CN111245392B - 声波装置、滤波器和多路复用器 - Google Patents

声波装置、滤波器和多路复用器 Download PDF

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Abstract

声波装置、滤波器和多路复用器。一种声波装置包括：压电基板；电极，所述电极将压电基板夹在中间并激发压电基板中的厚度剪切振动；以及边缘区域，该边缘区域是围绕共振区域的中央区域的区域，其中，边缘区域的第一区域在大致平行于厚度剪切振动的位移方向的第一方向上位于中央区域的两侧，边缘区域的第二区域在与第一方向基本垂直的第二方向上位于中央区域的两侧，第二区域的宽度不同于第一区域的宽度，并且压电基板在第一区域和第二区域中的声波的声速小于压电基板在中央区域中的声波的声速。

Description

声波装置、滤波器和多路复用器
技术领域
本公开的一些方面涉及声波装置、滤波器和多路复用器。
背景技术
诸如薄膜体声谐振器(FBAR)和固体安装谐振器(SMR)的体声波(BAW)谐振器已经用作无线终端(例如但不限于移动电话)的高频电路的滤波器和双工器。BAW谐振器被称为压电薄膜谐振器。压电薄膜谐振器具有在电极之间插入压电膜的同时设置一对电极的结构。一对电极跨过压电膜的至少一部分彼此面对的谐振区域是声波谐振的区域。
已知梯形滤波器，其中，例如，如日本专利申请公开第2004-146861号(以下称为专利文献1)中所公开的，其中压电薄膜谐振器串联连接及压电薄膜谐振器并联连接在输入端子和输出端子之间。在压电薄膜谐振器中，当声波在谐振区域的周围反射并且由此在谐振区域形成驻波时，形成不必要的杂散(spurious)。因此，例如，如在日本专利申请公开第2007-6501号和第2008-42871号(以下，分别称为专利文献2和专利文献3)中所公开的，通过在谐振区域内的边缘区域增加附加结构以控制声速来减少杂散。
通过例如溅射形成的多晶氮化铝(AlN)膜被用于压电薄膜谐振器的压电膜。在这种情况下，谐振区域中的振动变为在压电膜的厚度方向上的振动(厚度纵向振动)。已知使用单晶压电物质，例如但不限于钽酸锂(LiTaO3)或铌酸锂(NbLiO3)作为压电薄膜谐振器的压电膜，(例如，在《超声波电子学研讨会论文集》(Proceedings of Symposium onUltrasonic Electronics)第28卷(2007)，第151-152页(以下称为非专利文献1)中所公开的)。
发明内容
根据本公开的第一方面，提供了一种声波装置，该声波装置包括：压电基板；一对电极，所述一对电极将压电基板夹在中间并激发压电基板中的厚度剪切振动；边缘区域，该边缘区域是围绕谐振区域的中央区域的区域并且位于谐振区域的边缘部分，该谐振区域是一对电极跨过压电基板的至少一部分彼此面对的区域；第一区域，该第一区域是边缘区域的一部分，并且在第一方向上位于中央区域的两侧，该第一方向与作为压电基板中的主模式的厚度剪切振动的位移方向基本平行，该第一区域中的压电基板中的声波的声速小于中央区域中的压电基板中的声波的声速；以及第二区域，该第二区域是边缘区域的一部分，并且在与第一方向基本垂直的第二方向上位于中央区域的两侧，该第二区域在第二方向上的宽度不同于第一区域在第一方向上的宽度，压电基板在第二区域中的声波的声速小于压电基板在中央区域中的声波的声速。
根据本公开的第二方面，提供了一种声波装置，该声波装置包括：压电基板；一对电极，所述一对电极将压电基板夹在中间并激发压电基板中的厚度剪切振动；边缘区域，该边缘区域是围绕谐振区域的中央区域的区域并且位于谐振区域的边缘部分，该谐振区域是一对电极跨过压电基板的至少一部分彼此面对的区域；第一区域，该第一区域是边缘区域的一部分，并且在第一方向上位于中央区域的两侧，该第一方向与作为压电基板中的主模式的厚度剪切振动的位移方向基本平行，压电基板在第一区域中的声波的声速小于压电基板在中央区域中的声波的声速；以及第二区域，该第二区域是边缘区域的一部分，并且在与第一方向基本垂直的第二方向上位于中央区域的两侧，压电基板在第二区域中的声波的声速小于压电基板在中央区域中的声波的声速，并且与压电基板在第一区域中的声波的声速不同。
根据本公开的第三方面，提供了一种声波装置，该声波装置包括：压电基板，该压电基板是X切割钽酸锂基板；一对电极，所述一对电极将压电基板夹在中间并激发压电基板中的厚度剪切振动；附加膜，该附加膜围绕谐振区域的中央区域并且位于谐振区域的边缘部分，该谐振区域是一对电极跨过压电基板的至少一部分彼此面对的区域；第一区域，该第一区域是附加膜的一部分，并且在第一方向上位于中央区域的两侧，该第一方向是当欧拉角为(90°±5°，90°±5°，132°±5°)时获得的X方向；以及第二区域，该第二区域是附加膜的一部分，并且在第二方向上位于中央区域的两侧，该第二方向是当欧拉角为(90°±5°，90°±5°，42°±5°)时获得的X方向，该第二区域在第二方向上的宽度小于第一区域在第一方向上的宽度。
根据本公开的第四方面，提供了一种声波装置，该声波装置包括：压电基板，该压电基板是旋转的Y切割铌酸锂基板；一对电极，所述一对电极将压电基板夹在中间并激发压电基板中的厚度剪切振动；附加膜，该附加膜围绕谐振区域的中央区域并位于谐振区域的边缘部分，该谐振区域是一对电极跨过压电基板的至少一部分彼此面对的区域；第一区域，该第一区域是附加膜的一部分，并且在第一方向上位于中央区域的两侧，该第一方向是当欧拉角为(0°±5°，75°±5°，0°±5°)时获得的X方向；以及第二区域，该第二区域在第二方向上位于中央区域的两侧，该第二方向是当欧拉角为(90°±5°，75°±5°，0°±5°)时获得的X方向，第二区域在第二方向上的宽度小于第一区域在第一方向上的宽度。
根据本公开的第五方面，提供了一种包括上述声波装置的滤波器。
根据本公开的第六方面，提供了一种包括以上滤波器的多路复用器。
根据本公开的第七方面，提供了一种声波装置，该声波装置包括：压电基板；一对电极，所述一对电极将压电基板夹在中间并激发压电基板中的厚度剪切振动；以及附加膜，该附加膜未设置在谐振区域的中央区域中，而是从围绕谐振区域的中央区域的边缘区域的至少一部分到谐振区域的外部设置，该谐振区域是该一对电极在将压电基板的至少一部分夹在中间的状态下在平面图中交叠的区域。
附图说明
图1A是根据第一比较例的压电薄膜谐振器的平面图，图1B是沿着图1A中的线AA截取的截面图，并且图1C是沿着图1A中的线B-B截取的截面图；
图2A是示出仿真1中的模式A模型的立体图，图2B是示出厚度剪切振动的立体图，并且图2C是Y-Z截面图；
图3A是示出仿真1中的模式B模型的立体图，图3B是示出厚度剪切振动的立体图；
图4A和图4B分别示出了仿真1中的模式A模型和模式B模型中的导纳特性；
图5A和图5B分别是示出仿真2中的模式A模型和模式B模型的立体图；
图6A至图6F示出了仿真2中的模式A模型中的导纳特性；
图7A至图7F示出了仿真2中的模式B模型中的导纳特性；
图8A至图8F示出了仿真2中的模式B模型中的导纳特性；
图9A是根据第一实施方式的压电薄膜谐振器的平面图，图9B是沿着图9A中的线A-A截取的截面图，并且图9C是沿着图9A中的线B-B截取的截面图；
图10A是第一实施方式的第一变型例的压电薄膜谐振器的平面图，图10B是沿着图10A中的线A-A截取的截面图，并且图10C是沿着图10A中的线B-B截取的截面图；
图11A是第一实施方式的第二变型例的压电薄膜谐振器的平面图，图11B是沿着图11A中的线A-A截取的截面图，并且图11C是沿着图11A中的线B-B截取的截面图；
图12A是第一实施方式的第三变型例的压电薄膜谐振器的平面图，图12B是沿着图12A的线A-A截取的截面图，并且图12C是沿着图12A中的线B-B截取的截面图；
