JP2007202171A - 振幅変調および位相変調を行うための整調可能な薄膜バルク型音響共振器が組み込まれている装置 - Google Patents

Abstract

【課題】所望の信号を振幅変調または位相変調するための整調可能なＢＡＷ共振器を組み込んだ装置を提供する。
【解決手段】基板と、共振手段と、前記共振手段の第１の面に隣接する第１電極と、前記共振手段の第２の面に隣接する第２電極と、前記第２電極および前記基板間に位置する膜と、１対のエッチング窓と、前記基板の少なくとも一部分を前記膜の少なくとも一部分から隔てるエアギャップとからなり、前記エアギャップが、前記エッチング窓を通して前記基板の一部分を除去することにより形成され、前記共振手段が、前記の第１および第２の電極間に印加された電圧によって当該電極間に生じた電界に応答して共振し、前記エアギャップが、前記共振手段により生成された振動を前記基板から絶縁するバルク型音波共振器から絶縁する。
【選択図】図１

Description

本発明は、バルク型の音響共振器（bulk acoustic resonators）に関し、とくに、信号を振幅変調および位相変調するためのバルク型音響共振器に関する。

整調可能なバルク型音響共振器を設けることが当該技術分野で知られている。ストークス他（stokes et al.）に対して発行された米国特許第５，４４６，３０６号明細書は、薄膜電圧整調半導体バルク型音響共振器（Thin Film Voltage-Tuned Semiconductor Bulk Acoustic Resonator）を開示している。この装置は、第１および第２の電極間に位置する圧電フィルムを有する。その第２の電極は、ビアホール（via hole）を有する基板に隣接している。ＤＣバイアス電圧を前記第１および第２の電極に印加する可変電圧源に応答して、前記第１および第２の電極間で前記圧電フィルムの中で電界が生じる。その結果として、前記圧電フィルムは、その無バイアス時の共振周波数とは異なる周波数で振動する。ＤＣバイアス電圧を調節することによって、このＳＢＡＲ（半導体バルク型音響共振器（Semiconductor Bulk Acoustic Resonator））の共振周波数を変化させることができる。

コシンスキー（Kosinski）に対して発行された米国特許第５，１５３，４７６号明細書は、圧電音響振動子上にバイアス電極を設けて該音響振動子の感度を変化させるとともに、該音響振動子に加わる音響ストレスを補償することを開示している。このバイアス電極を静ＤＣ電圧源によって生かすことができ、また、前記バイアス電極を動バイアス構成中で使用して、変化する環境条件に対して瞬時補償を行うこともできる。

アブァニック他（Avanie et al.）に対して発行された米国特許第５，１６６，６４６号明細書は、共通半導体キャリヤ（common semiconductor carrier）を含む整調可能な集積共振器（integrated tunable resonator）を開示しており、このキャリヤ上に集積電圧可変コンデンサが形成されている。その共通半導体キャリヤ上にバルク型音波共振器が形成されて、前記電圧可変コンデンサに結合される。この電圧可変コンデンサに薄膜共振器が結合されるが、その両方が共通半導体基板上に形成されている。これらの３つの要素により整調可能な統合共振器が提供される。

本発明に関連のあるもう一つのものは、超音波学、強誘電体学および周波数制御に関するＩＥＥＥ会報、４２［３］（１９９５年５月）ヨシモトススム、サカモトマサミチ、ハシモトケンヤ、およびヤマグチマサツネ「エアギャップを採用した多層超音波トランスデューサ（Multi-Layered Ultrasonic Transducers Employing an Air Gap）」である。この論文は、エアギャップを有する多層超音波トランスデューサを開示している。

整調可能の共振器が当該技術分野で知られてはいるけれども、本発明者は、キャリヤ信号の振幅変調および位相変調を行うためのバルク型音波（Bulk Acoustic Wave（ＢＡＷ））共振器を知らない。

本発明の第１の目的は、目的の信号を振幅変調するための整調可能なバルク型音波（ＢＡＷ）共振器を組み込んだ装置を提供することである。

本発明の第２の目的は、目的の信号を位相変調するための整調可能なバルク型音波（ＢＡＷ）共振器を組み込んだ装置を提供することである。

前記ＢＡＷ共振器に印加された低周波変調信号に応答してキャリヤ信号を振幅変調および位相変調するための整調可能なバルク型音波（ＢＡＷ）共振器」（以下、「薄膜バルク型音響共振器（Thin Film Bulk Acoustic Resonator（ＦＢＡＲ））」ともいう）を組み込んだ装置によって前述の課題およびその他の課題が解決され、本発明の目的が実現される。

本発明の１つの特徴に従って、圧電層、第１および第２保護層、第１電極、第２電極、ブリッジ（以下、「膜」ともいう）、１対のエッチング窓、エアギャップ、および基板を有するＢＡＷ共振器が提供される。前記圧電層の一部分は前記第１電極上に位置し、前記第２電極は前記圧電層上に位置して平行板構造を形成し、その間で前記圧電層が共振または振動することができるようになっている。前記圧電層は、たとえば、酸化亜鉛（ＺｎＯ）からなっていて、１．７μｍの厚さを有する。前記電極は、たとえば、金（Ａｕ）からなっていて、０．１μｍの厚さを有する。

本発明の好ましい実施態様では、前記膜は２つの層、すなわち上層および下層からなる。前記上層は、０．６μｍの厚さをもっているのが好ましくてポリシリコンからなり、また、前記第１電極および前記圧電層の一部分と接触する上表面を有する。前記上層は前記の下層の一部表面上にあり、この下層は好ましくは０．４μｍの厚さをもっていて二酸化ケイ素（ＳｉＯ₂）からなる。

前記膜の下表面の一部分は前記エアギャップに隣接しており、これが前記膜の下表面の一部分を前記基板の一部分から分離している。このエアギャップは、前記基板の一部分をエッチングすることによって形成される。前記エアギャップは、前記エッチング窓、前記第１保護層の一部分、前記膜の下表面の一部分、および前記基板の内面と隣接している。前記エアギャップは、圧電層により生成される音響振動を基板から絶縁する役割を果たす。

第１保護層は、０．４μｍの厚さをもっていてＳｉＯ₂からなっており、基板の上表面とエアギャップの一部分とを覆う。第２保護層は、第１保護層と、膜の一部分と、圧電層の一部分と、上側電極の一部分とを覆う。エッチング窓と、第１および第２の電極の一部分とが空気にさらされる。第２保護層は好ましくは０．２μｍの厚さを有し、ＳｉＯ₂からなる。

エッチング窓は、第１および第２の保護層の中で、膜の両側に形成される。エッチング窓を通して、膜が基板上に形成された後に、材料が基板からエッチングされてエアギャップが形成される。

本発明の他の特徴に従って、基板をエッチングする代わりに犠牲層を使用してエアギャップを作ることができる。たとえば、共振器の製造中に、膜を形成する層が蒸着される前に犠牲層が基板上に蒸着される。つぎに、共振器の全ての層が形成された後に、エッチング窓を通して犠牲層が除去されてエアギャップが形成される。この様にすれば、エアギャップを形成するために基板をエッチングする必要はなくなる。

本発明のもう一つの実施態様では、前述の実施態様のＢＡＷ共振器に似ているけれども、１つの保護層が設けられ、膜およびエアギャップが音響ミラーに置き換えられている点で前述の実施態様のＢＡＷ共振器とは異なるＢＡＷ共振器が設けられる。

本発明のもう一つの特徴に従って、圧電層と、上側電極と、下側電極と、膜と、ビアホールを有する基板とからなるＢＡＷ共振器が提供される。膜は、ビアホールに隣接する基板の部分として形成される。

