JP2022186649A - 横方向分散反射器を備えた高周波数弾性デバイス - Google Patents

横方向分散反射器を備えた高周波数弾性デバイス Download PDF

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Abstract

Figure 2022186649000001
【課題】品質係数Ｑの改善されたバルク弾性波共振器を提供する。
【解決手段】バルク弾性波共振器１００は、圧電材料層１３０と、圧電材料層１３０の上面に配置される第１金属層１１０と、圧電材料層１３０の下面に配置される第２金属層１２０と、第１金属層１１０の上面に配置されて、テーパ部分及び非テーパ部分を備えた内側隆起フレームセクション及び外側隆起フレームセクションを有する第１隆起フレーム１４０並びに第１金属層１１０及び外側隆起フレームセクションの下ではあるが内側隆起フレームセクションの下ではないところに配置される第２隆起フレーム１５０を含む横方向分散隆起フレームとを含む。内側隆起フレームセクションは、バルク弾性波共振器１００の中心有効領域１６０から第１距離だけ横方向に配置され、外側隆起フレームセクションは、当該中心有効領域１６０から、第１距離よりも大きい第２距離だけ横方向に配置される。
【選択図】図１Ａ

Description

本開示は一般に、バルク弾性波共振器に関する。
バルク弾性波共振器は、２つの電極間に圧電材料を有するデバイスである。当該電極の一方に電磁信号が適用されると、弾性波が圧電材料において発生して他方の電極へと伝搬する。
圧電材料の厚さに応じて、かかる弾性波の共振が確立され、他方の電極において共振弾性波に対応する周波数を有する電磁信号が発生する。すなわち、無線周波数（ＲＦ）信号のような電磁信号に対するフィルタリング機能を与えるべく、かかるバルク弾性波共振器を利用することができる。
多くのアプリケーションにおいて、電極間の圧電材料は相対的に薄く、膜として実装される。よって、バルク弾性波共振器は、薄膜バルク弾性波共振器（ＴＦＢＡＲ）又は膜バルク弾性波共振器（ＦＢＡＲ）と称することがある。
ここに開示される一側面によれば、バルク弾性波共振器デバイスが与えられる。バルク弾性波共振器は、上面及び下面を有する圧電材料層と、当該圧電材料層の上面に配置される下面、及び上面を有する第１金属層と、当該圧電材料層の下面に配置される上面、及び下面を有する第２金属層と、第１金属層の上面に配置されて、テーパ部分及び非テーパ部分を備えた内側隆起フレームセクション、及び外側隆起フレームセクションを有する第１隆起フレーム、並びに第１金属層及び当該外側隆起フレームセクションの下ではあるが当該内側隆起フレームセクションの下ではないところに配置される第２隆起フレームを含む横方向分散隆起フレームとを含み、第１隆起フレームの内側隆起フレームセクションは、当該バルク弾性波共振器デバイスの中心有効領域から第１距離だけ横方向に配置され、第１隆起フレームの外側隆起フレームセクションは、当該バルク弾性波共振器デバイスの中心有効領域から第２距離だけ横方向に配置され、第２距離は第１距離よりも大きく、当該横方向分散隆起フレームは、横モード波の反射を改善して主要モード波から横モード波への変換を低減するべく構成される。
いくつかの実施形態において、第１隆起フレームは金属から形成される。
いくつかの実施形態において、第２隆起フレームは酸化物から形成される。
いくつかの実施形態において、第１隆起フレームの外側隆起フレームセクションは、幅、及び当該幅にわたって実質的に均一の厚さを有する。
いくつかの実施形態において、第２隆起フレームは、内側テーパ部分及び外側非テーパ部分を含む。
いくつかの実施形態において、第２隆起フレームの内側テーパ部分は、１０°から６０°のテーパ角を有する。
いくつかの実施形態において、第２隆起フレームの外側非テーパ部分は、幅、及び当該幅にわたって実質的に均一の厚さを有する。
いくつかの実施形態において、第１隆起フレームの内側隆起フレームセクションのテーパ部分は、５°から４５°のテーパ角を有する。
いくつかの実施形態において、バルク弾性波共振器デバイスはさらに、第１金属層の上面に配置される誘電層を含み、この誘電層は、中心有効領域を取り囲む陥凹フレーム領域を画定する。
いくつかの実施形態において、バルク弾性波共振器デバイスは、陥凹フレーム領域を含まない。
いくつかの実施形態において、第１隆起フレームの内側隆起フレームセクションのテーパ部分は、第１隆起フレームの内側隆起フレームセクションの非テーパ部分の幅よりも狭い幅を有する。
いくつかの実施形態において、第１隆起フレームの内側隆起フレームセクションのテーパ部分は、第１隆起フレームの内側隆起フレームセクションの非テーパ部分の幅よりも広い幅を有する。
いくつかの実施形態において、第２隆起フレームは、第１金属層の下面に接触する上面を有する。
いくつかの実施形態において、第２隆起フレームは、第２金属層の上面に接触する下面を有する。
いくつかの実施形態において、第２隆起フレームは、圧電材料層に接触する上面を有する。
いくつかの実施形態において、第２隆起フレームは、圧電材料層に接触する上面を有する。
いくつかの実施形態において、第２隆起フレームは、圧電材料層に接触する下面を有し、第２隆起フレームは、圧電材料層を上側圧電材料層及び下側圧電材料層に分割する。
いくつかの実施形態において、第１隆起フレームは、第２隆起フレームが形成される材料よりも高い音響インピーダンス、及び圧電材料層が形成される材料よりも高い音響インピーダンス、を備えた材料から形成される。
いくつかの実施形態において、第１隆起フレームは、第２隆起フレームが形成される材料よりも低い音響インピーダンス、及び圧電材料層が形成される材料よりも低い音響インピーダンス、を備えた材料から形成される。
いくつかの実施形態において、バルク弾性波共振器デバイスは、第２金属層の下方に画定される薄膜バルク弾性波共振器デバイスである。
