JP2017220910A - 弾性波デバイス - Google Patents

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Abstract

【課題】２次高調波を抑制すること。
【解決手段】本発明は、第１ノードＮ１と第２ノードＮ２との間に接続された圧電薄膜共振器２０と、前記第１ノードＮ１と前記第２ノードＮ２との間に前記圧電薄膜共振器２０に並列に接続され、前記圧電薄膜共振器２０の反共振周波数をｆａとしたとき、共振周波数ｆ０が２×ｆａ×０．９２≦ｆ０である共振回路２２と、を具備する弾性波デバイスである。
【選択図】図５

Description

本発明は、弾性波デバイスに関し、例えば圧電薄膜共振器を有する弾性波デバイスに関する。
圧電薄膜共振器を用いた弾性波デバイスは、例えば携帯電話等の無線機器のフィルタおよびマルチプレクサとして用いられている。圧電薄膜共振器は、圧電膜を１対の電極で挟んだ構造を有している。圧電薄膜共振器としては、ＦＢＡＲ（Film Bulk Acoustic Resonator）およびＳＭＲ（Solidly Mounted Resonator）等が知られている。
圧電薄膜共振器に大きな電力が入力すると、圧電膜のｃ軸方向に依存した非線形性に起因し、出力信号に２次高調波が発生する。そこで、圧電膜のｃ軸方向が２次高調波を抑制するように圧電薄膜共振器を分割することが知られている（例えば特許文献１、２）。
特開２００８−０８５９８９号公報 特開２００７−００６４９５号公報
例えば特許文献１、２のように２次高調波を抑制するように共振器を分割する場合、共振器の数が増えチップサイズが大きくなる。また、分割した共振器を接続する配線の寄生容量成分により、２次高調波の抑制が不十分となることがある。
本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、２次高調波を抑制することを目的とする。
本発明は、第１ノードと第２ノードとの間に接続された圧電薄膜共振器と、前記第１ノードと前記第２ノードとの間に前記圧電薄膜共振器に並列に接続され、前記圧電薄膜共振器の反共振周波数をｆａとしたとき、共振周波数ｆ０が２×ｆａ×０．９２≦ｆ０である共振回路と、を具備する弾性波デバイスである。
上記構成において、２×ｆａ×０．９５≦ｆ０≦２×ｆａ×１．０８である構成とすることができる。
上記構成において、前記共振回路は、前記第１ノードと前記第２ノードとの間に直列に接続されたキャパシタおよびインダクタを有する構成とすることができる。
上記構成において、前記共振回路は、前記第１ノードと前記第２ノードとの間に直列に接続された弾性波共振器を有する構成とすることができる。
上記構成において、前記弾性波共振器は別の圧電薄膜共振器またはラム波共振器であり、前記圧電薄膜共振器および前記弾性波共振器は同一の基板上に形成され、前記圧電薄膜共振器の圧電膜および前記弾性波共振器の圧電膜は一体である構成とすることができる。
上記構成において、前記共振回路が並列に接続された前記圧電薄膜共振器を含むフィルタを具備する構成とすることができる。
上記構成において、入力端子と出力端子との間に直列に接続された１または複数の直列共振器と、前記入力端子と前記出力端子との間に並列に接続された１または複数の並列共振器と、を備えるフィルタを具備し、前記１または複数の直列共振器および前記１または複数の並列共振器の少なくとも１つの共振器は前記共振回路が並列に接続された前記圧電薄膜共振器である構成とすることができる。
上記構成において、前記１または複数の直列共振器のうち最も前記出力端子に近い直列共振器と、前記１または複数の並列共振器のうち最も前記出力端子に近い並列共振器と、の少なくとも一方の共振器は、前記共振回路が並列に接続された前記圧電薄膜共振器である構成とすることができる。
上記構成において、前記１または複数の直列共振器のうち最も前記出力端子に近い直列共振器と、前記１または複数の並列共振器のうち最も前記出力端子に近い並列共振器と、のいずれか一方の共振器は、前記共振回路が並列に接続された前記圧電薄膜共振器であり、前記最も前記出力端子に近い直列共振器と前記最も前記出力端子に近い並列共振器との他方は、２次高調波がキャンセルされるように分割された第１共振器および第２共振器を含む構成とすることができる。
