JP3731611B2

JP3731611B2 - Surface wave device

Info

Publication number: JP3731611B2
Application number: JP05144095A
Authority: JP
Inventors: 年麿米田; 耕治藤本; 道雄門田
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1995-03-10
Filing date: 1995-03-10
Publication date: 2006-01-05
Anticipated expiration: 2021-01-05
Also published as: JPH08250966A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、ラブ波を利用した表面波デバイスに関し、特に、ＬｉＮｂＯ₃基板上にＴａ／Ａｌの２層からなるＩＤＴを形成した表面波デバイスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、ＶＨＦ／ＵＨＦ帯の携帯用無線器のチャンネル選択用として用いられるシンセサイザ局部発信器では、小形化とともに、多チャンネル対応のために広帯域化が要求され、この局部発信器の重要な部品である電圧制御発信器（ＶＣＯ）に使用される表面波デバイスにおいても小形化、広帯域化が強く求められている。
【０００３】
弾性表面波を利用した表面波デバイスとしては、従来よりレーリー波を利用したものが広く用いられている。しかしながら、レーリー波を利用した表面波デバイスでは、基板の種類にかかわらず、電気機械結合係数が小さく、広帯域化を図ることが困難である。そこで、電気機械結合係数が大きく、広帯域化を実現できるデバイスとして、ラブ波を利用した表面波デバイスが注目されている。このラブ波は、基板上に、基板よりも音速が遅く、密度の大きい金属膜からなるＩＤＴ（インターデジタルトランスデューサ）を形成することにより、励振することができる。
【０００４】
ラブ波を利用した従来の表面波デバイスとして、ＹカットＸ伝搬のＬｉＮｂＯ₃基板上に、Ａｕ薄膜電極からなるＩＤＴを形成した構造のものが広く知られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のラブ波を利用した表面波デバイスは、ＩＤＴ電極としてＡｕを用いているため、高価になるという問題があった。
【０００６】
そこで、本出願人は、ＹカットＸ伝搬のＬｉＮｂＯ₃基板上に、Ａｕよりも安価な金属であるＴａ電極を用いてＩＤＴを形成して、Ｔａ／ＬｉＮｂＯ₃基板の２層構造でラブ波を励振できる表面波デバイスを提案した（特願平０６−２５３８０９）。
【０００７】
ところが、上記Ｔａ／ＬｉＮｂＯ₃基板の２層構造では、Ｔａの比抵抗がＡｕやＡｌ等に比べて大きいため、共振周波数でのインピーダンスが大きくなり、所望の特性が得られないという問題があった。また、電極の抵抗を小さくするために、ＩＤＴの電極指の幅を広くする、または電極膜厚を厚く形成することとなり、ストップバンド幅が狭くなる、あるいは電気機械結合係数が小さくなり帯域が狭くなるという問題があった。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、ＹカットＸ伝搬のＬｉＮｂＯ₃基板上にＴａ／Ａｌの２層の金属薄膜からなるＩＤＴを形成することにより、安価で、広帯域な、スプリアスを抑圧した、ラブ波を利用した表面波デバイスを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、ＹカットＸ伝搬のＬｉＮｂＯ₃ 基板上にＩＤＴを形成し、ラブ波を利用してなる表面波デバイスにおいて、前記ＩＤＴがＴａ／Ａｌの２層の薄膜からなり、前記ＩＤＴのＡｌ薄膜が前記ＬｉＮｂＯ ₃ 基板と前記ＩＤＴのＴａ薄膜との間に形成し、前記Ａｌ薄膜の膜厚が前記Ｔａ薄膜の膜厚より薄いことを特徴とするものである。
【００１０】
請求項２に係る発明は、前記ＩＤＴに菱形重み付けを施すとともに、前記Ｔａの膜厚をＨTa、電極指間ピッチをＰ、電極指幅をＷ、ラブ波の波長をλとしたとき、規格化膜厚ＨTa／λ及びメタライゼーション比Ｗ／Ｐが、
０．０２１≦ＨTa／λ≦０．０２６
０．６６≦Ｗ／Ｐ≦０．８０
に設定されていることを特徴とするものである。
【００１１】
【作用】
請求項１の構成によれば、ＩＤＴをＡｕに比べて安価な材料であるＴａ，Ａｌを用いて形成するので、コストを低減できる。また、ＴａとＬｉＮｂＯ₃基板の間にＴａよりも比抵抗の小さなＡｌ層が形成されているので、共振インピーダンスを小さくすることができる。また、電極の抵抗が小さくなるので、電気機械結合係数が大きくなるようにメタライゼーション比を小さくすることができ、より広帯域化を図ることができる。
【００１２】
