JP6477721B2 - 弾性波装置 - Google Patents

Description

本発明は、共振子や帯域フィルタなどに用いられる弾性波装置に関する。

従来、共振子や帯域フィルタとして弾性波装置が広く用いられている。下記の特許文献１や特許文献２には、弾性表面波装置において、ピストンモードを形成することにより横モードのスプリアスを抑制する構造が開示されている。例えば下記の特許文献１の図９や特許文献２の図４には、ＩＤＴ電極の電極指に太幅部分が設けられている。この太幅部分を設けることにより低音速領域が形成されている。

他方、特許文献１の図１２や特許文献２の図８（ｃ）及び図９では、ＩＤＴ電極の一部に膜が積層されている。より具体的には、ＩＤＴ電極の電極指の延びる方向において、中央領域よりも外側の領域において膜が積層されている。それによって低音速領域が構成されている。

特開２０１１−１０１３５０号公報 ＷＯ２０１１／０８８９０４

しかしながら、電極指に太幅部を設ける構造では、太幅部の幅を大きくするにも限界があった。すなわち、幅が大きくなりすぎると、隣り合う電極指に太幅部が接触してしまうため、低音速領域の音速を十分に低くすることができなかった。従って、横モードを確実に抑制することが困難であった。また、追加の膜を積層する方法では、工程が煩雑であり、かつコストが高くつくことになる。

本発明の目的は、製造工程の複雑化及びコストの上昇を招くことなく、横モードリップルを抑制し得る、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、圧電膜を有する弾性波装置であって、前記圧電膜を伝搬する弾性波の音速よりも、伝搬するバルク波音速が高速である高音速材と、前記高音速材上に積層されており、前記圧電膜を伝搬する弾性波音速よりも伝搬するバルク波音速が低速である低音速膜と、前記低音速膜上に積層された前記圧電膜と、前記圧電膜の一方面に形成されているＩＤＴ電極とを備え、前記ＩＤＴ電極が、第１のバスバーと、前記第１のバスバーと隔てられて配置された第２のバスバーと、前記第１のバスバーに基端が電気的に接続されており、先端が前記第２のバスバーに向かって延ばされている複数本の第１の電極指と、前記第２のバスバーに基端が接続されており、先端が前記第１のバスバーに向かって延ばされている複数本の第２の電極指とを有し、前記第１及び第２の電極指の延びる方向と直交する方向を幅方向としたときに、前記第１及び第２の電極指の少なくとも一方において、前記第１及び第２の電極指の長さ方向中央に比べて幅方向寸法が大きくされている太幅部が、中央領域よりも前記基端側および前記先端側のうちの少なくとも一方の側に設けられており、前記第１及び第２のバスバーの少なくとも一方が前記第１または第２のバスバーの長さ方向に沿って分離配置された複数の開口部を有し、前記第１及び第２のバスバーの少なくとも一方が、前記開口部よりも前記第１または第２の電極指側に位置しており、かつ前記第１及び第２のバスバーの長さ方向に延びる内側バスバー部と、前記開口部が設けられている中央バスバー部と、前記内側バスバー部に対して、前記中央バスバー部を挟んで反対側に位置している外側バスバー部とを有する。

本発明に係る弾性波装置のある特定の局面では、前記内側バスバー部が、弾性波伝搬方向に延びる帯状の形状を有する。

本発明に係る弾性波装置の他の特定の局面では、前記第１の電極指及び第２の電極指の双方に前記太幅部が設けられている。この場合には、リップルをより一層効果的に抑圧することができる。

本発明に係る弾性波装置の別の特定の局面では、前記太幅部が、前記第１及び第２の電極指の少なくとも一方においてそれぞれ複数設けられている。この場合には、リップルをより一層効果的に抑圧することができる。

本発明に係る弾性波装置の別の特定の局面では、前記ＩＤＴ電極は、交叉幅重み付けが施されていない正規型のＩＤＴ電極である。この場合には、ＩＤＴ電極を容易に形成することができる。

本発明に係る弾性波装置の別の特定の局面では、前記第１及び第２の電極指の先端と、前記第１及び第２の電極指の先端と対向している第２，第１のバスバーとの間の距離が、弾性表面波の波長をλとしたときに、０．５λ以下とされている。この場合には、低音速領域中の高音速な部分の幅を小さくすることができる。従って、伝搬するモードを理想的なピストンモードに近づけることができる。

本発明に係る弾性波装置の他の特定の局面では、前記高音速材を支持している支持基板をさらに備え、前記高音速材が高音速膜である。

本発明に係る弾性波装置の別の特定の局面では、前記高音速材が、高音速支持基板である。

本発明に係る弾性波装置のさらに他の特定の局面では、前記ＩＤＴ電極内の少なくとも１本の電極指の極性が反転されており、極性が反転された前記電極指と、両隣の電極指との間が電極材料で埋められている。それによって、弾性波装置がフィルタである場合には、フィルタ特性の急峻性を高めることができる。

本発明に係る弾性波装置の他の特定の局面では、前記ＩＤＴ電極がＡｌまたはＡ１を主体とする合金からなり、前記ＩＤＴ電極の電極膜厚が、０．０８λ以上である。この場合には、電極指の抵抗を小さくすることができる。

本発明に係る弾性波装置のさらに別の特定の局面では、前記ＩＤＴ電極の膜厚が、０．１０λ以上、４００ｎｍ以下である。この場合には、電極指の抵抗を小さくすることができる。

本発明に係る弾性波装置の別の特定の局面では、前記高音速材がシリコン基板であり、その体積抵抗率が１０００Ωｃｍ以上である。それによって弾性波装置がフィルタである場合には、フィルタの挿入損失を低下させることができる。

本発明に係る弾性波装置のさらに別の特定の局面では、前記高音速材がシリコン基板であり、その体積抵抗率が４０００Ωｃｍ以上である。それによって弾性波装置がフィルタである場合には、フィルタ特性の急峻性を高めることができる。

