CN104321965A - 体波谐振器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种Q值高,并且能够抑制谐振频率以下的频率范围内的乱真的体波谐振器。体波谐振器(1),在基板(2)上,按照具有被从基板(2)的上表面声分离的部分的方式,层叠含钪的氮化铝膜(3),在含钪的氮化铝膜(3)的一面形成第1电极(4),在另一面形成第2电极(5),相对于第1电极(4),第2电极(5)隔着含钪的氮化铝膜(3)而重合,从而构成压电振动部,在将含钪的氮化铝膜(3)中的Sc与Al的合计设为100原子%时,钪含有浓度处于5原子%以上、43原子%以下的范围。
Description
技术领域
本发明涉及对在压电薄膜中传播的体波加以利用的体波(bulk)谐振器。
背景技术
以往,提出了各种对在压电薄膜中传播的体波进行利用的体波谐振器。例如,在下述的专利文献1中,公开了一种在压电片的第1面形成第1电极,在第2面形成第2电极的声谐振器滤波器(filter)。该声谐振器滤波器利用在压电片中传播的体波。在专利文献1中,第1电极与第2电极重合的部分构成为具有不规则的多边形形状。由此,由于横向模式而导致的乱真(spurious)被抑制。
另一方面,在下述的专利文献2中,公开了一种为了抑制乱真而在电极上形成了质量附加膜的压电薄膜谐振器。
在先技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2000-332568号公报
专利文献2:WO2007/119556
发明内容
-发明要解决的课题-
在专利文献1、专利文献2中,在利用了体波的体波谐振器,能够抑制乱真。但是,在专利文献1中,存在Q值劣化,损耗变大的问题。此外,在专利文献2中,能够对在谐振频率以上的频率范围出现的乱真进行抑制。但是,不能对比谐振频率低的频率范围内的乱真进行抑制。此外,在专利文献2中也存在Q值变小的问题。
本发明的目的在于,提供一种能够抑制谐振频率以下的频率范围内的乱真,并且Q值高的体波谐振器。
-解决课题的手段-
本发明所涉及的体波谐振器具备:基板、含钪的氮化铝膜、第1电极、和第2电极。含钪的氮化铝膜被固定在基板的一个主面,并且具有被从该一个主面声分离的部分。第1电极被设置在含钪的氮化铝膜的一面,第2电极形成在含钪的氮化铝膜的另一面。第2电极隔着含钪的氮化铝膜而与第1电极重合。在本发明中,由第1电极与第2电极重合的部分构成压电振动部。此外,在将含钪的氮化铝膜中的钪与铝的合计设为100原子%时,钪含有浓度处于5~43原子%的范围。
在本发明所涉及的体波谐振器的某一特定的方面,所述钪含有浓度处于15~24原子%的范围。在该情况下,能够得到良好的温度特性,并且能够有效地抑制乱真。
在本发明所涉及的体波谐振器的另一确定的方面,所述钪含有浓度处于37~39.5原子%的范围。在该情况下,能够实现宽频带化,并且能够有效地抑制乱真。此外,也能够有效地实现含钪的氮化铝膜的量产时的膜质的稳定化。
在本发明所涉及的体波谐振器的另一特定的方面,在所述压电振动部的外周部分的至少一部分,形成用于对所述压电振动部附加质量的质量附加膜。在该情况下,能够抑制比谐振频率更高的频率范围内的乱真。
在本发明所涉及的体波谐振器的又一特定的方面,所述质量附加膜由与所述第2电极相同的材料构成。在该情况下,能够实现制造工序以及成本的减少。
在本发明所涉及的体波谐振器的又一特定的方面,所述压电振动部的平面形状是椭圆形。在该情况下,能够有效地减少由于横向模式谐振而导致的乱真。
在本发明所涉及的体波谐振器的又一其他的特定的方面,所述压电振动部的平面形状是不具有相互平行的边的多边形状。在该情况下,能够有效地抑制由于横向模式谐振而导致的乱真。
-发明效果-
根据本发明所涉及的体波谐振器,由于含钪的氮化铝膜中的钪含有浓度处于5原子%~43原子%的范围内,因此能够抑制谐振频率以下的频率范围内的乱真。并且,能过抑制Q值的劣化,减小损耗。
附图说明
图1(a)以及图1(b)是本发明的第1实施方式所涉及的体波谐振器的主剖视图以及俯视图。
图2是表示使用了钪含有浓度为35原子%的ScAlN膜的实施例与使用了AlN膜的第1比较例的体波谐振器的谐振特性的图。
图3是表示使用了钪含有浓度为35原子%的ScAlN膜的实施例与使用了AlN膜的第1比较例的体波谐振器的反射特性的图。
图4是表示使用了钪含有浓度为35原子%的ScAlN膜的实施例与使用了AlN膜的第1比较例的体波谐振器的阻抗史密斯圆图的图。
图5是本发明的第2实施方式所涉及的体波谐振器的主剖视图。
图6是表示第2实施方式的体波谐振器的阻抗史密斯圆图的图。
图7是本发明的第3实施方式所涉及的体波谐振器的主剖视图。
图8是表示第3实施方式的体波谐振器的阻抗史密斯圆图的图。
图9是表示钪含有浓度与压电常数d33的关系的图。
图10是表示在构成体波谐振器的情况下,谐振器的相对带宽以及频率温度系数TCF与Sc含有浓度的关系的图。
图11是表示钪含有浓度与压电常数d33的关系的图。
