JP6424897B2 - 弾性波共振子、弾性波フィルタ、デュプレクサ及び弾性波装置 - Google Patents

Description

本発明は、圧電基板上にＩＤＴ電極が設けられた弾性波共振子、並びに該弾性波共振子を有する弾性波フィルタ及びデュプレクサに関する。

従来、携帯電話機などに用いられる帯域フィルタを構成する共振子として、弾性波共振子が広く用いられている。例えば、下記特許文献１には、圧電基板と、該圧電基板上に設けられたＩＤＴ電極とを備える、弾性波共振子が開示されている。特許文献１では、上記ＩＤＴ電極が、Ａｌ膜により形成されることが記載されている。

特開平２−２９５２１２号公報

しかしながら、特許文献１の弾性波共振子のように、Ａｌ膜によりＩＤＴ電極が構成される場合、信号の線形性が低下することがあった。そのため、特許文献１の弾性波共振子をデュプレクサの送信フィルタに用いた場合、送信フィルタから発生する非線形信号のレベルが大きくなって受信感度が低下することがあった。

本発明の目的は、非線形信号の発生を抑制できる、弾性波共振子、並びに該弾性波共振子を有する弾性波フィルタ及びデュプレクサを提供することにある。

本発明に係る弾性波共振子は、圧電基板と、上記圧電基板上に形成されたＩＤＴ電極とを備える弾性波共振子であって、上記ＩＤＴ電極が、上記圧電基板側に配置されている第１の主面と、上記第１の主面と対向している第２の主面とを有し、Ａｌ又はＡｌを主体とする合金により構成されている第１の電極層を備え、伝搬する弾性波としてＳＨ波を利用しており、上記弾性波共振子の共振周波数をｆｒとし、反共振周波数をｆａとしたときに、下記式（１）で表される周波数ｆにおいて、２次元有限要素法により算出された上記第１の主面における歪みのＳ_４成分の絶対値の最小値が、１．４×１０^−３以下である。

ｆ＝ｆｒ＋０．０６×ｂｗ …式（１）
（式（１）中、ｂｗは、ｆａ−ｆｒである）

本発明に係る弾性波共振子のある特定の局面では、上記周波数ｆにおいて、２次元有限要素法により算出された上記第１の主面における歪みのＳ_４成分の絶対値の最大値が、２．７×１０^−３以下である。この場合には、信号の線形性の低下をより一層抑制することができる。

本発明に係る弾性波共振子の他の広い局面では、圧電基板と、上記圧電基板上に形成されたＩＤＴ電極とを備える弾性波共振子であって、上記ＩＤＴ電極が、上記圧電基板側に配置されている第１の主面と、上記第１の主面と対向している第２の主面とを有し、Ａｌ又はＡｌを主体とする合金により構成されている第１の電極層を備え、伝搬する弾性波としてＳＨ波を利用しており、上記弾性波共振子の共振周波数をｆｒとし、反共振周波数をｆａとしたときに、下記式（１）で表される周波数ｆにおいて、２次元有限要素法により算出された上記第１の主面の歪みのＳ_４成分の絶対値の最大値が、２．７×１０^−３以下である。

ｆ＝ｆｒ＋０．０６×ｂｗ …式（１）
（式（１）中、ｂｗは、ｆａ−ｆｒである）

本発明に係る弾性波共振子のある特定の局面では、上記ＩＤＴ電極が、上記圧電基板上に形成された第２の電極層を備え、上記第２の電極層上に、上記第１の電極層が積層されており、上記第２の電極層が、Ｔi、Ｐｔ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｕ、Ｃｕ、Ａｇ及びＮｉＣｒからなる群から選択された少なくとも１種の金属により構成されている。

本発明に係る弾性波共振子の他の特定の局面では、上記第１の電極層が、上記第１の主面及び上記第２の主面を結んでいる側面を有し、該側面の少なくとも一部と、上記第２の電極層が接しており、上記第１の電極層の側面のうち上記第２の電極層と接している部分の上記歪みのＳ_４成分の絶対値の最小値が、１．４×１０^−３以下である。この場合には、信号の線形性の低下をより一層確実に抑制することができる。

本発明に係る弾性波共振子の別の特定の局面では、上記第１の電極層が、上記第１の主面及び上記第２の主面を結んでいる側面を有し、該側面の少なくとも一部と、上記第２の電極層が接しており、上記第１の電極層の側面のうち上記第２の電極層と接している部分の上記歪みのＳ_４成分の絶対値の最大値が、２．７×１０^−３以下である。この場合には、信号の線形性の低下をより一層抑制することができる。

本発明に係る弾性波共振子のさらに他の特定の局面では、上記第１の電極層の第１，第２の主面及び側面を覆うように、上記第２の電極層が設けられており、上記第１の電極層の第１，第２の主面及び側面の上記歪みのＳ_４成分の絶対値の最小値が、１．４×１０^−３以下である。この場合には、信号の線形性の低下をより一層確実に抑制することができる。

