高阶模式弹性表面波器件

1.本发明涉及一种高阶模式弹性表面波(saw；surfaceacousticwave，表面声波)器件，其提供了成为基阶模式的泛音的高阶模式的利用。


背景技术：

2.近年来，主要在智能手机等使用的从700mhz到3ghz的频带存在近80个频段，非常地拥塞。作为其对策，下一代无线通信系统的第5代移动通信系统(5g)计划利用3.6ghz至4.9ghz的频带，进一步地，其接下来的一代还计划使用6ghz以上的频带。
3.对于这些计划，作为代表性的弹性波器件的弹性表面波器件由于功率承受及制造技术的限制，不能减小叉指电极(idt；interdigitaltransducer，叉指换能器)的周期(λ)，对高频化有限制。图1(a)和(b)中，作为现有的saw器件的一个示例，示出如下结构的平面图及截面图：该结构将litao3晶体的42
°
旋转y板用于压电基板，用al形成x方向传播的叉指电极52。图1(b)的截面图示出图1(a)的平面图中沿切割线i
‑
i的截面。
4.图1(c)中示出叉指电极52的周期为1.2μm时得到的阻抗的频率特性。其共振频率约为3.2ghz，相对带宽为3.8％，阻抗比为65db。此外，虽然在如17.2ghz的高阶模式可见小的响应，但它不是可使用的级别。即使将叉指电极52的周期微细化到1μm，其共振频率也为约3.8ghz，如此，现有的saw器件中，不能覆盖5g以后(当然包括5g)所需要的频带。
5.在此，专利文献1中，公开以如下方式制成的弹性表面波器件：通过将金属化率为0.45以下的、比al重的pt、cu、mo、ni、ta、w等的电极嵌入欧拉角(0
°
，80～130
°
，0
°
)的linbo3基板从而激励洛夫波的基阶模式，得到宽的带宽。此外，非专利文献1中，公开以如下方式制成的弹性表面波器件：在42
°
旋转y板的litao3基板嵌入0.1波长以下的cu电极，在其上形成al电极，在基阶模式下进行激励可得到高的q值。另一方面，研究了使用aln、scaln的压电薄膜来作为具有1.9ghz的频带的弹性波滤波器的体弹性波器件(fbar；filmbulkacousticresonator，薄膜体声波共振器)(例如，参见非专利文献2)。
6.现有技术文献
7.专利文献
8.专利文献1：国际公开第2014/054580号。
9.非专利文献
10.非专利文献1：t.kimura,m.kadota,andy.ida,“highqsawresonatorusingupper
‑
electrodesongrooved
‑
electrodeinlitao3“,proc.ieeemicrowavesymp.(ims),p.1740,2010.
11.非专利文献2：keiichiumedaetal.,“piezoelectricpropertiesofscalnthinfilmsforpirzo
‑
memsdevices”,mems2013,taipei,中国台湾january20
‑
24,2013.


技术实现要素：

12.发明要解决的问题
13.但是，专利文献1、非专利文献1记载的技术，用于电极的金属重，金属化率也小，在5g以后谋求的3.6ghz以上的高频带不能得到充分的性能。非专利文献2记载的体弹性波器件由于压电薄膜为多晶薄膜，因此在1.9ghz 时只能得到55db的阻抗比，超高频下的衰减大，难以实现良好的特性。此外，fbar的频率取决于薄膜的声速/(2
×
薄膜的厚度)，为了提高频率，必须使薄膜的厚度极端地薄。现行的fbar由于具有自我支撑的压电薄膜，因此在其变得极端地薄的超高频带不能保持机械强度。
14.本发明着眼于这样的课题，目的在于提供一种高阶模式弹性表面波器件，其即使在3.8ghz以上的高频带也能得到良好的特性，并且可保持充分的机械强度。
15.用于解决问题的手段
16.为了达成上述目的，本发明所涉及的高阶模式弹性表面波器件包括包含 litao3晶体或linbo3晶体的压电基板、被嵌入压电基板的表面的叉指电极，且利用了高阶模式的弹性表面波。
17.高阶模式弹性表面波器件通过在压电基板的表面嵌入叉指电极，从而可激励saw的高阶模式(1阶模式、2阶模式、3阶模式等)，可得到具有大的阻抗比的高阶模式。高阶模式弹性表面波器件通过利用其高阶模式，可谋求高频化，即使在3.8ghz以上的高频带下也可得到良好的特性。此外，通过利用高阶模式，即使在3.8ghz以上的高频带下也不需要对压电基板进行超薄板化或减小叉指电极的周期，可保持充分的机械强度。另外，压电基板中也包含压电薄膜、或压电薄板。
18.在高阶模式弹性表面波器件中，叉指电极可从压电基板的表面突出而形成。即使这种情况下也可得到具有大的阻抗比的高阶模式。
19.高阶模式弹性表面波器件可具有被设置为与压电基板接触的薄膜或基板。此外，也可以具有支持基板和/或多层膜，该支持基板和/或多层膜被设置为与压电基板中设置有叉指电极的表面相反侧的面接触。具有支持基板时，支持基板可由金属以外的材料构成。此外，支持基板可由si、水晶、蓝宝石、玻璃、石英、锗和氧化铝中的至少一种构成。此外，具有多层膜时，多层膜可由将声阻抗不同的多个层层叠而形成的声多层膜构成。这种情况下也可得到具有大的阻抗比的高阶模式。
20.关于所涉及的高阶模式弹性表面波器件，叉指电极的金属化率优选为 0.45以上且0.9以下，更优选为0.63以上。这种情况下，可得到具有更大阻抗比的高阶模式。此外，也可扩大带宽。
