JP2023106746A - frequency filter - Google Patents

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JP2023106746A
JP2023106746A JP2022007661A JP2022007661A JP2023106746A JP 2023106746 A JP2023106746 A JP 2023106746A JP 2022007661 A JP2022007661 A JP 2022007661A JP 2022007661 A JP2022007661 A JP 2022007661A JP 2023106746 A JP2023106746 A JP 2023106746A
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隆彦 柳谷
Takahiko Yanagiya
航太 泉
Kota Izumi
真之 柴田
Masayuki Shibata
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Waseda University
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Abstract

To provide a frequency filter capable of performing filtering to a large, high-frequency power.SOLUTION: A frequency filter 10 comprises a first laminate 11, a first electrode pair 12, a second laminate 13, a second electrode pair 14, and a substrate 15. The first laminate 11 is configured by alternately and repeatedly laminating first layers 111 each formed of a piezoelectric material and a second layers 112 formed of a piezoelectric material and formed of an insulation material having polarization different from that of the first layer or having no piezoelectricity, one by one. The first electrode pair 12 sandwiches the first laminate 11 in a lamination direction. The second laminate 13 is configured by alternately and repeatedly laminating third layers 131 each formed of a piezoelectric material and fourth layers 132 each formed of an insulation material having polarization different from that of the first layer or having no piezoelectricity, one by one. The second electrode pair 14 sandwiches the second laminate 13 in the lamination direction.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、携帯電話の基地局等で使用される、周波数のフィルタリングを行う周波数フィルタに関する。 The present invention relates to a frequency filter for filtering frequencies used in mobile phone base stations and the like.

携帯電話サービスでは、市中に多数設置された基地局と携帯電話の端末との間で電波を送受信する。基地局及び端末のいずれにおいても、アンテナで受信した電磁波に含まれる多数の周波数から特定の周波数を抽出するという、周波数のフィルタリングを行う周波数フィルタが用いられている。 In the mobile phone service, radio waves are transmitted and received between a number of base stations installed in the city and mobile phone terminals. In both base stations and terminals, frequency filters are used to filter frequencies by extracting a specific frequency from many frequencies contained in electromagnetic waves received by an antenna.

このような周波数フィルタの例として、表面弾性波(Surface Acoustic Wave:SAW)フィルタが知られている(例えば特許文献1参照)。SAWフィルタは、1対の櫛形電極を噛み合わせて成るIDT(Interdigital transducer)を圧電体薄膜の表面に設けたものである。SAWフィルタには、圧電体薄膜の表面に配置した1対のグレーティング反射器で1又は2個のIDTを挟んで成る共振子型と呼ばれるものと、グレーティング反射器は設けずに2個のIDTを設けたトランスバーサル型と呼ばれるものがある。 As an example of such a frequency filter, a surface acoustic wave (SAW) filter is known (see Patent Document 1, for example). A SAW filter has an IDT (Interdigital transducer) formed by interlocking a pair of comb electrodes on the surface of a piezoelectric thin film. There are two types of SAW filters: the resonator type, which consists of one or two IDTs sandwiched between a pair of grating reflectors placed on the surface of a piezoelectric thin film, and the type with two IDTs without a grating reflector. There is a so-called transversal type provided.

また、周波数フィルタの他の例として、バルク弾性波(Bulk Acoustic Wave:BAW)フィルタが知られている。BAWフィルタには、1層の圧電体薄膜とそれを挟むように表裏面に設けられた1対の電極から成るもの(ここでは「単位体」と呼ぶ)を1組として、1組の単位体のみから成るものと、単位体を2組を重ねたものから成るものがある。後者はSCF(Stacked Crystal Filter)とも呼ばれ(特許文献2参照)、電磁波を変換した電気信号を一方の組の1対の電極に入力すると、その電気信号に含まれる特定の周波数の電気信号が他方の組の1対の電極から出力される。1組の単位体のみから成るもの、SCFのいずれも、両端に空気を存在させるか又は両端を真空とすることにより、完全反射が生じる自由端となり、両端に反射器を設ける必要はない。空気の代わりに、基板に固定するために反射器層を設けたSMR(Solidly Mounted Resonator)もある。ここまでに述べたBAWフィルタの各例はいずれも、共振子型の周波数フィルタとして機能する。 A bulk acoustic wave (BAW) filter is known as another example of the frequency filter. A BAW filter consists of a single layer of piezoelectric thin film and a pair of electrodes placed on the front and back sides to sandwich it (herein called a "unit body"). There are those that consist of only one, and those that consist of two sets of unit bodies. The latter is also called SCF (Stacked Crystal Filter) (see Patent Document 2). When an electrical signal converted from an electromagnetic wave is input to one pair of electrodes, an electrical signal of a specific frequency contained in the electrical signal is generated. Output from the other pair of electrodes. Both those consisting of only one set of units and SCFs are free ends where complete reflection occurs by the presence of air or vacuum at both ends, and there is no need to provide reflectors at both ends. Instead of air, there is also an SMR (Solidly Mounted Resonator) with a reflector layer to fix it to the substrate. Each example of the BAW filter described so far functions as a resonator-type frequency filter.

特開2007-088952号公報JP 2007-088952 A 国際公開WO2010/079614号公報International publication WO2010/079614 特開2018-190800号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2018-190800

SAWフィルタは櫛形電極の櫛の間の耐電圧性が低く、大電力の高周波電力に対するフィルタリングを行うことができない。一方、BAWフィルタの圧電体薄膜(SCFでは各圧電体薄膜)の厚さはフィルタリングを行う周波数が高いほど薄くする必要があるが、圧電体薄膜の耐圧性は、当然、薄くなると低下する。そのため、BAWフィルタではフィルタリングを行う周波数が高い場合、大電力の高周波電力に対するフィルタリングを行うことが困難になるという問題があった。 The SAW filter has a low withstand voltage between the combs of the comb-shaped electrodes, and cannot filter high-power high-frequency power. On the other hand, the thickness of the piezoelectric thin film of the BAW filter (each piezoelectric thin film in the SCF) needs to be thinner as the frequency to be filtered is higher, but the pressure resistance of the piezoelectric thin film naturally decreases as it becomes thinner. Therefore, when the frequency to be filtered by the BAW filter is high, there is a problem that it becomes difficult to filter high-power high-frequency power.

本発明が解決しようとする課題は、大電力の高周波電力に対するフィルタリングを行うことができる周波数フィルタを提供することである。 A problem to be solved by the present invention is to provide a frequency filter capable of filtering a large amount of high-frequency power.

上記課題を解決するために成された本発明に係る周波数フィルタは、
a) 圧電材料から成り分極が所定の一方向を向いている第1層と、圧電材料から成り分極が前記第1層の分極とは異なる一方向を向いているか又は圧電性を有しない絶縁材料から成る第2層とを交互に1層ずつ繰り返して合わせて複数積層したものであって、前記第1層の厚さd1と前記第2層の厚さd2が前記第1層内の音速v1と前記第2層内の音速v2を用いて0.7×(v2/v1)d1≦d2≦1.5×(v2/v1)d1の関係にある第1積層体と、
b) 前記第1積層体を積層方向に挟むように設けられた1対の電極から成る第1電極対と、
c) 圧電材料から成り分極が所定の一方向を向いている第3層と、圧電材料から成り分極が前記第3層の分極とは異なる一方向を向いているか又は圧電性を有しない絶縁材料から成る第4層とを交互に1層ずつ繰り返して合わせて、前記第1層と前記第2層を合わせた数と同数積層したものであって、前記第3層の厚さd3と前記第4層の厚さd4が前記第3層内の音速v3と前記第4層内の音速v4を用いて0.7×(v4/v3)d3≦d4≦1.5×(v4/v3)d3の関係にあり、且つ、前記第1層の厚さd1と前記第3層の厚さd3が0.7×(v3/v1)d1≦d3≦1.5×(v3/v1)d1の関係にある第2積層体と、
d) 前記第2積層体を積層方向に挟むように設けられた1対の電極から成る第2電極対と、
を備え、さらに、
e) 一方の面が前記第1電極対の一方の電極と接し他方の面が前記第2電極対の一方の電極と接する絶縁材料から成る基板を備えるか、又は前記第1電極対の一方の電極と前記第2電極対の一方の電極が直接接触している
ことを特徴とする。
A frequency filter according to the present invention, which has been made to solve the above problems,
a) a first layer made of a piezoelectric material, the polarization of which is oriented in a predetermined direction, and an insulating material made of a piezoelectric material, the polarization of which is oriented in a direction different from the polarization of the first layer, or a non-piezoelectric material; A second layer composed of A first laminate having a relationship of 0.7 × (v 2 /v 1 )d 1 ≤ d 2 ≤ 1.5 × ( v 2 /v 1 )d 1 using the speed of sound v 1 and the speed of sound v 2 in the second layer and,
b) a first electrode pair consisting of a pair of electrodes provided to sandwich the first laminate in the lamination direction;
c) a third layer made of a piezoelectric material, the polarization of which is oriented in a predetermined direction, and an insulating material made of a piezoelectric material, the polarization of which is oriented in a direction different from that of the third layer, or a non-piezoelectric material; A fourth layer consisting of the The thickness d4 of the fourth layer is 0.7×( v4 / v3 )d3 d4 1.5 ×(v 4 / v3 ) d3 , and the thickness d1 of the first layer and the thickness d3 of the third layer are 0.7×( v3 / v1 )d1 d3 ≦1.5 a second laminate having a relationship of ×(v 3 /v 1 )d 1 ;
d) a second electrode pair consisting of a pair of electrodes provided to sandwich the second laminate in the lamination direction;
and furthermore,
e) a substrate made of an insulating material having one surface in contact with one electrode of the first electrode pair and the other surface in contact with one electrode of the second electrode pair; The electrode and one electrode of the second electrode pair are in direct contact with each other.

