JP2022547182A - 音響波共振器の周波数応答を調整するための負荷をかけられた直列共振器 - Google Patents

Abstract

音響波フィルタデバイスが開示される。デバイスは、音響波フィルタ素子と、音響波フィルタ素子に結合された第１の共振器および第２の共振器とを含む。音響波フィルタ素子は、圧電層の上面に位置するくし型入力電極および出力電極を含む。第１の共振器および第２の共振器の各々は、圧電層の上面に接する上部電極および下面に接する下部電極を含む。第１の共振器の電極および第２の共振器の電極の各々のうちの少なくとも１つが、音響波フィルタ素子に電気的に接続される。第１の共振器は、第１の周波数において共振器インピーダンスの第１の谷を有する。第２の共振器は、第１の周波数と異なる第２の周波数において共振器インピーダンスの第２の谷を有するように、第２の共振器電極に接する第１の質量負荷層を含む。

Description

本明細書は、薄膜無線周波音響波フィルタに関する。

共振器およびフィルタなどの、マイクロアコースティック技術および薄膜技術に基づく無線周波（ＲＦ，Ｒａｄｉｏ‐Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）部品が、携帯電話、ワイヤレスネットワーク、衛星測位などの、無線用途において広く使用されている。集中定数素子、セラミックス、および電磁波を用いた相当品に対するそれらの優位性には、サイズの小ささや大量生産の能力がある。

Fattinger et al., "Optimization of acoustic dispersion for high performance thin film BAW resonators", Proc. IEEE International Ultrasonics Symposium, 2005, pp. 1175-1178

本明細書は、バンドパスの横波バルク音響波（ＬＢＡＷ，Ｌａｔｅｒａｌ Ｂｕｌｋ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｗａｖｅ）フィルタのための技術を説明する。より具体的には、本開示は、ＬＢＡＷフィルタにおける側波帯を抑制し、ＬＢＡＷフィルタのバンドパスフィルタ特性を改善するための、技法を提供する。

ＬＢＡＷは、バンドパスフィルタとして使用することができる。バンドパスフィルタは、１つまたは複数の望ましくない（または寄生的な）側波帯を含むことがある。本開示の実施形態は、ＬＢＡＷと直列に１つまたは複数の音響共振器を追加することによって、望ましくない側波帯を抑制するための技法を提供する。

ＬＢＡＷフィルタは、電極の２つのペアに挟まれた圧電層から形成される。各ペアからの１つの電極は、圧電層の上面に位置し、ＬＢＡＷの入力または出力を形成する。入力電極および出力電極は間隙によって隔てられる。各ペアはまた、圧電層の下面に位置する対向電極を有する。入力共振器において圧電層に交流電圧を印加することによって、入力電極の下の圧電層において機械的な共振が形成される。圧電層の厚みと電極間の間隙は、この機械的な共振が間隙を介して出力共振器に結合されるように設計され得る。そのような結合が発生する周波数範囲が、ＬＢＡＷフィルタの達成可能な帯域幅（または通過帯域の幅）を決定する。

任意選択で、前述のおよび他の実施形態は各々、以下の特徴のうちの１つまたは複数を、単独でまたは組合せで含み得る。

全般に、本明細書で説明される主題の１つの革新的な態様は、音響波フィルタ素子と、第１の共振器と、第２の共振器とを含む、音響波フィルタデバイスにおいて具現化され得る。音響波フィルタは、圧電層の上面に位置する入力電極および出力電極を含む。第１の共振器は、圧電層の上面に接する第１の共振器上部電極および圧電層の下面に接する第１の共振器下部電極を含む。第１の共振器は、第１の周波数において共振器インピーダンスの第１の谷を有し、第１の共振器の上部電極および下部電極のうちの１つは、音響波フィルタ素子に電気的に接続される。第２の共振器は、音響波フィルタ素子に結合され、第２の共振器が第１の周波数と異なる第２の周波数において共振器インピーダンスの第２の谷を有するように、圧電層の上面に接する第２の共振器上部電極と、圧電層の下面に接する第２の共振器下部電極と、第２の共振器上部電極に接する第１の質量負荷層とを含む。第２の共振器の上部電極および下部電極のうちの１つは、音響波フィルタ素子に電気的に接続される。

第１の周波数および第２の周波数は、音響波フィルタ素子の共振器インピーダンスの側波帯内にあり得る。第１の周波数と第２の周波数は少なくとも１％異なってもよい。

いくつかの実施形態では、第１の共振器下部電極は入力電極に電気的に結合され、第２の共振器下部電極は出力電極に電気的に結合される。

第１の共振器上部電極は、第１の共振器の最上位層であり得る。

いくつかの実施形態では、第１の質量負荷層は、第２の共振器上部電極を覆わない。

音響波フィルタデバイスは、第１の共振器上部電極に接する第２の質量負荷層を含み得る。第１の質量負荷層および第２の質量負荷層は、同じ材料であり得るが異なる厚みを有し得る。第１の質量負荷層および第２の質量負荷層は、異なる密度および／または異なる剛性をもつ異なる材料であり得る。いくつかの実施形態では、第１の質量負荷層は、第２の共振器上部電極を覆わない。いくつかの実施形態では、第１の質量負荷層は第１の共振器上部電極を覆い、第２の質量負荷層は第２の共振器上部電極を覆わない。

第１の質量負荷層は、第２の共振器上部電極とは異なる材料であり得る。

第１の質量負荷層は、第２の共振器上部電極と同じ材料であり得る。第１の共振器上部電極および第２の共振器上部電極は異なる厚みを有し得る。

いくつかの実施形態では、第１の共振器下部電極は、圧電層を貫通して延びる第１の導電性ビアによって音響波フィルタ素子に電気的に接続される。第２の共振器下部電極は、圧電層を貫通して延びる第２の導電性ビアによって音響波フィルタ素子に電気的に接続され得る。

入力電極、出力電極、第１の共振器電極、および／または第２の共振器電極は、圧電層の上面に接する同じ電極層の別々の部分によって設けられ得る。

圧電層の厚み、および入力電極と出力電極との間隙幅は、入力電極と対向電極との間への無線周波電圧の印加が、圧電層において対称的および非対称的な厚み延長音響共振モードを生み出すようなものであり得る。

音響波フィルタデバイスは、くし型入力電極および出力電極の下の圧電層の下面に位置する対向電極を含み得る。音響波フィルタ素子は、横方向に音響的に結合されたバルク音響波（ＬＢＡＷ）フィルタであり得る。

本明細書において説明される主題の１つの革新的な態様は、圧電層の上面に位置するくし型入力電極および出力電極を備える音響波フィルタ素子と、圧電層の上面に接する共振器上部電極および圧電層の下面に接する共振器下部電極を備える共振器とを含む、音響波フィルタデバイスにおいて具現化され得る。共振器は、音響波フィルタ素子に直列に電気的に接続される。共振器は、音響波フィルタ素子の通過帯域の外側にある第１の周波数において共振器インピーダンスの谷を有する。

共振器は共振器上部電極に接する質量負荷層を含んでもよく、質量負荷層の厚みは第１の周波数の変化に影響する。共振器は、共振器上面と音響波フィルタ素子の入力電極および出力電極のうちの１つとの間の電気的接続によって、音響波フィルタ素子に電気的に接続され得る。

本明細書で説明される主題は、以下の利点のうちの１つまたは複数を実現するように、特定の実施形態において実装され得る。本明細書において説明される実施形態は、寄生側波帯を抑制することによって、音響バンドパスフィルタ、たとえばＬＢＡＷフィルタの全体／広帯域／阻止帯域の応答を改善する。この抑制は、特定の周波数において、または周波数の範囲にわたって行われ得る。加えて、本明細書で説明されるＬＢＡＷフィルタは、垂直に積層されたバルク音響波（ＢＡＷ，ｂｕｌｋ ａｃｏｕｓｔｉｃ ｗａｖｅ）結合共振器フィルタにおける２つの圧電層と比較して、単一の圧電層しか使用しないので、製造がより簡単であり得る。それらは、インターデジタル変換器（ＩＤＴ，ｉｎｔｅｒｄｉｇｉｔａｌ ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）電極の寸法よりも、圧電層の厚みによって動作が決定されるので、表面音響波（ＳＡＷ，ｓｕｒｆａｃｅ ａｃｏｕｓｔｉｃ ｗａｖｅ）フィルタより高い周波数で動作することもできる。いくつかの実施形態では、ＬＢＡＷフィルタは、ＢＡＷフィルタより広い帯域幅も達成することができる。ＬＢＡＷフィルタは、ＢＡＷにおける１０個近くのリソグラフィパターニングステップと比較して単一のリソグラフィパターニングステップでフィルタとして働くことができ、ＳＡＷにおいて必要とされる反射器なしで動作することができるので、サイズがより小さい。

