JP2018125696A - 圧電薄膜共振器、フィルタおよびマルチプレクサ - Google Patents

Abstract

【課題】電気機械結合係数を向上させること。【解決手段】基板１０と、前記基板上に設けられ、窒化アルミニウムを主成分とする圧電膜１４と、前記圧電膜の少なくとも一部を挟んで対向するヤング率がルテニウムのヤング率以上の材料を主成分とする第１電極およびヤング率がルテニウムのヤング率以下の材料を主成分とする第２電極と、を含み、前記圧電膜を挟み前記第１電極と前記第２電極とが対向する共振領域５０において前記第２電極側に膨らみ、前記第１電極の膜厚をＴ１、前記第２電極の膜厚をＴ２、前記圧電膜の膜厚をＴ３としたとき、Ｔ１／（Ｔ２＋Ｔ３）≧０．９である積層膜と、を具備する圧電薄膜共振器。【選択図】図１

Description

本発明は、圧電薄膜共振器、フィルタおよびマルチプレクサに関し、例えば積層膜が膨らむ圧電薄膜共振器、フィルタおよびマルチプレクサに関する。

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デュプレクサとして用いられている。圧電薄膜共振器は、圧電膜を挟み下部電極と上部電極が対向する構造を有している。

近年、フィルタの高性能化の要望が大きく、例えばフィルタ特性の広帯域化が求められている。フィルタ広帯域化のためには、圧電膜の電気機械結合係数を大きくすることが有効である。圧電膜に元素をドープした窒化アルミニウム膜を用いることで、圧電薄膜共振器の電気機械結合係数を向上できることが知られている（例えば特許文献１）。圧電膜の残留応力を引張応力とすることで電気機械結合係数を向上できることが知られている（例えば特許文献２）。

特開２０１３−２１９７４３号公報 特開２０１３−４６１１１号公報

しかしながら、特許文献１のように圧電膜に元素を添加することで電気機械結合係数を向上させようとするとＱ値が劣化する。また、特許文献２のように電気機械結合係数を向上させるため圧電膜全体を引張応力とすることは難しい。

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、電気機械結合係数を向上させることを目的とする。

本発明は、基板と、前記基板上に設けられ、窒化アルミニウムを主成分とする圧電膜と、前記圧電膜の少なくとも一部を挟んで対向するヤング率がルテニウムのヤング率以上の材料を主成分とする第１電極およびヤング率がルテニウムのヤング率以下の材料を主成分とする第２電極と、を含み、前記圧電膜を挟み前記第１電極と前記第２電極とが対向する共振領域において前記第２電極側に膨らみ、前記第１電極の膜厚をＴ１、前記第２電極の膜厚をＴ２、前記圧電膜の膜厚をＴ３としたとき、Ｔ１／（Ｔ２＋Ｔ３）≧０．９である積層膜と、を具備する圧電薄膜共振器である。

上記構成において、前記第１電極はヤング率がルテニウムのヤング率より大きい材料を主成分とする構成とすることができる。

上記構成において、前記積層膜の膜厚をＴ４としたとき、Ｔ１／（Ｔ４−Ｔ１）≧０．８４である構成とすることができる。

本発明は、基板と、前記基板上に設けられ、窒化アルミニウムを主成分とする圧電膜と、前記圧電膜の少なくとも一部を挟んで対向するダイヤモンドライクカーボンを主成分とする第１電極およびヤング率がダイヤモンドライクカーボンのヤング率より小さい材料を主成分とする第２電極と、を含み、前記圧電膜を挟み前記第１電極と前記第２電極とが対向する共振領域において前記第２電極側に膨らむ積層膜と、を具備する圧電薄膜共振器である。

上記構成において、前記第２電極はヤング率がルテニウムのヤング率以下の材料を主成分とし、前記第１電極の膜厚をＴ１、前記第２電極の膜厚をＴ２としたとき、Ｔ１／Ｔ２＞１である構成とすることができる。

