JP2005529535A - 調整可能なフィルタおよび周波数調整方法 - Google Patents
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Abstract
本発明は調整可能なフィルタおよび周波数調整方法に関する。音響波によって作動する構成素子の周波数を調整するために、圧電性励起層（ＰＳ，ＰＳ１）と狭い範囲で接触しているＧＤＥ層（ＧＤＥ）が設けられている。このＧＤＥ層の剛度、ひいては音響伝播速度は機械的に応力によって著しく変化する。材料伸長ないしは収縮の度合いは２つの制御電圧電極（ＥＳ２）および圧電調整層（ＰＳ，ＰＳ２）を用いて調整される。
Description
本発明は、音響波によって作動する調整可能な構成素子、殊にフィルタ、並びに周波数調整方法に関する。
音響波によって作動する構成素子は、本質的にＳＡＷ構成素子（表面波構成素子）、ＦＢＡＲ共振器（Thin Film Bulk Acoustic Wave Resonator：圧電薄膜共振器）および表面近傍の音響波によって作動する構成素子のことである。この種の構成素子は例えば遅延線、共振器またはＩＤタグとして使用される。しかしこのような構成素子は殊に、無線コミュニケーションシステムにおけるフィルタとして重要な役割を有している。このようなシステムは、全世界的に、地域によって異なる伝送規格によって作動する。この伝送規格は殊に、送信帯域および受信帯域に対する周波数位置、並びに帯域幅が異なることによって特徴付けられている。
従って、１つの規格にしか適していないテレコミュニケーション端末機器の使用は地域的に制限されてしまうので、この種の端末機器は１つより多い規格に従っていることが望ましい。このために既に今日ではマルチバンド端末機器、ないしは組み合わされたマルチバンド／マルチモード端末機器が存在している。このような端末機器はこのために通常は、各周波数帯域毎に独自のフィルタを有しており、このようにして異なる送受信システム間で切り換えが可能である。しかしこのために必要なフィルタおよびさらに必要なコンポーネントの数が多くなってしまうので、これらの端末機器はこれまでのものより格段に高価でかつ重くなってしまい、さらに、推進されている移動端末機器の小型化に反する。
マルチバンド／マルチモード端末機器用の切り換え可能なフィルタを使用することが既に提案されている。このフィルタは異なる作動周波数間で切り換え可能であり、従って個々のフィルタで種々異なる周波数帯域をカバーすることができる。このフィルタ上には、基板上に切り換え可能な種々異なるフィルタ素子または種々異なる電極セットを設けることがＳＡＷ技術を用いたフィルタに対して公知である。しかしこの場合には、電気的な損出を常に伴うスイッチおよび、この技術で必要とされる更なる電極セットに対する付加的なチップ面積が欠点となる。さらに、具体的に設定されたスイッチ状態間での選択ないし切り換えはこのようにしか実現されない。
さらにアナログで調整可能な（チューニング可能な）フィルタを実現し、これによって種々異なる周波数に対するフィルタを設計することが既に提案されている。しかし従来のＳＡＷフィルタは周波数安定性において知られており、従って非常に狭い範囲でのみ調整可能である。フィルタに対して並列に可変容量を切り換えること、または可変強誘電体材料を用いること、または導電性において可変な層を用いること、または可変負荷を個々のフィルタ要素に与えることは公知である。これによって得られるこのようなフィルタに対する調整可能な帯域幅、すなわち最大可変周波数領域はむしろ僅かであり、ＳＡＷフィルタを周波数調整によって、種々異なる周波数帯域で作動させるのに不十分である。
音響波で作動する更なるフィルタ技術はＦＢＡＲまたはＢＡＷフィルタ技術である。この技術では、ＦＢＡＲ技術で製造された種々異なる１ポート型共振器を接続することで、バンドパスフィルタが実現される。ここでは、種々異なる周波数間で切り換え可能なフィルタに対して、異なるフィルタ要素（例えば種々異なる電極または完全に異なる共振器またはフィルタ）を設けることも可能である。ＦＢＡＲフィルタに対しては並列の可変容量、可変強誘電体材料、可変導電性層または可変負荷を個々のフィルタ素子に対してことも既に提案されており、これによって切り換え可能なまたは同調可能なフィルタが実現される。しかしＳＡＷ技術と同じように周波数は、このようにしても非常に狭い範囲でしか調整されない。