图13A是第一实施方式的第四变型例的压电薄膜谐振器的平面图，图13B是沿着图13A中的线A-A截取的截面图，并且图13C是沿着图13A中的线B-B截取的截面图；
图14A和图14B是第一实施方式的第五变型例的压电薄膜谐振器的截面图；
图15A和图15B是第一实施方式的第六变型例的压电薄膜谐振器的截面图；
图16是第一实施方式的第七变型例的压电薄膜谐振器的平面图；
图17A和图17B是第一实施方式的第八变型例的压电薄膜谐振器的截面图；
图18A和图18B分别是根据样品A的压电薄膜谐振器的立体图和截面图；
图19A和图19B分别是根据样品B的压电薄膜谐振器的立体图和截面图；
图20A和图20B是分别示出样品A和样品B中的实部Real(Y)和导纳的绝对值|Y|相对于频率的关系图；
图21A和图21B分别是根据样品C的压电薄膜谐振器的立体图和截面图；
图22A和图22B分别是根据样品D的压电薄膜谐振器的立体图和截面图；
图23A至图23C分别是样品B、样品C1和样品C2中的实部Real(Y)和导纳的绝对值|Y|相对于频率的关系图；
图24A和图24B分别是样品D1和样品D2中的实部Real(Y)和导纳的绝对值|Y|相对于频率的关系图；
图25A是样品D1和样品D3中的实部Real(Y)和导纳的绝对值|Y|相对于频率的关系图，并且图25B是样品B和样品D1中的实部Real(Y)和导纳的绝对值|Y|相对于频率的关系图；
图26A是第二实施方式的压电薄膜谐振器的平面图，图26B是沿着图26A中的线A-A截取的截面图；
图27A和图27B是示出第二实施方式中的压电基板的晶体取向的立体图；
图28是第二实施方式的第一变型例的压电薄膜谐振器的平面图；
图29是第二实施方式的第二变型例的压电薄膜谐振器的截面图；以及
图30A是根据第三实施方式的滤波器的电路图，图30B是根据第三实施方式的第一变型例的双工器的电路图。
具体实施方式
当将单晶压电物质例如但不限于钽酸锂或铌酸锂用于压电薄膜时，谐振区域中的振动是厚度剪切振动。在使用厚度剪切振动的声波装置中，即使在谐振区域的边缘区域中添加了附加结构的情况下，由于在谐振区域中产生的驻波所引起的杂散也不能充分地减少。
在使用厚度剪切振动的声波装置中，当在谐振区域的边缘区域中添加附加膜时，随着谐振频率的增加，附加膜的宽度减小。随着附加膜的宽度减小，附加膜的形成变得困难。
将描述压电薄膜谐振器作为声波装置的示例。
仿真1
对第一比较例进行仿真。图1A是根据第一比较例的压电薄膜谐振器的平面图，图1B是沿着图1A中的线A-A截取的截面图，并且图1C是沿着图1A中的线B-B截取的截面图。将垂直于压电基板14的方向(压电基板14的法线方向)定义为Z方向，将厚度剪切振动的方向定义为Y方向，并且将与压电基板14的平面方向垂直且与Y方向垂直的方向定义为X方向。X方向、Y方向和Z方向不必与压电基板14的晶体取向的X轴、Y轴和Z轴相对应。将晶体取向描述为“X轴取向”、“Y轴取向”和“Z轴取向”，以与“X方向”、“Y方向”和“Z方向”区分开。
如图1A至图1C所示，上电极16位于压电基板14上，下电极12位于压电基板14的下方。下电极12和上电极16跨过压电基板14的至少一部分彼此面对的区域是谐振区域50。下电极12和上电极16是驱动电极。当在下电极12和上电极16之间施加高频功率时，在谐振区域50内的压电基板14中，在与Z方向基本垂直的方向(即，相对于厚度的剪切方向)上产生位移振动的声波。该振动称为厚度剪切振动。将厚度剪切振动的位移最大的方向(厚度剪切振动的位移方向)定义为厚度剪切振动的方向60。声波的波长大约是压电基板14的厚度的两倍。
谐振区域50的平面形状为大致矩形。矩形具有四个基本笔直的侧面。四个侧面当中的彼此面对的一对侧面基本平行于厚度剪切振动的方向60(即，Y方向)。矩形的四个边当中的其余一对边与基本垂直于厚度剪切振动方向60的方向(即，在X方向上)平行。
在第一比较例的压电基板是X切割单晶钽酸盐基板的假设下进行仿真。X切割单晶钽酸盐基板的Z方向是X轴取向。X-Y平面是具有晶体取向的Y轴和Z轴的平面。通过将Y轴方向与Z轴方向旋转大约42°所获得的方向为负X方向，垂直于X方向的方向为Y方向。Y方向与厚度剪切振动的方向60对应。
当在谐振区域50的平面形状是矩形的假设下进行仿真时，需要大规模计算。因此，针对模式A模型和模式B模型进行了仿真。
图2A是示出仿真1中的模式A模型的立体图。如图2A所示，在模式A模型中，在压电基板14具有在X方向上延伸的棒形形状的假设下，使用有限元法进行了仿真。
图2B是示出厚度剪切振动的立体图，并且夸大示出了压电基板14的位移。图2C是Y-Z截面图。如图2B和图2C所示，由于厚度剪切振动，在某个时刻，如箭头61a所示，压电基板14的更靠近上电极16的部分向负Y方向位移。如箭头61b所示，压电基板14的更靠近下电极12的部分向正Y方向位移。在半个周期之后，压电基板14在与箭头61a和61b所示的方向相反的方向上位移。
图3A是示出仿真1中的模式B模型的立体图。如图3A所示，在模式B模型中，在压电基板14具有在Y方向上延伸的棒状的假设下，使用有限元法进行了仿真。
图3B是示出厚度剪切振动的立体图。如图3B所示，由于厚度剪切振动，在某个时刻，如箭头61a所示，压电基板14的更靠近上电极16的部分向负Y方向位移。如箭头61b所示，压电基板14的更靠近下电极12的部分在正Y方向上位移。在半个周期之后，压电基板14在与箭头61a和61b所示的方向相反的方向上位移。
仿真条件如下。
声波的波长λ：1640nm
压电基板14：X切割钽酸锂基板，厚度T4为0.5λ＝820nm
下电极12：厚度为100nm的钌(Ru)膜
上电极16：厚度为100nm的钌膜
谐振区域50的宽度X50：30λ＝49.2μm
压电基板14的Y方向的宽度ΔY：0.5λ＝820nm
假设Y方向上的边界无限连续。压电基板14的晶体取向为图2A和图3A所示的X轴、Y轴和Z轴。负X方向是通过将Y轴方向与Z轴方向旋转42°而获得的方向。
图4A和图4B分别示出了仿真1中的模式A模型和模式B模型中的导纳特性。如图4A和图4B所示，观察到由于两个横向波引起的谐振。快速横向波的谐振频率和反谐振频率分别由fr1和fa1表示。慢横向波的谐振频率和反谐振频率分别由fr2和fa2表示。谐振频率和反谐振频率之间的差对应于机电耦合系数。缓慢的横向波具有较小的机电耦合系数。因此，将检查机电耦合系数大的快速横向波。
由于在谐振区域50中产生的驻波而导致的杂散信号62(由垂直箭头指示)在谐振频率fr1和快速横向波的反谐振频率fa1之间并且以高于反谐振频率fa1的频率产生。杂散62之间的频率间隔和杂散62的大小在模式A和模式B之间不同。如上所述，在模式A和模式B之间，杂散62的行为不同。
仿真2
在假设在谐振区域50的边缘区域中设置了附加膜的情况下进行了仿真。当在谐振区域的边缘区域中设置附加膜以使边缘区域中的声速小于中央区域中的声速时，实现了活塞模式。因此，期望减少由于驻波引起的杂散。
图5A和图5B是分别示出仿真2中的模式A模型和模式B模型的立体图。如图5A所示，在模式A模型中，假设压电基板14具有在X方向上延伸的棒形形状。谐振区域50具有中央区域52和位于中央区域52两侧的边缘区域54a。在边缘区域54a中，附加膜22a位于下电极12下方，并且附加膜26a位于上电极16上。边缘区域54a在X方向上的宽度由Wa表示，并且附加膜22a和26a的厚度由Ta表示。
如图5B所示，在模式B模型中，假设压电基板14具有在Y方向上延伸的棒形形状。谐振区域50具有中央区域52和位于中央区域52两侧的边缘区域54b。在边缘区域54b中，附加膜22b位于下电极12下方，并且附加膜26b位于上电极16上。边缘区域54b在Y方向上的宽度由Wb表示，并且附加膜22b和26b的厚度由Tb表示。
在模式A模型和模式B模型中，假设附加膜22a、22b、26a和26b是钌膜。其他仿真条件与仿真1相同，因此省略其描述。
