WO2021060522A1 - 弾性波装置 - Google Patents

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WO2021060522A1
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elastic wave
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wave device
piezoelectric layer
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翔 永友
木村　哲也
毅 山根
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株式会社村田製作所
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Definitions

  • the present invention relates to an elastic wave device having a piezoelectric layer made of lithium niobate or lithium tantalate.
  • Patent Document 1 discloses an elastic wave device using a Lamb wave as a plate wave.
  • the IDT electrode is provided on the upper surface of the piezoelectric film made of LiNbO 3 or LiTaO 3.
  • a voltage is applied between the plurality of electrode fingers connected to one potential of the IDT electrode and the plurality of electrode fingers connected to the other potential. This encourages Lamb waves.
  • Reflectors are provided on both sides of the IDT electrode. As a result, an elastic wave resonator using a plate wave is constructed.
  • An object of the present invention is to provide an elastic wave device capable of increasing the Q value even when miniaturization is promoted.
  • the first invention of the present application includes a piezoelectric layer made of lithium niobate or lithium tantalate, and first and second electrodes facing each other in a direction intersecting the thickness direction of the piezoelectric layer, and is provided with a thickness sliding primary mode. It is an elastic wave device that uses the bulk wave of.
  • the second invention of the present application includes a piezoelectric layer made of lithium niobate or lithium tantalate, and first and second electrodes facing each other in a direction intersecting the thickness direction of the piezoelectric layer.
  • the second electrodes are adjacent electrodes, and when the thickness of the piezoelectric layer is d and the distance between the centers of the first electrode and the second electrode is p, d / p is 0.5 or less. It is an elastic wave device.
  • the Q value is increased even when miniaturization is promoted. Can be done.
  • FIG. 1 (a) and 1 (b) are a schematic perspective view showing the appearance of the elastic wave device according to the first embodiment of the present invention and a plan view showing an electrode structure on the piezoelectric layer.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of a portion along the line AA in FIG. 1 (a).
  • FIG. 3A is a schematic front sectional view for explaining a Lamb wave propagating in a piezoelectric film of a conventional elastic wave device
  • FIG. 3B is an elastic wave according to an embodiment of the present invention. It is a schematic front sectional view for demonstrating the bulk wave of the thickness slip primary mode propagating in the piezoelectric layer in an apparatus.
  • FIG. 4 is a diagram showing the amplitude direction of the bulk wave in the thickness slip primary mode.
  • FIG. 5 is a diagram showing the resonance characteristics of the elastic wave device according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 6A is a diagram showing the relationship between d / 2p and the specific band as a resonator when the center-to-center distance or the average distance between the centers of adjacent electrodes is p and the thickness of the piezoelectric layer is d.
  • FIG. 6B is a diagram showing the relationship between d / 2p and the specific band as a resonator when the center-to-center distance or the average distance between the centers of adjacent electrodes is p and the thickness of the piezoelectric layer is d.
  • FIG. 7 is a diagram showing the resonance characteristics of the elastic wave device of the reference example in which spurious appears.
  • FIG. 6A is a diagram showing the relationship between d / 2p and the specific band as a resonator when the center-to-center distance or the average distance between the centers of adjacent electrodes is p and the thickness of the piezoelectric layer is d.
  • FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the specific band and the size of the standardized spurious.
  • FIG. 9 is a diagram showing the relationship between d / 2p, the metallization ratio MR, and the specific band.
  • FIG. 10 is a diagram showing a map of the specific band when d / p is made as close to 0 as possible in LiNbO 3 with Euler angles (0 °, ⁇ , ⁇ ).
  • FIG. 11 is a partially cutaway front sectional view for explaining the elastic wave device according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a plan view showing an elastic wave device according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a front sectional view of the elastic wave device according to the fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 14A is a front sectional view for explaining the elastic wave device according to the fifth embodiment of the present invention
  • FIG. 14B is a front sectional view showing a modified example thereof.
  • FIG. 15 (a) is a front sectional view for explaining the elastic wave device according to the sixth embodiment of the present invention
  • FIG. 15 (b) is a front sectional view showing a modified example thereof.
  • 15 (c) is a front sectional view showing still another modification.
  • FIG. 16 is a plan view for explaining a first modification of the electrode structure in the elastic wave device of the present invention.
  • FIG. 17 is a plan view for explaining a second modification of the electrode structure in the elastic wave device of the present invention.
  • FIG. 18 is a front sectional view of the elastic wave device according to the seventh embodiment of the present invention.
  • FIG. 19 is a front sectional view showing a piezoelectric layer and a pair of electrodes according to an eighth embodiment of the present invention.
  • 20 (a) is a front sectional view showing a piezoelectric layer and a pair of electrodes according to a ninth embodiment of the present invention, and FIGS. 20 (b) to 20 (d) explain modifications thereof. It is a front sectional view for this.
  • 21 (a) to 21 (c) are front sectional views for explaining still another modification of the elastic wave device of the present invention.
  • the first and second inventions of the present application include a piezoelectric layer made of lithium niobate or lithium tantalate, a first electrode and a second electrode facing each other in a direction intersecting the thickness direction of the piezoelectric layer.
  • the bulk wave of the thickness slip primary mode is used.
  • the thickness of the piezoelectric layer is d, and the distance between the centers of the first electrode and the second electrode is p, d / p is 0.5 or less.
  • FIG. 1A is a schematic perspective view showing the appearance of the elastic wave device according to the first embodiment of the first and second inventions
  • FIG. 1B is an electrode structure on a piezoelectric layer
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of a portion along the line AA in FIG. 1 (a).
  • the elastic wave device 1 has a piezoelectric layer 2 made of LiNbO 3.
  • the piezoelectric layer 2 may be made of LiTaO 3.
  • the cut angle of LiNbO 3 and LiTaO 3 is Z cut in this embodiment, but may be rotary Y cut or X cut. Propagation directions of Y propagation and X propagation ⁇ 30 ° are preferable.
  • the thickness of the piezoelectric layer 2 is not particularly limited, but is preferably 50 nm or more and 600 nm or less in order to effectively excite the thickness slip primary mode.
  • the piezoelectric layer 2 has first and second main surfaces 2a and 2b facing each other. Electrodes 3 and electrodes 4 are provided on the first main surface 2a.
  • the electrode 3 is an example of the “first electrode”
  • the electrode 4 is an example of the “second electrode”.
  • a plurality of electrodes 3 are connected to the first bus bar 5.
  • the plurality of electrodes 4 are connected to the second bus bar 6.
  • the plurality of electrodes 3 and the plurality of electrodes 4 are interleaved with each other.
  • the electrode 3 and the electrode 4 have a rectangular shape and have a length direction.
  • the electrode 3 and the adjacent electrode 4 face each other in a direction orthogonal to the length direction.
  • the length direction of the electrodes 3 and 4 and the direction orthogonal to the length direction of the electrodes 3 and 4 are directions that intersect with each other in the thickness direction of the piezoelectric layer 2.
  • the electrode 3 and the adjacent electrode 4 face each other in the direction of intersecting with each other in the thickness direction of the piezoelectric layer 2.
  • the length direction of the electrodes 3 and 4 may be replaced with the direction orthogonal to the length direction of the electrodes 3 and 4 shown in FIGS. 1 (a) and 1 (b). That is, in FIGS. 1A and 1B, the electrodes 3 and 4 may be extended in the direction in which the first bus bar 5 and the second bus bar 6 are extended. In that case, the first bus bar 5 and the second bus bar 6 extend in the direction in which the electrodes 3 and 4 extend in FIGS. 1 (a) and 1 (b).
  • a plurality of pairs of structures in which the electrode 3 connected to one potential and the electrode 4 connected to the other potential are adjacent to each other are provided in a direction orthogonal to the length direction of the electrodes 3 and 4.
  • the case where the electrode 3 and the electrode 4 are adjacent to each other does not mean that the electrode 3 and the electrode 4 are arranged so as to be in direct contact with each other, but that the electrode 3 and the electrode 4 are arranged so as to be spaced apart from each other. Points to.
  • the electrode connected to the hot electrode or the ground electrode, including the other electrodes 3 and 4 is not arranged between the electrode 3 and the electrode 4.
  • This logarithm does not have to be an integer pair, and may be 1.5 pairs, 2.5 pairs, or the like.
  • the distance between the centers of the electrodes 3 and 4, that is, the pitch is preferably in the range of 1 ⁇ m or more and 10 ⁇ m or less. Further, when there are a plurality of at least one of the electrodes 3 and 4 (when there are 1.5 or more pairs of electrodes when the electrodes 3 and 4 are paired), the distance between the centers of the electrodes 3 and 4 Refers to the average value of the distance between the centers of the adjacent electrodes 3 and 4 among the 1.5 pairs or more of the electrodes 3 and 4.
  • the width of the electrodes 3 and 4, that is, the dimensions of the electrodes 3 and 4 in the opposite direction are preferably in the range of 50 nm or more and 1000 nm or less.
  • the distance between the centers of the electrodes 3 and 4 is the center of the dimension (width dimension) of the electrode 3 in the direction orthogonal to the length direction of the electrode 3 and the electrode 4 in the direction orthogonal to the length direction of the electrode 4. It is the distance connecting the center of the dimension (width dimension) of.
  • the direction orthogonal to the length direction of the electrodes 3 and 4 is the direction orthogonal to the polarization direction of the piezoelectric layer 2. This does not apply when a piezoelectric material having another cut angle is used as the piezoelectric layer 2.
  • “orthogonal” is not limited to the case of being strictly orthogonal, and is substantially orthogonal (the angle formed by the direction orthogonal to the length direction of the electrodes 3 and 4 and the polarization direction PZ1 is, for example, 90 ° ⁇ 10 °). ) May be.
  • a support member 8 is provided on the second main surface 2b side of the piezoelectric layer 2 via an insulating layer 7.
  • the insulating layer 7 and the support member 8 have a frame-like shape, and as shown in FIG. 2, have openings 7a and 8a.
  • the air gap 9 is formed.
  • the air gap 9 is provided so as not to interfere with the vibration of the excitation region of the piezoelectric layer 2. That is, when viewed in a plan view, the air gap 9 is located on the side where at least one pair of electrodes 3 and 4 is provided in a region overlapping at least a part of the portion where at least one pair of electrodes 3 and 4 is provided. Is formed on the opposite side.
  • the support member 8 is laminated on the second main surface 2b via the insulating layer 7 at a position where it does not overlap with the portion where at least one pair of electrodes 3 and 4 are provided.
  • the insulating layer 7 may not be provided. Therefore, the support member 8 can be directly or indirectly laminated on the second main surface 2b of the piezoelectric layer 2. Further, the support member 8 not only overlaps the portion provided with at least one pair of electrodes 3 and 4 in a plan view, but also overlaps the portion provided with at least one pair of electrodes 3 and 4. It may also be provided at the position. In this case, the air gap 9 is provided between the piezoelectric layer 2 and the support member 8 at a position overlapping the portion where at least one pair of electrodes 3 and 4 are provided in a plan view.
  • the insulating layer 7 is made of silicon oxide. However, in addition to silicon oxide, an appropriate insulating material such as silicon nitride or alumina can be used.
  • the support member 8 is made of Si. The plane orientation of Si on the surface of the piezoelectric layer 2 side may be (100), or may be (110) or (111). Preferably, high resistance Si having a resistivity of 4 k ⁇ or more is desirable. However, the support member 8 can also be configured by using an appropriate insulating material or semiconductor material.
  • the plurality of electrodes 3 and 4 and the first and second bus bars 5 and 6 are made of an appropriate metal or alloy such as an Al or AlCu alloy.
  • the electrodes 3 and 4 and the first and second bus bars 5 and 6 have a structure in which an Al film is laminated on a Ti film.
  • An adhesion layer other than the Ti film may be used.
  • an AC voltage is applied between the plurality of electrodes 3 and the plurality of electrodes 4. More specifically, an AC voltage is applied between the first bus bar 5 and the second bus bar 6. Thereby, it is possible to obtain a resonance characteristic using the bulk wave of the thickness slip primary mode excited in the piezoelectric layer 2.
  • the elastic wave device 1 when the thickness of the piezoelectric layer 2 is d and the distance between the centers of the adjacent electrodes 3 and 4 of the plurality of pairs of electrodes 3 and 4 is p, d / p is 0. It is said to be 5 or less. Therefore, the bulk wave in the thickness slip primary mode is effectively excited, and good resonance characteristics can be obtained.
  • d / p is 0.24 or less, in which case even better resonance characteristics can be obtained.
  • the center-to-center distance p of the adjacent electrodes 3 and 4 is the average distance between the centers of the adjacent electrodes 3 and 4.
  • the elastic wave device 1 of the present embodiment has the above configuration, the Q value is unlikely to decrease even if the logarithm of the electrodes 3 and 4 is reduced in order to reduce the size. This is because energy can be confined even if the number of electrode fingers in the reflector is small. Further, the reason why the above reflector is not required is that the bulk wave of the thickness slip primary mode is used. The difference between the Lamb wave used in the conventional elastic wave device and the bulk wave in the thickness slip primary mode will be described with reference to FIGS. 3 (a) and 3 (b).
  • FIG. 3A is a schematic front sectional view for explaining a Lamb wave propagating in a piezoelectric film of an elastic wave device as described in Patent Document 1.
  • waves propagate in the piezoelectric film 201 as indicated by arrows.
  • the first main surface 201a and the second main surface 201b face each other, and the thickness direction connecting the first main surface 201a and the second main surface 201b is the Z direction.
  • the X direction is the direction in which the electrode fingers of the IDT electrodes are lined up.
  • the wave propagates in the X direction as shown in the figure.
  • the piezoelectric film 201 vibrates as a whole because it is a plate wave, the wave propagates in the X direction, so reflectors are arranged on both sides to obtain resonance characteristics. Therefore, when the size is reduced, that is, when the logarithm of the electrode fingers of the reflector is reduced, wave propagation loss occurs and the Q value decreases.
  • the vibration displacement is in the thickness sliding direction, so that the waves are generated by the first main surfaces 2a and the second of the piezoelectric layer 2.
  • the reflector is not always required. Therefore, even if the logarithm of the electrode pair consisting of the electrodes 3 and 4 is reduced in order to promote miniaturization, the Q value is unlikely to decrease.
  • the amplitude direction of the bulk wave in the thickness slip primary mode is opposite between the first region 451 included in the excitation region of the piezoelectric layer 2 and the second region 452 included in the excitation region.
  • FIG. 4 schematically shows a bulk wave when a voltage at which the electrode 4 has a higher potential than that of the electrode 3 is applied between the electrodes 3 and 4.
  • the first region 451 is a region of the excitation region between the virtual plane VP1 orthogonal to the thickness direction of the piezoelectric layer 2 and dividing the piezoelectric layer 2 into two, and the first main surface 2a.
  • the second region 452 is a region between the virtual plane VP1 and the second main surface 2b in the excitation region.
  • the elastic wave device 1 As described above, in the elastic wave device 1, at least one pair of electrodes consisting of the electrodes 3 and 4 is arranged, but since the wave is not propagated in the X direction, the elastic wave device 1 is composed of the electrodes 3 and 4.
  • the number of pairs of electrodes does not necessarily have to be multiple. That is, at least one pair of electrodes need only be provided.
  • the electrode 3 is an electrode connected to a hot potential
  • the electrode 4 is an electrode connected to a ground potential.
  • the electrode 3 may be connected to the ground potential and the electrode 4 may be connected to the hot potential.
  • at least one pair of electrodes is an electrode connected to a hot potential or an electrode connected to a ground potential as described above, and is not provided with a floating electrode.
  • FIG. 5 is a diagram showing an example of the resonance characteristics of the elastic wave device 1 of the first embodiment.
  • the design parameters of the elastic wave device 1 that has obtained this resonance characteristic are as follows.
  • Insulation layer 7 1 ⁇ m thick silicon oxide film.
  • Support member 8 Si.
  • the length of the excitation region is a dimension along the length direction of the electrodes 3 and 4 in the excitation region.
  • the distance between the electrodes of the electrode pair consisting of the electrodes 3 and 4 is the same for the plurality of pairs. That is, the electrodes 3 and 4 were arranged at equal pitches.
  • d / p is more preferably 0.5 or less. Is 0.24 or less. This will be described with reference to FIGS. 6A and 6B.
  • FIG. 6 is a diagram showing the relationship between this d / 2p and the specific band as a resonator of the elastic wave device.
  • the specific band when d / 2p exceeds 0.25, that is, when d / p> 0.5, the specific band is less than 5% even if d / p is adjusted.
  • the specific band in the case of d / 2p ⁇ 0.25, that is, d / p ⁇ 0.5, the specific band can be set to 5% or more by changing d / p within that range. That is, a resonator having a high coupling coefficient can be constructed.
  • the specific band when d / 2p is 0.12 or less, that is, when d / p is 0.24 or less, the specific band can be increased to 7% or more.
  • d / p is adjusted within this range, a resonator having a wider specific band can be obtained, and a resonator having a higher coupling coefficient can be realized. Therefore, as in the second invention of the present application, by setting d / p to 0.5 or less, it is possible to construct a resonator having a high coupling coefficient using the bulk wave of the thickness slip primary mode. I understand.
  • FIG. 6B is an enlarged graph of a part of FIG. 6A.
  • the coupling coefficient is further increased and the specific band is made larger. It is also possible to do. Further, if 0.048 ⁇ d / p ⁇ 0.072, the coupling coefficient can be further increased and the specific band can be further increased.
  • At least one pair of electrodes may be a pair, and in the case of a pair of electrodes, p is the distance between the centers of adjacent electrodes 3 and 4. In the case of 1.5 pairs or more of electrodes, the average distance between the centers of adjacent electrodes 3 and 4 may be p.
  • the above-mentioned adjacent electrodes 3 and 4 are adjacent to the excitation region, which is a region in which any of the adjacent electrodes 3 and 4 overlap when viewed in the opposite direction. It is desirable that the metallization ratio MR of the electrodes 3 and 4 satisfies MR ⁇ 1.75 (d / p) + 0.075. In that case, spurious can be effectively reduced. This will be described with reference to FIGS. 7 and 8.
  • FIG. 7 is a reference diagram showing an example of the resonance characteristics of the elastic wave device 1.
  • the spurious indicated by the arrow B appears between the resonance frequency and the antiresonance frequency.
  • the metallization ratio MR will be described with reference to FIG. 1 (b).
  • the portion surrounded by the alternate long and short dash line C is the excitation region.
  • the excitation region is a region in which the electrode 3 and the electrode 4 overlap with the electrode 4 in the electrode 3 when viewed in a direction orthogonal to the length direction of the electrodes 3 and 4, that is, in an opposite direction, and the electrode 3 in the electrode 4. The region where the electrode 3 and the electrode 4 overlap each other and the region where the electrode 3 and the electrode 4 overlap each other.
  • the metallization ratio MR is a ratio of the area of the metallization portion to the area of the excitation region.
  • the ratio of the metallization portion included in the total excitation region to the total area of the excitation region may be MR.
  • FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the specific band when a large number of elastic wave resonators are configured according to the present embodiment and the phase rotation amount of the impedance of the spurious normalized at 180 degrees as the size of the spurious. is there.
  • the specific band was adjusted by variously changing the film thickness of the piezoelectric layer and the dimensions of the electrodes. Further, FIG. 8 shows the result when a piezoelectric layer made of Z-cut LiNbO 3 is used, but the same tendency is obtained when a piezoelectric layer having another cut angle is used.
  • the spurious is as large as 1.0.
  • the specific band exceeds 0.17, that is, when it exceeds 17%, the pass band even if a large spurious having a spurious level of 1 or more changes the parameters constituting the specific band. Appears in. That is, as shown in the resonance characteristic of FIG. 7, a large spurious indicated by an arrow B appears in the band. Therefore, the specific band is preferably 17% or less. In this case, the spurious can be reduced by adjusting the film thickness of the piezoelectric layer 2 and the dimensions of the electrodes 3 and 4.
  • FIG. 9 is a diagram showing the relationship between d / 2p, the metallization ratio MR, and the specific band.
  • various elastic wave devices having different MRs from d / 2p were configured, and the specific band was measured.
  • the portion shown with hatching on the right side of the broken line D in FIG. 9 is a region having a specific band of 17% or less.
  • FIG. 10 is a diagram showing a map of the specific band with respect to Euler angles (0 °, ⁇ , ⁇ ) of LiNbO 3 when d / p is brought as close to 0 as possible.
  • the hatched portions in FIG. 10 are regions E, F, G, and H in which a specific band of at least 5% or more can be obtained. Approximating the range of regions E, F, G, and H gives the range represented by the following equations (1), (2), and (3).
  • the specific band can be sufficiently widened, which is preferable.
  • FIG. 11 is a partially cutaway front sectional view of the elastic wave device according to the second embodiment.
  • the protective film 22 is laminated on the first main surface 2a of the piezoelectric layer 2 so as to cover at least one pair of electrodes 3 and 4.
  • an insulating material such as silicon oxide or silicon nitride can be preferably used.
  • the protective film 22 also covers the gap region between the electrodes 3 and 4, the gap region may be partially covered.
  • FIG. 12 is a plan view of the elastic wave device according to the third embodiment.
  • a pair of electrodes having electrodes 3 and 4 is provided on the first main surface 2a of the piezoelectric layer 2.
  • K in FIG. 12 is the length of the excitation region.
  • the logarithm of the electrodes may be one pair. Even in this case, if the d / p is 0.5 or less, the bulk wave in the thickness slip primary mode can be effectively excited.
  • FIG. 13 is a front sectional view of the elastic wave device according to the fourth embodiment.
  • the acoustic multilayer film 42 is laminated on the second main surface 2b of the piezoelectric layer 2.
  • the acoustic multilayer film 42 has a laminated structure of low acoustic impedance layers 42a, 42c, 42e having a relatively low acoustic impedance and high acoustic impedance layers 42b, 42d having a relatively high acoustic impedance.
  • the bulk wave in the thickness slip primary mode can be confined in the piezoelectric layer 2 without using the air gap 9 in the elastic wave device 1.
  • the elastic wave device 41 by setting the d / p to 0.5 or less, it is possible to obtain resonance characteristics based on the bulk wave in the thickness slip primary mode.
  • the number of layers of the low acoustic impedance layer and the high acoustic impedance layer is not particularly limited. It is only necessary that at least one high acoustic impedance layer is arranged on the side farther from the piezoelectric layer 2 than the low acoustic impedance layer.
  • the low acoustic impedance layers 42a, 42c, 42e and the high acoustic impedance layers 42b, 42d can be made of an appropriate material as long as the relationship of the acoustic impedance is satisfied.
  • the material of the low acoustic impedance layers 42a, 42c, 42e silicon oxide, silicon oxynitride, or the like can be mentioned.
  • the materials of the high acoustic impedance layers 42b and 42d include alumina, silicon nitride, and metal.
  • FIG. 14A is a front sectional view for explaining the elastic wave device according to the fifth embodiment
  • FIG. 14B is a front sectional view showing a modified example thereof.
  • FIG. 14A shows only a part of the elastic wave device 51 of the fifth embodiment, that is, the part where the piezoelectric layer 2 and at least one pair of electrodes 3 and 4 are provided.
  • the elastic wave device 51 of the fifth embodiment at least one pair of electrodes 3 and 4 are provided on the first main surface 2a of the piezoelectric layer 2.
  • at least one pair of electrodes 3 and 4 are provided on the second main surface 2b.
  • at least one pair of electrodes may be provided on the second main surface 2b side as well.
  • the electrodes 3 and 4 provided on the second main surface 2b are preferably provided so as to overlap the electrodes 3 and 4 on the first main surface 2a via the piezoelectric layer 2.
  • the electrodes 3 and 4 on the first main surface 2a are partially different from the electrodes 3 and 4 on the second main surface 2b. It may overlap. That is, at least in part, the electrodes 3 and 4 on the first main surface 2a and the electrodes 3 and 4 on the second main surface 2b may overlap.
  • the elastic wave device 51 is configured in the same manner as the elastic wave device 1 except for the piezoelectric layer 2 and the electrodes 3 and 4. Therefore, similarly to the elastic wave device 1, the resonance characteristic due to the bulk wave in the thickness slip primary mode can be obtained satisfactorily, and the Q value can be increased even when the miniaturization is advanced.
  • FIGS. 15 (a) is a front sectional view for explaining the elastic wave apparatus of the sixth embodiment
  • FIGS. 15 (b) and 15 (c) are front sectional views showing a modified example thereof. is there.
  • FIGS. 15 (a) to 15 (c) similarly to FIG. 14 (a), only the portion of the elastic wave device 61 in which the piezoelectric layer 2 and at least one pair of electrodes 3 and 4 are provided is shown.
  • the first main surface 2a of the piezoelectric layer 2 is a rough surface. In that case, the frequency can be adjusted by adjusting the degree of the rough surface.
  • the elastic wave device 61 has the same other configurations as the elastic wave device 1 of the first embodiment.
  • the gap portion between the electrode 3 and the electrode 4 is cut off to provide a recess 2c.
  • the frequency can also be adjusted by adjusting the size and depth of the recess 2c.
  • the electrodes 3 and 4 have a rectangular shape having a length direction, but in the present invention, the planar shape of at least one pair of electrodes is not limited to this. At least one pair of electrodes 3 and 4 may have an isosceles trapezoidal shape.
  • the trapezoidal shape is not limited to the isosceles trapezoid, and may have other trapezoidal shapes. Further, the trapezoid may have a shape in which a part of the trapezoid is curved.
  • the electrodes 3 and 4 may have a curved shape in a plan view.
  • the electrodes 3 and 4 may have a shape having at least one recess on the side surface. Further, the shape of the concave portion is not limited to the rectangular shape.
  • FIG. 16 is a plan view for explaining a first modification of the electrode structure.
  • the electrodes 3 and 4 are arranged at random pitches in a direction orthogonal to the length direction of the electrodes 3 and 4. That is, the plurality of electrodes 3 and 4 constituting the plurality of pairs of electrodes 3 and 4 are arranged so as not to have an equal pitch in the opposite directions of the electrodes 3 and 4. In this way, when a plurality of electrode pairs composed of the electrodes 3 and 4 are provided, the pitches of the plurality of electrodes 3 and 4 may be random. Further, the center distance between the electrodes of each pair may be different.
  • FIG. 17 is a plan view for explaining a second modification of the electrode structure.
  • the regions where the electrodes 3 and 4 overlap when viewed in a direction orthogonal to the length direction of the electrodes 3 and 4 are the first bus bar 5 and the second bus bar 5 in FIG. It changes from one end side to the other end side of the bus bar 6. That is, the lengths of the excitation regions between the adjacent electrodes 3 and 4 are different. As described above, at least one excitation region having a different length of the excitation region may exist.
  • the inner ends of the first and second bus bars 5 and 6 are the second bus bar 6 or the first bus bar 5 on the opposite side in a plan view according to the change in the length of the excitation region. It is tilted so that it is close to the side. In this way, the inner ends of the first bus bar 5 and the second bus bar 6 to which the electrodes 3 and 4 are connected may have an inclined portion.
  • FIG. 18 is a front sectional view of the elastic wave device according to the seventh embodiment.
  • the mass addition film 72 is provided on the first main surface 2a of the piezoelectric layer 2.
  • a mass addition film 73 is also provided on the second main surface 2b.
  • the mass-adding films 72 and 73 are provided outside the excitation region, that is, outside the region where the plurality of electrodes 3 and 4 are arranged.
  • the mass-adding film 72 and the mass-adding film 73 can be provided at an arbitrary position outside the excitation region, but in FIG. 18, the mass-adding films 72 and 73 are provided at positions overlapping the insulating layer 7. By providing the mass addition films 72 and 73, the frequency can be easily adjusted.
  • mass addition films 72 and 73 Only one of the mass addition films 72 and 73 may be provided. Further, as the material of the mass addition films 72 and 73, an insulator such as silicon oxide, silicon nitride, or alumina, or a metal or alloy such as Al can be used.
  • an insulator such as silicon oxide, silicon nitride, or alumina, or a metal or alloy such as Al can be used.
  • FIG. 19 is a front sectional view for explaining a piezoelectric layer and a pair of electrodes of the elastic wave device according to the eighth embodiment.
  • the first main surface 2a and the second main surface 2b of the piezoelectric layer 2 are curved.
  • the piezoelectric layer 2 does not have to be a flat plate-shaped piezoelectric film, and at least a part thereof may be curved.
  • FIG. 20A is a front sectional view for explaining the piezoelectric layer and the pair of electrodes of the elastic wave device according to the ninth embodiment.
  • the cross-sectional shape of at least one pair of electrodes 3 and 4 has a deformed shape different from the rectangular shape. That is, the electrodes 3 and 4 have wide portions 3e and 4e located on the first main surface 2a and rectangular cross-sectional portions 3f and 4f provided on the wide portions 3e and 4e, respectively.
  • the side surfaces of the wide portions 3e and 4e are tapered in the wide portions 3e and 4e so as to become thinner from the first main surface 2a side to the rectangular cross-sectional portions 3f and 4f side.
  • the cross-sectional shape of at least one pair of electrodes 3 and 4 may be different from the rectangular shape, that is, a deformed shape. Further, a part of the electrodes 3 and 4 may have a portion extended to the electrodes 4 and 3 on the other side.
  • the electrodes 3 and 4 may have a shape as shown in any of FIGS. 20 (b) to 20 (d), for example.
  • the electrodes 3 and 4 shown in FIG. 20B have a trapezoidal cross section.
  • the electrodes 3 and 4 shown in FIG. 20C have a divergent shape, and both side surfaces in the width direction are curved surfaces.
  • the electrodes 3 and 4 shown in FIG. 20D have a cross-section trapezoidal portion on the upper end side and a cross-section trapezoidal portion wider than the cross-section trapezoidal portion on the upper end side on the lower end side. ..
  • the elastic wave device 1 has electrodes 3 and 4 on the first main surface 2a and the first main surface 2a of the piezoelectric layer 2.
  • the thickness of the dielectric film 10 is thinner than the thickness of the electrodes 3 and 4, and the surface of the dielectric film 10 has an uneven shape that follows the shape of the base.
  • the surface of the dielectric film 10 is flattened and flat.
  • the thickness of the dielectric film 10 is thicker than the thickness of the electrodes 3 and 4, and the surface of the dielectric film 10 has an uneven shape that follows the shape of the base.
  • the electrodes 3 and 4 may be provided on the + Z surface of the piezoelectric layer 2 or may be provided on the ⁇ Z surface.
  • Elastic wave device 2 ... Hydraulic layer 2a ... First main surface 2b ... Second main surface 2c ... Recesses 3, 4 ... Electrodes 3a, 3b, 4a, 4b ... Side sides 3c, 4c ... Recesses 3e, 4e ... Wide portions 3f, 4f ... Rectangular cross-sectional portions 5, 6 ... First and second bus bars 7 ... Insulating layer 8 ... Support members 7a, 8a ... Openings 9 ... Air gap 10 ... Dielectric film 21 ... Elastic wave device 22 ... Protective film 31 ... Elastic wave device 41 ... Elastic wave device 42 ... Acoustic multilayer film 42a, 42c, 42e ... Low acoustic impedance layers 42b, 42d ...

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Abstract

小型化を進めた場合であっても、Ｑ値を高めることができる、弾性波装置を提供する。　ニオブ酸リチウムまたはタンタル酸リチウムからなる圧電層２と、圧電層２の厚み方向に交差する方向において対向する第１電極３及び第２電極４とを備え、第１電極３及び前記第２電極４は隣り合う電極同士であり、圧電層２の厚みをｄ、第１電極３と第２電極４との中心間距離をｐとした場合、ｄ／ｐが０．５以下である、弾性波装置１。

Description

弾性波装置
　本発明は、ニオブ酸リチウムまたはタンタル酸リチウムからなる圧電層を有する弾性波装置に関する。
　従来、ＬｉＮｂＯ３またはＬｉＴａＯ３からなる圧電膜を伝搬する板波を利用した弾性波装置が知られている。例えば、下記の特許文献１では、板波としてのラム波を利用した弾性波装置が開示されている。ここでは、ＬｉＮｂＯ３またはＬｉＴａＯ３からなる圧電膜の上面にＩＤＴ電極が設けられている。ＩＤＴ電極の一方電位に接続される複数の電極指と、他方電位に接続される複数の電極指との間に電圧が印加される。それによって、ラム波が励振される。このＩＤＴ電極の両側には反射器が設けられている。それによって、板波を利用した弾性波共振子が構成されている。
特開２０１２－２５７０１９号公報
　特許文献１に記載の弾性波装置において、小型化を図るために、電極指の本数を少なくすることが考えられる。しかしながら、電極指の本数を少なくすると、Ｑ値が低くなる。
　本発明の目的は、小型化を進めた場合であっても、Ｑ値を高めることができる、弾性波装置を提供することにある。
　本願の第１の発明は、ニオブ酸リチウムまたはタンタル酸リチウムからなる圧電層と、前記圧電層の厚み方向に交差する方向において対向する第１電極及び第２電極とを備え、厚み滑り１次モードのバルク波を利用している、弾性波装置である。
　本願の第２の発明は、ニオブ酸リチウムまたはタンタル酸リチウムからなる圧電層と、前記圧電層の厚み方向に交差する方向において対向する第１電極及び第２電極とを備え、前記第１電極及び前記第２電極は隣り合う電極同士であり、前記圧電層の厚みをｄ、前記第１電極と第２電極との中心間距離をｐとした場合、ｄ／ｐが０．５以下である、弾性波装置である。
　本発明（以下、第１の発明及び第２の発明を総称して、適宜、本発明とする。）に係る弾性波装置では、小型化を進めた場合であっても、Ｑ値を高めることができる。
図１（ａ）及び図１（ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係る弾性波装置の外観を示す略図的斜視図及び圧電層上の電極構造を示す平面図である。 図２は、図１（ａ）中のＡ－Ａ線に沿う部分の断面図である。 図３（ａ）は、従来の弾性波装置の圧電膜を伝搬するラム波を説明するための模式的正面断面図であり、図３（ｂ）は、本発明の一実施形態に係る弾性波装置における、圧電層を伝搬する厚み滑り１次モードのバルク波を説明するための模式的正面断面図である。 図４は、厚み滑り１次モードのバルク波の振幅方向を示す図である。 図５は、本発明の一実施形態に係る弾性波装置の共振特性を示す図である。 図６Ａは、隣り合う電極の中心間距離または中心間距離の平均距離をｐ、圧電層の厚みをｄとした場合のｄ／２ｐと共振子としての比帯域との関係を示す図である。 図６Ｂは、隣り合う電極の中心間距離または中心間距離の平均距離をｐ、圧電層の厚みをｄとした場合のｄ／２ｐと共振子としての比帯域との関係を示す図である。 図７は、スプリアスが現れている参考例の弾性波装置の共振特性を示す図である。 図８は、比帯域と、規格化されたスプリアスの大きさとの関係を示す図である。 図９は、ｄ／２ｐと、メタライゼーション比ＭＲと、比帯域との関係を示す図である。 図１０は、オイラー角（０°，θ，ψ）のＬｉＮｂＯ３において、ｄ／ｐを限りなく０に近づけた場合の比帯域のマップを示す図である。 図１１は、本発明の第２の実施形態に係る弾性波装置を説明するための部分切り欠き正面断面図である。 図１２は、本発明の第３の実施形態に係る弾性波装置を示す平面図である。 図１３は、本発明の第４の実施形態に係る弾性波装置の正面断面図である。 図１４（ａ）は、本発明の第５の実施形態に係る弾性波装置を説明するための正面断面図であり、図１４（ｂ）は、その変形例を示す正面断面図である。 図１５（ａ）は、本発明の第６の実施形態に係る弾性波装置を説明するための正面断面図であり、図１５（ｂ）は、その変形例を示す正面断面図であり、図１５（ｃ）は、さらに他の変形例を示す正面断面図である。 図１６は、本発明の弾性波装置における電極構造の第１の変形例を説明するための平面図である。 図１７は、本発明の弾性波装置における電極構造の第２の変形例を説明するための平面図である。 図１８は、本発明の第７の実施形態に係る弾性波装置の正面断面図である。 図１９は、本発明の第８の実施形態における圧電層及び１対の電極を示す正面断面図である。 図２０（ａ）は、本発明の第９の実施形態における圧電層及び１対の電極を示す正面断面図であり、図２０（ｂ）～図２０（ｄ）は、その変形例を説明するための正面断面図である。 図２１（ａ）～図２１（ｃ）は、本発明の弾性波装置のさらに他の変形例を説明するための各正面断面図である。
　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。
　本願の第１，第２の発明は、ニオブ酸リチウムまたはタンタル酸リチウムからなる圧電層と、圧電層の厚み方向に交差する方向において対向する第１電極、及び第２電極とを備える。
　第１の発明では、厚み滑り１次モードのバルク波が利用されている。また、第２の発明では、第１電極及び前記第２電極は隣り合う電極同士であり、圧電層の厚みをｄ、第１電極及び第２電極の中心間距離をｐとした場合、ｄ／ｐが０．５以下とされている。それによって、第１，第２の発明では、小型化を進めた場合であっても、Ｑ値を高めることができる。
　図１（ａ）は、第１，第２の発明についての第１の実施形態に係る弾性波装置の外観を示す略図的斜視図であり、図１（ｂ）は、圧電層上の電極構造を示す平面図であり、図２は、図１（ａ）中のＡ－Ａ線に沿う部分の断面図である。
　弾性波装置１は、ＬｉＮｂＯ３からなる圧電層２を有する。圧電層２は、ＬｉＴａＯ３からなるものであってもよい。ＬｉＮｂＯ３やＬｉＴａＯ３のカット角は、本実施形態では、Ｚカットであるが、回転ＹカットやＸカットであってもよい。好ましくは、Ｙ伝搬及びＸ伝搬±３０°の伝搬方位が好ましい。圧電層２の厚みは、特に限定されないが、厚み滑り１次モードを効果的に励振するには、５０ｎｍ以上、６００ｎｍ以下が好ましい。圧電層２は、対向し合う第１，第２の主面２ａ，２ｂを有する。第１の主面２ａ上に、電極３及び電極４が設けられている。ここで電極３が「第１電極」の一例であり、電極４が「第２電極」の一例である。図１（ａ）及び図１（ｂ）では、複数の電極３が、第１のバスバー５に接続されている。複数の電極４は、第２のバスバー６に接続されている。複数の電極３及び複数の電極４は、互いに間挿し合っている。電極３及び電極４は、矩形形状を有し、長さ方向を有する。この長さ方向と直交する方向において、電極３と、隣りの電極４とが対向している。電極３，４の長さ方向、及び、電極３，４の長さ方向と直交する方向はいずれも、圧電層２の厚み方向に交差する方向である。このため、電極３と、隣りの電極４とは、圧電層２の厚み方向に交差する方向において対向しているともいえる。また、電極３，４の長さ方向が図１（ａ）及び図１（ｂ）に示す電極３，４の長さ方向に直交する方向と入れ替わっても良い。すなわち、図１（ａ）及び図１（ｂ）において、第１のバスバー５及び第２のバスバー６が延びている方向に電極３，４を延ばしてもよい。その場合、第１のバスバー５及び第２のバスバー６は、図１（ａ）及び図１（ｂ）において電極３，４が延びている方向に延びることとなる。そして、一方電位に接続される電極３と、他方電位に接続される電極４とが隣り合う１対の構造が、上記電極３，４の長さ方向と直交する方向に、複数対設けられている。ここで電極３と電極４とが隣り合うとは、電極３と電極４とが直接接触するように配置されている場合ではなく、電極３と電極４とが間隔を介して配置されている場合を指す。また、電極３と電極４とが隣り合う場合、電極３と電極４との間には、他の電極３，４を含む、ホット電極やグラウンド電極に接続される電極は配置されない。この対数は、整数対である必要はなく、１．５対や２．５対などであってもよい。電極３，４間の中心間距離すなわちピッチは、１μｍ以上、１０μｍ以下の範囲が好ましい。さらに、電極３，４の少なくとも一方が複数本ある場合（電極３，４を一対の電極組とした場合に、１．５対以上の電極組がある場合）、電極３，４の中心間距離は、１．５対以上の電極３，４のうち隣り合う電極３，４それぞれの中心間距離の平均値を指す。また、電極３，４の幅、すなわち電極３，４の対向方向の寸法は、５０ｎｍ以上、１０００ｎｍ以下の範囲が好ましい。
　なお、電極３，４間の中心間距離とは、電極３の長さ方向と直交する方向における電極３の寸法（幅寸法）の中心と、電極４の長さ方向と直交する方向における電極４の寸法（幅寸法）の中心とを結んだ距離となる。
　また、本実施形態では、Ｚカットの圧電層を用いているため、電極３,４の長さ方向と直交する方向は、圧電層２の分極方向に直交する方向となる。圧電層２として他のカット角の圧電体を用いた場合には、この限りでない。ここにおいて、「直交」とは、厳密に直交する場合のみに限定されず、略直交（電極３，４の長さ方向と直交する方向と分極方向ＰＺ１とのなす角度が例えば９０°±１０°）でもよい。
　圧電層２の第２の主面２ｂ側には、絶縁層７を介して支持部材８が設けられている。絶縁層７及び支持部材８は、枠状の形状を有し、図２に示すように、開口部７ａ，８ａを有する。それによって、エアギャップ９が形成されている。エアギャップ９は、圧電層２の励振領域の振動を妨げないために設けられている。すなわち、エアギャップ９は、平面視した場合、少なくとも１対の電極３，４が設けられている部分の少なくとも一部と重なる領域において、少なくとも１対の電極３，４が設けられている側とは反対側に形成されている。従って、上記支持部材８は、少なくとも１対の電極３，４が設けられている部分と重ならない位置において、第２の主面２ｂに絶縁層７を介して積層されている。なお、絶縁層７は設けられずともよい。従って、支持部材８は、圧電層２の第２の主面２ｂに直接または間接に積層され得る。また、支持部材８は、平面視して、少なくとも１対の電極３，４が設けられている部分と重ならない位置だけでなく、少なくとも１対の電極３，４が設けられている部分と重なる位置にも設けられていてもよい。この場合、平面視して少なくとも１対の電極３，４が設けられている部分と重なる位置においては、エアギャップ９が圧電層２と支持部材８との間に設けられていることとなる。
　絶縁層７は、酸化ケイ素からなる。もっとも、酸化ケイ素の他、酸窒化ケイ素、アルミナなどの適宜の絶縁性材料を用いることができる。支持部材８は、Ｓｉからなる。Ｓｉの圧電層２側の面における面方位は（１００）であってもよく、（１１０）、（１１１）であってもよい。好ましくは、抵抗率４ｋΩ以上の高抵抗のＳｉが望ましい。もっとも、支持部材８についても適宜の絶縁性材料や半導体材料を用いて構成することができる。
　上記複数の電極３，４及び第１，第２のバスバー５，６は、Ａｌ、ＡｌＣｕ合金などの適宜の金属もしくは合金からなる。本実施形態では、電極３，４及び第１，第２のバスバー５，６は、Ｔｉ膜上にＡｌ膜を積層した構造を有する。なお、Ｔｉ膜以外の密着層を用いてもよい。
　駆動に際しては、複数の電極３と、複数の電極４との間に交流電圧を印加する。より具体的には、第１のバスバー５と第２のバスバー６との間に交流電圧を印加する。それによって、圧電層２において励振される厚み滑り１次モードのバルク波を利用した、共振特性を得ることが可能とされている。また、弾性波装置１では、圧電層２の厚みをｄ、複数対の電極３，４のうちいずれかの隣り合う電極３，４の中心間距離をｐとした場合、ｄ／ｐは０．５以下とされている。そのため、上記厚み滑り１次モードのバルク波が効果的に励振され、良好な共振特性を得ることができる。より好ましくは、ｄ／ｐは０．２４以下であり、その場合には、より一層良好な共振特性を得ることができる。なお、本実施形態のように電極３，４の少なくとも一方が複数本ある場合、すなわち、電極３，４を１対の電極組とした場合に電極３，４が１．５対以上ある場合、隣り合う電極３，４の中心間距離ｐは、各隣り合う電極３，４の中心間距離の平均距離となる。
　本実施形態の弾性波装置１では、上記構成を備えるため、小型化を図ろうとして、電極３，４の対数を小さくしたとしても、Ｑ値の低下が生じ難い。これは、反射器における電極指の本数が少なくても、エネルギーを閉じ込めることができるためである。また、上記反射器を必要としないのは、厚み滑り１次モードのバルク波を利用していることによる。従来の弾性波装置で利用したラム波と、上記厚み滑り１次モードのバルク波の相違を、図３（ａ）及び図３（ｂ）を参照して説明する。
　図３（ａ）は、特許文献１に記載のような弾性波装置の圧電膜を伝搬するラム波を説明するための模式的正面断面図である。ここでは、圧電膜２０１中を矢印で示すように波が伝搬する。ここで、圧電膜２０１では、第１の主面２０１ａと、第２の主面２０１ｂとが対向しており、第１の主面２０１ａと第２の主面２０１ｂとを結ぶ厚み方向がＺ方向である。Ｘ方向は、ＩＤＴ電極の電極指が並んでいる方向である。図３（ａ）に示すように、ラム波では、波が図示のように、Ｘ方向に伝搬していく。板波であるため、圧電膜２０１が全体として振動するものの、波はＸ方向に伝搬するため、両側に反射器を配置して、共振特性を得ている。そのため、小型化を図った場合、すなわち反射器の電極指の対数を少なくした場合、波の伝搬ロスが生じ、Ｑ値が低下する。
　これに対して、図３（ｂ）に示すように、本実施形態の弾性波装置では、振動変位は厚み滑り方向であるから、波は、圧電層２の第１の主面２ａと第２の主面２ｂとを結ぶ方向、すなわちＺ方向にほぼ伝搬し、共振する。すなわち、波のＸ方向成分がＺ方向成分に比べて著しく小さい。そして、このＺ方向の波の伝搬により共振特性が得られるため、必ずしも反射器を必要としない。従って、小型化を進めようとして、電極３，４からなる電極対の対数を減らしたとしても、Ｑ値の低下が生じ難い。
　なお、厚み滑り１次モードのバルク波の振幅方向は、図４に示すように、圧電層２の励振領域に含まれる第１領域４５１と、励振領域に含まれる第２領域４５２とで逆になる。図４では、電極３と電極４との間に、電極４が電極３よりも高電位となる電圧が印加された場合のバルク波を模式的に示してある。第１領域４５１は、励振領域のうち、圧電層２の厚み方向に直交し圧電層２を２分する仮想平面ＶＰ１と、第１の主面２ａとの間の領域である。第２領域４５２は、励振領域のうち、仮想平面ＶＰ１と、第２の主面２ｂとの間の領域である。
　上記のように、弾性波装置１では、電極３と電極４とからなる少なくとも１対の電極が配置されているが、Ｘ方向に波を伝搬させるものではないため、この電極３，４からなる電極対の対数は複数対ある必要は必ずしもない。すなわち、少なくとも１対の電極が設けられてさえおればよい。
　例えば、上記電極３がホット電位に接続される電極であり、電極４がグラウンド電位に接続される電極である。もっとも、電極３がグラウンド電位に、電極４がホット電位に接続されてもよい。本実施形態では、少なくとも１対の電極は、上記のように、ホット電位に接続される電極またはグラウンド電位に接続される電極であり、浮き電極は設けられていない。
　図５は、第１の実施形態の弾性波装置１の共振特性の一例を示す図である。なお、この共振特性を得た弾性波装置１の設計パラメータは以下の通りである。
　圧電層２：オイラー角（０°，０°，９０°）のＬｉＮｂＯ３、厚み＝４００ｎｍ。
　電極３と電極４の長さ方向と直交する方向に視たときに、電極３と電極４とが重なっている領域、すなわち励振領域の長さ＝４０μｍ、電極３，４からなる電極の対数＝２１対、電極間中心距離＝３μｍ、電極３，４の幅＝５００ｎｍ。従って、ｄ／ｐ＝０．１３３…。
　絶縁層７：１μｍの厚みの酸化ケイ素膜。
　支持部材８：Ｓｉ。
　なお、励振領域の長さとは、励振領域の電極３，４の長さ方向に沿う寸法である。
　本実施形態では、電極３，４からなる電極対の電極間距離は、複数対において全て等しくした。すなわち、電極３と電極４とを等ピッチで配置した。
　図５から明らかなように、反射器を有しないにもかかわらず、比帯域が１２．５％である良好な共振特性が得られている。
　ところで、上記圧電層２の厚みをｄ、電極３と電極４との電極の中心間距離をｐとした場合、前述したように、本実施形態では、ｄ／ｐは０．５以下、より好ましくは０．２４以下である。これを、図６Ａ及び図６Ｂを参照して説明する。
　図５に示した共振特性を得た弾性波装置と同様に、但しｄ／２ｐを変化させ、複数の弾性波装置を得た。図６は、このｄ／２ｐと、弾性波装置の共振子としての比帯域との関係を示す図である。
　図６Ａから明らかなように、ｄ／２ｐが０．２５を超えると、すなわちｄ／ｐ＞０．５では、ｄ／ｐを調整しても、比帯域は５％未満である。これに対して、ｄ／２ｐ≦０．２５、すなわちｄ／ｐ≦０．５の場合には、その範囲内でｄ／ｐを変化させれば、比帯域を５％以上とすることができ、すなわち高い結合係数を有する共振子を構成することができる。また、ｄ／２ｐが０．１２以下の場合、すなわちｄ／ｐが０．２４以下の場合には、比帯域を７％以上と高めることができる。加えて、ｄ／ｐをこの範囲内で調整すれば、より一層比帯域の広い共振子を得ることができ、より一層高い結合係数を有する共振子を実現することができる。従って、本願の第２の発明のように、ｄ／ｐを０．５以下とすることにより、上記厚み滑り１次モードのバルク波を利用した、高い結合係数を有する共振子を構成し得ることがわかる。
　さらに、図６Ａから明らかなように、ｄ／ｐ≦０．１０の場合、０＜ｄ／ｐ≦０．１０の範囲内でｄ／ｐを変化させれば、結合係数を更に高めて、比帯域をより大きくすることも可能である。
　図６Ｂは、図６Ａの一部を拡大したグラフである。図６Ｂに示すように、ｄ／ｐ≦０．０９６とした場合、ｄ／ｐ≦０．０９６の範囲内でｄ／ｐを変化させれば、結合係数を更に高めて、比帯域をより大きくすることも可能である。また、０．０４８≦ｄ／ｐ≦０．０７２とすれば、結合係数を更に高めて、比帯域をより大きくすることも可能である。
　なお、前述したように、少なくとも１対の電極は、１対でもよく、上記ｐは、１対の電極の場合、隣り合う電極３，４の中心間距離とする。また、１．５対以上の電極の場合には、隣り合う電極３，４の中心間距離の平均距離をｐとすればよい。
　弾性波装置１では、好ましくは、複数の電極３，４において、いずれかの隣り合う電極３，４が対向している方向に視たときに重なっている領域である励振領域に対する、上記隣り合う電極３，４のメタライゼーション比ＭＲが、ＭＲ≦１．７５（ｄ／ｐ）＋０．０７５を満たすことが望ましい。その場合には、スプリアスを効果的に小さくすることができる。これを、図７及び図８を参照して説明する。図７は、上記弾性波装置１の共振特性の一例を示す参考図である。矢印Ｂで示すスプリアスが、共振周波数と反共振周波数との間に現れている。なお、ｄ／ｐ＝０．０８として、かつＬｉＮｂＯ３のオイラー角（０°，０°，９０°）とした。また、上記メタライゼーション比ＭＲ＝０．３５とした。
　メタライゼーション比ＭＲを、図１（ｂ）を参照して説明する。図１（ｂ）の電極構造において、１対の電極３，４に着目した場合、この１対の電極３，４のみが設けられるとする。この場合、一点鎖線Ｃで囲まれた部分が励振領域となる。この励振領域とは、電極３と電極４とを、電極３，４の長さ方向と直交する方向すなわち対向方向に視たときに電極３における電極４と重なり合っている領域、電極４における電極３と重なり合っている領域、及び、電極３と電極４との間の領域における電極３と電極４とが重なり合っている領域である。そして、この励振領域の面積に対する、励振領域Ｃ内の電極３，４の面積が、メタライゼーション比ＭＲとなる。すなわち、メタライゼーション比ＭＲは、メタライゼーション部分の面積の励振領域の面積に対する比である。
　なお、複数対の電極が設けられている場合、励振領域の面積の合計に対する全励振領域に含まれているメタライゼーション部分の割合をＭＲとすればよい。
　図８は本実施形態に従って、多数の弾性波共振子を構成した場合の比帯域と、スプリアスの大きさとしての１８０度で規格化されたスプリアスのインピーダンスの位相回転量との関係を示す図である。なお、比帯域については、圧電層の膜厚や電極の寸法を種々変更し、調整した。また、図８は、ＺカットのＬｉＮｂＯ３からなる圧電層を用いた場合の結果であるが、他のカット角の圧電層を用いた場合においても、同様の傾向となる。
　図８中の楕円Ｊで囲まれている領域では、スプリアスが１．０と大きくなっている。図８から明らかなように、比帯域が０．１７を超えると、すなわち１７％を超えると、スプリアスレベルが１以上の大きなスプリアスが、比帯域を構成するパラメータを変化させたとしても、通過帯域内に現れる。すなわち、図７に示す共振特性のように、矢印Ｂで示す大きなスプリアスが帯域内に現れる。よって、比帯域は１７％以下であることが好ましい。この場合には、圧電層２の膜厚や電極３，４の寸法などを調整することにより、スプリアスを小さくすることができる。
　図９は、ｄ／２ｐと、メタライゼーション比ＭＲと、比帯域との関係を示す図である。上記弾性波装置において、ｄ／２ｐと、ＭＲが異なる様々な弾性波装置を構成し、比帯域を測定した。図９の破線Ｄの右側のハッチングを付して示した部分が、比帯域が１７％以下の領域である。このハッチングを付した領域と、付していない領域との境界は、ＭＲ＝３．５（ｄ／２ｐ）＋０．０７５で表される。すなわち、ＭＲ＝１．７５（ｄ／ｐ）＋０．０７５である。従って、好ましくは、ＭＲ≦１．７５（ｄ／ｐ）＋０．０７５である。その場合には、比帯域を１７％以下としやすい。より好ましくは、図９中の一点鎖線Ｄ１で示すＭＲ＝３．５（ｄ／２ｐ）＋０．０５の右側の領域である。すなわち、ＭＲ≦１．７５（ｄ／ｐ）＋０．０５であれば、比帯域を確実に１７％以下にすることができる。
　図１０は、ｄ／ｐを限りなく０に近づけた場合のＬｉＮｂＯ３のオイラー角（０°，θ，ψ）に対する比帯域のマップを示す図である。図１０のハッチングを付して示した部分が、少なくとも５％以上の比帯域が得られる領域Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈである。領域Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈの範囲を近似すると、下記の式（１）、式（２）及び式（３）で表される範囲となる。
　（０°±１０°，０°～２０°，任意のψ）　　…式（１）　…領域Ｅ
　（０°±１０°，２０°～８０°，０°～６０°（１－（θ－５０）２／９００）１／２）　または　（０°±１０°，２０°～８０°，［１８０°－６０°（１－（θ－５０）２／９００）１／２］～１８０°）　　…式（２）　…領域ＦまたはＧ
　（０°±１０°，［１８０°－３０°（１－（ψ－９０）２／８１００）１／２］～１８０°，任意のψ）　　…式（３）　…領域Ｈ
　従って、上記式（１）、式（２）または式（３）のオイラー角範囲の場合、比帯域を十分に広くすることができ、好ましい。
　上記の通り、本願の第１，第２の発明に係る弾性波装置では、反射器の電極指の本数を少なくしても、良好な共振特性を得ることができ、従って小型化を進めた場合でも、高いＱ値を実現することができる。以下、本発明の他の実施形態及び変形例を説明する。
　図１１は、第２の実施形態に係る弾性波装置の部分切り欠き正面断面図である。弾性波装置２１では、少なくとも１対の電極３，４を覆うように、圧電層２の第１の主面２ａ上に、保護膜２２が積層されている。保護膜２２としては、酸化ケイ素、酸窒化ケイ素などの絶縁性材料を好適に用いることができる。なお、保護膜２２は、電極３と電極４との間のギャップ領域をも覆っているが、ギャップ領域を部分的に覆っていてもよい。
　図１２は、第３の実施形態に係る弾性波装置の平面図である。弾性波装置３１では、圧電層２の第１の主面２ａ上において、電極３と電極４とを有する１対の電極が設けられている。なお、図１２中のＫが励振領域の長さとなる。前述したように、本発明の弾性波装置では、電極の対数は１対であってもよい。この場合においても、上記ｄ／ｐが０．５以下であれば、厚み滑り１次モードのバルク波を効果的に励振することができる。
　図１３は、第４の実施形態に係る弾性波装置の正面断面図である。弾性波装置４１では、圧電層２の第２の主面２ｂに音響多層膜４２が積層されている。音響多層膜４２は、音響インピーダンスが相対的に低い低音響インピーダンス層４２ａ，４２ｃ，４２ｅと、音響インピーダンスが相対的に高い高音響インピーダンス層４２ｂ，４２ｄとの積層構造を有する。音響多層膜４２を用いた場合、弾性波装置１におけるエアギャップ９を用いずとも、厚み滑り１次モードのバルク波を圧電層２内に閉じ込めることができる。弾性波装置４１においても、上記ｄ／ｐを０．５以下とすることにより、厚み滑り１次モードのバルク波に基づく共振特性を得ることができる。なお、音響多層膜４２においては、その低音響インピーダンス層及び高音響インピーダンス層の積層数は特に限定されない。低音響インピーダンス層よりも、少なくとも１層の高音響インピーダンス層が圧電層２から遠い側に配置されておりさえすればよい。
　上記低音響インピーダンス層４２ａ，４２ｃ，４２ｅ及び高音響インピーダンス層４２ｂ，４２ｄは、上記音響インピーダンスの関係を満たす限り、適宜の材料で構成することができる。例えば、低音響インピーダンス層４２ａ，４２ｃ，４２ｅの材料としては、酸化ケイ素または酸窒化ケイ素などを挙げることができる。また、高音響インピーダンス層４２ｂ，４２ｄの材料としては、アルミナ、窒化ケイ素または金属などを挙げることができる。
　図１４（ａ）は、第５の実施形態に係る弾性波装置を説明するための正面断面図であり、図１４（ｂ）は、その変形例を示す正面断面図である。図１４（ａ）では、第５の実施形態の弾性波装置５１の一部、すなわち圧電層２及び少なくとも１対の電極３，４が設けられている部分のみを示す。第５の実施形態の弾性波装置５１では、圧電層２の第１の主面２ａ上に、少なくとも１対の電極３，４が設けられている。また、第２の主面２ｂ上にも、少なくとも1対の電極３，４が設けられている。このように、第２の主面２ｂ側にも、少なくとも１対の電極が設けられていてもよい。第２の主面２ｂに設けられている電極３，４は、好ましくは、第１の主面２ａ上の電極３，４と圧電層２を介して重なるように設けられる。
　もっとも、図１４（ｂ）に示す変形例の弾性波装置５１Ａのように、第１の主面２ａ上の電極３，４は、第２の主面２ｂ上の電極３，４と部分的に重なっていてもよい。すなわち、少なくとも一部において、第１の主面２ａ上の電極３，４と、第２の主面２ｂ上の電極３，４とが重なり合っていればよい。
　図１４（ａ）では、図示を省略しているが、弾性波装置５１では、圧電層２及び電極３，４以外は、弾性波装置１と同様に構成されている。従って、弾性波装置１と同様に、厚み滑り１次モードのバルク波による共振特性を良好に得ることができ、小型化を進めた場合であってもＱ値を高めることができる。
　図１５（ａ）は、第６の実施形態の弾性波装置を説明するための正面断面図であり、図１５（ｂ）及び図１５（ｃ）は、その変形例を示す各正面断面図である。図１５（ａ）～図１５（ｃ）においても、図１４（ａ）と同様に、弾性波装置６１の圧電層２及び少なくとも１対の電極３，４が設けられている部分のみを示す。弾性波装置６１では、圧電層２の第１の主面２ａが粗面とされている。その場合、粗面の程度を調整することにより、周波数調整を行うことができる。弾性波装置６１は、その他の構成は、第１の実施形態の弾性波装置１と同様である。
　また、図１５（ｂ）に示す変形例の弾性波装置６１Ａでは、電極３と電極４との間のギャップ部が削られて凹部２ｃが設けられている。この凹部２ｃの大きさや深さを調整することによっても、周波数調整を行うことができる。
　他方、図１５（ｃ）に示すさらに他の変形例では、電極３，４の下方部分で圧電層２が削られている。この場合には、電気機械結合係数を大きくすることができ、比帯域を拡げることができる。
