JP7416126B2 - 低損失横方向励起フィルムバルク音響共振器及びフィルタ - Google Patents

低損失横方向励起フィルムバルク音響共振器及びフィルタ Download PDF

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Description

〔著作権及びトレードドレスの通知〕
本特許文書の開示の一部は、著作権保護の対象となる資料を含む。本特許文書は、所有者のトレードドレスであるか、又は、トレードドレスとなり得る事項を示し、及び／又は、記載することができる。著作権及びトレードドレスの所有者は、米国特許商標庁の特許ファイル又は記録内にあるので、当該特許開示の誰による複製にも異議はないが、それ以外は何であれ、全ての著作権及びトレードドレスの権利を保有するものである。
〔関連出願情報〕
この特許は、２０２１年６月３日に出願された「ＸＢＡＲ Ｎ７９ ＦＩＬＴＥＲ ＧＲＡＴＩＮＧ ＥＬＥＭＥＮＴＳ」と題する仮特許出願第６３／１９６，６４５号の優先権を主張するものである。この特許は、２０２１年４月１３日に出願された「ＳＭＡＬＬ ＴＲＡＮＳＶＥＲＳＬＥＹ－ＥＸＣＩＴＥＤ ＦＩＬＭ ＢＵＬＫ ＡＣＯＵＳＴＩＣ ＲＥＳＯＮＡＴＯＲＳ ＷＩＴＨ ＥＮＨＡＮＣＥＤ Ｑ－ＦＡＣＴＯＲ」と題する出願第１７／２２９，７６７号の一部継続出願でもあり、２０２０年４月２０日に出願された「ＳＭＡＬＬ ＨＩＧＨ Ｑ ＸＢＡＲ ＲＥＳＯＮＡＴＯＲＳ」と題する出願第６３／０１２，８４９号、２０２０年８月１７日に出願された「ＳＭＡＬＬ ＲＥＦＬＥＣＴＯＲＳ ＴＯ ＩＭＰＲＯＶＥ ＸＢＡＲ ＬＯＳＳ」と題する出願第６３／０６６，５２０号、及び２０２０年９月４日に出願された「ＳＭＡＬＬ ＲＥＦＬＥＣＴＯＲＳ ＴＯ ＩＭＰＲＯＶＥ ＰＥＲＦＯＲＭＡＮＣＥ ＯＦ ＴＲＡＮＳＶＥＲＳＥＬＹ－ＥＸＣＩＴＥＤ ＦＩＬＭ ＢＵＩＬＫ ＡＣＯＵＳＴＩＣ ＲＥＳＯＮＡＴＯＲＳ ＡＴ Ａ ＳＰＥＣＩＦＩＥＤ ＦＲＥＱＵＥＮＣＹ」と題する出願第６３／０７４，９９１号などの仮特許出願の優先権を主張するものである。これらの出願は、いずれも参照により本願明細書に組み込まれる。
本開示は、音響波共振器を使用した無線周波数フィルタ、特に通信装置用のフィルタに関する。
無線周波数（ＲＦ）フィルタは、一部の周波数を通過させ、他の周波数を阻止するように構成された２ポートデバイスであり、ここで、「通過」は、比較的低い信号損失で送信することを意味し、「阻止」は、遮断するか又は実質的に減衰させることを意味する。フィルタを通過する周波数範囲は、フィルタの「通過帯域（ｐａｓｓ－ｂａｎｄ）」と呼ばれる。このようなフィルタによって阻止される周波数範囲は、フィルタの「阻止帯域（ｓｔｏｐ－ｂａｎｄ）」と呼ばれる。典型的なＲＦフィルタは、少なくとも１つの通過帯域及び少なくとも１つの阻止帯域を有する。通過帯域又は阻止帯域の特定の要件は、用途に依存する。例えば、「通過帯域」は、フィルタの挿入損失が１ｄＢ、２ｄＢ又は３ｄＢなどの規定値よりも優れる周波数範囲として定義され得る。「阻止帯域」は、用途に応じて、フィルタの除去が２０ｄＢ、３０ｄＢ、４０ｄＢ又はそれ以上などの規定値よりも大きい周波数範囲として定義され得る。
ＲＦフィルタは、情報が無線リンクを介して送信される通信システムに使用される。例えば、ＲＦフィルタは、セルラ基地局、携帯電話及びコンピューティング装置、衛星トランシーバ及び地上局、ＩｏＴ（モノのインターネット）装置、ラップトップコンピュータ及びタブレット、固定点無線リンク、並びに他の通信システムのＲＦフロントエンドに見られる。ＲＦフィルタは、レーダー、電子戦及び情報戦システムにも使用される。
ＲＦフィルタは、典型的には、特定の用途ごとに、挿入損失、除去、分離、電力処理、直線性、サイズ及びコストなどの性能パラメータ間の最良の妥協点を実現するために、多くの設計上のトレードオフを必要とする。特定の設計、製造方法及び機能強化は、これらの要件の１つ以上を同時に満たすことができる。
