JP2018101964A - Acoustic wave device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、弾性波デバイスに関する。 The present invention relates to an acoustic wave device.
携帯電話端末などの無線通信機器のフィルタやデュプレクサに圧電薄膜共振器を用いることが知られている。圧電薄膜共振器は、圧電膜と、圧電膜を挟んで対向する2つの電極と、を備える。圧電膜のc軸又は分極軸の方向と2つの電極の間に印加される電界の方向とが同じ方向を向いている場合、圧電薄膜共振器は収縮し、逆の方向を向いている場合、圧電薄膜共振器は拡張する。このため、圧電薄膜共振器では、圧電膜のc軸又は分極軸の方向に依存した非線形性が原因となって、2次歪特性が劣化することが生じている。そこで、非線形性を低減して、2次歪特性の劣化を抑制する方法が知られている(例えば、特許文献1)。また、複数の圧電薄膜共振器を積層して配置することが知られている(例えば、特許文献2、3)。
It is known to use a piezoelectric thin film resonator for a filter or duplexer of a wireless communication device such as a mobile phone terminal. The piezoelectric thin film resonator includes a piezoelectric film and two electrodes facing each other with the piezoelectric film interposed therebetween. When the direction of the c-axis or polarization axis of the piezoelectric film and the direction of the electric field applied between the two electrodes are in the same direction, the piezoelectric thin film resonator contracts, and in the opposite direction, Piezoelectric thin film resonators expand. For this reason, in the piezoelectric thin film resonator, the second-order strain characteristic is deteriorated due to nonlinearity depending on the direction of the c-axis or the polarization axis of the piezoelectric film. Therefore, a method is known that reduces nonlinearity and suppresses the degradation of secondary distortion characteristics (for example, Patent Document 1). In addition, it is known that a plurality of piezoelectric thin film resonators are stacked and arranged (for example,
特許文献1では、2つの圧電薄膜共振器それぞれの圧電膜の分極軸の同じ方向の電極が逆電位となるように、これら2つの圧電薄膜共振器を並列に接続することで、2次歪特性を改善しているが、弾性波デバイスの小型化の点で改善の余地が残されている。
In
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、弾性波デバイスの小型化を目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and aims to reduce the size of an acoustic wave device.
本発明は、基板上に設けられた第1圧電膜と、前記第1圧電膜のc軸又は分極軸の方向で前記第1圧電膜を挟む第1電極及び第2電極と、を含み、前記第1圧電膜を挟んで前記第1電極と前記第2電極とが対向する領域のうちの平面視で前記基板と前記第1電極の間に形成された空隙又は音響反射膜に重なる領域である第1共振領域を有する第1圧電薄膜共振器と、前記第2電極と、前記第2電極上に設けられ、前記第1圧電膜と略同じ厚さを有し、前記第1圧電膜のc軸又は分極軸と同じ方向にc軸又は分極軸を有する第2圧電膜と、前記第2圧電膜上に設けられ、前記第1電極と同電位の第3電極と、を含み、前記第2圧電膜を挟んで前記第2電極と前記第3電極とが対向する領域のうちの平面視で前記空隙又は音響反射膜に重なる領域であって、前記第1共振領域と略同じ面積を有し且つ前記第1共振領域と重なる第2共振領域を有する第2圧電薄膜共振器と、を備える弾性波デバイスである。 The present invention includes a first piezoelectric film provided on a substrate, and a first electrode and a second electrode sandwiching the first piezoelectric film in the direction of the c-axis or the polarization axis of the first piezoelectric film, A region overlapping the gap or acoustic reflection film formed between the substrate and the first electrode in plan view in a region where the first electrode and the second electrode face each other across the first piezoelectric film. A first piezoelectric thin film resonator having a first resonance region; the second electrode; and the second piezoelectric electrode. The first piezoelectric thin film resonator has substantially the same thickness as the first piezoelectric film. A second piezoelectric film having a c-axis or a polarization axis in the same direction as the axis or the polarization axis, and a third electrode provided on the second piezoelectric film and having the same potential as the first electrode. A region overlapping the gap or the acoustic reflection film in a plan view among regions where the second electrode and the third electrode face each other with the piezoelectric film interposed therebetween There are a acoustic wave device and a second piezoelectric thin-film resonator having a second resonant region overlapping with the first resonance region and substantially have the same area and the first resonance region.
上記構成において、前記第1電極と前記第3電極は、前記第1共振領域及び前記第2共振領域の外側で接続している構成とすることができる。 In the above configuration, the first electrode and the third electrode may be connected to each other outside the first resonance region and the second resonance region.
上記構成において、前記第2電極は、前記第1電極の厚さ及び前記第3電極の厚さの略2倍の厚さを有する構成とすることができる。 In the above configuration, the second electrode may have a thickness that is approximately twice the thickness of the first electrode and the thickness of the third electrode.
上記構成において、前記弾性波デバイスは、1又は複数の直列共振器と1又は複数の並列共振器とを備えるラダー型フィルタであり、前記1又は複数の直列共振器及び前記1又は複数の並列共振器のうちの少なくとも1つの共振器は、2つの共振器に分割されていて、前記2つの共振器は、前記第1圧電薄膜共振器と前記第2圧電薄膜共振器である構成とすることができる。 In the above configuration, the acoustic wave device is a ladder filter including one or more series resonators and one or more parallel resonators, and the one or more series resonators and the one or more parallel resonances. At least one of the resonators is divided into two resonators, and the two resonators are the first piezoelectric thin film resonator and the second piezoelectric thin film resonator. it can.
