弾性波デバイスおよびフィルタ
【課題】高周波数帯域において、圧電性基板に水平に対向する電極からなる容量のＱ値が大きい弾性波デバイスおよびフィルタを提供すること。
【解決手段】本発明は、圧電性基板（１６）と、圧電性基板（１６）上に設けられた弾性波を励振する櫛型電極（１２）および反射電極（Ｒ１）で構成される共振子（１３）と、圧電性基板（１６）上に設けられ、共振子（１３）に並列または直列に接続され、圧電性基板（１６）に水平に対向する櫛型電極型容量（１４）と、を具備し、櫛型電極型容量（１４）を構成する櫛型電極が共振子（１３）を構成する櫛型電極（１２）より圧電性基板（１６）から離れて設けられている弾性波デバイスである。
【解決手段】本発明は、圧電性基板（１６）と、圧電性基板（１６）上に設けられた弾性波を励振する櫛型電極（１２）および反射電極（Ｒ１）で構成される共振子（１３）と、圧電性基板（１６）上に設けられ、共振子（１３）に並列または直列に接続され、圧電性基板（１６）に水平に対向する櫛型電極型容量（１４）と、を具備し、櫛型電極型容量（１４）を構成する櫛型電極が共振子（１３）を構成する櫛型電極（１２）より圧電性基板（１６）から離れて設けられている弾性波デバイスである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、弾性波デバイスおよびフィルタに関し、より詳細には圧電性基板に水平に対向する電極からなる容量を有する弾性波デバイスおよびフィルタに関する。
【背景技術】
【０００２】
弾性波を利用した弾性波デバイスの一つとして、圧電性基板の表面に形成したＩＤＴ（interdigital transducer）からなる櫛型電極を備え、この櫛型電極に電力を印加することで励振した弾性波を用いる弾性表面波デバイスは良く知られている。この弾性表面波デバイスは、小型軽量で高減衰量等を得られることから、例えば４５ＭＨｚ〜２ＧＨｚの周波数帯域の無線信号を処理する装置、例えば送信バンドパスフィルタ、受信バンドパスフィルタやアンテナ共用器等として広く利用されている。
【０００３】
また、弾性表面波デバイスの他に、異なる２つの媒質の境界を弾性波が伝搬する弾性境界波デバイス（非特許文献１）も開発されている。これによれば、２つの媒質の外表面に異物等が付着しても周波数変動や電気的損失特性に影響を与えない利点がある。また、弾性表面波デバイスにおいては、基板表面に異物が付着しないように密閉された中空構造のパッケージ内に納めることが一般的であったが、弾性境界波デバイスでは中空構造のパッケージ内に納める必要はなく、デバイスの小型化等が期待できる。さらに、櫛型電極をＳｉＯ２膜で覆うことにより、周波数温度特性の改善も期待できる。
【０００４】
近年、携帯電話端末等の高性能化に伴い、弾性波デバイスに対して通過帯域での低ロス化や非通過帯域での高抑圧化等の特性改善やデバイスサイズの小型化が求められている。例えば、北米の携帯電話方式の１つであるＰｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｓｅｒｖｉｃｅ（ＰＣＳ）方式においては、通過帯域と抑圧帯域とが非常に近接している。通過帯域と抑圧帯域とが近接したフィルタを実現させるには、電気機械結合係数（ｋ２）の小さい材料を用いると良いことは広く知られている。しかしながら、ｋ２は材料固有の物性値のため、選択した材料によりｋ２の値はほとんど決まってしまう。例えば、携帯電話端末用のバンドパスフィルタ等として広く利用されている、４２度ＹカットＸ伝搬のＬｉＴａＯ３（タンタル酸リチウム）を用いた弾性波デバイスのｋ２は約７％である。
【０００５】
そこで、ｋ２の値自体を制御することは困難であるため、実効的にｋ２の値を小さくする技術が開発されている。例えば、特許文献１に開示されている、容量素子を櫛型電極に並列に接続する技術がある。図１（ａ）は特許文献１に係る弾性表面波デバイス（従来例１）の模式図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）の等価回路図である。図１（ａ）を参照に、圧電性基板１６上に１対の反射電極Ｒ１とその間に設けられた櫛型電極１２とで構成される共振子１３が設けられている。共振子１３に並列に接続し、共振子１３と電極の周期が異なる櫛型電極型の容量（以下、櫛型電極型容量と呼ぶ）１４が圧電性基板１６上に設けられている。櫛型電極型容量１４は一対の櫛型電極１４ａ、１４ｂが互いに圧電性基板１６の水平方向で対向するよう配置された構成をしている。櫛型電極型容量１４を共振子１３に接続させることにより、所望の共振周波数を得ることができる。したがって、ｋ２の値を実効的に制御することが可能となる。なお、図１（ａ）において、櫛型電極１２、反射電極Ｒ１および櫛型電極型容量１４の電極指を数本で図示しているが、実際は多数設けられている。（以下、実施例においても同じ）
【特許文献１】特開平５−１６７３８４号公報
【非特許文献１】1998 IEEE INTERNATIONAL FREQUENCY CONTROL SYMPOSIUM pp484-488
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来例１に係る弾性波デバイスでは、櫛型電極型容量１４の共振周波数より低い周波数帯域では櫛型電極型容量１４の共振尖鋭度（Ｑ値）は大きい値を得ることができるが、高い周波数帯域では櫛型電極型容量１４のＱ値は小さい値しか得られないという課題がある。櫛型電極型容量１４のＱ値は大きいほど損失の小さいデバイスを得ることができるため、櫛型電極型容量１４のＱ値は大きい値が望ましい。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、高周波数帯域において、圧電性基板に水平に対向する電極からなる容量のＱ値が大きい弾性波デバイスおよびフィルタを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、圧電性基板と、前記圧電性上に設けられた弾性波を励振する櫛型電極を有する共振子と、前記圧電性基板に設けられ、前記共振子に並列または直列に接続され、前記圧電性基板に水平に対向する電極からなる容量と、を具備し、前記容量を構成する電極が前記共振子を構成する櫛型電極より前記圧電性基板から離れて設けられていることを特徴とする弾性波デバイスである。本発明によれば、高周波数帯域においても圧電性基板に水平に対向する電極からなる容量のＱ値が大きい弾性波デバイスを提供することができる。
【０００９】
上記構成において、前記共振子は反射電極を含む構成とすることができる。
【００１０】
上記構成において、前記容量を構成する電極は櫛型電極である構成とすることができる。
【００１１】
上記構成において、前記容量を構成する電極と前記圧電性基板との間に誘電体膜を具備する構成とすることができる。この構成によれば、圧電性基板に水平に対向する電極からなる容量を圧電性基板から容易に離して設けることができる。
【００１２】
上記構成において、前記誘電体膜の厚さは前記共振子を構成する櫛型電極の厚さと同じ厚さである構成とすることができる。この構成によれば、圧電性基板に水平に対向する電極からなる容量を圧電性基板からより容易に離して設けることができる。
【００１３】
上記構成において、前記容量を構成する櫛型電極の周期が前記共振子を構成する櫛型電極の周期より大きい構成とすることができる。この構成によれば、圧電性基板に水平に対向する電極からなる容量のＱ値を向上させる効果を得ることができる。
【００１４】
上記構成において、前記共振子を構成する櫛型電極および反射電極を覆うように設けられた第１誘電体膜を具備し、前記第１誘電体膜の厚さが前記共振子を構成する櫛型電極の厚さより厚い構成とすることができる。
【００１５】
上記構成において、前記第１誘電体膜はＳｉＯ２膜である構成とすることができる。この構成によれば、周波数温度特性を改善することができる。
【００１６】
上記構成において、前記容量を構成する電極が前記第１誘電体膜上に設けられている構成とすることができる。この構成によれば、圧電性基板に水平に対向する電極からなる容量を圧電性基板からより容易に離して設けることができる。
【００１７】
上記構成において、前記第１誘電体膜上に設けられた第２誘電体膜を具備し、前記第２誘電体膜の音速が前記第１誘電体膜の音速より速い構成とすることができる。この構成によれば、弾性波のエネルギーが圧電性基板と第１誘電体膜との間に閉じ込められた境界波を得ることができる。
【００１８】
上記構成において、前記共振子を構成する櫛型電極および反射電極と前記圧電性基板との間に設けられた第３誘電体膜を具備する構成とすることができる。この構成によれば、周波数温度特性をより改善することができる。
【００１９】
