DE60314715T2

DE60314715T2 - Piezoelektrischer resonierender Filter und Duplexer

Info

Publication number: DE60314715T2
Application number: DE60314715T
Authority: DE
Inventors: Eiju Komuro; Hisatoshi Saitou; Takao Noguchi; Hidenori Abe
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2002-12-11
Filing date: 2003-12-10
Publication date: 2007-10-18
Anticipated expiration: 2023-12-11
Also published as: DE60314715D1; CN1507152A; US20040113720A1; TWI244259B; TW200415850A; JP3889351B2; EP1434346B1; JP2004193929A; EP1434346A1; US6989723B2; CN100571030C; KR20040051539A; KR100756096B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Duplexer, der einen Piezoresonanzfilter mit Dünnschicht-Piezoresonatoren enthält.
Bei mobilen Kommunikationsvorrichtungen wie Mobiltelefonen, die sich in den letzten Jahren beachtlich ausgebreitet haben, wurden sowohl bei der Verringerung der Größe als auch der Erhöhung der Arbeitsfrequenz Jahr für Jahr Fortschritte erzielt. Aus diesem Grund waren sowohl die Verringerung der Größe als auch die Erhöhung der Arbeitsfrequenz für elektronische Bauteile erforderlich, die in den mobilen Kommunikationsvorrichtungen verwendet werden.
Einige mobile Kommunikationsvorrichtung hat einen Duplexer, um ein Umschalten zwischen einem Sendesignalweg und einem Empfangssignalweg durchzuführen, so dass eine Antenne sowohl zum Senden als auch zum Empfangen verwendet werden kann. Der Duplexer hat einen Sendefilter zum Durchlassen eines Sendesignals, aber zum Sperren eines Empfangssignals und einen Empfangsfilter zum Durchlassen des Empfangssignals, aber zum Sperren des Sendesignals.
In den letzten Jahren wurde häufig ein akustischer Oberflächenwellenfilter als der jeweilige Filter im Duplexer verwendet. Der akustische Oberflächenwellenfilter kann Frequenzen bis zu mehreren GHz unterstützen und ist dadurch gekennzeichnet, dass die Größe des Filters im Vergleich mit einem keramischen Filter verringert werden kann. In der gegenwärtigen Situation bleiben jedoch viele technische Probleme, um den akustischen Oberflächenwellenfilter an die Frequenz anzupassen, die als eine höhere Frequenz in der mobilen Kommunikationsvorrichtung der Zukunft verarbeitet wird.
Daher hat ein Dünnschicht-Piezoresonator, der akustischer Dünnschicht-Festkörperresonator genannt wird, kürzlich die öffentliche Aufmerksamkeit auf sich gezogen (siehe die unten erwähnten Patentdokumente 1 bis 8 und das Nicht-Patentdokument 1). Der Dünnschicht-Piezoresonator ist ein Resonator, der eine Resonanz in einer Richtung der Dicke einer piezoelektrischen Dünnschicht verwendet. Bei dem Dünnschicht-Piezoresonator kann die Resonanzfrequenz entsprechend der Dicke der piezoelektrischen Dünnschicht schwanken. Es wird so verstanden, dass der Dünnschicht-Piezoresonator Frequenzen bis zum mehreren GHz unterstützen kann. Der in dieser Patentbeschreibung verwendete Begriff "Resonanzfrequenz" beinhaltet eine Parallelresonanzfrequenz außer in dem Fall, wo der Ausdruck "Resonanzfrequenz" besonders im Vergleich mit dem Ausdruck "Parallelresonanzfrequenz" verwendet wird.
Der Dünnschicht-Piezoresonator hat eine piezoelektrische Dünnschicht, ein Paar Elektroden, die an entgegengesetzten Oberflächen der piezoelektrischen Dünnschicht angeordnet sind, und ein Substrat zum Aufnehmen der piezoelektrischen Dünnschicht und des Elektrodenpaares. Das Substrat kann eine Aushöhlung haben, die so bereitgestellt wird, dass sie an einer Oberfläche geöffnet ist, die zu einer Oberfläche entgegengesetzt ist, auf der die piezoelektrische Dünnschicht und das Elektrodenpaar angeordnet sind (siehe Patentdokumente 1 und 2). Oder es kann ein Spalt zwischen dem Substrat und einer der Elektroden bereitgestellt werden (siehe Patentdokument 3). Oder die piezoelektrische Dünnschicht und das Elektrodenpaar können auf dem Substrat unter Einfügung eines akustischen mehrschichtigen Films ohne Bereitstellung der Aushöhlung und des Spalts angeordnet werden (siehe Nicht-Patentdokument 1).
Zum Beispiel ist ein leiterartiger Filter ein Filter, der Resonatoren verwendet. Der leiterartige Filter enthält seriell geschaltete Resonatoren und parallel geschaltete Resonatoren zum Bilden einer Basisstruktur. Wenn es der Anlass erfordert, kann der leiterartige Filter durch eine Kaskadenschaltung einer Vielzahl von Abschnitten gebildet werden, die jeweils eine Basisstruktur haben.
Wenn keine Maßnahme getroffen wird, schwankt die Resonanzfrequenz des Dünnschicht-Piezoresonators im Allgemeinen entsprechend der Temperaturänderung. Diese Eigenheit wird nachfolgend als Temperaturkennlinie der Resonanzfrequenz bezeichnet. Die Temperaturkennlinie der Resonanzfrequenz zeigt sich, weil die Elastizitätskonstante eines typischen piezoelektrischen Materials wie ZnO, CdS oder AlN, das in der piezoelektrischen Dünnschicht verwendet wird, entsprechend der Temperaturänderung schwankt.
Zum Beispiel beträgt in einem Dünnschicht-Piezoresonator, der ZnO als ein piezoelektrisches Dünnschichtmaterial verwendet, der Temperaturkoeffizient der Resonanzfrequenz etwa –60 ppm/°C. Im Übrigen bedeutet der Temperaturkoeffizient der Resonanzfrequenz die Änderungsrate der Resonanzfrequenz entsprechend der Temperaturänderung.
Als ein Verfahren zum Veranlassen, dass der Temperaturkoeffizient der Resonanzfrequenz in einem Dünnschicht-Piezoresonator annähernd Null ist, war bisher ein Verfahren bekannt, in dem eine Dünnschicht (nachfolgend als Temperaturabgleichungsschicht bezeichnet), die aus einem Material mit einem Temperaturkoeffizienten einer Elastizitätskonstante hergestellt ist, die bezüglich des Plus/Minuszeichens zum Temperaturkoeffizienten der Elastizitätskonstante des piezoelektrischen Dünnschichtmaterials umgekehrt ist, zum Dünnschicht-Piezoresonator hinzugefügt wird (siehe Patentdokumente 1, 2 und 4). Im Übrigen bedeutet der Temperaturkoeffizient der Elastizitätskonstante die Änderungsrate der Elastizitätskonstante entsprechend der Temperaturänderung. Zum Beispiel kann SiO₂ als das Material der Temperaturabgleichungsschicht verwendet werden.
Wenn die Temperaturabgleichungsschicht zum Dünnschicht-Piezoresonator hinzugefügt wird, schwankt der Temperaturkoeffizient der Resonanzfrequenz des Dünnschicht-Piezoresonators entsprechend der Dicke der Temperaturabgleichungsschicht. Wenn demzufolge die zum Dünnschicht-Piezoresonator hinzugefügte Temperaturabgleichungsschicht optimiert wird, kann veranlasst werden, dass der Temperaturkoeffizient der Resonanzfrequenz des Dünnschicht-Piezoresonators annähernd Null ist.
Im Patentdokument 5 wurde ein Verfahren beschrieben, das in einem Dünnschicht-Piezoresonator mit einer derartigen Struktur verwendet wird, dass eine untere Elekt rode, eine piezoelektrische Dünnschicht und eine obere Elektrode nacheinander auf einem Substrat ausgebildet sind und durch das eine aus einem elektrisch isolierenden Material wie SiO₂ hergestellte Schicht zwischen einem heraus führenden Abschnitt der oberen Elektrode und der piezoelektrischen Dünnschicht bereitgestellt wird. Dieses Verfahren zielt auf eine Verringerung der Kapazität zwischen dem heraus führenden Abschnitt der oberen Elektrode und dem Substrat ab.
Im Patentdokument 6 wurde ein Verfahren beschrieben, das in einem piezoelektrischen Dünnschicht-Resonator mit einer derartigen Struktur verwendet wird, dass eine untere Elektrode, eine piezoelektrische Dünnschicht und eine obere Elektrode nacheinander auf einem Substrat ausgebildet sind und durch das eine dielektrische Schicht, die aus einem dielektrischen Material wie SiO₂ hergestellt ist, auf dem Substrat so bereitgestellt wird, dass die wirksame Dicke der dielektrischen Schicht entsprechend der Stelle schwankt. Dieses Verfahren zielt auf eine Verringerung der Kapazität zwischen der unteren Elektrode/oberen Elektrode und dem Substrat ab.
Im Patentdokument 7 wurde ein Verfahren beschrieben, das in einem Gitterfilter mit einer Vielzahl von Dünnschicht-Resonatoren verwendet wird und durch das eine Schicht auf einem Teil der Resonatoren bereitgestellt wird, so dass eine Masseladung an den Teil der Resonatoren angelegt werden kann. Diese Schicht wird zum Ändern der Resonanzfrequenz von jedem Resonator um einen vorgegebenen Wert bereitgestellt. Im Patentdokument 7 wurde Siliziumoxid als ein Beispiel des Materials der Schicht beschrieben.
Im Patentdokument 8 wurde ein Verfahren beschrieben, das in einem Dünnschicht-Piezoresonator mit einer aus SiO₂ hergestellten Dünnschicht verwendet wird und durch das eine Frequenz, die wenigstens eine serielle Resonanz oder eine parallele Resonanz aufweist, gemessen wird, wobei die Dicke der Dünnschicht so geändert wird, dass die Differenz zwischen der gemessenen Frequenz und einer Bezugsfrequenz minimiert wird.

[Patentdokument 1] Offen gelegtes japanisches Patent Nr. 137 317/1983
[Patentdokument 2] Offen gelegtes japanisches Patent Nr. 153 412/1983
[Patentdokument 3] Offen gelegtes japanisches Patent Nr. 189 307/1985 (Seiten 2 und 3 und 3 und 4)
[Patentdokument 4] Offen gelegtes japanisches Patent Nr. 68 711/1985 (Seiten 2 und 3 und 3 und 4)
[Patentdokument 5] Offen gelegtes japanisches Patent Nr. 141 813/1984 (Seiten 2 und 3 und 3 und 4)
[Patentdokument 6] Offen gelegtes japanisches Patent Nr. 171 822/1985 (Seite 2 und 3 und 4)
[Patentdokument 7] Offen gelegtes japanisches Patent Nr. 64 683/1997 (Seiten 4 und 5 und 4 und 5)
[Patentdokument 8] Internationale Patentveröffentlichung Nr. 2001-502 136 (Seite 15 und 6A)
[Nicht-Patentdokument 1] Kiyoshi Nakamura et al, "Thin Film Resonators and Filters", International Symposium on Acoustic Wave Devices for Future Mobile Communication Systems, Collected Papers, Seiten 93–99, 5.–7. März 2001.

