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WO2013191122A1 - 弾性波装置 - Google Patents

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WO2013191122A1
WO2013191122A1 PCT/JP2013/066554 JP2013066554W WO2013191122A1 WO 2013191122 A1 WO2013191122 A1 WO 2013191122A1 JP 2013066554 W JP2013066554 W JP 2013066554W WO 2013191122 A1 WO2013191122 A1 WO 2013191122A1
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WO
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film
sound velocity
velocity
wave
sound
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/JP2013/066554
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English (en)
French (fr)
Inventor
英樹 岩本
俊介 木戸
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
Original Assignee
Murata Manufacturing 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.)
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Publication date
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Priority to CN201380032010.7A priority patent/CN104380601B/zh
Priority to DE112013003118.3T priority patent/DE112013003118B4/de
Publication of WO2013191122A1 publication Critical patent/WO2013191122A1/ja
Priority to US14/576,748 priority patent/US9621128B2/en
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    • 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
    • H—ELECTRICITY
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    • H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic elements; Electromechanical resonators
    • H03H9/02—Details
    • H03H9/0222—Details of interface-acoustic, boundary, pseudo-acoustic or Stonely wave devices
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    • H03H9/02—Details
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    • H03H9/02543—Characteristics of substrate, e.g. cutting angles
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    • H03H9/17—Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material having a single resonator
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    • H—ELECTRICITY
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    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H10N30/704—Piezoelectric or electrostrictive devices based on piezoelectric or electrostrictive films or coatings
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    • H10N30/80—Constructional details
    • H10N30/87—Electrodes or interconnections, e.g. leads or terminals

Definitions

  • the present invention relates to an elastic wave device used for a resonator, a bandpass filter, and the like, and more particularly to an elastic wave device having a structure in which another material is laminated between a support substrate and a piezoelectric layer.
  • Patent Document 1 discloses a surface acoustic wave device in which a hard dielectric layer, a piezoelectric film, and an IDT electrode are laminated in this order on a dielectric substrate.
  • the acoustic velocity of the surface acoustic wave is increased by disposing a hard dielectric layer between the dielectric substrate and the piezoelectric film. Accordingly, the surface acoustic wave device can be increased in frequency.
  • Patent Document 1 discloses a structure in which an equipotential layer is provided between the hard dielectric layer and the piezoelectric film.
  • the equipotential layer is made of metal or semiconductor.
  • the equipotential layer is provided in order to equalize the potential at the interface between the piezoelectric film and the hard dielectric layer.
  • An object of the present invention is to provide an elastic wave device having good characteristics.
  • An elastic wave device having a piezoelectric film includes a support substrate, a high sound velocity film formed on the support substrate, and having a higher bulk wave sound velocity propagating from the elastic wave sound velocity propagating through the piezoelectric film; A low-velocity film having a low bulk wave sound velocity propagating from the bulk wave sound velocity propagating through the piezoelectric film, a piezoelectric film laminated on the low-sonic film, An IDT electrode formed on one surface of the piezoelectric film.
  • the high-order mode in which the energy concentration of the main mode, which is an elastic wave to be used is 99.9% or more in the structure portion including the high sound velocity film and above the high sound velocity film, and becomes spurious. Energy concentration is 99.5% or less.
  • the sound velocity at the anti-resonance frequency of the main mode is V1 [m / s]
  • the sound velocity of the high-sonic film is Vh [m / s]
  • the sound velocity of the higher order mode is V2 [m / s]
  • the sound velocity of the high sound velocity film is Vh [m / s]
  • the wavelength of the elastic wave is ⁇ [m].
  • the sound velocity of the higher order mode is V2 [m / s]
  • the sound velocity of the high sound velocity film is Vh [m / s]
  • the bulk wave sound velocity propagating through the support substrate is slower than the bulk wave sound velocity propagating through the high sound velocity film.
  • the substrate since the substrate has a low sound velocity, the higher-order mode leaks more reliably on the substrate side. Therefore, the influence of the higher order mode can be more effectively suppressed.
  • a second low-sonic film is further provided.
  • the second low acoustic velocity film is laminated between the support substrate and the high acoustic velocity film.
  • a second low-velocity film having a lower bulk-wave sound velocity propagating through the second low-sonic film than the bulk wave sound velocity propagating through the piezoelectric film is further provided.
  • the higher order mode is likely to leak into the second low sound velocity film. Therefore, the higher order mode can be leaked by the second low sound velocity film. Therefore, the degree of freedom of the selectivity of the material for the support substrate can be increased.
  • the piezoelectric film is made of a lithium tantalate single crystal or a lithium niobate single crystal.
  • an ion implantation method can be used to easily form a piezoelectric thin film as a piezoelectric film.
  • by selecting the cut angle it is possible to easily provide an elastic wave device having various characteristics.
  • the high sound velocity film and the low sound velocity film are disposed between the support substrate and the piezoelectric film, and further include the high sound velocity film, and in the structural portion above the high sound velocity film, Since the energy concentration degree of the mode and the higher order mode is in the specific range, the energy of the elastic wave to be used can be effectively confined in the portion where the piezoelectric film and the low acoustic velocity film are laminated. In addition, higher-order modes that become spurious can be leaked to the support substrate side of the high-speed film, and higher-order mode spurious can be suppressed. Therefore, it is possible to obtain good resonance characteristics and filter characteristics due to the elastic wave to be used, and to suppress an undesired response due to the higher order mode.
  • FIG. 1A is a schematic front sectional view of a surface acoustic wave device according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 1B is a schematic plan view showing an electrode structure thereof.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing the energy distribution of the SH wave, that is, the U2 component, which is the main mode of the surface acoustic wave device when the film thickness of the high acoustic velocity film is 0.2 ⁇ .
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing the energy distribution of the SH wave, that is, the U2 component, which is the main mode of the surface acoustic wave device when the film thickness of the high acoustic velocity film is 0.5 ⁇ .
  • FIG. 1A is a schematic front sectional view of a surface acoustic wave device according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 1B is a schematic plan view showing an electrode structure thereof.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing the energy distribution of the SH wave, that is, the U2 component, which
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing the energy distribution of the SH wave, that is, the U2 component, which is the main mode of the surface acoustic wave device when the film thickness of the high acoustic velocity film is 1.0 ⁇ .
  • FIG. 5 is a schematic diagram showing the energy distribution of the SH wave, that is, the U2 component, which is the main mode of the surface acoustic wave device when the film thickness of the high acoustic velocity film is 3.0 ⁇ .
  • FIG. 6 is a schematic diagram showing the energy distribution of the U2 + U3 component, which is a higher order mode when the film thickness of the high acoustic velocity film is 0.5 ⁇ .
  • FIG. 7 is a schematic diagram showing the energy distribution of the U2 + U3 component, which is a higher-order mode when the film thickness of the high acoustic velocity film is 1.0 ⁇ .
  • FIG. 8 is a schematic diagram showing the energy distribution of the U2 + U3 component which is a higher order mode when the film thickness of the high acoustic velocity film is 2.0 ⁇ .
  • FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the film thickness of the high-velocity film and the energy concentration of the surface acoustic wave in the embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a diagram showing the relationship between the film thickness of the high-sonic film, the sound speed of the main mode, which is the elastic wave used, and the sound speed of the high-sonic film.
  • FIG. 11 is a diagram showing the relationship between the film thickness of the high sound velocity film and the sound velocity of the main mode, which is an elastic wave to be used.
  • FIG. 12 is a diagram showing the relationship among the film thickness of the high sonic film, the sound speed of the higher mode, and the sound speed of the high sonic film to be used.
  • FIG. 13 is a diagram showing the relationship between the film thickness of the high sound velocity film, the main mode that is the elastic wave to be used, and the sound speed of the higher-order mode that is spurious.
  • FIG. 14 is a diagram showing the relationship among the film thickness of the high-sonic film, the sound speed of the higher-order mode, and the sound speed of the high-sonic film to be used.
  • FIG. 15 is a diagram showing the relationship between the film thickness of the high sound velocity film and the sound speed of the high-order mode that is the main mode and spurious that are the elastic waves to be used.
  • FIG. 16 is a schematic front sectional view of a surface acoustic wave device according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 17 is a diagram showing the relationship between the sound speed and energy concentration in the main mode and the film thickness of the high sound speed film.
  • FIG. 18 is a diagram showing the relationship between the film thickness of the high sound velocity film and the sound velocity in the main mode.
  • FIG. 19 is a diagram for explaining an approximate expression regarding the relationship between the film thickness of the high sound velocity film shown in FIG. 18 and the sound velocity in the main mode.
  • FIG. 19 is a diagram for explaining an approximate expression regarding the relationship between the film thickness of the high sound velocity film shown in FIG. 18 and the sound velocity in the main mode.
  • FIG. 20 is a diagram showing the relationship between the sound speed and energy concentration in the higher order mode, and the film thickness of the high sound speed film.
  • FIG. 21 is a diagram showing the relationship between the sound speed and energy concentration in the higher order mode and the film thickness of the high sound speed film.
  • FIG. 22 is a schematic front sectional view showing a boundary acoustic wave device according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 23 is a schematic front cross-sectional view of a boundary acoustic wave device as a fourth exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 (a) is a schematic front sectional view of a surface acoustic wave device as a first embodiment of the present invention.
  • the surface acoustic wave device 1 has a support substrate 2. On the support substrate 2, a high sound velocity film 3 having a relatively high sound velocity is laminated. On the high sound velocity film 3, a low sound velocity film 4 having a relatively low sound velocity is laminated. A piezoelectric film 5 is laminated on the low acoustic velocity film 4. An IDT electrode 6 is laminated on the upper surface of the piezoelectric film 5. The IDT electrode 6 may be laminated on the lower surface of the piezoelectric film 5.
  • the support substrate 2 can be made of an appropriate material as long as it can support a laminated structure including the high sound velocity film 3, the low sound velocity film 4, the piezoelectric film 5, and the IDT electrode 6.
  • a piezoelectric body, a dielectric body, a semiconductor, or the like can be used.
  • the support substrate 2 is made of glass.
  • the high sound velocity film 3 functions to confine the surface acoustic wave in a portion where the piezoelectric film 5 and the low sound velocity film 4 are laminated.
  • the high acoustic velocity film 3 is made of aluminum nitride.
  • various high sound velocity materials such as aluminum nitride, aluminum oxide, silicon carbide, silicon nitride, or diamond can be used as long as the elastic wave can be confined.
  • the energy concentration degree of the main mode which is an elastic wave to be used, is 99.9% or more in the structure portion including the high acoustic velocity film and above the high acoustic velocity membrane, and a higher order mode that becomes spurious.
  • the energy concentration is 99.5% or less. That is, the main mode, which is an elastic wave to be used, is surely confined in the structural portion above the high acoustic velocity film. On the other hand, higher-order modes that become spurious leak to the support substrate side.