無線システムにおけるＲＦフィルタの性能強化は、システム性能に幅広い影響を与える可能性がある。ＲＦフィルタの改善を活用して、セルサイズの拡大、電池寿命の延長、データレートの向上、ネットワーク容量の拡大、コストの削減、セキュリティの強化、信頼性の向上などのシステム性能の改善を実現することができる。これらの改善は、無線システムの様々なレベルで、例えばＲＦモジュール、ＲＦトランシーバ、モバイル又は固定サブシステム又はネットワークレベルなど、個別に又は組み合わせて実現することができる。
現在の通信システム用の高性能ＲＦフィルタには、通常、表面弾性波（ＳＡＷ）共振器、バルク音響波（ＢＡＷ）共振器、フィルムバルク音響波共振器（ＦＢＡＲ）及びその他のタイプの音響共振器を含む音響波共振器が組み込まれる。しかしながら、従来技術は、将来の通信ネットワークで提案されているより高い周波数及び帯域幅での使用には適さない。
通信チャネルの帯域幅をより広くしたいという要望は、必然的に高い周波数の通信帯域を使用することになる。携帯電話ネットワーク用の無線アクセス技術は、３ＧＰＰ（登録商標）（３ｒｄ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ Ｐａｒｔｎｅｒｓｈｉｐ Ｐｒｏｊｅｃｔ）によって標準化されている。５Ｇ ＮＲ（ｎｅｗ ｒａｄｉｏ）規格では、第５世代（５Ｇ）モバイルネットワークの無線アクセス技術が規定されている。５Ｇ ＮＲ規格は、いくつかの新しい通信帯域が定義されている。これらの新しい通信帯域の２つは、３３００ＭＨｚ～４２００ＭＨｚの周波数帯を使用するｎ７７と、４４００ＭＨｚ～５０００ＭＨｚの周波数帯を使用するｎ７９である。帯域ｎ７７及び帯域ｎ７９ともに時分割複信（ＴＤＤ）を使用するため、帯域ｎ７７及び／又は帯域ｎ７９で動作する通信機器は、アップリンク送信及びダウンリンク送信の両方に同じ周波数を使用する。帯域ｎ７７及び帯域ｎ７９のバンドパスフィルタは、通信機器の送信電力に対応できるものでなければならない。５ＧＨｚと６ＧＨｚのＷｉＦｉバンドにも、高周波数及び広帯域幅が必要である。５Ｇ ＮＲ規格では、周波数が２４．２５ＧＨｚ～４０ＧＨｚのミリ波通信帯も規定される。
横方向励起フィルムバルク音響共振器（ＸＢＡＲ）は、マイクロ波フィルタ用の音響共振器構造である。ＸＢＡＲは、「ＴＲＡＮＳＶＥＲＳＥＬＹ ＥＸＣＩＴＥＤ ＦＩＬＭ ＢＵＬＫ ＡＣＯＵＳＴＩＣ ＲＥＳＯＮＡＴＯＲ」と題する特許ＵＳ１０，４９１，２９１に記載されている。ＸＢＡＲ共振器は、単結晶圧電材料の薄いフローティング層又は振動板上に形成されたインターデジタルトランスデューサ（ＩＤＴ）を備えている。ＩＤＴは、第１のバスバーから延びる第１セットの平行フィンガーと、第２のバスバーから延びる第２セットの平行フィンガーとを含む。第１及び第２セットの平行フィンガーは、インターリーブされている。
ＩＤＴに印加されたマイクロ波信号は、圧電振動板においてせん断一次音響波を励起する。ＸＢＡＲ共振器は、非常に高い電気機械結合及び高周波能力を提供する。ＸＢＡＲ共振器は、バンドリジェクトフィルタ、バンドパスフィルタ、デュプレクサ、マルチプレクサなどの様々なＲＦフィルタで使用されてもよい。ＸＢＡＲは、周波数が３ＧＨｚを超える通信帯域のフィルタにおける使用によく適する。
横方向励起フィルムバルク音響共振器（ＸＢＡＲ）の概略平面図、２つの概略断面図及び詳細図である。 音響共振器を使用したバンドパスフィルタの概略回路図である。 ＸＢＡＲのＱファクタとＸＢＡＲのインターデジタルトランスデューサ（ＩＤＴ）のフィンガー数との関係を示すグラフである。 反射素子付きＩＤＴの概略平面図である。 他の反射素子付きＩＤＴの概略平面図である。 反射素子を有する場合と有さない場合のＸＢＡＲの共振周波数での正規化Ｑファクタを比較したグラフである。 反射素子を有する場合と有さない場合のＸＢＡＲの反共振周波数での正規化Ｑファクタを比較したグラフである。 周波数５１５０ＭＨｚでの代表的なＸＢＡＲの反射素子のピッチとマークの関数としての相対的なＱファクタを示すグラフである。 各端に２つの反射素子を有するＸＢＡＲの周波数及び反射素子マークの関数である相対的なＱファクタを示すグラフである。 各端に１つの反射素子を有するＸＢＡＲの周波数及び反射素子マークの関数である相対的なＱファクタを示すグラフである。 各端に５つの反射素子を有するＸＢＡＲの周波数及び反射素子マークの関数である相対的なＱファクタを示すグラフである。 反射素子を有する場合と有さない場合のＸＢＡＲを使用した２つのバンドパスフィルタの性能を比較したグラフである。 反射素子付き他のＩＤＴの概略平面図である。 反射素子を有する場合と有さない場合のＸＢＡＲを使用したバンドパスフィルタの性能を比較したグラフである。 ＸＢＡＲ又はＸＢＡＲを使用したフィルタの製造方法のフローチャートである。