上記構成において、前記積層膜の膜厚をＴ４としたとき、Ｔ１／（Ｔ４−Ｔ１）≧０．６８である構成とすることができる。

本発明は、前記基板上に設けられ、窒化アルミニウムを主成分とする圧電膜と、前記圧電膜の少なくとも一部を挟んで対向する第１電極および第２電極と、を含み、前記圧電膜を挟み前記第１電極と前記第２電極とが対向する共振領域において前記第２電極側に膨らみ、前記圧電膜、第１電極および前記第２電極を含むｎ個の層（最も前記第１電極側の層から１・・ｎとする）の各膜厚をｔ_１からｔ_ｎ、各ヤング率をＥ_１からＥ_ｎ、およびｎ個の層のうち最も前記第１電極側の層の下面から各層の上面までの距離をｈ_１からｈ_ｎとしたとき、

で求められるλの位置が前記第１電極と前記圧電膜との界面または前記界面より前記第１電極側に位置する積層膜と、を具備する圧電薄膜共振器である。

上記構成において、前記第１電極は前記基板と前記圧電膜との間に設けられ、前記基板と前記第１電極との間にドーム状形状を有する空隙が設けられている構成とすることができる。

本発明は、上記圧電薄膜共振器を含むフィルタである。

本発明は、上記フィルタを含むマルチプレクサである。

本発明によれば、電気機械結合係数を向上させることができる。

図１（ａ）は、実施例１に係る圧電薄膜共振器の平面図、図１（ｂ）および図１（ｃ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ断面図である。 図２（ａ）から図２（ｃ）は、実施例１に係る圧電薄膜共振器の製造方法を示す断面図である。 図３は、実施例１における積層膜の中立面を説明する断面図である。 図４（ａ）から図４（ｃ）は、積層膜の断面図である。 図５は、圧電膜に加わる応力と電気機械結合係数との関係を示す図である。 図６は、実施例１の変形例３に係る圧電薄膜共振器を示す断面図である。 図７（ａ）は、実施例２に係るフィルタの回路図、図７（ｂ）は、実施例２の変形例１に係るデュプレクサの回路図である。

以下図面を参照し、本発明の実施例について説明する。

図１（ａ）は、実施例１に係る圧電薄膜共振器の平面図、図１（ｂ）および図１（ｃ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ断面図である。図１（ｂ）は、例えばラダー型フィルタの直列共振器、図１（ｃ）は例えばラダー型フィルタの並列共振器の断面図を示している。

図１（ａ）および図１（ｂ）を参照し、直列共振器Ｓの構造について説明する。シリコン（Ｓｉ）基板である基板１０上に、下部電極１２が設けられている。基板１０の平坦主面と下部電極１２との間にドーム状の膨らみを有する空隙３０が形成されている。ドーム状の膨らみとは、例えば空隙３０の周辺では空隙３０の高さが小さく、空隙３０の内部ほど空隙３０の高さが大きくなるような形状の膨らみである。下部電極１２は、例えばＲｕ（ルテニウム）膜またはダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）膜である。

下部電極１２上に、（００２）方向を主軸とする窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を主成分とする圧電膜１４が設けられている。圧電膜１４は下部圧電膜１４ａと上部圧電膜１４ｂを含む。下部圧電膜１４ａと上部圧電膜１４ｂとの間に挿入膜２８が設けられている。挿入膜２８は、下部電極１２と圧電膜１４との間または圧電膜１４と上部電極１６との間に設けられていてもよい。圧電膜１４を挟み下部電極１２と対向する領域（共振領域５０）を有するように圧電膜１４上に上部電極１６が設けられている。上部電極１６は下層１６ａおよび上層１６ｂを含んでいる。下層１６ａは例えばＲｕ膜であり、上層１６ｂは例えばＣｒ（クロム）膜である。

上部電極１６上には周波数調整膜２４として酸化シリコン膜が形成されている。共振領域５０内の積層膜１８は、下部電極１２、圧電膜１４、挿入膜２８、上部電極１６および周波数調整膜２４を含む。周波数調整膜２４はパッシベーション膜として機能してもよい。共振領域５０内の積層膜１８は、交流電圧の印加により厚み縦振動モードの弾性波が共振する。