21.此外，为了得到具有更大阻抗比的高阶模式，高阶模式弹性表面波器件也可为以下的结构。即，压电基板也可由litao3晶体构成，叉指电极由ti、 al和mg合金中的至少一种构成。这种情况下，叉指电极优选从压电基板的表面嵌入到弹性表面波的波长/金属化率在0.075～0.3(波长/金属化率为0.5 时，为0.15～0.6)的范围的深度，更优选嵌入到弹性表面波的波长/金属化率在0.115～0.3(波长/金属化率为0.5时，为0.23～0.6)的范围的深度。在此，在嵌入的电极的截面相对于基板表面不垂直的情况下，将金属化率和电极宽度设为实效的金属化率和电极宽度。以下也相同。
22.此外，压电基板可由litao3晶体构成，叉指电极由ag、mo、cu和ni 中的至少一种构
成。这种情况下，叉指电极优选从压电基板的表面嵌入到弹性表面波的波长/金属化率在0.08～0.3(波长/金属化率为0.5时，为0.16～0.6) 的范围的深度，更优选嵌入到弹性表面波的波长/金属化率在0.09～0.3(波长/金属化率为0.5时，为0.18～0.6)的范围的深度。
23.此外，压电基板可由litao3晶体构成，叉指电极由pt、au、w、ta和 hf中的至少一种构成。这种情况下，叉指电极优选从压电基板的表面嵌入到弹性表面波的波长/金属化率在0.08～0.3(波长/金属化率为0.5时，为 0.16～0.6)的范围的深度，更优选嵌入到弹性表面波的波长/金属化率在 0.125～0.3(波长/金属化率为0.5时，为0.25～0.6)的范围的深度。
24.此外，压电基板可由linbo3晶体构成，叉指电极由ti、al和mg合金中的至少一种构成。这种情况下，叉指电极优选从压电基板的表面嵌入到弹性表面波的波长/金属化率为0.07～0.3(波长/金属化率为0.5时，为0.14～0.6) 的深度，更优选嵌入到弹性表面波的波长/金属化率为0.105～0.3(波长/金属化率为0.5时，为0.21～0.6)的深度。
25.此外，压电基板可由linbo3晶体构成，叉指电极可由ag、mo、cu和 ni中的至少一种构成。这种情况下，叉指电极优选从压电基板的表面嵌入到弹性表面波的波长/金属化率为0.065～0.3(波长/金属化率为0.5时，为 0.13～0.6波长)的深度，更优选嵌入到弹性表面波的波长/金属化率为0.09～0.3 (波长/金属化率为0.5时，为0.18～0.6波长)的深度。
26.此外，压电基板可由linbo3晶体构成，叉指电极由pt、au、w、ta和 hf中的至少一种构成。这种情况下，叉指电极优选从压电基板的表面嵌入到弹性表面波的波长/金属化率为0.075～0.3(波长/金属化率为0.5时，为 0.15～0.6)的深度，更优选嵌入到弹性表面波的波长/金属化率为0.115～0.3 (波长/金属化率为0.5时，为0.23～0.6波长)的深度。
27.此外，压电基板由litao3晶体构成，优选欧拉角在(0
°±
20
°
，112
°
～140
°
，0
°±5°
)的范围或为与其在晶体学上等价的欧拉角，进一步地，更优选欧拉角在(0
°±
10
°
，120
°
～132
°
，0
°±5°
)的范围或为与其在晶体学上等价的欧拉角。
28.此外，压电基板由linbo3晶体构成，优选欧拉角在(0
°±
25
°
，78
°
～153
°
，0
°±5°
)的范围或为与其在晶体学上等价的欧拉角，进一步地，更优选欧拉角在(0
°±
20
°
，87
°
～143
°
，0
°±5°
)的范围或为与其在晶体学上等价的欧拉角。
29.在此，欧拉角(φ，θ，ψ)为右手系，表示压电基板的切割面和弹性表面波的传播方向。即，对于构成压电基板的晶体、litao3或linbo3的晶体轴x、y、z，将z轴作为旋转轴使x轴逆时针转动进行旋转，得到x’轴。接着，将该x’轴作为旋转轴，将z轴以逆时针转动进行θ旋转，得到z’轴。此时，将z’轴作为法线，将包含x’轴的面作为压电基板的切割面。此外，将z’轴作为旋转轴，将x’轴以逆时针转动进行ψ旋转的方向作为弹性表面波的传播方向。此外，将通过这些旋转而y轴移动得到的与x’轴和z’轴垂直的轴作为y’轴。
30.通过如此定义欧拉角，例如40
°
旋转y板的x方向传播以欧拉角(0
°
， 130
°
，0
°
)表示，40
°
旋转y板的90
°
x方向传播以欧拉角表示为(0
°
， 130
°
，90
°
)。另外，以期望的欧拉角切割出压电基板时，可能对于欧拉角的各个分量，最大发生
±
0.5
°
左右的误差。关于叉指电极的形状，可能相对于传播方向ψ，产生
±3°
左右的误差。关于弹性波的特性，(φ，θ，ψ) 的欧拉角中，对于φ、ψ，几乎没有因
±5°
左右的偏差导致的特性差。
31.也可包含支持基板、薄膜和多层膜中的至少一种，该支持基板、薄膜和多层膜被设置为与压电基板中设置有叉指电极的表面相反侧的面接触，支持基板的横波声速或等价的横波声速在2000～3000m/s或6000～8000m/s的范围，压电基板的厚度可在0.2波长至20波
长的范围。
32.也可包含支持基板、薄膜和多层膜中的至少一种，该支持基板、薄膜和多层膜被设置为与压电基板中设置有叉指电极的表面相反侧的面接触，支持基板的横波声速或等价的横波声速在3000～6000m/s的范围，压电基板的厚度可在从2波长至20波长的范围。
33.也可包含支持基板、薄膜和多层膜中的至少一种，该支持基板、薄膜和多层膜被设置为与压电基板中设置有叉指电极的表面相反侧的面接触，支持基板的线膨胀系数为10.4
×
10
‑6/℃以下，将α作为线膨胀系数，支持基板/压电基板的厚度的比tr可为下述(1)式规定的tr的值以上。
34.tr＝α
×
0.55
×
106+2.18(1)
35.发明效果
36.根据本发明，可提供一种高阶模式弹性表面波器件，该高阶模式弹性表面波器件即使在3.8ghz以上的高频带也可得到良好的特性，并且可保持充分的机械强度。
