WO2025258232A1 - 弾性波装置 - Google Patents

弾性波装置

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WO2025258232A1
WO2025258232A1 PCT/JP2025/015465 JP2025015465W WO2025258232A1 WO 2025258232 A1 WO2025258232 A1 WO 2025258232A1 JP 2025015465 W JP2025015465 W JP 2025015465W WO 2025258232 A1 WO2025258232 A1 WO 2025258232A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
acoustic impedance
acoustic
layer
wave device
piezoelectric layer
Prior art date
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Pending
Application number
PCT/JP2025/015465
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English (en)
French (fr)
Inventor
典生 谷口
克也 大門
明洋 井山
康政 谷口
翔太 中川
憲倫 多田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Murata Manufacturing Co Ltd
Panasonic Production Engineering Co Ltd
Original Assignee
Murata Manufacturing Co Ltd
Panasonic Production Engineering Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Murata Manufacturing Co Ltd, Panasonic Production Engineering Co Ltd filed Critical Murata Manufacturing Co Ltd
Publication of WO2025258232A1 publication Critical patent/WO2025258232A1/ja
Pending legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic elements; Electromechanical resonators
    • H03H9/25—Constructional features of resonators using surface acoustic waves

Definitions

  • acoustic wave devices have been widely used in filters for mobile phones and the like.
  • An example of an acoustic wave device is disclosed in Patent Document 1 below.
  • an acoustic reflection layer is provided on a support substrate.
  • a piezoelectric layer is provided on the acoustic reflection layer.
  • An IDT (Interdigital Transducer) electrode is provided on the piezoelectric layer.
  • the acoustic reflection layer is formed by alternately stacking low acoustic impedance layers and high acoustic impedance layers.
  • the acoustic impedance of the high acoustic impedance layers is higher than the acoustic impedance of the low acoustic impedance layers.
  • Patent Document 1 cites an example in which the acoustic reflection layer is composed of three low acoustic impedance layers made of SiO 2 and three high acoustic impedance layers made of W.
  • Another example cites an example in which the acoustic reflection layer is composed of five low acoustic impedance layers made of SiO 2 and five high acoustic impedance layers made of AlN.
  • the object of the present invention is to provide an elastic wave device that can suppress unwanted waves.
  • the elastic wave device comprises an acoustic reflecting film including at least one high acoustic impedance layer having a relatively high acoustic impedance and multiple low acoustic impedance layers having a relatively low acoustic impedance; a piezoelectric layer provided on the acoustic reflecting film and having first and second main surfaces facing each other; and an IDT electrode provided on the first main surface of the piezoelectric layer and having multiple electrode fingers, wherein the low acoustic impedance layers and the high acoustic impedance layers are alternately stacked, and the multiple low acoustic impedance layers include at least one first low acoustic impedance layer and at least one second low acoustic impedance layer, and where ⁇ 1 is the density of the first low acoustic impedance layer, E1 is the Young's modulus, and ⁇ 2 is the density of the second low acoustic impedance layer, E2 is the
  • the elastic wave device according to the present invention can suppress unwanted waves.
  • FIG. 1 is a schematic plan view of an elastic wave device according to a first preferred embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view taken along line II in FIG.
  • FIG. 3 is a schematic front cross-sectional view of an elastic wave device according to a first modified example of the first preferred embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a schematic front cross-sectional view of an elastic wave device according to a second modified example of the first preferred embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a schematic plan view of an elastic wave device according to a third modified example of the first preferred embodiment of the present invention.
  • 6(a) is a schematic diagram showing Lamb waves in the A1 mode
  • FIG. 6(b) is a schematic diagram showing Lamb waves in the S0 mode.
  • FIG. 6(a) is a schematic diagram showing Lamb waves in the A1 mode
  • FIG. 6(b) is a schematic diagram showing Lamb waves in the S0 mode.
  • FIG. 6(a) is a schematic diagram showing Lamb waves
  • FIG. 7 is a schematic front cross-sectional view of an elastic wave device according to a second preferred embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a graph showing the relationship between d/p and the bandwidth ratio of an elastic wave resonator.
  • FIG. 9 is a graph showing the relationship between the bandwidth ratio and the magnitude of normalized spurious signals in an acoustic wave resonator.
  • FIG. 10 is a diagram showing the relationship between d/p, metallization ratio MR, and fractional bandwidth.
  • FIG. 11 is a diagram showing a map of the fractional bandwidth versus the Euler angles (0°, ⁇ , ⁇ ) of LiNbO 3 when d/p approaches 0 as close as possible.
  • FIG. 1 is a schematic plan view of an elastic wave device according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view taken along line II in FIG. 1.
  • the acoustic wave device 1 has a piezoelectric substrate 2 and an IDT electrode 8.
  • the piezoelectric substrate 2 is a substrate that has piezoelectric properties.
  • the piezoelectric substrate 2 has a support substrate 3, an acoustic reflection film 4, and a piezoelectric layer 7.
  • the acoustic reflection film 4 is provided on the support substrate 3.
  • the piezoelectric layer 7 is provided on the acoustic reflection film 4.
  • Support substrate 3 can be made of a semiconductor such as silicon or a ceramic such as aluminum oxide.
  • Piezoelectric layer 7 can be made of lithium niobate such as LiNbO3 , or lithium tantalate such as LiTaO3 .
  • piezoelectric layer 7 is made of lithium niobate.
  • a certain component made of a certain material includes a case where the component contains a trace amount of impurities that do not significantly degrade the electrical characteristics of the acoustic wave device.
  • the piezoelectric layer 7 has a first principal surface 7a and a second principal surface 7b.
  • the first principal surface 7a and the second principal surface 7b face each other.
  • the second principal surface 7b is located on the acoustic reflection film 4 side.
  • An IDT electrode 8 is provided on the first principal surface 7a of the piezoelectric layer 7.
  • the IDT electrode 8 has a pair of bus bars and a plurality of electrode fingers.
  • the pair of bus bars is specifically a first bus bar 16 and a second bus bar 17.
  • the first bus bar 16 and the second bus bar 17 face each other.
  • the plurality of electrode fingers is specifically a plurality of first electrode fingers 18 and a plurality of second electrode fingers 19.
  • One end of each of the plurality of first electrode fingers 18 is connected to the first bus bar 16.
  • One end of each of the plurality of second electrode fingers 19 is connected to the second bus bar 17.
  • the plurality of first electrode fingers 18 and the plurality of second electrode fingers 19 are interdigitated with each other.
  • the first electrode fingers 18 and the second electrode fingers 19 are connected to different potentials.
  • the IDT electrode 8 may be made of a laminated metal film, or may be made of a single-layer metal film.
  • first electrode fingers 18 and the second electrode fingers 19 may be collectively referred to simply as electrode fingers.
  • the direction in which the multiple electrode fingers extend is referred to as the electrode finger extension direction, and the direction perpendicular to the electrode finger extension direction is referred to as the electrode finger perpendicular direction.
  • the acoustic reflection film 4 is a laminate including multiple acoustic impedance layers. Specifically, the acoustic reflection film 4 has multiple low acoustic impedance layers and multiple high acoustic impedance layers. The low acoustic impedance layers and high acoustic impedance layers are laminated alternately.
  • the material of the acoustic impedance layer in the acoustic reflection film 4 closest to the piezoelectric layer 7 be a material with a low dielectric constant.
  • the material of this acoustic impedance layer is preferably a material with a dielectric constant of 30 or less. It is more preferable that at least the material of the acoustic impedance layer in the acoustic reflection film 4 closest to the piezoelectric layer 7 be a material with a dielectric constant of 15 or less.
  • the bandwidth of the elastic wave device 1 can be further broadened. Broadening the bandwidth here refers to increasing the absolute value of the difference between the resonant frequency and the anti-resonant frequency.
  • a high acoustic impedance layer is a layer with a relatively high acoustic impedance. More specifically, a high acoustic impedance layer is a layer in the acoustic reflecting film 4 that has a higher acoustic impedance than adjacent layers. More specifically, the multiple high acoustic impedance layers in the acoustic reflecting film 4 are high acoustic impedance layer 6a and high acoustic impedance layer 6b.
  • a low acoustic impedance layer is a layer with a relatively low acoustic impedance. More specifically, a low acoustic impedance layer is a layer with a lower acoustic impedance than adjacent layers in the acoustic reflecting film 4.
  • the multiple low acoustic impedance layers in the acoustic reflecting film 4 specifically include at least one first low acoustic impedance layer and at least one second low acoustic impedance layer.
  • the multiple low acoustic impedance layers in this embodiment are a first low acoustic impedance layer 5a, a second low acoustic impedance layer 15b, and a second low acoustic impedance layer 15c.
  • This embodiment is characterized in that, when the density of the first low acoustic impedance layer is ⁇ 1 and the Young's modulus is E1, and the density of the second low acoustic impedance layer is ⁇ 2 and the Young's modulus is E2, at least one of ⁇ 1 > ⁇ 2 and E1 > E2 is satisfied.