  • the elastic wave to be used that is, the energy of the main mode
  • the elastic wave to be used can be confined in the portion where the piezoelectric film 5 and the low-sonic film 4 are laminated, and the high-order mode that becomes spurious is selected as the high-sonic film. 3 can be leaked to the support substrate 2 side.
  • the high sound velocity film refers to a film in which the acoustic velocity of the bulk wave in the high sound velocity film is higher than that of the elastic wave propagating through the piezoelectric film 5.
  • the low sound velocity film is a film in which the sound velocity of the bulk wave in the low sound velocity film is lower than the bulk wave propagating through the piezoelectric film 5.
  • the bulk wave mode that determines the sound velocity of the bulk wave is defined according to the use mode of the elastic wave propagating through the piezoelectric film 5.
  • the high sound velocity and the low sound velocity are determined according to the right-axis bulk wave mode of Table 1 below with respect to the left-axis elastic wave main mode of Table 1 below.
  • the P wave is a longitudinal wave
  • the S wave is a transverse wave.
  • U1 means a P wave as a main component
  • U2 means an SH wave as a main component
  • U3 means an elastic wave whose main component is an SV wave.
  • the bulk wave mode for determining the high acoustic velocity and the low acoustic velocity is determined as shown in Table 2 below.
  • the slower one of the SH wave and the SV wave is called a slow transverse wave
  • the faster one is called a fast transverse wave.
  • the slower transverse wave depends on the anisotropy of the material.
  • the SV wave has a slow transverse wave
  • the SH wave has a fast transverse wave among bulk waves.
  • an appropriate material having a bulk wave sound velocity lower than the bulk wave propagating through the piezoelectric film 5 can be used.
  • silicon oxide, glass, silicon oxynitride, tantalum oxide, a compound obtained by adding fluorine, carbon, or boron to silicon oxide can be used.
  • the low sound velocity film and the high sound velocity film are made of an appropriate dielectric material capable of realizing the high sound velocity and the low sound velocity determined as described above.
  • the piezoelectric film 5 can be formed of an appropriate piezoelectric material, but is preferably made of a piezoelectric single crystal.
  • a piezoelectric single crystal an elastic wave device having various characteristics can be easily provided by selecting an Euler angle. More preferably, a lithium tantalate single crystal or a lithium niobate single crystal is used. In this case, the resonance characteristics and filter characteristics of the surface acoustic wave device 1 can be further enhanced by selecting the Euler angle.
  • the IDT electrode 6 is made of Al in this embodiment.
  • the IDT electrode 6 can be formed of an appropriate metal material such as Al, Cu, Pt, Au, Ag, Ti, Ni, Cr, Mo, W, or an alloy mainly composed of any of these metals.
  • the IDT electrode 6 may have a structure in which a plurality of metal films made of these metals or alloys are stacked.
  • the electrode structure shown in FIG. 1B is formed on the piezoelectric film 5. That is, the IDT electrode 6 and the reflectors 7 and 8 disposed on both sides of the IDT electrode 6 in the surface acoustic wave electrode direction are formed. Thus, a 1-port surface acoustic wave resonator is configured.
  • the electrode structure including the IDT electrode in the present invention is not particularly limited, and can be modified to constitute a ladder filter, a longitudinally coupled filter, a lattice type filter, and a transversal type filter that combine appropriate resonators and resonators. .
  • the surface acoustic wave device 1 of the present embodiment is characterized in that the high sound velocity film 3, the low sound velocity film 4 and the piezoelectric film 5 are laminated as described above, and includes a high sound velocity film.
  • the energy concentration of the main mode which is the elastic wave to be used, is 99.9% or more, and the energy concentration of the higher-order mode that is spurious is 99.5% or less. It is in. Accordingly, the elastic wave to be used, that is, the main mode can be effectively confined, and higher-order mode spurious can be effectively suppressed. This will be described below.
  • the low acoustic velocity film 4 is disposed between the high acoustic velocity film 3 and the piezoelectric film 5, the acoustic velocity of the elastic wave is lowered.
  • the energy of an elastic wave is concentrated in a medium that is essentially a low sound velocity. Therefore, the effect of confining the elastic wave energy in the piezoelectric film 5 and the IDT in which the elastic wave is excited can be enhanced. Therefore, compared with the case where the low sound velocity film 4 is not provided, according to this embodiment, loss can be reduced and Q value can be raised.
  • the low acoustic velocity film 4 is disposed between the high acoustic velocity film 3 and the piezoelectric film 5, the acoustic velocity of the elastic wave is reduced as compared with the structure in which the piezoelectric film is formed on the high acoustic velocity film.
  • the structure of the present invention by appropriately selecting the piezoelectric film and the low sound velocity film, it is possible to achieve a higher sound velocity than the piezoelectric film alone. In other words, high frequency is also possible in the structure of the present invention.
  • the energy concentration of the main mode which is an elastic wave to be used, is 99.9% or more in the structural portion including the high sound velocity film and above the high sound velocity film, and high spurious. Since the energy concentration of the next mode is 99.5% or less, it is possible to confine the energy of the elastic wave in the portion up to the high acoustic velocity film 3 and to leak the higher order mode to the support substrate 2 side of the high acoustic velocity film 3. it can. This will be described with reference to FIGS.
  • FIGS. 6 to 8 are diagrams showing energy distributions in higher-order modes.
  • 2 to 8 are obtained by the finite element method based on the following surface acoustic wave device 1.
  • IDT electrode 6 Al electrode
  • thickness 0.08 ⁇ / piezoelectric film 5 Y-cut LiTaO 3 LiTaO 3 single crystal film
  • thickness 0.25 ⁇ / low sound velocity film 4 silicon oxide film
  • thickness 0.34 ⁇ / High sound velocity film 3 aluminum nitride film
  • ⁇ is the wavelength of the elastic wave determined by the period of the electrode fingers of the IDT electrode.
  • the vertical direction is the thickness direction of the surface acoustic wave device 1.
  • the broken line A indicates the position of the upper surface of the high sonic film 3 and the broken line B indicates the position of the lower surface of the high sonic film 3.
  • the U2 component that is the main mode to be used leaks downward from the lower surface of the high sonic film 3. I understand that.
  • the film thickness of the aluminum nitride film constituting the high sonic speed film 3 is 0.5 ⁇ or more, it is above the lower surface of the high sonic speed film 3. It can be seen that the U2 component, that is, the energy of the SH wave is well confined.
  • the energy of the main mode that is, the elastic wave to be used can be effectively confined by setting the film thickness of the high acoustic velocity film 3 to 0.5 ⁇ or more.
  • the energy of the main mode is confined by 99.9% or more. That is, the energy concentration of the main mode is 99.9% or more.
  • FIG. 6, FIG. 7 and FIG. 8 show the energy distributions of higher-order modes when the film thickness of the high sonic film 3 made of an aluminum nitride film is 0.5 ⁇ , 1.0 ⁇ , and 2.0 ⁇ , respectively.
  • the U2 component + U3 component of the higher-order mode becomes a problem as spurious.
  • FIG. 8 it can be seen that when the film thickness of the aluminum nitride film is 2.0 ⁇ , the U2 component and the U3 component are distributed with higher energy than the high sound velocity film 3.
  • the energy concentration degree above the high acoustic velocity film 3 in the higher order mode is lower than that in the main mode. It can be seen that the U2 component and the U3 component are considerably leaked to the support substrate 2 side of the high acoustic velocity film 3.
  • nitriding is performed so that the energy concentration of the main mode, which is the elastic wave to be used, is 99.9% or more, and the energy concentration of the higher-order mode that is spurious is 99.5% or less.
  • the film thickness of the aluminum film is in the range of 0.5 ⁇ to 1.0 ⁇ , the higher mode can be leaked from the high acoustic velocity film 3 to the support substrate 2 side while confining the energy of the main mode. Therefore, it can be seen that good characteristics due to the main mode, that is, the surface acoustic wave can be obtained, and spurious out-of-band due to the higher order mode can be effectively suppressed.
  • FIG. 9 is a diagram showing the energy concentration levels of the main mode and the higher-order mode when the film thickness of the high sonic velocity film 3 is changed.
  • shaft of FIG. 9 shows each energy concentration degree (%) of a main mode and a high-order mode.
  • the energy concentration degree indicates the ratio of the energy of the mode confined in the laminated structure of the IDT electrode 6 / piezoelectric film 5 / low sound velocity film 4 / high sound velocity film 3 to the total energy of the mode. If this energy concentration is 100%, it means that no energy leaks to the support substrate 2 side. When it is lower than 100%, the decrease in concentration means the proportion of energy leaking to the support substrate 2 side.
  • the film thickness of the high sound velocity film is 0.5 ⁇ or more
  • the energy concentration in the main mode is almost 100%. Therefore, it can be seen that the main mode can be effectively confined. It can also be seen that the higher order mode can be leaked by setting the film thickness of the high acoustic velocity film 3 to 1.2 ⁇ or less.
  • the film thickness of the high sound velocity film 3 needs to be 0.5 ⁇ or more and 1.2 ⁇ or less.
  • the energy concentration of the higher order modes In order to leak higher order modes and suppress spurious, it is desirable to set the energy concentration of the higher order modes to 99.9% or less, more preferably 98% or less. Therefore, if the film thickness is 1.2 ⁇ or less, the energy concentration degree of the higher-order mode can be less than 100%, so that the higher-order mode can be leaked to the support substrate side as described above. However, more preferably, by setting the film thickness of the high acoustic velocity film 3 to 1.0 ⁇ or less, the energy concentration degree in the higher-order mode can be set to 99.5% or less, and the film thickness is 0.8 ⁇ or less. By doing so, the energy concentration degree of the higher-order mode can be reduced to 98% or less. Therefore, the upper limit of the film thickness of the high sound velocity film 3 is preferably 1.0 ⁇ or less, more preferably 0.8 ⁇ or less.
  • the results shown in FIGS. 2 to 9 are the evaluation results when the piezoelectric film 5 is a LiTaO 3 single crystal, the low acoustic velocity film 4 is silicon oxide, and the high acoustic velocity film 3 is an aluminum nitride film.
  • the same results as in FIGS. 2 to 9 can be obtained even when the piezoelectric film 5, the low acoustic velocity film 4, and the high acoustic velocity film 3 are made of other materials.
  • FIG. 17 shows that the Al electrode film thickness is 0.08 ⁇ , the Y-cut LT thickness is 0.01 ⁇ to 0.5 ⁇ , the low sound velocity film thickness is 0.05 ⁇ to 2.00 ⁇ , and the sound velocity of the high sound velocity film is 4200 m / sec. It is a figure which shows the relationship between the sound speed of the main mode at the time of doing, energy concentration, and the film thickness of a high-speed film thickness. It can be seen that the energy of the main mode is more likely to leak when the sound speed of the main mode is increased, and more likely to leak when the film thickness of the high sound velocity film is reduced.