本明細書の主題の１つまたは複数の実施形態の詳細が、添付の図面および以下の説明に記載される。主題の他の特徴、態様、および利点が、説明、図面、および特許請求の範囲から明らかになるであろう。

多層（ｓｏｌｉｄｌｙ‐ｍｏｕｎｔｅｄ）ＬＢＡＷフィルタの概略透視図である。 自己支持ＬＢＡＷフィルタの概略透視図である。 インターデジタル変換器（「ＩＤＴ」）電極構造の概略平面図である。 ＬＢＡＷ圧電層における２つのタイプの板波伝搬モードのうちの一方の概略図である。 ＬＢＡＷ圧電層における２つのタイプの板波伝搬モードのうちの他方の概略図である。 例示的なＬＢＡＷの分散曲線の図である。 ＬＢＡＷにおける２つの共振モードの概略図である。 周波数の関数としてのＬＢＡＷの例示的な伝送応答の図である。 周波数の関数としてのＬＢＡＷの実験による伝送曲線の図である。 音響共振器構造に接続されたＬＢＡＷを含む回路の概略断面図である。 音響共振器構造に接続されたＬＢＡＷを含む回路の概略平面図である。 図６Ａ～図６Ｂの回路の回路図である。 ＬＢＡＷフィルタと直列に音響共振器を含む第１の例示的なバンドパスフィルタの上面図である。 ＬＢＡＷフィルタと直列に音響共振器を含む第１の例示的なバンドパスフィルタの側面図である。 図７Ａ～図７Ｂのバンドパスフィルタの構成要素間の接続を示す図である。 ＬＢＡＷフィルタと直列に音響共振器を含む第２の例示的なバンドパスフィルタの上面図である。 ＬＢＡＷフィルタと直列に音響共振器を含む第２の例示的なバンドパスフィルタの側面図である。 図７Ｄ～図７Ｅのバンドパスフィルタの構成要素間の接続を示す図である。 ＬＢＡＷフィルタと直列に音響共振器を含む第３の例示的なバンドパスフィルタの上面図である。 ＬＢＡＷフィルタと直列に音響共振器を含む第３の例示的なバンドパスフィルタの側面図である。 図７Ｇ～図７Ｈのバンドパスフィルタの構成要素間の接続を示す図である。 ＬＢＡＷフィルタと直列に質量負荷の異なる音響共振器を含む例示的なバンドパスフィルタの上面図である。 ＬＢＡＷフィルタと直列に質量負荷の異なる音響共振器を含む例示的なバンドパスフィルタの側面図である。 ＬＢＡＷフィルタと直列に質量負荷の異なる音響共振器を含む別の例示的なバンドパスフィルタの上面図である。 ＬＢＡＷフィルタと直列に質量負荷の異なる音響共振器を含む別の例示的なバンドパスフィルタの側面図である。 図９Ａ～図９Ｂのバンドパスフィルタの構成要素のいくつかの間の接続を示す図である。 共振周波数および反共振周波数における共振器のインピーダンスに対する共振器のサイズの例示的な影響を示す図である。 共振周波数および反共振周波数における共振器の抵抗に対する共振器のサイズの例示的な影響を示す図である。

様々な図面における同様の参照番号および名称は、同様の要素を示す。

図１Ａ、図１Ｃは、くし型の幾何学的形状を有する入力電極１５０および出力電極１７０を伴うＬＢＡＷフィルタ（または共振器）１００（「インターデジタル変換器」または「ＩＤＴ」ＬＢＡＷとも呼ばれる）の例を示す。ＬＢＡＷフィルタ１００は、厚みｄを有する圧電（「ピエゾ」）層１１０、ピエゾ層の上面に位置するＩＤＴ電極構造１０２、およびピエゾ層の下面に位置する下側対向電極１２０を含む。ＩＤＴ電極構造（「ＩＤＴ」）１０２は、導電性材料、たとえば金属またはポリシリコンの、２つのくし状の電極１５０および１７０を含む。ＩＤＴ電極１５０および１７０は、「くし」の「爪」または「歯」または「指」となる平行な延長部１５０ａおよび１７０ａをそれぞれ有する。電極１５０および対向電極１２０は、ピエゾ層１１０を伴う入力共振器を形成する。電極１７０および対向電極１２０は、ピエゾ層１１０を伴う出力共振器を形成する。

入力ポート１６０においてＩＤＴ電極１５０と下側対向電極１２０との間に発振する（または交流の）入力電圧を印加することによって、ピエゾ層１１０において音響振動が生み出される。印加される電圧は、圧電効果を介して機械的な（たとえば、音響的な）振動に変換される。共振条件（たとえば、以下でさらに詳述されるような、ある音響共振モードを伴う）のもとでは、この振動は、入力電極１５０の下に定在波を、および間隙領域１９０においてエバネセント波（指数関数的に減衰する振幅を伴う）を生み出すことができる。振動周波数と間隙幅Ｇを適切に選択することで、定在波は、電極１５０の下のピエゾ領域から電極１７０の下のピエゾ領域までの間隙１９０にまたがって機械的に結合して、電極１７０の下のピエゾ層１１０において同様の定在波を生み出すことができる。電極１７０の下の定在波は、逆圧電効果を介して、出力ポート１８０における同じ周波数の出力信号電圧をもたらす。強い圧電結合を伴う機械的な共振においてこの結合が発生する周波数範囲が、ＬＢＡＷフィルタ１００の通過帯域（または帯域幅）を形成する。いくつかの例では、周波数範囲は１．８ＧＨｚから１．９５ＧＨｚの間である。以下でさらに論じられるように、ＬＢＡＷ１００の様々な層の厚みおよび幾何学的形状、ならびに離隔を調整して、フィルタのＲＦ応答および通過帯域を変更することができる。

反射構造１３０は、ピエゾ層１１０における振動を背後の基板１４０から隔離し、音響的な漏洩を防ぐ役割を果たすことができる。薄膜構造は、たとえば、交互に現れる高音響インピーダンス（「Ｚ_ａｃ」）材料層と低音響インピーダンス材料層からなる、ブラッグ反射器であり得る。いくつかの実施形態では、これらの層の厚みは、ＬＢＡＷフィルタの通過帯域の周波数とその近くの周波数がピエゾ層１１０へと反射され、すべての他の周波数がミラーを通過するように設計され得る。

いくつかの実施形態では、ＬＢＡＷ１００は、（図１Ａに示されるように）基板１４０の上に直接積層されず、図１Ｂに示されるように自己支持される。そのような構成では、基板１４０およびミラー１３０は空隙によって置き換えられ、ＬＢＡＷ１００が製造される領域を通って横方向に延びるピエゾ部分が基板１４０によって支持される。

いくつかの実施形態では、図１Ｃに示されるように、延長部１５０ａおよび１７０ａは長方形であり、幅Ｗ、長さＬを有し、間隙幅Ｇだけ離れている。各電極１５０および１７０はそれぞれ、１つまたは複数の延長部１５０ａおよび１７０ａを有する。電極延長部の総数はＫとして指定される。

図１Ｃは、同じ幾何学的形状と離隔Ｇを伴う平行な延長部１５０ａ／１７０ａを伴う長方形のくし型電極１５０／１７０を示すが、他の電極の幾何学的形状も考えられる。設計の検討事項には、電極間の間隙、電極の長さ、ならびに、電極延長部がもしあればその数および形状がある。間隙は、入力電極と出力電極との結合を制御するために使用され得る。より長い電極は、結合を増大させることもできる。帯域幅を制御するために、および／または、結合を増やしてインピーダンス整合をもたらすために、延長部の数Ｋが使用され得る。いくつかの実施形態では、電極は、２つ以上の延長部（たとえば、Ｋ≧２）を伴う長方形の板からなる。たとえば、各延長部は長方形の板であり得る。いくつかの実施形態では、電極は、共通の軸を有する同心円または同心渦である。

