WO2021060150A1 - 弾性波フィルタ - Google Patents

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WO2021060150A1
WO2021060150A1 PCT/JP2020/035303 JP2020035303W WO2021060150A1 WO 2021060150 A1 WO2021060150 A1 WO 2021060150A1 JP 2020035303 W JP2020035303 W JP 2020035303W WO 2021060150 A1 WO2021060150 A1 WO 2021060150A1
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elastic wave
resonator
central region
resonators
sound velocity
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康政 谷口
克也 大門
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株式会社村田製作所
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Definitions

  • the present invention relates to a band-passing type elastic wave filter having a plurality of elastic wave resonators.
  • Patent Document 2 discloses a structure in which a piston mode is formed in an elastic wave resonator and the ripple in the transverse mode is suppressed. More specifically, in the IDT electrode, a region where electrode fingers connected to different potentials overlap each other in the elastic wave propagation direction is defined as a crossing region. This crossed region has a central region located at the center in a direction orthogonal to the elastic wave propagation direction, and first and second edge regions provided on both sides of the central region in a direction orthogonal to the elastic wave propagation direction. The piston mode is generated by lowering the sound velocity in the first and second edge regions to be lower than the sound velocity in the central region.
  • a structure for providing the above sound velocity difference 1) a structure in which the width of the first and second edge regions is wider than the central region, or 2) a sound velocity lowering film is provided in the first and second edge regions.
  • the laminated structure is disclosed.
  • An object of the present invention is to provide an elastic wave filter capable of suppressing transverse mode ripple and improving the steepness of filter characteristics even when miniaturization is promoted.
  • the elastic wave filter according to the present invention includes a plurality of elastic wave resonators having a piezoelectric substrate and an IDT electrode which is configured on the piezoelectric substrate and has first and second electrode fingers to be interleaved with each other.
  • the crossing region In the elastic wave propagation direction, when the region where the first electrode finger and the second electrode finger overlap is defined as the crossing region, the crossing region is located at the center in the extending direction of the first and second electrode fingers. It has a central region and first and second edge regions arranged on both outer sides of the central region in the direction in which the first and second electrode fingers extend, and the first and second edge regions.
  • the sound velocity in the central region is lower than the sound velocity in the central region, and the plurality of elastic wave resonators have the width of the first electrode finger and the width of the second electrode finger in the first and second edge regions.
  • a plurality of elastics having a piezoelectric substrate and an IDT electrode configured on the piezoelectric substrate and having first and second electrode fingers intervening with each other.
  • the crossing region is the first and second electrode fingers. It has a central region located at the center in the extending direction of the above, and first and second edge regions arranged on both outer sides of the central region in the direction in which the first and second electrode fingers extend.
  • the sound velocity in the second edge region is lower than the sound velocity in the central region
  • the plurality of elastic wave resonators are the width of the first electrode finger and the first electrode finger in the first and second edge regions.
  • an elastic wave filter that can achieve both suppression of transverse mode ripple and improvement of steepness of filter characteristics even when miniaturization is advanced.
  • FIG. 1 is a circuit diagram of an elastic wave filter according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2A is a schematic plan view showing an electrode structure of an elastic wave resonator of the elastic wave filter of the first embodiment
  • FIG. 2B is a front sectional view of the elastic wave resonator.
  • FIG. 3 is a plan view for explaining the IDT electrode of the first elastic wave resonator.
  • FIG. 4 is a plan view for explaining the electrode structure of the IDT electrode of the second elastic wave resonator.
  • 5 (a) is a diagram showing the resonance characteristics of the first and second elastic wave resonators
  • FIG. 5 (b) is an enlarged portion of the portion shown by the circle A in FIG. 5 (a). It is a figure which shows.
  • FIG. 5 (a) is a diagram showing the resonance characteristics of the first and second elastic wave resonators
  • FIG. 5 (b) is an enlarged portion of the portion shown by the circle A in FIG. 5 (a). It is a
  • FIG. 6 is a diagram showing the attenuation-frequency characteristics of the elastic wave filters of Example 1 and Comparative Example 1.
  • FIG. 7 is a diagram showing the attenuation-frequency characteristics of the elastic wave filters of Example 1 and Comparative Example 1, in which the portion indicated by the arrow B in FIG. 6 is enlarged.
  • FIG. 8 is a diagram showing the attenuation-frequency characteristics of the elastic wave filters of Example 2 and Comparative Example 1.
  • FIG. 9 is a diagram showing the attenuation-frequency characteristics of the elastic wave filters of the second embodiment and the first comparative example, in which the portion indicated by the arrow C in FIG. 8 is enlarged.
  • FIG. 10 is a circuit diagram of a duplexer having an elastic wave filter according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a circuit diagram of a duplexer having an elastic wave filter according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a circuit diagram of a duplexer having an elastic wave filter according to a third embodiment of the present invention.
  • 12 (a) to 12 (d) are partial front sectional views for explaining a modified example of the electrode structure of the second elastic wave resonator.
  • FIG. 13 is a plan view showing the IDT electrode of the second elastic wave resonator used in the elastic wave filter according to the fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a circuit diagram of an elastic wave filter according to the first embodiment of the present invention.
  • the elastic wave filter 1 is a ladder type filter having a plurality of elastic wave resonators.
  • a plurality of series arm resonators S1, S2-1, S2-2, S3, and S4 are provided on the series arm connecting the input terminal 2 and the output terminal 3.
  • a plurality of parallel arms connecting the series arms and the ground potential are provided.
  • parallel arm resonators P1, P2 or P3 are provided in each of the plurality of parallel arms.
  • the series arm resonators S1, S2-1, S2-2, S3, S4 and the parallel arm resonators P1 to P3 are each composed of elastic wave resonators.
  • the feature of the elastic wave filter 1 is that a plurality of elastic wave resonators have the following first elastic wave resonator and second elastic wave resonator.
  • the plurality of elastic wave resonators may have elastic wave resonators having a structure different from that of the first elastic wave resonator and the second elastic wave resonator.
  • the first and second elastic wave resonators have a structure that forms a piston mode and suppresses ripple in the transverse mode.
  • the elastic wave resonator has a piezoelectric substrate and an IDT electrode configured on the piezoelectric substrate.
  • the region where the first electrode finger and the second electrode finger of the IDT electrode overlap in the elastic wave propagation direction is defined as a crossing region.
  • the crossed regions are arranged on both outer sides of the central region located in the center of the extending direction of the first and second electrode fingers and the outer sides of the central region in the extending direction of the first and second electrode fingers. It has two edge regions.
  • the sound velocity in the first and second edge regions is lower than the sound velocity in the central region. As a result, the piston mode is formed, and the ripple of the transverse mode is suppressed.
  • the first and second elastic wave resonators have the following structure in order to realize the difference in sound velocity between the sound velocity in the central region and the sound velocity in the first and second edge regions.
  • the widths of the first and second electrode fingers in the first and second edge regions are made larger than the widths of the first and second electrode fingers in the central region. That is, the first and second edge regions are widened portions.
  • at least one of the width of the first electrode finger and the width of the second electrode finger in the first and second edge regions is the width of the first electrode finger and the second electrode in the central region. It suffices to be greater than at least one of the widths of the fingers.
  • sound velocity reducing films are laminated on the first and second edge regions so that the sound velocity in the first and second edge regions is lower than the sound velocity in the central region. It includes at least one of the configuration and a configuration in which a sound velocity improving film for increasing the sound velocity is laminated in the central region.
  • the first elastic wave resonator and the second elastic wave resonator have different configurations for realizing the difference in sound velocity between the sound velocity in the first and second edge regions and the sound velocity in the central region. ing. This will be described more specifically.
  • FIG. 2A is a schematic plan view showing an electrode structure of an elastic wave resonator of the elastic wave filter of the first embodiment
  • FIG. 2B is a front sectional view thereof.
  • the series arm resonators S1, S2-1, S2-2, S3 and S4 and the parallel arm resonators P1, P2 and P3 all have such a structure.
  • the elastic wave resonator 4 has an IDT electrode 5 and reflectors 6 and 7. As a result, a 1-port elastic wave resonator is formed.
  • the IDT electrode 5 has a plurality of first electrode fingers 5a and a plurality of second electrode fingers 5b.
  • a plurality of first electrode fingers 5a and a plurality of second electrode fingers 5b are interleaved with each other.
  • the direction orthogonal to the extending direction of the first electrode finger 5a and the second electrode finger 5b is the elastic wave propagation direction.
  • the region where the first electrode finger 5a and the second electrode finger 5b overlap when viewed in the elastic wave propagation direction is the above-mentioned crossing region.
