KR102722448B1

KR102722448B1 - 탄성파 장치

Info

Publication number: KR102722448B1
Application number: KR1020227015964A
Authority: KR
Inventors: 카츠야 다이몬
Original assignee: 가부시키가이샤 무라타 세이사쿠쇼
Priority date: 2019-12-19
Filing date: 2020-12-09
Publication date: 2024-10-25
Also published as: US20220302897A1; JPWO2021125013A1; WO2021125013A1; KR20220082034A; JP7464062B2; CN114830533A

Abstract

고차 모드에 의한 스퓨리어스를 억제할 수 있는 탄성파 장치를 제공한다.
지지 기판(2)과, 지지 기판(2)에 직접 또는 간접적으로 적층된 압전막과, 압전막 상에 형성된 IDT 전극(7)을 포함하고, 압전막이 지지 기판(2) 측 면이 플러스면이고 IDT 전극(7) 측 면이 마이너스면인 제1 압전막(5)과, 제1 압전막(5)과 적층되고 지지 기판(2) 측 면이 마이너스면이며 IDT 전극(7) 측 면이 플러스면인 제2 압전막(6)을 가지며, 제1 압전막(5)의 두께와 제2 압전막(6)의 두께의 합계 막 두께가 IDT 전극(7)의 전극지 피치로 정해지는 파장을 λ로 했을 때에 1λ 이하인 탄성파 장치(1).

Description

탄성파 장치

본 발명은 압전막을 가지는 탄성파 장치에 관한 것이다.

종래, 압전막을 이용한 탄성파 장치가 여러가지 제안되고 있다. 예를 들면, 하기의 특허문헌 1에 기재된 탄성파 장치에서는 지지 기판 상에 고음속 부재, 저음속막 및 압전막이 이 순서대로 적층되어 있다. 압전막 상에 IDT 전극이 마련되어 있다.

WO2012/086639

특허문헌 1에 기재된 바와 같은 탄성파 장치를 이용하여 대역 통과형 필터를 구성한 경우, 통과 대역 바깥쪽 주파수역에 고차 모드에 의한 스퓨리어스(spurious)가 생기는 경우가 있었다.

본 발명의 목적은 고차 모드의 스퓨리어스를 억제할 수 있는 탄성파 장치를 제공하는 것에 있다.

본 발명에 따른 탄성파 장치는 지지 기판과, 상기 지지 기판에 직접 또는 간접적으로 적층된 압전막과, 상기 압전막 상에 형성된 IDT 전극을 포함하고, 상기 압전막이, 상기 지지 기판 측 면이 마이너스면이며 상기 IDT 전극 측 면이 플러스면인 제1 압전막과, 상기 제1 압전막과 적층되고 상기 지지 기판 측 면이 플러스면이며 상기 IDT 전극 측 면이 마이너스면이고 상기 지지 기판으로부터 상기 제1 압전막보다 먼 제2 압전막을 가지며, 상기 제1 압전막의 두께와 상기 제2 압전막의 두께의 합계 막 두께가 IDT 전극의 전극지(電極指) 피치로 정해지는 파장을 λ로 했을 때에, 1λ 이하이다.

본 발명에 따른 탄성파 장치에 따르면, 필터를 구성한 경우에 통과 대역 밖의 고차 모드에 의한 스퓨리어스를 억제할 수 있다.