上記構成において、前記フィルタを含むマルチプレクサを具備する構成とすることができる。
本発明によれば、２次高調波を抑制することができる。
図１は、比較例および実施例で用いる圧電薄膜共振器の断面模式図である。 図２（ａ）は、比較例１に係る弾性波デバイスの回路図、図２（ｂ）は、比較例１において生成される２次高調波を示す図である。 図３（ａ）は、比較例１における通過特性（Ｓ２１）を示す図、図３（ｂ）は２次高調波を示す図である。 図４は、比較例２に係る弾性波デバイスの回路図である。 図５（ａ）は、実施例１に係る弾性波デバイスの回路図、図５（ｂ）は、実施例１において生成される２次高調波を示す図である。 図６は、実施例１および比較例１の周波数に対する２次高調波を示す図である。 図７（ａ）は、共振回路の共振周波数ｆ０に対する２次高調波ピーク値の改善量を示す図、図７（ｂ）は、共振器ＡからＣにおける共振周波数ｆ０に対する２次高調波ピーク値の改善量を示す図である。 図８（ａ）は、実施例２に係る弾性波デバイスの回路図、図８（ｂ）は、実施例２において生成される２次高調波を示す図である。 図９は、実施例２および比較例１の周波数に対する２次高調波を示す図である。 図１０（ａ）および図１０（ｂ）は、それぞれ圧電薄膜共振器２０および弾性波共振器２４の積層膜の断面図、図１０（ｃ）は、圧電膜の膜厚に対する共振周波数を示す図である。 図１１は、圧電薄膜共振器２０および弾性波共振器２４を同じ基板に形成した例を示す断面図である。 図１２は、実施例２の変形例１に係る弾性波デバイスの断面図である。 図１３（ａ）は、比較例３に係るフィルタの回路図、図１３（ｂ）は、比較例３のシミュレーションに用いた各共振器の条件を示す図、図１３（ｃ）は、比較例３における周波数に対する２次高調波の大きさを示す図である。 図１４（ａ）から図１４（ｃ）は、それぞれ実施例３のフィルタＡからＣの回路図である。 図１５（ａ）から図１５（ｃ）は、それぞれフィルタＡからＣの周波数に対す２次高調波を示す図である。 図１６（ａ）から図１６（ｃ）は、それぞれフィルタＡからＣの通過特性を示す図、図１６（ｄ）から図１６（ｆ）は、それぞれフィルタＡからＣの反射特性を示す図である。 図１７（ａ）および図１７（ｂ）は、それぞれ実施例３の変形例１のフィルタＤおよびＥの回路図である。 図１８（ａ）は、フィルタＤの周波数に対する２次高調波を示す図、図１８（ｂ）および図１８（ｃ）は、それぞれ通過特性および反射特性である。 図１９は、実施例４に係るデュプレクサの回路図である。
まず、比較例について説明する。
（比較例１）
図１は、比較例および実施例で用いる圧電薄膜共振器の断面模式図である。図１に示すように、圧電薄膜共振器２０は、圧電膜１４、下部電極１２および上部電極１６を備えている。圧電膜１４を挟むように下部電極１２および上部電極１６が設けられている。下部電極１２はノードＮ１に上部電極１６はノードＮ２に接続されている。圧電膜１４は例えば窒化アルミニウム（ＡｌＮ）または酸化亜鉛（ＺｎＯ）である。下部電極１２および上部電極１６は、例えば。圧電膜１４側がＲｕ（ルテニウム）膜および外側がＣｒ（クロム）膜の複合膜である。下部電極１２および上部電極１６として、Ｒｕ膜およびＣｒ膜以外にもＡｌ（アルミニウム）、Ｔｉ（チタン）、Ｃｕ（銅）、Ｍｏ（モリブデン）、Ｗ（タングステン）、Ｔａ（タンタル）、Ｐｔ（白金）、Ｒｈ（ロジウム）またはＩｒ（イリジウム）等の単層膜またはこれらの複合膜を用いることができる。
圧電薄膜共振器２０では、共振周波数の波長λの１／２がほぼ圧電膜１４の厚さに相当する。２次高調波の波長はほぼ圧電膜１４の厚さに相当する。圧電膜１４が上下に対称であれば、上部電極１６と下部電極１２とで同電位となる。このため２次高調波は生じない。しかしながら、圧電膜１４として例えば窒化アルミニウム（ＡｌＮ）または酸化亜鉛（ＺｎＯ）等を用いる場合、良好な特性を得るために、ｃ軸に配向させる。このため、ｃ軸方向５０が厚み方向となる。このとき、圧電膜１４内でｃ軸方向の対称性が崩れ、電界の分布に偏りが生じる。このため、上部電極１６と下部電極１２とに電位差が生じる。これにより、２次高調波が発生する。ｃ軸方向５０はより一般的に分極方向でもよい。