Ein leiterartiger Filter hat eine Frequenzkennlinie, die ein niederfrequentes Dämpfungsextremum und ein hochfrequentes Dämpfungsextremum aufweist, die an entgegengesetzten Seiten eines Durchlassbandes angeordnet sind. Die Resonanzfrequenz von parallel geschalteten Resonatoren fällt mit einer Frequenz zusammen, die das niederfrequente Dämpfungsextremum aufweist. Die Parallelresonanzfrequenz von seriell geschalteten Resonatoren fällt mit einer Frequenz zusammen, die das hochfrequente Dämpfungsextremum aufweist. Demzufolge gibt es bei dem Filter, der Dünnschicht-Piezoresonatoren als die seriell geschalteten und parallel geschalteten Resonatoren verwendet, ein Problem dahingehend, dass das Durchlassband des Filters entsprechend der Temperaturänderung schwankt, wenn die Resonanzfrequenz von jedem Dünnschicht-Piezoresonator entsprechend der Temperaturänderung schwankt.
Wenn in einem Duplexer das Durchlassband des Sendefilters oder das Durchlassband des Empfangsfilters entsprechend der Temperaturänderung schwankt, tritt das folgende Problem auf. Im Übrigen wird die folgende Beschreibung unter der Annahme vorgenommen, dass das Frequenzband des Sendesignals niedriger ist als das Frequenzband des Empfangssignals. In diesem Fall werden besonders die Schwankung der Frequenz des Sendefilters, der das hochfrequente Dämpfungsextremum aufweist, und die Schwankung der Frequenz des Empfangsfilters, der das niederfrequente Dämpfungsextremum aufweist, zum Problem. Dies liegt daran, dass Schwankungen in diesen Frequenzen ein Absinken der Leistung des Duplexers zum Trennen des Sendesignals und des Empfangssignals voneinander verursacht.
Man kann sich daher vorstellen, dass eine Temperaturabgleichungsschicht mit einer optimalen Dicke zu jedem der in jedem Filter enthaltenen Dünnschicht-Piezoresonatoren hinzugefügt wird, um zu veranlassen, dass der Temperaturkoeffizient der Resonanzfrequenz von jedem Dünnschicht-Piezoresonator annähernd Null ist.
Eine SiO₂-Dünnschicht, die häufig als die Temperaturabgleichungsschicht verwendet wird, ist jedoch amorph und hat keine piezoelektrischen Eigenschaften. Wenn die Temperaturabgleichungsschicht aus SiO₂ zu jedem Dünnschicht-Piezoresonator hinzugefügt wird, nimmt aus diesem Grund der elektromechanische Kopplungsfaktor des Resonators als ein Ganzes ab, wenn die Dicke der Temperaturabgleichungsschicht zunimmt. Infolgedessen ist die Durchlassbandbreite von jedem Filter, der die Dünnschicht-Piezoresonatoren enthält, verringert.
Vordem wurde in einem Filter, der eine Vielzahl von Dünnschicht-Piezoresonatoren enthält, zum Beispiel eine Temperaturabgleichungsschicht auf dem Ganzen des Filters zu dem Zeitpunkt der Hinzufügung der Temperaturabgleichungsschicht zu jedem Dünnschicht-Piezoresonator bereitgestellt. In diesem Fall kann eine Verringerung der Durchlassbandbreite des Filters auf Grund der Bereitstellung der Temperaturabgleichungsschicht nicht unterdrückt werden.
Wie im Patentdokument 4 beschrieben ist, kann die Temperaturabgleichungsschicht nur auf einem Teilbereich des Substrats bereitgestellt werden, der einen Bereich enthält, wo die Dünnschicht-Piezoresonatoren angeordnet sind. Außerdem wird in diesem Fall die Temperaturabgleichungsschicht mit einer gleichförmigen Dicke für alle Dünnschicht-Piezoresonatoren im Filter bereitgestellt. Demzufolge kann auch in diesem Fall eine Verringerung der Durchlassbandbreite des Filters, die durch die Bereitstellung der Temperaturabgleichungsschicht verursacht wird, nicht unterdrückt werden.
Bei dem im Patentdokument 5 beschriebenen Verfahren wird eine Schicht, die aus einem elektrisch isolierenden Material wie SiO₂ hergestellt ist, auf einem Bereich außer einem Vibrationsabschnitt eines piezoelektrischen Dünnschicht-Vibrators bereitgestellt. Aus diesem Grund wirkt diese Schicht nicht als eine Temperaturabgleichungsschicht.
Bei dem im Patentdokument 6 beschriebenen Verfahren wird die wirksame Dicke einer dielektrischen Schicht so ausgewählt, dass sie entsprechend der Stelle schwankt. Die Dicke der dielektrischen Schicht, die auf einem Bereich bereitgestellt wird, wo ein Dünnschicht-Piezoresonator angeordnet ist, ist jedoch gleichförmig. Wenn SiO₂ als das Material der dielektrischen Schicht verwendet wird, kann die dielektrische Schicht, die auf dem Bereich bereitgestellt wird, wo der Dünnschicht-Piezoresonator angeordnet ist, als eine Temperaturabgleichungsschicht wirken. Wenn dieses Verfahren auf einen Filter angewandt wird, der eine Vielzahl von Dünnschicht-Piezoresonatoren enthält, wird die dielektrische Schicht mit einer solchen gleichförmigen Dicke für alle Dünnschicht-Piezoresonatoren bereitgestellt. Aus diesem Grund kann in diesem Fall die Verringerung der Durchlassbandbreite des Filters, die durch die Bereitstellung der dielektrischen Schicht verursacht wird, nicht unterdrückt werden.
Bei dem im Patentdokument 7 beschriebenen Verfahren wird eine Schicht ergebende Masseladung bereitgestellt, um die Resonanzfrequenz eines Resonators um einen vorgegebenen Wert zu ändern. Aus diesem Grund kann selbst in dem Fall, wo Siliziumoxid als das Material der Schicht verwendet wird, die Dicke der Schicht nicht optimiert werden, um zu veranlassen, dass der Temperaturkoeffizient der Resonanzfrequenz des Resonators annähernd Null ist.
Bei dem im Patentdokument 8 beschriebenen Verfahren wird die Dicke einer Dünnschicht so ausgewählt, dass die Differenz zwischen einer gemessenen Frequenz und einer Bezugsfrequenz minimiert wird. Aus diesem Grund kann selbst in dem Fall, wo SiO₂ als das Material der Dünnschicht verwendet wird, die Dicke der Schicht nicht optimiert werden, um zu veranlassen, dass der Temperaturkoeffizient der Resonanzfrequenz des Resonators annähernd Null ist.
Der Fachbericht von K. M. Lakin: "Thin Film Resonators and High Frequency Filters" vom 1. Juni 2001 bietet eine Übersicht der Technologie von Dünnschicht-Resonatoren und Hochfrequenz-Filtern und beschreibt die Temperaturwirkungen auf Dünnschicht-Resonatoren. Er beschreibt, wie eine Temperaturabgleichung in Dünnschicht-Resonatoren erreicht wird, indem piezoelektrische Materialien verwendet werden, die bereits einen hohen Grad an Temperaturstabilität haben, oder indem Verbundstrukturen verwendet werden, die Versetzungsverhältnisse von Materialien mit einem positiven und negativen Koeffizient enthalten.
Die Druckschrift EP-A 1 100 196 offenbart einen Piezoresonator mit einer laminierten Struktur, wobei das piezoelektrische Laminat wenigstens eine erste piezoelektrische Schicht mit einem positiven Temperaturkoeffizienten einer Resonanzfrequenz und wenigstens eine zweite piezoelektrische Schicht mit einem negativen Temperaturkoeffizienten einer Resonanzfrequenz aufweist. Durch das Angleichen der Dicke von jeder piezoelektrischen Schicht wird der Temperaturkoeffizient einer Resonanzfrequenz des gesamten Laminat-Elements ungefähr Null.
Die Druckschrift EP-A 1 058 383 beschreibt einen Bandpassfilter mit Querelementen und Reihenelementen, die so angeordnet sind, dass sie eine Leiterschaltung bilden und jeweils akustische Dünnschicht-Festkörperresonatoren FBARs enthalten.
Die Druckschrift EP-A-1 024 547 beschreibt einen dielektrischen Filter mit einem Dämpfungsband in der Nähe zu einem Durchlassband, wobei die Position einer Schwellenfrequenz eines festgelegten maximalen Einfügungsverlustes nahe an einem Ansatzabschnitt einer Wellenform angeordnet ist, die Durchlasseigenschaften aufweist, in denen Einfügungsverluste in einem Bereich vom Durchlassband zum Dämpfungsband ansteigen. Die Temperaturkennlinien des dielektrischen Materials werden so festgelegt, dass sich der Ansatzabschnitt entsprechend dem Ansteigen und Absinken der Temperatur zur Richtung des Dämpfungsbandes bewegt.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen Duplexer mit einem Piezoresonanzfilter bereitzustellen, in dem Nachteile, die durch die Schwankungen im Durchlassband des Filters entsprechend der Temperaturänderung verursacht werden, verhindert werden können, während die Verringerung der Breite des Durchlassbandes unterdrückt werden kann.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche erfüllt. Bevorzugte Ausführungsbeispiele sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
KURZE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Es zeigen:
1 ein Schaltbild, das ein Beispiel einer Schaltungskonfiguration eines Sendefilters in einem Duplexer gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
2 ein Schaltbild, das ein Beispiel einer Schaltungskonfiguration eines Empfangsfilters in dem Duplexer gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
3A und 3B Ansichten zum Erläutern von Frequenzkennlinien von Piezoresonanzfiltern in dem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
4 ein Schaltbild des Duplexers gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
5 eine grafische Kennliniendarstellung, die ein Beispiel der Frequenzkennlinie des Duplexers gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
6 eine grafische Darstellung zum Erläutern der Temperaturkennlinie der Resonanzfrequenz von jedem Dünnschicht-Piezoresonator in dem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
7 eine Schnittansicht, die ein Beispiel der Konfiguration von jedem Dünnschicht-Piezoresonator in dem Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
8 eine grafische Kennliniendarstellung, die ein Ergebnis der Messung der Frequenzkennlinie eines Piezoresonanzfilters zeigt, der in 7 dargestellte Dünnschicht-Piezoresonatoren enthält; und
9 eine Schnittansicht, die ein weiteres Beispiel einer Konfiguration von jedem Dünnschicht-Piezoresonator in dem Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Unten wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ausführlich mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Mit Bezug auf 4 wird zunächst die Konfiguration eines Duplexers gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. 4 ist ein Schaltbild des Duplexers gemäß diesem Ausführungsbeispiel. Der Duplexer 90 gemäß diesem Ausführungsbeispiel hat Antennenanschlüsse 91 und 92, die mit einer nicht dargestellten Antenne verbunden sind, Sendesignal-Anschlüsse 93 und 94, die mit einer nicht dargestellten Sendeschaltung zum Ausgeben eines Sendesignals zur Antenne verbunden sind, und Empfangssignal-Anschlüsse 95 und 96, die mit einer nicht dargestellten Empfangsschaltung zum Eingeben eines Empfangssignals von der Antenne verbunden sind.