上記構成において、前記1又は複数の直列共振器及び前記1又は複数の並列共振器のうちの前記少なくとも1つの共振器以外の共振器は、前記基板上に設けられた第3圧電膜と、前記第3圧電膜を挟む下部電極及び上部電極と、を含み、前記下部電極は前記第1電極と略同じ厚さを有し、前記上部電極は前記第2電極の略半分の厚さを有する構成とすることができる。 In the above configuration, a resonator other than the at least one resonator among the one or more series resonators and the one or more parallel resonators includes a third piezoelectric film provided on the substrate, A lower electrode and an upper electrode sandwiching the third piezoelectric film, wherein the lower electrode has substantially the same thickness as the first electrode, and the upper electrode has substantially half the thickness of the second electrode It can be.
上記構成において、前記1又は複数の並列共振器のうちの少なくとも1つの並列共振器は、前記2つの共振器に分割されていて、前記少なくとも1つの並列共振器を構成する前記第1圧電薄膜共振器と前記第2圧電薄膜共振器とが共有する前記第2電極内に第1周波数調整膜を備える構成とすることができる。 In the above configuration, at least one parallel resonator of the one or more parallel resonators is divided into the two resonators, and the first piezoelectric thin film resonance constituting the at least one parallel resonator. The first frequency adjusting film may be provided in the second electrode shared by the resonator and the second piezoelectric thin film resonator.
上記構成において、前記1又は複数の並列共振器のうちの前記少なくとも1つの並列共振器以外の並列共振器は、前記第1周波数調整膜の略半分の厚さの第2周波数調整膜を有する構成とすることができる。 In the above configuration, a parallel resonator other than the at least one parallel resonator among the one or a plurality of parallel resonators includes a second frequency adjustment film having a thickness approximately half that of the first frequency adjustment film. It can be.
上記構成において、前記弾性波デバイスは、第1ラダー型フィルタと、前記第1ラダー型フィルタよりも通過帯域が低い第2ラダー型フィルタと、を備えるデュアルフィルタであり、前記第1ラダー型フィルタに備わる1又は複数の直列共振器及び1又は複数の並列共振器のうちの少なくとも1つの共振器は2つの共振器に分割されていて、前記2つの共振器は前記第1圧電薄膜共振器と前記第2圧電薄膜共振器であり、前記第2ラダー型フィルタに備わる圧電薄膜共振器からなる直列共振器及び並列共振器と、前記第1ラダー型フィルタに備わる前記少なくとも1つの共振器とは、1つの前記基板上に設けられている構成とすることができる。 In the above configuration, the acoustic wave device is a dual filter including a first ladder filter and a second ladder filter having a lower pass band than the first ladder filter, and the first ladder filter includes At least one of the one or more series resonators and the one or more parallel resonators is divided into two resonators, and the two resonators are the first piezoelectric thin film resonator and the first resonator. A series resonator and a parallel resonator that are piezoelectric thin film resonators provided in the second ladder type filter, and the at least one resonator provided in the first ladder type filter is a second piezoelectric thin film resonator. It can be set as the structure provided on one said board | substrate.
上記構成において、前記弾性波デバイスは、アンテナ端子と送信端子との間に接続された送信フィルタと、前記アンテナ端子と受信端子との間に接続された受信フィルタと、を備えるデュプレクサであり、前記送信フィルタ及び前記受信フィルタの少なくとも一方は、1又は複数の直列共振器と1又は複数の並列共振器を備えるラダー型フィルタであり、前記1又は複数の直列共振器及び前記1又は複数の並列共振器のうちの少なくとも1つの共振器は2つの共振器に分割されていて、前記2つの共振器は前記第1圧電薄膜共振器と前記第2圧電薄膜共振器である構成とすることができる。 In the above configuration, the acoustic wave device is a duplexer including a transmission filter connected between an antenna terminal and a transmission terminal, and a reception filter connected between the antenna terminal and the reception terminal, At least one of the transmission filter and the reception filter is a ladder type filter including one or more series resonators and one or more parallel resonators, and the one or more series resonators and the one or more parallel resonances. At least one of the resonators may be divided into two resonators, and the two resonators may be the first piezoelectric thin film resonator and the second piezoelectric thin film resonator.
本発明によれば、弾性波デバイスを小型化することができる。 According to the present invention, the acoustic wave device can be reduced in size.
