WO2023189073A1 - 弾性波装置 - Google Patents

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electrode
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electrode material
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泰伸 林
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株式会社村田製作所
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    • H10N30/80—Constructional details
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Definitions

  • the present invention relates to an elastic wave device.
  • Patent Document 1 discloses a surface acoustic wave element as an example of an acoustic wave device.
  • a comb-shaped electrode portion is provided on a piezoelectric substrate.
  • An IDT (Interdigital Transducer) electrode is configured by the pair of comb-like electrode portions.
  • the comb-like electrode portion has a Ta layer and a CuM alloy layer.
  • a CuM alloy layer is laminated on the Ta layer.
  • the element M is one or more of Ag, Sn, and C. It is said that it is preferable that element M is precipitated at the grain boundaries of CuM alloy particles.
  • An object of the present invention is to provide an acoustic wave device that can effectively lower the electrical resistance of an IDT electrode.
  • An acoustic wave device includes a piezoelectric substrate and an IDT electrode provided on the piezoelectric substrate, and the IDT electrode contains a metal element A as a parent element and an element as an additive.
  • the layer has a layer using an electrode material containing the base element A and the additive B, and the base element A and the additive B do not form a compound in a binary phase diagram.
  • the additive B is dispersed in the base element A in the form of particles.
  • the electrical resistance of the IDT electrode can be effectively lowered.
  • FIG. 1 is a schematic front sectional view of an elastic wave device according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic plan view of the elastic wave device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a binary phase diagram of Cu and Ag.
  • FIGS. 4(a) to 4(d) are schematic front sectional views for explaining an example of the method for manufacturing the elastic wave device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 5(a) is a TEM photograph of the alloy film before heat treatment
  • FIG. 5(b) is a TEM photograph of the electrode material formed by heat treatment.
  • FIG. 6 is a TEM-EDX photograph of the electrode material of the IDT electrode in the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a diagram showing the results of X-ray diffraction of the alloy film before heat treatment and the electrode material formed by heat treatment in the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a diagram for explaining the Hall-Petch law and the inverse Hall-Petch law.
  • FIG. 9 is a diagram showing the input voltage at the time of failure in the first embodiment of the present invention and the comparative example.
  • FIG. 10 is a diagram showing the relationship between the weight percent concentration of additives and the multiplier of resistivity based on Cu in the electrode materials of the first embodiment of the present invention and the second comparative example.
  • FIG. 1 is a schematic front sectional view of an elastic wave device according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic plan view of the elastic wave device according to the first embodiment. Note that FIG. 1 is a schematic cross-sectional view taken along line II in FIG.
  • an elastic wave device 1 has a piezoelectric substrate 2.
  • the piezoelectric substrate 2 is a substrate consisting only of a piezoelectric layer.
  • a material for the piezoelectric layer for example, lithium tantalate, lithium niobate, zinc oxide, aluminum nitride, crystal, PZT (lead zirconate titanate), or the like can be used.
  • the piezoelectric substrate 2 may be a laminated substrate including a piezoelectric layer.
  • An IDT electrode 3 is provided on the piezoelectric substrate 2. By applying an alternating current voltage to the IDT electrode 3, elastic waves are excited.
  • a pair of reflectors 4A and 4B are provided on both sides of the IDT electrode 3 on the piezoelectric substrate 2 in the elastic wave propagation direction.
  • the acoustic wave device 1 of this embodiment is a surface acoustic wave resonator.
  • the elastic wave device of the present invention is not limited to an elastic wave resonator, and may be, for example, a filter device or a multiplexer including a plurality of elastic wave resonators.
  • the IDT electrode 3 includes a first bus bar 5A, a second bus bar 5B, a plurality of first electrode fingers 6A, and a plurality of second electrode fingers 6B.
  • the first bus bar 5A and the second bus bar 5B are opposed to each other.
  • One end of a plurality of first electrode fingers 6A is each connected to the first bus bar 5A.
  • One end of a plurality of second electrode fingers 6B is each connected to the second bus bar 5B.
  • the plurality of first electrode fingers 6A and the plurality of second electrode fingers 6B are inserted into each other.
  • the first electrode finger 6A and the second electrode finger 6B may be collectively referred to simply as an electrode finger.
  • the IDT electrode 3, reflector 4A, and reflector 4B are made of a single layer metal film.
  • the IDT electrode 3, the reflector 4A, and the reflector 4B may be made of a laminate.
  • the electrode material used for the IDT electrode 3 has all of the following configurations 1) to 3).
  • the parent element refers to an element that accounts for more than 50 at% in the electrode material.
  • Mother element A and additive B are two types of elements that do not form a compound in a binary phase diagram.
  • the base element A in the electrode material of the IDT electrode 3 is Cu.
  • Additive B is Ag.
  • FIG. 3 shows a binary phase diagram of the parent element Cu and the additive Ag.
  • FIG. 3 is a binary phase diagram of Cu and Ag.
  • the parent element is Al and the additive is Cu
  • segregation of the intermetallic compound CuAl 2 occurs.
  • the electrical resistance of the IDT electrode becomes high.
  • FIGS. 4(a) to 4(d) are schematic front sectional views for explaining an example of the method for manufacturing the elastic wave device according to the first embodiment.
  • FIGS. 4(a) to 4(d) the vicinity of a portion corresponding to a pair of electrode fingers is shown.