請求項２の構成によれば、ＩＤＴに菱形重み付けを行うとともに、規格化膜厚ＨTa／λ及びメタライゼーション比Ｗ／Ｐをある範囲に限定することで、後述するように、スプリアスを抑圧したインピーダンス特性を得ることができる。
【００１３】
【実施例】
以下、本発明をその実施例を示す図面に基づいて説明する。
本発明の一実施例に係る表面波デバイスの構成を図１及び図２に示す。図１は平面図であり、図２はＩＤＴ形成領域での部分拡大断面図である。
【００１４】
図１に示すように、本実施例の表面波デバイスは、ＹカットＸ伝搬のＬｉＮｂＯ₃基板１の一方主面に、一対のくし歯電極からなるＩＤＴ２が形成され、ＩＤＴ２の両側にはリフレクタ（反射器）３、３が形成されている。ＩＤＴ２にはスプリアスを低減するために菱形重み付けが施されている。
【００１５】
そして、ＩＤＴ２及びリフレクタ３、３は、図２に示すように、Ａｌ薄膜２１上にＴａ薄膜２２を形成して構成されている。具体的には、ＹカットＸ伝搬のＬｉＮｂＯ₃基板１上に、蒸着、スパッタリング等により、まずＡｌ薄膜２１を成膜し、次いで、Ａｌ薄膜２１上にＴａ薄膜２２を成膜し、フォトリソグラフィ技術等によりパターニングして形成されている。つまり、この表面波デバイスは、ＬｉＮｂＯ₃基板１とＴａ薄膜２２との間にＡｌ薄膜２１を形成したＴａ／Ａｌ／ＬｉＮｂＯ₃基板の３層構造となっている。Ｔａの膜厚は０．３〜０．４μｍ程度に設定され、Ａｌの膜厚は０．０２〜０．１μｍ程度とＴａの膜厚よりも極端に薄く設定されている。
【００１６】
この構成において、ラブ波の波長λに対するＴａの膜厚ＨTaの比である規格化膜厚ＨTa／λが０．０１８〜０．１５の範囲でラブ波が励振され、図３に示すように、共振周波数ｆｒでのインピーダンス（共振インピーダンス）の小さな、共振周波数ｆｒと反共振周波数ｆａでのインピーダンスの差の大きな良好な特性のインピーダンス特性を得ることができた。なお、図３の実線で示すインピーダンス特性は、電極指対数を５０、Ａｌの膜厚を０．０５μｍ、電極指間ピッチＰ（Ｐ＝λ／２）を６μｍ（λ＝１２μｍ）、Ｔａの膜厚を０．３μｍ、電極指幅Ｗを４．０８μｍで形成した場合のインピーダンス特性である。
【００１７】
つまり、この構成では、ＩＤＴに密度の大きなＴａが用いられており、比較的薄い膜厚で、ラブ波を励振することができ、ＬｉＮｂＯ₃基板と比抵抗の大きなＴａ薄膜の間に比抵抗の小さなＡｌ薄膜が設けらているので、Ｔａ薄膜のみでＩＤＴを構成した場合に比べ共振インピーダンスを小さくすることができる。
【００１８】
次ぎに、本発明に係る表面波デバイスのスプリアスを抑圧する設計条件について、その設定理由を説明する。ラブ波を利用した表面波デバイスにおいて、ＩＤＴに菱形重み付けを行うことにより、縦、横モードのスプリアスを抑圧できることが知られており、上記実施例においても、ＩＤＴに菱形重み付けを施しているが、実際には、ＩＤＴの膜厚、メタライゼーション比の相違により、例えば、図３の破線で示すようスプリアスが発生する。このスプリアスはＶＣＯ等の異常発信の原因となる。
【００１９】
図４は、図１に示す構成において、電極指対数を５０、Ａｌの膜厚を０．０５μｍで形成し、電極指間ピッチＰを６．０、６．５、７．０、７．５、８．０μｍの５種類で形成し、Ｔａの膜厚を０．３０〜０．４０μｍの範囲で、メタライゼーション比Ｗ／Ｐを０．６６〜０．８０の範囲で多数の表面波デバイスを作成し、スプリアス発生の有無を確認した実験結果である。図４は、規格化膜厚ＨTa／λを横軸に、ＩＤＴの電極指間ピッチＰに対する電極指幅Ｗの比であるメタライゼーション比Ｗ／Ｐを縦軸にとり、インピーダンス特性にスプリアスのないものを○印で、スプリアスのあるものを×印で示した図である。
【００２０】
この結果、図４に示すように、規格化膜厚ＨTa／λが０．０２１〜０．０２６の範囲で、かつ、メタライゼーション比Ｗ／Ｐが０．６８〜０．８０の範囲（図４において四角囲いで示す領域）でスプリアスが抑圧されていることが確認された。
【００２１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る表面波デバイスによれば、ＩＤＴを安価な材料であるＴａ及びＡｌを用いて形成するので、コストを低減することができる。
【００２２】
また、ＴａとＬｉＮｂＯ₃基板の間にＴａよりも比抵抗の小さなＡｌ層が形成されているので、共振インピーダンスが小さくなり良好なインピ−ダンス特性を得ることができる。
【００２３】
また、電極の抵抗が小さくなるので、電気機械結合係数が大きくなるようにメタライゼーション比を小さくすることができ、より広帯域化を図ることができる。
【００２４】
また、ＩＤＴに菱形重み付けを行うとともに、規格化膜厚ＨTa／λ及びメタライゼーション比Ｗ／Ｐをある範囲に限定することで、スプリアスを抑圧したインピーダンス特性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係る表面波デバイスの平面図である。