以下、図面を参照して、本発明の実施例について説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
まず、圧電薄膜共振器の圧電膜に生じる2次歪電圧について説明する。図1(a)及び図1(b)は、圧電薄膜共振器の圧電膜に生じる2次歪電圧を説明する図である。図1(a)のように、圧電薄膜共振器1は、圧電膜2を下部電極4及び上部電極6で挟んだ構造をしている。圧電薄膜共振器は、共振周波数の波長(λ)の1/2が圧電材料の厚さに相当する。つまり、圧電薄膜共振器は、1/2λ厚み共振を使用した共振器である。このため、圧電膜2の上下の面がそれぞれ+及び−のいずれかに分極するように励振する。
First, the secondary strain voltage generated in the piezoelectric film of the piezoelectric thin film resonator will be described. FIG. 1A and FIG. 1B are diagrams for explaining a secondary strain voltage generated in the piezoelectric film of the piezoelectric thin film resonator. As shown in FIG. 1A, the piezoelectric
一方、2次歪の周波数の波長は圧電膜の厚さに相当する。このため、圧電膜2の上下の面が共に+又は−に分極するように励振する。圧電膜2に対称性があれば、2次モードは上下電極が同電位となるため、歪成分は生じないはずである。しかしながら、良好な特性を得るために、圧電膜2として窒化アルミニウムや酸化亜鉛などを用い、圧電膜2のc軸の方向で圧電膜2を下部電極4及び上部電極6で挟む。図1(b)では、圧電膜2のc軸配向方向を白矢印で示している。なお、図2以降においても、白矢印でc軸配向方向を示す。この場合に、c軸方向の対称性が崩れて電界の分布に偏りが生じて、圧電膜2の上下に電位差が生じる場合がある。これにより発生する電圧を2次歪電圧と呼び、図1(b)では黒矢印で示している。なお、図2以降においても、黒矢印で2次歪電圧の方向を示す。図1(b)では、c軸配向方向は下部電極4から上部電極6の方向であり、この方向に2次歪電圧が発生している。
On the other hand, the wavelength of the secondary strain frequency corresponds to the thickness of the piezoelectric film. For this reason, excitation is performed so that the upper and lower surfaces of the
図2(a)及び図2(b)は、比較例1に係る弾性波デバイスを説明する図、図2(c)及び図2(d)は、比較例2に係る弾性波デバイスを説明する図である。図2(a)及び図2(b)のように、比較例1の弾性波デバイス1000は、端子T1と端子T2の間に圧電薄膜共振器1aと圧電薄膜共振器1bが並列に接続されている。圧電薄膜共振器1aと圧電薄膜共振器1bは、基板8上に設けられている。圧電薄膜共振器1aと圧電薄膜共振器1bは、c軸の同じ方向の電極が同電位となるように接続されている。つまり、圧電薄膜共振器1a及び圧電薄膜共振器1bのc軸配向方向の上部電極6同士が同電位となるように接続され、c軸配向方向に逆方向の下部電極4同士が同電位となるように接続されている。これにより、圧電薄膜共振器1a及び圧電薄膜共振器1bは共に、c軸配向方向と2次歪電圧の方向とが反対方向になっている。このため、圧電薄膜共振器1aと圧電薄膜共振器1bの非線形性が強め合って2次歪特性が劣化する。
2A and 2B are diagrams for explaining an elastic wave device according to Comparative Example 1, and FIGS. 2C and 2D are for explaining an elastic wave device according to Comparative Example 2. FIG. FIG. As shown in FIGS. 2A and 2B, the
図2(c)及び図2(d)のように、比較例2の弾性波デバイス1100では、圧電薄膜共振器1aと圧電薄膜共振器1bが並列に接続され、且つ、圧電薄膜共振器1aと圧電薄膜共振器1bは、c軸の同じ方向の電極が逆電位となるように接続されている。つまり、圧電薄膜共振器1aの上部電極6と圧電薄膜共振器1bの下部電極4が接続され、圧電薄膜共振器1aの下部電極4と圧電薄膜共振器1bの上部電極6が接続されている。これにより、圧電薄膜共振器1aではc軸配向方向と2次歪電圧の方向とが同じ方向になり、圧電薄膜共振器1bではc軸配向方向と2次歪電圧の方向とが反対方向になっている。このため、圧電薄膜共振器1aと圧電薄膜共振器1bの非線形性が相殺又は低減され、2次歪特性の劣化を抑制できる。
2C and 2D, in the
しかしながら、比較例2の弾性波デバイス1100では、圧電薄膜共振器1aと圧電薄膜共振器1bが基板8上で横に並んで設けられているため、小型化が難しい。
However, in the
図3(a)は、実施例1に係る弾性波デバイスを示す平面図、図3(b)は、図3(a)のA−A間の断面図である。図4は、実施例1に係る弾性波デバイスの分解平面図である。図3(a)から図4のように、実施例1の弾性波デバイス100は、基板10上に圧電薄膜共振器40と圧電薄膜共振器42が積層されて設けられている。基板10は、例えばシリコン基板である。
FIG. 3A is a plan view illustrating the acoustic wave device according to the first embodiment, and FIG. 3B is a cross-sectional view taken along a line AA in FIG. FIG. 4 is an exploded plan view of the acoustic wave device according to the first embodiment. As shown in FIGS. 3A to 4, the
圧電薄膜共振器40は、基板10上に設けられた電極12と、電極12上に設けられた圧電膜14と、圧電膜14上に電極12と対向する領域を有して設けられた電極16と、を含む。圧電薄膜共振器40において、電極12は下部電極として機能し、電極16は上部電極として機能する。電極12及び電極16は、例えばルテニウム膜である。圧電膜14は、例えばc軸を主軸としたc軸配向性を有する窒化アルミニウム膜である。
