JP2006109128A - Piezoelectric thin film element - Google Patents

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新 土井
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泰昭 石田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce a loss in a high acoustic impedance layer of an SMR type piezoelectric thin film element. <P>SOLUTION: The piezoelectric thin film element is provided with an acoustic multilayer film 105 formed by alternately laminating an Al<SB>2</SB>O<SB>3</SB>layer (high acoustic impedance layer) 102 and a SiO<SB>2</SB>layer (low acoustic impedance layer) 103 on a substrate 101 comprising single crystal silicon or the like and the uppermost layer of which is a SiO<SB>2</SB>layer 104. The acoustic multilayer film 105 may be laminated by, e.g. 8 layers or more. A piezoelectric thin film 107 comprising, e.g. ZnO clamped between electrode films 106, and 108 is formed on the acoustic multilayer film 105. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、基板の上に音響多層膜を介して設けられた圧電薄膜を備えた圧電薄膜素子に関する。   The present invention relates to a piezoelectric thin film element including a piezoelectric thin film provided on a substrate via an acoustic multilayer film.

例えば、コンピュータや通信機器などの電子機器は、振動子より得られる規則的な信号(高周波信号)に基づいて処理が行われている。また、これらの電子機器においては、振動子の厚み振動を利用した周波数フィルターにも用いられている。このように電子機器に利用されている振動子(圧電振動子)には、従来より水晶などの圧電材料からなる圧電板が用いられており、基本共振周波数を高くするためには、圧電板を薄くすればよい。例えば、水晶AT板では、板厚を25μm程度とすることで、67MHz程度の共振周波数が得られている。   For example, electronic devices such as computers and communication devices are processed based on regular signals (high-frequency signals) obtained from vibrators. Moreover, in these electronic devices, it is used also for the frequency filter using the thickness vibration of the vibrator. As described above, a piezoelectric plate made of a piezoelectric material such as quartz has been used for a vibrator (piezoelectric vibrator) used in an electronic device. In order to increase the fundamental resonance frequency, a piezoelectric plate is used. You can make it thinner. For example, in a quartz AT plate, a resonance frequency of about 67 MHz is obtained by setting the plate thickness to about 25 μm.

しかしながら、これ以上のより高い基本共振周波数を得るためには、板厚をより薄くすることになるが、板厚が薄いほど機械加工が困難となり、また、実用的な機械強度が得られない。
これに対し、基板の上に音響多層膜を介してλ/2の厚さを有する圧電薄膜を設けた、SMR(Solidly Mounted Resonator)型の圧電薄膜振動子が開発されている(非特許文献1)。
However, in order to obtain a higher fundamental resonance frequency than this, the plate thickness is made thinner. However, the thinner the plate thickness, the more difficult the machining is and the practical mechanical strength cannot be obtained.
On the other hand, a SMR (Solidly Mounted Resonator) type piezoelectric thin film vibrator in which a piezoelectric thin film having a thickness of λ / 2 is provided on a substrate via an acoustic multilayer film has been developed (Non-patent Document 1). ).

近年、通信システムの超高周波帯への移行が進められているなかで、上記圧電薄膜振動子は、超高周波帯で安定に動作させることが可能な超高周波用弾性波素子として注目されている。
SMR型の圧電薄膜振動子は、基板の上に音響インピーダンスの異なる2種類の薄膜(λ/4)を交互に積層した音響多層膜の上に、λ/2の厚さの圧電薄膜を形成したものである。
In recent years, the transition of the communication system to the super-high frequency band has been promoted, and the piezoelectric thin film vibrator has attracted attention as an ultra-high frequency acoustic wave element that can be stably operated in the super-high frequency band.
In the SMR type piezoelectric thin film vibrator, a piezoelectric thin film having a thickness of λ / 2 is formed on an acoustic multilayer film in which two kinds of thin films (λ / 4) having different acoustic impedances are alternately laminated on a substrate. Is.