本発明のもう一つの特徴に従って、バルク型音波（ＢＡＷ）共振器が提供される。この方法は、（Ａ）基板の選択された部分に酸化亜鉛（ＺｎＯ）層を形成し、（Ｂ）ステップＡによって形成された層の選択された部分にＳｉＯ₂からなる第１層を形成し、（Ｃ）ステップＢによって形成された層の選択された部分と基板の選択された部分とにＳｉＯ₂の第２層を形成し（Ｄ）ステップＣによって形成された層の選択された部分に下側電極層を形成し、（Ｅ）ステップＣおよびＤで形成された層の選択された部分に圧電層を形成し、（Ｆ）ステップＣ、ＤおよびＥにより形成された層の選択された部分の上にＳｉＯ₂を蒸着させ、（Ｇ）ステップＦによって蒸着されたＳｉＯ₂の上に窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を蒸着させ、（Ｈ）ステップＦおよびＧによって蒸着されたＳｉＯ₂およびＡｌＮをパターン化してＳｉＯ₂からなる第３の層とＡｌＮの層とをそれぞれ形成し、（Ｉ）ＡｌＮの層の選択された部分とステップＥによって形成された圧電層の選択された部分とに上側電極層を形成し、（Ｊ）ステップＡによって形成されたＺｎＯ層を除去してエアギャップを形成するステップからなる。

本発明のさらに他の特徴に従って、ＲＦ（radio frequency）キャリヤ信号を振幅変調および位相変調するための回路が提供される。第１の回路は２つの回路分岐（branch）と並列に接続されたＢＡＷ共振器を包含する。その第１の分岐は、ＲＦキャリヤ信号を発生させる第１発振器と帯域フィルターまたは高域フィルター（これは単なる低周波遮断コンデンサであってもよい）とからなる。第２の分岐は変調信号を発生させるための第２発振器と低域フィルター（これは単なるＲＦチョークであってもよい）とからなる。この発振器は、印加された低周波信号に応答して周波数を変化させる並列共振器および直列共振器を有する。

前記回路を使用してＲＦ信号を振幅変調する応用例では、前記回路はつぎのように作動する。すなわち、発振器は或る周波数を有するＲＦキャリヤ信号を発生させるが、その周波数は、共振器が極小の位相シフト応答を示す周波数範囲の中にある。ＲＦキャリヤ信号が発生した後、該ＲＦキャリヤ信号は帯域フィルターによって濾波され、つぎに低周波遮断コンデンサに印加され、このコンデンサは随伴するＤＣ信号を全て除去する。

第２の発振器は、可変電圧源であって、時間がたつに連れて変化する電圧を有する低周波のＤＣ変調信号を発生させる。この信号は低域フィルターによって濾波された後にＲＦチョークに印加され、このＲＦチョークは随伴するＲＦ信号を全て遮断する。このＲＦチョークは、前記共振器を構成する回路の残りの部分にその低周波信号を供給する。

低周波信号が回路の残りの部分を進むとき、この信号の影響として共振器の両電極間に時間とともに変化する電圧がかかる。この電圧は、前記電極間に位置する圧電物質の中に、変化する電界を生じさせる。この電界は、その電圧の極性に応じて圧電物質を収縮または膨張させて、直列共振周波数および並列共振周波数を時間とともに変化させるとともに共振器が示すインピーダンスを時間とともに変化させる。この変化に起因してＲＦキャリヤ信号の強度が、時間とともに変化する量だけ減衰されることとなり（すなわち、この信号は、時間に依存して変化するそう入損を被る）、その結果として前記キャリヤ信号が振幅変調されたことになる。

第２の回路は第１の回路のそれと同様の要素からなっているけれども、共振周波数は回路内で直列に接続されていて、追加のコイル（たとえば、低周波信号に接地を供給するＲＦチョーク）が回路に含まれている点で異なっている。第２の回路も信号を振幅変調する。

この第１および第２の回路を用いてキャリヤ信号を位相変調することもできる。その用途のために、前記回路は振幅変調のばあいと同様に作動する。しかし、第１の回路のために、並列接続されている共振器の並列共振周波数に好ましくはほぼ等しい周波数を有するＲＦキャリヤが発生する。この周波数は、該共振器に対する変調低周波信号の影響の結果として前記共振器が最大の位相シフト応答をすることとなる周波数である。従って、キャリヤ信号を共振器に印加すると該信号の位相がシフトする。同様に、共振器が直列に接続されている第２回路のためには、該共振器の直列共振周波数にほぼ等しい周波数を有するＲＦ信号が発生される。この周波数は、変調低周波信号に応答して前記共振器が最大位相シフトを生じさせる周波数である。この様に、ＲＦキャリヤ信号を前記共振器に印加すると該キャリヤ信号の位相シフトが生じる。

つぎに、本発明の装置について図面を参照しつつ説明する。

図２は、本発明の共振器の一実施態様に従って構成されている薄膜バルク型音波共振器（以下、「ＢＡＷ共振器」または「ＦＢＡＲ」という）２０を示す横断面説明図および平面説明図である。図２（ａ）は、図２（ｂ）のＡ−Ａ線断面説明図である。ＢＡＷ共振器２０は、圧電層２２、第１保護層３８ｂ、第２保護層３８ａ、第１電極２４、第２電極２６、膜２８、エッチング窓４０ａ、４０ｂ、エアギャップ３４、および基板３６からなっている。圧電層２２の一部分は第１電極２４の上に位置し、第２電極は圧電層２２の一部表面上に位置する。この様に、電極２４および２６は平行板構造を形成しており、その間で圧電層２２が共振または振動することができるようになっている。

圧電層２２は、たとえば酸化亜鉛（ＺｎＯ）、または窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等の、薄膜として製造することのできる如何なる圧電物質で構成されてもよい。本発明の好ましい実施態様では、圧電層２２は約１．７μｍの厚さを有する。

第１および第２の電極２４、２６は、たとえば金（Ａｕ）等の、如何なる種類の導電性物質で構成されてもよい。第１および第２の電極２４、２６は、各々、好ましくは０．１μｍの厚さを有する。

膜（「ブリッジ」または「支持層」ともいう）２８は、１つまたは複数の層からなることができる。本発明の好ましい実施態様では、膜２８は、約０．６μｍの厚さの上層３０と、約０．４μｍの厚さの下層３２と、合計２つの層からなっている。上層３０は、図２（ａ）に示されているように第１電極２４および圧電層２２の一部分と接触している上表面を有し、下層３２の上にある。上層３０は好ましくはポリシリコン（ｐｏｌｙ−Ｓｉ）または窒化アルミニウム（ＡｌＮ）からなり、下層３２は好ましくは二酸化ケイ素（ＳｉＯ₂）またはヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）からなる。しかし、これらの層を他の如何なる適当な物質で構成してもよい。

膜２８の底面の一部分はエアギャップ３４に隣接しており、該エアギャップは基板３６の一部分の中に形成されている。エアギャップ３４は膜２８の底面のその部分を基板３６の一部分から分離させている。エアギャップ３４は、エッチング窓４０ａ、４０ｂ（後述されている）、第１保護層３８ｂの一部分（後述されている）、膜２８の底面、および基板３６の内面３６ｂ、３６ｃ、３６ｄと境を接している。エアギャップ３４は、圧電層２２により作られる信号を基板３６から音響的に絶縁するように働く。基板３６は、たとえば、ケイ素（Ｓｉ）、ＳｉＯ₂、ＧａＡｓ、またはガラスなど、どの様な適当な材料からでも構成しうるものである。

第１保護層３８ｂは、基板３６の上表面３６ａとエアギャップ３４の一部分とを覆っている。第２保護層３８ａは、図２（ａ）および２（ｂ）から分かるように、（１）第１保護層３８ｂと、（２）膜２８の一部分と、（３）圧電層２２の一部分と、（４）上側電極２６の一部分とを覆っている。エッチング窓４０ａ、４０ｂ、および第１および第２の電極２４、２６の一部分は空気にさらされている。好ましくは、第１保護層３８ｂはＳｉＯ₂からなっていて０．４μｍの厚さを有し、第２保護層３８ａはＳｉＯ₂からなっていて０．２μｍの厚さを有する。