Der Duplexer 90 hat des Weiteren einen Sendefilter 97 zum Durchlassen des Sendesignals, aber zum Sperren des Empfangssignals, und einen Empfangsfilter 98 zum Durchlassen des Empfangssignals, aber zum Sperren des Sendesignals. Jeder der Filter 97 und 98 hat zwei Eingangsanschlüsse und zwei Ausgangsanschlüsse.
Die zwei Eingangsanschlüsse des Sendefilters 97 sind mit den Sendesignal-Anschlüssen 93 bzw. 94 verbunden. Die zwei Ausgangsanschlüsse des Sendefilters 97 sind mit den Antennenanschlüssen 91 bzw. 92 verbunden. Einer der zwei Eingangsanschlüsse des Empfangsfilters 98 ist mit dem Antennenanschluss 91 durch einen Viertelwellen-Phasenschieber 99 verbunden. Der andere Eingangsanschluss des Empfangsfilters 98 ist mit dem Antennenanschluss 92 verbunden. Die zwei Ausgangsanschlüsse des Empfangsfilters 98 sind mit den Empfangssignal-Anschlüssen 95 bzw. 96 verbunden.
Ein von der Sendeschaltung zugeführtes Sendesignal wird zur Antenne durch den Sendefilter 97 abgegeben. Ein in der Antenne eingefangenes Empfangssignal wird zur nicht dargestellten Empfangsschaltung durch den Empfangsfilter 98 abgegeben, nachdem die Phase des Empfangssignals um eine viertel Wellenlänge durch den Viertelwellen-Phasenschieber 99 verschoben wird.
Wie später ausführlich beschrieben wird, werden der Sendefilter 97 und der Empfangsfilter 98 durch einen Piezoresonanzfilter gemäß diesem Ausführungsbeispiel gebildet.
5 ist eine grafische Kennliniendarstellung, die ein Beispiel einer Frequenzkennlinie des Duplexers 90 gemäß diesem Ausführungsbeispiel zeigt. 5 zeigt eine Frequenzkennlinie in dem Signalpegel, der vom Filter 97 oder 98 in dem Fall ausgegeben wird, in dem ein Signal mit einem vorgegebenen Pegel in den Sendefilter 97 oder den Empfangsfilter 98 im Duplexer 90 eingegeben wird. In 5 kennzeichnet die Bezugszahl 110 eine Frequenzkennlinie in dem Signalpegel, der vom Sendefilter 97 ausgegeben wird, und 120 eine Frequenzkennlinie in dem Signalpegel, der vom Empfangsfilter 98 ausgegeben wird.
In diesem Beispiel hat der Sendefilter 97 eine Frequenzkennlinie, die ein erstes niederfrequentes Dämpfungsextremum 111 und ein erstes hochfrequentes Dämpfungsextremum 112 aufweist, die an entgegengesetzten Seiten eines vorgegebenen ersten Durchlassbandes angeordnet sind. Der Empfangsfilter 98 hat eine Frequenzkennlinie, die ein zweites niederfrequentes Dämpfungsextremum 121 und ein zweites hochfrequentes Dämpfungsextremum 122 aufweist, die an entgegengesetzten Seiten eines zweiten Durchlassbandes angeordnet sind, das sich vom ersten Durchlassband unterscheidet. In diesem Beispiel ist das erste Durchlassband so angeordnet, dass es eine niedrigere Frequenz hat als das zweite Durchlassband.
Man nehme nun an, dass Frequenzen, die die Dämpfungsextrema 111, 112, 121 und 122 aufweisen, als f₁₁, f₁₂, f₂₁ bzw. f₂₂ ausgedrückt werden. Das erste Durchlassband befindet sich zwischen den Frequenzen f₁₁ und f₁₂. Das erste Durchlassband ist jedoch nicht immer mit dem Frequenzbereich zwischen den Frequenzen f₁₁ und f₁₂ identisch. Wenn zum Beispiel das erste Durchlassband als ein Band zwischen zwei Frequenzen bereitgestellt wird, an dem der Pegel des Ausgangsignals um 3 dB niedriger ist als der maximale Pegel, ist das erste Durchlassband schmaler als der Frequenzbereich zwischen den Frequenzen f₁₁ und f₁₂. Ähnlich dazu befindet sich das zweite Durchlassband zwischen den Frequenzen f₂₁ und f₂₂, ist aber nicht immer mit dem Frequenzbereich zwischen den Frequenzen f₂₁ und f₂₂ identisch.
Als Nächstes werden Schaltungskonfigurationen der piezoelektrischen Filter gemäß der Erfindung, das heißt, Schaltungskonfigurationen des Sendefilters 97 und des Empfangsfilters 98 mit Bezug auf 1 und 2 beschrieben.
1 ist ein Schaltbild, das ein Beispiel einer Schaltungskonfiguration des Sendefilters 97 zeigt. Der Sendefilter 97 hat ein Eingangsende 41T und ein Ausgangsende 42T. Der Sendefilter 97 hat des Weiteren erste bis vierte seriell geschaltete Resonatoren 21T und einen ersten und zweiten parallel geschalteten Resonator 22T zum Bilden einer leiterartigen Filterschaltung. Jeder der Resonatoren 21T und 22T ist ein Dünnschicht-Piezoresonator. Ein Ende des ersten seriell geschalteten Resonators 21T ist mit dem Eingangsende 41T verbunden. Das andere Ende des ersten seriell geschalteten Resonators 21T ist mit einem Ende des zweiten seriell geschalteten Resonators 21T verbunden. Das andere Ende des zweiten seriell geschalteten Resonators 21T ist mit einem Ende des dritten seriell geschalteten Resonators 21T verbunden. Das andere Ende des dritten seriell geschalteten Resonators 21T ist mit einem Ende des vierten seriell geschalteten Resonators 21T verbunden. Das andere Ende des vierten seriell geschalteten Resonators 21T ist mit dem Ausgangsende 42T verbunden.
Ein Ende des ersten parallel geschalteten Resonators 22T ist mit einem Knotenpunkt zwischen dem ersten und dem zweiten seriell geschalteten Resonator 21T verbunden. Das andere Ende des ersten parallel geschalteten Resonators 22T ist geerdet. Ein Ende des zweiten parallel geschalteten Resonators 22T ist mit einem Knotenpunkt zwischen dem dritten und dem vierten seriell geschalteten Resonator 21T verbunden. Das andere Ende des zweiten parallel geschalteten Resonators 22T ist geerdet.
2 ist ein Schaltbild, das ein Beispiel einer Schaltungskonfiguration des Empfangsfilters 98 zeigt. Der Empfangsfilter 98 hat ein Eingangsende 41R und ein Ausgangsende 42R. Der Empfangsfilter 98 hat des Weiteren einen ersten und einen zweiten seriell geschalteten Resonator 21R und erste bis vierte parallel geschaltete Resonatoren 22R zum Bilden einer leiterartigen Filterschaltung. Jeder der Resonatoren 21R und 22R ist ein Dünnschicht-Piezoresonator. Ein Ende des ersten seriell geschalteten Resonators 21R ist mit dem Eingangsende 41R verbunden. Das andere Ende des ersten seriell geschalteten Resonators 21R ist mit einem Ende des zweiten seriell geschalteten Resonators 21R verbunden. Das andere Ende des zweiten seriell geschalteten Resonators 21R ist mit dem Ausgangsende 42R verbunden.
Ein Ende des ersten parallel geschalteten Resonators 22R ist mit dem einen Ende des ersten seriell geschalteten Resonators 21R verbunden. Ein Ende des zweiten parallel geschalteten Resonators 22R ist mit dem anderen Ende des ersten seriell geschalteten Resonators 21R verbunden. Ein Ende des dritten parallel geschalteten Resonators 22R ist mit dem einen Ende des zweiten seriell geschalteten Resonators 21R verbunden. Ein Ende des vierten parallel geschalteten Resonators 22R ist mit dem anderen Ende des zweiten seriell geschalteten Resonators 21R verbunden. Die anderen Enden der ersten bis vierten parallel geschalteten Resonatoren 22R sind geerdet.
Im Übrigen sind die Schaltungskonfigurationen des Sendefilters 97 und des Empfangsfilters 98 nicht auf die Konfigurationen gemäß 1 bzw. 2 beschränkt. Zum Beispiel kann jede der Schaltungskonfigurationen des Sendefilters 97 und des Empfangsfilters 98 eine Konfiguration, die man durch Entfernen des zweiten und des vierten seriell geschalteten Resonators 21T von der Schaltung gemäß 1 erhält, oder eine Konfiguration sein, die man durch Entfernen des ersten und des dritten seriell geschalteten Resonators 21T von der Schaltung gemäß 1 erhält.
Jede der Schaltungen gemäß 1 und 2 wird durch Kaskadenschaltung von zwei strukturellen Basisabschnitten gebildet. Die Erfindung kann jedoch auch auf den Fall angewandt werden, wo jede der Schaltungskonfigurationen des Sendefilters 97 und des Empfangsfilters 98 durch einen strukturellen Basisabschnitt oder durch Kaskadenschaltung von drei oder mehr strukturellen Basisabschnitten gebildet wird.
Jeder Dünnschicht-Piezoresonator hat eine piezoelektrische Dünnschicht mit piezoelektrischen Eigenschaften und zwei Anregungselektroden, die an entgegengesetzten Oberflächen der piezoelektrischen Dünnschicht zum Anlegen einer Anregungsspannung an die piezoelektrische Dünnschicht angeordnet sind. Die spezielle Konfiguration des Dünnschicht-Piezoresonators wird später ausführlich beschrieben.
Mit Bezug auf 3A und 3B wird die Frequenzkennlinie von jedem Piezoresonanzfilter entsprechend diesem Ausführungsbeispiel beschrieben. 3A zeigt konzeptionell die Impedanz-Frequenzkennlinie von seriell geschalteten Resonatoren 21 (bei denen die Bezugszahl 21 die Bezugszahlen 21T und 21R darstellt) und parallel geschalteten Resonatoren 22 (bei denen die Bezugszahl 22 die Bezugszahlen 22T und 22R darstellt). In 3A kennzeichnet die Bezugszahl 25 die Impedanz-Frequenzkennlinie der seriell geschalteten Resonatoren 21, wobei 26 die Impedanz-Frequenzkennlinie der parallel geschalteten Resonatoren 22 kennzeichnet. 3B zeigt konzeptionell die Ausgangssignalpegel-Frequenzkennlinie des Piezoresonanzfilters in dem Fall, wo ein Signal mit einem vorgegebenen Pegel in den Piezoresonanzfilter eingegeben wird.
