JP2005160057A - 圧電共振器、その製造方法、それを用いたフィルタ、共用器、および通信機器 - Google Patents

Abstract

【課題】 所定の帯域内においてスプリアスを抑制するように改良された圧電共振器、その製造方法、それを用いたフィルタ、共用器、および通信機器を提供すること。
【解決手段】 圧電共振器１は、基板１０５と、基板の上方に形成された下部電極と、下部電極の上方に形成された圧電体１０１と、圧電体の上方に形成された上部電極１０２と、下部電極、圧電体、および上部電極によって構成される振動部１１０の下に形成されたキャビティ１０４とを備える。振動部の厚さを半波長とする振動における共振周波数をｆｒとし、キャビティを構成する材料内での平均音速をＶｃとし、共振周波数ｆｒと平均音速Ｖｃとに基づいて決定される値をλｃ（＝Ｖｃ／ｆｒ）とすると、キャビティの深さは、ｎを任意の自然数とした場合、ｎ×λｃ／２−λｃ／８以上、ｎ×λｃ／２＋λｃ／８以下となるように設定されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、圧電共振器、その製造方法、それを用いたフィルタ、共用器、および通信機器に関し、より特定的には、スプリアス成分を除去することができるように改良された圧電共振器、その製造方法、それを用いたフィルタ、共用器、および通信機器に関する。

携帯機器等の電子機器に内蔵される部品は、より小型化、軽量化されることが要求されている。例えば、携帯機器に使われているフィルタは、小型であり、かつ周波数特性が精密に調整されることが要求される。

これらの要求を満たすフィルタの１つとして、圧電共振器を用いたフィルタが知られている（例えば、特許文献１参照）。

図１４Ａは、従来の圧電共振器の基本構造を示す断面図である。図１４Ａにおいて、圧電共振器７１０は、基板７０５の上に設けられている。基板７０５には、微細加工法を用いて裏面から部分的にエッチングすることによって、キャビティ７０４が形成されている。圧電共振器７１０は、共振器の主要構成要素である圧電体７０１と、その上下に設けられた上部電極７０２と、下部電極７０３とを有している。

圧電共振器７１０の振動を確保するために、基板７０５中に空洞のキャビティ７０４が設けられている。

圧電共振器７１０には、圧電体７０１の上下に設けられた上部電極７０２および下部電極７０３を介して、厚さ方向に電界が印加される。これによって、圧電共振器７１０は、厚さ方向の振動を生じる。

以下、圧電共振器７１０の動作説明を、無限平板の厚み縦振動を用いて行う。図１４Ｂは、圧電共振器７１０の動作説明を行うための、概略的な斜視図である。図１４Ｂに示すように、上部電極７０２と下部電極７０３との間に電界が加えられると、圧電体７０１において、電気エネルギーが機械エネルギーに変換される。誘起された機械振動は厚さ方向の伸び振動であるので、圧電体７０１は、電界と同じ方向に伸び縮みする。

圧電共振器７１０の厚さをｔとしたとき、圧電共振器７１０は、圧電体７０１の厚さ方向の共振振動を利用し、ｔ＝λ／２となる波長λに対応する共振周波数ｆｒ１（＝ｖ／λ）で共振する。ここで、ｖは、圧電共振器７１０を構成する材料内での平均音速である。

図１４Ａに示す圧電共振器７１０の構造において、キャビティ７０４を形成することによって、圧電体７０１の厚み方向の縦振動が確保される。

図１４Ｃは、圧電共振器７１０の等価回路図である。図１４Ｃに示すように、圧電共振器７１０の等価回路は、直列共振回路と並列共振回路とを含む回路となる。すなわち、等価回路は、コンデンサ（Ｃ１）と、インダクタ（Ｌ１）と、抵抗（Ｒ１）と構成された直列共振回路と、当該直列共振回路に並列に接続されたコンデンサ（Ｃ０）から構成される並列共振回路とを備える。したがって、圧電共振器７１０は、共振周波数と反共振周波数とを持つこととなる。図１４Ｄは、図１４Ｃに示す等価回路におけるアドミッタンスの周波数特性を示すグラフである。図１４Ｄに示すように、共振周波数ｆｒ１でアドミッタンスは極大となる。反共振周波数ｆａ１でアドミッタンスは極小となる。ここで、ｆｒ１およびｆａ１は、以下のような関係となる。

圧電共振器７１０におけるアドミッタンスの周波数特性を利用して、フィルタに応用すれば、圧電体の共振振動を利用した小型で低損失のフィルタが実現されることとなる。
特開昭６０−６８７１１号公報（第２〜４頁、図３、図４）

圧電共振器において、実際には、一部が基板に固定されているので、圧電共振器全体が厚み方向に縦振動の自由振動を行うわけではない。振動部は、図１４Ａに示すように、キャビティ７０４の周辺部において固定されて振動する領域と、キャビティ上部のように両端が自由端として振動する領域とに分かれる。

振動部において、振動部の厚さにより決定される振動が主共振振動として励振される。振動部は、キャビティ周辺において固定されているが、固定されている部分（固定部）は、完全な固定端とはなっていない。そのため、周波数がｆ１である主共振振動は、固定部を介して、基板側に伝搬していく。結果、振動部の支持・固定の影響によって、所望される厚さ方向の縦振動の基本モード（以下、１／２波長モードという。周波数は、ｆ１）以外に、主共振振動の周波数ｆ１の近くの周波数にスプリアス振動が生じることとなる。

このように、スプリアス振動が生じるのは、固定部において基板側に振動が漏れることによって、スプリアス振動の励振が起こるためである。スプリアス振動の共振周波数が主共振振動の主共振周波数付近である場合を考える。主共振振動が基板側に漏れたことによって、スプリアス振動が生じる。当該スプリアス振動の共振周波数は、主共振周波数付近であるとしているので、当該スプリアス振動は、スプリアス共振周波数となって、主共振周波数付近に発生することとなる。図１５Ａは、スプリアス振動がある場合のアドミッタンスの周波数特性を示すグラフである。図１５Ａに示すように、スプリアス振動、すなわち、スプリアス共振周波数７１３が共振周波数ｆｒ１と反共振周波数ｆａ１との間に現れる。

図１５Ｂは、圧電共振器を用いたフィルタの構成を示す回路図である。図１５Ｃは、スプリアス７１３を有する圧電共振器を図１５Ｂに示すようなフィルタに用いた場合の周波数通過特性を示す図である。

スプリアス共振周波数７１３を有する圧電共振器を、図１５Ｂに示すように並列に接続し、他の共振器を直列に接続することによってフィルタを構成すると、図１５Ｃに示すように、２つの急峻な減衰極を有する周波数通過特性（スカート特性）を得ることができる。しかし、スプリアス共振周波数７１３が原因で、凹凸部分７１４が通過帯域内に生じてしまう。通過帯域内にこのような凹凸部分７１４を有するフィルタを用いると、凹凸部分１４を通過する信号は、設計値よりも大きな信号レベルとなったり、小さな信号レベルとなったりする。結果、通信の品質低下を招いてしまい問題となる。

一般に、フィルタにとって、所望の帯域内においてスプリアス共振周波数が存在しないことが最も重要である。そのため、フィルタを構成する直列共振器および並列共振器は、所定の帯域内においてスプリアスを発生させない必要がある。

それゆえ、本発明の目的は、所定の帯域内においてスプリアス共振周波数を抑制するように改良された圧電共振器、その製造方法、それを用いたフィルタ、共用器、および通信機器を提供することである。