図２（ａ）および２（ｂ）を検討すれば分かるように、エッチング窓４０ａ、４０ｂは膜２８の両側で第１および第２保護層３８ａ、３８ｂの中に形成されている。エッチング窓４０ａ、４０ｂは、共振器２０の製造中に作られる。膜の層が基板２２の上に蒸着された後に、エッチング窓４０ａ、４０ｂを通して基板３６の一部分がエッチングされてエアギャップ３４が形成される。

本発明の他の特徴に従って、基板３６をエッチングする代わりに犠牲層３９を使用してエアギャップ６２を作ることができる。図２５は、本発明の共振器の他の実施態様を示す説明図である。図２５において、図２と同一の箇所は同じ符号を用いて示す。たとえば、図２５を参照すると、図２（ａ）に示されているものと似ているＢＡＷ共振器２１が示されていて、犠牲層３９が追加されている。共振器２１の製造中に膜２８が蒸着される前に犠牲層３９が基板３６の上に蒸着される。共振器２１の全ての層が形成された後に、犠牲層３９はエッチング窓４０ａ、４０ｂを通して除去されてエアギャップ３４が形成される。この様にすれば、エアギャップ３４を作るために基板をエッチングする必要はなくなる。従って、たとえば、ＳｉＯ₂、ＧａＡｓ、ガラス、およびセラミック材料を含むいろいろな種類の材料からなる基板を使用することができる。

共振器２０、２１の各々について、第１および第２の電極２４、２６間に電圧が印加されると、これらの第１および第２の電極２４、２６間に電界が生じて圧電層２２を振動させる。圧電層２２により作られた音響振動は、振動している圧電層２２から膜の層３０、３２を通って伝播する。膜２８とエアギャップ３４との間の境界に達した振動は、この境界により膜２８の中へ反射される。この様にして、エアギャップ３４は圧電層２２により作られた振動を基板から絶縁する。

図２６は、本発明の共振器の他の実施態様を示す説明図である。図２６において、図２と同一の箇所は同じ符号を用いて示す。図２６に示されている本発明の装置の他の実施態様では、ＢＡＷ共振器２３が示されている。この共振器２３は、前述の実施態様のそれと似ている構造をもっているけれども、単一の保護層３８ａが設けられていて、膜２８およびエアギャップ３４（図２５参照）が音響ミラー７０と置き換えられている点で異なっており、この音響ミラーは圧電層２２により作られた振動を基板３６から音響的に絶縁する。この共振器２３は「堅実に取り付けられた共振器（Solidly Mounted Resonator(ＳＭＲ)）」ともいう。

保護層３８ａは、たとえば０．２μｍの厚さのＳｉＯ₂からなる。音響ミラー７０は１つ以上の層で構成されうる。本発明の好ましい実施態様では、音響ミラー７０は３つの層、すなわち上層７０ａ、中層７０ｂ、および下層７０ｃからなるが、追加の層を設けてもよい。各層７０ａ、７０ｂ、７０ｃは、たとえば、波長の四分の一にほぼ等しい厚さを有する。本発明の好ましい実施態様では、上層７０ａおよび下層７０ｃは、たとえば、ケイ素（Ｓｉ）、ポリシリコン、アルミニウム（Ａｌ）、またはポリマーなどの、音響インピーダンスの低い材料で構成される。本発明の好ましい実施態様では、中層７０ｂは、たとえば、金（Ａｕ）、モリブデン（Ｍｏ）、またはタングステン（Ｗ）などの、音響インピーダンスの高い材料で構成される。この様な物であるので、中層７０ｂの音響インピーダンスは上層７０ａの音響インピーダンスより大きい。同様に、中層７０ｂの音響インピーダンスは下層７０ｃの音響インピーダンスより大きい。圧電層２２が振動するとき、それにより生じた振動は層７０ａ、７０ｂ、７０ｃによって基板３４から実質的に絶縁される。この様に振動が絶縁されるので、基板３４は、たとえば、Ｓｉ、ＳｉＯ₂、ＧａＡｓ、ガラスまたはセラミック材料などのインピーダンスの低い材料で構成されることができる。

ＢＡＷ共振器２０は、構造的に頑丈であり、製造歩留まりを高くし、包装を容易にすることを可能にするものである。また、この共振器は小型なので、ウェーハ上にコンパクトな共振器のレイアウトを設けることが可能となる。

本発明の別の実施態様では、共振器８０が設けられる。この共振器８０の横断面が図３に示されている。図３は、本発明の共振器の他の実施態様を示す断面説明図である。共振器８０は圧電層８２を有し、これは上側電極８４の一部分と下側電極８６の一部分との間に位置する。共振器８０は、膜８８と、ビアホール９２を有する基板９０とを有する。膜８８は、（１）下側電極８６の底面と、（２）圧電層８２の底面の一部分と、（３）上側電極８４の底面の一部分とに隣接する上表面を有する。膜８８の底面は、基板９０の上表面と、基板９０の中に形成されているビアホール９２の一部分とに隣接している。共振器８０の等価回路が図４に示されている。図４は図３の等価回路を示す説明図である。図４において、Ｌｍはインダクタンス、Ｃｍ、Ｃｏは容量、Ｒは抵抗を示す。

共振器８０は前述の共振器２０と同様に作動し、これら両方の装置がエアインターフェース（すなわち、共振器２０（図２参照）のエアギャップ３４と共振器８０（図３参照）のビアホール９２）によって、それぞれの圧電層２２、８２により作られた音響振動を反射する。これらの共振器２０、８０の主な差違は、それぞれのエアインターフェースを作るために使用される方法である。たとえば、共振器８０の製造工程では、材料が蒸着されて上側電極８４、下側電極８６、圧電層８２、および膜８８の各々が形成された後、ビアホール９２を形成するために基板の一部分が基板９０の下からエッチングにより除去される。

膜８８は、たとえば、ｐｏｌｙ−ＳｉまたはＳｉＯ₂で構成されうる。圧電層８２、電極８４、８６、および基板９０は、共振器２０のそれぞれの対応する構成要素と同様の材料で構成されうる。ビアホール９２のサイズは、共振器８０の表面積と基板９０の厚さとに依存する。たとえば、共振器８０が２００μｍ×２００μｍの表面積をもっていて、基板９０が５００μｍの厚さのＳｉで構成されているばあい、ビアホール９２の表面積はほぼ９００μｍ×９００μｍである。

図示されていない本発明の他の実施態様では、共振器８０と同じ要素を有する共振器が供給される。しかし、本発明のこの実施態様では、膜は設けられず、下側電極の底面と、圧電層の底面の一部分と、上側電極の底面の一部分とは基板の上表面とビアホール部分上に直接置かれる。

図５は、本発明の共振器のさらに他の実施態様を示す説明図であり、共振器８０′は、上側電極８４′、圧電層８２′、下側電極８６′、および基板９０′からなっており、この基板はビアホール９２′と膜（基板９０′のうち上下方向の厚さが薄くなっている部分）８８′とを有する。これらの要素は、相対的に、共振器８０のそれぞれの対応する要素と同様に配置されてはいるけれども、膜８８′が、基板の、圧電層８２′の一部分と下側電極８６′の一部分との下に位置する部分によって形成されている点では異なっている。膜８８′は、たとえば、上で述べたのと同様にして基板９０′の下から基板材料をエッチングすることによって基板材料を除去することによって形成される。しかし、膜８８′を形成するために、基板９０′の、圧電層８２′の一部分と下側電極８６′の一部分とに隣接する部分は製造工程中にエッチングされずに残される。共振器８０′は図３の共振器８０と同様に作動する。

