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CN104380601B - 弹性波装置 - Google Patents

弹性波装置 Download PDF

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CN104380601B
CN104380601B CN201380032010.7A CN201380032010A CN104380601B CN 104380601 B CN104380601 B CN 104380601B CN 201380032010 A CN201380032010 A CN 201380032010A CN 104380601 B CN104380601 B CN 104380601B
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木户俊介
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Murata Manufacturing Co Ltd
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Abstract

本发明提供特性良好且能抑制基于高阶模的响应的弹性波装置。弹性波装置(1)在支承基板(2)上层叠传播的体波音速比在压电膜(5)中传播的弹性波音速更高速的高音速膜(3)，在高音速膜(3)上层叠传播的体波音速比在压电膜(5)中传播的体波音速更低速的低音速膜(4)，在低音速膜(4)上层叠上述压电膜(5)，在压电膜(5)的一方的面层叠IDT电极(6)，在高音速膜的上方的结构部分，作为所利用的弹性波的主模的能量集中度为99.9％以上，且成为杂散的高阶模的能量集中度为99.5％以下。

Description

弹性波装置
技术领域
本发明涉及在谐振器或带通滤波器等中所用的弹性波装置，更详细地，涉及具有在支承基板与压电体层间层叠其它材料的结构的弹性波装置。
背景技术
以往，作为谐振器或带通滤波器，广泛运用弹性波装置，近年来谋求高频化。在下述的专利文献1中，公开了在电介质基板上按照硬质电介质层、压电膜以及IDT电极的顺序将它们层叠而成的弹性表面波装置。在该弹性表面波装置中，通过在电介质基板与压电膜间配置硬质电介质层，能谋求弹性表面波的高音速化。由此能实现弹性表面波装置的高频化。
另外，在专利文献1中，还公开了在上述硬质电介质层与压电膜间设置等电位层的结构。等电位层由金属或半导体构成。等电位层为了将压电膜与硬质电介质层的界面中的电位等电位化而设。
先行技术文献
专利文献
专利文献：JP特开2004-282232
发明的概要
发明要解决的课题
在专利文献1记载的弹性表面波装置中，通过硬质电介质层的形成来谋求高音速化。但是，由于存在不算少的传输损耗，不能有效果地将弹性波封闭在压电薄膜中，因此，弹性表面波装置的能量会泄漏到电介质基板。为此，有损害弹性波装置的特性的问题。
发明内容
本发明的目的在于，提供特性的良好的弹性波装置。
用于解决课题的手段
本发明所涉及的具有压电膜的弹性波装置具备：支承基板；形成在所述支承基板上、传播的体波音速比在所述压电膜中传播的弹性波音速更高速的高音速膜；和层叠在所述高音速膜上、传播的体波音速比在所述压电膜中传播的体波音速更低速的低音速膜；层叠在所述低音速膜上的压电膜；和形成在所述压电膜的一方的面上的IDT电极。在本发明中，在包含高音速膜、且比高音速膜更靠的上方的结构部分中，作为所利用的弹性波的主模的能量集中度为99.9％以上，且成为杂散(spurious)的高阶模的能量集中度为99.5％以下。
在本发明所涉及的弹性波装置的某特定的方面下，在将主模的反谐振频率下的音速设为V1[m/s]、将高音速膜的音速设为Vh[m/s]、将用弹性波的波长λ[m]标准化的高音速膜的膜厚设为Th(＝高音速膜厚/λ)时，在下述的各Vh的情况下V1和Th满足以下的关系式。
·4200≤Vh＜4400的情况下；
V1≤125.9×Th2-102.0×Th+3715.0
·4400≤Vh＜4600的情况下；
V1≤296.3×Th2-253.0×Th+3742.2
·4600≤Vh＜4800的情况下；
V1≤506.1×Th2-391.5×Th+3759.2
·4800≤Vh＜5000的情况下；
V1≤768.0×Th2-552.4×Th+3776.8
·5000≤Vh＜5200的情况下；
V1≤848.5×Th2-541.6×Th+3767.8
·5200≤Vh＜5400的情况下；
V1≤1065.2×Th2-709.4×Th+3792.8
·5400≤Vh＜5600的情况下；
V1≤1197.1×Th2-695.0×Th+3779.8
·5600≤Vh＜5800的情况下；
V1≤1393.8×Th2-843.8×Th+3801.5
·5800≤Vh＜6000的情况下；
V1≤1713.7×Th2-1193.3×Th+3896.1
·6000≤Vh的情况下；
V1≤1839.9×Th2-1028.7×Th+3814.1。
