JP2009147917A

JP2009147917A - ラム波共振器

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Publication number: JP2009147917A
Application number: JP2008271161A
Authority: JP
Inventors: Didier Belot; ディディエ・ベロ; Andreia Cathelin; アンドレイア・カトラン; Alexandre Augusto Shirakawa; アレクサンドル・オーグスト・シラカワ; Jean-Marie Pham; ジャンーマリー・ファム; Pierre Jary; ピエール・ジャリ; Eric Kerherve; エリック・ケルエルヴ
Original assignee: Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Current assignee: Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Priority date: 2007-10-22
Filing date: 2008-10-21
Publication date: 2009-07-02
Anticipated expiration: 2028-10-21
Also published as: EP2203976A1; FR2922696A1; ATE509427T1; US7868517B2; FR2922696B1; EP2203976B1; CN101953072B; US20090102316A1; CN101953072A; WO2009053397A1; JP5461817B2

Abstract

【課題】Ｑ値が大きいラム波共振器を提供する。
【解決手段】少なくとも１つの圧電層と、圧電層の第１の面に配置された第１の電極とを備え、圧電層の第１の面の平面に平行な平面内における第１の電極のパターンが、少なくとも２つのフィンガーおよび１つの接触アームからなり、フィンガーの各々が、前記アームと接触している第１の側部と、及び互いに平行で、かつ、να_{ｌａｔｅｒａｌ}がラム波の音響伝搬速度であり、ｎが共振モードの次数、ｆが共振器の共振周波数である式

に従って計算される距離Ｗだけ互いに間隔を隔てた２つの側部を備えており、第１の電極のフィンガーの間の、第１の面の平面の位置に配置された圧電層の部分が少なくとも部分的にエッチングされた構造とする。
【選択図】なし

Description

本発明は、共振器の分野ならびにラム波共振器から得られるフィルタの分野に関する。これらのフィルタは、たとえばチャネルフィルタリングまたは中間周波数フィルタリングを実施するために、たとえば移動通信デバイスなどのＲＦ（無線周波数）伝送および／または受信構造に使用されている。

ＲＦフィルタリングを実施するために、結合ＳＡＷ共振器によって製造されるＳＡＷ（表面弾性波）フィルタを使用することは知られている。通常、寸法が約３ｍｍ×３ｍｍ×１ｍｍに等しいこのようなフィルタの場合、その挿入損は、場合によっては約２．５ｄＢと３ｄＢの間であり、また、約３０ｄＢに等しいリジェクションを有している。しかしながら、これらのフィルタに限界があり、その最大共振周波数は、通常、約３ＧＨｚに等しく、また、最大パワー処理は約１Ｗに等しい。これ以外の範囲でＳＡＷデバイスを動作させる場合、大きな伝搬損失が伴う。

また、従来技術では、電気的に結合された（たとえばはしご構造または格子構造を使用して）圧電ＢＡＷ共振器から、あるいは音響的に結合された圧電ＢＡＷ共振器から、ＢＡＷ（バルク音波）フィルタと呼ばれるフィルタを製造することも知られている（「積重ね水晶フィルタ」の場合はＳＣＦタイプのフィルタ、あるいは「結合共振器フィルタ」の場合はＣＲＦタイプのフィルタ）。このようなフィルタの中では、フィルタリングすべき信号は、積み重ねられた共振層の中を直接または音響伝搬媒体によって順次上の方へ垂直方向に伝搬する。これらのＢＡＷフィルタを使用して得ることができる寸法および挿入損は、ＳＡＷフィルタを使用して得ることができる寸法および挿入損に匹敵している。しかしながら、これらのＢＡＷフィルタのパワー処理は、場合によっては３Ｗ近くに達し、また、最大共振周波数は、場合によっては約１６ＧＨｚより高くなることがある。最後に、これらのフィルタの製造は、ＣＭＯＳ技術およびＢｉＣＭＯＳ技術と両立している。

図１は、圧電材料に基づく層２、下部電極４および上部電極６を備えたＢＡＷ共振器１の一例を示したものである。下部電極４および圧電層２の寸法は、平面（ｘ、ｚ）（図１に示されている軸ｘおよびｚに沿った平面）に平行な平面内で互いに実質的に類似しており、したがって下部電極４は圧電層２によって完全に覆われている。一方、上部電極６は、下部電極４の形状および寸法とは異なる形状および寸法を有している。図１の例では、上部電極６の軸ｘに沿った寸法は、下部電極４の軸ｘに沿った寸法より短くなっている。下部電極４と上部電極６のこの寸法の差が、圧電層２の中に２つのゾーンを形成している。１つは、圧電層２が２つの電極４と６の間に含まれている第１のアクティブゾーン８であり、もう１つは、上部電極６によって覆われていない圧電層２が下部電極４の上に配置されている第２の非アクティブゾーン１０である。アクティブゾーン８の中を伝搬する波の速度と、非アクティブゾーン１０の中を伝搬する波の速度とは異なっている。鉛直波に対して垂直な横方向の波の伝搬による寄生共振の原因になっているこの伝搬速度の差は、ラム波と呼ばれている。ラム波のエネルギーは、アクティブゾーン８および非アクティブゾーン１０のバルク音響伝搬係数（軸ｙに沿った伝搬）の差の値に比例している。