この説明全体を通して、図面に現れる要素には、３桁又は４桁の参照番号が割り当てられ、ここで、下２桁は、要素に特有のものであり、上１桁又は上２桁は、要素が最初に導入された図面番号である。図面と組み合わせて説明されていない要素は、同じ参照番号を有する前述の要素と同じ特性及び機能を有すると仮定してもよい。
〔デバイスの説明〕
図１は、ＸＢＡＲ１００の簡略化された上面概略図及び直交断面図を示す。共振器１００などのＸＢＡＲ共振器は、バンドリジェクトフィルタ、バンドパスフィルタ、デュプレクサ及びマルチプレクサを含む様々なＲＦフィルタで使用されてもよい。
ＸＢＡＲ１００は、それぞれ平行な前面１１２及び背面１１４を有する圧電プレート（圧電板）１１０の表面に形成された薄膜導電体パターンから構成される。圧電プレートは、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、ランタムガリウムシリケート、窒化ガリウム又は窒化アルミニウムなどの圧電材料の薄い単結晶層である。圧電プレートは、前面及び背面に対するＸ、Ｙ及びＺ結晶軸の配向が既知で一貫しているようにカットされる。圧電プレートはＺカットされてもよく、つまり、Ｚ軸は前面１１２及び背面１１４に垂直である。圧電プレートは、回転Ｚカット又は回転ＹＸカットされてもよい。他の結晶学的配向の圧電プレートにＸＢＡＲを製造してもよい。
圧電プレート１１０の背面１１４は、基板に形成されたキャビティ１４０に跨る振動板１１５を形成する圧電プレート１１０の一部を除いて、基板１２０の表面に取り付けられている。本明細書では、キャビティに跨る圧電プレートの一部は、マイクロフォンの振動板と物理的に似ているため、振動板１１５と呼ばれる。図１に示すように、振動板１１５は、キャビティ１４０の外周１４５のすべての周りで圧電プレート１１０の残りの部分と隣接する。この文脈において、「隣接する」とは、「介在するアイテムなしで連続的に接続される」ことを意味する。他の構成では、振動板１１５は、キャビティ１４０の外周１４５の少なくとも５０％の周囲で圧電プレートに隣接してもよい。
基板１２０は、圧電プレート１１０を機械的に支持する。基板１２０は、例えば、シリコン、サファイア、石英又はいくつかの他の材料、又は材料の組み合わせであってもよい。圧電プレート１１０の背面１１４は、ウェハ接合工程を使用して基板１２０に接合してもよい。或いは、圧電プレート１１０は、基板１２０に成長してもよく、他の方法で基板に取り付けられてもよい。圧電プレート１１０は、基板に直接取り付けられてもよく、（図１に示されない）１つ以上の中間材料層を介して基板１２０に取り付けられてもよい。
「キャビティ」は、「固体内の空いた空間」という従来の意味を有する。キャビティ１４０は、（Ａ－Ａ断面、Ｂ－Ｂ断面で示される）基板１２０を完全に貫通する穴であってもよく、振動板１１５の下の基板１２０における凹部であってもよい。キャビティ１４０は、例えば、圧電プレート１１０及び基板１２０の取り付け前又は取り付け後に基板１２０を選択的にエッチングすることにより形成されてもよい。
ＸＢＡＲ１００の導電体パターンは、インターデジタルトランスデューサ（ＩＤＴ）１３０を含む。ＩＤＴ１３０は、第１のバスバー１３２から延びるフィンガー１３６などの第１の複数の平行フィンガーと、第２のバスバー１３４から延びる第２の複数の平行フィンガーとを含む。「バスバー」とは、ＩＤＴのフィンガーが延びる導電体を意味する。第１の複数の平行フィンガー及び第２の複数の平行フィンガーは、インターリーブされている。インターリーブされたフィンガーは、通常、ＩＤＴの「アパーチャ」と呼ばれる距離ＡＰだけ重なっている。ＩＤＴ１３０の最も外側のフィンガー間の中心間距離Ｌは、ＩＤＴの「長さ」である。