在本发明所涉及的弹性波装置的其它特定的方面下，在将高阶模的音速设为V2[m/s]、将高音速膜的音速设为Vh[m/s]、将用弹性波的波长λ[m]标准化的高音速膜的膜厚设为Th(＝高音速膜厚/λ)时，下述的各Vh的情况下的V2和Th满足以下的关系式。
·Vh＜4200的情况下；
V2≥187.0×Th2-137.0×Th+3919.7
·4200≤Vh＜4400的情况下；
V2≥-115.0×Th2+515.0×Th+3796.4
·4400≤Vh＜4600的情况下；
V2≥-268.4×Th2+898.0×Th+3728.8
·4600≤Vh＜4800的情况下；
V2≥-352.8×Th2+1125.2×Th+3726.8
·4800≤Vh＜5000的情况下；
V2≥-568.7×Th2+1564.3×Th+3657.2
·5000≤Vh＜5200的情况下；
V2≥-434.2×Th2+1392.6×Th+3808.2
·5200≤Vh＜5400的情况下；
V2≥-576.5×Th2+1717.1×Th+3748.3
·5400≤Vh＜5600的情况下；
V2≥-602.9×Th2+1882.6×Th+3733.7
·5600≤Vh＜5800的情况下；
V2≥-576.9×Th2+2066.9×Th+3703.7
·5800≤Vh＜6000的情况下；
V2≥-627.0×Th2+2256.1×Th+3705.7。
另外，在本发明所涉及的弹性波装置的再其它的特定的方面下，在将高阶模的音速设为V2[m/s]、将高音速膜的音速设为Vh[m/s]、将用弹性波的波长λ[m]标准化的高音速膜的膜厚设为Th(＝高音速膜厚/λ)时，在下述的各Vh的情况下V2和Th满足以下的关系式。
·Vh＜4200的情况下；
V2≥197.8×Th2-158.0×Th+4128.5
·4200≤Vh＜4400的情况下；
V2≥-119.5×Th2+523.8×Th+3992.7
·4400≤Vh＜4600的情况下；
V2≥-274.0×Th2+908.9×Th+3924.2
·4600≤Vh＜4800的情况下；
V2≥-372.3×Th2+1162.9×Th+3910.9
·4800≤Vh＜5000的情况下；
V2≥-573.4×Th2+1573.9×Th+3852.8
·5000≤Vh＜5200的情况下；
V2≥-443.7×Th2+1411.0×Th+4000.5
·5200≤Vh＜5400的情况下；
V2≥-557.0×Th2+1679.2×Th+3964.2
·5400≤Vh＜5600的情况下；
V2≥-581.0×Th2+1840.1×Th+3951.6
·5600≤Vh＜5800的情况下；
V2≥-570.7×Th2+2054.7×Th+3908.8
·5800≤Vh＜6000的情况下；
V2≥-731.1×Th2+2408.0×Th+3857.0。
在本发明所涉及的弹性波装置的其它特定的方面下，在所述支承基板中传播的体波音速慢于在所述高音速膜中传播的体波音速。在这样的情况下，由于基板为低音速，因此高阶模确实地向基板侧泄漏。由此，能更有效果地抑制高阶模的影响。
在本发明所涉及的弹性波装置的再其它特定的方面下，还具备第2低音速膜。第2低音速膜层叠在所述支承基板与所述高音速膜间。另外，还具备在第2低音速膜中传播的体波音速比在所述压电膜中传播的体波音速更低速的第2低音速膜。在这样的情况下，高阶模易于向第2低音速膜泄漏。由此，能由第2低音速膜使高阶模泄漏。由此，能提高支承基板的材料的选择度的自由度。
在本发明所涉及的弹性波装置的再另外的特定的方面下，所述压电膜由钽酸锂单晶或铌酸锂单晶构成。在这样的情况下，能使用离子注入法容易地形成作为压电膜的压电体的薄膜。另外，通过选择交角(cut angle)，能容易地提供给各种特性的弹性波装置。
发明的效果
在本发明所涉及的弹性波装置中，由于在支承基板与压电膜间配置高音速膜以及低音速膜，进而在在包含高音速膜、且与高音速膜相比更靠上方的结构部分中，将主模以及高阶模的能量集中度设为上述特定的范围，因此能有效果地将所利用的弹性波的能量封闭在层叠压电膜以及低音速膜的部分中。此外，能使成为杂散的高阶模向高音速膜的支承基板一侧泄漏，能抑制高阶模杂散。因而，能得到基于所利用的弹性波的良好的谐振特性和滤波器特性等，并能抑制基于高阶模的不期望的反应。
附图说明
图1(a)是本发明的第1实施方式所涉及的弹性表面波装置的示意主视截面图，图1(b)是表示该电极结构的示意俯视图。
图2是表示高音速膜的膜厚为0.2λ的情况下的作为弹性表面波装置的主模的SH波即U2分量的能量分布的示意图。
图3是表示高音速膜的膜厚为0.5λ的情况下的作为弹性表面波装置的主模的SH波即U2分量的能量分布的示意图。
图4是表示高音速膜的膜厚为1.0λ的情况下的作为弹性表面波装置的主模的SH波即U2分量的能量分布的示意图。
图5是表示高音速膜的膜厚为3.0λ的情况下的作为弹性表面波装置的主模的SH波即U2分量的能量分布的示意图。
图6是表示高音速膜的膜厚为0.5λ的情况下的作为高阶模的U2+U3分量的能量分布的示意图。
图7是表示高音速膜的膜厚为1.0λ的情况下的作为高阶模的U2+U3分量的能量分布的示意图。
