JP2013138425A - ブリッジを備えるソリッドマウントバルク音響波共振器構造 - Google Patents

ブリッジを備えるソリッドマウントバルク音響波共振器構造 Download PDF

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Abstract

【課題】活性領域を有するＢＡＷ共振器では、該活性領域に対する接続部が損失を大きくする場合があって、Ｑ因子を低下させる事から、Ｑ因子を低下させる音響損失を克服する、ＢＡＷ共振器に於ける音響共振器構造の提供。
【解決手段】ソリッドマウントバルク音響共振器１００は、第１の電極１０２、第２の電極１０４、第１の電極と第２の電極の間に配置された圧電層１０３、及び、該第１の電極、該第２の電極、及び該圧電層の下に配置された複数の層からなる音響反射器１０５を備える。該音響反射器と該第１の電極と該第２の電極と該圧電層のオーバーラップしている部分が該音響共振器の活性領域１１４を画定し、該圧電層は、該第１の電極の端（エッジ）の上に延在する。該音響共振器はまた、該音響共振器の活性領域の終端に隣接するブリッジ１０８を備える。該ブリッジは、該第１の電極の一部とオーバーラップする。
【選択図】図１Ａ

Description

関連出願への相互参照
本願は、2009年6月24日に提出された「Acoustic Resonator Structure ComprisingBridge」と題する、共同所有されている米国特許出願第12/490,525号の37 CFR 1.53(b)に基づく一部継続出願であり、また、2009年11月25日に提出された「Acoustic Resonator Structure having an Electrode with a CantileveredPortion」と題する、共同所有されている米国特許出願第12/626,035号の37 CFR 1.53(b)に基づく一部継続出願である。本願は、35 U.S.C 120に基づいて、米国特許出願第12/490,525号及び第12/626,035号を基礎とする優先権を主張するものである。米国特許出願第12/490,525号及び第12/626,035号の開示内容は、参照により本明細書に具体的に組み込まれるものとする。
多くの電子工学分野で、電気共振器が使用されている。たとえば、多くの無線通信装置において、無線周波数（rf）及びマイクロ波周波数共振器が、信号の受信及び送信を改善するためにフィルターとして使用されている。フィルターは、一般に、インダクター（コイル）及びコンデンサーを有し、最近は、共振器も備えている。
明らかなことであるが、電子装置の構成要素（部品等）のサイズを小さくすることが望ましい。多くの既知のフィルター技術には、システム全体の小型化に対する障害がある。構成要素のサイズを小さくする必要に対して、圧電効果に基づくタイプの共振器が登場した。圧電ベースの共振器では、音響共振モードが圧電材料内で生成される。それらの音響波は、電気的用途で使用するために電気（的）波に変換される。
圧電共振器の１つのタイプが、バルク音響波（Bulk Acoustic Wave：BAW）共振器である。BAW共振器は、サイズが小さいという利点を有しており、集積回路（IC）製造用のツール及び技術に適している。BAW共振器は、とりわけ、２つの電極間に配置された圧電材料の層からなる音響スタック（acoustic stack）を備えている。音響波（音波）は、音響スタックを横切る共振を発生させ、この場合、該波の共振周波数は、音響スタック内の材料によって決まる。
BAW共振器は、原理的には、クオーツなどのバルク音響共振器に類似するが、GHz周波数で共振するように小型化されている。BAW共振器は、数ミクロンオーダーの厚みと数百ミクロンの長さ及び幅を有するので、BAW共振器は、既知の共振器の代替となる比較的小さいサイズを提供するという利点を有する。
バルク音響共振器は、伝搬方向に伝搬（ｋ）ベクトルを有する縦の機械的な波である厚み縦振動（thickness-extensional：TE）モードだけを励起するのが望ましい。TEモードは、圧電層の厚み方向（たとえば、ｚ方向）に進むのが望ましい。
残念ながら、音響スタックにおいては、望ましいTEモードの他に、Rayleigh-Lamb（レーリーラム）モードとして知られている横モードも生成される。Rayleigh-Lambモードは、望ましい動作モードであるTEモードの方向と直角をなすｋベクトルを有する機械的な波である。これらの横モードは、圧電材料の面次元内を進む。他の悪影響の中でも特に、横モードは、BAW共振器デバイスのQ因子（またはQ係数。以下同じ）に悪影響を及ぼす。具体的には、Rayleigh-Lambモードのエネルギーが、BAW共振器デバイスの不活性領域及び界面で失われる。明らかなことであるが、このスプリアスモードへのエネルギーの損失は、望ましい縦モードのエネルギーの損失であり、最終的にはQ因子の低下をもたらす。
BAW共振器は活性領域を有しており、この活性領域に対する接続部が損失を大きくする場合があり、そのため、Q因子が低下しうる。たとえば、活性化領域と接続部との間の移行領域（または遷移領域）において、BAW共振器構造の下部電極の終端（または成端）の結果として、製造中に圧電層に欠陥が生じる場合がある。それらの欠陥は、結果としてQ因子を低下させる音響損失をもたらす可能性がある。
したがって、上記の既知の欠点を少なくとも克服する音響共振器構造の電気フィルターが必要とされている。
代表的な１実施形態にしたがうソリッドマウントバルク音響波共振器（固体取付けバルク音響波共振器ともいう。また、以下では、音響波共振器を音響共振器ともいう）は、第１の電極、第２の電極、該第１の電極と該第２の電極の間に配置された圧電層、並びに、複数の層を有し、かつ、該第１の電極、該第２の電極、及び該圧電層の下に配置された音響反射器を備える。該音響反射器と該第１の電極と該第２の電極と該圧電層のオーバーラップ部分（重複部分）は、該音響共振器の活性領域を画定し、該圧電層は、該第１の電極のエッジ（端）の上に延在している。該音響共振器はまた、該音響共振器の活性領域の末端（終端）に隣接するブリッジを備えている。該ブリッジは、該第１の電極の一部とオーバーラップしている。
いくつかの例示的な実施形態は、以下の詳細な説明及び添付の図面から最も良く理解される。種々の特徴部は必ずしも一定のスケールでは描かれていない。実際に、説明を明瞭にするために、寸法を適宜大きくしまたは小さくしている場合がある。適切で役立つ場合には、同じ参照番号が同様の要素を指している。
代表的な１実施形態にしたがうソリッドマウントバルク音響共振器（SMR）の断面図である。 図１Ａの代表的な実施形態のSMRの上面図である。 別の代表的な実施形態にしたがうソリッドマウント共振器の断面図である。 代表的な１実施形態にしたがうソリッドマウントバルク音響共振器（SMR）の断面図である。 代表的な１実施形態にしたがうソリッドマウントバルク音響共振器（SMR）の断面図である。 代表的な１実施形態にしたがうソリッドマウントバルク音響共振器（SMR）の断面図である。 図４Ａの断面図に示されている音響共振器の上面図である。 代表的な１実施形態にしたがうソリッドマウントバルク音響共振器（SMR）の断面図である。 代表的な１実施形態のSMRの音響共振器のＳ１１パラメータのスミスチャート上のQ円（Qサークルともいう）、及び、既知のSMRのQ円のグラフ表示である。 代表的な１実施形態の１つのSMRを含む（複数の）SMRの並列インピーダンス（Ｒｐ）のグラフを示す。 代表的な１実施形態のSMRの音響共振器のＳ１１パラメータのスミスチャート上のQ円、及び、既知のSMRのQ円のグラフ表示である。 代表的な１実施形態の１つのSMR含む（複数の）SMRの並列インピーダンス（Ｒｐ）のグラフを示す。