上記課題を解決するために、本発明は、以下のような特徴を有する。本発明は、圧電共振器であって、基板と、基板の上方に形成された下部電極と、下部電極の上方に形成された圧電体と、圧電体の上方に形成された上部電極と、下部電極、圧電体、および上部電極によって構成される振動部の下に形成されたキャビティとを備え、振動部の厚さを半波長とする振動における共振周波数をｆｒとし、キャビティを構成する材料内での平均音速をＶｃとし、共振周波数ｆｒと平均音速Ｖｃとに基づいて決定される値をλｃ（＝Ｖｃ／ｆｒ）とすると、キャビティの深さは、ｎを任意の自然数とした場合、ｎ×λｃ／２−λｃ／８以上、ｎ×λｃ／２＋λｃ／８以下となるように設定されていることを特徴とする。

好ましくは、キャビティの深さは、ｎ×λｃ／２となるように設定されているとよい。

たとえば、圧電共振器を用いて帯域通過フィルタを構成する場合、キャビティの深さは、帯域通過フィルタにおける所望の通過帯域の半分の周波数範囲内にスプリアス周波数が存在しないように決定されているとよい。

たとえば、帯域通過フィルタが、ＰＣＳ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｓｅｒｖｉｃｅｓ）に用いられる場合、キャビティの深さは、ｎ×λｃ／２−λｃ／１０以上、ｎ×λｃ／２＋λｃ／１０以下となるように設定されているとよい。

好ましくは、キャビティの断面形状は、矩形形状であるとよい。

また、本発明は、圧電共振器の製造方法であって、基板の上方に下部電極を形成する工程と、下部電極の上方に圧電体を形成するする工程と、圧電体の上方に上部電極を形成する工程と、下部電極、圧電体、および上部電極から構成される振動部の下にキャビティを形成する工程と、キャビティの深さを決定するための予備工程とを備え、予備工程では、振動部の厚さを半波長とする振動における共振周波数をｆｒとし、キャビティを構成する材料内での平均音速をＶｃとし、共振周波数ｆｒと平均音速Ｖｃとに基づいて決定される値をλｃ（＝Ｖｃ／ｆｒ）として、キャビティの深さを、ｎを任意の自然数とした場合、ｎ×λｃ／２−λｃ／８以上、ｎ×λｃ／２＋λｃ／８以下となるように決定することを特徴とする。

たとえば、キャビティを形成する工程では、基板の表面をエッチングし、基板の表面に支持部を積み上げて、予備工程で決定された深さのキャビティが形成されるようにするとよい。

たとえば、キャビティを形成する工程では、基板の表面を予備工程で決定された深さ以上にエッチングし、エッチングされた底部分に調整層を形成することによって、予備工程で決定された深さのキャビティが形成されるようにするとよい。

また、本発明は、複数の圧電共振器を備えるフィルタであって、少なくとも一つの圧電共振器が上記特徴を有している。

また、本発明は、複数の圧電共振器を備えるフィルタで構成される共用器であって、少なくとも一つの圧電共振器が上記特徴を有している。

また、本発明は、圧電共振器を備える通信機器であって、当該圧電共振器が上記特徴を有している。

本発明によれば、共振周波数と反共振周波数との間からスプリアス共振周波数を除去することができ、かつ、スプリアス共振周波数を共振周波数から離すことができるので、所定の帯域内においてスプリアス共振周波数が抑制される。したがって、当該圧電共振器をフィルタに使用する場合、通過帯域外にスプリアス共振周波数を移動させることができ、平坦な通過帯域特性が得られることとなる。

特に、キャビティの深さをｎ×λｃ／２とすることによって、スプリアス共振周波数と共振周波数とを最も離すことができる。

また、圧電共振器を用いて帯域通過フィルタを構成する場合、帯域通過フィルタにおける所望の通過帯域の半分の周波数範囲内にスプリアス共振周波数が存在しないようにキャビティの深さを決定することによって、平坦な通過特性を有する帯域通過フィルタが構成される。

特に、帯域通過フィルタが、ＰＣＳ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｓｅｒｖｉｃｅｓ）に用いられる場合、キャビティの深さを、ｎ×λｃ／２−λｃ／１０以上、ｎ×λｃ／２＋λｃ／１０以下となるように設定することによって、ＰＣＳの通過帯域において、平坦な通過特性をえることができる。

また、本発明によれば、キャビティの深さを決定するという簡単な工程を用いるだけで、スプリアス共振抑制効果が得られる圧電共振器を製造することができる。すなわち、スプリアス共振抑制のための付加的な工程が必要ないので、製造プロセスが容易となる。

以下、本発明の実施形態について、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共振器１の断面図である。図１において、圧電共振器１は、圧電体１０１と、上部電極１０２と、下部電極１０３と、キャビティ１０４と、基板１０５とを備える。

下部電極１０３は、基板１０５の上に、例えば、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、銅（Ｃｕ）、白金（Ｐｔ）、または金（Ａｕ）等で形成されている。

圧電体１０１は、下部電極の上に、例えば、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、または窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等の適当な圧電材料で形成されている。

上部電極１０２は、圧電体１０１の上に、例えば、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、銅（Ｃｕ）、白金（Ｐｔ）、または金（Ａｕ）等で形成されている。

キャビティ１０４は、下部電極１０３の下方に位置する基板１０５の上部に形成されている。キャビティ１０４の断面形状は、例えば、矩形、台形等である。

ここで、上部電極１０２、圧電体１０１、および下部電極１０３によって構成される振動部１１０の厚さｔ１によって決定される共振周波数をｆｒとする。また、キャビティ１０４の深さｔ２によって決定される共振周波数をｆｒｃとする。第１の実施形態では、共振周波数ｆｒと共振周波数ｆｒｃとが異なるように設定されている。なお、振動部１１０内の平均音速をＶｓとすると、振動部１１０の上下端は固定端となるので、共振周波数ｆｒは、ｆｒ＝Ｖｓ／（２×ｔ１）となる。また、キャビティ１０４を構成する材料内の平均音速をＶｃとすると、キャビティ１０４の下端は自由端となるので、共振周波数ｆｒｃは、ｆｒｃ＝（２ｎ−１）×Ｖｃ／（４×ｔ２）となる。ここで、ｎは、１以上の任意の整数である。

振動部１１０の振動は、振動部１１０と基板１０５との接触部分を介して、基板１０５側に漏れる。基板１０５側に漏れた振動（以下、漏れ振動という）は、様々な周波数を有している。したがって、当該漏れ振動によって、基板１０５および／またはキャビティ１０４は、様々な周波数で共振する可能性がある。基板１０５および／またはキャビティ１０４において、共振現象が発現するのは、キャビティ１０４が共鳴管となるからである。したがって、基板１０５および／またはキャビティ１０４における共振は、主として、キャビティ１０４の形状に依存する。よって、基板１０５および／またはキャビティ１０４における共振の共振周波数は、キャビティ１０４の深さによって決定される共振周波数付近となる。キャビティ１０４の深さによって決定される共振周波数付近の共振が、振動部１１０の共振周波数付近で励振されると、スプリアス共振周波数となる。したがって、本実施形態のように、振動部１１０の厚さｔ１によって決定される共振周波数と、キャビティ１０４の厚さｔ２によって決定される共振周波数とを異なるものとすることによって、漏れ振動が原因で発生する共振が、振動部１１０の共振周波数付近で励振されないようにすることができる。これにより、スプリアス共振周波数が共振周波数ｆｒ付近に発生しないこととなる。

本発明者は、振動部１１０の厚さｔ１によって決定される共振周波数とキャビティ１０４の深さｔ２によって決定される共振周波数とを異ならせることによって、漏れ振動が原因で発現する共振が、振動部１１０の共振周波数付近で励振されなくなることを、シミュレーションを行って実際に確かめた。

