WO2023002824A1 - 弾性波装置 - Google Patents

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WO2023002824A1
WO2023002824A1 PCT/JP2022/025944 JP2022025944W WO2023002824A1 WO 2023002824 A1 WO2023002824 A1 WO 2023002824A1 JP 2022025944 W JP2022025944 W JP 2022025944W WO 2023002824 A1 WO2023002824 A1 WO 2023002824A1
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WO
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thickness
electrode fingers
region
piezoelectric layer
wave device
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Application number
PCT/JP2022/025944
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English (en)
French (fr)
Inventor
拓郎 岡田
Original Assignee
株式会社村田製作所
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Application filed by 株式会社村田製作所 filed Critical 株式会社村田製作所
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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/02Details
    • H03H9/125Driving means, e.g. electrodes, coils
    • H03H9/145Driving means, e.g. electrodes, coils for networks using surface acoustic waves
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/25Constructional features of resonators using surface acoustic waves

Definitions

  • the present invention relates to elastic wave devices.
  • Patent Document 2 discloses an example of an elastic wave device that utilizes a piston mode.
  • an IDT electrode Interdigital Transducer
  • the IDT electrode has a central region and a pair of edge regions.
  • the pair of edge regions are opposed to each other across the central region in the direction in which the plurality of electrode fingers extend.
  • a pair of edge regions are provided with a dielectric layer or a metal layer.
  • a dielectric film is provided between a piezoelectric body and an IDT electrode.
  • the relative bandwidth is adjusted by adjusting the thickness of the dielectric film.
  • An object of the present invention is to provide an elastic wave device capable of effectively suppressing transverse modes.
  • An elastic wave device includes a support member including a support substrate, a piezoelectric layer provided on the support member and being a lithium niobate layer or a lithium tantalate layer, and a piezoelectric layer provided on the piezoelectric layer. and an IDT electrode provided on the piezoelectric layer, at least a part of which is provided on the dielectric film, and having a plurality of electrode fingers, wherein the support member is provided with an acoustic reflection.
  • the acoustic reflection portion overlaps at least a portion of the IDT electrode in plan view, the thickness of the piezoelectric layer is d, and the center-to-center distance between adjacent electrode fingers is p.
  • the crossing area has a central area and a pair of low-temperature velocity areas arranged so as to sandwich the central area in the electrode finger extending direction,
  • the low sound velocity region is configured such that the sound velocity in the low sound velocity region is lower than the sound velocity in the central region, the dielectric film overlaps at least the intersecting region in a plan view, and the dielectric film and the ratio of the thickness d1 of the dielectric film and the thickness d of the piezoelectric layer is d1/d.
  • an elastic wave device capable of effectively suppressing transverse modes.
  • FIG. 1 is a schematic plan view of an elastic wave device according to a first embodiment of the invention.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view taken along line II in FIG.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view along line II-II in FIG.
  • FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the thickness ratio of the dielectric film and the piezoelectric layer and the sound velocity ratio V2/V1 when the material of the dielectric film is SiO2 .
  • FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the thickness ratio of the dielectric film and the piezoelectric layer and the sound velocity ratio V2/V1 when the material of the dielectric film is SiN.
  • FIG. 6 is a schematic plan view of an elastic wave device according to a first modification of the first embodiment of the invention.
  • FIG. 6 is a schematic plan view of an elastic wave device according to a first modification of the first embodiment of the invention.
  • FIG. 7 is a schematic plan view of an elastic wave device according to a second modification of the first embodiment of the invention.
  • FIG. 8 is a schematic cross-sectional view along line II-II in FIG.
  • FIG. 9 is a schematic cross-sectional view of an elastic wave device according to a third modification of the first embodiment of the present invention, taken along the extending direction of the electrode fingers.
  • FIG. 10 is a schematic plan view of an elastic wave device according to a second embodiment of the invention.
  • FIG. 11 is a schematic plan view of an elastic wave device according to a modification of the second embodiment of the invention.
  • FIG. 12(a) is a schematic perspective view showing the external appearance of an elastic wave device that utilizes thickness-shear mode bulk waves, and FIG.
  • FIG. 12(b) is a plan view showing an electrode structure on a piezoelectric layer.
  • FIG. 13 is a sectional view of a portion taken along line AA in FIG. 12(a).
  • FIG. 14(a) is a schematic front cross-sectional view for explaining a Lamb wave propagating through a piezoelectric film of an acoustic wave device, and
  • FIG. 14(b) is a thickness shear propagating
  • FIG. 2 is a schematic front cross-sectional view for explaining bulk waves in a mode;
  • FIG. 15 is a diagram showing amplitude directions of bulk waves in the thickness shear mode.
  • FIG. 16 is a diagram showing resonance characteristics of an elastic wave device that utilizes thickness-shear mode bulk waves.
  • FIG. 17 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. 18 is a plan view of an elastic wave device that utilizes thickness shear mode bulk waves.
  • FIG. 19 is a diagram showing resonance characteristics of an elastic wave device of a reference example in which spurious emissions appear.
  • FIG. 20 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. 21 is a diagram showing the relationship between d/2p and the metallization ratio MR.
  • FIG. 22 is a diagram showing a map of the fractional bandwidth with respect to the Euler angles (0°, ⁇ , ⁇ ) of LiNbO 3 when d/p is infinitely close to 0.
  • FIG. 23 is a front cross-sectional view of an elastic wave device having an acoustic multilayer film.
  • FIG. 1 is a schematic plan view of an elastic wave device according to the first embodiment of the invention.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view taken along line II in FIG.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view along line II-II in FIG.
  • the dashed lines in FIG. 3 indicate boundaries between busbars and electrode fingers, which will be described later.
  • the acoustic wave device 10 has a piezoelectric substrate 12 and an IDT electrode 11.
  • 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 piezoelectric layer 14 is a lithium tantalate layer, such as LiTaO3 layer, or a lithium niobate layer , such as LiNbO3 layer.
  • the support member 13 is provided with a hollow portion 10a. More specifically, the insulating layer 15 is provided with a recess. A piezoelectric layer 14 is provided on the insulating layer 15 so as to close the recess. Thereby, the hollow portion 10a is configured. However, the cavity 10 a may be provided over the insulating layer 15 and the support substrate 16 or may be provided only in the support substrate 16 . Note that the hollow portion 10 a may be a through hole provided in the support member 13 .
  • a dielectric film 17 is provided on the first main surface 14 a of the piezoelectric layer 14 .
  • silicon oxide such as SiO 2 or silicon nitride such as SiN can be used. That is, dielectric film 17 may be a silicon oxide film or a silicon nitride film.
  • An IDT electrode 11 is provided on the dielectric film 17 . At least a portion of the IDT electrode 11 overlaps the hollow portion 10a of the support member 13 in plan view.
  • plan view means viewing from a direction corresponding to the upper direction in FIG. In FIG. 2, for example, of the support substrate 16 and the piezoelectric layer 14, the piezoelectric layer 14 side is the upper side.
  • the IDT electrode 11 has a pair of busbars and a plurality of electrode fingers.
  • a pair of busbars is specifically a first busbar 26 and a second busbar 27 .
  • the first busbar 26 and the second busbar 27 face each other.
  • the plurality of electrode fingers are specifically a plurality of first electrode fingers 28 and a plurality of second electrode fingers 29 .
  • One ends of the plurality of first electrode fingers 28 are each connected to the first bus bar 26 .
  • One ends of the plurality of second electrode fingers 29 are each connected to the second bus bar 27 .
  • the plurality of first electrode fingers 28 and the plurality of second electrode fingers 29 are interleaved with each other.
  • the IDT electrode 11 may be composed of a single-layer metal film, or may be composed of a laminated metal film.