挿入膜２８は、共振領域５０内の外周領域５２に設けられ中央領域５４に設けられていない。外周領域５２は、共振領域５０内の領域であって、共振領域５０の外周を含み外周に沿った領域である。外周領域５２は、例えば環状および一部がカットされた環状である。中央領域５４は、共振領域５０内の領域であって、共振領域５０の中央を含む領域である。中央は幾何学的な中心でなくてもよい。挿入膜２８は、外周領域５２に加え共振領域５０を囲む領域に設けられている。挿入膜２８は、外周領域５２から共振領域５０外まで連続して設けられている。

図１（ａ）のように、下部電極１２には犠牲層をエッチングするための導入路３３が形成されている。犠牲層は空隙３０を形成するための層である。導入路３３の先端付近は圧電膜１４で覆われておらず、下部電極１２は導入路３３の先端に孔部３５を有する。

図１（ａ）および図１（ｃ）を参照し、並列共振器Ｐの構造について説明する。並列共振器Ｐは直列共振器Ｓと比較し、上部電極１６の下層１６ａと上層１６ｂとの間に質量負荷膜２０が設けられている。質量負荷膜２０は例えばＴｉ（チタン）膜である。よって、積層膜１８は直列共振器Ｓの積層膜１８に加え、共振領域５０内の全面に形成された質量負荷膜２０を含む。その他の構成は直列共振器Ｓの図１（ｂ）と同じであり説明を省略する。

直列共振器Ｓと並列共振器Ｐとの共振周波数の差は、質量負荷膜２０の膜厚を用い調整する。直列共振器Ｓおよび並列共振器Ｐが複数ある場合において、直列共振器Ｓ同士または並列共振器Ｐ同士の共振周波数は、周波数調整膜２４の膜厚を異ならせることで調整する。

基板１０としては、Ｓｉ基板以外に、サファイア基板、スピネル基板、アルミナ基板、石英基板、ガラス基板、セラミック基板またはＧａＡｓ基板等を用いることができる。下部電極１２および上部電極１６としては、ＲｕおよびＣｒ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積層膜を用いることができる。下部電極１２は、上部電極１６よりヤング率が大きいことが好ましい。Ｒｕよりヤング率の大きな材料として、ＤＬＣ、グラファイト、グラフェン、ＣＮＦ（カーボンナノファイバー）またはＣＮＴ（カーボンナノチューブ）等の炭素材料を下部電極１２に用いてもよい。

圧電膜１４は、窒化アルミニウムを主成分とし、共振特性の向上または圧電性の向上のため他の元素を含んでもよい。例えば、添加元素として、Ｓｃ（スカンジウム）、２族の元素と４族の元素との２つの元素、または２族と５族との２つの元素を用いることにより、圧電膜１４の圧電性が向上する。このため、圧電薄膜共振器の実効的電気機械結合係数を向上できる。２族の元素は、例えばＣａ（カルシウム）、Ｍｇ（マグネシウム）、Ｓｒ（ストロンチウム）またはＺｎ（亜鉛）である。４族の元素は、例えばＴｉ、Ｚｒ（ジルコニウム）またはＨｆ（ハフニウム）である。５族の元素は、例えばＴａ、Ｎｂ（ニオブ）またはＶ（バナジウム）である。さらに、圧電膜１４は、窒化アルミニウムを主成分とし、Ｂ（ボロン）を含んでもよい。

周波数調整膜２４としては、酸化シリコン膜以外にも窒化シリコン膜または窒化アルミニウム等を用いることができる。質量負荷膜２０としては、Ｔｉ以外にも、Ｒｕ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔａ、Ｐｔ、ＲｈもしくはＩｒ等の単層膜を用いることができる。また、例えば窒化シリコンまたは酸化シリコン等の窒化金属または酸化金属からなる絶縁膜を用いることもできる。質量負荷膜２０は、上部電極１６の層間（下層１６ａと上層１６ｂとの間）以外にも、下部電極１２の下、下部電極１２の層間、上部電極１６の上、下部電極１２と圧電膜１４との間または圧電膜１４と上部電極１６との間に形成することができる。質量負荷膜２０は、共振領域５０を含むように形成されていれば、共振領域５０より大きくてもよい。

