专利名称：声界面波装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种使用边界声波的声界面波装置(boundary acousticwave device)，具体地说，涉及一种具有将电极设置在单晶衬底与固态层之间的边界处结构的声界面波装置。
背景技术：
迄今为止，已经将多种声表面波装置用于移动电话中的RF和IF滤波器、VCO中的谐振器、电视机中的VIF滤波器等。声表面波装置使用沿介质表面传播的声表面波，如瑞利波(Rayleigh wave)或者第一泄漏波(first leaky wave)。
然而，由于沿介质的表面传播，声表面波对于介质表面条件的改变比较敏感。因而，为了保护声表面波沿其传播的介质表面，必须将声表面波元件真空密封在具有空腔部分的外壳中，从而面对声波传播表面。由于使用了具有上述空腔部分的外壳，不可避免地会增加声表面波装置的成本。此外，由于外壳的尺寸远大于声表面波元件的尺寸，必然会增大声表面波装置的尺寸。
另一方面，在声波中，除上述声表面波之外，还存在沿固体物质之间的边界传播的边界声波。
例如，在下述非专利文献1中，披露了在126°旋转Y向成板X向传播LiTaO3衬底上形成IDT，在LiTaO3衬底和IDT上形成具有预定厚度的SiO2薄膜。在该文献中，披露了一种SV+P型边界声波进行传播，即所谓的Stoneley波。在非专利文献1中，披露了当把上述SiO2薄膜的厚度设为1.0λ(λ表示边界声波的波长)时，获得2％的机电系数。
边界声波以其能量集中于固体衬底之间边界部分的状态传播。从而，由于在上述LiTaO3的底面和SiO2薄膜的表面上基本上不存在能量，不会因衬底和薄膜的表面状态改变而使性质发生变化。因此，不需要具有空腔部分的外壳，从而能够减小声界面波装置的尺寸。
此外，在下述非专利文献2中，披露了在
-Si(110)/SiO2/Y-切割X-传播LiNbO3结构中传播的SH型边界声波。这种SH型边界声波的特征在于，与上述Stoneley波相比，它的机电系数k2较大。另外，在SH型边界声波的情形中，与Stoneley波的情形相同，不需要具有空腔部分的外壳。此外，由于SH型边界声波为一种SH型波，可以预期，与Stoneley波的情形相比，形成IDT反射器的条带的反射系数较大。因此，比如在形成谐振器或谐振器型滤波器时，通过使用SH型边界声波，能够实现小型化，另外，还希望能获得更陡峭的特性。
非专利文献1“沿SiO2和LiTaO3之间界面传播的压电声界面波(Piezoelectric Acoustic Boundary Waves Propagating Along theInterface Between SiO2and LiTaO3)”，IEEE Trans.Sonics andultrason.，VOL.SU-25，No.6，1978 IEEE非专利文献2“Si/SiO2/LiNbO3结构中传播的高压电声界面波(Highly Piezoelectric Boundary Acoustic Wave Propagating inSi/SiO2/LiNbO3Structure)”(26th EM论文集，1997年5月，第53到58页)非专利文献3“压电SH型声界面波研究(Investigation ofPiezoelectric SH Type Boundary Acoustic Wave)”Technical Report，Vol.96，No.249(US96 45 to 53)，第21-26页，1966年由Institute ofElectronics，Information and Communication Engineers出版专利文献1日本未审专利申请公开No.10-84247发明内容在声界面波装置中，要求机电系数大、传播损耗小、功率流通角小以及频率温度系数小。边界声波的传播所引起的损耗，即传播损耗，可能会使边界声波滤波器的插入损耗退化，或者还可能使边界声波谐振器的谐振阻抗或阻抗比变差，其中，所述阻抗比是谐振频率处的阻抗与反谐振频率处的阻抗之间的比值。于是，最好尽可能小地减小传播损耗。
功率流通角是表示边界声波的相速度方向与其能量的群速度方向之间相差的角度。当功率流通角较大时，必须与功率流通角一致地倾斜设置IDT。从而，使电极的设计变得复杂。此外，由于角度偏差，容易产生损耗。
此外，当通过温度来改变声界面波装置的工作频率时，在边界声波滤波器的情况下，减小了实际通带和阻带。在谐振器的情况下，当形成振荡电路时，上述由温度引起的工作频率改变异常振荡。因而，最好是尽可能地减小每摄氏度的频率变化，即TCF。
例如，当沿传播方向设置反射器，并且处于分别发射和接收IDT的发射IDT和接收IDT的区域的外部时，可以形成低损耗谐振器型滤波器。这种谐振器型滤波器的带宽取决于边界声波的机电系数。当机电系数k2较大时，可获得宽带滤波器，当机电系数k2较小时，形成窄带滤波器。从而，必须根据应用来适当地确定声界面波装置所用边界声波的机电系数k2。当形成用于移动电话的RF滤波器时，要求机电系数k2为5％或更大。
但在上述非专利文献1披露的使用Stoneley波的声界面波装置中，机电系数k2较小，比如为2％。
此外，在上述非专利文献2披露的Si/SiO2/LiNbO3结构中，为了实际激发出边界声波，必须如上述专利文献1的图1中所示那样，形成复杂的Si/SiO2/IDT/LiNbO3四层结构。另外，实际将Si设置在作为最优条件提出的
-Si(110)方向时，必须如上述专利文献1中所披露的实行高难度的接合处理。通常，在用于大规模生产的具有3英寸或更大直径的晶片的情形中，难以通过接合处理将晶片均匀地接合。此外，在接合之后将晶体切割为芯片时，易于出现诸如剥落的缺陷。
对于上述非专利文献3中所描述的SH型边界声波，在由各向同性物质和BGSW衬底制成的结构中，在满足以下条件时，即各向同性物质的横波的声速与BGSW衬底的横波的声速彼此接近的情况下，密度比率较小，且压电性质较强，可得到SH型边界声波。
考虑到上述各项传统技术的当前情况，本发明的目的在于提供一种声界面波装置，其中，作为SH边界声波的主要响应特性的机电系数较大，传输损耗和功率流通角较小，并且在接近主响应特性时由Stoneley波引起的寄生信号较小。
本发明的另一目的在于提供一种声界面波装置，其中易于对作为SH型边界声波的主要响应特性的机电系数进行调整。
按照本发明，提供一种声界面波装置，它使用非泄漏传播型边界声波，包括使用具有相同切割角度的单晶衬底形成的边界声波元件。在上面所述的声界面波装置中，各边界声波元件都包括单晶衬底，设置在其上的固态层，以及设置在单晶衬底与固态层之间边界处的电极，并且，在边界声波元件中，至少一个边界声波元件的边界声波的传播方向与至少另一边界声波元件的边界声波的传播方向不同。
按照本发明，尽管没有特别限制，但比如所述各边界声波元件可以为边界声波滤波器或边界声波谐振器。
在本发明的声界面波装置中，所述各边界声波元件最好具有谐振器结构。
按照本发明声界面波装置的一种具体方案，提供一种纵向耦合的滤波器作为声界面波装置。
按照本发明声界面波装置的另一具体方案，使所述各边界声波元件形成在一个压电单晶衬底上。
按照本发明声界面波装置的又一具体方案，至少一个边界声波元件的机电系数与至少另一边界声波元件的机电系数不同。
