CN102916674A - 声波滤波器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种声波滤波器。一种包括多个压电薄膜谐振器的声波滤波器，其中至少两个所述压电薄膜谐振器包括：基板；位于所述基板上的压电膜；隔着至少一部分所述压电膜设置的下电极和上电极；用于频率控制的质量负荷膜，其位于下电极与上电极彼此面对的谐振区内，并且具有与谐振区的形状不同的形状；以及温度补偿膜，其弹性常数的温度系数具有与压电膜的弹性常数的温度系数的符号相反的符号，至少一部分所述温度补偿膜在谐振区中位于下电极与上电极之间，并且所述至少两个所述压电薄膜谐振器的质量负荷膜的面积彼此不同。

Description

声波滤波器
技术领域
本发明的一些方面涉及一种声波滤波器。
背景技术
已知一种使用体声波（Bulk Acoustic Wave：BAW）的BAW滤波器，作为无线设备（诸如移动电话）用滤波器。BAW滤波器由压电薄膜谐振器组成，并且各压电薄膜谐振器具有上电极与下电极隔着压电膜彼此面对的结构。压电薄膜谐振器的谐振频率由上电极与下电极彼此面对的区域（此后称为谐振区）的构成材料和膜厚决定。
为了使得压电薄膜谐振器的谐振频率具有不同值，已知一种用于在谐振区中形成质量负荷膜（mass load film）的技术，例如在日本特开第2002-335141号公报、日本特表（PCT申请的翻译）第2002-515667号公报以及日本特表第2007-535279号公报中所公开的。通过改变质量负荷膜的图案或者厚度，可以任意地改变谐振频率。此外，为了抑制温度变化所引起的频率偏移，已知在谐振区中形成温度补偿膜的技术，如例如在日本特开昭58-137317号公报中所公开的。温度补偿膜形成在压电膜之间，并且其谐振频率的温度系数的符号与压电膜的谐振频率的温度系数的符号相反。
在压电薄膜谐振器中使用温度补偿膜的声波滤波器中，频率的温度系数TCF和作为与滤波器的分数带宽(fractional bandwidth)成比例的系数的有效机电耦合系数K2 eff具有折衷（trade-off）关系。因此，由于试图增加TCF时，K2 eff减小并且分数带宽变小，所以存在难以获得宽带宽滤波器的问题。另一方面，如果试图强制加宽带宽，则存在滤波器的匹配劣化的问题。
此外，在传统声波滤波器中，存在如下问题，即与在表面层中形成温度补偿膜的情况相比，由于在压电膜中插入温度补偿膜，导致了谐振频率对膜厚的依存性增加并且增加了谐振频率的可变性。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供了一种包括压电薄膜谐振器的声波滤波器，其中至少两个所述压电薄膜谐振器包括：基板；位于所述基板上的压电膜；下电极和上电极，所述上电极与所述下电极隔着所述压电膜的至少一部分设置；用于频率控制的质量负荷膜，所述质量负荷膜位于所述下电极与所述上电极彼此面对的谐振区内，并且具有与所述谐振区的形状不同的形状；以及温度补偿膜，所述温度补偿膜的弹性常数的温度系数具有与所述压电膜的弹性常数的温度系数的符号相反的符号，所述温度补偿膜的至少一部分在所述谐振区中位于所述下电极与所述上电极之间，并且所述至少两个所述压电薄膜谐振器的质量负荷膜的面积彼此不同。
根据本发明的另一方面，提供了一种包括发送滤波器和接收滤波器的双工器，其中所述发送滤波器和接收滤波器中的至少一个具有上述声波滤波器。
附图说明
图1是例示出根据比较例和第一实施方式的声波滤波器的电路构造的示图；
图2A至图2C是例示出根据比较例的压电薄膜谐振器的结构的示意图；
图3是例示出温度补偿膜的膜厚、频率的温度系数（TCF）以及有效机电耦合系数（K2 eff）之间的关系的示图；
图4是例示出频率的温度系数（TCF）与分数带宽之间的关系的示图；
图5是示出根据比较例和第一至第三实施方式的声波滤波器中的压电薄膜谐振器的谐振频率的表；
图6A至图6C是例示出根据比较例的声波滤波器的频带特性的示图；
图7中A至图C是例示出根据第一实施方式的压电薄膜谐振器的结构的示意图；
图8A至图8F是例示出质量负荷膜的构造的示意图；
图9A和图9B是示出质量负荷膜的覆盖率与谐振频率之间的关系的表；
图10A至图10C是例示出根据第一实施方式的声波滤波器的频带特性的示图；