特許文献１に、バルク音波を使用した電気音響コンポーネントが記述されている。この文献によれば、バルク音波がコンポーネントの中へ導かれるよう、圧電層の上に電極が周期的に配置されている。電極のレベルにおけるこの層の圧電係数の値は、電極によって覆われていない層の部分のレベルにおける圧電係数の値とは異なっている。伝搬係数に関しては、圧電層中でこの差を得ることは困難であり、圧電層を処理するための特殊な段階が必要である。

非特許文献１に、正方形または長方形の電極を備えたラム波共振器が記述されている。この文献によれば、所望の共振周波数に従って共振モードの次数が選択される。これらの共振器には、とりわけ、そのＱ値（ｑｕａｌｉｔｙｆａｃｔｏｒ）が比較的小さく、また、直列抵抗が大きいという欠点がある。
米国特許出願公開第２００６／００７６８５２Ａ１号明細書国際公開第０４／１０９９１３Ａ号パンフレット "ＵＨＦ／ＶＨＦｒｅｓｏｎａｔｏｒｓｕｓｉｎｇＬａｍｂｗａｖｅｓｃｏ−ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｗｉｔｈＢｕｌｋＡｃｏｕｓｔｉｃＷａｖｅｒｅｓｏｎａｔｏｒｓ" ｏｆＡ．Ｖｏｌａｔｉｅｒｅｔａｌ．，ＩＥＥＥＵｌｔｒａｓｏｎｉｃｓＳｙｍｐｏｓｉｕｍ、２００５年、９０２〜９０５頁ＢＪＵＲＳＴＲＯＭＥＴＡＬ："ＴｈｉｎｆｉｌｍＬａｍｂｗａｖｅｒｅｓｏｎａｎｔｓｔｒｕｃｔｕｒｅ − Ｔｈｅｆｉｒｓｔａｐｐｒｏａｃｈ" ＳＯＬＩＤＳＴＡＴＥＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ，ＥＬＳＥＶＩＥＲＳＣＩＥＮＣＥＰＵＢＬＩＳＨＥＲＳ，ＢＡＲＫＩＮＧ，ＧＢ，Ｖｏｌ．５０，ｎｏ．３，ｍａｒｓ２００６（２００６−０３），ｐａｇｅｓ３２２−３２６，ＸＰ００５４０２３２８ＤＥＳＶＥＲＧＮＥ，Ｍ．ＤＥＦＡＹ，Ｅ．ＷＯＬＯＺＡＮ，Ｄ．ＡＩＤ，Ｍ．ＶＩＮＣＥＮＴ，Ｐ．ＶＯＬＡＴＩＥＲ，Ａ．ＤＥＶＡＬ，Ｙ．ＢＥＧＵＥＲＥＴ，Ｊ．−Ｂ．： "ＩｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙｌａｍｂｗａｖｅｃｏｕｐｌｅｄｒｅｓｏｎａｔｏｒｆｉｌｔｅｒｓｆｏｒＲＦｒｅｃｅｉｖｅｒａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅｓ" ３７ＴＨＥＵＲＯＰＥＡＮＳＯＬＩＤＳＴＡＴＥＤＥＶＩＣＥＲＥＳＥＡＲＣＨＣＯＮＦＥＲＥＮＣＥ２００７，ＥＳＳＤＥＲＣ，［Ｏｎｌｉｎｅ］１３Ｓｅｐｔｅｍｂｒｅ２００７（２００７−０９１３），ｐａｇｅｓ３５８−３６１，ＸＰ００２４７３８４０ＹＡＳＵＨＩＫＯＮＡＫＡＧＡＷＡ，ＭＡＳＡＹＵＫＩＭＯＭＯＳＥ，ＡＮＤＳＨＯＪＩＫＡＫＩＯ： "ＲｅｓｏｎａｔｏｒｓＵｓｉｎｇａＬａｍｂＷａｖｅｏｎＡＴ−ＣｕｔＱｕａｒｔｚ" ＪＰＡＮＥＳＥＪＯＵＲＮＡＬＯＦＡＰＰＬＩＥＤＰＨＹＳＩＣＳ，ｖｏｌ．４６，ｎｏ．７ｂ，２６ｊｕｉｌｌｅｔ２００７（２００７−０７−２６），ｐａｇｅｓ４６６５−４６６８，ＸＰ００２４７３８４１ＲＵＢＹＲＥＴＡＬ："ＴｈｅＥｆｆｅｃｔｏｆＰｅｒｉｍｅｔｅｒＧｅｏｍｅｔｒｙｏｎＦＢＡＲＲｅｓｏｎａｔｏｒＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ（ｆｏｒｍｅｒｌｙｔｉｔｌｅｄＦＢＡＲ：Ｓｔａｔｅｏｆｔｈｅｕｎｉｏｎ）" ＭＩＣＲＯＷＡＶＥＳＹＭＰＯＳＩＵＭＤＩＧＥＳＴ，２００５ＩＥＥＥＭＴＴ−ＳＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬＬＯＮＧＢＥＡＣＨ，ＣＡ，ＵＳＡ１２ｊｕｉｎ２００５（２００５−０６−１２），ｐａｇｅｓ，２１７−２２０，ＸＰ０１０８４４７２６