この構成によれば、圧電薄膜は、音響多層膜により基板から音響的に切り離され、Q値の高い共振を得ることが可能になる。また、圧電薄膜の下面全域が音響多層膜により固定されているので、安定した動作が可能となる。
また、SMR型の圧電薄膜振動子に、SiO2の薄膜を付加して温度特性を改善する技術が提案されている(非特許文献2)。
また、新たな膜を付加することなく、温度特性を改善する技術も提案されている。
According to this configuration, the piezoelectric thin film is acoustically separated from the substrate by the acoustic multilayer film, and resonance with a high Q value can be obtained. In addition, since the entire lower surface of the piezoelectric thin film is fixed by the acoustic multilayer film, stable operation is possible.
A technique for improving temperature characteristics by adding a SiO 2 thin film to an SMR type piezoelectric thin film vibrator has been proposed (Non-patent Document 2).
A technique for improving temperature characteristics without adding a new film has also been proposed.

なお、出願人は、本明細書に記載した先行技術文献情報で特定される先行技術文献以外には、本発明に関連する先行技術文献を出願時までに発見するには至らなかった。
K.M.Lakin,et al. "Development of Miniature Filters for Wireless Applications",IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques,Vol.43,No.12,p2933,December 1995. K.M.Lakin,et al."Temperature Compensated Bulk Acoustic Thin Film Resonator",IEEE Ultrasonics Symposium paper 3H-2,October 24,2000.
The applicant has not yet found prior art documents related to the present invention by the time of filing other than the prior art documents specified by the prior art document information described in this specification.
KMLakin, et al. "Development of Miniature Filters for Wireless Applications", IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, Vol. 43, No. 12, p2933, December 1995. KMLakin, et al. "Temperature Compensated Bulk Acoustic Thin Film Resonator", IEEE Ultrasonics Symposium paper 3H-2, October 24, 2000.

ところで、SMR型の圧電薄膜振動子としては、SiO2からなる低音響インピーダンス層とZnOからなる高音響インピーダンス層とを積層して音響多層膜とし、これらの上にZnOからなる圧電薄膜を用いる物が一般的となっている。これらは、気相における結晶成長の技術を用いて形成されるが、ZnOは、圧電材料としての特性がよく、また、高音響インピーダンス層としても用いやすい。このため、上述した材料の構成としたSMR型の圧電薄膜振動子は、多種の材料を用いる必要がなく製造が容易となるなど利点が多い。 By the way, as an SMR type piezoelectric thin film vibrator, a low acoustic impedance layer made of SiO 2 and a high acoustic impedance layer made of ZnO are laminated to form an acoustic multilayer film, and a piezoelectric thin film made of ZnO is used thereon. Has become commonplace. These are formed using a technique of crystal growth in a gas phase, but ZnO has good characteristics as a piezoelectric material and is easy to use as a high acoustic impedance layer. For this reason, the SMR-type piezoelectric thin film vibrator having the above-described material structure has many advantages such that it is not necessary to use various materials and the manufacture is easy.

しかしながら、ZnOなど圧電薄膜と同じ材料を高音響インピーダンス層に用いる場合、音響振動が加わると圧電効果のために電荷を発生してしまい、損失となる。
本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、SMR型の圧電薄膜振動子の高音響インピーダンス層における損失が低減できるようにすることを目的とする。
However, when the same material as the piezoelectric thin film such as ZnO is used for the high acoustic impedance layer, when acoustic vibration is applied, electric charges are generated due to the piezoelectric effect, resulting in a loss.
The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object thereof is to reduce the loss in the high acoustic impedance layer of the SMR type piezoelectric thin film vibrator.

本発明に係る圧電薄膜素子は、基板の上に配置され、高音響インピーダンス層,これより音響インピーダンスの低い低音響インピーダンス層の順に積層されて最上層が低音響インピーダンス層とされた音響多層膜と、この音響多層膜の上に形成された第1電極膜と、この第1電極膜の上に形成された圧電薄膜と、この圧電薄膜の上に形成された第2電極膜とを少なくとも備え、高音響インピーダンス層は、圧電性のない材料から構成されているようにしたものである。
この圧電薄膜素子では、音響多層膜を構成する高音響インピーダンス層において、伝搬して加わる音響振動により電荷を発生させることがない。
The piezoelectric thin film element according to the present invention is disposed on a substrate, laminated in the order of a high acoustic impedance layer and a low acoustic impedance layer having a lower acoustic impedance, and an acoustic multilayer film in which the uppermost layer is a low acoustic impedance layer. A first electrode film formed on the acoustic multilayer film, a piezoelectric thin film formed on the first electrode film, and a second electrode film formed on the piezoelectric thin film, The high acoustic impedance layer is made of a material having no piezoelectricity.
In this piezoelectric thin film element, in the high acoustic impedance layer constituting the acoustic multilayer film, electric charges are not generated by the acoustic vibration that propagates and is applied.

