JP2009100465A

JP2009100465A - 共振装置およびその製造方法

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Publication number: JP2009100465A
Application number: JP2008245282A
Authority: JP
Inventors: Yoshiki Hayazaki; 嘉城早崎; Chomei Matsushima; 朝明松嶋; Takaaki Yoshihara; 孝明吉原; Norihiro Yamauchi; 規裕山内; Takeo Shirai; 健雄白井
Original assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2007-09-25
Filing date: 2008-09-25
Publication date: 2009-05-07

Abstract

【課題】圧電層が均質な場合に比べて圧電層の厚みを薄くすることなく電気機械結合係数を高めることが可能な共振装置およびその製造方法を提供する。
【解決手段】共振装置は、支持基板１と、支持基板１の一表面側に形成された下部電極３１と、下部電極３１における支持基板１側とは反対側に形成された圧電層３２と、圧電層３２における下部電極３１側とは反対側に形成された上部電極３３とを備える。圧電層３２は、厚み方向の中央領域３２ａがモルフォトロピック相境界近傍の組成比の圧電材料により形成され、中央領域３２ａと下部電極３１との間の下部領域３２ｂ、中央領域３２ａと上部電極３３との間の上部領域３２ｃそれぞれが、中央領域３２ａよりも音響インピーダンスが大きな圧電材料により形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、下部電極と圧電層と上部電極との積層構造を有する共振子を備えた共振装置およびその製造方法に関するものである。

従来から、携帯電話機などの移動体通信機器の分野において、３ＧＨｚ以上の高周波帯で利用する高周波フィルタに適用可能な共振装置として、図５に示すように、支持基板１と、支持基板１の一表面側に形成された音響ミラー２と、音響ミラー２上に形成された共振子３’とを備えたＢＡＷ共振器が提案されている（例えば、特許文献１参照）。ここにおいて、音響ミラー２は、低音響インピーダンス層２１と高音響インピーダンス層２２とを交互に積層した積層構造を有し、共振子３’は、下部電極３１’と圧電層３２’と上部電極３３’との積層構造を有し、圧電層３２’の材料としてＡｌＮ、ＺｎＯ、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）などが用いられている。なお、ＢＡＷ共振器では、共振周波数が圧電層３２’の膜厚に反比例し、圧電層３２’の膜厚を薄くするほど共振周波数を高くすることができる。

上記特許文献１には、ＢＡＷ共振器として、ＳＭＲ（Solidly Mounted Resonator）が記載されているが、ＢＡＷ共振器としては、ＳＭＲの他にＦＢＡＲ（Film Bulk Acoustic Resonator）などが知られている。

なお、上述の共振装置をＵＷＢ（Ultra Wide Band）用フィルタに応用する場合、圧電層３２’の材料（圧電材料）として、帯域幅が中心周波数に対して４〜５％しか広帯域化できないＡｌＮに比べて中心周波数に対して１０％程度の帯域幅を得ることが可能で且つ電気機械結合係数が大きなＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）系材料を採用することが考えられ、また、ＰＺＴに比べて環境負荷の低減を図れる鉛フリーのＫＮＮ（ニオブ酸カリウムナトリウム）を採用することが考えられる。
特開２００５−２６０９６４号公報

ところで、図５に示した構成の共振装置では、圧電層３２’が上部電極３３’よりも広い範囲の全領域に亘って均質（一様）に形成されており、基本波の共振振動を利用する場合、一般的に、上部電極３３’の上面と下部電極３１’との下面との間で概ね２分の１波長の音響振動が生じるように共振子３’を設計する。ここにおいて、図５に示した構成の共振装置では、圧電層３２’に効果的に機械的ストレスがかかる状態にすることで電気機械結合係数を最大化でき、上部電極３３’および下部電極３１’の厚み寸法を大きくする一方で圧電層３２’の厚み寸法を小さくすることにより電気機械結合係数を最大化しているのが一般的である。