用語の定義
本明細書で使用されている用語は、特定の実施形態を説明するためのものであって、限定することを意図して使用されているものではない。定義されている用語は、本発明の技術分野において一般的に理解され受け入れられている用語の技術的及び科学的な意味を含む。
明細書及び特許請求の範囲で使用されている「ある」及び「前記」もしくは「該」という用語は、文脈上、指示対象物が１つであるか複数であるかが明瞭である場合を除いて、指示対象物が１つの場合と複数の場合の両方を含む。したがって、たとえば、「あるデバイス」は、１つのデバイスと複数のデバイスの両方を含む。
明細書及び特許請求の範囲で使用されている「実質的な」または「実質的に」という用語は、それらの通常の意味に加えて、許容可能な限度もしくは程度を含むことを意味している。たとえば、「実質的に取り消される」は、当業者には、取り消しが許容可能であるという意味に理解される。
明細書及び特許請求の範囲で使用されている「ほぼ」もしくは「約」という用語は、それの通常の意味に加えて、当業者にとって許容可能な限度もしくは量内にあることを意味する。たとえば、「ほぼ同じ」は、当業者には、対象物が同じと同等であるという意味に理解される。
以下の詳細な説明では、本教示にしたがう例示的な実施形態を完全に理解できるようにするために、限定ではなく説明を目的として、特定の細部が説明されている。しかしながら、本技術分野において通常の知識を有し、かつ、本開示を利用できる者には、本明細書に開示されている特定の細部とは異なるが本教示にしたがう他の実施形態が、依然として添付の特許請求の範囲内にあることは明らかであろう。さらに、例示的な実施形態の説明が不明瞭にならないように、周知の装置及び方法の説明は省略されている場合がある。そのような方法及び装置も、明らかに本教示の範囲内のものである。
全般的に、図面及び図面に示されている種々の要素が一定のスケールで描かれていないことに留意されたい。さらに、「の上」、「の下」、「一番上」、「底部」、「上部」、「下部」などの相対的な用語が、添付の図面に示されている、種々の要素間の互いの関係を記述するために使用されている。それらの相対的な用語は、図示されているデバイス（または装置）及び／または要素の向き乃至幾何学的配置とは異なる向き乃至幾何学的配置もまた含むことが意図されている。たとえば、デバイスが、図示されている状態と逆の位置関係に配置される場合には、別の要素の「上に」あるものとして説明されているある要素は、該別の要素のたとえば下にあることになる。
本教示は、一般に、SMRを構成するBAW共振器構造に関連する。いくつかの用途では、BAW共振器構造は、SMRベースのフィルター（たとえば、はしご形フィルター）を提供する。BAW共振器、共振器フィルター、それらの材料、それらの製造方法のいくつかの細部を、共同所有されている米国特許または米国特許出願である、Lakinに付与された米国特許第6,107,721号、Ruby他に付与された米国特許第5,587,620号、5,873,153号、6,507,983号、6,384,697号、7,275,292号、及び7,629,865号、Fengに付与された米国特許第7,280,007号、Jamneala他による米国特許出願公開第2007/0205850、Ruby他に付与された米国特許第7,388,454号、Choy他による米国特許出願公開第2010/0327697号、及び、Choy他による米国特許出願公開第2010/0327994号の１つまたは複数に見いだすことができる。これらの特許及び特許出願の開示内容は、参照により本明細書に具体的に組み込まれるものとする。これらの特許及び特許出願に記載されている構成要素、材料及び製造方法は代表的なものであり、当業者が知得しうる範囲内にある他の製造方法及び材料も考慮されている。
図１Ａは、例示的な１実施形態にしたがう音響共振器１００の断面図である。１例では、音響共振器１００はSMR構造である。音響共振器１００は基板１０１を有し、該基板は、例示的には、シリコン（Si：ケイ素）または他の適切な材料から構成されている。第１の電極１０２が基板１０１の上に配置されている。圧電層１０３が第１の電極１０２の上に配置されており、第２の電極１０４が圧電層１０３の上に配置されている。圧電層１０３は第１の電極１０２と接触する第１の面、及び、第２の電極１０４と接触する第２の面を有している。第１及び第２の電極１０２、１０４は、導電性材料を含み、かつ、ｙ方向における振動電界を提供する。該ｙ方向は圧電層１０３の厚みの方向である。この例示的な実施形態では、（図１Ａに示されている座標系の）ｙ軸は、共振器の（複数の）TE（縦）モードの軸である。
圧電層１０３並びに第１及び第２の電極１０２、１０４は、基板１０１内もしくは基板１０１上に形成された、高音響インピーダンス材料からなる層１０６と低音響インピーダンス材料からなる層１０７が交互に重なった層から構成された音響反射器１０５の上に提供される。１例では、音響反射器１０５は、Lakinに付与された米国特許第6,107,721号、もしくはLarson他に付与された共同所有されている米国特許第7,332,985号、もしくは、Larsonに付与された共同所有されている米国特許第7,358,831号に記載されているようないわゆるブラッグ反射器（音響ブラッグ反射器）である。米国特許第6,107,721号、米国特許第7,332,985号、及び米国特許7,358,831号の開示内容全体は、参照により本開示に具体的に組み込まれるものとする。
第１の電極１０２と第２の電極１０４と圧電層１０３と音響反射器１０５のオーバーラップ領域（互いに重複している領域）を、音響共振器１００の活性領域（またはアクティブ領域）１１４と呼ぶ。音響共振器１００は、圧電層１０３を介して電気的に結合可能な機械共振器である。一方、音響共振器１００の不活性領域は、音響反射器１０５の上には配置されていない、第１の電極１０２もしくは第２の電極１０４もしくはそれらの両方と、圧電層１０３とのオーバーラップ領域から構成される。図１Ａに示す代表的な実施形態では、不活性領域は、音響反射器１０５の上には配置されていない、第１の電極１０２、圧電層１０３、及び、第２の電極１０４との間のオーバーラップ領域を含んでいる。より詳細に後述するように、音響共振器１００の不活性領域の面積（乃至範囲）を可能な範囲まで小さくすることが共振器の性能にとって有益である。
複数の音響共振器１００は、選択された接続形態（もしくは空間的配列）で接続されると、電気フィルターとして動作することができる。たとえば、音響共振器１００を、Ellaに付与された米国特許5,910,756及びBradley他に付与された米国特許6,262,637号に記載されているような、はしご形フィルター構成をなすように配列することができる。電気フィルターを、送受切換え器（デュプレクサ）などの多くの用途で使用することができる。