ＵＳ５９５９３８８号には、磁界によって調整されるＳＡＷ構成素子が記載されている。このために磁気歪み材料上に圧電層が被着され、この圧電層上にＳＡＷ構成素子が実現される。外部磁界の影響を受けて、磁気歪み性層内に機械的な応力が生じる。この機械的な応力によって表面波の速度が変化する。このようにして、ＳＡＷ構成素子の周波数がシフトされる。この磁界はコイルによって発生されるので、これはコストがかかり、かつ制御が困難な構造である。この構造は、殊にエネルギー損失のために携帯端末機器には適していない。
さらに、公開されていないドイツ連邦共和国特許出願１０２０８１６９. ７号には、周波数調整の解決策が示されている。ここでは周波数位置の調整が２つの制御電極を用いて容易に実現される。この制御電極を介してハイブリッド透磁性要素の透磁率（Permeabilitaet）が影響される。この場合にはハイブリッド透磁性要素は、少なくとも圧電性制御層と磁気歪み層との結合から成る。制御電極に印加される制御電圧によって、磁界、ひいては磁気歪み層の弾性特性に影響が与えられる。このことはこの材料内の音響波の伝播速度に作用を及ぼす。これによって、圧電層内に磁気歪み層上に構成されている構成素子の周波数位置が影響される。
最後に挙げた方法の重大な欠点は、磁界の調節に用いられた透磁性要素が独自の構成部分として追従して、元来のフィルタ要素に接続されなければならず、むしろフィルタハウジング内に組み込まれなければならないということである。これによって、ハウジング技術に関して重要なコスト要因に成る、非常に高い付加的なコストが生じてしまう。
本発明の課題は、周波数位置が容易に調整可能であり、種々異なる周波数帯域で作動するフィルタの製造に適している、音響波によって作動される構成素子を提供することである。
上述の課題は本発明によって次のような構成素子によって解決される。すなわち：
音響波で作動する電子構成素子であって、
当該電子構成素子は多層構造を有しており、
当該多層構造は、
・少なくとも１つのＧＤＥ層と、
・当該ＧＤＥ層と狭く接触している少なくとも１つの圧電層を含んでおり、
・圧電性励起層が設けられており、音響波を励起させるためにＨＦ電極が備えられており、
・直接的に機械的な応力を介してＧＤＥ材料の弾性率を変化させるために圧電性調整層が設けられており、または当該調整層とＧＤＥ層の接続部が設けられており、制御電圧電極が備えられており、
・前記励起層および調整層は少なくとも１つの圧電層によって実現されている、
ことを特徴とする構成素子によって解決される。本発明の有利な構成並びに周波数調整方法は別の請求項に記載されている。
音響波で作動する電子構成素子であって、
当該電子構成素子は多層構造を有しており、
当該多層構造は、
・少なくとも１つのＧＤＥ層と、
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・前記励起層および調整層は少なくとも１つの圧電層によって実現されている、
ことを特徴とする構成素子によって解決される。本発明の有利な構成並びに周波数調整方法は別の請求項に記載されている。
本発明によって、簡単な多層構造を有し、周波数位置が容易に調整される構成素子が提供される。
周波数位置の調整は、可変電圧（制御電圧）を介して行われる。この可変電圧は、圧電層（調整層）に印加され、逆圧電効果によって圧電材料の機械的な伸張または圧縮を引き起こす。さらに機械的な応力が直接的に（これまでに既知の解決方法の調整可能なフィルタとは異なり、構成素子内また外部から制御される磁界の関連なしに）接している薄いＧＤＥ層に伝達される。このＧＤＥ層は、圧電性励起層と非常に狭く機械的に接触しており、この圧電性励起層上には、構成素子構造体である電極構造体が実現されている。機械的な応力によってＧＤＥ層内の弾性特性が決まり、制御電圧の変化時にはこの弾性特性が相応に変化する。
ＧＤＥ（弾性率変化の大きい：Giant Delta E）材料は、機械的な応力のもとで弾性が著しく変化する材料である。種々異なる材料クラスから成るこの材料の列は最後に明らかにする。
機械的な応力による大きな剛性変化は例えば特定の金属ガラス（いわゆる金属ガラス（Metalglaeser））によって得られる。この金属ガラスは主に金属である鉄、ニッケルおよびコバルトから成る。従って例えば、組成Ｆｅ８１Ｓｉ３． ５Ｂ１３． ５Ｃ２, ＦｅＣｕＮｂＳｉＢ, Ｆｅ４０Ｎｉ４０Ｐ１４Ｂ６, Ｆｅ５５Ｃｏ３０Ｂ１５またはＳｉおよびＣｒを含有するＦｅ８０の金属ガラスは、強いデルタＥ効果を有している。このような金属ガラスは例えば、Ｖａｋｕｕｍｓｃｈｍｅｌｚｅ社の商品名ＶＩＴＲＯＶＡＣ（Ｒ）４０４０またはＭｅｔｇｌａｓ（Ｒ）２６０５ＳＣ（Ｆｅ８１Ｓｉ３． ５Ｂ１３． ５Ｃ２）という名称で知られている。
混合金属酸化物をベースとするアモルファス構造を有する多層系、例えば二層系Ｆｅ５０Ｃｏ５０／Ｃｏ５０Ｂ２０も適している。
