JP2003087085A - 圧電共振子、フィルタおよび電子通信機器 - Google Patents
圧電共振子、フィルタおよび電子通信機器Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】電極での共振エネルギーのロス少なく、かつ、
共振周波数の温度変化に対する安定性を良好にする。 【解決手段】基板２と、基板２に形成されている、少な
くとも１層以上の圧電薄膜を有する内側薄膜部の上下面
を少なくとも一対の上部電極４ｂ及び下部電極４ａを対
向させて挟む構造の振動部４とを有する、共振子を複数
設けた圧電共振子において、下部電極４ａの下に、圧電
薄膜または誘電薄膜を含む１層以上の外側薄膜部４ｃを
有するとともに、振動部４はｎ倍波（ただし、ｎは２以
上の整数）の振動モードで振動し、且つ上部電極４ｂ及
び下部電極４ａが、概略、ｎ倍波の腹の位置に設けられ
ている。
共振周波数の温度変化に対する安定性を良好にする。 【解決手段】基板２と、基板２に形成されている、少な
くとも１層以上の圧電薄膜を有する内側薄膜部の上下面
を少なくとも一対の上部電極４ｂ及び下部電極４ａを対
向させて挟む構造の振動部４とを有する、共振子を複数
設けた圧電共振子において、下部電極４ａの下に、圧電
薄膜または誘電薄膜を含む１層以上の外側薄膜部４ｃを
有するとともに、振動部４はｎ倍波（ただし、ｎは２以
上の整数）の振動モードで振動し、且つ上部電極４ｂ及
び下部電極４ａが、概略、ｎ倍波の腹の位置に設けられ
ている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、圧電材料や誘電材
料を薄膜にして多層構造として振動部位を形成する圧電
共振子に係り、より詳しくは、フィルタや発振子などに
使用されて、ＶＨＦ帯、ＵＨＦ帯、さらにそれ以上の超
高周波帯において厚み縦振動する圧電共振子に関する。
本発明はまた、この圧電共振子を用いたフィルタおよび
電子通信機器に関する。
料を薄膜にして多層構造として振動部位を形成する圧電
共振子に係り、より詳しくは、フィルタや発振子などに
使用されて、ＶＨＦ帯、ＵＨＦ帯、さらにそれ以上の超
高周波帯において厚み縦振動する圧電共振子に関する。
本発明はまた、この圧電共振子を用いたフィルタおよび
電子通信機器に関する。
【０００２】
【従来の技術】厚み縦振動を利用した圧電共振子の場
合、その共振周波数が圧電膜の厚さに反比例する関係に
あることを利用して、電極間に極めて膜厚の薄い圧電膜
を介装した形態にして超高周波数帯域で共振応答を得る
ものがある。
合、その共振周波数が圧電膜の厚さに反比例する関係に
あることを利用して、電極間に極めて膜厚の薄い圧電膜
を介装した形態にして超高周波数帯域で共振応答を得る
ものがある。
【０００３】このような圧電共振子において、表裏面を
貫通した開口を有する基板と、前記開口を覆う形態で該
基板上に設けられたＳｉＯ2薄膜からなるダイヤフラム
と、前記ダイヤフラム上に設けられた一対の対向電極間
にＺｎＯ薄膜を介装してなる振動部位とを備えた厚み縦
振動型のものがある。
貫通した開口を有する基板と、前記開口を覆う形態で該
基板上に設けられたＳｉＯ2薄膜からなるダイヤフラム
と、前記ダイヤフラム上に設けられた一対の対向電極間
にＺｎＯ薄膜を介装してなる振動部位とを備えた厚み縦
振動型のものがある。
【０００４】そして、この種の圧電共振子には、上下一
対の電極に圧電膜を挟んだ構造として、基本波の腹を電
極に存在する形態として電極での共振エネルギのロスを
なくしてその共振特性を良好にしたものがある。
対の電極に圧電膜を挟んだ構造として、基本波の腹を電
極に存在する形態として電極での共振エネルギのロスを
なくしてその共振特性を良好にしたものがある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の圧電共振子の場合、基本波を用いていたから、共振
エネルギのロスが少なくなるとしても、基本波の場合、
前記ＳｉＯ2薄膜とＺｎＯ薄膜との膜厚比変動で共振周
波数温度係数が大きく変動するために、共振周波数が温
度変化で大きく変化しやすく、したがって、温度変化に
対する共振周波数の安定性が低いものである。
来の圧電共振子の場合、基本波を用いていたから、共振
エネルギのロスが少なくなるとしても、基本波の場合、
前記ＳｉＯ2薄膜とＺｎＯ薄膜との膜厚比変動で共振周
波数温度係数が大きく変動するために、共振周波数が温
度変化で大きく変化しやすく、したがって、温度変化に
対する共振周波数の安定性が低いものである。
【０００６】したがって、本発明は、電極での共振エネ
ルギーのロスを低減し、かつ、温度変化に対する共振周
波数の安定性を良好にすることを解決すべき課題として
いる。
ルギーのロスを低減し、かつ、温度変化に対する共振周
波数の安定性を良好にすることを解決すべき課題として
いる。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、基板と、前記