なお、第1層及び第3層を構成する圧電材料は同じ材料であってもよいし、異なる材料であってもよい。また、第2層又は第4層が圧電材料から成る場合には、それらの材料は第1層及び/又は第3層と同じ材料であってもよいし、異なる材料であってもよい。さらに、第2層及び第4層が共に圧電材料から成る場合には、それらの材料は同じ材料であってもよいし、異なる材料であってもよい。 The piezoelectric materials forming the first layer and the third layer may be the same material, or may be different materials. Also, if the second layer or the fourth layer are made of a piezoelectric material, those materials may be the same material as the first layer and/or the third layer, or they may be different materials. Further, when both the second layer and the fourth layer are made of piezoelectric material, those materials may be the same material or different materials.

また、第1層の分極方向と第3層の分極方向は同じ方向であってもよいし、異なる方向であってもよい。また、第2層又は第4層が圧電材料から成る場合には、第2層と第3層の分極方向、又は第4層と第1層の分極方向は、同じ方向であってもよいし、異なる方向であってもよい。さらに、第2層及び第4層が共に圧電材料から成る場合には、第2層と第4層の分極方向は同じ方向であってもよいし、異なる方向であってもよい。 Also, the polarization direction of the first layer and the polarization direction of the third layer may be the same or different. Further, when the second layer or the fourth layer is made of a piezoelectric material, the polarization directions of the second layer and the third layer or the polarization directions of the fourth layer and the first layer may be the same. , may be in different directions. Furthermore, when both the second layer and the fourth layer are made of a piezoelectric material, the polarization directions of the second layer and the fourth layer may be the same or different.

第1層と第2層は合わせて複数層有ればよい。第1層と第2層は少なくとも1層ずつ有ればよいが、第1層と第2層がそれぞれ複数層ずつ有ってもよい。また、第1層と第2層のうちのいずれか一方が他方よりも1層多く有ってもよい。第3層と第4層も、第1層と第2層の場合と同様である。 It suffices that the first layer and the second layer have a plurality of layers in total. At least one first layer and one second layer may be provided, but a plurality of each of the first layer and the second layer may be provided. Also, one of the first layer and the second layer may be one layer more than the other. The third and fourth layers are the same as the first and second layers.

前記第1電極対の一方の電極と前記第2電極対の一方の電極が直接接触している場合には、それら2つの電極が共通の電位となる(典型的には接地する)ようにすればよい。また、それら2つの電極が一体の(1個の)電極であってもよい。 When one electrode of the first electrode pair and one electrode of the second electrode pair are in direct contact, the two electrodes should be at a common potential (typically grounded). Just do it. Also, these two electrodes may be an integrated (single) electrode.

本発明に係る周波数フィルタは、共振子型として機能するBAWとは異なり、従来存在しなかったトランスバーサル型として機能するBAWである。以下、本発明に係る周波数フィルタの動作を説明する。 The frequency filter according to the present invention is a BAW that functions as a transversal type, which has not existed in the past, unlike a BAW that functions as a resonator type. The operation of the frequency filter according to the present invention will be described below.

本発明に係る周波数フィルタでは、複数の周波数を含む交流電力が第1電極対の2個の電極間に入力されると、第1積層体を構成する各第1層は圧電変換により機械的に振動するが、厚さ方向に伝播する振動の成分(この振動は縦波であっても横波であってもよい)はそれら複数の周波数のうち厚さd1及び音速v1(縦波であるか横波であるかによって相違する)により定まる特定の周波数で強くなる。また、第2層が圧電材料から成る場合には、第2層は前記複数の周波数のうち厚さd2及び音速v2により定まる特定の周波数で振動が強くなる。ここで、第2層の厚さd2が(v2/v1)d1又はそれに近い(0.7~1.5倍の)値を有することにより、第1積層体の各第2層は、前記特定の周波数(すなわち、第1層と同じ周波数)で、周波数毎に同じ位相で振動する。一方、第2層が圧電性を有しない絶縁材料から成る場合には、第2層には圧電効果による振動は生じないものの、第1層からの振動を受けて、第2層が第1層と同じ特定の周波数で強く振動する。その結果、第2層が圧電材料、圧電性を有しない絶縁材料のいずれから成る場合にも、第1積層体の全体には、1層あたり半整数となる波数に対応する前記特定の周波数を中心とする特定の周波数範囲内で強い機械的振動が生じる。 In the frequency filter according to the present invention, when AC power including a plurality of frequencies is input between the two electrodes of the first electrode pair, each first layer constituting the first laminate is mechanically converted by piezoelectric conversion. It vibrates, but the component of vibration that propagates in the thickness direction (this vibration may be a longitudinal wave or a transverse wave) is the thickness d 1 and the sound velocity v 1 (longitudinal wave) among those multiple frequencies. or transverse wave). Moreover, when the second layer is made of a piezoelectric material, the second layer vibrates strongly at a specific frequency determined by the thickness d2 and the sound velocity v2 among the plurality of frequencies. Here, the thickness d 2 of the second layer has a value of (v 2 /v 1 )d 1 or close to it (0.7 to 1.5 times), so that each second layer of the first stack has the specific (that is, the same frequency as the first layer), and vibrates in the same phase for each frequency. On the other hand, when the second layer is made of an insulating material that does not have piezoelectricity, although the second layer does not vibrate due to the piezoelectric effect, the vibration from the first layer causes the second layer to become the first layer. vibrate strongly at the same specific frequency as As a result, regardless of whether the second layer is made of a piezoelectric material or a non-piezoelectric insulating material, the specific frequency corresponding to the half-integer wavenumber per layer is applied to the entire first laminate. Strong mechanical vibrations occur within a specific centered frequency range.

こうして第1積層体で生じた前記周波数範囲での強い機械的振動は、基板を経て第2積層体に伝播する。第2積層体では、第1積層体から伝播した機械的振動により第3層及び第4層が励振される。ここで、第3層の厚さd3が(v3/v1)d1又はそれに近い(0.7~1.5倍の)値を有することにより、第2積層体の各第3層も前記周波数範囲内で振動する。また、各第4層は、圧電材料から成る場合にはその厚さd4が(v4/v3)d3又はそれに近い(0.7~1.5倍の)値を有することにより第3層と同じ周波数範囲内で振動し、圧電性を有しない絶縁材料から成る場合には第3層からの振動を受けて同じ周波数範囲内で振動する。これにより、第2電極対の間に圧電変換によって交流電力が発生する。この交流電力を電気信号として取り出すことにより、本発明に係る周波数フィルタは、第1電極対に入力された複数の周波数のうち前記周波数範囲内の周波数を有する交流電力を第2電極対から取り出す周波数フィルタとして機能する。 Strong mechanical vibrations in the frequency range thus generated in the first stack propagate through the substrate to the second stack. In the second laminate, the mechanical vibration propagated from the first laminate excites the third and fourth layers. Here, the thickness d3 of the third layer has a value of ( v3 / v1 ) d1 or close to it (0.7 to 1.5 times) so that each third layer of the second stack also has a value in said frequency range. vibrate inside. Also, each fourth layer is the same as the third layer by having a thickness d 4 of (v 4 /v 3 )d 3 or close to it (0.7 to 1.5 times) if it is made of piezoelectric material. It vibrates within a frequency range, and if it is made of an insulating material that does not have piezoelectricity, it receives vibration from the third layer and vibrates within the same frequency range. Accordingly, AC power is generated by piezoelectric conversion between the second electrode pair. By extracting this AC power as an electric signal, the frequency filter according to the present invention extracts, from the second electrode pair, AC power having a frequency within the frequency range among the plurality of frequencies input to the first electrode pair. Acts as a filter.

本発明に係る周波数フィルタによれば、入力側である第1電極対の間に第1層及び第2層をそれぞれ複数層有すると共に、出力側である第2電極対の間に第3層及び第4層をそれぞれ複数層有するため、第1電極対の間及び第2電極対の間を、従来の共振器型のBAWよりも厚い圧電体製の部材(第1積層体及び第2積層体)によって電気的に絶縁することができる。そのため、耐電圧性を高くすることができ、フィルタリングを行う周波数範囲が高い場合であっても大電力の高周波電力に対するフィルタリングを行うことが可能となる。 According to the frequency filter of the present invention, the first layer and the second layer are provided between the first electrode pair on the input side, and the third layer and the second layer are provided between the second electrode pair on the output side. Since each of the fourth layers has a plurality of layers, a piezoelectric member (first laminated body and second laminated body) thicker than the conventional resonator type BAW is placed between the first electrode pair and between the second electrode pair ) can be electrically isolated. Therefore, it is possible to increase the withstand voltage property, and even when the frequency range to be filtered is high, it is possible to perform filtering of high-power high-frequency power.

本発明に係る周波数フィルタにおいて、
前記第2層が圧電材料から成り、
前記第1層における分極の該第1層に平行な成分と、前記第2層における分極の該第2層に平行な成分が互いに逆方向を向いており、
及び/又は、
前記第4層が圧電材料から成り、
前記第3層における分極の該第3層に平行な成分と、前記第4層における分極の該第4層に平行な成分が互いに逆方向を向いている
という構成を取ることができる。
In the frequency filter according to the present invention,
wherein the second layer is made of a piezoelectric material;
A component of polarization in the first layer parallel to the first layer and a component of polarization in the second layer parallel to the second layer are directed in opposite directions,
and/or
wherein the fourth layer is made of a piezoelectric material;
A configuration can be adopted in which the polarization component of the third layer parallel to the third layer and the polarization component of the fourth layer parallel to the fourth layer are directed in opposite directions.

