JP2005160056A - 圧電デバイス及びアンテナ共用器並びにそれらに用いられる圧電共振器の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 有効結合係数を低下させることなく、同一基板上に異なる共振周波数を持つ複数の圧電共振器を容易に形成することで実現できる圧電デバイスを提供する。
【解決手段】 圧電デバイス１００は、圧電共振器１１０及び圧電共振器１２０を備える。圧電共振器１１０は、基板１０１上に、キャビティ１１１、下部電極１１２、圧電体層１１３、及び上部電極１１４を順に形成した構成である。また、圧電共振器１２０は、基板１０１上に、キャビティ１２１、下部電極１２２、圧電体層１２３、及び上部電極１２４を順に形成した構成である。この構成において、圧電体層１１３と圧電体層１２３との膜厚は同じであり、キャビティ１１１の深さｔ１とキャビティ１２１の深さｔ２とが異なることが特徴となる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、同一基板上に形成された複数の圧電共振器を構成に含んだ圧電デバイス及びアンテナ共用器、並びにその複数の圧電共振器を製造する方法に関する。

近年、移動体通信の発展に伴い、通信機器に使用されるデバイスの高性能化及び小型化が期待されている。移動体通信機器用デバイスの１つであるフィルタとしては、圧電共振器を使用した構成が知られている。この圧電共振器は、上部電極、下部電極、及び両電極に挟まれた圧電体層を基板上に形成することにより構成される。また、基板には、圧電共振器の振動を確保するためのキャビティ又は音響ミラーが設けられる。このような圧電共振器を梯子状に複数接続したラダー型フィルタでは、低ロスかつ高減衰な特性が期待されている。このラダー型フィルタは、移動体通信機器用のアンテナ共用器としても適用されている。

このように、複数の圧電共振器を用いてラダー型フィルタ及びアンテナ共用器を構成するためには、複数の圧電共振器の共振周波数を各々調整する必要がある。圧電共振器の共振周波数を調整する方法としては、圧電体層の厚さを変える又は電極膜厚や質量負荷を異ならせる等が挙げられる。この圧電共振器の共振周波数の調整に関する従来の技術は、例えば技術文献１や技術文献２に開示されている。

上記従来の技術文献１には、共振周波数が異なる複数の圧電共振器を同一基板上に形成するために、圧電体層の厚さ及び上部電極の膜厚を変える技術が開示されている。図８は、このように圧電共振器が構成された従来の圧電デバイス８００の断面図である。
図８において、圧電デバイス８００は、圧電共振器８１０及び８２０を備える。圧電共振器８１０は、基板８０１上に、音響ミラー８１１、下部電極８１２、圧電体層８１３、及び上部電極８１４を順に形成した構成である。圧電共振器８２０は、基板８０１上に、音響ミラー８２１、下部電極８２２、圧電体層８２３、及び上部電極８２４を順に形成した構成である。圧電体層８１３と圧電体層８２３とは、膜厚が異なる。また、上部電極８１４と上部電極８２４とは、膜厚が異なる。これにより、圧電共振器８１０及び圧電共振器８２０の共振周波数を調整している。

上記従来の技術文献２には、共振周波数が異なる複数の圧電共振器を同一基板上に形成するために、電極の質量負荷を変える技術が開示されている。図９は、このように圧電共振器が構成された従来の圧電デバイス９００の断面図である。
図９において、圧電デバイス９００は、圧電共振器９１０及び９２０を備える。圧電共振器９１０は、基板９０１上に、キャビティ９１１、下部電極９１２、圧電体層９１３、上部電極９１４、及び酸化された導電体部分９１５を順に形成した構成である。圧電共振器９２０は、基板９０１上に、キャビティ９２１、下部電極９２２、圧電体層９２３、及び上部電極９２４を順に形成した構成である。キャビティ９１１及び９２１は、圧電共振器９１０及び９２０の振動を確保するために設けられる。このように、酸化された導電体部分９１５を形成して、圧電体層９１３にかかる質量負荷を圧電体層９２３にかかる質量負荷と異ならせることにより、共振周波数の調整を行っている。
特開２００２−２６８６４５号公報（第３〜６頁、図１） 特開２００２−３５９５３９号公報（第４〜５頁、図２）

