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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine piezoelektrische Dünnschichtvorrichtung,
die einen einzelnen oder eine Vielzahl von akustischen Schicht-Volumen-Resonatoren
(FBAR bzw. film bulk acoustic resonator) umfassen.
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Beschreibung
des Standes der Technik
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Ein
akustischer Schicht-Volumen-Resonator, der eine piezoelektrische
Dünnschichtvorrichtung
bildet, ist bisher erhalten worden, indem Anregungselektroden auf
beiden Hauptoberflächen
einer piezoelektrischen Dünnschicht
entgegengesetzt zueinander mit der dazwischen eingefügten piezoelektrischen Dünnschicht
in einem Anregungsbereich, bei dem Schwingungen angeregt werden,
ausgebildet werden (siehe beispielsweise japanische Patentoffenlegungsschrift
Nr. 2003-318695).
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Es
gibt jedoch eine Schwierigkeit mit der herkömmlichen piezoelektrischen
Dünnschichtvorrichtung
dahingehend, dass eine Frequenz-Impedanz-Eigenschaft bzw. eine Frequenz-Impedanz-Kennlinie
des akustischen Schicht-Volumen-Resonators
für Störungen anfällig ist,
die durch Schwingungen in einer unerwarteten Mode verursacht werden.
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KURZZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine piezoelektrische Dünnschichtvorrichtung,
die einen einzelnen oder eine Vielzahl von akustischen Schicht-Volumen-Resonatoren
umfasst.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung umfasst eine piezoelektrische Dünnschichtvorrichtung einen einzelnen
oder eine Vielzahl von akustischen Schicht-Volumen-Resonatoren, wobei
die piezoelektrische Dünnschichtvorrichtung
umfasst: eine piezoelektrische Dünnschicht,
eine Auflage zum Tragen der piezoelektrischen Dünnschicht, Elektrodenschichten, die
auf beiden Hauptoberflächen
der piezoelektrischen Dünnschicht
ausgebildet sind und vorbestimmte Muster aufweisen, und eine erste
zusätzliche
Schicht, die außerhalb
eines Anregungsbereichs zum Anregen von Schwingungen bei zumindest
einer der Hauptoberflächen
der piezoelektrischen Dünnschicht
ausgebildet ist.
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Hiermit
wird, da die zusätzliche
Schicht eine Streuung einer akustischen Welle verhindert, eine Frequenz-Impedanz-Eigenschaft des akustischen Schicht-Volumen-Resonators
unempfindlich gegenüber
einer Störung.
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Vorzugsweise
ist die erste zusätzliche Schicht
bei einem Außenrandabschnitt
entlang einem Außenumfang
des Anregungsbereichs ausgebildet.
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Hiermit
kann eine Eigenschaft oder Kennlinie der piezoelektrischen Dünnschichtvorrichtung
verbessert werden.
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Vorzugsweise
weist eine zweite zusätzliche Schicht
eine Dicke auf, die größer ist
als die der ersten Schicht.
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Hiermit
wird, da ein Energieeinfangen in dem Anregungsbereich verwirklicht
werden kann, die Frequenz-Impedanz-Eigenschaft
des akustischen Schicht-Volumen-Resonators
unempfindlich gegenüber
einer Störung.
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Vorzugsweise
ist ein Material, das die erste zusätzliche Schicht bildet, ein
Metall.
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Hiermit
kann die zusätzliche
Schicht mit einer Funktion als Elektrodenschicht versehen werden.
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Vorzugsweise
ist eine Masse pro Einheitsfläche
der ersten zusätzlichen
Schicht, die überlagert auf
der Elektrodenschicht ausgebildet wird, nicht kleiner als 0,1% und
nicht größer als
20% einer Summe einer Masse pro Einheitsfläche der piezoelektrischen Dünnschicht
und einer Masse pro Einheitsfläche
der Elektrodenschicht in dem Anregungsbereich.
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Hiermit
wird die Frequenz-Impedanz-Eigenschaft des akustischen Schicht-Volumen-Resonators weiter
unempfindlich gegenüber
einer Störung.
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Vorzugsweise
ist die Masse pro Einheitsfläche
der ersten zusätzlichen
Schicht, die überlagert auf
der Elektrodenschicht ausgebildet wird, nicht kleiner als 1% und
nicht größer als
10% der Summe der Masse pro Einheitsfläche der piezoelektrischen Dünnschicht
und der Masse pro Einheitsfläche
der Elektrodenschicht in dem Anregungsbereich.
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Hiermit
kann ein Einfluss eines Tragens durch das Auflagesubstrat vermieden
werden.
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Dementsprechend
ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine piezoelektrische
Dünnschichtvorrichtung
bereitzustellen, die einen einzelnen oder eine Vielzahl von akustischen
Schicht-Volumen-Resonatoren umfasst, wobei die Frequenz-Impedanz-Eigenschaft
gegenüber
einer Störung
unempfindlich ist.
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Diese
und weitere Aufgaben, Merkmale, Ausgestaltungen und Vorteile der
vorliegenden Erfindung werden aus der nachstehenden ausführlichen Beschreibung
der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung
besser ersichtlich.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNG
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1 zeigt
eine Schrägansicht,
die eine schematische Konfiguration eines akustischen Schicht-Volumen-Resonators
gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung zeigt,
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2A bis 2D zeigen
Darstellungen, die Muster einer oberen Elektrode, einer unteren Elektrode
und einer zusätzlichen
Schicht, wenn sie von oben betrachtet werden, sowie Querschnitte
des akustischen Schicht-Volumen-Resonators
entlang Schnittebenenlinien A-A und B-B gemäß 1 zeigen,
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3 zeigt
eine Darstellung, die Muster der oberen Elektrode und der zusätzlichen
Schicht zeigt,
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4 zeigt
eine Schrägansicht,
die eine schematische Konfiguration eines piezoelektrischen Dünnschichtfilters
gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung zeigt,
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5A und 5B zeigen
Darstellung, die Muster einer oberen Elektrode, einer unteren Elektrode
und zusätzlicher
Schichten, wenn sie von oben betrachtet werden, zeigen,
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6 zeigt
eine Schnittdarstellung des piezoelektrischen Dünnschichtfilters entlang einer Schnittebenenlinie
VI-VI gemäß 4,
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7 zeigt
eine Schnittdarstellung, die einen Zustand eines Schneidens einer
Baugruppe, die eine große
Anzahl von akustischen Schicht-Volumen-Resonatoren integriert, in
getrennte akustische Schicht-Volumen-Resonatoren zeigt,
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8A bis 8C zeigen
Darstellungen zur Beschreibung eines Verfahrens zur Herstellung
des akustischen Schicht-Volumen-Resonators,
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9A bis 9C zeigen
Darstellungen zur Beschreibung des Verfahrens zur Herstellung des akustischen
Schicht-Volumen-Resonators,
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10 zeigt
eine Darstellung, die eine Frequenz-Impedanz-Eigenschaft eines akustischen Schicht-Volumen-Resonators
gemäß einem
Beispiel 1 zeigt,
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11 zeigt
eine Darstellung, die eine Frequenz-Impedanz-Eigenschaft eines akustischen Schicht-Volumen-Resonators
gemäß einem
Beispiel 2 zeigt,
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12 zeigt
eine Darstellung, die eine Frequenz-Impedanz-Eigenschaft eines akustischen Schicht-Volumen-Resonators
gemäß einem
Vergleichsbeispiel zeigt, und
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13 zeigt
eine Darstellung, die Muster einer oberen Elektrode und einer zusätzlichen
Schicht zeigt.
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BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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Erstes Ausführungsbeispiel
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In 1 ist
eine Schrägansicht
gezeigt, die eine schematische Konfiguration eines akustischen Schicht-Volumen-Resonators
(film bulk acoustic resonator bzw. FBAR) 1 gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung zeigt. In 1 ist ein
orthogonales XYZ-Koordinatensystem zum
Zwecke einer Beschreibung definiert, wobei die Rechts-Links-Richtung
die X-Achsen-Richtung ist, die Vor-Zurück-Richtung die Y-Achsen-Richtung
ist und die Auf-Ab-Richtung die Z-Achsen-Richtung ist. Dies trifft
ebenso auf jede der nachstehend beschriebenen Figuren zu. Der akustische
Schicht-Volumen-Resonator 1 ist ein Resonator, der eine
elektrische Antwort mittels Dickeausdehnungsschwingungen, die durch
eine piezoelektrische Dünnschicht 14 angeregt
werden, verwendet.
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Wie
es in 1 gezeigt ist, weist der akustische Schicht-Volumen-Resonator 1 eine
Konfiguration auf, bei der eine Haftschicht 12, eine untere
Elektrode 13, die piezoelektrische Dünnschicht 14, eine obere
Elektrode 15 und eine zusätzliche Schicht 16 in dieser
Reihenfolge auf einem Auflagesubstrat 11 geschichtet sind.
