WO2021020102A1 - 弾性波装置及び通信装置 - Google Patents
弾性波装置及び通信装置 Download PDFInfo
- Publication number
- WO2021020102A1 WO2021020102A1 PCT/JP2020/027334 JP2020027334W WO2021020102A1 WO 2021020102 A1 WO2021020102 A1 WO 2021020102A1 JP 2020027334 W JP2020027334 W JP 2020027334W WO 2021020102 A1 WO2021020102 A1 WO 2021020102A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- thickness
- pitch
- layer
- elastic wave
- piezoelectric film
- Prior art date
- Legal status (The legal status 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 status listed.)
- Ceased
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic elements; Electromechanical resonators
- H03H9/02—Details
- H03H9/125—Driving means, e.g. electrodes, coils
- H03H9/13—Driving means, e.g. electrodes, coils for networks consisting of piezoelectric or electrostrictive materials
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic elements; Electromechanical resonators
- H03H9/02—Details
- H03H9/02535—Details of surface acoustic wave devices
- H03H9/02543—Characteristics of substrate, e.g. cutting angles
- H03H9/02574—Characteristics of substrate, e.g. cutting angles of combined substrates, multilayered substrates, piezoelectrical layers on not-piezoelectrical substrate
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic elements; Electromechanical resonators
- H03H9/02—Details
- H03H9/125—Driving means, e.g. electrodes, coils
- H03H9/145—Driving means, e.g. electrodes, coils for networks using surface acoustic waves
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic elements; Electromechanical resonators
- H03H9/02—Details
- H03H9/02535—Details of surface acoustic wave devices
- H03H9/02818—Means for compensation or elimination of undesirable effects
- H03H9/02866—Means for compensation or elimination of undesirable effects of bulk wave excitation and reflections
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic elements; Electromechanical resonators
- H03H9/15—Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material
-
- H—ELECTRICITY
- 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
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic elements; Electromechanical resonators
- H03H9/46—Filters
- H03H9/54—Filters comprising resonators of piezoelectric or electrostrictive material
- H03H9/56—Monolithic crystal filters
- H03H9/566—Electric coupling means therefor
- H03H9/568—Electric coupling means therefor consisting of a ladder configuration
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic elements; Electromechanical resonators
- H03H9/46—Filters
- H03H9/64—Filters using surface acoustic waves
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic elements; Electromechanical resonators
- H03H9/70—Multiple-port networks for connecting several sources or loads, working on different frequencies or frequency bands, to a common load or source
- H03H9/72—Networks using surface acoustic waves
- H03H9/725—Duplexers
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic elements; Electromechanical resonators
- H03H9/02—Details
- H03H9/02007—Details of bulk acoustic wave devices
- H03H9/02157—Dimensional parameters, e.g. ratio between two dimension parameters, length, width or thickness
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic elements; Electromechanical resonators
- H03H9/15—Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material
- H03H9/17—Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material having a single resonator
- H03H9/171—Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material having a single resonator implemented with thin-film techniques, i.e. of the film bulk acoustic resonator [FBAR] type
- H03H9/172—Means for mounting on a substrate, i.e. means constituting the material interface confining the waves to a volume
- H03H9/175—Acoustic mirrors
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic elements; Electromechanical resonators
- H03H9/46—Filters
- H03H9/64—Filters using surface acoustic waves
- H03H9/6423—Means for obtaining a particular transfer characteristic
- H03H9/6433—Coupled resonator filters
- H03H9/6436—Coupled resonator filters having one acoustic track only
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic elements; Electromechanical resonators
- H03H9/46—Filters
- H03H9/64—Filters using surface acoustic waves
- H03H9/6423—Means for obtaining a particular transfer characteristic
- H03H9/6433—Coupled resonator filters
- H03H9/6483—Ladder SAW filters
Definitions
- the present disclosure relates to an elastic wave device that uses elastic waves, and a communication device that includes the elastic wave device.
- An elastic wave device in which a voltage is applied to an excitation electrode on a piezoelectric body to generate an elastic wave propagating in the piezoelectric body.
- the excitation electrode is, for example, an IDT (interdigital transducer) electrode and has a pair of comb tooth electrodes. Each pair of comb tooth electrodes has a plurality of electrode fingers (corresponding to comb teeth) and are arranged so as to mesh with each other.
- a standing wave of an elastic wave having a wavelength approximately twice the pitch of an electrode finger is formed.
- a plurality of excitation electrodes having different electrode finger pitches may be provided on one piezoelectric body. Excitation electrodes having different pitches are used, for example, to form a so-called ladder type filter (for example, Patent Documents 1 and 2).
- the elastic wave device includes a substrate, a multilayer film located on the substrate, a piezoelectric film located on the multilayer film, and a third film located on the piezoelectric film. It has one excitation electrode and a second excitation electrode.
- the first excitation electrode has a plurality of first electrode fingers arranged at a first pitch in the propagation direction of elastic waves.
- the second excitation electrode has a plurality of second electrode fingers arranged at a second pitch in the propagation direction.
- the piezoelectric film is composed of a single crystal of LiTaO 3 or a single crystal of LiNbO 3 .
- the thickness of the piezoelectric film is t0, 1.15 ⁇ p1 ⁇ p2, t0 ⁇ 0.48 ⁇ p1 and t0 ⁇ 0.27 ⁇ p2.
- the communication device is electrically connected to the elastic wave device, an antenna electrically connected to the filter of the elastic wave device, and the antenna via the filter. It has an integrated circuit element.
- FIG. 1 It is a top view which shows the structure of a part of the elastic wave apparatus which concerns on embodiment. It is sectional drawing in line II-II of FIG. It is a circuit diagram which shows typically the structure of the duplexer as an example of the elastic wave apparatus of FIG. It is a figure for demonstrating the evaluation index of the characteristic of the elastic wave apparatus of FIG. It is a contour line diagram which shows the influence which the thickness of a piezoelectric film and the pitch of an electrode finger have on the characteristic in 1st structural example. It is a figure which shows the influence which the thickness of a multilayer film has on the maximum value of the phase of impedance in 1st configuration example.
- Prior application 1 is an application filed by the applicant of the present application, and some of the inventors have in common with the present application.
- the elastic wave device may be in any direction upward or downward, but in the following, for convenience, an orthogonal coordinate system including D1 axis, D2 axis and D3 axis is defined.
- the term such as upper surface or lower surface may be used with the positive side of the D3 axis facing upward.
- the term "planar view” or “planar perspective” means viewing in the D3 direction unless otherwise specified.
- the D1 axis is defined to be parallel to the propagation direction of the elastic wave propagating along the upper surface of the piezoelectric film described later
- the D2 axis is defined to be parallel to the upper surface of the piezoelectric film and orthogonal to the D1 axis.
- the D3 axis is defined to be orthogonal to the upper surface of the piezoelectric film.
- FIG. 1 is a plan view showing a part of the configuration of the elastic wave device 1.
- FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line II-II of FIG.
- the elastic wave device 1 is located on, for example, the substrate 3 (FIG. 2), the multilayer film 5 (FIG. 2) located on the substrate 3, the piezoelectric film 7 located on the multilayer film 5, and the piezoelectric film 7. It has a conductive layer 9. Each layer has, for example, a substantially constant thickness.
- the combination of the substrate 3, the multilayer film 5, and the piezoelectric film 7 may be referred to as a fixed substrate 2 (FIG. 2).
- the elastic wave propagating in the piezoelectric film 7 is excited by applying a voltage to the conductive layer 9.
- the elastic wave device 1 constitutes, for example, a resonator and / or a filter that utilizes this elastic wave.
- the multilayer film 5 contributes to, for example, reflecting elastic waves and confining the energy of the elastic waves in the piezoelectric film 7.
- the substrate 3 contributes to reinforcing the strength of the multilayer film 5 and the piezoelectric film 7, for example.
- the substrate 3 does not directly affect the electrical characteristics of the elastic wave device 1. Therefore, the material and dimensions of the substrate 3 may be appropriately set.
- the material of the substrate 3 is, for example, an insulating material, and the insulating material is, for example, resin or ceramic.
- the substrate 3 may be made of a material having a coefficient of thermal expansion lower than that of the piezoelectric film 7 or the like. In this case, for example, it is possible to reduce the probability that the frequency characteristic of the elastic wave device 1 will change due to a temperature change. Examples of such a material include semiconductors such as silicon, single crystals such as sapphire, and ceramics such as aluminum oxide sintered bodies.
- the substrate 3 may be configured by laminating a plurality of layers made of different materials. The thickness of the substrate 3 is, for example, thicker than that of the piezoelectric film 7.
- the multilayer film 5 is formed by alternately laminating the first layer 11 and the second layer 13. These materials may be appropriately selected so that, for example, the acoustic impedance of the second layer 13 is higher than the acoustic impedance of the first layer 11. As a result, for example, the reflectance of elastic waves becomes relatively high at the interface between the two. As a result, for example, leakage of elastic waves propagating in the piezoelectric film 7 is reduced.
- the material of the first layer 11 may be silicon dioxide (SiO 2 ).
- the material of the second layer 13 is, for example, tantalum pentoxide (Ta 2 O 5 ), hafnium oxide (HfO 2 ), zirconium dioxide (ZrO 2 ), titanium oxide (TIO 2 ) or magnesium oxide (MgO). May be.
- Ta 2 O 5 or Hf O 2 is taken as an example.
- the number of layers of the multilayer film 5 may be appropriately set.
- the total number of layers of the first layer 11 and the second layer 13 may be 3 or more and 12 or less.
- the multilayer film 5 may be composed of a total of two layers, that is, the first layer 11 of one layer and the second layer 13 of one layer.
- the total number of layers of the multilayer film 5 may be an even number or an odd number, but the layer in contact with the piezoelectric film 7 is, for example, the first layer 11.
- the layer in contact with the substrate 3 may be the first layer 11 or the second layer 13.
- the thickness of the multilayer film may be set appropriately. For example, let p be the pitch of the electrode fingers 27, which will be described later. At this time, for example, the thickness t1 of the first layer 11 may be 0.10 p or more or 0.14 p or more, and may be 0.28 p or less or 0.26 p or less, and the lower limit and the upper limit may be described above. And may be combined as appropriate. Further, for example, the thickness t2 of the second layer 13 may be 0.08p or more or 1.90p or more, and may be 2.00p or less or 0.20p or less, with the above-mentioned lower limit and upper limit. May be combined as appropriate as long as there is no contradiction.
- An additional layer may be inserted between the first layer 11 and the second layer 13 to improve the adhesion between the first layer 11 and / or reduce the diffusion.
- the thickness of the additional layer is reduced to a negligible effect on its properties.
- the thickness of the additional layer is generally less than or equal to 0.01 ⁇ ( ⁇ will be described later). In the description of the present disclosure, even when such an additional layer is provided, the expression may ignore the existence of the additional layer. The same applies to the space between the piezoelectric film 7 and the multilayer film 5.
- the piezoelectric film 7 is a single crystal of lithium tantalate (LiTaO 3 , hereinafter may be abbreviated as “LT”) or a single crystal of lithium niobate (LiNbO 3 , hereinafter may be abbreviated as “LN”). It is composed of. Both the LT and LN crystal systems are three-way phase systems with a piezoelectric point group of 3 m.
- the cut angle of the piezoelectric film 7 may be various, including a known cut angle.
- the piezoelectric film 7 may be a rotary Y-cut X propagation.
- the propagation direction of the elastic wave (D1 direction) and the X-axis may be substantially the same (for example, the difference between the two is ⁇ 10 °).
- the inclination angle of the Y-axis with respect to the normal line (D3 axis) of the piezoelectric film 7 may be appropriately set.
- the piezoelectric film 7 when the material of the piezoelectric film 7 is LT, the piezoelectric film 7 has (0 ° ⁇ 20 °, ⁇ 5 ° or more and 65 ° or less, depending on the Euler angles ( ⁇ , ⁇ , ⁇ ). It may be expressed as 0 ° ⁇ 10 °). From another point of view, the piezoelectric film 7 is of rotational Y-cut X propagation, and the Y-axis is inclined at an angle of 85 ° or more and 155 ° or less with respect to the normal line (D3 axis) of the piezoelectric film 7. You can. Further, a piezoelectric film 7 represented by Euler angles equivalent to the above may be used. For example, examples of Euler angles equivalent to the above include (180 ° ⁇ 10 °, ⁇ 65 ° to 5 °, 0 ° ⁇ 10 °) and those obtained by adding or subtracting 120 ° to ⁇ .
- the material of the piezoelectric film 7 when the material of the piezoelectric film 7 is LN, it may be expressed as (0 °, 0 ° ⁇ 20 °, X °) by Euler angles ( ⁇ , ⁇ , ⁇ ).
- X ° is a value of 0 ° or more and 360 ° or less. That is, X ° can take any angle.
- the conductive layer 9 is made of, for example, metal.
- the metal may be of an appropriate type, for example, aluminum (Al) or an alloy containing Al as a main component (Al alloy).
- the Al alloy is, for example, an aluminum-copper (Cu) alloy.
- the conductive layer 9 may be composed of a plurality of metal layers. For example, a relatively thin layer made of titanium (Ti) for enhancing their bondability may be provided between the Al or Al alloy and the piezoelectric film 7.
- the thickness of the conductive layer 9 may be appropriately set. For example, the thickness of the conductive layer 9 may be 0.04p or more and 0.17p or less.
- the conductive layer 9 is formed so as to form a resonator 15.
- the resonator 15 is configured as a so-called one-port elastic wave resonator, and when an electric signal of a predetermined frequency is input from one of the terminals 17A and 17B shown conceptually and schematically, resonance occurs, and the resonance is caused.
- the generated signal can be output from the other of the terminals 17A and 17B.
- the conductive layer 9 includes, for example, an excitation electrode 19 and a pair of reflectors 21 located on both sides of the excitation electrode 19.
- the resonator 15 includes the piezoelectric film 7 and the multilayer film 5.
- a plurality of combinations of the excitation electrode 19 and the pair of reflectors 21 may be provided on one piezoelectric film 7, and a plurality of resonators 15 may be formed (see FIG. 3). Therefore, in the following description, for convenience, the combination of the excitation electrode 19 and one reflector 21 (the electrode portion of the resonator 15) may be referred to as the resonator 15.
- the excitation electrode 19 is composed of an IDT electrode and includes a pair of comb tooth electrodes 23. In order to improve visibility, one of the comb tooth electrodes 23 is hatched.
- Each comb tooth electrode 23 includes, for example, a bus bar 25, a plurality of electrode fingers 27 extending in parallel with each other from the bus bar 25, and a dummy electrode 29 protruding from the bus bar 25 between the plurality of electrode fingers 27.
- the pair of comb tooth electrodes 23 are arranged so that a plurality of electrode fingers 27 mesh with each other (intersect).