ピエゾ層１１０は、様々な圧電材料から形成され得る。例示的な材料には、ＺｎＯ、ＡｌＮ、ＣｄＳ、ＰＺＴ、ＬｉＮｂＯ_３、ＬｉＴａＯ_３、石英、ＫＮＮ、ＢＳＴ、ＧａＮ、Ｓｃ含有ＡｌＮ、または、追加の要素をドープされた、もしくはそれと合金にされた前述の材料がある。ドーピングは、ピエゾ層１１０の電気機械的な特性を改善し、または適合させるために使用され得る。以下でさらに詳述されるように、ピエゾ層の厚みｄは、ＬＢＡＷフィルタの所望の帯域幅の周波数の近くの厚み延長モードがピエゾ層において生み出されるように選択される。いくつかの実施形態では、ピエゾ層の厚みｄは、λ_ｚの２０％から５０％、またはλ_ｚの３０％から４５％であり、λ_ｚは厚み方向の圧電振動の波長である。いくつかの実施形態では、ｄは１５００ｎｍから２５００ｎｍであり、または１８００ｎｍから２２００ｎｍである。

薄膜ＩＤＴ１０２は、様々な材料からなり得る。いくつかの実施形態では、ＩＤＴ電極１５０および１７０は金属である。たとえば、電極材料は、Ａｌ、Ｍｏ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｔｉ、Ｗ、Ｉｒ、Ｒｕ、または、金属および／もしくは追加の材料をドープされた金属、たとえばＡｌＳｉ、ＡｌＳｉＣｕ、ポリシリコンなどの複数の層を含む。ドーピングは、ＩＤＴの電気的もしくは機械的な特性を改善し、または適合させるために使用され得る。

図１Ａは単一の共通対向電極１２０を示すが、フィルタ１００は、入力共振器および出力共振器のための別々の電極を含み得る。様々な材料が、対向電極（たとえば、電極１２０）に適している。たとえば、電極は、Ａｌ、Ｍｏ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｔｉ、Ｗ、Ｉｒ、Ｒｕ、または、金属および／もしくは追加の材料をドープされた金属、たとえばＡｌＳｉ、ＡｌＳｉＣｕなどの複数の層を含み得る。ドーピングは、ＩＤＴの電気的もしくは機械的な特性を改善し、または適合させるために使用され得る。たとえば、電極は、Ｔｉ＋Ｍｏ、Ｔｉ＋Ｗ、ＡｌＮ＋Ｍｏ、またはＡｌ＋Ｗであり得る。電極は多層であり得る。電極は、電極の下に配設される特別な薄いシード層を有し得る。

反射構造１３０は、交互に現れる異なる材料の層からなり得る。たとえば、反射構造１３０は、タングステン（Ｗ）、ＳｉＯ_２、シリコン（Ｓｉ）、炭素（Ｃ）のうちの２つの交互に現れる層を含み得る。たとえば、高音響インピーダンスの層は、Ｗ、Ｍｏ、Ｉｒ、Ａｌ_２Ｏ_３、ダイヤモンド、Ｐｔ、ＡｌＮ、Ｓｉ_３Ｎ_４を含む。低音響インピーダンスの層は、ＳｉＯ_２、ガラス、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃ、ポリマー、または多孔質材料を含み得る。Ｓｉの層は中間の音響インピーダンスをもたらす。ＳｉまたはＳｉＯ_２またはガラス、サファイヤ、石英などの、様々な材料が基板１４０に適している。基板１４０の材料は、高い電気抵抗を有し得る。基板は、携帯電話プラットフォームへの統合などの、ＲＦ用途に適切な厚みを有し得る。たとえば、基板は、５００マイクロメートル未満、または２００マイクロメートル未満の厚みを有し得る。たとえば、６７５μｍの厚みのＳｉウェハを購入して、たとえばモバイルプラットフォームに対する所望のデバイスの厚みを達成するために薄くすることができる。

ＬＢＡＷ１００の音響応答のモデリングは、所望のバンドパス特性を達成するために構造の個々の要素の設計パラメータをどのように調整すべきかということについての指針を与えることができる。たとえば、ＬＢＡＷ１００は、特定の周波数において共振モードを有するように設計され得る。一般に、様々なＬＢＡＷ１００の構成要素の幾何学的形状は、様々な音響特性を達成するように選択され得る。ＬＢＡＷ１００の特性は、互いに独立ではないことがあるこれらの幾何学的形状の組合せに依存し得る。

圧電層１１０において、（たとえば、ポート１６０における）入力電圧の異なる励振周波数ｆにおいて、異なるバルク音響振動モードが生じ得る。ピエゾ層１１０における音響振動は、ラム波（または板波）として横方向に伝搬することができ、このとき粒子の運動は、波の伝搬の方向を含む平面、および垂直な平面（たとえば、図１Ａのｚ軸）において存在する。２つのそのようなモードが図２Ａ～図２Ｂに示される。図２Ａを参照すると、厚み延長（ＴＥまたは縦）バルクモード２００は、主に伝搬方向に垂直な（ｚ方向の）粒子の変位２１０を有する。図２Ｂを参照すると、二次厚み剪断（ＴＳ２）バルクモード２２０は、主に伝搬方向に平行な（ｙ方向の）粒子の変位２３０を有する。両方のモードに対して、厚み方向の共振が生じ得る最低の周波数は、圧電層１１０の厚みｄが半波長λ_ｚに等しいときである（電極１５０／１７０の厚みは無視する）。言い換えると、ｄ＝Ｎλ_ｚ／２であるとき、Ｎ＝１で最低の共振が発生し、Ｎが１より大きい整数であるようなより高次の高調波が後に続く。Ｎは共振の次数を示す。ＴＥ１モードでは、ｄ＝λ_ｚ／２である。以下でさらに論じられるように、電極の幅Ｗと電極間の間隙Ｇは、エバネセントテールを通じて間隙Ｇにまたがって結合して２つの機械的な共振モードを生み出すことができる、ある横方向の波長λ_||を伴うＴＥ１モードの定在波が形成され得るように設計され得る。

ＬＢＡＷ共振器１００の音響特性は、分散曲線で表現され得る。図３を参照すると、ＬＢＡＷ１００の例示的な分散曲線が、電圧入力周波数ｆの関数として、振動の横波数ｋ_||を示し、ここで、ｋ_||＝２π／λ_||である。圧電層の厚みｄと電極１５０または１７０の厚みの合計が概ねバルク振動の波長の半分であるλ_ｚ／２を含む、一次縦（厚み延長、ＴＥ１）振動モードと、バルク振動が主に厚み方向（図２Ｂのｚ軸）に垂直であり、圧電層の厚みｄと電極１５０および１７０の厚みの合計に１つの音響波長λ_ｚが含まれる、二次厚み剪断（ＴＳ２）モードとが、図に示される。ＴＥ１モードは各分散曲線のより暗い部分であり、ＴＳ２モードは各分散曲線のより明るい領域である。上の曲線（「電極なし」）は、間隙１９０の下の圧電層の分散特性を表す。下の曲線（「電極」）は、アクティブ領域としても知られている、電極１５０／１７０の下の圧電層の分散特性を表す。より具体的には、「電極」曲線がｋ_||＝０と交差する場合、ＴＥ１モードでは、約λ_ｚ／２が電極１５０または１７０と圧電層の合計の厚みに含まれる。波はブラッグ反射器へと延び得るので、これは近似である。ｋ_||＝０の直線との「電極なし」曲線の交点は、約λ_ｚ／２が下側電極のみの厚みと圧電層の厚みの合計に含まれるモードを示す。ＴＥ１モードにおいて周波数ｆの増大とともにｋ_||が増大するこのタイプの分散は、タイプ１と呼ばれる。電極エリアと非電極エリアとの間での交点ｋ_||＝０の周波数の差が、フィルタの達成可能な帯域幅のハード限界を決定する。間隙幅Ｇ、電極幅Ｗ、および延長部の数Ｋが、分散の差によって設定される限界内で結合強度を変化させるために使用され得る。

いくつかの実施形態では、ＬＢＡＷ１００は、タイプ１分散を生み出すように設計され得る。たとえば、タイプ１分散が発生し得る、ピエゾ層１００の材料が選択され得る。たとえば、ＺｎＯが使用され得る。別の例では、音響ブラッグ反射器１３０の適切な設計が、タイプ１分散を達成するのを助けることができる。たとえば、ピエゾ層１１０に窒化アルミニウム（「ＡｌＮ」）を使用することで、通常はタイプ２分散を生み出すことができ、このときＴＥ１モードは、最初は周波数ｆの増大とともにｋ_||が減少し、そして周波数ｆの増大とともにｋ_||が増大する、非単調な挙動を示す（図３の分散曲線において説明されたものと概ね類似しているが、ＴＥ１とＴＳ２が入れ替わっている）。しかしながら、いくつかの実施形態では、反射構造１３０（たとえば、音響ブラッグ反射器）の適切な設計により、ＬＢＡＷ１００は、ピエゾ層１００においてＡｌＮを使用し、それでもタイプ１分散を達成することができる。たとえば、非特許文献１を参照されたい。