このように、第1層と第2層、及び/又は第3層と第4層の間で、分極の各層に平行な成分が違いに逆方向である積層体は、例えばマグネトロンスパッタ法を用いて各層を作製する際に粒子の入射方向を1層おきに異なる方向とすることにより、容易に得ることができる。 In this way, a laminate in which the polarization component parallel to each layer is in the opposite direction between the first layer and the second layer and/or the third layer and the fourth layer is formed by magnetron sputtering, for example. This can be easily obtained by making the direction of incidence of particles different for every other layer when fabricating each layer.

本発明に係る周波数フィルタにおいて、さらに、前記第1電極対のうちの前記第2電極対側とは反対の側にある電極、及び/又は前記第2電極対のうちの前記第1電極対側とは反対の側にある電極に接する吸音材を備えるようにしてもよい。これにより、第1積層体及び/又は第2積層体内を伝播する振動がそれら積層体の吸音材を設けた端面において反射することが抑えられる。これにより、第1積層体及び/又は第2積層体内において不要な共振が生じることを抑えることができる。 In the frequency filter according to the present invention, the electrode on the side of the first electrode pair opposite to the side of the second electrode pair and/or the side of the second electrode pair on the side of the first electrode pair A sound absorbing material may be provided in contact with the electrode on the opposite side. This suppresses reflection of vibration propagating in the first laminate and/or the second laminate at the end surfaces of the laminates provided with the sound absorbing material. Thereby, it is possible to suppress unnecessary resonance from occurring in the first laminate and/or the second laminate.

本発明に係る周波数フィルタリング方法は、
a) 圧電材料から成り分極が所定の一方向を向いている第1層と、圧電材料から成り分極が前記第1層の分極とは異なる一方向を向いているか又は圧電性を有しない絶縁材料から成る第2層とを交互に1層ずつ繰り返して合わせて複数積層したものであって、前記第1層の厚さd1と前記第2層の厚さd2が前記第1層内の音速v1と前記第2層内の音速v2を用いて0.7×(v2/v1)d1≦d2≦1.5×(v2/v1)d1の関係にある第1積層体と、
b) 前記第1積層体を積層方向に挟むように設けられた1対の電極から成る第1電極対と、
c) 圧電材料から成り分極が所定の一方向を向いている第3層と、圧電材料から成り分極が前記第3層の分極とは異なる一方向を向いているか又は圧電性を有しない絶縁材料から成る第4層とを交互に1層ずつ繰り返して合わせて複数積層したものであって、前記第3層の厚さd3と前記第4層の厚さd4が前記第3層内の音速v3と前記第4層内の音速v4を用いて0.7×(v4/v3)d3≦d4≦1.5×(v4/v3)d3の関係にあり、且つ、前記第1層の厚さd1と前記第3層の厚さd3が0.7×(v3/v1)d1≦d3≦1.5×(v3/v1)d1の関係にある第2積層体と、
d) 前記第2積層体を積層方向に挟むように設けられた1対の電極から成る第2電極対と、
を備え、さらに、
e) 一方の面が前記第1電極対の一方の電極と接し他方の面が前記第2電極対の一方の電極と接する絶縁材料から成る基板を備えるか、又は前記第1電極対の一方の電極と前記第2電極対の一方の電極が直接接触している
周波数フィルタを用い、
複数の周波数を含む交流電力を前記第1電極対の2個の電極間に入力し、該複数の周波数のうちの1つの周波数を有する交流電力を前記第2電極対の2個の電極間で出力することを特徴とする。
A frequency filtering method according to the present invention comprises:
a) a first layer made of a piezoelectric material, the polarization of which is oriented in a predetermined direction, and an insulating material made of a piezoelectric material, the polarization of which is oriented in a direction different from the polarization of the first layer, or a non-piezoelectric material; A second layer composed of A first laminate having a relationship of 0.7 × (v 2 /v 1 )d 1 ≤ d 2 ≤ 1.5 × ( v 2 /v 1 )d 1 using the speed of sound v 1 and the speed of sound v 2 in the second layer and,
b) a first electrode pair consisting of a pair of electrodes provided to sandwich the first laminate in the lamination direction;
c) a third layer made of a piezoelectric material, the polarization of which is oriented in a predetermined direction, and an insulating material made of a piezoelectric material, the polarization of which is oriented in a direction different from that of the third layer, or a non-piezoelectric material; A fourth layer composed of Using the speed of sound v3 and the speed of sound v4 in the fourth layer, the relationship is 0.7×( v4 / v3 )d3 d4 ≦1.5×( v4 / v3 ) d3 , and The thickness d1 of the first layer and the thickness d3 of the third layer have a relationship of 0.7×( v3 / v1 ) d1d3 ≦1.5×( v3 / v1 ) d1 . 2 laminates;
d) a second electrode pair consisting of a pair of electrodes provided to sandwich the second laminate in the lamination direction;
and furthermore,
e) a substrate made of an insulating material having one surface in contact with one electrode of the first electrode pair and the other surface in contact with one electrode of the second electrode pair; Using a frequency filter in which the electrode and one electrode of the second electrode pair are in direct contact,
AC power including a plurality of frequencies is input between the two electrodes of the first electrode pair, and AC power having one of the plurality of frequencies is input between the two electrodes of the second electrode pair. It is characterized by outputting.

なお、本発明に係る周波数フィルタリング方法では、第1層と第2層を合わせた数(入力側の層数)と、第3層と第4層を合わせた数(出力側の層数)は、同じであっても異なっていてもよい。入力側の層数と出力側の層数が異なっている場合には、フィルタリングと同時に、入力した交流電力の電圧を昇圧(入力側の層数よりも出力側の層数の方が多い場合)又は降圧(入力側の層数よりも出力側の層数の方が少ない場合)するトランスとしても機能する(特許文献3参照)。 In the frequency filtering method according to the present invention, the total number of the first and second layers (the number of layers on the input side) and the total number of the third and fourth layers (the number of layers on the output side) are , may be the same or different. If the number of layers on the input side is different from the number of layers on the output side, the voltage of the input AC power is boosted at the same time as filtering (when the number of layers on the output side is greater than the number of layers on the input side). Alternatively, it functions as a transformer for stepping down (when the number of layers on the output side is smaller than the number of layers on the input side) (see Patent Document 3).

本発明により、大電力の高周波電力に対するフィルタリングを行うことが可能な周波数フィルタを得ることができる。 According to the present invention, it is possible to obtain a frequency filter capable of filtering high-power high-frequency power.

本発明に係る周波数フィルタの第1実施形態を示す概略構成図。1 is a schematic configuration diagram showing a first embodiment of a frequency filter according to the present invention; FIG. Al1-xScxN(0≦x≦0.45)から成る層における層に対する垂線からの分極の傾斜角度と電気機械結合係数の関係を示すグラフ。4 is a graph showing the relationship between the polarization tilt angle from the normal to the layer and the electromechanical coupling coefficient in a layer composed of Al 1-x Sc x N (0≦x≦0.45). 第1実施形態の周波数フィルタにおける動作を説明するための図。4A and 4B are diagrams for explaining the operation of the frequency filter of the first embodiment; FIG. 第1実施形態の周波数フィルタの一変形例を示す概略構成図。FIG. 3 is a schematic configuration diagram showing a modified example of the frequency filter of the first embodiment; 第1実施形態の周波数フィルタの他の変形例を示す概略構成図。FIG. 5 is a schematic configuration diagram showing another modification of the frequency filter of the first embodiment; 第1実施形態の周波数フィルタのさらに他の変形例を示す概略構成図。FIG. 5 is a schematic configuration diagram showing still another modification of the frequency filter of the first embodiment; 本発明に係る周波数フィルタの第2実施形態を示す概略構成図。FIG. 5 is a schematic configuration diagram showing a second embodiment of a frequency filter according to the present invention; 第1実施形態及び第2実施形態の周波数フィルタにつき、フィルタ特性を計算で求めた結果を示すグラフ。5 is a graph showing results of calculating filter characteristics of the frequency filters of the first embodiment and the second embodiment; 第2実施形態の周波数フィルタにつき、第1積層体及び第2積層体の層数が異なる複数の例のフィルタ特性を計算で求めた結果を示すグラフ。7 is a graph showing results of calculation of filter characteristics of a plurality of examples in which the number of layers of the first laminated body and the second laminated body are different for the frequency filter of the second embodiment. 第2実施形態の周波数フィルタにつき、入力側及び出力側に接続したインピーダンスが異なる複数の例のフィルタ特性を計算で求めた結果を示すグラフ。10 is a graph showing results obtained by calculation of filter characteristics of a plurality of examples with different impedances connected to the input side and the output side of the frequency filter of the second embodiment; 作製した周波数フィルタの第1積層体を含む部分(a)及び第2積層体を含む部分(b)の断面を撮影した電子顕微鏡写真。Electron micrographs of cross sections of a portion (a) containing the first laminate and a portion (b) containing the second laminate of the fabricated frequency filter. 作製した周波数フィルタの第1積層体につき測定した(0002)面極点図(a)、及びΨ走査曲線を示すグラフ(b)。The (0002) plane pole figure (a) and the graph (b) showing the Ψ scanning curve measured for the first laminate of the fabricated frequency filter. 作製した周波数フィルタの第2積層体につき測定した(0002)面極点図(a)、及びΨ走査曲線を示すグラフ(b)。The (0002) plane pole figure (a) and the graph (b) showing the Ψ scanning curve measured for the second laminate of the fabricated frequency filter. 作製した周波数フィルタにつきフィルタ特性の測定を行った結果(a)、及び得られたフィルタ特性の測定データに対して不要なピーク等を除去する信号処理を行った結果(b)を示すグラフ。7 is a graph showing the results (a) of measuring the filter characteristics of the manufactured frequency filter, and the results (b) of performing signal processing for removing unnecessary peaks and the like from the measurement data of the obtained filter characteristics. 本発明に係る周波数フィルタの第3実施形態を示す概略構成図。FIG. 5 is a schematic configuration diagram showing a third embodiment of a frequency filter according to the present invention; 第1積層体の層数と第2積層体の層数が異なる例を示す概略構成図。FIG. 4 is a schematic configuration diagram showing an example in which the number of layers of a first laminate and the number of layers of a second laminate are different;

図1~図16を用いて、本発明に係る周波数フィルタの実施形態を示す。 Embodiments of the frequency filter according to the present invention are shown using FIGS. 1 to 16. FIG.