本発明の目的は、ラム波の共振エネルギーの最も良好な使用を可能にする形状を有し、かつ、従来技術による共振器と比較してそのＱ値が大きく、また、直列抵抗が小さいラム波共振器であって、それを製造するために、圧電層を処理するための特殊な段階を必要としないラム波共振器を提供することである。

そのために、本発明によれば、ラム波共振器であって、少なくとも１つの圧電材料に基づく少なくとも１つの層と、圧電層の第１の面に配置された第１の電極とを備え、圧電層の第１の面の平面に平行な平面内における第１の電極のパターンが、少なくとも２つのフィンガーおよび１つの接触アームからなり、フィンガーの各々が、前記アームと接触している第１の側部と、及び互いに平行で、かつ、
να_{ｌａｔｅｒａｌ}がラム波の音響伝搬速度であり、
ｎがラム波の共振モードの次数であり、
ｆが共振器の共振周波数
である式

に従って計算される距離Ｗだけ互いに間隔を隔てた２つの他の側部と、を備えており、圧電層の第１の面の平面の位置で、第１の電極のフィンガーの間に位置された表面の圧電層の部分が少なくとも部分的にエッチングされたラム波共振器が提供される。

したがって、所望の共振周波数、共振モードの所望の次数、および共振器内で測定または計算される音響伝搬速度に従って、共振器の上部電極の一部を形成しているフィンガーの幅がサイズ化される。

したがって、幅Ｗがこのようにして計算されるフィンガーを備えたこのような共振器の場合、前記共振器内で生成されるラム波の共振エネルギーが最も良好に使用される。さらに、従来技術によるデバイスと比較すると、延いてはＱ値が大きくなり、また、共振器の直列抵抗が小さくなる。

Ｑ値が大きいこのような共振器を使用することにより、詳細には、
−位相ノイズが極めて小さく、かつ、消費が極めて少ない電圧制御発振器を製造することができ、
−挿入損が小さく、かつ、選択性に優れた中間周波数フィルタ（約１０ＭＨｚと２００ＭＨｚの間のフィルタ）を製造することができ、また、
−リジェクションが極めて大きく、かつ、消費が極めて少ない帯域通過シグマ−デルタ変調器を製造することができる。

一般に、これらの利点は、少なくとも１つのこのような中間周波数帯域の共振器を使用している任意のタイプのデバイスに見出される。

また、第１の電極のフィンガーの間に配置された共振器の非アクティブゾーンの位置では、圧電層のうちの第１の電極のフィンガーの間に配置された部分を少なくとも部分的にエッチングすることによって圧電材料の密度が低減される。エッチングされたこれらの部分によって、第１の電極のフィンガーの位置に配置された圧電層のアクティブゾーンと、第１の電極のフィンガーの間に配置された圧電層の非アクティブゾーンの間に、音響が伝搬するための条件に不連続性が生成される。この不連続性によって圧電層中の音響伝搬パラメータが修正され、したがって音響共振エネルギーを共振器の１つまたは複数のアクティブゾーンに拘束することができる。

したがって、圧電層の特殊な処理段階を必ずしも実施する必要はなく、必要な段階は、場合によっては共振器の他のエレメントのエッチングと共通の１つまたは複数のエッチング段階のみである。

圧電層の前記部分は、複数の孔を備えたパターンに従って、圧電層の第１の面の平面内でエッチングすることができる。

代替形態では、圧電層の前記部分は、その全体をエッチングすることができる。

前記部分は、圧電層の第１の面と、圧電層の第１の面とは反対側の第２の面との間を貫通してエッチングすることができる。

共振器は、さらに、圧電層の第１の面とは反対側の第２の面に配置された第２の電極を備えることができる。

圧電層の第１の面の平面に平行な平面内の第１の電極のフィンガーの表面は、前記同じ平面内の第２の電極によって形成される表面に含まれてもよい。

第２の電極は、少なくとも２つのフィンガーおよび１つの接触アームからなるパターンを圧電層の第１の面の平面に平行な平面に備えることができ、圧電層の第１の面の平面に平行な平面内の第２の電極のフィンガーの表面は、前記同じ平面内の第１の電極のフィンガーによって形成される表面に類似していてもよく、また、重なっていてもよい。

第２の電極のパターンは、圧電層の第１の面の平面に平行な平面内の第１の電極のパターンに類似していてもよい。圧電層の第１の面の平面に平行な平面内の第２の電極の接触アームの表面は、前記同じ平面内の第１の電極の接触アームの表面と重なっていなくてもよい。

第１の電極のフィンガーの各々は、実質的に長方形であってもよい。

第１の電極は、およそ２個と１００個の間、好ましくは少なくとも４個のフィンガーを備えることができる。

第１の電極の接触アームは、実質的に長方形であってもよい。

第１の電極の、距離Ｗだけ互いに間隔を隔てた個々のフィンガーの２つの側部に平行な線は、前記フィンガーが接続されている第１の電極の接触アームの側部を貫通している線に対して実施的に直角であってもよい。