図３では、ｋ_||の正の値は実数の波数（伝搬波）を示し、負のｋ_||の値は虚数の波数（エバネセント波）に対応する。共振が生じるには、音響エネルギーがＬＢＡＷ共振器構造の内部に閉じ込められなければならない。厚み（ｚ軸）方向において、（反射構造１３０を使用した）基板からの隔離が、エネルギー閉じ込めのために使用され得る。横方向において、エネルギー閉じ込めは、エバネセント波が電極領域の外側に（たとえば、「電極なし」曲線上に）形成するときに発生し得る。ＬＢＡＷの２つの共振器（たとえば、電極１５０／１７０および１２０）間の共振結合を得るために、ＴＥ１モードの定在波が（電極の下の）ピエゾ層のアクティブ領域において形成し、エバネセント波が「電極なし」領域において形成する。言い換えると、ｋ_||は、ＴＥ１「電極」曲線に対しては正であり、ＴＥ１「電極なし」曲線に対しては負である。図３によれば、これは、「閉じ込め範囲」と標識された周波数範囲において発生する。エネルギー閉じ込めは、タイプＩ分散においては実現がより容易であり得る。理論に拘束されることを望むものではないが、図３の太いＴＥ１の線のように分散曲線が単調に増加するとき、「電極」に対して、閉じ込め範囲の中の単一の周波数において、利用可能な単一の虚数の波数があるか、または閉じ込め範囲の上に、単一の実数の波数があるかのいずれかである。前者は、ＴＥ１が電極の外側に伝搬しないことを意味し、後者は、ＴＥ１が電極の外側の伝搬波と結合し、したがって「漏洩」し得ることを意味する。タイプ２分散は類似する曲線によって記述され得るが、ＴＥ１曲線とＴＳ２曲線が入れ替わっている。タイプ２における曲線が非単調であるという事実は、所与の周波数においていくつかの実数の波数があり得るということを意味する。ある周波数に対していくつかの波数があることは、伝搬波が電極の外側において利用可能であることを意味し、これは「漏洩」を引き起こし得る。

図４Ａ～図４Ｂは、定在波共振モードとＬＢＡＷバンドギャップとの関係を示す。図４Ａを参照すると、ＬＢＡＷ１００の一部分は、幅Ｗを伴う２つの隣接する電極４０１および４０２（たとえば、図１Ａのそれぞれの電極１５０および１７０の延長部１５０ａおよび１７０ａに対応する）を含む。ＬＢＡＷ１００のバンドパス周波数応答は、構造において生じる２つ（またはそれより多く）の横方向の定在共振モード４１０および４２０によって形成される。横方向の定在波の共振は、板波が電極４０１および４０２の端部から反射されるときに生じ得る。偶モードの共振４１０では、両方の電極１５０と１７０の下の圧電層は同位相で振動し、一方で奇モードの共振４２０では、位相は反対である。構造の全体の幅がモードの横方向の波長λ_||の半分に概ね等しいとき、偶モードの横方向の定在波共振が生じ得る：λ_ｅｖｅｎ／２＝λ_||／２≒２・Ｗ＋Ｇ

無限小の間隙幅Ｇの極限において、λ_ｅｖｅｎは下から全体の幅に近づく。図４Ａに示されるように、λ_ｅｖｅｎは、Ｇが大きくなると小さくなり、Ｇが大きくなると大きくなる。小さい間隙（たとえば、ゼロ間隙）の場合、λ_ｅｖｅｎは４Ｗに近づき、大きい間隙の場合、λ_ｅｖｅｎは２Ｗに近づく。電極の幅がモードの横方向の波長λ_||の半分に概ね等しいとき、奇モードの横方向の定在波共振が生じ得る：λ_ｏｄｄ／２＝λ_||／２≒Ｗ

図４Ｂを参照すると、偶モード４１０および奇モード４２０は、タイプ１分散を伴うＬＢＡＷに対する入力周波数ｆの関数としての伝送ピークとして示される。タイプ１分散では、偶モード４１０は、より波長の短い奇モード４２０よりも、波長が長く周波数が低い。モード間の周波数の差４３０は、ＬＢＡＷフィルタ１００の達成可能な帯域幅を決定し、構造の音響的性質およびＩＤＴ共振器１０２の寸法に依存する。音響的な結合の強さは、偶の（対称的な）共振と奇の（非対称的な）共振との（共振）周波数の差に関して、（ｆ_{ａｓｙｕｍｍ}－ｆ_{ｓｙｕｍｍ}）／ｆ_０と定義されてもよく、ここでｆ_ｓｙｍｍおよびｆ_{ａｓｙｍｍ}はそれぞれ、対称的な固有周波数および非対称的な固有周波数であり、ｆ_０＝（ｆ_ｓｙｍｍ＋ｆ_{ａｓｙｍｍ}）／２は２つのモード間の中心周波数である。

いくつかの実施形態では、各電極（たとえば、１５０および１７０）の延長部（たとえば、１５０ａおよび１７０ａ）の数を増やすことで、ＬＢＡＷにおける偶モードと奇モードとの周波数の差を大きくし、したがって帯域幅を拡大することができる。この効果は、奇モードの横方向の波長が電極構造の周期性（たとえば、幅Ｗ）に依存し得るのに対し、偶モードは構造の幅全体（たとえば、すべての幅Ｗと間隙Ｇと合計）に依存し得るという事実に起因し得る。たとえば、電極の延長部の総数がＫであり、電極幅がＷであり、間隙幅がＧである場合、偶モード共振周波数における横波音響波の波長λ_||は、λ_ｅｖｅｎ≒Ｋ・Ｗ＋Ｋ・Ｇに近づき、またはそれよりわずかに短い。

しかしながら、この構造における奇モードの横方向の定在波共振は、λ_ｏｄｄ／２≒Ｗに近づき、またはそれよりわずかに大きい。

追加または代替として、いくつかの実施形態では、構造の全体の幅Ｋ・Ｗ＋Ｋ・Ｇは、構造に閉じ込められる高次モードが望まれる奇モード共振となるようなものであり得る。たとえば、Ｋは３１であってもよく、Ｗは３μｍであってもよく、Ｇは２μｍであってもよい。

いくつかの実施形態では、電極延長部の数Ｋは、２と２００の間、または１０と６０の間である。いくつかの実施形態では、電極延長部の長さＬは、５０μｍと２０００μｍの間、または７０μｍと５００μｍの間であり得る。

いくつかの実施形態では、間隙Ｇは、電極１５０および１７０の下に形成される定在波のエバネセントテールの結合が可能になるように選択される。たとえば、電極延長部間の間隙Ｇは、０．１μｍと１０μｍの間、または２μｍと５μｍの間であり得る。

いくつかの実施形態では、電極１５０と１７０のトポロジーは、構造の幅全体にわたる単一の偶モード４１０を生み出すのに十分良好な結合を間隙幅Ｇが電極延長部間にもたらすように設計され得る。たとえば、望まれる偶共振モードにある間隙において、間隙幅Ｇは、エバネセント音響波の減衰長、すなわち元の振幅をＡ_０として振幅がＡ＝Ａ_０・ｅ^－１となる長さの、２％～３００％、または１０％～１００％であり得る。間隙幅Ｇは最適化され得る。間隙の幅を狭くしすぎると、（１）最後には偶モードと奇モードが互いに離れすぎて通過帯域に谷が生じることがあり、（２）奇モードに対する結合係数の低下を招くことがあり、または（３）指から指までの容量性フィードスルーが増大して帯域外の減衰が悪化することがある。

いくつかの実施形態では、間隙幅Ｇは、ピエゾ層の厚みｄに関して定義され得る。たとえば、Ｇは、ｄの１０％から３００％、またはｄの２５％から１５０％となるように設計され得る。

いくつかの実施形態では、電極延長部の幅Ｗは、０．１μｍと３０μｍの間、または２μｍと５μｍの間であり得る。いくつかの実施形態では、Ｗは、望まれる奇モード共振周波数における横波音響波の波長λ_||であるλ_ｏｄｄが得られるように設計され得る。

いくつかの実施形態では、電極幅Ｗは、半波長の倍数が電極幅内に収まらないように設計される。たとえば、Ｗは、望ましい奇共振モードにおける横波音響波の波長λ_||より小さくなるように設計されてもよく、たとえばλ_||＝λ_ｏｄｄである。

