專利名稱：聲波器件和濾波器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及聲波器件和濾波器，尤其涉及一種具有改善的溫度特性 的聲波器件以及使用該聲波器件的濾波器。
背景技術：
SAW (表面聲波)器件是眾所周知的，在SAW器件中，壓電基板 的表面中形成有由IDT (叉指換能器)形成的梳狀電極以及反射電極。 通過梳狀電極激發(fā)出聲波并在壓電基板的表面上進行傳播。SAW器件的 特征在于其結構緊湊而且很輕，并且能夠很大程度地衰減輸入信號。因 此，SAW器件廣泛地用于蜂窩式電話中使用的收發(fā)濾波器和天線轉換開 關中。除了 SAW器件以夕卜，還開發(fā)出了聲邊界波(acoustic boundary wave) 器件，在聲邊界波器件中，聲波通過兩種不同介質之間的界面進行傳播。 聲邊界波器件的優(yōu)勢在于，兩種介質之間的界面處的雜質粒子不會導致 頻率變化并且不會增加電損耗。蜂窩式電話目前較高的性能需要改善聲學器件的溫度特性。日本專 利No.3407459(文獻l)公開了一種設計用于改善溫度特性的聲波器件(以 下稱為第一現(xiàn)有技術)。圖IA是該第一現(xiàn)有技術的聲波器件的平面圖， 而圖1B是沿圖1A所示的A-A線截取的截面圖。參照圖1A，在例如由 鉭酸鋰(LiTa03)制成的壓電基板上設置有例如由鋁制成的梳狀電極14 和反射電極16。出于簡化的目的，在圖1A中僅示出了電極14的少數(shù)幾 個指。然而，每個實際的電極14都有大量的指。圖1A中也對反射電極 16進行了簡化。如圖1B所示，氧化硅(Si02)膜18覆蓋了梳狀電極14 和反射電極16。在圖1A中，出于簡化的目的而省略了氧化硅膜18?？?以通過將氧化硅膜18的厚度設為大于等于0.22 A且小于等于0.38入來改
善如此形成的聲波器件的溫度特性，其中入是梳狀電極14的周期(period)。上述結構中的聲波被稱為勒夫波。還開發(fā)出了另一種聲波器件(以下稱為第二現(xiàn)有技術)。如圖2所示， 第二現(xiàn)有技術以第一現(xiàn)有技術為基礎，并且通過在氧化硅膜18上形成氧 化鋁(A1203)膜20來而構成。聲波的能量被限制在壓電基板12和氧化 硅膜18之間，并且通過二者之間的界面進行傳播。日本專利申請公報No.52-16146 (文獻2)公開了一種具有被設計來 改善溫度特性的結構的聲波器件。壓電基板由陶瓷制成，且在梳狀電極 與壓電基板之間設置有氧化鈦(Ti02)膜。日本專利申請公報No.ll-31942 (文獻3)公開了一種在梳狀電極的 下方設置有介電材料的器件的機電耦合系數(shù)。第一和第二現(xiàn)有技術的聲波器件具有彼此溫度系數(shù)不同的諧振頻率 和反諧振頻率?？梢詥为毜貙χC振頻率和反諧振頻率下的溫度特性進行 改善。然而，卻很難同時對諧振頻率和反諧振頻率下的溫度特性進行改發(fā)明內容本發(fā)明是鑒于上述情況而提出的，并且提供了一種具有改善的溫度 特性的聲波器件，其中減小了諧振頻率下的溫度系數(shù)與反諧振頻率下的 溫度系數(shù)之間的差異。本發(fā)明的一方面提供了一種聲波器件，該聲波器件包括壓電基板、 設置在該壓電基板上的第一介電膜、設置在該第一介電膜上并激發(fā)聲波 的電極，以及設置成覆蓋所述電極并且比所述電極更厚的第二介電膜。本發(fā)明的第二方面提供了一種包括至少一種如上所述構造的聲波器 件的濾波器。


