JP4544227B2 - 弾性波共振器およびこれを用いた弾性波フィルタ、アンテナ共用器 - Google Patents

Description

本発明は、共振子や帯域フィルタとして用いられる弾性波共振器およびこれを用いた弾性波フィルタ、アンテナ共用器に関するものである。

従来のこの種の弾性波共振器としては、ＬｉＮｂＯ₃基板上にＳｉＯ₂の薄膜層を形成するとともに、前記ＬｉＮｂＯ₃基板の回転Ｙ板のカット角度を−１０度〜＋３０度とし、前記薄膜層の膜厚寸法をＨ、前記弾性波の動作中心周波数の波長をλとしたときに、規格化電極膜厚（Ｈ／λ）の値を０．１１５から０．３１としていた。

これにより、Ｑ値が高く、電気機械結合係数ｋ２が大きく、かつ周波数温度特性の優れた弾性波共振器を得ていた。

また、ＬｉＮｂＯ₃基板においては、カット角が６４°や４１°の場合には、ロスやスプリアスの観点から、規格化電極膜厚は、約４％、もしくは２．５％以上７．５％以下が適しているとされている。

なお、この出願の発明に関する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１〜３が知られている。
特開２００３−２０９４５８号公報 特開平５−２６７９９０号公報 特開平９−１２１１３６号公報

上記した従来の弾性波共振器においては、櫛型電極の膜厚が考慮されていないため、スプリアスを抑えて、かつ、Ｑ値が高い櫛型電極の膜厚を備えた弾性波共振器を得ることができないという課題を有していた。

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、スプリアスを抑えて、かつ、Ｑ値が高い櫛型電極の膜厚を備えた弾性波共振器を得ることを目的とするものである。

上記目的を達成するために本発明は、以下の構成を有するものである。

本発明の請求項１に記載の発明は、ニオブ酸リチウムからなる基板と、この基板の上面に設けられアルミニウムまたはアルミニウム合金で構成された少なくとも１つの櫛型電極と、この櫛型電極を覆うとともに表面に凹凸形状を有する保護膜とを備え、前記基板の回転Ｙ板のカット角を０〜＋２５度とし、かつ、前記櫛型電極の膜厚をｈ、波長をλとしたときに、規格化電極膜厚（ｈ／λ）を７．８〜９．８％としたもので、この構成によれば、Ｑ値が高く、さらに減衰量も大きい弾性波共振器が得られるという作用効果が得られる。

本発明の請求項２に記載の発明は、特に、規格化電極膜厚を８．５〜９．０％としたもので、この構成によれば、Ｑ値がより高く、さらに減衰量もより大きい弾性波共振器が得られるという作用効果が得られる。

特に、保護膜の凹凸形状の１ピッチあたりのピッチ幅をＬ、前記保護膜の凹凸形状の１ピッチあたりの凸部の幅をＬ１、凹部の幅をＬ２、櫛型電極の１ピッチあたりのピッチ幅をｐ、前記櫛型電極を構成する電極指１本あたりの幅をｐ１、前記電極指間の幅をｐ２としたとき、Ｌ１≦ｐ１かつＬ２≧ｐ２（ただし、ｐ１＋ｐ２＝ｐ、Ｌ１＋Ｌ２＝Ｌの関係を満たす）とすることにより、スプリアスの抑制、挿入損失の低減をすることができるという作用効果が得られる。

本発明の請求項３に記載の発明は、特に、請求項１記載の弾性波共振器を直並列に梯子型に接続した弾性波フィルタであって、少なくとも１つの前記弾性波共振器の規格化電極膜厚を７．８〜９．８％とした弾性波フィルタであるもので、この構成によれば、Ｑ値が高く、さらに減衰量も大きい弾性波フィルタが得られるという作用効果が得られる。

本発明の請求項４に記載の発明は、特に、請求項１記載の弾性波共振器を複数、弾性波の伝播方向に沿って位置させ、かつ前記複数の弾性波共振器を構成する櫛型電極同士を近接させ、少なくとも１つの前記弾性波共振器の規格化電極膜厚の値を７．８〜９．８％とした弾性波フィルタであるもので、この構成によれば、Ｑ値が高く、さらに減衰量も大きい弾性波フィルタが得られるという作用効果が得られる。