すでに知られている種類の共振器（たとえば、水晶共振器など）と同様に、前述の共振器は、各々、２つの別々の共振周波数、すなわち直列共振周波数および並列共振周波数を示す。これらの共振周波数は、共振器を形成する個々の層の厚さと、それらの層を形成する材料の音響インピーダンスとにより決まる。たとえば、厚さの薄い共振器は、それより厚い共振器が示す共振周波数より高い共振周波数を示す。

また、低い音響インピーダンスを有する材料からなる層を有する共振器は、それより高い音響インピーダンスを有する層からなる共振器より高い周波数で共振する。たとえば、図２（ａ）に示されている構造と同様の構造をもっていて、２μｍの厚さのＺｎＯからなる圧電層２２と０．４μｍの厚さのＳｉからなる下層３２とを有する共振器は、同様の材料からなっているけれども０．４μｍの厚さのＳｉＯ₂からなる下層３２を有する共振器より高い周波数で共振する。それは、ＳｉがＳｉＯ₂より低い音響インピーダンスを有するので、縦モードの音波がＳｉ中ではＳｉＯ₂中より速い速度で進行するからである。

また、他の共振器と比べて薄い圧電層と厚い膜とを有する共振器は、他の共振器より小さな実効結合係数（effective coupling coefficient）を有するとともに、周波数スペクトル上で他の共振器より互いに近い直列共振周波数および並列共振周波数を有する。この様なものであるので、本発明のＢＡＷ共振器を１個または数個フィルターに使用する応用例では、そのフィルターは狭い帯域幅を示しうる。

本発明のＢＡＷ共振器は、各々、該共振器の表面積に対応する特性音響インピーダンスをもっている。たとえば、広い表面積を有する共振器は、それより狭い表面積を有する共振器より低い特性音響インピーダンスを有する。

これまでに本発明の特徴を幾つか説明したが、つぎに本発明の別の特徴、すなわちＢＡＷ共振器を製造する工程について説明する。図２０は、製造中の本発明の共振器の一例を示す説明図である。図２０（ａ）は図２０（ｃ）のＢ−Ｂ線断面説明図であり、図２０（ｄ）は図２０（ｃ）のＣ−Ｃ線断面説明図である。基板４２とＺｎＯ層４４とのいろいろな断面が示されている図２０（ａ）〜２０（ｄ）を見ると、この工程の始めのステップが分かる。図２０（ａ）に示されている例では、基板４２はガラスで構成されていて１００ｎｍの厚さを有する。製造工程の第１ステップとして、基板４２の上にＺｎＯがスパッタリングされる。つぎに第１マスク層（図示せず）を使ってＺｎＯをウェットエッチングによりパターン化することによって、表１に示されているように、使用されるウェーハの種類に応じてたとえば８００ｎｍから１０００ｎｍまでの厚さを有する「クッション（cushion）」を形成する。その後、ＺｎＯをエッチングすることにより、ＺｎＯの側面部を形成する緩やかに傾斜するクッション縁部（クッション縁部４４ａ、４４ｂが図示されている）を形成する。この様にして、第１のＺｎＯ層４４が形成される。

つぎに、第１のＺｎＯ層４４の上にＳｉＯ₂（たとえば、ＰＥＣＶＤ法によるＳｉＯ₂）が蒸着される。つぎに、第２マスク層（図示せず）を用いて、蒸着されたＳｉＯ₂をフッ素プラズマ（以下、「Ｆプラズマ」という）中でエッチングによりパターン化する。つぎに、保護フォトレジストを酸素プラズマ中で除去する。このパターン化のステップは「整調層」４６または「第１のＳｉＯ₂層」を形成する。この整調層４６は図２０（ｂ）に示されていて、使用されるウェーハの種類に応じて表２に示されている種々の代表的な厚さをもつことができる。

つぎのステップとして、整調層４６と基板の選択された部分との上にＳｉＯ₂（たとえばＰＥＣＶＤ法によるＳｉＯ₂）を蒸着させて、たとえば４００ｎｍの厚さを有する第２のＳｉＯ₂層４８を形成する。明瞭な記述を提供するという目的のために、製造工程に関する明細書の以下の残りの部分においては、ＳｉＯ₂からなる整調層４６および層４８をまとめて「ＳｉＯ₂層４８′」という。また、図２０（ｃ）〜２４（ｃ）では、これらの層には一括して参照符「４８′」が付されている。

製造工程のつぎのステップは、たとえばモリブデン（Ｍｏ)等の金属元素をＳｉＯ₂層４８′の上にスパッタリングする作業を含む。つぎに、このＭｏをＦプラズマ中で第３マスク層を用いてエッチングによりパターン化して、下側電極の第１層部分（以下、「第１下側電極部分」という）５０を形成する。このパターン化ステップは、第１下側電極部分５０の側面部５０ｂがＳｉＯ₂層４８′の上表面の角の縁部４８ａから水平方向に約２０μｍの距離だけ隔てられることとなるように行われる。このことは、図２２（ｃ）のＨで示される領域の共振器構造を拡大して示す図２２（ｄ）を検討すれば分かる。第１下側電極部分５０の周辺の外側に位置するＳｉＯ₂層４８′も、必要に応じてエッチングすることができる。また、たとえば薄い金のフィルム（図示せず）で第１下側電極部分５０を覆うこともできる。

図２１（ａ）〜２１（ｃ）を参照する。図２１は、製造中の本発明の共振器の他の例を示す説明図である。図２１（ａ）は図２１（ｂ）のＤ−Ｄ線断面説明図であり、図２１（ｃ）は図２１（ｂ）のＥ−Ｅ線断面説明図である。つぎのステップは、第１下側電極部分５０とＳｉＯ₂層４８′の選択された部分との上に高温でＺｎＯをスパッタリングする操作を含む。つぎに第４マスク層を用いて、このＺｎＯをウェットエッチングでパターン化して、たとえば２０６０ｎｍの厚さを有する第２のＺｎＯ層５２（すなわち、圧電層）を形成する。このパターン化ステップは、好ましくは、第２のＺｎＯ層５２の上表面が、たとえば、４００μｍの幅を有することとなるように行われる。図２１（ｂ）の共振器のＥ−Ｅ線断面を示す図２１（ｃ）を検討すればこのことが分かる。また、このパターン化ステップは、好ましくは、第２のＺｎＯ層５２の底面が共振器の他の構成要素から特定の距離だけ隔てられた縁部を有することとなるように行われる。たとえば、図２１（ｃ）を参照すると、第２のＺｎＯ層５２の縁部５２ｂは、ＳｉＯ₂層４８′の角の縁部４８ａから水平方向に約４０μｍの距離だけ隔たることとなるように形成されている。また、たとえば、図２２（ｄ）をもう一度参照すると、第２のＺｎＯ層５２の縁部５２ｂは、第１下側電極部分層５０の側面部５０ｂから水平方向に約２０μｍの距離だけ隔たることとなるように形成されている。また、第１下側電極部分５０の側面部５０ｂはＳｉＯ₂層４８′の角の縁部４８ｂから水平方向に約２５μｍの距離だけ隔たっている。