基板に形成されている、少なくとも１層以上の圧電薄膜
を有する内側薄膜部の上下面を少なくとも一対の上部電
極及び下部電極を対向させて挟む構造の振動部とを有す
る、共振子を複数設けた圧電共振子において、前記下部
電極の下に、圧電薄膜または誘電薄膜を含む１層以上の
外側薄膜部を有するとともに、前記振動部はｎ倍波（た
だし、ｎは２以上の整数）の振動モードで振動し、且つ
前記上部電極及び下部電極が、概略、前記ｎ倍波の腹の
位置に設けられていることを特徴とする。
基板に形成されている、少なくとも１層以上の圧電薄膜
を有する内側薄膜部の上下面を少なくとも一対の上部電
極及び下部電極を対向させて挟む構造の振動部とを有す
る、共振子を複数設けた圧電共振子において、前記下部
電極の下に、圧電薄膜または誘電薄膜を含む１層以上の
外側薄膜部を有するとともに、前記振動部はｎ倍波（た
だし、ｎは２以上の整数）の振動モードで振動し、且つ
前記上部電極及び下部電極が、概略、前記ｎ倍波の腹の
位置に設けられていることを特徴とする。
【０００８】本発明によると、上部電極及び下部電極
が、概略、ｎ倍波の腹の位置に設けられているから、そ
れら電極での共振エネルギのロスを低減できる。そし
て、本発明では、ｎ倍波の振動モードで振動するものと
されていることにより、前記各薄膜部の膜厚比が多少変
動しても共振周波数温度係数が大きく変動するようなこ
とがない膜厚比領域が存在するから、膜厚比をその領域
に設定することで温度変化に対して共振周波数を安定さ
せられる。
が、概略、ｎ倍波の腹の位置に設けられているから、そ
れら電極での共振エネルギのロスを低減できる。そし
て、本発明では、ｎ倍波の振動モードで振動するものと
されていることにより、前記各薄膜部の膜厚比が多少変
動しても共振周波数温度係数が大きく変動するようなこ
とがない膜厚比領域が存在するから、膜厚比をその領域
に設定することで温度変化に対して共振周波数を安定さ
せられる。
【０００９】本発明は、好ましくは、前記ｎ倍波が、２
倍波とされて、前記外側薄膜部の膜厚をｔｏ、前記内側
薄膜部の膜厚をｔｉ、両薄膜部の膜厚比をｒ＝ｔｏ／ｔ
ｉとしたとき、前記膜厚比ｒが、当該圧電共振子全体の
共振周波数温度係数をゼロ付近にする値に設定されてい
る。
倍波とされて、前記外側薄膜部の膜厚をｔｏ、前記内側
薄膜部の膜厚をｔｉ、両薄膜部の膜厚比をｒ＝ｔｏ／ｔ
ｉとしたとき、前記膜厚比ｒが、当該圧電共振子全体の
共振周波数温度係数をゼロ付近にする値に設定されてい
る。
【００１０】こうした場合、ｎ倍波が２倍波とされるこ
とで、さらに効果的に、温度変化に対して共振周波数を
安定させられる。
とで、さらに効果的に、温度変化に対して共振周波数を
安定させられる。
【００１１】本発明は、さらに好ましくは、前記内側薄
膜部もしくは外側薄膜部の少なくとも一方で各薄膜が、
互いに異なる共振周波数温度係数を有する組み合わせと
されている。
膜部もしくは外側薄膜部の少なくとも一方で各薄膜が、
互いに異なる共振周波数温度係数を有する組み合わせと
されている。
【００１２】この組み合わせは、内側薄膜部が複数の薄
膜からなるときは、内側薄膜部を構成する各薄膜間での
組み合わせ、外側薄膜部が複数の薄膜からなるときは、
外側薄膜部を構成する各薄膜間での組み合わせ、内側薄
膜部と外側薄膜部それぞれを構成する各薄膜間での組み
合わせのいずれも含む。
膜からなるときは、内側薄膜部を構成する各薄膜間での
組み合わせ、外側薄膜部が複数の薄膜からなるときは、
外側薄膜部を構成する各薄膜間での組み合わせ、内側薄
膜部と外側薄膜部それぞれを構成する各薄膜間での組み
合わせのいずれも含む。
【００１３】こうした場合、さらに効果的に当該圧電共
振子全体の共振周波数温度係数をゼロ付近に設定できる
から、温度変化に対して共振周波数を一層安定させるこ
とができる。
振子全体の共振周波数温度係数をゼロ付近に設定できる
から、温度変化に対して共振周波数を一層安定させるこ
とができる。
【００１４】本発明は、さらに好ましくは、前記外側薄
膜部が、ＳｉＯ2薄膜を主成分とする薄膜、ＳｉＮ薄膜
を主成分とする薄膜、Ａｌ2Ｏ3薄膜を主成分とする薄膜
のうちの少なくとも１つ以上からなる。
膜部が、ＳｉＯ2薄膜を主成分とする薄膜、ＳｉＮ薄膜
を主成分とする薄膜、Ａｌ2Ｏ3薄膜を主成分とする薄膜
のうちの少なくとも１つ以上からなる。
【００１５】本発明は、さらに好ましくは、前記内側薄
膜部が、ＺｎＯを主成分とする薄膜、ＡｌＮを主成分と
する薄膜、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を主成分と
する薄膜、チタン酸鉛（ＰＴ）を主成分とする薄膜、チ
タン酸バリウム（ＢＴ）を主成分とする薄膜のうちの少
なくとも１つ以上からなる。
膜部が、ＺｎＯを主成分とする薄膜、ＡｌＮを主成分と
する薄膜、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を主成分と
する薄膜、チタン酸鉛（ＰＴ）を主成分とする薄膜、チ