The piezoelectric
圧電薄膜共振器42は、電極16と、電極16上に設けられた圧電膜18と、圧電膜18上に電極16と対向する領域を有して設けられた電極20と、を含む。圧電薄膜共振器42において、電極16は下部電極として機能し、電極20は上部電極として機能する。電極20は、例えばルテニウム膜である。圧電膜18は、例えばc軸を主軸としたc軸配向性を有する窒化アルミニウム膜である。
The piezoelectric
圧電膜14のc軸配向方向と圧電膜18のc軸配向方向とは同じ方向を向いている。圧電膜14と圧電膜18は略同じ厚さを有し、例えば1200nmである。なお、略同じ厚さとは、製造上の誤差程度の違いは同じ厚さと見なすものである。
The c-axis orientation direction of the
電極12と電極16は、圧電膜14のc軸配向方向で圧電膜14を挟んでいる。電極16と電極20は、圧電膜18のc軸配向方向で圧電膜18を挟んでいる。電極12と電極20は略同じ厚さを有し、例えば200nmである。電極16は電極12及び電極20の略2倍の厚さを有し、例えば400nmである。なお、略同じ厚さ及び略2倍の厚さとは、製造上の誤差程度の違いは同じ厚さ及び2倍の厚さと見なすものである。
The
平坦形状をした電極12の下側における基板10に空隙22が設けられている。空隙22は、例えば基板10を貫通しているが、基板10の上面に設けられた窪みであってもよい。圧電薄膜共振器40は、圧電膜14を挟んで電極12と電極16とが対向する領域のうちの空隙22に重なる領域である共振領域24を有する。圧電薄膜共振器42は、圧電膜18を挟んで電極16と電極20とが対向する領域のうちの空隙22に重なる領域である共振領域26を有する。共振領域24、26は、略同じ面積を有し且つ重なっていて、例えば楕円形状をしている。共振領域24、26は、少なくとも一部が重なっていればよい。なお、略同じ面積とは、製造上の誤差程度の違いは同じ面積と見なすものである。
An
共振領域24では、電極12と電極16との間に高周波の電気信号が印加されることで圧電膜14内に厚み縦振動モードの弾性波が励振する。共振領域26では、電極16と電極20との間に高周波の電気信号が印加されることで圧電膜18内に厚み縦振動モードの弾性波が励振する。共振領域24、26は、楕円形状をしている場合に限られず、例えば矩形状などの他の形状をしていてもよい。
In the resonance region 24, an elastic wave in a thickness longitudinal vibration mode is excited in the
電極12と電極20とは、電気的に接続されている。例えば、電極20が圧電膜14、18の端面を延在して平坦形状をした電極12の上面に共振領域24、26の外側で直接接することで、電極12と電極20とは電気的に接続されている。これにより、電極12と電極20は同電位となっている。電極16は、電極12及び電極20と異なる電位となっている。
The
基板10として、シリコン基板以外に、サファイア基板、石英基板、ガラス基板、セラミック基板、又はガリウム砒素基板などを用いてもよい。電極12、電極16、及び電極20として、アルミニウム、銅、クロム、モリブデン、タングステン、タンタル、白金、ルテニウム、ロジウム、又はイリジウムの金属単層膜、若しくは、これらの積層膜を用いてもよい。
As the
圧電膜14、18は、窒化アルミニウム膜以外にも、酸化亜鉛膜、チタン酸ジルコン酸鉛膜、又はチタン酸鉛膜などを用いてもよい。また、圧電膜14、18は、窒化アルミニウムを主成分とし、共振特性の向上又は圧電性の向上のために他の元素を含んだ膜でもよい。例えば、添加元素にスカンジウムを用いることで圧電性を向上でき、電気機械結合係数を向上できる。
As the
図5(a)及び図5(b)は、実施例1に係る弾性波デバイスの2次歪特性について説明する図である。図5(a)及び図5(b)のように、インピーダンス特性が略一致している圧電薄膜共振器40と圧電薄膜共振器42とが、端子T1と端子T2の間に並列に接続され、且つ、c軸の同じ方向の電極が逆電位となるように接続されている。つまり、圧電薄膜共振器40の電極12と圧電薄膜共振器42の電極20が接続され、且つ、圧電薄膜共振器40と圧電薄膜共振器42とで電極16を共有している。これにより、圧電薄膜共振器40ではc軸配向方向と2次歪電圧の方向とが同じ方向になり、圧電薄膜共振器42ではc軸配向方向と2次歪電圧の方向とが反対方向になっている。このため、圧電薄膜共振器40と圧電薄膜共振器42の非線形性が相殺又は低減され、2次歪特性の劣化を抑制できる。
FIG. 5A and FIG. 5B are diagrams for explaining the secondary strain characteristics of the acoustic wave device according to the first embodiment. As shown in FIG. 5A and FIG. 5B, the piezoelectric
実施例1によれば、基板10上に圧電薄膜共振器40と圧電薄膜共振器42が設けられている。圧電薄膜共振器40は、基板10上に設けられた圧電膜14と、圧電膜14のc軸方向で圧電膜14を挟む電極12及び電極16と、を含む。圧電薄膜共振器42は、電極16と、電極16上に設けられ、圧電膜14と略同じ厚さを有し、圧電膜14と同じ方向にc軸方向を有する圧電膜18と、圧電膜18上に設けられ、電極12と同電位の電極20と、を含む。圧電薄膜共振器40の共振領域24と圧電薄膜共振器42の共振領域26とは、略同じ面積を有し且つ重なっている。これにより、図5(a)及び図5(b)で説明したように、2次歪特性の劣化を抑制できる。また、圧電薄膜共振器40と圧電薄膜共振器42は、基板10上に積層されているため、弾性波デバイスの小型化が図れる。
According to the first embodiment, the piezoelectric
また、実施例1によれば、図3(b)のように、電極12と電極20は、共振領域24、26の外側で接続している。これにより、電極12と電極20を同電位にすることができる。なお、電極12と電極20は、共振領域24、26の外側で直接接している場合に限られず、他の配線を介して接続していてもよい。図6は、電極が共振領域の外側で他の配線を介して接続する場合の断面図である。図6のように、圧電膜14に形成された凹部で露出した電極12の上面に接し、圧電膜14の上面に延在する配線28が設けられている。電極20は圧電膜18の端面を延在して配線28の上面に接している。これにより、電極12と電極20は、共振領域24、26の外側で接続している。