【図２】本発明の一実施例に係る表面波デバイスの要部拡大断面図である。
【図３】本発明の一実施例の表面波デバイスのインピーダンス特性図である。
【図４】本発明における規格化膜厚ＨTa／λとメタライゼーション比Ｗ／Ｐに対するスプリアスの有無を示す図である。
【符号の説明】
１ＬｉＮｂＯ₃基板
２ＩＤＴ
２１Ａｌ薄膜
２２Ｔａ薄膜[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to a surface wave device using a Love wave, and more particularly to a surface wave device in which an IDT composed of two layers of Ta / Al is formed on a LiNbO ₃ substrate.
[0002]
[Prior art]
For example, a synthesizer local transmitter used for channel selection of a portable radio device in the VHF / UHF band is required to have a wide band in order to cope with multiple channels, and is an important part of this local transmitter. There is also a strong demand for downsizing and broadening the bandwidth of surface wave devices used in voltage controlled oscillators (VCOs).
[0003]
As surface wave devices using surface acoustic waves, devices using Rayleigh waves have been widely used. However, a surface wave device using Rayleigh waves has a small electromechanical coupling coefficient regardless of the type of substrate, and it is difficult to achieve a wide band. Therefore, a surface wave device using a love wave has attracted attention as a device having a large electromechanical coupling coefficient and capable of realizing a wide band. The Love wave can be excited by forming an IDT (interdigital transducer) made of a metal film having a lower sound speed and a higher density than the substrate on the substrate.
[0004]
As a conventional surface wave device using a Love wave, a device having a structure in which an IDT made of an Au thin film electrode is formed on a Y-cut X-propagating LiNbO ₃ substrate is widely known.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional surface wave device using the Love wave has a problem that it is expensive because Au is used as the IDT electrode.
[0006]
Therefore, the present applicant forms an IDT on a Y-cut X-propagating LiNbO ₃ substrate using a Ta electrode, which is a metal cheaper than Au, and generates a Love wave with a two-layer structure of a Ta / LiNbO ₃ substrate. A surface wave device that can be excited has been proposed (Japanese Patent Application No. 06-253809).