音響共振器１００はまた、音響共振器１００の相互接続側１０９に設けられたブリッジ１０８を備えている。相互接続側１０９は、音響共振器１００の特定の用途向けに選択された信号線（不図示）及び電子部品（不図示）に接続されている。音響共振器１００のこの部分を、しばしば、音響共振器１００の相互接続側という。第２の電極１０４は、後述するように、音響共振器１００の不活性領域を最小限にするために、音響反射器１０５の上にある位置１１０で終了している。この位置１１０は、音響共振器１００の相互接続側１０９とは反対側にある。
ブリッジ１０８は、第２の電極１０４の一部分のすぐ下に形成されたギャップ１１１を備えている。１例では、後述するように、ギャップ１１１を形成するときに設けられた犠牲層（不図示）が除去されると、ギャップ１１１は空気（もしくは空気のみ）から構成されることになる。しかしながら、ギャップ１１１を、カーボネード（または黒ダイヤ）とも呼ばれる、炭素（Ｃ）がドープされたSiO2、または、SiLKとして商業的に知られている誘電体樹脂（dielectric resin）、または、ベンゾシクロブテン（benzocyclobutene：BCB）などの低音響インピーダンス材料を含む他の材料から構成することができる。かかる低音響インピーダンス材料を、既知の方法によってギャップ１１１内に設けることができる。低音響インピーダンス材料を、（後述するように）ギャップ１１１を形成するために使用される犠牲材料を除去した後に設けることができる。または、該低音響インピーダンス材料を、ギャップ１１１において犠牲材料の代わりに用いることができ、この場合は、該インピーダンス材料は除去されない。
代表的な１実施形態では、ブリッジ１０８は、第１の電極１０２の上、及び、相互接続側にある圧電層１０３の一部の上に犠牲層（不図示）を設けて、該犠牲層の上に第２の電極１０４を形成することによって形成される。１例では、犠牲材料は、たとえば、８％の燐と９２％の二酸化ケイ素からなる、リン珪酸ガラス（phosphosilicate glass:PSG）から構成される。続いて、圧電層１０３及び第２の電極１０４などの後続の層をPSG上に堆積して、最終的な構造を構築する。とりわけ、圧電層１０３を堆積する前に、シード層（不図示）を第１の電極１０２の上に設けることができ、また、パッシベーション層（不図示）を第２の電極１０４の上に堆積させることができる。ブリッジ１０８からなる構造を形成した後に、PSG犠牲層を（たとえば、フッ化水素酸で）エッチングによって除去して、自立構造のブリッジ１０８を残す。
圧電層１０３は、第１の電極１０２及び基板１０１の上に圧電層１０３を形成している間に形成された移行部（移行領域ともいう）１１２を備えている。移行部１１２の部分における圧電層１０３は、しばしば、材料欠陥及び空洞（空隙）、特に、格子欠陥及び空洞（空隙）などの構造的な欠陥を含んでいる。これらの欠陥及び空洞は、圧電材料中を伝搬する機械的な波（または力学的波）の音響エネルギーの損失を引き起こしうる。理解されるように、音響エネルギーの損失は、音響共振器１００のQ因子の低下を引き起こす。しかしながら、後述するように、第２の電極１０４を、移行部１１２が始まるギャップ１１１の領域（もしくは範囲）１１３において圧電層１０３から分離することによって、音響共振器１００の活性領域１１４の一部が、上記欠陥及び空洞を含む圧電層１０３の移行部１１２を含まないようにすることができる。その結果、既知のFBARなどの既知の共振器と比較して、移行部１１２の部分における圧電層１０３の欠陥及び空洞に起因する音響損失が低減されると共に、Q因子が改善される。
さらに、ブリッジ１０８が、音響共振器１００の相互接続側における活性領域１１４の境界で音響インピーダンス不整合をもたらすという利点がある。この音響インピーダンス不整合は、該境界における音響波の反射を引き起こす（この反射がない場合には、該音響波が活性領域１１４を伝搬して外部へと出てしまう結果、エネルギーの損失を生じうる）。ブリッジ１０８は、かかる損失を阻止することによって、音響共振器１００のQ因子を高める。さらに、位置１１０における第２の電極１０４の終端は、音響共振器１００の活性領域１１４の終わり（終端）でもあり、音響インピーダンス不整合を生じさせることによって損失を低減する。これもまたQ因子を改善する。
移行部１１２の前で音響共振器１００の活性領域１１４が終わるようにすることに加えて、ブリッジ１０８はまた、音響共振器１００の不活性領域の面積（乃至範囲）を小さくする。音響共振器１００の不活性領域は寄生容量を生じさせるが、この寄生容量は、等価回路では、音響共振器１００の活性領域１１４の固有容量（intrinsic capacitance）と電気的に並列に接続されるものである。この寄生容量は、有効結合係数（kt2）を低下させるので、この寄生容量を小さくすることは有益である。不活性領域の面積（乃至範囲）を小さくすることによって、有効結合係数（kt2）を改善することは有益である。
ブリッジ１０８の幅１１５は、第１の電極１０２とブリッジ１０８とのオーバーラップしている長さ（もしくは範囲）として画定される。幅１１５が大きくなると、音響共振器１００のQ因子も大きくなる。有効結合係数（kt2）もまた、幅１１５の増加と共にある程度増加する。したがって、ある特定の幅１１５を選択すると、不活性領域が小さくなり、したがって音響損失が少なくなるので、Q及びkt2が改善されることになる。しかしながら、代表的な実施形態の音響共振器構造にブリッジ１０８を含めることによってkt2が増加して寄生容量が小さくなる一方で、幅１１５を大きくしていくと、音響共振器１００の活性領域１１４が小さくなるポイントがある。活性領域１１４のこの縮小は、寄生容量の増加及びkt2の低下という望ましくない結果を引き起こす。一般的には、ブリッジ１０８の最適な幅１１５は実験的に決定される。
ブリッジ１０８は、図１Ａに示すような全幅１１６を有する。全幅１１６を大きくし、これによって、第２の電極１０４と圧電層１０３とが分離している範囲（乃至長さ）が幅１１５を超えるようにすることによって、音響共振器１００のQ因子がわずかに改善される。
図１Ｂは、図１Ａの音響共振器１００の上面図であり、図１Ａに示されている音響共振器１００の断面図は、図１Ｂの線１Ｂ−１Ｂに沿った断面図である。本実施形態の第２の電極１０４は、音響損失が少なくなるようにアポダイズされている。音響共振器におけるアポダイゼイションの使用についてのさらなる詳細を、Larson III他に付与された共同所有されている米国特許第6,215,375号、または、Richard C.Rubyに付与された共同所有されている米国特許第7,629,865号に見いだすことができる。米国特許第6,215,375号及び米国特許第7,629,865号の開示内容の全体は、参照により本明細書に具体的に組み込まれるものとする。
音響共振器１００の基本モードは、縦伸び（longitudinal extension）モードまたは「ピストン」モードである。このモードは、音響共振器１００の共振周波数において第１の電極１０２及び第２の電極１０４に時間と共に変化する電圧を印加することによって励起される。圧電材料は、電気エネルギーの形態のエネルギーを機械的エネルギーに変換する。ごく薄い電極を有する理想的なSMRでは、印加周波数が、圧電媒質の音の速度を該圧電媒質の厚さの２倍で割ったものに等しい、すなわち、Ｔを圧電媒質の厚さとし、ｖａｃを音響位相速度（acoustic phase velocity）とした場合、ｆ＝ｖａｃ／（２×Ｔ）であるときに共振が起こる。有限な厚さの電極を有する共振器では、この式は、重み付けされた音響速度と電極の厚さによって変更される。
