JP2011160232A - 薄膜圧電共振器およびそれを用いた薄膜圧電フィルタ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】基板6と、基板上に形成される下部電極8と、基板6と下部電極8との間に形成される空隙または音響反射層と、下部電極上に形成される圧電層2と、圧電層上に形成される上部電極10と、上部電極上に形成される質量負荷層16とを含む薄膜圧電共振器であって、下部電極8と空隙または音響反射層と圧電層2と上部電極10とが重なる振動領域が、質量負荷層16の投影面が形成する領域に内包されており、質量負荷層16の少なくとも一方の端部は、前記端部と同じ方向の前記上部電極10の端部よりも水平方向に張り出し、前記張り出した部分の水平距離(W)は、0を超え15μm未満である薄膜圧電共振器である。
【選択図】図1
Description
また、特許文献2においては、特許文献1と同様に、振動領域の外周部の厚みを厚くしており、特許文献1と同様の問題点がある。
さらに、本発明は、上記の薄膜圧電共振器を用いた薄膜圧電フィルタに関する。
[第1の形態(上部電極−質量負荷層)]
本発明の薄膜圧電共振器は、基板と、前記基板上に形成される下部電極と、前記基板と前記下部電極との間に形成される空隙または音響反射層と、前記下部電極上に形成される圧電層と、前記圧電層上に形成される上部電極と、前記上部電極上に形成される質量負荷層とを含む薄膜圧電共振器であって、薄膜圧電共振器を上から見た場合に、前記下部電極と前記空隙または音響反射層と前記圧電層と前記上部電極とが重なる振動領域が、前記質量負荷層の投影面が形成する領域に内包されており、薄膜圧電共振器を側面から見た場合に、前記質量負荷層の少なくとも一方の端部は、前記端部と同じ方向の前記上部電極の端部よりも水平方向に張り出し、前記張り出した部分の水平距離(W)は、0を超え15μm未満であることを特徴とする。
ここで、質量負荷層の少なくとも一方の端部とは、薄膜圧電共振器を側面から見たときの質量負荷層の2つの先端部のうちの一つをいう。また、前記端部と同じ方向の前記上部電極の端部とは、薄膜圧電共振器を側面から見たときの上部電極の2つの先端部のうちの一つであり、質量負荷層の2つの先端部のうちの一つの端部と同じ方向にあるものをいう。質量負荷層の少なくとも一方の端部は、前記端部と同じ方向の前記上部電極の端部よりも水平方向に張り出すとは、質量負荷層の端部が上部電極の端部よりも、より外方向に延びていることをいう。
質量負荷層の2つの端部(両端、薄膜圧電共振器上から見た場合には、質量負荷層の外周部のすべてに相当する。)がいずれも、上部電極の端部よりも水平方向に張り出す形態でも良い。
上部電極と質量負荷層の水平方向の位置や形状によって、Wは各地点で同じ場合もあるし、異なる場合もある。例えば、Wは各地点で同じ場合とは、上部電極と質量負荷層がともに円形や楕円で、中心点が同じで、上部電極が質量負荷層に内包されているような場合である。また、Wは各地点で異なる場合とは、例えば、上記のケースで中心点が異なるケースや、上部電極が楕円で、質量負荷層が多角形の場合などである。本発明は、側面のいずれの方向から見た場合においても、張り出した部分の水平距離(W)は、0を超え15μm未満である。
上記構成において、前記質量負荷層は、前記振動領域における厚みと、前記第1緩衝領域、前記第2緩衝領域および前記支持領域における厚みが同じであることが好ましい。これによれば、スプリアス振動に基づくノイズの発生を抑制し、高いQ値と大きなkt2を有するとともに、共振周波数における抵抗値が小さい薄膜圧電共振器を提供することができる。
本発明の別の実施形態である薄膜圧電共振器は、基板と、前記基板上に形成される下部電極と、前記基板と前記下部電極との間に形成される空隙または音響反射層と、前記下部電極上に形成される圧電層と、前記圧電層上に形成される質量負荷層と、前記質量負荷層上に形成される上部電極とを含む薄膜圧電共振器であって、薄膜圧電共振器を上から見た場合に、前記下部電極と前記空隙または音響反射層と前記圧電層と前記質量負荷層とが重なる振動領域が、前記上部電極の投影面が形成する領域に内包されており、薄膜圧電共振器を側面から見た場合に、前記上部電極の少なくとも一方の端部は、前記端部と同じ方向の前記質量負荷層の端部よりも水平方向に張り出し、前記張り出した部分の水平距離(W)は、0を超え15μm未満であることを特徴とする。第2の実施形態は、第1の実施形態の上部電極と質量負荷層の上下の位置が反対である。
