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WO2009139108A1 - 弾性境界波装置 - Google Patents

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WO2009139108A1
WO2009139108A1 PCT/JP2009/001475 JP2009001475W WO2009139108A1 WO 2009139108 A1 WO2009139108 A1 WO 2009139108A1 JP 2009001475 W JP2009001475 W JP 2009001475W WO 2009139108 A1 WO2009139108 A1 WO 2009139108A1
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acoustic wave
wave device
boundary acoustic
piezoelectric substrate
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PCT/JP2009/001475
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Inventor
山根毅
Original Assignee
株式会社村田製作所
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    • H03H9/64—Filters using surface acoustic waves
    • H03H9/6423—Means for obtaining a particular transfer characteristic

Definitions

  • the present invention relates to a boundary acoustic wave device using a boundary acoustic wave propagating through an interface between a piezoelectric substrate and a dielectric, and more specifically, comprises a dielectric on a first medium layer made of a dielectric.
  • the present invention relates to a boundary acoustic wave device having a three-medium structure in which a second medium layer is stacked.
  • boundary acoustic wave devices have attracted attention in place of surface acoustic wave devices.
  • the boundary acoustic wave device does not require a package having a cavity. Therefore, the use of the boundary acoustic wave device can reduce the size of the resonator and the filter.
  • Patent Document 1 discloses a boundary acoustic wave device having a three-medium structure in which first and second medium layers are stacked on a piezoelectric substrate.
  • an interdigital electrode (not shown) is formed on a piezoelectric substrate 1001, and a polycrystalline silicon oxide film is stacked on the piezoelectric substrate 1001 as a first medium layer 1002.
  • a polycrystalline silicon film is stacked over the first medium layer 1002 as the second medium layer 1003.
  • the IDT electrode is disposed at the interface between the piezoelectric substrate and the polycrystalline silicon oxide film.
  • the energy of the boundary acoustic wave excited by the IDT electrode is confined in the first medium layer 1002 made of the polycrystalline silicon oxide film as shown in FIG. be able to.
  • the boundary acoustic wave device having a three-medium structure as described in Patent Document 1 has a problem that spurious due to a higher-order mode tends to occur.
  • the magnitude of this higher-order mode spurious changes depending on the thickness of the silicon oxide film.
  • the spurious can be reduced by reducing the thickness of the silicon oxide film.
  • the object of the present invention is to eliminate the above-mentioned disadvantages of the prior art, suppress higher-order mode spurious, and have a small absolute value of the frequency temperature coefficient TCF, and have a good temperature characteristic. It is to provide a wave device.
  • the piezoelectric substrate, the first medium layer that is laminated on the piezoelectric substrate, is formed on the upper surface of the first medium layer, and the first medium layer is laminated.
  • a boundary acoustic wave comprising: a second medium layer made of a dielectric material having a sound velocity different from that of the dielectric material forming the substrate; the piezoelectric substrate; and an IDT electrode disposed at an interface of the first medium layer.
  • An elastic device characterized in that Va> V1 when the acoustic velocity of the fast transverse bulk wave of the piezoelectric substrate is V1 and the acoustic velocity of the antiresonance point of the higher order mode of the boundary acoustic wave is Va.
  • a boundary wave device is provided.
  • the boundary acoustic wave device when the sound speed at the resonance point of the higher-order mode is Vr, preferably, Vr> V1, and thereby higher-order mode spurious can be more effectively suppressed. it can.
  • the sound speed of the second medium layer is higher than the sound speed of the first medium layer.
  • the waveguide effect is enhanced, and the characteristics of the boundary acoustic wave device can be further improved.
  • the piezoelectric substrate is preferably made of a LiNbO 3 single crystal or a LiTaO 3 single crystal, in which case the electromechanical coupling coefficient can be increased. Therefore, the characteristics of the boundary acoustic wave device can be improved.
  • the speed of sound of the first medium layer is higher than the speed of sound of the slower transverse wave speed of the LiNbO 3 and the speed of sound of the second medium layer. Have been late. In this case, the waveguide effect is enhanced, and the characteristics of the boundary acoustic wave device can be further improved.
  • the boundary acoustic wave device SiO 2 or SiON is preferably used as the material constituting the first medium layer.
  • the frequency temperature coefficient TCF of a piezoelectric single crystal such as LiNbO 3 is a negative value, but the frequency temperature coefficient TCF of SiO 2 or SiON is a positive value. Therefore, the absolute value of the frequency temperature coefficient TCF of the boundary acoustic wave device can be reduced.
  • the second medium layer is selected from the group consisting of SiO 2 , SiN, SiON, AlN, AlO, Si, SiC, DLC (diamond-like carbon), and polysilicon. Made of at least one material. In that case, the waveguide effect is enhanced, and the characteristics of the boundary acoustic wave device can be further improved.