図２（ａ）は、比較例１に係る弾性波デバイスの回路図、図２（ｂ）は、比較例１において生成される２次高調波を示す図である。図２（ａ）に示すように、ノードＮ１とＮ２との間に圧電薄膜共振器２０が接続されている。ｃ軸方向５０はノードＮ１からＮ２の方向である。
図２（ｂ）に示すように、ノードＮ１から基本波６０の高周波信号が入力する。圧電薄膜共振器２０において、基本波６０から２次高調波６２および６４が生成され、それぞれノードＮ１およびＮ２方向に放射される。これにより、ノードＮ２から２次高調波６２が出力される。２次高調波６２および６４の周波数は基本波６０のほぼ２倍である。２次高調波６２と６４は逆位相である。
比較例１において２次高調波をシミュレーションした。ノードＮ１に基本波６０の信号を入力したときに、圧電薄膜共振器２０から放出される２次高調波６２および６４の大きさを算出した。２次高調波は、圧電膜１４に加わる「電界強度の２乗」、「電界強度とひずみの積」、および「ひずみの２乗」に比例した非線形電流を元に算出できる。シミュレーション条件は以下である。
圧電膜１４：ｃ軸に配向した窒化アルミニウム（ＡｌＮ）
通過帯域 ：２５００ＭＨｚから２５７０ＭＨｚ（バンド７相当）
通過帯域の２倍の帯域：５０００ＭＨｚから５１４０ＭＨｚ
ノードＮ１に入力する基本波のパワー：２８ｄＢｍ
通過帯域は、バンド７の送信帯域を想定している。
圧電薄膜共振器２０の条件は以下とした。
共振周波数ｆｒ ：２５３０ＭＨｚ
電気機械結合係数ｋ２：６．９２９％
静電容量Ｃ０ ：１．５ｐＦ
図３（ａ）は、比較例１における通過特性（Ｓ２１）を示す図、図３（ｂ）は２次高調波を示す図である。図３（ａ）に示すように、共振周波数ｆｒは２５３０ＭＨｚ、反共振周波数ｆａは２６０５ＭＨｚである。図３（ｂ）に示すように、２次高調波はゆるやかな単峰特性を有する。２次高調波のピークは、５１９６ＭＨｚであり、共振周波数ｆｒの２倍の周波数２×ｆｒと反共振周波数ｆａの２倍の周波数２×ｆａの間に位置する。２次高調波のピークは、−２０ｄＢｍ程度である。
（比較例２）
図４は、比較例２に係る弾性波デバイスの回路図である。図４に示すように、圧電薄膜共振器２０が共振器２０ａと２０ｂとに直列に分割されている。共振器２０ａと２０ｂのｃ軸方向５０は逆方向である。すなわちノードＮ２（またはＮ１）からみた共振器２０ａと２０ｂとのｃ軸方向５０は逆方向である。このような分割を逆直列分割と呼ぶ。基本波６０がノードＮ１から入力すると、共振器２０ａからノードＮ２およびＮ１の方向にそれぞれ２次高調波６２ａおよび６４ａが放出される。共振器２０ｂからノードＮ２およびＮ１の方向にそれぞれ２次高調波６２ｂおよび６４ｂが放出される。共振器２０ｂのｃ軸方向５０は共振器２０ａの逆方向である。このため、２次高調波６２ａと６２ｂとは逆位相となる。これにより、２次高調波６２ａと６２ｂとがキャンセルし、ノードＮ２から出力される２次高調波が抑制される。
比較例２では、共振器２０ａと２０ｂとを設けるため、チップサイズが大きくなる。２次高調波を抑制するためには、２次高調波６２ａと６２ｂが逆位相で、振幅が等しいことが好ましい。しかし、共振器２０ａと２０ｂとの間の配線の寄生容量成分に起因し、２次高調波６２ａと６２ｂが逆位相からずれる、および／または、振幅が異なる。これにより、２次高調波が十分には抑制されない。
以下、圧電薄膜共振器を分割する以外の方法で２次高調波を抑制する実施例について説明する。
図５（ａ）は、実施例１に係る弾性波デバイスの回路図、図５（ｂ）は、実施例１において生成される２次高調波を示す図である。図５（ａ）に示すように、ノードＮ１とＮ２との間に圧電薄膜共振器２０と並列に共振回路２２が接続されている。共振回路２２は、ノードＮ１とＮ２との間にインダクタＬ１とキャパシタＣ１とが直列に接続されている。図５（ｂ）に示すように、圧電薄膜共振器２０からノードＮ１方向に放出された２次高調波６４は、２次高調波６６として共振回路２２を介しノードＮ２に伝搬する。２次高調波６２と６６は位相が反転し、振幅が等しいため、ノードＮ３において２次高調波６２と６６がキャンセルする。これにより、ノードＮ２から出力される２次高調波６８を抑制できる。共振回路２２は２次高調波６６を通過させ、他の周波数の信号は通過させないことが好ましい。そこで、共振回路２２の共振周波数を２次高調波６６の周波数とする。
実施例１において２次高調波をシミュレーションした。ノードＮ１に基本波６０の信号を入力したときに、ノードＮ２から出力される２次高調波６８の大きさを算出した。