图11是例示出根据第二实施方式的声波滤波器的电路构造的示图；
图12A至图12C是示出根据第二实施方式的声波滤波器的频带特性的示图；
图13A至图13C是示出根据第二实施方式的声波滤波器的频带特性的示图；
图14A至图14C是示出根据第三实施方式的声波滤波器的频带特性的示图；
图15A至图15D是例示出根据第一至第三实施方式的变型实施方式的压电薄膜谐振器的结构的示意图；
图16是例示出根据第一至第三实施方式的变型实施方式的声波滤波器的电路构造的示图；以及
图17是例示出使用根据第一至第三实施方式的声波滤波器的双工器的电路构造的示图。
具体实施方式
比较例
图1是例示出根据比较例和第一实施方式的声波滤波器的构造的电路图。声波滤波器是包括串联谐振器S1至S4、并联谐振器P1至P3以及电感器L1和L2的梯型滤波器。串联谐振器S1至S4和并联谐振器P1至P3是压电薄膜谐振器。串联谐振器S1至S4串联连接在输出端子Out与输入端子In之间。并联谐振器P1的一端连接在串联谐振器S1与S2之间，并联谐振器P2的一端连接在串联谐振器S2与S3之间，而并联谐振器P3的一端连接在串联谐振器S3与S4之间。并联谐振器P1至P3的另一端统一经由电感器L1接地。一端接地的电感器L2连接在输出端子Out与串联谐振器S1之间。
图2A至图2C是例示出构成根据比较例的声波滤波器的压电薄膜谐振器的结构的示意图。图2A是压电薄膜谐振器的顶部示意图，图2B是串联谐振器S1至S4的示意性截面图，而图2C是并联谐振器P1至P3的示意性截面图。图2A是串联谐振器S1至S4和并联谐振器P1至P3通用的示图，图2B和图2C是沿着图2A的线A-A截取的示意性截面图。
如图2B所示，串联谐振器S1至S4具有如下结构，其中下电极12、第一压电膜14a、温度补偿膜16、第二压电膜14b、上电极18（包括钌（Ru）层18a和铬（Cr）层18b）、以及频率调整膜20按此顺序层叠在基本10上（此后称为多层膜30）。上电极18与下电极12隔着压电膜（第一压电膜14a和第二压电膜14b）彼此面对的区域是谐振区40。在谐振区40中，下电极12形成为朝向向上方向的凸形弯曲，因此在基板10与下电极12之间形成穹形空间42。此外，通过蚀刻去除第一压电膜14a、温度补偿膜16以及第二压电膜14b每一个的一部分，并且将上述三个层的各自外周的至少一部分形成为位于上电极18的内侧。
如图2C所示，并联谐振器P1至P3基本具有与串联谐振器S1至S4相同的结构，但不同之处在于在上电极18中的Ru层18a与Cr层18b之间形成有质量负荷膜（此后称为第一质量负荷膜22）。与串联谐振器S1至S4的谐振频率相比，并联谐振器P1至P3的谐振频率因包括第一质量负荷膜22而向低频侧偏移。为了使并联谐振器P1至P3的谐振频率向低频侧偏移，替代形成第一质量负荷膜22，可以将多层膜30中的特定层的厚度制造得比串联谐振器S1至S4中的相同层的厚度厚。
如图2A所示，蚀刻媒介导入孔50设置在位于谐振区40附近的下电极12的表面上。此外，在蚀刻媒介导入孔50与空间42之间形成有蚀刻媒介导入通道52。另外，虚线图示出了其整体的下电极12具有从压电膜（14a，14b）的开口部露出一部分（斜线部分）的结构。
基板10可以使用硅（Si），并且除硅以外还可以使用玻璃和陶瓷。此外，从基板10侧按照如下顺序层叠铬（Cr）和钌（Ru）的电极膜可以用作下电极12，并且从基板10侧按照如下顺序层叠了钌（Ru）和铬（Cr）的电极膜可用作上电极18。然而，对于上电极12和下电极18来说，除了上述示例，还可以结合使用铝（Al）、铜（Cu）、铬（Cr）、钼（Mo）、钨(W)、钽（Ta）、铂（Pt）、钌（Ru）、铑（Rh）、铱（Ir）和钛（Ti）等。此外，代替双层结构，电极膜可具有单层结构。
另外，第一压电膜14a和第二压电膜14b可以使用氮化铝（AlN），并且除此之外，也可以使用诸如氧化锌（ZnO）、锆钛酸铅（PZT）以及钛酸铅（PbTiO3）。温度补偿膜16是弹性常数的温度系数具有与压电膜（14a，14b）的弹性常数的温度系数符号相反的符号的膜。例如，二氧化硅（SiO2）可用于温度补偿膜16，并且除了二氧化硅以外，可以使用主要包括氧化硅且还包括其它元素的膜。例如，频率调整膜20可以使用二氧化硅（SiO2），并且除了二氧化硅以外，可以使用诸如氮化铝（AlN）的其它绝缘材料。在并联谐振器P1至P3中使用的第一质量负荷膜22可以使用钛（Ti），并且除了钛以外，可以使用铝（Al）、铜（Cu）、铬（Cr）、钼（Mo）、钨(W)、钽（Ta）、铂（Pt）、钌（Ru）、铑（Rh）、铱（Ir）和二氧化硅（SiO2）等。