本発明に係る弾性波装置によれば、ピストンモードを形成することができ、横モードリップルを効果的に抑圧することができる。しかも、ピストンモードを形成するために、追加の膜を積層する必要は必ずしもない。よって、製造工程の複雑化及びコストの上昇も招き難い。さらに、Ｑ値を高めることができる。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る弾性波装置の要部を示す部分切欠き平面図である。 図２は、本発明の第１の実施形態に係る弾性波装置の略図的正面断面図である。 図３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４は、第１の実施形態の弾性波装置のインピーダンス周波数特性を示す図である。 図５は、比較例の弾性波装置の要部を示す部分切欠き平面図である。 図６は、比較例の弾性波装置のインピーダンス周波数特性を示す図である。 図７は、ピストンモードが形成されているときの、中央領域と低音速領域の音速差ΔＶの中央領域の音速に対する割合と、低音速領域の長さ方向の寸法Ｙとの関係を示す図である。 図８は、本発明の第２の実施形態に係る弾性波装置の要部を示す部分切欠き平面図である。 図９は、本発明の第３の実施形態に係る弾性波装置の要部を示す部分切欠き平面図である。 図１０は、本発明の第４の実施形態に係る弾性波装置の要部を示す部分切欠き平面図である。 図１１は、本発明の第５の実施形態に係る弾性波装置の要部を示す部分切欠き平面図である。 図１２は、本発明の第６の実施形態に係る弾性波装置の要部を示す部分切欠き平面図である。 図１３は、本発明の第７の実施形態に係る弾性波装置の要部を示す部分切欠き平面図である。 図１４は、本発明の第８の実施形態に係る弾性波装置の要部を示す部分切欠き平面図である。 図１５は、本発明の第９の実施形態に係る弾性波装置の要部を示す部分切欠き平面図である。 図１６は、本発明の第１０の実施形態に係る弾性波装置の要部を示す部分切欠き平面図である。 図１７は、本発明の第１の実施形態の変形例に係る弾性波装置の略図的正面断面図である。 図１８は、高音速支持基板材料としてのＳｉの体積抵抗率と、挿入損失変化量との関係を示す図である。 図１９は、高音速支持基板材料としてのＳｉの体積抵抗率と、フィルタ特性の急峻性の変化量との関係を示す図である。 図２０は、Ａｌ膜厚を変化させた場合の周波数差の変化を示す図である。 図２１は、Ａｌ膜厚を変化させた場合の挿入損失の変化を示す図である。 図２２は、弾性波装置におけるＬｉＴａＯ_３膜の膜厚とＱとの関係を示す図である。 図２３は、弾性波装置におけるＬｉＴａＯ_３膜の膜厚と、周波数温度係数ＴＣＦとの関係を示す図である。 図２４は、弾性波装置におけるＬｉＴａＯ_３膜の膜厚と、音速との関係を示す図である。 図２５は、弾性波装置におけるＬｉＴａＯ_３からなる圧電膜の厚みと、比帯域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要部を示す部分切欠き平面図であり、図２はその略図的正面断面図であり、図３は、第１の実施形態の弾性波装置の模式的平面図である。

図２に示すように、弾性波装置１は、高音速材としての高音速支持基板７を有する。高音速支持基板７は、Ｓｉからなる。高音速支持基板７上に、音速が相対的に低い低音速膜８が積層されている。また、低音速膜８上に圧電膜９が積層されている。この圧電膜９の上面にＩＤＴ電極３が積層されている。なお、圧電膜９の下面にＩＤＴ電極３が積層されていてもよい。

本実施形態では、圧電膜９は、５０°Ｙ−ＸのＬｉＴａＯ_３膜からなる。なお、圧電膜９は、例えば、ＬｉＮｂＯ_３やＬｉＴａＯ_３などのように電気機械結合係数が比較的大きければ、他の圧電単結晶あるいは圧電セラミックスからなるものでもよい。カット角も５０°Ｙに限定されるものではない。本実施形態では、ＬＴの厚みは０．３λである。

低音速膜８は、圧電膜９を伝搬する弾性波音速が、圧電膜９を伝搬するバルク波音速よりも低い材料からなる。本実施形態では、低音速膜８は、ＳｉＯ_２からなる。本実施形態ではＳｉＯ_２の膜厚は０．３５λである。

もっとも、低音速膜８は、上記条件を満たす限り、その材料は特に限定されない。従って、低音速膜８は、ＳｉＯ_２などの酸化ケイ素、窒化ケイ素、アルミナ、炭化ケイ素、ジルコニアなどの各種セラミックスやガラスなどの誘電体、あるいはシリコンもしくは窒化ガリウムなどの半導体により構成することができる。

なお、本明細書において、高音速材とは、圧電膜を伝搬する表面波や境界波等の弾性波よりも、該高音速材中のバルク波の音速が高速となる層を言うものとする。また、低音速膜とは、圧電膜を伝搬する弾性波よりも、該低音速膜中のバルク波の音速が低速となる膜を言うものとする。また、ある構造のＩＤＴ電極からは様々な音速の異なるモードの弾性波が励振されることになるが、圧電膜を伝搬する弾性波とは、フィルタや共振子の特性を得るために利用する特定のモードの弾性波を示す。上記バルク波の音速を決定するバルク波のモードは、圧電膜を伝搬する弾性波の使用モードに応じて定義される。

上記高音速支持基板７は、弾性表面波を圧電膜９及び低音速膜８が積層されている部分に閉じ込め、高音速支持基板７より下の構造に漏れないように機能する。本実施形態では、高音速支持基板７は、Ｓｉからなる。もっとも、上記弾性表面波を閉じ込め得る限り、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、炭化ケイ素、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素、ＤＬＣ膜またはダイヤモンド、上記材料を主成分とする媒質、上記材料の混合物を主成分とする媒質等のさまざまな高音速材料を用いることができる。

