WO2022210942A1 - 弾性波装置 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to elastic wave devices.
- Patent Literature 1 discloses an elastic wave device using Lamb waves as plate waves.
- a piezoelectric substrate is provided on a support.
- the piezoelectric substrate is made of LiNbO3 or LiTaO3 .
- An IDT (Interdigital Transducer) electrode is provided on the upper surface of the piezoelectric substrate.
- a voltage is applied between a plurality of electrode fingers connected to one potential of the IDT electrode and a plurality of electrode fingers connected to the other potential. Lamb waves are thereby excited. Reflectors are provided on both sides of the IDT electrode.
- an elastic wave resonator using plate waves is constructed.
- Patent Document 2 discloses an example of a ladder-type filter.
- a plurality of elastic wave devices are connected by a plurality of wirings.
- the plurality of wires includes wires connected to a hot potential and wires connected to a ground potential.
- a wire connected to the hot potential and a wire connected to the ground potential face each other.
- An object of the present invention is to provide an elastic wave device capable of suppressing ripples in frequency characteristics.
- An elastic wave device includes a support substrate, a piezoelectric layer provided on the support substrate and having first and second main surfaces facing each other, and the first piezoelectric layer of the piezoelectric layer.
- a functional electrode provided on the main surface of or the second main surface, a first wiring provided on the piezoelectric layer and connected to the functional electrode, and a first wiring provided on the piezoelectric layer a second wiring that faces the first wiring and is connected to a potential different from that of the first wiring; and between the first wiring and the second wiring in a plan view. and a damping layer of a dielectric material having a lower density than the piezoelectric layer.
- an elastic wave device capable of suppressing ripples in frequency characteristics.
- FIG. 1 is a schematic front cross-sectional view of an elastic wave device according to a first embodiment of the present invention.
- FIG. 2 is a diagram showing reflection characteristics of the first embodiment of the present invention and a comparative example.
- FIG. 3 is a schematic front cross-sectional view showing an example of propagation of unwanted bulk waves in a comparative example.
- FIG. 4 is a front cross-sectional view of an acoustic wave device according to a modification of the first embodiment of the invention.
- FIG. 5 is a schematic front cross-sectional view of an acoustic wave device according to a second embodiment of the present invention.
- FIG. 6A is a schematic diagram for explaining the propagation of unwanted bulk waves in the first embodiment of the present invention, and FIG. FIG.
- FIG. 2 is a schematic diagram for explaining propagation of bulk waves; 7(a) to 7(d) are diagrams showing reflection characteristics of Examples 1 to 4 of the present invention.
- FIG. 8 is a plan view of an elastic wave device according to a third embodiment of the invention. 9 is a cross-sectional view taken along line II in FIG. 8.
- FIG. 10(a) is a schematic perspective view showing the external appearance of an elastic wave device that utilizes thickness-shear mode bulk waves
- FIG. 10(b) is a plan view showing an electrode structure on a piezoelectric layer.
- FIG. 11 is a cross-sectional view of a portion taken along line AA in FIG. 10(a).
- FIG. 12(a) is a schematic front cross-sectional view for explaining a Lamb wave propagating through the piezoelectric film of the acoustic wave device, and FIG. 12(b) is a thickness shear propagating
- FIG. 2 is a schematic front cross-sectional view for explaining bulk waves in a mode
- FIG. 13 is a diagram showing amplitude directions of bulk waves in the thickness shear mode.
- FIG. 14 is a diagram showing resonance characteristics of an elastic wave device that utilizes bulk waves in a thickness-shear mode.
- FIG. 15 is a diagram showing the relationship between d/p and the fractional bandwidth of the resonator, where p is the center-to-center distance between adjacent electrodes and d is the thickness of the piezoelectric layer.
- FIG. 16 is a plan view of an elastic wave device that utilizes thickness shear mode bulk waves.
- FIG. 17 is a diagram showing the resonance characteristics of the elastic wave device of the reference example in which spurious appears.
- FIG. 18 is a diagram showing the relationship between the fractional bandwidth and the amount of phase rotation of the spurious impedance normalized by 180 degrees as the magnitude of the spurious.
- FIG. 19 is a diagram showing the relationship between d/2p and metallization ratio MR.
- FIG. 20 is a diagram showing a map of fractional bandwidth with respect to Euler angles (0°, ⁇ , ⁇ ) of LiNbO 3 when d/p is brought infinitely close to 0.
- FIG. 21 is a front cross-sectional view of an elastic wave device having an acoustic multilayer film.
- FIG. 22 is a partially cutaway perspective view for explaining an elastic wave device that utilizes Lamb waves.
- FIG. 1 is a schematic front cross-sectional view of an elastic wave device according to a first embodiment of the present invention.
- an IDT electrode which will be described later, is shown by a schematic diagram in which two diagonal lines are added to a rectangle. The same applies to schematic front cross-sectional views other than FIG.
- the elastic wave device 10 has a piezoelectric substrate 12 and an IDT electrode 11 as a functional electrode.
- the piezoelectric substrate 12 has a support member 13 and a piezoelectric layer 14 .
- the support member 13 includes a support substrate 16 and an insulating layer 15 .
- An insulating layer 15 is provided on the support substrate 16 .
- a piezoelectric layer 14 is provided on the insulating layer 15 .
- the support member 13 may be composed of only the support substrate 16 .
- the piezoelectric layer 14 has a first main surface 14a and a second main surface 14b.
- the first main surface 14a and the second main surface 14b face each other.
- the second principal surface 14b is located on the support member 13 side.
- the material of the support substrate 16 for example, semiconductors such as silicon, ceramics such as aluminum oxide, and the like can be used. Any suitable dielectric, such as silicon oxide or tantalum pentoxide, can be used as the material for the insulating layer 15 .
- materials for the piezoelectric layer 14 include lithium niobate, lithium tantalate, zinc oxide, aluminum nitride, crystal, and PZT (lead zirconate titanate). It should be noted that the piezoelectric layer 14 is preferably a lithium tantalate layer such as a LiTaO 3 layer or a lithium niobate layer such as a LiNbO 3 layer.
- the support member 13 is provided with a hollow portion 10a. More specifically, the support substrate 16 is provided with a recess. A through hole is provided in the insulating layer 15 so as to be continuous with the recess. Thereby, the concave portion of the support member 13 is formed. A piezoelectric layer 14 is provided on the insulating layer 15 so as to close the concave portion of the support member 13 . Thereby, the hollow portion 10a is configured. Note that the cavity portion 10a may be provided only in the insulating layer 15 or may be provided only in the support substrate 16 .
- the supporting member 13 should be provided with at least one hollow portion 10a.
- the cavity 10a is an energy confinement layer.
- the energy trapping layer is a layer that traps elastic wave energy on the piezoelectric layer 14 side.
- an acoustic multilayer film instead of the cavity 10a, an acoustic multilayer film, which will be described later, may be provided as an energy trapping layer.
- a plurality of IDT electrodes 11 are provided on the first main surface 14 a of the piezoelectric layer 14 . Thereby, a plurality of elastic wave resonators are configured. Each IDT electrode 11 has a pair of busbars and a plurality of electrode fingers.
- the elastic wave device 10 in this embodiment is a filter device. In addition, the elastic wave device 10 only needs to have at least one IDT electrode 11 .
- An elastic wave device according to the present invention may include at least one elastic wave resonator.
- the IDT electrode 11 overlaps the hollow portion 10a in plan view. More specifically, in a plan view, the IDT electrodes 11 of each acoustic wave resonator may overlap separate cavities 10a or may overlap the same cavity 10a.
- planar view means viewing from a direction corresponding to the upper side in FIG.
- a planar view means viewing along the direction in which the support substrate 16 and the piezoelectric layer 14 are laminated. In FIG. 1, for example, between the support substrate 16 and the piezoelectric layer 14, the piezoelectric layer 14 side is the upper side.
- a first wiring 17A and a second wiring 17B are provided on the piezoelectric layer 14 . More specifically, the first main surface 14a of the piezoelectric layer 14 is provided with the first wiring 17A and the second wiring 17B. The first wiring 17A and the second wiring 17B face each other on the piezoelectric layer 14 .
- the first wiring 17A is electrically connected to the IDT electrode 11 .
- the second wiring 17B is connected to a potential different from that of the first wiring 17A.
- at least two pairs of first wiring 17A and second wiring 17B are provided. Each pair of first wiring 17A and second wiring 17B is arranged so as to sandwich one IDT electrode 11 therebetween.
- a first wiring 17A sandwiching one IDT electrode 11 and a second wiring 17B sandwiching the other IDT electrode 11 face each other.
- first wiring 17A and the second wiring 17B is merely an example and is not particularly limited. At least one pair of the first wiring 17A and the second wiring 17B should be provided. At least one pair of the first wiring 17A and the second wiring 17B may include portions facing each other.
- a damping layer 19 is provided on the piezoelectric layer 14, as shown in FIG. More specifically, the attenuation layer 19 is provided between a first wiring 17A sandwiching one IDT electrode 11 and a second wiring 17B sandwiching the other IDT electrode 11 .
- the damping layer 19 is made of a dielectric. The density of the dielectric that makes up the damping layer 19 is lower than the density of the piezoelectric layer 14 .
- a feature of this embodiment is that, in plan view, the damping layer 19 is provided between the first wiring 17A and the second wiring 17B, and the density of the dielectric constituting the damping layer 19 is the same as that of the piezoelectric layer 14 . is lower than the density of As a result, the influence of unwanted bulk waves on frequency characteristics can be suppressed, and ripples in frequency characteristics can be suppressed. This is shown below by comparing the present embodiment and a comparative example.