上記圧電薄膜素子において、高音響インピーダンス層は、例えば、Al23などの誘電体の結晶から構成されていればよい。また、高音響インピーダンス層は、ZnOの非晶質など圧電材料の非晶質から構成されていてもよい。
また、上記圧電薄膜素子において、低音響インピーダンス層の遅延時間温度係数は、圧電薄膜の遅延時間温度係数とは逆の符号であり、最上層の低音響インピーダンス層は、圧電薄膜の共振周波数の音波が最上層の低音響インピーダンス層を伝搬するときの波長の1/4より厚く形成されているようにしてもよい。
In the piezoelectric thin film element, the high acoustic impedance layer may be made of a dielectric crystal such as Al 2 O 3 , for example. The high acoustic impedance layer may be made of an amorphous piezoelectric material such as an amorphous ZnO.
Further, in the piezoelectric thin film element, the delay time temperature coefficient of the low acoustic impedance layer is opposite in sign to the delay time temperature coefficient of the piezoelectric thin film, and the uppermost low acoustic impedance layer is an acoustic wave having a resonance frequency of the piezoelectric thin film. May be thicker than ¼ of the wavelength when propagating through the uppermost low acoustic impedance layer.

以上説明したように、本発明によれば、音響多層膜を構成する高音響インピーダンス層を圧電性のない材料から構成するようにしたので、SMR型の圧電薄膜振動子の高音響インピーダンス層における損失が低減できるようになるという優れた効果が得られる。   As described above, according to the present invention, since the high acoustic impedance layer constituting the acoustic multilayer film is made of a material having no piezoelectricity, the loss in the high acoustic impedance layer of the SMR type piezoelectric thin film vibrator is determined. As a result, an excellent effect can be obtained.

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
図1は、本発明の実施の形態における圧電薄膜素子(SMR型の圧電薄膜振動子)の構成例を概略的に示す模式的な断面図である。この圧電薄膜素子は、まず、単結晶シリコンなどから構成された基板101の上に、Al23層(高音響インピーダンス層)102とSiO2層(低音響インピーダンス層)103とが交互に積層されて最上層がSiO2層104とされた音響多層膜105を備えている。音響多層膜105は、例えば、8層以上積層されている。これらは、例えば真空蒸着法,スパッタ法,及びCVD法などにより形成できる。なお、基板101の上において、音響多層膜105の最下層は、SiO2層103であってもよい。音響多層膜105は、音響インピーダンスが異なる複数の層が交互に積層され、最上層が音響インピーダンスのより低い層とされていればよい。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view schematically showing a configuration example of a piezoelectric thin film element (SMR type piezoelectric thin film vibrator) according to an embodiment of the present invention. In this piezoelectric thin film element, first, Al 2 O 3 layers (high acoustic impedance layers) 102 and SiO 2 layers (low acoustic impedance layers) 103 are alternately stacked on a substrate 101 made of single crystal silicon or the like. Thus, an acoustic multilayer film 105 having the uppermost layer as the SiO 2 layer 104 is provided. The acoustic multilayer film 105 is laminated, for example, by 8 layers or more. These can be formed by, for example, a vacuum deposition method, a sputtering method, a CVD method, or the like. Note that the lowermost layer of the acoustic multilayer film 105 on the substrate 101 may be the SiO 2 layer 103. The acoustic multilayer film 105 may be formed by alternately laminating a plurality of layers having different acoustic impedances, and the uppermost layer may be a layer having a lower acoustic impedance.

