本發(fā)明的特定方面涉及聲波器件。

背景技術(shù)：

在聲波器件中，激勵(lì)聲波的叉指換能器(idt)形成在壓電基板上。壓電基板例如是鉭酸鋰(litao3)基板或者鈮酸鋰(linbo3)基板。當(dāng)鉭酸鋰和鈮酸鋰中的li組成是化學(xué)計(jì)量的時(shí)，將其稱(chēng)為化學(xué)計(jì)量組成(stoichiometrycomposition)。當(dāng)li組成略小于化學(xué)計(jì)量組成時(shí)，將其稱(chēng)為同成分組成(congruentcomposition)。大多數(shù)鉭酸鋰基板和鈮酸鋰基板具有同成分組成。

日本專(zhuān)利申請(qǐng)2013-66032號(hào)公報(bào)(專(zhuān)利文獻(xiàn)1)描述了將鋰擴(kuò)散至具有同成分組成的基板的表面以在基板表面上形成具有化學(xué)計(jì)量組成的區(qū)域。日本專(zhuān)利申請(qǐng)2011-135245和2002-305426號(hào)公報(bào)(專(zhuān)利文獻(xiàn)2和3)描述了將具有化學(xué)計(jì)量組成的壓電基板用于聲波器件。國(guó)際公開(kāi)第2013/031651號(hào)(專(zhuān)利文獻(xiàn)4)描述了將介電膜設(shè)置在壓電膜下方。

為了降低聲波器件的損失，需要降低由idt激勵(lì)的聲波的泄漏。然而，在壓電基板中不存在已知的用于降低聲波器件的損失的優(yōu)選結(jié)構(gòu)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種聲波器件，所述聲波器件包括：壓電基板，所述壓電基板由單晶壓電材料制成，并且包括第一區(qū)域和第二區(qū)域，所述第一區(qū)域包括上表面，所述第二區(qū)域位于所述第一區(qū)域下方并且具有小于所述第一區(qū)域的密度的密度；以及idt，所述idt位于所述壓電基板的所述上表面上。

附圖說(shuō)明

圖1a是根據(jù)第一實(shí)施方式的聲波諧振器的平面圖，并且圖1b是沿著圖1a中的線(xiàn)a-a截取的截面圖；

圖2是壓電基板的截面圖，例示了在壓電基板中的漏波和體波的圖像；

圖3是第一實(shí)施方式中的聲速-壓電基板中深度的圖表；

圖4a至圖4d是例示了制造第一實(shí)施方式的聲波諧振器的方法的截面圖；

圖5是根據(jù)第二實(shí)施方式的聲波諧振器的截面圖；

圖6是第二實(shí)施方式中的聲速-壓電基板和支撐基板中深度的圖表；

圖7a至圖7c是例示了根據(jù)第二實(shí)施方式的制造聲波諧振器的方法的截面圖；以及

圖8a是根據(jù)第三實(shí)施方式的梯型濾波器的電路圖，并且圖8b是根據(jù)該第三實(shí)施方式的變型的復(fù)用器的框圖。

具體實(shí)施方式

將參照附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行描述。

第一實(shí)施方式

聲波諧振器將描述為聲波器件。圖1a是根據(jù)第一實(shí)施方式的聲波諧振器的平面圖，并且圖1b是沿著圖1a中的線(xiàn)a-a截取的截面圖。如圖1a和圖1b中例示的，idt21和反射器22形成在壓電基板10上。idt21和反射器22由形成在壓電基板10上的金屬膜12形成。idt21包括彼此面對(duì)的一對(duì)梳狀電極20。梳狀電極20包括多個(gè)電極指14和電極指14連接至的匯流條18。這對(duì)梳狀電極20布置為彼此面對(duì)，使得梳狀電極20中的一個(gè)梳狀電極的電極指14和另一個(gè)梳狀電極的電極指14基本上按照交替的順序進(jìn)行布置。由idt21激勵(lì)的聲波主要在電極指14的排列方向上傳播。電極指14的節(jié)距大致等于聲波的波長(zhǎng)λ。壓電基板10是鉭酸鋰基板或者鈮酸鋰基板。金屬膜12例如是鋁膜、銅膜、鈦膜、或者鉻膜，或者由它們中的至少兩種構(gòu)成的復(fù)合膜。金屬膜12例如具有100nm到400nm的膜厚度。

