表面波装置の構成を有していればよい。
　第４及び第５の実施形態においては、フィルタ装置の例として帯域通過型フィルタの例を示した。なお、本発明に係るフィルタ装置は、例えば、第４または第５の実施形態の構成を有する帯域通過型フィルタを含むデュプレクサやマルチプレクサであってもよい。
１…弾性表面波装置
２…圧電基板
３…ＩＤＴ電極
３ａ…主電極層
３ｂ…導電補助層
４…誘電体膜
５…周波数調整膜
８，９…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…フィルタ装置
２２，２３…第１，第２の信号端
３０…フィルタ装置
３４…縦結合共振子型弾性表面波フィルタ
Ｓ１～Ｓ３…直列腕共振子
Ｐ１，Ｐ２，Ｐ１１，Ｐ１２…並列腕共振子

Claims (5)

  1. 　カット角をθとするθ°回転ＹカットＸ伝搬ＬｉＮｂＯ３からなる圧電基板と、
    　前記圧電基板上に設けられており、複数の電極指を有する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ている誘電体膜と、
    を備え、
    　前記ＩＤＴ電極が、主電極層と、導電補助層と、を有し、
    　前記主電極層が前記導電補助層よりも前記圧電基板側に位置しており、
    　前記主電極層がＰｔを主成分とし、
    　前記主電極層の膜厚をｈ、前記誘電体膜の膜厚をＨ、前記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、下記の式（１）及び式（２Ａ）～（２Ｄ）の関係を満たす、弾性表面波装置。
    　２×ｅｘｐ（－Ａ×（θ＋１０．８））＋Ｂ≦ｈ／λ≦２×ｅｘｐ（－Ｃ×（θ＋６．３））＋Ｄ…式（１）
    　Ａ＝－０．１×（Ｈ／λ）＋０．２６５…式（２Ａ）
    　Ｂ＝－０．２９３３×（Ｈ／λ）２＋０．０６１３×（Ｈ／λ）＋０．０８８…式（２Ｂ）
    　Ｃ＝－０．２２８６×（Ｈ／λ）２－０．０２５７×（Ｈ／λ）＋０．２６４２…式（２Ｃ）
    　Ｄ＝－０．５１０５×（Ｈ／λ）２＋０．１４４８×（Ｈ／λ）＋０．０８７２…式（２Ｄ）
  2. 　カット角をθとするθ°回転ＹカットＸ伝搬ＬｉＮｂＯ３からなる圧電基板と、
    　前記圧電基板上に設けられており、複数の電極指を有する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ている誘電体膜と、
    を備え、
    　前記ＩＤＴ電極が、主電極層と、導電補助層と、を有し、
    　前記主電極層が前記導電補助層よりも前記圧電基板側に位置しており、
    　前記主電極層がＡｕを主成分とし、
    　前記主電極層の膜厚をｈ、前記誘電体膜の膜厚をＨ、前記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、下記の式（３）及び式（４Ａ）～（４Ｄ）の関係を満たす、弾性表面波装置。
    　２×ｅｘｐ（－Ａ×（θ＋１４．６））＋Ｂ≦ｈ／λ≦２×ｅｘｐ（－Ｃ×（θ＋９．３））＋Ｄ…式（３）
    　Ａ＝－０．１６×（Ｈ／λ）２－０．０４９７×（Ｈ／λ）＋０．１９６４…式（４Ａ）
    　Ｂ＝－０．０５１４×（Ｈ／λ）２＋０．００３３×（Ｈ／λ）＋０．０６９２…式（４Ｂ）
    　Ｃ＝－０．１２×（Ｈ／λ）＋０．２４９…式（４Ｃ）
    　Ｄ＝－０．３１８１×（Ｈ／λ）２＋０．１１４×（Ｈ／λ）＋０．０６３４…式（４Ｄ）
  3. 　カット角をθとするθ°回転ＹカットＸ伝搬ＬｉＮｂＯ３からなる圧電基板と、
    　前記圧電基板上に設けられており、複数の電極指を有する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ている誘電体膜と、
    を備え、
    　前記ＩＤＴ電極が、主電極層と、導電補助層と、を有し、
    　前記主電極層が前記導電補助層よりも前記圧電基板側に位置しており、
    　前記主電極層がＷを主成分とし、
    　前記主電極層の膜厚をｈ、前記誘電体膜の膜厚をＨ、前記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、下記の式（５）及び式（６Ａ）～（６Ｄ）の関係を満たす、弾性表面波装置。
    　２×ｅｘｐ（－Ａ×（θ＋１３．１））＋Ｂ≦ｈ／λ≦２×ｅｘｐ（－Ｃ×（θ＋６））＋Ｄ…式（５）
    　Ａ＝１．１３３３×（Ｈ／λ）２－０．８９２６×（Ｈ／λ）＋０．３４６６…式（６Ａ）
    　Ｂ＝－１．２７６２×（Ｈ／λ）２＋０．５０２８×（Ｈ／λ）＋０．０７９８…式（６Ｂ）
    　Ｃ＝３．４６６７×（Ｈ／λ）２－２．３１８１×（Ｈ／λ）＋０．５８５８…式（６Ｃ）
    　Ｄ＝－１．６×（Ｈ／λ）２＋０．６３１４×（Ｈ／λ）＋０．０８８４…式（６Ｄ）
  4. 　ラブ波を利用している、請求項１～３のいずれか１項に記載の弾性表面波装置。
  5. 　並列腕共振子と、
    　前記並列腕共振子と電気的に接続されている共振子と、
    を備え、
    　前記並列腕共振子が請求項１～４のいずれか１項に記載の弾性表面波装置である、フィルタ装置。
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