Further, according to the first embodiment, as illustrated in FIG. 3B, the
また、実施例1によれば、電極16は、電極12の厚さ及び電極20の厚さの略2倍の厚さを有する。電極16は、圧電薄膜共振器40及び圧電薄膜共振器42の下部電極又は上部電極として共有されることから、電極12及び電極20の略2倍の厚さを有することで、良好な特性を得ることができる。
Further, according to the first embodiment, the
図7(a)から図7(f)は、実施例1の変形例1から変形例6に係る弾性波デバイスの断面図である。図7(a)のように、電極16内に空隙50が設けられていてもよい。図7(b)のように、共振領域24、26内の外周領域の圧電膜14、18内に、例えば酸化シリコン膜などの絶縁膜からなる挿入膜52が設けられていてもよい。これにより、共振器のQ値を改善することができる。また、挿入膜52の代わりに空隙が設けられていてもよい。挿入膜52は、図7(c)のように、電極16に接して設けられてもよいし、図7(d)のように、電極12及び電極20に接して設けられてもよい。挿入膜52は、圧電膜14、18の両方に設けられていることが好ましいが、いずれか一方にのみ設けられている場合でもよい。
FIG. 7A to FIG. 7F are cross-sectional views of acoustic wave devices according to the first to sixth modifications of the first embodiment. As shown in FIG. 7A, the
図7(e)のように、圧電膜14、18内に温度補償膜54が設けられていてもよい。温度補償膜54は、圧電膜14、18とは逆符号の温度係数の弾性定数を有する膜であり、例えば酸化シリコン膜やフッ素などの添加物が添加された酸化シリコン膜である。温度補償膜54は、圧電膜14、18の両方に設けられていることが好ましいが、いずれか一方にのみ設けられていてもよい。図7(f)のように、温度補償膜54は、電極12、電極16、及び電極20内に設けられていてもよい。
A
図8は、実施例2に係る弾性波デバイスの断面図である。図8のように、実施例2の弾性波デバイス200では、基板10に貫通孔及び窪みが形成されてなく、基板10の平坦上面と電極12との間に、電極12側にドーム形状の膨らみを有する空隙22aが設けられている。ドーム形状の膨らみとは、例えば空隙22aの周辺では空隙22aの高さが低く、空隙22aの内部ほど空隙22aの高さが高くなるような形状の膨らみである。その他の構成は、実施例1の弾性波デバイス100と同じであるため説明を省略する。
FIG. 8 is a cross-sectional view of the acoustic wave device according to the second embodiment. As shown in FIG. 8, in the
図9は、実施例3に係る弾性波デバイスの断面図である。図9のように、実施例3の弾性波デバイス300では、電極12の下側に空隙の代わりに音響反射膜30が設けられている。音響反射膜30は、弾性波を反射する膜であり、音響インピーダンスの低い膜32と高い膜34とを交互に有する。その他の構成は、実施例1の弾性波デバイス100と同じであるため説明を省略する。
FIG. 9 is a cross-sectional view of the acoustic wave device according to the third embodiment. As shown in FIG. 9, in the
このように、圧電薄膜共振器40、42は、FBAR(Film Bulk Acoustic Resonator)の場合でもよいし、SMR(Solidly Mounted Resonator)の場合でもよい。
As described above, the piezoelectric
実施例1から実施例3では、圧電膜14、18として窒化アルミニウム膜を用いる場合を例に示したが、その他の圧電材料であってもよく、c軸の方向の代わりに分極軸の方向としてもよい。この場合でも、2次歪特性の劣化を抑制できる。
In the first to third embodiments, the case where the aluminum nitride film is used as the
図10は、実施例4に係るラダー型フィルタの回路図である。図10のように、実施例4のラダー型フィルタ400は、入力端子INと出力端子OUTとの間に、1又は複数の直列共振器S1〜S4が直列に接続され、1又は複数の並列共振器P1〜P3が並列に接続されている。直列共振器S4は共振器S4aと共振器S4bに分割され、共振器S4aと共振器S4bは並列に接続されている。並列共振器P3は共振器P3aと共振器P3bに分割され、共振器P3aと共振器P3bは並列に接続されている。共振器S4a及び共振器S4bの静電容量は直列共振器S4の静電容量の半分であり、共振周波数は直列共振器S4と同じである。同様に、共振器P3a及び共振器P3bの静電容量は並列共振器P3の静電容量の半分であり、共振周波数は並列共振器P3と同じである。
FIG. 10 is a circuit diagram of a ladder filter according to the fourth embodiment. As illustrated in FIG. 10, the
図11(a)から図11(d)は、直列共振器及び並列共振器を示す断面図である。図11(a)及び図11(b)のように、直列共振器S4を構成する共振器S4aは、基板10上に設けられた圧電膜14と、圧電膜14を挟む電極12及び電極16と、を含む。共振器S4bは、電極16と、電極16上に設けられた圧電膜18と、圧電膜18上に設けられた電極20と、を含む。
FIG. 11A to FIG. 11D are cross-sectional views showing a series resonator and a parallel resonator. As shown in FIGS. 11A and 11B, the resonator S4a constituting the series resonator S4 includes the
