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KR102472455B1 - 탄성파 장치 - Google Patents

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KR102472455B1
KR102472455B1 KR1020207024091A KR20207024091A KR102472455B1 KR 102472455 B1 KR102472455 B1 KR 102472455B1 KR 1020207024091 A KR1020207024091 A KR 1020207024091A KR 20207024091 A KR20207024091 A KR 20207024091A KR 102472455 B1 KR102472455 B1 KR 102472455B1
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타쿠야 코야나기
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가부시키가이샤 무라타 세이사쿠쇼
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Abstract

횡모드 리플과, 스톱 밴드 상단에서의 리스폰스 쌍방을 억제할 수 있는 탄성파 장치를 제공한다. 제1 IDT 전극을 가지는 직렬암 공진자(S1~S4)와, 제2 IDT 전극을 가지는 병렬암 공진자(P1~P3)를 가지며, 제1 IDT 전극에서 복수개의 제1 전극지의 선단을 이음으로써 형성되는 가상선인 제1 포락선이 탄성파 전파방향에 대하여 경사져 연장되어 있고, 복수개의 제2 전극지의 선단을 이음으로써 형성되는 가상선인 제2 포락선이 탄성파 전파방향에 대하여 경사져 연장되어 있으며, 제2 IDT 전극이 중앙 영역과, 중앙 영역에서의 음속보다 음속이 낮은 제1 저음속 영역과, 중앙 영역에서의 음속보다 음속이 낮은 제2 저음속 영역과, 중앙 영역에서의 음속보다 음속이 높은 제1 고음속 영역과, 중앙 영역에서의 음속보다 음속이 높은 제2 고음속 영역을 가지는 탄성파 장치(1).

Description

탄성파 장치
본 발명은 압전체층 상에 IDT 전극이 마련된 탄성파 장치에 관한 것이다.
종래, 복수개의 공진자를 직렬암(series arm) 및 병렬암(parallel arm)으로서 접속한 구성의 래더(ladder)형 필터가 휴대전화기 등의 필터로서 널리 이용되고 있다. 이와 같은 래더형 필터에는 탄성파 장치가 채용된다.
탄성파 장치의 일례로서 하기 특허문헌 1에는 지지 기판 상에 저음속막 및 압전체층이 이 순서로 배치된 적층체와, 상기 적층체의 압전체층 상에 IDT 전극이 마련된 탄성파 장치가 개시되어 있다. 이와 같은 적층체를 가지는 탄성파 장치는 Q값을 향상시키는 것이 가능하지만, 한편으로 주파수 특성상, 횡모드 리플(ripple)이 생긴다는 문제가 있다.
횡모드 리플을 억제하기 위해, 특허문헌 1에서는 경사형 IDT 전극이 이용되어 있다. 경사형 IDT 전극에서는 한쪽 버스바(busbar)에 접속된 복수개의 전극지(電極指)의 선단을 이음으로써 형성되는 가상선인 포락선과, 다른 쪽 버스바에 접속된 복수개의 전극지의 선단을 이음으로써 형성되는 가상선인 포락선이 탄성파 전파방향에 대하여 경사져 연장되어 있다.
국제공개공보 WO2016/208446
그러나 경사형 IDT 전극을 이용한 경우, 횡모드 리플을 억제할 수 있는 한편, 스톱 밴드(탄성파가 그레이팅(grating)에 갇힘으로써 탄성파의 파장이 일정해지는 영역) 상단(上端)에서의 리스폰스가 커지는 경우가 있었다. 특히, 특허문헌 1과 같은 적층체를 가지는 탄성파 장치에서는 적층체의 두께방향에서의 탄성파 에너지의 가둠 효율이 높기 때문에, 그 경향이 현저했다. 그 때문에, 이와 같은 경사형 IDT 전극을 가지는 탄성파 공진자를 래더형 필터에 이용한 경우, 필터 특성이 열화(劣化)되는 경우가 있었다.
본 발명의 목적은 횡모드 리플과, 스톱 밴드 상단에서의 리스폰스 쌍방을 억제할 수 있는 탄성파 장치를 제공하는 것에 있다.
본 발명에 따른 탄성파 장치는 대향하는 제1 주면(主面) 및 제2 주면을 가지는 압전체층과, 상기 압전체층의 상기 제1 주면 상에 배치되고 상기 압전체층을 전파하는 탄성파의 음속보다도 전파하는 벌크파의 음속이 높은 고음속 부재와, 상기 압전체층의 상기 제2 주면 상에 마련되는 복수개의 IDT 전극을 포함하며, 상기 압전체층, 상기 고음속 부재 및 상기 복수개의 IDT 전극에 의해 복수개의 탄성파 공진자가 구성되고, 상기 복수개의 탄성파 공진자가 제1 IDT 전극을 가지는 적어도 하나의 직렬암 공진자와, 제2 IDT 전극을 가지는 적어도 하나의 병렬암 공진자로 이루어지며, 상기 제1 IDT 전극이 서로 맞물린 복수개의 제1 전극지 및 복수개의 제2 전극지를 가지며, 상기 복수개의 제1 전극지의 선단을 이음으로써 형성되는 가상선인 제1 포락선이 탄성파 전파방향에 대하여 경사져 연장되고, 상기 복수개의 제2 전극지의 선단을 이음으로써 형성되는 가상선인 제2 포락선이 탄성파 전파방향에 대하여 경사져 연장되며, 상기 제2 IDT 전극이 대향하는 제1 버스바 및 제2 버스바와, 상기 제1 버스바에 일단(一端)이 접속된 복수개의 제3 전극지와, 상기 제2 버스바에 일단이 접속되면서 상기 복수개의 제3 전극지와 서로 맞물린 복수개의 제4 전극지를 가지며, 상기 제2 IDT 전극이 탄성파 전파방향에서 상기 제3 전극지 및 상기 제4 전극지가 서로 겹친 부분인 교차 영역을 가지며, 상기 교차 영역이 탄성파 전파방향에 직교하는 방향에서의 중앙 측에 위치하는 중앙 영역과, 상기 중앙 영역보다 상기 제1 버스바 측에 배치되면서 상기 중앙 영역에서의 음속보다 음속이 낮은 제1 저음속 영역과, 상기 중앙 영역보다 상기 제2 버스바 측에 배치되면서 상기 중앙 영역에서의 음속보다 음속이 낮은 제2 저음속 영역을 가지며, 상기 제2 IDT 전극이 탄성파 전파방향에 직교하는 방향에서 상기 교차 영역보다 상기 제1 버스바 측에 배치되면서 상기 중앙 영역에서의 음속보다 음속이 높은 제1 고음속 영역과, 탄성파 전파방향에 직교하는 방향에서 상기 교차 영역보다 상기 제2 버스바 측에 배치되면서 상기 중앙 영역에서의 음속보다 음속이 높은 제2 고음속 영역을 가진다.