  • the first electrode finger 28 and the second electrode finger 29 may be simply referred to as electrode fingers.
  • the electrode finger extending direction When the direction in which a plurality of electrode fingers extends is defined as the electrode finger extending direction, and the direction in which adjacent electrode fingers face each other is defined as the electrode finger facing direction, in the present embodiment, the electrode finger extending direction and the electrode finger facing direction are Orthogonal.
  • the elastic wave device 10 of the present embodiment is an elastic wave resonator configured to be able to use bulk waves in a thickness-shlip mode such as a thickness-shlip primary mode.
  • d/p is 0.5 or less, where d is the thickness of the piezoelectric layer 14 and p is the distance between the centers of adjacent electrode fingers.
  • the hollow portion 10a of the support member 13 shown in FIG. 2 is the acoustic reflection portion in the present invention.
  • the acoustic reflector can effectively confine the energy of the elastic wave to the piezoelectric layer 14 side.
  • An acoustic multilayer film, which will be described later, may be provided as the acoustic reflector.
  • the IDT electrode 11 has an intersecting region F.
  • the intersecting region F is a region where adjacent electrode fingers overlap each other when viewed from the direction in which the electrode fingers are opposed.
  • the intersection region F has a central region M and a pair of edge regions.
  • a pair of edge regions is specifically a first edge region E1 and a second edge region E2.
  • the first edge region E1 and the second edge region E2 are arranged so as to sandwich the central region M in the extending direction of the electrode fingers.
  • the first edge region E1 is located on the first bus bar 26 side.
  • the second edge region E2 is located on the second busbar 27 side.
  • the entire portion of the IDT electrode 11 is provided on the dielectric film 17 . At least part of the IDT electrode 11 may be provided on the dielectric film 17 . More specifically, it suffices that the dielectric film 17 overlaps at least the intersecting region F in plan view.
  • the elastic wave device 10 has a pair of mass adding films 24 .
  • One mass adding film 24 is provided in each of the first edge region E1 and the second edge region E2.
  • Each mass addition film 24 has a strip shape.
  • Each mass addition film 24 is provided on the dielectric film 17 so as to cover the plurality of electrode fingers.
  • Each mass addition film 24 is also provided on the dielectric film 17 between the electrode fingers. Appropriate dielectrics can be used as the material of the mass addition film 24 .
  • a first low-pitched sound velocity region L1 is formed in the first edge region E1.
  • the low sound velocity area is an area configured so that the sound velocity is lower than the sound velocity in the central area M.
  • the sound velocity in the first low sound velocity area L1 is made lower than the sound velocity in the central area M by providing the mass addition film 24 .
  • the mass addition film 24 is provided in the second edge region E2 to form the second low sound velocity region L2. Therefore, the crossing area F of the elastic wave device 10 has a pair of low sound velocity areas.
  • a pair of low-frequency regions are arranged so as to sandwich the central region M in the extending direction of the electrode fingers.
  • the piston mode is established. Thereby, the transverse mode can be suppressed.
  • the thickness of the dielectric film 17 is d1
  • the ratio of the thickness d1 of the dielectric film 17 and the thickness d of the piezoelectric layer 14 is d1/d
  • the numerical value expressing the thickness ratio d1/d in percentage is Let R be the thickness ratio. Specifically, the thickness ratio R is (d1/d) ⁇ 100[%].
  • the elastic wave device 10 of this embodiment is characterized by having the following configurations 1) to 4). 1) d/p ⁇ 0.5; 2) A pair of low-frequency regions are configured so as to sandwich the central region M in the extending direction of the electrode fingers. 3) A dielectric film 17 is provided between the piezoelectric layer 14 and the IDT electrode 11 so as to overlap at least the intersecting region F in plan view. 4) The combination of the material of the dielectric film 17 and the range of the thickness of the dielectric film 17 should be one of the combinations shown in Table 2.
  • the first comparative example differs from the first embodiment in that no dielectric film is provided.
  • the second comparative example differs from the first embodiment in the thickness d1 of the dielectric film.
  • a plurality of elastic wave devices of the first embodiment, the first comparative example, and the second comparative example were prepared.
  • the thickness d1 of the dielectric film is made different from each other.
  • the thickness d1 of the dielectric film in the elastic wave device of the first comparative example is zero.
  • the thickness d of the piezoelectric layer is the same. Therefore, the thickness ratios d1/d are different among the plurality of elastic wave devices.
  • the sound velocity ratio in the central region and the low sound velocity region was determined. From this, the relationship between the thickness ratio R and the sound velocity ratio was obtained. This relationship was obtained both when SiO 2 and SiN were used as the dielectric film material.
  • V1 be the speed of sound in the central region
  • V2 be the speed of sound in the low-frequency region
  • V2/V1 be the speed-of-sound ratio. The smaller the value of the sound velocity ratio V2/V1, the greater the difference between the sound velocity in the central area and the sound velocity in the low-frequency area.
  • FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the thickness ratio of the dielectric film and the piezoelectric layer and the sound velocity ratio V2/V1 when the material of the dielectric film is SiO2 .
  • FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the thickness ratio of the dielectric film and the piezoelectric layer and the sound velocity ratio V2/V1 when the material of the dielectric film is SiN.
  • the thickness ratio R of the second comparative example is 29% ⁇ (d1/d) ⁇ 100[%], as shown in FIG.
  • the sound velocity ratio V2/V1 is larger than in the first comparative example in which no dielectric film is provided. That is, in the second comparative example, the provision of the dielectric film reduces the difference between the sound velocity in the central region and the sound velocity in the low sound velocity region.
  • the thickness ratio R is 0% ⁇ (d1/d) ⁇ 100[%] ⁇ 29%. be.
  • the sound speed ratio V2/V1 is smaller in the first embodiment than in the first comparative example. That is, in the first embodiment, the difference between the speed of sound in the central region and the speed of sound in the low sound speed region is greater than in the case where the dielectric film is not provided.
  • the thickness d1 of the dielectric film and the thickness d of the piezoelectric layer are in the range of 0% ⁇ (d1/d) ⁇ 100[%] ⁇ 29%. can be established. Thereby, the transverse mode can be effectively suppressed.
  • the thickness ratio R of the second comparative example is 23% ⁇ (d1/d) ⁇ 100[%].
  • the sound velocity ratio V2/V1 is larger than in the first comparative example in which no dielectric film is provided. Therefore, in the second comparative example, the provision of the dielectric film reduces the difference between the speed of sound in the central region and the speed of sound in the low sound speed region.
  • the thickness ratio R is 0% ⁇ (d1/d) ⁇ 100[%] ⁇ 23%.
  • the sound speed ratio V2/V1 is smaller than in the first comparative example. Therefore, in the first embodiment, the difference between the speed of sound in the central region and the speed of sound in the low sound speed region is large. In this way, the thickness d1 of the dielectric film and the thickness d of the piezoelectric layer are in the range of 0% ⁇ (d1/d) ⁇ 100[%] ⁇ 23%, thereby ensuring the piston mode. can be established. Thereby, the transverse mode can be effectively suppressed.
  • the IDT electrode 11 has a pair of gap regions.
  • a pair of gap regions are located between the intersection region F and a pair of busbars.
  • a pair of gap regions is specifically a first gap region G1 and a second gap region G2.
  • the first gap region G1 is located between the first busbar 26 and the first edge region E1.
  • the second gap region G2 is located between the second busbar 27 and the second edge region E2.
  • a first high sound velocity region H1 is formed in the first gap region G1.
  • the high sound velocity area is an area configured so that the sound velocity is higher than that in the central area M.
  • only the first electrode fingers 28 are provided in the first high sound velocity region H1.
  • the sound velocity in the first high sound velocity region H1 is made higher than the sound velocity in the central region M.
