WO2022168798A1 - 弾性波装置 - Google Patents

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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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Definitions

  • FIG. 7 is a diagram showing the relationship between ⁇ , the thickness t of the silicon carbide layer, and the phase of the higher-order mode when ⁇ in the Euler angle of the quartz substrate is 185° to 190°.
  • FIG. 8 is an enlarged view of FIG. 7, showing a case where ⁇ is 185° to 188°.
  • FIG. 9 is an enlarged view of FIG. 7, showing a case where ⁇ is 188° to 190°.
  • FIG. 10 is a diagram showing the relationship between ⁇ , the thickness t of the silicon carbide layer, and the phase of the higher-order mode when ⁇ in the Euler angles of the quartz substrate is 190° to 240°.
  • FIG. 11 is an enlarged view of FIG. 10, showing a case where ⁇ is 190° to 215°.
  • FIG. 12 is an enlarged view of FIG. 10, showing a case where ⁇ is 215° to 240°.
  • FIG. 13 is a stereographic projection showing the symmetry of elastic vibration in a quartz crystal.
  • FIG. 14 is a diagram showing phase characteristics of elastic wave devices according to the second and third embodiments of the present invention.
  • FIG. 1 is a front cross-sectional view showing part of the elastic wave device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a plan view of the elastic wave device according to the first embodiment.
  • 1 is a cross-sectional view taken along line II in FIG.
  • the acoustic wave device 1 has a piezoelectric substrate 2.
  • the piezoelectric substrate 2 includes a quartz substrate 3 , a silicon carbide layer 4 , a low acoustic velocity film 5 and a lithium tantalate layer 6 . More specifically, silicon carbide layer 4 is provided on quartz substrate 3 . A low sound velocity film 5 is provided on the silicon carbide layer 4 . A lithium tantalate layer 6 is provided on the low-temperature film 5 .
  • the piezoelectric layer of the piezoelectric substrate is not limited to the lithium tantalate layer, and may be, for example, a lithium niobate layer.
  • the low sound velocity film 5 shown in FIG. 1 is a relatively low sound velocity film. More specifically, the acoustic velocity of the bulk wave propagating through the low velocity film 5 is lower than the acoustic velocity of the bulk wave propagating through the lithium tantalate layer 6 .
  • the low sound velocity film 5 is a silicon oxide film.
  • the material of the low sound velocity film 5 is not limited to the above. can also be used.
  • the IDT electrode 7 has a first busbar 16 and a second busbar 17 and a plurality of first electrode fingers 18 and a plurality of second electrode fingers 19 .
  • the first busbar 16 and the second busbar 17 face each other.
  • One end of each of the plurality of first electrode fingers 18 is connected to the first bus bar 16 .
  • One end of each of the plurality of second electrode fingers 19 is connected to the second bus bar 17 .
  • the plurality of first electrode fingers 18 and the plurality of second electrode fingers 19 are interleaved with each other.
  • the IDT electrode 7, the reflector 8A and the reflector 8B may be made of a laminated metal film, or may be made of a single layer metal film.
  • the comparative example differs from the first embodiment in that the piezoelectric substrate is a laminate of a silicon substrate, a silicon nitride film, a silicon oxide film, and a lithium tantalate layer. Phase characteristics were compared between the elastic wave device 1 having the configuration of the first embodiment and the elastic wave device of the comparative example. Design parameters of the elastic wave device 1 having the configuration of the first embodiment are as follows.
  • the lithium tantalate layer 6 is indirectly provided on the silicon carbide layer 4 via the low-temperature film 5 .
  • the piezoelectric substrate 2 does not have to have the low acoustic velocity film 5 .
  • the piezoelectric substrate 22 is a laminate of the quartz substrate 3, the silicon carbide layer 4 and the lithium tantalate layer 6.
  • lithium tantalate layer 6 is provided directly on silicon carbide layer 4 . Also in this case, high-order modes can be suppressed in a wide band, as in the first embodiment.
  • FIG. 7 is a diagram showing the relationship between ⁇ , the thickness t of the silicon carbide layer, and the phase of the higher-order mode when ⁇ in the Euler angles of the quartz substrate is 185° to 190°.
  • FIG. 8 is an enlarged view of FIG. 7, showing a case where ⁇ is 185° to 188°.
