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WO2023033032A1 - 弾性波素子、分波器および通信装置 - Google Patents

弾性波素子、分波器および通信装置 Download PDF

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WO2023033032A1
WO2023033032A1 PCT/JP2022/032738 JP2022032738W WO2023033032A1 WO 2023033032 A1 WO2023033032 A1 WO 2023033032A1 JP 2022032738 W JP2022032738 W JP 2022032738W WO 2023033032 A1 WO2023033032 A1 WO 2023033032A1
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WO
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layer
acoustic impedance
piezoelectric layer
piezoelectric
filter
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PCT/JP2022/032738
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English (en)
French (fr)
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幹 伊藤
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Kyocera Corp
Original Assignee
Kyocera Corp
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 US18/687,518 priority patent/US20240356522A1/en
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    • H03H9/725—Duplexers

Definitions

  • the present disclosure relates to an elastic wave element that is an electronic component that utilizes elastic waves, a branching filter and a communication device that include the elastic wave element.
  • An acoustic wave device that applies a voltage to an IDT (interdigital transducer) electrode on a piezoelectric body to generate an acoustic wave that propagates through the piezoelectric body.
  • the IDT electrode has a pair of comb-shaped electrodes.
  • a pair of comb-shaped electrodes each have a plurality of electrode fingers (corresponding to comb teeth) and are arranged so as to mesh with each other.
  • a standing wave of the elastic wave having a wavelength twice the pitch of the electrode fingers is formed, and the frequency of this standing wave becomes the resonance frequency. Therefore, the resonance point of the acoustic wave device is defined by the pitch of the electrode fingers.
  • An acoustic wave device has a piezoelectric layer and an IDT electrode.
  • the piezoelectric layer is made of piezoelectric crystal.
  • the IDT electrode is located on the upper surface of the piezoelectric layer and has a plurality of electrode fingers.
  • the repetition interval of the plurality of electrode fingers is defined as p and the thickness of the piezoelectric layer is defined as D1
  • the normalized thickness D1/p of the piezoelectric layer and the duty d of the IDT electrode are 0.166 ⁇ d ⁇ D1/p ⁇ 0.241 (1) It is a relationship represented by
  • An acoustic wave device includes a piezoelectric layer, an IDT electrode, and a multilayer film layer.
  • the piezoelectric layer is made of piezoelectric crystal.
  • the IDT electrode is located on the upper surface of the piezoelectric layer and has a plurality of electrode fingers.
  • the multilayer film layer is located on the lower surface side of the piezoelectric layer, and is configured by alternately laminating a low acoustic impedance layer and a high acoustic impedance layer.
  • the repetition interval of the plurality of electrode fingers is defined as p and the thickness of the low acoustic impedance layer is defined as D2
  • the normalized thickness D2/p of the low acoustic impedance layer and the duty d of the IDT electrode are 0.060 ⁇ d ⁇ D2/p ⁇ 0.087 (2) It is a relationship represented by
  • An acoustic wave device includes a piezoelectric layer, an IDT electrode, and a multilayer film layer.
  • the piezoelectric layer is made of piezoelectric crystal.
  • the IDT electrode is located on the upper surface of the piezoelectric layer and has a plurality of electrode fingers.
  • the multilayer film layer is located on the lower surface side of the piezoelectric layer, and is configured by alternately laminating a low acoustic impedance layer and a high acoustic impedance layer.
  • the repetition interval of the plurality of electrode fingers is defined as p and the thickness of the high acoustic impedance layer is defined as D3
  • the normalized thickness D3/p of the high acoustic impedance layer and the duty d of the IDT electrode are 0.076 ⁇ d ⁇ D3/p ⁇ 0.111 (3) It is a relationship represented by
  • a duplexer includes an antenna terminal, a transmission filter that filters a signal output to the antenna terminal, and a reception filter that filters a signal input from the antenna terminal.
  • At least one of the transmission filter and the reception filter includes the acoustic wave element described above.
  • a communication device includes an antenna, the branching filter in which the antenna terminal is connected to the antenna, and the antenna terminal with respect to a signal path with respect to the transmission filter and the reception filter. and an IC connected to the opposite side.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of an acoustic wave device according to an embodiment of the present disclosure
  • FIG. FIG. 2 is a plan view of the acoustic wave device of FIG. 1
  • FIG. 5 is a diagram showing simulation results of an embodiment according to the present disclosure
  • FIG. 10 is a diagram showing the maximum phase of spurious in band A of the simulation result of the embodiment according to the present disclosure
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of an acoustic wave device according to another embodiment of the present disclosure
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of an acoustic wave device according to still another embodiment of the present disclosure
  • 1 is a diagram schematically showing a branching filter as a usage example of an acoustic wave device according to an embodiment of the present disclosure
  • FIG. 8 is a block diagram showing the configuration of a main part of a communication device as an example of use of the branching filter of FIG. 7;
  • FIG. 8 is a block diagram showing the configuration of a main part of a communication device as an example of use of the branching filter of FIG. 7;
  • an orthogonal coordinate system consisting of AX1 axis, AX2 axis and AX3 axis may be attached. Any direction of the acoustic wave device according to the present disclosure may be upward or downward. However, for the sake of convenience, the term “upper surface” or “lower surface” may be used with the AX3-axis direction as the vertical direction.
  • the AX1 axis is defined to be orthogonal to the propagation direction of an elastic wave propagating along the upper surface of the piezoelectric layer 2, which will be described later
  • the AX2 axis is defined to be parallel to the upper surface of the piezoelectric layer 2 and orthogonal to the AX1 axis.
  • the AX3 axis is defined to be orthogonal to the top surface of the piezoelectric layer 2 .
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of an acoustic wave device 1 according to an embodiment of the present disclosure.
  • the acoustic wave device 1 of this embodiment has a piezoelectric layer 2, an IDT electrode 3, a support substrate 4, and a multilayer film layer 5, as shown in FIG.
  • the support substrate 4, the multilayer film layer 5, and the piezoelectric layer 2 are laminated in this order.
  • the elastic wave element 1 uses elastic waves propagating through the piezoelectric layer 2 .
  • the elastic wave used by the elastic wave device 1 may be of any suitable type.
  • elastic waves are bulk waves (a broad concept including plate waves), surface acoustic waves, or boundary acoustic waves (however, these elastic waves cannot always be clearly distinguished).
  • the plate wave may be a Lamb wave mainly composed of a component (P component) in the propagation direction and/or a component (SV component) in the thickness direction of the piezoelectric layer, or may be a Lamb wave that is perpendicular to the propagation direction and is perpendicular to the surface of the piezoelectric layer.
  • It may be an SH wave mainly composed of a component (SH component) in the horizontal direction.
  • the Lamb wave may be of a symmetrical mode (S-mode) or of an asymmetrical mode (A-mode).
  • the A mode may be, for example, an A0 mode in which the number of nodes in the thickness direction is 0, or an A1 mode in which the number of nodes in the thickness direction is 1.
  • an aspect in which plate waves having a relatively high speed are used as elastic waves may be taken as an example without any particular mention.
  • the resonance frequency is relatively high (for example, 4 GHz or higher or 5 GHz or higher) may be taken as an example.
  • the support substrate 4 supports the multilayer film layer 5 and the piezoelectric layer 2 laminated thereon, and the material of the support substrate 4 is not particularly limited as long as it has a certain strength.
  • the support substrate 4 is made of a material having a smaller coefficient of linear expansion than the piezoelectric layer 2, the deformation of the piezoelectric layer 2 due to temperature change is reduced, thereby reducing characteristic change due to temperature change. can be done.
  • the material of the support substrate 4 may be a material with which the transverse wave acoustic velocity of propagating elastic waves is higher than that of the transverse acoustic waves propagating through the piezoelectric layer 2 .
  • the elastic wave device 1 having excellent frequency characteristics can be provided.
  • Examples of such materials include sapphire (Al 2 O 3 ) and silicon (Si).
  • Si silicon
  • the case of using Si as the support substrate 4 will be described as an example.
  • the thickness of the support substrate 4 is not particularly limited, but is, for example, thicker than the thickness of the piezoelectric layer 2 described later.
