弾性表面波素子
【課題】 圧電基板１上にインターディジタルトランスデューサとなる電極２が形成されている弾性表面波素子において、耐電力性の向上を図る。
【解決手段】 本発明に係る弾性表面波素子においては、圧電基板１上の電極２が、下部Ｔｉ層３、Ｍｏ若しくはＷ又はこれらの金属の合金からなる中間金属層４、上部Ｔｉ層５、及びＡｌ若しくはＡｌ合金からなる上部導電層６を順次積層して構成される。ここで、下部Ｔｉ層３の厚さＡは、１０ｎｍ以上、３０ｎｍ以下であり、中間金属層４の厚さＢは、３５ｎｍ以上、６５ｎｍ以下であり、上部Ｔｉ層５の厚さＣは、１０ｎｍ以上、３０ｎｍ以下である。
【解決手段】 本発明に係る弾性表面波素子においては、圧電基板１上の電極２が、下部Ｔｉ層３、Ｍｏ若しくはＷ又はこれらの金属の合金からなる中間金属層４、上部Ｔｉ層５、及びＡｌ若しくはＡｌ合金からなる上部導電層６を順次積層して構成される。ここで、下部Ｔｉ層３の厚さＡは、１０ｎｍ以上、３０ｎｍ以下であり、中間金属層４の厚さＢは、３５ｎｍ以上、６５ｎｍ以下であり、上部Ｔｉ層５の厚さＣは、１０ｎｍ以上、３０ｎｍ以下である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電基板上にインターディジタルトランスデューサとなる電極が形成されている弾性表面波素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、携帯電話機等の通信機器においては、共振器フィルター、デュプレクサー等の回路素子として、弾性表面波素子が用いられている。例えば、図１６に示す弾性表面波素子においては、圧電基板(51)の表面に、アルミニウム製の一対の簾状電極(52a)(52a)からなるインターディジタルトランスデューサ(52)が２箇所に併設されると共に、これらのインターディジタルトランスデューサ(52)(52)の両側には、格子状の電極からなる反射器(53)(53)が配備されている。インターディジタルトランスデューサ(52)(52)にはそれぞれ一対の入力パッド(54)(54)と一対の出力パッド(55)(55)が接続されている。
【０００３】
近年、通信機器の高周波化に伴い、弾性表面波素子の動作周波数も高周波化すると共に、高出力化が要求されている。動作周波数の高周波化のためには各電極(52a)の線幅を小さく形成する必要があり、例えば動作周波数がギガヘルツ帯の場合、電極(52a)の線幅は１μm未満となる。この様に小さな線幅の電極が形成されている弾性表面波素子に電圧を印加すると、圧電基板(51)の表面に生じる弾性表面波によって、電極(52a)に繰り返し応力が作用し、この応力が電極(52a)の材料に固有の臨界応力を越えると、ストレスマイグレーションが発生する。又、電極(52a)を流れる電子流の高密度化に伴って、エレクトロマイグレーションが発生する。その結果、電極(52a)には空隙(ボイド)や突起(ヒロック)が形成されて、耐電力性の劣化により電極(52a)が破壊し、電気的短絡や挿入損失の増大を招くことになる。
【０００４】
そこで、図３に示す如く圧電基板(１)上にＡｌ−Ｃｕ合金からなる電極(７)を形成した従来の一般的な弾性表面波素子に対し、図４の如く圧電基板(１)上の電極(８)が、下部Ｔｉ層(９)と、Ａｌ−Ｃｕ合金からなる中間金属層(10)と、上部Ｔｉ層(11)と、Ａｌ−Ｃｕ合金からなる上部導電層(12)とを積層して構成される弾性表面素子が提案されている(特許文献１参照)。
【０００５】
更に、図５に示す如く、圧電基板(１)上の電極(13)が、Ｔｉ−Ｍｏ合金からなる下地金属層(14)と、Ａｌ−Ｃｕ合金からなる上部導電層(15)とを積層して構成され、或いは図６の如く、圧電基板(１)上の電極(16)が、Ｍｏからなる下地金属層(17)と、Ａｌ−Ｃｕ合金からなる上部導電層(18)とを積層して構成される弾性表面波素子が提案されている(特許文献２参照)。
【特許文献１】特願２００４−４１１７５号
【特許文献２】特開２００１−９４３８２号公報
【特許文献３】特開平９−１３５１４３号公報
【特許文献４】特開２００２−３６８５６８号公報
【特許文献５】特開２００２−３５３７６７号公報
【特許文献６】特開２００２−１３５０７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図３に示すＡｌＣｕ単層の電極(７)を具えた弾性表面波素子では、例えば電極(７)の厚さを４３０ｎｍとし、インターディジタルトランスデューサ(52)(52)及び反射器(53)(53)を最適設計することによって、図８に実線(ａ)で示すフィルター特性が得られる。
【０００７】