いくつかの実施形態では、様々なＬＢＡＷ１００の構成要素の厚みは、様々な音響的特性を達成するように選択されてもよく、相互に依存関係があり得る。たとえば、ピエゾ層１１０の厚みｄ（最小値および最大値）がまず、動作周波数ｆにおけるピエゾ材料の中での音響波長（λ）に関して決定され得る。いくつかの実施形態では、他のＬＢＡＷ１００の層の厚み（最小および最大）は、ピエゾ厚みｄの選択に基づいて選ばれ得る。たとえば、電極（対向電極１２０を含む）と圧電層の厚みの合計は、使用されているモード、たとえば厚み延長モードに対するバルク縦波の波長の約半分となるように選択され得る。Ｎ＝１である基本モード（第１のモード、すなわち１次高調波）はより大きい結合を可能にし得るが、Ｎ＞１のモードも可能である。たとえば、電極１５０および１７０、下側電極１２０、ならびに反射構造１３０の厚みは、ピエゾ層の厚みｄの百分率として定義され得る。いくつかの実施形態では、すべての厚みが選択されると、数Ｋ、幅Ｗ、間隙Ｇ、および長さＬなどの、電極延長部１５０ａおよび１７０ａの幾何学的形状が、ＬＢＡＷ１００の電気インピーダンスをシステムインピーダンスと整合するように調整され得る。理論に拘束されることを望むものではないが、インピーダンス整合は、システムにおける損失と反射を防ぐのを助けることができる。

いくつかの実施形態では、電極１５０および１７０の厚みは、ｄの１％と３０％の間、またはｄの２％と２５％の間、またはｄの３％と１５％の間である。

いくつかの実施形態では、下側電極１２０の厚みは、ｄの５％と５０％の間、またはｄの１０％と３０％の間、またはｄの１０％と２０％の間である。

反射構造１３０がブラッグ反射器であるいくつかの実施形態では、通過帯域波長の必要とされる反射率が得られるように、反射器の代替的な層が設計され得る。たとえば、各層の厚みは、奇のＴＥ１共振モードと偶のＴＥ１共振モードを反射するように、厚み方向の音響波長λ_ｚの４分の１に等しく、またはそれより小さく、またはそれより大きくてもよい。いくつかの実施形態では、ブラッグ反射器の中の単一の層は、ｄの１５％から８０％、またはｄの２０％から７０％であり得る。

電極１５０および１７０の厚みと材料によって決定されるＩＤＴ１０２の質量負荷は、電極領域のＴＥ１モードのｋ_||＝０周波数と電極外側領域のＴＳ２モードのｋ_||＝０周波数との周波数の差が小さくなるように設計され得る。理論に拘束されることを望むものではないが、外側領域のＴＳ２モードと電極領域のＴＥ１モードとの周波数の差が小さいとき、閉じ込め範囲は大きい。より具体的には、外側領域のＴＳ２モードのｋ_||＝０周波数は、電極領域のＴＥ１カットオフ周波数の９５％～９９％であり得る。外側領域のＴＳ２モードのｋ_||＝０周波数と外側領域のＴＥ１モードのｋ_||＝０周波数との周波数の差は大きくなるように、たとえば電極領域のＴＥ１モードカットオフ周波数の５％～１５％、たとえば６．５％～７．５％となるように設計される。

本発明のいくつかの実施形態によれば、外側領域のＴＳ２モードのｋ_||＝０周波数は、電極領域のＴＥ１カットオフ周波数の９８％以上、または９８％と９９．５％の間、または９８．９％である。同様に、電極領域のＴＥ１モードのｋ_||＝０周波数と外側領域のＴＳ２モードのｋ_||＝０周波数との間の周波数の差として表される周波数距離：（電極ＴＥ１－外側ＴＳ２）／外側ＴＳ２は小さくなければならず、たとえば１％のオーダーでなければならない。例として、前記周波数距離は、０．２％と２．１％の間、または０．５％と１．８％の間、または０．８％と１．５％との間、またはたとえば１．１％であってもよい。

図５は、例示的なＬＢＡＷ１００に対する挿入損失ＩＬ（デシベル単位）対周波数ｆの曲線を示す。この曲線は、ＴＥ１波に対応するピーク５１０およびＴＳ２波に対応するピーク５２０を伴う２つの通過帯域を示す。上で論じられたように、各通過帯域の幅は、それぞれのタイプの波に対する偶モードと奇モードの周波数の差によって決定される。ここで、ＴＳ２モードは側波帯５２０ａ（「ＴＳ２通過帯域」とも本明細書で呼ばれる）に対応し、ＴＥ１モードは通過帯域５１０ａ（「ＴＥ１通過帯域」とも本明細書で呼ばれる）に対応する。いくつかの実施形態では、ＬＢＡＷ１００は、ＴＳ２モードに対応するピーク５２０を抑制しながら、ＴＥ１モードに対応するピーク５１０の特性を維持するように設計される。特定の理論に拘束されることを望むものではないが、ピエゾ薄膜材料は厚み方向により強い電気機械的な結合を有するので、ＴＥ１モードの動作が選択され得る。言い換えると、ＴＥ１縦モード振動は、ピエゾ層１１０の厚みにわたって電気的な励振に対してより効率的に結合する。

いくつかの実施形態では、ＬＢＡＷ１００は、ＴＥ１モードに対して、０．５ＧＨｚと１０ＧＨｚの間または１ＧＨｚと４ＧＨｚの間の通過帯域を有するように設計され得る。いくつかの例では、ＴＥ１通過帯域は１．８ＧＨｚと３．７ＧＨｚの間である。通過帯域の限界は、設計の検討事項を織り込むことができる。たとえば、デバイスの寸法は非常に大きくまたは非常に小さくなり得る。大きすぎる寸法は、あまりにも多くの空間を占めて非効率さをもたらし得る。小さすぎる寸法は、薄く狭い電極により性能を低下させて、抵抗および損失につながり得る。いくつかの実施形態では、ＬＢＡＷ１００は、中心周波数に対して０．５％～１５％、たとえば、中心周波数に対して１０％、または５％、または２％、または１％の、ＴＥ１通過帯域幅５１０ａを有するように設計され得る。いくつかの実施形態では、通過帯域における挿入損失は－７ｄＢよりも良く、たとえば－７ｄＢから－０．５ｄＢ、または－５ｄＢから－０．５ｄＢである。

ＬＢＡＷは、バンドパスフィルタとして使用され得る。ＬＢＡＷのＩＤＴ電極は、駆動電気信号を望まれる基本ＴＥ１モードに結合するように設計され得る。有効な結合は、図５の５１０ａのＴＥ１通過帯域と同様の通過帯域をもたらす。しかしながら、この結合は、側波帯５２０ａと同様の１つまたは複数の側波帯ももたらす。側波帯５２０ａは、通過帯域５１０ａより周波数が低いことがあり、通過帯域５１０ａより狭いことがある。側波帯５２０ａは、ＬＢＡＷの平行な延長部（たとえば、延長部１５０ａおよび１７０ａ）の間の電界が原因で生成される。これらの延長部は、ピエゾの厚み方向に非対称的な電界をもたらし、この非対称的な電界はＴＥ１モードとＴＥ２モードの両方に結合する。

本開示の実施形態は、ＴＳ２モードによって生み出されるＬＢＡＷ側波帯を抑制するための技法を提供する。実施形態は、音響共振器をＬＢＡＷに接続することによって側波帯を抑制する。音響共振器の少なくとも１つは、側波帯の帯域幅内の共振周波数においてインピーダンスの谷を有する。以下でさらに詳細に説明されるように、インピーダンスの谷は、共振周波数においてＬＢＡＷの挿入損失の増大を引き起こし、側波帯における挿入損失の全体的な増加をもたらす。

音響共振器は、ＬＢＡＷ１００と直列または並列に追加され得る。たとえば、図６Ａ～図６Ｂを参照すると、構造６００の断面図および平面図は、共振器６１２、６１３、６１５、および６１６に接続されるＬＢＡＷ１００を含む。図６Ｃは、構造６００の対応する回路図を示す。構造６００において、ピエゾ層１１０は、ＬＢＡＷ１００およびすべての接続されたフィルタに共通である。図６Ｂの左から右に移ると、並列共振器６１２および直列共振器６１３が、ＬＢＡＷ１００の入力ポート１６０の前に位置する。直列共振器６１５および並列共振器６１６が、ＬＢＡＷ１００の出力ポート１８０の後に位置する。並列共振器６１２、６１６において、下側の電極は接地される。直列共振器６１３、６１５において、信号はピエゾ層１１０の向こうにある下側の設置されていない電極に向かう。