弾性表面波を圧電膜９及び低音速膜８が積層されている部分に閉じ込めるには、高音速材の厚みは厚いほど望ましく、弾性表面波の波長λの０．５倍以上、さらには１．５倍以上であることが望ましい。

なお、上記高音速支持基板の体積抵抗率は１０００Ωｃｍ以上であることが好ましい。電気抵抗が高いＳｉを用いることにより、より一層良好な共振特性やフィルタ特性を得ることができる。図１８に高音速支持基板材料であるＳｉの体積抵抗率と挿入損失変化量との関係を示す。図１８の横軸はＳｉの体積抵抗率で、縦軸は通過帯域における挿入損失変化量を示す。Ｓｉからなる高音速支持基板の体積抵抗率が小さくなると、挿入損失が増大し、劣化する。縦軸の挿入損失変化量とは、高音速支持基板が絶縁体であるとしたときの挿入損失を基準とし、該基準からの挿入損失劣化量を表す。図１８から明らかなように、Ｓｉの体積抵抗率が１０００Ωｃｍ以上であれば、挿入損失の劣化が抑制でき、その結果、良好なフィルタ特性を得ることが可能となる。従って、Ｓｉからなる高音速支持基板の体積抵抗率は１０００Ωｃｍ以上であることが望ましい。

図１９に高音速支持基板材料であるＳｉの体積抵抗率とフィルタ特性の急峻性の変化量との関係を示す。図１９の横軸はＳｉの体積抵抗率で、縦軸はフィルタ特性の急峻性の変化量を示す。フィルタ特性の急峻性の変化量とは、高音速支持基板が絶縁体であるとしたときのフィルタ特性の急峻性を基準とし、該基準に比べて、フィルタ特性の急峻性が変化した量を急峻性の変化量とする。ここで、フィルタ特性の急峻性とは、通過帯域肩部において、減衰量が３．５ｄＢとなる周波数と、減衰量が４０ｄＢとなる周波数との周波数差をいうものとする。この周波数差が小さいほど、急峻性が高いことを意味する。図１９から明らかなように、Ｓｉの体積抵抗率が４０００Ωｃｍ以上であれば、急峻性の変化を抑制でき、さらに良好なフィルタ特性を得ることが可能となる。従って、Ｓｉからなる高音速支持基板の体積抵抗率は４０００Ωｃｍ以上であることがより一層望ましい。

なお、Ｓｉの体積抵抗率は、通常、１００×１０^３Ωｃｍ以下である。

また、高音速材としては、高音速支持基板７に代えて、図１７に示す変形例のように、支持基板７ａ上に積層された高音速膜７ｂを用いてもよい。その場合には、支持基板７ａとしては、適宜の材料を用いることができる。このような材料としては、サファイア、ＬｉＴａＯ_３、ＬｉＮｂＯ_３、水晶等の圧電体、アルミナ、マグネシア、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、炭化ケイ素、ジルコニア、コージライト、ムライト、ステアタイト、フォルステライト等の各種セラミックス、ガラス等の誘電体またはシリコン、窒化ガリウム等の半導体及び樹脂基板等を用いることができる。

弾性波装置１では、高音速支持基板７と圧電膜９との間に低音速膜８が配置されている。従って、弾性波の音速が低下する。他方、弾性波のエネルギーは、本質的に低音速の媒質に集中する。従って、圧電膜９内及びＩＤＴ電極３内への弾性波エネルギーの閉じ込め効果を高めることができる。よって、低音速膜８が設けられていない場合に比べて、損失を低減し、Ｑ値を高めることができる。図２２から明らかなように、ＬｉＴａＯ_３の膜厚が３．５λ以下の場合、３．５λを超えた場合に比べて、Ｑ値が高くなり、Ｑ特性が良好となることがわかる。また、図２３により、ＬｉＴａＯ_３の膜厚が２．５λ以下の場合、周波数温度係数ＴＣＦの絶対値が２．５λを超えた場合に比べて小さくし得ることがわかる。より好ましくは、２λ以下の範囲では、周波数温度係数ＴＣＦの絶対−１０ｐｐｍ／℃以下とすることができ、望ましい。さらに、図２４により、ＬｉＴａＯ_３の膜厚が１．５λ以下の場合、音速が小さくなることがわかる。そのため、所望の周波数を得るためのＩＤＴ電極の大きさが小さくなり、デバイスの小型化が実現できる。さらに、図２５から明らかなように、ＬｉＴａＯ_３の膜厚が０．５λ以下の場合、比帯域が大きくなりより好ましい。

また、高音速支持基板７により、弾性波の高音速支持基板７より下の層への漏えいが抑制されている。

なお、本実施形態では、圧電膜９の下方に低音速膜８及び高音速材としての高音速支持基板７が積層されていたが、この低音速膜及び高音速材は、複数層積層されていてもよい。

図２では、ＩＤＴ電極３を含む電極構造を略図的に示しているが、図３に示すように、弾性波装置１では、ＩＤＴ電極３の弾性表面波伝搬方向両側に反射器４，５が設けられている。すなわち、弾性波装置１は、１ポート型の弾性表面波共振子である。

なお、図３では、ＩＤＴ電極３について、Ｘを矩形の枠で囲んだ記号で略図的に示している。図１を参照して、ＩＤＴ電極３の詳細を説明する。

ＩＤＴ電極３は、交叉幅重み付けが施されていない正規型のＩＤＴ電極であり、電極指周期は２．０μｍである。もっとも、ＩＤＴ電極の電極指周期は特に限定されない。また、電極指の対数は１５０対、交叉部は１０λ（λはＩＤＴ電極で励振される弾性波の波長）である。反射器４，５は両端を短絡してなるグレーティング反射器である。反射器４，５における電極指の本数は２０本である。