- the comparative example differs from the present embodiment in that it does not have the damping layer 19 .
- reflection characteristics as the frequency characteristics were measured between the first wiring 17A and the second wiring 17B.
- FIG. 2 is a diagram showing reflection characteristics of the first embodiment and a comparative example.
- the reflection characteristic shown in FIG. 2 is the relationship between S11 and frequency.
- FIG. 3 is a schematic front cross-sectional view showing an example of propagation of unwanted bulk waves in a comparative example. Arrow E in FIG. 3 indicates part of the unwanted bulk wave.
- ripples are large in the vicinity of 2300 MHz to 7000 MHz shown in FIG.
- FIG. 3 in the comparative example, for example, unwanted bulk waves propagated from the second wiring 17B are reflected by the support substrate 16. As shown in FIG. A signal of the unwanted bulk wave is taken out by the first wiring 17A. Therefore, the ripple shown in FIG. 2 is generated.
- ripples are suppressed in the reflection characteristics of the first embodiment.
- the first wiring 17A and the second wiring 17B shown in FIG. 1 are connected to different potentials. Therefore, an electric field is generated between the first wiring 17A and the second wiring 17B.
- a damping layer 19 is provided between the first wiring 17A and the second wiring 17B.
- An electric field is thus applied not only to the piezoelectric layer 14 but also to the damping layer 19 . Thereby, the electric field applied to the piezoelectric layer 14 can be attenuated. Along with this, the intensity of unwanted bulk waves can also be reduced. Therefore, ripples in frequency characteristics can be suppressed.
- the IDT electrode 11 has a pair of busbars.
- the first wiring 17A is connected to one bus bar of the IDT electrode 11 .
- a second wiring 17B is connected to the other bus bar of the IDT electrode 11 .
- the potentials to which the first wiring 17A and the second wiring 17B are connected are made different from each other.
- At least one of the first wiring 17A and the second wiring 17B should be connected to the hot potential.
- the other wire may be connected to hot potential or may be connected to ground potential.
- the second wiring 17B may not be connected to the IDT electrode 11 to which the first wiring 17A is connected.
- the second wiring 17B may be connected to elements other than the IDT electrode 11 .
- the attenuation layer 19 is provided between the two IDT electrodes 11 . More specifically, the attenuation layer 19 is provided between the first wiring 17A connected to the busbar of one IDT electrode 11 and the second wiring 17B connected to the busbar of the other IDT electrode 11. It is The potentials to which the first wiring 17A and the second wiring 17B are connected are different from each other.
- the attenuation layer 19 may be provided between the first wiring 17A and the second wiring 17B connected to each busbar of the same IDT electrode 11 . Also between the first wiring 17A and the second wiring 17B connected to each bus bar of one IDT electrode 11, unwanted bulk wave signal propagation and extraction may occur. Even in such a case, the intensity of the unwanted bulk wave can be reduced by providing the attenuation layer 19 . Therefore, ripples in frequency characteristics can be suppressed.
- the damping layer 19 is provided entirely between the first wiring 17A and the second wiring 17B in plan view. As a result, ripples in frequency characteristics can be effectively suppressed.
- the attenuation layer 19 may be provided in at least part of the region between the first wiring 17A and the second wiring 17B in plan view.
- the damping layer 19 may cover at least part of the first wiring 17A or at least part of the second wiring 17B.
- the Q value of the damping layer 19 is preferably lower than the Q value of the piezoelectric layer. More preferably, the damping layer 19 is made of resin such as polyimide. As a result, ripples in frequency characteristics can be effectively suppressed. However, the material used for damping layer 19 may also be an inorganic dielectric. In this specification, the phrase "a certain member is made of a certain material" includes the case where a minute amount of impurity is included to such an extent that the electrical characteristics of the elastic wave device are not deteriorated.
- a protective film may be provided on the piezoelectric substrate 12 .
- a protective film is formed on the piezoelectric substrate 12 so as to cover each IDT electrode 11, each first wiring 17A and each second wiring 17B. 18 are provided. Thereby, each IDT electrode 11, each first wiring 17A and each second wiring 17B are less likely to be damaged.
- Silicon oxide, silicon nitride, or silicon oxynitride for example, can be used for the protective film 18 . If the protective film 18 is made of silicon oxide, the frequency temperature characteristics can be improved. On the other hand, when the protective film 18 is made of silicon nitride or the like, the protective film 18 can also be used as a frequency adjustment film.
- the protective film 18 covers the damping layer 19 .
- the damping layer 19 is thus provided between the piezoelectric layer 14 and the protective film 18 .
- the protective film 18 may cover at least part of the IDT electrode 11, at least part of the first wiring 17A, or at least part of the second wiring 17B.
- the IDT electrode 11 is provided on the first main surface 14a of the piezoelectric layer 14.
- the IDT electrode 11 may be provided on the second principal surface 14 b of the piezoelectric layer 14 .
- the IDT electrode 11 is positioned, for example, inside the cavity 10a.
- the IDT electrode 11 may be connected to the first wiring 17A via a penetrating electrode that penetrates the piezoelectric layer 14 or the like.
- the IDT electrode 11 may be connected to the second wiring 17B through a through electrode.
- FIG. 5 is a schematic front cross-sectional view of an elastic wave device according to a second embodiment.
- This embodiment differs from the first embodiment in that an intermediate layer 25 is provided between the piezoelectric layer 14 and the damping layer 19 . Except for the above points, the elastic wave device of this embodiment has the same configuration as the elastic wave device 10 of the first embodiment.
- the acoustic impedance value of the intermediate layer 25 is a value between the acoustic impedance value of the piezoelectric layer 14 and the acoustic impedance value of the damping layer 19 .
- a dielectric such as silicon oxide can be used as the material of the intermediate layer 25 for example.
- the acoustic impedance of the piezoelectric layer 14 is higher than the acoustic impedance of the intermediate layer 25 , and the acoustic impedance of the intermediate layer 25 is higher than the acoustic impedance of the damping layer 19 .
- the acoustic impedance of the piezoelectric layer 14 may be lower than the acoustic impedance of the intermediate layer 25 , and the acoustic impedance of the intermediate layer 25 may be lower than the acoustic impedance of the damping layer 19 .
- provision of the intermediate layer 25 can effectively attenuate unwanted bulk waves propagating in the piezoelectric layer 14 . This will be described with reference to the first embodiment using FIGS. 6(a) and 6(b).
- FIG. 6(a) is a schematic diagram for explaining the propagation of unwanted bulk waves in the first embodiment.
- FIG. 6B is a schematic diagram for explaining the propagation of unwanted bulk waves in the second embodiment.
- the damping layer 19 is provided directly on the piezoelectric layer 14. As shown in FIG. 6(a), in the first embodiment, the damping layer 19 is provided directly on the piezoelectric layer 14. As shown in FIG. A part of the unwanted bulk wave traveling from the piezoelectric layer 14 side to the damping layer 19 side is reflected toward the piezoelectric layer 14 side at the interface between the piezoelectric layer 14 and the damping layer 19 . Another part of the unwanted bulk wave propagates from the piezoelectric layer 14 to the damping layer 19 .
- a damping layer 19 is indirectly provided on the piezoelectric layer 14 via an intermediate layer 25 .
- the value of the acoustic impedance of the intermediate layer 25 is between the value of the acoustic impedance of the piezoelectric layer 14 and the value of the acoustic impedance of the damping layer 19 . Therefore, the difference between the acoustic impedance of the piezoelectric layer 14 and the acoustic impedance of the intermediate layer 25 is small. Therefore, unwanted bulk waves are less likely to be reflected at the interface between the piezoelectric layer 14 and the intermediate layer 25 . This facilitates propagation of unwanted bulk waves from the piezoelectric layer 14 to the intermediate layer 25 .
- the difference between the acoustic impedance of the intermediate layer 25 and the acoustic impedance of the damping layer 19 is also small.
- unnecessary bulk waves are easily propagated from the intermediate layer 25 to the damping layer 19 . Therefore, unwanted bulk waves are less likely to be confined on the piezoelectric layer 14 side. Therefore, unnecessary bulk waves propagating in the piezoelectric layer 14 can be effectively attenuated, and ripples in frequency characteristics can be effectively suppressed.
- the attenuation layer 19 overlaps the first wiring 17A and the second wiring 17B when viewed from the direction in which the first wiring 17A and the second wiring 17B face each other. is preferred. In this case, the intensity of unwanted bulk waves can be effectively reduced.
- the thickness of the intermediate layer 25 is preferably thinner than the thickness of the first wiring 17A and the thickness of the second wiring 17B.
- the attenuation layer 19 more reliably overlaps the first wiring 17A and the second wiring 17B when viewed from the direction in which the first wiring 17A and the second wiring 17B face each other. can do. Therefore, the intensity of the unwanted bulk wave can be reduced more reliably and effectively.
- the acoustic impedance of the piezoelectric layer 14 is higher than the acoustic impedance of the damping layer 19 .
- the intermediate layer 25 positioned closer to the piezoelectric layer 14 has a higher acoustic impedance.
- the intermediate layer 25 positioned closer to the piezoelectric layer 14 has lower acoustic impedance.
- the thickness of the intermediate layer 25 and the thickness of the attenuation layer 19 it is possible to adjust the frequency band in which unwanted bulk waves propagating through the piezoelectric layer 14 are attenuated and the amount of attenuation of the unwanted bulk waves. This is shown below.
