JPH0314309A

JPH0314309A - 弾性表面波装置

Info

Publication number: JPH0314309A
Application number: JP1151046A
Authority: JP
Inventors: Eiji Iegi; 家木　英治; Atsushi Sakurai; 敦櫻井; Koji Kimura; 幸司木村
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1989-06-13
Filing date: 1989-06-13
Publication date: 1991-01-23
Anticipated expiration: 2014-08-23
Also published as: JP2936229B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、１０３゜回転Ｙカットから　１０７゜回転Ｙ
カット（ＬＳＴカットという。）の水晶基板の表面に電
極を設けた弾性表面波装置に関する．［背景技術〕近年、弾性表面波（以下、ＳＡＷと称する場合がある．
）を用いたフィルタや共振子、発振子等の弾性表面波装
置が広く用いられるようになっている。

これら弾性表面波装置は、一般に、圧電性を有する基板
の表面上にインターディジタル電極（すだれ状電極）や
金属ストリップのグレーティング電極等が形或されてい
る。この電極金属としては、一般に、アルミニウムが用
いられているが、その理由は、フォトリングラフィが容
易であることと、比重が小さくて電極負荷質量効果が少
なく、導電率が高いなどの特徴のためである．また、最
近、温度特性の良好な弾性表面波用基板として、約１０
５゜回転Ｙカット（ＬＳＴカット）水晶基板が注目され
ている．このＬＳＡＷカット水晶基板を用いた弾性表面
波装置は、基板表面を漏洩弾性表面波（ＬＳＡＷ）が伝
搬するものであり、従来のＳＴカット水晶基板を用いた
弾性表面波装置よりも良好な温度特性を有するという特
徴がある．［発明が解１決しようとする課題］しかしなから、このようなＳＡＷフィルターやＳＡＷ共
振子等に高電圧レベルの信号を印加すると、弾性表面波
によってアルミニウム電極が強い応力を受け、マイグレ
ーションを起こすことがわかった．これは応力によるマ
イグレーションであるので、ストレスマイグレーション
と言われている．これが発生すると、電気的短絡や挿入
損失の増加、共振子のＱの低下などが起こる．そして、
このストレスマイグレーションは高周波になる程発生し
易いので、弾性表面波装置の高周波化にあたり、大きな
問題となっていた．これに対する従来の対策としては、エレクトロマイグレ
ーションの場合と同様に、電極材料のアルミニウムに微
量のＣｕ，　Ｔｉ，　Ｎｉ，　Ｍｇ，　Ｐｄなどを添加
することにより、耐ストレスマイグレーション特性の改
善を図っているが、その特性改善はまだ不十分であった
．そこで、本発明の発明者らは、このストレスマイグレー
ションの原因をさらに追及した。その研究結果によれば
、電子ビーム蒸着やスパッタ等により形威されている従
来のアルミニウム電極は、結晶学的には一定方向に配向
しておらず、アモルファス的な多結晶膜であり、そのた
め粒界拡散によるストレスマイグレーションに対して弱
い性質を示すと考えられた．又、従来のＳＴカット水晶基板の場合には、アルミニウ
ム電極の膜厚を弾性表面波波長の２％程度にしても特に
問題を生じなかったのに対し、ＬＳＴカット水晶基板の
場合には、アルミニウム電極の膜厚を波長の１％以上に
すると、共振子のＱの急激な低下等が起こり、特性の悪
化することが知られている．一方、このような特性の悪
化を避けるため、ＬＳＴカット水晶基板上のアルミニウ
ム電極の膜厚を薄くした場合には、従来のようなランダ
ム配向したアルミニウム膜ではグレンサイズが大きいの
で、見掛け上の抵抗率が大きくなつてしまい、挿入損失
の増大や、Ｑの低下等を招いていた。特に、波長の短く
なる高周波領域において、このような欠点が顕著であっ
た．しかして、本発明は上記従来例の欠点と発明者らの到達
した知見に基づいてなされたものであり、その目的とす
るところは耐ストレスマイグレーション特性に優れ、か
つ薄い膜厚でも抵抗率の増大の少ないアルミニウム電極
を備え、ＬＳＴカット水晶基板による温度特性の良好な
弾性表面波装置を提供することにある．［課題を解決するための手段］このため、本発明の弾性表面波装置は、１０３゛凹転Ｙ
カットから１０７°回転Ｙカット水晶基板上を伝搬する
漏洩弾性表面波を用いた弾性表面波装置において、結晶
方位的に一定方向に配向したアルミニウム膜によってマ
イグレーション防止機能をもつ電極を形或したことを特
徴としている．また、前記アルミニウム膜には、Ｃｕ，
　Ｔｉ，　Ｎｉ，Ｍｇ，　Ｐｄ等の耐マイグレーション
特性に優れた添加物を微量添加するのが好適であり、そ
の添加量としては０．１ｗｔ％〜１０ｗｔ％が好ましい
．［作用］上述のように、従来のアルミニウム電極は、結晶方位的
に一定方向に配向していないア゛モルファス的な多結晶
膜であり、このためストレスマイグレーションに対して
弱かった．また、従来のアルミニウム電極は、グレン〈微細晶〉が
集合した多結晶膜であるため、アルミニウム電極の膜厚
を薄くしていくと島状構造となり、膜厚を薄くするにつ
れて電気抵抗率が増大してゆき、ついには電気的導通が
なくなっていた。

