弾性境界波装置
【課題】弾性境界波が伝搬する境界面と媒質層の表面との間で閉じ込められる弾性波に起因するスプリアスを効果的に抑圧することができ、良好な共振特性やフィルタ特性を得ることを可能とする弾性境界波装置を提供する。
【解決手段】相対的に音速が速い第１の媒質層２としてのＬｉＮｂＯ3基板と、相対的に音速が遅い第２の媒質層３としてのＳｉＯ2膜との境界に、電気音響変換器としてのＩＤＴ４と、反射器５，６とが配置されており、ＳｉＯ2膜の上面に、複数本の溝３ｂが形成されて凹部及び／または凸部が設けられている、弾性境界波装置１。
【解決手段】相対的に音速が速い第１の媒質層２としてのＬｉＮｂＯ3基板と、相対的に音速が遅い第２の媒質層３としてのＳｉＯ2膜との境界に、電気音響変換器としてのＩＤＴ４と、反射器５，６とが配置されており、ＳｉＯ2膜の上面に、複数本の溝３ｂが形成されて凹部及び／または凸部が設けられている、弾性境界波装置１。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、音速の異なる第１，第２の媒質層間の境界を伝搬する弾性境界波を利用した弾性境界波装置に関し、より詳細には、所望でないスプリアスを抑制する構造が備えられた弾性境界波装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーリー波や第１漏洩波などの弾性表面波を利用した弾性表面波装置では、小型化及び軽量化を進めることができ、かつ調整が不要である。
【０００３】
従って、弾性表面波装置は、携帯電話用ＲＦフィルタもしくはＩＦフィルタ、ＶＣＯ用共振子またはテレビ用ＶＩＦフィルタなどに広く用いられている。
【０００４】
もっとも、弾性表面波は、媒質表面を伝搬する性質を有するため、媒質の表面状態の変化に敏感である。従って、弾性表面波が伝搬するチップでは、弾性表面波が伝搬するチップ表面を保護しなければならない。そのため、弾性表面波チップのチップ表面が空洞に臨むように、空洞が設けられたパッケージを用いて、弾性表面波装置を気密封止する必要があった。このようなパッケージは一般にコストが高くつき、かつパッケージの寸法が弾性表面波チップの寸法よりも大幅に大きくならざるを得なかった。
【０００５】
上記のような空洞を有するパッケージを不要とするデバイスとして、弾性境界波装置が提案されている。
【０００６】
図１５は、従来の弾性境界波装置の一例を示す正面断面図及び模式的斜視図である。弾性境界波装置１０１では、音速が異なる第１，第２の媒質層１０２，１０３が積層されている。第１，第２の媒質層１０２，１０３の境界Ａに、電気音響変換器としてのＩＤＴ１０４が配置されている。またＩＤＴ１０４の弾性境界波伝搬方向両側には、反射器（図示せず）が配置されている。
【０００７】
弾性境界波装置１０１では、ＩＤＴ１０４に入力信号を印加することにより、弾性境界波が励振される。弾性境界波は、図１５の矢印Ｂで模式的に示すように、弾性境界波装置１０１の境界Ａを伝搬する。
【０００８】
下記の非特許文献１には、このような弾性境界波装置の一例が示されている。ここでは、１２６°回転Ｙ板Ｘ伝搬のＬｉＴａＯ3基板上にＩＤＴが形成されており、さらにＩＤＴを覆うようにＬｉＴａＯ3基板上にＳｉＯ2膜が所定の厚みに形成されている。この構造では、ストンリー波と称されているＳＶ＋Ｐ型の弾性境界波が伝搬することが示されている。非特許文献１では、ＳｉＯ2膜の厚みを１．０λ（但し、λは弾性境界波の波長）とした場合に、２％の電気機械結合係数が得られるとされている。
【０００９】
また、下記の非特許文献２には、〔００１〕−Ｓｉ＜１１０＞／ＳｉＯ2／ＹカットＸ伝搬ＬｉＮｂＯ3構造を伝搬するＳＨ型の弾性境界波が開示されている。このＳＨ型の弾性境界波は、ストンリー波と比べて電気機械結合係数ｋ2が大きいという利点を有する。また、ＳＨ型の弾性境界波は、ＳＨ型の波動であるため、ＩＤＴ反射器を構成する電極指の反射係数が、ストンリー波の場合に比べて大きいことが予想される。従って、ＳＨ型の弾性境界波を利用して共振子や共振器型フィルタを構成した場合、これらをより一層小型化することができ、かつ急峻な周波数特性の得られることが期待される。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】「Piezoelectric Acoustic Boundary Waves Propagating Along the Interface Between SiO2 and LiTaO3」IEEE Trans. Sonics and ultrason.,VOL.SU-25,No.6,1978IEEE
【非特許文献２】「Si/SiO2/LiNbO3構造を伝搬する高圧電性境界波」（第２６回ＥＭシンポジウム，Ｈ９年５月，ｐｐ５３−５８）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
非特許文献１，２に記載の各弾性境界波装置は、弾性境界波を利用するものであるため、空洞を有するパッケージを必要としない。従って、弾性波装置の小型化及びコストの低減を果たすことができる。しかしながら、実際に弾性境界波装置を構成した場合、周波数特性において所望でないスプリアスが発生しがちであるという問題のあることが、本願発明者の実験により新たに見出された。
【００１２】
図１６及び図１７は、従来の弾性境界波装置の問題点を説明するための図であり、図１６は弾性境界波装置の外観を示す模式的斜視図、図１７はその周波数特性を示す図である。
【００１３】
図１６に示すように、ＹカットＸ伝搬のＬｉＮｂＯ3単結晶基板１１２上に、厚さ０．０５λのＡｕ膜からなるＩＤＴ１１３及び反射器１１４，１１５を形成した。また、ＩＤＴ１１３及び反射器１１４，１１５を覆うように、ＬｉＮｂＯ3単結晶基板１１２上に、厚さ３．３λのＳｉＯ2膜１１６をＲＦマグネトロンスパッタによりウエハー加熱温度を２００℃として成膜した。ＩＤＴ１１３の電極指の対数は５０対、交差幅３０λ、電極指のデューティー比は０．６とした。また、反射器１１４，１１５の電極指の本数はそれぞれ５０本とし、反射器１１４，１１５のλと、ＩＤＴ１１３の波長λは一致させた。また、ＩＤＴ１１３と、反射器１１４，１１５の間隔は、電極指中心間距離で０．５λとした。なお、Ａｕ膜の上下には、密着性を高めるために薄いＴｉ層を蒸着により形成した。
【００１４】
このようにして構成された弾性境界波装置１１１の周波数特性を図１７に示す。図１７から明らかなように、弾性境界波装置１１１では、反共振周波数近傍及び反共振周波数よりも高周波数側に複数のスプリアスがかなりの大きさで発生していることがわかる。
【００１５】
従って、上記弾性境界波装置１１１を共振子として利用した場合、上記スプリアスにより不要共振が生じ、またフィルタとして利用した場合には帯域外抑圧レベルが劣化する原因となり、弾性境界波装置を実用化する上の大きな障害となることがわかる。
【００１６】
