WO2022059586A1 - 弾性波装置 - Google Patents

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WO2022059586A1
WO2022059586A1 PCT/JP2021/033133 JP2021033133W WO2022059586A1 WO 2022059586 A1 WO2022059586 A1 WO 2022059586A1 JP 2021033133 W JP2021033133 W JP 2021033133W WO 2022059586 A1 WO2022059586 A1 WO 2022059586A1
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克也 大門
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株式会社村田製作所
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    • H03H9/02543Characteristics of substrate, e.g. cutting angles
    • H03H9/02574Characteristics of substrate, e.g. cutting angles of combined substrates, multilayered substrates, piezoelectrical layers on not-piezoelectrical substrate

Definitions

  • the present invention relates to an elastic wave device.
  • Patent Document 1 discloses an example of an acoustic wave device, that is, an elastic wave device.
  • an IDT (Interdigital Transducer) electrode is provided on a piezoelectric substrate.
  • a plurality of regions having different sound velocities are arranged in the direction in which the plurality of electrode fingers of the IDT electrode extend. Specifically, the low sound velocity region is arranged outside the central region, and the high sound velocity region is arranged outside the low sound velocity region. As a result, the transverse mode is suppressed by establishing the piston mode.
  • a strip-shaped dielectric film is arranged in the central region.
  • the dielectric film covers a plurality of electrode fingers located in the central region.
  • An object of the present invention is to provide an elastic wave device capable of effectively suppressing the transverse mode.
  • the elastic wave device is provided on the piezoelectric substrate including the piezoelectric layer, the piezoelectric layer, and the first bus bar and the second bus bar facing each other, the first bus bar, and the first bus bar.
  • An IDT electrode having a plurality of electrode fingers each having one end connected to one of the second bus bars is provided, and a portion where the adjacent electrode fingers of the IDT electrode overlap each other in the elastic wave propagation direction intersects.
  • a first region, wherein the crossed region is located on the central side in the direction in which the plurality of electrode fingers extend, and on both sides in the direction in which the plurality of electrode fingers extend in the central region.
  • a dielectric film having a region and a second region and arranged in the central region is further provided, in which the dielectric film is provided between the plurality of electrode fingers.
  • the dielectric film does not overlap with at least a part of the plurality of electrode fingers when viewed in a plan view.
  • the transverse mode can be effectively suppressed.
  • FIG. 1 is a plan view of an elastic wave device according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line I-I in FIG.
  • FIG. 3 is a plan view of the elastic wave device of the first comparative example.
  • FIG. 4 is a front sectional view showing the vicinity of a pair of electrode fingers of the elastic wave device of the first comparative example.
  • FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the film thickness of the dielectric film and the sound velocity ratio Ve / Vc in the elastic wave apparatus of the first embodiment of the present invention and the first comparative example.
  • FIG. 6 is a plan view of the elastic wave device of the second comparative example.
  • FIG. 1 is a plan view of an elastic wave device according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line I-I in FIG.
  • FIG. 3 is a plan view of the elastic wave device of the first comparative example.
  • FIG. 4 is
  • FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the film thickness of the dielectric film and the sound velocity Vc in the elastic wave apparatus of the first embodiment of the present invention and the first to third comparative examples.
  • FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the film thickness of the dielectric film and the sound velocity Vc in the elastic wave apparatus of the first embodiment of the present invention and the first comparative example.
  • 9 (a) and 9 (b) are front sectional views showing the vicinity of a pair of electrode fingers for explaining an example of the method for forming the dielectric film in the first embodiment.
  • FIG. 10 is a front sectional view showing the vicinity of a pair of electrode fingers of the elastic wave device according to the first modification of the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a front sectional view showing the vicinity of a pair of electrode fingers of the elastic wave device according to the second modification of the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a diagram showing the relationship between the film thickness of the dielectric film and the sound velocity Vc of the elastic wave device according to the first embodiment of the present invention and the first modification thereof.
  • FIG. 13 is a front sectional view showing the vicinity of a pair of electrode fingers of the elastic wave device according to the third modification of the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 is a front sectional view showing the vicinity of a pair of electrode fingers of the elastic wave device according to the fourth modification of the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a diagram showing the relationship between the film thickness of the dielectric film and the sound velocity Vc of the elastic wave device according to the first embodiment of the present invention and the first modification thereof.
  • FIG. 13 is a front sectional view showing the vicinity of a pair of electrode fingers of the elastic wave device according to the third modification of the first embodiment of the present
  • FIG. 15 is a front sectional view showing the vicinity of a pair of electrode fingers of the elastic wave device according to the fifth modification of the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 16 is a plan view of the elastic wave device according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 17 is a plan view of the elastic wave device according to the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a plan view of an elastic wave device according to a first embodiment of the present invention.
  • the dielectric film described later is shown by hatching.
  • the elastic wave device 1 has a piezoelectric substrate 2.
  • the piezoelectric substrate 2 is a piezoelectric substrate composed of only a piezoelectric layer.
  • the piezoelectric substrate 2 may be a laminated substrate including a piezoelectric layer.
  • the material of the piezoelectric layer for example, lithium tantalate, lithium niobate, zinc oxide, aluminum nitride, quartz, PZT (lead zirconate titanate) or the like can be used.
  • the IDT electrode 3 is provided on the piezoelectric substrate 2.
  • the IDT electrode 3 has a plurality of electrode fingers. More specifically, the plurality of electrode fingers are a plurality of first electrode fingers 6 and a plurality of second electrode fingers 7.
  • a pair of reflectors 9A and 9Bs are provided on both sides of the IDT electrode 3 in the elastic wave propagation direction on the piezoelectric substrate 2.
  • the elastic wave device 1 of the present embodiment is an elastic surface wave resonator.
  • the elastic wave device according to the present invention is not limited to the elastic wave resonator, and may be a filter device or a multiplexer having an elastic wave resonator.
  • the elastic wave propagation direction is defined as the x direction.
  • the direction in which the plurality of first electrode fingers 6 and the plurality of second electrode fingers 7 extend is defined as the y direction.
  • the x-direction and the y-direction are orthogonal to each other.
  • the transverse mode is suppressed by establishing the piston mode.
  • a plurality of regions having different sound velocities are arranged in the y direction. Specifically, from the center in the y direction, the central region C, the pair of low sound velocity regions L1 and the low sound velocity region L2, and the pair of high sound velocity regions H1 and the high sound velocity region H2 are arranged in this order.
  • the low sound velocity region L1 and the low sound velocity region L2 are regions where the sound velocity in the region is lower than the sound velocity in the central region C.
  • the high sound velocity region H1 and the high sound velocity region H2 are regions in which the speed of sound in the region is higher than the speed of sound in the central region C.
  • the feature of this embodiment is that the dielectric film 8 is provided between the plurality of electrode fingers in the central region C, and the dielectric film 8 is provided with the plurality of electrode fingers in the central region C when viewed in a plan view. It does not overlap with at least a part of. Thereby, the difference in sound velocity between the central region C and the low sound velocity region L1 and the low sound velocity region L2 can be increased. Therefore, the transverse mode can be effectively suppressed.
  • the details of the above effects will be described below together with the details of the configuration of the present embodiment.
  • the IDT electrode 3 has a first bus bar 4 and a second bus bar 5.
  • the first bus bar 4 and the second bus bar 5 face each other.
  • One end of each of the plurality of first electrode fingers 6 is connected to the first bus bar 4.
  • One end of each of the plurality of second electrode fingers 7 is connected to the second bus bar 5.
  • the plurality of first electrode fingers 6 and the plurality of second electrode fingers 7 are interleaved with each other.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line I-I in FIG. Note that FIG. 2 is a cross-sectional view in the central region C.
  • the first electrode finger 6 has a first surface 6a, a second surface 6b, and a side surface 6c.
  • the first surface 6a and the second surface 6b face each other in the thickness direction.
  • the side surface 6c is connected to the first surface 6a and the second surface 6b.
  • the second electrode finger 7 has a first surface 7a, a second surface 7b, and a side surface 7c.
  • the IDT electrode 3, the reflector 9A and the reflector 9B may be made of a laminated metal film or may be made of a single layer metal film.
  • the portion where the first electrode finger 6 and the second electrode finger 7 overlap in the x direction is the crossover region A.
  • the crossover region A includes the central region C and the first region E1 and the second region E2.
  • the central region C is located on the central side in the y direction in the crossover region A.
  • the first region E1 and the second region E2 are arranged on both sides of the central region C in the y direction. More specifically, the first region E1 is arranged on the first bus bar 4 side of the central region C.
  • the second region E2 is arranged on the second bus bar 5 side of the central region C.