ここで、上部電極の少なくとも一方の端部とは、薄膜圧電共振器を側面から見たときの上部電極の2つの先端部のうちの一つをいう。また、前記端部と同じ方向の前記質量負荷層の端部とは、薄膜圧電共振器を側面から見たときの質量負荷層の2つの先端部のうちの一つであり、前記上部電極質量負荷層の2つの先端部のうちの一つの端部と同じ方向にあるものをいう。上部電極の少なくとも一方の端部は、前記端部と同じ方向の前記質量負荷層の端部よりも水平方向に張り出すとは、上部電極の端部が質量負荷層の端部よりも、より外方向に延びていることをいう。
上部電極の2つの端部(両端、薄膜圧電共振器上から見た場合には、上部電極の外周部のすべてに相当する。)がいずれも、質量負荷層の端部よりも水平方向に張り出す形態でも良い。
質量負荷層と上部電極の水平方向の位置や形状によって、Wは各地点で同じ場合もあるし、異なる場合もある。例えば、Wは各地点で同じ場合とは、質量負荷層と上部電極とがともに円形や楕円で、中心点が同じで、質量負荷層が上部電極に内包されているような場合である。また、Wは各地点で異なる場合とは、例えば、上記のケースで中心点が異なるケースや、質量負荷層が楕円で、上部電極が多角形の場合などである。本発明は、側面のいずれの方向から見た場合においても、張り出した部分の水平距離(W)は、0を超え15μm未満である。
図4は、本発明の薄膜圧電共振器の他の実施形態を示す断面図である。本実施形態においては、エアーギャップ4の代わりに、音響反射層22を設けている点がこれまでの態様とは異なる。尚、図4においては、上部電極の上部に質量負荷層を設けている(図1に対応)が、質量負荷層の上部に上部電極を設ける(図3に対応)構成とすることができる。
本発明における薄膜圧電共振器は、図5に示すように、下部電極の下側に誘電体層18を、上部電極の上面に誘電体層20を有した実施形態もある。下部誘電体層22及び上部誘電体層24としては、窒化アルミニウム(AlN)、酸窒化アルミニウム(AlOxNy(ここで、x及びyは例えば、0.9<x<1.4、0.1<y<0.5を満たす。))、窒化ケイ素(Si3N4)、およびサイアロン(SiAlON)などの比較的弾性率の大きな材料からなるものが好ましく、これらからなる群より選択される少なくとも一種の材質を主成分とする誘電体層から形成されることが好ましい。その他は図1と同様であり、同様の方法にて作製する。尚、図5においては、上部電極の上部に質量負荷層を設けている(図1に対応)が、質量負荷層の上部に上部電極を設ける(図3に対応)構成とすることができる。また、エアーギャップ4の代わりに、音響反射層22を設けることもできる。
本発明における薄膜圧電共振器は、図6に示すように、振動領域、緩衝領域および支持領域にまで質量負荷層を拡張した実施形態もある。質量負荷層16が金属材料からなる場合には、緩衝領域および支持領域上に質量負荷層16を拡張することにより、接続導体14における電気抵抗を小さくすることが可能となり、薄膜圧電共振器の共振周波数におけるインピーダンス(Rs)を小さくでき、Q値(Qs)を大きくできる。エアーギャップ4の代わりに、音響反射層22を設けることもできる。
本発明における薄膜圧電共振器は、図7に示すように、振動領域の外周部に凸状の環帯構造を設けた実施形態もある。環帯物が、前記上部電極または前記質量負荷層のうち上位にある上部電極または質量負荷層の上部に形成される。振動領域の外周部に凸状の環帯構造を設けることにより、反共振周波数(fp)におけるQ値がさらに大きくなり好ましい。より好ましくは、環帯物は振動領域の外周に沿って形成され、その幅は3μm以下とすることができる。また、環帯部中心側端面がスロープ形状とすることにより、共振周波数近傍のノイズが低減され好ましい。より好ましくは、基板の上面に対するスロープの角度が60°以下とすることができる。エアーギャップ4の代わりに、音響反射層22を設けることもできる。
上記においては、さまざまな実施形態を説明した。本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、種々の改変が可能である。
本発明の薄膜圧電共振器を複数使用することによって、通過帯域での挿入損失を低減した薄膜圧電フィルタを構成することができる。薄膜圧電フィルタの実施形態としては、図9に示す薄膜圧電共振器をラダー型に配置したフィルタ、図10に示す薄膜圧電共振器をラティス型に配置したフィルタがあるが、これに限定されるものではない。