下面將結合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施方式進行說明，附圖中圖1A是在本說明書中被稱為第一現(xiàn)有技術的聲波器件的平面圖1B是沿圖1A所示的A-A線截取的截面圖；圖2是在本說明書中被稱為第二現(xiàn)有技術的聲波器件的平面圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明第一實施方式的聲波器件的截面圖；圖4是第二現(xiàn)有技術的聲波器件的溫度特性曲線；圖5是第一實施方式的聲波器件的溫度特性曲線；圖6是第二現(xiàn)有技術和第一實施方式的等效電路圖；圖7是根據(jù)第二實施方式的聲波器件的截面圖；圖8是示出對于氧化鋁膜而言膜厚與機電耦合系數(shù)之間的關系以及 對于氧化硅膜而言膜厚與機電耦合系數(shù)之間的關系的曲線； 圖9是根據(jù)第三實施方式的聲波器件的截面圖； 圖IO是根據(jù)第四實施方式的聲波器件的截面圖； 圖11示意性示出了根據(jù)第五實施方式的梯形濾波器；圖12示意性示出組合了第六實施方式的雙模濾波器的濾波器；而圖13示意性示出組合了第七實施方式的單端對(one-port)諧振器 和第六實施方式的雙模濾波器的梯形濾波器。
具體實施方式
下面對于本發(fā)明的實施方式進行描述，出于簡化的目的，僅示出梳 狀電極和反射電極的幾個電極指。 [第一實施方式]圖3是根據(jù)本發(fā)明第一實施方式的聲波器件的截面圖。在圖3中， 用相同的標號來表示與前面描述的附圖中所示部件相同的部件。在由 30° Y向切割X向傳輸?shù)拟壦徜?LiNb03)制成的壓電基板12上形成 有第一介電膜22a。第一介電膜22a可以由氧化硅(Si02)制成并且厚度 可以為10nm。在介電膜22a上以例如170nm的厚度設置有梳狀電極14 和反射電極16，梳狀電極14和反射電極16可以由銅(Cu)制成。以例 如1050nm的厚度設置可以由氧化硅制成的第二介電膜24，使之覆蓋梳 狀電極14和反射電極16。在第二介電膜24上以例如2um的厚度設置 有第三介電膜26，第三介電膜26可以為氧化鋁。
圖4是使用第二現(xiàn)有技術的聲波器件的梯形濾波器的溫度特性曲 線。圖5是使用第一實施方式的聲波器件的梯形濾波器的溫度特性曲線。 上述梯形濾波器中的每一個都具有四級結構，其中串聯(lián)諧振器的周期約等于1.985 li m，而并聯(lián)諧振器的周期約等于2.056 um。如圖4所示，第二現(xiàn)有技術在通帶的低頻側的損耗3.5dB處對于-35"C 到+85匸的溫度變化，頻率變化為-20.8ppmTC 。此外，第二現(xiàn)有技術在通 帶的高頻側的損耗3.5dB處對于-35'C到+85"C的溫度變化，頻率變化為 +5.9ppm/°C。因此，頻率變化之間的差異約等于Z6Jppm〃C。相反，如圖5所示，第一實施方式在通帶的低頻側的損耗3.5dB處 對于-35。C到+85。C的溫度變化，頻率變化為+4.9ppm/。C。此外，第一實施 方式在通帶的高頻側的損耗3.5dB處對于-35'C到+85'C的溫度變化，頻率 變化為+5.8ppm/'C。因此，頻率變化之間的差異僅約為0.9ppm廠C。第二現(xiàn)有技術和第一實施方式的聲波器件具有圖6所示的等效電 路。參照圖6，由電感Lm、電容Cm和電阻Rm構成的串聯(lián)電路串聯(lián)在 端子28之間。另一電容Co與所述串聯(lián)電路并聯(lián)。當該等效電路是無Rm 的純電抗電路時，可以將第二現(xiàn)有技術和第一實施方式的聲波器件的諧 振頻率fr和反諧振頻率fa分別表示為公式(1)和(2):<formula>formula see original document page 6</formula>從公式(1)可以看出，諧振頻率fr的溫度系數(shù)取決于Lm和Cm的 溫度系數(shù)。從公式(2)可以看出，反諧振頻率fa的溫度系數(shù)取決于Lm、 Cm和Co的溫度系數(shù)以及Co的大小。這里應該注意的是，反諧振頻率 fa的溫度系數(shù)取決于Co的溫度系數(shù)和大小，而諧振頻率fr的溫度系數(shù)與 Co的溫度系數(shù)和大小無關。因此，諧振頻率的溫度系數(shù)與反諧振頻率的 溫度系數(shù)之間存在很大的差異。上述差異導致了通帶的低頻側和高頻側 的不同溫度特性。在第二現(xiàn)有技術中，Co的溫度系數(shù)主要取決于制成壓電基板12的 鈮酸鋰(lithium niobate)的介電常數(shù)的溫度系數(shù)。盡管鈮酸鋰對于不同