  • the piezoelectric substrate 8 is not particularly limited, but is a laminated substrate having a support substrate 8a, a high sound velocity material layer 8b, a low sound velocity film 8c, and a piezoelectric film 8d.
  • the piezoelectric substrate 8 may be a single piezoelectric substrate made of LiNbO 3 or the like.
  • the piezoelectric film 8d is made of LiTaO 3 .
  • the support substrate 8a is made of an appropriate insulating material such as Si or alumina or a semiconductor material. In this embodiment, the support substrate 8a is made of Si.
  • the hypersonic material layer 8b is made of a hypersonic material.
  • the hypersonic material refers to a material in which the sound velocity of the propagating bulk wave is higher than the sound velocity of the elastic wave propagating in the piezoelectric film 8d.
  • high-frequency materials include aluminum oxide, silicon carbide, silicon nitride, silicon nitride, silicon, sapphire, lithium tantalate, lithium niobate, crystal, alumina, zirconia, cozylite, mulite, steatite, and forsterite.
  • Various materials such as magnesia, DLC (diamond-like carbon) film or diamond, a medium containing the above-mentioned material as a main component, and a medium containing a mixture of the above-mentioned materials as a main component can be used.
  • the bass velocity film 8c is made of a bass velocity material.
  • the low sound velocity material refers to a material in which the sound velocity of the propagating bulk wave is lower than the sound velocity of the bulk wave propagating in the piezoelectric film 8d.
  • Examples of the low sound velocity material include silicon oxide, glass, silicon nitride, tantalum oxide, a compound obtained by adding fluorine, carbon, boron, hydrogen, or a silanol group to silicon oxide, a medium containing the above material as a main component, and the like.
  • Various materials can be used.
  • the Q value can be increased by using the piezoelectric substrate 8 made of the composite substrate.
  • the piezoelectric substrate 8 having the hypersonic material layer 8b was used, but a support substrate made of a hypersonic material may be used instead of the hypersonic material layer 8b and the support substrate 8a. That is, the support substrate 8a and the hypersonic material layer 8b may be integrally formed of the hypersonic material.
  • the bass velocity film 8c does not have to be provided. That is, the piezoelectric film 8d may be directly laminated on the hypersonic material layer 8b.
  • the first elastic wave resonator and the second elastic wave resonator are used.
  • the series arm resonator S3 is composed of the first elastic wave resonator.
  • the remaining elastic wave resonators that is, the series arm resonators S1, S2-1, S2-2, S4 and the parallel arm resonators P1 to P3 are composed of the second elastic wave resonators.
  • the following elastic wave resonators were prepared as the first elastic wave resonators.
  • the IDT electrode 5 and the reflectors 6 and 7 have Al as the main electrode layer.
  • the thickness of the Al film was 145 nm.
  • the electrode structure 11 of the IDT electrode in the first elastic wave resonator is shown in a plan view in FIG.
  • the crossing region D has a central region F and first and second edge regions E1 and E2.
  • the first electrode finger 5a and the second electrode finger 5b are widened portions 5a1, 5a2, 5b1, 5b2 in the first and second edge regions E1 and E2.
  • the width of the widening portion 5a1, 5a2, 5b1, 5b2 is made thicker than the width in the central region F.
  • the width refers to the dimensions of the first and second electrode fingers 5a and 5b along the elastic wave propagation direction.
  • the wavelength ⁇ determined by the electrode finger pitch in the central region of the IDT electrode was set to 2 ⁇ m.
  • the duty in the central region was set to 0.45.
  • the duty in the first and second edge regions was set to 0.73.
  • the duty of the central region F is 0.45, and in the second elastic wave resonator, the duty of the central region F is 0.5.
  • the capacitance of the first elastic wave resonator and the second elastic wave resonator are adjusted by reducing the crossing width.
  • FIG. 4 is a plan view for explaining the electrode structure 21 of the IDT electrode of the second elastic wave resonator.
  • the second elastic wave resonator was configured in the same manner except that the electrode structure of the IDT electrode was different from that of the first elastic wave resonator.
  • the sound velocity lowering films 22b and 22a are laminated in the first and second edge regions E1 and E2.
  • the sound velocity reducing films 22b and 22a are provided so as to extend along the elastic wave propagation direction in the first and second edge regions E1 and E2.
  • the sound velocity reducing films 22a and 22b here are made of tantalum pentoxide.
  • the sound velocity reducing films 22a and 22b may be made of other insulating materials as long as the mass is added and the sound velocity is reduced. Further, the sound velocity lowering films 22a and 22b may be made of metal or the like if they are provided so as not to short-circuit the first and second electrode fingers 5a and 5b.
  • the wavelength of the IDT electrode was set to 2 ⁇ m, and the duty in the central region and the first and second edge regions was set to 0.50.
  • the resonance characteristics of the first elastic wave resonator and the second elastic wave resonator will be described with reference to FIGS. 5 (a) and 5 (b).
  • FIG. 5A shows the resonance characteristic of the first elastic wave resonator
  • the broken line shows the resonance characteristic of the second elastic wave resonator.
  • FIG. 5 (b) is an enlarged view showing a portion indicated by a circle A in FIG. 5 (a).
  • the second elastic wave resonator Compared with the first elastic wave resonator, in the second elastic wave resonator, it is not necessary to provide a widening portion on the first and second electrode fingers. Therefore, even when the duty in the central region is increased, it is easy to increase the difference in sound velocity between the first and second edge regions and the central region. As the duty in the central region increases, the capacitance between the first electrode finger and the second electrode finger increases. Therefore, it is possible to reduce the size of the elastic wave resonator. On the other hand, in the first elastic wave resonator, when the duty in the central region is increased, it is difficult to increase the difference in sound velocity between the first and second edge regions and the central region.
  • the second elastic wave resonator can be designed to have a larger duty in the central region while maintaining the difference in sound velocity between the first and second edge regions and the central region. It is easy to promote both miniaturization and miniaturization of elastic wave filters having elastic wave resonators and suppression of transverse mode ripple.
  • the specific band of the second elastic wave resonator is larger than that of the first elastic wave resonator. Therefore, when an elastic wave filter composed of only a second elastic wave resonator, for example, a ladder type filter, is constructed, there is a problem that the steepness of the filter characteristics is not sufficient. In order to improve the steepness, it is conceivable to add weight to the IDT electrode. However, in that case, there is a problem that the passing characteristics are deteriorated.
  • the specific band of the second elastic wave resonator is 3.9%, while the specific band of the first elastic wave resonator is 3.8%. That is, the second elastic wave resonator has a larger specific band.
  • the specific band is usually increased. Increasing the duty in the central region usually results in a smaller specific band.
  • the specific band is smaller than that of the second elastic wave resonator, although the duty in the central region is smaller. That is, the first elastic wave resonator is more disadvantageous than the second elastic wave resonator in terms of suppressing the transverse mode ripple, but the specific band tends to be smaller than that of the second elastic wave resonator. Therefore, by using the first elastic wave resonator, the specific band can be narrowed and the steepness of the filter characteristics can be improved. On the other hand, by using the second elastic wave resonator, the transverse mode ripple can be effectively suppressed even when the size of the elastic wave filter is reduced.
  • the elastic wave filter of the present invention since the elastic wave filter of the present invention has the first elastic wave resonator and the second elastic wave resonator, even when miniaturization is promoted, transverse mode ripple can be suppressed. It is possible to achieve both improvement in steepness of filter characteristics. This will be described based on specific examples.
  • the duty in the central region of the IDT electrode in the second elastic wave resonator is larger than the duty in the central region of the IDT electrode in the first elastic wave resonator.
  • Example 1 and Comparative Example 1 The elastic wave filter of Example 1 for the elastic wave filter 1 shown in FIG. 1 and the elastic wave filter of Comparative Example 1 for comparison were prepared.
  • the configuration of the piezoelectric substrate 8 in Example 1 was the same as that of the first and second elastic wave resonators described above.
  • an elastic wave filter for Band 25Tx was constructed.
  • the center frequency is 1822.5 MHz.
  • the design parameters of the series arm resonators S1, S2-1, S2-2, S3 and S4 and the parallel arm resonators P1 to P3 are as shown in Table 1 below.
  • the series arm resonator S3 is used as the first elastic wave resonator, and the remaining series arm resonators S1, S2-1 and S2-2, S4 and the parallel arm resonators P1 to P3 are used.
  • a second elastic wave resonator A second elastic wave resonator.
  • the structure of the IDT electrode of the first and second elastic wave resonators was the same as that of the IDT electrode 5 of the first and second elastic wave resonators described above.