  • the acoustic reflection film 4 is a composite member including low acoustic impedance layers with different acoustic impedances.
  • the main mode is most likely to be reflected at the interface between the low acoustic impedance layer and the high acoustic impedance layer that is closest to the piezoelectric layer 7. Therefore, the main mode can be preferably reflected toward the piezoelectric layer 7 by the acoustic reflection film 4. This makes it possible to suppress loss reduction.
  • the acoustic reflection film may include at least one first low acoustic impedance layer, at least one second low acoustic impedance layer, and at least one high acoustic impedance layer.
  • the acoustic reflection film 4 includes multiple high acoustic impedance layers. This increases the number of interfaces between the low acoustic impedance layers and the high acoustic impedance layers. This allows the main mode to be more reliably reflected toward the piezoelectric layer 7, even when the main mode passes through the interface in the acoustic reflection film 4 closest to the piezoelectric layer 7.
  • the acoustic reflection film 4 includes a first low acoustic impedance layer and a second low acoustic impedance layer.
  • the first low acoustic impedance layer and the second low acoustic impedance layer have different densities or Young's moduli, and therefore the sound speeds at which unwanted waves propagate are also different.
  • the phases of the unwanted waves reflected at each interface can be made to differ from one another. This makes it possible to more reliably reduce the response caused by unwanted waves.
  • the acoustic impedance of the first low acoustic impedance layer 5a shown in FIG. 2 is higher than the acoustic impedance of the second low acoustic impedance layer 15b and the acoustic impedance of the second low acoustic impedance layer 15c. This results in a high Q value for the first low acoustic impedance layer 5a. Therefore, mechanical damping is effectively suppressed in the first low acoustic impedance layer 5a.
  • the first low acoustic impedance layer 5a which has a high Q value, is the layer of the acoustic reflection film 4 that is located closest to the piezoelectric layer 7. This effectively reduces elastic wave loss within the layer where elastic wave energy is particularly concentrated. Therefore, loss reduction can be effectively suppressed in the elastic wave device 1.
  • Acoustic wave device 1 is an acoustic wave resonator configured to utilize thickness-shear mode bulk waves as the main mode. More specifically, in acoustic wave device 1, where d is the thickness of piezoelectric layer 7 and p is the center-to-center distance between adjacent first electrode fingers 18 and second electrode fingers 19, d/p is 0.5 or less. This allows thickness-shear mode bulk waves to be suitably excited.
  • thickness-shear mode bulk waves are excited in multiple excitation regions C.
  • the propagation direction of the thickness-shear mode bulk waves is parallel to the thickness direction of the piezoelectric layer 7. Therefore, in an elastic wave device 1 that can use thickness-shear mode bulk waves as its main mode, a configuration in which elastic waves are reflected by an acoustic reflection film 4 as shown in Figure 2 is particularly suitable.
  • the low acoustic impedance layer in the acoustic reflection film 4 can be made of a dielectric material such as silicon oxide or a metal such as aluminum or titanium.
  • silicon oxide may be used as the material for both the first low acoustic impedance layer and the second low acoustic impedance layer.
  • the first relationship is that the density of the silicon oxide used in the second low acoustic impedance layer is smaller than the density of the silicon oxide used in the first low acoustic impedance layer.
  • the second relationship is that the Young's modulus of the silicon oxide used in the second low acoustic impedance layer is smaller than the Young's modulus of the silicon oxide used in the first low acoustic impedance layer.
  • these layers can be formed by, for example, sputtering or vacuum deposition.
  • sputtering or vacuum deposition.
  • the first low acoustic impedance layer and the second low acoustic impedance layer may be made of materials containing different elements.
  • the high acoustic impedance layer in the acoustic reflection film 4 can be made of a dielectric material such as aluminum nitride, silicon nitride, ytterbium oxide, hafnium oxide, or tungsten oxide, or a metal such as platinum or tungsten.
  • All of the low acoustic impedance layers and all of the high acoustic impedance layers in the acoustic reflection film 4 may be made of a dielectric.
  • all of the low acoustic impedance layers and all of the high acoustic impedance layers in the acoustic reflection film 4 other than the low-density silicon oxide layer may be made of a metal.
  • any one of all of the low acoustic impedance layers and all of the high acoustic impedance layers may be made of a dielectric, and any other may be made of a metal.
  • the layers referred to here are acoustic impedance layers.
  • the multiple low acoustic impedance layers include a low acoustic impedance layer made of silicon oxide.
  • the acoustic wave device 1 when used as an acoustic wave resonator in a filter device, it is possible to prevent the circuit configuration from being configured so that conductance is arranged in parallel with the acoustic wave resonator.
  • the multiple low acoustic impedance layers may also include a low acoustic impedance layer made of aluminum.
  • the multiple high acoustic impedance layers include a high acoustic impedance layer made of at least one of ytterbium oxide, hafnium oxide, and tungsten oxide.
  • acoustic wave device 1 when used as an acoustic wave resonator in a filter device, it is possible to prevent the circuit configuration from being configured such that conductance is arranged in parallel with the acoustic wave resonator.
  • the multiple high acoustic impedance layers may include high acoustic impedance layers made of metals such as platinum or tungsten.
  • the acoustic impedance ratio can be easily increased.
  • the acoustic impedance ratio is the value obtained by dividing the acoustic impedance of a high acoustic impedance layer by the acoustic impedance of a low acoustic impedance layer, for adjacent high acoustic impedance and low acoustic impedance layers.
  • a large acoustic impedance ratio allows the acoustic reflecting film 4 to effectively reflect acoustic waves toward the piezoelectric layer 7. As a result, loss in the acoustic wave device 1 can be reduced.
  • the acoustic impedance ratio be 6 or greater for at least one pair of adjacent high acoustic impedance layers and low acoustic impedance layers in the acoustic reflecting film 4. It is even more preferable that the acoustic impedance ratio be 6 or greater for all adjacent high acoustic impedance layers and low acoustic impedance layers in the acoustic reflecting film 4. This more reliably suppresses deterioration of the electrical characteristics of the main mode. For example, it is possible to reduce loss in the acoustic wave device 1.
  • the first low acoustic impedance layer is the layer in the acoustic reflection film 4 that is located closest to the piezoelectric layer 7.
  • the layer referred to here is an acoustic impedance layer. Note that the arrangement of the first low acoustic impedance layer and the second low acoustic impedance layer is not limited to the above.
  • the second low acoustic impedance layer 15a is the layer in the acoustic reflection film 4A that is located closest to the piezoelectric layer 7.
  • the low acoustic impedance layers other than the second low acoustic impedance layer 15a are the first low acoustic impedance layer 5b and the first low acoustic impedance layer 5c.
  • unwanted waves can be scattered in the acoustic reflection film 4A. Therefore, unwanted waves can be suppressed.
  • no dielectric film is provided on the first principal surface 7a or the second principal surface 7b of the piezoelectric layer 7.
  • a dielectric film may be provided on at least one of the first principal surface 7a or the second principal surface 7b of the piezoelectric layer 7.
  • a first dielectric film 9A is provided on the first principal surface 7a of the piezoelectric layer 7 so as to cover the IDT electrode 8. In this case, the IDT electrode 8 is protected by the first dielectric film 9A. This makes the IDT electrode 8 less susceptible to damage.
  • a second dielectric film 9B is provided on the second main surface 7b of the piezoelectric layer 7. More specifically, the second dielectric film 9B is provided between the piezoelectric layer 7 and the acoustic reflection film 4.
  • the piezoelectric substrate 2B includes a support substrate 3, an acoustic reflection film 4, a second dielectric film 9B, and a piezoelectric layer 7.
  • the first dielectric film 9A and the second dielectric film 9B may be made of, for example, silicon oxide, silicon nitride, or silicon oxynitride.
  • the materials of the first dielectric film 9A and the second dielectric film 9B may be the same or different.
  • the material of the first dielectric film 9A may be the same as the material of the low acoustic impedance layer or the high acoustic impedance layer. The same applies to the material of the second dielectric film 9B.
  • the acoustic wave device may be configured to use plate waves as the main mode.
  • acoustic wave device 1C is configured to use plate waves as the main mode.
  • a pair of reflectors 12A and 12B are provided on first main surface 7a of piezoelectric layer 7. More specifically, reflectors 12A and 12B face each other with IDT electrode 8 sandwiched between them in the direction perpendicular to the electrode fingers.
  • Reflector 12A has a pair of reflector bus bars 13a and 13b, and a plurality of reflector electrode fingers 14. Reflector bus bars 13a and 13b face each other. One end and the other end of each of the plurality of reflector electrode fingers 14 are short-circuited by reflector bus bars 13a and 13b. Reflector 12B is configured in the same way as reflector 12A.
  • the thickness of the piezoelectric layer 7 is d and the center-to-center distance between adjacent first electrode fingers 18 and second electrode fingers 19 is p, it is preferable that d ⁇ 2p. In this case, plate waves are suitably excited. In addition, the provision of reflectors 12A and 12B improves resonance characteristics. When plate waves are used as the main mode, the intersection region F is the excitation region.