１つの電極が接地に接続され、かつ、もう１つの電極が信号に接続されている場合と、共振周波数においてシステムインピーダンスに等しいインピーダンスを有するSMR共振器について、周波数を変化させつつ、印加エネルギーに対する反射エネルギーの比（すなわちＳ１１パラメータ）をスミスチャート上にプロットすることによって、共振器のQを定量的及び定性的に理解することができる。印加エネルギー（たとえば、RF信号）の周波数が増大するにつれて、SMR共振器の振幅／位相は、スミスチャート上で時計回りに円を描く。この円はQ円と呼ばれる。Q円が最初に実軸（水平軸）を横切るところは、直列共振周波数（series resonance frequency）ｆｓに対応する。（オーム単位で測定される）この実インピーダンス（real impedance）はＲｓである。Q円は、スミスチャートの周辺部を進んでいくと、再度実軸を横切る。Q円が実軸を横切る第２の点は、ｆｐで表示される、SMRの並列共振周波数または反共振周波数である。ｆｐにおける実インピーダンスはＲｐである。
多くの場合、Ｒｓを最小化し、かつ、Ｒｐを最大化することが望ましい。定性的には、Q円が「通る」ところがスミスチャートの外縁（外周）に近いほど、デバイス（もしくは装置）のQ因子は大きくなる。損失のない理想的な共振器があるとしたら、そのQ円は、半径１を有し、スミスチャートの縁部にある。しかしながら（実際には）、上記したように、デバイスのQに影響を及ぼすエネルギー損失がある。たとえば、上記した音響損失の発生源（もしくは原因）に加えて、Rayleigh-Lamb（横またはスプリアス）モードが、圧電層１０３のｘ、ｙ次元（またはｘ−ｙ面）に存在する。これらの横モードは、ｚ方向に進む縦モードの界面モード変換、並びに、TEモードと種々の横モード（たとえば、S0モード、及び、０次の曲げモード（flexure mode）A0及び１次の曲げモードA1）の両方での非ゼロの伝搬ベクトルｋｘ及びｋｙの発生によるものであり、これらは、電極が配置されている領域と電極のない共振器の周囲の領域との間の有効速度の違いに起因して生じるものである。
横モードは、その発生源が何であれ、多くの共振器用途において付随的に発生する。例えば、この付随的に発生する寄生的な横モードは、共振器の界面において結合し、縦モードに利用可能なエネルギーを除去し、それによって、共振器デバイスのQ因子を小さくする。とりわけ、寄生的な横モード及び他の音響損失の結果として、Qの急激な低下が、Ｓ１１パラメータのスミスチャートのQ円上で観測されうる。Q因子のこれらの急激な低下は、「ガタガタ（rattles）」または「連続ループ（loop-de-loops）」として知られており、これらについては、本願において図示及び記載されている。
本明細書に組み込まれている米国特許6,215,375号及び7,629,865号により詳細に記載されているように、アポダイズされた第１の電極１０２及び第２の電極１０４は、共振器の界面で横モードを強め合わないように反射させ、これによって、横モードの大きさを小さくする（この反射がない場合には、横モードは、音響共振器１００の活性領域１１４を伝搬して外部へと失われてしまう）。これらの損失は、「アンカーポイント（anchor-point）」損失と呼ばれることがある。有利なことに、これらの横モードは、音響共振器１００の外部には結合せず、かつ、より大きくはならないので、エネルギー損失を抑えることができ、この場合、反射した横モードの少なくとも一部がモード変換によって縦モードに変換される。最終的には、これは、Q因子の全体的な改善をもたらす。
図１Ｃは、例示的な１実施形態にしたがう音響共振器１００の断面図である。１例では、音響共振器１００はSMR構造である。音響共振器１００は、基板１０１、基板１０１の上に配置された第１の電極１０２、第１の電極１０２の上に配置された圧電層１０３、及び、圧電層１０３の上に配置された第２の電極１０４を備えている。図１Ｃに示す音響共振器１００は、高音響インピーダンス材料１０６と低音響インピーダンス材料１０７の交互層を有する音響反射器１０５を備えている。
図１Ｃに示す音響共振器１００の多くの側面は、図１Ａに関して上述した音響共振器１００と共通している。本実施形態の説明を不明瞭にしないようにするために、それらの共通の細部については繰り返さない。一方、図１Ａの実施形態とは異なり、図１Ｃに示されている代表的な実施形態では、音響反射器１０５は、音響共振器１００の活性領域１１４を超えて伸びて、同じ基板１０１の上に配置されている隣接する音響共振器（不図示）間に延在している。この実施形態では、音響共振器１００の不活性領域は、第１の電極１０２及び第２の電極１０４の一方と圧電層１０３とのオーバーラップ（重複部）を含んでいる。最後に、後述する代表的な実施形態では、音響反射器１０５は、それぞれの音響共振器１００（たとえば、図１Ａの音響共振器１００）のすぐ下に配置される。しかしながら、本教示では、共通の基板（たとえば、基板１０１）の上に配置された隣接する音響共振器（不図示）間に延在する音響反射器１０５を使用することも考慮されている。
図２は、代表的な１実施形態にしたがう、音響共振器１００のブリッジ１０８の幅１１５対Q因子のグラフである。ポイント２０１は、この代表的な実施形態のブリッジを有していない既知のSMRのQ因子を表している。（ポイント２０１では）音響共振器１００の移行部１１２における欠陥に起因する音響損失と、音響共振器１００の不活性領域の面積（乃至範囲）の相対的な増加の組み合わせのために、Q因子は比較的小さくなる（約８５０Ω）。一方、代表的な１実施形態のブリッジ１０８の幅１１５が約１０μｍとなるように選択されている場合には、音響共振器１００の不活性領域は小さくなり、この場合、ブリッジ１０８及び領域１１３の大きさは比較的大きくなる。図２のポイント２０２からわかるように、Q因子は約２５００Ωまで増加している。当然ながら、音響共振器１００の相互接続側における不活性領域が小さくなることによって、圧電層１０３における欠陥に起因する損失が減少し、及び、音響共振器１００の相互接続側にある音響共振器１００の活性領域１１４の境界において音響インピーダンス不整合が生じることになる。
図３は、例示的な１実施形態にしたがう音響共振器３００の断面図である。SMRである音響共振器３００は、前述した音響共振器１００と多くの共通の特徴を共有している。本実施形態を不明瞭にしないようにするために、それらの共通の特徴の細部の多くについては繰り返さない場合がある。
音響共振器３００は基板１０１を備えている。第１の電極１０２が基板１０１の上に配置されている。圧電層１０３が第１の電極１０２の上に配置されており、第２の電極１０４が圧電層１０３の上に配置されている。第１の電極１０２及び第２の電極１０４は、導電性材料を含んでおり、圧電層１０３の厚みの方向であるｙ方向における振動電界を提供する。この例示的な実施形態では、（図３に示されている座標系の）ｙ軸は、共振器の（複数の）TE（縦）モードの軸である。音響共振器３００は、上記の音響反射器１０５を備えている。
