CN103973258B - 压电薄膜谐振器、滤波器和双工器 - Google Patents

压电薄膜谐振器、滤波器和双工器 Download PDF

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Abstract

压电薄膜谐振器、滤波器和双工器。一种压电薄膜谐振器包括：基板；位于所述基板上的压电膜；隔着所述压电膜的至少一部分彼此相对的下电极和上电极；插入膜，其插入进所述压电膜，并且位于所述下电极和所述上电极隔着所述压电膜彼此相对的谐振区域内的外周区域的至少一部分中，并且不位于所述谐振区域的中心区域中。

Description

压电薄膜谐振器、滤波器和双工器
技术领域
本发明的某些方面涉及压电薄膜谐振器、滤波器和双工器。
背景技术
利用压电薄膜谐振器的声波元件已经用作诸如移动电话这样的无线装置的滤波器和双工器。压电薄膜谐振器构造为具有隔着压电薄膜彼此相对的下电极和上电极。
无线系统的快速扩展导致很多频带的使用。这需要滤波器或双工器边缘特性(skirt characteristics)陡峭。增加压电薄膜谐振器的Q值是使边缘特性陡峭的措施之一。压电薄膜谐振器的Q值劣化的原因之一是声波能量从谐振区域域向外部的泄漏。
日本特开2006-109472号公报(专利文献1)公开了利用向下电极或上电极的表面提供环形带来改善Q值。
但是，专利文献1中公开的结构不能充分减小从谐振区域向外部泄漏的声波能量。因此，对Q值的改善是不充分的。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供一种压电薄膜谐振器，该压电薄膜谐振器包括：基板；位于该基板上的压电膜；隔着该压电膜的至少一部分彼此相对的下电极和上电极；插入膜，该插入膜插入进该压电膜，并且位于其中该下电极和该上电极隔着该压电膜彼此相对的谐振区域中的外周区域的至少一部分中，并且不位于该谐振区域的中心区域中。
根据本发明的一个方面，提供一种滤波器，该滤波器包括以上描述的压电薄膜谐振器。
根据本发明的另一个方面，提供一种双工器，该双工器包括：发送滤波器；以及接收滤波器，其中，该发送滤波器和该接收滤波器中的至少一方是以上所描述的滤波器。
附图说明
图1的(a)是根据第一实施方式的压电薄膜谐振器的平面图，图1的(b)是插入膜的平面图，图1的(c)和图1的(d)是沿着图1的(a)中的线A-A的截面图；
图2的(a)至图2的(c)是例示根据本发明第一实施方式的制造串联谐振器的方法的截面图；
图3的(a)是例示关于杨氏模量的在反谐振点的Q值，图3的(b)是例示关于杨氏模量的有效机电耦合系数K2eff的图；
图4是例示关于T1/T2的FOM的图；
图5是例示关于T1/T2的FOM的图；
图6是例示关于插入膜的归一化的宽度的FOM的图；
图7的(a)和图7的(b)是谐振区域的边缘部分周围的放大示意图；
图8的(a)是根据第二实施方式的压电薄膜谐振器的平面图，图8的(b)是插入膜的平面图，图8的(c)和图8的(d)是沿着图8的(a)的线AA的截面图；
图9的(a)是根据第三实施方式的压电薄膜的平面图，图9的(b)是插入膜的平面图，图9的(c)是沿着图9的(a)的线A-A的截面图；
图10的(a)是根据第四实施方式的压电薄膜谐振器的平面图，图10的(b)是插入膜和附加膜的平面图，图10的(c)和10的(d)是沿着图10的(a)的线A-A 的截面图；
图11的(a)是根据第五实施方式的压电薄膜谐振器的平面图，图11的(b)是插入膜和孔隙的平面图，图11的(c)和图11的(d)是沿着图11的(a)的线A-A 的截面图；
图12的(a)是根据第六实施方式的压电薄膜谐振器的截面图，图12的(b)是根据第六实施方式的变形例的压电薄膜谐振器的截面图；
图13是根据第七实施方式的双工器的电路图；
图14的(a)是发送滤波器的平面图，图14的(b)是沿着图14的(a)的线 A-A的截面图；