上記構成において、前記圧電性基板はＬｉＮｂＯ３またはＬｉＴａＯ３である構成とすることができる。この構成によれば、圧電性基板に水平に対向する電極からなる容量の共振特性を弱める効果をより大きく得ることができる。
【００２０】
上記構成において、前記弾性波デバイスを有するフィルタである構成とすることができる。この構成によれば、通過特性の立ち上がりの急峻性が改善されたフィルタを提供することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、高周波数帯域において、圧電性基板に水平に対向する電極からなる容量のＱ値が大きい弾性波デバイスおよびフィルタを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
まず、発明者が従来例１の課題を明確にするために行なった実験について説明する。図２は実験に用いた比較例１に係る弾性波デバイスの断面図である。図２を参照に、３０度ＹカットＸ伝搬のＬｉＮｂＯ３（ニオブ酸リチウム）からなる圧電性基板１６上にＣｕ（銅）からなる弾性波を励振する櫛型電極１２および反射電極Ｒ１で構成される共振子１３が設けられている。共振子１３に並列に接続し、Ｃｕからなる櫛型電極型容量１４が圧電性基板１６上に設けられている。櫛型電極型容量１４を構成する１対の櫛型電極は互いに圧電性基板１６の水平方向で対向している。なお、圧電性基板１６の水平方向とは、共振子１３により励振される弾性波の伝搬方向と同じ方向をいう。共振子１３を構成する櫛型電極１２の厚さは１８０ｎｍ、電極の周期は２．０μｍ、電極指幅は０．５μｍであり、櫛型電極型容量１４の厚さは１８０ｎｍ、電極の周期は３．０μｍ、電極指幅は１．０μｍ、電極指間距離は０．５μｍである。共振子１３を構成する櫛型電極１２および反射電極Ｒ１と櫛型電極型容量１４とを覆うように膜厚１．０μｍのＳｉＯ２（酸化シリコン）膜からなる第１誘電体膜１８が設けられ、第１誘電体膜１８上には膜厚２．０μｍのＡｌ２Ｏ３（酸化アルミニウム）膜からなる第２誘電体膜２０が設けられている。
【００２３】
図３は比較例１に係る弾性波デバイスにおける周波数と櫛型電極型容量１４のＱ値との関係を示している。図３を参照に、櫛型電極型容量１４の共振周波数は１２００ＭＨｚ付近であり、１２００ＭＨｚより低い周波数、例えば５００ＭＨｚ付近では５０程度と櫛型電極型容量１４のＱ値は大きい値を得られているが、１２００ＭＨｚより高い周波数、例えば２０００ＭＨｚ付近では４程度と櫛型電極型容量１４のＱ値は小さい値しか得られていないことが分かる。
【００２４】
比較例１において、例えば２０００ＭＨｚ付近の櫛型電極型容量１４のＱ値を大きくするためには、櫛型電極型容量１４の電極の周期を小さくして、櫛型電極型容量１４の共振周波数を２０００ＭＨｚより大きくする必要がある。例えば、櫛型電極型容量１４の電極の周期を１．０μｍにすると櫛型電極型容量１４の共振周波数は３６００ＭＨｚとなる。ところが、櫛型電極型容量１４の電極の周期１．０μｍを実現するためには、電極指の幅は０．３３μｍ、電極指間距離は０．１７μｍと非常に細くしなければならない。ここまで電極指の幅等が細くなると、電極指の電気抵抗が上がるため櫛型電極型容量１４のＱ値が低下するといった課題やこのような微細パターンを安定的に製造することは困難であるといった課題が生じる。このため、高周波数帯域で櫛型電極型容量１４のＱ値の大きい値を得ることは困難である。そこで、上記課題を解決するための実施例を以下に示す。
【実施例１】
【００２５】
図４（ａ）は実施例１に係る弾性波デバイスの断面図である。図４（ｂ）は実施例１の変形例１の断面図、図４（ｃ）は実施例１の変形例２の断面図、図４（ｄ）は実施例１の変形例３の断面図である。図４（ａ）を参照に、比較例１に対し櫛型電極型容量１４を圧電性基板１６上に共振子１３を構成する櫛型電極１２の厚さだけ離して設けている。つまり、櫛型電極型容量１４と圧電性基板１６との間隔ｔ１と共振子１３を構成する櫛型電極１２の厚さｔ２とは同じ大きさである。櫛型電極型容量１４の厚さは１８０ｎｍ、電極の周期は４．０μｍ、電極指幅は１．０μｍである。その他の構成については、比較例１に係る弾性波デバイスと同じであり図２に示しているので説明を省略する。なお、図４（ａ）中において、櫛型電極型容量１４の電極の周期をλ１、共振子１３を構成する櫛型電極１２の周期をλ２として図示している。
【００２６】
図４（ｂ）は櫛型電極型容量１４を第１誘電体膜１８上に設けた例である。図４（ｃ）は櫛型電極型容量１４を第２誘電体膜２０中に設けた例である。図４（ｄ）は櫛型電極型容量１４を第２誘電体膜２０上に設けた例である。その他の構成については実施例１に係る弾性波デバイスと同じであり、図４（ａ）に示しているので説明を省略する。
【００２７】
図５は実施例１および実施例１の変形例１に係る弾性波デバイスにおける周波数と櫛型電極型容量１４のＱ値との関係を示している。図５を参照に、実施例１（太線）および実施例１の変形例１（細線）の櫛型電極型容量１４の共振周波数は５００ＭＨｚ付近であるが、それより高い周波数帯域でも櫛型電極型容量１４のＱ値は大きい値が得られていることが分かる。例えば２０００ＭＨｚでの櫛型電極型容量１４のＱ値は、実施例１では４５、実施例１の変形例１では６０と大きな値となっている。これは、電極を圧電性基板から離して設けるほどに圧電性基板からの影響が小さくなり、電極の共振特性が弱まるためである。よって、櫛型電極型容量１４を共振子１３を構成する櫛型電極１２より圧電性基板１６から離して設けることにより、櫛型電極型容量１４は圧電性基板１６からの影響が小さくなり、櫛型電極型容量１４の共振特性が弱まることで高い周波数帯域においても櫛型電極型容量１４のＱ値は大きい値を得ることができる。
【００２８】
図５において、実施例１および実施例１の変形例1の場合を例に示したが、実施例１の変形例１よりさらに櫛型電極型容量１４を共振子１３を構成する櫛型電極１２より圧電性基板１６から離して設けている実施例１の変形例２および実施例１の変形例３の場合は、高周波数帯域においてさらに櫛型電極型容量１４のＱ値は大きい値を得ることができる。
【００２９】
実施例１によれば、櫛型電極型容量１４と圧電性基板１６との間に具備する誘電体膜は厚さｔ１の第１誘電体膜１８であり、この厚さｔ１は共振子１３を構成する櫛型電極１２の厚さｔ２と同じ厚さである。ここで、共振子１３を構成する櫛型電極１２および反射電極Ｒ１の形成方法を図６（ａ）から図６（ｃ）を用いて説明する。図６（ａ）を参照に、圧電性基板１６上に共振子１３を構成する櫛型電極１２の厚さｔ２と同じ厚さの第１誘電体膜１８を形成する。図６（ｂ）を参照に、レジスト１７を用いてパターニングを行い、第１誘電体膜１８をエッチングする。図６（ｃ）を参照に、リフトオフ法を用いて厚さｔ２の櫛型電極１２および反射電極Ｒ１を形成して、共振子１３の形成が完成する。このように、共振子１３を構成する櫛型電極１２および反射電極Ｒ１の製造工程で、共振子１３を構成する櫛型電極１２と同じ厚さの第１誘電体膜１８は同時に製造することができる。したがって、櫛型電極型容量１４と圧電性基板１６との間に形成されている第１誘電体膜１８の厚さｔ１が共振子１３を構成する櫛型電極１２の厚さｔ２と同じ厚さの場合は、異なる厚さの場合に比べて、櫛型電極型容量１４と圧電性基板１６との間の第１誘電体膜１８の製造を容易に行なうことが可能である。
【００３０】
また、比較例１では高周波数帯域において櫛型電極型容量１４のＱ値を大きくするためには、櫛型電極型容量１４の電極の周期λ１を小さくしなければならなかった。しかしながら、実施例１によれば、櫛型電極型容量１４を共振子１３を構成する櫛型電極１２より圧電性基板１６から離して設けることにより櫛型電極型容量１４のＱ値は大きい値を得ることができる。よって、櫛型電極型容量１４の電極の周期λ１が共振子１３を構成する櫛型電極１２の周期λ２より大きい場合でも、櫛型電極型容量１４と圧電性基板１６との間隔ｔ１を調整することにより櫛型電極型容量１４のＱ値は同程度もしくはより大きな値を得ることができる。櫛型電極型容量１４の電極の周期λ１を大きくした場合は、電極指幅を太くすることができるため、電極指の電気抵抗が下がる。このため、櫛型電極型容量１４のＱ値を向上させる効果を得ることができる。
【００３１】
さらに、実施例１によれば、共振子１３を構成する櫛型電極１２および反射電極Ｒ１を覆うように設けた第１誘電体膜１８は、共振子１３を構成する櫛型電極１２の厚さより厚いＳｉＯ２膜を用いているため、周波数温度特性を改善することができる。また、ＳｉＯ２膜からなる第１誘電体膜１８上に第１誘電体膜１８より音速の速いＡｌ２Ｏ３膜からなる第２誘電体膜２０を設けているため、弾性波のエネルギーが圧電性基板１６と第１誘電体膜１８との間に閉じ込められた境界波からなる弾性境界波デバイスを得ることができる。
