彈性波裝置制造方法
【專利摘要】本發明提供特性良好且能抑制基于高階模的響應的彈性波裝置。彈性波裝置(1)在支承基板(2)上層疊傳播的體波音速比在壓電膜(5)中傳播的彈性波音速更高速的高音速膜(3)，在高音速膜(3)上層疊傳播的體波音速比在壓電膜(5)中傳播的體波音速更低速的低音速膜(4)，在低音速膜(4)上層疊上述壓電膜(5)，在壓電膜(5)的一方的面層疊IDT電極(6)，在高音速膜的上方的結構部分，作為所利用的彈性波的主模的能量集中度為99.9％以上，且成為雜散的高階模的能量集中度為99.5％以下。
【專利說明】彈性波裝置

【技術領域】
[0001] 本發明涉及在諧振器或帶通濾波器等中所用的彈性波裝置，更詳細地，涉及具有 在支承基板與壓電體層間層疊其它材料的結構的彈性波裝置。

【背景技術】
[0002] 以往，作為諧振器或帶通濾波器，廣泛運用彈性波裝置，近年來謀求高頻化。在下 述的專利文獻1中，公開了在電介質基板上按照硬質電介質層、壓電膜以及IDT電極的順序 將它們層疊而成的彈性表面波裝置。在該彈性表面波裝置中，通過在電介質基板與壓電膜 間配置硬質電介質層，能謀求彈性表面波的高音速化。由此能實現彈性表面波裝置的高頻 化。
[0003] 另外，在專利文獻1中，還公開了在上述硬質電介質層與壓電膜間設置等電位層 的結構。等電位層由金屬或半導體構成。等電位層為了將壓電膜與硬質電介質層的界面中 的電位等電位化而設。
[0004] 先行技術文獻
[0005] 專利文獻
[0006]專利文獻：JP特開 [0007]發明的概要
[0008] 發明要解決的課題
[0009] 在專利文獻1記載的彈性表面波裝置中，通過硬質電介質層的形成來謀求高音速 化。但是，由于存在不算少的傳輸損耗，不能有效果地將彈性波封閉在壓電薄膜中，因此，彈 性表面波裝置的能量會泄漏到電介質基板。為此，有損害彈性波裝置的特性的問題。


【發明內容】

[0010] 本發明的目的在于，提供特性的良好的彈性波裝置。
[0011] 用于解決課題的手段
[0012] 本發明所涉及的具有壓電膜的彈性波裝置具備：支承基板；形成在所述支承基板 上、傳播的體波音速比在所述壓電膜中傳播的彈性波音速更高速的高音速膜；和層疊在所 述高音速膜上、傳播的體波音速比在所述壓電膜中傳播的體波音速更低速的低音速膜；層 疊在所述低音速膜上的壓電膜；和形成在所述壓電膜的一方的面上的IDT電極。在本發明 中，在包含高音速膜、且比高音速膜更靠的上方的結構部分中，作為所利用的彈性波的主模 的能量集中度為99. 9%以上，且成為雜散（spurious)的高階模的能量集中度為99. 5%以 下。
[0013] 在本發明所涉及的彈性波裝置的某特定的方面下，在將主模的反諧振頻率下的音 速設為VI[m/s]、將高音速膜的音速設為Vh[m/s]、將用彈性波的波長A[m]標準化的高音 速膜的膜厚設為Th(=高音速膜厚/A)時，在下述的各Vh的情況下VI和Th滿足以下的 關系式。
[0014] ? 4200 彡Vh< 4400 的情況下；
[0015]VI^ 125. 9XTh2-102.OXTh+3715. 0
[0016] ? 4400 彡Vh< 4600 的情況下；
[0017]VI彡 296. 3XTh2-253. 0XTh+3742. 2
[0018] ? 4600 彡Vh< 4800 的情況下；
[0019]VI^ 506.lXTh2-391. 5XTh+3759. 2
[0020] ? 4800 彡Vh< 5000 的情況下；
[0021] VI彡 768. 0XTh2-552. 4XTh+3776. 8
[0022] ? 5000 彡Vh< 5200 的情況下；
[0023]VI彡 848. 5XTh2-541. 6XTh+3767. 8
[0024] ? 5200 彡Vh< 5400 的情況下；
[0025]V1S1065. 2XTh2-709. 4XTh+3792. 8
[0026] ? 5400 彡Vh< 5600 的情況下；
[0027]VI^ 1197. 1XTh2-695. 0XTh+3779. 8
[0028] ? 5600 彡Vh< 5800 的情況下；
[0029]VI彡 1393. 8XTh2-843. 8XTh+3801. 5
[0030] ? 5800 彡Vh< 6000 的情況下；