  • the series arm resonator S3 is an elastic wave resonator having the lowest antiresonance frequency among the plurality of series arm resonators S1, S2-1, S2-2, S3 and S4.
  • the elastic wave filter of Comparative Example 1 was prepared in the same manner as in Example 1 except that the series arm resonator S3 was also used as the second elastic wave resonator.
  • FIG. 6 shows the attenuation-frequency characteristics of the elastic wave filter of Example 1, and the broken line shows the attenuation-frequency characteristics of the elastic wave filter of the comparative example.
  • FIG. 7 is an enlarged portion of the portion indicated by the arrow B in FIG. 6, which is represented by the attenuation scale on the left side.
  • the steepness of the filter characteristics on the high frequency side of the pass band is enhanced as compared with the elastic wave filter of Comparative Example 1. More specifically, the steepness of 3 dB-35 dB, which is the frequency range from the attenuation amount of 3 dB to the increase of the attenuation amount of 35 dB, was 9.3 MHz in Comparative Example 1, whereas it was 9 in Example 1. It was .1 MHz.
  • the series arm resonator S3 is the first elastic wave resonator, it is possible to effectively enhance the steepness of the filter characteristics as described above. Further, since it has the first and second elastic wave resonators, the transverse mode ripple can be suppressed by forming the piston mode. Therefore, it can be seen that the elastic wave filter of the first embodiment can achieve both suppression of transverse mode ripple and steepness of filter characteristics even when miniaturization is promoted.
  • Example 2 (Example 2 and Comparative Example 1) As Example 2, the ladder of Example 2 is the same as that of Comparative Example 1 except that only the parallel arm resonator P1 is used as the first elastic wave resonator among the ladder type filters of Comparative Example 1. A type filter was prepared.
  • the parallel arm resonator P1 of the ladder type filter of the second embodiment is composed of the first elastic wave resonator as described above, and the configuration of the first elastic wave resonator is shown in FIG. 5 (a) described above. ) And the first elastic wave resonator shown in FIG. 5 (b).
  • FIG. 8 is a diagram showing the attenuation-frequency characteristics of the elastic wave filters of Example 2 and Comparative Example 1.
  • FIG. 9 is an enlarged view of the portion indicated by the arrow C in FIG. 8 and which is represented by the attenuation scale on the left side.
  • the solid line shows the characteristics of Example 2, and the broken line shows the characteristics of Comparative Example 1.
  • the steepness on the low frequency side of the pass band is enhanced as compared with Comparative Example 1. More specifically, the steepness of 3 dB-20 dB is 15.2 MHz in Comparative Example 1 and 15.0 MHz in Example 2.
  • the steepness of 3 dB-20 dB is a frequency difference between a frequency having an attenuation of 3 dB and a frequency having an attenuation of 20 dB.
  • the parallel arm resonator P1 is an elastic wave resonator having the highest resonance frequency among the plurality of parallel arm resonators P1 to P3.
  • the parallel arm resonator P1 is the first elastic wave resonator
  • the steepness of the filter characteristics can be effectively enhanced. Therefore, also in the second embodiment, even when the miniaturization is promoted, the transverse mode ripple can be effectively suppressed and the steepness of the filter characteristics can be enhanced.
  • the series arm resonator having the lowest antiresonance frequency is preferably composed of the first elastic wave resonator. .. This is because the series arm resonator having the lowest antiresonance frequency has the greatest effect on the steepness on the high frequency side of the passband.
  • at least one elastic wave resonator may be the first elastic wave resonator.
  • the steepness on the high frequency side of the pass band can be further enhanced. More preferably, if all the series arm resonators are configured by the first elastic wave resonator, the steepness on the high frequency side of the pass band can be further increased.
  • the parallel arm resonator P1 having the highest resonance frequency is derived from the first elastic wave resonator. Is preferable. This is because the parallel arm resonator having the highest resonance frequency has the greatest effect on the steepness on the low frequency side of the passband.
  • at least one of the other parallel arm resonators P2 and P3 may be the first elastic wave resonator. In that case, the steepness on the low frequency side of the pass band can be further enhanced.
  • the plurality of series arm resonators have a first elastic wave resonator and a second elastic wave resonator, and a plurality of series arm resonators are provided.
  • the parallel arm resonator may have a first elastic wave resonator and a second elastic wave resonator.
  • the configuration of the series arms of the first embodiment and the configuration of the parallel arms of the second embodiment may be adopted.
  • the arrangement of the first elastic wave resonator and the second elastic wave resonator in the plurality of elastic wave resonators is not particularly limited.
  • the elastic wave filter of the present invention is not limited to the ladder type filter, and can be widely applied to a bandpass type filter having a plurality of elastic wave resonators.
  • the present invention is applied to a series arm resonator and a parallel arm resonator in a band-passing type filter in which a series arm resonator and / or a parallel arm resonator is electrically connected to a vertically coupled resonator type elastic wave filter. You may.
  • FIG. 10 is a circuit diagram of a duplexer having an elastic wave filter according to the second embodiment.
  • the elastic wave filter 33 and the longitudinally coupled resonator type elastic wave filter 34 of the second embodiment are connected to the antenna terminal 32.
  • the elastic wave filter 33 is a transmission filter, and is connected between the transmission terminal 36 and the common terminal 35.
  • the vertically coupled resonator type elastic wave filter 34 is a receiving filter.
  • the vertically coupled resonator type elastic wave filter 34 is connected between the common terminal 35 and the receiving terminal 37.
  • the elastic wave resonator farthest from the antenna terminal 32 is composed of the first elastic wave resonator.
  • the elastic wave resonator farthest from the antenna terminal 32 is the series arm resonator S1 among the plurality of series arm resonators S1 to S4.
  • the parallel arm resonator P1 is composed of the first elastic wave resonator. It is preferable that at least one of the series arm resonator S1 and the parallel arm resonator P1 is composed of the first elastic wave resonator.
  • the first elastic wave resonator does not have a sound velocity lowering film added, so that the polarization of the piezoelectric film is reversed due to the stress of the sound velocity lowering film as compared with the second elastic wave resonator. Is unlikely to occur and has high power resistance. Therefore, the piezoelectricity of the elastic wave filter 33 is obtained by using the series arm resonator S1 or the parallel arm resonator P1 closest to the transmission terminal, which is easily applied with a large amount of electric power and is easily loaded by voltage, as the first elastic wave resonator. It is possible to make it difficult for the polarization reversal of the film to occur, and it is also possible to improve the power resistance.
  • the elastic wave resonator closest to the antenna terminal 32 is composed of the first elastic wave resonator.
  • the elastic wave resonator closest to the antenna terminal 32 is the series arm resonator S4 among the plurality of series arm resonators S1 to S4. It is preferable that the series arm resonator S4 is composed of a first elastic wave resonator.
  • the linearity of the duplexer 31 is determined by using the elastic wave resonator closest to the antenna terminal, which is most likely to deteriorate the linearity, as the first elastic wave resonator and making the duty smaller than that of the second elastic wave resonator. Deterioration can be suppressed.
  • the elastic wave filter 33 may be used as a receiving filter.
  • the elastic wave resonator farthest from the antenna terminal 32 is preferably the first elastic wave resonator. That is, it is preferable that at least one of the series arm resonator S1 and the parallel arm resonator P1 is composed of the first elastic wave resonator.
  • the first elastic wave resonator does not have a sound velocity lowering film added, so that the polarization of the piezoelectric film is reversed due to the stress of the sound velocity lowering film as compared with the second elastic wave resonator.
  • FIG. 11 is a circuit diagram of a duplexer having an elastic wave filter according to a third embodiment.
  • a phase-locked loop 42 is connected between the antenna terminal 32 and the elastic wave filter 33.
  • the duplexer 41 is the same as the duplexer 31.
  • the elastic wave filter of the embodiment of the present invention may be used as the elastic wave filter 33.
  • FIG. 12A shows a cross section of the elastic wave resonator shown in FIG. 4 through the second edge region E2 and along the elastic wave propagation direction.
  • the sound velocity reducing film 22a is provided so as to extend in the elastic wave propagation direction in the second edge region.
  • the sound velocity reducing film 23a is arranged between the first and second electrode fingers 5a and 5b and the piezoelectric film 8d in the first and second edge regions. May be good. Further, as shown in FIG. 12 (c), the sound velocity reducing film 24a may be laminated on the first electrode finger 5a and the second electrode finger 5b. In this case, a metal material or the like may be used as the sound velocity lowering film 24a.
  • the sound velocity reducing film 25a may be laminated between the first and second electrode fingers 5a and 5b and the piezoelectric film 8d.
  • a metal material or the like may be used as the sound velocity lowering film 25a.