音響反射器３００は、（しばしば、「くぼんだへそ（innie）」と呼ばれる）くぼみ３０１及び（「出べそ（outie）」とも呼ばれる）フレーム要素（frame element）３０２を備えている。くぼみ３０１を、第２の電極１０４の１以上の側部（もしくは側面）に設けることができる。同様に、フレーム要素３０２を、第２の電極１０４の１以上の側面（もしくは側面）の上に設けることができる。くぼみ３０１及びフレーム要素３０２は、第２の電極１０４の周辺部において音響不整合をもたらし、望ましくない横モードを抑圧乃至阻止し、及び、インピーダンスの不連続部における音響波の反射を改善する。したがって、くぼみ３０１及びフレーム要素３０２は、音響共振器３００における音響損失を低減するように作用する。
くぼみ３０１またはフレーム要素３０２（すなわち、図３に示す実施形態のくぼみ３０１の「内部」）を含まない、第１の電極１０２と第２の電極１０４と圧電層１０３と音響反射器１０５のオーバーラップ領域は、音響共振器３００の活性領域１１４を画定する。一方、音響共振器３００の不活性領域は、音響反射器１０５の上には配置されていない、第１の電極１０２もしくは第２の電極１０４もしくはそれらの両方と圧電層１０３との間のオーバーラップ領域から構成されている。くぼみ３０１及びフレーム要素３０２は、音響インピーダンスの不連続部を提供することによって、音響共振器３００の活性領域１１４へとモードを戻すように反射して、音響共振器３００の不活性領域中へのエネルギー損失を低減する。くぼみ３０１及びフレーム要素３０２はまた、望ましくない横モードが活性領域１１４へと反射して戻されるのを抑圧乃至阻止するために設けられている。最終的に、低減された損失は、音響共振器３００の改善されたQ因子に転換する。
図３に示す代表的な実施形態では、くぼみ３０１及びフレーム要素３０２は、第２の電極１０４上に示されている。この代わりに、くぼみ３０１もしくはフレーム要素３０２もしくはそれらの両方を、第１の電極１０２の１以上の側部（もしくは側面）に設けることができ、または、第１の電極１０２上と第２の電極１０４上の両方に選択的に設けることができる。さらに、フレーム要素３０２を、第２の電極１０４もしくは第１の電極１０２と同じ材料から作ることができ、または、第２の電極１０４上もしくは第１の電極１０２上もしくはそれらの両方の上に配置された別の（もしくは別個の）材料とすることができる。くぼみ３０１及びフレーム要素３０２の使用、形成及び利点のさらなる詳細は、たとえば、Ruby他に付与された共同所有されている米国特許第7,164,448号、Feng他に付与された米国特許第7,280,007号、Fazzio他に付与された米国特許第7,369,013号、Fazzio他に付与された米国特許第7,388,454号、Ruby他に付与された米国特許第7,714,684号、及び、Jamneala他による「PiezoelectricResonator Structure and Electronic Filters having Frame Elements」と題する共同所有されている米国特許出願公開第20070205850号のうちの１以上に記載されている。米国特許第7,280,007号、第7,369,013号、及び、米国特許出願公開第20070205850号の開示内容は、参照により本明細書に具体的に組み込まれるものとする。
図４Ａは、代表的な１実施形態にしたがう音響共振器４００の、図４Ｂの線４Ｂ−４Ｂに沿った断面図である。音響共振器４００の特徴の多くは、図１Ａ〜図３の代表的な実施形態に関して説明した音響共振器１００、２００、３００の特徴と共通している。本実施形態が不明瞭にならないようにするために、共通の特徴、特性、及びそれらの利点の細部については繰り返さない場合がある。
音響共振器４００は基板１０１を備えている。第１の電極１０２が基板１０１の上に配置されている。圧電層１０３が第１の電極１０２の上に配置されており、第２の電極１０４が圧電層１０３の上に配置されている。第１の電極１０２及び第２の電極１０４は、導電性材料を含んでおり、圧電層１０３の厚みの方向であるｙ方向における振動電界を提供する。この例示的な実施形態では、（図４に示されている座標系の）ｙ軸は、共振器の（複数の）TE（縦）モードの軸である。音響共振器４００は、上記の音響反射器１０５を備えている。
音響共振器４００は、相互接続側１０９に沿ったブリッジ１０８を備えている。ブリッジ１０８はギャップ１１１を提供する。該ギャップ１１１を、空洞乃至空隙（たとえば空気）とすることができ、または、低音響インピーダンス材料で充填することができる。第２の電極１０４の片持梁部（カンチレバー部ともいう。以下では、片持梁の形状／構造と同様の形状／構造を有する構成を含める意味で、片持梁形部という）４０１が、第２の電極１０４の少なくとも１つの側（もしくは側面）に設けられている。片持梁形部４０１を「翼（wing）」と呼ぶ場合もある。
第１の電極１０２及び第２の電極１０４の各々は、導電性材料（たとえば、モリブデン（Mo））から構成され、図示の座標系のｙ方向（すなわち、圧電層１０３の厚みの方向）における振動電界を提供する。この例示的な実施形態では、ｙ軸は、共振器の（複数の）TE（縦）モードの軸である。
第２の電極１０４の片持梁形部４０１は、たとえば空気からなるギャップ４０２の上に延在している。代表的な１実施形態では、犠牲層（不図示）が、既知の技術によって、第１の電極１０２の上、及び、圧電層１０３の一部の上に堆積させられる。上述したように、犠牲層は、たとえば、８％の燐と９２％の二酸化ケイ素からなる、リン珪酸ガラス（phosphosilicate glass:PSG）から構成される。第２の電極１０４を形成した後、犠牲層を（たとえば、フッ化水素酸で）エッチングによって除去して、片持梁形部４０１を残す。
とりわけ、ギャップ４０２を、空気ではなく、カーボネード（または黒ダイヤ）とも呼ばれる、炭素（Ｃ）がドープされたSiO2、または、SiLKとして商業的に知られている誘電体樹脂（dielectric resin）、または、ベンゾシクロブテン（benzocyclobutene：BCB）などの低音響インピーダンス材料を含む他の材料から構成することができる。かかる低音響インピーダンス材料を、既知の方法によってギャップ４０２内に設けることができる。低音響インピーダンス材料を、ギャップ４０２を形成するために使用される犠牲材料を除去した後に設けることができる。または、該低音響インピーダンス材料を、ギャップ４０２において犠牲材料の代わりに用いることができ、この場合は、該インピーダンス材料は除去されない。
第１の電極１０２と第２の電極１０４と圧電層１０３と音響反射器１０５の（図示のように接触して積層している）オーバーラップ領域を、音響共振器４００の活性領域４０４と呼ぶ。一方、音響共振器４００の不活性領域は、音響反射器１０５の上には配置されていない、第１の電極１０２もしくは第２の電極１０４もしくはそれらの両方と、圧電層１０３との間のオーバーラップ領域から構成される。有利なことに、ブリッジ１０８及び片持梁形部４０１は、音響インピーダンスの不連続部を提供し、これによって、それらのそれぞれの境界面における境界条件を変化させる。これらのインピーダンス不連続は、望ましいTEモードに変換するために音響共振器４００の活性領域４０４へと波を反射して戻すのを促進し、及び、望ましくない横モードが活性領域４０４に反射して戻されるのを抑圧乃至阻止する。さらに、ブリッジ１０８は、より良好なQを達成するために、第１の電極１０２における成長中に欠陥が導入された可能性がある圧電層１０３の部分から第２の電極１０４を効果的に分離する。
