JP2022119204A - マルチマーク・インターデジタル変換器を有する横方向励起フィルムバルク音響共振器 - Google Patents

Abstract

【課題】高い周波数で広い帯域幅を有する音響共振器デバイス及び音響フィルタデバイスを提供する。【解決手段】横方向励起フィルムバルク音響共振器（ＸＢＡＲ）１００は、前面１１２及び背面１１４を有する圧電プレート１１０を含む。背面は、基板１２０の表面に取り付けられ、圧電プレートの一部は、基板内のキャビティ１４０に跨るダイアフラム１１５を形成する。導体パターンは、前面に形成される。導体パターンは、マルチマーク・インターデジタル変換器’ＩＤＴ）１３０を含む。ＩＤＴのフィンガ１３６は、ダイアフラム上にある。ＩＤＴは、長さ方向に２つ以上のセクションに分割され、各セクションは、他のセクションの各マークとは異なるそれぞれのマークを有する。【選択図】図１

Description

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（関連出願情報）
本特許は、２０２１年２月３日に出願された「ＣＨＩＲＰＥＤ ＸＢＡＲ ＥＬＥＣＴＲＯＤＥＳ」と題する仮特許出願第６３／１４４，９７７号の優先権を主張し、その内容全体は参照によりここに組み込まれるものとする。

本特許は、２０２０年１１月９日に出願された「ＴＲＡＮＳＶＥＲＳＥＬＹ－ＥＸＣＩＴＥＤ ＦＩＬＭ ＢＵＬＫ ＡＣＯＵＳＴＩＣ ＲＥＳＯＮＡＴＯＲ ＷＩＴＨ ＭＵＬＴＩ－ＰＩＴＣＨ ＩＮＴＥＲＤＩＧＩＴＡＬ ＴＲＡＮＳＤＵＣＥＲ」と題する特許文献１に関連する。

本開示は、音響波共振器を用いる無線周波数フィルタに関し、特に通信機器に使用するためのフィルタに関する。

無線周波数（ＲＦ）フィルタは、一部の周波数を通過させ、他の周波数を停止させるように構成された２ポートデバイスであり、「通過」は比較的低い信号損失で送信することを意味し、「阻止」はブロックすること又は大幅に減衰させることを意味する。フィルタを通過する周波数の範囲は、フィルタの「通過帯域」と呼ばれる。このようなフィルタによって阻止される周波数の範囲は、フィルタの「阻止帯域」と呼ばれる。一般的なＲＦフィルタは、少なくとも１つの通過帯域と、少なくとも１つの阻止帯域を有する。通過帯域又は阻止帯域の特定の要件は、特定の用途に依存する。例えば、「通過帯域」は、フィルタの挿入損失が１ｄＢ、２ｄＢ、又は３ｄＢなどの定義された値よりも優れている周波数範囲として定義され得る。「阻止帯域」は、フィルタの拒否が用途に応じて２０ｄＢ、３０ｄＢ、４０ｄＢ、又はそれ以上などの定義された値よりも大きい周波数範囲として定義され得る。

ＲＦフィルタは、情報が無線リンクを介して送信される通信システムで使用される。例えば、ＲＦフィルタは、セルラーベースステーション、携帯電話及びコンピューティングデバイス、衛星トランシーバ及び地上局、ＩｏＴ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ ｏｆ Ｔｈｉｎｇｓ）デバイス、ラップトップコンピュータ及びタブレット、固定ポイント無線リンク、及び他の通信システムのＲＦフロントエンドにあり得る。ＲＦフィルタは、レーダ、電子及び情報戦システムでも使用される。

ＲＦフィルタは、通常、特定の用途ごとに、挿入損失、拒否、絶縁、電力処理、直線性、サイズ及びコストなどの性能パラメータ間の最良の妥協点を実現するために多くの設計上のトレードオフを必要とする。特定の設計及び製造方法と機能強化は、これらの要件の１つ又は複数を同時に実現できる。

無線システムにおけるＲＦフィルタの性能の向上は、システム性能に幅広い影響を与える可能性がある。ＲＦフィルタの改善を活用して、セルサイズの拡大、バッテリ寿命の延長、データレートの向上、ネットワーク容量の拡大、コストの削減、セキュリティの強化、信頼性の向上などのシステム性能の改善を実現できる。これらの改善は、無線システムの多くのレベルで、例えば、ＲＦモジュール、ＲＦトランシーバ、モバイル又は固定サブシステム、又はネットワークレベルなど、個別に又は組み合わせて実現できる。

現在の通信システム用の高性能ＲＦフィルタは、一般に、弾性表面波（ＳＡＷ）共振器、バルク音響波（ＢＡＷ）共振器、フィルムバルク音響波共振器（ＦＢＡＲ）、及びその他のタイプの音響共振器を含む音響波共振器を組み込んでいる。しかしながら、これらの既存技術は、将来の通信ネットワークで提案されているより高い周波数及び帯域幅での使用には適していない。

