JP3470691B2 - 圧電共振子および圧電フィルタ - Google Patents
圧電共振子および圧電フィルタInfo
- Publication number
- JP3470691B2 JP3470691B2 JP2000262838A JP2000262838A JP3470691B2 JP 3470691 B2 JP3470691 B2 JP 3470691B2 JP 2000262838 A JP2000262838 A JP 2000262838A JP 2000262838 A JP2000262838 A JP 2000262838A JP 3470691 B2 JP3470691 B2 JP 3470691B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- piezoelectric
- vibration
- piezoelectric resonator
- substrate
- electrodes
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Landscapes
- Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は圧電共振子および
圧電フィルタに関し、特にたとえば厚み縦振動や厚みす
べり振動を用いた周波数帯域が５００ＭＨｚ以上の圧電
共振子およびそれを用いた圧電フィルタに関する。
圧電フィルタに関し、特にたとえば厚み縦振動や厚みす
べり振動を用いた周波数帯域が５００ＭＨｚ以上の圧電
共振子およびそれを用いた圧電フィルタに関する。
【０００２】
【従来の技術】圧電共振子およびそれを用いた圧電フィ
ルタにおいて、厚み縦振動や厚みすべり振動の弾性波
は、電極が対向する部分で伝搬モードとなり、電極が対
向しない部分で非伝搬モードとなり、電極が対向する部
分に振動エネルギーが集中するエネルギー閉じ込めが行
われる。しかし、わずかではあるが電極が対向しない部
分にも振動が漏れ出し、支持基板の端部で反射して不要
振動の原因となったり、低損失の素子を形成する際に無
視できないエネルギー損失となったりしていた。従来、
不要振動の対策としては、たとえば"A Piezoelectric C
omposite Resonator Consisting of a ZnO Film on an
Anisotropically Etched Silicon Substrate", Kiyoshi
NAKAMURA, Hiromasa SASAKI, Hiroshi SHIMIZU, Proce
eding of1st Symposium on Ultrasonic Electronics, T
okyo, 1980 Japanese Journal of Applied Physics, Vo
l. 20(1981) Supplement 20-3, pp. 111-114 （以下
「文献１」という。）に示されているように、電極が対
向する部分と支持基板との間の距離を電極が対向する間
隔の１５倍と大きくし、電極が対向する部分から漏れ出
た振動を十分減衰した後で支持基板などに接するように
していた。これによって、支持基板の端部で反射して電
極が対向する部分に戻ってくる振動の影響を小さくして
いた。また、従来、エネルギー損失の対策としては、た
とえば特許第０２６４４８５５号公報（以下「文献２」
という。）に示されているように、圧電体膜を上部電極
端に合わせて除去し、支持基板への振動の伝搬経路を減
少させ、支持基板への振動漏れを防ぐなどの対策を講じ
ていた。
ルタにおいて、厚み縦振動や厚みすべり振動の弾性波
は、電極が対向する部分で伝搬モードとなり、電極が対
向しない部分で非伝搬モードとなり、電極が対向する部
分に振動エネルギーが集中するエネルギー閉じ込めが行
われる。しかし、わずかではあるが電極が対向しない部
分にも振動が漏れ出し、支持基板の端部で反射して不要
振動の原因となったり、低損失の素子を形成する際に無
視できないエネルギー損失となったりしていた。従来、
不要振動の対策としては、たとえば"A Piezoelectric C
omposite Resonator Consisting of a ZnO Film on an
Anisotropically Etched Silicon Substrate", Kiyoshi
NAKAMURA, Hiromasa SASAKI, Hiroshi SHIMIZU, Proce
eding of1st Symposium on Ultrasonic Electronics, T
okyo, 1980 Japanese Journal of Applied Physics, Vo
l. 20(1981) Supplement 20-3, pp. 111-114 （以下
「文献１」という。）に示されているように、電極が対
向する部分と支持基板との間の距離を電極が対向する間
隔の１５倍と大きくし、電極が対向する部分から漏れ出
た振動を十分減衰した後で支持基板などに接するように
していた。これによって、支持基板の端部で反射して電
極が対向する部分に戻ってくる振動の影響を小さくして
いた。また、従来、エネルギー損失の対策としては、た
とえば特許第０２６４４８５５号公報（以下「文献２」
という。）に示されているように、圧電体膜を上部電極
端に合わせて除去し、支持基板への振動の伝搬経路を減
少させ、支持基板への振動漏れを防ぐなどの対策を講じ
ていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところが、文献１に示
されている技術では振動漏れによるエネルギー損失が生
じやすく、文献２に示されている技術では不要振動が発
生しやすい。また、厚み縦振動や厚みすべり振動の共振
周波数は、電極が対向する部分の厚さに反比例する。し
たがって、高い共振周波数を得るためには、電極が対向
する部分を薄くしなければならなく、たとえば５００Ｍ
Ｈｚを超えるような高い周波数の圧電共振子や圧電フィ