しかしながら、上記従来の技術文献１では、所望の共振周波数を得るために圧電体層の膜厚を異ならせて形成する必要があり、製造プロセスが複雑になるという問題がある。
また、上記従来の技術文献２のように、質量負荷等によって振動体部分に材料を付加してしまうと、圧電共振器の有効結合係数を低下させてしまうという問題がある。

それ故に、本発明の目的は、有効結合係数を低下させることなく、同一基板上に異なる共振周波数を持つ複数の圧電共振器を容易に形成することで実現できる圧電デバイス及びアンテナ共用器を提供することである。また、その圧電共振器を簡単に製造することができる製造方法を提供することである。

本発明は、複数の圧電共振器を備えた圧電デバイスに向けられている。そして、上記目的を達成させるために、本発明の圧電デバイスは、基板、この基板に形成されたキャビティ、このキャビティを覆うように基板の上に形成される下部電極、この下部電極の上に形成される圧電体層、及びこの圧電体層の上に形成される上部電極で構成される圧電共振器を複数備え、複数の圧電共振器の少なくとも１つが、他の圧電共振器とキャビティの深さが異なるように構成している。

キャビティは、少なくとも１つが基板内に、又は基板上に積層された薄膜内に、或いは基板上に積層された薄膜を貫通して基板内に形成されていればよい。また、複数の圧電共振器は、梯子型又は格子型に接続してもよい。この場合、直列共振器として動作する第１の圧電共振器と、並列共振器として動作する第２の圧電共振器とを、少なくとも構成に含んでいれば、第１の圧電共振器のキャビティの深さと第２の圧電共振器のキャビティの深さとが異なることが好ましい。また、２つ以上の圧電共振器が直列共振器又は並列共振器として動作するように構成されていれば、直列共振器又は並列共振器の少なくとも１つが他の圧電共振器とキャビティの深さが異なることが好ましい。さらに、共に直列共振器又は並列共振器として動作する第１の圧電共振器及び第２の圧電共振器を少なくとも構成に含んでいれば、第１の圧電共振器のキャビティの深さと第２の圧電共振器のキャビティの深さとが異なることが好ましい。

なお、本発明の圧電デバイスで構成された送信フィルタと、本発明の圧電デバイスで構成された受信フィルタと、この送信フィルタと受信フィルタを接続する移相回路とによって、アンテナ共用器を実現することができる。

また、本発明は、同一基板上に共振周波数が異なる複数の圧電共振器を製造する方法にも向けられている。そして、上記目的を達成させるために、本発明の製造方法は、複数の圧電共振器の共振周波数に応じて、少なくとも２つの異なる深さのキャビティを基板に形成し、キャビティを覆うように下部電極を形成し、下部電極の上に圧電体層を形成し、圧電体層の上に上部電極を形成する。

好ましくは、キャビティの深さは、基板のエッチング量及び／又は基板上に積層された薄膜のエッチング量によって制御される。又は、キャビティの深さは、エッチングによって形成された穴に調整層を積層することで制御される。

本発明によれば、キャビティの深さを変えることにより圧電共振器の共振周波数及び反共振周波数が変わる現象を利用することで、同一基板上に共振周波数が異なる複数の圧電共振器を形成することができる。よって、このような圧電共振器を用いて、良好な特性を有する圧電デバイスやアンテナ共用器を容易に実現することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る圧電デバイス１００の断面図である。図１のように、圧電デバイス１００は、２つの圧電共振器１１０及び１２０を備え、圧電フィルタとして機能する。圧電共振器１１０は、基板１０１上に、キャビティ１１１、下部電極１１２、圧電体層１１３、及び上部電極１１４を順に形成した構成である。圧電共振器１２０は、基板１０１上に、キャビティ１２１、下部電極１２２、圧電体層１２３、及び上部電極１２４を順に形成した構成である。キャビティ１１１及び１２１は、圧電共振器１１０及び１２０の振動を確保するために設けられる。このキャビティ１１１及び１２１は、基板１０１をエッチングすることによって形成される。なお、本実施形態では、圧電共振器が２つである圧電デバイスを例に挙げて説明するが、圧電共振器の数は使用目的（共振器やフィルタ等）に応じて自由に構成することが可能である。