图15是发送滤波器的插入膜的平面图；
图16是根据第二实施方式的制造的压电薄膜谐振器的截面图；
图17是例示存在裂纹和不存在裂纹的情况下关于频率的Q值的图；
图18的(a)和图18的(b)分别是根据第四对比例和第八实施方式的插入膜的边缘部分的放大图；
图19是例示关于角度α的裂纹的产生率的图；
图20是例示在α＝30°和α＝75°的情况下关于频率的Q值的图；
图21的(a)至图21的(c)是(第一)压电薄膜谐振器的平面图；以及
图22的(a)和图22的(b)是(第二)压电薄膜谐振器的平面图。
具体实施方式
以下将会参考附图给出本发明的实施方式的说明。
<第一实施方式>
图1的(a)是根据第一实施方式的压电薄膜谐振器的平面图，图1的(b)是插入膜的平面图，图1的(c)和图1的(d)是沿着图1的(a)中的线A-A的截面图。图1的(c)是例示诸如梯形滤波器的串联谐振器的截面图，图1的(d)是例示诸如梯形滤波器的并联谐振器的截面图。
将参照图1A和图1的(c)给出串联谐振器S的说明。下电极12位于基板10 上，该基板10是硅(Si)基板。在基板10的平坦主要表面和下电极12之间形成具有圆拱形凸出物的空气隙30。圆拱形凸出物是具有这样形状的凸出物：在空气隙30 的边缘，空气隙30的高度低，并且在与空气隙30的中心部分距离更近处，空气隙 30的高度增加。下电极12包括下层12a和上层12b。下层12a例如是Cr(铬)膜，并且上层12b例如是Ru(钌)膜。
主要由氮化铝(AlN)组成的具有(002)方向的主方向的压电膜14位于下电极 12上。插入膜28位于压电膜14中。上电极16位于压电膜14上以具有隔着压电膜 14面对下电极12的区域(谐振区域50)。谐振区域50具有椭圆形状并且是声波以厚度延伸模式振荡的区域。上电极16包括下层16a和上层16b。下层16a例如是Ru 膜，并且上层16b例如是Cr膜。
在上电极16上形成有作为频率调节膜24的氧化硅膜。在谐振区域50中的多层薄膜18包括下电极12、压电膜14、绝缘膜28、上电极16和频率调节膜24。频率调节膜24充当钝化膜。
如图1的(a)所例示，在下电极12上形成用于蚀刻牺牲层的导入路径33。该牺牲层是用来形成空气隙30的层。压电膜14不覆盖导入路径33的顶端的附近区域，并且下电极12在导入路径33的顶端处具有孔部35。
以下参考图1的(a)和图1的(d)给出并联谐振器P的结构的说明。与串联谐振器S相比，并联谐振器P包括在上电极的多个层之间的由Ti(钛)制成的质量负载膜20。因此，除了串联谐振器S的多层膜以外，多层膜18还包括在谐振区域50 中的整个表面上形成的质量负载膜20。其它结构与图1的(c)中例示的串联谐振器 S的结构相同，将不会进行描述。
利用质量负载膜20的膜厚度调节串联谐振器S和并联谐振器P谐振频率之间的差。借助调节频率调节膜24的膜厚度调节串联谐振器S和并联谐振器P的谐振频率。
当压电薄膜谐振器具有2GHz的谐振频率时，在下电极12中由Cr膜制成的下层12a具有100nm的膜厚度并且由Ru膜制成的上层12b具有250nm的膜厚度。由 AlN膜制成的压电膜14具有1100nm的膜厚度。由Al(铝)膜制成的插入膜28具有150nm的膜厚度。在上电极16中，由Ru膜制成的下层16a具有250nm的膜厚度并且由Cr膜制成的上层16b具有50nm的膜厚度。由氧化硅膜制成的频率调节膜 24具有50nm的膜厚度。由Ti膜制成的质量负载膜20具有20nm的膜厚度。可以任意确定各层的膜厚度以获得希望的谐振特性。
如图1的(b)所例示，插入膜28位于谐振区域50的外周区域52中并且不位于中心区域54中。外周区域52是在谐振区域50中的区域并且是包括谐振区域50的外周并沿着该外周的区域。外周区域52例如是具有宽度的环形。中心区域54是在谐振区域50中的区域并且是包括谐振区域50的中心的区域。该中心不必是几何中心。从外周区域52到谐振区域50的外部连续地设置插入膜28。在插入膜28中设置有与孔部35对应的孔部34。