図２は、キャビティ１０４の深さｔ２と図１に示す圧電共振器１において励振される振動の共振周波数との関係のシミュレーション結果を示すグラフである。図２において、横軸は、キャビティ１０４の深さを示す。縦軸は、周波数［ＧＨｚ］を示す。図２では、キャビティ１０４の深さｔ２に対して、圧電共振器１で励振された振動の共振周波数がプロットされている。

図２に示すように、約２．６ＧＨｚから約２．７ＧＨｚ付近に、キャビティ１０４の深さに関係なくほぼ一定に保たれている共振周波数がある。これらの共振周波数は、振動部１１０の厚さｔ１で決まる共振（以下、主共振という）の共振周波数（以下、主共振周波数という）である。

図２では、キャビティ１０４に深さの変化に伴って変化する共振周波数も示されている。たとえば、キャビティ１０４の深さを０．５［μｍ］から２．３［μｍ」に変化させた場合、約３．０ＧＨｚから約１．５ＧＨｚに渡って、変化する共振周波数がプロットされている。また、キャビティ１０４の深さを１［μｍ］から３［μｍ］に変化させた場合、約３．５ＧＨｚから約１．７ＧＨｚに渡って、変化する共振周波数がプロットされている。さらに、キャビティ１０４の深さを２［μｍ］から３［μｍ］に変化させた場合、約３．５ＧＨｚから約２．３ＧＨｚに渡って、変換する共振周波数がプロットされている。キャビティ１０４の深さが同じ場合、これらの共振は、同時に発現する。そのため、図２では、あるキャビティ１０４の深さに対して、複数の共振周波数がプロットされている。

このように、圧電共振器１内では、主共振とは別の共振（スプリアス共振）が複数発現する。図２に示すように、スプリアス共振は、キャビティ１０４の深さに依存して、変化していく。したがって、スプリアス共振の共振周波数（スプリアス共振周波数）は、キャビティ１０４の深さによって決定される共振周波数（以下、キャビティ共振周波数という）付近に存在することとなる。

キャビティ１０４の深さによって決定されるキャビティ共振周波数と振動部１１０の厚さによって決定される主共振周波数とが略一致する場合、スプリアス共振周波数も、主共振周波数付近に存在することとなるので、主共振付近に多くのスプリアス共振が発現されることとなる。

一方、主共振周波数とキャビティ共振周波数とを異ならせることによって、スプリアス共振周波数が主共振周波数付近に存在しなくなるので、主共振付近にスプリアス共振が発現されないこととなる。結果、少なくとも、共振周波数ｆｒと反共振周波数ｆａとの間にスプリアス共振周波数を有していないアドミッタンス曲線を有する圧電共振器が提供されることとなる。このような共振器を用いてフィルタを構成すれば、通過特性曲線は滑らかなものとなる。

このように、第１の実施形態によれば、振動部１１０の厚さによって決定される共振周波数とキャビティ１０４の深さによって決定される共振周波数とが異なるように設定されているので、振動部１１０の振動が基板１０５に漏れ、当該漏れ振動が主共振周波数帯におけるスプリアス共振周波数となるのを防止することができる。

なお、第１の実施形態では、振動部１１０の厚さによって決定される共振周波数と、キャビティ１０４の深さによって決定される共振周波数とを異ならせるように、キャビティの深さを設定することとしたが、フィルタの所望周波数帯域（通過帯域）をｆとした場合、振動部１１０の厚さによって決定される共振周波数とキャビティ１０４の深さによって決定される共振周波数との差Δｆが、ｆよりも大きくなるように、キャビティの深さを設定することによっても、通過特性曲線が滑らかとなるフィルタを提供することができる。

例えば、アメリカ、カナダなどで提供されているデジタル携帯電話サービス（ＰＣＳ：Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｓｅｒｖｉｃｅｓ）における周波数帯域は、１８５０〜１９９０ＭＨｚである。そのうち、送信及び受信の通過帯域幅は、６０ＭＨｚである。圧電共振器をラダー構成としてフィルタとした場合、振動部１１０の厚さにより決定される共振周波数と、キャビティ１０４の深さにより決定される共振周波数の差を３０ＭＨｚ以上とすることで、送信、及び受信フィルタの通過特性曲線は滑らかなものとなる。

（第１の実施形態に係る圧電共振器の製造方法）
図３Ａ，図３Ｂ，図３Ｃ，図３Ｄ，図３Ｅ，図３Ｆ，図３Ｇは、第１の実施形態に係る圧電共振器１の製造方法を説明するための図である。以下、図３Ａ，図３Ｂ，図３Ｃ，図３Ｄ，図３Ｅ，図３Ｆ，図３Ｇを参照しながら、第１の実施形態に係る圧電共振器１の製造方法について説明する。

まず、図３Ａに示すように、基板１０５ａが準備される。

次に、予備工程として、振動部１１０の厚さにより決定される共振周波数と振動部１１０の厚さとキャビティ１０４の深さにより決定される共振周波数とが異なるように、キャビティ１０４の深さが決定される。そして、図３Ｂに示すように、基板１０５ａの表面に上記のようにして決定された深さのキャビティ１０４が設けられ、基板１０５が製造される。

次に、図３Ｃに示すように、キャビティ１０４の中に、後に除去される犠牲層１０６が埋め込まれる。犠牲層１０６は、例えば、リン酸シリケートガラス（ＰＳＧ）など、易溶性材料で形成される。

次に、図３Ｄに示すように、基板１０５上に、キャビティ１０４を跨ぐように、下部電極１０３が設けられる。

次に、図３Ｅに示すように、基板１０５上に、下部電極１０３を覆うように圧電体１０１が堆積される。堆積は、例えばスパッタリング法又はＣＶＤ法で行われる。

次に、図３Ｆに示すように、圧電体１０１上に振動部１１０を構成するための上部電極１０２が設けられる。

最後に、図３Ｇに示すように、キャビティ１０４の中の犠牲層１０６が除去され、キャビティ１０４が形成される。犠牲層１０６の除去は、フッ化水素水溶液による溶解または他の方法で行われる。

上記製造方法によれば、振動部１１０の厚さによって決定される共振周波数とキャビティ１０４の深さによって決定される共振周波数とが異なるようにキャビティの深さを決定し、決定した深さに応じてキャビティ１０４を形成するという簡単な工程を用いるだけで、スプリアス共振抑制効果が得られる圧電共振器を製造することができる。すなわち、スプリアス共振抑制のための付加的な工程が必要ないので、製造プロセスが容易となる。

（第２の実施形態）
第２の実施形態に係る圧電共振器の構造は、第１の実施形態と同様であるので、図１を援用する。第２の実施形態では、振動部１１０の厚さを半波長（λｐ／２）とする振動（１／２振動）における共振周波数をｆｒとする。キャビティ１０４を構成する材料内（基板１０５内）での平均音速をＶｃとする。そして、共振周波数ｆｒと平均音速Ｖｃとに基づいて決定される値をλｃ（＝Ｖｃ／ｆｒ）とする。第２の実施形態において、キャビティ１０４の深さｔ２は、（２ｎ−１）×λｃ／４とならないように設定されている。ここで、ｎは、整数である。なお、キャビティを構成する部材（たとえば、基板）が複数の材料で構成されている場合、λｃは、キャビティを構成する複数の材料の平均音速Ｖｃに基づいて導出される（以下同様）。

