弹性波装置的制作方法

1.本发明涉及弹性波装置。


背景技术：

2.以往，弹性波装置被广泛用于便携式电话机的滤波器等。在下述的专利文献1公开了弹性波装置的一个例子。在该弹性波装置中，在支承基板上设置有压电膜，并在压电膜上设置有idt(interdigital transducer，叉指换能器)电极。对支承基板使用硅、碳化硅等。对压电膜使用钽酸锂、铌酸锂等。
3.在先技术文献
4.专利文献
5.专利文献1：国际公开第2012/086639号


技术实现要素：

6.发明要解决的技术问题
7.然而，根据本技术发明人的研究，明确了如下内容，即，根据上述那样的弹性波装置中的支承基板所使用的碳化硅的晶体的形态等，有主模的特性劣化的担心、产生由瑞利波造成的大的杂散的担心。
8.本发明的目的在于，提供一种使用碳化硅基板作为支承基板、能够使主模的特性提高且容易抑制由瑞利波造成的杂散的弹性波装置。
9.用于解决技术问题的技术方案
10.本发明涉及的弹性波装置具备支承基板、设置在所述支承基板上的压电体层以及设置在所述压电体层上的idt电极，所述支承基板是碳化硅基板，该碳化硅基板是六方晶构造，该弹性波装置利用sh波作为主模。
11.发明效果
12.根据本发明，能够提供一种使用碳化硅基板作为支承基板、能够使主模的特性提高且容易抑制由瑞利波造成的杂散的弹性波装置。
附图说明
13.图1是本发明的第1实施方式涉及的弹性波装置的主视剖视图。
14.图2是本发明的第1实施方式涉及的弹性波装置的俯视图。
15.图3是示出碳化硅的晶轴的定义和碳化硅的a面、m面、c面以及r面的示意图。
16.图4是示出在本发明的第1实施方式中碳化硅基板的主面为r面的情况下的、传播角ψ
sic
和sh波以及瑞利波的机电耦合系数的关系的图。
17.图5是示出在本发明的第1实施方式中碳化硅基板的主面为a面的情况下的、传播角ψ
sic
和sh波以及瑞利波的机电耦合系数的关系的图。
18.图6是示出在本发明的第1实施方式中碳化硅基板的主面为m面的情况下的、传播
角ψ
sic
和sh波以及瑞利波的机电耦合系数的关系的图。
19.图7是示出在本发明的第1实施方式中碳化硅基板的主面为c面的情况下的、传播角ψ
sic
和sh波以及瑞利波的机电耦合系数的关系的图。
20.图8是示出碳化硅基板的主面为c面的情况下的、传播角ψ
sic
和sh波以及瑞利波的声速的关系的图。
21.图9是示出本发明的第1实施方式以及比较例的作为主模的sh波的阻抗特性的图。
22.图10是本发明的第1实施方式的变形例涉及的弹性波装置的主视剖视图。
23.图11是示出在本发明的第2实施方式中碳化硅基板的主面为r面的情况下的、传播角ψ
sic
和瑞利波的机电耦合系数的关系的图。
24.图12是示出在本发明的第2实施方式中碳化硅基板的主面为a面的情况下的、传播角ψ
sic
和瑞利波的机电耦合系数的关系的图。
25.图13是示出在本发明的第2实施方式中碳化硅基板的主面为m面的情况下的、传播角ψ
sic
和瑞利波的机电耦合系数的关系的图。
26.图14是示出在本发明的第2实施方式中碳化硅基板的主面为c面的情况下的、传播角ψ
sic
和瑞利波的机电耦合系数的关系的图。
具体实施方式
27.以下，参照附图对本发明的具体的实施方式进行说明，由此明确本发明。
28.另外，需要指出的是，本说明书记载的各实施方式是例示性的，能够在不同的实施方式间进行结构的部分置换或组合。
29.图1是本发明的第1实施方式涉及的弹性波装置的主视剖视图。