しかしながら、圧電層３２’の厚み寸法が小さくなると、インピーダンス整合の制約から、共振子３’の静電容量を所定値に調節するために、圧電層３２’上に上部電極３３’と圧電層３２’との接触面積を規定する開孔部を有する絶縁膜を形成して共振領域を狭める必要があり、より高い加工精度が必要となり、特に圧電層３２’の圧電材料としてＰＺＴ系材料やＫＮＮを用いた場合には、ＰＺＴ系材料、ＫＮＮの誘電率がＡｌＮの誘電率に比べて大きく、インピーダンス設計が難しいので、製造が難しかった。

本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、圧電層が均質な場合に比べて圧電層の厚みを薄くすることなく電気機械結合係数を高めることが可能な共振装置およびその製造方法を提供することにある。

請求項１の発明は、支持基板と、支持基板の一表面側に形成された下部電極と、下部電極における支持基板側とは反対側に形成された圧電層と、圧電層における下部電極側とは反対側に形成された上部電極とを備えた共振装置であって、圧電層は、厚み方向の中央領域がモルフォトロピック相境界近傍の組成比の圧電材料により形成され、中央領域と下部電極との間の下部領域、中央領域と上部電極との間の上部領域それぞれが、中央領域よりも音響インピーダンスが大きな圧電材料により形成されてなることを特徴とする。

この発明によれば、圧電層は、厚み方向の中央領域がモルフォトロピック相境界近傍の組成比の圧電材料により形成され、中央領域と下部電極との間の下部領域、中央領域と上部電極との間の上部領域それぞれが、中央領域よりも音響インピーダンスが大きな圧電材料により形成されているので、圧電層の厚み方向への中央領域の歪み変位が抑制され中央領域に発生する応力が大きくなるから、圧電層が均質な場合に比べて圧電層を薄くすることなく共振装置全体の電気機械結合係数を高めることが可能となる。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記圧電層は、ＰＺＴにより形成され、前記下部領域および前記上部領域は、前記中央領域よりもＴｉに対するＺｒの比を大きくすることで音響インピーダンスを大きくしてあることを特徴とする。

この発明によれば、前記圧電層が、ＰＺＴにより形成され、前記下部領域および前記上部領域が、前記中央領域よりもＴｉに対するＺｒの比を大きくすることで音響インピーダンスを大きくしてあるので、前記圧電層全体が均質なＰＺＴにより形成されている場合に比べて、前記圧電層の電気機械結合係数を高めることができ、共振装置全体の電気機械結合係数をより高めることが可能となる。

請求項３の発明は、請求項１の発明において、前記圧電層は、ＰＺＴにより形成され、前記下部領域および前記上部領域は、Ｍｎ、Ｎｂ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉのうちの少なくとも１種の材料を添加することで音響インピーダンスを大きくしてあることを特徴とする。

この発明によれば、前記圧電層が、ＰＺＴにより形成され、前記下部領域および前記上部領域が、Ｍｎ、Ｎｂ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉのうちの少なくとも１種の材料を添加することで音響インピーダンスを大きくしてあるので、前記圧電層が均質なＰＺＴにより形成されている場合に比べて、前記圧電層の電気機械結合係数を高めることができ、共振装置全体の電気機械結合係数をより高めることが可能となる。

請求項４の発明は、請求項１の発明において、前記圧電層は、ＫＮＮにより形成され、前記下部領域および前記上部領域は、Ｌｉ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｓｂ、Ｃｕのうちの少なくとも１種の材料を添加することで音響インピーダンスを大きくしてあることを特徴とする。

この発明によれば、前記圧電層が、ＫＮＮにより形成され、前記下部領域および前記上部領域が、Ｌｉ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｓｂ、Ｃｕのうちの少なくとも１種の材料を添加することで音響インピーダンスを大きくしてあるので、前記圧電層が均質なＫＮＮにより形成されている場合に比べて、前記圧電層の電気機械結合係数を高めることができ、共振装置全体の電気機械結合係数をより高めることが可能となる。また、請求項３の発明に比べて環境負荷を低減できる。

請求項５の発明は、請求項１の発明において、前記圧電層は、ＰＭＮ−ＰＺＴにより形成され、前記下部領域および前記上部領域は、前記中央領域よりもＰＺＴに対するＰＭＮの比を大きくすることで音響インピーダンスを大きくしてあることを特徴とする。