図４（ａ）は、キャビティ１０４の深さｔ２と図１に示す圧電共振器１において励振される振動の共振周波数との関係のシミュレーション結果を示すグラフである。図４（ｂ）は、主共振周波数と主共振周波数に一番近いスプリアス共振周波数との周波数差を、キャビティの深さに関連付けて示したグラフである。図４（ａ）と図４（ｂ）とを結ぶ点線によって、図４（ａ）におけるキャビティの深さと図４（ｂ）におけるキャビティの深さとは、対応付けられている。

前述の図２を参照しながら説明したように、キャビティ深さの影響を受けず、ほぼ一定の値を示している主共振周波数は、振動部１１０の厚さｔ１で決まる共振周波数である。キャビティ１０４の深さに伴って変化する共振周波数は、スプリアス共振周波数であり、キャビティ１０４の深さｔ２に依存している。

図４（ｂ）に示すように、キャビティ１０４の深さｔ２が、実質的にλｃ／４の奇数倍になる場合、主共振周波数とスプリアス共振周波数との周波数差は、最小となる。たとえば、図４（ｂ）に示す点Ｍｉ１，Ｍｉ２，Ｍｉ３では、キャビティ１０４の深さがそれぞれλｃ／４，３×λｃ／４，５×λｃ／４となり、周波数差が最小となっている。

逆に、キャビティ１０４の深さｔ２が、λｃ／２の偶数倍になる場合、周波数差は、最大となる。たとえば、図４（ｂ）に示す点Ｍａ１，Ｍａ２では、キャビティ１０４の深さがそれぞれλｃ／２，λｃとなり、周波数差が最大となっている。

したがって、周波数差が最小となるキャビティ１０４の深さと周波数差が最大となるキャビティ１０４の深さとの中間の深さを臨界点として、スプリアス共振が主共振近傍に発生するか否かを規定することができる。すなわち、キャビティの深さが、λｃ／２−λｃ／８以上λｃ／２＋λｃ／８以下の場合（図４（ｂ）に示す範囲Ｗ１）や、λｃ−λ／８以上λｃ＋λｃ／８以下の場合（図４（ｂ）に示す範囲Ｗ２）のように、ｎ×λｃ／２−λｃ／８以上ｎ×λｃ／２＋λｃ／８以下（ｎは整数）の場合には、スプリアス共振は、主共振の近傍に発生しないといえる。

つまり、キャビティ１０４の深さが、実質的にｎ×λｃ／４とならないように、より特定的には、ｎ×λｃ／２−λｃ／８以上ｎ×λｃ／２＋λｃ／８以下（ｎは整数）となるように、設定することによって、振動部１１０の共振周波数付近におけるスプリアスの発生を抑圧することができる。

このように、第２の実施形態では、ｎ×λｃ／２−λｃ／８以上ｎ×λｃ／２＋λｃ／８以下（ｎは整数）となるように、キャビティ１０４の深さを決定している。上記のような条件を満たすと、キャビティ１０４は、λｐ／４の振動モードで共振しないこととなる。従って、振動部１１０の振動が支持部から基板１０５に漏れた場合であっても、主共振の近傍にスプリアス振動が励振されることはない。結果、共振周波数ｆｒと反共振周波数ｆａとの間にはスプリアス共振周波数が無いアドミッタンス曲線が得られる。このような共振器を用いてフィルタを構成すると通過特性曲線は滑らかなものとなる。また、キャビティ１０４の深さによっては、主共振周波数とスプリアス共振周波数とが、フィルタに適用した場合の通過帯域以上離れることとなり、通過帯域内にスプリアス共振周波数が発生していないフィルタが提供されることとなる。

（第２の実施形態に係る圧電共振器の製造方法）
以下、図３Ａ，図３Ｂ，図３Ｃ，図３Ｄ，図３Ｅ，図３Ｆ，図３Ｇを参照しながら、第２の実施形態に係る圧電共振器の製造方法について説明する。

まず、図３Ａに示すように、基板１０５ａが準備される。

次に、予備工程として、ｎ×λｃ／２−λｃ／８以上、ｎ×λｃ／２＋λｃ／８以下となるように、キャビティ１１４の深さが決定される。

その後は、第１の実施形態に係る圧電共振器と同様にして、製造する。

上記製造方法によれば、キャビティ１０４の深さを、実質的にｎ×λｃ／４とならないように、より特定的には、ｎ×λｃ／２−λｃ／８以上ｎ×λｃ／２＋λｃ／８以下（ｎは整数）となるように、設定するという工程を設けるだけで、スプリアス共振抑制効果が得られる圧電共振器を製造することができる。このように、スプリアス共振抑制のための付加的な工程が必要ないので、製造プロセスが容易となる。

（第３の実施形態）
第３の実施形態に係る圧電共振器の構造は、第１の実施形態と同様であるので、図１を援用する。第３の実施形態では、キャビティ１０４の深さｔ２は、ｎ×λｃ／２（ｎは整数）となるように設定されている。

図４（ｂ）に示すように、キャビティ１０４の深さｔ２をｎ×λｃ／２となるように設定した場合、主共振周波数と主共振周波数に一番近いスプリアス共振周波数との差が最大となる。その結果、主共振周波数近傍にスプリアス共振周波数が存在しないこととなる。

図５Ａは、キャビティ１０４の深さをλｃ／２と設定した場合のアドミタンス特性を示すグラフである。すなわち、図５Ａは、図４（ｂ）における点Ｍａ１でのアドミッタンス特性を示すグラフである。

図５Ｂは、キャビティ１０４の深さを３λｃ／４付近に設定した場合のアドミタンス特性を示すグラフである。すなわち、図５Ｂは、図４（ｂ）における点Ｍｉ２でのアドミッタンス特性を示すグラフである。

図５Ａに示すように、キャビティ１０４の深さをλｃ／２とすれば、２．６６ＧＨｚ付近の主共振周波数（点Ｐ１）と２．５８ＧＨｚ付近のスプリアス共振周波数（点Ｐ２）との差は、８４ＭＨｚとなる。この圧電共振器を使用して、通過帯域幅が４０ＭＨｚ程度の帯域通過フィルタを構成した場合、通過帯域内にスプリアス共振が存在しない通過特性曲線となる。

一方、図５Ｂに示すように、キャビティ１０４の深さを３λｃ／４とすれば、２．６７ＧＨｚ付近の主共振周波数（点Ｐ３）と２．６１ＧＨｚ付近のスプリアス共振周波数（点Ｐ４）との差は、６０ＭＨｚとなる。この程度の周波数差の場合、主共振周波数（２．６７ＧＨｚ）付近にスプリアス共振周波数が発生しているといえる。この圧電共振器を使用して、通過帯域幅が４０ＭＨｚ程度の帯域通過フィルタを構成した場合、通過帯域内にスプリアス共振が存在することとなってしまう。

このように、第３の実施形態では、キャビティ１０４の深さｔ２を、ｎ×λｃ／２となるように設定することによって、共振周波数ｆｒと反共振周波数ｆａとの間にはスプリアス共振周波数が無いアドミッタンス曲線が得られ、かつスプリアス共振周波数と主共振周波数とが最大限離れることとなる。このような共振器を用いてフィルタを構成すると、広帯域に渡って通過特性曲線が滑らかなフィルタが提供される。

なお、第３の実施形態では、キャビティの深さをｎ×λｃ／２と設定することとしたが、ｎ×λｃ／２近傍に設定するとしても、同様の効果を得ることができる。すなわち、キャビティの深さがｎ×λｃ／２と完全に一致していないような場合であっても、同様の効果を得ることができ、キャビティの深さがｎ×λｃ／２と完全に一致していないような場合であっても、本発明における設計上の均等の範囲に属することとなる。