  • a second high sound velocity region H2 is formed in the second gap region G2.
  • the second high sound velocity region H2 only the second electrode fingers 29 are provided among the first electrode fingers 28 and the second electrode fingers 29. As shown in FIG. As a result, the speed of sound in the second high sound speed region H2 is made higher than the speed of sound in the central region M.
  • a pair of high sound velocity regions are provided outside the pair of low sound velocity regions in the direction in which the electrode fingers extend.
  • each of the plurality of first electrode fingers 28 and the plurality of second electrode fingers 29 has a first surface 11a, a second surface 11b, and a side surface 11c.
  • the first surface 11a and the second surface 11b of each electrode finger face each other in the thickness direction of each electrode finger.
  • the second surface 11b is the surface on the piezoelectric layer 14 side.
  • a side surface 11c is connected to the first surface 11a and the second surface 11b.
  • the mass addition film 24 is provided on the first surfaces 11a of the plurality of first electrode fingers 28 and the plurality of second electrode fingers 29 . More specifically, the mass addition film 24 is provided so as to cover the first surface 11 a and the side surface 11 c of the plurality of first electrode fingers 28 and the plurality of second electrode fingers 29 . As described above, in the present embodiment, the piezoelectric layer 14, the electrode fingers, and the mass addition film 24 are laminated in this order in the portions where the mass addition film 24 is provided on the electrode fingers.
  • each edge region is provided with a mass adding film 24 .
  • the mass addition film 24 may be provided in at least one of the first edge region E1 and the second edge region E2. However, it is preferable that the mass addition film 24 is provided in each of the first edge region E1 and the second edge region E2. As a result, the transverse mode can be suppressed more reliably and effectively.
  • the mass adding film 24 is continuously provided so as to overlap the plurality of electrode fingers and the regions between the electrode fingers in plan view. More specifically, one of the mass addition films 24 of the pair of mass addition films 24 is provided over the entire first edge region E1. The other mass addition film 24 is provided over the entire second edge region E2.
  • the mass addition film 24 When the mass addition film 24 is provided in the first edge region E1, the mass addition film 24 may be provided in at least part of the first edge region E1. More specifically, the mass addition film 24 may be provided on at least a portion of the first edge region E1 in the direction in which the electrode fingers extend. The mass addition film 24 may be provided on at least a portion of the first edge region E1 in the direction in which the electrode fingers are opposed. The same applies when the mass adding film 24 is provided in the second edge region E2.
  • the mass addition film 24 only needs to overlap at least one electrode finger in plan view. However, the mass adding film 24 preferably overlaps with a plurality of electrode fingers in plan view, and more preferably overlaps with all of the electrode fingers. It is more preferable that the mass addition film 24 is provided over the entire edge region in the direction in which the electrode fingers are opposed, as in the present embodiment. Thereby, the transverse mode can be suppressed more reliably and effectively.
  • the arrangement of the mass addition film 24 is not limited to the arrangement in the first embodiment.
  • a first modification and a second modification of the first embodiment which differ from the first embodiment only in the arrangement of the mass addition film 24, will be described below.
  • the transverse mode can be effectively suppressed in the case of using the thickness-shear mode bulk wave.
  • a plurality of mass adding films 24A are provided in each of the first edge region E1 and the second edge region E2. More specifically, one mass addition film 24A is provided only on the first surface 11a of one electrode finger. Therefore, the mass addition film 24A is not provided in the region between the electrode fingers in plan view. In this modified example, one mass addition film 24A is in contact with only one of the first electrode finger 28 and the second electrode finger 29. As shown in FIG. In this case, the mass addition film 24A may be made of an appropriate metal. Incidentally, the mass addition film 24A may be made of an appropriate dielectric.
  • the mass addition film 24A is provided on the first surface 11a of at least one electrode finger.
  • the mass addition film 24A is provided on the first surfaces 11a of the plurality of electrode fingers in both edge regions. More preferably, the mass addition films 24A are provided on the first surfaces 11a of all the electrode fingers in both edge regions. Thereby, the transverse mode can be suppressed more reliably and effectively.
  • each mass adding film 24 is provided on the second surface 11b of each electrode finger. Specifically, each mass addition film 24 is provided between the dielectric film 17 and each electrode finger. Therefore, in this modified example, the piezoelectric layer 14, the mass addition film 24, and the electrode fingers are laminated in this order in the portion where the mass addition film 24 and the electrode fingers are laminated. As in the first embodiment, also in this modified example, the mass addition film 24 is continuously provided so as to overlap the plurality of electrode fingers and the regions between the electrode fingers in plan view. there is
  • the dielectric film 17 and the mass addition film 24 may be integrally made of the same material.
  • the thickness of the dielectric film 17 is equal to the thickness of the dielectric film 17 provided between the piezoelectric layer 14 and the IDT electrode 11 in the central region M. It is the thickness of the part.
  • the mass addition film 24 is provided directly on the multiple electrode fingers of the IDT electrode 11 .
  • the mass addition film 24 does not have to be in contact with the electrode fingers.
  • a protective film 23 is directed on the dielectric film 17 so as to cover the IDT electrodes 11 .
  • a mass addition film 24 is provided on the protective film 23 in the first edge region E1. The same applies to the second edge region E2.
  • the mass addition film 24 is indirectly provided on the dielectric film 17 and on the first surfaces 11a of the plurality of electrode fingers with the protective film 23 interposed therebetween.
  • the mass addition film 24 may be made of an appropriate metal or may be made of an appropriate dielectric.
  • the transverse mode can be effectively suppressed in the case of using the thickness shear mode bulk wave.
  • the protective film 23 for example, a dielectric such as silicon oxide, silicon nitride, or silicon oxynitride can be used.
  • the mass addition film 24 and the protection film 23 may be integrally made of the same material. In this case, the total thickness of the protective film 23 and the mass addition film 24 in the first edge region E1 and the second edge region E2 is thicker than the thickness of the protective film 23 in the central region M.
  • the dielectric film 17 and the protective film 23 may be integrally made of the same material.
  • the thickness of the dielectric film 17 is equal to the thickness of the portion of the dielectric film 17 provided between the piezoelectric layer 14 and the IDT electrode 11 in the central region M. The thickness in
  • the mass addition films 24 are provided in the first edge region E1 and the second edge region E2, respectively, so that the first low sound velocity region L1 and the second 2 low-pitched sound velocity regions L2 are configured.
  • the mass addition film 24 may not necessarily be provided.
  • An example in which the mass addition film 24 is not provided is shown in the second embodiment.
  • FIG. 10 is a schematic plan view of an elastic wave device according to the second embodiment.
  • This embodiment differs from the first embodiment in that no mass addition film is provided and in the configuration of the plurality of electrode fingers. 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.
  • Each of the plurality of first electrode fingers 38 of the IDT electrode 31 has a wide portion 38a in the first edge region E1.
  • the wide portion refers to a portion where the width of the electrode finger is wider than the width of the central region M of the electrode finger.
  • each of the plurality of second electrode fingers 39 has a wide portion 39a in the first edge region E1. As a result, a low sound velocity region is formed in the first edge region E1.
  • each of the plurality of first electrode fingers 38 has a wide portion 38b in the second edge region E2.
  • each of the plurality of second electrode fingers 39 has a wide portion 39b in the second edge region E2.
  • the ratio R of the thickness d1 of the dielectric film 17 and the thickness d of the piezoelectric layer 14 is 0%. ⁇ (d1/d) ⁇ 100[%] ⁇ 29%.
  • the thickness ratio R is 0% ⁇ (d1/d) ⁇ 100[%] ⁇ 23%.
  • At least one electrode finger should have a wide portion in at least one of the pair of edge regions.
  • the plurality of electrode fingers have widened portions in both edge regions, and more preferably all electrode fingers have widened portions in both edge regions. Thereby, the transverse mode can be suppressed more reliably and effectively.