挿入膜２８のヤング率は圧電膜１４より小さいことが好ましい。密度がほぼ同じであれば、ヤング率は音響インピーダンスと相関することから、挿入膜２８の音響インピーダンスは圧電膜１４より小さいことが好ましい。これにより、Ｑ値を向上できる。また、挿入膜２８を金属膜とすることにより実効的電気機械結合係数を向上できる。さらに、挿入膜２８の音響インピーダンスを圧電膜１４より小さくするため、圧電膜１４が窒化アルミニウムを主成分とする場合、挿入膜２８は、Ａｌ膜、Ａｕ膜、Ｃｕ膜、Ｔｉ膜、Ｐｔ膜、Ｔａ膜、Ｃｒ膜または酸化シリコン膜であることが好ましい。特に、ヤング率の観点から挿入膜２８は、Ａｌ膜または酸化シリコン膜であることが好ましい。

図２（ａ）から図２（ｃ）は、実施例１に係る圧電薄膜共振器の製造方法を示す断面図である。図２（ａ）に示すように、平坦主面を有する基板１０上に犠牲層３８を、例えばスパッタリング法、真空蒸着法またはＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法を用い成膜する。犠牲層３８の膜厚は、例えば１０ｎｍから１００ｎｍであり、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化亜鉛、ゲルマニウム（Ｇｅ）または酸化シリコン（ＳｉＯ_２）等のエッチング液またはエッチングガスに容易に溶解できる材料から選択される。犠牲層３８を、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用い所望の形状にパターニングする。犠牲層３８は、空隙３０となるべき領域に形成する。

基板１０上に犠牲層３８を覆うように下部電極１２を例えば、スパッタリング法、真空蒸着法またはＣＶＤ法を用い成膜する。下部電極１２を、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用い所望の形状にパターニングする。下部電極１２は、リフトオフ法により形成してもよい。下部電極１２がＤＬＣ膜の場合、下部電極１２の成膜にＣＶＤ法を用いる。

図２（ｂ）に示すように、下部電極１２上に下部圧電膜１４ａを、例えば、スパッタリング法、真空蒸着法またはＣＶＤ法を用い成膜する。下部圧電膜１４ａ上に挿入膜２８を、例えば、スパッタリング法、真空蒸着法またはＣＶＤ法を用い成膜する。挿入膜２８を、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用い所望の形状にパターニングする。挿入膜２８は、リフトオフ法により形成してもよい。

図２（ｃ）に示すように、下部圧電膜１４ａおよび挿入膜２８上に上部圧電膜１４ｂを、例えば、スパッタリング法、真空蒸着法またはＣＶＤ法を用い成膜する。圧電膜１４上に上部電極１６を、例えば、スパッタリング法、真空蒸着法またはＣＶＤ法を用い成膜する。上部電極１６を、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用い所望の形状にパターニングする。上部電極１６は、リフトオフ法により形成してもよい。並列共振器においては、下層１６ａと上層１６ｂとの間に質量負荷膜を形成する。圧電膜１４および上部電極１６上に周波数調整膜２４を、例えば、スパッタリング法、真空蒸着法またはＣＶＤ法を用い成膜する。

その後、孔部３５および導入路３３（図１（ａ）を参照）を介し、犠牲層３８のエッチング液を下部電極１２の下の犠牲層３８に導入する。犠牲層３８をエッチングする媒体としては、犠牲層３８以外の共振器を構成する材料をエッチングしない媒体であることが好ましい。犠牲層３８が除去されると、下部電極１２と基板１０との間に空隙３０が形成される。積層膜１８が圧縮応力の場合、空隙３０の中央が端より膨れる。これにより、図１（ｂ）に示す実施例１に係る圧電薄膜共振器が製造される。