（第４の実施形態）
第１〜第３の実施形態では、図１に示すように、基板１０５の上部にキャビティ１０４を形成した構造の圧電共振器を示したが、圧電共振器の構造は、これに限られるものではない。第４の実施形態では、種々の変形例について説明する。

図６Ａは、支持部によってキャビティを形成した圧電共振器の構造を示す断面図である。図６Ａに示すように、基板１０５ａの上に支持部２０７を設けて、キャビティ２０４を形成するようにしてもよい。このように、下部電極１０３は、支持部２０７を介して、基板１０５ａの上方に形成されてもよい。本構造の場合においても、第１〜第３の実施形態で示したような条件に従ってキャビティ２０４の深さを決定することによって、主共振周波数付近でのスプリアス共振周波数を低減することができる。また、キャビティ２０４は、支持部２０７を成膜して形成されるので、キャビティ２０４の深さを精度よく制御することができ、製造上の効果も大きい。また、支持部２０７を音響インピーダンスの高い材料とすることによって、基板１０５の材料選択の自由度が増すと共に、スプリアス共振低減効果が得られることとなる。なお、図６Ａに示すような場合、λｃは、キャビティ２０４を構成する支持部２０７および基板１０５ａ内の平均音速Ｖｃ１と振動部１１０の厚さによって決まる共振周波数ｆｒとに基づいて、決まる。すなわち、λｃ＝Ｖｃ１／ｆｒとなる。

図６Ｂは、基板表面をエッチングすると共に、支持部を設けることによって、キャビティを形成した圧電共振器の構造を示す断面図である。図６Ｂに示すように、基板１０５ｂの表面をエッチングして、凹部２１４ｂを形成し、加えて、支持部２１７を形成して、空洞部２１４ａを形成する。凹部２１４ｂと空洞部２１４ａとによって、キャビティ２１４が形成される。本構造の場合においても、第１〜第３の実施形態で示したような条件に従ってキャビティ２１４の深さを決定することによって、主共振周波数付近でのスプリアス共振周波数を低減することができる。また、基板１０５の表面がエッチングされ、加えて支持部２１７が成膜されることによって、キャビティ２１４が形成されるので、キャビティ２１４の深さを精度よく制御することでき、製造上の効果も大きい。また、支持部２１７を音響インピーダンスの高い材料とすることによって、さらにスプリアス共振低減効果が得られることとなる。なお、図６Ｂに示すような場合、λｃは、キャビティ２１４を構成する支持部２１７および基板１０５ｂ内の平均音速Ｖｃ２と振動部１１０の厚さによって決まる共振周波数ｆｒとに基づいて、決まる。すなわち、λｃ＝Ｖｃ２／ｆｒとなる。

図６Ｃは、図１に示す圧電共振器において、圧電体２３１の上面の大きさと上部電極２３２の下面の大きさとを異なるようにしたときの圧電共振器の構造を示す断面図である。図６Ｄは、図６Ａに示す圧電共振器において、圧電体２３１の上面の大きさと上部電極２３２の下面の大きさとを異なるようにしたときの圧電共振器の構造を示す断面図である。図６Ｅは、図６Ｂに示す圧電共振器において、圧電体２３１の上面の大きさと上部電極２３２の下面の大きさとを異なるようにしたときの圧電共振器の構造を示す断面図である。

図６Ｃ，図６Ｄ，図６Ｅに示すように、圧電体２３１の上面の大きさと上部電極２３２の下面の大きさとを異なるようにし、圧電体２３１の下面の大きさと下部電極２３３の上面の大きさとを同じにして、振動部２１０を形成することとしても、キャビティ２３４，２０４，２１４の深さを第１〜第３の実施形態で示したような条件に従うようにすることによって、第１〜第３の実施形態と同様の効果を得ることができる。この場合も、λｃは、上記と同様、キャビティを構成する材料の平均音速と振動部の共振周波数とに基づいて決まる。

なお、圧電体２３１の下面の大きさと下部電極２３３の上面の大きさとが異なっていても、第１〜第３の実施形態と同様の効果を得ることができる。

（第５の実施形態）
図７Ａ，図７Ｂ，図７Ｃ，図７Ｄ，図７Ｅ，図７Ｆ，図７Ｇは、図６Ａに示す圧電共振器の製造方法を説明するための図である。以下、図７Ａ，図７Ｂ，図７Ｃ，図７Ｄ，図７Ｅ，図７Ｆ，図７Ｇを参照しながら、図６Ａに示す圧電共振器の製造方法について説明する。

まず、図７Ａに示すように、基板１０５ａが準備される。

次に、キャビティの深さを第１〜第３の実施形態に従って決定する。すなわち、キャビティの深さを、振動部の厚さによって決定される共振周波数とキャビティの深さによって決定される共振周波数とが異なるようにするか、ｎ×λｃ／２−λｃ／８以上ｎ×λｃ／２＋λｃ／８以下（ｎは整数）とするか、それとも、ｎ×λｃ／２（ｎは整数）とする。そして、決定したキャビティの深さを、支持部２０７の高さとして決定する。

図７Ｂに示すように、支持部２０７が、基板１０５ａの表面に決定した高さで形成される。

次に、図７Ｃに示すように、支持部２０７の中に、後に除去される犠牲層３０６が埋め込まれる。犠牲層３０６は、例えば、リン酸シリケートガラス（ＰＳＧ）など、易溶性材料で形成される。

次に、図７Ｄに示すように、基板１０５ａ上に、支持部２０７を跨ぐように、下部電極１０３が形成される。

次に、図７Ｅに示すように、支持部２０７、犠牲層３０６の上方に、下部電極１０３を覆うように、圧電体３０１が堆積される。堆積は、例えばスパッタリング法又はＣＶＤ法で行われる。

次に、図７Ｆに示すように、圧電体１０１上に、上部電極１０２を形成される。

最後に、図７Ｇに示すように、犠牲層３０６が除去され、キャビティ２０４が形成される。犠牲層３０６の除去は、フッ化水素水溶液による溶解または他の方法で行われる。

このように、第５の実施形態によれば、第１〜第３の実施形態に従ってキャビティの深さを決定して、決定した深さ分の高さを有する支持部を形成するという簡単な工程だけで、スプリアス共振抑制効果が得られる圧電共振器を製造することができる。スプリアス共振抑制のための付加的な工程が必要ないため、製造プロセスが容易となる。

（第６の実施形態）
図８Ａ，図８Ｂ，図８Ｃ，図８Ｄ，図８Ｅ，図８Ｆ，図８Ｇは、図６Ｂに示す圧電共振器の製造方法を説明するための図である。以下、図８Ａ，図８Ｂ，図８Ｃ，図８Ｄ，図８Ｅ，図８Ｆ，図８Ｇを参照しながら、図６Ｂに示す圧電共振器の製造方法について説明する。

まず、図８Ａに示すように、基板１１５が準備される。

次に、キャビティの深さを第１〜第３の実施形態に従って決定する。すなわち、キャビティの深さを、振動部の厚さによって決定される共振周波数とキャビティの深さによって決定される共振周波数とが異なるようにするか、ｎ×λｃ／２−λｃ／８以上ｎ×λｃ／２＋λｃ／８以下（ｎは整数）とするか、それとも、ｎ×λｃ／２（ｎは整数）とする。以下、第６の実施形態において、決定したキャビティの深さを、設定値ということにする。

次に、図８Ｂに示すように、基板１１５の表面がエッチングされ、基板１０５ｂおよび凹部２１４ｂが形成される。

次に、図８Ｃに示すように、エッチングされた領域の周りに支持部２１７が形成される。このとき、凹部２１４ｂと空洞部２１４ａとからなるキャビティ２１４の深さが上記設定値となるように、支持部２１７の高さが調整される。