도 1(a)는 본 발명의 제1 실시형태에 따른 탄성파 장치의 정면 단면도이며, 도 1(b)는 상기 탄성파 장치의 전극 구조를 나타내는 모식적 평면도이다.
도 2는 제1 실시예의 탄성파 장치의 공진자로서의 임피던스 특성을 나타내는 도면이다.
도 3은 제1 실시예 및 제1 비교예의 탄성파 장치의 공진자로서의 위상 특성을 나타내는 도면이다.
도 4는 제1, 제2 LiTaO₃막의 합계 막 두께와, 고차 모드의 응답이 나타나는 주파수 위치에서의 위상의 최댓값의 관계를 나타내는 도면이다.
도 5는 도 4의 세로축의 위상을 확대하여 나타내는 도면이다.
도 6은 제1, 제2 LiTaO₃막 두께의 합계를 0.4㎛=0.2λ로 일정하게 하고, 제1 LiTaO₃막의 두께를 0.05㎛, 0.1㎛, 0.15㎛, 0.2㎛, 0.25㎛ 또는 0.3㎛로 변화시킨 경우의 스퓨리어스에 의한 위상의 최댓값의 관계를 나타내는 도면이다.
도 7은 Y컷의 LiTaO₃막으로 이루어지는 제1, 제2 LiTaO₃막 두께의 합계를 0.4㎛=0.2λ로 일정하게 하고, 제1 LiTaO₃막의 두께를 0.05㎛, 0.1㎛, 0.15㎛, 0.2㎛, 0.25㎛, 0.3㎛ 또는 0.35㎛로 한 탄성파 장치에서의, Y컷 LiTaO₃막의 커트 각과 임피던스 특성에서의 임피던스비의 관계를 나타내는 도면이다.
도 8은 제1, 제2 LiTaO₃막의 합계 막 두께에 대한 제1 LiTaO₃막의 막 두께의 비율과, 스퓨리어스를 효과적으로 억제할 수 있는 LiTaO₃막의 커트 각의 관계를 나타내는 도면이다.
도 9는 제2 실시예 및 제2 비교예의 탄성파 장치의 공진자로서의 위상 특성을 나타내는 도면이다.
도 10은 Y컷의 LiNbO₃막으로 이루어지는 제1, 제2 LiNbO₃막의 두께의 합계를 0.4㎛=0.2λ로 일정하게 하고, 제1 LiNbO₃막의 두께를 0.05㎛, 0.1㎛, 0.15㎛, 0.2㎛, 0.25㎛, 0.3㎛ 또는 0.35㎛로 한 탄성파 장치에서의, Y컷 LiNbO₃막의 커트 각과 임피던스 특성에서의 임피던스비의 관계를 나타내는 도면이다.
도 11은 제1, 제2 LiNbO₃막의 합계 막 두께에 대한 제1 LiNbO₃막의 막 두께의 비율과, 스퓨리어스를 효과적으로 억제할 수 있는 LiNbO₃막의 커트 각의 관계를 나타내는 도면이다.
도 12는 본 발명의 제2 실시형태에 따른 탄성파 장치의 정면 단면도이다.

이하, 도면을 참조하면서 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명함으로써, 본 발명을 분명하게 한다.

한편, 본 명세서에 기재된 각 실시형태는 예시적인 것이며, 다른 실시형태간에 구성의 부분적인 치환 또는 조합이 가능한 것을 지적해 둔다.

도 1(a)는 본 발명의 제1 실시형태에 따른 탄성파 장치의 정면 단면도이며, 도 1(b)는 그의 전극 구조를 나타내는 모식적 평면도이다.

탄성파 장치(1)는 지지 기판(2)을 가진다. 지지 기판(2)은 본 실시형태에서는 Si로 이루어진다. 다만, 지지 기판(2)의 재료는 특별히 한정되지 않는다. Si 이외에 수정, 반도체, 또는 알루미나 혹은 질화규소 등의 절연체 등을 사용할 수 있다. 혹은, (111)면의 Si, (110)면의 Si 또는 수정이 사용된다.

지지 기판(2) 상에 고음속 재료층(3) 및 저음속막(4)이 적층되어 있다.

저음속막(4) 상에 제1 압전막으로서의 제1 LiTaO₃막(5) 및 제2 압전막으로서의 제2 LiTaO₃막(6)이 적층되어 있다. 본 실시형태에서는 제1, 제2 LiTaO₃막(5, 6)의 적층체에 의해 압전막이 구성되어 있다. 또한, 제1, 제2 LiTaO₃막(5, 6)으로 이루어지는 압전막은 지지 기판(2) 상에 간접적으로 적층되어 있다. 제2 LiTaO₃막(6) 상에 IDT 전극(7) 및 반사기(8, 9)가 마련되어 있다. 이 IDT 전극(7) 및 반사기(8, 9)를 덮도록 유전체막(10)이 적층되어 있다. IDT 전극(7)은 적절한 금속 혹은 합금으로 이루어진다. 바람직하게는 메인 전극층이 Al 또는 AlCu 합금으로 이루어진다.

상기와 같이, 탄성파 장치(1)에서는 압전막이 제1, 제2 LiTaO₃막(5, 6)을 가진다. 여기서, 제1 LiTaO₃막(5)의 지지 기판(2) 측 주면(主面)(5a)이 마이너스면이며, 지지 기판(2)과 반대 측의 주면(5b)이 플러스면으로 되어 있다. 제2 LiTaO₃막(6)에서는 지지 기판(2) 측 주면(6a)이 플러스면이며, IDT 전극(7) 측 주면(6b)이 마이너스면이다. 즉, 플러스면들이 접촉하도록 제1, 제2 LiTaO₃막(5, 6)이 적층되어 있다.