  • the material constituting the IDT electrode in the boundary acoustic wave device according to the present invention is preferably a metal selected from the group consisting of Al, Ti, Fe, Cu, Ag, Ta, Au and Pt, It includes a metal film made of an alloy mainly composed of metal. In that case, the reflection coefficient of the IDT electrode can be increased or the conductivity can be increased, whereby the characteristics of the boundary acoustic wave device can be further improved.
  • the IDT electrode is made of one kind of metal selected from the group consisting of Al, Ti, Fe, Cu, Ag, Ta, Au, and Pt, or an alloy mainly composed of the metal. It may be composed of a laminated metal film formed by laminating a plurality of types of metal films. (The invention's effect)
  • the acoustic velocity Va at the antiresonance point of the boundary acoustic wave higher-order mode is made faster than the acoustic velocity V1 of the fast bulk wave of the piezoelectric substrate, so that higher-order mode spurious is suppressed. be able to. Therefore, higher order mode spurious can be suppressed without reducing the film thickness of the material constituting the first medium layer, so that higher order mode spurious can be suppressed and the material constituting the first medium layer can be suppressed. It is possible to achieve both improvement of the frequency temperature coefficient TCF by selection. Therefore, it is possible to provide a boundary acoustic wave device that is less affected by higher-order mode spurious and has little change in characteristics due to temperature change.
  • FIG. 1A and 1B are a front sectional view and a schematic plan view showing an electrode structure of a boundary acoustic wave device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram showing a result of a first experimental example regarding the boundary acoustic wave device of one embodiment of the present invention, and showing a relationship between impedance and frequency.
  • FIG. 3 shows the result of the first experimental example for the boundary acoustic wave device according to the embodiment of the present invention, and is a diagram showing the relationship between the impedance of the portion where the higher-order mode appears and the sound speed.
  • FIG. 2 is a diagram showing a result of a first experimental example regarding the boundary acoustic wave device of one embodiment of the present invention, and showing a relationship between impedance and frequency.
  • FIG. 3 shows the result of the first experimental example for the boundary acoustic wave device according to the embodiment of the present invention, and is a diagram showing the relationship between the impedance of the portion where the higher-
  • FIG. 4 shows the result of the first experimental example for the boundary acoustic wave device according to the embodiment of the present invention, and is a diagram showing the relationship between the phase of the portion where the higher-order mode appears and the sound velocity.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating the relationship between sound speed and phase in the second experimental example.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating the relationship between sound speed and phase in the third experimental example.
  • FIG. 7 is a diagram showing the relationship between sound speed and phase in the fourth experimental example.
  • FIG. 8 is a schematic diagram for explaining a conventional boundary acoustic wave device.
  • FIGS. 1A and 1B are a front sectional view and a schematic plan sectional view showing an electrode structure of a boundary acoustic wave device according to an embodiment of the present invention.
  • the boundary acoustic wave device 1 includes a piezoelectric substrate 2 made of a LiNbO 3 single crystal.
  • the material constituting the piezoelectric substrate 2 is not limited to LiNbO 3 single crystal, and LiTaO 3 single crystal or quartz may be used.
  • LiNbO 3 and LiTaO 3 have a negative frequency temperature coefficient TCF. Therefore, the absolute value of the frequency temperature coefficient TCF of the boundary acoustic wave device 1 can be reduced by combining with SiO 2 described later.
  • a first medium layer 3 and a second medium layer 4 are laminated in this order on the piezoelectric substrate 2. That is, the boundary acoustic wave device 1 of the present embodiment has a three-medium structure.
  • First medium layer 3 is made of dielectric, made of SiO 2 in this embodiment.
  • the dielectric used for the first medium layer 3 is not limited to SiO 2 , but preferably, SiO 2 or SiON having a positive frequency temperature coefficient is used. Thereby, a change in characteristics due to a temperature change can be reduced.
  • the second medium layer 4 is made of a dielectric having a sound speed different from that of the first medium layer 3.
  • the second medium layer 4 is made of SiON.
  • the first medium layer 3 is made of a material other than SiO 2
  • the second medium layer 4 may be formed of SiO 2 .
  • the dielectric material constituting the second medium layer 4 is at least one selected from the group consisting of SiO 2 , SiN, SiON, AlN, AlO, Si, SiC, DLC (diamond-like carbon), and polysilicon.
  • a material can be used suitably. By using one kind of material selected from the above group, the waveguide effect can be enhanced and good characteristics can be obtained.
  • An IDT electrode 5 and reflectors 6 and 7 are formed at the interface between the piezoelectric substrate 2 and the first medium layer 3. That is, the boundary acoustic wave device 1 includes an IDT electrode 5 and reflectors 6 and 7 as an electrode structure.
  • the reflectors 6 and 7 are arranged on both sides of the IDT electrode 5 in the boundary wave propagation direction, thereby forming a one-port boundary acoustic wave resonator. .