ＴｂＦｅ２またはＴｂ０． ３Ｄｙ０． ７Ｆｅ２等の希土類からなる二成分系および擬二成分系も可能である。
０. ２７≦ｘ≦０. ３および１.９≦ｙ≦１.９５を伴う組成ＴｂｘＤｙ１−ｘＦｅｙまたはＦ１４Ｎｄ２ＢであるＴｅｒｆｅｎｏｌのような単結晶系も強いΔＥ効果を示す。
高いΔＥ効果を有する他の物質クラスは、希土類のリン酸塩ＰＲＯ４である。ここでＲは、ＴｂからＹの希土類、例えばＴｂＰｏ４、ＴｍＰＯ４およびＤｙＰＯ４に対する。このような組成は多結晶構造を有しているが、正方晶系単結晶形状でも使用可能である。
ＧＤＥ層に対して選択された材料に依存して、その弾性率は２を上回るファクタまで変化する。弾性率の根に依存する表面波の速度は、これに相応して３０％を上回って変化する。これは表面波の速度に比例する構成素子の周波数位置の変化に相応する。
上述した全ての物質は、磁界が加わると、自身の弾性特性を１００％まで変化させる。しかもこれはこのために、相転移近傍で作動しない。この結果、特性の変化は、加えられた磁界にも比例する。従って磁界を介してこのような特性を良好に調整することが可能である。
本発明の構成素子は、ＳＡＷ構成素子として（薄い）圧電性励起層上に構成することができる。この圧電層上には電極構造体および残りの全ての構成素子構造体（例えばインターデジタル変換器、反射体並びに電気的な接続端子および接続部）が配置される。圧電層の下方にはＧＤＥ層が配置される。機械的な応力付与によるＧＤＥ材料の剛性変化は、同じように表面波の伝播速度を変化させる。伝播中のＳＡＷの侵入深度（Eindringtiefe）は、波長λの約半分に相応するので、圧電層の厚さは相応にλ／２より薄く選択され、ＧＤＥ層内の波の部分的な伝播、ひいては所望の効果が保証される。
さらにＧＤＥ層は磁気ひずみ特性を有しているので、構成素子内で発生された音響波が、構成素子の非線形性へ導いてしまう、ＧＤＥ層への逆作用を有していることは本発明では望ましくない。従って、ＧＤＥ層は次のように選択される。すなわちＧＤＥ層の最大切り換え周波数、すなわち音響波に基づく逆磁気ひずみ効果による機械的な作用への応答が、構成素子が作動する音響波の周波数領域のはるか下方に位置するように選択される。この結果、構成素子の作動周波数のもとで、音響波はＧＤＥ層内の磁気ひずみ効果によるいかなるフィードバック結合も生じさせない。本発明による多層構造体内に使用されている全ての層に対して、この要求が満たされている。さらに構成素子は十分な速度で切り換えられる。磁気ひずみ作用の慣性は、さらにキロヘルツ領域の切り換え周波数を可能にする。これは１ｍｓより短い切り換え時間に相当する。
本発明による回路要素は、ＦＢＡＲ共振器としても構成可能である。バルク波（Volumenwellen）によって作動するこの種の構成素子は、圧電層を有している。この圧電層は電極層の間に配置されている。本発明ではこれらの電極層のうちの１つ、殊に下方電極層がＧＤＥ層として構成されている。この点では、これは容易に可能である。なぜなら、多くのＧＤＥ材料は十分な導電性を有しているからである。異なる場合では、薄い高導電性層が付加的な電極層として設けられる。上述のＧＤＥ層を、ＦＢＡＲ共振器に対する上方の電極層として構成することも可能である。さらなる手段は、２つの電極層をＧＤＥ材料から製造することである。ＧＤＥ層を、電極層に対する付加的な層として構成することもできる。この場合にはＧＤＥ層は、電極層の上方または下方に、または圧電層のすぐ隣りに配置される。
ＦＢＡＲ共振器として構成する場合に、構成素子全体は有利には基板上に構成される。この基板上には、個々の層が個別に、かつ連続して、有利には相互に重なって積層されている。基板材料としては通常はガラスまたはケイ素のような半導体が使用される。さらなる適している基板材料はセラミック、金属、プラスチック並びに相応の機械的特性を有する他の材料である。これらの上には、構成要素に必要な層が積層される。少なくとも２つの異なる層から成る多層構造体も可能である。基板は機械的に安定しており、有利には熱膨張係数において、上部に被着される層構造体と整合されている。これによって構成素子のディメンジョン変化に敏感な構成素子の層において、種々異なる温度伸長による応力が最小化される。
構成素子がＦＢＡＲ共振器（ＢＡＷ共振器、ＢＡＷはＢｕｌｋ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｗａｖｅの略語をあらわす）として構成される場合には、構成素子内の層シーケンスに関して異なる様々な構成形態がある。基板へのＦＢＡＲ共振器の音響的な分離のために、例えば音響鏡が設けられる。この音響鏡は音響波を共振器内で反射させる。これによって波の放射による損出が基板内で生じない。この種の音響鏡は、容易に少なくとも２つの（しかし多くの場合には４つまたは４つより多い）λ／４層から製造される。このλ／４層の厚さは、材料内に伝播可能な音響波の波長の４分の一である（またはλ／４の非整数倍であり、すなわち（２ｎ＋１）＊λ／４であり、ここでｎが整数であるとはｎ＝０、１、２、…である）。
