JP7408896B2 - 共振キャビティ表面音響波（ｓａｗ）フィルタ - Google Patents

Description

本発明は、フィルタ用途のための表面音響波デバイスに関し、更には特に、表面音響波フィルタデバイスのための複合基板に関する。

近年、表面音響波（ＳＡＷ）デバイスが益々多くの実用的な用途、例えばフィルタ、センサー、及び遅延線に使用されている。

ＳＡＷフィルタの合成は異なる種類のツールを必要とし、異なる種類の構造物が実現されることを可能にする。しかし、ＳＡＷデバイスにおける従来のフィルタ構造の使用は、例えばデバイスの小型度及び性能などの様々な問題に直面する。

ＳＡＷフィルタデバイスは、通常、圧電材料としてモノリシック石英、ＬｉＮｂＯ_３又はＬｉＴａＯ_３結晶から作られたウエハを使用する。しかし、圧電基板の使用は、使用される圧電材料に応じて、温度に対する高い感度、又は弱い電気機械結合をもたらす。これは、低性能なフィルタの通過帯域特性をもたらす。

フィルタ性能は、例えば帯域幅、帯域内挿入損失、及び、通過帯域と阻止帯域とを分離する阻止及び遷移帯域幅などの幾つかのパラメータを使用して規定される。

更に、フィルタ伝達関数における極及び零点を生成するためのキャビティの使用は、数ＧＨｚにおいて動作するマイクロ波フィルタを開発する場合に系統的に使用されるよく知られた技術である。このようなフィルタは導波路を必要とし、共振要素が（直列に、又は並列に）互いに接続される手法に依存して極又は零点をもたらす共振要素が、導波路に沿って位置している。このようなフィルタの合成は、信号源とフィルタ構造物との間の所与の結合因子を前提として、帯域における、より少ないリップル、及び改善された帯域外阻止を実現するこれらの極及び零点の組み合わせに基づいている。いずれの場合においても、フィルタは、互いに接続された、又は導波路に沿って位置した、及び、電気コネクタにより、又は、導波路の縁部を介して直接的にアクセス可能な、一連のキャビティにあるのみである。ＳＡＷデバイスに対して、電磁的なフィルタ処理された信号を提供するために、電磁波から音響波への変換及びその逆が達成される必要がある。間において、フィルタ処理の効果をもたらすために、電気的に、又は音響的に共振が組み合わされ得る手法により、電極構造物が組み合わされる。

現在のところ、ＳＡＷフィルタのために現時点で開発されている解決策は、フィルタ機能を実現するために、主に、いずれもブラッグ条件の近くにおいて動作する回折格子を使用したＩＤＴを結合することに基づいた、インピーダンス要素格子（いわゆるＳＡＷラダー）、又は、縦結合型共振器フィルタ（ＬＣＲＦ）、又は、ダブルモードＳＡＷ（ＤＭＳ）フィルタといった、３種類のアーキテクチャを使用することである。しかし、これらのアプローチは、概して、２つ以上の極が通過帯域に配置されることを可能にし、したがって、最適化されていない性能のデバイスをもたらし、比較的広い占有領域を必要とする。

本発明の目的は、小型度、簡潔さ、及び、多用途さ、並びに良い性能のために改善された設計により複合基板に堆積させられた表面音響波（ＳＡＷ）フィルタデバイスを提供することにより、前述の欠点を克服することである。

本発明の目的は、音響波伝播基板と、基板上に設けられた少なくとも１つの入力トランスデューサー構造物及び１つの出力トランスデューサー構造物であって、互い違いに位置する櫛歯電極を各々が備える、少なくとも１つの入力トランスデューサー構造物及び１つの出力トランスデューサー構造物と、１つの反射構造物であって、反射構造物が、音響波の伝播方向において、入力トランスデューサー構造物及び出力トランスデューサー構造物から距離ｄに、及び、入力トランスデューサー構造物と出力トランスデューサー構造物との間に位置する、少なくとも１つ以上の金属ストリップを備える、１つの反射構造物とを備える、表面音響波、特に導波された表面音響波を使用した、結合型キャビティフィルタ構造物において、音響波伝播基板が、ベース基板と圧電層とを備える複合基板であることを特徴とする結合型キャビティフィルタ構造物により達成される。このようなフィルタ構造物を含むことにより、通過帯域が調節され得ると同時に、当技術分野における上述のフィルタ構造物に比べて、より少ない占有領域を占めるフィルタ構造物が実現され得る。

本発明の変形例によると、結合型キャビティフィルタ構造物は、表面音響波が圧電層内における剪断波又は縦波であるように構成され得る。従来技術ではレイリー波が使用されたのに対し、バルク基板の代わりとしての圧電層の使用は、異なる種類の音響波を使用することへの道を切り開き、以て、更なる最適化パラメータを提供する。導波された剪断波は、複合基板を使用して到達可能な最高の電気機械結合を実現し得る。それらは、従来のレイリー様波に比べて、熱補償のためのより多くの機会を伴いながら、楕円偏波より速い波速に達することを可能にする。更に、基板と誘起条件との所与の組み合わせの使用が、縦方向に偏波した導波された波を誘起することを可能にし、５％より大きい結合を伴って、剪断波及びレイリー波といった他の波の種類より速い速度を実現する。

本発明の変形例によると、少なくとも１つの入力トランスデューサー構造物及び１つの出力トランスデューサー構造物の互い違いに位置する櫛歯電極は、ｐ＝λ／２により与えられるブラッグ条件により規定され得、λはトランスデューサー構造物の動作音響波長であり、ｐはトランスデューサー構造物の電極ピッチである。このアプローチは、所与の周波数、帯域幅、及びエネルギー閉じ込めのための最適な寸法及び誘起条件又は結合状態を実現することを可能にする。

本発明の変形例によると、結合型キャビティフィルタ構造物は、音響波の伝播方向において、１つの反射構造物が位置している側の反対側に、入力トランスデューサー構造物及び／又は出力トランスデューサー構造物から離れて位置する少なくとも１つのブラッグミラーを更に備え得る。トランスデューサー構造物に近接して位置するブラッグミラーの存在は、構造物における損失を減らすことを可能にする。

本発明の変形例によると、結合型キャビティフィルタ構造物は、音響波の伝播方向において、ギャップｇだけ互いに離れた、及び、入力トランスデューサー構造物及び出力トランスデューサー構造物に対して距離ｄに、及び入力トランスデューサー構造物と出力トランスデューサー構造物との間に位置する、複数の反射構造物を備え得、反射構造物間の各ギャップｇ、及び、トランスデューサー構造物とトランスデューサー構造物に隣接した反射構造物との間の各ギャップｄが音響キャビティを形成している。構造物が１つより多い反射構造物を含むことが、構造物に複数の音響キャビティを提供する。より多くの音響キャビティが、遷移帯域を狭くすることを可能にする。

本発明の変形例によると、特にキャビティにおける位相速度が反射構造物内における位相速度を上回るように、キャビティフィルタ構造物の各音響キャビティの寸法は、λ／４より小さいものであり得る。このような寸法は、共振条件を改善し、以てフィルタの性能を改善し得る。

本発明の変形例によると、複数の反射構造物の近接した反射構造物間の距離、及び／又は、反射構造物と近接したトランスデューサー構造物との間の距離は、同じであり得るか、又は異なり得る。ギャップの寸法、ひいてはキャビティの寸法を適応させることにより、フィルタパラメータが改善され得る。

本発明の変形例によると、１つ又は複数の反射構造物は、複合基板の、及びトランスデューサー構造物の電極の結合係数ｋ_ｓ ^２より大きいユニタリ金属ストリップ反射係数、特に、結合係数ｋ_ｓ ^２より少なくとも１．５倍大きいユニタリ金属ストリップ反射係数をもち得る。反射係数を結合係数で割った、より高い比は、所与の帯域幅に対して、条件を満たさないフィルタに比べて少ない帯域内リップル効果を伴って、実質的に平坦な帯域内伝達関数、及び急峻な遷移帯域をもたらす。

本発明の変形例によると、各反射構造物は少なくとも１つ以上の金属ストリップを備え得、金属ストリップのピッチは、トランスデューサー構造物の電極ピッチと同じであるか、又は異なる。高反射構造物を使用することは、製造ばらつきに対してミラーのより高い許容度を与え得るが、高反射構造物を使用することは、帯域外阻止を改善するために反射関数の零点をシフトさせることを更に可能にする。

本発明の変形例によると、各反射構造物の金属ストリップは、互いに電気的に接続され得る。したがって、各反射構造物にわたって一定値の電位が実現され得、以て、ブラッグ条件における反射構造物の反射係数を改善する。

本発明の変形例によると、複数の反射構造物の各反射構造物の金属ストリップの数は、３０未満であり得、好適には２０未満であり得、したがって、複数の反射構造物の反射係数は０．５より大きく、特に０．８より大きい。したがって、音響エネルギーのキャビティ閉じ込めが改善され得、モード結合状態が構造物においてもたらされ得る。

本発明の変形例によると、圧電層からの材料の音響インピーダンスと、複数の反射構造物の各反射構造物の金属ストリップからの材料との間の違いは、複数の反射構造物の反射係数が０．５より大きく、特に０．８より大きくなるようにされ得る。反射係数を大きくすることにより、フィルタ構造物の寸法を小さくすることが可能となる。

本発明の目的は、音響波伝播基板と、基板上に設けられた少なくとも１つの入力トランスデューサー構造物及び１つの出力トランスデューサー構造物であって、電極を各々が備える、少なくとも１つの入力トランスデューサー構造物及び１つの出力トランスデューサー構造物と、１つの反射構造物であって、反射構造物が、音響波の伝播方向において、入力トランスデューサー構造物及び出力トランスデューサー構造物から距離Ｌに、及び、入力トランスデューサー構造物と出力トランスデューサー構造物との間に位置する溝を備える、１つの反射構造物とを備える、表面音響波、特に導波された表面音響波を使用した結合型キャビティフィルタ構造物において、音響波伝播基板がベース基板と圧電層とを備える複合基板であることを特徴とする結合型キャビティフィルタ構造物により更に達成される。このようなフィルタ構造物を含むことにより、通過帯域が調節され得ると同時に、当技術分野において上述のフィルタ構造物に比べて、より少ない占有領域を占めるフィルタ構造物が実現され得る。

本発明の変形例によると、結合型キャビティフィルタ構造物は、表面音響波が圧電層内における剪断波又は縦波であるように構成され得る。従来技術ではレイリー波が使用されたのに対し、バルク基板の代わりとしての圧電層の使用は、異なる種類の音響波の使用への道を切り開き、以て更なる最適化パラメータを提供する。導波された剪断波は、複合基板を使用して到達可能な最高の電気機械結合を実現し得る。それらは、従来のレイリー様波に比べて熱補償のためのより多くの機会を伴いながら、楕円偏波より速い波速に達することを可能にする。更に、基板と誘起条件との所与の組み合わせの使用が、縦方向に偏波した導波された波を誘起することを可能にし、５％より大きい結合を伴って、剪断波及びレイリー波といった他の波の種類より速い速度を実現する。