的取向有不同的介電常數(shù)值，但是其相對介電常數(shù)約為40。鈮酸鋰的介 電常數(shù)具有非常大的溫度系數(shù)。因此，Co的溫度系數(shù)非常大，并且諧振 頻率的溫度系數(shù)與反諧振頻率的溫度系數(shù)之間存在很大的差異。因此，如圖4所示，很難同時改善通帶的低頻側和其高頻側的溫度特性。在第一實施方式中，第一介電膜22a設置在壓電基板12與梳狀電極 14和反射電極16之間，其中第一介電膜22a由介電常數(shù)的溫度系數(shù)很小 的氧化硅制成。形成第一介電膜22a的氧化硅膜的相對介電常數(shù)約等于 4.2并且小于壓電基板12的鈮酸鋰的相對介電常數(shù)。因此，第一介電膜 22a具有小Co值。因此第一實施方式中的Co的溫度系數(shù)受到氧化硅膜 的介電常數(shù)的溫度系數(shù)的影響，并且小于第二現(xiàn)有技術中的溫度系數(shù)。 因此，第一實施方式能夠減小諧振頻率的溫度系數(shù)與反諧振頻率的溫度 系數(shù)之間的差異。因此，如圖5所示，第一實施方式的聲波器件能夠同 時改善通帶的低頻側和其高頻側的溫度特性。 [第二實施方式]圖7是根據(jù)本發(fā)明第二實施方式的聲波器件的截面圖。在圖7中， 用相同的標記來表示與前面描述的附圖中所示的部件相同的部件。參照 圖7，在壓電基板12上形成有可以由氧化鋁制成的第一介電膜22b。第 二實施方式的其他部分與第一實施方式相同。由氧化鋁制成的第一介電膜22b設置在壓電基板12與梳狀電極14 和反射電極16之間。對于這種結構，與第一實施方式的情況相同，也可 以改善聲波器件的溫度特性。第一介電膜22b的氧化鋁膜與氧化硅膜比，具有更高的抗干蝕刻或 濕蝕刻能力。因此，與第一實施方式的聲波器件相比，第二實施方式的 聲波器件可以更容易地制出。此外，氧化鋁膜的相對介電常數(shù)約為9，大于氧化硅膜的相對介電 常數(shù)。當氧化鋁膜比氧化硅膜更厚時，氧化鋁膜會提供與氧化硅膜相同 的作用。膜越厚，越容易進行處理控制。因此，與第一實施方式相比， 第二實施方式制造起來更容易。圖8是示出分別具有由氧化硅膜和氧化鋁膜形成的第一介電膜的器
件的機電耦合系數(shù)的變化曲線。在圖8中，禾'」用有限元方法通過fa-fr獲 得機電耦合系數(shù)，并且膜厚為0 nm的第一介電膜的機電耦合系數(shù)為 100%。梳狀電極14的周期入為2um。機電耦合系數(shù)表示從電能到機械 能的轉換效率。通常，機電耦合系數(shù)越大，越可能激發(fā)出聲波。圖8示出了氧化硅膜和氧化鋁膜的機電耦合系數(shù)隨著它們的膜厚增 加到40nm (0.02 A )而降低。曲線的橫軸為第一介電膜的厚度，而左縱 軸表示歸一化機電耦合系數(shù)(5)，右縱軸表示fa-fr (MHz)。對于40nm (0.02入)的膜厚來說，機電耦合系數(shù)約為40%。圖8示出了當機電耦合 系數(shù)約大于等于60%時，氧化鋁膜與氧化硅膜相比，機電耦合系數(shù)相對 于膜厚的變化率較小。相反，當機電耦合系數(shù)在40%到60%之間時，氧 化硅膜與氧化鋁膜相比，機電耦合系數(shù)相對于膜厚的變化率較小。此外， 對于直到40nm (0.02 A )的膜厚來說，當氧化鋁膜比氧化硅膜更厚時， 可以獲得大約相等的機電耦合系數(shù)。機電耦合系數(shù)相對于膜厚的變化率 越小且膜越厚，制造工藝的可控性就越好。因此，優(yōu)選的是，由這樣的 氧化鋁膜來形成第一介電膜，該氧化鋁膜的機電耦合系數(shù)相對于膜厚的 變化率較小并且當機電耦合系數(shù)大于等于60%時可以具有較大的膜厚。 對于40%到60%之間的機電耦合系數(shù)，當由氧化硅膜來形成第一介電膜 時，可以降低機電耦合系數(shù)相對于膜厚的變化率，而當由氧化鋁膜來形 成第一介電膜時，可以使第一介電膜更厚。