한편, 본 발명에서는 제1, 제2 압전막에서의 플러스면 및 마이너스면은 제1, 제2 압전막의 분극 극성에 기초하는 표현이지만, 보다 바람직하게는 제1 압전막의 분극방향과 제2 압전막의 분극방향이 반대 방향이다.

제1, 제2 LiTaO₃막(5, 6)의 극성을 상기와 같이 하기 위해서는 예를 들면, 제1 LiTaO₃막(5)의 결정 방위를 오일러 각 표시로 (0°, 138°, 0°)로 하고, 제2 LiTaO₃막(6)의 결정 방위를 오일러 각 표시로 (0°, -42°, 180°)로 하면 된다. 한편, 오일러 각 표시 (φ, θ, ψ)에서의 ψ가 전파각(ψ)이다.

제1 LiTaO₃막(5)의 두께와 제2 LiTaO₃막(6) 두께의 합계 막 두께는 IDT 전극(7)의 전극지 피치로 정해지는 파장을 λ로 했을 때에, 1λ 이하로 되어 있다. 그로써, 후술하는 바와 같이, 탄성파 장치(1)의 공진자로서의 특성에서 고차 모드에 의한 스퓨리어스를 효과적으로 억제할 수 있다.

상기 탄성파 장치(1)의 제1 실시예를 이하의 설계 파라미터에 의해 제작했다.

지지 기판(2): (111)면의 Si 기판, 전파 각(ψ)은 46°로 함

고음속 재료층(3): 질화규소막, 두께 300㎚

저음속막(4): 산화규소막, 두께 300㎚

제1 LiTaO₃막(5): 두께 200㎚

제2 LiTaO₃막(6): 두께 200㎚

IDT 전극(7) 및 반사기(8, 9)는 제2 LiTaO₃막(6) 측으로부터 Ti층, AlCu층, 및 Ti층의 적층막에 의해 형성했다. 두께는 하측 Ti층=12㎚, AlCu층=100㎚, 상측 Ti층=4㎚로 했다.

IDT 전극(7)의 전극지 피치로 정해지는 파장(λ)을 2㎛로 하고, IDT 전극(7)의 듀티는 0.5로 했다.

유전체막(10): 산화규소막, 두께 35㎚

한편, 상기와 같이 제1 LiTaO₃막(5)의 두께와 제2 LiTaO₃막(6) 두께의 합계는 400㎚이며, 0.2λ이다.

또한, 제1 LiTaO₃막(5) 및 제2 LiTaO₃막(6)의 커트 각은 모두 42° Y컷으로 했다. 제1 LiTaO₃막(5)의 주면(5a)이 마이너스면이고, 주면(5b)이 플러스면이며, 제2 LiTaO₃막(6)의 주면(6a)이 플러스면이고, 주면(6b)이 마이너스면이다.

상기와 같이 하여 구성한 탄성파 장치(1)의 임피던스 특성을 도 2에 나타낸다. 도 2에 나타내는 바와 같이, 2000㎒ 부근에서 메인모드인 횡파의 SH 모드에 의한 큰 응답이 나타나 있다. 한편, 메인모드에 의한 응답보다도 고역(高域) 측에서는 고차 모드에 의한 스퓨리어스가 거의 나타나지 않은 것을 알 수 있다.

도 3은 상기 제1 실시예의 탄성파 장치와, 제1 비교예의 탄성파 장치의 공진자로서의, 위상 특성을 나타내는 도면이다. 실선이 제1 실시예의 결과를, 파선이 제1 비교예의 결과를 나타낸다.

한편, 제1 비교예에서는 제1 LiTaO₃막(5) 및 제2 LiTaO₃막(6) 대신에 1층의 두께 0.2λ인 LiTaO₃막을 사용한 것을 제외하고는 제1 실시예와 동일하게 했다. 한편, 1층의 LiTaO₃막의 지지 기판 측 면을 마이너스면, IDT 전극 측 면을 플러스면으로 했다.

도 3으로부터 분명한 바와 같이, 제1 비교예에서는 4500㎒ 부근에 고차 모드에 의한 큰 스퓨리어스가 나타나 있다. 이에 반해, 제1 실시예에서는 4500㎒ 부근에서의 고차 모드 스퓨리어스에 의한 응답이 상당히 작아져 있는 것을 알 수 있다.