In diesem Ausführungsbeispiel werden gemäß 3A und 3B die Resonanzfrequenz f_rs von jedem seriell geschalteten Resonator 21 und die Parallelresonanzfrequenz f_ap von jedem parallel geschalteten Resonator 22 so angeordnet, dass sie mit der Mittelfrequenz f₀ eines erforderlichen Durchlassbandes 27 des Piezoresonanzfilters zusammenfallen. Der parallel geschaltete Resonator 22 weist ein niederfrequentes Dämpfungsextremum 29 auf, wobei der seriell geschaltete Resonator 21 ein hochfrequentes Dämpfungsextremum 28 aufweist. Das heißt, die Resonanzfrequenz f_rp des parallel geschalteten Resonators 22 fällt mit einer Frequenz zusammen, bei der das niederfrequente Dämpfungsextremum 29 auftritt, wogegen die Parallelresonanzfrequenz f_as des seriell geschalteten Resonators 21 mit einer Frequenz zusammen fällt, bei der das hochfrequente Dämpfungsextremum 28 auftritt. In 3A und 3B ist das Durchlassband 27 des Piezoresonanzfilters als ein Frequenzbereich von der Resonanzfrequenz f_rp des parallel geschalteten Resonators 22 zur Parallelresonanzfrequenz f_as des seriell geschalteten Resonators 21 definiert.
Wie anhand von 3A und 3B offensichtlich wird, hängt das Durchlassband 27 des Piezoresonanzfilters von den Resonanzfrequenzen (einschließlich den Parallelresonanzfrequenzen) der Resonatoren 21 und 22 ab. Wenn die Resonanzfrequenzen der Resonatoren 21 und 22 entsprechend der Temperaturänderung schwanken, schwankt aus diesem Grund das Durchlassband 27 des Piezoresonanzfilters entsprechend der Temperaturänderung.
Mit Bezug auf 6 wird die Temperaturkennlinie an der Resonanzfrequenz eines Dünnschicht-Piezoresonators beschrieben, der jeweils die Resonatoren 21 und 22 bildet. 6 zeigt konzeptionell eine Impedanz-Frequenzkennlinie des Dünnschicht-Piezoresonators. In 6 drückt f_r die Resonanzfrequenz des Dünnschicht-Piezoresonators aus, wobei f_a die Parallelresonanzfrequenz des Dünnschicht-Piezoresonators ausdrückt. Wenn keine Messung vorgenommen wird, werden die Frequenzen f_r und f_a des Dünnschicht-Piezoresonators entsprechend der Temperaturänderung zu einer hochfrequenten Seite oder einer niederfrequenten Seite verschoben. Die Änderungsrate der Resonanzfrequenz gemäß der Temperaturänderung wird als Temperaturkoeffizient der Resonanzfrequenz bezeichnet. Wenn die Resonanzfrequenz zu einer hochfrequenten Seite entsprechend dem Temperaturanstieg verschoben wird, hat der Temperaturkoeffizient der Resonanzfrequenz einen positiven Wert. Wenn die Resonanzfrequenz zu einer niederfrequenten Seite entsprechend dem Temperaturanstieg verschoben wird, hat der Temperaturkoeffizient der Resonanzfrequenz einen negativen Wert.
Der Temperaturkoeffizient der Resonanzfrequenz hängt vom Temperaturkoeffizienten einer Elastizitätskonstante des Materials einer Dünnschicht zum Bilden eines Vibrationsabschnitts des Dünnschicht-Piezoresonators ab. Dies wird unten ausführlich beschrieben. Wenn ν die Geschwindigkeit der Welle ist, die sich durch die Dünnschicht ausbreitet, das heißt Schallgeschwindigkeit, ist λ die Wellenlänge der Welle und f die Frequenz der Welle, wobei diese Variablen ein Verhältnis haben, das durch die folgende Formel (1) angegeben wird. ν = fλ (1)
Man nehme weiterhin an, dass k die Elastizitätskonstante des Materials der Dünnschicht und ρ die Dichte des Materials der Dünnschicht ist. Diese k und ρ und die Schallgeschwindigkeit ν haben das mit der folgenden Formel (2) angegebene Verhältnis. ν = √(k/ρ) (2)
Die folgende Formel (3) kann man auf der Basis der Formeln (1) und (2) erhalten. f = (1/λ)√(k/p) (3)
Es ist anhand der Formel (3) offensichtlich, dass die Frequenz f proportional zu einer Quadratwurzel der Elastizitätskonstante k ist. Andererseits hängt die Elastizitätskonstante von der Temperatur ab. Wenn der Temperaturkoeffizient der Elastizitätskonstante einen positiven Wert hat, hat auch der Temperaturkoeffizient der Resonanzfrequenz einen positiven Wert. Wenn im Gegensatz dazu der Temperaturkoeffizient der Elastizitätskonstante einen negativen Wert hat, hat auch der Temperaturkoeffizient der Resonanzfrequenz einen negativen Wert.
Die Elastizitätskonstante und der Temperaturkoeffizient der Elastizitätskonstante sind Werte, die einer Substanz eigen sind. Zum Beispiel wurde im Patentdokument 2 beschrieben, dass "der Temperaturkoeffizient der elastischen Steifheit C₃₃ ^E in ZnO und Si negativ und in SiO₂ positiv ist". Auf diese Weise sind ZnO und SiO₂ bezüglich des Plus-/Minuszeichens des Temperaturkoeffizienten der elastischen Steifheit C₃₃ ^E, der eine Elastizitätskonstante ist, zueinander umgekehrt. Wenn dementsprechend zum Beispiel das Material der piezoelektrischen Dünnschicht im Dünnschicht-Piezo resonator ZnO ist, kann eine aus SiO₂ hergestellte Temperaturabgleichungsschicht bereitgestellt werden, so dass veranlasst werden kann, dass der Temperaturkoeffizient der Resonanzfrequenz des Dünnschicht-Piezoresonators annähernd Null ist.
Obwohl die Temperaturkennlinie der Resonanzfrequenz des Dünnschicht-Piezoresonators auf der Basis der Temperaturabhängigkeit der Elastizitätskonstante des Materials der Dünnschicht dargestellt wird, kann sie auch auf der Basis der Differenz zwischen Wärmeausdehnungskoeffizienten einer Vielzahl von Schichten zum Bilden des Dünnschicht-Piezoresonators dargestellt werden.
Im Piezoresonanzfilter gemäß diesem Ausführungsbeispiel, das heißt, jeweils im Sendefilter 97 und im Empfangsfilter 98 hat wenigstens die Gruppe der seriell geschalteten Resonatoren 21 oder die Gruppe der parallel geschalteten Resonatoren 22 eine Temperaturabgleichungsschicht, so dass veranlasst werden kann, dass die Änderungsrate der Resonanzfrequenz entsprechend der Temperaturänderung annähernd Null ist. Die Temperaturabgleichungsschicht ist aus einem Material mit einem Temperaturkoeffizienten einer Elastizitätskonstante hergestellt, die bezüglich des Plus-/Minuszeichens zum Temperaturkoeffizienten der Elastizitätskonstante des Materials der piezoelektrischen Dünnschicht umgekehrt ist. In diesem Ausführungsbeispiel unterscheidet sich die Dicke der Temperaturabgleichungsschicht in jedem seriell geschalteten Resonator 21 von der Dicke der Temperaturabgleichungsschicht in jedem parallel geschalteten Resonator 22. Infolgedessen unterscheiden sich im Piezoresonanzfilter gemäß diesem Ausführungsbeispiel die Frequenz, bei der das niederfrequente Dämpfungsextremum 29 auftritt, und die Frequenz, bei der das hochfrequente Dämpfungsextremum 28 auftritt, voneinander in der Änderungsrate der Frequenz entsprechend der Temperaturänderung. Im Übrigen kann in diesem Ausführungsbeispiel entweder die Dicke der Temperaturabgleichungsschicht in jedem seriell geschalteten Resonator 21 oder die Dicke der Temperaturabgleichungsschicht in jedem parallel geschalteten Resonator 22 Null sein. Mit anderen Worten, eine der Gruppen der seriell geschalteten Resonatoren 21 und der Gruppen der parallel geschalteten Resonatoren 22 muss keine Temperaturabgleichungsschicht haben.
Als Nächstes wird ein Beispiel einer Konfiguration des Dünnschicht-Piezoresonators in diesem Ausführungsbeispiel mit Bezug auf 7 beschrieben. 7 ist eine Schnittansicht des Dünnschicht-Piezoresonators gemäß diesem Ausführungsbeispiel. Der Dünnschicht-Piezoresonator gemäß 7 enthält ein Substrat 11, eine untere Sperrschicht 12, die so angeordnet ist, dass sie an eine untere Oberfläche des Substrats 11 angrenzt, eine obere Sperrschicht 13, die so angeordnet ist, dass sie an eine obere Oberfläche des Substrats 11 angrenzt, und eine Temperaturabgleichungsschicht 20, die so angeordnet ist, dass sie an eine obere Oberfläche der oberen Sperrschicht 13 angrenzt. Der Dünnschicht-Piezoresonator enthält ferner eine untere Elektrode 14, die auf der Temperaturabgleichungsschicht 20 angeordnet ist, eine piezoelektrische Dünnschicht 15, die auf der unteren Elektrode 14 angeordnet ist, und eine obere Elektrode 16, die auf der piezoelektrischen Dünnschicht 15 angeordnet ist.
Das Substrat 11 ist zum Tragen weiterer Bestandteile des Dünnschicht-Piezoresonators vorgesehen. Das Substrat 11 ist mit einer Aushöhlung 11a versehen. Zum Beispiel wird ein Si-Substrat als das Substrat 11 verwendet.
Die untere Sperrschicht 12 wird als eine Maske zum Bilden der Aushöhlung 11a im Substrat 11 verwendet. Daher ist in der unteren Sperrschicht 12 und an einer Stelle, die der Aushöhlung 11a entspricht, ein Öffnungsabschnitt 12a ausgebildet. Zum Beispiel wird Siliziumnitrid (SiN_X) als das Material der unteren Sperrschicht 12 verwendet.
Die obere Sperrschicht 13 ist eine elektrisch isolierende Schicht, durch die das Substrat 11 und die Temperaturabgleichungsschicht 20 voneinander getrennt sind. Zum Beispiel wird Siliziumnitrid (SiN_X) als das Material der oberen Sperrschicht 13 verwendet.
Die Temperaturabgleichungsschicht 20 ist aus einem Material mit einem Temperaturkoeffizienten einer Elastizitätskonstante hergestellt, die bezüglich des Plus-/Minuszeichens zum Temperaturkoeffizienten einer Elastizitätskonstante des Materials der piezoelektrischen Dünnschicht 15 umgekehrt ist. Zum Beispiel wird Siliziumdioxid (SiO₂) als das Material der Temperaturabgleichungsschicht 20 verwendet. Im Übrigen muss, wie oben beschrieben ist, in diesem Ausführungsbeispiel eine der Gruppen der seriell geschalteten Resonatoren 21 und der parallel geschalteten Resonatoren 22 nicht die Temperaturabgleichungsschicht 20 aufweisen.