この発明によれば、前記圧電層が、ＰＭＮ−ＰＺＴにより形成され、前記下部領域および前記上部領域が、前記中央領域よりもＰＺＴに対するＰＭＮの比を大きくすることで音響インピーダンスを大きくしてあるので、前記圧電層が均質なＰＺＴにより形成されている場合に比べて、前記圧電層の電気機械結合係数を高めることができ、共振装置全体の電気機械結合係数をより高めることが可能となる。

請求項６の発明は、請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の共振装置の製造方法であって、支持基板の一表面側に下部電極を形成する下部電極形成工程と、下部電極上に圧電層を形成する圧電層形成工程と、圧電層における下部電極側とは反対側に上部電極を形成する上部電極形成工程とを備え、圧電層形成工程では、下部電極上に下部領域の前駆体層である第１の前駆体層を形成し、その後、第１の前駆体層上に中央領域の前駆体層である第２の前駆体層を形成し、その後、第２の前駆体層上に上部領域の前駆体層である第３の前駆体層を形成し、その後、各前駆体層を同時に焼成することにより圧電層を形成することを特徴とする。

この発明によれば、圧電層形成工程では、下部電極上に下部領域の前駆体層である第１の前駆体層を形成し、その後、第１の前駆体層上に中央領域の前駆体層である第２の前駆体層を形成し、その後、第２の前駆体層上に上部領域の前駆体層である第３の前駆体層を形成し、その後、各前駆体層を同時に焼成することにより圧電層を形成するので、圧電層が均質な場合に比べて圧電層を薄くすることなく共振装置全体の電気機械結合係数を高めることが可能な共振装置を提供することができる。

請求項１の発明では、圧電層が均質な場合に比べて圧電層を薄くすることなく共振装置全体の電気機械結合係数を高めることが可能となるという効果がある。

請求項６の発明では、圧電層が均質な場合に比べて圧電層を薄くすることなく共振装置全体の電気機械結合係数を高めることが可能な共振装置を提供することができるという効果がある。

（実施形態１）
本実施形態の共振装置は、図１に示すように、支持基板１と、支持基板１の一表面側に形成された音響ミラー（音響多層膜）２と、音響ミラー２上に形成された共振子３とを備えたＢＡＷ共振器であり、共振子３が音響ミラー２上に形成された下部電極３１と、下部電極３１における支持基板１側とは反対側に形成された圧電層３２と、圧電層３２における下部電極３１側とは反対側に形成された上部電極３３とで構成されている。また、本実施形態の共振装置は、圧電層３２における下部電極３１側とは反対側に上部電極３３と圧電層３２との接触面積を規定する開孔部４ａを有する絶縁膜４が形成されており、圧電層３２のうち下部電極３１と上部電極３３との両方と接する領域が共振領域１３２を構成している。なお、本実施形態のＢＡＷ共振器は、ＳＭＲを構成している。

ここにおいて、本実施形態の共振装置は、圧電層３２の圧電材料としてＰＺＴを採用しており、支持基板１として、上記一表面である主表面が（１００）面の単結晶のシリコン基板を用いているが、支持基板１としては、シリコン基板に限らず、主表面が（１００）面のＭｇＯ基板や、主表面が（１００）面のＳＴＯ（ＳｒＴｉＯ_３）基板などを用いてもよい。なお、本実施形態では、圧電層３２の圧電材料として、ＰＺＴを採用しているので、圧電材料がＡｌＮである場合に比べて、電気機械結合係数を大きくすることができる。

音響ミラー２は、相対的に音響インピーダンスの低い材料からなる低音響インピーダンス層２１と相対的に音響インピーダンスの高い材料からなる高音響インピーダンス層２２とが交互に積層されており、上述の下部電極３１は、最上層の低音響インピーダンス層２１上に形成されている。なお、低音響インピーダンス層２１および高音響インピーダンス層２２それぞれの膜厚は、圧電層３２における共振領域１３２の共振周波数の弾性波（バルク弾性波）の波長の４分の１の値に設定すればよい。