  • the boundary acoustic wave device of the present invention is not limited to the boundary acoustic wave resonator, and can be applied to various boundary acoustic wave devices such as a boundary acoustic wave filter. Therefore, the electrode structure is appropriately modified according to the function of the boundary acoustic wave device to be realized.
  • the conventional boundary acoustic wave device having the three-medium structure described in Patent Document 1 has a problem that high-order mode ripple occurs. If the first medium layer made of SiO 2 is thinned, the higher-order mode ripple can be suppressed, but the frequency temperature coefficient TCF tends to deteriorate.
  • the inventors of the present application examined a structure that can suppress higher-order mode ripple without reducing the thickness of the SiO 2 film.
  • the acoustic velocity of the fast transverse bulk wave of the piezoelectric substrate 2 is V1 and the acoustic velocity of the antiresonance point of the higher order mode of the boundary acoustic wave is Va
  • higher order mode ripple is effective if Va> V1.
  • Va> V1 the acoustic velocity of the fast transverse bulk wave of the piezoelectric substrate 2
  • Va the acoustic velocity of the antiresonance point of the higher order mode of the boundary acoustic wave
  • (First Experiment Example) 2 shows the normalized film thickness of the SiO 2 film as the first medium layer 3 in the boundary acoustic wave device 1 is 47.5%, 44.7%, 42.2%, 40.0%, 38. It is a figure which shows each impedance characteristic at 0% and 36.2%.
  • the piezoelectric substrate 2 made of LiNbO 3 single crystal, crystal orientation Euler angles (0 °, 105 °, 0 °) was used LiNbO 3 of.
  • the number of electrode fingers in the IDT electrode 5 is 60, the duty ratio is 0.5, and the wavelength ⁇ of the boundary wave corresponding to each SiO 2 normalized film thickness is 1.6 ⁇ m, 1.7 ⁇ m, 1.8 ⁇ m, The thickness was set to 1.9 ⁇ m, 2.0 ⁇ m, and 2.1 ⁇ m.
  • the number of electrode fingers in the reflectors 6 and 7 was 50.
  • the normalized film thickness of the SiON film as the second medium layer 4 was 158%.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating the relationship between the impedance and the sound speed indicating the portion where the higher-order mode appears.
  • the normalized film thickness of SiO 2 is 47.5% to 36.2%
  • Va is 4730 to 4780 m / sec.
  • the sound velocity Va at the anti-resonance point is a value of the sound velocity obtained by calculation based on the open grating circuit model
  • the sound velocity Vr at the resonance point is the sound velocity obtained by calculation based on the short grating circuit model. Value.
  • the sound velocity V1 of the fast transverse bulk wave of the piezoelectric substrate 2 is 4750 m / sec. However, the fast transverse wave acoustic velocity changes depending on the Euler angle.
  • the sound velocity Va at the antiresonance point in the higher-order mode is slower than 4750 m / sec.
  • the magnitudes of the higher order mode spurs are about 26 dB and 28 dB, respectively.
  • the magnitude of the higher-order mode spurious is expressed by the impedance ratio between the anti-resonance point of the higher-order mode and the anti-resonance point of the main mode. It can be seen from FIG. 2 that the impedance of the main mode anti-resonance point is 65 dB.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating the relationship between the phase and the sound speed indicating the portion where the higher-order mode appears.
  • the sound velocity Va at the antiresonance point of the higher-order mode is slower than 4750 m / sec.
  • the maximum phases of the higher order modes are about 10 ° and ⁇ 10 °, respectively.
  • the maximum phase of the higher order mode is ⁇ 35 °. Remarkably smaller. Further, when the normalized film thickness of the SiO 2 film at which the sound speed Va at the anti-resonance point of the higher order mode is higher than 4750 m / sec is 40.0%, 38.0% and 36.2%, the higher order mode The maximum phase is located between -45 ° and -55 °.
  • an electrode including the IDT electrode 5 was formed of a laminated metal film formed by laminating in the order of Pt / Al / Pt.
  • the normalized film thickness of the Al film is 8.6%
  • the total normalized film thickness of the Pt films on both sides is constant
  • the normalized film thickness of the Pt film on the first medium layer 3 side is 2. It was changed to 2%, 1.65%, 1.1%, 0.55% or 0%.
  • the total normalized film thickness of the Pt films on both sides was 2.2%.
  • FIG. 6 shows the relationship between the sound velocity and the phase in the plurality of types of boundary acoustic wave devices produced as described above.
  • An electrode including the IDT electrode 5 was formed of a laminated metal film in which Al, Pt, and Al were laminated in this order in the order of Al film / Pt film / Al film from the piezoelectric substrate 2 side.
  • the total thickness of the Al films on both sides is constant at 8.6% in terms of the normalized film thickness
  • the normalized film thickness of the Pt film is 2.2%
  • the Al film thickness on the first medium layer 3 side is constant.
  • a plurality of types of boundary acoustic wave devices were manufactured by changing the normalized film thickness to 0%, 2.04%, 4.08%, 6.12%, or 8.6%.