图12是表示Sc含有浓度与损耗系数的关系的图。
图13是用于对决定图12所示的损耗系数的区间进行说明的阻抗史密斯圆图。
图14是表示本发明的第4实施方式所涉及的体波谐振器的主剖视图。
图15是表示使用了AlN膜的第2比较例的体波谐振器的阻抗史密斯圆图的图。
图16是表示第4实施方式所涉及的体波谐振器的阻抗史密斯圆图的图。
图17(a)是本发明的第5实施方式所涉及的体波谐振器的主剖视图,图17(b)是第2电极的俯视图。
图18是表示使用了AlN膜的第3比较例的体波谐振器的阻抗史密斯圆图的图。
图19是表示第5实施方式所涉及的体波谐振器的阻抗史密斯圆图的图。
图20(a)~图20(d)是用于对压电振动部以及电极形状的变形例进行说明的各示意性俯视图。
图21是表示使用了本发明的体波谐振器的滤波器装置的一个例子的电路图。
图22是表示在AlN以及ScAlN中传播的板波的分散特性的图。
具体实施方式
下面,通过一边参照附图,一边对本发明的具体实施方式进行说明,从而使本发明清楚。
图1(a)以及(b)是本发明的第1实施方式所涉及的体波谐振器的主剖视图以及俯视图。
体波谐振器1具有基板2。基板2由适当的绝缘体或者半导体构成。在本实施方式中,基板2由硅基板构成。在基板2上层叠ScAlN膜3。也就是说,ScAlN膜3作为含钪的氮化铝膜而形成。ScAlN膜3是通过在氮化铝膜中掺杂钪而形成的。在以Sc与Al的合计为100原子%时,钪含有浓度为5~43原子%的范围内。
ScAlN膜3被固定在作为基板2的第1主面的上表面。不过,ScAlN膜3具有隔着空间6而从基板2的上表面悬浮着的部分。该悬浮着的部分相对于基板2被声分离。另外,虽然在本第1实施方式中,ScAlN膜3是物理悬浮着的,但并不限定于此。由于只要是被声分离即可,因此例如,ScAlN膜3也可以形成在声反射层上。
在ScAlN膜3的下表面形成第1电极4。在ScAlN膜3的上表面形成第2电极5。第1电极4隔着ScAlN膜3而与第2电极5重合。在本实施方式中,第1电极4与第2电极5重合的部分具有正方形的形状。不过,如后面所述,第1电极4以及第2电极5重合的部分的俯视形状并不仅限于此。
第1电极4与第2电极5隔着ScAlN膜3重合的部分构成压电振动部。也就是说,通过在第1电极4与第2电极5之间施加交流电场,从而上述压电振动部被激励。体波谐振器1利用通过该激励而产生的体波。
体波谐振器1的特征在于,ScAlN膜3中的Sc含有浓度处于如上所述的5~43原子%的范围。由此,如下面所述,即使第1电极4以及第2电极5是正方形的形状,也能够抑制在谐振频率以下的频率范围出现的乱真。此外,谐振频率附近的损耗小,Q值高。
参照图2~图4来对此进行说明。
作为上述实施方式的体波谐振器1,制作了以下结构的实施例的体波谐振器。
ScAlN膜的Sc含有浓度=35原子%。ScAlN膜的厚度=0.9μm。第1电极4以及第2电极5由Pt与Au的层叠结构构成,其厚度为0.12μm。压电振动部的大小为120μm×120μm的正方形。
此外,除了使用AlN膜来代替ScAlN膜3,与上述实施例同样地准备了第1比较例的体波谐振器。
图2的实线表示上述实施例的体波谐振器的谐振特性,虚线表示上述第1比较例的谐振特性。
此外,图3的实线表示上述实施例的体波谐振器1的反射特性,虚线表示使用了上述AlN膜的第1比较例的体波谐振器的反射特性。
进一步地,图4的实线表示上述实施例的体波谐振器1的阻抗史密斯圆图,虚线表示上述第1比较例的体波谐振器的阻抗史密斯圆图。
根据图3的虚线可知,在第1比较例中,在作为谐振频率的2.38GHz以下的频率范围,多次出现比较大的乱真。同样地,可知,在图4的由A所示的区域、即谐振频率以下的频率范围,在第1比较例中出现多次乱真。与此相对地,可知,在上述实施例的体波谐振器1中,如图3所示,在作为谐振频率的1.9GHz以下的频率范围,几乎没有出现乱真。根据图4也可知,在谐振频率以下的频率范围,根据上述实施例,没有出现乱真。
也就是说,根据图2~图4可知,在体波谐振器1中,能够有效地抑制谐振频率以下的频率范围内的乱真。
此外,根据图3可知,与比较例相比,上述实施例的谐振频率附近的损耗小。也就是说,可知能够提高Q值。
因此,可知,在体波谐振器1中,即使在使用了不具有复杂形状的正方形的第1、第2电极4、5的情况下,也能够抑制谐振频率以下的频率范围内的乱真,并且提高Q值。
图5是表示本发明的第2实施方式所涉及的体波谐振器11的主剖视图。体波谐振器11除了具备保护膜且材料以及各层的厚度如下构成以外,几乎与第1实施方式的体波谐振器1是相同的。