通信チャネルの帯域幅をより広くしたいという要望は、必然的に高い周波数の通信帯域を使用することになる。携帯電話ネットワークの無線アクセス技術は、３ＧＰＰ（３^ｒｄ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ Ｐａｒｔｎｅｒｓｈｉｐ Ｐｒｏｊｅｃｔ）（登録商標）によって標準化されている。第五世代モバイルネットワークの無線アクセス技術は、５Ｇ ＮＲ（ｎｅｗ ｒａｄｉｏ）規格で定義されている。５Ｇ ＮＲ規格では、いくつかの新しい通信帯域が定義されている。そのうちの２つが、３３００ＭＨｚ～４２００ＭＨｚの周波数帯を使用するｎ７７と、４４００ＭＨｚ～５０００ＭＨｚの周波数帯を使用するｎ７９である。帯域ｎ７７及び帯域ｎ７９の両方は、時分割多重（ＴＤＤ）を使用しており、その結果、帯域ｎ７７及び／又は帯域ｎ７９で動作する通信デバイスは、アップリンク及びダウンリンク通信の両方で、同じ周波数を使用する。帯域ｎ７７及び帯域ｎ７９のバンドパスフィルタは、通信機器の送信電力に対応できるものでなければならない。５ＧＨｚと６ＧＨｚのＷｉＦｉ帯域にも、高い周波数と広い帯域幅が必要である。５Ｇ ＮＲ規格では、２４．２５ＧＨｚ～４０ＧＨｚの周波数を有するミリ波通信帯も定義されている。

横方向励起フィルムバルク音響共振器（ＸＢＡＲ）は、マイクロ波フィルタに使用するための音響共振器構造である。ＸＢＡＲは、「ＴＲＡＮＳＶＥＲＳＥＬＹ ＥＸＣＩＴＥＤ ＦＩＬＭ ＢＵＬＫ ＡＣＯＵＳＴＩＣ ＲＥＳＯＮＡＴＯＲ」と題する特許文献２に記載されている。ＸＢＡＲ共振器は、単結晶圧電材料の薄い浮遊層又はダイアフラム上に形成されたインターデジタル変換器（ＩＤＴ）を備えている。ＩＤＴは、第一のバスバーから延びる第一のセットの平行フィンガと、第二のバスバーから延びる第二のセットの平行フィンガとを含む。第一及び第二の平行フィンガは、インターリーブされている。ＩＤＴに印加されたマイクロ波信号により、圧電ダイアフラムに剪断一次音響波が励起される。ＸＢＡＲ共振器は、非常に高い電気機械結合と高い周波数性能を提供する。ＸＢＡＲ共振器は、バンドリジェクトフィルタ、バンドパスフィルタ、デュプレクサ、マルチプレクサなど、様々なＲＦフィルタに使用することができる。ＸＢＡＲは、３ＧＨｚを超える周波数を有する通信帯域用フィルタに適している。マトリックスＸＢＡＲフィルタは、１ＧＨｚ～３ＧＨｚの周波数にも適している。

米国特許出願番号第１７／０９３２３９号 米国特許第１０４９１２９１号明細書 米国特許第１０６０１３９２号明細書

横方向励起フィルムバルク音響共振器（ＸＢＡＲ）の概略平面図、２つの概略断面図、及び詳細図を含む。 ＸＢＡＲの代替の概略断面図である。 ＸＢＡＲの剪断水平音響モードを示す図である。 マルチマーク・インターデジタル変換器（ＩＤＴ）の平面図である。 別のＩＤＴの平面図である。 従来のＩＤＴ及び別のマルチマークＩＤＴについての、ＩＤＴの長さに沿った位置の関数としてのマークのグラフである。 従来のＩＤＴを有するＸＢＡＲを用いたフィルタとマルチマークＩＤＴを有するＸＢＡＲを用いたフィルタについて、周波数の関数としての入力伝達関数の大きさのグラフである。 図７のグラフの拡大図である。 マルチマーク・マルチピッチＩＤＴの平面図である。 別のマルチマーク・マルチピッチＩＤＴの平面図である。

この説明全体を通して、図に表示される要素には、３桁又は４桁の参照番号が割り当てられる。ここで、下２桁は要素に固有であり、上１桁又は上２桁は要素が最初に導入された図番号である。図と共に説明されていない要素は、同じ参照番号を有する前述の要素と同じ特性及び機能を有すると推定され得る。

（装置の説明）
図１は、横方向励起フィルムバルク音響共振器（ＸＢＡＲ）１００の簡略化された概略上面図、直交断面図、及び詳細断面図を示す。ＸＢＡＲ１００などのＸＢＡＲタイプの共振器は、バンドリジェクトフィルタ、バンドパスフィルタ、デュプレクサ、及びマルチプレクサを含む様々なＲＦフィルタで使用し得る。ＸＢＡＲは、周波数が３ＧＨｚを超える通信帯域のフィルタでの使用に特に適している。

ＸＢＡＲ１００は、それぞれ平行な前面１１２及び背面１１４を有する圧電プレート１１０の表面上に形成された薄膜導体パターンから構成される。圧電プレートは、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、ケイ酸ランタンガリウム、窒化ガリウム、又は窒化アルミニウムなどの圧電材料の薄い単結晶層である。圧電プレートは、前面と背面に対するＸ、Ｙ、Ｚ結晶軸の配向が既知で一貫しているようにカットされる。圧電プレートは、Ｚカットであり、すなわち、Ｚ軸が前面１１２及び背面１１４に垂直である。しかしながら、ＸＢＡＲは、他の結晶学的配向を有する圧電プレート上に製造されてもよい。

圧電プレート１１０の背面１１４は、基板に形成されたキャビティ１４０にまたがるダイアフラム１１５を形成する圧電プレート１１０の部分を除いて、基板１２０の表面に取り付けられている。キャビティにまたがる圧電プレートの部分は、マイクロフォンのダイアフラムに物理的に類似しているため、本明細書では「ダイアフラム」１１５と呼ばれる。図１に示すように、ダイアフラム１１５は、キャビティ１４０の周囲１４５の全ての周りで圧電プレート１１０の残りの部分と隣接している。この文脈において、「隣接」とは、「介在物なしで連続的に接続されている」ことを意味する。他の構成では、ダイアフラム１１５は、キャビティ１４０の周囲１４５の少なくとも５０％の周りで圧電プレートと隣接していてもよい。

