JP3136141B2 - テーパー付き電極及び電極縁部減衰材料を用いた横モード抑制半導体バルク音響共振器（ｓｂａｒ）装置 - Google Patents

テーパー付き電極及び電極縁部減衰材料を用いた横モード抑制半導体バルク音響共振器（ｓｂａｒ）装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体バルク音響
共振器（ＳＢＡＲ：ＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒＢｕｌ
ｋ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ）フィルタ
ーの挿入損失及び位相特性を改善するために横音響モー
ドを減らすべく構成されたＳＢＡＲ又はバルク音波（Ｂ
ＡＷ：Ｂｕｌｋ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｗａｖｅ）共振器
に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体バルク音響共振器（ＳＢＡＲ）
が、当該技術において知られている。このようなＳＢＡ
Ｒの１つの例が、当該出願人の米国特許第５，３８２，
９３０号に開示されており、それをここに援用する。Ｓ
ＢＡＲ装置は、共振器、積層型水晶フィルター（ＳＣ
Ｆ：ｓｔａｃｋｅｄ ｃｒｙｓｔａｌ ｆｉｌｔｅ
ｒ）、及び、上記特許に開示された誘導子（インダク
タ）結合トポロジーその他のフィルター・トポロジーに
基づく多極フィルターを含む。その比較的小さなサイ
ズ、高いＱ、及び、高い動作周波数のために、このよう
なＳＢＡＲは、スペースが限られた所での高性能な嵌め
込み部品としての適用に特に良く適している。
【０００３】このようなＳＢＡＲは、ガリウム砒素（Ｇ
ａＡｓ）のような半導体基板上に形成された薄膜音響共
振器であり、これは、ＳＢＡＲを、例えば、ここに援用
する、「ＨＢＴ増幅器にモノリシックに一体化されたＳ
ＢＡＲフィルター（SBAR Filter Monolithically Integ
rated With an HBT Amplifier）」（クッシュマン他（C
ushman et al.）、ＩＥＥＥ超音波シンポジューム（IEE
E Ultrasonic Symposium）、１９９０年、５１９〜５２
４頁）、及び、「バルク音響フィルターを備えたＳＢＡ
Ｒ−ＨＥＭＴモノリシック受信機フロントエンド（SBAR
-HEMT Monolithic Receiver Front End With Bulk Acou
stic Filters）」（クッシュマン他（Cushman et a
l.）、ＧＯＭＡＣダイジェスト（GOMAC Digest）、１９
９７年、２７９〜２８２頁）に開示されたような高電子
移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ：ｈｉｇｈ ｅｌｅｃｔ
ｒｏｎ ｍｏｂｉｌｉｔｙ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）及
びヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ：ｈｅｔ
ｅｒｏｊｕｎｃｔｉｏｎ ｂｉｐｏｌａｒ ｔｒａｎｓ
ｉｓｔｏｒ）のマイクロ波モノリシック集積回路（ＭＭ
ＩＣ：ｍｉｃｒｏｗａｖｅ ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ ｉ
ｎｔｅｇｒａｔｅｄｃｉｒｃｕｉｔ）と一体化させるの
に特に適している。このようなＳＢＡＲは、典型的に
は、半導体基板上に、例えば、スパッタリングにより堆
積（デポジション）させられた窒化アルミニウムや酸化
亜鉛のような圧電性材料の薄い層又は膜を含む。薄膜金
属電極がその圧電層の両面に設けられて、ＳＢＡＲ共振
器が形成される。積層型水晶フィルター（ＳＣＦ）は、
同様ではあるが、２つのＡＩＮ層と３つの金属電極を有
している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】挿入損失及び位相の不
規則さが、従来、このようなＳＢＡＲの多方面への適用
を妨げてきた。このような動作（パフォーマンス）の不
整（不規則さ）は、このようなＳＢＡＲの、望ましくな
い横音響モードのせいである。この横音響モードは、望
まれる縦音響モードと干渉して、上述した動作の不整を
生じることが知られている。
【０００５】本発明の目的は、従来技術の様々な問題を
解決することである。本発明の更なる目的は、改善され
た性能（動作）特性を有する（ＳＢＡＲ）フィルターを
提供することである。
【０００６】本発明の更なる目的は、横音響モードを抑
制すべく構成されたＳＢＡＲを提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、簡単に述べれ