いくつかの実施形態において、バルク弾性波共振器デバイスは、第２金属層の下に配置されるブラッグ反射器を含むソリッドマウント共振器である。
いくつかの実施形態において、第１隆起フレームの内側隆起フレームセクションのテーパ部分は、直線状テーパを有する。
いくつかの実施形態において、第１隆起フレームの内側隆起フレームセクションのテーパ部分は、凹状テーパを有する。
いくつかの実施形態において、第１隆起フレームの内側隆起フレームセクションのテーパ部分は、凸状テーパを有する。
いくつかの実施形態において、第２隆起フレームは、直線状テーパを有する内側テーパ部分を含む。
いくつかの実施形態において、第２隆起フレームは、凹状テーパを有する内側テーパ部分を含む。
いくつかの実施形態において、第２隆起フレームは、凸状テーパを有する内側テーパ部分を含む。
いくつかの実施形態において、無線周波数フィルタが、上述されたバルク弾性波共振器デバイスを含む。
無線周波数フィルタは、無線周波数モジュールに含まれてよい。
無線周波数モジュールは、無線周波数デバイスに含まれてよい。
本開示の実施形態が、添付図面を参照する非限定的な例を介して以下に記載される。
一以上のテーパ隆起フレームを含むＦＢＡＲデバイスの一例の断面図である。 図１ＡのＦＢＡＲデバイスの第１隆起フレームの拡大断面図である。 図１ＡのＦＢＡＲデバイスの第２隆起フレームの拡大断面図である。 一以上のテーパ隆起フレームを含むＦＢＡＲデバイスの他例の断面図である。 一以上のテーパ隆起フレームを含むＦＢＡＲデバイスの他例の断面図である。 一以上のテーパ隆起フレームを含むＦＢＡＲデバイスの他例の断面図である。 一以上のテーパ隆起フレームを含むＦＢＡＲデバイスの他例の断面図である。 一以上のテーパ隆起フレームを含むＦＢＡＲデバイスの他例の断面図である。 所定実施形態に係る隆起フレーム部分の断面プロファイルの複数の例を示す。 ＦＢＡＲデバイスにおける品質係数に対する隆起フレーム厚さ及びテーパ角の効果のシミュレーション結果を示す。 ＦＢＡＲデバイスにおける品質係数に対する隆起フレーム厚さ及び隆起フレーム幅の効果のシミュレーション結果を示す。 ソリッドマウント共振器（ＳＭＲ）の一例の断面図である。 一以上のテーパ隆起フレームを含むＳＭＲの一例の断面図である。 一以上のテーパ隆起フレームを含むＳＭＲの他例の断面図である。 一以上のテーパ隆起フレームを含むＳＭＲの他例の断面図である。 一以上のテーパ隆起フレームを含むＳＭＲの他例の断面図である。 一以上のテーパ隆起フレームを含むＳＭＲの他例の断面図である。 一以上のテーパ隆起フレームを含むＳＭＲの他例の断面図である。 本開示の複数側面に係る一以上の弾性波素子を含み得るフィルタモジュールの一例のブロック図である。 本開示の複数側面に係る一以上のフィルタモジュールを含み得るフロントエンドモジュールの一例のブロック図である。 図１３のフロントエンドモジュールを含む無線デバイスの一例のブロック図である。
所定実施形態の以下の詳細な説明は、特定の実施形態の様々な記載を提示する。しかしながら、ここに記載されるイノベーションは、例えば特許請求の範囲により画定かつカバーされる数多くの異なる態様で具体化することができる。本明細書において、同じ参照番号が同一の又は機能的に同様の要素を示す図面が参照される。理解されることだが、図面に示される要素は必ずしも縮尺どおりとは限らない。さらに理解されることだが、所定の実施形態は、図面に示されるよりも多くの要素、及び／又は図面に示される要素の部分集合を含み得る。さらに、いくつかの実施形態は、２つ以上の図面からの特徴の任意の適切な組み合わせも含み得る。
ここに与えられる見出しは、あったとしても便宜上にすぎず、必ずしも特許請求される発明の範囲又は意味に影響を与えるわけではない。
ここに記載されるのは、改善された品質係数Ｑを有する薄膜バルク弾性波共振器（ＦＢＡＲ）及び関連デバイスに関連する様々な例である。例えば、ここに記載されるＦＢＡＲ及び関連デバイスは、モード反射が増加されてモード変換が低減され得る。かかる例がＦＢＡＲの文脈で記載されるにもかかわらず、本開示の一以上の特徴は、ＦＢＡＲと同様であるが他の用語で称される他のタイプの共振器にも実装することができる。
所定の側面によれば、ＦＢＡＲは、共振周波数ｆｓのよりも上で品質係数Ｑを改善する隆起フレームを含み得る。一般に、ＦＢＡＲにおいて、横方向伝搬モードの有効領域外への漏洩が品質係数Ｑの減少を引き起こし得る。加えて、主要モードから横モードへのモード変換も品質係数Ｑの減少を引き起こし得る。隆起フレームは、横モードを有効領域まで戻すように反射する反射器として作用することによって品質係数Ｑを改善することができる。しかしながら、一つのみの隆起フレームを有するだけでは、すべての横モードを反射するには十分とはいえない。反射を強化して最大のモード反射を達成するべく、例えば、異なる不整合音響インピーダンスインタフェイスを形成することによって、２以上の隆起フレームのような多重反射器を形成することができる。しかしながら、多重反射器を形成することは、モード変換を増加させ得る一定数の不連続境界をもたらすことがある。
所定の側面によれば、テーパ領域及び非テーパ領域を含む一以上の隆起フレームを含むＦＢＡＲが与えられる。かかる隆起フレームは、横モード漏洩を抑制するのに効率がよい。例えば、テーパ領域及び非テーパ領域を含む隆起フレームは、反射効率を改善することができる多重反射器として作用し得る。他例として、テーパ領域及び非テーパ領域を含む隆起フレームは、不連続境界を生じさせる主要モードから他モードへのモード変換を低減することができる。上述したように、モード反射に加え、モード変換もまた、品質係数Ｑに影響を及ぼし得る。テーパ領域及び非テーパ領域を含む隆起フレームは、疑似連続境界をもたらし、主要モードから他モードへのモード変換を抑制することができる。いくつかの実施形態において、疑似連続境界及び多重反射ゆえに、低いテーパ角で品質係数Ｑを有意に改善することができる。