附图说明
37.[图1]，图1(a)为示出现有的弹性表面波器件[al叉指电极/42
°
旋转y板x方向传播litao3晶体]的平面图，图1(b)为截面图，图1(c)为示出图1(a)和图1(b)的弹性表面波器件的阻抗的频率特性的图表。
[0038]
[图2]，图2(a)为本实施方式的高阶模式弹性表面波器件，图2(b)为具有图2(a)的薄膜的变形例，图2(c)为图2(a)的叉指电极突出的变形例，图2(d)为具有图2(a)的支持基板的变形例，图2(e)为图2(d)的叉指电极突出的变形例，图2(f)为示出在图2(d)的压电基板与支持基板之间具有多层膜的变形例的截面图。
[0039]
[图3]，在图2(a)至图2(f)所示出的高阶模式弹性表面波器件中被嵌入的电极的侧面相对于基板表面不垂直的情况下的截面图。
[0040]
[图4]，对于图2(a)所示出的高阶模式弹性表面波器件[al电极/(0
°
，126.5
°
，0
°
)litao3晶体基板]，图4(a)为示出叉指电极的金属化率为0.5时的阻抗的频率特性的图表，图4(b)为放大了图4(a)的1阶模式的共振频率附近的图表，图4(c)为示出1阶模式的共振频率中的位移分布的图表，图4(d)为示出叉指电极的金属化率为0.7时1阶模式的阻抗的频率特性的图表。
[0041]
[图5]，为对于图2(c)所示出的高阶模式弹性表面波器件[al电极(金属化率为0.5)/(0
°
，126.5
°
，0
°
)litao3晶体基板]示出阻抗的频率特性的图表。
[0042]
[图6]，对于图2(d)所示出的高阶模式弹性表面波器件[al电极(金属化率为0.5)/(0
°
，126.5
°
，0
°
)litao3晶体基板/支持基板]，图6(a)为示出支持基板由si基板构成时的阻抗的频率特性的图表，图6(b)为示出支持基板由水晶基板构成时的阻抗的频率特性的图表。
[0043]
[图7]，为对于图2(f)所示出的高阶模式弹性表面波器件[al电极(金属化率为0.5)/(0
°
，126.5
°
，0
°
)litao3晶体基板]示出1阶模式的阻抗的频率特性的图表。
[0044]
[图8]，对于图2(a)所示出的高阶模式弹性表面波器件[al电极(金属化率为0.5)/(0
°
，116
°
，0
°
)linbo3晶体基板]，图8(a)为示出阻抗的频率特性的图表，图8(b)为放大了图8(a)的1阶模式的共振频率附近的图表。
[0045]
[图9]，为对于图2(a)所示出的高阶模式弹性表面波器件[cu电极(金属化率为0.5)/(0
°
，116
°
，0
°
)linbo3晶体基板]示出阻抗的频率特性的图表。
[0046]
[图10]，对于图2(a)所示出的高阶模式弹性表面波器件[叉指电极(金属化率为0.5)/(0
°
，126.5
°
，0
°
)litao3晶体基板]，叉指电极为al电极、cu电极和au电极，图10(a)为示出各电极的厚度与1阶模式的相对带宽的关系的图表，图10(b)为示出各电极的厚度与1阶模式的阻抗比的关系的图表。
[0047]
[图11]，对于图2(a)所示出的高阶模式弹性表面波器件[al电极(金属化率为0.5)/(0
°
，θ，0
°
)litao3晶体基板]，图11(a)为示出θ与 1阶模式的相对带宽的关系的图表、图11(b)为示出θ与1阶模式的阻抗比的关系的图表。
[0048]
[图12]，对于图2(a)所示出的高阶模式弹性表面波器件[al电极(金属化率为0.5)/(0
°
，θ，0
°
)litao3晶体基板]，图12为示出(φ，126.5
°
， 0
°
)litao3晶体基板中φ与1阶模式的阻抗比的关系的图表。
[0049]
[图13]，对于图2(a)所示出的高阶模式弹性表面波器件[叉指电极(金属化率为0.5)/(0
°
，116
°
，0
°
)linbo3晶体基板]，叉指电极为al电极、cu电极和au电极，图13(a)为示出各电极的厚度与1阶模式的相对带宽的关系的图表，图13(b)为示出各电极的厚度与1阶模式的阻抗比的关系的图表。
[0050]
[图14]，对于图2(a)所示出的高阶模式弹性表面波器件[al电极(金属化率为0.5)/(0
°
，θ，0
°
)linbo3晶体基板]，图14(a)为示出θ与1阶模式的相对带宽的关系的图表，图14(b)为示出θ与1阶模式的阻抗比的关系的图表。
[0051]
[图15]，对于图2(a)所示出的高阶模式弹性表面波器件[al电极(金属化率为0.5)/(φ，θ，0
°
)linbo3晶体基板]，图15为示出(φ，116
°
， 0
°
)linbo3晶体基板中φ与1阶模式的阻抗比的关系的图表。
[0052]
[图16]，对于图2(a)所示出的高阶模式弹性表面波器件[al电极/(0
°
， 126.5
°
，0
°
)litao3晶体基板]，图16(a)为示出al电极的金属化率与1 阶模式的相位速度的关系的图表，图16(b)为示出al电极的金属化率与1 阶模式的阻抗比的关系的图表。
[0053]
[图17]，为示出图2(a)所示出的高阶模式弹性表面波器件[al电极(金属化率为0.85)/(0
°
，126.5
°
，0
°
)litao3晶体基板]的阻抗的频率特性的图表。
[0054]
[图18]，对于图17所示出的高阶模式弹性表面波器件，图18(a)为示出叉指电极的厚度与0阶～3阶模式的相位速度的关系的图表，图18(b)为示出叉指电极的厚度与0阶～3阶模式的阻抗比的关系的图表。
[0055]
[图19]，对于图2(d)所示出的高阶模式弹性表面波器件[槽深度0.2λ的cu电极(金属化率为0.5)/(0
°
，126.5
°
，0
°