第１の電極のフィンガーは、第１の電極の接触アームの単一の側部もしくは互いに反対側の２つの側部または３つの側部に接続することができる。

代替形態では、第１の電極の接触アームは、フィンガーが接続される実質的に円形の部分を少なくとも一つ備えることができる。

また、本発明は、ラム波共振器を製造するための方法であって、
少なくとも１つの圧電材料に基づく層の第１の面に第１の電極を製造する少なくとも１つの段階であって、圧電層の第１の面の平面に平行な平面における第１の電極のパターンが、少なくとも２つのフィンガーおよび１つの接触アームからなり、フィンガーの各々が、前記アームと接触している第１の側部と、および互いに平行で、かつ、
να_{ｌａｔｅｒａｌ}がラム波の音響伝搬速度であり、
ｎがラム波の共振モードの次数であり、
ｆが共振器の共振周波数
である式

に従って計算される距離Ｗだけ互いに間隔を隔てた２つの側部を備える段階と、
圧電層の第１の面の平面の位置で、表面が第１の電極のフィンガーの間に配置された圧電層の一部を少なくとも部分的にエッチングする段階と、を含む方法に関している。

また、この方法は、たとえば、第１の電極を製造する段階の後に、圧電層の第１の面とは反対側の第２の面に第２の電極を製造する段階を含むことができる。

添付の図面を参照して、単に本発明を示し、及び非制限的な目的のために提供された実例実施形態についての以下の説明を読むことにより、本発明はより深く理解されよう。

以下で説明する様々な図の全く同じ部品、類似した部品または等価部品には、図面間の一貫性を維持するために同じ参照数値が振られている。

図に示されている様々な部品は、図をより読み易くするために、必ずしも同じスケールで描かれていない。

互いに非排他的であり、また、互いに組み合わせることが可能であるため、様々な可能性（代替および実施形態）を理解されたい。

最初に図２Ａおよび２Ｂを参照すると、それぞれ第１の実施形態によるラム波共振器１００の上面図および横断面図が示されている。図２Ｂの横断面図は、図２Ａに示されている軸ＡＡに沿って取ったものである。

この共振器１００は、圧電材料に基づく層１０２を備えている。この圧電材料は、窒化アルミニウムおよび／または酸化亜鉛および／またはＰＺＴであることが好ましい。圧電層１０２は、その値が、実施形態ならびに共振器１００の他のエレメントの形状および寸法（それら自体は、共振器の所望の結合係数Ｋで決まる）によって決まる厚さを有している。圧電層１０２の厚さは、詳細には約１μｍと２μｍの間にすることができる。この圧電層１０２は、図２Ｂに示されているように、下部電極１０４の上に配置されている。この場合、平面（ｘ、ｚ）に平行な平面内の圧電層１０２の形状および寸法は、同じ平面内の下部電極１０４の形状および寸法と実質的に類似している。

共振器１００は、さらに、上部電極１０６と呼ばれている圧電層１０２の上に製造されたもう１つの電極を備えている。この上部電極１０６は、接触アーム１１０に接続された複数のフィンガー１０８を備えている。この第１の実施形態では、上部電極１０６は、５つのフィンガー１０８を備えている。接触アーム１１０および下部電極１０４は、共振器１００の電気コンタクトとして使用されている。上部電極１０６すなわち接触アーム１１０およびフィンガー１０８は、たとえば約０．１μｍと１μｍの間の厚さを有している。接触アーム１１０は、この場合、約１μｍと３００μｍの間の長さ（図２Ａの軸ｘに沿った寸法）および幅（図２Ａの軸ｚに沿った寸法）を有している。接触アーム１１０の幅はその長さよりも広くなっているため、共振器１００のＱ値を大きくし、かつ、接触アーム１１０の抵抗、延いては共振器１００の直列抵抗を小さくすることができる。この第１の実施形態では、圧電層１０２および下部電極１０４の長さおよび幅は、平面（ｘ、ｚ）内の上部電極１０６の表面が前記同じ平面内の下部電極１０４の表面または圧電層１０２の表面に含まれるように適合されている。

電極１０４および１０６は、従来通り、たとえば白金および／またはアルミニウムのＰＶＤ（物理気相成長）、および／またはモリブデンおよび／またはタングステンのＰＶＤ、およびそれに続くプラズマエッチングによって製造することができる。

フィンガー１０８は、圧電層１０２の上に上部電極１０６の不連続性領域１１２を形成している。この不連続性領域１１２は、フィンガー１０８によって分離されている。この第１の実施形態では、フィンガー１０８はそれぞれ長方形の形を有しており、その幅Ｗつまり軸ｘに沿った寸法は、式

に従って計算される。

したがってこの寸法Ｗは、圧電層１０２の上の上部電極１０６の２つの不連続性領域１１２の間の距離を表している。

「να_{ｌａｔｅｒａｌ}」は、ラム波の音響伝搬速度を表している。この速度は、層１０２の材料の幾何構造および共振パラメータに比例し、かつ、電極１０４、１０６、及びより一般的には共振器１００の音響特性に比例している。