本発明の変形例によると、結合型キャビティフィルタ構造物は、音響波の伝播方向において、１つの反射構造物が位置している側の反対側に、入力トランスデューサー構造物及び／又は出力トランスデューサー構造物から離れて位置する少なくとも１つの更なる溝を更に備え得る。トランスデューサー構造物に近接して位置する溝の存在は、構造物における損失を減らすことを可能にし、例えばトランスデューサーにおいて伝播する音響波の全反射を実現するように構成され得る。

変形例によると、少なくとも１つの入力トランスデューサー構造物及び１つの出力トランスデューサー構造物の電極は、ｎλに等しい電極ピッチｐにより規定され得、λはトランスデューサー構造物の動作音響波長である。

変形例によると、結合型キャビティフィルタ構造物は、音響波の伝播方向において、１つの反射構造物が位置している側の反対側に、入力トランスデューサー構造物及び／又は出力トランスデューサー構造物から離れて位置する少なくとも１つの更なる溝を更に備え得る。

変形例によると、音響波の伝播方向において、１つの反射構造物が位置している側の反対側に、入力トランスデューサー構造物及び／又は出力トランスデューサー構造物から離れて位置する少なくとも１つの更なる溝の深さＤ_３は、λ以上のオーダー（λ以上程度）であり得る。

変形例によると、結合型キャビティフィルタは、ギャップｇだけ互いに離れた、及び、音響波の伝播方向において、入力トランスデューサー構造物及び出力トランスデューサー構造物から距離Ｌに、及び、入力トランスデューサー構造物と出力トランスデューサー構造物との間に位置する複数の反射構造物を備え得、反射構造物間の各ギャップｇが音響キャビティを形成している。変形例によると、溝の縁部と、音響波の伝播方向において、溝が位置している側におけるトランスデューサー構造物（８１２、８１４）のピッチの端部に対応した位置Ａ、Ｂとの間の距離Ｌ_２が、音響キャビティを形成し得る。構造物が１つより多い反射構造物を含むことは、構造物に複数の音響キャビティを提供する。より多くの音響キャビティが、遷移帯域を狭くすることを可能にする。

変形例によると、溝（８２２、１０２２、１３２２、１４２２、１５２２、１７２２）の縁部と、少なくとも１つの更なる溝（９３２、９３４）の縁部との間の距離は、ｎλのオーダーであり得る。このような寸法は、共振条件を改善し得、以てフィルタの性能を改善し得る。

変形例によると、逃げ角が横軸Ｘと溝の縁部壁との間の角度であるとき、反射構造物の溝の逃げ角は、７０°以上のオーダー、特に９０°のオーダーであり得る。

変形例によると、反射構造物の溝の深さはλ以上のオーダー、特に１０λ以上のオーダーであり、λは表面音響波の波長である。

変形例によると、少なくとも１つの更なる溝は、例えば、伝播方向に沿った伝播波の全反射を実現するように構成される。

変形例によると、複数の反射構造物の少なくとも２つの溝間に形成された音響キャビティは、トランスデューサーが位置する基板の表面でもある基板の表面に位置し得る。

変形例によると、複数の反射構造物の少なくとも２つの溝間に形成された音響キャビティは、基板の表面と深さＤに位置する少なくとも２つの溝の底面との間に包含される深さに位置し得る。

変形例によると、入力トランスデューサー構造物及び出力トランスデューサー構造物は異なり得、特に、各トランスデューサー構造物の電極フィンガーの数が異なり得る。したがって、フィルタ構造物はより多用途であり、トランスデューサーの構造物は、低挿入損失を実現するために、反射構造物内におけるモードの結合効率を最適化するために変更され得る。

本発明の変形例によると、音響キャビティは、互いに離れたサブキャビティに分割され得る。サブキャビティは、更なる層により互いに離され得、１つのキャビティから別のキャビティへとエバネセント結合を生成することを可能にする。したがって、サブキャビティは、構造物におけるエネルギー閉じ込めに有利に働き、デバイスの小型度の改善をもたらし得る。

本発明の変形例によると、キャビティフィルタ構造物は、音響波の伝播方向に少なくとも３つ以上のトランスデューサー構造物を備える。信号源密度が高められ得、改善された阻止を実現する。更に、フィルタ帯域は、２つのトランスデューサーのみを含む同じフィルタに対するものより平坦であり得る。

本発明の変形例によると、特に、トランスデューサー構造物の電極形状、例えば、電極の厚さ、幅、及び／若しくは、長さ、並びに／若しくは、数、並びに／又は、形状だけでなく、波長λの５％以上でなければならない圧電層の厚さを適応させることにより、より高いフィルタ帯域通過特性を実現するために、圧電層における剪断波、好適には導波された波又は導波された縦波の電気機械結合係数ｋ_ｓ ^２が５％より大きくなるように、特に７％より大きくなるように、圧電層の特性、及びトランスデューサー構造物の電極の特性が選択され得る。

本発明の変形例によると、圧電層（１０４）における剪断波の、好適には導波された剪断波の、又は導波された縦波の電気機械結合係数ｋ_ｓ ^２が５％より大きくなるように、特に７％より大きくなるように、圧電層の厚さが選択され得る。λより大きい、より大きい厚さに対して、音響波はその導波特性を失い、層における複数の波の出射と、基板におけるエネルギー損をもたらす。

本発明の変形例によると、キャビティフィルタ構造物は、ベース基板と圧電層との間の挟まれた誘電体層、特にＳｉＯ_２層を更に備え得る。誘電体又はパッシベーション層は、ベース基板上への圧電層の装着を改善し得るが、表面音響波デバイスの温度安定性を維持しながら、電気機械結合を更に改善し得る。誘電体層は１μｍ未満の厚さ、特に１００ｎｍ～１μｍの範囲内の厚さをもつことが好ましい。

本発明の変形例によると、複合基板の圧電層は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、ＰＺＴ、ニオブ酸カリウムＫＮｂＯ_３、及び、同様の材料、例えばＫＴＮなど、並びに、圧電リラクサー、例えばＰＭＮ－ＰＴ、及び関連する材料、窒化ガリウム（ＧａＮ）、タンタル酸リチウムＬｉＴａＯ_３、又は、ニオブ酸リチウムＬｉＮｂＯ_３であり得、ここで、タンタル酸リチウムＬｉＴａＯ_３、又は、ニオブ酸リチウムＬｉＮｂＯ_３は、規格ＩＥＥＥ１９４９Ｓｔｄ－１７６に従って（ＹＸｌ）／θとして規定されたタンタル酸リチウムＬｉＴａＯ_３又はニオブ酸リチウムＬｉＮｂＯ_３に対する結晶方位をもち、結晶方位の角度θは、０°～６０°の間に、又は９０°～１５０°の間に包含される。

本発明の変形例によると、複合基板のベース基板は、シリコン、特にトラップリッチ層を含む高抵抗率シリコン基板、カーボンダイヤモンド、サファイア、又は炭化ケイ素のうちの１つであり得る。高抵抗率により、１０００オーム・ｃｍより高い電気抵抗率を理解できる。シリコンに圧電層を転写するために、転写される層を規定するための圧電源基板へのイオン注入と、源基板をシリコン基板に装着することと、熱的又は機械的処理により層を転写することとを使用したスマートカット（ＳｍａｒｔＣｕｔ）（商標）などの大量生産方法が使用され得る。ベース基板に圧電基板を接合することと、圧電基板の（ＣＭＰ、研削、研磨を介した）後続の薄化とに基づく、より単純なアプローチが本発明のために使用されてもよく、特に、５μｍ～２０μｍのオーダーの最終的な厚さをもつと想定される厚い圧電層に適している。スマートカット（商標）を介した層転写、又は連結／薄化を介した層転写の両方のアプローチが、結果的に高品質な、ベース基板に形成された単結晶圧電層を提供する。

本発明の変形例によると、ベース基板は、圧電層の下方にブラッグミラーを備え得る。ブラッグミラーは、任意の無機物質のプレートの上に堆積させられた、又は製造された周期的に交番している音響インピーダンスをもつ層のスタックからなる。各層の厚さが音響波長のおおむね４分の１であることを条件として、層のスタックは、上部圧電層において誘起された波に対してミラーのように振る舞う。したがって、ミラーは、基板深さ方向を指す成分をもつ波を反射し、圧電層に波を閉じ込める。

本発明の変形例によると、結合型キャビティ表面音響波フィルタ構造物は、０．５％～１０％の間に包含されるフィルタ帯域通過をもたらす。キャビティフィルタ構造物のパラメータを変えることにより、フィルタデバイスの帯域通過を変えることが可能であり、したがって、デバイスが、要求されるフィルタ帯域通過を実現するためにユーザーの仕様に適応され得る。

本発明の変形例によると、結合型キャビティフィルタ構造物は、トランスデューサー構造物と少なくとも１つの反射構造物との上に形成されたパッシベーション層を更に備え得、パッシベーション層が、トランスデューサー構造物及び／又は少なくとも１つの反射構造物上に、同じ又は異なる所定の厚さをもつ。

本発明の目的は、上述の少なくとも２つの結合型キャビティフィルタを備えるＳＡＷラダーフィルタデバイスを使用して更に達成され、少なくとも２つの結合型キャビティフィルタデバイスは単一線上に位置し得る。本発明による結合型キャビティフィルタは単一線上に位置し得るので、複数のキャビティフィルタの配置及び接続は、従来のＳＡＷラダーデバイス程の広い空間を必要としない。本発明によるＳＡＷラダーフィルタデバイスは、従来のＳＡＷラダーフィルタデバイスに比べてより小型なデバイスである。