  • the relationship between the high sound velocity film thickness and the main mode sound velocity when the energy concentration in the main mode is 99.99% is plotted. This is shown in FIG.
  • the sound speed in the main mode means the sound speed at the antiresonance frequency.
  • the sound velocity Vh [m / s] of the high sound velocity film is divided into cases, the sound velocity V1 at the antiresonance frequency of the main mode and the wavelength ⁇ [m of the surface acoustic wave at the sound velocity Vh of each high sound velocity film. ] And the relationship with the film thickness Th of the high acoustic velocity film normalized. The results are shown below.
  • FIG. 10 is a diagram showing a result of the relationship between the film thickness of the high-sonic film, the elastic wave to be used, that is, the sound speed of the main mode, and the sound speed of the high-sonic film used by the finite element method.
  • the relationship in FIG. 10 when the sound velocity of the high sound velocity film is 4200 m / sec is the above-described equation (1).
  • FIG. 10 shows a calculation of the relationship between the high sound velocity film thickness and the main mode sound velocity at the sound velocity of each high sound velocity film.
  • the assumed structure is as follows.
  • IDT electrode 6 Al electrode
  • film thickness is 0.08 ⁇ / piezoelectric film 5: Y-cut LiTaO 3 single crystal
  • film thickness is 0.01 ⁇ to 0.50 ⁇ / low sound velocity film 4: silicon oxide film
  • film Thickness 0.05 ⁇ to 2.00 ⁇ / high sound velocity film 3 various high sound velocity films having a sound velocity of 4200 m / second to 6000 m / second, film thickness less than 1.6 ⁇ / support substrate 2: glass substrate.
  • the sound speed of the high sound velocity film can be changed by varying the materials constituting the high sound velocity film.
  • a plurality of high sound velocity films in the range of 4200 m / second to 6000 m / second are used. The result was shown.
  • the sound speed of the main mode in FIG. 10 indicates the sound speed of the main mode when leakage to the support substrate 2 side in the main mode starts when the sound speed of the high sound velocity film is 4200 m / sec to 6000 m / sec. If the sound speed of the main mode is slower than each curve shown in FIG. 10, the main mode can be completely confined above the high sound velocity film 3. Therefore, good device characteristics can be obtained.
  • Such control of the sound speed in the main mode can be realized by selecting each film thickness and material of the IDT electrode 6, the piezoelectric film 5, and the low sound speed film 4. As an example, when the surface acoustic wave device of the following first structure example is configured, the sound speed in the main mode is about 3800 m / sec.
  • IDT electrode 6 Al film, thickness 0.08 ⁇ / piezoelectric film 5: Y-cut LiTaO 3 single crystal, thickness 0.25 ⁇ / low sound velocity film 4: SiO 2 , thickness 0.35 ⁇ / high sound velocity film 3: aluminum nitride film, The speed of sound is 5800 m / sec.
  • FIG. 11 is a diagram showing the relationship between the film thickness of the high sound velocity film and the sound velocity in the main mode when the sound velocity of the high sound velocity film is 5800 m / sec.
  • the curve in FIG. 11 shows the sound speed at which the main mode starts leaking when the sound speed of the high sound speed film is 5800 m / sec. Above this curve, the main mode leaks and good elastic wave characteristics cannot be obtained.
  • the sound speed in the main mode is 3800 m / sec
  • the sound speed in the main mode is located at the position indicated by the broken line D in FIG. Therefore, in this case, it can be seen that the film thickness of the high sound velocity film should be 0.6 ⁇ or more.
  • the main mode is more effectively confined more effectively by controlling the sound speed of the high sound speed film 3, the film thickness of the high sound speed film 3, and the sound speed of the main mode. Can do.
  • the IDT electrode 6 is made of Al
  • the piezoelectric film 5 is made of LiTaO 3
  • the low acoustic velocity film 4 is made of silicon oxide.
  • the presupposed structure is as the second structure example below.
  • the relationship between the high sound velocity film thickness and the sound velocity of the higher order mode when the energy concentration degree of the higher order mode is 99.5% is plotted. This is shown in FIG. Using this result of FIG. 20, this relationship was set so that the energy concentration degree of the higher-order mode would satisfy 99.5% or less. Then, the sound velocity Vh [m / s] of the high sound velocity film is divided into cases, and is normalized by the sound velocity V2 of the higher order mode and the wavelength ⁇ [m] of the surface acoustic wave at the sound velocity Vh of each high sound velocity film. The relationship with the film thickness Th of the high acoustic velocity film was calculated. The results are shown below.
  • FIG. 12 shows the relationship among the film thickness of the high sonic film, the sound speed of the higher order mode, and the sound speed of the high sonic film.
  • the relationship at the time of the sound velocity of each high sound velocity film in FIG. 12 is the above-described relational expression. That is, each curve in FIG. 12 shows the sound speed of the higher-order mode when the higher-order mode starts to leak toward the support substrate 2 when the sound velocity of the high-speed film is in the range of 4200 m / sec to 6000 m / sec. Indicates. When the sound speed of the higher order mode becomes faster than the curve shown in FIG. 12, the higher order mode leaks to the support substrate 2 side.
  • the higher order mode can be leaked downward from the high sound velocity film 3, and spurious can be suppressed.
  • Such high-order mode sound speed control can be achieved by controlling the film thickness and materials of the IDT electrode 6, the piezoelectric film 5, and the low sound speed film 4.
  • a surface acoustic wave device having the following structure is given. In this case, the sound speed in the main mode is 3800 m / second, and the sound speed in the higher mode is 5240 m / second.
  • IDT electrode 6 Al film, thickness 0.08 ⁇ / piezoelectric film 5: Y-cut LiTaO 3 single crystal, thickness 0.25 ⁇ / low sound velocity film 4: SiO 2 , thickness 0.35 ⁇ / high sound velocity film 3: aluminum nitride film, Speed of sound 5800m / sec, thickness 0.70 ⁇ / glass support substrate
  • FIG. 13 shows the sound speed at which leakage of the main mode and the higher mode starts when the sound speed of the high sound speed film 3 is 5800 m / sec.
  • FIG. 13 shows the relationship between the film thickness of the high sound speed film and the sound speeds of the main mode and the higher order mode, that is, the sound speed when the main mode and the higher order mode start leaking.
  • the film thickness of the high sound velocity film is 0.6 ⁇ or more, the main mode can be effectively confined when the sound velocity in the main mode is 3800 m / sec.
  • the film thickness of the high sound velocity film should be 1.05 ⁇ or less in order to suppress the higher order mode.
  • the optimum film thickness can be set by referring to FIG. 12 even when other structures and materials are used.
  • FIG. 14 is a diagram corresponding to FIG. That is, on the premise of the second structural example used to obtain the result of FIG. 12, the sound speed of the higher order mode when the higher order mode starts to leak to the support substrate 2 side, the film thickness of the high speed film, The relationship with the speed of sound of a high speed film is shown. However, here, the vertical axis represents the speed of sound of the higher order mode when the higher order mode leaks 2.0% or more to the support substrate 2 side. Therefore, compared with the case of FIG. 12, in the result shown in FIG. 14, the higher-order mode leaks further to the support substrate 2 side. That is, if the film thickness of the high sonic film 3 is set so as to increase the sound speed of the higher order mode than the curves shown in FIG. 14, the higher order mode can be effectively leaked to the support substrate 2 side.
  • FIG. 14 the derivation of FIG. 14 was performed in the same manner as in the case of FIGS. That is, the relationship between the high-sonic film thickness and the high-order mode sound velocity when the energy concentration in the high-order mode is 98% is plotted. This is shown in FIG. With reference to FIG. 21, this relationship was set so that the energy concentration degree of the higher-order mode satisfied 98% or less. Then, the sound velocity Vh [m / s] of the high sound velocity film is divided into cases, and is normalized by the sound velocity V2 of the higher order mode and the wavelength ⁇ [m] of the surface acoustic wave at the sound velocity Vh of each high sound velocity film. The relationship with the film thickness Th of the high acoustic velocity film was calculated. The results are shown below.
  • FIG. 15 shows the relationship between the film thickness of the high sonic film and the sound speed of the main mode and the higher mode in the case where the sound speed of the high sonic film is 5800 m / sec.
  • the solid line in FIG. 15 represents the main mode, and the alternate long and short dash line represents the sound speed at which the higher order mode starts to leak.
  • the main mode can be effectively confined by setting the film thickness of the high sound velocity film to 0.6 ⁇ or more.
  • the higher-order mode can be sufficiently leaked. Therefore, it is preferable that the film thickness of the high sound velocity film is in the range of 0.6 ⁇ to 0.85 ⁇ .
  • the optimum film thickness can be set by referring to FIG. Thereby, higher-order modes can be further suppressed than the conditions of FIG.
  • FIG. 15 demonstrated about the case where the film thickness of a high-sonic-speed film
  • the sound velocity of the support substrate 2 is low. As a result, more high-order mode energy can be leaked to the support substrate 2 side. Therefore, it is preferable that the sound speed of the support substrate 2 is slower than the sound speed of the high sound speed film 3.
  • a glass substrate is used as the support substrate 2, but alumina may be used instead of glass.
  • a second low acoustic velocity film 9 may be laminated between the high acoustic velocity film 3 and the support substrate 2.
  • the second low sound velocity film 9 the same material as that of the low sound velocity film 4 can be used.
  • the second low acoustic velocity film 9 is made of silicon oxide. When silicon oxide is used, the absolute value of the frequency temperature coefficient TCF can be lowered to improve the temperature characteristics.
  • the higher order mode can be effectively leaked to the second low sound velocity film 9 from the high sound velocity film 3 side. Therefore, even when the support substrate 2 is configured using a support substrate material having a high sonic velocity such as alumina, the higher order mode can be leaked downward from the high sonic velocity film 3. Therefore, when the second low sound velocity film 9 is used, the degree of freedom in selecting the material constituting the support substrate 2 can be increased.
  • LiTaO 3 single crystal, LiNbO 3 single crystal, or the like When LiTaO 3 single crystal, LiNbO 3 single crystal, or the like is used, a thin piezoelectric thin film can be easily obtained by a process that uses ion implantation and a peeling method from the ion implanted portion.
  • FIG. 22 is a schematic front cross-sectional view showing a boundary acoustic wave device 43 as a third embodiment.
  • a boundary acoustic wave device 43 As a third embodiment.
  • a low sound velocity film 4 / a high sound velocity film 3 / a support substrate 2 are laminated in order from the top.
  • This structure is the same as that of the first embodiment.
  • the IDT electrode 6 is formed on the interface between the piezoelectric film 5 and the dielectric 44 laminated on the piezoelectric film 5.
  • FIG. 23 is a schematic front sectional view of a so-called three-medium structure boundary acoustic wave device 45 as a fourth embodiment.
  • the IDT electrode 6 is formed at the interface between the piezoelectric film 5 and the dielectric 46 in contrast to the structure in which the low acoustic velocity film 4 / the high acoustic velocity membrane 3 / the support substrate 2 are laminated below the piezoelectric membrane 5.
  • a dielectric 47 having a faster transverse wave speed than the dielectric 46 is laminated on the dielectric 46. Thereby, a so-called three-medium structure boundary acoustic wave device is configured.
  • the low acoustic velocity film 4 / the high acoustic velocity membrane 3 are disposed below the piezoelectric film 5 similarly to the surface acoustic wave device 1 of the first embodiment.

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Description

弾性波装置
　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し、より詳細には、支持基板と圧電体層との間に他の材料が積層されている構造を有する弾性波装置に関する。
　従来より、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おり、近年では、高周波化が求められている。下記の特許文献１には、誘電体基板上に、硬質誘電体層、圧電膜及びＩＤＴ電極をこの順序で積層してなる弾性表面波装置が開示されている。この弾性表面波装置では、硬質誘電体層を誘電体基板と圧電膜との間に配置することにより、弾性表面波の高音速化が図られている。それによって弾性表面波装置の高周波化が可能であるとされている。
　なお、特許文献１では、上記硬質誘電体層と、圧電膜との間に、等電位層を設けた構造も開示されている。等電位層は、金属または半導体からなる。等電位層は、圧電膜と硬質誘電体層との界面における電位を等電位化するために設けられている。
特開２００４－２８２２３２
　特許文献１に記載の弾性表面波装置では、硬質誘電体層の形成により高音速化が図られている。しかしながら、伝搬損失が少なからず存在し、弾性波を効果的に圧電薄膜中に閉じ込めることができていないため、弾性表面波装置のエネルギーが誘電体基板に漏れる。そのため、弾性波装置の特性が損なわれるという問題があった。
　本発明の目的は、特性の良好な弾性波装置を提供することにある。
　本発明に係る圧電膜を有する弾性波装置は、支持基板と、前記支持基板上に形成されており、前記圧電膜を伝搬する弾性波音速より伝搬するバルク波音速が高速である高音速膜と、前記高音速膜上に積層されており、前記圧電膜を伝搬するバルク波音速より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電極とを備える。本発明では、高音速膜を含み、かつ高音速膜より上方の構造部分において、利用する弾性波であるメインモードのエネルギー集中度が９９．９％以上であり、かつ、スプリアスとなる高次モードのエネルギー集中度が９９．５％以下とされている。
　本発明に係る弾性波装置のある特定の局面では、メインモードの反共振周波数における音速をＶ１［ｍ／ｓ］、高音速膜の音速をＶｈ［ｍ／ｓ］、弾性波の波長λ［ｍ］で規格化された高音速膜の膜厚をＴｈ（＝高音速膜厚／λ）としたときに、下記の各ＶｈにおいてＶ１とＴｈが以下の関係式を満たしている。
・４２００≦Ｖｈ＜４４００の場合；
       Ｖ１≦１２５．９×Ｔｈ２－１０２．０×Ｔｈ＋３７１５．０
・４４００≦Ｖｈ＜４６００の場合；
       Ｖ１≦２９６．３×Ｔｈ２－２５３．０×Ｔｈ＋３７４２．２
・４６００≦Ｖｈ＜４８００の場合；
       Ｖ１≦５０６．１×Ｔｈ２－３９１．５×Ｔｈ＋３７５９．２
・４８００≦Ｖｈ＜５０００の場合；
       Ｖ１≦７６８．０×Ｔｈ２－５５２．４×Ｔｈ＋３７７６．８
・５０００≦Ｖｈ＜５２００の場合；
       Ｖ１≦８４８．５×Ｔｈ２－５４１．６×Ｔｈ＋３７６７．８
・５２００≦Ｖｈ＜５４００の場合；
       Ｖ１≦１０６５．２×Ｔｈ２－７０９．４×Ｔｈ＋３７９２．８
・５４００≦Ｖｈ＜５６００の場合；
       Ｖ１≦１１９７．１×Ｔｈ２－６９５．０×Ｔｈ＋３７７９．８
・５６００≦Ｖｈ＜５８００の場合；
       Ｖ１≦１３９３．８×Ｔｈ２－８４３．８×Ｔｈ＋３８０１．５
・５８００≦Ｖｈ＜６０００の場合；
       Ｖ１≦１７１３．７×Ｔｈ２－１１９３．３×Ｔｈ＋３８９６．１
・６０００≦Ｖｈの場合；
       Ｖ１≦１８３９．９×Ｔｈ２－１０２８．７×Ｔｈ＋３８１４．１
　本発明に係る弾性波装置の他の特定の局面では、高次モードの音速をＶ２［ｍ／ｓ］、高音速膜の音速をＶｈ［ｍ／ｓ］、弾性波の波長λ［ｍ］で規格化された高音速膜の膜厚をＴｈ（＝高音速膜厚／λ）としたときに、下記の各ＶｈにおいてＶ２とＴｈが以下の関係式を満たしている。
・Ｖｈ＜４２００の場合；
       Ｖ２≧１８７．０×Ｔｈ２－１３７．０×Ｔｈ＋３９１９．７
・４２００≦Ｖｈ＜４４００の場合；
       Ｖ２≧－１１５．０×Ｔｈ２＋５１５．０×Ｔｈ＋３７９６．４
・４４００≦Ｖｈ＜４６００の場合；
       Ｖ２≧－２６８．４×Ｔｈ２＋８９８．０×Ｔｈ＋３７２８．８
・４６００≦Ｖｈ＜４８００の場合；
       Ｖ２≧－３５２．８×Ｔｈ２＋１１２５．２×Ｔｈ＋３７２６．８
・４８００≦Ｖｈ＜５０００の場合；
       Ｖ２≧－５６８．７×Ｔｈ２＋１５６４．３×Ｔｈ＋３６５７．２
・５０００≦Ｖｈ＜５２００の場合；
       Ｖ２≧－４３４．２×Ｔｈ２＋１３９２．６×Ｔｈ＋３８０８．２
・５２００≦Ｖｈ＜５４００の場合；
       Ｖ２≧－５７６．５×Ｔｈ２＋１７１７．１×Ｔｈ＋３７４８．３
・５４００≦Ｖｈ＜５６００の場合；
       Ｖ２≧－６０２．９×Ｔｈ２＋１８８２．６×Ｔｈ＋３７３３．７
・５６００≦Ｖｈ＜５８００の場合；
       Ｖ２≧－５７６．９×Ｔｈ２＋２０６６．９×Ｔｈ＋３７０３．７
・５８００≦Ｖｈ＜６０００の場合；
       Ｖ２≧－６２７．０×Ｔｈ２＋２２５６．１×Ｔｈ＋３７０５．７
　また、本発明に係る弾性波装置のさらに他の特定の局面では、高次モードの音速をＶ２［ｍ／ｓ］、高音速膜の音速をＶｈ［ｍ／ｓ］、弾性波の波長λ［ｍ］で規格化された高音速膜の膜厚をＴｈ（＝高音速膜厚／λ）としたときに、下記の各ＶｈにおいてＶ２とＴｈが以下の関係式を満たしている。
・Ｖｈ＜４２００の場合；
       Ｖ２≧１９７．８×Ｔｈ２－１５８．０×Ｔｈ＋４１２８．５
・４２００≦Ｖｈ＜４４００の場合；
       Ｖ２≧－１１９．５×Ｔｈ２＋５２３．８×Ｔｈ＋３９９２．７
・４４００≦Ｖｈ＜４６００の場合；
       Ｖ２≧－２７４．０×Ｔｈ２＋９０８．９×Ｔｈ＋３９２４．２
・４６００≦Ｖｈ＜４８００の場合；
       Ｖ２≧－３７２．３×Ｔｈ２＋１１６２．９×Ｔｈ＋３９１０．９
・４８００≦Ｖｈ＜５０００の場合；
       Ｖ２≧－５７３．４×Ｔｈ２＋１５７３．９×Ｔｈ＋３８５２．８
・５０００≦Ｖｈ＜５２００の場合；
       Ｖ２≧－４４３．７×Ｔｈ２＋１４１１．０×Ｔｈ＋４０００．５
・５２００≦Ｖｈ＜５４００の場合；
       Ｖ２≧－５５７．０×Ｔｈ２＋１６７９．２×Ｔｈ＋３９６４．２
・５４００≦Ｖｈ＜５６００の場合；
       Ｖ２≧－５８１．０×Ｔｈ２＋１８４０．１×Ｔｈ＋３９５１．６
・５６００≦Ｖｈ＜５８００の場合；
       Ｖ２≧－５７０．７×Ｔｈ２＋２０５４．７×Ｔｈ＋３９０８．８
・５８００≦Ｖｈ＜６０００の場合；
       Ｖ２≧－７３１．１×Ｔｈ２＋２４０８．０×Ｔｈ＋３８５７．０
　本発明に係る弾性波装置の他の特定の局面では、前記支持基板を伝搬するバルク波音速が、前記高音速膜を伝搬するバルク波音速よりも遅い。この場合には、基板が低音速であるため、高次モードが基板側により確実に漏洩する。そのため、高次モードの影響をより効果的に抑制することができる。
　本発明に係る弾性波装置のさらに他の特定の局面では、第２の低音速膜がさらに備えられている。第２の低音速膜は前記支持基板と前記高音速膜との間に積層されている。また、前記圧電膜を伝搬するバルク波音速よりも第２の低音速膜を伝搬するバルク波音速は低速である第２の低音速膜がさらに備えられている。この場合には、第２の低音速膜に高次モードが漏洩しやすい。そのため、第２の低音速膜により高次モードを漏洩させることができる。よって、支持基板の材料の選択度の自由度を高めることができる。
　本発明に係る弾性波装置のさらに別の特定の局面では、前記圧電膜が、タンタル酸リチウム単結晶またはニオブ酸リチウム単結晶からなる。この場合には、イオン注入法を用い、圧電膜としての圧電体の薄膜を容易に形成することができる。また、カット角を選択することにより、様々な特性の弾性波装置を容易に提供することができる。