【００３２】
さらに、実施例１によれば、櫛型電極型容量１４は第１誘電体膜１８または第２誘電体膜２０に覆われているため、櫛型電極型容量１４の表面を異物等の付着から保護することができる。
【００３３】
実施例１において、第１誘電体膜１８はＳｉＯ２膜である例を示したが、これに限らずその他の誘電体膜でもよい。しかしながら、周波数温度特性を改善する観点からはＳｉＯ２膜が好ましい。また、実施例１では、第１誘電体膜１８は共振子１３を構成する櫛型電極１２および反射電極Ｒ１と櫛型電極型容量１４とを覆っている例を示したが、少なくとも共振子１３を構成する櫛型電極１２および反射電極Ｒ１を覆っていれば周波数温度特性を改善することができる。
【００３４】
また、実施例１において、第２誘電体膜２０はＡｌ２Ｏ３膜である例を示したが、これに限らずその他の誘電体膜でも良い。特に、弾性波のエネルギーが圧電性基板１６と第１誘電体膜１８とに閉じ込められた境界波を成す観点から、第１誘電体膜１８の音速より速い音速を有する誘電体膜であることが好ましい。また、実施例１では、第２誘電体膜２０は共振子１３を構成する櫛型電極１２および反射電極Ｒ１と櫛型電極型容量１４を覆っている第１誘電体膜１８上の全面に設けられている例を示したが、少なくとも共振子１３を構成する櫛型電極１２および反射電極Ｒ１上の第１誘電体膜１８上に設けられていれば境界波を得ることができる。
【００３５】
さらに、実施例１において、圧電性基板１６に水平に対向する電極からなる容量として櫛型電極型容量１４の場合を例に示したが、これに限らず、電極を圧電性基板から離すことで電極の共振特性を弱める効果が得られ、これにより高周波数帯域おいて大きな容量のＱ値が得られるため、圧電性基板１６に水平に対向する電極からなる容量であれば、その他の容量でも良い。特に、櫛型電極型の容量の場合は、電極を圧電性基板から離すことにより電極の共振特性を弱めるという効果がより大きく得られるため、好ましい。
【００３６】
さらに、実施例１において、櫛型電極型容量１４は共振子１３に並列に接続している例を示したが、これに限らず、直列に接続している場合でも良い。
【００３７】
さらに、実施例１において、圧電性基板１６はＬｉＮｂＯ３である例を示したが、これに限らずその他の物質でも良い。特に、ＬｉＴａＯ３等のｋ２の大きな物質であれば、櫛型電極型容量１４を圧電性基板１６から離すことによって櫛型電極型容量１４の共振特性を弱めるという効果をより大きく得ることができる。
【００３８】
さらに、実施例１において、櫛型電極型容量１４と圧電性基板１６との間に形成された第１誘電体膜１８の厚さｔ１が共振子１３を構成する櫛型電極１２の厚さｔ２と同じ厚さである例を示したが、これに限らず、櫛型電極型容量１４が共振子１３を構成する櫛型電極１２より圧電性基板１６から離れて設けられていれば、櫛型電極型容量１４と圧電性基板１６との間の第１誘電体膜１８の厚さｔ１と共振子１３を構成する櫛型電極１２の厚さｔ２とが異なる場合でもよい。しかしながら、製造の容易性の観点からは、同じ厚さである場合が好ましい。
【００３９】
実施例１の変形例１によれば、櫛型電極型容量１４は第１誘電体膜１８上に設けられている。よって、共振子１３を構成する櫛型電極１２および反射電極Ｒ１を覆うように設けられる第１誘電体膜１８の形成が完成した後に櫛型電極型容量１４を形成できるため、櫛型電極型容量１４が第１誘電体膜１８中や実施例１の変形例３のように第２誘電体膜２０中に設けられている場合に比べ、容易に櫛型電極型容量１４を共振子１３を構成する櫛型電極１２より圧電性基板１６から離して設けることができる。
【実施例２】
【００４０】
図７（ａ）は実施例２に係る弾性波デバイスの断面図である。図７（ｂ）は実施例２の変形例１の断面図、図７（ｃ）は実施例２の変形例２の断面図、図７（ｄ）は実施例２の変形例３の断面図である。図７（ａ）を参照に、圧電性基板１６上にＡｌ２Ｏ３膜からなる第３誘電体膜２２が設けられている。その他の構成については、実施例１に係る弾性波デバイスと同じであり図４（ａ）に示しているので説明を省略する。
【００４１】
図７（ｂ）は櫛型電極型容量１４を第１誘電体膜１８上に設けた例である。図７（ｃ）は櫛型電極型容量１４を第２誘電体膜２０中に設けた例である。図７（ｄ）は櫛型電極型容量１４を第２誘電体膜２０上に設けた例である。その他の構成については実施例２に係る弾性波デバイスと同じであり、図７（ａ）に示しているので説明を省略する。
【００４２】
実施例２によれば、共振子１３を構成する櫛型電極１２および反射電極Ｒ１と圧電性基板１６との間にＡｌ２Ｏ３膜からなる第３誘電体膜２２が設けられている。これにより、弾性波デバイスの周波数温度特性を実施例１より改善することができる。
【００４３】
実施例２において、第３誘電体膜２２はＡｌ２Ｏ３膜である例を示したが、これに限らずその他の誘電体膜でもよい。特に、周波数温度特性を改善するという観点から、圧電性基板１６より誘電率の温度係数が小さく、第１誘電体膜１８の比誘電率より大きい比誘電率を有する誘電体膜が好ましく、ＳｉＮ（窒化シリコン）膜等が好ましい。
【００４４】
また、実施例２において、櫛型電極型容量１４と圧電性基板１６との間にも第３誘電体膜２２が設けられている例を示したが、周波数温度特性を改善する観点からは、少なくとも共振子１３を構成する櫛型電極１２および反射電極Ｒ１と圧電性基板１６との間に第３誘電体膜２２が設けられていればよい。
【実施例３】
【００４５】
図８（ａ）は実施例３に係る弾性波デバイスの断面図である。図８（ｂ）は実施例３の変形例１の断面図である。図８（ａ）を参照に、櫛型電極型容量１４と圧電性基板１６との間にＡｌ２Ｏ３膜からなる第４誘電体膜２４が設けられている。その他の構成については、実施例１に係る弾性波デバイスと同じであり図４（ａ）に示しているので説明を省略する。
【００４６】
図８（ｂ）は圧電性基板１６上に第３誘電体膜２２を設けた例である。その他の構成については、実施例３に係る弾性波デバイスと同じであり図８（ａ）に示しているので説明を省略する。
【００４７】
実施例３によれば、櫛型電極型容量１４と圧電性基板１６との間に第４誘電体膜２４が形成されている。このため、第４誘電体膜２４の厚さを変化させることで、共振子１３を構成する櫛型電極１２と圧電性基板１６との間隔を変えずに、櫛型電極型容量１４と圧電性基板１６との間隔だけを変えることができる。したがって、実施例１の場合に比べ、櫛型電極型容量１４を共振子１３を構成する櫛型電極１２より圧電性基板１６から離して設けることが容易にできる。
【００４８】
実施例３において、第４誘電体膜２４はＡｌ２Ｏ３膜である例を示したが、これに限らずＳｉＮ膜等その他の誘電体膜でもよい。
【実施例４】
【００４９】
図９（ａ）は実施例４に係る弾性波デバイスの断面図である。図９（ｂ）は実施例４の変形例１の断面図である。図９（ａ）を参照に、第１誘電体膜１８上に第２誘電体膜２０が設けられていない点を除いて実施例１に係る弾性波デバイスと同じであり、図４（ａ）に示しているので説明を省略する。
【００５０】
図９（ｂ）は櫛型電極型容量１４を第１誘電体膜１８上に設けた例である。その他の構成については実施例４に係る弾性波デバイスと同じであり、図９（ａ）に示しているので説明を省略する。
【００５１】
実施例４に係る弾性波デバイスは、ＳｉＯ２膜からなる第１誘電体膜１８の膜厚が共振子１３を構成する櫛型電極１２の膜厚より厚いため、周波数温度特性を改善することができるラブ波デバイスを成している。
【実施例５】
【００５２】
図１０（ａ）は実施例５に係る弾性波デバイスの断面図である。図１０（ｂ）は実施例５の変形例１の断面図である。図１０（ａ）を参照に、圧電性基板１６上にＡｌ２Ｏ３膜からなる第３誘電体膜２２が設けられている。その他の構成については、実施例４に係る弾性波デバイスと同じであり、図９（ａ）に示しているので説明を省略する。
【００５３】
図１０（ｂ）は櫛型電極型容量１４を第１誘電体膜１８上に設けた例である。その他の構成については実施例５に係る弾性波デバイスと同じであり、図１０（ａ）に示しているので説明を省略する。
【実施例６】
【００５４】
図１１（ａ）は実施例６に係る弾性波デバイスの断面図である。図１１（ｂ）は実施例６の変形例１の断面図である。図１１（ａ）を参照に、櫛型電極型容量１４と圧電性基板１６との間にＡｌ２Ｏ３膜からなる第４誘電体膜２４が設けられている。その他の構成については、実施例４に係る弾性波デバイスと同じであり図９（ａ）に示しているので説明を省略する。
【００５５】
図１１（ｂ）は圧電性基板１６上に第３誘電体膜２２を設けた例である。その他の構成については、実施例６に係る弾性波デバイスと同じであり図１１（ａ）に示しているので説明を省略する。
【実施例７】
【００５６】