本発明に係る弾性波共振子のさらに他の特定の局面では、上記第１の電極層の第１，第２の主面及び側面を覆うように、上記第２の電極層が設けられており、上記第１の電極層の第１，第２の主面及び側面の上記歪みのＳ_４成分の絶対値の最大値が、２．７×１０^−３以下である。この場合には、信号の線形性の低下をより一層確実に抑制することができる。

本発明に係る弾性波共振子のさらに他の特定の局面では、上記Ａｌを主体とする合金が、ＡｌとＣｕとの合金である。

本発明に係る弾性波フィルタは、複数の弾性波共振子を有する弾性波フィルタであって、上記複数の弾性波共振子のうち、少なくとも１つの弾性波共振子が、上記本発明に従って構成される弾性波共振子である。

本発明に係るデュプレクサは、複数の弾性波共振子を有し、帯域通過型の第１のフィルタと、複数の弾性波共振子を有し、上記第１のフィルタと通過帯域が異なる第２のフィルタとを備える、デュプレクサであって、上記第１及び第２のフィルタのうちの少なくとも一方の複数の弾性波共振子のうち、少なくとも１つの弾性波共振子が、上記本発明に従って構成される弾性波共振子である。

本発明に係る弾性波装置は、複数の送信フィルタが構成されている第１のチップ部品と、複数の受信フィルタが構成されている第２のチップ部品とを備え、前記複数の送信フィルタまたは前記複数の受信フィルタが複数の弾性波共振子を有し、該複数の弾性波共振子のうち、少なくとも１つの弾性波共振子が上記本発明に従って構成される弾性波共振子である。

本発明に係る弾性波共振子では、上記のようにＩＤＴ電極を構成する第１の電極層の第１の主面における歪みのＳ_４成分の絶対値の最小値又は最大値が低められている。そのため、本発明に係る弾性波共振子は、非線形信号の発生を抑制できる。

図１（ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る弾性波共振子の模式的正面断面図であり、図１（ｂ）は、その電極構造を示す模式的平面図である。 図２は、第１の電極層の第１の主面内の各位置における歪み成分Ｓ_４の絶対値（｜Ｓ_４｜）を示す図である。 図３は、第１の電極層の第１の主面における歪み成分Ｓ_４の絶対値（｜Ｓ_４｜）の最小値と、３次高調波のピークレベルとの関係を示す図である。 図４は、第１の電極層の第１の主面における歪み成分Ｓ_４の絶対値（｜Ｓ_４｜）の最大値と、３次高調波のピークレベルとの関係を示す図である。 図５は、高調波発生周波数と３次高調波レベルとの関係を示す図である。 図６は、本発明の第３の実施形態に係る弾性波共振子の模式的正面断面図である。 図７は、本発明の第４の実施形態に係る弾性波共振子の模式的正面断面図である。 図８は、本発明の第５の実施形態に係る弾性波共振子の模式的正面断面図である。 図９は、本発明の第６の実施形態に係る弾性波共振子の模式的正面断面図である。 図１０は、本発明の一実施形態に係るデュプレクサの概略回路図である。 図１１は、２次元有限要素法の計算において用いられる圧電基板の厚み（ｈ＞３０λ）を示す図である。 図１２は、２次元有限要素法の計算において用いられる圧電基板の厚み（ｈ＞５λ）を示す図である。 図１３は、本発明の他の実施形態に係るデュプレクサの模式的平面図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の具体的な実施形態を説明することにより、本発明を明らかにする。

なお、本明細書に記載の各実施形態は、例示的なものであり、異なる実施形態間において、構成の部分的な置換または組み合わせが可能であることを指摘しておく。

［弾性波共振子］
（第１の実施形態）
図１（ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る弾性波共振子の模式的正面断面図であり、図１（ｂ）は、その電極構造を示す模式的平面図である。弾性波共振子１は、圧電基板２を有する。圧電基板２の主面上に、ＩＤＴ電極３が積層されている。ＩＤＴ電極３は、第１，第２の電極層４，５を有している。より詳細には、ＩＤＴ電極３は、圧電基板２上に設けられた第２の電極層５と、第２の電極層５上に積層された第１の電極層４とを有している。

第１の電極層４は、第１，第２の主面４ａ，４ｂ及び第１，第２の側面４ｃ，４ｄを有する。第１の電極層４の第１の主面４ａは、圧電基板２側に設けられている。第１の電極層４の第１の主面４ａは、第２の電極層５と接している。すなわち、第１の電極層４の第１の主面４ａは、第１の電極層４及び第２の電極層５の境界面である。また、第１の電極層４の第２の主面４ｂは、第１の主面４ａと対向している。第１，第２の側面４ｃ，４ｄは、それぞれ、第１の主面４ａ及び第２の主面４ｂを結んでいる。

