JP2006203304A - 圧電薄膜共振器及びそれを用いた発振器並びにそれを内蔵した半導体集積回路 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 TCXO等に用いられる共振器を薄膜技術で実現するものであり、Si等のベース基板15上に圧電薄膜共振器24を形成し、その共振周波数が共振器の厚さではなく、横方向の寸法でほぼ決定する構成とする。これにより、共振器の薄膜化、小型化、更にSi系ICとの一体化を可能にするものである。
【選択図】 図1
Description
現在のスパッタ装置、CVD装置では0から数μm厚の薄膜を高精度に形成することが出来、圧電膜16の厚さ2.5μmのFBARもほぼ理想的に実現することが出来る。
電極1と電極2、3間に高周波電圧を印加すると、電極1が正、電極2、3が負の図1(a)の場合は、上層の圧電薄膜16b内では電界の向きと分極の向きが等しいため圧電薄膜は圧縮する。下層の圧電薄膜16aでは電界の向きと分極の向きが逆のため圧電薄膜は伸張する。従って、2枚の圧電薄膜16a、16bの上層16bは薄く、下層16aは厚くなる。これは、圧電薄膜の厚さ方向の重心19gが下へ、すなわち-Z方向へ移動することに対応する。
2、3、5…共振器を構成する他方の電位が印加される電極、
6、13、14…給電用電極パターン、
7…温度補償用誘電体膜、
9…共振器を構成する同一面内で一方の電位が印加される電極、
10…共振器を構成する同一面内で他方の電位が印加される電極、
11、12…共振器を構成するフローティング電極、
15…基板、
16…圧電薄膜、
16a…下層の圧電薄膜、
16b…上層の圧電薄膜、
17…基板の窪み、
18…圧電薄膜の分極、
19a、19b…圧電薄膜の変位、
19g…圧電薄膜の重心、
20…クランプパターン、
21…基板の穴、
22、23…クランプパターン20と誘電体層間の隙間、
24…共振器、
25…エアギャップ。
Claims (17)
- 少なくとも一層以上の圧電薄膜を含む二層以上の誘電体薄膜部分と、
前記圧電薄膜内の少なくとも一層の上下に形成された少なくとも一対の電極と、
前記電極に周期的に極性が反転する電圧を印加する給電端子とを備え、前記電極に印加する電圧に基づいて前記誘電体薄膜部分が振動する圧電薄膜共振器であって、
前記誘電体薄膜内の振動の変位は、共振周波数において、全ての前記誘電体薄膜の面に垂直な変位成分が支配的で、かつ前記面に垂直な断面に沿って、前記面に垂直な変位の方向が一様である誘電体薄膜部分を具備していることを特徴とする圧電薄膜共振器。 - 請求項1記載の圧電薄膜共振器において、前記誘電体薄膜部分は少なくとも一層の圧電薄膜と少なくとも一層の非圧電薄膜とを含み、前記非圧電薄膜は前記圧電薄膜と温度に対して逆の特性を有することを特徴とする圧電薄膜共振器。
- 請求項1記載の圧電薄膜共振器において、前記圧電薄膜は六方晶形(6mm属)の結晶で、そのC軸は前記圧電薄膜の面に垂直であることを特徴とする圧電薄膜共振器。
- 請求項1記載の圧電薄膜共振器において、前記圧電薄膜はAlNもしくはZnOを含むことを特徴とする圧電薄膜共振器。
- 請求項1記載の圧電薄膜共振器において、圧電薄膜共振器の外周に固定部分と非固定部分とを設け、前記少なくとも一対の電極に前記給電端子から周期的に極性が反転する電圧を印加し、前記電極間に生じる電位差に基づいて前記非固定部分を振動させることにより前記圧電薄膜の面方向に定在波を発生させるようにしたことを特徴とする圧電薄膜共振器。
- 請求項1記載の圧電薄膜共振器において、前記電極を構成する金属薄膜はMo、W、Ti、Pt及びAuの群から選ばれる単体金属もしくはこれら単体金属元素を含む合金であることを特徴とする圧電薄膜共振器。
- 請求項2記載の圧電薄膜共振器において、前記非圧電薄膜はSiO2であることを特徴とする圧電薄膜共振器。
- 請求項5記載の圧電薄膜共振器において、前記誘電体薄膜部分は少なくとも一層の圧電薄膜と少なくとも一層の非圧電薄膜とを含み、前記非圧電薄膜は前記圧電薄膜と温度に対して逆の特性を有することを特徴とする圧電薄膜共振器。
- 請求項5記載の圧電薄膜共振器において、前記圧電薄膜は六方晶形(6mm属)の結晶で、そのC軸は前記圧電薄膜の面に垂直であることを特徴とする圧電薄膜共振器。
- 請求項5記載の圧電薄膜共振器において、前記圧電薄膜はAlNもしくはZnOを含むことを特徴とする圧電薄膜共振器。
- 請求項5記載の圧電薄膜共振器において、前記固定部分の誘電体薄膜の層数または電極を構成する金属薄膜の層数は、前記非固定部分の誘電体薄膜の層数または前記金属薄膜の層数に比べ一方あるいは両方とも少ないことを特徴とする圧電薄膜共振器。
- 請求項11記載の圧電薄膜共振器において、前記誘電体薄膜部分は少なくとも一層の圧電薄膜と少なくとも一層の非圧電薄膜とを含み、前記非圧電薄膜は前記圧電薄膜と温度に対して逆の特性を有することを特徴とする圧電薄膜共振器。
- 請求項11記載の圧電薄膜共振器において、前記圧電薄膜は六方晶形(6mm属)の結晶で、そのC軸は前記圧電薄膜の面に垂直であることを特徴とする圧電薄膜共振器。
- 請求項11記載の圧電薄膜共振器において、前記圧電薄膜はAlNもしくはZnOを含むことを特徴とする圧電薄膜共振器。
- 請求項12記載の圧電薄膜共振器において、前記非圧電薄膜はSiO2であることを特徴とする圧電薄膜共振器。
- コルピッツ型発振回路が有する共振器を、少なくとも一層以上の圧電薄膜を含む二層以上の誘電体薄膜部分と、前記圧電薄膜内の少なくとも一層の上下に形成された少なくとも一対の電極と、前記電極に周期的に極性が反転する電圧を印加する給電端子とを備え、前記電極に印加する電圧に基づいて前記誘電体薄膜部分が振動する圧電薄膜共振器で構成すると共に、前記誘電体薄膜内の振動の変位は、共振周波数において、全ての前記誘電体薄膜の面に垂直な変位成分が支配的で、かつ前記面に垂直な断面に沿って前記面に垂直な変位の方向が一様である誘電体薄膜部分を具備していることを特徴とする圧電薄膜発振器。
- 半導体装置が組み込まれた同一基板内に圧電薄膜発振器が一体的に形成され半導体集回路であって、前記圧電薄膜発振器は少なくとも一層以上の圧電薄膜を含む二層以上の誘電体薄膜部分と、前記圧電薄膜内の少なくとも一層の上下に形成された少なくとも一対の電極と、前記電極に周期的に極性が反転する電圧を印加する給電端子とを備え、前記電極に印加する電圧に基づいて前記誘電体薄膜部分が振動する圧電薄膜共振器で構成すると共に、前記誘電体薄膜内の振動の変位は、共振周波数において、全ての前記誘電体薄膜の面に垂直な変位成分が支配的で、かつ前記面に垂直な断面に沿って前記面に垂直な変位の方向が一様である誘電体薄膜部分を具備していることを特徴とする半導体集積回路。
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