JP2007243451A - 圧電薄膜デバイス - Google Patents
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Abstract
【解決手段】圧電薄膜共振子1においては、圧電体薄膜14が接着層12を介して支持基板11に支持されている。圧電体薄膜14の上面及び下面には、それぞれ、上面電極15及び下面電極13が形成されている。圧電体薄膜14の上面は、平坦となっているが、下面は、円柱形状の陥没149が形成され、非平坦となっている。陥没149は、励振電極となる上面電極151及び下面電極131が対向する励振領域141に形成されており、励振領域141における圧電体薄膜14の膜厚は非励振領域142よりも薄くなっている。
【選択図】図2
Description
図1は、本発明の望ましい実施形態に係る圧電薄膜共振子(FBAR;Film Bulk Acoustic Resonator)1の概略構成を示す斜視図である。図1には、説明の便宜上、左右方向をX軸方向、前後方向をY軸方向、上下方向をZ軸方向とするXYZ直交座標系が定義されている。この点は、後述する各図においても同様である。圧電薄膜共振子1は、圧電体薄膜14に励振される厚み縦振動による電気的な応答を利用した共振子となっている。
支持基板11は、圧電薄膜共振子1の製造途上で圧電体基板を除去加工するときに、下面電極13が下面に形成された圧電体基板を接着層12を介して支持する支持体としての役割を有している。加えて、支持基板11は、圧電薄膜共振子1の製造後に、下面電極13が下面に形成され、上面電極15が上面に形成された圧電体薄膜14を接着層12を介して支持する支持体としての役割も有している。したがって、支持基板11には、圧電体基板を除去加工するときに加わる力に耐え得ることと、圧電薄膜共振子1の製造後にも強度が低下しないこととが要請される。
接着層12は、圧電薄膜共振子1の製造途上で圧電体基板を除去加工するときに、下面電極13が下面に形成された圧電体基板を支持基板11に接着固定する役割を有している。加えて、接着層12は、圧電薄膜共振子1の製造後に、下面電極13が下面に形成され、上面電極15が上面に形成された圧電体薄膜14を支持基板11に接着固定する役割も有している。したがって、接着層12には、圧電体基板を除去加工するときに加わる力に耐え得ることと、圧電薄膜共振子1の製造後にも接着力が低下しないこととが要請される。
圧電体薄膜14は、圧電体基板を除去加工することにより得られる。より具体的には、圧電体薄膜14は、単独で自重に耐え得る厚み(例えば、50μm以上)を有する圧電体基板を、単独で自重に耐え得ない膜厚(例えば、10μm以下)まで除去加工で薄肉化することにより得られる。
上面電極15及び下面電極13は、導電材料を成膜することにより得られた導電体薄膜である。
実施例1では、支持基板11及び圧電体薄膜14を構成する圧電材料としてニオブ酸リチウムの単結晶、接着層12を構成する材料としてエポキシ接着剤、下面電極13を構成する導電材料としてモリブデン及びタンタル、上面電極15を構成する導電材料としてクロム及び金を用いて圧電薄膜共振子1を作製した。
実施例2では、圧電体薄膜14の、非励振領域142における厚さを1.094μmとし、励振領域141における厚さを1μmとしたこと以外は、実施例1と同様の手順で圧電薄膜共振子1を製造した。このようにして得られた圧電薄膜共振子1について、ネットワークアナライザ及びプローバーを用いて、周波数インピーダンス特性を評価したところ、図7に示す波形が得られた。
比較例では、圧電体薄膜14の下面を平坦とし、陥没を形成しなかったこと以外は、実施例1と同様の手順で圧電薄膜共振子を製造した。このようにして得られた圧電薄膜共振子について、ネットワークアナライザ及びプローバーを用いて、周波数インピーダンス特性を評価したところ、図8に示す波形が得られた。
実施例1〜2及び比較例から明らかなように、圧電薄膜共振子1において、励振領域141における圧電体薄膜14の単位面積あたりの質量を軽くする陥没149を形成することにより、周波数インピーダンス特性がスプリアスの影響を受けにくくなり、共振抵抗の上昇を回避できている。特に、実施例2に示すように、励振領域141及び非励振領域142における圧電体薄膜14の単位面積あたりの質量の差が、励振領域141における、圧電体薄膜14の単位面積あたりの質量と励振電極の単位面積あたりの質量との和の1%以上10%以下となるようにすれば、特に効果的にスプリアスを抑制することができる。
上述の説明では、単数の圧電薄膜共振子からなる圧電薄膜デバイスについて説明を行ったが、本発明における圧電薄膜デバイスとは、一般的に言えば、単数又は複数の圧電薄膜共振子を含む圧電薄膜デバイス全般を意味しており、単一の圧電薄膜共振子を含む発振子及びトラップ等並びに複数の圧電薄膜共振子を含むフィルタ、デュプレクサ、トリプレクサ及びトラップ等を含んでいる。
11 支持基板
12 接着層
13 下面電極
14 圧電体薄膜
15 上面電極
16 付加膜
17 圧電体基板
141 励振領域
142 非励振領域
144 離隔領域
Claims (8)
- 単数又は複数の圧電薄膜共振子を含む圧電薄膜デバイスであって、
不均一な膜厚を有する圧電体薄膜と、
前記圧電体薄膜を支持する支持体と、
励振領域において前記圧電体薄膜を挟んで対向するように前記圧電体薄膜の両主面に形成された電極膜と、
を備えることを特徴とする圧電薄膜デバイス。 - 請求項1に記載の圧電薄膜デバイスにおいて、
前記励振領域における前記圧電体薄膜の膜厚が非励振領域より薄くなっていることを特徴とする圧電薄膜デバイス。 - 請求項1又は請求項2に記載の圧電薄膜デバイスにおいて、
前記励振領域に厚み振動が励振されることを特徴とする圧電薄膜デバイス。 - 請求項1ないし請求項3のいずれかに記載の圧電薄膜デバイスにおいて、
前記圧電体薄膜を構成する圧電体材料がニオブ酸リチウムであり、
前記圧電体薄膜と前記支持基板とが接着層を介して接着されることを特徴とする圧電薄膜デバイス。 - 請求項1ないし請求項4のいずれかに記載の圧電薄膜デバイスにおいて、
前記圧電体薄膜の、前記支持体に面する一の主面を非平坦にし、他の主面を平坦にすることにより、前記圧電体薄膜の膜厚を不均一とすることを特徴とする圧電薄膜デバイス。 - 請求項2に記載の圧電薄膜デバイスにおいて、
前記励振領域における前記圧電体薄膜の単位面積あたりの質量と前記非励振領域における前記圧電体薄膜の単位面積あたりの質量との差が、前記励振領域における、前記圧電体薄膜の単位面積あたりの質量と前記電極膜の単位面積あたりの質量との和の0.1%以上20%以下であることを特徴とする圧電薄膜デバイス。 - 請求項6に記載の圧電薄膜デバイスにおいて、
前記励振領域における前記圧電体薄膜の単位面積あたりの質量と前記非励振領域における前記圧電体薄膜の単位面積あたりの質量との差が、前記励振領域における、前記圧電体薄膜の単位面積あたりの質量と前記電極膜の単位面積あたりの質量との和の1%以上10%以下であることを特徴とする圧電薄膜デバイス。 - 請求項1ないし請求項7のいずれかに記載の圧電薄膜デバイスにおいて、
前記圧電体薄膜は、前記励振領域を内包する領域の外側で前記支持体に支持され、前記領域が前記支持体から離隔されることを特徴とする圧電薄膜デバイス。
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