本実施形態では、低音響インピーダンス層２１の材料としてＳｉＯ_２、高音響インピーダンス層２２の材料としてＷ、下部電極３１の材料としてＰｔ、上部電極３３の材料としてＡｌを採用しているが、これらの材料は特に限定するものではなく、低音響インピーダンス層２１の材料としては、例えば、Ｓｉ，ｐｏｌｙ−Ｓｉ，Ａｌ，ポリマーなどを採用してもよく、高音響インピーダンス層２２の材料としては、例えば、Ａｕ，Ｍｏ，ＡｌＮ，ＺｎＯなどを採用してもよく、下部電極３１の材料としては、例えば、Ｉｒを採用してもよく、上部電極３３の材料としては、例えば、Ｍｏ，Ｐｔなどを採用してもよい。また、絶縁膜４の材料としてＳｉＯ_２を採用しているが、ＳｉＯ_２に限らず、例えば、Ｓｉ_３Ｎ_４を採用してもよい。

なお、本実施形態の共振装置では、共振子３の共振周波数を４ＧＨｚに設定してあり、下部電極３１の厚みを１００ｎｍ、圧電層３２の厚みを３００ｎｍ、上部電極３３の厚みを１００ｎｍ、低音響インピーダンス層２１の厚みを４００ｎｍ、高音響インピーダンス層２２の厚みを３５０ｎｍに設定してあるが、これらの数値は一例であって特に限定するものではない。また、共振周波数を３ＧＨｚ〜５ＧＨｚの範囲で設計する場合には、圧電層３２の厚みは２００ｎｍ〜６００ｎｍの範囲で、低音響インピーダンス層２１の厚みは２５０ｎｍ〜５５０ｎｍの範囲で、高音響インピーダンス層２２の厚みは２００ｎｍ〜４５０ｎｍの範囲で、それぞれ適宜設定すればよい。

ところで、本実施形態の共振装置における圧電層３２は、厚み方向の中央領域３２ａがモルフォトロピック相境界（Morphotropic Phase Boundary：MPB）近傍の組成比の圧電材料により形成され、中央領域３２ａと下部電極３１との間の下部領域３２ｂ、中央領域３２ａと上部電極３３との間の上部領域３２ｃそれぞれが、中央領域３２ａよりも音響インピーダンスが大きな圧電材料により形成されている。具体的には、圧電層３２は、中央領域３２ａの圧電材料をＰｂ（Ｚｒ_０．５３Ｔｉ_０．４７）Ｏ_３とし、下部領域３２ｂおよび上部領域３２ｃの圧電材料をＰｂ（Ｚｒ_０．７０Ｔｉ_０．３０）Ｏ_３としてある。要するに、圧電層３２は、ＰＺＴにより形成され、下部領域３２ｂおよび上部領域３２ｃは、中央領域３２ａよりもＴｉに対するＺｒの比を大きくすることで音響インピーダンスを大きくしてある。

しかして、本実施形態の共振装置では、圧電層３２が３層構造を有し、厚み方向の中央領域３２ａがモルフォトロピック相境界近傍の組成比の圧電材料により形成され、中央領域３２ａと下部電極３１との間の下部領域３２ｂ、中央領域３２ａと上部電極３３との間の上部領域３２ｃそれぞれが、中央領域３２ａよりも音響インピーダンスが大きな圧電材料により形成されているので、圧電層３２の厚み方向への中央領域３２ａの歪み変位が抑制され中央領域３２ａに発生する応力が大きくなるから、圧電層３２が均質な場合に比べて圧電層３２を薄くすることなく共振装置全体の電気機械結合係数を高めることが可能となる。なお、図１には、応力曲線を二点鎖線で示してあり、当該応力曲線から、圧電層３２の中央領域３２ａに発生する応力が大きくなっていることが分かる。

また、本実施形態の共振装置では、圧電層３２が、ＰＺＴにより形成され、下部領域３２ｂおよび上部領域３２ｃが、中央領域３２ａよりもＴｉに対するＺｒの比を大きくすることで音響インピーダンスを大きくしてあるので、圧電層３２全体が均質なＰＺＴにより形成されている場合に比べて、圧電層３２の電気機械結合係数を高めることができ、共振装置全体の電気機械結合係数をより高めることが可能となる。