図１Ａは、横方向分散隆起フレームを含むＦＢＡＲデバイス１００の側面図を示す。この隆起フレームは、内側反射器１０５及び外側反射器１１５を含む。ＦＢＡＲデバイス１００は、第１金属層１１０、第２金属層１２０、及び第１金属層１１０と第２金属層１２０との間にある圧電層１３０を含み得る。圧電層１３０を第１金属層１１０と第２金属層１２０との間に配置することによって共振器を形成することができる。いくつかの実施形態において、圧電層１３０の、第１金属層１１０及び第２金属層１２０と重なる部分が「共振器」と称される。いくつかの実施形態において、金属層１１０、１２０は「電極」と称される。無線周波数（ＲＦ）信号が金属層１１０、１２０の一方に適用され、圧電層１３０において弾性波の発生が引き起こされる。弾性波は、圧電層１３０を通るように進行し、金属層１１０、１２０の他方においてＲＦ信号に変換される。このようにしてＦＢＡＲデバイス１００は、フィルタリング機能を与えることができる。ＦＢＡＲデバイス１００において、弾性波は、垂直方向に（例えば金属層１１０、１２０及び圧電層１３０に直交するように）進行することができる。例えば、垂直方向はＺ方向としてよい。いくつかの弾性波が、水平方向に（例えば金属層１１０、１２０及び圧電層１３０に平行に）進行し得る。例えば、水平方向はＸ方向、Ｙ方向、又はこれらの組み合わせとしてよい。
ＦＢＡＲデバイス１００は、一以上の隆起フレーム（「ＲａＦ」）を含み得る。図１Ａの例において、ＦＢＡＲデバイス１００は、第１隆起フレーム１４０及び第２隆起フレーム１５０を含む。例えば、第１隆起フレーム１４０が第２金属層１２０の頂部に存在し、第２隆起フレーム１５０が、第２金属層１２０の下方において、第２金属層１２０と圧電層１３０との間に存在し得る。各隆起フレームは、テーパ部分及び非テーパ部分、又はテーパ端及び非テーパ部分若しくは非テーパ端を含み得る。図１Ａの例に示されるように、第１隆起フレーム１４０及び第２隆起フレーム１５０はそれぞれが、ＦＢＡＲデバイスの各側にテーパ領域及び非テーパ領域を含み得る。
図１Ｂは、第１隆起フレーム１４０の拡大図である。これは、第１隆起フレーム１４０の内側反射器領域１０５、外側反射器領域１１５、内側反射器領域１０５のテーパ領域１０５Ｔ、及び内側反射器領域１０５の非テーパ領域１０５ＮＴを示す。図１Ｃは、第２隆起フレーム１５０の拡大図である。これは、第２隆起フレーム１５０のテーパ領域１５０Ｔ及び非テーパ領域１５０ＮＴを示す。図１Ａの実施形態において、第２隆起フレーム１５０は、内側反射器領域及び外側反射器領域を含まず、第１隆起フレーム１４０の外側反射器領域１１５の下にのみ存在する。
第１隆起フレーム１４０及び第２隆起フレーム１５０の非テーパ領域は、これらの水平範囲にわたって実質的に一定の高さ又は厚さを有してよい。第１隆起フレーム１４０及び第２隆起フレーム１５０の上面又は下面が、隣接する上側材料層又は下側材料層に適合するように勾配を変える第１隆起フレーム１４０及び第２隆起フレーム１５０の非テーパ領域の厚さのわずかな偏差が存在してよいが、第１隆起フレーム１４０及び第２隆起フレーム１５０の非テーパ領域は依然として、これらの水平範囲にわたって実質的に一定の高さ又は厚さを有するとみなしてよい。図１Ａ～図１Ｃに示されるように、第１隆起フレーム１４０及び第２隆起フレーム１５０の非テーパ領域は、第１隆起フレーム１４０及び第２隆起フレーム１５０の非テーパ領域に隣接及び近接してよい。
隆起フレームのテーパ領域は、例えば水平方向に対する、角度αによって画定されるテーパ角を有してよい。角度αは「テーパ角」と称してもよい。いくつかの実施形態において、角度αは９０°未満としてよい。いくつかの実施形態において、αは５°以上かつ４５°以下としてよい。図１Ａの実施形態において、角度αは、第１隆起フレーム１４０のテーパ領域１０５Ｔのテーパ角を言及する。記号βは、第２隆起フレーム１５０のテーパ部分１５０Ｔのテーパ角を言及するべく使用される。角度βは、９０°未満としてよく、又は１０°以上かつ６０°以下としてよい。角度α及びβは、異なる実施形態において同じであってよく、又は異なってよい。
所定の実施形態において、隆起フレームのテーパ領域は三角形状を有してよい。他実施形態において、隆起フレームのテーパ領域は、他の多角形状を有してよい。いくつかの実施形態において、第１隆起フレーム１４０及び第２隆起フレーム１５０は、重なり領域を有してよい。例えば、第１隆起フレーム１４０のテーパ領域１０５Ｔと第２隆起フレーム１５０のテーパ領域１５０Ｔとは、例えば水平方向において、少なくとも部分的に重なってよい。金属層１１０、１２０及び圧電層１３０は、第１隆起フレーム１４０及び／又は第２隆起フレーム１５０の輪郭又は形状に追従してよい。したがって、金属層１１０、１２０及び圧電層１３０は、水平方向に平行な部分、及び水平方向に対して一定角度をなす部分を含んでよい。
隆起フレームは、任意の適切な材料から作られてよい。いくつかの実施形態において、隆起フレームは、第２金属層１２０及び／又は第１金属層１１０と同様の又は同じ材料から作られてよい。例えば、隆起フレームは重い材料から作られてよい。所定の実施形態において、隆起フレームは、低音響インピーダンス材料から作られてよい。例えば、隆起フレームは、二酸化シリコン、窒化シリコン等から作られてよい。隆起フレームは、任意の低密度材料から作られてよい。例えば、図１Ａの実施形態において、第１隆起フレームが金属から形成され、第２隆起フレームが二酸化シリコンから形成されてよい。第１隆起フレーム１４０が、第２隆起フレーム１５０が形成される材料よりも高音響インピーダンスかつ圧電層１３０の材料よりも高音響インピーダンスの材料から形成されてよい。第２隆起フレーム１５０が、第１隆起フレーム１４０が形成される材料よりも低音響インピーダンスかつ圧電層１３０の材料よりも低音響インピーダンスの材料から形成されてよい。隆起フレームのテーパ領域は、ＦＢＡＲデバイスを形成する製造プロセス中に（例えば堆積プロセスによって）形成されてよい。