图8是表示高音速膜的膜厚为2.0λ的情况下的作为高阶模的U2+U3分量的能量分布的示意图。
图9是在本发明的实施方式中表示高音速膜的膜厚和弹性表面波的能量集中度的关系的图。
图10是表示高音速膜的膜厚、作为所利用的弹性波的主模的音速和高音速膜的音速的关系的图。
图11是表示高音速膜的膜厚和作为所利用的弹性波的主模的音速的关系的图。
图12是表示高音速膜的膜厚、高阶模的音速和所利用的高音速膜的音速的关系的图。
图13是表示高音速膜的膜厚、作为所利用的弹性波的主模和成为杂散的高阶模的音速的关系的图。
图14是表示高音速膜的膜厚、高阶模的音速和所利用的高音速膜的音速的关系的图。
图15是表示高音速膜的膜厚和作为所利用的弹性波的主模以及成为杂散的高阶模的音速的关系的图。
图16是本发明的其它实施方式的弹性表面波装置的示意主视截面图。
图17是表示主模的音速、能量集中度和高音速膜的膜厚的关系的图。
图18是表示高音速膜的膜厚和主模的音速的关系的图。
图19是用于说明针对图18所示的高音速膜的膜厚和主模的音速的关系的近似式的图。
图20是表示高阶模的音速、能量集中度和高音速膜的膜厚的关系的图。
图21是表示高阶模的音速、能量集中度和高音速膜的膜厚的关系的图。
图22是表示作为本发明的第3实施方式的弹性边界波装置的示意主视截面图。
图23是作为本发明的第4实施方式的弹性边界波装置的示意主视截面图。
具体实施方式
以下参考附图来说明本发明的具体的实施方式，由此使本发明变得明了。
图1(a)是作为本发明的第1实施方式的弹性表面波装置的示意主视截面图。
弹性表面波装置1具有支承基板2。在支承基板2上层叠音速相对较高的高音速膜3。在高音速膜3上层叠音速相对较低的低音速膜4。另外，在低音速膜4上层叠压电膜5。在该压电膜5的上表面层叠IDT电极6。另外，IDT电极6也可以层叠在压电膜5的下表面。
上述支承基板2只要能支承具有高音速膜3、低音速膜4、压电膜5以及IDT电极6的层叠结构即可，能由适宜的材料构成。作为这样的材料，能使用压电体、电介质或半导体等。在本实施方式中，支承基板2由玻璃构成。
上述高音速膜3发挥功能，将弹性表面波封闭在层叠压电膜5以及低音速膜4的部分中。在本实施方式中，高音速膜3由氮化铝构成。总之，只要能封闭上述弹性波即可，能使用氮化铝、氧化铝、碳化硅、氮化硅或金刚石等的各种各样的高音速材料。
在本实施方式中，在包含高音速膜、且比高音速膜更靠上方的结构部分中，作为所利用的弹性波的主模的能量集中度为99.9％以上，且成为杂散的高阶模的能量集中度为99.5％以下。即，作为所利用的弹性波的主模确实地被封闭在比高音速膜更靠上方的结构部分中，另一方面，成为杂散的高阶模向支承基板一侧泄漏。由此，如后述那样，能将所利用的弹性波即主模的能量封闭在层叠压电膜5以及低音速膜4的部分中，且能使成为杂散的高阶模向高音速膜3的支承基板2一侧泄漏。
另外，在本说明书中，所谓高音速膜，是指该高音速膜中的体波的音速比在压电膜5中传播的弹性波更高速的膜。另外，所谓低音速膜，是指该低音速膜中的体波的音速比在压电膜5中传播的体波更低速的膜。决定上述体波的音速的体波的模，对应于在压电膜5中传播的弹性波的使用模定义。在高音速膜3以及低音速膜4关于体波的传播方向为各向同性的情况下，成为下述的表1所示那样。即，相对于下述的表1的左栏的弹性波的主模，通过下述的表1的右栏的体波的模来决定上述高音速以及低音速。P波为纵波，S波为横波。
另外，在下述的表1中，U1是指以P波为主分量的弹性波，U2是指以SH波为主分量的弹性波，U3是指以SV波为主分量的弹性波。
[表1]
压电膜的弹性波模和电介质膜的体波模的对应(电介质膜为各向同性材质的情况下)
在压电膜中传播的弹性波的主模 在电介质膜中传播的体波的模
U1 P波
U2 S波
U3+U1 S波
在上述低音速膜4以及高音速膜3在体波的传播性中是各向异性的情况下，如下述的表2所示那样确定决定高音速以及低音速的体波的模。另外，将体波的模当中的慢于SH波和SV波的波称作慢的横波，将体波的模当中的快于SH波和SV波的波的波称作快的横波。根据材料的各向异性，哪一者成为慢的横波有所不同。旋转Y切割附近的LiTaO3或LiNbO3中，体波中的SV波成为慢的横波，SH波成为快的横波。
[表2]
压电膜的弹性波模和电介质膜的体波模的对应(电介质膜为各向异性材质的情况下)
在压电膜中传播的弹性波的主模 在电介质膜中传播的体波的模
U1 P波
U2 SH波
U3+U1 SV波
作为构成上述低音速膜4的材料，能使用具有比在压电膜5中传播的体波更低的音速的体波音速的适宜的材料。作为这样的材料，能使用氧化硅、玻璃、氮氧化硅、氧化钽，另外能使用在氧化硅中加入氟、碳或硼的化合物等。
上述低音速膜以及高音速膜，由能实现上述那样决定的高音速以及低音速的适宜的电介质材料构成。
压电膜5能由适宜的压电材料形成，优选由压电单晶构成。在使用压电单晶的情况下，能通过选择欧拉角来容易地提供各种特性的弹性波装置。更优选使用钽酸锂单晶或铌酸锂单晶，在这种情况下，能通过选择欧拉角来进一步提高弹性表面波装置1的谐振特性和滤波器特性。