Die piezoelektrische Dünnschicht 15 ist eine Dünnschicht mit piezoelektrischen Eigenschaften. Zum Beispiel wird ZnO als das Material der piezoelektrischen Dünnschicht 15 verwendet. Die untere Elektrode 14 und die obere Elektrode 16 bestehen jeweils hauptsächlich aus Metall. Zum Beispiel wird Pt als das Material der unteren Elektrode 14 verwendet, wogegen Al als das Material der oberen Elektrode 16 verwendet wird.
Die obere Elektrode 16 ist an einer Stelle angeordnet, die der Aushöhlung 11a des Substrats 11 entspricht. Demzufolge befinden sich die untere Elektrode 14 und die obere Elektrode 16 mit Bezug auf die piezoelektrische Dünnschicht 15 entgegengesetzt zueinander.
Obwohl 7 den Fall zeigt, wo die Aushöhlung 11a im Substrat 11 beispielhaft ausgebildet ist, kann ein Hohlraum in der oberen Oberfläche des Substrats 11 ausgebildet sein, so dass ein Raum zwischen der oberen Sperrschicht 13 und dem Substrat 11 ausgebildet ist.
Obwohl 7 den Fall zeigt, wo die Temperaturabgleichungsschicht 20 auf der oberen Sperrschicht 13 beispielhaft angeordnet ist, kann die Temperaturabgleichungsschicht 20 zwischen der oberen Elektrode 16 und der piezoelektrischen Dünnschicht 15 oder auf der oberen Elektrode 16 angeordnet sein.
Als Nächstes wird die Funktionsweise des Duplexers 90 mit Piezoresonanzfiltern gemäß diesem Ausführungsbeispiel beschrieben. Im Duplexer 90 lässt der Sendefilter 97 ein Sendesignal durch, sperrt aber ein Empfangssignal, wogegen der Empfangsfilter 98 das Empfangssignal durchlässt, aber das Sendesignal sperrt. Der Sendefilter 97 hat eine Frequenzkennlinie, die ein erstes niederfrequentes Dämpfungsextremum 111 und ein erstes hochfrequentes Dämpfungsextremum 112 aufweist, die an entgegengesetzten Seiten eines vorgegebenen ersten Durchlassbandes angeordnet sind. Der Empfangsfilter 98 hat eine Frequenzkennlinie, die ein zweites niederfrequentes Dämpfungsextremum 121 und ein zweites hochfrequentes Dämpfungsextremum 122 aufweist, die an entgegengesetzten Seiten eines zweiten Durchlassbandes angeordnet sind, das sich vom ersten Durchlassband unterscheidet.
Jeder der Filter 97 und 98 hat seriell geschaltete Resonatoren 21 und parallel geschaltete Resonatoren 22 zum Bilden einer leiterartigen Filterschaltung. Die seriell geschalteten Resonatoren 21 weisen die hochfrequenten Dämpfungsextrema auf, wogegen die parallel geschalteten Resonatoren 22 die niederfrequenten Dämpfungsextrema aufweisen.
In jedem der Resonatoren 21 und 22 wird eine hochfrequente Anregungsspannung zwischen der unteren Elektrode 14 und der oberen Elektrode 16 angelegt. Die hochfrequente Anregungsspannung wird an die piezoelektrische Dünnschicht 15 angelegt. Infolgedessen wird ein Abschnitt angeregt, der Teil der piezoelektrischen Dünnschicht 15 ist und der zwischen der unteren Elektrode 14 und der oberen Elektrode 16 angeordnet ist, so dass eine Längswelle, die in der Richtung der Dicke der piezoelektrischen Dünnschicht fortschreitet, in diesem Abschnitt erzeugt wird. Dieser Abschnitt schwingt mit, wenn die Frequenz der Anregungsspannung eine erforderliche Resonanzfrequenz ist.
Im Übrigen unterscheidet sich, wie oben beschrieben ist, in diesem Ausführungsbeispiel die Dicke der Temperaturabgleichungsschicht 20 in jedem seriell geschalteten Resonator 21 von der Dicke der Temperaturabgleichungsschicht 20 in jedem parallel geschalteten Resonator 22. Als Nächstes wird die Dicke der Temperaturabgleichungsschicht 20 ausführlich beschrieben, wobei der Fall, wo der Duplexer 90 eine Frequenzkennlinie gemäß 5 hat, als ein Beispiel genommen wird.
Zunächst ist im Sendefilter 97 die Dicke der Temperaturabgleichungsschicht 20 in jedem seriell geschalteten Resonator 21T größer als die Dicke der Temperaturabgleichungsschicht 20 in jedem parallel geschalteten Resonator 22T. Die Dicke der Temperaturabgleichungsschicht 20 in jedem seriell geschalteten Resonator 21T wird so ausgewählt, dass veranlasst wird, dass der Temperaturkoeffizient der Resonanzfrequenz des seriell geschalteten Resonators 21T annähernd Null ist. Die Dicke der Temperaturabgleichungsschicht 20 in jedem parallel geschalteten Resonator 22T kann Null sein. Infolgedessen ist in dem Sendefilter 97 der absolute Wert des Temperaturkoeffizienten an einer Frequenz, die unter der Frequenz f₁₁, die das niederfrequente Dämpfungsextremum 111 aufweist, und der Frequenz f₁₂, die das hochfrequente Dämpfungsextremum 112 aufweist, näher am Durchlassband des Empfangsfilters 98 ist, das heißt, an der Frequenz f₁₂, die das hochfrequente Dämpfungsextremum 112 aufweist, kleiner als der absolute Wert des Temperaturkoeffizienten an der anderen Frequenz, das heißt, an der Frequenz f₁₁, die das niederfrequente Dämpfungsextremum 111 aufweist.
Andererseits ist im Empfangsfilter 98 die Dicke der Temperaturabgleichungsschicht 20 in jedem parallel geschalteten Resonator 22R größer als die Dicke der Temperaturabgleichungsschicht 20 in jedem seriell geschalteten Resonator 21R. Die Dicke der Temperaturabgleichungsschicht 20 in jedem parallel geschalteten Resonator 22R wird so ausgewählt, dass veranlasst wird, dass der Temperaturkoeffizient der Resonanzfrequenz von jedem parallel geschalteten Resonator 21R annähernd Null ist. Die Dicke der Temperaturabgleichungsschicht 20 in jedem seriell geschalteten Resonator 21R kann Null sein. Infolgedessen ist in dem Empfangsfilter 98 der absolute Wert des Temperaturkoeffizienten an einer Frequenz, die unter der Frequenz f₂₁, die das niederfrequente Dämpfungsextremum 121 aufweist, und der Frequenz f₂₂, die das hochfrequente Dämpfungsextremum 122 aufweist, näher am Durchlassband des Sendefilters 97 ist, das heißt, an der Frequenz f₂₁, die das niederfrequente Dämpfungsextremum 121 aufweist, kleiner als der absolute Wert des Temperaturkoeffizienten an der anderen Frequenz, das heißt, an der Frequenz f₂₂, die das hochfrequente Dämpfungsextremum 122 aufweist.
In dem Duplexer 90 mit der Frequenzkennlinie gemäß 5 wird besonders die Änderung der Frequenz f₁₂, an der das hochfrequente Dämpfungsextremum 112 im Sendefilter 97 auftritt, und die Änderung der Frequenz f₂₁, an der das niederfrequente Dämpfungsextremum 121 im Empfangsfilter 98 auftritt, zum Problem. Dies liegt daran, dass die Änderungen dieser Frequenzen ein Absinken der Leistung des Duplexers 90 zum Trennen des Sendesignals und des Empfangssignals voneinander verursacht. In diesem Ausführungsbeispiel kann die Temperaturabgleichungsschicht 20 bereitgestellt werden, um die absoluten Werte der Temperaturkoeffizienten an diesen Frequenzen zu verringern.
Andererseits kann die Frequenz f₁₁, an der das niederfrequente Dämpfungsextremum 111 im Sendefilter 97 auftritt, so ausgewählt werden, dass sie um einen bestimmten Grad zur niederfrequenten Seite von der Frequenz am niederfrequenten Seitenende das Frequenzbandes des Sendesignals entfernt ist. In diesem Fall ist es nicht so von Bedeutung, wenn der absolute Wert des Temperaturkoeffizienten an der Frequenz f₁₁ bis zu einem bestimmten Grad groß ist. Ähnlich dazu kann die Frequenz f₂₂, an der das hochfrequente Dämpfungsextremum 122 im Empfangsfilter 98 auftritt, so ausgewählt werden, dass sie um einen bestimmten Grad zur hochfrequenten Seite von der Frequenz am hochfrequenten Seitenende das Frequenzbandes des Empfangssignals entfernt ist. In diesem Fall ist es nicht so von Bedeutung, wenn der absolute Wert des Temperaturkoeffizienten bei der Frequenz f₂₂ bis zu einem bestimmten Grad groß ist.
Dementsprechend ist es in diesem Ausführungsbeispiel nicht so von Bedeutung, wenn die Dicke der Temperaturabgleichungsschicht 20 in jedem der parallel geschalteten Resonatoren 22T im Sendefilter 97 oder die Dicke der Temperaturabgleichungsschicht 20 in jedem der seriell geschalteten Resonatoren 21R im Empfangsfilter 98 verringert ist. In diesem Ausführungsbeispiel kann die Dicke der Temperaturabgleichungsschicht 20 in jedem der Resonatoren 22T und 21T verringert sein, so dass dadurch ein Absinken des elektromechanischen Kopplungskoeffizienten von jedem der Resonatoren 22T und 21R verringert wird, das durch die Temperaturabgleichungsschicht 20 verursacht wird. Infolgedessen kann entsprechend diesem Ausführungsbeispiel die Verringerung der Durchlassbandbreite von jedem der Filter 97 und 98, die durch die Temperaturabgleichungsschicht 20 verursacht wird, unterdrückt werden.
Wie oben beschrieben ist, können entsprechend diesem Ausführungsbeispiel Nachteile auf Grund der durch Temperaturänderung verursachten Schwankung im Durchlassband verhindert werden, während die Verringerung der Durchlassbandbreite jeweils vom Sendefilter 97 und vom Empfangsfilter 98 im Duplexer 90 unterdrückt werden kann.