第１のバスバー１３２及び第２のバスバー１３４は、ＸＢＡＲ１００の端子として機能する。ＩＤＴ１３０の２つのバスバー１３２、１３４の間に印加される無線周波数又はマイクロ波信号は、圧電プレート１１０において一次音響モードを励起する。一次音響モードは、音響エネルギーが、圧電プレート１１０の表面に実質的に直交する方向に沿って伝搬するバルクせん断モードであり、該方向は、ＩＤＴフィンガーが生成する電界の方向にも垂直又は横方向である。したがって、ＸＢＡＲは、横方向励起フィルムバルク波共振器と考えられる。
ＩＤＴ１３０は、少なくともＩＤＴ１３０のフィンガーがキャビティ１４０に跨るか、又はキャビティ１４０の上に吊り下げられた振動板１１５に配置されるように、圧電プレート１１０に配置されている。図１に示すように、キャビティ１４０は、ＩＤＴ１３０のアパーチャＡＰ及び長さＬよりも大きい範囲を有する長方形（ｒｅｃｔａｎｇｕｌａｒ ｓｈａｐｅ、矩形状）に形成されている。ＸＢＡＲのキャビティは、規則的な多角形又は不規則的な多角形などの様々な形状を有してもよい。ＸＢＡＲのキャビティは、直線又は曲線の４辺より多くてもよいし、少なくてもよい。
図１の説明を容易にするために、ＩＤＴフィンガーの幾何学的ピッチ及び幅は、ＸＢＡＲの長さ（寸法Ｌ）及びアパーチャ（寸法ＡＰ）に対して大きく誇張されている。典型的なＸＢＡＲは、ＩＤＴ１３０に１０本以上の平行フィンガーを有する。ＸＢＡＲは、ＩＤＴ１３０に数百本、場合によって数千本の平行フィンガーを有してもよい。同様に、断面図におけるＩＤＴフィンガー及び圧電プレートの厚さは大きく誇張されている。
詳細な概略断面図を参照すると、前側誘電体層１５０は、圧電プレート１１０の前側に任意選択で形成されてもよい。ＸＢＡＲの「前側」は、定義上に基板とは反対側を向いている表面である。前側誘電体層１５０は、ＩＤＴフィンガー（例えば、ＩＤＴフィンガー１３８ｂ）の間のみに形成されてもよく、ＩＤＴフィンガー（例えば、ＩＤＴフィンガー１３８ａ）の間かつ上方に誘電体層が形成されるようにブランケット層として堆積（ｄｅｐｏｓｉｔｅｄ、蒸着）されてもよい。前側誘電体層１５０は、二酸化シリコン、アルミナ、シリコン窒化物などの非圧電誘電体材料であってもよい。前側誘電体層１５０の厚さは、典型的には、圧電プレート１１０の厚さｔｐより約３分の１小さい。前側誘電体層１５０は、２種類以上の材料からなる多層で形成されてもよい。いくつかの用途では、後側誘電体層（図示せず）は、圧電プレート１１０の後側に形成されてもよい。
ＩＤＴフィンガー１３８ａ、１３８ｂは、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金、ベリリウム、金、タングステン、モリブデン、クロム、チタン又はいくつかの他の導電性材料からなる１つ以上の層であってもよい。ＩＤＴフィンガーは、アルミニウム又はアルミニウムを少なくとも５０％備える合金から形成されている場合、「実質的にアルミニウム」であると考えられる。ＩＤＴフィンガーは、銅又は銅を５０％以上備える合金で形成されている場合、「実質的に銅」であると考えられる。フィンガーと圧電プレート１１０との密着性を向上させるために、及び／又は、フィンガーを不動態化又はカプセル化させるために、及び／又は、電力処理（ｐｏｗｅｒ ｈａｎｄｌｉｎｇ）を向上させるために、フィンガーの下方及び／又は上方及び／又はフィンガーの内部にクロム又はチタンなどの金属の（導電体の総厚さに対して）薄い層を形成してもよい。ＩＤＴのバスバー（図１の１３２、１３４）は、フィンガーと同じ又は異なる材料で製造されてもよい。
寸法ｐは、ＩＤＴフィンガーの中心間の間隔又は「ピッチ」であり、これはＩＤＴのピッチ及び／又はＸＢＡＲのピッチと呼ばれてもよい。寸法ｍは、ＩＤＴフィンガーの幅又は「マーク」である。いくつかの実施形態において、ＩＤＴフィンガーのピッチ及び／又はマークは、ＩＤＴの長さに沿って多少変化してもよい。この場合、寸法ｐ及びｍは、それぞれピッチ及びマークの平均値である。ＸＢＡＲのＩＤＴの幾何学的形状は、表面弾性波（ＳＡＷ）共振器に使用されるＩＤＴとは実質的に異なる。ＳＡＷ共振器では、ＩＤＴのピッチは、共振周波数での音響波長の半分である。追加的に、ＳＡＷ共振器のＩＤＴのマークとピッチとの比率は、典型的には、０．