在模式A模型中，在附加膜的厚度Ta为40nm的假设下，通过改变边缘区域54a的宽度Wa来对导纳特性进行仿真。图6A至图6F示出了仿真2的模式A模型中的导纳特性。在图6A至图6F中，虚线表示导纳的大小|Y|的频率特性，并且实线表示导纳的实部Real(Y)的频率特性。在|Y|中观察到了横向波的谐振频率和反谐振频率的峰值。在Real(Y)/|Y|中，比|Y|中的杂散更清晰。
在图6A至图6F中，边缘区域54a的宽度Wa被分别设置为0.20λ、0.25λ、0.30λ、0.35λ、0.40λ和0.45λ。如图6D所示，当Wa＝0.35λ时，杂散被最大程度地减少。
在模式B模型中，在附加膜的厚度Tb为40nm的假设下，通过改变边缘区域的宽度Wb来对导纳特性进行仿真。图7A至图7F示出了仿真2的模式B模型中的导纳特性。在图7A至图7F中，边缘区域54b的宽度Wb被分别设置为0.50λ、0.55λ、0.60λ、0.65λ、0.70λ和0.75λ。如图7E所示，当Wb＝0.70λ时，杂散被最大程度地减少。
如图6A至图7F所示，在模式A模型中减少杂散的边缘区域54a的宽度Wa与在模式B模型中减少杂散的边缘区域54b的宽度Wb不同。
在模式B模型中，在边缘区域54b的宽度Wb为0.35λ的假设下，通过改变附加膜的厚度Tb来对导纳特性进行仿真。图8A至图8F示出了仿真2的模式B模型中的导纳特性。在图8A至图8F中，附加膜的厚度Tb分别设置为40nm、50nm、60nm、70nm、80nm和90nm。如图8D所示，当Tb＝70nm时，杂散被最大程度地减少。
在模式A模型中，如图6D所示，当边缘区域54a的宽度Wa为0.35λ时，附加膜的最佳厚度Ta为40nm。在模式A模型中减少了杂散的附加膜的厚度Ta与在模式B模型中减少了杂散的附加膜的厚度Tb不同。在仿真2中，使附加膜的厚度Ta和Tb不同，并且与减小声波的声速对应地增加附加膜的厚度。因此，只要在边缘区域54a和54b之间使声波的声速不同即可。
根据仿真2，在使用厚度剪切振动的压电薄膜谐振器中，在边缘区域54a和54b中提供相同的附加结构不能充分地减少杂散。因此，使得边缘区域54a和54b中的附加结构不同。这种配置减少了杂散。基于以上发现，将描述实施方式。
第一实施方式
图9A是根据第一实施方式的压电薄膜谐振器的平面图，图9B是沿着图9A中的线AA截取的截面图，并且图9C是沿着图9A中的线B-B截取的截面图。如图9A至图9C所示，在基板10的上表面形成有气隙30，并且下电极12位于基板10上。压电基板14位于下电极12上。上电极16位于压电基板14上。谐振区域50在平面图中与气隙30交叠，并且气隙30在尺寸上与谐振区域50相同或大于谐振区域50。
谐振区域50的平面形状为矩形，该矩形的四个边中的一对边基本在Y方向(厚度剪切振动的位移方向)上延伸，并且另一对边在X方向(与厚度剪切振动的位移方向基本垂直的方向)上延伸。边缘区域54a位于谐振区域50的中央区域52的X方向的两侧，并且边缘区域54b位于谐振区域50的中央区域52的Y方向的两侧。边缘区域54a基本在Y方向上延伸，并且边缘区域54b基本在X方向上延伸。边缘区域54a的X方向上的宽度由Wa表示，边缘区域54b的Y方向上的宽度由Wb表示。宽度Wa在Y方向上基本恒定，宽度Wb在X方向上基本恒定。
附加膜22a在边缘区域54a中位于下电极12下方，并且附加膜26a在边缘区域54a中位于上电极16上。附加膜22a和26a具有Ta的厚度。附加膜22b在边缘区域54b中位于下电极12下方，并且附加膜26b在边缘区域54b中位于上电极16上。附加膜22b和26b具有Tb的厚度。在第一实施方式中，宽度Wb大于宽度Wa，并且厚度Ta和Tb彼此基本相同。
基板10例如是硅基板、蓝宝石基板、氧化铝基板、尖晶石基板、石英基板、晶体基板、玻璃基板、陶瓷基板或GaAs基板。压电基板14例如是单晶的钽酸锂基板或单晶的铌酸锂基板。下电极12和上电极16由例如钌、铬(Cr)、铝(Al)、Ti、铜(Cu)、钼(Mo)、钨(W)、钽(Ta)、铂(Pt)、铑(Rh)或铱(Ir)的单层膜或其中至少两个被堆叠的多层膜形成。附加膜22a、22b、26a和26b例如是作为形成下电极12和上电极16的膜或绝缘膜例如但不限于氧化硅膜、氮化硅膜或氧化铝膜。附加膜22a、22b、26a和26b的材料可以与下电极12和上电极16的材料相同，或者可以与下电极12和上电极16的材料不同。
第一实施方式的示例性配置如下。压电基板14是X切割钽酸锂基板，厚度为820nm，并且负X方向是将Y轴取向相对于Z轴取向旋转约42°而获得的方向。在这种情况下，声波的波长λ为1640nm。下电极12和上电极16由厚度为100nm的钌膜形成。附加膜22a、22b、26a和26b是钌膜。谐振区域50的宽度为30λ。与仿真2一样，Ta＝Tb＝40nm，Wa＝0.35λ，并且Wb＝0.70λ。以上配置减少了模式A和模式B中的杂散。
在第一实施方式中，使边缘区域54a和54b中的声速小于中央区域52中的声速，并且，使边缘区域54a的宽度Wa与边缘区域54b的宽度Wb不同。这种配置减少了X方向和Y方向上的杂散。特别地，使边缘区域54a的宽度Wa小于边缘区域54b的宽度Wb。这种配置减少了X方向和Y方向二者上的杂散。
第一实施方式的第一变型例
图10A是根据第一实施方式的第一变型例的压电薄膜谐振器的平面图，图10B是沿着图10A中的线AA截取的截面图，并且图10C是沿着图10A中的线B-B截取的截面图。如图10A至图10C所示，在第一实施方式的第一变形中，边缘区域54a的宽度Wa大致等于边缘区域54b的宽度Wb。附加膜22b和26b的厚度Tb大于附加膜22a和26a的厚度Ta。其他结构与第一实施方式相同，因此省略其说明。
第一实施方式的第一变型例的示例性构造如下。压电基板14是X切割钽酸锂基板，厚度为820nm，并且负X方向是将Y轴取向相对于Z轴取向旋转约42°而获得的方向。在这种情况下，声波的波长λ为1640nm。下电极12和上电极16由厚度为100nm的钌膜形成。附加膜22a、22b、26a和26b是钌膜。谐振区域50的宽度为30λ。与仿真2一样，Ta＝40nm，Tb＝70nm，并且Wa＝Wb＝0.35λ。以上配置减少了模式A和模式B中的杂散。
在第一实施方式的第一变型例中，使边缘区域54a和54b中的声速小于中央区域52中的声速，并且使边缘区域54a中的附加膜22a和26a的厚度Ta与边缘区域54b中的附加膜22b和26b的厚度Tb不同。这种配置减少了X方向和Y方向二者上的杂散。特别地，使附加膜22a和26a的厚度Ta小于附加膜22b和26b的厚度Tb。这种配置使得边缘区域54a中的声速大于边缘区域54b中的声速。因此，杂散在X方向和Y方向二者上都减少了。
第一实施方式的第二变型例
图11A是根据第一实施方式的第二变型例的压电薄膜谐振器的平面图，图11B是沿着线A-A在图11A截取的截面图，并且图11C是沿B-B线在图11A截取的截面图。如图11A至图11C所示，在第一实施方式的第二变形中，边缘区域54b的宽度Wb大于边缘区域54a的宽度Wa。附加膜22b和26b的厚度Tb大于附加膜22a和26a的厚度Ta。其他结构与第一实施方式相同，因此省略其说明。
在第一实施方式的第二变型例中，使边缘区域54a的宽度Wa与边缘区域54b的宽度Wb不同，并且使边缘区域54a中的声速不同于边缘区域54b中的声速。这种配置减少了X方向和Y方向二者上的杂散。特别地，使边缘区域54a的宽度Wa小于边缘区域54b的宽度Wb，并且使边缘区域54a中的声速大于边缘区域54b中的声速。这种配置减少了X方向和Y方向二者上的杂散。
第一实施方式的第三变型例