  • FIG. 9 is an enlarged view of FIG. 7, showing a case where ⁇ is 188° to 190°.
  • FIG. 10 is a diagram showing the relationship between ⁇ , the thickness t of the silicon carbide layer, and the phase of the higher-order mode when ⁇ in the Euler angles of the quartz substrate is 190° to 240°.
  • FIG. 11 is an enlarged view of FIG.
  • FIG. 10 shows a case where ⁇ is 190° to 215°.
  • FIG. 12 is an enlarged view of FIG. 10, showing a case where ⁇ is 215° to 240°.
  • the phase shown in FIGS. 7 to 12 is the phase component of the impedance of the maximum mode among the spurious modes occurring at 1.15 to 3 times the resonance frequency, including around 2.2 times the resonance frequency. be.
  • the range of ⁇ when ⁇ 2.5° ⁇ 2.5° is shown, and ⁇ is stated as 5°, the range of ⁇ is indicated when 2.5° ⁇ 7.5°.
  • ⁇ is described as 175°, it indicates the range of ⁇ when 172.5° ⁇ 177.5°.
  • the range of ⁇ in each table is also within the range of -2.5° or more of the lower limit and +2.5° or less of the upper limit.
  • a second embodiment and a third embodiment of the present invention are shown with reference to FIG.
  • the second embodiment differs from the first embodiment only in that the acoustic velocity of bulk waves propagating through the crystal substrate 3 is higher than the acoustic velocity of elastic waves propagating through the lithium tantalate layer 6 .
  • the Euler angles ( ⁇ , ⁇ , ⁇ ) of the crystal substrate 3 in the second embodiment are different from those in the first embodiment.
  • the Euler angles ( ⁇ , ⁇ , ⁇ ) of the crystal substrate 3 are different from those of the elastic wave device having the phase characteristics shown in FIG.
  • the elastic wave device of the third embodiment has substantially the same configuration as the elastic wave device of the first embodiment.

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Abstract

広い帯域において高次モードを抑制することができる、弾性波装置を提供する。　本発明の弾性波装置１は、水晶基板３と、水晶基板３上に設けられている炭化ケイ素層４と、炭化ケイ素層４上に設けられているタンタル酸リチウム層６（圧電体層）と、タンタル酸リチウム層６上に設けられており、複数の第１，第２の電極指１８，１９を有するＩＤＴ電極７とを備える。