  • the Euler angles ( ⁇ , ⁇ , ⁇ ) of the lithium niobate constituting the piezoelectric layer 7 are preferably within the range of 0° ⁇ 5°, 30° ⁇ 30°, or 0° ⁇ 5°.
  • the Euler angles ( ⁇ , ⁇ , ⁇ ) of the lithium niobate constituting the piezoelectric layer 7 are preferably within the range of 0° ⁇ 5°, 0° ⁇ 30°, or 90° ⁇ 5°. This allows for favorable excitation of Lamb waves in the A1 mode shown in FIG. 6( a), which is a type of plate wave. The same applies when the piezoelectric layer 7 is made of lithium tantalate.
  • the Euler angles ( ⁇ , ⁇ , ⁇ ) of the lithium niobate constituting the piezoelectric layer 7 are within the range of 90° ⁇ 5°, 90° ⁇ 5°, or 40° ⁇ 20°. This allows for suitable excitation of Lamb waves in the S0 mode shown in Fig. 6(b), which is a type of plate wave. The same applies when the piezoelectric layer 7 is made of lithium tantalate.
  • unwanted waves can be scattered by the acoustic reflection film 4 shown in Figure 2. Therefore, unwanted waves can be suppressed in the same way as in the first embodiment.
  • the second main surface of the piezoelectric layer is located on the acoustic reflection film side.
  • this is not limited to this.
  • the second embodiment shows an example in which the first main surface of the piezoelectric layer is located on the acoustic reflection film side.
  • FIG. 7 is a schematic front cross-sectional view of an elastic wave device according to a second embodiment.
  • This embodiment differs from the first embodiment in that, of the first principal surface 7a and second principal surface 7b of the piezoelectric layer 7, the first principal surface 7a is located on the acoustic reflection film 4 side.
  • the IDT electrode 8 is embedded in the acoustic reflection film 4. Specifically, the IDT electrode 8 is embedded in the first low acoustic impedance layer 5a of the acoustic reflection film 4.
  • the elastic wave device 21 of this embodiment has the same configuration as the elastic wave device 1 of the first embodiment.
  • unwanted waves can be scattered by the acoustic reflection film 4. Therefore, unwanted waves can be suppressed.
  • the IDT electrode 8 may be embedded in the acoustic reflection film 4.
  • the IDT electrode being embedded in the acoustic reflection film means that part of the acoustic reflection film is located between the electrode fingers of the IDT electrode.
  • d/p is 0.5 or less. It is preferable that d/p is 0.24 or less. This allows thickness-shear mode bulk waves to be more effectively excited in each excitation region C, and enables the value of the bandwidth fraction of the elastic wave resonator to be sufficiently large.
  • the bandwidth fraction is expressed as (
  • Figure 8 shows the relationship between d/p and the relative bandwidth of an elastic wave resonator.
  • the metallization ratio of the electrode fingers to the excitation region C is MR, it is preferable to satisfy the condition MR ⁇ 1.75(d/p) + 0.075. In this case, the bandwidth ratio of the acoustic wave resonator does not become too large, and spurious emissions between the resonant frequency and anti-resonant frequency can be suppressed. Details of this are provided below.
  • the metallization ratio MR of the electrode fingers to the excitation region C is the proportion of the portion of the piezoelectric layer 7 that is covered with the metal that constitutes the electrode fingers in the excitation region C when viewed in a plan view.
  • the metallization ratio MR is the ratio of the area of the first electrode finger 18 and the second electrode finger 19 within the excitation region C to the area of the excitation region C when viewed in a plan view.
  • the metallization ratio MR can also be calculated by dividing the sum of the widths of the electrode fingers located within the excitation region C by the dimension of the excitation region C in the direction perpendicular to the electrode fingers.
  • FIG. 9 is a graph showing the relationship between the bandwidth ratio and the normalized magnitude of spurious signals in an acoustic wave resonator.
  • FIG. 9 shows the results of measuring the phase rotation of spurious signals each time the bandwidth ratio is changed by varying the thickness of the piezoelectric layer and the dimensions of the electrode fingers.
  • the normalized spurious signals in FIG. 9 are values obtained by normalizing the phase rotation of the spurious impedance by 180°.
  • the results shown in FIG. 9 are for a piezoelectric layer made of Z -cut LiNbO3, but similar trends are observed when piezoelectric layers with other cut angles are used.
  • the normalized magnitude of the spurious response between the resonant frequency and the anti-resonant frequency is 1.0. If the relative bandwidth of the elastic wave resonator exceeds 17%, the normalized magnitude of the spurious response may be 1.0 or greater. For this reason, it is preferable that the relative bandwidth be 17% or less. This makes it possible to suppress spurious responses between the resonant frequency and the anti-resonant frequency.
  • Figure 10 shows the relationship between d/p, metallization ratio MR, and bandwidth fraction.
  • Figure 10 shows the results of bandwidth fraction calculations for different d/p and metallization ratio MR.
  • the hatched area is the region where the fractional bandwidth is 17% or less.
  • the boundary between this hatched area and the non-hatched area is roughly represented by dashed line B.
  • the dashed-dotted line B1 in Figure 10 indicates the boundary where the slope of the change in metallization ratio MR with respect to changes in d/p is the same as that of dashed line B, and where the fractional bandwidth is 17% or less over the entire range.
  • Fig. 11 is a diagram showing a map of the fractional bandwidth versus the Euler angles (0°, ⁇ , ⁇ ) of LiNbO3 when d/p approaches 0.
  • the hatched area in Fig. 11 is the region where a fractional bandwidth of at least 5% or more is obtained, and the range of this region can be approximated as the range expressed by the following formulas (1), (2), and (3).
  • the Euler angles ( ⁇ , ⁇ , ⁇ ) of the lithium niobate constituting piezoelectric layer 7 be within the range of formula (1), formula (2), or formula (3) above. This allows the relative bandwidth of the elastic wave resonator to be sufficiently wide. The same applies when piezoelectric layer 7 is made of lithium tantalate.
  • An acoustic wave device comprising: an acoustic reflecting film including at least one high acoustic impedance layer having a relatively high acoustic impedance and multiple low acoustic impedance layers having a relatively low acoustic impedance; a piezoelectric layer provided on the acoustic reflecting film and having first and second main surfaces facing each other; and an IDT electrode provided on the first main surface of the piezoelectric layer and having multiple electrode fingers, wherein the low acoustic impedance layers and the high acoustic impedance layers are alternately stacked, and the multiple low acoustic impedance layers include at least one first low acoustic impedance layer and at least one second low acoustic impedance layer, wherein, when the density of the first low acoustic impedance layer is ⁇ 1, the Young's modulus is E1, and the density of the second low acoustic impedance layer is ⁇ 2,
  • ⁇ 2> The acoustic wave device described in ⁇ 1>, wherein the first low acoustic impedance layer is the layer of the acoustic reflection film that is closest to the piezoelectric layer.
  • ⁇ 3> The acoustic wave device according to ⁇ 1> or ⁇ 2>, wherein the second principal surface of the piezoelectric layer is located on the acoustic reflection film side.
  • ⁇ 4> The acoustic wave device according to ⁇ 1> or ⁇ 2>, wherein the first principal surface of the piezoelectric layer is located on the acoustic reflection film side, and the IDT electrode is embedded in the acoustic reflection film.
  • ⁇ 5> The acoustic wave device described in any one of ⁇ 1> to ⁇ 4>, further comprising a dielectric film provided on at least one of the first principal surface and the second principal surface of the piezoelectric layer.
  • ⁇ 6> The acoustic wave device described in any one of ⁇ 1> to ⁇ 5>, further comprising a support substrate, the acoustic reflection film being provided on the support substrate.
  • ⁇ 7> The acoustic wave device described in any one of ⁇ 1> to ⁇ 6>, wherein all of the low acoustic impedance layers and all of the high acoustic impedance layers are made of a dielectric material.
  • ⁇ 8> The acoustic wave device described in any one of ⁇ 1> to ⁇ 6>, wherein either all of the low acoustic impedance layers or all of the high acoustic impedance layers are layers made of a dielectric material, and the others are layers made of a metal.
  • ⁇ 9> The acoustic wave device described in any one of ⁇ 1> to ⁇ 6>, wherein all of the low acoustic impedance layers and all of the high acoustic impedance layers are made of metal.
  • ⁇ 10> The acoustic wave device according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 8>, wherein the plurality of low acoustic impedance layers includes a low acoustic impedance layer made of silicon oxide.
  • acoustic wave device according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 8> or ⁇ 10>, wherein the acoustic reflection film includes the high acoustic impedance layer made of at least one of ytterbium oxide, hafnium oxide, and tungsten oxide.
  • ⁇ 12> The acoustic wave device according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 6>, ⁇ 8>, or ⁇ 9>, wherein the plurality of low acoustic impedance layers includes a low acoustic impedance layer made of aluminum.