Bei dem akustischen Schicht-Volumen-Resonator 1 weist die
piezoelektrische Dünnschicht 14 eine
Größe auf,
die kleiner ist als die des Auflagesubstrats 11, wobei
ein Teil der unteren Elektrode 13 in einem freigelegten
Zustand ist.
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Bei
einer Herstellung des akustischen Schicht-Volumen-Resonators 1 wird
die piezoelektrische Dünnschicht 14 erhalten,
indem eine Entfernungsverarbeitung bei einem piezoelektrischen Substrat,
das unter seinem eigenen Gewicht unabhängig stehen kann, ausgeführt wird,
wobei aber die piezoelektrische Dünnschicht 14, die
durch die Entfernungsverarbeitung erhalten wird, nicht unter ihrem eigenen
Gewicht unabhängig
stehen kann. Aus diesem Grund wird vor der Entfernungsverarbeitung
bei einer Herstellung des akustischen Schicht-Volumen-Resonators 1 ein
vorbestimmtes Element, das ein piezoelektrisches Substrat umfasst,
im Voraus bei dem Auflagesubstrat 11 als eine Halterung
angebracht bzw. befestigt.
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– Auflagesubstrat
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Wenn
ein piezoelektrisches Substrat einer Entfernungsverarbeitung während einer
Herstellung des akustischen Schicht-Volumen-Resonators unterzogen
wird, dient das Auflagesubstrat 11 als eine Auflage, um
das piezoelektrische Substrat mit der auf einer zugehörigen unteren
Oberfläche
ausgebildeten unteren Elektrode 13 über die Haftschicht 12 zu
tragen. Zusätzlich
dient das Auflagesubstrat 11 nach der Herstellung des akustischen
Schicht-Volumen-Resonators 1 ebenso als eine Auflage, um
die piezoelektrische Dünnschicht 14 mit
der darauf bei einer zugehörigen
unteren Oberfläche
ausgebildeten unteren Elektrode 13 und der oberen Elektrode 15 auf
der zugehörigen
oberen Oberfläche über die Haftschicht 12 zu
tragen. Folglich muss das Auflagesubstrat 11 in der Lage
sein, einer Kraft, die zu der Zeit der Entfernungsverarbeitung auf
das piezoelektrische Substrat angelegt wird, zu widerstehen, wobei es
ebenso nicht eine zugehörige
Stärke
nach der Herstellung des akustischen Schicht-Volumen-Resonators 1 verringern
darf.
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Das
Material für
das Auflagesubstrat 11 sowie dessen Dicke können in
geeigneter Weise ausgewählt
werden, um die vorstehend genannten Erfordernisse zu erfüllen. Wenn
das Material für
das Auflagesubstrat 11 jedoch ein Material ist, das einen thermischen
Ausdehnungskoeffizienten aufweist, der nahe bei dem des piezoelektrischen
Materials ist, das die piezoelektrische Dünnschicht 14 bildet,
noch besser ein Material, das einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten
aufweist, der gleich zu dem des piezoelektrischen Materials ist,
das die piezoelektrische Dünnschicht 14 bildet,
beispielsweise das gleiche Material wie das piezoelektrische Material,
das die piezoelektrische Dünnschicht 14 bildet,
ist es möglich,
ein Verziehen und eine Beschädigung,
die durch eine Differenz in dem thermischen Ausdehnungskoeffizienten
während
einer Herstellung des akustischen Schicht-Volumen-Resonators 1 verursacht
wird, zu unterdrücken
bzw. zu vermindern. Es ist ferner möglich, Eigenschaftsvariationen
und eine Beschädigung,
die durch eine Differenz in dem thermischen Ausdehnungskoeffizienten
nach der Herstellung des akustischen Schicht-Volumen-Resonators
verursacht werden, zu unterdrücken
bzw. zu vermindern. Zusätzlich
ist es im Falle einer Verwendung eines Materials, das einen anisotropen
thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, wünschenswert, dass die thermischen
Ausdehnungskoeffizienten in allen verschiedenen Richtungen die gleichen
sind. Außerdem
kann das gleiche Material wie das piezoelektrische Material in der
gleichen Ausrichtung wie das piezoelektrische Material verwendet
werden.
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Eine
zylindrische Vertiefung (ein konkaver Abschnitt oder eine Auskehlung) 111 ist
in einem vorbestimmten Bereich des Auflagesubstrats 11 gegenüberliegend
zu einem Anregungsbereich 141 der piezoelektrischen Dünnschicht 14 ausgebildet (2D).
Die Vertiefung 111 bildet einen Hohlraum unter dem Anregungsbereich 141 der
piezoelektrischen Dünnschicht 14,
um den Anregungsbereich 141 von dem Auflagesubstrat 11 zu
trennen, um zu verhindern, dass Schwingungen, die durch den Anregungsbereich 141 angeregt
werden, das Auflagesubstrat 11 störend beeinflussen.
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– Haftschicht
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Die
Haftschicht 12 dient zum Anbringen und Befestigen des piezoelektrischen
Substrats mit der bei einer zugehörigen Bodenoberfläche ausgebildeten
unteren Elektrode 14 bei dem Auflagesubstrat 11, wenn
das piezoelektrische Substrat einer Entfernungsverarbeitung während der
Herstellung des akustischen Schicht-Volumen-Resonators 1 unterzogen
wird. Zusätzlich
dient die Haftschicht 12 ebenso zum Anbringen und Befestigen
der piezoelektrischen Dünnschicht 14 mit
der auf einer zugehörigen
unteren Oberfläche
ausgebildeten unteren Elektrode 13 und der oberen Elektrode 15 auf
einer zugehörigen oberen
Oberfläche
bei dem Auflagesubstrat 11 nach einer Herstellung des akustischen
Schicht-Volumen-Resonators 1.
Folglich muss die Haftschicht 12 in der Lage sein, einer
Kraft, die zu der Zeit der Entfernungsverarbeitung an das piezoelektrische
Substrat angelegt wird, zu widerstehen, wobei sie ebenso nicht eine
zugehörige
Haftkraft nach der Herstellung des akustischen Schicht-Volumen-Resonators 1 verringern
darf.
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Ein
wünschenswertes
Beispiel der Haftschicht 12, das derartigen Anforderungen
genügt, kann
eine Haftschicht 12 sein, die aus einem organischen Haftmittel,
wünschenswerterweise
einem Epoxyd-Haftmittel (eine Haftschicht, die aus einem Epoxydharz
hergestellt ist, das duroplastische Eigenschaften verwendet) oder
einem Acryl-Haftmittel (Haftschicht,
die aus einem Acrylharz hergestellt ist, das sowohl duroplastische
als auch lichthärtende
Eigenschaften verwendet), gebildet wird, das einen Fülleffekt
aufweist, und eine ausreichende Haftkraft ausübt, auch wenn ein anzubringender
Gegenstand nicht vollständig
flach ist. Eine Anwendung eines derartigen Harzes ermöglicht eine
Verhinderung einer unerwarteten Bildung eines Luftraums zwischen
dem piezoelektrischen Substrat und dem Auflagesubstrat 11;
wodurch ein Auftreten einer Bruchstelle oder dergleichen zu der
Zeit der Entfernungsverarbeitung bei dem piezoelektrischen Substrat
aufgrund des Luftraums verhindert wird. Dies verhindert jedoch nicht, dass
die piezoelektrische Dünnschicht 14 und
das Auflagesubstrat 11 durch eine Haftschicht 12 aneinander
angebracht und miteinander verbunden werden, die zu der vorstehend
genannten Haftschicht 12 unterschiedlich ist.
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– Piezoelektrische
Dünnschicht
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Die
piezoelektrische Dünnschicht 14 wird
erhalten, indem eine Entfernungsverarbeitung bei dem piezoelektrischen
Substrat ausgeführt
wird. Genauer gesagt wird die piezoelektrische Dünnschicht 14 erhalten,
indem das piezoelektrische Substrat in der Dicke von einer Dicke
(beispielsweise nicht kleiner als 50 μm), mit der das Substrat unter
seinem eigenen Gewicht unabhängig
stehen kann, zu einer Dicke (beispielsweise nicht größer als
10 μm),
mit der das Substrat unter seinem eigenen Gewicht nicht unabhängig stehen
kann, verringert wird.
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Als
ein piezoelektrisches Material, das die piezoelektrische Dünnschicht 14 bildet,
kann ein piezoelektrisches Material mit einer gewünschten
piezoelektrischen Eigenschaft ausgewählt werden, wobei es wünschenswert
ist, ein Einzelkristallmaterial, das keine Korngrenze umfasst, wie
beispielsweise ein Quarzkristall (SiO2),
Lithium-Niobat (LiNbO3), Lithium-Tantalit
(LiTaO3), Lithium-Tetraborat (Li2B4O7), Zinkoxid
(ZnO), Kaliumniobat (KNbO3) oder Langasit (La3Ga3SiO14)
auszuwählen.
