聲波元件、以及使用該聲波元件的雙工器和電子設備的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種聲波元件、以及使用該聲波元件的雙工器和電子設備。
【背景技術】
[0002]圖7是傳統的聲波元件I的橫截面示意圖。聲波元件I包括壓電體2、設置在壓電體2上的氧化物層130、設置在氧化物層130上的電極3、和設置在氧化物層130上以覆蓋電極3的保護膜4。
[0003 ]例如，對比文件I公開了與聲波元件I相類似的傳統的聲波元件。
[0004]現有技術文獻
[0005]專利文獻
[0006]專利文獻1:國際公開第2005/034347號
【發明內容】
[0007]聲波元件包括壓電體、設置在所述壓電體上的氧化鋁層、設置在所述氧化鋁層上的電極、和設置在所述氧化鋁層上以覆蓋所述電極的保護膜。所述壓電體由具有歐拉角(φ，θ，φ)的基于鈮酸鋰的壓電材料形成。所述氧化鋁層由Al2O3形成。所述電極被配置用以激勵具有波長λ的主聲波。所述保護膜的膜厚大于0.27λ。所述歐拉角滿足φ <-2Φ -3°和-2Φ+3。中之一、以及-100° < Θ <-60° 和2 Φ-2° <Φ<2Φ+2° 中的兩者。
[0008]所述聲波元件能夠抑制產生不必要的寄生信號。
【附圖說明】
[0009]圖1是根據一實施例的聲波元件的橫截面示意圖。
[0010]圖2是聲波元件的比較樣品(comparative sampIe)的特性圖。
[0011 ]圖3是根據實施例的聲波元件的特性圖。
[0012]圖4是示出了根據實施例的聲波元件的壓電體的歐拉角(Eulerangle)的圖。
[0013]圖5是根據實施例的裝備有聲波元件的雙工器的框圖。
[0014]圖6是根據實施例的裝備有聲波元件的電子設備的框圖。
[0015]圖7是傳統的聲波元件的橫截面示意圖。
【具體實施方式】
[0016]圖1是根據一實施例的聲波元件5的橫截面示意圖。聲波元件5包括壓電體6、設置在壓電體6的表面6A上的氧化鋁層30、設置在氧化鋁層30的表面30A上的電極7、和設置在氧化鋁層30的表面30A上以覆蓋電極7的保護膜8。氧化鋁層30的表面30A的相反側的表面30B與壓電體6的表面6A相抵接(abut)。保護膜8具有與壓電體6的表面6A相抵接的表面SB、以及表面8B的相反側的表面8A。
[0017]壓電體6是由基于鈮酸鋰(LiNbO3)的壓電材料形成的壓電襯底，且壓電體6的歐拉角(Φ，θ，φ)可滿足 φ<-2φ-3° 和-2Φ+3。中之一、以及-100° < θ <-60° 和 2Φ-2。<Φ<2φ+2°中的兩者。
[0018]氧化鋁層30由Al2O3形成，具體是由藍寶石(sapphire)形成。氧化鋁層30的膜厚為Ο.ΟΟΙλ以上且0.02λ以下。
[0019]電極7包括諸如鋁、銅、銀、金、鈦、鎢、鉬、鉑或鉻等的元素金屬、或以這些為主要成分的合金、或者這些金屬的層壓結構。電極構成用于激勵主聲波的IDT (Inter-DigitalTransducer，叉指式換能器)電極，所述主聲波由具有波長λ的SH(水平剪切)波構成，且根據實施例，該電極為梳狀。雖然電極7的總膜厚也取決于電極的密度，但是其通常可以為0.0U到0.15λ。
[0020]保護膜8由例如氧化硅(S12)膜形成。在這種情況下，保護膜8具有與壓電體6相反的溫度特性，通過使膜厚Τ8增大為高于0.27λ，可以改善聲波元件5的頻率溫度特性。保護膜8還可以由氧化硅膜之外的材料形成，并且可以優選地保護電極7免受外部環境的影響。保護膜8的膜厚Τ8是未形成電極7的部分的膜厚，并且對應于從將壓電體6與保護膜8相接的壓電體6的表面6Α到保護膜8的表面8Α的距離。主聲波的波長λ為具有梳狀的電極7的電極指的平均間距(pitch)的兩倍。