IDT电极6在本实施方式中由Al构成。总之，IDT电极6能由Al、Cu、Pt、Au、Ag、Ti、Ni、Cr、Mo、W或以这些金属的任意者为主体的合金等的适宜的金属材料形成。另外，IDT电极6也可以具有层叠由这些金属或合金构成的多个金属膜的结构。
在图1(a)概略地示出，在压电膜5上形成图1(b)所示的电极结构。即，形成IDT电极6、和配置在IDT电极6的弹性表面波电极方向两侧的反射器7、8。由此构成单端口型弹性表面波谐振器。总之，本发明中的包含IDT电极的电极结构没有特别的限定，能进行变形来构成适宜的谐振器、组合谐振器而成的阶梯滤波器、纵耦合滤波器、格型滤波器、横向型滤波器。
本实施方式的弹性波表面波装置1的特征在于，如上述那样层叠上述高音速膜3、低音速膜4以及压电膜5，且在包含高音速膜、且比高音速膜更靠上方的结构部分中，作为所利用的弹性波的主模的能量集中度为99.9％以上，且成为杂散的高阶模的能量集中度为99.5％以下。由此，能有效果地封闭所利用的弹性波即主模，且有效果地抑制高阶模杂散。以下对其进行说明。
过去已知，通过在压电基板的下表面配置高音速膜，弹性波的一部分一边使能量分布在高音速膜中一边进行传播，因此能谋求弹性波的高音速化。
与此相对，在本申请发明中，由于在上述高音速膜3与压电膜5间配置上述低音速膜4，因此弹性波的音速降低。弹性波本质上将能量集中在低音速的媒介。因此，能提高将弹性波能量向压电膜5内以及激励弹性波的IDT内的封闭效果。由此，与未设低音速膜4的情况相比，根据本实施方式，能减少损耗，提高Q值。另外，由于在高音速膜3与压电膜5间配置低音速膜4，因此与在高音速膜上形成压电膜的结构相比，弹性波的音速降低。但是，在本申请发明的结构中，通过适当选择压电膜以及低音速膜，与压电膜单体相比能高音速化。即，能在本申请发明的结构中实现高频化。
进而，在本实施方式中，由于在包含高音速膜、且与高音速膜相比更靠上方的结构部分中，作为所利用的弹性波的主模的能量集中度为99.9％以上，且成为杂散的高阶模的能量集中度为99.5％以下，因此能将弹性波的能量封闭在到高音速膜3为止的部分中，并能使高阶模向高音速膜3的支承基板2一侧泄漏。参考图2～图8对此进行说明。
图2～图5是表示作为所利用的弹性波的主模的能量分布的图，图6～8是表示高阶模的能量分布的图。另外，图2～图8的结果是通过将以下的弹性表面波装置1作为前提的有限要素法得到的结果。从上起依次是IDT电极6：Al电极、厚度0.08λ/压电膜5：Y切割LiTaO3的LiTaO3单晶膜、厚度0.25λ/低音速膜4：氧化硅膜、厚度0.34λ/高音速膜3：氮化铝膜、厚度在0.1λ～3.0λ间变化/支承基板2：玻璃基板。其中，λ是以IDT电极的电极指的周期确定的弹性波的波长。
在图2～图5以及图6～图8中，图中的纵向是弹性表面波装置1的厚度方向。虚线A表示高音速膜3的上表面的位置，虚线B表示高音速膜3的下表面的位置。
图2、图3、图4以及图5表示将构成高音速膜3的氮化铝膜的膜厚分别设为0.2λ、0.5λ、1.0λ、3.0λ的情况下的作为主模的弹性波的能量分布。在此利用的弹性波是图2～图5中的U2分量、即SH波。
如从图2所明确的那样，可知在由氮化铝膜构成的高音速膜3的膜厚为0.2λ的情况下，作为所利用的主模的U2分量向比高音速膜3的下表面更靠下方泄漏。与此相对，如图3～图5所示那样，可知在构成高音速膜3的氮化铝膜的膜厚为0.5λ以上的情况下，将U2分量即SH波的能量良好地封闭在比高音速膜3的下表面更靠上方。因此可知，通过将高音速膜3的膜厚设为0.5λ以上，能将主模即所使用的弹性波的能量有效果地封闭。在此，主模的能量被封闭99.9％以上。即，主模的能量集中度为99.9％以上。
另一方面，图6、图7以及图8，表示将由氮化铝膜构成的高音速膜3的膜厚分别设为0.5λ、1.0λ以及2.0λ时的高阶模的能量分布。在此，高阶模的U2分量+U3分量作为杂散而成为问题。如图8所示那样，可知在氮化铝膜为膜厚为2.0λ的情况下，U2分量以及U3分量以大的能量分布在比高音速膜3更靠上方。与此相对，可知在氮化铝膜的膜厚为1.0λ以下的图6以及图7的情况下，高阶模的向高音速膜3上方的能量集中度与主模相比变低，U2分量以及U3分量向高音速膜3的支承基板2一侧泄漏不少。
因此，若为了使作为所利用的弹性波的主模的能量集中度为99.9％以上且成为杂散的高阶模的能量集中度为99.5％以下，而将氮化铝膜的膜厚设为0.5λ～1.0λ的范围，则能封闭主模的能量且使高阶模从高音速膜3向支承基板2一侧泄漏。因此，可知能得到基于主模即弹性表面波的良好的特性，且能有效果地抑制基于高阶模的频带外的杂散。
于是，作为判定弹性波能量有无向支承基板2一侧泄漏的指标之一，已知能量集中度。图9是表示使高音速膜3的膜厚变化的情况下的主模和高阶模的能量集中度的图。
图9的纵轴表示主模以及高阶模的各能量集中度(％)。在此，所谓能量集中度，表示封闭在IDT电极6/压电膜5/低音速膜4/高音速膜3的层叠结构内的模的能量相对于该模的全部能量的比例。若该能量集中度为100％，则意味着能量不向支承基板2一侧泄漏。在低于100％的情况下，集中度降低的量，意味着向支承基板2一侧泄漏的能量的比例。作为能量集中度的计算方法，在将对图2～图8所示的能量分布积分到所期望的深度(高音速膜3的下层)的能量设为E1、将全部能量设为E__total时，用“能量集中度(％)＝(E1/E__total×100)”进行计算。