Der Grund hierfür
ist, dass die Verwendung des Einzelkristallmaterials als das piezoelektrische
Material, das die piezoelektrische Dünnschicht 14 bildet,
zu einer Verbesserung in einem elektromechanischen Kopplungsfaktor sowie einem
mechanischen Qualitätsfaktor
der piezoelektrischen Dünnschicht 14 führen kann.
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Ferner
kann die Kristallausrichtung in der piezoelektrischen Dünnschicht 14 ausgewählt werden, um
eine Kristallausrichtung zu sein, die eine gewünschte piezoelektrische Eigenschaft
aufweist. Hierbei ist die Kristallausrichtung in der piezoelektrischen
Dünnschicht 14 wünschenswerterweise
eine Kristallausrichtung, die zu günstigen Temperatureigenschaften
einer Resonanzfrequenz und einer Antiresonanzfrequenz des akustischen
Schicht-Volumen-Resonators 1 führt, wobei
sie ferner wünschenswerterweise
eine Kristallausrichtung ist, bei der ein Resonanzfrequenz-Temperaturkoeffizient „0" ist.
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Eine
Entfernungsverarbeitung bei dem piezoelektrischen Substrat wird
durch eine mechanische Verarbeitung, wie beispielsweise Schneiden, Schleifen
oder Polieren, oder durch eine chemische Verarbeitung, wie beispielsweise Ätzen, ausgeführt. Hierbei
ist es, wenn das piezoelektrische Substrat einer Entfernungsverarbeitung
unterzogen wird, bei der eine Vielzahl von Entfernungsverarbeitungsverfahren
kombiniert werden und das Entfernungsverarbeitungsverfahren in Stufen
von einer, die mit einer hohen Verarbeitungsgeschwindigkeit ausgeführt wird,
zu einer mit einem kleinen Prozessabbau bei einem zu verarbeitenden
Objekt geschaltet wird, möglich,
die Qualität
der piezoelektrischen Dünnschicht 14 zu
verbessern, während
eine hohe Produktivität aufrechterhalten
wird, um die Eigenschaften des akustischen Schicht-Volumen-Resonators
zu verbessern. Beispielsweise wird das piezoelektrische Substrat
einem Schleifen unterzogen, bei dem das Substrat in Kontakt mit
festen Schleifkörnern
für ein Schleifen
gebracht wird, wobei es dann einem Polieren unterzogen wird, bei
dem das Substrat in Kontakt mit freien Schleifkörnern für ein Schleifen gebracht wird.
Danach wird eine Verarbeitungsabbauschicht, die auf dem piezoelektrischen
Substrat durch das vorstehend genannte Polieren erzeugt wird, durch ein
Fertigpolieren entfernt. Wenn eine derartige Verarbeitung ausgeführt wird,
kann das piezoelektrische Substrat mit einer schnellen Geschwindigkeit
geschliffen werden, um die Produktivität des akustischen Schicht-Volumen-Resonators 1 zu
verbessern, wobei ebenso die Qualität der piezoelektrischen Dünnschicht 14 verbessert
wird, um die Eigenschaften des akustischen Schicht-Volumen-Resonators 1 zu
verbessern. Es ist anzumerken, dass spezifischere Verfahren für eine Entfernungsverarbeitung bei
dem piezoelektrischen Substrat in nachstehend beschriebenen Beispielen
beschrieben sind.
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Bei
dem so beschriebenen akustischen Schicht-Volumen-Resonator 1 ist im Unterschied
zu einem Fall, bei dem die piezoelektrische Dünnschicht 14 durch
ein Zerstäuben
bzw. Sputtern oder dergleichen gebildet wird, da das piezoelektrische
Material, das die piezoelektrische Dünnschicht 14 bildet,
und die Kristallausrichtung in der piezoelektrischen Dünnschicht 14 frei
von Beschränkungen
des Substrats sind, der Flexibilitätsgrad bei einer Auswahl des
piezoelektrischen Materials, das die piezoelektrische Dünnschicht 14 bildet,
und der Kristallausrichtung der piezoelektrischen Dünnschicht 14 hoch.
Dies vereinfacht eine Verwirklichung einer gewünschten Eigenschaft der piezoelektrischen
Dünnschicht 14.
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– Obere
Elektrode und untere Elektrode
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Nachfolgend
werden die obere Elektrode 15 und die untere Elektrode 13 unter
Bezugnahme auf die 1 sowie 2A bis 2D beschrieben. Hierbei
sind in 2A Muster der oberen Elektrode 15 und
der zusätzlichen
Schicht 16 gezeigt, wenn sie von oben betrachtet werden.
In 2B ist ein Muster der unteren Elektrode 13 gezeigt,
wenn es von oben betrachtet wird. In den 2C und 2D sind
jeweils Querschnitte des akustischen Schicht-Volumen-Resonators 1 entlang
von Schnittebenenlinien A-A und B-B in 1 gezeigt.
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Die
obere Elektrode 15 und die untere Elektrode 13 sind
leitfähige
Dünnschichten,
die durch eine Bildung von Schichten aus einem leitfähigen Material
erhalten werden.
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Die
Dicken der oberen Elektrode 15 und der unteren Elektrode 13 werden
unter Berücksichtigung einer
Haftfähigkeit
der piezoelektrischen Dünnschicht 14,
eines elektrischen Widerstands, einer Standfestigkeit und dergleichen
bestimmt. Es ist anzumerken, dass zur Verringerung von Variationen
in Resonanzfrequenzen und Antiresonanzfrequenzen des akustischen
Schicht-Volumen-Resonators 1,
die durch Variationen in einer Schallgeschwindigkeit und einer Schichtdicke
der piezoelektrischen Dünnschicht 14 verursacht
werden, die Dicken der oberen Elektrode 15 und der unteren
Elektrode 13 in geeigneter Weise eingestellt werden können.
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Obwohl
das leitfähige
Material, das die obere Elektrode 15 und die untere Elektrode 13 bildet,
nicht spezifisch eingeschränkt
ist, wird das Material wünschenswerterweise
aus Metallen, wie beispielsweise Aluminium (A1), Silber (Ag), Kupfer
(Cu), Platin (Pt), Gold (Au), Chrom (Cr), Nickel (Ni), Molybdän (Mo), Wolfram
(W) und Tantal (Ta), ausgewählt.
Selbstverständlich
kann eine Legierung als das leitfähige Material, das die obere
Elektrode 15 und die untere Elektrode 13 bildet,
verwendet werden. Ferner kann eine Vielzahl von Arten von leitfähigen Materialien geschichtet
werden, um die obere Elektrode 15 und die untere Elektrode 13 zu
bilden.
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Wie
es in den 1 sowie 2A bis 2D gezeigt
ist, sind bei der oberen Elektrode 15 und der unteren Elektrode 13 die
obere Elektrode 151 und die untere Elektrode 131 Anregungselektroden,
an die Anregungssignale angelegt werden, wobei sie entgegengesetzt
zueinander mit der dazwischen eingefügten piezoelektrischen Dünnschicht 14 in
einem kreisförmigen
Anregungsbereich 141 (typischerweise in der Form eines
Kreises mit einem Durchmesser von 30 bis 300 μm), bei dem Schwingungen angeregt
werden, sind. Die obere Elektrode 151, die bei der oberen
Oberfläche
der piezoelektrischen Dünnschicht 14 ausgebildet
ist, wird aus dem Anregungsbereich 141 in der -X-Richtung
herausgezogen, wobei der Oberteil der oberen Elektrode 151 eine
Anschlussfläche 151P für eine Verbindung
mit einer externen Verdrahtung ist. Ferner wird die untere Elektrode 131,
die auf der unteren Oberfläche
der piezoelektrischen Dünnschicht 14 ausgebildet
ist, aus dem Anregungsbereich 141 in der +X-Richtung entgegengesetzt
zu der Richtung, in der die obere Elektrode 151 herausgezogen
wird, herausgezogen, wobei der Oberteil der unteren Elektrode 131 eine
Anschlussfläche 131P für eine Verbindung
mit einer externen Verdrahtung ist. Es ist anzumerken, dass in dem
akustischen Schicht-Volumen-Resonator 1, um die Anschlussfläche 131P mit
dem externen Draht verbindbar zu machen, die piezoelektrische Dünnschicht 14 in
der Nähe
der Anschlussfläche 131P (ein Abschnitt,
der durch eine gestrichelte Linie in 1 angezeigt
ist) entfernt worden ist, um die Anschlussfläche 131P in einen
freigelegten Zustand zu bringen. In dem akustischen Schicht-Volumen-Resonator 1 wird,
wenn die Anregungssignale der oberen Elektrode 151 und
der unteren Elektrode 131 über die Anschlussflächen 151P und 131P zugeführt werden,
ein elektrisches Feld E innerhalb der piezoelektrischen Dünnschicht 14 in
dem Anregungsbereich 141, wo sich die obere Elektrode 151 und
die untere Elektrode 131 gegenüberliegen, erzeugt, um Schwingungen in
dem Anregungsbereich 141 anzuregen.