このようなλ／４層には、種々異なる音響的なインピーダンスを有する種々異なる材料が使用される。ここで音響鏡の反射係数は、鏡層の材料間のインピーダンスの差とともに大きくなる。音響鏡は例えばタングステンと酸化ケイ素、タングステンとケイ素、窒化アルミニウムと酸化ケイ素、ケイ素と酸化ケイ素、モリブデンと酸化ケイ素または他の層のペアの交互の層から成る。これらの層のペアは、音響的なインピーダンスに関して十分に異なる特徴を有しており、薄膜技術で相互に重なって積層可能であるようにコントロールされている。音響鏡の十分な反射係数に必要な層のペアの数は、材料の選択に依存している。なぜなら種々異なる層のペアは、種々異なる反射係数を有しているからである。
ＧＤＥ層は音響鏡の一部であり得る。電極層も音響鏡の一部であり得る。しかし音響鏡を、上述の２つの層に対して付加的に構成することもできる。
ＦＢＡＲ共振器の別の実施形態では、境界面での音響波に対する十分な反射係数を得るために、固体物質と空気との間の高いインピーダンス差が用いられる。従ってこの種のＦＢＡＲ共振器は、空気隙間を介して構成され、例えば支持部を用いない。または付加的な薄いメンブラン層を介する。基板上のＦＢＡＲ共振器載置点は、この場合には次のように選択される。すなわち載置点が側方で、殊にＦＢＡＲ共振器に対する電極面積によって定められているアクティブ共振器体積に対してずれるように選択されている。
本発明による構成素子を同調させるために、制御電極に加わる制御電圧を介して圧電層の大きさが変えられる。ここでこの変化は薄い層として構成されているＧＤＥ層に伝達される。ＧＤＥ層は、自身の導電性によって、圧電制御層に対する制御電極として用いられる。ＧＤＥ層に対して圧電調整層上には第２の制御電極（例えばアルミニウム層）が被着される。
外部の電界、殊に磁界から構成素子を防御するために、金属的な覆い、カバー、金属的なハウジング等の、殊にＭｕ金属が適している。
構成素子の作動周波数に関する良好な調整性のためにこれは殊にフィルタとして適しており、殊に無線コミュニケーション端末機器（例えば携帯電話）に対するフロントエンドフィルタとして適している。フィルタの中心周波数に対して３０％までの大きな調整領域によって、本発明の構成素子はフロントエンドフィルタとして種々異なる一連の周波数帯域に調整される。従って本発明による唯一のフィルタによって、種々異なる送信帯域および受信帯域での動作が可能になる。これまでは複数の帯域での動作には複数のフィルタが必要とされたが、ここでは本発明による１つのフィルタのみで十分である。２つまたは３つのフィルタを用いた場合にはむしろ、このようにして、今日通常である移動無線周波数の全周波数スペクトルをカバーすることができる。
本発明ではＦＢＡＲ共振器として構成された構成素子はそれ自体ではまだフィルタではない。むしろ、例えば分岐回路に複数の構成素子が接続されてはじめてバンドパスフィルタとして作用する。本発明によって、共通の調整層を有する、まとめて接続されて１つのバンドパスフィルタにされた本発明のＦＢＡＲ共振器を自身の作動周波数に関して、ひいては通過帯域の中心周波数に関してシフトさせることができる。しかし２つまたは２つより多い調整層を１つの構成素子内に設けて、複数のフィルタコンポーネントに異なった影響を与えるようにすることもできる。本発明のＦＢＡＲ共振器によってバンドパスフィルタが実現される場合、この共振器は次のようにグループで配置される。すなわち複数の調整層によって、自身の中心周波数に関して共振器が種々異なって影響されるように配置される。分岐技術を用いたバンドパスフィルタでは例えば、直列分岐に配置された共振器を、並列分岐に配置された共振器と異なって扱うないしは影響を与えることが可能である。このようにして、フィルタ全体の帯域幅に影響を与えることができる。並列部分と直列部分における共振器間の中心周波数の間隔が大きい場合、フィルタの帯域幅は大きくなる。
同じ方法によって、本発明の構成素子から製造されたデユプレクサにおけるデユプレクサ間隔にも影響が与えられる。本発明による送信フィルタおよび受信フィルタから成るデユプレクサの２つの単独フィルタのうちの１つが調整層によって、その中心周波数において、相応する他方のフィルタに対してずらされる場合、帯域間隔は大きくなるまたは小さくなる。自身の調整層および種々異なって調整可能な制御電圧によって送信フィルタおよび受信フィルタに依存しない影響を与えることで、デユプレクサを、帯域間隔においても周波数位置においても、本発明の帯域幅の枠内で３０％を上回って変化させることができる。