図11(c)及び図11(d)のように、並列共振器P3を構成する共振器P3aは、基板10上に設けられた圧電膜14と、圧電膜14を挟む電極12及び電極16と、を含む。共振器P3bは、電極16と、電極16上に設けられた圧電膜18と、圧電膜18上に設けられた電極20と、を含む。電極16内に周波数調整膜66が設けられている。
As shown in FIG. 11C and FIG. 11D, the resonator P3a constituting the parallel resonator P3 includes a
このように、直列共振器S4を分割した共振器S4aと共振器S4b、及び、並列共振器P3を分割した共振器P3aと共振器P3bは、実施例1の圧電薄膜共振器40と圧電薄膜共振器42である。
As described above, the resonators S4a and S4b obtained by dividing the series resonator S4, and the resonators P3a and P3b obtained by dividing the parallel resonator P3 are the piezoelectric
図11(a)及び図11(c)のように、直列共振器S1〜S3は、基板10上に設けられた下部電極60と、下部電極60上に設けられた圧電膜62と、圧電膜62上に下部電極60と対向する領域を有して設けられた上部電極64と、を含む。図11(b)及び図11(d)のように、並列共振器P1及びP2は、下部電極60、圧電膜62、及び上部電極64に加えて周波数調整膜68を含む。周波数調整膜68は、べた膜であってもよいし、孔などのパターンが形成されていてもよい。
As shown in FIGS. 11A and 11C, the series resonators S1 to S3 include a
下部電極60は、例えば電極12と同じ材料で形成され、略同じ厚さを有する。圧電膜62は、例えば圧電膜14と同じ材料で形成され、略同じ厚さを有する。上部電極64は、例えば電極16と同じ材料で形成され、略半分の厚さを有する。周波数調整膜68は、例えば周波数調整膜66と同じ材料で形成され、略半分の厚さを有する。
The
実施例4のように、直列共振器S4を分割した共振器S4a及び共振器S4bを実施例1の圧電薄膜共振器40及び圧電薄膜共振器42としてもよい。並列共振器P3を分割した共振器P3a及び共振器P3bを実施例1の圧電薄膜共振器40及び圧電薄膜共振器42としてもよい。すなわち、ラダー型フィルタ400を構成する1又は複数の直列共振器S1〜S4及び1又は複数の並列共振器P1〜P3の少なくとも1つの共振器が2つの共振器に分割され、分割された2つの共振器を実施例1から実施例3の圧電薄膜共振器40及び圧電薄膜共振器42としてもよい。
As in the fourth embodiment, the resonator S4a and the resonator S4b obtained by dividing the series resonator S4 may be used as the piezoelectric
なお、出力端子OUTから放射される高調波は、出力端子OUTに近い直列共振器S4及び並列共振器P3から放射される高調波が大半を占める。したがって、直列共振器S4及び並列共振器P3の少なくとも一方が2つの共振器に分割されて実施例1から実施例3の圧電薄膜共振器40及び圧電薄膜共振器42であることが好ましい。
Note that most of the harmonics radiated from the output terminal OUT are harmonics radiated from the series resonator S4 and the parallel resonator P3 close to the output terminal OUT. Therefore, it is preferable that at least one of the series resonator S4 and the parallel resonator P3 is divided into two resonators to be the piezoelectric
また、実施例4によれば、並列共振器P3を分割した共振器P3aと共振器P3bが共有する電極16内に周波数調整膜66が設けられている。直列共振器と並列共振器とで共振周波数を異ならせるために並列共振器に周波数調整膜を設けることが行われるが、電極16内に周波数調整膜66を設けることで共振器P3aと共振器P3bとで1つの周波数調整膜66を共有させることができる。なお、電極16内に周波数調整膜66を設ける代わりに、電極12の下面及び電極20の上面に周波数調整膜を設けてもよい。この場合、電極12の下面及び電極20の上面に設ける周波数調整膜は、電極16内に設けた周波数調整膜66の略半分の厚さであることが好ましい。
According to the fourth embodiment, the
また、実施例4によれば、並列共振器P1、P2に含まれる周波数調整膜68は、電極16内に設けられた周波数調整膜66の略半分の厚さを有する。上述したように、電極16内に設けられた周波数調整膜66は共振器P3aと共振器P3bとで共有されることから、周波数調整膜66は周波数調整膜68の略2倍の厚さ(すなわち、周波数調整膜68は周波数調整膜66の略半分の厚さ)であることが好ましい。
Further, according to the fourth embodiment, the
図12は、実施例5に係るデュアルフィルタの回路図である。図12のように、実施例5のデュアルフィルタ500は、ラダー型フィルタ400と、ラダー型フィルタ410と、を含む。ラダー型フィルタ410の通過帯域は、ラダー型フィルタ400の通過帯域よりも低く、例えば半分程度である。例えば、ラダー型フィルタ400の通過帯域は3.5GHzであり、ラダー型フィルタ410の通過帯域は2GHzである。
FIG. 12 is a circuit diagram of a dual filter according to the fifth embodiment. As illustrated in FIG. 12, the
ラダー型フィルタ400は、実施例4で説明しているため、ここでは説明を省略する。ラダー型フィルタ410は、入力端子INと出力端子OUTとの間に、1又は複数の直列共振器S11〜S14が直列に接続され、1又は複数の並列共振器P11〜P13が並列に接続されている。直列共振器S11〜S14及び並列共振器P11〜P13は分割されていない。