  • a resist pattern 7 is formed on the piezoelectric substrate 2.
  • an alloy film 8 is formed on the piezoelectric substrate 2 and the resist pattern 7.
  • the alloy film 8 may be formed, for example, by alloy vapor deposition using a Cu--Ag alloy in the form of pellets.
  • Ag may be 1 wt%.
  • the ultimate degree of vacuum may be, for example, 6 ⁇ 10 ⁇ 4 Pa or less.
  • the acceleration voltage may be, for example, 10 kV.
  • the alloy film 8 containing about 19 wt % of Ag can be obtained.
  • the resist pattern 7 is peeled off.
  • the alloy film 8 is patterned as shown in FIG. 4(c).
  • the alloy film 8 is heat-treated.
  • the temperature of the heat treatment may be, for example, 250°C or higher and 290°C or lower.
  • the heat treatment time may be, for example, 2 hours or more and 10 hours or less. This forms the electrode material.
  • the additive Ag is dispersed in the parent element Cu. That is, by the above heat treatment, as shown in FIG. 4(d), an IDT electrode 3 made of the electrode material of this embodiment is obtained.
  • the manufacturing method shown in FIGS. 4(a) to 4(d) uses a lift-off method.
  • this manufacturing method is just an example, and the lift-off method does not necessarily have to be used when forming the IDT electrode 3.
  • a resist pattern may be formed on the alloy film, and then etching may be performed.
  • Formation of the alloy film is not limited to alloy vapor deposition, and, for example, binary vapor deposition of base element A and additive B may be performed, or a sputtering method may be used.
  • the film may be formed simultaneously using the mother element A and the additive B as film forming materials.
  • the state of the additive B in the electrode material of the IDT electrode 3 can be observed using, for example, a TEM (Transmission Electron Microscope). It will be shown below that the additive Ag is dispersed in the parent element Cu by the above heat treatment.
  • FIG. 5(a) is a TEM photograph of the alloy film before heat treatment.
  • FIG. 5(b) is a TEM photograph of the electrode material formed by heat treatment. Note that the black particles in FIG. 5(b) are crystal grains of additive Ag.
  • the parent element Cu and the additive Ag are in a mixed state.
  • FIG. 5(b) it can be seen that after the heat treatment, crystal grains of the additive Ag were precipitated in the parent element Cu.
  • the base element Cu and the additive Ag are mixed and stacked.
  • the alloy film is in a supersaturated solid solution state. More specifically, the parent element Cu and the additive Ag are in a solid solution with each other in a supersaturated state. This is because Cu and Ag, which are film forming materials, are rapidly cooled during deposition of the alloy film. In such a "supersaturated solid solution” state, the resistivity is high.
  • the heat treatment of the alloy film separates the alloy film into Cu particles in which Ag is dissolved in solid solution and Ag particles in which Cu is dissolved in solid solution.
  • an additive Ag having a concentration near the solid solubility limit is dissolved in the particles of the parent element Cu in the electrode material.
  • the parent element Cu is dissolved in the particles of the additive Ag at a concentration near the solid solution limit.
  • the concentration at the solid solution limit is the concentration at which one element can dissolve in the other element.
  • concentration of the additive in the parent element in the electrode material or the concentration of the parent element in the additive can be measured using TEM-EDX (Energy Dispersive X-ray Spectroscopy). Note that in this specification, concentration is defined as concentration [at%] based on atomic composition percentage, unless other units are described or otherwise specified.
  • FIG. 6 is a TEM-EDX photograph of the electrode material of the IDT electrode in the first embodiment. Note that the circular frame lines in FIG. 6 indicate measurement points, and the numbers indicate the numbers of the measurement points. In FIG. 6, the closer the color is to white, the higher the concentration of Cu is.
  • the concentration of Cu is 98.5 at% and the concentration of Ag is 1.5 at%.
  • the concentration of Cu is 98.5 at% and the concentration of Ag is 1.5 at%. In this way, Ag is dissolved in the Cu particles at a concentration at or near the solid solubility limit.
  • the concentration of Ag is 97.5 at% and the concentration of Cu is 2.5 at%.
  • the concentration of Ag is 97.3 at% and the concentration of Cu is 2.7 at%.
  • the concentration of Ag is 97.5 at% and the concentration of Cu is 2.5 at%. In this way, Cu is dissolved in the Ag particles at a concentration at or near the solid solubility limit.
  • the concentration of additive B in the base element A as a solid solution is 10 at % or less.
  • the concentration of the additive B in solid solution in the base element A can be more reliably set to 10 at % or less.
  • the electrical resistance of the IDT electrode 3 can be lowered more reliably and effectively.
  • the concentration at which the additive Ag can be solid-dissolved in the parent element Cu is 10 at % or less in a temperature range of at least 700° C. or lower. More specifically, the lower the temperature, the lower the concentration of the additive Ag at the solid solution limit with respect to the parent element Cu. In such a case, although not shown in FIG. 3, it can be said that the concentration at which the additive Ag can be dissolved as a solid solution in the parent element Cu is 10 at % or less even at room temperature.
  • the electrode material obtained by heat treatment does not contain a supersaturated solid solution.
  • FIG. 7 is a diagram showing the results of X-ray diffraction of the alloy film before heat treatment and the electrode material formed by heat treatment in the first embodiment.