  • FIG. 7 shows the relationship between sound velocity and phase in these boundary acoustic wave devices.
  • the duty is 0.50
  • the normalized film thickness of SiO 2 is 40%
  • the others are the same as those in the first experimental example.
  • the IDT electrode may be formed of a laminated metal film formed by laminating a plurality of metal films.
  • the laminated metal film is made of one kind of metal selected from the group consisting of Al, Ti, Fe, Cu, Ag, Ta, Au and Pt or a plurality of kinds of metal films made of an alloy mainly composed of the metal.
  • a laminate is used. That is, a first metal film made of one kind of metal selected from the group or an alloy mainly composed of the metal, and one kind of metal selected from the group or an alloy mainly made of the metal, A laminated metal film including a first metal film and a second metal film made of a different metal material may be used.

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Abstract

　周波数温度係数ＴＣＦの改善と高次モードスプリアスの抑圧とを両立し得る三媒質構造の弾性境界波装置を提供する。 　圧電基板２上に、誘電体からなる第１の媒質層３、及び第１の媒質層３を形成している誘電体と音速が異なる誘電体からなる第２の媒質層４が積層されており、圧電基板２と第１の媒質層３との界面にＩＤＴ電極５が配置されており、圧電基板２の速い横波のバルク波をＶ１、弾性境界波の高次モードの反共振点の音速をＶａとしたときに、Ｖａ＞Ｖ１である弾性境界波装置１。

Description

弾性境界波装置
　本発明は、圧電基板と、誘電体との界面を伝搬する弾性境界波を利用した弾性境界波装置に関し、より詳細には、誘電体からなる第１の媒質層上に他の誘電体からなる第２の媒質層が積層された三媒質構造の弾性境界波装置に関する。
　近年、弾性表面波装置に代わり、弾性境界波装置が注目されている。弾性境界波装置では、空洞を有するパッケージを必要としない。そのため、弾性境界波装置を用いることにより、共振子やフィルタの小型化を図ることができる。
　下記の特許文献１には、圧電基板上に第１，第２の媒質層が積層された、三媒質構造の弾性境界波装置が開示されている。図８に示すように、圧電基板１００１上にインターデジタル電極（図示せず）が形成されており、該圧電基板１００１上に、多結晶酸化ケイ素膜が第１の媒質層１００２として積層されている。第１の媒質層１００２上に、第２の媒質層１００３として多結晶ケイ素膜が積層されている。ＩＤＴ電極は、上記圧電基板と多結晶酸化ケイ素膜との界面に配置されている。
　図８に示すように、多結晶ケイ素膜の形成により、ＩＤＴ電極で励振される弾性境界波のエネルギーが、図８に示すように、多結晶酸化ケイ素膜からなる第１の媒質層１００２に閉じ込めることができる。
　また、多結晶ケイ素膜の膜質が劣化した場合であっても、電気特性の劣化が生じ難い。さらに、多結晶酸化ケイ素膜及び多結晶ケイ素膜によりＩＤＴ電極が保護されるため、信頼性が高められる。また、三媒質構造を利用することにより、高周波化を進めることができる。
ＷＯ９８／５２２７９
　しかしながら、特許文献１に記載のような三媒質構造の弾性境界波装置では、高次モードによるスプリアスが生じがちであるという問題があった。この高次モードスプリアスの大きさは、酸化ケイ素膜の膜厚により変化する。
　もっとも、酸化ケイ素膜の膜厚を薄くすることにより、スプリアスを小さくすることができる。
