弹性波装置的制作方法

文档序号:25543295发布日期:2021-06-18 20:40
弹性波装置的制作方法

本发明涉及弹性波装置。



背景技术:

以往,弹性波装置被广泛用于便携电话机的滤波器等。在下述的专利文献1中公开了弹性波装置的一例。该弹性波装置在高声速支承基板上具有将低声速膜、压电膜依次层叠而成的层叠体、以及设置在压电膜上的idt电极。具有上述层叠体的弹性波装置虽然能够提高q值,但存在产生横模纹波这样的问题。

在专利文献1中,为了抑制横模纹波,将idt电极作为倾斜型的idt电极。倾斜型的idt电极是指,通过连结与一个汇流条连接的多个电极指的前端而形成的假想线即包络线和通过连结与另一个汇流条连接的多个电极指的前端而形成的假想线即包络线相对于弹性波传播方向倾斜地延伸的idt电极。

在先技术文献

专利文献

专利文献1:国际公开第2016/208236号



技术实现要素:

发明要解决的课题

但是,即便使用了倾斜型的idt电极,当与上述层叠体并用时,有时在谐振频率附近也产生纹波。

本发明的目的在于,提供一种能够抑制谐振频率附近的纹波的弹性波装置。

用于解决课题的手段

本发明的弹性波装置具备:压电性基板;以及idt电极,其设置在所述压电性基板上,所述压电性基板具有高声速层和直接或间接设置在所述高声速层上的压电体层,在所述高声速层传播的体波的声速比在所述压电体层传播的弹性波的声速高,所述idt电极具有相对置的第一汇流条及第二汇流条、一端与所述第一汇流条连接的多个第一电极指、以及一端与所述第二汇流条连接且与所述多个第一电极指相互交替插入的多个第二电极指,通过连结所述多个第一电极指的前端而形成的假想线即第一包络线相对于弹性波传播方向倾斜地延伸,通过连结所述多个第二电极指的前端而形成的假想线即第二包络线相对于弹性波传播方向倾斜地延伸,在所述压电性基板上的位于所述多个第一电极指与所述第二汇流条之间的多个第一间隙以及位于所述多个第二电极指与所述第一汇流条之间的多个第二间隙中的至少一个设置有第一电介质膜,所述第一电介质膜的密度比氧化硅的密度高。

发明效果

根据本发明,可提供能够抑制谐振频率附近的纹波的弹性波装置。

附图说明

图1是本发明的第一实施方式的弹性波装置的正面剖视图。

图2是本发明的第一实施方式的弹性波装置的俯视图。

图3是示出本发明的第一实施方式中的idt电极的第一间隙附近且示出沿图2中的i-i线的剖面的剖视图。

图4是用于说明第一实施方式的弹性波装置的idt电极的变形例的俯视图。

图5是第一比较例的弹性波装置的俯视图。

图6是示出本发明的第一实施方式及第一比较例中的阻抗特性的图。

图7是示出本发明的第一实施方式及第一比较例中的谐振频率附近的阻抗特性的图。

图8是本发明的第一实施方式的第一变形例的弹性波装置的正面剖视图。

图9是本发明的第一实施方式的第二变形例的弹性波装置的正面剖视图。

图10是本发明的第二实施方式的弹性波装置的正面剖视图。

图11是示出本发明的第二实施方式中的idt电极的第一间隙附近的剖视图。

图12是本发明的第三实施方式的弹性波装置的俯视图。

图13是示出本发明的第三实施方式中的idt电极的第一间隙附近的剖视图。

图14是示出本发明的第三实施方式及第二比较例中的阻抗特性的图。

图15是示出本发明的第三实施方式及第二比较例中的谐振频率附近的阻抗特性的图。

具体实施方式

以下,通过参照附图对本发明的具体实施方式进行说明而使本发明变得清楚。

需要说明的是,本说明书所记载的各实施方式是例示性的内容,预先指出在不同的实施方式之间能够进行结构的部分置换或组合。

图1是本发明的第一实施方式的弹性波装置的正面剖视图。

弹性波装置1具有压电性基板2。压电性基板2具有支承基板3、设置在支承基板3上的高声速膜4、设置在高声速膜4上的低声速膜5、以及设置在低声速膜5上的压电体层6。在本实施方式中,压电体层6是钽酸锂膜。更具体而言,压电体层6由50°yx-litao3构成。需要说明的是,压电体层6的切割角不限于上述,压电体层6的材料也不限定于上述。压电体层6例如也可以将铌酸锂等压电单晶、适当的压电陶瓷作为主成分。