- FIG. 7(a) to 7(d) are diagrams showing the reflection characteristics of Examples 1 to 4.
- FIG. 7(a) to 7(d) are diagrams showing the reflection characteristics of Examples 1 to 4.
- the ripple intensity in the reflection characteristics and the frequency at which the ripple intensity is large are different.
- the ripple is caused by unwanted bulk waves. Therefore, by adjusting the thickness tc of the intermediate layer 25 and the thickness ta of the attenuation layer 19, the frequency band and the attenuation amount in which the unwanted bulk wave propagating through the piezoelectric layer 14 is attenuated can be adjusted.
- Each elastic wave resonator in the first embodiment and the second embodiment is configured to be able to use bulk waves in a thickness-shlip mode such as a thickness-shlip primary mode, for example.
- Each elastic wave resonator may be configured to be able to use Lamb waves, or may be configured to be able to use bulk waves other than bulk waves in the thickness-shear mode.
- An example in which the elastic wave resonator is a BAW (Bulk Acoustic Wave) element is shown below.
- FIG. 8 is a plan view of an elastic wave device according to the third embodiment. 9 is a cross-sectional view taken along line II in FIG. 8. FIG.
- the functional electrode has an upper electrode 31A and a lower electrode 31B.
- the upper electrode 31A is provided on the first main surface 14a of the piezoelectric layer 14.
- the lower electrode 31B is provided on the second main surface 14b of the piezoelectric layer 14.
- the upper electrode 31A and the lower electrode 31B face each other with the piezoelectric layer 14 interposed therebetween.
- the upper electrode 31A and the lower electrode 31B are connected to different potentials.
- a region where the upper electrode 31A and the lower electrode 31B face each other is an excitation region. As shown in FIG. 9, the excitation region overlaps the hollow portion 30a in plan view.
- the first main surface 14a of the piezoelectric layer 14 is provided with a first wiring 17A and a second wiring 17B.
- the first wiring 17A is connected to the upper electrode 31A.
- the second wiring 17B is electrically connected to the lower electrode 31B.
- a connection electrode 32 is provided on the second main surface 14b of the piezoelectric layer 14 .
- the connection electrode 32 is connected to the lower electrode 31B.
- a through hole is provided in the piezoelectric layer 14 .
- the connection electrode 32 is connected to the second wiring 17B through the through hole. Therefore, the second wiring 17B is connected through the connection electrode 32 to the lower electrode 31B.
- an attenuation layer 19 is provided between the first wiring 17A and the second wiring 17B when viewed from above.
- the support member consists of only the support substrate 36.
- the piezoelectric layer 14 is indirectly provided on the support substrate 16 via the insulating layer 15 .
- the piezoelectric layer 14 is provided directly on the support substrate 36 .
- a hollow portion 30 a is formed by providing a through hole in the support substrate 36 .
- the protective film 18 shown in FIG. 4 may be provided so as to cover the upper electrode 31A or the lower electrode 31B as the excitation electrode. In this case, the upper electrode 31A or the lower electrode 31B is less likely to break.
- the IDT electrode 11 has the structure of an IDT electrode, which will be described later.
- An "electrode” in the IDT electrode corresponds to an electrode finger in the present invention.
- the supporting member in the following examples corresponds to the supporting substrate in the present invention.
- FIG. 10(a) is a schematic perspective view showing the external appearance of an elastic wave device that utilizes a thickness shear mode bulk wave
- FIG. 10(b) is a plan view showing an electrode structure on a piezoelectric layer
- FIG. 11 is a cross-sectional view of a portion taken along line AA in FIG. 10(a).
- the acoustic wave device 1 has a piezoelectric layer 2 made of LiNbO 3 .
- the piezoelectric layer 2 may consist of LiTaO 3 .
- the cut angle of LiNbO 3 and LiTaO 3 is Z-cut, but may be rotational Y-cut or X-cut.
- the thickness of the piezoelectric layer 2 is not particularly limited, it is preferably 40 nm or more and 1000 nm or less, more preferably 50 nm or more and 1000 nm or less, in order to effectively excite the thickness-shear mode.
- the piezoelectric layer 2 has first and second major surfaces 2a and 2b facing each other. Electrodes 3 and 4 are provided on the first main surface 2a.
- the electrode 3 is an example of the "first electrode” and the electrode 4 is an example of the "second electrode”.
- multiple electrodes 3 are connected to a first busbar 5 .
- a plurality of electrodes 4 are connected to a second bus bar 6 .
- the plurality of electrodes 3 and the plurality of electrodes 4 are interleaved with each other.
- Electrodes 3 and 4 have a rectangular shape and a length direction.
- the electrode 3 and the adjacent electrode 4 face each other in a direction perpendicular to the length direction. Both 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 crossing the thickness direction of the piezoelectric layer 2 .
- the electrode 3 and the adjacent electrode 4 face each other in the direction crossing the thickness direction of the piezoelectric layer 2 .
- the length direction of the electrodes 3 and 4 may be interchanged with the direction orthogonal to the length direction of the electrodes 3 and 4 shown in FIGS. 10(a) and 10(b). That is, in FIGS. 10A and 10B, the electrodes 3 and 4 may extend in the direction in which the first busbar 5 and the second busbar 6 extend. In that case, the first busbar 5 and the second busbar 6 extend in the direction in which the electrodes 3 and 4 extend in FIGS. 10(a) and 10(b).
- a plurality of pairs of structures in which an electrode 3 connected to one potential and an electrode 4 connected to the other potential are adjacent to each other are provided in a direction perpendicular to the length direction of the electrodes 3 and 4.
- the electrodes 3 and 4 are adjacent to each other, it does not mean that the electrodes 3 and 4 are arranged so as to be in direct contact with each other, but that the electrodes 3 and 4 are arranged with a gap therebetween. point to When the electrodes 3 and 4 are adjacent to each other, no electrodes connected to the hot electrode or the ground electrode, including the other electrodes 3 and 4, are arranged between the electrodes 3 and 4.
- the logarithms need not be integer pairs, but may be 1.5 pairs, 2.5 pairs, or the like.
- the center-to-center distance or pitch between the electrodes 3 and 4 is preferably in the range of 1 ⁇ m or more and 10 ⁇ m or less.
- the width of the electrodes 3 and 4, that is, the dimension of the electrodes 3 and 4 in the facing direction is preferably in the range of 50 nm or more and 1000 nm or less, more preferably in the range of 150 nm or more and 1000 nm or less.
- the center-to-center distance between the electrodes 3 and 4 means the distance between 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 distance between the center of 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 perpendicular to the length direction of the electrodes 3 and 4 is the direction perpendicular to the polarization direction of the piezoelectric layer 2 .
- “perpendicular” is not limited to being strictly perpendicular, but is substantially perpendicular (the angle formed by the direction perpendicular to the length direction of the electrodes 3 and 4 and the polarization direction is, for example, 90° ⁇ 10°). within the range).
- a supporting member 8 is laminated on the second main surface 2b side of the piezoelectric layer 2 with an insulating layer 7 interposed therebetween.
- the insulating layer 7 and the support member 8 have a frame shape and, as shown in FIG. 11, have through holes 7a and 8a.
- a cavity 9 is thereby formed.
- the cavity 9 is provided so as not to disturb the vibration of the excitation region C of the piezoelectric layer 2 . Therefore, the support member 8 is laminated on the second main surface 2b with the insulating layer 7 interposed therebetween at a position not overlapping the portion where at least one pair of electrodes 3 and 4 are provided. Note that the insulating layer 7 may not be provided. Therefore, the support member 8 can be directly or indirectly laminated to the second main surface 2b of the piezoelectric layer 2 .
- the insulating layer 7 is made of silicon oxide. However, in addition to silicon oxide, suitable insulating materials such as silicon oxynitride and alumina can be used.
- the support member 8 is made of Si. The plane orientation of the surface of Si on the piezoelectric layer 2 side may be (100), (110), or (111). It is desirable that the Si constituting the support member 8 has a high resistivity of 4 k ⁇ cm or more. However, the support member 8 can also be constructed using an appropriate insulating material or semiconductor material.
- Materials for the support member 8 include, for example, aluminum oxide, lithium tantalate, lithium niobate, piezoelectric materials such as crystal, alumina, magnesia, sapphire, silicon nitride, aluminum nitride, silicon carbide, zirconia, cordierite, mullite, and steer.
- Various ceramics such as tight and forsterite, dielectrics such as diamond and glass, and semiconductors such as gallium nitride can be used.
- the plurality of electrodes 3, 4 and the first and second bus bars 5, 6 are made of appropriate metals or alloys such as Al, AlCu alloys.
- 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. Note that an adhesion layer other than the Ti film may be used.
- d/p is 0.0, where d is the thickness of the piezoelectric layer 2 and p is the center-to-center distance between any one of the pairs of electrodes 3 and 4 adjacent to each other. 5 or less. Therefore, the thickness-shear mode bulk wave is effectively excited, and good resonance characteristics can be obtained. More preferably, d/p is 0.24 or less, in which case even better resonance characteristics can be obtained.
- the elastic wave device 1 Since the elastic wave device 1 has the above configuration, even if the logarithm of the electrodes 3 and 4 is reduced in an attempt to reduce the size, the Q value is unlikely to decrease. This is because the propagation loss is small even if the number of electrode fingers in the reflectors on both sides is reduced. Moreover, the fact that the number of electrode fingers can be reduced is due to the fact that bulk waves in the thickness-shear mode are used. The difference between the Lamb wave used in the elastic wave device and the thickness shear mode bulk wave will be described with reference to FIGS. 12(a) and 12(b).