圧電基板２は、ＬｉＴａＯ_３からなる基板である。もっとも、圧電基板２としては、ＬｉＮｂＯ_３などの他の圧電単結晶からなる基板を用いてもよいし、圧電セラミックスからなる基板を用いてもよい。

図１（ａ）では略図的に示しているが、圧電基板２上には、図１（ｂ）に示す電極構造が形成されている。すなわち、ＩＤＴ電極３と、ＩＤＴ電極３の弾性表面波伝搬方向両側に配置された反射器６，７が形成されている。それによって、１ポート型弾性表面波共振子が構成されている。

ＩＤＴ電極３は、第１，第２のバスバーと、複数本の第１，第２の電極指とを有する。複数本の第１の電極指と、複数本の第２の電極指とは、互いに間挿し合っている。また、複数本の第１の電極指は、第１のバスバーに接続されており、複数本の第２の電極指は、第２のバスバーに接続されている。

ＩＤＴ電極３の第１の電極層４は、Ａｌにより構成されている。ＩＤＴ電極３の第１の電極層４は、Ａｌを主体とする合金により構成されていてもよい。Ａｌを主体とする合金とは、Ａｌを５０％以上含む合金のことをいい、例えば、Ａｌ及びＣｕの合金（ＡｌＣｕ合金）が挙げられる。

他方、ＩＤＴ電極３の第２の電極層５は、Ｔｉにより構成されている。第２の電極層５を構成する材料としては、Ｔｉ以外にも、Ｐｔ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｕ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｃｒ又はこれらの合金を用いることができる。これらは、単層の金属膜であってもよく、２種以上の金属が積層された積層金属膜であってもよい。

本実施形態においては、伝搬する弾性波としてＳＨ波を利用しており、第１の電極層４の第１の主面４ａ、すなわち第１の電極層４と第２の電極層５との境界面における歪みのＳ_４成分の絶対値の最小値が、１．４×１０^−３以下である。なお、本明細書において、歪みのＳ_４成分は、周波数ｆにおいて、２次元有限要素法により算出した値が用いられるものとする。

周波数ｆは、弾性波共振子の共振周波数をｆｒとし、反共振周波数をｆａとしたときに、下記式（１）で表される周波数である。

ｆ＝ｆｒ＋０．０６×ｂｗ …式（１）
（式（１）中、ｂｗは、ｆａ−ｆｒである）

また、歪みのＳ_４成分は、結晶を座標軸（ｘ，ｙ，ｚ）にあてはめたときのｙ軸方向に沿う変位のｚ微分である。より具体的には、電極指の長さ方向をｙ方向、厚み方向をｚ方向とし、電極指の長さｌ_ｙが、ｌ_ｙ＋ｕ_ｙに変化したときに、Ｓ_４＝（∂ｕ_ｙ／∂ｚ）で表される。歪みのＳ_４成分は、２次元有限要素法による計算において、以下の条件により、算出される。

第１の電極層４及び第２の電極層５を構成する材料の弾性定数及び密度は、「化学便覧 基礎編ＩＩ 改訂４版 日本化学学会編 丸善（１９９３）」に記載された値を用いる。例えば、Ａｌの弾性定数は、ヤング率：６．８５×１０^１０［Ｐａ］、ポアソン比：３．４×１０^−１であり、密度は、２．６９８９×１０^３［ｋｇ／ｍ^３］である。また、Ｔｉの弾性定数は、ヤング率：１．１５７×１０^１１［Ｐａ］、ポアソン比：３．２×１０^−１であり、密度は、４．５×１０^３［ｋｇ／ｍ^３］である。

圧電基板２のパラメータは、「弾性波素子技術ハンドブック 日本学術振興会弾性波素子技術第１５０委員会 オーム社，ｐ５４２」に記載された値を用いる。たとえば、圧電基板２を構成しているＬｉＴａＯ_３の弾性定数は、ｃ_１１＝２．２９８、ｃ_１２＝０．４４、ｃ_１３＝０．８１２、ｃ_１４＝−０．１０４、ｃ_２２＝２．２９８、ｃ_２３＝０．８１２、ｃ_２４＝０．１０４、ｃ_３３＝２．７９８、ｃ_４４＝０．９６８、ｃ_５５＝０．９６８、ｃ_５６＝−０．１０４、ｃ_６６＝０．９２９、ｃ_１５＝ｃ_１６＝ｃ_２５＝ｃ_２６＝ｃ_３４＝ｃ_３５＝ｃ_３６＝ｃ_４５＝ｃ_４６＝０［×１０^３Ｐａ］、ｃ_ｉｊ＝ｃ_ｊｉである。ＬｉＴａＯ_３の圧電定数は、ｅ_１５＝２．７２、ｅ_１６＝−１．６７、ｅ_２１＝−１．６７、ｅ_２２＝１．６７、ｅ_２４＝２．７２、ｅ_３１＝−０．３８、ｅ_３２＝−０．３８、ｅ_３３＝１．０９、ｅ_１１＝ｅ_１２＝ｅ_１３＝ｅ_１４＝ｅ_２３＝ｅ_２５＝ｅ_２６＝ｅ_３４＝ｅ_３５＝ｅ_３６＝０［Ｃ／ｍ^２］である。ＬｉＴａＯ_３の比誘電率は、ε_１１＝４２．６、ε_２２＝４２．６、ε_３３＝４．２８、ε_１２＝ε_１３＝ε_２３＝０、ε_ｉｊ=ε_ｊｉ、である。