- the bus bar 25 is formed, for example, in an elongated shape having a substantially constant width and extending linearly in the propagation direction of elastic waves (D1 direction).
- the pair of bus bars 25 face each other in a direction (D2 direction) orthogonal to the propagation direction of the elastic wave.
- the width of the bus bar 25 may change or the bus bar 25 may be inclined with respect to the propagation direction of the elastic wave.
- Each electrode finger 27 is formed in a substantially elongated shape extending linearly in a direction (D2 direction) orthogonal to the propagation direction of elastic waves with a substantially constant width.
- a plurality of electrode fingers 27 are arranged in the propagation direction of elastic waves. Further, the plurality of electrode fingers 27 of one comb tooth electrode 23 and the plurality of electrode fingers 27 of the other comb tooth electrode 23 are basically arranged alternately.
- the pitch p of the plurality of electrode fingers 27 (for example, the distance between the centers of two electrode fingers 27 adjacent to each other) is basically constant in the excitation electrode 19.
- the excitation electrode 19 may have a part peculiar to the pitch p.
- peculiar parts for example, a narrow pitch part where the pitch p is narrower than most (for example, 80% or more), a wide pitch part where the pitch p is wider than most, and a small number of electrode fingers 27 are substantially thinned out.
- the thinned-out part drawn is mentioned.
- the pitch p refers to the pitch of the portion (most of the plurality of electrode fingers 27) excluding the above-mentioned peculiar portion unless otherwise specified. Further, even in most of the plurality of electrode fingers 27 excluding the peculiar portion, when the pitch is changed, the average value of the pitches of most of the plurality of electrode fingers 27 is used as the value of the pitch p. You may use it.
- the number of electrode fingers 27 may be appropriately set according to the electrical characteristics required for the resonator 15. Since FIG. 1 is a schematic diagram, the number of electrode fingers 27 is shown to be small. In practice, more electrode fingers 27 may be arranged than shown. The same applies to the strip electrode 33 of the reflector 21, which will be described later.
- the lengths of the plurality of electrode fingers 27 are, for example, equal to each other.
- the excitation electrode 19 may be provided with so-called apodization in which the lengths of the plurality of electrode fingers 27 (intersection width from another viewpoint) change according to the position in the propagation direction.
- the length and width of the electrode finger 27 may be appropriately set according to the required electrical characteristics and the like.
- the dummy electrode 29 protrudes in a direction orthogonal to the propagation direction of the elastic wave, for example, with a substantially constant width.
- the width is equivalent to, for example, the width of the electrode finger 27.
- the plurality of dummy electrodes 29 are arranged at the same pitch as the plurality of electrode fingers 27, and the tip of the dummy electrode 29 of one comb tooth electrode 23 is the tip of the electrode finger 27 of the other comb tooth electrode 23. And are facing each other through a gap.
- the excitation electrode 19 may not include the dummy electrode 29.
- a pair of reflectors 21 are located on both sides of a plurality of excitation electrodes 19 in the propagation direction of elastic waves. Each reflector 21 may be electrically suspended, or may be provided with a reference potential. Each reflector 21 is formed in a grid pattern, for example. That is, the reflector 21 includes a pair of bus bars 31 facing each other and a plurality of strip electrodes 33 extending between the pair of bus bars 31. The pitches of the plurality of strip electrodes 33 and the pitches of the electrode fingers 27 and the strip electrodes 33 adjacent to each other are basically the same as the pitches of the plurality of electrode fingers 27.
- the upper surface of the piezoelectric film 7 may be covered with a protective film made of SiO 2 or Si 3 N 4 or the like from above the conductive layer 9.
- the protective film may be a multi-layered laminate made of these materials.
- the protective film may simply suppress corrosion of the conductive layer 9, or may contribute to temperature compensation.
- an additional film made of an insulator or metal may be provided on the upper surface or the lower surface of the excitation electrode 19 and the reflector 21 in order to improve the reflectance coefficient of elastic waves.
- the configurations shown in FIGS. 1 and 2 may be appropriately packaged.
- the package may be, for example, a structure in which the illustrated configuration is mounted on a substrate (not shown) so that the upper surfaces of the piezoelectric film 7 face each other with a gap, and the piezoelectric film 7 is resin-sealed from above. It may be a wafer level package type having a box type cover on the top.
- the elastic wave device 1 functions as a resonator having an elastic wave frequency having a pitch p as a half wavelength as a resonance frequency.
- ⁇ is usually a symbol indicating a wavelength, and the wavelength of an actual elastic wave may deviate from 2p. However, when the symbol of ⁇ is used below, ⁇ is 2p unless otherwise specified. It shall mean.
- an appropriate mode may be used.
- elastic waves in the slab mode can be used.
- the propagation speed (sound velocity) of surface acoustic waves in slab mode is faster than the propagation speed of general SAW (Surface Acoustic Wave).
- the propagation velocity of a general SAW is 3000 to 4000 m / s
- the propagation velocity of an elastic wave in the slab mode is 10000 m / s or more. Therefore, when elastic waves in the slab mode are used, it becomes easy to realize resonance and / or filtering in a relatively high frequency region. For example, it is possible to realize a resonance frequency of 5 GHz or more at a pitch p of 1 ⁇ m or more.
- the elastic wave device 1 has a plurality of excitation electrodes 19 having different pitches p.
- a multiplexer more specifically, a duplexer
- FIG. 3 is a circuit diagram schematically showing the configuration of the duplexer 101 as an example of the elastic wave device 1.
- the comb tooth electrode 23 is schematically shown by a bifurcated fork shape, and the reflector 21 is a single line with both ends bent. It is represented by.
- the duplexer 101 is, for example, a transmission filter 109 that filters the transmission signal from the transmission terminal 105 and outputs it to the antenna terminal 103, and a reception filter that filters the reception signal from the antenna terminal 103 and outputs it to the pair of reception terminals 107. It has 111 and.
- the entire duplexer 101 is regarded as an example of the elastic wave device 1, but each of the transmission filter 109 and the reception filter 111 may be regarded as an example of the elastic wave device 1.
- the transmission filter 109 is composed of, for example, a ladder type filter in which a plurality of resonators 15 are connected in a ladder type. That is, the transmission filter 109 connects a plurality of (or even one) series resonators 15S connected in series between the transmission terminal 105 and the antenna terminal 103, the series line (series arm), and the reference potential. It has a plurality of (or even one) parallel resonators 15P (parallel arms) to be connected.
- the series resonator 15S and the parallel resonator 15P have the same configuration as the resonator 15 shown in FIG.
- the series resonator 15S and the parallel resonator 15P may be simply referred to as a resonator 15.
- the plurality of resonators 15 constituting the transmission filter 109 are provided on the same fixed substrate 2 (3, 5 and 7), for example.
- the reception filter 111 includes, for example, a resonator 15 and a multiple mode filter (including a double mode filter) 113.
- the multimode filter 113 has a plurality of (three in the illustrated example) excitation electrodes 19 arranged in the propagation direction of elastic waves, and a pair of reflectors 21 arranged on both sides thereof.
- the resonator 15 and the multiple mode filter 113 constituting the reception filter 111 are provided on the same fixed substrate 2, for example.
- the transmission filter 109 and the reception filter 111 may be provided on the same fixed substrate 2 or may be provided on different fixed substrates 2.
- FIG. 3 is just an example of the configuration of the duplexer.
- the reception filter 111 may be configured by a ladder type filter like the transmission filter 109.
- the pitch p of the series resonator 15S and the pitch p of the parallel resonator 15P are different from each other. Specifically, these pitches p are set so that the resonance frequency of the series resonator 15S (described later) and the antiresonance frequency of the parallel resonator 15P (described later) substantially match. This matched frequency is approximately the center frequency of the pass band of the ladder filter.
- the duplexer 101 or the transmission filter 109 as the elastic wave device 1 has the excitation electrodes 19 having different pitches p on the same piezoelectric film 7.
- the pitch p is also different between the two. Therefore, when both filters are provided on the same piezoelectric film 7, the duplexer 101 as the elastic wave device 1 has different pitches p from each other due to the difference in the pass bands of the two filters. Will be on the same piezoelectric film 7.
- the elastic wave device 1 has a plurality of excitation electrodes 19 having different pitches p on the same piezoelectric film 7.
- the excitation electrode 19 having the pitch p1 as the pitch p may be referred to as the first excitation electrode 19A
- the excitation electrode 19 having the pitch p2 larger than the pitch p1 as the pitch p may be referred to as the second excitation electrode 19B.
- the excitation electrode 19 of the series resonator 15S and the excitation electrode 19 of the parallel resonator 15P are examples of the first excitation electrode 19A and the second excitation electrode 19B.
- the difference in pitch between the excitation electrodes 19 located on the same piezoelectric body is relatively small.
- the elastic wave device 1 in which the difference between the pitch p1 and the pitch p2 is relatively large is proposed.
- the difference between pitch p1 and pitch p2 is 15% or more of pitch p1. That is, in the elastic wave device 1, the following equation may hold. 1.15 ⁇ p1 ⁇ p2 (1)
- the large difference between the pitches p1 and p2 makes it possible to improve the characteristics of the ladder type filter having the piezoelectric film 7 on the multilayer film 5, for example. Specifically, it is as follows.
- the pitch p of the parallel resonator 15P is increased with respect to the pitch p of the series resonator 15S.
- the resonance frequency and the anti-resonance frequency higher than the resonance frequency are shifted to the lower frequency side, and the anti-resonance frequency of the parallel resonator 15P and the resonance frequency of the series resonator 15S are changed.
- Match the pitch p of the parallel resonator 15P is increased with respect to the pitch p of the series resonator 15S.
- the difference in pitch between the series resonator 15S and the parallel resonator 15P is relatively small.
- the resonance frequency and the anti-resonance frequency of the parallel resonator 15P are increased. May not shift to the low frequency side by the desired amount. That is, the amount of shift of the resonance frequency and the antiresonance frequency to the low frequency side may be smaller than the amount of increasing the pitch p. As a result, the resonance frequency of the series resonator 15S and the antiresonance frequency of the parallel resonator 15P do not match.
- the pitches p1 and p2 are set so that the pitch p2 of the parallel resonator 15P becomes larger than the pitch p1 of the series resonator 15S by a difference of 15% or more.
- the resonance frequency of the series resonator 15S and the anti-resonance frequency of the parallel resonator 15P can be matched, and the characteristics of the ladder type filter can be improved.
- the present disclosure also proposes a condition with a high probability that the characteristics can be ensured in both the first excitation electrode 19A and the second excitation electrode 19B (for example, the thickness t0 of the piezoelectric film 7).
- the difference in pitch between the excitation electrodes 19 is small, and the problem that the characteristics of any of the excitation electrodes 19 is deteriorated is unlikely to occur.
- evaluation index the maximum value ⁇ max of the impedance phase ⁇ z is used.
- the ⁇ max is as follows.
- FIG. 4 is a diagram for explaining an evaluation index of the characteristics of the excitation electrode 19.
- This figure shows an example of the impedance characteristics of one resonator 15.
- the horizontal axis represents the normalized frequency NF (no unit).
- the vertical axis on the left side of the paper shows the absolute value of impedance
- the vertical axis on the right side of the paper shows the impedance phase ⁇ z (°).
- NF f ⁇ 2p / c. f is the frequency and c is the speed of sound.
- the line L1 shows the change of the absolute value
- Line L2 shows the change in impedance phase ⁇ z with respect to the normalized frequency.
- having a minimum value and an antiresonance point Pa having an absolute value of impedance having a maximum value appear.
- the frequency at the resonance point Pr is the resonance frequency
- the frequency at the antiresonance point Pa is the antiresonance frequency.
- the impedance phase ⁇ z generally approaches 90 ° in the frequency range between the antiresonance frequency and the resonance frequency, and approaches ⁇ 90 ° in the frequency range outside the antiresonance frequency. The closer the phase ⁇ z is to 90 ° in the frequency range between the antiresonance frequency and the resonance frequency, the smaller the insertion loss (loss) of the resonator 15.
- the maximum value ⁇ max of the impedance phase ⁇ z is the largest among the values of the phase ⁇ z that change with respect to the frequency. Generally, the larger the maximum value ⁇ max, the smaller the insertion loss (loss).
- the conditions of the reflector 21 itself are constant, and the change in the characteristics due to the change in various conditions may be regarded as the change in the characteristics in the excitation electrode 19. That is, the following findings may be applied not only to the resonator 15 but also to various elements including the excitation electrode 19 (for example, a multi-mode filter).
- Piezoelectric film and multilayer film to be simulated Regarding the materials of the piezoelectric film 7 and the multilayer film 5, the following three types of configuration examples are assumed. Then, a simulation was performed for each of the following configuration examples.
- a silicon substrate was used as the support substrate 3.
- Conductive layer Material: Al Thickness: 0.1-0.15p Number of first layers: 4 Number of second layers: 4
- FIG. 5 is a contour diagram showing the result of calculating the maximum value ⁇ max of the impedance phase for the first configuration example.
- the horizontal axis represents the pitch p ( ⁇ m) of the electrode fingers 27.
- the vertical axis represents the thickness t0 ( ⁇ m) of the piezoelectric film 7.
- the contour lines show the maximum value ⁇ max (°).
- the line L11 and the line L12 are straight lines indicating a range in which the maximum value ⁇ max is approximately 78 ° or more (at least 76 ° or more from another viewpoint).
- the plurality of contour lines generally extend from the lower left side of the page to the right side of the page. From this, it was confirmed that the thickness t0 of the piezoelectric film 7 from which the desired maximum value ⁇ max can be obtained can be defined by the ratio with the pitch p.
- the value of the pitch p at which the value of the maximum value ⁇ max is a predetermined magnitude or more for example, approximately 78 ° or more, at least 76 ° or more.
- the distance between the lines L11 and L12 is 0.25 ⁇ m or more.
- the line L11 and the line L12 sandwich a region having a pitch p of about 1 ⁇ m. 0.25 ⁇ m is 15% or more of 1 ⁇ m. From this, it was confirmed that the difference between the pitches p1 and p2 of the first excitation electrode 19A and the second excitation electrode 19B located on the same piezoelectric film 7 can be 15% or more of the pitch p1. It was.
- the range of the thickness t0 at which the desired value of the maximum value ⁇ max can be obtained can be normalized by dividing the value in the range by the value of the pitch p.
- t0 ( ⁇ m) / p ( ⁇ m) t0 (no unit).
- t0 ( ⁇ m) / 1 ( ⁇ m) 0.35 (no unit). Therefore, in FIG. 5, the range of the thickness t0 value ( ⁇ m) from the line L12 to the line L11 when the pitch p is 1 ⁇ m can be regarded as the range of the normalized t0 value (no unit). ..