以下、本実施形態の共振装置の製造方法について図２を参照しながら説明する。

まず、単結晶のシリコン基板からなる支持基板１の上記一表面側にＳｉＯ_２膜からなる低音響インピーダンス層２１とＷ膜からなる高音響インピーダンス層２２とを例えばスパッタ法やＣＶＤ法などにより交互に成膜することで音響ミラー（音響多層膜）２を形成する音響ミラー形成工程を行い、その後、音響ミラー２上（支持基板１と音響ミラー２とからなるベース基板上）に、第１の導電性材料（例えば、Ｐｔ，Ｉｒなど）からなる下部電極３１を例えばスパッタ法や蒸着法などにより形成する下部電極形工程を行うことによって、図２（ａ）に示す構造を得る。

その後、下部電極３１上に下部領域３２ｂの前駆体層（以下、第１の前駆体層と称する）３２ｂ’を、例えば、ゾルゲル法、スパッタ法、ＣＶＤ法などにより形成する第１の前駆体層形成工程を行うことによって、図２（ｂ）に示す構造を得る。

続いて、第１の前駆体層３２ｂ’上に中央領域３２ａの前駆体層（以下、第２の前駆体層と称する）３２ａ’を形成する第２の前駆体層形成工程を行うことによって、図２（ｃ）に示す構造を得る。

その後、第２の前駆体層３２ａ’上に上部領域３２ｃの前駆体層（以下、第３の前駆体層と称する）３２ｃ’を形成することによって、図２（ｄ）に示す構造を得る。

次に、各前駆体層を同時に焼成することにより圧電層３２を形成する焼成工程を行い、続いて、圧電層３２上に共振領域１３２（図１参照）に対応する部位に開孔部４ａを有する絶縁膜４を形成する絶縁膜形成工程を行うことによって、図２（ｅ）に示す構造を得る。なお、本実施形態では、第１の前駆体層形成工程と第２の前駆体層形成工程と第３の前駆体層形成工程と焼成工程とで、下部電極３１上に圧電層３２を形成する圧電層形成工程を構成している。

その後、圧電層３２の共振領域１３２（図１参照）の表面と絶縁膜４の表面とに跨る上部電極３３を形成する上部電極形成工程を行うことによって、図２（ｆ）に示す構造を得る。

以上説明した共振装置の製造方法によれば、支持基板１の上記一表面側に下部電極３１を形成する下部電極形成工程と、下部電極３１上に圧電層３２を形成する圧電層形成工程と、圧電層３２における下部電極３１側とは反対側に上部電極３３を形成する上部電極形成工程とを備え、圧電層形成工程では、下部電極３１上に下部領域３２ｂの前駆体層である第１の前駆体層３２ｂ’を形成し、その後、第１の前駆体層３２ｂ’上に中央領域３２ａの前駆体層である第２の前駆体層３２ａ’を形成し、その後、第２の前駆体層３２ａ’上に上部領域３２ｃの前駆体層である第３の前駆体層３２ｃ’を形成し、その後、各前駆体層３２ｂ’，３２ａ’，３２ｃ’を同時に焼成することにより圧電層３２を形成するので、圧電層３２が均質な場合に比べて圧電層３２を薄くすることなく共振装置全体の電気機械結合係数を高めることが可能な共振装置を提供することができる。

ところで、上述の圧電層３２は、中央領域３２ａの圧電材料をＰｂ（Ｚｒ_０．５３Ｔｉ_０．４７）Ｏ_３とし、下部領域３２ｂおよび上部領域３２ｃの圧電材料をＰｂ（Ｚｒ_０．７０Ｔｉ_０．３０）Ｏ_３とてあるが、これらの圧電材料に限らず、例えば、中央領域３２ａの圧電材料をＰｂ（Ｚｒ_０．５３Ｔｉ_０．４７）Ｏ_３とし、下部領域３２ｂおよび上部領域３２ｃの圧電材料をＰＺＴにＭｎ、Ｎｂ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉのうちの少なくとも１種の材料を添加した圧電材料とすることで下部領域３２ｂおよび上部領域３２ｃの音響インピーダンスを大きくしてもよく、この場合には、圧電層３２が、ＰＺＴにより形成され、下部領域３２ｂおよび上部領域３２ｃが、Ｍｎ、Ｎｂ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉのうちの少なくとも１種の材料を添加することで音響インピーダンスを大きくしてあるので、圧電層３２が均質なＰＺＴにより形成されている場合に比べて、圧電層３２の電気機械結合係数を高めることができ、共振装置全体の電気機械結合係数をより高めることが可能となる。なお、この場合の下部領域３２ｂおよび上部領域３２ｃの圧電材料としては、例えば、Ｐｂ（Ｚｒ_０．５３Ｔｉ_０．４７）_１−ｘ−Ｆｅ_ｘＯ_３−δを採用すればよい。