  • the piezoelectric layer 2 has an upper surface 2a and a lower surface 2b perpendicular to the AX3 axis, with the AX3 axis as the vertical direction.
  • the aforementioned support substrate 4 is located on the lower surface 2b side.
  • the lower surface 2b and the support substrate 4 may be in direct contact, or may be in indirect contact via, for example, a multilayer film layer 5 (to be described later) and an adhesive layer (not shown).
  • An IDT electrode 3, which will be described later, is located on the upper surface 2a.
  • the piezoelectric layer 2 includes, for example, a piezoelectric single-crystal substrate made of lithium tantalate (LiTaO 3 ; hereinafter referred to as LT) crystal and a piezoelectric single-crystal substrate made of lithium niobate (LiNbO 3 ) crystal. etc. can be used.
  • the piezoelectric layer 2 is composed of a 114° Y-cut-X propagation LT.
  • the thickness of the piezoelectric layer 2 is defined as D1.
  • the IDT electrode 3 is located on the upper surface 2 a of the piezoelectric layer 2 .
  • the IDT electrode 3 is made of a conductive material.
  • Various conductive materials such as Al, Cu, Pt, Mo, Au, or alloys thereof can be used as the material of the IDT electrode 3, and a plurality of these layers may be laminated.
  • a base layer (not shown) may be interposed at the lamination interface.
  • the IDT electrode 3 may be Al and the underlying layer may be Ti.
  • the IDT electrode 3 constitutes a resonator composed of, for example, a pair of comb-shaped electrodes 31 (31a and 31b).
  • the comb-shaped electrode 31 includes two busbars 311 (311a and 311b) and a plurality of long electrode fingers 312 (312a and 312b) connected to one of the busbars 311. Electrode fingers 312a connected to one bus bar 311a and electrode fingers 312b connected to the other bus bar 311b are alternately arranged. It also includes a plurality of dummy electrodes 313 (313a and 313b) that face the tips of electrode fingers 312 connected to one bus bar 311 and are connected to the other bus bar 311 .
  • the lengths of the plurality of electrode fingers 312 are, for example, equal to each other.
  • the IDT electrode 3 may be subjected to so-called apodization, in which the lengths (intersection widths from another point of view) of the plurality of electrode fingers 312 change according to the position in the propagation direction. Also, the length and thickness of the electrode fingers 312 may be appropriately set according to the required electrical properties and the like.
  • the duty d of the IDT electrode 3 represents the ratio of the electrode finger width to the pitch. That is, the duty d of the IDT electrode 3 can be represented by w/p.
  • the units of w and p used to obtain the duty d are the same, for example, ⁇ m.
  • the pitch p and the electrode finger width w indicate respective average values in each acoustic wave element 1 (in other words, the plurality of electrode fingers 312 of one IDT electrode 3).
  • a peculiar portion such as a portion where one to three electrode fingers 312 are thinned out for fine adjustment of characteristics may be excluded from the calculation of the average value.
  • the width of each electrode finger 312 changes in the length direction (AX1-axis direction)
  • the crossing area (the line connecting the tips of the electrode fingers 312a and the line connecting the tips of the electrode fingers 312b)
  • the average width in the region between ) may be used.
  • a pair of reflectors 8 are located on both sides of the IDT electrode 3 in the acoustic wave propagation direction.
  • the reflector 8 includes a pair of reflector busbars 81 facing each other and a plurality of strip electrodes 82 extending between the pair of reflector busbars 81 .
  • the multilayer film layer 5 is positioned between the support substrate 4 and the piezoelectric layer 2 .
  • the multilayer film layer 5 is configured by alternately laminating a low acoustic impedance layer 51 and a high acoustic impedance layer 52 .
  • the acoustic impedance of the low acoustic impedance layer 51 is lower than the acoustic impedance of the piezoelectric layer 2
  • the acoustic impedance of the high acoustic impedance layer 52 is higher than the acoustic impedance of the low acoustic impedance layer 51 .
  • the acoustic impedance of the high acoustic impedance layer 52 may be higher than, equal to, or lower than the acoustic impedance of the piezoelectric layer 2 .
  • the elastic wave reflectance is relatively high at the interface between the low acoustic impedance layer 51 and the high acoustic impedance layer 52 .
  • leakage of elastic waves propagating through the piezoelectric layer 2 in the thickness direction is reduced.
  • the acoustic impedances compared between layers may relate to bulk waves propagating through each layer, for example.
  • Bulk waves generally include three types: longitudinal waves, slow shear waves and fast shear waves.
  • a slow transverse wave or a fast transverse wave is, for example, either one of an SV (Shear Vertical) wave and an SH (Shear Vertical) wave.
  • the bulk wave whose acoustic impedance is required may be, for example, the bulk wave corresponding to the component mainly included in the elastic wave that propagates through the piezoelectric layer 2 and is intended to be used among the three types of bulk waves. This is because the multilayer film layer 5 is expected to have the effect of confining elastic waves propagating through the piezoelectric layer 2, as described above.
  • the elastic waves in the piezoelectric layer 2 intended to be used mainly include SH waves
  • the acoustic impedance of the piezoelectric layer 2 for SH waves and the acoustic impedance of the low acoustic impedance layer 51 for SH waves are compared.
  • SH waves are taken as an example, the same applies to SV waves or longitudinal waves.
  • the acoustic impedance of the transverse waves may be compared.
  • the conditions for comparison do not necessarily have to be strict as described above.
  • the acoustic impedances of layers need not be strictly specified.
  • the difference between the acoustic impedance of the fast transverse waves and the acoustic impedance of the slow transverse waves in each layer is relatively small, and the fast transverse waves and the slow transverse waves can be particularly distinguished. Even without it, there is no need to distinguish between fast and slow transverse waves when the acoustic impedance magnitude relationship between the two layers is known.
  • the components mainly included in the acoustic waves of the piezoelectric layer 2 intended for use need not be strictly specified.
  • the acoustic impedance in the piezoelectric layer 2 varies depending on the direction (cut angle) and the like. Also, the acoustic impedance of the piezoelectric layer 2 may be affected by other layers. These things can also happen in other layers. Therefore, when comparing acoustic impedances between layers, for example, the same configuration (for example, cut angle) as an actual product may be assumed, and acoustic impedances related to propagation in the AX2-axis direction may be compared. Also, the acoustic impedance of the piezoelectric layer 2 is influenced by the shape of the IDT electrode 3 and may differ depending on the position within the region overlapping the IDT electrode 3 . In this case, for example, the average value of the crossing regions described above may be used.
  • the influence of the cut angle, the IDT electrode 3, etc. does not necessarily have to be considered.
  • the acoustic impedances may not be strictly specified. For example, when it is clear that the acoustic impedance of the low acoustic impedance layer 51 is lower than the acoustic impedance of the piezoelectric layer 2 regardless of the cut angle of the piezoelectric layer 2, etc., the same configuration as the actual product is assumed.
  • acoustic impedance may be calculated based on density, Young's modulus, etc. by a simple theoretical formula and compared.
  • the number of layers of the multilayer film layer 5 may be set as appropriate.
  • the multilayer film layer 5 may have a total number of lamination of the low acoustic impedance layers 51 and the high acoustic impedance layers 52 of 3 or more and 12 or less.
  • the multilayer film layer 5 may be composed of a total of two layers, one low acoustic impedance layer 51 and one high acoustic impedance layer 52 .
  • the total number of laminated layers 5 may be an even number or an odd number, but the layer in contact with the piezoelectric layer 2 is the low acoustic impedance layer 51 .
  • the layer in contact with the support substrate 4 may be the low acoustic impedance layer 51 or the high acoustic impedance layer 52 .
  • Examples of materials for the low acoustic impedance layer 51 include silicon oxide (SiO 2 ).
  • Materials for the high acoustic impedance layer 52 include, for example, tantalum oxide (Ta 2 O 5 ), hafnium oxide (HfO 2 ), zirconium oxide (ZrO 2 ), titanium oxide (TiO 2 ), and magnesium oxide (MgO). mentioned.
  • Ta 2 O 5 tantalum oxide
  • hafnium oxide HfO 2
  • ZrO 2 zirconium oxide
  • TiO 2 titanium oxide
  • MgO magnesium oxide
  • the thickness of the low acoustic impedance layer 51 is defined as D2, and the thickness of the high acoustic impedance layer 52 is defined as D3.