　しかしながら、酸化ケイ素膜の膜厚を小さくすると、弾性境界波装置の周波数温度係数ＴＣＦが負の値になり、かつ該ＴＣＦの絶対値が大きくなるという問題があった。すなわち、高次モードスプリアスの抑圧とＴＣＦの改善とは、トレードオフの関係にあった。
　本発明の目的は、上述した従来技術の欠点を解消し、高次モードスプリアスを抑圧することができ、しかも周波数温度係数ＴＣＦの絶対値が小さい、良好な温度特性を有する三媒質構造の弾性境界波装置を提供することにある。
　本発明によれば、圧電基板と、前記圧電基板上に積層されており、誘電体からなる第１の媒質層と、前記第１の媒質層の上面に積層されており、第１の媒質層を形成している前記誘電体とは音速が異なる誘電体からなる第２の媒質層と、前記圧電基板と、前記第１の媒質層との界面に配置されたＩＤＴ電極とを備える弾性境界波装置であって、前記圧電基板の速い横波バルク波の音速をＶ１、弾性境界波の高次モードの反共振点の音速をＶａとしたときに、Ｖａ＞Ｖ１であることを特徴とする、弾性境界波装置が提供される。
　本発明に係る弾性境界波装置では、高次モードの共振点での音速をＶｒとしたとき、好ましくは、Ｖｒ＞Ｖ１であり、それによって、高次モードスプリアスをより効果的に抑圧することができる。
　本発明に係る弾性境界波装置のある特定の局面では、前記第２の媒質層の音速が、前記第１の媒質層の音速よりも速くされている。この場合には、導波路効果が高められ、弾性境界波装置の特性をより改善することができる。
　本発明に係る弾性境界波装置では、上記圧電基板は、好ましくは、ＬｉＮｂＯ３単結晶またはＬｉＴａＯ３単結晶からなり、その場合には、電気機械結合係数を高めることができる。従って、弾性境界波装置の特性を改善することができる。
　本発明に係る弾性境界波装置の別の特定の局面では、前記第１の媒質層の音速が、前記ＬｉＮｂＯ３の遅い横波音速と、第２の媒質層の音速の内速い方の音速よりも遅くされている。その場合には、導波路効果が高められ、弾性境界波装置の特性をより一層向上させることができる。
　本発明に係る弾性境界波装置において、第１の媒質層を構成する材料としては、好ましくは、ＳｉＯ２またはＳｉＯＮが用いられる。ＬｉＮｂＯ３などの圧電単結晶の周波数温度係数ＴＣＦは、負の値であるが、ＳｉＯ２やＳｉＯＮの周波数温度係数ＴＣＦは正の値である。従って、弾性境界波装置の周波数温度係数ＴＣＦの絶対値を小さくすることができる。
　本発明に係る弾性境界波装置において、好ましくは、第２の媒質層は、ＳｉＯ２、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ、ＡｌＮ、ＡｌＯ、Ｓｉ、ＳｉＣ、ＤＬＣ（ダイヤモンドドライクカーボン）及びポリシリコンからなる群から選択された少なくとも１種の材料からなる。その場合には、導波路効果が高められ、弾性境界波装置の特性をさらに改善することができる。
　本発明に係る弾性境界波装置における上記ＩＤＴ電極を構成する材料としては、好ましくは、Ａｌ、Ｔｉ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｔａ、Ａｕ及びＰｔからなる群から選択された１種の金属または該金属を主体とする合金からなる金属膜を含む。その場合には、ＩＤＴ電極の反射係数を高めたり、あるいは導電性を高めたりすることができ、それによって弾性境界波装置の特性をより一層改善することができる。
　本発明に係る弾性境界波装置において前記ＩＤＴ電極は、Ａｌ、Ｔｉ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｔａ、Ａｕ及びＰｔからなる群から選択された１種の金属または該金属を主体とする合金からなる複数種の金属膜を積層してなる積層金属膜からなるものであってもよい。
（発明の効果）
　本発明に係る弾性境界波装置では、圧電基板の速い横波のバルク波の音速Ｖ１よりも弾性境界波高次モードの反共振点での音速Ｖａが速くされているため、高次モードスプリアスを抑圧することができる。従って、第１の媒質層を構成する材料の膜厚を薄くせずとも、高次モードスプリアスを抑圧することができるので、高次モードスプリアスの抑圧と、第１の媒質層を構成する材料の選択による周波数温度係数ＴＣＦの改善とを両立することができる。よって、高次モードスプリアスの影響が少なく、かつ温度変化による特性の変化が少ない、弾性境界波装置を提供することが可能となる。
図１（ａ）及び（ｂ）は、本発明の一実施形態に係る弾性境界波装置の正面断面図及び電極構造を示す模式的平面図である。 図２は、本発明の一実施形態の弾性境界波装置についての第１の実験例の結果を示し、インピーダンスと周波数との関係を示す図である。 図３は、本発明の一実施形態の弾性境界波装置についての第１の実験例の結果を示し、高次モードが表われる部分のインピーダンスと音速との関係を示す図である。 図４は、本発明の一実施形態の弾性境界波装置についての第１の実験例の結果を示し、高次モードが表われる部分の位相と音速との関係を示す図である。 図５は、第２の実験例における音速と位相との関係を示す図である。 図６は、第３の実験例における音速と位相との関係を示す図である。 図７は、第４の実験例における音速と位相との関係を示す図である。 図８は、従来の弾性境界波装置を説明するための模式図である。