如图9所明确的那样，若将高音速膜的膜厚设为0.5λ以上，则主模的能量集中度大致成为100％。因此，可知能有效果地封闭主模。另外，可知通过将高音速膜3的膜厚设为1.2λ以下，能使高阶模泄漏。
因此，如从图9所明确的那样，可知需要使高音速膜3的膜厚为0.5λ以上、1.2λ以下。
另外，为了使高阶模泄漏、压抑杂散，期望使高阶模的能量集中度为99.9％以下、更优选为98％以下。因此，由于若是1.2λ以下的膜厚，就能使高阶模的能量集中度不足100％，因此能如上述那样使高阶模向支承基板一侧泄漏。总之，更优选地，通过将高音速膜3的膜厚设为1.0λ以下，能使高阶模的上述能量集中度为99.5％以下，通过将膜厚设为0.8λ以下，能使高阶模的能量集中度为98％以下。因此，高音速膜3的膜厚的上限期望优选设为1.0λ以下，更优选设为0.8λ以下。
另外，图2～图9所示的结果是针对压电膜5为LiTaO3单晶、低音速膜4为氧化硅、高音速膜3为氮化铝膜的情况的评价结果。但是，在本发明中，已经确定，在用其它材料构成压电膜5、低音速膜4以及高音速膜3的情况下，也能得到与图2～图9同样的结果。
图17是表示将Al电极膜厚设为0.08λ、将Y切割LT的厚度设为0.01λ～0.5λ、将低音速膜厚设为0.05λ～2.00λ、将高音速膜的音速设为4200m/秒时的主模的音速、能量集中度和高速膜厚的膜厚的关系的图。可知，主模的能量在主模的音速变快时变得更易于泄漏，另外，在高音速膜的膜厚变薄时，变得易于泄漏。在此，绘制主模的能量集中度成为99.99％的情况下的高音速膜厚和主模的音速的关系。在图18将其示出。另外，所谓主模的音速，是指反谐振频率下的音速。
在该图18中，若主模的音速慢于所绘制的值，则主模的能量集中度满足99.99％。在此，在根据图18中的绘制的结果将主模的音速近似为y、将高音速膜的膜厚近似为x时，如图19所示那样，得到y＝125.9x2-102.0x+3715.0。其中，R2＝1.0。即，在将主模的反谐振频率下的音速设为V1[m/s]、将用弹性表面波的波长λ[m]标准化的高音速膜的膜厚设为Th(＝高音速膜厚/λ)时，满足下面的关系式即可。
V1≤125.9×Th2-102.0×Th+3715.0···(1)
总之，上述式(1)是将高音速膜的音速设为Vh[m/s]的情况下Vh＝4200时的结果，但本申请的发明者们确认，只要在4200≤Vh＜4400的范围内满足上述式(1)即可。
同样地，将高音速膜的音速Vh[m/s]分为不同情况，算出各个高音速膜的音速Vh情况下的主模的反谐振频率下的音速V1、和用弹性表面波的波长λ[m]标准化的高音速膜的膜厚Th的关系。以下示出结果。
·4400≤Vh＜4600的情况下；
V1≤296.3×Th2-253.0×Th+3742.2
·4600≤Vh＜4800的情况下；
V1≤506.1×Th2-391.5×Th+3759.2
·4800≤Vh＜5000的情况下；
V1≤768.0×Th2-552.4×Th+3776.8
·5000≤Vh＜5200的情况下；
V1≤848.5×Th2-541.6×Th+3767.8
·5200≤Vh＜5400的情况下；
V1≤1065.2×Th2-709.4×Th+3792.8
·5400≤Vh＜5600的情况下；
V1≤1197.1×Th2-695.0×Th+3779.8
·5600≤Vh＜5800的情况下；
V1≤1393.8×Th2-843.8×Th+3801.5
·5800≤Vh＜6000的情况下；
V1≤1713.7×Th2-1193.3×Th+3896.1
·6000≤Vh的情况下；
V1≤1839.9×Th2-1028.7×Th+3814.1
图10是表示用有限要素法求得的高音速膜的膜厚、所利用的弹性波即主模的音速和所利用的高音速膜的音速的关系的结果的图。顺带一提，图10中的高音速膜的音速为4200m/秒时的关系是前述的式(1)。以下同样，在图10示出算出各高音速膜的音速的情况下的高音速膜厚和主模的音速的关系的结果。另外，作为前提的结构如以下那样。
从上起依次是IDT电极6：Al电极、膜厚为0.08λ/压电膜5：Y切割LiTaO3单晶、膜厚为0.01λ～0.50λ/低音速膜4：氧化硅膜、膜厚为0.05λ～2.00λ/高音速膜3：音速为4200m/秒～6000m/秒的各种高音速膜、膜厚不足1.6λ/支承基板2：玻璃基板。
另外，能通过改变构成高音速膜的材料的种类来使高音速膜的音速发生变化，在图10中，示出针对4200m/秒～6000m/秒的范围的多种高音速膜的结果。
图10的主模的音速是高音速膜的音速为4200m/秒～6000m/秒的任意者的情况下主模开始向支承基板2一侧泄漏时主模的音速。若主模的音速慢于图10所示的各曲线，则能将主模完全封闭比高音速膜3更靠上方。因此，能得到良好的器件特性。这样的主模的音速的调节，能通过选择IDT电极6、压电膜5、低音速膜4的各膜厚以及材料而实现。作为一例，在构成下述的第1结构例的弹性表面波装置的情况下，主模的音速成为3800m/秒程度。