１つまたは複数の直列共振器を伴う実施形態は、直列共振器の共振周波数が側波帯の通過帯域周波数内にあり、側波帯を抑制するように設計され得る。音響共振器（たとえば、ＢＡＷ／ＦＢＡＲ共振器）は、反共振周波数において非常に高いインピーダンスを有する。そのような高いインピーダンスは、駆動電気信号の通過を妨げ、フィルタを通る信号伝送を減らす。したがって、信号伝送を減らしてＬＢＡＷの側波帯を抑制するために、ＬＢＡＷフィルタの側波帯内の１つまたは複数の反共振周波数を伴う共振器が、ＬＢＡＷフィルタに直列に追加され得る。

１つまたは複数の並列共振器を伴う実施形態は、並列共振器の共振周波数が側波帯の通過帯域周波数内にあり側波帯を抑制するように設計され得る。音響共振器（たとえば、ＢＡＷ／ＦＢＡＲ共振器）は、共振周波数において非常に低いインピーダンスを有する。そのような低いインピーダンスは、駆動電気信号をグラウンドに流し、フィルタを通る信号伝送を減らす。したがって、１つまたは複数の共振周波数における信号伝送を減らしてＬＢＡＷの側波帯を抑制するために、ＬＢＡＷフィルタの側波帯内の１つまたは複数の共振周波数を伴う共振器が、ＬＢＡＷフィルタに並列に追加され得る。一般に、１つまたは複数の並列共振器は、（ｉ）ＬＢＡＷの入力もしくは出力電極を並列共振器として使用すること、および／または（ｉｉ）１つまたは複数の並列共振器をＬＢＡＷフィルタに接続することによって、ＬＢＡＷフィルタに統合され得る。

共振器の共振周波数および反共振周波数は、共振器の質量負荷を調整することによって合わされ得る。質量負荷は、共振器の１つまたは両方の電極に１つまたは複数の質量負荷層を当てることによって達成され得る。質量負荷層は、背後にある電極とは異なる材料またはそれと同じ材料からなり得る。後者の場合、２つの共振器は異なる厚みの電極を有することが検討され得る。

２つの共振器間の異なる質量負荷は、ｉ）一方の共振器の電極には質量負荷層を当てるが他方の共振器の電極には当てないこと、ｉｉ）２つの共振器の２つのそれぞれの電極に異なる厚みの同じ（または異なる）材料を当てること、および／またはｉｉｉ）２つの共振器の２つのそれぞれの電極に異なる材料の層を当てることによって達成され得る。加えて、２つの共振器間の異なる質量負荷は、２つの共振器の電極に異なる厚みを持たせることによって達成され得る。

同じ材料からなる質量負荷層を伴う２つの共振器のうち、より厚い質量負荷層を伴う共振器がより大きい質量を有するので、より薄い電極を伴う共振器より低い反共振周波数を有する。したがって、反共振周波数は、共振器の電極の上の負荷を追加または除去することによって調整され得る。

直列共振器（すなわち、ＬＢＡＷと直列の共振器）は、抑制されるべき１つまたは複数の側波帯の周波数範囲（たとえば、側波帯５２０ａの周波数範囲）内に反共振周波数を有するように設計され得る。その上、異なる反共振周波数をもつ複数の直列共振器が、（同じ共振周波数をもつ直列共振器と比較して）より広範囲の周波数にわたる側波帯を抑制するように、または複数の側波帯を抑制するように設計され得る。

図７Ａ～図９Ｂは、ＬＢＡＷ１００と直列に音響共振器を含む例示的なバンドパスフィルタを示す。図７Ａ～図７Ｂ、図８Ａ～図８Ｂ、および図９Ａ～図９Ｂは、それぞれ、バンドパスフィルタ７００、７１０、および７２０の上面図と断面図を示す。フィルタ７００、７１０、および７２０は、それらの直列共振器（ここでは「共振器」とも呼ばれる）のうちの１つまたは複数の中の１つまたは複数の質量負荷層が異なり得ることを除き、全般に同じであり得る。フィルタ７００、７１０、７２０は、説明されたことを除き、フィルタアセンブリ６００と全般に同じであり得る。たとえば、フィルタ７００、７１０、７２０は任意選択で、並列共振器６１２、６１６を省略することができるが、そのような並列共振器はそれでも、ＬＢＡＷフィルタ間に含まれ得る。

フィルタ７００はＬＢＡＷフィルタ１００と直列に直列共振器７０２、７０４を含み、フィルタ７１０はＬＢＡＷフィルタ１００と直列に直列共振器７０２、７１２を含み、フィルタ７２０はＬＢＡＷフィルタ１００と直列に直列共振器７２２、７２４を含む。共振器７０２、７０４、７１２、７２２、７２４の各々が、圧電層１１０を挟む上部電極および下部電極を有する。上部電極は、フィルタ７００、７１０、７２０のための出力電極としての役割を果たすことができる。共振器７０２、７０４、７１２、７２２、７２４、およびＬＢＡＷ１００は、共通の圧電層１１０を共有することができる。

ＬＢＡＷフィルタ１００は、共通の入力電極１５４からの延長部１５２を有する入力電極１５０、および共通の出力電極１７４からの延長部１７２を有する出力電極１７０を伴う、ＩＤＴ１０２を含む。対向電極１２０が、延長部１５２および／または１７２と同じエリアにおいて圧電層の下側に配置され得る。したがって、ＬＢＡＷ１００では、圧電層１１０は、延長部１５０と対向電極１２０との間に挟まれる。対向電極１２０は接地され得る。対向電極１２０の外縁は共通の電極１５４、１７４の内縁と揃っているものとして示されているが、これは必要とされない。たとえば、対向電極１２０は共通の電極１５４、１７４の下に部分的に延びてもよく、この場合、それらは、並列共振器を形成し、または、対向電極１２０は共通の電極１５４、１７４の手前で止まる。

図７Ａ、図７Ｂ、および図７Ｃを参照すると、フィルタ７００は、ＬＢＡＷ１００のそれぞれ入力電極１５０および出力電極１７０に結合される、２つの直列共振器７０２、７０４を含む。具体的には、各直列共振器７０２、７０４は、上部電極としてそれぞれの導電層７３２、７３４と、下部電極としてそれぞれの導電層７３６、７３８とを含む。直列共振器７０２において、圧電層１１０は導電層７３２、７３６の間に挟まれ、直列共振器７０４において、圧電層１１０は導電層７３４、７３８の間に挟まれる。

各下部電極は、それぞれの入力電極１５０および出力電極１７０に電気的に結合される。導電層７３６、７３８はそれぞれ、共通の電極１５４、１７４に電気的に接続され得る。具体的には、ＬＢＡＷ１００の入力電極および出力電極を下部電極に接続するために、圧電層１１０を貫通して導電性ビアが形成され得る。たとえば、圧電層１１０を貫通して形成される導電性ビア７４０ａは、共通の電極１５４を導電層７３６に接続することができる。同様に、圧電層１１０を貫通して形成される導電性ビア７４２は、共通の電極１７４を導電層７３８に接続することができる。

ＬＢＡＷ１００が導電層７４０ｂを通って直列共振器７０２に接続され、対向電極１２０が延長部１５４の下に延びることを除き、図７Ｄから図７Ｆは図７Ａから図７Ｃと同様である。コネクタ７４０ｂは、ＬＢＡＷ１００の共通の電極１５４を直列共振器７０２の導電層７３２に電気的に接続する。

ＬＢＡＷ１００が直列共振器７０６に電気的に接続され、直列共振器７０６が直列共振器７０２に電気的に接続されることを除き、図７Ｇから図７Ｉは図７Ａから図７Ｃと同様である。直列共振器は、延長部１５４の少なくとも一部と下部導電層７３６の少なくとも一部とに挟まれる圧電層１１０によって形成される。直列共振器７０６は、たとえば導電層７３６を通じて、直列共振器７０２と電気的に接続される。

前に説明されたように、直列共振器７０２と７０４のいずれかまたは両方（図７Ａ～図７Ｉに示される例のいずれかにおける）の反共振周波数は、それぞれの導電層７３２、７３４に質量負荷を追加することによって、またはそれらから質量負荷を除去することによって合わされ得る。共振器７０２、７０４の反共振周波数を下げるために、質量負荷を提供する層が、それぞれの共振器の導電層７３２、７３４の上に堆積され得る。共振器７０２、７０４の反共振周波数を高めるために、たとえば、エッチングを通じて、またはより厚みが小さくなるように製造することによって、それぞれの共振器の導電層７３２、７３４を部分的に除去する、すなわち薄くすることができる。