按照本发明声界面波装置的再一具体方案，至少一个边界声波元件的带宽与至少另一边界声波元件的带宽不同。
按照本发明声界面波装置的再一具体方案，将各电极的厚度设定为，使得SH型边界声波的声速低于通过固态层传播的慢横波的声速和通过压电单晶衬底传播的慢横波的声速。
按照本发明声界面波装置的再一具体方案，将各电极的占空比设定为，使得SH型边界声波的声速低于通过固态层传播的慢横波的声速和通过压电单晶衬底传播的慢横波的声速。
按照本发明，当用ρ(kg/m3)、H(λ)和λ分别表示电极的密度、电极的厚度和边界声波波长时，优选满足H＞8261.744ρ-1.376。此外，更为优选的是满足ρ＞3,745kg/m3。此外，满足33,000.39050ρ-1.50232＜H＜88,818.90913ρ-1.54998。尤好按照本发明声界面波装置的另一具体方案，所述压电单晶衬底为LiNbO3衬底，该LiNbO3衬底的欧拉角(φ，θ，ψ)中的φ在-31°到31°范围内，θ和ψ处于由下面表1中所示的点A1到A13所包围的区域中。
按照本发明声界面波装置的另一具体方案，所述各电极都包含由选自一组Au、Ag、Cu、Al、Fe、Ni、W、Ta、Pt、Mo、Cr、Ti、ZnO和ITO中的一种材料所形成的主电极层。
按照本发明声界面波装置的另一具体方案，所述各电极都包括层叠在主电极层上的第二电极层。
按照本发明声界面波装置的另一具体方案，所述固态层包括介电物质。最好，由主要由SiO2组成的材料形成所述介电物质。
按照本发明声界面波装置的另一具体方案，由分别通过层叠多个材料层形成的叠层构成所述固态层。
此外，按照本发明声界面波装置的另一具体方案，所述固态层具有这样一种结构，其中，使主要由SIO2组成的层和主要由Si组成的层彼此层叠。
按照本发明声界面波装置的另一具体方案，由选自一组Si、SiO2、玻璃、氮化硅、金刚砂、ZnO、Ta2O5、锆钛酸铅压电陶瓷、氮化铝、Al2O3、LiTaO3和LiNbO3中的至少一种材料形成所述固态层。
按照本发明声界面波装置的另一具体方案，所述固态层上还设置树脂层，从而粘接到固态层上。
在按照本发明的声界面波装置中，使用具有相同切割角的单晶衬底形成边界声波元件，边界声波元件均包括单晶衬底、固态层以及设置在单晶衬底与固态层之间边界处的电极，并且在边界声波元件中，至少一个边界声波元件的边界声波的传播方向与至少另一边界声波元件的边界声波的传播方向不同。因而，通过使用具有不同传播方向的边界声波的多个边界声波元件，易于提供具有多种波段性质，诸如宽带滤波器性质和窄带滤波器性质的声界面波装置。
此外，在以36°Y切割X传播LiTaO3衬底为代表的泄漏传播型声表面波装置中，只有当声表面波以特定传播角度，比如相对晶轴X为0°方向传播时，传播损耗才近似为零，并且，当传播角度偏离上述数值时，会不利地增大传播损耗。
另一方面，由于在本发明中使用非泄漏传播型边界声波，即使改变传播角度，也能使传播损耗为0dB/λ，结果，可以提供具有低损耗的声界面波装置。
当上述声界面波装置为边界声波滤波器或边界声波谐振器时，按照本发明，可以提供具有多种波段性质的边界声波滤波器和边界声波谐振器。
按照本发明，通过改变边界声波的传播方向，比如可以调节机电系数，结果，在不具有谐振结构的横向滤波器的情形中，可改变插入损耗。此外，在具有谐振结构的边界声波谐振器、梯形滤波器、纵向耦合多模型边界声波滤波器等中，可将谐振频率与反谐振频率之间的频率间隔调整为与谐振器情形中的机电系数成正比，并且，在采用谐振器的梯形滤波器或纵向耦合多模型边界声波滤波器的情形中，可将通带调整为与机电系数成正比。
在本发明中，当在一个压电单晶衬底上形成所述各边界声波元件时，则按照本发明，可以将具有多种波段性质的声界面波装置形成为一个芯片部件。
在本发明中，当至少一个边界声波元件的机电系数与至少另一边界声波元件的机电系数不同时，通过改变边界声波元件的机电系数，易于获得多种带宽。
当至少一个边界声波元件的带宽与至少另一边界声波元件的带宽不同时，通过带宽的组合，可获得多种波段性质。
在本发明中，当把电极的厚度设定为，使得SH型边界声波的声速低于通过固态层传播的慢横波的声速和通过压电单晶衬底传播的慢横波的声速时，则按照本发明，可提供使用SH型边界声波的声界面波装置。
当把电极的占空比设定为，使SH型边界声波的声速低于通过固态层传播的慢横波的声速和通过压电单晶衬底传播的慢横波的声速时，则按照本发明，能够可靠地提供使用SH型边界声波的声界面波装置。
图1(a)和1(b)所示的平面图分别表示本发明一种实施例的声界面波装置和沿图1(a)中所示A-A线作出的剖面图；图2所示的曲线图表示在使用具有不同密度的电极材料在压电物质与介电物质之间之间形成电极时，所得到的声速V与电极厚度H/λ之间的关系；图3所示的曲线图表示在使用具有不同密度的电极材料在压电物质与介电物质之间形成电极时，所得到的传输损耗α与电极厚度H/λ之间的关系；图4所示的曲线图表示在使用具有不同密度的电极材料在压电物质与介电物质之间形成电极时，所得到的机电系数k2与电极厚度H/λ之间的关系；图5所示的曲线图表示在使用具有不同密度的电极材料在压电物质与介电物质之间形成电极时，所得到的频率温度系数TCF与电极厚度H/λ之间的关系；图6所示的曲线图表示在使用具有不同密度的电极材料在压电物质与介电物质之间形成电极时，所得到的功率流通角PFA与电极厚度H/λ之间的关系；图7所示的曲线图表示在传播损耗为0时，所得到的电极材料的密度ρ与电极厚度H/λ之间的关系；图8所示的曲线图表示在TCF为-20，-10，0，+10和+20时，所得到的电极材料的密度ρ与电极厚度H/λ之间的关系；图9所示的曲线图表示欧拉角θ与SH型边界声波(U2)和Stoneley波(U3)的声速V的关系，所述关系是在具有欧拉角(0°，θ，0°)的LiNbO3衬底上形成Au电极并在其中形成SiO2薄膜的结构中得到的；图10所示的曲线图表示欧拉角θ与SH型边界声波(U2)和Stoneley波(U3)的机电系数k2的关系，所述关系是在具有欧拉角(0°，θ，0°)的LiNbO3衬底上形成Au电极并在其中形成SiO2薄膜的结构中得到的；图11所示的曲线图表示欧拉角θ与SH型边界声波(U2)和Stoneley波(U3)的频率温度系数的关系，所述关系是在具有欧拉角(0°，θ，0°)的LiNbO3衬底上形成Au电极并在其中形成SiO2薄膜的结构中得到的；图12所示的曲线图表示欧拉角θ和ψ与SH型边界声波(U2)的机电系数k2之间的关系，所述关系是在具有欧拉角(0°，θ，ψ)的LiNbO3衬底上形成厚度为0.06λ的Au电极，随后形成SiO2薄膜的实例2中得到的；图13所示的曲线图表示欧拉角θ和ψ与Stoneley波的机电系数k2之间的关系，所述关系是在具有欧拉角(0°，θ，ψ)的LiNbO3衬底上形成厚度为0.06λ的Au电极，随后形成SiO2薄膜的实例2中得到的；图14所示的曲线图表示欧拉角φ与SH型边界声波和Stoneley波的声速V的关系，所述关系是在使用具有欧拉角(φ，105°，0°)的LiNbO3衬底的实例3中得到的；图15所示的曲线图表示欧拉角φ与频率温度系数TCF之间的关系，所述关系是在使用具有欧拉角(φ，105°，0°)的LiNbO3衬底的实例3中得到的；图16所示的曲线图表示欧拉角φ与机电系数k2之间的关系，所述关系是在使用具有欧拉角(φ，105°，0°)的LiNbO3衬底的实例3中得到的；图17所示的曲线图表示欧拉角φ与功率流通角之间的关系，所述关系是在使用具有欧拉角(φ，105°，0°)的LiNbO3衬底的实例3中得到的；