タン酸バリウム（ＢＴ）を主成分とする薄膜のうちの少
なくとも１つ以上からなる。
【００１６】本発明は、さらに好ましくは、前記基板は
開口部もしくは凹部を有し、前記開口部もしくは凹部上
に前記振動部が形成されている。ここで、開口部とは、
基板の表裏面を貫通した状態の空間部をいう。凹部は、
基板の一面側に有底状に凹み形成された空間部をいう。
このように、開口部もしくは凹部上に振動部が形成され
ていることによって、共振特性が向上する。
開口部もしくは凹部を有し、前記開口部もしくは凹部上
に前記振動部が形成されている。ここで、開口部とは、
基板の表裏面を貫通した状態の空間部をいう。凹部は、
基板の一面側に有底状に凹み形成された空間部をいう。
このように、開口部もしくは凹部上に振動部が形成され
ていることによって、共振特性が向上する。
【００１７】以上のことより、本発明によると、膜厚の
変動に対して共振周波数温度係数の小さいつまり共振周
波数の温度変化に対する変動を小さく抑制でき、温度変
化に対して共振応答が極めて安定した圧電共振子を提供
することができるものとなる。
変動に対して共振周波数温度係数の小さいつまり共振周
波数の温度変化に対する変動を小さく抑制でき、温度変
化に対して共振応答が極めて安定した圧電共振子を提供
することができるものとなる。
【００１８】なお、特開２００１−２０３５５８号公報
には、上下一対の電極間に、負の共振周波数温度係数を
有する圧電膜と、正の共振周波数温度係数を有する圧電
膜とを挟んだ構造として、圧電共振子全体としての共振
周波数温度係数をゼロに近づけて温度変化に対する共振
応答の安定化を図ることが開示されている。
には、上下一対の電極間に、負の共振周波数温度係数を
有する圧電膜と、正の共振周波数温度係数を有する圧電
膜とを挟んだ構造として、圧電共振子全体としての共振
周波数温度係数をゼロに近づけて温度変化に対する共振
応答の安定化を図ることが開示されている。
【００１９】また、ＥＰ０９６３０４０Ａ２明細書に
は、上下一対の電極に圧電膜を挟んだ構造として、共振
波の腹を電極に存在する形態として電極での共振エネル
ギのロスをなくしてその共振特性を良好にすることが開
示されている。
は、上下一対の電極に圧電膜を挟んだ構造として、共振
波の腹を電極に存在する形態として電極での共振エネル
ギのロスをなくしてその共振特性を良好にすることが開
示されている。
【００２０】また、特公平１−４８６９４号公報には、
上下一対の電極間に一対の圧電膜間に該圧電膜と異符号
の薄膜をその厚み方向中央に積層して共振周波数の温度
特性を良好にすることが開示されている。
上下一対の電極間に一対の圧電膜間に該圧電膜と異符号
の薄膜をその厚み方向中央に積層して共振周波数の温度
特性を良好にすることが開示されている。
【００２１】いずれの場合も、本発明のように、２倍波
を用いておらず、かつ、振動波の腹が対向電極に位置し
ていないから、本発明の効果を発揮することができな
い。
を用いておらず、かつ、振動波の腹が対向電極に位置し
ていないから、本発明の効果を発揮することができな
い。
【００２２】本発明に係るフィルタは、本発明に係る圧
電共振子の複数を備え、それらの圧電共振子における電
極同士をフィルタ回路の構成に接続なるフィルタであ
る。
電共振子の複数を備え、それらの圧電共振子における電
極同士をフィルタ回路の構成に接続なるフィルタであ
る。
【００２３】また、本発明に係るフィルタは、本発明に
係る圧電共振子を複数、梯子型に接続してなるフィルタ
である。
係る圧電共振子を複数、梯子型に接続してなるフィルタ
である。
【００２４】本発明に係るデュプレクサは、上記本発明
に係るフィルタを用いて構成される。
に係るフィルタを用いて構成される。
【００２５】本発明に係る電子通信機器は、本発明に係
る圧電共振子の１つないしは複数を備え、それらの圧電
共振子を電子通信動作に使用する。
る圧電共振子の１つないしは複数を備え、それらの圧電
共振子を電子通信動作に使用する。
【００２６】
【発明の実施の形態】以下、本発明の詳細を図面に示す
実施の形態に基づいて説明する。
実施の形態に基づいて説明する。
【００２７】(圧電共振子の基本構造)図１を参照して、
本実施の形態の圧電共振子の基本構造を説明する。
本実施の形態の圧電共振子の基本構造を説明する。
【００２８】１は、その圧電共振子全体を示す。圧電共
振子１は、厚み縦振動型であって、基板２と、ダイヤフ
ラム３と、振動部位４とを備える。
振子１は、厚み縦振動型であって、基板２と、ダイヤフ
ラム３と、振動部位４とを備える。
【００２９】基板２は、例えば、Ｓｉ(シリコン)からな
り、表裏面を貫通する開口部５を有する。
り、表裏面を貫通する開口部５を有する。
【００３０】ダイヤフラム３は、外側薄膜部としてＳｉ
Ｏ2(酸化シリコン)薄膜からなり、前記開口部５を覆う
形態で該基板２上に設けられている。
Ｏ2(酸化シリコン)薄膜からなり、前記開口部５を覆う
形態で該基板２上に設けられている。