片持梁形部４０１は、図示のように、活性領域４０４の端（エッジ）を幅４０３だけ超えて伸びている。音響共振器４００の特定の用途向けに選択された信号線（不図示）及び電子部品（不図示）に対する電気的接続部１０９が形成される。音響共振器４００のこの部分は、音響共振器４００の相互接続側１０９を構成する。説明を続けていくにしたがってより明らかになるが、電気的接点が形成される（もしくは電気的に接続される）第２の電極１０４の相互接続側１０９は、片持梁形部を有していない。一方、音響共振器４００の１以上の非接続側（接続部を有しない側）は、活性領域４０４の端（エッジ）を超えて伸びる片持梁形部４０１を有することができる。
図４Ｂは、代表的な１実施形態にしたがう、図４Ａの断面図に示されている音響共振器４００の上面図である。音響共振器４００の第２の電極１０４は、該第２の電極１０４の上に配置されたオプションのパッシベーション層（不図示）を有することができる。代表的な１実施形態では、片持梁形部４０１は、非接触側４０５の各々に沿って設けられており、それぞれ同じ幅を有している。これは単なる例示であって、（必ずしも全ての非接触側４０５ではなく）少なくとも１つの非接触側４０５が、片持梁形部４０１を備える構成も考慮されている。さらに、第２の電極１０４が、図示の４つの側部（もしくは側面）と異なる数の側部（もしくは側面）を有している構成も考慮されている。たとえば、（たとえば、図１Ｂに示すような）五角形の形状の第２の電極が考慮されており、該第２の電極は４つの側部（もしくは側面）と第５の側部（もしくは側面）を有しており、該４つの側部（もしくは側面）の１つ以上の側部（もしくは側面）上に片持梁形部（たとえば、片持梁形部４０１）があり、該第５の側部（もしくは側面）が相互接続側を提供する。代表的な１実施形態では、第１の電極１０２の形状は、第２の電極１０４の形状と実質的に同じである。とりわけ、第１の電極１０２は第２の電極１０４よりも大きな面積を有することができ、第１の電極１０２の形状を、第２の電極１０４の形状とは異なるものとすることができる。電気的接続部を２以上（たとえば、相互接続側１０９の数以上の）の側部（もしくは側面）に形成し、残りの端（エッジ）を非接続端とし、かつ、該残りの端が片持梁形部４０１を構成するようにすることができることにさらに留意されたい。最後に、片持梁形部４０１が互いに同じ幅４０３を有すること（但し、これは必須要件ではない）、及び、片持梁形部４０１の２つ以上が互いに異なる幅４０３を有することができることに留意されたい。
上記したように、１つの電極が接地に接続され、かつ、もう１つの電極が信号に接続されている場合と、共振周波数においてシステムインピーダンスに等しいインピーダンスを有するSMR共振器について、周波数を変化させつつ、印加エネルギーに対する反射エネルギーの比をスミスチャート上にプロットすることによって、共振器のQを定量的及び定性的に理解することができる。印加エネルギーの周波数が増大するにつれて、SMR共振器の振幅／位相は、スミスチャート上で円を描く。この円はQ円と呼ばれる。Q円が最初に実軸（水平軸）を横切るところは、直列共振周波数（series resonance frequency）ｆｓに対応する。（オーム単位で測定される）実インピーダンス（real impedance）はＲｓである。Q円は、スミスチャートの周辺部を進んでいくと、再度実軸を横切る。Q円が実軸を横切る第２の点は、ｆｐで表示される、FBARの並列共振周波数または反共振周波数である。ｆｐにおける実インピーダンスはＲｐである。
多くの場合、Ｒｓを最小化し、かつ、Ｒｐを最大化することが望ましい。定性的には、Q円が通るところがスミスチャートの外縁（外周）に近いほど、デバイス（もしくは装置）のQ因子は大きくなる。損失のない理想的な共振器があるとしたら、そのQ円は、半径１を有し、スミスチャートの縁部にある。しかしながら（実際には）、上記したように、デバイスのQ因子に影響を及ぼすエネルギー損失がある。たとえば、上記した音響損失の発生源（もしくは原因）に加えて、Rayleigh-Lamb（横またはスプリアス）モードが、圧電層１０３のｘ、ｙ次元（またはｘ−ｙ面）に存在する。これらの横モードは、ｚ方向に進む縦モードの界面モード変換、並びに、TEモードと種々の横モード（たとえば、S0（対称）モードや０次及び１次の（非対称）モードA0、A1）の両方での非ゼロの伝搬ベクトルｋｘ及びｋｙの発生によるものであり、これらは、電極が配置されている領域と電極のない共振器の周囲の領域との間の有効速度の違いに起因して生じるものである。特定の周波数では、音響共振器の音響波長は、ｖ／ｆによって決まり、ここで、ｖは音響波の速度（もしくは音速）であり、ｆは周波数である。Qｐの周期性（すなわち、片持梁形部４０１の幅の関数としての最大及び最小の位置）は、音響波長に関連していると考えられている。Qｐが最大のときには、片持梁形部４０１の振動は、それの機械的共振から比較的離れており、Qｐが最小のときに、片持梁形部４０１の機械的共振が起こる。Qｐの最大値は、片持梁形部４０１の機械的共振と圧電層１０３からの音響振動との相互作用に関連すると考えられている。Qｐのピーク（極大値）は、片持梁形部４０１の幅４０３が所定の値より大きいときに生じる。Qｐの最大値は、片持梁形部４０１の機械的共振がｎλ／４に等しいときに生じ、ここで、ｎ＝１、２、…である。注目すべきは、周波数が低くなるにつれて音響波長が長くなり、これに応じて、最大値における片持梁部４０１の幅が大きくなることである。
横モードは、その発生源が何であれ、多くの共振器用途において付随的に発生する。例えば、この付随的に発生する寄生的な横モードは、共振器の周囲において結合し、縦モードに利用可能なエネルギーを除去し、それによって、共振器デバイスのQ因子を小さくする。とりわけ、寄生的な横モード及び他の音響損失の結果として、Qの急激な低下が、Ｓ１１パラメータのスミスチャートのQ円上で観測されうる。Q因子のこれらの急激な低下は、「ガタガタ（rattles）」または「連続ループ（loop-de-loops）」として知られており、それらについては後述する。
この代表的な実施形態の（複数の）片持梁形部４０１は、音響共振器４００の活性領域４０４の境界において音響インピーダンスを変化させる。この結果、該境界における横モードの反射が促進される。代表的な１実施形態では、音響共振器４００の活性領域４０４と片持梁形部４０１との境界部は、固体物質（第１の電極１０２、第２の電極１０４、及び圧電層１０３）及び空気から構成されており、比較大きなインピーダンス不整合を生じると共に比較的高い反射係数を有する。この結果、横モードが比較的大きく（すなわち高い割合で）反射され、このため、２つのメカニズムによりQ因子が改善される。第１に、反射された横モードは（外部に）伝搬しないので、該横モードのエネルギーは失われない。音響共振器４００の活性領域４０４の外部への横モードの伝搬を低減することにより損失を少なくすることによって、音響共振器４００のQ因子を大きくすることができる。第２に、反射された横モードの一部は、望ましい縦モードに変換される。縦モードに存在する波エネルギーが大きいほど、Q因子は大きくなる。この結果、音響共振器４００の（複数の）片持梁形部４０１は、並列共振と直列共振の両方のQ因子（すなわち、Qｐ及びQｓ）を大きくすることになる。