)litao3晶体基板/支持基板]，示出支持基板由c向蓝宝石、si、水晶、pyrex(注册商标)玻璃、铅玻璃构成时的1阶模式的阻抗比对litao3晶体基板厚度依存性的图表。
[0056]
[图20]，对于图2(d)所示出的高阶模式弹性表面波器件[槽深度0.23λ的cu电极(金属化率为0.5)/(0
°
，116
°
，0
°
)linbo3晶体基板/支持基板]，示出支持基板由c向蓝宝石、si、水晶、pyrex玻璃、铅玻璃形成时的1阶模式的阻抗比对linbo3晶体基板厚度依存性的图表。
[0057]
[图21]，对于图2(d)所示出的高阶模式弹性表面波器件[槽深度0.3λ的al电极(金
属化率为0.5)/(0
°
，126.5
°
，0
°
)litao3晶体基板和(0
°
， 116
°
，0
°
)linbo3晶体基板/支持基板]的频率温度系数，示出与每个支持基板的线膨胀系数下litao3晶体基板和linbo3晶体基板的厚度依存性的图表。
具体实施方式
[0058]
以下，参照附图，对本发明的实施方式进行说明。图2至图21涉及本发明的实施方式的高阶模式弹性表面波器件。如图2(a)所示，高阶模式弹性表面波器件10利用高阶模式的弹性表面波(saw)，具有压电基板11和叉指电极(idt)12。
[0059]
压电基板11由litao3晶体或linbo3晶体构成。叉指电极12被嵌入压电基板11的表面。另外，叉指电极12的上表面也可在与压电基板11的表面的同一平面上或较该平面更靠下，也可从压电基板11的表面突出。以下，电极厚度是指被嵌入槽的电极厚度。
[0060]
如图2(b)所示，高阶模式弹性表面波器件10可具有薄膜13，该薄膜 13被设置为覆盖叉指电极12的间隙的压电基板11的表面。薄膜13例如为 sio2薄膜。叉指电极12的上表面与薄膜13的表面在同一平面上。此外，如图2(a)所示，高阶模式弹性表面波器件10的叉指电极12可与压电基板 11的表面相同，也可在其下。如图2(c)所示出的，叉指电极12也可被设置为从压电基板11的表面突出。
[0061]
此外，如图2(d)所示，高阶模式弹性表面波器件10具有支持基板14，压电基板11由厚度小的薄板构成，支持基板14可被设置为与压电基板11 中设置有叉指电极12的表面相反侧的面接触。支持基板14为例如si基板、水晶基板、蓝宝石基板、玻璃基板、石英基板、锗基板或氧化铝基板等半导体或绝缘基板。此外，除图2(d)的结构以外，还可如图2(b)那样，在压电基板11的表面形成薄膜13。此外，除图2(d)的结构以外，还如图2 (e)所示那样，高阶模式弹性表面波器件10如图2(c)那样可被设置为叉指电极12从压电基板11的表面突出。
[0062]
此外，如图2(f)所示，除图2(d)的结构以外，高阶模式弹性表面波器件10也可具有被设置于压电基板11与支持基板14之间的多层膜15。多层膜15为将例如声阻抗不同的多个层层叠而形成的声多层膜。此外，除了图2(f)的结构以外，如图2(b)那样，还可在压电基板11的表面形成薄膜13，如图2(c)那样，叉指电极12可从压电基板11的表面突出。
[0063]
高阶模式弹性表面波器件10可通过将叉指电极12嵌入到压电基板11 的表面来激励saw的高阶模式(1阶模式、2阶模式、3阶模式等)，而可得到具有大的阻抗比的高阶模式。高阶模式有时也称为激励约2倍、3倍、4 倍的频率的谐波。高阶模式弹性表面波器件10可通过利用其高阶模式来谋求高频化，即使在3.8ghz以上的高频带下也可得到良好的特性。此外，通过利用高阶模式，即使在3.8ghz以上的高频带下也不需要使压电基板11超薄板化，或减小叉指电极的周期，可保持充分的机械强度。
[0064]
高阶模式弹性表面波器件10可例如以下述方式制造。首先，在压电基板11的表面形成用于嵌入叉指电极12的电极槽。即，在压电基板11的表面不要形成电极槽的部分涂敷抗蚀层等，利用ar等的离子进行干式蚀刻，在压电基板11的表面形成电极槽。这里，可使用蚀刻时的速度比压电基板 11的蚀刻速度慢的材料来替代抗蚀层或作为抗蚀层以外的材料。此外，除干式蚀刻以外，还可使用以湿式进行蚀刻的方法。
[0065]
接着，以将该电极槽填充到压电基板11的表面左右的厚度，将电极用的金属沉积到整个压电基板11的表面上。然后，通过湿式蚀刻或清洗等除去抗蚀层。由此，可形成被嵌
入电极槽的叉指电极12。另外，在叉指电极 12的厚度不是期望的厚度的情况下，可通过进一步蚀刻等来进行调整叉指电极12的厚度的工序。
[0066]
以下，对图2所示出的各种结构的高阶模式弹性表面波器件10求出阻抗比或相对带宽等。参见图1(c)，阻抗比由共振特性的阻抗中最低共振频率fr下的共振阻抗zr与最高反共振频率fa下的反共振阻抗za的比20
×
log (za/zr)给出。相对带宽由(fa
‑
fr)/fr给出。此外，参见图1(a)，叉指电极52的金属化率通过沿弹性表面波的传播方向，将叉指电极52的电极指的宽度f除以电极指的周期(λ)的一半(电极指的宽度f与电极指之间的间隙g的和)的比率，即通过f/(f+g)＝2
×
f/λ来给出。
[0067]
如图3所示，存在叉指电极12与基板表面不垂直而是倾斜嵌入基板内的情况。这种情况下，将金属化率和电极宽度设为实效的金属化率和电极宽度。即，电极槽的侧面与压电基板11的表面形成的角度γ小于90度时，如果设各电极的表面的宽度为a、底部的宽度为b、被嵌入的深度为d，则电极实效的宽度c由(a+b)/2给出，金属化率由(c/(c+e))给出。被嵌入的电极深度为d原样。
[0068]