图18所示的曲线图表示欧拉角ψ与SH型边界声波和Stoneley波的声速V的关系，所述关系是在使用具有欧拉角(0°，105°，ψ)的LiNbO3衬底的实例3中得到的；图19所示的曲线图表示欧拉角ψ与频率温度系数TCF之间的关系，所述关系是在使用具有欧拉角(0°，105°，ψ)的LiNbO3衬底的实例3中得到的；图20所示的曲线图表示欧拉角ψ与机电系数k2之间的关系，所述关系是在使用具有欧拉角(0°，105°，ψ)的LiNbO3衬底的实例3中得到的；图21所示的曲线图表示欧拉角ψ与功率流通角之间的关系，所述关系是在使用具有欧拉角(0°，105°，ψ)的LiNbO3衬底的实例3中得到的；图22是表示实例5中制备的边界声波谐振器的电极结构的平面示意图；图23(a)到23(c)所示的曲线图表示阻抗-频率特性和相位-频率特性，所述关系是在将传播方向倾斜，使实例5中制备的单端口型边界声波谐振器的晶体衬底的欧拉角ψ设定为0°、10°和20°时得到的；图24(a)到24(c)所示的曲线图表示阻抗-频率特性和相位-频率特性，所述关系是在将传播方向倾斜，使实例5中制备的单端口型边界声波谐振器的晶体衬底的欧拉角ψ设定为30°、40°和50°时得到的；图25(a)到25(c)所示的曲线图表示欧拉角ψ与谐振频率和反谐振频率之差的关系，所述关系是在由Au制成且设置在具有欧拉角(0°，95°，ψ)的LiNbO3衬底上的电极的厚度H/λ被设定为0.04，0.05和0.06情况下得到的；图26(a)到26(c)所示的曲线图表示欧拉角ψ与谐振频率和反谐振频率之差的关系，所述关系是在由Au制成且设置在具有欧拉角(0°，100°，ψ)的LiNbO3衬底上的电极的厚度H/λ被设定为0.04，0.05和0.06情况下得到的；图27(a)到27(c)所示的曲线图表示欧拉角ψ与谐振频率和反谐振频率之差的关系，所述关系是在由Au制成且设置在具有欧拉角(0°，105°，ψ)的LiNbO3衬底上的电极的厚度H/λ被设定为0.04，0.05和0.06情况下得到的；
图28(a)到28(c)所示的曲线图表示欧拉角ψ与谐振频率和反谐振频率之差的关系，所述关系是在由Au制成且设置在具有欧拉角(0°，110°，ψ)的LiNbO3衬底上的电极的厚度H/λ被设定为0.04，0.05和0.06情况下得到的；图29(a)到29(c)所示的曲线图表示欧拉角ψ与阻抗之间的关系，所述关系是在由Au制成且设置在具有欧拉角(0°，95°，ψ)的LiNbO3衬底上的电极的厚度H/λ被设定为0.04，0.05和0.06时得到的；图30(a)到30(c)所示的曲线图表示欧拉角ψ与阻抗之间的关系，所述关系是在由Au制成且设置在具有欧拉角(0°，100°，ψ)的LiNbO3衬底上的电极的厚度H/λ被设定为0.04，0.05和0.06时得到的；图31(a)到31(c)所示的曲线图表示欧拉角ψ与阻抗之间的关系，所述关系是在由Au制成且设置在具有欧拉角(0°，105°，ψ)的LiNbO3衬底上的电极的厚度H/λ被设定为0.04，0.05和0.06时得到的；图32(a)到32(c)所示的曲线图表示欧拉角ψ与阻抗之间的关系，所述关系是在由Au制成且设置在具有欧拉角(0°，110°，ψ)的LiNbO3衬底上的电极的厚度H/λ被设定为0.04，0.05和0.06时得到的；图33表示实例5中制备的梯形滤波器的电路图；图34(a)和34(b)所示的曲线图均表示将实例6中制得的梯形滤波器的欧拉角ψ设定为0°和10°时，所得到的通过性质；图35(a)和35(b)所示的曲线图均表示将实例6中制得的梯形滤波器的欧拉角ψ设定为20°和30°时，所得到的通过性质；图36所示的曲线图表示实例8中制得的梯形滤波器的通过性质；图37所示的曲线图表示实例6中制得的梯形滤波器的电极材料改为Cu时的通过性质；图38(a)到38(c)所示的曲线图表示在具有欧拉角(0°，θ，0°)的LiNbO3衬底上形成Au电极并在其中形成多晶Si层的结构中，欧拉角θ与声速V、机电系数k2和频率温度系数的关系；图39(a)到39(c)所示的曲线图表示在具有欧拉角(0°，θ，0°)的LiNbO3衬底上形成Au电极并在其中形成SiO2薄膜和多晶Si的结构中，欧拉角θ与声速V、机电系数k2和频率温度系数的关系；
图40为应用本发明实例8中制得的滤波器的另一示例的示意图；图41所示的曲线图表示图40中所示滤波器的Rx滤波器和Tx滤波器的频率特性；图42所示的方框图表示应用本发明的另一示例；图43所示的电路图表示应用本发明的滤波器的另一示例；图44所示的曲线图表示图43中所示滤波器的频率特性；图45所示的电路图表示应用本发明的滤波器的另一示例；图46所示的平面图示意地表示本发明形成的纵向耦合滤波器的电极结构；图47所示的曲线图表示图46中所示纵向耦合滤波器的滤波特性的一个示例；图48所示的曲线图表示图46中所示纵向耦合滤波器的滤波特性的另一示例。
附图标记1声界面波装置2边界声波元件3边界声波元件4单晶衬底5固态层6IDT7，8反射器9IDT10，11反射器31叉指电极32，33反射器41，43Rx滤波器42，44Tx滤波器45，47第一边界声波滤波器46，48第二边界声波滤波器51纵向耦合滤波器
52到54IDT55，56反射器具体实施方式
下面，将描述本发明的具体实施例，以便清楚地披露本发明。
为了在两个固态层之间传播边界声波，必须满足使边界声波的能量基中在固态层之间这一条件。在上面的情况下，有如上述者，前述非专利文献3披露了一种方法，其中，使各向同性物质的横向声速接近BGSW物质的横向声速，而将密度比设置为较小，并且选择具有强压电性质的材料。
顺便提及，通常，在存在高速区域和低速区域的情况下，声波集中在声速较低的区域处，并在其中传播。本发明的发明人发现，当通过增大使用金属材料，比如Au电极的厚度而使在固态层之间传播的边界声波的声速减小时，就能够满足使能量集中在固态层之间的条件，其中Au作为具有高密度并且在设置在固态层之间的电极材料时具有低声速，结果，产生本发明。
迄今为止，已知在固体物质中传播的三种类型的体波，即纵波、快横波和慢横波，并且它们分别被称作P波、SH波和SV波。由基质材料的各向异性特性来确定SH波或SV波是否成为慢横波。在上述三种体波中，具有最低声速的体波为慢横波。当固体物质为诸如SiO2的各向同性物质时，由于在其中仅能传播一种类型的横波，这种横波为慢横波。
另一方面，在通过比如压电衬底的各向异性基质材料传播的边界声波中，大多数情况下的P波、SH波和SV波的三个位移分量在传播时彼此耦合，并且由主要分量决定边界声波的类型。例如，上述Stoneley波是主要由P波和SV波组成的边界声波，SH型边界声波为主要由SH分量组成的边界声波。此外，在有些情况下，根据条件，SH波分量和P波或SV波分量在传播时没有相互耦合。
在边界声波中，由于上述三个位移分量在传播时彼此耦合，例如，在声速比SH波更快的边界声波中，SH分量和SV分量泄漏出，在声速比SV波更快的边界声波中，SV分量泄漏。这种泄漏波分量引起边界声波的传播损耗。