  • the thicknesses of the plurality of low acoustic impedance layers 51 do not all need to be the same.
  • the thickness of the low acoustic impedance layer 51 may be thinner or thicker as it approaches the piezoelectric layer 2 .
  • only the thickness of the low acoustic impedance layer 51 far from the piezoelectric layer 2 may be different.
  • the thickness of the low acoustic impedance layer 51 closest to the piezoelectric layer 2 may be defined as D2.
  • the average thickness of the plurality of low acoustic impedance layers 51 may be defined as D2.
  • the thickness of the plurality of high acoustic impedance layers 52 does not need to be the same for all.
  • the thickness of the high acoustic impedance layer 52 may decrease or increase as it approaches the piezoelectric layer 2 .
  • only the thickness of the high acoustic impedance layer 52 far from the piezoelectric layer 2 may be different.
  • the thickness of the high acoustic impedance layer 52 closest to the piezoelectric layer 2 may be defined as D3.
  • the average thickness of the multiple high acoustic impedance layers 52 may be defined as D3.
  • 3 and 4 are simulations when the duty d and the pitch p of the electrode fingers are changed when the piezoelectric layer 2 is LT, the low acoustic impedance layer 51 is SiO 2 , and the high acoustic impedance layer 52 is HfO 2 . It is a figure showing the result of.
  • FIG. 3 shows simulations of frequency characteristics when the pitch p of the electrode fingers is varied in the range of 0.99 ⁇ m to 1.005 ⁇ m and the duty d is varied between 0.5, 0.55 and 0.6. It is a diagram showing.
  • the left vertical axis represents the absolute value of the impedance characteristic of the resonator
  • the right vertical axis represents the phase characteristic of the resonator
  • the horizontal axis represents the frequency.
  • the band A is generally located on the low frequency side with respect to the resonance frequency, and can be said to have a width equivalent to the frequency difference between the resonance frequency and the anti-resonance frequency.
  • the spurious is reduced within such a range, for example, the characteristics of a filter using the acoustic wave device 1 are improved.
  • the band A corresponds to approximately half of the low frequency side of the pass band, and the spurious in this range is reduced. be done.
  • FIG. 4 is a diagram in which a part of the results of the above simulation is extracted and plotted. In FIG. 4, the waveform without spurious is drawn with the value of the minimum phase.
  • the vertical axis in FIG. 4 represents the maximum spurious phase in the band A, and the horizontal axis represents the duty d.
  • the thickness D1 of the piezoelectric layer 2, the thickness D2 of the low acoustic impedance layer 51, and the thickness D3 of the high acoustic impedance layer 52 are set as follows. D1: 0.415 ⁇ m D2: 0.15 ⁇ m D3: 0.19 ⁇ m
  • the maximum phase of spurious is small in the range of duty d from 0.541 to 0.576. That is, by setting the duty d within the above range, the spurious can be reduced, and the acoustic wave device 1 having excellent filter characteristics can be provided.
  • the normalized thickness D1/p of the piezoelectric layer 2 normalized by the pitch p is expressed as 0.307 to 0.419.
  • the units of D1 and p when obtaining D1/p are the same as each other, for example, ⁇ m as described above. The same applies to D2/p and D3/p, which will be described later.
  • a range B is defined as a duty range of 0.541 to 0.576 of the electrode finger, which is obtained from the simulation of FIG. 4 and can reduce spurious.
  • the maximum value of duty d in range B is 0.576.
  • the minimum value of duty d is 0.541.
  • the maximum value of the normalized thickness D1/p of the piezoelectric layer 2 is 0.419 when the pitch p of the electrode fingers is changed from 0.99 ⁇ m to 1.35 ⁇ m.
  • the minimum value is 0.307.
  • the maximum value of the product of d and D1/p (d ⁇ D1/p) in range B is 0.241.
  • the minimum value of the product of d and D1/p (d*D1/p) in range B is 0.166.
  • the product of the maximum value of d and the maximum value of D1/p is the maximum value of d ⁇ D1/p, and the product of the minimum value of d and the minimum value of D1/p is the minimum value of d ⁇ D1/p. .
  • the range of d ⁇ D1/p is represented by the following formula (1). 0.166 ⁇ d ⁇ D1/p ⁇ 0.241 (1)
  • the maximum phase of spurious emissions generated in band A can be reduced.
  • the thickness D2/p of the low acoustic impedance layer 51 normalized by the pitch p is expressed as 0.111 to 0.152. .
  • the maximum value of duty d in range B is 0.576.
  • the minimum value of duty d is 0.541.
  • the maximum value of the normalized thickness D2/p of the low acoustic impedance layer 51 is 0.152 when the pitch p of the electrode fingers is changed from 0.99 ⁇ m to 1.35 ⁇ m.
  • the minimum value is 0.111.
  • the maximum value of the product of d and D2/p (d ⁇ D2/p) in range B is 0.087.
  • the minimum value of the product of d and D2/p (d*D2/p) in range B is 0.06.
  • the product of the maximum value of d and the maximum value of D2/p is the maximum value of d ⁇ D2/p, and the product of the minimum value of d and the minimum value of D2/p is the minimum value of d ⁇ D2/p.
  • the range of d ⁇ D2/p is represented by the following formula (2). 0.06 ⁇ d ⁇ D2/p ⁇ 0.087 (2)
  • the maximum phase of spurious generated in band A can be reduced.
  • the thickness D3 of the high acoustic impedance layer 52 normalized by the pitch p is expressed as 0.141 to 0.192.
  • the maximum value of duty d in range B is 0.576.
  • the minimum value of duty d is 0.541.
  • the maximum value of the normalized thickness D3/p of the high acoustic impedance layer 52 is 0.192 when the pitch p of the electrode fingers is changed from 0.99 ⁇ m to 1.35 ⁇ m.
  • the minimum value is 0.141.
  • the maximum value of the product of d and D3/p (d ⁇ D3/p) in range B is 0.111.
  • the minimum value of the product of d and D3/p (d*D3/p) in range B is 0.076.
  • the product of the maximum value of d and the maximum value of D3/p is the maximum value of d ⁇ D3/p, and the product of the minimum value of d and the minimum value of D3/p is the minimum value of d ⁇ D3/p.
  • the range of d ⁇ D3/p is represented by the following formula (3). 0.076 ⁇ d ⁇ D3/p ⁇ 0.111 (3)
  • the maximum phase of spurious generated in band A can be reduced.
  • the acoustic wave device 1 is configured to include the multilayer film layer 5, but the configuration is not limited to this.
  • a configuration without the multilayer film layer 5 may be used.
  • an intermediate layer 6 may be provided instead of the multilayer film layer 5 as shown in FIG.
  • the intermediate layer 6 is made of, for example, an insulating material such as silicon oxide (SiO 2 ), silicon nitride (Si 3 N 4 ), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), etc., and its crystallinity is not particularly limited.
  • an insulating material such as silicon oxide (SiO 2 ), silicon nitride (Si 3 N 4 ), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), etc.
  • its crystallinity is not particularly limited.
  • the intermediate layer 6 by forming the intermediate layer 6 with a material having a lower sound velocity than the material forming the piezoelectric layer 2, the robustness against changes in the thickness of the piezoelectric layer 2 can be enhanced.
  • the support substrate 4 may have a recess 7 on its upper surface.
  • the piezoelectric layer 2 covers the recess 7 of the support substrate 4 with a space inside the recess 7 in plan view.
  • the size and depth of the concave portion 7 may be set as appropriate.
  • the intermediate layer 6 may be positioned on the upper surface side of the support substrate 4 having the concave portion 7 . At this time, the intermediate layer 6 and the piezoelectric layer 2 cover the recess 7 of the support substrate 4 with a space inside the recess 7 in plan view.
  • the multilayer film layer 5 may be positioned on the upper surface side of the support substrate 4 having the concave portion 7 . At this time, the multilayer film layer 5 and the piezoelectric layer 2 cover the concave portion 7 of the support substrate 4 with a space inside the concave portion 7 in plan view.
  • a substrate (not shown) or the like may be provided on the lower surface side of the support substrate 4 having the concave portion 7 .