図１Ａの例において、ＦＢＡＲデバイス１００は、例示目的として２つの隆起フレームを含むように示されるが、ＦＢＡＲデバイス１００に含まれる隆起フレームの数は、実施形態に応じて適宜変化し得る。例えば、いくつかの実施形態において、ＦＢＡＲデバイス１００は、一つの隆起フレーム又は２つを超える隆起フレームを含み得る。一以上の隆起フレームを様々な構成で配置することができる。一以上の隆起フレームを、垂直方向に沿って（例えば金属層１１０、１２０及び圧電層１３０に直交して）様々な位置に配置することができる。例えば、一以上の隆起フレームを、第１金属層１１０の上方又は下方に、第２金属層１２０の上方又は下方に、第１金属層１１０と第２金属層１２０との間に、又はこれらの任意の組み合わせで配置してよい。隆起フレームの構成の様々な例が以下に詳述される。
ＦＢＡＲデバイス１００は、例えば、ＦＢＡＲデバイス１００の各側の、第１隆起フレーム１４０の内側反射器領域１０５のテーパ領域１０５Ｔ間に有効領域１６０を含み得る。主要モード波が、有効領域１６０を通るように進行し得る。例えば、有効領域１６０は、主要モード波が進行することができる好ましい領域に存在してよい。上から下の視点から見ると、有効領域１６０は、円筒形状、矩形形状、又は他の適切な形状を有し得る。いくつかの実施形態において、ＦＢＡＲデバイス１００は、第１隆起フレーム１４０及び第２金属層１２０の上方にパッシベーション層１８０を含んでよい。パッシベーション層１８０は、第１隆起フレーム１４０の頂部、及び第２金属層１２０の露出された部分の頂部に存在し得る。第２金属層１２０の露出された部分は、第１隆起フレーム１４０によって覆われていない部分としてよい。所定の実施形態において、ＦＢＡＲデバイス１００はまた、パッシベーション層１８０の薄化部分によって画定されかつ有効領域１６０の外側境界を画定する陥凹フレーム（ＲｅＦ）領域１８５も含み得る。パッシベーション層１８０は、陥凹フレーム領域１８５においての方が有効領域１６０においてよりも薄い。陥凹フレーム領域１８５におけるパッシベーション層１８０の厚さは、内側反射器領域１０５及び／又は外側反射器領域１１５における第１隆起フレーム１４０の上のパッシベーション層１８０の厚さと同様又は同じとしてよい。いくつかの実施形態において、陥凹フレーム領域１８５は、有効領域１６０を取り囲む隣接リング構造物としてよい。パッシベーション層１８０は、誘電性材料、例えば二酸化シリコン又は窒化シリコンから形成されてよい。いくつかの実施形態において、ＦＢＡＲデバイス１００は、第１金属層１１０の下方に基板１７０を含んでよく、エアキャビティ１９０を含んでよい。いくつかの実施形態において、第１金属層１１０の遠位端が、基板１７０の隣接領域から間隙１１０Ｇだけ分離されてよい。
テーパ領域及び非テーパ領域を含む隆起フレームは、疑似連続境界をもたらすことによって、モード反射を増加させかつモード変換を減少させることができる。例えば、疑似連続境界は、モード反射を増加させる多重反射器として作用し得る。疑似連続境界はまた、モード変換を抑制することもできる。この態様で、テーパ領域及び非テーパ領域を有する一以上の隆起フレームを含むＦＢＡＲデバイスは、品質係数Ｑの改善された値を有し得る。いくつかの実施形態において、勾配隆起フレームにとっての低いテーパ角が、モード反射の増加及びモード変換の減少に有効となり得る。例えば、隆起フレームのテーパ領域のためのテーパ角は、上述したように４５°未満、３０°未満、１０°から６０°、又は５°から４５としてよい。テーパ角は、モード反射及びモード変換減少を最大化するように選択することができる。
図２は、ＦＢＡＲデバイス２００の側面図を示す。これは、図１のＦＢＡＲデバイス１００と同様であるが、ＦＢＡＲデバイス２００がパッシベーション層１８０を含まない点が異なる。図２の実施形態における有効領域１６０の外側境界は、第１隆起フレーム１４０の内側反射器１０５の内側エッジによって画定される。
図３は、ＦＢＡＲデバイス３００の側面図を示す。これは、図２のＦＢＡＲデバイス２００と同様であるが、ＦＢＡＲデバイス３００が、第１隆起フレーム１４０の内側反射器部分１０５の非テーパ領域１０５ＮＴよりも広い第１隆起フレーム１４０の内側反射器部分１０５のテーパ領域１０５Ｔを含む点が異なる。これは、第１隆起フレーム１４０の内側反射器部分１０５の非テーパ領域１０５ＮＴが、第１隆起フレーム１４０の内側反射器部分１０５のテーパ領域１０５Ｔよりも広い図１及び図２それぞれのＦＢＡＲデバイス１００、２００と対照的である。なお、他実施形態において、第１隆起フレーム１４０の内側反射器部分１０５の非テーパ領域１０５ＮＴは、第１隆起フレーム１４０の内側反射器部分１０５のテーパ領域１０５Ｔと同じ広さ、又は実質的同じ広さとしてよい。いくつかの実施形態において、ＦＢＡＲデバイス３００は、ＦＢＡＲデバイス１００に対して図１に示されるものと同様のパッシベーション層１８０及び陥凹フレーム領域１８５を含んでもよい。
図４は、ＦＢＡＲデバイス４００の側面図を示す。これは、図３のＦＢＡＲデバイス３００と同様であるが、ＦＢＡＲデバイス４００の第１隆起フレーム１４０のテーパ領域が、内側反射器領域１０５を完全に通り抜けて外側反射器領域１１５に入るように延びる点が異なる。すなわち、内側反射器領域１０５は、全体がテーパ領域１０５Ｔから構成されるとみなしてよい。外側反射器領域１１５は、内側テーパ領域１１５Ｔと、当該テーパ領域１１５Ｔに隣接する外側非テーパ領域１１５ＮＴとに分割されるとみなしてよい。いくつかの実施形態において、ＦＢＡＲデバイス４００は、ＦＢＡＲデバイス１００に対して図１に示されるものと同様のパッシベーション層１８０及び陥凹フレーム領域１８５を含んでもよい。
図５は、ＦＢＡＲデバイス５００の側面図を示す。これは、図１のＦＢＡＲデバイス１００と同様であるが、ＦＢＡＲデバイス５００においては、第２隆起フレーム隆起フレーム１５０が部分的に、第１金属層１１０と圧電層１３０との間において圧電層１３０の下に配置される点が異なる。第２隆起フレーム隆起フレーム１５０は部分的に、基板１７０と圧電層１３０との間において圧電層１３０の下に配置されてよい。第２隆起フレーム隆起フレーム１５０は部分的に、エアキャビティ１９０と圧電層１３０との間において圧電層１３０の下に配置されてよい。