(第1结构例)
IDT电极6：Al膜、厚度0.08λ/压电膜5：Y切割LiTaO3单晶、厚度0.25λ/低音速膜4：SiO2、厚度0.35λ/高音速膜3：氮化铝膜、音速5800m/秒。
另外，图11是表示高音速膜的音速为5800m/秒的情况下的高音速膜的膜厚和主模的音速的关系的图。图11的曲线表示高音速膜的音速为5800m/秒的情况下主模开始泄漏的音速。在该曲线的上方，主模泄漏，不能得到良好的弹性波特性。另一方面，在上述主模的音速为3800m/秒的情况下，主模的音速位于图11的虚线D所示的位置。因此，这种情况下，可知要将高音速膜的膜厚设为0.6λ以上。
如从上述的第1结构例所明确的那样，能通过控制高音速膜3的音速、高音速膜3的膜厚以及主模的音速，来更加完全地有效封闭主模。
另外，在图10以及图11中，由Al构成IDT电极6，由LiTaO3构成压电膜5，由氧化硅构成低音速膜4，但本申请的发明者已经确认，在使用其它材料的情况下也能使同样的关系成立。即，在使用其它结构、材料的情况下，也能通过参考图10来设定最佳膜厚。
接下来，研讨用于使高阶模的能量向支承基板2一侧泄漏的条件。作为前提的结构如以下的第2结构例那样。
(第2结构例)
IDT电极6：Al膜、使膜厚变化/压电膜5：Y切割LiTaO3单晶、膜厚＝0.01λ～0.50λ/低音速膜4：氧化硅、膜厚0.05λ～2.00λ/高音速膜3：音速为4200m/秒～6000m/秒的各种高音速膜、膜厚设为1.6λ以下/支承基板2：玻璃基板。
在此，与导出图10的情况相同，绘制高阶模的能量集中度成为99.5％的情况下的高音速膜厚和高阶模的音速的关系。图20将其示出。使用该图20的结果来设定该关系，使得高阶模的能量集中度满足99.5％以下。然后，将高音速膜的音速Vh[m/s]分为不同情况，算出各个高音速膜的音速Vh情况下的高阶模的音速V2、和用弹性表面波的波长λ[m]标准化的高音速膜的膜厚Th的关系。以下示出结果。
·Vh＜4200的情况下；
V2≥187.0×Th2-137.0×Th+3919.7
·4200≤Vh＜4400的情况下；
V2≥-115.0×Th2+515.0×Th+3796.4
·4400≤Vh＜4600的情况下；
V2≥-268.4×Th2+898.0×Th+3728.8
·4600≤Vh＜4800的情况下；
V2≥-352.8×Th2+1125.2×Th+3726.8
·4800≤Vh＜5000的情况下；
V2≥-568.7×Th2+1564.3×Th+3657.2
·5000≤Vh＜5200的情况下；
V2≥-434.2×Th2+1392.6×Th+3808.2
·5200≤Vh＜5400的情况下；
V2≥-576.5×Th2+1717.1×Th+3748.3
·5400≤Vh＜5600的情况下；
V2≥-602.9×Th2+1882.6×Th+3733.7
·5600≤Vh＜5800的情况下；
V2≥-576.9×Th2+2066.9×Th+3703.7
·5800≤Vh＜6000的情况下；
V2≥-627.0×Th2+2256.1×Th+3705.7
图12表示高音速膜的膜厚、高阶模的音速和高音速膜的音速的关系。图12中的为各高音速膜的音速时的关系是上述的关系式。即，图12的各曲线表示在高音速膜的音速为4200m/秒～6000m/秒的范围的任意者的情况下，高阶模开始向支承基板2一侧泄漏时的高阶模的音速。在高阶模的音速变得快于图12所示的曲线时，高阶模会向支承基板2一侧泄漏。由此，能使高阶模向比高音速膜3更靠下方泄漏，能抑制杂散。这样的高阶模的音速的调节能通过调节IDT电极6、压电膜5、低音速膜4的膜厚以及材料而达成。作为一例，举出以下的结构的弹性表面波装置。这种情况下，主模的音速成为3800m/秒，高阶模的音速成为5240m/秒。
(结构)
IDT电极6：Al膜、厚度0.08λ/压电膜5：Y切割LiTaO3单晶、厚度0.25λ/低音速膜4：SiO2、厚度0.35λ/高音速膜3：氮化铝膜、音速5800m/秒、厚度0.70λ/玻璃支承基板。
在图13示出高音速膜3的音速为5800m/秒的情况下的主模以及高阶模的开始泄漏的音速。图13表示高音速膜的膜厚和主模以及高阶模的音速的关系，即，表示主模以及高阶模开始泄漏时的音速。
如从图13所明确的那样，若高音速膜的膜厚为0.6λ以上，则在主模的音速为3800m/秒的情况下，能有效果地封闭主模。另一方面可知，为了抑制高阶模，将高音速膜的膜厚设为1.05λ以下即可。在第2结构例中，在使用其它结构、材料的情况下，也能通过参考图12来设定最佳膜厚。
图14是相当于图12的图。即，以为了得到图12的结果而使用的第2结构例为前提，示出高阶模开始向支承基板2一侧泄漏时的高阶模的音速、高音速膜的膜厚和高音速膜的音速的关系。其中，在此，将在高阶模向支承基板2一侧泄漏2.0％以上的时间点的高阶模的音速设为纵轴。因此，与图12的情况相比，在图14所示的结果中，高阶模更加地向支承基板2一侧泄漏。即，若设定高音速膜3的膜厚，使高阶模的音速快于图14所示的各曲线，则能使高阶模有效果地向支承基板2一侧泄漏。