シリコン基板上に、絶縁層として熱酸化法により2μmのSiO2を形成し、その後、絶縁層上にスパッタリング法により犠牲層として50nmのチタン(Ti)を成膜し、ドライエッチング法により所定形状にパターニングした。さらに、スパッタリング法により下部電極として厚みが300nmのMoを成膜し、ドライエッチング法により所定形状にパターニングした。スパッタリング法により下部電極上に圧電層として厚みが1200nmのAlNを成膜した。その後、圧電層上に上部電極層として厚みが250nmのMo(音響インピーダンス(Zu)は6.9×107Kg/m2・sである。)をスパッタリング法を用いて製膜し、ドライエッチング法によりパターニングした。さらに、スパッタリング法により上部電極層の上に質量負荷層として厚みが50nmのRu(ヤング率は4.4×1011N/m2であり、音響インピーダンス(Zf)は8.6×107Kg/m2・sである。)を成膜するとともにイオンビームエッチング法を用いてパターニングした。Zf/Zuは1.25である。続いて、硝酸、硫酸混合水溶液を用いて湿式エッチングにより、前記上部電極が端面から僅かにエッチングされ、上部電極の外周形状が質量負荷層のそれより僅かに小さくなるようにエッチングした。上部電極形状は楕円形で、長軸径aが107μm、短軸径bが72μmとし、張り出した部分の水平距離(W)を1μmとした。その後、ドライエッチング法を用いて、質量負荷層上面から犠牲層にまで達する一辺が5μmの正方形である貫通孔を形成した後、貫通孔を介してフッ酸水溶液にて犠牲層および絶縁層を除去した。これにより、振動領域が楕円形で、長軸径aが107μm、短軸径bが72μmの図1記載の薄膜圧電共振器を作製した。
張り出した部分の水平距離(W)を4〜10μmとした以外は実施例1と同様とした図1の薄膜圧電共振器を作製した。上部電極を端面からエッチングする際のエッチャントとしては、硝酸、硫酸混合水溶液を用いてエッチングすることによりエッチングすることができ、エッチング時間を制御することで張り出した部分の水平距離(W)を制御した。表2に示されているように、得られた薄膜圧電共振器の反共振周波数におけるインピーダンス(Rp)は2000〜2440Ωと大きく、Q値(Qp)は1250〜1420であり高い値を示した。Wが1から8μmの場合のRpとQp値は、Wが10μmの場合と比べて、特に高い値を示し良好であることが明らかとなった。また、共振周波数から反共振周波数の間の周波数帯およびその周辺におけるノイズの大きさは、表2のノイズレベルに示すように小さく、ノイズの発生を抑制できていることがわかる。
張り出した部分の水平距離(W)を15μmとした以外は実施例1と同様とした図1の薄膜圧電共振器を作製した。上部電極を端面からエッチングする際のエッチャントとしては、硝酸、硫酸混合水溶液を用いてエッチングすることによりエッチングすることができ、エッチング時間を制御することで張り出した部分の水平距離(W)を制御した。図13(a)にこのようにして作製した薄膜圧電共振器のインピーダンスの周波数特性と、図13(b)にスミスチャート図を示す。得られた薄膜圧電共振器の反共振周波数におけるインピーダンス(Rp)は1580Ωで実施例1〜5と比較して小さくなっていることがわかる。また、Q値(Qp)は980で実施例1〜5と比較して小さくなっている。
張り出した部分の水平距離(W)を−4〜0μmとした以外は実施例1と同様とした図1の薄膜圧電共振器を作製した。上部電極のサイズに比べ、質量負荷層のそれが大きい場合にマイナスとして表記した。実施例1とほぼ同様の作製方法にて作製することができるが、質量負荷層を形成した後に上部電極層を湿式エッチングにてエッチングする工程を含まない点が実施例1の作製方法と異なる。表2に示すように、得られた薄膜圧電共振器の反共振周波数におけるインピーダンス(Rp)は1340〜1380Ωで実施例1〜5と比較して小さくなっていることがわかる。また、Q値(Qp)は810〜840で実施例1〜5と比較して小さくなっている。
シリコン基板上に、絶縁層として熱酸化法により2μmのSiO2を形成し、その後、絶縁層上にスパッタリング法により犠牲層として50nmのチタン(Ti)を成膜し、ドライエッチング法により所定形状にパターニングした。さらに、スパッタリング法により下部電極として厚みが300nmのMoを成膜し、ドライエッチング法により所定形状にパターニングした。スパッタリング法により下部電極上に圧電層として厚みが1200nmのAlNを成膜した。その後、圧電層上に質量負荷層として厚みが50nmのMo(ヤング率は3.2×1011N/m2であり、音響インピーダンス(Zf)は6.9×107Kg/m2・sである。)をスパッタリング法を用いて製膜し、ドライエッチング法によりパターニングした。さらに、スパッタリング法により質量負荷層の上に上部電極層として厚みが250nmのRu(音響インピーダンス(Zu)は8.6×107Kg/m2・sである。)