第１の実施形態による圧電デバイス１００では、共振周波数が異なる複数の圧電共振器を同一基板上に形成するために、圧電体層１１３と圧電体層１２３との膜厚を同じにして、キャビティ１１１の深さｔ１とキャビティ１２１の深さｔ２とを異ならせる手法を用いる。この手法は、発明者によって新たに見出された「キャビティの深さを変えることによって、圧電共振器の共振周波数及び反共振周波数が変わる」という現象を利用するものである。
なお、キャビティの深さが違う２つの圧電共振器１１０及び１２０は、基板１０１のエッチング量を制御することで容易に製造することができる。

以下、キャビティの深さを変化させることによって、圧電共振器の共振周波数及び反共振周波数が変化することを説明する。図２Ａは、圧電共振器の共振周波数とキャビティの深さとの関係を示す図である。図２Ｂは、圧電共振器の反共振周波数とキャビティの深さとの関係を示す図である。なお、図２Ａ及び図２Ｂは、シリコン（Ｓｉ）基板上に、厚み０．５μｍの窒化アルミニウム（ＡｌＮ）による圧電体層、及び厚み０．２μｍのモリブデン（Ｍｏ）による上部電極及び下部電極が形成された圧電共振器の特性である。

図２Ａ及び図２Ｂに示すように、キャビティの深さを変えることにより、圧電共振器の共振周波数及び反共振周波数が変化する。例えば、図１において、圧電共振器１１０のキャビティ１１１の深さｔ１を１．５μｍ、圧電共振器１２０のキャビティ１２１の深さｔ２を２．０μｍとすると、圧電共振器１１０の共振周波数が２．７９ＧＨｚに、圧電共振器１２０の共振周波数が２．６８ＧＨｚになる。よって、これらの２つの圧電共振器の共振周波数を、０．１１ＧＨｚだけ異ならせることができる。
ただし、図２Ａ及び図２Ｂでわかるように、共振周波数及び反共振周波数はキャビティの深さに対して周期的に変化しており、この周期外においては、キャビティの深さが異なっていてもほぼ同一の共振周波数及び反共振周波数になり得る場合がある。よって、この周期内において、所望の共振周波数及び反共振周波数を実現するように最適なキャビティの深さを選択することが好ましい。

このようにキャビティの深さを変えて共振周波数及び反共振周波数を異ならせた複数の圧電共振器を用いた、第１の実施形態に係る圧電デバイス１００の具体的な構成例を、図３Ａ〜図３Ｃを参照して説明する。

図３Ａは、Ｌ型ラダーフィルタの構成例である。図３Ａにおいて、圧電共振器３１０は、入力端子３０３と出力端子３０４との間に直列接続され、直列共振器として動作する。圧電共振器３２０は、入力端子３０３及び出力端子３０４による経路と接地面との間に接続され、並列共振器として動作する。このように接続することにより、Ｌ型ラダーフィルタを構成することができる。ここで、圧電共振器３１０の共振周波数を圧電共振器３２０の共振周波数よりも高く設定することにより、帯域通過型特性を有するＬ型ラダーフィルタを実現することができる。好ましくは、圧電共振器３１０の共振周波数と圧電共振器３２０の反共振周波数とを実質上一致又は近傍に設定することにより、より通過帯域の平坦性に優れるＬ型ラダーフィルタを実現することができる。

図３Ｂは、Ｔ型ラダーフィルタの構成例である。図３Ｂにおいて、圧電共振器３１０及び３３０は、入力端子３０３と出力端子３０４との間に直列接続され、直列共振器として動作する。圧電共振器３２０は、入力端子３０３及び出力端子３０４による経路と接地面との間に接続され、並列共振器として動作する。このように接続することにより、Ｔ型ラダーフィルタを構成することができる。ここで、圧電共振器３１０及び３３０の共振周波数と、圧電共振器３２０の反共振周波数とは、所望の通過特性を実現するように実質上一致又は近傍に設定されていることが好ましい。また、圧電共振器３１０の共振周波数と圧電共振器３３０の共振周波数とを最適に設定することにより、通過帯域内の平坦性を改善することが可能となる。