  • ⁇ 13> The acoustic wave device according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 12>, wherein, when the acoustic impedance ratio is the value obtained by dividing the acoustic impedance of the high acoustic impedance layer by the acoustic impedance of the low acoustic impedance layer, the acoustic impedance ratio is 6 or greater for at least one pair of adjacent high acoustic impedance layers and low acoustic impedance layers in the acoustic reflection film.
  • ⁇ 14> The acoustic wave device according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 13>, wherein d/p is 0.5 or less, where d is the thickness of the piezoelectric layer and p is the center-to-center distance between adjacent electrode fingers.
  • ⁇ 15> The acoustic wave device according to ⁇ 14>, wherein d/p is 0.24 or less.
  • ⁇ 16> The acoustic wave device according to ⁇ 14> or ⁇ 15>, wherein, when a direction perpendicular to the direction in which the plurality of electrode fingers extend is defined as an electrode finger perpendicular direction, adjacent electrode fingers overlap in the electrode finger perpendicular direction, and the region between the centers of adjacent electrode fingers is an excitation region, and when the metallization ratio of the electrode fingers to the excitation region is MR, MR ⁇ 1.75(d/p)+0.075 is satisfied.
  • ⁇ 18> The acoustic wave device according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 13>, wherein the piezoelectric layer is made of lithium niobate or lithium tantalate, and the Euler angles ( ⁇ , ⁇ , ⁇ ) of the lithium niobate or lithium tantalate constituting the piezoelectric layer are within the range of 0° ⁇ 5°, 30° ⁇ 30°, or 0° ⁇ 5°.
  • ⁇ 19> The acoustic wave device according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 13>, wherein the piezoelectric layer is made of lithium niobate or lithium tantalate, and the Euler angles ( ⁇ , ⁇ , ⁇ ) of the lithium niobate or lithium tantalate constituting the piezoelectric layer are within the range of 0° ⁇ 5°, 0° ⁇ 30°, or 90° ⁇ 5°.
  • ⁇ 20> The acoustic wave device according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 13>, wherein the piezoelectric layer is made of lithium niobate or lithium tantalate, and the Euler angles ( ⁇ , ⁇ , ⁇ ) of the lithium niobate or lithium tantalate constituting the piezoelectric layer are within the range of 90° ⁇ 5°, 90° ⁇ 5°, or 40° ⁇ 20°.

Landscapes

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  • Surface Acoustic Wave Elements And Circuit Networks Thereof (AREA)

Abstract

本発明の弾性波装置１は、相対的に音響インピーダンスが高い少なくとも１層の高音響インピーダンス層６ａ，６ｂと、相対的に音響インピーダンスが低い複数の低音響インピーダンス層とを含む、音響反射膜４と、音響反射膜４上に設けられており、互いに対向している第１の主面７ａ及び第２の主面７ｂを有する圧電体層７と、圧電体層７の第１の主面７ａに設けられており、複数の電極指を有するＩＤＴ電極８とを備える。低音響インピーダンス層及び高音響インピーダンス層は交互に積層されている。複数の低音響インピーダンス層は、少なくとも１層の第１の低音響インピーダンス層５ａと、少なくとも１層の第２の低音響インピーダンス層１５ｂ，１５ｃとを含む。第１の低音響インピーダンス層５ａの密度をρ１、ヤング率をＥ１とし、第２の低音響インピーダンス層１５ｂ，１５ｃの密度をρ２、ヤング率をＥ２としたときに、ρ１＞ρ２及びＥ１＞Ｅ２のうち少なくとも一方が満たされている。

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、弾性波装置の例が開示されている。この弾性波装置においては、支持基板上に音響反射層が設けられている。音響反射層上に圧電体層が設けられている。圧電体層上にＩＤＴ（Ｉｎｔｅｒｄｉｇｉｔａｌ　Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）電極が設けられている。
　音響反射層は、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なる。高音響インピーダンス層の音響インピーダンスは、低音響インピーダンス層の音響インピーダンスよりも高い。特許文献１には、音響反射層が、ＳｉＯ２からなる３層の低音響インピーダンス層と、Ｗからなる３層の高音響インピーダンス層とにより構成されている例が挙げられている。他の例として、音響反射層が、ＳｉＯ２からなる５層の低音響インピーダンス層と、ＡｌＮからなる５層の高音響インピーダンス層とにより構成されている例なども挙げられている。音響反射層を設けることによって、圧電体層に弾性波のエネルギーを閉じ込めることが図られている。
国際公開第２０１２／０８６４４１号
　しかしながら、特許文献１のような弾性波装置においては、不要波を十分に抑制することができないおそれがある。
　本発明の目的は、不要波を抑制することができる、弾性波装置を提供することにある。
　本発明に係る弾性波装置は、相対的に音響インピーダンスが高い少なくとも１層の高音響インピーダンス層と、相対的に音響インピーダンスが低い複数の低音響インピーダンス層とを含む、音響反射膜と、前記音響反射膜上に設けられており、互いに対向している第１の主面及び第２の主面を有する圧電体層と、前記圧電体層の前記第１の主面に設けられており、複数の電極指を有するＩＤＴ電極とを備え、前記低音響インピーダンス層及び前記高音響インピーダンス層が交互に積層されており、前記複数の低音響インピーダンス層が、少なくとも１層の第１の低音響インピーダンス層と、少なくとも１層の第２の低音響インピーダンス層とを含み、前記第１の低音響インピーダンス層の密度をρ１、ヤング率をＥ１とし、前記第２の低音響インピーダンス層の密度をρ２、ヤング率をＥ２としたときに、ρ１＞ρ２及びＥ１＞Ｅ２のうち少なくとも一方が満たされている。