図５は、代表的な１実施形態にしたがう音響共振器５００の断面図である。音響共振器５００の特徴の多くは、図１Ａ〜図４の代表的な実施形態に関して説明した音響共振器１００、２００、３００、及び４００の特徴と共通である。本実施形態が不明瞭にならないようにするために、共通の特徴、特性、及びそれらの利点の細部については繰り返さない場合がある。
音響共振器５００は基板１０１を備えている。第１の電極１０２が基板１０１の上に配置されている。圧電層１０３が第１の電極１０２の上に配置されており、第２の電極１０４が圧電層１０３の上に配置されている。第１の電極１０２及び第２の電極１０４は、導電性材料を含んでおり、圧電層１０３の厚みの方向であるｙ方向における振動電界を提供する。この例示的な実施形態では、（図５に示されている座標系の）ｙ軸は、共振器の（複数の）TE（縦）モードの軸である。音響共振器５００は、上記の音響反射器１０５を備えている。
音響共振器５００は、相互接続側１０９に沿ったブリッジ１０８を備えている。ブリッジ１０８はギャップ１１１を提供する。該ギャップ１１１を、空洞乃至空隙（たとえば空気）とすることができ、または、低音響インピーダンス材料で充填することができる。第２の電極１０４の片持梁形部４０１が、第２の電極１０４の少なくとも１つの側（もしくは側面）に設けられている。第２の電極１０４の片持梁形部４０１は、たとえば空気からなるギャップ４０２の上に伸びている。代表的な１実施形態では、犠牲層（不図示）が、既知の技術によって、第１の電極１０２の上、及び、圧電層１０３の一部の上（図５の例では、第１の電極１０２の上で、かつ、圧電層１０３の一部の上）に堆積させられる。上述したように、犠牲層は、たとえば、８％の燐と９２％の二酸化ケイ素からなる、リン珪酸ガラス（phosphosilicate glass:PSG）から構成される。第２の電極１０４を形成した後、犠牲層を（たとえば、フッ化水素酸で）エッチングによって除去して、片持梁形部４０１を残す。
さらに、音響共振器５００は、（しばしば、「くぼんだへそ（innie）」と呼ばれる）くぼみ３０１及び（「出べそ（outie）」とも呼ばれる）フレーム要素（frame element）３０２を備えている。くぼみ３０１及びフレーム要素３０２は、第２の電極１０４の周辺部において音響不整合をもたらし、インピーダンスの不連続部における音響波の反射を改善し、その結果、音響共振器５００における音響損失を低減する。くぼみ３０１は、直列共振（ｆｓ）の近傍及びそれ以下における音響共振器５００のQを改善し、したがって、Qｓ及びＲｓを改善する。フレーム要素３０２は、並列共振におけるインピーダンス（Ｒｐ）を改善する。QｓとQｐのバランス（平衡）は、図５に示すように、ブリッジ１０８及び片持梁形部４０１に、くぼみ３０１及びフレーム要素３０２を含めることによって達成される。
くぼみ３０１またはフレーム要素３０２（すなわち、図５に示す実施形態のくぼみ３０１の「内部」）を含まない、第１の電極１０２と第２の電極１０４と圧電層１０３と音響反射器１０５とのオーバーラップ領域は、音響共振器５００の活性領域４０４を画定する。一方、音響共振器５００の不活性領域は、音響反射器１０５の上には配置されていない、第１の電極１０２もしくは第２の電極１０４もしくはそれらの両方と圧電層１０３との間のオーバーラップ領域から構成されている。音響共振器５００の不活性領域の大きさを可能な範囲まで小さくすること、及び、第１の電極１０２の終端に起因する欠陥を有する圧電層１０３の部分を除去することは、共振器の性能にとって有益である。これらの措置をとることによって、損失が低減し、この低減された損失は音響共振器５００の改善されたQ因子に転換する。
図６Ａは、ブリッジ１０８及び片持梁形部４０１を備える音響共振器（たとえば、音響共振器４００）と、既知のソリッドマウントバルク音響共振器のそれぞれのＳ１１パラメータのスミスチャートのQ円のグラフ表示である。図６Ｂは、ブリッジ１０８及び片持梁形部４０１を備える音響共振器（たとえば、音響共振器４００）と、既知のソリッドマウントバルク音響共振器のそれぞれの並列共振時のインピーダンスＲｐのグラフである。
曲線６０１は、既知の音響共振器のQ円を示しており、曲線６０２は、代表的な１実施形態の音響共振器（たとえば、音響共振器４００）のQ円を示している。図から明らかなように、曲線６０２のQ円は、既知の音響共振器のQ円（曲線６０１）に比べてスミスチャートの外縁のより近くに「沿っている」。このため、ブリッジ１０８及び片持梁形部４０１は、既知の音響共振器に比べて大きく改善されたQ因子を提供する。注目すべきは、フレーム要素３０２を組み込んでＲｐをより高くする（改善する）ために使用した結果として、ｆｓより低い動作周波数におけるQ円（スミスチャートの南西部分の四分円におけるQ値を示すQｓｗを有する南西四分円（southwestquadrant）と呼ばれることもある）に「ガタガタ（rattles）」６０３が生じることである。しかしながら、Ｒｐは大きく改善されている。曲線６０４は、既知の音響共振器の周波数対音響インピーダンスを示しており、曲線６０５は、代表的な１実施形態の音響共振器の周波数対音響インピーダンスを示している。図６Ｂから明らかなように、代表的な１実施形態の音響共振器のＲｐは、ポイント６０６において最大値となっており、該最大値は、既知の音響共振器の（ポイント６０７における）最大値Ｒｐよりもかなり大きい。
当然ながら、ソリッドマウントバルク音響共振器、及び、該共振器を備えるフィルターを設計する際に優先順位が付けられる性能考慮事項がある。本教示は、有利なことに、特定の所望の目的に合ういくつかの構成要素を柔軟に選択できるようにする。たとえば、実施される代表的な実施形態の種々の構成要素を、所望の性能目標を達成するための特定の構成を実現するために選択することができる。たとえば、ソリッドマウントバルク音響共振器は、Ｒｐのより高い値を達成するために、ブリッジ１０８の上にフレーム要素（たとえば、フレーム要素３０２）を備えると共に、片持梁形部（たとえば、片持梁形部４０１）を備えることができる。同様に、Qｓｗを改善するためにくぼみ３０１を実装することができる。
図７Ａは、ブリッジ１０８、片持梁形部４０１、くぼみ３０１、及びフレーム３０２を備える音響共振器（たとえば、音響共振器５００）と、既知のソリッドマウントバルク音響共振器のそれぞれのＳ１１パラメータのスミスチャートのQ円のグラフ表示である。図７Ｂは、ブリッジ１０８、片持梁形部４０１、くぼみ３０１、及びフレーム３０２を備える音響共振器（たとえば、音響共振器５００）と、既知のソリッドマウントバルク音響共振器のそれぞれの並列共振時のインピーダンスＲｐのグラフである。
曲線７０１は、既知の音響共振器のQ円を示しており、曲線７０２は、代表的な１実施形態の音響共振器（たとえば、音響共振器５００）のQ円を示している。図から明らかなように、曲線７０２のQ円は、既知の音響共振器のQ円（曲線７０１）に比べてスミスチャートの外縁のより近くに「沿っている」。このため、ブリッジ１０８、片持梁形部４０１、くぼみ３０１、及びフレーム要素３０２の組み合わせは、既知の音響共振器に比べて大きく改善されたQ因子を提供する。さらに、ｆｓより低い動作周波数における「ガタガタ（rattles）」が「なめらかにされている」（たとえば、図７Ａのガタガタ（rattles）７０３は、ガタガタ（rattles）６０３よりもずっと目立たなくなっている）。加えて、代表的な実施形態の音響共振器におけるブリッジ１０８、片持梁形部４０１、くぼみ３０１、及びフレーム要素３０２の組み合わせによってＲｐが大きく改善される。
