彈性波裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供不管壓電體的厚度偏差如何都難以產(chǎn)生頻率特性的偏差且能提高機電耦合系數(shù)k2的彈性波裝置。彈性波裝置(1)在支承基板(2)上層疊介質層(3)、壓電體(4)以及IDT電極(5)，所述介質層(3)由包含低速介質和高速介質的介質構成，其中低速介質是與在壓電體中傳播、利用的彈性波的傳播速度相比與該彈性波的主振動分量相同的體波的傳播速度低的介質，高速介質是與該彈性波的主振動分量相同的體波的傳播速度高于該彈性波的傳播速度的介質。
【專利說明】彈性波裝置
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及利用了在壓電體中傳播的彈性波的彈性波裝置，更詳細地，涉及在支承基板與壓電體間配置介質層而成的彈性波裝置，介質層存在在壓電體中傳播的彈性波的主傳播模的振動分布。
【背景技術】
[0002]過去，作為諧振器和帶通濾波器，廣泛使用彈性波裝置。近年來，在彈性波裝置中強烈要求高頻化。
[0003]在下述的專利文獻I中，公開了回應上述那樣的要求的彈性表面波裝置。在專利文獻I中，在電介質基板上形成硬質的電介質層。硬質電介質層上層疊壓電體薄膜。另外，在壓電體薄膜上設置用于使泄漏彈性表面波激發(fā)的電極。在此，在將泄漏彈性表面波的波長設為λ、將壓電體薄膜的厚度設為Tp時，歸一化膜厚khp = 2 Tp/ λ成為約0.5?1.5的范圍。由此，能實現(xiàn)彈性表面波裝置的高頻化。
[0004]先行技術文獻
[0005]專利文獻
[0006]專利文獻I JP特開2004-282232號公報
[0007]發(fā)明的概要
[0008]發(fā)明要解決的課題
[0009]在專利文獻I記載的彈性表面波裝置中，在電介質基板與壓電體薄膜間配置硬質電介質層，由此來謀求高音速化。但是，在這樣的構成中，不僅是要利用的泄漏彈性表面波，彈性表面波的高階模也是一邊在壓電體薄膜表面與壓電體薄膜以及硬質電介質層的邊界反射一邊傳播。由此出現(xiàn)高階模引起的雜散，有特性變差這樣的問題。
[0010]另外，在現(xiàn)有的彈性表面波裝置中，若因制造偏差而壓電體薄膜的厚度出現(xiàn)偏差，則有彈性表面波裝置的特性出現(xiàn)偏差這樣的問題。

【發(fā)明內容】

[0011]本發(fā)明的目的在于提供一種彈性波裝置，能謀求高頻化，頻率偏差小，并且能抑制高階模引起的雜散，能得到良好的諧振特性或濾波器特性。
[0012]用于解決課題的手段
[0013]本發(fā)明所涉及的彈性波裝置具備:支承基板；層疊于支承基板上的介質層；重疊在介質層上、傳播體波的壓電體；和形成在壓電體的I個面的IDT電極。在本發(fā)明中，介質層包含低速介質和高速介質，其中低速介質是與在所述壓電體中傳播的彈性波的音速相比與所述彈性波的主分量的體波相同的體波的傳播速度為低速的介質，高速介質是與在所述壓電體中傳播的所述彈性波的音速相比與所述彈性波的主分量的體波相同的體波的傳播速度為高速的介質，如下地形成所述介質層:在將由所述高速介質形成該介質層的情況下的主振動模的音速設為vH、將由所述低速介質形成該介質層的情況下的主振動模的音速設為Vl時，形成所述介質層的彈性波裝置中的主振動模的音速成為\ <主振動模的音速< VH。
[0014]在本發(fā)明所涉及的彈性波裝置的某特定的局面下，所述介質層由混和了低速介質和高速介質而成的復合介質構成。在該情況下，能對應于高速介質和低速介質的混合比容易地形成具有在高速介質和低速介質中傳播的體波音速之間的體波音速的中速介質。并且，能通過調整上述混合比來高精度地控制在介質層中傳播的體波。