本発明の請求項５に記載の発明は、特に、請求項４または５記載の弾性波フィルタを、信号の入力側および出力側に配置したアンテナ共用器であるもので、この構成によれば、Ｑ値が高く、減衰量も大きいアンテナ共用器が得られるという作用効果が得られる。

以上のように本発明の弾性波共振器は、基板の回転Ｙ板のカット角を０〜＋２５度とし、かつ、櫛型電極の膜厚をｈ、波長をλとしたときに、規格化電極膜厚（ｈ／λ）を７．８〜９．８％としているため、Ｑ値が高く、さらに減衰量も大きい弾性波共振器が得られる。そして、保護膜の表面を凹凸形状としているため、スプリアスを抑えた弾性波共振器を実現することができるという優れた効果を奏するものである。

図１は本発明の一実施の形態における弾性表面波共振器の主要部の上面図、図２は図１のＡ−Ａ線断面図であり、ニオブ酸リチウムからなる基板１と、この基板１の上面に設けられ、アルミニウムまたはアルミニウム合金で構成された櫛型電極２および反射器電極３と、この櫛型電極２および反射器電極３を覆うとともに表面に凹凸形状を有する保護膜４とを備えている。

また、前記基板１の回転Ｙ板のカット角を０〜＋２５度とし、かつ、前記櫛型電極２の膜厚をｈ、波長をλとしたときに、規格化電極厚ｈ／λの値を７．８〜９．８％としている。

上記構成において、前記基板１は、Ｘ軸周りにＺ軸方向へ数度回転させたＹ板から切り出したニオブ酸リチウムからなるもので、その回転の角度が０〜＋２５度となっている。

前記櫛型電極２および反射器電極３は、基板１の上面にそれぞれ一対形成され、アルミニウム（以下、「Ａｌ」とする。）またはＡｌ合金からなるものである。

前記保護膜４は、好ましくは二酸化シリコン（以下、「ＳｉＯ₂」とする。）からなる
もので、図３に示すように、その上面は凹凸形状を備えている。保護膜４の凸部分４ａは、基板１の上面の櫛型電極２、反射器電極３を有する部分の上方に備わっている。また、保護膜４の凹部分４ｂは、凸部分４ａ間の櫛型電極２、反射器電極３が基板１の上面に存在しない部分およびその近傍に備わっている。

ここで、図３において、保護膜４の凸部分４ａ、凹部分４ｂ各々１つを１ピッチとし、この１ピッチあたりのピッチ幅をＬとし、保護膜４の凸部分４ａの幅をＬ１とし、保護膜４の凹部分４ｂの幅をＬ２（Ｌ＝Ｌ１＋Ｌ２が成り立つこと）とする。また、１つの櫛型電極２の電極指２ａおよび一方が隣り合う電極指２ａの存在する部分までを櫛型電極２の１ピッチ幅ｐとする。さらに、電極指２ａの１本あたりの幅をｐ１とし、隣り合う電極指間の幅をｐ２（ｐ＝ｐ１＋ｐ２が成り立つこと）とする。

また、保護膜４と接している基板１の表面から保護膜４の凹部分４ｂまでの高さである保護膜４の膜厚をｔとし、櫛型電極２の膜厚をｈとする。なお、図３においては、櫛型電極２の電極子２ａを２本のみ示している。

上記の場合において、Ｌ１≦ｐ１かつＬ２≧ｐ２の関係を満たし、弾性表面波の動作中心周波数の波長をλ（＝２×ｐ）としたとき、規格化電極膜厚ｈ／λは、７．８〜９．８％の範囲内にある。