　本発明に係る弾性波装置によれば、不要波を抑制することができる。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る弾性波装置の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、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正面断面図である。 図４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正面断面図である。 図５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模式的平面図である。 図６（ａ）は、Ａ１モードのラム波を示す模式図である。図６（ｂ）は、Ｓ０モードのラム波を示す模式図である。 図７は、本発明の第２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８は、ｄ／ｐと、弾性波共振子の比帯域との関係を示す図である。 図９は、弾性波共振子における比帯域と、規格化されたスプリアスの大きさとの関係を示す図である。 図１０は、ｄ／ｐ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。 図１１は、ｄ／ｐを限りなく０に近づけた場合のＬｉＮｂＯ３のオイラー角（０°，θ，ψ）に対する比帯域のマップを示す図である。
　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１に示すように、弾性波装置１は、圧電性基板２と、ＩＤＴ電極８とを有する。圧電性基板２は圧電性を有する基板である。図２に示すように、圧電性基板２は、支持基板３と、音響反射膜４と、圧電体層７とを有する。具体的には、支持基板３上に音響反射膜４が設けられている。音響反射膜４上に圧電体層７が設けられている。
　支持基板３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。圧電体層７は、例えば、ＬｉＮｂＯ３などのニオブ酸リチウムからなっていてもよく、あるいは、ＬｉＴａＯ３などのタンタル酸リチウムからなっていてもよい。なお、本実施形態では、圧電体層７はニオブ酸リチウムからなる。本明細書において、ある部材がある材料からなるとは、弾性波装置の電気的特性が大きく劣化しない程度の微量な不純物が含まれる場合を含む。
　圧電体層７は第１の主面７ａ及び第２の主面７ｂを有する。第１の主面７ａ及び第２の主面７ｂは互いに対向している。本実施形態では、第１の主面７ａ及び第２の主面７ｂのうち、第２の主面７ｂが音響反射膜４側に位置している。圧電体層７の第１の主面７ａにはＩＤＴ電極８が設けられている。
　図１に示すように、ＩＤＴ電極８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１６及び第２のバスバー１７である。第１のバスバー１６及び第２のバスバー１７は互いに対向している。複数の電極指は、具体的には、複数の第１の電極指１８及び複数の第２の電極指１９である。複数の第１の電極指１８の一端はそれぞれ、第１のバスバー１６に接続されている。複数の第２の電極指１９の一端はそれぞれ、第２のバスバー１７に接続されている。複数の第１の電極指１８及び複数の第２の電極指１９は互いに間挿し合っている。第１の電極指１８及び第２の電極指１９は、互いに異なる電位に接続される。ＩＤＴ電極８は、積層金属膜からなっていてもよく、あるいは、単層の金属膜からなっていてもよい。
　以下においては、第１の電極指１８及び第２の電極指１９をまとめて、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、電極指延伸方向と直交する方向を電極指直交方向とする。
　図２に示すように、音響反射膜４は、複数の音響インピーダンス層を含む積層体である。具体的には、音響反射膜４は、複数の低音響インピーダンス層と、複数の高音響インピーダンス層とを有する。低音響インピーダンス層及び高音響インピーダンス層は交互に積層されている。
　なお、少なくとも、音響反射膜４における最も圧電体層７側の音響インピーダンス層の材料は、低比誘電率の材料であることが好ましい。具体的には、該音響インピーダンス層の材料は、比誘電率が３０以下の材料であることが好ましい。少なくとも、音響反射膜４における最も圧電体層７側の音響インピーダンス層の材料は、比誘電率が１５以下の材料であることがより好ましい。この場合、弾性波装置１のより一層の広帯域化が可能となる。ここでいう広帯域化とは、共振周波数及び反共振周波数の差の絶対値を大きくすることを指す。
　高音響インピーダンス層は、相対的に音響インピーダンスが高い層である。より詳細には、高音響インピーダンス層は、音響反射膜４において隣接する層よりも、音響インピーダンスが高い層である。音響反射膜４における複数の高音響インピーダンス層は、より具体的には、高音響インピーダンス層６ａ及び高音響インピーダンス層６ｂである。
　一方で、低音響インピーダンス層は、相対的に音響インピーダンスが低い層である。より詳細には、低音響インピーダンス層は、音響反射膜４において隣接する層よりも、音響インピーダンスが低い層である。音響反射膜４における複数の低音響インピーダンス層は、具体的には、少なくとも１層の第１の低音響インピーダンス層と、少なくとも１層の第２の低音響インピーダンス層とを含む。より具体的には、本実施形態の複数の低音響インピーダンス層は、第１の低音響インピーダンス層５ａ、第２の低音響インピーダンス層１５ｂ及び第２の低音響インピーダンス層１５ｃである。
　本実施形態の特徴は、第１の低音響インピーダンス層の密度をρ１、ヤング率をＥ１とし、第２の低音響インピーダンス層の密度をρ２、ヤング率をＥ２としたときに、ρ１＞ρ２及びＥ１＞Ｅ２のうち少なくとも一方が満たされていることにある。これにより、第１の低音響インピーダンス層の音響インピーダンスと、第２の低音響インピーダンス層の音響インピーダンスとが互いに異なる。すなわち、音響反射膜４は、音響インピーダンスが互いに異なる低音響インピーダンス層を含む、複合化された部材である。このような音響反射膜４に不要波が伝搬すると、不要波は散乱され易い。そのため、不要波は圧電体層７側に反射され難い。それによって、不要波を抑制することができる。
　他方、メインモードは、低音響インピーダンス層及び高音響インピーダンス層の界面のうち、最も圧電体層７に近い界面において反射され易い。よって、メインモードを音響反射膜４により、圧電体層７側に好適に反射させることができる。従って、ロスの低減を抑制することができる。
　本発明においては、音響反射膜は、少なくとも１層の第１の低音響インピーダンス層と、少なくとも１層の第２の低音響インピーダンス層と、少なくとも１層の高音響インピーダンス層とを含んでいればよい。
　もっとも、本実施形態のように、音響反射膜４が複数の高音響インピーダンス層を含むことが好ましい。それによって、低音響インピーダンス層と、高音響インピーダンス層との界面が多くなる。これにより、メインモードが音響反射膜４における最も圧電体層７側の界面を通過した場合においても、メインモードを圧電体層７側により確実に反射させることができる。
　一方で、不要波はメインモードよりも音響反射膜４における界面を通過し易い。そして、音響反射膜４は、第１の低音響インピーダンス層及び第２の低音響インピーダンス層を含む。第１の低音響インピーダンス層及び第２の低音響インピーダンス層においては、密度またはヤング率が互いに異なるため、不要波が伝搬する音速も互いに異なる。これにより、不要波の一部が複数の界面において圧電体層７側に反射されたとしても、各界面において反射される不要波同士の位相などを互いに異ならせることができる。よって、不要波に起因する応答を、より確実に小さくすることができる。
　本実施形態では、上記のように、ρ１＞ρ２またはＥ１＞Ｅ２である。そのため、図２に示す第１の低音響インピーダンス層５ａにおける音響インピーダンスは、第２の低音響インピーダンス層１５ｂの音響インピーダンス、及び第２の低音響インピーダンス層１５ｃの音響インピーダンスよりも高い。これにより、第１の低音響インピーダンス層５ａのＱ値は高い。よって、第１の低音響インピーダンス層５ａにおいては、機械的なダンピングが効果的に抑制される。
　ここで、弾性波のエネルギーの集中度は、圧電体層７に近い層ほど高い。そして、高いＱ値を有する第１の低音響インピーダンス層５ａが、音響反射膜４において最も圧電体層７側に位置している層である。それによって、弾性波のエネルギーが特に集中している層の内部における弾性波の損失を、効果的に小さくすることができる。従って、弾性波装置１においてロスの低減を効果的に抑制することができる。
　以下において、第１の実施形態の構成をより詳細に説明する。
　弾性波装置１は、厚み滑りモードのバルク波をメインモードとして利用可能に構成された弾性波共振子である。より具体的には、弾性波装置１では、圧電体層７の厚みをｄ、隣り合う第１の電極指１８及び第２の電極指１９の中心間距離をｐとした場合、ｄ／ｐが０．５以下である。それによって、厚み滑りモードのバルク波が好適に励振される。
　図１に示すように、電極指直交方向から見たときに、隣り合う第１の電極指１８及び第２の電極指１９が重なり合っている領域が交叉領域Ｆである。交叉領域Ｆは複数の励振領域Ｃを含む。より具体的には、隣り合う第１の電極指１８及び第２の電極指１９が電極指直交方向において重なり合っている領域であり、かつ隣り合う第１の電極指１８及び第２の電極指１９の中心間の領域が励振領域Ｃである。なお、図１では、複数の励振領域Ｃのうち２つのみの励振領域Ｃが示されている。
　ＩＤＴ電極８に交流電圧を印加することにより、複数の励振領域Ｃにおいて厚み滑りモードのバルク波が励振される。厚み滑りモードのバルク波の進行方向は、圧電体層７の厚み方向と平行である。そのため、厚み滑りモードのバルク波をメインモードとして利用可能な弾性波装置１では、図２に示す音響反射膜４により弾性波を反射させる構成が、特に好適である。
　音響反射膜４における低音響インピーダンス層の材料としては、例えば、酸化ケイ素などの誘電体や、アルミニウムまたはチタンなどの金属を用いることができる。