图12A是根据第一实施方式的第三变型例的压电薄膜谐振器的平面图，图12B是沿着线A-A在图12A截取的截面图，图12C是沿B-B线在图12A截取的截面图。如图12A至图12C所示，在第一实施方式的第三变型例中，边缘区域54b的宽度Wb大于边缘区域54a的宽度Wa。附加膜22a和26a的厚度Ta大于附加膜22b和26b的厚度Tb。其他结构与第一实施方式相同，因此省略其说明。
在第一实施方式的第三变型例中，使边缘区域54a的宽度Wa与边缘区域54b的宽度Wb不同，并且使边缘区域54a中的声速与边缘区域54b中的声速不同。这种配置减少了X方向和Y方向二者上的杂散。即使当边缘区域54a的宽度Wa小于边缘区域54b的宽度Wb并且使边缘区域54a中的声速小于边缘区域54b中的声速时，通过适当地设置宽度Wa和Wb以及厚度Ta和Tb，在X方向和Y方向二者上都减少了杂散。
第一实施方式的第四变型例
图13A是根据第一实施方式的第四变型例的压电薄膜谐振器的平面图，图13B是沿着线A-A在图13A截取的截面图，图13C和沿着线B-B在图13A截取的截面图。如图13A至图13C所示，在第一实施方式的第四变型例中，边缘区域54a的宽度Wa基本等于边缘区域54b的宽度Wb。附加膜22a和26a的厚度Ta基本上等于附加膜22b和26b的厚度Tb。附加膜22a和26a的材料不同于附加膜22b和26b的材料。其他结构与第一实施方式相同，因此省略其说明。
在第一实施方式的第四变型例中，附加膜22b和26b的密度大于附加膜22a和26a的密度。即使厚度Ta和Tb相同，该构造也使得边缘区域54b中的声速小于边缘区域54a中的声速。因此，杂散在X方向和Y方向二者上都减少了。
第一实施方式的第五变型例
图14A和图14B是根据第一实施方式的第五变型例的压电薄膜谐振器的截面图。如图14A和图14B所示，宽度Wa和Wb基本相同，并且厚度Ta和Tb基本相同。边缘区域54a中的压电基板14的厚度T4与中央区域52中的压电基板14的厚度基本相同。在边缘区域54b中的压电基板14的上表面设置有突出部14a。因此，边缘区域54b中的压电基板14的厚度T4b大于边缘区域54a中的压电基板14的厚度T4。其他结构与第一实施方式相同，因此省略其说明。
在第一实施方式的第五变型中，即使当附加膜22a和26a的厚度Ta与附加膜22b和26b的厚度Tb相同时，也可以通过使边缘区域54a中的压电基板14的厚度与边缘区域54b中的压电基板14的厚度不同而使边缘区域54a、54b的声速不同。通过使边缘区域54b中的压电基板14比边缘区域54a中的压电基板14厚，可以使边缘区域54b中的声速小于边缘区域54a中的声速。因此，杂散在X方向和Y方向二者上都减少了。
第一实施方式的第六变型例
图15A和图15B是根据第一实施方式的第六变型例的压电薄膜谐振器的截面图。如图15A和图15B所示，宽度Wa和Wb基本相同，并且厚度Ta和Tb基本相同。在边缘区域54b中的上电极16与附加膜26b之间设置有另一附加膜27。在边缘区域54a中没有设置其他附加膜27。其他结构与第一实施方式相同，因此省略其说明。
在第一实施方式的第六变型例中，在边缘区域54b中设置了另一附加膜27。即使当附加膜22a和26a的厚度Ta和附加膜22b和26b的厚度Tb相同时，在边缘区域54中提供另一附加膜27也使得边缘区域54b中的声速小于边缘区域54a中的声速。因此，杂散在X方向和Y方向二者上都减少了。如果在以下位置之一中提供附加膜27就足够了：在附加膜22b的下方，在附加膜22b与下电极12之间，在上电极16与附加膜26b之间，以及在附加膜26b上。可以在上述两个或更多个位置中提供另一附加膜27。
第一实施方式的第七变型例
图16是根据第一实施方式的第七变型例的压电薄膜谐振器的平面图。如图16所示，附加膜22a和22b彼此分离，并且附加膜26a和26b彼此分离。其他结构与第一实施方式相同，因此省略其说明。
另外，在第一实施方式的第一至第六变型例中，附加膜22a和22b可以彼此分离，并且附加膜26a和26b可以彼此分离。
第一实施方式的第八变型例
图17A和图17B是根据第一实施方式的第八变型例的压电薄膜谐振器的截面图。如图17A和图17B所示，在现在区域50中的下电极12的下方形成有声反射膜(acousticmirror)31。声反射膜31包括交替地堆叠的具有低声阻抗的膜31a和具有高声阻抗的膜31b。膜31a和31b中的每一个的膜厚度为例如λ/4(λ表示声波的波长)。自由地选择层叠的膜31a和膜31b的数量。例如，声反射膜31可以具有其中具有与基板10的声阻抗不同的声阻抗的单个膜位于基板10中的结构。其他结构与第一实施方式相同，因此省略其说明。
在第一实施方式的第一至第七变型例中，可以形成声反射膜31代替气隙30(如第一实施方式的第八变型例)。如果在谐振区域50中反射声波的声反射层包括气隙30或声反射膜31就足够了。如上所述，压电薄膜谐振器可以是包括气隙30的FBAR，或者是包括声反射膜31的SMR。
在第一实施方式及其变型中，附加膜22a和22b位于下电极12下方，并且附加膜26a和26b位于上电极16上。然而，可以仅提供附加膜22a和26a之一。可以仅提供附加膜22b和26b之一。当附加膜22a和22b是金属膜并且与下电极12接触时，附加膜22a和22b实际上形成下电极12的一部分。当附加膜26a和26b是金属膜并且与上电极16接触时，附加膜26a和26b实际上形成上电极16的一部分。
在第一实施方式及其变型例中，下电极12和上电极16(一对电极)将压电基板14夹在中间，并激发压电基板14中的厚度剪切振动。边缘区域54a和54b围绕谐振区域50的中央区域52，并且位于谐振区域50的边缘部分中。边缘区域54b(第一区域)在Y方向(第一方向)上位于中央区域52的两侧，并且与作为压电基板14的主模式的厚度剪切振动的位移方向基本平行。边缘区域54a(第二区域)在与Y方向基本垂直的X方向(第二方向)上位于中央区域52的两侧。边缘区域54a和54b中的压电基板14中的声波的声速小于中央区域52中的压电基板14中的声波的声速。
在上述结构中，在第一实施方式及其第二变形例、第三变形例、第七变形例和第八变形例中，边缘区域54b(第一区域)的Y方向(第一方向)上的宽度Wb和边缘区域54a(第二区域)的X方向(第二方向)上的宽度Wa彼此不同。因此，减少了X方向和Y方向二者上的杂散。
作为主模式的厚度剪切振动是利用多个厚度剪切振动中的谐振特性的振动，例如与图4A和图4B中的快速横向波对应。另外，只要能够减少杂散，则与厚度剪切振动的位移方向基本平行的第一方向可以从厚度剪切振动的位移方向倾斜。厚度剪切振动的第一方向和位移方向之间的角度在例如±20°的范围内、在例如±10°的范围内或在例如±5°的范围内。当第一方向和第二方向彼此垂直时，只要可以减少杂散，第一方向和第二方向就可以倾斜。第一方向和第二方向之间的角度例如为70°至110°、例如为80°至100°、例如为85°至95°。
为了实现活塞模式，宽度Wa和Wb优选为0.1λ以上且3λ以下，更优选为0.2λ以上且2λ以下。
边缘区域54a的X方向上的宽度Wa小于边缘区域54b的Y方向上的宽度Wb。因此，与仿真2一样，进一步减少了杂散。
在第一实施方式及其第七变型例和第八变型例中，考虑到制造误差，边缘区域54b中的压电基板14中的声波的声速与边缘区域54a中的压电基板14中的声波的声速基本相同。因此，与仿真2一样，进一步减少了杂散。
在第一实施方式的第一至第六变型例中，边缘区域54b中的压电基板14中的声波的声速不同于边缘区域54a中的压电基板14中的声波的声速。该配置减少了X方向和Y方向二者上的杂散。
边缘区域54a中的压电基板14中的声波的声速大于边缘区域54b中的压电基板14中的声波的声速。与仿真2一样，该配置进一步减少了杂散。
如在第一实施方式的第一变型例中，由于边缘区域54b中的声速小于边缘区域54a中的声速，因此可以使附加膜22b和26b的厚度Tb大于附加膜22a和26a的厚度Ta。如果附加膜22b和26b的厚度之和大于附加膜22a和26a的厚度之和就足够了。