因而，当SH型边界声波的声速减小到上述两个固态层的慢横波的声速以下时，可使SH型边界声波的能量集中在设置于两个固态层之间的电极附近，结果，可获得传播损耗为零的条件。此外，当至少一个固态层由压电物质形成，且使用包含压电物质的介电物质作为另一固态层时，通过设置在固态层之间的电极，可激发出SH型边界声波。电极可包括例如，Mikio SHIBAYAMA在“声表面波技术(Surface Acoustic Wave Technology)”(P 57-58，由Institute of Electronics，Information and CommunicationEngineers出版)中披露的梳状电极或叉指电极。上述结构是一种电极设置在两个固态层之间的简单结构。此外，由于上述结构，通过组合多种材料，可使用SH型边界声波。例如，在SiO2/IDT电极/Y-X LiNbO3结构中，尽管还没有证实激发出SH型边界声波，不过，当增大电极的厚度时，允许存在SH型边界声波。
此外，在IDT和栅状反射器的情形中，当形成IDT和栅状反射器的条带的条线宽度与配置周期的比值，即占空比增大，同时通过增大电极厚度而使慢横波的声速接近边界声波的声速时，可使SH型边界声波的声速低于慢横波的声速。
图1(a)和1(b)表示本发明一种实施例的声界面波装置。图1(a)为表示电极结构的平面示意图，图1(b)所示的正剖图示意地表示沿图1(a)中A-A线作出的主剖面。
如图1(a)中所示，在声界面波装置1中，为了形成第一边界声波元件2和第二边界声波元件3，形成电极结构。
另外，如图1(b)中所示，在声界面波装置1中，在板状单晶衬底4的上表面上形成固态层5，并且在单晶衬底4与固态层5之间的边界处形成上述电极结构。
具体地说，本实施例中所用的单晶衬底4由起压电晶体作用并具有欧拉角(0°，90°，0°)的Y向成板X向传播LiNbO3衬底形成。此外，由起介电物质作用的SiO2形成固态层5。由于固态层5是由SiO2形成的，所以它易于通过薄膜形成方法来制成。另外，SiO2具有的频率温度系数TCF可抵消LiNbO3的频率温度系数TCF。从而，当使用SiO2组成的固态层时，可改善温度性质。
此外，边界声波元件2的电极结构具有叉指电极6和沿边界声波传播方向设置在叉指电极6两侧的反射器7和8。叉指电极6具有彼此交叉的多个电极指，并且栅状反射器7和8分别具有在两端短路的多个电极指。即边界声波元件2为单端口型谐振器。
第二边界声波元件3也为单端口型谐振器，并具有叉指电极9及反射器10和11。
第一和第二边界声波元件2和3均通过在压电晶体衬底4与固态层5之间形成上述电极结构来构成。也就是说，在本实施例中，通过使用相同压电晶体衬底4形成边界声波元件2和3。此外，在本发明中，可以通过使用不同压电晶体衬底形成多个边界声波元件。
可以使用任选的金属材料形成上述电极结构。在本实施例中，由Au形成所述电极结构。
此外，本实施例声界面波装置1的特征在于，第一边界声波元件2的边界声波的传播方向与第二边界声波元件3的边界声波的传播方向不同。也就是第一边界声波元件2的边界声波传播方向X1与第二边界声波元件3的边界声波传播方向X2不同。如图1(a)中所示，将边界声波元件2和3设置成，使得传播方向X2相对传播方向X1的夹角为β。将参照实例更为详细地描述本实施例声界面波装置1的原理和功能。
图2到6分别示出，在使用具有不同密度的电极材料在SiO2固态层与具有欧拉角(0°，90°，0°)的LiNbO3衬底之间形成电极的情况下，电极厚度H/λ(其中H表示厚度，λ表示SH型边界声波的波长)与边界声波的声速、传播损耗α、机电系数k2(％)、频率温度系数TCF(ppm/℃)和功率流通角(PFA)的关系。
通过根据“A method for estimating optimal cuts and propagationdirections for excitation and propagation directions forexcitation of piezoelectric surface waves”(J.J.Campbell和W.R.Jones，IEEE Trans.Sonics and Ultrason.，Vol.SU-15(1968)，P209-217)中披露的方法进行计算，得出图2到6中所示的结果。
在自由边界的情况下，基于以下假设得出声速和传播损耗电通量密度的位移、电势和法线分量，以及在SiO2与Au之间以及Au与LiNbO3之间各边界处沿上下方向的应力是连续的，SiO2的厚度和LiNbO3的厚度是无限的，以及Au的相对介电常数为1。此外，在短路边界的情形中，认为SiO2与Au之间以及Au与LiNbO3之间各边界处的电势为零。另外，由下式(1)得出机电系数k2。
k2=2×|Vf-V|/Vf]]>公式(1)在上述公式中，Vf表示自由边界的声速。
使用下面的公式(2)，由20、25和30℃下的相速度V得出频率温度系数TCF。
TCF＝V-1(25℃)×[(V(30℃)-V(20℃)/10℃]-αs公式(2)在上述公式中，αs表示沿边界声波的传播方向，LiNbO3衬底的线性热膨胀系数。
此外，使用下面的公式(3)，由角度ψ-0.5°，ψ和ψ+0.5°时的相速度V得出任意欧拉角(φ，θ，Ψ)下的功率流通角PFA。
PFA＝tan-1[V-1(ψ)×V(ψ+0.5°)-V(ψ-0.5°)]公式(3)在Y向成板X向的传播LiNbO3中，纵波、快横波和慢横波的声速分别为6,547、4,752和4,031米/秒。此外，SiO2的纵波和慢横波的声速分别为5,960和3,757米/秒。
按照图2和3，由任何类型的电极材料可以理解，在SH型边界声波的声速不超过上述纵波、快横波和慢横波的最慢速度3,757米/秒的厚度下，都能将SH型边界声波的传播损耗α减小到零。
图7所示的曲线图表示电极材料的密度ρ与SH型边界声波的传播损耗为零时的电极厚度H之间的关系。从图7显然可以看出，当满足下面公式(4)的条件时，可获得传播损耗α为零的SH型边界声波。
H(λ)＞8,261.744ρ-1.376公式(4)此外，在制作这种声界面波装置时，通过包括脱模(lift-off)、干蚀刻等的光刻技术，在由LiNbO3等制成的压电衬底上形成比如IDT的电极，并且在电极上通过诸如溅射、蒸发或CVD的沉积方法形成由SiO2等制成的介电膜。从而，由于IDT的厚度引起的不规则性，介电膜有可能倾斜地生长，或者膜质量变得不统一，结果，在有些情况下使声界面波装置的特性退化。为了避免上面所述的特性退化，最好尽可能小地减小电极的厚度。
根据由本发明的发明人进行的研究，当用于IDT等的电极材料的膜厚度H为0.1λ或更大时，由于其不规则性，非常难以形成具有优异质量的介电膜，从而最好将电极厚度H减小到0.1λ或更小。从而，由图7可知，当使用密度ρ为3,745kg/m3或更大的电极材料时，能够将传播损耗为0时的电极厚度H减小到0.1λ。
此外，从图4显然可以看出，在满足上述公式(4)的电极厚度下，机电系数k2较大，比如为10-38％，因而可以理解，能够提供具有低损耗的宽带声界面波装置。