　例えば、第１の低音響インピーダンス層及び第２の低音響インピーダンス層の双方の材料として、酸化ケイ素を用いてもよい。この場合には、以下に示す２つの関係のうち少なくとも一方を満たしていればよい。１つ目の関係は、第２の低音響インピーダンス層に用いられる酸化ケイ素の密度が、第１の低音響インピーダンス層に用いられる酸化ケイ素の密度よりも小さい関係である。２つ目の関係は、第２の低音響インピーダンス層に用いられる酸化ケイ素のヤング率が、第１の低音響インピーダンス層に用いられる酸化ケイ素のヤング率よりも小さい関係である。
　第１の低音響インピーダンス層及び第２の低音響インピーダンス層の材料として酸化ケイ素を用いる場合、これらの層は、例えば、スパッタリング法または真空蒸着法により形成することができる。このとき、第１の低音響インピーダンス層を形成する際の条件と、第２の低音響インピーダンス層を形成する際の条件とを互いに異ならせることにより、上記２つの関係のうち少なくとも一方を満たせばよい。
　もっとも、第１の低音響インピーダンス層及び第２の低音響インピーダンス層は、互いに異なる元素を含む材料からなっていてもよい。
　音響反射膜４における高音響インピーダンス層の材料としては、例えば、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、酸化イッテルビウム、酸化ハフニウムまたは酸化タングステンなどの誘電体や、白金またはタングステンなどの金属を用いることができる。
　音響反射膜４における、全ての低音響インピーダンス層及び全ての高音響インピーダンス層が、誘電体からなっていてもよい。あるいは、音響反射膜４における、低密度酸化ケイ素層以外の全ての低音響インピーダンス層及び全ての高音響インピーダンス層は、金属からなっていてもよい。なお、全ての低音響インピーダンス層及び全ての高音響インピーダンス層のうちいずれかが誘電体からなる層であり、他のいずれかが金属からなる層であってもよい。ここでいう層とは、音響インピーダンス層である。
　複数の低音響インピーダンス層が、材料として、酸化ケイ素が用いられている低音響インピーダンス層を含んでいることが好ましい。この場合には、弾性波装置１を弾性波共振子としてフィルタ装置に用いた場合に、回路構成上、該弾性波共振子に並列にコンダクタンスが配置された構成となることを抑制できる。もっとも、例えば、複数の低音響インピーダンス層が、材料としてアルミニウムが用いられている低音響インピーダンス層を含んでいてもよい。
　複数の高音響インピーダンス層が、材料として酸化イッテルビウム、酸化ハフニウム及び酸化タングステンのうち少なくとも１種が用いられている高音響インピーダンス層を含んでいることが好ましい。この場合には、弾性波装置１を弾性波共振子としてフィルタ装置に用いた場合に、回路構成上、該弾性波共振子に並列にコンダクタンスが配置された構成となることを抑制できる。
　もっとも、例えば、複数の高音響インピーダンス層が、材料として、白金またはタングステンなどの金属が用いられている高音響インピーダンス層を含んでいてもよい。この場合には、音響インピーダンス比を容易に大きくすることができる。本明細書において音響インピーダンス比とは、隣り合う高音響インピーダンス層及び低音響インピーダンス層において、高音響インピーダンス層の音響インピーダンスを低音響インピーダンス層の音響インピーダンスにより割った値である。音響インピーダンス比が大きいことによって、音響反射膜４により、弾性波を圧電体層７側に効果的に反射させることができる。この結果、弾性波装置１においてロスを低減させることができる。
　音響反射膜４における少なくとも１組の隣り合う高音響インピーダンス層及び低音響インピーダンス層において、音響インピーダンス比が６以上であることが好ましい。音響反射膜４における全ての隣り合う高音響インピーダンス層及び低音響インピーダンス層において、音響インピーダンス比が６以上であることがより好ましい。それによって、メインモードの電気的特性の劣化をより確実に抑制することができる。例えば、弾性波装置１においてロスを低減させることができる。
　上記のように、第１の実施形態においては、第１の低音響インピーダンス層が、音響反射膜４において最も圧電体層７側に位置している層である。ここでいう層とは、音響インピーダンス層である。なお、第１の低音響インピーダンス層及び第２の低音響インピーダンス層の配置は上記に限定されない。
　例えば、図３に示す第１の実施形態の第１の変形例においては、第２の低音響インピーダンス層１５ａが、音響反射膜４Ａにおいて最も圧電体層７側に位置している層である。本変形例では、第２の低音響インピーダンス層１５ａ以外の低音響インピーダンス層は、第１の低音響インピーダンス層５ｂ及び第１の低音響インピーダンス層５ｃである。この場合にも、音響反射膜４Ａにおいて不要波を散乱させることができる。よって、不要波を抑制することができる。
　図２に示す第１の実施形態の弾性波装置１においては、圧電体層７の第１の主面７ａ及び第２の主面７ｂに誘電体膜は設けられていない。なお、圧電体層７の第１の主面７ａ及び第２の主面７ｂのうち少なくとも一方に、誘電体膜が設けられていてもよい。図４に示す第１の実施形態の第２の変形例においては、圧電体層７の第１の主面７ａに、ＩＤＴ電極８を覆うように、第１の誘電体膜９Ａが設けられている。この場合、第１の誘電体膜９ＡによりＩＤＴ電極８が保護される。これにより、ＩＤＴ電極８が破損し難い。
　圧電体層７の第２の主面７ｂには、第２の誘電体膜９Ｂが設けられている。より具体的には、圧電体層７及び音響反射膜４の間に第２の誘電体膜９Ｂが設けられている。本変形例では、圧電性基板２Ｂは、支持基板３、音響反射膜４、第２の誘電体膜９Ｂ及び圧電体層７を含む。
　第１の誘電体膜９Ａ及び第２の誘電体膜９Ｂ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を用いることができる。なお、第１の誘電体膜９Ａ及び第２の誘電体膜９Ｂの材料は同じであってもよく、あるいは、互いに異なっていてもよい。第１の誘電体膜９Ａの材料は、低音響インピーダンス層または高音響インピーダンス層の材料と同じであってもよい。第２の誘電体膜９Ｂの材料も同様である。
　本変形例では、第１の実施形態と同様に、音響反射膜４において不要波を散乱させることができる。よって、不要波を抑制することができる。なお、本変形例における第１の誘電体膜９Ａ及び第２の誘電体膜９Ｂのうち少なくとも一方を有する構成は、本変形例以外の本発明の構成においても適用することができる。
　本発明においては、弾性波装置は、板波をメインモードとして利用可能に構成されていてもよい。図５に示す第１の実施形態の第３の変形例においては、弾性波装置１Ｃは、板波をメインモードとして利用可能に構成されている。本変形例においては、圧電体層７の第１の主面７ａに、１対の反射器１２Ａ及び反射器１２Ｂが設けられている。より具体的には、反射器１２Ａ及び反射器１２Ｂは、ＩＤＴ電極８を電極指直交方向において挟み互いに対向している。
　反射器１２Ａは、１対の反射器バスバー１３ａ及び反射器バスバー１３ｂと、複数の反射器電極指１４とを有する。反射器バスバー１３ａ及び反射器バスバー１３ｂは互いに対向している。複数の反射器電極指１４のそれぞれにおける一方端及び他方端は、反射器バスバー１３ａ及び反射器バスバー１３ｂにより短絡されている。反射器１２Ｂも、反射器１２Ａと同様に構成されている。
　圧電体層７の厚みをｄ、隣り合う第１の電極指１８及び第２の電極指１９の中心間距離をｐとしたときに、ｄ≦２ｐであることが好ましい。この場合には、板波が好適に励振される。加えて、反射器１２Ａ及び反射器１２Ｂが設けられていることにより、共振特性を良好にすることができる。なお、板波をメインモードとして利用する場合、交叉領域Ｆが励振領域である。
　圧電体層７がニオブ酸リチウムからなる場合に、圧電体層７を構成しているニオブ酸リチウムのオイラー角（φ，θ，ψ）が、（０°±５°の範囲内，３０°±３０°の範囲内，０°±５°の範囲内）であることが好ましい。あるいは、圧電体層７を構成しているニオブ酸リチウムのオイラー角（φ，θ，ψ）が、（０°±５°の範囲内，０°±３０°の範囲内，９０°±５°の範囲内）であることが好ましい。それによって、板波の１種である、図６（ａ）に示すＡ１モードのラム波を好適に励振させることができる。圧電体層７がタンタル酸リチウムからなる場合も同様である。
　圧電体層７がニオブ酸リチウムからなる場合に、圧電体層７を構成しているニオブ酸リチウムのオイラー角（φ，θ，ψ）が、（９０°±５°の範囲内，９０°±５°の範囲内，４０°±２０°の範囲内）であることが好ましい。それによって、板波の１種である、図６（ｂ）に示すＳ０モードのラム波を好適に励振させることができる。圧電体層７がタンタル酸リチウムからなる場合も同様である。
　本変形例では、図２を援用して示す音響反射膜４において、不要波を散乱させることができる。よって、第１の実施形態と同様に、不要波を抑制することができる。
　第１の実施形態及びその各変形例では、圧電体層の第２の主面は、音響反射膜側に位置している。もっとも、これに限定されるものではない。圧電体層の第１の主面が音響反射膜側に位置している例を、第２の実施形態により示す。
　図７は、第２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。
　本実施形態は、圧電体層７の第１の主面７ａ及び第２の主面７ｂのうち、第１の主面７ａが音響反射膜４側に位置している点において、第１の実施形態と異なる。ＩＤＴ電極８は音響反射膜４に埋め込まれている。具体的には、ＩＤＴ電極８は、音響反射膜４の第１の低音響インピーダンス層５ａに埋め込まれている。上記の点以外においては、本実施形態の弾性波装置２１は第１の実施形態の弾性波装置１と同様の構成を有する。