【００３１】振動部位４は、ダイヤフラム３上に設けら
れており、上部電極４ｂと下部電極４ａとからなる上下
一対の対向電極と、上部電極４ｂ及び下部電極４ａの間
に介装された少なくとも圧電膜を含む１層以上の内側薄
膜部４ｃとからなる。
れており、上部電極４ｂと下部電極４ａとからなる上下
一対の対向電極と、上部電極４ｂ及び下部電極４ａの間
に介装された少なくとも圧電膜を含む１層以上の内側薄
膜部４ｃとからなる。
【００３２】対向電極４ａ，４ｂは、共に、例えば、Ａ
ｌ(アルミニウム)から構成されている。
ｌ(アルミニウム)から構成されている。
【００３３】内側薄膜部４ｃは、例えば、ＺｎＯ(酸化
亜鉛)薄膜からなる。
亜鉛)薄膜からなる。
【００３４】(圧電共振子の製造例)上記構造の圧電共振
子の製造例を簡単に説明する。基板２の両面を熱酸化し
て熱酸化ＳｉＯ2薄膜を形成する。基板２の表面側の熱
酸化ＳｉＯ2薄膜はダイヤフラム３となる。基板２の裏
面側の熱酸化ＳｉＯ2薄膜は、フォトリソグラフィ法を
用いて前記開口部５に対応してパターニングされる。こ
れによって、基板２の裏面側を露出する。この露出した
基板２の裏面に対してアルカリ液を用いて異方性エッチ
ングする。このエッチングは基板２の表面側のＳｉＯ2
薄膜まで達することで基板２に開口部５を形成する。次
いで、基板２表面のＳｉＯ2薄膜よりなるダイヤフラム
３上にリフトオフ蒸着により下部電極４ａを形成する。
次いで、この下部電極４ａおよびダイヤフラム３上にＺ
ｎＯ薄膜からなる内側薄膜部４ｃをスパッタリング法や
その他の成膜技術を用いて形成する。次いで、この内側
薄膜部４ｃ上にリフトオフ蒸着により上部電極４ｂを形
成する。
子の製造例を簡単に説明する。基板２の両面を熱酸化し
て熱酸化ＳｉＯ2薄膜を形成する。基板２の表面側の熱
酸化ＳｉＯ2薄膜はダイヤフラム３となる。基板２の裏
面側の熱酸化ＳｉＯ2薄膜は、フォトリソグラフィ法を
用いて前記開口部５に対応してパターニングされる。こ
れによって、基板２の裏面側を露出する。この露出した
基板２の裏面に対してアルカリ液を用いて異方性エッチ
ングする。このエッチングは基板２の表面側のＳｉＯ2
薄膜まで達することで基板２に開口部５を形成する。次
いで、基板２表面のＳｉＯ2薄膜よりなるダイヤフラム
３上にリフトオフ蒸着により下部電極４ａを形成する。
次いで、この下部電極４ａおよびダイヤフラム３上にＺ
ｎＯ薄膜からなる内側薄膜部４ｃをスパッタリング法や
その他の成膜技術を用いて形成する。次いで、この内側
薄膜部４ｃ上にリフトオフ蒸着により上部電極４ｂを形
成する。
【００３５】以上により圧電共振子１の製造が完了す
る。
る。
【００３６】(圧電共振子の特徴構造)そして、本実施の
形態では、以上の構成において、第１に、基本波に対し
て図１中破線で示される形態を備えた２倍波の振動モー
ドで振動するものとされており、かつ、上部電極４ｂ及
び下部電極４ａが、概略、２倍波の腹の位置に設けられ
ている。この２倍波の節は、内外両薄膜部３，４ｃ内に
存在している。
形態では、以上の構成において、第１に、基本波に対し
て図１中破線で示される形態を備えた２倍波の振動モー
ドで振動するものとされており、かつ、上部電極４ｂ及
び下部電極４ａが、概略、２倍波の腹の位置に設けられ
ている。この２倍波の節は、内外両薄膜部３，４ｃ内に
存在している。
【００３７】これによって、２倍波の腹が上部電極４ｂ
及び下部電極４ａに存在する形態とされているから、電
極４ａ，４ｂでの共振エネルギのロスが少なくなり共振
特性が良好になる。
及び下部電極４ａに存在する形態とされているから、電
極４ａ，４ｂでの共振エネルギのロスが少なくなり共振
特性が良好になる。
【００３８】本実施の形態は、第２に、ダイヤフラム３
と振動部位４それぞれの各薄膜が、互いに異符号の共振
周波数温度係数を有する組み合わせとされている。その
うえで、ダイヤフラム３であるＳｉＯ2薄膜の膜厚をｔ
ｏ、振動部位４におけるＺｎＯ薄膜の膜厚をｔｉ、両薄
膜の膜厚比をｒ＝ｔｏ／ｔｉとしたとき、前記膜厚比ｒ
が、当該圧電共振子１全体の共振周波数温度係数をゼロ
付近にする値に設定されている。
と振動部位４それぞれの各薄膜が、互いに異符号の共振
周波数温度係数を有する組み合わせとされている。その
うえで、ダイヤフラム３であるＳｉＯ2薄膜の膜厚をｔ
ｏ、振動部位４におけるＺｎＯ薄膜の膜厚をｔｉ、両薄
膜の膜厚比をｒ＝ｔｏ／ｔｉとしたとき、前記膜厚比ｒ
が、当該圧電共振子１全体の共振周波数温度係数をゼロ
付近にする値に設定されている。
【００３９】前記第２について図２を参照して説明す
る。
る。
【００４０】図２において、横軸は、前記膜厚比ｒであ
り、縦軸は、共振周波数温度係数ＴＣＦを示す。また、
は、基本波、は、２倍波を示す。そして、本実施の
形態における振動部位４は、２倍波による厚み縦共振モ
ードで励振されるよう各薄膜の膜厚比ｒが設定されてお
り、その膜厚比ｒは０．６〜１．３の範囲とされてい
る。
り、縦軸は、共振周波数温度係数ＴＣＦを示す。また、