另外，从图5可以明显地看出，能够理解，在大多数条件下频率温度系数TCF处于-40到+40ppm/℃的范围内，并且通过调节电极厚度，可将TCF减小到±20ppm/℃或更小，减小到±10ppm/℃或更小，并且进一步减小到±0ppm/℃。
图8所示的曲线图表示出的各点表示在TCF为-20，-10，0，+10和+20ppm/℃条件下得到的电极材料的密度ρ与电极厚度H之间的关系，并且还表示出从上述点作出的近似曲线。如从图8显然可以看出，当TCF处于优选范围-20到+20ppm/℃内时，电极厚度H处于满足下面公式(5)的范围内，当TCF处于更优选范围-10到+10ppm/℃内时，电极厚度H处于满足下面公式(6)的范围内，并且当满足下面的公式(7)时得到TCF最好为0ppm/℃的电极厚度H。
33,000.39050ρ-1.50232＜H＜88,818.90913ρ-1.54998公式(5)49,889.90887ρ-1.53872＜H＜112,510.78359ρ-1.60019公式(6)H＝96,984.47020ρ-1.59706公式(7)此外，有如从图6可以明显地看出的，能够理解，功率流通角PFA很优异，比如在任意膜厚度H下均为零。
按照实例1中得到的结果，在具有欧拉角(0°，θ，0°)的LiNbO3衬底上形成厚度为0.05λ的Au电极，并且形成覆盖Au电极的SiO2膜。在这种结构中，测量LiNbO3衬底的欧拉角θ与SH型边界声波和Stoneley波的声速V、机电系数k2、传播损耗α、频率温度系数TCF和功率流通角(PFA)的关系。图9到11表示欧拉角θ与声速、机电系数k2和频率温度系数TCF的关系。在θ＝0°-180°的整个区域内，传输损耗α均为0dB/λ，功率流通角(PFA)均为0°。
在图9到11中，U2表示SH型边界声波，U3表示引起寄生信号的Stoneley波。
如从图10可以明显地看出的，能够理解，当欧拉角θ为106°时，引起寄生信号的Stoneley波的机电系数k2近似变为0％。
下面，在具有欧拉角(0°，θ，ψ)的LiNbO3衬底上形成厚度为0.06λ的Au电极，并且在Au电极上形成SiO2膜，从而形成声界面波装置。在这种结构中，测量LiNbO3衬底的欧拉角θ和ψ与SH型边界声波和Stoneley波的声速V、机电系数k2、传播损耗α和频率温度系数TCF的关系。图12中表示出SH型边界声波的结果，图13中表示出Stoneley波的结果。
在图12和13所示的整个区域中，传播损耗α均为0dB/λ。此外，在图9和图11中所示的φ等于0°处，速度V和频率温度系数TCF都没有明显的改变。从而，在图12和13中，仅表示出机电系数k2的结果(％)。
有如从图13可以明显看出的，下面表2中所示的点A01到A13围绕的区域中，作为Stoneley波的响应的机电系数k2较小，比如为1.5％或更小。此外，下面表3中所示的点B01到B12围绕的区域中，机电系数k2为1.0％或更小，下面表4中所示的点C01到C08围绕的区域中，机电系数非常优异，比如为0.5％或更小。另外，作为Stoneley波的响应的机电系数，在欧拉角(0°，106°，0°)处近似为0％。
接下来，有如从图12显然可以看出的，下面表7中所示的点F01到F06围绕的区域中，SH型边界声波的机电系数k2较大，比如为2％或更大；下面表6中所示的点E01到E07围绕的区域中为5％或更大。此外，下面表5中所示的点D1到D07围绕的区域中，机电系数k2最好较大，比如为10％或更大，且在欧拉角(0°，97°，0°)条件下达到最大。
此外，在表2到7中所示的条件下，证实即使使用Ag，Cu，Al，Fe，Ni，W，Ta，Pt，Mo，Cr，Ti，ZnO或ITO作为电极材料取代Au，也能得到与上面所述相当的优异特性。
此外，在图12和13以及表2到7中，当使用-ψ取代ψ，并且当使用θ+180°取代θ时，比如，仅功率流通角的正或负符号发生颠倒，并且证实可获得彼此相当的优异结果。
下面，在具有欧拉角(φ，105°，0°)和欧拉角(0°，105°，ψ)的各LiNbO3衬底上形成厚度为0.06λ的Au电极，并且形成覆盖Au电极的SiO2膜，从而形成声界面波装置。在此情形中，测量LiNbO3衬底的欧拉角θ和ψ与SH型边界声波(U2)和Stoneley波(U3)的声速V、机电系数k2、传播损耗α、频率温度系数TCF和功率流通角(PFA)的关系。图14到17表示在使用具有欧拉角(φ，105°，0°)的LiNbO3衬底时得到的结果，图18到21表示在使用具有欧拉角(0°，105°，ψ)的LiNbO3衬底时得到的结果。在φ为0°-90°的整个区域中，传播损耗α均为0dB/λ。
有如从图16显然可以看出的，在φ为0°-31°的范围内，Stoneley波的机电系数k2较小，比如为1.5％或更小；在φ为0°-26°的范围内，Stoneley波的机电系数k2进一步减小到1.0％或更小；在φ为0°-19°的范围内，Stoneley波的机电系数k2减小到0.5％或更小；并且在φ为0°时Stoneley波的机电系数k2近似变为0％，从而可以理解，可减小Stoneley波引起的寄生响应。此外，在φ为0°到90°的范围内，SH型边界声波的TCF最好处于-37到-35ppm/℃的范围内。
在欧拉角为(φ，105°，0°)和欧拉角为(-φ，105°，0°)这两种情形中，证实可得到彼此相当的结果。
此外，有如从图20显然可以看出的，在ψ为0°-53°的范围内，Stoneley波的机电系数k2较小，比如为1.5％或更小；在ψ为0°-47°的范围内，机电系数k2减小到1.0％或更小；在ψ为0°-38°的范围内，Stoneley波的机电系数k2进一步减小到0.5％或更小。并且在ψ为0°时Stoneley波的机电系数k2近似减小为0％，从而可以理解，可减小Stoneley波引起的寄生响应。此外，在ψ为0°-90°的范围内，SH型边界声波的TCF最好处于-35到-31ppm/℃的范围内。
可以证实，在欧拉角为(0°，105°，ψ)和欧拉角为(0°，105°，-ψ)这两种情形中，比如，仅颠倒了功率流通角的正或负符号，并且可得到彼此相当的特性。
顺便提及，一般而言，已知在反射器之间设置多个IDT的纵向耦合谐振滤波器的通带宽度和谐振器彼此相连的梯形滤波器或网格滤波器的通带宽度分别与机电系数k2近似成正比。此外，还已知谐振器的带宽，即谐振频率与反谐振频率之间的差值与机电系数k2近似成正比。从而，在使用SH型边界声波的情形中，当Stoneley波的机电系数k2较小时，并且在Stoneley波引起的寄生响应较小的条件下改变SH型边界声波的机电系数k2时，可知能够很容易地调节带宽。也就是说，可以增大滤波器和谐振器的设计自由度。
如图20中所示，当欧拉角ψ从0°改变为60°时，SH型边界声波的机电系数k2从16.4％变为0.1％。在上述区域内，Stoneley波的机电系数k2较小。此外，欧拉角φ和θ为决定使传播边界声波的衬底的切割表面的角度，欧拉角ψ为决定边界声波传播方向的角度。从而，如图1(a)中所示，当第一和第二边界声波元件设置在具有相同切割表面的衬底上，从而传播方向X1与X2彼此不同时，获得机电系数k2彼此不同的状态。