  • the spurious in band A is affected by parameters other than d and D1/p (or D2/p or D3/p). Therefore, if the values of other parameters are different from the values obtained when the characteristics shown in FIG. 4 are obtained, the characteristics exactly the same as those in FIG. 4 cannot be obtained. However, even in this case, a tendency similar to that shown in FIG. 4 is obtained. In other words, if any one of formulas (1) to (3) is satisfied, the best characteristics are not always obtained, but the probability of obtaining better characteristics increases. From this point of view, the values of other parameters are arbitrary.
  • the values of other parameters may be the values when obtaining FIG. 4 or values close thereto.
  • the acoustic wave propagation direction (AX2-axis direction) may be a direction in which the inclination angle in any direction with respect to the X-axis of the piezoelectric layer 2 is 0° ⁇ 5° or 0° ⁇ 1°.
  • the piezoelectric layer 2 may be a 114° ⁇ 5° rotated Y-cut or a 114° ⁇ 1° rotated Y-cut. Empirically, a difference of 5° or less or 1° or less does not significantly change the characteristics related to spurious.
  • the normalized thickness of the IDT electrode 3 may be in the above range, or may be 0.05 to 0.2 including the above range.
  • FIG. 7 is a circuit diagram schematically showing the configuration of a demultiplexer 101 as an application example of the acoustic wave device 1.
  • the comb-shaped electrode 31 is schematically shown in a bifurcated fork shape, and the reflector 8 is a single piece with both ends bent. represented by a line.
  • the branching filter 101 includes, for example, a transmission filter 105 that filters a transmission signal from the transmission terminal 103 and outputs it to the antenna terminal 102, and a reception signal that is filtered from the antenna terminal 102 and outputs it to a pair of reception terminals 104. and a receive filter 106 .
  • the transmission filter 105 is configured by, for example, a ladder filter configured by connecting a plurality of resonators in a ladder configuration. That is, the transmission filter 105 connects a plurality of (or one) resonators connected in series between the transmission terminal 103 and the antenna terminal 102, the series line (series arm) thereof, and the reference potential. It has a plurality (or one) of resonators (parallel arms).
  • the reception filter 106 includes, for example, a resonator and a multimode filter (including a double mode filter) 107 .
  • the multimode filter 11 has a plurality of (three in the illustrated example) IDT electrodes 3 arranged in the acoustic wave propagation direction, and a pair of reflectors 8 arranged on both sides thereof.
  • FIG. 7 is merely an example of the configuration of the demultiplexer 101, and for example, the reception filter 106 may be composed of a ladder-type filter like the transmission filter 105.
  • FIG. 7 is merely an example of the configuration of the demultiplexer 101, and for example, the reception filter 106 may be composed of a ladder-type filter like the transmission filter 105.
  • the demultiplexer 101 may be, for example, a diplexer or a multiplexer including three or more filters.
  • FIG. 8 is a block diagram showing a main part of a communication device 111 as an example of using the acoustic wave device 1 (branching filter 101).
  • the communication device 111 performs wireless communication using radio waves, and includes a branching filter 101 .
  • a transmission information signal TIS including information to be transmitted is modulated and frequency-increased (conversion of the carrier frequency to a high-frequency signal) by an RF-IC (Radio Frequency Integrated Circuit) 113 to form a transmission signal TS.
  • the transmission signal TS is filtered by the bandpass filter 115a to remove unnecessary components outside the transmission passband, amplified by the amplifier 114a, and input to the demultiplexer 101 (transmission terminal 103). Then, the demultiplexer 101 (transmission filter 105) removes unnecessary components outside the transmission passband from the input transmission signal TS, and outputs the removed transmission signal TS from the antenna terminal 102 to the antenna 112.
  • the antenna 112 converts an input electrical signal (transmission signal TS) into a radio signal (radio waves) and transmits the radio signal.