ルタを作製する場合、電極が対向する部分の厚さは数μ
ｍとなる。圧電共振子や圧電フィルタを作製するために
は、スパッタリング法などによって形成された薄膜が用
いられるが、このようにして形成された薄膜は通常高い
応力を持っている。そのため、高い共振周波数を得るた
めに電極が対向する部分を薄くしていくと、文献１に示
すように、電極が対向する部分と支持基板との間の距離
を大きくした場合、薄膜の応力による変形が大きくな
り、変形により配線が断線したり、電極が対向する部分
が破壊されたりして、歩留まりの悪化を招いていた。ま
た、文献２に示すように、上部電極端に合わせて圧電体
層を除去した構造では、電極が対向しない部分の膜厚が
減少するため、素子の作製をさらに困難なものとしてい
た。以上のように、従来、圧電共振子および圧電フィル
タにおいて、振動漏れの対策、不要振動の対策および歩
留まりを同時に満足させることができていない。
されている技術では振動漏れによるエネルギー損失が生
じやすく、文献２に示されている技術では不要振動が発
生しやすい。また、厚み縦振動や厚みすべり振動の共振
周波数は、電極が対向する部分の厚さに反比例する。し
たがって、高い共振周波数を得るためには、電極が対向
する部分を薄くしなければならなく、たとえば５００Ｍ
Ｈｚを超えるような高い周波数の圧電共振子や圧電フィ
ルタを作製する場合、電極が対向する部分の厚さは数μ
ｍとなる。圧電共振子や圧電フィルタを作製するために
は、スパッタリング法などによって形成された薄膜が用
いられるが、このようにして形成された薄膜は通常高い
応力を持っている。そのため、高い共振周波数を得るた
めに電極が対向する部分を薄くしていくと、文献１に示
すように、電極が対向する部分と支持基板との間の距離
を大きくした場合、薄膜の応力による変形が大きくな
り、変形により配線が断線したり、電極が対向する部分
が破壊されたりして、歩留まりの悪化を招いていた。ま
た、文献２に示すように、上部電極端に合わせて圧電体
層を除去した構造では、電極が対向しない部分の膜厚が
減少するため、素子の作製をさらに困難なものとしてい
た。以上のように、従来、圧電共振子および圧電フィル
タにおいて、振動漏れの対策、不要振動の対策および歩
留まりを同時に満足させることができていない。
【０００４】それゆえに、この発明の主たる目的は、振
動漏れの対策、不要振動の対策および歩留まりを同時に
満足させることができる圧電共振子を提供することであ
る。この発明の他の目的は、振動漏れの対策、不要振動
の対策および歩留まりを同時に満足させることができる
圧電共振子を有する圧電フィルタを提供することであ
る。
動漏れの対策、不要振動の対策および歩留まりを同時に
満足させることができる圧電共振子を提供することであ
る。この発明の他の目的は、振動漏れの対策、不要振動
の対策および歩留まりを同時に満足させることができる
圧電共振子を有する圧電フィルタを提供することであ
る。
【０００５】
【課題を解決するための手段】この発明にかかる圧電共
振子は、ダイアフラム部と、ダイアフラム部を周辺から
支持するための基板と、ダイアフラム部に形成され、少
なくとも１対の対向する電極を有するｎ次モード（ｎは
自然数）の厚み縦振動または厚みすべり振動を利用した
振動手段とを含む圧電共振子において、電極において互
いに対向する部分の形状が、電極が対向する部分の厚さ
ｔの２０／ｎ倍以上の半径の円またはその円を内包する
形状であり、電極が対向する部分の端部から基板の端部
までの最短距離ｘが２ｔ／ｎ≦ｘ≦１０ｔであることを
特徴とする、圧電共振子である。また、この発明にかか
る圧電共振子は、ダイアフラム部と、ダイアフラム部を
周辺から支持するための基板と、ダイアフラム部に形成
され、少なくとも１対の対向する電極を有するｎ次モー
ド（ｎは自然数）の厚み縦振動または厚みすべり振動を
利用した振動手段とを含む圧電共振子において、電極が
対向する部分の厚さをｔとすると、電極が対向する部分
の端部から基板の端部までの最短距離ｘが２ｔ／ｎ≦ｘ
≦１０ｔであることを特徴とする、圧電共振子である。
この発明にかかる圧電共振子では、振動手段は積層され
る１種類以上の圧電体層および１種類以上の誘電体層を
含み、圧電体層および誘電体層のうちの少なくとも１つ
のものの弾性定数の温度係数は圧電体層および誘電体層
の他のものの弾性定数の温度係数と逆符号であることが
好ましい。この発明にかかる圧電フィルタは、この発明
にかかる圧電共振子を含む、圧電フィルタである。
振子は、ダイアフラム部と、ダイアフラム部を周辺から
支持するための基板と、ダイアフラム部に形成され、少
なくとも１対の対向する電極を有するｎ次モード（ｎは
自然数）の厚み縦振動または厚みすべり振動を利用した
振動手段とを含む圧電共振子において、電極において互
いに対向する部分の形状が、電極が対向する部分の厚さ
ｔの２０／ｎ倍以上の半径の円またはその円を内包する
形状であり、電極が対向する部分の端部から基板の端部
までの最短距離ｘが２ｔ／ｎ≦ｘ≦１０ｔであることを
特徴とする、圧電共振子である。また、この発明にかか
る圧電共振子は、ダイアフラム部と、ダイアフラム部を
周辺から支持するための基板と、ダイアフラム部に形成
され、少なくとも１対の対向する電極を有するｎ次モー
ド（ｎは自然数）の厚み縦振動または厚みすべり振動を
利用した振動手段とを含む圧電共振子において、電極が
対向する部分の厚さをｔとすると、電極が対向する部分
の端部から基板の端部までの最短距離ｘが２ｔ／ｎ≦ｘ
≦１０ｔであることを特徴とする、圧電共振子である。
この発明にかかる圧電共振子では、振動手段は積層され
る１種類以上の圧電体層および１種類以上の誘電体層を
含み、圧電体層および誘電体層のうちの少なくとも１つ
のものの弾性定数の温度係数は圧電体層および誘電体層
の他のものの弾性定数の温度係数と逆符号であることが
好ましい。この発明にかかる圧電フィルタは、この発明
にかかる圧電共振子を含む、圧電フィルタである。
【０００６】この発明にかかる圧電共振子では、電極に