也就是说，在图1中所示的声界面波装置1中，尽管第一和第二边界声波元件2和3由相同压电晶体制成的单晶衬底4形成，由于边界声波的传播方向X1与X2彼此不同，导致机电系数k2彼此不同。从而，不必根据所需带宽制备具有不同切割表面的单晶衬底，并且可使用相同单晶衬底实现多种带宽。单晶衬底4的欧拉角不限于欧拉角(0°，105°，ψ)，并且可改变欧拉角φ和θ。由于可充分增大SH型边界声波的机电系数k2，最好使用实例2和3中所述的欧拉角，并且可减小引起寄生信号的Stoneley波的机电系数k2。
通过沉积方法，在具有欧拉角(φ，105°，0°)的LiNbO3单晶衬底上形成厚度为0.001λ的NiCr薄膜，作为粘接层。随后，在NiCr薄膜上通过沉积由Au形成薄膜之后，通过光刻脱模方法形成图22中所示的电极结构。
在这种电极结构中，提供叉指电极31和沿边界声波的传播方向设置在叉指电极31两侧的反射器32和33。
将叉指电极31和反射器32和33设置成，使得电极指的方向倾斜，从而在-50到50°范围内改变边界声波的传播方向β。
此外，通过磁控溅射RF形成厚度为λ的SiO2膜，以便覆盖叉指电极31和反射器32及33。将形成薄膜的温度设定为250℃。
在叉指电极31中，将电极指的对数设定为50.5对，并且如图中所示对相交宽度进行加权，从而抑制横模寄生。此外，将每一个反射器32和33的电极指数量设定为51。另外，将孔径长度设定为30λ。在本例中，λ为叉指电极31和反射器32及33的条带的设置周期，并且被设定为3.0μm。
将叉指电极31和反射器32及33的占空比设定为0.58，将Au膜的厚度设定为0.05λ，并将SiO2膜的厚度设定为λ。
图23(a)到23(c)和图24(a)到24(c)中表示出如上所述形成的声界面波装置的阻抗-频率特性和相位特性。在图23(a)到24(c)中，竖轴上的阻抗为下面公式(8)所表示的数值。
F(φ，θ，ψ)＝F(60°-φ，-θ，ψ)＝F(60°+φ，-θ，180°-ψ)＝F(φ，180°+θ，180°-ψ)＝F(φ，θ，180°+ψ) 公式(8)在图23(c)和图24(a)到24(c)中，在1,100-1,130MHz附近产生的寄生信号为Stoneley波引起的寄生信号。在将欧拉角φ设定为20°或更大时，由Stoneley波略微引起寄生信号。不过，如实例2中所示，在将欧拉角θ设定为106°时，可有效地抑制由Stoneley波引起的寄生信号。
此外，在图23(c)和图24(a)到24(c)所示的特性曲线中，尽管产生了Stoneley波引起的寄生信号，不过程度十分小，结果，不会发生实际问题。
图25(a)-25(c)至图28(a)-28(c)所示的曲线图分别表示在将上述单端口型边界声波谐振器的谐振频率与反谐振频率之间的差值除以谐振频率时得到的欧拉角ψ与谐振-反谐振差之间的关系。在图25(a)-25(c)中将欧拉角θ设定为90°，在图26(a)-26(c)中θ为100°，在图27(a)-27(c)中θ为105°，在图28(a)-28(c)中θ为110°。
此外，图29(a)-29(c)至图32(a)-32(c)所示的曲线图表示当欧拉角θ为95°，100°，105°和110°时得到的欧拉角ψ与阻抗之间的关系。
在本例中，如同图23(a)-23(c)中所示的情形一样，用公式(8)表示阻抗值。
有如从图25至32可以看出的，能够理解，当表示传播方向的ψ发生改变时，可调节带宽。
在图25(a)-25(c)至图32(a)-32(c)中，将电极厚度设定为0.04λ-0.06λ，将欧拉角θ设定为95-110°，并且将占空比设定为0.636。
按照实例5，7中的方法，形成单端口型边界声波谐振器，并如图33中所示那样，形成将5个边界声波谐振器相连接而成梯形结构的梯形滤波器。在图33中，梯形滤波器40在连接输入端与输出端的串联臂上具有串臂谐振器S1和S2。此外，在串联臂与参考电势之间设置3个并联臂谐振器P1到P3。
本实例中，在同一单晶衬底上形成5个边界声波谐振器。本例中所用的单晶衬底为具有欧拉角(0°，105°，0°-140°)的LiNbO3衬底。
在每个单端口型边界声波谐振器中，将每个反射器的电极指的数量设定为51。在并联臂谐振器P1到P3中，将叉指电极的电极指对数设定为50.5对，将孔径长度设定为30λ。通过将两个与用于形成并联臂谐振器P1和P3的谐振器相同的谐振器串联，从而形成串联臂谐振器S1和S2。对于并联臂谐振器P2，将叉指电极的电极指对数设定为100.5对，并将孔径长度设定为30λ。对于并联臂谐振器P1到P3，将叉指电极和反射器的波长设定为3.0λ。此外，将串联臂谐振器S1和S2设定成，使得并联臂谐振器P1和P3的反谐振频率与串联臂谐振器S1和S2的谐振频率大致互相重叠。将叉指电极和反射器的占空比均设定为0.58，将Au的电极厚度设定为0.05λ，并且将SiO2薄膜的厚度设定为2.5λ。
图34(a)-35(b)中表示当欧拉角ψ改变到0°，20°和30°时，所得到的梯形滤波器的频率特性。
在图34和35中，水平轴表示通过将频率除以每个滤波器的3dB带宽而得到的归一化频率。3-dB中心频率近似为1,080MHz。
有如从图34和35明显可以看出的，能够理解，当欧拉角ψ改变时，可调节带宽。此外，当归一化频率处于1.05-1.10范围内时，产生寄生信号；不过，由于由Stoneley波引起的寄生信号得到了充分地抑制，根本不会产生实际问题。此外，在ψ为零处的最小插入损耗很优异，比如为1.27dB。
接下去，由Cu形成电极，并且按照与上述相同的方式形成梯形滤波器。在这种情况下，将叉指电极的电极厚度和反射器的厚度设定为0.10λ，并将占空比设定为0.6。使用具有欧拉角(0°，110°，0°)的LiNbO3衬底作为压电单晶衬底。此外，在由Cu制成电极时，作为粘接层，形成厚度为0.003λ的Ti膜作为次电极层(sub-electrode)。另外，在主要由Cu组成的电极层上，形成Al制成的厚度为0.003λ的第三电极层，作为保护层。IDT的电极指以及反射器的设置周期λ被设定为3μm。此外，将SiO2膜的厚度设定为2λ，并且在由SiO2膜制成的固态层上，涂覆环氧树脂，以便具有5λ或更大的厚度，随后进行固化。从而得到图37中所示的梯形滤波器的频率特性。在图37中，最小插入损耗很优异，比如为1.7dB。
有如从图37明显可以看出的，能予理解，即使由Cu形成主电极层，也能获得优异的滤波器特性。
上述利用边界声波的传播方向改变机电系数k2，从而调节带宽的方法，除了上面所述的单端口型谐振器和使用多个单端口型谐振器的梯形滤波器以外，还可应用于通过设置多个单端口型谐振器所形成的网格滤波器，通过设置多个IDT所形成的纵向耦合振器型滤波器，两端口型谐振器，以及横向耦合滤波器。
在具有欧拉角(0°，θ，0°)的LiNbO3衬底上形成Au制成且厚度为0.5λ的电极之后，在一种情况下，上述由Au制成的电极上形成具有不定厚度的多晶Si，作为固态层；在另一种情况下，上述由Au制成的电极上形成厚度为0.1λ的SiO2和具有不定厚度的多晶Si，作为固态层。随后，测量欧拉角θ与SH型边界声波(U2)和Stoneley波(U3)的声速V、机电系数k2、传播损耗α和频率温度系数TCF(PFA)的关系。图38(a)-38(c)表示在形成具有不定厚度的多晶Si时得到的结果，图39(a)-39(b)表示在形成具有0.1λ厚度的SiO2和具有不定厚度的多晶Si时得到的结果。