は、基本波、は、２倍波を示す。そして、本実施の
形態における振動部位４は、２倍波による厚み縦共振モ
ードで励振されるよう各薄膜の膜厚比ｒが設定されてお
り、その膜厚比ｒは０．６〜１．３の範囲とされてい
る。
【００４１】膜厚比ｒがこの範囲であると、共振周波数
温度係数ＴＣＦはほぼ＋１０〜−１０ｐｐｍ／℃とな
る。したがって、膜厚比ｒの前記範囲内における設定で
共振周波数温度係数ＴＣＦをほぼゼロに設定することが
できる。これによって、圧電共振子１における振動周波
数の温度変化に対して安定化させることができる。
温度係数ＴＣＦはほぼ＋１０〜−１０ｐｐｍ／℃とな
る。したがって、膜厚比ｒの前記範囲内における設定で
共振周波数温度係数ＴＣＦをほぼゼロに設定することが
できる。これによって、圧電共振子１における振動周波
数の温度変化に対して安定化させることができる。
【００４２】この場合、前記膜厚比ｒ調整で、共振周波
数温度係数をゼロに近付けることができるのは、外側薄
膜部３が正の共振周波数温度係数を有するＳｉＯ2薄膜
とされ、内側薄膜部４ｃが負の共振周波数温度係数を有
するＺｎＯ薄膜とされているからである。つまり、図２
において膜厚比ｒが１である場合において、正の共振周
波数温度係数ＴＣＦを有する外側薄膜部３の膜厚ｔｏを
負の共振周波数温度係数ＴＣＦを有する内側薄膜部４ｃ
に対して大きくして膜厚比ｒを１以上に大きくすると、
膜厚比ｒが１．３付近までは共振周波数温度係数ＴＣＦ
がゼロに近づく。さらに、外側薄膜部３の膜厚ｔｏを大
きくして膜厚比ｒが１．３以上になると、共振周波数温
度係数ＴＣＦがゼロから離れてプラス側に大きくなる。
また、外側薄膜部３の膜厚ｔｏを小さくして膜厚比ｒを
小さくする場合、０．６付近までは共振周波数温度係数
ＴＣＦがゼロに近づく。さらに、外側薄膜部３の膜厚ｔ
ｏを小さくして膜厚比ｒを０．６以下にすると、共振周
波数温度係数ＴＣＦがゼロから離れてプラス側に大きく
なる。
数温度係数をゼロに近付けることができるのは、外側薄
膜部３が正の共振周波数温度係数を有するＳｉＯ2薄膜
とされ、内側薄膜部４ｃが負の共振周波数温度係数を有
するＺｎＯ薄膜とされているからである。つまり、図２
において膜厚比ｒが１である場合において、正の共振周
波数温度係数ＴＣＦを有する外側薄膜部３の膜厚ｔｏを
負の共振周波数温度係数ＴＣＦを有する内側薄膜部４ｃ
に対して大きくして膜厚比ｒを１以上に大きくすると、
膜厚比ｒが１．３付近までは共振周波数温度係数ＴＣＦ
がゼロに近づく。さらに、外側薄膜部３の膜厚ｔｏを大
きくして膜厚比ｒが１．３以上になると、共振周波数温
度係数ＴＣＦがゼロから離れてプラス側に大きくなる。
また、外側薄膜部３の膜厚ｔｏを小さくして膜厚比ｒを
小さくする場合、０．６付近までは共振周波数温度係数
ＴＣＦがゼロに近づく。さらに、外側薄膜部３の膜厚ｔ
ｏを小さくして膜厚比ｒを０．６以下にすると、共振周
波数温度係数ＴＣＦがゼロから離れてプラス側に大きく
なる。
【００４３】このようにして本実施の形態では、膜厚比
ｒの設定で共振周波数温度係数ＴＣＦをほぼゼロに調整
することによって、圧電共振子１における共振周波数の
温度変化に対して安定化させることができる。
ｒの設定で共振周波数温度係数ＴＣＦをほぼゼロに調整
することによって、圧電共振子１における共振周波数の
温度変化に対して安定化させることができる。
【００４４】本発明は、上述の実施形態に限定されるも
のではなく種々な応用や変形が考えられる。
のではなく種々な応用や変形が考えられる。
【００４５】なお、この場合、以下の実施形態では、そ
のいずれも、２倍波を用いること、および上部電極４ｂ
及び下部電極４ａに対して２倍波の腹をほぼ位置付ける
ことを前提とするから、外側薄膜部３と内側薄膜部４ｃ
との膜厚比調整で、図２で示される共振周波数の温度変
化が少ない領域を使用することができる。
のいずれも、２倍波を用いること、および上部電極４ｂ
及び下部電極４ａに対して２倍波の腹をほぼ位置付ける
ことを前提とするから、外側薄膜部３と内側薄膜部４ｃ
との膜厚比調整で、図２で示される共振周波数の温度変
化が少ない領域を使用することができる。
【００４６】(１)図１の実施形態では２倍波であった
が、これに限定されるものではなく、ｎ倍波(ただし、
ｎは２以上の整数)の振動モードで振動するものとさ
れ、かつ、上部電極４ｂ及び下部電極４ａが、概略、ｎ
倍波の腹の位置に設けられているものとしてよい。
が、これに限定されるものではなく、ｎ倍波(ただし、
ｎは２以上の整数)の振動モードで振動するものとさ
れ、かつ、上部電極４ｂ及び下部電極４ａが、概略、ｎ
倍波の腹の位置に設けられているものとしてよい。
【００４７】(２)図３で示すように、外側薄膜部３を熱
酸化ＳｉＯ2膜３ａとＳｉＮ(窒化シリコン)３ｂとの２
層構造としてもよい。
酸化ＳｉＯ2膜３ａとＳｉＮ(窒化シリコン)３ｂとの２
層構造としてもよい。
【００４８】この外側薄膜部３の場合、共振周波数温度
係数が異なる２層の膜３ａ，３ｂで構成されるから、前