[0031]VI^ 1713. 7XTh2-1193. 3XTh+3896. 1
[0032] ? 6000彡Vh的情況下；
[0033]VI彡 1839. 9XTh2-1028. 7XTh+3814. 1。
[0034] 在本發明所涉及的彈性波裝置的其它特定的方面下，在將高階模的音速設為 V2[m/s]、將高音速膜的音速設為Vh[m/s]、將用彈性波的波長A[m]標準化的高音速膜的 膜厚設為Th(=高音速膜厚/A)時，下述的各Vh的情況下的V2和Th滿足以下的關系式。
[0035] ?Vh< 4200 的情況下；
[0036]V2 彡 187. 0XTh2-137. 0XTh+3919. 7
[0037] ? 4200 彡Vh< 4400 的情況下；
[0038]V2 ^ -115. 0XTh2+515.OXTh+3796. 4
[0039] ? 4400 彡Vh< 4600 的情況下；
[0040]V2 彡-268. 4XTh2+898. 0XTh+3728. 8
[0041] ? 4600 彡Vh< 4800 的情況下；
[0042]V2 彡-352. 8XTh2+1125. 2XTh+3726. 8
[0043] ? 4800 彡Vh< 5000 的情況下；
[0044]V2 彡-568. 7XTh2+1564. 3XTh+3657. 2
[0045] ? 5000 彡Vh< 5200 的情況下；
[0046]V2 彡-434. 2XTh2+1392. 6XTh+3808. 2
[0047] ? 5200 彡Vh< 5400 的情況下；
[0048]V2 彡-576. 5XTh2+1717. 1XTh+3748. 3
[0049] ? 5400 彡Vh< 5600 的情況下；
[0050]V2 彡-602. 9XTh2+1882. 6XTh+3733. 7
[0051] ? 5600 彡Vh< 5800 的情況下；
[0052] V2 彡-576. 9XTh2+2066. 9XTh+3703. 7
[0053] ? 5800 彡Vh< 6000 的情況下；
[0054] V2 彡-627. 0XTh2+2256. 1XTh+3705. 7。
[0055] 另外，在本發明所涉及的彈性波裝置的再其它的特定的方面下，在將高階模的音 速設為V2[m/s]、將高音速膜的音速設為Vh[m/s]、將用彈性波的波長A[m]標準化的高音 速膜的膜厚設為Th(=高音速膜厚/A)時，在下述的各Vh的情況下V2和Th滿足以下的 關系式。
[0056] ?Vh< 4200 的情況下；
[0057] V2 彡 197. 8XTh2-158. 0XTh+4128. 5
[0058] ? 4200 彡Vh< 4400 的情況下；
[0059] V2 彡-119. 5XTh2+523. 8XTh+3992. 7
[0060] ? 4400 彡Vh< 4600 的情況下；
[0061] V2 彡-274. 0XTh2+908. 9XTh+3924. 2
[0062] ? 4600 彡Vh< 4800 的情況下；
[0063] V2 ^ -372. 3XTh2+1162. 9XTh+3910. 9
[0064] ? 4800 彡Vh< 5000 的情況下；
[0065] V2 彡-573. 4XTh2+1573. 9XTh+3852. 8
[0066] ? 5000 彡Vh< 5200 的情況下；
[0067] V2 ^ -443. 7XTh2+1411. 0XTh+4000. 5
[0068] ? 5200 彡Vh< 5400 的情況下；
[0069] V2 彡-557. 0XTh2+1679. 2XTh+3964. 2
[0070] ? 5400 彡Vh< 5600 的情況下；
[0071] V2 ^ -581. 0XTh2+1840. 1XTh+3951. 6
[0072] ? 5600 彡Vh< 5800 的情況下；
[0073] V2 彡-570. 7XTh2+2054. 7XTh+3908. 8
[0074] ? 5800 彡Vh< 6000 的情況下；
[0075] V2 彡-731.lXTh2+2408.OXTh+3857. 0。