- FIG. 12(a) is a schematic front cross-sectional view for explaining a Lamb wave propagating through a piezoelectric film of an acoustic wave device as described in Japanese Unexamined Patent Publication No. 2012-257019.
- waves propagate through 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. is.
- the X direction is the direction in which the electrode fingers of the IDT electrodes are arranged.
- the Lamb wave propagates in the X direction as shown.
- the wave is generated on the first principal surface 2a and the second principal surface of the piezoelectric layer 2. 2b, ie, the Z direction, and resonates. That is, the X-direction component of the wave is significantly smaller than the Z-direction component. Further, since resonance characteristics are obtained by propagating waves in the Z direction, propagation loss is unlikely to occur even if the number of electrode fingers of the reflector is reduced. Furthermore, even if the number of electrode pairs consisting of the electrodes 3 and 4 is reduced in an attempt to promote miniaturization, the Q value is unlikely to decrease.
- FIG. 13 schematically shows bulk waves when a voltage is applied between the electrodes 3 and 4 so that the potential of the electrode 4 is higher than that of the electrode 3 .
- the first region 451 is a region of the excitation region C between the first main surface 2a and a virtual plane VP1 that is perpendicular to the thickness direction of the piezoelectric layer 2 and bisects the piezoelectric layer 2 .
- the second region 452 is a region of the excitation region C between the virtual plane VP1 and the second main surface 2b.
- the acoustic wave device 1 at least one pair of electrodes consisting of the electrodes 3 and 4 is arranged.
- the number of electrode pairs need not be plural. That is, it is sufficient that at least one pair of electrodes is provided.
- the electrode 3 is an electrode connected to a hot potential
- the electrode 4 is an electrode connected to a ground potential.
- electrode 3 may also be connected to ground potential and electrode 4 to 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 no floating electrodes are provided.
- FIG. 14 is a diagram showing resonance characteristics of the elastic wave device shown in FIG.
- the design parameters of the elastic wave device 1 with this resonance characteristic are as follows.
- Insulating layer 7 Silicon oxide film with a thickness of 1 ⁇ m.
- Support member 8 Si.
- the length of the excitation region C is the dimension along the length direction of the electrodes 3 and 4 of the excitation region C.
- the inter-electrode distances of the electrode pairs consisting of the electrodes 3 and 4 are all the same in a plurality of pairs. That is, the electrodes 3 and 4 were arranged at equal pitches.
- d/p is more preferably 0.5 or less, as described above. is less than or equal to 0.24. This will be described with reference to FIG.
- FIG. 15 is a diagram showing the relationship between this d/p and the fractional bandwidth of the acoustic wave device as a resonator.
- the specific bandwidth when d/p>0.5, even if d/p is adjusted, the specific bandwidth is less than 5%.
- the specific bandwidth when d/p ⁇ 0.5, the specific bandwidth can be increased to 5% or more by changing d/p within that range. can be configured. Further, when d/p is 0.24 or less, the specific bandwidth can be increased to 7% or more.
- d/p when adjusting d/p within this range, a resonator with a wider specific band can be obtained, and a resonator with a higher coupling coefficient can be realized. Therefore, by setting d/p to 0.5 or less, it is possible to construct a resonator having a high coupling coefficient using the thickness-shear mode bulk wave.
- FIG. 16 is a plan view of an elastic wave device that utilizes thickness-shear mode bulk waves.
- elastic wave device 80 a pair of electrodes having electrode 3 and electrode 4 is provided on first main surface 2 a of piezoelectric layer 2 .
- K in FIG. 16 is the crossing width.
- the number of pairs of electrodes may be one. Even in this case, if d/p is 0.5 or less, bulk waves in the thickness-shear mode can be effectively excited.
- the adjacent excitation region C is an overlapping region when viewed in the direction in which any adjacent electrodes 3 and 4 are facing each other. It is desirable that the metallization ratio MR of the mating electrodes 3, 4 satisfy MR ⁇ 1.75(d/p)+0.075. In that case, spurious can be effectively reduced. This will be described with reference to FIGS. 17 and 18.
- the metallization ratio MR will be explained with reference to FIG. 10(b).
- the excitation region C is the portion surrounded by the dashed-dotted line.
- the excitation region C is a region where the electrode 3 and the electrode 4 overlap each other when the electrodes 3 and 4 are viewed in a direction perpendicular to the length direction of the electrodes 3 and 4, i.e., in a facing direction. 3 and an overlapping area between the electrodes 3 and 4 in the area between the electrodes 3 and 4 .
- the area of the electrodes 3 and 4 in the excitation region C with respect to the area of the excitation region C is the metallization ratio MR. That is, the metallization ratio MR is the ratio of the area of the metallization portion to the area of the excitation region C.
- MR may be the ratio of the metallization portion included in the entire excitation region to the total area of the excitation region.
- FIG. 18 is a diagram showing the relationship between the fractional bandwidth and the amount of phase rotation of the spurious impedance normalized by 180 degrees as the magnitude of the spurious when a large number of acoustic wave resonators are configured according to this embodiment. be.
- the ratio band was adjusted by changing the film thickness of the piezoelectric layer and the dimensions of the electrodes.
- FIG. 18 shows the results when a Z-cut LiNbO 3 piezoelectric layer is used, but the same tendency is obtained when piezoelectric layers with other cut angles are used.
- the spurious is as large as 1.0.
- the fractional band exceeds 0.17, that is, when it exceeds 17%, even if a large spurious with a spurious level of 1 or more changes the parameters constituting the fractional band, the passband appear within. That is, as in the resonance characteristics shown in FIG. 17, a large spurious component indicated by arrow B appears within the band. Therefore, the specific bandwidth is preferably 17% or less. In this case, by adjusting the film thickness of the piezoelectric layer 2 and the dimensions of the electrodes 3 and 4, the spurious response can be reduced.
- FIG. 19 is a diagram showing the relationship between d/2p, metallization ratio MR, and fractional bandwidth.
- various elastic wave devices having different d/2p and MR were constructed, and the fractional bandwidth was measured.
- the hatched portion on the right side of the dashed line D in FIG. 19 is the area where the fractional bandwidth is 17% or less.
- FIG. 20 is a diagram showing a map of fractional bandwidth with respect to Euler angles (0°, ⁇ , ⁇ ) of LiNbO 3 when d/p is brought infinitely close to 0.
- FIG. The hatched portion in FIG. 20 is a region where a fractional bandwidth of at least 5% or more is obtained, and when the range of the region is approximated, the following formulas (1), (2) and (3) ).
- Equation (1) (0° ⁇ 10°, 20° to 80°, 0° to 60° (1-( ⁇ -50) 2 /900) 1/2 ) or (0° ⁇ 10°, 20° to 80°, [180 °-60° (1-( ⁇ -50) 2 /900) 1/2 ] ⁇ 180°) Equation (2) (0° ⁇ 10°, [180°-30°(1-( ⁇ -90) 2 /8100) 1/2 ] ⁇ 180°, arbitrary ⁇ ) Equation (3)
- the fractional band can be sufficiently widened, which is preferable.
- the piezoelectric layer 2 is a lithium tantalate layer.
- FIG. 21 is a front cross-sectional view of an elastic wave device according to an embodiment of the present invention.
- an acoustic multilayer film 42 is laminated on the second main surface 2 b of the piezoelectric layer 2 .
- the acoustic multilayer film 42 has a laminated structure of low acoustic impedance layers 42a, 42c, 42e with relatively low acoustic impedance and high acoustic impedance layers 42b, 42d with relatively high acoustic impedance.
- the thickness shear mode bulk wave can be confined in the piezoelectric layer 2 without using the cavity 9 in the elastic wave device 1 .
- the elastic wave device 41 by setting d/p to 0.5 or less, it is possible to obtain resonance characteristics based on bulk waves in the thickness-shear mode.
- the number of layers of the low acoustic impedance layers 42a, 42c, 42e and the high acoustic impedance layers 42b, 42d is not particularly limited. At least one of the high acoustic impedance layers 42b, 42d should be arranged farther from the piezoelectric layer 2 than the low acoustic impedance layers 42a, 42c, 42e.
- the low acoustic impedance layers 42a, 42c, 42e and the high acoustic impedance layers 42b, 42d can be made of appropriate materials as long as the acoustic impedance relationship is satisfied.
- Examples of materials for the low acoustic impedance layers 42a, 42c, and 42e include silicon oxide and silicon oxynitride.
- Materials for the high acoustic impedance layers 42b and 42d include alumina, silicon nitride, and metals.
- FIG. 22 is a partially cutaway perspective view for explaining an elastic wave device that utilizes Lamb waves.
- the elastic wave device 81 has a support substrate 82 .
- the support substrate 82 is provided with a concave portion that is open on the upper surface.
- a piezoelectric layer 83 is laminated on the support substrate 82 .
- a hollow portion 9 is thereby formed.
- An IDT electrode 84 is provided on the piezoelectric layer 83 above the cavity 9 .
- Reflectors 85 and 86 are provided on both sides of the IDT electrode 84 in the elastic wave propagation direction.
- the outer periphery of the hollow portion 9 is indicated by broken lines.
- the IDT electrode 84 has first and second bus bars 84a and 84b, a plurality of first electrode fingers 84c and a plurality of second electrode fingers 84d.
- the plurality of first electrode fingers 84c are connected to the first busbar 84a.
- the plurality of second electrode fingers 84d are connected to the second busbar 84b.