  • the silicon oxide functions as a sound velocity lowering film when it is provided on the first and second electrode fingers 5a and 5b.
  • silicon oxide when provided under the first and second electrode fingers 5a and 5b, silicon oxide acts as a sound velocity improving film.
  • the sound velocity reducing film in the second elastic wave resonator can be arranged in the first and second edge regions in various forms, and is not particularly limited.
  • FIG. 13 is a plan view showing the electrode structure 51 of the second elastic wave resonator used in the elastic wave filter according to the fourth embodiment.
  • the sound velocity improving film 52 is laminated so as to cover the first and second electrode fingers 5a and 5b in the central region F of the intersecting region D.
  • the sound velocity improving film 52 may be provided in the central region F.
  • the sound velocity improving film 52 may be laminated between the first and second electrode fingers 5a and 5b and the piezoelectric film 8d.
  • Examples of the material capable of functioning as the sound velocity improving film 52 include Al 2 O 3 , Al N, SiN, SiO X and the like.
  • the sound velocity improving film 52 and the sound velocity decreasing film may be used in combination. That is, the sound velocity reducing film may be arranged in the first and second edge regions, and the sound velocity improving film 52 may be arranged in the central region.
  • the first piezoelectric resonator and the second piezoelectric resonator may be configured on the same piezoelectric substrate. Further, the piezoelectric substrate of the first piezoelectric resonator and the second piezoelectric substrate may be configured on different piezoelectric substrates.

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Abstract

小型化をすすめた場合であっても、横モードリップルの抑制とフィルタ特性の急峻性の向上とを両立することができる弾性波フィルタを提供する。　圧電基板と、圧電基板上に構成されているＩＤＴ電極とを有する複数の弾性波共振子を備え、各弾性波共振子が間挿しあう第１，第２の電極指を有し、第１の電極指と第２の電極指とが弾性波伝搬方向において重なり合う領域を交叉領域としたときに、交叉領域が中央領域と中央領域の第１，第２の電極指が延びる方向両外側に配置された第１，第２のエッジ領域とを有し、第１，第２のエッジ領域における音速が、中央領域における音速よりも低くされており、複数の弾性波共振子が、第１，第２のエッジ領域における幅が中央領域における幅よりも大きくされている第１の弾性波共振子と、第１，第２のエッジ領域における音速が中央領域における音速よりも低くなるように、音速低下膜が積層されている構成及び中央領域に音速を高める音速向上膜が積層されている構成の少なくとも一方を含む第２の弾性波共振子とを有する、弾性波フィルタ。

Description

弾性波フィルタ
　本発明は、複数の弾性波共振子を有する、帯域通過型の弾性波フィルタに関する。
　従来、複数の弾性波共振子を有する帯域通過型の弾性波フィルタが種々提案されている。例えば下記の特許文献１に記載のラダー型フィルタでは、直列腕共振子及び並列腕共振子が弾性波共振子からなる。
　また、下記の特許文献２では、弾性波共振子においてピストンモードを形成し、横モードのリップルを抑制する構造が開示されている。より詳細には、ＩＤＴ電極において、異なる電位に接続される電極指同士が、弾性波伝搬方向に重なりあっている領域を交叉領域とする。この交叉領域が弾性波伝搬方向と直交する方向の中央に位置する中央領域と、中央領域の弾性波伝搬方向と直交する方向両側に設けられた第１，第２のエッジ領域とを有する。第１，第２のエッジ領域の音速を中央領域の音速よりも低めることにより、ピストンモードが生成されている。
　上記音速差を設ける構造として、１）第１，第２のエッジ領域の幅を中央領域よりも広げた拡幅部とする構造、あるいは、２）第１，第２のエッジ領域に音速低下膜を積層した構造、が開示されている。
特開２００２－２１７６８０号公報 特開２０１４－１３１３５１号公報
　特許文献１に記載のような、複数の弾性波共振子を有する弾性波フィルタにおいて、特許文献２に記載のピストンモードを利用した構造を適用すると、横モードによるリップルを抑制することができる。ところが、弾性波フィルタの全ての弾性波共振子において、第１，第２のエッジ領域を拡幅部とした構造を用いると、特に弾性波フィルタの小型化を図った場合に、横モードによるリップルを十分に抑制できないことがあった。また、全ての弾性波共振子において、第１，第２のエッジ領域に音速低下膜を積層した構造を用いると、弾性波フィルタの通過帯域端部におけるフィルタ特性の急峻性が十分に高くならないことがあった。
　本発明の目的は、小型化をすすめた場合であっても、横モードリップルの抑制と、フィルタ特性の急峻性の向上とを両立し得る弾性波フィルタを提供することにある。
　本発明に係る弾性波フィルタは、圧電基板と、前記圧電基板上に構成されており、間挿しあう第１，第２の電極指を有するＩＤＴ電極とを有する複数の弾性波共振子を備え、弾性波伝搬方向において、前記第１の電極指と前記第２の電極指とが重なり合う領域を交叉領域としたときに、交叉領域が、前記第１，第２の電極指の延びる方向中央に位置している中央領域と、中央領域の前記第１，第２の電極指が延びる方向両外側に配置された第１，第２のエッジ領域とを有し、前記第１，第２のエッジ領域における音速が、前記中央領域における音速よりも低くされており、前記複数の弾性波共振子が、前記第１，第２のエッジ領域における第１の電極指の幅および第２の電極指の幅の少なくとも一方が、前記中央領域における第１の電極指の幅及び第２の電極指の幅の少なくとも一方よりも大きくされている第１の弾性波共振子と、前記第１，第２のエッジ領域に音速低下膜が積層されている構成及び前記中央領域に音速を高める音速向上膜が積層されている構成の少なくとも一方を含む第２の弾性波共振子とを有する。