基板１２０は、圧電プレート１１０に機械的支持を提供する。基板１２０は、例えば、シリコン、サファイア、石英、又は他の何らかの材料、あるいは材料の組み合わせであり得る。圧電プレート１１０の背面１１４は、ウェーハボンディングプロセスを用いて基板１２０に取り付けてもよい。代替として、圧電プレート１１０は、基板１２０上に成長させても、あるいは他の何らかの方法で基板に取り付けてもよい。圧電プレート１１０は、基板に直接取り付けても、あるいは１つ又は複数の中間材料層を介して基板に取り付けてもよい（図１に図示せず）。

「キャビティ」は、「中実体内の空の空間」という従来の意味を有する。キャビティ１４０は、（断面Ａ－Ａ及び断面Ｂ－Ｂに示すように）基板１２０を完全に貫通する穴であってもよいし、ダイアフラム１１５の下の基板１２０の凹部であってもよい。キャビティ１４０は、例えば、圧電プレート１１０と基板１２０とが取り付け合わされる前又は後に、基板１２０を選択的にエッチングすることによって形成されてもよい。

ＸＢＡＲ１００の導体パターンは、インターデジタル変換器（ＩＤＴ）１３０を含む。ＩＤＴ１３０は、第一のバスバー１３２から延びるフィンガ１３６などの第一の複数の平行なフィンガと、第二のバスバー１３４から延びる第二の複数のフィンガとを含む。第一及び第二の複数の平行なフィンガは、インターリーブされる。インターリーブされたフィンガは、一般にＩＤＴの「アパーチャ」と呼ばれる距離ＡＰにわたってオーバーラップする。ＩＤＴ１３０の最も外側のフィンガ間の中心間距離Ｌは、ＩＤＴの「長さ」である。

第一及び第二のバスバー１３２、１３４は、第一１００の端子として機能する。ＩＤＴ１３０の２つのバスバー１３２、１３４の間に印加される無線周波数又はマイクロ波信号は、圧電プレート１１０内の音波を励起する。以下で詳述するように、一次音響モードは、音響エネルギーが圧電プレート１１０の表面に実質的に直交する方向に沿って伝播するバルク剪断モードであり、これはまた、ＩＤＴフィンガによって生成された電界の方向に垂直又は横方向である。したがって、ＸＢＡＲは、横方向励起フィルムバルク波共振器と見なされる。

ＩＤＴ１３０は、少なくともＩＤＴ１３０のフィンガがキャビティ１４０にまたがっている、又はその上に懸架されているダイアフラム１１５上に配置されるように、圧電プレート１１０上に配置される。図１に示すように、キャビティ１４０は、ＩＤＴ１３０のアパーチャＡＰ及び長さＬよりも広い範囲を有する長方形の形状を有する。ＸＢＡＲのキャビティは、規則的なポリゴンや不規則なポリゴンなど、様々な形状を有してもよい。ＸＢＡＲのキャビティは、辺の数が４つより多くても、少なくてもよく、それらの辺は直線であっても、あるいは曲線であってもよい。

図１の提示を容易にするために、ＩＤＴフィンガの幾何学的ピッチ及び幅は、ＸＢＡＲの長さ（寸法Ｌ）及びアパーチャ（寸法ＡＰ）に関して著しく誇張されている。一般的なＸＢＡＲは、ＩＤＴ１１０に１０を超える平行なフィンガを有する。ＸＢＡＲは、ＩＤＴ１１０に数百、場合によっては数千の平行なフィンガを有し得る。同様に、断面図のフィンガの太さは著しく誇張されている。

詳細な概略断面図を参照すると、前面誘電体層１５０は、圧電プレート１１０の前面に、任意選択で形成することができる。ＸＢＡＲの「前面」は、定義上、基板とは反対側を向いている表面である。前面誘電体層１５０は、ＩＤＴフィンガ（例えば、ＩＤＴフィンガ１３８ｂ）の間にのみ形成され得るか、あるいは誘電体層がＩＤＴフィンガ（例えば、ＩＤＴフィンガ１３８ａ）の両方の間及び上に形成されるようにブランケット層として堆積され得る。前面誘電体層１５０は、二酸化ケイ素又は窒化ケイ素などの非圧電誘電体材料であり得る。前面誘電体層１５０の厚さは、典型的には、圧電プレートの厚さ以下である。前面誘電体層１５０は、２つ以上の材料の複数の層から形成され得る。

ＩＤＴフィンガ１３８ａ及び１３８ｂは、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金、ベリリウム、金、タングステン、モリブデン、又は何らかの他の導電性材料であり得る。ＩＤＴフィンガは、アルミニウム又は少なくとも５０％のアルミニウムを含む合金から形成されている場合、「実質的にアルミニウム」であると見なされる。ＩＤＴフィンガは、銅又は少なくとも５０％の銅を含む合金から形成されている場合、「実質的に銅」であると見なされる。クロム又はチタンなどの他の金属の薄い（導体の総厚に対して）層を、フィンガと圧電プレート１１０との間の接着を改善するために、及び／又はフィンガを不動態化又はカプセル化するために、及び／又はパワーハンドリングを改善するために、フィンガの下及び／又は上、及び／又はフィンガ内の層として形成することができる。ＩＤＴのバスバー１３２、１３４は、フィンガと同じ材料又は異なる材料で製造することができる。