本発明は、添付図面と併せて考慮される以下の説明を参照することにより理解されることができ、添付図面において、参照符号は本発明の特徴を識別する。

本発明の第１の実施形態による結合型キャビティ表面音響波フィルタ構造物を示す図である。 本発明の第１の実施形態による結合型キャビティ表面音響波フィルタ構造物の変形例を示す図である。 本発明の第２の実施形態による結合型キャビティ表面音響波フィルタ構造物を示す図である。 本発明の第２の実施形態による結合型キャビティ表面音響波フィルタ構造物の変形例を示す図である。 本発明の第２の実施形態による結合型キャビティ表面音響波フィルタ構造物の変形例を示す図である。 本発明の第２の実施形態による結合型キャビティ表面音響波フィルタ構造物の変形例を示す図である。 本発明の第２の実施形態による結合型キャビティ表面音響波フィルタ構造物の変形例を示す図である。 ６μｍのＬｉＴａＯ_３（ＹＸｌ）／４２°圧電層と半無限（１００）シリコン基板と間に５００ｎｍのＳｉＯ_２層を含む、本発明による複合基板を含む、図２ｂに示される結合型キャビティ表面音響波フィルタ構造物の性能を示す図である。 ６μｍのＬｉＴａＯ_３（ＹＸｌ）／４２°圧電層と半無限（１００）シリコン基板と間に５００ｎｍのＳｉＯ_２層を含む、本発明による複合基板を含む、図２ｂに示される結合型キャビティ表面音響波フィルタ構造物の性能を示す図である。 ６μｍのＬｉＴａＯ_３（ＹＸｌ）／４２°圧電層と半無限（１００）シリコン基板と間に５００ｎｍのＳｉＯ_２層を含む、本発明による複合基板を含む、図２ｂに示される結合型キャビティ表面音響波フィルタ構造物の性能を示す図である。 ６μｍのＬｉＴａＯ_３（ＹＸｌ）／４２°圧電層と半無限（１００）シリコン基板と間に５００ｎｍのＳｉＯ_２層を含む、本発明による複合基板を含む、図２ｂに示される結合型キャビティ表面音響波フィルタ構造物の性能を示す図である。 本発明による図２ｂに示される結合型キャビティ表面音響波フィルタ構造物の特性をリスト化した表を示す図である。 本発明の第３の実施形態による結合型キャビティ表面音響波フィルタ構造物を示す図である。 本発明の第３の実施形態による結合型キャビティ表面音響波フィルタ構造物を示す図である。 本発明の第４の実施形態による結合型キャビティ表面音響波フィルタ構造物を示す図である。 本発明の第５の実施形態による結合型キャビティ表面音響波フィルタ構造物を示す図である。 本発明の第６の実施形態による結合型キャビティ表面音響波フィルタ構造物を示す図である。 本発明の第６の実施形態による結合型キャビティ表面音響波フィルタ構造物の変形例を示す図である。 本発明の第６の実施形態による結合型キャビティ表面音響波フィルタ構造物の変形例を示す図である。 本発明の第６の実施形態による結合型キャビティ表面音響波フィルタ構造物の変形例を示す図である。 本発明の第６の実施形態による結合型キャビティ表面音響波フィルタ構造物の変形例を示す図である。 本発明の第６の実施形態による結合型キャビティ表面音響波フィルタ構造物の変形例を示す図である。 本発明の第６の実施形態による結合型キャビティ表面音響波フィルタ構造物の変形例を示す図である。 本発明の第６の実施形態による結合型キャビティ表面音響波フィルタ構造物の変形例を示す図である。 シミュレーションの実用的な例のために使用される本発明の第３の実施形態によるデバイスを示す図である。 本発明の第３の実施形態による図９に示される結合型キャビティ表面音響波フィルタ構造物のシミュレーションによる特性を示す図である。 本発明の第３の実施形態による図９に示される結合型キャビティ表面音響波フィルタ構造物のシミュレーションによる特性を示す図である。 本発明の第３の実施形態による図９に示される結合型キャビティ表面音響波フィルタ構造物のシミュレーションによる特性に対するデバイスのパラメータの影響を示す図である。 本発明の第３の実施形態による図９に示される結合型キャビティ表面音響波フィルタ構造物のシミュレーションによる特性に対するデバイスのパラメータの影響を示す図である。 本発明の第３の実施形態による図９に示される結合型キャビティ表面音響波フィルタ構造物のシミュレーションによる特性に対するデバイスのパラメータの影響を示す図である。 本発明の第３の実施形態による図９に示される結合型キャビティ表面音響波フィルタ構造物のシミュレーションによる特性に対するデバイスのパラメータの影響を示す図である。 図１２ａにおける従来技術によるＳＡＷラダーフィルタデバイスの例を示す図である。 図１２ｂにおける本発明によるＳＡＷラダーフィルタデバイスの例を示す図である。

図１は、本発明の第１の実施形態による結合型キャビティ表面音響波フィルタ構造物を示す。図１ａにおいて、結合型キャビティ表面音響波フィルタ構造物１００は、複合基板である基板１０２において実現されている。複合基板１０２は、ベース基板１０６上に形成された、結晶軸Ｘ、Ｙ、及びＺをもつ圧電材料１０４の層を備える。

この実施形態における圧電層１０４は、特に、結晶方位の角度θが０°～６０°の間、又は９０°～１５０°の間に包含される、規格ＩＥＥＥ１９４９Ｓｔｄ－１７６に従って（ＹＸｌ）／θにより規定されたカット方位をもつＬｉＴａＯ_３又はＬｉＮｂＯ_３、カリウムニオブ酸塩ＫＮｂＯ_３、及び同様の材料組成、例えばＫＴＮ、並びに、スパッタリングされたフィルム又はエピタキシャルフィルムを使用した他の圧電層、例えば、窒化アルミニウムＡｌＮ、酸化亜鉛ＺｎＯ、ＰＺＴ、ＧａＮ又は、ＡｌＮ及びＧａＮの任意の組成である。

ベース基板１０６に形成された圧電層１０４の厚さは、１波長λ以下のオーダー、特に約２０μｍ以下である。ベース基板１０６の厚さｔは、圧電層１０４の厚さより大きい。好ましい状況は、圧電層１０４の厚さより少なくとも１０倍大きい、特に５０倍～１００倍大きいベース基板厚さに対応しており、これは２５０μｍ～５００μｍに等しいベース基板厚さに対応している。

本発明の第１の実施形態において使用されるベース基板１０６は、シリコン基板、特に高抵抗率シリコン基板である。シリコン基板の方位は例えば例として（１１０）、（１１１）又は（００１）といった他の結晶方位に比べて高い音響波伝播速度を理由として（１００）であることが好ましいが、（１１０）、（１１１）又は（００１）といった他の結晶方位も使用され得る。シリコンの代わりに、圧電層のうちの１つより大きい音響波伝播速度をもつ他の基板材料が選択され得、例えば、カーボンダイヤモンド、サファイア、又は炭化ケイ素が使用され得る。

本発明の変形例において、ベース基板１０６は、圧電材料の上層に近いいわゆるトラップリッチ層を更に備えてもよく、トラップリッチ層は、ベース基板の絶縁性能を改善し、多結晶、アモルファス、又は多孔質部材、例えば例として、多結晶シリコン、アモルファスシリコン、又は多孔質シリコンのうちの少なくとも１つにより形成されてもよいが、本発明はこのような材料に限定されない。

本発明の変形例において、ベース基板１０６は、圧電層１０４の下方にブラッグミラーを更に備え得る。ブラッグミラーは、任意の無機物質のプレートの上に堆積させられた、又は製造された周期的に交番している音響インピーダンスをもつ層のスタックからなる。音響インピーダンスは、波速に材料密度を乗じた積であり、レイリーにより表され、Ｍレイリー、すなわち１０^６レイリーにより表されることが好ましい。圧電層は、音響波の誘起及び検出のために、層スタックの上に堆積させられ、又は製造されている。スタックは、タングステン及びシリカ、又はＳｉ_３Ｎ_４及びＳｉＯ_２、又はＭｏ及びＡｌの交番、及び、概して、２より大きい音響インピーダンス比をもつ材料の任意の組み合わせから構成されることが有益であることができる。無機サブプレートは、標準的なシリコン、又は、高抵抗率シリコン又はガラス、及び、概して、６ｐｐｍ／Ｋ未満の熱膨張係数（ＴＣＥ）をもつ任意の物質であることが有益であることができる。電気的な絶縁を改善するためにトラップリッチ層を更に組み込み得る。スタックの第１の層はＳｉＯ_２であり得、又は概して、圧電層を上述の複合基板に結合するために使用され得る任意の物質であることが有益である。

この実施形態において、薄いＳｉＯ_２層１０８がベース基板１０６に対する圧電材料層１０４の装着を改善するために、圧電層１０４とベース基板１０６との間の界面１１０に設けられる。ＳｉＯ_２層１１０は２００ｎｍの厚さであるが、変形例において、ＳｉＯ_２層１１０の厚さは様々であり得る。２００ｎｍの厚さより大きい又は小さいものであり得、特に、１０ｎｍ～６μｍの間で様々であり得る。

結合型キャビティフィルタ構造物１００は、２つのトランスデューサー構造物１１２、１１４と、図１に示される伝播方向Ｘにおいてトランスデューサー構造物１１２、１１４から特定の距離ｄにおいて、２つのトランスデューサー構造物１１２、１１４の間に位置する１つの反射構造物１１６とを更に備える。反射構造物１１６と１つのトランスデューサー構造物１１２、１１４との間に位置する領域、例えば、距離ｄにより規定されたその幅をもつ領域１１８は、音響キャビティ１２０に対応している。この場合において、電極は、トランスデューサー１１２、１１４のピッチｐ内に中心をもつ。したがって、以下で、トランスデューサー構造物１１２、１１４のピッチｐの端部は、電極１２８からある距離に位置する。一例において、トランスデューサー構造物１１２、１１４の比ａ／ｐが５０％である場合、ピッチｐの端部は、トランスデューサー構造物１１２、１１４の第１の電極１２８からλ／８に等しい距離だけ離れている。

結果として、音響キャビティは、反射構造物１１６と、反射構造物１１６が位置している側におけるトランスデューサー構造物１１２、１１４のピッチｐの端部との間に延びている。したがって、結合型キャビティ表面音響波フィルタ構造物１００において、様々な音響キャビティが音響波の伝播方向に存在し、図１ａに示される結合型キャビティフィルタ構造物では、２つの音響キャビティ１２０が存在する。

反射構造物１１６は、通常、１つ又は複数の金属ストリップ１２２を備え、反射構造物１１６内における金属ストリップ１２２間の距離に対応した金属ストリップ１２２のピッチ（図示されていない）により規定されている。トランスデューサー構造物１１２、１１４の場合と同様に、反射構造物１１６におけるピッチは、ピッチ内に中心をもつ金属ストリップを含むことにより規定されている。

トランスデューサー構造物１１２及び１１４は、入力トランスデューサー構造物１１２及び出力トランスデューサー構造物１１４に対応しているが、音響波の伝播方向において、入力トランスデューサー構造物が構造物の右側にあり、出力トランスデューサー構造物が構造物の左側にあるように、入力トランスデューサー構造物１１２及び出力トランスデューサー構造物１１４の位置が交換されてもよい。Ｅ符号がトランスデューサー構造物の入力音響信号を表すのに対し、Ｓ符号はトランスデューサー構造物の出力音響信号を表す。

各トランスデューサー構造物１１２、１１４は２つの互い違いに位置する櫛歯電極１２４、１２６を備え、各々が、それぞれ複数の電極手段１２８、１３０を備える。この実施形態において、電極手段１２８、１３０は電極フィンガーの形状をもつ。櫛歯電極１２４、１２６、及び櫛歯電極１２４、１２６のそれぞれの電極フィンガー１２８、１３０は、アルミニウムベースの材料、例えば、純アルミニウム、又はアルミニウム合金、例えば、Ｃｕ、Ｓｉ、又はＴｉをドープしたＡｌから形成されている。それにもかかわらず、より小さい電極相対厚さのために、より強い反射係数をもたらす他の物質が使用されてもよい。その点から、好ましい電極材料は、銅（Ｃｕ）、モリブデン（Ｍｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、例えば、チタン（Ｔｉ）又はタンタル（Ｔａ）又はクロム（Ｃｒ）といった接着層を含む白金（Ｐｔ）又は金（Ａｕ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、パラジウム（Ｐｄ）、イリジウム（Ｉｒ）、タングステン（Ｗ）などである。

トランスデューサー構造物１１２、１１４は、対向した櫛歯電極１２４及び１２６からの２つの近接した電極フィンガー１２８、１３０の間の縁部間電極フィンガー距離に対応した、電極ピッチｐ（図示されていない）により更に規定されている。本発明の変形例において、電極ピッチｐは、ｐ＝λ／２により与えられるブラッグ条件により規定され、λはトランスデューサー構造物１１２、１１４の動作音響波長である。動作音響波長λにより、ｆがフィルタ構造物の所定の中心周波数であり、及びＶが使用されるモードの位相速度であるとしたとき、λが、λ＝Ｖ／ｆに基づく音響波長であることを理解することができる。このようなトランスデューサー構造物は、１波長当たり２フィンガーの互い違い型トランスデューサー（ＩＤＴ）とも呼ばれる。