製造工程のつぎのステップは、第２のＺｎＯ層５２の選択された部分と、ＳｉＯ₂層４８′の選択された部分と、第１下側電極部分５０の選択された部分との上にＳｉＯ₂（たとえば、ＰＥＣＶＤ法によるＳｉＯ₂）を蒸着する作業を含む。その後、エッチングストップ層をうるために、新たに蒸着されたＳｉＯ₂層の上にＡｌＮを蒸着させる。つぎに第５のマスク層（酸化物保護膜（oxide passivation））を用いて、新たに蒸着されたＡｌＮおよびＳｉＯ₂をＦプラズマ中でのウェットエッチングによってパターン化して、図２２（ａ）〜２２（ｄ）に示されているように、ＡｌＮ層５６（黒塗りの線を参照）と第３のＳｉＯ₂層５４とをそれぞれ設ける。図２２は、製造中の本発明の共振器の他の例を示す説明図である。図２２（ａ）は図２２（ｂ）のＦ−Ｆ線断面説明図であり、図２２（ｃ）は図２２（ｂ）のＧ−Ｇ線断面説明図である。また、図２２（ｄ）は図２２（ｃ）のＨで示される領域を拡大して示す説明図である。第３のＳｉＯ₂層は、たとえば、３００ｎｍの厚さを有する。ＡｌＮ層５６は、たとえば、５００ｎｍの厚さを有する。第１下側電極部分５０がダメージを受けないことを保証するために、わずかな過エッチングが行われるに過ぎないことに注意しなければならない。このパターン化ステップの結果として、第２のＺｎＯ層５２の上表面の一部分５２ａと第１下側電極部分５０の上表面の一部分５０ａ（図２２（ａ）参照）とが空気にさらされることとなる。また、このパターン化ステップにより、層５４、５６の一部分が除去されて、ＳｉＯ₂層４８′の上表面の一部分が空気にさらされることとなる。たとえば、図２２（ｄ）を参照すると、このパターン化ステップによって、層５４、５６の側面５４ａ、５４ｂが形成される。側面５４ａ、５４ｂは互いに水平方向に約３０μｍの距離だけ隔たっている。従って、開口部Ａ′およびＢ′（「エッチング窓」ともいう）がこの構造の圧電層５２の両側に形成されて、ＳｉＯ₂層４８′の上表面の一部分が空気にさらされることになる。

図２１（ｃ）および２２（ｄ）に示されている各部寸法割合は、共振器構造の寸法割合の一実施態様であって、本発明の範囲を限定することを意図したものではない。寸法は図２２（ｄ）に示されている共振器の部分のみについて示されているけれども、それらの寸法は図２２（ｄ）に示されていない共振器の類似の部分をも代表するべきものである。

図２３（ａ）〜２３（ｃ）を参照すると、製造工程のさらなるステップが分かる。図２３は、製造中の本発明の共振器の他の例を示す説明図である。図２３（ａ）は図２３（ｂ）のＩ−Ｉ線断面説明図であり、図２３（ｃ）は図２３（ｂ）のＪ−Ｊ線断面説明図である。上側電極５８と下側電極の第２層部分（以下、「第２下側電極部分」という）６０とは、（ａ）第２のＺｎＯ層５２の選択された部分と、ＡｌＮ層５６の選択された部分と、第１下側電極部分５０の選択された部分との上にモリブデン（Ｍｏ）をスパッタリングし、（ｂ）第６マスク層（図示せず）を用いてＦプラズマ中でエッチングを行うことにより、スパッタリングされたＭｏをパターン化することによって形成される。上側電極５８と、第２下側電極部分とは、たとえば、３００ｎｍの厚さを有する。その後、第１のＺｎＯ層４６のクッション部（たとえば、クッション縁部４４ａ、４４ｂ）を覆っているＳｉＯ₂層４８′の選択された部分が深い（deep）エッチングにより除去される。第３のＳｉＯ₂層５４はＡｌＮ層５６によって保護され続ける。つぎに保護フォトレジストが酸素プラズマ中で除去される。つぎのステップは、保護フォトレジスト上でのスピニングと、第７マスク層（図示せず）でのエッチングによるそのパターン化とでビアホール４１、４３（図２４（ｂ）参照）を形成する作業を含む。図２４は、製造中の本発明の共振器の他の例を示す説明図である。図２４（ａ）は図２４（ｂ）のＫ−Ｋ線断面説明図であり、図２４（ｃ）は図２４（ｂ）のＬ−Ｌ線断面説明図である。

つぎに必要に応じてチップ間またはウェーハ間でのこ引きを行うこと（sawing）によりさいの目状に溝を形成し、その後にたとえばアセトン中でフォトレジストを除去する。また、図２４（ａ）〜２４（ｃ）を参照すると、希釈したＨＡｃ＋Ｈ3Ｐ０4中で開口部Ａ′、Ｂ′をエッチングすることによって第１の（クッション）ＺｎＯ層４６を除去してエアギャップ６２を形成する。製造工程のこれらのステップが完了した後、試験装置で共振器の動作特性を試験することができる。また、必要に応じて、Ｆプラズマ中でエッチングを行うことによってモリブデンの一部を上側電極５８と第２下側電極部分６０とから除去することができる。これらのステップが完了すると、前記、溝に沿って割ることによりウェーハをチップ化することができる。

つぎに本発明の別の特徴について説明する。たとえばコンデンサ等の、電圧依存素子を有する回路に含まれている共振器は並列共振周波数または直列共振周波数を示し、その周波数は、その電圧依存素子にＤＣバイアスがかけられると変化するということが知られている。その様な２つの回路の例が図６および８に示されている。たとえば、図６は、共振器１１４および能動素子１１６が直列に接続されているコンデンサ１１２を含む従来の回路１１０を示す説明図である。図８は、共振器１１４の等価回路と直列に接続されているコンデンサ１１２を含む従来の回路１１３を示す説明図である。これらの回路１１０、１１３の可変電圧コンデンサ１１２のＤＣバイアスを変化させると、直列に接続されているコンデンサ１１２のキャパシタンスの値が変化する。その結果として、これらの回路が示す直列共振周波数がシフトする。しかし、共振器１１４は無バイアス状態にとどまり、共振器１１４の等価回路要素（すなわち、直列誘導子、直列コンデンサ、直列抵抗器、および並列コンデンサ）は一定の値を有する。従って、前記回路の共振周波数の変化は主として可変電圧コンデンサ１１２のＤＣバイアスの変化のみの影響として生じるということが分かる。

回路１１３の直列共振周波数Ｆｓを次式のように定義することができる。

Ｆｓ＝１／（２・Ｐｉ／（Ｌｓ・Ｃｔｏｔ））
ここで、Ｌｓは共振器１１４の等価回路直列誘導子を表し、Ｃｔｏｔは共振器１１４の等価回路直列コンデンサ（Ｃｓ）とコンデンサ（Ｃｔｕｎ）１１２との組み合わせキャパシタンスを表し、Ｃｔｏｔ＝Ｃｓ・Ｃｔｕｎ／（Ｃｓ＋Ｃｔｕｎ）である。

共振器１１４の直列共振周波数より低い周波数では、共振器１１４はコンデンサのように振る舞う。共振器１１４の直列共振周波数より高い周波数では、共振器は誘導子のように振る舞う。従って、回路１１０、１１３の直列共振周波数を共振器１１４の特性共振周波数より高い方へシフトさせることができるが、それより低い方へシフトさせることはできないということが分かる。これらの周波数は共振器１１４の並列共振周波数に限定される。

コンデンサと並列に接続されている共振器を有する回路の例が図９に示されている。図９は、コンデンサ１１２と並列に接続されている共振器１１４の等価回路を含む従来の回路１１３ａを示す説明図である。この回路１１３ａの共振器１１４は、コンデンサ１１２にＤＣバイアスがかけられ、その結果としての電圧が共振器１１４の両端間にかかると、その並列共振周波数のシフトを示す。このシフトに起因して共振器１１４は、その電圧がかかっていないときに共振器１１４が示すものとは異なる並列共振周波数をもつこととなる。