「ｎ」は、フィンガー１０８によって分離された上部電極１０６の２つの不連続性領域１１２の間の音響距離、つまり共振器１００内におけるラム波の共振モードの次数を表している。

最後に、「ｆ」は共振器１００の共振周波数である。この共振周波数ｆの最大値は、共振器１００が製造される技術的ノードの値に対応しているフィンガー１０８の可能最小幅で決まる。共振器１００が３５ｎｍ技術で製造される場合、この最小幅は３５ｎｍに等しく、数百ＭＨｚすなわち約１ＧＨｚ未満に等しいその共振器の最大共振周波数ｆに対応している。

したがって、フィンガー１０８は、層１０２の共振特性、層１０２および電極１０４、１０６の形状、およびラム波の音響伝搬速度να_{ｌａｔｅｒａｌ}に基づく計算によってサイズ化される。したがって、所望の伝搬モードおよび共振周波数に基づいてＷを計算することができ、延いては上部電極１０６のフィンガー１０８をサイズ化することができる。フィンガー１０８の幅Ｗは、たとえば１μｍに等しいかあるいは約１μｍと１００μｍの間であり、また、これらのフィンガー１０８の長さは、たとえば約１０μｍと５０μｍの間である。さらに、これらのフィンガー１０８の間の間隔は、たとえば約１μｍと１０μｍの間である。最後に、この第１の実施形態では、フィンガー１０８は、接触アーム１１０と共に櫛形パターンを形成している。フィンガー１０８は、接触アーム１１０に対して直角に配置された長方形を形成している。接触アーム１１０も同じく実質的に長方形の形をしている。つまり、距離Ｗだけ互いに間隔を隔てたフィンガー１０８の２つの側部に平行の線は、前記フィンガー１０８が接続される接触アーム１１０の側部を貫通している線に対して直角である。

圧電層１０２のうちの上部電極１０６のフィンガー１０８と下部電極１０４の間に配置された部分は、共振器１００のアクティブゾーンを形成している。これらのアクティブゾーンの間、つまり不連続性領域１１２の位置で、圧電層１０２の一部が層１０２を貫通してエッチングされる。図２Ａに示されているように、このエッチングによって、フィンガー１０８の間の圧電層１０２中に凹所１１４が形成される。これらの凹所１１４は、共振器１００の非アクティブゾーンを形成している。

前記共振器１００の場合、所望の共振を得るために主として寄与しているのはモードＳ_０の対称ラム波である。ラム波のエネルギーは、圧電層１０２のアクティブゾーン、つまり上部電極１０６のフィンガー１０８と下部電極１０４の間に配置された圧電層１０２のゾーン中のこれらの波の伝搬速度と、圧電層１０２の非アクティブゾーン中、つまりフィンガー１０８の間の圧電層１０２中に形成された凹所１１４の位置におけるこれらの波の伝搬速度との差に比例している。ｎがより小さく選択されると（基本モードの場合、たとえばｎ＝１）、フィンガー１０８上で得られる共振エネルギーはより大きくなる。

圧電層１０２中に形成される凹所１１４により、共振器のアクティブゾーンと非アクティブゾーンの間に、全く異なる伝播条件、詳細には音響インピーダンスおよび伝搬速度を得ることができる。したがって非アクティブゾーンの方がアクティブゾーンより音響伝搬係数が小さく、それが共振器のアクティブゾーンの位置で伝搬エネルギーの拘束を可能にしている。

したがって、上で説明したように、２つの共振器１００を音響的に結合することにより、ｋが非ゼロ自然整数であり、かつ、ｆがフィルタ１００の共振周波数である寄生共振周波数ｆ_ｋ＝ｋ．ｆのレベルで高い共振を得ることができる共振フィルタが得られる。

図３は、第２の実施形態によるラム波共振器２００を示したものである。第１の実施形態による共振器１００の上部電極１０６に対して、この共振器２００の上部電極２０６は、たとえば図２Ａおよび２Ｂのフィンガー１０８と形状が実質的に類似していてもよい８つのフィンガー１０８を備えている。これらのフィンガー１０８のうちの４つは、同じく第１の実施形態の接触アーム１１０に類似していてもよい接触アーム１１０の第１の側部に接続されており、また、他の４つのフィンガー１０８は、接触アーム１１０の第１の側部とは反対側の第２の側部に接続されている。これらのフィンガー１０８は、接触アーム１１０に対して直角に配置された長方形を形成している。つまり、距離Ｗだけ互いに間隔を隔てたフィンガー１０８の２つの側部に平行の線は、前記フィンガー１０８が接続される接触アーム１１０の側部を貫通している線に対して直角である。