(1) 第1実施形態
図1に示す第1実施形態の周波数フィルタ10は、第1積層体11と、第1電極対12と、第2積層体13と、第2電極対14と、基板15とを備える。
(1) First Embodiment A frequency filter 10 of a first embodiment shown in FIG. 1 includes a first laminate 11, a first electrode pair 12, a second laminate 13, a second electrode pair 14, a 15.

第1積層体11は、圧電材料から成る第1層111と、圧電材料から成る第2層112を、基板15側から第1層111、第2層112、第1層111、第2層112の順に交互に複数(4つ)積層したものである。第1層111は、層に対して傾斜した(層に対して平行でも垂直でもない)方向の分極P1=(px, py)を有する。ここでpxは層に平行な方向に関する分極P1の成分、pyは層に垂直な方向に関する分極P1の成分を示す。第2層112が有する分極P2は、層に対して傾斜し、層に平行な方向に関する成分が-px(すなわち第1層111とは逆方向)であって層に平行な方向の成分がpy(すなわち第1層111と同方向)である(P2=(-px, py))。 The first laminate 11 includes a first layer 111 made of a piezoelectric material and a second layer 112 made of a piezoelectric material, which are arranged from the substrate 15 side to form the first layer 111 , the second layer 112 , the first layer 111 and the second layer 112 . Multiple (four) layers are alternately stacked in the order of The first layer 111 has a polarization P 1 =(p x , p y ) in a direction tilted (neither parallel nor perpendicular to the layer) with respect to the layer. Here, p x indicates the component of polarization P 1 in the direction parallel to the layer, and p y indicates the component of polarization P 1 in the direction perpendicular to the layer. The polarization P 2 of the second layer 112 is tilted with respect to the layer, and the component in the direction parallel to the layer is −p x (that is, the direction opposite to that of the first layer 111) and the component in the direction parallel to the layer is p y (that is, the same direction as the first layer 111) (P 2 =(-p x , p y )).

第1層111及び第2層112の圧電材料には、本実施形態ではいずれもウルツ鉱構造を有するAl1-xScxN(0≦x≦0.45)を用いる。なお、xが0.45を超えると、非圧電体となるAl1-xScxNの代わりに、ZnO等の他のウルツ鉱構造を有する圧電材料を用いてもよい。ウルツ鉱構造を有する圧電材料は、例えばマグネトロンスパッタ法を用いて圧電材料の粒子を基板の表面に対して傾斜した方向から入射させて堆積させることにより、層に対して傾斜した分極を有する圧電体層を容易に作製することができるという利点を有する。この方法を用いて第1積層体11を作製する際には、基板をそれに垂直な軸を中心に180°回転させたうえで圧電材料の粒子を堆積させるという操作を繰り返し行えばよい。 Al 1-x Sc x N (0≦x≦0.45) having a wurtzite structure is used for the piezoelectric material of the first layer 111 and the second layer 112 in this embodiment. When x exceeds 0.45, other piezoelectric materials having a wurtzite structure, such as ZnO, may be used instead of Al 1-x Sc x N, which is a non-piezoelectric material. A piezoelectric material having a wurtzite structure is deposited by depositing particles of the piezoelectric material from a direction inclined to the surface of the substrate using, for example, a magnetron sputtering method. It has the advantage that the layers can be easily produced. When using this method to fabricate the first laminate 11, the operation of depositing the particles of the piezoelectric material after rotating the substrate by 180° about an axis perpendicular to the substrate is repeated.

なお、第1層111及び第2層112の圧電材料にAl1-xScxNを用いる場合には、分極P1及びP2の向きは、第1層111及び第2層112に対する垂線から27°~43°傾斜した方向とすることが好ましい。このような方向に傾斜させることにより、電気機械結合係数のうちk'15 2の値を大きくすることができ(図2参照)、後述のように第1積層体11内に生成される横波の強度を高くすることができる。 Note that when Al 1-x Sc x N is used for the piezoelectric material of the first layer 111 and the second layer 112 , the directions of the polarizations P 1 and P 2 are from the perpendicular to the first layer 111 and the second layer 112 . It is preferable that the direction is inclined by 27° to 43°. By tilting in such a direction, it is possible to increase the value of k′ 15 2 among the electromechanical coupling coefficients (see FIG. 2), and as will be described later, the transverse wave generated in the first laminate 11 can be reduced. Strength can be increased.

第1層111及び第2層112は本実施形態ではいずれも同じ厚さとするが、両者の厚さは多少異なっていてもよい。具体的には、第1層111の厚さd1と第2層112の厚さd2が第1層111内の音速v1と第2層112内の音速v2を用いて0.7×(v2/v1)d1≦d2≦1.5×(v2/v1)d1の関係にあるように、第1層111の厚さd1と第2層112の厚さd2を定めればよい。本実施形態のように第1層111と第2層112が同じ圧電材料から成る場合にはv1=v2であるため0.7d1≦d2≦1.5d1の関係を満たせばよい。第1層111と第2層112が異なる圧電材料から成る場合には、圧電材料毎に音速を求めたうえで上記の関係から第1層111の厚さd1と第2層112の厚さd2を定めればよい。 Although both the first layer 111 and the second layer 112 have the same thickness in this embodiment, the thicknesses of both may be slightly different. Specifically , the thickness d 1 of the first layer 111 and the thickness d 2 of the second layer 112 are 0.7×( v 2 /v 1 ) d 1 ≤ d 2 ≤ 1.5 × (v 2 /v 1 )d 1 , the thickness d 1 of the first layer 111 and the thickness d 2 of the second layer 112 are You just have to decide. When the first layer 111 and the second layer 112 are made of the same piezoelectric material as in this embodiment, v 1 =v 2 , so the relationship 0.7d 1 ≦d 2 ≦1.5d 1 should be satisfied. When the first layer 111 and the second layer 112 are made of different piezoelectric materials, the speed of sound is obtained for each piezoelectric material, and from the above relationship, the thickness d1 of the first layer 111 and the thickness of the second layer 112 are d2 should be determined.

第1電極対12は、第1積層体11を積層方向に挟むように設けられた1対の電極121,122から成る。 The first electrode pair 12 is composed of a pair of electrodes 121 and 122 provided so as to sandwich the first laminate 11 in the lamination direction.

第2積層体13は、圧電材料から成る第3層131と、圧電材料から成る第4層132を、基板15側から第3層131、第4層132、第3層131、第4層132の順に交互に複数(4つ)積層したものである。本実施形態では、第2積層体13は第1積層体11と同じ構成とした。すなわち、第3層131と第4層132の材料にはいずれも同じ圧電材料であるAl1-xScxN(0≦x≦1)を用い、第3層131の分極はP1=(px, py)、第4層132の分極はP2=(-px, py)とした。また、第3層131と第4層132は同じ厚さとした。第2積層体13においても第1積層体11と同様に変形した構成を取ることができる。また、第1積層体11と第2積層体13のいずれか一方のみを変形した構成としたり、第1積層体11と第2積層体13を互いに異なる変形をした構成とすることもできる。 The second laminate 13 includes a third layer 131 made of a piezoelectric material and a fourth layer 132 made of a piezoelectric material, which are arranged from the substrate 15 side to form a third layer 131 , a fourth layer 132 , a third layer 131 and a fourth layer 132 . Multiple (four) layers are alternately stacked in the order of In this embodiment, the second laminate 13 has the same configuration as the first laminate 11 . That is, Al 1-x Sc x N (0≦x≦1), which is the same piezoelectric material, is used for both the third layer 131 and the fourth layer 132, and the polarization of the third layer 131 is P 1 =( p x , p y ), and the polarization of the fourth layer 132 is P 2 =(−p x , p y ). Also, the thickness of the third layer 131 and the thickness of the fourth layer 132 are the same. The second laminate 13 can also have a modified configuration similar to the first laminate 11 . Alternatively, only one of the first layered body 11 and the second layered body 13 may be deformed, or the first layered body 11 and the second layered body 13 may be deformed differently from each other.

第2電極対14は、第2積層体13を積層方向に挟むように設けられた1対の電極141,142から成る。 The second electrode pair 14 is composed of a pair of electrodes 141 and 142 provided so as to sandwich the second laminate 13 in the lamination direction.

基板15は、絶縁材料から成る板材であり、一方の面が第1電極対12の一方の電極122と接し他方の面が第2電極対14の一方の電極141と接している。基板15には、例えば、水晶製の板材を用いることができる。水晶は、音響インピーダンスがAl1-xScxNの音響インピーダンスに近いため、特に第1積層体11及び第2積層体13がAl1-xScxN製である場合に基板15の材料として好適に用いることができる。基板15の厚さは特に限定されないが、後述のように第1積層体11で発生する振動が第2積層体13に伝達する際に減衰し過ぎない程度の厚さとする。 The substrate 15 is a plate material made of an insulating material, and has one surface in contact with one electrode 122 of the first electrode pair 12 and the other surface in contact with one electrode 141 of the second electrode pair 14 . For the substrate 15, for example, a quartz plate can be used. Quartz has an acoustic impedance close to that of Al 1-x Sc x N, so it is suitable as a material for the substrate 15 especially when the first laminate 11 and the second laminate 13 are made of Al 1-x Sc x N. It can be used preferably. The thickness of the substrate 15 is not particularly limited, but the thickness should be such that the vibration generated in the first laminate 11 is not excessively damped when it is transmitted to the second laminate 13 as will be described later.