[0015]在本發(fā)明所涉及的彈性波裝置的其它特定的局面下，所述介質層由具有由所述低速介質構成的低速介質層、和由所述高速介質構成的高速介質層的層疊體構成。在該情況下，能通過控制低速介質層的厚度以及高速介質層的厚度容易地控制在介質層中傳播的體波音速。另外，僅是層疊低速介質層和高速介質層就能容易地形成介質層。優(yōu)選地，所述層疊體由層疊3層以上的層構成。
[0016]在本發(fā)明所涉及的彈性波裝置其它特定的局面下，在所述介質層中傳播、且與在所述壓電體中傳播的彈性波的主傳播模的體波相同的體波分量的音速是在所述高速介質中傳播的所述體波的音速、和在所述低速介質中傳播的體波的音速之間的值。這種情況下，能更有效果地抑制高階模雜散，且能抑制制造偏差。
[0017]在本發(fā)明所涉及的彈性波裝置中，優(yōu)選地，介質層的介電常數(shù)低于體的介電常數(shù)。這種情況下，能使機電耦合系數(shù)k2較大。
[0018]在本發(fā)明所涉及的彈性波裝置的再另外的特定的局面下，在由所述層疊體構成的介質層中，所述低速介質層配置得比所述高速介質層更靠所述壓電體側。在這種情況下，能提高彈性波的能量的集中性。因此，能改善諧振特性。
[0019]發(fā)明的效果
[0020]在本發(fā)明所涉及的彈性波裝置中，由于介質層包含上述低速介質和高速介質，因此能抑制因壓電體的厚度引起的主傳播模的頻率偏差。另外，能有效果地抑制高階模引起的雜散。因此，能在謀求高頻化的同時得到良好的諧振特性和濾波器特性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1 (a)是本發(fā)明的I個實施方式所涉及的彈性波裝置的概略主視截面圖，圖1 (b)是表示其電極構造的示意俯視圖。
[0022]圖2是表示由SiON構成的復合介質中的Ν/(0+Ν) (% )與縱波以及橫波的音速的關系的圖。
[0023]圖3是表示具有在42° Y切割X傳播的LiTaO3層疊由SiON構成的介質層的構造的彈性波裝置中的0/(N+0) (% )與U2-1、U1-1以及U2-2模的音速的關系的圖。
[0024]圖4是表示具有在42° Y切割X傳播的LiTaO3層疊由SiON構成的介質層的構造的彈性波裝置中的0/(N+0) (% )與U2-1、Ul-1以及U2-2模的機電耦合系數(shù)k2的關系的圖。
[0025]圖5是表示具有在42° Y切割X傳播的LiTaO3層疊由SiON構成的介質層的構造的彈性波裝置中的0/(N+0) (% )與U2-1、U1-1以及U2-2模的傳播損耗α的關系的圖。
[0026]圖6(a)是表示沒有由SiON構成的介質層的比較例的彈性波裝置的阻抗特性的圖，圖6(b)是表示SiON中的0/(Ν+0)為100%的情況下的阻抗特性的圖。
[0027]圖7(a)以及圖7(b)是表示由SiON構成的介質層中的0/(Ν+0)的比例為80重量％以及60重量％的情況下的阻抗特性的各圖。
[0028]圖8 (a)以及圖8(b)是表示由SiON構成的介質層中的0/(N+0)的比例為40重量％以及20重量％的情況下的阻抗特性的各圖。
[0029]圖9是表示由SiON構成的介質層中的0/(N+0)為0%即全為SiN的情況下的阻抗特性的圖。
[0030]圖10是表示42° Y切割X傳播的LiTaO3中的基模的Ul模、U2模以及U3模的能量分布的圖。
[0031]圖11是表示在介質層SiON中0/(N+0)為O %的情況下的基模的Ul模、U2模以及U3模的能量分布。
[0032]圖12是表示在介質層SiON中0/(N+0)為O %的情況下的雜散即高階模的Ul分量、U2分量以及U3分量的能量分布的圖。
[0033]圖13是表示在介質層SiON中0/ (N+0)為40%的情況下的基模的Ul模、U2模以及U3模的能量分布的圖。
[0034]圖14是表示在介質層SiON中0/ (N+0)為40%的情況下的雜散即高階模的Ul分量、U2分量以及U3分量的能量分布的圖。
[0035]圖15是表示在在介質層SiON中0/ (N+0)為80%的情況下的基模的Ul模、U2模以及U3模的能量分布的圖。