本発明の変形例において、互い違い型トランスデューサーは、例えば、１波長当たり３フィンガー又は４フィンガーの誘起構造物、又は、２波長当たり５フィンガーのトランスデューサー、又は、３波長当たり７フィンガー又は８フィンガーを使用して、ブラッグ条件外で動作し得る。

トランスデューサー構造物１１２及び１１４は対称であり得、すなわち、トランスデューサー構造物１１２及び１１４は、同じ特性をもつ同数の電極フィンガー１２８、１３０を含む。しかし、本発明の変形例において、トランスデューサー構造物１１２及び１１４は異なっていてもよく、特に、トランスデューサー構造物１１２及び１１４は、異なる数の電極フィンガー１２８、１３０を含んでもよい。

櫛歯電極１２８、１３０の電極フィンガー１３２、１３４はすべて、実質的に同じ長さｌ、幅ｗ、及び厚さｈをもつ。実施形態の変形例によると、電極フィンガー１３２、１３４は、異なる長さｌ、幅ｗ、及び厚さｈをもち得る。寸法は、所望の結合係数ｋ_ｓを実現するように、又は、他の特徴、例えば、横モードの除去、ＩＤＴインピーダンスの変調、望ましくないモードの出射の低減などを利用するように構成される。

本発明の変形例において、トランスデューサー構造物１１２、１１４はチャープされてもよく、このことは、トランスデューサー構造物における電極ピッチｐが、直線状に、又は双曲線状に連続的に変更されることができることを意味する。これは、トランスデューサーの動作周波数帯域を広げることを可能にし、温度に対する幾らかのロバスト性をもたらすことができる。

反射構造物１１６の金属ストリップ１２２のピッチは、トランスデューサー構造物１１２、１１４の電極ピッチｐと同じであり得る。変形例において、反射構造物１１６の金属ストリップ１２２のピッチは、トランスデューサー構造物１１２、１１４の電極ピッチｐと異なっていてもよい。

本発明の変形例において、反射構造物１１６は、フィルタの動作帯域を広げるために、及び、トランスデューサー構造物１１２、１１４間に位置する音響キャビティ１１８の共振の効率を高めるために、同様にチャープされ得る。

変形例において、結合型キャビティフィルタ構造物１００は、２つのブラッグミラー１３２、１３４を更に備える。この変形例は図１ｂに示されており、各ブラッグミラー１３２、１３４は、結合型キャビティフィルタ構造物２００の外側において、トランスデューサー構造物１１２、１１４に近接して位置しており、このことは、音響波の伝播方向において反射構造物１１６が位置している側とは他方側にあることを意味する。各ブラッグミラー１３２、１３４は、ブラッグミラー１３２、１３４のそれぞれのトランスデューサー構造物１１２、１１４から距離ｓに位置している。各ブラッグミラー１３２、１３４は、１つ又は複数の金属ストリップ１３６を備え、ブラッグミラー１３２、１３４内における金属ストリップ１３６間の距離に対応した金属ストリップ１３６のピッチ（図示されていない）により規定されている。

本発明の変形例において、反射構造物１１６及びブラッグミラー１３２、１３４は、金属ストリップ１３６、２１０を堆積させる代わりに、溝をエッチングすることにより構築されてもよい。溝は、複合基板１０２の圧電層１０４において、更にはベース基板１０６まで下方にエッチングされてもよい。

変形例において、パッシベーション層（図示されていない）が、トランスデューサー構造物１１２、１１４及び少なくとも１つの反射構造物１１６上に形成され得る。パッシベーション層はトランスデューサー構造物１１２、１１４及び／又は少なくとも１つの反射構造物１１６上に、同じ又は異なる所定の厚さをもつ。パッシベーション層は、ブラッグミラー１３２、１３４上に形成されてもよい。この変形例において、基板は、モノリシック圧電性ウエハ、例えば、タンタル酸リチウム、又はニオブ酸リチウムバルクウエハであってもよく、パッシベーション層は、シリカＳｉＯ_２層又は五酸化タンタルＴａ_２Ｏ_５層であることが有益であり得る。この実施形態において、パッシベーション層が正の熱膨張係数（ＴＣＥ）をもつのに対し、基板は負の熱膨張係数（ＴＣＥ）をもち、層厚は、ＳＡＷデバイスの周波数の温度係数（ＴＣＦ）を小さくするように設定される。

図２ａ～図２ｅは、本発明の第２の実施形態による結合型キャビティフィルタ構造物及びその変形例を示す。図２ａ～図２ｅのすべてに対して、結合型キャビティフィルタ構造物が２Ｄ平面図に示され、結合型キャビティフィルタ構造物が位置している基板は、もはや図示されていない。しかし、基板は、図１ａ、図１ｂの基板１０２と同じである。図１ａ及び図１ｂに示されるものと同じ参照符号が同じ特徴を表すために使用され、繰り返して詳細には説明されない。

図２ａにおいて、結合型キャビティフィルタ構造物３００は、結合型キャビティフィルタ構造物２００と同様に、各々が１つのトランスデューサー構造物に近接して位置している２つのブラッグミラー１３２、１３４を含む２つのトランスデューサー構造物１１２、１１４を備える。結合型キャビティフィルタ２００との違いは、複数の反射構造物、すなわち４つの反射構造物２０２、２０４、２０６、２０８が、トランスデューサー構造物１１２、１１４間に存在することである。複数の反射構造物の各反射構造物２０２、２０４、２０６、２０８は、少なくとも１つ以上の金属ストリップ２１０を備え、各反射構造物２０２、２０４、２０６、２０８内における金属ストリップ２１０間の距離に対応した金属ストリップ２１０のピッチ（図示されていない）により規定されている。本例において、各反射構造物２０４、２０６、２０８、２１０の金属ストリップ２１０は合計４つであるが、金属ストリップは更に多くてもよく、又は少なくてもよい。複数の反射構造物のうちの反射構造物２０４、２０６、２０８、２１０は、同数の金属ストリップ２１０を含んでもよいが、変形例において、反射構造物の各々が異なる数の金属ストリップ２１０を含んでもよい。例えば、反射構造物２０４、２０６、２０８、２１０における金属ストリップ２１０の数は、構造物の実際の中心における共振を増強するために、トランスデューサー構造物１１２、１１４間において反射構造物２０４、２０６、２０８、２１０全体にわたって増加した後減少してもよい。

これらの反射構造物２０２、２０４、２０６、２０８は、ギャップｇだけ互いに離れている。２つの隣接した反射構造物間において位置する領域、例えば、ギャップｇにより規定されたその幅をもつ２０２及び２０４は、音響キャビティ２１２に対応している。結合型キャビティフィルタ構造物１００及び２００の場合と同様に、反射構造物と隣接したトランスデューサー構造物との間に位置する領域は、音響キャビティ２１４に更に対応しているが、反射構造物と隣接したトランスデューサー構造物との間の距離ｄにより規定された幅をもつ。第１の実施形態の場合と同様に、トランスデューサー構造物１１２、１１４の電極は、トランスデューサー１１２、１１４のピッチｐ内に中心をもち、音響キャビティは、反射構造物１１６と反射構造物１１６が位置している側におけるトランスデューサー構造物１１２、１１４のピッチｐの端部との間に位置する領域として規定されている。

したがって、結合型キャビティ表面音響波フィルタ構造物には、様々なキャビティが反射構造物により分離されて音響波の伝播方向に存在しており、又は別様には、キャビティがトランスデューサー間において２つの反射構造物により囲まれている。したがって、図２ａに示される結合型キャビティフィルタ構造物３００では、全部で５つの音響キャビティ２１２、２１４がモードの伝播方向に存在する。トランスデューサー構造物間における所与の数の反射構造物に対して、及び、トランスデューサー構造物がブラッグ条件において動作する状態において、音響キャビティの数は反射構造物の数に１を足したものに等しい。

本発明の変形例において、反射構造物２０２、２０４、２０６、２０８は、フィルタの動作帯域を広げるために、及び、トランスデューサー構造物２１２、２１４間に位置する音響キャビティ２１２、２１４の共振の効率を高めるために、同様にチャープされ得る。

本発明の変形例において、反射構造物２０２、２０４、２０６、２０８及びブラッグミラー１３２、１３４は、金属ストリップ１３６、２１０を堆積させる代わりに溝をエッチングすることにより構築されてもよい。溝は、複合基板１０２の圧電層１０４において、更にはベース基板１０６まで下方にエッチングされてもよい。

本発明の変形例において、反射構造物２０２、２０４、２０６、２０８の、及び／又はブラッグミラー１３２、１３４の金属ストリップ１３６、２１０は、互いに電気的に接続され得る。反射構造物２０２、２０４、２０６、２０８とブラッグミラー１３２、１３４との両方の反射ストリップ１３６、２１０が互いに接続された変形例が、結合型キャビティフィルタ構造物４００に対して図２ｂに示される。これは、ブラッグ条件における反射構造物２０２、２０４、２０６、２０８の、及びブラッグミラー１３２、１３４の反射係数の改善をもたらす。反射構造物２０２、２０４、２０６、２０８及び／又はブラッグミラー１３２、１３４のすべてが、いわゆる短絡状態において動作し、このことは、所与の反射構造物２０２、２０４、２０６、２０８／ブラッグミラー１３２、１３４の金属ストリップ１３６、２１０のすべてが互いに接続されており、回折格子構造にわたって一定値の電位をもたらすことを意味する。

本発明の変形例において、結合型キャビティフィルタ構造物は、３つの、又は更に多くのトランスデューサー構造物を備え得る。図２ｃに、３つのトランスデューサー構造物４０２、４０４、４０６が結合型キャビティフィルタ構造物４００に存在する変形例が示される。更に、複数の反射構造物が合計で６つの反射構造物３０２、３０４、３０６、３０８、３１０、３１２を備えるので、結合型キャビティフィルタ構造物４００は、図２ａに示される結合型キャビティフィルタ構造物３００と異なる。同様に、結合型キャビティフィルタ構造物３００に対して図２ａにおいて既に説明されている特徴と同じ特徴を説明するために、同じ参照符号が使用される。

２つのトランスデューサー構造物１１２、１１４が、図２ａの構造物における場合と同様に、反射構造物３０２、３０４、３０６、３０８、３１０、３１２の外側に位置しているとともに、第３のトランスデューサー構造物３１４が反射構造物３０２、３０４、３０６、３０８、３１０、３１２１１６の中央に位置しており、したがって、第３のトランスデューサー構造物３１４の各側に、３つの反射構造物３０２、３０４、３０６、及び、３０８、３１０、３１２が存在している。更に、トランスデューサー構造物３１４は、トランスデューサー構造物１１２、１１４と、トランスデューサー構造物１１２、１１４のそれぞれの近接した反射構造物（本例ではトランスデューサー構造物１１２に対する３０２、及び、トランスデューサー構造物１１４に対する３１２）との間の距離と同じ距離に対応した距離ｄだけ、２つの隣接した反射構造物から離れている。したがって、結合型キャビティフィルタ５００は、合計で８つの音響キャビティ３１６を備える。このようなキャビティフィルタ構造物５００は対称であり、２つのトランスデューサー構造物１１２、１１４しか含まない図２ａに示されるキャビティフィルタ構造物３００に比べて、キャビティ３１６におけるエネルギーのより強い閉じ込めをもたらす。