在压电性基板2中的压电体层6上设置有idt电极7。通过向idt电极7施加交流电压而激励弹性波。在压电体层6上的idt电极7的弹性波传播方向两侧设置有一对反射器8a及反射器8b。这样,本实施方式的弹性波装置1是弹性波谐振器。不过,本发明的弹性波装置也可以是包含弹性波谐振器的梯型滤波器等滤波器装置。

低声速膜5是声速相对低的膜。更具体而言,在低声速膜5传播的体波的声速比在压电体层6传播的体波的声速低。低声速膜5将由siox表示的氧化硅作为主成分。x是任意的正值。在本实施方式中,低声速膜5是sio2膜。需要说明的是,低声速膜5的材料不限于上述,例如也能够使用将氧化硅、玻璃、氮氧化硅、氧化钽、以及向氧化硅添加了氟、碳、硼而得到的化合物作为主成分的材料。

在弹性波装置1中,本发明中的高声速层是高声速膜4。高声速层是声速相对高的层。更具体而言,在高声速层传播的体波的声速比在压电体层6传播的弹性波的声速高。在本实施方式中,作为高声速层的高声速膜4是氮化硅膜。需要说明的是,高声速膜4的材料不限于上述,例如也能够使用钽酸锂、铌酸锂、水晶等的压电体、矾土、氧化锆、堇青石、莫来石、滑石、镁橄榄石等的各种陶瓷、氮化铝、氧化铝、碳化硅、氮化硅、氮氧化硅、dlc(类金刚石碳)膜、硅、蓝宝石、金刚石、氧化镁、或者将上述各材料作为主成分的材料、将上述各材料的混合物作为主成分的材料。

在本实施方式中,支承基板3是硅基板。更具体而言,支承基板3的晶体取向是si(100)。支承基板3的欧拉角(θ,ψ)是欧拉角(0°,0°,45°)。需要说明的是,支承基板3的晶体取向及欧拉角(θ,ψ)不限于上述,支承基板3的材料也不限于上述。作为支承基板3的材料,例如也能够使用钽酸锂、铌酸锂、水晶等的压电体、矾土、氧化镁、氮化硅、氮化铝、碳化硅、氧化锆、堇青石、莫来石、滑石、镁橄榄石等的各种陶瓷、玻璃、尖晶石、氮化铝、氧化铝、碳化硅、氮化硅、氮氧化硅、dlc膜、硅、蓝宝石、金刚石、氧化镁、或者将上述各材料作为主成分的材料、将上述各材料的混合物作为主成分的材料等。

在本实施方式中,弹性波装置1具有压电性基板2,该压电性基板2包含将高声速膜4、低声速膜5及压电体层6依次层叠而成的层叠体。由此,能够将弹性波的能量有效地封入到压电体层6侧。

图2是第一实施方式的弹性波装置的俯视图。

idt电极7具有相对置的第一汇流条14及第二汇流条15。idt电极7具有一端与第一汇流条14连接的多个第一电极指16、以及一端与第二汇流条15连接的多个第二电极指17。多个第一电极指16与多个第二电极指17相互交替插入。

此外,idt电极7具有一端与第一汇流条14连接的多个第一虚设电极指18。多个第一虚设电极指18分别经由第二间隙g2而与多个第二电极指17对置。idt电极7具有一端与第二汇流条15连接的多个第二虚设电极指19。多个第二虚设电极指19分别经由第一间隙g1而与多个第一电极指16对置。

这里,通过连结多个第一电极指16的前端而形成的假想线即第一包络线a1相对于弹性波传播方向倾斜地延伸。同样地,通过连结多个第二电极指17的前端而形成的假想线即第二包络线a2相对于弹性波传播方向倾斜地延伸。这样,idt电极7是倾斜型的idt电极。第一包络线a1及第二包络线a2延伸的方向相对于弹性波传播方向倾斜的倾斜角度没有特别限定,但在本实施方式中,倾斜角度是7.5°。