本実施形態では、ＩＤＴ電極３及び反射器４，５は、Ｔｉ膜と、Ｔｉ膜上に積層されたＡｌ膜とを有する積層金属膜からなる。このＴｉ膜の厚みは１０ｎｍ、Ａｌ膜の厚みは１６７ｎｍとした。この積層金属膜では、Ａｌ膜が主体であり、その厚みは、１６７ｎｍ＝０．０８３５λである。

なお、ＩＤＴ電極３を構成している金属はこれに限定されるものではなく、適宜の金属もしくは合金を用いることができる。

また、上記のように、Ａｌを主体とするＩＤＴ電極の厚みは、０．０８３５λとされていたが、本願発明者らの実験によれば、０．０８λ以上とすることが好ましい。それによって、例えば弾性波装置として弾性波フィルタを構成した場合、フィルタ特性の急峻性を高めることができる。

図２０は、Ａｌ膜厚を変化させた場合の周波数差の変化を示す図である。この周波数差とは、通過帯域肩部における周波数差であり、減衰量が３．５ｄＢになる周波数と、減衰量が４０ｄＢとなる周波数との周波数差をいうものとする。この周波数差が小さいほど肩部における急峻性が高められることになる。

図２０から明らかなように、Ａｌ膜の膜厚が０．０８λより小さくなると、Ａｌ膜の膜厚が小さくなるに従って、周波数差が著しく大きくなることがわかる。これに対して、Ａｌ膜厚が０．０８λ以上であれば、周波数差がほぼ一定であり、小さいことがわかる。従って、好ましくは、Ａｌ膜の膜厚は０．０８λ以上であることが望ましい。

さらに、ＩＤＴ電極３の膜厚を０．１λ以上とすることが望ましい。それによって、電極指の電気抵抗を低めることができる。よって、損失を小さくすることができる。

図２１は、上記Ａｌ膜の膜厚を変化させた場合の挿入損失の変化を示す図である。上記挿入損失とは、通過帯域内において、最も挿入損失が小さい最小挿入損失をいうものとする。

図２１から明らかなように、Ａｌ膜の膜厚が０．１０λ以上になれば、挿入損失が十分に小さく、Ａｌ膜の膜厚の変化により挿入損失の変動が小さいことがわかる。従って、より一層好ましくは、Ａｌ膜の膜厚は、０．１０λ以上である。なお、Ａｌ膜厚はあまり厚くなりすぎると製造が困難になるため、４００ｎｍ以下であることが好ましい。よって、ＩＤＴ電極の膜厚も４００ｎｍ以下であることが好ましい。

なお、図１に示した電極構造を覆うように、ＳｉＯ_２膜を形成してもよい。それによって、周波数温度特性を改善することができる。

本実施形態の弾性波装置１では、ＩＤＴ電極３において、ピストンモードを形成することにより横モードリップルを抑圧する構造が備えられている。これを、図１を参照して説明する。

ＩＤＴ電極３は、第１のバスバー１１と、第１のバスバー１１と隔てられて配置された第２のバスバー１２とを有する。第１のバスバー１１と第２のバスバー１２とは、弾性表面波伝搬方向に平行に延びている。

また、第１のバスバー１１に、複数本の第１の電極指１３の基端が接続されている。複数本の第１の電極指１３の先端は、第１のバスバー１１から第２のバスバー１２側に向かって延ばされている。すなわち、弾性表面波伝搬方向と直交する方向に、複数本の第１の電極指１３が延ばされている。

他方、複数本の第２の電極指１４の基端が、第２のバスバー１２に接続されている。複数本の第２の電極指１４の先端は、第２のバスバー１２から第１のバスバー１１側に向かって延ばされている。すなわち、複数本の第２の電極指１４も、弾性表面波伝搬方向と直交する方向に延びている。

複数本の第１の電極指１３と複数本の第２の電極指１４とは、間挿し合っている。第１の電極指１３には、太幅部１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄが設けられている。第２の電極指１４にも、太幅部１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄが設けられている。太幅部１３ａを代表として太幅部１３ａ〜１３ｄ，１４ａ〜１４ｄの形状を説明する。太幅部１３ａは、第１の電極指１３の残り部分よりもその幅方向寸法すなわち弾性表面波伝搬方向に沿う寸法が長くされている。本実施形態では、太幅部１３ａは、電極指１３の側縁から弾性表面波伝搬方向に突出する等脚台形の形状とされている。もっとも、太幅部の形状はこれに限定されず、半円状の突出部などの様々な形状の突出部を電極指１３の側縁から弾性表面波伝搬方向に突出させてもよい。

太幅部１３ａ，１３ｂは、第１の電極指１３において、第１の電極指１３の基端側に寄せられて設けられている。言い換えれば、太幅部１３ａ，１３ｂは、第１のバスバー１１側に寄せられて形成されている。他方、太幅部１３ｃ，１３ｄは、第１の電極指１３の先端側に、すなわち第２のバスバー１２側に寄せられて設けられている。

他方、第２の電極指１４においては、先端側に太幅部１４ａ，１４ｂが設けられている。太幅部１４ａ，１４ｂと、太幅部１３ａ，１３ｂとは、第１のバスバー１１に近い領域で弾性表面波伝搬方向と直交する方向において、すなわち電極指の延びる方向において交互に配置されている。同様に、太幅部１３ｃ，１３ｄと、太幅部１４ｃ，１４ｄとは、第２のバスバー１２に近い側において、上記電極指の延びる方向において交互に配置されている。