図４に示す積層構造の電極(８)を具えた弾性表面波素子は、下部Ｔｉ層(９)と上部Ｔｉ層(11)の間にＡｌＣｕの中間金属層(10)を介在させて、これら３層からなる下地の厚膜化を図ると共に、例えば図示の如く下部Ｔｉ層(９)を８０ｎｍ、中間金属層(10)を２０ｎｍ、上部Ｔｉ層(11)を２０ｎｍと、それぞれ膜厚の最適化を図ることによって、フィルター特性を向上させたものであるが、図８に破線(ｂ)で示す様に、周波数が８３５ＭＨｚ以下の帯域では前記単層電極構造の場合(実線(ａ))よりも挿入損失が減少するものの、周波数が８３５ＭＨｚ以上の帯域では挿入損失が増大しており、依然として充分なフィルター特性が実現されているとは言えない。
【０００８】
又、図５に示す如く電極(13)がＴｉＭｏの下地金属層(14)を具えている弾性表面波素子においては、下地金属層(14)の厚さが８０ｎｍで耐電力性が最大となるが、図９に破線(ｄ)で示す様に、単層電極構造の場合(実線(ａ))よりも挿入損失が増大しており、この結果、発熱量が増大して耐電力性の低下を招く問題がある。
【０００９】
又、図６に示す如く電極(16)がＭｏの下地金属層(17)を具えている弾性表面波素子においては、下地金属層(17)の厚さが９５ｎｍで耐電力性が最大となるが、図１０に破線(ｅ)で示す様に、単層電極構造の場合(実線(ａ))よりも著しく挿入損失が増大しており、この結果、発熱量が増大して耐電力性の低下を招く問題がある。又、下地金属層(17)のＭｏの上部導電層(18)への拡散が顕著となる問題がある。
【００１０】
上述の如く、従来の何れの弾性表面波素子においても、通過帯域内の挿入損失が大きく、高い耐電力性を得ることは出来なかった。
そこで本発明の目的は、通過帯域内の挿入損失を充分に低減させて従来よりも高い耐電力性を得ることが出来る弾性表面波素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る弾性表面波素子は、圧電基板上にインターディジタルトランスデューサとなる電極を形成したものであって、前記電極は、圧電基板の表面に、Ｔｉからなる第１層、Ｍｏ若しくはＷ又はこれらの金属の合金からなる第２層、Ｔｉからなる第３層、及びＡｌ若しくはＡｌ合金からなる第４層を順次積層して構成され、第１層の厚さＡは、１０ｎｍ以上、３０ｎｍ以下であり、第２層の厚さＢは、３５ｎｍ以上、６５ｎｍ以下であり、第３層の厚さＣは、１０ｎｍ以上、３０ｎｍ以下であることを特徴とする。
【００１２】
本発明は、図４に示す電極構造、即ちストレスマイグレーション抑制に効果のあるＴｉ層中に中間金属層を介在させた積層構造における中間金属層の組成として、従来のＡｌ若しくはＡｌ合金に替えて、Ｍｏ若しくはＷ又はこれらの金属の合金を採用したものとなる。
本発明者らは、この様な電極積層構造によって、通過帯域内挿入損失を減少させて更に高い耐電力性を得ることが出来ることを実験的に見出し、本発明の完成に至ったものである。
【００１３】
本発明に係る弾性表面波素子においては、第１層の厚さＡを１０ｎｍ以上、３０ｎｍ以下とし、第２層の厚さＢを３５ｎｍ以上、６５ｎｍ以下とし、且つ第３層の厚さＣを１０ｎｍ以上、３０ｎｍ以下とすることによって、挿入損失の低減を図ることが出来、これによって発熱量を抑えて高い耐電力性を得ることが出来る。
【００１４】
具体的には、前記第２層はＭｏからなり、該第２層の厚さＢは、４０ｎｍ以上、６０ｎｍ以下である。該具体的構成によれば更に挿入損失の低減を図ることが出来る。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係る弾性表面波素子によれば、帯域内挿入損失を従来よりも低減させて高い耐電力性を得ることが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態につき、図面に沿って具体的に説明する。
本発明に係る弾性表面波素子は、図１に示す如く、圧電基板(１)上にインターディジタルトランスデューサとなる電極(２)を形成して構成され、該電極(２)は、圧電基板(１)側から順に、下部Ｔｉ層(３)、Ｍｏ若しくはＷ又はこれらの金属の合金からなる中間金属層(４)、上部Ｔｉ層(５)、及びＡｌ合金からなる上部導電層(６)を積層したものである。
【００１７】
電極(２)を構成する中間金属層(４)をＭｏによって形成すると共に、下部Ｔｉ層(３)、中間金属層(４)及び上部Ｔｉ層(５)の厚さを種々に変化させた多数の弾性表面波素子を試作して、これらの弾性表面波素子の耐電力性の低下による寿命の推定と、フィルター通過帯域内の挿入損失の測定を行ない、その結果に基づいて下部Ｔｉ層(３)、中間金属層(４)及び上部Ｔｉ層(５)の厚さの最適化を行なった。
【００１８】