　本実施形態では、第１の実施形態と同様に、音響反射膜４において不要波を散乱させることができる。よって、不要波を抑制することができる。
　圧電体層７の第１の主面７ａが音響反射膜４側に位置している構成においても、図４に示した第１の誘電体膜９Ａ及び第２の誘電体膜９Ｂのうち少なくとも一方が設けられていてもよい。例えば、圧電体層７の第１の主面７ａに第１の誘電体膜９Ａが設けられている場合においても、ＩＤＴ電極８は音響反射膜４に埋め込まれていてもよい。なお、本明細書において、ＩＤＴ電極が音響反射膜に埋め込まれているとは、ＩＤＴ電極の電極指間の部分に、音響反射膜の一部が位置していることをいうものとする。
　以下において、本発明における好ましい構成を、図１を用いて説明する。もっとも、以下に示す好ましい構成は、厚み滑りモードのバルク波をメインモードとして利用する、第１の実施形態以外の本発明の構成にも適用することができる。
　第１の実施形態では、圧電体層７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が０．５以下である。なお、ｄ／ｐが０．２４以下であることが好ましい。それによって、各励振領域Ｃにおいて、厚み滑りモードのバルク波がより好適に励振され、かつ弾性波共振子の比帯域の値を十分に大きくすることができる。比帯域は、共振周波数をｆｒ、反共振周波数をｆａとしたときに、（｜ｆａ－ｆｒ｜／ｆｒ）×１００［％］により表される。
　図８は、ｄ／ｐと、弾性波共振子の比帯域との関係を示す図である。
　図８から明らかなように、ｄ／ｐ＞０．５である場合には、比帯域は５％未満である。これに対して、ｄ／ｐ≦０．５である場合には、比帯域を５％以上にすることができる。よって、厚み滑りモードのバルク波の電気機械結合係数を大きくすることができる。ｄ／ｐ≦０．２４である場合には、比帯域を７％以上にすることができる。よって、厚み滑りモードのバルク波の電気機械結合係数を効果的に大きくすることができる。
　励振領域Ｃに対する、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を満たすことが好ましい。この場合には、弾性波共振子の比帯域の値が大きくなりすぎず、共振周波数及び反共振周波数の間においてスプリアスが生じることを抑制できる。この詳細を以下において示す。
　なお、本明細書では、励振領域Ｃに対する電極指のメタライゼーション比ＭＲは、平面視したときに、圧電体層７が電極指を構成する金属により被覆されている部分が、励振領域Ｃにおいて占める割合である。具体的には、平面視したときの、励振領域Ｃの面積に対する、励振領域Ｃ内における第１の電極指１８及び第２の電極指１９の面積の比が、メタライゼーション比ＭＲとなる。なお、励振領域Ｃ内に位置する電極指の幅が一定である場合には、励振領域Ｃ内に位置する電極指の幅の合計を、励振領域Ｃの電極指直交方向に沿う寸法により割ることによって、メタライゼーション比ＭＲを算出することもできる。
　図９は、弾性波共振子における比帯域と、規格化されたスプリアスの大きさとの関係を示す図である。図９では、圧電体層の厚みや電極指の寸法を変化させることにより、比帯域を変化させる毎に、スプリアスの位相回転量を測定した結果を示す。なお、図９における規格化されたスプリアスの大きさは、具体的には、スプリアスのインピーダンスの位相回転量が、１８０°により規格化された値である。図９に示す結果は、ＺカットのＬｉＮｂＯ３からなる圧電体層を用いた場合の結果であるが、他のカット角の圧電体層を用いた場合においても、同様の傾向となる。
　図９中の楕円Ａにより囲まれている領域では、共振周波数及び反共振周波数の間における規格化されたスプリアスの大きさが、１．０となっている。弾性波共振子の比帯域が１７％を超えると、規格化された該スプリアスの大きさが、１．０以上となり得る。このことから、比帯域は１７％以下であることが好ましい。それによって、共振周波数及び反共振周波数の間におけるスプリアスを抑制することができる。
　図１０は、ｄ／ｐ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。図１０では、ｄ／ｐ及びメタライゼーション比ＭＲを異ならせる毎に、比帯域を算出した結果を示す。
　図１０中において、ハッチングを付して示した部分は、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、おおよそ破線Ｂにより表される。破線Ｂは、ＭＲ＝１．７５（ｄ／ｐ）＋０．０７５により表される。そして、ＭＲ≦１．７５（ｄ／ｐ）＋０．０７５であることが好ましい。この場合には、比帯域を１７％以下とし易い。
　一方で、図１０中の一点鎖線Ｂ１により、ｄ／ｐの変化に対するメタライゼーション比ＭＲの変化の傾きが、破線Ｂの該傾きと同じであり、かつ全ての範囲において比帯域が１７％以下となる境界を示す。一点鎖線Ｂ１は、ＭＲ＝１．７５（ｄ／ｐ）＋０．０５により表される。そして、ＭＲ≦１．７５（ｄ／ｐ）＋０．０５であることがより好ましい。この場合には、比帯域をより確実に１７％以下にすることができる。
　図１１は、ｄ／ｐを限りなく０に近づけた場合のＬｉＮｂＯ３のオイラー角（０°，θ，ψ）に対する比帯域のマップを示す図である。図１１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）により表される範囲となる。
　（０°±１０°，０°～２０°，任意のψ）　　…式（１）
　（０°±１０°，２０°～８０°，０°～６０°（１－（θ－５０）２／９００）１／２）　または　（０°±１０°，２０°～８０°，［１８０°－６０°（１－（θ－５０）２／９００）１／２］～１８０°）　　…式（２）
　（０°±１０°，［１８０°－３０°（１－（ψ－９０）２／８１００）１／２］～１８０°，任意のψ）　　…式（３）
　圧電体層７を構成しているニオブ酸リチウムのオイラー角（φ，θ，ψ）が、上記式（１）、式（２）または式（３）の範囲にあることが好ましい。それによって、弾性波共振子の比帯域を十分に広くすることができる。圧電体層７がタンタル酸リチウムからなる場合も同様である。
　以下において、本発明に係る弾性波装置の形態の例をまとめて記載する。
　＜１＞相対的に音響インピーダンスが高い少なくとも１層の高音響インピーダンス層と、相対的に音響インピーダンスが低い複数の低音響インピーダンス層と、を含む、音響反射膜と、前記音響反射膜上に設けられており、互いに対向している第１の主面及び第２の主面を有する圧電体層と、前記圧電体層の前記第１の主面に設けられており、複数の電極指を有するＩＤＴ電極と、を備え、前記低音響インピーダンス層及び前記高音響インピーダンス層が交互に積層されており、前記複数の低音響インピーダンス層が、少なくとも１層の第１の低音響インピーダンス層と、少なくとも１層の第２の低音響インピーダンス層と、を含み、前記第１の低音響インピーダンス層の密度をρ１、ヤング率をＥ１とし、前記第２の低音響インピーダンス層の密度をρ２、ヤング率をＥ２としたときに、ρ１＞ρ２及びＥ１＞Ｅ２のうち少なくとも一方が満たされている、弾性波装置。
　＜２＞前記第１の低音響インピーダンス層が、前記音響反射膜において最も前記圧電体層側に位置している層である、＜１＞に記載の弾性波装置。
　＜３＞前記圧電体層の前記第１の主面及び前記第２の主面のうち、前記第２の主面が前記音響反射膜側に位置している、＜１＞または＜２＞に記載の弾性波装置。
　＜４＞前記圧電体層の前記第１の主面及び前記第２の主面のうち、前記第１の主面が前記音響反射膜側に位置しており、前記ＩＤＴ電極が前記音響反射膜に埋め込まれている、＜１＞または＜２＞に記載の弾性波装置。
　＜５＞前記圧電体層の前記第１の主面及び前記第２の主面のうち少なくとも一方に設けられている誘電体膜をさらに備える、＜１＞～＜４＞のいずれか１つに記載の弾性波装置。
　＜６＞支持基板をさらに備え、前記支持基板上に前記音響反射膜が設けられている、＜１＞～＜５＞のいずれか１つに記載の弾性波装置。
　＜７＞全ての前記低音響インピーダンス層及び全ての前記高音響インピーダンス層が誘電体からなる、＜１＞～＜６＞のいずれか１つに記載の弾性波装置。
　＜８＞全ての前記低音響インピーダンス層及び全ての前記高音響インピーダンス層のうちいずれかが誘電体からなる層であり、他のいずれかが金属からなる層である、＜１＞～＜６＞のいずれか１つに記載の弾性波装置。
　＜９＞全ての前記低音響インピーダンス層及び全ての前記高音響インピーダンス層が金属からなる、＜１＞～＜６＞のいずれか１つに記載の弾性波装置。
　＜１０＞前記複数の低音響インピーダンス層が、材料として、酸化ケイ素が用いられている前記低音響インピーダンス層を含む、＜１＞～＜８＞のいずれか１つに記載の弾性波装置。
　＜１１＞前記音響反射膜が、材料として、酸化イッテルビウム、酸化ハフニウム及び酸化タングステンのうち少なくとも１種が用いられている前記高音響インピーダンス層を含む、＜１＞～＜８＞または＜１０＞のいずれか１つに記載の弾性波装置。
　＜１２＞前記複数の低音響インピーダンス層が、材料としてアルミニウムが用いられている前記低音響インピーダンス層を含む、＜１＞～＜６＞、＜８＞または＜９＞のいずれか１つに記載の弾性波装置。
　＜１３＞隣り合う前記高音響インピーダンス層及び前記低音響インピーダンス層において、前記高音響インピーダンス層の音響インピーダンスを前記低音響インピーダンス層の音響インピーダンスにより割った値を音響インピーダンス比としたときに、前記音響反射膜における少なくとも１組の隣り合う前記高音響インピーダンス層及び前記低音響インピーダンス層において、前記音響インピーダンス比が６以上である、＜１＞～＜１２＞のいずれか１つに記載の弾性波装置。