積層膜１８の中立面１９について説明する。図３は、実施例１における積層膜の中立面を説明する断面図である。積層膜１８において複数の層１８_１から１８_ｎが積層されている。図３では、複数の層１８_１から１８_ｎのうち層１８_１から１８_iを示している。各層１８_１から１８_ｎの膜厚をｔ_１からｔ_ｎおよび各層のヤング率をＥ_１からＥ_ｎとする。積層膜１８の最下の層１８_１の下面を０としたとき、各層１８_１から１８_ｎの上面の高さをｈ_１からｈ_ｎとする。このとき、中立面１９の位置λは数式１により表される。

図４（ａ）から図４（ｃ）は、積層膜の断面図である。図４（ａ）示すように、中立面１９が圧電膜１４内に位置する。このとき、積層膜１８が上方に膨らむように湾曲していると、中立面１９より上の積層膜１８に加わる応力は引張応力６０となる。中立面１９より下の積層膜１８に加わる応力は圧縮応力６２となる。つまり、圧電膜１４に加わる応力は、引張応力６０と圧縮応力６２となる。なお、中立面１９とは、引張応力および圧縮応力が生じない、伸縮のない面を意味する。

図４（ｂ）に示すように、中立面１９が下部電極１２と圧電膜１４との界面に位置する。このとき、積層膜１８が上方に膨らむように湾曲していると、積層膜１８に加わる応力は引張応力６０となる。図４（ｃ）に示すように、中立面１９が下部電極１２内に位置すると、積層膜１８に加わる応力は引張応力６０となる。

図５は、圧電膜に加わる応力と電気機械結合係数との関係を示す図である。図５は特許文献２の結果をまとめている。図５において、内部応力が正のとき圧電膜１４に引張応力が加わっている。内部応力が負のとき圧電膜１４に圧縮応力が加わっている。図５に示すように、圧電膜１４に引張応力が加わると電気機械結合係数ｋ^２が大きくなる。

実施例１によれば、厚み縦振動モードの弾性波が共振する積層膜１８は、共振領域５０において上部電極１６側に膨らんでいる。積層膜１８は圧電膜１４、下部電極１２（第１電極）および上部電極１６（第２電極）を含むｉ個の層１８_１から１８_ｉを有する。ここで、ｉ個の層のうち最も下部電極１２側から１・・ｉとする。各層１８_１から１８_ｉの各膜厚をｔ_１からｔ_ｉ、各ヤング率をＥ_１からＥ_ｉ、およびｉ個の層のうち最も下部電極１２側の層１８_１の下面から各層１８_１から１８_ｉの上面までの距離をｈ_１からｈ_ｉとする。このとき、数式１により求められるλの位置が下部電極１２と圧電膜１４の界面または界面より下部電極１２側に位置する。これにより、図４（ｂ）および図４（ｃ）のように、圧電膜１４は、引張応力となる。よって、電気機械結合係数ｋ^２を大きくできる。

窒化アルミニウムを主成分とする圧電膜１４に、Ｓｃ、Ｂ、２族の元素と４族の元素との２つの元素、または２族と５族との２つの元素を添加すると、電気機械結合係数が大きくなる。しかし、Ｑ値が劣化してしまう。実施例１では、圧電膜１４におけるこれらの元素の添加量が小さくとも電気機械結合係数を向上できる。よって、Ｑ値の劣化を抑制しかつ電気機械結合係数を向上できる。

積層膜１８には、下部電極１２、圧電膜１４および上部電極１６が含まれていればよい。例えば、挿入膜２８、周波数調整膜２４および質量負荷膜２０の少なくとも１つの層は積層膜１８に含まれていなくてもよい。また、積層膜１８に、他の層が含まれてもよい。例えば積層膜１８は、下部電極１２と空隙３０との間に設けられた絶縁膜または金属膜を含んでもよい。この場合、ｉ個の層のうち最も下部電極１２側の層１８_１は下部電極１２と空隙３０との間に設けられ空隙３０に露出する層となる。