記両膜３ａ，３ｂそれぞれの膜厚比を適宜に変更するこ
とで、外側薄膜部３全体の共振周波数温度係数を調整す
ることができるようになる。この調整により、圧電共振
子１全体の共振周波数の温度変化率を小さくして温度変
化に対しての安定性を高めることができる。
係数が異なる２層の膜３ａ，３ｂで構成されるから、前
記両膜３ａ，３ｂそれぞれの膜厚比を適宜に変更するこ
とで、外側薄膜部３全体の共振周波数温度係数を調整す
ることができるようになる。この調整により、圧電共振
子１全体の共振周波数の温度変化率を小さくして温度変
化に対しての安定性を高めることができる。
【００４９】(３) 図４で示すように、外側薄膜部３
を、熱酸化ＳｉＯ2膜３ｃとスパッタ法で成膜したＳｉ
Ｏ2膜３ｄとの２層構造としてもよい。
を、熱酸化ＳｉＯ2膜３ｃとスパッタ法で成膜したＳｉ
Ｏ2膜３ｄとの２層構造としてもよい。
【００５０】この外側薄膜部３の構成によると、外側薄
膜部３を構成する前記両膜３ｃ，３ｄ全体の共振周波数
の温度特性を調整して、内側薄膜部４ｃの共振周波数の
温度特性を補償することができる。
膜部３を構成する前記両膜３ｃ，３ｄ全体の共振周波数
の温度特性を調整して、内側薄膜部４ｃの共振周波数の
温度特性を補償することができる。
【００５１】(４) 図５で示すように、内側薄膜部４ｃ
を、ＡｌＮ(窒化アルミニウム)膜４ｃ１とＺｎＯ膜４ｃ
２との２層構造としてもよい。
を、ＡｌＮ(窒化アルミニウム)膜４ｃ１とＺｎＯ膜４ｃ
２との２層構造としてもよい。
【００５２】この内側薄膜部４ｃの構成によると、Ａｌ
Ｎ膜４ｃ１は、正の共振周波数温度係数を有し、ＺｎＯ
膜４ｃ２は、負の共振周波数温度係数を有する。そのた
めＡｌＮ膜４ｃ１とＺｎＯ膜４ｃ２との２層構造により
熱酸化ＳｉＯ2からなる外側薄膜部３の共振周波数温度
係数を補償して圧電共振子１全体の共振周波数温度係数
をゼロに近付けるような内側薄膜部４ｃを得ることがで
きる。その結果、圧電共振子１は、共振周波数温度係数
を小さく温度特性が安定したものとなる。
Ｎ膜４ｃ１は、正の共振周波数温度係数を有し、ＺｎＯ
膜４ｃ２は、負の共振周波数温度係数を有する。そのた
めＡｌＮ膜４ｃ１とＺｎＯ膜４ｃ２との２層構造により
熱酸化ＳｉＯ2からなる外側薄膜部３の共振周波数温度
係数を補償して圧電共振子１全体の共振周波数温度係数
をゼロに近付けるような内側薄膜部４ｃを得ることがで
きる。その結果、圧電共振子１は、共振周波数温度係数
を小さく温度特性が安定したものとなる。
【００５３】(５)図６で示すように、外側薄膜部３を熱
酸化ＳｉＯ2膜３ｃとスパッタ法で成膜したＳｉＯ2膜３
ｄとの２層構造とし、内側薄膜部４ｃをＡｌＮ膜４ｃ１
とＺｎＯ膜４ｃ２との２層構造としてもよい。こうする
と、前記と同様の作用効果を同時に達成することができ
る。
酸化ＳｉＯ2膜３ｃとスパッタ法で成膜したＳｉＯ2膜３
ｄとの２層構造とし、内側薄膜部４ｃをＡｌＮ膜４ｃ１
とＺｎＯ膜４ｃ２との２層構造としてもよい。こうする
と、前記と同様の作用効果を同時に達成することができ
る。
【００５４】(６)図７で示すように、外側薄膜部３をＳ
ｉＮ膜で、内側薄膜部４ｃをＡｌＮ膜で構成してもよ
い。この場合も、前記(３)(４)の作用効果を同時に達成
することができる。
ｉＮ膜で、内側薄膜部４ｃをＡｌＮ膜で構成してもよ
い。この場合も、前記(３)(４)の作用効果を同時に達成
することができる。
【００５５】(７)図８で示すように、外側薄膜部３をＡ
ｌＮ膜３ｅとＡｌ2Ｏ3(酸化アルミニウム)膜３ｆとの２
層構造とし、内側薄膜部４ｃをＡｌＮの単層構造として
もよい。この場合も、前記(３)(４)の作用効果を同時に
達成することができる。
ｌＮ膜３ｅとＡｌ2Ｏ3(酸化アルミニウム)膜３ｆとの２
層構造とし、内側薄膜部４ｃをＡｌＮの単層構造として
もよい。この場合も、前記(３)(４)の作用効果を同時に
達成することができる。
【００５６】(８)なお、振動部位における内側薄膜部４
ｃが、ＺｎＯを主成分とする薄膜、ＡｌＮを主成分とす
る薄膜以外にも、ＰＺＴ(チタン酸ジルコン酸鉛)を主成
分とする薄膜、ＰＴ(チタン酸鉛)を主成分とする薄膜、
ＢＴ(チタン酸バリウム)を主成分とする薄膜のうちの少
なくとも１つ以上からなるものとしてよい。
ｃが、ＺｎＯを主成分とする薄膜、ＡｌＮを主成分とす
る薄膜以外にも、ＰＺＴ(チタン酸ジルコン酸鉛)を主成
分とする薄膜、ＰＴ(チタン酸鉛)を主成分とする薄膜、
ＢＴ(チタン酸バリウム)を主成分とする薄膜のうちの少
なくとも１つ以上からなるものとしてよい。
【００５７】(９)本実施の形態の圧電共振子１は、図９
(ａ)で示すようなπ型ラダーフィルタ、図９(ｂ)で示す
ようなＬ型ラダーフィルタ、図９(ｃ)で示すようなＴ型
ラダーフィルタ、図１０（ａ）で示すようなＬ型ラダー
フィルタ、図１０（ｂ）に示すようなＬ型ラダーフィル
タのフィルタ素子として組み込んで使用することができ
る。このようなフィルタの場合、温度変化に対して安定
したフィルタ特性のものとなる。なお、このような各フ
ィルタは、上述した圧電共振子１を基板２上に複数設
け、これら基板２上の各圧電共振子１どうしをそれぞれ
の電極を接続することで、周囲の温度変化に対する動作
特性を安定させられたフィルタを完成することができ
る。
(ａ)で示すようなπ型ラダーフィルタ、図９(ｂ)で示す
ようなＬ型ラダーフィルタ、図９(ｃ)で示すようなＴ型
ラダーフィルタ、図１０（ａ）で示すようなＬ型ラダー
フィルタ、図１０（ｂ）に示すようなＬ型ラダーフィル
タのフィルタ素子として組み込んで使用することができ
る。このようなフィルタの場合、温度変化に対して安定
したフィルタ特性のものとなる。なお、このような各フ
ィルタは、上述した圧電共振子１を基板２上に複数設
け、これら基板２上の各圧電共振子１どうしをそれぞれ
の電極を接続することで、周囲の温度変化に対する動作
特性を安定させられたフィルタを完成することができ
る。
【００５８】(１０)本実施の形態の圧電共振子１は、携
帯電話や無線ＬＡＮやその他、あらゆる各種電子通信機
器に搭載されることで、当該電子通信機器の電子通信動
作に使用する場合、周囲の温度変化に対する動作特性を
安定させることができる。
帯電話や無線ＬＡＮやその他、あらゆる各種電子通信機
器に搭載されることで、当該電子通信機器の電子通信動
作に使用する場合、周囲の温度変化に対する動作特性を
安定させることができる。
【００５９】（１１）本実施の形態の圧電共振子１は、
通信機器などに搭載されるデュプレクサの素子として用
いられても良い。このデュプレクサ３１は、図１１に示
すように、アンテナ端子３２、受信側端子３３及び送信
側端子３４が設けられている。このデュプレクサ３１
は、受信側端子３３及び送信側端子３４と、アンテナ端
子３２との間に所要周波数帯域の高周波信号の通過のみ
許す本発明に係る圧電共振子または上記（９）で示され
たようなフィルタが含まれる構成となっている。
通信機器などに搭載されるデュプレクサの素子として用
いられても良い。このデュプレクサ３１は、図１１に示
すように、アンテナ端子３２、受信側端子３３及び送信
側端子３４が設けられている。このデュプレクサ３１
は、受信側端子３３及び送信側端子３４と、アンテナ端
子３２との間に所要周波数帯域の高周波信号の通過のみ
許す本発明に係る圧電共振子または上記（９）で示され
たようなフィルタが含まれる構成となっている。
【００６０】（１２）本発明に係る圧電共振子の変形例
として、図１２に示す構成のものでも良い。図１２に示
される圧電共振子５１は、シリコン基板５２の上側に凹
部５３を形成するとともに、シリコン基板５２上面及び
その凹部５３を覆う状態で、熱酸化ＳｉＯ2膜５４ａと
ＳｉＮ（窒化珪素）膜５４ｂとの２層から成る外側薄膜
部としてのダイヤフラム５４が成膜されている。このダ
イヤフラム５４の上には、振動部位５５が設けられてい
る。この振動部位５５は、上部電極５８と下部電極５６
とからなる上下一対の対向電極と、この上部電極５８と
下部電極５６とに挟み込まれた少なくとも圧電膜を１層
以上含む内側薄膜部５７とからなる。
として、図１２に示す構成のものでも良い。図１２に示
される圧電共振子５１は、シリコン基板５２の上側に凹
部５３を形成するとともに、シリコン基板５２上面及び
その凹部５３を覆う状態で、熱酸化ＳｉＯ2膜５４ａと
ＳｉＮ（窒化珪素）膜５４ｂとの２層から成る外側薄膜
部としてのダイヤフラム５４が成膜されている。このダ
イヤフラム５４の上には、振動部位５５が設けられてい
る。この振動部位５５は、上部電極５８と下部電極５６
とからなる上下一対の対向電極と、この上部電極５８と
下部電極５６とに挟み込まれた少なくとも圧電膜を１層
以上含む内側薄膜部５７とからなる。
【００６１】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
基板と、前記基板に形成されている、少なくとも１層以
上の圧電薄膜を有する内側薄膜部の上下面を少なくとも
一対の上部電極及び下部電極を対向させて挟む構造の振
動部とを有する、共振子を複数設けた圧電共振子におい
て、前記下部電極の下に、圧電薄膜または誘電薄膜を含
む１層以上の外側薄膜部を有するとともに、前記振動部
はｎ倍波（ただし、ｎは２以上の整数）の振動モードで
振動し、且つ前記上部電極及び下部電極が、概略、前記
ｎ倍波の腹の位置に設けられているから、電極での共振
エネルギーのロスを低減できる。そして、本発明では、
ｎ倍波の振動モードで振動するものとされているから、
前記各薄膜部の膜厚比が多少変動しても共振周波数温度
係数が大きく変動するようなことがない膜厚比領域が存
在するから、膜厚比をその領域に設定することで温度変
化に対して共振周波数を安定させられる。
基板と、前記基板に形成されている、少なくとも１層以
上の圧電薄膜を有する内側薄膜部の上下面を少なくとも
一対の上部電極及び下部電極を対向させて挟む構造の振
動部とを有する、共振子を複数設けた圧電共振子におい
て、前記下部電極の下に、圧電薄膜または誘電薄膜を含
む１層以上の外側薄膜部を有するとともに、前記振動部
はｎ倍波（ただし、ｎは２以上の整数）の振動モードで
振動し、且つ前記上部電極及び下部電極が、概略、前記
ｎ倍波の腹の位置に設けられているから、電極での共振
エネルギーのロスを低減できる。そして、本発明では、
ｎ倍波の振動モードで振動するものとされているから、
前記各薄膜部の膜厚比が多少変動しても共振周波数温度
係数が大きく変動するようなことがない膜厚比領域が存
在するから、膜厚比をその領域に設定することで温度変
化に対して共振周波数を安定させられる。
【図１】本発明の実施形態に係る圧電共振子の断面図
【図２】図１の圧電共振子における膜厚比と共振周波数
温度係数との特性図
温度係数との特性図
【図３】本発明の他の実施形態に係る圧電共振子の断面
図
図
【図４】本発明のさらに他の実施形態に係る圧電共振子
の断面図
の断面図
【図５】本発明のさらに他の実施形態に係る圧電共振子
の断面図
の断面図
【図６】本発明のさらに他の実施形態に係る圧電共振子
の断面図
の断面図
【図７】本発明のさらに他の実施形態に係る圧電共振子
の断面図
の断面図
【図８】本発明のさらに他の実施形態に係る圧電共振子
の断面図
の断面図
【図９】本発明の圧電共振子を用いたフィルタの回路図
【図１０】本発明の圧電共振子を用いたフィルタの回路
図
図
【図１１】本発明の圧電共振子を用いたデュプレクサの
概略説明図
概略説明図
【図１２】本発明のさらに他の実施形態に係る圧電共振
子の断面図
子の断面図
１ 圧電共振子
２ 基板
３ ダイヤフラム
４ 振動部位
４ａ 下部電極
４ｂ 上部電極
４ｃ 圧電膜
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 後藤 義彦
京都府長岡京市天神二丁目26番10号 株式
会社村田製作所内
(72)発明者 野村 忠志
京都府長岡京市天神二丁目26番10号 株式
会社村田製作所内
(72)発明者 吉野 幸夫
京都府長岡京市天神二丁目26番10号 株式
会社村田製作所内
Ｆターム(参考） 5J108 AA04 AA07 BB04 BB07 BB08
CC11 CC12 DD08
Claims (10)
- 【請求項１】基板と、前記基板に形成されている、少な
くとも１層以上の圧電薄膜を有する内側薄膜部の上下面
を少なくとも一対の上部電極及び下部電極を対向させて
挟む構造の振動部とを有する、共振子を複数設けた圧電
共振子において、 前記下部電極の下に、圧電薄膜または誘電薄膜を含む１
層以上の外側薄膜部を有するとともに、前記振動部はｎ
倍波（ただし、ｎは２以上の整数）の振動モードで振動
し、且つ前記上部電極及び下部電極が、概略、前記ｎ倍
波の腹の位置に設けられている、ことを特徴とする圧電
共振子。 - 【請求項２】請求項１に記載の圧電共振子において、 前記ｎ倍波が、２倍波とされて、前記外側薄膜部の膜厚
をｔｏ、前記内側薄膜部の膜厚をｔｉ、両薄膜部の膜厚
比をｒ＝ｔｏ／ｔｉとしたとき、前記膜厚比ｒが、当該
圧電共振子全体の共振周波数温度係数をゼロ付近にする
値に設定されている、ことを特徴とする圧電共振子。 - 【請求項３】請求項１または２に記載の圧電共振子にお
いて、 前記内側薄膜部もしくは外側薄膜部の少なくとも一方で
各薄膜が、互いに異なる共振周波数温度係数を有する組
み合わせとされている、ことを特徴とする圧電共振子。 - 【請求項４】請求項１ないし３のいずれかに記載の圧電
共振子において、 前記外側薄膜部が、ＳｉＯ2薄膜を主成分とする薄膜、
ＳｉＮ薄膜を主成分とする薄膜、Ａｌ2Ｏ3薄膜を主成分
とする薄膜のうちの少なくとも１つ以上からなる、こと
を特徴とする圧電共振子。 - 【請求項５】請求項１ないし４のいずれかに記載の圧電
共振子において、 前記内側薄膜部が、ＺｎＯを主成分とする薄膜、ＡｌＮ
を主成分とする薄膜、チタン酸ジルコン酸鉛を主成分と
する薄膜、チタン酸鉛を主成分とする薄膜、チタン酸バ
リウムを主成分とする薄膜のうちの少なくとも１つ以上
からなる、ことを特徴とする圧電共振子。 - 【請求項６】請求項１ないし５のいずれかに記載の圧電
共振子において、 前記基板は開口部もしくは凹部を有し、前記開口部もし
くは凹部上に前記振動部が形成されていることを特徴と
する圧電共振子。 - 【請求項７】請求項１ないし６のいずれかに記載の圧電
共振子の複数を備え、それらの圧電共振子における電極
同士をフィルタ回路の構成に接続してなる、ことを特徴
とするフィルタ。 - 【請求項８】請求項１ないし６のいずれかに記載の圧電
共振子を複数、梯子型に接続してなることを特徴とする
フィルタ。 - 【請求項９】請求項７または８に記載のフィルタを用い
て構成されることを特徴とするデュプレクサ。 - 【請求項１０】請求項１ないし６のいずれかに記載の圧
電共振子の１つないしは複数を備え、それらの圧電共振
子を電子通信動作に使用する、ことを特徴とする電子通
信機器。
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