- the plurality of first electrode fingers 84c and the plurality of second electrode fingers 84d are interposed.
- a Lamb wave as a plate wave is excited by applying an AC electric field to the IDT electrodes 84 on the cavity 9. Since the reflectors 85 and 86 are provided on both sides, the resonance characteristics due to the Lamb wave can be obtained.
- the elastic wave device of the present invention may use plate waves.
- the IDT electrodes 84, the reflectors 85, and the reflectors 86 shown in FIG. 22 may be provided on the piezoelectric layer in the first embodiment, its modification, or the second embodiment.
- An acoustic multilayer film 42 shown in FIG. 21 may be provided in each embodiment or modification of the present invention.
- d/p is 0.5 or less, as described above. is preferable, and 0.24 or less is more preferable. Thereby, even better resonance characteristics can be obtained.
- MR ⁇ 1.75 ( d/p)+0.075 is preferably satisfied. In this case, spurious can be suppressed more reliably.
- the piezoelectric layer in the elastic wave device of the first embodiment, the modification thereof, or the second embodiment having an elastic wave resonator that utilizes thickness shear mode bulk waves is a lithium niobate layer or a lithium tantalate layer. is preferred.
- the Euler angles ( ⁇ , ⁇ , ⁇ ) of lithium niobate or lithium tantalate constituting the piezoelectric layer are within the range of the above formula (1), formula (2), or formula (3). is preferred. In this case, the fractional bandwidth can be widened sufficiently.
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- Surface Acoustic Wave Elements And Circuit Networks Thereof (AREA)
Abstract
周波数特性におけるリップルを抑制することができる、弾性波装置を提供する。 本発明に係る弾性波装置１０は、支持基板１６と、支持基板１６上に設けられており、対向し合う第１の主面１４ａ及び第２の主面１４ｂを有する圧電層１４と、圧電層１４の第１の主面１４ａまたは第２の主面１４ｂに設けられている機能電極と、圧電層１４上に設けられており、機能電極と接続されている第１の配線１７Ａと、圧電層１４上に設けられており、第１の配線１７Ｂと対向しており、かつ第１の配線１７Ａと異なる電位に接続される第２の配線１７Ｂと、平面視において、第１の配線１７Ａ及び第２の配線１７Ｂの間に設けられており、圧電層１４よりも密度が低い誘電体からなる、減衰層１９とを備える。
Description
本発明は、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。この弾性波装置においては、支持体上に圧電基板が設けられている。圧電基板はＬｉＮｂＯ３またはＬｉＴａＯ３からなる。圧電基板の上面にＩＤＴ（Ｉｎｔｅｒｄｉｇｉｔａｌ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）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。
下記の特許文献２には、ラダー型フィルタの例が開示されている。このラダー型フィルタにおいては、複数の弾性波装置が複数の配線により接続されている。複数の配線は、ホット電位に接続される配線及びグラウンド電位に接続される配線を含む。ホット電位に接続される配線及びグラウンド電位に接続される配線が互いに対向している。
特許文献１に記載のような弾性波共振子においては、不要なバルク波が励振されることがある。このバルク波は、圧電基板の厚み方向に伝搬する。そのため、支持体において反射されることがある。特許文献２のように、異なる電位に接続される配線が互いに対向している場合には、一方の配線により、不要なバルク波の信号が取り出されることがある。あるいは、不要なバルク波の信号は、対向し合うバスバーのうち一方により取り出されることもある。これらの場合、弾性波装置の周波数特性においてリップルが生じるおそれがある。
本発明の目的は、周波数特性におけるリップル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、支持基板と、前記支持基板上に設けられており、対向し合う第１の主面及び第２の主面を有する圧電層と、前記圧電層の前記第１の主面または前記第２の主面に設けられている機能電極と、前記圧電層上に設けられており、前記機能電極と接続されている第１の配線と、前記圧電層上に設けられており、前記第１の配線と対向しており、かつ前記第１の配線と異なる電位に接続される第２の配線と、平面視において、前記第１の配線及び前記第２の配線の間に設けられており、前記圧電層よりも密度が低い誘電体からなる、減衰層とを備える。
本発明によれば、周波数特性におけるリップルを抑制することができる、弾性波装置を提供することができる。
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略図的正面断面図である。図１においては、後述するＩＤＴ電極を、矩形に２本の対角線を加えた略図により示す。図１以外の略図的正面断面図においても同様である。
弾性波装置１０は、圧電性基板１２と、機能電極としてのＩＤＴ電極１１とを有する。圧電性基板１２は、支持部材１３と、圧電層１４とを有する。本実施形態では、支持部材１３は、支持基板１６と、絶縁層１５とを含む。支持基板１６上に絶縁層１５が設けられている。絶縁層１５上に圧電層１４が設けられている。もっとも、支持部材１３は支持基板１６のみにより構成されていてもよい。
圧電層１４は第１の主面１４ａ及び第２の主面１４ｂを有する。第１の主面１４ａ及び第２の主面１４ｂは互いに対向している。第１の主面１４ａ及び第２の主面１４ｂのうち、第２の主面１４ｂが支持部材１３側に位置している。
支持基板１６の材料としては、例えば、シリコンなどの半導体や、酸化アルミニウムなどのセラミックスなどを用いることができる。絶縁層１５の材料としては、酸化ケイ素または五酸化タンタルなどの、適宜の誘電体を用いることができる。圧電層１４の材料としては、例えば、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、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。なお、圧電層１４は、ＬｉＴａＯ３層などのタンタル酸リチウム層、またはＬｉＮｂＯ３層などのニオブ酸リチウム層であることが好ましい。
支持部材１３には空洞部１０ａが設けられている。より具体的には、支持基板１６に凹部が設けられている。該凹部と連続するように、絶縁層１５に貫通孔が設けられている。これにより、支持部材１３の凹部が構成されている。そして、絶縁層１５上に、支持部材１３の凹部を塞ぐように、圧電層１４が設けられている。これにより、空洞部１０ａが構成されている。なお、空洞部１０ａは、絶縁層１５のみに設けられていてもよく、あるいは、支持基板１６のみに設けられていてもよい。
支持部材１３には、少なくとも１つの空洞部１０ａが設けられていればよい。空洞部１０ａはエネルギー閉じ込め層である。エネルギー閉じ込め層とは、弾性波のエネルギーを、圧電層１４側に閉じ込める層である。もっとも、空洞部１０ａの代わりに、エネルギー閉じ込め層として、後述する音響多層膜が設けられていてもよい。
圧電層１４の第１の主面１４ａには、複数のＩＤＴ電極１１が設けられている。これにより、複数の弾性波共振子が構成されている。各ＩＤＴ電極１１はそれぞれ、１対のバスバーと、複数の電極指とを有する。本実施形態における弾性波装置１０はフィルタ装置である。なお、弾性波装置１０は、少なくとも１つのＩＤＴ電極１１を有していればよい。本発明に係る弾性波装置は、少なくとも１つの弾性波共振子を含んでいればよい。
平面視において、ＩＤＴ電極１１の少なくとも一部が空洞部１０ａと重なっている。より具体的には、平面視において、各弾性波共振子のＩＤＴ電極１１が、別個の空洞部１０ａと重なっていてもよく、同じ空洞部１０ａと重なっていてもよい。本明細書において平面視とは、図１における上方に相当する方向から見ることをいう。さらに、平面視とは、支持基板１６及び圧電層１４が積層されている方向に沿って見ることをいう。なお、図１において、例えば、支持基板１６及び圧電層１４のうち、圧電層１４側が上方である。
圧電層１４上には、第１の配線１７Ａ及び第２の配線１７Ｂが設けられている。より具体的には、圧電層１４の第１の主面１４ａに、第１の配線１７Ａ及び第２の配線１７Ｂが設けられている。第１の配線１７Ａ及び第２の配線１７Ｂは、圧電層１４上において、互いに対向している。第１の配線１７ＡはＩＤＴ電極１１に電気的に接続されている。第２の配線１７Ｂは、第１の配線１７Ａとは異なる電位に接続される。本実施形態では、少なくとも２対の第１の配線１７Ａ及び第２の配線１７Ｂが設けられている。各対の第１の配線１７Ａ及び第２の配線１７Ｂは、１つのＩＤＴ電極１１を挟むように配置されている。一方のＩＤＴ電極１１を挟んでいる第１の配線１７Ａと他方のＩＤＴ電極１１を挟んでいる第２の配線１７Ｂとが互いに対向している。
なお、上記の第１の配線１７Ａ及び第２の配線１７Ｂの配置は一例であって、特に限定されない。第１の配線１７Ａ及び第２の配線１７Ｂは、少なくとも１対設けられていればよい。少なくとも１対の第１の配線１７Ａ及び第２の配線１７Ｂにおいて、互いに対向する部分が含まれていればよい。
図１に示すように、圧電層１４上に減衰層１９が設けられている。より具体的には、減衰層１９は、一方のＩＤＴ電極１１を挟んでいる第１の配線１７Ａと、他方のＩＤＴ電極１１を挟んでいる第２の配線１７Ｂとの間に設けられている。減衰層１９は誘電体からなる。減衰層１９を構成している誘電体の密度は、圧電層１４の密度よりも低い。