図１２は実施例７に係る弾性波デバイスの断面図である。図１２を参照に、圧電性基板１６上に櫛型電極１２および反射電極Ｒ１で構成される共振子１３が設けられている。櫛型電極１２および反射電極Ｒ１を覆うように保護膜２６が設けられている。櫛型電極型容量１４は共振子１３に並列に接続し、かつ保護膜２６上に設けられている。なお、櫛型電極型容量１４の構成は比較例１と同じである。また、保護膜２６の厚さは共振子１３を構成する櫛型電極１２の厚さに対して十分に薄い。
【実施例８】
【００５７】
図１３（ａ）は実施例８に係る弾性波デバイスの断面図である。図１３（ｂ）は実施例８の変形例１の断面図である。図１３（ａ）を参照に、圧電性基板１６上に櫛型電極１２および反射電極Ｒ１で構成される共振子１３が設けられている。櫛型電極型容量１４は共振子１３に並列に接続し、かつ圧電性基板１６上に形成された第４誘電体膜２４上に設けられている。なお、櫛型電極型容量１４の構成は比較例１と同じである。
【００５８】
図１３（ｂ）は、櫛型電極型容量１４が第４誘電体膜２４に覆われている例である。その他の構成については、実施例８に係る弾性波デバイスと同じであり図１３（ａ）に示しているので説明を省略する。
【００５９】
実施例７および実施例８に係る弾性波デバイスは、弾性波が圧電性基板１６の表面を伝搬する弾性表面波デバイスを成している。
【００６０】
実施例７および実施例８においても、共振子１３を構成する櫛型電極１２および反射電極Ｒ１と圧電性基板１６との間に第３誘電体膜２２を設ける構成をとることができる。
【００６１】
実施例１から実施例８において、櫛型電極型容量１４と圧電性基板１６との間に形成された誘電体膜として、第１誘電体膜１８、第２誘電体膜２０、第３誘電体膜２２および第４誘電体膜２４もしくはこれらの組み合わせたの一例を例として示したが、これらの場合に限られず、櫛型電極型容量１４が共振子１３を構成する櫛型電極１２より圧電性基板１６から離れて設けられさえすれば、その他の誘電体膜や組み合わせの場合等でも良い。
【実施例９】
【００６２】
図１４は実施例９に係るラダー型フィルタの模式図である。図１４を参照に、黒塗り領域は圧電性基板１６上に形成された櫛型電極１２、反射電極Ｒ１、櫛型電極型容量１４および配線３５を示している。例えば入力端子である第１端子３２と例えば出力端子である第２端子３４との間に、４つの１ポート共振器３０ａから３０ｄが直列に接続されていて、直列腕共振器３０を構成している。１ポート共振器３０ａと３０ｂとの間とグランドとの間には１ポート共振器３１ａが接続され、１ポート共振器３０ｃと３０ｄとの間とグランドとの間には１ポート共振器３１ｂが接続されている。１ポート共振器３１ａおよび３１ｂは直列腕共振器３０に並列に接続された並列腕共振器３１を構成している。１ポート共振器３０ａから３０ｄおよび３１ａおよび３１ｂは２つの反射電極Ｒ１とその間に設けられた櫛型電極１２とで構成されている。直列腕共振器３０を構成する１ポート共振器３０ｂと３０ｃとには櫛型電極型容量１４が並列に接続されていて、１ポート共振器３３を構成している。ここで、１ポート共振器３３は実施例１から実施例８のいずれかに係る弾性波デバイスから成っている。
【００６３】
実施例９に係るラダー型フィルタは、実効的にｋ２の値を小さく制御することが可能なため、通過帯域の立ち上がりの急峻性に改善することができる。
【００６４】
実施例９において、ラダー型フィルタの例を示したが、これに限らず、多重モードフィルタで構成されるフィルタや１ポート共振器と多重モードフィルタで構成されるフィルタ等その他のフィルタでも良く、また、これらのフィルタを用いた分波器でも同様の効果を得ることができる。
【００６５】
以上、本発明の実施例を説明したが、本発明は上記実施例に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】図１（ａ）は従来例１に係る弾性表面波デバイスの模式図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）の等価回路図である。
【図２】図２は比較例１に係る弾性波デバイスの断面図である。
【図３】図３は比較例１に係る弾性波デバイスの周波数と容量のＱ値との関係を示す図である。
【図４】図４（ａ）は実施例１に係る弾性波デバイスの断面図である。図４（ｂ）は実施例１の変形例１の断面図、図４（ｃ）は実施例１の変形例２の断面図、図４（ｄ）は実施例１の変形例３の断面図である。
【図５】図５は実施例１および実施例１の変形例１に係る弾性波デバイスの周波数と容量のＱ値との関係を示す図である。
【図６】図６（ａ）から図６（ｃ）は実施例１に係る弾性波デバイスの共振子の製造方法を示す図である。
【図７】図７（ａ）は実施例２に係る弾性波デバイスの断面図である。図７（ｂ）は実施例２の変形例１の断面図、図７（ｃ）は実施例２の変形例２の断面図、図７（ｄ）は実施例２の変形例３の断面図である。
【図８】図８（ａ）は実施例３に係る弾性波デバイスの断面図である。図８（ｂ）は実施例３の変形例１の断面図である。
【図９】図９（ａ）は実施例４に係る弾性波デバイスの断面図である。図９（ｂ）は実施例４の変形例１の断面図である。
【図１０】図１０（ａ）は実施例５に係る弾性波デバイスの断面図である。図１０（ｂ）は実施例５の変形例１の断面図である。
【図１１】図１１（ａ）は実施例６に係る弾性波デバイスの断面図である。図１１（ｂ）は実施例６の変形例１の断面図である。
【図１２】図１２は実施例７に係る弾性波デバイスの断面図である。
【図１３】図１３（ａ）は実施例８に係る弾性波デバイスの断面図である。図１３（ｂ）は実施例８の変形例１の断面図である。
【図１４】図１４は実施例９に係るラダー型フィルタの模式図である。
【符号の説明】
【００６７】
１２ 櫛型電極
１３ 共振子
１４ 櫛型電極型容量
１４ａ、１４ｂ 櫛型電極
１６ 圧電性基板
１７ レジスト
１８ 第１誘電体膜
２０ 第２誘電体膜
２２ 第３誘電体膜
２４ 第４誘電体膜
２６ 保護膜
３０ 直列腕共振器
３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ １ポート共振器
３１ 並列腕共振器
３１ａ、３１ｂ １ポート共振器
３２ 第１端子
３３ １ポート共振器
３４ 第２端子
３５ 配線
Ｒ１ 反射電極
【技術分野】
【０００１】
本発明は、弾性波デバイスおよびフィルタに関し、より詳細には圧電性基板に水平に対向する電極からなる容量を有する弾性波デバイスおよびフィルタに関する。
【背景技術】
【０００２】
弾性波を利用した弾性波デバイスの一つとして、圧電性基板の表面に形成したＩＤＴ（interdigital transducer）からなる櫛型電極を備え、この櫛型電極に電力を印加することで励振した弾性波を用いる弾性表面波デバイスは良く知られている。この弾性表面波デバイスは、小型軽量で高減衰量等を得られることから、例えば４５ＭＨｚ〜２ＧＨｚの周波数帯域の無線信号を処理する装置、例えば送信バンドパスフィルタ、受信バンドパスフィルタやアンテナ共用器等として広く利用されている。
【０００３】
また、弾性表面波デバイスの他に、異なる２つの媒質の境界を弾性波が伝搬する弾性境界波デバイス（非特許文献１）も開発されている。これによれば、２つの媒質の外表面に異物等が付着しても周波数変動や電気的損失特性に影響を与えない利点がある。また、弾性表面波デバイスにおいては、基板表面に異物が付着しないように密閉された中空構造のパッケージ内に納めることが一般的であったが、弾性境界波デバイスでは中空構造のパッケージ内に納める必要はなく、デバイスの小型化等が期待できる。さらに、櫛型電極をＳｉＯ２膜で覆うことにより、周波数温度特性の改善も期待できる。
【０００４】
近年、携帯電話端末等の高性能化に伴い、弾性波デバイスに対して通過帯域での低ロス化や非通過帯域での高抑圧化等の特性改善やデバイスサイズの小型化が求められている。例えば、北米の携帯電話方式の１つであるＰｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｓｅｒｖｉｃｅ（ＰＣＳ）方式においては、通過帯域と抑圧帯域とが非常に近接している。通過帯域と抑圧帯域とが近接したフィルタを実現させるには、電気機械結合係数（ｋ２）の小さい材料を用いると良いことは広く知られている。しかしながら、ｋ２は材料固有の物性値のため、選択した材料によりｋ２の値はほとんど決まってしまう。例えば、携帯電話端末用のバンドパスフィルタ等として広く利用されている、４２度ＹカットＸ伝搬のＬｉＴａＯ３（タンタル酸リチウム）を用いた弾性波デバイスのｋ２は約７％である。
【０００５】