[0076] 在本發明所涉及的彈性波裝置的其它特定的方面下，在所述支承基板中傳播的體 波音速慢于在所述高音速膜中傳播的體波音速。在這樣的情況下，由于基板為低音速，因此 高階模確實地向基板側泄漏。由此，能更有效果地抑制高階模的影響。
[0077] 在本發明所涉及的彈性波裝置的再其它特定的方面下，還具備第2低音速膜。第2 低音速膜層疊在所述支承基板與所述高音速膜間。另外，還具備在第2低音速膜中傳播的 體波音速比在所述壓電膜中傳播的體波音速更低速的第2低音速膜。在這樣的情況下，高 階模易于向第2低音速膜泄漏。由此，能由第2低音速膜使高階模泄漏。由此，能提高支承 基板的材料的選擇度的自由度。
[0078] 在本發明所涉及的彈性波裝置的再另外的特定的方面下，所述壓電膜由鉭酸鋰單 晶或鈮酸鋰單晶構成。在這樣的情況下，能使用離子注入法容易地形成作為壓電膜的壓電 體的薄膜。另外，通過選擇交角（cutangle)，能容易地提供給各種特性的彈性波裝置。
[0079]發明的效果
[0080] 在本發明所涉及的彈性波裝置中，由于在支承基板與壓電膜間配置高音速膜以及 低音速膜，進而在在包含高音速膜、且與高音速膜相比更靠上方的結構部分中，將主模以及 高階模的能量集中度設為上述特定的范圍，因此能有效果地將所利用的彈性波的能量封閉 在層疊壓電膜以及低音速膜的部分中。此外，能使成為雜散的高階模向高音速膜的支承基 板一側泄漏，能抑制高階模雜散。因而，能得到基于所利用的彈性波的良好的諧振特性和濾 波器特性等，并能抑制基于高階模的不期望的反應。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0081] 圖1 (a)是本發明的第1實施方式所涉及的彈性表面波裝置的示意主視截面圖，圖 1(b)是表示該電極結構的示意俯視圖。
[0082] 圖2是表示高音速膜的膜厚為0.2A的情況下的作為彈性表面波裝置的主模的SH 波即U2分量的能量分布的示意圖。
[0083] 圖3是表示高音速膜的膜厚為0.5A的情況下的作為彈性表面波裝置的主模的SH 波即U2分量的能量分布的示意圖。
[0084] 圖4是表示高音速膜的膜厚為1.(U的情況下的作為彈性表面波裝置的主模的SH 波即U2分量的能量分布的示意圖。
[0085] 圖5是表示高音速膜的膜厚為3.(U的情況下的作為彈性表面波裝置的主模的SH 波即U2分量的能量分布的示意圖。
[0086] 圖6是表示高音速膜的膜厚為0.5A的情況下的作為高階模的U2+U3分量的能量 分布的示意圖。
[0087]圖7是表示高音速膜的膜厚為1.(U的情況下的作為高階模的U2+U3分量的能量 分布的示意圖。
[0088] 圖8是表示高音速膜的膜厚為2.(U的情況下的作為高階模的U2+U3分量的能量 分布的示意圖。
[0089] 圖9是在本發明的實施方式中表示高音速膜的膜厚和彈性表面波的能量集中度 的關系的圖。
[0090] 圖10是表示高音速膜的膜厚、作為所利用的彈性波的主模的音速和高音速膜的 音速的關系的圖。
[0091] 圖11是表示高音速膜的膜厚和作為所利用的彈性波的主模的音速的關系的圖。
[0092] 圖12是表不商首速|旲的|旲厚、商階|旲的首速和所利用的商首速|旲的首速的關系 的圖。
[0093]圖13是表示高音速膜的膜厚、作為所利用的彈性波的主模和成為雜散的高階模 的音速的關系的圖。
[0094] 圖14是表不商首速|旲的|旲厚、商階|旲的首速和所利用的商首速|旲的首速的關系 的圖。
[0095]圖15是表示高音速膜的膜厚和作為所利用的彈性波的主模以及成為雜散的高階 模的音速的關系的圖。
[0096]圖16是本發明的其它實施方式的彈性表面波裝置的示意主視截面圖。
[0097] 圖17是表示主模的音速、能量集中度和高音速膜的膜厚的關系的圖。
[0098] 圖18是表示高音速膜的膜厚和主模的音速的關系的圖。
[0099] 圖19是用于說明針對圖18所示的高音速膜的膜厚和主模的音速的關系的近似式 的圖。
[0100] 圖20是表示高階模的音速、能量集中度和高音速膜的膜厚的關系的圖。
[0101] 圖21是表示高階模的音速、能量集中度和高音速膜的膜厚的關系的圖。
[0102] 圖22是表示作為本發明的第3實施方式的彈性邊界波裝置的示意主視截面圖。
[0103] 圖23是作為本發明的第4實施方式的彈性邊界波裝置的示意主視截面圖。

【具體實施方式】