  • a radio signal (radio wave) received by the antenna 112 is converted into an electric signal (received signal RS) by the antenna 112 and input to the branching filter 101 (antenna terminal 102).
  • the demultiplexer 101 removes unnecessary components outside the pass band for reception from the input received signal RS, and outputs the signal from the receiving terminal 104 to the amplifier 114b.
  • the output reception signal RS is amplified by the amplifier 114b, and unnecessary components outside the passband for reception are removed by the bandpass filter 115b. Then, the reception signal RS is subjected to frequency reduction and demodulation by the RF-IC 113 to become a reception information signal RIS.
  • the transmission information signal TIS and the reception information signal RIS may be low-frequency signals (baseband signals) containing appropriate information, such as analog audio signals or digitized audio signals.
  • the passband of the radio signal may be set as appropriate, and in this embodiment, a relatively high frequency passband (eg, 5 GHz or higher) is also possible.
  • the modulation method may be phase modulation, amplitude modulation, frequency modulation, or a combination of two or more of these.
  • the circuit system although the direct conversion system is exemplified in FIG. 8, other appropriate systems may be used, such as a double superheterodyne system.
  • FIG. 8 schematically shows only the main part, and a low-pass filter, isolator, or the like may be added at an appropriate position, or the position of the amplifier or the like may be changed.

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Abstract

弾性波素子は、圧電結晶からなる圧電層と、圧電層の上面に位置し、複数の電極指を備えるＩＤＴ電極と、を有する。複数の電極指の繰り返し間隔をｐと定義し、前記圧電層の厚みをＤ１と定義すると、圧電層の規格化厚みＤ１/ｐと、前記ＩＤＴ電極のデューティーｄは、 ０．１６６≦ｄ×Ｄ１/ｐ≦０．２４１・・・（１） で表す関係である。

Description

弾性波素子、分波器および通信装置
　本開示は、弾性波を利用する電子部品である弾性波素子、当該弾性波素子を含む分波器および通信装置に関する。
　圧電体上のＩＤＴ（ｉｎｔｅｒｄｉｇｉｔａｌ　ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）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素子が知られている。ＩＤＴ電極は、１対の櫛歯状電極を有している。１対の櫛歯状電極は、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。弾性波素子においては、電極指のピッチの２倍を波長とする弾性波の定在波が形成され、この定在波の周波数が共振周波数となる。従って、弾性波素子の共振点は、電極指のピッチによって規定される。
特開２０１９－１５４０６５
　本開示の一態様に係る弾性波素子は、圧電層と、ＩＤＴ電極と、を有する。前記圧電層は、圧電結晶からなる。前記ＩＤＴ電極は、前記圧電層の上面に位置し、複数の電極指を備える。前記複数の電極指の繰り返し間隔をｐと定義し、前記圧電層の厚みをＤ１と定義すると、前記圧電層の規格化厚みＤ１/ｐと、前記ＩＤＴ電極のデューティーｄは、
０．１６６≦ｄ×Ｄ１/ｐ≦０．２４１・・・（１）
で表す関係である。
　本開示の一態様に係る弾性波素子は、圧電層と、ＩＤＴ電極と、多層膜層と、を有する。前記圧電層は、圧電結晶からなる。前記ＩＤＴ電極は、前記圧電層の上面に位置し、複数の電極指を備える。前記多層膜層は、前記圧電層の下面側に位置し、低音響インピーダンス層と高音響インピーダンス層が交互に積層して構成される。前記複数の電極指の繰り返し間隔をｐと定義し、前記低音響インピーダンス層の厚みをＤ２と定義すると、前記低音響インピーダンス層の規格化厚みＤ２/ｐと前記ＩＤＴ電極のデューティーｄは、
０．０６０≦ｄ×Ｄ２/ｐ≦０．０８７・・・（２）
で表す関係である。
　本開示の一態様に係る弾性波素子は、圧電層と、ＩＤＴ電極と、多層膜層と、を有する。前記圧電層は、圧電結晶からなる。前記ＩＤＴ電極は、前記圧電層の上面に位置し、複数の電極指を備える。前記多層膜層は、前記圧電層の下面側に位置し、低音響インピーダンス層と高音響インピーダンス層が交互に積層して構成される。前記複数の電極指の繰り返し間隔をｐと定義し、前記高音響インピーダンス層の厚みをＤ３と定義すると、前記高音響インピーダンス層の規格化厚みＤ３/ｐと前記ＩＤＴ電極のデューティーｄは、
０．０７６≦ｄ×Ｄ３/ｐ≦０．１１１・・・（３）
で表す関係である。
　本開示の一態様に係る分波器は、アンテナ端子と、前記アンテナ端子へ出力される信号をフィルタリングする送信フィルタと、前記アンテナ端子から入力される信号をフィルタリングする受信フィルタと、を有している。前記送信フィルタおよび前記受信フィルタの少なくとも一方が上記の弾性波素子を含んでいる。
　本開示の一態様に係る通信装置は、アンテナと、前記アンテナに前記アンテナ端子が接続されている上記の分波器と、前記送信フィルタおよび前記受信フィルタに対して信号経路に関して前記アンテナ端子とは反対側に接続されているＩＣと、を有している。
本開示の実施形態に係る弾性波素子の模式的な断面図である。 図１の弾性波素子の平面図である。 本開示に係る実施形態のシミュレーション結果を示す図である。 本開示に係る実施形態のシミュレーション結果の帯域Ａにおけるスプリアスの最大位相を示す図である。 本開示の他の実施形態に係る弾性波素子の模式的な断面図である。 本開示の更に他の実施形態に係る弾性波素子の模式的な断面図である。 本開示の実施形態に係る弾性波素子の利用例としての分波器を模式的に示す図である。 図７の分波器の利用例としての通信装置の要部の構成を示すブロック図である。
　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。ただし、上記は、実際の形状および／または寸法が図面の通りとされたり、図面から形状および／または寸法の特徴が抽出されたりしてもよいことを否定するものではない。
　図面には、便宜上、ＡＸ１軸、ＡＸ２軸およびＡＸ３軸からなる直交座標系を付すことがある。本開示に係る弾性波デバイスは、いずれの方向が上方または下方とされてもよい。ただし、便宜上、ＡＸ３軸方向を上下方向として上面または下面の語を用いることがある。なお、ＡＸ１軸は、後述する圧電層２の上面に沿って伝搬する弾性波の伝搬方向に直交するように定義され、ＡＸ２軸は、圧電層２の上面に平行かつＡＸ１軸に直交するように定義され、ＡＸ３軸は、圧電層２の上面に直交するように定義されている。
　なお、本明細書に記載する各実施形態は例示的なものであり、異なる実施形態および異なる例間において部分的に置換してもよい。また、異なる実施形態および異なる例を部分的に組み合わせてもよい。
　図１は本開示の実施形態に係る弾性波素子１の模式的な断面図である。
　本実施形態の弾性波素子１は、図１に示すように、圧電層２とＩＤＴ電極３と支持基板４と多層膜層５を有している。支持基板４と多層膜層５と圧電層２は、この順に積層されている。
　弾性波素子１は、圧電層２を伝搬する弾性波を利用する。弾性波素子１が利用する弾性波は、適宜な種類のものとされてよい。例えば、弾性波は、バルク波（板波を含む広い概念であるものとする。）、弾性表面波又は弾性境界波（ただし、これらの弾性波は必ずしも明確に区別できるわけではない。）であってよい。板波は、伝搬方向の成分（Ｐ成分）及び／又は圧電体層の厚み方向の成分（ＳＶ成分）を主とするＬａｍｂ波であってもよいし、伝搬方向に垂直で圧電体層の表面に水平な方向の成分（ＳＨ成分）を主とするＳＨ波であってもよい。Ｌａｍｂ波は、対称モード（Ｓモード）のものであってもよいし、非対称モード（Ａモード）のものであってもよい。Ａモードは、例えば、厚み方向の節の数が０であるＡ０モードであってもよいし、厚み方向の節の数が１であるＡ１モードであってもよい。実施形態の説明では、特に断り無く、弾性波として、比較的速度が速い板波が利用される態様を例に取ることがある。別の観点では、共振周波数が比較的高い（例えば４ＧＨｚ以上又は５ＧＨｚ以上の）態様を例に取ることがある。