符号の説明
　１…弾性境界波装置
　２…圧電基板
　３…第１の媒質層
　４…第２の媒質層
　５…ＩＤＴ電極
　６，７…反射器
　以下、図面を参照しつつ、本発明の具体的な実施形態を説明することにより、本発明を明らかにする。
　図１（ａ）及び（ｂ）は、本発明の一実施形態に係る弾性境界波装置の正面断面図及び電極構造を示す模式的平面断面図である。
　弾性境界波装置１は、ＬｉＮｂＯ３単結晶からなる圧電基板２を有する。圧電基板２を構成する材料は、ＬｉＮｂＯ３単結晶に限定されず、ＬｉＴａＯ３単結晶や水晶などを用いてもよい。
　ＬｉＮｂＯ３やＬｉＴａＯ３は、負の周波数温度係数ＴＣＦを有する。従って、後述するＳｉＯ２と組み合わせることにより、弾性境界波装置１の周波数温度係数ＴＣＦの絶対値を小さくすることができる。
　圧電基板２上に、第１の媒質層３及び第２の媒質層４がこの順序で積層されている。すなわち、本実施形態の弾性境界波装置１は、三媒質構造を有する。
　第１の媒質層３は誘電体からなり、本実施形態ではＳｉＯ２からなる。なお、第１の媒質層３に用いられる誘電体は、ＳｉＯ２に限定されないが、好ましくは、正の周波数温度係数を有するＳｉＯ２やＳｉＯＮが用いられる。それによって、温度変化による特性の変化を小さくすることができる。
　第２の媒質層４は、第１の媒質層３とは音速が異なる誘電体からなる。本実施形態では、第２の媒質層４は、ＳｉＯＮからなる。媒質層４を構成する材料としては、第２の媒質層４を形成している誘電体とは音速が異なる適宜の材料を用いることができる。第１の媒質層３がＳｉＯ２以外の材料からなる場合には、第２の媒質層４はＳｉＯ２により形成されていてもよい。
　第２の媒質層４を構成する誘電体としては、ＳｉＯ２、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ、ＡｌＮ、ＡｌＯ、Ｓｉ、ＳｉＣ、ＤＬＣ（ダイヤモンドドライクカーボン）及びポリシリコンからなる群から選択された少なくとも１種の材料を好適に用いることができる。上記群から選択された１種の材料を用いることにより、導波路効果を高めることができ、良好な特性を得ることができる。
　圧電基板２と、第１の媒質層３との界面に、ＩＤＴ電極５及び反射器６，７が形成されている。すなわち、弾性境界波装置１は、電極構造として、ＩＤＴ電極５及び反射器６，７を有する。
　図１（ｂ）に示すように、ＩＤＴ電極５の境界波伝搬方向両側に、上記反射器６，７が配置されており、それによって、１ポート型の弾性境界波共振子が構成されている。
　もっとも、本発明の弾性境界波装置は、上記弾性境界波共振子に限らず、弾性境界波フィルタなどの様々な弾性境界波装置に適用することができる。従って、電極構造は、実現する弾性境界波装置の機能に応じて適宜変形される。
　前述したように、特許文献１に記載の三媒質構造を有する従来の弾性境界波装置では、高次モードリップルが生じるという問題があった。そして、ＳｉＯ２からなる第１の媒質層の膜厚を薄くすれば、高次モードリップルを抑圧し得るものの、周波数温度係数ＴＣＦが悪化しがちであった。
　そこで、本願発明者らは、ＳｉＯ２膜の膜厚を薄くせずとも、高次モードリップルを抑圧し得る構造について検討した。その結果、圧電基板２の速い横波バルク波の音速をＶ１、弾性境界波の高次モードの反共振点の音速をＶａとしたときに、Ｖａ＞Ｖ１とすれば、高次モードリップルを効果的に抑圧し得ることを見出し、本発明をなすに至った。以下、具体的な実験例に基づいて、Ｖａ＞Ｖ１とすることにより、第１の媒質層３の厚みを薄くせずとも、高次モードリップルを抑圧し得ることを説明する。
　（第１の実験例）
　図２は、弾性境界波装置１において、第１の媒質層３としてのＳｉＯ２膜の規格化膜厚を４７．５％、４４．７％、４２．２％、４０．０％、３８．０％及び３６．２％とした場合の各インピーダンス特性を示す図である。ここで、ＬｉＮｂＯ３単結晶からなる圧電基板２としては、結晶方位がオイラー角で（０°，１０５°，０°）のＬｉＮｂＯ３を用いた。また、ＩＤＴ電極５を含む電極構造を、Ｐｔ膜、Ａｌ膜及びＰｔ膜をこの順序で積層した積層金属膜により構成し、その規格化膜厚を、Ｐｔ／Ａｌ／Ｐｔ＝１．１％／８．６％／１．１％とした。また、ＩＤＴ電極５における電極指の対数は６０、デューティ比は０．５、それぞれのＳｉＯ２規格化膜厚に対応した境界波の波長λはそれぞれ１．６μｍ、１．７μｍ、１．８μｍ、１．９μｍ、２．０μｍ、２．１μｍとした。反射器６，７における電極指の本数は５０とした。第２の媒質層４としてのＳｉＯＮ膜の規格化膜厚は１５８％とした。なお、上記では、ＩＤＴ電極を構成する膜の規格化膜厚とＳｉＯＮ膜の規格化膜厚はλ＝１．９μｍにおける規格化膜厚を示した。