  • a dielectric film 8 is provided between the first electrode finger 6 and the second electrode finger 7. More specifically, in the present embodiment, a plurality of dielectric films 8 extending in the y direction are provided. As shown in FIG. 2, the dielectric film 8 is in contact with the side surface 6c of the first electrode finger 6 and the side surface 7c of the second electrode finger 7. On the other hand, the dielectric film 8 is in contact with the first surface 6a and the second surface 6b of the first electrode finger 6 and the first surface 7a and the second surface 7b of the second electrode finger 7. Not. The dielectric film 8 may be in contact with the first surface 6a, the first surface 7a, the second surface 6b, or the second surface 7b. It is sufficient that the dielectric film 8 does not overlap with at least a part of the plurality of electrode fingers when viewed in a plan view.
  • FIG. 2 shows an example in which the film thickness of the dielectric film 8 is thinner than the film thickness of the first electrode finger 6 and the second electrode finger 7.
  • the film thickness of the dielectric film 8 may be greater than or equal to the film thickness of the first electrode finger 6 and the second electrode finger 7.
  • the side surface 6c of the first electrode finger 6 and the side surface 7c of the second electrode finger 7 extend so as to be inclined with respect to the normal direction of the piezoelectric substrate 2.
  • the side surface 6c of the first electrode finger 6 and the side surface 7c of the second electrode finger 7 may extend in parallel with the normal direction of the piezoelectric substrate 2.
  • the speed of sound in the central region C is higher than the speed of sound in the first region E1 and the second region E2 due to the provision of the dielectric film 8 as described above. That is, the speed of sound in the first region E1 and the second region E2 is lower than the speed of sound in the central region C.
  • Vc the speed of sound in the central region C
  • the speed of sound in the first region E1 and the second region E2 is Ve
  • the low sound velocity region L2 is configured in the second region E2.
  • the IDT electrode 3 has a first gap region G1 and a second gap region G2.
  • the first gap region G1 is located between the first region E1 and the first bus bar 4.
  • the second gap region G2 is located between the second region E2 and the second bus bar 5.
  • the first gap region G1 only the first electrode finger 6 out of the first electrode finger 6 and the second electrode finger 7 is provided.
  • the speed of sound in the first gap region G1 is higher than the speed of sound in the central region C.
  • the second gap region G2 only the second electrode finger 7 out of the first electrode finger 6 and the second electrode finger 7 is provided.
  • the speed of sound in the second gap region G2 is higher than the speed of sound in the central region C.
  • Vg Vc
  • Vg the speed of sound in the first gap region G1 and the second gap region G2.
  • the high sound velocity region H1 is configured in the first gap region G1
  • the high sound velocity region H2 is configured in the second gap region G2.
  • the relationship between the speeds of sound is Vg> Vc> Ve.
  • the higher the sound velocity is the higher the line indicating the height of each sound velocity is located on the left side.
  • the central region C, the pair of low sound velocity regions L1 and the low sound velocity region L2, and the pair of high sound velocity regions H1 and the high sound velocity region H2 are arranged in this order. As a result, the piston mode is established.
  • the dielectric film 8 may be a film having a relatively low sound velocity or a film having a relatively high sound velocity.
  • a certain film has a relatively low sound velocity means that the sound velocity of the bulk wave propagating in the film is lower than the sound velocity of the bulk wave propagating in the piezoelectric layer.
  • a film has a relatively high sound velocity it means that the sound velocity of the bulk wave propagating in the film is higher than the sound velocity of the bulk wave propagating in the piezoelectric layer.
  • the dielectric film 8 is a film having a relatively low sound velocity
  • silicon oxide, hafnium oxide, tantalum pentoxide, niobium pentoxide, or the like can be used as the material of the dielectric film 8.
  • the dielectric film 8 is a film having a relatively high sound velocity, for example, aluminum oxide, silicon carbide, silicon nitride, silicon oxynitride and the like can be used as the material of the dielectric film 8.
  • the first comparison with the present embodiment that the difference in sound velocity between the central region C and the low sound velocity region L1 and the low sound velocity region L2 can be effectively increased by providing the dielectric film 8.
  • the first comparative example differs from the present embodiment in that the dielectric film 108 overlaps all of the plurality of electrode fingers in the central region C when viewed in a plan view. More specifically, as shown in FIG. 4, in the first comparative example, the dielectric film 108 covers the plurality of electrode fingers.
  • the ratio of the sound velocity Ve in the low sound velocity region L1 and the low sound velocity region L2 to the sound velocity Vc in the central region C is defined as the sound velocity ratio Ve / Vc.
  • the relationship between the respective film thicknesses of the dielectric film 8 and the dielectric film 108 and the sound velocity ratio Ve / Vc was investigated. Since Vc> Ve, Ve / Vc ⁇ 1.
  • the smaller the value of the sound velocity ratio Ve / Vc the larger the difference in sound velocity between the central region C and the low sound velocity region L1 and the low sound velocity region L2.
  • the wavelength defined by the electrode finger pitch of the IDT electrode 3 is ⁇ .
  • the film thickness may be represented by the wavelength ⁇ .
  • the electrode finger pitch p is the distance between the centers of adjacent electrode fingers.
  • the average value of the distances between the centers may be used as the electrode finger pitch p.
  • the wavelength ⁇ is represented by 2p. In the first embodiment in the following comparison, the wavelength ⁇ is 2 ⁇ m. However, the value of the wavelength ⁇ is not limited to this.
  • FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the film thickness of the dielectric film and the sound velocity ratio Ve / Vc in the elastic wave apparatus of the first embodiment and the first comparative example.
  • FIG. 5 shows the results when the dielectric film 8 of the first embodiment and the dielectric film 108 of the first comparative example are made of silicon nitride.
  • the case where the dielectric film 8 is made of silicon nitride also includes the case where the dielectric film 8 contains a trace amount of impurities other than silicon nitride. The same applies to the description relating to the relationship between other configurations and materials.
  • the value of the sound velocity ratio Ve / Vc is smaller than that in the first comparative example. Further, as the film thicknesses of the dielectric film 8 and the dielectric film 108 become thicker, the difference between the sound velocity ratio Ve / Vc in the first embodiment and the sound velocity ratio Ve / Vc in the first comparative example becomes larger. .. As described above, in the first embodiment, it can be seen that the difference in sound velocity between the central region C and the low sound velocity region L1 and the low sound velocity region L2 can be effectively increased. Therefore, the transverse mode can be effectively suppressed.
  • the dielectric film may be used as a mass addition film.
  • the addition of mass has the effect of lowering the speed of sound. Elastic waves are excited by the application of AC voltage by the electrode fingers. Therefore, it is considered that the effect of lowering the speed of sound is higher when the mass is added on the electrode fingers than when the mass is added between the electrode fingers. Therefore, when the dielectric film is provided only between the electrode fingers as in the first embodiment, the effect of lowering the sound velocity is small.
  • the capacitance is larger than when the dielectric film is not provided between the electrode fingers.
  • the specific band becomes smaller.
  • This can be said to be synonymous with increasing the resonance frequency.
  • the resonance frequency is f
  • the wavelength defined by the electrode finger pitch of the IDT electrode is ⁇
  • the effect of increasing the speed of sound due to the dielectric film 8 provided between the electrode fingers shown in FIG. 1 and the effect of decreasing the speed of sound due to the addition of mass are in a canceling relationship.
  • the dielectric film 8 is provided only between the electrode fingers, the effect of lowering the speed of sound is small. Therefore, the speed of sound in the central region C can be effectively increased.
  • each dielectric film 8 is provided in the region between one electrode finger, and does not reach the region between a plurality of electrode fingers.
  • one dielectric film may reach between a plurality of electrode fingers and a first surface or a second surface of the plurality of electrode fingers. It is sufficient that the dielectric film 8 does not overlap with at least a part of the plurality of electrode fingers when viewed in a plan view. Also in this case, the effect of lowering the speed of sound due to the addition of mass can be suppressed. Therefore, the difference in sound velocity between the central region C and the low sound velocity region L1 and the low sound velocity region L2 can be effectively increased.
  • the speed of sound in the central region cannot be increased when a relatively low sound velocity film is used as the dielectric film provided in the central region.
  • the first embodiment shown in FIG. 1 even when the dielectric film 8 is a film having a relatively low sound velocity, the sound velocity Vc in the central region C is effectively increased. Can be done.
  • the second comparative example is the first embodiment in that the dielectric film 118 is arranged between the piezoelectric substrate 2 and the IDT electrode 3 in the entire central region C. Different from.
  • the sound velocity Vc of the third comparative example having no dielectric film is also shown.
  • FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the film thickness of the dielectric film and the sound velocity Vc in the elastic wave apparatus of the first embodiment and the first to third comparative examples.
  • FIG. 7 shows the results when the dielectric film 8 of the first embodiment, the dielectric film 108 of the first comparative example, and the dielectric film 118 of the second comparative example are made of tantalum pentoxide.
  • the film thickness of the dielectric film is 0.
  • the fact that the film thickness of the dielectric film is 0 means that the dielectric film is not provided.
  • the sound velocity Vc in the central region C is lower than that in the third comparative example having no dielectric film.
  • the thicker the film thickness of the dielectric film 108 the lower the sound velocity Vc.
  • the second comparative example it can be seen that the sound velocity Vc is higher than that in the third comparative example.