共振回路２２の条件は以下とした。
共振周波数ｆ０ ：５１９６ＭＨｚ
Ｃ１のキャパシタンス：０．５ｐＦ
Ｌ１のインダクタンス：１．８７６ｎＨ
Ｌ１のＱ値 ：１５
Ｌ１のインダクタンスは、共振周波数ｆ０が図３（ｂ）の比較例１の２次高調波のピークの周波数である５１９６ＭＨｚとなるように、以下の式により算出した。
Ｌ１＝（１／ｆ０２）×（１／（（２π）２×Ｃ１）） 式１
その他のシミュレーション条件は比較例１と同じである。
図６は、実施例１および比較例１の周波数に対する２次高調波を示す図である。図６に示すように、全周波数領域において、２次高調波が小さくなっている。実施例１の２次高調波のピークの値は約−３０ｄＢｍであり、比較例１より１０ｄＢｍ小さくなっている。
次に、共振回路２２の共振周波数ｆ０を変化させ、２次高調波ピーク値の改善量をシミュレーションした。２次高調波ピーク値の改善量は、比較例１の２次高調波のピーク値から、実施例１の２次高調波のピーク値を引いた値である。図６では、２次高調波ピーク値の改善量は約−１０ｄＢｍである。シミュレーション条件は以下である。
・圧電薄膜共振器２０
共振周波数ｆｒ ：２５３５ＭＨｚ
反共振周波数ｆａ ：２６１０ＭＨｚ
電気機械結合係数ｋ２：６．９２９％
静電容量Ｃ０ ：１．５ｐＦ
・共振回路２２
Ｃ１のキャパシタンス：０．５ｐＦ
Ｌ１のＱ値：１５
Ｌ１のインダクタンス：所望の共振周波数ｆ０となるように式１から算出した。
その他のシミュレーション条件は比較例１と同じである。
図７（ａ）は、共振回路の共振周波数ｆ０に対する２次高調波ピーク値の改善量を示す図である。図７（ａ）に示すように、２次高調波ピーク値は共振回路２２の共振周波数ｆ０が圧電薄膜共振器２０の反共振周波数の２倍２×ｆａである５２２０ＭＨｚのとき最も改善される。共振周波数ｆ０が２×ｆａより大きくなると改善量は緩やかに悪化する。共振周波数が２×ｆａより小さくなると改善量は急激に悪化する。共振周波数ｆ０を２×ｆａより約４２０ＭＨｚ低くすると、２次高調波ピーク値の改善量は０ｄＢｍとなる。共振周波数ｆ０が２×ｆａ−２７０ＭＨｚ≦ｆ０≦２×ｆａ＋４３０ＭＨｚの範囲では、２次高調波ピーク値の改善量は−５ｄＢｍより小さくなる。
次に圧電薄膜共振器２０の共振周波数ｆｒおよび反共振周波数ｆａを変えてシミュレーションした。シミュレーション条件は以下である。
共振器Ａ：ｆｒ＝２５３５ＭＨｚ、ｆａ＝２６１０ＭＨｚ
共振器Ｂ：ｆｒ＝２５００ＭＨｚ、ｆａ＝２５７４ＭＨｚ
共振器Ｃ：ｆｒ＝２５７０ＭＨｚ、ｆａ＝２６４７ＭＨｚ
ここで、共振周波数ｆｒおよび反共振周波数ｆａは共振回路２２を接続していない圧電薄膜共振器２０単体の共振周波数および反共振周波数である。
共振器Ａは、図６と同じ圧電薄膜共振器２０に対応する。
その他のシミュレーション条件は、図７（ａ）と同じであり説明を省略する。
図７（ｂ）は、共振器ＡからＣにおける共振周波数ｆ０に対する２次高調波ピーク値の改善量を示す図である。図７（ｂ）に示すように、共振器Ａ、ＢおよびＣの改善量のボトムは、それぞれ５２２０ＭＨｚ、５１４８ＭＨｚおよび５２９４ＭＨｚである。これは、共振器ＡからＣの２×ｆａに相当する。共振周波数ｆ０に対する改善量の曲線は、２×ｆａに依存してシフトしている。このように、圧電薄膜共振器２０の共振周波数ｆｒが変化しても共振周波数ｆ０と改善量との関係は変わらない。
図７（ａ）の結果を反共振周波数ｆａの比率で表せば、一般的な共振周波数ｆ０の範囲となる。
改善量を０ｄＢｍ以下とするためには、（５２２０−４２０）／５２２０＝０．９２となり、式２を満たせばよい。
２×ｆａ×０．９２≦ｆ０ 式２
改善量を−５ｄＢｍ以下とするためには、（５２２０−２７０）／５２２０＝０．９５および（５２２０＋４３０）／５２２０＝１．０８となり、式３を満たせばよい。
２×ｆａ×０．９５≦ｆ０≦２×ｆａ×１．０８ 式３
実施例１によれば、共振回路２２の共振周波数ｆ０を２×ｆａ×０．９２≦ｆ０とする。これにより、図５（ｂ）のように、ノードＮ１から２次高調波６２と逆位相の２次高調波６６の信号をノードＮ３に伝送できる。これにより、ノードＮ３において、２次高調波６２と６６とがキャンセルし、ノードＮ２から出力される２次高調波を抑制できる。これにより、比較例２のように圧電薄膜共振器２０を分割することなく、２次高調波を抑制できる。２次高調波を抑制するため、２×ｆａ×０．９３≦ｆ０が好ましく、２×ｆａ×０．９５≦ｆ０がより好ましく、２×ｆａ×０．９７≦ｆ０がさらに好ましい。ｆ０≦２×ｆａ×１．１５が好ましく、ｆ０≦２×ｆａ×１．０８がより好ましく、ｆ０≦２×ｆａ×１．０５がさらに好ましい。