  • the strength at 2 ⁇ corresponding to Ag 0.5 Cu 0.5 is high.
  • peaks for the parent element Cu and additive Ag exist, but no peak for Ag 0.5 Cu 0.5 exists. Therefore, it can be confirmed that the electrode material obtained by the heat treatment does not contain a supersaturated solid solution and that the parent element Cu and additive Ag are separated in the electrode material.
  • the crystal grain size of the parent element Cu and the crystal grain size of the additive Ag are 10 nm or more and 100 nm or less.
  • the mechanical strength of the IDT electrode 3 can be increased. This is related to Hall-Petch's law and inverse Hall-Petch's law.
  • particles of the additive B are dispersed and precipitated in the base element A by heat treatment from a supersaturated solid solution state.
  • the electrode material for the IDT electrode 3 is formed. Thereby, coarsening of the crystal grains of the base element A and the crystal grains of the additive B is suppressed. Then, the crystal grain size of the base element A and the crystal grain size of the additive B can be more reliably set within the range of 10 nm or more and 100 nm or less.
  • the layer in which the electrode material of the IDT electrode 3 is used has a first surface 3a and a second surface 3b.
  • the first surface 3a and the second surface 3b are opposed to each other.
  • the first surface 3a is the surface on the piezoelectric substrate 2 side. It is preferable that the concentration of additive B on the first surface 3a side is higher than the concentration of additive B on the second surface 3b side. Thereby, the power durability of the IDT electrode 3 can be improved.
  • the concentration of the additive B decreases continuously from the first surface 3a side toward the second surface 3b side. Thereby, the power durability of the IDT electrode 3 can be further improved.
  • the base element A is Cu and the additive B is Ag.
  • the mother element A and the additive B are not limited to the above.
  • the mother element A is preferably Cu or Al.
  • the additive B may be one element selected from the group consisting of Ag, Co, Cr, Fe, Ir, Li, Mo, Na, Nb, V and W. preferable.
  • the additive B is preferably one type of element selected from the group consisting of In, Si, Sn, and Zn. In any of the above combinations of the base element A and the additive B, the electrical resistance of the IDT electrode 3 can be effectively lowered, as in the present embodiment.
  • the resistivity of the base element A alone is 50 n ⁇ m or less. It is preferable that the resistivity of the additive B alone is 200 n ⁇ m or less. Thereby, the electrical resistance of the IDT electrode 3 can be lowered more reliably.
  • FIG. 1 schematically shows a cross section of each electrode finger along a direction perpendicular to the direction in which each electrode finger extends.
  • the cross-sectional shape of each electrode finger is shown as a rectangle.
  • the cross-sectional shape of each electrode finger may be, for example, a trapezoid.
  • the side surface of each electrode finger corresponds to the side surface 3c of the layer in which the electrode material is used. .
  • the side surface 3c may extend parallel to the normal direction of the main surface of the piezoelectric substrate 2, or may extend at an angle to the normal.
  • the IDT electrode 3 may be made of a laminate. In this case, the IDT electrode 3 only needs to include a layer using the electrode material of the present invention.
  • a dielectric film may be provided on the piezoelectric substrate 2 so as to cover the IDT electrode 3.
  • the IDT electrode 3 is less likely to be damaged.
  • silicon oxide, silicon nitride, silicon oxynitride, or the like can be used for the dielectric film.
  • silicon oxide is used for the dielectric film, the frequency-temperature characteristics of the acoustic wave device 1 can be improved.
  • the power durability of the IDT electrode 3 can be increased, and the electrical resistance of the IDT electrode 3 can be lowered. This will be specifically illustrated below by comparing the first embodiment, a first comparative example, and a second comparative example.
  • the first comparative example differs from the first embodiment in that the IDT electrode is made of Cu. That is, in the first comparative example, the electrode material of the IDT electrode does not contain any additives. Note that in the first embodiment, in the electrode material, the base element is Cu and the additive is Ag.
  • the first embodiment and the first comparative example power durability was compared. Specifically, a plurality of elastic wave devices having the configuration of the first embodiment and a plurality of elastic wave devices of the first comparative example were prepared, and electric power was applied to each elastic wave device. The greater the input power when the acoustic wave device fails due to damage to the IDT electrode, the higher the power durability of the IDT electrode.
  • FIG. 9 is a diagram showing the input voltage at the time of failure in the first embodiment and the comparative example.
  • the input power at the time of failure is larger than in the first comparative example. In this way, in the first embodiment, the power durability of the IDT electrode can be improved.
  • the electrical resistances of the electrode materials of the IDT electrodes were compared between the first embodiment and the second comparative example.
  • the base element of the electrode material is Cu
  • the additive is Sn.
  • the resistivity of the electrode material was measured each time the weight percent concentration [wt%] of the additive was changed. Next, for each electrode material, the magnification of the resistivity based on the resistivity of Cu was calculated.
  • FIG. 10 is a diagram showing the relationship between the weight percent concentration of additives and the multiplier of resistivity based on Cu in the electrode materials of the first embodiment and the second comparative example. The larger the multiplier of the resistivity of the electrode material based on Cu, the higher the resistivity of the electrode material.
  • the higher the weight percent concentration of the additive the higher the resistivity of the electrode material.
  • the resistivity of the electrode material in the first embodiment is lower than the resistivity of the electrode material in the second comparative example. Therefore, in the first embodiment, the electrical resistance of the IDT electrode can be reduced.