ば、通過帯域挿入損失及び位相動作の改善された半導体
バルク音響共振器（ＳＢＡＲ）に関する。このＳＢＡＲ
は、横方向伝播音波モードを抑制すべく構成されてい
る。横方向音波モードは、共振器電極の横方向寸法を変
えること、及び／又は、ポリイミドのような粘弾性音響
減衰（ダンピング）材料を電極の周囲の少なくとも一部
分に沿って用いて、電極領域内に戻る電極縁部での横音
響モードの反射を減衰させることで制御される。
【０００８】本発明のこれら及び他の目的は、以下の説
明及び添付図面を参照することにより容易に理解される
であろう。
【０００９】
【発明の実施の形態】本発明は、動作特性の改善された
半導体バルク音響共振器（ＳＢＡＲ）に関する。以下
に、より詳細に議論するように、ＳＢＡＲは横音響モー
ドを抑制すべく構成され、それによって、挿入損失及び
位相応答の平滑性を改善する。
【００１０】発明の完全な理解が得られるように、公知
のＳＢＡＲを図１及び図２に示し、以下に説明する。概
ね符号２０で示されるＳＢＡＲは、ガリウム砒素ＧａＡ
ｓのような半導体基板２２を含む。半導体基板２２の上
方には圧電層２４が形成されているが、それは、窒化ア
ルミニウム、酸化亜鉛等、様々な圧電材料で形成するこ
とができる。一般に知られているように、圧電層２４
は、スパッタリングその他様々な方法で形成することが
できる。圧電層２４は、その両面に形成された一対の電
極２６、２８間にサンドイッチ状に挟まれている。電極
２６、２８は、金属気相成長法（ｍｅｔａｌ ｖａｐｏ
ｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）その他様々な方法で形成す
ることができる。入力トレース３０及び出力トレース３
２が、電極２６、２８と同じように形成され、夫々、電
極２６、２８に電気的に接続されて、装置の入力端子及
び出力端子を形成している。
【００１１】図１に概略的に示すように、バイア３４
が、半導体基板２２の一方の側に形成されている。バイ
ア３４は、エッチングその他様々な方法で形成すること
ができる。ＳＢＡＲの共振領域は、電極２６、２８のオ
ーバーラップ領域により形成される。
【００１２】例えば、図１及び図２に示すような公知の
ＳＢＡＲは、概ね正方形若しくは長方形の電極２６、２
８を持つことが知られている。このような金属電極２
６、２８を圧電層２４に適用すると、圧電材料２４内の
音波の速度は減少する。共振器周囲における金属化（メ
タライズ）電極２６、２８と自由圧電領域間のこの速度
の変化は、電極縁での横方向伝播音波の反射を生じさせ
ることが知られている。この反射は、横モードを制限
し、定在波共振を生じさせる。
【００１３】横モードの共振周波数は、金属電極の横方
向寸法により、また、様々な横共振モードの音響速度に
より決まる。図３Ａを参照すると、概ね正方形又は長方
形の電極形状の場合、全ての共振モードエネルギーは、
図３Ａに周波数Ｆ2で示すように、単一の周波数であ
る。この横モードと望まれる縦モードとの間の干渉は、
１．４３ＧＨｚのＳＢＡＲの場合の図５、及び、１．９
４ＧＨｚのＳＢＡＲの場合の図７に夫々示すような通過
帯域変動を生じる。
【００１４】本発明によれば、ＳＢＡＲは、抑制された
横方向音波モードを持ち、それは、図６及び図８に示す
ように、劇的に改善された通過帯域を提供する。即ち、
通過帯域のリップルが抑えられる。本発明による２つの
方法が、図３Ｂ及び図４Ａにそれぞれ示すように単独
で、又は、図４Ｂに示すように組み合わせて用いて、横
音響モードを抑制する。
【００１５】本発明の第１の方法では、電極は、１つ又
はそれ以上のテーパー辺３８〜４２においてテーパーが
付与されている。この実施例では、対向辺の対３８、４
０と４２、４４の一方又は両方が非平行に形成される。
より詳細に説明すると、横共振モードの周波数が、強度
の減少した周波数範囲、例えば、図３Ｂに示すように、
Ｆ1及びＦ3（但し、Ｆ1＞Ｆ2＞Ｆ3）に散開して広がる
ように電極の横方向寸法を変更する。このように、個々
の横モードの周波数は、通過帯域干渉及び挿入損失変動
のレベルを減少させる、より広範囲の周波数に散開す
る。より詳細に説明すると、平行辺を持った電極形状
は、望まれる縦共振と激しく干渉する可能性の有る一連
の強い共振ピークを生じることが知られている。一方、
例えば、図３Ｂに示すようなテーパー形状の非平行な縁
部を持った電極は、各共振を、或る範囲の周波数に散開
させ、それ故、全ての特定の周波数のエネルギーを減少
させる。横方向寸法の一致の減少、又は、横音響モード
に起因する共振周波数の同時発生を減少させる他の形状
もまた適している。
【００１６】図４Ａに示すように単独、又は、図４Ｂに
示すように、テーパー付き電極形状と組み合わせて用い
られる本発明の第２の態様では、粘弾性音響減衰（ダン