また、圧電層３２をＫＮＮにより形成し、下部領域３２ｂおよび上部領域３２ｃは、例えば、Ｍｎ、Ｎｂ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉのうちの少なくとも１種の材料を添加することで音響インピーダンスを大きくするようにしてもよく、この場合、圧電層３２が均質なＫＮＮにより形成されている場合に比べて、圧電層３２の電気機械結合係数を高めることができ、共振装置全体の電気機械結合係数をより高めることが可能となり、しかも、圧電層３２がＰＺＴにより形成されている場合に比べて環境負荷を低減できる。なお、ＫＮＮの組成は、Ｋ_ｘＮａ_１−ｘＮｂＯ_３なる化学式で表され、中央領域３２ａに関して、ｘ＝０．５とすればよい。また、製造にあたっては、上述の製造方法においてＰＺＴの代わりにＫＮＮを形成すればよい。

また、圧電層３２をＰＭＮ−ＰＺＴにより形成し、下部領域３２ｂおよび上部領域３２ｃを、中央領域３２ａよりもＰＺＴに対するＰＭＮの比を大きくすることで音響インピーダンスを大きくしてもよい。具体的には、ＰＭＮ−ＰＺＴは０．１ＰＭＮ−０．９ＰＺＴで電気機械結合係数が最大となることが実験的に分かっているので、例えば、中央領域３２ａの圧電材料を０．１ＰＭＮ−０．９ＰＺＴとし、下部領域３２ｂおよび上部領域３２ｃの圧電材料を０．２ＰＭＮ−０．８ＰＺＴとすればよく、この場合には、圧電層３２が、ＰＭＮ−ＰＺＴにより形成され、下部領域３２ｂおよび上部領域３２ｃが、中央領域３２ａよりもＰＺＴに対するＰＭＮの比を大きくすることで音響インピーダンスを大きくしてあるので、圧電層３２が均質なＰＺＴにより形成されている場合に比べて、圧電層３２の電気機械結合係数を高めることができ、共振装置全体の電気機械結合係数をより高めることが可能となる。

また、上述の共振装置を、３ＧＨｚ以上の高周波帯においてカットオフ特性が急峻で且つ帯域幅の広いフィルタ、例えば、ＵＷＢ用フィルタとして応用する場合には、複数個（例えば、８個）の共振子３を支持基板１の上記一表面側に形成し（音響ミラー２上に形成し）、これら複数個の共振子３を図３に示すようなラダー型フィルタを構成するように接続すれば、ＵＷＢ用フィルタの低コスト化および小型化を図れる。

（実施形態２）
本実施形態の共振装置の基本構成は実施形態１と略同じであって、図４に示すように、支持基板１の上記一表面側に実施形態１にて説明した音響ミラー２（図１参照）を設けずに、支持基板１に下部電極３１における圧電層３２側とは反対側の表面を露出させる開孔部１ａが形成されている点が相違する。要するに、本実施形態の共振装置は、下部電極３１と下部電極３１直下の媒質との音響インピーダンス比を大きくすることにより支持基板１側への弾性波エネルギの伝搬を抑制するようにしたＦＢＡＲを構成している。なお、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。