共振回路２２としては、図５（ａ）の構成以外の共振回路を用いることができるが、ノードＮ１とＮ２との間にキャパシタＣ１およびインダクタＬ１が直列に接続されていることが好ましい。これにより２次高調波６６の共振回路２２の通過特性を良好とすることができる。
図８（ａ）は、実施例２に係る弾性波デバイスの回路図、図８（ｂ）は、実施例２において生成される２次高調波を示す図である。図８（ａ）に示すように、ノードＮ１とＮ２との間に圧電薄膜共振器２０と並列に弾性波共振器２４が接続されている。図８（ｂ）に示すように、圧電薄膜共振器２０からノードＮ１方向に放出された２次高調波６４は、２次高調波６６として弾性波共振器２４を介しノードＮ２に伝搬する。ノードＮ３において２次高調波６２と６６がキャンセルする。これにより、ノードＮ２から出力される２次高調波６８を抑制できる。
実施例２において、２次高調波６８の大きさをシミュレーションした。弾性波共振器２４の条件は以下である。
共振器の種類 ：圧電薄膜共振器
共振周波数ｆ０ｒ：５２０５ＭＨｚ
静電容量Ｃ００ ：０．５ｐＦ
その他の弾性波共振器２４の条件は圧電薄膜共振器２０と同じである。その他のシミュレーション条件は実施例１の図６のシミュレーションと同じである。
図９は、実施例２および比較例１の周波数に対する２次高調波を示す図である。図９に示すように、実施例２では、比較例１の２次高調波のピーク付近において、２次高調波を特に小さくできる。また。全周波数領域において、２次高調波を小さくできる。このように、弾性波共振器２４の共振周波数ｆ０ｒを２次高調波のピークの周波数とほぼ同じとすることで、２次高調波を抑制できる。
弾性波共振器２４の共振周波数ｆ０ｒは、実施例１と同様の範囲であることが好ましい。
例えば、
２×ｆａ×０．９２≦ｆ０ｒ
が好ましく、
２×ｆａ×０．９５≦ｆ０ｒ≦２×ｆａ×１．０８
がより好ましい。
図１０（ａ）および図１０（ｂ）は、それぞれ圧電薄膜共振器２０および弾性波共振器２４の積層膜の断面図である。図１０（ａ）および図１０（ｂ）に示すように、圧電薄膜共振器２０および弾性波共振器２４の積層膜１５は、下部電極１２、圧電膜１４、上部電極１６および絶縁膜１８を含む。下部電極１２は、下層１２ａおよび上層１２ｂを含む。上部電極１６は、下層１６ａおよび上層１６ｂを含む。圧電薄膜共振器２０および弾性波共振器２４の共振周波数および反共振周波数は積層膜１５の構成で調整できる。
圧電薄膜共振器２０および弾性波共振器２４の圧電膜１４の膜厚をそれぞれｔ１およびｔ２とし、他の構成を同じとし、共振周波数を算出した。各層の材料および膜厚は以下である。
絶縁膜１８：酸化シリコン膜 ３８ｎｍ
上層１６ｂ：クロム膜 ２３ｎｍ
下層１６ａ：ルテニウム膜 １８３ｎｍ
圧電膜１４：窒化アルミニウム膜
上層１２ｂ：ルテニウム膜 １５２ｎｍ
下層１２ａ：クロム膜 ７６ｎｍ
図１０（ｃ）は、圧電膜の膜厚に対する共振周波数を示す図である。丸は測定点、実線は近似線である。図１０（ｃ）に示すように、圧電膜１４の膜厚が小さくなると共振周波数が高くなる。共振周波数が２．５ＧＨｚおよび５．０ＧＨｚとなる圧電膜１４の膜厚は、それぞれ９５７ｎｍおよび２２４ｎｍである。よって、膜厚ｔ１およびｔ２をそれぞれ９５７ｎｍおよび２２４ｎｍとする。これにより、圧電薄膜共振器２０と弾性波共振器２４を形成できる。
図１１は、圧電薄膜共振器２０および弾性波共振器２４を同じ基板に形成した例を示す断面図である。図１１に示すように、基板１０上に空隙３０を介し下部電極１２、圧電膜１４および上部電極１６が形成されている。圧電薄膜共振器２０では圧電膜１４の膜厚ｔ１を９５７ｎｍとし、弾性波共振器２４では圧電膜１４の膜厚ｔ２を２２４ｎｍとする。このように、圧電膜１４以外の積層膜の各膜厚を同じとし、圧電膜１４の膜厚を圧電薄膜共振器２０および弾性波共振器２４で異ならせる。これにより、圧電薄膜共振器２０および弾性波共振器２４を同じ基板上に形成できる。基板１０としては、サファイア基板、スプネル基板、アルミナ基板またはシリコン基板等を用いることができる。空隙３０は基板１０を貫通していてもよい。空隙３０は弾性波を反射する音響反射膜でもよい。