５に近い（つまり、マーク又はフィンガーの幅は、共振時の音響波長の約４分の１である）。ＸＢＡＲにおいて、ＩＤＴのピッチｐは、フィンガーの幅ｗの２～２０倍であってもよい。ピッチｐは、典型的には、フィンガーの幅ｗの３．３～５倍である。また、ＩＤＴのピッチｐは、圧電プレート２１０の厚さの２～２０倍であってもよい。ＩＤＴのピッチｐは、典型的には、圧電プレート２１０の厚さの５～１２．５倍である。ＸＢＡＲにおけるＩＤＴフィンガーの幅ｍは、共振時の音響波長の約４分の１に拘束されない。例えば、ＸＢＡＲのＩＤＴフィンガーの幅は、光リソグラフィを使用してＩＤＴを容易に製造できるように、５００ｎｍ以上であってもよい。ＩＤＴフィンガーの厚さは、１００ｎｍから幅ｍにほぼ等しくてもよい。ＩＤＴのバスバー（１３２、１３４）の厚さは、ＩＤＴフィンガーの厚さｔｍと同じ又はそれ以上であってもよい。
図２は、ＸＢＡＲを使用した高周波バンドパスフィルタ２００の概略回路図及びレイアウト図である。フィルタ２００は、３つの直列共振器２１０Ａ、２１０Ｂ、２１０Ｃと、２つのシャント共振器２２０Ａ、２２０Ｂとを有する従来のラダー型フィルタ構造を有する。３つの直列共振器２１０Ａ、２１０Ｂ、２１０Ｃは、第１のポートと第２のポートとの間に直列接続されている（したがって、「直列共振器」と呼ばれる）。図２では、第１のポート及び第２のポートは、「イン」及び「アウト」で表記されている。しかしながら、フィルタ２００は双方向であり、いずれのポートがフィルタの入力又は出力として機能してもよい。２つのシャント共振器２２０Ａ、２２０Ｂは、直列共振器間のノードからグランドに接続されている。フィルタには、図２に示していないコンデンサ及び／又はインダクタなどの追加のリアクタンス成分（ｒｅａｃｔｉｖｅ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ）が含まれてもよい。全てのシャント共振器及び直列共振器は、ＸＢＡＲである。３つの直列共振器及び２つのシャント共振器を含むことは、例示的なことである。フィルタは、合計で５つより多い又は少ない共振器、３つより多い又は少ない直列共振器及び２つより多い又は少ないシャント共振器を有してもよい。典型的には、全ての直列共振器は、フィルタの入力と出力との間に直列接続される。全てのシャント共振器は、典型的には、グランドと、入力、出力又は２つの直列共振器間のノードとの間に接続される。
例示的なフィルタ２００では、フィルタ２００の３つの直列共振器２１０Ａ、Ｂ、Ｃと２つのシャント共振器２２０Ａ、Ｂとは、（見えない）シリコン基板に接合された圧電材料の単一の板２３０に形成されている。いくつかのフィルタにおいて、直列共振器とシャント共振器とは、圧電材料の異なる板に形成されてもよい。各共振器は、それぞれのＩＤＴ（図示せず）を含み、ＩＤＴの少なくともフィンガーは、基板内のキャビティの上方に配置される。この文脈及び類似の文脈において、「それぞれ」という用語は、「それぞれをそれぞれに関連付けること」を意味し、すなわち、一対一の対応関係を有することを意味する。図２では、キャビティを破線の長方形（例えば長方形２３５）として概略的に示している。この例において、各ＩＤＴは、それぞれのキャビティの上方に配置される。他のフィルタでは、２つ以上の共振器のＩＤＴは、単一のキャビティの上方に配置されてもよい。
フィルタ２００の共振器２１０Ａ、２１０Ｂ、２１０Ｃ、２２０Ａ、２２０Ｂのそれぞれは、共振器のアドミタンスが非常に高い共振と、共振器のアドミタンスが非常に低い反共振とを有する。共振及び反共振は、それぞれ、共振周波数及び反共振周波数で生じ、これらは、フィルタ２００内の種々の共振器に対して同一であってもよく、異なっていてもよい。過度に簡略化すると、各共振器は、その共振周波数で短絡回路（ｓｈｏｒｔ－ｃｉｒｃｕｉｔ）であり、その反共振周波数で開回路（ｏｐｅｎ ｃｉｒｃｕｉｔ）であると考えられる。入出力伝達関数は、シャント共振器の共振周波数及び直列共振器の反共振周波数でほぼゼロになる。典型的なフィルタでは、シャント共振器の共振周波数は、フィルタの通過帯域の下側エッジよりも下側に位置し、直列共振器の反共振周波数は、通過帯域の上側エッジよりも上側に位置する。一部のフィルタでは、一点鎖線の長方形２７０で示される前側誘電体層（ｆｒｏｎｔ－ｓｉｄｅ ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｌａｙｅｒ）（「周波数設定層（ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｓｅｔｔｉｎｇ ｌａｙｅｒ）」とも呼ばれる）をシャント共振器に形成して、シャント共振器の共振周波数を直列共振器の共振周波数に対して相対的に低く設定してもよい。