本発明の変形例において、第３のトランスデューサー３１４が結合型キャビティフィルタ構造物の中央に位置していないことにより、結合型キャビティフィルタ構造物は対称ではない。

本発明の変形例において、複数の音響キャビティは、サブキャビティに分割され得る。この変形例が図２ｄに示されており、図中、サブキャビティが更なる層の存在により互いに離れている。同様に、更に、複数の反射構造物が合計で３つの反射構造物４０２、４０４、４０６を備えるので、結合型キャビティフィルタ構造物６００は、図２ａに示される結合型キャビティフィルタ構造物３００と異なる。同様に、結合型キャビティフィルタ構造物３００に対して図２ａにおいて既に説明されている特徴と同じ特徴を説明するために、同じ参照符号が使用される。キャビティフィルタ構造物６００において、反射構造物４０２、４０４、４０６間に位置する、及び、トランスデューサー構造物１１２、１１４とトランスデューサー構造物１１２、１１４のそれぞれの近接した反射構造物４０２及び４０６との間に位置する音響キャビティ４０８は、２つのセクションに分けられており、２つのトランスデューサー構造物１１２、１１４間における８つの暗い領域４１０と４つの白色領域４１２との存在をもたらす。暗い領域４１０は、波速が白色領域４１２における波速より小さい位置を表し、したがって、図２ａに示される結合型キャビティフィルタ構造物３００におけるエネルギー閉じ込めより良いエネルギー閉じ込めをもたらす。したがって、結合型キャビティフィルタ構造物６００は更なる極をもたらし、結合型キャビティフィルタ構造物６００の小型度の改善につながる。

本発明の変形例において、入力トランスデューサー構造物及び出力トランスデューサー構造物は対称でも同一でもなく、この変形例は図２ｅに示される。同様に、更に、複数の反射構造物が合計で２つの反射構造物５０２、５０４を備えるので、結合型キャビティフィルタ構造物７００は、図２ａに示される結合型キャビティフィルタ構造物３００と異なる。同様に、結合型キャビティフィルタ構造物３００に対して図２ａにおいて既に説明されている特徴と同じ特徴を説明するために、同じ参照符号が使用される。図２において、各トランスデューサー構造物の電極フィンガーの数は異なる。結合型キャビティフィルタ構造物７００では、トランスデューサー構造物１１４は、トランスデューサー構造物１１４の全体にわたって一定の電極ピッチｐをもつ、各々５つの電極フィンガー１２８、１３０を含む互い違いに位置する櫛歯電極１２４、１２６を備える。トランスデューサー構造物５０６は互い違いに位置する櫛歯電極５０８、５１０を備えるが、櫛歯電極５０８、５１０の各々が８つの電極フィンガー１２８、１３０を含み、更に、櫛歯電極５０８の第３の電極フィンガー１２８と櫛歯電極５１０の第４の電極フィンガー１３０との間において、トランスデューサー構造物５０６にギャップが存在する。更に、この変形例において、トランスデューサー構造物１１４、５０６に近接したブラッグミラーが存在せず、このことが、図２ａの結合型キャビティフィルタ構造物３００より大きな損失及びリップルをもたらす。しかし、この結合型キャビティフィルタ構造物７００は、図２ａに示される構造物より小型で、より単純な設計を実現する。

結合型キャビティ表面音響波フィルタ構造物は、以下の手法により機能する。入力の互い違い型トランスデューサー（ＩＤＴ）は、反射構造物に向けて音響エネルギーを出射し、反射構造物の共振を誘起する。反射構造物は別の反射構造物に結合されており、したがって、このことが、１つの反射構造物から別の反射構造物へのエネルギー伝達をもたらす結合状態を生成する。複数のこのような反射構造物が互いに結合され得るが、透過したエネルギーを収集する少なくとも１つの出力トランスデューサー構造物が存在する。

したがって、本発明は、複合基板からの上部圧電層の導波を利用した、及び、１つの反射構造物から別の反射構造物にエネルギーを結合させる音響共振キャビティを使用した、結合型キャビティフィルタ構造物を使用することを提案する。

結合型キャビティフィルタ構造物の場合、トランスデューサー構造物の共振がフィルタの低周波遷移帯域において発生し、反共振がフィルタ帯域のおおむね中央において発生する。したがって、所与のモードは、達成される帯域通過に比例した結合因子をもたなければならないので、電気機械結合係数に対する条件はインピーダンスフィルタに対して要求されるものと同様であり、すなわち、結合係数は達成される帯域より１．５倍～２倍大きくなければならず、この帯域内における挿入損失を減らすことを可能にする。しかし、結合係数より大きい、理想的には結合係数の１．５倍以上の大きい反射係数がフィルタ帯域を実現するために必要とされる。

本発明によると、トランスデューサー構造物の結合係数が５％以上である場合でも、結合係数に対する反射係数の関係性が複合基板を使用して実現され得る。複合基板の圧電層において導波された剪断波又は縦波を使用する場合に、これが特に当てはまる。

波長より小さい圧電層の厚さに起因して、剪断波モード又は縦モードが圧電層内を導波される。更に、複合基板におけるエネルギー損が小さくされ得る。圧電層の厚さは波長λの５％以上でなければならない。厚い圧電層の場合、複合基板の剪断モードはもはや完全に導波されるわけではないが、界面においてベース基板に反射する損失の多いバルク成分を含み、寄生モード又はラトル効果をもたらす。しかし、薄い圧電層、すなわち波長の、又は波長未満の厚さの場合、剪断モードは、損失の多いバルクモードを伴わずに完全に導波される。

フィルタデバイスの性能指数は、周波数の関数としてフィルタ帯域通過を示すフィルタの透過率であり、帯域通過において損失のレベルがｄＢで表される。フィルタ帯域通過は、様々な因子、すなわち結合係数、キャビティの数、及び、反射係数に依存する。

圧電層の寸法、トランスデューサー構造物の寸法、反射構造物の長さの寸法、結合型反射構造物の数、及び、モードの結合係数に応じて、トランスデューサー構造物の設計及び選択に従って、非常に低い、すなわち、２ｄＢより良い、特に１ｄＢ未満の挿入損失を伴い、１５ｄＢ～２０ｄＢ又は更に大きい阻止を伴う、多極及び零点フィルタを合成することが可能である。

音響キャビティの寸法に関して、音響キャビティは、従来技術によると、最適な共振条件を満たすために、理想的には４分の１波長の長さであるか、又は、４分の１波長の奇数個ぶんでなければならない。本発明では、音響キャビティの長さは４分の１波長より短いものであり得る。これは、自由表面から回折格子エリアへの強い速度変化に起因するものであり、標準的な真のＳＡＷ解決策を使用して到達可能なものよりはるかに大きい音響インピーダンスの不一致をもたらす。

結合係数に関して、複合基板に対して、及び、金属ストリップパラメータ（材料、寸法）に対して、結合係数は係数０．７により帯域通過値に直接関係しており、したがって、フィルタデバイスの要求される帯域通過は、キャビティフィルタ構造物の材料及び寸法を選択することにより実現され得る。

反射構造物における金属ストリップの数に関して、数は、キャビティにおける音響エネルギーの閉じ込めを可能にするために、ひいてはモード結合状態をもたらすために、０．５より大きい、特に０．８より大きい広域的な反射係数をもたらすように選択される。

既に言及したように、反射係数の大きさは、結合係数より大きいことが好ましく、結合係数パラメータより１．５倍以上高いことが理想的である。反射係数が大きいほど、金属ストリップの数が少なく、したがって、フィルタ帯域幅が広くなる。例えば、１５％より大きい反射係数は、反射構造物を構成する金属ストリップの数を減らすことを可能にし、このことが、フィルタの帯域幅に直接的に影響を与え、すなわち、構造物の反射係数が５０％以上であることを条件として、反射構造物における金属ストリップの数が少ないほど、帯域幅が広くなる。１５％より大きい反射係数を考えると、５％より広い帯域幅をもつフィルタが実現され得る。

７％より広い帯域幅及び０．６ｄＢ未満の帯域内リップルをもつ、２．６ＧＨｚにおいて動作するフィルタデバイスの特定の例は、（１００）シリコン基板上における１μｍの厚さのＳｉＯ_２層上における３００ｎｍの厚さの（ＹＸｌ）／５２°ＬｉＮｂＯ_３層を備える複合基板上における、３０ｎｍの厚さのタンタル（Ｔａ）電極を伴って与えられる。この例では、反射係数は２０％に達し、結合因子は約１８％に達する。

図３ａ～図３ｄは、６μｍのＬｉＴａＯ_３（ＹＸｌ）／４２°圧電層と半無限（１００）シリコン基板との間に５００ｎｍのＳｉＯ_２層を含む本発明による複合基板を含む図２ｂに示されるキャビティフィルタ構造物を備える表面音響波フィルタデバイスの特性を示す。この構成は、５０ＭＨｚ～２５０ＭＨｚの周波数範囲内において動作することに適している。

このような複合基板において、純粋な剪断の真のモードが励起され得、及び伝播する。

このＳＡＷフィルタデバイスに対して、図２ｂに示される結合型キャビティフィルタ構造物が使用されており、すなわち、入力トランスデューサー構造物及び出力トランスデューサー構造物とともに、各々に隣接したブラッグミラー及び４つの反射構造物が、トランスデューサー構造物間に存在する５つの音響キャビティをもたらす。各反射構造物とブラッグミラーとの両方の金属ストリップが短絡動作のために互いに接続されている。

互い違い型トランスデューサー構造物は、９．９５μｍに設定された電極ピッチ、及び、０．３に設定された比ａ／ｐをもち、１５に設定された多くの電極フィンガーペアを含む。更に、３０個の電極を伴って、ミラー回折格子周期が１０μｍに設定され、ａ／ｐが０．４に設定されている。ミラー回折格子と互い違い型トランスデューサー構造物との間のギャップは、約半波長に対応した９μｍに設定されている。各々１４個の電極の２つの内部反射構造物は、約４分の１波長に対応した４．８μｍのギャップｇだけ離れている。したがって、アパチャーは３．１ｍｍである。

図３ａは、１７０ＭＨｚ～２５０ＭＨｚまでの周波数（ＭＨｚ）の関数として、フィルタ伝達関数の全体図、及びフィルタの群遅延を示す。群遅延は位相線形性の尺度である。図３ｂは、中心周波数付近における図３ａの拡大図を示し、したがって、帯域通過に注目し、非常に低い伝達損失を示す。図３ｃは反射係数であり、同様に周波数（ＭＨｚ）の関数としてフィルタの極の兆候を示す（最小｜Ｓ_１１｜ピーク）。図３ｄは、フィルタの両方のポートの電気的インピーダンスマッチングを評価するための、当業者により現在使用されているいわゆる反射係数のスミスアバカス図である。反射係数は、おおむね５０オームの状態を中心として位置しなければならず、すなわち、アバカスの中心が一致させられる。