Description

弾性波装置
　本発明は、弾性波装置に関する。
　従来、弾性波装置は携帯電話機のフィルタなどに広く用いられている。下記の特許文献１には、弾性波装置の一例が開示されている。この弾性波装置においては、支持基板、高音速膜、低音速膜及び圧電体層が、この順序において積層されている。圧電体層上にＩＤＴ（Ｉｎｔｅｒｄｉｇｉｔａｌ　Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）電極が設けられている。高音速膜はＳｉＮｘからなる。ｘ＜０．６７とすることにより、高次モードの抑制が図られている。
特開２０１９－１４５８９５号公報
　しかしながら、特許文献１に記載された弾性波装置においては、広い帯域において高次モードを抑制することは困難であった。
　本発明の目的は、広い帯域において高次モードを抑制することができる、弾性波装置を提供することにある。
　本発明に係る弾性波装置は、水晶基板と、前記水晶基板上に設けられている炭化ケイ素層と、前記炭化ケイ素層上に設けられている圧電体層と、前記圧電体層上に設けられており、複数の電極指を有するＩＤＴ電極とを備える。
　本発明に係る弾性波装置によれば、広い帯域において高次モードを抑制することができる。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る弾性波装置の一部を示す正面断面図である。 図２は、本発明の第１の実施形態に係る弾性波装置の平面図である。 図３は、オイラー角の座標系を示す模式図である。 図４は、本発明の第１の実施形態及び比較例の弾性波装置の位相特性を示す図である。 図５は、本発明の第１の実施形態の変形例に係る弾性波装置の一部を示す正面断面図である。 図６は、水晶基板のオイラー角におけるθ及び炭化ケイ素層の厚みｔと、Ｚ比との関係を示す図である。 図７は、水晶基板のオイラー角におけるθが１８５°～１９０°の場合における、θ及び炭化ケイ素層の厚みｔと、高次モードの位相との関係を示す図である。 図８は、図７を拡大した図であって、θが１８５°～１８８°の場合を示す図である。 図９は、図７を拡大した図であって、θが１８８°～１９０°の場合を示す図である。 図１０は、水晶基板のオイラー角におけるθが１９０°～２４０°の場合における、θ及び炭化ケイ素層の厚みｔと、高次モードの位相との関係を示す図である。 図１１は、図１０を拡大した図であって、θが１９０°～２１５°の場合を示す図である。 図１２は、図１０を拡大した図であって、θが２１５°～２４０°の場合を示す図である。 図１３は、水晶の結晶における弾性振動の対称性を示したステレオ投影図である。 図１４は、本発明の第２の実施形態及び第３の実施形態の弾性波装置の位相特性を示す図である。
　以下、図面を参照しつつ、本発明の具体的な実施形態を説明することにより、本発明を明らかにする。
　なお、本明細書に記載の各実施形態は、例示的なものであり、異なる実施形態間において、構成の部分的な置換または組み合わせが可能であることを指摘しておく。
　図１は、本発明の第１の実施形態に係る弾性波装置の一部を示す正面断面図である。図２は、第１の実施形態に係る弾性波装置の平面図である。なお、図１は、図２中のＩ－Ｉ線に沿う断面図である。
　図１に示すように、弾性波装置１は圧電性基板２を有する。圧電性基板２は、水晶基板３と、炭化ケイ素層４と、低音速膜５と、タンタル酸リチウム層６とを含む。より具体的には、水晶基板３上に炭化ケイ素層４が設けられている。炭化ケイ素層４上に低音速膜５が設けられている。低音速膜５上にタンタル酸リチウム層６が設けられている。なお、圧電性基板が有する圧電体層は、タンタル酸リチウム層に限られず、例えばニオブ酸リチウム層であってもよい。
　タンタル酸リチウム層６上にはＩＤＴ電極７が設けられている。ＩＤＴ電極７に交流電圧を印加することにより、弾性波が励振される。図２に示すように、タンタル酸リチウム層６上における弾性波伝搬方向両側には、１対の反射器８Ａ及び反射器８Ｂ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、複数の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。