尚、弾性表面波素子の製造においては、ＤＣスパッタ装置による成膜条件として、Ａｌ−Ｃｕ(０.５重量％)合金からなる上部導電層(６)と両Ｔｉ層(３)(５)については、１ｋＷのパワー、０.３２ＰａのＡｒガス雰囲気を設定し、Ｍｏからなる中間金属層(４)については、１ｋＷのパワー、０.７ＰａのＡｒガス雰囲気を設定した。又、圧電基板(１)としては、３６度Ｙカットのタンタル酸リチウム基板(厚さ３５０ｎｍ)を採用し、ＲＩＥを用いて電極の加工を行なった。そして、８００ＭＨｚ帯のラダー型フィルターを構成して、フィルター通過帯域内の挿入損失の測定を行なった。
【００１９】
図１１〜図１５はそれぞれ、上部Ｔｉ層(５)の厚さＣが５ｎｍ、１０ｎｍ、２０ｎｍ、３０ｎｍ、４０ｎｍの５種類の弾性表面波素子について、横軸に中間金属層(４)の厚さＢをとり、縦軸に通過帯域内平均挿入損失をとって、下部Ｔｉ層(３)の厚さＡを５ｎｍ、１０ｎｍ、２０ｎｍ、３０ｎｍ、４０ｎｍに変化させたときの通過帯域内平均挿入損失の変化を表わしたものである。尚、通過帯域内平均挿入損失は、８２４ＭＨｚ〜８４９ＭＨｚの通過帯域内での挿入損失の平均値を意味している。
【００２０】
図１１に示す如く、上部Ｔｉ層(５)の厚さＣが５ｎｍの場合は、下部Ｔｉ層(３)の厚さＡや中間金属層(４)の厚さＢに拘わらず、通過帯域内平均挿入損失は１.５５ｄＢ前後の高い値を示した。
これに対し、図１２の如く上部Ｔｉ層(５)の厚さＣが１０ｎｍの場合は、下部Ｔｉ層(３)の厚さＡが５ｎｍと４０ｎｍのとき、中間金属層(４)の厚さＢに拘わらず、通過帯域内平均挿入損失は１.５５ｄＢ前後の高い値を示したが、下部Ｔｉ層(３)の厚さＡが１０ｎｍ〜３０ｎｍの範囲であって、且つ中間金属層(４)の厚さＢが３５ｎｍ〜６５ｎｍの範囲で、通過帯域内平均挿入損失が１.４ｄＢ以下に急激に低下し、中間金属層(４)の厚さＢが４０ｎｍ〜６０ｎｍの範囲では通過帯域内平均挿入損失が１.３ｄＢを下回っている。
【００２１】
又、図１３の如く上部Ｔｉ層(５)の厚さＣが２０ｎｍの場合においても、下部Ｔｉ層(３)の厚さＡが５ｎｍと４０ｎｍのとき、中間金属層(４)の厚さＢに拘わらず、通過帯域内平均挿入損失は１.５５ｄＢ前後の高い値を示したが、下部Ｔｉ層(３)の厚さＡが１０ｎｍ〜３０ｎｍの範囲であって、且つ中間金属層(４)の厚さＢが３５ｎｍ〜６５ｎｍの範囲で、通過帯域内平均挿入損失が１.４ｄＢ以下に急激に低下し、中間金属層(４)の厚さＢが４０ｎｍ〜６０ｎｍの範囲では通過帯域内平均挿入損失が１.３ｄＢを下回っている。
【００２２】
更に、図１４の如く上部Ｔｉ層(５)の厚さＣが３０ｎｍの場合においても、下部Ｔｉ層(３)の厚さＡが５ｎｍと４０ｎｍのとき、中間金属層(４)の厚さＢに拘わらず、通過帯域内平均挿入損失は１.５５ｄＢ前後の高い値を示したが、下部Ｔｉ層(３)の厚さＡが１０ｎｍ〜３０ｎｍの範囲であって、且つ中間金属層(４)の厚さＢが３５ｎｍ〜６５ｎｍの範囲で、通過帯域内平均挿入損失が１.４ｄＢ以下に急激に低下し、中間金属層(４)の厚さＢが４０ｎｍ〜６０ｎｍの範囲では通過帯域内平均挿入損失が１.３ｄＢを下回っている。
【００２３】
しかし、図１５の如く、上部Ｔｉ層(５)の厚さＣが４０ｎｍの場合は、下部Ｔｉ層(３)の厚さＡや中間金属層(４)の厚さＢに拘わらず、通過帯域内平均挿入損失は１.５５ｄＢを超える高い値を示した。
【００２４】
上述の結果から、電極(２)を構成する下部Ｔｉ層(３)の厚さＡは、１０ｎｍ以上、３０ｎｍ以下が好ましく、中間金属層(４)の厚さＢは、３５ｎｍ以上、６５ｎｍ以下が好ましく、上部Ｔｉ層(５)の厚さＣは、１０ｎｍ以上、３０ｎｍ以下が好ましいと言うことが出来る。更に、中間金属層(４)の厚さＢは、４０ｎｍ以上、６０ｎｍ以下がより好ましいと言うことが出来る。
【００２５】
図２に示す弾性表面波素子は、圧電基板(１)上の電極(２)が、厚さ２０ｎｍの下部Ｔｉ層(３)と、厚さ４０ｎｍのＭｏの中間金属層(４)と、厚さ１５ｎｍの上部Ｔｉ層(５)と、厚さ２９５ｎｍのＡｌ−Ｃｕ合金の上部導電層(６)とから構成され、各層(３)(４)(５)がそれぞれ上述の好ましい厚さを有している。
【００２６】
該弾性表面波素子のフィルター特性を測定したところ、図７に破線(ｃ)で示す結果が得られた。図示の如く、周波数が８１５ＭＨｚ〜８５５ＭＨｚの広い帯域で前記単層電極構造の場合(実線(ａ))よりも挿入損失が減少しており、充分なフィルター特性が実現されていることが分かる。
【００２７】
下記表１は、図７〜図１０に示すフィルター特性(ａ)(ｂ)(ｃ)(ｄ)(ｅ)を有する５種類の弾性表面波素子(図３、図４、図２、図５、図６)についてそれぞれ、通過帯域内挿入損失の最小値(Ｔｏｐ ＩＬ；トップロス)、通過帯域内平均挿入損失、及び推定寿命を示している。