音響共振器のＱファクタ（Ｑ－ｆａｃｔｏｒ，Ｑ値）は、通常、印加されたＲＦ信号の１周期において蓄積されたピークエネルギーを、１周期において散逸（ｄｉｓｓｉｐａｔｅｄ、消散）又は損失した総エネルギーで除して得られたものとして定義される。ＸＢＡＲのＱファクタは、ＸＢＡＲのＩＤＴにおけるフィンガーの長さ又は本数を含む多数のパラメータの複雑な関数である。
音響共振器において生じ得る損失メカニズムは、ＩＤＴ及び他の導電体での抵抗損失と、圧電プレート、ＩＤＴフィンガー及び他の材料での粘性損失又は音響損失と、共振器構造からの音響エネルギーの漏れとを含む。共振器に蓄積されたピークエネルギーは、共振器の静電容量に比例する。ＸＢＡＲ共振器では、静電容量は、ＩＤＴフィンガーの本数に比例する。抵抗損失及び粘性損失もＩＤＴフィンガーの本数に比例する。共振器から横方向（つまり、ＩＤＴフィンガーに平行な方向）に漏洩する音響エネルギーは、共振器の長さに比例するため、ＩＤＴフィンガーの本数にも比例する。一方、ＩＤＴの端部から長手方向（つまり、ＩＤＴフィンガーに垂直な方向）に損失したエネルギーは、ＩＤＴフィンガーの本数によらずほぼ一定である。ＩＤＴフィンガーの本数及びＸＢＡＲに蓄積されたピークエネルギーが低下すると、長手方向における音響エネルギー損失は、蓄積されるピークエネルギーに対してますます増加することになる。
図３は、ＸＢＡＲのＩＤＴフィンガーの本数の関数として代表的なＸＢＡＲの正規化Ｑファクタ（ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ Ｑ－ｆａｃｔｏｒ）を示すグラフである。「正規化Ｑファクタ」とは、有限個のＩＤＴフィンガーを有するＸＢＡＲのＱファクタを、同じ構造で無限個のＩＤＴフィンガーを有する仮想ＸＢＡＲのＱファクタで除して得られたものである。図３において、正規化Ｑファクタは、無限個のＩＤＴフィンガーを有するＸＢＡＲのＱファクタのパーセントとして定量化されている。具体的には、実線の曲線３１０は、共振周波数での正規化Ｑファクタをプロットしたものであり、破線の曲線３２０は、反共振周波数での正規化Ｑファクタをプロットしたものである。図３のデータは、有限要素法を使用したシミュレーションにより導出されたものである。
図３は、有限個のＩＤＴフィンガーを有するＸＢＡＲの正規化Ｑファクタは１００％未満であり、つまり、有限個のＩＤＴフィンガーを有するＸＢＡＲのＱファクタは、無限個のＩＤＴフィンガーを有する同様のＸＢＡＲのＱファクタよりも小さいことを示している。図３には示されていないが、ＸＢＡＲの正規化Ｑファクタは、非常に多数のＩＤＴフィンガーに対して漸近的に１００％に近づく可能性がある。想定されるように、正規化Ｑファクタは、ＩＤＴフィンガーの本数に依存する。特に、約２０個より少ないＩＤＴフィンガーを有するＸＢＡＲに対して、長手方向における音響エネルギー損失の重要性が増すため、正規化Ｑファクタが急激に低下する。
図４は、ＸＢＡＲの端部での長手方向への音響エネルギーの漏れを低減する例示的な導電体パターン４００を示す平面図である。導電体パターン４００は、ＩＤＴ４３０と、４つの反射素子４６２、４６４、４６６、４６８とを含む。ＩＤＴ４３０は、第１のバスバー４３２と、第２のバスバー４３４と、第１のバスバー及び第２のバスバーから交互に延びる複数のｎ本のインターリーブＩＤＴフィンガーとを含む。この例では、ＩＤＴフィンガーの本数ｎは２４である。他のＸＢＡＲにおいては、ｎは、２０～１００本以上のＩＤＴフィンガーの範囲であってもよい。ＩＤＴフィンガー４３６は１番目のＩＤＴフィンガーであり、ＩＤＴフィンガー４３８はｎ番目のＩＤＴフィンガーである。図４に示すように、左から右へのＩＤＴフィンガーの番号付けは任意であり、１番目のフィンガーとｎ番目のフィンガーの指定を逆にしてもよい。