この結果、挿入損失の増大や共振子のＱの低下等を招い
ていた．これに対し本発明の弾性表面波装置にあっては、一定方
位に結晶軸配向したアルミニウム膜の電極を用いている
．このような結晶学的に一定方位に配向したアルミニウ
ムＴ４極は、グレンの集合ではなく、単結晶膜に近い性
質を示すと考えられ、粒界拡散によるストレスマイグレ
ーションに対して非常に強くなる．また、グレンの集合
ではないので、アルミニウム電極が比較的薄い膜厚の場
合にも電気的な導通を得ることができ、電気抵抗率を小
さく抑えることができる．したがって、本発明の弾性表面波装置によればストレス
マイグレーションの発生を抑制でき、ストレスマイグレ
ーションによる電気的短絡や挿入損失を低減でき、共振
子のＱを良好に維持することができる．特に、従来、ス
トレスマイグレーションは高周波になるほど顕著であっ
たので、本発明によれば弾性表面波装置の高周波特性を
良好にすることができる．さらに、高レベルの信号を印
加した場合にもストレスマイグレーションの発生を抑制
できるので、信号レベルの大きな回路でも使用可能とな
り、また製品寿命も長くなる．また、これまでは、アル
ミニウム電極の膜厚を厚くしても、薄くしても特性の劣
化を招くために、ＬＳＴ力ット水晶基板の良好な温度特
性を生かすことができなかったが、電極として結晶方位
的に一定方向に配向したアルミニウム膜を用いることに
より、膜厚を比較的薄くしても良好な電気的伝導性を持
つ電極を得ることができるようになったので、電極の膜
厚を薄くする方向で従来の問題を解消することができ、
ＬＳＴカット水晶基板を用いた弾性表面波装置の良好な
温度特性を生かすことが可能になる．特に、高周波領域
において、この意義は顕著であり、ＬＳＴカット水晶基
板を用いた弾性表面波装置の高周波化を図ることができ
る．［実施例］以下、本発明の実施例を添付図に基づいて詳述する．第１図に示すものは、２ボート弾性表面波共振子３であ
り、圧電基板１の表面に２つのインターディジタル電極
２ａを設け、この電ｆｉ２　ａの両側にグレーティング
電極２ｂ（反射器〉を設けてあり、インターディジタル
電極２ａからはリード端子４が引き出されている．この
２ボートＳＡＷ共振子３を一実施例とし、製造順序に従
って次に説明する．圧電基板１としては、鏡面研磨された１０５゜回転Ｙカ
ット水晶基板を用い、この圧電基板１の表面に、電子ビ
ーム蒸着でその蒸着速度及び基板温度を適当に制御して
アルミニウム膜を約４００人の膜厚く波長の約０．７％
）に形成した．例えば、蒸着速度及び基板温度は、従来
ｌＯ人／秒、＋１６０℃で蒸着していたのを、発明者ら
の実験した範囲では、４０人／秒、＋８０℃と高速、低
温で蒸着することによりＡＱエピタキシャル膜が得られ
た。このアルミニウム膜がエビタキシャル成長している
ことをＲＨＥＥＤ　（反射高速電子線回折）法により確
認した（第５図（ａ）にこのＲＨＥＥＤ写真を示す．第
５図（ｂ）は第５図（ａ）の写真の説明図であり、イが
電子ビーム、口の領域内に見えるものが反射光である．
）．エビタキシャル関係については現在検討中であるが
、ＲＨＥＥＤ法による実験の結果によれば、まちがいな
くエビタキシャル戒長している．これに対して従来の蒸
着条件のもとでは、アルミニウム膜のエビタキシャル成
長は見られず、ランダム配向くアモルファス）になって
いる（第６図（ａ）にこのＲＨＥＥＤ写真を示す．第６
図（ｂ）は第６図（ａ）の写真の説明図で、ハが電子ビ
ーム、二の領域内に見えるものが反射光である．）．このアノレミニウム膜をフォトリングラフィによって加
工し、圧電基板１の表面に２つのインターディジタル電
極２ａとグレーティング電極２ｂを形戒し、上記のよう
な２ボートＳＡＷ共振子３を作製した．このようにして実際に作製されたＳＡＷ共振子３におい
ては、弾性表面波の波長は約５．９　ａｍ　（電極指幅
約１．４７−）　、開口長は約１００波長、インターデ
ィジタル電極は各々５０対、金属ストリップによるグレ
ーティング電極は各々５００本である．この２ボートＳ
ＡＷ共振子の５０Ω系伝送特性は、第２図のようになっ
た。第２図に示されているように、ピーク周波数は約６
７４Ｍｌ−１ｚであり、挿入損失は約６ｄＢであった。