音響多層膜105の上には、電極膜106,電極膜108に挟まれた例えばZnOからなる圧電薄膜107が形成されている。また、電極膜106,電極膜108は、例えば、膜厚5nm程度のCr膜と膜厚30nm程度のAu膜とから構成されたものである。ここで、単独の状態とした圧電薄膜107の共振周波数をF0とすると、圧電薄膜107の膜厚は、周波数F0の音波が単独の圧電薄膜107を伝搬するときの波長λの半分としたものである。 On the acoustic multilayer film 105, an electrode film 106 and a piezoelectric thin film 107 made of ZnO, for example, are formed. The electrode film 106 and the electrode film 108 are composed of, for example, a Cr film having a thickness of about 5 nm and an Au film having a thickness of about 30 nm. Here, assuming that the resonance frequency of the piezoelectric thin film 107 in a single state is F 0 , the film thickness of the piezoelectric thin film 107 is half of the wavelength λ when the sound wave having the frequency F 0 propagates through the single piezoelectric thin film 107. Is.

ところで、上記の膜厚は、一般に、「圧電薄膜107の膜厚は、1/2λの厚さを有する」と表現される。以降では、各層の膜厚について、「λ」を用いた記載とする。例えば、「SiO2層103の膜厚は、1/4λである」とは、SiO2層103の膜厚は、周波数F0の音波が単独のSiO2層103を伝搬するときの波長λの1/4であることを示している。従って、「λ」の値は、各層において異なるものとなる。 By the way, the film thickness is generally expressed as “the film thickness of the piezoelectric thin film 107 has a thickness of ½λ”. Hereinafter, “λ” is used for the film thickness of each layer. For example, "film thickness of the SiO 2 layer 103, a is 1 / 4.lamda" refers to the thickness of the SiO 2 layer 103, the wavelength λ when a sound wave of frequency F 0 is propagated SiO 2 layer 103 alone It shows that it is 1/4. Therefore, the value of “λ” is different in each layer.

ここで、圧電薄膜107の膜厚を、例えば700nm程度に形成すれば、図1の圧電薄膜素子の共振周波数は3GHz程度となる。ただし、図1に示す圧電薄膜素子の場合、共振周波数は、圧電薄膜107の厚さだけではなく、電極膜106,電極膜108にも影響され、圧電薄膜107の厚さより算出される理論値からずれるものである。電極膜106,電極膜108による影響が大きい場合は、例えば圧電薄膜107の厚さを、適宜変更すればよい。   Here, if the film thickness of the piezoelectric thin film 107 is formed to about 700 nm, for example, the resonance frequency of the piezoelectric thin film element of FIG. 1 is about 3 GHz. However, in the case of the piezoelectric thin film element shown in FIG. 1, the resonance frequency is influenced not only by the thickness of the piezoelectric thin film 107 but also by the electrode film 106 and the electrode film 108, and from the theoretical value calculated from the thickness of the piezoelectric thin film 107. It is a deviation. When the influence of the electrode film 106 and the electrode film 108 is large, for example, the thickness of the piezoelectric thin film 107 may be changed as appropriate.

音響多層膜105において、Al23層102は高音響インピーダンス層として機能し、SiO2層103は、低音響インピーダンス層として機能する。これらは、相対的なものである。音響多層膜105を構成するAl23層102,SiO2層103の膜厚は、各々λ/4の厚さとすれば良く、例えば、Al23層102は0.41μm,SiO2層103は0.46μm程度とすればよい。 In the acoustic multilayer film 105, the Al 2 O 3 layer 102 functions as a high acoustic impedance layer, and the SiO 2 layer 103 functions as a low acoustic impedance layer. These are relative. The film thicknesses of the Al 2 O 3 layer 102 and the SiO 2 layer 103 constituting the acoustic multilayer film 105 may be λ / 4, respectively. For example, the Al 2 O 3 layer 102 has a thickness of 0.41 μm and a SiO 2 layer. 103 may be about 0.46 μm.

また、図1に示す圧電薄膜素子によれば、高音響インピーダンス層を圧電性を持たない誘電体であるAl23から構成したので、音響多層膜105におけるエネルギーの損失が抑制できるようになる。音響多層膜105には、音響振動が加わるが、ここに圧電性を有する材料が存在していると、加えられた音響振動により電荷が発生し、これが移動して熱エネルギーとして損失することになる。これに対し、図1に示す圧電薄膜素子では、音響多層膜105が圧電性のない材料から構成されているので、音響振動が印加されても、エネルギーの損失が防げるようになり、Q値の高い状態が得られる。 Further, according to the piezoelectric thin film element shown in FIG. 1, since the high acoustic impedance layer is made of Al 2 O 3 which is a dielectric material having no piezoelectricity, energy loss in the acoustic multilayer film 105 can be suppressed. . An acoustic vibration is applied to the acoustic multilayer film 105. If a material having piezoelectricity is present here, an electric charge is generated by the applied acoustic vibration, and this is moved and lost as thermal energy. . On the other hand, in the piezoelectric thin film element shown in FIG. 1, since the acoustic multilayer film 105 is made of a material having no piezoelectricity, energy loss can be prevented even when acoustic vibration is applied. A high state is obtained.