上記太幅部１３ａ，１３ｂと太幅部１４ａ，１４ｂとが設けられている領域において、図１に示す領域Ｖ２が形成される。図１の右側のＶ１〜Ｖ６は、ＩＤＴ電極３の中央から弾性表面波伝搬方向と直交する方向において外側に向かって配置されている領域を示す。領域Ｖ１〜Ｖ６を伝搬する弾性波の速度（以下、音速とする）Ｖ_１〜Ｖ_６を図１に模式的に示す。以下、本明細書では、領域Ｖｎ（ｎは自然数）の音速をＶ_ｎとする。ここで、領域Ｖ１は、上記太幅部１３ｂと、太幅部１３ｃとの間に位置しているＩＤＴ中央領域である。

上記太幅部１３ａ，１３ｂ，１４ａ，１４ｂが設けられている領域Ｖ２は、ＩＤＴ中央の領域Ｖ１よりも音速が低い。

他方、本実施形態では、電極指１３の基端において、電極指幅方向に突出している突出部１３ｅが設けられている。従って、突出部１３ｅが設けられている領域Ｖ３においては、音速が、後述する高音速部の領域Ｖ５よりも低められている。もっとも、領域Ｖ３では、第２の電極指１４が存在しないため、音速Ｖ_３は領域Ｖ２の音速Ｖ_２よりも高音速である。

上記のように太幅部１３ａ，１３ｂ，１４ａ，１４ｂを設けることにより、より低音速の領域Ｖ２を設ける構成は、特許文献１や特許文献２においても記載されていた。なお、第２のバスバー１２側においても、同様に、太幅部１３ｃ，１３ｄ，１４ｃ，１４ｄが設けられている領域が領域Ｖ２となる。

本実施形態では、第１のバスバー１１が、内側バスバー部１１Ａ、中央バスバー部１１Ｂ及び外側バスバー部１１Ｃを有する。ここで、内側及び外側とは、ＩＤＴ電極３におけるＩＤＴ電極の電極指の延びる方向において、第１，第２の電極指１３，１４が存在している側を内側、反対側を外側としている。

内側バスバー部１１Ａは、上記複数本の第１の電極指１３の基端が接続されている部分である。内側バスバー部１１Ａは、本実施形態では、弾性表面波伝搬方向に延びる細長い帯状の形状を有している。ここはメタライズされている部分であるため、この内側バスバー部１１Ａは、低音速である領域Ｖ４を構成している。

他方、中央バスバー部１１Ｂには、弾性表面波伝搬方向に沿って複数の開口部１５が分散配置されている。本実施形態では、開口部１５は、電極指の延びる方向に延びる連結部１６，１６間に位置している。連結部１６は、本実施形態では、第１の電極指１３と同じ幅を有し、かつ第１の電極指１３の延長上に位置している。もっとも、連結部１６の寸法及び設ける位置はこれに限定されるものではない。また、開口部１５は、本実施形態では矩形の形状を有しているが、矩形の形状に限定されるものでもない。

中央バスバー部１１Ｂでは、弾性表面波伝搬方向に沿って、連結部１６と開口部１５とが交互に配置されている。従って、メタライズされていない部分が多いため、中央バスバー部１１Ｂは、高音速の領域Ｖ５を構成する。外側バスバー部１１Ｃは、開口部を有しない。従って、外側バスバー部１１Ｃはメタライズされた領域であり、この領域Ｖ６は、低音速の領域となる。

第２のバスバー１２側においても、同様に、内側バスバー部１２Ａ、中央バスバー部１２Ｂ及び外側バスバー部１２Ｃが形成されている。同一部分については同一の参照番号を付することによりその説明を省略する。

弾性波装置１では、ＩＤＴ電極３が上記のように構成されているため、中央領域Ｖ１の外側に低音速領域が設けられ、低音速領域である領域Ｖ２〜Ｖ４の外側に高音速の領域Ｖ５が存在している。従って、ピストンモードを形成することが可能となり、横モードリップルを効果的に抑圧することができる。さらに、弾性波を効果的に閉じ込めることができる。これを、図４〜図７を参照して詳述する。

図４は、第１の実施形態の弾性波装置のインピーダンス周波数特性を示す図である。また図６は、比較例の弾性波装置のインピーダンス周波数特性を示す図である。この比較例の弾性波装置のＩＤＴ電極の要部を図５を参照して説明する。図５に示すように、本比較例では、第１のバスバー１０１１が、太い帯状のメタライズ領域のみを有するように構成されている。すなわち、本比較例では、上記実施形態とは異なり、複数の開口部１５を有する中央バスバー部１１Ｂは設けられていない。従って、第１のバスバー１０１１が設けられている部分はＶ１４で示す低音速の領域となる。

また、比較例では、図１で示した突出部１３ｅは設けられていない。その他の構成は、本比較例は上記実施形態と同様である。比較例の弾性波装置におけるＩＤＴ電極の電極指の延びる方向における各領域Ｖ１１〜Ｖ１４の音速Ｖ_１１〜Ｖ_１４を図５の右側に模式的に示す。

図４と図６とを対比すれば明らかなように、図６では、共振周波数と反共振周波数との間及び反共振周波数よりも高域側に、大きなリップルが現れている。このリップルは横モードリップルである。これに対して、図４では、このようなリップルが現れていない。

上記実施形態では、各領域Ｖ１〜Ｖ６の音速Ｖ_１〜Ｖ_６が、図１に示すとおりとなっている。すなわち、太幅部１３ａ，１３ｂ，１４ａ，１４ｂに加えて、内側バスバー部１１Ａが設けられていることによって、低音速領域である領域Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４の音速の平均値が効果的に低められている。

従って、低音速領域と中央領域との間の音速差ΔＶが非常に大きくなっている。よって、横モードリップルを効果的に抑圧することが可能となると考えられる。すなわち、音速差ΔＶが大きいほど、ピストンモードがより確実に発生し、横モードリップルを効果的に抑圧することが可能とされている。

