FR2834593A1 - Resonateur piezoelectrique et filtre piezoelectrique, duplexeur et appareil de communication l'incluant - Google Patents
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Abstract
Un résonateur piézoélectrique inclut un substrat (2) et un vibrateur (7). Le vibrateur inclut une partie en film mince qui comporte au moins une couche en film mince piézoélectrique (4) qui est disposée sur le substrat et au moins une paire d'électrodes supérieure et inférieure (6, 5) qui sont disposées sur le substrat. Le vibrateur présente une structure selon laquelle la partie en film mince est prise en sandwich entre ses surfaces supérieure et inférieure par les électrodes supérieure et inférieure qui sont opposées l'une à l'autre suivant la direction de profondeur et la partie en chevauchement du vibrateur qui est définie par les électrodes supérieure et inférieure opposées présente une forme tétragonale tel que vu suivant la direction de profondeur autre qu'un rectangle et qu'un carré, la forme tétragonale comportant des côtés sensiblement parallèles présentant une longueur longitudinale égale ou inférieure à environ 10 fois la longueur d'onde oscillation et présentant également au moins une partie dans laquelle la distance entre des bords d'électrode opposés varie.
Description
central téléphonique (202) et/ou chez l'abonné (A).
ARRIERE-PLAN DE L'INVENTION
1. Domaine de itinvention La présente invention concerne des résonateurs piézoélectriques qui incluent un substrat et un vibrateur qui présente une structure dans laquelle une partie en film mince qui est disposée sur le substrat et qui comporte au moins une couche en film mince piézoélectrique est prise en sandwich entre ses surfaces supérieure et inférieure par au moins une paire d'électrodes supérieure et inférieure qui sont disposées sur le substrat et qui sont opposées l'une à l'autre suivant la direction de profondeur. De façon davantage particulière, la présente invention concerne un résonateur piézoélectrique qui est utilisé par exemple en tant qu'oscillateur pour un téléphone mobile, un réseau local (LAN) sans fil ou tout autre appareil ou tant qu'en élément pour un filtre ou tout autre dispositif ainsi qu'un filtre piézoélectrique, un duplexeur et un appareil de
communication, tous ces éléments incluant le résonateur piézoélectrique.
2. Description de l'art antérieur
Dans un résonateur piézoélectrique qui est utilisé dans un mode oscillation longitudinale en épaisseur, les longueurs de côtés opposés d'une partie en chevauchement d'électrodes supérieure et inférieure tel que vu suivant la direction de profondeur, c'est-à-dire, lorsque la forme de la partie en chevauchement des électrodes supérieure et inférieure qui définit un vibrateur est simplement un rectangle tel que vu suivant la direction de profondeur, les longueurs des deux paires de côtés opposés du rectangle, déterminent les fréquences de résonance de Sn modes d'oscillation (n = 0, 1, 2, 3, etc o n est un entier non négatif). En particulier, lorsque la forme d'un vibrateur est un carré tel que vu suivant la direction de profondeur, puisque les longueurs des deux paires de côtés opposés sont égales l'une à l'autre, les fréquences de résonance de Sn modes d'oscillation (n = 0, 1, 2, 3, etc o n est un entier non négatif) comme déterminé par une paire de côtés opposés sont les mêmes que celles déterminées par l'autre paire de
côtés opposés.
Lorsque la forme de la partie en chevauchement des électrodes supérieure et inférieure est un cercle tel que vu suivant la direction de profondeur, puisque les relations entre le résonateur piézoélectrique et les longueurs d'onde oscillation sont associées au diamètre du cercle, la fréquence de résonance de chacun des Sn modes d'oscillation (n = 0, 1, 2,
3, etc o n est un entier non négatif) est déterminée pour chaque entier n.
Lorsque le résonateur piézoélectrique comporte une partie en chevauchement rectangulaire tel que vu suivant la direction de profondeur, laquelle partie en chevauchement est formée par les électrodes supérieure et inférieure, puisque la longueur d'une paire de côtés opposés est différente de celle de l'autre paire de côtés opposés, les fréquences de réso nance des Sn m odes d 'oscillation co mme déterminé par la long ueu r d'une paire de côtés opposés sont différentes de celles qui sont déterminées au moyen de la longueur de l'autre paire de côtés opposés, ce qui a pour effet que des oscillations parasites se produisent au voisinage
d'un nombre important de fréquences de résonance, de façon globale.
En tant que résultat, les résonateurs piézoélectriques dans lesquels le vibrateur est un rectangle tel que vu suivant la direction de profondeur n'ont pas de façon générale été utilisés puisqu'il est considéré que les oscillations parasites qui sont générées par le vibrateur rectangulaire présentent des effets défavorables beaucoup plus grands que celles qui
sont générées par un vibrateur carré ou circulaire.
Par conséquent, les résonateurs piézoélectriques dans lesquels le vibrateur est simplement un carré ou un cercle ont été essentiellement utilisés. Dans le résonateur piézoélectrique dans lequel la forme du vibrateur est un carré ou un cercle comme selon la manière classique, lorsque la distance entre les côtés opposés ou le diamètre de vibrateur est rendu important de manière à obtenir une réponse importante de l'oscillation principale, la largeur de fréquence entre le point de résonance et le point d'anti-résonance au niveau des caractéristiques de fréquence du résonateur piézoélectrique s'élargit en général et par conséquent, le
résonateur piézoélectrique est susceptible de présenter un facteur Q réduit.
En d'autres termes, lorsque la forme de la partie en chevauchement des électrodes opposées est un cercle ou un carré tel que vu suivant la direction de profondeur, lorsque la dimension afférente devient plus grande, le facteur Q devient plus petit, ce qui aboutit à une augmentation
des pertes dans le résonateur piézoélectrique.
Comme décrit par exemple par la publication de demande de brevet non examiné du Japon numéro 2002-009579, dans un résonateur piézoélectrique connu dans lequel la forme d'un vibrateur est un cercle ou n'importe quelle forme incluant un cercle en son sein tel que vu suivant la direction de profondeur et dans lequel la relation entre le rayon r et I'épaisseur du vibrateur satisfait r220 t/n (n est un entier positif), les dimensions d'électrodes du résonateur piézoélectrique deviennent importantes. Par ailleurs, le facteur Q réduit du résonateur piézoélectrique génère un problème selon lequel la perte d'insertion d'un filtre qui est formé par le résonateur piézoélectrique augmente. La figure 31 représente les caractéristiques de phase et d'impédance du résonateur piézoélectrique
connu en fonction d'une fréquence à titre d'exemple.
Dans ce cas, puisque des composantes parasites produisent un nombre important d'ondulations et qu'également des composantes parasites sont produites à proximité de son oscillation principale dans sa plage de fréquences, ses caractéristiques de résonance deviennent moins stables. Par exemple, les oscillations parasites interfèrent avec l'oscillation principale. Par ailleurs, comme décrit par exemple dans la publication de demande de brevet non examiné du Japon numéro 2000-332568, un résonateur piézoélectrique connu comporte un vibrateur qui présente une forme de trapézode de manière à atténuer, voire supprimer, un mode d'oscillation apparaissant dans une bande de fréquences de résonance de l'oscillation longitudinale en épaisseur parmi des harmoniques d'ordre plus élevés mis en jeu dans les modes d'oscillation latérale comme réfléchi au
niveau des extrémités des électrodes afférentes.
Cependant, dans le résonateur piézoélectrique qui comporte un tel vibrateur, un diaphragme qui supporte de façon vibrante le vibrateur doit être plus grand qu'un carré qui circonscrit les électrodes afférentes. En outre, puisque les électrodes présentent des formes irréqulières, le diaphragme devient plus grand que par exemple un carré qui présente la même aire, ce qui rend difficile de réduire la dimension du résonateur piézoélectrique.
RÉSUMÉ DE L'INVENTION
Afin de surmonter les problèmes qui ont été décrits ci-avant, des modes de réatisation préférés de la présente invention proposent un résonateur piézoélectrique qui minimise l'effet d'oscillations parasites en plus de proposer un filtre, un duplexeur et un appareil de communication,
tous ces éléments incluant un tel résonateur piézoélectrique.
Un premier résonateur piézoélectrique selon un mode de réalisation préféré de la présente invention inclut un substrat et un vibrateur, o le vibrateur inclut une partie en film en mince qui comporte au moins une couche en film mince piézoélectrique qui est disposée sur le substrat et au moins une paire d'électrodes supérieure et inférieure qui sont disposées sur le substrat. Le vibrateur présente une structure selon laquelle la partie en film mince est prise en sandwich entre ses surfaces supérieure et intérieure au moyen des électrodes supérieure et inférieure, lesquelles sont opposées l'une à l'autre suivant la direction de profondeur. Par ailleurs, la partie en chevauchement du vibrateur qui est définie par les électrodes supérieure et inférieure opposées présente de préférence une forme tétragonale tel que vu suivant la direction de profondeur autre qu'un rectangle et qu'un carré, la forme tétragonale comportant des côtés sensiblement parallèles présentant une longueur longitudinale qui est sensiblement égale ou inférieure à environ 10 fois la longueur d'onde d'oscillation et comportant au moins une partie dans laquelle la distance
entre les bords d'électrode opposés varie.
Dans le premier résonateur piézoélectrique selon des modes de réalisation préférés de la présente invention, la partie dans laquelle la distance entre les électrodes opposées varie signifie une partie dans laquelle les formes des électrodes opposées correspondant à la forme du vibrateur tel que vu suivant la direction de profondeur comportent au moins une paire de côtés opposés qui ne sont pas parallèles l'un à l'autre. Dans une telle partie, la distance entre les côtés opposés varie en continu ou
partiellement de façon discontinue suivant des directions le long des côtés.
Par ailleurs, lorsque la forme de la partie en chevauchement du vibrateur qui est définie par les électrodes supérieure et inférieure opposées comporte au moins deux paires de côtés parallèles, la distance entre au moins une paire de côtés parallèles est de préférence différente de celle
entre l'autre paire de côtés parallèles.
Dans le premier résonateur piézoélectrique selon un mode de réalisation préféré de la présente invention, la forme de la partie en chevauchement du vibrateur qui est définie par les électrodes supérieure et inférieure opposées est un tétragone tel que vu suivant la direction de profondeur autre qu'un rectangle et qu'un carré, le tétragone comportant des côtés sensiblement parallèles qui présentent une longueur longitudinale qui est sensiblement égale ou inférieure à environ 10 fois la longueur d'onde d'oscillation et comportant également au moins une partie
dans laquelle la distance entre les bords d'électrode opposés varie.
Moyennant cette structure, puisque des composantes parasites se produisant selon un certain angle par rapport à la direction longitudinale de la forme présentent des amplitudes plus faibles par comparaison avec celles se produisant dans un rectangle présentant la même aire, les composantes parasites n'affectent pas l'oscillation principale en tant qu'oscillations importantes, ce qui améliore fortement les caractéristiques d'impédance et les caractéristiques de phase du résonateur
1 5 piézoélectrique.
Un second résonateur piézoélectrique selon un autre mode de réalisation préféré de la présente invention inclut un substrat et un vibrateur, lequel comporte une partie en film mince qui inclut au moins une couche en film mince piézoélectrique qui est disposée sur le substrat, et au moins une paire d'électrodes supérieure et inférieure qui sont disposées sur le substrat. Le vibrateur présente une structure dans laquelle la partie en film mince est prise en sandwich entre ies surfaces supérieure et inférieure afférentes au moyen des électrodes supérieure et inférieure,
lesquelles sont opposées l'une à l'autre suivant la direction de profondeur.
Par ailleurs, la partie en chevauchement du vibrateur qui est définie par les électrodes supérieure et inférieure opposées présente une forme polygonale qui comporte au moins 5 côtés tel que vu suivant la direction de profondeur, la forme poiygonale comportant des côtés sensiblement parallèles présentant une longueur longitudinale qui est sensiblement égale ou inférieure à environ 10 fois la longueur d'onde d'oscillation et comportant également au moins une partie dans laquelle la distance entre des bords
d'électrode opposés varie.
Selon le second résonateur piézoélectrique selon un mode de réalisation préféré de la présente invention, la partie dans laquelle la distance entre les électrodes opposées varie signifie une partie dans laquelle les formes des électrodes opposées correspondant à ia forme du vibrateur, tel que vu suivant la direction de profondeur, comportent au
moins une paire de côtés opposés qui ne sont pas parallèles l'un à l'autre.
Dans une telle partie, la distance entre les côtés opposés varie en continu ou partiellement de façon discontinue suivant des directions le long des côtés. Selon le second résonateur piézoélectrique selon un mode de réalisation préféré de la présente invention, la forme de la partie en chevauchement du vibrateur qui est délinie par ies électrodes supérieure et inférieure opposées est un polygone qui comporte au moins 5 côtés tel que vu suivant la direction de profondeur, le polygone comportant des côtés sensiblement parallèles présentant une longueur longitudinale qui est sensiblement égale ou inférieure à environ 10 fois la longueur d'onde d'oscillation et comportant également au moins une partie dans laquelle la distance entre des bords d'électrode opposés varie. Moyennant cette structure, puisque des composantes parasites se produisant pour un certain angle par rapport à la direction iongitudinale de la forme présentent des amplitudes plus faibles par comparaison avec celles se produisant dans un rectangle présentant la même aire, les composantes parasites n'affectent pas l'oscillation principale en tant qu'ondulations importantes, ce qui améliore fortement les caractéristiques d'impédance et les
caractéristiques de phase du résonateur piézoélectrique.
Des résultats expérimentaux qui sont obtenus par les inventeurs révèlent que la longueur préférable des côtés mutuellement parallèles de la forme du vibrateur tel que vu suivant la direction de profondeur est sensiblement égale ou inférieure à environ 10 fois la longueur d'onde d'oscillation tel que selon les premier et second résonateurs piézoélectriques selon des modes de réalisation préférés de la présente invention. De façon davantage particulière, les inventeurs ont préparé un nombre important de différentes formes d'échantillons présentant des rapports de longueur longitudinale sur la longueur d'onde d'oscillation différents, ils ont mesuré des composantes parasites se produisant dans ces échantillons par l'intermédiaire d'expérimentations et ils ont obtenu des données expérimentales qui sont représentées sur la figure 32. Puisqu'une composante parasite est évaluée au moyen de son impédance ou au moyen de sa phase, elle est évaluée par sa phase comme représenté sur la figure 32. Lorsqu'elle est évaluée au moyen de la phase, la différence en termes d'angle de phase dévié par rapport à l'oscillation principale est évaluée. En d'autres termes, plus la différence d'angle de phase est faible, plus la composante parasite est faible. Comme on peut le voir sur la figure 32, il est révélé que, lorsque les longueurs des côtés sensiblement parallèles des formes de la vibration sont sensiblement égales ou inférieures à environ 10 fois la longueur d'onde d'oscillation, les différences en termes d'angle de phase relatif sont faibles, c'est-àdire sont égales ou inférieures à environ 15 degrés en ce qui concerne les relations entre les occurrences parasites et les angles de phase déviés par rapport à l'oscillation principale. Par conséquent, lorsque la longueur des côtés sensiblement parallèles de la forme du vibrateur tel que vu suivant la direction de profondeur est sensiblement inférieure à environ 10 fois la longueur d'onde d'oscillation, les composantes parasites deviennent faibles. Selon le premier ou second résonateur piézoélectrique selon des modes de réalisation préférés de la présente invention, la forme de la partie en chevauchement des électrodes supérieure et inférieure du vibrateur est de préférence symétrique par rapport à une ligne ou par rapport à un point tel que vu suivant la direction de profondeur. Dans ce cas, puisque le vibrateur présente une forme systématique, les composantes parasites sont susceptibles de s'annuler les unes les autres, ce qui améliore les caractéristiques d'impédance et les caractéristiques de phase du
résonateur piézoélectrique.
Selon le second résonateur piézoélectrique selon un mode de réalisation préféré de la présente invention, la forme de la partie en chevauchement du vibrateur qui est définie par les électrodes supérieure et inférieure opposées est de préférence un octogone tel que vu suivant la direction de profondeur. Moyennant cette structure, le résonateur piézoélectrique présente des caractéristiques d'impédance excellentes et des caractéristiques de phase excellentes. Egalement dans ce cas, la forme de la partie en chevauchement du vibrateur qui est définie par les électrodes supérieure et inférieure opposées est de préférence un octogone long tel que vu suivant la direction de profondeur. En outre, dans ce cas, tel que vu suivant la direction de profondeur, la partie en chevauchement du vibrateur qui est définie par les électrodes supérieure et inférieure opposées peut présenter une forme selon laquelle, lorsque la longueur latérale est définie en tant que b et que la longueur de côtés latéraux au niveau des extrémités longitudinales est définie en tant que d,
la relation d/b < 0,5 est satisfaite.
Moyennant cette structure, le risque de survenue d'un effet de composantes parasites est minimisé par comparaison avec les structures classiques et par conséquent, le résonateur piézoélectrique présente des caractéristiques de phase et des caractéristiques d'impédance encore
davantage excellentes.
Selon le premier résonateur piézoélectrique selon un mode de réalisation préféré de la présente invention, la forme de la partie en chevauchement du vibrateur qui est définie par les électrodes supérieure et inférieure opposées est de préférence un losange ou un trapézode tel que vu suivant la direction de profondeur. Moyennant cette structure, le résonateur piézoélectrique présente des caractéristiques d'impédance
excellentes et des caractéristiques de phase excellentes.
Un troisième résonateur piézoélectrique selon un mode de réalisation préféré de la présente invention inclut un substrat et un vibrateur comportant une partie en film mince incluant au moins une couche en film mince piézoélectrique qui est disposée sur le substrat, et au moins une paire d'électrodes supérieure et inférieure qui sont disposées sur le substrat. Par ailleurs, le vibrateur présente une structure selon laquelle la partie en film mince est prise en sandwich entre ses surfaces supérieure et inférieure par les électrodes supérieure et inférieure qui sont opposées l'une à l'autre suivant la direction de profondeur. En outre, la partie en chevauchement du vibrateur qui est définie par les électrodes supérieure et inférieure opposées ne comporte pas de paire de côtés parallèles et est symétrique par rapport à une ligne tel que vu suivant la direction de profondeur. Sel on le trois ième résonateu r pi ézoélectrique selon u n mode de réalisation préféré de la présente invention, puisque le vibrateur présente une forme systématique, des composantes parasites s'annulent les unes les autres, ce qui améliore les caractéristiques d'impédance et les
caractéristiques de phase du résonateur piézoélectrique.
Selon le troisième résonateur piézoélectrique selon un mode de réalisation préféré de la présente invention, la forme de la partie en chevauchement du vibrateur qui est définie par les électrodes supérieure et inférieure opposées est de préférence un triangle isocèle ou un heptagone tel que vu suivant la direction de profondeur. Moyennant cette structure, le résonateur piézoélectrique présente des caractéristiques d'impédance
excellentes et des caractéristiques de phase excellentes.
Selon les premier à troisième résonateurs piézoélectriques selon des modes de réalisation préférés de la présente invention, la partie en chevauchement du vibrateur qui est définie par les électrodes supérieure et inférieure opposées peut présenter une longueur longitudinale qui est sensiblement égale ou supérieure à environ 20 fois la longueur d'onde de résonance de l'oscillation principale. Moyennant cette structure, des composantes parasites qui surviennent en fonction de la longueur
longitudinale sont davantage réduites.
Selon les premier à troisième résonateurs piézoélectriques selon des modes de réalisation préférés de la présente invention, le substrat peut comporter une ouverture ou une dépression, et le vibrateur est de
préférence disposé au-dessus de l'ouverture ou de la dépression.
Moyennant cette structure, des composantes parasites dans le résonateur
piézoélectrique du type diaphragme sont fortement réduites.
Selon les premier à troisième résonateurs piézoélectriques selon des modes de réalisation préférés de la présente invention, le vibrateur peut osciller dans un mode oscillation longitudinale en épaisseur en tant querésultat de signaux électriques qui sont appliqués depuis les électrodes supérieure et inférieure. Moyennant cet agencement, des composantes parasites dans le résonateur piézoélectrique vibrant dans un mode oscillation longitudinale en épaisseur sont fortement réduites. Par ailleurs, dans ces résonateurs piézoélectriques, puisque les composantes parasites n'affectent pas l'oscillation principale en tant qu'ondulations importantes, les caractéristiques d'impédance et les caractéristiques de phase des résonateurs piézoélectriques sont améliorées et ainsi, le résonateur
piézoélectrique présente des caractéristiques de résonance excellentes.
Un filtre piézoélectrique selon des modes de réalisation préférés de la présente invention inclut l'un quelconque des premier à troisième résonateurs piézoélectriques selon des modes de réalisation préférés de la présente invention ou présente une structure en échelle selon laquelle l'un quelconque des premier à troisième résonateurs piézoélectriques selon des modes de réalisation préférés de la présente invention est utilisé. Puisque des composantes parasites dans les résonateurs piézoélectriques diminuent, le filtre piézoélectrique qui présente la structure qui a été décrite ci-avant présente des caractéristiques de filtre excellentes selon lesquelles des ondulations qui sont générées par les composantes parasites sont minimisées. Lorsque le résonateur piézoélectrique est utilisé en tant que partie du filtre, des ondulations de signaux dans une bande passante de fréquences comme provoqué par les oscillations parasites de l'oscillateur piézoélectrique dim in uent et en tant q ue résu ltat, par exemple, un filtre
passe-bande qui est excellent pour filtrer des signaux est obtenu.
Un duplexeur selon un autre mode de réalisation préféré de la présente invention inclut un résonateur piézoélectrique selon des modes de réalisation préférés qui ont été décrits au préalable de la présente invention. Puisque des composantes parasites dans le résonateur piézoélectrique sont minimisées, le duplexeur selon des modes de réalisation préférés de la présente invention présente des caractéristiques de filtre excellentes selon lesquelles des ondulations qui sont générées par
les composantes parasites sont éliminées ou minimisées.
Un appareil de communication selon un autre mode de réalisation préféré de la présente invention inclut un résonateur piézoélectrique selon d'autres modes de réalisation préférés de la présente invention. Puisque des composantes parasites dans le résonateur piézoélectrique sont minimisées, I'appareil de communication selon des modes de réalisation
préférés de la présente invention présente des caractéristiques excellentes.
D'autre caractéristiques, d'autres éléments et d'autres avantages de
la présente invention appara^'tront au vu de la description détaillée qui suit
de ces modes de réalisation préférés par report aux dessins annexés.
BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS
La figure 1 est une vue en coupe verticale d'une partie essentielle d'un résonateur piézoélectrique selon des premier ainsi que troisième à septième modes de réalisation préférés de la présente invention; la figure 2 est une vue en plan du résonateur piézoélectrique selon le premier mode de réalisation préféré de la présente invention; la figure 3 est une vue en plan d'un vibrateur octogonal tel que vu suivant la direction de profondeur du résonateur piézoélectrique selon le premier mode de réalisation préféré de ia présente invention; les figures 4A et 4B sont une vue en plan d'un échantillon 1 du vibrateur du résonateur piézoélectrique selon le premier mode de réalisation préféré de la présente invention et un graphique qui représente les caractéristiques de résonance de l'échantillon 1, de façon respective; les figures 5A et 5B sont une vue en plan d'un échantillon 2 du vibrateur du résonateur piézoélectrique selon le premier mode de réalisation préféré de la présente invention et un graphique qui représente les caractéristiques de résonance de l'échantillon 2, de façon respective; les figures 6A et 6B sont une vue en plan d'un échantillon 3 du vibrateur du résonateur piézoélectrique selon le premier mode de - réalisation préféré de la présente invention et un graphique qui représente les caractéristiques de résonance de l'échantillon 3, de façon respective; les figures 7A et 7B sont une vue en plan d'un échantillon 4 du vibrateur du résonateur piézoélectrique selon le premier mode de réalisation préféré de la présente invention et un graphique qui représente les caractéristiques de résonance de l'échantillon 4, de façon respective; les figures 8A et 8B sont une vue en plan d'un échantillon 5 du vibrateur du résonateur piézoélectrique selon le premier mode de réalisation préféré de la présente invention et un graphique qui représente les caractéristiques de résonance de l'échantillon 5, de façon respective; la figure 9 est une vue en plan d'un filtre piézoélectrique selon un second mode de réalisation préféré de la présente invention; les figures 10A et 10B sont respectivement des vues en coupe qui sont prises selon les lignes A-A et B-B qui sont indiquées sur la figure 9; la figure 11 est un schéma de circuit qui représente le filtre piézoélectrique qui est représenté sur la figure 9; la figure 12 est une vue en plan qui représente la forme d'un vibrateur du résonateur piézoélectrique selon le troisième mode de réalisation préféré de la présente invention; la figure 13 est un graphique qui représente les caractéristiques de résonance du résonateur piézoélectrique qui est représenté sur la figure 12; la figure 14 est une vue en plan qui représente la forme d'un vibrateur du résonateur piézoélectrique selon le quatrième mode de réalisation préféré de la présente invention; la figure 15 est un graphique qui représente les caractéristiques de résonance du résonateur piézoélectrique qui est représenté sur la figure 14; la figure 16 est une vue en plan qui représente la forme d'un vibrateur du résonateur piézoélectrique selon le cinquième mode de réalisation préféré de la présente invention; la figure 17 est un graphique qui représente les caractéristiques de résonance du résonateur piézoélectrique qui est représenté sur la figure 16; la figure18 est une vue en plan qui représente la forme d'un vibrateur du résonateur piézoélectrique selon le sixième mode de réalisation préféré de la présente invention; la figure 19 est un graphique qui représente les caractéristiques de résonance du résonateur piézoélectrique qui est représenté sur la figure 18; la figure 20 est une vue en plan qui représente la forme d'un vibrateur du résonateur piézoélectrique selon le septième mode de réalisation préféré de la présente invention; la figure 21 est un graphique qui représente les caractéristiques de résonance du résonateur piézoélectrique qui est représenté sur la figure ; la figure 22 est une illustration schématique d'un duplexeur selon un mode de réalisation préféré de la présente invention; la figure 23 est une illustration schématique d'un appareil de communication selon un mode de réalisation préféré de la présente invention; les figures 24A à 24C sont des schémas de circuit qui représentent des filtres piézoélectrique modifiés qui comportent une structure en échelle selon un mode de réalisation préféré de la présente invention; les figures 25A à 25E sont des vues en plan qui représentent les formes de vibrateurs tel que vu suivant la direction de profondeur d'un résonateur piézoélectrique selon un autre mode de réalisation préféré de la présente invention; les figures 26A à 26D sont des vues en plan qui représentent les formes de vibrateurs tel que vu suivant la direction de profondeur d'un résonateur piézoélectrique selon un autre mode de réalisation préféré de la présente invention; les figures 27A à 27C sont des vues en plan qui représentent les formes de vibrateurs tel que vu suivant la direction de profondeur d'un résonateur piézoélectrique selon un autre mode de réalisation préféré de la présente invention; les figures 28A et 28B sont des vues en plan qui représentent les formes de vibrateurs tel que vu suivant la direction de profondeur d'un résonateur piézoélectrique selon un autre mode de réalisation préféré de la présente invention; les figures 29A et 29B sont des vues en pian qui représentent le vibrateur et une connexion; la figure 30 est une vue en coupe verticale d'un résonateur piézoélectrique selon un autre mode de réalisation préféré de la présente invention; la figure 31 est un graphique qui illustre ies caractéristiques de résonance d'un résonateur piézoélectrique connu; et la figure 32 est un graphique qui illustre les relations entre la longueur de côtés parallèles opposés de la forme tel que vu suivant la direction de profondeur du vibrateur du résonateur piézoélectrique en relation avec ia longueur d'onde d'oscillation et la différence de phase entre
les composantes parasites et l'oscillation principale.
DESCRIPTION DETAILLÉE DES MODES DE RÉALISATION PRÉFÉRÉS
Des modes de réalisation préférés de la présente invention seront
décrits en détail par report aux dessins annexés.
Premier mode de réulisation préféré Les figures 1 et 2 sont respectivement une vue en coupe verticale schématique et une vue en plan schématique d'un résonateur piézoélectrique 1 selon un premier mode de réalisation préféré de la
présente invention.
Le résonateur piézoélectrique 1 utilise l'onde de second harmonique d'une oscillation longitudinale en épaisseur présentant une fréquence de résonance qui est par exemple proche d'environ 1,95 GHz. Bien entendu, le résonateur piézoélectrique 1 peut utiliser l'onde fondamentale, I'onde de troisième harmonique, I'onde de quatrième harmonique ou l'onde de n- ième harmonique (n = 5, 6, 7, etc o n est un entier positif). Le résonateur piézoélectrique 1 présente une structure dans laquelle un film de support 3, un film mince piézoélectrique 4 et des films minces d'électrodes 5 et 6 sont
agencés d'une manière empilée sur un substrat 2.
De façon davantage particulière, comme représenté sur la figure 1, le résonateur piézoélectrique 1 inclut le substrat 2 qui comporte une ouverture 8, laquelle présente une forme sensiblement rectangulaire selon une vue en plan et définit un espace de vibration, le film de support 3 qui est disposé sur la surface du substrat 2, une électrode inférieure 5 qui est disposée sur le film de support 3, le film mince piézoélectrique 4 qui est disposé sur l'électrode inférieure 5 et une électrode supérieure 6 qui est
disposée sur le film mince piézoélectrique 4.
Le substrat 2 est de préférence formé au moyen d'une plaque qui est constituée par du siliclum, du verre de Pyrex (marque déposée), un quartz ou tout autre matériau approprié. En enlevant une partie prédéterminée du substrat 2 au moyen par exemple d'une gravure, d'un traitement par laser d'une érosion par sable, I'ouverture 8 est formée dans la partie centrale du substrat 2 de manière à s'étendre verticalement au travers de telle sorte qu'un vibrateur 7 qui sera décrit ultérieurement puisse osciller. Selon ce mode de réalisation préféré, le substrat 2 est de
préférence réalisé en silicium.
Le film de support 3 supporte l'électrode inférieure 5, le film mince piézoélectrique 4 et l'électrode supérieure 6, tous ces éléments étant disposés dessus, de manière à définir un diaphragme susceptible de vibrer dans l'ouverture 8. De façon davantage particulière, dans ce cas, le film de support 3 comporte une couche en film mince 3a, de préférence en dioxyde de siliclum (SiO2), qui est agencée sur la surface du substrat 2 de manière à recouvrir l'ouverture 8 et une couche en film mince 3b, de préférence réalisée en trioxyde d'aluminium (Al2O3), qui est disposée sur la couche en film mince 3a. Le film de support 3 peut être constitué par exemple par du nitrure de siliclum (SiN), par du nitrure d'aluminium ou par tout autre matériau approprié en lieu et place du dioxyde de siliclum. En particulier, de préférence, le film de support 3 présente une structure multicouche comportant au moins 2 couches et contenant des contraintes opposées, c'est-à-dire une contrainte de compression et une contrainte de tension. L'électrode inférieure en film mince 5 qui est de préférence réalisée
en aluminium est formée en premier sur le film de support 3.
Le film mince piézoélectrique 4 qui est réalisé de préférence en oxyde de zinc (ZnO) est formé sur l'électrode inférieure 5 et sur le film de support 3. Le film mince piézoélectrique 4 peut être réalisé en nitrure d'aluminium (AIN), en PZT ou en tout autre matériau approprié. Par ailleurs, le film mince piézoélectrique inclut au moins une couche en film mince piézoélectrique et peut être formé seulement par un élément piézoélectrique ou peut inclure au moins une couche en film mince piézoélectrique et par exemple, une couche en film isolant qui est différente
du film mince piézoélectrique.
L'électrode supérieure en film mince 6 est formée sur la surface supérieure du film mince piézoélectrique 4 de manière à chevaucher une partie de l'électrode inférieure 5 tel que vu suivant la direction de profondeur. L'électrode supérieure 6 est de préférence réalisée en aluminium de la même façon que l'électrode inférieure 5. L'électrode inférieure 5 et l'électrode supérieure 6 peuvent être de préférence réalisées en or (Au), en argent (Ag), en cuivre (Cu), en platine (Pt), en nickel (Ni) ou
en tout autre matériau approprié en lieu et place de l'aluminium.
Le résonateur piézoélectrique 1 est scellé dans un état dans lequel l'électrode inférieure 5 et l'électrode supérieure 6 sont connectées à des
électrodes externes correspondantes.
La forme d'une partie en chevauchement qui est formée par les électrodes inférieure et supérieure opposées 5 et 6 est un octogone long et étroit (un octogone long) tel que vu suivant la direction de profondeur, comme représenté sur la figure 2. C'est-à-dire que l'électrode inférieure 5 présente une forme qui est formée en coupant les deux coins de chaque côté long d'un rectangle et l'électrode supérieure 6 présente une forme qui est formée également en coupant les deux coins de chaque côté court d'un rectangle, ce qui conduit à une forme octogonale étroite et longue de la partie en chevauchement qui est formée par ces électrodes. En formant l'électrode supérieure 6 de manière à ce qu'elle présente la forme qui a été décrite ci-avant, des fils peuvent étre constitués de manière à être épais, ce qui permet que le résonateur présente un facteur Q amélioré du fait de la valeur de résistance réduite des fils et ce qui permet en outre des caractéristiques de filtrage améliorées. La forme de la partie en chevauchement est formée en découpant une paire de coins au niveau de chaque extrémité longitudinale d'un rectangle étroit et long selon un certain angle. La forme de la partie en chevauchement tel que vu suivant la direction de profondeur est symétrique par rapport à une ligne en relation avec la ligne centrale virtuelle s'étendant au travers du centre longitudinal de la partie en chevauchement et également sensiblement perpendiculaire
à la direction longitudinale de cette méme ligne.
Le film mince piézoélectrique 4 oscille du fait de l'effet piézoélectrique dans cette partie en chevauchement en tant que résultat de signaux hautes fréquences qui sont appliqués depuis l'éiectrode inférieure et depuis l'électrode supérieure 6. Ci-après, une partie qui est définie par l'électrode supérieure 6, par l'électrode inférieure 5, par le film mince pi ézoélectrique 4 et par u ne partie qu i vi b re du fait de l'effet piézoélectriq ue du film de support 3 qui est disposé au- dessous de l'électrode inférieure 5
est appelée un vibrateur 7.
Le vibrateur 7 qui présente une forme octogonale étroite et longue tel que vu suivant la direction de profondeur présente une longueur longitudinale a qui est de préférence égale ou supérieure à environ 20 \, c'est-à-dire environ 20 fois la longueur d'onde d'oscillation de l'oscillation principale (mode SO), comme représenté sur les figures 1 et 2. Une longueur latérale b qui est sensiblement perpendiculaire à la direction longitudinale peut être égale ou inférieure à environ 5 \, c'est-à-dire environ fois la longueur d'onde d'oscillation de l'oscillation principale ou peut
être supérieure à environ 5 \.
La longueur longitudinale a du vibrateur 7 est de façon davantage préférable égale ou supérieure à environ 80 \, c'est-à-dire environ 80 fois
la longueur d'onde oscillation de l'oscillation principale.
La limite supérieure de la longueur longitudinale a du vibrateur 7 est établie conformément à la longueur d'onde de résonance de l'oscillation principale et à la dimension d'une puce dans le résonateur piézoélectrique, et la limite inférieure de la longueur latérale b du vibrateur 7 est pratiquement la même que la longueur d'onde d'oscillation de l'oscillation principale. Des données expérimentales des caractéristiques spécifiques du résonateur piézoélectrique selon lequel le vibrateur est formé de manière à présenter une forme octogonale étroite et longue tel que vu suivant la direction de profondeur, comme mesuré par les inventeurs en utilisant des échantillons du vibrateur comme représenté sur les figures 4A et à 8A, sont
présentées au niveau des figures 4B à 8B.
La figure 3 représente la façon de mesurer les dimensions du vibrateur. De façon davantage particulière, la longueur longitudinale et la longueur latérale du vibrateur présentant une forme octogonale étroite et longue tel que vu suivant la direction de profondeur sont définies en tant que a et b et la longueur de deux côtés s'étendant suivant la direction longitudinale et la longueur de deux côtés s'étendant suivant la direction latérale du vibrateur sont définies en tant que c et d. Chaque paire de côtés parallèles opposés présente de préférence sensiblement la même longueur. Les dimensions et les rapports d/b d'échantillons du vibrateur comme représenté sur les figures 4A à 8A sont présentés au niveau du tableau 1. Au niveau du tableau, chaque dimension est représentée par le rapport par rapport à la longueur d'onde d'oscillation de la fréquence de
résonance principale.
TABLEAU 1
a b c d d/b Echantillon 1 63,9 26,7 3,2 6,4 0,239 Echantillon 2 63, 9 26, 7 6,8 5,0 0,187 Echantillon 3 74,8 20,5 6,8 6,8 0,332 Echantillon 4 74, 8 26,7 3,2 1,3 0,049 Echantillon 5 87,2 20,5 6,8 3,1 0,151 La figure 4A représente la forme de l'échantilion 1 du tableau 1 tel que vu suivant la direction de profondeur et la figure 4B représente ses caractéristiques d'impédance mesurées et ses caractéristiques de phase mesurées. Pareillement, les figures 5A à 8A représentent les formes des échantillons 2 à 8 tel que vu suivant la direction de profondeur, de façon respective, et les figures 5B à 8B représentent leurs caractéristiques d'impédance mesurées et leurs caractéristiques de phase mesurées, de
façon respective.
Dans le résonateur piézoélectrique qui utilise chacun des échantillons qui sont représentés sur les figures 4A à 8A, la iongueur de chaque paire de côtés sensiblement parallèles est de préférence égale ou inférieure à environ 10 fois la longueur d'onde d'oscillation, et la distance entre de quelconques bords d'électrode opposés, ce qui sera décrit ultérieurement, autres que les deux paires de côtés sensiblement parallèles, varie suivant la direction longitudinale ou suivant la direction latérale. Par ailleurs, lorsque au moins deux paires de côtés sensiblement parallèles des bords d'électrode définissent la forme du vibrateur de la partie en chevauchement qui est elle-même définie par les électrodes supérieure et inférieure opposées, la distance entre au moins une paire des côtés sensiblement parallèles, c'est-à-dire la distance entre les bords d'électrode correspondant à ces côtés sensiblement parallèles, est différente de la distance entre les autres côtés sensiblement parallèles, c'est-à-dire la distance entre les bords d'électrode correspondant à ces côtés sensiblement parallèles. Cet agencement conduit à une réduction des composantes parasites qui sont générées par des oscillations entre les bords d'électrode. Le rapport d/b de chaque échantillon est de préférence égal ou inférieur à environ 0,5, ce qui aboutit à une élimination supplémentaire et à une minimisation supplémentaire des composantes parasites. Second mode de réalisation préféré Par report maintenant aux figures 9 à 11, un filtre présenté à titre d'exemple selon un second mode de réalisation préféré de la présente invention, lequel filtre inclut le résonateur piézoélectrique selon divers modes de réalisation préférés de la présente invention, sera décrit. Les figures 9 à 11 représentent un filtre en échelle du type L 11 dans lequel un résonateur piézoélectrique est connecté en série entre des bornes d'entrée et de sortie et un autre résonateur piéxoélectrique est connecté en parallèle
entre la borne d'entrée et une borne de mise à la masse.
Comme représenté sur la figure 9, le filtre en échelle 11 présente de préférence une structure monopuce. De façon davantage particulière, le filtre en échelle 11 comporte un substrat 12 en silicium de la même manière que selon le premier mode de réalisation préféré mentionné ciavant, une ouverture 18 qui est formée dans le substrat 12 et qui définit un espace de vibration et un film de support 13 qui est réalisé en dioxyde de siliclum et qui est disposé sur la surface du substrat 12 de manière à recouvrir l'ouverture 18. Par ailleurs, le filtre en échelle 11 comporte une électrode inférieure 15 qui est disposée sur le film de support 13 et un film mince piézoélectrique 14 en oxyde de zinc (ZnO) et fonctionnant en tant qu'élément de vib ration piézoélectriq ue, agencés d' u ne man ière empi lée sur l'électrode inférieure 15 et sur le film de support 13. Le film de support 13 est défini par une couche en film mince 13a réalisée en dioxyde de siliclum (SiO2), qui est disposée sur la surface du substrat 12 de manière à recouvrir l'ouverture 18 et par une couche en film mince 1 3b qui est réalisée en trioxyde d'aluminium (Al2O3) , qui est disposée sur la couche en film mince 13a. En outre, le filtre en échelle 11 comporte des électrodes supérieures 1 6a et 1 6b qui sont disposées sur la surface supérieure du film mince piéxoélectrique 14 de manière à chevaucher partiellement l'électrode inférieure 15 tel que vu suivant la direction de profondeur. Les formes des parties en chevauchement tel que vu suivant la direction de profondeur entre l'électrode inférieure 15 et l'électrode supérieure 16a ainsi qu'entre l'électrode inférieure 15 et l'électrode supérieure 16b sont des octogones longs. Par conséquent, la partie en chevauchement entre l'électrode inférieure 15 et l'électrode supérieure 1 6a définit un résonateur piézoélectrique série 1 9a et l'autre partie en chevauchement entre l'électrode inférieure 15 et l'électrode supérieure 1 6b définit un autre
résonateur piézoélectrique parallèle 1 9b.
La partie en chevauchement qui inclut le film mince piézoélectrique 14 qui est disposé entre l'électrode inférieure 15 et l'électrode supérieure 1 6a tel que vu suivant la direction de profondeur définit un vibrateur 1 7a qui osci l le du fait de l' effet pi ézoélectrique en tant q ue résu ltat de sig naux hautes fréquences qui sont appliqués depuis l'électrode inférieure 15 et depuis l'électrode supérieure 1 6a. Par ailleurs, la partie en chevauchement, laquelle partie en chevauchement inclut le film mince piézoélectrique 14, qui est disposée entre l'électrode inférieure 15 et l'électrode supérieure 16b tel que vu suivant la direction de profondeur, définit un vibrateur 17b qui oscille du fait de l'effet piézoélectrique en tant que résultat de signaux hautes fréquences qui sont appliqués depuis l'électrode inférieure 15 et
depuis l'électrode supérieure 16b.
Les longueurs longitudinales des octogones longs tel que vu suivant la direction de profondeur du vibrateur 17a et du vibrateur 17b sont de préférence sensiblement égales ou supérieures à environ 20 fois la longueur d'onde de la fréquence de résonance principale, et les long ueu rs latéral es des octogones longs sont de préférence sensiblem ent égales ou inférieures à environ 5 fois la longueur d'onde de la fréquence
de résonance principale.
Dans le filtre en échelle 11 qui présente la structure qui a été décrite ci-avant, des composantes parasites se produisant dans les deux résonateurs piéxoélectriques 19a et 19b diminuent et par conséquent, des ondulations des caractéristiques de filtrage du filtre diminuent, ce qui
aboutit à des caractéristiques de filtre améliorées.
Troisième mode de réalisation préféré Par report maintenant aux figures 1, 12 et 13, un résonateur piézoélectrique selon un troisième mode de réalisation préféré de la présente invention sera décrit. Le résonateur piézoélectrique selon le troisième mode de réalisation préféré présente la même structure que celle selon le premier mode de réalisation préféré comme représenté selon la vue en couple verticale de la figure 1. Par conséquent, la forme et similaire du vibrateur 7 tel que vu suivant la direction de profondeur, qui sont différentes de celles selon le premier mode de réalisation préféré, seront
décrites et la description de la structure identique à celle du premier mode
de réalisation préféré est omise.
Comme représenté sur la figure 12, la forme du vibrateur 7 du résonateur piézoélectrique 1 est de préférence un triangle isocèle tel que vu suivant la direction de profondeur. Les longueurs des deux côtés égaux et de la base du vibrateur 7 sont de préférence égales à environ 66,2 fois et à environ 40,9 fois la longueur d'onde de la fréquence de résonance
principale, de façon respective.
La figure 13 est un graphique qui représente les caractéristiques d' i mpédance et les caractéristiques de phase d u résonateu r pi ézoélectrique 1. Selon le résonateur piézoélectrique, puisque le vibrateur est un triangle isocèle tel que vu suivant la direction de profondeur et que, par conséquent, la distance entre les côtés égaux opposés devient inférieure en direction du sommet du triangle, la distance entre les bords d'électrode formant le vibrateur et correspondant aux côtés sensiblement égaux varie le long des côtés égaux. Par conséquent, comme représenté sur la figure 13, puisque le vibrateur 7 présente une forme systématique, des composantes parasites sont susceptibles de s'annuler les unes les autres, ce qui conduit à des caractéristiques d'impédance améliorées ainsi qu'à
des caractéristiques de phase améliorées du résonateur piézoélectrique.
Quatrième mode de réalisation préféré Par report maintenant aux figures 1, 14 et 15, un résonateur piézoélectrique selon un quatrième mode de réalisation préféré de la présente invention sera décrit. Le résonateur piézoélectrique selon le quatrième mode de réalisation préféré présente sensiblement la même structure que celle selon le premier mode de réalisation préféré comme représenté selon la vue en coupe verticale de la figure 1. Par conséquent, la forme et les autres caractéristiques du vibrateur 7 tel que vu suivant la direction de profondeur, qui sont différentes de celles selon le premier
mode de réalisation préféré, seront décrites et la description de la structure
identique à celle du premier mode de réalisation préféré est omise.
Comme représenté sur la figure 14, la forme du vibrateur 7 du résonateur piézoélectrique 1 est de préférence une forme en losange tel que vu suivant la direction de profondeur. La longueur L de deux paires de côtés sensiblement parallèles du vibrateur 7 est de préférence sensiblement égale ou inférieure à environ 10 fois la longueur d'onde de la
fréquence de résonance.
La figure 15 est un graphique qui représente les caractéristiques d'impédance et les caractéristiques de phase du résonateur piézoélectrique. Comme il a été décrit ci-avant, puisque la forme du vibrateur 7 est une forme de losange, tel que vu suivant la direction de profondeur, forme selon laquelle la longueur L des côtés parallèles opposés est de préférence égale ou inférieure à environ 10 fois la longueur d'onde d'oscillation, la forme symétrique du vibrateur permet que les composantes parasites soient d i m in uées d u fait q u'el les s'ann u lent les unes les autres, ce qui conduit à des caractéristiques favorables du résonateur piézoélectrique moyennant des ondulations minimum, comme représenté sur la figure 15. Cinquième mode de réalisation préféré Par report maintenant aux figures 1, 16 et 17, un résonateur piézoélectrique selon un cinquième mode de réalisation préféré de la présente invention sera décrit. Le résonateur piézoélectrique selon le cinquième mode de réalisation préféré présente de préférence la même structure que celle selon le premier mode de réalisation préféré, comme représenté selon la vue en coupe verticale de la figure 1. Par conséquent, la forme et d'autres caractéristiques du vibrateur 7 tel que vu suivant la direction de profondeur, qui sont différentes de celles selon le premier
mode de réalisation préféré, seront décrites et la description de la structure
identique à celle du premier mode de réalisation préféré est omise.
Comme représenté sur la figure 16, tel que vu suivant la direction de profondeur, la forme du vibrateur 7 du résonateur piézoélectrique 1 est de préférence un octopone symétrique, par rapport à une ligne, forme selon laquelle 4 paires de côtés adjacents forment des angles entrants et
les quatre autres paires de côtés adjacents forment des angles saillants.
La figure 17 est un graphique qui représente les caractéristiques d'impédance et les caractéristiques de phase du résonateur piézoélectrique. Comme décrit ci-avant, tel que vu suivant la direction de profondeur, puisque le vibrateur 7 présente une forme selon laquelle la distance entre les côtés opposés, c'est-à-dire la distance entre les bords d'électrode correspondant à ces côtés, varie selon des directions le long des côtés et par ailleurs qui forme une symétrie de ligne, la forme systématique du vibrateur permet que des composantes parasites soient diminuées du fait qu'elles s'annulent les unes les autres, ce qui conduit à des caractéristiques favorables du résonateur piézoélectrique moyennant
des ondulations minimum, comme représenté sur la figure 17.
Sixième mode de réalisation préféré Par report maintenant aux figures 1, 18 et 19, un résonateur piézoalectrique selon un sixième mode de réalisation préféré de la présente invention sera décrit. Le résonateur piézoélectrique selon le sixième mode de réalisation préféré présente la même structure que celle selon le premier mode de réalisation préféré comme représenté selon la vue en coupe verticale de la figure 1. Par conséquent, la forme et d'autres caractéristiques du vibrateur 7 tel que vu suivant la direction de profondeur, qui sont différentes de celles selon le premier mode de réalisation préféré,
seront décrites et la description de la structure identique à celle du premier
mode de réalisation préféré est omise.
Comme représenté sur la figure 18, la forme du vibrateur 7 du résonateur piézoélectrique 1 est de préférence un hexagone qui est symétrique par report à une ligne tel que vu suivant la direction de profondeur. La figure 19 est un graphique qui représente les caractéristiques d'impédance et les caractéristiques de phase du résonateur piézoélectrique. Comme il a été décrit ci-avant, puisque la forme du vibrateur 7 est un hexagone qui est symétrique par rapport à une ligne tel que vu suivant la direction de profondeur, aucun côté opposé n'est parallèle aux autres. Par conséquent, puisque la distance entre les côtés opposés varie suivant des directions le long des côtés, la distance entre les bords d'électrode correspondant aux côtés définissant le vibrateur varie le long des côtés et en outre, puisque le vibrateur 7 présente une forme systématique du fait de sa symétrie de ligne, des composantes parasites s'annulent les unes les autres, ce qui conduit à des caractéristiques d'impédance améliorées et à des caractéristiques de phase améliorées du
résonateur piézoélectrique, comme représenté sur la figure 19.
Septième mode de réalisation préféré Par report aux figures 1, 20 et 21, un résonateur piézoélectrique selon un septième mode de réalisation préféré de la présente invention sera décrit. Le résonateur piézoélectrique selon le septième mode de réalisation préféré présente la même structure que celle selon le premier mode de réalisation préféré comme représenté selon la vue en coupe verticale de la figure 1. Par conséquent, ia forme et d'autres caractéristiques du vibrateur 7 tel que vu suivant la direction de profondeur qui sont différentes de celles selon le premier mode de réalisation préféré
seront décrites, et la description de la structure qui est identique à celle
-
selon le premier mode de réalisation préféré est omise.
Comme représenté sur la figure 20, la forme du vibrateur 7 du résonateur piézoélectrique 1 est de préférence un trapézode qui est symétrique par rapport à une ligne tel que vu suivant la direction de profondeur. Lalongueur L du côté court pris parmi les côtés parallèles du trapézode est de préférence sensiblement égale ou inférieure à environ 10
fois la longueur d'onde d'oscillation.
La figure 21 est un graphique qui représente les caractéristiques d'impédance et les caractéristiques de phase du résonateur piézoélectrique. Comme il a été décrit ci-avant, puisque la forme du vibrateur 7 est un trapézode tel que vu suivant la direction de profondeur, direction selon laquelle la longueur L du plus court côté pris parmi les côtés parallèles opposés est de préférence sensiblement égale ou inférieure à environ 10 fois la longueur d'onde d'oscillation, la forme systématique du vibrateur permet que les composantes parasites soient diminuées du fait qu'elles s'annulent les unes les autres, ce qui conduit à des caractéristiques favorables du résonateur piézoélectrique moyennant des
ondulations minimum, comme représenté sur la figure 21.
Huitième mode de réalisation préféré Ensuite, un duplexeur selon un autre mode de réalisation préféré de la présente invention sera décrit. Un duplexeur 20 qui est représenté sur la figure 22 comporte une borne d'antenne 21, une borne de réception 22 et une borne d'émission 23. Le duplexeur 20 présente une structure selon laquelle le résonateur piézoélectrique selon divers modes de réalisation préférés de la présente invention ou le filtre piézoélectrique selon divers modes de réalisation préférés de la présente invention, tous deux permettant le passage au travers de signaux dans une plage de bande de fréquences prédéterminée, est constitué en tant qu'élément de circuit entre
les bornes de réception et d'émission 22 et 23 et la borne d'antenne 21.
Puisque le filtre piézoélectrique fonctionne en tant qu'élément de circuit muni du résonateur piézoélectrique selon des modes de réalisation préférés de la présente invention ou muni du filtre piézoélectrique selon des modes de réalisation préférés de la présente invention comme défini au moyen du résonateur piézoélectrique, le duplexeur 20 présente des caractéristiques de réception et d'émission améliorées et présente des !
caractéristiques générales améliorées.
Neuvième mode de réalisation préféré Un appareil de communication selon encore un autre mode de réalisation préféré de la présente invention qui est utilisé en tant que l'un d'une certaine variété de dispositifs de communication tels qu'un terminal de téléphone portable et qu'un appareil de LAN ou de réseau local sera décrit. La figure 23 est un schéma fonctionnel de l'appareil de communication. Comme représenté sur la figure 23, un appareil de communication 24 comporte un circuit de réception 25 et un circuit d'émission 26 qui sont constitués dans son corps principal, en plus du fait qu'ils disposent d'une antenne 27. Par ailleurs, comme décrit selon le huitième mode de réalisation préféré, des signaux sont transmis entre l'antenne 27 et le circuit d'émission 26 ainsi qu'entre l'antenne 27 et le circuit de réception 25 via le duplexeur 20. Par conséquent, puisque le résonateur piézoélectrique selon des modes de réalisation préférés de la présente invention ou le filtre piézoélectrique selon des modes de réalisation préférés de la présente invention comportant le résonateur piézoélectrique est prévu dans le duplexeur 20 en tant qu'élément de circuit, I'appareil de communication présente des caractéristiques d'émission et de réception améliorées et des
caractéristiques générales améliorées.
La présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation p réfé rés mentionnés ci -avant mais dive rses applications et d ive rses
modifications décrites ci-après à titre d'exemples peuvent être considérées.
Bien que le résonateur piézoélectrique selon les modes de réalisation préférés présentés ci-avant présente de préférence une fréquence de résonance proche d'approximativement 1,95 GHz, I'homme de l'art appréciera que la présente invention peut étre appliquée à un résonateur piézoélectrique qui présente une fréquence de résonance
supérieure à 1,95 GHz ou inférieure à 1,95 GHz.
Bien que le filtre piézoélectrique selon le second mode de réalisation préféré soit de préférence un filtre en échelle du type L, les résonateurs piézoélectriques selon la présente invention peuvent être appliqués à une certaine variété de filtres piézoélectriques tels qu'un filtre en échelle de type comme représenté sur la figure 24A dans lequel deux résonateurs piézoélectriques série et deux résonateurs piézoélectriques parallèles sont connectés, un filtre en échelle de type L comme représenté sur la figure 24B selon lequel un résonateur piézoélectrique parallèle est connecté entre une borne de sortie et une borne de mise à la masse et un filtre en échelle de type T comme représenté sur la figure 24C selon lequel deux résonateurs que sont un résonateur piézoélectrique série et un résonateur piézoélectrique parallèle sont connectés. Par ailleurs, bien que le filtre selon le second mode de réalisation préféré comporte deux résonateurs piézoélectriques juxtaposés de manière à définir un unique élément, trois résonateurs piézoélectriques ou plus peuvent être agencés afin de former un unique élément, et l'agencement des résonateurs piézoélectriques n'est pas limité à une juxtaposition suivant une direction donnée. Bien que la forme du vibrateur soit de préférence un octogone étroit et long tel que vu suivant la direction de profondeur selon les modes de réalisation préférés mentionnés ci-avant, le vibrateur 7 du résonateur piézoélectrique selon la présente invention peut présenter l'une des formes qui sont représentées sur les figures 25A à 28B tel que vu suivant la
direction de profondeur.
De façon davantage particulière, la figure 25A représente le vibrateur 7 qui présente une forme d'hexagone long latéralement selon laquelle la longueur des côtés parallèles opposés est de préférence sensiblement égale ou inférieure à environ 10 fois la longueur d'onde d'oscillation \. La figure 25B représente le vibrateur 7 qui présente une forme elliptique longue latéralement selon laquelle la longueur longitudinale L est de préférence égale à au moins 20 fois la longueur d'onde d'oscillation \. La figure 25C représente le vibrateur 7 qui présente une forme semicirculaire selon laquelle la longueur longitudinale L est égale à au moins environ 20 fois la longueur d'onde d'oscillation \. La figure 25D représente le vibrateur 7 qui présente une forme de triangle isocèle à angle aigu selon laquelle la longueur longitudinale L (c'est-à-dire la distance L depuis la base jusqu'au sommet du triangle) vaut au moins environ 20 fois la longueur d'onde d'oscillation \. La figure 25E représente le vibrateur 7 qui présente une forme en losange, chaque côté présentant une forme en forme de marche, forme selon laquelle la longueur des côtés parallèles opposés est de préférence sensiblement égale ou inférieure à environ 10 fois la longueur d'onde d'oscillation et la longueur longitudinale L vaut au moins environ 20 fois la longueur d'onde d'oscillation \. Tel que vu suivant la direction de profondeur, les formes de ces vibrateurs qui sont représentés sur les figures 25A à 25E sont symétriques par rapport à une ligne en relation avec les iignes centrales virtuelles correspondantes qui s'étendent au travers des centres suivant les directions de largeur prédéterminées correspondantes et également qui sont sensiblement
perpendicuiaires aux directions de largeur prédéterminées.
Par ailieurs, la figure 26A représente le vibrateur 7 qui présente une forme de polygone à 16 côtés longs latéralement, forme selon laquelle la longueur des côtés parallèles opposés est de préférence sensiblement égale ou inférieure à environ 10 fois la longueur d'onde d'oscillation et la longueur d'onde longitudinale L vaut au moins environ 20 fois la longueur d'onde d'oscillation \. La figure 26B représente le vibrateur 7 qui présente une forme d'heptagone étroit et long, forme selon laquelle la forme est symétrique par rapport à une ligne et la longueur longitudinale L vaut au moins environ 20 fois la longueur d'onde d'oscillation \. La figure 26C représente le vibrateur 7 qui présente une forme d'octogone étroit et long, forme selon laquelle les quatre côtés présentent des courbes convexes, la longueur des côtés paralièles opposés étant de préférence sensiblement égale ou inférieure à environ 10 fois la longueur d'onde d'oscillation et la longueur longitudinale L valant au moins environ 20 fois la longueur d'onde d'oscillation X. La figure 26D représente le vibrateur 7 qui présente une forme d'octogone étroit et long, forme selon laquelle les quatre côtés présentent des courbes concaves, la longueur des côtés parallèles opposés étant de préférence sensiblement égale ou inférieure à environ 10 fois la longueu r d'onde d'oscillation ? et la long ueu r longitudi n ale L valant au moins environ 20 fois la longueur d'onde d'oscillation L. Tel que vu suivant la direction de profondeur, les formes de ces vibrateurs qui sont représentés sur les figures 26A à 26D sont symétriques bilatéralement par rapport aux lignes centrales virtuelles correspondantes qui s'étendent au travers des centres suivant les directions de largeur prédéterminées correspondantes et également qui sont sensiblement perpendiculaires aux
directions de largeur prédéterminées.
En outre, la figure 27A représente le vibrateur 7 qui présente une forme en losange, forme selon laquelle le rapport de la longueur longitudinale L1 sur la longueur latérale L2 vaut approximativement 11:3 et la longueur des côtés parallèles opposés est de préférence sensiblement égale ou inférieure à environ 10 fois la longueur d'onde d'oscillation \. La figure 27B représente le vibrateur 7 qui présente une forme en losange selon laquelle le rapport de la longueur longitudinale L1 sur la longueur latérale L2 est de préférence approximativement égal à 6:1 et la longueur des côtés parallèles opposés est sensiblement égale ou inférieure à environ 10 fois la longueur d'onde d'oscillation X. La figure 27C représente le vibrateur 7 qui présente une forme de trapézode selon laquelle l'angle de sommet ou d'apex vaut de préférence environ 30 et la longueur du côté supérieur est de préférence sensiblement égale ou inférieure à environ 10 fois la longueur d'onde d'oscillation l. Tel que vu suivant la direction de profondeur, les formes de ces vibrateurs qui sont représentés sur les figures 27A à 27D sont symétriques par rapport à une ligne en relation avec les lignes centrales virtuelles correspondantes qui s'étendent au travers des centres suivant les directions de largeur prédéterminées correspondantes et également qui sont sensiblement perpendiculaires aux
directions de largeur prédéterminées.
Qui plus est. la figure 28A représente le vibrateur 7 qui présente une forme qui est formée en découpant un triangle isocèle à angle obtus à partir de chaque côté d'un carré en direction de l'intérieur du carré, forme selon laquelle la longueur longitudinale L (c'est-à-dire la longueur L de chaque côté du carré) est de préférence sensiblement égale à au moins environ 20 fois la longueur d'onde d'oscillation \. La figure 28B représente le vibrateur 7 qui présente une forme qui est formée en découpant un triangle isocèle à angle obtus depuis chaque côté d'un rectangle en direction de l'intérieur du rectangle, forme selon laquelle la longueur longitudinale L (c'est-à-dire la longueur L du côté long du rectangle) est de préférence sensiblement égale à au moins environ 20 fois la longueur d'onde d'oscillation \. Tel que vu suivant la direction de profondeur, les formes de ces vibrateurs qui sont représentés sur les figures 28A et 28B sont symétriques par rapport à une ligne en relation avec des lignes centrales virtuelles correspondantes qui s'étendent au travers des centres suivant les directions de largeur prédéterminées correspondantes et également qui sont sensiblement perpendiculaires aux directions de largeur prédéterminées. Bien qu'une connexion permettant de connecter de façon mutuelle I'électrode supérieure et l'électrode externe soit agencée de manière à être connectée à l'électrode supérieure tout en s'étendant suivant la direction longitudinale du vibrateur selon les modes de réalisation préférés mentionnés ci-avant, une connexion 28 peut étre connectée à l'électrode supérieure 6 tout en s'étendant suivant une direction selon un angle avec la direction longitudinale de l'électrode supérieure 6 du vibrateur 7, comme représenté sur les figures 29A et 29B. La figure 29A représente une structure selon laquelle la connexion 28 s'étend suivant une direction à un angle d'environ 30 avec la direction longitudinale et la figure 29B représente une autre structure selon laquelle la connexion 28 s'étend
suivant une direction à un angle de 45 avec la direction longitudinale.
Puisque la connexion 28 s'étend selon un angle avec la direction longitudinale du vibrateur comme décrit ci-avant, la longueur nécessaire globale d'un élément suivant la direction longitudinale du vibrateur peut être
rendue plus faible, ce qui conduit à une dimension réduite de l'élément.
Bien que l'ouverture soit agencée de manière à s'étendre verticalement au travers du substrat et que le vibrateur soit disposé dans l'ouverture selon les modes de réalisation préférés mentionnés ci-avant, un résonateur piézoélectrique 31 selon un mode de réalisation préféré de la présente invention peut présenter une structure selon laquelle, par exemple, comme représenté sur la figure 30, un substrat 32 comporte une dépression 38 sur sa surface supérieure de manière à former une cavité qui comporte un fond, une électrode inférieure 35 de manière à recouvrir la dépression 38 via une couche isolante 33 et une électrode supérieure 36
sur un film mince piézoélectrique 34 formé sur l'électrode inférieure 35.
Bien que la présente invention ait été décrite par référence à ce qui est présentement considéré comme étant les modes de réalisation préférés, il doit être bien entendu que diverses variantes et modifications peuvent être apportées à la présente invention sans que l'on s'écarte de la présente invention dans ses aspects les plus larges et que, par
conséquent, il est bien entendu que les revendications annexées couvrent
toutes les variantes et modifications qui tombent à l'intérieur de l'esprit et
du cadre vrai de la présente invention.
Claims (28)
1. Résonateur piézoélectrique caractérisé en ce qu'il comprend: un substrat (2); et un vibrateur (7) incluant: une partie de film mince incluant au moins une couche en film mince piézoélectrique (4) qui est disposée sur le substrat (2); et au moins une paire d'électrodes supérieure et inférieure (6, 5) qui sont disposées sur le substrat (2), dans lequel le vibrateur (7) présente une structure selon laquelle la partie en film mince est prise en sandwich entre les surfaces supérieure et inférieure du vibrateur (7) par les électrodes supérieure et inférieure (6, 5) qui sont opposées l'une à l'autre suivant la direction de profondeur du vibrateur; et une partie en chevauchement du vibrateur qui est définie par les électrodes supérieure et inférieure opposées (6, 5) présente une forme tétragonale (figure 3) tel que vu suivant la direction de profondeur du substrat (2) autre qu'un rectangle et qu'un carré, la forme tétragonale comportant des côtés sensiblement parallèles présentant une longueur longitudinale qui est sensiblement égale ou inférieure à environ 10 fois la longueur d'onde d'oscillation et présentant au moins une partie dans
laquelle la distance entre des bords d'électrode opposés varie.
2. Résonateur piézoélectrique caractérisé en ce qu'il comprend: un substrat (2); et un vibrateur (7) incluant: une partie de film mince incluant au moins une couche en film mince piézoélectrique (4) qui est disposée sur le substrat (2); et au moins une paire d'électrodes supérieure et inférieure (6, 5) qui sont disposées sur le substrat (2), dans lequel le vibrateur (7) présente une structure selon laquelle la partie en film mince est prise en sandwich entre les surfaces supérieure et inférieure du vibrateur (7) par les électrodes supérieure et inférieure (6, 5) qui sont opposées l'une à l'autre suivant la direction de profondeur du vibrateur; et une partie en chevauchement du vibrateur qui est définie par les électrodes supérieure et inférieure opposées (6, 5) présente une forme polygonale comportant au moins 5 côtés tel que vu suivant la direction de profondeur, la forme polygonale comportant des côtés sensiblement parallèles présentant une longueur longitudinale qui est sensiblement égale ou inférieure à environ 10 fois la longueur d'onde d'oscillation et présentant au moins une partie dans laquelle la distance entre des bords d'électrode
opposés varie.
3. Résonateur piézoélectrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la partie en chevauchement du vibrateur (7) qui est définie par les électrodes supérieure et inférieure opposées (6, 5) est symétrique par rapport à une ligne tel que vu suivant la direction de profondeur.
4. Résonateur piézoélectrique selon la revendication 2, caractérisé en ce que la partie en chevauchement du vibrateur (7) qui est définie par les électrodes supérieure et inférieure opposées (6, 5) est symétrique par rapport à une ligne tel que vu suivant la direction de profondeur.
5. Résonateur piézoélectrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la partie en chevauchement du vibrateur (7) qui est définie par les électrodes supérieure et inférieure opposées (6, 5) est symétrique par rapport à un point tel que vu suivant la direction de profondeur.
6. Résonateur piézoélectrique selon la revendication 2, caractérisé en ce que la partie en chevauchement du vibrateur (7) qui est définie par les électrodes supérieure et inférieure opposées (6, 5) est symétrique par rapport à un point tel que vu suivant la direction de profondeur.
7. Résonateur piézoélectrique selon la revendication 2, caractérisé en ce que la forme de la partie en chevauchement du vibrateur (7) qui est définie par les électrodes supérieure et inférieure opposées (6, ) est un octogone tel que vu suivant la direction de profondeur.
8. Résonateur piézoélectrique selon la revendication 7, caractérisé en ce que la forme de la partie en chevauchement du vibrateur (7) qui est définie par les électrodes supérieure et inférieure opposées (6, ) est un octogone allongé (figure 3) tel que vu suivant la direction de profondeur.
9. Résonateur piézoélectrique selon la revendication 8, caractérisé en ce que, tel que vu suivant la direction de profondeur, la partie en chevauchement du vibrateur (7) qui est définie par les électrodes supérieure et inférieure opposées (6, 5) présente une forme selon laquelle, lorsque la longueur latérale est définie en tant que b et que la longueur de côtés latéraux au niveau des extrémités longitudinales est définie en tant
que d, la relation d/b < 0, 5 est satisfaite.
10. Résonateur piézQélectrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la forme de la partie en chevauchement du vibrateur (7) qui est définie par les électrodes supérieure et inférieure opposées (6, ) est un losange tel que vu suivant la direction de profondeur.
11. Résonateur piézoélectrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la forme de la partie en chevauchement du vibrateur (7) qui est définie par les électrodes supérieure et inférieure opposées (6, ) est un trapézode tel que vu suivant la direction de profondeur.
12. Résonateur piézoélectrique caractérisé en ce qu'il comprend: un substrat (2); et un vibrateur (7) incluant: une partie de film mince incluant au moins une couche en film mince piézoélectrique (4) qui est disposée sur le substrat (2); et au moins une paire d'électrodes supérieure et inférieure (6, 5) qui sont disposées sur le substrat (2), dans lequel le vibrateur (7) présente une structure selon laquelle la partie en film mince est prise en sandwich entre les surfaces supérieure et inférieure du vibrateur (7) par les électrodes supérieure et inférieure (6, 5) qui sont opposées l'une à l'autre suivant la direction de profondeur du vibrateur; et une partie en chevauchement du vibrateur qui est définie par les électrodes supérieure et inférieure opposées (6, 5) ne comporte pas de paire de côtés parallèles et est symétrique par rapport à une ligne tel que
vu suivant la direction de profondeur.
13. Résonateur piézoélectrique selon la revendication 12, caractérisé en ce que la forme de la partie en chevauchement du vibrateur (7) qui est définie par les électrodes supérieure et inférieure opposées (6, ) est un triangle isocèle (figure 12) tel que vu suivant la direction de profondeur.
14. Résonateur piézoélectrique selon la revendication 12, caractérisé en ce que la forme de la partie en chevauchement du vibrateur (7) qui est définie par les électrodes supérieure et inférieure opposées (6, ) est un heptagone tel que vu suivant la direction de profondeur.
15. Résonateur piézoélectrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la partie en chevauchement du vibrateur (7) qui est définie par les électrodes supérieure et inférieure opposées (6, 5) présente une longueur longitudinale qui est égale ou supérieure à environ 20 fois la
longueur d'onde de résonance de l'oscillation principale.
16. Résonateur piézoélectrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le substrat (2) comporte un élément pris parmi une ouverture (8) et une dépression et le vibrateur est disposé au-dessus de
l'un des éléments pris parmi l'ouverture et la dépression.
17. Résonateur piézoélectrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le vibrateur (7) oscille dans un mode oscillation longitudinale en épaisseur en réponse à des signaux électriques qui sont
appliqués sur les électrodes supérieure et inférieure (6, 5).
18. Filtre piézoélectrique caractérisé en ce qu'il comprend le
résonateur piézoélectrique selon la revendication 1.
19. Filtre piézoélectrique caractérisé en ce qu'il présente une structure en échelle et en ce qu'il comprend un résonateur piézoélectrique
selon la revendication 1.
20. Duplexeur caractérisé en ce qu'il comprend le résonateur
piézoélectrique selon la revendication 1.
21. Appareil de communication caractérisé en ce qu'il comprend le
résonateur piézoélectrique selon la revendication1.
22. Résonateur piézoélectrique selon la revendication 12, caractérisé en ce que la partie en chevauchement du vibrateur (7) qui est définie par les électrodes supérieure et inférieure opposées (6, 5) présente une longueur longitudinale qui est égale ou supérieure à environ 20 fois la
longueur d'onde de résonance de l'oscillation principale.
23. Résonateur piézoélectrique selon la revendication 12, caractérisé en ce que le substrat (2) comporte un élément pris parmi une ouverture (8) et une dépression et le vibrateur est disposé au-dessus de
l'un des éléments pris parmi l'ouverture et la dépression.
24. Résonateur piézoélectrique selon la revendication 12, caractérisé en ce que le vibrateur (7) oscille dans un mode oscillation longitudinale en épaisseur en réponse à des signaux électriques qui sont
appliqués sur les électrodes supérieure et inférieure (6, 5).
25. Filtre piézoélectrique caractérisé en ce qu'il comprend le
résonateur piézoélectrique selon la revendication 12.
26. Filtre piézoélectrique caractérisé en ce qu'il présente une structure en échelle et en ce qu'il comprend un résonateur piézoélectrique
selon la revendication 12.
27. Duplexeur caractérisé en ce qu'il comprend le résonateur
piézoélectrique selon la revendication 12.
28. Appareil de communication caractérisé en ce qu'il comprend
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