本発明の目的は、上述した従来技術の現状に鑑み、所望でないスプリアスを効果的に抑圧することができ、良好な周波数特性を得ることを可能とする弾性境界波装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
第１の発明に係る弾性境界波装置は、第１の媒質層と、第２の媒質層との間の境界を伝搬する弾性境界波を利用した弾性境界波装置において、前記第２の媒質の音速は、第１の媒質の音速に比べて遅く、弾性境界波の波長をλとしたときに、第２の媒質層の厚みが７λ以上とされていることを特徴とする。すなわち、第１の発明では、相対的に音速が遅い第２の媒質層の厚みを特定の厚みとすることにより所望でないスプリアスを効果的に抑圧することが可能とされる。
【００１８】
本願の第２の発明は、第１，第２の媒質層の境界面を伝搬する弾性境界波を利用した弾性境界波装置において、前記第１及び／または第２の媒質層の境界面とは反対側の面に弾性波を散乱する構造が設けられていることを特徴とする。
【００１９】
第２の発明では、弾性波を散乱する構造が備えられることにより、所望でないスプリアスが抑制される。
【００２０】
第２の発明のある特定の局面では、前記第２の媒質層の音速が第１の媒質層の音速よりも遅く、前記第２の媒質層に前記弾性波を散乱する構造が設けられている。
【００２１】
第２の発明のさらに他の特定の局面では、前記弾性波を散乱する構造が、媒質層の前記境界面とは反対側の面に設けられた凹部及び／または凸部である。
【００２２】
第２の発明のさらに別の特定の局面では、前記弾性境界波の波長をλとしたときに、前記凹部の溝の深さまたは凸部の高さが０．０５λ以上とされている。
【００２３】
第２の発明のさらに他の特定の局面では、前記弾性境界波の波長をλとしたときに、前記凹部及び／または凸部のピッチが１λ以上とされている。
【００２４】
第２の発明のさらに別の特定の局面では、前記弾性波を散乱する構造が設けられている媒質層の前記境界面と該境界面と反対側の面との間の寸法である厚みが、弾性境界波の波長をλとしたときに７λ以下とされている。すなわち、音速が遅い第１の媒質層の厚みが７λ未満の場合には、スプリアスの抑制が困難であるが、上記弾性波を散乱する構造の採用によりスプリアスの抑制が果たされる。
【００２５】
第２の発明のさらに他の特定の局面では、前記第２の媒質層がＳｉＯ2からなり、前記第１の媒質層がＬｉ含有圧電体基板からなり、前記ＳｉＯ2からなる第２の媒質層の表面に凹部及び／または凸部が形成されている。
【００２６】
第１，第２の発明のある特定の局面では、前記第１，第２の媒質層間に、境界波を励振するための電気音響変換器が形成されている。
【００２７】
第１，第２の発明のさらに他の特定の局面では、前記第１の媒質層と第２の媒質層との間の境界に設けられた反射器がさらに備えられる。
【００２８】
第２の発明の弾性境界波装置のさらに別の特定の局面では、前記媒質層の凹部及び／または凸部が形成されている面上に設けられた外層材がさらに形成されている。
【発明の効果】
【００２９】
第１の発明に係る弾性境界波装置によれば、音速が相対的に遅い第１の媒質層の厚みが７λ以上とされているため、前述した実験例から明らかなように弾性境界波が伝搬する境界面と第２の媒質層の境界面とは反対側の面との間を伝搬するスプリアスを効果的に抑圧することができ、共振特性やフィルタ特性の良好な弾性境界波装置を提供することができる。
【００３０】
第２の発明によれば、第１及び／または第２の媒質層の弾性境界波へ伝搬する境界面とは反対側の面に、弾性波を散乱する構造が設けられているので、該弾性波による所望でないスプリアスを効果的に抑圧することができ、良好な共振特性及びフィルタ特性を得ることができる。
【００３１】
第１，第２の発明に係る弾性境界波装置は、上記のように第１，第２の媒質層間の弾性境界波を利用するものであるため、空洞を有する複雑なパッケージ構造を必要とせず、安価に製造され得る。また、弾性表面波装置に比べて、小型化及び軽量化を図ることができ、従ってより小型でありかつ高密度実装に適した弾性波装置を提供することができる。
【００３２】
第２の発明において、弾性波を散乱する構造が第２の媒質層に設けられている場合には、スプリアスが伝搬しやすい相対的に音速の遅い第２の媒質層におけるスプリアスモードの抑圧を効果的に果たすことができる。
【００３３】
上記弾性波を散乱する構造が、媒質層の弾性境界波が伝搬する面とは反対側の面に設けられた凹部及び／または凸部により構成されている場合には、該凹部及び／または凸部によりスプリアスモードが確実に散乱される。
【００３４】
上記凹凸の深さが０．０５λ以上の場合、あるいは凹部及び／または凸部のピッチが１λ以上の場合には、それによってスプリアスをより一層効果的に抑圧することができる。
【００３５】
第２の発明において、弾性境界波が伝搬する面と、弾性波を散乱する構造が設けられている面との間の距離が７λ以下の場合には、弾性波を散乱する構造が設けられている媒質層の厚みが比較的薄いためスプリアスが媒質層の厚みによって抑制することはできないが、第２の発明に従って凹部及び／または凸部の付与によりスプリアスを効果的に抑圧することができる。
【００３６】
凹部及び／または凸部を覆うように外層材がさらに設けられている場合には、外層材により弾性境界波装置の機械的強度を高めたり、耐電力性を高めることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係る弾性境界波装置の要部を示す模式的正面断面図及び外観を示す模式的斜視図である。
【図２】図１５及び図１６に示した従来の弾性境界波装置における弾性境界波のメインモードの変位分布を示す図である。
【図３】図２に示した場合と同一条件におけるスプリアスモードの変位分布の一例を示す図である。
【図４】図２に示した場合と同一条件におけるスプリアスモードの変位分布の一例を示す図である。
【図５】図２に示した場合と同一条件におけるスプリアスモードの変位分布の一例を示す図である。
【図６】図２に示した場合と同一条件におけるスプリアスモードの変位分布の一例を示す図である。
【図７】図２に示した場合と同一条件におけるスプリアスモードの変位分布の一例を示す図である。
【図８】図２に示した場合と同一条件におけるスプリアスモードの変位分布の一例を示す図である。
【図９】第１の実施形態の弾性境界波装置のインピーダンス特性を示す図である。
【図１０】第１の実施形態において、凹凸を構成する溝の深さを変化させた場合のスプリアスモードのインピーダンス比の変化を示す図である。
【図１１】凹凸を構成する溝のピッチを変化させた場合のスプリアスモードのインピーダンス比の変化を示す図である。
【図１２】第１の実施形態の弾性境界波装置の変形例における溝の構成を説明するための模式的斜視図である。
【図１３】本発明の第２の実施形態を説明するための図であり、相対的に音速が遅いＳｉＯ2膜の膜厚を変化させた場合のスプリアスモードのインピーダンス比の変化を示す図である。
【図１４】第１の実施形態の弾性境界波装置の変形例の弾性境界波装置の要部を示す模式的部分正面断面図である。