본 발명에 의하면, 횡모드 리플과 스톱 밴드 상단에서의 리스폰스 쌍방을 억제할 수 있는 탄성파 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 탄성파 장치의 회로도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시형태에 따른 탄성파 장치를 나타내는 모식적 정면 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 탄성파 장치를 구성하는 직렬암 공진자의 전극 구조를 나타내는 모식적 평면도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시형태에 따른 탄성파 장치를 구성하는 병렬암 공진자의 전극 구조를 나타내는 모식적 평면도이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시형태 및 비교예에 따른 탄성파 장치의 각 감쇠량 주파수 특성을 나타내는 도면이다.
도 6은 경사형 제1 IDT 전극을 가지는 탄성파 공진자의 임피던스 특성을 나타내는 도면이다.
도 7은 피스톤 모드를 이용하는 탄성파 공진자의 임피던스 특성을 나타내는 도면이다.
도 8은 경사형 제1 IDT 전극을 가지는 탄성파 공진자 및 피스톤 모드를 이용하는 탄성파 공진자의 리턴 손실(return loss)을 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 제2 실시형태에 따른 탄성파 장치를 나타내는 모식적 정면 단면도이다.
도 10은 본 발명의 제3 실시형태에 따른 탄성파 장치를 나타내는 모식적 정면 단면도이다.
도 11은 본 발명의 제4 실시형태에 따른 탄성파 장치를 구성하는 직렬암 공진자의 전극 구조를 나타내는 모식적 평면도이다.
도 12는 본 발명의 제5 실시형태에 따른 탄성파 장치를 구성하는 병렬암 공진자의 전극 구조를 나타내는 모식적 평면도이다.
도 13은 본 발명의 제6 실시형태에 따른 탄성파 장치를 구성하는 병렬암 공진자의 전극 구조를 나타내는 모식적 평면도이다.
이하, 도면을 참조하면서 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명함으로써 본 발명을 분명하게 한다.
한편, 본 명세서에 기재된 각 실시형태는 예시적인 것이며, 다른 실시형태간에 구성의 부분적인 치환 또는 조합이 가능한 것을 지적해 둔다.
(제1 실시형태)
도 1은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 탄성파 장치의 회로도이다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 탄성파 장치(1)는 복수개의 직렬암 공진자(S1~S4) 및 복수개의 병렬암 공진자(P1~P3)를 가지는 래더형 필터이다. 복수개의 직렬암 공진자(S1~S4) 및 복수개의 병렬암 공진자(P1~P3)는 모두 탄성파 공진자이다.
탄성파 장치(1)는 한쪽 단(端)에 마련된 입력 단자(a)와, 다른 쪽 단에 마련된 출력 단자(b)를 가진다. 입력 단자(a)와 출력 단자(b)를 잇는 직렬암에서 복수개의 직렬암 공진자(S1~S4)가 마련되어 있다. 또한, 직렬암과 그라운드 전위를 잇는 복수개의 병렬암에서 각 병렬암에 하나의 병렬암 공진자가 마련되어 있다. 도 1에서는 3개의 병렬암에 각각 병렬암 공진자(P1~P3)가 마련되어 있다.
이와 같은 직렬암 공진자(S1~S4) 및 병렬암 공진자(P1~P3)를 가지는 탄성파 장치(1)는 지지 기판, 저음속막, 압전체층, 및 IDT 전극에 의해 구성되어 있다.
도 2는 본 발명의 제1 실시형태에 따른 탄성파 장치를 나타내는 모식적 정면 단면도이다.
도 2에 나타내는 바와 같이, 탄성파 장치(1)는 지지 기판(2)을 가진다. 지지 기판(2) 상에는 저음속막(3)이 마련되어 있다. 저음속막(3) 상에는 압전체층(4)이 마련되어 있다. 여기서, 저음속막(3)이란, 압전체층(4)을 전파하는 벌크파의 음속보다도 전파하는 벌크파의 음속이 낮은 막이다.
압전체층(4)은 탄탈산리튬(LiTaO3)이나 니오브산리튬(LiNbO3) 등의 압전 단결정으로 이루어져 있어도 되고, 혹은 산화아연(ZnO), 질화알루미늄(AlN), 수정(SiO2), 또는 PZT 등의 적절한 압전세라믹스로 이루어져 있어도 된다.
저음속막(3)은, 본 실시형태에서는 산화규소로 이루어진다. 보다 구체적으로는, 산화규소는 SiOx에 의해 나타내지고, 저음속막(3)은 SiO2로 이루어진다. 한편, 저음속막(3)은 x가 2 이외의 양수인 산화규소로 이루어져 있어도 된다. 혹은 저음속막(3)은 예를 들면, 유리, 산질화규소, 산화탄탈 또는 산화규소에 불소, 탄소나 붕소를 첨가한 화합물을 주성분으로 하는 재료 등으로 이루어져 있어도 된다. 저음속막(3)의 재료는 상대적으로 저음속인 재료이면 된다.