可以通过溅射法等形成膜，随后通过例如光刻技术和蚀刻技术将膜构图为所期望的形状，来形成上述多层膜30。对多层膜30的构图也可以通过剥离技术来执行。可以通过例如利用上电极18作为掩模的湿蚀刻，来执行对第一压电膜14a、温度补偿膜16以及第二压电膜14b的外周的蚀刻。
可以通过在形成上述多层膜30之后，去除在形成下电极12之前预先提供的牺牲层（未示出），来形成位于下电极12下方的穹形空间42。能够易于被蚀刻液或者蚀刻气体溶解的、诸如MgO、ZnO、Ge以及SiO2的材料可用作牺牲层，并且牺牲层可通过例如溅射法或蒸发法等形成。牺牲层通过光刻技术和蚀刻技术预先形成为所期望的形状（空间42的形状）。在形成多层膜30之后，通过经由下电极12中形成的蚀刻媒介导入孔50和蚀刻媒介导入通道52，将蚀刻媒介导入下电极12下方，来去除牺牲层。
图3是在压电膜（14a、14b）之间设置有温度补偿膜16的声波滤波器中，频率的温度系数（TCF）和有效机电耦合系数（K2 eff）与温度补偿膜16的膜厚的关系的示图。在假设从基板10侧开始的层叠膜的材料和膜厚如下的情况下执行仿真：下电极12由厚度100nm的Cr和厚度200nm的Ru制成；第一压电膜14a由厚度630nm的AlN制成；温度补偿膜16由SiO2制成；第二压电膜14b由厚度630nm的AlN制成；以及上电极18由厚度230nm的Ru和厚度35nm的Cr制成。如图所示，TCF[ppm/℃]和K2 eff[%]具有折衷的关系，并且如果温度补偿膜16（SiO2）的膜厚增加，则TCF的值得以改善（绝对值减小），但K2 eff的值减小。
图4是示出了频率的温度系数（TCF）与分数带宽之间的关系的示图。在此，已知一种关系，即需要几乎是分数带宽的两倍的K2 eff来获得具有期望的分数带宽[%](=带宽*100/中心频率)的梯型梯型滤波器。假设TCF的值为T[ppm/℃]，则分数带宽由关系表达式“分数带宽[%]＝-0.041×T+2.17”来表达。图4是表示上述关系表达式的示图。根据图3和图4，如果增加温度补偿膜16的膜厚以改善TCF的值，则K2 eff减小，因此滤波器的分数带宽变小。
图5是示出根据比较例和第一至第三实施方式的声波滤波器中的压电薄膜谐振器的谐振频率的表。在此，针对频带2（发送频带：1850-1910MHz，接收频带：1930-1990MHz）的发送滤波器作为示例来进行描述。滤波器A、B以及G是根据比较例（图1）的声波滤波器，滤波器C是根据第一实施方式（图1）的声波滤波器，而滤波器D至F是根据第二实施方式（图11）的声波滤波器。然而，滤波器A至G具有共性，即各滤波器包括四个串联谐振器S1至S4和三个并联谐振器P1至P3。此外，在滤波器A至G中，滤波器B至G的压电薄膜谐振器具有温度补偿膜16夹在压电膜（14a、14b）之间的结构（如图2所示）。另一方面，滤波器A的压电薄膜谐振器具有温度补偿膜16未夹在压电膜之间而是设置于表面层的结构（省略了滤波器A的构造的图示）。
在根据比较例的声波滤波器（滤波器A、B以及G）中，将串联谐振器S1至S4的谐振频率设置得彼此相等（A：1878MHz，B：1886MHz，G：1893MHz），将并联谐振器P1至P3的谐振频率也设置得彼此相等（A：1815MHz，B：1837MHz，G：1834MHz）。换言之，在根据比较例的声波滤波器中，串联谐振器S1至S4的谐振频率等于它们的平均值，并且并联谐振器P1至P3的谐振频率等于它们的平均值。
图6A至图6C是示出根据比较例的声波滤波器的滤波器A与B之间的频带特性比较的示图。在假设从基板10侧开始滤波器A的层叠膜的材料和厚度如下的情况下执行仿真：下电极12由厚度100nm的Cr和厚度230nm的Ru制成；压电膜14由厚度1300nm的AlN制成；上电极18由厚度230nm的Ru（附图标记18a）和厚度30nm的Cr（附图标记18b）制成；第一质量负荷膜22（仅并联谐振器P1至P3包括）由厚度110nm的Ti制成；以及频率调整膜20由厚度50nm的SiO2制成。