次に、図3を参照しつつ、第1実施形態の周波数フィルタ10の動作を説明する。 Next, operation of the frequency filter 10 of the first embodiment will be described with reference to FIG.

フィルタリングの対象となる、複数の周波数を含む交流電力信号は、第1電極対12の電極121と電極122間に入力する。すると、第1積層体11を構成する各第1層111及び各第2層112は、圧電変換により機械的に振動する。その際、第1層111の分極P1と第2層112の分極P2の、それらの層に平行な成分が互いに逆方向であることにより、第1層111と第2層112はそれらの層に平行且つ互いに逆位相(180°異なる位相)で振動する。その結果、第1積層体11内には、厚さ方向(第1層111及び第2層112に垂直な方向)に伝播する横波の振動が生じる(図3参照)。この横波の振動は、入力した交流電力が有する複数の周波数のうち、第1層111及び第2層112の厚さ並びに音速(それらの層の材料に依存する)で定まる特定の周波数を中心とした特定の周波数範囲内にある振動周波数(前記特定の周波数と同じであってもよいし、該特定の周波数からずれていてもよい)で強く生じる。 An AC power signal containing multiple frequencies to be filtered is input between electrodes 121 and 122 of the first electrode pair 12 . Then, each first layer 111 and each second layer 112 constituting the first laminate 11 mechanically vibrate due to piezoelectric conversion. At that time, the polarization P 1 of the first layer 111 and the polarization P 2 of the second layer 112 are in opposite directions to each other. It vibrates parallel to the layers and in opposite phases (180° out of phase). As a result, transverse wave vibration propagates in the thickness direction (the direction perpendicular to the first layer 111 and the second layer 112) in the first laminate 11 (see FIG. 3). The vibration of this transverse wave is centered on a specific frequency determined by the thicknesses of the first layer 111 and the second layer 112 and the speed of sound (depending on the material of those layers) among the multiple frequencies of the input AC power. It is strongly generated at vibration frequencies within a specified frequency range (which may be the same as or deviated from the specified frequency).

このように第1積層体11内で強く生じた前記振動周波数での横波の振動は、基板15を介して第2積層体13に伝播する。第2積層体13内では、各第3層131及び各第4層132が基板15から伝播した横波の振動により励振される。これにより、第2電極対14の電極141と電極142の間に、圧電変換によって前記振動周波数を有する交流電力が発生する。この交流電力を第2電極対14から取り出すことにより、前記振動周波数の交流電力信号が取り出される。 The transverse wave vibration at the vibration frequency strongly generated in the first laminate 11 in this way propagates to the second laminate 13 via the substrate 15 . In the second laminate 13 , each third layer 131 and each fourth layer 132 are excited by vibration of transverse waves propagated from the substrate 15 . As a result, alternating current power having the vibration frequency is generated between the electrodes 141 and 142 of the second electrode pair 14 by piezoelectric conversion. By extracting this AC power from the second electrode pair 14, an AC power signal of the oscillation frequency is extracted.

以上のように、第1実施形態の周波数フィルタ10は、第1電極対12に入力された複数の周波数を含む交流電力信号のうち、前記特定の周波数範囲内にある周波数(前記振動周波数)の交流電力信号が第2電極対14から出力される周波数フィルタとして動作する。 As described above, the frequency filter 10 of the first embodiment has a frequency (the oscillation frequency) within the specific frequency range among the AC power signals including a plurality of frequencies input to the first electrode pair 12. It operates as a frequency filter in which the AC power signal is output from the second electrode pair 14 .

なお、ここでは第1電極対12を入力側、第2電極対14を出力側として説明したが、第2電極対14を入力側、第1電極対12を出力側とした場合にも上記と同様に動作する。 Although the first electrode pair 12 is assumed to be the input side and the second electrode pair 14 is assumed to be the output side in the above description, the same applies when the second electrode pair 14 is assumed to be the input side and the first electrode pair 12 is assumed to be the output side. works similarly.

第1実施形態の周波数フィルタ10では第1層111及び第2層112に、それらの層に対して傾斜した分極を有する圧電体層を用いたが、その代わりに、図4に示すように第1層111及び第2層112に垂直な分極Pを有する圧電体層を用いてもよい。この場合、第1層111と第2層112では分極Pが互いに逆方向となるようにする。あるいは、第1層111と第2層112のいずれか一方の層を該層に垂直な分極Pを有する圧電体層とし、他方の層を前記一方の層における分極Pとは逆方向の垂直成分を有し該他方の層に対して傾斜した圧電体層を用いてもよい。いずれの場合にも、第1積層体11内には縦波の振動が生成される。これらと同様の構成を第3層131及び第4層132に適用してもよい(図4参照)。 In the frequency filter 10 of the first embodiment, the first layer 111 and the second layer 112 are made of piezoelectric layers having polarization tilted with respect to these layers. A piezoelectric layer having a polarization P perpendicular to the first layer 111 and the second layer 112 may be used. In this case, the polarizations P of the first layer 111 and the second layer 112 are arranged to be opposite to each other. Alternatively, one of the first layer 111 and the second layer 112 is a piezoelectric layer having a polarization P perpendicular to the layer, and the other layer is a vertical component opposite to the polarization P in the one layer. A piezoelectric layer may be used which has a slope with respect to the other layer. In either case, longitudinal wave vibration is generated in the first stack 11 . A configuration similar to these may be applied to the third layer 131 and the fourth layer 132 (see FIG. 4).

あるいは、図5に示すように、第1層111及び第2層112に、それらの層に平行な分極Pを有する圧電体層を用いてもよい。この場合にも、第1層111と第2層112では分極Pが互いに逆方向となるようにする。あるいは、第1層111と第2層112のいずれか一方の層を該層に平行な分極Pを有する圧電体層とし、他方の層を前記一方の層における分極Pとは逆方向の平行成分を有し該他方の層に対して傾斜した圧電体層を用いてもよい。いずれの場合にも、第1積層体11内には上記第1実施形態と同様に横波の振動が生成される。これらと同様の構成を第3層131及び第4層132に適用してもよい(図5参照)。 Alternatively, as shown in FIG. 5, the first layer 111 and the second layer 112 may be piezoelectric layers having a polarization P parallel to those layers. Also in this case, the polarizations P of the first layer 111 and the second layer 112 are made to be opposite to each other. Alternatively, one of the first layer 111 and the second layer 112 is a piezoelectric layer having a polarization P parallel to that layer, and the other layer is a parallel component in the opposite direction to the polarization P in the one layer. A piezoelectric layer may be used which has a slope with respect to the other layer. In either case, transverse wave vibration is generated in the first laminate 11 in the same manner as in the first embodiment. A configuration similar to these may be applied to the third layer 131 and the fourth layer 132 (see FIG. 5).

さらに他の変形例として、第1実施形態の周波数フィルタ10において基板15を設ける代わりに、図6に示すように、第1積層体11と第2積層体13の間に、第1電極対12の一方の電極(第1実施形態における電極122に相当)と第2電極対14の一方の電極(同・電極141に相当)を兼ねる電極151を設けてもよい。この場合、第1積層体11で生じた振動は、電極151を介して第2積層体13に伝播する。このような電極151は、第1層111~第4層が図4や図5に示すような分極や、その他の分極を有する場合にも適用することができる。 As still another modification, instead of providing the substrate 15 in the frequency filter 10 of the first embodiment, as shown in FIG. and one electrode of the second electrode pair 14 (corresponding to the electrode 141 in the first embodiment). In this case, the vibration generated in the first laminate 11 propagates to the second laminate 13 via the electrode 151 . Such an electrode 151 can also be applied when the first layer 111 to the fourth layer have polarization as shown in FIGS. 4 and 5 or other polarizations.

(2) 第2実施形態
次に、第2実施形態の周波数フィルタ20について説明する。この第2実施形態の周波数フィルタ20は、図7に示すように、第1実施形態の周波数フィルタ10にさらに、第1吸音材21及び第2吸音材22を設けたものである。第1吸音材21は、第1電極対12のうちの第2電極対14側とは反対の側にある電極121に接するように設けられている。第2吸音材22は、第2電極対14のうちの第1電極対12側とは反対の側にある電極142に接するように設けられている。第1吸音材21及び第2吸音材22にはいずれも、第1層111と同じ音響インピーダンスを有する材料から成るものであって、端面に凹凸を形成したものを用いた。このような凹凸を有する端面において音波が散乱されることにより吸音される。
(2) Second Embodiment Next, a frequency filter 20 according to a second embodiment will be described. As shown in FIG. 7, the frequency filter 20 of the second embodiment is obtained by adding a first sound absorbing material 21 and a second sound absorbing material 22 to the frequency filter 10 of the first embodiment. The first sound absorbing material 21 is provided so as to be in contact with the electrode 121 on the side of the first electrode pair 12 opposite to the second electrode pair 14 side. The second sound absorbing material 22 is provided so as to be in contact with the electrode 142 on the side of the second electrode pair 14 opposite to the first electrode pair 12 side. Both the first sound absorbing material 21 and the second sound absorbing material 22 are made of a material having the same acoustic impedance as that of the first layer 111, and have uneven end faces. Sound waves are absorbed by being scattered at the end face having such unevenness.

なお、第1吸音材21と第2吸音材22の双方を設ける代わりに、第1吸音材21と第2吸音材22のうちのいずれか一方のみを設けてもよい。また、第1吸音材21及び/又は第2吸音材22と、上述した第1実施形態の各変形例の構成を組み合わせてもよい。 Instead of providing both the first sound absorbing material 21 and the second sound absorbing material 22, only one of the first sound absorbing material 21 and the second sound absorbing material 22 may be provided. Also, the first sound absorbing material 21 and/or the second sound absorbing material 22 may be combined with the configuration of each modification of the first embodiment described above.