回路１１３ａの並列共振周波数は、共振器１１４の特性並列共振周波数より低い周波数へ整調されうるに過ぎない。その周波数の下限は共振器１１４の直列共振周波数である。

この説明の目的上、印加された電圧に応答してシフトする直列共振周波数および並列共振周波数を有するＢＡＷ共振器を「整調可能な共振器」と称する。

本発明のＢＡＷ共振器は、該共振器の両端間に印加されたＤＣバイアス電圧に応答して、その並列共振周波数および直列共振周波数、ならびにそのインピーダンスをシフトさせる。このシフトはつぎのように生じる。すなわち、１つの共振器の電極にバイアス電圧が印加されると、そのバイアス電圧の作用（function）に従う強さを有する電界が前記電極間に位置する圧電材料（圧電層）の中に生じる。その電界は、バイアス電圧の極性に応じて圧電材料を膨張または収縮させる。その結果として、圧電材料は、印加されたＤＣバイアス電圧の効果が無いときに圧電材料が示すものとは異なる特別の自動的（mechanical）共振周波数、特別のインピーダンス、ならびに特別の並列共振周波数および直列共振周波数を示す。従って、時間に依存する可変電圧の発生源からＤＣバイアス電圧が供給されるばあいには、変化するバイアス電圧が共振器に印加されると電界はその変化する電圧の作用によって変化する。その結果として、圧電材料は、時間とその変化する電圧との作用によって変化する周波数で共振し、その変化する電圧の作用として変化するインピーダンスを示す。バイアス電圧は、圧電材料と関連するパラメータに対しても影響を及ぼす可能性がある。それらのパラメータも共振周波数に影響を及ぼす可能性がある。

また、ＤＣバイアス電圧が変化した結果として、本発明のＢＡＷ共振器は、その変化するバイアス電圧の作用として変化する特定の周波数で最大の位相シフト応答を示す。

図７および１０に示されている回路と、図１１、１２、および１３とを検討すればＢＡＷ共振器が示すインピーダンス、利得、および位相「シフト」特性を理解することができる。たとえば、図７は、共振器１１４を包含する回路１１０ａを示す説明図であり、この共振器は、印加されたバイアス電圧に応答してそのインピーダンスならびに並列共振周波数および直列共振周波数をシフトさせるとともに、特定の周波数で最大の位相シフト応答を示す。同様に、図１０は、図７の回路と同様の特性を示す共振器１１４（たとえば、ＢＡＷ共振器）の等価回路を含む回路１１３ｃを示す説明図である。図１１は、印加された負のバイアス電圧（−Ｖ）、バイアス電圧無（０ｖ）、正のバイアス電圧（＋Ｖ）（たとえば−２８ボルト、０ボルト、＋２８ボルトのバイアス電圧）に応答する代表的な１ポートＢＡＷ共振器を用いて測定された位相曲線および振幅曲線を示すグラフである。周波数は９４２ＭＨｚから９５２ＭＨｚに及ぶ。図１１において、バイアス電圧が負のときの位相曲線をイ、バイアス電圧が０のときの位相曲線をロ、バイアス電圧が正のときの位相曲線をハ、バイアス電極が負のときの振幅曲線をニ、バイアス電圧が０のときの振幅曲線をホ、バイアス電圧が０のときの振幅曲線をヘとして示す。なお、のちに示される図１２〜１８においても同様に示す。なお、図１１〜図１８において、縦軸（右側）は位相（°）を示し、横軸は周波数（Ｈｚ）を示す。また、図１１〜１３において、縦軸（左側）は入力インピーダンス（Ω）を示し、図１４〜１８において、縦軸（左側）は利得（ｄＢ）を示す。図１２は、図１１の曲線の一部分を示しており、とくに該曲線の、ＢＡＷ共振器の直列共振が生じる部分を示すグラフである。図１３は、図１１の曲線の、ＢＡＷ共振器の並列共振が生じる部分を示すグラフである。

本発明の整調可能なＢＡＷ共振器は、種々の用途に利用されうるものである。たとえば、前記共振器の１つまたは数個を、電圧制御される発振器のための電圧依存フィードバック素子として、または集積された発振器における周波数制御素子として使用することができる。１個または数個のＢＡＷ共振器を用いて、整調可能な中心周波数を有するフィルターを作ることができる（たとえば、デュアルモード用）。この用途のために、帯域フィルターを前記共振器と統合することができる。前記共振器の並列共振周波数と直列共振周波数とは実質的に一定の帯域幅で隔てられているので、この用途に利用される共振器は、前記フィルターにほぼ一定の帯域幅をもたせることを可能にする。さらに、ＢＡＷ共振器は完全に集積化可能な装置であるので、該共振器を使用することのできるフィルターおよび電圧制御発振器のサイズを小さくすることができる。

これらの用途に加えて、本発明者は、周波数信号（たとえば、ＫＨｚないしＭＨｚの領域）をＢＡＷ共振器に印加するとき、該共振器を用いて、それより高いＲＦキャリヤ信号を振幅変調または位相変調することができることを確認した。ＲＦキャリヤ信号を振幅変調または位相変調するためにＢＡＷ共振器１０２が組み込まれている回路９１を示している図１（ａ）を検討すると、このことが分かる。図１は本発明の装置である回路の一実施態様および他の実施態様を示す説明図である。図１（ａ）は本発明の装置である回路の一実施態様を示す説明図である。回路９１内で、共振器１０２は２つの回路分岐と並列に接続されている。その分岐のうちの１つは、ＲＦキャリヤ信号を発生させるための発振器９０と、帯域フィルター９２と、低周波遮断コンデンサ９４とからなっている。第２の分岐は、変調低周波信号を発生させるための発振器９６と、低域フィルター９８と、ＲＦチョーク１００とからなっている。共振器１０２は、たとえば図２（ａ）、３、および５に示されている共振器のうちの１つなどの、すでに知られているどの様な種類の共振器であってもよい。

回路９１を用いてＲＦ信号を振幅変調する応用例では、回路９１はつぎのように作動する。すなわち、発振器９６は、指定された時間にわたって所定の電圧範囲内で（たとえば、−３０ボルト、０ボルト、および＋３０ボルト）変化する変調低周波信号を発生させる。この低周波信号が作られた後、この信号は低域フィルター９８によって濾波され、その後にＲＦチョーク１００に印加され、このＲＦチョークはＲＦ信号を遮断する。ＲＦチョーク１００は、共振器１０２を有する回路９１の残りの部分にその低周波信号を供給する。

この低周波信号が回路９１の残りの部分を進むとき、この信号の結果として共振器１０２の電極１０２ａ、１０２ｂの間に電圧が印加される。その電圧は共振器１０２の電極１０２ａ、１０２ｂの間の圧電材料１０２ｃの中に電界を生じさせる。その電界の強さは、低周波信号に応じて共振器１０２に加わる時間変化する電圧の作用によって変化する。この電界は上で解説したのと同様にして圧電材料１０２ｃに影響を及ぼして該圧電材料を振動させ、これが前記共振器の直列共振周波数および並列共振周波数をシフトさせるとともに前記共振器のインピーダンスをシフトさせる。その直列共振周波数および並列共振周波数ならびにインピーダンスのシフト量は、低周波信号の電圧変化量および電界の変化量の作用による。並列共振周波数と直列共振周波数とを境界とする帯域幅は、周波数シフト時にも実質的に一定のままである。

発振器９０は、印加された変調低周波信号に応じて共振器１０２が示す直列共振周波数および並列共振周波数の間にある周波数を有するＲＦキャリヤ信号を発生させる。好ましくは、発生されるＲＦキャリヤ信号は、前記共振器が印加された変調低周波信号に応じて最小位相シフトを示す周波数範囲の中にある周波数を有する。たとえば、図１５に示されているような周波数応答（これについては後に詳しく説明する）を有する共振器では、最小位相シフトは約９６３ＭＨｚで生じる。同様に、図１７に示されているような周波数応答（これについても後述する）を有する共振器では、最小位相シフトは約９７８ＭＨｚで生じる。これらのばあいには理想的なキャリヤ信号周波数は、それぞれ、約９６３ＭＨｚおよび９７８ＭＨｚである。