如圖1b中例示的，壓電基板10包括第一區(qū)域10a、第二區(qū)域10b、和第三區(qū)域10c。第一區(qū)域10a包括壓電基板10的上表面。idt21和反射器22位于壓電基板10的上表面上。第二區(qū)域10b位于第一區(qū)域10a下方。第三區(qū)域10c位于第一區(qū)域10a與第二區(qū)域10b之間。第一區(qū)域10a是具有同成分組成的區(qū)域。第二區(qū)域10b具有化學(xué)計(jì)量組成。第三區(qū)域10c是從同成分組成到化學(xué)計(jì)量組成的過(guò)渡區(qū)域。在化學(xué)計(jì)量組成中，鋰與鋰和鉭(或者鈮)的組成比(在下文中，描述為鋰組成比)為49.5％或者更大且50.5％或者更小。在同成分組成中，鋰組成比為49.5％或者更小。鋰組成比例如為48％或者更大。在第一區(qū)域10a和第二區(qū)域10b中的每一個(gè)中，鋰組成比基本上是恒定的。在第三區(qū)域10c中，鋰組成比逐漸變化。可以不必設(shè)置第三區(qū)域10c。

例如，在使用漏波的聲波器件中，由idt21激勵(lì)的聲波主要是漏波。除了表面聲波之外，idt21發(fā)射體波。因?yàn)轶w波不會(huì)促成諧振，所以隨著體波的能量增加，諧振器的損失增加。

圖2是壓電基板的截面圖，例示了在壓電基板中的漏波和體波的圖像。在圖2中，x1方向是漏波在壓電基板10的表面上的傳播方向，x2方向是在壓電基板10的表面上的與x1方向垂直的方向，并且x3方向是壓電基板10的深度方向。漏波的主位移分量是sh波。因此，漏波主要在x2方向上位移。另一方面，在將體波發(fā)射到壓電基板10中的同時(shí)，漏波進(jìn)行傳播。體波的發(fā)射造成聲波器件的損失。

圖3是第一實(shí)施方式中的聲速-壓電基板中深度的圖表。在下面的描述中，將重點(diǎn)放在體波的聲速上，但是體波的聲速與鋰組成比之間的關(guān)系基本上和表面聲波的聲速與鋰組成比之間的關(guān)系相同。因此，將僅對(duì)聲速進(jìn)行描述。在化學(xué)計(jì)量組成中的聲速大于在同成分組成中的聲速。因此，如圖3中例示的，在第一區(qū)域10a中的聲速小于在第二區(qū)域10b中的聲速。在第三區(qū)域10c中，聲速逐漸變化。聲波的能量集中在聲速低的區(qū)域中。例如，當(dāng)使用漏波時(shí)，第一區(qū)域10a與第二區(qū)域10b之間的邊界被構(gòu)造為基本上位于圖2中的漏波與體波之間。這種結(jié)構(gòu)抑制了體波的發(fā)射，因?yàn)樵谏顓^(qū)域中，體波的速度快。因此，能量集中在第一區(qū)域10a中。因此，可以改善聲波諧振器的插入損失。

通過(guò)線(xiàn)性聚焦束聲學(xué)顯微鏡在42°旋轉(zhuǎn)y切割x傳播鉭酸鋰基板中測(cè)得的瑞利波的聲速在同成分組成中大約為3125米/秒，而在化學(xué)計(jì)量組成中大約為3170米/秒。表面聲波的聲速與(彈性模量/密度)的平方根成比例。彈性模量與楊氏模量和泊松比有關(guān)。在化學(xué)計(jì)量組成與同成分組成之間，楊氏模量和泊松比大致相同。相比之下，同成分組成的密度大于化學(xué)計(jì)量組成的密度。例如，在鉭酸鋰基板中，同成分組成的密度為7454kg/m³，而化學(xué)計(jì)量組成的密度為7420kg/m³到7440kg/m³。結(jié)果，在化學(xué)計(jì)量組成中的聲速大于在同成分組成中的聲速。

在專(zhuān)利文獻(xiàn)4中，位于鈮酸鋰基板下方的是介電膜，諸如，氧化硅膜或者氮化硅膜。氧化硅膜或者氮化硅膜具有大于鈮酸鋰的聲速的聲速。然而，在這種結(jié)構(gòu)中，體波被鈮酸鋰基板與介電膜之間的邊界面反射。因此，出現(xiàn)了由于體波而造成的亂真(spurious)。另一方面，第一實(shí)施方式通過(guò)使密度在單晶壓電材料中不同來(lái)提供第一區(qū)域10a和第二區(qū)域10b，在該第一區(qū)域10a中，聲速高，在該第二區(qū)域10b中，聲速低。這種結(jié)構(gòu)可以在不使體波被反射的情況下將聲波限制在第二區(qū)域10b中。

在第一實(shí)施方式中，壓電基板10由單晶壓電材料制成，并且包括第一區(qū)域10a和第二區(qū)域10b，該第一區(qū)域10a包括上表面，該第二區(qū)域10b位于第一區(qū)域10a下方并且具有小于第一區(qū)域10a的密度的密度。idt21位于壓電基板10的上表面上。這種結(jié)構(gòu)使體波的能量集中在第一區(qū)域10a中，從而改善聲波器件的插入損失?？梢酝ㄟ^(guò)x-射線(xiàn)衍射法從鋰組成比估計(jì)第一區(qū)域10a和10b的密度。