第2実施形態の周波数フィルタ20によれば、第1吸音材21及び/又は第2吸音材22を備えることにより、第1積層体11及び/又は第2積層体13内を伝播する振動が、それら積層体の吸音材を設けた端面において反射することが抑えられる。これにより、第1積層体11及び/又は第2積層体13内において不要な共振が生じることを抑えることができる。 According to the frequency filter 20 of the second embodiment, by providing the first sound absorbing material 21 and/or the second sound absorbing material 22, the vibration propagating in the first laminate 11 and/or the second laminate 13 is Reflection at the end faces of these laminates provided with the sound absorbing material is suppressed. Thereby, it is possible to suppress unnecessary resonance from occurring in the first laminated body 11 and/or the second laminated body 13 .

(3) 第1実施形態及び第2実施形態の周波数フィルタに関する計算及び実験例
まず、第1実施形態の周波数フィルタ10及び第2実施形態の周波数フィルタ20(いずれも、第1積層体11及び第2積層体の層数は4つずつ)につき、フィルタ特性を計算で求めた。フィルタ特性は、周波数毎の挿入損失の値で示される。この計算では、第1実施形態及び第2実施形態共に、第1層111、第2層112、第3層131及び第4層132のいずれも、Al1-xScxN(x=0.4)から成るものを用い、厚さを3.8μm、電気機械結合係数k'152を12%(層に垂直な方向からの分極の傾斜角が43°の場合に相当)とした。第1層111~第4層132の横波の音速v1~v4はいずれも3795m/sである。第2実施形態では、実際に第1吸音材21及び第2吸音材22を設ける代わりに、信号処理によって端面での反射の影響を除去することにより、擬似的にに第1吸音材21及び第2吸音材22が存在する状態を再現した。
(3) Calculation and Experimental Examples Regarding the Frequency Filters of the First and Second Embodiments First, the frequency filter 10 of the first embodiment and the frequency filter 20 of the second embodiment (both of The filter characteristics were calculated for each of the two laminates (the number of layers is four). A filter characteristic is indicated by an insertion loss value for each frequency. In this calculation, all of the first layer 111, the second layer 112, the third layer 131, and the fourth layer 132 in both the first embodiment and the second embodiment are Al 1-x Sc x N (x=0.4) with a thickness of 3.8 μm and an electromechanical coupling coefficient k′152 of 12% (corresponding to a polarization inclination angle of 43° from the direction perpendicular to the layer). The sound velocities v1-v4 of the transverse waves in the first layer 111-fourth layer 132 are all 3795 m/s. In the second embodiment, instead of actually providing the first sound absorbing material 21 and the second sound absorbing material 22, signal processing is used to eliminate the effects of reflection on the end face, thereby forming the first sound absorbing material 21 and the second sound absorbing material 22 in a pseudo manner. 2 A state in which the sound absorbing material 22 exists is reproduced.

フィルタ特性の計算結果を図8に示す。第1実施形態では数十~200MHzの周波数幅を有する緩やかなピークの中にスパイク状のピークが多数見られる。このスパイク状のピークは、第1実施形態の周波数フィルタ10中の第1積層体11及び第2積層体13内で生じている不要な共振に起因している。それに対して第2実施形態では、緩やかなピークのみが見られ、スパイク状のピークは見られない。これは、第2実施形態の周波数フィルタ20では第1吸音材21及び第2吸音材22が存在することによって不要な共振が抑えられていることによる。一方、第1実施形態は第2実施形態よりも挿入損失が小さく(図8のグラフでは上側にあり)、信号の損失が抑えられる。 FIG. 8 shows the calculation results of the filter characteristics. In the first embodiment, a large number of spike-like peaks can be seen in gentle peaks having a frequency width of several tens to 200 MHz. This spike-like peak is caused by unnecessary resonance occurring in the first laminated body 11 and the second laminated body 13 in the frequency filter 10 of the first embodiment. On the other hand, in the second embodiment, only gentle peaks are seen, and spike-like peaks are not seen. This is because unnecessary resonance is suppressed in the frequency filter 20 of the second embodiment due to the presence of the first sound absorbing material 21 and the second sound absorbing material 22 . On the other hand, the first embodiment has a smaller insertion loss than the second embodiment (located on the upper side in the graph of FIG. 8), and suppresses signal loss.

第2実施形態の周波数フィルタ20につき、第1積層体11の層数(第1層111と第2層112の層数の和)及び第2積層体13の層数(第3層131と第4層132の層数の和)の双方を2,3及び4とした場合についてそれぞれ、フィルタ特性を計算した。ここで層数が3の場合には、第1層111及び第3層の層数を2、第2層112及び第4層132の層数を1とした。計算結果を図9に示す。なお、層数が4の場合は図8中の第2実施形態の計算結果と同じである。第1積層体11及び第2積層体13の層数が多いほど、通過帯域が狭くなると共に、挿入損失が小さくなり信号の損失が抑えられる。 For the frequency filter 20 of the second embodiment, the number of layers of the first laminate 11 (sum of the number of layers of the first layer 111 and the second layer 112) and the number of layers of the second laminate 13 (the number of layers of the third layer 131 and the second layer 131) The filter characteristics were calculated for each of the cases where the sum of the number of layers of the four layers 132) was set to 2, 3, and 4, respectively. Here, when the number of layers is three, the number of layers of the first layer 111 and the third layer is two, and the number of layers of the second layer 112 and the fourth layer 132 is one. Calculation results are shown in FIG. In addition, when the number of layers is 4, the calculation result of the second embodiment in FIG. 8 is the same. As the number of layers of the first laminated body 11 and the second laminated body 13 increases, the passband becomes narrower and the insertion loss becomes smaller, thereby suppressing signal loss.

第2実施形態の周波数フィルタ20(第1積層体11及び第2積層体の層数は4つずつ)につき、インピーダンス整合を調整することによってフィルタ特性が変化することを計算で確認した。ここでは、周波数フィルタ20の入力側及び出力側にそれぞれR=50Ωの電気抵抗を挿入した場合と、入力側及び出力側にそれぞれR=50Ωの電気抵抗及びL=16nHのインダクタンスを挿入した場合についてフィルタ特性を計算した。計算結果を図10に示す。R=50Ωの電気抵抗のみを挿入した場合よりもR=50Ωの電気抵抗及びL=16nHのインダクタンスを挿入した場合の方が挿入損失が小さくなっており、インピーダンス整合を調整することによって挿入損失が改善されることが確認された。 It was confirmed by calculation that the filter characteristics of the frequency filter 20 of the second embodiment (the number of layers of the first laminate 11 and the number of layers of the second laminate are four each) are changed by adjusting the impedance matching. Here, a case where an electrical resistance of R = 50Ω is inserted on the input side and the output side of the frequency filter 20, and a case where an electrical resistance of R = 50Ω and an inductance of L = 16nH are inserted on the input side and the output side respectively. The filter characteristics were calculated. Calculation results are shown in FIG. Insertion loss is smaller when R=50Ω electrical resistance and L=16nH inductance are inserted than when only R=50Ω electrical resistance is inserted. Insertion loss can be reduced by adjusting impedance matching. Confirmed to be improved.

次に、第1実施形態の周波数フィルタ10(第1積層体11及び第2積層体の層数は4つずつ)を作製した結果を説明する。基板15には、水晶製であって表裏両面がz軸に垂直な面である板材を用いた。 Next, the results of fabricating the frequency filter 10 (the number of layers of the first laminate 11 and the number of layers of the second laminate are four each) of the first embodiment will be described. As the substrate 15, a plate material made of crystal and having both front and back surfaces perpendicular to the z-axis was used.

作製方法は以下の通りである。まず、基板15の両面に金属材を蒸着することにより、電極122及び141を作製した。次に、マグネトロンスパッタ装置の基板ホルダに、電極122側をスパッタターゲット側に向けて基板15を装着した。そのうえで、AlとScの合金から成るスパッタターゲットをスパッタすることにより生成される粒子を窒素ガス雰囲気下で基板15に対して傾斜した方向から電極122の表面に入射させることにより、第1層111を1つ形成した。続いて、基板15をそれに垂直な軸で180°回転させたうえで、上記と同様の方法で第1層111の表面に粒子を入射させることにより、第2層112を1つ形成した。この操作をさらに2回行うことにより、第1積層体11を作製した。 The manufacturing method is as follows. First, the electrodes 122 and 141 were produced by vapor-depositing a metal material on both surfaces of the substrate 15 . Next, the substrate 15 was mounted on the substrate holder of the magnetron sputtering apparatus with the electrode 122 side facing the sputtering target side. Then, particles generated by sputtering a sputtering target made of an alloy of Al and Sc are made incident on the surface of the electrode 122 from a direction inclined with respect to the substrate 15 in a nitrogen gas atmosphere, thereby forming the first layer 111. formed one. Subsequently, after rotating the substrate 15 by 180° about an axis perpendicular to it, one second layer 112 was formed by injecting particles onto the surface of the first layer 111 in the same manner as described above. By performing this operation twice more, the first laminate 11 was produced.