　図２における周波数（ＭＨｚ）は上記電極波長λを用いて、音速Ｖ（ｍ／秒）＝λ（μｍ）×ｆ（ＭＨｚ）により音速Ｖ（ｍ／秒）に変換できる。
　図３は、高次モードが表われている部分を示すインピーダンスと音速との関係を示す図である。図３から明らかなように、ＳｉＯ２膜の規格化膜厚が変化すると、高次モードにおける共振点の音速Ｖｒ及び反共振点におけるＶａは変動する。ＳｉＯ２の規格化膜厚が４７．５％～３６．２％で共振点の音速はＶｒ＝４７００～４７８０ｍ／秒に位置しており、Ｖａは４７３０～４７８０ｍ／秒である。
　なお、反共振点における音速Ｖａとは、オープングレーティングサーキットモデルに基づき計算することにより得られる音速の値であり、共振点の音速Ｖｒはショートグレーティングサーキットモデルに基づき計算することにより得られた音速の値である。
　また、上記圧電基板２の速い横波バルク波の音速Ｖ１は、４７５０ｍ／秒である。ただし、オイラー角により速い横波バルク波音速は変化する。
　図３から明らかなように、ＳｉＯ２膜の規格化膜厚が４７．５％及び４４．７％の場合には、高次モードの反共振点における音速Ｖａは、４７５０ｍ／秒よりも遅くなり、その場合、高次モードスプリアスの大きさは、それぞれ、約２６ｄＢ及び２８ｄＢである。
　これに対して、高次モード反共振点の音速Ｖａが４７５０ｍ／秒となるＳｉＯ２の規格化膜厚が４２．２％の場合には、高次モードスプリアスは２９ｄＢと著しく小さくなる。さらに、高次モードの反共振点における音速Ｖａが４７５０ｍ／秒よりも速くなる、ＳｉＯ２膜の規格化膜厚が４０．０％、３８．０％及び３６．２％の場合には、高次モードスプリアスの大きさは、３０ｄＢ前後に位置している。
　上記で、高次モードスプリアスの大きさは、高次モードの反共振点と主モードの反共振点とのインピーダンス比で表わしている。図２から主モードの反共振点のインピーダンスが６５ｄＢであることがわかる。図３からＳｉＯ２膜の規格化膜厚が４７．５％の場合には、高次モードの反共振点のインピーダンスが３９ｄＢであることがわかる。従って、高次モードのインピーダンスと主モードのインピーダンスの比は６５ｄＢ－３９ｄＢ＝２６ｄＢとなるので、高次モードスプリアスの大きさは、２６ｄＢとしている。
　図４は、高次モードが現れている部分を示す位相と音速との関係を示す図である。図４から明らかなように、ＳｉＯ２膜の規格化膜厚が４７．５％及び４４．７％の場合には、高次モードの反共振点における音速Ｖａは、４７５０ｍ／秒よりも遅くなり、その場合、高次モードの最大位相は、それぞれ、約１０°及び－１０°である。
　これに対して、高次モードの反共振点における音速Ｖａが４７５０ｍ／秒となるＳｉＯ２膜の規格化膜厚が４２．２％の場合には、高次モードの最大位相は－３５°と著しく小さくなる。さらに、高次モードの反共振点における音速Ｖａが４７５０ｍ／秒より速くなるＳｉＯ２膜の規格化膜厚が４０．０％、３８．０％及び３６．２％の場合には、高次モードの最大位相は－４５°～－５５°に位置している。
　従って、図２～図４から明らかなように、Ｖａ＞Ｖ１とすることにより、高次モードスプリアスを効果的に抑圧し得ることがわかる。
　なお、高次モード共振点の音速Ｖｒは、高次モード反共振点の音速Ｖａよりも遅くなる。すなわち、Ｖａ＞Ｖｒである。従って、Ｖｒ＞Ｖ１とすれば、Ｖａ＞Ｖ１となるため、Ｖａ＞Ｖ１とすることにより、高次モードスプリアスをより確実に抑制することができる。
　（第２の実験例）
　次に、ＩＤＴ電極５のデューティを０．４、０．４５、０．５、０．５５及び０．６とされていることを除いては、第１の実験例と同様にして、複数種の弾性境界波装置を作製した。これらの弾性境界波装置における高次モードの位相特性を図５に示す。
　図５から明らかなように、デューティ＝０．６の場合、高次モードの反共振点の音速Ｖａは４７５０ｍ／秒付近である。これに対して、デューティ＝０．４の場合の高次モードの反共振点の音速Ｖａは４８６０ｍ／秒付近に存在するはずである。もっとも、４８６０ｍ／秒付近における反共振点が不明瞭となっている。これは、高次モードの音速が速くなり、ＬｉＮｂＯ３側へ漏洩していることにより、反共振点が不明瞭になっているためである。その結果、デューティ＝０．４の場合、音速が４７５０ｍ／秒付近において、最大位相が－４０度と非常に小さくなっていること、すなわち、高次モードスプリアスを効果的に抑圧し得ることがわかる。
　（第３の実験例）