[0036]圖16是表示在介質層SiON中0/ (N+0)為80%的情況下的雜散即高階模的Ul分量、U2分量以及U3分量的能量分布的圖。
[0037]圖17是表示在介質層SiON中0/ (N+0)為100%的情況下的基模的Ul模、U2模以及U3模的能量分布的圖。
[0038]圖18是表示在介質層SiON中0/(N+0)為100%的情況下的雜散即高階模的Ul分量、U2分量以及U3分量的能量分布的圖。
[0039]圖19是本發(fā)明的其它實施方式所涉及的彈性波裝置的示意主視截面圖。
[0040]圖20是本發(fā)明的再其它實施方式所涉及的彈性波裝置的示意主視截面圖。
[0041]圖21是本發(fā)明的再另外實施方式所涉及的彈性波裝置的示意主視截面圖。
[0042]圖22是表示層疊由SiON構成的介質層和由SiO2構成的低速介質層的構造中的層疊數(shù)、層疊比例、和諧振頻率的關系的圖。
[0043]圖23是表示層疊由SiON構成的介質層和由SiO2構成的低速介質層的層疊的構造中的層疊數(shù)、層疊比例、和阻抗的關系的圖。
[0044]圖24是表示層疊由SiON構成的介質層和由SiO2構成的低速介質層的構造中的層疊數(shù)、層疊比例、和峰谷比(Fa-Fr)/Fr的關系的圖。
[0045]圖25是表示層疊由SiON構成的介質層和由SiO2構成的低速介質層的構造中的層疊數(shù)、層疊比例、和阻抗最小值Zr的關系的圖。
[0046]圖26是表示使利用了由SiO2構成的低速介質層和由SiN構成的高速介質層的層疊體的構成中的層疊體的層疊數(shù)變化的情況下的阻抗特性的變化的圖。
[0047]圖27是表示使利用了由SiO2構成的低速介質層和由SiN構成的高速介質層的層疊體的構成中的層疊體的層疊數(shù)變化的情況下的相位特性的變化的圖。
[0048]圖28是表示使利用了由SiO2構成的低速介質層和由SiN構成的高速介質層的層疊體的構成中的層疊體的層疊數(shù)變化的情況下的阻抗特性的變化的圖。
[0049]圖29是表示使利用了由SiO2構成的低速介質層和由SiN構成的高速介質層的層疊體的構成中的層疊體的層疊數(shù)變化的情況下的相位特性的變化的圖。
[0050]圖30是表示利用了層疊由SiO2構成的低速介質層以及由SiN構成的高速介質層的構造的構成中的SiO2的厚度比與音速的關系的圖。
[0051]圖31是表示利用了層疊由SiO2構成的低速介質層以及由SiN構成的高速介質層的構造的構成中的SiO2的厚度比與峰谷比(Za/Zr)的關系的圖。
[0052]圖32是表示利用了層疊由SiO2構成的低速介質層以及由SiN構成的高速介質層的構造的構成中的SiO2的厚度比與頻帶寬度(Fa-Fr)/(Fr)的關系的圖。
[0053]圖33是表示利用了層疊由SiO2構成的低速介質層以及由SiN構成的高速介質層的構造的構成中的SiO2的厚度比與最小阻抗Zr的關系的圖。
[0054]圖34(a)以及圖34(b)是表示本發(fā)明的彈性波裝置的變形例的示意主視截面圖?！揪唧w實施方式】
[0055]下面參考附圖來說明本發(fā)明的具體的實施方式，由此使本發(fā)明變得明了。
[0056]另外，在本發(fā)明中，彈性波以及波的各分量的定義如以下那樣。
[0057]如公知那樣，彈性波是沿彈性體的表面或固體間的界面?zhèn)鞑サ牟āＴ趶椥圆ㄖ写嬖趶椥员砻娌?、彈性邊界波以及板波等。彈性波是Ul分量、U2以及U3分量中的至少I個振動分量介由彈性體表面或上述界面耦合并傳播的波。在此，Ul是彈性波的傳播方向，U2是彈性體表面或界面的面方向，且是與彈性波的傳播方向垂直的方向，U3是與上述彈性體表面或界面垂直的方向。所謂Ul分量是Ul方向的振動分量，也被稱作P波分量。另外，U2分量是U2方向的振動分量,也被稱作SH波分量。U3分量是U3方向的振動分量,也被稱作SV波分量。