또한, 도 3으로부터 분명한 바와 같이, 제1 실시예에서의 2000㎒ 부근의 메인모드에 의한 응답은 제1 비교예의 응답과 동등한 것을 알 수 있다. 따라서, 제1 실시예의 탄성파 장치(1)에서는 메인모드의 응답은 충분히 크다.

따라서, 제1 실시예에 따르면, 메인모드에 의한 응답을 열화(劣化)시키지 않고 고차 모드에 의한 스퓨리어스를 효과적으로 억제할 수 있다.

상기와 같이, 제1 실시예에서 고차 모드에 의한 스퓨리어스가 억제되는 이유는 확실하지는 않으나, 플러스면들을 접촉시켜서 극성이 다른 제1, 제2 LiTaO₃막(5, 6)을 적층함으로써 고차 모드가 상쇄되어 있기 때문이라 생각할 수 있다. 한편, 제1 실시예에서는 플러스면들을 접촉시켰지만, 마이너스면들을 접촉시켜서 극성이 다른 제1, 제2 LiTaO₃막(5, 6)을 적층해도 된다. 즉, 상기 제2 압전막으로서의 제2 LiTaO₃막(6) 상에 상기 제1 압전막으로서의 제1 LiTaO₃막(5)이 적층되어도 된다. 그 경우에도 마찬가지의 효과가 얻어진다.

다만, 바람직하게는 제1 압전막의 플러스면과 제2 압전막의 플러스면이 접촉하도록 제1, 제2 압전막이 적층된다. 그로써, 마이너스면들을 접촉시킨 경우보다도 제1, 제2 압전막 사이의 밀착 강도를 높일 수 있고, 제1, 제2 압전막 사이에서의 박리가 생기기 어렵다.

본 발명에서 제1 압전막과 제2 압전막의 적층 형태는 상기와 같이 제1 압전막 상에 제2 압전막이 적층되어도 되고, 제2 압전막 상에 제1 압전막이 적층되어도 된다.

탄성파 장치(1)에서는 고차 모드에 의한 스퓨리어스를 억제할 수 있으므로, 예를 들면 탄성파 장치(1)를 복수개 이용한 대역 통과형 필터를 구성한 경우, 통과 대역보다도 고역 측에서의 고차 모드에 의한 스퓨리어스를 효과적으로 억제할 수 있다.

제1 실시예의 탄성파 장치(1)에서 제1 LiTaO₃막(5)의 막 두께 및 제2 LiTaO₃막(6)의 막 두께를 동일하게 하되 합계 막 두께를 변화시켜 복수종의 탄성파 장치를 제작했다. 이 복수종의 탄성파 장치에서의 제1, 제2 LiTaO₃막(5, 6)의 합계 막 두께와, 고차 모드의 응답이 나타나는 4500㎒ 부근의 위상 최댓값의 관계를 도 4에 나타낸다. 한편, 상기 합계 막 두께는 0.2㎛ 이상 1.2㎛ 이하의 범위 내에서 0.1㎛씩 변화시켰다.

즉, 합계 막 두께를 0.2㎛, 0.3㎛, 0.4㎛, 0.5㎛, 0.6㎛, 0.7㎛, 0.8㎛, 0.9㎛, 1㎛, 1.1㎛ 또는 1.2㎛로 했다.

도 4로부터 분명한 바와 같이, 합계 막 두께가 1㎛(본 실시형태에서의 파장(λ)으로 환산하면 0.5λ) 이하이면 고차 모드에 의한 위상을 충분히 작게 할 수 있다. 보다 바람직하게는 도 4의 세로축을 확대하여 나타내는 도 5로부터 분명한 바와 같이, 합계 막 두께 0.5㎛(본 실시형태에서의 파장(λ)으로 환산하면 0.25λ) 이하이면 한층 더 스퓨리어스를 효과적으로 억제할 수 있다. 따라서, 합계 막 두께가 0.5λ 이하인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.25λ 이하이다. 한편, 본 실시형태와 달리 λ의 값이 2㎛ 이외인 경우에도 합계 막 두께를 0.5λ 이하, 보다 바람직하게는 0.25λ 이하로 함으로써, 고차 모드에 의한 위상을 충분히 작게 할 수 있다.

제1, 제2 LiTaO₃막(5, 6)의 합계 막 두께가 커지면, 고차 모드의 음속이 저음속화되고, Si로 이루어지는 지지 기판(2)에 의한 벌크파 음속의 컷오프를 사용할 수 없게 된다. 그 때문에, 고차 모드에 의한 응답이 커진다고 생각할 수 있다. 따라서, 상기와 같이 합계 막 두께는 1㎛=0.5λ 이하가 된다.