図３ａにおける伝達関数は、２１０ＭＨｚ～２１８ＭＨｚの間のフィルタ帯域通過を伴うデバイスの性能を示す。図３ｂにおいて、フィルタ帯域通過が、低い帯域内リップルを伴って、約０．５ｄＢにおいて平坦な様相を示すことが確認され得る。

図４は、本発明による、図２ｂに示される結合型キャビティ表面音響波フィルタ構造物の特性を列挙した表を示す。結合型キャビティフィルタ構造物のすべてに対して、使用される複合基板は図３の場合と同じもの、すなわち、６μｍのＬｉＴａＯ_３（ＹＸｌ）／４２°圧電層であって、圧電層と半無限（１００）シリコンベース基板との間に５００ｎｍのＳｉＯ_２層を含むものであった。

結合型キャビティフィルタ構造物は図２ｂに対応しており、すなわち、入力トランスデューサー構造物及び出力トランスデューサー構造物とともに、各々に隣接したブラッグミラー及び４つの反射構造物が、トランスデューサー構造物間に存在する５つの音響キャビティをもたらす。各反射構造物とブラッグミラーとの両方の金属ストリップが、短絡動作のために互いに接続されている。

図４において説明されている結合型キャビティフィルタ構造物のすべてが純粋な剪断波モードの伝播に対応しており、性能、すなわち、０．５％～１０％までの様々なフィルタ帯域通過、２ｄＢ未満の低挿入損失、１５ｄＢ～２０ｄＢの阻止損失、５％より高い結合因子、及び、２０ｐｐｍ／Ｋ未満の周波数の温度係数（ＴＣＦ）を示す。１０％程度の大きさの帯域通過は、現在の堆積技術に適合する厚さをもった、すなわち、ｈを金属ストリップの純然たる厚さとしたときに５％未満でｈ／λと等しくなる、例えばＰｔ又はＷ又はＴａ又はＭｏベースの電極を含むＬＮＯ薄層を使用して達成され得る。

したがって、結合型キャビティＳＡＷフィルタデバイスの要求される性能に対して、結合係数を調節するために、及び、結合型キャビティフィルタ構造物のサイズ限度を超えないように反射構造物の数及びサイズを調節するために、材料を選択することが可能である。

本発明による結合型キャビティＳＡＷフィルタデバイスは、改善された小型度に基づいてより小さい寸法を実現するとともに、１５ｄＢ～２０ｄＢの阻止損失及びフィルタ帯域通過内における低リップルをもたらしながら、０．５％～１０％の間に包含される狭いフィルタ帯域通過、２ｄＢ未満の低挿入損失を実現するために、複合基板の剪断波を使用する。

図５ａ及び図５ｂは、本発明の第３の実施形態による結合型キャビティ表面音響波フィルタ構造物を示す。

第３の実施形態では、図１ａ及び図１ｂに示される第１の実施形態の場合と同様に、結合型キャビティ表面音響波フィルタ構造物８００が、図１ａ及び図１ｂの基板１０２と同じである複合基板１０２において実現される。

図１ａ及び図１ｂに示されるものと同じ参照符号が同じ特徴を表すために使用され、繰り返して詳細には説明されない。

この実施形態において、ベース基板１０６に対する圧電材料層１０４の装着を改善するために、圧電層１０４とベース基板１０６との間において界面１１０に設けられた薄いＳｉＯ_２層１０８は５００ｎｍの厚さである。

結合型キャビティフィルタ構造物８００は、２つのトランスデューサー構造物８１２、８１４と、図５ａに示される伝播方向Ｘにおいてトランスデューサー構造物８１２、８１４から特定の距離Ｌにおいて２つのトランスデューサー構造物８１２、８１４の間に位置する１つの反射構造物８１６とを備える。

各トランスデューサー構造物８１２、８１４は、２つの電極８２４、８２６（図示されていない）を備え、２つの電極８２４、８２６の各々がそれぞれ複数の電極手段８２８、８３０を備える。櫛歯電極は、交番する手法により＋Ｖ／－Ｖ電位に接続されており、電極８２４が＋Ｖに接続されるとともに電極８２６が－Ｖに接続されているか、又は逆である。変形例において、電極８２４、８２６は、櫛歯電極、特に互い違いに位置する電極であり得る。

トランスデューサー構造物８１２、８１４は、対向した櫛歯電極８２４及び８２６からの２つの近接した電極フィンガー８２８、８３０の間の縁部間電極フィンガー距離に対応した電極ピッチｐ（図示されていない）により規定されている。

この実施形態において、トランスデューサー構造物８１２、８１４の電極ピッチｐは、ある数の波長ｎλにより規定され、λはトランスデューサー構造物８１２、８１４の動作音響波長である。

トランスデューサー構造物の金属比ａ／ｐは、電極の幅ａ割る電極のピッチｐの比として規定されている。

本発明のこの実施形態では、反射構造物８１６は溝８２２により実現され、溝８２２の２つの側縁部壁８２２ａと８２２ｂとの間の距離に対応した寸法Ｌ_１により、及び、溝８２２の総深さＤにより規定されている。溝８２２の総深さＤは、トランスデューサー８１２、８１４が位置する圧電層１０４の表面から、溝８２２の底面８２２ｃまでの間に規定されている。溝８２２の深さＤはλ以上のオーダーであり、特に１０λ以上のオーダーであり、λは表面音響波の波長である。

更に、溝８２２は、横軸Ｘ及び溝８２２ｃの底面に対する溝の縁部壁８２２ａ、８２２ｂの位置を規定するエッチング逃げ角θ３４０により更に規定されている。逃げ角θ８４０は、７０°以上のオーダーであり得、特に９０°のオーダーである。図５ａは、９０°の逃げ角θ３４０に対応した縦縁部壁をもつ溝８２２を示す。

反射構造物８１６とトランスデューサー構造物８１２、８１４との間に位置する領域、例えば距離Ｌ_２により規定されたその幅をもつ領域８１８は、音響キャビティ８２０に対応している。距離Ｌ_２は、溝８２２の１つの縁部壁８２２ａ、８２２ｂとトランスデューサー８１２、８１４が位置している圧電層の表面に位置する点Ａ、Ｂとの間の距離として規定されている。点Ａ、Ｂは、図５ａに示されるように、溝８２２が位置している側において、トランスデューサー構造物８１２、８１４のピッチの端部に位置する。電極がピッチ内に中心をもつので、トランスデューサー構造物８１２、８１４のピッチの端部は、トランスデューサー構造物８１２、８１４の第１の電極８３０の端部に対応していない。例えば、比ａ／ｐが５０％である場合、ピッチの端部は、トランスデューサー構造物８１２、８１４の第１の電極８３０のλ／８に等しい距離に位置している。図５ｂは図５ａに対応しており、音響キャビティ８２０の領域８１８をより明確に示すために、トランスデューサー構造物８１２、８１４が２つの電極８２８及び８３０のみを含んでいる。

結合型キャビティ表面音響波フィルタ構造物８００では、図５ａ及び図５ｂに示される結合型キャビティフィルタ構造物において、２つの音響キャビティ８２０が音響波の伝播方向に存在する。

本発明のこの実施形態では、反射構造物８１６は、第１の実施形態及び第２の実施形態における場合と同様に金属ストリップを堆積させる代わりに、溝８２２を設けることにより、例えばエッチングすることにより実現される。

溝８２２は、複合基板１０２の圧電層１０４において、及びＳｉＯ_２層において、ベース基板１０６内の下方に、総深さＤまで設けられている。Ｄ_１は、ベース基板１０６内のみにおいて実現された、深さＤの一部に対応している。

変形例において、溝８２２は、ＳｉＯ_２層１０８とベース基板１０６との間の界面８１０であるベース基板１０６の表面まで下方に、圧電層１０４を通して、及び、ＳｉＯ_２層１０８を通してのみエッチングされ得る。したがって、Ｄ_１は０に等しくなる。

第４の実施形態では、第３の実施形態に基づいて、結合型キャビティフィルタ構造物９００が２つのブラッグミラー８３２、８３４を更に備える。この実施形態は図６に示され、図６において、各ブラッグミラー８３２、８３４は、音響波の伝播方向Ｘにおいて、反射構造物８１６が位置している側とは他方側においてトランスデューサー構造物８１２、８１４に近接して位置している。

各ブラッグミラー８３２、８３４は、ブラッグミラー８３２、８３４のそれぞれのトランスデューサー構造物８１２、８１４から距離ｓに位置している。各ブラッグミラー８３２、８３４は、１つ又は複数の金属ストリップ８３６を備え、ブラッグミラー８３２、８３４内における金属ストリップ８３６間の距離に対応した金属ストリップ８３６のピッチにより規定されている。トランスデューサーの場合と同様に、ブラッグミラー８３２、８３４におけるピッチは、金属ストリップ８４０にピッチ内に中心をもたせることにより規定されている。

この変形例において、ブラッグミラー８３２、８３４のピッチは、更に、波長λのｎ倍に等しく、したがってｎλである。

この場合において、ブラッグミラー８３２、８３４が位置している側において、波が位相変化を伴って反射されるのに対し、溝の側では、反射の種類は溝の幅及び深さに依存する。

第５の実施形態では、第３の実施形態に基づいて、結合型キャビティフィルタ構造物１０００は２つの更なる溝９３２、９３４を備え、更なる溝９３２、９３４の各々が、音響波の伝播方向において、反射構造物８１６が位置している側とは他方側においてトランスデューサー構造物８１２、８１４に近接して位置している。この実施形態は図７に示される。

更なる溝９３２、８３４の各々が、更なる溝９３２、８３４のそれぞれのトランスデューサー構造物８１２、８１４から距離ｓに位置している。更なる溝９３２、９３４の各々が、更なる溝９３２、９３４の幅Ｌ_３、及び、更なる溝９３２、９３４の総深さＤ_３により規定されている。更なる溝９３２、９３４の総深さＤ_３は、トランスデューサー８１２、８１４が位置している圧電層１０４の表面から、更なる溝９３２、９３４の底面９３２ｃ、９３４ｃまでの間に規定されている。深さＤ_２は、溝８２２の底面８２２ｃから溝９３２、９３４の底面９３２ｃ、９３４ｃまでの、更なる溝９３２、９３４の深さとして規定されている。したがって、総深さＤ_３は、ＤにＤ_２を加算したものとして規定されており、Ｄは反射構造物８１６の溝８２２の総深さである。少なくとも１つの更なる溝（９３２、９３４）の深さＤ_３はλ以上のオーダーである。

本発明のこの実施形態では、反射構造物８１６及び更なる溝９３２、９３４は、第１の実施形態及び第２の実施形態における場合と同様に金属ストリップを堆積させる代わりに、溝を設けることにより、例えばエッチングすることにより実現される。

更なる溝９３２、９３４の各々は、伝播方向に沿った伝播波の全反射をもたらすように構成されている。

変形例において、結合型キャビティフィルタ構造物は、入力トランスデューサーの一方側において、音響波の伝播方向Ｘにおいて反射構造物８１６が位置している側とは他方側においてトランスデューサー構造物８１２、８１４に近接して各々が位置しているブラッグミラーと溝とを備え、及び、出力トランスデューサーの側に溝を備え得る。