尚、通過帯域内挿入損失の最小値(Ｔｏｐ ＩＬ)は、８２４ＭＨｚ〜８４９ＭＨｚの通過帯域内での挿入損失の最小値を意味し、推定寿命は、８４９ＭＨｚにおける挿入損失の低下量が０.５ｄＢを超えた時点を寿命として、加速試験によって得られたアレニウスプロットの外挿計算により、１.２Ｗ、摂氏５０度での寿命に換算した値を意味している。
【００２８】
【表１】
表１から明らかな様に、図２に示す本発明の弾性表面波素子(特性(ｃ))において最も通過帯域内挿入損失の最小値(Ｔｏｐ ＩＬ)及び通過帯域内平均挿入損失が低くなっており、然も最も長い推定寿命が得られている。
【００２９】
図２に示す弾性表面波素子においては、中間金属層(４)の材質としてＭｏが採用されているが、中間金属層(４)の材質としてＷを採用することも可能である。
下記表２の如く、Ｗは、Ｍｏと同様に、比重がＡｌやＴｉよりも大きく、抵抗率が低く、且つヤング率も大きいので、Ｍｏと同様の機能を発揮し得る。
【００３０】
【表２】
そこで、電極(２)を構成する中間金属層(４)の材質としてＷを採用した弾性表面波素子を試作して、通過帯域内挿入損失の最小値(Ｔｏｐ ＩＬ)、通過帯域内平均挿入損失、及び推定寿命を測定した。その結果を下記表３に示す。
尚、弾性表面波素子の製造においては、ＤＣスパッタ装置による成膜条件として、Ｗからなる中間金属層(４)については、１ｋＷのパワー、１.２ＰａのＡｒガス雰囲気を設定したことを除き、他は同じ条件を設定した。
【００３１】
【表３】
表３から明らかな様に、下部Ｔｉ層(３)、中間金属層(４)及び上部Ｔｉ層(５)の厚さＡ、Ｂ、Ｃが異なる２種類の弾性表面波素子において、通過帯域内挿入損失の最小値(Ｔｏｐ ＩＬ)、通過帯域内平均挿入損失、及び推定寿命の何れの点でも、中間金属層(４)がＭｏの場合と同等の高い性能が得られている。
従って、電極(２)を構成する中間金属層(４)をＷから形成した弾性表面波素子においても、下部Ｔｉ層(３)の厚さＡを１０ｎｍ以上、３０ｎｍ以下とし、中間金属層(４)の厚さＢを３５ｎｍ以上、６５ｎｍ以下とし、上部Ｔｉ層(５)の厚さＣを１０ｎｍ以上、３０ｎｍ以下とすることによって、従来よりも高い耐電力性を得ることが出来る。
【００３２】
尚、本発明の各部構成は上記実施の形態に限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能である。例えば、電極(２)を構成する上部導電層(６)の材質としては、ＡｌにＣｕを添加した２元系のＡｌ合金に限らず、ＡｌにＣｕの他、ＶやＭｇ等を添加した３元系の合金を採用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明に係る弾性表面波素子の電極積層構造を示す断面図である。
【図２】該電極積層構造の具体例を示す断面図である。
【図３】従来の弾性表面波素子の電極積層構造を示す断面図である。
【図４】従来の他の電極積層構造を示す断面図である。
【図５】従来の他の電極積層構造を示す断面図である。
【図６】従来の更に他の電極積層構造を示す断面図である。
【図７】本発明の弾性表面波素子におけるフィルター特性を従来のフィルター特性と比較したグラフである。
【図８】従来の弾性表面波素子のフィルター特性を示すグラフである。
【図９】従来の他の弾性表面波素子のフィルター特性を示すグラフである。
【図１０】従来の更に他の弾性表面波素子のフィルター特性を示すグラフである。
【図１１】電極を構成する各層の厚さの違いによる挿入損失の変化を示すグラフである。
【図１２】同上の他のグラフである。
【図１３】同上の他のグラフである。
【図１４】同上の他のグラフである。
【図１５】同上の更に他のグラフである。
【図１６】従来の弾性表面波素子の電極パターンを示す平面図である。
【符号の説明】
【００３４】
(１) 圧電基板
(２) 電極
(３) 下部Ｔｉ層
(４) 中間金属層
(５) 上部Ｔｉ層
(６) 上部導電層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電基板上にインターディジタルトランスデューサとなる電極が形成されている弾性表面波素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、携帯電話機等の通信機器においては、共振器フィルター、デュプレクサー等の回路素子として、弾性表面波素子が用いられている。例えば、図１６に示す弾性表面波素子においては、圧電基板(51)の表面に、アルミニウム製の一対の簾状電極(52a)(52a)からなるインターディジタルトランスデューサ(52)が２箇所に併設されると共に、これらのインターディジタルトランスデューサ(52)(52)の両側には、格子状の電極からなる反射器(53)(53)が配備されている。インターディジタルトランスデューサ(52)(52)にはそれぞれ一対の入力パッド(54)(54)と一対の出力パッド(55)(55)が接続されている。