除了Si基板外，基板10还可以是石英基板、玻璃基板、陶瓷基板或GaAs基板。除了Ru膜和Cr膜外，下电极12和上电极16还可以是Al(铝)膜、Ti(钛)膜、 Cu(铜)膜、Mo(钼)膜、W(钨)膜、Ta(钽)膜、Pt(铂)膜、Rh(铑)膜或 Ir(铱)膜或由它们制成的多层膜。当上电极16由多层膜制成时，插入膜28可以位于多层膜的边界面上。例如，上电极16的下层16a可由Ru制成，上层16b可由Mo 制成。除了氮化铝外，压电膜14可由ZnO(氧化锌)、PZT(锆钛酸铅)或PbTiO3 (钛酸铅)制成。此外，压电膜14可主要由氮化铝组成并且包括其它元素以改善谐振特性或改善压电性能。例如，利用Sc(钪)作为添加元素改善压电膜14的压电性，从而改善压电薄膜谐振器的有效机电械耦合系数。
除了氧化硅膜外，还可以使用氮化硅膜或氮化铝膜作为频率调节膜24。除了Ti 以外，质量负载膜20还可以由Ru、Cr、Al、Cu、Mo、W、Ta、Pt、Rh或Ir的单层膜制成。此外，由诸如氮化硅的金属氮化物或诸如氧化硅的金属氧化物制成的绝缘膜可用作质量负载膜20。质量负载膜20除了制成在上电极16的多层膜之间，还可制成在下电极12下方、下电极12的多层之间、上电极16上方、下电极12与压电膜 14之间、或压电膜14与上电极16之间。质量负载膜20可以比谐振区域50大，只要形成质量负载膜以包括谐振区域50在内。
图2的(a)至图2的(c)是例示根据第一实施方式的制造串联谐振腔的方法的截面图。如图2的(a)所例示，用于形成空气隙的牺牲层38形成在具有平坦主要表面的基板10上。牺牲层38具有诸如10nm至100nm的膜厚度，并且其材料可选自容易溶解于蚀刻液体或蚀刻气体的材料，例如MgO、ZnO、Ge和SiO2。然后，利用光刻和蚀刻将牺牲层38构图成希望的形状。牺牲层38具有与空气隙30的平面形状对应的形状，并且包括成为谐振区域50的区域。接下来，在牺牲层38和基板10上形成作为下电极12的下层12a和上层12b。牺牲层38和下电极12利用诸如溅射、真空蒸镀、或CVD(化学气相沉积)形成。然后，利用光刻或蚀刻将下电极12构图成希望的形状。可以利用剥离来形成下电极12。
如图2的(b)所例示，压电膜14a和插入膜28利用诸如溅射、真空蒸镀或CVD 形成在下电极12和基板10上。利用光刻和蚀刻将插入膜28构图成希望的形状。可以利用剥离来形成插入膜28。
如图2的(c)所例示，压电膜14b和上电极16的下层16a和上层16b利用诸如溅射、真空蒸镀或CVD形成。压电膜14由压电膜14a和14b形成。利用光刻和蚀刻将上电极16构图成希望的形状。可以利用剥离来形成上电极16。
在图1的(d)所例示的并联谐振器中，在形成下层16a后，利用诸如溅射、真空蒸镀或CVD形成质量负载膜20。利用光刻或蚀刻将质量负载膜20构图成希望的形状。然后，形成上层16b。
频率调节膜24利用诸如溅射或CVD形成。利用光刻或蚀刻将频率调节膜24构图成希望的形状。
然后，将用于蚀刻牺牲层38的蚀刻液体穿过孔部35和导入路径33(参见图1) 引入位于下电极12下方的牺牲层38。该处理去除牺牲层38。用于蚀刻牺牲层38的介质优选地是对除了牺牲层38以外的谐振器的材料不蚀刻的介质。尤其地，蚀刻介质优选地是对与蚀刻介质接触的下电极12不蚀刻的介质。多层膜18(参见图1的(c) 和图1的(d))的应力设置为压缩应力。这导致当去除牺牲层38时，多层膜18朝着与基板10的相对侧向外凸出以从基板10分离。在下电极12和基板10之间形成具有圆拱形凸出物的空气隙30。利用以上描述的过程制造图1的(a)和图1的(c)所例示的串联谐振器S和图1的(a)和图1的(d)所例示的并联谐振器P。