　本発明に係る弾性波フィルタの他の広い局面では、圧電基板と、前記圧電基板上に構成されており、間挿しあう第１，第２の電極指を有するＩＤＴ電極と、を有する複数の弾性波共振子を備え、弾性波伝搬方向において、前記第１の電極指と前記第２の電極指とが重なり合う領域を交叉領域としたときに、交叉領域が、前記第１，第２の電極指の延びる方向中央に位置している中央領域と、中央領域の前記第１，第２の電極指が延びる方向両外側に配置された第１，第２のエッジ領域とを有し、前記第１，第２のエッジ領域における音速が、前記中央領域における音速よりも低くされており、前記複数の弾性波共振子が、前記第１，第２のエッジ領域における第１の電極指の幅および第２の電極指の幅の少なくとも一方が、前記中央領域における前記第１の電極指の幅及び前記第２の電極指の幅の少なくとも一方よりも大きくされている第１の弾性波共振子と、前記第１，第２のエッジ領域に五酸化タンタル、酸化ハフニウム、五酸化ニオブ、酸化タングステン、及び酸化ケイ素からなる絶縁膜、又は、Ａｌ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ａｕ、Ａｇ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔａ、Ｍｇ、Ｆｅ、Ｒｕ又はこれらの金属のいずれかを主体とする合金が積層されている構成及び前記中央領域に、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、窒化ケイ素及び酸化ケイ素からなる群から選択された材料からなる膜が積層されている構成の少なくとも一方を含む第２の弾性波共振子とを有する。
　本発明によれば、小型化を進めた場合であっても、横モードリップルの抑制と、フィルタ特性の急峻性の向上とを両立し得る弾性波フィルタ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波フィルタの回路図である。 図２（ａ）は、第１の実施形態の弾性波フィルタの弾性波共振子の電極構造を示す模式的平面図であり、図２（ｂ）は、弾性波共振子の正面断面図である。 図３は、第１の弾性波共振子のＩＤＴ電極を説明するための平面図である。 図４は、第２の弾性波共振子のＩＤＴ電極の電極構造を説明するための平面図である。 図５（ａ）は、第１，第２の弾性波共振子の共振特性を示す図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）中の円Ａで示した部分を拡大して示す図である。 図６は、実施例１及び比較例１の弾性波フィルタの減衰量－周波数特性を示す図である。 図７は、図６中の矢印Ｂで示す部分を拡大して示す、実施例１及び比較例１の弾性波フィルタの減衰量－周波数特性を示す図である。 図８は、実施例２及び比較例１の弾性波フィルタの減衰量－周波数特性を示す図である。 図９は、図８中の矢印Ｃで示す部分を拡大して示す、実施例２及び比較例１の弾性波フィルタの減衰量－周波数特性を示す図である。 図１０は、本発明の第２の実施形態に係る弾性波フィルタを有するデュプレクサの回路図である。 図１１は、本発明の第３の実施形態に係る弾性波フィルタを有するデュプレクサの回路図である。 図１２（ａ）～図１２（ｄ）は、第２の弾性波共振子の電極構造の変形例を説明するための部分正面断面図である。 図１３は、本発明の第４の実施形態に係る弾性波フィルタに用いられている第２の弾性波共振子のＩＤＴ電極を示す平面図である。
　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フィルタの回路図である。弾性波フィルタ１は、複数の弾性波共振子を有するラダー型フィルタである。弾性波フィルタ１では、入力端子２と出力端子３とを結ぶ直列腕に、複数の直列腕共振子Ｓ１，Ｓ２－１，Ｓ２－２，Ｓ３，Ｓ４が設けられている。また、直列腕とグラウンド電位とを結ぶ複数の並列腕が設けられている。複数の並列腕においては、それぞれ、並列腕共振子Ｐ１，Ｐ２またはＰ３が設けられている。
　直列腕共振子Ｓ１，Ｓ２－１，Ｓ２－２，Ｓ３，Ｓ４並びに並列腕共振子Ｐ１～Ｐ３は、それぞれ、弾性波共振子からなる。
　弾性波フィルタ１の特徴は、複数の弾性波共振子が、以下の第１の弾性波共振子と、第２の弾性波共振子とを有することにある。なお、複数の弾性波共振子は、第１の弾性波共振子及び第２の弾性波共振子とは異なる構造の弾性波共振子を有していてもよい。
　第１，第２の弾性波共振子は、ピストンモードを形成し、横モードのリップルを抑制する構造を有している。弾性波共振子は、圧電基板と、圧電基板上に構成されているＩＤＴ電極とを有する。本明細書においては、ＩＤＴ電極の第１の電極指と第２の電極指とが、弾性波伝搬方向において重なり合っている領域を、交叉領域とする。この交叉領域が、第１，第２の電極指の延びる方向中央に位置している中央領域と、中央領域の第１，第２の電極指が延びる方向両外側に配置された第１，第２のエッジ領域とを有する。第１，第２の弾性波共振子では、第１，第２のエッジ領域における音速が、中央領域における音速よりも低くされている。それによって、ピストンモードが形成され、横モードのリップルの抑圧が図られている。
　中央領域における音速と、第１，第２のエッジ領域における音速との音速差を実現するために、第１，第２の弾性波共振子は下記の構造を有する。
　第１の弾性波共振子では、第１，第２のエッジ領域における第１，第２の電極指の幅が、中央領域における第１，第２の電極指の幅よりも大きくされている。すなわち、第１，第２のエッジ領域が拡幅部とされている。なお、本発明では、第１，第２のエッジ領域における第１の電極指の幅および第２の電極指の幅の少なくとも一方が、中央領域における第１の電極指の幅及び第２の電極指の幅の少なくとも一方よりも大きくされていればよい。
　他方、第２の弾性波共振子では、第１，第２のエッジ領域における音速が中央領域における音速よりも低くなるように、第１，第２のエッジ領域に音速低下膜が積層されている構成及び中央領域に音速を高める音速向上膜が積層されている構成の少なくとも一方を含む。
　上記のように、第１の弾性波共振子と、第２の弾性波共振子とでは、第１，第２のエッジ領域の音速と、中央領域の音速との音速差を実現する構成が異なっている。これを、より具体的に説明する。
　図２（ａ）は、第１の実施形態の弾性波フィルタの弾性波共振子の電極構造を示す模式的平面図であり、図２（ｂ）は、その正面断面図である。前述した直列腕共振子Ｓ１，Ｓ２－１，Ｓ２－２，Ｓ３及びＳ４並びに並列腕共振子Ｐ１，Ｐ２及びＰ３は、全てこのような構造を有する。
　図２（ａ）に示すように、弾性波共振子４は、ＩＤＴ電極５と、反射器６，７とを有する。それによって、１ポート型弾性波共振子が構成されている。
　ＩＤＴ電極５は、複数本の第１の電極指５ａと、複数本の第２の電極指５ｂとを有する。複数本の第１の電極指５ａと、複数本の第２の電極指５ｂとが互いに間挿しあっている。第１の電極指５ａと、第２の電極指５ｂの延びる方向と直交する方向が弾性波伝搬方向である。弾性波伝搬方向に見たときに、第１の電極指５ａと第２の電極指５ｂとが重なる領域が、前述した交叉領域である。
　図２（ｂ）に示すように、弾性波共振子４では、ＩＤＴ電極５及び反射器６，７は、圧電基板８上に設けられている。ここで、圧電基板８は特に限定されないが、支持基板８ａ、高音速材料層８ｂ、低音速膜８ｃ及び圧電膜８ｄとを有する積層基板である。もっとも、圧電基板８はＬｉＮｂＯ３等からなる単一の圧電基板であってもよい。
　本実施形態では、圧電膜８ｄは、ＬｉＴａＯ３からなる。なお、支持基板８ａは、Ｓｉやアルミナ等の適宜の絶縁性材料もしくは半導体材料からなる。本実施形態では、支持基板８ａはＳｉからなる。
　高音速材料層８ｂは、高音速材料からなる。ここで、高音速材料とは、伝搬するバルク波の音速が、圧電膜８ｄを伝搬する弾性波の音速よりも高い材料を言う。高音速材料としては、例えば酸化アルミニウム、炭化ケイ素、窒化ケイ素、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－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）膜またはダイヤモンド、上記材料を主成分とする媒質、上記材料の混合物を主成分とする媒質等の様々な材料を用いることができる。
　低音速膜８ｃは、低音速材料からなる。低音速材料とは、伝搬するバルク波の音速が、圧電膜８ｄを伝搬するバルク波の音速よりも低い材料を言う。低音速材料としては、例えば酸化ケイ素、ガラス、酸窒化ケイ素、酸化タンタル、また、酸化ケイ素にフッ素や炭素やホウ素、水素、あるいはシラノール基を加えた化合物、上記材料を主成分とする媒質等の様々な材料を用いることができる。
　上記複合基板からなる圧電基板８を用いることにより、Ｑ値を高めることができる。
　図２（ｂ）では、高音速材料層８ｂを有する圧電基板８を用いたが、高音速材料層８ｂ及び支持基板８ａに代えて、高音速材料からなる支持基板を用いてもよい。すなわち、高音速材料により、支持基板８ａ及び高音速材料層８ｂを一体的に構成してもよい。