지지 기판(2)은, 본 실시형태에서는 압전체층(4)을 전파하는 탄성파의 음속보다도 전파하는 벌크파의 음속이 높은 고음속 부재이다. 보다 구체적으로는, 지지 기판(2)은 Si로 이루어진다. 한편, 지지 기판(2)을 구성하는 고음속 재료는 예를 들면, 질화알루미늄, 산화알루미늄, 탄화규소, 산질화규소, DLC(다이아몬드 라이크 카본)막 또는 다이아몬드를 주성분으로 하는 재료 등이어도 된다. 한편, 고음속 재료는 상대적으로 고음속인 재료이면 된다.
이와 같이, 탄성파 장치(1)는 고음속 부재로서의 지지 기판(2), 저음속막(3) 및 압전체층(4)이 이 순서로 적층된 적층체(5)를 가진다. 탄성파 장치(1)는 이와 같은 적층체(5)를 가지므로, 탄성파를 압전체층(4) 측에 효과적으로 가둘 수 있다.
압전체층(4)은 대향하고 있는 제1 주면(4a) 및 제2 주면(4b)을 가진다. 압전체층(4)의 제1 주면(4a)은 저음속막(3)과 접해 있다. 한편, 압전체층(4)의 제2 주면(4b) 상에는 IDT 전극(6)이 마련되어 있다. IDT 전극(6)에 교류 전압을 인가하면, 탄성파가 여진(勵振)된다. IDT 전극(6)은 Ti 전극층 상에 Al 전극층이 적층된 적층 금속막으로 이루어진다. 한편, IDT 전극(6)의 재료는 상기에 한정되지 않는다. IDT 전극(6)은 단층 금속막으로 이루어져 있어도 되고, 복수개의 금속층이 적층된 적층 금속막으로 이루어져 있어도 된다.
압전체층(4)의 제2 주면(4b) 상에서 IDT 전극(6)의 탄성파 전파방향 양측에는 반사기(7) 및 반사기(8)가 마련되어 있다. 반사기(7) 및 반사기(8)도 IDT 전극(6)을 구성하는 재료와 동일한 재료로 이루어진다.
한편, 보다 구체적으로는 탄성파 장치(1)를 구성하는 직렬암 공진자(S1~S4)가 각각 IDT 전극(6)으로서 경사형 제1 IDT 전극을 가지는 탄성파 공진자이다. 또한, 탄성파 장치(1)를 구성하는 병렬암 공진자(P1~P3)가 각각 피스톤 모드를 이용하는 탄성파 공진자이다. 이를 이하 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 탄성파 장치를 구성하는 직렬암 공진자의 전극 구조를 나타내는 모식적 평면도이다.
직렬암 공진자(S1~S4)는 각각 도 3에 평면도로 나타내는 제1 IDT 전극(9)을 가진다. 제1 IDT 전극(9)은 서로 대향하는 제1 버스바(9a) 및 제2 버스바(9b)를 가진다. 제1 IDT 전극(9)은 제1 버스바(9a)에 일단이 접속되어 있는 복수개의 제1 전극지(9c)를 가진다. 더욱이, 제1 IDT 전극(9)은 제2 버스바(9b)에 일단이 접속되어 있는 복수개의 제2 전극지(9d)를 가진다. 복수개의 제1 전극지(9c)와 복수개의 제2 전극지(9d)는 서로 맞물려 있다.
복수개의 제1 전극지(9c)의 선단을 이음으로써 형성되는 가상선인 제1 포락선(X1)은 탄성파 전파방향(ψ)에 대하여 경사져 연장되어 있다. 마찬가지로, 복수개의 제2 전극지(9d)의 선단을 이음으로써 형성되는 가상선인 제2 포락선(Y1)은 탄성파 전파방향(ψ)에 대하여 경사져 연장되어 있다. 이와 같이, 제1 IDT 전극(9)은 제1 포락선(X1) 및 제2 포락선(Y1)이 탄성파 전파방향에 대하여 경사져 연장되어 있는 경사형 IDT 전극이다. 직렬암 공진자(S1~S4)는 경사형 제1 IDT 전극(9)을 가지므로, 횡모드 리플을 억제할 수 있다.
제1 포락선(X1) 및 제2 포락선(Y1)이 연장되는 방향이 탄성파 전파방향(ψ)에 대하여 경사져 있는 경사 각도는 특별히 한정되지 않는데, 본 실시형태에서는 경사 각도(ν)가 7.5도이다. 이와 같이, 본 발명에서는 제1 포락선(X1) 및 제2 포락선(Y1)이 연장되는 방향이 탄성파 전파방향에 대하여 경사져 있는 경사 각도(ν)가 2.5도 이상인 것이 바람직하다. 이 경우, 횡모드 리플을 한층 더 확실하게 억제할 수 있다. 경사 각도(ν)의 상한으로는 예를 들면, 15도로 할 수 있다.
도 4는 본 발명의 제1 실시형태에 따른 탄성파 장치를 구성하는 병렬암 공진자의 전극 구조를 나타내는 모식적 평면도이다.
병렬암 공진자(P1~P3)는 각각 도 4에 평면도로 나타내는 제2 IDT 전극(10)을 가진다. 제2 IDT 전극(10)은 서로 대향하는 제1 버스바(10a) 및 제2 버스바(10b)를 가진다. 제2 IDT 전극(10)은 제1 버스바(10a)에 일단이 접속되어 있는 복수개의 제3 전극지(10c)를 가진다. 더욱이, 제2 IDT 전극(10)은 제2 버스바(10b)에 일단이 접속되어 있는 복수개의 제4 전극지(10d)를 가진다. 복수개의 제3 전극지(10c)와 복수개의 제4 전극지(10d)는 서로 맞물려 있다.