如在第一实施方式的第四变型例中，可以使附加膜22b和26b的密度大于附加膜22a和26a的密度。只要使附加膜22b和26b中的至少一个的密度大于附加膜22a和26a的密度就足够了。
如在第一实施方式的第五变型例中，可以使边缘区域54b中的压电基板14的厚度T4b大于边缘区域54a中的压电基板14的厚度T4。如在第一实施方式的第六变型例中，另一附加膜27可以设置在边缘区域54b中。这些方法可以组合。
在第一实施方式的第一变型例和第四至第六变型例中，考虑到制造误差，边缘区域54b的沿Y方向的宽度与边缘区域54a的沿X方向的宽度基本相同。因此，与仿真2一样，进一步减少了杂散。
在第一实施方式的第一变型例中，提供了设置在边缘区域54b中的附加膜22b和26b(第一附加膜)以及设置在边缘区域54a中的附加膜22a和26a(第二附加膜)。这种配置通过使厚度Ta和Tb不同而使得边缘区域54b和54a中的声速彼此不同。
如在第一实施方式以及第一实施方式的第一至第六变型例和第八变型例中，附加膜22a和22b可以是一个附加膜，并且附加膜26a和26b可以是一个附加膜。如在第一实施方式的第七变型例中，附加膜22a和22b可以是彼此分离的单独的附加膜，并且附加膜26a和26b可以是彼此分离的单独的附加膜。
当压电基板14是单晶钽酸锂基板时，压电基板14是X切割钽酸锂基板。在这种情况下，压电基板14的上表面的法线方向(Z方向)为X轴方向。因此，在压电基板14中产生厚度剪切振动。当使负X方向成为通过将Y轴取向相对于Z轴取向旋转42°而获得的方向时，Y方向与厚度剪切振动的位移方向对应。压电基板14的上表面的法线方向可以相对于X轴方向以±5°的范围内的角度倾斜。压电基板14的上表面的法线方向与X轴方向之间的角度优选在±1°的范围内，更优选在±0.3°的范围内。从Y轴取向到Z轴取向的旋转角度可以在42°±5°的范围内。从Y轴取向到Z轴取向的旋转角度优选在42°±1°的范围内，更优选在42°±0.3°的范围内。
用欧拉角表示，当负X方向从Y轴方向旋转到Z轴方向42°时，负X方向是当欧拉角为(90°，90°，42°)时获得的X方向。负Y方向是当欧拉角为(90°，90°，132°)时获得的X方向。负X方向优选是当欧拉角为(90°±5°，90°±5°，42°±5°)时获得的负X方向，更优选地，是当欧拉角为(90°±1°，90°±1°，42°±1°)时获得的负X方向，进一步优选地，是当欧拉角为(90°±0.3°，90°±0.3°，42°±0.3°)时获得的负X方向。负X方向优选是当欧拉角为(90°±5°，90°±5°，132°±5°)时获得的负X方向，更优选地，是当欧拉角为(90°±1°，90°±1°，132°±1°)时获得的负X方向，并且进一步优选地，是当欧拉角为(90°±0.3°，90°±0.3°，132°±0.3°)时获得的负X方向。
当压电基板14是单晶铌酸锂基板时，压电基板14是旋转的Y切割铌酸锂基板。在这种情况下，压电基板14的上表面的法线方向(Z方向)是Y轴Z轴平面上的方向。因此，在压电基板14中产生厚度剪切振动。将正Z方向设为通过将正Y轴方向相对于负Z轴方向旋转15°而获得的方向(即，通过将Y轴的正方向与Z轴的正方向旋转-15°而获得的方向)，并且将X方向设为X轴方向。该配置使得Y方向与厚度剪切振动的位移方向对应。
用欧拉角表示，负X方向是当欧拉角为(0°，90°+165°，0°)时获得的负方向，即，当欧拉角为(0°，75°，0°)时获得的负X方向。负Y方向是当欧拉角为(90°，75°，0°)时获得的负X方向。负X方向优选是当欧拉角为(0°±5°，75°±5°，0°±5°)时获得的负X方向，更优选地，是当欧拉角为(0°±1°，75°±1°，0°±1°)时获得的负X方向，进一步优选地，是当欧拉角为(0°±0.3°，75±0.3°，0°±0.3°)时获得的负X方向。负Y方向优选是当欧拉角为(90°±5°，75°±5°，0°±5°)时获得的负X方向，更优选地，是当欧拉角为(90°±1°，75°±1°，0°±1°)时获得的负X方向，进一步优选地，是当欧拉角为(90°±0.3°，75°±0.3°，0°±0.3°)时获得的负X方向。
仿真3
对样品A和B进行仿真。图18A和图18B分别是根据样品A的压电薄膜谐振器的立体图和截面图。将压电基板114的法线方向定义为Z方向，将压电基板114的平面方向中的下电极112的引出方向定义为X方向，并且将与X方向垂直的方向定义为Y方向。X方向、Y方向和Z方向不一定与压电基板114的晶体取向的X轴、Y轴和Z轴相对应。将晶体取向描述为“X轴取向”、“Y轴取向”和“Z轴取向”以区别于“X方向”、“Y方向”和“Z方向”。
如图18A和图18B所示，上电极116位于压电基板114上，下电极112位于压电基板114的下方。下电极112和上电极116跨过压电基板114的至少一部分彼此面对的区域是谐振区域150。下电极112和上电极116是驱动电极。当在下电极112和上电极116之间施加高频功率时，在谐振区域150内的压电基板114中，在与Z方向基本垂直的方向(即，相对于厚度的剪切方向)上产生位移振动的声波。该振动称为厚度剪切振动。将厚度剪切振动的位移最大的方向(厚度剪切振动的位移方向)定义为厚度剪切振动的方向160。使Y方向与厚度剪切振动的方向160对应。声波的波长大约是压电基板114的厚度的两倍。谐振区域150的平面形状为大致矩形。矩形具有四个基本笔直的侧面。四个边的延伸方向是X方向和Y方向。
谐振区域150中的下电极112经由声反射膜131位于基板110上方。声反射膜131包括交替地堆叠的具有低声阻抗的膜131b和具有高声阻抗的膜131a。膜131a和131b中的每一个的膜厚度为例如大约λ/4(λ表示声波的波长)。因此，声反射膜131反射声波。
图19A和图19B分别是根据样品B的压电薄膜谐振器的立体图和截面图。在样品B中，附加膜128在位于谐振区域150的X方向的两端的边缘区域152中的上电极116上。附加膜128在谐振区域150的X方向上不位于中央区域154中。附加膜128的X方向上的宽度由W1表示，并且附加膜128的厚度由T11表示。
样品A的仿真条件如下。
声波的波长λ：1640nm
压电基板114：厚度为0.5λ＝820nm的铌酸锂基板，其中，X方向是晶体方向上的X轴方向，Z方向是通过在Y轴Z轴平面上将Z轴方向相对于Y轴方向旋转105°而获得的方向。
下电极112：厚度为100nm的铝(Al)膜
上电极116：厚度为100nm的铝膜
谐振区域150在X方向上的宽度：30λ＝49.2μm
压电基板114的Y方向上的宽度：0.5λ＝820nm。
膜131a：厚度为438nm的氧化硅(SiO2)膜
膜131b：厚度为344nm的钨(W)膜
假设Y方向上的边界无限连续。
样品B的仿真条件如下。
附加膜128：氧化钽(Ta2O5)
附加膜128的宽度W1：0.25λ(410nm)
附加膜128的厚度T11：40nm
其他仿真条件与样品A相同。厚度T11＝40nm是在宽度W1＝0.25λ的情况下通过优化厚度T11获得的厚度。
图20A和图20B分别是样品A和B中的实部Real(Y)和导纳的绝对值|Y|相对于频率的关系图。在导纳的绝对值|Y|中，观察到谐振频率和反谐振频率的峰值。在导纳的实数部分Real(Y)中，杂散比绝对值|Y|观察得更清楚。
如图20A所示，谐振频率fr约为2GHz，反谐振频率fa约为2.35GHz。在样品A中，在高于谐振频率fr的频带中产生杂散158。杂散158是由于声波在横向模式下主要在X方向上传播的驻波而产生的。
如图20B所示，在样品B中，减少了杂散。这是因为附加膜128的设置使得边缘区域152中的声速小于中央区域154中的声速，从而实现了活塞模式。