[0104] 以下參考附圖來說明本發明的具體的實施方式，由此使本發明變得明了。
[0105] 圖1 (a)是作為本發明的第1實施方式的彈性表面波裝置的示意主視截面圖。
[0106] 彈性表面波裝置1具有支承基板2。在支承基板2上層疊音速相對較高的高音速 膜3。在高音速膜3上層疊音速相對較低的低音速膜4。另外，在低音速膜4上層疊壓電膜 5。在該壓電膜5的上表面層疊IDT電極6。另外，IDT電極6也可以層疊在壓電膜5的下 表面。
[0107]上述支承基板2只要能支承具有高音速膜3、低音速膜4、壓電膜5以及IDT電極6 的層疊結構即可，能由適宜的材料構成。作為這樣的材料，能使用壓電體、電介質或半導體 等。在本實施方式中，支承基板2由玻璃構成。
[0108]上述高音速膜3發揮功能，將彈性表面波封閉在層疊壓電膜5以及低音速膜4的 部分中。在本實施方式中，高音速膜3由氮化鋁構成。總之，只要能封閉上述彈性波即可， 能使用氮化鋁、氧化鋁、碳化硅、氮化硅或金剛石等的各種各樣的高音速材料。
[0109]在本實施方式中，在包含高音速膜、且比高音速膜更靠上方的結構部分中，作為所 利用的彈性波的主模的能量集中度為99. 9 %以上，且成為雜散的高階模的能量集中度為 99. 5%以下。即，作為所利用的彈性波的主模確實地被封閉在比高音速膜更靠上方的結構 部分中，另一方面，成為雜散的高階模向支承基板一側泄漏。由此，如后述那樣，能將所利用 的彈性波即主模的能量封閉在層疊壓電膜5以及低音速膜4的部分中，且能使成為雜散的 高階模向高音速膜3的支承基板2 -側泄漏。
[0110] 另外，在本說明書中，所謂高音速膜，是指該高音速膜中的體波的音速比在壓電膜 5中傳播的彈性波更高速的膜。另外，所謂低音速膜，是指該低音速膜中的體波的音速比在 壓電膜5中傳播的體波更低速的膜。決定上述體波的音速的體波的模，對應于在壓電膜5中 傳播的彈性波的使用模定義。在高音速膜3以及低音速膜4關于體波的傳播方向為各向同 性的情況下，成為下述的表1所示那樣。即，相對于下述的表1的左欄的彈性波的主模，通 過下述的表1的右欄的體波的模來決定上述高音速以及低音速。P波為縱波，S波為橫波。
[0111] 另外，在下述的表1中，U1是指以P波為主分量的彈性波，U2是指以SH波為主分 量的彈性波，U3是指以SV波為主分量的彈性波。
[0112] [表 1]
[0113] 壓電膜的彈性波模和電介質膜的體波模的對應（電介質膜為各向同性材質的情 況下）

【權利要求】
1. 一種彈性波裝置，具有壓電膜，其特征在于， 所述彈性波裝置具備： 支承基板； 形成在所述支承基板上、傳播的體波音速比在所述壓電膜中傳播的彈性波音速更高速 的高音速膜；和 形成在所述高音速膜上、傳播的體波音速比在所述壓電膜中傳播的體波音速更低速的 低音速膜； 層疊在所述低音速膜上的所述壓電膜；和 形成在所述壓電膜的一方的面上的IDT電極， 在包含高音速膜、且比高音速膜更靠上方的結構部分中，作為所利用的彈性波的主模 的能量集中度為99. 9%以上，且成為雜散的高階模的能量集中度為99. 5%以下。
2. 根據權利要求1所述的彈性波裝置，其中， 在將主模的反諧振頻率下的音速設為VI[m/s]、將高音速膜的音速設為Vh[m/s]、將用 彈性波的波長A[m]標準化的高音速膜的膜厚設為Th時，在以下的各Vh的情況下VI和Th 滿足以下的關系式，其中Th=高音速膜厚/入， ? 4200彡Vh< 4400的情況下； VI^ 125. 9XTh2-102.OXTh+3715. 0 ? 4400彡Vh< 4600的情況下； VI^ 296. 3XTh2-253.OXTh+3742. 2 ? 4600彡Vh< 4800的情況下； VI^ 506.lXTh2-391. 5XTh+3759. 2 ? 4800彡Vh< 5000的情況下； VI^ 768. 0XTh2-552. 4XTh+3776. 8 ? 5000彡Vh< 5200的情況下； VI彡 848. 5XTh2-541. 6XTh+3767. 8 ? 5200彡Vh< 5400的情況下； VI^ 1065. 2XTh2-709. 4XTh+3792. 8 ? 5400彡Vh< 5600的情況下； VI^ 1197. 1XTh2-695. 0XTh+3779. 8 ? 5600彡Vh< 5800的情況下； VI^ 1393. 8XTh2-843. 8XTh+3801. 5 ? 5800彡Vh< 6000的情況下； VI^ 1713. 7XTh2-1193. 3XTh+3896. 1 ? 6000彡Vh的情況下； VI彡 1839. 9XTh2-1028. 7XTh+3814. 1。
3. 根據權利要求2所述的彈性波裝置，其中， 在將高階模的音速設為V2[m/s]、將高音速膜的音速設為Vh[m/s]、將用彈性波的波長 入[m]標準化的高音速膜的膜厚設為Th時，在以下的各Vh的情況下V2和Th滿足以下的關 系式，其中Th=高音速膜厚/入， ? Vh< 4200的情況下； V2 彡 187. 0XTh2-137.OXTh+3919. 7 ? 4200彡Vh< 4400的情況下； V2 彡-115. 0XTh2+515.OXTh+3796. 4 ? 4400彡Vh< 4600的情況下； V2 彡-268. 4XTh2+898.OXTh+3728. 8 ? 4600彡Vh< 4800的情況下； V2 彡-352. 8XTh2+1125. 2XTh+3726. 8 ? 4800彡Vh< 5000的情況下； V2 彡-568. 7XTh2+1564. 3XTh+3657. 2 ? 5000彡Vh< 5200的情況下； V2 彡-434. 2XTh2+1392. 6XTh+3808. 2 ? 5200彡Vh< 5400的情況下； V2 ^ -576. 5XTh2+1717.lXTh+3748. 3 ? 5400彡Vh< 5600的情況下； V2 彡-602. 9XTh2+1882. 6XTh+3733. 7 ? 5600彡Vh< 5800的情況下； V2 ^ -576. 9XTh2+2066. 9XTh+3703. 7 ? 5800彡Vh< 6000的情況下； V2 彡-627. 0XTh2+2256. 1XTh+3705. 7。
4.根據權利要求2所述的彈性波裝置，其中， 在將高階模的音速設為V2[m/s]、將高音速膜的音速設為Vh[m/s]、將用彈性波的波長 入[m]標準化的高音速膜的膜厚設為Th時，以下的各Vh的情況下的V2和Th滿足以下的關 系式，其中Th=高音速膜厚/入， ? Vh< 4200的情況下； V2 ^ 197. 8XTh2-158.OXTh+4128. 5 ? 4200彡Vh< 4400的情況下； V2 ^ -119. 5XTh2+523. 8XTh+3992. 7 ? 4400彡Vh< 4600的情況下； V2 彡-274. 0XTh2+908. 9XTh+3924. 2 ? 4600彡Vh< 4800的情況下； V2 ^ -372. 3XTh2+1162. 9XTh+3910. 9 ? 4800彡Vh< 5000的情況下； V2 彡-573. 4XTh2+1573. 9XTh+3852. 8 ? 5000彡Vh< 5200的情況下； V2 ^ -443. 7XTh2+1411. 0XTh+4000. 5 ? 5200彡Vh< 5400的情況下； V2 ^ -557. 0XTh2+1679. 2XTh+3964. 2 ? 5400彡Vh< 5600的情況下； V2 ^ -581. 0XTh2+1840. 1XTh+3951. 6 ? 5600彡Vh< 5800的情況下； V2 彡-570. 7XTh2+2054. 7XTh+3908. 8 ? 5800彡Vh< 6000的情況下； V2 彡-731.lXTh2+2408.OXTh+3857. 0。
5. 根據權利要求1?4中任一項所述的彈性波裝置，其中， 在所述支承基板中傳播的體波音速慢于在所述高音速膜中傳播的體波音速。
6. 根據權利要求1?5中任一項所述的彈性波裝置，其中， 所述彈性波裝置還具備：層疊在所述支承基板與所述高音速膜間、且傳播的體波音速 比在所述壓電膜中傳播的體波音速更低速的第2低音速膜。
7. 根據權利要求1?6中任一項所述的彈性波裝置，其中， 所述壓電膜由鉭酸鋰單晶或鈮酸鋰單晶構成。
【文檔編號】H03H9/145GK104380601SQ201380032010
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2013年6月17日 優先權日:2012年6月22日
【發明者】巖本英樹, 木戶俊介 申請人:株式會社村田制作所