これは、従来のアモルファスアルミニウム電極によるＳ
ＴカットＳＡＷ共振子の場合とほとんど同様の特性であ
る。

ここで、耐電力特性（耐ストレスマイグレーション特性
）を評価するため、第３図のようなシステムを用いた。

これは、発振器５の出力にパワーアンプ６を接続して発
振器５の出力信号を電力増幅し、パワーアンブ６の出力
をＳＡＷ共振子３に印加させるようにしてある．一方、
ＳＡＷ共振子３の出力ｐ　（ｔ）はパワーメータ７に入
力されてレベル測定される．また、バワーメータ７の出
力はコンピュータ８を介して発振器５ヘフィードバック
されており、発振器５の周波数をコントロールして印加
信号の周波数が常に伝送特性のピーク周波数となるよう
にしている。また、ＳＡＷ共振子３は、恒温槽９に納め
られており、周囲温度を８５℃と高くして加速劣化させ
られた．しかして、パワーアンプ６の出力をＩＷ（５０
Ω系）とし、初期の出力レベルＰ（ｔ）＝ＰＯを測定し
ておき、ある時間ｔ経過後の出力Ｐ（Ｌ）が、ｐ　（ｔ
）≦Ｐ　ｏ　　１．０（ｄＢ）となった時をそのＳＡＷ
共振子３の寿命ｔｄとした．これは、一ａにｐ　（ｔ）
のカーブは、第４図のようになるので、１ｄＢの低下で
寿命ｔｄの推定を行えば適当と考えたためである．評価した各試料Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは、下記に示す４種の電
極金属を用いたものである．Ａ：ランダム配向の純ＡＱ電極Ｂ：（ランダム配向のＡＱ＋１ｗｔ％Ｃｕ）＠極Ｃ：エ
ビタキシャル純ＡＱ電極Ｄ：（エビタキシャルＡＱ＋１ｗｔ％Ｃｕ）電極また、
試料Ａ，Ｂは、通常のＳＴカット水晶基板を用いたＳＡ
Ｗ共振子で、ＡＱ膜厚は約１０００人である．Ｂは耐ス
トレスマイグレーション対策として電極金属にＣｕを添
加されている。Ｃ，Ｄは上記のように１０５゜回転Ｙ力
ットのＬＳＴカット水晶基板を用いた本発明に係るＬＳ
ＡＷ共振子であり、Ｄも電極金属にＣｕを添加されてい
る．実験の結果、各試料の寿命ｔ．ａは、それぞれＡ：
５分以下Ｂ：約１５０分Ｃ：８００分以上Ｄ：７，０００分以上　（２．５Ｗの場合）となった．試料Ａ，Ｂを比較すると、Ｃｕの添加により３０倍以上
の長寿命化が達或されているが、アルミニウム膜をエビ
タキシャル化することで、さらにその５．３倍以上の効
果が出ている。すなわち、純アルミニウムの電極を用い
た試料Ａ，Ｃ同士の比較では、実に１６０倍以上の長寿
命となっている。