30.弹性波装置1具有支承基板。本实施方式的支承基板是碳化硅基板2。更具体地，碳化硅基板2的晶体构造是4h-sic型的六方晶构造。另外，碳化硅基板2例如也可以是6h-sic型等的4h-sic型以外的六方晶构造。
31.在碳化硅基板2上直接地设置有压电体层4。本实施方式的压电体层4是钽酸锂层。在压电体层4上设置有idt电极5。通过对idt电极5施加交流电压，从而可激励弹性波。弹性波装置1利用sh波作为主模。
32.在压电体层4上的idt电极5的弹性波传播方向两侧，设置有一对反射器6a以及反射器6b。本实施方式的弹性波装置1是声表面波谐振器。不过，本发明涉及的弹性波装置并不限定于声表面波谐振器，也可以是具有多个声表面波谐振器的滤波器装置等。
33.图2是第1实施方式涉及的弹性波装置的俯视图。
34.idt电极5具有相互对置的第1汇流条16以及第2汇流条17。idt电极5具有一端分别与第1汇流条16连接的多个第1电极指18。进而，idt电极5具有一端分别与第2汇流条17连接的多个第2电极指19。多个第1电极指18和多个第2电极指19彼此交替对插。
35.idt电极5由单层的al膜构成。反射器6a以及反射器6b的材料也是与idt电极5相同的材料。另外，idt电极5、反射器6a以及反射器6b的材料并不限定于上述材料。或者，idt电极5、反射器6a以及反射器6b也可以由层叠了多个金属层的层叠金属膜构成。
36.以下，对本实施方式中的碳化硅基板2的详情进行说明。
37.图3是示出碳化硅的晶轴的定义和碳化硅的a面、m面、c面以及r面的示意图。
38.如图3所示，碳化硅基板2是4h-sic型的六方晶构造的碳化硅单晶基板。在本说明书中，构成碳化硅基板2的碳化硅的晶轴设为(a1，a2，a3，c)。在碳化硅中，由于晶体构造的对称性，a1轴、a2轴以及a3轴分别是等价的。
39.弹性波装置1中的碳化硅基板2的主面例如为a面、m面、c面或r面。在碳化硅基板2的主面为a面的情况下，碳化硅基板2中压电体层4侧的主面成为(11-20)面。所谓(11-20)面，在晶体构造中是与用密勒指数[11-20]表示的晶轴正交的面。在该状态下，所谓碳化硅基板2中的弹性波的传播角ψ
sic
，是从压电体层4的形成了idt电极5的主面侧俯瞰观察时的、弹性波传播方向和碳化硅的密勒指数的晶体方位[0001]所成的角。在此，将碳化硅基板2的欧拉角设为另外，欧拉角中的ψ
sic
是上述传播角ψ
sic
。在将(11-20)面用欧拉角表示的情况下，是(90
°
，90
°
，ψ
sic
)。
[0040]
在碳化硅基板2的主面为c面的情况下，碳化硅基板2中压电体层4侧的主面成为(0001)面。在该状态下，所谓碳化硅基板2的传播角ψ
sic
，是从压电体层4的形成了idt电极5的主面侧俯瞰观察时的、弹性波传播方向和碳化硅的密勒指数的晶体方位[1000]所成的角。在将(0001)面用欧拉角表示的情况下，是(0
°
，0
°
，ψ
sic
)。
[0041]
在碳化硅基板2的主面为m面的情况下，碳化硅基板2中压电体层4侧的主面成为(1-100)面。在该状态下，所谓碳化硅基板2的传播角ψ
sic
，是从压电体层4的形成了idt电极5的主面侧俯瞰观察时的、弹性波传播方向和碳化硅的密勒指数的晶体方位[0001]所成的角。在将(1-100)面用欧拉角表示的情况下，是(0
°
，90
°
，ψ
sic
)。
[0042]
在碳化硅基板2的主面为r面的情况下，碳化硅基板2中压电体层4侧的主面成为(1-102)面。在该状态下，所谓碳化硅基板2的传播角ψ
sic