　図１に示す低音速膜５は、相対的に低音速な膜である。より具体的には、低音速膜５を伝搬するバルク波の音速は、タンタル酸リチウム層６を伝搬するバルク波の音速よりも低い。本実施形態では、低音速膜５は酸化ケイ素膜である。もっとも、低音速膜５の材料は上記に限定されず、例えば、ガラス、酸窒化ケイ素、酸化リチウム、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もできる。
　上記のように、圧電性基板２は、水晶基板３及びタンタル酸リチウム層６を含む。これにより、圧電性基板２中における線膨張係数の差を小さくすることができ、周波数温度特性を向上させることができる。さらに、低音速膜５は酸化ケイ素膜であるため、圧電性基板２における周波数温度係数（ＴＣＦ）の絶対値を小さくすることができ、周波数温度特性をより一層改善することができる。なお、低音速膜５は必ずしも設けられていなくともよい。
　また、タンタル酸リチウム層６は、カット角が回転Ｙカット２０°Ｘ伝搬～回転Ｙカット６０°Ｘ伝搬であることが好ましい。それによって、電気機械結合係数及びＱ値が良好な弾性波素子を得ることができる。同様に、圧電体層がニオブ酸リチウム層である場合においても、カット角が回転Ｙカット２０°Ｘ伝搬～回転Ｙカット６０°Ｘ伝搬であることが好ましい。
　本実施形態においては、水晶基板３を伝搬するバルク波の音速は、タンタル酸リチウム層６を伝搬する弾性波の音速よりも低い。より具体的には、水晶基板３を伝搬する遅い横波の音速は、タンタル酸リチウム層６を伝搬する弾性表面波の音速よりも低い。もっとも、水晶基板３及びタンタル酸リチウム層６における音速の関係は上記に限定されない。
　図２に示すように、ＩＤＴ電極７は、第１のバスバー１６及び第２のバスバー１７と、複数の第１の電極指１８及び複数の第２の電極指１９とを有する。第１のバスバー１６及び第２のバスバー１７は互いに対向している。第１のバスバー１６に、複数の第１の電極指１８の一端がそれぞれ接続されている。第２のバスバー１７に、複数の第２の電極指１９の一端がそれぞれ接続されている。複数の第１の電極指１８及び複数の第２の電極指１９は互いに間挿し合っている。ＩＤＴ電極７、反射器８Ａ及び反射器８Ｂは、積層金属膜からなっていてもよく、あるいは単層の金属膜からなっていてもよい。
　ここで、ＩＤＴ電極７の電極指ピッチにより規定される波長をλとする。タンタル酸リチウム層６の厚みは１λ以下である。これにより、励振効率を好適に高めることができる。なお、電極指ピッチとは、隣り合う電極指同士の中心間距離である。
　本実施形態の特徴は、圧電性基板２が、水晶基板３、炭化ケイ素層４及びタンタル酸リチウム層６を含み構成されていることにある。上記構成を有することにより、例えば共振周波数の２．２倍付近などのモードを、漏洩モードとすることができる。それによって、広い帯域において高次モードを抑制することができる。この効果の詳細を、本実施形態と比較例とを比較することにより、以下において示す。
　比較例は、圧電性基板が、シリコン基板、窒化ケイ素膜、酸化ケイ素膜及びタンタル酸リチウム層の積層体である点において、第１の実施形態と異なる。第１の実施形態の構成を有する弾性波装置１及び比較例の弾性波装置において、位相特性を比較した。なお、第１の実施形態の構成を有する弾性波装置１の設計パラメータは以下の通りである。
　水晶基板３；オイラー角（φ，θ，ψ）…（０°，２００°，９０°）
　炭化ケイ素層４；厚み…２μｍ
　低音速膜５；材料…ＳｉＯ２、厚み…３００ｎｍ
　タンタル酸リチウム層６；材料…ＬｉＴａＯ３、厚み…４００ｎｍ
　ＩＤＴ電極７；層構成…タンタル酸リチウム層６側からＴｉ層／ＡｌＣｕ層／Ｔｉ層、厚み…タンタル酸リチウム層６側から１２ｎｍ／１００ｎｍ／４ｎｍ、波長λ…２μｍ、デューティ…０．５
　本明細書では、特に断りのない場合には、水晶基板３の方位をオイラー角により示す。オイラー角の座標系は、図３に示す座標系であって、極座標系とは異なることを指摘しておく。なお、図３では、初期の座標軸をＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸により示し、φ°、θ°及びψ°の回転動作後の各ベクトルをＸ１、Ｘ２及びＸ３により示す。
　図４は、第１の実施形態及び比較例の弾性波装置の位相特性を示す図である。
　図４中の矢印Ａに示すように、比較例においては、共振周波数の２．２倍付近における高次モードを抑制することができていない。これに対して、第１の実施形態においては、共振周波数の２．２倍付近を含め、広い帯域において高次モードを抑制できていることがわかる。