제2 IDT 전극(10)에서 제3 전극지(10c)와 제4 전극지(10d)가 탄성파 전파방향에서 서로 겹쳐 있는 부분은 교차 영역(A)이다. 교차 영역(A)은 탄성파 전파방향에 직교하는 방향에서의 중앙 측에 위치하고 있는 중앙 영역(B)을 가진다.
교차 영역(A)은 중앙 영역(B)의 제1 버스바(10a) 측에 배치되어 있는 제1 에지(edge) 영역(C1)과, 중앙 영역(B)의 제2 버스바(10b) 측에 배치되어 있는 제2 에지 영역(C2)을 가진다. 여기서, 제3 전극지(10c) 및 제4 전극지(10d)의 탄성파 전파방향을 따르는 치수를 폭으로 한다. 복수개의 제3 전극지(10c)는 제1 에지 영역(C1) 및 제2 에지 영역(C2)에서 다른 부분보다도 폭이 넓어져 있는 폭광부(幅廣部)(10c1) 및 폭광부(10c2)를 가진다. 마찬가지로, 복수개의 제4 전극지(10d)는 제1 에지 영역(C1) 및 제2 에지 영역(C2)에서 다른 부분보다도 폭이 넓어져 있는 폭광부(10d1) 및 폭광부(10d2)를 가진다. 본 실시형태에서는 제3 전극지(10c) 및 제4 전극지(10d)가 폭광부(10c1) 및 폭광부(10d2)를 가짐으로써, 제1 에지 영역(C1)에서 중앙 영역(B)에서의 음속보다도 음속이 낮은 제1 저음속 영역이 마련되어 있다. 마찬가지로, 제3 전극지(10c) 및 제4 전극지(10d)가 폭광부(10c2) 및 폭광부(10d1)를 가짐으로써, 제2 에지 영역(C2)에서 중앙 영역(B)에서의 음속보다도 음속이 낮은 제2 저음속 영역이 마련되어 있다. 여기서, 중앙 영역에서의 음속을 V1로 하고, 제1 저음속 영역 및 제2 저음속 영역에서의 음속을 V2로 했을 때에, V2＜V1이다.
제2 IDT 전극(10)은 교차 영역(A)의 탄성파 전파방향에 직교하는 방향에서의 외측에 배치되어 있는 제1 외측 영역(D1)을 가진다. 더욱이, 제2 IDT 전극(10)은 교차 영역(A)의 탄성파 전파방향에 직교하는 방향에서의 외측에 배치되어 있는 제2 외측 영역(D2)을 가진다. 본 실시형태에서는, 제1 외측 영역(D1)은 제1 에지 영역(C1)과 제1 버스바(10a) 사이에 위치하고 있다. 제2 외측 영역(D2)은 제2 에지 영역(C2)과 제2 버스바(10b) 사이에 위치하고 있다.
제1 외측 영역(D1)에서는 제3 전극지(10c) 및 제4 전극지(10d) 중 제3 전극지(10c)만이 마련되어 있다. 제2 외측 영역(D2)에서는 제3 전극지(10c) 및 제4 전극지(10d) 중 제4 전극지(10d)만이 마련되어 있다. 그로써, 중앙 영역(B)에서의 음속보다도 제1 외측 영역(D1) 및 제2 외측 영역(D2)에서의 음속이 높아져 있다. 제1 외측 영역(D1) 및 제2 외측 영역(D2)에서의 탄성파의 음속을 V3으로 했을 때에, V1＜V3이다. 이와 같이, 제1 외측 영역(D1)에서 제1 고음속 영역이 마련되어 있고, 제2 외측 영역(D2)에서 제2 고음속 영역이 마련되어 있다.
각 음속의 관계는 V2＜V1＜V3으로 되어 있다. 상기와 같은 각 음속의 관계를 도 4에 나타낸다. 한편, 도 4에서의 좌측을 향함에 따라 음속이 높은 것을 나타낸다.
제2 IDT 전극(10)에서는 중앙 영역(B)의 탄성파 전파방향에 직교하는 방향에서의 외측에 제1 저음속 영역 및 제2 저음속 영역이 배치되어 있다. 제1 저음속 영역 및 제2 저음속 영역의 탄성파 전파방향에 직교하는 방향에서의 외측에 제1 고음속 영역 및 제2 고음속 영역이 배치되어 있다. 이와 같이, 병렬암 공진자(P1~P3)는 피스톤 모드를 이용하고 있고, 횡모드 리플 및 스톱 밴드의 상단에서의 리스폰스 쌍방을 억제할 수 있다. 한편, 스톱 밴드란, 탄성파가 주기 구조의 금속 그레이팅에 갇힘으로써 탄성파의 파장이 일정해지는 영역을 말한다.
이와 같이, 본 실시형태에서는 직렬암 공진자(S1~S4)가 경사형 IDT 전극을 가지고 있고, 병렬암 공진자(P1~P3)가 피스톤 모드를 이용하는 탄성파 공진자이다. 그 때문에, 탄성파 장치(1)에서는 횡모드 리플 및 스톱 밴드의 상단에서의 리스폰스 쌍방을 억제할 수 있다.
다음으로, 이하의 파라미터에 의해 제1 실시형태의 탄성파 장치(1)를 제작했다.