実施例２によれば、共振回路として弾性波共振器２４を用いることができる。これにより、圧電薄膜共振器２０を分割することなく、２次高調波を抑制できる。
また、図１０（ｃ）のように、弾性波共振器２４の圧電膜１４の膜厚ｔ２を圧電薄膜共振器２０の圧電膜１４の膜厚ｔ１の１／２以下とする。これにより、弾性波共振器２４の共振周波数を圧電薄膜共振器２０の共振周波数の略２倍とすることができる。
図１１のように、圧電薄膜共振器２０および弾性波共振器２４は同じ基板１０に設けられている。弾性波共振器２４の下部電極１２および上部電極１６の材料および膜厚を、圧電薄膜共振器２０の下部電極１２および上部電極１６の材料および膜厚と同じとする。圧電膜１４の膜厚を異ならせる。これにより、同一基板１０上に圧電薄膜共振器２０および弾性波共振器２４を簡便に形成することができる。
（実施例２の変形例１）
図１２は、実施例２の変形例１に係る弾性波デバイスの断面図である。図１２に示すように、弾性波共振器２４ａとしてラム波共振器を用いている。弾性波共振器２４ａでは空隙３０上に圧電膜１４および櫛型電極２６が設けられている。弾性波共振器２４ａとしてラム波共振器を用いることで、圧電膜１４を圧電薄膜共振器２０および弾性波共振器２４で共通に用いることができる。これにより、同一基板１０上に圧電薄膜共振器２０および弾性波共振器２４を簡便に形成することができる。
実施例２およびその変形例１によれば、図１１および図１２のように弾性波共振器２４または２４ａは別の圧電薄膜共振器またはラム波共振器である。圧電薄膜共振器２０および弾性波共振器２４または２４ａは同一の基板１０上に形成されている。圧電薄膜共振器２０の圧電膜１４および弾性波共振器２４または２４ａの圧電膜１４は一体である。これにより、同一基板１０上に圧電薄膜共振器２０および弾性波共振器２４または２４ａを簡便に形成することができる。
弾性波共振器２４の例として、圧電薄膜共振器およびラム波共振器を説明したが、弾性表面波共振器でもよい。
（比較例３：ラダー型フィルタ）
次に、ラダー型フィルタの２次高調波をシミュレーションした。図１３（ａ）は、比較例３に係るフィルタの回路図、図１３（ｂ）は、比較例３のシミュレーションに用いた各共振器の条件を示す図である。図１３（ａ）に示すように、入力端子Ｔｉｎと出力端子Ｔｏｕｔとの間に直列共振器Ｓ１からＳ４が直列に接続されている。入力端子Ｔｉｎと出力端子Ｔｏｕｔとの間に並列共振器Ｐ１からＰ３が並列に接続されている。
入力端子Ｔｉｎに基本波を入力し、出力端子Ｔｏｕｔから出力される２次高調波の大きさをシミュレーションした。シミュレーション条件は以下である。
通過帯域:２５００ＭＨｚ〜２５７０ＭＨｚ（バンド７に相当）
通過帯域の２倍の周波数帯域：５０００ＭＨｚ〜５１４０ＭＨｚ
入力端子に入力する基本波：２８ｄＢｍ
共振器の種類：圧電薄膜共振器
各共振器の容量値および共振周波数は図１３（ｂ）とした。
図１３（ｃ）は、比較例３における周波数に対する２次高調波の大きさを示す図である。図１３（ｃ）に示すように、帯域の低周波端と高周波端で２次高調波が大きく、中央で２次高調波が小さい凹形状である。低周波端および高周波端の２次高調波の大きさは、それぞれ−２３ｄＢｍおよび−２９ｄＢｍである。帯域全体として２次高調波が大きい。
図１４（ａ）から図１４（ｃ）は、それぞれ実施例３のフィルタＡからＣの回路図である。図１４（ａ）に示すように、フィルタＡでは、直列共振器Ｓ４に共振回路２２が並列に接続された圧電薄膜共振器２０を用いている。その他の構成は比較例３と同じであり説明を省略する。図１４（ｂ）に示すように、フィルタＢでは、並列共振器Ｐ３に共振回路２２が並列に接続された圧電薄膜共振器２０を用いている。その他の構成は比較例３と同じであり説明を省略する。図１４（ｃ）に示すように、フィルタＣでは、直列共振器Ｓ４および並列共振器Ｐ３に共振回路２２が並列に接続された圧電薄膜共振器２０を用いている。その他の構成は比較例３と同じであり説明を省略する。