図1に示す圧電薄膜素子では、音響多層膜105により、圧電薄膜107と基板101とが音響的にアイソレートされることになり、Q値の高い共振を得ることができるようになる。また、圧電薄膜107が、音響多層膜105により、全面で保持されるため、安定した動作が可能となる。   In the piezoelectric thin film element shown in FIG. 1, the piezoelectric thin film 107 and the substrate 101 are acoustically isolated by the acoustic multilayer film 105, and resonance with a high Q value can be obtained. Further, since the piezoelectric thin film 107 is held on the entire surface by the acoustic multilayer film 105, stable operation is possible.

音響多層膜105の層数の増加に伴い、圧電薄膜107から基板101の方向を見た負荷インピーダンスが小さくなる。従って、音響多層膜105を、例えば8層以上の多層とすることで、圧電薄膜107を両面自由な状態に近づけることが可能となり、Q値の高い共振を実現することが可能となる。   As the number of layers of the acoustic multilayer film 105 increases, the load impedance as viewed from the piezoelectric thin film 107 toward the substrate 101 decreases. Therefore, by making the acoustic multilayer film 105 a multilayer of, for example, eight layers or more, the piezoelectric thin film 107 can be brought into a free state on both sides, and resonance with a high Q value can be realized.

ところで、上述では、高音響インピーダンス層にAl23層を用いるようにしたが、これに限る物ではない。高音響インピーダンス層は、低音響インピーダンス層とのインピーダンスの差が3以上となっている圧電性を有さない材料から構成すればよい。例えば、高音響インピーダンス層は、アモルファス状のZnOから構成するようにしてもよい。結晶が圧電性を示す材料であっても、結晶の配向性のない状態であるアモルファスとして高音響インピーダンス層に用いることで、音響多層膜のエネルギーの損失を抑制できるようになる。 In the above description, the Al 2 O 3 layer is used as the high acoustic impedance layer, but the present invention is not limited to this. The high acoustic impedance layer may be made of a material having no piezoelectricity that has an impedance difference of 3 or more with respect to the low acoustic impedance layer. For example, the high acoustic impedance layer may be made of amorphous ZnO. Even if the crystal is a material exhibiting piezoelectricity, the loss of energy of the acoustic multilayer film can be suppressed by using it for the high acoustic impedance layer as an amorphous material having no crystal orientation.

なお、音響多層膜を構成している最上層の低音響インピーダンス層により、圧電薄膜における周波数温度特性を逆の方向に変化させ、最上層の低音響インピーダンス層を圧電薄膜の共振周波数の音波が最上層の低音響インピーダンス層を伝搬するときの波長の1/4より厚くするもしくは薄くすることで、圧電薄膜素子の共振周波数温度係数を0に近づけさせることができる。   It should be noted that the frequency temperature characteristic of the piezoelectric thin film is changed in the opposite direction by the uppermost low acoustic impedance layer constituting the acoustic multilayer film, and the acoustic wave of the resonance frequency of the piezoelectric thin film is the highest in the uppermost low acoustic impedance layer. The resonant frequency temperature coefficient of the piezoelectric thin film element can be made close to 0 by making it thicker or thinner than ¼ of the wavelength when propagating through the upper low acoustic impedance layer.

例えば、図1に示す構成において、SiO2層104の膜厚d1を、他のSiO2層103の膜厚d2より厚く形成することで、圧電薄膜素子の共振周波数温度係数(TCF)を、より「0」に近づけることができる。TCFが「0」に近いということは、周波数温度特性が良いこととなる。 For example, in the configuration shown in FIG. 1, the resonance frequency temperature coefficient (TCF) of the piezoelectric thin film element can be increased by forming the film thickness d 1 of the SiO 2 layer 104 larger than the film thickness d 2 of the other SiO 2 layer 103. , It can be closer to “0”. The fact that TCF is close to “0” means that the frequency-temperature characteristic is good.