　支持基板４は、この例では、その上に積層される多層膜層５および圧電層２を支持するものであり、支持基板４の材料は、一定の強度を備えれば特に限定されない。例えば、支持基板４が、圧電層２に比べて線膨張係数の小さい材料で構成される場合には、温度変化による圧電層２の変形を低減することで、温度変化による特性変化を低減することができる。また、支持基板４の材料は、圧電層２を伝搬する弾性波の横波音速に比べて、伝搬する弾性波の横波音速が大きい材料であってもよい。支持基板４の材料に、圧電層２を伝搬する弾性波の横波音速に比べて、伝搬する弾性波の横波音速が大きい材料を選定した場合には、弾性波を圧電層２に閉じ込めることができ、周波数特性の優れた弾性波素子１を提供することができる。
　このような材料として、例えば、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）およびシリコン（Ｓｉ）等を例示できる。本実施形態においては支持基板４としてＳｉを用いた場合を例に説明する。
　支持基板４の厚みは、特に限定されないが、例えば、後述する圧電層２の厚みよりも厚い。
　圧電層２は、ＡＸ３軸を上下方向として、ＡＸ３軸に垂直な上面２ａと下面２ｂを備える。下面２ｂ側には、前述の支持基板４が位置している。下面２ｂと、支持基板４は、直接的に接していてもよいし、例えば後述の多層膜層５及び不図示の接着層等を介して、間接的に接していてもよい。また上面２ａには、後述のＩＤＴ電極３が位置している。
　圧電層２には、例えば、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３；以下ＬＴという）結晶からなる圧電性を有する単結晶の基板および、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）結晶からなる圧電性を有する単結晶の基板等、を用いることができる。本実施形態においては、具体的には、圧電層２は１１４°Ｙカット－Ｘ伝搬のＬＴによって構成されている。
　圧電層２の厚みは、Ｄ１と定義する。
　ＩＤＴ電極３は、圧電層２の上面２ａに位置している。ＩＤＴ電極３は、導電性を有する材料で構成されている。ＩＤＴ電極３の材料には、例えばＡｌ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ｍｏ、Ａｕもしくはこれらの合金等種々の導電性材料を採用することができ、さらに、これら複数の層を積層させて構成してもよい。また、ＩＤＴ電極３が、複数層の積層体からなる場合には、積層界面に不図示の下地層を介在させてもよい。例えばＩＤＴ電極３はＡｌであり、下地層は、Ｔｉであってもよい。
　図２にＩＤＴ電極３の形状を示す。図２に示すように、ＩＤＴ電極３は、例えば一対の櫛歯状電極３１（３１ａおよび３１ｂ）からなる共振子を構成している。
　櫛歯状電極３１は、２つのバスバー３１１（３１１ａおよび３１１ｂ）と、いずれかのバスバー３１１に接続されている複数の長尺上の電極指３１２（３１２ａおよび３１２ｂ）を備えている。そして一方のバスバー３１１ａに接続される電極指３１２ａと、他方のバスバー３１１ｂに接続される電極指３１２ｂとが交互に配置されている。また、一方のバスバー３１１に接続される電極指３１２の先端に対向し、他方のバスバー３１１に接続される、複数のダミー電極３１３（３１３ａおよび３１３ｂ）を備える。
　複数の電極指３１２の長さは、例えば、互いに同等である。なお、ＩＤＴ電極３は、複数の電極指３１２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。また、電極指３１２の長さおよび厚さは、要求される電気特性等に応じて適宜に設定されてよい。
　電極指３１２ａと３１２ｂの繰り返し間隔をピッチｐとし、電極指３１２の幅をｗとする。ＩＤＴ電極３のデューティーｄは、ピッチに対する電極指幅の比率を表すものである。つまり、ＩＤＴ電極３のデューティーｄは、ｗ/ｐで表すことができる。デューティーｄを求めるときのｗおよびｐの単位は互いに同一であり、例えば、μｍである。
　なお、ピッチｐと電極指幅ｗは、各弾性波素子１（換言すれば１つのＩＤＴ電極３が有する複数の電極指３１２）におけるそれぞれの平均値を示すものである。特性の微調整のために１～３本の電極指３１２が間引かれている部分等の特異な部分は平均値の算出から除かれてよい。各電極指３１２において、幅が長さ方向（ＡＸ１軸方向）において変化している場合は、交差領域（複数の電極指３１２ａの先端を結ぶ線と、複数の電極指３１２ｂの先端を結ぶ線とに挟まれた領域）における平均の幅が用いられてよい。
　このようなＩＤＴ電極３に高周波信号が印加されると、電極指３１２のピッチｐを半波長とする定在波が励振される。
　１対の反射器８は、弾性波の伝搬方向において、ＩＤＴ電極３の両側に位置している。反射器８は、互いに対向する１対の反射器バスバー８１と、１対の反射器バスバー８１間において延びる複数のストリップ電極８２と、を含んでいる。
　多層膜層５は、支持基板４と圧電層２との間に位置している。多層膜層５は、低音響インピーダンス層５１と高音響インピーダンス層５２とが交互に積層することにより構成されている。低音響インピーダンス層５１の音響インピーダンスは、圧電層２の音響インピーダンスよりも低く、高音響インピーダンス層５２の音響インピーダンスは、低音響インピーダンス層５１の音響インピーダンスよりも高い。なお、高音響インピーダンス層５２の音響インピーダンスは、圧電層２の音響インピーダンスに対して、高くてもよいし、同等でもよいし、低くてもよい。
　多層膜層５が、このような構成の場合、低音響インピーダンス層５１と高音響インピーダンス層５２の界面において、弾性波の反射率が比較的高くなる。その結果、例えば、圧電層２を伝搬する弾性波の厚み方向への漏れが低減される。
　層同士で比較される音響インピーダンスは、例えば、各層を伝搬するバルク波に係るものであってよい。バルク波は、概して言えば、縦波、遅い横波及び速い横波の３種類を含む。遅い横波又は速い横波は、例えば、ＳＶ（Shear Vertical）波及びＳＨ（Shear vertical）波のいずれか一方である。音響インピーダンスが求められるバルク波は、例えば、上記３種のバルク波のうち、圧電層２を伝搬し、かつ利用が意図されている弾性波が主として含む成分に対応するバルク波とされてよい。多層膜層５は、既述のように、圧電層２を伝搬する弾性波を閉じ込める作用が期待されていることからである。例えば、利用が意図されている圧電層２における弾性波がＳＨ波を主として含む場合においては、圧電層２のＳＨ波に係る音響インピーダンスと低音響インピーダンス層５１のＳＨ波に係る音響インピーダンスとが比較されてよい。ＳＨ波を例に取ったが、ＳＶ波又は縦波についても同様である。また、縦波と横波とが結合した弾性波の利用が意図されている場合は、例えば、横波の音響インピーダンスが比較されてよい。
　比較に係る条件は、必ずしも上記のように厳格化される必要は無い。別の観点では、層同士で音響インピーダンスを比較するとき、両者の音響インピーダンスは厳密に特定される必要はない。例えば、２つの層同士で横波に係る音響インピーダンスを比較する場合において、各層における速い横波の音響インピーダンスと遅い横波の音響インピーダンスとの差が相対的に小さく、速い横波と遅い横波とを特に区別しなくても、２つの層間の音響インピーダンスの大小関係が明らかなときは、速い横波と遅い横波とを区別する必要はない。別の観点では、利用が意図されている圧電層２の弾性波が主として含む成分は厳密に特定されなくてもよい。
　圧電層２において音響インピーダンスは方向（カット角）等によって異なる。また、圧電層２の音響インピーダンスは、他の層の影響を受けることもある。これらのことは、他の層においても生じ得る。従って、層同士で音響インピーダンスを比較するときは、例えば、実際の製品と同じ構成（例えばカット角）が想定され、ＡＸ２軸方向への伝搬に係る音響インピーダンスが比較されてよい。また、圧電層２の音響インピーダンスは、ＩＤＴ電極３の形状の影響を受け、ＩＤＴ電極３に重なる領域内の位置によって異なることがある。この場合は、例えば、既述の交差領域の平均値が用いられてよい。
　ただし、カット角及びＩＤＴ電極３等の影響は、必ずしも考慮されなくてもよい。別の観点では、層同士で音響インピーダンスを比較するとき、音響インピーダンスは厳密に特定されなくてもよい。例えば、低音響インピーダンス層５１の音響インピーダンスが、圧電層２のカット角等によらずに、圧電層２における音響インピーダンスよりも低いことが明らかである場合において、実際の製品と同じ構成を想定して音響インピーダンスを特定する必要はない。また、例えば、ＩＤＴ電極３の影響の有無に関わらずに、低音響インピーダンス層５１の音響インピーダンスが圧電層２の音響インピーダンスよりも低いことが明らかな場合、又は平面透視したときの同一領域において低音響インピーダンス層５１の音響インピーダンスが圧電層２における音響インピーダンスよりも低いことが明らかな場合などにおいては、交差領域における音響インピーダンスが厳密に求められる必要はない。これらの場合においては、音響インピーダンスは、簡素な理論式によって密度及びヤング率等に基づいて算出されて比較されても構わない。
　なお、上記に述べた音響インピーダンスを比較するときの留意事項は、支持基板４の説明で述べた横波音速、及び後述する中間層６の音速に援用されてよい。
　多層膜層５の積層数は、適宜に設定されてよい。例えば、多層膜層５は、低音響インピーダンス層５１および高音響インピーダンス層５２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、多層膜層５は、１層の低音響インピーダンス層５１と１層の高音響インピーダンス層５２との合計２層から構成されてもよい。また、多層膜層５の合計の積層数は、偶数でもよいし、奇数でもよいが、圧電層２に接する層は、低音響インピーダンス層５１である。支持基板４に接する層については、低音響インピーダンス層５１であってもよいし、高音響インピーダンス層５２であってもよい。