体波谐振器11具有由Si构成的基板32。在基板32的作为第1主面的上表面,层叠由氧化硅构成的矩形框状的框部件层33。在该框部件层33上,层叠由AlN构成的下部保护层34。下部保护层34被设置为封闭形成空间6。在下部保护层34上,形成由Mo构成的第1电极35。在第1电极35上,层叠ScAlN膜36。在ScAlN膜36上,形成第2电极37。第2电极37由Mo构成。第2电极37位于空间6的上方。也就是说,在空间6的上方,第2电极37隔着ScAlN膜与第1电极35重合。该重合的部分构成压电振动部。按照覆盖第1电极35以及ScAlN膜36的上表面的方式形成上部保护层38。上部保护层38由AlN构成。这里,下部保护层与上部保护层也可以如后面所述,由ScAlN形成。此外,下部保护层、上部保护层也可以取代AlN,而是SiN、SiO2、或者这些的层叠构造体。此外,若在上部Mo电极与压电ScAlN膜之间、下部Mo电极与压电ScAlN膜之间设置SiO2膜,则也具有较大改善谐振器的频率温度特性的效果。
在体波谐振器11中,ScAlN膜36的厚度为1.0μm。Sc含有浓度为37.5原子%。
此外,第1电极4以及第2电极5的厚度为0.2μm。
图6表示第2实施方式的体波谐振器11的阻抗史密斯圆图。可知,在图6中由Al所示的区域、即谐振频率以及谐振频率以下的频率范围,在本实施方式中也能够有效地抑制乱真。此外,可知Q值较高。
图7是本发明的第3实施方式所涉及的体波谐振器21的主剖视图。体波谐振器21除了质量附加膜39被层叠在第2电极37上以外,是与第2实施方式的体波谐振器11同样地构成的。这里,质量附加膜39具有正方形框状的形状。质量附加膜39为沿着压电振动部的外周的形状。不过,正方形框状的质量附加膜不是必须形成为横跨压电振动部的外周的整周。也就是说,也可以正方形框状的一部分被切去。
质量附加膜39由Mo、W、AlN、氧化硅膜等构成。此外,质量附加膜39的宽度W1为2μm。此外,正方形框状的质量附加膜39的外侧边一边的长度为100μm。
也就是说,第1电极35与第2电极37重合的部分是1边为100μm的正方形。正方形框状的质量附加膜39被设置为与该正方形外接。这里,下部保护层34为ScAlN,膜厚为50nm,第1电极35为Mo,膜厚为250nm,ScAlN36的膜厚为970nm,第2电极37为Mo,膜厚为250nm,质量附加膜39为Mo,膜厚为180nm,上部保护层38为ScAlN,膜厚为100nm。下部保护层34、上部保护层38也可以由AlN形成。不过,通过以ScAlN形成下部保护层34与上部保护层38,从而与ScAlN的密接性、晶体性能够比AlN的情况更高。这是由于AlN与ScAlN的晶体结构的原子间距离不同,因此在AlN的情况下,密接性、晶体性变低。
其它的结构与第2实施方式的体波谐振器11相同。图8表示第3实施方式的体波谐振器21的阻抗史密斯圆图。
根据图8可知,在由A2所示的谐振频率以下的区域,乱真小,也看不到Q值的劣化。
并且,可知,在体波谐振器21的情况下,如由虚线所示的区域B1所示,在比谐振频率高区域侧的频率范围,也几乎没有Q值的劣化,并且能够有效地抑制乱真。因此,可以通过设置上述质量附加膜7,从而能够在宽频率范围抑制乱真。
在第1实施方式的实施例中,Sc含有浓度为35原子%,在第2以及第3实施方式中,为37.5原子%。本申请的发明者求出了表示ScAlN膜的压电性的压电常数d33与Sc含有浓度的关系。将结果表示在图9中。
根据图9可知,若Sc浓度超过0原子%,并上升到43原子%为止,压电常数d33逐渐变大。特别地,可知在Sc含有浓度为13原子%以上处,压电常数d33随着Sc浓度的上升而急剧变大。另一方面,若Sc含有浓度超过43原子%,则压电常数d33急剧降低。如上所述,在Sc含有浓度为43原子%以下处,若Sc的含有浓度变高,则压电常数d33变高。这是由于通过将Sc置换为Al,从而ScAlN的晶体格子在a轴方向上变宽,Al原子在c轴方向上变得容易移动。也就是说,这是由于ScAlN在c轴方向上变得柔软。
进一步地,在图22中表示ScAlN(Sc含有浓度为43原子%)与AlN的板波的分散特性。X轴表示根据膜厚而标准化的波数,Y轴表示根据谐振频率而标准化的频率。如图22所示,在AlN中,在谐振频率以下传播的模式较多存在。与此相对地,可知在ScAlN中,分散特性几乎与谐振频率水平地延伸,并且在谐振频率以下传播的模式几乎不存在。因此可知,在使用了ScAlN的体波谐振器中,在谐振频率以下,乱真模式很难存在。此外,这种分散特性的差异是由于通过将AlN的Al一方置换为Sc,从而厚度方向(c33方向)的弹性常数变小。
图10是表示上述体波谐振器1中的谐振器相对带宽(%)以及频率温度系数TCF(ppm/K)与ScAlN中的Sc含有浓度的关系的图。
根据图10可知,为了实现宽频带化以及良好的温度特性,优选Sc浓度为24原子%以下。
接下来,本申请的发明者在上述体波谐振器1中,使Sc含有浓度各种变化,并求出了Sc浓度与损耗系数的关系。将结果表示在图12中。图12的纵轴表示损耗系数fs10(%)(S11)。参照图13来对该fs10(%)(S11)意味着的内容进行说明。图13表示在ScAlN中,在将Sc含有浓度设为37.5原子%的情况下的体波谐振器1的阻抗史密斯圆图。这里,作为用于表示谐振器的能量损耗的指标,使用了反射系数S11的大小。若无损耗,则反射系数S11为1.0。在图13中以箭头fs表示谐振频率的位置。求出了该谐振频率以下的10%的频率范围内的反射系数S11的大小的平均值。这是图12的纵轴的fs10(%)。也就是说,fs10(%)(S11)是谐振频率fs与0.9fs=fx之间的频率范围内的S11的大小的平均值。