在假设从基板10侧开始滤波器B的层叠膜的材料和厚度如下的情况下执行仿真：下电极12由厚度85nm的Cr和厚度195nm的Ru制成；第一压电膜14a由厚度550nm的AlN制成；温度补偿膜16由厚度70nm的SiO2制成，第二压电膜由厚度550nm的AlN制成；上电极18由厚度195nm的Ru和厚度25nm的Cr制成；第一质量负荷膜22（仅并联谐振器P1至P3包括）由厚度80nm的Ti制成；以及频率调整膜20由厚度50nm的SiO2制成。通过使温度补偿膜16（SiO2）的厚度为70nm，使得滤波器的TCF大致为0。
图6A例示出滤波器的频带通过特性，图6B例示出输出端子处的回波损耗特性，并且图6C例示出输入端子处的回波损耗特性。滤波器A的特性由虚线示出，而滤波器B的特性由实线示出。示图的中央区域中例示出的水平线表示频带2中所需的通带（1850-1910MHz）和衰减程度（同样适用于此后的曲线）。与不包括温度补偿膜16的滤波器A相比，在夹有温度补偿膜16的滤波器B中，输入端子与输出端子处的匹配状态差，并且带宽窄。在滤波器A中K2 eff的值是从6.7%到7.3%，而在滤波器B中K2 eff的值是从4.4%到4.6%。如上文所述，与滤波器A相比，在滤波器B中，K2 eff的值减小，因此带宽变窄。
如上文所述，在根据比较例的声波滤波器中，通过在构成梯型梯型滤波器的谐振器的压电膜（14a，14b）之间夹有温度补偿膜16来改善TCF，但K2 eff减小并且带宽变窄。另一方面，如果试图强制加宽带宽，则滤波器的匹配度劣化。
此外，与温度补偿膜16位于表面层中的情况相比，当温度补偿膜16位于压电膜（14a,14b）之间时，谐振频率对膜厚的依存性变高。例如，如果与滤波器A类似，将温度补偿膜设置于表面层，则膜厚变化1%时谐振频率的改变量为0.007%。另一方面，如果温度补偿膜位于压电膜之间，则上述改变量大大增加并变为0.14%。因此谐振频率的可变性增加，需要更严格的频率控制。
在此后的实施方式中，将描述能够实现声波滤波器的带宽变宽和匹配度改善，并且能够抑制谐振频率的可变性的构造。
第一实施方式
图7中A至C是例示出根据第一实施方式的声波滤波器中的压电薄膜谐振器的结构的示意图，并且分别与比较例的图2A至图2C相对应。根据第一实施方式的压电薄膜谐振器的结构与比较例中的结构大致相同，不同之处在于：在位于上电极18与频率调整膜20之间的谐振区40中形成用于频率控制的质量负荷膜（此后称为第二质量负荷膜24）。第二质量负荷膜24用于使得构成声波滤波器的各谐振器的谐振频率具有不同值（如下文）。在根据比较例的声波滤波器（滤波器A、B以及G）中，未使用第二质量负荷膜24。
图8A至图8F是例示出第二质量负荷膜24的详细结构的示意图。图8A至图8B是顶面示意图，而图8C至图8F是示意性截面图。如图8A和图8B所示，具有相同形状和相同尺寸的各个图案（此后称为点状图案60）等距地形成在第二质量负荷膜24中，并且点状图案60由具有更小宽度的各图案（此后称为线状图案62）彼此连接。图8C是沿着图8A的线A-A截取的示意性截面图，并且点状图案60和线状图案62形成为具有凸型结构。图8D是沿着图8B的线A-A截取的示意性截面图，并且点状图案60和线状图案62形成为具有凹型结构。此外，图8E和图8F是分别与图8C和图8D相对应的变型实施方式，第二质量负荷膜24中凹部的厚度更大。第二质量负荷膜24中形成的图案可以具有除上述形状以外的各种形状。
在本实施方式中，第二质量负荷膜24使用钛（Ti），但除此之外，还可以使用铝（Al）、铜（Cu）、铬（Cr）、钼（Mo）、钨(W)、钽（Ta）、铂（Pt）、钌（Ru）、铑（Rh）、铱（Ir）和二氧化硅（SiO2）等。当执行第二质量负荷膜24的构图时，可以通过例如光刻技术和蚀刻技术来形成所期望的图案。此外，当难以执行蚀刻时，可通过剥离技术来执行第二质量负荷膜24的构图。
在第一实施方式中，可以通过对第二质量负荷膜24进行构图来改变各谐振器中质量负荷膜的面积（覆盖率），使得谐振频率具有彼此不同值。此后，将对这点进行详细描述。