おいて互いに対向する部分の形状が、電極が対向する部
分の厚さｔの２０／ｎ倍以上の半径の円またはその円を
内包する形状であるので、電極が対向する部分で良好な
エネルギー閉じ込めがなされ、電極が対向する部分から
電極が対向しない部分への振動漏れが減少し、エネルギ
ー損失が小さくなる。また、このように振動漏れが減少
することによって、振動の反射による不要振動が抑制さ
れる。また、この発明にかかる圧電共振子では、電極が
対向する部分の端部から基板の端部までの最短距離ｘが
２ｔ／ｎ以上であるので、電極が対向する部分から漏れ
出て基板の端部で反射して電極が対向する部分に戻って
くる振動の影響が小さくなり、反射波に起因する不要振
動が無視できるほど小さくなる。さらに、この発明にか
かる圧電共振子では、電極が対向する部分の端部から基
板の端部までの最短距離ｘが１０ｔ以下であるので、ダ
イアフラム部の応力による変形が小さくなり、ダイアフ
ラム部が破壊されにくくなり、歩留まりもよくなる。こ
の発明にかかる圧電共振子において、振動手段が積層さ
れる１種類以上の圧電体層および１種類以上の誘電体層
を含み、圧電体層および誘電体層のうちの少なくとも１
つのものの弾性定数の温度係数が圧電体層および誘電体
層の他のものの弾性定数の温度係数と逆符号であると、
圧電体層および誘電体層を適切な膜厚比で組み合わせる
ことによって、共振周波数温度係数ＴＣＦを０とするこ
とが可能となり、温度変化に対して安定した共振周波数
を得ることができる。また、この発明にかかる圧電フィ
ルタでは、この発明にかかる圧電共振子が奏する作用効
果と同様な作用効果を奏する。
おいて互いに対向する部分の形状が、電極が対向する部
分の厚さｔの２０／ｎ倍以上の半径の円またはその円を
内包する形状であるので、電極が対向する部分で良好な
エネルギー閉じ込めがなされ、電極が対向する部分から
電極が対向しない部分への振動漏れが減少し、エネルギ
ー損失が小さくなる。また、このように振動漏れが減少
することによって、振動の反射による不要振動が抑制さ
れる。また、この発明にかかる圧電共振子では、電極が
対向する部分の端部から基板の端部までの最短距離ｘが
２ｔ／ｎ以上であるので、電極が対向する部分から漏れ
出て基板の端部で反射して電極が対向する部分に戻って
くる振動の影響が小さくなり、反射波に起因する不要振
動が無視できるほど小さくなる。さらに、この発明にか
かる圧電共振子では、電極が対向する部分の端部から基
板の端部までの最短距離ｘが１０ｔ以下であるので、ダ
イアフラム部の応力による変形が小さくなり、ダイアフ
ラム部が破壊されにくくなり、歩留まりもよくなる。こ
の発明にかかる圧電共振子において、振動手段が積層さ
れる１種類以上の圧電体層および１種類以上の誘電体層
を含み、圧電体層および誘電体層のうちの少なくとも１
つのものの弾性定数の温度係数が圧電体層および誘電体
層の他のものの弾性定数の温度係数と逆符号であると、
圧電体層および誘電体層を適切な膜厚比で組み合わせる
ことによって、共振周波数温度係数ＴＣＦを０とするこ
とが可能となり、温度変化に対して安定した共振周波数
を得ることができる。また、この発明にかかる圧電フィ
ルタでは、この発明にかかる圧電共振子が奏する作用効
果と同様な作用効果を奏する。
【０００７】この発明の上述の目的、その他の目的、特
徴および利点は、図面を参照して行う以下の発明の実施
の形態の詳細な説明から一層明らかとなろう。
徴および利点は、図面を参照して行う以下の発明の実施
の形態の詳細な説明から一層明らかとなろう。
【０００８】
【実施例１】図１はこの発明にかかる圧電共振子の一例
を示す平面図解図であり、図２はその圧電共振子の断面
図解図である。この圧電共振子１０は、｛１００｝Ｓｉ
基板１２を含む。｛１００｝Ｓｉ基板１２は、後述のダ
イアフラム部１６を周辺から支持するためのものであ
る。
を示す平面図解図であり、図２はその圧電共振子の断面
図解図である。この圧電共振子１０は、｛１００｝Ｓｉ
基板１２を含む。｛１００｝Ｓｉ基板１２は、後述のダ
イアフラム部１６を周辺から支持するためのものであ
る。
【０００９】｛１００｝Ｓｉ基板１２の上面および下面
には、スパッタリング法や熱酸化法などの方法で、たと
えばＳｉＯ2 からなる誘電体層１４ａおよびＳｉＯ2 膜
１４ｂがそれぞれ形成される。
には、スパッタリング法や熱酸化法などの方法で、たと
えばＳｉＯ2 からなる誘電体層１４ａおよびＳｉＯ2 膜
１４ｂがそれぞれ形成される。
【００１０】｛１００｝Ｓｉ基板１２の中央には、誘電
体層１４ａでダイヤフラム部１６が形成される。この場
合、たとえば、まず、｛１００｝Ｓｉ基板１２の下面の
ＳｉＯ2 膜１４ｂの中央には、異方性エッチング用の窓
がＲＩＥ（ＲｅａｃｔｉｖｅＩｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）
やウエットエッチングなどでパターニングされる。そし
て、窓がパターニングされた｛１００｝Ｓｉ基板１２な
どがＴＭＡＨ（テトラメチルアンモニウムハイドロオキ
サイド）、ＫＯＨ（水酸化カリウム）、ＥＤＰ（エチレ
ンジアミンピロカテコール）などのエッチング液に浸漬
され、その窓から｛１００｝Ｓｉ基板１２の異方性エッ
チングが行われ、すなわち、｛１００｝Ｓｉ基板１２の
｛１００｝面と｛１１１｝面とのエッチング速度に差が
生じ、｛１００｝面が｛１１１｝面に比べて速くエッチ
ングされ、特に図２に示すように、｛１００｝Ｓｉ基板
１２の中央が傾斜面を持ってエッチングされ、誘電体層
１４ａでダイアフラム部１６が形成される。
体層１４ａでダイヤフラム部１６が形成される。この場
合、たとえば、まず、｛１００｝Ｓｉ基板１２の下面の
ＳｉＯ2 膜１４ｂの中央には、異方性エッチング用の窓
がＲＩＥ（ＲｅａｃｔｉｖｅＩｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）
やウエットエッチングなどでパターニングされる。そし
て、窓がパターニングされた｛１００｝Ｓｉ基板１２な