[0021]根據實施例，制成了用于聲波元件5的示例樣品和比較樣品。比較樣品具有與圖7所示的傳統的聲波元件I同樣的結構。在比較樣品中，壓電體2由具有歐拉角(0°，-90°，0° )的基于鈮酸鋰的壓電材料形成。氧化物層130由Al2O3形成。電極3由諸如銅等的金屬形成，并激勵波長為λ的主聲波。保護膜4由氧化硅(S12)形成。
[0022]具體地說，氧化物層130由膜厚為0.006λ的藍寶石形成。電極3的膜厚為0.062λ。保護膜4的膜厚為0.35λ。
[0023]圖2是聲波元件的比較樣品的特性圖。在圖2中，縱軸表示相對于匹配值的規范化的導納(normalized admittance)，而橫軸表示頻率。在聲波元件的比較樣品中，當為了改善聲波元件的溫度特性而將由氧化硅形成的保護膜4的膜厚設定為例如0.35λ時，如圖2所示，在諧振頻率的大約1.3倍附近的頻率中產生不必要的寄生信號SI。在聲波元件的比較樣品中產生各種聲速的橫波。可以認為不必要的寄生信號SI可歸因于在聲波元件中產生的橫波中的最快的橫波。
[0024]上述快的橫波會劣化應用了比較樣品的聲波元件的濾波器或雙工器的特性質量。為了抑制不必要的寄生信號SI，可改變壓電體2的歐拉角(Φ，θ，φ)中的角度φ和φ。無論改變角度Φ、還是改變角度Φ，都可以抑制快的橫波造成的不必要的寄生信號SI，但是，這又將相反地在比諧振頻率略低的頻率帶中產生與上述寄生信號不同的不必要的寄生信號SI。可以認為該不必要的寄生信號SI是由瑞利波(Rayleigh wave)引起的。
[0025]在為了改善根據實施例的聲波元件5的頻率溫度特性而將保護膜8的膜厚設定為大于0.27λ時，通過將壓電體6的歐拉角(Φ，θ，φ)中的角度Φ和Φ設定為大于一預定角度，并將角度Φ從0°改變為在一定程度上遵循Φ = 2Φ，可以抑制由瑞利波引起的不必要的寄生信號SI，同時可以抑制由快的橫波在該頻率帶附近產生的另一不必要的寄生信號SI。
[0026]圖3是聲波元件5的特性圖。在圖3中，縱軸表示規范化的導納(dB)，該規范化的導納(dB)為導納值相對于諧振期間匹配的值的比率，而橫軸表示頻率(MHz)。在聲波元件5的樣品中，壓電體6由具有歐拉角(-3°，-90°，-3°)的鈮酸鋰形成。氧化鋁層30由膜厚為0.006入的藍寶石形成。電極7由膜厚為0.062λ的銅形成。保護膜8由膜厚為0.35λ的氧化硅(S12)形成。如圖3所示，根據實施例的聲波元件5能夠抑制如圖2所示的比較樣品中由瑞利波引起的不必要的寄生信號SI，同時抑制由快的橫波在頻率帶附近產生的另一不必要的寄生信號
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[0027]圖4中，用陰影線示出了由基于鈮酸鋰的壓電材料形成的壓電體6的歐拉角(Φ，Θ，Φ)中的角度Φ和Φ可以選取的范圍Rl和R2。可以理解，角度Θ滿足-100° < Θ < -60°，保護膜8的膜厚Τ8大于0.27λ，并且電極7具有規范化的膜厚0.062λ且由銅形成。圖4中所示的表示Φ=2 Φ的關系的線LI可被解釋為表示特別是當由瑞利波造成的寄生信號SI(圖2)被抑制時的角度Φ和Φ之間的關系。如圖2所示，在-2 Φ-3°和-2 Φ+3° 中之一的范圍內，并在以線LI為中心的角度Φ的±2°的范圍內，SP 2 Φ -2° < Φ < 2 Φ +2°的范圍內，由瑞利波造成的寄生信號SI被抑制。