以下で本発明を実施例および実施例に属する概略的な（従って寸法通りではない）図に基づいてより詳細に説明する。
図１にはＦＢＡＲ共振器として構成されている本発明の構成素子が概略的な横断面図によって示されており、
図２にはＦＢＡＲ共振器として構成されている本発明の別の構成素子が概略的な横断面図によって示されており、
図３にはＳＡＷ構成素子として構成されている本発明の構成素子が概略的な横断面図によって示されており、
図４および図５にはＳＡＷ構成素子として構成されている本発明の別の構成素子が概略的な横断面図によって示されている。
図２にはＦＢＡＲ共振器として構成されている本発明の別の構成素子が概略的な横断面図によって示されており、
図３にはＳＡＷ構成素子として構成されている本発明の構成素子が概略的な横断面図によって示されており、
図４および図５にはＳＡＷ構成素子として構成されている本発明の別の構成素子が概略的な横断面図によって示されている。
図１では、本発明によるＢＡＷ（Bulk Acoustic Wave：バルク超音波）構成素子の概略的な横断面図に基づいて本発明の一般的な特徴が示されている。
構成素子ＢＥが多層構成素子として、基板ＳＵ上に設けられている。構成素子はＧＤＥ層ＧＤＥを含む。このＧＤＥ層上には狭く接触して圧電層ＰＳが構成されている。この圧電層には一方では、音響的なバルク波を励起するためのペアのＨＦ電極ＥＳ１が設けられており、他方ではペアの制御電圧電極ＥＳ２が設けられている。図１に示された有利な実施形態では、トップ電極はＨＦ電極のうちの１つでも、制御電圧電極のうちの１つでも同じである。第２のＨＦ電極ないしは第２の電圧制御電極は圧電層ＰＳの隣りに、ＧＤＥ層上配置されている。
第２のＨＦ電極ＥＳ１は別の実施形態では圧電層ＰＳの下方に配置されている。電極対ＥＳ２の第２の制御電圧電極は、薄い材料層として、ＧＤＥ層ＧＤＥの上方にも下方にも配置可能である。後者の手段は、図１において選択的に設けられる金属層ＭＥによって示されている。別の手段は、ＧＤＥ層をＨＦ電極または制御電圧電極のうちの１つと置き換えることである。制御電圧電極はさらに圧電層に対して横向きに配置可能である。
圧電層ＰＳおよびＧＤＥ層ＧＤＥの厚さは次のように選択される。すなわち２つの層が音響波の侵入領域（Eindringbereich）内に位置するように選択される。
侵入深度の領域におけるＧＤＥ層ＧＤＥに対する圧電層ＰＳの厚さの割合は、本発明の構成素子に対する調整可能な別のパラメータである。侵入深度内のＧＤＥ層の割合が大きくなればなるほど、調整領域は大きくなる。この調整領域を介して、フィルタの作動周波数ないしは中心周波数をシフトさせることができる。これに対して侵入深度内で圧電層ＰＳの割合が大きくなればなるほど結合が上昇し、従ってフィルタの帯域幅が上昇する。構成素子の所望の特性に依存して、この割合は次のように調整される。すなわち高い結合かまたは高い調整可能性かまたは２つの特性に関する適切な最適化が実現されるように調整される。
構成素子の音響的なアクティブ部分は、基板ＳＵに向かって、音響鏡ＡＳによって分けられる。この音響鏡は音響波の１００％の反射がこの構成素子の音響的なアクティブ部分に戻ってくるように構成されている。
別の手段では、ＧＤＥ層は音響鏡ＡＳの部分層である。この場合にここでも重要なのは、ＧＤＥ層が音響波の侵入領域に位置し、この実施形態においてＧＤＥ層が殊に音響鏡の上方の部分層であることである。従ってＧＤＥ層を介したより良好な調整が可能になる。
下方の制御電極層またはＨＦ電極層が音響鏡ＡＳの部分層であってもよい。
制御電極に印加される可変電圧（制御電圧）はフィルタの周波数調整に使用される。図１の実施例では上述の圧電層ＰＳは、音響的なバルク波を励起する励起層として、および機械的な応力を発生させる調整可能層として２種類の機能を担っている。この機械的な応力はＧＤＥ層に伝達され、材料剛性を変化させる。後者は同じように音響波の伝播速度、ひいてはフィルタの中心周波数に影響を与える。
図２には、調整可能なＢＡＷ構成素子の別の有利な実施形態の横断面図が示されている。圧電性調整層ＰＳ１は、２つのＨＦ電極ＥＳ１の間に配置されている。これらの電極ＥＳ１のうちの下方のものは、同時に制御電圧電極ＥＳ２である。この下にはＧＤＥ層ＧＤＥが配置されている。ＧＤＥ層は別の可能な実施形態では、ＧＤＥが導電性の場合、最後に言及された電極と置き換えられる。ＧＤＥ層と、下方の制御電圧電極ＥＳ２の間には圧電性調整層ＰＳ２が位置している。