を成膜するとともにイオンビームエッチング法を用いてパターニングした。Zf/Zuは0.80である。続いて、硝酸、硫酸混合水溶液を用いて湿式エッチングにより、前記質量負荷層が端面から僅かにエッチングされ、質量負荷層の外周形状が上部電極層のそれより僅かに小さくなるようにエッチングした。質量負荷層の形状は楕円形で、長軸径aが107μm、短軸径bが72μmとし、張り出した部分の水平距離(W)が1〜10μmとなるように上部電極サイズを調整した。その後、ドライエッチング法を用いて、上部電極上面から犠牲層にまで達する一辺が5μmの正方形である貫通孔を形成した後、貫通孔を介してフッ酸水溶液にて犠牲層および絶縁層を除去した。これにより、振動領域が楕円形で、長軸径aが107μm、短軸径bが72μmの図3記載の薄膜圧電共振器を作製した。表2に示されているように、得られた薄膜圧電共振器の反共振周波数におけるインピーダンス(Rp)は1990〜2460Ωと大きく、Q値(Qp)は1230〜1420であり高い値を示した。また、Wが1から8μmの場合のRpとQp値は、Wが10μmの場合と比べて、特に高い値を示し良好であることが明らかとなった。
張り出した部分の水平距離(W)を15、−4〜0μmとした以外は実施例7〜12と同様とした図3の薄膜圧電共振器を作製した。上部電極のサイズに比べ、質量負荷層のそれが大きい場合にマイナスとして表記した。実施例7〜12とほぼ同様の作製方法にて作製することができるが、上部電極層を形成した後に質量負荷層を湿式エッチングにてエッチングする工程を含まない点が実施例7〜12の作製方法と異なる。表2に示すように、得られた薄膜圧電共振器の反共振周波数におけるインピーダンス(Rp)は1310〜1520Ωで実施例6〜10と比較して小さくなっていることがわかる。また、Q値(Qp)は790〜960で実施例6〜10と比較して小さくなっている。
質量負荷層の材質をAl(ヤング率=0.7×1011N/m2、音響インピーダンス(Zf)は1.7×107Kg/m2・s)とした以外は、それぞれ実施例3、4と同様の薄膜圧電共振器を作製した。Zf/Zuは0.25である。表2に得られた薄膜圧電共振器の反共振周波数におけるインピーダンス(Rp)は2200、2210Ωと大きく、Q値(Qp)は1290、1300であり高い値を示した。また、kt2はいずれも6.1%と、実施例2、3の6.5%に比べ僅かに低下しおり、質量負荷層のヤング率が1.0×1011N/m2以上で、質量負荷層と上部電極層の音響インピーダンスの比(Zf/Zu)が0.3より大きいことが好ましいことがわかる。
質量負荷層の材質をSiO2(ヤング率=0.7×1011N/m2、音響インピーダンス(Zf)は1.3×107Kg/m2・s)とした以外は、実施例3、4と同様の薄膜圧電共振器を作製した。Zf/Zuは0.19である。表2に得られた薄膜圧電共振器の反共振周波数におけるインピーダンス(Rp)は2230、2250Ωと大きく、Q値(Qp)はいずれも1310であり高い値を示した。また、kt2はいずれも6.2%と、実施例2、3の6.5%に比べ僅かに低下しおり、質量負荷層のヤング率が1.0×1011N/m2以上で、質量負荷層と上部電極層の音響インピーダンスの比(Zf/Zu)が0.3より大きいことが好ましいことがわかる。
質量負荷層の材質をAl2O3(ヤング率=3.8×1011N/m2、音響インピーダンス(Zf)は4.2×107Kg/m2・s)とした以外は、実施例3、4と同様の薄膜圧電共振器を作製した。Zf/Zuは0.61である。表2に得られた薄膜圧電共振器の反共振周波数におけるインピーダンス(Rp)は2370、2410Ωと大きく、Q値(Qp)は1300、1330であり高い値を示した。また、kt2は6.5%と、実施例2、3の6.5%と同等の値であり、質量負荷層のヤング率が1.0×1011N/m2以上で、質量負荷層と上部電極層の音響インピーダンスの比(Zf/Zu)が0.3より大きいことが好ましいことがわかる。
質量負荷層を緩衝領域、支持領域まで拡張した図6記載の薄膜圧電共振器を作製した。その他の条件は実施例3、4と同様とした。表2に得られた薄膜圧電共振器の共振周波数におけるインピーダンス(Rs)とQ値(Qs)の値と、反共振周波数におけるインピーダンス(Rp)とQ値(Qp)の値とノイズレベルの大きさを示している。得られた薄膜圧電共振器の反共振周波数におけるインピーダンス(Rp)は2370、2430Ωで、Q値(Qp)は1300、1400と大きな値を示した。さらに、共振周波数におけるインピーダンス(Rs)は1.1Ωと小さく、Q値(Qs)は1590、1570と大きな値を示した。このように、質量負荷層を緩衝領域、支持領域まで拡張することにより、共振周波数におけるQ値の改善に有効であることがわかる。