どがＴＭＡＨ（テトラメチルアンモニウムハイドロオキ
サイド）、ＫＯＨ（水酸化カリウム）、ＥＤＰ（エチレ
ンジアミンピロカテコール）などのエッチング液に浸漬
され、その窓から｛１００｝Ｓｉ基板１２の異方性エッ
チングが行われ、すなわち、｛１００｝Ｓｉ基板１２の
｛１００｝面と｛１１１｝面とのエッチング速度に差が
生じ、｛１００｝面が｛１１１｝面に比べて速くエッチ
ングされ、特に図２に示すように、｛１００｝Ｓｉ基板
１２の中央が傾斜面を持ってエッチングされ、誘電体層
１４ａでダイアフラム部１６が形成される。
【００１１】誘電体層１４ａの上には、振動手段とし
て、下部電極１８ａ、圧電体層２０および上部電極１８
ｂがその順番に形成される。
て、下部電極１８ａ、圧電体層２０および上部電極１８
ｂがその順番に形成される。
【００１２】この場合、下部電極１８ａは、誘電体層１
４ａの上面において中央部を含む部分に、たとえばＡ
ｕ、Ａｇ、Ａｌなどの金属で形成される。また、圧電体
層２０は、誘電体層１４ａの中央部を含む部分に対応し
て、誘電体層１４ａおよび下部電極１８ａの上面に、た
とえばＺｎＯ、ＡｌＮなどの圧電体で形成される。さら
に、上部電極１８ｂは、誘電体層１４ａの中央部を含む
部分に対応して、圧電体層２０の上面に、たとえばＡ
ｕ、Ａｇ、Ａｌなどの金属で形成される。
４ａの上面において中央部を含む部分に、たとえばＡ
ｕ、Ａｇ、Ａｌなどの金属で形成される。また、圧電体
層２０は、誘電体層１４ａの中央部を含む部分に対応し
て、誘電体層１４ａおよび下部電極１８ａの上面に、た
とえばＺｎＯ、ＡｌＮなどの圧電体で形成される。さら
に、上部電極１８ｂは、誘電体層１４ａの中央部を含む
部分に対応して、圧電体層２０の上面に、たとえばＡ
ｕ、Ａｇ、Ａｌなどの金属で形成される。
【００１３】また、この場合、下部電極１８ａおよび上
部電極１８ｂにおいて互いに対向する部分は、それぞ
れ、下部電極１８ａおよび上部電極１８ｂが対向する部
分の厚さｔ（図２参照）の２０／ｎ倍以上（ｎは振動モ
ードの次数）の半径の円を内包するたとえば正方形状に
形成される。
部電極１８ｂにおいて互いに対向する部分は、それぞ
れ、下部電極１８ａおよび上部電極１８ｂが対向する部
分の厚さｔ（図２参照）の２０／ｎ倍以上（ｎは振動モ
ードの次数）の半径の円を内包するたとえば正方形状に
形成される。
【００１４】さらに、この場合、下部電極１８ａおよび
上部電極１８ｂが対向する部分の端部から｛１００｝Ｓ
ｉ基板１２の端部までの最短距離ｘ（図２参照）は２ｔ
／ｎ≦ｘ≦１０ｔになるように形成される。
上部電極１８ｂが対向する部分の端部から｛１００｝Ｓ
ｉ基板１２の端部までの最短距離ｘ（図２参照）は２ｔ
／ｎ≦ｘ≦１０ｔになるように形成される。
【００１５】なお、図１および図２には示されていない
が、圧電体層２０の保護や共振周波数温度係数ＴＣＦ
（Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ
ｏｆＦｒｅｑｕｅｎｃｙ）の改善などのために、必要に
応じて、上部電極１８ｂなどの上にたとえばＳｉＯ2 か
らなる別の誘電体層が形成されてもよい。この場合、別
の誘電体層の材料や膜厚などは、要求される特性に応じ
て決めればよい。
が、圧電体層２０の保護や共振周波数温度係数ＴＣＦ
（Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ
ｏｆＦｒｅｑｕｅｎｃｙ）の改善などのために、必要に
応じて、上部電極１８ｂなどの上にたとえばＳｉＯ2 か
らなる別の誘電体層が形成されてもよい。この場合、別
の誘電体層の材料や膜厚などは、要求される特性に応じ
て決めればよい。
【００１６】この圧電共振子１０では、下部電極１８ａ
および上部電極１８ｂにおいて互いに対向する部分が、
下部電極１８ａおよび上部電極１８ｂが対向する部分の
厚さｔの２０／ｎ倍以上の半径の円を内包する形状に形
成されているので、下部電極１８ａおよび上部電極１８
ｂが対向する部分で良好なエネルギー閉じ込めがなさ
れ、下部電極１８ａおよび上部電極１８ｂが対向する部
分から下部電極１８ａおよび上部電極１８ｂが対向しな
い部分への振動漏れが減少し、エネルギー損失が小さく
なる。また、このように振動漏れが減少することによっ
て、振動の反射による不要振動が抑制される。
および上部電極１８ｂにおいて互いに対向する部分が、
下部電極１８ａおよび上部電極１８ｂが対向する部分の
厚さｔの２０／ｎ倍以上の半径の円を内包する形状に形
成されているので、下部電極１８ａおよび上部電極１８
ｂが対向する部分で良好なエネルギー閉じ込めがなさ
れ、下部電極１８ａおよび上部電極１８ｂが対向する部
分から下部電極１８ａおよび上部電極１８ｂが対向しな
い部分への振動漏れが減少し、エネルギー損失が小さく
なる。また、このように振動漏れが減少することによっ
て、振動の反射による不要振動が抑制される。
【００１７】また、この圧電共振子１０では、下部電極
１８ａおよび上部電極１８ｂが対向する部分の端部から
｛１００｝Ｓｉ基板１２の端部までの最短距離ｘが２ｔ
／ｎ以上であるので、下部電極１８ａおよび上部電極１
８ｂが対向する部分から漏れ出て｛１００｝Ｓｉ基板１
２の端部で反射して下部電極１８ａおよび上部電極１８
ｂが対向する部分に戻ってくる振動の影響が小さくな
り、振動の反射による不要振動が無視できるほど小さく
なる。
１８ａおよび上部電極１８ｂが対向する部分の端部から
｛１００｝Ｓｉ基板１２の端部までの最短距離ｘが２ｔ
／ｎ以上であるので、下部電極１８ａおよび上部電極１
８ｂが対向する部分から漏れ出て｛１００｝Ｓｉ基板１
２の端部で反射して下部電極１８ａおよび上部電極１８
ｂが対向する部分に戻ってくる振動の影響が小さくな
り、振動の反射による不要振動が無視できるほど小さく
なる。
【００１８】さらに、この圧電共振子１０では、下部電
極１８ａおよび上部電極１８ｂが対向する部分の端部か
ら｛１００｝Ｓｉ基板１２の端部までの最短距離ｘが１
０ｔ以下であるので、誘電体層１４ａのダイアフラム部
１６の応力による変形が小さくなり、ダイアフラム部１