제1 IDT 전극(9)의 재료 및 두께 … Ti: 10㎚/Al: 100㎚
제1 IDT 전극(9)의 파장 … 1.5㎛
제1 IDT 전극(9)의 전극지의 쌍 수 … 150쌍
제1 IDT 전극(9)의 듀티 … 0.5
제1 IDT 전극(9) 양측의 반사기(7, 8)의 파장 … 1.5㎛
제1 IDT 전극(9) 양측의 반사기(7, 8)의 전극지의 쌍 수 … 20쌍
제2 IDT 전극(10)의 재료 및 두께 … Ti: 10㎚/Al: 100㎚
제2 IDT 전극(10)의 파장 … 1.5㎛
제2 IDT 전극(10)의 전극지의 쌍 수 … 150쌍
제2 IDT 전극(10)의 듀티 … 0.45
제2 IDT 전극(10) 양측의 반사기(7, 8)의 파장 … 1.52㎛
제2 IDT 전극(10) 양측의 반사기(7, 8)의 전극지의 쌍 수 … 20쌍
압전체층(4) … 재료 LiTaO3, 커트 각 50°, 두께 600㎚
저음속막(3) … 재료 SiO2, 두께 600㎚
지지 기판(2) … 재료 Si, 두께 500㎛
도 5는 본 발명의 제1 실시형태에 따른 탄성파 장치의 감쇠량 주파수 특성을 나타내는 도면이다. 한편, 도 5에서는 실선으로 제1 실시형태의 탄성파 장치의 감쇠량 주파수 특성을 나타내고 있다. 또한, 도 5에서는 파선으로 비교예의 탄성파 장치의 감쇠량 주파수 특성을 나타내고 있다. 비교예에서는 병렬암 공진자(P1~P3)에서도 경사형 제1 IDT 전극(9)을 이용한 것 이외에는 제1 실시형태와 동일하게 하여 탄성파 장치를 제작했다.
도 5에 나타내는 바와 같이, 제1 실시형태의 탄성파 장치(1)에서는 횡모드 리플과, 스톱 밴드 상단에서의 리스폰스 쌍방이 억제되고, 양호한 필터 특성을 가지고 있는 것을 알 수 있다. 한편, 병렬암 공진자(P1~P3)에서도 경사형 제1 IDT 전극(9)을 이용한 탄성파 장치에서는 스톱 밴드 상단에서의 리스폰스가 크다. 그 때문에, 삽입 손실이 열화되고, 필터 특성이 열화되어 있는 것을 알 수 있다.
이 이유에 대해서는 이하의 도 6~도 8을 참조하여 설명할 수 있다.
도 6은 경사형 제1 IDT 전극을 가지는 탄성파 공진자의 임피던스 특성을 나타내는 도면이다. 도 7은 제2 IDT 전극을 가지며, 피스톤 모드를 이용하는 탄성파 공진자의 임피던스 특성을 나타내는 도면이다.
도 6에 화살표(F)로 나타내는 바와 같이, 경사형 제1 IDT 전극(9)을 가지는 탄성파 공진자에서는 스톱 밴드 상단에서의 리스폰스가 크게 생겨 있는 것을 알 수 있다. 이에 반해, 도 7에 화살표(G)로 나타내는 바와 같이, 피스톤 모드를 이용하는 탄성파 공진자에서는 스톱 밴드 상단에서의 리스폰스가 억제되어 있는 것을 알 수 있다.
도 8은 경사형 제1 IDT 전극을 가지는 탄성파 공진자 및 피스톤 모드를 이용하는 탄성파 공진자의 리턴 손실을 나타내는 도면이다. 도 8에서는 실선으로 피스톤 모드를 이용하는 탄성파 공진자의 결과를 나타내고 있고, 파선으로 경사형 IDT 전극을 가지는 탄성파 공진자의 결과를 나타내고 있다.
도 8의 화살표(F) 및 화살표(G)로 나타내는 바와 같이, 스톱 밴드 리스폰스는 도 6 및 도 7에 나타낸 결과와 마찬가지로, 피스톤 모드를 이용하는 탄성파 공진자에서 억제되어 있다. 한편, 스톱 밴드 리스폰스란, 스톱 밴드 상단에서의 리스폰스를 말한다. 또한, 도 8에 화살표(H)로 나타내는 바와 같이, 피스톤 모드를 이용하는 탄성파 공진자에서는 횡모드 리플이 충분히 억제되어 있다. 한편, 경사형 제1 IDT 전극(9)을 가지는 탄성파 공진자에서는 횡모드 리플이 한층 더 억제되어 있는 것을 알 수 있다.
제1 실시형태의 탄성파 장치(1), 비교예 모두, 직렬암 공진자(S1~S4)가 경사형 제1 IDT 전극(9)을 가지는 탄성파 공진자이다. 그 때문에, 횡모드 리플이 효과적으로 억제되어 있다. 직렬암 공진자(S1~S4)에서는 경사형 제1 IDT 전극(9)을 이용한 경우에도 스톱 밴드 상단에서의 리스폰스가 대역 밖에 생기기 때문에, 도 5에 나타내는 바와 같이 필터 특성에는 영향을 주지 않는다. 여기서, 병렬암 공진자(P1~P3)에서도 경사형 제1 IDT 전극(9)을 이용한 비교예의 탄성파 장치에서는, 횡모드 리플은 억제되기는 하지만, 도 5에 나타내는 바와 같이 대역 내에 스톱 밴드 상단에서의 리스폰스가 생기고, 삽입 손실이 열화되게 된다. 이 점에서, 제1 실시형태의 탄성파 장치(1)는 병렬암 공진자(P1~P3)가 피스톤 모드를 이용하는 탄성파 공진자이다. 그 때문에, 스톱 밴드 상단에서의 리스폰스가 억제되어 있다. 따라서, 제1 실시형태의 탄성파 장치(1)에서는 횡모드 리플 및 스톱 밴드의 상단에서의 리스폰스 쌍방을 억제할 수 있고, 필터 특성이 뛰어나다.
이와 같이, 제1 실시형태의 탄성파 장치(1)에서는 직렬암 공진자(S1~S4)가 경사형 IDT 전극을 가지고 있고, 병렬암 공진자(P1~P3)가 피스톤 모드를 이용하는 탄성파 공진자이다. 그 때문에, 탄성파 장치(1)에서는 횡모드 리플 및 스톱 밴드의 상단에서의 리스폰스 쌍방을 억제할 수 있고, 필터 특성이 뛰어나다.