図３では概略的な横断面図に基づいて、ＳＡＷ構成素子に対する本発明を説明する。
構成素子ＢＥは、多層構造体として基板ＳＵ上に配置されている。構成素子ＢＥはＧＤＥ層ＧＤＥを含む。このＧＤＥ層上には狭く接触して圧電層ＰＳが構成されている。構成素子構造体（電極構造体）ＥＳ１は圧電層ＰＳの表面上に構成されており、例えばアルミニウムを含有している金属化部として構成されている。電極構造体ＥＳ１から、例えばインターデジタル変換器から生じた音響波は、多層構造体において約半波長の侵入深度を有している。圧電層ＰＳおよびＧＤＥ層ＧＤＥの厚さは、２つの層が音響波の侵入領域内に位置するように選択されている。
第１の制御電圧電極ＥＳ２は圧電層ＰＳ２の上面上に配置されている。ここでこの圧電層は、例えばインターデジタル変換器と反射体のような音響構造体を支持している。この実施例では、第２の制御電極ＥＳ２として導電性ＧＤＥ層ＧＤＥが用いられている。
さらに第２の制御電極を、付加的な金属層としてＧＤＥ層の上方または下方に配置することができる。
図３に示された実施例では、圧電層ＰＳは音響表面波を励起させるのにも、その下に位置するＧＤＥ層ＧＤＥの弾性特性を機械的な応力を用いて制御するのにも用いられる。ここでこの機械的な応力は、可変制御電圧の印加時の逆圧電作用の結果として生じる。
図４は、概略的な横断面に基づいて、本発明によるＳＡＷ構成素子の別の実施例を示している。ここでＧＤＥ層ＧＤＥは、圧電性励起層ＰＳ１と圧電性調整層ＰＳ２との間に配置されている。制御電圧電極ＥＳ２は調整層ＰＳ２の下に位置している。第２の制御電極ＥＳ２はＧＤＥ層としてまたは付加的な金属層としてＧＤＥ層ＧＤＥの上方または下方に構成される。
別の実施例では調整可能なＳＡＷ構成素子が支持基板を有していない。これは図５に示されている。音響構造体（例えばインターデジタル変換器または反射体）は圧電励起層ＰＳ１の上面上に配置されている。ＧＤＥ層ＧＤＥは励起層ＰＳ１と圧電調整層ＰＳ２の間に配置されている。後者には両面に制御電圧電極ＥＳ２が設けられている。
別の可能な形態では、上方の制御電圧電極ＥＳ２がＧＤＥ層として構成される。
分かり易くするために、本発明を僅かな実施例にのみ基づいて示したが、本発明はこれらの実施例に制限されるものではない。さらなる実施可能性は、図示の実施形態とは異なる、圧電性調整層、ＧＤＥ層および圧電性励起層の相関的な配置である。構成素子のタイプを定める電極構造体および使用されている材料および寸法に関する別の形態も可能である。図示されていないが、本発明による構成素子の保護、殊にＭｕ金属から成る遮蔽部分も手段である。
さらに本発明による構成素子が、複数のフィルタ部分構造体から成ってもよい。フィルタ部分構造体は、相互に依存しないフィルタであってよく、共にダイプレクサを構成する。このダイプレクサはアンテナと接続されている周波数転換ポイント（Frequenzweiche）である。複数の部分フィルタ構造体がともに１つのデユプレクサを構成することも可能である。ここで部分フィルタ構造体はそれぞれ１つの送信または受信フィルタである。各フィルタ構成素子ないしはフィルタ構造体はここで自身の調整層と組み合わされているので、フィルタ構造体の相互に依存しない調整が可能である。これはダイプレクサに対して、２つの相互に別個にされている周波数領域の周波数間隔を上昇させるまたは低下させることを意味する。デユプレクサでは、このようにしてデユプレクサ間隔が調整される。しかし２つのフィルタ構造体を直列接続または並列接続によって１つの単独のフィルタにまとめることもできる。ここで例えば同じフィルタ構造体が使用される場合、個々のまたは２つのフィルタ構造体の依存しない調整によってその中心周波数が相互にシフトされる。ここでフィルタ全体の帯域幅は変化する。この場合にはフィルタ構造体はＳＡＷフィルタの個々のフィルタトラック（Filterspuren）である。しかしフィルタ部分構造体は、個々のＦＢＡＲ共振器でも、ラダータイプ配置内のＦＢＡＲ共振器のグループでもよい。ラダータイプ配置は、ここでＦＢＡＲ共振器または１ポート式ＳＡＷ共振器から成る。
さらに、複数のＳＡＷ共振器またはＦＢＡＲ共振器からなる格子タイプの配置または積層されたＳＡＷ共振器またはＦＢＡＲ共振器から成るフィルタ配置またはいわゆるスタックドクリスタルフィルタ（ＳＣＦ）フィルタ配置または結合された共振器から成るフィルタ配置：カップルドレゾネータフィルタ（ＣＲＦ）フィルタ配置が可能である。フィルタ配置は上述したフィルタ配置の任意の組み合わせも含む。