【図１５】従来の弾性境界波装置を説明するための模式的部分切欠正面断面図である。
【図１６】従来の弾性境界波装置を説明するための模式的斜視図である。
【図１７】図１６に示した弾性境界波装置のインピーダンス特性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
以下、図面を参照しつつ本発明の具体的な実施形態を説明することにより、本発明を明らかにする。
【００３９】
まず、図１７に示したスプリアスの原因を調査するために、図１６に示した弾性境界波装置１１１において数値解析を行い、弾性境界波の変位分布とスプリアスモードの変位分布を求めた。なお、ＳｉＯ2膜とＡｕとの境界及びＡｕとＬｉＮｂＯ3基板との境界における変位と上下方向の応力を連続とし、短絡境界であるため電位を０とし、ＳｉＯ2膜の厚みを所定値とし、ＬｉＮｂＯ3の厚みは無限とした。
【００４０】
図２は、ＳｉＯ2膜の厚みを２．５λとしたときの弾性境界波のメインモードの変位分布を示し、図３〜図８は、同一条件におけるスプリアスモードの変位分布をそれぞれ示す図である。図２〜図８において、Ｕ1は変位のＰ波成分、Ｕ2はＳＨ波成分、Ｕ3はＳＶ波成分を示し、横軸は最大値で規格化した変位を、縦軸は深さ方向を示す。（−側が下方向）
【００４１】
図２から明らかなように、弾性境界波のメインモードはＳＨ型の成分が主成分であるＳＨ型の弾性境界波であることがわかる。そして、図３〜図８から、スプリアスモードはＳＨ波成分主体のモード、Ｐ波及びＳＶ波成分が主体のモードの２種類のモードに大別されることがわかる。そして、２種類のスプリアスモードは、ＳｉＯ2膜の上面と、ＳｉＯ2膜とＡｕからなるＩＤＴとの境界との間で伝搬する。また、上記２種類のスプリアスモードの高次モードが複数発生するため、図１７に示したように多数のスプリアスが発生しているものと考えられる。
【００４２】
本発明に係る弾性境界波装置は、このような複数のスプリアスの抑圧を果たすべく考えられたものである。
【００４３】
（第１の実施形態）
図１（ａ）及び（ｂ）は、本発明の弾性境界波装置の第１の実施形態を説明するための模式的正面断面図及び模式的斜視図である。
【００４４】
弾性境界波装置１では、第１，第２の媒質層２，３が積層されている。ここでは、第１の媒質層２がＹカットＸ伝搬のＬｉＮｂＯ3単結晶基板からなり、第２の媒質層３がＳｉＯ2膜により構成されている。ＬｉＮｂＯ3単結晶基板２とＳｉＯ2膜３との間には、すなわち第１，第２の媒質層の境界Ａには、電気音響変換器としてのＩＤＴ４が配置されている。なお、図１（ａ）では、ＩＤＴ４が配置されている部分のみが示されているが、図１（ｂ）に示すように、ＩＤＴ４の弾性境界波伝搬方向両側にグレーティング型の反射器５，６が配置されている。ＩＤＴ４及び反射器５，６は、ＡｕをＬｉＮｂＯ3単結晶基板２上に０．０５λの厚みに成膜することにより形成されている。
【００４５】
なお、ＳｉＯ2膜３は、ＩＤＴ４及び反射器５，６を形成した後に、厚さ３．０λのＳｉＯ2膜をＲＦマグネトロンスパッタによりウエハー加熱温度２００℃で成膜することにより形成した。
【００４６】
なお、ＩＤＴ４の電極指の対数は５０対、交差幅は３０λ、ＩＤＴ４を構成する電極指のデューティー比を０．６とした。反射器５，６の電極指の本数は５０本とした。また、ＩＤＴ４と反射器５，６の波長λは一致させ、ＩＤＴと反射器間の間隔は電極指中心間距離で０．５λとした。
【００４７】
なお、Ａｕ膜の上下には、密着性を高めるために、０．０００５λ程度の薄いＴｉ層を蒸着により形成した。
【００４８】
次に、ＳｉＯ2膜３の上面３ａに、ＩＤＴ４の電極指に延びる方向に対して３０°の角度をなすように、深さ１μｍの複数本の溝３ｂを切削により設け、本実施形態の弾性境界波装置１を得た。
【００４９】
このようにして得られた弾性境界波装置１のインピーダンス特性を図９に示す。
【００５０】
図９を、図１７に示した弾性境界波装置１１１のインピーダンス特性と比較すれば明らかなように、反共振周波数よりも高周波側に位置していた複数のスプリアス応答が本実施形態によれば抑圧されていることがわかる。例えば、１３００ＭＨｚに生じていたスプリアスは、共振周波数と反共振周波数の比のインピーダンス比で表した場合に、２２．９ｄＢから６．６ｄＢに抑制、すなわち３分の１に抑制し得ることがわかる。
【００５１】
本実施形態の弾性境界波装置１の特徴は、上記のように、ＳｉＯ2膜３の境界面Ａと反対側の面である上面３ａに複数本の溝３ｂを形成し、それによって凹部を付与したことにある。凹部の形成により、スプリアスモードが散乱され、それによって上記のようにスプリアスが抑圧されたと考えられる。
【００５２】
本願発明者は、上記弾性境界波装置１の結果を考慮し、凹部の深さ及び形状についてさらに検討した。
【００５３】
上記と同様にして、弾性境界波装置１を作製した。但し、ＳｉＯ2膜３の上面に凹部を付与するに際しては、溝３ｂを、ＳｉＯ2膜３上にフォトリソグラフィー工程によりレジストパターンを形成した後、希釈ふっ酸によりウェットエッチングすることにより、またＩＤＴ４の電極指の延びる方向と４５°の角度をなすように複数本の溝３ｂを形成した。レジストパターンの変更及びエッチング条件の変更等により、複数本の溝３ｂの深さ及び配置ピッチを種々異ならせ、複数種の弾性境界波装置を得た。
【００５４】
このようにして得られた複数種の弾性境界波装置のインピーダンス特性を測定し、上記と同様にしてスプリアスのインピーダンス比を求めた。
【００５５】
図１０は、溝３ｂの深さ、すなわち凹部の深さと、上記のようにして求められたスプリアスのインピーダンス比の関係を示す図である。図１０から明らかなように、凹部の深さが０．０５λ以上では、スプリアスのインピーダンス比が１０ｄＢ以下に改善され、凹部の深さが０．６λ以上では５ｄＢ以下とさらに改善されることがわかる。従って、凹部の深さは、０．０５λ以上であることが好ましく、より好ましくは０．６λ以上である。
【００５６】
図１１は、上記複数本の溝３ｂのピッチと、スプリアスのインピーダンス比との関係を示す図である。図１１から明らかなように、複数本の溝３ｂのピッチを１λ以上とすれば、スプリアスのインピーダンス比を１０ｄＢ以下と改善し得ることがわかる。従って、好ましくは、溝３ｂのピッチは１λ以上とすることが望ましい。
【００５７】
なお、上記溝３ｂとＩＤＴの電極指の延びる方向の角度を０°または９０°とした場合においても、上記溝３ｂの深さを０．０５λ以上とすれば、スプリアスのインピーダンス比を改善し得ることが確かめられている。
【００５８】
なお、上記実施形態では、複数本の溝３ｂは、電極指の延びる方向と所定の角度をなすように平行に位置されていたが、図１２に模式的斜視図で示すように、ＳｉＯ2膜３の上面３ａにおいて、複数本の溝３ｂに加えて、複数本の溝３ｃが溝３ｂに交差するように配置されていてもよい。この場合においても、溝３ｂ，３ｃの深さを０．０５λ以上とすることにより、上記と同様にスプリアスのインピーダンス比を改善し得ることが確かめられている。
【００５９】