　ところで、圧電性基板２においては、タンタル酸リチウム層６は、炭化ケイ素層４上に、低音速膜５を介して間接的に設けられている。もっとも、圧電性基板２は、低音速膜５を有しなくともよい。例えば、図５に示す第１の実施形態の変形例においては、圧電性基板２２は、水晶基板３、炭化ケイ素層４及びタンタル酸リチウム層６の積層体である。圧電性基板２２においては、炭化ケイ素層４上に直接的にタンタル酸リチウム層６が設けられている。この場合においても、第１の実施形態と同様に、広い帯域において高次モードを抑制することができる。
　ここで、第１の実施形態の構成を有する弾性波装置１において、炭化ケイ素層４の厚みを変化させる毎に、Ｚ比及び高次モードの位相を測定した。Ｚ比はインピーダンス比である。具体的には、Ｚ比は、反共振周波数におけるインピーダンスを、共振周波数におけるインピーダンスにより割ることによって求められる。測定した高次モードの位相は、共振周波数の２．２倍付近を含む、共振周波数の１．１５倍～３倍に生じるスプリアスモードのうち、最大となるモードのインピーダンスの位相成分である。なお、炭化ケイ素層４の厚みは、０．０５λ以上、２．５λ以下の範囲において、０．０５λ刻みで変化させた。これにより、炭化ケイ素層４の厚みと、Ｚ比及び高次モードの位相との関係を求めた。以下においては、炭化ケイ素層４の厚みをｔとする。
　さらに、水晶基板３のオイラー角（φ，θ，ψ）におけるθを変化させ、該θ毎の上記各関係を求めた。なお、水晶基板３のオイラー角におけるφは０°とし、ψは９０°とした。θは、１８５°以上、１９０°以下の範囲において、１°刻みで変化させ、１９０°以上、２４０°以下の範囲において、５°刻みで変化させた。
　図６は、水晶基板のオイラー角におけるθ及び炭化ケイ素層の厚みｔと、Ｚ比との関係を示す図である。図６中の一点鎖線Ｂ１及び一点鎖線Ｂ２は、炭化ケイ素層４の厚みｔの変化に対するＺ比の変化の傾きを示す。
　図６に示すように、水晶基板３のオイラー角におけるθがいずれの場合においても、炭化ケイ素層４の厚みｔが厚くなるほど、Ｚ比が大きくなっている。一点鎖線Ｂ１及び一点鎖線Ｂ２に示すように、ｔ＜０．６λである場合よりも、ｔ≧０．６λである場合に、Ｚ比の変化が小さくなっていることがわかる。よって、炭化ケイ素層４の厚みｔは、ｔ≧０．６λであることが好ましい。これにより、Ｚ比のばらつきを小さくすることができ、かつＺ比を大きくすることができる。従って、弾性波装置１の電気的特性を安定的に高めることができる。一方で、ｔ≦２．５λであることが好ましい。それによって、炭化ケイ素層４を好適に形成することができ、生産性を高めることができる。
　図７は、水晶基板のオイラー角におけるθが１８５°～１９０°の場合における、θ及び炭化ケイ素層の厚みｔと、高次モードの位相との関係を示す図である。図８は、図７を拡大した図であって、θが１８５°～１８８°の場合を示す図である。図９は、図７を拡大した図であって、θが１８８°～１９０°の場合を示す図である。図１０は、水晶基板のオイラー角におけるθが１９０°～２４０°の場合における、θ及び炭化ケイ素層の厚みｔと、高次モードの位相との関係を示す図である。図１１は、図１０を拡大した図であって、θが１９０°～２１５°の場合を示す図である。図１２は、図１０を拡大した図であって、θが２１５°～２４０°の場合を示す図である。なお、図７～図１２に示す位相は、共振周波数の２．２倍付近を含む、共振周波数の１．１５倍～３倍に生じるスプリアスモードのうち、最大となるモードのインピーダンスの位相成分である。
　図７に示すように、水晶基板３のオイラー角におけるθが１８５°≦θ＜１９０°の範囲においては、炭化ケイ素層４の厚みｔが以下に示す範囲内である場合に、高次モードの位相を－７０ｄｅｇ．未満に抑制できる。なお、上記の通り、０．６λ≦ｔ≦２．５λであることが好ましいため、０．６λ≦ｔ≦２．５λにおいて高次モードを抑制できる範囲を示す。なお、１８５°≦θ＜１９０°においては、θ±０．５°以内の範囲における、高次モードを抑制できる厚みｔの範囲を示す。
　図８に示すように、１８５°≦θ＜１８５．５°の場合には、０．７５λ≦ｔ≦１．１５λであればよい。１８５．５°≦θ＜１８６．５°の場合には、０．７５λ≦ｔ≦１．２λまたは１．７λ≦ｔ≦１．９λであればよい。１８６．５°≦θ＜１８７．５°の場合には、０．６λ≦ｔ≦１．２λまたは１．５λ≦ｔ≦１．８５λであればよい。
　図９に示すように、１８７．５°≦θ＜１８８．５°の場合には、０．８λ≦ｔ≦１．１５λまたは１．４λ≦ｔ≦１．７５λであればよい。１８８．５°≦θ＜１８９．５°の場合には、０．６λ≦ｔ≦１．２λであればよい。１８９．５°≦θ＜１９０°の場合には、０．６λ≦ｔ≦１．７λであればよい。