Als Nächstes wird ein Beispiel eines Verfahrens zur Herstellung eines Piezoresonanzfilters mit Dünnschicht-Piezoresonatoren beschrieben, die jeweils die Konfiguration gemäß 7 haben. In diesem Beispiel wird ein Si-Substrat mit einer Oberfläche, die als eine (100)-Fläche zugeschnitten und poliert ist, als das Substrat 11 verwendet. Eine 200 nm dicke Siliziumnitrid-Schicht (SiN_X) wird jeweils auf der oberen (vorderen) und unteren (hinteren) Oberfläche des Substrats 11 durch ein chemisches Aufdampfungsverfahren (chemical vapor deposition – CVD) ausgebildet. Die auf der oberen Oberfläche des Substrats 11 ausgebildete Siliziumnitrid-Schicht dient als die obere Sperrschicht 13. Die auf der unteren Oberfläche des Substrats 11 ausgebildete Siliziumnitrid-Schicht dient als die untere Sperrschicht 12.
Dann wird ein Öffnungsabschnitt 12a in der unteren Sperrschicht 12 durch reaktives lonenätzen ausgebildet. Die untere Sperrschicht 12 dient als eine Maske, die zum Bilden der Aushöhlung 11a im Substrat 11 durch Ätzen verwendet wird.
Danach wird eine Temperaturabgleichungsschicht 20 aus SiO₂ auf der oberen Sperrschicht 13 durch ein Sputterverfahren und ein Ablöseverfahren gebildet. Das in diesem Beispiel verwendete Ablöseverfahren beinhaltet die Schritte: Bilden einer Maske auf einer Grundierung durch Fotolithografie, Bilden eine Dünnschicht auf der ganzen Oberfläche der mit der Maske bedeckten Grundierung durch ein Sputterverfahren und Ablösen der Maske.
In diesem Beispiel wird die Temperaturabgleichungsschicht 20 in der folgenden Weise so ausgebildet, dass die Temperaturabgleichungsschicht 20 in jedem der seriell geschalteten Resonatoren 21 300 nm dick ist, wogegen die Temperaturabgleichungsschicht 20 in jedem der parallel geschalteten Resonatoren 22 50 nm dick ist. Das heißt, in diesem Beispiel wird eine erste 50 nm dicke SiO₂-Schicht auf der gan zen oberen Oberfläche der oberen Sperrschicht 13 durch ein Sputterverfahren gebildet. Daraufhin wird eine zweite 250 nm dicke SiO₂-Schicht auf einem Bereich der ersten SiO₂-Schicht, in der jeder seriell geschaltete Resonator gebildet wird, durch ein Ablöseverfahren ausgebildet.
Dann wird eine 150 nm dicke untere Elektrode 14 aus Pt auf der Temperaturabgleichungsschicht 20 durch ein Vakuum-Aufdampfungsverfahren und ein Trockenätzverfahren gebildet.
Danach wird eine 800 nm dicke Dünnschicht 15 aus ZnO auf der unteren Elektrode 14 durch ein Sputterverfahren gebildet.
Daraufhin wird eine obere Elektrode 16 aus Al auf der piezoelektrischen Dünnschicht 15 durch ein Sputterverfahren und ein Nassätzverfahren gebildet. In diesem Beispiel werden die Dicke der oberen Elektrode 16 in jedem seriell geschalteten Resonator 21 und die Dicke der oberen Elektrode 16 in jedem parallel geschalteten Resonator 22 auf 300 nm bzw. 525 nm eingestellt, so dass sich die Resonanzfrequenz von jedem seriell geschalteten Resonator 21 und die Resonanzfrequenz von jedem parallel geschalteten Resonator 22 voneinander unterscheiden.
Ein Abschnitt, der Teil der piezoelektrischen Dünnschicht 15 ist und der zwischen der unteren Elektrode 14 und der oberen Elektrode 16 angeordnet ist, dient als ein Resonanzabschnitt.
Dann wird das mit der unteren Sperrschicht 12 maskierte Substrat 11 mit KOH von der Seite der unteren Oberfläche (hinteren Oberfläche) geätzt, um eine Aushöhlung 11a zu bilden. Das Substrat 11 als ein Si-Substrat, das so ausgerichtet ist, dass es eine (100)-Fläche hat, wird einem anisotropen Ätzen mit KOH unterzogen. Infolgedessen wird die Aushöhlung 11a, die sich allmählich nach unten aufweitet, im Substrat 11 gebildet.
In diesem Beispiel wird ein Piezoresonanzfilter mit zwei seriell geschalteten Resonatoren 21 und zwei parallel geschalteten Resonatoren 22 hergestellt, um eine leiterar tige Filterschaltung zu bilden. Die Schaltungskonfiguration des Piezoresonanzfilters ist eine Konfiguration, die man durch Entfernen des zweiten und des vierten seriell geschalteten Resonators 21T von der Schaltung gemäß 1 erhält, oder eine Konfiguration, die man durch Entfernen des ersten und des dritten seriell geschalteten Resonators 21T von der Schaltung gemäß 1 erhält.
8 zeigt ein gemessenes Ergebnis einer Frequenzkennlinie des durch das Herstellungsverfahren gebildeten Piezoresonanzfilters. In 8 zeigt die durchgehende Linie eine Frequenzkennlinie des Piezoresonanzfilters bei –20°C, wobei die unterbrochene Linie eine Frequenzkennlinie des Piezoresonanzfilters bei 80°C zeigt. Bei diesem gemessenen Ergebnis beträgt der Temperaturkoeffizient an der Frequenz, wo das niederfrequente Dämpfungsextremum auftritt, –55 ppm/°C, wogegen der Temperaturkoeffizient an der Frequenz, wo das hochfrequente Dämpfungsextremum auftritt, –45 ppm/°C beträgt. Es ist anhand des Ergebnisses in diesem Beispiel offensichtlich, dass sich der Temperaturkoeffizient an der Frequenz, wo das niederfrequente Dämpfungsextremum auftritt, und der Temperaturkoeffizient an der Frequenz, wo das hochfrequente Dämpfungsextremum auftritt, voneinander unterscheiden können.
Ein Piezoresonanzfilter wird außerdem in dem gleichen Zustand wie im zuvor erwähnten Beispiel hergestellt, außer dass die Temperaturabgleichungsschicht 20 nicht zwischen der oberen Sperrschicht 13 und der unteren Elektrode 14, sondern zwischen der oberen Elektrode 16 und der piezoelektrischen Dünnschicht 15 oder auf der oberen Elektrode 16 angeordnet ist. Die Frequenzkennlinie des Piezoresonanzfilters wird so gemessen, dass sie annähernd der gemäß 8 entspricht.
Als Nächstes wird ein weiteres Beispiel der Konfigurationen des Dünnschicht-Piezoresonators in diesem Ausführungsbeispiel mit Bezug auf 9 beschrieben. In dem Beispiel gemäß 9 enthält der Dünnschicht-Piezoresonator ein Substrat 11, einen akustischen mehrschichtigen Film 23, der auf dem Substrat 11 angeordnet ist, eine untere Elektrode 14, die auf dem akustischen mehrschichtigen Film 23 angeordnet ist, eine piezoelektrische Dünnschicht 15, die auf der unteren Elektrode 14 angeordnet ist, eine Temperaturabgleichungsschicht 20, die auf der piezoelektrischen Dünn schicht 15 angeordnet ist, und eine obere Elektrode 16, die auf der Temperaturabgleichungsschicht 20 angeordnet ist. Der akustische mehrschichtige Film 23 besteht aus einem Laminat, das in einer solchen Weise gebildet wird, dass Schichten 23A, die jeweils aus einem Material mit hoher akustischer Impedanz wie AlN bestehen, und Schichten 23B, die jeweils aus einem Material mit geringer akustischer Impedanz wie SiO₂ bestehen, wechselweise laminiert werden.
Die Materialien der unteren Elektrode 14, der piezoelektrischen Dünnschicht 15, der Temperaturabgleichungsschicht 20 und der oberen Elektrode 16 sind die gleichen wie jene im Dünnschicht-Piezoresonator mit der Konfiguration gemäß 7.
Wenn ein Material wie SiO₂ mit einem Temperaturkoeffizienten einer Elastizitätskonstante, die bezüglich des Plus-/Minuszeichens zum Temperaturkoeftizienten der Elastizitätskonstante des Materials der piezoelektrischen Dünnschicht 15 umgekehrt ist, als das Material der Schicht 23B im Dünnschicht-Piezoresonator in der Konfiguration gemäß 9 verwendet wird, hat die Schicht 23B eine Funktion, zu veranlassen, dass der Temperaturkoeffizient der Resonanzfrequenz des Dünnschicht-Piezoresonators annähernd Null ist. In diesem Fall kann die Schicht 23B als eine andere Temperaturabgleichungsschicht wie die Temperaturabgleichungsschicht 20 angesehen werden. Das heißt, es kann gesagt werden, dass die Schicht 23B auch als Teil der Temperaturabgleichungsschicht dient. Demzufolge kann veranlasst werden, wenn der Dünnschicht-Piezoresonator mit der Konfiguration gemäß 9 verwendet wird, dass der Temperaturkoeffizient der Resonanzfrequenz näher an Null ist.
Als Nächstes wird ein Beispiel eines Verfahrens zur Herstellung eines Piezoresonanzfilters mit Dünnschicht-Piezoresonatoren beschrieben, die jeweils die Konfiguration gemäß 9 haben. In diesem Beispiel wird ein Si-Substrat mit einer Oberfläche, die als eine (100)-Fläche zugeschnitten und poliert ist, als das Substrat 11 verwendet. Vier AlN-Schichten, die jeweils eine Dicke von 1,4 μm haben, um vier SiO₂-Schichten, die jeweils eine Dicke von 0,8 μm haben, werden abwechselnd auf dem Substrat 11 durch ein Sputterverfahren laminiert, um einen akustischen mehrschichtigen Film 23 mit insgesamt acht Schichten zu bilden.
Dann wird eine 150 nm dicke untere Elektrode 14 aus Pt auf dem akustischen mehrschichtigen Film 23 durch ein Vakuum-Aufdampfungsverfahren und ein Trockenätzverfahren gebildet.
Danach wird eine 800 nm dicke piezoelektrische Dünnschicht 15 aus ZnO auf der unteren Elektrode 14 durch ein Sputterverfahren gebildet.
Daraufhin wird eine Temperaturabgleichungsschicht 20 aus SiO₂ auf der piezoelektrischen Dünnschicht 15 gebildet. In diesem Beispiel werden die Dicke der Temperaturabgleichungsschicht 20 in jedem seriell geschalteten Resonator 21 und die Dicke der Temperaturabgleichungsschicht 20 in jedem parallel geschalteten Resonator 22 auf 300 nm bzw. 50 nm eingestellt. Das Verfahren zum Ausbilden der Temperaturabgleichungsschicht 20 ist das gleiche wie das Verfahren zum Ausbilden der Temperaturabgleichungsschicht 20 im Dünnschicht-Piezoresonator mit der Konfiguration gemäß 7.
Dann wird eine obere Elektrode 16 aus Al auf der Temperaturabgleichungsschicht 20 durch ein Sputterverfahren und ein Nassätzverfahren gebildet. In diesem Beispiel werden die Dicke der oberen Elektrode 16 in jedem seriell geschalteten Resonator 21 und die Dicke der oberen Elektrode 16 in jedem parallel geschalteten Resonator 22 auf 300 nm bzw. 525 nm eingestellt, so dass sich die Resonanzfrequenz von jedem seriell geschalteten Resonator 21 und die Resonanzfrequenz von jedem parallel geschalteten Resonator 22 voneinander unterscheiden.