図６は、ＦＢＡＲデバイス６００の側面図を示す。これは、図５のＦＢＡＲデバイス５００と同様であるが、ＦＢＡＲデバイス６００においては、第２隆起フレーム隆起フレーム１５０が、圧電層１３０の下ではなく、圧電層１３０の中に配置される点が異なる。第２隆起フレーム１５０は、圧電層を上側圧電層１３０Ｕと下側圧電層１３０Ｌとに分割するとみなしてよい。
上述した実施形態において、隆起フレームのテーパ領域の幅は、水平距離がＦＢＡＲデバイスの中心有効領域１６０から離れるにつれて、単調又は直線的に増加する。他実施形態において、例えば図７に示されるようｊに、隆起フレームのテーパ領域は、非直線的な勾配を示してよい。例えば、非直線的な勾配は、凸部分６１０、凹部分６２０、又はこれらの任意の組み合わせを含んでよい。図７の例は、例示を目的として与えられており、非直線勾配隆起フレーム部分の多くの他の変形例も可能である。
図８は、ＦＢＡＲの一例での反共振周波数における、外側反射器部分１１５の非テーパ部分１１５ＮＴの厚さ（図８のチャートにおけるＭＲａＴパラメータ）と、第１隆起フレーム１４０の内側反射器部分１０５のテーパ部分１０５Ｔのテーパ角αとの、品質係数Ｑに対する効果のシミュレーション結果を示す。シミュレーションされたＦＢＡＲにおいて、隆起フレームの幅は２μｍであり、有効領域におけるパッシベーション層の厚さは１５０ｎｍであり、第１金属層の厚さは４３０ｎｍであり、圧電層の厚さは６００ｎｍであり、第２金属層の厚さは４４０ｎｍであり、第２隆起フレームの非テーパ部分の厚さは１００ｎｍであり、エアキャビティの幅は１２０μｍであった。図８に示される結果は、隆起フレーム厚さに伴いかつテーパ角が小さくなるにつれて品質係数が一般に増加し得るが、これらのパラメータのいずれかが増加又は減少すると周期的に上昇又は下降し得ることを示す。
図９は、図８に示される結果をシミュレーションするのに使用されたものと同じＦＢＡＲの反共振周波数における、外側反射器部分１１５の非テーパ部分１１５ＮＴの厚さ（図９のチャートにおけるＭＲａＴパラメータ）と、第１隆起フレームの内側反射器領域の幅（図９のチャートにおけるＭＲａＷパラメータ）との効果の、品質係数Ｑに対する効果のシミュレーション結果を示す。図９における結果は、約１μｍの第１隆起フレーム内側反射器領域幅及び約１００ｎｍの第１隆起フレーム厚さを備えたＦＢＡＲに対して高いＱが見出されることを示す。第１隆起フレーム内側反射器領域幅が変化するにつれてＱ値に対するある程度の周期性が観測され得る。
ここに開示される隆起フレーム構造物の複数側面及び複数実施形態は、上述されたＦＢＡＲデバイスのみならず、他の形態のバルク弾性波共振器、例えばソリッドマウント共振器（ＳＭＲ）にも利用されてよい。図１０に示されるように、ＳＭＲの一例が、例えば窒化アルミニウム又は他の適切な圧電材料から形成される圧電層と、当該圧電層の上面に配置される上側電極（図１０における金属２の層）と、当該圧電層の下面に配置される下側電極（図１０における金属１の層）とを含む。圧電層並びに上側電極及び下側電極は、例えばタングステンのような高音響インピーダンスを備えた第１材料と、例えばＳｉＯ２のような低音響インピーダンスを備えた第２材料との交互層から形成されるブラッグ反射器に配置されてよい。ブラッグ反射器は、例えばシリコン基板のような基板に取り付けられてよい。ＳＭＲは、共振器の隆起フレームドメイン領域において上側電極の下面と圧電材料との間に配置される例えはＳｉＯ２のような誘電性材料の層（図１０に示される隆起フレーム層）を含む隆起フレームを有してよい。
図１１Ａは、図１ＡのＦＢＡＲに示される隆起フレーム構造がＳＭＲにおいてどのように利用され得るのかを示す。図１１Ｂは、図２のＦＢＡＲに示される隆起フレーム構造がＳＭＲにおいてどのように利用され得るのかを示す。図１１Ｃは、図３のＦＢＡＲに示される隆起フレーム構造がＳＭＲにおいてどのように利用され得るのかを示す。図１１Ｄは、図４のＦＢＡＲに示される隆起フレーム構造がＳＭＲにおいてどのように利用され得るのかを示す。図１１Ｅは、図５のＦＢＡＲに示される隆起フレーム構造がＳＭＲにおいてどのように利用され得るのかを示す。図１１Ｆは、図６のＦＢＡＲに示される隆起フレーム構造がＳＭＲにおいてどのように利用され得るのかを示す。
ここに説明される弾性波デバイスは、様々なパッケージモジュールに実装することができる。ここに説明されるパッケージ弾性波デバイスの任意の適切な原理及び利点が実装され得るいくつかの例示的なパッケージ状モジュールが以下に説明される。図１２、図１３及び図１４は、所定の実施形態に係る例示的なパッケージモジュール及びデバイスの模式的なブロック図である。
上述したように、開示のＢＡＷ共振器の複数実施形態は、例えばフィルタとして構成することができ、又はフィルタにおいて使用されるように構成することができる。ひいては、一以上のＢＡＷ共振器素子を使用するＢＡＷフィルタを究極的に、例えば無線通信デバイスのような電子デバイスにおいて使用されるモジュールに組み込み、又は同モジュールとしてパッケージにすることができる。図１２は、ＢＡＷフィルタ７１０を含むモジュール７００の一例を示すブロック図である。ＢＡＷフィルタ７１０は、一以上の接続パッド７２２を含む一以上のダイ７２０に実装してよい。例えば、ＢＡＷフィルタ７１０は、当該ＢＡＷフィルタのための入力接点に対応する接続パッド７２２と、当該ＢＡＷフィルタのための出力接点に対応する他の接続パッド７２２とを含んでよい。パッケージモジュール７００は、ダイ７２０を含む複数のコンポーネントを受容するべく構成されるパッケージング基板７３０を含む。複数の接続パッド７３２をパッケージング基板７３０に配置することができ、ＢＡＷフィルタダイ７２０の様々な接続パッド７２２を、電気コネクタ７３４を介してパッケージング基板７３０上の接続パッド７３２に接続することができる。電気コネクタ７３４は、ＢＡＷフィルタ７１０への及びＢＡＷフィルタ７１０からの、様々な信号の通過を許容するための、例えば、はんだバンプ又はワイヤボンドとしてよい。モジュール７００はさらに、オプションとして、例えば一以上の付加的なフィルタ、増幅器、前置フィルタ、変調器、復調器、ダウンコンバータ等のような、ここに開示に鑑みて半導体作製の当業者にとって知られる他の回路ダイ７４０を含んでよい。いくつかの実施形態において、モジュール７００はまた、例えば、モジュール７００を保護し、及びモジュール７００の取り扱いを容易にするべく、一以上のパッケージ構造物を含み得る。かかるパッケージ構造物は、パッケージング基板７３０の上に形成されて様々な回路及びコンポーネントを実質的に封止する寸法にされるオーバーモールドを含み得る。