Since the
図13(a)及び図13(b)は、実施例5に係るデュアルフィルタを構成するチップの断面図である。図13(a)のように、1つの基板10上に、直列共振器S11〜S14、並列共振器P11〜P13、直列共振器S4、及び並列共振器P3が設けられている。すなわち、1つのチップに、ラダー型フィルタ410に含まれる直列共振器S11〜S14及び並列共振器P11〜P13に加えて、ラダー型フィルタ400に含まれる直列共振器S4及び並列共振器P3が設けられている。
FIG. 13A and FIG. 13B are cross-sectional views of chips that constitute the dual filter according to the fifth embodiment. As shown in FIG. 13A, on one
直列共振器S11〜S14及び並列共振器P11〜P13は、基板10上に設けられた圧電膜72a及び圧電膜72bからなる圧電膜72と、圧電膜72を挟んで対向する下部電極70及び上部電極74と、を含む。圧電膜72aと圧電膜72bの間に温度補償膜76が設けられているが、温度補償膜76が設けられていない場合でもよい。なお、並列共振器P11〜P13に設けられる周波数調整膜は図示を省略している。
The series resonators S11 to S14 and the parallel resonators P11 to P13 include a piezoelectric film 72 including a
実施例4で説明したように、直列共振器S4を分割した共振器S4a及び共振器S4b、並びに、並列共振器P3を分割した共振器P3a及び共振器P3bは、実施例1の圧電薄膜共振器40及び圧電薄膜共振器42である。
As described in the fourth embodiment, the resonator S4a and the resonator S4b obtained by dividing the series resonator S4 and the resonator P3a and the resonator P3b obtained by dividing the parallel resonator P3 are the piezoelectric thin film resonators of the first embodiment. 40 and a piezoelectric
下部電極70と電極12は、例えば同じ材料で形成され、略同じ膜厚を有する。圧電膜72aと圧電膜14は、例えば同じ材料で形成され、略同じ膜厚を有する。温度補償膜76と電極16は、例えば略同じ膜厚を有する。圧電膜72bと圧電膜18は、例えば同じ材料で形成され、略同じ膜厚を有する。上部電極74と電極20は、例えば同じ材料で形成され、略同じ膜厚を有する。
The
図13(b)のように、他の基板10上に、直列共振器S1〜S3及び並列共振器P1、P2が設けられている。すなわち、他のチップに、ラダー型フィルタ400に含まれる直列共振器S1〜S3及び並列共振器P1、P2が設けられている。直列共振器S1〜S3及び並列共振器P1、P2は、基板10上に設けられた圧電膜82と、圧電膜82を挟んで対向する下部電極80及び上部電極84と、を含む。なお、並列共振器P1、P2に設けられる周波数調整膜は図示を省略している。
As shown in FIG. 13B, series resonators S1 to S3 and parallel resonators P1 and P2 are provided on another
実施例5によれば、デュアルフィルタ500を構成する一方のラダー型フィルタ410は、他方のラダー型フィルタ400よりも通過帯域が低い(例えば半分程度である)。したがって、ラダー型フィルタ410に含まれる直列共振器S11〜S14及び並列共振器P11〜P13の共振領域における積層膜の厚さは、ラダー型フィルタ400に含まれる直列共振器S1〜S4及び並列共振器P1〜P3の共振領域における積層膜よりも厚くなる(例えば2倍程度厚くなる)。このため、図13(a)のように、ラダー型フィルタ410に含まれる直列共振器S11〜S14及び並列共振器P11〜P13と、ラダー型フィルタ400に含まれ、2つの共振器に分割された直列共振器S4及び並列共振器P3とを、1つの基板10上に設けることが好ましい。
According to the fifth embodiment, one
図14は、実施例6に係るデュプレクサを示すブロック図である。図14のように、実施例6のデュプレクサ600は、送信フィルタ90と受信フィルタ92とを備える。送信フィルタ90は、アンテナ端子Antと送信端子Txとの間に接続されている。受信フィルタ92は、送信フィルタ90と共通のアンテナ端子Antと受信端子Rxとの間に接続されている。
FIG. 14 is a block diagram illustrating a duplexer according to the sixth embodiment. As illustrated in FIG. 14, the
送信フィルタ90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アンテナ端子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92は、アンテナ端子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。送信帯域と受信帯域は周波数が異なっている。なお、送信フィルタ90を通過した送信信号が受信フィルタ92に漏れずにアンテナ端子Antから出力されるようにインピーダンスを整合させる整合回路を備えていてもよい。
The
送信フィルタ90及び受信フィルタ92の少なくとも一方を、実施例4のラダー型フィルタ400とすることができる。
At least one of the
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。 Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to such specific embodiments, and various modifications and changes can be made within the scope of the gist of the present invention described in the claims. It can be changed.