另外，在第二區(qū)域10b中的聲波的速度大于在第一區(qū)域10a中的聲波的速度。這種結(jié)構(gòu)允許將體波的能量集中在第一區(qū)域10a中。

此外，當(dāng)壓電基板10是鉭酸鋰基板或者鈮酸鋰基板時(shí)，第一區(qū)域10a具有同成分組成，并且第二區(qū)域10b具有化學(xué)計(jì)量組成。這種結(jié)構(gòu)可以使在第二區(qū)域10b中的聲波的速度大于在第一區(qū)域10a中的聲波的速度。

位于第一區(qū)域10a與第二區(qū)域10b之間的是第三區(qū)域10c，第三區(qū)域10c的密度從第一區(qū)域10a到第二區(qū)域10b變化。這種結(jié)構(gòu)可以抑制由于密度的急速變化而造成的體波的反射。

第一區(qū)域10a的厚度優(yōu)選地等于或者大于idt21中的電極指14的節(jié)距λ。表面聲波能量集中在從壓電基板10的上表面到大約為λ的深度的區(qū)域中。因此，當(dāng)?shù)谝粎^(qū)域10a的厚度小于λ時(shí)，表面聲波衰減。因此，第一區(qū)域10a的厚度優(yōu)選地等于或者大于idt21中的電極指14的節(jié)距λ。第一區(qū)域10a的厚度優(yōu)選地為2λ或者更大，更優(yōu)選地為5λ或者更大。為了將體波的能量集中在第一區(qū)域10a中，第一區(qū)域10a的厚度優(yōu)選地為20λ或者更小，更優(yōu)選地為10λ或者更小。

為了將體波的能量集中在第一區(qū)域10a中，第二區(qū)域10b的厚度優(yōu)選地為10λ或者更大，更優(yōu)選地為20λ或者更大。為了抑制體波的反射，第三區(qū)域10c的厚度優(yōu)選地為1λ或者更大，更優(yōu)選地為2λ或者更大。為了將體波的能量集中在第一區(qū)域10a中，第三區(qū)域10c的厚度優(yōu)選地為5λ或者更小，更優(yōu)選地為10λ或者更小。

已經(jīng)描述了在第一區(qū)域10a和第二區(qū)域10b中的每一個(gè)中鋰組成(即，密度)大致恒定的示例性情況，但是在第一區(qū)域10a和第二區(qū)域10b的每一個(gè)中，鋰組成(密度)可以在厚度方向上傾斜。例如，僅要求第一區(qū)域10a的平均密度大于第二區(qū)域10b的平均密度。

接著將對(duì)第一實(shí)施方式的制造方法進(jìn)行描述。圖4a至圖4d是例示了根據(jù)第一實(shí)施方式的制造聲波諧振器的方法的截面圖。如圖4a中例示的，制備具有同成分組成的壓電基板10d。制備鉭酸鋰基板或者鈮酸鋰基板作為壓電基板10d。

如圖4b中例示的，通過(guò)將鋰擴(kuò)散至壓電基板10d的上表面和下表面來(lái)形成具有化學(xué)計(jì)量組成的第二區(qū)域10b。作為將鋰擴(kuò)散的方法，例如利用在專(zhuān)利文獻(xiàn)1中公開(kāi)的方法。在第二區(qū)域10b之間的區(qū)域變成具有同成分組成的第一區(qū)域10a。在第一區(qū)域10a與第二區(qū)域10b之間形成的是第三區(qū)域10c，該第三區(qū)域10c的鋰組成逐漸變化。上述處理形成壓電基板10e?？梢酝ㄟ^(guò)將鋰僅擴(kuò)散至壓電基板10d的下表面和上表面中的下表面，來(lái)將第一區(qū)域10a僅形成在上表面和下表面中的下表面上。

如圖4c中例示的，對(duì)壓電基板10的上表面進(jìn)行拋光以露出第一區(qū)域10a。該處理形成包括第一區(qū)域10a、第二區(qū)域10b和第三區(qū)域10c的壓電基板10。如圖4d中例示的，在壓電基板10的上表面上形成金屬膜12。idt21和反射器22由金屬膜12形成。通過(guò)例如蒸發(fā)和剝離來(lái)形成金屬膜12?？梢酝ㄟ^(guò)濺射和蝕刻來(lái)形成金屬層12。然后，執(zhí)行通過(guò)切割等分離成各個(gè)芯片。