ＢＡＷフィルタ７１０の様々な例及び実施形態を、多種多様な電子デバイスにおいて使用することができる。例えば、ＢＡＷフィルタ７１０は、アンテナデュプレクサにおいて使用することができる。アンテナデュプレクサはそれ自体が、ＲＦフロントエンドモジュール及び通信デバイスのような様々な電子デバイスに組み入れられる。
図１３を参照すると、フロントエンドモジュール８００の一例のブロック図が示される。フロントエンドモジュール５００は、例えば、無線通信デバイス（例えば携帯電話機）のような電子デバイスにおいて使用され得る。フロントエンドモジュール８００は、共通ノード８０２、入力ノード８０４及び出力ノード８０６を有するアンテナデュプレクサ８１０を含む。アンテナ９１０が共通ノード８０２に接続される。
アンテナデュプレクサ８１０は、入力ノード８０４と共通ノード８０２との間に接続される一以上の送信フィルタ８１２と、共通ノード８０２と出力ノード８０６との間に接続される一以上の受信フィルタ８１４とを含んでよい。送信フィルタの通過帯域は、受信フィルタの通過帯域と異なる。ＢＡＷフィルタ７１０の複数例を、送信フィルタ８１２及び／又は受信フィルタ８１４を形成するように使用することができる。インダクタ又は他の整合コンポーネント８２０を共通ノード８０２に接続することができる。
フロントエンドモジュール８００はさらに、デュプレクサ８１０の入力ノード８０４に接続される送信器回路８３２と、デュプレクサ８１０の出力ノード８０６に接続される受信器回路８３４とを含む。送信器回路８３２は、アンテナ９１０を介した送信のための信号を生成し、受信器回路８３４は、アンテナ９１０を介して受信した信号を処理することができる。いくつかの実施形態において、受信器回路及び送信器回路は、図１３に示されるように別個のコンポーネントとして実装としてよいが、他実施形態において、これらのコンポーネントを集積させて共通送受信器回路又はモジュールとしてもよい。当業者にわかることだが、フロントエンドモジュール８００は、スイッチ、電磁カップラ、増幅器、プロセッサ等を含むがこれらに限られない図１３に不図示の他のコンポーネントを含んでよい。
図１４は、図１３に示されるアンテナデュプレクサ８１０を含む無線デバイス９００の一例のブロック図である。無線デバイス９００は、音声又はデータ通信のために構成されるセルラー電話機、スマートフォン、タブレット、モデム、通信ネットワーク、又は任意の他の携帯デバイス若しくは非携帯デバイスとしてよい。無線デバイス９００は、アンテナ９１０からの信号を受信及び送信することができる。無線デバイスは、図１３を参照して上述したものと同様のフロントエンドモジュール８００の一実施形態を含む。フロントエンドモジュール８００は、上述したデュプレクサ８１０を含む。図１４に示される例において、フロントエンドモジュール８００はさらに、例えば送信モード及び受信モードのような異なる周波数帯域又はモード間で切り替わるように構成され得るアンテナスイッチ８４０を含む。図１４に示される例において、アンテナスイッチ８４０は、デュプレクサ８１０とアンテナ９１０との間に配置されるが、他例において、デュプレクサ８１０は、アンテナスイッチ８４０とアンテナ９１０との間に配置してよい。他例において、アンテナスイッチ８４０及びデュプレクサ８１０を集積して単数のコンポーネントとしてよい。
フロントエンドモジュール８００は、送信のための信号を生成するべく又は受信信号を処理するべく構成される送受信器８３０を含む。送受信器８３０は、図１３の例に示されるように、デュプレクサ８１０の入力ノード８０４に接続される送信器回路８３２と、デュプレクサ８１０の出力ノード８０６に接続される受信器回路８３４とを含んでよい。
送信器回路８３２により送信のために生成された信号は、電力増幅器（ＰＡ）モジュール８５０によって受信される。ＰＡモジュール５５０は、送受信器８３０からの当該生成された信号を増幅する。電力増幅器モジュール８５０は、一以上の電力増幅器を含んでよい。電力増幅器モジュール８５０は、多種多様なＲＦ又は他の周波数帯域の送信信号を増幅するべく使用することができる。例えば、電力増幅器モジュール８５０は、電力増幅器の出力をパルス化するべく使用することができるイネーブル信号を受信することができる。これにより、無線ローカルエリアネットワーク（ＷＬＡＮ）信号又は任意の他の適切なパルス信号の送信が支援される。電力増幅器モジュール８５０は、例えば、グローバルシステムフォーモバイル（ＧＳＭ（登録商標））信号、符号分割多重アクセス（ＣＤＭＡ）信号、Ｗ－ＣＤＭＡ信号、ロングタームエボリューション（ＬＴＥ）信号、又はエッジ信号を含む様々なタイプのいずれかの信号を増幅するべく構成することができる。所定の実施形態において、電力増幅器モジュール８５０、及びスイッチ等を含む関連コンポーネントを、例えば、高電子移動度トランジスタ（ｐＨＥＭＴ）若しくは絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＢｉＦＥＴ）を使用してガリウムヒ素（ＧａＡｓ）基板に、又は相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）電界効果トランジスタを使用してシリコン基板に、作製することができる。