  • the mass addition film is not provided.
  • the mass adding film may be provided.
  • the mass addition films 24A are provided on the first surfaces 31a of the plurality of electrode fingers in both edge regions.
  • the plurality of electrode fingers have wide portions in both edge regions.
  • the transverse mode can be effectively suppressed in the case of utilizing the thickness shear mode bulk wave.
  • Electrodes in the IDT electrodes to be described later correspond to electrode fingers in the present invention.
  • the supporting member in the following examples corresponds to the supporting substrate in the present invention.
  • FIG. 12(a) is a schematic perspective view showing the external appearance of an elastic wave device that utilizes a thickness shear mode bulk wave
  • FIG. 12(b) is a plan view showing an electrode structure on a piezoelectric layer
  • FIG. 13 is a sectional view of a portion taken along line AA in FIG. 12(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”.
  • the multiple electrodes 3 are multiple first electrode fingers connected to the first bus bar 5 .
  • the multiple electrodes 4 are multiple second electrode fingers connected to the 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. 12(a) and 12(b). That is, in FIGS. 12A and 12B, 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. 12(a) and 12(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 perpendicular to the length direction of the electrode 3 and the distance between the electrode 4 in the direction perpendicular 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. 13, 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, 4 and the first and second bus bars 5, 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 acoustic wave device and the bulk wave in the thickness shear mode will be described with reference to FIGS. 14(a) and 14(b).
  • FIG. 14(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 vibration displacement is in the thickness sliding direction, so 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.
  • 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.
  • the Q value is unlikely to decrease.
  • FIG. 15 schematically shows a bulk wave 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 the electrode connected to the hot potential or the electrode connected to the ground potential as described above, and no floating electrode is provided.
  • FIG. 16 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 equal in a plurality of pairs. That is, the electrodes 3 and 4 were arranged at equal pitches.
  • d/p is 0.5 or less. Preferably, it is 0.24 or less. This will be described with reference to FIG.
  • FIG. 17 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. 18 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. 18 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 of the 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. 19 and 20.
  • the metallization ratio MR will be explained with reference to FIG. 12(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. 20 shows the relationship between the fractional bandwidth when many elastic wave resonators are configured according to the configuration of the elastic wave device 1 and the amount of phase rotation of the spurious impedance normalized by 180 degrees as the magnitude of the spurious.
  • FIG. 4 is a diagram showing; The ratio band was adjusted by changing the film thickness of the piezoelectric layer and the dimensions of the electrodes.
  • FIG. 20 shows the results when a piezoelectric layer made of Z-cut LiNbO 3 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 passband appear within. That is, as in the resonance characteristics shown in FIG. 19, 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. 21 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. 21 is the area where the fractional bandwidth is 17% or less.
  • FIG. 22 is a diagram showing a map of the fractional bandwidth with respect to the Euler angles (0°, ⁇ , ⁇ ) of LiNbO 3 when d/p is infinitely close to 0.
  • FIG. The hatched portion in FIG. 22 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. 23 is a front cross-sectional view of an elastic wave device having an acoustic multilayer film.
  • an acoustic multilayer film 82 is laminated on the second main surface 2 b of the piezoelectric layer 2 .
  • the acoustic multilayer film 82 has a laminated structure of low acoustic impedance layers 82a, 82c, 82e with relatively low acoustic impedance and high acoustic impedance layers 82b, 82d 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 81 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 lamination of the low acoustic impedance layers 82a, 82c, 82e and the high acoustic impedance layers 82b, 82d is not particularly limited. At least one of the high acoustic impedance layers 82b, 82d should be arranged farther from the piezoelectric layer 2 than the low acoustic impedance layers 82a, 82c, 82e.
  • the low acoustic impedance layers 82a, 82c, 82e and the high acoustic impedance layers 82b, 82d can be made of appropriate materials as long as the acoustic impedance relationship is satisfied.
  • Examples of materials for the low acoustic impedance layers 82a, 82c, 82e include silicon oxide and silicon oxynitride.