質量負荷層上に凸状の環帯構造物を形成した図7記載の薄膜圧電共振器を作製した。凸状の環帯構造物は、材質がRuで、幅(W’)は3.3μmで、厚み(T’)は100nmとした。その他の条件は実施例3、4と同様とした。表2に得られた薄膜圧電共振器の反共振周波数におけるインピーダンス(Rp)とQ値(Qp)の値とノイズレベルの大きさを示している。得られた薄膜圧電共振器の反共振周波数におけるインピーダンス(Rp)は2660、2720Ωで、Q値(Qp)は1430、1440と大きな値を示した。特に、本実施例におけるRp値は、他の実施例のそれと比べてさらに高いことが明らかとなった。また、共振周波数から反共振周波数の間の周波数帯およびその周辺におけるノイズの大きさは、表2のノイズレベルに示すように、小であり、ノイズの発生を抑制できていることがわかる。
質量負荷層を有していない図14の薄膜圧電共振器を作製した。各構成層の厚みは、下部電極をMoで厚み300nm、圧電層をAlNで厚み1200nm、上部電極をRuで厚み250nmとした。表2に示すように、得られた薄膜圧電共振器の反共振周波数におけるインピーダンス(Rp)は1320Ωで実施例と比較して小さくなっていることがわかる。また、Q値(Qp)は820で実施例と比較して小さくなっている。
図1に示す実施形態で、質量負荷層に関する条件は実施例3と同様とした薄膜圧電共振器を用いて、図9に示すラダー型フィルタの薄膜圧電フィルタを作製した。本実施例では、直列薄膜共振器および並列薄膜圧電共振器に実施例3で示した薄膜圧電共振器の質量負荷層を適用している。薄膜圧電フィルタの通過特性を図12に示す。質量負荷層を有していない薄膜圧電共振器にて作製した比較例9の薄膜圧電フィルタの通過特性と比べ、通過帯域(1920〜1980MHz)での挿入損失が小さくなっていることがわかる。さらに、通過帯域内におけるノイズの発生はほとんど見られない。
図14に示す形態で、構成層に関する条件は比較例9と同様とした薄膜圧電共振器を用いて、図9に示すラダー型フィルタの薄膜圧電フィルタを作製した。薄膜圧電フィルタの通過特性を図13に示す。質量負荷層を有している薄膜圧電共振器にて作製した実施例21の薄膜圧電フィルタの通過特性と比べ、通過帯域(1920〜1980MHz)での挿入損失が大きくなっていることがわかる。
4 振動空間
6 基板
8 下部電極
10 上部電極
12 圧電共振器スタック
14 接続導体
16 質量負荷層
18 下部誘電体層
20 上部誘電体層
22 絶縁層
24 犠牲層
26 音響インピーダンス変換器
28 パターニング用レジスト
30 犠牲層エッティング用貫通孔
32 凸状の環帯構造体
40 振動領域
42 緩衝領域
43 第1緩衝領域
44 第2緩衝領域
46 支持領域
104、106 入出力ポート
131、133、135、137 ラダー型フィルタの直列共振素子(直列薄膜圧電共振子)
132、134、136、138 ラダー型フィルタの並列共振素子(並列薄膜圧電共振子)
141、143 ラティス型フィルタの直列共振素子(直列薄膜圧電共振子)
142、144 ラティス型フィルタの並列共振素子(並列薄膜圧電共振子)
Claims (6)
- 基板と、前記基板上に形成される下部電極と、前記基板と前記下部電極との間に形成される空隙または音響反射層と、前記下部電極上に形成される圧電層と、前記圧電層上に形成される上部電極と、前記上部電極上に形成される質量負荷層とを含む薄膜圧電共振器であって、
薄膜圧電共振器を上から見た場合に、前記下部電極と前記空隙または音響反射層と前記圧電層と前記上部電極とが重なる振動領域が、前記質量負荷層の投影面が形成する領域に内包されており、
薄膜圧電共振器を側面から見た場合に、前記質量負荷層の少なくとも一方の端部は、前記端部と同じ方向の前記上部電極の端部よりも水平方向に張り出し、
前記張り出した部分の水平距離(W)は、0を超え15μm未満である薄膜圧電共振器。 - 基板と、前記基板上に形成される下部電極と、前記基板と前記下部電極との間に形成される空隙または音響反射層と、前記下部電極上に形成される圧電層と、前記圧電層上に形成される質量負荷層と、前記質量負荷層上に形成される上部電極とを含む薄膜圧電共振器であって、
薄膜圧電共振器を上から見た場合に、前記下部電極と前記空隙または音響反射層と前記圧電層と前記質量負荷層とが重なる振動領域が、前記上部電極の投影面が形成する領域に内包されており、
薄膜圧電共振器を側面から見た場合に、前記上部電極の少なくとも一方の端部は、前記端部と同じ方向の前記質量負荷層の端部よりも水平方向に張り出し、