　また、低音速膜８ｃが設けられずともよい。すなわち、高音速材料層８ｂ上に圧電膜８ｄが直接積層されていてもよい。
　前述したように、本発明においては、第１の弾性波共振子と第２の弾性波共振子とが用いられている。
　第１の実施形態に係る弾性波フィルタ１では、直列腕共振子Ｓ３が第１の弾性波共振子からなる。残りの弾性波共振子、すなわち直列腕共振子Ｓ１，Ｓ２－１，Ｓ２－２，Ｓ４及び並列腕共振子Ｐ１～Ｐ３は、第２の弾性波共振子からなる。
　第１の弾性波共振子として、以下の弾性波共振子を用意した。
　圧電基板８の構成、Ｓｉ基板上に、高音速材料層８ｂとして窒化ケイ素膜、低音速膜８ｃとして酸化ケイ素膜、圧電膜８ｄとしてＬｉＴａＯ３膜の積層構造、厚みは、窒化ケイ素膜＝９００ｎｍ、酸化ケイ素膜＝６７３ｎｍ、ＬｉＴａＯ３膜＝６００ｎｍとした。なお、ＩＤＴ電極５及び反射器６，７は、Ａｌを主電極層とする。Ａｌ膜の厚みは１４５ｎｍとした。
　第１の弾性波共振子におけるＩＤＴ電極の電極構造１１を図３に平面図で示す。ＩＤＴ電極５では、交叉領域Ｄが、中央領域Ｆと、第１，第２のエッジ領域Ｅ１，Ｅ２とを有する。第１の電極指５ａ及び第２の電極指５ｂは、第１，第２のエッジ領域Ｅ１，Ｅ２においては、拡幅部５ａ１，５ａ２，５ｂ１，５ｂ２とされている。拡幅部５ａ１，５ａ２，５ｂ１，５ｂ２の幅は、中央領域Ｆにおける幅よりも太くされている。ここで幅とは、第１，第２の電極指５ａ，５ｂにおいて、弾性波伝搬方向に沿う寸法を言うものとする。
　第１の弾性波共振子では、ＩＤＴ電極の中央領域の電極指ピッチで定まる波長λは２μｍとした。また中央領域におけるデューティーは０．４５とした。第１，第２のエッジ領域におけるデューティーは０．７３とした。
　第１の弾性波共振子では、中央領域Ｆのデューティーが０．４５であり、第２の弾性波共振子では、中央領域Ｆのデューティーは０．５である。第１の弾性波共振子と、第２の弾性波共振子とでは、交叉幅を小さくすることにより、容量を調整している。
　図４は、第２の弾性波共振子のＩＤＴ電極の電極構造２１を説明するための平面図である。第２の弾性波共振子は、第１の弾性波共振子とＩＤＴ電極の電極構造が異なることを除いては同様に構成した。図４に示すように、ＩＤＴ電極５Ａでは、第１，第２のエッジ領域Ｅ１，Ｅ２において、音速低下膜２２ｂ，２２ａが積層されている。音速低下膜２２ｂ，２２ａは、第１，第２のエッジ領域Ｅ１，Ｅ２において、弾性波伝搬方向に沿って延びるように設けられている。音速低下膜２２ａ，２２ｂは、ここでは、五酸化タンタルからなる。もっとも、音速低下膜２２ａ，２２ｂは、質量を付加し、音速を低下させる限り、他の絶縁性材料からなるものであってもよい。また、音速低下膜２２ａ，２２ｂは、第１，第２の電極指５ａ，５ｂを短絡しないように設けられる場合には、金属等からなるものであってもよい。
　第２の弾性波共振子では、ＩＤＴ電極の波長は２μｍとし、中央領域及び第１，第２のエッジ領域におけるデューティーは０．５０とした。
　第１の弾性波共振子と第２の弾性波共振子の共振特性を図５（ａ）及び図５（ｂ）を参照して説明する。
　図５（ａ）の実線は第１の弾性波共振子の共振特性を示し、破線は第２の弾性波共振子の共振特性を示す。図５（ｂ）は、図５（ａ）中の円Ａで示した部分を拡大して示す図である。
　第１の弾性波共振子に比べて、第２の弾性波共振子では、第１，第２の電極指に拡幅部を設ける必要はない。したがって、中央領域におけるデューティーを大きくした場合でも、第１，第２のエッジ領域と、中央領域との音速差を大きくすることが容易である。中央領域におけるデューティーが大きくなると、第１の電極指と第２の電極指との間の容量が大きくなる。そのため弾性波共振子の小型化をすすめることができる。これに対して、第１の弾性波共振子では、中央領域のデューティーが大きくなった場合、第１，第２のエッジ領域と中央領域との音速差を大きくすることが難しい。したがって、第２の弾性波共振子の方が、第１，第２のエッジ領域と、中央領域との音速差を保ちつつ、中央領域におけるデューティーを大きく設計することができるので、弾性波共振子の小型化及び弾性波共振子を有する弾性波フィルタの小型化と横モードリップルの抑圧との両立をすすめやすい。
　しかしながら、図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すように、第１の弾性波共振子に比べて、第２の弾性波共振子では比帯域が大きくなる。したがって、第２の弾性波共振子のみからなる弾性波フィルタ、例えばラダー型フィルタを構成した場合、フィルタ特性の急峻性が十分でないという問題があった。急峻性を改善するには、ＩＤＴ電極に重み付けを付与することが考えられる。しかしながら、その場合には、通過特性が劣化するという問題がある。
　図５（ａ）に示すように、第２の弾性波共振子の比帯域は３．９％であるのに対し、第１の弾性波共振子の比帯域は３．８％である。すなわち、第２の弾性波共振子の方が比帯域が大きい。
　中央領域のデューティーを小さくすると、通常、比帯域は大きくなる。中央領域のデューティーを大きくすると、通常、比帯域は小さくなる。第１の弾性波共振子では、第２の弾性波共振子に比べて中央領域のデューティーを小さくしているにもかかわらず、比帯域が小さくなっている。すなわち、第１の弾性波共振子では、横モードリップルの抑圧については、第２の弾性波共振子よりも不利であるが、第２の弾性波共振子に比べて比帯域を小さくしやすい。したがって、第１の弾性波共振子を用いることにより比帯域を狭めて、フィルタ特性の急峻性を高めることができる。他方、第２の弾性波共振子を用いることにより、弾性波フィルタの小型化を進めた場合であっても、横モードリップルを効果的に抑圧することができる。
　つまり、本発明の弾性波フィルタは、上記第１の弾性波共振子と、第２の弾性波共振子とを有するため、小型化を進めた場合であっても、横モードリップルの抑制と、フィルタ特性の急峻性の向上とを両立することができる。これを具体的な実施例に基づき説明する。
　上記のように、好ましくは、第１の弾性波共振子におけるＩＤＴ電極の中央領域におけるデューティーよりも、第２の弾性波共振子におけるＩＤＴ電極の中央領域におけるデューティーの方が大きくされる。それにより小型化を効果的に進めることができる。
　（実施例１及び比較例１）
　図１に示した弾性波フィルタ１についての実施例１と、比較のための比較例１の弾性波フィルタを用意した。実施例１における圧電基板８の構成は前述した第１，第２の弾性波共振子と同様とした。実施例１では、Ｂａｎｄ２５Ｔｘ用の弾性波フィルタを構成した。中心周波数は、１８２２．５ＭＨｚである。直列腕共振子Ｓ１，Ｓ２－１，Ｓ２－２，Ｓ３及びＳ４並びに並列腕共振子Ｐ１～Ｐ３の設計パラメータは下記の表１に示す通りとした。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　実施例１の弾性波フィルタでは、直列腕共振子Ｓ３を第１の弾性波共振子とし、残りの直列腕共振子Ｓ１，Ｓ２－１，Ｓ２－２，Ｓ４及び並列腕共振子Ｐ１～Ｐ３が、第２の弾性波共振子からなる。第１，第２の弾性波共振子のＩＤＴ電極の構造は、前述した第１，第２の弾性波共振子のＩＤＴ電極５と同様とした。
　なお、直列腕共振子Ｓ３は、複数の直列腕共振子Ｓ１，Ｓ２－１，Ｓ２－２，Ｓ３及びＳ４のうち最も反共振周波数が低い弾性波共振子である。
　比較例１として、直列腕共振子Ｓ３も第２の弾性波共振子としたことを除いては、実施例１と同様にして比較例１の弾性波フィルタを用意した。
　図６の実線が実施例１の弾性波フィルタの減衰量－周波数特性を示し、破線が比較例の弾性波フィルタの減衰量－周波数特性を示す。また、図７は、図６の矢印Ｂで示す部分のうち、左側の減衰量のスケールで表されている部分を拡大して示す部分である。
　図６及び図７から明らかなように、比較例１の弾性波フィルタに比べて、実施例１の弾性波フィルタによれば、通過帯域高域側におけるフィルタ特性の急峻性が高められている。より具体的には、減衰量が３ｄＢから減衰量が３５ｄＢに増大するまでの周波数範囲である３ｄＢ－３５ｄＢ急峻性が、比較例１では９．３ＭＨｚであったのに対し、実施例１では９．１ＭＨｚであった。
　したがって、実施例１のラダー型フィルタでは、直列腕共振子Ｓ３が第１の弾性波共振子であるため、上記のようにフィルタ特性の急峻性を効果的に高めることが可能とされている。また、上記第１，第２の弾性波共振子を有するため、ピストンモードの形成により横モードリップルの抑圧が図られる。したがって、実施例１の弾性波フィルタでは、小型化を進めた場合であっても、横モードリップルの抑制と、フィルタ特性の急峻性とを両立し得ることがわかる。