- the value of the digit smaller than the digit indicated by the numerical value shall be rounded off.
- 0.15 includes 0.146 and 0.154.
- 0.40 includes 0.396 and 0.404.
- 0.29 includes 0.286 and 0.294. The same shall apply to various formulas described later.
- an upper limit value of the pitch p2 as compared with the pitch p1 is also defined. That is, in order for both equations to hold, the following equations must hold. 0.29 ⁇ p2 ⁇ 0.40 ⁇ p1 (6)
- the following equation is derived by dividing both sides of (6) by 0.29. p2 ⁇ 1.4 ⁇ p1 (7)
- FIG. 5 when the value of the pitch p on the line L12 corresponding to one value of the thickness t0 is divided by the value of the pitch p on the line L11 corresponding to the one value, it is approximately 1.4. , (7) roughly agrees with the coefficient. From this point of view, equations (4) and (5) are valid.
- the thickness t1 of the first layer 11 and the thickness t2 of the second layer 13 are set to be constant with the value of the thickness t0 of the piezoelectric film 7. This ratio is selected so that the maximum value ⁇ max of the impedance phase becomes large. Specifically, it is as follows.
- FIG. 6 is a diagram showing the maximum value ⁇ max of the impedance phase calculated by the above simulation.
- the horizontal axis represents the thickness t2.
- the vertical axis shows the maximum value ⁇ max.
- the line in the figure shows the relationship between the thickness t2 and the maximum value ⁇ max for each thickness t1 having different values.
- the maximum value ⁇ max takes a large value.
- the thickness t1 and the thickness t2 may be in the range of ⁇ 5% or less from the above ratio. That is, it may be in the range represented by the following formula. 0.49 ⁇ t0 ⁇ t1 ⁇ 0.54 ⁇ t0 (8) 0.38 ⁇ t0 ⁇ t2 ⁇ 0.42 ⁇ t0 (9)
- FIG. 7 is a contour diagram showing the result of calculating the maximum value ⁇ max of the impedance phase for the second configuration example, which is the same as that of FIG.
- the line L21 and the line L22 are straight lines indicating a range in which the maximum value ⁇ max is approximately 82 ° or more.
- a plurality of contour lines generally extend from the lower left side of the paper surface to the right side of the paper surface. Therefore, it was confirmed that the thickness t0 of the piezoelectric film 7 from which the desired maximum value ⁇ max can be obtained can be defined by the ratio with the pitch p.
- the value of the pitch p at which the value of the maximum value ⁇ max is equal to or greater than a predetermined magnitude has a range.
- a predetermined magnitude for example, 82 ° or more
- the distance between the line L21 and the line L22 is 0.4 ⁇ m or more.
- the line L21 and the line L22 sandwich a region having a pitch p of about 1 ⁇ m. 0.4 ⁇ m is 15% or more of 1 ⁇ m. From this, it was confirmed that the difference between the pitches p1 and p2 of the first excitation electrode 19A and the second excitation electrode 19B located on the same piezoelectric film 7 can be 15% or more of the pitch p1. It was.
- the ratio of the thickness t1 of the first layer 11 and the thickness t2 of the second layer 13 to the value of the thickness t0 of the piezoelectric film 7 in the above simulation is determined.
- the maximum value ⁇ max of the impedance phase is selected to be large. Specifically, it is as follows.
- a simulation calculation was performed by setting various values of the thickness t1 and the thickness t2 while keeping the value of the thickness t0 constant, and the characteristics of the resonator 15 were obtained by the simulation calculation.
- the conditions of this simulation are substantially the same as the conditions of the simulation according to FIG. 7.
- the conditions different from the simulation conditions according to FIG. 7 are shown below.
- Piezoelectric film thickness t0 0.40 ⁇ m
- Thickness of first layer t1 0.16 ⁇ m to 0.24 ⁇ m
- Second layer thickness t2 0.06 ⁇ m to 0.28 ⁇ m
- FIG. 8 is a diagram showing the maximum value ⁇ max of the impedance phase calculated by the above simulation, and is the same diagram as in FIG.
- the maximum value ⁇ max takes a large value.
- the thickness t1 and the thickness t2 may be in the range of ⁇ 5% or less from the above ratio, as in the first configuration example. That is, it may be in the range represented by the following formula. 0.48 ⁇ t0 ⁇ t1 ⁇ 0.53 ⁇ t0 (13) 0.38 ⁇ t0 ⁇ t2 ⁇ 0.42 ⁇ t0 (14)
- FIG. 9 is a contour diagram showing the result of calculating the maximum value ⁇ max of the impedance phase for the third configuration example, which is the same as that of FIG.
- the line L31 and the line L32 are straight lines indicating a range in which the maximum value ⁇ max is approximately 80 ° or more (at least 78 ° or more).
- a plurality of contour lines generally extend from the lower left side of the paper surface to the right side of the paper surface. Therefore, it was confirmed that the thickness t0 of the piezoelectric film 7 from which the desired maximum value ⁇ max can be obtained can be defined by the ratio with the pitch p.
- the value of the maximum value ⁇ max is the pitch p at which the value of the maximum value ⁇ max is a predetermined magnitude or more (for example, approximately 80 ° or more, at least 78 ° or more). It can be seen that the values have a range.
- the distance between the line L31 and the line L32 (distance parallel to the horizontal axis) is 0.3 ⁇ m or more.
- the line L31 and the line L32 sandwich a region having a pitch p of about 1 ⁇ m. 0.3 ⁇ m is 15% or more of 1 ⁇ m. From this, it was confirmed that the difference between the pitches p1 and p2 of the first excitation electrode 19A and the second excitation electrode 19B located on the same piezoelectric film 7 can be 15% or more of the pitch p1. It was.
- the ratio of the thickness t1 of the first layer 11 and the thickness t2 of the second layer 13 to the value of the thickness t0 of the piezoelectric film 7 in the above simulation is determined.
- the maximum value ⁇ max of the impedance phase is selected to be large. Specifically, it is as follows.
- a simulation calculation was performed by setting various values of the thickness t1 and the thickness t2 while keeping the value of the thickness t0 constant, and the characteristics of the resonator 15 were obtained by the simulation calculation.
- the conditions of this simulation are substantially the same as the conditions of the simulation according to FIG.
- the conditions different from the simulation conditions according to FIG. 9 are shown below.
- Piezoelectric film thickness t0 0.38 ⁇ m
- Thickness of first layer t1 0.16 ⁇ m to 0.24 ⁇ m
- Second layer thickness t2 0.05 ⁇ m to 0.22 ⁇ m
- FIG. 10 is a diagram showing the maximum value ⁇ max of the impedance phase calculated by the above simulation, and is the same diagram as in FIG.
- the maximum value ⁇ max takes a large value.
- the thickness t1 and the thickness t2 may be in the range of ⁇ 5% or less from the above ratio, as in the first configuration example. That is, it may be in the range represented by the following formula. 0.50 ⁇ t0 ⁇ t1 ⁇ 0.55 ⁇ t0 (18) 0.30 ⁇ t0 ⁇ t2 ⁇ 0.33 ⁇ t0 (19)
- the range of t0 shown in each of the first to third configuration examples (the range represented by the equations (4), (5), (10), (11), (15) and (16)).
- a combination of the following equations is derived as an equation expressing the range including all.
- T0 may be set so as to fall within this range.
- Equation (20) is based on Equation (15).
- Equation (21) is based on Equation (11).
- Equation (22) is based on equation (4).
- Equation (23) is based on Equation (16).
- the influence of the thickness t0 on the elastic wave device 1 has been made dimensionless by the pitch p.
- absolute values may be considered.
- the pitch p1 and the pitch p2 are in this range. It may be a condition.
- the range indicated by the lines L11, L12, L21, L22, L31 and L32 has a pitch p in the range of approximately 0.75 ⁇ m to 1.40 ⁇ m. Therefore, it may be a condition that the pitch p1 and the pitch p2 are in this range. Expressed as an expression p1 ⁇ 0.75 ⁇ m, and p2 ⁇ 1.40 ⁇ m, May hold.
- Example 10 A ladder type filter in which the pitch p2 of the parallel resonator 15P is 15% or more larger than the pitch p1 of the series resonator 15S was prototyped, and its characteristics were investigated.
- the material and thickness range of the piezoelectric film 7, the first layer 11, and the second layer 13 are those of the above-mentioned second configuration example.
- FIG. 11 is a diagram showing an example of actual measurement values of the passage characteristics of the ladder type filter according to the embodiment.
- the horizontal axis represents frequency (GHz).
- the vertical axis shows the amount of attenuation (dB).
- the line in the figure shows the change of the attenuation with respect to the frequency.
- the pitch p2 of the parallel resonator 15P is made larger than the pitch p1 of the series resonator 15S by 15% or more to serve as a filter. It was confirmed that the characteristics were obtained.
- FIG. 12 is a block diagram showing a main part of the communication device 151 as a usage example of the elastic wave device 1 (duplexer 101).
- the communication device 151 performs wireless communication using radio waves, and includes a duplexer 101.
- the transmission information signal TIS including the information to be transmitted is modulated and the frequency is raised (converted to a high frequency signal having a carrier frequency) by the RF-IC (Radio Frequency Integrated Circuit) 153, and the transmission signal TS It is said that.
- the transmission signal TS is amplified by the amplifier 157 after removing unnecessary components other than the passing band for transmission by the bandpass filter 155, and is input to the duplexer 101 (transmission terminal 105). Then, the duplexer 101 (transmission filter 109) removes unnecessary components other than the passing band for transmission from the input transmission signal TS, and outputs the removed transmission signal TS from the antenna terminal 103 to the antenna 159.
- the antenna 159 converts the input electric signal (transmission signal TS) into a radio signal (radio wave) and transmits the radio signal (radio wave).
- the radio signal (radio wave) received by the antenna 159 is converted into an electric signal (received signal RS) by the antenna 159 and input to the duplexer 101 (antenna terminal 103).
- the duplexer 101 (reception filter 111) removes unnecessary components other than the reception pass band from the input reception signal RS and outputs the output from the reception terminal 107 to the amplifier 161.
- the output received signal RS is amplified by the amplifier 161 and the bandpass filter 163 removes unnecessary components other than the passing band for reception. Then, the frequency of the received signal RS is lowered and demodulated by the RF-IC153 to obtain the received information signal RIS.
- the transmission information signal TIS and the reception information signal RIS may be low frequency signals (baseband signals) including appropriate information, and are, for example, analog audio signals or digitized signals.
- the passing band of the radio signal may be appropriately set, and in the present embodiment, a relatively high frequency passing band (for example, 5 GHz or more) is also possible.
- the modulation method may be phase modulation, amplitude modulation, frequency modulation, or a combination of any two or more of these.
- the circuit system may be any other appropriate circuit system, for example, a double superheterodyne system.
- FIG. 12 schematically shows only the main part, and a low-pass filter, an isolator, or the like may be added at an appropriate position, or the position of the amplifier or the like may be changed.
- the elastic wave device 1 includes the substrate 3, the multilayer film 5 located on the substrate 3, the piezoelectric film 7 located on the multilayer film 5, and the piezoelectric film 7. It has a first excitation electrode 19A and a second excitation electrode 19B located at.
- the first excitation electrode 19A has a plurality of first electrode fingers 27A arranged at a first pitch p1 in the propagation direction (D1 direction) of elastic waves.
- the second excitation electrode 19B has a plurality of second electrode fingers 27B arranged at a second pitch p2 in the D1 direction.
- the piezoelectric film 7 is composed of a single crystal of LiTaO 3 or a single crystal of LiNbO 3 . When the thickness of the piezoelectric film 7 is t0, 1.15 ⁇ p1 ⁇ p2, t0 ⁇ 0.48 ⁇ p1 and t0 ⁇ 0.27 ⁇ p2.
- the thickness t0 in the above range, for example, even if the difference between the pitches p1 and p2 is relatively large, the characteristics of both the first excitation electrode 19A and the second excitation electrode 19B can be improved. It will be facilitated.
- an elastic wave device 1 having a piezoelectric film 7 on a multilayer film 5 and handling a relatively high frequency the frequency does not easily decrease even if the pitch p is increased, and the excitation electrodes 19 handling different frequencies have a pitch p. The difference tends to be large. In such a configuration, the effect of facilitating the improvement of the above characteristics is effective. Since the difference between the pitch p1 and the pitch p2 can be increased, it is also easy to realize, for example, a ladder type filter that handles a relatively high frequency (for example, 5 GHz).
- the piezoelectric film 7 may be composed of a single crystal of LiTaO 3 .
- the multilayer film 5 may be formed by alternately laminating a first layer 11 made of SiO 2 and a second layer 13 made of Ta 2 O 5 . And t0 ⁇ 0.40 ⁇ p1, and t0 ⁇ 0.29 ⁇ p2, May hold.
- the maximum value ⁇ max of the impedance phase tends to be approximately 78 ° or more (at least 76 ° or more). Therefore, for example, the elastic wave device 1 is expected to exhibit sufficient characteristics in terms of loss.
- the thickness of the first layer 11 is t1 and the thickness of the second layer 13 is t2, 0.49 ⁇ t0 ⁇ t1 ⁇ 0.54 ⁇ t0, and 0.38 ⁇ t0 ⁇ t2 ⁇ 0.42 ⁇ t0, When is true, there is a high probability that the maximum value ⁇ max will be approximately 78 ° or more (at least 76 ° or more).
- the piezoelectric film 7 may be composed of a single crystal of LiTaO 3 .
- the multilayer film 5 may be formed by alternately laminating a first layer 11 made of SiO 2 and a second layer 13 made of HfO 2 . And t0 ⁇ 0.41 ⁇ p1, and t0 ⁇ 0.27 ⁇ p2, May hold.
- the maximum value ⁇ max of the impedance phase tends to be approximately 82 ° or more. Therefore, for example, the elastic wave device 1 is expected to exhibit sufficient characteristics in terms of loss.
- the thickness of the first layer 11 is t1 and the thickness of the second layer 13 is t2, 0.48 ⁇ t0 ⁇ t1 ⁇ 0.53 ⁇ t0, and 0.38 ⁇ t0 ⁇ t2 ⁇ 0.42 ⁇ t0, When is true, there is a high probability that the maximum value ⁇ max will be approximately 82 ° or more.
- the piezoelectric film 7 may be composed of a single crystal of LiNbO 3 .
- the multilayer film 5 may be formed by alternately laminating a first layer 11 made of SiO 2 and a second layer 13 made of Ta 2 O 5 . And t0 ⁇ 0.48 ⁇ p1, and t0 ⁇ 0.31 ⁇ p2, May hold.
- the maximum value ⁇ max of the impedance phase tends to be approximately 80 ° or more (at least 78 ° or more). Therefore, for example, the elastic wave device 1 is expected to exhibit sufficient characteristics in terms of loss.