６が破壊されにくくなり、歩留まりもよくなる。
極１８ａおよび上部電極１８ｂが対向する部分の端部か
ら｛１００｝Ｓｉ基板１２の端部までの最短距離ｘが１
０ｔ以下であるので、誘電体層１４ａのダイアフラム部
１６の応力による変形が小さくなり、ダイアフラム部１
６が破壊されにくくなり、歩留まりもよくなる。
【００１９】図３はこの発明の条件を満たす場合の上部
電極の端部あたりでの振動の状態を有限要素法で解析し
た結果を示す図解図であり、図４はこの発明の条件を満
たさない場合の上部電極の端部あたりでの振動の状態を
有限要素法で解析した結果を示す図解図である。図４に
示すように、この発明の条件を満たさない場合、下部電
極および上部電極が対向しない部分でも変位しており、
振動が漏れ出ていることがわかる。それに対して、図３
に示すように、この発明の条件を満たす場合、下部電極
および上部電極が対向しない部分に漏れ出た振動は速や
かに収束され、良好なエネルギー閉じ込めがなされる。
このように漏れ出る振動が減少するため、振動の反射が
生じにくく、振動の反射による不要振動も抑制される。
電極の端部あたりでの振動の状態を有限要素法で解析し
た結果を示す図解図であり、図４はこの発明の条件を満
たさない場合の上部電極の端部あたりでの振動の状態を
有限要素法で解析した結果を示す図解図である。図４に
示すように、この発明の条件を満たさない場合、下部電
極および上部電極が対向しない部分でも変位しており、
振動が漏れ出ていることがわかる。それに対して、図３
に示すように、この発明の条件を満たす場合、下部電極
および上部電極が対向しない部分に漏れ出た振動は速や
かに収束され、良好なエネルギー閉じ込めがなされる。
このように漏れ出る振動が減少するため、振動の反射が
生じにくく、振動の反射による不要振動も抑制される。
【００２０】図５はダイアフラム部での振動の変位分布
を有限要素法で解析した結果を示すグラフである。図５
に示すグラフから明らかなように、下部電極および上部
電極が対向しない部分での振動の変位は、下部電極およ
び上部電極が対向する部分から遠ざかるほど小さくな
り、約２ｔ／ｎ離れたところで最大振幅の１０％まで減
衰することが分かった。さらに、実験により、下部電極
および上部電極が対向する部分の端部から｛１００｝Ｓ
ｉ基板の端部までの最短距離ｘを２ｔ／ｎ以上に離すこ
とによって、振動の反射による不要振動が無視できるほ
ど小さくなることが分かった。また、この最短距離ｘ
は、大きいほうが不要振動の対策としては好ましいが、
１０ｔより大きくすると素子の歩留まりが急激に悪化す
る。これは、ダイアフラム部が大きくなることで、ダイ
アフラム部の応力による変形が大きくなり、ダイアフラ
ム部が破壊されやすくなるためである。そのため、下部
電極および上部電極が対向する部分の端部から｛１０
０｝Ｓｉ基板の端部までの最短距離ｘを２ｔ／ｎ≦ｘ≦
１０ｔとすることで、｛１００｝Ｓｉ基板の端部からの
反射による不要振動が無視できるほど小さくなり、良好
な歩留まりが得られる。
を有限要素法で解析した結果を示すグラフである。図５
に示すグラフから明らかなように、下部電極および上部
電極が対向しない部分での振動の変位は、下部電極およ
び上部電極が対向する部分から遠ざかるほど小さくな
り、約２ｔ／ｎ離れたところで最大振幅の１０％まで減
衰することが分かった。さらに、実験により、下部電極
および上部電極が対向する部分の端部から｛１００｝Ｓ
ｉ基板の端部までの最短距離ｘを２ｔ／ｎ以上に離すこ
とによって、振動の反射による不要振動が無視できるほ
ど小さくなることが分かった。また、この最短距離ｘ
は、大きいほうが不要振動の対策としては好ましいが、
１０ｔより大きくすると素子の歩留まりが急激に悪化す
る。これは、ダイアフラム部が大きくなることで、ダイ
アフラム部の応力による変形が大きくなり、ダイアフラ
ム部が破壊されやすくなるためである。そのため、下部
電極および上部電極が対向する部分の端部から｛１０
０｝Ｓｉ基板の端部までの最短距離ｘを２ｔ／ｎ≦ｘ≦
１０ｔとすることで、｛１００｝Ｓｉ基板の端部からの
反射による不要振動が無視できるほど小さくなり、良好
な歩留まりが得られる。
【００２１】
【実施例２】実施例２では、実施例１の圧電共振子１０
と比べて、振動手段がＺｎＯからなる圧電体層２０とＳ
ｉＯ2 からなる誘電体層１４ａとの２層構造で形成され
る。図６はＺｎＯからなる圧電体層とＳｉＯ2 からなる
誘電体層との２層構造の圧電共振子の厚み縦振動の基本
波および２倍波について、膜厚比ｔｓ／ｔｐ（誘電体層
（ＳｉＯ2 ）の膜厚／圧電体層（ＺｎＯ）の膜厚）と共
振周波数温度係数ＴＣＦとの関係を示すグラフである。
圧電体層（ＺｎＯ）の弾性定数の温度係数は−であるの
に対して、誘電体層（ＳｉＯ2 ）の弾性定数の温度係数
は＋である。したがって、圧電体層（ＺｎＯ）および誘
電体層（ＳｉＯ2 ）を適切な膜厚比ｔｓ／ｔｐで組み合
わせることによって、共振周波数温度係数ＴＣＦを０と
することができる。これにより、温度に対して安定な周
波数特性の圧電共振子を作製することができる。
と比べて、振動手段がＺｎＯからなる圧電体層２０とＳ
ｉＯ2 からなる誘電体層１４ａとの２層構造で形成され
る。図６はＺｎＯからなる圧電体層とＳｉＯ2 からなる
誘電体層との２層構造の圧電共振子の厚み縦振動の基本
波および２倍波について、膜厚比ｔｓ／ｔｐ（誘電体層
（ＳｉＯ2 ）の膜厚／圧電体層（ＺｎＯ）の膜厚）と共
振周波数温度係数ＴＣＦとの関係を示すグラフである。
圧電体層（ＺｎＯ）の弾性定数の温度係数は−であるの
に対して、誘電体層（ＳｉＯ2 ）の弾性定数の温度係数
は＋である。したがって、圧電体層（ＺｎＯ）および誘
電体層（ＳｉＯ2 ）を適切な膜厚比ｔｓ／ｔｐで組み合
わせることによって、共振周波数温度係数ＴＣＦを０と
することができる。これにより、温度に対して安定な周
波数特性の圧電共振子を作製することができる。
【００２２】図７は図１に示す圧電共振子の変形例を示
す平面図解図である。図７に示す圧電共振子１０では、