第３の実施形態から第５の実施形態のうちの１つによる結合型キャビティフィルタデバイスは、第１の実施形態による結合型キャビティフィルタデバイスと同様に動作するが、デバイスが第１の実施形態と同様の機能を示すための条件を満たすように、結合型キャビティフィルタデバイスの構造上の特徴、すなわちトランスデューサー及びミラーのピッチ、キャビティの寸法が構成される。

これは、縁部における反射の場合、反射位置の規定が幾何学的に規定されるからである。したがって、トランスデューサー内における位相の原点が何であろうとも、位相構築が整数個の波長に対してのみ発生する。ブラッグミラーと同等な反射中心は反射強度に主に依存した位相変動を示すことから、ブラッグミラーと同等な反射中心は規定することがより難しい。ブラッグミラーの反射関数は、ミラーの１つの縁部において規定された入射波に対する反射波の比として規定される。回折格子の単一の電極における反射係数の大きさが回折格子の反射動作に対応したスペクトル帯域の幅を調整することが当技術分野において知られている。しかし、ミラー阻止帯域の開始部と終端部との間における反射関数の位相変動は、常にπ～２×πの範囲内にあり、反射係数の大きさが周波数に対する反射係数の位相変動にも影響を与えることが見受けられる。

したがって、第１の実施形態及び第２の実施形態の金属ストリップを備える反射構造物を、第３の実施形態、第４の実施形態、第５の実施形態、及び第６の実施形態に示される溝を備える反射構造物により置換することは、結合型キャビティフィルタデバイスが機能するために、λの倍数を含む状態をもたらす。

第１の実施形態及び第２の実施形態による結合型キャビティフィルタデバイスの変形例のすべてが、第３の実施形態、第４の実施形態、第５の実施形態、及び第６の実施形態による結合型キャビティフィルタデバイスにも適用され得る。

図８ａ～図８ｈは、本発明の第６の実施形態による結合型キャビティ表面音響波フィルタ構造物、及びその変形例を示す。

図８ａ及び図８ｂに示される基板は、図５ａ、図５ｂ、図６及び図７の基板１０２と同じである。図７におけるものと同じ参照符号が同じ特徴を表すために使用され、繰り返して詳細には説明されない。

図８ａにおいて、結合型キャビティフィルタ構造物１１００は、結合型キャビティフィルタ構造物１０００と同様に、各々が１つのトランスデューサー構造物に近接して位置している２つの溝９３２、９３４を伴った、２つのトランスデューサー構造物８１２、８１４を備える。結合型キャビティフィルタ９００との違いは、複数の反射構造物、すなわち２つの反射構造物１００６及び１０１６がトランスデューサー構造物８１２、８１４間に存在することである。複数の反射構造物の各反射構造物１００６、１０１６は、溝１０２２に対応しており、溝１０２２の幅Ｌ_１及び総深さＤにより規定されている。

これらの反射構造物１００６、１０１６は、伝播方向Ｘにギャップｇだけ互いに離れている。ギャップｇにより規定されたその幅をもつ、２つの隣接した反射構造物１００６、１０１６の間に位置する領域１００８は、音響キャビティ１０１０に対応している。音響キャビティ１０１０は中央キャビティと考えられ得るのに対し、キャビティ１０２０は、サイドキャビティと呼ばれ得る。

結合型キャビティフィルタ構造物８００及び９００の場合と同様に、反射構造物１００６、１０１６と隣接したトランスデューサー構造物８１２、８１４との間に位置する領域１０１８は、反射構造物１００６、１０１６の縁部と圧電層１０４の表面に位置する点Ａ、Ｂとの間の距離Ｌ_２により規定された幅をもつ音響キャビティ１０２０に更に対応している。

領域１００８は、実際に、ベース基板１０６の上に圧電層１０４とＳｉＯ_２層１０８とを備える。

したがって、結合型キャビティ表面音響波フィルタ構造物１１００では、３つのキャビティが反射構造物により分離されて音響波の伝播方向に存在しており、又は別様には、キャビティはトランスデューサー間において２つの反射構造物により囲まれている。

第６の実施形態の別の変形例において、結合型キャビティ表面音響波フィルタ構造物１２００は、図８ｂに示されるように、圧電層１０４を含まない、及びＳｉＯ_２層１０８を含まない、溝１００６と溝１０１６との間の領域１００８を含む。領域１００８には、ベース基板１０６のみが存在する。更なる変形例によると、ベース基板の表面は領域１００８におけるベース基板の厚さが領域１０１８における厚さより小さくなるようエッチングされてもよい。

サブキャビティを含む更なる変形例を示す図８ｃ～図８ｈのすべてに対して、結合型キャビティフィルタ構造物１３００～１８００が上方からの２Ｄ平面図に示される。

図６ｃに示される結合型キャビティフィルタ構造物１３００では、複数の反射構造物のうちの２つの反射構造物１２０６、１２１６が、伝播方向Ｚにではあるがギャップｗだけ互いに離れている。領域１２０８は、図８ａの領域１００８と同様に、エッチングされていてもよく、又はエッチングされていなくてもよい。この場合において、音響キャビティ１０２０は２つのサブキャビティ１０２０ａ、１０２０ｂに分割されている。

結合型キャビティフィルタ構造物１４００では、キャビティフィルタデバイス１１００における場合と同様に、複数の反射構造物１３１６が伝播方向Ｘにギャップｇだけ互いに離れており、キャビティフィルタデバイス１２００の場合と同様に、複数の反射構造物１３１６は、更に、伝播方向Ｚにではあるがギャップｗだけ互いに離れている。複数の反射構造物間の領域１３０８は、図８ａの領域１００８及び図８ｃの領域１２１０と同様に、エッチングされていてもよく、又はエッチングされていなくてもよい。

この変形例において、音響キャビティ１３１０、１３２０は、本発明の第２の実施形態によるデバイス６００と同様に、複数のサブキャビティ１３１０ａ、１３１０ｂ、１３２０ａ、１３２０ｂに分割されている。

結合型キャビティフィルタ構造物１５００では、図８ｅに示されるように、複数の反射構造物１５０６、１５１６が、反射構造物１５０６、１５１６が存在しない２つのトランスデューサー構造物８１２、８１４間の総距離にわたって、方向Ｚに幅ｗ_１をもつ中央領域１５１０により対称に分離されている。更に、前述の変形例における場合のようにＺ方向の長尺のエッチングされた溝である代わりに、本例の溝１５２２は正方形状である。明確さを目的として、１つの反射構造物１５０６、１５１６及び１つの溝１５２２のみが図８ｅに示されている。

図８ｆに示される結合型キャビティフィルタ構造物１６００では、トランスデューサー構造物８１２、８１４間に反射構造物１５０６、１５１６を含まない領域１６１０の寸法は、図８ｅの領域１５１０と異なる。領域１６１０は実際に、より薄く、３つの反射構造物がＺ方向において列をなして除去されている。領域１６１０は、複数の反射構造物の対称性における中断部と同じであり得る。明確さを目的として、１つの反射構造物１５０６、１５１６及び１つの溝１５２２のみが図８ｆに示されている。

別の変形例において、図８ｇに示されるデバイス１７００は図８ｅのデバイス１５００に対応しており、複数の反射構造物１５０６、１５１６を備えた、したがって複数の溝１５２２を備えた２つの更なる溝１５３２、１５３４を含む。

本発明の変形例において、結合型キャビティフィルタ構造物１８００は、３つの、又は更に多くのトランスデューサー構造物を備え得る。図８ｈに、３つのトランスデューサー構造物１２１０、１２１２、１２１４が結合型キャビティフィルタ構造物１２００に存在する変形例が示される。

トランスデューサー構造物１２１０、１２１４のうちの２つが、図２ｃの構造物における場合と同様に、反射構造物１７０６、１７１６の外側に位置しているとともに、第３のトランスデューサー構造物１２１２が反射構造物１７０６、１７１６の中央に位置しており、したがって、第３のトランスデューサー構造物１２１２の各側に、１つの反射構造物１７０６、１７１６が存在し、したがって溝１７２２が存在する。トランスデューサー構造物１２１２は、更に、トランスデューサー構造物１２１０、１２１４と、トランスデューサー構造物１２１０、１２１４のそれぞれの近接した反射構造物（本例では、トランスデューサー構造物１２１０に対する１７０６及びトランスデューサー構造物１２１４に対する１７１６）との間の同じ距離に対応した距離Ｌだけ２つの隣接した反射構造物１７０６、１７１６から離れている。このようなキャビティフィルタ構造物１８００は対称であり、２つのトランスデューサー構造物８１２、８１４しか含まない図８ｃに示されるキャビティフィルタ構造物１３００に比べて、キャビティ１７２０におけるエネルギーのより強い閉じ込めをもたらす。更に、本例において、反射構造物１７０６、１７１６は、更に、図８ｃに示されるデバイス１３００における場合と同様に距離ｗ_１だけ互いに離れている。

本発明の変形例において、第３のトランスデューサー１２１０は、結合型キャビティフィルタ構造物の中央に位置していないので、結合型キャビティフィルタ構造物は対称ではない。

図９は、シミュレーションのために使用される本発明の第３の実施形態によるデバイスを示す。

このシミュレーションに対して、使用されるデバイスは、図７に示されるデバイス１０００に対応しているが、本例では、トランスデューサー構造物８１２及び８１４は各々が２つの電極フィンガー８２８、８３０のみを備える。

更に、構造物に対して以下のパラメータが使用された。５００ｎｍのＬｉＴａＯ_３（ＹＸｌ）／４２°圧電層と半無限（１００）シリコン基板との間に２００ｎｍのＳｉＯ_２層を含む複合基板がシミュレーションのために使用された。トランスデューサーの電極ピッチｐは８００ｎｍに等しく、２．５ＧＨｚ付近の周波数動作に対して１．６μｍに等しい波長λを実現する。金属化体比ａ／ｐは０．５に等しく、このことは、ａの電極幅が４００ｎｍに等しいことを意味する。電極フィンガーは、１００ｎｍに設定された厚さをもつＡｌ－Ｃｕである。

図１０ａ及び図１０ｂは、本発明の第３の実施形態の例による、図９に示される結合型キャビティ表面音響波フィルタ構造物のシミュレーションによる特性を示す。

この実用的な例において、２μｍに等しいピッチｐ、ピッチｐに等しい深さＤ_１、６×ｐに等しい深さＤ_２、６．４μｍに等しい溝Ｌ_１の幅、及び、２×ｐに等しい幅Ｌ_２をもつメッシュ構造物（図示されていない）を使用してシミュレーションが実施された。（１００）Ｓｉベース基板上に６００ｎｍの厚さのＬｉＴａＯ_３、５００ｎｍの厚さのＳｉＯ_２を含む複合基板が使用された。

図１０ａは、Ｘ軸においてＧＨｚで表された周波数の関数として、左のＹ軸に実部をとり、右の軸に虚部をとったアドミッタンスのグラフを示す。図１０ａは、約６１８００ＧＨｚ及び６２０００ＧＨｚにおける２つのピークを示し、約６１７５０ＧＨｚにおけるピークは、約６２０００ＧＨｚにおける他方のピークに比べて強いアドミッタンスを示す。

図１０ｂは、Ｘ軸においてＧＨｚで表された周波数の関数として、左のＹ軸に実部をとり、右の軸に虚部をとった相互アドミッタンスのグラフを示す。図１０ｂは、約６１８００ＧＨｚ及び６２０００ＧＨｚにおける同じ２つのピークを示すが、この場合は、よりバランスの良い寄与を伴い、２つのピークは振幅が同等である。