寸法ｐは、ＩＤＴフィンガの中心間の間隔又は「ピッチ」であり、これはＩＤＴのピッチ及び／又はＸＢＡＲのピッチと呼ばれる場合がある。寸法ｍは、ＩＤＴフィンガの幅又は「マーク」である。

図２は、ソリッドマウントＸＢＡＲ（ＳＭ ＸＢＡＲ）２００の詳細な概略断面図を示している。ＳＭ ＸＢＡＲは、特許文献３に最初に記載されている。ＳＭ ＸＢＡＲ２００は、圧電プレート１１０とＩＤＴ（そのうちのフィンガ２３０と２３５のみが見える）とを含む。圧電プレート１１０は、平行な前面１１２と背面１１４とを有する。寸法ｔｐは、圧電プレート１１０の厚さである。ＩＤＴフィンガ２３０、２３５の幅（又はマーク）は寸法ｍで、ＩＤＴフィンガの厚さは寸法ｔｍで、ＩＤＴピッチは寸法ｐである。

図１に示すＸＢＡＲデバイスとは対照的に、ＳＭ ＸＢＡＲのＩＤＴは、基板（図１では１２０）内の空洞にまたがるダイアフラム上に形成されていない。その代わりに、音響ブラッグ反射器２４０が、圧電プレート１１０の基板２２０の表面２２２と背面１１４との間にある。音響ブラッグ反射器２４０は、基板２２０の表面２２２と圧電プレート１１０の背面１１４との間に配置され、機械的に取り付けられている両方である。いくつかの状況において、音響ブラッグ反射器２４０と基板２２０の表面２２２との間、及び／又はブラッグ反射器２４０と圧電プレート１１０の背面１１４との間に、追加材料の薄い層が配置されてもよい。そのような追加の材料層は、例えば、圧電プレート１１０、音響ブラッグ反射器２４０、及び基板２２０の結合を容易にするために存在してもよい。

音響ブラッグ反射器２４０は、高い音響インピーダンスを有する材料と低い音響インピーダンスを有する材料とを交互に配置する複数の誘電体層を含む。「高い」及び「低い」は、相対的な用語である。各層について、比較のための基準は、隣接する層である。各「高」音響インピーダンス層は、両方の隣接する低音響インピーダンス層よりも高い音響インピーダンスを有する。各「低」音響インピーダンス層は、両方の隣接する高音響インピーダンス層よりも低い音響インピーダンスを有する。後述するように、ＸＢＡＲの圧電プレートにおける一次音響モードは、剪断バルク波である。音響ブラッグ反射器２４０の各層は、ＳＭ ＸＢＡＲ２００の共振周波数又はその近傍で一次音響モードと同じ偏波を有する剪断バルク波の波長の１／４に等しい厚さ、又は約１／４の厚さを有している。比較的低い音響インピーダンスを有する誘電体材料には、二酸化ケイ素、炭素含有酸化ケイ素、架橋ポリフェニレンポリマーなどのプラスチックが含まれる。比較的高い音響インピーダンスを有する材料には、酸化ハフニウム、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、炭化ケイ素、及びダイヤモンドが含まれる。音響ブラッグ反射器２４０の高音響インピーダンス層の全てが必ずしも同じ材料である必要はなく、低音響インピーダンス層の全てが必ずしも同じ材料である必要はない。図２の例では、音響ブラッグ反射器２４０は、合計６つの層を有する。音響ブラッグ反射器は、６つより多い層を有しても、あるいは６つより少ない層を有してもよい。

図２に示すように、ＩＤＴフィンガ２３０、２３５は、長方形の断面を有する。ＩＤＴフィンガ２３０、２３５は、台形、Ｔ字形、又は段付きなどの何らかの他の断面を有していてもよい。ＩＤＴフィンガ２３０、２３５は、アルミニウム又は何らかの他の金属であり得る単層構造として示されている。ＩＤＴフィンガは、異なる音響損失及び／又は異なる音響インピーダンスを有するように選択され得る複数の材料層を含んでもよい。複数の材料層が使用される場合、層の断面形状は、異なっていてもよい。さらに、ＩＤＴフィンガ２３０、２３５と圧電プレート１１０との間に、チタンやクロムなどの別の材料の薄い接着層が形成されてもよい。図２には示されていないが、一部又は全部のＩＤＴフィンガは、圧電プレート１１０を介して部分的に延びる、又は完全に貫通して延びる溝又はスロットに配置されてもよい。