そこで、ｋ２の値自体を制御することは困難であるため、実効的にｋ２の値を小さくする技術が開発されている。例えば、特許文献１に開示されている、容量素子を櫛型電極に並列に接続する技術がある。図１（ａ）は特許文献１に係る弾性表面波デバイス（従来例１）の模式図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）の等価回路図である。図１（ａ）を参照に、圧電性基板１６上に１対の反射電極Ｒ１とその間に設けられた櫛型電極１２とで構成される共振子１３が設けられている。共振子１３に並列に接続し、共振子１３と電極の周期が異なる櫛型電極型の容量（以下、櫛型電極型容量と呼ぶ）１４が圧電性基板１６上に設けられている。櫛型電極型容量１４は一対の櫛型電極１４ａ、１４ｂが互いに圧電性基板１６の水平方向で対向するよう配置された構成をしている。櫛型電極型容量１４を共振子１３に接続させることにより、所望の共振周波数を得ることができる。したがって、ｋ２の値を実効的に制御することが可能となる。なお、図１（ａ）において、櫛型電極１２、反射電極Ｒ１および櫛型電極型容量１４の電極指を数本で図示しているが、実際は多数設けられている。（以下、実施例においても同じ）
【特許文献１】特開平５−１６７３８４号公報
【非特許文献１】1998 IEEE INTERNATIONAL FREQUENCY CONTROL SYMPOSIUM pp484-488
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来例１に係る弾性波デバイスでは、櫛型電極型容量１４の共振周波数より低い周波数帯域では櫛型電極型容量１４の共振尖鋭度（Ｑ値）は大きい値を得ることができるが、高い周波数帯域では櫛型電極型容量１４のＱ値は小さい値しか得られないという課題がある。櫛型電極型容量１４のＱ値は大きいほど損失の小さいデバイスを得ることができるため、櫛型電極型容量１４のＱ値は大きい値が望ましい。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、高周波数帯域において、圧電性基板に水平に対向する電極からなる容量のＱ値が大きい弾性波デバイスおよびフィルタを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、圧電性基板と、前記圧電性上に設けられた弾性波を励振する櫛型電極を有する共振子と、前記圧電性基板に設けられ、前記共振子に並列または直列に接続され、前記圧電性基板に水平に対向する電極からなる容量と、を具備し、前記容量を構成する電極が前記共振子を構成する櫛型電極より前記圧電性基板から離れて設けられていることを特徴とする弾性波デバイスである。本発明によれば、高周波数帯域においても圧電性基板に水平に対向する電極からなる容量のＱ値が大きい弾性波デバイスを提供することができる。
【０００９】
上記構成において、前記共振子は反射電極を含む構成とすることができる。
【００１０】
上記構成において、前記容量を構成する電極は櫛型電極である構成とすることができる。
【００１１】
上記構成において、前記容量を構成する電極と前記圧電性基板との間に誘電体膜を具備する構成とすることができる。この構成によれば、圧電性基板に水平に対向する電極からなる容量を圧電性基板から容易に離して設けることができる。
【００１２】
上記構成において、前記誘電体膜の厚さは前記共振子を構成する櫛型電極の厚さと同じ厚さである構成とすることができる。この構成によれば、圧電性基板に水平に対向する電極からなる容量を圧電性基板からより容易に離して設けることができる。
【００１３】
上記構成において、前記容量を構成する櫛型電極の周期が前記共振子を構成する櫛型電極の周期より大きい構成とすることができる。この構成によれば、圧電性基板に水平に対向する電極からなる容量のＱ値を向上させる効果を得ることができる。
【００１４】
上記構成において、前記共振子を構成する櫛型電極および反射電極を覆うように設けられた第１誘電体膜を具備し、前記第１誘電体膜の厚さが前記共振子を構成する櫛型電極の厚さより厚い構成とすることができる。
【００１５】
上記構成において、前記第１誘電体膜はＳｉＯ２膜である構成とすることができる。この構成によれば、周波数温度特性を改善することができる。
【００１６】
上記構成において、前記容量を構成する電極が前記第１誘電体膜上に設けられている構成とすることができる。この構成によれば、圧電性基板に水平に対向する電極からなる容量を圧電性基板からより容易に離して設けることができる。
【００１７】
上記構成において、前記第１誘電体膜上に設けられた第２誘電体膜を具備し、前記第２誘電体膜の音速が前記第１誘電体膜の音速より速い構成とすることができる。この構成によれば、弾性波のエネルギーが圧電性基板と第１誘電体膜との間に閉じ込められた境界波を得ることができる。
【００１８】
上記構成において、前記共振子を構成する櫛型電極および反射電極と前記圧電性基板との間に設けられた第３誘電体膜を具備する構成とすることができる。この構成によれば、周波数温度特性をより改善することができる。
【００１９】
上記構成において、前記圧電性基板はＬｉＮｂＯ３またはＬｉＴａＯ３である構成とすることができる。この構成によれば、圧電性基板に水平に対向する電極からなる容量の共振特性を弱める効果をより大きく得ることができる。
【００２０】
上記構成において、前記弾性波デバイスを有するフィルタである構成とすることができる。この構成によれば、通過特性の立ち上がりの急峻性が改善されたフィルタを提供することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、高周波数帯域において、圧電性基板に水平に対向する電極からなる容量のＱ値が大きい弾性波デバイスおよびフィルタを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
まず、発明者が従来例１の課題を明確にするために行なった実験について説明する。図２は実験に用いた比較例１に係る弾性波デバイスの断面図である。図２を参照に、３０度ＹカットＸ伝搬のＬｉＮｂＯ３（ニオブ酸リチウム）からなる圧電性基板１６上にＣｕ（銅）からなる弾性波を励振する櫛型電極１２および反射電極Ｒ１で構成される共振子１３が設けられている。共振子１３に並列に接続し、Ｃｕからなる櫛型電極型容量１４が圧電性基板１６上に設けられている。櫛型電極型容量１４を構成する１対の櫛型電極は互いに圧電性基板１６の水平方向で対向している。なお、圧電性基板１６の水平方向とは、共振子１３により励振される弾性波の伝搬方向と同じ方向をいう。共振子１３を構成する櫛型電極１２の厚さは１８０ｎｍ、電極の周期は２．０μｍ、電極指幅は０．５μｍであり、櫛型電極型容量１４の厚さは１８０ｎｍ、電極の周期は３．０μｍ、電極指幅は１．０μｍ、電極指間距離は０．５μｍである。共振子１３を構成する櫛型電極１２および反射電極Ｒ１と櫛型電極型容量１４とを覆うように膜厚１．０μｍのＳｉＯ２（酸化シリコン）膜からなる第１誘電体膜１８が設けられ、第１誘電体膜１８上には膜厚２．０μｍのＡｌ２Ｏ３（酸化アルミニウム）膜からなる第２誘電体膜２０が設けられている。
【００２３】
図３は比較例１に係る弾性波デバイスにおける周波数と櫛型電極型容量１４のＱ値との関係を示している。図３を参照に、櫛型電極型容量１４の共振周波数は１２００ＭＨｚ付近であり、１２００ＭＨｚより低い周波数、例えば５００ＭＨｚ付近では５０程度と櫛型電極型容量１４のＱ値は大きい値を得られているが、１２００ＭＨｚより高い周波数、例えば２０００ＭＨｚ付近では４程度と櫛型電極型容量１４のＱ値は小さい値しか得られていないことが分かる。
【００２４】
比較例１において、例えば２０００ＭＨｚ付近の櫛型電極型容量１４のＱ値を大きくするためには、櫛型電極型容量１４の電極の周期を小さくして、櫛型電極型容量１４の共振周波数を２０００ＭＨｚより大きくする必要がある。例えば、櫛型電極型容量１４の電極の周期を１．０μｍにすると櫛型電極型容量１４の共振周波数は３６００ＭＨｚとなる。ところが、櫛型電極型容量１４の電極の周期１．０μｍを実現するためには、電極指の幅は０．３３μｍ、電極指間距離は０．１７μｍと非常に細くしなければならない。ここまで電極指の幅等が細くなると、電極指の電気抵抗が上がるため櫛型電極型容量１４のＱ値が低下するといった課題やこのような微細パターンを安定的に製造することは困難であるといった課題が生じる。このため、高周波数帯域で櫛型電極型容量１４のＱ値の大きい値を得ることは困難である。そこで、上記課題を解決するための実施例を以下に示す。
【実施例１】
【００２５】
図４（ａ）は実施例１に係る弾性波デバイスの断面図である。図４（ｂ）は実施例１の変形例１の断面図、図４（ｃ）は実施例１の変形例２の断面図、図４（ｄ）は実施例１の変形例３の断面図である。図４（ａ）を参照に、比較例１に対し櫛型電極型容量１４を圧電性基板１６上に共振子１３を構成する櫛型電極１２の厚さだけ離して設けている。つまり、櫛型電極型容量１４と圧電性基板１６との間隔ｔ１と共振子１３を構成する櫛型電極１２の厚さｔ２とは同じ大きさである。櫛型電極型容量１４の厚さは１８０ｎｍ、電極の周期は４．０μｍ、電極指幅は１．０μｍである。その他の構成については、比較例１に係る弾性波デバイスと同じであり図２に示しているので説明を省略する。なお、図４（ａ）中において、櫛型電極型容量１４の電極の周期をλ１、共振子１３を構成する櫛型電極１２の周期をλ２として図示している。
【００２６】
図４（ｂ）は櫛型電極型容量１４を第１誘電体膜１８上に設けた例である。図４（ｃ）は櫛型電極型容量１４を第２誘電体膜２０中に設けた例である。図４（ｄ）は櫛型電極型容量１４を第２誘電体膜２０上に設けた例である。その他の構成については実施例１に係る弾性波デバイスと同じであり、図４（ａ）に示しているので説明を省略する。
【００２７】
図５は実施例１および実施例１の変形例１に係る弾性波デバイスにおける周波数と櫛型電極型容量１４のＱ値との関係を示している。図５を参照に、実施例１（太線）および実施例１の変形例１（細線）の櫛型電極型容量１４の共振周波数は５００ＭＨｚ付近であるが、それより高い周波数帯域でも櫛型電極型容量１４のＱ値は大きい値が得られていることが分かる。例えば２０００ＭＨｚでの櫛型電極型容量１４のＱ値は、実施例１では４５、実施例１の変形例１では６０と大きな値となっている。これは、電極を圧電性基板から離して設けるほどに圧電性基板からの影響が小さくなり、電極の共振特性が弱まるためである。よって、櫛型電極型容量１４を共振子１３を構成する櫛型電極１２より圧電性基板１６から離して設けることにより、櫛型電極型容量１４は圧電性基板１６からの影響が小さくなり、櫛型電極型容量１４の共振特性が弱まることで高い周波数帯域においても櫛型電極型容量１４のＱ値は大きい値を得ることができる。
【００２８】
図５において、実施例１および実施例１の変形例1の場合を例に示したが、実施例１の変形例１よりさらに櫛型電極型容量１４を共振子１３を構成する櫛型電極１２より圧電性基板１６から離して設けている実施例１の変形例２および実施例１の変形例３の場合は、高周波数帯域においてさらに櫛型電極型容量１４のＱ値は大きい値を得ることができる。
【００２９】
実施例１によれば、櫛型電極型容量１４と圧電性基板１６との間に具備する誘電体膜は厚さｔ１の第１誘電体膜１８であり、この厚さｔ１は共振子１３を構成する櫛型電極１２の厚さｔ２と同じ厚さである。ここで、共振子１３を構成する櫛型電極１２および反射電極Ｒ１の形成方法を図６（ａ）から図６（ｃ）を用いて説明する。図６（ａ）を参照に、圧電性基板１６上に共振子１３を構成する櫛型電極１２の厚さｔ２と同じ厚さの第１誘電体膜１８を形成する。図６（ｂ）を参照に、レジスト１７を用いてパターニングを行い、第１誘電体膜１８をエッチングする。図６（ｃ）を参照に、リフトオフ法を用いて厚さｔ２の櫛型電極１２および反射電極Ｒ１を形成して、共振子１３の形成が完成する。このように、共振子１３を構成する櫛型電極１２および反射電極Ｒ１の製造工程で、共振子１３を構成する櫛型電極１２と同じ厚さの第１誘電体膜１８は同時に製造することができる。したがって、櫛型電極型容量１４と圧電性基板１６との間に形成されている第１誘電体膜１８の厚さｔ１が共振子１３を構成する櫛型電極１２の厚さｔ２と同じ厚さの場合は、異なる厚さの場合に比べて、櫛型電極型容量１４と圧電性基板１６との間の第１誘電体膜１８の製造を容易に行なうことが可能である。
【００３０】
また、比較例１では高周波数帯域において櫛型電極型容量１４のＱ値を大きくするためには、櫛型電極型容量１４の電極の周期λ１を小さくしなければならなかった。しかしながら、実施例１によれば、櫛型電極型容量１４を共振子１３を構成する櫛型電極１２より圧電性基板１６から離して設けることにより櫛型電極型容量１４のＱ値は大きい値を得ることができる。よって、櫛型電極型容量１４の電極の周期λ１が共振子１３を構成する櫛型電極１２の周期λ２より大きい場合でも、櫛型電極型容量１４と圧電性基板１６との間隔ｔ１を調整することにより櫛型電極型容量１４のＱ値は同程度もしくはより大きな値を得ることができる。櫛型電極型容量１４の電極の周期λ１を大きくした場合は、電極指幅を太くすることができるため、電極指の電気抵抗が下がる。このため、櫛型電極型容量１４のＱ値を向上させる効果を得ることができる。
【００３１】
さらに、実施例１によれば、共振子１３を構成する櫛型電極１２および反射電極Ｒ１を覆うように設けた第１誘電体膜１８は、共振子１３を構成する櫛型電極１２の厚さより厚いＳｉＯ２膜を用いているため、周波数温度特性を改善することができる。また、ＳｉＯ２膜からなる第１誘電体膜１８上に第１誘電体膜１８より音速の速いＡｌ２Ｏ３膜からなる第２誘電体膜２０を設けているため、弾性波のエネルギーが圧電性基板１６と第１誘電体膜１８との間に閉じ込められた境界波からなる弾性境界波デバイスを得ることができる。
【００３２】
さらに、実施例１によれば、櫛型電極型容量１４は第１誘電体膜１８または第２誘電体膜２０に覆われているため、櫛型電極型容量１４の表面を異物等の付着から保護することができる。
【００３３】
実施例１において、第１誘電体膜１８はＳｉＯ２膜である例を示したが、これに限らずその他の誘電体膜でもよい。しかしながら、周波数温度特性を改善する観点からはＳｉＯ２膜が好ましい。また、実施例１では、第１誘電体膜１８は共振子１３を構成する櫛型電極１２および反射電極Ｒ１と櫛型電極型容量１４とを覆っている例を示したが、少なくとも共振子１３を構成する櫛型電極１２および反射電極Ｒ１を覆っていれば周波数温度特性を改善することができる。
【００３４】
また、実施例１において、第２誘電体膜２０はＡｌ２Ｏ３膜である例を示したが、これに限らずその他の誘電体膜でも良い。特に、弾性波のエネルギーが圧電性基板１６と第１誘電体膜１８とに閉じ込められた境界波を成す観点から、第１誘電体膜１８の音速より速い音速を有する誘電体膜であることが好ましい。また、実施例１では、第２誘電体膜２０は共振子１３を構成する櫛型電極１２および反射電極Ｒ１と櫛型電極型容量１４を覆っている第１誘電体膜１８上の全面に設けられている例を示したが、少なくとも共振子１３を構成する櫛型電極１２および反射電極Ｒ１上の第１誘電体膜１８上に設けられていれば境界波を得ることができる。
【００３５】
さらに、実施例１において、圧電性基板１６に水平に対向する電極からなる容量として櫛型電極型容量１４の場合を例に示したが、これに限らず、電極を圧電性基板から離すことで電極の共振特性を弱める効果が得られ、これにより高周波数帯域おいて大きな容量のＱ値が得られるため、圧電性基板１６に水平に対向する電極からなる容量であれば、その他の容量でも良い。特に、櫛型電極型の容量の場合は、電極を圧電性基板から離すことにより電極の共振特性を弱めるという効果がより大きく得られるため、好ましい。
【００３６】
さらに、実施例１において、櫛型電極型容量１４は共振子１３に並列に接続している例を示したが、これに限らず、直列に接続している場合でも良い。
【００３７】
さらに、実施例１において、圧電性基板１６はＬｉＮｂＯ３である例を示したが、これに限らずその他の物質でも良い。特に、ＬｉＴａＯ３等のｋ２の大きな物質であれば、櫛型電極型容量１４を圧電性基板１６から離すことによって櫛型電極型容量１４の共振特性を弱めるという効果をより大きく得ることができる。
【００３８】
さらに、実施例１において、櫛型電極型容量１４と圧電性基板１６との間に形成された第１誘電体膜１８の厚さｔ１が共振子１３を構成する櫛型電極１２の厚さｔ２と同じ厚さである例を示したが、これに限らず、櫛型電極型容量１４が共振子１３を構成する櫛型電極１２より圧電性基板１６から離れて設けられていれば、櫛型電極型容量１４と圧電性基板１６との間の第１誘電体膜１８の厚さｔ１と共振子１３を構成する櫛型電極１２の厚さｔ２とが異なる場合でもよい。しかしながら、製造の容易性の観点からは、同じ厚さである場合が好ましい。
【００３９】
実施例１の変形例１によれば、櫛型電極型容量１４は第１誘電体膜１８上に設けられている。よって、共振子１３を構成する櫛型電極１２および反射電極Ｒ１を覆うように設けられる第１誘電体膜１８の形成が完成した後に櫛型電極型容量１４を形成できるため、櫛型電極型容量１４が第１誘電体膜１８中や実施例１の変形例３のように第２誘電体膜２０中に設けられている場合に比べ、容易に櫛型電極型容量１４を共振子１３を構成する櫛型電極１２より圧電性基板１６から離して設けることができる。
【実施例２】
【００４０】