図１に示す圧電共振子１０と比べて、下部電極１８ａお
よび上部電極１８ｂにおいて互いに対向する部分が、そ
れぞれ、下部電極１８ａおよび上部電極１８ｂが対向す
る部分の厚さｔの２０／ｎ倍以上の半径の円を内包する
たとえば円形状に形成される。
す平面図解図である。図７に示す圧電共振子１０では、
図１に示す圧電共振子１０と比べて、下部電極１８ａお
よび上部電極１８ｂにおいて互いに対向する部分が、そ
れぞれ、下部電極１８ａおよび上部電極１８ｂが対向す
る部分の厚さｔの２０／ｎ倍以上の半径の円を内包する
たとえば円形状に形成される。
【００２３】図８は図１に示す圧電共振子の他の変形例
を示す平面図解図である。図８に示す圧電共振子１０で
は、図１に示す圧電共振子１０と比べて、下部電極１８
ａおよび上部電極１８ｂにおいて互いに対向する部分
が、それぞれ、下部電極１８ａおよび上部電極１８ｂが
対向する部分の厚さｔの２０／ｎ倍以上の半径の円を内
包するたとえば６角形状に形成される。
を示す平面図解図である。図８に示す圧電共振子１０で
は、図１に示す圧電共振子１０と比べて、下部電極１８
ａおよび上部電極１８ｂにおいて互いに対向する部分
が、それぞれ、下部電極１８ａおよび上部電極１８ｂが
対向する部分の厚さｔの２０／ｎ倍以上の半径の円を内
包するたとえば６角形状に形成される。
【００２４】図９は図１に示す圧電共振子のさらに他の
変形例を示す平面図解図である。図９に示す圧電共振子
１０では、図１に示す圧電共振子１０と比べて、下部電
極１８ａおよび上部電極１８ｂにおいて互いに対向する
部分が、それぞれ、下部電極１８ａおよび上部電極１８
ｂが対向する部分の厚さｔの２０／ｎ倍以上の半径の円
を内包するたとえば８角形状に形成される。
変形例を示す平面図解図である。図９に示す圧電共振子
１０では、図１に示す圧電共振子１０と比べて、下部電
極１８ａおよび上部電極１８ｂにおいて互いに対向する
部分が、それぞれ、下部電極１８ａおよび上部電極１８
ｂが対向する部分の厚さｔの２０／ｎ倍以上の半径の円
を内包するたとえば８角形状に形成される。
【００２５】また、図７〜図９に示す各圧電共振子１０
では、下部電極１８ａおよび上部電極１８ｂが対向する
部分の端部から｛１００｝Ｓｉ基板１２の端部までの最
短距離ｘが２ｔ／ｎ≦ｘ≦１０ｔになるように形成され
る。
では、下部電極１８ａおよび上部電極１８ｂが対向する
部分の端部から｛１００｝Ｓｉ基板１２の端部までの最
短距離ｘが２ｔ／ｎ≦ｘ≦１０ｔになるように形成され
る。
【００２６】したがって、図７〜図９に示す圧電共振子
１０でも、図１に示す圧電共振子１０が奏する作用効果
と同様の作用効果を奏する。
１０でも、図１に示す圧電共振子１０が奏する作用効果
と同様の作用効果を奏する。
【００２７】なお、上述の各圧電共振子１０において、
ダイアフラム部１６は、｛１００｝Ｓｉ基板１２を異方
性エッチングする代わりにＲＩＥによる垂直加工するこ
とによって形成されてもよい。
ダイアフラム部１６は、｛１００｝Ｓｉ基板１２を異方
性エッチングする代わりにＲＩＥによる垂直加工するこ
とによって形成されてもよい。
【００２８】また、この発明は、圧電共振子だけでなく
圧電共振子を含む圧電フィルタにも適用され得る。
圧電共振子を含む圧電フィルタにも適用され得る。
【００２９】
【発明の効果】この発明によれば、振動漏れの対策、不
要振動の対策および歩留まりを同時に満足させることが
できる圧電共振子が得られる。また、この発明によれ
ば、振動漏れの対策、不要振動の対策および歩留まりを
同時に満足させることができる圧電共振子を有する圧電
フィルタが得られる。
要振動の対策および歩留まりを同時に満足させることが
できる圧電共振子が得られる。また、この発明によれ
ば、振動漏れの対策、不要振動の対策および歩留まりを
同時に満足させることができる圧電共振子を有する圧電
フィルタが得られる。
【図１】この発明にかかる圧電共振子の一例を示す平面
図解図である。
図解図である。
【図２】図１に示す圧電共振子の断面図解図である。
【図３】この発明の条件を満たす場合の上部電極の端部
あたりでの振動の状態を有限要素法で解析した結果を示
す図解図である。
あたりでの振動の状態を有限要素法で解析した結果を示
す図解図である。
【図４】この発明の条件を満たさない場合の上部電極の
端部あたりでの振動の状態を有限要素法で解析した結果
を示す図解図である。
端部あたりでの振動の状態を有限要素法で解析した結果
を示す図解図である。
【図５】ダイアフラム部での振動の変位分布を有限要素
法で解析した結果を示すグラフである。
法で解析した結果を示すグラフである。
【図６】ＺｎＯからなる圧電体層とＳｉＯ2 からなる誘
電体層との２層構造の圧電共振子の厚み縦振動の基本波
および２倍波について、膜厚比ｔｓ／ｔｐ（誘電体層
（ＳｉＯ2 ）の膜厚／圧電体層（ＺｎＯ）の膜厚）と共
振周波数温度係数ＴＣＦとの関係を示すグラフである。
電体層との２層構造の圧電共振子の厚み縦振動の基本波
および２倍波について、膜厚比ｔｓ／ｔｐ（誘電体層
（ＳｉＯ2 ）の膜厚／圧電体層（ＺｎＯ）の膜厚）と共
振周波数温度係数ＴＣＦとの関係を示すグラフである。
【図７】図１に示す圧電共振子の変形例を示す平面図解
図である。
図である。
【図８】図１に示す圧電共振子の他の変形例を示す平面
図解図である。
図解図である。
【図９】図１に示す圧電共振子のさらに他の変形例を示
す平面図解図である。
す平面図解図である。
１０ 圧電共振子
１２ ｛１００｝Ｓｉ基板
１４ａ 誘電体層
１４ｂ ＳｉＯ2 膜
１６ ダイアフラム部
１８ａ 下部電極
１８ｂ 上部電極
２０ 圧電体層
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平６−37579（ＪＰ，Ａ)
特開 平11−4135（ＪＰ，Ａ)
特開 平８−242026（ＪＰ，Ａ)
特公 平１−48694（ＪＰ，Ｂ２)
特公 平３−56013（ＪＰ，Ｂ２)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H03H 9/17