次に電極141をスパッタターゲット側に向けるように基板15を装着し直し、上記と同様の方法で電極141の表面に粒子を入射させることにより、第3層131を1つ形成した。続いて、基板15をそれに垂直な軸で180°回転させたうえで、上記と同様の方法で第3層131の表面に粒子を入射させることにより、第4層132を1つ形成した。この操作をさらに2回行うことにより、第2積層体13を作製した。最後に、第1積層体11の基板15とは反対側の表面、及び第2積層体13の基板15とは反対側の表面にそれぞれ金属材を蒸着することにより、電極121及び142を作製した。 Next, the substrate 15 was mounted again so that the electrode 141 faced the sputtering target side, and particles were made incident on the surface of the electrode 141 in the same manner as described above, thereby forming one third layer 131 . Subsequently, after rotating the substrate 15 by 180° about an axis perpendicular to it, one fourth layer 132 was formed by injecting particles onto the surface of the third layer 131 in the same manner as described above. By performing this operation twice more, the second laminate 13 was produced. Finally, electrodes 121 and 142 were fabricated by vapor-depositing a metal material on the surface of the first laminate 11 opposite to the substrate 15 and the surface of the second laminate 13 opposite to the substrate 15. .

図11に、作製した周波数フィルタ10の断面の電子顕微鏡写真を示す。図11(a)では第1積層体11側を拡大し、(b)では第2積層体13側を拡大している。なお、図11(a)では、図1に示した模式図とは上下を反転している。これらの電子顕微鏡写真から、第1積層体11、第2積層体13共に、交互にジグザグ状に配向した4つの層を有することがわかる。各層の分極は、電子顕微鏡写真の右欄外に矢印で示した方向を向いている。 FIG. 11 shows an electron micrograph of a cross section of the frequency filter 10 produced. 11(a) is an enlarged view of the first laminate 11 side, and FIG. 11(b) is an enlarged view of the second laminate 13 side. Note that FIG. 11A is upside down from the schematic diagram shown in FIG. From these electron micrographs, it can be seen that both the first laminate 11 and the second laminate 13 have four layers oriented alternately in a zigzag pattern. The polarization of each layer is oriented in the direction indicated by the arrow in the right margin of the electron micrograph.

図12(a)に、作製した周波数フィルタ10の第1積層体11につき測定した(0002)面極点図を、図12(b)にΨ走査曲線を、それぞれ示す。これらの図においてΨは基板15に垂直な線に対する角度(傾斜角)、φは方位角を示している。Ψ走査曲線は(a)中の直線に沿ってΨを変化させながらX線回折の強度を得たものである。これらの図より、分極方向(Al1-xScxN結晶のz軸と同じ方向)は第1層111では傾斜角が平均で32.2°であって、第2層112では傾斜角が平均で26.8°であって方位角が第1層111の分極とはほぼ180°異なる。同様に、第2積層体13に関して、図13(a)に示した(0002)面極点図及び図13(b)に示したΨ走査曲線より、分極方向は第3層131では傾斜角が平均で24.6°であって、第4層132では傾斜角が平均で22.3°であって方位角が第3層131の分極とはほぼ180°異なる。 FIG. 12(a) shows the (0002) plane pole figure measured for the first laminate 11 of the fabricated frequency filter 10, and FIG. 12(b) shows the Ψ scanning curve. In these figures, Ψ indicates an angle (tilt angle) with respect to a line perpendicular to the substrate 15, and φ indicates an azimuth angle. The Ψ scanning curve is obtained by obtaining the X-ray diffraction intensity while changing Ψ along the straight line in (a). From these figures, the polarization direction (the same direction as the z-axis of the Al 1-x Sc x N crystal) has an average tilt angle of 32.2° in the first layer 111 and an average tilt angle of 32.2° in the second layer 112 . The azimuth angle is 26.8°, which is almost 180° different from the polarization of the first layer 111 . Similarly, regarding the second laminate 13, the (0002) plane pole figure shown in FIG. 13(a) and the Ψ scanning curve shown in FIG. is 24.6° in the fourth layer 132, and the tilt angle in the fourth layer 132 is 22.3° on average and the azimuth angle differs from the polarization in the third layer 131 by approximately 180°.

作製した周波数フィルタ10につき、ネットワークアナライザを用いてフィルタ特性を測定した。その結果を図14(a)に示す。この測定結果と計算結果(図8)を対比すると、測定結果では300MHz以下の周波数領域において誘導損失が計算結果よりも小さくなっている。これは、横波の他に縦波の振動が生じていることによると考えられる。また、この測定結果では計算結果と同様に、積層体の端面での反射によるスパイク状のピークが見られる。 Filter characteristics of the fabricated frequency filter 10 were measured using a network analyzer. The results are shown in FIG. 14(a). Comparing this measurement result with the calculation result (Fig. 8), the measurement result shows that the induced loss is smaller than the calculation result in the frequency range below 300MHz. It is considered that this is due to the occurrence of vibration of longitudinal waves in addition to transverse waves. In addition, in this measurement result, as in the calculation result, a spike-like peak due to reflection at the end surface of the laminate is observed.

そこで、得られた測定データに対して高速フーリエ変換をしたうえで逆高速フーリエ変換をするという信号処理を行った。その結果を図14(b)に示す。このような信号処理により、縦波の影響及び積層体の端面での反射による影響を除去することができることが確認された。 Therefore, signal processing was performed by subjecting the obtained measurement data to fast Fourier transform and then to inverse fast Fourier transform. The results are shown in FIG. 14(b). It was confirmed that the effects of longitudinal waves and the effects of reflection at the end face of the laminate can be eliminated by such signal processing.

(4) 第3実施形態
ここまでに示した各実施形態では、第1積層体及び第2積層体を構成する全ての層が圧電体材料から成るもの(圧電層)であったが、1層おきに圧電性を有しない絶縁材料から成る層(非圧電層)を設けた、すなわち圧電層と非圧電層を交互に積層した第1積層体及び/又は第2積層体を用いてもよい。図15に例示する周波数フィルタ30では、第1積層体31は第1層(圧電層)111と第2層(非圧電層)313を交互に積層した構成を有し、第2積層体33は第3層(圧電層)131と第4層(非圧電層)333を交互に積層した構成を有する。なお、圧電層の分極の方向は図示したものには限定されない。また、第1層111と第2層313の積層順や、第3層131と第4層333の積層順は、図示したものと逆であってもよい。さらに、第1積層体31及び第2積層体33の層数も図示したものには限定されず、2層、3層、あるいは5層以上であってもよい。第1積層体31及び第2積層体33以外の構成は、第1実施形態の周波数フィルタ10と同様であり、第1及び第2実施形態と同様の変形が可能である。
(4) Third Embodiment In each of the embodiments described so far, all the layers (piezoelectric layers) constituting the first laminate and the second laminate are made of a piezoelectric material. A first laminated body and/or a second laminated body may be used in which layers (non-piezoelectric layers) made of an insulating material having no piezoelectricity are provided at regular intervals, that is, piezoelectric layers and non-piezoelectric layers are alternately laminated. In the frequency filter 30 illustrated in FIG. 15, the first laminate 31 has a structure in which a first layer (piezoelectric layer) 111 and a second layer (non-piezoelectric layer) 313 are alternately laminated. It has a configuration in which a third layer (piezoelectric layer) 131 and a fourth layer (non-piezoelectric layer) 333 are alternately laminated. It should be noted that the polarization direction of the piezoelectric layer is not limited to the illustrated one. Also, the stacking order of the first layer 111 and the second layer 313 and the stacking order of the third layer 131 and the fourth layer 333 may be reversed from those illustrated. Furthermore, the number of layers of the first laminate 31 and the second laminate 33 is not limited to the illustrated one, and may be two layers, three layers, or five layers or more. Configurations other than the first laminated body 31 and the second laminated body 33 are the same as those of the frequency filter 10 of the first embodiment, and modifications similar to those of the first and second embodiments are possible.

(5) その他
ここまでに示した各実施形態では、第1積層体と第2積層体が同数の層を有するが、第1積層体と第2積層体が互いに異なる層数を有している場合にも、周波数フィルタとして機能する。但しその場合には、第1電極対及び第2電極対のいずれかに交流電気信号を導入すると、他方から出力される交流電気信号は入力時とは異なる電圧を有する。これは、そのような構造を有する周波数フィルタが、特許文献3に記載のようにトランスとして機能することによる。例えば、図16に示すように、第1積層体41の層数が2(第1層111と第2層112が1つずつ)、第2積層体43の層数が第1積層体41の層数よりも多い4(第3層131と第4層132が1つずつ)である場合、第1電極対12の電極121と電極122の間に交流電気信号を入力すると、第2電極対14の電極141と電極142の間に、入力した交流電気信号よりも高い電圧を有し周波数がフィルタリングされた交流電気信号が出力される。同じ構成を有する場合に第2電極対14の電極141と電極142の間に交流電気信号を入力すると、第1電極対12の電極121と電極122の間に、入力した交流電気信号よりも低い電圧を有し周波数がフィルタリングされた交流電気信号が出力される。なお、図16に示した構成は一例であって、第1~第3実施形態の場合と同様に、層数、分極の方向、非圧電層の有無、基板15の有無等の変形が可能である。
(5) Others In each of the embodiments described so far, the first laminate and the second laminate have the same number of layers, but the first laminate and the second laminate have different numbers of layers. also acts as a frequency filter. However, in that case, when an AC electric signal is introduced into either the first electrode pair or the second electrode pair, the AC electric signal output from the other has a voltage different from that at the time of input. This is because a frequency filter having such a structure functions as a transformer as described in Patent Document 3. For example, as shown in FIG. When the number of layers is 4 (one each of the third layer 131 and the fourth layer 132), when an AC electric signal is input between the electrodes 121 and 122 of the first electrode pair 12, the second electrode pair Between the electrodes 141 and 142 of 14, a frequency-filtered AC electrical signal having a higher voltage than the input AC electrical signal is output. When an alternating electrical signal is input between the electrodes 141 and 142 of the second electrode pair 14 with the same configuration, a lower voltage than the input alternating electrical signal is applied between the electrodes 121 and 122 of the first electrode pair 12 An alternating electrical signal having voltage and filtered frequency is output. Note that the configuration shown in FIG. 16 is an example, and modifications such as the number of layers, the direction of polarization, the presence or absence of non-piezoelectric layers, the presence or absence of the substrate 15, etc. are possible, as in the first to third embodiments. be.