在此，使叉指电极12的周期(λ)为1μm，金属化率为0.5，即，使电极指的宽度为0.25μm，电极指的间隙为0.25μm。另外，以下，欧拉角(φ，θ，ψ)仅以(φ，θ，ψ)表示。此外，压电基板11或叉指电极12的厚度等以相对于使用的弹性表面波器件的波长λ(叉指电极的周期)的倍率表示。
[0069]
图4中示出具有图2(a)所示出结构的高阶模式弹性表面波器件10的阻抗的频率特性。压电基板11为(0
°
，126.5
°
，0
°
)litao3晶体。叉指电极12由厚度为0.36λ的al电极构成，从压电基板11的表面嵌入到深度 0.36λ。叉指电极12的金属化率为0.5时的阻抗的频率特性示出于图4(a) 和图4(b)，1阶模式的共振频率中的位移分布示出于图4(c)。图4(b) 放大了图4(a)的1阶模式的共振频率附近。此外，叉指电极12的金属化率为0.7时的阻抗的频率特性示出于图4(d)。
[0070]
如图4(a)所示，确认通过将叉指电极12嵌入压电基板11，可得到共振频率4.5ghz的0阶模式，该共振频率4.5ghz为图1所示出的现有的saw 器件的0阶模式的共振频率3.3ghz的1.36倍。而且，如图4(a)和图4(b) 所示，确认相对于共振频率4.5ghz的0阶模式，较大地激励了约其2倍的共振频率9.6ghz的1阶模式。确认该1阶模式的相对带宽为3％，阻抗比为 67db，可得到比图1所示出的现有的saw器件大的阻抗比。1阶模式的共振频率约为现有的saw器件的共振频率的2.9倍。
[0071]
此外，如图4(c)所示，可知由于共振频率9.5ghz的1阶模式仅由sh (水平剪切)分量构成，现有的saw器件的共振频率也由sh分量构成，因此为基阶模式(0阶)的高阶模式(1阶模式)。另外，图4(c)中的“l”表示纵波分量，“sv”表示垂直剪切分量。此外，如图4(d)所示，确认通过使金属化率为0.7，1阶模式的共振频率变成金属化率为0.5时的共振频率的1.2倍即11.2ghz，相对带宽变宽13％成为3.4％，而该阻抗比变大3db成为70db。
[0072]
图5示出具有图2(c)所示出结构的高阶模式弹性表面波器件10的阻抗的频率特性。压电基板11为(0
°
，126.5
°
，0
°
)litao3晶体。叉指电极12由厚度为0.38λ的al电极构成，从压电基板11的表面嵌入到深度0.36λ，从压电基板11的表面突出0.02λ。叉指电极12的金属化率为0.5。
[0073]
如图5所示，确认与图4(a)及图4(b)相比，高阶模式(1阶模式) 的共振频率稍微变
高。此外，虽然阻抗比变小至50db，但是相对带宽变窄至1％，可以说适于带宽窄化。此外，确认基阶模式(0阶)的激励产生的杂波小。
[0074]
图6示出具有图2(d)所示出结构的高阶模式弹性表面波器件10的阻抗的频率特性。压电基板11为(0
°
，126.5
°
，0
°
)litao3晶体，厚度为 0.5λ。叉指电极12由厚度为0.36λ的al电极构成，从压电基板11的表面嵌入到深度0.36λ。叉指电极12的金属化率为0.5。支持基板14由si或水晶构成，厚度均为350μm，通过粘合剂或直接接合而与压电基板11接合。支持基板14由si基板构成时阻抗的频率特性示出于图6(a)，支持基板14由水晶基板构成时阻抗的频率特性示出于图6(b)。
[0075]
如图6(a)所示，确认在具有si支持基板的情况下，1阶模式的共振频率为9ghz，相对带宽为2.8％，阻抗比为71db。此外，如图6(b)所示，确认在具有水晶基板的情况下，1阶模式的共振频率为9ghz，相对带宽为 3.5％，阻抗比为68db。如果将图6(a)和图6(b)与图4(b)进行比较，则确认通过设置支持基板14，从而阻抗比变大。另外，为了得到更大的阻抗比，优选压电基板11比支持基板14薄，更优选压电基板11为20波长以下，进一步优选压电基板11为10波长以下。
[0076]
图7示出具有图2(f)所示出结构的高阶模式弹性表面波器件10的阻抗的频率特性。压电基板11为(0
°
，126.5
°
，0
°
)litao3晶体，厚度为 0.5λ。叉指电极12由厚度为0.36λ的al电极构成，从压电基板11的表面嵌入到深度0.36λ。叉指电极12的金属化率为0.5。多层膜15由声多层膜构成，该声多层膜由将声阻抗不同的sio2层(厚度0.25μm)与ta层(厚度0.25μm) 交替地层叠6层而成的声多层膜构成。支持基板14由si基板构成，厚度为 350μm。另外，该声膜的层数可为6层以外。
[0077]
图7所示，确认1阶模式的共振频率为9.5ghz，相对带宽为2.6％，阻抗比为69db。如果将图7与图6(a)进行比较，则确认通过设置多层膜15，带宽稍微变窄，并且阻抗比稍微变小。
[0078]
图8示出具有图2(a)所示出结构的高阶模式弹性表面波器件10的阻抗的频率特性。图8(a)示出阻抗的频率特性、图8(b)放大了图8(a) 的1阶模式的共振频率附近。压电基板11为(0
°
，116
°
，0
°
)linbo3晶体。叉指电极12由厚度为0.35λ的al电极构成，从压电基板11的表面嵌入到深度0.35λ。叉指电极12的金属化率为0.5。
[0079]
如图8(a)和8(b)所示，确认与litao3晶体的情况(参见图4)相同，在压电基板11为linbo3晶体的情况下，10.4ghz的高阶模式(1阶模式)也受到极大地激励。确认该1阶模式的相对带宽为6.4％、阻抗比为68db，与图4(b)所示出的litao3晶体的1阶模式相比，带宽变宽，阻抗比变大。
[0080]
图9示出具有图2(a)所示出结构的高阶模式弹性表面波器件10的阻抗的频率特性。压电基板11为(0
°
，116
°
，0
°
)linbo3晶体。叉指电极 12由厚度为0.24λ的cu电极构成，从压电基板11的表面嵌入到深度0.24λ。叉指电极12的金属化率为0.5。