なお、図１及び図１２では、ＳｉＯ2膜、すなわち第１の媒質の上面に複数本の溝３ｂまたは複数本の溝３ｂ，３ｃにより構成されていたが、直線状の溝でなく、曲線状の溝、あるいは他の形状の溝が形成されていてもよい。すなわち、本発明における凹凸は、互いに平行に延びる直線状の複数本の溝に限定されるものではない。
【００６０】
また、上記凹部の形成に際しては、スプリアスの波長をλｓ、上記スプリアスモードがＳｉＯ2膜３の上面３ａに入射する角度をθｓとしたとき、凹部の深さを、λｓ／４×ｓｉｎθｓとすれば、凹部３ｂと上面３ａとで反射されるスプリアスの位相が逆相となり、互いに打ち消し合う。従って、スプリアスのＩＤＴ４による受信をより効果的に防止し得ると考えられる。
【００６１】
なお、上記凹部の形成に際しては、多数本の溝３ｂを形成することが望ましいが、１本以上の溝３ｂを形成すれば、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。また、凹部に代えて、ドット状のような凸部を設けてもよく、凹部及び／または凸部の双方が設けられていてもよい。
【００６２】
（第２の実施形態）
第２の実施形態の弾性境界波装置は、第１の実施形態の弾性境界波装置１と同様の構造を有する。従って、第２の形態の弾性境界波装置については、第１の実施形態の弾性境界波装置について行った説明を援用することとする。第２の実施形態の弾性境界波装置は、第１の実施形態の弾性境界波装置と異なるところは、（１）ＳｉＯ2膜３の上面に溝が付与されていないこと、並びに（２）ＳｉＯ2膜の膜厚が７λ以上とされていることにある
。
【００６３】
すなわち、第１の実施形態では、上記溝３ｂまたは溝３ｂ，３ｃの形成により凹凸を付与し、スプリアスの抑圧が図られていた。これに対して、第２の実施形態の弾性境界波装置では、ＳｉＯ2膜３の膜厚が７λ以上とされていることにより、スプリアスが抑圧される。これを、具体的な実験例に基づき説明する。
【００６４】
第１の実施形態の実験例と同様にして弾性境界波装置１を作製した。但し、ＳｉＯ2膜３の表面に凹凸は付与せず、ＳｉＯ2膜３の厚みを種々変化させた。このようにして得られた複数種の弾性境界波装置のＳｉＯ2膜の膜厚と、上記スプリアスモードのインピーダンス比との関係を図１３に示す。
【００６５】
図１３から明らかなように、ＳｉＯ2膜の膜厚を７λ以上とすれば、スプリアスモードのインピーダンス比を５ｄＢ以下とし得ることがわかる。
【００６６】
第２の実施形態の弾性境界波装置では、スプリアスとなる弾性波が閉じ込められる、相対的に音速が遅い第２の媒質層であるＳｉＯ2膜３の厚みを十分に厚くすることにより、上記弾性波によるスプリアスの抑圧が果たされていると考えられる。
【００６７】
なお、より好ましくは、第１の実施形態の弾性境界波装置１において、すなわちＳｉＯ2膜の上面に凹部及び／または凸部が設けられている構造において、さらにＳｉＯ2膜の厚みを第２の実施形態に従って厚くすれば、より一層上記スプリアスを効果的に抑圧することができる。従って、好ましくは、第１，第２の実施形態の双方のスプリアス抑圧構造を備えた弾性境界波装置を構成することが望ましい。
【００６８】
図１４は、本発明に係る弾性境界波装置の変形例を示す模式的正面断面図である。
【００６９】
第１の実施形態の弾性境界波装置１では、ＳｉＯ2膜の上面に複数本の溝３ｂの形成により凹部が形成されていたが、この場合凹部を被覆するように、外層材１１を形成してもよい。外層材１１を形成した場合、外層材１１の表面１１ａが平坦であっても、第２の媒質層としてのＳｉＯ2膜３の上面３ａに凹凸が付与されているため、第１の実施形態と同様にスプリアスを効果的に抑圧することができる。なお外層材１１としては、例えばＡｌＮなどの適宜の材料を用いることができる。
【００７０】
上記外層材１１の形成により、弾性境界波装置の機械的強度を高めたり、腐食性ガスの浸入を抑制したりすることができる。すなわち、外層材１１は、このような保護層としての作用を果たし得るため、酸化チタン、窒化アルミニウムまたは酸化アルミニウムなどの絶縁性材料、あるいはＡｕ、ＡｌもしくはＷなどの金属材料により構成され得る。
【００７１】
また、外層材１１の形成により、第２の媒質層であるＳｉＯ2の音響インピーダンスと、外層材１１の音響インピーダンスが大きく異なる場合、第１の媒質層と外層材１１の境界と、弾性境界波へ伝搬する境界層との間にスプリアスモードが従来の弾性境界波装置の場合と同様に閉じ込められて伝搬する。しかしながら、この場合においても、第１の実施形態に従って、上記凹部及び／または凸部を形成することによりスプリアスモードの抑制を果たすことができる。
【００７２】
さらに、本発明においては、第１，第２の媒質層間に、第１，第２の媒質層よりも音速が遅い第３の媒質層を配置し、第３の媒質層を境界層としてもよい。この場合、第１の媒質層と第３の媒質層との間に、ＩＤＴなどの電極を形成すればよい。このように、第３の媒質層を配置した構造においても、境界波の励振と同時に、第１の媒質層または第２の媒質層を伝搬するスプリアスモードが生成されるが、第１，第２の実施形態と同様に第１の媒質層を構成することにより、該スプリアスモードを同様に抑圧することができる。第１，第２の媒質間に第３，第４の媒質層とを形成した場合でも、いずれかの層間に凹凸を形成することでスプリアスモードを抑圧できる。
【００７３】
なお、上記第１，第２の実施形態では、ＡｕによりＩＤＴ４及び反射器５，６が構成されていたが、弾性境界波装置の電極材料としては、Ａｕに限定されず、Ａｇ、ＣｕまたはＡｌなどを用いてもよい。また、電極の密着性や耐電力性を高めるために、Ｔｉ、ＣｒまたはＮｉＣｒなどの薄い層を電極層に積層してもよい。また、共振子だけでなく、横結合型フィルタや２個以上のＩＤＴの外側に反射器を配置した縦結合型フィルタ、ラダー型フィルタやラチス型フィルタに本発明を用いてもよい。
【００７４】
また、第１，第２の媒質層を構成する材料については、ＳｉＯ2及びＬｉＮｂＯ3に限定されず、ＬｉＴａＯ3、Ｌｉ2Ｂ4Ｏ7、水晶、チタン酸ジルコン酸鉛系セラミックスのような様々な圧電材料、並びにガラスもしくはサファイアなどの様々な誘電体材料を用いることができる。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、音速の異なる第１，第２の媒質層間の境界を伝搬する弾性境界波を利用した弾性境界波装置に関し、より詳細には、所望でないスプリアスを抑制する構造が備えられた弾性境界波装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーリー波や第１漏洩波などの弾性表面波を利用した弾性表面波装置では、小型化及び軽量化を進めることができ、かつ調整が不要である。
【０００３】
従って、弾性表面波装置は、携帯電話用ＲＦフィルタもしくはＩＦフィルタ、ＶＣＯ用共振子またはテレビ用ＶＩＦフィルタなどに広く用いられている。
【０００４】