第二實(shí)施方式

圖5是根據(jù)第二實(shí)施方式的聲波諧振器的截面圖。如圖5中例示的，支撐基板11的上表面和壓電基板10的下表面接合在一起。壓電基板10和支撐基板11的接合表面是平面并且是平坦的。支撐基板11例如是絕緣基板(諸如，藍(lán)寶石基板、氧化鋁基板、或者尖晶石基板)或者半導(dǎo)體基板(諸如，硅基板)。

圖6是第二實(shí)施方式中的聲速-壓電基板和支撐基板中深度的圖表。如圖6中例示的，支撐基板11的聲速大于在第二區(qū)域10b中的聲速。因此，相比于第一實(shí)施方式，在第一區(qū)域10a中體波的能量集中得更多。因此，可以進(jìn)一步改善聲波器件的插入損失。

如上所述，在第二實(shí)施方式中，支撐基板11接合在第二區(qū)域10b下方并且具有大于在第二區(qū)域10b中的聲速的聲速。這種結(jié)構(gòu)可以進(jìn)一步改善聲波器件的插入損失。另外，通過(guò)使支撐基板11的線(xiàn)性熱膨脹系數(shù)小于壓電基板10的線(xiàn)性熱膨脹系數(shù)，可以降低聲波器件的頻率溫度依賴(lài)性。

圖7a至圖7c是例示了根據(jù)第二實(shí)施方式的制造聲波諧振器的方法的截面圖。如圖7a中例示的，將第一實(shí)施方式的圖4b中的壓電基板10e接合到支撐基板11上。

將對(duì)壓電基板10e和支撐基板11的接合示例進(jìn)行描述。用惰性氣體的離子束、中性束、或者等離子體照射支撐基板11的上表面和壓電基板10e的下表面。該處理在支撐基板11的上表面和壓電基板10e的下表面上形成厚度為幾納米的非晶層。在非晶層的表面上形成懸空鍵。懸空鍵的存在使支撐基板11的上表面和壓電基板10e的下表面處于活性狀態(tài)。在支撐基板11的上表面上的懸空鍵結(jié)合至在壓電基板10e的下表面上的懸空鍵。因此，支撐基板11和壓電基板10e在常溫下接合在一起。非晶層一體形成在接合的支撐基板11與接合的壓電基板10e之間。非晶層具有例如1nm到8nm的厚度。

如圖7b中例示的，對(duì)壓電基板10e的上表面進(jìn)行拋光，使得露出第一區(qū)域10a。如圖7c中例示的，如在圖4d中一樣，形成由金屬膜12形成的idt21和反射器22。然后，可以對(duì)支撐基板11的下表面進(jìn)行拋光。此后，執(zhí)行通過(guò)切割等分離成各個(gè)芯片。

第三實(shí)施方式

第三實(shí)施方式針對(duì)濾波器或者雙工器使用第一實(shí)施方式和第二實(shí)施方式中的任何一個(gè)實(shí)施方式的聲波諧振器。圖8a是根據(jù)第三實(shí)施方式的梯型濾波器的電路圖。如圖8a中例示的，串聯(lián)諧振器s1至s4串聯(lián)連接在輸入端子in與輸出端子out之間。并聯(lián)諧振器p1至p3并聯(lián)連接在輸入端子in與輸出端子out之間。串聯(lián)諧振器s1至s4和并聯(lián)諧振器p1至p3中的至少一個(gè)可以是第一實(shí)施方式或者第二實(shí)施方式的聲波諧振器?？梢赃m當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)串聯(lián)諧振器和并聯(lián)諧振器的數(shù)量和連接。第一實(shí)施方式或第二實(shí)施方式的聲波諧振器可以用于多模濾波器。

圖8b是根據(jù)第三實(shí)施方式的變型的復(fù)用器的框圖。如圖8b中例示的，發(fā)送濾波器80連接在公共端子ant與發(fā)送端子tx之間。接收濾波器82連接在公共端子ant與接收端子rx之間。在從發(fā)送端子tx輸入的信號(hào)中，發(fā)送濾波器80將發(fā)送帶中的信號(hào)發(fā)送至公共端子ant，并且抑制其它帶中的信號(hào)。在從公共端子ant輸入的信號(hào)中，接收濾波器82允許接收帶中的信號(hào)通過(guò)，并且抑制其它帶中的信號(hào)。發(fā)送濾波器80或者接收濾波器82中的至少一個(gè)可以是第三實(shí)施方式的濾波器。已經(jīng)將雙工器描述為復(fù)用器，但是三工器或者四工器中的至少一個(gè)濾波器可以是第三實(shí)施方式的濾波器。

盡管已經(jīng)對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行了詳細(xì)描述，但是要理解，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以進(jìn)行各種改變、替換和更改。