- the thickness of the first layer 11 is t1 and the thickness of the second layer 13 is t2, 0.50 ⁇ t0 ⁇ t1 ⁇ 0.55 ⁇ t0, and 0.30 ⁇ t0 ⁇ t2 ⁇ 0.33 ⁇ t0.
- the present invention is not limited to the above embodiments, and may be implemented in various embodiments.
- the configuration (material, etc.) of the multilayer film is not limited to that illustrated in the embodiment.
- the effects of the thickness t0 and the pitch p of the piezoelectric film 7 on the characteristics are similar between the first to third configuration examples.
- the material of the multilayer film has a high degree of freedom. Therefore, for example, the multilayer film may be made of an appropriate material or the like so that the energy of the elastic wave can be confined in the piezoelectric film, and the material or the like mentioned in the prior application 1 may be used.
- the multiplexer containing multiple filters is not limited to the duplexer.
- the multiplexer may be a triplexer containing three filters or a quadplexer containing four filters.
- the term multiplexer may be used in a narrow sense.
- the term multiplexer may be used to refer only to devices that mix and output two or more signals.
- the term multiplexer is used in a broad sense, and may not have a function of mixing signals, for example.
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Surface Acoustic Wave Elements And Circuit Networks Thereof (AREA)
Abstract
弾性波装置は、基板と、基板上に位置している多層膜と、多層膜上に位置している圧電膜と、圧電膜上に位置している第1励振電極及び第2励振電極と、を有している。第1励振電極は、弾性波の伝搬方向に第1ピッチp1で配列されている複数の第1電極指を有している。第2励振電極は、伝搬方向に第2ピッチp2で配列されている複数の第2電極指を有している。圧電膜は、LiTaO3の単結晶又はLiNbO3の単結晶によって構成されている。圧電膜の厚さをt0としたときに、 1.15×p1≦p2、 t0≦0.48×p1、及び t0≧0.27×p2、が成り立つ。
Description
本開示は、弾性波を利用する弾性波装置、及び当該弾性波装置を含む通信装置に関する。
圧電体上の励振電極に電圧を印加して、圧電体を伝搬する弾性波を生じさせる弾性波装置が知られている。励振電極は、例えば、IDT(interdigital transducer)電極であり、1対の櫛歯電極を有している。1対の櫛歯電極は、それぞれ複数の電極指(櫛の歯に相当する)を有しており、互いに噛み合うように配置される。弾性波装置においては、例えば、電極指のピッチの概ね2倍を波長とする弾性波の定在波が形成される。このような弾性波装置において、電極指のピッチが互いに異なる複数の励振電極が1つの圧電体上に設けられることがある。ピッチが互いに異なる励振電極は、例えば、いわゆるラダー型フィルタを構成することに利用される(例えば特許文献1及び2)。
本開示の一態様に係る弾性波装置は、基板と、前記基板上に位置している多層膜と、前記多層膜上に位置している圧電膜と、前記圧電膜上に位置している第1励振電極及び第2励振電極と、を有している。前記第1励振電極は、弾性波の伝搬方向に第1ピッチで配列されている複数の第1電極指を有している。前記第2励振電極は、前記伝搬方向に第2ピッチで配列されている複数の第2電極指を有している。前記圧電膜は、LiTaO3の単結晶又はLiNbO3の単結晶によって構成されている。前記第1ピッチをp1、前記第2ピッチをp2、前記圧電膜の厚さをt0としたときに、
1.15×p1≦p2、
t0≦0.48×p1、及び
t0≧0.27×p2、が成り立つ。
1.15×p1≦p2、
t0≦0.48×p1、及び
t0≧0.27×p2、が成り立つ。
本開示の一態様に係る通信装置は、上記弾性波装置と、前記弾性波装置の前記フィルタに電気的に接続されているアンテナと、前記フィルタを介して前記アンテナと電気的に接続されている集積回路素子と、を有している。
本願においては、国際公開第2019/009246号(PCT/JP2018/025071号。以下、先行出願1という。)に記載の内容について、参照による引用(Incorporation by Reference)がなされてよい。先行出願1は、本願出願人による出願であり、また、発明者の一部が本願と共通している。
以下、本開示に係る実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の説明で用いられる図は模式的なものであり、図面上の寸法比率等は現実のものとは必ずしも一致していない。
本開示に係る弾性波装置は、いずれの方向が上方又は下方とされてもよいものであるが、以下では、便宜的に、D1軸、D2軸及びD3軸からなる直交座標系を定義するとともに、D3軸の正側を上方として、上面又は下面等の用語を用いることがある。また、平面視又は平面透視という場合、特に断りがない限りは、D3方向に見ることをいう。なお、D1軸は、後述する圧電膜の上面に沿って伝搬する弾性波の伝搬方向に平行になるように定義され、D2軸は、圧電膜の上面に平行かつD1軸に直交するように定義され、D3軸は、圧電膜の上面に直交するように定義されている。
(弾性波装置の基本的な要素)
図1は、弾性波装置1の一部の構成を示す平面図である。図2は、図1のII-II線における断面図である。
図1は、弾性波装置1の一部の構成を示す平面図である。図2は、図1のII-II線における断面図である。
弾性波装置1は、例えば、基板3(図2)と、基板3上に位置する多層膜5(図2)と、多層膜5上に位置する圧電膜7と、圧電膜7上に位置する導電層9とを有している。各層は、例えば、概ね一定の厚さとされている。なお、基板3、多層膜5及び圧電膜7の組み合わせを固着基板2(図2)ということがある。
弾性波装置1では、導電層9に電圧が印加されることによって、圧電膜7を伝搬する弾性波が励振される。弾性波装置1は、例えば、この弾性波を利用する共振子及び/又はフィルタを構成している。多層膜5は、例えば、弾性波を反射して弾性波のエネルギーを圧電膜7に閉じ込めることに寄与している。基板3は、例えば、多層膜5及び圧電膜7の強度を補強することに寄与している。
(固着基板)
基板3は、直接的には、弾性波装置1の電気的特性に影響しない。従って、基板3の材料及び寸法は適宜に設定されてよい。基板3の材料は、例えば、絶縁材料であり、絶縁材料は、例えば、樹脂又はセラミックである。なお、基板3は、圧電膜7等に比較して熱膨張係数が低い材料によって構成されていてもよい。この場合、例えば、温度変化によって弾性波装置1の周波数特性が変化してしまう蓋然性を低減することができる。このような材料としては、例えば、シリコン等の半導体、サファイア等の単結晶及び酸化アルミニウム質焼結体等のセラミックを挙げることができる。なお、基板3は、互いに異なる材料からなる複数の層が積層されて構成されていてもよい。基板3の厚さは、例えば、圧電膜7よりも厚い。
基板3は、直接的には、弾性波装置1の電気的特性に影響しない。従って、基板3の材料及び寸法は適宜に設定されてよい。基板3の材料は、例えば、絶縁材料であり、絶縁材料は、例えば、樹脂又はセラミックである。なお、基板3は、圧電膜7等に比較して熱膨張係数が低い材料によって構成されていてもよい。この場合、例えば、温度変化によって弾性波装置1の周波数特性が変化してしまう蓋然性を低減することができる。このような材料としては、例えば、シリコン等の半導体、サファイア等の単結晶及び酸化アルミニウム質焼結体等のセラミックを挙げることができる。なお、基板3は、互いに異なる材料からなる複数の層が積層されて構成されていてもよい。基板3の厚さは、例えば、圧電膜7よりも厚い。
多層膜5は、第1層11と第2層13とを交互に積層することにより構成されている。これらの材料は、例えば、第2層13の音響インピーダンスが第1層11の音響インピーダンスよりも高くなるように適宜に選択されてよい。これにより、例えば、両者の界面においては弾性波の反射率が比較的高くなる。その結果、例えば、圧電膜7を伝搬する弾性波の漏れが低減される。具体的には、例えば、第1層11の材料は、二酸化ケイ素(SiO2)とされてよい。この場合において、第2層13の材料は、例えば、五酸化タンタル(Ta2O5)、酸化ハフニウム(HfO2)、二酸化ジルコニウム(ZrO2)、酸化チタン(TiO2)又は酸化マグネシウム(MgO)とされてよい。本実施形態の説明では、特に、第2層13がTa2O5又はHfO2である場合を例に取る。
多層膜5の積層数は適宜に設定されてよい。例えば、多層膜5は、第1層11及び第2層13の合計の積層数が3層以上12層以下とされてよい。ただし、多層膜5は、1層の第1層11と1層の第2層13との合計2層から構成されてもよい。また、多層膜5の合計の積層数は、偶数でもよいし、奇数でもよいが、圧電膜7に接する層は、例えば、第1層11である。基板3に接する層については第1層11であってもよいし、第2層13であってもよい。
多層膜の厚さは適宜に設定されてよい。例えば、後述する電極指27のピッチをpとする。このとき、例えば、第1層11の厚さt1は、0.10p以上又は0.14p以上とされてよく、また、0.28p以下又は0.26p以下とされてよく、前記の下限と上限とは適宜に組み合わされてよい。また、例えば、第2層13の厚さt2は、0.08p以上又は1.90p以上とされてよく、また、2.00p以下又は0.20p以下とされてよく、前記の下限と上限とは、矛盾しない限り、適宜に組み合わされてよい。
第1層11と第2層13との間には、両者の密着性の向上及び/又は拡散の低減のための付加的な層が挿入されてもよい。付加的な層の厚さは、特性への影響が無視できる程度に薄くされる。例えば、付加的な層の厚さは概ね0.01λ(λについては後述)以下である。本開示の説明においては、そのような付加的な層が設けられている場合においても、付加的な層の存在を無視した表現をすることがある。圧電膜7と多層膜5との間等についても同様である。
圧電膜7は、タンタル酸リチウム(LiTaO3。以下、「LT」と略すことがある。)の単結晶又はニオブ酸リチウム(LiNbO3。以下、「LN」と略すことがある。)の単結晶によって構成されている。LT及びLNの結晶系はいずれも、圧電性のある点群が3mの三方相系である。圧電膜7のカット角は、公知のカット角も含め、種々のものとされてよい。例えば、圧電膜7は、回転YカットX伝搬のものとされてよい。すなわち、弾性波の伝搬方向(D1方向)とX軸とは略一致してよい(例えば両者の差は±10°)。このときの圧電膜7の法線(D3軸)に対するY軸の傾斜角は適宜に設定されてよい。
具体的には、例えば、圧電膜7の材料がLTである場合においては、圧電膜7は、オイラー角(φ、θ、ψ)によって(0°±20°,-5°以上65°以下,0°±10°)と表されるものであってよい。別の観点では、圧電膜7は、回転YカットX伝搬のものとされ、また、Y軸は、圧電膜7の法線(D3軸)に対して85°以上155°以下の角度で傾斜してよい。また、上記と等価なオイラー角で表される圧電膜7が用いられてもよい。例えば、上記と等価なオイラー角としては、(180°±10°,-65°~5°,0°±10°)、及びφに120°を加算若しくは減算したものを挙げることができる。
また、例えば、圧電膜7の材料がLNである場合においては、オイラー角(φ、θ、ψ)によって(0°,0°±20°,X°)と表されるものであってよい。ただし、X°は0°以上360°以下の値である。すなわち、X°は任意の角度をとることができる。
(導電層)
導電層9は、例えば、金属により形成されている。金属は、適宜な種類のものとされてよく、例えば、アルミニウム(Al)又はAlを主成分とする合金(Al合金)である。Al合金は、例えば、アルミニウム-銅(Cu)合金である。なお、導電層9は、複数の金属層から構成されていてもよい。例えば、Al又はAl合金と、圧電膜7との間に、これらの接合性を強化するためのチタン(Ti)からなる比較的薄い層が設けられていてもよい。導電層9の厚さは適宜に設定されてよい。例えば、導電層9の厚さは、0.04p以上0.17p以下とされてよい。
導電層9は、例えば、金属により形成されている。金属は、適宜な種類のものとされてよく、例えば、アルミニウム(Al)又はAlを主成分とする合金(Al合金)である。Al合金は、例えば、アルミニウム-銅(Cu)合金である。なお、導電層9は、複数の金属層から構成されていてもよい。例えば、Al又はAl合金と、圧電膜7との間に、これらの接合性を強化するためのチタン(Ti)からなる比較的薄い層が設けられていてもよい。導電層9の厚さは適宜に設定されてよい。例えば、導電層9の厚さは、0.04p以上0.17p以下とされてよい。
導電層9は、図1の例では、共振子15を構成するように形成されている。共振子15は、いわゆる1ポート弾性波共振子として構成されており、概念的かつ模式的に示す端子17A及び17Bの一方から所定の周波数の電気信号が入力されると共振を生じ、その共振を生じた信号を端子17A及び17Bの他方から出力可能である。
導電層9(共振子15)は、例えば、励振電極19と、励振電極19の両側に位置する1対の反射器21とを含んでいる。なお、共振子15は、厳密には、圧電膜7及び多層膜5を含む。ただし、後述するように、一の圧電膜7に、励振電極19及び1対の反射器21の組み合わせが複数設けられ、複数の共振子15が構成されることがある(図3参照)。そこで、以下の説明では、便宜上、励振電極19及び1つの反射器21の組み合わせ(共振子15の電極部)を共振子15ということがある。
励振電極19は、IDT電極によって構成されており、1対の櫛歯電極23を含んでいる。なお、視認性を良くするために、一方の櫛歯電極23にはハッチングを付している。各櫛歯電極23は、例えば、バスバー25と、バスバー25から互いに並列に延びる複数の電極指27と、複数の電極指27間においてバスバー25から突出するダミー電極29とを含んでいる。1対の櫛歯電極23は、複数の電極指27が互いに噛み合うように(交差するように)配置されている。
バスバー25は、例えば、概略、一定の幅で弾性波の伝搬方向(D1方向)に直線状に延びる長尺状に形成されている。そして、一対のバスバー25は、弾性波の伝搬方向に直交する方向(D2方向)において互いに対向している。なお、バスバー25は、幅が変化したり、弾性波の伝搬方向に対して傾斜したりしていてもよい。