依然として図１４を参照すると、フロントエンドモジュール８００はさらに、アンテナ９１０からの受信信号を増幅して送受信器８３０の受信器回路８３４に増幅信号を与える低雑音増幅器モジュール８６０を含んでよい。
図１４の無線デバイス９００はさらに、送受信器８３０に接続されて無線デバイス９００の動作のための電力を管理する電力管理サブシステム９２０を含む。電力管理システム９２０はまた、ベース帯域サブシステム９３０及び無線デバイス９００の様々な他のコンポーネントの動作を制御することもできる。電力管理システム９２０は、無線デバイス９００の様々なコンポーネントに電力を供給する電池（図示せず）を含んでよく、又はこれに接続されてよい。電力管理システム９２０はさらに、例えば、信号の送信を制御することができる一以上のプロセッサ又はコントローラを含んでよい。一実施形態において、ベース帯域サブシステム９３０は、ユーザに与えられ及びユーザから受信される音声及び／又はデータの様々な入出力を容易にするべくユーザインタフェイス９４０に接続される。ベース帯域サブシステム９３０はまた、無線デバイスの動作を容易にするべく、及び／又はユーザのために情報を格納するべく、データ及び／又は命令を格納するように構成されるメモリ９５０にも接続される。 上述された実施形態はいずれも、セルラーハンドセットのような携帯デバイスに関連して実装することができる。これらの実施形態の原理及び利点は、ここに記載される実施形態のいずれかから利益が得られる任意のアップリンク無線通信デバイスのような任意のシステム又は装置のために使用することができる。ここでの教示は、様々なシステムに適用可能である。本開示がいくつかの例示的な実施形態を含むにもかかわらず、ここに記載される教示は、様々な構造物に適用することができる。ここに説明された原理及び利点はいずれも、例えば約４５０ＭＨｚから６ＧＨｚの範囲のような、約３０ｋＨｚから３００ＧＨｚの範囲の信号を処理するように構成されるＲＦ回路に関連付けて実装することができる。
本開示の複数側面を、様々な電子デバイスに実装することができる。電子デバイスの例は、消費者用電子製品、パッケージ状無線周波数モジュールのような消費者用電子製品の部品、アップリンク無線通信デバイス、無線通信インフラストラクチャ、電子試験機器等を含み得るがこれらに限られない。電子デバイスの例は、スマートフォンのような携帯型電話機、スマートウォッチ又はイヤーピースのような装着可能コンピューティングデバイス、電話機、テレビ、コンピュータモニタ、コンピュータ、モデム、ハンドヘルドコンピュータ、ラップトップコンピュータ、タブレットコンピュータ、電子レンジ、冷蔵庫、自動車電子システムのような車載電子システム、ステレオシステム、デジタル音楽プレーヤー、ラジオ、デジタルカメラのようなカメラ、携帯型メモリーチップ、洗濯機、乾燥機、洗濯／乾燥機、コピー機、ファクシミリ装置、スキャナ、多機能周辺デバイス、腕時計、置時計等を含み得るがこれらに限られない。さらに、電子デバイスは未完成の製品も含んでよい。
文脈が明確にそうでないことを要求しない限り、明細書及び特許請求の範囲全体を通して、「含む」、「備える」等の用語は、排他的又は網羅的な意味とは逆の、包括的な意味で、すなわち「～を含むがこれに限られない」意味で解釈されるべきである。ここで一般に使用される用語「結合」は、２以上の要素が、直接に接続されるか、又は一以上の中間要素を経由して接続されるかのいずれかとなり得ることを言及する。同様に、ここで一般に使用される用語「接続」も、２以上の要素が、直接に接続されるか、又は一以上の中間要素を経由して接続されるかのいずれかとなり得ることを言及する。加えて、本願において使用される場合、用語「ここで」、「上」、「下」、及び同様の意味の用語は、本願全体を言及するものとし、本願のいずれか特定の部分を言及するわけではない。文脈上許容される場合、単数又は複数の数を使用する上記の詳細な説明における用語は、それぞれ複数又は単数の数も含み得る。２以上の項目のリストを参照する「又は」及び「若しくは」という用語は、その用語の以下の解釈、すなわち、リスト内の項目のいずれか、リスト内の項目のすべて、及びリスト内の項目の任意の組み合わせ、のすべてをカバーする。
さらに、具体的に記述されない限り、又は使用される文脈内でそうでないと理解されない限り、とりわけ「できる」、「し得る」、「してよい」、「かもしれない」、「例えば」、「のような」等のようなここで使用される条件的言語は一般に、所定の実施形態が所定の特徴、要素、及び／又は状態を含む一方で他の実施形態は含まないことを意図する。すなわち、かかる条件的言語は一般に、特徴、要素及び／若しくは状態が、一以上の実施形態に必要な任意の態様で存在すること、又は一以上の実施形態が、著者のインプット若しくはプロンプトあり若しくはなしで、これらの特徴、要素及び／若しくは状態が含まれるか否か、若しくは任意の特定の実施形態において行われるべきか否かを決定する論理を必ず含むこと、を含意することが意図されていない。
所定の実施形態が記載されてきたが、これらの実施形態は例としてのみ提示され、本開示の範囲を限定する意図はない。実際のところ、ここに記載される新規な方法及びシステムは、様々な他の形式で具体化してよく、さらには、ここに記載される方法及びシステムの形式の様々な省略、置換及び変更を、本開示の要旨から逸脱することなく行ってよい。例えば、ブロックが所与の配列で提示される一方で、代替実施形態が、同様の機能を異なるコンポーネント及び／又は回路トポロジで行ってもよく、いくつかのブロックを削除、異動、追加、細分化、結合及び／又は修正してよい。これらのブロックはそれぞれが、様々な異なる態様で実装してよい。上述の様々な実施形態の要素及び作用の任意の適切な組み合わせを、さらなる実施形態を与えるべく組み合わせることができる。添付の特許請求の範囲及びそれらの均等物は、本開示の範囲及び要旨に収まるような形式又は修正をカバーすることが意図される。