在本实施方式中,多个第一间隙g1位于多个第一电极指16与多个第二虚设电极指19之间。多个第二间隙g2位于多个第二电极指17与多个第一虚设电极指18之间。多个第一间隙g1位于多个第一电极指16与第二汇流条15之间即可,多个第二间隙g2位于多个第二电极指17与第一汇流条14之间即可。

idt电极7由从压电性基板2侧将ti层、al层及ti层依次层叠而成的层叠金属膜构成。在本实施方式中,反射器8a及反射器8b也由与idt电极7同样的层叠金属膜构成。需要说明的是,idt电极7、反射器8a及反射器8b的材料及金属层的层数不限于上述。或者,idt电极7、反射器8a及反射器8b也可以由单层的金属膜构成。

图3是示出第一实施方式中的idt电极的第一间隙附近且示出沿图2中的i-i线的剖面的剖视图。

在压电性基板2上的多个第一间隙g1设置有第一电介质膜9a。更具体而言,多个第一电介质膜9a分别设置为到达多个第一间隙g1的整体。多个第一电介质膜9a到达第一电极指16上及第二虚设电极指19上。第一电介质膜9a在第一电极指16上的前端附近、第一间隙g1及第二虚设电极指19上的前端附近连续地设置。需要说明的是,第一电介质膜9a设置在第一间隙g1的至少一部分即可。

同样地,多个第一电介质膜9b分别设置为到达多个第二间隙g2的整体。多个第一电介质膜9b到达第二电极指17上及第一虚设电极指18上。更具体而言,第一电介质膜9b在第二电极指17上的前端附近、第二间隙g2及第一虚设电极指18上的前端附近连续地设置。需要说明的是,第一电介质膜9b设置在第二间隙g2的至少一部分即可。

需要说明的是,也可以不设置第一虚设电极指18及第二虚设电极指19。即,也可以如图4所示的idt电极7的变形例那样不设置第一虚设电极指18及第二虚设电极指19。这里,多个第一电介质膜9a设置为,从第一电极指16上经由第一电极指16与第二汇流条15之间的间隙而到达第二汇流条15上。同样地,第二电介质膜9b设置为,从第二电极指17上经由第二电极指17与第一汇流条14之间的间隙而到达第一汇流条14上。

在本实施方式中,第一电介质膜9a设置在全部的第一间隙g1中,第一电介质膜9b设置在全部的第二间隙g2中。需要说明的是,第一电介质膜9a及第一电介质膜9b也可以不必设置在全部的第一间隙g1及第二间隙g2中。第一电介质膜9a或第一电介质膜9b设置在多个第一间隙g1及多个第二间隙g2中的至少一个即可。

在本实施方式中,第一电介质膜9a及第一电介质膜9b是五氧化钽膜。需要说明的是,不限于此,第一电介质膜9a及第一电介质膜9b的密度比氧化硅的密度高即可。需要说明的是,在本说明书中,作为密度的比较对象的氧化硅是sio2。另外,本说明书中的氧化硅的密度是2.21×103[kg/m3]。作为构成第一电介质膜9a及第一电介质膜9b的电介质,例如也能够使用氧化铪、氧化钍、氮化铌。

本实施方式的特征在于具有以下的结构。1)具有压电性基板2和设置在压电性基板2上的倾斜型的idt电极7,该压电性基板2包含将高声速膜4、低声速膜5及压电体层6依次层叠而成的层叠体。2)在idt电极7的多个第一间隙g1及多个第二间隙g2中设置有密度比氧化硅高的多个第一电介质膜9a及多个第一电介质膜9b。由此,能够抑制谐振频率附近的纹波。以下,通过比较本实施方式与比较例而对此进行说明。

需要说明的是,如图5所示,第一比较例的弹性波装置101除了不具有第一实施方式中的第一电介质膜9a及第一电介质膜9b这一点以外,具有与第一实施方式的弹性波装置1同样的结构。

制作出具有第一实施方式的结构的弹性波装置及第一比较例的弹性波装置。这里,具有第一实施方式的结构的弹性波装置及第一比较例的弹性波装置的条件如下。需要说明的是,后述的波长是由idt电极的电极指间距规定的波长。在沿弹性波传播方向观察idt电极时,将相邻的电极指重叠的区域设为idt电极的交叉区域,将沿着电极指延伸的方向的交叉区域的长度设为交叉宽度。将沿着电极指延伸的方向的第一间隙的长度设为第一间隙宽度,将沿着电极指延伸的方向的第二间隙的长度设为第二间隙宽度。