もっとも、弾性表面波は、媒質表面を伝搬する性質を有するため、媒質の表面状態の変化に敏感である。従って、弾性表面波が伝搬するチップでは、弾性表面波が伝搬するチップ表面を保護しなければならない。そのため、弾性表面波チップのチップ表面が空洞に臨むように、空洞が設けられたパッケージを用いて、弾性表面波装置を気密封止する必要があった。このようなパッケージは一般にコストが高くつき、かつパッケージの寸法が弾性表面波チップの寸法よりも大幅に大きくならざるを得なかった。
【０００５】
上記のような空洞を有するパッケージを不要とするデバイスとして、弾性境界波装置が提案されている。
【０００６】
図１５は、従来の弾性境界波装置の一例を示す正面断面図及び模式的斜視図である。弾性境界波装置１０１では、音速が異なる第１，第２の媒質層１０２，１０３が積層されている。第１，第２の媒質層１０２，１０３の境界Ａに、電気音響変換器としてのＩＤＴ１０４が配置されている。またＩＤＴ１０４の弾性境界波伝搬方向両側には、反射器（図示せず）が配置されている。
【０００７】
弾性境界波装置１０１では、ＩＤＴ１０４に入力信号を印加することにより、弾性境界波が励振される。弾性境界波は、図１５の矢印Ｂで模式的に示すように、弾性境界波装置１０１の境界Ａを伝搬する。
【０００８】
下記の非特許文献１には、このような弾性境界波装置の一例が示されている。ここでは、１２６°回転Ｙ板Ｘ伝搬のＬｉＴａＯ3基板上にＩＤＴが形成されており、さらにＩＤＴを覆うようにＬｉＴａＯ3基板上にＳｉＯ2膜が所定の厚みに形成されている。この構造では、ストンリー波と称されているＳＶ＋Ｐ型の弾性境界波が伝搬することが示されている。非特許文献１では、ＳｉＯ2膜の厚みを１．０λ（但し、λは弾性境界波の波長）とした場合に、２％の電気機械結合係数が得られるとされている。
【０００９】
また、下記の非特許文献２には、〔００１〕−Ｓｉ＜１１０＞／ＳｉＯ2／ＹカットＸ伝搬ＬｉＮｂＯ3構造を伝搬するＳＨ型の弾性境界波が開示されている。このＳＨ型の弾性境界波は、ストンリー波と比べて電気機械結合係数ｋ2が大きいという利点を有する。また、ＳＨ型の弾性境界波は、ＳＨ型の波動であるため、ＩＤＴ反射器を構成する電極指の反射係数が、ストンリー波の場合に比べて大きいことが予想される。従って、ＳＨ型の弾性境界波を利用して共振子や共振器型フィルタを構成した場合、これらをより一層小型化することができ、かつ急峻な周波数特性の得られることが期待される。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】「Piezoelectric Acoustic Boundary Waves Propagating Along the Interface Between SiO2 and LiTaO3」IEEE Trans. Sonics and ultrason.,VOL.SU-25,No.6,1978IEEE
【非特許文献２】「Si/SiO2/LiNbO3構造を伝搬する高圧電性境界波」（第２６回ＥＭシンポジウム，Ｈ９年５月，ｐｐ５３−５８）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
非特許文献１，２に記載の各弾性境界波装置は、弾性境界波を利用するものであるため、空洞を有するパッケージを必要としない。従って、弾性波装置の小型化及びコストの低減を果たすことができる。しかしながら、実際に弾性境界波装置を構成した場合、周波数特性において所望でないスプリアスが発生しがちであるという問題のあることが、本願発明者の実験により新たに見出された。
【００１２】
図１６及び図１７は、従来の弾性境界波装置の問題点を説明するための図であり、図１６は弾性境界波装置の外観を示す模式的斜視図、図１７はその周波数特性を示す図である。
【００１３】
図１６に示すように、ＹカットＸ伝搬のＬｉＮｂＯ3単結晶基板１１２上に、厚さ０．０５λのＡｕ膜からなるＩＤＴ１１３及び反射器１１４，１１５を形成した。また、ＩＤＴ１１３及び反射器１１４，１１５を覆うように、ＬｉＮｂＯ3単結晶基板１１２上に、厚さ３．３λのＳｉＯ2膜１１６をＲＦマグネトロンスパッタによりウエハー加熱温度を２００℃として成膜した。ＩＤＴ１１３の電極指の対数は５０対、交差幅３０λ、電極指のデューティー比は０．６とした。また、反射器１１４，１１５の電極指の本数はそれぞれ５０本とし、反射器１１４，１１５のλと、ＩＤＴ１１３の波長λは一致させた。また、ＩＤＴ１１３と、反射器１１４，１１５の間隔は、電極指中心間距離で０．５λとした。なお、Ａｕ膜の上下には、密着性を高めるために薄いＴｉ層を蒸着により形成した。
【００１４】
このようにして構成された弾性境界波装置１１１の周波数特性を図１７に示す。図１７から明らかなように、弾性境界波装置１１１では、反共振周波数近傍及び反共振周波数よりも高周波数側に複数のスプリアスがかなりの大きさで発生していることがわかる。
【００１５】
従って、上記弾性境界波装置１１１を共振子として利用した場合、上記スプリアスにより不要共振が生じ、またフィルタとして利用した場合には帯域外抑圧レベルが劣化する原因となり、弾性境界波装置を実用化する上の大きな障害となることがわかる。
【００１６】
本発明の目的は、上述した従来技術の現状に鑑み、所望でないスプリアスを効果的に抑圧することができ、良好な周波数特性を得ることを可能とする弾性境界波装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
第１の発明に係る弾性境界波装置は、第１の媒質層と、第２の媒質層との間の境界を伝搬する弾性境界波を利用した弾性境界波装置において、前記第２の媒質の音速は、第１の媒質の音速に比べて遅く、弾性境界波の波長をλとしたときに、第２の媒質層の厚みが７λ以上とされていることを特徴とする。すなわち、第１の発明では、相対的に音速が遅い第２の媒質層の厚みを特定の厚みとすることにより所望でないスプリアスを効果的に抑圧することが可能とされる。
【００１８】
本願の第２の発明は、第１，第２の媒質層の境界面を伝搬する弾性境界波を利用した弾性境界波装置において、前記第１及び／または第２の媒質層の境界面とは反対側の面に弾性波を散乱する構造が設けられていることを特徴とする。
【００１９】
第２の発明では、弾性波を散乱する構造が備えられることにより、所望でないスプリアスが抑制される。
【００２０】
第２の発明のある特定の局面では、前記第２の媒質層の音速が第１の媒質層の音速よりも遅く、前記第２の媒質層に前記弾性波を散乱する構造が設けられている。
【００２１】
第２の発明のさらに他の特定の局面では、前記弾性波を散乱する構造が、媒質層の前記境界面とは反対側の面に設けられた凹部及び／または凸部である。
【００２２】
第２の発明のさらに別の特定の局面では、前記弾性境界波の波長をλとしたときに、前記凹部の溝の深さまたは凸部の高さが０．０５λ以上とされている。
【００２３】
第２の発明のさらに他の特定の局面では、前記弾性境界波の波長をλとしたときに、前記凹部及び／または凸部のピッチが１λ以上とされている。
【００２４】