出力端子Ｔｏｕｔから出力される２次高調波の強度の大半は、直列共振器Ｓ１からＳ４のうち出力端子Ｔｏｕｔに最も近い直列共振器Ｓ４および／または並列共振器Ｐ１からＰ３のうち出力端子Ｔｏｕｔに最も近い並列共振器Ｐ３から放出された２次高調波である。これは、入力端子Ｔｉｎ側の共振器から放出された２次高調波は出力端子Ｔｏｕｔ側の共振器を通過する過程で減衰するためである。そこで、フィルタＡからＣでは、出力端子Ｔｏｕｔに最も近い直列共振器Ｓ４および／または並列共振器Ｐ３に共振回路２２を設けている。
フィルタＡからＣにおいて、入力端子Ｔｉｎに基本波を入力し、出力端子Ｔｏｕｔから出力される２次高調波の大きさをシミュレーションした。シミュレーション条件は、実施例１の図６および比較例３と同じである。
図１５（ａ）から図１５（ｃ）は、それぞれフィルタＡからＣの周波数に対す２次高調波を示す図である。図１５（ａ）から図１５（ｃ）に示すように、フィルタＡからＣは比較例３に比べ帯域内の２次高調波が低減している。フィルタＡでは高周波側の２次高調波が低減されている。フィルタＢでは低周波側の２次高調波が低減されている。フィルタＣでは帯域全体で２次高調波が低減されている。
図１６（ａ）から図１６（ｃ）は、それぞれフィルタＡからＣの通過特性を示す図、図１６（ｄ）から図１６（ｆ）は、それぞれフィルタＡからＣの反射特性を示す図である。図１６（ａ）から図１６（ｆ）に示すように、フィルタＡの通過特性および反射特性は比較例３と同程度である。フィルタＢおよびＣの通過特性および反射特性は比較例３より劣化している。共振回路２２を付加するとインピーダンスが変化する。これにより、フィルタＢおよびＣでは、比較例から通過特性および反射特性が変化したものと考えられる。
実施例３によれば、１または複数の直列共振器Ｓ１からＳ４および１または複数の並列共振器Ｐ１からＰ３の少なくとも１つの共振器は共振回路２２が並列に接続された圧電薄膜共振器２０である。これにより、共振器を分割することなく（すわなち、チップサイズを大きくすることなく）２次高調波を抑制できる。
また、出力端子Ｔｏｕｔから出力される２次高調波に最も影響する直列共振器Ｓ４および並列共振器Ｐ３の少なくとも一方の共振器は、共振回路２２が並列に接続された圧電薄膜共振器２０である。これにより、２次高調波をより抑制できる。
（実施例３の変形例１）
図１７（ａ）および図１７（ｂ）は、それぞれ実施例３の変形例１のフィルタＤおよびＥの回路図である。図１７（ａ）に示すように、フィルタＤでは、直列共振器Ｓ４に共振回路２２が並列に接続された圧電薄膜共振器２０を用いている。並列共振器Ｐ３は共振器Ｐ３ａおよびＰ３ｂに逆直列分割されている。共振器Ｐ３ａおよびＰ３ｂは、ｃ軸方向５０の同じ方向の下部電極または上部電極が同電位である。すなわちグランド（または直列共振器Ｓ３とＳ４との間のノード）からみた共振器Ｐ３ａとＰ３ｂとのｃ軸方向５０は逆方向である。その他の構成は比較例３と同じであり説明を省略する。
図１７（ｂ）に示すように、フィルタＥでは、並列共振器Ｐ３は共振器Ｐ３ａおよびＰ３ｂに逆並列分割されている。共振器Ｐ３ａおよびＰ３ｂは、ｃ軸方向５０の反対の方向の下部電極または上部電極が同電位である。すなわちグランド（または直列共振器Ｓ３とＳ４との間のノード）からみた共振器Ｐ３ａとＰ３ｂとのｃ軸方向５０は逆方向である。その他の構成はフィルタＤと同じであり説明を省略する。
図１８（ａ）は、フィルタＤの周波数に対する２次高調波を示す図、図１８（ｂ）および図１８（ｃ）は、それぞれ通過特性および反射特性である。図１８（ａ）に示すように、フィルタＤの２次高調波は、帯域全体にわたり比較例３より１０ｄＢｍ以上改善している。図１８（ｂ）および図１８（ｃ）に示すように、フィルタＤの通過特性および反射特性は比較例３と同程度である。
図１６（ａ）から図１６（ｆ）のように、共振回路２２を設けると通過特性および反射特性が劣化することがある。そこで、実施例３の変形例では、直列共振器Ｓ４は、共振回路２２が並列に接続された圧電薄膜共振器２０である。並列共振器Ｐ３は２次高調波がキャンセルされるように分割された共振器Ｐ３ａ（第１共振器）および共振器Ｐ３ｂ（第２共振器）を含む。共振器を分割してもインピーダンスは変化しない。これにより、フィルタＢおよびＣのような通過特性および反射特性の劣化を抑制できる。また、フィルタＡおよびＢに比べ２次高調波を抑制できる。さらに、直列共振器Ｓ４および並列共振器Ｐ３の両方を分割したフィルタに比べチップサイズを小型化できる。