次に、耐マイグレーション特性の改善に効果のあるＣｕ
を−１ｗｔ％添加したＡＱエビタキシャル膜で電極を形
或された試料Ｄの場合には、パワーアンプから２．５Ｗ
の出力を印加して寿命測定を行ったところ、７，０００
分以上の寿命が得られた．ここで、２．５Ｗの出力を印
加したのは、１Ｗでは寿命が長過ぎ、実験を行う上で不
適当であったためである。よって、Ｃｕを添加した場合
には、純ＡＱエピタキシャル膜よりも更に大電力におい
て長寿命となっている．一般に、電力による加速係数は
３〜４乗であると言われているので、２，５Ｗの場合の
加速係数はＩＷの場合のｌ５〜３９（ξ２．５３〜２．
５’）倍となり、２．５Ｗの出力に対する　７，０００
分以上の寿命はＩＷに換算すると１０５，０００〜２７
３　．　０００分以上の寿命に相当する．このように、ＡＱエビタキシャル膜にＣｕを添加した場
合には、純ＡＱエビタキシャル膜の場合と比較して１３
０〜３４０倍の長寿命を達成しているが、Ｔｉ，　Ｎｉ
，　Ｍｇ，　Ｐｄ等のマイグレーション対策用と言われ
ているＣｕ以外の添加物を用いた場合も同様に長寿命化
の効果がある．上記各添加物の添加量は、少な過ぎると
効果がないので、通常０．１ｗｔ％以上必要であり、ま
た多過ぎるとアルミニウム膜の抵抗率が増大するので、
通常１０ｗｔ％以下が望ましい．したがって、Ｃｕ，　
Ｔｉ，　Ｎｉ，　Ｍｇ，　Ｐｄ等の添加物の添加量とし
ては、０．１ｗｔ％〜１０ｗｔ％の範囲が好適である．また、本発明の実施例との比較のため、ＬＳＴカット水
晶基板の表面に従来のようなランダム配向したアルミニ
ウム電極（膜厚４００人）を形成してＬＳＡＷ共振子を
作製したところ、挿入損失が大きくて、２ボートＳＡＷ
共振子の特性がまったく得られなかった．そこで、ＡＱ
エピタキシャル膜及びＡＱランダム配向膜について、ア
ルミニウム膜の膜厚と電気抵抗率との関係を調べたら、
第７図のような結果が得られた．第７図において、横軸
はアルミニウム膜の膜厚（人）、縦軸は比抵抗率（Ω・
ｃｍ）であり、実線イはＡＱエビタキシャル膜を示し、
破線口はＡＱランダム配向膜を示している．第７図のグ
ラフに示されているように、ＡＱエビタキシャル展では
４００人の膜厚でも低抵抗率にとどまっているのに対し
、従来のＡＱランダム配向膜の場合には農厚４００人で
は抵抗率が非常に大きくなっており、そのためＳＡＷ共
振子の特性が劣化していることが分かった．この理由は
、従来のＡＱランダム配向膜がグレンの集合からなって
いるので、薄い膜厚では島状構造となり、電気的導通が
なくなるためである、と考えられる．なお、アルミニウ
ム配向膜の下地として、その配向を妨げない程度の極く
薄いＴｉ膜やＣｒ膜などを設けてもよい．また、上記実施例では、２ボートＳＡＷ共振子で説明し
たが、他に１ボートＳＡＷ共振子、ＳＡＷフィルタ等に
も適用できるのは当然である。また、反射器のないもの
でも差し支えない．［発明の効果］上述のように、本発明によれば、アルミニウム電極の耐
ストレスマイグレーション特性を向上させることができ
る．特に、高レベルの信号を印加した場合にも、ストレ
スマイグレーションが発生するのを抑制することができ
る．こうして耐ストレスマイグレーション特性が向上するこ
とにより、電気的短絡や挿入損失の劣化を低減でき、ま
た共振子のＱを良好に維持できる．さらに、高周波特性
も良好にできる．また、信号レベルの大きい回路（例え
ば送信段）で使用できるようになる．さらに、一定信号
のレベルにおける寿命も長くなり、高信頼性が得られる
．また、薄い膜厚の場合も低抵抗率のアルミニウム電極
を得ることができ、良好な特性を得るためには薄いアル
ミニウム電極を用いざるを得ないＬＳＴカット水晶基板
を用いた漏洩弾性表面波素子の高周波化を可能にするこ
とができる．

【図面の簡単な説明】

第１図は２ボート弾性表面波共振子の概略平面図、第２
図は同上の５０Ω系伝送特性、第３図（ｉ耐ストレスマ
イグレーション評価システムの概略図、第４図は耐スト
レスマイグレーション特性番こよる寿命判定を示すカー
ブ、第５図（ａ）（ｂ）ｔよ本発明の回転Ｙカット水晶
基板の上のＡＱエビタキシャル膜のＸ線写真及びその説
明図、第６図（ａ）（ｂ）Ｇよ通常のアルミニウム電極
のＸ線写真及びその説明図、第７図はアルミニウム電極
の膜厚とその比抵抗率の関係を示すグラフである．１・・・圧電基板２ａ・・・インターデイジタル電極２ｂ・・・グレーテイング電極第３図８第４図一Ａ単稈づ

Claims

【特許請求の範囲】

（１）　１０３°回転Ｙカットから１０７°回転Ｙカッ
ト水晶基板上を伝搬する漏洩弾性表面波を用いた弾性表
面波装置において、結晶方位的に一定方向に配向したア
ルミニウム膜によってマイグレーション防止機能をもつ
電極を形成したことを特徴とする弾性表面波装置。
（２）　前記アルミニウム膜にＣｕ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｍｇ
、Ｐｄ等の耐マイグレーション特性に優れた添加物を微
量添加したことを特徴とする請求項１に記載の弾性表面
波装置。
（３）　前記添加物の添加量が０．１ｗｔ％〜１０ｗｔ
％であることを特徴とする請求項２に記載の弾性表面波
装置。