機械的な支持体基板（ＳＵ）は、回路要素が集積された多層構造を有する。パッシブまたはアクティブ回路要素はインダクタンス、コンデンサー、遅延線、抵抗、ダイオードまたはトランジスタのことである。ここで上述の回路要素は有利には導体路としてまたは任意に形成された金属面として支持体基板の個々の層の間に構成される、または垂直なスルーホールとして支持体基板内に構成される。
さらに支持体基板の上面上に別個のパッシブまたはアクティブ構成素子またはチップ構成素子（例えばＳＡＷ構成素子、マイクロウェーブセラミックフィルタ、ＬＣチップフィルタ、ストリップ状出力フィルタ）を配置することができる。このようなチップ構成素子は共通のハウジングによって囲まれる。個々のチップ構成素子を別個に（それぞれそれ自体で）ハウジングすることもできる。
支持体基板内に集積された回路要素も支持体基板の上面上に配置された回路基板も少なくとも１つの整合回路、アンテナスイッチ、ダイオードスイッチ、ハイパスフィルタ、ローパスフィルタ、バンドパスフィルタ、帯域遮断フィルタ、出力増幅器、ダイプレクサ、デユプレクサ、結合器、方向性結合器、バラン、ミクサーまたは蓄積素子の一部を構成することができる。
本発明の構成部分内の整合回路は調整可能である。集積された整合回路の一部を例えば１つまたは複数の導体路として支持体基板の上面上に、後から行われる微調整のために構成することができる。
本発明による構成部分は少なくとも１つの対称の入力側ないしは出力側も、非対称の入力側ないしは出力側も有することができる。
多層構造である支持体基板は多層セラミック、シリコンまたは有機材料（例えばプラスチック、積層物（Laminate））から成る層を含むことができる。
支持体基板の上面上に配置されたチップ構成素子も、支持体基板の上面上に配置された別個のパッシブまたはアクティブ構成素子もＳＭＤ（Surface Mounted Design：表面実装設計）構成素子であり得る。
Claims (30)
- 音響波で作動する電子構成素子であって、
当該電子構成素子は多層構造を有しており、
当該多層構造は、
・少なくとも１つのＧＤＥ層（ＧＤＥ）と、
・当該ＧＤＥ層と狭く接触している少なくとも１つの圧電層（ＰＳ）を含んでおり、
・圧電性励起層（ＰＳ，ＰＳ１）が設けられており、音響波を励起させるためにＨＦ電極（ＥＳ１）が備えられており、
・直接的に機械的な応力を介してＧＤＥ材料の弾性率を変化させるために圧電性調整層（ＰＳ，ＰＳ２）が設けられており、または当該調整層（ＰＳ，ＰＳ２）とＧＤＥ層（ＧＤＥ）の接続部が設けられており、制御電圧電極（ＥＳ２）が備えられており、
・前記励起層および調整層は少なくとも１つの圧電層によって実現されている、
ことを特徴とする構成素子。 - 少なくとも１つのＢＡＷ共振器（バルクアコースティックウェーブ）を含み、
前記圧電性励起層（ＰＳ，ＰＳ１）は当該共振器の構成部分である、請求項１記載の構成素子。 - 音響的な反射体を有しており、
当該音響的な反射体（ＡＳ）の部分層は電極層（ＥＳ１，ＥＳ２）として、またはＧＤＥ層（ＧＤＥ）として構成されている、請求項２記載の構成素子。 - 電極が設けられており、
当該電極は、ＨＦ電極（ＥＳ１）として音響的なバルク波を励起するのにも、
制御電圧電極（ＥＳ２）としてＧＤＥ材料の弾性率を変化させる、ひいてはＢＡＷ共振器の周波数を調整するのにも用いられる、請求項２または３記載の構成素子。 - 少なくとも１つの表面波コンポーネントを含んでおり、
前記励起層（ＰＳ，ＰＳ１）は当該コンポーネントの圧電性の基板を構成している、請求項１から４までの少なくとも１項記載の構成素子。 - 前記多層構造体は支持体基板（ＳＵ）上に配置されている、請求項１から５までの少なくとも１項記載の構成素子。
- 前記制御電圧電極（ＥＳ２）の１つは圧電性層（ＰＳ，ＰＳ１）の面上に配置されており、
当該圧電層はインターデジタル変換器および別の音響的な構造体を支持している、請求項５または６記載の構成素子。 - 前記ＧＤＥ層（ＧＤＥ）および少なくとも１つの圧電層（ＰＳ，ＰＳ１，ＰＳ２）は電極層（ＥＳ１，ＥＳ２）によって別個にされている、請求項１から７までの少なくとも１項記載の構成素子。
- 圧電層（ＰＳ）が１つのみ設けられており、
当該圧電層は、音響波を励起する励起層としても、ＧＤＥ層に機械的な応力を与えるための調整層としても用いられる、請求項１から８までの少なくとも１項記載の構成素子。 - 前記ＧＤＥ層（ＧＤＥ）は前記励起層（ＰＳ１）と前記調整層（ＰＳ２）との間に配置されている、請求項１から９までの少なくとも１項記載の構成素子。
- 前記ＧＤＥ層（ＧＤＥ）は導電性特性を有しており、前記制御電圧電極（ＥＳ２）のうちの１つと置き換えられる、またはＦＢＡＲ構成の場合には、ＨＦ電極（ＥＳ１）のうちの１つと置き換えられる、請求項１から１０までの少なくとも１項記載の構成素子。