，是从压电体层4的形成了idt电极5的主面侧俯瞰观察时的、弹性波传播方向和碳化硅的密勒指数的晶体方位[1-10-1]所成的角。在将(1-102)面用欧拉角表示的情况下，是(0
°
，122.23
°
，ψ
sic
)。另外，碳化硅基板2的面方位或欧拉角并不限定于这些。
[0043]
本实施方式的特征在于，层叠有压电体层4以及碳化硅基板2，该碳化硅基板2是4h-sic型的六方晶构造，弹性波装置1利用了sh模式。由此，在使用了碳化硅基板2的弹性波装置1中，能够抑制由瑞利波造成的杂散。以下对其详情进行说明。
[0044]
准备了具有第1实施方式的结构且设为以下的设计参数的弹性波装置1。在此，将由idt电极5的电极指间距规定的波长设为λ。所谓电极指间距，是idt电极5中的相邻的电极指彼此的电极指中心间距离的平均值。
[0045]
碳化硅基板2：材料
…
4h-sic型的六方晶构造的sic；
[0046]
压电体层4：材料
…0°
y-litao3，厚度
…
0.2λ；
[0047]
idt电极5：材料
…
al，厚度
…
0.05λ。
[0048]
在此，碳化硅基板2的主面设为r面。在上述弹性波装置1中，使传播角ψ
sic
在0
°
以上且180
°
以下的范围内变化，并对作为主模的sh波的机电耦合系数和成为杂散的瑞利波的机电耦合系数进行了仿真。
[0049]
图4是示出在第1实施方式中碳化硅基板的主面为r面的情况下的、传播角ψ
sic
和sh波以及瑞利波的机电耦合系数的关系的图。
[0050]
如图4所示，可知即便使传播角ψ
sic
变化也抑制了瑞利波。另外，可知即便使传播角ψ
sic
变化，sh波的机电耦合系数也比瑞利波的机电耦合系数大。像这样，在第1实施方式中，
容易抑制由瑞利波造成的杂散。
[0051]
在碳化硅基板2的主面为r面的情况下，传播角ψ
sic
优选在0
°
以上且55
°
以下的范围内或115
°
以上且170
°
以下的范围内。由此，能够使瑞利波的机电耦合系数为1％以下，能够更进一步抑制由瑞利波造成的杂散。
[0052]
以下，示出即便在碳化硅基板2的主面为r面以外的面的情况下也能够抑制瑞利波。在具有第1实施方式的结构且设计参数与求出图4所示的机电耦合系数时的弹性波装置1相同的弹性波装置1中，将碳化硅基板2的主面设为a面、m面或c面，并进行了与上述同样的仿真。
[0053]
图5是示出在第1实施方式中碳化硅基板的主面为a面的情况下的、传播角ψ
sic
和sh波以及瑞利波的机电耦合系数的关系的图。
[0054]
如图5所示，即便在碳化硅基板2的主面为a面的情况下，也几乎在全部的传播角ψ
sic
中抑制了由瑞利波造成的杂散。即，可知即便在碳化硅基板2的主面为a面的情况下，也容易抑制由瑞利波造成的杂散。在碳化硅基板2的主面为a面的情况下，优选传播角ψ
sic
在20
°
以上且160
°
以下的范围内。在该情况下，能够有效地增大sh波的机电耦合系数，且能够有效地抑制由瑞利波造成的杂散。更优选传播角ψ
sic
在30
°
以上且70
°
以下的范围内或110
°
以上且150
°
以下的范围内。由此，能够更进一步抑制由瑞利波造成的杂散。
[0055]
图6是示出在第1实施方式中碳化硅基板的主面为m面的情况下的、传播角ψ
sic
和sh波以及瑞利波的机电耦合系数的关系的图。
[0056]
在碳化硅基板2的主面为m面的情况下，与主面为a面的情况同样地，优选传播角ψ
sic
在20
°
以上且160
°
以下的范围内。在该情况下，能够有效地增大sh波的机电耦合系数，且能够有效地抑制由瑞利波造成的杂散。更优选传播角ψ
sic
在30
°