　他方、図１０に示すように１９０°≦θ≦２４０°場合には、炭化ケイ素層４の厚みｔがｔ≦１．６λであれば、高次モードの位相を－７０ｄｅｇ．未満に抑制できることがわかる。なお、炭化ケイ素層４の厚みｔの、高次モードの位相を－７０ｄｅｇ．未満に抑制できる詳細な範囲は、以下の通りである。１９０°≦θ≦２４０°においては、θ±２．５°以内の範囲における、高次モードを抑制できる厚みｔの範囲を示す。
　図１１に示すように、１９０°≦θ＜１９２．５°の場合には、０．６λ≦ｔ≦１．７λであればよい。１９２．５°≦θ＜１９７．５°の場合には、０．６λ≦ｔ≦１．６５λであればよい。１９７．５°≦θ＜２０２．５°の場合には、０．６λ≦ｔ≦１．６λであればよい。２０２．５°≦θ＜２０７．５°の場合には、０．６λ≦ｔ≦１．６λであればよい。２０７．５°≦θ＜２１２．５°の場合には、０．６λ≦ｔ≦１．６λであればよい。
　図１２に示すように、２１２．５°≦θ＜２１７．５°の場合には、０．６λ≦ｔ≦１．６λであればよい。２１７．５°≦θ＜２２２．５°の場合には、０．６λ≦ｔ≦１．６λであればよい。２２２．５°≦θ＜２２７．５°の場合には、０．６λ≦ｔ≦１．６５λであればよい。２２７．５°≦θ＜２３２．５°の場合には、０．６λ≦ｔ≦１．７λであればよい。２３２．５°≦θ＜２３７．５°の場合には、０．６λ≦ｔ≦１．７５λであればよい。２３７．５°≦θ≦２４０°の場合には、０．６λ≦ｔ≦１．８５λであればよい。
　なお、水晶基板３のオイラー角におけるφが０°±２．５°以内の範囲の場合、及びψが９０°±２．５°以内の範囲の場合には、上記のＺ比及び高次モードに対する影響が小さいことがわかっている。以上より、水晶基板３のオイラー角（φ，θ，ψ）が（０°±２．５°の範囲内，θ，９０°±２．５°の範囲内）であり、水晶基板３のオイラー角におけるθ及び炭化ケイ素層４の厚みｔの関係が、表１に示すいずれかの組み合わせであることが好ましい。それによって、安定的にＺ比を大きくすることができ、かつ高次モードを効果的に抑制することができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　上述したように、第１の実施形態においては、水晶基板３を伝搬するバルク波の音速は、タンタル酸リチウム層６を伝搬する弾性波の音速よりも低い。それによって、高次モードを水晶基板３から漏洩させることができ、高次モードを効果的に抑制することができる。なお、図４において位相特性を示した弾性波装置１の水晶基板３のオイラー角（０°，２００°，９０°）は、上記の音速の関係となる一例である。例えば、水晶基板３のオイラー角が、表２～表１４に示す（φ，θ，ψ）の範囲内である場合においても、水晶基板３を伝搬するバルク波の音速が、タンタル酸リチウム層６を伝搬する弾性波の音速よりも低くなる。
　なお、表２～表１４においては、オイラー角（φ，θ，ψ）の各角度は、±２．５°以内の範囲内であることを示す。より具体的には、表２においては、φが－２．５°≦φ＜２．５°の範囲内であり、表３においては、φが２．５°≦φ＜７．５°の範囲内である。このように、表２～表１４において、φは５°刻みで大きくなっている。表１４においては、φは５７．５°≦φ≦６２．５°の範囲内である。各表においては、φの範囲を一定とし、ψの範囲を５°刻みで変化させた場合の、それぞれのθの範囲を示している。より具体的には、例えば各表において、ψが０°と記載されている場合には、－２．５°≦ψ＜２．５°である場合のθの範囲が示されており、ψが５°と記載されている場合には、２．５°≦ψ＜７．５°である場合のθの範囲が示されている。ψが１７５°と記載されている場合には、１７２．５°≦ψ≦１７７．５°である場合のθの範囲が示されている。各表におけるθの範囲も、記載された下限値の－２．５°以上、上限値の＋２．５°以下の範囲内であることを示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000007
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000008
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000009
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000010
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000011