根据图12可知,在Sc含有浓度为15原子%以上处,随着Sc含有浓度变高,反射损耗变得相当小。因此,优选本发明中,Sc含有浓度为15原子%以上,在该情况下,能够大幅度地提高反射损耗。因此,在本发明中,Sc含有浓度需要如前面所述,处于5~43原子%的范围,更优选处于15~43原子%的范围。
此外,如前面所述,为了实现比图10更良好的温度特性以及宽频带化,优选Sc含有浓度为24原子%以下。因此,优选在本发明中,Sc含有浓度为15~24原子%的范围。由此,温度特性良好,能够实现宽频带化,并进一步能够减小反射损耗。
此外,图11是表示上述Sc含有浓度与压电常数d33的关系的图。图11相当于将图9所示的图表的Sc含有浓度高的区域放大表示的图。
根据图11可知,在Sc含有浓度为40原子%以上、45原子%以下的范围,压电常数d33随着Sc含有浓度的变化而有较大偏差。相对于在Sc含有浓度小于40原子%处为六方晶体结构,若超过45原子%则转移为立方晶体结构。由于Sc含有浓度为40原子%~45原子%的范围是产生该相转移的部分,因此成为晶体结构非常不稳定的区域。因此,如上所述那样,d33较大偏差。
因此,在本发明中,根据图11可知,优选Sc含有浓度为39.5原子%以下,进一步地,根据图12可知,若为37原子%以上,则能够使损耗系数显著减小。因此,更优选Sc含有浓度为37~39.5原子%的范围。由此,能够更有效地实现宽频带化与乱真的抑制。并且,能够有效地提高量产时的ScAlN膜的膜质的稳定性。
图14是表示本发明的第4实施方式所涉及的体波谐振器的主剖视图。
体波谐振器31具有由Si构成的基板32。在基板32的作为第1主面的上表面,层叠由氧化硅构成的矩形框状的框部件层33。在该框部件层33上,层叠由AlN构成的下部保护层34。下部保护层34被设计为封闭形成空间6。在下部保护层34上,形成由Mo构成的第1电极35。在第1电极35上,层叠ScAlN膜36。在ScAlN膜36上,形成第2电极37。第2电极37由Mo构成。第2电极37位于空间6的上方。也就是说,在空间6的上方,第2电极37隔着ScAlN膜而与第1电极35重合。该重合的部分构成压电振动部。按照覆盖第1电极35以及ScAlN膜36的上表面的方式形成上部保护层38。上部保护层38由AlN构成。通过在下部保护层与上部保护层中使用AlN,从而以使用氧化硅来作为牺牲层的情况下的图12的结构,具有保护振动部免受氟酸的侵害的作用,其中,该振动部是通过对牺牲层进行蚀刻的工序来由电极/ScAlN压电膜/电极构成的。因此,从ScAlN压电薄膜的密接性改善的观点出发,将下部保护层设为从下面起为AlN与ScAlN的层叠体更好。
此外,在本实施方式中,在第2电极37的外围边作为质量附加膜37a而起作用的正方形框状的突出部由与第2电极37相同的材料形成。因此,不需要为了质量附加膜的形成而多余的材料。因此,能够实现成本的减少。
在体波谐振器31中,ScAlN膜36的Sc含有浓度为43原子%。此外,其膜厚为970nm。第1电极35以及第2电极37的厚度为250nm。此外,作为质量附加膜37a而起作用的正方形框状的突出部的高度,即从第2电极37的上表面突出的高度为180nm,其宽度W1为2μm,外形为100μm×100μm的正方形。
为了比较,除了使用AlN膜来取代ScAlN膜36,其他都同样地,制作了第2比较例的体波谐振器。
图15表示第2比较例的体波谐振器的阻抗史密斯圆图。图16表示本实施方式的体波谐振器31的阻抗史密斯圆图。对图15与图16进行比较可知,在本实施方式中,在由A3所示的谐振频率以下的频率范围也能够有效地抑制乱真,并且也不容易产生Q值的劣化。
图17(a)是本发明的第5实施方式所涉及的体波谐振器的主剖视图,(b)是第2电极的俯视图。
在图17(a)中,对与图14所示的结构相同的部分赋予相同的参照编号。也就是说,图17(a)所示的体波谐振器41除了没有设置图14的质量附加膜37a、第2电极37的形状如图17(b)所示那样为椭圆形以外,其他是相同的。因此,对于其他的部分,援引体波谐振器31的说明。
在本实施方式中,由于第2电极37是椭圆形,因此第2电极37隔着ScAlN膜36而与第1电极35重合的压电振动部具有椭圆形的平面形状。
在本实施方式中,ScAlN膜36的Sc含有浓度也为43原子%。
与本实施方式同样地,准备了只是使用AlN膜来代替ScAlN膜36的第3比较例的体波谐振器。
图18表示第3比较例的体波谐振器的阻抗史密斯圆图。图19表示本实施方式的体波谐振器41的阻抗史密斯圆图。
相对于图18,可知,在图19中,如A4所示,在谐振频率以下的频率范围,乱真被充分地抑制,并且也不容易产生Q值的劣化。