[0028]圖5是根據實施例的裝備有聲波元件5的雙工器33的框圖。雙工器33包括濾波器31、具有比濾波器31的通帶更高的通帶的濾波器32、連接到濾波器31的端子36、連接到濾波器32的端子35、和連接在濾波器31與濾波器32之間的濾波器34。優選地在濾波器31中使用根據實施例的聲波元件5。可能的是，由濾波器31中的快的橫波引起的寄生信號可能會劣化濾波器32的高通帶的特性。因此，通過根據實施例的聲波元件5來配置濾波器31可以防止濾波器32的特性劣化。當濾波器31為發射濾波器且濾波器32為接收濾波器時，端子36將為連接到發射機的輸入端子，端子35將為連接到接收機的輸出端子，而端子34將為連接到天線的天線端子。
[0029]根據實施例的聲波元件5也可以被應用到諧振器(resonator)中，并且還可以被應用到諸如梯型濾波器或DMS濾波器等的濾波器中。
[0030]圖6是根據實施例的裝備有聲波元件5的電子設備40的框圖。電子設備40包括濾波器37、連接到濾波器37的半導體集成電路元件38、以及連接到所述半導體集成電路元件38的再現裝置39。濾波器37通過根據實施例的聲波元件5來配置。通過聲波元件5可以改善在上述諧振器、濾波器、及電子設備40中的通信質量。
[0031]工業實用性
[0032]本發明所涉及的聲波元件能夠抑制不必要的寄生信號的產生，并可適用于諸如移動電話等的電子設備。
【附圖說明】
[0033]
[0034]5聲波元件
[0035]6壓電體
[0036]7電極
[0037]8保護膜
[0038]30氧化鋁層
【主權項】
1.一種聲波元件，包括: 壓電體，由具有歐拉角(φ，θ，φ)的基于鈮酸鋰的壓電材料形成； 氧化鋁層，設置在所述壓電體上由Al2O3形成； 電極，設置在所述氧化鋁層上；以及 保護膜，設置在所述氧化鋁層上以覆蓋所述電極， 所述電極被配置用以激勵具有波長λ的主聲波， 所述保護膜的膜厚大于0.27λ， 所述歐拉角滿足-2 Φ-3°和-2 Φ+3° 中之一、以及-100° < Θ <-60°和2Φ_2° <Φ<2Φ+2°中的兩者。2.如權利要求1所述的聲波元件，其中，所述保護膜由氧化硅膜形成。3.—種雙工器，包括: 第一濾波器，具有如權利要求1所述的聲波元件；以及 第二濾波器，具有比所述第一濾波器的通帶更高的通帶。4.一種電子設備，包括: 如權利要求1所述的聲波元件；以及 連接到所述聲波元件的電路元件。
【專利摘要】一種聲波元件，包括壓電體、設置在所述壓電體上的氧化鋁層、設置在所述氧化鋁層上的電極、和設置在所述氧化鋁層上以覆蓋所述電極的保護膜。所述壓電體由具有歐拉角(φ，θ，ψ)的基于鈮酸鋰的壓電材料形成。所述氧化鋁層由Al2O3形成。所述電極被配置用以激勵具有波長λ的主聲波。所述保護膜的膜厚大于0.27λ。所述歐拉角滿足ψ≤-2φ-3°和-2φ+3°≤ψ中之一、以及-100°≤θ≤-60°和2φ-2°≤ψ≤2φ+2°中的兩者。該聲波元件能夠抑制產生不必要的寄生信號。
【IPC分類】H03H9/25, H03H9/145
【公開號】CN105612693
【申請號】CN201480055519
【發明人】藤原城二, 濱岡陽介, 中西秀和, 鶴成哲也, 中村弘幸, 后藤令, 清水英仁
【申請人】天工松下濾波方案日本有限公司
【公開日】2016年5月25日
【申請日】2014年9月26日
【公告號】WO2015052888A1