  • Cu as a parent element and Sn as an additive in the second comparative example form an intermetallic compound.
  • Cu as a parent element and Ag as an additive in the first embodiment do not form an intermetallic compound.
  • the resistivity of the electrode material is independent of the weight percent concentration of the additive, and the resistivity of the electrode material is low.
  • the power durability of the IDT electrode can be increased and the electrical resistance of the IDT electrode can be lowered.

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Abstract

ＩＤＴ電極の電気抵抗を効果的に低くすることができる、弾性波装置を提供する。　弾性波装置１は、圧電性基板２と、圧電性基板２上に設けられているＩＤＴ電極３とを備える。ＩＤＴ電極３が、母元素である金属元素をＡ、添加物である元素をＢとしたときに、母元素Ａ及び添加物Ｂを含む電極材料が用いられた層を有する。母元素Ａ及び添加物Ｂは、２元状態図において化合物を形成しない２種の元素である。電極材料において、添加物Ｂは、母元素Ａ中に粒状に分散している。

Description

弾性波装置
　本発明は、弾性波装置に関する。
　従来、弾性波装置は、携帯電話機のフィルタなどに広く用いられている。下記の特許文献１には、弾性波装置の一例としての、弾性表面波素子が開示されている。この弾性表面波素子においては、圧電基板上にくし歯状電極部が設けられている。１対のくし歯状電極部により、ＩＤＴ（Ｉｎｔｅｒｄｉｇｉｔａｌ　Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）電極が構成されている。くし歯状電極部は、Ｔａ層と、ＣｕＭ合金層とを有する。Ｔａ層上にＣｕＭ合金層が積層されている。元素Ｍは、Ａｇ、Ｓｎ、Ｃのいずれか１種または２種以上とされている。元素ＭがＣｕＭ合金粒子の結晶粒界に析出していることが好ましいとされている。
特開２００４－１５３６５４号公報
　しかしながら、特許文献１に記載のように、元素ＭがＣｕＭ合金粒子の結晶粒界に析出した状態においては、くし歯状電極部の低抵抗化が不十分となる。
　本発明の目的は、ＩＤＴ電極の電気抵抗を効果的に低くすることができる、弾性波装置を提供することにある。
　本発明に係る弾性波装置は、圧電性基板と、前記圧電性基板上に設けられているＩＤＴ電極とを備え、前記ＩＤＴ電極が、母元素である金属元素をＡ、添加物である元素をＢとしたときに、前記母元素Ａ及び前記添加物Ｂを含む電極材料が用いられた層を有し、前記母元素Ａ及び前記添加物Ｂが、２元状態図において化合物を形成しない２種の元素であり、前記電極材料において、前記添加物Ｂが、前記母元素Ａ中に粒状に分散している。
　本発明に係る弾性波装置によれば、ＩＤＴ電極の電気抵抗を効果的に低くすることができる。
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正面断面図である。 図２は、本発明の第１の実施形態に係る弾性波装置の模式的平面図である。 図３は、Ｃｕ及びＡｇの２元状態図である。 図４（ａ）～図４（ｄ）は、本発明の第１の実施形態に係る弾性波装置の製造方法の一例を説明するための模式的正面断面図である。 図５（ａ）は、熱処理前の合金膜のＴＥＭ写真であり、図５（ｂ）は、熱処理により形成された電極材料のＴＥＭ写真である。 図６は、本発明の第１の実施形態におけるＩＤＴ電極の電極材料のＴＥＭ－ＥＤＸ写真である。 図７は、本発明の第１の実施形態における、熱処理前の合金膜、及び熱処理により形成された電極材料のＸ線回折の結果を示す図である。 図８は、ホールペッチ則及び逆ホールペッチ則を説明するための図である。 図９は、本発明の第１の実施形態及び比較例における、故障時の入力電圧を示す図である。 図１０は、本発明の第１の実施形態及び第２の比較例の電極材料における、添加物の重量パーセント濃度と、Ｃｕを基準とする抵抗率の倍率との関係を示す図である。
　以下、図面を参照しつつ、本発明の具体的な実施形態を説明することにより、本発明を明らかにする。
　なお、本明細書に記載の各実施形態は、例示的なものであり、異なる実施形態間において、構成の部分的な置換または組み合わせが可能であることを指摘しておく。
　図１は、本発明の第１の実施形態に係る弾性波装置の模式的正面断面図である。図２は、第１の実施形態に係る弾性波装置の模式的平面図である。なお、図１は、図２中のＩ－Ｉ線に沿う模式的断面図である。