次に、図８Ｂに示すように、キャビティ２１４の中に、後に除去される犠牲層４０６ａが埋め込まれる。犠牲層４０６ａは、例えば、リン酸シリケートガラス（ＰＳＧ）など、易溶性材料で形成される。

次に、図８Ｅに示すように、支持部２１７およびキャビティ２１４内の犠牲層４０６ａを跨ぐように、下部電極１０３が設けられる。

次に、図８Ｆに示すように、下部電極１０３を覆うように、圧電体１０１が堆積され、圧電体１０１の上に上部電極１０２が堆積される。堆積は、例えばスパッタリング法又はＣＶＤ法で行われる。

最後に、図８Ｇに示すように、犠牲層４０６ａが除去され、キャビティ２１４が形成される。犠牲層４０６ａの除去は、フッ化水素水溶液による溶解または他の方法で行われる。

このように、第６の実施形態によれば、第１〜第３の実施形態に従ってキャビティの深さを決定して、決定した深さ分の高さを有する支持部を形成するという簡単な工程だけで、スプリアス抑制効果が得られる圧電共振器を製造することができる。スプリアス抑制のための付加的な工程が必要ないため、製造プロセスが容易となる。

なお、図６Ｃ，図６Ｄ，図６Ｅに示す圧電共振器についても、下部電極および圧電体の形成範囲を変えれば、図３，図７，図８に示す製造方法によって製造できる。

（第７の実施形態）
第７の実施形態に係る圧電共振器において第１の実施形態と異なる点は、基板をエッチングすることによって形成されたキャビティの底の部分に、キャビティの深さを調整するための調整層を設けた点である。

図９Ａ，図９Ｂ，図９Ｃ，図９Ｄ，図９Ｅ，図９Ｆは、第７の実施形態に係る圧電共振器の製造方法を説明するための図である。以下、図９Ａ，図９Ｂ，図９Ｃ，図９Ｄ，図９Ｅ，図９Ｆを参照しながら、第７の実施形態に係る圧電共振器の製造方法について説明する。

まず、図９Ａに示すように、基板１１５が準備される。

次に、キャビティの深さを第１〜第３の実施形態に従って決定する。すなわち、キャビティの深さを、振動部の厚さによって決定される共振周波数とキャビティの深さによって決定される共振周波数とが異なるようにするか、ｎ×λｃ／２−λｃ／８以上ｎ×λｃ／２＋λｃ／８以下（ｎは整数）とするか、それとも、ｎ×λｃ／２（ｎは整数）とする。以下、第７の実施形態において、決定したキャビティの深さを、設定値ということにする。

次に、図９Ｂに示すように、基板１１５をエッチングして、一部が除去される。このとき、除去された凹部５０４の深さは、上記設定値よりも深い。

次に、図９Ｃに示すように、凹部５０４の底部分にキャビティ深さ調整層５０４ａが形成される。このとき、キャビティ５０６ａの深さが上記設定値となるように、キャビティ深さ調整層５０４ａの厚さが調整される。

次に、図９Ｄに示すように、キャビティ５０４ｂの中に、後に除去される犠牲層５０６が埋め込まれる。犠牲層５０６は、例えば、リン酸シリケートガラス（ＰＳＧ）など、易溶性材料で形成される。

次に、図９Ｅに示すように、キャビティ５０４ｂの犠牲層５０６を跨ぐように、下部電極１０３が堆積され、下部電極１０３を覆うように圧電体１０１が堆積され、圧電体１０１の上に上部電極１０２が堆積される。堆積は、例えばスパッタリング法又はＣＶＤ法で行われる。

最後に、図９Ｆに示すように、犠牲層５０６が除去され、キャビティ５０４ｂが形成される。犠牲層５０６の除去は、フッ化水素水溶液による溶解または他の方法で行われる。

このように、第７の実施形態によれば、第１〜第３の実施形態に従ってキャビティの深さを決定して、調整層を形成することによって、決定した深さを有するキャビティを形成するという簡単な工程だけで、スプリアス共振抑制効果が得られる圧電共振器を製造することができる。スプリアス共振抑制のための付加的な工程が必要ないため、製造プロセスが容易となる。

なお、第１〜第７の実施形態において、下部電極の上に圧電体が密着していることとしたが、下部電極と圧電体との間に誘電体が挿入されていてもよい。すなわち、圧電体は、下部電極の上方に形成されていればよい。また、圧電体と上部電極との間に誘電体が挿入されていてもよい。すなわち、上部電極は、圧電体の上方に形成されていればよい。このように、誘電体が挿入される場合、誘電体も含めた振動部の厚さによって、共振周波数ｆｒが決められることとなる。

（第８の実施形態）
次に、本発明の圧電共振器をラダー型フィルタに適用した構成について、図１０を用いて説明を行う。

図１０は、本発明の第８の実施形態に係るラダー型フィルタ６００の構成を示す図である。図１０において、ラダー型フィルタ６００は、第１の圧電共振器６１０と、第２の圧電共振器６２０と、入出力端子６３０，６４０とを備える。第１および第２の圧電共振器６１０，６２０は、第１〜第３の実施形態に示す条件のキャビティを有する圧電共振器である。

第１の圧電共振器６１０は、入出力端子６３０と入出力端子６４０との間に直列に接続される。したがって、第１の圧電共振器６１０は、直列共振器として動作する。

第２の圧電共振器６２０は、入出力端子６３０と入出力端子６４０との間に並列に接続され、接地されている。したがって、第２の圧電共振器６２０は、並列共振器として動作する。

このように圧電共振器を接続することにより、フィルタ構成は、Ｌ型構成のラダー型フィルタとなる。

第１の圧電共振器６１０の共振周波数と第２の圧電共振器６２０の共振周波数とは、異なるように設定されている。第１の圧電共振器６１０の共振周波数は、第２の圧電共振器の共振周波数よりも高く設定されている。これによって、帯域通過特性を有するラダー型フィルタが実現される。好ましくは、第１の圧電共振器６１０の共振周波数と第２の圧電共振器６２０の反響振周波数とを一致させるか、または近傍に設定することによって、より通過帯域の平坦性に優れたラダー型フィルタが実現されることとなる。

なお、第８の実施形態では、１段のラダー型フィルタであるとしたが、多段のラダー型フィルタに、本発明の圧電共振器を用いてもよい。

なお、第８の実施形態では、Ｌ型ラダー構成のフィルタであるとしたが、その他の構成、例えばＴ型、あるいはπ型のラダー構成のフィルタであっても、同様の効果を得ることができる。Ｔ型、或いはπ型の多段構成であっても同様の効果を得ることができるのはいうまでもない。

さらに、ラダー型だけでなく、格子型フィルタ構成においても同様の効果を得ることができる。すなわち、本発明の圧電共振器が少なくとも一つ用いられるフィルタであれば、構成は、上述のものには限られない。

（第９の実施形態）
第９の実施形態に係る圧電共振器の構造は、第１の実施形態と同様であるので、図１を援用する。第９の実施形態では、ＰＣＳ帯に主共振周波数を持つ圧電共振器について説明する。図１１は、ＰＣＳ帯の主共振周波数を持つ圧電共振器について、主共振周波数と主共振周波数に最も近いスプリアス共振周波数との差を、キャビティの深さに応じて求めたグラフである。図１１において、横軸は、キャビティ１０４の深さを波長λｃで規格化した値を示す。縦軸は、主共振周波数と主共振周波数に最も近いスプリアス共振周波数との差（以下、周波数差という）を示す。

ＰＣＳの周波数帯域は、１８５０〜１９９０ＭＨｚである。そのうち、送信および受信の通過帯域幅は、６０ＭＨｚである。したがって、図１０に示すようなラダー型フィルタを構成する場合、圧電共振器は、通過帯域幅の１／２周波数範囲（すなわち、３０ＭＨｚ）内でスプリアス共振が存在していない必要がある。図１１に示すように、通過帯域幅の半分の周波数範囲においてスプリアス共振が存在しないのは、キャビティ１０４の深さが０．４λｃから０．６λｃの範囲であることが分かる。さらに、キャビティ１０４の深さが０．５λｃの場合、共振周波数とスプリアス共振周波数との差が最大となり、フィルタの通過帯域へのスプリアス共振の影響が最も小さいと考えられる。

図１１では、０．５λｃ付近における主共振周波数とスプリアス共振周波数との差について記載したが、１．０λｃ、１．５λｃ、２．４λｃ、・・・についても、同様のことがいえる。すなわち、ｎを整数とした場合、キャビティ１０４の深さがｎ×λｃ／２−０．１λｃ以上、ｎ×λｃ／２＋０．１λｃ以下となるようにすることによって、通過特性が平坦なフィルタが実現される。

なお、上記実施形態では、ＰＣＭ帯に主共振周波数を持つ圧電共振器のキャビティの深さについて説明したが、同様のことが、他の周波数帯においても言える。すなわち、Ｗ−ＣＤＭＡ（Ｗｉｄｅｂａｎｄ Ｃｏｄｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）やＵＭＴＳ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｍｏｂｉｌｅ Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｓｙｓｔｅｍ）、ＧＳＭ（Ｇｌｏｂａｌ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｍｏｂｉｌｅ）などの通過帯域に主共振周波数を持つ圧電共振器においても、所望の通過帯域幅の半分の周波数範囲にスプリアスが存在しないように、キャビティの深さを設計することによって、平坦な通過特性を有するフィルタを実現することができる。

このように、本発明の圧電共振器を用いて帯域通過フィルタを構成する場合、キャビティの深さは、当該帯域通過フィルタにおける所望の通過帯域の半分の周波数範囲内にスプリアスが存在しないように決定されることによって、平坦な通過特性を有するフィルタが実現されることとなる。特に、ＰＣＭに当該帯域通過フィルタを用いる場合、キャビティの深さを、ｎ×λｃ／２−０．１λｃ以上、ｎ×λｃ／２＋０．１λｃ以下となるように設定すると、３０ＭＨｚに渡って、スプリアス共振が発生しなくなるので、通過帯域である６０ＭＨｚに渡って平坦な通過特性が得られることとなる。

通常、平坦な通過帯域特性を得るためには、共振器内のインダクタのインピーダンスを調整したりするために、共振器の構造を大きく変化させたりするなど、複雑な手法を用いることが多かった。しかし、本発明の圧電共振器を用いて帯域通過フィルタを構成する場合、キャビティの深さを変えるといった簡易な方法を用いるだけで、平坦な通過特性を得ることができ、実用上極めて有用である。

（第１０の実施形態）
第１０の実施形態では、上記実施形態に係る圧電共振器を用いたアンテナ共用器及び通信機器の構成について説明する。

図１２は、本発明の第１０の実施形態に係るアンテナ共用器４００の構成例を示す図である。図１２において、アンテナ共用器４００は、本発明の圧電共振器が適用されるＴｘフィルタ（送信フィルタ）４０１と、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１２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。なお、Ｔｘフィルタ４０１および／またはＲｘフィルタ４０２を構成する圧電共振器として、少なくとも一つ本発明の圧電共振器が使われていればよい。

図１３は、本発明の第１０の実施形態に係る通信機器４１１の構成例を示す図である。図１３において、通信機器４１１は、図１２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とを備える。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、本発明の圧電共振器は、フィルタ４０６に用いてもよい。また、通信機器は、図１３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。なお、本発明の圧電共振器が使用される部位は、共用器またはフィルタに限られるものではない。受信側のフィルタに本発明の圧電共振器が使用されてもよい。

このように、本発明の圧電共振器をアンテナ共用器や通信機器に用いることによって、良好な特性を有するアンテナ共用器や通信機器を実現することができる。

本発明に係る圧電共振器、その製造方法、それを用いたフィルタ、共用器、および通信機器は、スプリアス共振が抑制されており、特性が向上しているので、携帯電話、無線通信、ワイヤレスのインタネット接続等に有用である。

本発明の第１の実施形態に係る圧電共振器１の断面図 キャビティ１０４の深さｔ２と図１に示す圧電共振器１において励振される振動の共振周波数との関係のシミュレーション結果を示すグラフ 第１の実施形態に係る圧電共振器１の製造方法を説明するための図 第１の実施形態に係る圧電共振器１の製造方法を説明するための図 第１の実施形態に係る圧電共振器１の製造方法を説明するための図 第１の実施形態に係る圧電共振器１の製造方法を説明するための図 第１の実施形態に係る圧電共振器１の製造方法を説明するための図 第１の実施形態に係る圧電共振器１の製造方法を説明するための図 第１の実施形態に係る圧電共振器１の製造方法を説明するための図 （ａ）は、キャビティ１０４の深さｔ２と図１に示す圧電共振器１において励振される振動の共振周波数との関係のシミュレーション結果を示すグラフ、（ｂ）は、主共振周波数と主共振周波数に一番近いスプリアス共振周波数との周波数差を、キャビティの深さに関連付けて示したグラフ キャビティ１０４の深さをλｃ／２と設定した場合のアドミタンス特性を示すグラフ キャビティ１０４の深さを３λｃ／４付近に設定した場合のアドミタンス特性を示すグラフ 支持部によってキャビティを形成した圧電共振器の構造を示す断面図 基板表面をエッチングすると共に、支持部を設けることによって、キャビティを形成した圧電共振器の構造を示す断面図 図１に示す圧電共振器において、圧電体２３１の上面の大きさと上部電極２３２の下面の大きさとを異なるようにしたときの圧電共振器の構造を示す断面図 図６Ａに示す圧電共振器において、圧電体２３１の上面の大きさと上部電極２３２の下面の大きさとを異なるようにしたときの圧電共振器の構造を示す断面図 図６Ｂに示す圧電共振器において、圧電体２３１の上面の大きさと上部電極２３２の下面の大きさとを異なるようにしたときの圧電共振器の構造を示す断面図 図６Ａに示す圧電共振器の製造方法を説明するための図 図６Ａに示す圧電共振器の製造方法を説明するための図 図６Ａに示す圧電共振器の製造方法を説明するための図 図６Ａに示す圧電共振器の製造方法を説明するための図 図６Ａに示す圧電共振器の製造方法を説明するための図 図６Ａに示す圧電共振器の製造方法を説明するための図 図６Ａに示す圧電共振器の製造方法を説明するための図 図６Ｂに示す圧電共振器の製造方法を説明するための図 図６Ｂに示す圧電共振器の製造方法を説明するための図 図６Ｂに示す圧電共振器の製造方法を説明するための図 図６Ｂに示す圧電共振器の製造方法を説明するための図 図６Ｂに示す圧電共振器の製造方法を説明するための図 図６Ｂに示す圧電共振器の製造方法を説明するための図 図６Ｂに示す圧電共振器の製造方法を説明するための図 第７の実施形態に係る圧電共振器の製造方法を説明するための図 第７の実施形態に係る圧電共振器の製造方法を説明するための図 第７の実施形態に係る圧電共振器の製造方法を説明するための図 第７の実施形態に係る圧電共振器の製造方法を説明するための図 第７の実施形態に係る圧電共振器の製造方法を説明するための図 第７の実施形態に係る圧電共振器の製造方法を説明するための図 本発明の第８の実施形態に係るラダー型フィルタ６００の構成を示す図 ＰＣＳ帯の主共振周波数を持つ圧電共振器について、主共振周波数と主共振周波数に最も近いスプリアス共振周波数との差を、キャビティの深さに応じて求めたグラフ 本発明の第１０の実施形態に係るアンテナ共用器４００の構成例を示す図 本発明の第１０の実施形態に係る通信機器４１１の構成例を示す図 従来の圧電共振器の基本構造を示す断面図 圧電共振器７１０の動作説明を行うための、概略的な斜視図 圧電共振器７１０の等価回路図 図１４Ｃに示す等価回路におけるアドミッタンスの周波数特性を示すグラフ スプリアス振動がある場合のアドミッタンスの周波数特性を示すグラフ 圧電共振器を用いたフィルタの構成を示す回路図 スプリアス共振周波数７１３を有する圧電共振器を図１５Ｂに示すようなフィルタに用いた場合の周波数通過特性を示す図