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Zusätzlich ist
bei dem akustischen Schicht-Volumen-Resonator 1 eine obere Elektrode 152,
an die kein Anregungssignal angelegt wird, bei beinahe der gesamten
Oberfläche
eines Bereichs der oberen Oberfläche
der piezoelektrischen Dünnschicht 14,
wo die obere Elektrode 151 als die Anregungselektrode nicht
ausgebildet ist, mit Ausnahme einer Lücke mit der oberen Elektrode 151 und
dem Rand der piezoelektrischen Dünnschicht 14 ausgebildet.
Auf ähnliche
Weise ist eine untere Elektrode 132, an die kein Anregungssignal
angelegt wird, bei beinahe der gesamten Oberfläche eines Bereichs der unteren
Oberfläche
der piezoelektrischen Dünnschicht 14,
wo die untere Elektrode 131 als die Anregungselektrode
nicht ausgebildet ist, mit Ausnahme einer Lücke mit der unteren Elektrode 131 und
dem Rand der piezoelektrischen Dünnschicht 14 ausgebildet.
Durch die obere Elektrode 152 und die untere Elektrode 132 kann
in dem akustischen Schicht-Volumen-Resonator 1 das elektrische
Feld, das innerhalb der piezoelektrischen Dünnschicht 14 erzeugt
wird, in dem Nicht-Anregungsbereich 142, der unterschiedlich
zu dem Anregungsbereich 141 ist, unterdrückt werden.
Mit einer derartigen Konfiguration können Schwingungen einer unerwarteten
Mode (hier Schwingungen, die unterschiedlich zu Dickeausdehnungsschwingungen
sind) unterdrückt
werden, so dass die Frequenz-Impedanz-Eigenschaft gegenüber einer
Störung
unempfindlich ist.
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Hierbei
sind die obere Elektrode 152 und die untere Elektrode 132 in
einem Kurzschlussabschnitt 143 bei der Endoberfläche der
piezoelektrischen Dünnschicht 14 kurzgeschlossen.
Folglich wird in dem akustischen Schicht-Volumen-Resonator in dem Bereich, bei
dem sich die obere Elektrode 152 und die untere Elektrode 132 mit
der dazwischen eingefügten
piezoelektrischen Dünnschicht 14 einander gegenüberliegen,
eine Potenzialdifferenz zwischen den oberen und unteren Oberflächen der
piezoelektrischen Dünnschicht 14 beseitigt,
um das elektrische Feld in der Dickerichtung, das innerhalb der
piezoelektrischen Dünnschicht 14 erzeugt
wird, zu unterdrücken.
Hierdurch können
Schwingungen einer unerwarteten Mode weiter unterdrückt werden,
so dass die Frequenz-Impedanz-Eigenschaft
weiter unempfindlich gegenüber
einer Störung
wird.
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Zusätzlich sind,
wenn die obere Elektrode 152 und die untere Elektrode 132 geerdet
werden, die Potenziale der oberen und unteren Oberfläche der
piezoelektrischen Dünnschicht 14 in
dem Bereich, bei dem die obere Elektrode 152 und die untere Elektrode 132 ausgebildet
sind, auf Null festgelegt, wodurch der Einfluss von Streukapazitäten in dem akustischen
Schicht-Volumen-Resonator 1 verringert wird. Somit ist
es wünschenswert,
die obere Elektrode 15 und die untere Elektrode 13 zu
erden.
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– Zusätzliche
Schicht
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Wie
es in den 1 sowie 2A bis 2D gezeigt
ist, ist die zusätzliche
Schicht 16 zum Hinzufügen
einer Masse bei der Außenseite
des Anregungsbereichs 141 überlagert auf der oberen Elektrode 15 bei
der oberen Oberfläche
der piezoelektrischen Dünnschicht 14 ausgebildet.
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Ein
Material zur Bildung der zusätzlichen Schicht 16 ist
nicht spezifisch begrenzt. Es kann das Material der gleichen Art
wie das Material für
die obere Elektrode 15 und die untere Elektrode 13 sein
oder es kann ein isolierendes Material, wie beispielsweise Siliziumdioxid
(SiO2), sein. Wenn sie jedoch aus einem
leitfähigen
Material, wie beispielsweise einem Metall, gebildet ist, kann die
zusätzliche
Schicht 16 mit einer Funktion als eine Elektrode versehen
werden.
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Die
zusätzliche
Schicht 16 ist bei dem Außenrandabschnitt entlang dem
Außenumfang
des Anregungsbereichs 141 ausgebildet und weist ein unvollständiges Kreisringmuster
auf, bei dem der Kreisring durch einen Lückenabschnitt zwischen der oberen
Elektrode 151 und der oberen Elektrode 152 unterbrochen
ist. Auch wenn ein Energieeinfangen eines frequenzvermindernden
Typs mittels der Masse der Anregungselektroden (der oberen Elektrode 151 und
der unteren Elektrode 131) nicht verwirklicht werden kann,
macht die Bildung der zusätzlichen Schicht 16 wie
hier beschrieben zusätzlich
zu der oberen Elektrode 15 und der unteren Elektrode 13 mit
einer gleichförmigen
Dicke die Resonanzfrequenz des Bereichs, bei dem die zusätzliche
Schicht 16 gebildet wird, niedriger als die des Anregungsbereichs 141 mittels
der Masse der zusätzlichen Schicht 16;
um eine Streuung bzw. Ausbreitung von akustischen Wellen zu verhindern,
so dass ein Energieeinfangen in dem Anregungsbereich 141 realisiert werden
kann. In dem akustischen Schicht-Volumen-Resonator 1 werden
nämlich
Schwingungen einer unerwarteten Mode durch die zusätzliche
Schicht 16 unterdrückt,
so dass die Frequenz-Impedanz-Eigenschaft gegenüber einer Störung unempfindlich ist.
Zusätzlich
ist es in einem Fall, bei dem die zusätzliche Schicht 16 ein
isolierendes Material umfasst, nicht erforderlich, einen Kurzschluss
der oberen Elektroden 151 und 152 zu berücksichtigen,
wobei hierdurch, wie es in 3 gezeigt
ist, die zusätzliche Schicht 16, die
ein Kreisringmuster aufweist, auf dem Außenrandabschnitt des Anregungsbereichs 141 ausgebildet
werden kann, um den Anregungsbereich 141 vollständig zu
umschließen.
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Hierbei
wird bei der piezoelektrischen Dünnschicht 14 ein
Bereich (nachstehend als „Trennbereich" bezeichnet) 144,
der den Anregungsbereich 141 umschließt, von dem Auflagesubstrat 11 durch eine
Vertiefung 111, die ein wenig größer als der Anregungsbereich 141 ist,
getrennt. Die zusätzliche Schicht 16 ist
jedoch über
die Grenze zwischen dem Trennbereich 144 und der zugehörigen Außenseite ausgebildet,
das heißt,
die Innengrenze des unvollständigen
Kreisringmusters der zusätzlichen
Schicht 16 ist zwischen dem Außenumfang des Anregungsbereichs 141 und
dem Außenumfang
des Trennbereichs 144 angeordnet, wobei der Bereich, bei
der die zusätzliche
Schicht 16 ausgebildet ist, nach Innen in den Trennbereich 144 ausgedehnt
ist. Mit einer derartigen Konfiguration wird in dem akustischen Schicht-Volumen-Resonator 1 verhindert,
dass ein Einfangen von überschüssiger Energie
aufgrund des Auflagesubstrats 11, das die piezoelektrische
Dünnschicht 14 trägt, einen
Einfluss auf die Frequenz-Impedanz-Eigenschaft ausübt. Anders
ausgedrückt
ist der akustische Schicht-Volumen-Resonator 1 derart konfiguriert,
dass die zusätzliche
Schicht 16 über dem
Abschnitt zwischen dem Anregungsbereich 141 und dem Trennbereich 144 ausgebildet
ist, um zu verhindern, dass der Außenumfang ein festes Ende wird,
wodurch verhindert wird, dass eine Störung, die durch eine Reflexion
der akustischen Wellen in dem Außenumfang erzeugt wird, einen
Einfluss auf die Frequenz-Impedanz-Eigenschaft ausübt.
-
Die
Dicke der zusätzlichen
Schicht 16, wie sie hier beschrieben ist, sollte so bestimmt
werden, dass sie eine Ausbreitung bzw. Streuung der akustischen
Wellen durch den Masseeffekt verhindert. Typischerweise darf eine
Masse (relative Dichte × Dicke)
pro Einheitsfläche
der zusätzlichen
Schicht 16 nicht kleiner als 0,1% und nicht größer als
20%, wünschenswerterweise
nicht kleiner als 1% und nicht größer als 10% der Summe einer
Masse pro Einheitsfläche
der piezoelektrischen Dünnschicht 14 und
einer Masse pro Einheitsfläche
der Anregungselektroden (der oberen Elektrode 151 und der
unteren Elektrode 131) sein.