図３は、ＸＢＡＲにおける関心のある一次音響モードの図解である。図３は、圧電プレート３１０と、３つのインターリーブされたＩＤＴフィンガ３３０を含むＸＢＡＲ３００の小さな部分を示し、ＩＤＴフィンガ３３０は、フィンガからフィンガへと電気極性が交互に変わる。ＲＦ電圧は、インターリーブされたフィンガ３３０に印加される。この電圧は、フィンガ間に時間とともに変化する電界を生成する。「電界」とラベル付けされた矢印によって示されるように、電界の方向は、圧電プレート３１０の表面に対して、主として横方向、又は平行である。圧電プレートの誘電率が高いので、ＲＦ電気エネルギーは、空気に比べてプレートの内側に非常に集中する。横方向電界は、圧電プレート３１０において、（圧電プレートの２つの表面の間の体積によって形成される音響キャビティによって定義される共振周波数で）剪断一次音響モードに強く結合する剪断変形を導入する。この文脈では、「剪断変形」は、材料内の平行な平面が平行のままであり、相互に（それぞれの平面内で）並進しながら一定の分離距離を維持する変形として定義される。「剪断音響モード」は、媒体の剪断変形をもたらす媒体内の音響振動モードとして定義される。ＸＢＡＲ３００の剪断変形は、曲線３６０によって表され、隣接する小さな矢印は、共振周波数での原子運動の方向及び相対的な大きさの概略的な表示を提供する。原子運動の程度と、圧電プレート３１０の厚さとは、視覚化を容易にするために著しく誇張されている。原子運動は主として横方向（すなわち、図３に示すように水平）であるが、励起された一次剪断音響モードの音響エネルギーの流れの方向は、矢印３６５によって示すように、圧電プレートの表面に実質的に垂直である。

剪断音響波共振に基づく音響共振器は、現在の最先端のフィルムバルク音響共振器（ＦＢＡＲ）及び、厚さ方向に電界を印加するソリッドマウント共振器バルク音響波（ＳＭＲ ＢＡＷ）デバイスよりも優れた性能を達成できる。このようなデバイスでは、音響モードは、厚さ方向の原子運動と音響エネルギーの流れの方向とで圧縮される。さらに、剪断波ＸＢＡＲ共振の圧電結合は、他の音響共振器と比較して高くなることがある（＞２０％）。高い圧電結合により、かなりの帯域幅を有するマイクロ波及びミリ波フィルタの設計と実装が可能になる。

ＸＢＡＲ一次音響モードは、そのほとんどがバルクであり、その結果、マーク及びピッチに対する周波数依存性が弱くなる可能性がある。したがって、ＸＢＡＲのＩＤＴにおけるマーク、又はマーク及びピッチのチャーピング（ｃｈｉｒｐｉｎｇ）（又は分散）は、一次モード共振をわずかに広げるだけで、金属及び伝搬モードなどのマーク及び／又はピッチに依存する望ましくないスプリアスモードを潜在的に抑制することが可能である。

図４は、例示的なマルチマークＩＤＴ４００の平面図である。「マルチマークＩＤＴ」は、ＩＤＴであり、ＩＤＴフィンガのマークは、ＩＤＴの長さに沿って変化する。長さに沿った任意の点で、マークは、ＩＤＴのアパーチャ全体にわたって変化しないことがある。さらに、ピッチは、ＩＤＴ全体にわたって一定であることができる。マルチマークＩＤＴ４００は、図１のＸＢＡＲ１００のようなＸＢＡＲの一部分であってもよい。

マルチマークＩＤＴ４００は、第一のバスバー４３２と、第二のバスバー４３４と、フィンガ４３６のような複数のインターリーブされたフィンガと、を含む。インターリーブされたフィンガは、第一及び第二のバスバー４３２、４３４から交互に延びる。マルチマークＩＤＴ４００は、ＩＤＴの長さＬに沿って、セクションＡ、セクションＢ、及びセクションＣとして識別される３つのセクションに分割される。マルチマークＩＤＴ４００では、セクションＡ、Ｂ、及びＣのそれぞれは、２０のフィンガを含み、フィンガの総数は６０である。３つのセクションと６０のフィンガの使用は、例示的なものである。ＩＤＴは、フィンガの総数が６０より多くてもよいし、６０より少なくてもよい。ＩＤＴは、その長さに沿って、２つ以上のセクションに分割されてもよく、その各セクションは、複数の隣接するフィンガを含む。フィンガの総数は、２つ以上のセクションの間で本質的に等しく分割されてもよい。この文脈では、「本質的に」とは、「可能な限り近い」という意味である。例えば、３３、３４、３３のフィンガを有する３つのセクションに分割された１００のフィンガを有するＩＤＴは、本質的に均等に分割されていると見なされる。フィンガの総数は、２つ以上のセクション間で不均等に分割されていてもよい。

この例では、セクションＢのフィンガは、マークｍを有し、これは、ＩＤＴの公称マークである。セクションＡのフィンガは、ｍ（１－δ_ｍ）のマークを有し、セクションＣのフィンガは、ｍ（１＋δ_ｍ）のマークを有する。δ_ｍは、０より大きく、０．０５以下である。δ_ｍは、典型的には、０．０１未満であってよい。δ_ｍは、スプリアスモードを最も効果的に低減するために、フィルタ設計中に選択されてもよい。ＩＤＴ４００の長さＬに沿った任意の点で、マークは、アパーチャＡ全体にわたって一定である。ＩＤＴフィンガのピッチは、一定で全てのセクションで同じである。ＩＤＴが２つのセクション又は３つ以上のセクションに分割される場合、最大マークはｍ（１＋δ_ｍ）であり、最小マークはｍ（１－δ_ｍ）であってもよい。

例示したマルチマークＩＤＴ４００では、マークは、左（図中）から右へ単調に増加する。これは、全てのマルチマークＩＤＴにおいて、そうであるとは限らない。マルチマークＩＤＴの各セクションは、他の順序で配置されてもよい。さらに、マルチマークＩＤＴ４００では、隣接するセクション間のマークの変化は、一定である。これも、全てのマルチマークＩＤＴにおいて、そうであるとは限らない。隣接するセクション間のマークの変化は、同じであってもよいし、異なっていてもよい。