[0081]
如图9所示，确认与al电极的情况(参见图8(a))相比，在叉指电极 12为cu电极的情况下，虽然1阶模式的共振频率稍微降低为9.5ghz，但是即使形成得比al电极薄(浅)，也可得到68db这样的与al电极相同程度的阻抗比。
[0082]
图10示出具有图2(a)所示出结构的高阶模式弹性表面波器件10的叉指电极12的厚度与1阶模式的相对带宽和阻抗比的关系。压电基板11为(0
°
，126.5
°
，0
°
)litao3晶体。叉
指电极12由al电极、cu电极或au电极构成。叉指电极12的金属化率为0.5。使各个电极的厚度(深度)变化至 0.02λ～0.6λ时各个电极的厚度与相对带宽的关系以及各个电极的厚度与1阶模式的阻抗比的关系分别示出于图10(a)和图10(b)。
[0083]
如图10(a)所示，确认为相同厚度(深度)时，al电极的带宽为最宽， cu电极、au电极的带宽依次变窄。此外，还确认各个电极也都随着厚度(深度)变大而带宽变宽。此外，图10(b)所示，确认在al电极下0.15λ～0.6λ、在cu电极和au电极下0.16λ～0.6λ时，阻抗比变成50db以上。此外，确认在al电极下0.23λ～0.6λ、在cu电极下0.18λ～0.6λ、在au电极下0.25λ～0.6λ时，阻抗比变成60db以上。进一步确认在al电极下0.3λ～0.6λ、在cu电极下0.29λ～0.6λ、在au电极下0.55λ～0.6λ时，阻抗比变成65db以上。
[0084]
另外，电极的厚度
×
金属化率为定值，例如对于金属化率为0.5、电极的厚度为0.15λ，在金属化率为0.75的情况下，电极的厚度变成0.5
×ꢀ
0.15λ/0.75＝0.10λ。因此，例如对于金属化率为0.5时的al电极的厚度为0.15λ，在金属化率为0.75的情况下，al电极的厚度只要为0.10λ以上即可。
[0085]
另外，认为不限于图2(a)所示出的结构，即使是图2(b)～图2(f) 所示出的结构，阻抗比相对于各个电极的厚度的关系也未改变。此外，对于阻抗比相对于各个电极的厚度的关系，密度1500～6000kg/m3的电极材料(例如ti、mg合金)示出与al电极相同的倾向，密度6000～12000kg/m3的电极材料(例如ag、mo、ni)示出与cu电极相同的倾向，密度12000～23000kg/m3的电极材料(例如pt、w、ta、hf)示出与au电极相同的倾向。此外，在使用的电极材料为合金的情况下或由不同的金属层叠而成的情况下，通过由各材料的厚度与密度计算得到的平均密度，确定上述阻抗比相对于电极的厚度的关系的倾向。
[0086]
图11示出具有图2(a)所示出结构的高阶模式弹性表面波器件10的压电基板11的欧拉角与1阶模式的相对带宽和阻抗比的关系。压电基板11为 (0
°
，θ，0
°
)litao3晶体。叉指电极12由厚度为0.36λ的al电极构成，从压电基板11的表面嵌入到深度0.36λ。叉指电极12的金属化率为0.5。使构成欧拉角的θ变化至0
°
～180
°
时θ与相对带宽的关系以及θ与阻抗比的关系分别示出于图11(a)和图11(b)。
[0087]
如图11(a)和图11(b)所示，确认θ＝112
°
～168
°
时，相对带宽为2.5％以上；θ＝112
°
～140
°
时，阻抗比变为50db以上。此外，确认θ＝120
°
～132
°
时，相对带宽为2.6～2.7％，阻抗比变为60db以上。此外，如图12 所示，确认在φ＝
‑
20
°
至20
°
阻抗比变为50db以上；在φ＝
‑
10
°
至10
°
阻抗比变为60db以上。
[0088]
图13示出具有图2(a)所示出结构的高阶模式弹性表面波器件10的叉指电极12的厚度与1阶模式的相对带宽和阻抗比的关系。压电基板11为(0
°
， 116
°
，0
°
)linbo3晶体。叉指电极12由al电极、cu电极或au电极构成。叉指电极12的金属化率为0.5。使各个电极的厚度(深度)变化至 0.02λ～0.6λ时各个电极的厚度与相对带宽的关系以及各个电极的厚度与阻抗比的关系分别示出于图13(a)和图13(b)。
[0089]
如图13(a)所示，确认在0.1λ以上为相同厚度(深度)时，al电极的带宽为最宽，cu电极、au电极的带宽依次变窄。此外，也确认各个电极在 0.4λ以下时都随着厚度(深度)变大而带宽变宽。此外，如图13(b)所示，确认在al电极下0.14λ～0.6λ、在cu电极下0.13λ～0.6λ、在au电极下 0.15λ～0.6λ时的阻抗比变为50db以上。此外，确认在al电极下0.21λ～0.6λ、在cu电极下0.18λ～0.6λ、在au电极下0.23λ～0.6λ时的阻抗比变为60db以上。另外，
如上述那样，电极的厚度
×
金属化率是恒定的。
[0090]
另外，认为不仅对于图2(a)示出的结构，即使对于图2(b)～图2(f) 所示出的结构，阻抗比相对于各个电极的厚度的关系也未改变。此外，关于阻抗比相对于各个电极的厚度的关系，密度1500～6000kg/m3的电极材料(例如ti、mg合金)示出与al电极相同的倾向，密度6000～12000kg/m3的电极材料(例如ag、mo、ni)示出与cu电极相同的倾向，密度12000～23000kg/m3的电极材料(例如pt、w、ta、hf)示出与au电极相同的倾向。此外，在使用的电极材料为合金的情况下或由不同的金属层叠的情况下，通过由各自材料的厚度与密度计算得到的平均密度，确定上述阻抗比相对于电极的厚度的关系的倾向。
[0091]