当改变插入膜28的材料时，利用有限元方法模拟在反谐振点的Q值。关于图1 的(c)所例示的截面，利用二维分析执行有限元方法。假设多层膜18的各个膜的膜厚度和材料与图1的(a)至图1的(d)中描述的具有2GHz谐振频率的压电薄膜谐振器中相应的膜的膜厚度和材料相同。也就是说，假设压电膜14由AlN制成。假设插入膜28具有150nm的膜厚度，并且假设与谐振区域50交叠的插入膜28的宽度W 为2μm。假设插入膜28位于压电膜14的膜厚度方向的中间位置。
图3的(a)是例示关于杨氏模量的在反谐振点的Q值，图3的(b)是例示关于杨氏模量的有效机电耦合系数K2eff的图。第一对比例对应于不包括插入膜28的谐振器。关于Al、SiO2、Ti、Cr、AlN、Ru和W作为插入膜28的材料，计算Q值和有效机电械耦合系数K2eff。
如图3的(a)所例示，在反谐振点的Q值增大，因为使用具有较低的杨氏模量的材料用于插入膜28。当杨氏模量变得小于AlN的杨氏模量时，Q值变得比第一对比例的Q值高。原因如下，即，当具有低的杨氏模量的插入膜28位于外周区域52 时，在谐振区域50的外周区域52中声波的模拟变小。这使得谐振区域50的外周作为固定端，从而声波在该固定端反射。因此，泄漏到谐振区域50外部的声波能量减小。这使得Q值高。优选地，插入膜28具有小于压电膜14的杨氏模量的杨氏模量，更优选地，等于或小于压电膜14的杨氏模量的90％，进一步优选地，等于或小于压电膜14的杨氏模量的80％。
如图3的(b)所例示，当插入膜28由金属制成时，有效机电械耦合系数K2eff 高。这归因于当插入膜28由金属制成时在谐振区域50中声波的电场分布变得均匀。
图4和图5例示关于T1/T2的FOM的图。当插入膜28具有膜厚度T1并且谐振区域50的中心区域54中的多层膜18具有膜厚度T2时，横轴代表T1/T2。纵轴代表从
计算的FOM。如图4所例示，在插入膜由Al或SiO2制成的情况下进行模拟。随着FOM增大，滤波器的损耗减小。当使T1/T2在0.2以下时，可使FOM比第一对比例的FOM大。优选地，T1/T2在0.15以下，更优选地，在0.1以下。此外，优选地，T1/T2在0.03以上。
图5例示假设插入膜28由Al制成时的模拟结果。第二对比例将插入膜28提供到压电膜14和下电极12之间的边界面。第三对比例将插入膜28提供到压电膜14 和上电极16之间的边界面。如在第一实施方式描述的，当插入膜28位于压电膜14 的膜厚度方向的中间位置时，可增大FOM。当插入膜28位于压电膜14的中间位置时，FOM最大。即使插入膜28不位于压电膜14的中间位置，优选地，插入膜位于压电膜14中。这会使得FOM大于第二对比例和第三对比例的FOM。
图6是例示关于插入膜的归一化的宽度的FOM的图。插入膜28的宽度W是与谐振区域50中的外周垂直的方向上的宽度(参见图1的(b))。如图6所例示，在插入膜28由Al制成并且具有150nm的膜厚度的情况下进行模拟。利用处于厚度延伸模式的声波的波长λ来将宽度W归一化。这里，波长λ是在谐振区域50的中心区域 54中的多层膜的膜厚度T2的两倍。当W/λ在2.5以下时，FOM大于第一对比例的 FOM。如上所述，优选地，插入膜28的谐振区域50中的插入膜的厚度W在声波的波长λ的2.5倍以下。更优选地，大于波长λ的0.3倍并小于波长λ的1.7倍。进一步优选地，宽度W等于或小于波长λ的1.5倍。
在第一实施方式中，插入膜28插入进压电膜14中并且位于谐振区域50的外周区域52的至少一部分中。另一方面，插入膜28不位于谐振区域50的中心区域54 中。这可防止沿横向传播的声波泄漏到谐振区域50的外部。因此，改善了Q值。此外，相比于如图5所例示的将插入膜28设置到下电极12或上电极16与压电膜14 之间的边界面的情况，FOM得到了改善。