[0058]在各向異性的結晶的LiTaO3或LiNbO3中傳播的彈性波中，上述Ul分量?U3分量在眾多結晶方位耦合并進行傳播。這其中，SV波分量和P波分量成為振動的主體的傳播模在彈性表面波中被稱作瑞利波，在彈性邊界波中被稱作斯通利波，在板波的情況下被稱作蘭姆波。作為SH波分量成為振動的主體的彈性波傳播模，被稱作SH型彈性表面波、SH型彈性邊界波、SH型板波。作為P波分量成為振動的主體的彈性波，知道縱波型表面波。
[0059]例如，SH型彈性表面波以SH波為主振動分量，對SH波耦合SV波以及P波，并進行傳播。因此，若取SH型表面波為例，則上述SH波成為主振動分量。
[0060]關于在氧化硅、氮化硅或氮化鋁這樣的各向同性的彈性體中傳播的體波，也存在有相對于傳播方向垂直的方向的位移的橫波(S波)、以及有相對于傳播方向水平的方向的位移的縱波(P波)。另外，在單結晶或氮化鋁等的取向膜等的具有各向異性的彈性體中傳播的體波中，橫波作為快的橫波和慢的橫波這2個種類來進行傳播。另外，這些體波因材料不同而具有固有的音速。
[0061]在本發(fā)明中，所謂高速介質是指，與彈性波裝置中利用的彈性波的主振動分量的體波相同的體波的音速快于所利用的彈性波的音速的彈性體。另外，在所述主振動分量為SH波或SV波的情況下，所謂相同的體波表示具有大致同方向的位移分量的橫波。所謂低速介質是指與彈性波裝置中利用的彈性波的主振動分量相同的體波的音速慢于所利用的彈性波的音速的彈性體。并且，在將由所述高速介質形成該介質層的情況下的主振動模的音速設為Vh、將由所述低速介質形成該介質層的情況下的主振動模的音速設為\時，將形成所述介質層的彈性波裝置中的主振動模的音速成為\ <主振動模的音速< Vh這樣的主振動模的音速定義為中間音速。另外，下面波長只要沒有特別的否認，指的就是所利用的彈性波即主傳播模的波長。該波長與IDT電極的電極指周期相等。
[0062]圖1 (a)是本發(fā)明的第I實施方式所涉及的示意主視截面圖。
[0063]彈性波裝置I具有支承基板2。在支承基板2上層疊有介質層3。在介質層3上層疊有壓電體4。在壓電體4上形成包含IDT電極5的電極構造。
[0064]支承基板2能由能支承介質層3以及壓電體4的適宜的材料形成。作為這樣的材料，能使用玻璃、氧化鋁等的絕緣性陶瓷、LiNbO3等的結晶。另外，在使用1^他03等的結晶的情況下，由于不是能作為壓電體來利用的材料，因此期望使用低品位且廉價的結晶。
[0065]壓電體4，為了對IDT電極5施加交流電場時使彈性波激發(fā)而設。對于這樣的壓電體4并沒有特別的限定，能適當?shù)厥褂肔iTa03、LiNbO3、水晶等的壓電體單結晶。在本實施方式中，壓電體4使用42° Y切割X傳播、歐拉角為(0°，132°，0° )的LiTa03。
[0066]IDT電極5能由Al、Cu、Au、Ag、Pt、W、Mo等適宜的金屬、或以這些金屬為主體的合金形成。IDT電極5也可以由層疊多個金屬膜而成的層疊金屬膜形成。在本實施方式中，IDT電極5由Al構成。另外，上述電極構造并沒有特別的限定，例如能如圖1(b)所示，使用在IDT電極5的彈性波傳播方向兩側配置反射器6、7的構造。這種情況下能遵循本發(fā)明來構成彈性表面波諧振器。
[0067]本實施方式的彈性波裝置I的特征在于，上述介質層3層疊在與設置壓電體4的IDT電極5 —側相反側的面上。即，介質層3層疊在支承基板2與壓電體4間。
[0068]介質層3在在本實施方式中由混合了低速介質和高速介質而成的復合介質構成。在本實施方式中，介質層3由氧化硅和氮化硅的混合材料構成。氮化硅相當于上述高速介質，氧化硅相當于低速介質。并且，通過設置介質層3，在彈性波裝置I中，前述的中間音速的主振動模進行傳播。
[0069]在彈性波裝置I中，由于設置了上述介質層3，因此即使壓電體4的膜厚存在偏差也能減小彈性波裝置I的頻率偏差。此外還能得到大的機電耦合系數(shù)k2。下面對其進行詳細說明。
