CN1674435A

CN1674435A - 压电谐振器和具备压电谐振器的电子部件

Info

Publication number: CN1674435A
Application number: CNA2005100564753A
Authority: CN
Inventors: 井上宪司; 齐藤久俊; 野口隆男
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2004-03-22
Filing date: 2005-03-22
Publication date: 2005-09-28
Also published as: JP2005277454A; US7148604B2; US20050231072A1

Abstract

本发明的一个实施方式的压电谐振器，具备连接到第一信号端子上的第一转换器、和连接到第二信号端子上的第二转换器。第一转换器和第二转换器在规定方向上叠层。第一转换器和第二转换器中的至少任何一方具有用一对的电极膜把两侧夹起来的第一压电膜、和由与第一压电膜不同的膜种构成、用一对的电极膜把两侧夹起来的第二压电膜。

Description

压电谐振器和具备压电谐振器的电子部件

技术领域

本发明涉及压电谐振器和具有该压电谐振器的电子部件，特别是涉及对叠层有转换器(transducer)的压电谐振器中的通过特性的宽频带化有效的技术。

背景技术

近年来，为了与高速大容量通信相应，对小型的具有低损耗和宽频带的通过频带宽度的滤波器的需求正在增加中。作为与该需求相应的器件，多使用小型的具有低损耗特征的声表面波(SAW：SurfaceAcoustic Wave)滤波器和使用SAW滤波器的天线分波器。但是，从对更高速大容量通信的需求出发，希望实现使用频率的高频化。

SAW滤波器使用在压电基板上交互地配置有电极指的交叉指状电极来激励、接收声表面波，该电极指具有被传输的声表面波的波长λ的1/4左右的宽度。在2GHz频带的系统中使用的SAW滤波器的电极指线宽度约为0.4μm。为了与该SAW滤波器的更高频率化相应，需要高精度地加工0.4μm以下的电极指。所以，显著地降低制造性的可能性很大。

此外，例如在日本的公开专利公报：特开平5-167388号专利公报中公开了SAW滤波器。

在这种所述的状况中，例如日本特开2003-22074号专利公报中记载的那样，作为一种用体声波(Bulk Acoustic Wave)的器件的使用压电薄膜的转换器(BAW器件)正在引起人们的注意。BAW器件的工作频率由输入输出电极夹着的压电膜的厚度决定。

这里，使用现有的陶瓷或石英的转换器滤波器，因为要高精度加工薄的压电膜是困难的，所以不能用于高频的用途中。另一方面，在薄膜转换器滤波器中，因为能够用溅射器等的成膜装置形成压电膜，所以容易得到所要厚度的压电膜。因此，薄膜转换器滤波器在高频化方面具有优越性。另外，在薄膜转换器滤波器中使用的电极是平板电极。因此，如SAW滤波器那样，因为不需要使用细的电极，所以薄膜转换器滤波器可以处理大功率的信号。

由现有的叠层型转换器构成的压电谐振器如图4所示。

图4所示的压电谐振器40具有例如由硅构成的基板11、设置在基板11上的声多层反射膜12、和设置在声多层反射膜12上的转换器29。声多层反射膜12具有交互叠层的第一反射膜12a和第二反射膜12b。第一反射膜12a和第二反射膜12b的声阻抗不同。转换器29具有顺次叠层的电极膜28a、压电膜28b和电极膜28c。平面地配置多个转换器29，该转换器具有这样由电极膜28a、28c夹着压电膜28b的构造，通过在电学上阶梯型地连接各个转换器29，构成滤波器和分波器。

但是，在这样构造的滤波器中，因为通常用约5到7个的转换器，所以不能够实现(转换器数×转换器面积)以下的芯片面积。

另外，叠层2个以上的压电膜从而立体地配置转换器的叠层转换器滤波器(SCF：Stacked Crystals Filter)或在转换器之间设置有传输层的多模转换器滤波器(CRF：Coupled Resonator Filter)是众所周知的。但是，因为SCF是窄频带的滤波器，所以不适合于宽频带的用途。CRF因为使用多重模式所以对宽频带化有利，但是，随着今后向高速大容量通信的开展，对于更宽频带化不能说是足够的。

发明内容

因此，本发明的目的是提供能够实现具有叠层形成了多个转换器的构造的压电谐振器中的通过特性的宽频带化的技术。

本发明的第1压电谐振器，具备：连接于第一信号端子的第一转换器、和连接于第二信号端子的第二转换器。第一转换器和第二转换器在规定方向上叠层。在第一压电谐振器中，借助由第一转换器激励并在压电膜的内部在规定方向上传播的体声波，从第二转换器输出规定的谐振频率的信号。第一转换器和第二转换器中的至少任意一方，具有用一对的电极膜把两侧夹起来的第一压电膜、和由与第一压电膜不同的膜种构成、用一对的电极膜把两侧夹起来的第二压电膜。