H01L 41/09
H03H 9/02
Claims (4)
- 【請求項１】 ダイアフラム部、 前記ダイアフラム部を周辺から支持するための基板、お
よび 前記ダイアフラム部に形成され、少なくとも１対の対向
する電極を有するｎ次モード（ｎは自然数）の厚み縦振
動または厚みすべり振動を利用した振動手段を含む圧電
共振子において、 前記電極において互いに対向する部分の形状が、前記電
極が対向する部分の厚さｔの２０／ｎ倍以上の半径の円
またはその円を内包する形状であり、 前記電極が対向する部分の端部から前記基板の端部まで
の最短距離ｘが２ｔ／ｎ≦ｘ≦１０ｔであることを特徴
とする、圧電共振子。 - 【請求項２】 ダイアフラム部、 前記ダイアフラム部を周辺から支持するための基板、お
よび 前記ダイアフラム部に形成され、少なくとも１対の対向
する電極を有するｎ次モード（ｎは自然数）の厚み縦振
動または厚みすべり振動を利用した振動手段を含む圧電
共振子において、 前記電極が対向する部分の厚さをｔとすると、 前記電極が対向する部分の端部から前記基板の端部まで
の最短距離ｘが２ｔ／ｎ≦ｘ≦１０ｔであることを特徴
とする、圧電共振子。 - 【請求項３】 前記振動手段は積層される１種類以上の
圧電体層および１種類以上の誘電体層を含み、 前記圧電体層および前記誘電体層のうちの少なくとも１
つのものの弾性定数の温度係数は前記圧電体層および前
記誘電体層の他のものの弾性定数の温度係数と逆符号で
ある、請求項１または請求項２に記載の圧電共振子。 - 【請求項４】 請求項１ないし請求項３のいずれかに記
載の圧電共振子を含む、圧電フィルタ。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000262838A JP3470691B2 (ja) | 2000-08-31 | 2000-08-31 | 圧電共振子および圧電フィルタ |
| EP01114466A EP1170862B1 (en) | 2000-06-23 | 2001-06-15 | Piezoelectric resonator and piezoelectric filter using the same |
| KR10-2001-0036047A KR100430366B1 (ko) | 2000-06-23 | 2001-06-23 | 압전 공진기와 이를 이용한 압전 필터 |
| US09/888,815 US6556103B2 (en) | 2000-06-23 | 2001-06-25 | Piezoelectric resonator with electrode radius related to resonator thickness and vibration mode, and filter using the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000262838A JP3470691B2 (ja) | 2000-08-31 | 2000-08-31 | 圧電共振子および圧電フィルタ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002076823A JP2002076823A (ja) | 2002-03-15 |
| JP3470691B2 true JP3470691B2 (ja) | 2003-11-25 |
Family
ID=18750458
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000262838A Expired - Lifetime JP3470691B2 (ja) | 2000-06-23 | 2000-08-31 | 圧電共振子および圧電フィルタ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3470691B2 (ja) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1542362B1 (en) | 2002-06-20 | 2011-03-30 | Ube Industries, Ltd. | Thin film piezoelectric oscillator, thin film piezoelectric device, and manufacturing method thereof |
| EP1702407A1 (en) * | 2003-10-06 | 2006-09-20 | Philips Intellectual Property & Standards GmbH | Resonator structure and method of producing it |
| JP5009507B2 (ja) * | 2004-04-05 | 2012-08-22 | 日本碍子株式会社 | 圧電／電歪膜型素子 |
| JPWO2005107066A1 (ja) * | 2004-04-30 | 2008-03-21 | 株式会社村田製作所 | 圧電薄膜共振子 |
| JP5128077B2 (ja) * | 2006-02-21 | 2013-01-23 | 宇部興産株式会社 | 薄膜圧電共振器とそれを用いた薄膜圧電フィルタ |
| JP4895323B2 (ja) * | 2006-10-27 | 2012-03-14 | 宇部興産株式会社 | 薄膜圧電共振器 |
| JP4870541B2 (ja) | 2006-12-15 | 2012-02-08 | 太陽誘電株式会社 | 圧電薄膜共振器およびフィルタ |
-
2000