各電極指27は、例えば、概略、一定の幅で弾性波の伝搬方向に直交する方向(D2方向)に直線状に延びる長尺状に形成されている。各櫛歯電極23において、複数の電極指27は、弾性波の伝搬方向に配列されている。また、一方の櫛歯電極23の複数の電極指27と他方の櫛歯電極23の複数の電極指27とは、基本的には交互に配列されている。
複数の電極指27のピッチp(例えば互いに隣り合う2本の電極指27の中心間距離)は、励振電極19内において基本的に一定である。なお、励振電極19は、一部にピッチpに関して特異な部分を有していてもよい。特異な部分としては、例えば、大部分(例えば8割以上)よりもピッチpが狭くなる狭ピッチ部、大部分よりもピッチpが広くなる広ピッチ部、少数の電極指27が実質的に間引かれた間引き部が挙げられる。
以下において、ピッチpという場合、特に断りがない限りは、上記のような特異な部分を除いた部分(複数の電極指27の大部分)のピッチをいうものとする。また、特異な部分を除いた大部分の複数の電極指27においても、ピッチが変化しているような場合においては、大部分の複数の電極指27のピッチの平均値をピッチpの値として用いてよい。
電極指27の本数は、共振子15に要求される電気特性等に応じて適宜に設定されてよい。図1は模式図であることから、電極指27の本数は少なく示されている。実際には、図示よりも多くの電極指27が配列されてよい。後述する反射器21のストリップ電極33についても同様である。
複数の電極指27の長さは、例えば、互いに同等である。なお、励振電極19は、複数の電極指27の長さ(別の観点では交差幅)が伝搬方向の位置に応じて変化する、いわゆるアポダイズが施されていてもよい。電極指27の長さ及び幅は、要求される電気特性等に応じて適宜に設定されてよい。
ダミー電極29は、例えば、概ね一定の幅で弾性波の伝搬方向に直交する方向に突出している。その幅は、例えば電極指27の幅と同等である。また、複数のダミー電極29は、複数の電極指27と同等のピッチで配列されており、一方の櫛歯電極23のダミー電極29の先端は、他方の櫛歯電極23の電極指27の先端とギャップを介して対向している。なお、励振電極19は、ダミー電極29を含まないものであってもよい。
1対の反射器21は、弾性波の伝搬方向において複数の励振電極19の両側に位置している。各反射器21は、例えば、電気的に浮遊状態とされてもよいし、基準電位が付与されてもよい。各反射器21は、例えば、格子状に形成されている。すなわち、反射器21は、互いに対向する1対のバスバー31と、1対のバスバー31間において延びる複数のストリップ電極33とを含んでいる。複数のストリップ電極33のピッチ、及び互いに隣接する電極指27とストリップ電極33とのピッチは、基本的には複数の電極指27のピッチと同等である。
なお、特に図示しないが、圧電膜7の上面は、導電層9の上から、SiO2やSi3N4等からなる保護膜によって覆われていてもよい。保護膜はこれらの材料からなる複数層の積層体としてもよい。保護膜は、単に導電層9の腐食を抑制するためのものであってもよいし、温度補償に寄与するものであってもよい。保護膜が設けられる場合等において、励振電極19及び反射器21の上面又は下面には、弾性波の反射係数を向上させるために、絶縁体又は金属からなる付加膜が設けられてもよい。
図1及び図2に示した構成は、適宜にパッケージされてよい。パッケージは、例えば、不図示の基板上に隙間を介して圧電膜7の上面を対向させるように図示の構成を実装し、その上から樹脂封止するものであってもよいし、圧電膜7上に箱型のカバーを設けるウェハレベルパッケージ型のものであってもよい。
1対の櫛歯電極23に電圧が印加されると、複数の電極指27によって圧電膜7に電圧が印加され、圧電体である圧電膜7が振動する。これにより、D1方向に伝搬する弾性波が励振される。弾性波は、複数の電極指27によって反射される。そして、複数の電極指27のピッチpを概ね半波長(λ/2)とする定在波が立つ。定在波によって圧電膜7に生じる電気信号は、複数の電極指27によって取り出される。このような原理により、弾性波装置1は、ピッチpを半波長とする弾性波の周波数を共振周波数とする共振子として機能する。なお、λは、通常、波長を示す記号であり、また、実際の弾性波の波長は2pからずれることもあるが、以下でλの記号を用いる場合、特に断りがない限り、λは2pを意味するものとする。
弾性波は、適宜なモードのものが利用されてよい。例えば、本実施形態のように、多層膜5上に圧電膜7を重ねた構成においては、スラブモードの弾性波を利用することができる。スラブモードの弾性波の伝搬速度(音速)は、一般的なSAW(Surface Acoustic Wave)の伝搬速度よりも速い。例えば、一般的なSAWの伝搬速度が3000~4000m/sであるのに対して、スラブモードの弾性波の伝搬速度は10000m/s以上である。従って、スラブモードの弾性波を利用した場合においては、比較的高い周波数領域での共振及び/又はフィルタリングを実現することが容易化される。例えば、1μm以上のピッチpで5GHz以上の共振周波数を実現することも可能である。
(弾性波装置の例:デュプレクサ)
弾性波装置1は、ピッチpが互いに異なる複数の励振電極19を有している。そのような弾性波装置1の例として、ここでは、マルチプレクサ(より詳細にはデュプレクサ)を挙げる。
弾性波装置1は、ピッチpが互いに異なる複数の励振電極19を有している。そのような弾性波装置1の例として、ここでは、マルチプレクサ(より詳細にはデュプレクサ)を挙げる。
図3は、弾性波装置1の一例としてのデュプレクサ101の構成を模式的に示す回路図である。この図の紙面左上に示された符号から理解されるように、この図では、櫛歯電極23が二叉のフォーク形状によって模式的に示され、反射器21は両端が屈曲した1本の線で表わされている。
デュプレクサ101は、例えば、送信端子105からの送信信号をフィルタリングしてアンテナ端子103へ出力する送信フィルタ109と、アンテナ端子103からの受信信号をフィルタリングして1対の受信端子107に出力する受信フィルタ111とを有している。ここでは、デュプレクサ101全体を弾性波装置1の一例として捉えているが、送信フィルタ109及び受信フィルタ111のそれぞれが弾性波装置1の一例として捉えられても構わない。
送信フィルタ109は、例えば、複数の共振子15がラダー型に接続されて構成された、ラダー型フィルタによって構成されている。すなわち、送信フィルタ109は、送信端子105とアンテナ端子103との間に直列に接続された複数(1つでも可)の直列共振子15Sと、その直列のライン(直列腕)と基準電位とを接続する複数(1つでも可)の並列共振子15P(並列腕)とを有している。直列共振子15S及び並列共振子15Pは、図1に示した共振子15と同様の構成のものである。以下、直列共振子15S及び並列共振子15Pを単に共振子15ということがある。送信フィルタ109を構成する複数の共振子15は、例えば、同一の固着基板2(3、5及び7)に設けられている。
受信フィルタ111は、例えば、共振子15と、多重モード型フィルタ(ダブルモード型フィルタを含むものとする。)113とを含んで構成されている。多重モード型フィルタ113は、弾性波の伝搬方向に配列された複数(図示の例では3つ)の励振電極19と、その両側に配置された1対の反射器21とを有している。なお、受信フィルタ111を構成する共振子15及び多重モード型フィルタ113は、例えば、同一の固着基板2に設けられている。
送信フィルタ109及び受信フィルタ111は、例えば、同一の固着基板2に設けられていてもよいし、互いに異なる固着基板2に設けられていてもよい。図3は、あくまでデュプレクサの構成の一例であり、例えば、受信フィルタ111が送信フィルタ109と同様にラダー型フィルタによって構成されるなどしてもよい。
ラダー型フィルタ(送信フィルタ109)においては、直列共振子15Sのピッチpと並列共振子15Pのピッチpとが互いに異なっている。具体的には、これらのピッチpは、直列共振子15Sの共振周波数(後述)と並列共振子15Pの反共振周波数(後述)とが概ね一致するように設定される。この一致した周波数は、概ね、ラダー型フィルタの通過帯域の中心周波数となる。このように、弾性波装置1としてのデュプレクサ101又は送信フィルタ109は、互いに異なるピッチpを有する励振電極19を同一の圧電膜7上に有している。
また、送信フィルタ109と受信フィルタ111とでは通過帯域が異なるから、両者の間においてもピッチpは異なるものとなる。従って、両フィルタが同一の圧電膜7に設けられている場合においては、両フィルタの通過帯域の相違に起因して、弾性波装置1としてのデュプレクサ101は、互いに異なるピッチpを有する励振電極19を同一の圧電膜7上に有することになる。
(2種の励振電極)
上記のように、弾性波装置1は、互いに異なるピッチpを有する複数の励振電極19を同一の圧電膜7上に有している。以下の説明では、ピッチpとしてピッチp1を有する励振電極19を第1励振電極19Aといい、ピッチpとしてピッチp1よりも大きいピッチp2を有する励振電極19を第2励振電極19Bということがある。図3に符号を付すように、直列共振子15Sの励振電極19及び並列共振子15Pの励振電極19は、第1励振電極19A及び第2励振電極19Bの一例である。
上記のように、弾性波装置1は、互いに異なるピッチpを有する複数の励振電極19を同一の圧電膜7上に有している。以下の説明では、ピッチpとしてピッチp1を有する励振電極19を第1励振電極19Aといい、ピッチpとしてピッチp1よりも大きいピッチp2を有する励振電極19を第2励振電極19Bということがある。図3に符号を付すように、直列共振子15Sの励振電極19及び並列共振子15Pの励振電極19は、第1励振電極19A及び第2励振電極19Bの一例である。
一般に、同一の圧電体上に位置する励振電極19間のピッチの差は、比較的小さい。しかし、本実施形態では、ピッチp1とピッチp2との差が比較的大きい弾性波装置1を提案する。例えば、ピッチp1とピッチp2との差は、ピッチp1の15%以上である。すなわち、弾性波装置1においては、下記式が成り立ってよい。
1.15×p1≦p2 (1)
1.15×p1≦p2 (1)
このように、ピッチp1及びp2の差が大きいことにより、例えば、多層膜5上に圧電膜7を有するラダー型フィルタの特性を向上させることができる。具体的には、以下のとおりである。ラダー型フィルタにおいては、例えば、直列共振子15Sのピッチpに対して並列共振子15Pのピッチpを大きくする。これにより、並列共振子15Pにおいて、共振周波数及び当該共振周波数よりも周波数が高い反共振周波数が低周波数側にシフトし、並列共振子15Pの反共振周波数と、直列共振子15Sの共振周波数とが一致する。一般に、直列共振子15S及び並列共振子15Pのピッチの差は比較的小さい。しかし、多層膜5上に圧電膜7を設けた構成においては、一般的な弾性波装置と同程度に並列共振子15Pのピッチpを大きくしても並列共振子15Pの共振周波数及び反共振周波数が所望の量で低周波数側にシフトしないことがある。すなわち、共振周波数及び反共振周波数の低周波数側へのシフト量がピッチpを大きくした量に比較して小さいことがある。ひいては、直列共振子15Sの共振周波数と並列共振子15Pの反共振周波数とが一致しない。そこで、並列共振子15Pのピッチp2が直列共振子15Sのピッチp1に対して15%以上の差で大きくなるようにピッチp1及びp2を設定する。これにより、直列共振子15Sの共振周波数と並列共振子15Pの反共振周波数とを一致させ、ラダー型フィルタの特性を向上させることができる。
ピッチp1及びp2の差が大きくなると、第1励振電極19A及び第2励振電極19Bの少なくとも一方において、特性が低下することがある。そこで、本開示においては、第1励振電極19A及び第2励振電極19Bの双方において特性を確保できる蓋然性が高い条件(例えば圧電膜7の厚さt0)についても提案する。なお、上述のように、一般には、励振電極19同士のピッチの差は小さく、いずれかの励振電極19において特性が低下するという課題は生じにくい。従って、先行出願1のように、ピッチp(又はその2倍のλ)で正規化した圧電膜7等の厚さの好適な範囲について検討した文献は存在しても、所定の部材の厚さと、2つのピッチp(別の観点ではピッチpの取り得る範囲)と、特性との3つの関係について検討した文献は存在しないと考えられる。
(評価指標)
以下の検討では、弾性波装置1の特性を所定の評価指標に基づいて評価し、特性を向上させることができる条件(圧電膜7の厚さt0等)について特定する。評価指標としては、例えば、インピーダンスの位相θzの最大値θmaxを用いる。θmaxについては、以下のとおりである。
以下の検討では、弾性波装置1の特性を所定の評価指標に基づいて評価し、特性を向上させることができる条件(圧電膜7の厚さt0等)について特定する。評価指標としては、例えば、インピーダンスの位相θzの最大値θmaxを用いる。θmaxについては、以下のとおりである。
図4は、励振電極19の特性の評価指標について説明するための図である。
この図は、1つの共振子15のインピーダンス特性の例を示している。この図において、横軸は正規化周波数NF(単位無し)を示している。紙面左側の縦軸はインピーダンスの絶対値|Z|(Ω)を示している。紙面右側の縦軸はインピーダンスの位相θz(°)を示している。ここで、NF=f×2p/cである。fは周波数、cは音速である。線L1は、インピーダンスの絶対値|Z|の正規化周波数に対する変化を示している。線L2は、インピーダンスの位相θzの正規化周波数に対する変化を示している。
共振子15においては、インピーダンスの絶対値|Z|が極小値をとる共振点Prと、インピーダンスの絶対値が極大値をとる反共振点Paとが現れる。共振点Prにおける周波数が共振周波数であり、反共振点Paにおける周波数が反共振周波数である。また、インピーダンスの位相θzは、概ね、反共振周波数と共振周波数との間の周波数域において90°に近づき、その外側の周波数域において-90°に近づく。反共振周波数と共振周波数との間の周波数域において位相θzが90°に近いほど、共振子15の挿入損失(ロス)が少ない。インピーダンスの位相θzの最大値θmaxは、周波数に対して変化する位相θzの値のうち、最も大きいものである。通常、最大値θmaxが大きいほど、挿入損失(ロス)が少ない。
以下の検討では、反射器21自体の条件は一定であり、種々の条件の変更に伴う特性の変化は、励振電極19における特性の変化と捉えられてよい。すなわち、以下の知見は、共振子15だけでなく、励振電極19を含む種々の要素(例えば多重モード型フィルタ)に適用されてよい。
(シミュレーションの対象とする圧電膜及び多層膜)
圧電膜7及び多層膜5の材料に関して、以下の3種類の構成例を想定した。そして、以下の構成例毎にシミュレーションを行った。
第1構成例:
圧電膜7:LT
第1層11:SiO2
第2層13:Ta2O5
第2構成例:
圧電膜7:LT
第1層11:SiO2
第2層13:HfO2
第3構成例:
圧電膜7:LN
第1層11:SiO2
第2層13:Ta2O5
圧電膜7及び多層膜5の材料に関して、以下の3種類の構成例を想定した。そして、以下の構成例毎にシミュレーションを行った。
第1構成例:
圧電膜7:LT
第1層11:SiO2
第2層13:Ta2O5
第2構成例:
圧電膜7:LT
第1層11:SiO2
第2層13:HfO2
第3構成例:
圧電膜7:LN
第1層11:SiO2
第2層13:Ta2O5
いずれの構成例のシミュレーションについても共通する条件を以下に示す。支持基板3はシリコン基板を使用した。
導電層:
材料:Al
厚さ:0.1~0.15p
第1層の数:4
第2層の数:4
導電層:
材料:Al
厚さ:0.1~0.15p
第1層の数:4
第2層の数:4
[第1構成例]
(圧電膜の厚さ)
電極指27のピッチp及び圧電膜7の厚さt0を種々設定し、共振子15の特性をシミュレーション計算により求めた。ピッチp及び厚さt0以外のシミュレーションの条件は、以下のとおりである。