図７Ｂにおいて、曲線７０４は、既知の音響共振器の周波数対音響インピーダンスを示しており、曲線７０５は、代表的な１実施形態の音響共振器の周波数対音響インピーダンスを示している。図７Ｂから明らかなように、代表的な１実施形態の音響共振器のＲｐ（ポイント７０６）は、既知の音響共振器のＲｐ（ポイント７０７）よりもかなり大きい。したがって、音響共振器５００では、既知のソリッドマウント音響共振器に比べてQｓｗとＲｐの両方が改善される。
以下に、本発明の種々の構成要件の組み合わせからなる例示的な実施態様を示す。
１．ソリッドマウントバルク音響共振器であって、
第１の電極と、
第２の電極と、
前記第１の電極と前記第２の電極の間に配置された圧電層と、
複数の層を有し、かつ、前記第１の電極、前記第２の電極、及び前記圧電層の下に配置された音響反射器であって、前記音響反射器と前記第１の電極と前記第２の電極と前記圧電層がオーバーラップしている部分が前記音響共振器の活性領域を画定する、音響反射器と、
前記音響共振器の前記活性領域の終端に隣接するブリッジ
を備え、
前記ブリッジは、前記第１の電極の一部とオーバーラップし、
前記圧電層は、前記第１の電極の端の上に延在する、音響共振器。
２．前記第２の電極の複数の側部（もしくは側面）のうちの１つの側部（もしくは側面）に対する電気的接続部をさらに有し、前記ブリッジは、該接続部と、前記第２の電極の前記１つの側部（もしくは側面）との間に配置される、上項１の音響共振器。
３．前記圧電層は、前記音響共振器の前記活性領域の終端に隣接する部分において、欠陥を含む移行部を有する、上項１の音響共振器。
４．前記第２の電極は、前記移行部には接触しない、上項３の音響共振器。
５．前記ブリッジはギャップを有する、上項１の音響共振器。
６．前記ギャップは、前記第２の電極と前記圧電層の間にある領域を含む、上項５の音響共振器。
７．前記圧電層は、前記音響共振器の前記活性領域の終端に隣接する部分において、欠陥を含む移行部を有し、該移行部は、前記ギャップの前記領域の下に配置される、上項６の音響共振器。
８．前記第２の電極は、側部（もしくは側面）のある上面を有し、くぼみが、該側部（もしくは側面）に沿って配置されている、上項１の音響共振器。
９．前記第２の電極は、側部（もしくは側面）のある上面を有し、フレーム要素が、該側部（もしくは側面）に沿って配置されている、上項１の音響共振器。
１０．前記音響反射器はブラッグ反射器から構成される、上項１の音響共振器。
１１．前記第２の電極は、側部（もしくは側面）のある上面を有し、くぼみが、該側部（もしくは側面）に沿って配置されている、上項１０の音響共振器。
１２．前記第２の電極は、側部（もしくは側面）のある上面を有し、フレーム要素が、該側部（もしくは側面）に沿って配置されている、上項１０の音響共振器。
１３．前記ブリッジの下に低音響インピーダンス材料をさらに備える、上項１０の音響共振器。
１４．前記第２の電極は、複数の側部（もしくは側面）を有し、それらの側部（もしくは側面）のうちの少なくとも１つが片持梁形部を有する、上項１の音響共振器。
１５．前記片持梁形部の下にギャップをさらに備える、上項１４の音響共振器。
１６．前記ブリッジの下に低音響インピーダンス材料をさらに備える、上項１５の音響共振器。
代表的な１実施形態によるソリッドマウントバルク音響共振器は、第１の電極、第２の電極、第１の電極と第２の電極の間に配置された圧電層、及び、該第１の電極、該第２の電極、及び該圧電層の下に配置された複数の層からなる音響反射器を備える。該音響反射器と該第１の電極と該第２の電極と該圧電層のオーバーラップしている部分が該音響共振器の活性領域を画定し、該圧電層は、該第１の電極の端（エッジ）の上に延在する。該音響共振器はまた、該音響共振器の活性領域の終端に隣接するブリッジを備える。該ブリッジは、該第１の電極の一部とオーバーラップする。
いくつかの代表的な実施形態にしたがう、電気フィルターなどの種々の用途向けの音響共振器を説明した。当業者には理解されることであるが、本教示にしたがう多くの変更が可能であり、そのような変更も特許請求の範囲内のものである。本明細書、図面及び特許請求の範囲を検討した当業者には、それらの変更及びその他の変更が明らかになるであろう。したがって、本発明は、添付の特許請求の範囲に記載された発明の思想及び範囲内のものによってのみ限定される。
１００、３００、４００、５００ 音響共振器
１０１ 基板
１０２ 第１の電極
１０３ 圧電層
１０４ 第２の電極
１０５ 音響反射器
１０８ ブリッジ
１１１ ギャップ

Claims (16)

  1. ソリッドマウントバルク音響共振器であって、
    第１の電極と、
    第２の電極と、
    前記第１の電極と前記第２の電極の間に配置された圧電層と、
    複数の層を有し、かつ、前記第１の電極、前記第２の電極、及び前記圧電層の下に配置された音響反射器であって、前記音響反射器と前記第１の電極と前記第２の電極と前記圧電層がオーバーラップしている部分が前記音響共振器の活性領域を画定する、音響反射器と、
    前記音響共振器の前記活性領域の終端に隣接するブリッジ
    を備え、
    前記ブリッジは、前記第１の電極の一部とオーバーラップし、
    前記圧電層は、前記第１の電極の端の上に延在する、音響共振器。
  2. 前記第２の電極の複数の側部のうちの１つの側部に対する電気的接続部をさらに有し、前記ブリッジは、該接続部と、前記第２の電極の前記１つの側部との間に配置される、請求項１の音響共振器。
  3. 前記圧電層は、前記音響共振器の前記活性領域の終端に隣接する部分において、欠陥を含む移行部を有する、請求項１の音響共振器。
  4. 前記第２の電極は、前記移行部には接触しない、請求項３の音響共振器。
  5. 前記ブリッジはギャップを有する、請求項１の音響共振器。
  6. 前記ギャップは、前記第２の電極と前記圧電層の間にある領域を含む、請求項５の音響共振器。
  7. 前記圧電層は、前記音響共振器の前記活性領域の終端に隣接する部分において、欠陥を含む移行部を有し、該移行部は、前記ギャップの前記領域の下に配置される、請求項６の音響共振器。
  8. 前記第２の電極は、側部のある上面を有し、くぼみが、該側部に沿って配置されている、請求項１の音響共振器。
  9. 前記第２の電極は、側部のある上面を有し、フレーム要素が、該側部に沿って配置されている、請求項１の音響共振器。
  10. 前記音響反射器はブラッグ反射器から構成される、請求項１の音響共振器。
  11. 前記第２の電極は、側部のある上面を有し、くぼみが、該側部に沿って配置されている、請求項１０の音響共振器。
  12. 前記第２の電極は、側部のある上面を有し、フレーム要素が、該側部に沿って配置されている、請求項１０の音響共振器。
  13. 前記ブリッジの下に低音響インピーダンス材料をさらに備える、請求項１０の音響共振器。
  14. 前記第２の電極は、複数の側部を有し、それらの側部のうちの少なくとも１つが片持梁形部を有する、請求項１の音響共振器。
  15. 前記片持梁形部の下にギャップをさらに備える、請求項１４の音響共振器。
  16. 前記ブリッジの下に低音響インピーダンス材料をさらに備える、請求項１５の音響共振器。
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