図４は、第３の実施形態によるラム波共振器３００を示したものである。これまでの共振器に対して、この共振器３００の上部電極３０６は、第１および第２の実施形態のフィンガー１０８の形状と実質的に類似した形状を個々に有することができる９個のフィンガー１０８を備えている。これらのフィンガー１０８のうちの３つは、接触アーム３１０の第１の側部に接続されている。最初の２つの実施形態の接触アーム１１０に対して、この接触アーム３１０の平面（ｘ、ｚ）における寸法は、約１μｍと４００μｍの間である。他の３つのフィンガー１０８は、接触アーム３１０の第１の側部とは反対側の第２の側部に接続されている。最後に、残りの３つのフィンガー１０８は、接触アーム３１０の第１および第２の側部に対して直角の第３の側部に接続されている。

図５は、第４の実施形態によるラム波共振器４００を示したものである。これまでの共振器に対して、共振器４００の上部電極４０６は、たとえば最初の２つの実施形態の接触アーム１１０に類似した接触アーム１１０を備えている。上部電極４０６は、さらに、アーム１１０と接触している１０個のフィンガー４０８を備えている。これまでの実施形態のフィンガー１０８に対して、フィンガー４０８は、長方形の形を有していない。しかしながら、フィンガー４０８は、フィンガー１０８と同様、これまでの実施形態と同様の方法で計算される距離Ｗだけ互いに間隔を隔てた２つの平行な側部を備えている。これらの２つの側部は、アーム１１０の一側と接触している。この第４の実施形態では、前記２つの側部に平行の線は、フィンガー４０８が接続されるアーム１１０の側部を貫通している線に対して直角ではない。この場合、フィンガー４０８の各々は、丸い形をした自由端を備えている。最後に、図５から分かるように、フィンガー４０８は、接触アーム１１０に対して「杉綾模様（ｈｅｒｒｉｎｇｂｏｎｅ）」パターンで配置されている。

第１の実施形態に対して、共振器２００、３００および４００の場合、同じアクティブ表面、つまり上部電極２０６、３０６および４０６のフィンガー１０８によって覆われた表面に、共振器１００の上部電極１０６のフィンガー１０８より長さが短いフィンガーを持たせることができるため、それらのアクセス抵抗を小さくすることができ、したがって共振器の直列抵抗を小さくすることができる。また、フィンガー１０８の長さが短くなっているため、共振器の動作に対する誘導効果を抑制することができる。

図６は、第５の実施形態によるラム波共振器５００を示したものである。上で説明した共振器に対して、この共振器５００は上部電極５０６を備えており、この上部電極５０６の接触アーム５１０は、実質的に円形の部分５１４に接続された実質的に長方形の部分５１２を備えている。上部電極５０６は、さらに、たとえば第１、第２および第３の実施形態のフィンガー１０８に類似した１３個のフィンガー１０８を備えている。これらの１３個のフィンガー１０８は、アーム５１０の円形の部分５１４に接続されており、前記円形の部分の周りに規則的に分布している。

前記図６では、フィンガー１０８は、互いに平行に配置されていないこと、つまり、距離Ｗだけ互いに間隔を隔てた第１のフィンガー１０８の２つの側部と、距離Ｗだけ互いに間隔を隔てた、第１のフィンガー１０８に隣接して配置されている第２のフィンガー１０８の２つの側部とは平行ではないことが分かる。図６の実施例では、距離Ｗだけ間隔を隔てた前記側部に平行なフィンガー１０８の対称軸は、この場合、上部電極５０６の円形の部分５１４によって形成された円の直径と整列している。

また、第１の実施形態による共振器１００に対して、このような共振器５００によれば、フィンガー１０８の長さが共振器１００のフィンガー１０８の長さより短いため、第１の電極５０６のフィンガー１０８のアクセス抵抗を小さくすることができる。さらに、アクセス抵抗は、この場合、すべてのフィンガー１０８で全く同じである。また、この第５の実施形態によれば、圧電層１０２の上に占められた同じ表面に対してフィンガー１０８の数を最大化することができる。最後に、この構造は誘導効果を生成しないため、高い周波数、すなわち数百ＭＨｚで共振器５００を動作させる場合にとりわけ有利である。

上で説明した様々な実施形態の代替として、圧電層の非アクティブゾーン、つまり、上部電極のフィンガーの間に配置された、上部電極のフィンガーによって覆われていない圧電層のゾーンを貫通していないエッチングを製造することも可能である。

図７Ａおよび７Ｂは、それぞれ非アクティブエッチゾーン６０２を備えた共振器６００の上面図および横断面図を示したものである。図７Ｂの横断面図は、図７Ａに示されている軸ＡＡに沿って取ったものである。このエッチングは、圧電材料を除去することができ、したがってこれらの非アクティブゾーン６０２の位置における材料の平均相対密度を小さくすることを可能にしている。材料の平均密度のこの低減により、伝搬条件、詳細には音響インピーダンスおよび伝搬速度が修正され、それによりこれらの非アクティブゾーンの伝搬係数が著しく小さくなる。したがってアクティブゾーンの伝搬係数と非アクティブゾーンの伝搬係数の差を大きくすることにより、ラム波に集中された音響エネルギーが大きくなる。

このエッチングは、図７Ａおよび７Ｂの実施例の場合のようにフィンガー１０８の間の非アクティブゾーンの平面（ｘ、ｚ）内の表面全体にわたって実施することも、あるいはこれらの非アクティブゾーンの一部分のみに実施することも可能である（たとえばトレンチまたは孔を製造することによって）。