第２の発明のさらに別の特定の局面では、前記弾性波を散乱する構造が設けられている媒質層の前記境界面と該境界面と反対側の面との間の寸法である厚みが、弾性境界波の波長をλとしたときに７λ以下とされている。すなわち、音速が遅い第１の媒質層の厚みが７λ未満の場合には、スプリアスの抑制が困難であるが、上記弾性波を散乱する構造の採用によりスプリアスの抑制が果たされる。
【００２５】
第２の発明のさらに他の特定の局面では、前記第２の媒質層がＳｉＯ2からなり、前記第１の媒質層がＬｉ含有圧電体基板からなり、前記ＳｉＯ2からなる第２の媒質層の表面に凹部及び／または凸部が形成されている。
【００２６】
第１，第２の発明のある特定の局面では、前記第１，第２の媒質層間に、境界波を励振するための電気音響変換器が形成されている。
【００２７】
第１，第２の発明のさらに他の特定の局面では、前記第１の媒質層と第２の媒質層との間の境界に設けられた反射器がさらに備えられる。
【００２８】
第２の発明の弾性境界波装置のさらに別の特定の局面では、前記媒質層の凹部及び／または凸部が形成されている面上に設けられた外層材がさらに形成されている。
【発明の効果】
【００２９】
第１の発明に係る弾性境界波装置によれば、音速が相対的に遅い第１の媒質層の厚みが７λ以上とされているため、前述した実験例から明らかなように弾性境界波が伝搬する境界面と第２の媒質層の境界面とは反対側の面との間を伝搬するスプリアスを効果的に抑圧することができ、共振特性やフィルタ特性の良好な弾性境界波装置を提供することができる。
【００３０】
第２の発明によれば、第１及び／または第２の媒質層の弾性境界波へ伝搬する境界面とは反対側の面に、弾性波を散乱する構造が設けられているので、該弾性波による所望でないスプリアスを効果的に抑圧することができ、良好な共振特性及びフィルタ特性を得ることができる。
【００３１】
第１，第２の発明に係る弾性境界波装置は、上記のように第１，第２の媒質層間の弾性境界波を利用するものであるため、空洞を有する複雑なパッケージ構造を必要とせず、安価に製造され得る。また、弾性表面波装置に比べて、小型化及び軽量化を図ることができ、従ってより小型でありかつ高密度実装に適した弾性波装置を提供することができる。
【００３２】
第２の発明において、弾性波を散乱する構造が第２の媒質層に設けられている場合には、スプリアスが伝搬しやすい相対的に音速の遅い第２の媒質層におけるスプリアスモードの抑圧を効果的に果たすことができる。
【００３３】
上記弾性波を散乱する構造が、媒質層の弾性境界波が伝搬する面とは反対側の面に設けられた凹部及び／または凸部により構成されている場合には、該凹部及び／または凸部によりスプリアスモードが確実に散乱される。
【００３４】
上記凹凸の深さが０．０５λ以上の場合、あるいは凹部及び／または凸部のピッチが１λ以上の場合には、それによってスプリアスをより一層効果的に抑圧することができる。
【００３５】
第２の発明において、弾性境界波が伝搬する面と、弾性波を散乱する構造が設けられている面との間の距離が７λ以下の場合には、弾性波を散乱する構造が設けられている媒質層の厚みが比較的薄いためスプリアスが媒質層の厚みによって抑制することはできないが、第２の発明に従って凹部及び／または凸部の付与によりスプリアスを効果的に抑圧することができる。
【００３６】
凹部及び／または凸部を覆うように外層材がさらに設けられている場合には、外層材により弾性境界波装置の機械的強度を高めたり、耐電力性を高めることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係る弾性境界波装置の要部を示す模式的正面断面図及び外観を示す模式的斜視図である。
【図２】図１５及び図１６に示した従来の弾性境界波装置における弾性境界波のメインモードの変位分布を示す図である。
【図３】図２に示した場合と同一条件におけるスプリアスモードの変位分布の一例を示す図である。
【図４】図２に示した場合と同一条件におけるスプリアスモードの変位分布の一例を示す図である。
【図５】図２に示した場合と同一条件におけるスプリアスモードの変位分布の一例を示す図である。
【図６】図２に示した場合と同一条件におけるスプリアスモードの変位分布の一例を示す図である。
【図７】図２に示した場合と同一条件におけるスプリアスモードの変位分布の一例を示す図である。
【図８】図２に示した場合と同一条件におけるスプリアスモードの変位分布の一例を示す図である。
【図９】第１の実施形態の弾性境界波装置のインピーダンス特性を示す図である。
【図１０】第１の実施形態において、凹凸を構成する溝の深さを変化させた場合のスプリアスモードのインピーダンス比の変化を示す図である。
【図１１】凹凸を構成する溝のピッチを変化させた場合のスプリアスモードのインピーダンス比の変化を示す図である。
【図１２】第１の実施形態の弾性境界波装置の変形例における溝の構成を説明するための模式的斜視図である。
【図１３】本発明の第２の実施形態を説明するための図であり、相対的に音速が遅いＳｉＯ2膜の膜厚を変化させた場合のスプリアスモードのインピーダンス比の変化を示す図である。
【図１４】第１の実施形態の弾性境界波装置の変形例の弾性境界波装置の要部を示す模式的部分正面断面図である。
【図１５】従来の弾性境界波装置を説明するための模式的部分切欠正面断面図である。
【図１６】従来の弾性境界波装置を説明するための模式的斜視図である。
【図１７】図１６に示した弾性境界波装置のインピーダンス特性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
以下、図面を参照しつつ本発明の具体的な実施形態を説明することにより、本発明を明らかにする。
【００３９】
まず、図１７に示したスプリアスの原因を調査するために、図１６に示した弾性境界波装置１１１において数値解析を行い、弾性境界波の変位分布とスプリアスモードの変位分布を求めた。なお、ＳｉＯ2膜とＡｕとの境界及びＡｕとＬｉＮｂＯ3基板との境界における変位と上下方向の応力を連続とし、短絡境界であるため電位を０とし、ＳｉＯ2膜の厚みを所定値とし、ＬｉＮｂＯ3の厚みは無限とした。
【００４０】
図２は、ＳｉＯ2膜の厚みを２．５λとしたときの弾性境界波のメインモードの変位分布を示し、図３〜図８は、同一条件におけるスプリアスモードの変位分布をそれぞれ示す図である。図２〜図８において、Ｕ1は変位のＰ波成分、Ｕ2はＳＨ波成分、Ｕ3はＳＶ波成分を示し、横軸は最大値で規格化した変位を、縦軸は深さ方向を示す。（−側が下方向）
【００４１】
図２から明らかなように、弾性境界波のメインモードはＳＨ型の成分が主成分であるＳＨ型の弾性境界波であることがわかる。そして、図３〜図８から、スプリアスモードはＳＨ波成分主体のモード、Ｐ波及びＳＶ波成分が主体のモードの２種類のモードに大別されることがわかる。そして、２種類のスプリアスモードは、ＳｉＯ2膜の上面と、ＳｉＯ2膜とＡｕからなるＩＤＴとの境界との間で伝搬する。また、上記２種類のスプリアスモードの高次モードが複数発生するため、図１７に示したように多数のスプリアスが発生しているものと考えられる。