　（実施例２及び比較例１）
　実施例２として、比較例１のラダー型フィルタのうち、並列腕共振子Ｐ１のみを第１の弾性波共振子としたことを除いては、比較例１と同様にして、実施例２のラダー型フィルタを用意した。なお、実施例２のラダー型フィルタの並列腕共振子Ｐ１は、上記のように、第１の弾性波共振子からなり、その第１の弾性波共振子の構成は、前述した図５（ａ）及び図５（ｂ）で示した第１の弾性波共振子と同様に構成した。
　図８は、実施例２及び比較例１の弾性波フィルタの減衰量－周波数特性を示す図である。図９は、図８中の矢印Ｃで示す部分のうち、左側の減衰量のスケールで表されている部分を拡大して示す図である。実線が実施例２の特性を、破線が比較例１の特性を示す。
　図８及び図９から明らかなように、比較例１に比べて、実施例２の弾性波フィルタでは、通過帯域低域側における急峻性が高められている。より具体的には、３ｄＢ－２０ｄＢ急峻性が、比較例１では１５．２ＭＨｚであるのに対し、実施例２では１５．０ＭＨｚである。なお、３ｄＢ－２０ｄＢ急峻性は、減衰量が３ｄＢである周波数と、減衰量が２０ｄＢである周波数との間の周波数差である。
　なお、並列腕共振子Ｐ１は、表１に示したように、複数の並列腕共振子Ｐ１～Ｐ３のうち、最も共振周波数が高い弾性波共振子である。
　実施例２の弾性波フィルタでは、上記のように、並列腕共振子Ｐ１が第１の弾性波共振子であるため、フィルタ特性の急峻性を効果的に高めることができる。したがって、実施例２においても、小型化を進めた場合であっても、横モードリップルの抑圧を効果的に図ることができ、かつフィルタ特性の急峻性を高めることができる。
　実施例１のように、中心周波数よりも高い反共振周波数を有する複数の直列腕共振子のうち、反共振周波数が最も低い直列腕共振子が、第１の弾性波共振子からなることが好ましい。反共振周波数が最も低い直列腕共振子が、通過帯域高域側の急峻性に最も大きく影響するためである。しかしながら、その他の直列腕共振子Ｓ１，Ｓ２－１，Ｓ２－２，Ｓ４についても、少なくとも１個の弾性波共振子が第１の弾性波共振子であってもよい。それによって、通過帯域高域側の急峻性をより一層高めることができる。より好ましくは、第１の弾性波共振子により全ての直列腕共振子が構成されていれば、通過帯域高域側の急峻性はより一層高めることができる。
　他方、実施例２に示したように、中心周波数よりも低い共振周波数を有する複数の前記並列腕共振子のうち、共振周波数が最も高い並列腕共振子Ｐ１が、第１の弾性波共振子からなることが好ましい。共振周波数が最も高い並列腕共振子が、通過帯域低域側の急峻性に最も大きく影響するためである。しかしながら、他の並列腕共振子Ｐ２，Ｐ３についても、少なくとも１個が第１の弾性波共振子であってもよい。その場合、通過帯域低域側の急峻性をより一層高めることができる。
　なお、複数の直列腕共振子及び複数の並列腕共振子を有する弾性波フィルタにおいて、複数の直列腕共振子が第１の弾性波共振子及び第２の弾性波共振子を有し、複数の並列腕共振子が第１の弾性波共振子及び第２の弾性波共振子を有していてもよい。例えば、実施例１の直列腕の構成と、実施例２の並列腕の構成が採用されていてもよい。このように、複数の弾性波共振子における第１の弾性波共振子と第２の弾性波共振子の配置は特に限定されるものではない。
　さらに、本発明の弾性波フィルタはラダー型フィルタに限らず、複数の弾性波共振子を有する帯域通過型フィルタに広く適用することができる。例えば、縦結合共振子型弾性波フィルタに直列腕共振子及び／または並列腕共振子が電気的に接続された帯域通過型フィルタにおける直列腕共振子及び並列腕共振子に、本発明を適用してもよい。
　図１０は、第２の実施形態に係る弾性波フィルタを有するデュプレクサの回路図である。
　デュプレクサ３１では、アンテナ端子３２に、第２の実施形態の弾性波フィルタ３３及び縦結合共振子型弾性波フィルタ３４が接続されている。弾性波フィルタ３３は送信フィルタであり、送信端子３６と共通端子３５との間に接続されている。縦結合共振子型弾性波フィルタ３４は受信フィルタである。縦結合共振子型弾性波フィルタ３４は、共通端子３５と受信端子３７との間に接続されている。このようなデュプレクサにおいて、第２の実施形態の弾性波フィルタ３３を送信フィルタとして用いた場合、送信フィルタの小型化を進めた場合であっても、横モードリップルの抑制と、フィルタ特性の急峻性を高めることができる。
　また、複数の直列腕共振子Ｓ１～Ｓ４及び並列腕共振子Ｐ１～Ｐ４のうち、アンテナ端子３２から最も遠い弾性波共振子が第１の弾性波共振子からなることが好ましい。アンテナ端子３２から最も遠い弾性波共振子とは、複数の直列腕共振子Ｓ１～Ｓ４のうち、直列腕共振子Ｓ１である。また、並列腕共振子Ｐ１～Ｐ４のうち、並列腕共振子Ｐ１である。直列腕共振子Ｓ１及び並列腕共振子Ｐ１の少なくとも一方が第１の弾性波共振子からなることが好ましい。第１の弾性波共振子は、第２の弾性波共振子と異なり音速低下膜を付加していないため、第２の弾性波共振子に比べて、音速低下膜の応力による圧電膜の分極反転が生じ難く耐電力性も高い。したがって、大きな電力が印加されやすく、電圧による負荷のかかりやすい送信端子に最も近い直列腕共振子Ｓ１または並列腕共振子Ｐ１を第１の弾性波共振子とすることで、弾性波フィルタ３３の圧電膜の分極反転を生じにくくすることができ、また、耐電力性も高めることができる。
　また、複数の直列腕共振子Ｓ１～Ｓ４及び並列腕共振子Ｐ１～Ｐ４のうち、アンテナ端子３２から最も近い弾性波共振子が第１の弾性波共振子からなることが好ましい。アンテナ端子３２から最も近い弾性波共振子とは、複数の直列腕共振子Ｓ１～Ｓ４のうち、直列腕共振子Ｓ４である。直列腕共振子Ｓ４が第１の弾性波共振子からなることが好ましい。第２の弾性波共振子のデューティを大きくすることで小型化を図った場合、デュプレクサ３１の線形性が悪化するという問題がある。しかし、最も線形性が悪化しやすい、アンテナ端子に最も近い弾性波共振子を第１の弾性波共振子とし、デューティを第２の弾性波共振子よりも小さくすることで、デュプレクサ３１の線形性悪化を抑制することができる。
　なお、弾性波フィルタ３３を受信フィルタとして用いてもよい。その場合、複数の直列腕共振子Ｓ１～Ｓ４及び並列腕共振子Ｐ１～Ｐ４のうち、アンテナ端子３２から最も遠い弾性波共振子が第１の弾性波共振子であることが好ましい。すなわち、直列腕共振子Ｓ１及び並列腕共振子Ｐ１のうち、少なくとも一方が第１の弾性波共振子からなることが好ましい。第１の弾性波共振子は、第２の弾性波共振子と異なり音速低下膜を付加していないため、第２の弾性波共振子に比べて、音速低下膜の応力による圧電膜の分極反転が生じ難い。したがって、電圧による負荷のかかりやすい、受信端子に最も近い直列腕共振子Ｓ１または並列腕共振子Ｐ１を第１の弾性波共振子とすることで、弾性波フィルタ３３の圧電膜の分極反転を生じにくくすることができる。
　図１１は、第３の実施形態に係る弾性波フィルタを有するデュプレクサの回路図である。
　デュプレクサ４１では、アンテナ端子３２と弾性波フィルタ３３との間に移相回路４２が接続されている。その他の回路構成自体は、デュプレクサ４１はデュプレクサ３１と同様である。このような移相回路４２を有するデュプレクサ４１において、弾性波フィルタ３３として本発明の実施形態の弾性波フィルタを用いてもよい。
　図１２（ａ）～図１２（ｄ）は、第２の弾性波共振子の電極構造の変形例を説明するための部分正面断面図である。図１２（ａ）は、図４に示した弾性波共振子の第２のエッジ領域Ｅ２を通り、弾性波伝搬方向に沿う断面を示す。前述したように、音速低下膜２２ａが、第２のエッジ領域において弾性波伝搬方向に延びるように設けられている。
　図１２（ｂ）に示すように、音速低下膜２３ａが、第１，第２のエッジ領域において、第１，第２の電極指５ａ，５ｂと、圧電膜８ｄとの間に配置されていてもよい。また、図１２（ｃ）に示すように、音速低下膜２４ａが第１の電極指５ａ及び第２の電極指５ｂ上に積層されていてもよい。この場合、音速低下膜２４ａとして、金属材料等を用いてもよい。
　さらに、図１２（ｄ）に示すように、音速低下膜２５ａを、第１，第２の電極指５ａ，５ｂと圧電膜８ｄとの間に積層してもよい。この場合、音速低下膜２５ａとして、金属材料等を用いてもよい。
　なお、酸化ケイ素は、図１２（ａ）及び図１２（ｃ）に示すように、第１，第２の電極指５ａ，５ｂ上に設けられる場合には、音速低下膜として機能する。他方、図１２（ｂ）及び図１２（ｄ）に示すように、第１，第２の電極指５ａ，５ｂの下に設けられる場合には、酸化ケイ素が、音速向上膜として作用する。