図７（ａ）は実施例２に係る弾性波デバイスの断面図である。図７（ｂ）は実施例２の変形例１の断面図、図７（ｃ）は実施例２の変形例２の断面図、図７（ｄ）は実施例２の変形例３の断面図である。図７（ａ）を参照に、圧電性基板１６上にＡｌ２Ｏ３膜からなる第３誘電体膜２２が設けられている。その他の構成については、実施例１に係る弾性波デバイスと同じであり図４（ａ）に示しているので説明を省略する。
【００４１】
図７（ｂ）は櫛型電極型容量１４を第１誘電体膜１８上に設けた例である。図７（ｃ）は櫛型電極型容量１４を第２誘電体膜２０中に設けた例である。図７（ｄ）は櫛型電極型容量１４を第２誘電体膜２０上に設けた例である。その他の構成については実施例２に係る弾性波デバイスと同じであり、図７（ａ）に示しているので説明を省略する。
【００４２】
実施例２によれば、共振子１３を構成する櫛型電極１２および反射電極Ｒ１と圧電性基板１６との間にＡｌ２Ｏ３膜からなる第３誘電体膜２２が設けられている。これにより、弾性波デバイスの周波数温度特性を実施例１より改善することができる。
【００４３】
実施例２において、第３誘電体膜２２はＡｌ２Ｏ３膜である例を示したが、これに限らずその他の誘電体膜でもよい。特に、周波数温度特性を改善するという観点から、圧電性基板１６より誘電率の温度係数が小さく、第１誘電体膜１８の比誘電率より大きい比誘電率を有する誘電体膜が好ましく、ＳｉＮ（窒化シリコン）膜等が好ましい。
【００４４】
また、実施例２において、櫛型電極型容量１４と圧電性基板１６との間にも第３誘電体膜２２が設けられている例を示したが、周波数温度特性を改善する観点からは、少なくとも共振子１３を構成する櫛型電極１２および反射電極Ｒ１と圧電性基板１６との間に第３誘電体膜２２が設けられていればよい。
【実施例３】
【００４５】
図８（ａ）は実施例３に係る弾性波デバイスの断面図である。図８（ｂ）は実施例３の変形例１の断面図である。図８（ａ）を参照に、櫛型電極型容量１４と圧電性基板１６との間にＡｌ２Ｏ３膜からなる第４誘電体膜２４が設けられている。その他の構成については、実施例１に係る弾性波デバイスと同じであり図４（ａ）に示しているので説明を省略する。
【００４６】
図８（ｂ）は圧電性基板１６上に第３誘電体膜２２を設けた例である。その他の構成については、実施例３に係る弾性波デバイスと同じであり図８（ａ）に示しているので説明を省略する。
【００４７】
実施例３によれば、櫛型電極型容量１４と圧電性基板１６との間に第４誘電体膜２４が形成されている。このため、第４誘電体膜２４の厚さを変化させることで、共振子１３を構成する櫛型電極１２と圧電性基板１６との間隔を変えずに、櫛型電極型容量１４と圧電性基板１６との間隔だけを変えることができる。したがって、実施例１の場合に比べ、櫛型電極型容量１４を共振子１３を構成する櫛型電極１２より圧電性基板１６から離して設けることが容易にできる。
【００４８】
実施例３において、第４誘電体膜２４はＡｌ２Ｏ３膜である例を示したが、これに限らずＳｉＮ膜等その他の誘電体膜でもよい。
【実施例４】
【００４９】
図９（ａ）は実施例４に係る弾性波デバイスの断面図である。図９（ｂ）は実施例４の変形例１の断面図である。図９（ａ）を参照に、第１誘電体膜１８上に第２誘電体膜２０が設けられていない点を除いて実施例１に係る弾性波デバイスと同じであり、図４（ａ）に示しているので説明を省略する。
【００５０】
図９（ｂ）は櫛型電極型容量１４を第１誘電体膜１８上に設けた例である。その他の構成については実施例４に係る弾性波デバイスと同じであり、図９（ａ）に示しているので説明を省略する。
【００５１】
実施例４に係る弾性波デバイスは、ＳｉＯ２膜からなる第１誘電体膜１８の膜厚が共振子１３を構成する櫛型電極１２の膜厚より厚いため、周波数温度特性を改善することができるラブ波デバイスを成している。
【実施例５】
【００５２】
図１０（ａ）は実施例５に係る弾性波デバイスの断面図である。図１０（ｂ）は実施例５の変形例１の断面図である。図１０（ａ）を参照に、圧電性基板１６上にＡｌ２Ｏ３膜からなる第３誘電体膜２２が設けられている。その他の構成については、実施例４に係る弾性波デバイスと同じであり、図９（ａ）に示しているので説明を省略する。
【００５３】
図１０（ｂ）は櫛型電極型容量１４を第１誘電体膜１８上に設けた例である。その他の構成については実施例５に係る弾性波デバイスと同じであり、図１０（ａ）に示しているので説明を省略する。
【実施例６】
【００５４】
図１１（ａ）は実施例６に係る弾性波デバイスの断面図である。図１１（ｂ）は実施例６の変形例１の断面図である。図１１（ａ）を参照に、櫛型電極型容量１４と圧電性基板１６との間にＡｌ２Ｏ３膜からなる第４誘電体膜２４が設けられている。その他の構成については、実施例４に係る弾性波デバイスと同じであり図９（ａ）に示しているので説明を省略する。
【００５５】
図１１（ｂ）は圧電性基板１６上に第３誘電体膜２２を設けた例である。その他の構成については、実施例６に係る弾性波デバイスと同じであり図１１（ａ）に示しているので説明を省略する。
【実施例７】
【００５６】
図１２は実施例７に係る弾性波デバイスの断面図である。図１２を参照に、圧電性基板１６上に櫛型電極１２および反射電極Ｒ１で構成される共振子１３が設けられている。櫛型電極１２および反射電極Ｒ１を覆うように保護膜２６が設けられている。櫛型電極型容量１４は共振子１３に並列に接続し、かつ保護膜２６上に設けられている。なお、櫛型電極型容量１４の構成は比較例１と同じである。また、保護膜２６の厚さは共振子１３を構成する櫛型電極１２の厚さに対して十分に薄い。
【実施例８】
【００５７】
図１３（ａ）は実施例８に係る弾性波デバイスの断面図である。図１３（ｂ）は実施例８の変形例１の断面図である。図１３（ａ）を参照に、圧電性基板１６上に櫛型電極１２および反射電極Ｒ１で構成される共振子１３が設けられている。櫛型電極型容量１４は共振子１３に並列に接続し、かつ圧電性基板１６上に形成された第４誘電体膜２４上に設けられている。なお、櫛型電極型容量１４の構成は比較例１と同じである。
【００５８】
図１３（ｂ）は、櫛型電極型容量１４が第４誘電体膜２４に覆われている例である。その他の構成については、実施例８に係る弾性波デバイスと同じであり図１３（ａ）に示しているので説明を省略する。
【００５９】
実施例７および実施例８に係る弾性波デバイスは、弾性波が圧電性基板１６の表面を伝搬する弾性表面波デバイスを成している。
【００６０】
実施例７および実施例８においても、共振子１３を構成する櫛型電極１２および反射電極Ｒ１と圧電性基板１６との間に第３誘電体膜２２を設ける構成をとることができる。
【００６１】
実施例１から実施例８において、櫛型電極型容量１４と圧電性基板１６との間に形成された誘電体膜として、第１誘電体膜１８、第２誘電体膜２０、第３誘電体膜２２および第４誘電体膜２４もしくはこれらの組み合わせたの一例を例として示したが、これらの場合に限られず、櫛型電極型容量１４が共振子１３を構成する櫛型電極１２より圧電性基板１６から離れて設けられさえすれば、その他の誘電体膜や組み合わせの場合等でも良い。
【実施例９】
【００６２】
図１４は実施例９に係るラダー型フィルタの模式図である。図１４を参照に、黒塗り領域は圧電性基板１６上に形成された櫛型電極１２、反射電極Ｒ１、櫛型電極型容量１４および配線３５を示している。例えば入力端子である第１端子３２と例えば出力端子である第２端子３４との間に、４つの１ポート共振器３０ａから３０ｄが直列に接続されていて、直列腕共振器３０を構成している。１ポート共振器３０ａと３０ｂとの間とグランドとの間には１ポート共振器３１ａが接続され、１ポート共振器３０ｃと３０ｄとの間とグランドとの間には１ポート共振器３１ｂが接続されている。１ポート共振器３１ａおよび３１ｂは直列腕共振器３０に並列に接続された並列腕共振器３１を構成している。１ポート共振器３０ａから３０ｄおよび３１ａおよび３１ｂは２つの反射電極Ｒ１とその間に設けられた櫛型電極１２とで構成されている。直列腕共振器３０を構成する１ポート共振器３０ｂと３０ｃとには櫛型電極型容量１４が並列に接続されていて、１ポート共振器３３を構成している。ここで、１ポート共振器３３は実施例１から実施例８のいずれかに係る弾性波デバイスから成っている。
【００６３】
実施例９に係るラダー型フィルタは、実効的にｋ２の値を小さく制御することが可能なため、通過帯域の立ち上がりの急峻性に改善することができる。
【００６４】
実施例９において、ラダー型フィルタの例を示したが、これに限らず、多重モードフィルタで構成されるフィルタや１ポート共振器と多重モードフィルタで構成されるフィルタ等その他のフィルタでも良く、また、これらのフィルタを用いた分波器でも同様の効果を得ることができる。
【００６５】