【００４２】
本発明に係る弾性境界波装置は、このような複数のスプリアスの抑圧を果たすべく考えられたものである。
【００４３】
（第１の実施形態）
図１（ａ）及び（ｂ）は、本発明の弾性境界波装置の第１の実施形態を説明するための模式的正面断面図及び模式的斜視図である。
【００４４】
弾性境界波装置１では、第１，第２の媒質層２，３が積層されている。ここでは、第１の媒質層２がＹカットＸ伝搬のＬｉＮｂＯ3単結晶基板からなり、第２の媒質層３がＳｉＯ2膜により構成されている。ＬｉＮｂＯ3単結晶基板２とＳｉＯ2膜３との間には、すなわち第１，第２の媒質層の境界Ａには、電気音響変換器としてのＩＤＴ４が配置されている。なお、図１（ａ）では、ＩＤＴ４が配置されている部分のみが示されているが、図１（ｂ）に示すように、ＩＤＴ４の弾性境界波伝搬方向両側にグレーティング型の反射器５，６が配置されている。ＩＤＴ４及び反射器５，６は、ＡｕをＬｉＮｂＯ3単結晶基板２上に０．０５λの厚みに成膜することにより形成されている。
【００４５】
なお、ＳｉＯ2膜３は、ＩＤＴ４及び反射器５，６を形成した後に、厚さ３．０λのＳｉＯ2膜をＲＦマグネトロンスパッタによりウエハー加熱温度２００℃で成膜することにより形成した。
【００４６】
なお、ＩＤＴ４の電極指の対数は５０対、交差幅は３０λ、ＩＤＴ４を構成する電極指のデューティー比を０．６とした。反射器５，６の電極指の本数は５０本とした。また、ＩＤＴ４と反射器５，６の波長λは一致させ、ＩＤＴと反射器間の間隔は電極指中心間距離で０．５λとした。
【００４７】
なお、Ａｕ膜の上下には、密着性を高めるために、０．０００５λ程度の薄いＴｉ層を蒸着により形成した。
【００４８】
次に、ＳｉＯ2膜３の上面３ａに、ＩＤＴ４の電極指に延びる方向に対して３０°の角度をなすように、深さ１μｍの複数本の溝３ｂを切削により設け、本実施形態の弾性境界波装置１を得た。
【００４９】
このようにして得られた弾性境界波装置１のインピーダンス特性を図９に示す。
【００５０】
図９を、図１７に示した弾性境界波装置１１１のインピーダンス特性と比較すれば明らかなように、反共振周波数よりも高周波側に位置していた複数のスプリアス応答が本実施形態によれば抑圧されていることがわかる。例えば、１３００ＭＨｚに生じていたスプリアスは、共振周波数と反共振周波数の比のインピーダンス比で表した場合に、２２．９ｄＢから６．６ｄＢに抑制、すなわち３分の１に抑制し得ることがわかる。
【００５１】
本実施形態の弾性境界波装置１の特徴は、上記のように、ＳｉＯ2膜３の境界面Ａと反対側の面である上面３ａに複数本の溝３ｂを形成し、それによって凹部を付与したことにある。凹部の形成により、スプリアスモードが散乱され、それによって上記のようにスプリアスが抑圧されたと考えられる。
【００５２】
本願発明者は、上記弾性境界波装置１の結果を考慮し、凹部の深さ及び形状についてさらに検討した。
【００５３】
上記と同様にして、弾性境界波装置１を作製した。但し、ＳｉＯ2膜３の上面に凹部を付与するに際しては、溝３ｂを、ＳｉＯ2膜３上にフォトリソグラフィー工程によりレジストパターンを形成した後、希釈ふっ酸によりウェットエッチングすることにより、またＩＤＴ４の電極指の延びる方向と４５°の角度をなすように複数本の溝３ｂを形成した。レジストパターンの変更及びエッチング条件の変更等により、複数本の溝３ｂの深さ及び配置ピッチを種々異ならせ、複数種の弾性境界波装置を得た。
【００５４】
このようにして得られた複数種の弾性境界波装置のインピーダンス特性を測定し、上記と同様にしてスプリアスのインピーダンス比を求めた。
【００５５】
図１０は、溝３ｂの深さ、すなわち凹部の深さと、上記のようにして求められたスプリアスのインピーダンス比の関係を示す図である。図１０から明らかなように、凹部の深さが０．０５λ以上では、スプリアスのインピーダンス比が１０ｄＢ以下に改善され、凹部の深さが０．６λ以上では５ｄＢ以下とさらに改善されることがわかる。従って、凹部の深さは、０．０５λ以上であることが好ましく、より好ましくは０．６λ以上である。
【００５６】
図１１は、上記複数本の溝３ｂのピッチと、スプリアスのインピーダンス比との関係を示す図である。図１１から明らかなように、複数本の溝３ｂのピッチを１λ以上とすれば、スプリアスのインピーダンス比を１０ｄＢ以下と改善し得ることがわかる。従って、好ましくは、溝３ｂのピッチは１λ以上とすることが望ましい。
【００５７】
なお、上記溝３ｂとＩＤＴの電極指の延びる方向の角度を０°または９０°とした場合においても、上記溝３ｂの深さを０．０５λ以上とすれば、スプリアスのインピーダンス比を改善し得ることが確かめられている。
【００５８】
なお、上記実施形態では、複数本の溝３ｂは、電極指の延びる方向と所定の角度をなすように平行に位置されていたが、図１２に模式的斜視図で示すように、ＳｉＯ2膜３の上面３ａにおいて、複数本の溝３ｂに加えて、複数本の溝３ｃが溝３ｂに交差するように配置されていてもよい。この場合においても、溝３ｂ，３ｃの深さを０．０５λ以上とすることにより、上記と同様にスプリアスのインピーダンス比を改善し得ることが確かめられている。
【００５９】
なお、図１及び図１２では、ＳｉＯ2膜、すなわち第１の媒質の上面に複数本の溝３ｂまたは複数本の溝３ｂ，３ｃにより構成されていたが、直線状の溝でなく、曲線状の溝、あるいは他の形状の溝が形成されていてもよい。すなわち、本発明における凹凸は、互いに平行に延びる直線状の複数本の溝に限定されるものではない。
【００６０】
また、上記凹部の形成に際しては、スプリアスの波長をλｓ、上記スプリアスモードがＳｉＯ2膜３の上面３ａに入射する角度をθｓとしたとき、凹部の深さを、λｓ／４×ｓｉｎθｓとすれば、凹部３ｂと上面３ａとで反射されるスプリアスの位相が逆相となり、互いに打ち消し合う。従って、スプリアスのＩＤＴ４による受信をより効果的に防止し得ると考えられる。
【００６１】
なお、上記凹部の形成に際しては、多数本の溝３ｂを形成することが望ましいが、１本以上の溝３ｂを形成すれば、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。また、凹部に代えて、ドット状のような凸部を設けてもよく、凹部及び／または凸部の双方が設けられていてもよい。
【００６２】
（第２の実施形態）
第２の実施形態の弾性境界波装置は、第１の実施形態の弾性境界波装置１と同様の構造を有する。従って、第２の形態の弾性境界波装置については、第１の実施形態の弾性境界波装置について行った説明を援用することとする。第２の実施形態の弾性境界波装置は、第１の実施形態の弾性境界波装置と異なるところは、（１）ＳｉＯ2膜３の上面に溝が付与されていないこと、並びに（２）ＳｉＯ2膜の膜厚が７λ以上とされていることにある
。
【００６３】
すなわち、第１の実施形態では、上記溝３ｂまたは溝３ｂ，３ｃの形成により凹凸を付与し、スプリアスの抑圧が図られていた。これに対して、第２の実施形態の弾性境界波装置では、ＳｉＯ2膜３の膜厚が７λ以上とされていることにより、スプリアスが抑圧される。これを、具体的な実験例に基づき説明する。