다음으로, 상기 제1 실시예의 구조에서 제1, 제2 LiTaO₃막(5, 6)의 합계 막 두께를 0.4㎛=0.2λ로 일정하게 하고, 제1 LiTaO₃막(5)의 두께와 제2 LiTaO₃막(6)의 두께를 하기의 표 1에 나타내는 바와 같이 했다.

상기와 같이 하여 구성된 탄성파 장치에서의 4500㎒ 부근의 스퓨리어스에 의한 위상의 최댓값을 구했다. 도 6은 제1 LiTaO₃막의 두께(㎛)와, 상기 고차 모드에 의한 스퓨리어스의 위상 최댓값의 관계를 나타내는 도면이다.

도 6으로부터 분명한 바와 같이, 하측(제1, 제2 LiTaO₃막(5, 6) 중 지지 기판에 가까운 측)의 제1 LiTaO₃막(5)의 두께가 0.2㎛ 이상인 경우, 즉 제1 LiTaO₃막(5)의 두께가 제2 LiTaO₃막(6)의 두께보다도 두꺼운 경우에 고차 모드를 보다 효과적으로 억제할 수 있는 것을 알 수 있다.

다음으로, 제1 실시예의 구조에서 제1 LiTaO₃막(5)과 제2 LiTaO₃막(6)의 합계 막 두께를 0.4㎛=0.2λ로 일정하게 하고, 제1 LiTaO₃막(5)의 두께를 0.05㎛, 0.1㎛, 0.15㎛, 0.2㎛, 0.25㎛, 0.3㎛ 또는 0.35㎛로 했다. 제1, 제2 LiTaO₃막(5, 6)으로서 다양한 커트 각의 Y컷 LiTaO₃막을 사용했다. 한편, 제1 LiTaO₃막(5)과 제2 LiTaO₃막(6)의 커트 각은 동일하게 했다.

도 7은 상기와 같이 하여 구성한 복수개의 탄성파 장치에서의 커트 각과, 임피던스 특성에서의 임피던스비의 관계를 나타내는 도면이다. 여기서 임피던스비는 메인모드의 공진 주파수에서의 임피던스에 대한 반공진 주파수에서의 임피던스의 비율이다. 도 7로부터, 각 커트 각에서 상기 제1 LiTaO₃막(5)의 두께가 0.05㎛ 이상 0.35㎛ 이하의 범위로 변화시켰다 해도, 동일한 커트 각이라면 메인모드의 임피던스비는 거의 동등한 것을 알 수 있다. 그리고 상기 커트 각이 -20° 이상, +75° 이하이면, 메인모드의 임피던스비를 80㏈ 이상으로 크게 할 수 있는 것을 알 수 있다. 따라서, 바람직하게는 Y컷 LiTaO₃막의 커트 각은 -20° 이상, +75° 이하이다.

도 8은 상기 제1 실시예에서 제1, 제2 LiTaO₃막(5, 6)의 합계 막 두께를 0.4㎛=0.2λ로 일정하게 하고 이 합계 막 두께에 대한 제1 LiTaO₃막(5)의 막 두께의 비율(%)을 변화시킨 경우의 이 막 두께의 비율과, 레일리파에 의한 스퓨리어스를 억압할 수 있는 커트 각의 관계를 나타내는 도면이다. 도 8 중의 파선은 도 8 중의 복수개의 플롯을 근사화함으로써 얻어지는 식이다. 이 식은 하기의 식(1)이다.

y = -0.0009955556x³+0.1552380952x²-4.6325396825x+78.5714285714 … 식(1)

여기서 y는 커트 각이며, x는 상기 제1 LiTaO₃막(5)의 막 두께의 비율이다.

이 근사식(1)에서 얻어진 y에 대하여, 바람직하게는 (y±10°)+180n(단, n은 0, 1, 2, 3, ……의 정수) 또는 (y±10°)-180n(단, n은 0, 1, 2, 3, ……의 정수) 중 어느 하나의 범위 내의 값이라면 레일리파에 의한 스퓨리어스를 한층 더 효과적으로 억압할 수 있다.

본 발명에 따른 탄성파 장치에서는 제1, 제2 압전막은 LiNbO₃막으로 이루어지는 것이어도 된다. 제2 실시예로서, 제1, 제2 LiTaO₃막(5, 6) 대신에 제1, 제2 LiNbO₃막을 사용한 구성에 대해 설명한다. 제2 실시예를 이하의 설계 파라미터에 의해 제작했다.