［実施例１の変形例１］
実施例１の変形例１は、下部電極１２をＲｕ膜とした例である。積層膜１８を以下の構成とすると、中立面１９が圧電膜１４と下部電極１２との界面となる。
周波数調整膜２４：
材料：ＳｉＯ_２、膜厚：７０ｎｍ、ヤング率：７９ＧＰａ
上部電極１６の上層１６ｂ
材料：Ｃｒ、膜厚：４０ｎｍ、ヤング率：２７９ＧＰａ
上部電極１６の下層１６ａ
材料：Ｒｕ、膜厚：２３０ｎｍ、ヤング率：４４７ＧＰａ
圧電膜１４
材料：ＡｌＮ、膜厚：１２６０ｎｍ、ヤング率：３４５ＧＰａ
下部電極１２
材料：Ｒｕ、膜厚：１３４４ｎｍ、ヤング率：４４７ＧＰａ

上記の例では、下部電極１２の膜厚を１３４４ｎｍ以上とすることで、圧電膜１４に加わる応力は全ての箇所で引張応力となる。下部電極１２の膜厚をＴ１、積層膜１８の全体の膜厚をＴ４とする。上記では、Ｔ１＝１３４４ｎｍおよびＴ４−Ｔ１＝１６００ｎｍであり、Ｔ１／（Ｔ４−Ｔ１）＝０．８４である。また、上部電極１６の下層１６ａの膜厚をＴ２および圧電膜１４の膜厚をＴ３とすると、Ｔ２＝２３０ｎｍおよびＴ３＝１２６０ｎｍであり、Ｔ１／（Ｔ２＋Ｔ３）＝０．９０である。

実施例１の変形例１によれば、圧電膜１４の主成分が窒化アルミニウム、下部電極１２の主成分がＲｕ、および下層１６ａの主成分がＲｕのとき、Ｔ１／（Ｔ２＋Ｔ３）≧０．９とする、またはＴ１／（Ｔ４−Ｔ１）≧０．８４とする。これにより、圧電膜１４に加わる応力は全ての箇所で引張応力となる。よって、電気機械結合係数を大きくできる。

Ｔ１／（Ｔ２＋Ｔ３）≧１が好ましく、Ｔ１／（Ｔ２＋Ｔ３）≧１．１がより好ましい。Ｔ１／（Ｔ４−Ｔ１）≧０．９が好ましく、Ｔ１／（Ｔ４−Ｔ１）≧１がより好ましい。

圧電薄膜共振器の共振特性を確保するため、積層膜１８のうち膜厚の大きい層およびヤング率が大きい層は圧電膜１４、下部電極１２および下層１６ａである。よって、圧電膜１４、下部電極１２および下層１６ａ以外の層の膜厚および材料を変えた場合あっても、Ｔ１／（Ｔ２＋Ｔ３）≧０．９またはＴ１／（Ｔ４−Ｔ１）≧０．８４とすることで、圧電膜１４に加わる応力はほとんどの箇所で引張応力とすることができる。

また、中立面１９を圧電膜１４と下部電極１２との界面付近以下とするためには、下部電極１２の主成分をヤング率がＲｕのヤング率以上の材料、および下層１６ａの主成分をヤング率がＲｕのヤング率以下の材料とすればよい。

中立面１９をより下側とするため、下部電極１２の主成分をヤング率がＲｕのヤング率より大きい材料とすることが好ましい。また、下層１６ａの主成分をヤング率がＲｕのヤング率より小さい材料とすることが好ましい。

［実施例１の変形例２］
実施例１の変形例２は、下部電極１２をＤＬＣ膜とした例である。下部電極１２以外の積層膜１８の各層の材料および膜厚は実施例１の変形例１と同じとする。
下部電極１２
材料：ＤＬＣ、膜厚：１０８８ｎｍ、ヤング率：７６０ＧＰａ