図４に示すように、奇数番目のＩＤＴフィンガーは、第１のバスバー４３２から延びており、偶数番目のＩＤＴフィンガーは、第２のバスバー４３４から延びている。ＩＤＴ４３０は、１番目のＩＤＴフィンガー４３６及びｎ番目のＩＤＴフィンガー４３８が、異なるバスバーから延びているように、偶数本のＩＤＴフィンガーを有する。いくつかの場合では、ＩＤＴは、１番目のＩＤＴフィンガー及びｎ番目のＩＤＴフィンガーと全ての反射素子とが、同じバスバーから延びるような、奇数本のＩＤＴフィンガーを有してもよい。
ＩＤＴ４３０の外周（ｏｕｔｓｉｄｅ ｏｆ ｐｅｒｉｐｈｅｒｙ）の外側には、合計４つの反射素子が設けられている。ＩＤＴ４３０の左端には、１番目のＩＤＴフィンガー４３６に近接し、かつ平行な第１の反射素子４６２が配置されている。ＩＤＴ４３０の右端には、ｎ番目のＩＤＴフィンガー４３８に近接し、かつ該ｎ番目のＩＤＴフィンガー４３８と平行な第２の反射素子４６６が配置されている。任意の第３の反射素子４６４は、第１の反射素子４６２と平行である。任意の第４の反射素子４６８は、第２の反射素子４６６と平行である。
第１の反射素子４６２及び第３の反射素子４６４は、第１のバスバー４３２から延びているため、１番目のＩＤＴフィンガー４３６と同電位となっている。同様に、第２の反射素子４６６及び第４の反射素子４６８は、第２のバスバー４３４０から延びているため、ｎ番目のＩＤＴフィンガー４３８と同電位となっている。
反射素子４６２、４６４、４６６、４６８は、音響エネルギーをＩＤＴ４３０の領域に閉じ込め、長手方向における音響エネルギー損失を低減するように構成される。このため、典型的には、隣接する反射素子の間、及び反射素子４６２、４６６と隣接する１番目のＩＤＴフィンガー、ｎ番目のＩＤＴフィンガーとの間のピッチｐｒはそれぞれ、ＩＤＴフィンガーのピッチｐよりも大きい。反射素子４６２、４６４、４６６、４６８の幅又はマークｍｒは、必ずしもＩＤＴフィンガーのマークｍと等しいとは限らない。後述するように、反射素子のマークｍｒは、特定の周波数又は周波数範囲においてＱファクタを最適化するように選択されてもよい。
図５は、ＸＢＡＲの端部での長手方向への音響エネルギーの漏れを低減する他の導電体パターン５００の平面図である。導電体パターン５００は、ＩＤＴ５３０と、４つの反射素子５６２、５６４、５６６、５６８とを含む。ＩＤＴ５３０は、第１のバスバー５３２と、第２のバスバー５３４と、前述したように、第１のバスバー及び第２のバスバーから交互に延びる複数のインターリーブＩＤＴフィンガーとを含む。ＩＤＴフィンガー５３６、５３８は、ＩＤＴ５３０の左右（図５に示す）端部にある１番目のＩＤＴフィンガー、およびｎ番目のＩＤＴフィンガーである。
ＩＤＴ５３０の外周の外側には、合計４つの反射素子が設けられている。ＩＤＴ５３０の左端には、１番目のＩＤＴフィンガー５３６に近接し、かつ、平行な第１の反射素子５６２及び第３の反射素子５６４が配置されている。第１の反射素子５６２及び第３の反射素子５６４は、互いに接続されているが、バスバー５３２、５３４のいずれにも接続されていない。第１の反射素子５６２及び第３の反射素子５６４は、１番目のＩＤＴフィンガー５３６と容量結合（ｃａｐａｃｉｔｉｖｅｌｙ ｃｏｕｐｌｅｄ）されるため、１番目のＩＤＴフィンガー５３６と実質的に同じ電位となっている。バスバー５３２、５３４間にＲＦ信号が印加されたときに、反射素子と１番目のＩＤＴフィンガーとの間の電位が、隣接するＩＤＴフィンガー間の電位よりも小さい場合、反射素子は、ほぼ実質的に同じ電位になると考えられる。
同様に、第２の反射素子５６６及び第４の反射素子５６８は、ＩＤＴ５３０の右端でｎ番目のＩＤＴフィンガー５３８に近接し、かつ平行である。第２の反射素子５６６及び第４の反射素子５６８は、互いに接続されており、バスバー５３２、５３４のいずれにも接続されていない。第２の反射素子５６６及び第４の反射素子５６８は、ｎ番目のＩＤＴフィンガー５３８と容量結合されるため、ｎ番目のＩＤＴフィンガー５３８とほぼ同電位となっている。