10 基板
12 電極
14 圧電膜
16 電極
18 圧電膜
20 電極
22、22a 空隙
24 共振領域
26 共振領域
28 配線
30 音響反射膜
32 音響インピーダンスの低い膜
34 音響インピーダンスの高い膜
40 圧電薄膜共振器
42 圧電薄膜共振器
50 空隙
52 挿入膜
54 温度補償膜
60 下部電極
62 圧電膜
64 上部電極
66、68 周波数調整膜
70 下部電極
72、72a、72b 圧電膜
74 上部電極
76 温度補償膜
80 下部電極
82 圧電膜
84 上部電極
90 送信フィルタ
92 受信フィルタ
100〜300 弾性波デバイス
400、410 ラダー型フィルタ
500 デュアルフィルタ
600 デュプレクサ
S1〜S4、S11〜S14 直列共振器
P1〜P3、P11〜P13 並列共振器
S4a、S4b 共振器
P3a、P3b 共振器
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記第2電極と、前記第2電極上に設けられ、前記第1圧電膜と略同じ厚さを有し、前記第1圧電膜のc軸又は分極軸と同じ方向にc軸又は分極軸を有する第2圧電膜と、前記第2圧電膜上に設けられ、前記第1電極と同電位の第3電極と、を含み、前記第2圧電膜を挟んで前記第2電極と前記第3電極とが対向する領域のうちの平面視で前記空隙又は音響反射膜に重なる領域であって、前記第1共振領域と略同じ面積を有し且つ前記第1共振領域と重なる第2共振領域を有する第2圧電薄膜共振器と、を備える弾性波デバイス。 A first piezoelectric film provided on a substrate; and a first electrode and a second electrode sandwiching the first piezoelectric film in a direction of a c-axis or a polarization axis of the first piezoelectric film, and the first piezoelectric film A first resonance region that is a region overlapping a gap or an acoustic reflection film formed between the substrate and the first electrode in plan view in a region where the first electrode and the second electrode are opposed to each other A first piezoelectric thin film resonator having:
The second electrode is provided on the second electrode, has the same thickness as the first piezoelectric film, and has a c-axis or polarization axis in the same direction as the c-axis or polarization axis of the first piezoelectric film. A second piezoelectric film provided on the second piezoelectric film, and a third electrode having the same potential as the first electrode, the second electrode and the third electrode sandwiching the second piezoelectric film Is a region that overlaps the air gap or the acoustic reflection film in a plan view among regions facing each other, and has a second resonance region that has substantially the same area as the first resonance region and overlaps the first resonance region. An elastic wave device comprising: a second piezoelectric thin film resonator.
前記1又は複数の直列共振器及び前記1又は複数の並列共振器のうちの少なくとも1つの共振器は、2つの共振器に分割されていて、
前記2つの共振器は、前記第1圧電薄膜共振器と前記第2圧電薄膜共振器である、請求項1から3のいずれか一項記載の弾性波デバイス。 The acoustic wave device is a ladder type filter including one or more series resonators and one or more parallel resonators,
At least one of the one or more series resonators and the one or more parallel resonators is divided into two resonators,
4. The acoustic wave device according to claim 1, wherein the two resonators are the first piezoelectric thin film resonator and the second piezoelectric thin film resonator. 5.
前記少なくとも1つの並列共振器を構成する前記第1圧電薄膜共振器と前記第2圧電薄膜共振器とが共有する前記第2電極内に第1周波数調整膜を備える、請求項4記載の弾性波デバイス。 At least one of the one or more parallel resonators is divided into the two resonators;
5. The acoustic wave according to claim 4, further comprising a first frequency adjustment film in the second electrode shared by the first piezoelectric thin film resonator and the second piezoelectric thin film resonator constituting the at least one parallel resonator. device.
前記第1ラダー型フィルタに備わる1又は複数の直列共振器及び1又は複数の並列共振器のうちの少なくとも1つの共振器は2つの共振器に分割されていて、前記2つの共振器は前記第1圧電薄膜共振器と前記第2圧電薄膜共振器であり、
前記第2ラダー型フィルタに備わる圧電薄膜共振器からなる直列共振器及び並列共振器と、前記第1ラダー型フィルタに備わる前記少なくとも1つの共振器とは、1つの前記基板上に設けられている、請求項1から3のいずれか一項記載の弾性波デバイス。 The acoustic wave device is a dual filter comprising a first ladder filter and a second ladder filter having a pass band lower than that of the first ladder filter,
At least one of the one or more series resonators and the one or more parallel resonators included in the first ladder filter is divided into two resonators, and the two resonators are the first resonator. 1 piezoelectric thin film resonator and the second piezoelectric thin film resonator,
A series resonator and a parallel resonator composed of piezoelectric thin film resonators provided in the second ladder type filter, and the at least one resonator provided in the first ladder type filter are provided on one substrate. The elastic wave device according to any one of claims 1 to 3.
前記送信フィルタ及び前記受信フィルタの少なくとも一方は、1又は複数の直列共振器と1又は複数の並列共振器を備えるラダー型フィルタであり、
前記1又は複数の直列共振器及び前記1又は複数の並列共振器のうちの少なくとも1つの共振器は2つの共振器に分割されていて、前記2つの共振器は前記第1圧電薄膜共振器と前記第2圧電薄膜共振器である、請求項1から3のいずれか一項記載の弾性波デバイス。
The acoustic wave device is a duplexer comprising a transmission filter connected between an antenna terminal and a transmission terminal, and a reception filter connected between the antenna terminal and a reception terminal,
At least one of the transmission filter and the reception filter is a ladder type filter including one or more series resonators and one or more parallel resonators,
At least one of the one or more series resonators and the one or more parallel resonators is divided into two resonators, and the two resonators are the first piezoelectric thin film resonator and the first resonator. The acoustic wave device according to claim 1, wherein the acoustic wave device is the second piezoelectric thin film resonator.
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