図５は、連続的に変化するマークを有する別のマルチマークＩＤＴ５００の平面図である。ＩＤＴ５００は、第一のバスバー５３２と、第二のバスバー５３４と、フィンガ５３６のような複数のインターリーブされたフィンガと、を含む。インターリーブされたフィンガは、第一及び第二のバスバー５３２、５３４から交互に延びている。ＩＤＴ５００は、セクションに分割されておらず、その長さＬに沿ってフィンガ５３６のマークが連続的に変化している。ＩＤＴ５００は、例示的に、６０のフィンガを有する。ＩＤＴは、フィンガの総数が６０より多くてもよいし、６０より少なくてもよい。マルチマークＩＤＴ５００は、図１のＸＢＡＲ１００のようなＸＢＡＲの一部分であってもよい。

図５に示すように、ＩＤＴ５００の左端のマークはｍ（１－δ_ｍ）であり、ＩＤＴ５００の右端のマークはｍ（１＋δ_ｍ）である。マークは、この２つの極値の間で連続的に変化する。マークの変化は、典型的には、ＩＤＴの長さＬに沿った位置の一次関数であってもよいが、必ずしもそうでなくてもよい。δ_ｍは、０より大きく、０．０５以下であり、典型的には０．０１未満である。δ_ｍは、スプリアスモードを最も効果的に低減するために、フィルタ設計中に選択されてもよい。ＩＤＴ５００の長さに沿った任意の点で、マークは、アパーチャＡ全体にわたって一定である。ＩＤＴフィンガのピッチは、ＩＤＴ全体にわたって一定である。

図６は、従来のＩＤＴ及び別の例示的なマルチマークＩＤＴについて、ＩＤＴの長さに沿った位置の関数としてのマークのグラフ６００である。破線６１０は、マークがチャーピングされていない従来のＩＤＴについて、ＩＤＴの長さに沿った位置の関数としてのマークを示す。実線６２０は、チャーピングされたマークを有するマルチマークＩＤＴについて、ＩＤＴの長さに沿った位置の関数としてのマークを示す。この例では、チャーピングが三角形のプロファイルを有するように、マルチマークＩＤＴのマークに線形勾配が適用される。各フィンガのマークには０．５ｎｍの差があり、最も幅の広いフィンガのマークは、最も幅の狭いフィンガのマークより２０ｎｍ大きくなっている。一点鎖線６３０は、マルチマークＩＤＴのマークに線形勾配が適用されるチャーピングされたマークを有する別のマルチマークＩＤＴについて、ＩＤＴの長さに沿った位置の関数としてのマークを示す。他の例示的なＩＤＴは、連続するフィンガの間のマークに他の差、例えば、０．１ｎｍ～０．９ｎｍの範囲の差を有することができ、最も広いフィンガと最も狭いフィンガとの間の差は、他の値、例えば１ｎｍ～１００ｎｍの範囲とすることができる。

図７は、ＸＢＡＲデバイスで実装された２つのバンドパスフィルタの、入出力伝達関数であるＳ２，１の大きさを示すグラフ７００である。Ｓ２，１のデータは、有限要素法を用いた２つのフィルタのシミュレーションによって決定された。破線の曲線７１０は、従来のＩＤＴを有するＸＢＡＲを用いた第一のフィルタについてのＳ２，１のプロットである。実線の曲線７２０は、マルチマークＩＤＴを有するが、それ以外は第一のバンドパスフィルタと同一の第二のバンドパスフィルタについてのＳ２，１のプロットである。曲線７１０と７２０を比較すると、２つのフィルタの通過帯域が非常に類似していることが分かる。マルチマークＩＤＴを有する第二のフィルタは、第一のフィルタと比較して、スプリアスモードのピークアドミタンスが減少している。

ＸＢＡＲにおけるＩＤＴのマークのわずかな変動は、剪断一次モードへの影響が無視できる程度で、スプリアスモードの破滅的又は破壊的干渉をもたらす可能性がある。この効果は、図７のグラフの一部の拡大図である図８に示されている。図８において、破線の曲線８１０は、従来のＩＤＴを有するフィルタのＳ２１対周波数のプロットである。実線の曲線８２０は、マルチマークＩＤＴを有するフィルタのＳ２１対周波数のプロットである。マルチマークＩＤＴを有するフィルタは、従来のＩＤＴを有するフィルタと比較して、帯域Ｎ７９の通過帯域内のスプリアスモードを低減しているので、損失を少なくすることができる。マルチマークＩＤＴのチャーピングされたマークは、ＸＢＡＲの剪断一次音響モードの共振周波数及び反共振周波数に無視できる程度の影響を与える。

図７及び図８に示すデータを生成するために使用されるフィルタは、ラダーフィルタ回路内に４つの直列共振器及び４つの分流共振器を含む。全ての共振器は、ＸＢＡＲである。これらのフィルタは、例示的なものである。フィルタは、共振器をより少なく有しても、より多く有してもよく、直列共振器及びシャント共振器をより多く有しても、より少なく有してもよい。マルチマークＩＤＴは、２つのセクションに分割されても、３つ以上のセクションに分割されてもよく、あるいは連続的であってもよい。セクションの数は、フィルタ内の全ての共振器について同じでなくてもよく、フィルタは、セクション化されたマルチマークＩＤＴと連続的なマルチマークＩＤＴの両方を含んでもよい。δ_ｍの値は、共振器の一部又は全部で異なっていてもよい。フィルタは、均一マーク共振器とマルチマーク共振器との組み合わせを含んでもよい。