下部電極１２の膜厚を１０８８ｎｍ以上とすることで、圧電膜１４に加わる応力は全ての箇所で引張応力となる。上記では、Ｔ１＝１０８８ｎｍおよびＴ４−Ｔ１＝１６００ｎｍであり、Ｔ１／（Ｔ４−Ｔ１）＝０．６８である。また、Ｔ２＋Ｔ３＝１４９０ｎｍであり、Ｔ１／（Ｔ２＋Ｔ３）＝０．７３である。

実施例１の変形例２によれば、下部電極１２はＤＬＣを主成分とし、下層１６ａはヤング率がＤＬＣのヤング率より小さな材料を主成分とする。これにより、中立面１９をより下部電極１２側とし、圧電膜１４に加わる応力を引張応力とすることができる。よって、機械結合係数を向上できる。

下層１６ａは、ヤング率がＲｕのヤング率以下の材料を主成分する。さらに、下部電極１２の膜厚Ｔ１を下層１６ａの膜厚Ｔ２より大きくする。すなわちＴ１／Ｔ２＞１とする。これにより、圧電膜１４に加わる応力をより引張応力とすることができる。よって、機械結合係数をより向上できる。Ｔ１／Ｔ２＞２が好ましく、Ｔ１／Ｔ２＞４がより好ましい。

Ｔ１／（Ｔ２＋Ｔ３）≧０．７３とする、またはＴ１／（Ｔ４−Ｔ１）≧０．６８とする。これにより、圧電膜１４に加わる応力はほぼ全ての箇所で引張応力となる。よって、電気機械結合係数を大きくできる。

Ｔ１／（Ｔ２＋Ｔ３）≧０．８が好ましく、Ｔ１／（Ｔ２＋Ｔ３）≧１がより好ましい。Ｔ１／（Ｔ４−Ｔ１）≧０．８が好ましく、Ｔ１／（Ｔ４−Ｔ１）≧１がより好ましい。

実施例１およびその変形例１および２のように、基板１０と下部電極１２との間にドーム状形状を有する空隙３０が設けられているとき、下部電極１２が第１電極、上部電極１６が第２電極となる。

［実施例１の変形例３］
図６は、実施例１の変形例３に係る圧電薄膜共振器を示す断面図である。図６に示すように、基板１０の上面に窪みが設けられ、窪み内が空隙３０となっている。積層膜１８は下に膨らんでいる。下部電極１２の下層１２ａは例えばＣｒ膜、上層１２ｂはＲｕ膜である。上部電極１６は、例えばＲｕ膜またはＤＬＣ膜である。その他の構成は実施例１と同じであり説明を省略する。

実施例１の変形例３のように、積層膜１８が下部電極１２側に膨らんでいる場合、中立面は圧電膜１４と上部電極１６の界面近傍より上側に位置していればよい。すなわち、上部電極１６が第１電極となり、下部電極１２が第２電極となる。

実施例１およびその変形例において、基板１０と積層膜１８との間に空隙３０が形成される例を説明したが、基板１０を貫通する空隙が設けられていてもよい。空隙３０の代わりに共振領域５０において下部電極１２下に圧電膜１４を伝搬する弾性波を反射する音響反射膜を備えてもよい。共振領域５０が楕円形状の例を説明したが、他の形状でもよい。例えば、共振領域５０は、四角形または五角形等の多角形でもよい。

実施例２は、実施例１およびその変形例の圧電薄膜共振器を用いたフィルタおよびデュプレクサの例である。図７（ａ）は、実施例２に係るフィルタの回路図である。図７（ａ）に示すように、入力端子Ｔ１と出力端子Ｔ２との間に、１または複数の直列共振器Ｓ１からＳ４が直列に接続されている。入力端子Ｔ１と出力端子Ｔ２との間に、１または複数の並列共振器Ｐ１からＰ４が並列に接続されている。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Ｐ４の少なくとも１つに実施例１およびその変形例の圧電薄膜共振器を用いることができる。ラダー型フィルタの共振器の個数等は適宜設定できる。