以上、本発明の実施例を説明したが、本発明は上記実施例に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】図１（ａ）は従来例１に係る弾性表面波デバイスの模式図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）の等価回路図である。
【図２】図２は比較例１に係る弾性波デバイスの断面図である。
【図３】図３は比較例１に係る弾性波デバイスの周波数と容量のＱ値との関係を示す図である。
【図４】図４（ａ）は実施例１に係る弾性波デバイスの断面図である。図４（ｂ）は実施例１の変形例１の断面図、図４（ｃ）は実施例１の変形例２の断面図、図４（ｄ）は実施例１の変形例３の断面図である。
【図５】図５は実施例１および実施例１の変形例１に係る弾性波デバイスの周波数と容量のＱ値との関係を示す図である。
【図６】図６（ａ）から図６（ｃ）は実施例１に係る弾性波デバイスの共振子の製造方法を示す図である。
【図７】図７（ａ）は実施例２に係る弾性波デバイスの断面図である。図７（ｂ）は実施例２の変形例１の断面図、図７（ｃ）は実施例２の変形例２の断面図、図７（ｄ）は実施例２の変形例３の断面図である。
【図８】図８（ａ）は実施例３に係る弾性波デバイスの断面図である。図８（ｂ）は実施例３の変形例１の断面図である。
【図９】図９（ａ）は実施例４に係る弾性波デバイスの断面図である。図９（ｂ）は実施例４の変形例１の断面図である。
【図１０】図１０（ａ）は実施例５に係る弾性波デバイスの断面図である。図１０（ｂ）は実施例５の変形例１の断面図である。
【図１１】図１１（ａ）は実施例６に係る弾性波デバイスの断面図である。図１１（ｂ）は実施例６の変形例１の断面図である。
【図１２】図１２は実施例７に係る弾性波デバイスの断面図である。
【図１３】図１３（ａ）は実施例８に係る弾性波デバイスの断面図である。図１３（ｂ）は実施例８の変形例１の断面図である。
【図１４】図１４は実施例９に係るラダー型フィルタの模式図である。
【符号の説明】
【００６７】
１２ 櫛型電極
１３ 共振子
１４ 櫛型電極型容量
１４ａ、１４ｂ 櫛型電極
１６ 圧電性基板
１７ レジスト
１８ 第１誘電体膜
２０ 第２誘電体膜
２２ 第３誘電体膜
２４ 第４誘電体膜
２６ 保護膜
３０ 直列腕共振器
３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ １ポート共振器
３１ 並列腕共振器
３１ａ、３１ｂ １ポート共振器
３２ 第１端子
３３ １ポート共振器
３４ 第２端子
３５ 配線
Ｒ１ 反射電極
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電性基板と、
前記圧電性基板上に設けられた弾性波を励振する櫛型電極を有する共振子と、
前記圧電性基板上に設けられ、前記共振子に並列または直列に接続され、前記圧電性基板に水平に対向する電極からなる容量と、を具備し、
前記容量を構成する電極が前記共振子を構成する櫛型電極より前記圧電性基板から離れて設けられていることを特徴とする弾性波デバイス。
【請求項２】
前記共振子は反射電極を含むことを特徴とする請求項１記載の弾性波デバイス。
【請求項３】
前記容量を構成する電極は櫛型電極であることを特徴とする請求項１または２記載の弾性波デバイス。
【請求項４】
前記容量を構成する電極と前記圧電性基板との間に誘電体膜を具備することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項記載の弾性波デバイス。
【請求項５】
前記誘電体膜の厚さは前記共振子を構成する櫛型電極の厚さと同じ厚さであることを特徴とする請求項４記載の弾性波デバイス。
【請求項６】
前記容量を構成する櫛型電極の周期が前記共振子を構成する櫛型電極の周期より大きいことを特徴とする請求項３から５のいずれか一項記載の弾性波デバイス。
【請求項７】
前記共振子を構成する櫛型電極および反射電極を覆うように設けられた第１誘電体膜を具備し、
前記第１誘電体膜の厚さが前記共振子を構成する櫛型電極の厚さより厚いことを特徴とする請求項２から６のいずれか一項記載の弾性波デバイス。
【請求項８】
前記第１誘電体膜はＳｉＯ２膜であることを特徴とする請求項７記載の弾性波デバイス。
【請求項９】
前記容量を構成する電極が前記第１誘電体膜上に設けられていることを特徴とする請求項７または８記載の弾性波デバイス。
【請求項１０】
前記第１誘電体膜上に設けられた第２誘電体膜を具備し、
前記第２誘電体膜の音速が前記第１誘電体膜の音速より速いことを特徴とする請求項７から９のいずれか一項記載の弾性波デバイス。
【請求項１１】
前記共振子を構成する櫛型電極および反射電極と前記圧電性基板との間に設けられた第３誘電体膜を具備することを特徴とする請求項２から１０のいずれか一項記載の弾性波デバイス。
【請求項１２】
前記圧電性基板はＬｉＮｂＯ３またはＬｉＴａＯ３であることを特徴とする請求項１から１１のいずれか一項記載の弾性波デバイス。
【請求項１３】
請求項１から１２のいずれか一項記載の弾性波デバイスを有することを特徴とするフィルタ。
【請求項１】
圧電性基板と、
前記圧電性基板上に設けられた弾性波を励振する櫛型電極を有する共振子と、
前記圧電性基板上に設けられ、前記共振子に並列または直列に接続され、前記圧電性基板に水平に対向する電極からなる容量と、を具備し、
前記容量を構成する電極が前記共振子を構成する櫛型電極より前記圧電性基板から離れて設けられていることを特徴とする弾性波デバイス。
【請求項２】
前記共振子は反射電極を含むことを特徴とする請求項１記載の弾性波デバイス。
【請求項３】
前記容量を構成する電極は櫛型電極であることを特徴とする請求項１または２記載の弾性波デバイス。
【請求項４】
前記容量を構成する電極と前記圧電性基板との間に誘電体膜を具備することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項記載の弾性波デバイス。
【請求項５】
前記誘電体膜の厚さは前記共振子を構成する櫛型電極の厚さと同じ厚さであることを特徴とする請求項４記載の弾性波デバイス。
【請求項６】
前記容量を構成する櫛型電極の周期が前記共振子を構成する櫛型電極の周期より大きいことを特徴とする請求項３から５のいずれか一項記載の弾性波デバイス。
【請求項７】
前記共振子を構成する櫛型電極および反射電極を覆うように設けられた第１誘電体膜を具備し、
前記第１誘電体膜の厚さが前記共振子を構成する櫛型電極の厚さより厚いことを特徴とする請求項２から６のいずれか一項記載の弾性波デバイス。
【請求項８】
前記第１誘電体膜はＳｉＯ２膜であることを特徴とする請求項７記載の弾性波デバイス。
【請求項９】
前記容量を構成する電極が前記第１誘電体膜上に設けられていることを特徴とする請求項７または８記載の弾性波デバイス。
【請求項１０】
前記第１誘電体膜上に設けられた第２誘電体膜を具備し、
前記第２誘電体膜の音速が前記第１誘電体膜の音速より速いことを特徴とする請求項７から９のいずれか一項記載の弾性波デバイス。
【請求項１１】
前記共振子を構成する櫛型電極および反射電極と前記圧電性基板との間に設けられた第３誘電体膜を具備することを特徴とする請求項２から１０のいずれか一項記載の弾性波デバイス。
【請求項１２】
前記圧電性基板はＬｉＮｂＯ３またはＬｉＴａＯ３であることを特徴とする請求項１から１１のいずれか一項記載の弾性波デバイス。
【請求項１３】
請求項１から１２のいずれか一項記載の弾性波デバイスを有することを特徴とするフィルタ。
【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】
【公開番号】特開２００８−１０９４１３（Ｐ２００８−１０９４１３Ａ）
【公開日】平成２０年５月８日（２００８．５．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２９０４９４（Ｐ２００６−２９０４９４）
【出願日】平成１８年１０月２５日（２００６．１０．２５）
【出願人】（３９８０６７２７０）富士通メディアデバイス株式会社 (198)
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年５月８日（２００８．５．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１０月２５日（２００６．１０．２５）
【出願人】（３９８０６７２７０）富士通メディアデバイス株式会社 (198)
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
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