压电体层:材料50°yx-litao3,膜厚600nm

低声速膜:材料氧化硅(sio2),膜厚673nm

高声速膜:材料氮化硅(sin),膜厚900nm

支承基板:材料硅(si),晶体取向si(100),欧拉角(0°,0°,45°)

idt电极的各金属层的膜厚:压电体层侧的ti层的膜厚12nm,al层的膜厚100nm,ti层的膜厚4nm

波长:2μm

交叉宽度:30μm

idt电极的电极指的对数:100对

倾斜角度:7.5°

第一间隙宽度及第二间隙宽度:0.27μm

构成第一实施方式的结构的弹性波装置的第一电介质膜的条件如下。

第一电介质膜:材料;五氧化钽(ta2o5),密度8.47×103[kg/m3],膜厚30nm

下述的图6及图7示出各弹性波装置的阻抗特性。

图6是示出第一实施方式及第一比较例中的阻抗特性的图。图7是示出第一实施方式及第一比较例中的谐振频率附近的阻抗特性的图。在图6及图7中,实线示出第一实施方式的结果,虚线示出第一比较例的结果。

在第一实施方式及第一比较例中使用了倾斜型的idt电极,因此,如图6所示,谐振频率与反谐振频率之间的纹波得以抑制。但是,如图6及图7的箭头b所示,可知在第一比较例中,在谐振频率附近产生纹波。与此相对,可知在第一实施方式中,未产生谐振频率附近的纹波。这样,在第一实施方式中,能够抑制谐振频率与反谐振频率之间的纹波,此外还能够抑制谐振频率附近的纹波。

在第一比较例中,通过具有与第一实施方式同样的压电性基板2,弹性波装置也容易将成为纹波的原因的不需要波与用作主模式的弹性波一起封入到压电体层侧。此外,第一电极指16与第二虚设电极指19隔开第一间隙g1成为不连续。因此,设置有idt电极7的区域中的声速在第一间隙g1附近具有不连续性。同样地,设置有idt电极7的区域中的声速在第二间隙g2附近也具有不连续性。第一比较例的纹波被认为是由封入到倾斜型的idt电极7的第一间隙g1附近及第二间隙g2附近的模式引起的。

与此相对,在第一实施方式中,如图2所示,在第一间隙g1中设置有第一电介质膜9a。此外,第一电介质膜9a的密度比氧化硅的密度高。由此,能够使第一电介质膜9a的密度有效地接近idt电极7的密度,或者能够使第一电介质膜9a的密度大于idt电极7的密度。由此,能够使第一间隙g1中的质量附加的状态有效地接近设置有第一电极指16及第二虚设电极指19的部分中的质量附加的状态。因此,能够使配置有第一间隙g1的区域中的声速有效地接近设置有第一电极指16的区域及设置有第二虚设电极指19的区域中的声速。因此,能够减小第一间隙g1中的第一电极指16与第二虚设电极指19的不连续性。

同样地,通过在第二间隙g2中设置第一电介质膜9b,能够减小第二间隙g2中的第二电极指17与第一虚设电极指18的不连续性。因此,能够抑制第一间隙g1及第二间隙g2中的模式的封入。因此,能够抑制谐振频率附近的纹波。

第一电介质膜9a及第一电介质膜9b的密度优选为idt电极7的材料的密度以上。在该情况下,能够使第一间隙g1中的质量附加的状态更加可靠地接近设置有第一电极指16及第二虚设电极指19的部分中的质量附加的状态。尤其是在第一电介质膜9a及第一电介质膜9b的密度大于idt电极7的密度的情况下,即便使第一电介质膜9a的膜厚比idt电极7的膜厚薄,也能够使第一间隙g1中的质量附加的状态有效地接近设置有第一电极指16及第二虚设电极指19的部分中的质量附加的状态。同样地,能够使第二间隙g2中的质量附加的状态更加可靠地接近设置有第二电极指17及第一虚设电极指18的部分中的质量附加的状态。因此,能够更加可靠地抑制第一间隙g1及第二间隙g2中的模式的封入,能够更加可靠地抑制谐振频率附近的纹波。