ここまでに述べた複数の実施形態及びそれらの変形例の他にも、本発明の主旨の範囲内で種々の変形が可能である。 In addition to the multiple embodiments and modifications thereof described so far, various modifications are possible within the scope of the gist of the present invention.

10、20、30…周波数フィルタ
11、31、41…第1積層体
111…第1層
112…第2層
12…第1電極対
121、122…第1電極対の電極
13、33、42…第2積層体
131…第3層
132…第4層
14…第2電極対
141、142…第2電極対の電極
15…基板
151…第1電極対の一方の電極と第2電極対の一方の電極を兼ねる電極
21…第1吸音材
22…第2吸音材
313…第2層(非圧電層)
333…第4層(非圧電層)
10, 20, 30... frequency filters 11, 31, 41... first laminate 111... first layer 112... second layer 12... first electrode pairs 121, 122... electrodes 13, 33, 42... of the first electrode pairs Second laminate 131 Third layer 132 Fourth layer 14 Second electrode pair 141, 142 Second electrode pair electrode 15 Substrate 151 One electrode of the first electrode pair and one of the second electrode pair Electrode 21 that also serves as an electrode of the first sound absorbing material 22 second sound absorbing material 313 second layer (non-piezoelectric layer)
333... Fourth layer (non-piezoelectric layer)

Claims (4)

a) 圧電材料から成り分極が所定の一方向を向いている第1層と、圧電材料から成り分極が前記第1層の分極とは異なる一方向を向いているか又は圧電性を有しない絶縁材料から成る第2層とを交互に1層ずつ繰り返して合わせて複数積層したものであって、前記第1層の厚さd1と前記第2層の厚さd2が前記第1層内の音速v1と前記第2層内の音速v2を用いて0.7×(v2/v1)d1≦d2≦1.5×(v2/v1)d1の関係にある第1積層体と、
b) 前記第1積層体を積層方向に挟むように設けられた1対の電極から成る第1電極対と、
c) 圧電材料から成り分極が所定の一方向を向いている第3層と、圧電材料から成り分極が前記第3層の分極とは異なる一方向を向いているか又は圧電性を有しない絶縁材料から成る第4層とを交互に1層ずつ繰り返して合わせて、前記第1層と前記第2層を合わせた数と同数積層したものであって、前記第3層の厚さd3と前記第4層の厚さd4が前記第3層内の音速v3と前記第4層内の音速v4を用いて0.7×(v4/v3)d3≦d4≦1.5×(v4/v3)d3の関係にあり、且つ、前記第1層の厚さd1と前記第3層の厚さd3が0.7×(v3/v1)d1≦d3≦1.5×(v3/v1)d1の関係にある第2積層体と、
d) 前記第2積層体を積層方向に挟むように設けられた1対の電極から成る第2電極対と、
を備え、さらに、
e) 一方の面が前記第1電極対の一方の電極と接し他方の面が前記第2電極対の一方の電極と接する絶縁材料から成る基板を備えるか、又は前記第1電極対の一方の電極と前記第2電極対の一方の電極が直接接触している
ことを特徴とする周波数フィルタ。
a) a first layer made of a piezoelectric material, the polarization of which is oriented in a predetermined direction, and an insulating material made of a piezoelectric material, the polarization of which is oriented in a direction different from the polarization of the first layer, or a non-piezoelectric material; A second layer composed of A first laminate having a relationship of 0.7 × (v 2 /v 1 )d 1 ≤ d 2 ≤ 1.5 × ( v 2 /v 1 )d 1 using the speed of sound v 1 and the speed of sound v 2 in the second layer and,
b) a first electrode pair consisting of a pair of electrodes provided to sandwich the first laminate in the lamination direction;
c) a third layer made of a piezoelectric material, the polarization of which is oriented in a predetermined direction, and an insulating material made of a piezoelectric material, the polarization of which is oriented in a direction different from that of the third layer, or a non-piezoelectric material; A fourth layer consisting of the The thickness d4 of the fourth layer is 0.7×( v4 / v3 )d3 d4 1.5 ×(v 4 / v3 ) d3 , and the thickness d1 of the first layer and the thickness d3 of the third layer are 0.7×( v3 / v1 )d1 d3 ≦1.5 a second laminate having a relationship of ×(v 3 /v 1 )d 1 ;
d) a second electrode pair consisting of a pair of electrodes provided to sandwich the second laminate in the lamination direction;
and furthermore,
e) a substrate made of an insulating material having one surface in contact with one electrode of the first electrode pair and the other surface in contact with one electrode of the second electrode pair; A frequency filter, wherein an electrode and one electrode of the second electrode pair are in direct contact.
前記第2層が圧電材料から成り、
前記第1層における分極の該第1層に平行な成分と、前記第2層における分極の該第2層に平行な成分が互いに逆方向を向いており、
及び/又は、
前記第4層が圧電材料から成り、
前記第3層における分極の該第3層に平行な成分と、前記第4層における分極の該第4層に平行な成分が互いに逆方向を向いている
ことを特徴とする請求項1に記載の周波数フィルタ。
wherein the second layer is made of a piezoelectric material;
A component of polarization in the first layer parallel to the first layer and a component of polarization in the second layer parallel to the second layer are directed in opposite directions,
and/or
wherein the fourth layer is made of a piezoelectric material;
2. The method according to claim 1, wherein a component of polarization in said third layer parallel to said third layer and a component of polarization in said fourth layer parallel to said fourth layer are directed in opposite directions to each other. frequency filter.
さらに、前記第1電極対のうちの前記第2電極対側とは反対の側にある電極、及び/又は前記第2電極対のうちの前記第1電極対側とは反対の側にある電極に接する吸音材を備えることを特徴とする請求項1又は2に記載の周波数フィルタ。 Further, an electrode of the first electrode pair on the side opposite to the second electrode pair and/or an electrode of the second electrode pair on the side opposite to the first electrode pair 3. A frequency filter according to claim 1 or 2, comprising a sound absorbing material in contact with the . a) 圧電材料から成り分極が所定の一方向を向いている第1層と、圧電材料から成り分極が前記第1層の分極とは異なる一方向を向いているか又は圧電性を有しない絶縁材料から成る第2層とを交互に1層ずつ繰り返して合わせて複数積層したものであって、前記第1層の厚さd1と前記第2層の厚さd2が前記第1層内の音速v1と前記第2層内の音速v2を用いて0.7×(v2/v1)d1≦d2≦1.5×(v2/v1)d1の関係にある第1積層体と、
b) 前記第1積層体を積層方向に挟むように設けられた1対の電極から成る第1電極対と、
c) 圧電材料から成り分極が所定の一方向を向いている第3層と、圧電材料から成り分極が前記第3層の分極とは異なる一方向を向いているか又は圧電性を有しない絶縁材料から成る第4層とを交互に1層ずつ繰り返して合わせて複数積層したものであって、前記第3層の厚さd3と前記第4層の厚さd4が前記第3層内の音速v3と前記第4層内の音速v4を用いて0.7×(v4/v3)d3≦d4≦1.5×(v4/v3)d3の関係にあり、且つ、前記第1層の厚さd1と前記第3層の厚さd3が0.7×(v3/v1)d1≦d3≦1.5×(v3/v1)d1の関係にある第2積層体と、
d) 前記第2積層体を積層方向に挟むように設けられた1対の電極から成る第2電極対と、
を備え、さらに、
e) 一方の面が前記第1電極対の一方の電極と接し他方の面が前記第2電極対の一方の電極と接する絶縁材料から成る基板を備えるか、又は前記第1電極対の一方の電極と前記第2電極対の一方の電極が直接接触している
周波数フィルタを用い、
複数の周波数を含む交流電力を前記第1電極対の2個の電極間に入力し、該複数の周波数のうちの1つの周波数を有する交流電力を前記第2電極対の2個の電極間で出力することを特徴とする周波数フィルタリング方法。
a) a first layer made of a piezoelectric material, the polarization of which is oriented in a predetermined direction, and an insulating material made of a piezoelectric material, the polarization of which is oriented in a direction different from the polarization of the first layer, or a non-piezoelectric material; A second layer composed of A first laminate having a relationship of 0.7 × (v 2 /v 1 )d 1 ≤ d 2 ≤ 1.5 × ( v 2 /v 1 )d 1 using the speed of sound v 1 and the speed of sound v 2 in the second layer and,
b) a first electrode pair consisting of a pair of electrodes provided to sandwich the first laminate in the lamination direction;
c) a third layer made of a piezoelectric material, the polarization of which is oriented in a predetermined direction, and an insulating material made of a piezoelectric material, the polarization of which is oriented in a direction different from that of the third layer, or a non-piezoelectric material; A fourth layer composed of Using the speed of sound v3 and the speed of sound v4 in the fourth layer, the relationship is 0.7×( v4 / v3 )d3 d4 ≦1.5×( v4 / v3 ) d3 , and The thickness d1 of the first layer and the thickness d3 of the third layer have a relationship of 0.7×( v3 / v1 ) d1d3 ≦1.5×( v3 / v1 ) d1 . 2 laminates;
d) a second electrode pair consisting of a pair of electrodes provided to sandwich the second laminate in the lamination direction;
and furthermore,
e) a substrate made of an insulating material having one surface in contact with one electrode of the first electrode pair and the other surface in contact with one electrode of the second electrode pair; Using a frequency filter in which the electrode and one electrode of the second electrode pair are in direct contact,
AC power including a plurality of frequencies is input between the two electrodes of the first electrode pair, and AC power having one of the plurality of frequencies is input between the two electrodes of the second electrode pair. A frequency filtering method characterized by outputting.
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