　低音響インピーダンス層５１の材料として、例えば、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）が挙げられる。また、高音響インピーダンス層５２の材料として、例えば、酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ２）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、酸化チタン（ＴｉＯ２）および酸化マグネシウム（ＭｇＯ）などが挙げられる。本実施形態においては、低音響インピーダンス層５１としてＳｉＯ２を用い、高音響インピーダンス層５２としてＨｆＯ２を用いた場合を例に説明する。
　低音響インピーダンス層５１の厚みはＤ２、高音響インピーダンス層５２の厚みはＤ３、とそれぞれ定義する。
　なお、複数ある低音響インピーダンス層５１の厚みは、全てにおいて同一である必要はない。例えば、低音響インピーダンス層５１の厚みは、圧電層２に近づくにつれ薄くなってもいいし、厚くなってもいい。もしくは、圧電層２から遠い低音響インピーダンス層５１の厚みのみが異なっていてもよい。複数ある低音響インピーダンス層５１の厚みが同一でない場合、圧電層２に最も近い低音響インピーダンス層５１の厚みをＤ２と定義してもよい。または、複数の低音響インピーダンス層５１の厚みの平均をＤ２と定義してもよい。
　また、複数ある高音響インピーダンス層５２の厚みは、全てにおいて同一である必要はない。例えば、高音響インピーダンス層５２の厚みは、圧電層２に近づくにつれ薄くなってもいいし、厚くなってもいい。もしくは、圧電層２から遠い高音響インピーダンス層５２の厚みのみが異なっていてもよい。複数ある高音響インピーダンス層５２の厚みが同一でない場合、圧電層２に最も近い高音響インピーダンス層５２の厚みをＤ３と定義してもよい。または、複数の高音響インピーダンス層５２の厚みの平均をＤ３と定義してもよい。
　図３および図４は、圧電層２をＬＴ、低音響インピーダンス層５１をＳｉＯ２、高音響インピーダンス層５２をＨｆＯ２とした場合において、電極指のデューティーｄおよびピッチｐを変化させたときのシミュレーションの結果を表した図である。
　図３は、電極指のピッチｐを０．９９μｍ～１．００５μｍの範囲で変化させ、デューティーｄを０．５、０．５５、０．６の値で変化させたときの周波数特性のシミュレーションを示した図である。図３の各グラフにおいて、左の縦軸は共振子のインピーダンス特性の絶対値を表し、右の縦軸は共振子の位相特性を表しており、横軸は周波数を表している。
　図３から分かるように、デューティーｄが０．５５の場合、他のデューティー値に比べ、周波数が５１５０ＭＨｚ～５３５０ＭＨｚの範囲である帯域Ａにおいて、スプリアスが低減することが分かった。帯域Ａは、概ね、共振周波数に対して低周波数側に位置し、また、共振周波数と反共振周波数との周波数差と同等の幅を有する帯域ということができる。このような範囲でスプリアスが低減されると、例えば、弾性波素子１を利用したフィルタの特性が向上する。一例として、後述するラダー型フィルタの直列腕の共振子に弾性波素子１を用いた場合においては、帯域Ａは、通過帯域のうち低周波数側の概ね半分に相当し、当該範囲におけるスプリアスが低減される。
　また、電極指のピッチｐを０．９９μｍ～１．３５μｍの範囲で変化させ、デューティーｄを０．５～０．６の範囲で変化させたときの、帯域Ａにおけるスプリアスの最大位相をシミュレーションにより求めた。図４は、上記シミュレーションの結果を一部抜粋し、プロットした図である。なお、図４においてスプリアスのない波形では、最小位相の値を描いている。
　図４における縦軸は、帯域Ａにおけるスプリアスの最大位相を表しており、横軸はデューティーｄを表している。図４のシミュレーションにおいて、圧電層２の厚さＤ１、低音響インピーダンス層５１の厚さＤ２、および高音響インピーダンス層５２の厚さＤ３は、それぞれ下記のように設定した。
Ｄ１：０．４１５μｍ
Ｄ２：０．１５μｍ
Ｄ３：０．１９μｍ
　図４から明らかなように、デューティーｄが０．５４１～０．５７６の範囲において、スプリアスの最大位相が小さくなっている。即ち、デューティーｄを上記の範囲に設定することで、スプリアスを低減することができ、優れたフィルタ特性をもつ弾性波素子１を提供することができる。
　電極指のピッチｐを、０．９９μｍ～１．３５μｍまで変化させたとき、ピッチｐで規格化した圧電層２の規格化厚みＤ１／ｐは、０．３０７～０．４１９と表される。なお、Ｄ１／ｐを求めるときのＤ１およびｐの単位は互いに同一であり、例えば、上記のようにμｍである。後述するＤ２／ｐおよびＤ３／ｐについても同様である。
　図４のシミュレーションから得られた、スプリアスを低減できる、電極指のデューティー０．５４１～０．５７６の範囲を範囲Ｂとする。範囲Ｂにおける、デューティーｄの最大値は、０．５７６である。またデューティーｄの最小値は、０．５４１である。範囲Ｂにおいて、電極指のピッチｐを、０．９９μｍ～１．３５μｍまで変化させたときの、圧電層２の規格化厚みＤ１/ｐの最大値は、０．４１９である。また最小値は０．３０７である。
　範囲ＢにおけるｄとＤ１/ｐの積（ｄ×Ｄ１/ｐ）の最大値は、０．２４１である。範囲ＢにおけるｄとＤ１/ｐの積（ｄ×Ｄ１/ｐ）の最小値は、０．１６６である。なお、ｄの最大値とＤ１/ｐの最大値の積をｄ×Ｄ１/ｐの最大値とし、ｄの最小値とＤ１/ｐの最小値の積をｄ×Ｄ１/ｐの最小値としている。以上の数値を表１にまとめる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 具体的に、ｄ×Ｄ１/ｐの範囲は、下記の式（１）で表される。
　０．１６６≦ｄ×Ｄ１/ｐ≦０．２４１・・・（１）
ｄ×Ｄ１/ｐの値が上記の範囲内にある時、帯域Ａに発生するスプリアスの最大位相を小さくすることができる。
　また、電極指のピッチｐを０．９９μｍ～１．３５μｍまで変化させたとき、ピッチｐで規格化した低音響インピーダンス層５１の厚みＤ２/ｐは、０．１１１～０．１５２と表される。
　範囲Ｂにおける、デューティーｄの最大値は、０．５７６である。またデューティーｄの最小値は、０．５４１である。範囲Ｂにおいて、電極指のピッチｐを、０．９９μｍ～１．３５μｍまで変化させたときの、低音響インピーダンス層５１の規格化厚みＤ２/ｐの最大値は、０．１５２である。また最小値は０．１１１である。
　範囲ＢにおけるｄとＤ２/ｐの積（ｄ×Ｄ２/ｐ）の最大値は、０．０８７である。範囲ＢにおけるｄとＤ２/ｐの積（ｄ×Ｄ２/ｐ）の最小値は、０．０６である。なお、ｄの最大値とＤ２/ｐの最大値の積をｄ×Ｄ２/ｐの最大値とし、ｄの最小値とＤ２/ｐの最小値の積をｄ×Ｄ２/ｐの最小値としている。以上の数値を表２にまとめる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
 具体的に、ｄ×Ｄ２/ｐの範囲は、下記の式（２）で表される。
　０．０６≦ｄ×Ｄ２/ｐ≦０．０８７・・・（２）
ｄ×Ｄ２/ｐの値が上記の範囲内にある時、帯域Ａに発生するスプリアスの最大位相を小さくすることができる。
　また、電極指のピッチｐを０．９９μｍ～１．３５μｍまで変化させたとき、ピッチｐで規格化した高音響インピーダンス層５２の厚みＤ３は、０．１４１～０．１９２と表される。
　範囲Ｂにおける、デューティーｄの最大値は、０．５７６である。またデューティーｄの最小値は、０．５４１である。範囲Ｂにおいて、電極指のピッチｐを、０．９９μｍ～１．３５μｍまで変化させたときの、高音響インピーダンス層５２の規格化厚みＤ３/ｐの最大値は、０．１９２である。また最小値は０．１４１である。
　範囲ＢにおけるｄとＤ３/ｐの積（ｄ×Ｄ３/ｐ）の最大値は、０．１１１である。範囲ＢにおけるｄとＤ３/ｐの積（ｄ×Ｄ３/ｐ）の最小値は、０．０７６である。なお、ｄの最大値とＤ３/ｐの最大値の積をｄ×Ｄ３/ｐの最大値とし、ｄの最小値とＤ３/ｐの最小値の積をｄ×Ｄ３/ｐの最小値としている。以上の数値を表３にまとめる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
 具体的に、ｄ×Ｄ３/ｐの範囲は、下記の式（３）で表される。
　０．０７６≦ｄ×Ｄ３/ｐ≦０．１１１・・・（３）
ｄ×Ｄ３/ｐの値が上記の範囲内にある時、帯域Ａに発生するスプリアスの最大位相を小さくすることができる。
　これまでの例では、弾性波素子１は、多層膜層５を備える構成としたが、その構成に限定されない。例えば、多層膜層５を備えない構成であってもよい。また、図５のように多層膜層５の代わりに、中間層６を備えていてもよい。
　中間層６は例えば、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）等の絶縁性を有する材料からなり、その結晶性は特に限定されない。中間層６を設けることにより、不要の電位が形成されたり不要の容量が形成されたりすることを低減することができ、弾性波素子１の電気特性を向上させることができる。
　さらに、圧電層２を構成する材料よりも低音速の材料で中間層６を構成することで、圧電層２の厚み変化に対するロバスト性を高めることができる。
　他の例では、支持基板４は上面に凹部７を有していてもよい。この時、圧電層２は支持基板４の凹部７を、凹部７の内部の空間を空けて、平面視で覆っている。
　凹部７の大きさ、および深さは適宜に設定されてもよい。
　図６に示すように、凹部７を有する支持基板４の上面側に、中間層６が位置していてもよい。この時、中間層６および圧電層２は、支持基板４の凹部７を、凹部７の内部の空間を空けて、平面視で覆っている。
　また、凹部７を有する支持基板４の上面側に、多層膜層５が位置していてもよい。この時、多層膜層５および圧電層２は、支持基板４の凹部７を、凹部７の内部の空間を空けて、平面視で覆っている。
　さらに、凹部７を有する支持基板４の下面側に、不図示の基板等を有していてもよい。