圧電膜:
材料:LT
オイラー角:(0°,16°,0°)
第1層:
材料:SiO2
厚さ:t0:t1=0.35:0.18となるようにt0の値に応じて設定
第2層:
材料:Ta2O5
厚さ:t0:t2=0.35:0.14となるようにt0の値に応じて設定
(圧電膜の厚さ)
電極指27のピッチp及び圧電膜7の厚さt0を種々設定し、共振子15の特性をシミュレーション計算により求めた。ピッチp及び厚さt0以外のシミュレーションの条件は、以下のとおりである。
圧電膜:
材料:LT
オイラー角:(0°,16°,0°)
第1層:
材料:SiO2
厚さ:t0:t1=0.35:0.18となるようにt0の値に応じて設定
第2層:
材料:Ta2O5
厚さ:t0:t2=0.35:0.14となるようにt0の値に応じて設定
図5は、第1構成例について、インピーダンスの位相の最大値θmaxを算出した結果を示す等高線図である。この図において、横軸は、電極指27のピッチp(μm)を示している。縦軸は、圧電膜7の厚さt0(μm)を示している。等高線は、最大値θmax(°)を示している。線L11及び線L12は、最大値θmaxが概ね78°以上(別の観点では少なくとも76°以上)となる範囲を示す直線である。
この図に示されているように、複数の等高線は、概略、紙面左下側から紙面右側へ延びている。このことから、所望の最大値θmaxが得られる圧電膜7の厚さt0は、ピッチpとの比によって規定可能であることが確認された。
厚さt0の一の値に着目すると、最大値θmaxの値が所定の大きさ以上(例えば、概ね78°以上、少なくとも76°以上)となるピッチpの値には幅があることが分かる。例えば、線L11及び線L12間の間隔(横軸に平行な距離)は、0.25μm以上である。また、図示の例では、線L11及び線L12は、ピッチpが1μm程度の領域を挟んでいる。0.25μmは1μmの15%以上である。このことから、同一の圧電膜7上に位置する第1励振電極19A及び第2励振電極19Bのピッチp1及びp2との差をピッチp1の15%以上とすることが可能であることが確認された。
上記のように、最大値θmaxの所望の値が得られる厚さt0の範囲は、当該範囲の値をピッチpの値で割ることによって正規化可能である。一方、p=1μmの場合は、t0(μm)/p(μm)=t0(単位無し)である。例えば、t0=0.35μmのとき、t0(μm)/1(μm)=0.35(単位無し)である。従って、図5において、ピッチpが1μmのときの線L12から線L11までの厚さt0の値(μm)の範囲は、正規化されたt0の値(単位無し)の範囲と捉えることができる。
そこで、線L12及びL11と、p=1μmを通る縦軸に平行な線(不図示)との交点における厚さt0の値を求めると、0.29μm及び0.40μmである。従って、ピッチp1及びp2が下記(2)式及び(3)式を満たすならば、第1励振電極19A及び第2励振電極19Bのいずれにおいても、最大値θmaxについて所望の値(概ね78°以上、少なくとも76°以上)を得ることができる。
0.29×p1≦t0≦0.40×p1 (2)
0.29×p2≦t0≦0.40×p2 (3)
0.29×p1≦t0≦0.40×p1 (2)
0.29×p2≦t0≦0.40×p2 (3)
ここで、p1<p2であるから、(2)式の右側の不等式が成り立つときは、(3)式の右側の不等式が成り立つ。同様に、(3)式の左側の不等式が成り立つときは、(2)式の左側の不等式が成り立つ。従って、(2)式及び(3)式は、以下の式に置き換えることができる。
t0≦0.40×p1 (4)
t0≧0.29×p2 (5)
t0≦0.40×p1 (4)
t0≧0.29×p2 (5)
なお、厚さの範囲を示す不等式において、数値が示されている桁よりも小さい桁の値は四捨五入されているものとする。例えば、(1)式において、0.15は、0.146及び0.154を含む。(4)式において、0.40は、0.396及び0.404を含む。(5)式において、0.29は、0.286及び0.294を含む。後述する種々の式においても同様であるものとする。
(4)式及び(5)式に付随して、ピッチp2のピッチp1に比較した上限値も規定される。すなわち、両式が成り立つためには、下記式が成り立つ必要がある。
0.29×p2≦0.40×p1 (6)
(6)の両辺を0.29で割ることにより、下記式が導かれる。
p2≦1.4×p1 (7)
図5において、厚さt0の一の値に対応する線L12上のピッチpの値を、前記一の値に対応する線L11上のピッチpの値で割ると、概ね、1.4程度となり、(7)式の係数と概ね一致する。この観点からも(4)式及び(5)式は妥当である。
0.29×p2≦0.40×p1 (6)
(6)の両辺を0.29で割ることにより、下記式が導かれる。
p2≦1.4×p1 (7)
図5において、厚さt0の一の値に対応する線L12上のピッチpの値を、前記一の値に対応する線L11上のピッチpの値で割ると、概ね、1.4程度となり、(7)式の係数と概ね一致する。この観点からも(4)式及び(5)式は妥当である。
(多層膜の厚さ)
上記のシミュレーションでは、第1層11の厚さt1及び第2層13の厚さt2は、圧電膜7の厚さt0の値と一定の比率になるように設定された。この比率は、インピーダンスの位相の最大値θmaxが大きくなるように選択されたものである。具体的には、以下のとおりである。
上記のシミュレーションでは、第1層11の厚さt1及び第2層13の厚さt2は、圧電膜7の厚さt0の値と一定の比率になるように設定された。この比率は、インピーダンスの位相の最大値θmaxが大きくなるように選択されたものである。具体的には、以下のとおりである。
厚さt0の値を一定としつ、厚さt1及び厚さt2の値を種々設定してシミュレーション計算を行い、共振子15の特性をシミュレーション計算により求めた。このシミュレーションの条件は、図5に係るシミュレーションの条件と概ね同様である。以下に、図5に係るシミュレーションの条件と異なる条件を示す。
圧電膜の厚さt0:0.35μm
第1層の厚さt1:0.14μm~0.22μm
第2層の厚さt2:0.09μm~0.18μm
圧電膜の厚さt0:0.35μm
第1層の厚さt1:0.14μm~0.22μm
第2層の厚さt2:0.09μm~0.18μm
図6は、上記のシミュレーションによって算出されたインピーダンスの位相の最大値θmaxを示す図である。この図において、横軸は、厚さt2を示している。縦軸は、最大値θmaxを示している。図中の線は、紙面右側に示されているように、互いに値が異なる厚さt1毎に、厚さt2と最大値θmaxとの関係を示している。
この図に示されているように、t1=0.18μmかつt2=0.14μmのときに、最大値θmaxは大きな値をとっている。このときの厚さt0~t2の比率は、図5のシミュレーションの条件の説明でも述べた、下記の比率となる。
t0:t1:t2=0.35:0.18:0.14
t0:t1:t2=0.35:0.18:0.14
図6では、厚さt1及び/又は厚さt2の値が、上記比率となる値から0.02μm程度異なっていても、最大値θmaxの値として大きな値が得られることが分かる。0.02μmは、厚さt0(0.35μm)の5%よりも大きい。従って、厚さt1及び厚さt2は、上記の比率から±5%以内の範囲とされてもよい。すなわち、下記式で表される範囲とされてもよい。
0.49×t0≦t1≦0.54×t0 (8)
0.38×t0≦t2≦0.42×t0 (9)
0.49×t0≦t1≦0.54×t0 (8)
0.38×t0≦t2≦0.42×t0 (9)
(8)式及び(9)式の各係数は、以下の式から求められている。下記式では、≒も=で示している。後述する他の構成例における対応する式についても同様である。
0.49=0.18/0.35×0.95
0.54=0.18/0.35×1.05
0.38=0.14/0.35×0.95
0.42=0.14/0.35×1.05
0.49=0.18/0.35×0.95
0.54=0.18/0.35×1.05
0.38=0.14/0.35×0.95
0.42=0.14/0.35×1.05
[第2構成例]
(圧電膜の厚さ)
第1構成例と同様に、電極指27のピッチp及び圧電膜7の厚さt0を種々設定し、共振子15の特性をシミュレーション計算により求めた。ピッチp及び厚さt0以外のシミュレーションの条件は、以下のとおりである。
圧電膜:
材料:LT
オイラー角:(0°,16°,0°)
第1層:
材料:SiO2
厚さ:t0:t1=0.40:0.20となるようにt0の値に応じて設定
第2層:
材料:HfO2
厚さ:t0:t2=0.40:0.16となるようにt0の値に応じて設定
(圧電膜の厚さ)
第1構成例と同様に、電極指27のピッチp及び圧電膜7の厚さt0を種々設定し、共振子15の特性をシミュレーション計算により求めた。ピッチp及び厚さt0以外のシミュレーションの条件は、以下のとおりである。
圧電膜:
材料:LT
オイラー角:(0°,16°,0°)
第1層:
材料:SiO2
厚さ:t0:t1=0.40:0.20となるようにt0の値に応じて設定
第2層:
材料:HfO2
厚さ:t0:t2=0.40:0.16となるようにt0の値に応じて設定
図7は、第2構成例について、インピーダンスの位相の最大値θmaxを算出した結果を示す等高線図であり、図5と同様のものである。この図において、線L21及び線L22は、最大値θmaxが概ね82°以上となる範囲を示す直線である。
図7においても、図5と同様に、複数の等高線は、概略、紙面左下側から紙面右側へ延びている。従って、所望の最大値θmaxが得られる圧電膜7の厚さt0は、ピッチpとの比によって規定可能であることが確認された。
図7において、図5と同様に、厚さt0の一の値に着目すると、最大値θmaxの値が所定の大きさ以上(例えば82°以上)となるピッチpの値には幅があることが分かる。例えば、線L21及び線L22間の間隔(横軸に平行な距離)は、0.4μm以上である。また、図示の例では、線L21及び線L22は、ピッチpが1μm程度の領域を挟んでいる。0.4μmは1μmの15%以上である。このことから、同一の圧電膜7上に位置する第1励振電極19A及び第2励振電極19Bのピッチp1及びp2との差をピッチp1の15%以上とすることが可能であることが確認された。
図7において、図5と同様に、線L22及びL21と、p=1μmを通る縦軸に平行な線(不図示)との交点における厚さt0の値を求めると、0.27μm及び0.41μmである。なお、0.27μmについては、線L22を図5の範囲の外側へ外挿して求めている。上記の値から、第1構成例と同様に、下記(10)式及び(11)式を求めることができる。これらの式が満たされるとき、第1励振電極19A及び第2励振電極19Bのいずれにおいても、最大値θmaxについて所望の値(82°以上)を得ることができる。
t0≦0.41×p1 (10)
t0≧0.27×p2 (11)
t0≦0.41×p1 (10)
t0≧0.27×p2 (11)
第1構成例と同様に、(10)式及び(11)式に付随して、ピッチp2のピッチp1に比較した上限値も規定される。すなわち、両式が成り立つためには、0.41/0.27(=約1.5)を用いた下記式が成り立つ必要がある。
p2≦1.5×p1 (12)
図7において、厚さt0が一の値に対応する線L22上のピッチpの値を、前記一の値に対応する線L21上のピッチpの値で割ると、概ね、1.5程度となり、(12)式の係数と概ね一致する。この観点からも(10)式及び(11)式は妥当である。
p2≦1.5×p1 (12)
図7において、厚さt0が一の値に対応する線L22上のピッチpの値を、前記一の値に対応する線L21上のピッチpの値で割ると、概ね、1.5程度となり、(12)式の係数と概ね一致する。この観点からも(10)式及び(11)式は妥当である。
(多層膜の厚さ)
第2構成例においても、第1構成例と同様に、上記のシミュレーションにおける第1層11の厚さt1及び第2層13の厚さt2の圧電膜7の厚さt0の値に対する比率は、インピーダンスの位相の最大値θmaxが大きくなるように選択されている。具体的には、以下のとおりである。
第2構成例においても、第1構成例と同様に、上記のシミュレーションにおける第1層11の厚さt1及び第2層13の厚さt2の圧電膜7の厚さt0の値に対する比率は、インピーダンスの位相の最大値θmaxが大きくなるように選択されている。具体的には、以下のとおりである。
厚さt0の値を一定としつ、厚さt1及び厚さt2の値を種々設定してシミュレーション計算を行い、共振子15の特性をシミュレーション計算により求めた。このシミュレーションの条件は、図7に係るシミュレーションの条件と概ね同様である。以下に、図7に係るシミュレーションの条件と異なる条件を示す。
圧電膜の厚さt0:0.40μm
第1層の厚さt1:0.16μm~0.24μm
第2層の厚さt2:0.06μm~0.28μm
圧電膜の厚さt0:0.40μm
第1層の厚さt1:0.16μm~0.24μm
第2層の厚さt2:0.06μm~0.28μm
図8は、上記のシミュレーションによって算出されたインピーダンスの位相の最大値θmaxを示す図であり、図6と同様の図である。
この図に示されているように、t1=0.20μmかつt2=0.16μmのときに、最大値θmaxは大きな値をとっている。このときの厚さt0~t2の比率は、図7のシミュレーションの条件の説明でも述べた、下記の比率となる。
t0:t1:t2=0.40:0.20:0.16
t0:t1:t2=0.40:0.20:0.16
図8では、厚さt1及び/又は厚さt2の値が上記比率となる値から0.02μm程度異なっていても、最大値θmaxの値として大きな値が得られることが分かる。0.02μmは、厚さt0(0.40μm)の5%である。従って、厚さt1及び厚さt2は、第1構成例と同様に、上記の比率から±5%以内の範囲とされてもよい。すなわち、下記式で表される範囲とされてもよい。
0.48×t0≦t1≦0.53×t0 (13)
0.38×t0≦t2≦0.42×t0 (14)
0.48×t0≦t1≦0.53×t0 (13)
0.38×t0≦t2≦0.42×t0 (14)
(13)式及び(14)式の各係数は、以下の式から求められている。
0.48=0.20/0.40×0.95
0.53=0.20/0.40×1.05
0.38=0.16/0.40×0.95
0.42=0.16/0.40×1.05
0.48=0.20/0.40×0.95
0.53=0.20/0.40×1.05
0.38=0.16/0.40×0.95
0.42=0.16/0.40×1.05
[第3構成例]
(圧電膜の厚さ)
第1構成例と同様に、電極指27のピッチp及び圧電膜7の厚さt0を種々設定し、共振子15の特性をシミュレーション計算により求めた。ピッチp及び厚さt0以外のシミュレーションの条件は、以下のとおりである。
圧電膜:
材料:LN
オイラー角:(0°、0°、0°)
第1層:
材料:SiO2
厚さ:t0:t1=0.38:0.20となるようにt0の値に応じて設定
第2層:
材料:Ta2O5
厚さ:t0:t2=0.38:0.12となるようにt0の値に応じて設定
(圧電膜の厚さ)
第1構成例と同様に、電極指27のピッチp及び圧電膜7の厚さt0を種々設定し、共振子15の特性をシミュレーション計算により求めた。ピッチp及び厚さt0以外のシミュレーションの条件は、以下のとおりである。
圧電膜:
材料:LN
オイラー角:(0°、0°、0°)
第1層:
材料:SiO2
厚さ:t0:t1=0.38:0.20となるようにt0の値に応じて設定
第2層:
材料:Ta2O5
厚さ:t0:t2=0.38:0.12となるようにt0の値に応じて設定
図9は、第3構成例について、インピーダンスの位相の最大値θmaxを算出した結果を示す等高線図であり、図5と同様のものである。この図において、線L31及び線L32は、最大値θmaxが概ね80°以上(少なくとも78°以上)となる範囲を示す直線である。
図9においても、図5と同様に、複数の等高線は、概略、紙面左下側から紙面右側へ延びている。従って、所望の最大値θmaxが得られる圧電膜7の厚さt0は、ピッチpとの比によって規定可能であることが確認された。