本実施形態の共振装置は、実施形態１と同様、圧電層３２が３層構造を有し、厚み方向の中央領域３２ａがモルフォトロピック相境界近傍の組成比の圧電材料により形成され、中央領域３２ａと下部電極３１との間の下部領域３２ｂ、中央領域３２ａと上部電極３３との間の上部領域３２ｃそれぞれが、中央領域３２ａよりも音響インピーダンスが大きな圧電材料により形成されているので、圧電層３２の厚み方向への中央領域３２ａの歪み変位が抑制され中央領域３２ａに発生する応力が大きくなるから、圧電層３２が均質な場合に比べて圧電層３２を薄くすることなく共振装置全体の電気機械結合係数を高めることが可能となる。

本実施形態の共振装置の製造方法は実施形態１にて説明した製造方法と略同じであって、実施形態１にて説明した音響ミラー形成工程が不要となり、上部電極形成工程の後、支持基板１の他表面側に上述の開孔部１ａ形成用にパターニングされたマスク層を形成するマスク層形成工程を行ってから、当該マスク層をマスクとして、支持基板１をドライエッチングあるいはウェットエッチングすることにより開孔部１ａを形成する開孔部形成工程を行い、続いて、上記マスク層を除去するマスク層除去工程を行うようにすればよい。

なお、本実施形態の共振装置も実施形態１と同様にＵＷＢ用フィルタとして応用することができる。

実施形態１における共振装置の概略断面図である。同上における共振装置の製造方法を説明するための主要工程断面図である。同上の共振装置を応用したＵＷＢ用フィルタの回路図である。実施形態２における共振装置の概略断面図である。従来例を示す共振装置の概略断面図である。

符号の説明

１支持基板
２音響ミラー
３共振子
４絶縁膜
４ａ開孔部
３１下部電極
３２圧電層
３２ａ中央領域
３２ａ’ 前駆体層（第２の前駆体層）
３２ｂ下部領域
３２ｂ’ 前駆体層（第１の前駆体層）
３２ｃ上部領域
３２ｃ’ 前駆体層（第３の前駆体層）
３３上部電極

Claims

支持基板と、支持基板の一表面側に形成された下部電極と、下部電極における支持基板側とは反対側に形成された圧電層と、圧電層における下部電極側とは反対側に形成された上部電極とを備えた共振装置であって、圧電層は、厚み方向の中央領域がモルフォトロピック相境界近傍の組成比の圧電材料により形成され、中央領域と下部電極との間の下部領域、中央領域と上部電極との間の上部領域それぞれが、中央領域よりも音響インピーダンスが大きな圧電材料により形成されてなることを特徴とする共振装置。
前記圧電層は、ＰＺＴにより形成され、前記下部領域および前記上部領域は、前記中央領域よりもＴｉに対するＺｒの比を大きくすることで音響インピーダンスを大きくしてあることを特徴とする請求項１記載の共振装置。
前記圧電層は、ＰＺＴにより形成され、前記下部領域および前記上部領域は、Ｍｎ、Ｎｂ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉのうちの少なくとも１種の材料を添加することで音響インピーダンスを大きくしてあることを特徴とする請求項１記載の共振装置。
前記圧電層は、ＫＮＮにより形成され、前記下部領域および前記上部領域は、Ｌｉ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｓｂ、Ｃｕのうちの少なくとも１種の材料を添加することで音響インピーダンスを大きくしてあることを特徴とする請求項１記載の共振装置。
前記圧電層は、ＰＭＮ−ＰＺＴにより形成され、前記下部領域および前記上部領域は、前記中央領域よりもＰＺＴに対するＰＭＮの比を大きくすることで音響インピーダンスを大きくしてあることを特徴とする請求項１記載の共振装置。
請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の共振装置の製造方法であって、支持基板の一表面側に下部電極を形成する下部電極形成工程と、下部電極上に圧電層を形成する圧電層形成工程と、圧電層における下部電極側とは反対側に上部電極を形成する上部電極形成工程とを備え、圧電層形成工程では、下部電極上に下部領域の前駆体層である第１の前駆体層を形成し、その後、第１の前駆体層上に中央領域の前駆体層である第２の前駆体層を形成し、その後、第２の前駆体層上に上部領域の前駆体層である第３の前駆体層を形成し、その後、各前駆体層を同時に焼成することにより圧電層を形成することを特徴とする共振装置の製造方法。