In diesem Beispiel wird ein Piezoresonanzfilter mit zwei seriell geschalteten Resonatoren 21 und zwei parallel geschalteten Resonatoren 22 hergestellt, um eine leiterartige Filterschaltung zu bilden. Die Schaltungskonfiguration des Piezoresonanzfilters ist eine Konfiguration, die man durch Entfernen des zweiten und des vierten seriell geschalteten Resonators 21T von der Schaltung gemäß 1 erhält, oder eine Konfiguration, die man durch Entfernen des ersten und des dritten seriell geschalteten Resonators 21T von der Schaltung gemäß 1 erhält.
Daraufhin wird die Frequenzkennlinie des durch das zuvor erwähnte Herstellungsverfahren gebildeten Piezoresonanzfilters gemessen. Als ein Ergebnis der Messung beträgt der Temperaturkoeffizient an der Frequenz, wo das niederfrequente Dämpfungsextremum auftritt, –34 ppm/°C, wogegen der Temperaturkoeffizient an einer Frequenz, wo das hochfrequente Dämpfungsextremum auftritt, –24 ppm/°C beträgt. Bei dem Ergebnis der Messung in diesem Beispiel ist der absolute Wert des Temperaturkoeffizienten im Vergleich mit dem Ergebnis der Messung in einem Piezoresonanzfilter mit Dünnschicht-Piezoresonatoren, die jeweils die Konfiguration gemäß 7 haben, verringert. Man stellt sich vor, dass dies daran liegt, dass die SiO₂-Schichten in dem akustischen mehrschichtigen Film 23 in diesem Beispiel als Teil der Temperaturabgleichungsschicht dienen.
Obwohl 9 den Fall zeigt, wo die Temperaturabgleichungsschicht 20 zwischen der piezoelektrischen Dünnschicht 15 und der oberen Elektrode 16 angeordnet ist, kann die Temperaturabgleichungsschicht 20 auf der oberen Elektrode 16 angeordnet sein. Des Weiteren wird ein Piezoresonanzfilter in dem gleichen Zustand wie im zuvor erwähnten Beispiel hergestellt, außer dass die Temperaturabgleichungsschicht 20 auf der oberen Elektrode 16 angeordnet ist. Die Frequenzkennlinie des Piezoresonanzfilters wird so gemessen, dass sie annähernd der in der Konfiguration gemäß 9 entspricht.
Die Erfindung ist nicht auf das zuvor erwähnte Ausführungsbeispiel beschränkt, wobei aber verschiedene Modifikationen vorgenommen werden können. Zum Beispiel ist der erfindungsgemäße Piezoresonanzfilter in dem Fall, in dem veranlasst werden muss, dass die Frequenzänderungsrate entsprechend der Temperaturänderung an der Frequenz, wo das niederfrequente Dämpfungsextremum auftritt, oder der Frequenz, wo das hochfrequente Dämpfungsextremum auftritt, annähernd Null ist, sowie in dem Fall wirksam, in dem der Piezoresonanzfilter jeweils als Sendefilter und Empfangsfilter im Duplexer verwendet wird.
Wie oben beschrieben ist, unterscheidet sich in dem Piezoresonanzfilter die Frequenzänderungsrate entsprechend der Temperaturänderung an der ersten Frequenz, wo das niederfrequente Dämpfungsextremum auftritt, von der Frequenzände rungsrate entsprechend der Temperaturänderung an der zweiten Frequenz, wo das hochfrequente Dämpfungsextremum auftritt. Dementsprechend ist die Erfindung beim Verhindern von Nachteilen wirksam, die durch Schwankungen im Durchlassband des Filters gemäß der Temperaturänderung verursacht werden, während die Verringerung der Breite des Durchlassbandes unterdrückt wird.
Des Weiteren kann jeder der Dünnschicht-Piezoresonatoren einen akustischen mehrschichtigen Film mit einer Vielzahl von Schichten enthalten, die sich in der akustischen Impedanz unterscheiden und die auf einer Oberfläche von einer der Anregungselektroden angeordnet sind, die zu der piezoelektrischen Dünnschicht entgegengesetzt sind, so dass die Anregungselektrode zwischen dem akustischen mehrschichtigen Film und der piezoelektrischen Dünnschicht eingelegt ist, wobei ein Teil der Vielzahl von Schichten in dem akustischen mehrschichtigen Film als Teil der Temperaturabgleichungsschicht dient. Demzufolge ist die Erfindung wirksam, um zu veranlassen, dass die Änderungsrate der Resonanzfrequenz entsprechend der Temperaturänderung näher an Null ist.
In dem Duplexer gemäß der vorliegenden Erfindung hat der Sendefilter ein erstes Durchlassband, das auf der Basis des ersten niederfrequenten Dämpfungsextremum und des ersten hochfrequenten Dämpfungsextremum festgelegt wird. Andererseits hat der Empfangsfilter ein zweites Durchlassband, das auf der Basis des zweiten niederfrequenten Dämpfungsextremum und des zweiten hochfrequenten Dämpfungsextremum festgelegt wird. Die Frequenzänderungsrate gemäß einer Temperaturänderung an einer Frequenz, die unter der Frequenz, wo das erste niederfrequente Dämpfungsextremum auftritt, und der Frequenz, wo das erste hochfrequente Dämpfungsextremum auftritt, näher am zweiten Durchlassband ist, ist niedriger als die Frequenzänderungsrate gemäß einer Temperaturänderung an der anderen Frequenz. Dementsprechend ist die Erfindung beim Verhindern von Nachteilen wirksam, die durch Schwankungen im Durchlassband des Sendefilters entsprechend der Temperaturänderung verursacht werden, während die Verringerung der Breite des Durchlassbandes des Sendefilters unterdrückt wird.
Des Weiteren kann jeder der Dünnschicht-Piezoresonatoren einen akustischen mehrschichtigen Film mit einer Vielzahl von Schichten enthalten, die sich in der akustischen Impedanz unterscheiden und die auf einer Oberfläche von einer der Anregungselektroden angeordnet sind, die zu der piezoelektrischen Dünnschicht entgegengesetzt sind, so dass die Anregungselektrode zwischen dem akustischen mehrschichtigen Film und der piezoelektrischen Dünnschicht eingelegt ist, wobei ein Teil der Vielzahl von Schichten in dem akustischen mehrschichtigen Film als Teil der Temperaturabgleichungsschicht dient. Demzufolge ist die Erfindung wirksam, um zu veranlassen, dass die Änderungsrate der Resonanzfrequenz entsprechend der Temperaturänderung näher an Null ist.
In dem Duplexer gemäß der vorliegenden Erfindung hat der Sendefilter ein erstes Durchlassband, das auf der Basis des ersten niederfrequenten Dämpfungsextremum und des ersten hochfrequenten Dämpfungsextremum festgelegt wird. Andererseits hat der Empfangsfilter ein zweites Durchlassband, das auf der Basis des zweiten niederfrequenten Dämpfungsextremum und des zweiten hochfrequenten Dämpfungsextremum festgelegt wird. Die Frequenzänderungsrate gemäß einer Temperaturänderung an einer Frequenz, die unter der Frequenz, wo das zweite niederfrequente Dämpfungsextremum auftritt, und der Frequenz, wo das zweite hochfrequente Dämpfungsextremum auftritt, näher am ersten Durchlassband ist, ist niedriger als die Frequenzänderungsrate gemäß einer Temperaturänderung an der anderen Frequenz. Dementsprechend ist die Erfindung beim Verhindern von Nachteilen wirksam, die durch Schwankungen im Durchlassband des Empfangsfilters entsprechend der Temperaturänderung verursacht werden, während die Verringerung der Breite des Durchlassbandes des Empfangsfilters unterdrückt wird.
Des Weiteren kann jeder der Dünnschicht-Piezoresonatoren einen akustischen mehrschichtigen Film mit einer Vielzahl von Schichten enthalten, die sich in der akustischen Impedanz unterscheiden und die auf einer Oberfläche von einer der Anregungselektroden angeordnet sind, die zu der piezoelektrischen Dünnschicht entgegengesetzt sind, so dass die Anregungselektrode zwischen dem akustischen mehrschichtigen Film und der piezoelektrischen Dünnschicht eingelegt ist, wobei ein Teil der Vielzahl von Schichten in dem akustischen mehrschichtigen Film als Teil der Temperaturabgleichungsschicht dient. Demzufolge ist die Erfindung wirksam, um zu veranlassen, dass die Änderungsrate der Resonanzfrequenz entsprechend der Temperaturänderung näher an Null ist.
In dem Duplexer gemäß der vorliegenden Erfindung hat der Sendefilter ein erstes Durchlassband, das auf der Basis des ersten niederfrequenten Dämpfungsextremum und des ersten hochfrequenten Dämpfungsextremum festgelegt wird. Andererseits hat der Empfangsfilter ein zweites Durchlassband, das auf der Basis des zweiten niederfrequenten Dämpfungsextremum und des zweiten hochfrequenten Dämpfungsextremum festgelegt wird. Die Frequenzänderungsrate gemäß einer Temperaturänderung an einer Frequenz, die unter der Frequenz, wo das erste niederfrequente Dämpfungsextremum auftritt, und der Frequenz, wo das erste hochfrequente Dämpfungsextremum auftritt, näher am zweiten Durchlassband ist, ist niedriger als die Frequenzänderungsrate gemäß einer Temperaturänderung an der anderen Frequenz. Die Frequenzänderungsrate gemäß einer Temperaturänderung an einer Frequenz, die unter der Frequenz, wo das zweite niederfrequente Dämpfungsextremum auftritt, und der Frequenz, wo das zweite hochfrequente Dämpfungsextremum auftritt, näher am ersten Durchlassband ist, ist niedriger als die Frequenzänderungsrate gemäß einer Temperaturänderung an der anderen Frequenz. Dementsprechend ist die Erfindung beim Verhindern von Nachteilen wirksam, die durch Schwankungen im Durchlassband jeweils des Empfangsfilters und des Sendefilters entsprechend der Temperaturänderung verursacht werden, während die Verringerung der Breite des Durchlassbandes jeweils des Sendefilters und des Empfangsfilters unterdrückt wird.
Des Weiteren kann jeder der Dünnschicht-Piezoresonatoren einen akustischen mehrschichtigen Film mit einer Vielzahl von Schichten enthalten, die sich in der akustischen Impedanz unterscheiden und die auf einer Oberfläche von einer der Anregungselektroden angeordnet sind, die zu der piezoelektrischen Dünnschicht entgegengesetzt sind, so dass die Anregungselektrode zwischen dem akustischen mehrschichtigen Film und der piezoelektrischen Dünnschicht eingelegt ist, wobei ein Teil der Vielzahl von Schichten in dem akustischen mehrschichtigen Film als Teil der Temperaturabgleichungsschicht dient. Demzufolge ist die Erfindung wirksam, um zu veranlassen, dass die Änderungsrate der Resonanzfrequenz entsprechend der Temperaturänderung näher an Null ist.