- 2000-08-31 JP JP2000262838A patent/JP3470691B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2002076823A (ja) | 2002-03-15 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6556103B2 (en) | Piezoelectric resonator with electrode radius related to resonator thickness and vibration mode, and filter using the same | |
| US9748923B2 (en) | Elastic wave device and manufacturing method for same | |
| EP1557945B1 (en) | Piezoelectric vibrator, filter using same, and method for adjusting piezoelectric vibrator | |
| US6750593B2 (en) | High frequency piezoelectric resonator having reduced spurious modes | |
| JP3339350B2 (ja) | 弾性表面波装置 | |
| US20070000327A1 (en) | Acoustic wave sensing device integrated with micro-channels and method for the same | |
| CN106053595B (zh) | 具有高品质因数的Lamb波传感器 | |
| JPH0218614B2 (ja) | ||
| Gao et al. | Harnessing mode conversion for spurious mode suppression in AlN laterally vibrating resonators | |
| CN107525610B (zh) | 基于厚度方向激励剪切波模式的fbar微压力传感器 | |
| JP3470691B2 (ja) | 圧電共振子および圧電フィルタ | |
| US6437479B1 (en) | Surface acoustic wave device | |
| JP2983252B2 (ja) | 圧電薄膜デバイス | |
| JPH09107264A (ja) | チャネル波局部閉じ込め型圧電振動子およびフィルタ | |
| JP2002076824A (ja) | 圧電薄膜共振子、フィルタおよび電子機器 | |
| Gavignet et al. | Theoretical analysis of surface transverse waves propagating on a piezoelectric substrate under shallow groove or thin metal strip gratings | |
| US9246472B2 (en) | Volume wave resonator using excitation/detection of vibrations | |
| CN114465594B (zh) | 一种声波谐振器 | |
| Tiersten et al. | Monolithic mosaic transducer utilizing trapped energy modes | |
| JP2001007677A (ja) | 水晶振動子 | |
| Zhao et al. | Frequency spectra of coupling vibration in high-frequency thickness-shear ZnO thin film resonator applied in sensing field based on the Hamilton principle | |
| Henrot et al. | Acoustic resonator based on periodically poled lithium niobate ridge | |
| JP2000236231A (ja) | 弾性表面波素子 | |
| JP2990926B2 (ja) | 超音波振動子 | |
| JP2002009579A (ja) | 圧電共振子およびそれを用いた圧電フィルタ |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 3470691 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080912 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080912 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090912 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090912 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100912 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100912 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110912 Year of fee payment: 8 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120912 Year of fee payment: 9 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120912 Year of fee payment: 9 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130912 Year of fee payment: 10 |
|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |