JP2002374144A - 薄膜圧電共振器 - Google Patents
薄膜圧電共振器Info
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
- H03H9/15—Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material
- H03H9/17—Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material having a single resonator
- H03H9/171—Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material having a single resonator implemented with thin-film techniques, i.e. of the film bulk acoustic resonator [FBAR] type
- H03H9/172—Means for mounting on a substrate, i.e. means constituting the material interface confining the waves to a volume
- H03H9/174—Membranes
-
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- H03H9/02007—Details of bulk acoustic wave devices
- H03H9/02086—Means for compensation or elimination of undesirable effects
- H03H9/02118—Means for compensation or elimination of undesirable effects of lateral leakage between adjacent resonators
-
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-
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- H03H3/00—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators
- H03H3/007—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators for the manufacture of electromechanical resonators or networks
- H03H3/02—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators for the manufacture of electromechanical resonators or networks for the manufacture of piezoelectric or electrostrictive resonators or networks
- H03H3/04—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators for the manufacture of electromechanical resonators or networks for the manufacture of piezoelectric or electrostrictive resonators or networks for obtaining desired frequency or temperature coefficient
- H03H2003/0414—Resonance frequency
- H03H2003/0421—Modification of the thickness of an element
- H03H2003/0435—Modification of the thickness of an element of a piezoelectric layer
Abstract
(57)【要約】
【課題】 構造を複雑化することなく且つ縦音響モード
の強度を低減させることなしに、横音響モードを抑制し
て改善された特性を有する薄膜圧電共振器を提供する。 【解決手段】 圧電体膜１２とその両面にそれぞれ形成
された電極層１８，２０とを含む圧電積層構造体２２
は、その面に沿った横方向の共振を抑制する横方向共振
抑制手段を備えている。横方向共振抑制手段は、圧電体
膜１２の端縁部に形成された横方向伝搬音響モード減衰
のための小膜厚部１２Ａの微細形状に基づき横方向の共
振を抑制する。小膜厚部１２Ａは、圧電体膜１２の端縁
部を圧電体膜１２の中央部より小さな膜厚にすることで
形成されたものであり、圧電体膜の端縁に向かって外方
へと次第に膜厚が小さくなるものである。
の強度を低減させることなしに、横音響モードを抑制し
て改善された特性を有する薄膜圧電共振器を提供する。 【解決手段】 圧電体膜１２とその両面にそれぞれ形成
された電極層１８，２０とを含む圧電積層構造体２２
は、その面に沿った横方向の共振を抑制する横方向共振
抑制手段を備えている。横方向共振抑制手段は、圧電体
膜１２の端縁部に形成された横方向伝搬音響モード減衰
のための小膜厚部１２Ａの微細形状に基づき横方向の共
振を抑制する。小膜厚部１２Ａは、圧電体膜１２の端縁
部を圧電体膜１２の中央部より小さな膜厚にすることで
形成されたものであり、圧電体膜の端縁に向かって外方
へと次第に膜厚が小さくなるものである。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、厚み方向に伝搬す
る音響共振モードを利用する薄膜圧電共振器に関するも
のであり、特に、横方向に伝搬する音響モードの低減を
企図した薄膜圧電共振器に関するものである。
る音響共振モードを利用する薄膜圧電共振器に関するも
のであり、特に、横方向に伝搬する音響モードの低減を
企図した薄膜圧電共振器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】電子装置のコストを低減し或はサイズを
小さくするために、該電子装置の構成要素として使用さ
れているフィルタを小型化する要求は常に存在する。例
えば、携帯電話機等のような民生用電子機器において
は、その回路を構成するのに利用されている電子部品に
対してサイズ及びコストの両方に関して厳しい要求があ
る。これらの要求を満たす可能性の高いフィルタとし
て、薄膜圧電材料中のバルク縦音響モードを利用する共
振器から作られる種類のものが存在する。この共振器の
単純な構成の１つにおいては、薄膜圧電材料の層が２つ
の金属電極層に挟まれた形態の圧電積層構造体が用いら
れている。この圧電積層構造体をその外周部を支持する
ことで中央部を空気中に置き、電圧印加により対向する
２つの金属電極層間に電界を作ることで、薄膜圧電材料
層は電気的エネルギーを音波の形の機械的エネルギーに
変換する。音波は電界と同じ縦方向に伝搬されて電極と
空気との界面で反射する。
小さくするために、該電子装置の構成要素として使用さ
れているフィルタを小型化する要求は常に存在する。例
えば、携帯電話機等のような民生用電子機器において
は、その回路を構成するのに利用されている電子部品に
対してサイズ及びコストの両方に関して厳しい要求があ
る。これらの要求を満たす可能性の高いフィルタとし
て、薄膜圧電材料中のバルク縦音響モードを利用する共
振器から作られる種類のものが存在する。この共振器の
単純な構成の１つにおいては、薄膜圧電材料の層が２つ
の金属電極層に挟まれた形態の圧電積層構造体が用いら
れている。この圧電積層構造体をその外周部を支持する
ことで中央部を空気中に置き、電圧印加により対向する
２つの金属電極層間に電界を作ることで、薄膜圧電材料
層は電気的エネルギーを音波の形の機械的エネルギーに
変換する。音波は電界と同じ縦方向に伝搬されて電極と
空気との界面で反射する。
【０００３】この種のデバイスは電気的に結合可能な機
械的共振器であり、従ってフィルタとしての作用を持
つ。圧電積層構造体中を伝わる音のある所定の位相速度
に対する機械的共振周波数は、圧電積層構造体中を縦方
向（即ち厚み方向）に伝わる音波の半波長が圧電積層構
造体の全厚みに等しくなる周波数である。音の速度は光
の速度より４桁も低いため、共振器の寸法をかなり小さ
くすることが出来る。例えば、ＧＨｚ領域での応用に使
用される共振器は直径１００ミクロン、厚さ数ミクロン
の寸法に作ることが出来る。
械的共振器であり、従ってフィルタとしての作用を持
つ。圧電積層構造体中を伝わる音のある所定の位相速度
に対する機械的共振周波数は、圧電積層構造体中を縦方
向（即ち厚み方向）に伝わる音波の半波長が圧電積層構
造体の全厚みに等しくなる周波数である。音の速度は光
の速度より４桁も低いため、共振器の寸法をかなり小さ
くすることが出来る。例えば、ＧＨｚ領域での応用に使
用される共振器は直径１００ミクロン、厚さ数ミクロン
の寸法に作ることが出来る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】以上のような薄膜圧電
共振器の基本振動モードにおいては、音波は電極面に対
して直角の方向に伝搬される。このようなモードは縦モ
ードと呼ばれる。しかしながら、薄膜圧電共振器におい
ては、励起され得る他の振動モードも存在する。これら
のモードのうちには、電極面に平行に伝搬して、圧電積
層構造体中央部を空気中に置くために保持基板に形成さ
れた空洞の壁や圧電体層または電極層の端部と空気との
界面で反射するものがある。このようなモードは横モー
ドと呼ばれ、その共振周波数は圧電体層の横共振モード
の音響速度により、また金属電極層の横方向寸法により
決まる。これらの横モードの高い高調波が基本縦モード
の周波数帯域中に出現する場合があり、その場合には所
望の縦モードの共振との干渉が生ずる結果、通過帯域特
性の悪化を生じることになる。
共振器の基本振動モードにおいては、音波は電極面に対
して直角の方向に伝搬される。このようなモードは縦モ
ードと呼ばれる。しかしながら、薄膜圧電共振器におい
ては、励起され得る他の振動モードも存在する。これら
のモードのうちには、電極面に平行に伝搬して、圧電積
層構造体中央部を空気中に置くために保持基板に形成さ
れた空洞の壁や圧電体層または電極層の端部と空気との
界面で反射するものがある。このようなモードは横モー
ドと呼ばれ、その共振周波数は圧電体層の横共振モード
の音響速度により、また金属電極層の横方向寸法により
決まる。これらの横モードの高い高調波が基本縦モード
の周波数帯域中に出現する場合があり、その場合には所
望の縦モードの共振との干渉が生ずる結果、通過帯域特
性の悪化を生じることになる。
【０００５】このようなモード干渉の改善方法の１つ
が、特開２０００−３１５５２号公報に提案されてい
る。この公報で提案されている１つの方法においては、
横共振モードを抑えるために、ポリイミド等の粘弾性音
響減衰材料を電極周囲に追加して用いている。従って、
この方法は、薄膜圧電共振器の構造を複雑にする。ま
た、この公報で提案されている他の１つの方法において
は、電極の辺を互いに非平行な直線から構成している。
従って、この方法は、共振器の外形寸法の小型化に伴っ
て電極面積が一層小さくなり、所要の縦モードの強度を
も低減する。
が、特開２０００−３１５５２号公報に提案されてい
る。この公報で提案されている１つの方法においては、
横共振モードを抑えるために、ポリイミド等の粘弾性音
響減衰材料を電極周囲に追加して用いている。従って、
この方法は、薄膜圧電共振器の構造を複雑にする。ま
た、この公報で提案されている他の１つの方法において
は、電極の辺を互いに非平行な直線から構成している。
従って、この方法は、共振器の外形寸法の小型化に伴っ
て電極面積が一層小さくなり、所要の縦モードの強度を
も低減する。
【０００６】本発明の目的は、構造を複雑化することな
く且つ縦音響モードの強度を低減させることなしに、横
音響モードを抑制して改善された特性を有する薄膜圧電
共振器を提供することである。
く且つ縦音響モードの強度を低減させることなしに、横
音響モードを抑制して改善された特性を有する薄膜圧電
共振器を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、以上の
如き目的を達成するものとして、圧電体膜とその両面に
それぞれ形成された電極層とを含む圧電積層構造体の一
部を含んで振動部が構成される薄膜圧電共振器であっ
て、前記圧電積層構造体はその面に沿った横方向の共振
を抑制する横方向共振抑制手段を備えており、該横方向
共振抑制手段は前記圧電体膜の端縁部及び／または前記
電極層の端縁部に形成された横方向伝搬音響モード減衰
のための微細形状に基づき前記横方向の共振を抑制する
ものであることを特徴とする薄膜圧電共振器、が提供さ
れる。
如き目的を達成するものとして、圧電体膜とその両面に
それぞれ形成された電極層とを含む圧電積層構造体の一
部を含んで振動部が構成される薄膜圧電共振器であっ
て、前記圧電積層構造体はその面に沿った横方向の共振
を抑制する横方向共振抑制手段を備えており、該横方向
共振抑制手段は前記圧電体膜の端縁部及び／または前記
電極層の端縁部に形成された横方向伝搬音響モード減衰
のための微細形状に基づき前記横方向の共振を抑制する
ものであることを特徴とする薄膜圧電共振器、が提供さ
れる。
【０００８】本発明の一態様においては、前記横方向共
振抑制手段の微細形状のうちの少なくとも１つは、前記
圧電体膜の端縁部の少なくとも一部を前記圧電体膜の中
央部より小さな膜厚にすることで形成されたものであ
る。本発明の一態様においては、前記圧電体膜の端縁部
の少なくとも一部に前記圧電体膜の中央部より小さな膜
厚に形成された小膜厚部は、前記圧電体膜の端縁に向か
って外方へと次第に膜厚が小さくなるものである。本発
明の一態様においては、前記圧電体膜の端縁部の少なく
とも一部に前記圧電体膜の中央部より小さな膜厚に形成
された小膜厚部は、一定の膜厚をもつものである。本発
明の一態様においては、前記小膜厚部は前記圧電体膜の
中央部の厚さの０．５〜４倍の幅をもつ。
振抑制手段の微細形状のうちの少なくとも１つは、前記
圧電体膜の端縁部の少なくとも一部を前記圧電体膜の中
央部より小さな膜厚にすることで形成されたものであ
る。本発明の一態様においては、前記圧電体膜の端縁部
の少なくとも一部に前記圧電体膜の中央部より小さな膜
厚に形成された小膜厚部は、前記圧電体膜の端縁に向か
って外方へと次第に膜厚が小さくなるものである。本発
明の一態様においては、前記圧電体膜の端縁部の少なく
とも一部に前記圧電体膜の中央部より小さな膜厚に形成
された小膜厚部は、一定の膜厚をもつものである。本発
明の一態様においては、前記小膜厚部は前記圧電体膜の
中央部の厚さの０．５〜４倍の幅をもつ。
【０００９】本発明の一態様においては、前記横方向共
振抑制手段の微細形状のうちの少なくとも１つは、前記
電極層の端縁の少なくとも一部の平面形状を波形状にす
ることで形成されたものである。本発明の一態様におい
ては、前記波形状のピッチは前記圧電体膜の中央部の厚
さの３〜３０倍である。本発明の一態様においては、前
記波形状の振幅は前記圧電体膜の中央部の厚さの１〜１
０倍である。
振抑制手段の微細形状のうちの少なくとも１つは、前記
電極層の端縁の少なくとも一部の平面形状を波形状にす
ることで形成されたものである。本発明の一態様におい
ては、前記波形状のピッチは前記圧電体膜の中央部の厚
さの３〜３０倍である。本発明の一態様においては、前
記波形状の振幅は前記圧電体膜の中央部の厚さの１〜１
０倍である。
【００１０】本発明によれば、圧電体層の端縁部の厚み
を中心部に比べて薄くすること及び／又は電極層の端縁
の平面形状を波形状にすることなどの微細形状付与に基
づき機能する横方向共振抑制手段により、圧電体層の端
面での音波の反射を弱めたり、電極層の端縁での音波の
反射を弱めたりすることで、横方向音響モードの反射が
良好に抑制され、振動部へと戻る横音響モードを十分に
減衰させることができる。
を中心部に比べて薄くすること及び／又は電極層の端縁
の平面形状を波形状にすることなどの微細形状付与に基
づき機能する横方向共振抑制手段により、圧電体層の端
面での音波の反射を弱めたり、電極層の端縁での音波の
反射を弱めたりすることで、横方向音響モードの反射が
良好に抑制され、振動部へと戻る横音響モードを十分に
減衰させることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照しながら説明する。
を参照しながら説明する。
【００１２】図１は本発明による薄膜圧電共振器の一実
施形態を示す模式的平面図であり、図２はそのＸ−Ｘ断
面図である。薄膜圧電共振器１０は、上面と下面との間
を上下に貫通してエアーギャップ（空洞）を形成する貫
通孔１４を有する基板１６と、該基板１６の上面上に該
上面の貫通孔開口を形成する端縁により周縁部が支持さ
れて吊られた形態の圧電スタック（圧電積層構造体）２
２とを有する。該圧電スタック２２は、圧電体層１２と
その上下両面に接合された電極層１８，２０とからな
る。電極層１８，２０にはそれぞれ端子２６，２８が付
されており、該端子２６，２８には電源が接続される。
圧電共振器スタック２２において、電極端子２６，２８
の間に印加される電圧に応答して圧電層１２は矢印２４
で示される方向に伸張及び収縮する。薄膜圧電共振器の
共振領域（振動部）は電極層１８，２０のオーバーラッ
プした領域に対応して形成される。
施形態を示す模式的平面図であり、図２はそのＸ−Ｘ断
面図である。薄膜圧電共振器１０は、上面と下面との間
を上下に貫通してエアーギャップ（空洞）を形成する貫
通孔１４を有する基板１６と、該基板１６の上面上に該
上面の貫通孔開口を形成する端縁により周縁部が支持さ
れて吊られた形態の圧電スタック（圧電積層構造体）２
２とを有する。該圧電スタック２２は、圧電体層１２と
その上下両面に接合された電極層１８，２０とからな
る。電極層１８，２０にはそれぞれ端子２６，２８が付
されており、該端子２６，２８には電源が接続される。
圧電共振器スタック２２において、電極端子２６，２８
の間に印加される電圧に応答して圧電層１２は矢印２４
で示される方向に伸張及び収縮する。薄膜圧電共振器の
共振領域（振動部）は電極層１８，２０のオーバーラッ
プした領域に対応して形成される。
【００１３】圧電体層１２は、例えば、酸化亜鉛（Ｚｎ
Ｏ）や窒化アルミニウム（ＡｌＮ）のような薄膜として
製造できる圧電材料を有する。圧電体層１２は、スパッ
タリングその他の様々な方法で形成することができる。
電極層１８，２０は、例えば、金（Ａｕ）、モリブデン
（Ｍｏ）、あるいはアルミニウム（Ａｌ）から成るもの
でよい。電極層１８，２０はスパッタリング、蒸着その
他様々な方法で形成することができる。基板１６は、例
えば、シリコン（Ｓｉ）、ＳｉＯ2 、ＧａＡｓ、あるい
はガラスのような材料から成る。基板１６の貫通孔１４
は、エッチングその他様々な方法で形成することができ
る。
Ｏ）や窒化アルミニウム（ＡｌＮ）のような薄膜として
製造できる圧電材料を有する。圧電体層１２は、スパッ
タリングその他の様々な方法で形成することができる。
電極層１８，２０は、例えば、金（Ａｕ）、モリブデン
（Ｍｏ）、あるいはアルミニウム（Ａｌ）から成るもの
でよい。電極層１８，２０はスパッタリング、蒸着その
他様々な方法で形成することができる。基板１６は、例
えば、シリコン（Ｓｉ）、ＳｉＯ2 、ＧａＡｓ、あるい
はガラスのような材料から成る。基板１６の貫通孔１４
は、エッチングその他様々な方法で形成することができ
る。
【００１４】圧電体層１２と電極層１８，２０との積層
体から構成される圧電共振器スタック２２は、その周縁
部で吊られており、その主表面が両方とも空気その他の
周囲ガス又は真空と接している。この場合、圧電共振器
スタック２２はＱの高い縦モード音波共振器を形成す
る。この基本モードは、端子２６，２８を介して電極層
１８，２０に加えられる交流信号が圧電共振器スタック
２２における音速を該スタック２２の重み付き厚さの２
倍で割った値に等しい周波数を持つときである。すなわ
ち、ｆr ＝ｃ／２ｔ0 （ここで、ｆr は共振周波数であ
り、ｃはスタック２２内の音速であり、ｔ0 はスタック
２２の重み付き厚さである）の場合、その交流信号によ
って、圧電共振器スタック２２が共振する。スタック２
２を構成する層内における音速が各層を構成する材料ご
とに異なるため、圧電共振器スタック２２の共振周波数
は、物理的厚さではなく、圧電体層１２や電極層１８，
２０内の音速とそれらの物理的厚みとを考慮した重み付
き厚さにより決まる。
体から構成される圧電共振器スタック２２は、その周縁
部で吊られており、その主表面が両方とも空気その他の
周囲ガス又は真空と接している。この場合、圧電共振器
スタック２２はＱの高い縦モード音波共振器を形成す
る。この基本モードは、端子２６，２８を介して電極層
１８，２０に加えられる交流信号が圧電共振器スタック
２２における音速を該スタック２２の重み付き厚さの２
倍で割った値に等しい周波数を持つときである。すなわ
ち、ｆr ＝ｃ／２ｔ0 （ここで、ｆr は共振周波数であ
り、ｃはスタック２２内の音速であり、ｔ0 はスタック
２２の重み付き厚さである）の場合、その交流信号によ
って、圧電共振器スタック２２が共振する。スタック２
２を構成する層内における音速が各層を構成する材料ご
とに異なるため、圧電共振器スタック２２の共振周波数
は、物理的厚さではなく、圧電体層１２や電極層１８，
２０内の音速とそれらの物理的厚みとを考慮した重み付
き厚さにより決まる。
【００１５】本実施形態では、圧電体層１２の端縁部
に、該圧電体層１２の中央部より膜厚の小さな部分（小
膜厚部）１２Ａが設けられている。該小膜厚部１２Ａは
最外周縁から内側へと次第に厚さが増加しており、上方
に凸の曲面形状をなしている。小膜厚部１２Ａは、略矩
形状の圧電体層１２の４つの辺の全てにおいてその全長
にわたって形成されており、その幅はＷである。小膜厚
部１２Ａの曲面形状は、例えば、適宜のレジストマスク
を用いたドライエッチングにより容易に得られる。尚、
小膜厚部１２Ａは、圧電体層１２の全端縁部のうちの一
部の領域に形成されていてもよい。
に、該圧電体層１２の中央部より膜厚の小さな部分（小
膜厚部）１２Ａが設けられている。該小膜厚部１２Ａは
最外周縁から内側へと次第に厚さが増加しており、上方
に凸の曲面形状をなしている。小膜厚部１２Ａは、略矩
形状の圧電体層１２の４つの辺の全てにおいてその全長
にわたって形成されており、その幅はＷである。小膜厚
部１２Ａの曲面形状は、例えば、適宜のレジストマスク
を用いたドライエッチングにより容易に得られる。尚、
小膜厚部１２Ａは、圧電体層１２の全端縁部のうちの一
部の領域に形成されていてもよい。
【００１６】以上のような薄膜圧電共振器を動作させる
と、圧電共振器スタック２２において、望ましい基本縦
音響モードは２つの電極１８，２０間に印加された電界
の方向（即ち上下方向）に伝搬され、電極／空気界面に
おいて反射する。しかし、圧電共振器スタック２２にお
いては、圧電材料定数の面内成分結合により、横向き
（即ち前後左右の向き）の機械的ひずみが生じ、これが
圧電体層１２中を横に伝搬する音波を励起する。この音
波は、圧電体層１２の端縁部に到達するが、該端縁部に
は小膜厚部１２Ａが形成されているので、該小膜厚部１
２Ａが存在しない場合に発生する端面反射が著しく低減
され、横音響モード反射に基づく定在波が生じにくくな
る。かくして、所望の縦音響モードへの干渉が少なくな
って、良好な通過帯域特性が得られる。
と、圧電共振器スタック２２において、望ましい基本縦
音響モードは２つの電極１８，２０間に印加された電界
の方向（即ち上下方向）に伝搬され、電極／空気界面に
おいて反射する。しかし、圧電共振器スタック２２にお
いては、圧電材料定数の面内成分結合により、横向き
（即ち前後左右の向き）の機械的ひずみが生じ、これが
圧電体層１２中を横に伝搬する音波を励起する。この音
波は、圧電体層１２の端縁部に到達するが、該端縁部に
は小膜厚部１２Ａが形成されているので、該小膜厚部１
２Ａが存在しない場合に発生する端面反射が著しく低減
され、横音響モード反射に基づく定在波が生じにくくな
る。かくして、所望の縦音響モードへの干渉が少なくな
って、良好な通過帯域特性が得られる。
【００１７】図３（ａ）及び図４（ａ）に、それぞれ本
実施形態の薄膜圧電共振器のインピーダンス周波数特性
及びフィルタ通過帯域特性を示す。また、図３（ｂ）及
び図４（ｂ）に、それぞれ小膜厚部１２Ａを形成せずに
全体が一様な厚さを持つ圧電体層１２を用いた比較例の
薄膜圧電共振器のインピーダンス周波数特性及びフィル
タ通過帯域特性を示す。図３（ａ）と図３（ｂ）とを比
較すると分かるように、比較例では共振周波数ピーク３
１と反共振周波数ピーク３２との間に様々なピークが存
在するのに対して、本発明実施形態のものでは共振周波
数ピーク３１と反共振周波数ピーク３２との間のピーク
は著しく少ない。従って、図４（ａ）と図４（ｂ）とを
比較すると分かるように、比較例に比べて本発明実施形
態のものでの通過帯域特性が著しく良好である。
実施形態の薄膜圧電共振器のインピーダンス周波数特性
及びフィルタ通過帯域特性を示す。また、図３（ｂ）及
び図４（ｂ）に、それぞれ小膜厚部１２Ａを形成せずに
全体が一様な厚さを持つ圧電体層１２を用いた比較例の
薄膜圧電共振器のインピーダンス周波数特性及びフィル
タ通過帯域特性を示す。図３（ａ）と図３（ｂ）とを比
較すると分かるように、比較例では共振周波数ピーク３
１と反共振周波数ピーク３２との間に様々なピークが存
在するのに対して、本発明実施形態のものでは共振周波
数ピーク３１と反共振周波数ピーク３２との間のピーク
は著しく少ない。従って、図４（ａ）と図４（ｂ）とを
比較すると分かるように、比較例に比べて本発明実施形
態のものでの通過帯域特性が著しく良好である。
【００１８】このような効果を高めるためには、小膜厚
部１２Ａの幅Ｗは好ましくは圧電体層１２の中央部の膜
厚（小膜厚部１２Ａを除く部分の膜厚）Ｔの０．５倍〜
４倍の範囲内である。尚、図３（ａ）及び図４（ａ）は
ＷがＴの２倍の場合のものである。
部１２Ａの幅Ｗは好ましくは圧電体層１２の中央部の膜
厚（小膜厚部１２Ａを除く部分の膜厚）Ｔの０．５倍〜
４倍の範囲内である。尚、図３（ａ）及び図４（ａ）は
ＷがＴの２倍の場合のものである。
【００１９】図５及び図６は、いずれも本発明による薄
膜圧電共振器の実施形態を示す模式的断面図である。こ
れらの図において、上記図１及び図２におけると同等の
機能を有する部材または部分には同一の符号が付されて
いる。
膜圧電共振器の実施形態を示す模式的断面図である。こ
れらの図において、上記図１及び図２におけると同等の
機能を有する部材または部分には同一の符号が付されて
いる。
【００２０】図５の実施形態では、圧電体層１２の小膜
厚部１２Ａは一定の傾きを持つ平面からなる斜面を有す
る。また、図６の実施形態では、圧電体層１２の小膜厚
部１２Ａは一定の膜厚を持つ段部からなる。これらの実
施形態においても、上記図１及び図２の実施形態と同様
な効果が得られる。
厚部１２Ａは一定の傾きを持つ平面からなる斜面を有す
る。また、図６の実施形態では、圧電体層１２の小膜厚
部１２Ａは一定の膜厚を持つ段部からなる。これらの実
施形態においても、上記図１及び図２の実施形態と同様
な効果が得られる。
【００２１】図７及び図８は、それぞれ本発明による薄
膜圧電共振器の更に別の実施形態を示す模式的平面図で
ある。これらの図において、上記図１、図２、図５及び
図６におけると同等の機能を有する部材または部分には
同一の符号が付されている。
膜圧電共振器の更に別の実施形態を示す模式的平面図で
ある。これらの図において、上記図１、図２、図５及び
図６におけると同等の機能を有する部材または部分には
同一の符号が付されている。
【００２２】図７の実施形態では、上側の電極層２０の
外周端縁の一部の平面形状（即ち電極層に対して直交す
る方向から見た形状）が波形状をなしている。該波形状
はピッチＰが圧電体膜１２の中央部の厚さＴの３〜３０
倍であるのが好ましく、また、振幅Ａが圧電体膜１２の
中央部の厚さＴの１〜１０倍であるのが好ましい。
外周端縁の一部の平面形状（即ち電極層に対して直交す
る方向から見た形状）が波形状をなしている。該波形状
はピッチＰが圧電体膜１２の中央部の厚さＴの３〜３０
倍であるのが好ましく、また、振幅Ａが圧電体膜１２の
中央部の厚さＴの１〜１０倍であるのが好ましい。
【００２３】図示されているように、電極層２０の全体
的な平面形状は、必ずしも矩形である必要はなく、変形
した多角形（即ち多角形の隣接２辺どうしのなす角が全
て同一ではないもの）であってもよい。
的な平面形状は、必ずしも矩形である必要はなく、変形
した多角形（即ち多角形の隣接２辺どうしのなす角が全
て同一ではないもの）であってもよい。
【００２４】以上のような薄膜圧電共振器を動作させる
と、圧電体層１２中を横向きに伝搬する音波は、電極層
２０の波形状の端縁部に到達すると、ここで音波が分散
反射されるので、端縁部が波形状でない場合に発生する
該端縁での一方向に揃った反射が著しく低減され、横音
響モード反射に基づく定在波が生じにくくなる。かくし
て、所望の縦音響モードへの干渉が少なくなって、良好
な通過帯域特性が得られる。即ち、本実施形態では、横
方向モードの音波の経路は分散させられ、経路がそれ自
身で閉じにくいようになっており、横方向の音波は定在
波を作りにくく、この結果、対応する音響モードのピー
クはブロードとなる。個別の鋭いピークから、より多数
の幅の広いピークに変換され、これらは互いに重なり合
うことで連続的なバックグウンドと見なせるようにな
り、振動部において薄膜圧電共振器の特性を妨害するよ
うなスパイクノイズが無くなるのである。
と、圧電体層１２中を横向きに伝搬する音波は、電極層
２０の波形状の端縁部に到達すると、ここで音波が分散
反射されるので、端縁部が波形状でない場合に発生する
該端縁での一方向に揃った反射が著しく低減され、横音
響モード反射に基づく定在波が生じにくくなる。かくし
て、所望の縦音響モードへの干渉が少なくなって、良好
な通過帯域特性が得られる。即ち、本実施形態では、横
方向モードの音波の経路は分散させられ、経路がそれ自
身で閉じにくいようになっており、横方向の音波は定在
波を作りにくく、この結果、対応する音響モードのピー
クはブロードとなる。個別の鋭いピークから、より多数
の幅の広いピークに変換され、これらは互いに重なり合
うことで連続的なバックグウンドと見なせるようにな
り、振動部において薄膜圧電共振器の特性を妨害するよ
うなスパイクノイズが無くなるのである。
【００２５】図８の実施形態では、上側の電極層２０の
外周縁の全部の平面形状が波形状をなしている。
外周縁の全部の平面形状が波形状をなしている。
【００２６】更に、上記図７または図８の実施形態にお
いて、圧電体層１２の端縁部を図１及び図２の実施形態
のようにすることで、更に一層横音響モード反射に基づ
く定在波が生じにくくなり、所望の縦音響モードへの干
渉が著しく少なくなって、一層良好な通過帯域特性が得
られる。
いて、圧電体層１２の端縁部を図１及び図２の実施形態
のようにすることで、更に一層横音響モード反射に基づ
く定在波が生じにくくなり、所望の縦音響モードへの干
渉が著しく少なくなって、一層良好な通過帯域特性が得
られる。
【００２７】以上の実施形態では波形状外周端縁を有す
る電極層として上側の電極層２０を用いているが、下側
の電極層１８の外周端縁を波形状とすることも可能であ
る。また、双方の電極層１８，２０の外周端縁を波形状
とすることも可能である。
る電極層として上側の電極層２０を用いているが、下側
の電極層１８の外周端縁を波形状とすることも可能であ
る。また、双方の電極層１８，２０の外周端縁を波形状
とすることも可能である。
【００２８】電極層の外周端縁波形状としては、正弦波
形状が好適であるが、必ずしもこれに限定されることは
なく、図９に示されているような凸または凹の円弧形状
などの曲線単位形状Ｕを繰返し配列したものや、更には
図１０に示されているように、単位形状Ｕを基本として
更に微細な凹凸パターンを付した形状Ｕ’などを用いる
ことも可能である。
形状が好適であるが、必ずしもこれに限定されることは
なく、図９に示されているような凸または凹の円弧形状
などの曲線単位形状Ｕを繰返し配列したものや、更には
図１０に示されているように、単位形状Ｕを基本として
更に微細な凹凸パターンを付した形状Ｕ’などを用いる
ことも可能である。
【００２９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
圧電積層構造体の構成部材を横方向共振を抑制するよう
な微細形状を有するものにしたので、薄膜圧電共振器の
構造を複雑化することなく且つ縦音響モードの強度を低
減させることなしに、横音響モードを抑制して改善され
た特性を実現することができる。
圧電積層構造体の構成部材を横方向共振を抑制するよう
な微細形状を有するものにしたので、薄膜圧電共振器の
構造を複雑化することなく且つ縦音響モードの強度を低
減させることなしに、横音響モードを抑制して改善され
た特性を実現することができる。
【図１】本発明による薄膜圧電共振器の実施形態を示す
模式的平面図である。
模式的平面図である。
【図２】図１のＸ−Ｘ断面図である。
【図３】薄膜圧電共振器のインピーダンス周波数特性を
示すグラフである。
示すグラフである。
【図４】薄膜圧電共振器のフィルタ通過帯域特性を示す
グラフである。
グラフである。
【図５】本発明による薄膜圧電共振器の実施形態を示す
模式的断面図である。
模式的断面図である。
【図６】本発明による薄膜圧電共振器の実施形態を示す
模式的断面図である。
模式的断面図である。
【図７】本発明による薄膜圧電共振器の実施形態を示す
模式的平面図である。
模式的平面図である。
【図８】本発明による薄膜圧電共振器の実施形態を示す
模式的平面図である。
模式的平面図である。
【図９】電極層の外周端縁の波形状を示す模式図であ
る。
る。
【図１０】電極層の外周端縁の波形状を示す模式図であ
る。
る。
１０ 薄膜圧電共振器 １２ 圧電体層 １２Ａ 小膜厚部 １６ 基板 １８，２０ 電極層 ２２ 圧電共振器スタック ２６，２８ 電極端子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 橋本 智仙 山口県宇部市大字小串1978番地の５ 宇部 興産株式会社宇部研究所内 Ｆターム(参考） 5J108 AA01 BB07 BB08 CC08 CC11 DD06
Claims (8)
- 【請求項１】 圧電体膜とその両面にそれぞれ形成され
た電極層とを含む圧電積層構造体の一部を含んで振動部
が構成される薄膜圧電共振器であって、前記圧電積層構
造体はその面に沿った横方向の共振を抑制する横方向共
振抑制手段を備えており、該横方向共振抑制手段は前記
圧電体膜の端縁部及び／または前記電極層の端縁部に形
成された横方向伝搬音響モード減衰のための微細形状に
基づき前記横方向の共振を抑制するものであることを特
徴とする薄膜圧電共振器。 - 【請求項２】 前記横方向共振抑制手段の微細形状のう
ちの少なくとも１つは、前記圧電体膜の端縁部の少なく
とも一部を前記圧電体膜の中央部より小さな膜厚にする
ことで形成されたものであることを特徴とする、請求項
１に記載の薄膜圧電共振器。 - 【請求項３】 前記圧電体膜の端縁部の少なくとも一部
に前記圧電体膜の中央部より小さな膜厚に形成された小
膜厚部は、前記圧電体膜の端縁に向かって外方へと次第
に膜厚が小さくなるものであることを特徴とする、請求
項２に記載の薄膜圧電共振器。 - 【請求項４】 前記圧電体膜の端縁部の少なくとも一部
に前記圧電体膜の中央部より小さな膜厚に形成された小
膜厚部は、一定の膜厚をもつものであることを特徴とす
る、請求項２に記載の薄膜圧電共振器。 - 【請求項５】 前記小膜厚部は前記圧電体膜の中央部の
厚さの０．５〜４倍の幅をもつことを特徴とする、請求
項３〜４のいずれかに記載の薄膜圧電共振器。 - 【請求項６】 前記横方向共振抑制手段の微細形状のう
ちの少なくとも１つは、前記電極層の端縁の少なくとも
一部の平面形状を波形状にすることで形成されたもので
あることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載
の薄膜圧電共振器。 - 【請求項７】 前記波形状のピッチは前記圧電体膜の中
央部の厚さの３〜３０倍であることを特徴とする、請求
項６に記載の薄膜圧電共振器。 - 【請求項８】 前記波形状の振幅は前記圧電体膜の中央
部の厚さの１〜１０倍であることを特徴とする、請求項
６〜７のいすれかに記載の薄膜圧電共振器。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001182195A JP2002374144A (ja) | 2001-06-15 | 2001-06-15 | 薄膜圧電共振器 |
| PCT/JP2002/004907 WO2002103900A1 (en) | 2001-06-15 | 2002-05-21 | Thin-film piezoelectric resonator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001182195A JP2002374144A (ja) | 2001-06-15 | 2001-06-15 | 薄膜圧電共振器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002374144A true JP2002374144A (ja) | 2002-12-26 |