図３Ｃは、π型ラダーフィルタの構成例である。図３Ｃにおいて、圧電共振器３２０は、入力端子３０３と出力端子３０４との間に直列接続され、直列共振器として動作する。圧電共振器３１０及び３３０は、入力端子３０３及び出力端子３０４による経路と接地面との間に接続され、並列共振器として動作する。このように接続することにより、π型ラダーフィルタを構成することができる。ここで、圧電共振器３２０の共振周波数と、圧電共振器３１０及び３３０の反共振周波数とは、所望の通過特性を実現するように実質上一致又は近傍に設定されていることが好ましい。また、圧電共振器３１０の共振周波数と圧電共振器３３０の共振周波数とを最適に設定することにより、通過帯域内の平坦性を改善することが可能となる。

また、第１の実施形態に係る圧電デバイス１００を構成に用いたアンテナ共用器及び通信機器の構成例を、図４Ａ及び図４Ｂを参照して説明する。

図４Ａは、アンテナ共用器の構成例である。図４Ａにおいて、アンテナ共用器は、本発明の圧電デバイスが適用されるＴｘフィルタ（送信フィルタ）４０１及びＲｘフィルタ（受信フィルタ）４０２と、２つの伝送線路で構成される移相回路４０３とで構成される。Ｔｘフィルタ４０１は、送信帯域の信号を通過させて、受信帯域の信号を減衰させる。Ｒｘフィルタ４０２は、受信帯域の信号を通過させて、送信帯域の信号を減衰させる。これにより、低損失等の特性の優れたアンテナ共用器を得ることができる。なお、フィルタの数やフィルタを構成する圧電共振器の段数等は、図４Ａに例示したものに限られず自由に設計することが可能である。

図４Ｂは、通信機器の構成例である。図４Ｂにおいて、通信機器は、図４Ａに示したアンテナ共用器４０４と、送信増幅器４０５と、フィルタ４０６と、送信回路４０７と、受信増幅器４０８と、受信回路４０９と、アンテナ４１０とで構成される。送信回路４０７から出力される送信信号は、フィルタ４０６及び送信増幅器４０５を介して、アンテナ共用器４０４に入力される。アンテナ共用器４０４に入力された送信信号は、アンテナ４１０を介して送信される。一方、アンテナ４１０で受信された受信信号は、アンテナ共用器４０４及び受信増幅器４０８を介して、受信回路４０９に入力される。このように、低損失等の特性の優れたアンテナ共用器４０４を用いれば、小型で高性能な通信機器を実現することができる。なお、本発明の圧電デバイスは、フィルタ４０６に用いてもよい。また、通信機器は、図４Ｂに例示したものに限られず自由に設計することが可能である。

上記第１の実施形態で説明したように、キャビティの深さを変えることにより圧電共振器の共振周波数が変わる現象を利用することで、同一基板上に共振周波数が異なる複数の圧電共振器を形成することができる。よって、このような圧電共振器を用いて、良好な特性を有する圧電デバイスやアンテナ共用器を容易に実現することができる。

なお、本実施形態の圧電デバイス１００の具体的な構成として、１段のラダーフィルタを例に挙げて説明したが、多段構成のラダーフィルタであっても構わない。また、圧電共振器は、ラダー型に構成する他に、格子型に構成しても同様の効果が得られる。ラダー型又は格子型において、２つ以上の圧電共振器が直列共振器として動作するように構成されている場合には、少なくとも１つの直列共振器が他の圧電共振器とキャビティの深さが異なることが望ましい。例えば、図３Ｂにおいて、圧電共振器３１０と圧電共振器３３０とで、キャビティの深さを異ならせる。また、ラダー型に限らず、直列共振器だけで構成される場合にも適用できる。また、２つ以上の圧電共振器が並列共振器として動作するように構成されている場合には、少なくとも１つの並列共振器が他の圧電共振器とキャビティの深さが異なることが望ましい。例えば、図３Ｃにおいて、圧電共振器３１０と圧電共振器３３０とで、キャビティの深さを異ならせる。また、ラダー型に限らず、並列共振器だけで構成される場合にも適用できる。さらに、１つの圧電デバイス上で、複数の圧電共振器を有する複数の圧電フィルタが構成されてもよい。この場合、いずれかの圧電フィルタ間でキャビティの深さが異なっていれば、１つの基板上に異なる周波数の複数のフィルタを形成することができ、圧電フィルタを構成する圧電共振器間でのキャビティの深さは問わない。