在θ从0°-180°的整个区域内，传播损耗α为0dB/λ，功率流通角PFA为0°。
通过图38(a)-38(c)中所示的结果与图39(a)-39(c)中所示的结果可以明显地看出，能予理解，与使用SiO2固态层的情形相比，在使用多晶Si时，尽管在使用SH型边界声波的情形中不能使Stoneley波的机电系数k2减小到零，不过在欧拉角θ为106°-115°时，Stoneley波的机电系数趋于减小。从而，可以理解，即使在由多晶Si形成固态层的情形中，在与SiO2形成固态层的情形中相同的欧拉角下，也能够抑制Stoneley波引起的寄生信号。
移动电话所用的RF模块具有发射单元和接收单元，并且发射带与接收带互不相同。在接收单元中所用的Rx滤波器中，接收带为通带，发射带为阻带。此外，在发射单元中所用的Tx滤波器中，发射带为通带，接收带为阻带。
因而，在移动电话所用的RF滤波器中，对于通带而言，在有些情况下非常需要位于通带一侧的阻带的衰减量足够大。在这样的情况下，已知必须有意地形成不对称通过性质，从而在Tx滤波器的情况下充分增大接收带的衰减量，另一方面，在RF滤波器的情况下充分增大发射带的衰减量。
为了形成滤波器不对称的通过性质，可将线圈或电容与滤波器相连接。例如，在梯形滤波器的情况下，在将线圈与并联臂谐振器和串联谐振器其中之一相连接，从而增大上述一个谐振器的谐振频率与反谐振频率之间的差值时，可以使通带不对称。不过，由于线圈或电容必须与滤波器相连，增加了部件的数量，此外，必然会增大滤波器的外部尺寸。
另一方面，在本发明中，当使用比如实例5中所述的通过改变传播方向ψ来最佳地调节波段的谐振器时，可解决上述问题。在图36中表示出梯形滤波器的通带，所述梯形滤波器是按照与图33中所示梯形滤波器相当的方式形成的，不过将并联臂谐振器P1和P3的传播方向设定为满足ψ＝20°，并且将串联臂谐振器S1和S2的传播方向设定为满足ψ＝0°。
有如从图36可以明显看出的，能予理解，在通带的较低频率一侧，发生快速衰减，在0.956的归一化频率处，虽然根据图34和35中所示梯形滤波器的通过性质，衰减量仅为34dB，但根据图36中所示的特性曲线，衰减量较大，比如为44dB。
此外，当并联臂谐振器P1和P3的传播方向与串联臂谐振器S1和S2的传播方向颠倒时，可以提高通带的宽带一侧的衰减量。
除实例5中所示的欧拉角(0°，105°，0°)外，比如在(90°，90°，0°)附近，LiNbO3衬底还存在能够通过传播方向调节机电系数k2的欧拉角。从而，在SiO2/Au/LiNbO3结构中，在将Au的厚度设定为0.07λ，并且，当LiNbO3衬底的欧拉角从(90°，90°，0°)改变为(90°，90°，60°)时，可将机电系数从16.8％调节到0.8％。
利用使用传播方向改变机电系数k2、从而调节带宽的结构改善声界面波装置性能的方法，可用于除上述梯形滤波器以外的多种结构，在这些结构中增大通带附近的陡峭程度。例如，如图40中所示，上述方法可应用于具有两个波段的两输入和两输出滤波器芯片，其中提供Rx滤波器41和Tx滤波器42形成一个芯片。在此情形中，Rx滤波器41和Tx滤波器42的通带比如像图41中所示那样。在图41中，可执行与上述相当的方法，也就是说，可以增大Rx滤波器的通带的低频一侧的陡峭程度，或者可增大Tx滤波器的通带的高频一侧的陡峭程度。此外，如图42中所示，上述方法还可以按照与上述相同的方式，应用于具有两个波段的一输入和两输出滤波器。在图42中所示的滤波器中，Rx滤波器的输入与Tx滤波器的输入彼此相连。
此外，在边界声波滤波器彼此串联或并联的结构中，当把一个边界声波滤波器的通带的高频一侧或低频一侧被设计成与另一边界声波滤波器的低频一侧或高频一侧互相接触时，可形成具有宽带的滤波器。在此情形中，最好通带的端部彼此接触，在该处衰减量为3dB。在如此设计的结构中，当使用本发明具有不同传播方向的边界声波滤波器，从而一个边界声波滤波器用于宽带，另一边界声波滤波器用于窄带时，可以增大通带的高频一侧和低频一侧当中之一处的陡峭程度。也就是说，在有如图43中所示第一边界声波滤波器45与第二边界声波滤波器46彼此并联连接的结构中，或者有如图45中所示第一边界声波滤波器47与第二边界声波滤波器48彼此串联连接的结构中，在将第一边界声波滤波器的通带和第二边界声波滤波器的通带设定得非常接近时，可以得到如图44中所示粗线表示的合成波段特性曲线。即使在上述结构中，当按照本发明调节传播方向时，也易于设计成宽带滤波器性质。
此外，也是在这样的结构中，其中通过将单端口型谐振器与纵向耦合滤波器的输入端、连接端或辅助连接端当中之一串联或并联连接，形成获得通带性质的陷波电路，当纵向耦合滤波器的传播方向与谐振器的传播方向彼此不同时，可改变陷波波段。
此外，在各种声界面波装置的设计方法中，当采用利用传播方向改变机电系数k2，从而调节带宽的技术时，简化了声界面波装置的设计和制造。此外，通过单一芯片的集成，有利于实现小型化。
利用本发明的声界面波装置，可以形成纵向耦合滤波器。图46所示的平面示意图仅表示在形成纵向耦合滤波器时的电极结构。
在图46中，仅以平面示意图表示出纵向耦合滤波器51的电极结构。实际上，图46中所示的电极结构形成在第一夹紧层(vise layer)与第二夹紧层之间的边界处。也就是说，纵向耦合滤波器51的正剖图与图1(b)中所示声界面波装置1的正剖面图近似相同，如图46中所示仅改变电极结构。
如图46中所示，在纵向耦合滤波器51中，沿边界声波的传播方向设置三个IDT 52-54。沿边界声波的传播方向在IDT 52-54的设置区域的两侧设置反射器55和56。中心IDT 53与输入端相连，IDT 52的端部和IDT54的相应端部彼此相连，然后与输出端相连。也就是纵向耦合滤波器51为三IDT型纵向耦合边界声波滤波器。
如上所述，在单晶衬底与固态层之间的边界处，形成包括IDT 52-54以及反射器55-56的电极结构。
对于上述单晶衬底，使用具有欧拉角(0°，105°，0°)的105°Y切割0°X传播LiNbO3衬底，形成具有以下技术要求的纵向耦合滤波器51，并测量频率特性。图47中表示出结果。
电极结构在将厚度为0.03λ的NiCr薄膜、厚度为0.05λ的Au薄膜和厚度为0.003λ的NiCr薄膜依次互相层叠之后，由该层叠的薄膜开始形成IDT 52-54以及反射器55-56。此外，由厚度为2.0λ的SiO2薄膜形成覆盖电极的固态层。
将IDT 52和54的电极指对数设定为6对，将IDT 53的电极指对数设定为10对。将反射器55和56的电极指对数均设定为40对。
将IDT 52-54的周期λ设定为3.0μm，并且将反射器55和56的周期设定为3.1μm。
然后，按照与上述相同的方式形成纵向耦合滤波器，不过通过使用欧拉角(0°，105°，20°)的105°Y切割20°X传播LiNbO3衬底改变单晶衬底的传播角度，随后，测量频率性质。图48中表示出结果。
比较图47和图48中所示的结果，显然可以理解，可以通过改变传播角度来改变通带宽度。从而，当在同一衬底上形成具有不同传播角度的多个纵向耦合滤波器时，可形成具有不同滤波器性质(如通频带宽度)的多个纵向耦合滤波器。