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Zweites Ausführungsbeispiel
-
In 1 ist
eine Schrägansicht
gezeigt, die eine schematische Konfiguration eines piezoelektrischen
Dünnschichtfilters 2 gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung zeigt. Der piezoelektrische Dünnschichtfilter 2 ist
ein Filter des Filterkettentyps, der zwei akustische Schicht-Volumen-Resonatoren in einer
Kettenform verbindet.
-
Wie
es in 4 gezeigt ist, weist der piezoelektrische Dünnschichtfilter 2 eine
Konfiguration auf, bei der eine Haftschicht 22, eine untere
Elektrode 23 (231 bis 233, nicht in 4 gezeigt,
siehe 5A, 5B und 6),
eine piezoelektrische Dünnschicht 24,
eine obere Elektrode 25 (251 bis 253)
und zusätzliche
Schichten 26, 27 in dieser Reihenfolge auf einem
Auflagesubstrat 21 geschichtet sind. Der piezoelektrische
Dünnschichtfilter 2 gemäß dem zweiten
Ausführungsbeispiel
weist eine geschichtete Struktur ähnlich zu der des akustischen
Schicht-Volumen-Resonators 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel
auf, wobei das Auflagesubstrat 21, die Haftschicht 22,
die untere Elektrode 23, die piezoelektrische Dünnschicht 24,
die obere Elektrode 25 und die zusätzliche Schicht 26 des
piezoelektrischen Dünnschichtfilters 2 jeweils
die gleichen sind wie das Auflagesubstrat 11, die Haftschicht 12,
die untere Elektrode 13, die piezoelektrische Dünnschicht 14,
die obere Elektrode 15 und die zusätzliche Schicht 16 des
akustischen Schicht-Volumen-Resonators 1 mit Ausnahme der
Muster der unteren Elektrode 23, der oberen Elektrode 25 und
der zusätzlichen
Schicht 26. Durchgangsbohrungen VH21 bis VH23, die durch
die oberen und unteren Oberflächen
der piezoelektrischen Dünnschicht 24 des
piezoelektrischen Dünnschichtfilters 2 hindurchgehen,
werden jedoch durch ein Ätzen
in der piezoelektrischen Dünnschicht 24 ausgebildet.
Es ist anzumerken, dass nachstehend eine wiederholte Beschreibung
der gleichen Punkte wie die des akustischen Schicht-Volumen-Resonators 1 weggelassen
wird, wobei insbesondere die Muster der unteren Elektrode 23,
der oberen Elektrode 25 und der zusätzlichen Schicht 26,
die unterschiedlich zu denen in dem akustischen Schicht-Volumen-Resonator 1 sind,
beschrieben werden.
-
– Obere
Elektrode und untere Elektrode
-
In
den 5A und 5B sind
Darstellungen gezeigt, die Muster der oberen Elektrode 25,
der unteren Elektrode 23 und der zusätzlichen Schichten 26, 27 zeigen.
In 5A sind Muster der oberen Elektrode 25 und
der zusätzlichen
Schicht 26, 27 gezeigt, wenn sie von oben betrachtet
werden. In 5B ist ein Muster der unteren
Elektrode 23 gezeigt, wenn sie von oben betrachtet wird.
In den 5A und 5B ist
ein Bereich, in dem die zusätzliche
Schicht 26 ausgebildet ist, mit Linien, die mit einem Winkel
von 45 Grad nach links unten gehen, schraffiert, und ein Bereich,
in dem die zusätzliche
Schicht 26 ausgebildet ist, ist mit Linien, die mit einem
Winkel von 45 Grad nach rechts unten gehen, schraffiert. Ferner
ist in 6 ein Querschnitt des piezoelektrischen Dünnschichtfilters 2 entlang
einer Schnittebenenlinie VI-VI gemäß 4 gezeigt.
-
Wie
es in den 5A, 5B und 6 gezeigt
ist, liegt eine obere Elektrode 25 einer unteren Elektrode 232 mit
der dazwischen eingefügten
piezoelektrischen Dünnschicht 24 in
einem verlängerten rechteckigen
Anregungsbereich 241 gegenüber, um serielle Resonatoren
des Filterkettentyps zu bilden. Nachdem sie aus dem Anregungsbereich 241 in
der +Y-Richtung
herausgezogen ist, wird die obere Elektrode 251 in die
+X-Richtung und die -Y-Richtung aufeinanderfolgend in einer zugehörigen Ausdehnrichtung
gebogen. Ein Teil der oberen Elektrode 251 ist eine Kontaktfläche P21
für eine
Verbindung mit einer externen Verdrahtung. Ferner liegt die obere
Elektrode 251 der unteren Elektrode 231 mit der
dazwischen eingefügten
piezoelektrischen Dünnschicht 24 in
einem Nicht-Anregungsbereich 242, der unterschiedlich zu
den Anregungsbereichen 241 und 243 ist, gegenüber.
-
Die
untere Elektrode 231 liegt einem Zufuhrabschnitt als einem
Kanal zum Zuführen
des Anregungssignals zu einem Ansteuerungsabschnitt (Abschnitt,
der in dem Anregungsbereich 241 ausgebildet ist) der oberen
Elektrode 251 mit der dazwischen eingefügten piezoelektrischen Dünnschicht 24 gegenüber.
-
Die
obere Elektrode 251 und die untere Elektrode 231 sind über das
Durchgangsloch VH21 kurzgeschlossen.
-
Die
obere Elektrode 253 liegt der unteren Elektrode 232 mit
der dazwischen eingefügten
piezoelektrischen Dünnschicht 24 in
dem verlängerten rechteckigen
Anregungsbereich 243 gegenüber, um parallele Resonatoren
des Filterkettentyps zu bilden. Nachdem sie von dem Anregungsbereich 243 in
der -Y-Richtung
herausgezogen ist, wird die obere Elektrode 253 in der
-X-Richtung und der +Y-Richtung aufeinanderfolgend in einer zugehörigen Ausdehnungsrichtung
gebogen. Ein Teil der oberen Elektrode 253 bildet Kontaktflächen P22,
P24 für
eine Verbindung mit einer externen Verdrahtung. Ferner liegt die
obere Elektrode 253 einer unteren Elektrode 233 mit
der dazwischen eingefügten
piezoelektrischen Dünnschicht 24 in
dem Nicht-Anregungsbereich 242 gegenüber.
-
Die
untere Elektrode 233 liegt einem Zuführabschnitt als ein Kanal zum
Zuführen
des Anregungssignals zu einem Ansteuerungsabschnitt (ein Abschnitt,
der in dem Anregungsbereich 243 gebildet ist) der oberen
Elektrode 251 mit der dazwischen eingefügten piezoelektrischen Dünnschicht 24 gegenüber.
-
Die
obere Elektrode 253 und die untere Elektrode 233 sind über das
Durchgangsloch VH21 kurzgeschlossen.
-
Eine
obere Elektrode 252 liegt der unteren Elektrode 232 mit
der dazwischen eingefügten
piezoelektrischen Dünnschicht 24 in
dem Nicht-Anregungsbereich 242 gegenüber. Ein Teil der oberen Elektrode 252 ist
eine Kontaktfläche
P23 für
eine Verbindung mit einer externen Verdrahtung.
-
Die
untere Elektrode 232 liegt der oberen Elektrode 251 mit
der dazwischen eingefügten
piezoelektrischen Dünnschicht
in dem Anregungsbereich 241 gegenüber, wobei sie gleichzeitig
der oberen Elektrode 253 mit der dazwischen eingefügten piezoelektrischen
Dünnschicht 24 in
dem Anregungsbereich 243 gegenüberliegt. Ein Zufuhrabschnitt
als ein Kanal zum Zuführen
des Anregungssignals zu einem Ansteuerungsabschnitt (ein Abschnitt,
der in den Anregungsbereichen 241, 243 gebildet
ist) der unteren Elektrode 232 liegt der oberen Elektrode 252 mit
der dazwischen eingefügten
piezoelektrischen Dünnschicht 24 in
dem Nicht-Anregungsbereich 242 gegenüber.
-
Die
obere Elektrode 252 und die untere Elektrode 232 sind über das
Durchgangsloch VH22 kurzgeschlossen. Folglich wird in dem piezoelektrischen Dünnschichtfilter 2 die
Energie des Anregungssignals der unteren Elektrode 232 über die
Kontaktfläche
P23 zugeführt.