上で説明した実施形態の代替として、図２Ａに示されている圧電層１０２の形状および寸法（平面（ｘ、ｚ）における）とは異なる形状および寸法を下部電極に持たせることも可能である。この場合、下部電極は、詳細には、実施形態に応じてそれぞれ上部電極１０６、２０６、３０６、４０６または５０６のパターンに類似したパターンを有することができ、また、圧電層のアクティブゾーンが上部電極のフィンガーと下部電極のフィンガーの間にのみ配置され、かつ、圧電層の他の部分がこれらの２つの電極のうちの一方にのみ接触するように配置される。

図８Ａおよび８Ｂは、それぞれこのような代替形態における共振器７００の上面図および横断面図を示したものである。図８Ｂの横断面図は、図８Ａに示されている軸ＡＡに沿って取ったものである。図８Ａにおいて、下部電極１０４の接触アーム１０５が点線で示されている。図８Ｂにおいて、下部電極１０４のフィンガー１０３が示されている。これらの図では、上部電極１０６のフィンガー１０８は、下部電極１０４のフィンガーの上に重なっている。

この代替形態によれば、とりわけ上部電極および下部電極の接触アームの長さ（図８Ｂの軸ｘに沿った寸法）を短くし、かつ、これらの接触アームの幅（図８Ａの軸ｚに沿った寸法）を広くすることができ、それにより共振器の様々なフィンガーのアクセス抵抗を小さくし、延いては、図２Ａおよび２Ｂに関連して説明した下部電極１０４を備えた共振器の共振周波数と同じ共振周波数に対する共振器の直列抵抗を小さくすることができる。

また、この代替実施形態では、圧電層１０２の非アクティブゾーンは、複数の貫通孔１１６からなるパターンに従ってエッチングされている。これらの孔１１６によって層１０２の圧電材料の平均密度を小さくすることができ、したがって圧電層１０２のアクティブゾーンと非アクティブゾーンの間の伝搬条件を修正することができる。平面（ｘ、ｙ）内では、孔は、ｄ＜＜λａまたはたとえばｄ＜（λａ／１０）になるよう、たとえば約１０μｍと５０μｍの間の直径ｄを有している。λａは、ラム波の横音響波長である。

従来技術によるＢＡＷ共振器を示す図である。本発明の第１の実施形態によるラム波共振器の上面図である。本発明の第１の実施形態によるラム波共振器の横断面図である。本発明の第２の実施形態によるラム波共振器の上面図である。本発明の第３の実施形態によるラム波共振器の上面図である。本発明の第４の実施形態によるラム波共振器の上面図である。本発明の第５の実施形態によるラム波共振器の上面図である。本発明の第６の実施形態によるラム波共振器の上面図である。本発明の第６の実施形態によるラム波共振器の横断面図である。本発明の第１の実施形態の代替形態によるラム波共振器の上面図である。本発明の第１の実施形態の代替形態によるラム波共振器の横断面図である。

符号の説明

１ＢＡＷ共振器
２、１０２層（圧電層）
４、１０４下部電極
６、１０６、２０６、３０６、４０６、５０６上部電極
８第１のアクティブゾーン
１０第２の非アクティブゾーン
１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００共振器（フィルタ、ラム波共振器）
１０３、１０８、４０８フィンガー
１０５、１１０、３１０、５１０接触アーム（アーム）
１１２上部電極の不連続性領域
１１４圧電層中の凹所
１１６貫通孔
５１２接触アームの実質的に長方形の部分
５１４接触アームの実質的に円形の部分
６０２非アクティブエッチゾーン

Claims

ラム波共振器（１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００）であって、少なくとも１つの圧電材料に基づく少なくとも１つの層（１０２）と、前記圧電層（１０２）の第１の面に配置された第１の電極（１０６、２０６、３０６、４０６、５０６）とを備え、前記圧電層（１０２）の前記第１の面の平面に平行な平面内における前記第１の電極のパターンが、少なくとも２つのフィンガー（１０８、４０８）および１つの接触アーム（１１０、３１０、５１０）からなり、前記フィンガー（１０８、４０８）の各々が、前記アーム（１１０、３１０、５１０）と接触している第１の側部と、及び互いに平行で、かつ、
να_{ｌａｔｅｒａｌ}が前記ラム波の音響伝搬速度であり、
ｎが前記ラム波の共振モードの次数であり、
ｆが前記共振器の共振周波数
である式