　上記の通り、第２の弾性波共振子における音速低下膜については、様々な形態で第１，第２のエッジ領域に配置することができ、特に限定されるものではない。
　また、図１３は第４の実施形態に係る弾性波フィルタに用いられる第２の弾性波共振子の電極構造５１を示す平面図である。ここでは、交差領域Ｄのうち中央領域Ｆにおいて、第１，第２の電極指５ａ，５ｂを覆うように、音速向上膜５２が積層されている。音速向上膜５２を、中央領域Ｆに設けることにより、中央領域Ｆにおける音速を高めることができる。このように、中央領域Ｆに音速向上膜を設けてもよい。この場合、音速向上膜５２は、第１，第２の電極指５ａ，５ｂと圧電膜８ｄとの間に積層されていてもよい。
　上記音速向上膜５２として機能し得る材料は、例えば、Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮ、ＳｉＮ、ＳｉＯＸ等が挙げられる。
　また、上記音速向上膜５２と、音速低下膜とを併用してもよい。すなわち、第１，第２のエッジ領域において、音速低下膜を配置し、中央領域に音速向上膜５２を配置してもよい。
　なお、上記第１の圧電共振子及び第２の圧電共振子は、同一圧電基板上に構成されていてもよい。また、第１の圧電共振子の圧電基板と、第２の圧電基板とが、別の圧電基板に構成されていてもよい。
　１…弾性波フィルタ
　２…入力端子
　３…出力端子
　４…弾性波共振子
　５…ＩＤＴ電極
　５Ａ…ＩＤＴ電極
　５ａ…第１の電極指
　５ｂ…第２の電極指
　５ａ１，５ａ２，５ｂ１，５ｂ２…拡幅部
　６，７…反射器
　８…圧電基板
　８ａ…支持基板
　８ｂ…高音速材料層
　８ｃ…低音速膜
　８ｄ…圧電膜
　１１…電極構造
　２１…電極構造
　２２ａ，２２ｂ，２３ａ，２４ａ，２５ａ…音速低下膜
　３１…デュプレクサ
　３２…アンテナ端子
　３３…弾性波フィルタ
　３４…縦結合共振子型弾性波フィルタ
　３５…共通端子
　３６…送信端子
　３７…受信端子
　４１…デュプレクサ
　４２…移相回路
　５１…電極構造
　５２…音速向上膜
　Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４…並列腕共振子
　Ｓ１，Ｓ２，Ｓ２－１，Ｓ２－２，Ｓ３，Ｓ４…直列腕共振子

Claims (18)

  1. 　圧電基板と、前記圧電基板上に構成されており、間挿しあう第１，第２の電極指を有するＩＤＴ電極と、を有する複数の弾性波共振子を備え、
    　弾性波伝搬方向において、前記第１の電極指と前記第２の電極指とが重なり合う領域を交叉領域としたときに、交叉領域が、前記第１，第２の電極指の延びる方向中央に位置している中央領域と、中央領域の前記第１，第２の電極指が延びる方向両外側に配置された第１，第２のエッジ領域とを有し、前記第１，第２のエッジ領域における音速が、前記中央領域における音速よりも低くされており、
    　前記複数の弾性波共振子が、
    　前記第１，第２のエッジ領域における第１の電極指の幅および第２の電極指の幅の少なくとも一方が、前記中央領域における前記第１の電極指の幅及び前記第２の電極指の幅の少なくとも一方よりも大きくされている第１の弾性波共振子と、
    　前記第１，第２のエッジ領域に音速低下膜が積層されている構成及び前記中央領域に音速を高める音速向上膜が積層されている構成の少なくとも一方を含む第２の弾性波共振子とを有する、弾性波フィルタ。
  2. 　圧電基板と、前記圧電基板上に構成されており、間挿しあう第１，第２の電極指を有するＩＤＴ電極と、を有する複数の弾性波共振子を備え、
    　弾性波伝搬方向において、前記第１の電極指と前記第２の電極指とが重なり合う領域を交叉領域としたときに、交叉領域が、前記第１，第２の電極指の延びる方向中央に位置している中央領域と、中央領域の前記第１，第２の電極指が延びる方向両外側に配置された第１，第２のエッジ領域とを有し、前記第１，第２のエッジ領域における音速が、前記中央領域における音速よりも低くされており、
    　前記複数の弾性波共振子が、
    　前記第１，第２のエッジ領域における第１の電極指の幅および第２の電極指の幅の少なくとも一方が、前記中央領域における前記第１の電極指の幅及び前記第２の電極指の幅の少なくとも一方よりも大きくされている第１の弾性波共振子と、
    　前記第１，第２のエッジ領域に五酸化タンタル、酸化ハフニウム、五酸化ニオブ、酸化タングステン、及び酸化ケイ素からなる絶縁膜、又は、Ａｌ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ａｕ、Ａｇ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔａ、Ｍｇ、Ｆｅ、Ｒｕ又はこれらの金属のいずれかを主体とする合金が積層されている構成及び前記中央領域に、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、窒化ケイ素及び酸化ケイ素からなる群から選択された材料からなる膜が積層されている構成の少なくとも一方を含む第２の弾性波共振子とを有する、弾性波フィルタ。
  3. 　前記第１の弾性波共振子における前記ＩＤＴ電極の前記中央領域におけるデューティーよりも、前記第２の弾性波共振子における前記ＩＤＴ電極の前記中央領域におけるデューティーの方が大きい、請求項１または２に記載の弾性波フィルタ。
  4. 　前記複数の弾性波共振子は、直列腕共振子と並列腕共振子とを有する、請求項１～３のいずれか１項に記載の弾性波フィルタ。
  5. 　前記直列腕共振子が複数個配置されており、前記並列腕共振子が複数個配置されている、請求項４に記載の弾性波フィルタ。
  6. 　ラダー型フィルタである、請求項５に記載の弾性波フィルタ。
  7. 　前記ラダー型フィルタの通過帯域の中心周波数よりも高い反共振周波数を有する複数の前記直列腕共振子のうち、最も反共振周波数が低い前記直列腕共振子が、前記第１の弾性波共振子である、請求項６に記載の弾性波フィルタ。
  8. 　前記ラダー型フィルタの通過帯域の中心周波数よりも低い共振周波数を有する複数の前記並列腕共振子のうち、最も共振周波数が高い前記並列腕共振子が、前記第１の弾性波共振子である、請求項６に記載の弾性波フィルタ。
  9. 　さらに共通端子を備え、
    　複数の前記直列腕共振子のうち、最も前記共通端子に近い前記直列腕共振子が、前記第１の弾性波共振子である、請求項５または６に記載の弾性波フィルタ。
  10. 　アンテナ端子と、送信端子とを有する送信フィルタであり、
    　前記複数の弾性波共振子のうち、最も前記アンテナ端子から遠い前記弾性波共振子が前記第１の弾性波共振子である、請求項１～８のいずれか１項に記載の弾性波フィルタ。
  11. 　アンテナ端子と、受信端子とを有する受信フィルタであり、
    　前記複数の弾性波共振子のうち、最も前記アンテナ端子から遠い前記弾性波共振子が前記第１の弾性波共振子である、請求項１～８のいずれか１項に記載の弾性波フィルタ。
  12. 　前記複数の弾性波共振子が、前記第１の弾性波共振子及び前記第２の弾性波共振子とは異なる構造を有する弾性波共振子をさらに含む、請求項１～１１のいずれか１項に記載の弾性波フィルタ。
  13. 　前記直列腕共振子または前記並列腕共振子に電気的に接続されている縦結合共振子型弾性波フィルタをさらに備える、請求項４または５に記載の弾性波フィルタ。
  14. 　前記第１の弾性波共振子と前記第２の弾性波共振子とが同一圧電基板に構成されている、請求項１～１３のいずれか１項に記載の弾性波フィルタ。
  15. 　前記圧電基板が、高音速材料層と、前記高音速材料層上に直接または間接に積層された圧電膜とを有し、前記高音速材料層が、伝搬するバルク波の音速が、前記圧電膜を伝搬する弾性波の音速よりも高い高音速材料からなる、請求項１～１４のいずれか１項に記載の弾性波フィルタ。
  16. 　前記高音速材料層と、前記圧電膜との間に積層されている低音速膜をさらに備え、
    　前記低音速膜を伝搬するバルク波の音速が、前記圧電膜を伝搬するバルク波の音速よりも低い、請求項１５に記載の弾性波フィルタ。
  17. 　前記高音速材料層の前記圧電膜とは反対側に積層されている支持基板をさらに備える、請求項１５または１６に記載の弾性波フィルタ。
  18. 　前記高音速材料層が高音速材料からなる支持基板である、請求項１５または１６に記載の弾性波フィルタ。
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