次に、本発明の一実施の形態における弾性表面波共振器の製造方法について説明する。

図４は本発明の一実施の形態における弾性表面波共振器の製造方法を説明する断面図である。

まず、図４（ａ）に示すように、基板１の上面にＡｌまたはＡｌ合金を蒸着またはスパッタ等の方法により櫛型電極２および反射器電極３となる電極膜３ａを成膜する。

次に、図４（ｂ）に示すように、電極膜３ａの上面にレジスト膜５を形成する。

次に、図４（ｃ）に示すように、電極膜３ａを櫛型電極２や反射器電極３等が所望の形状となるように露光・現像技術等を用いてレジスト膜５を加工する。

次に、図４（ｄ）に示すように、ドライエッチング技術等を用いてレジスト膜５を除去する。

次に、図４（ｅ）に示すように、電極膜３ａを覆うようにＳｉＯ₂を蒸着またはスパッタ等の方法により、保護膜４を形成する。

次に、図４（ｆ）に示すように、保護膜４の表面にレジスト膜６を形成する。

次に、図４（ｇ）に示すように、露光、現像技術等を用いてレジスト膜６を所望の形状に加工する。

最後に、図４（ｈ）に示すように、ドライエッチング技術等を用いて、電気信号取出しのためのパッド（図示せず）等の保護膜４が不要な部分の保護膜４を取り除き、その後レジスト膜６を除去する。

図５は、本発明の一実施の形態の弾性表面波共振器における規格化電極膜厚ｈ／λと共振点のＱ値（規格化Ｑｓ）との関係を示す図、図６は、同弾性表面波共振器における規格化電極膜厚ｈ／λと反共振点のＱ値（規格化Ｑｐ）との関係を示す図、図７は、同弾性表面波共振器における通過特性を示す図、図８は、同弾性表面波共振器における規格化電極膜厚と減衰量との関係を示す図である。ここで、規格化Ｑｓ、規格化Ｑｐは、従来使用されていた規格化電極膜厚が５．８％のときのＱｓ、Ｑｐで規格化した値である。

このとき、Ｌ１≦ｐ１かつＬ２≧ｐ２の関係を満たし、保護膜４としては、酸化ケイ素を用いており、その膜厚をｔと波長λとの関係式である保護膜４の規格化膜厚ｔ／λを２０％としたものを使用した。

図５〜図６から明らかなように、規格化電極膜厚ｈ／λを７．８〜９．８％とすると、規格化Ｑｓ、規格化Ｑｐは１．２倍以上になっており、Ｑ値が高い弾性表面波共振器が得られることがわかる。特に、規格化電極膜厚ｈ／λが８．５〜９．０％のとき、Ｑ値が最も良くなる。

さらに、図７に、本発明における弾性表面波共振器の通過特性を示す。図７（ａ）は、規格化電極膜厚が８．７％のときの通過特性であり、図７（ｂ）は規格化電極膜厚が５．８％のときの通過特性である。図７から明らかなように、規格化電極膜厚ｈ／λを７．８〜９．８％の範囲とすることにより、減衰量は規格化電極膜厚が５．８％のときに比べて約６ｄＢ大きくなる（周波数がずれているのは、規格化電極膜厚が異なるためであり、対数や交差幅等の弾性表面波共振器の構成としては同一である。）。また、図８に減衰量の規格化膜厚依存性を示す。図８より、規格化電極膜厚ｈ／λを７．８〜９．８％の範囲とすることにより、減衰量は規格化電極膜厚が５．８％のときに比べて約５ｄＢ以上大きくなる。特に、規格化電極膜厚ｈ／λが８．５〜９．０％のとき、減衰量が最も良くなる。

また、図９に本発明の弾性表面波共振器をラダー型に接続したフィルタ特性を示す。ラダー型フィルタとしては、直列共振器を１段、並列共振器を１段とした構成である。図９（ａ）はフィルタ特性、図９（ｂ）は縦軸の拡大図である。また、図９において、９０１は並列共振器の規格化電極膜厚が７．８％、直列共振器の規格化電極膜厚が８．３％のときのフィルタ特性であり、９０２は並列共振器の規格化電極膜厚が５．８％、直列共振器の規格化電極膜厚が６．２％のときのフィルタ特性である。図９から明らかなように、規格化電極膜厚ｈ／λを７．８〜９．８％の範囲とすることにより、挿入損失が０．１ｄＢ改善されている（周波数がずれているのは、規格化電極膜厚が異なるためであり、対数や交差幅等の弾性表面波共振器の構成や配置としては同一である。）。