[0070]在以下，復合介質層的厚度設為3λ。另外，由42° Y切割X傳播的LiTaO3構成的壓電體4的厚度設為0.5 λ。由Al構成的IDT電極5的厚度設為0.08 λ。分別求取這樣的構成下的復合介質層中的氧化硅與氮化硅的混合比、與彈性表面波的音速Vm、機電耦合系數(shù)k2、傳播損耗α、能流角PFA和振動位移、阻抗特性的關系。
[0071]另外，在本實施方式的彈性波裝置I中，利用以SH波為主體的SH型表面波的基模。因此，SH型表面波的高階模和瑞利波成為雜散。 [0072]在本實施方式中，由復合介質層構成的介質層3如前述那樣由氮化硅和氧化硅的混合材料構成。在此，在圖2示出使混合比N/(0+Ν)變化的情況下的音速的變化?；旌媳圈?(0+Ν) (% )是氮化硅相對于氮化硅和氧化硅的合計的比例(重量％ )的略記。
[0073]氮化硅中的S波的音速Vs為5973m/秒，氧化硅中的S波的音速Vs為3757m/秒。另外，氮化硅中的P波的音速Vp為10642m/秒，氧化硅中的P波的音速Vp為5960m/秒。[0074]如從圖2所明了那樣，可知能通過使混合比N/(0+Ν)變化來使音速Vp以及Vs變化。即，氧化硅和氮化硅的混合物的氮氧化硅SiOxNy (X，y為整數(shù))的音速成為氧化硅的音速和氮化硅的音速的中間的值。并且可知，能通過調整混合比N/(0+N)來調整縱波的P波以及橫波的S波的音速。特別如圖2所示，可知能通過提高上述混合比來提高P波的音速Vp以及S波的音速Vs。
[0075]另外，在下述表1示出上述氮氧化硅SiOxNy中的組成、和彈性常數(shù)C11以及C12、密度P以及介電常數(shù)ε 11的關系。
[0076][表 I]
【權利要求】
1.一種彈性波裝置，具備: 支承基板； 層疊于所述支承基板上的介質層； 層疊于所述介質層上、傳播體波的壓電體；和 形成于所述壓電體的I個面的IDT電極， 所述介質層包含低速介質和高速介質，其中低速介質是與在所述壓電體中傳播的彈性波的音速相比與作為所述彈性波的主分量的體波相同的體波的傳播速度為低速的介質，高速介質是與在所述壓電體中傳播的所述彈性波的音速相比與作為所述彈性波的主分量的體波相同的體波的傳播速度為高速的介質， 如下地形成所述介質層:在將由所述高速介質形成該介質層的情況下的主振動模的音速設為Vh、將由所述低速介質形成該介質層的情況下的主振動模的音速設為\時，形成有所述介質層的彈性波裝置中的主振動模的音速成為\ <主振動模的音速< VH。
2.根據(jù)權利要求1所述的彈性波裝置，其中， 所述介質層由混合了低速介質和高速介質而成的復合介質構成。
3.根據(jù)權利要求1所述的彈性波裝置，其中， 所述介質層由具有低速介質層和高速介質層的層疊體構成，其中低速介質層由所述低速介質構成，高速介質層由所述高速介質構成。
4.根據(jù)權利要求3所述的彈性波裝置，其中， 所述層疊體由層疊3層以上的層構成。
5.根據(jù)權利要求1或2所述的彈性波裝置，其中， 在所述介質層中傳播、且與在所述壓電體中傳播的彈性波的主傳播模的體波相同的體波分量的音速，是在所述高速介質中傳播的所述體波的音速、和在所述低速介質中傳播的體波的音速之間的值。
6.根據(jù)權利要求1?5中任一項所述的彈性波裝置，其中， 所述介質層的介電常數(shù)小于所述壓電體的介電常數(shù)。
7.根據(jù)權利要求3所述的彈性波裝置，其中， 在由所述層疊體構成的介質層中，所述低速介質層配置得比所述高速介質層更靠所述壓電體側。
【文檔編號】H03H9/145GK103891138SQ201280047258
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2012年9月24日 優(yōu)先權日:2011年9月30日
【發(fā)明者】神藤始, 巖本英樹 申請人:株式會社村田制作所