  • the thicker the film thickness of the dielectric film 8 the higher the sound velocity Vc.
  • the dielectric film 8 is a film having a relatively low sound velocity
  • the sound velocity Vc can be increased in the first embodiment.
  • FIG. 8 below an example in which a material other than tantalum pentoxide is used as a relatively low sound velocity film is shown.
  • FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the film thickness of the dielectric film and the sound velocity Vc in the elastic wave device of the first embodiment and the first comparative example.
  • FIG. 8 shows the results when the dielectric film 8 of the first embodiment and the dielectric film 108 of the first comparative example are made of niobium pentoxide.
  • the thicker the film thickness of the dielectric film 108 the lower the sound velocity Vc in the central region C.
  • the thicker the film thickness of the dielectric film 8 the higher the sound velocity Vc.
  • the dielectric film 8 in the first embodiment can be formed by, for example, a lift-off method.
  • a resist pattern 13A is formed on the plurality of first electrode fingers 6 and on the plurality of second electrode fingers 7 by a photolithography method or the like.
  • the resist pattern 13A is open at a portion overlapping the region between the electrode fingers in a plan view.
  • the dielectric layer 13B is formed so as to cover the resist pattern 13A and the piezoelectric substrate 2.
  • the dielectric film 8 shown in FIG. 2 can be obtained by peeling off the resist pattern 13A.
  • the difference in sound velocity between the central region C and the low sound velocity region L1 and the low sound velocity region L2 can be effectively increased, and the transverse mode can be effectively used. It can be suppressed.
  • the dielectric film 8A is not in contact with the side surface 6c of the first electrode finger 6 and the side surface 7c of the second electrode finger 7.
  • the dimension of the dielectric film 8A along the x direction is defined as the width of the dielectric film 8A.
  • the width of the dielectric film 8A is set to the distance between the ridgeline portion of the side surface 6c and the second surface 6b of the first electrode finger 6 and the ridgeline portion of the side surface 7c and the second surface 7b of the second electrode finger 7. Same as the corresponding dimensions. Therefore, the dielectric film 8A is in contact with both of the ridges. In this specification, the ridgeline portion between the side surface and the other surface is not included in the side surface.
  • the dielectric film 8B is not in contact with the first electrode finger 6 and the second electrode finger 7.
  • the width of the dielectric film 8B is set to the distance between the ridgeline portion of the side surface 6c and the second surface 6b of the first electrode finger 6 and the ridgeline portion of the side surface 7c and the second surface 7b of the second electrode finger 7. Narrower than the corresponding dimensions.
  • the dielectric film 8 is in contact with the side surface 6c of the first electrode finger 6 and the side surface 7c of the second electrode finger 7. Thereby, the speed of sound Vc in the central region C can be further increased. This is shown by comparing the first embodiment with the first modification thereof.
  • FIG. 12 is a diagram showing the relationship between the film thickness of the dielectric film and the sound velocity Vc of the elastic wave device according to the first embodiment and the first modification thereof.
  • the dielectric film corresponding to the dielectric film 8 of the first embodiment is the first dielectric film 18.
  • a second dielectric film 19 is provided on the piezoelectric substrate 2 so as to cover the IDT electrode 3 and the first dielectric film 18.
  • the second dielectric film 19 is made of, for example, silicon oxide, silicon nitride, silicon oxynitride, or the like. Since the entire surface of the IDT electrode 3 is protected by the dielectric film by providing the second dielectric film 19, the IDT electrode 3 is less likely to be damaged by moisture. Further, by adjusting the thickness of the second dielectric film 19, the resonance frequency can be adjusted.
  • a convex portion is provided on the portion of the second dielectric film 19 that overlaps with the first electrode finger 6 or the second electrode finger 7 in a plan view.
  • the second dielectric film 19 does not have to be provided with a convex portion.
  • the second dielectric film 19 may be flat.
  • the piezoelectric substrate 12A has a support substrate 17A, a first intermediate film 15, a second intermediate film 16, and a piezoelectric layer 14. More specifically, the second interlayer film 16 is provided on the support substrate 17A. The first interlayer film 15 is provided on the second interlayer film 16. The piezoelectric layer 14 is provided on the first interlayer film 15.
  • the material of the first interlayer film 15 for example, a material containing glass, silicon oxide, silicon nitride, lithium oxide, tantalum pentoxide, or a compound obtained by adding fluorine, carbon or boron to silicon oxide as a main component is used. Can be used.
  • Examples of the material of the second interlayer film 16 include silicon, aluminum oxide, silicon carbide, silicon nitride, silicon oxynitride, sapphire, lithium tantalate, lithium niobate, crystal, alumina, zirconia, cordierite, mulite, and steer.
  • a medium containing the above materials as a main component such as tight, forsterite, magnesia, a DLC (diamond-like carbon) film, or diamond, can be used.
  • the second interlayer film 16 is preferably made of at least one material selected from the group consisting of aluminum nitride, aluminum oxide, silicon nitride and a DLC film.
  • Examples of the material of the support substrate 17A include piezoelectric materials such as aluminum oxide, lithium tantalate, lithium niobate, and crystal, alumina, sapphire, magnesia, silicon nitride, aluminum nitride, silicon carbide, zirconia, cordierite, mulite, and steer.
  • Various ceramics such as tight and forsterite, dielectrics such as diamond and glass, semiconductors or resins such as silicon and gallium nitride can also be used.
  • the first interlayer film 15 is a low sound velocity film.
  • the low sound velocity film is a relatively low sound velocity film. More specifically, the sound velocity of the bulk wave propagating in the low-pitched sound film is lower than the sound velocity of the bulk wave propagating in the piezoelectric layer 14.
  • the second interlayer film 16 is a high sound velocity film as a high sound velocity material layer.
  • the high sound velocity material layer is a relatively high sound velocity layer.
  • the object of comparison is the sound velocity of the elastic wave propagating in the piezoelectric layer 14. More specifically, the sound velocity of the bulk wave propagating in the high sound velocity material layer is higher than the sound velocity of the elastic wave propagating in the piezoelectric layer 14.
  • the piezoelectric substrate 12A of this modification the high sound velocity film, the low sound velocity film, and the piezoelectric layer 14 as the high sound velocity material layer are laminated in this order. Thereby, the energy of the elastic wave can be effectively confined to the piezoelectric layer 14 side.
  • the piezoelectric substrate 12B has a substrate 17B, a first interlayer film 15, and a piezoelectric layer 14. More specifically, the first interlayer film 15 is provided on the substrate 17B. The piezoelectric layer 14 is provided on the first interlayer film 15.
  • Examples of the material of the substrate 17B include silicon, aluminum oxide, silicon carbide, silicon nitride, silicon nitride, sapphire, lithium tantalate, lithium niobate, crystal, alumina, zirconia, cozilite, mulite, steatite, and forsterite. , Magnesia, DLC film, or a medium containing the above-mentioned material as a main component, such as diamond, can be used.
  • the substrate 17B is preferably made of at least one material selected from the group consisting of sapphire, quartz, silicon carbide and silicon.
  • the substrate 17B is a high sound velocity support substrate as a high sound velocity material layer.
  • the energy of the elastic wave can be effectively confined to the piezoelectric layer 14 side as in the fourth modification.
  • the piezoelectric layer 14 has a low sound velocity as the first intermediate film 15 on the substrate 17B or the high sound velocity material layer as the second intermediate film 16. It is indirectly provided via a membrane. However, the first interlayer film 15 does not have to be provided.
  • the piezoelectric layer 14 may be provided directly on the substrate 17B or on the second interlayer film 16.
  • the piezoelectric substrate may be a laminate of the support substrate 17A, the second interlayer film 16, and the piezoelectric layer 14, or may be a laminate of the substrate 17B and the piezoelectric layer 14. Even in these cases, the energy of the elastic wave can be effectively confined on the piezoelectric layer 14 side.
  • the piezoelectric substrate may be a laminate of an acoustic reflection film and a piezoelectric layer.
  • the acoustic reflection film includes at least one low acoustic impedance layer and at least one high acoustic impedance layer.
  • the low acoustic impedance layer is a layer having a relatively low acoustic impedance.
  • the high acoustic impedance layer is a layer having a relatively high acoustic impedance.
  • the low acoustic impedance layer and the high acoustic impedance layer are laminated alternately. Even in this case, the energy of the elastic wave can be effectively confined to the piezoelectric layer side. Further, as in the first embodiment, the difference in sound velocity between the central region and the low sound velocity region can be effectively increased, and the transverse mode can be effectively suppressed.
  • FIG. 16 is a plan view of the elastic wave device according to the second embodiment.
  • This embodiment is different from the first embodiment in that the configuration of the IDT electrode 23 in the first region E1 and the second region E2, and the mass addition film 29A and the mass addition film 29B are provided. Except for the above points, the elastic wave device of the present embodiment has the same configuration as the elastic wave device 1 of the first embodiment.
  • Each first electrode finger 26 of the IDT electrode 23 has a wide portion 26d and a wide portion 26e.