符号の説明

１，６１０，６２０ 圧電共振器
１０１ 圧電体
１０２ 上部電極
１０３ 下部電極
１０４ キャビティ
１０５ 基板
１１０ 振動部
６００ フィルタ
４００ アンテナ共用器
４１１ 通信機器

Claims (11)

1. 圧電共振器であって、
   基板と、
   前記基板の上方に形成された下部電極と、
   前記下部電極の上方に形成された圧電体と、
   前記圧電体の上方に形成された上部電極と、
   前記下部電極、前記圧電体、および前記上部電極によって構成される振動部の下に形成されたキャビティとを備え、
   前記振動部の厚さを半波長とする振動における共振周波数をｆｒとし、
   前記キャビティを構成する材料内での平均音速をＶｃとし、
   前記共振周波数ｆｒと前記平均音速Ｖｃとに基づいて決定される値をλｃ（＝Ｖｃ／ｆｒ）とすると、
   前記キャビティの深さは、ｎを任意の自然数とした場合、ｎ×λｃ／２−λｃ／８以上、ｎ×λｃ／２＋λｃ／８以下となるように設定されていることを特徴とする、圧電共振器。
2. 前記キャビティの深さは、ｎ×λｃ／２となるように設定されていることを特徴とする、請求項１に記載の圧電共振器。
3. 前記圧電共振器を用いて帯域通過フィルタを構成する場合、
   前記キャビティの深さは、前記帯域通過フィルタにおける所望の通過帯域の半分の周波数範囲内にスプリアス周波数が存在しないように決定されていることを特徴とする、請求項１に記載の圧電共振器。
4. 前記帯域通過フィルタが、ＰＣＳ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｓｅｒｖｉｃｅｓ）に用いられる場合、
   前記キャビティの深さは、ｎ×λｃ／２−λｃ／１０以上、ｎ×λｃ／２＋λｃ／１０以下となるように設定されていることを特徴とする、請求項３に記載の圧電共振器。
5. 前記キャビティの断面形状は、矩形形状であることを特徴とする、請求項１に記載の圧電共振器。
6. 圧電共振器の製造方法であって、
   基板の上方に下部電極を形成する工程と、
   前記下部電極の上方に圧電体を形成するする工程と、
   前記圧電体の上方に上部電極を形成する工程と、
   前記下部電極、前記圧電体、および前記上部電極から構成される振動部の下にキャビティを形成する工程と、
   前記キャビティの深さを決定するための予備工程とを備え、
   前記予備工程では、
   前記振動部の厚さを半波長とする振動における共振周波数をｆｒとし、
   前記キャビティを構成する材料内での平均音速をＶｃとし、
   前記共振周波数ｆｒと前記平均音速Ｖｃとに基づいて決定される値をλｃ（＝Ｖｃ／ｆｒ）として、
   前記キャビティの深さを、ｎを任意の自然数とした場合、ｎ×λｃ／２−λｃ／８以上、ｎ×λｃ／２＋λｃ／８以下となるように決定することを特徴とする、圧電共振器の製造方法。
7. 前記キャビティを形成する工程では、前記基板の表面をエッチングし、前記基板の表面に支持部を積み上げて、前記予備工程で決定された深さのキャビティが形成されるようにすることを特徴とする、請求項６に記載の圧電共振器の製造方法。
8. 前記キャビティを形成する工程では、前記基板の表面を前記予備工程で決定された深さ以上にエッチングし、エッチングされた底部分に調整層を形成することによって、前記予備工程で決定された深さのキャビティが形成されるようにすることを特徴とする、請求項６に記載の圧電共振器の製造方法。
9. 複数の圧電共振器を備えるフィルタであって、
   少なくとも一つの前記圧電共振器は、
   基板と、
   前記基板の上方に形成された下部電極と、
   前記下部電極の上方に形成された圧電体と、
   前記圧電体の上方に形成された上部電極と、
   前記下部電極、前記圧電体、および前記上部電極によって構成される振動部の下に形成されたキャビティとを備え、
   前記振動部の厚さを半波長とする振動における共振周波数をｆｒとし、
   前記キャビティを構成する材料内での平均音速をＶｃとし、
   前記共振周波数ｆｒと前記平均音速Ｖｃとに基づいて決定される値をλｃ（＝Ｖｃ／ｆｒ）とすると、
   前記キャビティの深さは、ｎを任意の自然数とした場合、ｎ×λｃ／２−λｃ／８以上、ｎ×λｃ／２＋λｃ／８以下となるように設定されていることを特徴とする、フィルタ。
10. 複数の圧電共振器を備えるフィルタで構成される共用器であって、
    少なくとも一つの前記圧電共振器は、
    基板と、
    前記基板の上方に形成された下部電極と、
    前記下部電極の上方に形成された圧電体と、
    前記圧電体の上方に形成された上部電極と、
    前記下部電極、前記圧電体、および前記上部電極によって構成される振動部の下に形成されたキャビティとを備え、
    前記振動部の厚さを半波長とする振動における共振周波数をｆｒとし、
    前記キャビティを構成する材料内での平均音速をＶｃとし、
    前記共振周波数ｆｒと前記平均音速Ｖｃとに基づいて決定される値をλｃ（＝Ｖｃ／ｆｒ）とすると、
    前記キャビティの深さは、ｎを任意の自然数とした場合、ｎ×λｃ／２−λｃ／８以上、ｎ×λｃ／２＋λｃ／８以下となるように設定されていることを特徴とする、共用器。
11. 圧電共振器を備える通信機器であって、
    前記圧電共振器は、
    基板と、
    前記基板の上方に形成された下部電極と、
    前記下部電極の上方に形成された圧電体と、
    前記圧電体の上方に形成された上部電極と、
    前記下部電極、前記圧電体、および前記上部電極によって構成される振動部の下に形成されたキャビティとを備え、
    前記振動部の厚さを半波長とする振動における共振周波数をｆｒとし、
    前記キャビティを構成する材料内での平均音速をＶｃとし、
    前記共振周波数ｆｒと前記平均音速Ｖｃとに基づいて決定される値をλｃ（＝Ｖｃ／ｆｒ）とすると、
    前記キャビティの深さは、ｎを任意の自然数とした場合、ｎ×λｃ／２−λｃ／８以上、ｎ×λｃ／２＋λｃ／８以下となるように設定されていることを特徴とする、通信機器。
    
    

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