[0007]
However, in the two-layer structure of the Ta / LiNbO ₃ substrate, since the specific resistance of Ta is larger than that of Au, Al, etc., there is a problem that the impedance at the resonance frequency increases and desired characteristics cannot be obtained. . In addition, in order to reduce the resistance of the electrode, the width of the electrode finger of the IDT is increased or the electrode film thickness is increased, so that the stop band width is reduced or the electromechanical coupling coefficient is reduced and the band is reduced. There was a problem of becoming.
[0008]
Therefore, an object of the present invention is to form an IDT composed of a two-layered metal thin film of Ta / Al on a Y-cut X-propagating LiNbO ₃ substrate, thereby reducing a low-cost, wideband, spurious suppressed Love wave. The object is to provide a surface wave device that utilizes the above.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, an invention according to claim 1 is directed to a surface wave device in which an IDT is formed on a Y-cut X propagation LiNbO ₃ substrate and a Love wave is used, and the IDT is Ta / Al. It consists of two layers of thin film, and the IDT Al thin film is the LiNbO _3. It is formed between the substrate and the IDT Ta thin film, and the thickness of the Al thin film is smaller than the thickness of the Ta thin film .
[0010]
The invention according to claim 2 is normalized when the IDT is diamond weighted, the Ta film thickness is HTa, the electrode finger pitch is P, the electrode finger width is W, and the Love wave wavelength is λ. The film thickness HTa / λ and the metallization ratio W / P are
0.021 ≦ HTa / λ ≦ 0.026
0.66 ≦ W / P ≦ 0.80
It is characterized by being set to.
[0011]
[Action]
According to the configuration of the first aspect, since the IDT is formed using Ta or Al, which is a cheaper material than Au, the cost can be reduced. Further, since an Al layer having a specific resistance smaller than that of Ta is formed between the Ta and LiNbO ₃ substrate, the resonance impedance can be reduced. In addition, since the resistance of the electrode is reduced, the metallization ratio can be reduced so that the electromechanical coupling coefficient is increased, and a wider band can be achieved.
[0012]
According to the configuration of claim 2, the IDT is subjected to rhombus weighting, and the normalized film thickness HTa / λ and the metallization ratio W / P are limited to a certain range so that the spurious is suppressed as described later. Characteristics can be obtained.
[0013]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described with reference to the drawings illustrating embodiments thereof.
The structure of a surface acoustic wave device according to an embodiment of the present invention is shown in FIGS. FIG. 1 is a plan view, and FIG. 2 is a partially enlarged sectional view in an IDT formation region.
[0014]
As shown in FIG. 1, in the surface acoustic wave device of this embodiment, an IDT 2 composed of a pair of comb electrodes is formed on one main surface of a LiNbO ₃ substrate 1 for Y-cut X propagation, and reflectors ( Reflectors 3 and 3 are formed. The IDT 2 is diamond weighted to reduce spurious.
[0015]
The IDT 2 and the reflectors 3 and 3 are configured by forming a Ta thin film 22 on an Al thin film 21 as shown in FIG. Specifically, first, an Al thin film 21 is formed on the Y-cut X-propagating LiNbO ₃ substrate 1 by vapor deposition, sputtering, etc., and then a Ta thin film 22 is formed on the Al thin film 21 to obtain a photolithography technique. It is formed by patterning with the above. That is, this surface wave device has a three-layer structure of a Ta / Al / LiNbO ₃ substrate in which an Al thin film 21 is formed between the LiNbO ₃ substrate 1 and the Ta thin film 22. The film thickness of Ta is set to about 0.3 to 0.4 μm, and the film thickness of Al is set to about 0.02 to 0.1 μm, which is extremely thinner than the film thickness of Ta.
[0016]
In this configuration, the Love wave is excited in the range of the normalized film thickness HTa / λ, which is the ratio of the Ta film thickness HTa to the Love wave wavelength λ, in the range of 0.018 to 0.15, as shown in FIG. A good impedance characteristic having a small impedance (resonance impedance) at the resonance frequency fr and a large impedance difference between the resonance frequency fr and the anti-resonance frequency fa could be obtained. The impedance characteristics indicated by the solid lines in FIG. 3 indicate that the number of electrode fingers is 50, the film thickness of Al is 0.05 μm, the pitch between electrode fingers P (P = λ / 2) is 6 μm (λ = 12 μm), and the film of Ta This is an impedance characteristic when the thickness is 0.3 μm and the electrode finger width W is 4.08 μm.