此外，按照本发明的说明，由于欧拉角(φ，θ，ψ)表示衬底的切割表面和边界声波的传播方向，使用“Acoustic Wave Device TechnologyHandbook”(日本科学促进协会声波装置技术第150届委员会编辑，2001年11月30日第一次印刷/第一版，第549页)中披露的右手欧拉角体系。也就是说，对于LN的晶轴X，Y和Z，通过沿逆时针方向围绕Z轴将X轴旋转φ，得到Xa轴。然后，通过沿逆时针方向围绕Xa轴将Z轴旋转θ，得到Z’轴。将包括Xa轴并且以Z’轴作为法线的平面，设定为衬底的切割表面。此外，将通过沿逆时针方向围绕Z’轴将Xa轴旋转ψ得到的X’轴的方向，设定为边界声波的传播方向。
此外，对于用欧拉角的初始值表示的LiNbO3的晶轴X，Y和Z，将Z轴设定为平行于c轴，将X轴设定为平行于三个不同方向的三个等效a轴中任何一个，并且，将Y轴设定为平行于包括X轴和Z轴的平面的法线。
此外，在结晶学方面，可使用与本发明LiNbO3的欧拉角(φ，θ，ψ)等效的欧拉角。例如，根据技术文献7(Journal of the Acoustical Societyof Japan，Vol.36，No.3，1980，第140到145页)，由于LiNbO3是一种属于三角晶系3m点群的晶体，所以满足下面的公式(A)。
F(φ，θ，ψ)＝F(60°-φ，-θ，ψ)＝F(60°+φ，-θ，180°-ψ)＝F(φ，180°+θ，180°-ψ)
＝F(φ，θ，180°+ψ) 公式(A)在上面的公式中，F为任意边界声波特性，如机电系数k2、传播损耗、TCF、PFA或天然单向性质。对于PFA和天然单向性质，比如，在将传播方向颠倒时，尽管表示方向的正或负符号发生改变，但性质的绝对值不发生改变，从而可将其解释为实际上彼此相同。此外，尽管技术文献7涉及声表面波，即使讨论边界声波时，也可以按照与技术文献7中所披露的相同方式来控制晶体的对称性。例如，在欧拉角(30°，θ，ψ)处边界声波的传播性质与欧拉角(90°，180°-θ，180°-ψ)处边界声波的传播性质相同。此外，例如，在(30°，90°，45°)处边界声波的传播性质与下面表8中所示欧拉角处边界声波的传播性质相同。
此外，本发明中所考虑的电极的材料常数为多晶物质的数值；不过，即使在诸如外延薄膜的晶体物质中，由于与薄膜本身相比，取决于衬底的晶体取向显著地会影响边界声波性质，并且在公式(A)所表示的相同欧拉角的情形中，可以获得不致带来任何实际问题的相同的边界声波传播性质。
权利要求
1.一种声界面波装置，使用非泄漏传播型边界声波，它包括使用具有相同切割角的单晶衬底形成的多个边界声波元件，其中，所述各边界声波元件都包含单晶衬底、设置于单晶衬底上的固态层，以及设置在单晶衬底与固态层之间边界处的电极；并且在所述各边界声波元件中，至少一个边界声波元件的边界声波传播方向与至少另一边界声波元件的边界声波传播方向不同。
2.根据权利要求1所述的声界面波装置，其中，所述边界声波元件为边界声波滤波器或边界声波谐振器。
3.根据权利要求1或2所述的声界面波装置，其中，所述边界声波元件具有谐振器结构。
4.根据权利要求1所述的声界面波装置，其中，所述声界面波装置为纵向耦合滤波器。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的声界面波装置，其中，所述各边界声波元件设置于一个压电单晶衬底上。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的声界面波装置，其中，所述至少一个边界声波元件的机电系数与至少另一边界声波元件的机电系数不同。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的声界面波装置，其中，所述至少一个边界声波元件的带宽与至少另一边界声波元件的带宽不同。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的声界面波装置，其中，将所述电极的厚度设定为，使得SH型边界声波的声速低于通过固态层传播的慢横波的声速和通过压电单晶衬底传播的慢横波的声速。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的声界面波装置，其中，将所述电极的占空比设定为，使得SH型边界声波的声速低于通过固态层传播的慢横波的声速和通过压电单晶衬底传播的慢横波的声速。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的声界面波装置，其中，当所述电极的密度、电极的厚度和边界声波的波长分别用ρ(kg/m3)、H(λ)和λ表示时，满足H＞8261.744ρ-1.376。
11.根据权利要求10所述的声界面波装置，其中，满足ρ＞3,745kg/m3。
12.根据权利要求10或11所述的声界面波装置，其中，满足33,000.39050ρ-1.50232＜H＜88,818.90913ρ-1.54998。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的声界面波装置，其中，所述压电单晶衬底为LiNbO3衬底，LiNbO3衬底的欧拉角(φ，θ，ψ)中的φ在-31°到31°范围内，且θ和ψ在下表中所示的点A1到A13所包围的的区域中。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的声界面波装置，其中，所述电极均包括由选自一组Au、Ag、Cu、Al、Fe、Ni、W、Ta、Pt、Mo、Cr、Ti、ZnO和ITO中的一种材料形成的主电极层。
15.根据权利要求14所述的声界面波装置，其中，所述电极还包括层叠在所述主电极层上的第二电极层。
16.根据权利要求1至15中任一项所述的声界面波装置，其中，所述固态层包括介电物质。
17.根据权利要求16所述的声界面波装置，其中，所述介电物质包括主要由SiO2组成的材料。
18.根据权利要求1至16中任一项所述的声界面波装置，其中，所述固态层均由通过层叠多个材料层形成的叠层构成。
19.根据权利要求18所述的声界面波装置，其中，所述固态层具有这样的结构，其中主要由SiO2组成的一层层叠在主要由Si组成的一层上。
20.根据权利要求1至16中任一项所述的声界面波装置，其中，所述固态层由选自一组Si、SiO2、玻璃、氮化硅、金刚砂、ZnO、Ta2O5、钛酸钠锆酸铅压电陶瓷、氮化铝、Al2O3、LiTaO3和LiNbO3中的至少一种材料形成。
21.根据权利要求1至20中任一项所述的声界面波装置，其中，所述各边界声波元件分别还包括形成在所述固态层上的树脂层，从而粘接到固态层。
全文摘要
一种使用边界声波的小尺寸、高性能声界面波装置。通过使滤波器波带锐化，并且在单个衬底上制造波段具有不同特定带宽的谐振器和滤波器，获得所述装置。在声界面波装置(1)中，在单晶衬底(4)上形成固态层(5)，并且在单晶衬底(4)与固态层(5)之间设置电极。所述装置(1)包括使用具有相同切割角的单晶衬底(4)形成的边界声波元件(2，3)。边界声波元件(2)的传播方向与边界声波元件(3)的传播方向不同。
文档编号H03H9/145GK1894850SQ200480037310
公开日2007年1月10日 申请日期2004年12月2日 优先权日2003年12月16日
发明者神藤始 申请人:株式会社村田制作所