図９は、例示的なマルチピッチ・マルチマークＩＤＴ９００の平面図である。「マルチピッチＩＤＴ」は、ＩＤＴフィンガのピッチがＩＤＴの長さに沿って変化するＩＤＴである。長さに沿った任意の点で、ピッチは、ＩＤＴのアパーチャ全体にわたって変化しないことがある。さらに、マークは、ＩＤＴがマルチマーク・マルチピッチＩＤＴであるように、上記のように、ＩＤＴの長さに沿って変化することもできる。マルチピッチ・マルチマークＩＤＴ９００は、図１のＸＢＡＲ１００のようなＸＢＡＲの一部分であってもよい。

マルチピッチ・マルチマークＩＤＴ９００は、第一のバスバー９３２と、第二のバスバー９３４と、フィンガ９３６のような複数のインターリーブされたフィンガと、を含む。インターリーブされたフィンガは、第一及び第二のバスバー９３２、９３４から交互に延びている。上記の図４について同様に説明したように、マルチピッチ・マルチマークＩＤＴ９００は、ＩＤＴの長さＬに沿って、セクションＡ、セクションＢ、及びセクションＣとして識別される３つのセクションに分割することが可能である。マルチピッチ・マルチマークＩＤＴ９００では、セクションＡ、Ｂ、及びＣのそれぞれは、２０のフィンガを含み、フィンガの総数は６０である。３つのセクションと６０のフィンガの使用は、例示的なものである。ＩＤＴは、フィンガの総数が６０より多くてもよいし、６０より少なくてもよい。ＩＤＴは、その長さに沿って、２つ以上のセクションに分割されてもよく、その各セクションは、複数の隣接するフィンガを含む。フィンガの総数は、２つ以上のセクションの間で本質的に等しく分割されてもよい。この文脈では、「本質的に」とは、「可能な限り近い」という意味である。例えば、３３、３４、３３のフィンガを有する３つのセクションに分割された１００のフィンガを有するＩＤＴは、本質的に均等に分割されている見みなされる。フィンガの総数は、２つ以上のセクション間で不均等に分割されていてもよい。分割は、マークのチャーピングの分割と同じであっても、異なっていてもよい。

この例では、セクションＢのフィンガは、ＩＤＴのピッチｐを有し、これは、ＩＤＴの公称ピッチである。セクションＡのフィンガは、ｐ（１－δ_ｐ）のピッチを有し、セクションＣのフィンガは、ｐ（１＋δ_ｐ）のピッチを有する。δ_ｐは、０より大きく、０．０５以下である。δ_ｐは、典型的には、０．０１以下であってよい。δ_ｐは、スプリアスモードを最も効果的に低減するために、フィルタ設計中に選択されてもよい。ＩＤＴ９００の長さＬに沿った任意の点で、ピッチは、アパーチャＡ全体にわたって一定である。ＩＤＴフィンガのマークも、図４に示すＩＤＴ４００のセクションによる変化と同様に、セクションによって変化する。マークは、ピッチと同じセクションだけ変化してもよいし、ピッチと異なるセクションだけ変化してもよい。あるいは、マークは、図５に示すマークの連続的な変化と同様に、連続的に変化することができる。

図１０は、別の例示的なマルチピッチ・マルチマークＩＤＴ１０００の平面図である。マルチピッチ・マルチマークＩＤＴ９００は、図１のＸＢＡＲ１００のようなＸＢＡＲの一部であってもよい。マルチピッチ・マルチマークＩＤＴ１０００は、第一のバスバー１０３２と、第二のバスバー１０３４と、フィンガ１０３６などの複数のインターリーブされたフィンガと、を含む。インターリーブされたフィンガは、第一及び第二のバスバー１０３２、１０３４から交互に延びている。この例では、マークは、図５に示すマークの連続的な変化と同様に、連続的に変化する。また、ピッチもマークと同様に連続的に変化する。図１０に示すように、マークとピッチとの両方は、図の方向に向かって、左から右へ連続的に増加する。あるいは、マークとピッチのいずれか一方が左から右へ連続的に増加し、マークとピッチの他方が左から右へ連続的に減少することも可能である。

他の例では、ＩＤＴのピッチは、図５に示すマークの連続的な変化と同様に、連続的に変化することができる。ピッチは、マークが変化するように変化してもよいし、異なる速度で変化してもよい。ピッチとマークの両方は、連続的に変化してもよい。ピッチ及び／又はマークは、ＩＤＴの長さに沿って複数の最大値と最小値との間で変化してもよい。ピッチが連続的に変化している間にマークがセクションごとに変化してもよいし、マークが連続的に変化している間にピッチがセクションごとに変化してもよい。マークは、ＩＤＴの長さに沿って一方向に増加し（連続的に又はセクションごとに）、ピッチは、同じ方向に減少する（連続的に又はセクションごとに）ことがある。マークとピッチの変化は、互いに対して最適化することができ、マークとピッチの変化は、スプリアスモードの最大の抑制がフィルタの最高の性能を達成するように、共振器ごとに異なることもできる。

（結びのコメント）
この説明全体を通して、示される実施形態及び実施例は、開示又は特許請求される装置及び手順に対する制限ではなく、模範と見なされるべきである。本明細書に提示される例の多くは、方法動作又はシステム要素の特定の組み合わせを含むが、それらの動作及びそれらの要素は、同じ目的を達成するために他の方法で組み合わせることができることを理解されたい。フローチャートに関しては、ステップを追加することも、より少なくすることもでき、示されているステップを組み合わせて、あるいはさらに改良して、本明細書に記載の方法を達成することもできる。一実施形態に関連してのみ論じられる動作、要素、及び特徴は、他の実施形態における同様の役割から除外されることを意図するものではない。