Claims (30)

  1. バルク弾性波共振器デバイスであって、
    上面及び下面を有する圧電材料層と、
    前記圧電材料層の上面に配置される下面、及び上面を有する第１金属層と、
    前記圧電材料層の下面に配置される上面、及び下面を有する第２金属層と
    前記第１金属層の上面に配置されて、テーパ部分及び非テーパ部分を備えた内側隆起フレームセクション、及び外側隆起フレームセクションを有する第１隆起フレーム、並びに前記第１金属層及び前記外側隆起フレームセクションの下ではあるが前記内側隆起フレームセクションの下ではないところに配置される第２隆起フレームを含む横方向分散隆起フレームと
    を含み、
    前記第１隆起フレームの内側隆起フレームセクションは、前記バルク弾性波共振器デバイスの中心有効領域から第１距離だけ横方向に配置され、
    前記第１隆起フレームの外側隆起フレームセクションは、前記バルク弾性波共振器デバイスの中心有効領域から第２距離だけ横方向に配置され、
    前記第２距離は前記第１距離よりも大きく、
    前記横方向分散隆起フレームは、横モード波の反射を改善して主要モード波から横モードはへの変換を低減するべく構成される、バルク弾性波共振器デバイス。
  2. 前記第１隆起フレームは金属から形成される、請求項１のバルク弾性波共振器デバイス。
  3. 前記第２隆起フレームは酸化物から形成される、請求項２のバルク弾性波共振器デバイス。
  4. 前記第１隆起フレームの外側隆起フレームセクションは、幅、及び前記幅にわたって実質的に均一の厚さを有する、請求項１のバルク弾性波共振器デバイス。
  5. 前記第２隆起フレームは内側テーパ部分及び外側非テーパ部分を含む、請求項１のバルク弾性波共振器デバイス。
  6. 前記第２隆起フレームの内側テーパ部分は１０℃から６０°のテーパ角を有する、請求項５のバルク弾性波共振器デバイス。
  7. 前記第２隆起フレームの外側非テーパ部分は、幅、及び前記幅にわたって実質的に均一の厚さを有する、請求項５のバルク弾性波共振器デバイス。
  8. 前記第１隆起フレームの内側隆起フレームセクションのテーパ部分は５°から４５°のテーパ角を有する、請求項１のバルク弾性波共振器デバイス。
  9. 前記第１金属層の上面に配置される誘電層をさらに含み、前記誘電層は、前記中心有効領域を取り囲む陥凹フレーム領域を画定する、請求項１のバルク弾性波共振器デバイス。
  10. 前記バルク弾性波共振器デバイスは陥凹フレーム領域を含まない、請求項１のバルク弾性波共振器デバイス。
  11. 前記第１隆起フレームの内側隆起フレームセクションのテーパ部分は、前記第１隆起フレームの内側隆起フレームセクションの非テーパ部分の幅よりも狭い幅を有する、請求項１のバルク弾性波共振器デバイス。
  12. 前記第１隆起フレームの内側隆起フレームセクションのテーパ部分は、前記第１隆起フレームの内側隆起フレームセクションの非テーパ部分の幅よりも広い幅を有する、請求項１のバルク弾性波共振器デバイス。
  13. 前記第２隆起フレームは、前記第１金属層の下面に接触する上面を有する、請求項１のバルク弾性波共振器デバイス。
  14. 前記第２隆起フレームは、前記第２金属層の上面に接触する下面を有する、請求項１のバルク弾性波共振器デバイス。
  15. 前記第２隆起フレームは、前記圧電材料層に接触する上面を有する、請求項１４のバルク弾性波共振器デバイス。
  16. 前記第２隆起フレームは、前記圧電材料層に接触する上面を有する、請求項１のバルク弾性波共振器デバイス。
  17. 前記第２隆起フレームは、前記圧電材料層に接触する下面を有し、
    前記第２隆起フレームは、前記圧電材料層を上側圧電材料層及び下側圧電材料層に分割する、請求項１６のバルク弾性波共振器デバイス。
  18. 前記第１隆起フレームは、前記第２隆起フレームが形成される材料よりも高い音響インピーダンス、及び前記圧電材料層が形成される材料よりも高い音響インピーダンス、を備えた材料から形成される、請求項１のバルク弾性波共振器デバイス。
  19. 前記第２隆起フレームは、前記第１隆起フレームが形成される材料よりも低い音響インピーダンス、及び前記圧電材料層が形成される材料よりも低い音響インピーダンス、を備えた材料から形成される、請求項１のバルク弾性波共振器デバイス。
  20. 前記バルク弾性波共振器デバイスは、前記第２金属層の下方に画定されるキャビティを含む薄膜バルク弾性波共振器デバイスである、請求項１のバルク弾性波共振器デバイス。
  21. 前記バルク弾性波共振器デバイスは、前記第２金属層の下に配置されるブラッグ反射器を含むソリッドマウント共振器である、請求項１のバルク弾性波共振器デバイス。
  22. 前記第１隆起フレームの内側隆起フレームセクションのテーパ部分は、直線状テーパを有する、請求項１のバルク弾性波共振器デバイス。
  23. 前記第１隆起フレームの内側隆起フレームセクションのテーパ部分は、凹状テーパを有する、請求項１のバルク弾性波共振器デバイス。
  24. 前記第１隆起フレームの内側隆起フレームセクションのテーパ部分は、凸状テーパを有する、請求項１のバルク弾性波共振器デバイス。
  25. 前記第２隆起フレームは、直線状テーパを有する内側テーパ部分を含む、請求項１のバルク弾性波共振器デバイス。
  26. 前記第２隆起フレームは、凹状テーパを有する内側テーパ部分を含む、請求項１のバルク弾性波共振器デバイス。
  27. 前記第２隆起フレームは、凸状テーパを有する内側テーパ部分を含む、請求項１のバルク弾性波共振器デバイス。
  28. 請求項１から２７いずれか一項のバルク弾性波共振器デバイスを含む無線周波数フィルタ。
  29. 請求項２８の無線周波数フィルタを含む無線周波数モジュール。
  30. 請求項２９の無線周波数デバイスモジュールを含む無線周波数デバイス。
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