图14示出具有图2(a)所示出结构的高阶模式弹性表面波器件10的压电基板11的欧拉角与1阶模式的相对带宽和阻抗比的关系。压电基板11为 (0
°
，θ，0
°
)linbo3晶体。叉指电极12由厚度为0.3λ的al电极构成，从压电基板11的表面嵌入到深度0.3λ。叉指电极12的金属化率为0.5。使构成欧拉角的θ变化至50
°
～180
°
时θ与相对带宽的关系以及θ与阻抗比的关系分别示出于图14(a)和图14(b)。
[0092]
如图14(a)和图14(b)所示，确认θ＝78
°
～153
°
时，相对带宽为 4.4～6.5％，阻抗比变为50db以上。此外，确认θ＝87
°
～143
°
时，相对带宽变为5.2～6.5％，阻抗比变为60db以上。进一步确认θ＝94
°
～135
°
时，相对带宽变为5.7～6.5％、阻抗比变为65db以上。此外，如图15所示，确认在φ＝
‑
25
°
至25
°
时阻抗比变为50db以上；在φ＝
‑
20
°
至20
°
时阻抗比变为60db以上；在φ＝
‑
10
°
至10
°
时阻抗比变为70db以上。
[0093]
图16示出具有图2(a)所示出结构的高阶模式弹性表面波器件10的叉指电极12的金属化率与1阶模式的相位速度和阻抗比的关系。压电基板11 为(0
°
，126.5
°
，0
°
)litao3晶体。叉指电极12由厚度为0.36λ的al电极构成，从压电基板11的表面嵌入到深度0.36λ。使al电极的金属化率变化至0.3～0.9时金属化率与相位速度的关系以及金属化率与阻抗比的关系分别示出于图16(a)和图16(b)。
[0094]
如图16(a)所示，确认相位速度约为10000～11500m/s，大体倾向为金属化率越大，相位速度变得越快。此外，如图16(b)所示，确认金属化率为0.4以上时，阻抗比为50db以上；金属化率为4.5以上时，阻抗比为60db 以上；金属化率为0.52以上时，阻抗比为65db以上；金属化率为0.63以上时，阻抗比为70db以上。
[0095]
图17示出具有图2(a)所示出结构的高阶模式弹性表面波器件10的阻抗的频率特性。压电基板11为(0
°
，126.5
°
，0
°
)litao3晶体。叉指电极12由厚度为0.2λ的al电极构成，从压电基板11的表面嵌入到深度0.2λ。叉指电极12的金属化率为0.85。
[0096]
如图17所示，确认作为0阶模式的高阶模式的1阶模式、2阶模式、3 阶模式受到激励。如图4、图8所示，认为由于金属化率为0.5时，几乎不能确认2阶模式或3阶模式，因此通过使金属化率增大，2阶或3阶等高阶模式受到激励。
[0097]
使与图17相同的结构的叉指电极12的厚度变化至0.05λ～0.55λ时叉指电极12的厚度与0阶～3阶的模式的相位速度的关系以及叉指电极12的厚度与0阶～3阶的模式的阻抗比的关系在图18(a)和图18(b)示出。如图18 (a)所示，确认例如叉指电极12的厚度为0.3λ时，与0阶模式相比，相位速度约为其2.7倍的1阶模式、相位速度约为其4.7倍的2阶模式、相位速度约为其6.9倍的3阶模式的高阶模式受到激励。此外，如图18(b)所示，确认此时相对于0阶模式的阻抗比为47db，1阶模式的阻抗比为57db，2 阶模式的阻抗比为40db，3阶模
式的阻抗比为45db，为可以充分使用的级别。
[0098]
表1示出图2(d)所示出的高阶模式弹性表面波器件[槽电极/litao3晶体或linbo3晶体基板/支持基板]用的支持基板的密度、纵波声速、横波声速。纵波声速由((c
33
/密度)的平方根)表示，横波声速由((c
44
/密度)的平方根)表示。在此，c
ij
为弹性刚度常数。根据横波声速分为a、b、c、d、e 这5组。
[0099]
表1
[0100][0101][0102]
图19示出图2(d)所示出的高阶模式弹性表面波器件[槽深度0.2λ的 cu电极(金属化率0.5)/(0
°
，126.5
°
，0
°
)litao3晶体基板/支持基板] 的阻抗比对litao3晶体基板厚度的依存性，其中支持基板由c向蓝宝石、 si、水晶、pyrex(
パイレックス
)玻璃、铅玻璃构成。图中，空心记号示出频率特性的无带内纹波的特性，涂黑记号示出有带内纹波的特性。虽然任
何支持基板在litao3晶体厚度20波长以上都与无支持基板只有litao3晶体基板时的阻抗比62db一致，但是20波长以下的litao3晶体厚度中的阻抗比与其相比变大。
[0103]
表1中组a的横波声速为比表1所示出的litao3晶体的横波声速 3604m/s慢很多的2000～3000m/s，且为组a中2414m/s的铅玻璃的情况下，在litao3晶体厚度为0.2λ以上且小于20λ时无带内纹波，得到62db的阻抗比，在10波长以下时得到63db以上的阻抗比。在表1中e组的横波声速为比litao3晶体的快很多的6001～8000m/s，且为e组中声速6073m/s的蓝宝石的情况下，在带内无纹波且litao3晶体厚度为0.2λ以上且小于20λ时无带内纹波，得到62db以上的阻抗比，litao3晶体厚度为0.2λ以上且10λ以下时得到63db以上的阻抗比。
[0104]
但是，在横波与litao3晶体的横波声速相近的表1中，b组的pyrex玻璃的横波声速为3000～4220m/s、c组的水晶的横波声速为4220～5000m/s、d 组的si基板的横波声速为4220～5000m/s的情况下，litao3晶体厚度为0.2λ以上且小于2λ时在带内发生纹波，在litao3晶体厚度为从2λ至小于20λ时，得到62db以上的阻抗比，在litao3晶体厚度为从2λ至10λ时，得到 64.5db以上的阻抗比。
[0105]