なお、本実施の形態においては、保護膜として酸化ケイ素を用いているが、これに限るものではなく、窒化ケイ素や酸窒化ケイ素など他の材料を組み合わせてもかまわない。

また、アンテナ共用器を構成する場合には、送信側フィルタと受信側フィルタとで電極指のピッチが異なるため、規格化電極膜厚が異なる。この場合には、送信側フィルタと受信側フィルタとで電極膜厚を変えることにより、さらに最適な構成とすることができる。

さらに、フィルタを構成する場合には、直列共振器と並列共振器で電極指のピッチが異なるため、規格化電極膜厚が異なる。この場合には、直列共振器と並列共振器とで電極膜厚を変えることにより、さらに最適な構成とすることができる。

本発明に係る弾性表面波共振器は、スプリアスを抑え、かつ、Ｑ値が高く、さらに減衰量も大きいという効果を有するものであり、共振子や帯域フィルタとして用いられる弾性表面波共振器およびこれを用いた弾性表面波フィルタ、アンテナ共用器等において有用となるものである。

本発明の一実施の形態における弾性表面波共振器の主要部の上面図 同弾性表面波共振器における図１のＡ−Ａ線断面図 同弾性表面波共振器における断面図 同弾性表面波共振器の製造方法を説明する断面図 同弾性表面波共振器における規格化電極膜厚と共振点のＱ値との関係を示す図 同弾性表面波共振器における規格化電極膜厚と反共振点のＱ値との関係を示す図 同弾性表面波共振器における通過特性を示す図 同弾性表面波共振器における規格化電極膜厚と減衰量との関係を示す図 同弾性表面波共振器を用いたラダー型フィルタのフィルタ特性を示す図

１ 基板
２ 櫛型電極
２ａ 電極指
４ 保護膜

Claims (5)

1. ニオブ酸リチウムからなる基板と、この基板の上面に設けられアルミニウムまたはアルミニウム合金で構成された少なくとも１つの櫛型電極と、この櫛型電極を覆うとともに表面に凹凸形状を有する保護膜とを備え、前記基板の回転Ｙ板のカット角を０〜＋２５度とし、かつ、前記櫛型電極の膜厚をｈ、波長をλとしたときに、規格化電極膜厚（ｈ／λ）を７．８〜９．８％とし、前記保護膜の凹凸形状の１ピッチあたりのピッチ幅をＬ、前記保護膜の凹凸形状の１ピッチあたりの凸部の幅をＬ１、凹部の幅をＬ２、櫛型電極の１ピッチあたりのピッチ幅をｐ、前記櫛型電極を構成する電極指１本あたりの幅をｐ１、前記電極指間の幅をｐ２としたとき、
   Ｌ１≦ｐ１かつＬ２≧ｐ２
   （ただし、ｐ１＋ｐ２＝ｐ、Ｌ１＋Ｌ２＝Ｌの関係を満たす）である
   弾性波共振器。
2. 規格化電極膜厚を８．５〜９．０％とした請求項１記載の弾性波共振器。
3. 請求項１記載の弾性波共振器を直並列に梯子型に接続した弾性波フィルタであって、少なくとも１つの前記弾性波共振器の規格化電極膜厚を７．８〜９．８％とした弾性波フィルタ。
4. 請求項１記載の弾性波共振器を複数、弾性波の伝播方向に沿って位置させ、かつ前記複数の弾性波共振器を構成する櫛型電極同士を近接させ、少なくとも１つの前記弾性波共振器の規格化電極膜厚を７．８〜９．８％とした弾性波フィルタ。
5. 請求項３または４記載の弾性波フィルタを、信号の入力側および出力側に配置したアンテナ共用器。

Images