한편, 제1 실시형태에서는 직렬암 공진자(S1~S4) 중 모든 직렬암 공진자가 경사형 IDT 전극을 가지고 있고, 병렬암 공진자(P1~P3) 중 모든 병렬암 공진자가 피스톤 모드를 이용하는 탄성파 공진자이다. 이와 같이, 본 발명에서는 모든 직렬암 공진자가 경사형 제1 IDT 전극을 가지고 있고, 모든 병렬암 공진자가 피스톤 모드를 이용하는 탄성파 공진자인 것이 바람직하다. 다만, 본 발명에서는 적어도 하나의 직렬암 공진자가 경사형 IDT 전극을 가지고 있고, 적어도 하나의 병렬암 공진자가 제2 IDT 전극을 가지며, 피스톤 모드를 이용하는 탄성파 공진자이면 된다. 그 경우에도 횡모드 리플 및 스톱 밴드의 상단에서의 리스폰스 쌍방을 억제할 수 있다. 다만, 대역 통과형 탄성파 필터에서 스톱 밴드의 상단이 대역 통과형 탄성파 필터의 통과 대역 내에 위치하고 있는 병렬암 공진자가 상기 피스톤 모드를 이용하는 탄성파 공진자인 것이 바람직하다. 그 경우, 필터 특성이 한층 더 뛰어난 대역 통과형 탄성파 필터로 할 수 있다.
(제2 실시형태 및 제3 실시형태)
도 9는 본 발명의 제2 실시형태에 따른 탄성파 장치를 나타내는 모식적 정면 단면도이다.
도 9에 나타내는 바와 같이, 제2 실시형태에서는 저음속막(3)이 마련되어 있지 않고, 고음속 부재인 지지 기판(2) 상에 직접 압전체층(4)이 적층되어 있다. 그 밖의 점은 제1 실시형태와 동일하다.
도 10은 본 발명의 제3 실시형태에 따른 탄성파 장치를 나타내는 모식적 정면 단면도이다.
도 10에 나타내는 바와 같이, 제3 실시형태에서는 고음속 부재가 고음속막(11)인 점에서 제1 실시형태와 다르다. 고음속막(11)은 지지 기판(2)과 저음속막(3) 사이에 마련되어 있다.
고음속막(11)은 전파하는 벌크파의 음속이 압전체층(4)을 전파하는 탄성파의 음속보다도 높은 부재이다. 고음속막(11)은, 본 실시형태에서는 질화규소(SiN)로 이루어진다. 한편, 고음속막(11)은 예를 들면, 산화알루미늄, 탄화규소, 질화규소, 산질화규소, 실리콘(Si), 사파이어, 탄탈산리튬, 니오브산리튬, 수정, 알루미나, 지르코니아, 코디에라이트, 멀라이트, 스테아타이트, 포스테라이트, 마그네시아, DLC(다이아몬드 라이크 카본)막 또는 다이아몬드, 상기 재료를 주성분으로 하는 매질, 상기 재료의 혼합물을 주성분으로 하는 매질 등으로 이루어져 있어도 된다. 고음속막(11)의 재료는 상대적으로 고음속인 재료이면 된다.
또한, 이 경우, 지지 기판(2)은 고음속 부재 이외에 의해 구성되어 있어도 된다. 지지 기판(2)은 산화알루미늄, 탄탈산리튬, 니오브산리튬, 수정 등의 압전체; 알루미나, 마그네시아, 질화규소, 질화알루미늄, 탄화규소, 지르코니아, 코디에라이트, 멀라이트, 스테아타이트, 포스테라이트 등의 각종 세라믹; 또는 다이아몬드, 사파이어, 유리 등의 유전체; 질화갈륨 등의 반도체; 및 수지 등으로 이루어져 있어도 된다. 그 밖의 점은 제1 실시형태와 동일하다.
제2 실시형태 및 제3 실시형태에서도, 경사형 IDT 전극을 가지는 직렬암 공진자(S1~S4)와 피스톤 모드를 이용하는 병렬암 공진자(P1~P3)에 의해 래더형 필터가 구성되어 있다. 그 때문에, 횡모드 리플 및 스톱 밴드의 상단에서의 리스폰스 쌍방을 억제할 수 있다.
한편, 제2 실시형태와 같이, 압전체층(4)의 제1 주면(4a) 상에는 고음속 부재로서의 지지 기판(2)이 직접 적층되어 있어도 된다. 또한, 제3 실시형태와 같이, 압전체층(4)의 제1 주면(4a) 상에는 저음속막(3), 고음속 부재로서의 고음속막(11), 및 지지 기판(2)이 이 순서로 적층되어 있어도 된다. 본 발명에서 적층체(5)의 적층 구조는 압전체층(4)의 제1 주면(4a) 상에 직접적 또는 간접적으로 고음속 부재가 배치되어 있는 한 특별히 한정되지 않는다. 압전체층(4)의 제1 주면(4a) 상에 직접적 또는 간접적으로 고음속 부재가 배치됨으로써, 탄성파의 에너지를 압전체층(4) 측에 효율적으로 가둘 수 있고, Q값을 높일 수 있다.
(제4 실시형태)
도 11은 본 발명의 제4 실시형태에 따른 탄성파 장치를 구성하는 직렬암 공진자의 전극 구조를 나타내는 약도적 평면도이다. 도 11에서는 제1 IDT 전극(9), 반사기(7) 및 반사기(8)를 다각형에 2개의 대각선을 추가한 약도에 의해 나타내고 있다.
제4 실시형태에서의 제1 IDT 전극(9)의 평면 형상은 대략 마름모꼴이다. 제1 IDT 전극(9)에서의 제1 포락선(X2) 및 제2 포락선(Y2)은 탄성파 전파방향에 대하여 경사져 연장되는 부분과, 탄성파 전파방향으로 평행하게 연장되는 부분을 가진다. 그 밖의 점은 제1 실시형태와 동일하다.