ピング）材料が、図４Ｂに示すように、電極の周囲の少
なくとも一部分に沿って配置される。その粘性減衰は、
所望の縦音響モードを殆ど吸収することなく、横方向音
響エネルギーの相当な量を吸収し、弱める。
【００１７】様々なタイプの音響減衰材料、例えば、ポ
リイミドに代表されるあらゆる粘弾性材料が適してい
る。本質的には、音響減衰材料は、ＳＢＡＲ電極の縁部
に適用することができて、且つ、音響エネルギーを効果
的に吸収する如何なる材料でも良い。
【００１８】以上の説明を考慮して、多くの変形及び変
更が本発明において可能であることは明らかである。従
って、本発明は、特許請求の範囲に示した技術思想の範
囲内において、上述した特定の形態以外でも実施するこ
とが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】公知の半導体バルク音響共振器（ＳＢＡＲ）の
断面図である。
【図２】図１に示した公知のＳＢＡＲの正面図である。
【図３】図３Ａは、公知のＳＢＡＲの正方形電極形状を
示す図である。図３Ｂは、本発明によるＳＢＡＲのテー
パー付き電極形状を示す図である。
【図４】図４Ａは、本発明による正方形電極形状のＳＢ
ＡＲの電極に粘弾性縁部減衰を用いた例を示す図であ
る。図４Ｂは、本発明によるテーパー付き電極形状に粘
弾性縁部減衰を用いた例を示す図である。
【図５】矩形電極を持った１．４３ＧＨｚのＳＢＡＲフ
ィルターの周波数応答を示す図であって、望ましくない
横モードの縦モードへの干渉により生じた不規則な通過
帯域を示す。
【図６】本発明によるテーパー付き電極形状を用いて、
図５でテストしたＳＢＡＲの応答を改善した図である。
【図７】矩形電極形状を用いた１．９４ＧＨｚのＳＢＡ
Ｒの周波数応答を示すグラフ図である。
【図８】本発明による電極の縁部における音響減衰を用
いて、図７でテストしたＳＢＡＲの応答を改善した図で
ある。
【符号の説明】
２０：半導体バルク音響共振器（ＳＢＡＲ） ２２：半導体基板 ２４：圧電層 ２６、２８：電極 ３０、３２：端子 ３４：バイア ３８、４０、４２、４４：辺
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジェイ・ディー・クローフォード アメリカ合衆国カリフォルニア州90806, ロング・ビーチ，デイズィ・アベニュー 3313 (56)参考文献 特開 平４−276915（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−148968（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−232643（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−103709（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 41/08 H03H 9/00

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 半導体バルク音響共振器（ＳＢＡＲ）で
    あって、 基板と、 前記基板上に形成された圧電性材料層と、 入力電極及び出力電極を規定する一対の電極であって、
    前記圧電性材料層が前記入力電極と出力電極との間に挟
    まれる一対の電極と、 を備え、音響減衰材料が前記入力電極と出力電極の一方
    の周囲の少なくとも一部分の周りに配置される、半導体
    バルク音響共振器。
  2. 【請求項２】 前記音響減衰材料が粘弾性材料である、
    請求項１に記載の半導体バルク音響共振器。
  3. 【請求項３】 前記粘弾性材料がポリイミドである、請
    求項２に記載の半導体バルク音響共振器。
  4. 【請求項４】 基板と、 前記基板上に形成された圧電性材料層と、 前記圧電性材料層を間に挟んで形成された一対の電極で
    あって、２対の対辺を有し、少なくとも一方の対の対辺
    が非平行に形成され、各辺が直線状である一対の電極
    と、 を備えた半導体バルク音響共振器（ＳＢＡＲ）。
  5. 【請求項５】 前記基板がＧａＡｓである、請求項４に
    記載の半導体バルク音響共振器。
  6. 【請求項６】 前記圧電性材料が、窒化アルミニウム及
    び酸化亜鉛から選択された材料である、請求項４に記載
    の半導体バルク音響共振器。
JP11180160A 1998-06-29 1999-06-25 テーパー付き電極及び電極縁部減衰材料を用いた横モード抑制半導体バルク音響共振器（ｓｂａｒ）装置 Expired - Fee Related JP3136141B2 (ja)

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