Family
ID=19022343
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001182195A Pending JP2002374144A (ja) | 2001-06-15 | 2001-06-15 | 薄膜圧電共振器 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002374144A (ja) |
| WO (1) | WO2002103900A1 (ja) |
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| JP2008244725A (ja) * | 2007-03-27 | 2008-10-09 | Ngk Insulators Ltd | 圧電薄膜デバイス |
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| WO2021093630A1 (zh) * | 2019-11-12 | 2021-05-20 | 迈感微电子(上海)有限公司 | 体声波谐振器 |
| US11979140B2 (en) | 2018-09-12 | 2024-05-07 | Skyworks Global Pte. Ltd. | Recess frame structure for reduction of spurious signals in a bulk acoustic wave resonator |
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| EP1489740A3 (en) * | 2003-06-18 | 2006-06-28 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Electronic component and method for manufacturing the same |
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| US9048812B2 (en) | 2011-02-28 | 2015-06-02 | Avago Technologies General Ip (Singapore) Pte. Ltd. | Bulk acoustic wave resonator comprising bridge formed within piezoelectric layer |
| US9083302B2 (en) | 2011-02-28 | 2015-07-14 | Avago Technologies General Ip (Singapore) Pte. Ltd. | Stacked bulk acoustic resonator comprising a bridge and an acoustic reflector along a perimeter of the resonator |
| US9136818B2 (en) | 2011-02-28 | 2015-09-15 | Avago Technologies General Ip (Singapore) Pte. Ltd. | Stacked acoustic resonator comprising a bridge |
| US9148117B2 (en) | 2011-02-28 | 2015-09-29 | Avago Technologies General Ip (Singapore) Pte. Ltd. | Coupled resonator filter comprising a bridge and frame elements |
| JP6441761B2 (ja) | 2015-07-29 | 2018-12-19 | 太陽誘電株式会社 | 圧電薄膜共振器及びフィルタ |
| JP6469601B2 (ja) * | 2016-02-05 | 2019-02-13 | 太陽誘電株式会社 | 圧電薄膜共振器、フィルタおよびデュプレクサ |
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|---|---|---|---|---|
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| JPH07162054A (ja) * | 1993-12-06 | 1995-06-23 | Murata Mfg Co Ltd | 圧電薄膜の形成方法 |
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-
2002
- 2002-05-21 WO PCT/JP2002/004907 patent/WO2002103900A1/ja active Application Filing
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