フィルタＢおよびＣでは、並列共振器Ｐ３に共振回路２２を設けることにより通過特性および反射特性が劣化したが、直列共振器Ｓ４に共振回路２２を設けることにより通過特性および反射特性が劣化することもある。よって、直列共振器Ｓ４および並列共振器Ｐ３のいずれか一方の共振器が、共振回路２２が並列に接続された圧電薄膜共振器２０であり、直列共振器Ｓ４および並列共振器Ｐ３の他方が２次高調波をキャンセルするように分割（すなわち逆直列分割または逆並列分割）されていればよい。
図１９は、実施例４に係るデュプレクサの回路図である。図１９に示すように、共通端子Ａｎｔと送信端子Ｔｘとの間に送信フィルタ４０が接続されている。共通端子Ａｎｔと受信端子Ｒｘとの間に受信フィルタ４２が接続されている。送信フィルタ４０は、送信端子Ｔｘから入力された信号のうち送信帯域の信号を送信信号として共通端子Ａｎｔに通過させ、他の周波数の信号を抑圧する。受信フィルタ４２は、共通端子Ａｎｔから入力された信号のうち受信帯域の信号を受信信号として受信端子Ｒｘに通過させ、他の周波数の信号を抑圧する。送信フィルタ４０および受信フィルタ４２の少なくとも一方に実施例３およびその変形例のフィルタを用いることができる。
マルチプレクサの例としてデュプレクサを説明したが、マルチプレクサは、トリプレクサまたはクワッドプレクサでもよい。
以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
１０ 基板
１２ 下部電極
１４ 圧電膜
１６ 上部電極
２０ 圧電薄膜共振器
２４、２４ａ 弾性波共振器

Claims (10)

  1. 第１ノードと第２ノードとの間に接続された圧電薄膜共振器と、
    前記第１ノードと前記第２ノードとの間に前記圧電薄膜共振器に並列に接続され、前記圧電薄膜共振器の反共振周波数をｆａとしたとき、共振周波数ｆ０が２×ｆａ×０．９２≦ｆ０である共振回路と、
    を具備する弾性波デバイス。
  2. ２×ｆａ×０．９５≦ｆ０≦２×ｆａ×１．０８である請求項１記載の弾性波デバイス。
  3. 前記共振回路は、前記第１ノードと前記第２ノードとの間に直列に接続されたキャパシタおよびインダクタを有する請求項１または２記載の弾性波デバイス。
  4. 前記共振回路は、前記第１ノードと前記第２ノードとの間に直列に接続された弾性波共振器を有する請求項１または２記載の弾性波デバイス。
  5. 前記弾性波共振器は別の圧電薄膜共振器またはラム波共振器であり、
    前記圧電薄膜共振器および前記弾性波共振器は同一の基板上に形成され、
    前記圧電薄膜共振器の圧電膜および前記弾性波共振器の圧電膜は一体である請求項４記載の弾性波デバイス。
  6. 前記共振回路が並列に接続された前記圧電薄膜共振器を含むフィルタを具備する請求項１から５のいずれか一項記載の弾性波デバイス。
  7. 入力端子と出力端子との間に直列に接続された１または複数の直列共振器と、前記入力端子と前記出力端子との間に並列に接続された１または複数の並列共振器と、を備えるフィルタを具備し、
    前記１または複数の直列共振器および前記１または複数の並列共振器の少なくとも１つの共振器は前記共振回路が並列に接続された前記圧電薄膜共振器である請求項１から５のいずれか一項記載の弾性波デバイス。
  8. 前記１または複数の直列共振器のうち最も前記出力端子に近い直列共振器と、前記１または複数の並列共振器のうち最も前記出力端子に近い並列共振器と、の少なくとも一方の共振器は、前記共振回路が並列に接続された前記圧電薄膜共振器である請求項７記載の弾性波デバイス。
  9. 前記１または複数の直列共振器のうち最も前記出力端子に近い直列共振器と、前記１または複数の並列共振器のうち最も前記出力端子に近い並列共振器と、のいずれか一方の共振器は、前記共振回路が並列に接続された前記圧電薄膜共振器であり、
    前記最も前記出力端子に近い直列共振器と前記最も前記出力端子に近い並列共振器との他方は、２次高調波がキャンセルされるように分割された第１共振器および第２共振器を含む請求項８記載の弾性波デバイス。
  10. 前記フィルタを含むマルチプレクサを具備する請求項６から９のいずれか一項記載の弾性波デバイス。
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