如上所述，在样品B中，减少了横向模式杂散。然而，附加膜128的宽度W1小至410nm。因此，当形成附加膜128时，需要形成薄的图案，并且因此，有必要使用先进的光刻技术和先进的处理技术。当谐振频率为5GHz至6GHz时，附加膜128的宽度W1约为100nm，并且需要进一步的先进的光刻技术和进一步的处理技术。这导致使用昂贵的制造设备并增加了制造成本。
仿真4
对附加膜128的宽度W1变宽的样品C和D进行仿真。
图21A和图21B分别是根据样品C的压电薄膜谐振器的立体图和截面图。如图21A和图21B所示，在样品C中，使附加膜128的宽度W1大于样品B的附加膜的宽度。其他结构与样品B相同。
对附加膜128的宽度W1不同的样品C1和C2进行仿真。仿真条件如下。
样品C1
附加膜128的宽度W1：0.75λ(1230nm)
附加膜128的厚度T11：10nm
样品C2
附加膜128的宽度W1：1.25λ(2050nm)
附加膜128的厚度T11：5nm
其他仿真条件与样品B相同。厚度T11＝10nm是在宽度W1＝0.75λ的情况下通过优化厚度T11获得的厚度，并且厚度T11＝5nm是在宽度W1＝1.25λ的情况下通过优化厚度T11而获得的厚度。当附加膜128的宽度W1变宽时，随着附加膜128的厚度T11的减小，杂散减少了。
图22A和图22B分别是根据样品D的压电薄膜谐振器的立体图和截面图。如图22A和图22B所示，在样品D中，附加膜128从谐振区域150的边缘区域152到谐振区域150外部的区域156形成。附加膜128的宽度W1中的谐振区域150内的附加膜128的宽度由W2表示。其他结构与样品C相同。
对附加膜128的宽度W1不同的样品D1和样品D2进行仿真。仿真条件如下。
样品D1
附加膜128的宽度W1：0.75λ(1230nm)
边缘区域152的宽度W2：0.25λ(410nm)
附加膜128的厚度T11：35nm
样品D2
附加膜128的宽度W1：1.25λ(2050nm)
边缘区域152的宽度W2：0.25λ(410nm)
附加膜128的厚度T11：35nm
其他仿真条件与样品C相同。厚度T11＝35nm是在宽度W1＝0.75λ和1.25λ的情况下通过优化厚度T11获得的厚度。
图23A至图23C分别是样品B、C1和C2中的实部Real(Y)和导纳的绝对值|Y|相对于频率的关系图。图23A与图20B基本相同。
如图23B和图23C所示，在样品C1和C2中，杂散158大于样品B中的杂散158。如上所述，当附加膜128的宽度W1变宽时，即使厚度T11被优化，杂散158也变得比样品B中的杂散158大。
图24A和图24B分别是样品D1和样品D2中的实部Real(Y)和导纳的绝对值|Y|相对于频率的关系图。
如图24A和图24B所示，在样品D1和样品D2中，杂散158与样品B中的杂散158基本相同。如上所述，即使附加膜128的宽度W1变宽，也从边缘区域152到谐振区域150外部的区域156设置附加膜128，以使边缘区域152内的附加膜128的宽度W2与样品B的附加膜128的宽度W1基本相同。这种结构允许杂散158与样品B中的杂散158基本相同。
由于附加膜128的宽度W1较宽，因此不需要先进的光刻技术和处理技术，并且可以使用廉价的制造装置来形成附加膜128。因此，降低了制造成本。
仿真5
对样品D3进行仿真。仿真条件如下。
样品D3
附加膜128的宽度W1：0.75λ(1230nm)
边缘区域152的宽度W2：0.25λ(410nm)
附加膜128的厚度T11：40nm
与样品D1不同，样品D3的附加膜128的厚度T11与样品B的厚度T11相同。
图25A是样品D1和样品D3中的实部Real(Y)和导纳的绝对值|Y|相对于频率的关系图，并且图25B是样品B和样品D1中的实部Real(Y)和导纳的绝对值|Y|相对于频率的关系图。插图164是谐振频率fr中的162附近的|Y|的放大图，插图165是反谐振频率fa中的163附近的|Y|的放大图。
如图25A所示，在样品D1和样品D3之间，导纳特性基本相同，并且杂散158的大小基本相同。如插图164所示，在谐振频率fr附近，样品D1的|Y|大于样品D3的|Y|。如插图165所示，在反谐振频率fa附近，样品D1和样品D3之间的|Y|基本相同。
如图25B所示，在样品B和样品D1之间，导纳特性基本相同，杂散158的大小也基本相同。从插图164和165清楚地看出，在谐振频率fr和反谐振频率fa附近，样品B和样品D1之间的|Y|基本相同。
如上所述，在样品D中，当如在样品D3中那样，将附加膜128的厚度T11设为样品B的附加膜128的最佳厚度T11时，谐振频率fr附近的|Y|的峰值的陡度变小。当如样品D1中那样使附加膜128的厚度T11小于样品B的附加膜128的最佳厚度T11时，谐振频率fr附近的|Y|的峰值的陡度大致等于样品B的陡度。如上所述，样品D中的附加膜128的最佳厚度T11小于样品B中的最佳厚度T11。
从上述模拟清楚可见，在样品D中，杂散减少到与样品B相同的水平，并且可以增加附加膜128的宽度W1。在下文中，将描述基于上述发现的实施方式。
第二实施方式
图26A是根据第二实施方式的压电薄膜谐振器的平面图，图26B是沿着图26A中的线A-A截取的截面图。如图26A和图26B所示，声反射膜131位于基板110上。自由地选择堆叠的膜131a和膜131b的数量。声反射膜131具有将至少两个具有不同声学特性的层间隔地堆叠的结构就足够了。基板110可以是声反射膜131的具有不同声学特性的两层之一。例如，声反射膜131可以具有在基板110中设置具有与基板110不同的声阻抗的膜的结构。
下电极112位于声反射膜131上。压电基板114位于下电极112上。上电极116位于压电基板114上。谐振区域150在平面图中与声反射膜131交叠，并且声反射膜131在尺寸上与谐振区域150相同或大于谐振区域150。
谐振区域150的平面形状是矩形。矩形的四个边之中的一对边基本上在Y方向上延伸，而另一对边在X方向上延伸。边缘区域152位于谐振区域150的中央区域154的X方向上的两侧。边缘区域152基本上在Y方向上延伸。边缘区域152在X方向上的宽度W2在Y方向上基本恒定。与边缘区域152相邻的区域156位于谐振区域150的外部。区域156的宽度在Y方向上基本恒定。具有厚度T11的附加膜128位于边缘区域152中的上电极116上以及区域156中的上电极116和压电基板114上。在被夹在谐振区域150的边缘区域152之间的中央区域154中没有附加膜128。
基板110例如是硅基板、蓝宝石基板、氧化铝基板、尖晶石基板、石英基板、晶体基板、玻璃基板、陶瓷基板或GaAs基板。下电极112和上电极116由例如钌、铬(Cr)铝(Al)、钛、铜(Cu)、钼(Mo)、钨(W)、钽(Ta)、铂(Pt)、铑(Rh)或铱(Ir)制成的单层膜或包括其中至少两种堆叠而成的多层膜形成的膜。附加膜128优选地由具有高密度的材料制成，并且主要由例如氧化钽(TaOx)、氧化铌(NbOx)或氧化钨(WOx)构成。附加膜128可以是作为形成下电极112和上电极116的材料的示例列出的金属膜，或者是诸如氧化硅膜、氮化硅膜或氧化铝膜的绝缘膜。附加膜128的材料可以与下电极112和上电极116的材料相同，或者可以与下电极112和上电极116的材料不同。
图27A和图27B是示出第二实施方式中的压电基板114的晶体取向的立体图。图27A是示出压电基板114是单晶铌酸锂基板的情况的立体图。如图27A所示，当压电基板114由铌酸锂(LN)制成时，如晶体取向的虚线箭头所示，将X方向、Y方向和Z方向分别设为晶体取向的正X轴取向、正Y轴取向和正Z轴取向。然后，在Y轴Z轴平面中，使正Y轴取向和正Z轴取向从正Y轴取向到正Z轴取向绕X轴取向旋转105°。旋转后的Y轴取向和Z轴取向由实线箭头表示。这种旋转使得Z方向成为通过将正Z轴取向相对于正Y轴取向旋转105°而获得的方向。在这种情况下，Y方向与厚度剪切振动的方向160对应。