前記張り出した部分の水平距離(W)は、0を超え15μm未満である薄膜圧電共振器。 - 前記Wは、1以上10μm以下である請求項1または2記載の薄膜圧電共振器。
- 前記Wは、1以上8μm以下である請求項1または2記載の薄膜圧電共振器。
- 環帯物が、前記上部電極または前記質量負荷層のうち上位にある上部電極または質量負荷層の上部に形成された請求項1から4のいずれか1項に記載の薄膜圧電共振器。
- 請求項1から5記載の薄膜圧電共振器を用いた薄膜圧電フィルタ。
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---|---|
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Cited By (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2013175985A1 (ja) * | 2012-05-22 | 2013-11-28 | 株式会社村田製作所 | バルク波共振子 |
JP2014176095A (ja) * | 2013-03-12 | 2014-09-22 | Triquint Semiconductor Inc | 強固に固定されたバルク弾性波共振器における境界リングモード抑制 |
US9184725B2 (en) * | 2011-08-09 | 2015-11-10 | Taiyo Yuden Co., Ltd. | Acoustic wave device |
KR20190058258A (ko) * | 2017-11-20 | 2019-05-29 | 삼성전기주식회사 | 음향 공진기 |
JP2019161030A (ja) * | 2018-03-14 | 2019-09-19 | 新日本無線株式会社 | 圧電素子 |
CN111740007A (zh) * | 2020-03-31 | 2020-10-02 | 中芯集成电路制造(绍兴)有限公司 | 半导体器件及其形成方法 |
US11133791B2 (en) | 2015-05-13 | 2021-09-28 | Qorvo Us, Inc. | Spurious mode suppression in bulk acoustic wave resonator |
JP2021534612A (ja) * | 2019-07-19 | 2021-12-09 | 中芯集成電路(寧波)有限公司上海分公司Ningbo Semiconductor International Corporation(Shanghai Branch) | 薄膜バルク音響波共振器およびその製造方法 |
CN114598287A (zh) * | 2022-05-09 | 2022-06-07 | 深圳新声半导体有限公司 | 一种体声波谐振器制作的方法 |
EP4089919A4 (en) * | 2021-01-21 | 2023-11-29 | Semiconductor Manufacturing Electronics (Shaoxing) Corporation | ELECTRONIC DEVICE AND ITS TRAINING METHOD |
WO2024108750A1 (zh) * | 2022-11-22 | 2024-05-30 | 河源市艾佛光通科技有限公司 | 一种固态体声波谐振器及其制作方法 |
WO2024159616A1 (zh) * | 2023-02-02 | 2024-08-08 | 瑞声科技(南京)有限公司 | 一种薄膜声学谐振器 |
Citations (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0964683A (ja) * | 1995-08-17 | 1997-03-07 | Motorola Inc | モノリシック薄膜共振器格子フィルタおよびその製造方法 |
JPH11340775A (ja) * | 1998-05-26 | 1999-12-10 | Tdk Corp | 圧電振動子 |
JP2001326553A (ja) * | 2000-05-17 | 2001-11-22 | Murata Mfg Co Ltd | 圧電フィルタ、通信装置および圧電フィルタの製造方法 |
JP2006109472A (ja) * | 2004-10-01 | 2006-04-20 | Agilent Technol Inc | 周縁に質量負荷を施した圧電薄膜共振器 |