-
Mit
derartigen Mustern der oberen Elektrode 25 und der unteren
Elektrode 23 ist der piezoelektrische Dünnschichtfilter 2 konfiguriert,
ein bidirektionaler Filter des Filterkettentyps zu sein, bei dem
die Kontaktflächen
P21 und P22 ein erstes Eingangs-/Ausgangs-Anschlusspaar und die Kontaktflächen P23
und P24 ein zweites Eingangs-/Ausgangs-Anschlusspaar bilden.
-
In
dem piezoelektrischen Dünnschichtfilter 2 sind
wie bei dem akustischen Schicht-Volumen-Resonator 1 gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel die
obere Elektrode 25 und die untere Elektrode 23 beinahe
bei den gesamten oberen und unteren Oberflächen der piezoelektrischen
Dünnschicht 24 ausgebildet,
wobei eine Potenzialdifferenz zwischen den oberen und unteren Oberflächen der
piezoelektrischen Dünnschicht 24 in
dem Nicht-Anregungsbereich 242 beseitigt ist, wobei folglich
das elektrische Feld nicht innerhalb der piezoelektrischen Dünnschicht 24 in
dem Nicht-Anregungsbereich 242 erzeugt
wird, wodurch eine Unterresonanz, die eine Hauptresonanz überlagert,
die durch die seriellen Resonatoren und die parallelen Resonatoren
des Filterkettentyps erzeugt wird, unterdrückt wird.
-
– Zusätzliche
Schicht
-
Wie
es in den 4 bis 6 gezeigt
ist, ist die zusätzliche
Schicht 26 zum Hinzufügen
einer Masse zu den Außenseiten
der Anregungsbereiche 241 und 243 überlagert auf
der oberen Elektrode 25 bei der oberen Oberfläche der
piezoelektrischen Dünnschicht 24 ausgebildet.
Die zusätzliche
Schicht 26 ist bei dem Außenrandabschnitt entlang den
Außenumfängen der
Anregungsbereiche 241 und 243 ausgebildet und
weist ein unvollständiges
rechteckiges Ringmuster auf, wobei der Ring durch Lückenabschnitte
zwischen den oberen Elektroden 251 bis 253 unterbrochen
ist.
-
Das
Material für
die zusätzliche
Schicht 26 sowie die deren Dicke können auf die gleiche Art und Weise
wie in dem Fall der zusätzlichen
Schicht 16 des akustischen Schicht-Volumen-Resonators 1 gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
bestimmt werden. Bei dem piezoelektrischen Dünnschichtfilter 2 ist
es, da ein Energieeinfangen in den Anregungsbereichen 241 und 243 durch
die zusätzliche
Schicht 26 verwirklicht werden kann, möglich, die Unterresonanz, die
die Hauptresonanz überlagert,
die durch die seriellen Resonatoren und die zugehörigen parallelen
Resonatoren des Filterkettentyps erzeugt werden, zu unterdrücken, wobei
es ebenso möglich
ist, eine gegenseitige Störung
der seriellen Resonatoren und der parallelen Resonatoren zu verhindern,
so dass eine Filtereigenschaft gegenüber einer Welligkeit unempfindlich
ist.
-
Ferner
ist bei dem piezoelektrischen Dünnschichtfilter 2 die
leitfähige
zusätzliche
Schicht 27 ferner außerhalb
des Bereichs, bei dem die zusätzliche Schicht 26 ausgebildet
ist, bei der oberen Oberfläche der
piezoelektrischen Dünnschicht 24 ausgebildet. Obwohl
das Material für
die zusätzliche
Schicht 26 nicht spezifisch begrenzt ist, wird das Material
wünschenswerterweise
aus Metallen, wie beispielsweise Aluminium (A1), Silber (Ag), Kupfer
(Cu), Platin, (Pt), Gold (Au), Chrom (Cr), Nickel (Ni), Molybdän (Mo), Wolfram
(W) und Tantal (Ta), ausgewählt.
Selbstverständlich
kann eine Legierung als das leitfähige Material, das die zusätzliche
Schicht bildet, verwendet werden. Ferner kann eine Vielzahl von
Arten von leitfähigen
Materialien geschichtet werden, um die zusätzliche Schicht zu bilden.
-
Die
zusätzliche
Schicht 27 dient zur Verringerung eines elektrischen Widerstands
des Zufuhrabschnitts der oberen Elektrode 25 als ein Kanal zur
Zufuhr des Anregungssignals zu dem Ansteuerungsabschnitt der oberen
Elektrode 25. Folglich ist es insbesondere wünschenswert,
das Material für
die zusätzliche
Schicht 27 aus Metallen, die einen kleinen spezifischen
Widerstand aufweisen, wie beispielsweise Silber, Kupfer und Gold,
unter den vorstehend genannten Metallen auszuwählen. Wenn diese zusätzliche
Schicht 27 angeordnet ist, ist es möglich, die Eigenschaften des
piezoelektrischen Dünnschichtfilters 2 zu
verbessern, insbesondere die Einfügungsdämpfung bzw. Durchgangsdämpfung zu verringern.
Zusätzlich
sind in den piezoelektrischen Dünnschichtfilter 2 wie
bei dem akustischen Schicht-Volumen-Resonator 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel
die obere Elektrode 25 und die untere Elektrode 23 jeweils
beinahe bei den gesamten oberen und unteren Oberflächen der
piezoelektrischen Dünnschicht 24 ausgebildet,
wobei eine Potenzialdifferenz zwischen oberen und unteren Oberflächen der
piezoelektrischen Dünnschicht 24 in
dem Nicht-Anregungsbereich 242 beseitigt ist. Somit wird ebenso
in dem piezoelektrischen Dünnschichtfilter 2 das
elektrische Feld innerhalb der piezoelektrischen Dünnschicht 24 in
dem Nicht-Anregungsbereich 242 nicht erzeugt, wodurch die
Unterresonanz, die die Hauptresonanz überlagert, die durch die seriellen Resonatoren
und die parallelen Resonatoren des Filterkettentyps erzeugt wird,
unterdrückt
wird. Außerdem
ist bei dem piezoelektrischen Dünnschichtfilter 2 die
zusätzliche
Schicht 27 auf der oberen Elektrode 25 überlagert,
um den elektrischen Widerstand der oberen Elektrode 25 zu
verringern, wobei es hierdurch möglich
ist, das elektrische Feld, das innerhalb der piezoelektrischen Dünnschicht 24 in
dem Nicht-Anregungsbereich 242 erzeugt
wird, auf effektive Weise weiter zu unterdrücken. Folglich ist es bei dem
piezoelektrischen Dünnschichtfilter 2 mit
dem Vorhandensein der zusätzlichen
Schicht 27 möglich, die
Unterresonanz, die die Hauptresonanz überlagert, die durch die seriellen
Resonatoren und die parallelen Resonatoren des Filterkettentyps
erzeugt wird, weiter auf effektive Weise zu unterdrücken.
-
Außerdem ist
in dem piezoelektrischen Dünnschichtfilter 2 wie
bei dem akustischen Schicht-Volumen-Resonator 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel
ein Energieeinfangen in den Anregungsbereichen 241 und 243 durch
die zusätzliche Schicht 26 verwirklicht
worden, wobei hierdurch ein Zustand der zusätzlichen Schicht 27,
die außerhalb des
Bereichs ausgebildet ist, bei dem die zusätzliche Schicht 26 ausgebildet
ist, einen geringen Einfluss auf Schwingungen, die durch die Anregungsbereiche 241 und 243 angeregt
werden, hat. Folglich kann die Dicke der zusätzlichen Schicht 27 unter
ausschließlicher
Berücksichtigung
von elektrischen Eigenschaften bestimmt werden, wobei die Dicke
der zusätzlichen
Schicht 27, um den elektrischen Widerstand des Zufuhrabschnitts
in ausreichender Weise zu verringern, wünschenswerterweise größer ist
als die der zusätzlichen
Schicht 26, beispielsweise nicht kleiner als 3000 Angström und wünschenswerterweise
nicht kleiner als 10000 Angström.
Aus dem gleichen Grund kann das Material für die zusätzliche Schicht 27 unter ausschließlicher
Berücksichtigung
der elektrischen Eigenschafen bestimmt werden, wobei, um den elektrischen
Widerstand des Zufuhrabschnitts in ausreichender Weise zu verringern,
das Material für
die zusätzliche
Schicht 27 wünschenswerterweise
ein leitfähiges
Material mit einem niedrigen spezifischen Widerstand ist.
-
Zusätzlich ist
es, wie es in den 4 bis 6 gezeigt,
vom Standpunkt einer Verringerung des elektrischen Widerstands des
Zufuhrabschnitts höchst
wünschenswert,
dass die zusätzliche
Schicht 27 überlagert
auf der gesamten Oberfläche
des Zufuhrabschnitts mit Ausnahme des Bereichs, bei dem die zusätzliche
Schicht 26 ausgebildet ist, ausgebildet wird. Dies verhindert
jedoch nicht eine Bildung durch eine Überlagerung der zusätzlichen
Schicht 27 auf einem Teil des Zufuhrabschnitts.