图9A和图9B是示出质量负荷膜的覆盖率与谐振频率之间的关系的表。图9A是谐振频率如同设计时的情况下的示例，而图9B是谐振频率由于膜厚与设计值不同而偏离设计值的情况下的示例。在此，利用根据后述第二实施方式的滤波器D（参见图5和图11）作为示例来进行描述。滤波器D的构造与根据第一实施方式的滤波器C的基本相同，并且图9A和图9B中例示的覆盖率与谐振频率之间的关系也适用于滤波器C。从基板10侧开始滤波器D的层叠膜的材料和厚度如下：下电极12由厚度85nm的Cr和厚度195nm的Ru制成；第一压电膜14a由厚度550nm的AlN制成；温度补偿膜16由厚度70nm的SiO2制成；第二压电膜14b由厚度550nm的AlN制成；上电极18由厚度195nm的Ru和厚度25nm的Cr制成；第一质量负荷膜22（仅并联谐振器P1至P3包括）由厚度95nm的Ti制成；第二质量负荷膜24由Ti（厚度稍后描述）制成；以及频率调整膜20由厚度10nm的SiO2制成。这些与根据第一实施方式的滤波器C的多层膜30的结构相同。
在图9A和图9B中，覆盖率0%意味着根本未形成第二质量负荷膜24的状态，并且覆盖率100%意味着形成第二质量负荷膜24但未进行构图的状态。如图9A所示，在串联谐振器S1至S4和并联谐振器P1至P3中的具有最高谐振频率的各谐振器（S4，P2）中，第二质量负荷膜24的覆盖率为0%。与谐振器S4和P2的各个频率差是必要的频率偏移量。在本实施方式中，需要将频率偏移最大13Mhz。因为频率偏移量与第二质量负荷膜24（Ti）之比是0.63MHz/nm，所以所需膜厚变为21nm。因为频率相对于用于频率控制的第二质量负荷膜24的覆盖率成线性偏移，所以可如图9A所示计算各谐振器中的覆盖率。
此外，如图9B所示，当谐振器的谐振频率偏离设计值时（在本实施方式中，假设比所期望值高3MHz），所需频率偏移量变为通过将3MHz加至图9A的值而计算出的值，并且最大偏移量变为16MHz。此时，第二质量负荷膜24所需的膜厚变为25nm，并且可以如图9B所示地计算各谐振器中的覆盖率。
在根据第一实施方式的声波滤波器中，利用上述关系，可以通过对第二质量负荷膜24执行构图来改变覆盖率（面积），而随意改变各谐振器的谐振频率。在此，当覆盖率小（例如小于50%）时，优选地使用图8A、图8C以及图8E中所示的凸型图案，而当覆盖率大（例如大于等于50%）时，优选地使用图8B、图8D以及图8F中例示的凹型图案。
图10A至图10C是例示出根据第一实施方式的声波滤波器（滤波器C）与根据比较例的声波滤波器（滤波器B）之间的频带特性比较的示图。滤波器B的层叠膜的材料和膜厚与比较例中描述的那些相同，而滤波器C的层叠膜的材料和膜厚与滤波器D的那些相同。如图5中所示，根据第一实施方式的滤波器C具有如下构造，其中串联谐振器S1至S4中的串联谐振器S1的谐振频率为1896MHz，串联谐振器S2至S4的谐振频率为1886MHz，因此四个串联谐振器S1至S4之一的谐振频率与其它谐振器的谐振频率不同。此外，滤波器C具有如下构造，其中在并联谐振器P1至P3中，并联谐振器P1的谐振频率为1834MHz，并联谐振器P2的谐振频率为1843MHz，并联谐振器P3的谐振频率为1838MHz，因此并联谐振器P1至P3的谐振频率都彼此不同。
图10A例示出滤波器的频带通过特性，图10B例示出输出端子处的回波损耗特性，而图10C例示出输入端子处的回波损耗特性。与串联谐振器S1至S4的谐振频率彼此相等并且并联谐振器P1至P3彼此相等的滤波器B相比，在通过对第二质量负荷膜24进行构图而使得谐振器的谐振频率具有不同值的滤波器C中，输入端子和输出端子处的匹配状态得到改善。
如上所述，在根据第一实施方式的声波滤波器中，可以通过改变设置于谐振区40的第二质量负荷膜24的面积（覆盖率），使得梯型梯型滤波器中的压电薄膜谐振器的谐振频率具有不同值。因此，可以实现使用诸如SiO2的温度补偿膜16的声波滤波器的带宽加宽和匹配度改善。此外，在谐振频率因温度补偿膜16的膜厚变化性而偏离期望值时，如图9B所示，可以通过改变第二质量负荷膜24的面积（覆盖率）来校正谐振频率的偏移。因此可以抑制频率的变化性。
作为控制声波滤波器中的谐振器的谐振频率的方法，可以考虑改变各谐振器中的一部分多层膜30的膜厚的方法，或者提供额外的质量负荷膜的方法等。然而，在上述方法中，当具有不同值的谐振频率的数量增加时，生产工艺（成膜工艺、光刻工艺和蚀刻工艺等）变得复杂，并且设备的生产成本增加。另一方面，如在第一实施方式中所描述的，在通过对第二质量负荷膜24进行构图来改变覆盖率（面积）的方法中，第二质量负荷膜24的膜厚可以所有谐振器中相同。此外，与其它方法相比，因为改变构图（覆盖率）相对容易，所以易于执行谐振频率的调整，因此在生产工艺中具有优势。
第二实施方式
第二实施方式是改变了梯型梯型滤波器的构造的实施方式。
图11是例示出根据第二实施方式的声波滤波器（滤波器D）的构造的电路图。根据第二实施方式的声波滤波器的电路构造与根据第一实施方式的声波滤波器（图1）的基本相同，除了电感器L1和L2以外，在输入端子In与串联谐振器S4之间连接有一端接地的电感器L3。构成梯型滤波器的压电薄膜谐振器的结构与第一实施方式（图7和图8A至图8C）的相同。谐振器的谐振频率在图5的滤波器D  一栏中示出。
图12A至图12C是例示出根据第二实施方式的声波滤波器（滤波器D）与根据第一实施方式的声波滤波器（滤波器C）之间的频带通过特性比较的示图。图12A示出了滤波器的频带通过特性，图12B示出了输出端子处的回波损耗特性，而图12C示出了输入端子处的回波损耗特性。通过增加电感器L3可以使滤波器的带宽变更（图12A），并且改善输入端子和输出端子处的匹配状态（图12B和图12C）。
图13A至图13C是例示出根据第二实施方式的声波滤波器（滤波器D）与根据比较例的声波滤波器（滤波器G）之间的频带特性比较的示图。如图5中所示，滤波器G的电路构造与滤波器D（图11）的电路构造相同，并且串联谐振器S1至S4的谐振频率彼此相等为1893MHz，而并联谐振器P1至P3的谐振频率彼此相等为1834MHz。
图13A示出了滤波器的频带通过特性，图13B示出了输出端子处的回波损耗特性，而图13C示出了输入端子处的回波损耗特性。与根据第二实施方式的滤波器D类似，通过使各谐振器的谐振频率具有不同值，极大在加宽了滤波器的带宽（图13A），并且还改善了输入端子和输出端子处的匹配状态（图13B和图13C）。
如上所述，在根据第二实施方式的声波滤波器中，通过在输入端子In与地之间设置电感器L3，可以进一步加宽滤波器的带宽并且使改善匹配性的效果得到提高。此外，在以相同方式设置有电感器L3的滤波器中，通过使各压电薄膜谐振器的谐振频率具有不同值，可以实现带宽的进一步加宽和滤波器匹配性的改善。
第三实施方式
第三实施方式是利用改善了压电膜的压电性的压电薄膜谐振器的实施方式。
根据第三实施方式的声波滤波器（滤波器E，F）的电路构造与第二实施方式的声波滤波器（图11）的电路构造相同，并且构成梯型滤波器的压电薄膜谐振器的结构与第一和第二实施方式（图7，图8A至图8C）的相同。与第一和第二实施方式的不同之处在于，向压电薄膜谐振器的压电膜（第一压电膜14a和第二压电膜14b）添加用于提高压电常数（e33）的元素。例如，可使用碱土金属（钪（Sc）等）、稀土金属（铒（Er）等）作为用于增加压电常数的元素。
在根据比较例和第一和第二实施方式的压电薄膜谐振器中，压电膜的压电常数（e33）设置为1.54[C/m2]。在根据第三实施方式的声波滤波器中，滤波器E中的压电常数（e33）增加10%并设置为1.69[C/m2]，而滤波器F中的压电常数（e33）增加20%并设置为1.85[C/m2]。
图14A至图14C是例示出根据第三实施方式的声波滤波器（滤波器E，F）与根据第二实施方式的声波滤波器（滤波器D）之间的频带特性比较的示图。图14A了示出滤波器的频带通过特性，图14B示出了输出端子处的回波损耗特性，而图14C示出了输入端子处的回波损耗特性。如图所示，随着压电膜（14a，14b）的压电性增加，带宽被极大地加宽（图14A），并且输入端子和输出端子处的匹配状态得到了改善（如图14B、图14C）。
在根据第三实施方式的声波滤波器中，可以通过增加压电薄膜谐振器中的压电膜的压电性，来使滤波器的带宽进一步加宽并且使改善滤波器匹配性的效果进一步提高。此外，在以相同方式增加压电膜的压电性的声波滤波器中，可以通过使各压电薄膜谐振器的谐振频率具有不同值，来使带宽进一步加宽并改善滤波器的匹配性。
在第一至第三实施方式中，温度补偿膜16形成在第一压电膜14a与第二压电膜14b之间，但温度补偿膜16也可形成在其他位置，只要温度补偿膜16位于下电极12与上电极18彼此面对的谐振区40中即可。然而，优选的是至少一部分温度补偿膜16位于下电极12与上电极18之间。
此外，在第一至第三实施方式中，用于频率控制的第二质量负荷膜24形成在上电极18与频率调整膜20之间，但第二质量负荷膜24也可以形成在其他位置，只要第二质量负荷膜24位于谐振区40内即可。此外，第二质量负荷膜24可形成在超过两个不同层上。通过构图，第二质量负荷膜24具有与谐振区40不同的形状。在第一至第三实施方式中，给出了形成周期性图案的示例的描述，但图案也可以是非周期性图案。此外，在第一至第三实施方式中，给出形成点状图案60和线状图案62二者的示例的描述，但例如也可以仅形成点状图案60而不形成线状图案62。
此外，在第一至第三实施方式中，给出了利用穹形空间42形成在下电极12下方的压电薄膜谐振器作为示例的描述，但压电薄膜谐振器的结构也可以是其它结构。
图15A至图15D是根据第一至第三实施方式的变型实施方式的压电薄膜谐振器的示意图。在此例示中，仅例示出基板10、下电极12、第一压电膜14a、温度补偿膜16、第二压电膜14b以及上电极18，省略了其他层叠膜（质量负荷膜和频率调整膜）的图示。然而，多层膜30的结构与第一至第三实施方式中的相同，并且包括能够通过构图来控制谐振频率的第二质量负荷膜24。
图15B例示出了牺牲层（未示出）嵌入设置于基板10的表面的凹部（空间42）并且使其上形成的下电极12平坦化的示例。具有本结构的压电薄膜谐振器可以通过在基板10和牺牲层的平坦表面上形成包括下电极12的多层膜30之后，利用湿蚀刻去除牺牲层来获得。如同所述，空间42的形状可以是穹形以外的其它形状。
图15D是利用声波反射膜44替代在下电极12下方形成空间的SMR（固态装配型谐振器）型谐振器。通过交替层叠膜厚λ/4（λ是声波的波长）的声阻抗高的膜和声阻抗低的膜来形成声波反射膜44。具有本结构的压电薄膜谐振器可以通过在基板10的表面上形成声波反射膜，并且在其上形成包括下电极12的多层膜30来形成。如同所述，可以采用在下电极12下方未形成有所述空间的结构。
在第一至第三实施方式中（图1、图11），连接在输入端子In或者输出端子Out与地之间的电感器（L2、L3）称为第一电感器，而连接在并联谐振器P1至P3与地之间的电感器（L1）称为第二电感器。第一电感器连接至输入端子In侧和输出端子Out侧中的至少一个就足够了，但更优选的是第一电感器连接至输入端子In侧和输出端子Out侧两者。
在第一至第三实施方式中，给出了利用梯型滤波器（图1、图11）作为示例的描述，但利用根据第一至第三实施方式的压电薄膜谐振器的滤波器的构造不限于上述具体实施方式。例如，在图1和图11中，并联谐振器P1至P3的一端统一经由电感器L1接地，但并联谐振器P1至P3可以设置有各自的电感器并且各电感器的未连接到并联谐振器P1至P3的一端合成一体。此外，在第一至第三实施方式中，串联谐振器的数量是4个（S1至S4）而并联谐振器的数量是3个（P1至P3），但串联谐振器的数量和并联谐振器的数量也可以是其它数量。在此情况下，可以采用将并联谐振器中的两个以上并联谐振器统一经由电感器接地的构造。此外，如下所述，声波滤波器的构造可以是除了梯型滤波器以外的构造。
图16是例示出根据第一至第三实施方式的变型实施方式的格型声波滤波器的构造的电路图。格型声波滤波器设置有两个输入端子（第一输入端子In1和第二输入端子In2），和两个输出端子（第一输出端子Out1和第二输出端子Out2）。串联谐振器S1连接在第一输入端子In1与第一输出端子Out1之间，而串联谐振器S2连接在第二输入端子In2与第二输出端子Out2之间。此外，并联谐振器P1连接在第一输入端子In1与第二输出端子Out2之间，而并联谐振器P2连接在第二输入端子In2与第一输出端子Out1之间。
串联谐振器S1和S2和并联谐振器P1和P2是具有与第一至第三实施方式相同的结构的压电薄膜谐振器，并且包括温度补偿膜16和第二质量负荷膜24。因此，与第一至第三实施方式相同，可以通过改变第二质量负荷膜24的图案，使得串联谐振器S1和S2的谐振频率具有彼此不同的值并且使得并联谐振器P1和P2的谐振频率具有彼此不同的值，来实现带宽加宽和滤波器匹配性的改善。如上所述，根据第一至第三实施方式的压电薄膜谐振器可以应用于除梯型滤波器以外的滤波器。
图17是例示出使用根据第一至第三实施方式的声波滤波器的双工器的构造的电路图。双工器设置有发送端子TX、接收端子RX以及它们共用的天线端子Ant。发送滤波器70位于发送端子TX与天线端子Ant之间，而接收滤波器72位于接收端子RX与天线端子Ant之间。
发送滤波器70的构造与第二实施方式中描述的滤波器（图11）相同，并且包括四个串联谐振器（S11至S14）、三个并联谐振器（P11至P13）以及电感器（L11和L12）。然而，天线端子Ant侧上的电感器L1由发送滤波器70和接收滤波器72共用。这样实现了与图1和图11中的输出端子Out侧上的电感器L2的匹配性能相同的匹配性能。
接收滤波器72包括四个串联谐振器（S21至S24）、四个并联谐振器（P21至P24）以及电感器（L21至L25）。与发送滤波器70不同之处在于，并联谐振器P21至P24的接地侧未被合成一体，而是经由各自的电感器L22至L25接地。此外，与发送滤波器70共用天线端子Ant侧上的电感器L1。
在具有图16例示的构造的双工器中，可以通过利用根据第一至第三实施方式的压电薄膜谐振器，使各串联谐振器的谐振频率具有彼此不同值并且使各并联谐振器的谐振频率具有彼此不同值，来实现带宽加宽和匹配性的改善。
在上述双工器中，电感器L1位于天线端子Ant与地之间，作为匹配用元件，但匹配用元件的构造不限于以上。例如，可以使用包括多个元件的匹配电路来替代电感器L1。此外，在上述双工器中，发送滤波器70和接收滤波器72都具有与第二实施方式（图11）相同的电路构造，但是可以仅它们中的一个具有与第二实施方式相同的电路构造。此外，发送滤波器70和接收滤波器72之一可以是SAW（表面声波）滤波器。当接收端子例如是平衡输出时，考虑使用DMS（双模表面声波）滤波器作为SAW滤波器。
虽然已经详细描述了本发明的实施方式，但应该理解在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可进行各种变型、替换和更换。

Claims (9)

1.一种声波滤波器，该声波滤波器包括多个压电薄膜谐振器，其中至少两个所述压电薄膜谐振器包括：
基板；
位于所述基板上的压电膜；
下电极和上电极，该下电极和该上电极隔着至少一部分所述压电膜设置；
用于频率控制的质量负荷膜，该质量负荷膜位于所述下电极与所述上电极彼此面对的谐振区内，并且具有与所述谐振区的形状不同的形状；以及
温度补偿膜，该温度补偿膜的弹性常数的温度系数具有与所述压电膜的弹性常数的温度系数的符号相反的符号，至少一部分所述温度补偿膜在所述谐振区中位于所述下电极与所述上电极之间，并且
所述至少两个所述压电薄膜谐振器的质量负荷膜的面积彼此不同。
2.根据权利要求1所述的声波滤波器，其中，
所述多个压电薄膜谐振器中的压电薄膜谐振器位于所述声波滤波器的串联支路，并且所述多个压电薄膜谐振器中的压电薄膜谐振器位于所述声波滤波器的并联支路，并且
位于所述串联支路和所述并联支路中的至少一方中的所述压电薄膜谐振器包括质量负荷膜的面积彼此不同的两个所述压电薄膜谐振器。
3.根据权利要求1或者2所述的声波滤波器，其中，所述温度补偿膜主要含有氧化硅。
4.根据权利要求1或者2所述的声波滤波器，其中，所述压电膜由氮化铝制成。
5.根据权利要求4所述的声波滤波器，其中，所述氮化铝含有提高压电常数的元素。
6.根据权利要求1或者2所述的声波滤波器，该声波滤波器进一步包括：
输入端子和输出端子；以及
第一电感器，该第一电感器至少连接在所述输入端子与地之间，或者所述输出端子与地之间。
7.根据权利要求1或者2所述的声波滤波器，该声波滤波器进一步包括第二电感器，该第二电感器连接在位于所述并联支路中的所述压电薄膜谐振器与地之间。
8.根据权利要求1或者2所述的声波滤波器，其中，当所述声波滤波器的通带边缘的频率的温度系数由T[ppm/℃]来表示时，分数带宽大于等于-0.041×T+2.17[%]。
9.一种包括发送滤波器和接收滤波器的双工器，其中，所述发送滤波器和所述接收滤波器中的至少一方设置有权利要求1或者2所述的声波滤波器。
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