图27B是示出压电基板114是单晶钽酸锂基板的情况的立体图。如图27B所示，当压电基板114由钽酸锂(LT)制成时，如晶体取向的虚线箭头所示，将X方向、Y方向和Z方向分别设为晶体取向的负Z轴取向、正Y轴取向和正X轴取向。然后，在Y轴Z轴平面中，使正Y轴取向和正Z轴取向绕X轴取向从正Y轴取向到正Z轴取向旋转42°。旋转后的Y轴取向和Z轴取向由实线箭头表示。这种旋转使得Y方向成为通过将正Y轴取向相对于负Z轴取向旋转42°而获得的方向。在这种情况下，Y方向与厚度剪切振动的方向160对应。
在第二实施方式中，与样品D一样，减少了杂散，并且可以使附加膜128的宽度W1变宽。
第二实施方式的第一变型例
图28是根据第二实施方式的第一变形例的压电薄膜谐振器的平面图。如图28所示，在第二实施方式的第一变型例中，附加膜128位于在谐振区域150的X方向的两端的边缘区域152a和比边缘区域152a更靠外侧的区域156a中。此外，附加膜128位于在谐振区域150的Y方向上位于两端的边缘区域152b中，并且位于比边缘区域152b更远的区域156b中。因此，附加膜128位于围绕中央区域154的边缘区域152a和152b中以及在区域156a和156b中。附加膜128的X方向上的宽度W1a可以基本等于附加膜128的Y方向上的宽度W1b，或者可以与附加膜128的Y方向上的宽度W1b不同。边缘区域152a的宽度W2a可以基本等于边缘区域152b的宽度W2b，或者可以与边缘区域152b的宽度W2b不同。其他结构与第二实施方式相同，因此省略说明。在第二实施方式的第一变型例中，减少了由于声波在X方向和Y方向上传播而引起的横向模式杂散。
第二实施方式的第二变型例
图29是第二实施方式的第二变形例的压电薄膜谐振器的截面图。如图29所示，在第二实施方式的第二变形例中，代替声反射膜131而设置有气隙130。附加膜128a位于边缘区域152中的上电极116上方以及区域156中的上电极116和压电基板114上，并且附加膜128b位于边缘区域152中的下电极112下方以及区域156中的下电极112和压电基板114下方。附加膜128a和附加膜128b可以具有基本相同的宽度，或者可以具有不同的宽度。附加膜128a和附加膜128b可以具有基本相同的厚度，或者可以具有不同的厚度。附加膜128a和附加膜128b的主要组成可以相同或不同。其他结构与第二实施方式的第一变形例相同，因此省略其说明。
在第二实施方式及其第一变型例中，当在下电极112的下方设置声反射膜131时，附加膜128可以设置在下电极112和压电基板114的下方，也可以设置在下电极112和压电基板114的下方以及上电极116和压电基板114上方。在第二实施方式的第二变型例中，当在下电极112下方设置气隙130时，可以在以下位置之一中设置附加膜128：在下电极112和压电基板114的下方，以及在上电极116和压电基板114的上方，也可以不设置在上述其他位置。
已经描述了谐振区域150的平面形状为大致矩形的情况，但是谐振区域150的平面形状可以为大致椭圆形、为大致圆形或为大致多边形。如果附加膜128位于围绕中央区域154的区域的一部分中就足够了。中央区域154是包括谐振区域150的中心(例如，重心)的区域。
在第二实施方式及其变型例中，下电极112和上电极116(一对电极)将压电基板114夹在中间，并激发压电基板114中的厚度剪切振动。另外，附加膜128未设置在谐振区域150(下电极112和上电极116在将压电基板114的至少一部分夹在中间的状态下在平面图中交叠的的区域)的中央区域154中，而是从围绕谐振区域150的中央区域154的边缘区域152的至少一部分到谐振区域150外部的区域156设置。这种结构将杂散减少到与仿真4的样品D中的样品B相同的水平，并且减小了附加膜128的宽度W1。因此，减少了生产成本。
附加膜128设置在下电极112和上电极116中的至少一个的与压电基板114背对的一侧。该结构减少了杂散。
加膜128在谐振区域150中与下电极112和上电极116中的至少一个接触，并且在谐振区域150的外部与下电极112和上电极116或压电基板114中的至少一个接触。该结构减少了杂散。
从仿真5的样品D1和样品D3之间的比较可以明显看出，在由与附加膜128的材料相同的材料制成的虚拟膜设置在边缘区域152中而未设置在谐振区域150的中央区域154或外部区域156中的假设下，附加膜128的厚度T11小于虚拟膜(样品B的附加膜)的厚度(样品B的附加膜的厚度)，其能最大程度地减少了横向模式杂散。该结构使得选择特性与图25A所示的样品B的谐振特性基本相同。
从位于谐振区域150的两端的边缘区域152沿垂直于厚度剪切振动的方向160的方向向谐振区域150的外部设置附加膜128。该结构减少了杂散。
在第二实施方式中，附加膜128设置为从在沿压电基板114的平面方向的X方向(第一方向)位于谐振区域150的两端的边缘区域152到谐振区域150外部的区域156，并且未设置在沿平面方向的Y方向(与第一方向相交的第二方向)位于谐振区域150的两端的边缘区域中。如上所述，另外，附加膜128设置在在横向模式下的声波的驻波成为问题的方向上，也可以不必设置在其他方向上。在第二实施方式中，附加膜128在垂直于厚度剪切振动方向160的方向上位于谐振区域150的两端，但是附加膜128可以在期望方向上位于谐振区域150的两端。由于杂散很可能会在厚度剪切振动的方向160和垂直于方向160的方向上发生，所以优选沿厚度剪切振动的方向160和/或垂直于方向160的方向在谐振区域150的两端设置附加膜128。
如在第二实施方式的第一变型例中一样，在平面图中，附加膜128优选地与谐振区域150的围绕中央区域154的边缘区域152和外部之间的整个边界交叠。该结构进一步减少了杂散。谐振区域150的平面形状优选为大致矩形，并且矩形的四个边沿方向160和垂直于方向160的方向延伸，并且附加膜128设置在四个侧面上。该结构进一步减少了杂散。
当压电基板114是单晶铌酸锂基板时，压电基板114是旋转的Y切割铌酸锂基板。在这种情况下，压电基板114的上表面的法线方向(Z方向)是Y轴Z轴平面上的方向。因此，在压电基板114的平面方向上产生厚度剪切振动。压电基板114的X轴方向与平面方向之间的角度优选在±5°的范围内，更优选在±1°的范围内。
压电基板114的上表面的法线方向(Z方向)成为通过使正Z轴取向相对于晶体取向的Y轴取向旋转105°而得到的方向。该配置使得厚度剪切振动的方向160和垂直于方向160的方向与压电基板114的平面方向对应。Z方向与通过将正Z轴取向相对于正Y轴取向旋转105°而获得的方向之间的角度优选在±5°的范围内，更优选在±1°的范围内。
当压电基板114是单晶钽酸锂基板时，压电基板114是X切割钽酸锂基板。在这种情况下，压电基板114的上表面的法线方向(Z方向)是X轴方向。因此，在压电基板114的平面方向上产生厚度剪切振动。压电基板114的X轴方向与法线方向之间的角度优选在±5°的范围内，更优选在±1°的范围内。
将通过将晶体取向的正Y轴取向相对于负Z轴取向旋转42°而获得的方向设为压电基板114的Y方向。该配置使得通过将压电基板114的平面方向中的正Y轴方向相对于负Z轴方向旋转42°而获得的方向与厚度剪切振动的方向160相对应。
第三实施方式
第三实施方式是包括根据第一实施方式和第二实施方式及其变型例中的任一个的压电薄膜谐振器的示例性滤波器和示例性双工器。图30A是根据第三实施方式的滤波器的电路图。如图30A所示，一个或更多个串联谐振器S1至S4串联连接在输入端子T1和输出端子T2之间。一个或更多个并联谐振器P1至P4并联连接在输入端子T1和输出端子T2之间。一个或更多个串联谐振器S1至S4和一个或更多个并联谐振器P1至P4中的至少一个可以是根据第一实施方式和第二实施方式及其变型例中的任一个的压电薄膜谐振器。梯形滤波器中谐振器的数量可以自由选择。
图30B是根据第三实施方式的第一变形例的双工器的电路图。如图30B所示，发送滤波器40连接在公共端子Ant和发送端子Tx之间。接收滤波器42连接在公共端子Ant和接收端子Rx之间。发送滤波器40将发送频带中的信号作为从发送端子Tx输入的信号之中的发送信号发送至公共端子Ant，并抑制其他频率的信号。接收滤波器42将在接收频带中的信号作为从公共端子Ant输入的信号之中的接收信号发送到接收端子Rx，并且抑制具有其他频率的信号。发送滤波器40和接收滤波器42中的至少一个可以是第三实施方式的滤波器。
已经描述了双工器作为多路复用器的示例，但是该多路复用器可以是三工器或四工器。
尽管已经详细描述了本发明的实施方式，但是应当理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对其进行各种改变、替换和变更。

Claims (20)

1.一种声波装置，该声波装置包括：
压电基板；
一对电极，该一对电极将所述压电基板夹在中间并激发所述压电基板中的厚度剪切振动；
边缘区域，该边缘区域是围绕谐振区域的中央区域的区域并且位于所述谐振区域的边缘部分，所述谐振区域是所述一对电极跨过所述压电基板的至少一部分彼此面对的区域；
附加膜，该附加膜设置在所述谐振区域的所述边缘区域中；
第一区域，该第一区域是所述边缘区域的一部分，并且在第一方向上位于所述中央区域的两侧，该第一方向与作为所述压电基板中的主模式的厚度剪切振动的位移方向基本平行，所述第一区域内的所述压电基板中的声波的声速小于所述中央区域内的所述压电基板中的声波的声速；以及
第二区域，该第二区域是所述边缘区域的一部分，并且在与所述第一方向基本垂直的第二方向上位于所述中央区域的两侧，所述第二区域在所述第二方向上的宽度与所述第一区域在所述第一方向上的宽度不同，所述压电基板在所述第二区域中的声波的声速小于所述压电基板在所述中央区域中的声波的声速。
2.根据权利要求1所述的声波装置，其中，
所述第二区域在所述第二方向上的宽度小于所述第一区域在所述第一方向上的宽度。
3.根据权利要求1或2所述的声波装置，其中，
所述压电基板在所述第一区域中的声波的声速基本上等于所述压电基板在所述第二区域中的声波的声速。
4.一种声波装置，该声波装置包括：
压电基板；
一对电极，该一对电极将所述压电基板夹在中间并激发所述压电基板中的厚度剪切振动；
边缘区域，该边缘区域是围绕谐振区域的中央区域的区域并且位于所述谐振区域的边缘部分，所述谐振区域是所述一对电极跨过所述压电基板的至少一部分彼此面对的区域；
附加膜，该附加膜设置在所述谐振区域的所述边缘区域中；
第一区域，该第一区域是所述边缘区域的一部分，并且在第一方向上位于所述中央区域的两侧，该第一方向与作为所述压电基板中的主模式的厚度剪切振动的位移方向基本平行，所述压电基板在所述第一区域中的声波的声速小于所述压电基板在所述中央区域中的声波的声速；以及
第二区域，该第二区域是所述边缘区域的一部分，并且在与所述第一方向基本垂直的第二方向上位于所述中央区域的两侧，所述压电基板在所述第二区域中的声波的声速小于所述压电基板在所述中央区域中的声波的声速，并且与所述压电基板在所述第一区域中的声波的声速不同。
5.根据权利要求4所述的声波装置，其中，
所述第一区域在所述第一方向上的宽度基本上等于所述第二区域在所述第二方向上的宽度。
6.根据权利要求1、2和4中的任一项所述的声波装置，该声波装置还包括：
第一附加膜，该第一附加膜设置在所述第一区域中；以及
第二附加膜，该第二附加膜设置在所述第二区域中。
7.根据权利要求6所述的声波装置，其中，
通过使所述第一附加膜的厚度大于所述第二附加膜的厚度或者使所述第一附加膜的密度大于所述第二附加膜的密度，所述压电基板在所述第二区域中的声波的声速大于所述压电基板在所述第一区域中的声波的声速。
8.根据权利要求1、2和4中的任一项所述的声波装置，其中，
所述压电基板是X切割钽酸锂基板。
9.根据权利要求1、2和4中的任一项所述的声波装置，其中，
压电基板是旋转的Y切割铌酸锂基板。
10.一种声波装置，该声波装置包括：
压电基板，该压电基板是X切割钽酸锂基板；
一对电极，所述一对电极将所述压电基板夹在中间并激发所述压电基板中的厚度剪切振动；
附加膜，该附加膜围绕谐振区域的中央区域并且位于所述谐振区域的边缘部分，所述谐振区域是所述一对电极跨过所述压电基板的至少一部分彼此面对的区域；
第一区域，该第一区域是所述附加膜的一部分并且在第一方向上位于所述中央区域的两侧，该第一方向是当欧拉角为(90°±5°,90°±5°,132°±5°)时获得的X方向；以及
第二区域，该第二区域是所述附加膜的一部分并且在第二方向上位于所述中央区域的两侧，该第二方向是当欧拉角为(90°±5°,90°±5°,42°±5°)时获得的X方向，所述第二区域在所述第二方向上的宽度小于所述第一区域在所述第一方向上的宽度。
11.一种声波装置，该声波装置包括：
压电基板，该压电基板是旋转的Y切割铌酸锂基板；
一对电极，所述一对电极将所述压电基板夹在中间并激发所述压电基板中的厚度剪切振动；
附加膜，该附加膜围绕谐振区域的中央区域并且位于谐振区域的边缘部分，所述谐振区域是所述一对电极跨过所述压电基板的至少一部分彼此面对的区域；
第一区域，该第一区域是所述附加膜的一部分并且在第一方向上位于中央区域的两侧，该第一方向是当欧拉角为(0°±5°,75°±5°,0°±5°)时获得的X方向；以及
第二区域，该第二区域在第二方向上位于所述中央区域的两侧，该第二方向是当欧拉角为(90°±5°,75°±5°,0°±5°)时获得的X方向，所述第二区域在所述第二方向上的宽度小于所述第一区域在所述第一方向上的宽度。
12.一种滤波器，该滤波器包括：
根据权利要求1、2、4、5、10和11中的任一项所述的声波装置。
13.一种多路复用器，该多路复用器包括：
根据权利要求12所述的滤波器。
14.一种声波装置，该声波装置包括：
压电基板；
一对电极，所述一对电极将所述压电基板夹在中间并激发所述压电基板中的厚度剪切振动；以及
附加膜，该附加膜未设置在谐振区域的中央区域中，而是从围绕所述谐振区域的所述中央区域的边缘区域的至少一部分到所述谐振区域的外部设置，所述谐振区域是所述一对电极在将所述压电基板的至少一部分夹在中间的状态下在平面图中交叠的区域。
15.根据权利要求14所述的声波装置，其中，
所述附加膜设置在所述一对电极中的至少一个电极的与所述压电基板背对的一侧。
16.根据权利要求15所述的声波装置，其中，
所述附加膜在所述谐振区域中与所述一对电极中的至少一个电极接触，并且在所述谐振区域的外部与所述一对电极中的至少一个电极或所述压电基板接触。
17.根据权利要求14至16中的任一项所述的声波装置，其中，
在宽度与所述谐振区域中的所述附加膜的宽度相同并且由与所述附加膜的材料相同的材料制成的虚拟膜设置在所述谐振区域的所述边缘区域中而未设置在所述谐振区域的所述中央区域中或外部的假设下，所述附加膜的厚度小于所述虚拟膜的厚度，由此最大程度地减少了横向模式杂散。
18.根据权利要求14至16中的任一项所述的声波装置，其中，
从沿与所述厚度剪切振动的方向垂直的方向位于所述谐振区域的两端的所述边缘区域到所述谐振区域的外部设置所述附加膜。
19.根据权利要求14至16中的任一项所述的声波装置，其中，
从沿所述压电基板的平面方向的第一方向位于所述谐振区域的两端的边缘区域到所述谐振区域的外部设置所述附加膜，并且所述附加膜不位于在第二方向上处于所述谐振区域的两端的边缘区域中，所述第二方向在所述平面方向中与所述第一方向相交。
20.根据权利要求14至16中的任一项所述的声波装置，其中，
所述附加膜在平面图中和围绕所述中央区域的边缘区域与所述谐振区域的外部之间的整个边界交叠。
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