  • the wide portion 26d is located in the first region E1.
  • the wide portion 26e is located in the second region E2.
  • the width of the wide portion 26d and the wide portion 26e of the first electrode finger 26 is larger than the width of the first electrode finger 26 in the central region C.
  • each second electrode finger 27 has a wide portion 27d and a wide portion 27e.
  • the wide portion 27d is located in the first region E1.
  • the wide portion 27e is located in the second region E2.
  • the width of the wide portion 27d and the wide portion 27e of the second electrode finger 27 is wider than the width of the second electrode finger 27 in the central region C.
  • the sound velocity Ve in the first region E1 and the second region E2 can be lowered. That is, the sound velocity Ve in the low sound velocity region L1 and the low sound velocity region L2 configured in the first region E1 and the second region E2 can be lowered.
  • the plurality of first electrode fingers 26 and the plurality of second electrode fingers 27 has a wide portion in at least one of the first region E1 and the second region E2. good. However, it is preferable that the plurality of electrode fingers have a wide portion.
  • the plurality of first electrode fingers 26 may include both an electrode finger having a wide portion 26d or a wide portion 26e and an electrode finger having no wide portion 26d and a wide portion 26e.
  • the plurality of second electrode fingers 27 may include both an electrode finger having a wide portion 27d or a wide portion 27e and an electrode finger having no wide portion 27d and a wide portion 27e.
  • a plurality of mass addition films 29A are provided on the plurality of first electrode fingers 26 and the plurality of second electrode fingers 27. More specifically, each mass addition film 29A is provided on the first surface 6a of each first electrode finger 26 and on the first surface 7a of each second electrode finger 27.
  • a plurality of mass addition films 29B are provided on the plurality of first electrode fingers 26 and the plurality of second electrode fingers 27. More specifically, each mass addition film 29B is provided on the first surface 6a of each first electrode finger 26 and on the first surface 7a of each second electrode finger 27.
  • the provision of the mass-adding film 29A and the mass-adding film 29B also makes it possible to reduce the sound velocity Ve in the first region E1 and the second region E2.
  • At least one of the mass addition film 29A and the mass addition film 29B is provided on at least one of the plurality of first electrode fingers 26 and the plurality of second electrode fingers 27.
  • the plurality of mass addition films 29A and the plurality of mass addition films 29B are provided on the plurality of electrode fingers.
  • the plurality of mass addition films 29A and the plurality of mass addition films 29B are made of an appropriate metal or dielectric.
  • the dielectric film 8 is provided between the plurality of electrode fingers, and the dielectric film 8 is formed on the plurality of electrode fingers when viewed in a plan view. Does not overlap with at least part of. As a result, the speed of sound Vc in the central region can be effectively increased. Therefore, in the present embodiment, the difference in sound velocity between the central region C and the low sound velocity region L1 and the low sound velocity region L2 can be further increased. Therefore, the transverse mode can be suppressed more reliably.
  • the mass addition film 29A and the mass addition film 29B are not provided in the portion between the electrode fingers on the piezoelectric substrate 2.
  • the mass addition film 29A and the mass addition film 29B may be provided in the portion between the electrode fingers on the piezoelectric substrate 2.
  • One mass addition film 29A and one mass addition film 29B may cover the plurality of first electrode fingers 26 and the plurality of second electrode fingers 27.
  • the mass addition film 29A and the mass addition film 29B are made of an appropriate dielectric material.
  • the speed of sound in the first region E1 and the second region E2 may be lowered by one of the configuration provided with the wide portion and the configuration provided with the mass addition film.
  • FIG. 17 is a plan view of the elastic wave device according to the third embodiment.
  • This embodiment is different from the first embodiment in that the mass addition film 39A and the mass addition film 39B are provided in the first region E1 and the second region E2. Except for the above points, the elastic wave device of the present embodiment has the same configuration as the elastic wave device 1 of the first embodiment.