【０００３】
近年、通信機器の高周波化に伴い、弾性表面波素子の動作周波数も高周波化すると共に、高出力化が要求されている。動作周波数の高周波化のためには各電極(52a)の線幅を小さく形成する必要があり、例えば動作周波数がギガヘルツ帯の場合、電極(52a)の線幅は１μm未満となる。この様に小さな線幅の電極が形成されている弾性表面波素子に電圧を印加すると、圧電基板(51)の表面に生じる弾性表面波によって、電極(52a)に繰り返し応力が作用し、この応力が電極(52a)の材料に固有の臨界応力を越えると、ストレスマイグレーションが発生する。又、電極(52a)を流れる電子流の高密度化に伴って、エレクトロマイグレーションが発生する。その結果、電極(52a)には空隙(ボイド)や突起(ヒロック)が形成されて、耐電力性の劣化により電極(52a)が破壊し、電気的短絡や挿入損失の増大を招くことになる。
【０００４】
そこで、図３に示す如く圧電基板(１)上にＡｌ−Ｃｕ合金からなる電極(７)を形成した従来の一般的な弾性表面波素子に対し、図４の如く圧電基板(１)上の電極(８)が、下部Ｔｉ層(９)と、Ａｌ−Ｃｕ合金からなる中間金属層(10)と、上部Ｔｉ層(11)と、Ａｌ−Ｃｕ合金からなる上部導電層(12)とを積層して構成される弾性表面素子が提案されている(特許文献１参照)。
【０００５】
更に、図５に示す如く、圧電基板(１)上の電極(13)が、Ｔｉ−Ｍｏ合金からなる下地金属層(14)と、Ａｌ−Ｃｕ合金からなる上部導電層(15)とを積層して構成され、或いは図６の如く、圧電基板(１)上の電極(16)が、Ｍｏからなる下地金属層(17)と、Ａｌ−Ｃｕ合金からなる上部導電層(18)とを積層して構成される弾性表面波素子が提案されている(特許文献２参照)。
【特許文献１】特願２００４−４１１７５号
【特許文献２】特開２００１−９４３８２号公報
【特許文献３】特開平９−１３５１４３号公報
【特許文献４】特開２００２−３６８５６８号公報
【特許文献５】特開２００２−３５３７６７号公報
【特許文献６】特開２００２−１３５０７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図３に示すＡｌＣｕ単層の電極(７)を具えた弾性表面波素子では、例えば電極(７)の厚さを４３０ｎｍとし、インターディジタルトランスデューサ(52)(52)及び反射器(53)(53)を最適設計することによって、図８に実線(ａ)で示すフィルター特性が得られる。
【０００７】
図４に示す積層構造の電極(８)を具えた弾性表面波素子は、下部Ｔｉ層(９)と上部Ｔｉ層(11)の間にＡｌＣｕの中間金属層(10)を介在させて、これら３層からなる下地の厚膜化を図ると共に、例えば図示の如く下部Ｔｉ層(９)を８０ｎｍ、中間金属層(10)を２０ｎｍ、上部Ｔｉ層(11)を２０ｎｍと、それぞれ膜厚の最適化を図ることによって、フィルター特性を向上させたものであるが、図８に破線(ｂ)で示す様に、周波数が８３５ＭＨｚ以下の帯域では前記単層電極構造の場合(実線(ａ))よりも挿入損失が減少するものの、周波数が８３５ＭＨｚ以上の帯域では挿入損失が増大しており、依然として充分なフィルター特性が実現されているとは言えない。
【０００８】
又、図５に示す如く電極(13)がＴｉＭｏの下地金属層(14)を具えている弾性表面波素子においては、下地金属層(14)の厚さが８０ｎｍで耐電力性が最大となるが、図９に破線(ｄ)で示す様に、単層電極構造の場合(実線(ａ))よりも挿入損失が増大しており、この結果、発熱量が増大して耐電力性の低下を招く問題がある。
【０００９】
又、図６に示す如く電極(16)がＭｏの下地金属層(17)を具えている弾性表面波素子においては、下地金属層(17)の厚さが９５ｎｍで耐電力性が最大となるが、図１０に破線(ｅ)で示す様に、単層電極構造の場合(実線(ａ))よりも著しく挿入損失が増大しており、この結果、発熱量が増大して耐電力性の低下を招く問題がある。又、下地金属層(17)のＭｏの上部導電層(18)への拡散が顕著となる問題がある。
【００１０】
上述の如く、従来の何れの弾性表面波素子においても、通過帯域内の挿入損失が大きく、高い耐電力性を得ることは出来なかった。
そこで本発明の目的は、通過帯域内の挿入損失を充分に低減させて従来よりも高い耐電力性を得ることが出来る弾性表面波素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る弾性表面波素子は、圧電基板上にインターディジタルトランスデューサとなる電極を形成したものであって、前記電極は、圧電基板の表面に、Ｔｉからなる第１層、Ｍｏ若しくはＷ又はこれらの金属の合金からなる第２層、Ｔｉからなる第３層、及びＡｌ若しくはＡｌ合金からなる第４層を順次積層して構成され、第１層の厚さＡは、１０ｎｍ以上、３０ｎｍ以下であり、第２層の厚さＢは、３５ｎｍ以上、６５ｎｍ以下であり、第３層の厚さＣは、１０ｎｍ以上、３０ｎｍ以下であることを特徴とする。
【００１２】
本発明は、図４に示す電極構造、即ちストレスマイグレーション抑制に効果のあるＴｉ層中に中間金属層を介在させた積層構造における中間金属層の組成として、従来のＡｌ若しくはＡｌ合金に替えて、Ｍｏ若しくはＷ又はこれらの金属の合金を採用したものとなる。
本発明者らは、この様な電極積層構造によって、通過帯域内挿入損失を減少させて更に高い耐電力性を得ることが出来ることを実験的に見出し、本発明の完成に至ったものである。
【００１３】
本発明に係る弾性表面波素子においては、第１層の厚さＡを１０ｎｍ以上、３０ｎｍ以下とし、第２層の厚さＢを３５ｎｍ以上、６５ｎｍ以下とし、且つ第３層の厚さＣを１０ｎｍ以上、３０ｎｍ以下とすることによって、挿入損失の低減を図ることが出来、これによって発熱量を抑えて高い耐電力性を得ることが出来る。
【００１４】
具体的には、前記第２層はＭｏからなり、該第２層の厚さＢは、４０ｎｍ以上、６０ｎｍ以下である。該具体的構成によれば更に挿入損失の低減を図ることが出来る。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係る弾性表面波素子によれば、帯域内挿入損失を従来よりも低減させて高い耐電力性を得ることが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態につき、図面に沿って具体的に説明する。
本発明に係る弾性表面波素子は、図１に示す如く、圧電基板(１)上にインターディジタルトランスデューサとなる電極(２)を形成して構成され、該電極(２)は、圧電基板(１)側から順に、下部Ｔｉ層(３)、Ｍｏ若しくはＷ又はこれらの金属の合金からなる中間金属層(４)、上部Ｔｉ層(５)、及びＡｌ合金からなる上部導電層(６)を積層したものである。
【００１７】
電極(２)を構成する中間金属層(４)をＭｏによって形成すると共に、下部Ｔｉ層(３)、中間金属層(４)及び上部Ｔｉ層(５)の厚さを種々に変化させた多数の弾性表面波素子を試作して、これらの弾性表面波素子の耐電力性の低下による寿命の推定と、フィルター通過帯域内の挿入損失の測定を行ない、その結果に基づいて下部Ｔｉ層(３)、中間金属層(４)及び上部Ｔｉ層(５)の厚さの最適化を行なった。
【００１８】
尚、弾性表面波素子の製造においては、ＤＣスパッタ装置による成膜条件として、Ａｌ−Ｃｕ(０.５重量％)合金からなる上部導電層(６)と両Ｔｉ層(３)(５)については、１ｋＷのパワー、０.３２ＰａのＡｒガス雰囲気を設定し、Ｍｏからなる中間金属層(４)については、１ｋＷのパワー、０.７ＰａのＡｒガス雰囲気を設定した。又、圧電基板(１)としては、３６度Ｙカットのタンタル酸リチウム基板(厚さ３５０ｎｍ)を採用し、ＲＩＥを用いて電極の加工を行なった。そして、８００ＭＨｚ帯のラダー型フィルターを構成して、フィルター通過帯域内の挿入損失の測定を行なった。
【００１９】
図１１〜図１５はそれぞれ、上部Ｔｉ層(５)の厚さＣが５ｎｍ、１０ｎｍ、２０ｎｍ、３０ｎｍ、４０ｎｍの５種類の弾性表面波素子について、横軸に中間金属層(４)の厚さＢをとり、縦軸に通過帯域内平均挿入損失をとって、下部Ｔｉ層(３)の厚さＡを５ｎｍ、１０ｎｍ、２０ｎｍ、３０ｎｍ、４０ｎｍに変化させたときの通過帯域内平均挿入損失の変化を表わしたものである。尚、通過帯域内平均挿入損失は、８２４ＭＨｚ〜８４９ＭＨｚの通過帯域内での挿入損失の平均値を意味している。
【００２０】
図１１に示す如く、上部Ｔｉ層(５)の厚さＣが５ｎｍの場合は、下部Ｔｉ層(３)の厚さＡや中間金属層(４)の厚さＢに拘わらず、通過帯域内平均挿入損失は１.５５ｄＢ前後の高い値を示した。
これに対し、図１２の如く上部Ｔｉ層(５)の厚さＣが１０ｎｍの場合は、下部Ｔｉ層(３)の厚さＡが５ｎｍと４０ｎｍのとき、中間金属層(４)の厚さＢに拘わらず、通過帯域内平均挿入損失は１.５５ｄＢ前後の高い値を示したが、下部Ｔｉ層(３)の厚さＡが１０ｎｍ〜３０ｎｍの範囲であって、且つ中間金属層(４)の厚さＢが３５ｎｍ〜６５ｎｍの範囲で、通過帯域内平均挿入損失が１.４ｄＢ以下に急激に低下し、中間金属層(４)の厚さＢが４０ｎｍ〜６０ｎｍの範囲では通過帯域内平均挿入損失が１.３ｄＢを下回っている。
【００２１】
又、図１３の如く上部Ｔｉ層(５)の厚さＣが２０ｎｍの場合においても、下部Ｔｉ層(３)の厚さＡが５ｎｍと４０ｎｍのとき、中間金属層(４)の厚さＢに拘わらず、通過帯域内平均挿入損失は１.５５ｄＢ前後の高い値を示したが、下部Ｔｉ層(３)の厚さＡが１０ｎｍ〜３０ｎｍの範囲であって、且つ中間金属層(４)の厚さＢが３５ｎｍ〜６５ｎｍの範囲で、通過帯域内平均挿入損失が１.４ｄＢ以下に急激に低下し、中間金属層(４)の厚さＢが４０ｎｍ〜６０ｎｍの範囲では通過帯域内平均挿入損失が１.３ｄＢを下回っている。
【００２２】
更に、図１４の如く上部Ｔｉ層(５)の厚さＣが３０ｎｍの場合においても、下部Ｔｉ層(３)の厚さＡが５ｎｍと４０ｎｍのとき、中間金属層(４)の厚さＢに拘わらず、通過帯域内平均挿入損失は１.５５ｄＢ前後の高い値を示したが、下部Ｔｉ層(３)の厚さＡが１０ｎｍ〜３０ｎｍの範囲であって、且つ中間金属層(４)の厚さＢが３５ｎｍ〜６５ｎｍの範囲で、通過帯域内平均挿入損失が１.４ｄＢ以下に急激に低下し、中間金属層(４)の厚さＢが４０ｎｍ〜６０ｎｍの範囲では通過帯域内平均挿入損失が１.３ｄＢを下回っている。
【００２３】
しかし、図１５の如く、上部Ｔｉ層(５)の厚さＣが４０ｎｍの場合は、下部Ｔｉ層(３)の厚さＡや中間金属層(４)の厚さＢに拘わらず、通過帯域内平均挿入損失は１.５５ｄＢを超える高い値を示した。
【００２４】
上述の結果から、電極(２)を構成する下部Ｔｉ層(３)の厚さＡは、１０ｎｍ以上、３０ｎｍ以下が好ましく、中間金属層(４)の厚さＢは、３５ｎｍ以上、６５ｎｍ以下が好ましく、上部Ｔｉ層(５)の厚さＣは、１０ｎｍ以上、３０ｎｍ以下が好ましいと言うことが出来る。更に、中間金属層(４)の厚さＢは、４０ｎｍ以上、６０ｎｍ以下がより好ましいと言うことが出来る。
【００２５】
図２に示す弾性表面波素子は、圧電基板(１)上の電極(２)が、厚さ２０ｎｍの下部Ｔｉ層(３)と、厚さ４０ｎｍのＭｏの中間金属層(４)と、厚さ１５ｎｍの上部Ｔｉ層(５)と、厚さ２９５ｎｍのＡｌ−Ｃｕ合金の上部導電層(６)とから構成され、各層(３)(４)(５)がそれぞれ上述の好ましい厚さを有している。
【００２６】
該弾性表面波素子のフィルター特性を測定したところ、図７に破線(ｃ)で示す結果が得られた。図示の如く、周波数が８１５ＭＨｚ〜８５５ＭＨｚの広い帯域で前記単層電極構造の場合(実線(ａ))よりも挿入損失が減少しており、充分なフィルター特性が実現されていることが分かる。
【００２７】
下記表１は、図７〜図１０に示すフィルター特性(ａ)(ｂ)(ｃ)(ｄ)(ｅ)を有する５種類の弾性表面波素子(図３、図４、図２、図５、図６)についてそれぞれ、通過帯域内挿入損失の最小値(Ｔｏｐ ＩＬ；トップロス)、通過帯域内平均挿入損失、及び推定寿命を示している。
尚、通過帯域内挿入損失の最小値(Ｔｏｐ ＩＬ)は、８２４ＭＨｚ〜８４９ＭＨｚの通過帯域内での挿入損失の最小値を意味し、推定寿命は、８４９ＭＨｚにおける挿入損失の低下量が０.５ｄＢを超えた時点を寿命として、加速試験によって得られたアレニウスプロットの外挿計算により、１.２Ｗ、摂氏５０度での寿命に換算した値を意味している。
【００２８】
【表１】
表１から明らかな様に、図２に示す本発明の弾性表面波素子(特性(ｃ))において最も通過帯域内挿入損失の最小値(Ｔｏｐ ＩＬ)及び通過帯域内平均挿入損失が低くなっており、然も最も長い推定寿命が得られている。
【００２９】
図２に示す弾性表面波素子においては、中間金属層(４)の材質としてＭｏが採用されているが、中間金属層(４)の材質としてＷを採用することも可能である。
下記表２の如く、Ｗは、Ｍｏと同様に、比重がＡｌやＴｉよりも大きく、抵抗率が低く、且つヤング率も大きいので、Ｍｏと同様の機能を発揮し得る。
【００３０】
【表２】
そこで、電極(２)を構成する中間金属層(４)の材質としてＷを採用した弾性表面波素子を試作して、通過帯域内挿入損失の最小値(Ｔｏｐ ＩＬ)、通過帯域内平均挿入損失、及び推定寿命を測定した。その結果を下記表３に示す。
尚、弾性表面波素子の製造においては、ＤＣスパッタ装置による成膜条件として、Ｗからなる中間金属層(４)については、１ｋＷのパワー、１.２ＰａのＡｒガス雰囲気を設定したことを除き、他は同じ条件を設定した。
【００３１】
【表３】
表３から明らかな様に、下部Ｔｉ層(３)、中間金属層(４)及び上部Ｔｉ層(５)の厚さＡ、Ｂ、Ｃが異なる２種類の弾性表面波素子において、通過帯域内挿入損失の最小値(Ｔｏｐ ＩＬ)、通過帯域内平均挿入損失、及び推定寿命の何れの点でも、中間金属層(４)がＭｏの場合と同等の高い性能が得られている。