不过,对图16与图19进行对比可知,在图16所示的第4实施方式的体波谐振器31中,在谐振频率以上的高频率范围,也能够有效地抑制乱真。这是由于如前面所述,设置有质量附加膜37a。
此外,在图19中,可知,谐振频率以上的频率范围内的乱真也被充分地抑制。也就是说,可知,虽然在谐振频率以上的频率范围,损耗增加,Q值有些劣化,但在谐振频率以上的频率范围,能够抑制乱真。这是由于,由于第2电极不具有相互平行的一对边,因此能够在宽频率范围抑制乱真。
如上所述,在希望在宽频率范围抑制乱真的情况下,只要将压电振动部的平面形状形成为如上所述那样不具有相互平行的一对边即可。在图20(a)~(d)中表示这样的形状的例子。
在图20(a)中,在第1电极35以及第2电极37重合的部分,在压电振动部的周围设置细的凹凸。也就是说,在第1电极35以及第2电极37的外围边的一部分设置凹凸,以使得压电振动部在外围边具有细的凹凸。
在图20(b)中,第1电极35与第2电极37重合的压电振动部为不等边四边形。在图20(c)中,第1电极35与第2电极37重合的部分为不等边五边形。这样,只要是压电振动部的平面形状不具有相互平行的一对边的多边形形状,就可以适当地变形压电振动部的平面形状。
另外,在图20(d)中,按照压电振动部的平面形状为不是正八边形的八边形的方式,配置第1、第2电极35、37。在该情况下,在压电振动部的平面形状,存在相互平行的多对边。但是,由于不是正八边形,因此与正八边形的情况相比,能够在宽频率范围抑制乱真。
本发明的体波谐振器能够作为谐振器用于各种用途。例如,能够适当地用于图21所示的梯子型滤波器的串联臂谐振器S1~S3、并联臂谐振器P1、P2。因此,根据本发明,如上所述,能够使用Q值高,并能有效地抑制谐振频率以下的频率范围内的乱真的本发明的谐振器,来提供各种滤波器装置、具有该滤波器装置的双工器等。
-符号说明-
1…体波谐振器
2…基板
3…ScAlN膜
4、5…第一,第2电极
6…空间
7…质量附加膜
11、21、31…体波谐振器
32…基板
33…框部件层
34…下部保护层
35、37…第1、第2电极
36…ScAlN膜
37a…质量附加膜
38…上部保护层
39…质量附加膜
41…体波谐振器
P1、P2…并联臂谐振器
S1~S3…串联臂谐振器
Claims (7)
1.一种体波谐振器,具备:
基板;
含钪的氮化铝膜,其被固定在所述基板的一个主面,具有被从该基板的一个主面声分离的部分;
第1电极,其被设置在所述含钪的氮化铝膜的一面;和
第2电极,其形成在所述含钪的氮化铝膜的另一面,隔着所述含钪的氮化铝膜而与所述第1电极重合,
由所述第1电极与第2电极重合的部分构成压电振动部,
在将所述含钪的氮化铝膜中的钪与铝的合计设为100原子%时,钪含有浓度处于5~43原子%的范围。
2.根据权利要求1所述的体波谐振器,其特征在于,
所述钪含有浓度处于15~24原子%的范围。
3.根据权利要求1所述的体波谐振器,其特征在于,
所述钪含有浓度处于37~39.5原子%的范围。
4.根据权利要求1~3的任意一项所述的体波谐振器,其特征在于,
在所述压电振动部的外周部分的至少一部分,形成用于向所述压电振动部附加质量的质量附加膜。
5.根据权利要求4所述的体波谐振器,其特征在于,
所述质量附加膜由与所述第2电极相同的材料构成。
6.根据权利要求1~5的任意一项所述的体波谐振器,其特征在于,
所述压电振动部的平面形状是椭圆形。
7.根据权利要求1~6的任意一项所述的体波谐振器,其特征在于,
所述压电振动部的平面形状是不具有相互平行的边的多边形状。
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Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106385242A (zh) * | 2016-09-12 | 2017-02-08 | 重庆大学 | GHz硅基ScAlN薄膜谐振器及其制作工艺 |
CN107244645A (zh) * | 2017-06-20 | 2017-10-13 | 重庆大学 | 硅基ScAlN薄膜GHz谐振器及其制备方法 |
CN108631742A (zh) * | 2017-03-23 | 2018-10-09 | 三星电机株式会社 | 声波谐振器及其制造方法 |
CN109412550A (zh) * | 2017-08-17 | 2019-03-01 | 三星电机株式会社 | 体声波谐振器 |
CN110784186A (zh) * | 2018-07-24 | 2020-02-11 | 三星电机株式会社 | 体声波谐振器 |
CN111010113A (zh) * | 2018-10-05 | 2020-04-14 | 三星电机株式会社 | 体声波谐振器 |
CN111786645A (zh) * | 2020-05-07 | 2020-10-16 | 诺思(天津)微系统有限责任公司 | 体声波谐振器、滤波器、电子设备和调整机电耦合系数的方法 |
Families Citing this family (15)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9991871B2 (en) * | 2011-02-28 | 2018-06-05 | Avago Technologies General Ip (Singapore) Pte. Ltd. | Bulk acoustic wave resonator comprising a ring |
WO2013125371A1 (ja) * | 2012-02-20 | 2013-08-29 | 株式会社村田製作所 | 圧電バルク弾性波素子の製造方法及び圧電バルク弾性波素子 |
JP5966199B2 (ja) * | 2013-05-31 | 2016-08-10 | 株式会社デンソー | 圧電体薄膜及びその製造方法 |
JP6432299B2 (ja) * | 2014-11-17 | 2018-12-05 | 株式会社デンソー | 弾性表面波素子 |
JP2017201050A (ja) | 2016-05-06 | 2017-11-09 | 学校法人早稲田大学 | 圧電体薄膜及びそれを用いた圧電素子 |
KR102066960B1 (ko) * | 2016-08-03 | 2020-01-16 | 삼성전기주식회사 | 박막 벌크 음향 공진기 및 이를 포함하는 필터 |
KR102097320B1 (ko) | 2018-07-24 | 2020-04-06 | 삼성전기주식회사 | 탄성파 필터 장치 |
US11509287B2 (en) | 2018-12-14 | 2022-11-22 | Qorvo Us, Inc. | Bi-polar border region in piezoelectric device |
CN112054779B (zh) * | 2019-07-19 | 2024-04-05 | 中芯集成电路(宁波)有限公司上海分公司 | 薄膜体声波谐振器及其制造方法 |
KR20210054889A (ko) | 2019-11-06 | 2021-05-14 | 삼성전기주식회사 | 체적 음향 공진기 |
CN111654261B (zh) * | 2020-04-21 | 2021-08-10 | 诺思(天津)微系统有限责任公司 | 体声波谐振器及其设计方法、滤波器、电子设备 |
CN116762276A (zh) * | 2021-03-24 | 2023-09-15 | 株式会社村田制作所 | 体声波装置 |
KR20240050429A (ko) * | 2021-09-02 | 2024-04-18 | 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 | 스칸듐 도핑된 질화알루미늄의 선택적 식각 |
CN114301411B (zh) * | 2021-09-23 | 2023-02-17 | 武汉敏声新技术有限公司 | 一种体声波谐振器和体声波滤波器 |
CN114640322B (zh) * | 2022-03-25 | 2023-05-12 | 电子科技大学 | 一种调控fbar滤波器中心频率的方法 |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1801614A (zh) * | 2004-10-01 | 2006-07-12 | 安捷伦科技公司 | 具有一质量负荷周边的薄膜体声波谐振器 |
JP2009010926A (ja) * | 2007-05-31 | 2009-01-15 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 圧電体薄膜、圧電体およびそれらの製造方法、ならびに当該圧電体薄膜を用いた圧電体共振子、アクチュエータ素子および物理センサー |
JP2009111623A (ja) * | 2007-10-29 | 2009-05-21 | Murata Mfg Co Ltd | 圧電振動装置 |
JP2011015148A (ja) * | 2009-07-01 | 2011-01-20 | National Institute Of Advanced Industrial Science & Technology | 圧電体薄膜の製造方法および当該製造方法により製造される圧電体薄膜 |
JP2011160232A (ja) * | 2010-02-01 | 2011-08-18 | Ube Industries Ltd | 薄膜圧電共振器およびそれを用いた薄膜圧電フィルタ |
CN102301590A (zh) * | 2009-02-20 | 2011-12-28 | 宇部兴产株式会社 | 薄膜压电谐振器以及使用它的薄膜压电滤波器 |
Family Cites Families (15)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH01157108A (ja) * | 1987-12-14 | 1989-06-20 | Victor Co Of Japan Ltd | 圧電薄膜共振子 |
US5903087A (en) * | 1997-06-05 | 1999-05-11 | Motorola Inc. | Electrode edge wave patterns for piezoelectric resonator |
US6215375B1 (en) | 1999-03-30 | 2001-04-10 | Agilent Technologies, Inc. | Bulk acoustic wave resonator with improved lateral mode suppression |
JP3514224B2 (ja) * | 1999-11-11 | 2004-03-31 | 株式会社村田製作所 | 圧電共振子、フィルタ及び電子機器 |
US7388454B2 (en) * | 2004-10-01 | 2008-06-17 | Avago Technologies Wireless Ip Pte Ltd | Acoustic resonator performance enhancement using alternating frame structure |
US7280007B2 (en) | 2004-11-15 | 2007-10-09 | Avago Technologies General Ip (Singapore) Pte. Ltd. | Thin film bulk acoustic resonator with a mass loaded perimeter |
WO2006129532A1 (ja) * | 2005-06-02 | 2006-12-07 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | 圧電共振子及び圧電薄膜フィルタ |
EP2003775A4 (en) | 2006-04-05 | 2011-04-27 | Murata Manufacturing Co | PIEZOELECTRIC RESONATOR AND PIEZOELECTRIC FILTER |
WO2008126473A1 (ja) * | 2007-04-11 | 2008-10-23 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | 圧電薄膜フィルタ |
US7758979B2 (en) | 2007-05-31 | 2010-07-20 | National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology | Piezoelectric thin film, piezoelectric material, and fabrication method of piezoelectric thin film and piezoelectric material, and piezoelectric resonator, actuator element, and physical sensor using piezoelectric thin film |
JP2008306280A (ja) * | 2007-06-05 | 2008-12-18 | Ngk Insulators Ltd | 圧電薄膜デバイス |
JP4997448B2 (ja) * | 2007-12-21 | 2012-08-08 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | 窒化物半導体の製造方法および窒化物半導体デバイス |
JP5689080B2 (ja) | 2010-02-10 | 2015-03-25 | 太陽誘電株式会社 | 圧電薄膜共振子、通信モジュール、通信装置 |
JP5286396B2 (ja) * | 2011-09-14 | 2013-09-11 | 昭和電工株式会社 | 半導体素子 |
US8896395B2 (en) * | 2011-09-14 | 2014-11-25 | Avago Technologies General Ip (Singapore) Pte. Ltd. | Accoustic resonator having multiple lateral features |
-
2013
- 2013-05-13 WO PCT/JP2013/063303 patent/WO2013175985A1/ja active Application Filing
- 2013-05-13 JP JP2014516753A patent/JP5994850B2/ja active Active
- 2013-05-13 CN CN201380026199.9A patent/CN104321965B/zh active Active
-
2014
- 2014-11-20 US US14/548,353 patent/US9461616B2/en active Active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1801614A (zh) * | 2004-10-01 | 2006-07-12 | 安捷伦科技公司 | 具有一质量负荷周边的薄膜体声波谐振器 |
JP2009010926A (ja) * | 2007-05-31 | 2009-01-15 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 圧電体薄膜、圧電体およびそれらの製造方法、ならびに当該圧電体薄膜を用いた圧電体共振子、アクチュエータ素子および物理センサー |
JP2009111623A (ja) * | 2007-10-29 | 2009-05-21 | Murata Mfg Co Ltd | 圧電振動装置 |
CN102301590A (zh) * | 2009-02-20 | 2011-12-28 | 宇部兴产株式会社 | 薄膜压电谐振器以及使用它的薄膜压电滤波器 |
JP2011015148A (ja) * | 2009-07-01 | 2011-01-20 | National Institute Of Advanced Industrial Science & Technology | 圧電体薄膜の製造方法および当該製造方法により製造される圧電体薄膜 |
JP2011160232A (ja) * | 2010-02-01 | 2011-08-18 | Ube Industries Ltd | 薄膜圧電共振器およびそれを用いた薄膜圧電フィルタ |
Cited By (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106385242A (zh) * | 2016-09-12 | 2017-02-08 | 重庆大学 | GHz硅基ScAlN薄膜谐振器及其制作工艺 |
CN106385242B (zh) * | 2016-09-12 | 2018-11-09 | 重庆大学 | GHz硅基ScAlN薄膜谐振器及其制作方法 |
CN108631742A (zh) * | 2017-03-23 | 2018-10-09 | 三星电机株式会社 | 声波谐振器及其制造方法 |
CN108631742B (zh) * | 2017-03-23 | 2022-04-22 | 三星电机株式会社 | 声波谐振器及其制造方法 |
CN107244645A (zh) * | 2017-06-20 | 2017-10-13 | 重庆大学 | 硅基ScAlN薄膜GHz谐振器及其制备方法 |
CN107244645B (zh) * | 2017-06-20 | 2018-12-28 | 重庆大学 | 硅基ScAlN薄膜GHz谐振器及其制备方法 |
CN109412550A (zh) * | 2017-08-17 | 2019-03-01 | 三星电机株式会社 | 体声波谐振器 |
CN109412550B (zh) * | 2017-08-17 | 2022-06-03 | 三星电机株式会社 | 体声波谐振器 |
CN110784186A (zh) * | 2018-07-24 | 2020-02-11 | 三星电机株式会社 | 体声波谐振器 |
CN111010113A (zh) * | 2018-10-05 | 2020-04-14 | 三星电机株式会社 | 体声波谐振器 |
CN111786645A (zh) * | 2020-05-07 | 2020-10-16 | 诺思(天津)微系统有限责任公司 | 体声波谐振器、滤波器、电子设备和调整机电耦合系数的方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2013175985A1 (ja) | 2013-11-28 |
US9461616B2 (en) | 2016-10-04 |
JPWO2013175985A1 (ja) | 2016-01-12 |
US20150084719A1 (en) | 2015-03-26 |
JP5994850B2 (ja) | 2016-09-21 |
CN104321965B (zh) | 2017-04-12 |
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---|---|---|
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |