CN111108690B - 谐振器以及谐振装置 - Google Patents

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Abstract

谐振器具备：振动部；保持部，设置成包围振动部的至少一部分；以及保持臂，连接振动部和保持部，该振动部具有：上部电极和下部电极；压电膜，设置于上部电极与下部电极之间，具有与上部电极对置的主面，在上部电极与下部电极之间被施加电压时使振动部以规定的振动模式振动；保护膜，由绝缘体构成，夹着上部电极与压电膜的主面对置地设置，在振动部中的第一区域露出；导电膜，夹着保护膜与压电膜的主面对置地设置，在振动部中的与第一区域相邻的区域亦即第二区域露出；以及连接电极，形成于保护膜，使导电膜与下部电极电连接，上部电极形成为与导电膜相互重叠的区域的面积为导电膜的面积的总和的一半以下或者避免形成与导电膜相互重叠的区域。

Description

谐振器以及谐振装置
技术领域
本发明涉及谐振器以及谐振装置。
背景技术
作为用于在电子设备中实现计时功能的器件，使用压电振子等谐振器。随着电子设备的小型化，谐振器也需要小型化，使用MEMS(Micro Electro Mechanical Systems：微机电系统)技术制造的谐振器(以下，也称为“MEMS振子”。)备受关注。
在MEMS振子中，存在由于制造偏差而在谐振频率中产生偏差的情况。因此，在MEMS振子的制造中、制造后，通过追加蚀刻等来调整频率。
例如，在专利文献1中，公开了在具有多个振动臂的振子中，通过分别减少设置于振动臂的前端侧的粗调用的质量部和设置于振动臂的基端侧的微调用的质量部，来调整谐振频率的结构。
专利文献1：日本特开2012－065293号公报
专利文献1所记载的质量部具有绝缘体层以及形成于该绝缘体层上的导电层。在MEMS振子中，在形成这样的质量部，并使用离子束、热电体等调整谐振频率的情况下，有绝缘体层带电的情况。若在MEMS振子上的绝缘体层带电的状态下，MEMS振子振动，则由于绝缘体层中的电荷而产生库仑力，而谐振频率发生变动等，给谐振器的振动带来影响。
发明内容
本发明是鉴于这样的情况而完成的，其目的在于抑制对谐振器上的绝缘体层或者绝缘体层上的导电层施加的电压给谐振器的振动带来的影响。
本发明的一个方面的谐振器具备：振动部；保持部，被设置成包围振动部的至少一部分；以及保持臂，连接振动部和保持部，该振动部具有：上部电极和下部电极；压电膜，设置于上部电极与下部电极之间，具有与上部电极对置的主面，在上部电极与下部电极之间被施加电压时使振动部以规定的振动模式振动；保护膜，夹着上部电极与压电膜的主面对置地设置，并且在振动部中的第一区域露出，该保护膜由绝缘体构成；导电膜，夹着保护膜与压电膜的上述主面对置地设置，并且在振动部中的与第一区域相邻的区域亦即第二区域露出；以及连接电极，形成于保护膜，使导电膜与下部电极电连接，上部电极形成为上部电极与导电膜相互重叠的区域的面积为导电膜的面积的总和的一半以下，或者上部电极避免形成与导电膜相互重叠的区域。
根据本发明，能够抑制对谐振器上的绝缘体层或者绝缘体层上的导电层施加的电压给谐振器的振动带来的影响。
附图说明
图1是示意性地表示本发明的第一实施方式的谐振装置的外观的立体图。
图2是示意性地表示本发明的第一实施方式的谐振装置的构造的分解立体图。
图3是取下上侧基板后的本发明的第一实施方式的谐振器的俯视图。
图4是沿着图3的AA’线或者aa’线的剖视图。
图5是沿着图3的BB’线的剖视图。
图6是对第一实施方式的谐振器和比较例的谐振器，示意性地示出取向方向和电场方向的图。
图7是本发明的第二实施方式的谐振器的俯视图。
图8是沿着图7的CC’线的剖视图。
图9是本发明的第三实施方式的谐振器的俯视图。
图10是沿着图9的DD’线的剖视图。
图11是沿着图9的EE’线的剖视图。
图12对应于图5，是第四实施方式中的谐振器的剖视图。
图13是用于对第四实施方式的谐振器的振动臂的构造进行说明的图。
具体实施方式
[第一实施方式]
以下，参照添加的附图对本发明的第一实施方式进行说明。图1是示意性地表示本发明的第一实施方式的谐振装置1的外观的立体图。另外，图2是示意性地表示本发明的第一实施方式的谐振装置1的构造的分解立体图。
该谐振装置1具备谐振器10、以及被设置成夹着谐振器10相互对置的上盖30和下盖20。即，谐振装置1依次层叠下盖20、谐振器10以及上盖30而构成。
另外，谐振器10与下盖20以及上盖30接合，由此，谐振器10被密封，形成谐振器10的振动空间。谐振器10、下盖20以及上盖30分别使用Si基板来形成。而且，谐振器10、下盖20以及上盖30通过Si基板彼此相互接合而相互接合。谐振器10以及下盖20也可以使用SOI基板来形成。
谐振器10是使用MEMS技术制造的MEMS谐振器。此外，在本实施方式中，以使用硅基板形成谐振器10的情况为例进行说明。以下，对谐振装置1的各结构进行详细说明。
(1.上盖30)
上盖30沿着XY平面扩展为平板状，在其背面形成有例如平坦的长方体形状的凹部31。凹部31被侧壁33围起，形成谐振器10进行振动的空间亦即振动空间的一部分。
(2.下盖20)
下盖20具有沿着XY平面设置的矩形平板状的底板22、以及从底板22的周边部沿Z轴方向(即，下盖20和谐振器10的层叠方向)延伸的侧壁23。在下盖20，在与谐振器10对置的面，设置有由底板22的表面和侧壁23的内表面形成的凹部21。凹部21形成谐振器10的振动空间的一部分。通过上述的上盖30和下盖20，该振动空间被气密性密封，而维持真空状态。在该振动空间中，例如也可以填充有惰性气体等气体。
(3.谐振器10)
图3是示意性地表示本实施方式的谐振器10的构造的俯视图。使用图3对本实施方式的谐振器10的各结构进行说明。谐振器10具备振动部120、保持部140、保持臂111、112以及导通孔V1、V2、V3、V4。
(a)振动部120
振动部120具有沿着图3的正交坐标系中的XY平面扩展的矩形的轮廓。振动部120设置于保持部140的内侧，在振动部120和保持部140之间，以规定的间隔形成有空间。在图3的例子中，振动部120具有基部130和4根振动臂135A～135D(也统称为“振动臂135”。)。此外，振动臂的数量并不限定于4根，例如设定为1根以上的任意的数量。在本实施方式中，各振动臂135和基部130形成为一体。
在俯视时，基部130在X轴方向上具有长边131a、131b，在Y轴方向上具有短边131c、131d。长边131a是基部130的前端的面131A(以下，也称为“前端131A”。)的一条边，长边131b是基部130的后端的面131B(以下，也称为“后端131B”。)的一条边。在基部130，前端131A和后端131B被设置成相互对置。
基部130在前端131A与后述的振动臂135连接，在后端131B与后述的保持臂111、112连接。此外，在图3的例子中，在俯视时，基部130具有大致长方形的形状，但并不局限于此，相对于沿着长边131a的垂直平分线规定的虚拟平面P形成为大致面对称即可。基部130例如也可以为长边131b比131a短的梯形、以长边131a为直径的半圆的形状。另外，长边131a、131b、短边131c、131d并不限于直线，也可以为曲线。
在基部130，从前端131A朝向后端131B的方向上的前端131A与后端131B之间的最长距离亦即基部长度(在图3中为短边131c、131d的长度)为40μm左右。另外，为与基部长度方向正交的宽度方向且基部130的侧端彼此之间的最长距离亦即基部宽度(在图3中为长边131a、131b的长度)为285μm左右。
振动臂135沿Y轴方向延伸，分别具有相同的尺寸。振动臂135分别在基部130与保持部140之间与Y轴方向平行地设置，一端与基部130的前端131A连接而成为固定端，另一端为开放端。另外，振动臂135分别在X轴方向上以规定的间隔并列地设置。此外，对于振动臂135而言，例如X轴方向的宽度为50μm左右，Y轴方向的长度为420μm左右。
振动臂135分别在开放端具有锤部G。锤部G的X轴方向的宽度比振动臂135的其它部位宽。锤部G例如X轴方向的宽度为70μm左右。锤部G通过与振动臂135相同的工艺一体形成。通过形成锤部G，振动臂135的开放端侧的每单位长度的重量比固定端侧的每单位长度的重量重。因此，通过振动臂135在开放端侧分别具有锤部G，能够增大各振动臂的上下方向的振动的振幅。
在本实施方式的振动部120中，在X轴方向上，在外侧配置有2根振动臂135A、135D，在内侧配置有2根振动臂135B、135C。X轴方向上的振动臂135B与135C之间的间隔W1被设定为比X轴方向上的外侧的振动臂135A(135D)与同该外侧的振动臂135A(135D)相邻的内侧的振动臂135B(135C)之间的间隔W2大。间隔W1例如为35μ左右，间隔W2例如为25μm左右。通过间隔W2设定为比间隔W1小，振动特性得到改善。另外，也可以将间隔W1设定为比间隔W2小，也可以为等间隔，以使谐振装置1小型化。
在振动部120的表面(与上盖30对置的面)形成有保护膜235，以覆盖其整个面。并且，在振动臂135A～135D中的保护膜235的表面的一部分，分别形成有频率调整膜236A～236D(导电膜的一个例子。以下，也将频率调整膜236A～236D统称为“频率调整膜236”。)。能够通过保护膜235以及频率调整膜236，调整振动部120的谐振频率。此外，保护膜235无需一定覆盖振动部120的整个面，但从保护频率调整时的基底的电极膜(例如图4的金属层E2)以及压电膜(例如图4的压电薄膜F3)免受损伤的方面考虑，优选覆盖振动部120的整个面。
频率调整膜236形成在保护膜235上，以使其表面在振动部120中的由振动引起的平均位移比其它区域大的区域的至少一部分露出。具体而言，频率调整膜236形成于振动臂135的前端，即锤部(第二区域的一个例子。)G。另一方面，保护膜235的表面在振动臂135中的其它区域(第一区域的一个例子。)露出。在本实施例中，将频率调整膜236形成到振动臂135的前端，在前端部，保护膜235完全不露出，但也可以为在振动臂135的前端部不形成频率调整膜236以使保护膜235的一部分露出的结构。此外，也可以在振动臂135的根侧(与基部230连接的一侧)形成第二频率调整膜。在该情况下，能够抑制伴随着频率调整的频率的温度特性的变化。
(b)保持部140
保持部140沿着XY平面形成为矩形的框状。保持部140被设置成在俯视时沿着XY平面包围振动部120的外侧。此外，保持部140设置于振动部120的周围的至少一部分即可，并不限定于框状的形状。例如，保持部140以能够保持振动部120，另外，能够与上盖30以及下盖20接合的程度设置在振动部120的周围即可。
在本实施方式中，保持部140由一体形成的棱柱形状的框体140a～140d构成。如图3所示，框体140a与振动臂135的开放端对置，且长边方向与X轴平行地设置。框体140b与基部130的后端131B对置，且长边方向与X轴平行地设置。框体140c与基部130的侧端(短边131c)以及振动臂135A对置，且长边方向与Y轴平行地设置，并且在其两端与框体140a、140b的一端分别连接。框体140d与基部130的侧端(短边131d)以及振动臂135D对置，且长边方向与Y轴平行地设置，并且在其两端与框体140a、140b的另一端分别连接。
在本实施方式中，作为保持部140被保护膜235覆盖来进行说明，但并不局限于此，也可以在保持部140的表面不形成保护膜235。
(c)保持臂111、112
保持臂111以及保持臂112设置于保持部140的内侧，连接基部130的后端131B和框体140c、140d。如图3所示，保持臂111和保持臂112形成为相对于沿着基部130的X轴方向的中心线与YZ平面平行地规定的虚拟平面P大致面对称。
保持臂111具有臂111a、111b、111c、111d。保持臂111的一端与基部130的后端131B连接，并从此处朝向框体140b延伸。而且，保持臂111向朝向框体140c的方向(即，X轴方向)弯曲，进一步向朝向框体140a的方向(即，Y轴方向)弯曲，再次向朝向框体140c的方向(即，X轴方向)弯曲，另一端与框体140c连接。
臂111a设置为在基部130与框体140b之间与框体140c对置，且长边方向与Y轴平行。臂111a的一端在后端131B与基部130连接，并从此处相对于后端131B大致垂直地、即沿Y轴方向延伸。优选通过臂111a的X轴方向的中心的轴设置于比振动臂135A的中心线靠内侧，在图3的例子中，臂111a设置于振动臂135A与135B之间。另外，臂111a的另一端在其侧面与臂111b的一端连接。臂111a的在X轴方向上规定的宽度为20μm左右，在Y轴方向上规定的长度为40μm。
臂111b设置为在基部130与框体140b之间与框体140b对置，且长边方向与X轴方向平行。臂111b的一端与臂111a的另一端且与框体140c对置侧的侧面连接，并从此处相对于臂111a大致垂直地、即沿X轴方向延伸。另外，臂111b的另一端与臂111c的一端且与振动部120对置侧的侧面连接。臂111b例如在Y轴方向上规定的宽度为20μm左右，在X轴方向上规定的长度为75μm左右。
臂111c设置为在基部130与框体140c之间与框体140c对置，且长边方向与Y轴方向平行。臂111c的一端在其侧面与臂111b的另一端连接，另一端与臂111d的一端且框体140c侧的侧面连接。臂111c例如在X轴方向上规定的宽度为20μm左右，在Y轴方向上规定的长度为140μm左右。
臂111d设置为在基部130与框体140c之间与框体140a对置，且长边方向与X轴方向平行。臂111d的一端与臂111c的另一端且与框体140c对置侧的侧面连接。另外，臂111d的另一端在与振动臂135A和基部130的连接位置附近对置的位置与框体140c连接，并从此处相对于框体140c大致垂直地、即沿X轴方向延伸。臂111d例如在Y轴方向上规定的宽度为20μm左右，在X轴方向上规定的长度为10μm左右。
像这样，保持臂111为在臂111a与基部130连接，并在臂111a与臂111b的连接位置、臂111b与111c的连接位置、以及臂111c与111d的连接位置弯曲之后，与保持部140连接的结构。
保持臂112具有臂112a、112b、112c、112d。保持臂112的一端与基部130的后端131B连接，并从此处朝向框体140b延伸。而且，保持臂112向朝向框体140d的方向(即，X轴方向)弯曲，进一步向朝向框体140a的方向(即，Y轴方向)弯曲，再次向朝向框体140d的方向(即，X轴方向)弯曲，并且另一端与框体140d连接。
此外，由于臂112a、112b、112c、112d的结构是分别与臂111a、111b、111c、111d对称的结构，所以省略详细的说明。
(d)导通孔V1、V2、V3、V4
导通孔V1、V2、V3、V4是形成在振动臂135中的前端部附近上的填充有金属的孔，使频率调整膜236A、236B、236C、236D与后述的金属层E1(参照图4)电连接。在图4中，双点划线表示电连接，在图3中，虚线特别表示利用导通孔V1、V2、V3、V4的电连接。
对于详细内容后述，导通孔V1、V2、V3、V4分别形成于振动臂135A、135B、135C、135D的前端部中的频率调整膜236露出的区域与保护膜235露出的区域的边界附近。在本实施方式中，形成于锤部G的固定端侧的端部。此外，形成导通孔V1～V4的位置并不限定于图3的位置，例如也可以形成于锤部G的开放端侧的区域。
(4.层叠构造)
使用图4以及图5对谐振器10的层叠构造进行说明。图4是示意性地表示图3的AA’剖面以及谐振器10的电连接方式的示意图，图4是示意性地表示图3的aa’剖面以及谐振器10的电连接方式的示意图。另外，图5是示意性地表示图3的BB’剖面的示意图，并且示出频率调整膜236D与金属层E1连接的情况。
在谐振器10中，保持部140、基部130、振动臂135、保持臂111、112通过相同的工艺一体地形成。在谐振器10中，首先，在Si(硅)基板F2上，层叠有金属层E1(下部电极的一个例子。)。而且，在金属层E1上，层叠有压电薄膜F3(压电膜的一个例子。)以覆盖金属层E1，进一步，在压电薄膜F3的表面(主面的一个例子。)层叠有金属层E2(上部电极的一个例子。)。在金属层E2上层叠有保护膜235，以覆盖金属层E2。在振动部120上，进一步在保护膜235上层叠有频率调整膜236。金属层E2优选图案化为不延伸到振动臂的前端，以抑制由与金属层E1、频率调整膜236的短路引起的特性变化。此外，通过使用成为低电阻的简并硅基板，从而Si基板F2本身兼作金属层E1，由此也能够省略金属层E1。
Si基板F2例如由厚度6μm左右的简并n型Si半导体形成，作为n型掺杂剂，能够包括P(磷)、As(砷)、Sb(锑)等。特别是，优选振动臂135与由n型Si半导体构成的Si基板F2的[100]结晶轴或者与其等价的结晶轴所成的旋转角处于大于0度且15度以下(或者也可以为0度以上15度以下)、或者75度以上90度以下的范围内。此外，在这里，所谓的旋转角是指保持臂110相对于沿着Si基板F2的[100]结晶轴或者与其等价的结晶轴的线段延伸的方向的角度。
另外，Si基板F2所使用的简并Si的电阻值例如小于1.6mΩ·cm，更优选为1.2mΩ·cm以下。进一步，在Si基板F2的下表面形成有氧化硅(例如SiO2)层(温度特性修正层)F21。由此，能够提高温度特性。
在本实施方式中，氧化硅层(温度特性修正层)F21是指具有如下的功能的层：与在Si基板F2未形成该氧化硅层F21的情况相比，至少在常温附近减少在Si基板F2形成有温度修正层时的振动部中的频率的温度系数(即，每温度的变化率)。通过振动部120具有氧化硅层F21，例如，能够减少由Si基板F2、金属层E1、E2、压电薄膜F3以及氧化硅层(温度修正层)F21构成的层叠构造体的谐振频率的伴随着温度的变化。
在谐振器10中，优选氧化硅层F21以均匀的厚度形成。此外，均匀的厚度是指氧化硅层F21的厚度的偏差相对于厚度的平均值为±20％以内。
此外，氧化硅层F21也可以形成于Si基板F2的上表面，也可以形成于Si基板F2的上表面和下表面双方。另外，在保持部140中，也可以在Si基板F2的下表面不形成氧化硅层F21。
金属层E2、E1例如使用厚度0.1～0.2μm左右的Mo(钼)、铝(Al)等来形成。金属层E2、E1通过蚀刻等而形成为所期望的形状。金属层E1例如在振动部120上形成为作为下部电极或者浮置电极或者接地电极发挥作用。在本实施例中成为浮置电极。另外，金属层E1在保持臂111、112、保持部140上形成为作为布线发挥作用，该布线用于将下部电极或者接地电极与设置于谐振器10的外部的交流电源连接。
另一方面，金属层E2在振动部120上形成为作为上部电极发挥作用。另外，金属层E2在保持臂111、112、保持部140上形成为作为布线发挥作用，该布线用于将上部电极与设置于谐振器10的外部的电路连接。
此外，在从交流电源或者接地电极向下部布线或者上部布线的连接时，也可以使用在上盖30的外表面形成电极(外部电极的一个例子。)，并且该电极连接电路与下部布线或者上部布线的结构，或者在上盖30内形成导通孔，并向该导通孔的内部填充导电性材料来设置布线，并且该布线连接交流电源与下部布线或者上部布线的结构。
压电薄膜F3是将所施加的电压转换为振动的压电体的薄膜，例如，能够以AlN(氮化铝)等氮化物、氧化物为主要成分。具体而言，压电薄膜F3能够由ScAlN(钪氮化铝)形成。ScAlN是将氮化铝中的铝的一部分置换为钪而成的材料。另外，压电薄膜F3例如具有1μm的厚度，但也能够使用0.2μm～2μm左右的厚度。
压电薄膜F3根据通过金属层E2、E1对压电薄膜F3施加的电场，在XY平面的面内方向即Y轴方向上伸缩。通过该压电薄膜F3的伸缩，振动臂135使其开放端朝向下盖20以及上盖30的内表面位移，以面外的弯曲振动模式振动。此外，在本实施方式中，为在4根臂的面外弯曲振动模式中，2根内臂和2根外臂相互向相反方向弯曲振动的结构，但并不限定于此。例如，也可以为振动臂为1根的结构、或以面内弯曲振动模式振动的结构。
保护膜235是压电性的绝缘体的层，通过由蚀刻引起的质量减少的速度比频率调整膜236慢的材料形成。例如，保护膜235由AlN、ScAlN等氮化膜、ZnO2等氧化膜、PZ膜等形成。此外，质量减少速度用蚀刻速度(在每单位时间除去的厚度)与密度的积来表示。保护膜235的厚度形成为压电薄膜F3的厚度(C轴方向)的一半以下，在本实施方式中，例如为0.2μm左右。此外，保护膜235的更优选的厚度为压电薄膜F3的厚度的四分之一左右。另外，优选使用具有与压电薄膜F3几乎相同的取向的压电体保护膜。
频率调整膜236是导电体的层，通过由蚀刻引起的质量减少的速度比保护膜235快的材料形成。频率调整膜236例如由钼(Mo)、钨(W)、金(Au)、铂(Pt)、镍(Ni)、铝(Al)、钛(Ti)等金属形成。
此外，只要保护膜235和频率调整膜236的质量减少速度的关系如上所述，则蚀刻速度的大小关系是任意的。
频率调整膜236在形成于振动部120的大致整个面之后，通过蚀刻等加工仅形成于规定的区域。
针对保护膜235以及频率调整膜236的蚀刻，例如通过同时对保护膜235以及频率调整膜236照射离子束(例如，氩(Ar)离子束)来进行。离子束能够照射至比谐振器10宽的范围。此外，在本实施方式中，示出利用离子束进行蚀刻的例子，但蚀刻方法并不限于利用离子束的方法。
另外，如图5所示，频率调整膜236D经由导通孔V4与金属层E1连接。如图5所示，在频率调整膜236D与金属层E1连接的情况下，导通孔V4通过向除去保护膜235以及压电薄膜F3的一部分以使金属层E1的表面露出而形成的孔填充导电体来形成。频率调整膜236D在保护膜235的表面经由导通孔V4与金属层E1连接。
进一步，调整金属层E2的面积，将金属层E2形成为与频率调整膜236相互重叠的区域尽可能小。例如，优选金属层E2形成为与频率调整膜236相互重叠的区域为频率调整膜236的面积的一半以下。另外，例如，也可以在振动臂135A的延伸方向上，金属层E2与频率调整膜236的相互重叠的区域的长度为金属层E2的长度的一半以下。此外，在本实施方式中，频率调整膜236形成于锤部G，金属层E2形成于振动臂135中的锤部G以外的区域。
接下来，参照图6，对减少金属层E2与频率调整膜236的相互重叠的区域的效果进行说明。图6的(A)是金属层E2和频率调整膜236D形成为相互重叠的情况下的比较例的谐振器10’中的剖视图。另外，图6的(B)与图5相同，是本实施方式的谐振器10的BB’剖视图。在图6的(A)、图6的(B)中，虚线表示压电薄膜F3以及压电性的保护膜235的取向方向，实线表示电场方向。
在图6的(A)所示的比较例的谐振器10’中，在使金属层E1与频率调整膜236D连接的情况下，在对金属层E1、E2施加电压时，在保护膜235和压电薄膜F3中产生相反方向的电场。若这样，则压电薄膜F3的振动被在保护膜235中产生的电场阻碍。
另一方面，如图6的(B)所示，在本实施方式的谐振器10中，调整金属层E2的面积，将金属层E2形成为与频率调整膜236相互重叠的区域尽可能小。因此，能够抑制压电薄膜F3的振动被在保护膜235中产生的电场阻碍。特别是在图6的(B)的例子中，金属层E2和频率调整膜236形成为不相互重叠。因此，在保护膜235中不产生电场，所以能够进一步抑制压电薄膜F3的振动被阻碍。
具体而言，在对比较例的谐振器10’和本实施方式的谐振器10测定等效串联电容后，可知比较例的谐振器10’为4.92[fF]，相对于此，本实施方式的谐振器10为5.18[fF]，本实施方式的谐振器10的性能提高。
(5.谐振器的功能)
参照图4对谐振器10的功能进行说明。在本实施方式中，设定为对外侧的振动臂135A、135D施加的电场的相位和对内侧的振动臂135B、135C施加的电场的相位相互成为相反相位。由此，外侧的振动臂135A、135D和内侧的振动臂135B、135C相互向相反方向位移。例如，若外侧的振动臂135A、135D使开放端向上盖30的内表面位移，则内侧的振动臂135B、135C使开放端向下盖20的内表面位移。
由此，在本实施方式的谐振器10中，在进行相反相位的振动时，即，振动臂135A和振动臂135B围绕着在图4所示的振动臂135A和振动臂135B之间与Y轴平行地延伸的中心轴r1在上下相反方向上振动。另外，振动臂135C和振动臂135D围绕着在振动臂135C和振动臂135D之间与Y轴平行地延伸的中心轴r2在上下相反方向上振动。由此，在中心轴r1和r2产生相互相反方向的扭转力矩，在基部130产生弯曲振动。
(6.频率调整膜的功能)
接下来，对频率调整膜236的功能进行说明。在本实施方式的谐振装置1中，在形成了如上述那样的谐振器10之后，进行调整频率调整膜236的膜厚的修整工序。
在修整工序中，首先测定谐振器10的谐振频率，计算相对于目标频率的偏差。接下来，基于计算出的频率偏差，来调整频率调整膜236的膜厚。频率调整膜236的膜厚的调整例如能够通过对谐振装置1的整个面照射氩(Ar)离子束，蚀刻频率调整膜236来进行。进一步，若调整频率调整膜236的膜厚，则优选进行谐振器10的清洗，除去飞溅出的膜。
通过像这样通过修整工序调整频率调整膜236的膜厚，能够在同一晶片中制造的多个谐振装置1之间，抑制频率的偏差。
(7.连接方式)
再次使用图5，以频率调整膜236D与金属层E1的连接方式为例，对本实施方式的谐振器10中的频率调整膜236与金属层E1的连接方式进行说明。
如图5所示，在频率调整膜236D与金属层E1连接的情况下，导通孔V4通过向除去保护膜235、金属层E2以及压电薄膜F3的一部分以使金属层E1的表面露出而形成的孔填充导电体来形成。频率调整膜236D经由导通孔V4与金属层E1连接。
对频率调整膜236D与金属层E1电连接的效果进行说明。在上述的修整工序中，在对谐振器10照射离子束的情况下，对保护膜235也照射离子束，所以由于离子束所具有的电荷而保护膜235带电。另外，在压电性的保护膜235中，由于热的升降温而产生热电效果，使得在保护膜235的界面析出电荷。
在本实施方式的谐振器10中，使形成于保护膜235上的一部分的由导电体构成的频率调整膜236D经由导通孔V4与金属层E1连接。由此，能够使保护膜235所带的电荷移动至金属层E1。移动至金属层E1的电荷能够经由连接于金属层E1的外部的连接端子，逸出到谐振装置1的外部。像这样，在本实施方式的谐振器10中，能够抑制形成于振动部120上的保护膜235带电，所以能够防止由振动部120所带的电荷引起的谐振频率的变动。
此外，由于导通孔V1、V2、V3的连接方式、材质、效果等与导通孔V4相同，所以省略说明。
[第二实施方式]
使用图7以及图8对本发明的第二实施方式进行说明。在第二实施方式以后，省略与第一实施方式共同的事项的描述，仅对不同的点进行说明。特别是，对于由相同的结构起到的相同的作用效果，不在每个实施方式中依次提及。
图7是示意性地表示本实施方式的谐振器10A的构造的一个例子的俯视图。以下，以本实施方式的谐振器10A的详细结构中的与第一实施方式的差异点为中心进行说明。本实施方式的谐振器10A代替在第一实施方式中说明的导通孔V1、V2、V3、V4而具有端子T1～T4。
端子T1～T4形成于振动臂135A～135D中的开放端附近。具体而言，端子T1～T4分别形成为在频率调整膜236A～236D上，覆盖振动臂135A～135D的开放端侧的端部的至少一部分。端子T1～T4使用Al等导电体来形成。
图8是示意性地表示图7的CC’剖面的示意图，并示有频率调整膜236D与金属层E1连接的情况。如图8所示，振动臂135D中的开放端侧的端面的至少一部分被金属膜E3覆盖。本实施方式的频率调整膜236A～236D经由端子T1～T4以及金属膜E3与金属层E1连接。
其它的谐振装置1的结构、功能与第一实施方式相同。
[第三实施方式]
使用图9至图11对本发明的第三实施方式进行说明。图9是本实施方式的谐振器10B的俯视图。另外，图10、图11分别是示意性地表示图9的DD’剖面以及EE’剖面的示意图。
在本实施方式中，谐振器10B是在XY平面面内进行轮廓振动的面内振子。在本实施方式中，谐振器10B代替在第一实施方式中说明的导通孔V1、V2、V3、V4、振动部120、保持臂111、112、金属层E2而具有导通孔V10～V13、振动部120B、保持臂110、金属层E2A。
(1)振动部120B
振动部120B具有沿着图9的正交坐标系中的XY平面扩展成平板状的大致长方体的轮廓。另外，振动部120B在X轴方向上具有短边121a、121b，在Y轴方向上具有长边121c、121d。振动部120B在短边121a、121b通过1对保持臂110与保持部140连接而被保持。另外，形成有保护膜235，以覆盖振动部120B的整个面。进一步，在保护膜235的表面，在振动部120B的四角(第二区域的一个例子。)层叠有4个频率调整膜236E～236H。
其它的振动部120B的结构与第一实施方式的振动部120相同。此外，频率调整膜并不限定于4个，例如也可以为236E与236F连结、236G与236H连结的2个。其中，频率调整膜包括振动时的位移较大的第二区域，优选第二区域在振动部120B的表面为第二区域以外的第一区域的面积以下。由此，能够高效地实施频率调整，并且抑制伴随着频率调整的频率温度特性的变化。
(2)保持臂110
1对保持臂110具有在Y轴方向上具有长边、在X轴方向上具有短边的大致矩形的形状。
1对保持臂110的各自的一端与振动部120中的短边121a、121b的中心附近连接，并从该处沿着Y轴方向大致垂直地延伸。另外，保持臂110的另一端分别与保持部140中的框体140a、140b的中心附近连接。
其它的保持臂110的结构、功能与第一实施方式的保持臂111、112相同。
(3)导通孔V10～V13
在本实施方式中，导通孔V10～V13分别形成于频率调整膜236E～236H中的不与金属层E2A相互重叠的区域。其它的导通孔V10～V13的结构与第一实施方式的导通孔V1～V4相同。
(4)金属层E2A、E1
调整金属层E2A，将金属层E2A形成为与频率调整膜236E～236H相互重叠的区域尽可能小。在本实施方式中，金属层E2A形成为与频率调整膜236E～236H相互重叠的面积为该频率调整膜236E～236H的合计的面积的一半以下。
其它的金属层E2A的结构与第一实施方式中的金属层E2的结构相同。
通过金属层E2A以及金属层E1对压电薄膜F3施加电场，从而能够进行面内振动。在本实施例中，金属层E2A和金属层E1分别与外部的交流电源连接，能够进行1阶的轮廓振动。
此外，通过连续多个像这样的矩形的轮廓振动谐振器，也能够实现高阶模式的谐振器。
(5)连接方式
如图11所示，导通孔V10、V11通过向除去保护膜235以及压电薄膜F3的一部分以使金属层E1的表面露出而形成的孔填充导电带来形成。频率调整膜236E、236F经由导通孔V10、V11与金属层E1连接。此外，由于导通孔V12、V13的连接方式以及材质等与导通孔V10、V11相同，所以省略说明。
其它的导通孔V10～V13的结构与第一实施方式中的导通孔V1～V4的结构相同。
[第四实施方式]
使用图12以及图13对本发明的第四实施方式进行说明。图12对应于第一实施方式中的图5，是本实施方式的谐振器10C的剖视图。另外，图13是本实施方式的振动臂135D的沿着金属层E2的上表面的平面中的俯视图(频率调整膜236D不存在于该平面，但为了说明，用点划线来表示。)。此外，由于谐振器10C的表面中的俯视图与第一实施方式(图3)相同，所以省略说明。
如图12所示，本实施方式中的金属层E2具有其一部分与频率调整膜236D相互重叠的区域。进一步，如图12以及图13所示，沿着导通孔V4的内壁形成有保护膜235，使得被填充至导通孔V4的金属不与金属层E2连接。此外，由于导通孔V1～导通孔V3、振动臂135A～135C、频率调整膜236A～236C的结构分别与导通孔V4、振动臂135D、频率调整膜236D相同，所以省略说明。
其它的谐振器10C的结构与第一实施方式相同。
以上，对本发明的例示的实施方式进行了说明。本发明的一实施方式的谐振器10具备：振动部120；保持部140，被设置成包围振动部120的至少一部分；以及保持臂111、112，连接振动部120和保持部140，振动部120具有：上部电极E2和下部电极E1；压电膜F3，设置于上部电极E2与下部电极E1之间，具有与上部电极E2对置的主面，在上部电极E2与下部电极E1之间被施加电压时使振动部120以规定的振动模式振动；保护膜235，夹着上部电极E2与压电膜F3的主面对置地设置，并且在振动部120中的第一区域露出，该保护膜235由绝缘体构成；导电膜236，夹着保护膜235与压电膜F3的主面对置地设置，并且在振动部120中的与第一区域相邻的区域亦即第二区域露出；以及连接电极V1～V4(E3)，形成于保护膜235，使导电膜236与下部电极E1电连接，上部电极E2形成为与导电膜236相互重叠的区域的面积为导电膜236的面积的总和的一半以下，或者上部电极E2避免形成与导电膜236相互重叠的区域。由此，能够抑制因在保护膜235中产生的电场而压电薄膜F3的振动被阻碍。
另外，优选由压电体构成的保护膜235的取向方向与压电膜F3相同。另外，优选连接电极是至少贯通保护膜235的导通孔电极。
另外，优选振动部120具有振动臂135以及基部130，振动臂135具有固定端和开放端，并且进行弯曲振动，基部130具有与振动臂135的固定端连接的前端以及与该前端对置的后端，第二区域为振动臂135的开放端附近的区域。另外，也可以振动部120的压电膜F3根据对该压电膜F3施加的电压进行轮廓振动，振动部120具有至少一个矩形的振动区域，该振动区域具有与压电膜F3的轮廓振动的节平行的长边、以及与压电膜F3的轮廓振动的节正交并且与轮廓振动的半波长相当的短边，第二区域为包括振动区域的角部的区域。
另外，本实施方式的谐振装置1具备上述的谐振器10、将谐振器10夹在中间并相互对置地设置的上盖30和下盖20、以及外部电极。本实施方式的谐振装置1由于能够抑制形成在振动部120上的保护膜235带电，所以能够防止由振动部120所携带的电荷引起的谐振频率的变动。
以上说明的各实施方式用于容易地理解本发明的结构，并不是用于限定地解释本发明的结构。本发明可以不脱离其主旨地进行变更/改进，并且本发明也包含其等价物。即，本领域技术人员对各实施方式适当地施加设计变更所得的结构只要具备本发明的特征，就包含于本发明的范围内。例如，各实施方式所具备的各要素及其配置、材料、条件、形状、尺寸等并不限定于例示，能够适当地变更。例如，在已叙述的实施方式中，对由金属层E2和压电薄膜F3构成的层叠体是单层的结构进行了说明，但并不限定于此。谐振器10也可以为由金属层E2和压电薄膜F3构成的层叠体为多层，并在最上层(上盖30侧)的表面形成保护膜235的结构。另外，各实施方式是例示，当然能够进行在不同的实施方式中示出的结构的部分的置换或者组合，只要它们包含本发明的特征，就也包含于本发明的范围内。
附图标记说明：1…谐振装置；10、10A、10B…谐振器；30…上盖；20…下盖；140…保持部；140a～d…框体；110、111、112…保持臂；120、120A、120B…振动部；130…基部；135A～D…振动臂；F2…Si基板；F21…氧化硅层(温度特性修正层)；V1～V4、V10～V13…导通孔；235…保护膜；236…频率调整膜。

Claims (7)

1.一种谐振器，具备：
振动部；
保持部，被设置成包围上述振动部的至少一部分；以及
保持臂，连接上述振动部和上述保持部；
上述振动部具有：
上部电极和下部电极；
压电膜，设置于上述上部电极与上述下部电极之间，具有与上述上部电极对置的主面，在上述上部电极与上述下部电极之间被施加电压时使上述振动部以规定的振动模式振动；
保护膜，夹着上述上部电极而与上述压电膜的上述主面对置地设置，并且在上述振动部中的第一区域露出，上述保护膜由绝缘体构成；
导电膜，夹着上述保护膜而与上述压电膜的上述主面对置地设置，并且在上述振动部中的与第一区域相邻的区域亦即第二区域露出；以及
连接电极，形成于上述保护膜，使上述导电膜与上述下部电极电连接，
上述上部电极形成为上述上部电极与上述导电膜相互重叠的区域的面积为上述导电膜的面积的总和的一半以下，或者上述上部电极避免形成与上述导电膜相互重叠的区域。
2.根据权利要求1所述的谐振器，其中，
上述保护膜由压电体构成。
3.根据权利要求1所述的谐振器，其中，
上述连接电极是至少贯通上述保护膜的导通孔电极。
4.根据权利要求2所述的谐振器，其中，
上述连接电极是至少贯通上述保护膜的导通孔电极。
5.根据权利要求1～4中的任一项所述的谐振器，其中，
上述振动部具有振动臂以及基部，上述振动臂具有固定端和开放端，并且进行弯曲振动，上述基部具有与上述振动臂的固定端连接的前端以及与上述前端对置的后端，
上述第二区域至少包括上述振动臂的开放端附近的区域。
6.根据权利要求1～4中的任一项所述的谐振器，其中，
上述振动部的上述压电膜根据施加至上述压电膜的电压而进行轮廓振动，
上述振动部具有至少一个矩形的振动区域，上述振动区域具有与上述压电膜的轮廓振动的节平行的长边以及与上述压电膜的轮廓振动的节正交且与轮廓振动的半波长相当的短边，
上述第二区域至少包括上述振动区域的角部的区域。
7.一种谐振装置，具备：
权利要求1～6中的任一项所述的谐振器；
相互对置地设置的上盖和下盖，在上述上盖与上述下盖之间夹着上述谐振器；以及
外部电极。
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