また、本実施形態によるキャビティの深さを変えて共振周波数を調整する手法は、圧電体層の膜厚を変える方法等の従来の手法と組み合わせても構わない。組み合わせることで共振周波数の調整範囲を広くすることが可能となる。

さらに、本実施形態の圧電共振器を構成する圧電体層は、単結晶であっても圧電セラミックスであってもよく、キャビティが必要な構成であれば同様の効果が得られる。なお、キャビティの深さの定量的な値は、基板材料や圧電体材料によって異なるが、キャビティの深さに対して共振周波数が周期的に変化するという現象に関しては同様であり、材料が代わっても本発明の構成は適用可能である。

以下の第２〜第４の実施形態では、上記第１の実施形態に係る圧電デバイス１００と同等の機能を実現する他の圧電デバイスの構造を説明する。

（第２の実施形態）
図５Ａは、本発明の第２の実施形態に係る圧電デバイス５００の断面図である。図５Ａのように、圧電デバイス５００は、２つの圧電共振器５１０及び５２０を備え、圧電フィルタとして機能する。圧電共振器５１０は、薄膜５０２が積層された基板５０１上に、キャビティ５１１、下部電極５１２、圧電体層５１３、及び上部電極５１４を順に形成した構成である。圧電共振器５２０は、薄膜５０２が積層された基板５０１上に、キャビティ５２１、下部電極５２２、圧電体層５２３、及び上部電極５２４を順に形成した構成である。キャビティ５１１及び５２１は、圧電共振器５１０及び５２０の振動を確保するために設けられる。このキャビティ５１１及び５２１は、薄膜５０２をエッチングすることによって形成される。薄膜５０２は、例えばＳｉＯ２やＳｉ３Ｎ４等の誘電体材料で構成される。また、薄膜５０２は、ＡｌＮであってもよい（薄膜上に形成される各圧電共振器の下部電極が、互いに絶縁できる材料であればよい）。

上述した第１の実施形態と同様に、第２の実施形態による圧電デバイス５００では、共振周波数が異なる複数の圧電共振器を同一基板上に形成するために、圧電体層５１３と圧電体層５２３との膜厚を同じにして、キャビティ５１１の深さｔ１とキャビティ５２１の深さｔ２とを異ならせる手法を用いる。第２の実施形態による圧電デバイス５００が、第１の実施形態による圧電デバイス１００と違う所は、キャビティ５１１及び５２１の深さの変化が、薄膜５０２のエッチング量を制御することで実現されることである。

上記第２の実施形態のように、キャビティの深さを変えることにより圧電共振器の共振周波数が変わる現象を利用することで、同一基板上に共振周波数が異なる複数の圧電共振器を形成することができる。よって、このような圧電共振器を用いて、良好な特性を有する圧電デバイス（図３Ａ〜図３Ｃ等）やアンテナ共用器（図４Ａ等）を容易に実現することができる。

なお、図５Ｂのように、キャビティ５１１の深さｔ１とキャビティ５２１の深さｔ２とが異なっていれば、薄膜５０２の膜厚が、圧電共振器５１０側と圧電共振器５２０側とで異なっていてもよい。また、薄膜５０２の材料は、圧電共振器を支持してキャビティを形成するのに十分な材料であれば、上述した材料以外であっても構わない。また、薄膜５０２は、１層であっても複数層であっても構わない。キャビティの深さは、薄膜５０２の音速等に基づいて最適に設定することが望ましい。

（第３の実施形態）
図６Ａは、本発明の第３の実施形態に係る圧電デバイス６００の断面図である。図６Ａのように、圧電デバイス６００は、２つの圧電共振器６１０及び６２０を備え、圧電フィルタとして機能する。圧電共振器６１０は、薄膜６０２が積層された基板６０１上に、キャビティ６１１、下部電極６１２、圧電体層６１３、及び上部電極６１４を順に形成した構成である。圧電共振器６２０は、薄膜６０２が積層された基板６０１上に、キャビティ６２１、下部電極６２２、圧電体層６２３、及び上部電極６２４を順に形成した構成である。キャビティ６１１及び６２１は、圧電共振器６１０及び６２０の振動を確保するために設けられる。このキャビティ６１１及び６２１は、薄膜６０２のみ又は薄膜６０２と基板６０１との両方をエッチングすることによって形成される。薄膜６０２は、例えばＳｉＯ２やＳｉ３Ｎ４等の誘電体材料で構成される。また、薄膜６０２は、ＡｌＮであってもよい（薄膜上に形成される各圧電共振器の下部電極が、互いに絶縁できる材料であればよい）。

上述した第１及び第２の実施形態と同様に、第３の実施形態による圧電デバイス６００では、共振周波数が異なる複数の圧電共振器を同一基板上に形成するために、圧電体層６１３と圧電体層６２３との膜厚を同じにして、キャビティ６１１の深さｔ１とキャビティ６２１の深さｔ２とを異ならせる手法を用いる。第３の実施形態による圧電デバイス６００が、第１の実施形態による圧電デバイス１００や第２の実施形態による圧電デバイス５００と違う所は、キャビティ６１１及び６２１の深さの変化が、薄膜６０２及び基板６０１の両方のエッチング量を制御することで実現されることである。

上記第３の実施形態のように、キャビティの深さを変えることにより圧電共振器の共振周波数が変わる現象を利用することで、同一基板上に共振周波数が異なる複数の圧電共振器を形成することができる。よって、このような圧電共振器を用いて、良好な特性を有する圧電デバイス（図３Ａ〜図３Ｃ等）やアンテナ共用器（図４Ａ等）を容易に実現することができる。

なお、図６Ｂのように、キャビティ６１１の深さｔ１とキャビティ６２１の深さｔ２とが異なっていれば、圧電共振器６１０側と圧電共振器６２０側との両方で、薄膜６０２及び基板６０１双方のエッチングを行っても構わない。また、薄膜６０２の材料は、圧電共振器を支持してキャビティを形成するのに十分な材料であれば、上述した材料以外であっても構わない。また、薄膜６０２は、１層であっても複数層であっても構わない。キャビティの深さは、薄膜６０２の音速等に基づいて最適に設定することが望ましい。

（第４の実施形態）
図７は、本発明の第４の実施形態に係る圧電デバイス７００の断面図である。図７のように、圧電デバイス７００は、２つの圧電共振器７１０及び７２０を備え、圧電フィルタとして機能する。圧電共振器７１０は、基板７０１上に、調整層７１５、キャビティ７１１、下部電極７１２、圧電体層７１３、及び上部電極７１４を順に形成した構成である。圧電共振器７２０は、基板７０１上に、キャビティ７２１、下部電極７２２、圧電体層７２３、及び上部電極７２４を順に形成した構成である。キャビティ７１１及び７２１は、圧電共振器７１０及び７２０の振動を確保するために設けられる。このキャビティ７１１及び７２１は、基板７０１をエッチングすることによって形成される。

上述した第１〜第３の実施形態と同様に、第４の実施形態による圧電デバイス７００では、共振周波数が異なる複数の圧電共振器を同一基板上に形成するために、圧電体層７１３と圧電体層７２３との膜厚を同じにして、キャビティ７１１の深さｔ１とキャビティ７２１の深さｔ２とを異ならせる手法を用いる。第４の実施形態による圧電デバイス７００が、第１の実施形態による圧電デバイス１００と違う所は、基板７０１のエッチング量を同じにして、エッチングされた一方の穴に調整層７１５を設けることで、キャビティ７１１及び７２１の深さの変化を実現することである。

上記第４の実施形態のように、キャビティの深さを変えることにより圧電共振器の共振周波数が変わる現象を利用することで、同一基板上に共振周波数が異なる複数の圧電共振器を形成することができる。よって、このような圧電共振器を用いて、良好な特性を有する圧電デバイス（図３Ａ〜図３Ｃ等）やアンテナ共用器（図４Ａ等）を容易に実現することができる。

なお、上記第１〜第４の実施形態で説明した圧電デバイスのキャビティの深さは、以下の内容をさらに考慮して設計することも可能である。
（１）振動漏れで生じるスプリアスの影響を回避
通常、下部電極、圧電体層及び上部電極から構成される振動部の振動が、基板に漏れる。この振動漏れによって、キャビティ深さによって決定される振動がスプリアスとして振動部の共振周波数（又は反共振周波数）付近に発生する。このスプリアスは、圧電フィルタの通過特性を悪化させる原因となるので、できるだけ振動部の共振周波数（又は反共振周波数）から遠ざけたい。そこで、この場合には、振動漏れによってキャビティで発生する不要振動の共振周波数が、圧電共振器の振動部による主共振周波数よりも十分離れるように、キャビティの深さを設計する。

（２）振動漏れで生じるスプリアスを主振動に利用
上述したように、振動漏れによるスプリアスは、圧電デバイスの通過特性を悪化させる原因となる。しかし、このキャビティで発生する不要振動を、振動部の主振動に利用することも考えられる。すなわち、振動部の主振動が弱い場合等に、漏れ振動でわざと基板を振動させて圧電共振器全体としても振動振幅を大きくするのである。そこで、この場合には、振動漏れによってキャビティで発生する不要振動の共振周波数が、圧電共振器の振動部による主共振周波数と一致するように、キャビティの深さを設計する。

本発明の圧電デバイス及びアンテナ共用器は、通信機器等に利用可能であり、特に同一基板上に異なる共振周波数を持つ複数の圧電共振器を容易に形成して、高性能化及び小型化を図りたい場合等に有用である。

本発明の第１の実施形態に係る圧電デバイスの断面図 本発明の圧電デバイスにおけるキャビティ深さと共振周波数との関係を示す図 本発明の圧電デバイスにおけるキャビティ深さと反共振周波数との関係を示す図 本発明の圧電デバイスの詳細な構成例を示す図 本発明の圧電デバイスの詳細な構成例を示す他の図 本発明の圧電デバイスの詳細な構成例を示す他の図 本発明の圧電デバイスを用いたアンテナ共用器の構成例を示す図 図４Ａのアンテナ共用器を用いた通信機器の構成例を示す図 本発明の第２の実施形態に係る圧電デバイスの断面図 本発明の第２の実施形態に係る圧電デバイスの他の断面図 本発明の第３の実施形態に係る圧電デバイスの断面図 本発明の第３の実施形態に係る圧電デバイスの他の断面図 本発明の第４の実施形態に係る圧電デバイスの断面図 従来の圧電デバイスの断面図 従来の他の圧電デバイスの断面図

符号の説明

１００、４０１、４０２、５００、６００、７００、８００、９００ 圧電デバイス
１０１、５０１、６０１、７０１、８０１、９０１ 基板
１１０、１２０、３１０〜３３０、５１０、５２０、６１０、６２０、７１０、７２０、８１０、８２０、９１０、９２０ 圧電共振器
１１１、１２１、５１１、５２１、６１１、６２１、７１１、７２１、９１１、９２１ キャビティ
１１２、１２２、５１２、５２２、６１２、６２２、７１２、７２２、８１２、８２２、９１２、９２２ 下部電極
１１３、１２３、５１３、５２３、６１３、６２３、７１３、７２３、８１３、８２３、９１３、９２３ 圧電体層
１１４、１２４、５１４、５２４、６１４、６２４、７１４、７２４、８１４、８２４、９１４、９２４ 上部電極
３０３、３０４ 端子
４０３ 移相回路
４０４ アンテナ共用器
４０５、４０８ 増幅器
４０６ フィルタ
４０７ 送信回路
４０９ 受信回路
４１０ アンテナ
５０２、６０２ 薄膜
７１５ 調整層
８１１、８２１ 音響ミラー
９１５ 酸化された導電体部分

Claims (20)

1. 複数の圧電共振器を備えた圧電デバイスであって、
   前記複数の圧電共振器は、それぞれ
   基板と、
   前記基板に形成されたキャビティと、
   前記キャビティを覆うように前記基板の上に形成される下部電極と、
   前記下部電極の上に形成される圧電体層と、
   前記圧電体層の上に形成される上部電極とで構成され、
   前記複数の圧電共振器の少なくとも１つは、他の圧電共振器と前記キャビティの深さが異なることを特徴とする、圧電デバイス。
2. 前記キャビティの少なくとも１つが、前記基板内に形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の圧電デバイス。
3. 前記キャビティの少なくとも１つが、前記基板上に積層された薄膜内に形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の圧電デバイス。
4. 前記圧電共振器のキャビティの少なくとも１つが、前記基板上に積層された薄膜を貫通して前記基板内に形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の圧電デバイス。
5. 前記複数の圧電共振器を梯子型に接続したことを特徴とする、請求項１に記載の圧電デバイス。
6. 前記複数の圧電共振器を格子型に接続したことを特徴とする、請求項１に記載の圧電デバイス。
7. 直列共振器として動作する第１の圧電共振器と、並列共振器として動作する第２の圧電共振器とを、少なくとも構成に含み、
   前記第１の圧電共振器のキャビティの深さと前記第２の圧電共振器のキャビティの深さとが異なることを特徴とする、請求項５に記載の圧電デバイス。
8. 直列共振器として動作する第１の圧電共振器と、並列共振器として動作する第２の圧電共振器とで構成され、
   前記第１の圧電共振器のキャビティの深さと前記第２の圧電共振器のキャビティの深さとが異なることを特徴とする、請求項６に記載の圧電デバイス。
9. ２つ以上の前記圧電共振器が直列共振器として動作するように構成されており、当該直列共振器の少なくとも１つが、他の圧電共振器と前記キャビティの深さが異なることを特徴とする、請求項５に記載の圧電デバイス。
10. ２つ以上の前記圧電共振器が直列共振器として動作するように構成されており、当該直列共振器の少なくとも１つが、他の圧電共振器と前記キャビティの深さが異なることを特徴とする、請求項６に記載の圧電デバイス。
11. ２つ以上の前記圧電共振器が並列共振器として動作するように構成されており、当該並列共振器の少なくとも１つが、他の圧電共振器と前記キャビティの深さが異なることを特徴とする、請求項５に記載の圧電デバイス。
12. ２つ以上の前記圧電共振器が並列共振器として動作するように構成されており、当該並列共振器の少なくとも１つが、他の圧電共振器と前記キャビティの深さが異なることを特徴とする、請求項６に記載の圧電デバイス。
13. 直列共振器として動作する第１の圧電共振器及び第２の圧電共振器を少なくとも構成に含み、
    前記第１の圧電共振器のキャビティの深さと前記第２の圧電共振器のキャビティの深さとが異なることを特徴とする、請求項１に記載の圧電デバイス。
14. 並列共振器として動作する第１の圧電共振器及び第２の圧電共振器を少なくとも構成に含み、
    前記第１の圧電共振器のキャビティの深さと前記第２の圧電共振器のキャビティの深さとが異なることを特徴とする、請求項１に記載の圧電デバイス。
15. 請求項１に記載の圧電デバイスで構成された送信フィルタと、
    請求項１に記載の圧電デバイスで構成された受信フィルタと、
    前記送信フィルタと前記受信フィルタを接続する移相回路とを備える、アンテナ共用器。
16. 同一基板上に共振周波数が異なる複数の圧電共振器を製造する方法であって、
    前記複数の圧電共振器の共振周波数に応じて、少なくとも２つの異なる深さのキャビティを前記基板に形成するステップと、
    前記キャビティを覆うように下部電極を形成するステップと、
    前記下部電極の上に圧電体層を形成するステップと、
    前記圧電体層の上に上部電極を形成するステップからなる、圧電共振器の製造方法。
17. 前記キャビティの深さは、前記基板のエッチング量によって制御されることを特徴とする、請求項１６に記載の圧電共振器の製造方法。
18. 前記キャビティの深さは、前記基板上に積層された薄膜のエッチング量によって制御されることを特徴とする、請求項１６に記載の圧電共振器の製造方法。
19. 前記キャビティの深さは、前記基板上に積層された薄膜のエッチング量及び前記基板のエッチング量によって制御されることを特徴とする、請求項１６に記載の圧電共振器の製造方法。
20. 前記キャビティの深さは、エッチングによって形成された穴に調整層を積層することで制御されることを特徴とする、請求項１６に記載の圧電共振器の製造方法。

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