以上且70
°
以下的范围内或110
°
以上且150
°
以下的范围内。由此，能够更进一步抑制由瑞利波造成的杂散。
[0057]
图7是示出在第1实施方式中碳化硅基板的主面为c面的情况下的、传播角ψ
sic
和sh波以及瑞利波的机电耦合系数的关系的图。图8是示出碳化硅基板的主面为c面的情况下的、传播角ψ
sic
和sh波以及瑞利波的声速的关系的图。
[0058]
如图7所示，可知即便在碳化硅基板2的主面为c面的情况下，也容易有效地抑制瑞利波。除此以外，如图7以及图8所示，在碳化硅基板2的主面为c面的情况下，即便使传播角ψ
sic
变化，sh波以及瑞利波的机电耦合系数以及声速也不变化。像这样，即便使传播角ψ
sic
变化，也不易产生特性变动。因而，在碳化硅基板2的主面为c面的情况下，与传播角ψ
sic
的偏差无关地容易得到所希望的特性。
[0059]
通过像本实施方式那样将碳化硅基板2设为4h-sic型的六方晶构造，从而能够提高主模的特性。以下对此进行示出。另外，作为比较例，准备了将碳化硅基板设为3c-sic型的立方晶构造的弹性波装置。另外，对于具有本实施方式的结构的弹性波装置1以及比较例的压电体层，使用了35
°
y-litao3。
[0060]
图9是示出第1实施方式以及比较例的作为主模的sh波的阻抗特性的图。
[0061]
如图9所示，可知在比较例中，反谐振频率下的阻值是大约130db，相对于此，在第1实施方式中，上述阻值高至大约148db。像这样，在将碳化硅基板2设为4h-sic型的六方晶构造的第1实施方式中，能够使主模的特性提高。
[0062]
图10是第1实施方式的变形例涉及的弹性波装置的主视剖视图。
[0063]
在本变形例中，在碳化硅基板2与压电体层4之间设置有低声速膜23。低声速膜23是相对低声速的膜。更具体地，在低声速膜23传播的体波(bulk wave)的声速比在压电体层4传播的体波的声速低。本实施方式的低声速膜23是氧化硅膜。氧化硅可通过sio
x
来表示。x是任意的正数。构成本实施方式的低声速膜23的氧化硅是sio2。另外，低声速膜23的材料并不限定于上述材料，例如，能够使用玻璃、氮氧化硅、氧化锂、或氧化硅中添加了氟、碳、硼的化合物作为主成分的材料。
[0064]
像这样，也可以在碳化硅基板2上隔着低声速膜23间接地设置有压电体层4。在该情况下，也与第1实施方式同样地，能够抑制由瑞利波造成的杂散。除此以外，在像本变形例那样低声速膜23为氧化硅膜的情况下，能够减小弹性波装置中的频率温度系数tcf的绝对值。因而，能够使频率温度特性变得良好。
[0065]
不过，虽然在第1实施方式中压电体层4为钽酸锂层，但是压电体层4也可以为铌酸锂层。以下示出压电体层4为铌酸锂层的第2实施方式的效果。另外，第2实施方式的结构除了压电体层4的结构以外与第1实施方式相同，因此援引图1的附图标记。
[0066]
准备了具有第2实施方式的结构且设为以下的设计参数的弹性波装置1。
[0067]
碳化硅基板2：材料
…
4h-sic型的六方晶构造的sic；
[0068]
压电体层4：材料
…0°
y-linbo3，厚度：0.2λ；
[0069]
idt电极5：材料
…
al，厚度：0.05λ。
[0070]
在此，碳化硅基板2的主面设为r面。在上述弹性波装置1中，使传播角ψ
sic
在0
°
以上且180
°
以下的范围内变化，并对作为主模的sh波的机电耦合系数和成为杂散的瑞利波的机电耦合系数进行了仿真。
[0071]
图11是示出在第2实施方式中碳化硅基板的主面为r面的情况下的、传播角ψ
sic
和瑞利波的机电耦合系数的关系的图。
[0072]
如图11所示，可知即便使传播角ψ
sic
变化，瑞利波也被抑制为不足0.6％。像这样，在第2实施方式中，也与第1实施方式同样地，容易抑制由瑞利波造成的杂散。
[0073]
在碳化硅基板2的主面为r面的情况下，传播角ψ
sic
优选在0
°
以上且25
°
以下的范围内或105
°
以上且140
°
以下的范围内。由此，能够使瑞利波的机电耦合系数大致为0％，能够更进一步有效地抑制由瑞利波造成的杂散。
[0074]
以下，示出即便在碳化硅基板2的主面为r面以外的面的情况下也能够抑制瑞利波。在具有第2实施方式的结构且设计参数与求出了图11所示的机电耦合系数时的弹性波装置1相同的弹性波装置1中，将碳化硅基板2的主面设为a面、m面或c面，并进行了与上述同样的仿真。
[0075]
图12是示出在第2实施方式中碳化硅基板的主面为a面的情况下的、传播角ψ
sic
和瑞利波的机电耦合系数的关系的图。
[0076]
如图12所示，可知在碳化硅基板2的主面为a面的情况下，即便使传播角ψ
sic
变化，瑞利波也被抑制为不足1.2％。因此，即便在碳化硅基板2的主面为a面的情况下，也容易抑制由瑞利波造成的杂散。优选传播角ψ
sic
在0
°
以上且30
°
以下的范围内、70
°
以上且110
°
以下的范围内或150
°
以上且180
°
以下的范围内。由此，能够将瑞利波的机电耦合系数设为1％以下，能够更进一步抑制由瑞利波造成的杂散。
[0077]
图13是示出在第2实施方式中碳化硅基板的主面为m面的情况下的、传播角ψ
sic
和
瑞利波的机电耦合系数的关系的图。
[0078]
如图13所示，可知在碳化硅基板2的主面为m面的情况下，与主面为a面的情况同样地，即便使传播角ψ
sic
变化，瑞利波也被抑制为不足1.2％。因此，即便在碳化硅基板2的主面为m面的情况下，也容易抑制由瑞利波造成的杂散。优选传播角ψ
sic
在0
°
以上且30
°
以下的范围内、70
°
以上且110
°
以下的范围内或150
°
以上且180
°
以下的范围内。由此，能够将瑞利波的机电耦合系数设为1％以下，能够更进一步抑制由瑞利波造成的杂散。
[0079]
图14是示出在第2实施方式中碳化硅基板的主面为c面的情况下的、传播角ψ
sic
和瑞利波的机电耦合系数的关系的图。
[0080]
如图14所示，在碳化硅基板2的主面为c面的情况下，即便使传播角ψ
sic
变化，也能够将瑞利波的机电耦合系数抑制为不足1％。因此，即便在碳化硅基板2的主面为c面的情况下，也容易抑制由瑞利波造成的杂散。除此以外，在碳化硅基板2的主面为c面的情况下，即便使传播角ψ
sic
变化，瑞利波的机电耦合系数也不变化。因而，能够与传播角ψ
sic
的偏差无关地有效地抑制瑞利波。
[0081]
另外，虽然在图4～图9以及图11～图14中示出了将碳化硅基板2设为4h-sic型的六方晶构造的情况下的各特性，但是已知即便在将碳化硅基板2设为6h-sic型的六方晶构造的情况下也成为同样的特性。因而，即便在碳化硅基板2为6h-sic型的六方晶构造的情况下，也能够使主模的特性提高，且能够抑制由瑞利波造成的杂散。
[0082]
附图标记说明
[0083]
1：弹性波装置；
[0084]
2：碳化硅基板；
[0085]
4：压电体层；
[0086]
5：idt电极；
[0087]
6a、6b：反射器；
[0088]
16、17：第1汇流条、第2汇流条；
[0089]
18、19：第1电极指、第2电极指；
[0090]
23：低声速膜。