このＲＦキャリヤ信号が発振器９０によって発生された後、該ＲＦキャリヤ信号は帯域フィルター９２によって濾波され、つぎに低周波遮断コンデンサ９４に印加され、このコンデンサは、それに随伴する低周波信号を遮断する。その後、前記ＲＦキャリヤ信号は、共振器１０２を有する回路９１の残りの部分に供給される。

変調低周波信号に応じて共振器１０２が示すインピーダンスならびに直列共振周波数および並列共振周波数のシフトに起因して、回路９１のノード９５と出力ノード９６との間を進むＲＦキャリヤ信号の一部分が共振器１０２を通過する。ＲＦキャリヤ信号のこの部分の大きさは、共振器１０２が示す変化するインピーダンスおよび共振器に依存する。その結果として、ノード９５と出力ノード９６との間を進むＲＦキャリヤ信号の強度は、低周波信号の電圧変化量の作用によって時間的に変化する量だけ減衰させられる（すなわち、この信号は時間に依存して量が変化するそう入損を被る）。従って、キャリヤ信号が振幅変調される結果となる。たとえば、−Ｖ、０Ｖおよび＋Ｖの間で変化する電圧を有する６００ｋＨｚ変調信号を介して９６３ＭＨｚキャリヤ信号を振幅変調するために、図１５に示されているような周波数応答を有する共振器を使用する代表的な例では、該キャリヤ信号は、時間変化する約±２ｄＢのそう入損を被る（図１５についての下の説明を参照）。

図１（ｂ）は本発明の装置である振幅変調を行うための回路の他の実施態様を示す説明図である。図１（ｂ）に示される回路９３は図１（ａ）に示される回路９１のものと類似する要素からなっているけれども、共振器１０２′が回路９３の中で直列に接続され、コイル１０４がグラウンドに接続されている点では異なっている。回路９１の作動と同様に、発振器９６は低周波数変調信号を発生させ、発振器９０は、共振器１０２′の直列共振周波数と並列共振周波数との間の周波数を有するＲＦキャリヤ信号を発生させる。この低周波信号は要素９８、１００に印加され、ＲＦキャリヤ信号は要素９２、９４に印加され、それらは上で説明したのと同様に働く。低周波信号はつぎに共振器１０２′に印加され、これにより電極１０２ａ′、１０２ｂ′間の圧電材料１０２ｃ′に電界が生じる。この電界は、前に説明したと同様に、低周波信号の電圧変化量の作用によって共振器１０２′のインピーダンスならびに直列共振周波数および並列共振周波数をシフトさせる。従って、ＲＦキャリヤ信号が回路９３をノード９５から共振器１０２′へ進んで共振器１０２′に印加された後、この信号は、時間に依存する減衰を被って、振幅変調された信号となる。この振幅変調された信号は出力ノード９６に供給される。低周波信号はコイル１０４を介して低周波数グラウンドへ向けられる。

上で述べたように、図１（ａ）の回路９１を使用してキャリヤ信号を位相変調することもできる。この応用のために、回路９１は前述の様に操作されるけれども、発振器９０は、分岐接続された共振器１０２の並列共振周波数に好ましくはほぼ等しい周波数を有するキャリヤ信号を発生させる。これは、共振器１０２に印加された変調低周波信号の結果として、共振器１０２が共振してその最大位相シフトを生じさせることとなる周波数である。従って、この周波数を有する信号を共振器１０２に印加すると、変調低周波信号の電圧の変化量の作用に従う量だけ信号の位相がシフトする。たとえば、共振器１０２が図１５に示されているものと同様の周波数応答曲線を有し、共振器１０２に印加される低周波信号が−Ｖ、０Ｖ、および＋Ｖの間で変化する電圧をもっている代表的なばあいには、約９７７．５ＭＨｚの周波数を有するキャリヤ信号に約±２８°の位相シフトが生じる。

図１（ｂ）の回路９３を使用してキャリヤ信号を位相変調することもできる。この応用のために、回路９３は前に説明したのと同様に作動するけれども、発振器９０は、直列接続されている共振器１０２′の直列共振周波数に好ましくはほぼ等しい周波数のキャリヤ信号を発生させる。これは、共振器１０２′に対する低周波信号の影響の結果として、共振器１０２′が共振してその最大位相シフト応答を生じさせることとなる周波数である。従って、このキャリヤ信号を共振器１０２′に印加すると、変調低周波信号の電圧の変化量の作用に従う量だけ信号の位相がシフトする。この位相変調されたキャリヤ信号は出力ノード９６に供給され、低周波信号はコイル１０４を介して低周波数グラウンドへ向けられる。

回路９１または回路９３が特定の用途において適しているかどうかは、それぞれの回路を形成する要素のインピーダンスによる。たとえば、分路接続構成の共振器（図１（ａ）参照）は、高インピーダンス回路のために最も効率よく作動する。

本発明のＢＡＷ共振器は、ほぼ５００ＭＨｚから少なくとも３ＧＨｚに及ぶ範囲の周波数を有するＲＦキャリヤ信号を振幅変調または位相変調することができ、少なくとも±３０ｄＢｍのＲＦ電力レベルで動作することができる。さらに、前記共振器は、少なくとも±３０ボルトの電圧とＫＨｚからＭＨｚに及ぶ範囲の中の周波数とを有する低周波数変調信号に応答して前述の変調を行うことができる。また、±２８ボルト、６００ＫＨｚの変調低周波信号を使用するばあいにおいてキャリヤ信号の少なくとも５％の振幅変調が観測されている。しかし、ＲＦキャリヤ信号の少なくとも３０％の振幅変調が達成可能である。本発明は、変調低周波信号の１ボルトあたりに少なくとも１°だけキャリヤ信号を移相することもできる。

図１４〜１７は、直列にまたは並列に接続されていて、特定のインピーダンスの２つのポートを有するいろいろな代表的ＢＡＷ共振器の周波数応答を示す。各図で、３つの利得応答曲線は、それぞれ、負、ゼロ、正のバイアス電圧に対する振幅対周波数応答を表す。同様に、３つの位相応答曲線は、それぞれ、負、ゼロ、正のバイアス電圧に対する位相対周波数応答を表す。特定の共振器で振幅変調および位相変調を達成するための理想的キャリヤ信号周波数も示されている。

図１４は、分岐接続されている代表的な２ポートＢＡＷ共振器の周波数応答を示すグラフである。当該ポートは、１ｋΩの高インピーダンスを有する。この例では、前記共振器は、２０６０ｎｍの厚さのＺｎＯ層と、４００ｎｍの厚さのＳｉＯ₂層とを有し、３３０μｍ×３３０μｍの側面寸法を有する。

図１５は、分岐接続されている２ポートＢＡＷ共振器の周波数応答を示すグラフである。当該ポートは高インピーダンス（たとえば、１ｋΩ）を有する。この例では、前記共振器は、１６５０ｎｍの厚さのＺｎＯ層と、１１４０ｎｍの厚さのＳｉＯ₂層とを有し、３３０μｍ×３３０μｍの側面寸法を有する。また、上で述べたように、低周波数（たとえば、６００ｋＨｚ）信号を前記共振器に印加すると、９６３ＭＨｚのキャリヤ信号は、約±２ｄＢの、時間変化するそう入損を被る。

図１６は、直列に接続されている２ポートＢＡＷ共振器の周波数応答を示すグラフである。当該ポートは低インピーダンス（たとえば、２０Ω）を有する。この例では、共振器は１７０μｍ×１７０μｍの面積と、高インピーダンスとを有する。

図１７は、直列接続されている代表的な２ポートＢＡＷ共振器の周波数応答を示すグラフである。当該ポートは低インピーダンス（たとえば、５０Ω）を有する。この例では、前記共振器はほぼ５０Ωのインピーダンスに相当する２３２μｍ×２３２μｍの面積を有する。また、この例では、低周波（たとえば、６００ｋＨｚ）信号を前記共振器に印加すると、９７８ＭＨｚの周波数を有するキャリヤ信号は、時間に依存する約±３ｄＢのそう入損を被る。