JP2007300430A (ja) * | 2006-04-28 | 2007-11-15 | Fujitsu Media Device Kk | 圧電薄膜共振器およびフィルタ |
JP2007324823A (ja) * | 2006-05-31 | 2007-12-13 | Fujitsu Media Device Kk | フィルタ |
JP2008103798A (ja) * | 2006-10-17 | 2008-05-01 | Fujitsu Media Device Kk | ラダー型フィルタ |
JP2008113061A (ja) * | 2006-10-27 | 2008-05-15 | Kyocera Corp | バルク音響波共振子及びフィルタ装置並びに通信装置 |
JP2008251196A (ja) * | 2007-03-29 | 2008-10-16 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 円筒形電池 |
JP2009200714A (ja) * | 2008-02-20 | 2009-09-03 | Fujitsu Ltd | 圧電薄膜共振器、フィルタ、デュープレクサ、通信モジュール、および通信装置 |
JP2010087578A (ja) * | 2008-09-29 | 2010-04-15 | Kyocera Corp | バルク音響波共振子および電子部品 |
-
2010
- 2010-02-01 JP JP2010020717A patent/JP2011160232A/ja active Pending
Patent Citations (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0964683A (ja) * | 1995-08-17 | 1997-03-07 | Motorola Inc | モノリシック薄膜共振器格子フィルタおよびその製造方法 |
JPH11340775A (ja) * | 1998-05-26 | 1999-12-10 | Tdk Corp | 圧電振動子 |
JP2001326553A (ja) * | 2000-05-17 | 2001-11-22 | Murata Mfg Co Ltd | 圧電フィルタ、通信装置および圧電フィルタの製造方法 |
JP2006109472A (ja) * | 2004-10-01 | 2006-04-20 | Agilent Technol Inc | 周縁に質量負荷を施した圧電薄膜共振器 |
JP2007300430A (ja) * | 2006-04-28 | 2007-11-15 | Fujitsu Media Device Kk | 圧電薄膜共振器およびフィルタ |
JP2007324823A (ja) * | 2006-05-31 | 2007-12-13 | Fujitsu Media Device Kk | フィルタ |
JP2008103798A (ja) * | 2006-10-17 | 2008-05-01 | Fujitsu Media Device Kk | ラダー型フィルタ |
JP2008113061A (ja) * | 2006-10-27 | 2008-05-15 | Kyocera Corp | バルク音響波共振子及びフィルタ装置並びに通信装置 |
JP2008251196A (ja) * | 2007-03-29 | 2008-10-16 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 円筒形電池 |
JP2009200714A (ja) * | 2008-02-20 | 2009-09-03 | Fujitsu Ltd | 圧電薄膜共振器、フィルタ、デュープレクサ、通信モジュール、および通信装置 |
JP2010087578A (ja) * | 2008-09-29 | 2010-04-15 | Kyocera Corp | バルク音響波共振子および電子部品 |
Cited By (22)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9184725B2 (en) * | 2011-08-09 | 2015-11-10 | Taiyo Yuden Co., Ltd. | Acoustic wave device |
WO2013175985A1 (ja) * | 2012-05-22 | 2013-11-28 | 株式会社村田製作所 | バルク波共振子 |
CN104321965A (zh) * | 2012-05-22 | 2015-01-28 | 株式会社村田制作所 | 体波谐振器 |