-
Beispiele
-
Nachstehend
sind Beispiele 1 und 2 gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung sowie ein Vergleichsbeispiel außerhalb des
Bereichs der vorliegenden Erfindung beschrieben.
-
Beispiel 1
-
In
dem Beispiel 1 ist der akustische Schicht-Volumen-Resonator 1 unter
Verwendung eines Einzelkristalls aus Lithium-Niobat als das piezoelektrische
Material, das das Auflagesubstrat 11 und die piezoelektrische
Dünnschicht 14 bildet,
einem Epoxyd-Haftmittel als ein Material, das die Haftschicht 12 bildet,
Molybdän
und Tantal als die leitfähigen
Materialien, um die untere Elektrode 13 zu bilden, Chrom
und Gold als das leitfähige
Material, das die obere Elektrode 15 bildet, und Chrom
als das leitfähige
Material, das die zusätzliche
Schicht 16 bildet, hergestellt worden.
-
Wie
es in einer Schnittdarstellung gemäß 7 gezeigt
ist, wird, um die Herstellungskosten zu verringern, der akustische
Schicht-Volumen-Resonator 1 gemäß dem Beispiel 1 in der nachstehend
beschriebenen Art und Weise erhalten. Nach Herstellung einer Baugruppe
U durch ein Integrieren einer großen Anzahl von akustischen
Schicht-Volumen-Resonatoren 1 wird
die Baugruppe U durch eine Schneidesäge in einzelne akustische Schicht-Volumen-Resonatoren 1 geschnitten.
Es ist anzumerken, dass, obwohl das Beispiel, das in 7 gezeigt
ist, drei akustische Schicht-Volumen-Resonatoren 1 in der Baugruppe
U umfasst, die Anzahl von akustischen Schicht-Volumen-Resonatoren 1,
die in der Baugruppe U umfasst sind, vier oder mehr sein kann, wobei
typischerweise mehrere hundert bis mehrere tausend akustische Schicht-Volumen-Resonatoren 1 in
der Baugruppe U beinhaltet sind.
-
Obwohl
die Beschreibung auf einen akustischen Schicht-Volumen-Resonator 1, der in
der Baugruppe U beinhaltet ist, zur Vereinfachung fokussiert worden
ist, werden die anderen akustischen Schicht-Volumen-Resonatoren 1,
die in der Baugruppe beinhaltet sind, gleichzeitig mit dem fokussierten akustischen
Schicht-Volumen-Resonator 1 hergestellt.
-
Nachfolgend
ist das Verfahren zum Herstellen des akustischen Schicht-Volumen-Resonators 1 gemäß dem Beispiel
1 unter Bezugnahme auf die 8A bis 8C und 9A bis 9C beschrieben.
Es ist anzumerken, dass die 8A bis 8C und
die 9A bis 9C Schnittdarstellungen
entlang einer Schnittebenenlinie B-B in 1 sind.
-
Unter
Bezugnahme auf die 8A bis 8C ist
zuerst ein kreisförmiger
Wafer (36-Grad-Schnitt-Y-Platte) eines Einzelkristalls aus Lithium-Niobat
mit einer Dicke von 0,5 mm und einem Durchmesser von 3 Zoll als
das Auflagesubstrat 11 und ein piezoelektrisches Substrat 17 vorbereitet worden.
Nachfolgend sind eine Molybdän-Schicht
mit einer Dicke von 0,057 μm
und eine Tantal-Schicht mit einer Dicke von 0,02 μm auf der
unteren Oberfläche des
piezoelektrischen Substrats 17 durch Sputtern ausgebildet
worden, wobei die untere Elektrode 13 mit dem Muster, das
in 2B gezeigt ist, durch Fotolithographie erhalten
worden ist (8A).
-
Nachfolgend
ist ein Epoxyd-Haftmittel, um die Haftschicht 12 zu bilden,
auf der oberen Oberfläche
des Auflagesubstrats 11, wo die Vertiefung 111 durch
ein Ätzen
ausgebildet worden ist, aufgebracht worden, um die obere Oberfläche des
Auflagesubstrats 11 mit der unteren Oberfläche des
piezoelektrischen Substrats 17 zu verbinden. Dann ist Druck
an das Auflagesubstrat 11 und das piezoelektrische Substrat 17 für ein Pressdruckbonden
bzw. Pressdruckverbinden angelegt worden, um die Haftschicht 12 auf
eine Dicke von 0,5 mm zu bearbeiten. Danach sind das Auflagesubstrat 11 und
das piezoelektrische Substrat 17 in einer 200°C-Umgebung
für eine
Stunde für
ein Aushärten
des Epoxyd-Haftmittels gelassen worden, um das Auflagesubstrat 11 mit
dem piezoelektrischen Substrat 17 zu verbinden (8B).
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Nach
Abschluss der Verbindung des Auflagesubstrats 11 mit dem
piezoelektrischen Substrat 17 ist, während das piezoelektrische
Substrat 17 in einem Zustand gelassen worden ist, bei dem
es mit dem Auflagesubstrat 11 verbunden ist, die untere Oberfläche des
Auflagesubstrats 11 bei einer Poliereinspannvorrichtung,
die aus Siliziumkarbid (SiC) hergestellt wird, befestigt worden,
und die obere Oberfläche
des piezoelektrischen Substrats 17 ist einer Schleifverarbeitung
unter Verwendung einer Schleifmaschine mit festen Schleifkörnern unterzogen
worden, um die Dicke des piezoelektrischen Substrats auf 50 μm zu verringern.
Ferner ist die obere Oberfläche
des piezoelektrischen Substrats 17 einer Polierverarbeitung
unter Verwendung von Diamantschleifkörnern unterzogen worden, um
die Dicke des piezoelektrischen Substrats 17 auf 2 μm zu verringern.
Schließlich
sind zur Entfernung einer Prozessabtragschicht, die auf dem piezoelektrischen Substrat 17 durch
die Polierverarbeitung unter Verwendung der Diamantschleifkörner erzeugt
wird, freie Schleifkörner
und ein Poliervlieskissen verwendet worden, um ein Fertigpolieren
bei dem piezoelektrischen Substrat 17 auszuführen, um
die piezoelektrische Dünnschicht 14 mit
einer Dicke von 1 μm
zu erhalten (8C).
-
Nachfolgend
ist die obere Oberfläche
(polierte Oberfläche)
der piezoelektrischen Dünnschicht 14 unter
Verwendung eines organischen Lösungsmittels abgewaschen
worden und eine Chromschicht mit einer Dicke von 0,02 μm sowie eine
Goldschicht mit einer Dicke von 0,0515 μm sind durch Sputtern bzw. Aufsprühen ausgebildet
worden, wobei die obere Elektrode 15 mit dem Muster, das
in 2A gezeigt ist, durch Fotolithographie erhalten
worden ist (9A).
-
Ferner
ist eine Chrom-Schicht mit einer Dicke von 0,097 μm überlagert
auf der oberen Elektrode 15 durch Sputtern bzw. Aufsprühen ausgebildet worden,
wobei die zusätzliche
Schicht 16 mit dem Muster, das in 2A gezeigt
ist, durch Fotolithographie erhalten worden ist (9B).
-
Ferner
ist ein Abschnitt der piezoelektrischen Dünnschicht 14, die
eine Anschlussfläche 131P einer unteren
Elektrode 131 abdeckt, durch Ätzen unter Verwendung von Flusssäure entfernt
worden, um den akustischen Schicht-Volumen- Resonator mit der freigelegten Anschlussfläche 131P zu
erhalten (9C).
-
Eine
Frequenz-Impedanz-Eigenschaft des akustischen Schicht-Volumen-Resonators 1,
der so erhalten wird, ist unter Verwendung einer Netzwerkanalysevorrichtung
und einer Prüfvorrichtung
geschätzt
worden, um einen Signalverlauf zu erhalten, wie er in 10 gezeigt
ist.
-
Es
ist anzumerken, dass, da jeweilige spezifische Gewichte von Molybdän, Tantal,
Lithium-Niobat, Chrom und Gold 10,2, 16,6, 4,64, 7,2 und 19,4 g/cm3 sind, die Masse pro Einheitsfläche der
zusätzlichen
Schicht 16 in dem akustischen Schicht-Volumen-Resonator 1 gemäß dem Beispiel
1 0,698 × 10–12 g/m2 (= 0.097 μm × 7.2 g/cm3)
ist, was 10,4 der Summe der Masse pro Einheitsfläche der piezoelektrischen Dünnschicht 14 und
der Masse pro Einheitsfläche
der Anregungselektrode in dem Anregungsbereich 141 ist
(6,70 × 10–12 g/m2 (= 0,057 μm × 10,2 g/m3 +
0,02 μm × 16,6 g/cm3 + 1 m × 4,64
g/cm3 + 0,02 μm × 7,2 g/cm3 +
0,0515 μm × 19,4 g/cm3)).