　弾性波装置１では、電極３，４は、長さ方向を有する矩形の形状を有していたが、本発明において、少なくとも１対の電極の平面形状はこれに限定されるものではない。少なくとも１対の電極３，４は、等脚台形の形状を有していてもよい。なお、等脚台形に限らず、他の台形形状を有していてもよい。また、台形の一部が曲線である形状であってもよい。
　また、電極３，４は、平面視において湾曲した形状を有していてもよい。
　また、電極３，４は、側辺に少なくとも１個の凹部を有する形状であってもよい。さらに、凹部の形状は、矩形形状に限定されない。
　図１６は、電極構造の第１の変形例を説明するための平面図である。第１の変形例では、電極３と電極４とが、電極３，４の長さ方向と直交する方向において、ランダムなピッチで配置されている。すなわち、複数対の電極３，４を構成している複数の電極３，４は、電極３，４の対向方向において等ピッチではないように配置されている。このように、電極３，４からなる電極対が複数対設けられている場合、複数の電極３，４のピッチはランダムであってもよい。また、各対の電極間中心距離も異なっていてもよい。
　図１７は、電極構造の第２の変形例を説明するための平面図である。第２の変形例では、電極３と電極４とが、電極３，４の長さ方向と直交する方向に視たときに重なっている領域が、図１７における第１のバスバー５及び第２のバスバー６の一端側から他端側に向かうにつれて変化している。すなわち、隣り合う電極３，４間の励振領域の長さが異なっている。このように、励振領域の長さが異なる励振領域が、少なくとも１個存在していてもよい。
　なお、図１７では、上記励振領域の長さの変化に応じて、第１，第２のバスバー５，６の内側端が、平面視で相手側の第２のバスバー６または第１のバスバー５側に近接するように傾斜している。このように、電極３，４が接続される第１のバスバー５及び第２のバスバー６の内側端が傾斜部分を有していてもよい。
　図１８は、第７の実施形態に係る弾性波装置の正面断面図である。弾性波装置７１では、圧電層２の第１の主面２ａ上に質量付加膜７２が設けられている。また、第２の主面２ｂ上にも、質量付加膜７３が設けられている。質量付加膜７２，７３は、励振領域外、すなわち複数の電極３，４が配置されている領域外に設けられている。励振領域外の任意の位置に、質量付加膜７２や質量付加膜７３を設けることができるが、図１８では、絶縁層７と重なる位置に、質量付加膜７２，７３が設けられている。質量付加膜７２，７３を設けることにより、周波数調整を容易に行うことができる。
　質量付加膜７２，７３は、いずれか一方のみが設けられてもよい。また、質量付加膜７２，７３の材料としては、酸化ケイ素、酸窒化ケイ素、アルミナなどの絶縁体や、Ａｌなどの金属もしくは合金を用いることができる。
　図１９は、第８の実施形態に係る弾性波装置の圧電層及び１対の電極を説明するための正面断面図である。弾性波装置８１では、圧電層２の第１の主面２ａ及び第２の主面２ｂが、曲面状となっている。このように、圧電層２は、平板状の圧電膜である必要はなく、少なくとも一部が湾曲していてもよい。
　図２０（ａ）は、第９の実施形態に係る弾性波装置の圧電層及び１対の電極を説明するための正面断面図である。弾性波装置９１では、少なくとも１対の電極３，４の断面形状が、矩形とは異なる異形形状を有している。すなわち、電極３，４は、それぞれ、第１の主面２ａ上に位置している幅広部３ｅ，４ｅと、幅広部３ｅ，４ｅ上に設けられた矩形断面部３ｆ，４ｆとを有する。幅広部３ｅ，４ｅの側面は、第１の主面２ａ側から矩形断面部３ｆ，４ｆ側にいくにつれて細くなるように幅広部３ｅ，４ｅにテーパーが設けられている。この幅広部３ｅ，４ｅを設けることにより、電極３と電極４との間の距離を小さくすることができる。従って、電極間の容量を大きくすることができる。よって、共振特性を大きく変化させることなく、容量を大きくすることができる。
　このように、少なくとも１対の電極３，４の断面形状は、矩形と異なる形状、すなわち異形形状であってもよい。また、電極３，４の一部に、相手側の電極４，３側に延ばされた部分を有していてもよい。
　また電極３,４は、例えば、図２０（ｂ）～図２０（ｄ）のいずれかのような形状であってもよい。図２０（ｂ）に示した電極３，４は、断面台形状の形状である。また、図２０（ｃ）に示した電極３，４は、末広がり状の形状であり、幅方向の両側面が曲面である。また、図２０（ｄ）に示した電極３，４は、上端側に断面台形状の部分を有し、下端側に上端側の断面台形状の部分よりも幅広の断面台形状の部分を有する。
　また、弾性波装置１は、図２１（ａ）～図２１（ｃ）のいずれかに示すように、圧電層２の第１の主面２ａと第１の主面２ａ上の電極３，４とを覆う誘電体膜１０を備えていてもよい。図２１（ａ）では、誘電体膜１０の厚さが電極３，４の厚さよりも薄く、誘電体膜１０の表面が、下地の形状に沿った凹凸形状を有している。図２１（ｂ）では、誘電体膜１０の表面が、平坦化されており、平面状となっている。図２１（ｃ）では、誘電体膜１０の厚さが電極３，４の厚さよりも厚く、誘電体膜１０の表面が、下地の形状に沿った凹凸形状を有している。
　また、電極３，４は、圧電層２の＋Ｚ面に設けられていても良いし、－Ｚ面に設けられていても良い。
１…弾性波装置
２…圧電層
２ａ…第１の主面
２ｂ…第２の主面
２ｃ…凹部
３，４…電極
３ａ，３ｂ，４ａ，４ｂ…側辺
３ｃ，４ｃ…凹部
３ｅ，４ｅ…幅広部
３ｆ，４ｆ…矩形断面部
５，６…第１，第２のバスバー
７…絶縁層
８…支持部材
７ａ，８ａ…開口部
９…エアギャップ
１０…誘電体膜
２１…弾性波装置
２２…保護膜
３１…弾性波装置
４１…弾性波装置
４２…音響多層膜
４２ａ，４２ｃ，４２ｅ…低音響インピーダンス層
４２ｂ，４２ｄ…高音響インピーダンス層
５１…弾性波装置
５１Ａ…弾性波装置
６１…弾性波装置
６１Ａ…弾性波装置
７１…弾性波装置
７２…質量付加膜
７３…質量付加膜
８１…弾性波装置
９１…弾性波装置
２０１…圧電膜
２０１ａ…第１の主面
２０１ｂ…第２の主面
４５１…第１領域
４５２…第２領域
ＶＰ１…仮想平面

Claims (13)

  1. 　ニオブ酸リチウムまたはタンタル酸リチウムからなる圧電層と、
    　前記圧電層の厚み方向に交差する方向において対向する第１電極及び第２電極と、を備え、
    　厚み滑り１次モードのバルク波を利用している、弾性波装置。
  2. 　ニオブ酸リチウムまたはタンタル酸リチウムからなる圧電層と、
    　前記圧電層の厚み方向に交差する方向において対向する第１電極及び第２電極と、を備え、
    　前記第１電極及び前記第２電極は隣り合う電極同士であり、
    　前記圧電層の厚みをｄ、前記第１電極と前記第２電極との中心間距離をｐとした場合、ｄ／ｐが０．５以下である、弾性波装置。
  3. 　前記ｄ／ｐが０．２４以下である、請求項２に記載の弾性波装置。
  4. 　前記第１電極及び前記第２電極が対向している方向に視たときに、前記第１電極及び前記第２電極が重なり合っている領域である励振領域に対する、前記励振領域内の前記第１電極及び前記第２電極の面積の割合であるメタライゼーション比ＭＲが、ＭＲ≦１．７５（ｄ／ｐ）＋０．０７５を満たす、請求項２または３に記載の弾性波装置。
  5. 　前記第１電極が接続される第１のバスバーと、
    　前記第２電極が接続される第２のバスバーと、をさらに備える、請求項１～４のいずれか１項に記載の弾性波装置。
  6. 　前記第１電極及び前記第２電極が長さ方向を有し、前記第１電極及び前記第２電極が前記長さ方向と直交する方向において対向している、請求項１～５のいずれか１項に記載の弾性波装置。
  7. 　前記ニオブ酸リチウムまたはタンタル酸リチウムのオイラー角（φ，θ，ψ）が、以下の式（１）、式（２）または式（３）の範囲にある、請求項１～６のいずれか１項に記載の弾性波装置。
    　（０°±１０°，０°～２０°，任意のψ）　　…式（１）
    　（０°±１０°，２０°～８０°，０°～６０°（１－（θ－５０）２／９００）１／２）　または　（０°±１０°，２０°～８０°，［１８０°－６０°（１－（θ－５０）２／９００）１／２］～１８０°）　　…式（２）
    　（０°±１０°，［１８０°－３０°（１－（ψ－９０）２／８１００）１／２］～１８０°，任意のψ）　　…式（３）
  8. 　前記ニオブ酸リチウムまたはタンタル酸リチウムのオイラー角（φ，θ，ψ）が、図１０において、ハッチングを付して示す領域内にある、請求項１～６のいずれか１項に記載の弾性波装置。
  9. 　複数の前記第１電極及び複数の前記第２電極を有し、前記複数の第１電極及び前記複数の第２電極が前記第１電極及び前記第２電極が対向している方向において等ピッチではないピッチで配置されている、請求項１～８のいずれか１項に記載の弾性波装置。
  10. 　前記圧電層における前記第１電極及び前記第２電極が設けられている側とは反対側に設けられた支持部材をさらに備える、請求項１～９のいずれか１項に記載の弾性波装置。
  11. 　平面視して、前記第１電極及び前記第２電極が設けられている部分と重なる位置において、前記圧電層における前記第１電極及び前記第２電極が設けられている側とは反対側にエアギャップを有する、請求項１０に記載の弾性波装置。
  12. 　前記圧電層における前記第１電極及び前記第２電極が設けられている側とは反対側において積層された音響多層膜をさらに備え、前記音響多層膜は、音響インピーダンスが相対的に低い低音響インピーダンス層と、音響インピーダンスが相対的に高い高音響インピーダンス層との積層構造を有する、請求項１～９のいずれか１項に記載の弾性波装置。
  13. 　前記第１電極と前記第２電極とが、前記圧電層の同一主面上で対向している、請求項１～１２のいずれか１項に記載の弾性波装置。
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