計算モデルは、周期境界条件（位相差条件は、２ｎπ）を用いた電極指一対のモデルとする。圧電基板２の厚みは、図１１及び図１２を参照して説明される。図１１及び図１２は、２次元有限要素法の計算において用いられる圧電基板の厚みを示す図である。圧電基板２の厚み（ｈ）は、図１１に示すように、ｈ＞３０λとする。あるいは、図１２に示すように、ｈ＞５λ以上とし、圧電基板２のＩＤＴ電極３が設けられている側とは反対側の主面に、無反射吸収層（ＰＭＬ）１５を設ける。これによって、圧電基板２のＩＤＴ電極３が設けられている側とは反対側の主面からの波動の反射を抑制することができる。

境界条件としては、第２の電極層５と圧電基板２の境界面に＋１．０Ｖ、圧電基板２のＩＤＴ電極３が設けられている側とは反対側の主面に０Ｖの電位を与える。また、圧電基板２のＩＤＴ電極３が設けられている側とは反対側の主面において、変位ｕ_ｉ（ｉ＝１，２，３）の拘束条件（ｕ_ｉ＝０）を設ける。

図２は、第１の電極層４の第１の主面４ａ内の各位置における歪み成分Ｓ_４の絶対値（｜Ｓ_４｜）を示す図である。すなわち、図２は、第１の電極層４の第１の主面４ａにおいて、第２の側面４ｄ側から、第１の側面４ｃ側へ向かって、｜Ｓ_４｜を測定する位置を変化させたときの各位置における｜Ｓ_４｜を示す図である。図２において、ｘ軸の負側が第２の側面４ｄ側であり、正側が第１の側面４ｃ側である。

図３は、第１の電極層４の第１の主面４ａにおける歪み成分Ｓ_４の絶対値（｜Ｓ_４｜）の最小値と、３次高調波のピークレベルとの関係を示す図である。図３において、｜Ｓ_４｜の最小値は、図２における｜Ｓ_４｜の最小値である。すなわち、第１の電極層４の第１の主面４ａにおいて、第２の側面４ｄ側から、第１の側面４ｃ側へ向かって、｜Ｓ_４｜を測定する位置を変化させたときの各位置における｜Ｓ_４｜の最小値である。

なお、図３には、４点の｜Ｓ_４｜の最小値が記載されているが、それぞれ、第１の電極層４および第２の電極層５の厚みを変えた際の値である。より詳細には、図３における４点の｜Ｓ_４｜は、左から、第１の電極層４および第２の電極層５の膜厚が、１００ｎｍと２４８ｎｍ、２００ｎｍと１８４ｎｍ、３００ｎｍと１１０ｎｍ、４３０ｎｍと３０ｎｍのときの値である。また、３次高調波のピークレベルは、図５に示す３次高調波レベルがピークのことをいうものとする。

図３より、｜Ｓ_４｜の最小値が、１．４×１０^−３以下であるとき、非線形信号の発生が抑制されている。

（第２の実施形態）
第１の実施形態では、第１の主面４ａにおける歪みのＳ_４成分の絶対値の最小値が１．４×１０^−３以下であった。第２の実施形態では、第１の主面４ａにおける歪みのＳ_４成分の絶対値の最大値が、２．７×１０^−３以下である。その他の点は、第１の実施形態と同じである。以下、上記歪みのＳ_４成分の絶対値の最大値について、図４を参照してより詳細に説明する。

図４は、第１の電極層４の第１の主面４ａにおける歪み成分Ｓ_４の絶対値（｜Ｓ_４｜）の最大値と、３次高調波のピークレベルとの関係を示す図である。図４において、｜Ｓ_４｜の最大値は、図２における｜Ｓ_４｜の最大値である。すなわち、第１の電極層４の第１の主面４ａにおいて、第２の側面４ｄ側から、第１の側面４ｃ側へ向かって、｜Ｓ_４｜を測定する位置を変化させたときの各位置における｜Ｓ_４｜の最大値である。