図１８は、印加された（たとえば＋２８Ｖ、０Ｖ、および−２８Ｖの）ＤＣバイアス電圧に対する、直列接続されている共振器の周波数応答を示すグラフである。図１９は、周波数が９５１ＭＨｚのＲＦキャリヤ信号と、周波数が６００ＫＨｚで振幅が８Ｖｐｐの低周波数変調信号とに対する前記共振器の測定された利得応答を示すグラフである。図１９において、縦軸は利益（ｄＢ）、横軸は周波数（Ｈｚ）を示す。図１９に示されているように、６００ｋＨｚでサイドバンドスパイク（Sideband spikes）が生じる。

本発明を、その好ましい実施態様によって詳しく図示し説明をしたけれども、本発明の範囲から逸脱せずにその形や細部を変更しうることを当業者は理解するであろう。

本発明の装置である回路の一実施態様および他の実施態様を示す説明図である。 本発明の共振器の一実施態様に従って構成されているＢＡＷ共振器を示す説明図である。 本発明の共振器の他の実施態様を示す断面説明図である。 図３の等価回路を示す説明図である。 本発明の共振器のさらに他の実施態様を示す説明図である。 共振器および能動素子が直列に接続されているコンデンサを含む従来の回路を示す説明図である。 共振器を包含する回路を示す説明図である。 共振器の等価回路と直列に接続されているコンデンサを含む従来の回路を示す説明図である。 コンデンサと並列に接続されている共振器の等価回路を含む従来の回路を示す説明図である。 図７の回路と同様の特性を示す共振器の等価回路を含む回路を示す説明図である。 印加されたバイアス電圧に応答する代表的な１ポートＢＡＷ共振器を用いて測定された位相曲線および振幅曲線を示すグラフである。 図１１の曲線の、ＢＡＷ共振器の直列共振が生じる部分を示すグラフである。 図１１の曲線の、ＢＡＷ共振器の並列共振が生じる部分を示すグラフである。 分岐接続されている代表的な２ポートＢＡＷ共振器の周波数応答を示すグラフである。 分岐接続されている２ポートＢＡＷ共振器の周波数応答を示すグラフである。 直列に接続されている２ポートＢＡＷ共振器の周波数応答を示すグラフである。 直列接続されている代表的な２ポートＢＡＷ共振器の周波数応答を示すグラフである。 印加されたＤＣバイアス電圧に対する、直列接続されている共振器の周波数応答を示すグラフである。 ＲＦキャリヤ信号と低周波数変調信号とに対する共振器の測定された利得応答を示すグラフである。 製造中の本発明の共振器の一例を示す説明図である。 製造中の本発明の共振器の他の例を示す説明図である。 製造中の本発明の共振器の他の例を示す説明図である。 製造中の本発明の共振器の他の例を示す説明図である。 製造中の本発明の共振器の他の例を示す説明図である。 本発明の共振器の他の実施態様を示す説明図である。 本発明の共振器の他の実施態様を示す説明図である。

符号の説明

２０ バルク型音波共振器
２２ 圧電層
２４、２６ 電極
２８ 膜
３４ エアギャップ
３６ 基板
４０ａ、４０ｂ エッチング

Claims (9)

1. 時間的に変化する電圧を有する低周波信号を発生させる可変電圧発振器と、
   前記可変電圧発振器に結合されて、電圧の作用によって変化する周波数で並列共振および直列共振を示す整調可能な共振器と、
   前記可変電圧発振器から出力される信号に応答して前記整調可能な共振器が示す並列共振周波数と直列共振周波数との間にある周波数を有するＲＦキャリヤ信号を発生させるための手段と
   からなり、前記可変電圧発振器から出力される低周波信号および前記ＲＦキャリヤ信号発生手段から出力されるＲＦキャリヤ信号との両方に応答して、前記整調可能な共振器は、変調を行う前記低周波信号の時間的に変化する電圧の作用によって、ある量だけ前記ＲＦキャリヤ信号を減衰させることにより該ＲＦキャリヤ信号を振幅変調する振幅変調回路。
2. 前記共振器が前記回路内で並列構成および直列構成のうちの一方で接続されている請求項１記載の振幅変調回路。
3. 前記可変電圧発振器から出力される信号に応答して前記整調可能な共振器が最小位相シフトを生じさせる周波数範囲の中にある周波数を有するＲＦキャリヤ信号を前記ＲＦキャリヤ信号発生手段が発生させる請求項１記載の振幅変調回路。
4. 時間的に変化する電圧を有する低周波信号を発生させるための可変電圧信号発振器と、
   前記可変電圧信号発振器から出力される変調低周波信号に応答して並列共振周波数および直列共振周波数のうちの一方で最大位相シフトを生じさせる整調可能な共振器と、
   並列共振周波数および直列共振周波数のうちの一方に実質的に等しい周波数を有するＲＦキャリヤ信号を発生させるための手段と
   からなり、前記可変電圧信号発振器から出力される変調低周波信号と前記ＲＦキャリヤ信号発生手段から出力されるＲＦキャリヤ信号との両方に応答して、前記整調可能な共振器が前記変調低周波信号の電圧の変化量の作用によって、ある量だけ前記ＲＦキャリヤ信号の位相をシフトさせることにより、位相変調された信号を生じさせる位相変調回路。
5. 前記ＲＦキャリヤ信号発生手段が、前記整調可能な共振器が前記回路内で並列構成で接続されているばあいには、前記並列共振周波数に実質的に等しい周波数を有する信号を発生させ、前記ＲＦキャリヤ信号発生手段が、前記整調可能な共振器が前記回路内で直列構成で接続されているばあいには、前記直列共振周波数を有する信号を発生させる請求項４記載の位相変調回路。
6. 印加された時間的に変化する電圧の作用によって、ある量だけ変化する並列共振周波数および直列共振周波数を示す整調可能な共振器に、時間的に変化する電圧を有する変調低周波信号を印加するステップと、
   前記並列共振周波数と前記直列共振周波数との間にある周波数を有するＲＦキャリヤ信号を前記整調可能な共振器に印加するステップと
   からなり、前記ステップに応答して前記整調可能な共振器が前記変調低周波信号の前記時間的に変化する電圧の作用によって前記ＲＦキャリヤ信号を減衰させることにより、前記ＲＦキャリヤ信号を振幅変調する方法。
7. 前記ＲＦキャリヤ信号が、前記共振器が前記変調低周波信号に応答して最大位相シフトを生じさせることとなる周波数にほぼ等しい周波数を有する請求項６記載の方法。
8. 信号を位相変調する方法であって、
   時間的に変化する電圧を有する変調低周波信号を整調可能な共振器に印加するステップを有し、当該整調可能な共振器が、前記変調低周波信号に応答して並列共振周波数および直列共振周波数のうちの一方で最大の位相シフトを生じさせるようになっており、その生じる位相シフトの量は前記変調低周波信号の電圧の変化量の作用であり、
   さらに、並列共振周波数および直列共振周波数のうちの一方に実質的に等しい周波数を有するＲＦキャリヤ信号を印加するステップを有し、該ステップに応答して前記整調可能な共振器が、該整調可能な共振器が生じさせる位相シフトの量だけ前記ＲＦキャリヤ信号の位相をシフトさせることにより前記ＲＦキャリヤ信号を位相変調する方法。
9. 前記ＲＦキャリヤ信号が、前記整調可能な共振器が直列に接続されているばあいには、前記直列共振周波数に実質的に等しい周波数を有し、前記ＲＦキャリヤ信号が、前記整調可能な共振器が並列に接続されているばあいには、前記並列共振周波数に実質的に等しい周波数を有する請求項８記載の方法。

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