SiO2の薄膜(非晶質)は、酸化亜鉛からなる圧電薄膜107とは、遅延時間温度係数(TCD)が互いに逆符号であり、このような材料を、音響多層膜105の低音響インピーダンス層として用いることで、図1に示す圧電薄膜素子のTCFを「0」に近づけることが可能となる。この構成とすることで、新たな層を付加することなく、図1に示す圧電薄膜素子のTCFを「0」に近づけることが可能となる。 The SiO 2 thin film (amorphous) has a delay time temperature coefficient (TCD) opposite to that of the piezoelectric thin film 107 made of zinc oxide, and such a material is used as the low acoustic impedance layer of the acoustic multilayer film 105. As a result, the TCF of the piezoelectric thin film element shown in FIG. 1 can be made close to “0”. With this configuration, the TCF of the piezoelectric thin film element shown in FIG. 1 can be brought close to “0” without adding a new layer.

なお、ZnOからなる圧電薄膜107を用いた図1の圧電薄膜素子の場合、最上層にあるSiO2層104の膜厚をλ/4とすると、図1に示す圧電薄膜素子のTCFの絶対値が「0」より大きいものとなっている。この場合の、圧電薄膜素子のTCFの符号は、圧電薄膜107のTCDと同じであるため、この実施の形態では、SiO2層104の膜厚をλ/4より厚くすることで、図1に示す圧電薄膜素子のTCFをより「0」に近づけた。 In the case of the piezoelectric thin film element of FIG. 1 using the piezoelectric thin film 107 made of ZnO, assuming that the thickness of the uppermost SiO 2 layer 104 is λ / 4, the absolute value of the TCF of the piezoelectric thin film element shown in FIG. Is greater than “0”. Since the sign of TCF of the piezoelectric thin film element in this case is the same as that of the TCD of the piezoelectric thin film 107, in this embodiment, by making the film thickness of the SiO 2 layer 104 larger than λ / 4, FIG. The TCF of the piezoelectric thin film element shown was made closer to “0”.

これに対し、最上層にある逆符号のTCDを有する低音響インピーダンス層の膜厚をλ/4より厚くすると、圧電薄膜素子のTCFが「0」より離れる場合もある。このような場合、最上層にある逆符号のTCDを有する低音響インピーダンス層の膜厚をλ/4より薄くすることで、圧電薄膜素子のTCFをより「0」に近づければよい。
例えば、SiO2層104の膜厚を、0.47λとすることで、図1の圧電薄膜素子のTCFをほぼ「0」とすることが可能となる。
On the other hand, when the thickness of the low acoustic impedance layer having the reverse sign TCD in the uppermost layer is made larger than λ / 4, the TCF of the piezoelectric thin film element may be separated from “0”. In such a case, the TCF of the piezoelectric thin film element may be made closer to “0” by making the film thickness of the low acoustic impedance layer having the TCD of the opposite sign in the uppermost layer thinner than λ / 4.
For example, by setting the thickness of the SiO 2 layer 104 to 0.47λ, the TCF of the piezoelectric thin film element shown in FIG. 1 can be made almost “0”.

また、SiO2層103をλ/4より厚く形成し、SiO2層104は、SiO2層103より厚く形成することで、TCF=0を満足し、かつQ値やK2を要求される特性とすることが可能となる。 Further, the SiO 2 layer 103 is formed to be thicker than λ / 4, and the SiO 2 layer 104 is formed to be thicker than the SiO 2 layer 103, thereby satisfying TCF = 0 and requiring Q value and K 2. It becomes possible.

なお、上述では、圧電薄膜として酸化亜鉛を用いたが、これに限る物ではない。例えば、窒化アルミニウム(AlN),硫化カドミウム(CdS),PZT(PbZrO3−PbTiO3の固溶体),水晶,ニオブ酸カリウム(KNbO3)などを圧電薄膜の材料として用いることができる。圧電材料にAlNを用いる場合、低音響インピーダンス層にはSiO2を用い、高音響インピーダンス層にはアモルファス状態のAlNを用いればよい。 In the above description, zinc oxide is used as the piezoelectric thin film, but the present invention is not limited to this. For example, aluminum nitride (AlN), cadmium sulfide (CdS), PZT (PbZrO 3 —PbTiO 3 solid solution), crystal, potassium niobate (KNbO 3 ), or the like can be used as the material for the piezoelectric thin film. When AlN is used for the piezoelectric material, SiO 2 may be used for the low acoustic impedance layer, and amorphous AlN may be used for the high acoustic impedance layer.

本発明の実施の形態における圧電薄膜素子(SMR型の圧電薄膜振動子)の構成例を概略的に示す模式的な断面図である。1 is a schematic cross-sectional view schematically showing a configuration example of a piezoelectric thin film element (SMR type piezoelectric thin film vibrator) in an embodiment of the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

101…基板、102…Al23層(高音響インピーダンス層)、103…SiO2層、104…SiO2層、105…音響多層膜、106…電極膜、107…圧電薄膜、108…電極膜。
101 ... substrate, 102 ... Al 2 O 3 layer (the high acoustic impedance layer), 103 ... SiO 2 layer, 104 ... SiO 2 layer, 105 ... acoustic multilayer, 106 ... electrode film 107 ... piezoelectric thin film, 108 ... electrode film .

Claims (6)

基板の上に配置され、高音響インピーダンス層,これより音響インピーダンスの低い低音響インピーダンス層の順に積層されて最上層が前記低音響インピーダンス層とされた音響多層膜と、
この音響多層膜の上に形成された第1電極膜と、
この第1電極膜の上に形成された圧電薄膜と、
この圧電薄膜の上に形成された第2電極膜と
を少なくとも備え、
前記高音響インピーダンス層は、圧電性のない材料から構成されている
ことを特徴とする圧電薄膜素子。
An acoustic multilayer film disposed on a substrate, laminated in the order of a high acoustic impedance layer, a low acoustic impedance layer having a lower acoustic impedance, and the uppermost layer being the low acoustic impedance layer;
A first electrode film formed on the acoustic multilayer film;
A piezoelectric thin film formed on the first electrode film;
And at least a second electrode film formed on the piezoelectric thin film,
The high acoustic impedance layer is made of a material having no piezoelectricity. A piezoelectric thin film element.
請求項1記載の圧電薄膜素子において、
前記高音響インピーダンス層は、誘電体の結晶から構成されている
ことを特徴とする圧電薄膜素子。
The piezoelectric thin film element according to claim 1, wherein
The piezoelectric thin film element, wherein the high acoustic impedance layer is made of a dielectric crystal.
請求項2記載の圧電薄膜素子において、
前記高音響インピーダンス層は、Al23から構成されている
ことを特徴とする圧電薄膜素子。
The piezoelectric thin film element according to claim 2,
The high acoustic impedance layer is made of Al 2 O 3 .
請求項1記載の圧電薄膜素子において、
前記高音響インピーダンス層は、圧電材料の非晶質から構成されている
ことを特徴とする圧電薄膜素子。
The piezoelectric thin film element according to claim 1, wherein
The high acoustic impedance layer is made of an amorphous piezoelectric material. A piezoelectric thin film element.
請求項4記載の圧電薄膜素子において、
前記高音響インピーダンス層は、ZnOの非晶質から構成されている
ことを特徴とする圧電薄膜素子。
The piezoelectric thin film element according to claim 4,
The piezoelectric thin film element, wherein the high acoustic impedance layer is made of an amorphous ZnO.
請求項1〜5のいずれか1項に記載の圧電薄膜素子において、
前記低音響インピーダンス層の遅延時間温度係数は、前記圧電薄膜の遅延時間温度係数とは逆の符号であり、
最上層の前記低音響インピーダンス層は、前記圧電薄膜の共振周波数の音波が最上層の前記低音響インピーダンス層を伝搬するときの波長の1/4より厚く形成されている
ことを特徴とする圧電薄膜素子。
In the piezoelectric thin film element according to any one of claims 1 to 5,
The delay time temperature coefficient of the low acoustic impedance layer is opposite in sign to the delay time temperature coefficient of the piezoelectric thin film,
The uppermost low acoustic impedance layer is formed to be thicker than 1/4 of a wavelength when a sound wave having a resonance frequency of the piezoelectric thin film propagates through the uppermost low acoustic impedance layer. element.
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