　本発明に係る弾性波装置では、支持基板と圧電膜との間に、高音速膜及び低音速膜が配置されており、さらに高音速膜を含み、高音速膜より上方の構造部分において、メインモード及び高次モードのエネルギー集中度が上記特定の範囲とされているため、利用する弾性波のエネルギーを圧電膜及び低音速膜が積層されている部分に効果的に閉じ込めることができる。加えて、スプリアスとなる高次モードを高音速膜の支持基板側に漏洩させることができ、高次モードスプリアスを抑制することが可能となる。よって、利用する弾性波による良好な共振特性やフィルタ特性などを得ることができ、しかも高次モードによる所望でないレスポンスを抑制することが可能となる。
図１（ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る弾性表面波装置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、高音速膜の膜厚が０．２λである場合の弾性表面波装置のメインモードであるＳＨ波すなわちＵ２成分のエネルギー分布を示す模式図である。 図３は、高音速膜の膜厚が０．５λである場合の弾性表面波装置のメインモードであるＳＨ波すなわちＵ２成分のエネルギー分布を示す模式図である。 図４は、高音速膜の膜厚が１．０λである場合の弾性表面波装置のメインモードであるＳＨ波すなわちＵ２成分のエネルギー分布を示す模式図である。 図５は、高音速膜の膜厚が３．０λである場合の弾性表面波装置のメインモードであるＳＨ波すなわちＵ２成分のエネルギー分布を示す模式図である。 図６は、高音速膜の膜厚が０．５λである場合の高次モードであるＵ２＋Ｕ３成分のエネルギー分布を示す模式図である。 図７は、高音速膜の膜厚が１．０λである場合の高次モードであるＵ２＋Ｕ３成分のエネルギー分布を示す模式図である。 図８は、高音速膜の膜厚が２．０λである場合の高次モードであるＵ２＋Ｕ３成分のエネルギー分布を示す模式図である。 図９は、本発明の実施形態において、高音速膜の膜厚と、弾性表面波のエネルギー集中度との関係を示す図である。 図１０は、高音速膜の膜厚と、利用する弾性波であるメインモードの音速と、高音速膜の音速との関係を示す図である。 図１１は、高音速膜の膜厚と、利用する弾性波であるメインモードの音速との関係を示す図である。 図１２は、高音速膜の膜厚と、高次モードの音速と、利用する高音速膜の音速との関係を示す図である。 図１３は、高音速膜の膜厚と、利用する弾性波であるメインモードと、スプリアスとなる高次モードの音速との関係を示す図である。 図１４は、高音速膜の膜厚と、高次モードの音速と、利用する高音速膜の音速との関係を示す図である。 図１５は、高音速膜の膜厚と、利用する弾性波であるメインモード及びスプリアスとなる高次モードの音速との関係を示す図である。 図１６は、本発明の他の実施形態の弾性表面波装置の模式的正面断面図である。 図１７は、メインモードの音速とエネルギー集中度と、高音速膜の膜厚との関係を示す図である。 図１８は、高音速膜の膜厚と、メインモードの音速との関係を示す図である。 図１９は、図１８に示した高音速膜の膜厚とメインモードの音速との関係についての近似式を説明するための図である。 図２０は、高次モードの音速とエネルギー集中度と、高音速膜の膜厚との関係を示す図である。 図２１は、高次モードの音速とエネルギー集中度と、高音速膜の膜厚との関係を示す図である。 図２２は、本発明の第３の実施形態としての弾性境界波装置を示す模式的正面断面図である。 図２３は、本発明の第４の実施形態としての弾性境界波装置の模式的正面断面図である。
　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。
　図１（ａ）は、本発明の第１の実施形態としての弾性表面波装置の模式正面断面図である。
　弾性表面波装置１は、支持基板２を有する。支持基板２上に、音速が相対的に高い高音速膜３が積層されている。高音速膜３上に、音速が相対的に低い低音速膜４が積層されている。また、低音速膜４上に圧電膜５が積層されている。この圧電膜５の上面にＩＤＴ電極６が積層されている。なお、ＩＤＴ電極６は圧電膜５の下面に積層されていてもよい。
　上記支持基板２は、高音速膜３、低音速膜４、圧電膜５及びＩＤＴ電極６を有する積層構造を支持し得る限り、適宜の材料により構成することができる。このような材料としては、圧電体、誘電体または半導体等を用いることができる。本実施形態では、支持基板２は、ガラスからなる。
　上記高音速膜３は、弾性表面波を圧電膜５及び低音速膜４が積層されている部分に閉じ込めるように機能する。本実施形態では、高音速膜３は、窒化アルミニウムからなる。もっとも、上記弾性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、窒化ケイ素またはダイヤモンド等のさまざまな高音速材料を用いることができる。
　本実施形態では、高音速膜を含み、高音速膜より上方の構造部分において、利用する弾性波であるメインモードのエネルギー集中度は９９．９％以上であり、かつ、スプリアスとなる高次モードのエネルギー集中度は９９．５％以下とされている。すなわち、利用する弾性波であるメインモードが高音速膜よりも上方の構造部分に確実に閉じ込められる。他方、スプリアスとなる高次モードは支持基板側に漏洩する。それによって、後述するように、利用する弾性波すなわちメインモードのエネルギーを、圧電膜５及び低音速膜４が積層されている部分に閉じ込めることができ、かつスプリアスとなる高次モードを高音速膜３の支持基板２側に漏洩させることが可能とされている。
　なお、本明細書において、高音速膜とは、圧電膜５を伝搬する弾性波よりも、該高音速膜中のバルク波の音速が高速となる膜を言うものとする。また、低音速膜とは、圧電膜５を伝搬するバルク波よりも、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。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５を伝搬する弾性波の使用モードに応じて定義される。高音速膜３及び低音速膜４がバルク波の伝搬方向に関し等方性の場合には、下記の表１に示すようになる。すなわち、下記の表１の左軸の弾性波の主モードに対し下記の表１の右軸のバルク波のモードにより、上記高音速及び低音速を決定する。Ｐ波は縦波であり、Ｓ波は横波である。
　なお、下記の表１において、Ｕ１はＰ波を主成分とし、Ｕ２はＳＨ波を主成分とし、Ｕ３はＳＶ波を主成分とする弾性波を意味する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　上記低音速膜４及び高音速膜３がバルク波の伝搬性において異方性である場合には下記の表２に示すように高音速及び低音速を決定するバルク波のモードが決まる。なお、バルク波のモードのうち、ＳＨ波とＳＶ波のより遅い方が遅い横波と呼ばれ、速い方が速い横波と呼ばれる。どちらが遅い横波になるかは、材料の異方性により異なる。回転Ｙカット付近のＬｉＴａＯ３やＬｉＮｂＯ３では、バルク波のうちＳＶ波が遅い横波、ＳＨ波が速い横波となる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　上記低音速膜４を構成する材料としては圧電膜５を伝搬するバルク波よりも低音速のバルク波音速を有する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、酸化ケイ素、ガラス、酸窒化ケイ素、酸化タンタル、また、酸化ケイ素にフッ素や炭素やホウ素を加えた化合物などを用いることができる。
　上記低音速膜及び高音速膜は、上記のように決定される高音速及び低音速を実現し得る適宜の誘電体材料からなる。
　圧電膜５は、適宜の圧電材料により形成することができるが、好ましくは、圧電単結晶からなる。圧電単結晶を用いた場合、オイラー角を選択することにより様々な特性の弾性波装置を容易に提供し得る。より好ましくは、タンタル酸リチウム単結晶またはニオブ酸リチウム単結晶が用いられ、その場合には、オイラー角を選択することにより弾性表面波装置１の共振特性やフィルタ特性をより一層高めることができる。
　ＩＤＴ電極６は、本実施形態では、Ａｌからなる。もっとも、ＩＤＴ電極６は、Ａｌ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ａｕ、Ａｇ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗまたはこれらの金属のいずれかを主体とする合金などの適宜の金属材料により形成することができる。また、ＩＤＴ電極６は、これらの金属もしくは合金からなる複数の金属膜を積層した構造を有していてもよい。
　図１（ａ）では略図的に示しているが、圧電膜５上に、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６と、ＩＤＴ電極６の弾性表面波電極方向両側に配置された反射器７，８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。もっとも、本発明におけるＩＤＴ電極を含む電極構造は特に限定されず、適宜の共振子や共振子を組み合わせたラダーフィルタ、縦結合フィルタ、ラチス型フィルタ、トランスバーサル型フィルタを構成するように変形し得る。
　本実施形態の弾性波表面波装置１の特徴は、上記高音速膜３、低音速膜４及び圧電膜５が上記のように積層されており、かつ、高音速膜を含み、高音速膜より上方の構造部分において、利用する弾性波であるメインモードのエネルギー集中度は９９．９％以上であり、かつ、スプリアスとなる高次モードのエネルギー集中度は９９．５％以下とされていることにある。それによって、利用する弾性波すなわちメインモードを効果的に閉じ込め、かつ高次モードスプリアスを効果的に抑制し得る。これを、以下において説明する。
　従来、圧電基板の下面に高音速膜を配置することにより、弾性波の一部が高音速膜中にエネルギーを分布させながら伝搬するため、弾性波の高音速化を図り得ることが知られている。