另外，图14的导出与导出图10以及图12的情况同样地进行。即，绘制高阶模的能量集中度为98％的情况下的高音速膜厚和高阶模的音速的关系。在图21将其示出。参考图21并且让高阶模的能量集中度满足98％以下地设定该关系。并且，将高音速膜的音速Vh[m/s]分为不同的情况，来算出各个高音速膜的音速Vh的情况下的高阶模的音速V2和用弹性表面波的波长λ[m]标准化的高音速膜的膜厚Th的关系。以下示出结果。
·Vh＜4200的情况下；
V2≥197.8×Th2-158.0×Th+4128.5
·4200≤Vh＜4400的情况下；
V2≥-119.5×Th2+523.8×Th+3992.7
·4400≤Vh＜4600的情况下；
V2≥-274.0×Th2+908.9×Th+3924.2
·4600≤Vh＜4800的情况下；
V2≥-372.3×Th2+1162.9×Th+3910.9
·4800≤Vh＜5000的情况下；
V2≥-573.4×Th2+1573.9×Th+3852.8
·5000≤Vh＜5200的情况下；
V2≥-443.7×Th2+1411.0×Th+4000.5
·5200≤Vh＜5400的情况下；
V2≥-557.0×Th2+1679.2×Th+3964.2
·5400≤Vh＜5600的情况下；
V2≥-581.0×Th2+1840.1×Th+3951.6
·5600≤Vh＜5800的情况下；
V2≥-570.7×Th2+2054.7×Th+3908.8
·5800≤Vh＜6000的情况下；
V2≥-731.1×Th2+2408.0×Th+3857.0
针对图14中高音速膜的音速为5800m/秒的曲线的情况，在图15示出高音速膜的膜厚和主模以及高阶模的音速的关系。图15的实线表示主模，一点划线表示高阶模开始泄漏的音速。如从图15所明确的那样，通过将高音速膜的膜厚设为0.6λ以上，能有效果地封闭主模。另外，通过设为0.85λ以下，能使高阶模充分泄漏。因此，优选地，期望将高音速膜的膜厚设为0.6λ～0.85λ的范围。另外，在使用其它结构或材料的情况下，也能通过参考图14来设定最佳膜厚。由此，能比图12的条件更进一步地抑制高阶模。
另外，图15对高音速膜的膜厚为5800m/秒的情况进行了说明，但本申请发明者确认到，在高音速膜的音速为其它情况下的值时也同样。
在图1所示的弹性表面波装置1中，优选地，期望支承基板2的音速较慢。由此，能使更多的高阶模的能量向支承基板2一侧泄漏。因此，优选地，期望支承基板2的音速慢于高音速膜3的音速。
在上述实施方式中，作为支承基板2而使用玻璃基板，但也可以取代玻璃而使用氧化铝。进而，也可以在高音速膜3与支承基板2间如图16所示那样层叠第2低音速膜9。作为第2低音速膜9，能使用与上述低音速膜4相同的材料。在本实施方式中，第2低音速膜9由氧化硅构成。在使用氧化硅的情况下，还能降低频率温度系数TCF的绝对值，改善温度特性。
在配置上述第2低音速膜9的情况下，能使高阶模有效果地从高音速膜3一侧向第2低音速膜9泄漏。因此，在使用像氧化铝那样高音速的支承基板材料来构成支承基板2的情况下，还能使高阶模向比高音速膜3更靠下方泄漏。因此，在使用第2低音速膜9的情况下，能提高构成支承基板2的材料的选择的自由度。
在使用LiTaO3单晶或LiNbO3单晶等的情况下，能通过使用了离子注入以及从离子注入部分的剥离法的工艺，来容易地获得厚度薄的压电薄膜。
(第3以及第4实施方式)
在上述的各实施方式中对弹性表面波装置进行了说明，但本发明还能运用在弹性边界波装置等其它弹性波装置中，在这种情况下也能得到同样的效果。图22是表示作为第3实施方式的弹性边界波装置43的示意主视截面图。在此，在压电膜5的下方从上起依次层叠低音速膜4/高音速膜3/支承基板2。该结构与第1实施方式相同。并且，为了激励弹性边界波而在压电膜5与层叠在压电膜5上的电介质44的界面形成IDT电极6。
另外，图23是作为第4实施方式的所谓三媒介结构的弹性边界波装置45的示意主视截面图。在此，也是对在压电膜5的下方层叠了低音速膜4/高音速膜3/支承基板2的结构，在压电膜5与电介质46的界面形成IDT电极6。进而，在电介质46上层叠横波音速比电介质46更快的电介质47。由此构成所谓的三媒介结构的弹性边界波装置。
如弹性边界波装置43、45那样，弹性边界波装置中，也与第1实施方式的弹性表面波装置1同样，通过在压电膜5的下方层叠由低音速膜4/高音速膜3构成的层叠结构，能得到与第1实施方式同样的效果。
标号的说明
1 弹性表面波装置
2 支承基板
3 高音速膜
4 低音速膜
5 压电膜
6 IDT电极
7、8 反射器
9 第2低音速膜
43 弹性边界波装置
44 电介质
45 弹性边界波装置
46、47 电介质

Claims (7)

1.一种弹性波装置，具有压电膜，其特征在于，
所述弹性波装置具备：
支承基板；
形成在所述支承基板上、传播的体波音速比在所述压电膜中传播的弹性波音速更高速的高音速膜；和
层叠在所述高音速膜上、传播的体波音速比在所述压电膜中传播的体波音速更低速的低音速膜；
层叠在所述低音速膜上的所述压电膜；和
形成在所述压电膜的一方的面上的IDT电极，