-
Beispiel 2
-
In
dem Vergleichsbeispiel ist der akustische Schicht-Volumen-Resonator 1 mit
der gleichen Prozedur wie in dem Beispiel 1 mit der Ausnahme, dass die
Dicke der Chrom-Schicht
als die zusätzliche Schicht 16 0,06 μm gewesen
ist, hergestellt worden. Eine Frequenz-Impedanz-Eigenschaft des
akustischen Schicht-Volumen-Resonators 1, der so erhalten
wird, ist unter Verwendung der Netzwerkanalysevorrichtung und der
Testvorrichtung geschätzt
worden, um einen Signalverlauf zu erhalten, wie er in 11 gezeigt
ist.
-
Es
ist anzumerken, dass bei dem akustischen Schicht-Volumen-Resonator 1 gemäß dem Beispiel
2 die Masse pro Einheitsfläche
der zusätzlichen
Schicht 16 0,432 × 10–12 g/m2 (= 0.06 μm × 7,2 g/cm3) ist, was 6,5% der Summe der Masse pro
Einheitsfläche
der piezoelektrischen Dünnschicht 14 und
der Masse pro Einheitsfläche
der Anregungselektrode in dem Anregungsbereich 141 ist
(6,70 × 10–12 g/m2 (= 0,057 μm × 10,2 g/m3 +
0,02 μm × 16,6 g/cm3 + 1 μm × 4,64 g/cm3 + 0,02 μm × 7,2 g/cm3 + 0,0515 μm × 19,4 g/cm3)).
-
Vergleichsbeispiel
-
In
einem Vergleichsbeispiel ist der akustische Schicht-Volumen-Resonator 1 mit
der gleichen Prozedur wie in dem Beispiel 1 mit der Ausnahme, dass
die Chrom-Schicht als die zusätzliche
Schicht 16 nicht ausgebildet worden ist, hergestellt worden. Eine
Frequenz-Impedanz-Eigenschaft des akustischen Schicht-Volumen-Resonators,
der so erhalten wird, ist unter Verwendung der Netzwerkanalysevorrichtung
und der Testvorrichtung geschätzt
worden, um einen Signalverlauf zu erhalten, wie er in 12 gezeigt
ist.
-
Vergleich zwischen Beispielen
1 und 2 sowie dem Vergleichsbeispiel
-
Wie
es aus den Beispielen 1 und 2 sowie dem Vergleichsbeispiel ersichtlich
ist, macht bei dem akustischen Schicht-Volumen-Resonator 1 die
Bildung der zusätzlichen
Schicht 16 zum Hinzufügen
einer Masse zu der Außenseite
des Anregungsbereichs 141 die Frequenz-Impedanz-Eigenschaft unempfindlich
gegenüber
einer Störung,
so dass eine Vergrößerung des
Resonanzwiderstands vermieden werden kann. Der Effekt der zusätzlichen
Schicht kann nicht nur in jedem Fall einer Kombination des spezifischen
Materials und der spezifischen Schichtdicke, die in den vorstehend beschriebenen
Beispielen beschrieben sind, erhalten werden, sondern auch in einem
Fall einer anderen Schichtkonfiguration. Ferner ist herausgefunden
worden, dass der Grad des Effekts der zusätzlichen Schicht durch ein
Verhältnis
der Masse pro Einheitsfläche
der zusätzlichen Schicht
zu der Masse pro Einheitsfläche
der piezoelektrischen Dünnschicht
unabhängig
von der Schichtkonfiguration bestimmt wird. Insbesondere ist es,
wie es in dem Beispiel 2 gezeigt ist, möglich, Störungen auf effektive Weise
zu unterdrücken,
insbesondere wenn die Masse pro Einheitsfläche der zusätzlichen Schicht 16 auf
nicht weniger als 1% und nicht mehr als 10% der Summe der Masse
pro Einheitsfläche der
piezoelektrischen Dünnschicht 14 und
der Masse pro Einheitsfläche
der Anregungselektrode (der oberen Elektrode 151 und der
unteren Elektrode 131) in dem Anregungsbereich 141 eingestellt
wird.
-
Es
ist anzumerken, dass der piezoelektrische Dünnschichtfilter 2 gemäß dem zweiten
Ausführungsbeispiel
ebenso auf die gleiche Weise wie in den Beispielen 1 und 2 hergestellt
werden kann. In diesem Fall wird, wenn die Durchgangsbohrungen VH21
bis VH23 durch Ätzen
oder dergleichen vor einer Bildung der oberen Elektrode 25 ausgebildet
werden, eine Metallschicht bei der Innenoberfläche jeder der Durchgangsbohrungen
VH21 bis VH23 gebildet, so dass die Durchgangsbohrungen als Durchgangslöcher für ein Kurzschließen der
oberen Elektrode 25 und der unteren Elektrode 23 dienen
können.
-
Modifiziertes
Beispiel
-
Obwohl
die piezoelektrische Dünnschichtvorrichtung
mit einem einzelnen akustischen Schicht-Volumen-Resonator und die
piezoelektrische Dünnschichtvorrichtung
mit zwei akustischen Schicht-Volumen-Resonatoren vorstehend beschrieben
worden sind, meint die piezoelektrische Dünnschichtvorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung typischerweise piezoelektrische Dünnschichtvorrichtungen im Allgemeinen,
die einen einzelnen oder eine Vielzahl von akustischen Schicht-Volumen-Resonatoren
umfassen. Derartige piezoelektrische Dünnschichtvorrichtungen umfassen
einen Oszillator, eine Fangstelle und dergleichen, die jeweils einen
einzelnen akustischen Schicht-Volumen-Resonator umfassen, sowie
einen Filter, eine Duplex-Vorrichtung, eine Triplex-Vorrichtung,
eine Fangstelle und dergleichen, die jeweils eine Vielzahl von akustischen
Schicht-Volumen-Resonatoren
umfassen.
-
Ferner
kann, obwohl ein akustischer Schicht-Volumen-Resonator vorstehend beschrieben worden
ist, der eine elektrische Antwort aufgrund von Dickeausdehnungsschwingungen,
die durch die piezoelektrische Dünnschicht
angeregt werden, verwendet, ebenso eine Mode, die unterschiedlich
zu den Dickeausdehnungsschwingungen ist, wie beispielsweise Dickescherungsschwingungen,
verwendet werden.
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Außerdem ist,
obwohl die Beschreibung vorstehend unter der Annahme gemacht worden
ist, dass der Anregungsbereich eine kreisförmige oder rechteckige Form
aufweist, die Form des Anregungsbereichs nicht auf die kreisförmige oder
rechteckige Form begrenzt, sondern kann eine andere Form aufweisen
(beispielsweise mehreckig). Wenn der Anregungsbereich eine mehreckige
Form aufweist, weist die längste
diagonale Linie typischerweise eine Länge von 30 bis 300 μm auf.
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Es
ist anzumerken, dass, obwohl ein Beispiel, bei dem die zusätzliche
Schicht 16 überlagert auf
der oberen Elektrode 14 ausgebildet ist, vorstehend gezeigt
worden ist, an Stelle einer Ausbildung der Elektrode (oberen Elektrode 152),
die unterschiedlich zu der oberen Elektrode 151 als die
Anregungselektrode ist, die zusätzliche
Schicht 16 direkt auf der piezoelektrischen Dünnschicht 14 gebildet werden
kann, wie es in 13 gezeigt ist.
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Obwohl
die Erfindung ausführlich
gezeigt und beschrieben worden ist, ist die vorangegangene Beschreibung
in jeder Hinsicht eine Veranschaulichung und nicht begrenzend. Es
ist folglich ersichtlich, dass verschiedene Modifikationen und Änderungen
erdacht werden können,
ohne den Umfang der Erfindung zu verlassen.
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine piezoelektrische
Dünnschichtvorrichtung
bereitzustellen, die einen einzelnen oder eine Vielzahl von akustischen
Schicht-Volumen-Resonatoren umfasst, wobei eine Frequenz-Impedanz-Eigenschaft gegenüber einer
Störung
unempfindlich ist.
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In
einem akustischen Schicht-Volumen-Resonator wird eine piezoelektrische
Dünnschicht durch
ein Auflagesubstrat über
eine Haftschicht getragen. Eine obere Elektrode und eine untere
Elektrode, die jeweils ein vorbestimmtes Muster aufweisen, sind
auf oberen und unteren Oberflächen
der piezoelektrischen Dünnschicht
ausgebildet. Ferner ist auf der oberen Oberfläche der piezoelektrischen Dünnschicht
eine zusätzliche
Schicht zum Hinzufügen
einer Masse zu einer Außenseite
eines Anregungsbereichs überlagert
auf der oberen Elektrode ausgebildet.