지지 기판: (111)면의 Si 기판, 전파 각(ψ)은 46°로 함

고음속 재료층: 질화규소막, 두께 300㎚

저음속막: 산화규소막, 두께 300㎚

제1 LiNbO₃막: 두께 200㎚

제2 LiNbO₃막: 두께 200㎚

IDT 전극 및 반사기는 제2 LiNbO₃막 측으로부터 Ti층, AlCu층, 및 Ti층의 적층막에 의해 형성했다. 두께는 하측 Ti층=12㎚, AlCu층=100㎚, 상측 Ti층=4㎚로 했다.

IDT 전극의 전극지 피치로 정해지는 파장(λ)을 2㎛로 하고, IDT 전극의 듀티는 0.5로 했다.

유전체막: 산화규소막, 두께 30㎚

한편, 상기와 같이, 제1 LiNbO₃막 두께와 제2 LiNbO₃막 두께의 합계는 400㎚이며, 0.2λ이다.

또한, 제1 LiNbO₃막 및 제2 LiNbO₃막의 커트 각은 모두 30° Y컷으로 했다. 제1 LiNbO₃막의 지지 기판 측 주면이 플러스면이고, 제2 LiNbO₃막 측 주면이 마이너스면이며, 제2 LiNbO₃막의 제1 LiNbO₃막 측 주면이 마이너스면이고, IDT 전극 측 주면이 플러스면이다.

또한, 비교를 위해, 두께 400㎚의 단층인 30° Y컷의 LiNbO₃막을 사용한 것을 제외하고는 상기 제2 실시예와 마찬가지로 하여, 제2 비교예의 탄성파 장치를 제작했다. 한편, 제2 비교예에서는 단일층인 LiNbO₃막의 지지 기판 측 면을 마이너스면으로 하고, IDT 전극 측 주면을 플러스면으로 했다.

도 9는 제2 실시예의 탄성파 장치와, 제2 비교예의 탄성파 장치의 공진자로서의 위상 특성을 나타내는 도면이다. 실선이 제2 실시예의 결과를, 파선이 제2 비교예의 결과를 나타낸다.

도 9로부터 분명한 바와 같이, 제2 비교예에서는 3400㎒ 부근, 6700㎒ 부근, 7200㎒ 부근에서 고차 모드에 의한 큰 스퓨리어스가 나타난다. 이에 반해, 제2 실시예에서는 이들 주파수역에서의 스퓨리어스에 의한 응답은 상당히 작아져 있는 것을 알 수 있다. 또한, 도 9로부터 분명한 바와 같이, 제2 실시예에서의 2000㎒ 부근의 메인모드에 의한 응답의 크기는 제2 비교예의 응답과 동등한 것을 알 수 있다. 따라서, 제2 실시예의 탄성파 장치에서는 메인모드의 응답은 충분히 크다. 따라서, 제2 실시예에서도 메인모드에 의한 응답을 열화시키지 않고 고차 모드에 의한 스퓨리어스를 억제할 수 있는 것을 알 수 있다.

다음으로, 제2 실시예의 구조에서 제1 LiNbO₃막과 제2 LiNbO₃막의 합계 막 두께를 0.4㎛=0.2λ로 일정하게 하고, 제1 LiNbO₃막의 두께를 0.05㎛, 0.1㎛, 0.15㎛, 0.2㎛, 0.25㎛, 0.3㎛ 또는 0.35㎛로 했다. 제1, 제2 LiNbO₃막으로서 다양한 커트 각의 Y컷 LiNbO₃막을 사용했다. 한편, 제1 LiNbO₃막과 제2 LiNbO₃막의 커트 각은 동일하게 했다.

도 10은 상기와 같이 하여 구성한 복수개의 탄성파 장치에서의 커트 각과, 임피던스 특성에서의 임피던스비의 관계를 나타내는 도면이다. 여기서 임피던스비는 메인모드의 공진 주파수에서의 임피던스에 대한 반공진 주파수에서의 임피던스의 비율이다. 도 10으로부터, 각 커트 각에서 상기 제1 LiNbO₃막의 두께가 0.05㎛ 이상 0.35㎛ 이하의 범위에서 변화시켰다 해도, 동일한 커트 각이라면 메인모드의 임피던스비는 거의 동등한 것을 알 수 있다. 그리고 상기 커트 각이 -20° 이상 +90° 이하이면, 메인모드의 임피던스비를 80㏈ 이상으로 크게 할 수 있는 것을 알 수 있다. 따라서, 바람직하게는 Y컷 LiNbO₃막의 커트 각은 -20° 이상 +90° 이하이다.

도 11은 상기 제2 실시예에서 제1, 제2 LiNbO₃막의 합계 막 두께를 0.4㎛=0.2λ로 일정하게 하고 이 합계 막 두께에 대한 제1 LiNbO₃막의 막 두께의 비율(%)을 변화시킨 경우의 이 막 두께의 비율과, 레일리파에 의한 스퓨리어스를 억압할 수 있는 커트 각의 관계를 나타내는 도면이다. 도 11 중의 파선은 도 11 중의 복수개의 플롯을 근사화함으로써 얻어지는 식이다. 이 식은 하기의 식(2)가 된다.

y = 0.0091x²+0.3543x+24.5 … 식(2)

여기서, y는 커트 각이며, x는 상기 제1 LiNbO₃막의 막 두께의 비율이다.

이 근사식(2)에서 얻어진 y에 대하여, 바람직하게는 (y±10°)+180n(단, n은 0, 1, 2, 3, ……의 정수) 또는 (y±10°)-180n(단, n은 0, 1, 2, 3, ……의 정수) 중 어느 하나의 범위 내의 값이라면 레일리파에 의한 스퓨리어스를 한층 더 효과적으로 억압할 수 있다.

도 12는 본 발명의 제2 실시형태에 따른 탄성파 장치의 정면 단면도이다. 탄성파 장치(21)에서는 제1 압전막(5)과 제2 압전막(6) 사이에 절연막(22)이 적층되어 있다. 이 절연막(22)으로는 예를 들면 산화막을 사용할 수 있다. 탄성파 장치(21)는, 그 밖의 구조는 탄성파 장치(1)와 마찬가지이다. 탄성파 장치(21)와 같이, 제1 압전막(5)과 제2 압전막(6) 사이에 절연막(22)이 적층되어도 된다.

또한, 탄성파 장치(1)에서는 고음속 재료층(3)은 질화규소막에 의해 구성되어 있고 저음속막(4)은 산화규소막에 의해 구성했지만, 이들의 재료는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들면, 고음속 재료층(3)의 고음속 재료로는 제1, 제2 압전막을 전파하는 탄성파의 음속보다도 전파하는 벌크파의 음속이 높은 다양한 고음속 재료를 사용할 수 있다. 이와 같은 고음속 재료로는 AlN, Al₂O₃, 다이아몬드 박막 등을 들 수 있다.

또한 저음속막(4)에 대해서도, 전파하는 벌크파의 음속이 제1, 제2 압전막을 전파하는 벌크파의 음속보다도 낮은 저음속 재료에 의해 구성할 수 있다. 이와 같은 저음속 재료는 산화규소, 산질화규소 등을 들 수 있다.

또한, IDT 전극(7) 및 반사기(8, 9)를 구성하는 재료에 대해서도 Ti/AlCu/Ti 적층체에 한정되지 않고, 다양한 금속 혹은 합금을 사용할 수 있다. 또한, IDT 전극(7) 및 반사기(8, 9)는 적층 금속막이 아닌, 단층 금속막에 의해 구성되어도 된다.

유전체막(10)의 재료에 대해서도 산화규소에 한정되지 않고, 산질화규소 등의 다양한 유전체를 사용할 수 있다.

탄성파 장치(1)에서는 고음속 재료층(3)이 지지 기판(2) 상에 마련되어 있었는데, 고음속 재료층(3)을 지지 기판(2)과 함께 고음속 재료에 의해 일체화해도 된다.

또한, 저음속막(4)을 마련하지 않고 제1 압전막 상에 고음속 재료층(3)이 직접 적층되어도 된다. 따라서, 제1 압전막은 지지 기판이 고음속 재료층으로 이루어지는 경우에는 지지 기판 상에 직접 적층되어도 된다.