従って、電極(２)を構成する中間金属層(４)をＷから形成した弾性表面波素子においても、下部Ｔｉ層(３)の厚さＡを１０ｎｍ以上、３０ｎｍ以下とし、中間金属層(４)の厚さＢを３５ｎｍ以上、６５ｎｍ以下とし、上部Ｔｉ層(５)の厚さＣを１０ｎｍ以上、３０ｎｍ以下とすることによって、従来よりも高い耐電力性を得ることが出来る。
【００３２】
尚、本発明の各部構成は上記実施の形態に限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能である。例えば、電極(２)を構成する上部導電層(６)の材質としては、ＡｌにＣｕを添加した２元系のＡｌ合金に限らず、ＡｌにＣｕの他、ＶやＭｇ等を添加した３元系の合金を採用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明に係る弾性表面波素子の電極積層構造を示す断面図である。
【図２】該電極積層構造の具体例を示す断面図である。
【図３】従来の弾性表面波素子の電極積層構造を示す断面図である。
【図４】従来の他の電極積層構造を示す断面図である。
【図５】従来の他の電極積層構造を示す断面図である。
【図６】従来の更に他の電極積層構造を示す断面図である。
【図７】本発明の弾性表面波素子におけるフィルター特性を従来のフィルター特性と比較したグラフである。
【図８】従来の弾性表面波素子のフィルター特性を示すグラフである。
【図９】従来の他の弾性表面波素子のフィルター特性を示すグラフである。
【図１０】従来の更に他の弾性表面波素子のフィルター特性を示すグラフである。
【図１１】電極を構成する各層の厚さの違いによる挿入損失の変化を示すグラフである。
【図１２】同上の他のグラフである。
【図１３】同上の他のグラフである。
【図１４】同上の他のグラフである。
【図１５】同上の更に他のグラフである。
【図１６】従来の弾性表面波素子の電極パターンを示す平面図である。
【符号の説明】
【００３４】
(１) 圧電基板
(２) 電極
(３) 下部Ｔｉ層
(４) 中間金属層
(５) 上部Ｔｉ層
(６) 上部導電層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電基板上にインターディジタルトランスデューサとなる電極が形成されている弾性表面波素子において、前記電極は、圧電基板の表面に、Ｔｉからなる第１層、Ｍｏ若しくはＷ又はこれらの金属の合金からなる第２層、Ｔｉからなる第３層、及びＡｌ若しくはＡｌ合金からなる第４層を順次積層して構成され、第１層の厚さＡは、１０ｎｍ以上、３０ｎｍ以下であり、第２層の厚さＢは、３５ｎｍ以上、６５ｎｍ以下であり、第３層の厚さＣは、１０ｎｍ以上、３０ｎｍ以下であることを特徴とする弾性表面波素子。
【請求項２】
前記第２層はＭｏからなり、該第２層の厚さＢは、４０ｎｍ以上、６０ｎｍ以下である請求項１に記載の弾性表面波素子。
【請求項１】
圧電基板上にインターディジタルトランスデューサとなる電極が形成されている弾性表面波素子において、前記電極は、圧電基板の表面に、Ｔｉからなる第１層、Ｍｏ若しくはＷ又はこれらの金属の合金からなる第２層、Ｔｉからなる第３層、及びＡｌ若しくはＡｌ合金からなる第４層を順次積層して構成され、第１層の厚さＡは、１０ｎｍ以上、３０ｎｍ以下であり、第２層の厚さＢは、３５ｎｍ以上、６５ｎｍ以下であり、第３層の厚さＣは、１０ｎｍ以上、３０ｎｍ以下であることを特徴とする弾性表面波素子。
【請求項２】
前記第２層はＭｏからなり、該第２層の厚さＢは、４０ｎｍ以上、６０ｎｍ以下である請求項１に記載の弾性表面波素子。
【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】
【公開番号】特開２００６−２０１３４（Ｐ２００６−２０１３４Ａ）
【公開日】平成１８年１月１９日（２００６．１．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−１９６７０５（Ｐ２００４−１９６７０５）
【出願日】平成１６年７月２日（２００４．７．２）
【出願人】（０００００１８８９）三洋電機株式会社 (18,308)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１月１９日（２００６．１．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年７月２日（２００４．７．２）
【出願人】（０００００１８８９）三洋電機株式会社 (18,308)
【Ｆターム（参考）】
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