제4 실시형태에서도, 경사형 IDT 전극을 가지는 직렬암 공진자(S1~S4)와 피스톤 모드를 이용하는 병렬암 공진자(P1~P3)에 의해 래더형 필터가 구성되어 있다. 그 때문에, 횡모드 리플 및 스톱 밴드의 상단에서의 리스폰스 쌍방을 억제할 수 있다.
또한, 제4 실시형태와 같이, 제1 포락선(X2) 및 제2 포락선(Y2)이 연장되는 방향이 변화되어 있어도 되고, 경사형 IDT 전극의 평면 형상이 대략 마름모꼴이어도 된다. 경사형 IDT 전극에서는 적어도 제1 포락선(X2) 및 제2 포락선(Y2)이 경사져 있는 부분을 가지고 있으면 된다.
(제5 실시형태)
도 12는 본 발명의 제5 실시형태에 따른 탄성파 장치를 구성하는 병렬암 공진자의 전극 구조를 나타내는 모식적 평면도이다.
도 12에 나타내는 바와 같이, 제5 실시형태에서는 제1 에지 영역(C1) 및 제2 에지 영역(C2)에서 제3 전극지(10c) 및 제4 전극지(10d) 상에 질량 부가막(12)이 마련되어 있다. 질량 부가막(12)을 구성하는 재료로는 특별히 한정되지 않는데, 예를 들면, Pt, Au, Ta, Cu, Al, 산화탄탈, 산화게르마늄, 산화규소, 또는 산화알루미늄 등을 사용할 수 있다. 그 밖의 점은 제1 실시형태와 동일하다.
제5 실시형태에서도 경사형 IDT 전극을 가지는 직렬암 공진자(S1~S4)와 피스톤 모드를 이용하는 병렬암 공진자(P1~P3)에 의해 래더형 필터가 구성되어 있다. 그 때문에, 횡모드 리플 및 스톱 밴드의 상단에서의 리스폰스 쌍방을 억제할 수 있다.
또한, 제5 실시형태와 같이, 제3 전극지(10c) 및 제4 전극지(10d) 상에 질량 부가막(12)이 마련됨으로써, 제1 저음속 영역 및 제2 저음속 영역이 구성되어 있어도 된다. 한편, 본 발명에서는 폭광부(10c1, 10c2) 및 폭광부(10d1, 10d2)가 마련되어 있으면서 질량 부가막(12)이 마련되어 있음으로써, 제1 저음속 영역 및 제2 저음속 영역이 구성되어 있어도 된다.
(제6 실시형태)
도 13은 본 발명의 제6 실시형태에 따른 탄성파 장치를 구성하는 병렬암 공진자의 전극 구조를 나타내는 모식적 평면도이다.
도 13에 나타내는 바와 같이, 제2 IDT 전극(10)의 제3 전극지(10c) 및 제4 전극지(10d) 중 가장 반사기(7) 측의 전극지와, 반사기(7)의 전극지(7a) 중 가장 제2 IDT 전극(10) 측의 전극지의 전극지 중심간 거리를 IR 갭(GIR)으로 한다. 마찬가지로, 제2 IDT 전극(10)의 제3 전극지(10c) 및 제4 전극지(10d) 중 가장 반사기(8) 측의 전극지와, 반사기(8)의 전극지(8a) 중 가장 제2 IDT 전극(10) 측의 전극지의 전극지 중심간 거리도 IR 갭(GIR)으로 한다. 본 실시형태에서는 반사기(7) 측 및 반사기(8) 측의 IR 갭(GIR)은 동일하다. 한편, 반사기(7) 측 및 반사기(8) 측의 IR 갭(GIR)은 반드시 동일하지 않아도 된다.
제2 IDT 전극(10)의 전극지 피치에 의해 규정되는 파장을 λ1로 한다. 반사기(7)의 전극지(7a)의 전극지 피치에 의해 규정되는 파장을 λ2로 한다. 한편, 반사기(8)의 전극지(8a)의 전극지 피치에 의해 규정되는 파장도 λ2이다. 다만, 반사기(7)의 전극지(7a)의 전극지 피치에 의해 규정되는 파장과 반사기(8)의 전극지(8a)의 전극지 피치에 의해 규정되는 파장은 달라도 된다.
제6 실시형태에서는 상기와 같이 정해진 IR 갭(GIR)이 0.5λ1 이하이다. 또한, 반사기(7)의 전극지 피치에 의해 규정되는 파장 λ2는 제2 IDT 전극(10)의 전극지 피치에 의해 규정되는 파장 λ1보다 크다. 그 밖의 점은 제1 실시형태와 동일하다.
제6 실시형태에서도 경사형 IDT 전극을 가지는 직렬암 공진자(S1~S4)와 피스톤 모드를 이용하는 병렬암 공진자(P1~P3)에 의해 래더형 필터가 구성되어 있다. 그 때문에, 횡모드 리플 및 스톱 밴드의 상단에서의 리스폰스 쌍방을 억제할 수 있다.
또한, 제6 실시형태와 같이, IR 갭(GIR)이 0.5λ1 이하이며, 반사기(7)의 전극지 피치에 의해 규정되는 파장 λ2가 제2 IDT 전극(10)의 전극지 피치에 의해 규정되는 파장 λ1보다 커도 된다. 이 경우, 스톱 밴드의 상단에서의 리스폰스를 한층 더 확실하게 억제할 수 있다.