　図１に示すように、弾性波装置１は圧電性基板２を有する。本実施形態においては、圧電性基板２は、圧電体層のみからなる基板である。圧電体層の材料としては、例えば、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム、酸化亜鉛、窒化アルミニウム、水晶、またはＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）などを用いることができる。なお、圧電性基板２は、圧電体層を含む積層基板からなっていてもよい。
　圧電性基板２上にはＩＤＴ電極３が設けられている。ＩＤＴ電極３に交流電圧を印加することにより、弾性波が励振される。圧電性基板２上におけるＩＤＴ電極３の弾性波伝搬方向両側には、１対の反射器４Ａ及び反射器４Ｂが設けられている。このように、本実施形態の弾性波装置１は弾性表面波共振子である。なお、本発明の弾性波装置は弾性波共振子に限定されず、例えば、複数の弾性波共振子を含むフィルタ装置やマルチプレクサであってもよい。
　図２に示すように、ＩＤＴ電極３は、第１のバスバー５Ａ及び第２のバスバー５Ｂと、複数の第１の電極指６Ａ及び複数の第２の電極指６Ｂとを有する。第１のバスバー５Ａ及び第２のバスバー５Ｂは互いに対向している。第１のバスバー５Ａに、複数の第１の電極指６Ａの一端がそれぞれ接続されている。第２のバスバー５Ｂに、複数の第２の電極指６Ｂの一端がそれぞれ接続されている。複数の第１の電極指６Ａ及び複数の第２の電極指６Ｂは互いに間挿し合っている。以下においては、第１の電極指６Ａ及び第２の電極指６Ｂをまとめて、単に電極指と記載することがある。
　本実施形態においては、ＩＤＴ電極３、反射器４Ａ及び反射器４Ｂは、単層の金属膜からなる。もっとも、ＩＤＴ電極３、反射器４Ａ及び反射器４Ｂは、積層体からなっていてもよい。
　本実施形態の特徴は、ＩＤＴ電極３に用いられている電極材料が、以下の１）～３）の全ての構成を有することにある。１）母元素である金属元素をＡ、添加物である元素をＢとしたときに、母元素Ａ及び添加物Ｂを含む。本明細書において母元素とは、電極材料において占める割合が５０ａｔ％を超える元素をいう。２）母元素Ａ及び添加物Ｂが、２元状態図において化合物を形成しない２種の元素である。３）電極材料において、添加物Ｂが、母元素Ａ中に粒状に分散している。それによって、ＩＤＴ電極３に用いられている上記電極材料全体として、電気抵抗を低くすることができる。従って、ＩＤＴ電極３の電気抵抗を効果的に低くすることができる。
　本実施形態では、具体的には、ＩＤＴ電極３の電極材料における母元素ＡはＣｕである。添加物ＢはＡｇである。母元素Ｃｕ及び添加物Ａｇの２元状態図を図３により示す。
　図３は、Ｃｕ及びＡｇの２元状態図である。
　図３に示すように、Ｃｕ及びＡｇは金属間化合物を形成しないことがわかる。２種の金属元素により構成される金属間化合物の電気抵抗は、各金属元素の単体の電気抵抗よりも高くなることがある。これに対して、本実施形態の電極材料においては、金属間化合物が含まれないため、ＩＤＴ電極３の電気抵抗をより確実に低くすることができる。
　他方、例えば、母元素がＡｌであり、添加物がＣｕである場合には、金属間化合物ＣｕＡｌ２の偏析が生じる。このような場合には、ＩＤＴ電極の電気抵抗は高くなる。
　以下において、本実施形態の弾性波装置１の製造方法の一例を説明する。
　図４（ａ）～図４（ｄ）は、第１の実施形態に係る弾性波装置の製造方法の一例を説明するための模式的正面断面図である。図４（ａ）～図４（ｄ）においては、１対の電極指に相当する部分付近を示す。
　図４（ａ）に示すように、圧電性基板２上に、レジストパターン７を形成する。次に、図４（ｂ）に示すように、圧電性基板２上及びレジストパターン７上に、合金膜８を成膜する。合金膜８の成膜は、例えば、Ｃｕ－Ａｇ合金をペレットとして、合金蒸着により行えばよい。該ペレットにおいては、例えばＡｇ１ｗｔ％としてもよい。合金蒸着に際し、到達真空度は、例えば６×１０－４Ｐａ以下とすればよい。加速電圧は、例えば１０ｋＶとすればよい。この場合、例えば、Ａｇ１９ｗｔ％程度である合金膜８を得られる。
　次に、レジストパターン７を剥離する。それによって、図４（ｃ）に示すように、合金膜８がパターニングされる。次に、合金膜８の熱処理を行う。熱処理の温度は、例えば、２５０℃以上、２９０℃以下とすればよい。熱処理の時間は、例えば、２時間以上、１０時間以下とすればよい。これにより、電極材料が形成される。上記熱処理により、添加物Ａｇが母元素Ｃｕ中に分散する。すなわち、上記熱処理によって、図４（ｄ）に示すように、本実施形態における電極材料からなるＩＤＴ電極３を得る。
　図４（ａ）～図４（ｄ）に示す製造方法ではリフトオフ法を用いている。もっとも、該製造方法は一例であって、ＩＤＴ電極３の形成に際し、必ずしもリフトオフ法を用いなくともよい。例えば、圧電性基板２上に合金膜を成膜した後に、合金膜上にレジストパターンを形成し、その後にエッチングを行ってもよい。合金膜の成膜は、合金蒸着に限定されず、例えば、母元素Ａ及び添加物Ｂの２元蒸着を行ってもよく、あるいは、スパッタリング法を用いてもよい。母元素Ａ及び添加物Ｂを成膜材料として同時に成膜すればよい。
　ＩＤＴ電極３の電極材料における添加物Ｂの状態は、例えば、ＴＥＭ（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）により観察することができる。上記熱処理により、添加物Ａｇが母元素Ｃｕ中に分散することを、以下において示す。
　図５（ａ）は、熱処理前の合金膜のＴＥＭ写真である。図５（ｂ）は、熱処理により形成された電極材料のＴＥＭ写真である。なお、図５（ｂ）中における黒色の粒子が、添加物Ａｇの結晶粒である。
　図５（ａ）に示すように、熱処理前の合金膜においては、母元素Ｃｕ及び添加物Ａｇが混在した状態である。図５（ｂ）に示すように、熱処理後には、添加物Ａｇの結晶粒が、母元素Ｃｕ中に析出していることがわかる。
　熱処理前の合金膜においては、母元素Ｃｕ及び添加物Ａｇが混在して積層されている。合金膜は過飽和固溶体の状態である。より具体的には、母元素Ｃｕ及び添加物Ａｇが、互いに過飽和の状態において固溶している。これは、合金膜の成膜に際し、成膜材料であるＣｕ及びＡｇが、被着時に急冷されることによる。このような、「過飽和固溶体」の状態においては、抵抗率が高い。
　その後、熱処理を行うと、過飽和固溶体の状態の合金が、Ｃｕの粒子と、Ａｇの粒子に分離する。よって、得られた電極材料においては、母元素Ｃｕの粒子同士の間に添加物Ａｇの粒子が分散している。このような、過飽和固溶体の状態から、熱処理によって母元素中に添加物の粒子が分散して析出する挙動は、例えばＣｕ及びＡｇなどのような、限られた元素の組み合わせのみにおいて生じる。
　なお、より詳細には、上記合金膜の熱処理によって、Ａｇが固溶しているＣｕの粒子と、Ｃｕが固溶しているＡｇの粒子とに分離する。電極材料における母元素Ｃｕの粒子には、例えば、固溶限界付近の濃度の添加物Ａｇが固溶している。添加物Ａｇの粒子には、例えば、固溶限界付近の濃度の母元素Ｃｕが固溶している。固溶限界の濃度とは、一方の元素に他方の元素が固溶できる限界の濃度である。電極材料においての母元素における添加物の濃度、または添加物における母元素の濃度は、ＴＥＭ－ＥＤＸ（Ｅｎｅｒｇｙ　Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ　Ｘ－ｒａｙ　Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）を用いて測定することができる。なお、本明細書において濃度は、他の単位の記載や特段の断りがない限り、原子組成百分率に基づく濃度［ａｔ％］であるとする。
　図６は、第１の実施形態におけるＩＤＴ電極の電極材料のＴＥＭ－ＥＤＸ写真である。なお、図６中の丸型の枠線は測定点を示し、番号は測定点の番号を示す。図６中においては、白色に近い程、Ｃｕの濃度が高い。
　測定点１においては、Ｃｕの濃度が９８．５ａｔ％であり、Ａｇの濃度が１．５ａｔ％である。測定点２においては、Ｃｕの濃度が９８．５ａｔ％であり、Ａｇの濃度が１．５ａｔ％である。このように、Ｃｕ粒子に、固溶限界または固溶限界付近の濃度のＡｇが固溶している。測定点３においては、Ａｇの濃度が９７．５ａｔ％であり、Ｃｕの濃度が２．５ａｔ％である。測定点４においては、Ａｇの濃度が９７．３ａｔ％であり、Ｃｕの濃度が２．７ａｔ％である。測定点５においては、Ａｇの濃度が９７．５ａｔ％であり、Ｃｕの濃度が２．５ａｔ％である。このように、Ａｇ粒子に、固溶限界または固溶限界付近の濃度のＣｕが固溶している。
　２元状態図において、母元素Ａ内に添加物Ｂが固溶できる濃度が、１０ａｔ％以下である温度域が存在することが好ましい。それによって、電極材料において、母元素Ａ内に添加物Ｂが固溶している濃度を、より確実に１０ａｔ％以下とすることができる。これにより、ＩＤＴ電極３の電気抵抗をより確実に、効果的に低くすることができる。
　本実施形態においては、図３に示すように、少なくとも７００℃以下の温度域において、母元素Ｃｕ内に添加物Ａｇが固溶できる濃度が、１０ａｔ％以下である。より詳細には、温度が低くなるほど、母元素Ｃｕに対する添加物Ａｇの固溶限界の濃度が低くなっている。このような場合、図３には示されていないが、常温においても、母元素Ｃｕ内に添加物Ａｇが固溶できる濃度が１０ａｔ％以下であるといえる。
　熱処理により得られた電極材料が、過飽和固溶体を含まないことは、例えば、Ｘ線回折により確認することができる。
　図７は、第１の実施形態における、熱処理前の合金膜、及び熱処理により形成された電極材料のＸ線回折の結果を示す図である。
　図７に示すように、熱処理前においては、Ａｇ０．５Ｃｕ０．５に相当する２θにおける強度が高い。これに対して、熱処理後においては、母元素Ｃｕ及び添加物Ａｇのピークが存在する一方で、Ａｇ０．５Ｃｕ０．５のピークは存在していない。よって、熱処理により得られた電極材料が過飽和固溶体を含まず、電極材料において母元素Ｃｕ及び添加物Ａｇが分離されていることを確認できる。
　ところで、弾性波装置１のＩＤＴ電極３の電極材料においては、母元素Ｃｕの結晶粒径及び添加物Ａｇの結晶粒径は、１０ｎｍ以上、１００ｎｍ以下である。それによって、ＩＤＴ電極３の機械的強度を高めることができる。これは、ホールペッチ則及び逆ホールペッチ則に関連する。
　図８に示すように、ホールペッチ則によれば、材料において粒経が小さいほど、材料の降伏応力が大きい。なお、材料において粒経が小さいほど、材料の機械的強度が高いということも成立する。より詳細には、材料において粒経が小さい場合には、材料中に占める粒界の割合が多くなる。粒界は、転位に対する障壁の機能を果たす。転位は塑性変形を担う。そのため、材料において粒界が多いほど、材料は塑性変形し難い。よって、ホールペッチ則が成立する。他方、粒経が１０ｎｍ以下である場合には、材料の粒経が小さいほど、材料の降伏応力が小さい。この関係が逆ホールペッチ則である。これは、粒界滑りに起因する。
　本実施形態においては、図５（ａ）及び図５（ｂ）に示したように、過飽和固溶体の状態から、熱処理によって母元素Ａ中に添加物Ｂの粒子が分散して析出することによって、ＩＤＴ電極３の電極材料が形成される。それによって、母元素Ａの結晶粒及び添加物Ｂの結晶粒の粗大化が抑制される。そして、母元素Ａの結晶粒径及び添加物Ｂの結晶粒径を、より確実に１０ｎｍ以上、１００ｎｍ以下の範囲内とすることができる。
　一方で、電極材料に純金属を用いた場合には、結晶粒の粗大化を抑制し難い。例えば、純金属からなる金属膜を成膜し、当該金属膜に熱処理を行う場合、金属膜の結晶粒は粗大化し易い。
　ところで、図１に示すように、ＩＤＴ電極３における電極材料が用いられた層は、第１の面３ａ及び第２の面３ｂを有する。第１の面３ａ及び第２の面３ｂは互いに対向している。第１の面３ａ及び第２の面３ｂのうち、第１の面３ａが圧電性基板２側の面である。第１の面３ａ側における添加物Ｂの濃度が、第２の面３ｂ側における添加物Ｂの濃度よりも高いことが好ましい。それによって、ＩＤＴ電極３の耐電力性を高めることができる。
　上記電極材料が用いられた層において、添加物Ｂの濃度が、第１の面３ａ側から第２の面３ｂ側に向かうにつれて、連続的に低くなっていることがより好ましい。それによって、ＩＤＴ電極３の耐電力性をより一層高めることができる。
　本実施形態においては、母元素ＡがＣｕであり、添加物ＢがＡｇである例を示した。なお、母元素Ａ及び添加物Ｂは上記に限定されない。母元素Ａは、ＣｕまたはＡｌであることが好ましい。母元素ＡがＣｕである場合、添加物Ｂは、Ａｇ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｉｒ、Ｌｉ、Ｍｏ、Ｎａ、Ｎｂ、Ｖ及びＷからなる群から選択される１種の元素であることが好ましい。他方、母元素ＡがＡｌである場合、添加物Ｂは、Ｉｎ、Ｓｉ、Ｓｎ及びＺｎからなる群から選択される１種の元素であることが好ましい。母元素Ａ及び添加物Ｂの組み合わせが上記のいずれの場合においても、本実施形態と同様に、ＩＤＴ電極３の電気抵抗を効果的に低くすることができる。
　母元素Ａの単体の抵抗率が５０ｎΩｍ以下であることが好ましい。添加物Ｂの単体の抵抗率が２００ｎΩｍ以下であることが好ましい。それによって、ＩＤＴ電極３の電気抵抗をより確実に低くすることができる。
　図１には、各電極指が延びる方向と直交する方向に沿う、各電極指の断面が模式的に示されている。各電極指の断面形状は矩形として示されている。もっとも、各電極指の断面形状は、例えば、台形などであってもよい。なお、本実施形態においては、ＩＤＴ電極３は、本発明における電極材料が用いられた層のみにより構成されているため、各電極指の側面は電極材料が用いられた層の側面３ｃに相当する。側面３ｃは、圧電性基板２の主面の法線方向と平行に延びていてもよく、該法線に対して傾斜して延びていてもよい。
　上述したように、ＩＤＴ電極３は積層体からなっていてもよい。この場合、ＩＤＴ電極３は、本発明における電極材料が用いられた層を含んでいればよい。
　ＩＤＴ電極３を覆うように、圧電性基板２上に誘電体膜が設けられていてもよい。この場合には、ＩＤＴ電極３が破損し難い。誘電体膜には、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。誘電体膜に、酸化ケイ素を用いた場合には、弾性波装置１の周波数温度特性を改善することができる。
　第１の実施形態においては、ＩＤＴ電極３の耐電力性を高めることができ、かつＩＤＴ電極３の電気抵抗を低くすることができる。これを、第１の実施形態と、第１の比較例及び第２の比較例とを比較することにより、以下において具体的に示す。
　第１の比較例は、ＩＤＴ電極がＣｕからなる点において第１の実施形態と異なる。すなわち、第１の比較例においては、ＩＤＴ電極の電極材料に添加物は含まれていない。なお、第１の実施形態では、電極材料において、母元素はＣｕであり、添加物はＡｇである。
　第１の実施形態及び第１の比較例において、耐電力性を比較した。具体的には、第１の実施形態の構成を有する複数の弾性波装置、及び第１の比較例の複数の弾性波装置を用意し、各弾性波装置に電力を印加した。ＩＤＴ電極が破損したことにより弾性波装置が故障したときの入力電力が大きいほど、ＩＤＴ電極の耐電力性が高いこととなる。
　図９は、第１の実施形態及び比較例における故障時の入力電圧を示す図である。
　図９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、故障時の入力電力が大きい。このように、第１の実施形態においては、ＩＤＴ電極の耐電力性を高めることができる。
　さらに、第１の実施形態と、第２の比較例とにおいて、ＩＤＴ電極の電極材料の電気抵抗を比較した。なお、第２の比較例においては、電極材料の母元素はＣｕであり、添加物がＳｎである。第１の実施形態及び第２の比較例におけるそれぞれの電極材料において、添加物の重量パーセント濃度［ｗｔ％］を異ならせる毎に、電極材料の抵抗率を測定した。次に、それぞれの電極材料において、Ｃｕの抵抗率を基準とする抵抗率の倍率を算出した。
　図１０は、第１の実施形態及び第２の比較例の電極材料における、添加物の重量パーセント濃度と、Ｃｕを基準とする抵抗率の倍率との関係を示す図である。電極材料における、Ｃｕを基準とする抵抗率の倍率が大きいほど、該電極材料の抵抗率が大きい。
　図１０に示すように、第２の比較例においては、添加物の重量パーセント濃度が高くなるほど、電極材料の抵抗率が大きくなっている。これに対して、第１の実施形態においては、添加物の重量パーセント濃度が高くなっても、電極材料の抵抗率がほとんど変化していない。さらに、第１の実施形態における電極材料の抵抗率は、第２の比較例における電極材料の抵抗率よりも低い。よって、第１の実施形態においては、ＩＤＴ電極の電気抵抗を小さくすることができる。
　第２の比較例における母元素としてのＣｕ、及び添加物としてのＳｎは、金属間化合物を形成する。そして、第２の比較例における電極材料においては、添加物の重量パーセント濃度が高いほど、金属間化合物が増加する。そのため、電極材料の抵抗率が高い。
　これに対して、第１の実施形態における母元素としてのＣｕ、及び添加物としてのＡｇは、金属間化合物を形成しない。これにより、電極材料の抵抗率は、添加物の重量パーセント濃度に依存せず、かつ電極材料の抵抗率は低い。以上のように、第１の実施形態においては、ＩＤＴ電極の耐電力性を高めることができ、かつＩＤＴ電極の電気抵抗を低くすることができる。
１…弾性波装置
２…圧電性基板
３…ＩＤＴ電極
３ａ，３ｂ…第１，第２の面
３ｃ…側面
４Ａ，４Ｂ…反射器
５Ａ，５Ｂ…第１，第２のバスバー
６Ａ，６Ｂ…第１，第２の電極指
７…レジストパターン
８…合金膜

Claims (9)

  1. 　圧電性基板と、
    　前記圧電性基板上に設けられているＩＤＴ電極と、
    を備え、
    　前記ＩＤＴ電極が、母元素である金属元素をＡ、添加物である元素をＢとしたときに、前記母元素Ａ及び前記添加物Ｂを含む電極材料が用いられた層を有し、
    　前記母元素Ａ及び前記添加物Ｂが、２元状態図において化合物を形成しない２種の元素であり、
    　前記電極材料において、前記添加物Ｂが、前記母元素Ａ中に粒状に分散している、弾性波装置。
  2. 　前記電極材料において、前記母元素Ａの結晶粒径及び前記添加物Ｂの結晶粒径が、１０ｎｍ以上、１００ｎｍ以下である、請求項１に記載の弾性波装置。
  3. 　前記母元素ＡがＣｕであり、
    　前記添加物Ｂが、Ａｇ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｉｒ、Ｌｉ、Ｍｏ、Ｎａ、Ｎｂ、Ｖ及びＷからなる群から選択される１種の元素である、請求項１または２に記載の弾性波装置。
  4. 　前記母元素ＡがＡｌであり、
    　前記添加物Ｂが、Ｉｎ、Ｓｉ、Ｓｎ及びＺｎからなる群から選択される１種の元素である、請求項１または２に記載の弾性波装置。
  5. 　前記母元素Ａの単体の抵抗率が５０ｎΩｍ以下である、請求項１～４のいずれか１項に記載の弾性波装置。
  6. 　前記添加物Ｂの単体の抵抗率が２００ｎΩｍ以下である、請求項１～５のいずれか１項に記載の弾性波装置。
  7. 　２元状態図において、前記母元素Ａ内に前記添加物Ｂが固溶できる濃度［ａｔ％］が、１０ａｔ％以下である温度域が存在する、請求項１～６のいずれか１項に記載の弾性波装置。
  8. 　前記ＩＤＴ電極における前記電極材料が用いられた層が、対向し合う第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１の面が前記圧電性基板側の面であり、
    　前記電極材料が用いられた層の前記第１の面側における前記添加物Ｂの濃度［ａｔ％］が、前記第２の面側における前記添加物Ｂの濃度［ａｔ％］よりも高い、請求項１～７のいずれか１項に記載の弾性波装置。
  9. 　前記電極材料が用いられた層において、前記添加物Ｂの濃度［ａｔ％］が、前記第１の面側から前記第２の面側に向かうにつれて、連続的に低くなっている、請求項８に記載の弾性波装置。
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