在包含高音速膜、且比高音速膜更靠上方的结构部分中，作为所利用的弹性波的主模的能量集中度为99.9％以上，且成为杂散的高阶模的能量集中度为99.5％以下。
2.根据权利要求1所述的弹性波装置，其中，
在将主模的反谐振频率下的音速设为V1[m/s]、将高音速膜的音速设为Vh[m/s]、将用弹性波的波长λ[m]标准化的高音速膜的膜厚设为Th时，在以下的各Vh的情况下V1和Th满足以下的关系式，其中Th＝高音速膜厚/λ，
·4200≤Vh＜4400的情况下；
V1≤125.9×Th2-102.0×Th+3715.0
·4400≤Vh＜4600的情况下；
V1≤296.3×Th2-253.0×Th+3742.2
·4600≤Vh＜4800的情况下；
V1≤506.1×Th2-391.5×Th+3759.2
·4800≤Vh＜5000的情况下；
V1≤768.0×Th2-552.4×Th+3776.8
·5000≤Vh＜5200的情况下；
V1≤848.5×Th2-541.6×Th+3767.8
·5200≤Vh＜5400的情况下；
V1≤1065.2×Th2-709.4×Th+3792.8
·5400≤Vh＜5600的情况下；
V1≤1197.1×Th2-695.0×Th+3779.8
·5600≤Vh＜5800的情况下；
V1≤1393.8×Th2-843.8×Th+3801.5
·5800≤Vh＜6000的情况下；
V1≤1713.7×Th2-1193.3×Th+3896.1
·6000≤Vh的情况下；
V1≤1839.9×Th2-1028.7×Th+3814.1。
3.根据权利要求2所述的弹性波装置，其中，
在将高阶模的音速设为V2[m/s]、将高音速膜的音速设为Vh[m/s]、将用弹性波的波长λ[m]标准化的高音速膜的膜厚设为Th时，在以下的各Vh的情况下V2和Th满足以下的关系式，其中Th＝高音速膜厚/λ，
·Vh＜4200的情况下；
V2≥187.0×Th2-137.0×Th+3919.7
·4200≤Vh＜4400的情况下；
V2≥-115.0×Th2+515.0×Th+3796.4
·4400≤Vh＜4600的情况下；
V2≥-268.4×Th2+898.0×Th+3728.8
·4600≤Vh＜4800的情况下；
V2≥-352.8×Th2+1125.2×Th+3726.8
·4800≤Vh＜5000的情况下；
V2≥-568.7×Th2+1564.3×Th+3657.2
·5000≤Vh＜5200的情况下；
V2≥-434.2×Th2+1392.6×Th+3808.2
·5200≤Vh＜5400的情况下；
V2≥-576.5×Th2+1717.1×Th+3748.3
·5400≤Vh＜5600的情况下；
V2≥-602.9×Th2+1882.6×Th+3733.7
·5600≤Vh＜5800的情况下；
V2≥-576.9×Th2+2066.9×Th+3703.7
·5800≤Vh＜6000的情况下；
V2≥-627.0×Th2+2256.1×Th+3705.7。
4.根据权利要求2所述的弹性波装置，其中，
在将高阶模的音速设为V2[m/s]、将高音速膜的音速设为Vh[m/s]、将用弹性波的波长λ[m]标准化的高音速膜的膜厚设为Th时，以下的各Vh的情况下的V2和Th满足以下的关系式，其中Th＝高音速膜厚/λ，
·Vh＜4200的情况下；
V2≥197.8×Th2-158.0×Th+4128.5
·4200≤Vh＜4400的情况下；
V2≥-119.5×Th2+523.8×Th+3992.7
·4400≤Vh＜4600的情况下；
V2≥-274.0×Th2+908.9×Th+3924.2
·4600≤Vh＜4800的情况下；
V2≥-372.3×Th2+1162.9×Th+3910.9
·4800≤Vh＜5000的情况下；
V2≥-573.4×Th2+1573.9×Th+3852.8
·5000≤Vh＜5200的情况下；
V2≥-443.7×Th2+1411.0×Th+4000.5
·5200≤Vh＜5400的情况下；
V2≥-557.0×Th2+1679.2×Th+3964.2
·5400≤Vh＜5600的情况下；
V2≥-581.0×Th2+1840.1×Th+3951.6
·5600≤Vh＜5800的情况下；
V2≥-570.7×Th2+2054.7×Th+3908.8
·5800≤Vh＜6000的情况下；
V2≥-731.1×Th2+2408.0×Th+3857.0。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的弹性波装置，其中，
在所述支承基板中传播的体波音速慢于在所述高音速膜中传播的体波音速。
6.根据权利要求1～4中任一项所述的弹性波装置，其中，
所述弹性波装置还具备：层叠在所述支承基板与所述高音速膜间、且传播的体波音速比在所述压电膜中传播的体波音速更低速的第2低音速膜。
7.根据权利要求1～4中任一项所述的弹性波装置，其中，
所述压电膜由钽酸锂单晶或铌酸锂单晶构成。
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