グラフは２つの結合したモードを示し、２つのバランスの良い寄与が実際の振幅レベルに関わらず、フィルタ帯域通過の効果的な規定を可能にする。

図１１ａ～図１１ｄは、本発明による反射構造物の様々な寸法に対するフィルタ基本構造物のアドミッタンスの計算を示す。

６００ｎｍのＬｉＴａＯ_３（ＹＸｌ）／４２°圧電層と半無限（１００）シリコン基板との間に５００ｎｍのＳｉＯ_２層を含む複合基板がシミュレーションのために使用された。

図１１ａ～図１１ｂは、様々な溝の深さＤ_１に対して、Ｘ軸においてＧＨｚで表された周波数の関数として、左のＹ軸に実部をとり、右の軸に虚部をとったアドミッタンスのグラフを示す。示される周波数範囲は、６１０００ＧＨｚ～６３０００ＧＨｚの間である。すべてのグラフが、約６１８００ＧＨｚ及び６２５００ＧＨｚに図１０ｂの場合と同じ２つのピークを示し、グラフは、約６１８００ＧＨｚにおける第１のピークが約６３０００ＧＨｚにおける第２のピークより高いアドミッタンス値をもつダブルピーク形態と考えられ得る。図１０ｄにおいて、ダブルピークは実際、図１１ａ、図１１ｂ、又は図１０ｃにおける場合より薄い帯域幅をもつ。

図１１ａ～図１１ｃにおいて、Ｄ_１は１μｍ～０．２μｍの間で変動するのに対し、図１１ｄにおいて、Ｄ_１は１μｍ～２μｍの間で変動する。

図１１ａ～図１１ｄにおいて、ピークの同じ挙動が確認され得る。Ｄ_１が１μｍ～０．２μｍまで小さくなるにつれて、ダブルピーク形態がより高い周波数に向かって動き、第１のピークがアドミッタンスの観点で小さくなり、第２のピークはアドミッタンスの観点で大きくなる。図１１ｂ、図１１ｃ、及び図１１ｄでは、第２のピークが第１のピークより高い値に実際に到達するように、第２のピークがアドミッタンスの観点で大きくなるのに対し、図１１ａでは、０．２μｍに等しいＤ_１に対して、両方のピークが同等である。

図１２ａ及び図１２ｂは、図１２ａにおける従来技術によるＳＡＷラダーフィルタデバイスの例と、図１２ｂにおける本発明によるＳＡＷラダーフィルタデバイスの例とを示す。

図１２ａでは、４つのトランスデューサー構造物１６１２、１６１４、１６１６及び１６１８の各々が、２つの反射構造物１６３２及び１６３４の間に挟まれている。トランスデューサー１６１２、１６１４、１６１６、１６１８の互い違いに位置する電極が、金属線１６４０により互いに接続されている。見てわかるように、トランスデューサー及びトランスデューサーの金属接続部は多くの空間を必要とするので、このような設計はかさばる。トランスデューサー間の接続を可能にするために、トランスデューサーが１つから別のものにシフトされることを必要とするので、トランスデューサーは、縦又は横の単一線上に整列されることができない。

図１２ｂは、本発明による２つのキャビティ結合型フィルタデバイス１０００が単一線上で互いに近接して位置しているＳＡＷラダーフィルタデバイス２０００を示す。各キャビティ結合型フィルタデバイス１０００は、それぞれ２つのトランスデューサー構造物１７１２、１７１４及び１７１６、１７１８と、それらのそれぞれの反射構造物１７３２、１７３４及び１７１６とを備える。反射構造物１７１６は２つのトランスデューサー構造物間に位置し、例えば、１７１２と１７１４との間に１７１６が位置し、反射構造物１７３２及び１７３４が各々、反射構造物１７１６が位置している側の反対側において、トランスデューサー構造物の一方側に位置している。図１２ｂにおいて、反射構造物１７１６、１７３４、及び１７３２は、図８の場合と同様に溝として表されている。図１２ａの場合と同様に、トランスデューサーの電極は金属線１７４０により互いに接続されている。

２つのキャビティ結合型フィルタデバイス１０００を含むＳＡＷラダーフィルタデバイス２０００が図１２ｂに示されているが、本発明によるキャビティ結合型フィルタデバイス１０００の任意の変形例が、ＳＡＷラダーフィルタデバイスのために使用され得る。

本発明によるＳＡＷラダーフィルタデバイス２０００はより小型であり、図１２ａに示されるＳＡＷラダーフィルタデバイスほどの広い空間を必要としない。

本発明の多くの実施形態が説明されている。それにもかかわらず、後述の特許請求の範囲から逸脱せずに様々な変形及び改善がなされてもよいことが理解される。

Claims (10)

1. 音響波伝播基板（１０２）と、
   前記音響波伝播基板（１０２）上に設けられた少なくとも１つの入力トランスデューサー構造物（１１２、５０６）及び１つの出力トランスデューサー構造物（１１４、５０６）であって、互い違いに位置する櫛歯電極（１２４、１２６、５０８、５１０）を各々が備える、少なくとも１つの入力トランスデューサー構造物（１１２、５０６）及び１つの出力トランスデューサー構造物（１１４、５０６）と、
   １つの反射構造物（１１６）であって、前記反射構造物（１１６）が、音響波の伝播方向において、前記入力トランスデューサー構造物（１１２、５０６）及び前記出力トランスデューサー構造物（１１４、５０６）から距離ｄに、及び、前記入力トランスデューサー構造物（１１２、５０６）と前記出力トランスデューサー構造物（１１４、５０６）との間に位置する少なくとも１つ以上の金属ストリップ（１２２）を備える、１つの反射構造物（１１６）と、
   を備える、表面音響波を使用した結合型キャビティフィルタ構造物において、
   前記音響波伝播基板（１０２）が、ベース基板（１０６）と、圧電層（１０４）と、前記ベース基板（１０６）と前記圧電層（１０４）との間に挟まれた誘電体層（１０８）とを備える複合基板であり、
   前記反射構造物（１１６）が、前記複合基板並びに前記入力トランスデューサー構造物（１１２、５０６）及び前記出力トランスデューサー構造物（１１４、５０６）の前記互い違いに位置する櫛歯電極（１２４、１２６、５０８、５１０）に関連した結合係数ｋ_ｓ ^２より大きい、ユニタリ金属ストリップに関連した反射係数をもち、
   前記表面音響波が、前記圧電層（１０４）内における剪断波又は縦波であるように構成された、ことを特徴とする、結合型キャビティフィルタ構造物。
2. 前記表面音響波が、導波された音響波である、請求項１に記載の結合型キャビティフィルタ構造物。
3. 少なくとも１つの前記入力トランスデューサー構造物（１１２）及び前記１つの出力トランスデューサー構造物（１１４）の前記互い違いに位置する櫛歯電極（１２４、１２６）が、ｐ＝λ／２により与えられるブラッグ条件により規定され、λが、前記入力トランスデューサー構造物（１１２）及び前記出力トランスデューサー構造物（１１４）の動作音響波長であり、ｐが、前記入力トランスデューサー構造物（１１２）及び前記出力トランスデューサー構造物（１１４）の電極ピッチである、請求項１に記載の結合型キャビティフィルタ構造物。
4. 前記音響波の前記伝播方向において、前記入力トランスデューサー構造物（１１２）及び前記出力トランスデューサー構造物（１１４）の、前記１つの反射構造物（１１６）が位置している側の反対側に、前記入力トランスデューサー構造物（１１２）及び／又は前記出力トランスデューサー構造物（１１４）から離れて位置する少なくとも１つのブラッグミラー（１３２、１３４）を更に備える、請求項１に記載の結合型キャビティフィルタ構造物。
5. ギャップｇだけ互いに離れた、及び、音響波の前記伝播方向において、前記入力トランスデューサー構造物（１１２、５０６）及び前記出力トランスデューサー構造物（１１４、５０６）から距離ｄに、及び、前記入力トランスデューサー構造物（１１２、５０６）と前記出力トランスデューサー構造物（１１４、５０６）との間に位置する複数の反射構造物（１１６、２０２、２０４、２０６、２０８、３０２、３０４、３０６、３０８、３１０、３１２、４０２、４０４、４０８）を備え、前記複数の反射構造物（１１６、２０２、２０４、２０６、２０８、３０２、３０４、３０６、３０８、３１０、３１２、４０２、４０４、４０８）間の各前記ギャップｇ、及び、前記入力トランスデューサー構造物（１１２）及び前記出力トランスデューサー構造物（１１４）と前記入力トランスデューサー構造物（１１２）及び前記出力トランスデューサー構造物（１１４）の近接した前記反射構造物との間の各ギャップｄが、音響キャビティ（１２０、２１２、２１４、３１６、４０８）を形成している、請求項１に記載の結合型キャビティフィルタ構造物。
6. 各前記音響キャビティ（１２０、２１２、２１４、３１６、４０８）の長さが、λ／４より小さく、λは、前記入力トランスデューサー構造物（１１２）及び前記出力トランスデューサー構造物（１１４）の動作音響波長である、請求項５に記載の結合型キャビティフィルタ構造物。
7. 各前記音響キャビティ（１２０、２１２、２１４、３１６、４０８）の長さが、λ／４より小さく、λは、前記入力トランスデューサー構造物（１１２）及び前記出力トランスデューサー構造物（１１４）の動作音響波長であり、各前記音響キャビティが、２つのサブキャビティに分割される、請求項５に記載の結合型キャビティフィルタ構造物。
8. 複数の前記反射構造物のうちの近接した反射構造物（２０２、２０４、２０６、２０８、３０２、３０４、３０６、３０８、３１０、３１２、４０２、４０４、４０８）間の距離ｇ、及び／又は、前記反射構造物（１１６、２０２、２０４、２０６、２０８、３０２、３０４、３０６、３０８、３１０、３１２、４０２、４０４、４０８）と近接した前記入力トランスデューサー構造物（１１２、５０６）及び前記出力トランスデューサー構造物（１１４、５０６）との間の距離ｄは、同じであるか、又は異なる、請求項５に記載の結合型キャビティフィルタ構造物。
9. 前記反射構造物（１１６）が、前記複合基板並びに前記入力トランスデューサー構造物（１１２、５０６）及び前記出力トランスデューサー構造物（１１４、５０６）の前記互い違いに位置する櫛歯電極（１２４、１２６、５０８、５１０）に関連した結合係数ｋ_ｓ ^２より少なくとも１．５倍大きい、ユニタリ金属ストリップに関連した反射係数をもつ、請求項１に記載の結合型キャビティフィルタ構造物。
10. 複数の前記反射構造物の各前記反射構造物（１１６、２０２、２０４、２０６、２０８、３０２、３０４、３０６、３０８、３１０、３１２、４０２、４０４、４０８）が、少なくとも１つ以上の金属ストリップ（１２２、２１０）を備え、前記金属ストリップのピッチが、前記入力トランスデューサー構造物及び前記出力トランスデューサー構造物（１１２、１１４、５０６）の電極ピッチｐと同じであるか、又は異なる、請求項５に記載の結合型キャビティフィルタ構造物。

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