本发明的第2压电谐振器，是把所述第一压电膜夹住的一对电极膜中距第二压电膜的距离大的电极膜、和把第二压电膜夹住的一对电极膜中距第一压电膜的距离大的电极膜，被连接于第一信号端子或第二信号端子上的第1压电谐振器。

本发明的第3压电谐振器，是在第一压电膜和第二压电膜中的一方以AlN为主要成分，另一方以ZnO为主要成分的第一或第二压电谐振器。

本发明的第4压电谐振器，是设由压电膜的膜种决定的该压电膜的膜中的体声波的波长为λ，则压电膜的膜厚为λ/2的上述第1～第3中的任一方的压电谐振器。

本发明的第5压电谐振器，是还具备在第一转换器和所述第二转换器之间形成的传输层的上述第1～第4中的任一方的压电谐振器。

本发明的第6压电谐振器，是还具备作为反射所述体声波的声多层反射膜的、具有规定的声阻抗的第一反射膜和具有与该第一反射膜不同的声阻抗的第二反射膜在规定方向上交互叠层的该声多层反射膜的上述第1～第5中的任一方的压电谐振器。在该第6压电谐振器中，第一转换器和第二转换器在所述声多层反射膜上在所述规定方向上叠层起来。

本发明的第7压电谐振器，是压电谐振器为SMR型或膜片型(diaphragm)的上述第1～第6中的任何一方的压电谐振器。

本发明的电子部件，具备上述第1～第7中的任何一方的压电谐振器。

附图说明

图1的立体图示出了本发明的一个实施方式的压电谐振器。

图2的曲线图示出了图1和图3所示的压电谐振器的频率特性。

图3的立体图示出了作为比较例的压电谐振器。

图4的立体图示出了现有的压电谐振器。

图5的剖面图示出了本发明的另一个实施方式的压电谐振器。

具体实施方式

以下，参照附图更为具体地说明用来实施本发明的优选方式。在这里，在所附图面中对于同一构件赋予同一标号而省略重复的说明。另外，由于这里的说明是实施本发明的优选方式，故本发明并不限于这些方式。

图1的立体图示出了本发明的一个实施方式的压电谐振器，图2的曲线图示出了图1和图3所述的压电谐振器的频率特性，图3的立体图示出了作为比较例的压电谐振器。

图1所示的压电谐振器10是称为SMR(Solidly Mounted Resonator)型的压电谐振器。压电谐振器10具有基板11、设置在基板11的单面上的声多层反射膜12、第一转换器13、传输层14和第二转换器15。

基板11例如由硅或玻璃构成。声多层反射膜12是通过在预定方向上交互地叠层声阻抗高的薄膜和低的薄膜，例如AlN膜(第一反射膜)12a和SiO₂膜(第二反射膜)12b形成的。该预定方向是与基板11的单面交叉的方向，是在声多层反射膜12中的各反射膜的叠层方向。另外，该预定方向是堆积第一转换器13和第二转换器15的方向，并且是体声波的传输方向。

在图1所示的压电谐振器10中，在基板11正上边形成AlN膜12a，但是在本发明的压电谐振器中，也可以在基板11之上形成SiO₂膜12b。

在声多层反射膜12上叠层配置第一转换器13，在第一转换器13上隔着传输膜14叠层配置第二转换器15。就是说，在压电谐振器10中，在声多层膜12上重叠有第一转换器13和第二转换器15，在第一转换器13和第二转换器15之间设置有传输层14。

第一转换器13连接于输入信号端子(第一信号端子)16上，第二转换器15连接到输出信号端子(第二信号端子)17上。在压电谐振器10中，借助于输入信号端子16用第二转换器15接收用第一转换器13激励并在后述的压电膜的内部进行传播的体声波的振动，借助于此，就可以从输出信号端子17取出规定的谐振频率的信号。

第一转换器13由例如由AlN构成的压电膜18、和位于该压电膜18的两面的电极膜19a、19b构成。就是说，第一转换器13具有电极膜19a、电极膜19b、和设置在电极膜19a和电极膜19b之间的压电膜18。电极膜19a、电极膜19b和压电膜18，在上述的规定方向上依次进行叠层。

此外，第二转换器15由例如由AlN构成的第一压电膜20、和位于该第一压电膜20的两面的电极膜21a、21b、由与第一压电膜20不同的膜种的例如ZnO构成的第二压电膜22、和位于第二压电膜22的两面的电极膜21b、21c构成。因此，位于第一压电膜20与第二压电膜22之间的电极膜21b作为把第一压电膜20夹住的电极膜和把第二压电膜22夹住的电极膜被共用。就是说，在第二转换器15中，在电极膜21a和电极膜21b之间设置有第一压电膜20，在电极膜21b和电极膜21c之间设置有第二压电膜22。电极膜21a、第一压电膜20、电极膜21b、第二压电膜22、电极膜21c在规定方向上依次进行叠层。

在第二转换器15中，把第一压电膜20夹住地位于与第二压电膜22相反的一侧的电极膜21a和把第二压电膜22夹住地位于与第一压电膜20的相反的一侧的电极膜21c被连接到输出信号端子17上，位于第一压电膜20与第二压电膜22之间的电极膜21b则变成为接地电位。就是说，在把第一压电膜20夹住的电极膜21a和21b中距第二压电膜22的距离大的电极膜21a，和在把第二压电膜22夹住的电极膜21b和21c中距第一压电膜20的距离大的电极膜21c被连接到输出信号端子17上。

此外，在第一转换器13中，位于声多层反射膜12侧的电极膜19a连接到输入信号端子16上，位于与之相反的一侧的电极膜19b则变成为接地电位。

电极膜19a、19b、21a、21b、21c例如由Al、Au、Pt、Mo等构成，传输膜14例如由二氧化硅或绝缘性的氧化铝等的电介质材料构成。

另外，也可以不形成反射体声波的声多层反射膜12，在该情况下，可以在基板11上边直接形成第一转换器13。此外，也可以不形成传输膜14。

在本实施方式中，第二转换器15的压电膜虽然是2层，但是也可以是3层以上。在该情况下，没有必要使所有的层的压电膜的膜种彼此不同，只要一部分的压电膜的膜种与别的压电膜的膜种不同即可。此外，在第二转换器15中，虽然位于第一转换器13一侧的第一压电膜20为AlN，相反一侧的第二压电膜22为ZnO，但是，构成第一压电膜20的材料和构成第二压电膜22的材料是可以交换的。

再有，只要是具有压电性的膜，也可以把这些之外的膜种用做压电膜。例如，第一压电膜20和第二压电膜22的一方，可以用以AlN为主要成分的、即用含有50％以上的AlN的材料构成。作为这样的材料中的AlN的其余部分，可以举出不使用AlN中的Al而代之以使用Ga这样的III族元素的材料。此外，第一压电膜20和第二压电膜22的另一方，可以用以ZnO为主要成分的、即用含有50％以上的ZnO的材料构成。作为这样的材料中的ZnO的其余部分，可以举出不使用ZnO中的Zn而代之以使用II族元素的材料。

此外，在压电谐振器10中，虽然第二转换器15用多层的压电膜构成，但是第一转换器13和第二转换器15中的一方或者两方，也可以用多层的压电膜构成。

此外，在压电谐振器10中，转换器13、15或传输膜14的形状，虽然为矩形，但是，也可以是正方形、圆形、椭圆等任一形状。

在本实施方式中，作为构成声多层反射膜12的第一反射膜的AlN膜12a的膜厚和作为第二反射膜的二氧化硅SiO₂膜12b的膜厚，被设定为与膜中的体声波的波长λ的1/4大体上相等，AlN膜12a被设定为1.1微米，二氧化硅SiO₂膜12b则被设定为0.58微米。

此外，如上所述，在设由压电膜的膜种决定的膜中的体声波的波长为λ时，压电膜18、20、22的膜厚与波长λ的1/2(λ/2)大体上相等。即压电膜18、20、22的膜厚，在压电谐振器10的谐振频率附近，设定为在各个压电膜18、20、22传播的体声波的波长λ的1/2。具体地说，由AlN构成的第一转换器13的压电膜18和第二转换器15的第一压电膜20的膜厚，被设定为2微米，由ZnO构成的第二转换器15的第二压电膜22的膜厚设定为1.21微米。

在具有以上的构成的压电谐振器10中，当给输入信号端子16施加输入信号时，在特定的频率下，借助于第一转换器12体声波强烈地被激励，并将之传达给第二转换器15。在第二转换器15中变换成电信号，就可以从输出信号端子17取出其特定频率的信号(输出信号)。由此，得到以规定的频带为通过频带的滤波器特性。

如上所述，第二转换器15由于具有膜种彼此不同的第一压电膜20和第二压电膜22，故可以采用借助于第一压电膜20和第二压电膜22进行协调的办法接收所传达来的体声波，并在进行了电合成后作为输出信号输出。

得益于这样的构成，要第一压电膜20中出现的谐振特性的峰值与要在第二压电膜22中出现的峰值彼此接近。因此，通过插入匹配电路，就可以得到频带非常宽的滤波器特性。

图2用实线示出了向图1所示的压电谐振器10中插入匹配电路的情况下的频率特性。

如图2所示，插入损耗为-3dB的频带宽度为约270MHz，可知得到了宽频带的滤波器特性。

在这里，图3示出了作为比较例的压电谐振器30，图2用虚线示出了其频率特性。

图示的压电谐振器30与图1所示的本实施方式的压电谐振器10不同，第一转换器23和第二转换器24都用压电膜25和压电膜26，和分别位于该压电膜25、压电膜26的两侧的电极膜27a、27b、电极膜27b、27c构成。就是说，不论哪一个转换器23、24都不具有多个压电膜。

这样的压电谐振器30的频率特性，由于用作为λ/2×整数的频率激励体声波，故如图2的虚线所示，2个通频带中的峰值间的频率差离开600MHz左右这么大，变成为非常窄频带的通过特性。若想用之得到利用2个峰值的广泛的通频带是困难的。

在以上的说明中，虽然说明的是把本发明应用于SMR型的压电谐振器的情况，但是，本发明可以在切掉基板的一部分使得变成为易于传播体声波的膜片型的压电谐振器等、使用压电膜的所有的叠层式的压电谐振器中应用。

另外，即便是在膜片型的压电谐振器中，也是既可以与SMR型压电谐振器同样形成了声多层膜，也可以不形成声多层膜。但是，在未形成声多层膜的膜片型的压电谐振器中，由于可使下部电极的振动部分大体上自由振动，故与SMR型的压电谐振器不同，下部电极正下边的基板因利用蚀刻等除去而不存在。

图5是本发明的另一个实施方式的压电谐振器的剖面图。图5所示的压电谐振器10b是膜片型的压电谐振器。压电谐振器10b具备基板11、第一转换器13、传输层14、和第二转换器15。第一转换器13、传输层14、和第二转换器15在基板11的一方的主面上，在上述规定方向(就是说，与基板11的主面交叉的方向)依次进行重叠。在第一转换器13的下方在基板11上设置有孔。在压电谐振器10b中，构成基板11、第一转换器13、传输层14和第二转换器15的材料与构成压电谐振器10中的对应的元件的材料是同样的。

另外，本发明可以应用于具备以上所说明的压电谐振器的滤波器或分波器等的电子部件。

就如以上对本发明的实施方式所说明的那样，倘采用本发明则可以得到如下的效果。就是说，倘采用本发明，由于转换器是用膜种彼此不同的第一压电膜和第二压电膜构成的，故结果就变成为在各自的压电膜中出现的谐振特性的峰值彼此靠近，使得实现具有宽频带的通过特性的压电谐振器成为可能。

Claims

1.一种压电谐振器，其特征在于，具备：

连接于第一信号端子的第一转换器，和

连接于第二信号端子的第二转换器，

所述第一转换器和所述第二转换器在规定方向上叠层，

借助由所述第一转换器激励并在压电膜的内部在所述规定方向上传播的体声波，从第二转换器输出规定的谐振频率的信号，

所述第一转换器和所述第二转换器中的至少任意一方，具有用一对的电极膜把两侧夹起来的第一压电膜、和由与所述第一压电膜不同的膜种构成、用一对的电极膜把两侧夹起来的第二压电膜。

2.根据权利要求1所述的压电谐振器，其特征在于，把所述第一压电膜夹住的一对电极膜中距所述第二压电膜的距离大的电极膜、和把所述第二压电膜夹住的一对电极膜中距所述第一压电膜的距离大的电极膜，被连接于所述第一信号端子或所述第二信号端子上。

3.根据权利要求1所述的压电谐振器，其特征在于，在所述第一压电膜和所述第二压电膜中的一方以AlN为主要成分，另一方以ZnO为主要成分。

4.根据权利要求1所述的压电谐振器，其特征在于，设由所述压电膜的膜种决定的该压电膜的膜中的体声波的波长为λ，则所述压电膜的膜厚为λ/2。

5.根据权利要求1所述的压电谐振器，其特征在于，还具备在所述第一转换器和所述第二转换器之间形成的传输层。

6.根据权利要求1所述的压电谐振器，其特征在于，还具备作为反射所述体声波的声多层反射膜的、具有规定的声阻抗的第一反射膜和具有与该第一反射膜不同的声阻抗的第二反射膜在规定方向上交互叠层的该声多层反射膜，所述第一转换器和所述第二转换器在所述声多层反射膜上在所述规定方向上叠层起来。

7.根据权利要求1所述的压电谐振器，其特征在于，所述压电谐振器为SMR型压电谐振器或膜片型压电谐振器。

8.一种具备权利要求1所述的压电谐振器的电子部件。