图20示出图2(d)示出的高阶模式弹性表面波器件[槽深度0.23λ的cu 电极(金属化率0.5)/(0
°
，112
°
，0
°
)linbo3晶体基板/支持基板]的阻抗比对litao3晶体基板厚度的依存性，其中支持基板由c向蓝宝石、si、水晶、pyrex玻璃、铅玻璃构成。图中，空白记号示出频率特性的无带内纹波的特性，涂黑记号示出有带内纹波的特性。虽然任何支持基板在linbo3晶体厚度为20波长以上时与没有支持基板仅有linbo3晶体基板时的阻抗比 68db一致，但是小于20波长的linbo3晶体厚度中的阻抗比与其相比变大。
[0106]
在比表1示出的litao3晶体的横波声速3604m/s慢很多的表1中组a 为横波声速2414m/s的铅玻璃的情况下，litao3晶体厚度为0.2λ以上且小于20λ时无带内纹波，得到68～80db以上的阻抗比，在10波长以下时可得到71.5db以上的阻抗比。表1的c组的横波声速为在为蓝宝石时为6073m/s，比litao3晶体快很多，在此情况下无带内纹波，且litao3晶体厚度为0.2λ以上且小于20λ时无带内纹波，得到68～71db的阻抗比；在litao3晶体厚度为10波长以下时得到70db以上的阻抗比。
[0107]
但是，横波与litao3晶体的横波声速相近的为表1的b组、c组、d 组中横波声速为3000～6000m/s的pyrex(
パイレックス
)、水晶、si的支持基板的情况下，在litao3晶体厚度为0.2λ以上且小于2λ时发生带内纹波，在litao3晶体厚度为从2λ到小于20λ时，得到68～77db的阻抗比，在litao3晶体厚度为从2λ到小于10λ时，得到71.5～77db的阻抗比。
[0108]
另外，在litao3晶体或linbo3晶体的压电基板与支持基板之间存在 sio2膜、sio膜、siof等sio化合物膜等薄膜的情况下，考虑该膜与下面的支持基板的平均横波声速。即使在压电基板与支持基板之间隔着sio2膜、 sio化合物膜或声多层膜的情况下，由这些2波长以内的声速表观的平均值从属于表1的a组、b组、c组哪一组的声速来决定压电基板的最佳膜厚。这种情况下，使与压电基板接触的第1层材料的权重为70％，其它层全部为 30％。例如，在第1层的sio2膜(横波声速3572m/s)的厚度为0.5波长，蓝宝石(横波声速6073m/s)支持基板的厚度为1.5波长的情况下，变成(3572
ꢀ×
0.5
×
0.7+6073
×
1.5
×
0.3)＝3983m/s，在组e中可使用最佳基板厚度的 litao3晶体基板、linbo3晶体基板。
[0109]
表2示出litao3晶体和linbo3晶体的线膨胀系数以及比litao3晶体或 linbo3晶体更小的代表性基板的线膨胀系数。表2示出图2(d)所示出的高阶模式弹性表面波器件[槽电
极/压电基板/支持基板]结构所使用的各种支持基板的线膨胀系数。
[0110]
表2
[0111][0112][0113]
图21示出图2(d)所示出的高阶模式弹性表面波器件[槽深度0.3λ的 al电极(金属化率0.5)/(0
°
，126.5
°
，0
°
)litao3晶体基板/支持基板] 和槽深度0.3λ的al电极(金属化率0.5)/(0
°
，112
°
，0
°
)linbo3晶体基板/支持基板]的频率温度系数对每个支持基板的线膨胀系数下litao3晶体及linbo3晶体/支持基板的依存性。纵轴的频率温度系数由使用litao3晶体或linbo3晶体/支持基板时每1℃下的频率变化率，即(从
‑
20到80℃之间的最大频率变化量/(100～20℃时的温度的最大变化量(这种情况下为80))) 表示，左纵轴和右纵轴分别为使用litao3晶体基板、linbo3晶体基板时的频率温度系数。横轴由支持基板与压电基板的
比，即(支持基板的厚度/litao3晶体基板或linbo3晶体基板厚度)表示。
[0114]
虽然仅在支持基板设置al槽电极时的频率温度系数分别为
‑
45ppm/℃、
ꢀ‑
100ppm/℃，但是在使用线膨胀系数为0.5
×
10
‑6/℃的支持基板的情况下，压电基板/支持基板的厚度比为2.5以上时，在litao3晶体得到比
‑
25ppm/℃更良好的频率温度系数，在linbo3晶体得到比
‑
35ppm/℃更良好的频率温度系数。在使用线膨胀系数为3.35
×
10
‑6/℃的支持基板的情况下，压电基板/支持基板的厚度比为4以上；在使用线膨胀系数为8.4
×
10
‑6/℃的支持基板的情况下，压电基板/支持基板的厚度比为6.7以上；使用线膨胀系数为10.4
×
10
‑6/℃的支持基板的情况下，压电基板/支持基板的厚度比为8以上，在litao3晶体的情况下得到比
‑
25ppm/℃更良好的频率温度系数，在linbo3晶体的情况下，得到比
‑
35ppm/℃更良好的频率温度系数。该线膨胀系数α与压电基板/ 支持基板的厚度比tr的关系如下述式(2)表示。
[0115]
tr＝α
×
0.55
×
106+2.18(2)
[0116]
因此，可使用如下压电基板、支持基板：其厚度比大于通过式(2)得到的tr。即使在压电基板与支持基板之间隔着sio2膜、sio化合膜或声多层膜的情况下，也可由根据厚度的线膨胀系数的平均值和总厚度计算tr。优选使用比表2所示出的litao3晶体或linbo3晶体的线膨胀经纬数小且为 10.4
×
10
‑6/℃以下的支持基板，如果是其以下的线膨胀系数更好。
[0117]
附图标记
[0118]
10 高阶模式弹性表面波器件
[0119]
11 压电基板
[0120]
12 叉指电极(idt)
[0121]
13 薄膜
[0122]
14 支持基板
[0123]
15 多层膜