JP2007274660A - 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、所定のパターンを有する上面電極15及び下面電極13が形成されている。また、圧電体薄膜14の上面には、励振領域141の外側に質量を付加する付加膜16が上面電極15の上に重ねて形成されている。
【選択図】図1
Description
図1は、本発明の第1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。
続いて、図1及び図2を参照しながら、上面電極15及び下面電極13について説明する。ここで、図2(1)は、上方から見た場合の上面電極15及び付加膜16のパターンを示しており、図2(2)は、上方から見た場合の下面電極13のパターンを示している。また、図2(3)及び図2(4)は、それぞれ、図1のA-A及びB-Bの切断線における圧電薄膜共振子1の断面を示している。
図1及び図2に示すように、圧電体薄膜14の上面には、励振領域141の外側に質量を付加する付加膜16が上面電極15の上に重ねて形成されている。
図4は、本発明の第2実施形態に係る圧電薄膜フィルタ2の概略構成を示す斜視図である。圧電薄膜フィルタ2は、2個の圧電薄膜共振子をラダー型に接続したラダー型フィルタとなっている。
図5は、上面電極25、下面電極23及び付加膜26,27のパターンを示す図であり、図5(1)は、上方から見た場合の上面電極25及び付加膜26,27のパターンを示しており、図5(2)は、上方から見た場合の下面電極23のパターンを示している。図5においては、付加膜26が形成される領域には、45度左下がりのハッチングが描かれており、付加膜27が形成される領域には、45度右下がりのハッチングが描かれている。また、図6は、図4のVI-VIの切断線における圧電薄膜フィルタ2の断面を示している。
図4〜図6に示すように、圧電体薄膜24の上面には、励振領域241及び243の各々の外側に質量を付加する付加膜26が上面電極25の上に重ねて形成されている。付加膜26は、励振領域241及び243の各々の外郭に沿う外縁部に形成され、上面電極251〜253の間の間隙部分が途切れた不完全矩形環パターンを有している。
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、付加膜16を構成する材料としてクロムを用いて圧電薄膜共振子1を作製した。
比較例では、実施例1において、付加膜16であるクロム膜の厚さを0.06μm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11に示す波形が得られた。
比較例では、実施例1において、付加膜16であるクロム膜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12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の外側に質量を付加する付加膜16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。付加膜の効果は、実施例に述べた特定の材料と膜厚の組み合わせの場合のみでなく、ほかの膜構成においても得ることができた。また付加膜の効果の程度は膜構成に関わらず、付加膜の単位面積あたりの質量と圧電体薄膜の単位面積あたりの質量の比によって決定されることが判った。特に、実施例2に示すように、付加膜16の単位面積あたりの質量が、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(上面電極151及び下面電極131)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及び2個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。
2 圧電薄膜フィルタ
11,21 支持基板
12,22 接着層
13,23 下面電極
14,24 圧電体薄膜
15,25 上面電極
16,26,27 付加膜
17 圧電体基板
141,241,243 励振領域
142,242 非励振領域
144 離隔領域
Claims (10)
- 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、
圧電体薄膜と、
前記圧電体薄膜を支持する支持体と、
前記圧電体薄膜の両主面に形成された、所定のパターンを有する電極膜と、
前記圧電体薄膜の少なくとも一方の主面の振動が励振される励振領域の外側に形成された第1付加膜と、
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、
前記第1付加膜が、前記励振領域の外郭に沿う外縁部に形成され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、
前記圧電体薄膜の前記第1付加膜が形成された主面の、前記第1付加膜が形成された領域の外側に形成された導電性の第2付加膜、
をさらに備えることを特徴とする圧電薄膜デバイス。 - 請求項3に記載の圧電薄膜デバイスにおいて、
前記第2付加膜の膜厚が前記第1付加膜の膜厚より厚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5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6のいずれかに記載の圧電薄膜デバイスにおいて、
前記第1付加膜を構成する材料が金属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、
前記電極膜に重ねて形成された前記第1付加膜の単位面積あたりの質量が、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8に記載の圧電薄膜デバイスにおいて、
前記電極膜に重ねて形成された前記第1付加膜の単位面積あたりの質量が、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9のいずれかに記載の圧電薄膜デバイスにおいて、
前記第1付加膜が形成される領域が、前記支持基板から離隔された、前記励振領域を内包する領域の内部に広がっていることを特徴とする圧電薄膜デバイス。
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