當氧化硅膜為40nm(0.02入) 或更厚時，機電耦合系數(shù)轉而增大。這是因為氧化硅膜的厚度增大，并 且氧化硅膜所產生的電容Co較之壓電基板所產生的電容占據(jù)主導地位。 因此，聲波的性能更多的取決于氧化硅膜，并且出現(xiàn)了氧化硅膜的機械 諧振銳度的影響。通常，Q值(所生長的氧化硅膜的諧振銳度)比由單 晶制成的壓電基板的諧振銳度要差。因此，制造40nm (0.02入)或更大 厚度的氧化硅膜并不是優(yōu)選的。蜂窩式電話中所采用的一般SAW濾波器使用具有由36。 Y向切割X 向傳輸?shù)你g酸鋰(LiTa03)制成的壓電基板的聲波器件。為了得到與上 述器件一樣大的機電耦合系數(shù)，優(yōu)選如圖8所示，氧化硅膜的厚度約為 10 nm (0.005入)，而氧化鋁膜的厚度約為20 nm (0.01入)。 在第一和第二實施方式的聲波器件中，由氧化鋁膜形成的第三介電 膜26設置在由氧化硅膜形成的第二介電膜24上，其中氧化鋁膜較之氧化硅膜具有更大的聲速。因此，聲波的能量被限制在第二介電膜24中， 從而實現(xiàn)了其中聲波通過壓電基板12與第一介電膜22a或22b之間的邊 界傳播的聲邊界波。 [第三實施方式]圖9是根據(jù)本發(fā)明第三實施方式的聲波器件的截面圖。在圖9中， 用相同的標記來表示與前面描述的附圖中所示的部件相同的部件。在例 如由30° Y向切割X向傳輸鈮酸鋰制成的壓電基板12上設置有例如由 氧化硅制成的第一介電膜22a。在第一介電膜22a上設置有例如由銅制成 的梳狀電極14和反射電極16。設置由氧化硅制成的第二介電膜24，使 之覆蓋梳狀電極14和反射電極16。因為由氧化硅制成的第一介電膜22a設置在壓電基板12a與梳狀電 極14和反射電極16之間，所以第三實施方式具有與第一實施方式的情 況相同的改善的溫度特性。[第四實施方式]圖IO是根據(jù)第四實施方式的聲波器件的截面圖，用相同的標號來表 示與前面描述的附圖中所示的部件相同的部件。壓電基板12上設置有例 如由氧化鋁制成的第一介電膜22b。第四實施方式的其他結構與第三實施 方式相同。因為由氧化鋁制成的第一介電膜22b設置在壓電基板12a與梳狀電 極14和反射電極16之間，所以第四實施方式具有與第二實施方式的情 況相同的改善的溫度特性。此外，與采用由氧化硅制成的第一介電膜22a 的第三實施方式相比，以氧化鋁作為第一介電膜在抗蝕刻和膜厚可控性 方面更易于制造聲波器件。第三和第四實施方式中激發(fā)出的聲波是勒夫波。在以上提到的第一到第四實施方式中，第一介電膜22a由氧化硅制 成，而第二介電膜由氧化鋁制成。然而，第一介電膜22a和第二介電膜 22b并不限于這些物質，而是可以由其他材料制成。優(yōu)選的是，第一介電
膜22a和第二介電膜22b由溫度系數(shù)比壓電基板12的介電常數(shù)的溫度系 數(shù)小的材料制成，并且可以由氮化硅(SiN)制成。此外優(yōu)選的是，第一 .介電膜22a和第二介電膜22b不具有壓電特性。在前述內容中，第三介電膜26是由氧化鋁制成的。另選的是，可以 使用其他材料，只要該材料的聲速大于第二介電膜的聲速從而使得聲邊 界波的能量被限制在第二介電膜24中并且通過壓電基板12與第一介電 膜22a或22b之間的邊界傳播即可。壓電基板12不限于第一到第四實施方式中所采用的鈮酸鋰，而是可 以為其他材料。優(yōu)選的是，壓電基板12可以由機電耦合系數(shù)較大的材料 (如鉭酸鋰)制成。[第五實施方式]圖ll示意性示出了根據(jù)第五實施方式的濾波器。參照該圖，梯形濾 波器30具有串聯(lián)且布置在串聯(lián)臂中的三個單端對諧振器32，以及布置在 并聯(lián)臂中的兩個單端對諧振器32。每個單端對諧振器32均由一對梳狀電 極IDT1和一對反射電極R1構成。單端對諧振器32是第一至第四實施方 式中的任意一個。梯形濾波器30的一端與充當輸入端的第一端子40相 連接，而其另一端與充當輸出端的第二端子42相連接。[第六實施方式]圖12示意性示出了根據(jù)第六實施方式的濾波器。參照該圖，濾波器 34由雙模濾波器36構成，每個雙模濾波器36均由三個IDT構成。每個 雙模濾波器36均包括一對反射電極R2和插入在這對反射電極R2之間的 三對梳狀電極IDT2、 IDT3和IDT4。其中一個雙模濾波器36的IDT3與 第一端子40相連接，而另一個雙模濾波器36的IDT3與第二端子42相 連接。第一端子40和第二端子42可以分別充當輸入和輸出端子。雙模 濾波器36可以是第一至第四實施方式中的任意一個。通過連接兩個濾波 器36的電極IDT2并連接其電極IDT4，使兩個雙模濾波器36串聯(lián)連接。[第七實施方式]圖13示意性示出了根據(jù)第七實施方式的濾波器。濾波器38包括一 個單端對諧振器32和一個雙模濾波器36。單端對諧振器32是在圖11所
示的第五實施方式中所采用的，雙模濾波器36是在圖12所示的第六實施方式中所采用的。單端對諧振器32的IDT1與第一端子40相連接，而 雙模濾波器36的IDT2和IDT4與第二端子42相連接。第一端子40可 以是輸入端子，第二端子42可以是輸出端子。通過將單端對諧振器32 的IDT1連接到雙模濾波器36的IDT3，使單端對諧振器32和雙模濾波 器36串聯(lián)連接。根據(jù)第五到第七實施方式，可以提供具有改善的溫度特性的各種類 型的濾波器。可以對第五到第七實施方式的濾波器進行任意方式的組合 從而產生其他類型的濾波器。本發(fā)明不限于具體公開的實施方式，在不脫離本發(fā)明的范圍的情況 下可以做出其他實施方式和變型。本申請基于2006年9月11日提交的日本專利申請No.2006-245596， 這里以引用的方式將其全文內容并入。
權利要求
1、 一種聲波器件，該聲波器件包括 壓電基板；設置在所述壓電基板上的第一介電膜； 設置在所述第一介電膜上并激發(fā)聲波的電極；以及 設置成覆蓋所述電極并且比所述電極更厚的第二介電膜。
2、 根據(jù)權利要求1所述的聲波器件，該聲波器件還包括設置在所述 第二介電膜上的第三介電膜，其中所述第三介電膜的聲速大于所述第二 介電膜的聲速。
3、 根據(jù)權利要求1所述的聲波器件，其中，所述第二介電膜包括氧 化硅。
4、 根據(jù)權利要求1所述的聲波器件，其中，所述第一介電膜的介電 常數(shù)的溫度系數(shù)小于所述壓電基板的介電常數(shù)的溫度系數(shù)。
5、 根據(jù)權利要求1所述的聲波器件，其中，所述第一介電膜包括氧化硅。
6、 根據(jù)權利要求1所述的聲波器件，其中，所述第一介電膜的相對 介電常數(shù)比氧化硅的相對介電常數(shù)要大。
7、 根據(jù)權利要求1所述的聲波器件，其中，所述第一介電膜包括氧 化鋁。
8、 根據(jù)權利要求2所述的聲波器件，其中，所述第三介電膜包括氧 化鋁。
9、 根據(jù)權利要求1所述的聲波器件，其中，所述壓電基板包括鉭酸 鋰和鈮酸鋰之一。
10、 一種包括多個聲波器件的濾波器，所述多個聲波器件中的至少 一個包括壓電基板；設置在所述壓電基板上的第一介電膜； 設置在所述第一介電膜上并激發(fā)聲波的電極；以及 設置成覆蓋所述電極并且比所述電極更厚的第二介電膜。
全文摘要
本發(fā)明公開了聲波器件和濾波器。該聲波器件包括壓電基板、設置在所述壓電基板上的第一介電膜、設置在所述第一介電膜上并激發(fā)聲波的電極，以及設置成覆蓋所述電極并且比所述電極更厚的第二介電膜。
文檔編號H03H9/25GK101145767SQ20071014928
公開日2008年3月19日 申請日期2007年9月11日 優(yōu)先權日2006年9月11日
發(fā)明者三浦道雄, 上田政則, 井上將吾, 松田聰, 松田隆志, 水戶部整一 申請人:富士通媒體部品株式會社;富士通株式會社