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000012
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000013
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000014
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000015
　さらに、水晶基板３のオイラー角が、表２～表１４に示す（φ，θ，ψ）の範囲と等価なオイラー角の範囲内である場合においても、水晶基板３を伝搬するバルク波の音速が、タンタル酸リチウム層６を伝搬する弾性波の音速よりも低くなる。なお、水晶の結晶の対称性は、シェーンフリース表記においてＤ３ ６またはＤ３ ４、あるいは国際表記において３２の点群となる。水晶が極座標（θ，φ）に対して高い対称性を有することは、文献１（Ｈｉｒｏｓｈｉ　ＫＡＭＥＹＡＭＡ，　Ｓｙｍｍｅｔｒｙ　ｏｆ　Ｅｌａｓｔｉｃ　Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ　ｉｎ　Ｑｕａｒｔｚ　Ｃｒｙｓｔａｌ，　Ｊａｐａｎｅｓｅ　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｐｈｙｓｉｃｓ，　Ｖｏｌｕｍｅ　２３，　Ｎｕｍｂｅｒ　Ｓ１）に示されている。以下において、対称操作によって、音速、弾性定数、変位または周波数定数などの弾性振動に関わる諸々の性質ｆ（θ，φ）が不変であることを表す。
　図１３は、水晶の結晶における弾性振動の対称性を示したステレオ投影図である。なお、図１３では、結晶点群Ｄ３－３２の対称操作に反転操作Ｉが加わっているため、結晶点群Ｄ３ｄ－３ｍ（３の上にバー）のステレオ投影図と同一になっている。図１３においては、黒色の円形のプロットが上半球の等価点であり、白色の円形のプロットが下半球の等価点であり、楕円形のプロットが２回回転軸であり、三角形のプロットが３回回転軸である。
　図１３における３回回転軸が、オイラー角表記においてのＺ軸に相当する。図１３においては、０°や６０°（２π／６）などの複数の軸が、Ｚ軸と垂直に延びている。図１３に示すように、水晶の結晶では、Ｚ軸を中心に、φ方向に１２０°（４π／６）回転させる毎に、弾性振動の挙動が一致する。そして、６０°の軸を中心に、０°～６０°の音速及び６０°～１２０°の音速が対称になる。従って、表２～表１４のように、φが０°～６０°である場合のオイラー角の方位を示すことにより、他の方位は上記方位と等価であるものとして、水晶の全方位（全オイラー角）の特性を表現できる。ここで、等価な方位は、以下の１）及び２）となる。１）Ｚ軸を中心にφ方向に０°、１２０°または２４０°回転させたときのオイラー角。２）Ｚ軸を中心にφ方向に６０°、１８０°または３００°回転させて、さらに反転操作（水晶基板の表裏の関係）したときのオイラー角。
　以下において、水晶基板３を伝搬するバルク波の音速が、タンタル酸リチウム層６を伝搬する弾性波の音速よりも低いことにより、高次モードを広い帯域において効果的に抑制できる効果の詳細を示す。
　図１を援用して、本発明の第２の実施形態及び第３の実施形態を示す。第２の実施形態は、水晶基板３を伝搬するバルク波の音速が、タンタル酸リチウム層６を伝搬する弾性波の音速よりも高い点のみにおいて、第１の実施形態と異なる。より具体的には、第２の実施形態における水晶基板３のオイラー角（φ，θ，ψ）が第１の実施形態と異なる。第３の実施形態は、水晶基板３のオイラー角（φ，θ，ψ）が、図４に示す位相特性を有する弾性波装置と異なる。もっとも、第３の実施形態の弾性波装置は、実質的には、第１の実施形態の弾性波装置と同様の構成を有する。
　第２の実施形態の構成を有する弾性波装置及び第３の実施形態の構成を有する弾性波装置の位相特性を比較した。なお、上記各弾性波装置の設計パラメータは以下の通りである。
　炭化ケイ素層４；厚み…２μｍ
　低音速膜５；材料…ＳｉＯ２、厚み…３００ｎｍ
　タンタル酸リチウム層６；材料…ＬｉＴａＯ３、厚み…４００ｎｍ
　ＩＤＴ電極７；層構成…タンタル酸リチウム層６側からＴｉ層／ＡｌＣｕ層／Ｔｉ層、厚み…タンタル酸リチウム層６側から１２ｎｍ／１００ｎｍ／４ｎｍ、波長λ…２μｍ、デューティ…０．５
　第２の実施形態においては、水晶基板３のオイラー角（φ，θ，ψ）を（０°，１８０°，９０°）とした。この場合、水晶基板３を伝搬する遅い横波の音速は３９１５．４ｍ／ｓである。タンタル酸リチウム層６を伝搬する弾性表面波の音速は３９１４．２ｍ／ｓである。よって、水晶基板３を伝搬する遅い横波の音速は、タンタル酸リチウム層６を伝搬する弾性表面波の音速よりも高い。