  • Materials for the high acoustic impedance layers 82b and 82d include alumina, silicon nitride, and metals.
  • an acoustic multilayer film 82 shown in FIG. 23 may be provided between the support substrate and the piezoelectric layer.
  • low acoustic impedance layers and high acoustic impedance layers may be alternately laminated in the acoustic multilayer film 82 .
  • the acoustic multilayer film 82 may be an acoustic reflector in the elastic wave device.
  • d/p is 0.5 or less as described above. It is more preferably 0.24 or less. Thereby, even better resonance characteristics can be obtained. Furthermore, in the crossover regions of the elastic wave devices of the first and second embodiments and the modified examples that utilize thickness-shear mode bulk waves, MR ⁇ 1.75 (d/p )+0.075. In this case, spurious can be suppressed more reliably.
  • the piezoelectric layer in the elastic wave devices of the first and second embodiments and each modified example that utilizes thickness shear mode bulk waves is a lithium tantalate layer or a lithium niobate layer. It is preferable that the Euler angles ( ⁇ , ⁇ , ⁇ ) of the lithium tantalate layer or the lithium niobate layer as the piezoelectric layer are within the range of the above formula (1), formula (2), or formula (3). In this case, the fractional bandwidth can be widened sufficiently.

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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。 本発明に係る弾性波装置10は、支持基板を含む支持部材と、支持部材上に設けられており、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圧電層14と、圧電層14上に設けられている誘電体膜17と、圧電層14上に設けられており、少なくとも一部が誘電体膜17上に設けられており、かつ複数の電極指を有するIDT電極11とを備える。支持部材に音響反射部が設けられている。音響反射部が、平面視において、IDT電極11の少なくとも一部と重なっている。圧電層14の厚みをd、隣り合う電極指同士の中心間距離をpとした場合、d/p≦0.5である。隣り合う電極指が対向し合う方向から見たときに、隣り合う電極指同士が重なり合う領域が交叉領域Fである。複数の電極指が延びる方向を電極指延伸方向としたときに、交叉領域Fが、中央領域Mと、中央領域Mを電極指延伸方向において挟むように配置されている1対の低音速領域(第1,第2の低音速領域L1,L2)とを有する。低音速領域における音速が中央領域Mにおける音速よりも低くなるように低音速領域が構成されている。誘電体膜17が、平面視において、少なくとも交叉領域Fと重なっている。誘電体膜17の厚みをd1とし、誘電体膜17の厚みd1及び圧電層14の厚みdの比を厚み比d1/dとした場合、誘電体膜17の材料及び誘電体膜17の厚みの範囲の組み合わせが、表1に示すいずれかの組み合わせである。

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、携帯電話器のフィルタなどに広く用いられている。近年においては、下記の特許文献1に記載のような、厚み滑りモードのバルク波を用いた弾性波装置が提案されている。この弾性波装置においては、支持体上に圧電層が設けられている。圧電層上に、対となる電極が設けられている。対となる電極は圧電層上において互いに対向しており、かつ互いに異なる電位に接続される。上記電極間に交流電圧を印加することにより、厚み滑りモードのバルク波を励振させている。
 下記の特許文献2においては、ピストンモードを利用する弾性波装置の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電極(Interdigital Transducer)が設けられている。IDT電極は、中央領域及び1対のエッジ領域を有する。1対のエッジ領域は、複数の電極指が延びる方向において、中央領域を挟み互いに対向している。1対のエッジ領域には、誘電体層または金属層が設けられている。これにより、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を構成することによって、ピストンモードを成立させる。これにより、横モードの抑制が図られている。
 下記の特許文献3に記載された弾性波装置の一例においては、圧電体とIDT電極との間に誘電体膜が設けられている。誘電体膜の厚みを調整することにより、比帯域の調整が図られている。
米国特許第10491192号明細書 特開2012-186808号公報 国際公開第2018/164209号
 本発明者は、厚み滑りモードのバルク波を利用する弾性波装置において、ピストンモードを利用することを見出した。さらに、本発明者は、この場合において、圧電層及びIDT電極の間に誘電体膜が設けられているときには、横モードの抑制の効果が劣化するという課題を見出した。
 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、支持基板を含む支持部材と、前記支持部材上に設けられており、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圧電層と、前記圧電層上に設けられている誘電体膜と、前記圧電層上に設けられており、少なくとも一部が前記誘電体膜上に設けられており、かつ複数の電極指を有するIDT電極とを備え、前記支持部材に音響反射部が設けられており、前記音響反射部が、平面視において、前記IDT電極の少なくとも一部と重なっており、前記圧電層の厚みをd、隣り合う前記電極指同士の中心間距離をpとした場合、d/p≦0.5であり、前記隣り合う電極指が対向し合う方向から見たときに、前記隣り合う電極指同士が重なり合う領域が交叉領域であり、前記複数の電極指が延びる方向を電極指延伸方向としたときに、前記交叉領域が、中央領域と、前記中央領域を前記電極指延伸方向において挟むように配置されている1対の低音速領域とを有し、前記低音速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なるように前記低音速領域が構成されており、前記誘電体膜が、平面視において、少なくとも前記交叉領域と重なっており、前記誘電体膜の厚みをd1とし、前記誘電体膜の厚みd1及び前記圧電層の厚みdの比を厚み比d1/dとした場合、前記誘電体膜の材料及び前記誘電体膜の厚みの範囲の組み合わせが、表1に示すいずれかの組み合わせである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
 本発明によれば、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模式的平面図である。 図2は、図1中のI-I線に沿う模式的断面図である。 図3は、図1中のII-II線に沿う模式的断面図である。 図4は、誘電体膜の材料がSiOである場合における、誘電体膜及び圧電層の厚みの比率と、音速比V2/V1の関係を示す図である。 図5は、誘電体膜の材料がSiNである場合における、誘電体膜及び圧電層の厚みの比率と、音速比V2/V1の関係を示す図である。 図6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模式的平面図である。 図7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模式的平面図である。 図8は、図7中のII-II線に沿う模式的断面図である。 図9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、電極指延伸方向に沿う模式的断面図である。 図10は、本発明の第2の実施形態に係る弾性波装置の模式的平面図である。 図11は、本発明の第2の実施形態の変形例に係る弾性波装置の模式的平面図である。 図12(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12(b)は、圧電層上の電極構造を示す平面図である。 図13は、図12(a)中のA-A線に沿う部分の断面図である。 図14(a)は、弾性波装置の圧電膜を伝搬するラム波を説明するための模式的正面断面図であり、図14(b)は、弾性波装置における、圧電膜を伝搬する厚み滑りモードのバルク波を説明するための模式的正面断面図である。 図15は、厚み滑りモードのバルク波の振幅方向を示す図である。 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共振特性を示す図である。 図17は、隣り合う電極の中心間距離をp、圧電層の厚みをdとした場合のd/pと共振子としての比帯域との関係を示す図である。 図18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。 図19は、スプリアスが現れている参考例の弾性波装置の共振特性を示す図である。 図20は、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。 図21は、d/2pと、メタライゼーション比MRとの関係を示す図である。 図22は、d/pを限りなく0に近づけた場合のLiNbO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23は、音響多層膜を有する弾性波装置の正面断面図である。
 以下、図面を参照しつつ、本発明の具体的な実施形態を説明することにより、本発明を明らかにする。
 なお、本明細書に記載の各実施形態は、例示的なものであり、異なる実施形態間において、構成の部分的な置換または組み合わせが可能であることを指摘しておく。
 図1は、本発明の第1の実施形態に係る弾性波装置の模式的平面図である。図2は、図1中のI-I線に沿う模式的断面図である。図3は、図1中のII-II線に沿う模式的断面図である。なお、図3における破線は、後述するバスバー及び電極指の境界を示す。
 図1に示すように、弾性波装置10は、圧電性基板12と、IDT電極11とを有する。図2及び図3に示すように、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は、LiTaO層などのタンタル酸リチウム層、またはLiNbO層などのニオブ酸リチウム層である。