1: 탄성파 장치 2: 지지 기판
3: 저음속막 4: 압전체층
4a, 4b: 제1, 제2 주면 5: 적층체
6: IDT 전극 7, 8: 반사기
7a, 8a: 전극지 9: 제1 IDT 전극
9a, 9b: 제1, 제2 버스바 9c, 9d: 제1, 제2 전극지
10: 제2 IDT 전극 10a, 10b: 제1, 제2 버스바
10c, 10d: 제3, 제4 전극지 10c1, 10c2, 10d1, 10d2: 폭광부
11: 고음속막 12: 질량 부가막
S1~S4: 직렬암 공진자 P1~P3: 병렬암 공진자

Claims (10)

  1. 대향하는 제1 주면(主面) 및 제2 주면을 가지는 압전체층과,
    상기 압전체층의 상기 제1 주면 상에 배치되고 상기 압전체층을 전파하는 탄성파의 음속보다도 전파하는 벌크파의 음속이 높은 고음속 부재와,
    상기 압전체층의 상기 제2 주면 상에 마련되는 복수개의 IDT 전극을 포함하며,
    상기 압전체층, 상기 고음속 부재 및 상기 복수개의 IDT 전극에 의해 복수개의 탄성파 공진자가 구성되고,
    상기 복수개의 탄성파 공진자가 제1 IDT 전극을 가지는 적어도 하나의 직렬암(series arm) 공진자와, 제2 IDT 전극을 가지는 적어도 하나의 병렬암(parallel arm) 공진자로 이루어지며,
    상기 제1 IDT 전극이 서로 맞물리는 복수개의 제1 전극지(電極指) 및 복수개의 제2 전극지를 가지며,
    상기 복수개의 제1 전극지의 선단을 이음으로써 형성되는 가상선인 제1 포락선이 탄성파 전파방향에 대하여 경사져 연장되고, 상기 복수개의 제2 전극지의 선단을 이음으로써 형성되는 가상선인 제2 포락선이 탄성파 전파방향에 대하여 경사져 연장되며,
    상기 제2 IDT 전극이 대향하는 제1 버스바(busbar) 및 제2 버스바와, 상기 제1 버스바에 일단(一端)이 접속된 복수개의 제3 전극지와, 상기 제2 버스바에 일단이 접속되면서 상기 복수개의 제3 전극지와 서로 맞물리는 복수개의 제4 전극지를 가지며,
    상기 제2 IDT 전극이 탄성파 전파방향에서 상기 제3 전극지 및 상기 제4 전극지가 서로 겹치는 부분인 교차 영역을 가지며, 상기 교차 영역이 탄성파 전파방향에 직교하는 방향에서의 중앙 측에 위치하는 중앙 영역과, 상기 중앙 영역보다 상기 제1 버스바 측에 배치되면서 상기 중앙 영역에서의 음속보다 음속이 낮은 제1 저음속 영역과, 상기 중앙 영역보다 상기 제2 버스바 측에 배치되면서 상기 중앙 영역에서의 음속보다 음속이 낮은 제2 저음속 영역을 가지며,
    상기 제2 IDT 전극이 탄성파 전파방향에 직교하는 방향에서 상기 교차 영역보다 상기 제1 버스바 측에 배치되면서 상기 중앙 영역에서의 음속보다 음속이 높은 제1 고음속 영역과, 탄성파 전파방향에 직교하는 방향에서 상기 교차 영역보다 상기 제2 버스바 측에 배치되면서 상기 중앙 영역에서의 음속보다 음속이 높은 제2 고음속 영역을 가지며,
    상기 복수개의 제3 전극지의 선단을 이음으로써 형성되는 가상선인 제3 포락선이 탄성파 전파방향에 대하여 거의 평행하게 연장되고, 상기 복수개의 제4 전극지의 선단을 이음으로써 형성되는 가상선인 제4 포락선이 탄성파 전파방향에 대하여 거의 평행하게 연장되는, 탄성파 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 탄성파 장치가 대역 통과형 탄성파 필터이고,
    상기 제2 IDT 전극을 가지는 상기 병렬암 공진자에서의 스톱 밴드의 상단(上端)이 상기 대역 통과형 탄성파 필터의 통과 대역 내에 위치하는, 탄성파 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 병렬암 공진자가 상기 제2 IDT 전극에서의 탄성파 전파방향의 양측에 마련되고 복수개의 전극지를 가지는 반사기를 더 포함하며,
    상기 제2 IDT 전극의 전극지 피치에 의해 규정되는 파장을 λ1로 하고, 상기 반사기의 전극지 피치에 의해 규정되는 파장을 λ2로 했을 때에,
    상기 제2 IDT 전극의 전극지 중 가장 상기 반사기 측에 위치하는 전극지와, 상기 반사기의 전극지 중 가장 상기 제2 IDT 전극 측에 위치하는 전극지의 전극지 중심간 거리인 IR 갭이 0.5λ1 이하이며,
    상기 λ2가 상기 λ1보다 큰, 탄성파 장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1 포락선 및 상기 제2 포락선이 각각 상기 탄성파 전파방향에 대하여 2.5도 이상 경사진, 탄성파 장치.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 압전체층과 상기 고음속 부재 사이에 마련되고 상기 압전체층을 전파하는 벌크파의 음속보다도 전파하는 벌크파의 음속이 낮은 저음속막을 더 포함하는, 탄성파 장치.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 고음속 부재가 지지 기판인, 탄성파 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    지지 기판을 더 포함하고,
    상기 고음속 부재가 고음속막이며,
    상기 지지 기판과 상기 저음속막 사이에 상기 고음속막이 마련되는, 탄성파 장치.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1 저음속 영역 및 상기 제2 저음속 영역에서의 상기 제3 전극지 및 상기 제4 전극지의 탄성파 전파방향을 따르는 치수인 폭이, 상기 중앙 영역에서의 상기 제3 전극지 및 상기 제4 전극지의 탄성파 전파방향을 따르는 폭보다도 넓게 되어 있는, 탄성파 장치.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1 저음속 영역 및 상기 제2 저음속 영역에서 상기 제3 전극지 및 상기 제4 전극지에 질량 부가막이 적층되는, 탄성파 장치.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 탄성파 장치가 복수개의 상기 제1 IDT 전극을 가지는 상기 직렬암 공진자와 복수개의 상기 제2 IDT 전극을 가지는 상기 병렬암 공진자를 가지는 래더(ladder)형 필터인, 탄성파 장치.
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