図9において、図5と同様に、厚さt0の一の値に着目すると、最大値θmaxの値が所定の大きさ以上(例えば、概ね80°以上、少なくとも78°以上)となるピッチpの値には幅があることが分かる。例えば、線L31及び線L32間の間隔(横軸に平行な距離)は、0.3μm以上である。また、図示の例では、線L31及び線L32は、ピッチpが1μm程度の領域を挟んでいる。0.3μmは1μmの15%以上である。このことから、同一の圧電膜7上に位置する第1励振電極19A及び第2励振電極19Bのピッチp1及びp2との差をピッチp1の15%以上とすることが可能であることが確認された。
図9において、図5と同様に、線L32及びL31と、p=1μmを通る縦軸に平行な線(不図示)との交点における厚さt0の値を求めると、0.31μm及び0.48μmである。上記の値から、第1構成例と同様に、下記(15)式及び(16)式を求めることができる。これらの式が満たされるとき、第1励振電極19A及び第2励振電極19Bのいずれにおいても、最大値θmaxについて所望の値(概ね80°以上。少なくとも78°以上)を得ることができる。
t0≦0.48×p1 (15)
t0≧0.31×p2 (16)
t0≦0.48×p1 (15)
t0≧0.31×p2 (16)
第1構成例と同様に、(15)式及び(16)式に付随して、ピッチp2のピッチp1に比較した上限値も規定される。すなわち、両式が成り立つためには、0.48/0.31(=約1.5)を用いた下記式が成り立つ必要がある。
p2≦1.5×p1 (17)
図9において、厚さt0の一の値に対応する線L32上のピッチpの値を、前記一の値に対応する線L31上のピッチpの値で割ると、概ね、1.5程度となり、(17)式の係数と概ね一致する。この観点からも(15)式及び(16)式は妥当である。
p2≦1.5×p1 (17)
図9において、厚さt0の一の値に対応する線L32上のピッチpの値を、前記一の値に対応する線L31上のピッチpの値で割ると、概ね、1.5程度となり、(17)式の係数と概ね一致する。この観点からも(15)式及び(16)式は妥当である。
(多層膜の厚さ)
第3構成例においても、第1構成例と同様に、上記のシミュレーションにおける第1層11の厚さt1及び第2層13の厚さt2の圧電膜7の厚さt0の値に対する比率は、インピーダンスの位相の最大値θmaxが大きくなるように選択されている。具体的には、以下のとおりである。
第3構成例においても、第1構成例と同様に、上記のシミュレーションにおける第1層11の厚さt1及び第2層13の厚さt2の圧電膜7の厚さt0の値に対する比率は、インピーダンスの位相の最大値θmaxが大きくなるように選択されている。具体的には、以下のとおりである。
厚さt0の値を一定としつ、厚さt1及び厚さt2の値を種々設定してシミュレーション計算を行い、共振子15の特性をシミュレーション計算により求めた。このシミュレーションの条件は、図9に係るシミュレーションの条件と概ね同様である。以下に、図9に係るシミュレーションの条件と異なる条件を示す。
圧電膜の厚さt0:0.38μm
第1層の厚さt1:0.16μm~0.24μm
第2層の厚さt2:0.05μm~0.22μm
圧電膜の厚さt0:0.38μm
第1層の厚さt1:0.16μm~0.24μm
第2層の厚さt2:0.05μm~0.22μm
図10は、上記のシミュレーションによって算出されたインピーダンスの位相の最大値θmaxを示す図であり、図6と同様の図である。
この図に示されているように、t1=0.20μmかつt2=0.12μmのときに、最大値θmaxは大きな値をとっている。このときの厚さt0~t2の比率は、図9のシミュレーションの条件の説明でも述べた、下記の比率となる。
t0:t1:t2=0.38:0.20:0.12
t0:t1:t2=0.38:0.20:0.12
図10では、厚さt1及び/又は厚さt2の値が上記比率となる値から0.02μm程度異なっていても、最大値θmaxの値として大きな値が得られることが分かる。0.02μmは、厚さt0(0.38μm)の5%よりも大きい。従って、厚さt1及び厚さt2は、第1構成例と同様に、上記の比率から±5%以内の範囲とされてもよい。すなわち、下記式で表される範囲とされてもよい。
0.50×t0≦t1≦0.55×t0 (18)
0.30×t0≦t2≦0.33×t0 (19)
0.50×t0≦t1≦0.55×t0 (18)
0.30×t0≦t2≦0.33×t0 (19)
(18)式及び(19)式の各係数は、以下の式から求められている。
0.50=0.20/0.38×0.95
0.55=0.20/0.38×1.05
0.30=0.12/0.38×0.95
0.33=0.12/0.38×1.05
0.50=0.20/0.38×0.95
0.55=0.20/0.38×1.05
0.30=0.12/0.38×0.95
0.33=0.12/0.38×1.05
(第1~第3構成例のまとめ)
第1~第3構成例についての説明から、電極指27のピッチpと圧電膜7の厚さt0との相対関係が弾性波装置1の特性に及ぼす影響は、第1~第3構成例同士において類似していることが分かる。また、インピーダンスの位相の最大値θmaxについて、ある程度の大きさを確保できるt0/p1及びt0/p2の範囲も比較的近い。
第1~第3構成例についての説明から、電極指27のピッチpと圧電膜7の厚さt0との相対関係が弾性波装置1の特性に及ぼす影響は、第1~第3構成例同士において類似していることが分かる。また、インピーダンスの位相の最大値θmaxについて、ある程度の大きさを確保できるt0/p1及びt0/p2の範囲も比較的近い。
従って、例えば、第1~第3構成例のそれぞれにおいて示したt0の範囲((4)、(5)、(10)、(11)、(15)及び(16)式で示される範囲)の全てを包含する範囲を表す式として下記式の組み合わせが導かれる。この範囲に収まるようにt0が設定されてもよい。
t0≦0.48×p1 (20)
t0≧0.27×p2 (21)
(20)式は(15)式に基づいている。(21)式は(11)式に基づいている。
t0≦0.48×p1 (20)
t0≧0.27×p2 (21)
(20)式は(15)式に基づいている。(21)式は(11)式に基づいている。
また、第1~第3構成例のそれぞれにおいて示したt0の範囲の全てに包含される範囲を表す式として下記式の組み合わせが導かれる。この範囲に収まるようにt0が設定されてもよい。
t0≦0.40×p1 (22)
t0≧0.31×p2 (23)
(22)式は(4)式に基づいている。(23)式は(16)式に基づいている。
t0≦0.40×p1 (22)
t0≧0.31×p2 (23)
(22)式は(4)式に基づいている。(23)式は(16)式に基づいている。
これまでの説明では、厚さt0が弾性波装置1に及ぼす影響について、ピッチpによって無次元化して考えた。しかし、絶対値が考慮されてもよい。例えば、図5、図7及び図9においては、ピッチpが概ね0.50μm~2.25μmの範囲にあることを条件としてシミュレーションが行われているから、ピッチp1及びピッチp2がこの範囲にあることを条件としてもよい。また、これらの図において、線L11、L12、L21、L22、L31及びL32によって示された範囲は、ピッチpが概ね0.75μm~1.40μmの範囲にある。従って、ピッチp1及びピッチp2がこの範囲にあることを条件としてもよい。式で表すと、
p1≧0.75μm、及び
p2≦1.40μm、
が成り立ってよい。
p1≧0.75μm、及び
p2≦1.40μm、
が成り立ってよい。
(実施例)
並列共振子15Pのピッチp2が直列共振子15Sのピッチp1よりも15%以上大きいラダー型フィルタを試作し、その特性を調べた。圧電膜7、第1層11及び第2層13の材料及び厚さの範囲は、上述した第2構成例のものとした。
並列共振子15Pのピッチp2が直列共振子15Sのピッチp1よりも15%以上大きいラダー型フィルタを試作し、その特性を調べた。圧電膜7、第1層11及び第2層13の材料及び厚さの範囲は、上述した第2構成例のものとした。
図11は、実施例に係るラダー型フィルタの通過特性の実測値の例を示す図である。この図において、横軸は周波数(GHz)を示している。縦軸は、減衰量(dB)を示している。図中の線は、減衰量の周波数に対する変化を示している。
この図から、多層膜5上に位置する圧電膜7を有する弾性波装置1において、並列共振子15Pのピッチp2を直列共振子15Sのピッチp1よりも15%以上大きくすることにより、フィルタとしての特性が得られることが確認された。
(弾性波装置の利用例:通信装置)
図12は、弾性波装置1(デュプレクサ101)の利用例としての通信装置151の要部を示すブロック図である。通信装置151は、電波を利用した無線通信を行うものであり、デュプレクサ101を含んでいる。
図12は、弾性波装置1(デュプレクサ101)の利用例としての通信装置151の要部を示すブロック図である。通信装置151は、電波を利用した無線通信を行うものであり、デュプレクサ101を含んでいる。
通信装置151において、送信すべき情報を含む送信情報信号TISは、RF-IC(Radio Frequency Integrated Circuit)153によって変調及び周波数の引き上げ(搬送波周波数を有する高周波信号への変換)がなされて送信信号TSとされる。送信信号TSは、バンドパスフィルタ155によって送信用の通過帯以外の不要成分が除去され、増幅器157によって増幅されてデュプレクサ101(送信端子105)に入力される。そして、デュプレクサ101(送信フィルタ109)は、入力された送信信号TSから送信用の通過帯以外の不要成分を除去し、その除去後の送信信号TSをアンテナ端子103からアンテナ159に出力する。アンテナ159は、入力された電気信号(送信信号TS)を無線信号(電波)に変換して送信する。
また、通信装置151において、アンテナ159によって受信された無線信号(電波)は、アンテナ159によって電気信号(受信信号RS)に変換されてデュプレクサ101(アンテナ端子103)に入力される。デュプレクサ101(受信フィルタ111)は、入力された受信信号RSから受信用の通過帯以外の不要成分を除去して受信端子107から増幅器161へ出力する。出力された受信信号RSは、増幅器161によって増幅され、バンドパスフィルタ163によって受信用の通過帯以外の不要成分が除去される。そして、受信信号RSは、RF-IC153によって周波数の引き下げ及び復調がなされて受信情報信号RISとされる。
なお、送信情報信号TIS及び受信情報信号RISは、適宜な情報を含む低周波信号(ベースバンド信号)でよく、例えば、アナログの音声信号もしくはデジタル化された信号である。無線信号の通過帯は、適宜に設定されてよく、本実施形態では、比較的高周波の通過帯(例えば5GHz以上)も可能である。変調方式は、位相変調、振幅変調、周波数変調もしくはこれらのいずれか2つ以上の組み合わせのいずれであってもよい。回路方式は、図12では、ダイレクトコンバージョン方式を例示したが、それ以外の適宜なものとされてよく、例えば、ダブルスーパーヘテロダイン方式であってもよい。また、図12は、要部のみを模式的に示すものであり、適宜な位置にローパスフィルタやアイソレータ等が追加されてもよいし、また、増幅器等の位置が変更されてもよい。
以上のとおり、本実施形態に係る弾性波装置1は、基板3と、基板3上に位置している多層膜5と、多層膜5上に位置している圧電膜7と、圧電膜7上に位置している第1励振電極19A及び第2励振電極19Bと、を有している。第1励振電極19Aは、弾性波の伝搬方向(D1方向)に第1ピッチp1で配列されている複数の第1電極指27Aを有している。第2励振電極19Bは、D1方向に第2ピッチp2で配列されている複数の第2電極指27Bを有している。圧電膜7は、LiTaO3の単結晶又はLiNbO3の単結晶によって構成されている。圧電膜7の厚さをt0としたときに、
1.15×p1≦p2、
t0≦0.48×p1、及び
t0≧0.27×p2、が成り立つ。
1.15×p1≦p2、
t0≦0.48×p1、及び
t0≧0.27×p2、が成り立つ。
上記の範囲で厚さt0を設定することによって、例えば、ピッチp1及びp2の差が比較的大きくても、第1励振電極19A及び第2励振電極19Bのいずれにおいても、特性を向上させることが容易化される。多層膜5上に圧電膜7を有し、比較的高い周波数を扱う弾性波装置1においては、ピッチpを大きくしても周波数が下がりにくく、互いに異なる周波数を扱う励振電極19同士でピッチpの差が大きくなりやすい。このような構成において、上記の特性を向上させることが容易化される効果は有効である。そして、ピッチp1及びピッチp2の差を大きくできることから、例えば、比較的高い周波数(例えば5GHz)を扱うラダー型フィルタを実現することも容易化される。
また、本実施形態では、圧電膜7は、LiTaO3の単結晶によって構成されてよい。多層膜5は、SiO2によって構成されている第1層11と、Ta2O5によって構成されている第2層13と、が交互に積層されて構成されてよい。そして、
t0≦0.40×p1、及び
t0≧0.29×p2、
が成り立ってよい。
t0≦0.40×p1、及び
t0≧0.29×p2、
が成り立ってよい。
この場合においては、例えば、図5を参照して説明したように、インピーダンスの位相の最大値θmaxが概略78°以上(少なくとも76°以上)となりやすい。従って、例えば、弾性波装置1は、損失の観点において十分な特性を発揮することが期待される。特に、第1層11の厚さをt1とし、第2層13の厚さをt2としたときに、
0.49×t0≦t1≦0.54×t0、及び
0.38×t0≦t2≦0.42×t0、
が成り立つ場合においては、最大値θmaxが概略78°以上(少なくとも76°以上)となる蓋然性が高くなる。
0.49×t0≦t1≦0.54×t0、及び
0.38×t0≦t2≦0.42×t0、
が成り立つ場合においては、最大値θmaxが概略78°以上(少なくとも76°以上)となる蓋然性が高くなる。
また、本実施形態では、圧電膜7は、LiTaO3の単結晶によって構成されてよい。多層膜5は、SiO2によって構成されている第1層11と、HfO2によって構成されている第2層13と、が交互に積層されて構成されてよい。そして、
t0≦0.41×p1、及び
t0≧0.27×p2、
が成り立ってよい。
t0≦0.41×p1、及び
t0≧0.27×p2、
が成り立ってよい。
この場合においては、例えば、図7を参照して説明したように、インピーダンスの位相の最大値θmaxが概略82°以上となりやすい。従って、例えば、弾性波装置1は、損失の観点において十分な特性を発揮することが期待される。特に、第1層11の厚さをt1とし、第2層13の厚さをt2としたときに、
0.48×t0≦t1≦0.53×t0、及び
0.38×t0≦t2≦0.42×t0、
が成り立つ場合においては、最大値θmaxが概略82°以上となる蓋然性が高くなる。
0.48×t0≦t1≦0.53×t0、及び
0.38×t0≦t2≦0.42×t0、
が成り立つ場合においては、最大値θmaxが概略82°以上となる蓋然性が高くなる。
また、本実施形態では、圧電膜7は、LiNbO3の単結晶によって構成されてよい。多層膜5は、SiO2によって構成されている第1層11と、Ta2O5によって構成されている第2層13と、が交互に積層されて構成されてよい。そして、
t0≦0.48×p1、及び
t0≧0.31×p2、
が成り立ってよい。
t0≦0.48×p1、及び
t0≧0.31×p2、
が成り立ってよい。
この場合においては、例えば、図9を参照して説明したように、インピーダンスの位相の最大値θmaxが概略80°以上(少なくとも78°以上)となりやすい。従って、例えば、弾性波装置1は、損失の観点において十分な特性を発揮することが期待される。特に、第1層11の厚さをt1とし、第2層13の厚さをt2としたときに、
0.50×t0≦t1≦0.55×t0、及び
0.30×t0≦t2≦0.33×t0、