  • the mass-adding film 39A and the mass-adding film 39B have a band-like shape.
  • One mass addition film 39A is provided between the piezoelectric substrate 2 and the plurality of electrode fingers in the first region E1.
  • One mass addition film 39B is provided between the piezoelectric substrate 2 and the plurality of electrode fingers in the second region E2.
  • the mass-adding film 39A and the mass-adding film 39B are made of an appropriate dielectric material.
  • the sound velocity Ve in the first region E1 and the second region E2 can be lowered.
  • the dielectric film 8 is provided between the plurality of electrode fingers, and the dielectric film 8 does not overlap with at least a part of the plurality of electrode fingers when viewed in a plan view. ..
  • the speed of sound Vc in the central region C can be increased. Therefore, in the present embodiment, the difference in sound velocity between the central region C and the low sound velocity region L1 and the low sound velocity region L2 can be further increased. Therefore, the transverse mode can be suppressed more reliably.

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Abstract

横モードを効果的に抑制することができる、弾性波装置を提供する。 本発明の弾性波装置1は、圧電性基板2と、複数の電極指を有するIDT電極3とを備える。IDT電極3の隣り合う電極指が弾性波伝搬方向において重なり合っている部分が交叉領域Aであり、交叉領域Aは、複数の電極指が延びる方向における中央側に位置している中央領域Cと、中央領域Cの複数の電極指が延びる方向両側に配置されている第1の領域E1及び第2の領域E2とを有する。弾性波装置1は、中央領域Cに配置されている誘電体膜8をさらに備える。中央領域Cにおいて、誘電体膜8は複数の電極指の間に設けられており、かつ平面視したときに、誘電体膜8は複数の電極指の少なくとも一部と重なっていない。

Description

弾性波装置
 本発明は、弾性波装置に関する。
 従来、弾性波装置は携帯電話機のフィルタなどに広く用いられている。下記の特許文献1には、音響波装置、すなわち弾性波装置の一例が開示されている。この弾性波装置においては、圧電基板上にIDT(Interdigital Transducer)電極が設けられている。IDT電極の複数の電極指が延びる方向において、音速が異なる複数の領域が配置されている。具体的には、中央領域の外側に低音速領域が配置されており、低音速領域の外側に高音速領域が配置されている。これにより、ピストンモードを成立させることによって、横モードの抑制が図られている。
 上記中央領域には、帯状の誘電体膜が配置されている。誘電体膜により、中央領域に位置する複数の電極指が覆われている。それによって、中央領域における音速が高められており、中央領域と低音速領域とにおいて音速の差が設けられている。
特開2011-101350号公報
 横モードを抑制するためには、中央領域と低音速領域との音速の差が大きいことが理想である。しかしながら、特許文献1の弾性波装置では、中央領域と低音速領域との音速の差を十分に大きくすることは困難であった。そのため、横モードを十分に抑制できないことがあった。
 本発明の目的は、横モードを効果的に抑制することができる、弾性波装置を提供することにある。
 本発明に係る弾性波装置は、圧電体層を含む圧電性基板と、前記圧電体層上に設けられており、対向し合う第1のバスバー及び第2のバスバーと、前記第1のバスバー及び前記第2のバスバーのうち一方にそれぞれ一端が接続されている複数の電極指とを有するIDT電極とを備え、前記IDT電極の隣り合う前記電極指が弾性波伝搬方向において重なり合っている部分が交叉領域であり、前記交叉領域が、前記複数の電極指が延びる方向における中央側に位置している中央領域と、前記中央領域の前記複数の電極指が延びる方向両側に配置されている第1の領域及び第2の領域とを有し、前記中央領域に配置されている誘電体膜がさらに備えられており、前記中央領域において、前記誘電体膜が前記複数の電極指の間に設けられており、かつ平面視したときに、前記誘電体膜が前記複数の電極指の少なくとも一部と重なっていない。
 本発明に係る弾性波装置によれば、横モードを効果的に抑制することができる。
図1は、本発明の第1の実施形態に係る弾性波装置の平面図である。 図2は、図1中のI-I線に沿う断面図である。 図3は、第1の比較例の弾性波装置の平面図である。 図4は、第1の比較例の弾性波装置の、一対の電極指付近を示す正面断面図である。 図5は、本発明の第1の実施形態及び第1の比較例の弾性波装置における、誘電体膜の膜厚と音速比Ve/Vcとの関係を示す図である。 図6は、第2の比較例の弾性波装置の平面図である。 図7は、本発明の第1の実施形態及び第1~第3の比較例の弾性波装置における、誘電体膜の膜厚と音速Vcとの関係を示す図である。 図8は、本発明の第1の実施形態及び第1の比較例の弾性波装置における、誘電体膜の膜厚と音速Vcとの関係を示す図である。 図9(a)及び図9(b)は、第1の実施形態における誘電体膜を形成する方法の一例を説明するための、一対の電極指付近を示す正面断面図である。 図10は、本発明の第1の実施形態の第1の変形例に係る弾性波装置の、一対の電極指付近を示す正面断面図である。 図11は、本発明の第1の実施形態の第2の変形例に係る弾性波装置の、一対の電極指付近を示す正面断面図である。 図12は、本発明の第1の実施形態及びその第1の変形例に係る弾性波装置の、誘電体膜の膜厚と音速Vcとの関係を示す図である。 図13は、本発明の第1の実施形態の第3の変形例に係る弾性波装置の、一対の電極指付近を示す正面断面図である。 図14は、本発明の第1の実施形態の第4の変形例に係る弾性波装置の、一対の電極指付近を示す正面断面図である。 図15は、本発明の第1の実施形態の第5の変形例に係る弾性波装置の、一対の電極指付近を示す正面断面図である。 図16は、本発明の第2の実施形態に係る弾性波装置の平面図である。 図17は、本発明の第3の実施形態に係る弾性波装置の平面図である。
 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装置の平面図である。図1及び図1以外の平面図においては、後述する誘電体膜をハッチングにより示す。
 弾性波装置1は圧電性基板2を有する。本実施形態では、圧電性基板2は圧電体層のみからなる圧電基板である。もっとも、圧電性基板2は、圧電体層を含む積層基板であってもよい。圧電体層の材料としては、例えば、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム、酸化亜鉛、窒化アルミニウム、水晶、またはPZT(チタン酸ジルコン酸鉛)などを用いることができる。
 圧電性基板2上にはIDT電極3が設けられている。IDT電極3は複数の電極指を有する。より具体的には、複数の電極指は、複数の第1の電極指6及び複数の第2の電極指7である。IDT電極3に交流電圧を印加することにより、弾性波が励振される。圧電性基板2上における、IDT電極3の弾性波伝搬方向両側に、一対の反射器9A及び反射器9Bが設けられている。このように、本実施形態の弾性波装置1は弾性表面波共振子である。もっとも、本発明に係る弾性波装置は弾性波共振子には限定されず、弾性波共振子を有するフィルタ装置やマルチプレクサであってもよい。本明細書においては、弾性波伝搬方向をx方向とする。複数の第1の電極指6及び複数の第2の電極指7が延びる方向をy方向とする。本実施形態においては、x方向とy方向とは直交する。
 弾性波装置1においては、ピストンモードを成立させることにより、横モードを抑制している。弾性波装置1では、y方向において、音速が異なる複数の領域が配置されている。具体的には、y方向における中央から、中央領域C、一対の低音速領域L1及び低音速領域L2、並びに一対の高音速領域H1及び高音速領域H2が、この順序において配置されている。それによって、ピストンモードが成立し、横モードを抑制することができる。なお、低音速領域L1及び低音速領域L2は、該領域における音速が、中央領域Cにおける音速よりも低い領域である。高音速領域H1及び高音速領域H2は、該領域における音速が、中央領域Cにおける音速よりも高い領域である。
 本実施形態の特徴は、中央領域Cにおいて、複数の電極指の間に誘電体膜8が設けられており、かつ中央領域Cにおいて、平面視したときに、誘電体膜8が複数の電極指の少なくとも一部と重なっていないことにある。それによって、中央領域Cと、低音速領域L1及び低音速領域L2とにおける音速の差を大きくすることができる。よって、横モードを効果的に抑制することができる。上記効果の詳細を、本実施形態の構成の詳細と共に、以下において説明する。
 図1に示すように、IDT電極3は、第1のバスバー4及び第2のバスバー5を有する。第1のバスバー4及び第2のバスバー5は互いに対向している。第1のバスバー4に、上記複数の第1の電極指6の一端がそれぞれ接続されている。第2のバスバー5に、上記複数の第2の電極指7の一端がそれぞれ接続されている。複数の第1の電極指6及び複数の第2の電極指7は互いに間挿し合っている。
 図2は、図1中のI-I線に沿う断面図である。なお、図2は、中央領域Cにおける断面図である。
 第1の電極指6は、第1の面6a及び第2の面6bと、側面6cとを有する。第1の面6a及び第2の面6bは、厚み方向において互いに対向している。側面6cは第1の面6a及び第2の面6bに接続されている。同様に、第2の電極指7は、第1の面7a及び第2の面7bと、側面7cとを有する。IDT電極3並びに上記反射器9A及び上記反射器9Bは、積層金属膜からなっていてもよく、単層の金属膜からなっていてもよい。
 図1に戻り、IDT電極3において、第1の電極指6と第2の電極指7とがx方向において重なり合っている部分は、交叉領域Aである。交叉領域Aは、上記中央領域Cと、第1の領域E1及び第2の領域E2とを含む。中央領域Cは、交叉領域Aにおいて、y方向における中央側に位置している。第1の領域E1及び第2の領域E2は、中央領域Cのy方向両側に配置されている。より具体的には、第1の領域E1は、中央領域Cの第1のバスバー4側に配置されている。第2の領域E2は、中央領域Cの第2のバスバー5側に配置されている。
 中央領域Cにおいて、第1の電極指6と第2の電極指7との間に誘電体膜8が設けられている。より具体的には、本実施形態では、y方向に延びる複数の誘電体膜8が設けられている。図2に示すように、誘電体膜8は、第1の電極指6の側面6c及び第2の電極指7の側面7cに接触している。他方、誘電体膜8は、第1の電極指6の第1の面6a及び第2の面6b、並びに第2の電極指7の第1の面7a及び第2の面7bには接触していない。なお、誘電体膜8は、第1の面6a、第1の面7a、第2の面6bまたは第2の面7bに接触していてもよい。平面視したときに、誘電体膜8が、複数の電極指の少なくとも一部と重なっていなければよい。
 図2においては、誘電体膜8の膜厚が、第1の電極指6及び第2の電極指7の膜厚よりも薄い例を示している。もっとも、誘電体膜8の膜厚は、第1の電極指6及び第2の電極指7の膜厚以上であってもよい。
 本実施形態では、第1の電極指6の側面6c及び第2の電極指7の側面7cは、圧電性基板2の法線方向に対して傾斜して延びている。なお、第1の電極指6の側面6c及び第2の電極指7の側面7cは、圧電性基板2の法線方向と平行に延びていてもよい。
 図1に戻り、上記のような誘電体膜8が設けられていることにより、中央領域Cにおける音速が、第1の領域E1及び第2の領域E2における音速よりも高い。すなわち、第1の領域E1及び第2の領域E2における音速は、中央領域Cにおける音速よりも低い。ここで、中央領域Cにおける音速をVc、第1の領域E1及び第2の領域E2における音速をVeとしたときに、Vc>Veである。このように、第1の領域E1において低音速領域L1が構成されており、第2の領域E2において低音速領域L2が構成されている。
 図1に示すように、IDT電極3は第1のギャップ領域G1及び第2のギャップ領域G2を有する。第1のギャップ領域G1は、第1の領域E1及び第1のバスバー4の間に位置する。第2のギャップ領域G2は、第2の領域E2及び第2のバスバー5の間に位置する。第1のギャップ領域G1においては、第1の電極指6及び第2の電極指7のうち第1の電極指6のみが設けられている。これにより、第1のギャップ領域G1における音速は中央領域Cにおける音速よりも高い。同様に、第2のギャップ領域G2においては、第1の電極指6及び第2の電極指7のうち第2の電極指7のみが設けられている。これにより、第2のギャップ領域G2における音速は中央領域Cにおける音速よりも高い。ここで、第1のギャップ領域G1及び第2のギャップ領域G2における音速をVgとしたときに、Vg>Vcである。このように、第1のギャップ領域G1において高音速領域H1が構成されており、第2のギャップ領域G2において、高音速領域H2が構成されている。
 本実施形態においては、各音速の関係はVg>Vc>Veである。なお、図1における音速の関係を示す部分においては、矢印Vで示すように、各音速の高さを示す線が左側に位置するほど音速が高いことを示す。y方向における中央から、中央領域C、一対の低音速領域L1及び低音速領域L2、並びに一対の高音速領域H1及び高音速領域H2が、この順序において配置されている。これにより、ピストンモードを成立させる。
 誘電体膜8は、相対的に低音速な膜であってもよく、相対的に高音速な膜であってもよい。ここで、ある膜が相対的に低音速であるとは、当該膜を伝搬するバルク波の音速が、圧電体層を伝搬するバルク波の音速よりも低いことを指す。ある膜が相対的に高音速であるとは、当該膜を伝搬するバルク波の音速が、圧電体層を伝搬するバルク波の音速よりも高いことを指す。
 誘電体膜8が相対的に低音速な膜である場合、誘電体膜8の材料として、例えば、酸化ケイ素、酸化ハフニウム、五酸化タンタルまたは五酸化ニオブなどを用いることができる。誘電体膜8が相対的に高音速な膜である場合、誘電体膜8の材料として、例えば、酸化アルミニウム、炭化ケイ素、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素などを用いることができる。
 以下において、誘電体膜8が設けられていることにより、中央領域Cと、低音速領域L1及び低音速領域L2とにおける音速の差を効果的に大きくできることを、本実施形態と第1の比較例とを比較することにより説明する。図3に示すように、第1の比較例は、平面視したときに、中央領域Cにおいて、誘電体膜108が複数の電極指の全部と重なっている点で、本実施形態と異なる。より具体的には、図4に示すように、第1の比較例においては、誘電体膜108が複数の電極指を覆っている。
 低音速領域L1及び低音速領域L2における音速Veと、中央領域Cにおける音速Vcとの比を音速比Ve/Vcとする。第1の実施形態の弾性波装置1及び第1の比較例の弾性波装置において、誘電体膜8及び誘電体膜108のそれぞれの膜厚と、音速比Ve/Vcとの関係を調べた。なお、Vc>Veであるため、Ve/Vc<1である。音速比Ve/Vcの値が小さいほど、中央領域Cと、低音速領域L1及び低音速領域L2とにおける音速の差は大きい。ここで、IDT電極3の電極指ピッチにより規定される波長をλとする。本明細書においては、膜厚を波長λにより表すことがある。なお、図2に示すように、電極指ピッチpは、隣り合う電極指の中心間距離である。IDT電極3において隣り合う電極指の中心間距離が一定でない場合には、電極指ピッチpとして、該中心間距離の平均値を用いてもよい。上記波長λは2pにより表される。以下の比較における第1の実施形態では、波長λは2μmとしている。もっとも、波長λの値はこれに限定されるものではない。
 図5は、第1の実施形態及び第1の比較例の弾性波装置における、誘電体膜の膜厚と音速比Ve/Vcとの関係を示す図である。図5においては、第1の実施形態の誘電体膜8及び第1の比較例の誘電体膜108が窒化ケイ素からなる場合の結果を示す。本明細書において、例えば、誘電体膜8が窒化ケイ素からなるという場合、誘電体膜8が窒化ケイ素以外の微量の不純物を含有している場合も含む。他の構成及び材料の関係に係る記載も同様である。
 図5に示すように、第1の実施形態においては、第1の比較例よりも音速比Ve/Vcの値が小さいことがわかる。さらに、誘電体膜8及び誘電体膜108の膜厚が厚くなるほど、第1の実施形態における音速比Ve/Vcと、第1の比較例における音速比Ve/Vcとの差は大きくなっている。このように、第1の実施形態においては、中央領域Cと、低音速領域L1及び低音速領域L2とにおける音速の差を効果的に大きくできることがわかる。従って、横モードを効果的に抑制することができる。
 これは、以下の理由によるものと考えられる。誘電体膜は質量付加膜として用いられることがある。質量の付加には、音速を低くする効果がある。弾性波は電極指により交流電圧が印加されることによって励振される。そのため、電極指上に質量を付加する場合には、電極指間に質量を付加する場合よりも、音速を低くする効果が高いと考えられる。そのため、第1の実施形態のように、電極指間のみに誘電体膜が設けられている場合には、音速を低くする効果が小さい。
 ここで、電極指間に誘電体膜が設けられている場合には、電極指間に誘電体膜が設けられていない場合よりも静電容量が大きくなる。これにより、比帯域が小さくなる。これは、共振周波数が高くなることと同義といえる。共振周波数をf、IDT電極の電極指ピッチにより規定される波長をλ、音速をvとしたときに、f=v/λである。電極指ピッチは一定であり、波長λは一定であるため、共振周波数fが高くなると、音速vも高くなる。よって、電極指間に誘電体膜が設けられると、音速が高くなる効果があるといえる。
 もっとも、図1に示す誘電体膜8が電極指間に設けられていることによる音速が高くなる効果と、質量の付加による音速が低くなる効果とは、相殺される関係にある。第1の実施形態においては、電極指間のみに誘電体膜8が設けられているため、音速が低くなる効果が小さい。よって、中央領域Cにおける音速を効果的に高くすることができる。
 本実施形態においては、複数の誘電体膜8が設けられている。より具体的には、各誘電体膜8は、1個の電極指間の領域に設けられており、複数の電極指間の領域には至っていない。なお、例えば、1個の誘電体膜が複数の電極指間と、複数の電極指の第1の面または第2の面とに至っていてもよい。平面視したときに、誘電体膜8が、複数の電極指の少なくとも一部と重なっていなければよい。この場合にも、質量の付加による音速を低くする効果を抑制できる。よって、中央領域Cと、低音速領域L1及び低音速領域L2とにおける音速の差を効果的に大きくすることができる。
 従来においては、中央領域に設ける誘電体膜として相対的に低音速な膜を用いる場合には、中央領域における音速を高くすることはできないと考えられてきた。これに対して、図1に示す第1の実施形態においては、誘電体膜8が相対的に低音速な膜である場合であっても、中央領域Cにおける音速Vcを効果的に高くすることができる。これを、第1の実施形態と、第1の比較例及び第2の比較例とを比較することにより、以下において示す。図6に示すように、第2の比較例は、中央領域Cの全部において、圧電性基板2とIDT電極3との間に誘電体膜118が配置されている点で、第1の実施形態と異なる。なお、下記の図7において、誘電体膜を有しない第3の比較例の音速Vcも併せて示す。
 図7は、第1の実施形態及び第1~第3の比較例の弾性波装置における、誘電体膜の膜厚と音速Vcとの関係を示す図である。図7においては、第1の実施形態の誘電体膜8、第1の比較例の誘電体膜108及び第2の比較例の誘電体膜118が五酸化タンタルからなる場合の結果を示す。第3の比較例においては、誘電体膜の膜厚は0である。なお、誘電体膜の膜厚が0であるということは、誘電体膜が設けられていないことをいう。
 図7に示すように、第1の比較例及び第2の比較例においては、誘電体膜を有しない第3の比較例よりも、中央領域Cにおける音速Vcが低くなっている。なお、第1の比較例においては、誘電体膜108の膜厚が厚くなるほど、音速Vcは低くなっている。第2の比較例においても同様である。これらに対して、第1の実施形態においては、第3の比較例よりも、音速Vcが高くなっていることがわかる。なお、第1の実施形態では、誘電体膜8の膜厚が厚くなるほど、音速Vcが高くなっている。このように、誘電体膜8が相対的に低音速な膜であるにも関わらず、第1の実施形態においては音速Vcを高くすることができる。下記の図8において、相対的に低音速な膜として、五酸化タンタル以外の材料を用いた例を示す。
 図8は、第1の実施形態及び第1の比較例の弾性波装置における、誘電体膜の膜厚と音速Vcとの関係を示す図である。図8においては、第1の実施形態の誘電体膜8及び第1の比較例の誘電体膜108が五酸化ニオブからなる場合の結果を示す。
 図8に示すように、第1の比較例においては、誘電体膜108の膜厚が厚くなるほど、中央領域Cにおける音速Vcが低くなっている。これに対して、第1の実施形態においては、図7に示した例と同様に、誘電体膜8の膜厚が厚くなるほど、音速Vcが高くなっていることがわかる。
 ところで、第1の実施形態における誘電体膜8は、例えば、リフトオフ法により形成することができる。具体的には、図9(a)に示すように、複数の第1の電極指6上及び複数の第2の電極指7上に、フォトリソグラフィ法などにより、レジストパターン13Aを形成する。このとき、レジストパターン13Aは、平面視において、電極指間の領域に重なる部分において開口している。次に、図9(b)に示すように、レジストパターン13A及び圧電性基板2を覆うように、誘電体層13Bを形成する。次に、レジストパターン13Aを剥離することにより、図2に示す誘電体膜8を得ることができる。
 以下において、第1の実施形態の複数の変形例を示す。各変形例においても、第1の実施形態と同様に、中央領域Cと、低音速領域L1及び低音速領域L2とにおける音速の差を効果的に大きくすることができ、横モードを効果的に抑制することができる。
 図10に示す第1の変形例においては、誘電体膜8Aは、第1の電極指6の側面6c及び第2の電極指7の側面7cとは接触していない。ここで、誘電体膜8Aのx方向に沿う寸法を誘電体膜8Aの幅とする。誘電体膜8Aの幅は、第1の電極指6の側面6c及び第2の面6bの稜線部と、第2の電極指7の側面7c及び第2の面7bの稜線部との距離に相当する寸法と同じである。よって、誘電体膜8Aは、上記双方の稜線部と接触している。なお、本明細書においては、側面と他の面との稜線部は、側面に含まれないものとする。
 図11に示す第2の変形例においては、誘電体膜8Bは、第1の電極指6及び第2の電極指7と接触していない。誘電体膜8Bの幅は、第1の電極指6の側面6c及び第2の面6bの稜線部と、第2の電極指7の側面7c及び第2の面7bの稜線部との距離に相当する寸法よりも狭い。
 なお、図2に示す第1の実施形態のように、誘電体膜8は、第1の電極指6の側面6c及び第2の電極指7の側面7cと接触していることが好ましい。それによって、中央領域Cにおける音速Vcをより一層高くすることができる。これを、第1の実施形態とその第1の変形例とを比較することにより示す。
 図12は、第1の実施形態及びその第1の変形例に係る弾性波装置の、誘電体膜の膜厚と音速Vcとの関係を示す図である。
 図12に示すように、第1の実施形態及びその第1の変形例のいずれにおいても、誘電体膜8及び誘電体膜8Aの膜厚が厚くなるほど、中央領域Cにおける音速Vcが高くなっていることがわかる。さらに、第1の実施形態においては、第1の変形例よりも音速Vcが高いことがわかる。
 ここで、図13に示す第3の変形例においては、第1の実施形態の誘電体膜8に相当する誘電体膜は、第1の誘電体膜18である。圧電性基板2上には、IDT電極3及び第1の誘電体膜18を覆うように、第2の誘電体膜19が設けられている。第2の誘電体膜19は、例えば、酸化ケイ素、窒化ケイ素または酸窒化ケイ素などからなる。第2の誘電体膜19が設けられていることにより、IDT電極3全面が誘電体膜に保護されるため、湿気によるIDT電極3の破損が生じ難い。また、第2の誘電体膜19の厚みを調整することにより、共振周波数の調整が可能となる。
 なお、第2の誘電体膜19の、平面視において第1の電極指6または第2の電極指7と重なる部分には、凸部が設けられている。もっとも、第2の誘電体膜19には凸部は設けられていなくともよい。第2の誘電体膜19は平坦であってもよい。
 図14に示す第4の変形例においては、圧電性基板12Aは、支持基板17Aと、第1の中間膜15と、第2の中間膜16と、圧電体層14とを有する。より具体的には、支持基板17A上に第2の中間膜16が設けられている。第2の中間膜16上に第1の中間膜15が設けられている。第1の中間膜15上に圧電体層14が設けられている。
 第1の中間膜15の材料としては、例えば、ガラス、酸化ケイ素、酸窒化ケイ素、酸化リチウム、五酸化タンタル、または、酸化ケイ素にフッ素、炭素やホウ素を加えた化合物を主成分とする材料を用いることができる。
 第2の中間膜16の材料としては、例えば、シリコン、酸化アルミニウム、炭化ケイ素、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素、サファイア、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム、水晶、アルミナ、ジルコニア、コージライト、ムライト、ステアタイト、フォルステライト、マグネシア、DLC(ダイヤモンドライクカーボン)膜またはダイヤモンドなど、上記材料を主成分とする媒質を用いることができる。なお、第2の中間膜16は、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、窒化シリコン及びDLC膜からなる群から選択された少なくとも1種の材料からなることが好ましい。
 支持基板17Aの材料としては、例えば、酸化アルミニウム、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム、水晶などの圧電体、アルミナ、サファイア、マグネシア、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、炭化ケイ素、ジルコニア、コージライト、ムライト、ステアタイト、フォルステライトなどの各種セラミック、ダイヤモンド、ガラスなどの誘電体、シリコン、窒化ガリウムなどの半導体または樹脂などを用いることもできる。
 本変形例においては、第1の中間膜15は低音速膜である。低音速膜は相対的に低音速な膜である。より具体的には、低音速膜を伝搬するバルク波の音速は、圧電体層14を伝搬するバルク波の音速よりも低い。
 本変形例においては、第2の中間膜16は、高音速材料層としての高音速膜である。高音速材料層は相対的に高音速な層である。なお、高音速材料層の場合、比較の対象は、圧電体層14を伝搬する弾性波の音速である。より具体的には、高音速材料層を伝搬するバルク波の音速は、圧電体層14を伝搬する弾性波の音速よりも高い。
 本変形例の圧電性基板12Aでは、高音速材料層としての高音速膜、低音速膜及び圧電体層14がこの順序において積層されている。それによって、弾性波のエネルギーを圧電体層14側に効果的に閉じ込めることができる。
 図15に示す第5の変形例においては、圧電性基板12Bは、基板17Bと、第1の中間膜15と、圧電体層14とを有する。より具体的には、基板17B上に第1の中間膜15が設けられている。第1の中間膜15上に圧電体層14が設けられている。
 基板17Bの材料としては、例えば、シリコン、酸化アルミニウム、炭化ケイ素、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素、サファイア、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム、水晶、アルミナ、ジルコニア、コージライト、ムライト、ステアタイト、フォルステライト、マグネシア、DLC膜またはダイヤモンドなど、上記材料を主成分とする媒質を用いることができる。なお、基板17Bは、サファイア、水晶、炭化ケイ素及びシリコンからなる群から選択された少なくとも1種の材料からなることが好ましい。
 本変形例においては、基板17Bは、高音速材料層としての高音速支持基板である。本変形例においても、第4の変形例と同様に、弾性波のエネルギーを圧電体層14側に効果的に閉じ込めることができる。
 なお、第4の変形例及び第5の変形例においては、圧電体層14は、基板17Bまたは第2の中間膜16としての高音速材料層上に、第1の中間膜15としての低音速膜を介して間接的に設けられている。もっとも、第1の中間膜15は設けられていなくともよい。圧電体層14は、基板17B上または第2の中間膜16上に直接的に設けられていてもよい。例えば、圧電性基板は、支持基板17A、第2の中間膜16及び圧電体層14の積層体であってもよく、基板17B及び圧電体層14の積層体であってもよい。これらの場合においても、弾性波のエネルギーを圧電体層14側に効果的に閉じ込めることができる。
 なお、圧電性基板は、音響反射膜及び圧電体層の積層体であってもよい。音響反射膜は、少なくとも1層の低音響インピーダンス層及び少なくとも1層の高音響インピーダンス層を含む。低音響インピーダンス層は、相対的に音響インピーダンスが低い層である。高音響インピーダンス層は、相対的に音響インピーダンスが高い層である。低音響インピーダンス層及び高音響インピーダンス層は交互に積層されている。この場合においても、弾性波のエネルギーを圧電体層側に効果的に閉じ込めることができる。さらに、第1の実施形態と同様に、中央領域と、低音速領域とにおける音速の差を効果的に大きくすることができ、横モードを効果的に抑制することができる。
 図16は、第2の実施形態に係る弾性波装置の平面図である。
 本実施形態は、第1の領域E1及び第2の領域E2におけるIDT電極23の構成、並びに質量付加膜29A及び質量付加膜29Bが設けられている点において、第1の実施形態と異なる。上記の点以外においては、本実施形態の弾性波装置は第1の実施形態の弾性波装置1と同様の構成を有する。
 IDT電極23の各第1の電極指26は、幅広部26d及び幅広部26eを有する。幅広部26dは第1の領域E1に位置する。幅広部26eは第2の領域E2に位置する。電極指のx方向に沿う寸法を電極指の幅としたときに、第1の電極指26の幅広部26d及び幅広部26eにおける幅は、第1の電極指26の中央領域Cにおける幅よりも広い。同様に、各第2の電極指27は、幅広部27d及び幅広部27eを有する。幅広部27dは第1の領域E1に位置する。幅広部27eは第2の領域E2に位置する。第2の電極指27の幅広部27d及び幅広部27eにおける幅は、第2の電極指27の中央領域Cにおける幅よりも広い。
 IDT電極23において、幅広部26d、幅広部26e、幅広部27d及び幅広部27eが設けられていることにより、第1の領域E1及び第2の領域E2における音速Veを低くすることができる。すなわち、第1の領域E1及び第2の領域E2において構成されている低音速領域L1及び低音速領域L2における音速Veを低くすることができる。
 なお、複数の第1の電極指26及び複数の第2の電極指27のうち少なくとも一本が、第1の領域E1及び第2の領域E2のうち少なくとも一方において幅広部を有していればよい。もっとも、複数の電極指が幅広部を有することが好ましい。複数の第1の電極指26が、幅広部26dまたは幅広部26eを有する電極指と、幅広部26d及び幅広部26eを有しない電極指との双方を含んでいてもよい。同様に、複数の第2の電極指27が、幅広部27dまたは幅広部27eを有する電極指と、幅広部27d及び幅広部27eを有しない電極指との双方を含んでいてもよい。
 加えて、図16に示すように、第1の領域E1において、複数の第1の電極指26及び複数の第2の電極指27に複数の質量付加膜29Aが設けられている。より具体的には、各質量付加膜29Aは、各第1の電極指26の第1の面6a上及び各第2の電極指27の第1の面7a上に設けられている。同様に、第2の領域E2において、複数の第1の電極指26及び複数の第2の電極指27に複数の質量付加膜29Bが設けられている。より具体的には、各質量付加膜29Bは、各第1の電極指26の第1の面6a上及び各第2の電極指27の第1の面7a上に設けられている。質量付加膜29A及び質量付加膜29Bが設けられていることによっても、第1の領域E1及び第2の領域E2における音速Veを低くすることができる。
 なお、質量付加膜29A及び質量付加膜29Bのうち少なくとも一方が、複数の第1の電極指26及び複数の第2の電極指27のうち少なくとも一本に設けられていればよい。もっとも、複数の質量付加膜29A及び複数の質量付加膜29Bが、複数の電極指に設けられていることが好ましい。複数の質量付加膜29A及び複数の質量付加膜29Bは、適宜の金属または誘電体からなる。
 他方、第1の実施形態と同様に、中央領域Cにおいては、複数の電極指の間に誘電体膜8が設けられており、かつ平面視したときに、誘電体膜8が複数の電極指の少なくとも一部と重なっていない。これにより、中央領域の音速Vcを効果的に高くすることができる。よって、本実施形態においては、中央領域Cと、低音速領域L1及び低音速領域L2とにおける音速の差をより一層大きくすることができる。従って、横モードをより一層確実に抑制することができる。
 本実施形態では、質量付加膜29A及び質量付加膜29Bは、圧電性基板2上における電極指間の部分には設けられていない。もっとも、質量付加膜29A及び質量付加膜29Bは、圧電性基板2上における電極指間の部分に設けられていてもよい。1個の質量付加膜29A及び1個の質量付加膜29Bが、複数の第1の電極指26及び複数の第2の電極指27を覆っていてもよい。この場合、質量付加膜29A及び質量付加膜29Bは適宜の誘電体からなる。
 第1の領域E1及び第2の領域E2の音速は、上記幅広部が設けられている構成、及び上記質量付加膜が設けられている構成のうち一方により低くされていてもよい。
 図17は、第3の実施形態に係る弾性波装置の平面図である。
 本実施形態は、第1の領域E1及び第2の領域E2において質量付加膜39A及び質量付加膜39Bが設けられている点において、第1の実施形態と異なる。上記の点以外においては、本実施形態の弾性波装置は第1の実施形態の弾性波装置1と同様の構成を有する。
 質量付加膜39A及び質量付加膜39Bは帯状の形状を有する。1個の質量付加膜39Aが、第1の領域E1において、圧電性基板2と複数の電極指との間に設けられている。1個の質量付加膜39Bが、第2の領域E2において、圧電性基板2と複数の電極指との間に設けられている。質量付加膜39A及び質量付加膜39Bは適宜の誘電体からなる。
 質量付加膜39A及び質量付加膜39Bが設けられていることにより、第1の領域E1及び第2の領域E2における音速Veを低くすることができる。加えて、中央領域Cにおいては、複数の電極指の間に誘電体膜8が設けられており、かつ平面視したときに、誘電体膜8が複数の電極指の少なくとも一部と重なっていない。これにより、中央領域Cの音速Vcを高くすることができる。よって、本実施形態においては、中央領域Cと、低音速領域L1及び低音速領域L2とにおける音速の差をより一層大きくすることができる。従って、横モードをより一層確実に抑制することができる。
1…弾性波装置
2…圧電性基板
3…IDT電極
4,5…第1,第2のバスバー
6,7…第1,第2の電極指
6a,7a…第1の面
6b,7b…第2の面
6c,7c…側面
8,8A,8B…誘電体膜
9A,9B…反射器
12A,12B…圧電性基板
13A…レジストパターン
13B…誘電体層
14…圧電体層
15…第1の中間膜
16…第2の中間膜
17A…支持基板
17B…基板
18,19…第1,第2の誘電体膜
23…IDT電極
26,27…第1,第2の電極指
26d,26e,27d,27e…幅広部
29A,29B,39A,39B…質量付加膜
108,118…誘電体膜
A…交叉領域
C…中央領域
E1,E2…第1,第2の領域
G1,G2…第1,第2のギャップ領域
H1,H2…高音速領域
L1,L2…低音速領域

Claims (16)

  1.  圧電体層を含む圧電性基板と、
     前記圧電体層上に設けられており、対向し合う第1のバスバー及び第2のバスバーと、前記第1のバスバー及び前記第2のバスバーのうち一方にそれぞれ一端が接続されている複数の電極指と、を有するIDT電極と、
    を備え、
     前記IDT電極の隣り合う前記電極指が弾性波伝搬方向において重なり合っている部分が交叉領域であり、
     前記交叉領域が、前記複数の電極指が延びる方向における中央側に位置している中央領域と、前記中央領域の前記複数の電極指が延びる方向両側に配置されている第1の領域及び第2の領域と、を有し、
     前記中央領域に配置されている誘電体膜をさらに備え、
     前記中央領域において、前記誘電体膜が前記複数の電極指の間に設けられており、かつ平面視したときに、前記誘電体膜が前記複数の電極指の少なくとも一部と重なっていない、弾性波装置。
  2.  前記交叉領域及び前記第1のバスバーの間に位置する部分が第1のギャップ領域であり、前記交叉領域及び前記第2のバスバーの間に位置する部分が第2のギャップ領域であり、
     前記第1の領域及び前記第2の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、前記第1のギャップ領域及び前記第2のギャップ領域における音速が、前記中央領域における音速よりも高い、請求項1に記載の弾性波装置。
  3.  前記複数の電極指が、厚み方向において対向し合う第1の面及び第2の面をそれぞれ含み、
     前記中央領域において、前記誘電体膜が、前記第1の面及び前記第2の面に接触していない、請求項1または2に記載の弾性波装置。
  4.  前記複数の電極指が、厚み方向において対向し合う第1の面及び第2の面と、前記第1の面及び前記第2の面に接続されている側面と、をそれぞれ含み、
     前記誘電体膜が、隣り合う前記電極指のそれぞれの側面に接触している、請求項1~3のいずれか1項に記載の弾性波装置。
  5.  前記誘電体膜の膜厚が、前記複数の電極指の膜厚よりも薄い、請求項1~4のいずれか1項に記載の弾性波装置。
  6.  前記誘電体膜を伝搬するバルク波の音速が、前記圧電体層を伝搬するバルク波の音速よりも低い、請求項1~5のいずれか1項に記載の弾性波装置。
  7.  前記誘電体膜が五酸化タンタルからなる、請求項1~5のいずれか1項に記載の弾性波装置。
  8.  前記誘電体膜を伝搬するバルク波の音速が、前記圧電体層を伝搬するバルク波の音速よりも高い、請求項1~5のいずれか1項に記載の弾性波装置。
  9.  前記誘電体膜が第1の誘電体膜であり、
     前記IDT電極及び前記第1の誘電体膜の少なくとも一部を覆っている第2の誘電体膜をさらに備える、請求項1~8のいずれか1項に記載の弾性波装置。
  10.  前記複数の電極指が、前記第1のバスバーにそれぞれ一端が接続されている複数の第1の電極指と、前記第2のバスバーにそれぞれ一端が接続されている複数の第2の電極指と、を含み、
     前記複数の第1の電極指及び前記複数の第2の電極指のうち少なくとも一本が、前記第1の領域及び前記第2の領域のうち少なくとも一方において幅広部を有し、前記幅広部における前記電極指の幅が前記中央領域における前記電極指の幅よりも広い、請求項1~9のいずれか1項に記載の弾性波装置。
  11.  前記複数の電極指が、前記第1のバスバーにそれぞれ一端が接続されている複数の第1の電極指と、前記第2のバスバーにそれぞれ一端が接続されている複数の第2の電極指と、を含み、
     前記複数の第1の電極指及び前記複数の第2の電極指のうち少なくとも一本に、前記第1の領域及び前記第2の領域のうち少なくとも一方において、質量付加膜が設けられている、請求項1~10のいずれか1項に記載の弾性波装置。
  12.  前記圧電性基板が、高音速材料層と、前記高音速材料層上に設けられている低音速膜と、を有し、前記圧電体層が、前記低音速膜上に設けられており、
     前記高音速材料層を伝搬するバルク波の音速が、前記圧電体層を伝搬する弾性波の音速よりも高く、
     前記低音速膜を伝搬するバルク波の音速が、前記圧電体層を伝搬するバルク波の音速よりも低い、請求項1~11のいずれか1項に記載の弾性波装置。
  13.  前記高音速材料層が高音速支持基板である、請求項12に記載の弾性波装置。
  14.  前記圧電性基板が支持基板を有し、
     前記高音速材料層が、前記支持基板上に設けられている高音速膜である、請求項12に記載の弾性波装置。
  15.  前記圧電性基板が、基板と、第1の中間膜と、を有し、前記基板上に前記第1の中間膜が設けられており、前記第1の中間膜上に前記圧電体層が設けられており、
     前記圧電体層が、タンタル酸リチウムまたはニオブ酸リチウムからなり、
     前記第1の中間膜が、酸化ケイ素からなり、
     前記基板が、サファイア、水晶、炭化ケイ素及びシリコンからなる群から選択された少なくとも1種の材料からなる、請求項1~11のいずれか1項に記載の弾性波装置。
  16.  前記圧電性基板が、支持基板と、第1の中間膜と、第2の中間膜と、を有し、前記支持基板上に前記第2の中間膜が設けられており、前記第2の中間膜上に前記第1の中間膜が設けられており、前記第1の中間膜上に前記圧電体層が設けられており、
     前記圧電体層が、タンタル酸リチウムまたはニオブ酸リチウムからなり、
     前記第1の中間膜が、酸化ケイ素からなり、
     前記第2の中間膜が、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、窒化シリコン及びDLC膜からなる群から選択された少なくとも1種の材料からなる、請求項1~11のいずれか1項に記載の弾性波装置。
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