本実施形態の特徴は、平面視において、第１の配線１７Ａ及び第２の配線１７Ｂの間に減衰層１９が設けられており、減衰層１９を構成している誘電体の密度が圧電層１４の密度よりも低いことにある。それによって、不要バルク波による周波数特性に対する影響を抑制することができ、周波数特性におけるリップルを抑制することができる。これを、本実施形態及び比較例を比較することにより、以下において示す。
比較例は、減衰層１９を有しない点において本実施形態と異なる。本実施形態の構成を有する弾性波装置、及び比較例の弾性波装置において、第１の配線１７Ａ及び第２の配線１７Ｂの間の、上記周波数特性としての反射特性を測定した。
図２は、第１の実施形態及び比較例の反射特性を示す図である。図２に示す反射特性は、Ｓ１１と周波数との関係である。図３は、比較例において不要バルク波が伝搬する例を示す、略図的正面断面図である。図３中の矢印Ｅは、不要バルク波の一部を示す。
図２に示すように、比較例の反射特性では、図２に示す２３００ＭＨｚ～７０００ＭＨｚ付近において、リップルが大きくなっていることがわかる。図３に示すように、比較例においては、例えば、第２の配線１７Ｂから伝搬した不要バルク波が、支持基板１６において反射する。不要バルク波の信号は、第１の配線１７Ａにより取り出される。そのため、図２に示すリップルが生じている。一方で、第１の実施形態の反射特性では、リップルが抑制されていることがわかる。
図１に示す第１の配線１７Ａ及び第２の配線１７Ｂは、互いに異なる電位に接続される。そのため、第１の配線１７Ａ及び第２の配線１７Ｂの間には電界が生じる。第１の実施形態においては、第１の配線１７Ａ及び第２の配線１７Ｂの間に減衰層１９が設けられている。よって、電界は、圧電層１４だけでなく、減衰層１９にもに加えられる。これにより、圧電層１４に加わる電界を減衰させることができる。これに伴い、不要バルク波の強度も小さくすることができる。従って、周波数特性におけるリップルを抑制することができる。
以下において、第１の実施形態のさらなる詳細を説明する。
上記のように、ＩＤＴ電極１１は１対のバスバーを有する。第１の配線１７Ａは、ＩＤＴ電極１１の一方のバスバーに接続されている。第２の配線１７Ｂは、該ＩＤＴ電極１１の他方のバスバーに接続されている。これにより、第１の配線１７Ａ及び第２の配線１７Ｂが接続される電位が互いに異ならされている。第１の配線１７Ａ及び第２の配線１７Ｂのうち少なくとも一方の配線がホット電位に接続されればよい。他方の配線はホット電位に接続されてもよく、グラウンド電位に接続されてもよい。もっとも、第２の配線１７Ｂは、第１の配線１７Ａが接続されたＩＤＴ電極１１に接続されていなくともよい。第２の配線１７Ｂは、該ＩＤＴ電極１１以外の素子に接続されていてもよい。
減衰層１９は、２つのＩＤＴ電極１１の間に設けられている。より具体的には、一方のＩＤＴ電極１１のバスバーに接続された第１の配線１７Ａと、他方のＩＤＴ電極１１のバスバーに接続された第２の配線１７Ｂとの間に、減衰層１９が設けられている。上記第１の配線１７Ａ及び上記第２の配線１７Ｂが接続される電位は、互いに異なる。
なお、減衰層１９は、同じＩＤＴ電極１１の各バスバーに接続された第１の配線１７Ａ及び第２の配線１７Ｂの間に設けられていてもよい。１つのＩＤＴ電極１１の各バスバーに接続された第１の配線１７Ａ及び第２の配線１７Ｂの間においても、不要バルク波の信号の伝搬及び取り出しが生じることがある。このような場合においても、減衰層１９が設けられていることによって、不要バルク波の強度を小さくすることができる。従って、周波数特性におけるリップルを抑制することができる。
以下において、第１の実施形態における好ましい構成を示す。
図１に示すように、平面視において、減衰層１９が、第１の配線１７Ａ及び第２の配線１７Ｂの間の全体にわたり設けられていることが好ましい。それによって、周波数特性におけるリップルを効果的に抑制することができる。
なお、減衰層１９は、平面視したときの、第１の配線１７Ａ及び第２の配線１７Ｂの間の領域における少なくとも一部に設けられていればよい。あるいは、減衰層１９は、第１の配線１７Ａの少なくとも一部または第２の配線１７Ｂの少なくとも一部を覆っていてもよい。
減衰層１９のＱ値は圧電層のＱ値よりも低いことが好ましい。減衰層１９は、例えば、ポリイミドなどの樹脂からなることがより好ましい。それによって、周波数特性におけるリップルを効果的に抑制することができる。もっとも、減衰層１９に用いられる材料は、無機誘電体であってもよい。なお、本明細書において、ある部材がある材料からなるとは、弾性波装置の電気的特性が劣化しない程度の微量な不純物が含まれる場合を含む。
ところで、圧電性基板１２上には保護膜が設けられていてもよい。例えば、図４に示す第１の実施形態の変形例においては、圧電性基板１２上には、各ＩＤＴ電極１１、各第１の配線１７Ａ及び各第２の配線１７Ｂを覆うように、保護膜１８が設けられている。これにより、各ＩＤＴ電極１１、各第１の配線１７Ａ及び各第２の配線１７Ｂが破損し難い。保護膜１８には、例えば、酸化ケイ素、窒化ケイ素または酸窒化ケイ素などを用いることができる。保護膜１８が酸化ケイ素からなる場合には、周波数温度特性を改善することができる。他方、保護膜１８が窒化ケイ素などからなる場合には、保護膜１８を周波数調整膜としても用いることができる。
本変形例では、保護膜１８は減衰層１９を覆っている。よって、減衰層１９は、圧電層１４及び保護膜１８の間に設けられている。なお、保護膜１８は、ＩＤＴ電極１１の少なくとも一部、第１の配線１７Ａの少なくとも一部または第２の配線１７Ｂの少なくとも一部を覆っていればよい。
第１の実施形態においては、ＩＤＴ電極１１は、圧電層１４の第１の主面１４ａに設けられている。もっとも、ＩＤＴ電極１１は、圧電層１４の第２の主面１４ｂに設けられていてもよい。この場合、ＩＤＴ電極１１は、例えば、空洞部１０ａ内に位置している。ＩＤＴ電極１１は、圧電層１４を貫通する貫通電極などを介して、第１の配線１７Ａと接続されていてもよい。同様に、ＩＤＴ電極１１を貫通電極を介して、第２の配線１７Ｂと接続されていてもよい。
図５は、第２の実施形態に係る弾性波装置の略図的正面断面図である。
本実施形態は、圧電層１４及び減衰層１９の間に、中間層２５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１０と同様の構成を有する。
中間層２５の音響インピーダンスの値は、圧電層１４の音響インピーダンスの値及び減衰層１９の音響インピーダンスの値の間の値である。中間層２５の材料としては、例えば、酸化ケイ素などの誘電体を用いることができる。
本実施形態においては、圧電層１４の音響インピーダンスが中間層２５の音響インピーダンスよりも高く、中間層２５の音響インピーダンスが減衰層１９の音響インピーダンスよりも高い。なお、圧電層１４の音響インピーダンスが中間層２５の音響インピーダンスよりも低く、中間層２５の音響インピーダンスが減衰層１９の音響インピーダンスよりも低くてもよい。
本実施形態においては、中間層２５が設けられていることにより、圧電層１４において伝搬する不要バルク波を効果的に減衰させることができる。これを、図６（ａ）及び図６（ｂ）を用い、第１の実施形態を参照して説明する。
図６（ａ）は、第１の実施形態における、不要バルク波の伝搬を説明するための模式図である。図６（ｂ）は、第２の実施形態における、不要バルク波の伝搬を説明するための模式図である。
図６（ａ）に示すように、第１の実施形態においては、圧電層１４上に直接的に減衰層１９が設けられている。圧電層１４側から減衰層１９側に向かう不要バルク波の一部は、圧電層１４及び減衰層１９の界面において、圧電層１４側に反射される。不要バルク波の他の一部は、圧電層１４から減衰層１９に伝搬する。
他方、図６（ｂ）に示すように、第２の実施形態においては、圧電層１４上に、中間層２５を介して間接的に減衰層１９が設けられている。上記のように、中間層２５の音響インピーダンスの値は、圧電層１４の音響インピーダンスの値及び減衰層１９の音響インピーダンスの値の間の値である。そのため、圧電層１４の音響インピーダンスと中間層２５の音響インピーダンスとの差が小さい。よって、圧電層１４及び中間層２５の間の界面において、不要バルク波が反射され難い。これにより、圧電層１４から中間層２５に不要バルク波が伝搬し易い。
同様に、中間層２５の音響インピーダンスと減衰層１９の音響インピーダンスとの差も小さい。それによって、中間層２５から減衰層１９に不要バルク波が伝搬し易い。そのため、不要バルク波が圧電層１４側に閉じ込められ難い。従って、圧電層１４において伝搬する不要バルク波を効果的に減衰させることができ、周波数特性におけるリップルを効果的に抑制することができる。
図５に示すように、第１の配線１７Ａ及び第２の配線１７Ｂが対向している方向から見たときに、減衰層１９が、第１の配線１７Ａ及び第２の配線１７Ｂと重なっていることが好ましい。この場合には、不要バルク波の強度を効果的に小さくすることができる。
中間層２５の厚みは、第１の配線１７Ａの厚み及び第２の配線１７Ｂの厚みよりも薄いことが好ましい。それによって、第１の配線１７Ａ及び第２の配線１７Ｂが対向している方向から見たときに、減衰層１９が、第１の配線１７Ａ及び第２の配線１７Ｂと、より確実に重なるようにすることができる。よって、不要バルク波の強度をより確実に、効果的に小さくすることができる。
第２の実施形態においては、中間層２５は１層のみ設けられている。もっとも、複数の中間層２５が設けられていてもよい。ここで、上記のように、第２の実施形態では、圧電層１４の音響インピーダンスは減衰層１９の音響インピーダンスよりも高い。この場合には、複数の中間層２５においては、圧電層１４側に位置する中間層２５ほど、音響インピーダンスが高いことが好ましい。それによって、圧電層１４及び減衰層１９の間における不要バルク波の反射を、より一層生じ難くすることができる。従って、圧電層１４において伝搬する不要バルク波をより一層減衰させることができ、周波数特性におけるリップルをより一層抑制することができる。
なお、圧電層１４の音響インピーダンスが減衰層１９の音響インピーダンスよりも低い場合には、複数の中間層２５においては、圧電層１４側に位置する中間層２５ほど、音響インピーダンスが低いことが好ましい。
ところで、中間層２５の厚み及び減衰層１９の厚みを調整することにより、圧電層１４を伝搬する不要バルク波が減衰される周波数帯域や、不要バルク波の減衰量を調整し得る。これを以下において示す。
弾性波装置において、中間層２５の厚み及び減衰層１９の厚みの比率を変化させる毎に、第１の配線及び第２の配線の間の反射特性を測定した。具体的には、実施例１～４の弾性波装置の反射特性を測定した。なお、中間層２５の厚みをｔｃ、減衰層１９の厚みをｔａ、厚みｔｃ及び厚みｔａにおける厚みｔｃの比率をｒとしたときに、ｒ＝ｔｃ／（ｔｃ＋ｔａ）である。
実施例１においては、ｒ＝０とした。実施例１の構成は、第１の実施形態と同様に、中間層２５が設けられていない構成である。実施例２においては、ｒ＝０．１とした。実施例３においては、ｒ＝０．２５とした。実施例４においては、ｒ＝０．５とした。
図７（ａ）～図７（ｄ）は、実施例１～４の反射特性を示す図である。
図７（ａ）～図７（ｄ）に示すように、比率ｒが異なる場合には、反射特性におけるリップルの強度や、該リップルの強度が大きい周波数が異なることがわかる。なお、該リップルは不要バルク波に起因する。よって、中間層２５の厚みｔｃ及び減衰層１９の厚みｔａを調整することにより、圧電層１４を伝搬する不要バルク波が減衰される周波数帯域や減衰量を調整し得る。
第１の実施形態及び第２の実施形態における各弾性波共振子は、例えば、厚み滑り１次モードなどの厚み滑りモードのバルク波を利用可能に構成されている。なお、各弾性波共振子は、板波を利用可能に構成されていてもよく、あるいは、厚み滑りモードのバルク波以外のバルク波を利用可能に構成されていてもよい。以下において、弾性波共振子がＢＡＷ（Ｂｕｌｋ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｗａｖｅ）素子である場合の例を示す。