図８Ａおよび図８Ｂは、直列共振器７０２および直列共振器７１２を伴うバンドパスフィルタ７１０を示す。具体的には、２つの共振器７０２、７１２の質量負荷は異なるので、２つの共振器７０２、７０４は異なる反共振周波数を有する。両方の反共振周波数が、ＬＢＡＷ１００の側波帯５２０の周波数範囲内にあり得る。

直列共振器７１２は、共振器７０４の導電層７３４（または上部電極）の上に質量負荷層７５０を追加することによって形成される。いくつかの実施形態では、導電層７３４は、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、またはポリシリコン（ｐｏｌｙ－Ｓｉ）からなり、層７５０は、酸化シリコン（ＳｉＯ_２）および／または窒化シリコン（ＳｉＮ）からなる。質量負荷層７５０の追加により、共振器７１２は共振器７０４より低い反共振周波数を有し得る。

質量負荷層７５０の厚みは、共振器７１２の所望の反共振周波数を提供するように選択され得る。たとえば、そうではなく共振器７０４の反共振周波数が側波帯５２０ａの周波数範囲より高いかまたは低い場合、共振器７１２のために側波帯５２０ａ内で反共振周波数を提供するために、共振周波数がずれるように層７５０の厚みが選択され得る。厚みは、層７５０を厚くする（たとえば、さらなる材料を堆積することによって）または薄くする（たとえば、エッチングによって）ことによっても調整され得る。

共振器７０２は、共振器７１２とは異なる厚みを有し得る。この厚みの差は、２つの導電層７３２、７３４の異なる厚み、または質量負荷層７５０が共振器７１２には存在するが共振器７０２には存在しないこと、または２つの導電層７３２、７３４に接する質量負荷層の異なる厚みに起因し得る。２つの共振器７０２および７１２に対して異なる厚みをもたらし得る他の選択肢は、圧電層の異なる厚み、２つの共振器の任意の他の層の異なる厚み、または２つの共振器の複数の層の異なる厚みである。

共振器７１２は、共振器７０２に含まれない１つまたは複数の材料からなり得る。たとえば、共振器７０２の上部電極の中の質量負荷層７５０は、導電層７３２、７３４の材料（たとえば、アルミニウム、銅など）と異なる材料（たとえば、酸化シリコン、窒化シリコンなど）からなり得る。

質量負荷層７５０は、導電層７３４と同じ材料または異なる材料からなり得る。たとえば、導電層７３４はアルミニウム（Ａｌ）からなっていてもよく、質量負荷層７５０はＡｌ、酸化シリコン、および／または窒化シリコンからなっていてもよい。質量負荷層７５０が導体、たとえば導電層７３４と同じ導電性材料である場合、共振器７１２は、共振器７０２より厚い電極を有することが検討され得る。

図８Ａおよび図８Ｂは、共振器７１２に質量負荷層７０８を含めることおよび共振器７０２に質量負荷層を含めないことによって異なる質量負荷を達成することを示すが、他の技法が可能である。たとえば、両方の共振器が、異なる厚みおよび／または材料の質量負荷層を含み得る。たとえば、２つの共振器７０２、７０４の質量負荷層は、同じ材料からなるが厚みが異なり得る。

別の例として、２つの共振器７０２、７０４の質量負荷層は、異なる材料からなり、任意選択で同じ厚みであり得る。代替または追加として、共振器７０２の共振器電極（すなわち、導電層７３２）の厚みは、共振器７１２の電極（すなわち、導電層７３４）の厚みと異なり得る。代替または追加として、共振器７０４および７０２の異なる密度、およびしたがって異なる質量負荷を提供するために、導電層７３２の材料は導電層７３４の材料とは異なり得る。

前に述べられたように、ＬＢＡＷの側波帯の（単一の直列共振器または単一の反共振周波数をもつ構成と比較して）より広範囲の周波数を抑制するために、側波帯内に異なる反共振周波数をもつ複数の共振器がＬＢＡＷに直列に接続され得る。異なる反共振周波数をもつ複数の直列共振器は、駆動電気信号が通過するのを防ぐ高いインピーダンスをもたらし、反共振周波数の各々においてフィルタを通る信号送信を減らす。たとえば、フィルタ７１０の２つの共振器７０２および７１２が、ＬＢＡＷ１００の側波帯周波数（たとえば、側波帯５２０ａ）内にある異なる反共振周波数を有するとき、側波帯は、２つの共振器が同じ反共振周波数を有するときと比較して、より広い範囲の周波数にわたって抑制される。

図９Ａ～図９Ｃは、２つの直列共振器７２２、７２４を伴う例示的なバンドパスフィルタ７２０を図示し、各直列共振器は異なる質量負荷をもつ複数の領域を含む。たとえば、直列共振器７２２は、異なる第１の質量負荷および第２の質量負荷をもつ領域７６０および７６２を含んでもよく、直列共振器７２４は、異なる第３の質量負荷および第４の質量負荷をもつ領域７６４および７７６を含んでもよい。

具体的には、共振器７２２は、導電層７３２の第１の部分７６０の上に質量負荷層７５０を含んでもよく、導電層７３２の第２の部分７６２に接する質量負荷層を含まなくてもよい。共振器７２４は、導電層７３４の上に複数の質量負荷層７５２および７５４を含み得る。たとえば、共振器７２４は、導電層７３４の第１の部分７６４の上の単一の質量負荷層７５２、導電層７３４の第２の部分７６６の上の複数の質量負荷層７５２および７５４を含み得る。

層７５０、７５２、７５４は、同じまたは異なる材料からなり得る。たとえば、導電層７３２、７３４は、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、またはポリシリコンからなってもよく、質量負荷層７５０、７５２、７５４は、酸化シリコン（ＳｉＯ２）、窒化シリコン（ＳｉＮ）、および／または１つまたは複数の金属からなってもよい。層７３２、７３４、７５０、７５４、７５６は異なる厚みを有し得る。いくつかの例では、導電層７３２は、共振器７２２において共振器７２４とは異なる厚みを有し得る。

２つの直列共振器７２２、７２４の４つの領域の性質（たとえば、厚み、材料）に応じて、バンドパスフィルタ７２０は、各々が２つの並列共振器を含む２つの共振器７２２および７２４と直列のＬＢＡＷとして、挿入損失に作用し得る。図９Ｃにより示されるように、共振器７２２の中の２つの並列共振器は、第１の部分７６０および第２の部分７６２によって形成される。直列共振器７２４の中の２つの並列共振器は、第３の部分７６４および第４の部分７６６によって形成される。

図７Ａ～図９Ｂの層７３２、７３４、７５０、７５２、７５４の各々は、ＬＢＡＷ延長部（たとえば、延長部１５０ａまたは１７０ａ）と同じまたは異なる材料でできていてもよい。いくつかの実施形態では、電極７３２、７３４および／またはＬＢＡＷ延長部はアルミニウム（Ａｌ）からなり、層７５０、７５２、７５４は酸化シリコン（ＳｉＯ_２）および／または窒化シリコン（ＳｉＮ）からなる。たとえば、層７５０はＳｉＯ_２からなっていてもよく、層７５２はＳｉＮからなっていてもよい。いくつかの例では、ＳｉＯ２からなる層は厚みが５００ｎｍ未満であり、ＳｉＮからなる層は厚みが１００ｎｍ未満である。いくつかの例では、ＳｉＯ_２からなる層は厚みが５０ｎｍから２５０ｎｍであり、ＳｉＮからなる層は厚みが５ｎｍから５０ｎｍである。

いくつかの実施形態では、１つまたは複数の共振器電極は、それぞれの共振器の最上位層である。たとえば、層７５０は共振器７１２の電極として使用され得る。

共振器の反共振周波数はまた、共振器の横方向の形状を調整することによって合わされ得る。より大きい共振器（たとえば、電極表面が大きい共振器）は、その反共振周波数における抵抗がより低く、駆動電気信号のより小さい部分を阻害する。したがって、阻害を強くするには、小さい共振器が、ＬＢＡＷ側波帯を抑制するために望ましい共振器であり得る。

共振器の幅（たとえば、共振器電極の幅）が閾値の幅より狭い場合、その反共振周波数は共振器の幅に依存するようになる。そのような狭い共振器では、反共振周波数は共振器の幅に依存し、（タイプ１分散、すなわち横方向の波長の短縮とともに周波数が増大することを仮定すると）共振器が狭いほどその反共振周波数は高くなる。共振器は、円形、長方形、ドーナツなどの、任意の形状であり得る。共振器のサイズおよび形状は、広帯域の抑制が達成されるような方法で、密な間隔の共振のスペクトルを生み出すように調整され得る。たとえば、共振器の電極は、ドーナツの形であってもよく、ドーナツ型の並列共振器を形成してもよい。狭いドーナツ共振器のインピーダンスは、１つより多くの共振周波数にピークがあり得るので、単一の共振周波数の共振器（たとえば、長方形の共振器）と比較して、より広い範囲の周波数にわたって挿入損失の抑制をもたらす。共振器の形を決める際、共振周波数と反共振周波数における共振器の抵抗の両方が考慮されるべきであることに留意されたい。たとえば、長方形の共振器と比較して、ドーナツ共振器は、複数の共振周波数を有し、しかし各反共振周波数においてより低い抵抗を有することがあり、反共振周波数におけるより穏やかな阻害効果をもたらす。

図１０Ａ～図１０Ｂは、共振周波数および反共振周波数における共振器のインピーダンスと抵抗に対する共振器のサイズの例示的な影響を示す。図１０Ａは、３つの異なるサイズについて共振器のインピーダンスをサイズの関数として図示し、図１０Ｂは、３つのサイズについて共振器の抵抗をサイズの関数として図示する。プロット１００２および１０１２はそれぞれ、３つのサイズの中で最小の共振器のインピーダンスおよび抵抗を図示する。プロット１００４および１０１４はそれぞれ、３つのサイズの中で最大の共振器の抵抗を図示する。示されるように、最小の共振器（１００２）が、反共振周波数１００６および共振周波数１００８において最大のインピーダンスを有する。最大の共振器（１００４）が、反共振周波数１００６および共振周波数１００８において最低のインピーダンスを有する。最小の共振器はまた、（たとえば、最大の共振器１０１４の抵抗と比較して）反共振周波数において最大の抵抗（１０１２）を有する。

いくつかの実施形態が説明された。それでも、様々な変更が、本開示の趣旨および範囲から逸脱することなく行われ得ることが理解されるであろう。したがって、他の実施形態が、以下の特許請求の範囲内にある。

１００ ＬＢＡＷフィルタ
１０２ ＩＤＴ電極構造
１１０ 圧電層、ピエゾ層
１２０ 下側対向電極、対向電極
１３０ 反射構造、ミラー
１４０ 基板
１５０ 入力電極、ＩＤＴ電極
１５０ａ 延長部
１５２ 延長部
１５４ 共通の入力電極
１６０ 入力ポート
１７０ 出力電極、ＩＤＴ電極
１７０ａ 延長部
１７２ 延長部
１７４ 共通の出力電極
１８０ 出力ポート
１９０ 間隙領域
２００ バルクモード
２１０ 変位
２３０ 変位
４０１ 電極
４０２ 電極
４１０ 偶モード
４２０ 奇モード
４３０ 周波数の差
５１０ ピーク
５１０ａ 通過帯域
５２０ ピーク
５２０ａ 側波帯
６００ 構造、アセンブリ
６１２ 並列共振器
６１３ 直列共振器
６１５ 直列共振器
６１６ 並列共振器
７００ フィルタ
７０２ 直列共振器
７０４ 直列共振器
７１０ フィルタ
７１２ 直列共振器
７２０ フィルタ
７２２ 直列共振器
７２４ 直列共振器
７３２ 導電層
７３４ 導電層
７３６ 導電層
７３８ 導電層
７４０ 導電性ビア
７４２ 導電性ビア
７５０ 質量負荷層
７５２ 質量負荷層
７５４ 質量負荷層
７６０ 領域
７６２ 領域
７６４ 領域
７６６ 領域

Claims (20)

1. 圧電層の上面に位置する入力電極および出力電極を備える、音響波フィルタ素子と、
   前記圧電層の上面に接する第１の共振器上部電極および前記圧電層の下面に接する第１の共振器下部電極を備える第１の共振器であって、該第１の共振器が第１の周波数において共振器インピーダンスの第１の谷を有し、前記第１の共振器上部電極と前記第１の共振器下部電極のうち一方が前記音響波フィルタ素子に電気的に接続される、第１の共振器と、
   前記音響波フィルタ素子に結合される第２の共振器であって、該第２の共振器が前記第１の周波数と異なる第２の周波数において共振器インピーダンスの第２の谷を有するように、前記圧電層の上面に接する第２の共振器上部電極と、前記圧電層の下面に接する第２の共振器下部電極と、前記第２の共振器上部電極に接する第１の質量負荷層とを備え、前記第２の共振器上部電極と前記第２の共振器下部電極のうち一方が前記音響波フィルタ素子に電気的に接続される、第２の共振器と
   を備える音響波フィルタデバイス。
2. 前記第１の周波数と前記第２の周波数が前記音響波フィルタ素子の共振器インピーダンスの側波帯内にある、請求項１に記載のデバイス。
3. 前記第１の周波数と第２の周波数が少なくとも１％異なる、請求項１に記載のデバイス。
4. 前記第１の共振器下部電極が前記入力電極に電気的に結合され、前記第２の共振器下部電極が前記出力電極に電気的に結合される、請求項１に記載のデバイス。
5. 前記第１の共振器上部電極が前記第１の共振器の最上位層である、請求項１に記載のデバイス。
6. 前記第１の質量負荷層が前記第２の共振器上部電極を覆わない、請求項１に記載のデバイス。
7. 前記第１の共振器上部電極に接する第２の質量負荷層を備える請求項１に記載のデバイス。
8. 前記第１の質量負荷層と前記第２の質量負荷層が、同じ材料であるが異なる厚みを有する、請求項７に記載のデバイス。
9. 前記第１の質量負荷層と前記第２の質量負荷層が、異なる密度および／または異なる剛性をもつ異なる材料である、請求項７に記載のデバイス。
10. 前記第１の質量負荷層が前記第２の共振器上部電極を覆わない、請求項７に記載のデバイス。
11. 前記第１の質量負荷層が前記第１の共振器上部電極を覆い、前記第２の質量負荷層が前記第２の共振器上部電極を覆わない、請求項７に記載のデバイス。
12. 前記第１の質量負荷層が前記第２の共振器上部電極と異なる材料である、請求項１に記載のデバイス。
13. 前記第１の質量負荷層が前記第２の共振器上部電極と同じ材料であり、前記第１の共振器上部電極と前記第２の共振器上部電極が異なる厚みを有する、請求項１に記載のデバイス。
14. 前記第１の共振器下部電極が、前記圧電層を貫通して延びる第１の導電性ビアによって前記音響波フィルタ素子に電気的に接続され、前記第２の共振器下部電極が、前記圧電層を貫通して延びる第２の導電性ビアによって前記音響波フィルタ素子に電気的に接続される、請求項１に記載のデバイス。
15. 前記入力電極と前記出力電極と前記第１の共振器の電極と前記第２の共振器の電極が、前記圧電層の上面に接する同じ電極層の別々の部分によって設けられている、請求項１に記載のデバイス。
16. 前記圧電層の厚みおよび前記入力電極と前記出力電極との間の間隙幅が、前記入力電極と対向電極との間への無線周波電圧の印加が前記圧電層において対称的および非対称的な厚み延長音響共振モードを生み出すものである、請求項１に記載のデバイス。
17. くし型の入力電極および出力電極の下の前記圧電層の下面に位置する対向電極を備える請求項１に記載のデバイス。
18. 前記音響波フィルタ素子が横方向に音響的に結合されたバルク音響波（ＬＢＡＷ）フィルタである、請求項１７に記載のデバイス。
19. 圧電層の上面に位置するくし型の入力電極および出力電極を備える音響波フィルタ素子と、
    前記圧電層の上面に接する共振器上部電極および前記圧電層の下面に接する共振器下部電極を備える共振器とを備え、
    前記共振器が、前記音響波フィルタ素子に直列に電気的に接続され、前記共振器が、前記音響波フィルタ素子の通過帯域の外側にある第１の周波数において共振器インピーダンスの谷を有する、音響波フィルタデバイス。
20. 前記共振器が、前記共振器の上面と前記音響波フィルタ素子の前記入力電極および前記出力電極のうち一方との間の電気的接続によって、前記音響波フィルタ素子に電気的に接続される、請求項１９に記載のデバイス。

Images