Claims

Duplexer (90), der mit einer Antenne verbunden ist, umfassend: einen Sendefilter (97) zum Durchlassen eines Sendesignals aber zum Sperren eines Empfangssignals, wobei der Sendefilter (97) eine Frequenzkennlinie (110) umfasst, die ein erstes niederfrequentes Dämpfungsextremum (111) und ein erstes hochfrequentes Dämpfungsextremum (112) aufweist, die an entgegengesetzten Seiten eines ersten Durchlassbandes angeordnet sind; und einen Empfangsfilter (98) zum Durchlassen des Empfangssignals aber zum Sperren des Sendesignals, wobei der Empfangsfilter (98) eine Frequenzkennlinie (120) umfasst, die ein zweites niederfrequentes Dämpfungsextremum (121) und ein zweites hochfrequentes Dämpfungsextremum (122) aufweist, die an entgegengesetzten Seiten eines zweiten Durchlassbandes angeordnet sind, das sich vom ersten Durchlassband unterscheidet; und wobei der Sendefilter (97) eine Vielzahl von ersten Dünnschicht-Piezoresonatoren (21T, 22T) umfasst, wobei jeder erste Dünnschicht-Piezoresonator (21T, 22T) eine piezoelektrische Dünnschicht (15) mit piezoelektrischen Eigenschaften und ein Paar von Anregungselektroden (14, 16) zum Anlegen einer Anregungsspannung an die piezoelektrische Dünnschicht (15) umfasst, wobei die Anregungselektroden (14, 16) auf entgegengesetzten Flächen der piezoelektrischen Dünnschicht (15) angeordnet sind; dadurch gekennzeichnet, dass der Duplexer (90) so angepasst ist, dass eine Rate einer Frequenzänderung gemäß einer Temperaturänderung an einer Frequenz (f₁₂), die unter einer Frequenz (f₁₁), die das erste niederfrequente Dämpfungsextremum (111) aufweist, und einer Frequenz (f₁₂), die das erste hochfrequente Dämpfungsextremum (112) aufweist, näher am zweiten Durchlassband ist, niedriger als eine Rate einer Frequenzänderung gemäß einer Temperaturänderung an der anderen Frequenz (f₁₁) ist.
Duplexer (90) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vielzahl von ersten Dünnschicht-Piezoresonatoren (21T, 22T) im Sendefilter (97) eine Kombination von zumindest einem ersten seriell geschalteten Resonator (21T) und zumindest einem ersten parallel geschalteten Resonator (22T) sind, die eine leiterartige Filterschaltung bilden; wobei der erste seriell geschaltete Resonator (21T) das erste hochfrequente Dämpfungsextremum (112) aufweist, während der erste parallel geschaltete Resonator (22T) das erste niederfrequente Dämpfungsextremum (111) aufweist; zumindest einer von dem ersten seriell geschalteten Resonator (21T) und dem ersten parallel geschalteten Resonator (22T) eine Temperaturabgleichungsschicht (20) umfasst zum Veranlassen, dass die Rate der Änderung der Resonanzfrequenz gemäß der Temperaturänderung annähernd null ist, und eine Dicke der Temperaturabgleichungsschicht (20) im ersten seriell geschalteten Resonator (21T) sich von einer Dicke der Temperaturabgleichungsschicht (20) im ersten parallel geschalteten Resonator (22T) unterscheidet.
Duplexer (90) gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturabgleichungsschicht (20) aus Siliziumdioxid besteht.
Duplexer (90) gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass jeder erste Dünnschicht-Piezoresonator (21T, 22T) weiterhin einen akustischen mehrschichtigen Film (23) umfasst, der eine Vielzahl von Schichten (23A, 23B) aufweist, die sich in ihrer akustischen Impedanz unterscheiden, und auf einer der piezoelektrischen Dünnschicht (15) entgegengesetzten Fläche von einer der Anregungselektroden (14) angeordnet sind, sodass die Anregungselektrode (14) zwischen dem akustischen mehrschichtigen Film (23) und der piezoelektrischen Dünnschicht (15) eingelegt ist.
Duplexer (90) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil der Vielzahl von Schichten (23A, 23B) in dem akustischen mehrschichtigen Film (23) als Teil der Temperaturabgleichungsschicht (20) dient.
Duplexer (90), der mit einer Antenne verbunden ist, umfassend: einen Sendefilter (97) zum Durchlassen eines Sendesignals aber zum Sperren eines Empfangssignals, wobei der Sendefilter (97) eine Frequenzkennlinie (110) umfasst, die ein erstes niederfrequentes Dämpfungsextremum (111) und ein erstes hochfrequentes Dämpfungsextremum (112) aufweist, die an entgegengesetzten Seiten eines ersten Durchlassbandes angeordnet sind; und einen Empfangsfilter (98) zum Durchlassen des Empfangssignals aber zum Sperren des Sendesignals, wobei der Empfangsfilter (98) eine Frequenzkennlinie (120) umfasst, die ein zweites niederfrequentes Dämpfungsextremum (121) und ein zweites hochfrequentes Dämpfungsextremum (122) aufweist, die an entgegengesetzten Seiten eines zweiten Durchlassbandes angeordnet sind, das sich vom ersten Durchlassband unterscheidet; und wobei der Empfangsfilter (98) eine Vielzahl von zweiten Dünnschicht-Piezoresonatoren (21R, 22R) umfasst, wobei jeder zweite Dünnschicht-Piezoresonator (21R, 22R) eine piezoelektrische Dünnschicht (15) mit piezoelektrischen Eigenschaften und ein Paar von Anregungselektroden (14, 16) zum Anlegen einer Anregungsspannung an die piezoelektrische Dünnschicht (15) umfasst, wobei die Anregungselektroden (14, 16) auf entgegengesetzten Flächen der piezoelektrischen Dünnschicht (15) angeordnet sind; dadurch gekennzeichnet, dass der Duplexer (90) so angepasst ist, dass eine Rate einer Frequenzändenung gemäß einer Temperaturänderung an einer Frequenz (f₂₁), die unter einer Frequenz (f₂₁), die das zweite niederfrequente Dämpfungsextremum (121) aufweist, und einer Frequenz (f₂₂), die das zweite hochfrequente Dämpfungsextremum (122) aufweist, näher am ersten Durchlassband ist, niedriger als eine Rate einer Frequenzänderung gemäß einer Temperaturänderung an der anderen Frequenz (f₂₂) ist.
Duplexer (90) gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Sendefilter (97) eine Vielzahl von ersten Dünnschicht-Piezoresonatoren (21T, 22T) umfasst, wobei jeder erste Dünnschicht-Piezoresonator (21T, 22T) eine piezoelektrische Dünnschicht (15) mit piezoelektrischen Eigenschaften und ein Paar von Anregungselektroden (14, 16) zum Anlegen einer Anregungsspannung an die piezoelektrische Dünnschicht (15) umfasst, wobei die Anregungselektroden (14, 16) auf entgegengesetzten Flächen der piezoelektrischen Dünnschicht (15) angeordnet sind; und der Duplexer (90) so angepasst ist, dass eine Rate einer Frequenzänderung gemäß einer Temperaturänderung an einer Frequenz (f₁₂), die unter einer Frequenz (f₁₁), die das erste niederfrequente Dämpfungsextremum (111) aufweist, und einer Frequenz (f₁₂), die das erste hochfrequente Dämpfungsextremum (112) aufweist, näher am zweiten Durchlassband ist, niedriger als eine Rate einer Frequenzänderung gemäß einer Temperaturänderung an der anderen Frequenz (f₁₁) ist.
Duplexer (90) gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Vielzahl von ersten Dünnschicht-Piezoresonatoren (21T, 22T) im Sendefilter (97) eine Kombination von zumindest einem ersten seriell geschalteten Resonator (21T) und zumindest einem ersten parallel geschalteten Resonator (22T) sind, die eine leiterartige Filterschaltung bilden; wobei der erste seriell geschaltete Resonator (21T) das erste hochfrequente Dämpfungsextremum (112) aufweist, während der erste parallel geschaltete Resonator (22T) das erste niederfrequente Dämpfungsextremum (111) aufweist; zumindest einer von dem ersten seriell geschalteten Resonator (21T) und dem ersten parallel geschalteten Resonator (22T) eine Temperaturabgleichungsschicht (20) umfasst zum Veranlassen, dass die Rate der Änderung der Resonanzfrequenz gemäß der Temperaturänderung annähernd null ist, und eine Dicke der Temperaturabgleichungsschicht (20) im ersten seriell geschalteten Resonator (21T) sich von einer Dicke der Temperaturabgleichungsschicht (20) im ersten parallel geschalteten Resonator (22T) unterscheidet.
Duplexer (90) gemäß einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Vielzahl von zweiten Dünnschicht-Piezoresonatoren (21R, 22R) im Empfangsfilter (98) eine Kombination von zumindest einem zweiten seriell geschalteten Resonator (21R) und zumindest einem zweiten parallel geschalteten Resonator (22R) sind, die eine leiterartige Filterschaltung bilden; wobei der zweite seriell geschaltete Resonator (21R) das zweite hochfrequente Dämpfungsextremum (122) aufweist, während der zweite parallel geschaltete Resonator (22R) das zweite niederfrequente Dämpfungsextremum (121) aufweist; zumindest einer von dem zweiten seriell geschalteten Resonator (21R) und dem zweiten parallel geschalteten Resonator (22R) eine Temperaturabgleichungsschicht (20) umfasst zum Veranlassen, dass die Rate der Änderung der Resonanzfrequenz gemäß der Temperaturänderung annähernd null ist, und eine Dicke der Temperaturabgleichungsschicht (20) im zweiten seriell geschalteten Resonator (21R) sich von einer Dicke der Temperaturabgleichungsschicht (20) im zweiten parallel geschalteten Resonator (22R) unterscheidet.
Duplexer (90) gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturabgleichungsschicht (20) aus Siliziumdioxid besteht.
Duplexer (90) gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass jeder erste und zweite Dünnschicht-Piezoresonator (21T, 22T, 21R, 22R) weiterhin einen akustischen mehrschichtigen Film (23) umfasst, der eine Vielzahl von Schichten (23A, 23B) aufweist, die sich in ihrer akustischen Impedanz unterscheiden, und auf einer der piezoelektrischen Dünnschicht (15) entgegengesetzten Fläche von einer der Anregungselektroden (14) angeordnet sind, sodass die Anregungselektrode (14) zwischen dem akustischen mehrschichtigen Film (23) und der piezoelektrischen Dünnschicht (15) eingelegt ist.
Duplexer (90) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil der Vielzahl von Schichten (23A, 23B) in dem akustischen mehrschichtigen Film (23) als Teil der Temperaturabgleichungsschicht (20) dient.