　これに対して、本願発明では、上記高音速膜３と、圧電膜５との間に上記低音速膜４が配置されているため、弾性波の音速が低下する。弾性波は本質的に低音速な媒質にエネルギーが集中する。従って、圧電膜５内及び弾性波が励振されているＩＤＴ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。そのため、低音速膜４が設けられていない場合に比べて、本実施形態によれば、損失を低減し、Ｑ値を高めることができる。なお、高音速膜３と圧電膜５との間に低音速膜４が配置されているため、高音速膜上に圧電膜を形成した構造に比べ、弾性波の音速は低下する。しかしながら、本願発明の構造においては、圧電膜および低音速膜を適切に選択することにより、圧電膜単体よりも高音速化が可能となる。すなわち、本願発明の構造においても高周波化は可能である。
　さらに、本実施形態では、高音速膜を含み、高音速膜より上方の構造部分において、利用する弾性波であるメインモードのエネルギー集中度は９９．９％以上であり、かつ、スプリアスとなる高次モードのエネルギー集中度は９９．５％以下であるため、高音速膜３までの部分に弾性波のエネルギーを閉じ込めるとともに、高次モードを高音速膜３の支持基板２側に漏洩させることができる。これを、図２～図８を参照して説明する。
　図２～図５は、利用する弾性波であるメインモードのエネルギー分布を示す図であり、図６～８は、高次モードのエネルギー分布を示す図である。なお、図２～図８の結果は、以下の弾性表面波装置１を前提とした有限要素法により得られた結果である。上から順に、ＩＤＴ電極６：Ａｌ電極、厚み０．０８λ／圧電膜５：ＹカットＬｉＴａＯ３のＬｉＴａＯ３単結晶膜、厚み０．２５λ／低音速膜４：酸化ケイ素膜、厚み０．３４λ／高音速膜３：窒化アルミニウム膜、厚み０．１λ～３．０λの間で変化させた／支持基板２：ガラス基板。ただし、λはＩＤＴ電極の電極指の周期で定まる弾性波の波長である。
　図２～図５及び図６～図８において、図の縦方向は弾性表面波装置１の厚み方向である。破線Ａが高音速膜３の上面の位置を、破線Ｂが高音速膜３の下面の位置を示す。
　図２、図３、図４及び図５は、高音速膜３を構成している窒化アルミニウム膜の膜厚を、それぞれ、０．２λ、０．５λ、１．０λ、３．０λとした場合のメインモードである弾性波のエネルギー分布を示す。ここで利用している弾性波は、図２～図５におけるＵ２成分、すなわちＳＨ波である。
　図２から明らかなように、窒化アルミニウム膜からなる高音速膜３の膜厚が０．２λである場合、利用するメインモードであるＵ２成分が高音速膜３の下面よりも下方に漏洩していることがわかる。これに対して、図３～図５に示すように、高音速膜３を構成している窒化アルミニウム膜の膜厚が０．５λ以上の場合には、高音速膜３の下面よりも上方にＵ２成分すなわちＳＨ波のエネルギーが良好に閉じ込められていることがわかる。従って、高音速膜３の膜厚を０．５λ以上とすることによりメインモードすなわち使用する弾性波のエネルギーを効果的に閉じ込め得ることがわかる。ここで、メインモードのエネルギーは９９．９％以上閉じ込められている。すなわち、メインモードのエネルギー集中度は９９．９％以上である。
　他方、図６、図７及び図８は、窒化アルミニウム膜からなる高音速膜３の膜厚をそれぞれ、０．５λ、１．０λ及び２．０λとしたときの高次モードのエネルギー分布を示す。ここでは、高次モードのＵ２成分＋Ｕ３成分がスプリアスとして問題となる。図８に示されているように、窒化アルミニウム膜の膜厚が２．０λの場合には、Ｕ２成分及びＵ３成分が高音速膜３よりも上方に大きなエネルギーで分布していることがわかる。これに対して、窒化アルミニウム膜の膜厚が１．０λ以下である図６及び図７の場合には、高次モードの高音速膜３上方へのエネルギー集中度はメインモードに比べて低くなっており、Ｕ２成分及びＵ３成分が高音速膜３の支持基板２側にかなり漏洩していることがわかる。
　従って、利用する弾性波であるメインモードのエネルギー集中度は９９．９％以上であり、かつ、スプリアスとなる高次モードのエネルギー集中度は９９．５％以下であるようにするために、窒化アルミニウム膜の膜厚を０．５λ～１．０λの範囲とすれば、メインモードのエネルギーを閉じ込めつつ、高次モードを高音速膜３から支持基板２側に漏洩させることができる。従って、メインモードすなわち弾性表面波による良好な特性を得ることができ、かつ高次モードによる帯域外のスプリアスを効果的に抑制し得ることがわかる。
　ところで、弾性波エネルギーの支持基板２側への漏洩の有無を判定する指標の一つとして、エネルギー集中度が知られている。図９は、高音速膜３の膜厚を変化させた場合のメインモードと高次モードのエネルギー集中度を示す図である。
　図９の縦軸は、メインモード及び高次モードの各エネルギー集中度（％）を示す。ここで、エネルギー集中度とは、ＩＤＴ電極６／圧電膜５／低音速膜４／高音速膜３の積層構造内に閉じ籠もっているモードのエネルギーの、該モードの全エネルギーに対する割合を示す。このエネルギー集中度が１００％であれば、支持基板２側にエネルギーが漏洩していないことを意味する。１００％より低い場合には、集中度低下分は、支持基板２側に漏洩しているエネルギーの割合を意味することとなる。エネルギー集中度の計算方法としては、図２～図８に示したエネルギー分布を所望の深さ（高音速膜３の下層）まで積分したエネルギーをＥ１、全エネルギーをＥ＿ｔｏｔａｌとしたときに、
エネルギー集中度（％）＝（Ｅ１／Ｅ＿ｔｏｔａｌ×１００）
で計算される。
　図９から明らかなように、高音速膜の膜厚を、０．５λ以上とすれば、メインモードのエネルギー集中度はほぼ１００％となる。従って、メインモードを効果的に閉じ込め得ることがわかる。また、高音速膜３の膜厚を１．２λ以下とすることにより、高次モードを漏洩させ得ることがわかる。
　従って図９から明らかなように、高音速膜３の膜厚は、０．５λ以上、１．２λ以下であることが必要であることがわかる。
　なお、高次モードを漏洩させ、スプリアスを抑圧するには、高次モードのエネルギー集中度を９９．９％以下、より好ましくは９８％以下とすることが望ましい。従って、１．２λ以下の膜厚であれば、高次モードのエネルギー集中度を１００％未満とすることができるため、上記のように高次モードを支持基板側に漏洩させることができる。もっとも、より好ましくは、高音速膜３の膜厚を１．０λ以下とすることにより、高次モードの上記エネルギー集中度を９９．５％以下とすることができ、膜厚を０．８λ以下とすることにより高次モードのエネルギー集中度を９８％以下とすることができる。従って、高音速膜３の膜厚の上限は、１．０λ以下とすることが好ましく、より好ましくは０．８λ以下とすることが望ましい。
　なお、図２～図９に示す結果は、圧電膜５がＬｉＴａＯ３単結晶、低音速膜４が酸化ケイ素、高音速膜３が窒化アルミニウム膜の場合についての評価結果である。しかしながら、本発明においては、圧電膜５、低音速膜４及び高音速膜３を他の材料で構成した場合においても、図２～図９と同様の結果が得られることが確かめられている。
　図１７は、Ａｌ電極膜厚を０．０８λ、ＹカットＬＴの厚みを０．０１λ～０．５λ、低音速膜厚を０．０５λ～２．００λ、高音速膜の音速を４２００ｍ／秒としたときのメインモードの音速とエネルギー集中度と、高速膜厚の膜厚との関係を示す図である。メインモードのエネルギーは、メインモードの音速が速くなると、より漏洩しやすくなり、また、高音速膜の膜厚が薄くなると漏洩しやすくなることが分かる。ここで、メインモードのエネルギー集中度が９９．９９％となる場合の、高音速膜厚とメインモードの音速の関係をプロットした。これを図１８に示す。なお、メインモードの音速とは、反共振周波数における音速のことを意味する。
　この図１８において、メインモードの音速が、プロットされている値より遅くなるようにすれば、メインモードのエネルギー集中度は９９．９９％を満足する。ここで、図１８におけるプロットの結果からメインモードの音速をｙ、高音速膜の膜厚をｘとして近似すると、図１９に示すように、ｙ＝１２５．９ｘ２－１０２．０ｘ＋３，７１５．０が得られる。ただし、Ｒ２＝１．０である。すなわち、メインモードの反共振周波数における音速をＶ１［ｍ／ｓ］、弾性表面波の波長λ［ｍ］で規格化された高音速膜の膜厚をＴｈ（＝高音速膜厚／λ）としたとき、次の関係式を満足するようにすればよい。
　Ｖ１≦１２５．９×Ｔｈ２－１０２．０×Ｔｈ＋３７１５．０・・・（１）
　もっとも、上記式（１）は高音速膜の音速をＶｈ［ｍ／ｓ］とした場合、Ｖｈ＝４２００の時の結果であるが、４２００≦Ｖｈ＜４４００の範囲内においては、上記式（１）を満たせばいいことが、本願発明者らにより確かめられている。
　同様にして、高音速膜の音速Ｖｈ［ｍ／ｓ］を場合分けして、それぞれの高音速膜の音速Ｖｈにおける、メインモードの反共振周波数における音速Ｖ１と、弾性表面波の波長λ［ｍ］で規格化された高音速膜の膜厚Ｔｈとの関係を算出した。結果を以下に示す。
・４４００≦Ｖｈ＜４６００の場合；
       Ｖ１≦２９６．３×Ｔｈ２－２５３．０×Ｔｈ＋３７４２．２
・４６００≦Ｖｈ＜４８００の場合；
       Ｖ１≦５０６．１×Ｔｈ２－３９１．５×Ｔｈ＋３７５９．２
・４８００≦Ｖｈ＜５０００の場合；
       Ｖ１≦７６８．０×Ｔｈ２－５５２．４×Ｔｈ＋３７７６．８
・５０００≦Ｖｈ＜５２００の場合；
       Ｖ１≦８４８．５×Ｔｈ２－５４１．６×Ｔｈ＋３７６７．８
・５２００≦Ｖｈ＜５４００の場合；
       Ｖ１≦１０６５．２×Ｔｈ２－７０９．４×Ｔｈ＋３７９２．８
・５４００≦Ｖｈ＜５６００の場合；
       Ｖ１≦１１９７．１×Ｔｈ２－６９５．０×Ｔｈ＋３７７９．８
・５６００≦Ｖｈ＜５８００の場合；
       Ｖ１≦１３９３．８×Ｔｈ２－８４３．８×Ｔｈ＋３８０１．５
・５８００≦Ｖｈ＜６０００の場合；
       Ｖ１≦１７１３．７×Ｔｈ２－１１９３．３×Ｔｈ＋３８９６．１
・６０００≦Ｖｈの場合；
        Ｖ１≦１８３９．９×Ｔｈ２－１０２８．７×Ｔｈ＋３８１４．１
　図１０は、高音速膜の膜厚と、利用する弾性波すなわちメインモードの音速と、利用する高音速膜の音速との関係を有限要素法により求めた結果を示す図である。ちなみに、図１０における、高音速膜の音速が４２００ｍ／秒であるときの関係が、前述の式（１）である。以下、同様にして、各高音速膜の音速における、高音速膜厚とメインモードの音速の関係を算出したものを示したものが図１０となっている。なお前提とした構造は以下の通りである。
　上から順に、ＩＤＴ電極６：Ａｌ電極、膜厚は０．０８λ／圧電膜５：ＹカットＬｉＴａＯ３単結晶、膜厚は０．０１λ～０．５０λ／低音速膜４：酸化ケイ素膜、膜厚は０．０５λ～２．００λ／高音速膜３：音速が４２００ｍ／秒～６０００ｍ／秒の各種高音速膜、膜厚は１．６λ未満／支持基板２：ガラス基板。
　なお、高音速膜の音速は、高音速膜を構成する材料を種々異ならせることにより変化させることができるが、図１０では、４２００ｍ／秒～６０００ｍ／秒の範囲の複数種の高音速膜についての結果を示した。
　図１０のメインモードの音速とは、高音速膜の音速が４２００ｍ／秒～６０００ｍ／秒のいずれかの場合のメインモードの支持基板２側への漏洩が始まるときのメインモードの音速を示す。図１０に示した各曲線よりもメインモードの音速が遅くなれば、メインモードを高音速膜３よりも上方に完全に閉じ込めることができる。従って、良好なデバイス特性を得ることができる。このようなメインモードの音速のコントロールは、ＩＤＴ電極６、圧電膜５、低音速膜４の各膜厚及び材料を選択することにより実現することができる。一例として、下記の第１の構造例の弾性表面波装置を構成した場合、メインモードの音速は３８００ｍ／秒程度となる。
　（第１の構造例）
　ＩＤＴ電極６：Ａｌ膜、厚み０．０８λ／圧電膜５：ＹカットＬｉＴａＯ３単結晶、厚み０．２５λ／低音速膜４：ＳｉＯ２、厚み０．３５λ／高音速膜３：窒化アルミニウム膜、音速５８００ｍ／秒。
　また、図１１は、高音速膜の音速が５８００ｍ／秒である場合の高音速膜の膜厚と、メインモードの音速との関係を示す図である。図１１の曲線は、高音速膜の音速が５８００ｍ／秒の場合のメインモードが漏洩を開始する音速を示す。この曲線よりも上方では、メインモードが漏洩し、良好な弾性波特性を得ることができない。他方、上記メインモードの音速が３８００ｍ／秒の場合には、図１１の破線Ｄで示す位置にメインモードの音速が位置する。従って、この場合、高音速膜の膜厚は０．６λ以上とすべきことがわかる。
　上記の第１の構造例から明らかなように、高音速膜３の音速、高音速膜３の膜厚及びメインモードの音速を制御することにより、メインモードをより一層完全に効果的に閉じ込めることができる。
　なお、図１０及び図１１においても、ＩＤＴ電極６をＡｌで構成し、圧電膜５がＬｉＴａＯ３、低音速膜４が酸化ケイ素により構成されていたが、他の材料を用いた場合においても同様の関係が成立することが本願発明者により確かめられている。すなわち、他の構造、材料を用いた場合にも図１０を参照することにより最適膜厚を設定することができる。
　次に、高次モードのエネルギーを支持基板２側へ漏洩させるための条件を検討した。前提とした構造は以下の第２の構造例の通りである。
　（第２の構造例）
　ＩＤＴ電極６：Ａｌ膜、膜厚は変化させた／圧電膜５：ＹカットＬｉＴａＯ３単結晶、膜厚＝０．０１λ～０．５０λ／低音速膜４：酸化ケイ素、膜厚０．０５λ～２．００λ／高音速膜３：音速が４２００ｍ／秒～６０００ｍ／秒の各種高音速膜、膜厚は１．６λ以下とした／支持基板２：ガラス基板。
　ここで、図１０を導いた場合と同様にして、高次モードのエネルギー集中度が９９．５％となる場合の、高音速膜厚と高次モードの音速の関係をプロットした。これを図２０に示す。この図２０の結果を用い、高次モードのエネルギー集中度が９９．５％以下を満足するように、この関係を設定した。そして、高音速膜の音速Ｖｈ［ｍ／ｓ］を場合分けして、それぞれの高音速膜の音速Ｖｈにおける、高次モードの音速Ｖ２と、弾性表面波の波長λ［ｍ］で規格化された高音速膜の膜厚Ｔｈとの関係を算出した。結果を以下に示す。
・Ｖｈ＜４２００の場合；
       Ｖ２≧１８７．０×Ｔｈ２－１３７．０×Ｔｈ＋３９１９．７
・４２００≦Ｖｈ＜４４００の場合；
       Ｖ２≧－１１５．０×Ｔｈ２＋５１５．０×Ｔｈ＋３７９６．４
・４４００≦Ｖｈ＜４６００の場合；
       Ｖ２≧－２６８．４×Ｔｈ２＋８９８．０×Ｔｈ＋３７２８．８
・４６００≦Ｖｈ＜４８００の場合；
       Ｖ２≧－３５２．８×Ｔｈ２＋１１２５．２×Ｔｈ＋３７２６．８
・４８００≦Ｖｈ＜５０００の場合；
       Ｖ２≧－５６８．７×Ｔｈ２＋１５６４．３×Ｔｈ＋３６５７．２
・５０００≦Ｖｈ＜５２００の場合；
       Ｖ２≧－４３４．２×Ｔｈ２＋１３９２．６×Ｔｈ＋３８０８．２
・５２００≦Ｖｈ＜５４００の場合；
       Ｖ２≧－５７６．５×Ｔｈ２＋１７１７．１×Ｔｈ＋３７４８．３
・５４００≦Ｖｈ＜５６００の場合；
       Ｖ２≧－６０２．９×Ｔｈ２＋１８８２．６×Ｔｈ＋３７３３．７
・５６００≦Ｖｈ＜５８００の場合；
       Ｖ２≧－５７６．９×Ｔｈ２＋２０６６．９×Ｔｈ＋３７０３．７
・５８００≦Ｖｈ＜６０００の場合；
       Ｖ２≧－６２７．０×Ｔｈ２＋２２５６．１×Ｔｈ＋３７０５．７
　図１２は、高音速膜の膜厚と、高次モードの音速と、高音速膜の音速との関係を示す。図１２における、各高音速膜の音速であるときの関係が、上述の関係式である。すなわち、図１２の各曲線は、高音速膜の音速が４２００ｍ／秒～６０００ｍ／秒の範囲のいずれかの場合に、高次モードが支持基板２側へ漏洩が始まるときの高次モードの音速を示す。図１２に示されている曲線よりも高次モードの音速が速くなると、高次モードが支持基板２側へ漏洩することとなる。それによって、高次モードを高音速膜３よりも下方に漏洩させることができ、スプリアスを抑制することができる。このような高次モードの音速のコントロールは、ＩＤＴ電極６、圧電膜５、低音速膜４の膜厚及び材料をコントロールすることにより達成し得る。一例として、以下の構造の弾性表面波装置を挙げる。この場合に、メインモードの音速は３８００ｍ／秒となり、高次モードの音速は５２４０ｍ／秒となる。
　（構造）
　ＩＤＴ電極６：Ａｌ膜、厚み０．０８λ／圧電膜５：ＹカットＬｉＴａＯ３単結晶、厚み０．２５λ／低音速膜４：ＳｉＯ２、厚み０．３５λ／高音速膜３：窒化アルミニウム膜、音速５８００ｍ／秒、厚み０．７０λ／ガラス支持基板
　高音速膜３の音速が５８００ｍ／秒の場合のメインモード及び高次モードの漏洩が開始する音速を図１３に示す。図１３は、高音速膜の膜厚と、メインモード及び高次モードの音速との関係を示し、すなわちメインモード及び高次モードが漏洩を開始する際の音速を示す。
　図１３から明らかなように、高音速膜の膜厚が０．６λ以上であれば、メインモードの音速が３８００ｍ／秒である場合、メインモードを効果的に閉じ込めることができる。他方、高次モードを抑制するには、高音速膜の膜厚を１．０５λ以下とすればよいことがわかる。第２の構造例においても、他の構造、材料を用いた場合にも図１２を参照することにより最適膜厚を設定することが可能となる。
　図１４は図１２に相当する図である。すなわち、図１２の結果を得るのに用いた第２の構造例を前提とし、高次モードが支持基板２側へ漏洩し始める際の高次モードの音速と、高音速膜の膜厚と、高音速膜の音速との関係を示す。ただし、ここでは、支持基板２側へ高次モードが２．０％以上漏洩する時点での高次モードの音速を縦軸とした。従って、図１２の場合に比べ、図１４に示した結果では、高次モードがより一層支持基板２側へ漏洩することとなる。すなわち、図１４に示す各曲線よりも高次モードの音速を速めるように高音速膜３の膜厚を設定すれば、高次モードを支持基板２側へ効果的に漏洩させることができる。
　また、図１４の導出は、図１０および図１２を導いた場合と同様にして行った。すなわち、高次モードのエネルギー集中度が９８％となる場合の、高音速膜厚と高次モードの音速の関係をプロットした。これを図２１に示す。図２１を参照し、かつ高次モードのエネルギー集中度が９８％以下を満足するように、この関係を設定した。そして、高音速膜の音速Ｖｈ［ｍ／ｓ］を場合分けして、それぞれの高音速膜の音速Ｖｈにおける、高次モードの音速Ｖ２と、弾性表面波の波長λ［ｍ］で規格化された高音速膜の膜厚Ｔｈとの関係を算出した。結果を以下に示す。
・Ｖｈ＜４２００の場合；
       Ｖ２≧１９７．８×Ｔｈ２－１５８．０×Ｔｈ＋４１２８．５
・４２００≦Ｖｈ＜４４００の場合；
       Ｖ２≧－１１９．５×Ｔｈ２＋５２３．８×Ｔｈ＋３９９２．７
・４４００≦Ｖｈ＜４６００の場合；
       Ｖ２≧－２７４．０×Ｔｈ２＋９０８．９×Ｔｈ＋３９２４．２
・４６００≦Ｖｈ＜４８００の場合；
       Ｖ２≧－３７２．３×Ｔｈ２＋１１６２．９×Ｔｈ＋３９１０．９
・４８００≦Ｖｈ＜５０００の場合；
       Ｖ２≧－５７３．４×Ｔｈ２＋１５７３．９×Ｔｈ＋３８５２．８
・５０００≦Ｖｈ＜５２００の場合；
       Ｖ２≧－４４３．７×Ｔｈ２＋１４１１．０×Ｔｈ＋４０００．５
・５２００≦Ｖｈ＜５４００の場合；
       Ｖ２≧－５５７．０×Ｔｈ２＋１６７９．２×Ｔｈ＋３９６４．２
・５４００≦Ｖｈ＜５６００の場合；
       Ｖ２≧－５８１．０×Ｔｈ２＋１８４０．１×Ｔｈ＋３９５１．６
・５６００≦Ｖｈ＜５８００の場合
       Ｖ２≧－５７０．７×Ｔｈ２＋２０５４．７×Ｔｈ＋３９０８．８
・５８００≦Ｖｈ＜６０００の場合
       Ｖ２≧－７３１．１×Ｔｈ２＋２４０８．０×Ｔｈ＋３８５７．０
　図１４において、高音速膜の音速が５８００ｍ／秒の場合について、高音速膜の膜厚とメインモード及び高次モードの音速との関係を図１５に示す。図１５の実線がメインモード、一点鎖線が高次モードが漏洩を開始する音速を示す。図１５から明らかなように、高音速膜の膜厚を０．６λ以上とすることによりメインモードを効果的に閉じ込めることができる。また、０．８５λ以下とすることにより、高次モードを充分に漏洩させることができる。従って、好ましくは、高音速膜の膜厚は０．６λ～０．８５λの範囲とすることが望ましい。また、他の構造や材料を用いた場合にも図１４を参照することにより最適膜厚を設定することができる。これにより、図１２の条件よりも、高次モードをより一層抑制することができる。
　なお、図１５は高音速膜の膜厚が５８００ｍ／秒の場合につき説明したが、高音速膜の音速が他の場合の値においても同様であることが本願発明者により確かめられている。
　図１に示した弾性表面波装置１では、好ましくは、支持基板２の音速が、遅いことが望ましい。それによって、より多くの高次モードのエネルギーを支持基板２側へ漏洩させることができる。従って、好ましくは、支持基板２の音速は、高音速膜３の音速よりも遅いことが望ましい。
　上記実施形態では、支持基板２としてガラス基板を用いたが、ガラスに代えてアルミナを用いてもよい。さらに、高音速膜３と支持基板２との間に図１６に示すように、第２の低音速膜９を積層してもよい。第２の低音速膜９としては、上記低音速膜４と同様の材料を用いることができる。本実施形態では、第２の低音速膜９は酸化ケイ素からなる。酸化ケイ素を用いた場合には、周波数温度係数ＴＣＦの絶対値を低め、温度特性を改善することもできる。
　上記第２の低音速膜９を配置した場合、第２の低音速膜９に高音速膜３側から高次モードを効果的に漏洩させることができる。従って、アルミナのように高音速の支持基板材料を用いて支持基板２を構成した場合であっても、高次モードを高音速膜３より下方に漏洩させることができる。従って、第２の低音速膜９を用いた場合には、支持基板２を構成する材料の選択の自由度を高めることができる。
　ＬｉＴａＯ３単結晶やＬｉＮｂＯ３単結晶などを用いた場合には、イオン注入及びイオン注入部分からの剥離法を用いるプロセスにより、厚みの薄い圧電薄膜を容易に得ることができる。
　（第３及び第４の実施形態）
　上述してきた各実施形態では弾性表面波装置につき説明したが、本発明は、弾性境界波装置などの他の弾性波装置にも適用することができ、その場合であっても同様の効果を得ることができる。図２２は、第３の実施形態としての弾性境界波装置４３を示す模式的正面断面図である。ここでは、圧電膜５の下方に、上から順に低音速膜４／高音速膜３／支持基板２が積層されている。この構造は、第１の実施形態と同様である。そして、弾性境界波を励振するために、圧電膜５と圧電膜５上に積層された誘電体４４との界面にＩＤＴ電極６が形成されている。
　また、図２３は、第４の実施形態としてのいわゆる三媒質構造の弾性境界波装置４５の模式的正面断面図である。ここでも、圧電膜５の下方に低音速膜４／高音速膜３／支持基板２が積層されている構造に対し、圧電膜５と誘電体４６との界面にＩＤＴ電極６が形成されている。さらに、誘電体４６上に誘電体４６よりも横波音速が速い誘電体４７が積層されている。それによって、いわゆる三媒質構造の弾性境界波装置が構成されている。
　弾性境界波装置４３，４５のように、弾性境界波装置においても、第１の実施形態の弾性表面波装置１と同様に、圧電膜５の下方に、低音速膜４／高音速膜３からなる積層構造を積層することにより、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
　１…弾性表面波装置
　２…支持基板
　３…高音速膜
　４…低音速膜
　５…圧電膜
　６…ＩＤＴ電極
　７，８…反射器
　９…第２の低音速膜
　４３…弾性境界波装置
　４４…誘電体
　４５…弾性境界波装置
　４６，４７…誘電体

Claims (7)

  1. 　圧電膜を有する弾性波装置であって、
    　支持基板と、
    　前記支持基板上に形成されており、前記圧電膜を伝搬する弾性波音速より伝搬するバルク波音速が高速である高音速膜と、
    　前記高音速膜上に積層されており、前記圧電膜を伝搬するバルク波音速より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、
    　高音速膜を含み、かつ高音速膜より上方の構造部分において、利用する弾性波であるメインモードのエネルギー集中度が９９．９％以上であり、かつ、スプリアスとなる高次モードのエネルギー集中度が９９．５％以下とされる、弾性波装置。
  2. 　メインモードの反共振周波数における音速をＶ１［ｍ／ｓ］、高音速膜の音速をＶｈ［ｍ／ｓ］、弾性波の波長λ［ｍ］で規格化された高音速膜の膜厚をＴｈ（＝高音速膜厚／λ）としたときに、以下の各ＶｈにおいてＶ１とＴｈが以下の関係式を満たす、請求項１に記載の弾性波装置。
    ・４２００≦Ｖｈ＜４４００の場合；
           Ｖ１≦１２５．９×Ｔｈ２－１０２．０×Ｔｈ＋３７１５．０
    ・４４００≦Ｖｈ＜４６００の場合；
           Ｖ１≦２９６．３×Ｔｈ２－２５３．０×Ｔｈ＋３７４２．２
    ・４６００≦Ｖｈ＜４８００の場合；
           Ｖ１≦５０６．１×Ｔｈ２－３９１．５×Ｔｈ＋３７５９．２
    ・４８００≦Ｖｈ＜５０００の場合；
           Ｖ１≦７６８．０×Ｔｈ２－５５２．４×Ｔｈ＋３７７６．８
    ・５０００≦Ｖｈ＜５２００の場合；
           Ｖ１≦８４８．５×Ｔｈ２－５４１．６×Ｔｈ＋３７６７．８
    ・５２００≦Ｖｈ＜５４００の場合；
           Ｖ１≦１０６５．２×Ｔｈ２－７０９．４×Ｔｈ＋３７９２．８
    ・５４００≦Ｖｈ＜５６００の場合；
           Ｖ１≦１１９７．１×Ｔｈ２－６９５．０×Ｔｈ＋３７７９．８
    ・５６００≦Ｖｈ＜５８００の場合；
           Ｖ１≦１３９３．８×Ｔｈ２－８４３．８×Ｔｈ＋３８０１．５
    ・５８００≦Ｖｈ＜６０００の場合；
           Ｖ１≦１７１３．７×Ｔｈ２－１１９３．３×Ｔｈ＋３８９６．１
    ・６０００≦Ｖｈの場合；
           Ｖ１≦１８３９．９×Ｔｈ２－１０２８．７×Ｔｈ＋３８１４．１
  3. 　高次モードの音速をＶ２［ｍ／ｓ］、高音速膜の音速をＶｈ［ｍ／ｓ］、弾性波の波長λ［ｍ］で規格化された高音速膜の膜厚をＴｈ（＝高音速膜厚／λ）としたときに、以下の各ＶｈにおいてＶ２とＴｈが以下の関係式を満たす、請求項２に記載の弾性波装置。
    ・Ｖｈ＜４２００の場合；
           Ｖ２≧１８７．０×Ｔｈ２－１３７．０×Ｔｈ＋３９１９．７
    ・４２００≦Ｖｈ＜４４００の場合；
           Ｖ２≧－１１５．０×Ｔｈ２＋５１５．０×Ｔｈ＋３７９６．４
    ・４４００≦Ｖｈ＜４６００の場合；
           Ｖ２≧－２６８．４×Ｔｈ２＋８９８．０×Ｔｈ＋３７２８．８
    ・４６００≦Ｖｈ＜４８００の場合；
           Ｖ２≧－３５２．８×Ｔｈ２＋１１２５．２×Ｔｈ＋３７２６．８
    ・４８００≦Ｖｈ＜５０００の場合；
           Ｖ２≧－５６８．７×Ｔｈ２＋１５６４．３×Ｔｈ＋３６５７．２
    ・５０００≦Ｖｈ＜５２００の場合；
           Ｖ２≧－４３４．２×Ｔｈ２＋１３９２．６×Ｔｈ＋３８０８．２
    ・５２００≦Ｖｈ＜５４００の場合；
           Ｖ２≧－５７６．５×Ｔｈ２＋１７１７．１×Ｔｈ＋３７４８．３
    ・５４００≦Ｖｈ＜５６００の場合；
           Ｖ２≧－６０２．９×Ｔｈ２＋１８８２．６×Ｔｈ＋３７３３．７
    ・５６００≦Ｖｈ＜５８００の場合；
           Ｖ２≧－５７６．９×Ｔｈ２＋２０６６．９×Ｔｈ＋３７０３．７
    ・５８００≦Ｖｈ＜６０００の場合；
           Ｖ２≧－６２７．０×Ｔｈ２＋２２５６．１×Ｔｈ＋３７０５．７
  4. 　高次モードの音速をＶ２［ｍ／ｓ］、高音速膜の音速をＶｈ［ｍ／ｓ］、弾性波の波長λ［ｍ］で規格化された高音速膜の膜厚をＴｈ（＝高音速膜厚／λ）としたときに、以下の各ＶｈにおいてＶ２とＴｈが以下の関係式を満たす、請求項２に記載の弾性波装置。
    ・Ｖｈ＜４２００の場合；
           Ｖ２≧１９７．８×Ｔｈ２－１５８．０×Ｔｈ＋４１２８．５
    ・４２００≦Ｖｈ＜４４００の場合；
           Ｖ２≧－１１９．５×Ｔｈ２＋５２３．８×Ｔｈ＋３９９２．７
    ・４４００≦Ｖｈ＜４６００の場合；
           Ｖ２≧－２７４．０×Ｔｈ２＋９０８．９×Ｔｈ＋３９２４．２
    ・４６００≦Ｖｈ＜４８００の場合；
           Ｖ２≧－３７２．３×Ｔｈ２＋１１６２．９×Ｔｈ＋３９１０．９
    ・４８００≦Ｖｈ＜５０００の場合；
           Ｖ２≧－５７３．４×Ｔｈ２＋１５７３．９×Ｔｈ＋３８５２．８
    ・５０００≦Ｖｈ＜５２００の場合；
           Ｖ２≧－４４３．７×Ｔｈ２＋１４１１．０×Ｔｈ＋４０００．５
    ・５２００≦Ｖｈ＜５４００の場合；
           Ｖ２≧－５５７．０×Ｔｈ２＋１６７９．２×Ｔｈ＋３９６４．２
    ・５４００≦Ｖｈ＜５６００の場合；
           Ｖ２≧－５８１．０×Ｔｈ２＋１８４０．１×Ｔｈ＋３９５１．６
    ・５６００≦Ｖｈ＜５８００の場合；
           Ｖ２≧－５７０．７×Ｔｈ２＋２０５４．７×Ｔｈ＋３９０８．８
    ・５８００≦Ｖｈ＜６０００の場合；
           Ｖ２≧－７３１．１×Ｔｈ２＋２４０８．０×Ｔｈ＋３８５７．０
  5. 　前記支持基板を伝搬するバルク波音速が、前記高音速膜を伝搬するバルク波音速よりも遅い、請求項１～４のいずれか１項に記載の弾性波装置。
  6. 　前記支持基板と前記高音速膜との間に積層されており、かつ前記圧電膜を伝搬するバルク波音速よりも伝搬するバルク波音速が低速である、第２の低音速膜をさらに備える、請求項１～５のいずれか１項に記載の弾性波装置。
  7. 　前記圧電膜が、タンタル酸リチウム単結晶またはニオブ酸リチウム単結晶からなる、請求項１～６のいずれか１項に記載の弾性波装置。
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