他方、図７は、ピストンモードが形成される条件を満たすときの、中央領域と低音速領域の音速差ΔＶの中央領域の音速に対する割合と、低音速領域の電極指の延びる長さ方向に沿う寸法Ｙとの関係を示す図である。図７から明らかなように、低音速領域の電極指の延びる方向における長さ方向寸法Ｙが小さい場合には、ピストンモードを形成するために必要な中央領域と低音速領域の音速差ΔＶが大きくなることがわかる。すべての横モードリップルを抑圧できる理想的なピストンモードを形成するためには、寸法Ｙは小さいほうが望ましい。すなわち、中央領域と低音速領域の音速差ΔＶを大きくするほうが望ましい。

図５の比較例の構造のような場合は、低音速領域を太幅部のみで形成することになるため、中央領域と低音速領域の音速差をあまり大きくすることができない。従って、ピストンモードを形成するためには、寸法Ｙを大きく取る必要があるが、この場合には理想的なピストンモードを形成することができない。したがって、図６のように横モードリップルが発生する。

一方、本実施形態の構造では、内側バスバー部１１Ａが設けられているため、中央領域と低音速領域の音速差ΔＶを大きくすることができ、ピストンモードを形成するために必要な寸法Ｙを小さくすることができる。従って、理想的なピストンモードを形成することが可能となる。よって、図４に示したように、横モードリップルを効果的に抑圧することができる。

本願発明者らの実験によれば、上記太幅部１３ａ，１３ｂ，１４ａ，１４ｂなどが設けられている部分において、電極指のデューティ比は０．６〜０．９の範囲とすることが望ましいことが確かめられている。デューティ比がより大きい方が音速差ΔＶを大きくすることができるが、プロセス上の制約により、０．９以下とすることが望ましい。

また、本実施形態では、上記第２の電極指１４の先端と、第１のバスバー１１との間の弾性表面波伝搬方向と直交する方向に沿う距離、すなわち領域Ｖ３で示される電極指先端と相手側のバスバーとの間のギャップの寸法は小さい方が望ましい。もっとも、領域Ｖ３の上記寸法を小さくするにも、プロセス上の限界がある。本願発明者らの実験によれば、弾性表面波の波長をλとしたとき、０．５λ以下、より好ましくは０．２５λ以下であることが望ましい。

上記領域Ｖ３における電極指の幅方向寸法は上記突出部１３ｅ，１４ｅが設けられているため、本実施形態では、領域Ｖ１における電極指１３，１４の幅よりも拡がっている。このため、音速Ｖ_１＜音速Ｖ_３の関係になっている。もっとも、この突出部１３ｅ，１４ｅは設けられずともよい。従って、領域Ｖ３における電極指１４の幅は、中央領域である領域Ｖ１における電極指１４の幅と等しくてもよい。

好ましくは、本実施形態のように、領域Ｖ３に突出部１３ｅ，１４ｅを設け、より一層領域Ｖ３における音速を低めることが望ましい。すなわち、低音速領域である領域Ｖ２〜Ｖ４全体の音速Ｖ_２〜Ｖ_４の平均値をより一層低めることができる。

また、内側バスバー部１１Ａが位置している領域Ｖ４も低音速領域である。ここでは、前述したように、全体がメタライズされているため音速が効果的に低められている。この内側バスバー部１１Ａは、細長い帯状の形状を有しているが、この内側バスバー部１１Ａの弾性波伝搬方向と直交する方向に沿う寸法すなわち幅は、０．５λ以下とすることが望ましい。

また、中央バスバー部１１Ｂにおける連結部１６の幅は、本実施形態では領域Ｖ１における電極指１３，１４の幅と等しくされている。もっとも、連結部１６の幅方向寸法は電極指１３，１４の幅方向寸法と必ずしも等しくしなくともよい。

なお、領域Ｖ１における電極指のデューティ比は０．５とされている。本実施形態においては、高音速領域である中央バスバー部１１Ｂの弾性波伝搬方向と垂直な方向の幅は、２．０λとされている。高音速領域は、ＩＤＴ電極で励振される弾性表面波のエネルギーが、外側バスバー部１１Ｃの部分で十分に小さくなるような幅であればよい。中央バスバー部１１Ｂの幅を２．０λ以上とすることで外側バスバー部１１Ｃの励振を十分小さくすることが可能となる。

本実施形態では、上記のように、太幅部１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ、太幅部１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄが設けられており、中央領域である領域Ｖ１の外側に、低音速領域である領域Ｖ２〜Ｖ４と、開口部１５が形成されている高音速領域である領域Ｖ５とが設けられている。そして、中央領域と低音速領域の音速の平均との差である音速差ΔＶが非常に大きくされているため、上記横モードリップルを効果的に抑圧することが可能とされている。これは、上記音速差ΔＶが大きいほど理想に近いピストンモードを発生させることができることによる。従って、図４に示したように、横モードスプリアスを効果的に抑圧することが可能とされている。

図８〜図１５は、本発明の第２〜第９の実施形態に係る弾性波装置の各要部を説明するための部分切欠き平面図である。

図８に示す第２の実施形態のように、第１の電極指１３の基端側に、図１に示した突出部１３ｅが設けられずともよい。第２の実施形態では、第２の電極指１４においても基端側に突出部が同様に設けられていない。

また、第２の実施形態では、第１の電極指１３の１つの太幅部１３ａに対し、隣り合う第２の電極指１４に２個の太幅部１４ａ，１４ｂが設けられていた。従って、１．５対の突出部が配置されている。領域Ｖ１〜Ｖ６の音速Ｖ_１〜Ｖ_６の関係は図８の右側に示すとおり、音速Ｖ_３と音速Ｖ_５が等しくなる。本実施形態においても、低音速領域である領域Ｖ２〜Ｖ４の音速Ｖ_２〜Ｖ_４の平均値が中央領域である領域Ｖ１の音速Ｖ_１よりも効果的に低められる。従って、第１の実施形態と同様に、横モードリップルを効果的に抑圧することができる。その他の構成は、第２の実施形態は第１の実施形態と同様とされている。

図９に示す第３の実施形態では、第１のバスバー１１側において、第２の電極指１４の先端に太幅部１４ａが設けられている。この太幅部１４ａが設けられている部分の近傍において、第１の電極指１３には太幅部は設けられていない。その他の構成は、第１の実施形態と同様である。本実施形態における領域Ｖ１〜Ｖ６の音速Ｖ_１〜Ｖ_６を図９の右側に模式的に示す。本実施形態においても、領域Ｖ２〜Ｖ４の音速Ｖ_２〜Ｖ_４の平均値が、中央領域である領域Ｖ１の音速Ｖ_１よりも効果的に低められる。従って、第１の実施形態と同様に横モードリップルを抑圧することができる。

第１及び第２の電極指１３，１４のうち、一方にのみ太幅部が設けられていてもよい。また、太幅部の数についても、１つの電極指において１つの太幅部１４ａのみが一方のバスバー１１側において設けられていてもよい。

なお、本実施形態では、第１の電極指１３の先端側に、太幅部１４ａと同様に１つの太幅部が設けられており、第２のバスバー側においては、第２の電極指１４に太幅部が設けられていない。

図１０に示す第４の実施形態では、第１のバスバー１１側において、第１の電極指１３及び第２の電極指１４のそれぞれに、太幅部１３ａ、太幅部１４ａが設けられている。すなわち、第１のバスバー１１側に寄せられた領域において、低音速領域を形成するために、電極指１３，１４のそれぞれに、１つの太幅部１３ａ、１４ａが設けられている。また、電極指１３の基端に図１に示した突出部１３ｅは設けられていない。第２の電極指の基端においても上記突出部は設けられていない。

なお、第１の電極指１３の先端側、すなわち第２のバスバー側においても、第１の電極指の先端と、第２の電極指の基端近傍に太幅部がそれぞれ１個設けられている。

本実施形態のように、電極指１３，１４に、それぞれ各１個の太幅部が設けられて低音速領域Ｖ２の音速Ｖ_２を効果的に低めてもよい。この場合においても、第１〜第３の実施形態と同様に、ピストンモードの原理により、横モードリップルを効果的に抑圧することができる。

図１１に示す第５の実施形態のように、中央バスバー部１１Ｂに設けられる開口部１５の弾性波伝搬方向に沿う寸法を大きくしてもよい。ここでは、開口部１５の両側の連結部１６，１６のピッチは、第１の電極指１３の弾性波伝搬方向に沿う周期の２倍とされている。このように、開口部１５の形状を第１の実施形態よりも大きくしてもよい。その他の構成は第１の実施形態と同様である。本実施形態においても、高音速領域である領域Ｖ５の音速Ｖ_５を効果的に高め得るため、横モードリップルを効果的に抑圧しつつ、弾性波を確実に閉じ込めることができる。特に、開口部１５の面積が大きくなるため、領域Ｖ５の音速Ｖ_５をより一層効果的に高めることができる。

図１２に示す第６の実施形態では、連結部１６，１６が、第２の電極指１４の先端の延長線上に位置している。このように、連結部１６，１６は、第１の電極指１３の延長上ではなく、第２の電極指１４の延長上に設けられていてもよい。この場合、対称性を高めるには、第２のバスバー１２側においては、第１の電極指１３の先端の延長上に連結部を設けることが望ましい。

図１３に示す第７の実施形態では、連結部１６の幅が、すなわち弾性波伝搬方向に沿う寸法が、電極指１３，１４よりも小さくされている。そして、第１，第２の電極指１３，１４の各延長上に連結部１６が設けられている。従って、開口部１５の弾性波伝搬方向に沿う寸法が小さくなっている。このように連結部１６の配置形態は適宜変更することができる。さらに図１４に示す第８の実施形態のように、図１３に示した連結部１６のうち弾性波伝搬方向に沿って１本おきに、連結部１６ではなく、外側バスバー部１１Ｃから内側バスバー部１１Ａに至らない電極ストリップ１６ａを設けてもよい。また、電極ストリップ１６ａとは逆に、内側バスバー部１１Ａから外側バスバー部１１Ｃ側に向かって延び、外側バスバー部１１Ｃに至っていない電極ストリップを設けてもよい。

さらに、図１５に示す第９の実施形態のように、複数本の連結部１６が設けられる位置を、電極指１３，１４の延長線から弾性波伝搬方向においてずれた位置としてもよい。

図１６は、本発明の第１０の実施形態に係る弾性波装置の要部を説明するための部分切欠き平面図である。第１０の実施形態の弾性波装置では、第１の電極指１３と第２の電極指１４とが弾性波伝搬方向において隣り合っている。もっとも、複数本の第１の電極指１３のうち、電極指１３Ｘは、他の電極指１３よりも幅が太くされている。より詳細には、電極指１３Ｘの幅は、電極指１３の幅＋電極指１３と電極指１４との間の弾性波伝搬方向寸法すなわち幅＋第２の電極指１４の幅＋第２の電極指１４と第１の電極指１３との間のギャップの弾性波伝搬方向に沿う寸法＋第１の電極指１３の幅とされている。言い換えれば、１本の第２の電極指１４を極性変換し、第１の電極指１３とする。そして、極性変換により設けられた第１の電極指１３と、両側の第１の電極指１３との間のギャップを電極指構成用金属膜で埋めた構成が、電極指１３Ｘに相当する。

第１０の実施形態では、ＩＤＴ電極３において、少なくとも一部の電極指が、電極指１３Ｘとされて、間引き重み付けが施されている。それによって、例えば弾性波装置として弾性波フィルタを構成した場合、フィルタ特性の急峻性を高めることができる。

図８〜図１６に示したように、本発明における開口部１５の形状、連結部１６の寸法、形状、ピッチ等は高音速領域である領域Ｖ５の音速Ｖ_５を高め得る限り、様々な形態で変形することができ、特に図示の構造に限定されるものではない。

また、低音速領域である領域Ｖ２〜Ｖ４の音速Ｖ_２〜Ｖ_４の平均値を低め得る限り、太幅部１３ａ，１３ｂ，１４ａ，１４ｂ等の形状及び寸法等についても適宜変形し得る。

また、前述したように、電極指１３と電極指１４が隣り合っている部分において、一方の電極指にのみ太幅部を設けてもよく、上記第１の実施形態のように双方の電極指１３，１４に太幅部を設けてもよい。さらに、太幅部は、電極指の中央領域よりも基端側にのみ、あるいは、先端側にのみ設けられてもよい。すなわち、基端側及び先端側の内の少なくとも一方の側に、太幅部が設けられていればよい。

また、太幅部の低音速領域における数についても１個や２個に限定されず、任意の数の太幅部を設けることができる。

本発明は弾性表面波装置に限らず、弾性境界波装置などの様々な弾性波装置に適用することができる。また、１ポート型共振子を構成する電極形状に限らず、ラダー型フィルタや縦結合共振子型弾性波フィルタなどの帯域フィルタやトラップフィルタなどの様々な弾性波装置に本発明を適用することができる。

１…弾性波装置
２…支持基板
３…ＩＤＴ電極
４，５…反射器
７…高音速支持基板
７ａ…支持基板
７ｂ…高音速膜
８…低音速膜
９…圧電膜
１１…第１のバスバー
１１Ａ…内側バスバー部
１１Ｂ…中央バスバー部
１１Ｃ…外側バスバー部
１２…第２のバスバー
１２Ａ…内側バスバー部
１２Ｂ…中央バスバー部
１２Ｃ…外側バスバー部
１３…第１の電極指
１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ…太幅部
１３ｅ…突出部
１３Ｘ…電極指
１４…第２の電極指
１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ…太幅部
１４ｅ…突出部
１５…開口部
１６…連結部
１６ａ…電極ストリップ
１０１１…第１のバスバー
Ｖ１〜Ｖ６…領域
Ｖ１１〜Ｖ１４…領域

Claims (11)

1. 圧電膜を有する弾性波装置であって、
   前記圧電膜を伝搬する弾性波の音速よりも、伝搬するバルク波音速が高速である高音速材と、
   前記高音速材上に積層されており、前記圧電膜を伝搬する弾性波音速よりも伝搬するバルク波音速が低速である低音速膜と、
   前記低音速膜上に積層された前記圧電膜と、
   前記圧電膜の一方面に形成されているＩＤＴ電極とを備え、
   前記ＩＤＴ電極が、第１のバスバーと、前記第１のバスバーと隔てられて配置された第２のバスバーと、前記第１のバスバーに基端が電気的に接続されており、先端が前記第２のバスバーに向かって延ばされている複数本の第１の電極指と、前記第２のバスバーに基端が接続されており、先端が前記第１のバスバーに向かって延ばされている複数本の第２の電極指とを有し、
   前記第１及び第２の電極指の延びる方向と直交する方向を幅方向としたときに、前記第１及び第２の電極指の少なくとも一方において、前記第１及び第２の電極指の長さ方向中央に比べて幅方向寸法が大きくされている太幅部が、中央領域よりも前記基端側および前記先端側のうちの少なくとも一方の側に設けられており、
   前記第１及び第２のバスバーの少なくとも一方が前記第１または第２のバスバーの長さ方向に沿って分離配置された複数の開口部を有し、
   前記第１及び第２のバスバーの少なくとも一方が、前記開口部よりも前記第１または第２の電極指側に位置しており、かつ前記第１及び第２のバスバーの長さ方向に延びる内側バスバー部と、前記開口部が設けられている中央バスバー部と、前記内側バスバー部に対して、前記中央バスバー部を挟んで反対側に位置している外側バスバー部とを有し、
   前記内側バスバー部は、前記中央領域の音速よりも低音速である領域を構成しており、
   前記中央バスバー部は、前記中央領域の音速よりも高音速である領域を構成している、弾性波装置。
2. 前記第１の電極指及び第２の電極指の双方に前記太幅部が設けられている、請求項１に記載の弾性波装置。
3. 前記太幅部が、前記第１及び第２の電極指の少なくとも一方においてそれぞれ複数設けられている、請求項１または２に記載の弾性波装置。
4. 前記ＩＤＴ電極は、交叉幅重み付けが施されていない正規型のＩＤＴ電極である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の弾性波装置。
5. 前記高音速材を支持している支持基板をさらに備え、前記高音速材が高音速膜である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の弾性波装置。
6. 前記高音速材が、高音速支持基板である、請求項１〜５のいずれか１項に記載の弾性波装置。
7. 前記ＩＤＴ電極内の少なくとも１本の電極指の極性が反転されており、極性が反転された前記電極指と、両隣の電極指との間が電極材料で埋められている、請求項１〜６のいずれか１項に記載の弾性波装置。
8. 前記ＩＤＴ電極がＡｌまたはＡｌを主体とする合金からなり、前記ＩＤＴ電極の電極膜厚が、０．０８λ以上である、請求項１〜７のいずれか１項に記載の弾性波装置。
9. 前記ＩＤＴ電極の膜厚が、０．１０λ以上、４００ｎｍ以下である、請求項１〜８のいずれか１項に記載の弾性波装置。
10. 前記高音速材がシリコン基板であり、その体積抵抗率は１０００Ωｃｍ以上である、請求項１〜９のいずれか１項に記載の弾性波装置。
11. 前記高音速材がシリコン基板であり、その体積抵抗率は４０００Ωｃｍ以上である、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の弾性波装置。

Images