 図2に示すように、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、絶縁層15に凹部が設けられている。絶縁層15上に、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。もっとも、空洞部10aは、絶縁層15及び支持基板16にわたり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。なお、空洞部10aは、支持部材13に設けられた貫通孔であってもよい。
 圧電層14の第1の主面14aには、誘電体膜17が設けられている。誘電体膜17の材料としては、SiOなどの酸化ケイ素、またはSiNなどの窒化ケイ素を用いることができる。すなわち、誘電体膜17は、酸化ケイ素膜または窒化ケイ素膜であればよい。
 誘電体膜17上にIDT電極11が設けられている。平面視において、IDT電極11の少なくとも一部が、支持部材13の空洞部10aと重なっている。本明細書において平面視とは、図2における上方に相当する方向から見ることをいう。なお、図2においては、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。
 図1に示すように、IDT電極11は、1対のバスバーと、複数の電極指とを有する。1対のバスバーは、具体的には、第1のバスバー26及び第2のバスバー27である。第1のバスバー26及び第2のバスバー27は互いに対向している。複数の電極指は、具体的には、複数の第1の電極指28及び複数の第2の電極指29である。複数の第1の電極指28の一端はそれぞれ、第1のバスバー26に接続されている。複数の第2の電極指29の一端はそれぞれ、第2のバスバー27に接続されている。複数の第1の電極指28及び複数の第2の電極指29は互いに間挿し合っている。IDT電極11は、単層の金属膜からなっていてもよく、あるいは、積層金属膜からなっていてもよい。
 以下においては、第1の電極指28及び第2の電極指29を、単に電極指と記載することがある。複数の電極指が延びる方向を電極指延伸方向とし、隣り合う電極指同士が互いに対向する方向を電極指対向方向としたときに、本実施形態においては、電極指延伸方向及び電極指対向方向は直交する。
 本実施形態の弾性波装置10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た弾性波共振子である。弾性波装置10においては、圧電層14の厚みをd、隣り合う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。これにより、厚み滑りモードのバルク波が好適に励振される。
 ところで、図2に示す支持部材13の空洞部10aは、本発明における音響反射部である。音響反射部により、弾性波のエネルギーを圧電層14側に効果的に閉じ込めることができる。なお、音響反射部として、後述する音響多層膜が設けられていてもよい。
 図1に戻り、IDT電極11は交叉領域Fを有する。交叉領域Fは、電極指対向方向から見たときに、隣り合う電極指同士が重なり合う領域である。交叉領域Fは、中央領域Mと、1対のエッジ領域とを有する。1対のエッジ領域は、具体的には、第1のエッジ領域E1及び第2のエッジ領域E2である。第1のエッジ領域E1及び第2のエッジ領域E2は、電極指延伸方向において中央領域Mを挟むように配置されている。第1のエッジ領域E1は第1のバスバー26側に位置している。第2のエッジ領域E2は第2のバスバー27側に位置している。
 本実施形態においては、IDT電極11の全ての部分が、誘電体膜17上に設けられている。なお、IDT電極11の少なくとも一部が、誘電体膜17上に設けられていればよい。より具体的には、誘電体膜17は、平面視において、少なくとも交叉領域Fと重なっていればよい。
 弾性波装置10は1対の質量付加膜24を有する。第1のエッジ領域E1及び第2のエッジ領域E2にそれぞれ、質量付加膜24が1つずつ設けられている。各質量付加膜24は帯状の形状を有する。各質量付加膜24は、誘電体膜17上に、複数の電極指を覆うように設けられている。各質量付加膜24は、誘電体膜17上における、電極指間の部分にも設けられている。質量付加膜24の材料としては、適宜の誘電体を用いることができる。
 図1に示すように、第1のエッジ領域E1においては、第1の低音速領域L1が構成されている。低音速領域とは、中央領域Mにおける音速よりも、音速が低くなるように構成された領域である。本実施形態においては、第1の低音速領域L1における音速は、質量付加膜24が設けられることにより、中央領域Mにおける音速よりも低くされている。同様に、第2のエッジ領域E2に質量付加膜24が設けられていることにより、第2の低音速領域L2が構成されている。よって、弾性波装置10の交叉領域Fは、1対の低音速領域を有する。
 1対の低音速領域は、電極指延伸方向において中央領域Mを挟むように配置されている。1対の低音速領域における音速と、中央領域Mにおける音速との差が十分に大きい場合には、ピストンモードが成立する。それによって、横モードを抑制することができる。
 以下においては、誘電体膜17の厚みをd1とし、誘電体膜17の厚みd1及び圧電層14の厚みdの比を厚み比d1/dとし、厚み比d1/dを百分率において表わした数値を厚みの比率Rとする。具体的には、厚みの比率Rは、(d1/d)×100[%]である。
 本実施形態の弾性波装置10の特徴は、以下の1)~4)の構成を有することにある。1)d/p≦0.5であること。2)中央領域Mを電極指延伸方向において挟むように、1対の低音速領域が構成されていること。3)圧電層14及びIDT電極11の間に、平面視において、少なくとも交叉領域Fと重なるように、誘電体膜17が設けられていること。4)誘電体膜17の材料及び誘電体膜17の厚みの範囲の組み合わせが、表2に示すいずれかの組み合わせであること。
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 弾性波装置10が上記1)~4)の構成を有することにより、厚み滑りモードのバルク波を利用する場合において、横モードを効果的に抑制することができる。上記の効果の詳細を、本実施形態と、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。
 第1の比較例は、誘電体膜が設けられていない点において第1の実施形態と異なる。第2の比較例は、誘電体膜の厚みd1において第1の実施形態と異なる。第1の実施形態、第1の比較例及び第2の比較例の複数の弾性波装置を用意した。上記複数の弾性波装置においては、誘電体膜の厚みd1を互いに異ならせた。なお、第1の比較例の弾性波装置における誘電体膜の厚みd1は0である。一方で、上記複数の弾性波装置においては、圧電層の厚みdは同じとした。よって、上記複数の弾性波装置においては、厚み比d1/dが互いに異なる。
 上記の各弾性波装置において、中央領域及び低音速領域における音速比を求めた。これにより、厚みの比率R及び音速比の関係を求めた。この関係を、誘電体膜の材料としてSiOを用いた場合、及びSiNを用いた場合の双方において求めた。なお、中央領域における音速をV1、低音速領域における音速をV2、音速比をV2/V1とする。音速比V2/V1の値が小さいほど、中央領域における音速と、低音速領域における音速との差が大きい。
 図4は、誘電体膜の材料がSiOである場合における、誘電体膜及び圧電層の厚みの比率と、音速比V2/V1の関係を示す図である。図5は、誘電体膜の材料がSiNである場合における、誘電体膜及び圧電層の厚みの比率と、音速比V2/V1の関係を示す図である。
 誘電体膜の材料がSiOである場合には、図4に示すように、第2の比較例の厚みの比率Rは、29%<(d1/d)×100[%]である。第2の比較例においては、誘電体膜が設けられていない第1の比較例よりも、音速比V2/V1が大きくなっている。すなわち、第2の比較例においては、誘電体膜が設けられていることにより、中央領域における音速と、低音速領域における音速との差が小さくなっている。
 これに対して、第1の実施形態においては、誘電体膜の材料がSiOである場合には、厚みの比率Rは、0%<(d1/d)×100[%]≦29%である。図4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V2/V1が小さくなることがわかる。すなわち、第1の実施形態においては、誘電体膜が設けられていない場合よりも、中央領域における音速と、低音速領域における音速との差が大きくなることがわかる。このように、誘電体膜の厚みd1及び圧電層の厚みdが、0%<(d1/d)×100[%]≦29%となる範囲とされていることによって、ピストンモードをより確実に成立させることができる。それによって、横モードを効果的に抑制することができる。
 誘電体膜の材料がSiNである場合には、図5に示すように、第2の比較例の厚みの比率Rは、23%<(d1/d)×100[%]である。第2の比較例においては、誘電体膜が設けられていない第1の比較例よりも、音速比V2/V1が大きくなっている。よって、第2の比較例においては、誘電体膜が設けられていることにより、中央領域における音速と、低音速領域における音速との差が小さくなっている。
 これに対して、第1の実施形態においては、誘電体膜の材料がSiNである場合には、厚みの比率Rは、0%<(d1/d)×100[%]≦23%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V2/V1が小さくなっている。よって、第1の実施形態では、中央領域における音速と、低音速領域における音速との差が大きくなっている。このように、誘電体膜の厚みd1及び圧電層の厚みdが、0%<(d1/d)×100[%]≦23%となる範囲とされていることによって、ピストンモードをより確実に成立させることができる。それによって、横モードを効果的に抑制することができる。
 以下において、本実施形態の構成をより詳細に説明する。
 図1に示すように、IDT電極11は1対のギャップ領域を有する。1対のギャップ領域は、交叉領域Fと1対のバスバーとの間に位置している。1対のギャップ領域は、具体的には、第1のギャップ領域G1及び第2のギャップ領域G2である。第1のギャップ領域G1は、第1のバスバー26及び第1のエッジ領域E1の間に位置している。第2のギャップ領域G2は、第2のバスバー27及び第2のエッジ領域E2の間に位置している。
 第1のギャップ領域G1においては、第1の高音速領域H1が構成されている。高音速領域とは、中央領域Mよりも音速が高くなるように構成された領域である。第1の高音速領域H1においては、第1の電極指28及び第2の電極指29のうち、第1の電極指28のみが設けられている。それによって、第1の高音速領域H1における音速は、中央領域Mにおける音速よりも高くされている。同様に、第2のギャップ領域G2において、第2の高音速領域H2が構成されている。第2の高音速領域H2においては、第1の電極指28及び第2の電極指29のうち、第2の電極指29のみが設けられている。それによって、第2の高音速領域H2における音速は、中央領域Mにおける音速よりも高くされている。
 本実施形態では、1対の低音速領域の、電極指延伸方向における外側に、1対の高音速領域が設けられている。それによって、ピストンモードをより一層確実に成立させることができ、横モードをより一層抑制することができる。
 図2に示すように、複数の第1の電極指28及び複数の第2の電極指29はそれぞれ、第1の面11a及び第2の面11bと、側面11cとを有する。各電極指の第1の面11a及び第2の面11bは、各電極指の厚み方向において互いに対向している。第1の面11a及び第2の面11bのうち、第2の面11bが圧電層14側の面である。第1の面11a及び第2の面11bに側面11cが接続されている。
 図1に戻り、質量付加膜24は、複数の第1の電極指28及び複数の第2の電極指29の第1の面11aに設けられている。より具体的には、質量付加膜24は、複数の第1の電極指28及び複数の第2の電極指29の第1の面11a及び側面11cを覆うように設けられている。このように、本実施形態では、電極指上に質量付加膜24が設けられている部分においては、圧電層14、電極指及び質量付加膜24が、この順序で積層されている。
 第1の実施形態においては、各エッジ領域に質量付加膜24が設けられている。なお、質量付加膜24は、第1のエッジ領域E1及び第2のエッジ領域E2のうち少なくとも一方に設けられていればよい。もっとも、第1のエッジ領域E1及び第2のエッジ領域E2の双方にそれぞれ、質量付加膜24が設けられていることが好ましい。これにより、横モードをより確実に、効果的に抑制することができる。
 第1の実施形態では、質量付加膜24は、平面視において、複数の電極指と、電極指間の領域とに重なるように、連続的に設けられている。より具体的には、1対の質量付加膜24のうち一方の質量付加膜24は、第1のエッジ領域E1の全てにわたり設けられている。他方の質量付加膜24は、第2のエッジ領域E2の全てにわたり設けられている。
 なお、質量付加膜24が第1のエッジ領域E1に設けられている場合、質量付加膜24は、第1のエッジ領域E1の少なくとも一部に設けられていればよい。より具体的には、質量付加膜24は、第1のエッジ領域E1の、電極指延伸方向における少なくとも一部に設けられていればよい。そして、質量付加膜24は、第1のエッジ領域E1の、電極指対向方向における少なくとも一部に設けられていればよい。質量付加膜24が、第2のエッジ領域E2に設けられている場合においても同様である。
 質量付加膜24は、平面視において、少なくとも1本の電極指と重なっていればよい。もっとも、質量付加膜24が、平面視において複数の電極指と重なっていることが好ましく、全ての電極指と重なっていることがより好ましい。本実施形態のように、質量付加膜24が、エッジ領域の、電極指対向方向における全てにわたり設けられていることがさらに好ましい。それによって、横モードをより確実に、効果的に抑制することができる。
 上記のように、質量付加膜24の配置は、第1の実施形態における配置には限定されない。以下において、質量付加膜24の配置のみが第1の実施形態と異なる、第1の実施形態の第1の変形例及び第2の変形例を示す。第1の変形例及び第2の変形例においても、第1の実施形態と同様に、厚み滑りモードのバルク波を利用する場合において、横モードを効果的に抑制することができる。
 図6に示す第1の変形例においては、第1のエッジ領域E1及び第2のエッジ領域E2にそれぞれ、複数の質量付加膜24Aが設けられている。より具体的には、1つの質量付加膜24Aが、1本の電極指の第1の面11aのみに設けられている。よって、質量付加膜24Aは、平面視における、電極指間の領域には設けられていない。本変形例においては、1つの質量付加膜24Aが、第1の電極指28及び第2の電極指29のうち一方のみに接触している。この場合には、質量付加膜24Aは、適宜の金属からなっていてもよい。なお、質量付加膜24Aは、適宜の誘電体からなっていてもよい。
 なお、1対のエッジ領域のうち少なくとも一方において、少なくとも1本の電極指の第1の面11aに質量付加膜24Aが設けられていればよい。もっとも、双方のエッジ領域において、複数の電極指の第1の面11aに質量付加膜24Aが設けられていることが好ましい。双方のエッジ領域において、全ての電極指の第1の面11aに質量付加膜24Aが設けられていることがより好ましい。それによって、横モードをより確実に、効果的に抑制することができる。
 図7及び図8に示す第2の変形例においては、各質量付加膜24は、各電極指の第2の面11bに設けられている。具体的には、各質量付加膜24は、誘電体膜17及び各電極指の間に設けられている。よって、本変形例では、質量付加膜24及び電極指が積層されている部分においては、圧電層14、質量付加膜24及び電極指が、この順序で積層されている。なお、第1の実施形態と同様に、本変形例においても、質量付加膜24は、平面視において、複数の電極指と、電極指間の領域とに重なるように、連続的に設けられている。
 誘電体膜17及び質量付加膜24は、同じ材料により一体として構成されていてもよい。誘電体膜17の材料が質量付加膜24の材料と同じである場合、誘電体膜17の厚みは、誘電体膜17の、中央領域Mにおいて圧電層14及びIDT電極11の間に設けられた部分における厚みとする。
 図2に示すように、第1の実施形態においては、質量付加膜24は、IDT電極11の複数の電極指上に直接的に設けられている。もっとも、質量付加膜24は、電極指に接触していなくともよい。
 例えば、図9に示す第1の実施形態の第3の変形例においては、誘電体膜17上に、IDT電極11を覆うように、保護膜23が向けられている。第1のエッジ領域E1において、保護膜23上に、質量付加膜24が設けられている。第2のエッジ領域E2においても同様である。このように、誘電体膜17上及び複数の電極指の第1の面11aに、保護膜23を介して間接的に質量付加膜24が設けられている。この場合には、質量付加膜24は、適宜の金属からなっていてもよく、あるいは適宜の誘電体からなっていてもよい。本変形例においても、第1の実施形態と同様に、厚み滑りモードのバルク波を利用する場合において、横モードを効果的に抑制することができる。
 保護膜23の材料としては、例えば、酸化ケイ素、窒化ケイ素または酸窒化ケイ素などの誘電体を用いることができる。質量付加膜24及び保護膜23は、同じ材料により一体として構成されていてもよい。この場合には、第1のエッジ領域E1及び第2のエッジ領域E2における、保護膜23及び質量付加膜24の合計の厚みは、中央領域Mにおける保護膜23の厚みよりも厚い。
 誘電体膜17及び保護膜23は、同じ材料により一体として構成されていてもよい。誘電体膜17の材料が保護膜23の材料と同じである場合、誘電体膜17の厚みは、誘電体膜17の、中央領域Mにおいて圧電層14及びIDT電極11の間に設けられた部分における厚みとする。
 第1の実施形態では、図1に示すように、第1のエッジ領域E1及び第2のエッジ領域E2にそれぞれ質量付加膜24が設けられていることにより、第1の低音速領域L1及び第2の低音速領域L2が構成されている。もっとも、質量付加膜24は必ずしも設けられていなくともよい。質量付加膜24が設けられていない例を、第2の実施形態により示す。
 図10は、第2の実施形態に係る弾性波装置の模式的平面図である。
 本実施形態は、質量付加膜が設けられていない点、及び複数の電極指の構成において第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。
 IDT電極31の複数の第1の電極指38はそれぞれ、第1のエッジ領域E1において、幅広部38aを有する。幅広部とは、電極指の中央領域Mにおける幅よりも、該電極指の幅が広い部分をいう。同様に、複数の第2の電極指39はそれぞれ、第1のエッジ領域E1において幅広部39aを有する。これにより、第1のエッジ領域E1において低音速領域が構成されている。
 一方で、複数の第1の電極指38はそれぞれ、第2のエッジ領域E2において、幅広部38bを有する。同様に、複数の第2の電極指39はそれぞれ、第2のエッジ領域E2において、幅広部39bを有する。これにより、第2のエッジ領域E2において低音速領域が構成されている。
 本実施形態においては、第1の実施形態と同様に、誘電体膜17が酸化ケイ素膜であるときには、誘電体膜17の厚みd1及び圧電層14の厚みdの厚みの比率Rは、0%<(d1/d)×100[%]≦29%である。誘電体膜17が窒化ケイ素膜であるときには、厚みの比率Rは、0%<(d1/d)×100[%]≦23%である。このように、誘電体膜17の材料及び誘電体膜17の厚みの範囲の組み合わせが、上記表2に示すいずれかの組み合わせである。それによって、中央領域Mにおける音速及び低音速領域における音速の差を効果的に大きくすることができ、ピストンモードをより確実に成立させることができる。従って、厚み滑りモードのバルク波を利用する場合において、横モードを効果的に抑制することができる。
 なお、少なくとも1本の電極指が、1対のエッジ領域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、複数の電極指が双方のエッジ領域において幅広部を有していることが好ましく、全ての電極指が双方のエッジ領域において幅広部を有していることがより好ましい。それによって、横モードをより確実に、効果的に抑制することができる。
 本実施形態においては質量付加膜が設けられていない例を示した。もっとも、複数の電極指が幅広部を有する場合においても、質量付加膜が設けられていてもよい。例えば、図11に示す第2の実施形態の変形例では、双方のエッジ領域において、複数の電極指の第1の面31aに、質量付加膜24Aが設けられている。なお、複数の電極指は、双方のエッジ領域において、幅広部を有する。この場合においても、第2の実施形態と同様に、厚み滑りモードのバルク波を利用する場合において、横モードを効果的に抑制することができる。
 以下において、厚み滑りモードの詳細を説明する。なお、後述する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12(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12(b)は、圧電層上の電極構造を示す平面図であり、図13は、図12(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、LiNbOからなる圧電層2を有する。圧電層2は、LiTaOからなるものであってもよい。LiNbOやLiTaO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12(a)及び図12(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第1の電極指である。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第2の電極指である。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12(a)及び図12(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12(a)及び図12(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12(a)及び図12(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13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。弾性波装置1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14(a)及び図14(b)を参照して説明する。
 図14(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14(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14(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15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15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。弾性波装置1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16は、図13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LiNbO、厚み=400nm。
 電極3と電極4の長さ方向と直交する方向に視たときに、電極3と電極4とが重なっている領域、すなわち励振領域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。
 弾性波装置1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16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、弾性波装置1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17を参照して説明する。
 図16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17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17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18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18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視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19及び図20を参照して説明する。図19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LiNbO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12(b)を参照して説明する。図12(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20は弾性波装置1の構成に従って、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20は、ZカットのLiNbO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20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20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19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21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21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21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22は、d/pを限りなく0に近づけた場合のLiNbO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22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)/900)1/2) または (0°±10°,20°~80°,[180°-60°(1-(θ-50)/900)1/2]~180°)  …式(2)
 (0°±10°,[180°-30°(1-(ψ-90)/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23は、音響多層膜を有する弾性波装置の正面断面図である。
 弾性波装置81では、圧電層2の第2の主面2bに音響多層膜82が積層されている。音響多層膜82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82a,82c,82e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82b,82dとの積層構造を有する。音響多層膜82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81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82においては、その低音響インピーダンス層82a,82c,82e及び高音響インピーダンス層82b,82dの積層数は特に限定されない。低音響インピーダンス層82a,82c,82eよりも、少なくとも1層の高音響インピーダンス層82b,82d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82a,82c,82e及び高音響インピーダンス層82b,82d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82a,82c,82e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82b,82d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。
 第1の実施形態及び第2の実施形態並びに各変形例の弾性波装置においては、例えば、支持基板及び圧電層の間に、図23に示す音響多層膜82が設けられていてもよい。この場合、音響多層膜82において、低音響インピーダンス層と高音響インピーダンス層とが交互に積層されていればよい。音響多層膜82が、弾性波装置における音響反射部であってもよい。
 厚み滑りモードのバルク波を利用する第1の実施形態及び第2の実施形態並びに各変形例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第1の実施形態及び第2の実施形態並びに各変形例の弾性波装置における交叉領域においては、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第1の実施形態及び第2の実施形態並びに各変形例の弾性波装置における圧電層は、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。該圧電層としてのタンタル酸リチウム層またはニオブ酸リチウム層のオイラー角(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
10…弾性波装置
10a…空洞部
11…IDT電極
11a,11b…第1,第2の面
11c…側面
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
17…誘電体膜
23…保護膜
24,24A…質量付加膜
26,27…第1,第2のバスバー
28,29…第1,第2の電極指
31…IDT電極
31a…第1の面
38,39…第1,第2の電極指
38a,38b,39a,39b…幅広部
80,81…弾性波装置
82…音響多層膜
82a,82c,82e…低音響インピーダンス層
82b,82d…高音響インピーダンス層
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
E1,E2…第1,第2のエッジ領域
F…交叉領域
G1,G2…第1,第2のギャップ領域
H1,H2…第1,第2の高音速領域
L1,L2…第1,第2の低音速領域
M…中央領域
VP1…仮想平面

Claims (11)

  1.  支持基板を含む支持部材と、
     前記支持部材上に設けられており、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圧電層と、
     前記圧電層上に設けられている誘電体膜と、
     前記圧電層上に設けられており、少なくとも一部が前記誘電体膜上に設けられており、かつ複数の電極指を有するIDT電極と、
    を備え、
     前記支持部材に音響反射部が設けられており、前記音響反射部が、平面視において、前記IDT電極の少なくとも一部と重なっており、
     前記圧電層の厚みをd、隣り合う前記電極指同士の中心間距離をpとした場合、d/p≦0.5であり、
     前記隣り合う電極指が対向し合う方向から見たときに、前記隣り合う電極指同士が重なり合う領域が交叉領域であり、前記複数の電極指が延びる方向を電極指延伸方向としたときに、前記交叉領域が、中央領域と、前記中央領域を前記電極指延伸方向において挟むように配置されている1対の低音速領域と、を有し、前記低音速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なるように前記低音速領域が構成されており、
     前記誘電体膜が、平面視において、少なくとも前記交叉領域と重なっており、
     前記誘電体膜の厚みをd1とし、前記誘電体膜の厚みd1及び前記圧電層の厚みdの比を厚み比d1/dとした場合、前記誘電体膜の材料及び前記誘電体膜の厚みの範囲の組み合わせが、表1に示すいずれかの組み合わせである、弾性波装置。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
  2.  前記1対の低音速領域のうち少なくとも一方に質量付加膜が設けられている、請求項1に記載の弾性波装置。
  3.  前記複数の電極指が、厚み方向において互いに対向している第1の面及び第2の面を有し、前記第1の面及び前記第2の面のうち前記第2の面が前記圧電層側の面であり、
     前記第1の面に前記質量付加膜が設けられている、請求項2に記載の弾性波装置。
  4.  前記複数の電極指が、厚み方向において互いに対向している第1の面及び第2の面を有し、前記第1の面及び前記第2の面のうち前記第2の面が前記圧電層側の面であり、
     前記第2の面に前記質量付加膜が設けられている、請求項2に記載の弾性波装置。
  5.  少なくとも1本の前記電極指が、前記1対の低音速領域のうち少なくとも一方において、前記中央領域における幅よりも広い幅広部を有する、請求項1~4のいずれか1項に記載の弾性波装置。
  6.  前記1対の低音速領域の前記電極指延伸方向における外側に、1対の高音速領域が構成されており、前記高音速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くなるように前記高音速領域が構成されている、請求項1~5のいずれか1項に記載の弾性波装置。
  7.  前記音響反射部が、前記支持部材に設けられた空洞部である、請求項1~6のいずれか1項に記載の弾性波装置。
  8.  前記音響反射部が、前記支持基板及び前記圧電層の間に設けられた音響多層膜であり、
     前記音響多層膜が、音響インピーダンスが相対的に高い高音響インピーダンス層と、音響インピーダンスが相対的に低い低音響インピーダンス層と、を有し、
     前記高音響インピーダンス層と前記低音響インピーダンス層とが交互に積層されている、請求項1~6のいずれか1項に記載の弾性波装置。
  9.  d/pが0.24以下である、請求項1~8のいずれか1項に記載の弾性波装置。
  10.  前記交叉領域に対する、前記複数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1~9のいずれか1項に記載の弾性波装置。
  11.  前記圧電層としての前記ニオブ酸リチウム層または前記タンタル酸リチウム層のオイラー角(φ,θ,ψ)が、以下の式(1)、式(2)または式(3)の範囲にある、請求項1~10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)/900)1/2) または (0°±10°,20°~80°,[180°-60°(1-(θ-50)/900)1/2]~180°)   式(2)
     (0°±10°,[180°-30°(1-(ψ-90)/8100)1/2]~180°,任意のψ)   式(3)
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