　帯域Ａ（概ね共振周波数に対して低周波数側となる所定範囲）として、５１５０ＭＨｚ～５３５０ＭＨｚを例に取った。ただし、（１）式においては、デューティーｄ及び正規化厚みＤ１／ｐという無次元化（正規化）されたパラメータによって構成を特定しているから、５１５０ＭＨｚ～５３５０ＭＨｚだけでなく、帯域Ａとしての種々の具体的な周波数帯においてスプリアスが低減される。（２）式および（３）式についても同様である。
　帯域Ａのスプリアスは、より厳密には、ｄ及びＤ１／ｐ（又はＤ２／ｐ若しくはＤ３／ｐ）以外の他のパラメータの影響を受ける。従って、他のパラメータの値が、図４に示した特性を得たときの値とは異なる場合、図４と全く同じ特性は得られない。しかし、この場合であっても、図４に示した傾向と同様の傾向は得られる。換言すれば、（１）式～（３）式のいずれかが満たされれば、ベストな特性が得られるとは限らないが、ベターな特性が得られる蓋然性は高くなる。このような観点から、他のパラメータの値は任意である。
　ただし、他のパラメータの値は、図４を得たときの値又はこれに近い値とされてもよい。例えば、弾性波の伝搬方向（ＡＸ２軸方向）は、圧電層２のＸ軸に対する任意の方向への傾斜角が、０°±５°又は０°±１°となる方向とされてよい。また、圧電層２は、１１４°±５°回転Ｙカット又は１１４°±１°回転Ｙカットとされてよい。経験的に、５°以下若しくは１°以下の差であれば、スプリアスに係る特性は大きくは変わらない。また、図４を得たときのＩＤＴ電極３は、Ａｌを主成分（５０質量％以上）としており、厚みは１３０ｎｍである。この厚みを、厚みＤ１～Ｄ３と同様に、ピッチｐの０．９９μｍ～１．３５μｍで規格化すると、０．０９６～０．１３２である。ＩＤＴ電極３の規格化厚みは、上記範囲とされてよく、また、上記範囲を含む０．０５～０．２とされてもよい。
　（弾性波素子１の利用例：分波器）
　図７は、弾性波素子１の利用例としての分波器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、櫛歯状電極３１が二叉のフォーク形状によって模式的に示され、反射器８は両端が屈曲した１本の線で表わされている。
　分波器１０１は、例えば、送信端子１０３からの送信信号をフィルタリングしてアンテナ端子１０２へ出力する送信フィルタ１０５と、アンテナ端子１０２からの受信信号をフィルタリングして１対の受信端子１０４に出力する受信フィルタ１０６とを有している。
　送信フィルタ１０５は、例えば、複数の共振子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１０５は、送信端子１０３とアンテナ端子１０２との間に直列に接続された複数（１つでも可）の共振子と、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）の共振子（並列腕）とを有している。
　受信フィルタ１０６は、例えば、共振子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）１０７と、を含んで構成されている。多重モード型フィルタ１１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ＩＤＴ電極３と、その両側に配置された１対の反射器８とを有している。
　図７は、あくまで分波器１０１の構成の一例であり、例えば、受信フィルタ１０６が送信フィルタ１０５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。
　なお、分波器１０１として、送信フィルタ１０５と受信フィルタ１０６とを備える場合について説明したが、これに限定されない。分波器１０１は、例えばダイプレクサでもよいし、３以上のフィルタを含んだマルチプレクサであってもよい。
　（弾性波素子１の利用例：通信装置）
　図８は、弾性波素子１（分波器１０１）の利用例としての通信装置１１１の要部を示すブロック図である。通信装置１１１は、電波を利用した無線通信を行うものであり、分波器１０１を含んでいる。
　通信装置１１１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）１１３によって変調および周波数の引き上げ（搬送波周波数の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１１５ａ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１１４ａによって増幅されて分波器１０１（送信端子１０３）に入力される。そして、分波器１０１（送信フィルタ１０５）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１０２からアンテナ１１２に出力する。アンテナ１１２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１１１において、アンテナ１１２によって受信された無線信号（電波）は、アンテナ１１２によって電気信号（受信信号ＲＳ）に変換されて分波器１０１（アンテナ端子１０２）に入力される。分波器１０１（受信フィルタ１０６）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１０４から増幅器１１４ｂへ出力する。出力された受信信号ＲＳは、増幅器１１４ｂによって増幅され、バンドパスフィルタ１１５ｂ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－ＩＣ１１３によって周波数の引き下げおよ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および受信情報信号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音声信号である。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８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８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または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。
１：弾性波素子
２：圧電層
２ａ：上面
２ｂ：下面
３：ＩＤＴ電極
３１：櫛歯状電極
３１１：バスバー
３１２：電極指
４：支持基板
５：多層膜層
５１：低音響インピーダンス層
５２：高音響インピーダンス層
６：中間層
７：凹部
８：反射器
８１：反射器バスバー
８２：ストリップ電極
１０１：分波器
１０２：アンテナ端子
１０３：送信端子
１０４：受信端子
１０５：送信フィルタ
１０６：受信フィルタ
１０７：多重モード型フィルタ
１１１：通信装置
１１２：アンテナ
１１３：ＲＦ－ＩＣ
１１４：増幅器
１１５：バンドパスフィルタ

Claims (9)

  1. 圧電結晶からなる圧電層と、
    前記圧電層の上面に位置し、複数の電極指を備えるＩＤＴ電極と、を有し、
    　前記複数の電極指の繰り返し間隔をｐと定義し、
    　前記圧電層の厚みをＤ１と定義すると、
    　前記圧電層の規格化厚みＤ１/ｐと、前記ＩＤＴ電極のデューティーｄは、下記の式（１）で表す関係である、
    弾性波素子。
    ０．１６６≦ｄ×Ｄ１/ｐ≦０．２４１・・・（１）
  2. 圧電結晶からなる圧電層と、
    前記圧電層の上面に位置し、複数の電極指を備えるＩＤＴ電極と、
    前記圧電層の下面側に位置し、低音響インピーダンス層と高音響インピーダンス層が交互に積層される多層膜層と、を有し、
    　前記複数の電極指の繰り返し間隔をｐと定義し、
    　前記低音響インピーダンス層の厚みをＤ２と定義すると、
    　前記低音響インピーダンス層の規格化厚みＤ２/ｐと前記ＩＤＴ電極のデューティーｄは、下記の式（２）で表す関係である、
    弾性波素子。
    ０．０６０≦ｄ×Ｄ２/ｐ≦０．０８７・・・（２）
  3. 圧電結晶からなる圧電層と、
    前記圧電層の上面に位置し、複数の電極指を備えるＩＤＴ電極と、
    前記圧電層の下面側に位置し、低音響インピーダンス層と高音響インピーダンス層が交互に積層される多層膜層と、を有し、
    　前記複数の電極指の繰り返し間隔をｐと定義し、
    　前記高音響インピーダンス層の厚みをＤ３と定義すると、
    　前記高音響インピーダンス層の規格化厚みＤ３/ｐと前記ＩＤＴ電極のデューティーｄは、下記の式（３）で表す関係である、
    弾性波素子。
    ０．０７６≦ｄ×Ｄ３/ｐ≦０．１１１・・・（３）
  4. 前記ＩＤＴ電極のデューティーｄは０．５４１～０．５７６である、
    請求項１乃至３のいずれかに記載の弾性波素子。
  5. 前記圧電層の下面側に位置する支持基板を有する、
    請求項１乃至４のいずれかに記載の弾性波素子。
  6. 前記低音響インピーダンス層は、ＳｉＯ２を含み、
    前記高音響インピーダンス層は、ＨｆＯ２を含む、
    請求項２乃至５のいずれかに記載の弾性波素子。
  7. 前記支持基板は、上面に凹部を有し、
    　前記圧電層が前記支持基板の前記凹部を平面視で覆う、
    請求項１乃至６のいずれかに記載の弾性波素子。
  8. アンテナ端子と、
    前記アンテナ端子へ出力される信号をフィルタリングする送信フィルタと、
    前記アンテナ端子から入力される信号をフィルタリングする受信フィルタと、を有しており、
    前記送信フィルタおよび前記受信フィルタの少なくとも一方が請求項１乃至７のいずれかに記載の弾性波素子を含んでいる分波器。
  9. アンテナと、
    前記アンテナに前記アンテナ端子が接続されている請求項８に記載の分波器と、
    前記送信フィルタおよび前記受信フィルタに対して信号経路に関して前記アンテナ端子とは反対側に接続されているＩＣと、を有している通信装置。
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