なお、図４には、４点の｜Ｓ_４｜の最大値が記載されているが、それぞれ、第１の電極層４および第２の電極層５の厚みを変えた際の値である。また、３次高調波のピークレベルは、図５に示す３次高調波レベルがピークのことをいうものとする。

図４より、｜Ｓ_４｜の最大値が、２．７×１０^−３以下であるとき、非線形信号の発生が抑制されている。

なお、本発明においては、歪みのＳ_４成分の絶対値の最小値が１．４×１０^−３以下であり、かつ歪みのＳ_４成分の絶対値の最大値が、２．７×１０^−３以下であってもよい。この場合、非線形信号の発生をより一層抑制できる。

（第３の実施形態）
図６は、本発明の第３の実施形態に係る弾性波共振子の模式的正面断面図である。弾性波共振子２１においては、第１の電極層４の第１，第２の側面４ｃ，４ｄの一部が、それぞれ第２の電極層５と接している。

弾性波共振子２１では、第１の電極層４の第１，第２の側面４ｃ，４ｄの第２の電極層５と接している部分における歪みのＳ_４成分の絶対値の最小値が、１．４×１０^−３以下である。あるいは、第１の電極層４の第１，第２の側面４ｃ，４ｄの第２の電極層５の接している部分における歪みのＳ_４成分の絶対値の最大値が、２．７×１０^−３以下である。その他の点は、第１の実施形態と同様である。

なお、第２の電極層５の形成方法としては、たとえば、まず、平坦な電極層を成膜等で形成する。上記平坦な電極層上に、上記平坦な電極層より一回り小さいレジスト膜を形成する。続いて、レジスト膜および上記平坦な電極層を覆うように、上記平坦な電極層と同じ材料の電極層を形成する。次に、エッチング装置を用いて異方性エッチングを行い、レジスト膜の側壁のみに電極層が残るようにする。その後、レジスト膜を除去する。これにより、第２の電極層５が形成できる。そして、第１の電極層４を積層して、ＩＤＴ電極３が形成される。このようにして形成されたＩＤＴ電極３において、第１の電極層４の第２の電極層５と接している部分が、第１の電極層４の第１の主面４ａ及び第１，第２の側面４ｃ，４ｄである。

第３の実施形態においては、第１の電極層４の第１の主面４ａ及び第１，第２の側面４ｃ，４ｄのうち、第２の電極層５と接している部分の歪みのＳ_４成分の絶対値の最小値又は最大値が低められている。すなわち、第１の電極層４及び第２の電極層５の境界面における歪みのＳ_４成分の絶対値の最小値又は最大値が低められている。そのため、第３の実施形態に係る弾性波共振子２１は、非線形信号の発生を抑制できる。

（第４の実施形態）
図７は、本発明の第４の実施形態に係る弾性波共振子の模式的正面断面図である。弾性波共振子３１においては、第１の電極層４の第１，第２の側面４ｃ，４ｄが、それぞれ第２の電極層５と接している。第１，第２の側面４ｃ，４ｄを有する第２の電極層５は、上記第３の実施形態と同様に形成する。

弾性波共振子３１では、第１の電極層４の第１，第２の側面４ｃ，４ｄにおける歪みのＳ_４成分の絶対値の最小値が、１．４×１０^−３以下である。あるいは、第１の電極層４の第１，第２の側面４ｃ，４ｄにおける歪みのＳ_４成分の絶対値の最大値が、２．７×１０^−３以下である。その他の点は、第１の実施形態と同様である。

第４の実施形態においては、第１の電極層４の第１の主面４ａ及び第１，第２の側面４ｃ，４ｄの歪みのＳ_４成分の絶対値の最小値又は最大値が低められている。すなわち、第１の電極層４及び第２の電極層５の境界面における歪みのＳ_４成分の絶対値の最小値又は最大値が低められている。そのため、第４の実施形態に係る弾性波共振子３１は、非線形信号の発生を抑制できる。

（第５の実施形態）
図８は、本発明の第５の実施形態に係る弾性波共振子の模式的正面断面図である。弾性波共振子４１においては、第１の電極層４の第２の主面４ｂ及び第１，第２の側面４ｃ，４ｄが、第２の電極層５と接している。第１，第２の側面４ｃ，４ｄを有する第２の電極層５は、上記第３，第４の実施形態と同様に形成する。

弾性波共振子４１では、第１の電極層４の第２の主面４ｂ及び第１，第２の側面４ｃ，４ｄにおける歪みのＳ_４成分の絶対値の最小値が、１．４×１０^−３以下である。あるいは、第１の電極層４の第２の主面４ｂ及び第１，第２の側面４ｃ，４ｄにおける歪みのＳ_４成分の絶対値の最大値が、２．７×１０^−３以下である。その他の点は、第１の実施形態と同様である。

第５の実施形態においては、第１の電極層４の第1，第２の主面４ａ，４ｂ及び第１，第２の側面４ｃ，４ｄの歪みのＳ_４成分の絶対値の最小値又は最大値が低められている。すなわち、第１の電極層４及び第２の電極層５の境界面における歪みのＳ_４成分の絶対値の最小値又は最大値が低められている。そのため、第５の実施形態に係る弾性波共振子４１は、非線形信号の発生を抑制できる。

（第６の実施形態）
図９は、本発明の第６の実施形態に係る弾性波共振子の模式的正面断面図である。弾性波共振子５１においては、第２の電極層が設けられていない。そのため、第１の電極層４の第１の主面４ａは、圧電基板２と接している。その他の点は、第１の実施形態と同様である。

第６の実施形態においては、第１の電極層４の第１の主面４ａ、すなわち第１の電極層４と圧電基板２の境界面の歪みのＳ_４成分の絶対値の最小値が、１．４×１０^−３以下である。あるいは、歪みのＳ_４成分の絶対値の最大値が、２．７×１０^−３以下である。従って、第６の実施形態に係る弾性波共振子５１は、非線形信号の発生を抑制できる。

［弾性波フィルタ及びデュプレクサ］
図１０は、本発明の一実施形態に係るデュプレクサの概略回路図である。本実施形態に係るデュプレクサは、アンテナ８に共通に接続されている第１のフィルタ９と、第２のフィルタ１０とを有する。

第１のフィルタ９は、帯域通過型の送信フィルタである。第１のフィルタ９は、ラダー型フィルタである。第１のフィルタ９は、送信端子である入力端子１２ａと、出力端子１２ｂとを有する。入力端子１２ａと出力端子１２ｂとを結ぶ直列腕に、複数の直列腕共振子Ｓ１〜Ｓ４が配置されている。直列腕共振子Ｓ１及び直列腕共振子Ｓ２の間の接続点とグラウンド電位との間に並列腕共振子Ｐ１が接続されている。直列腕共振子Ｓ３及び直列腕共振子Ｓ４との間の接続点とグラウンド電位との間に並列腕共振子Ｐ２が接続されている。

第２のフィルタ１０は、第１のフィルタ９と通過帯域が異なる受信フィルタである。第２のフィルタ１０は、縦結合共振子型の弾性波フィルタ１４を有する。第２のフィルタ１０は入力端子１３ａと、受信端子としての出力端子１３ｂとを有する。入力端子１３ａと縦結合共振子型の弾性波フィルタ１４との間に弾性波共振子１１が接続されている。入力端子１３ａは、出力端子１２ｂとの共通接続点を介してアンテナ８に接続されている。なお、本発明においては、第１，第２のフィルタに用いられるフィルタとして、それぞれ、ラダー型フィルタ、縦結合共振子型フィルタ、ラチス型フィルタ等を用いてもよい。

通常、デュプレクサにおける送信フィルタにあって、発生する非線形信号のレベルが大きくなった場合、受信フィルタの受信感度が低下してしまう。

これに対して、本実施形態においては、第１のフィルタ９の直列腕共振子Ｓ４が上記本発明に係る弾性波共振子である。すなわち、受信フィルタである第２のフィルタ１０と接続されている直列腕共振子Ｓ４の、第１の電極層４の第１の主面４ａにおける歪みのＳ_４成分の絶対値の最小値が、１．４×１０^−３以下である。あるいは、歪みのＳ_４成分の絶対値の最大値が、２．７×１０^−３以下である。そのため、直列腕共振子Ｓ４において発生する非線形信号のレベルが抑制され、従って、本実施形態に係るデュプレクサは、受信感度が低下し難い。

もっとも、本発明においては、弾性波フィルタを構成する複数の弾性波共振子のうち少なくとも１つの弾性波共振子の第１の電極層の第１の主面の歪みのＳ_４成分の絶対値の最小値又は絶対値の最大値が上記各範囲内にあればよい。

また、本発明に係るデュプレクサにおいては、互いに通過帯域が異なる送信フィルタ及び受信フィルタを有する場合、送信フィルタの少なくとも１つの弾性波共振子の歪みのＳ_４成分の絶対値の最小値又は最大値が上記各範囲内にあればよい。それによって、デュプレクサの受信感度の低下を抑制することができる。

また、送信フィルタ、受信フィルタを備えた１チップのデュプレクサにおいて、送信フィルタ、受信フィルタのうちどちらか一方のフィルタだけにおいて、非線形信号のレベルを抑制する必要がある場合がある。この場合に、非線形信号のレベルを抑制したいフィルタのみに本発明の構造を適用したいが、１チップのデュプレクサでこれを製造するのは困難である。

他方、携帯電話機等では、複数のデュプレクサが搭載されることが多い。従って、送信フィルタ及び受信フィルタのうちいずれか一方のフィルタにおいてのみ、非線形信号のレベルを抑制する必要がある場合には、図１３に示す実施形態を採用することが好ましい。図１３では、送信フィルタ２１ａと送信フィルタ２１ｂとが第１のチップ部品２１として構成されている。また、受信フィルタ２２ａと受信フィルタ２２ｂとが、第２のチップ部品２２とされている。ここでは、送信フィルタ２１ａ及び送信フィルタ２１ｂが、それぞれ、複数の弾性波共振子を有する。また、本実施形態では、送信フィルタ２１ａ，２１ｂにおいて、非線形信号のレベルを抑制することが求められている。この場合には、送信フィルタ２１ａ，２１ｂがそれぞれ有する複数の弾性波共振子のうち、少なくとも１つの弾性波共振子が、本発明に従って構成されていればよい。すなわち、上述した式（１）で表される周波数ｆにおいて、第１の主面における歪みのＳ_４成分の絶対値の最小値が、１．４×１０^−３以下であればよい。従って、送信フィルタ２１ａ，２１ｂにおいてのみ非線形信号のレベルを抑制する必要がある場合には、送信フィルタ２１ａ，２１ｂを１つの第１のチップ部品２１として容易に製造することができる。他方、非線形信号のレベルを抑制する必要がない受信フィルタ２２ａ，２２ｂについては、第２のチップ部品２２において、設計の自由度の低下を抑制することができる。

このように、複数のデュプレクサを有する通信機器の場合には、複数の送信フィルタを第１のチップ部品とし、複数の受信フィルタを第２のチップ部品とすることが望ましい。また、複数の送信フィルタでなく、複数の受信フィルタにおいてのみ、非線形信号のレベルを抑制する必要がある場合には、受信フィルタを構成している複数の弾性波共振子のうち少なくとも１つの弾性波共振子が本発明に従って構成されていればよい。この場合においても、複数の受信フィルタを１つのチップ部品として容易に製造することができる。

１，１１，２１，３１，４１，５１…弾性波共振子
２…圧電基板
３…ＩＤＴ電極
４…第１の電極層
４ａ，４ｂ…第１，第２の主面
４ｃ，４ｄ…第１，第２の側面
５…第２の電極層
６，７…反射器
８…アンテナ
９…第１のフィルタ
１０…第２のフィルタ
１２ａ，１３ａ…入力端子
１２ｂ，１３ｂ…出力端子
１４…縦結合共振子型の弾性波フィルタ
１５…無反射吸収層（ＰＭＬ）
２１，２２…第１，第２のチップ部品
２１ａ，２１ｂ…送信フィルタ
２２ａ，２２ｂ…受信フィルタ
Ｓ１〜Ｓ４…直列腕共振子
Ｐ１，Ｐ２…並列腕共振子

Claims (10)

1. 圧電基板と、前記圧電基板上に形成されたＩＤＴ電極とを備える弾性波共振子であって、
   前記ＩＤＴ電極が、前記圧電基板側に配置されている第１の主面と、前記第１の主面と対向している第２の主面と、前記第１の主面及び前記第２の主面を結んでいる側面とを有し、Ａｌ又はＡｌを主体とする合金により構成されている第１の電極層と、前記第１の電極層と前記圧電基板との間に積層されている第２の電極層とを備え、前記第２の電極層は、前記第１の電極層の前記側面の少なくとも一部と接しており、
   伝搬する弾性波としてＳＨ波を利用しており、
   前記電極指の厚さ方向の位置の変化に対する前記電極指の長さ方向の変位量の変化を歪みのＳ_４成分とし、前記弾性波共振子の共振周波数をｆｒとし、反共振周波数をｆａとしたときに、下記式（１）で表される周波数ｆにおいて、２次元有限要素法により算出された前記第１の主面における歪みまたは前記第１の電極層の前記側面のうち前記第２の電極層と接している部分の歪みのＳ_４成分の絶対値の最小値が、１．４×１０^−３以下である、弾性波共振子。
   ｆ＝ｆｒ＋０．０６×ｂｗ …式（１）
   （式（１）中、ｂｗは、ｆａ−ｆｒである）
   なお、上記２次元有限要素法は、下記の計算モデルに基づく。
   下記の周期境界条件と下記の拘束条件とを前提とし、前記圧電基板の前記ＩＤＴ電極が設けられている側の主面とは反対側の主面に無反射吸収層を設けたモデルであり、
   前記周期境界条件は、電極指一対のモデルとして、位相差が２ｎπであり（ｎは整数）、
   前記拘束条件は、第１の電極層と圧電基板との境界面に+１．０Ｖの電位を与え、圧電基板の前記ＩＤＴ電極が設けられている側の主面とは反対側の主面に０Ｖの電位を与え、圧電基板の前記ＩＤＴ電極が設けられている側の主面とは反対側の主面において、変位ｕｉ（ｕ_ｉ＝１，２または３）の拘束条件（ｕ_ｉ＝０）を設けたもの。
2. 前記周波数ｆにおいて、２次元有限要素法により算出された前記第１の主面または前記第１の電極層の前記側面のうち前記第２の電極層と接している部分における歪みのＳ_４成分の絶対値の最大値が、２．７×１０^−３以下である、請求項１に記載の弾性波共振子。
3. 圧電基板と、前記圧電基板上に形成されたＩＤＴ電極とを備える弾性波共振子であって、
   前記ＩＤＴ電極が、前記圧電基板側に配置されている第１の主面と、前記第１の主面と対向している第２の主面と、前記第１の主面及び前記第２の主面を結んでいる側面とを有し、Ａｌ又はＡｌを主体とする合金により構成されている第１の電極層と、前記第１の電極層と前記圧電基板との間に積層されている第２の電極層とを備え、前記第２の電極層は、前記第１の電極層の前記側面の少なくとも一部と接しており、
   伝搬する弾性波としてＳＨ波を利用しており、
   前記電極指の厚さ方向の位置の変化に対する前記電極指の長さ方向の変位量の変化を歪みのＳ_４成分とし、前記弾性波共振子の共振周波数をｆｒとし、反共振周波数をｆａとしたときに、下記式（１）で表される周波数ｆにおいて、２次元有限要素法により算出された前記第１の主面における歪みまたは前記第１の電極層の前記側面のうち前記第２の電極層と接している部分の歪みのＳ_４成分の絶対値の最大値が、２．７×１０^−３以下である、弾性波共振子。
   ｆ＝ｆｒ＋０．０６×ｂｗ …式（１）
   （式（１）中、ｂｗは、ｆａ−ｆｒである）
   なお、上記２次元有限要素法は、下記の計算モデルに基づく。
   下記の周期境界条件と下記の拘束条件とを前提とし、前記圧電基板の前記ＩＤＴ電極が設けられている側の主面とは反対側の主面に無反射吸収層を設けたモデルであり、
   前記周期境界条件は、電極指一対のモデルとして、位相差が２ｎπであり（ｎは整数）、
   前記拘束条件は、第１の電極層と圧電基板との境界面に+１．０Ｖの電位を与え、圧電基板の前記ＩＤＴ電極が設けられている側の主面とは反対側の主面に０Ｖの電位を与え、圧電基板の前記ＩＤＴ電極が設けられている側の主面とは反対側の主面において、変位ｕｉ（ｕ_ｉ＝１，２または３）の拘束条件（ｕ_ｉ＝０）を設けたもの。
4. 前記第２の電極層が、Ｔi、Ｐｔ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｕ、Ｃｕ、Ａｇ及びＮｉＣｒからなる群から選択された少なくとも１種の金属により構成されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の弾性波共振子。
5. 前記第１の電極層の第１，第２の主面及び側面を覆うように、前記第２の電極層が設けられており、
   前記第１の電極層の第１，第２の主面及び側面の前記歪みのＳ_４成分の絶対値の最小値が、１．４×１０^−３以下である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の弾性波共振子。
6. 前記第１の電極層の第１，第２の主面及び側面を覆うように、前記第２の電極層が設けられており、
   前記第１の電極層の第１，第２の主面及び側面の前記歪みのＳ_４成分の絶対値の最大値が、２．７×１０^−３以下である、請求項１〜５のいずれか１項に記載の弾性波共振子。
7. 前記Ａｌを主体とする合金が、ＡｌとＣｕとの合金である、請求項１〜６のいずれか１項に記載の弾性波共振子。
8. 複数の弾性波共振子を有する弾性波フィルタであって、
   前記複数の弾性波共振子のうち、少なくとも１つの弾性波共振子が、請求項１〜７のいずれか１項に記載の弾性波共振子である、弾性波フィルタ。
9. 複数の弾性波共振子を有し、帯域通過型の第１のフィルタと、複数の弾性波共振子を有し、前記第１のフィルタと通過帯域が異なる第２のフィルタとを備える、デュプレクサであって、
   前記第１及び第２のフィルタのうちの少なくとも一方の複数の弾性波共振子のうち、少なくとも１つの弾性波共振子が、請求項１〜７のいずれか１項に記載の弾性波共振子である、デュプレクサ。
10. 複数の送信フィルタが構成されている第１のチップ部品と、複数の受信フィルタが構成されている第２のチップ部品とを備え、前記複数の送信フィルタまたは前記複数の受信フィルタが複数の弾性波共振子を有し、該複数の弾性波共振子のうち、少なくとも１つの弾性波共振子が請求項１〜７のいずれか１項に記載の弾性波共振子である、弾性波装置。

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