JPWO2013175985A1 (ja) * | 2012-05-22 | 2016-01-12 | 株式会社村田製作所 | バルク波共振子 |
US9461616B2 (en) | 2012-05-22 | 2016-10-04 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Bulk wave resonator having an aluminum nitride film containing scandium and ScAlN protective layer |
JP2014176095A (ja) * | 2013-03-12 | 2014-09-22 | Triquint Semiconductor Inc | 強固に固定されたバルク弾性波共振器における境界リングモード抑制 |
US11133791B2 (en) | 2015-05-13 | 2021-09-28 | Qorvo Us, Inc. | Spurious mode suppression in bulk acoustic wave resonator |
KR102691310B1 (ko) * | 2017-11-20 | 2024-08-05 | 삼성전기주식회사 | 음향 공진기 |
KR20190058258A (ko) * | 2017-11-20 | 2019-05-29 | 삼성전기주식회사 | 음향 공진기 |
JP2019161030A (ja) * | 2018-03-14 | 2019-09-19 | 新日本無線株式会社 | 圧電素子 |
JP7251837B2 (ja) | 2019-07-19 | 2023-04-04 | 中芯集成電路(寧波)有限公司上海分公司 | 薄膜バルク音響波共振器およびその製造方法 |
JP2021534612A (ja) * | 2019-07-19 | 2021-12-09 | 中芯集成電路(寧波)有限公司上海分公司Ningbo Semiconductor International Corporation(Shanghai Branch) | 薄膜バルク音響波共振器およびその製造方法 |
US11848657B2 (en) | 2019-07-19 | 2023-12-19 | Ningbo Semiconductor International Corporation | Film bulk acoustic resonator and fabrication method thereof |
JP2021164148A (ja) * | 2020-03-31 | 2021-10-11 | セミコンダクター マニュファクチュアリング エレクトロニクス(シャオシン)コーポレーション | 半導体装置及びその製造方法 |
CN111740007B (zh) * | 2020-03-31 | 2022-09-09 | 绍兴中芯集成电路制造股份有限公司 | 压电器件及其形成方法 |
JP7183226B2 (ja) | 2020-03-31 | 2022-12-05 | セミコンダクター マニュファクチュアリング エレクトロニクス(シャオシン)コーポレーション | 半導体装置及びその製造方法 |
CN111740007A (zh) * | 2020-03-31 | 2020-10-02 | 中芯集成电路制造(绍兴)有限公司 | 半导体器件及其形成方法 |
EP4089919A4 (en) * | 2021-01-21 | 2023-11-29 | Semiconductor Manufacturing Electronics (Shaoxing) Corporation | ELECTRONIC DEVICE AND ITS TRAINING METHOD |
CN114598287B (zh) * | 2022-05-09 | 2022-08-05 | 深圳新声半导体有限公司 | 一种体声波谐振器制作的方法 |
CN114598287A (zh) * | 2022-05-09 | 2022-06-07 | 深圳新声半导体有限公司 | 一种体声波谐振器制作的方法 |
WO2024108750A1 (zh) * | 2022-11-22 | 2024-05-30 | 河源市艾佛光通科技有限公司 | 一种固态体声波谐振器及其制作方法 |
WO2024159616A1 (zh) * | 2023-02-02 | 2024-08-08 | 瑞声科技(南京)有限公司 | 一种薄膜声学谐振器 |
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