- 前記ＧＤＥ層（ＧＤＥ）および調整層（ＰＳ，ＰＳ２）は２つの制御電圧電極の間に配置されている、請求項１から１１までの少なくとも１項記載の構成素子。
- 前記励起層（ＰＳ，ＰＳ１）は、ＰＺＴまたはＺｎＯまたはＡｌＮまたはＧａＮから選択された材料から成る、請求項１から１２までの少なくとも１項記載の構成素子。
- 前記支持体基板（ＳＵ）は多層構造を有している、請求項６から１３までの少なくとも１項記載の構成素子。
- 前記支持体基板（ＳＵ）は、少なくとも１つの集積されたパッシブまたはアクティブ回路要素を備えた多層構造体を有している、請求項６から１４までの少なくとも１項記載の構成素子。
- 前記支持体基板（ＳＵ）の上面上には、少なくとも１つの別個にされたパッシブ構成素子またはアクティブ構成素子が配置されている、請求項６から１５までの少なくとも１項記載の構成素子。
- 前記支持体基板（ＳＵ）の上面上には少なくとも１つのチップ構成素子が配置されている、請求項６から１６までの少なくとも１項記載の構成素子。
- 前記チップ構成素子はＳＡＷ構成素子である、請求項１７記載の構成素子。
- 前記支持体基板（ＳＵ）内に組み込まれた少なくとも１つのパッシブ回路素子またはアクティブ回路素子は、整合回路の少なくとも１つの部分を構成している、請求項６から１８までの少なくとも１項記載の構成素子。
- 前記支持体基板（ＳＵ）内に組み込まれている少なくとも１つのパッシブ回路素子またはアクティブ回路素子は、アンテナスイッチの少なくとも一部、またはダイオードスイッチの少なくとも一部、またはハイパスフィルタの少なくとも一部、またはローパスフィルタの少なくとも一部、またはバンドパスフィルタの少なくとも一部、または帯域遮断フィルタの少なくとも一部、または出力増幅器の少なくとも一部、またはダイプレクサの少なくとも一部、またはデユプレクサの少なくとも一部、または結合器の少なくとも一部、または方向性結合器の少なくとも一部、またはバランの少なくとも一部、またはミクサーの少なくとも一部、または蓄積素子の少なくとも一部を構成する、請求項６から１９までの少なくとも１項記載の構成素子。
- 前記支持体基板（ＳＵ）の上面上に配置されている別個にされた少なくとも１つのパッシブ回路素子またはアクティブ回路素子は、アンテナスイッチの少なくとも一部、またはダイオードスイッチの少なくとも一部、またはハイパスフィルタの少なくとも一部、またはローパスフィルタの少なくとも一部、またはバンドパスフィルタの少なくとも一部、または帯域遮断フィルタの少なくとも一部、または出力増幅器の少なくとも一部、またはダイプレクサの少なくとも一部、またはデユプレクサの少なくとも一部、または結合器の少なくとも一部、または方向性結合器の少なくとも一部、またはバランの少なくとも一部、またはミクサーの少なくとも一部、または蓄積素子の少なくとも一部を構成する、請求項６から２０までの少なくとも１項記載の構成素子。
- 前記支持体基板内に組み込まれている整合回路の少なくとも一部は、１つまたは複数の導体路として、後から行われる微細な整合のために構成されている、請求項６から２１までの少なくとも１項記載の構成素子。
- 前記支持体基板（ＳＵ）は多層セラミックである、請求項１から２２までの少なくとも１項記載の構成素子。
- 前記支持体基板（ＳＵ）はケイ素から成る、請求項１から２３までの少なくとも１項記載の構成素子。
- 前記支持体基板（ＳＵ）は有機材料、例えばプラスチックまたは積層物から成る、請求項１から２４までの少なくとも１項記載の構成素子。
- １つまたは複数のチップ構成素子も、前記支持体基板（ＳＵ）の上面に配置された別個の１つまたは複数のパッシブまたはアクティブ回路素子もＳＭＤ素子である、請求項１から２５までの少なくとも１項記載の構成素子。
- 前記支持体基板（ＳＵ）の上面上に配置された少なくとも１つのチップ構成素子はハウジングされている、請求項１から２６までの少なくとも１項記載の構成素子。
- 前記支持体基板（ＳＵ）の上面上に配置された少なくとも２つのチップ構成素子は、共通のハウジングによって取り囲まれている、請求項１から２７までの少なくとも１項に記載されている構成素子。
- 前記支持体基板（ＳＵ）の上面上に別個にハウジングされた少なくとも２つのチップ構成素子を有している、請求項１から２８までの少なくとも１項に記載されている構成素子。
- 少なくとも１つのＨＦ電極（ＥＳ１）または少なくとも１つの制御電圧電極（ＥＳ２）は、複数の層を含んでいる、請求項１から２９までの少なくとも１項に記載されている構成素子。
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