1: 탄성파 장치 2: 지지 기판
3: 고음속 재료층 4: 저음속막
5: 제1 LiTaO₃막 6: 제2 LiTaO₃막
5a, 5b, 6a, 6b: 주면 7: IDT 전극
8, 9: 반사기 10: 유전체막
21: 탄성파 장치 22: 절연막

Claims

지지 기판과,
상기 지지 기판에 직접 또는 간접적으로 적층된 압전막과,
상기 압전막 상에 형성된 IDT 전극을 포함하고,
상기 압전막이, 상기 지지 기판 측 면이 마이너스면이며 상기 IDT 전극 측 면이 플러스면인 제1 압전막과, 상기 제1 압전막과 적층되고 상기 지지 기판 측 면이 플러스면이며 상기 IDT 전극 측 면이 마이너스면이고 상기 지지 기판으로부터 상기 제1 압전막보다 먼 제2 압전막을 가지며,
상기 제1 압전막의 두께와 상기 제2 압전막의 두께의 합계 막 두께가 IDT 전극의 전극지(電極指) 피치로 정해지는 파장을 λ로 했을 때에 1λ 이하인, 탄성파 장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 압전막의 두께와 상기 제2 압전막의 두께의 합계 막 두께가 0.5λ 이하인, 탄성파 장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 압전막의 두께와 상기 제2 압전막의 두께의 합계 막 두께가 0.25λ 이하인, 탄성파 장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 압전막의 두께가 상기 제2 압전막의 두께보다도 큰, 탄성파 장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 압전막의 플러스면과 상기 제2 압전막의 플러스면이 접촉하도록 상기 제1 압전막 및 상기 제2 압전막이 적층되는, 탄성파 장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 압전막 및 상기 제2 압전막이 LiTaO₃막인, 탄성파 장치.
제6항에 있어서,
상기 제1, 제2 압전막이 Y컷의 LiTaO₃막이며, 커트 각이 -20° 이상 +75° 이하인, 탄성파 장치.
제6항에 있어서,
상기 제1 압전막 및 상기 제2 압전막의 커트 각이 (y±10°)+180n(단, n은 0, 1, 2, 3, ……의 정수) 또는 (y±10°)-180n(단, n은 0, 1, 2, 3, ……의 정수) 중 어느 하나의 범위 내의 값이며, 상기 y는 상기 제1 압전막 및 상기 제2 압전막의 합계 막 두께에 대한, 상기 제1 압전막의 막 두께의 비율을 x(%)로 한 경우, 하기 식(1)을 충족하는 값인, 탄성파 장치.
y = -0.0009955556x³+0.1552380952x²-4.6325396825x+78.5714285714 … 식(1)
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1, 제2 압전막이 LiNbO₃막인, 탄성파 장치.
제9항에 있어서,
상기 제1, 제2 압전막이 Y컷의 LiNbO₃막이며, 커트 각이 -20° 이상 +90° 이하인, 탄성파 장치.
제9항에 있어서,
상기 제1 압전막 및 상기 제2 압전막의 커트 각이 (y±10°)+180n(단, n은 0, 1, 2, 3, ……의 정수) 또는 (y±10°)-180n(단, n은 0, 1, 2, 3, ……의 정수) 중 어느 하나의 범위 내의 값이며, 상기 y는 상기 제1 압전막 및 상기 제2 압전막의 합계 막 두께에 대한, 상기 제1 압전막의 막 두께의 비율을 x(%)로 한 경우, 하기 식(2)를 충족하는 값인, 탄성파 장치.
y = 0.0091x²+0.3543x+24.5 … 식(2)
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 압전막과 상기 제2 압전막 사이에 적층된 절연막을 추가로 포함하는, 탄성파 장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 지지 기판과 상기 압전막 사이에 적층되고, 전파하는 벌크파의 음속이 상기 제1 압전막 및 상기 제2 압전막을 전파하는 탄성파의 음속보다도 높은 고음속 재료로 이루어지는 고음속 재료층을 추가로 포함하는, 탄성파 장치.
제1항에 있어서,
상기 지지 기판은 전파하는 벌크파의 음속이 상기 제1 압전막 및 상기 제2 압전막을 전파하는 탄성파의 음속보다도 높은 고음속 재료로 이루어지는, 탄성파 장치.
제13항에 있어서,
상기 고음속 재료층과 상기 압전막 사이에 적층되고, 전파하는 벌크파의 음속이 상기 제1 압전막 및 상기 제2 압전막을 전파하는 벌크파의 음속보다도 낮은 저음속 재료로 이루어지는 저음속막을 추가로 포함하는, 탄성파 장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 IDT 전극을 덮는 유전체막을 추가로 포함하는, 탄성파 장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 IDT 전극이 Al 또는 AlCu 합금으로 이루어지는 메인 전극층을 가지는, 탄성파 장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 지지 기판이 (111)면의 Si, (110)면의 Si, 또는 수정으로 이루어지는, 탄성파 장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 압전막 및 상기 제2 압전막 각각은 탄탈산리튬 또는 니오브산리튬으로 이루어지는, 탄성파 장치.