本明細書で使用される場合、「複数」とは２つ以上を意味する。本明細書で使用される場合、アイテムの「セット」は、そのようなアイテムの１つ又は複数を含み得る。本明細書で使用される場合、書面による説明又は特許請求の範囲において、「備える」、「含む」、「携える」、「有する」、「含有する」、「関与する」などの用語は、オープンエンドであると理解されるべきであり、つまり、これに限定されない。クレームに関して、それぞれ「からなる」及び「本質的にからなる」の移行句のみが、クローズエンド又はセミクローズエンドの移行句である。クレーム要素を変更するためのクレームでの「第一」、「第二」、「第三」などの序数詞の使用は、それ自体では、あるクレーム要素の他のクレーム要素に対するいかなる優先性、優先順位、又は順序、又は方法の動作が実行される時間的な順序を意味するものではなく、クレーム要素を区別するのに、特定の名称を有するあるクレーム要素を同じ名称を有する別の要素から区別するためのラベルとしてのみ使用することで（但し、序数詞を使用するため）、これらのクレーム要素を区別するためである。本明細書で使用される場合、「及び／又は」は、列挙されたアイテムが代替物であることを意味するが、代替物は、列挙されたアイテムの任意の組み合わせも含む。

Claims (20)

1. 前面及び背面を有する圧電プレートであって、前記背面は基板の表面に取り付けられ、前記圧電プレートの一部は、前記基板のキャビティにまたがるダイアフラムを形成する、圧電プレートと、
   前記前面上の導体パターンであって、前記導体パターンがマルチマーク・インターデジタル変換器（ＩＤＴ）を備え、前記ＩＤＴのフィンガが前記ダイアフラム上にある、導体パターンと、
   を備える、音響共振器。
2. 一次剪断音響モードは、前記圧電プレートの前記ＩＤＴによって励起される、請求項１に記載の音響共振器。
3. 前記一次剪断音響モードは、前記ＩＤＴに印加される無線周波数信号に応答して励起される、請求項２に記載の音響共振器。
4. 前記ＩＤＴのマークは、前記ＩＤＴの長さに沿って変化する、請求項１に記載の音響共振器。
5. 前記ＩＤＴは、長さ方向に２つ以上のセクションに分割され、各セクションは、各他のセクションのマークとは異なるそれぞれのマークを有する、請求項１に記載の音響共振器。
6. 前記ＩＤＴのマークは、前記ＩＤＴの長さ方向に連続的に変化する、請求項１に記載の音響共振器。
7. 前記ＩＤＴのピッチは、前記ＩＤＴの全体にわたって一定である、請求項１に記載の音響共振器。
8. 前記ＩＤＴのピッチは、前記ＩＤＴの長さ方向に変化する、請求項１に記載の音響共振器。
9. 前記ＩＤＴは、長さ方向に２つ以上のセクションに分割され、各セクションは、各他のセクションのピッチとは異なるそれぞれのピッチを有する、請求項８に記載の音響共振器。
10. 前記ＩＤＴのピッチは、前記ＩＤＴの長さ方向に連続的に変化する、請求項８に記載の音響共振器。
11. 前面及び背面を有する圧電プレートであって、前記背面は基板の表面に取り付けられ、前記圧電プレートの一部は、前記基板内のそれぞれのキャビティにまたがる複数のダイアフラムを形成する、圧電プレートと、
    前記前面上の導体パターンであって、前記導体パターンが複数のインターデジタル変換器（ＩＤＴ）を備え、前記複数のＩＤＴのフィンガが複数のダイアフラムのそれぞれのダイアフラム上にある、導体パターンと、
    を備える、フィルタデバイスであって、
    前記複数のＩＤＴのうちの第一のＩＤＴは、マルチマークＩＤＴである、フィルタデバイス。
12. 一次剪断音響モードは、前記圧電プレートの前記複数のＩＤＴのそれぞれのＩＤＴによって励起される、請求項１１に記載のフィルタデバイス。
13. 前記一次剪断音響モードは、前記それぞれのＩＤＴに印加されるそれぞれの無線周波数信号に応答して励起される、請求項１２に記載のフィルタデバイス。
14. 前記複数のＩＤＴのマークの全ては、マルチマークＩＤＴである、請求項１１に記載のフィルタデバイス。
15. 前記第一のＩＤＴは、長さ方向に２つ以上のセクションに分割され、各セクションは、各他のセクションのマークとは異なるそれぞれのマークを有する、請求項１１に記載のフィルタデバイス。
16. 前記第一のＩＤＴのマークは、前記第一のＩＤＴの長さ方向に連続的に変化する、請求項１１に記載のフィルタデバイス。
17. 前記第一のＩＤＴのピッチは、前記第一のＩＤＴの全体にわたって一定である、請求項１１に記載のフィルタデバイス。
18. 前記第一のＩＤＴのピッチは、前記第一のＩＤＴの長さ方向に変化する、請求項１１に記載のフィルタデバイス。
19. 前記第一のＩＤＴは、長さ方向に２つ以上のセクションに分割され、各セクションは、各他のセクションのピッチとは異なるそれぞれのピッチを有する、請求項１８に記載のフィルタデバイス。
20. 前記第一のＩＤＴのピッチは、前記第一のＩＤＴの長さ方向に連続的に変化する、請求項１８に記載のフィルタデバイス。

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