図８は、第３の実施形態に係る弾性波装置の平面図である。図９は、図８中のＩ－Ｉ線に沿う断面図である。
図８及び図９に示すように、本実施形態においては、機能電極が上部電極３１Ａ及び下部電極３１Ｂを有する。上部電極３１Ａは圧電層１４の第１の主面１４ａに設けられている。下部電極３１Ｂは圧電層１４の第２の主面１４ｂに設けられている。上部電極３１Ａ及び下部電極３１Ｂは、圧電層１４を挟み互いに対向している。
上部電極３１Ａ及び下部電極３１Ｂは互いに異なる電位に接続される。上部電極３１Ａ及び下部電極３１Ｂが互いに対向している領域が、励振領域である。図９に示すように、励振領域は、平面視において、空洞部３０ａと重なっている。上部電極３１Ａ及び下部電極３１Ｂ間に交流電界を印加することにより、励振領域において弾性波が励振される。
図８に示すように、圧電層１４の第１の主面１４ａに、第１の配線１７Ａ及び第２の配線１７Ｂが設けられている。第１の配線１７Ａは上部電極３１Ａに接続されている。第２の配線１７Ｂは、下部電極３１Ｂに電気的に接続されている。より具体的には、圧電層１４の第２の主面１４ｂには、接続電極３２が設けられている。接続電極３２は下部電極３１Ｂに接続されている。圧電層１４には貫通孔が設けられている。接続電極３２は、貫通孔を通り、第２の配線１７Ｂに接続されている。よって、第２の配線１７Ｂは、接続電極３２を介して下部電極３１Ｂに接続されている。
本実施形態においても、第１の実施形態と同様に、平面視したときに、第１の配線１７Ａ及び第２の配線１７Ｂの間に減衰層１９が設けられている。それによって、不要バルク波による周波数特性に対する影響を抑制することができ、周波数特性におけるリップルを抑制することができる。
図９に示すように、支持部材は支持基板３６のみからなる。上記の第１の実施形態においては、圧電層１４は、絶縁層１５を介して間接的に支持基板１６上に設けられていた。これに対して、本実施形態では、圧電層１４は、支持基板３６上に直接的に設けられている。支持基板３６に貫通孔が設けられることにより、空洞部３０ａが構成されている。
なお、励振電極としての上部電極３１Ａまたは下部電極３１Ｂを覆うように、図４に示した保護膜１８が設けられていてもよい。この場合には、上部電極３１Ａまたは下部電極３１Ｂが破損し難い。
以下において、厚み滑りモード及び板波の詳細を説明する。なお、上記ＩＤＴ電極１１は、後述するＩＤＴ電極の構成を有する。ＩＤＴ電極における「電極」は、本発明における電極指に相当する。以下の例における支持部材は、本発明における支持基板に相当する。
図１０（ａ）は、厚み滑りモードのバルク波を利用する弾性波装置の外観を示す略図的斜視図であり、図１０（ｂ）は、圧電層上の電極構造を示す平面図であり、図１１は、図１０（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、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。圧電層２の厚みは、特に限定されないが、厚み滑りモードを効果的に励振するには、４０ｎｍ以上、１０００ｎｍ以下であることが好ましく、５０ｎｍ以上、１０００ｎｍ以下であることがより好ましい。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１０（ａ）及び図１０（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の厚み方向に交叉する方向である。このため、電極３と、隣りの電極４とは、圧電層２の厚み方向に交叉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１０（ａ）及び図１０（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よい。すなわち、図１０（ａ）及び図１０（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１０（ａ）及び図１０（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。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以下の範囲であることが好ましく、１５０ｎｍ以上、１０００ｎｍ以下の範囲であることがより好ましい。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、弾性波装置１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とのなす角度が例えば９０°±１０°の範囲内）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が積層されている。絶縁層７及び支持部材８は、枠状の形状を有し、図１１に示すように、貫通孔７ａ，８ａを有する。それによって、空洞部９が形成されている。空洞部９は、圧電層２の励振領域Ｃの振動を妨げないために設けられている。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。
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）や（１１０）であってもよく、（１１１）であってもよい。支持部材８を構成するＳｉは、抵抗率４ｋΩｃｍ以上の高抵抗であることが望ましい。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。
支持部材８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、マグネシア、サファイア、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、窒化ガリウムなどの半導体などを用いることができる。
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。
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、両側の反射器における電極指の本数を少なくしても、伝搬ロスが少ないためである。また、上記電極指の本数を少なくできるのは、厚み滑りモードのバルク波を利用していることによる。弾性波装置で利用したラム波と、上記厚み滑りモードのバルク波の相違を、図１２（ａ）及び図１２（ｂ）を参照して説明する。
図１２（ａ）は、日本公開特許公報 特開２０１２－２５７０１９号公報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１２（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、波の伝搬ロスが生じ、小型化を図った場合、すなわち電極指の対数を少なくした場合、Ｑ値が低下する。
これに対して、図１２（ｂ）に示すように、弾性波装置１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、反射器の電極指の本数を少なくしても、伝搬損失は生じ難い。さらに、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、厚み滑りモードのバルク波の振幅方向は、図１３に示すように、圧電層２の励振領域Ｃに含まれる第１領域４５１と、励振領域Ｃに含まれる第２領域４５２とで逆になる。図１３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Ｃ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Ｃ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１４は、図１１に示す弾性波装置の共振特性を示す図である。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見たときに、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Ｃ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、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。
電極３と電極４の長さ方向と直交する方向に見たときに、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Ｃ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、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Ｃの長さとは、励振領域Ｃ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１４から明らかなように、反射器を有しないにも関わらず、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１５を参照して説明する。
図１４に示した共振特性を得た弾性波装置と同様に、但しｄ／ｐを変化させ、複数の弾性波装置を得た。図１５は、このｄ／ｐ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１５から明らかなように、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／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／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、ｄ／ｐを０．５以下とすることにより、上記厚み滑り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。
図１６は、厚み滑りモードのバルク波を利用する弾性波装置の平面図である。弾性波装置８０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１６中のＫが交叉幅となる。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、厚み滑りモードのバルク波を効果的に励振することができる。