［実施例２の変形例１］
図７（ｂ）は、実施例２の変形例１に係るデュプレクサの回路図である。図７（ｂ）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の少なくとも一方を実施例２のフィルタとすることができる。

フィルタは実施例１およびその変形例の圧電薄膜共振器を含む。これにより、電気機械結合係数を向上できる。また、送信フィルタ４０および受信フィルタ４２の少なくとも一方を実施例１およびその変形例の圧電薄膜共振器を含むフィルタとすることができる。マルチプレクサとしてデュプレクサを例に説明したが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
１８ 積層膜
１９ 中立面
２８ 挿入膜
３０ 空隙
４０ 送信フィルタ
４２ 受信フィルタ

Claims (10)

1. 基板と、
   前記基板上に設けられ、窒化アルミニウムを主成分とする圧電膜と、前記圧電膜の少なくとも一部を挟んで対向するヤング率がルテニウムのヤング率以上の材料を主成分とする第１電極およびヤング率がルテニウムのヤング率以下の材料を主成分とする第２電極と、を含み、前記圧電膜を挟み前記第１電極と前記第２電極とが対向する共振領域において前記第２電極側に膨らみ、前記第１電極の膜厚をＴ１、前記第２電極の膜厚をＴ２、前記圧電膜の膜厚をＴ３としたとき、Ｔ１／（Ｔ２＋Ｔ３）≧０．９である積層膜と、
   を具備する圧電薄膜共振器。
2. 前記第１電極はヤング率がルテニウムのヤング率より大きい材料を主成分とする請求項１記載の圧電薄膜共振器。
3. 前記積層膜の膜厚をＴ４としたとき、Ｔ１／（Ｔ４−Ｔ１）≧０．８４である請求項１または２記載の圧電薄膜共振器。
4. 基板と、
   前記基板上に設けられ、窒化アルミニウムを主成分とする圧電膜と、前記圧電膜の少なくとも一部を挟んで対向するダイヤモンドライクカーボンを主成分とする第１電極およびヤング率がダイヤモンドライクカーボンのヤング率より小さい材料を主成分とする第２電極と、を含み、前記圧電膜を挟み前記第１電極と前記第２電極とが対向する共振領域において前記第２電極側に膨らむ積層膜と、
   を具備する圧電薄膜共振器。
5. 前記第２電極はヤング率がルテニウムのヤング率以下の材料を主成分とし、
   前記第１電極の膜厚をＴ１、前記第２電極の膜厚をＴ２としたとき、Ｔ１／Ｔ２＞１である請求項４記載の圧電薄膜共振器。
6. 前記積層膜の膜厚をＴ４としたとき、Ｔ１／（Ｔ４−Ｔ１）≧０．６８である請求項５記載の圧電薄膜共振器。
7. 基板と、
   前記基板上に設けられ、窒化アルミニウムを主成分とする圧電膜と、前記圧電膜の少なくとも一部を挟んで対向する第１電極および第２電極と、を含み、前記圧電膜を挟み前記第１電極と前記第２電極とが対向する共振領域において前記第２電極側に膨らみ、前記圧電膜、第１電極および前記第２電極を含むｎ個の層（最も前記第１電極側の層から１・・ｎとする）の各膜厚をｔ_１からｔ_ｎ、各ヤング率をＥ_１からＥ_ｎ、およびｎ個の層のうち最も前記第１電極側の層の下面から各層の上面までの距離をｈ_１からｈ_ｎとしたとき、
   

   

   で求められるλの位置が前記第１電極と前記圧電膜との界面または前記界面より前記第１電極側に位置する積層膜と、
   を具備する圧電薄膜共振器。
8. 前記第１電極は前記基板と前記圧電膜との間に設けられ、前記基板と前記第１電極との間にドーム状形状を有する空隙が設けられている請求項１から７のいずれか一項記載の圧電薄膜共振器。
9. 請求項１から８のいずれか一項記載の圧電薄膜共振器を含むフィルタ。
10. 請求項９記載のフィルタを含むマルチプレクサ。
    

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