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Title:
BOUNDARY ACOUSTIC WAVE DEVICE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2009/054121
Kind Code:
A1
Abstract:
A boundary acoustic wave device is provided with a first medium layer made of a piezoelectric material, a second medium layer provided on the first medium layer, a third medium layer provided on the second medium layer, and electrodes provided on the boundary face between the second medium layer and the third medium layer. The electrodes drive the third medium layer to generate transverse waves. The propagation speed of the transverse waves along the third medium layer is lower than that along the first medium layer. The propagation speed of the transverse waves along the second medium layer is lower than that along the first medium layer. The boundary acoustic wave device is capable of obtaining a large electromechanical coupling coefficient.

Inventors:
NISHIMURA KAZUNORI
NAKAMURA HIROYUKI
NAKANISHI HIDEKAZU
TAKAYAMA RYOUICHI
INOUE TAKASHI
Application Number:
PCT/JP2008/002976
Publication Date:
April 30, 2009
Filing Date:
October 21, 2008
Export Citation:
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Assignee:
PANASONIC CORP (JP)
NISHIMURA KAZUNORI
NAKAMURA HIROYUKI
NAKANISHI HIDEKAZU
TAKAYAMA RYOUICHI
INOUE TAKASHI
International Classes:
H03H9/145; H01L41/09; H01L41/18; H03H9/25
Domestic Patent References:
WO1998052279A11998-11-19
WO2005069486A12005-07-28
Foreign References:
JPH0346232U1991-04-30
JPH10335974A1998-12-18
JP2008067289A2008-03-21
Attorney, Agent or Firm:
IWAHASHI, Fumio et al. (1006 Oaza Kadom, Kadoma-shi Osaka, JP)
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Claims:
圧電材料よりなる第1の媒質層と、
前記第1の媒質層上に設けられた第2の媒質層と、
前記第2の媒質層上に設けられた第3の媒質層と、
前記第2の媒質と前記第3の媒質層との間の界面に設けられ、前記第3の媒質層を駆動して横波を発生させる電極と、
を備え、
前記第3の媒質層における横波の伝播速度は前記第1の媒質層における横波の伝播速度より小さく、
前記第2の媒質層における横波の伝播速度が前記第1の媒質層における横波の伝播速度よりも小さい、
弾性境界波装置。
前記第1の媒質層はLiNbO 3 を主に含有する、請求項1に記載の弾性境界波装置。
前記第3の媒質層はSiO 2 を主に含有する、請求項2に記載の弾性境界波装置。
前記第2の媒質層の主成分は前記第1の媒質層の主成分と同じである、請求項1に記載の弾性境界波装置。
圧電材料よりなる第1の媒質層と、
前記第1の媒質層上に設けられた第2の媒質層と、
前記第2の媒質層上に設けられた第3の媒質層と、
前記第2の媒質と前記第3の媒質層との間の界面に設けられ、前記第3の媒質層を駆動して横波を発生させる電極と、
を備え、
前記第3の媒質層における横波の伝播速度は前記第1の媒質層における横波の伝播速度より大きく、
前記第2の媒質層における横波の伝播速度が前記第1の媒質層における横波の伝播速度よりも大きい、
弾性境界波装置。
前記第1の媒質層はLiNbO 3 を主に含有する、請求項5に記載の弾性境界波装置。
前記第3の媒質層が酸化アルミニウムと酸化ケイ素とを主に含有する混合酸化物よりなる、請求項6に記載の弾性境界波装置。
前記第2の媒質層の主成分は前記第1の媒質層の主成分と同じである、請求項5に記載の弾性境界波装置。
請求項1から8のいずれか1つに記載の弾性境界波装置と、
前記弾性境界波装置が結合する高周波回路と、
を備えた電子機器。
Description:
弾性境界波装置

 本発明は、携帯電話等に用いられる弾性 界波装置に関する。

 図4は特許文献1に記載されている従来の弾 境界波装置501の断面図である。LiNbO 3 からなる媒質層1と、第1の媒質層1上に積層さ れてSiO 2 からなる媒質層2と、媒質層1、2との界面501A 設けられてAuからなるインターディジタルト ランスデューサ(IDT)電極3とを備える。弾性境 界波装置501では、メインモードとしてSH型の 性境界波が媒質層1、2の界面501Aに沿って伝 する。

 弾性境界波の伝播に伴って媒質層1、2が変 する。弾性境界波装置501では、SiO 2 よりなる媒質層2の変位する範囲はLiNbO 3 よりなる媒質層1の変位する範囲より著しく くなる。このように、弾性境界波は界面501A 集中せずに、媒質層1のLiNbO 3 が有する優れた圧電特性を十分発揮させるこ とができず、電気機械結合係数を十分大きく できない。

国際公開第2004/095699号パンフレット

 弾性境界波装置は、圧電材料よりなる第1 の媒質層と、第1の媒質層上に設けられた第2 媒質層と、第2の媒質層上に設けられた第3 媒質層と、第2の媒質と第3の媒質層との間の 界面に設けられた電極とを備える。電極は第 3の媒質層を駆動して横波を発生させる。第3 媒質層における横波の伝播速度は第1の媒質 層における横波の伝播速度より小さい。第2 媒質層における横波の伝播速度が第1の媒質 における横波の伝播速度よりも小さい。

 この弾性境界波装置は、大きな電気機械 合係数が得られる。

図1は本発明の実施の形態における弾性 境界波装置の断面図である。 図2は実施の形態1における弾性境界波 置の特性を示す。 図3は実施の形態1における弾性境界波 置を用いた電子機器の概略図である。 図4は従来の弾性境界波装置の断面図で ある。

符号の説明

11  媒質層(第1の媒質層)
12  媒質層(第3の媒質層)
13  媒質層(第2の媒質層)
14  電極
51  高周波回路
1001  弾性境界波装置
1001A  界面
2001  電子機器

 図1は本発明の実施の形態における弾性境界 波装置1001の断面図である。弾性境界波装置10 01は、圧電材料よりなる媒質層11と、媒質層11 上に設けられた媒質層13と、媒質層13上に設 られた電極14と、媒質層13上でかつ電極14上 設けられた媒質層12とを備えている。媒質層 11はLiNbO 3 等の圧電材料よりなる。媒質層12はSiO 2 等の絶縁材料よりなる。電極14は、媒質層12 13間の界面1001Aに設けられている。媒質層11 上面11Aは媒質層13の下面13Bに当接している。 媒質層13の上面13Aは媒質層12の下面12Bと電極14 の下面14Bに当接する。電極14の上面14Aと媒質 13の上面13Aは媒質層12の下面12Bに当接する。 媒質層13は、媒質層11となる圧電材料の基材 表面にNb等の元素をドープして形成する。実 施の形態では、電極14はインターディジタル ランスデューサ(IDT)電極であり、媒質層11~13 を駆動して弾性波を発生させる。この弾性波 のメインモードは横波である。すなわち、電 極14は媒質層11~13を駆動して横波を発生させ この横波は媒質層11~13を伝播する。

 弾性境界波装置1001では、媒質層12でのこ 弾性波(横波)の伝播速度が媒質層11でのこの 弾性波(横波)の伝播速度より小さく、かつ媒 層13でのこの弾性波(横波)の伝播速度が媒質 層11でのこの弾性波(横波)の伝播速度より小 い。これにより、電極14の上面14Aの上方に設 けられた媒質層12における横波の伝播速度と 電極14の下面14Bの下方に設けられた媒質層11 、13における横波の伝播速度との差を小さく ることができる。これにより、弾性波のメ ンモードである横波による媒質層11~13の変 を媒質層12、13間の界面に集中させることが き、電気機械結合係数を大きくさせること できる。

 媒質層13は、媒質層11となる圧電材料の基材 の表面にNb等の元素をドープして形成される で、媒質層13の主成分は媒質層11の主成分と 同じLiNbO 3 である。これにより、媒質層11、13が同等の 電特性を有するので、より大きな電気機械 合係数が得られる。

 なお、媒質層13は媒質層11となる圧電材料 の基材の表面にNbをドープすることで形成す ことができるが、媒質層11となる圧電材料 基材の表面にW、Ti、Zn、Mo、Mn、Co、Ni、In、Sn 、希土類元素の中から選ばれる元素をドープ することで形成することができる。

 また、プロトン交換により媒質層11からLi 原子を離脱させて、Nbの割合を増加させるこ で媒質層13を形成してもよい。

 電極14は、Au、W、Ta、Cu、Al、Agなどを主に 含有する導電材料で形成することができる。 電極14がAuを主成分として含有することで、 きな密度と小さい電気抵抗を有することが き望ましい。また、耐電力性を必要とする ュプレクサ等の装置には、電極14はCuを主に 有することが望ましい。

 なお、媒質層12における横波の伝播速度 、媒質層11における横波の伝播速度よりも大 きい場合には、媒質層13における横波の伝播 度が媒質層11における横波の伝播速度より 大きくする。これにより、電極14の上面14Aの 上方に設けられた媒質層12における横波の伝 速度と、電極14の下面14Bの下方に設けられ 媒質層11、13における横波の伝播速度との差 小さくすることができる。すなわち、媒質 13における横波の伝播速度は、媒質層11にお ける横波の伝播速度と媒質層12における横波 伝播速度との間の速度である。これにより 弾性波のメインモードである横波による媒 層11~13の変位を媒質層12、13間の界面に集中 せることができ、電気機械結合係数を大き させることができる。

 この場合では、媒質層11はLiNbO 3 よりなり、媒質層12は酸化アルミニウムと酸 ケイ素を主に含有する混合酸化物よりなる これにより、媒質層12における横波の伝播 度を媒質層11における横波の伝播速度よりも 大きくすることができる。媒質層13は、媒質 11となる圧電材料の基材の表面にLiをドープ して形成する。これにより、媒質層13におけ 横波の伝播速度を媒質層11における横波の 播速度よりも大きくすることができる。

 媒質層13は、媒質層11となる圧電材料の基材 の表面に上記の元素をドープして形成される ので、媒質層13の主成分は媒質層11の主成分 同じLiNbO 3 である。これにより、媒質層11、13が同等の 電特性を有するので、より大きな電気機械 合係数が得られる。

 なお、媒質層11はLiNbO 3 に限るわけでなく、ドープする元素や離脱さ せる元素を適宜選ぶことによって、LiTaO 3 、Li 2 B 4 O 7 、水晶など他の圧電材料で形成することがで きる。

 図2は実施の形態における弾性境界波装置100 1の試料1~3の特性を示し、電気機械結合係数 媒質層13の厚みとの関係を示す。媒質層11、1 3はカット角15度の回転Y板のLiNbO 3 よりなる。媒質層11~13を伝播する弾性境界波 メインモードの横波は波長λを有する。媒 層12はSiO 2 よりなり、0.3λの膜厚を有する。電極14はCuよ りなり、0.05λの膜厚を有する。上記の材料と 方法で弾性境界波装置1001の試料1~3を作製し 。試料1~3について、媒質層11における横波の 伝播速度に対して媒質層13における横波の伝 速度の低下率を測定し、試料1、2、3の低下 はそれぞれ1.5%、1.0%、0.5%である。LiNbO 3 よりなる媒質層11となる基材の表面にMgを5mol% ドープして媒質層13を形成した場合、媒質層1 1における横波の伝播速度に対して媒質層13に おける横波の伝播速度をおよそ1%低下させる とができる。

 図2に示すように、試料1~3のいずれでも、 媒質層13の膜厚が0.2λ以上0.8λ以下であるとき に、弾性境界波装置1001の電気機械結合係数 大きくすることができ、特に、媒質層13の膜 厚が0.5λであるときに弾性境界波装置1001の電 気機械結合係数を最大にすることができる。

 LiTaO 3 を主に含有する媒質層11、13を備えた実施の 態における他の弾性境界波装置は、LiNbO 3 を主に含有する媒質層11、13を備えた弾性境 波装置1001とほぼ同じ特性を有する。この弾 境界波装置では、媒質層11の組成比Li 2 O:Ta 2 O 5 は48.5:51.5であり、媒質層13の組成比Li 2 O:Ta 2 O 5 は47.5:52.5である場合に、媒質層11における横 の伝播速度に対して媒質層13における横波 伝播速度をおよそ1%低下させることができる 。

 図3は、実施の形態における弾性境界波装 置1001を備えた電子機器2001の概略図である。 子機器2001は携帯電話であり、弾性境界波装 置1001と、弾性境界波装置1001に結合する高周 回路51とを備える。弾性境界波装置1001によ 電子機器2001の消費電流が抑えられ、受信感 度を向上させることができる。

 なお、実施の形態において、「上面」、 下面」、「上方」、「下方」等の方向を示 用語は、媒質層11~13や電極14の相対的な位置 関係に依存する相対的な方向を示しているに 過ぎず、上下方向等の絶対的な方向を示すも のではない。

 本発明の弾性境界波装置は電気機械結合 数を大きくすることができ、携帯電話等の 種機器に有用である。




 
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