图7的(a)和图7的(b)是谐振区域50的边缘部分周围的放大示意图。在图 7的(a)中，不提供插入膜28。利用去除位于谐振区域50外部的压电膜14，防止声波从谐振区域50泄漏。图7的(b)对应于第一实施方式。如图7的(a)和图7 的(b)所例示，空气隙30大于谐振区域50，以改善Q值。因此，在图7的(a)中，利用已经去除压电膜14的区域58中的下电极12支承谐振区域50的多层膜。因此，在下电极中容易产生裂纹。在支持高频的压电薄膜谐振器中，下电极12尤其薄，因此，容易产生裂纹。
如图7的(b)所例示，除了下电极12外，在区域58中利用提供插入膜28还设置了压电膜14和插入膜28。因此，可以防止在下电极12中产生裂纹。此外，与没有设置插入膜18并且在区域58中设置压电膜14的情况相比，可以防止在压电膜14 中产生裂纹。
如上所述，优选地，插入膜28位于外周区域52到谐振区域59的外部。这可以防止在谐振区域50的外周中的压电膜14中产生裂纹。优选地，插入膜28位于空气隙30上方和谐振区域50外部。以上描述的防止裂纹产生的效果对于薄膜厚度薄的情况尤其有效，以支持2.5GHz以上的高频带。
如图3的(a)所例示，插入膜28的杨氏模量优选地小于压电膜14的杨氏模量。这可改善Q值。此外，如图3的(b)所例示，利用使插入膜28由金属膜形成，能够改善有效机电耦合系数。此外，当压电膜14主要由氮化铝组成时，插入膜28优选地主要由Al、Au、Cu、Ti、Pt、Ta、Cr和氧化硅中的至少一种组成。
<第二实施方式>
图8的(a)是根据第二实施方式的压电薄膜谐振器的平面图，图8的(b)是插入膜的平面图，图8的(c)和图8的(d)是沿着图8的(a)的线AA的截面图。图8的(c)是例示诸如梯形滤波器的串联谐振器的截面图，图8的(d)是例示诸如梯形滤波器的并联谐振器截面图。如图8的(a)至图8的(d)所例示，插入膜28 位于谐振区域50中并且不位于谐振区域50外部。其它结构与第一实施方式的结构相同，将不再描述。
如第二实施方式所描述的，即使插入膜28不位于谐振区域50的外部，也能够改善Q值。
<第三实施方式>
图9的(a)是根据第三实施方式的压电薄膜的平面图，图9的(b)是插入膜的平面图，图9的(c)是沿着图9的(a)的线A-A的截面图。图9的(c)是例示诸如梯形滤波器的串联谐振器的截面图。如图9的(a)至图9的(c)所例示，插入膜 28位于外周区域52的一部分中，并且插入膜28不位于外周区域52的部分55。此外，插入膜28除了位于外周区域52中，还位于围绕谐振区域50的区域56中。其它结构与第二实施方式的结构相同，将不再描述。
如在第三实施方式中描述的，如果插入膜28位于外周区域52的一部分中，那么这是足够的。即使插入膜28位于外周区域52的一部分中，也能够防止声波泄漏到谐振区域50的外部。插入膜28优选地位于谐振区域50的外周的50％或更多，更优选地，75％或更多，进一步优选地，90％或更多。优选地这样设置插入膜28以包括位于谐振区域50外部的空气隙的区域。这可防止在压电膜14或下电极12中产生裂纹。
<第四实施方式>
图10的(a)是根据第四实施方式的压电薄膜谐振器的平面图，图10的(b)是插入膜和附加膜的平面图，图10的(c)和10的(d)是沿着图10的(a)的线A-A 的截面图。图10的(c)是例示诸如梯形滤波器的串联谐振器的截面图，图10的(d) 是例示诸如梯形滤波器的并联谐振器的截面图。如图10的(a)至图10的(d)所例示，插入膜28位于与下电极12交叠的外周区域52中。附加膜26位于上电极16上。利用从下侧起的顺序堆叠Ti膜和Au膜形成附加膜26。附加膜26防止声波泄漏到谐振区域50的外部。附加膜26可由其它金属制成。
如第四实施方式所描述的，插入膜28可以位于外周区域52的一部分中，并且附加膜26可以位于外围区52的除了插入膜28所在的区域以外的区域中。插入膜28 和附加膜26优选地围绕整个中心区域54的外周。插入膜28和附加膜26可围绕中心区域54的外周的一部分。
<第五实施方式>
图11的(a)是根据第五实施方式的压电薄膜谐振器的平面图，图11的(b)是插入膜和孔隙的平面图，图11的(c)和图11的(d)是沿着图11的(a)的线A-A 的截面图。图11的(c)是例示诸如梯形滤波器的串联谐振器的截面图，图11的(d) 是例示诸如梯形滤波器的并联谐振器的截面图。如图11的(a)至图11的(d)所例示，插入膜28位于与上电极16交叠的外周区域52中。去除了下电极12上的压电膜 14以形成孔隙36。去除了压电膜14使得上电极16形成檐部。孔隙36防止声波泄漏到谐振区域50的外部。只要孔隙36位于谐振区域50外部，孔36可以不位于下电极 12上。
如第五实施方式所描述的，插入膜28可以位于外周区域52的一部分中，并且压电膜14的孔隙36可以位于外围周区域52的插入膜28所在的区域以外的区域外部。优选地，插入膜28和孔隙36围绕中心区域54的整个外周。插入膜28和孔隙36可围绕中心区域的外周的一部分。
<第六实施方式>
第六实施方式改变了空气隙的结构。图12的(a)是根据第六实施方式的压电薄膜谐振器的截面图，图12的(b)是根据第六实施方式的变形例的压电薄膜谐振器的截面图。如图12的(a)所例示，在基板10的上表面形成有凹部。下电极12形成在基板上以成为平坦的。这样在基板10的凹部中形成空气隙30。形成空气隙30以包括谐振区域50。其它结构与第一实施方式的结构相同，将不再描述。可以形成空气隙30以穿透基板10。可以形成绝缘膜以与下电极12的下表面接触。也就是说，空气隙30可以形成在基板10和与下电极12接触的绝缘膜之间。绝缘膜例如可以是氮化铝膜。
如图12的(b)所例示，声反射膜31形成在谐振区域50中的下电极12的下方。利用交替地堆叠具有低声阻的膜30a和具有高声阻的膜30b形成声反射膜31。膜30a 和30b具有例如λ/4(λ是声波的波长)的膜厚度。膜30a和膜30b的堆叠数量可以任意确定。其它结构与第一实施方式的结构相同，不再描述。
在第六实施方式及其变形例中，如第二实施方式，插入膜28可以仅位于谐振区域50中。此外，如第三实施方式，插入膜28可以仅位于外周区域52的一部分中。如第四实施方式，可以设置附加膜26，并且与第五实施方式，可以设置孔36。
如第一实施方式至第六实施方式所描述的，压电薄膜振荡器可以是FBAR(薄膜体声谐振器)，其包括在谐振区域50中的基板10和下电极12之间形成的空气隙30。此外，如在第六实施方式的变形例中所描述的，压电薄膜谐振器可以是SMR(固态安装谐振器)，其包括位于谐振区域50中的下电极12下方并反射在压电膜14中传播的声波的声反射膜31。
在第一实施方式至第六实施方式及其变形例中，谐振区域50具有椭圆形，但也可具有其它形状。例如，谐振区域50可以具有诸如四边形或五边形的多边形形状。
<第七实施方式>
第七实施方式是示例性双工器。图13是根据第七实施方式的双工器的电路图。如图13所例示，双工器包括发送滤波器40和接收滤波器42。在公共端子Ant与发送端子Tx之间连接发送滤波器40。在公共端子Ant与接收端子Rx之间连接接收滤波器42。作为匹配电路的电感L1位于公共端子Ant和地之间。发送滤波器40将从发送端子Tx输入的信号中的在发送频带中的信号作为发送信号传递到公共端子Ant，并且抑制其它频率的信号。接收滤波器42将从公共端子Ant输入的信号中的在接收频带中的信号传递到接收端子Rx，并且抑制其它频率的信号。电感L1匹配阻抗以使得经由发送滤波器40发送的发送信号从公共端子Ant无泄漏地输出到接收滤波器 42。
发送滤波器是梯形滤波器。一个或更多个谐振器S1至S4在发送端子Tx(输入端子)和公共端子Ant(输出端子)之间串联连接。一个或多个并联谐振器P1至P3 在发送端子Tx和公共端子Ant之间并联连接。将并联谐振器P1至P3的接地侧端结合为一个整体并经由电感L2接地。串联谐振器、并联谐振器、以及电感或其连接的数量可以任意改变以获得希望的发送滤波器特性。串联谐振器S1至S4和并联谐振器 P1至P3中的至少一方可以是第一实施方式至第六实施方式及其变形例的压电薄膜谐振器的任一方。
图14的(a)是发送滤波器的平面图，图14的(b)是沿着图14的(a)的线 A-A的截面图。图15是发送滤波器的插入膜的平面图。如图14的(a)和14B所例示，第一实施方式的压电薄膜谐振器形成在单个基板10上以形成梯形滤波器。在压电膜14中形成孔隙36，并且在插入膜28中形成孔隙37。可经由孔隙36和37提供与下电极12的电连接。其它结构与第一实施方式的相同，将不再描述。各个谐振器 S1至S4以及P1至P3中的谐振区域50的尺寸和形状可任意改变。
接收滤波器42可以是梯形滤波器或多模滤波器。发送滤波器40和接收滤波器 42中的至少一方可以是梯形滤波器或桥式滤波器(lattice type filter)。发送滤波器40 和接收滤波器42中的至少一方中的谐振器终端至少一方可以是第一实施方式至第六实施方式及其变形例的压电薄膜谐振器中的任一方。
滤波器可包括第一实施方式至第六实施方式及其变形例的压电薄膜谐振器中的任一方。这样可改善谐振器的Q值，从而能够改善滤波器的边缘特性。
此外，发送滤波器40和接收滤波器42中的至少一方可以是包括第一实施方式至第六实施方式及其变形例的压电薄膜谐振器中的任一方的滤波器。
<第八实施方式>
第八实施方式使得插入膜28的侧表面成楔状。图16是根据第二实施方式的制造的压电薄膜谐振器的截面图。层的膜厚度如下。在下电极12中，由Cr膜制成的下层 12a具有100nm的膜厚度，并且由Ru膜制成的上层12b具有200nm的膜厚度。由 AlN膜制成的压电膜14具有1200nm的膜厚度。由氧化硅膜制成的插入膜28具有 150nm的膜厚度。在上电极16中，由Ru膜制成的下层16a具有250nm的膜厚度，并且由Cr膜制成的上层16b具有50nm的膜厚度。由氧化硅膜制成的频率调节膜24 具有50nm的膜厚度。从插入膜28的边缘起在压电膜14中产生裂纹60。
为了检测裂纹的效果，如图16所例示，在存在裂纹和不存在裂纹的情况下模拟 Q值。利用有限元方法来进行模拟。图17是例示存在裂纹和不存在裂纹的情况下关于频率的Q值的图。如图17所例示，在存在裂纹的情况下的Q值比不存在裂纹的情况下的Q值低。特别是在比谐振点的频率高的频率中，由于裂纹导致Q值低。
图18的(a)和图18的(b)分别是根据第四对比例和第八实施方式的插入膜的边缘部分的放大图。如图18的(a)所例示，当形成插入膜28的侧表面74使其与下表面70和上表面72大致垂直时，从位于侧表面74与上表面72交叉的角处产生裂纹 60。如图18的(b)所例示，形成侧表面74使其具有楔状，使得上表面72小于下表面70。侧表面74与下表面之间的楔角α是锐角。也就是说，侧表面74和上表面72 之间的角是钝角。因此，可以防止从角76产生裂纹。
当在图2的(b)中处理插入膜28时，处理插入膜28使其侧表面74具有楔状形状。例如，利用干法蚀刻或湿法蚀刻来处理插入膜28。可利用适当地改变蚀刻条件和/或蚀刻掩模条件来任意地设置楔角α。
图19是例示关于角度α的裂纹的产生率的图。制造具有不同楔角α的样品，并且利用SEM(扫描电镜)观察所制造的样品的截面。在这些样品中，将观察到裂纹的样品定义为产生裂纹的样品。产生裂纹的样品与观察的样品之比是裂纹的产生比。图19的实线是测量点的近似线。如图19所例示，当楔角α大于60°时，裂纹的产生比大于80％.因此，优选地，楔角α小于等于60°。当楔角小于等于40°以下时，裂纹的产生比大约为0％.因此，更优选地，楔角小于等于在40°以下。
制造具有图16所例示的结构和具有30°和75°楔角的压电薄膜谐振器，并且测量它们的Q值。在具有75°楔角的样品中产生裂纹，并且在具有30°楔角的样品中没有产生裂纹。各个膜厚度与图16中所描述的一样。谐振区域50具有225μm长轴和140 μm短轴的椭圆形状。W/λ是0.7。图20是例示在α＝30°和α＝75°的情况下关于频率的Q值的图。在谐振点以上的频率中尤其可改善具有30°楔角的样品的Q值。如上所描述的，使楔角60°以上可防止产生裂纹并改善Q值。
图21的(a)至图22的(b)是压电薄膜谐振器的平面图。图21的(a)至图 22的(b)分别对应于第一实施方式的图1的(b)、第二实施方式的图8的(b)、第三实施方式的图9的(b)、第四实施方式的图10的(b)、以及第五实施方式的图11 的(b)。粗实线62表示插入膜28的侧表面是楔状的。如图21的(a)所例示，将第八实施方式应用到第一实施方式，并且沿着在插入膜28中形成的孔隙的侧表面是楔状的。如图21的(b)所例示，在第二实施方式中，除了沿着在插入膜28中形成的孔隙的侧表面以外，沿着插入膜的外周的侧表面也是楔状的。如图21的(c)所例示，在第三实施方式中，沿着没有设置插入膜28的部分55的侧表面是楔状。如图22的 (a)所例示，在第四实施方式中，插入膜的侧表面是楔状的。如图22的(b)所例示，在第五实施方式中，插入膜28的侧表面是楔状的。
如上所述，第八实施方式可应用于第一实施方式至第六实施方式。在谐振区域 50中或附近产生的裂纹会带来问题。因此，插入膜28的在谐振区域50中或附近的侧表面是楔状的，并且插入膜28的侧表面其余部分的不是楔状的。第八实施方式的压电薄膜谐振器可用于滤波器或双工器。
虽然已经详细描述了本发明的实施方式，但是应当理解的是，在不脱离本发明主旨和保护范围的情况下可以对本发明进行各种改变、替代和变更。

Claims (9)

1.一种压电薄膜谐振器，该压电薄膜谐振器包括：
基板；
位于所述基板上的压电膜；
隔着该压电膜的至少一部分彼此相对的下电极和上电极；
插入膜，该插入膜插入进所述压电膜，位于所述下电极和所述上电极隔着所述压电膜彼此相对的谐振区域内的外周区域中，并且不位于所述谐振区域的中心区域中，所述外周区域包括所述谐振区域的外周并且沿着该外周，
其中，所述压电膜主要由氮化铝组成，并且
所述插入膜由Al或氧化硅制成，
其中，在所述谐振区域中，在所述基板和与所述下电极接触的绝缘膜之间或者在所述基板和所述下电极之间，形成有空气隙，并且所述空气隙位于所述谐振区域中，
或者，在所述谐振区域中的所述下电极的下方形成有声反射膜，所述声反射膜反射在所述压电膜中传播的声波，并且所述声反射膜位于所述谐振区域中，
其中，0.03≤T1/T2≤0.2，
其中，T1表示所述插入膜的膜厚度；T2表示在所述中心区域中的多层膜的膜厚度，其中，所述中心区域中的所述多层膜包括所述下电极、所述压电膜、所述上电极和频率调节膜，
在所述插入膜的所述谐振区域中的所述插入膜的宽度是所述压电薄膜谐振器的处于厚度延伸模式的声波的波长的2.5倍以下并且是波长的0.3倍以上。
2.根据权利要求1所述的压电薄膜谐振器，其中，
所述插入膜位于从所述外周区域起至所述谐振区域的外部的范围。
3.根据权利要求1或2所述的压电薄膜谐振器，其中，
所述插入膜的杨氏模量小于所述压电膜的杨氏模量。
4.根据权利要求1或2所述的压电薄膜谐振器，其中，
0.03≤T1/T2≤0.15。
5.根据权利要求1或2所述的压电薄膜谐振器，其中，
在所述插入膜的所述谐振区域中的所述插入膜的宽度是所述压电薄膜谐振器的处于厚度延伸模式的声波的波长的1.5倍以下。
6.根据权利要求1或2所述的压电薄膜谐振器，其中，
所述插入膜的侧表面是楔状的，使得所述插入膜的上表面小于所述插入膜的下表面。
7.根据权利要求6所述的压电薄膜谐振器，其中，
所述插入膜的所述下表面与所述插入膜的所述侧表面之间的角度小于等于60°。
8.一种滤波器，该滤波器包括根据权利要求1或2所述的压电薄膜谐振器。
9.一种双工器，所述双工器包括：
发送滤波器；以及
接收滤波器，其中，
所述发送滤波器和所述接收滤波器中的至少一方是根据权利要求8所述的滤波器。
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