[0017]
That is, in this configuration, Ta having a high density is used for the IDT, and a Love wave can be excited with a relatively thin film thickness, and a specific resistance between the LiNbO ₃ substrate and the Ta thin film having a large specific resistance is obtained. Since a small Al thin film is provided, the resonance impedance can be reduced as compared with the case where the IDT is constituted by only the Ta thin film.
[0018]
Next, the reason for setting the design conditions for suppressing the spurious of the surface acoustic wave device according to the present invention will be described. In a surface wave device using a Love wave, it is known that by applying rhombus weighting to IDT, it is possible to suppress spurious in the vertical and horizontal modes, and in the above embodiment, rhombus weighting is applied to IDT. Actually, spurious is generated as shown by a broken line in FIG. 3, for example, due to the difference in the film thickness of the IDT and the metallization ratio. This spurious causes abnormal transmission such as VCO.
[0019]
FIG. 4 shows the configuration shown in FIG. 1, in which the number of electrode finger pairs is 50, the film thickness of Al is 0.05 μm, and the pitch P between electrode fingers is 6.0, 6.5, 7.0, 7.5. A large number of surface wave devices are formed with five types of 8.0 μm, Ta film thickness in the range of 0.30 to 0.40 μm, and metallization ratio W / P in the range of 0.66 to 0.80. It is an experimental result that was created and checked for the occurrence of spurious. FIG. 4 shows the normalized film thickness HTa / λ on the horizontal axis and the metallization ratio W / P, which is the ratio of the electrode finger width W to the electrode finger pitch P of the IDT, on the vertical axis, with no spurious impedance characteristics. Is a diagram showing a mark with a circle and a mark with a spurious mark.
[0020]
As a result, as shown in FIG. 4, the normalized film thickness HTa / λ is in the range of 0.021 to 0.026, and the metallization ratio W / P is in the range of 0.68 to 0.80 (FIG. 4). It was confirmed that the spurious was suppressed in the area indicated by the square enclosure in FIG.
[0021]
【The invention's effect】
As described above, according to the surface acoustic wave device according to the present invention, since the IDT is formed using Ta and Al, which are inexpensive materials, the cost can be reduced.
[0022]
In addition, since an Al layer having a specific resistance smaller than that of Ta is formed between the Ta and LiNbO ₃ substrate, the resonance impedance is reduced, and good impedance characteristics can be obtained.
[0023]
In addition, since the resistance of the electrode is reduced, the metallization ratio can be reduced so that the electromechanical coupling coefficient is increased, and a wider band can be achieved.
[0024]
Further, by performing diamond weighting on the IDT and limiting the normalized film thickness HTa / λ and the metallization ratio W / P to a certain range, it is possible to obtain impedance characteristics with suppressed spurious.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view of a surface acoustic wave device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of a main part of a surface acoustic wave device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is an impedance characteristic diagram of a surface acoustic wave device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing the presence or absence of spurious relative to the normalized film thickness HTa / λ and the metallization ratio W / P in the present invention.
[Explanation of symbols]
1 LiNbO ₃ substrate 2 IDT
21 Al thin film 22 Ta thin film

Claims

In a surface wave device formed by forming an IDT on a LiNbO ₃ substrate of Y-cut X propagation and using a Love wave,
The IDT is composed of a two-layer thin film of Ta / Al, and the Al thin film of the IDT is the LiNbO ₃ A surface acoustic wave device formed between a substrate and the IDT Ta thin film, wherein the Al thin film is thinner than the Ta thin film .

The IDT is diamond-weighted, the normalized film thickness HTa / λ and metallization when the Ta film thickness is HTa, the electrode finger pitch is P, the electrode finger width is W, and the Love wave wavelength is λ. The ratio W / P is
0.021 ≦ HTa / λ ≦ 0.026
0.66 ≦ W / P ≦ 0.80
The surface acoustic wave device according to claim 1, wherein