在idt电极7由层叠金属膜构成的情况下,对层叠金属膜的平均密度与第一电介质膜9a及第一电介质膜9b的密度进行比较即可。层叠金属膜的平均密度如下那样计算即可。在层叠金属膜的各金属层中,计算用金属层的膜厚除以层叠金属膜整体的膜厚而得到的值,即金属层的膜厚比率。接着,在各金属层中,计算膜厚比率与密度之积。接着,将全部金属层中的上述积相加。

需要说明的是,第一电介质膜9a及第一电介质膜9b的密度优选为第一电极指16及第二电极指17的密度以上。由此,即便在构成第一电极指16及第二电极指17的金属层与构成第一汇流条14及第二汇流条15的金属层不同的情况下,也能够更加可靠地减小第一间隙g1及第二间隙g2中的上述不连续性。

第一电介质膜9a优选设置为到达第一间隙g1的整体。由此,能够更进一步减小第一电极指16与第二虚设电极指19的不连续性。同样地,第一电介质膜9b优选设置为到达第二间隙g2的整体。由此,能够更进一步减小第二电极指17与第一虚设电极指18的不连续性。因此,能够更进一步抑制谐振频率附近的纹波。

此外,第一电介质膜9a更优选到达第一间隙g1的整体,并且到达第一电极指16上及第二虚设电极指19上。同样地,第一电介质膜9b更优选到达第二间隙g2的整体,并且到达第二电极指17上及第一虚设电极指18上。由此,在制造弹性波装置1时,即便在第一电介质膜9a产生错位的情况下,也能够将第一电介质膜9a更加可靠地配置为到达第一间隙g1的整体。同样地,能够将第一电介质膜9b更加可靠地配置为到达第二间隙g2的整体。因此,能够更加可靠且更进一步抑制谐振频率附近的纹波。

第一实施方式的压电性基板2是将支承基板3、高声速膜4、低声速膜5及压电体层6依次层叠而成的层叠体,但不限于此。以下,示出压电性基板以外具有与第一实施方式同样的结构的第一实施方式的第一变形例及第二变形例。在第一变形例及第二变形例中,也能够与第一实施方式同样地抑制谐振频率附近的纹波。

图8所示的第一变形例中的压电性基板22具有高声速支承基板23、设置在高声速支承基板23上的低声速膜5、以及设置在低声速膜5上的压电体层6。在本变形例中,本发明中的高声速层是高声速支承基板23。压电体层6经由低声速膜5间接地设置在高声速支承基板23上。

高声速支承基板23是硅基板。需要说明的是,高声速支承基板23的材料不限于上述,也能够使用氧化铝、碳化硅、氮化硅、氮氧化硅、硅、蓝宝石、钽酸锂、铌酸锂、水晶、矾土、氧化锆、堇青石、莫来石、滑石、镁橄榄石、氧化镁、dlc或金刚石等、或者将上述材料作为主成分的介质。

本变形例的弹性波装置具有压电性基板22,该压电性基板22是将高声速支承基板23、低声速膜5及压电体层6依次层叠而成的层叠体,因此,能够与第一实施方式同样地将弹性波的能量封入到压电体层6侧。

图9所示的第二变形例中的压电性基板24具有高声速支承基板23和直接设置在高声速支承基板23上的压电体层6。在本变形例中,也能够与第一实施方式同样地将弹性波的能量封入到压电体层6侧。

图10是第二实施方式的弹性波装置的正面剖视图。图11是示出第二实施方式中的idt电极的第一间隙附近的剖视图。需要说明的是,图11示出与沿图2中的i-i线的部分相当的剖面。

如图10及图11所示,本实施方式与第一实施方式的不同点在于,在压电性基板2上设置有第二电介质膜39,使得覆盖idt电极7、第一电介质膜9a及第一电介质膜9b。除了上述点以外,本实施方式的弹性波装置具有与第一实施方式的弹性波装置1同样的结构。

第二电介质膜39没有特别限定,但在本实施方式中是氧化硅膜。更具体而言,第二电介质膜39是sio2膜。第二电介质膜39例如能够用作保护膜。由此,idt电极7难以破损。

在本实施方式中也与第一实施方式同样地,在第一间隙g1中设置有第一电介质膜9a,在第二间隙g2中设置有第一电介质膜9b。由此,能够抑制谐振频率附近的纹波。

图12是第三实施方式的弹性波装置的俯视图。图13是示出第三实施方式中的idt电极的第一间隙附近的剖视图。需要说明的是,在图12中省略了第二电介质膜。图13示出与沿图2中的i-i线的部分相当的剖面。

如图12及图13所示,本实施方式与第一实施方式的不同点在于,第一电介质膜9a到达第一电极指16及第二虚设电极指19与压电性基板2之间。更具体而言,第一电介质膜9a到达第一电极指16与压电性基板2之间,并且到达第二虚设电极指19与压电性基板2之间。此外,本实施方式与第一实施方式的不同点还在于,第一电介质膜9b到达第二电极指17及第一虚设电极指18与压电性基板2之间。除了上述点以外,本实施方式的弹性波装置具有与第二实施方式的弹性波装置同样的结构。

如图13所示,在本实施方式中,在压电性基板2上也设置有第二电介质膜39,使得覆盖idt电极7、第一电介质膜9a及第一电介质膜9b。

这里,制作出具有第三实施方式的结构的弹性波装置及第二比较例的弹性波装置。需要说明的是,第二比较例的弹性波装置除了未设置第一电介质膜9a及第一电介质膜9b这一点以外,具有与第三实施方式同样的结构。

具有第三实施方式的结构的弹性波装置及第二比较例的弹性波装置的条件如下。

压电体层:材料50°yx-litao3,膜厚600nm

低声速膜:材料氧化硅(sio2),膜厚673nm

高声速膜:材料氮化硅(sin),膜厚900nm

支承基板:材料硅(si),晶体取向si(100),欧拉角(0°,0°,45°)

idt电极的各金属层的膜厚:压电体层侧的ti层的膜厚12nm,al层的膜厚100nm,ti层的膜厚4nm

波长:2μm

交叉宽度:30μm

idt电极的电极指的对数:100对

倾斜角度:7.5°

第一间隙宽度及第二间隙宽度:0.27μm

第二电介质膜:材料sio2,膜厚35nm

具有第三实施方式的结构的弹性波装置的第一电介质膜的条件如下。

第一电介质膜:材料五氧化钽(ta2o5),膜厚30nm

下述的图14及图15示出各弹性波装置的阻抗特性。

图14是示出第三实施方式及第二比较例中的阻抗特性的图。图15是示出第三实施方式及第二比较例中的谐振频率附近的阻抗特性的图。在图14及图15中,实线示出第三实施方式的结果,虚线示出第二比较例的结果。

如图14及图15的箭头c所示,可知在第二比较例中,在谐振频率附近产生纹波。与此相对,可知在第三实施方式中,未产生谐振频率附近的纹波。这样,在第三实施方式中,能够抑制谐振频率附近的纹波。另外,在制造第三实施方式的弹性波装置时,即便在第一电介质膜9a产生错位的情况下,也能够将第一电介质膜9a更加可靠地配置为到达第一间隙g1的整体。同样地,能够将第一电介质膜9b更加可靠地配置为到达第二间隙g2的整体。因此,能够更加可靠且更加有效地抑制谐振频率附近的纹波。

此外,如图14所示,在第三实施方式及第二比较例中,谐振频率为相同程度。另一方面,可知第三实施方式的反谐振频率位于比第二比较例的反谐振频率靠高频侧的位置。在第三实施方式中,图12所示的第一电介质膜9a到达第一电极指16及第二虚设电极指19与压电性基板2之间,第一电介质膜9b到达第二电极指17及第一虚设电极指18与压电性基板2之间。由此,能够扩宽相对带宽。

附图标记说明

1…弹性波装置;

2…压电性基板;

3…支承基板;

4…高声速膜;

5…低声速膜;

6…压电体层;

7…idt电极;

8a、8b…反射器;

9a、9b…第一电介质膜;

14、15…第一汇流条、第二汇流条;

16、17…第一电极指、第二电极指;

18、19…第一虚设电极指、第二虚设电极指;22…压电性基板;

23…高声速支承基板;

24…压电性基板;

39…第二电介质膜;

101…弹性波装置。

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