　圧電基板２側から、順に、ＩＤＴ電極５を含む電極を、Ｐｔ／Ａｌ／Ｐｔの順序で積層してなる積層金属膜により形成した。ここで、Ａｌ膜の規格化膜厚を８．６％とし、両側のＰｔ膜の規格化膜厚の合計は一定とし、第１の媒質層３側のＰｔ膜の規格化膜厚を２．２％、１．６５％、１．１％、０．５５％または０％と変化させた。なお、両側のＰｔ膜の規格化膜厚の合計は２．２％とした。
　上記のようにして、作製された複数種の弾性境界波装置における音速と位相との関係を図６に示す。
　図６から明らかなように、図６に示されている全範囲において、高次モードの反共振点の音速Ｖａが、４７５０ｍ／秒よりも速くなり、最大位相が小さくなっていることがわかる。従って、高次モードスプリアスの応答を抑圧し得ることがわかる。
　（第４の実験例）
　ＩＤＴ電極５を含む電極を、圧電基板２側からＡｌ膜／Ｐｔ膜／Ａｌ膜の順に、Ａｌ、Ｐｔ及びＡｌをこの順序で積層した積層金属膜により形成した。ここでは、両側のＡｌ膜の膜厚の合計は規格化膜厚で８．６％と一定とし、Ｐｔ膜の規格化膜厚は２．２％とし、第１の媒質層３側のＡｌの規格化膜厚を０％、２．０４％、４．０８％、６．１２％または８．６％と変化させ、複数種の弾性境界波装置を作製した。
　これらの弾性境界波装置における音速と位相との関係を図７に示す。なお、デューティ＝０．５０とし、ＳｉＯ２の規格化膜厚は４０％とし、その他は、第１の実験例と同様とした。
　図７から明らかなように、全範囲において、高次モード反共振点の音速Ｖａが４７５０ｍ／秒よりも速くされており、最大位相が小さくなっていることがわかる。従って、高次モードスプリアスの応答を効果的に抑圧し得ることがわかる。
　第３及び第４の実験から明らかなように、ＩＤＴ電極は、複数の金属膜を積層してなる積層金属膜により形成されていてもよい。この場合、積層金属膜は、Ａｌ、Ｔｉ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｔａ、Ａｕ及びＰｔからなる群から選択された１種の金属または該金属を主体とする合金からなる複数種の金属膜を積層したものが用いられる。すなわち、上記群から選択された１種の金属または該金属を主体とする合金からなる第１の金属膜と、上記群から選択された１種の金属または該金属を主体とする合金であって、第１の金属膜と異なる金属材料からなる第２の金属膜とを含む積層金属膜を用いてもよい。

Claims (9)

  1. 　圧電基板と、
    　前記圧電基板上に積層されており、誘電体からなる第１の媒質層と、
    　前記第１の媒質層の上面に積層されており、第１の媒質層を形成している前記誘電体とは音速が異なる誘電体からなる第２の媒質層と、
    　前記圧電基板と、前記第１の媒質層との界面に配置されたＩＤＴ電極とを備える弾性境界波装置であって、
    　前記圧電基板の速い横波バルク波の音速をＶ１、弾性境界波の高次モードの反共振点の音速をＶａとしたときに、Ｖａ＞Ｖ１であることを特徴とする、弾性境界波装置。
  2. 　前記高次モードの共振点の音速をＶｒとしたとき、Ｖｒ＞Ｖ１である、請求項１に記載の弾性境界波装置。
  3. 　前記第２の媒質層の音速が、前記第１の媒質層の音速よりも速い、請求項１または２に記載の弾性境界波装置。
  4. 　前記圧電基板がＬｉＮｂＯ３単結晶またはＬｉＴａＯ３単結晶からなる、請求項１～３のいずれか１項に記載の弾性境界波装置。
  5. 　前記第１の媒質層の音速が、前記ＬｉＮｂＯ３の遅い横波音速と、第２の媒質層の音速の内速い方の音速よりも遅い、請求項４に記載の弾性境界波装置。
  6. 　前記第１の媒質層が、ＳｉＯ２またはＳｉＯＮからなる、請求項１～５のいずれか１項に記載の弾性境界波装置。
  7. 　前記第２の媒質層が、ＳｉＯ２、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ、ＡｌＮ、ＡｌＯ、Ｓｉ、ＳｉＣ、ＤＬＣ（ダイヤモンドドライクカーボン）及びポリシリコンからなる群から選択された少なくとも１種の材料からなる、請求項１～６のいずれか１項に記載の弾性境界波装置。
  8. 　前記ＩＤＴ電極が、Ａｌ、Ｔｉ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｔａ、Ａｕ及びＰｔからなる群から選択された１種の金属または該金属を主体とする合金からなる金属膜を含む、請求項１～７のいずれか１項に記載の弾性境界波装置。
  9. 　前記ＩＤＴ電極が、Ａｌ、Ｔｉ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｔａ、Ａｕ及びＰｔからなる群から選択された１種の金属または該金属を主体とする合金からなる複数種の金属膜を積層してなる積層金属膜からなる請求項８に記載の弾性境界波装置。
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