　＜１４＞前記圧電体層の厚みを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が０．５以下である、＜１＞～＜１３＞のいずれか１つに記載の弾性波装置。
　＜１５＞ｄ／ｐが０．２４以下である、＜１４＞に記載の弾性波装置。
　＜１６＞前記複数の電極指が延びている方向と直交する方向を電極指直交方向としたときに、隣り合う前記電極指同士が前記電極指直交方向において重なり合っている領域であり、かつ隣り合う前記電極指の中心間の領域が励振領域であり、前記励振領域に対する、前記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、＜１４＞または＜１５＞に記載の弾性波装置。
　＜１７＞前記圧電体層がニオブ酸リチウムまたはタンタル酸リチウムからなり、前記圧電体層を構成しているニオブ酸リチウムまたはタンタル酸リチウムのオイラー角（φ，θ，ψ）が、以下の式（１）、式（２）または式（３）の範囲にある、＜１＞～＜１６＞のいずれか１つに記載の弾性波装置。
　（０°±１０°，０°～２０°，任意のψ）　　…式（１）
　（０°±１０°，２０°～８０°，０°～６０°（１－（θ－５０）２／９００）１／２）　または　（０°±１０°，２０°～８０°，［１８０°－６０°（１－（θ－５０）２／９００）１／２］～１８０°）　　…式（２）
　（０°±１０°，［１８０°－３０°（１－（ψ－９０）２／８１００）１／２］～１８０°，任意のψ）　　…式（３）
　＜１８＞前記圧電体層がニオブ酸リチウムまたはタンタル酸リチウムからなり、前記圧電体層を構成しているニオブ酸リチウムまたはタンタル酸リチウムのオイラー角（φ，θ，ψ）が、（０°±５°の範囲内，３０°±３０°の範囲内，０°±５°の範囲内）である、＜１＞～＜１３＞のいずれか１つに記載の弾性波装置。
　＜１９＞前記圧電体層がニオブ酸リチウムまたはタンタル酸リチウムからなり、前記圧電体層を構成しているニオブ酸リチウムまたはタンタル酸リチウムのオイラー角（φ，θ，ψ）が、（０°±５°の範囲内，０°±３０°の範囲内，９０°±５°の範囲内）である、＜１＞～＜１３＞のいずれか１つに記載の弾性波装置。
　＜２０＞前記圧電体層がニオブ酸リチウムまたはタンタル酸リチウムからなり、前記圧電体層を構成しているニオブ酸リチウムまたはタンタル酸リチウムのオイラー角（φ，θ，ψ）が、（９０°±５°の範囲内，９０°±５°の範囲内，４０°±２０°の範囲内）である、＜１＞～＜１３＞のいずれか１つに記載の弾性波装置。
１，１Ｃ…弾性波装置
２，２Ｂ…圧電性基板
３…支持基板
４，４Ａ…音響反射膜
５ａ～５ｃ…第１の低音響インピーダンス層
６ａ，６ｂ…高音響インピーダンス層
７…圧電体層
７ａ，７ｂ…第１，第２の主面
８…ＩＤＴ電極
９Ａ，９Ｂ…第１，第２の誘電体膜
１２Ａ，１２Ｂ…反射器
１３ａ，１３ｂ…反射器バスバー
１４…反射器電極指
１５ａ～１５ｃ…第２の低音響インピーダンス層
１６，１７…第１，第２のバスバー
１８，１９…第１，第２の電極指
２１…弾性波装置
Ｃ…励振領域
Ｆ…交叉領域

Claims (20)

  1. 　相対的に音響インピーダンスが高い少なくとも１層の高音響インピーダンス層と、相対的に音響インピーダンスが低い複数の低音響インピーダンス層と、を含む、音響反射膜と、
    　前記音響反射膜上に設けられており、互いに対向している第１の主面及び第２の主面を有する圧電体層と、
    　前記圧電体層の前記第１の主面に設けられており、複数の電極指を有するＩＤＴ電極と、
    を備え、
    　前記低音響インピーダンス層及び前記高音響インピーダンス層が交互に積層されており、
    　前記複数の低音響インピーダンス層が、少なくとも１層の第１の低音響インピーダンス層と、少なくとも１層の第２の低音響インピーダンス層と、を含み、
    　前記第１の低音響インピーダンス層の密度をρ１、ヤング率をＥ１とし、前記第２の低音響インピーダンス層の密度をρ２、ヤング率をＥ２としたときに、ρ１＞ρ２及びＥ１＞Ｅ２のうち少なくとも一方が満たされている、弾性波装置。
  2. 　前記第１の低音響インピーダンス層が、前記音響反射膜において最も前記圧電体層側に位置している層である、請求項１に記載の弾性波装置。
  3. 　前記圧電体層の前記第１の主面及び前記第２の主面のうち、前記第２の主面が前記音響反射膜側に位置している、請求項１または２に記載の弾性波装置。
  4. 　前記圧電体層の前記第１の主面及び前記第２の主面のうち、前記第１の主面が前記音響反射膜側に位置しており、前記ＩＤＴ電極が前記音響反射膜に埋め込まれている、請求項１または２に記載の弾性波装置。
  5. 　前記圧電体層の前記第１の主面及び前記第２の主面のうち少なくとも一方に設けられている誘電体膜をさらに備える、請求項１～４のいずれか１項に記載の弾性波装置。
  6. 　支持基板をさらに備え、
    　前記支持基板上に前記音響反射膜が設けられている、請求項１～５のいずれか１項に記載の弾性波装置。
  7. 　全ての前記低音響インピーダンス層及び全ての前記高音響インピーダンス層が誘電体からなる、請求項１～６のいずれか１項に記載の弾性波装置。
  8. 　全ての前記低音響インピーダンス層及び全ての前記高音響インピーダンス層のうちいずれかが誘電体からなる層であり、他のいずれかが金属からなる層である、請求項１～６のいずれか１項に記載の弾性波装置。
  9. 　全ての前記低音響インピーダンス層及び全ての前記高音響インピーダンス層が金属からなる、請求項１～６のいずれか１項に記載の弾性波装置。
  10. 　前記複数の低音響インピーダンス層が、材料として、酸化ケイ素が用いられている前記低音響インピーダンス層を含む、請求項１～８のいずれか１項に記載の弾性波装置。
  11. 　前記音響反射膜が、材料として、酸化イッテルビウム、酸化ハフニウム及び酸化タングステンのうち少なくとも１種が用いられている前記高音響インピーダンス層を含む、請求項１～８または１０のいずれか１項に記載の弾性波装置。
  12. 　前記複数の低音響インピーダンス層が、材料としてアルミニウムが用いられている前記低音響インピーダンス層を含む、請求項１～６、８または９のいずれか１項に記載の弾性波装置。
  13. 　隣り合う前記高音響インピーダンス層及び前記低音響インピーダンス層において、前記高音響インピーダンス層の音響インピーダンスを前記低音響インピーダンス層の音響インピーダンスにより割った値を音響インピーダンス比としたときに、前記音響反射膜における少なくとも１組の隣り合う前記高音響インピーダンス層及び前記低音響インピーダンス層において、前記音響インピーダンス比が６以上である、請求項１～１２のいずれか１項に記載の弾性波装置。
  14. 　前記圧電体層の厚みを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が０．５以下である、請求項１～１３のいずれか１項に記載の弾性波装置。
  15. 　ｄ／ｐが０．２４以下である、請求項１４に記載の弾性波装置。
  16. 　前記複数の電極指が延びている方向と直交する方向を電極指直交方向としたときに、隣り合う前記電極指同士が前記電極指直交方向において重なり合っている領域であり、かつ隣り合う前記電極指の中心間の領域が励振領域であり、
    　前記励振領域に対する、前記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１４または１５に記載の弾性波装置。
  17. 　前記圧電体層がニオブ酸リチウムまたはタンタル酸リチウムからなり、
    　前記圧電体層を構成しているニオブ酸リチウムまたはタンタル酸リチウムのオイラー角（φ，θ，ψ）が、以下の式（１）、式（２）または式（３）の範囲にある、請求項１～１６のいずれか１項に記載の弾性波装置。
    　（０°±１０°，０°～２０°，任意のψ）　　…式（１）
    　（０°±１０°，２０°～８０°，０°～６０°（１－（θ－５０）２／９００）１／２）　または　（０°±１０°，２０°～８０°，［１８０°－６０°（１－（θ－５０）２／９００）１／２］～１８０°）　　…式（２）
    　（０°±１０°，［１８０°－３０°（１－（ψ－９０）２／８１００）１／２］～１８０°，任意のψ）　　…式（３）
  18. 　前記圧電体層がニオブ酸リチウムまたはタンタル酸リチウムからなり、
    　前記圧電体層を構成しているニオブ酸リチウムまたはタンタル酸リチウムのオイラー角（φ，θ，ψ）が、（０°±５°の範囲内，３０°±３０°の範囲内，０°±５°の範囲内）である、請求項１～１３のいずれか１項に記載の弾性波装置。
  19. 　前記圧電体層がニオブ酸リチウムまたはタンタル酸リチウムからなり、
    　前記圧電体層を構成しているニオブ酸リチウムまたはタンタル酸リチウムのオイラー角（φ，θ，ψ）が、（０°±５°の範囲内，０°±３０°の範囲内，９０°±５°の範囲内）である、請求項１～１３のいずれか１項に記載の弾性波装置。
  20. 　前記圧電体層がニオブ酸リチウムまたはタンタル酸リチウムからなり、
    　前記圧電体層を構成しているニオブ酸リチウムまたはタンタル酸リチウムのオイラー角（φ，θ，ψ）が、（９０°±５°の範囲内，９０°±５°の範囲内，４０°±２０°の範囲内）である、請求項１～１３のいずれか１項に記載の弾性波装置。
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