【００６４】
第１の実施形態の実験例と同様にして弾性境界波装置１を作製した。但し、ＳｉＯ2膜３の表面に凹凸は付与せず、ＳｉＯ2膜３の厚みを種々変化させた。このようにして得られた複数種の弾性境界波装置のＳｉＯ2膜の膜厚と、上記スプリアスモードのインピーダンス比との関係を図１３に示す。
【００６５】
図１３から明らかなように、ＳｉＯ2膜の膜厚を７λ以上とすれば、スプリアスモードのインピーダンス比を５ｄＢ以下とし得ることがわかる。
【００６６】
第２の実施形態の弾性境界波装置では、スプリアスとなる弾性波が閉じ込められる、相対的に音速が遅い第２の媒質層であるＳｉＯ2膜３の厚みを十分に厚くすることにより、上記弾性波によるスプリアスの抑圧が果たされていると考えられる。
【００６７】
なお、より好ましくは、第１の実施形態の弾性境界波装置１において、すなわちＳｉＯ2膜の上面に凹部及び／または凸部が設けられている構造において、さらにＳｉＯ2膜の厚みを第２の実施形態に従って厚くすれば、より一層上記スプリアスを効果的に抑圧することができる。従って、好ましくは、第１，第２の実施形態の双方のスプリアス抑圧構造を備えた弾性境界波装置を構成することが望ましい。
【００６８】
図１４は、本発明に係る弾性境界波装置の変形例を示す模式的正面断面図である。
【００６９】
第１の実施形態の弾性境界波装置１では、ＳｉＯ2膜の上面に複数本の溝３ｂの形成により凹部が形成されていたが、この場合凹部を被覆するように、外層材１１を形成してもよい。外層材１１を形成した場合、外層材１１の表面１１ａが平坦であっても、第２の媒質層としてのＳｉＯ2膜３の上面３ａに凹凸が付与されているため、第１の実施形態と同様にスプリアスを効果的に抑圧することができる。なお外層材１１としては、例えばＡｌＮなどの適宜の材料を用いることができる。
【００７０】
上記外層材１１の形成により、弾性境界波装置の機械的強度を高めたり、腐食性ガスの浸入を抑制したりすることができる。すなわち、外層材１１は、このような保護層としての作用を果たし得るため、酸化チタン、窒化アルミニウムまたは酸化アルミニウムなどの絶縁性材料、あるいはＡｕ、ＡｌもしくはＷなどの金属材料により構成され得る。
【００７１】
また、外層材１１の形成により、第２の媒質層であるＳｉＯ2の音響インピーダンスと、外層材１１の音響インピーダンスが大きく異なる場合、第１の媒質層と外層材１１の境界と、弾性境界波へ伝搬する境界層との間にスプリアスモードが従来の弾性境界波装置の場合と同様に閉じ込められて伝搬する。しかしながら、この場合においても、第１の実施形態に従って、上記凹部及び／または凸部を形成することによりスプリアスモードの抑制を果たすことができる。
【００７２】
さらに、本発明においては、第１，第２の媒質層間に、第１，第２の媒質層よりも音速が遅い第３の媒質層を配置し、第３の媒質層を境界層としてもよい。この場合、第１の媒質層と第３の媒質層との間に、ＩＤＴなどの電極を形成すればよい。このように、第３の媒質層を配置した構造においても、境界波の励振と同時に、第１の媒質層または第２の媒質層を伝搬するスプリアスモードが生成されるが、第１，第２の実施形態と同様に第１の媒質層を構成することにより、該スプリアスモードを同様に抑圧することができる。第１，第２の媒質間に第３，第４の媒質層とを形成した場合でも、いずれかの層間に凹凸を形成することでスプリアスモードを抑圧できる。
【００７３】
なお、上記第１，第２の実施形態では、ＡｕによりＩＤＴ４及び反射器５，６が構成されていたが、弾性境界波装置の電極材料としては、Ａｕに限定されず、Ａｇ、ＣｕまたはＡｌなどを用いてもよい。また、電極の密着性や耐電力性を高めるために、Ｔｉ、ＣｒまたはＮｉＣｒなどの薄い層を電極層に積層してもよい。また、共振子だけでなく、横結合型フィルタや２個以上のＩＤＴの外側に反射器を配置した縦結合型フィルタ、ラダー型フィルタやラチス型フィルタに本発明を用いてもよい。
【００７４】
また、第１，第２の媒質層を構成する材料については、ＳｉＯ2及びＬｉＮｂＯ3に限定されず、ＬｉＴａＯ3、Ｌｉ2Ｂ4Ｏ7、水晶、チタン酸ジルコン酸鉛系セラミックスのような様々な圧電材料、並びにガラスもしくはサファイアなどの様々な誘電体材料を用いることができる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電単結晶からなる第１の媒質層と、ＲＦマグネトロンスパッタ法により形成された誘電体膜からなる第２の媒質層との間の境界を伝搬する弾性境界波を利用した弾性境界波装置において、
前記第２の媒質の音速は、第１の媒質の音速に比べて遅く、弾性境界波の波長をλとしたときに、第２の媒質層の厚みが７λ以上とされていることを特徴とする、弾性境界波装置。
【請求項２】
前記第１，第２の媒質層間に、第１，第２の媒質層よりも音速が遅い第３の媒質層が設けられており、該第３の媒質層が弾性境界波が伝搬する境界層とされている、請求項１に記載の弾性境界波装置。
【請求項１】
圧電単結晶からなる第１の媒質層と、ＲＦマグネトロンスパッタ法により形成された誘電体膜からなる第２の媒質層との間の境界を伝搬する弾性境界波を利用した弾性境界波装置において、
前記第２の媒質の音速は、第１の媒質の音速に比べて遅く、弾性境界波の波長をλとしたときに、第２の媒質層の厚みが７λ以上とされていることを特徴とする、弾性境界波装置。
【請求項２】
前記第１，第２の媒質層間に、第１，第２の媒質層よりも音速が遅い第３の媒質層が設けられており、該第３の媒質層が弾性境界波が伝搬する境界層とされている、請求項１に記載の弾性境界波装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２００９−１７７８２９（Ｐ２００９−１７７８２９Ａ）
【公開日】平成２１年８月６日（２００９．８．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−６９６８０（Ｐ２００９−６９６８０）
【出願日】平成２１年３月２３日（２００９．３．２３）
【分割の表示】特願２００５−５０５６８４（Ｐ２００５−５０５６８４）の分割
【原出願日】平成１６年１月２８日（２００４．１．２８）
【出願人】（０００００６２３１）株式会社村田製作所 (3,635)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年８月６日（２００９．８．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月２３日（２００９．３．２３）
【分割の表示】特願２００５−５０５６８４（Ｐ２００５−５０５６８４）の分割
【原出願日】平成１６年１月２８日（２００４．１．２８）
【出願人】（０００００６２３１）株式会社村田製作所 (3,635)
【Ｆターム（参考）】
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