　第３の実施形態において、水晶基板３のオイラー角（φ，θ，ψ）を（０°，２００°，６０°）とした。この場合、水晶基板３を伝搬する遅い横波の音速は３５３８．２ｍ／ｓである。タンタル酸リチウム層６を伝搬する弾性表面波の音速は３９１４．２ｍ／ｓである。よって、水晶基板３を伝搬する遅い横波の音速は、タンタル酸リチウム層６を伝搬する弾性表面波の音速よりも低い。
　図１４は、第２の実施形態及び第３の実施形態の弾性波装置の位相特性を示す図である。
　図１４に示すように、第２の実施形態においては、矢印Ｃに示す帯域以外においては、高次モードを－７８ｄｅｇ．未満に抑制することができている。もっとも、第２の実施形態では、矢印Ｃに示す帯域においても、高次モードを－７５ｄｅｇ．以下に抑制することができている。他方、第３の実施形態では、矢印Ｃに示す帯域を含めて、広い帯域において高次モードを－７８ｄｅｇ．未満に抑制することができている。このように、第２及び第３の実施形態では、高次モードを水晶基板３から漏洩させることができ、広い帯域において、高次モードをより一層抑制することができる。
１…弾性波装置
２…圧電性基板
３…水晶基板
４…炭化ケイ素層
５…低音速膜
６…タンタル酸リチウム層
７…ＩＤＴ電極
８Ａ，８Ｂ…反射器
１６，１７…第１，第２のバスバー
１８，１９…第１，第２の電極指
２２…圧電性基板

Claims (8)

  1. 　水晶基板と、
    　前記水晶基板上に設けられている炭化ケイ素層と、
    　前記炭化ケイ素層上に設けられている圧電体層と、
    　前記圧電体層上に設けられており、複数の電極指を有するＩＤＴ電極と、
    を備える、弾性波装置。
  2. 　前記圧電体層は、タンタル酸リチウム層またはニオブ酸リチウム層である、請求項１に記載の弾性波装置。
  3. 　前記圧電体層のカット角が、回転Ｙカット２０°Ｘ伝搬～回転Ｙカット６０°Ｘ伝搬である、請求項２に記載の弾性波装置。
  4. 　前記炭化ケイ素層及び前記圧電体層の間に設けられている低音速膜をさらに備え、
    　前記低音速膜を伝搬するバルク波の音速が、前記圧電体層を伝搬するバルク波の音速よりも低い、請求項１～３のいずれか１項に記載の弾性波装置。
  5. 　前記低音速膜が酸化ケイ素膜である、請求項４に記載の弾性波装置。
  6. 　前記水晶基板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. 　前記水晶基板のオイラー角（φ，θ，ψ）が（０°±２．５°の範囲内，θ，９０°±２．５°の範囲内）であり、前記水晶基板のオイラー角におけるθが、１８５°≦θ≦２４０°である、請求項６に記載の弾性波装置。
  8. 　前記ＩＤＴ電極が複数の電極指を有し、
    　前記ＩＤＴ電極の電極指ピッチにより規定される波長をλとし、前記炭化ケイ素層の厚みをｔとしたときに、前記厚みｔ及び前記水晶基板のオイラー角におけるθの関係が、表１に示すいずれかの組み合わせである、請求項７に記載の弾性波装置。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018003297A1 (ja) * 2016-06-29 2018-01-04 株式会社村田製作所 マルチプレクサ、高周波フロントエンド回路及び通信装置
WO2018097016A1 (ja) * 2016-11-25 2018-05-31 国立大学法人東北大学 弾性波デバイス
WO2019138811A1 (ja) * 2018-01-12 2019-07-18 株式会社村田製作所 弾性波装置、マルチプレクサ、高周波フロントエンド回路、及び通信装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018003297A1 (ja) * 2016-06-29 2018-01-04 株式会社村田製作所 マルチプレクサ、高周波フロントエンド回路及び通信装置
WO2018097016A1 (ja) * 2016-11-25 2018-05-31 国立大学法人東北大学 弾性波デバイス
WO2019138811A1 (ja) * 2018-01-12 2019-07-18 株式会社村田製作所 弾性波装置、マルチプレクサ、高周波フロントエンド回路、及び通信装置

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