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見たときに重なっている領域である励振領域Ｃ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１７及び図１８を参照して説明する。図１７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１０（ｂ）を参照して説明する。図１０（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、一点鎖線で囲まれた部分が励振領域Ｃとなる。この励振領域Ｃ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見たときに電極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Ｃ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Ｃ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１８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１８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１８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１８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１７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１９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１９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１９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２０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２０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であり、当該領域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）
（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）
（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）
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。圧電層２がタンタル酸リチウム層である場合も同様である。
図２１は、本発明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における空洞部９を用いずとも、厚み滑り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４２ａ，４２ｃ，４２ｅ及び高音響インピーダンス層４２ｂ，４２ｄの積層数は特に限定されない。低音響インピーダンス層４２ａ，４２ｃ，４２ｅよりも、少なくとも１層の高音響インピーダンス層４２ｂ，４２ｄ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２２は、ラム波を利用する弾性波装置を説明するための部分切り欠き斜視図である。
弾性波装置８１は、支持基板８２を有する。支持基板８２には、上面に開いた凹部が設けられている。支持基板８２上に圧電層８３が積層されている。それによって、空洞部９が構成されている。この空洞部９の上方において圧電層８３上に、ＩＤＴ電極８４が設けられている。ＩＤＴ電極８４の弾性波伝搬方向両側に、反射器８５，８６が設けられている。図２２において、空洞部９の外周縁を破線で示す。ここでは、ＩＤＴ電極８４は、第１，第２のバスバー８４ａ，８４ｂと、複数本の第１の電極指８４ｃ及び複数本の第２の電極指８４ｄとを有する。複数本の第１の電極指８４ｃは、第１のバスバー８４ａに接続されている。複数本の第２の電極指８４ｄは、第２のバスバー８４ｂに接続されている。複数本の第１の電極指８４ｃと、複数本の第２の電極指８４ｄとは間挿し合っている。
弾性波装置８１では、上記空洞部９上のＩＤＴ電極８４に、交流電界を印加することにより、板波としてのラム波が励振される。そして、反射器８５，８６が両側に設けられているため、上記ラム波による共振特性を得ることができる。
このように、本発明の弾性波装置は、板波を利用するものであってもよい。この場合、上記第１の実施形態、その変形例または第２の実施形態における圧電層上に、図２２に示すＩＤＴ電極８４、反射器８５及び反射器８６が設けられていればよい。
本発明の各実施形態または変形例においては、図２１に示す音響多層膜４２が設けられていてもよい。
厚み滑りモードのバルク波を利用する弾性波共振子を有する第１の実施形態、その変形例または第２の実施形態の弾性波装置においては、上記のように、ｄ／ｐが０．５以下であることが好ましく、０．２４以下であることがより好ましい。それによって、より一層良好な共振特性を得ることができる。さらに、厚み滑りモードのバルク波を利用する弾性波共振子を有する第１の実施形態、その変形例または第２の実施形態の弾性波装置においては、上記のように、ＭＲ≦１．７５（ｄ／ｐ）＋０．０７５を満たすことが好ましい。この場合には、スプリアスをより確実に抑制することができる。
厚み滑りモードのバルク波を利用する弾性波共振子を有する第１の実施形態、その変形例または第２の実施形態の弾性波装置における圧電層は、ニオブ酸リチウム層またはタンタル酸リチウム層であることが好ましい。そして、該圧電層を構成している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、上記の式（１）、式（２）または式（３）の範囲にあることが好ましい。この場合、比帯域を十分に広くすることができる。
１…弾性波装置
２…圧電層
２ａ，２ｂ…第１，第２の主面
３，４…電極
５，６…第１，第２のバスバー
７…絶縁層
７ａ…貫通孔
８…支持部材
８ａ…貫通孔
９…空洞部
１０…弾性波装置
１０ａ…空洞部
１１…ＩＤＴ電極
１２…圧電性基板
１３…支持部材
１４…圧電層
１４ａ，１４ｂ…第１，第２の主面
１５…絶縁層
１６…支持基板
１７Ａ，１７Ｂ…第１，第２の配線
１８…保護膜
１９…減衰層
２５…中間層
３０…弾性波装置
３０ａ…空洞部
３１Ａ…上部電極
３１Ｂ…下部電極
３２…接続電極
３６…支持基板
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
４２ｄ，４２ｄ…高音響インピーダンス層
８０，８１…弾性波装置
８２…支持基板
８３…圧電層
８４…ＩＤＴ電極
８４ａ，８４ｂ…第１，第２のバスバー
８４ｃ，８４ｄ…第１，第２の電極指
８５，８６…反射器
２０１…圧電膜
２０１ａ，２０１ｂ…第１，第２の主面
４５１，４５２…第１，第２領域
Ｃ…励振領域
ＶＰ１…仮想平面
２…圧電層
２ａ，２ｂ…第１，第２の主面
３，４…電極
５，６…第１，第２のバスバー
７…絶縁層
７ａ…貫通孔
８…支持部材
８ａ…貫通孔
９…空洞部
１０…弾性波装置
１０ａ…空洞部
１１…ＩＤＴ電極
１２…圧電性基板
１３…支持部材
１４…圧電層
１４ａ，１４ｂ…第１，第２の主面
１５…絶縁層
１６…支持基板
１７Ａ，１７Ｂ…第１，第２の配線
１８…保護膜
１９…減衰層
２５…中間層
３０…弾性波装置
３０ａ…空洞部
３１Ａ…上部電極
３１Ｂ…下部電極
３２…接続電極
３６…支持基板
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
４２ｄ，４２ｄ…高音響インピーダンス層
８０，８１…弾性波装置
８２…支持基板
８３…圧電層
８４…ＩＤＴ電極
８４ａ，８４ｂ…第１，第２のバスバー
８４ｃ，８４ｄ…第１，第２の電極指
８５，８６…反射器
２０１…圧電膜
２０１ａ，２０１ｂ…第１，第２の主面
４５１，４５２…第１，第２領域
Ｃ…励振領域
ＶＰ１…仮想平面
Claims (18)
- 支持基板と、
前記支持基板上に設けられており、対向し合う第１の主面及び第２の主面を有する圧電層と、
前記圧電層の前記第１の主面または前記第２の主面に設けられている機能電極と、
前記圧電層上に設けられており、前記機能電極と接続されている第１の配線と、
前記圧電層上に設けられており、前記第１の配線と対向しており、かつ前記第１の配線と異なる電位に接続される第２の配線と、
平面視において、前記第１の配線及び前記第２の配線の間に設けられており、前記圧電層よりも密度が低い誘電体からなる、減衰層と、
を備える、弾性波装置。 - 平面視において、前記減衰層が、前記第１の配線及び前記第２の配線の間の全体にわたり設けられている、請求項１に記載の弾性波装置。
- 前記圧電層及び前記減衰層の間に設けられている中間層をさらに備え、
前記中間層の音響インピーダンスの値が、前記圧電層の音響インピーダンスの値及び前記減衰層の音響インピーダンスの値の間の値である、請求項１または２に記載の弾性波装置。 - 前記圧電層の音響インピーダンスが、前記中間層の音響インピーダンスよりも高く、前記中間層の音響インピーダンスが、前記減衰層の音響インピーダンスよりも高い、請求項３に記載の弾性波装置。
- 前記圧電層が、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１～４のいずれか１項に記載の弾性波装置。
- 前記機能電極が、互いに対向する第１，第２のバスバーと、前記第１のバスバーに接続される１以上の第１の電極指と、前記第２のバスバーに接続される１以上の第２の電極指と、を有する、請求項１～５のいずれか１項に記載の弾性波装置。
- 前記機能電極は、前記第１の電極指及び前記第２の電極指をそれぞれ複数有するＩＤＴ電極である、請求項６に記載の弾性波装置。
- 板波を利用可能に構成されている、請求項７に記載の弾性波装置。
- 厚み滑りモードのバルク波を利用可能に構成されている、請求項６または７に記載の弾性波装置。
- 前記圧電層の厚みをｄ、隣り合う前記第１の電極指及び前記第２の電極指の中心間距離をｐとした場合、ｄ／ｐが０．５以下である、請求項６または７に記載の弾性波装置。
- ｄ／ｐが０．２４以下である、請求項１０に記載の弾性波装置。
- 隣り合う前記第１の電極指及び前記第２の電極指が対向する方向から見たときに、隣り合う前記第１の電極指及び前記第２の電極指が重なり合っている領域が励振領域であり、
前記励振領域に対する、前記１以上の第１の電極指及び前記１以上の第２の電極指のメタライゼーション比をＭＲとしたときに、ＭＲ≦１．７５（ｄ／ｐ）＋０．０７５を満たす、請求項９～１１のいずれか１項に記載の弾性波装置。 - 前記圧電層が、タンタル酸リチウム層またはニオブ酸リチウム層であり、
前記圧電層を構成している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９～１２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） - 前記機能電極が、前記圧電層の前記第１の主面に設けられている上部電極と、前記第２の主面に設けられている下部電極と、を有し、前記上部電極及び前記下部電極が、前記圧電層を挟み互いに対向している、請求項１～５のいずれか１項に記載の弾性波装置。
- 前記支持基板及び前記圧電層の間に設けられている絶縁層をさらに備え、
前記支持基板及び前記絶縁層により支持部材が構成されている、請求項１～１４のいずれか１項に記載の弾性波装置。 - 前記絶縁層及び前記支持基板のうち少なくとも一方に、空洞部が設けられており、
平面視において、前記空洞部は前記機能電極の少なくとも一部と重なっている、請求項１５のいずれか１項に記載の弾性波装置。 - 前記支持基板に空洞部が設けられており、
平面視において、前記空洞部は前記機能電極の少なくとも一部と重なっている、請求項１～１６のいずれか１項に記載の弾性波装置。 - 前記圧電層上において、前記機能電極の少なくとも一部と、前記第１の配線及び前記第２の配線の少なくとも一部とを覆う保護膜がさらに設けられている、請求項１～１７のいずれか１項に記載の弾性波装置。
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Patent Citations (3)
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|---|---|---|---|---|
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