JP2017220910A - 弾性波デバイス - Google Patents
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Abstract
【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
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。
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。
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。
・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。
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。
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
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。
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。
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。
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。
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。
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)
- 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×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。
- 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。
- 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。
- 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。 - 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。
- 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。 - 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。
- 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。 - 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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