に従って計算される距離Ｗだけ互いに間隔を隔てた２つの他の側部と、を備えており、前記圧電層（１０２）の前記第１の面の前記平面の位置で、前記第１の電極（１０６、２０６、３０６、４０６、５０６）の前記フィンガー（１０８、４０８）の間に位置された表面の前記圧電層（１０２）の部分（１１４、１１６、６０２）が少なくとも部分的にエッチングされたラム波共振器。
前記圧電層（１０２）の前記部分（１１６）が、複数の孔を備えたパターンに従って、前記圧電層（１０２）の前記第１の面の前記平面内でエッチングされた請求項１に記載の共振器（７００）。
前記圧電層（１０２）の前記部分（１１４）が全体的にエッチングされた請求項１に記載の共振器（１００、２００、３００、４００、５００）。
前記部分（１１４、１１６）が、前記圧電層（１０２）の前記第１の面と、前記圧電層（１０２）の前記第１の面とは反対側の第２の面との間を貫通してエッチングされた請求項１から３のいずれか一項に記載の共振器（１００、２００、３００、４００、５００、７００）。
前記圧電層（１０２）の前記第１の面とは反対側の第２の面に配置された第２の電極（１０４）をさらに備えた請求項１から４のいずれか一項に記載の共振器（１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００）。
前記圧電層（１０２）の前記第１の面の前記平面に平行な前記平面内の前記第１の電極（１０６、２０６、３０６、４０６、５０６）の前記フィンガー（１０８、４０８）の表面が、前記同じ平面内の前記第２の電極（１０４）によって形成される表面に含まれている請求項５に記載の共振器（１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００）。
前記第２の電極（１０４）が、前記圧電層（１０２）の前記第１の面の前記平面に平行な前記平面において、少なくとも２つのフィンガー（１０３）および１つの接触アーム（１０５）からなるパターンを備えており、前記圧電層（１０２）の前記第１の面の前記平面に平行な前記平面内の前記第２の電極（１０４）の前記フィンガー（１０３）の前記表面は、前記同じ平面内の前記第１の電極（１０６）の前記フィンガー（１０８）によって形成された前記表面に類似し、及び重なっている請求項５に記載の共振器（７００）。
前記圧電層（１０２）の前記第１の面の前記平面に平行な前記平面内の前記第２の電極（１０４）の前記パターンが、前記同じ平面内の前記第１の電極（１０６）の前記パターンに類似し、及び前記圧電層（１０２）の前記第１の面の前記平面に平行な前記平面内の前記第２の電極（１０４）の前記接触アーム（１０５）の表面が、前記同じ平面内の前記第１の電極（１０６）の前記接触アーム（１１０）の表面と重なっていない請求項７に記載の共振器（７００）。
前記第１の電極（１０６、２０６、３０６、５０６）のフィンガー（１０８）の各々が実質的に長方形である請求項１から８のいずれか一項に記載の共振器（１００、２００、３００、５００、６００、７００）。
前記第１の電極（１０６、２０６、３０６、４０６、５０６）のフィンガー（１０８、４０８）の数がおよそ２個と１００個の間である請求項１から９のいずれか一項に記載の共振器（１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００）。
前記第１の電極（１０６、２０６、３０６、４０６）の前記接触アーム（１１０、３１０）が実質的に長方形である請求項１から１０のいずれか一項に記載の共振器（１００、２００、３００、４００、６００、７００）。
前記第１の電極（１０６、２０６、３０６）の、距離Ｗだけ互いに間隔を隔てた個々のフィンガー（１０８）の２つの側部に平行な線が、前記フィンガー（１０８）が接続されている前記第１の電極（１０６、２０６、３０６）の前記接触アーム（１１０、３１０）の一側を貫通している線に対して実施的に直角である請求項１１に記載の共振器（１００、２００、３００、６００、７００）。
前記第１の電極（１０６）の前記フィンガー（１０８）が、前記第１の電極（１０６）の前記接触アーム（１１０）の単一の側部、もしくは互いに反対の２つの側部、または３つの側部に接続された請求項１１または１２のいずれか一項に記載の共振器（１００、６００、７００）。
前記第１の電極（５０６）の前記接触アーム（５１０）は、前記フィンガー（１０８）が接続される実質的に円形の少なくとも一部分（５１４）を備えた請求項１から１０のいずれか一項に記載の共振器（５００）。
ラム波共振器（１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００）を製造するための方法であって、
少なくとも１つの圧電材料に基づく層（１０２）の第１の面に第１の電極（１０６、２０６、３０６、４０６、５０６）を製造する少なくとも１つの段階であって、前記圧電層（１０２）の前記第１の面の前記平面に平行な平面において、前記第１の電極のパターンは、少なくとも２つのフィンガー（１０８、４０８）および１つの接触アーム（１１０、３１０、５１０）を備えており、前記フィンガー（１０８、４０８）の各々は、前記アーム（１１０、３１０、５１０）と接触している第１の側部と、及び互いに平行で、かつ、
να_{ｌａｔｅｒａｌ}が前記ラム波の音響伝搬速度であり、
ｎが前記ラム波の共振モードの次数であり、
ｆが前記共振器の共振周波数
である式

に従って計算される距離Ｗだけ互いに間隔を隔てた２つの側部と、を備える段階と、
前記圧電層（１０２）の第１の面の前記平面の位置で、前記第１の電極（１０６、２０６、３０６、４０６、５０６）の前記フィンガー（１０８、４０８）の間に位置された表面の前記圧電層（１０２）の一部（１１４、１１６、６０２）を少なくとも部分的にエッチングする少なくとも１つの段階と、
を含む方法。
前記圧電層（１０２）の前記第１の面とは反対側の第２の面に第２の電極（１０４）を製造する段階をさらに備えた請求項１５に記載の方法。