が成り立つ場合においては、最大値θmaxが概略80°以上(少なくとも78°以上)となる蓋然性が高くなる。
0.50×t0≦t1≦0.55×t0、及び
0.30×t0≦t2≦0.33×t0、
が成り立つ場合においては、最大値θmaxが概略80°以上(少なくとも78°以上)となる蓋然性が高くなる。
本発明は、以上の実施形態に限定されず、種々の態様で実施されてよい。
例えば、多層膜の構成(材料等)は、実施形態で例示したものに限定されない。既に述べたように、第1~第3構成例同士においては、圧電膜7の厚さt0及びピッチpが特性に及ぼす影響は類似している。これは、多層膜の材料の自由度が高いことも意味している。従って、例えば、多層膜は、弾性波のエネルギーを圧電膜に閉じ込めることができるように、適宜な材料等で構成されてよく、先行出願1で挙げられている材料等が用いられてもよい。
複数のフィルタを含むマルチプレクサは、デュプレクサに限定されない。例えば、マルチプレクサは、3つのフィルタを含むトリプレクサであってもよいし、4つのフィルタを含むクアッドプレクサであってもよい。技術分野によっては、マルチプレクサの語は、狭義の意味に用いられることがある。例えば、マルチプレクサの語は、2以上の信号を混合して出力するデバイスのみを指す用語として用いられることがある。本開示においては、マルチプレクサの語は、広義に用いられ、例えば、信号を混合する機能は有していなくてもよい。
1…弾性波装置、3…基板、5…多層膜、7…圧電膜、19A…第1励振電極、19B…第2励振電極。
Claims (11)
- 基板と、
前記基板上に位置している多層膜と、
前記多層膜上に位置している圧電膜と、
前記圧電膜上に位置している第1励振電極及び第2励振電極と、
を有しており、
前記第1励振電極は、弾性波の伝搬方向に第1ピッチで配列されている複数の第1電極指を有しており、
前記第2励振電極は、前記伝搬方向に第2ピッチで配列されている複数の第2電極指を有しており、
前記圧電膜は、LiTaO3の単結晶又はLiNbO3の単結晶によって構成されており、
前記第1ピッチをp1、前記第2ピッチをp2、前記圧電膜の厚さをt0としたときに、
1.15×p1≦p2、
t0≦0.48×p1、及び
t0≧0.27×p2、が成り立つ
弾性波装置。 - 前記圧電膜は、LiTaO3の単結晶によって構成されており、
前記多層膜は、
SiO2によって構成されている第1層と、
Ta2O5によって構成されている第2層と、が交互に積層されて構成されており、
t0≦0.40×p1、及び
t0≧0.29×p2、が成り立つ
請求項1に記載の弾性波装置。 - 前記第1層の厚さをt1とし、前記第2層の厚さをt2としたときに、
0.49×t0≦t1≦0.54×t0、及び
0.38×t0≦t2≦0.42×t0、が成り立つ
請求項2に記載の弾性波装置。 - 前記圧電膜は、LiTaO3の単結晶によって構成されており、
前記多層膜は、
SiO2によって構成されている第1層と、
HfO2によって構成されている第2層と、が交互に積層されて構成されており、
t0≦0.41×p1、及び
t0≧0.27×p2、が成り立つ
請求項1に記載の弾性波装置。 - 前記第1層の厚さをt1とし、前記第2層の厚さをt2としたときに、
0.48×t0≦t1≦0.53×t0、及び
0.38×t0≦t2≦0.42×t0、が成り立つ
請求項4に記載の弾性波装置。 - 前記圧電膜は、LiNbO3の単結晶によって構成されており、
前記多層膜は、
SiO2によって構成されている第1層と、
Ta2O5によって構成されている第2層と、が交互に積層されて構成されており、
t0≦0.48×p1、及び
t0≧0.31×p2、が成り立つ
請求項1に記載の弾性波装置。 - 前記第1層の厚さをt1とし、前記第2層の厚さをt2としたときに、
0.50×t0≦t1≦0.55×t0、及び
0.30×t0≦t2≦0.33×t0、が成り立つ
請求項6に記載の弾性波装置。 - p1≧0.75μm、及び
p2≦1.40μm、が成り立つ
請求項1~7のいずれか1項に記載の弾性波装置。 - 前記第1励振電極を有している第1共振子と、
前記第2励振電極を有している第2共振子と、
を有しており、
前記第1共振子のインピーダンスの位相の最大値が76°以上であり、
前記第2共振子のインピーダンスの位相の最大値が76°以上である
請求項1~8のいずれか1項に記載の弾性波装置。 - 前記第1励振電極をそれぞれ有している1以上の直列共振子と、
前記第2励振電極をそれぞれ有している1以上の並列共振子と、
を有しており、
前記1以上の直列共振子と前記1以上の並列共振子とがラダー状に接続されてフィルタが構成されている
請求項1~8のいずれか1項に記載の弾性波装置。 - 請求項10に記載の弾性波装置と、
前記弾性波装置の前記フィルタに電気的に接続されているアンテナと、
前記フィルタを介して前記アンテナと電気的に接続されている集積回路素子と、
を有している通信装置。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US17/630,649 US20220263491A1 (en) | 2019-07-30 | 2020-07-14 | Acoustic wave device and communication apparatus |
| JP2021536903A JP7421557B2 (ja) | 2019-07-30 | 2020-07-14 | 弾性波装置及び通信装置 |
| CN202080053685.XA CN114365417A (zh) | 2019-07-30 | 2020-07-14 | 弹性波装置及通信装置 |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2019140012 | 2019-07-30 | ||
| JP2019-140012 | 2019-07-30 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2021020102A1 true WO2021020102A1 (ja) | 2021-02-04 |
Family
ID=74228285
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/JP2020/027334 Ceased WO2021020102A1 (ja) | 2019-07-30 | 2020-07-14 | 弾性波装置及び通信装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20220263491A1 (ja) |
| JP (1) | JP7421557B2 (ja) |
| CN (1) | CN114365417A (ja) |
| WO (1) | WO2021020102A1 (ja) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2016088680A1 (ja) * | 2014-12-04 | 2016-06-09 | 株式会社村田製作所 | ラダー型フィルタ、弾性波フィルタモジュール及びデュプレクサ |
| WO2017068827A1 (ja) * | 2015-10-23 | 2017-04-27 | 株式会社村田製作所 | 弾性波装置 |
| WO2017115562A1 (ja) * | 2015-12-28 | 2017-07-06 | 株式会社村田製作所 | 弾性波フィルタ及びデュプレクサ |
| WO2018051846A1 (ja) * | 2016-09-13 | 2018-03-22 | 株式会社村田製作所 | 弾性波フィルタ装置、マルチプレクサ、高周波フロントエンド回路及び通信装置 |
| WO2019009246A1 (ja) * | 2017-07-04 | 2019-01-10 | 京セラ株式会社 | 弾性波装置、分波器および通信装置 |
Family Cites Families (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPWO2003088483A1 (ja) * | 2002-04-15 | 2005-08-25 | 松下電器産業株式会社 | 弾性表面波デバイスおよびそれを用いた移動体通信機器並びにセンサー |
| WO2008108113A1 (ja) * | 2007-03-01 | 2008-09-12 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | 弾性波フィルタ装置及びデュプレクサ |
| WO2010101166A1 (ja) * | 2009-03-04 | 2010-09-10 | 株式会社村田製作所 | 弾性表面波素子とその製造方法 |
| JP5723667B2 (ja) * | 2011-04-27 | 2015-05-27 | 太陽誘電株式会社 | ラダーフィルタ、分波器及びモジュール |
| WO2013125360A1 (ja) * | 2012-02-20 | 2013-08-29 | 株式会社村田製作所 | チューナブルフィルタ装置 |
| WO2015064238A1 (ja) * | 2013-10-31 | 2015-05-07 | 京セラ株式会社 | 弾性波素子、フィルタ素子および通信装置 |
| WO2016208677A1 (ja) * | 2015-06-24 | 2016-12-29 | 株式会社村田製作所 | 弾性波フィルタ、マルチプレクサ、デュプレクサ、高周波フロントエンド回路、および通信装置 |
| WO2017159408A1 (ja) * | 2016-03-16 | 2017-09-21 | 株式会社村田製作所 | 弾性波装置、帯域通過型フィルタ及び複合フィルタ装置 |
| JP6572842B2 (ja) * | 2016-07-15 | 2019-09-11 | 株式会社村田製作所 | マルチプレクサ、高周波フロントエンド回路および通信装置 |
| JP6929565B2 (ja) * | 2016-11-25 | 2021-09-01 | 国立大学法人東北大学 | 弾性波デバイス |
| CN111587535B (zh) * | 2018-01-12 | 2023-09-12 | 株式会社村田制作所 | 弹性波装置、多工器、高频前端电路以及通信装置 |
-
2020
- 2020-07-14 CN CN202080053685.XA patent/CN114365417A/zh active Pending
- 2020-07-14 WO PCT/JP2020/027334 patent/WO2021020102A1/ja not_active Ceased
- 2020-07-14 US US17/630,649 patent/US20220263491A1/en not_active Abandoned
- 2020-07-14 JP JP2021536903A patent/JP7421557B2/ja active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2016088680A1 (ja) * | 2014-12-04 | 2016-06-09 | 株式会社村田製作所 | ラダー型フィルタ、弾性波フィルタモジュール及びデュプレクサ |
| WO2017068827A1 (ja) * | 2015-10-23 | 2017-04-27 | 株式会社村田製作所 | 弾性波装置 |
| WO2017115562A1 (ja) * | 2015-12-28 | 2017-07-06 | 株式会社村田製作所 | 弾性波フィルタ及びデュプレクサ |
| WO2018051846A1 (ja) * | 2016-09-13 | 2018-03-22 | 株式会社村田製作所 | 弾性波フィルタ装置、マルチプレクサ、高周波フロントエンド回路及び通信装置 |
| WO2019009246A1 (ja) * | 2017-07-04 | 2019-01-10 | 京セラ株式会社 | 弾性波装置、分波器および通信装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN114365417A (zh) | 2022-04-15 |
| JP7421557B2 (ja) | 2024-01-24 |
| US20220263491A1 (en) | 2022-08-18 |
| JPWO2021020102A1 (ja) | 2021-02-04 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6856820B2 (ja) | 弾性波装置、分波器および通信装置 | |
| JP6856825B2 (ja) | 弾性波装置、分波器および通信装置 | |
| JP7278305B2 (ja) | 弾性波装置、分波器および通信装置 | |
| JP6854891B2 (ja) | 弾性波装置、分波器および通信装置 | |
| CN110771039B (zh) | 弹性波装置、分波器以及通信装置 | |
| JP7401649B2 (ja) | 弾性波共振子、弾性波フィルタ、分波器、通信装置 | |
| US12489418B2 (en) | Elastic wave element and communication device | |
| CN111937305A (zh) | 弹性波元件、弹性波滤波器、分波器以及通信装置 | |
| US20230275569A1 (en) | Elastic wave resonator, elastic wave filter, demultiplexer, and communication apparatus | |
| US20220345112A1 (en) | Acoustic wave filter and communication apparatus | |
| JP2019180064A (ja) | 弾性波フィルタ、分波器および通信装置 | |
| JP2025038204A (ja) | 弾性波装置、フィルタ、分波器及び通信装置 | |
| JP2024125406A (ja) | 弾性波装置及び通信装置 | |
| JP7421557B2 (ja) | 弾性波装置及び通信装置 | |
| WO2023033032A1 (ja) | 弾性波素子、分波器および通信装置 | |
| US20250300626A1 (en) | Elastic wave element and communication device | |
| JP7037439B2 (ja) | 弾性波素子、分波器および通信装置 | |
| WO2023085210A1 (ja) | 弾性波装置、フィルタ、分波器及び通信装置 | |
| WO2023176814A1 (ja) | ラダー型フィルタ、モジュール及び通信装置 | |
| WO2023286704A1 (ja) | 弾性波装置、フィルタ、分波器及び通信装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 20848558 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
| ENP | Entry into the national phase |
Ref document number: 2021536903 Country of ref document: JP Kind code of ref document: A |
|
| NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
|
| 122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 20848558 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |