高阶模式弹性表面波器件制造技术

一种高阶模式弹性表面波器件，具有压电基板(11)和叉指电极(12)，且利用了高阶模式的弹性表面波，其中，该压电基板(11)由LiTaO3晶体或LiNbO3晶体构成，该叉指电极(12)被嵌入压电基板(11)的表面，但也可形成为从压电基板(11)的表面突出。此外，可具有在压电基板(11)层叠的薄膜(13)或基板，也可具有支持基板(14)和/或多层膜(15)，其被设置为与压电基板(11)的设置有叉指电极(12)的表面相反侧的面接触。高阶模式弹性表面波器件即使在3.8GHz以上的高频带也可得到良好的特性，并可保持充分的机械强度。度。度。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】高阶模式弹性表面波器件


[0001]本专利技术涉及一种高阶模式弹性表面波(SAW；surfaceacousticwave，表面声波)器件，其提供了成为基阶模式的泛音的高阶模式的利用。

技术介绍

[0002]近年来，主要在智能手机等使用的从700MHz到3GHz的频带存在近80个频段，非常地拥塞。作为其对策，下一代无线通信系统的第5代移动通信系统(5G)计划利用3.6GHz至4.9GHz的频带，进一步地，其接下来的一代还计划使用6GHz以上的频带。
[0003]对于这些计划，作为代表性的弹性波器件的弹性表面波器件由于功率承受及制造技术的限制，不能减小叉指电极(IDT；interdigitaltransducer，叉指换能器)的周期(λ)，对高频化有限制。图1(a)和(b)中，作为现有的SAW器件的一个示例，示出如下结构的平面图及截面图：该结构将LiTaO3晶体的42
°
旋转Y板用于压电基板，用Al形成X方向传播的叉指电极52。图1(b)的截面图示出图1(a)的平面图中沿切割线I
‑
I的截面。
[0004]图1(c)中示出叉指电极52的周期为1.2μm时得到的阻抗的频率特性。其共振频率约为3.2GHz，相对带宽为3.8％，阻抗比为65dB。此外，虽然在如17.2GHz的高阶模式可见小的响应，但它不是可使用的级别。即使将叉指电极52的周期微细化到1μm，其共振频率也为约3.8GHz，如此，现有的SAW器件中，不能覆盖5G以后(当然包括5G)所需要的频带。
[0005]在此，专利文献1中，公开以如下方式制成的弹性表面波器件：通过将金属化率为0.45以下的、比Al重的Pt、Cu、Mo、Ni、Ta、W等的电极嵌入欧拉角(0
°
，80～130
°
，0
°
)的LiNbO3基板从而激励洛夫波的基阶模式，得到宽的带宽。此外，非专利文献1中，公开以如下方式制成的弹性表面波器件：在42
°
旋转Y板的LiTaO3基板嵌入0.1波长以下的Cu电极，在其上形成Al电极，在基阶模式下进行激励可得到高的Q值。另一方面，研究了使用AlN、ScAlN的压电薄膜来作为具有1.9GHz的频带的弹性波滤波器的体弹性波器件(FBAR；filmbulkacousticresonator，薄膜体声波共振器)(例如，参见非专利文献2)。
[0006]现有技术文献
[0007]专利文献
[0008]专利文献1：国际公开第2014/054580号。
[0009]非专利文献
[0010]非专利文献1：T.Kimura,M.Kadota,andY.IDA,“HighQSAWresonatorusingupper
‑
electrodesonGrooved
‑
electrodeinLiTaO3“,Proc.IEEEMicrowaveSymp.(IMS),p.1740,2010.
[0011]非专利文献2：KeiichiUmedaetal.,“PIEZOELECTRICPROPERTIESOFScAlNTHINFILMSFORPIRZO
‑
MEMSDEVICES”,MEMS2013,Taipei,中国台湾January20
‑
24,2013.

技术实现思路

[0012]专利技术要解决的问题
[0013]但是，专利文献1、非专利文献1记载的技术，用于电极的金属重，金属化率也小，在5G以后谋求的3.6GHz以上的高频带不能得到充分的性能。非专利文献2记载的体弹性波器件由于压电薄膜为多晶薄膜，因此在1.9GHz 时只能得到55dB的阻抗比，超高频下的衰减大，难以实现良好的特性。此外，FBAR的频率取决于薄膜的声速/(2
×
薄膜的厚度)，为了提高频率，必须使薄膜的厚度极端地薄。现行的FBAR由于具有自我支撑的压电薄膜，因此在其变得极端地薄的超高频带不能保持机械强度。
[0014]本专利技术着眼于这样的课题，目的在于提供一种高阶模式弹性表面波器件，其即使在3.8GHz以上的高频带也能得到良好的特性，并且可保持充分的机械强度。
[0015]用于解决问题的手段
[0016]为了达成上述目的，本专利技术所涉及的高阶模式弹性表面波器件包括包含 LiTaO3晶体或LiNbO3晶体的压电基板、被嵌入压电基板的表面的叉指电极，且利用了高阶模式的弹性表面波。
[0017]高阶模式弹性表面波器件通过在压电基板的表面嵌入叉指电极，从而可激励SAW的高阶模式(1阶模式、2阶模式、3阶模式等)，可得到具有大的阻抗比的高阶模式。高阶模式弹性表面波器件通过利用其高阶模式，可谋求高频化，即使在3.8GHz以上的高频带下也可得到良好的特性。此外，通过利用高阶模式，即使在3.8GHz以上的高频带下也不需要对压电基板进行超薄板化或减小叉指电极的周期，可保持充分的机械强度。另外，压电基板中也包含压电薄膜、或压电薄板。
[0018]在高阶模式弹性表面波器件中，叉指电极可从压电基板的表面突出而形成。即使这种情况下也可得到具有大的阻抗比的高阶模式。
[0019]高阶模式弹性表面波器件可具有被设置为与压电基板接触的薄膜或基板。此外，也可以具有支持基板和/或多层膜，该支持基板和/或多层膜被设置为与压电基板中设置有叉指电极的表面相反侧的面接触。具有支持基板时，支持基板可由金属以外的材料构成。此外，支持基板可由Si、水晶、蓝宝石、玻璃、石英、锗和氧化铝中的至少一种构成。此外，具有多层膜时，多层膜可由将声阻抗不同的多个层层叠而形成的声多层膜构成。这种情况下也可得到具有大的阻抗比的高阶模式。
[0020]关于所涉及的高阶模式弹性表面波器件，叉指电极的金属化率优选为 0.45以上且0.9以下，更优选为0.63以上。这种情况下，可得到具有更大阻抗比的高阶模式。此外，也可扩大带宽。
[0021]此外，为了得到具有更大阻抗比的高阶模式，高阶模式弹性表面波器件也可为以下的结构。即，压电基板也可由LiTaO3晶体构成，叉指电极由Ti、 Al和Mg合金中的至少一种构成。这种情况下，叉指电极优选从压电基板的表面嵌入到弹性表面波的波长/金属化率在0.075～0.3(波长/金属化率为0.5 时，为0.15～0.6)的范围的深度，更优选嵌入到弹性表面波的波长/金属化率在0.115～0.3(波长/金属化率为0.5时，为0.23～0.6)的范围的深度。在此，在嵌入的电极的截面相对于基板表面不垂直的情况下，将金属化率和电极宽度设为实效的金属化率和电极宽度。以下也相同。
[0022]此外，压电基板可由LiTaO3晶体构成，叉指电极由Ag、Mo、Cu和Ni 中的至少一种构
成。这种情况下，叉指电极优选从压电基板的表面嵌入到弹性表面波的波长/金属化率在0.08～0.3(波长/金属化率为0.5时，为0.16～0.6) 的范围的深度，更优选嵌入到弹性表面波的波长/本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种高阶模式弹性表面波器件，其利用了高阶模式的弹性表面波，所述高阶模式弹性表面波器件包含：压电基板，其包含LiTaO3晶体或LiNbO3晶体；以及叉指电极，其嵌入所述压电基板的表面。2.根据权利要求1所述的高阶模式弹性表面波器件，所述叉指电极以与所述压电基板的表面不为同一平面的方式形成。3.根据权利要求1或2所述的高阶模式弹性表面波器件，其包含被设置为与所述压电基板接触的薄膜或基板。4.根据权利要求1或2所述的高阶模式弹性表面波器件，还包含支持基板和/或多层膜，所述支持基板和/或所述多层膜被设置在所述压电基板的与设置有所述叉指电极的表面相反侧的面上。5.根据权利要求4所述的高阶模式弹性表面波器件，所述支持基板包含金属以外的材料。6.根据权利要求5所述的高阶模式弹性表面波器件，所述支持基板包含Si、水晶、蓝宝石、玻璃、石英、锗和氧化铝中的至少一种。7.根据权利要求4至6中任一项所述的高阶模式弹性表面波器件，所述多层膜包含层叠了声阻抗不同的多个层的声多层膜。8.根据权利要求1至7中任一项所述的高阶模式弹性表面波器件，所述叉指电极的金属化率为0.45以上。9.根据权利要求1至7中任一项所述的高阶模式弹性表面波器件，所述叉指电极的金属化率为0.63以上。10.根据权利要求1至9中任一项所述的高阶模式弹性表面波器件，所述压电基板包含LiTaO3晶体，所述叉指电极包含Ti、Al和Mg合金中的至少一种，从所述压电基板的表面嵌入到所述弹性表面波的波长/金属化率在0.075～0.3的范围的深度。11.根据权利要求1至9中任一项所述的高阶模式弹性表面波器件，所述压电基板包含LiTaO3晶体，所述叉指电极包含Ag、Mo、Cu、Ni、Pt、Au、W、Ta和Hf中的至少一种，从所述压电基板的表面嵌入到所述弹性表面波的波长/金属化率在0.08～0.3的范围的深度。12.根据权利要求1至9中任一项所述的高阶模式弹性表面波器件，所述压电基板包含LiTaO3晶体，所述叉指电极包含Ti、Al和Mg合金中的至少一种，从所述压电基板的表面嵌入到所述弹性表面波的波长/金属化率在0.115～0.3的范围的深度。13.根据权利要求1至9中任一项所述的高阶模式弹性表面波器件，所述压电基板包含LiTaO3晶体，所述叉指电极包含Ag、Mo、Cu和Ni中的至少一种，从所述压电基板的表面嵌入到所述弹性表面波的波长/金属化率在0.09～0.3的范围的深度。14.根据权利要求1至9中任一项所述的高阶模式弹性表面波器件，所述压电基板包含LiTaO3晶体，所述叉指电极包含Pt、Au、W、Ta和Hf中的至少一种，从所述压电基板的表面嵌入到所述弹性表面波的波长/金属化率在0.125～0.3的范围的深度。15.根据权利要求1至9中任一项所述的高阶模式弹性表面波器件，所述压电基板包含LiNbO3晶体，所述叉指电极包含Ti、Al和Mg合金中的至少一种，从所述压电基板的表面嵌入到所述弹性表面波的波长/金属化率在0.07～0.3的范围的深度。
16.根据权利要求1至9中任一项所述的高阶模式弹性表面波器件，所述压电基板包含LiNbO3晶体，所述叉指电极包含Ag、Mo、Cu和Ni中的至少一种，从所述压电基板的表面嵌入到所述弹性表面波的波长/金属化率在0.065～0.3的范围的深度。17.根据权利要求1至9中任一项所述的高阶模式弹性表面波器件，所述压电基板包含LiNbO3晶体，所述叉指电极包含Pt、Au、W、Ta和Hf中的至少一种，从所述压电基板的表面嵌入到所述弹性表面波的波长/金属化率在0.075～0.3的范围的深度。18.根据权利要求1至9中任一项所述的高阶模式弹性表面波器件，所述压电基板包含LiNbO3晶体，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：门田道雄，田中秀治，
申请(专利权)人：国立大学法人东北大学，
类型：发明
国别省市：