反射素子５６２、５６４、５６６、５６８は、音響エネルギーをＩＤＴ５３０の領域に閉じ込め、長手方向における音響エネルギー損失を低減するように構成される。このため、典型的には、隣接する反射素子の間、及び反射素子５６２、５６６と隣接する末端ＩＤＴフィンガーとの間のピッチｐｒは、ＩＤＴフィンガーのピッチｐよりも大きい。反射素子５６２、５６４、５６６、５６８の幅又はマークｍｒは、必ずしもＩＤＴフィンガーのマークｍと等しいとは限らない。反射素子のマークｍｒは、特定の周波数又は周波数範囲においてＱファクタを最適化するように選択されてもよい。
図６は、図４に示した反射素子と同様の反射素子を有する場合と有さない場合の他のＸＢＡＲのＩＤＴフィンガーの本数の関数である正規化Ｑファクタを示すグラフである。具体的には、実線の曲線６１０は、反射素子を有さないＸＢＡＲの共振周波数での正規化Ｑファクタをプロットしたものである。破線の曲線６２０は、ＩＤＴの両側にそれぞれ２つの反射素子を有する同様のＸＢＡＲの共振周波数での正規化Ｑファクタをプロットしたものである。いずれの場合でも、圧電プレートは、厚さ４００ｎｍのニオブ酸リチウムであり、ＩＤＴフィンガーは、厚さ５００ｎｍのアルミニウムで、ＩＤＴピッチｐ＝４ミクロン、ＩＤＴフィンガーマークｍ＝１ミクロンである。反射素子付きＸＢＡＲは、ｐｒ＝４．２ミクロン、ｍｒ＝０．７３５ミクロンである。反射素子を有すると、わずか１０本程度のフィンガーを有するＸＢＡＲが、最大８０％までの正規化Ｑファクタを得ることができる。
図７は、図４に示した反射素子と同様の反射素子を有する場合と有さない場合の他のＸＢＡＲのＩＤＴフィンガーの本数の関数である正規化Ｑファクタを示すグラフである。具体的には、実線の曲線７１０は、反射素子を有さないＸＢＡＲの反共振周波数での正規化Ｑファクタをプロットしたものである。破線の曲線７２０は、ＩＤＴの両側にそれぞれ２つの反射素子を有する同様のＸＢＡＲの反共振周波数での正規化Ｑファクタをプロットしたものである。いずれの場合でも、圧電プレートは、厚さ４００ｎｍのニオブ酸リチウムであり、ＩＤＴフィンガーは、厚さ５００ｎｍのアルミニウムで、ＩＤＴピッチｐ＝４ミクロン、ＩＤＴフィンガーマークｍ＝１ミクロンである。反射素子付きＸＢＡＲは、ｐｒ＝８ミクロン、ｍｒ＝０．８０ミクロンである。反射素子を有すると、わずか１４本程度のフィンガーを有するＸＢＡＲでも、最大８０％までの正規化Ｑファクタを有することができる。
図８は、例示的なＸＢＡＲデバイスの５１５０ＭＨｚの固定周波数での反射素子のピッチｐｒとマークｍｒとの関係を示すチャート８００である。例示的なＸＢＡＲデバイスは、厚さ４００ｎｍのニオブ酸リチウム圧電プレートと、厚さ５００ｎｍのアルミニウムＩＤＴ及び反射素子とを有する。ＩＤＴフィンガーのピッチ及びマークはそれぞれ、４ミクロン、１ミクロンである。ＩＤＴの各端には２つの反射素子がある。薄い影付き領域８１０Ａ、８１０Ｂ、８１０Ｃ、８１０Ｄは、正規化Ｑファクタが８５％以上であるｐｒとｍｒの組み合わせを特定する。濃い影付き領域８２０Ａ、８２０Ｂ、８２０Ｃ、８２０Ｄは、正規化Ｑファクタが９０％以上であるｐｒとｍｒの組み合わせを特定する。比較のために、この反射素子を有さないＸＢＡＲの正規化Ｑファクタは、５１５０ＭＨｚで７４％である。図８では明示していないが、正規化Ｑファクタが７５％未満であるｐｒとｍｒの組み合わせが存在し、反射素子の構成が不適切であると、ＸＢＡＲのＱファクタを低下させる可能性があることを示している。
正規化Ｑファクタを８５％又は９０％に向上させるｐｒとｍｒの組み合わせが複数ある。９０％以上の正規化Ｑファクタを得るために、ｐｒをＩＤＴフィンガーのピッチｐの１．２倍以上にしなければならない。ｐｒ＝６ミクロン（１．５ｐ）の場合、正規化Ｑファクタを９０％より大きく向上させるｍｒの値は少なくとも４つがある。
図９は、ＩＤＴの各側に２つの反射素子を有し、ｐｒ＝５．２ミクロンの例示的なＸＢＡＲデバイスの反射素子のマークｍｒと周波数との関係を示すチャート９００である。前述の例のように、該例示的なＸＢＡＲデバイスは、厚さ４００ｎｍのニオブ酸リチウム圧電プレートと、厚さ５００ｎｍのアルミニウムＩＤＴ及び反射素子とを有する。ＩＤＴフィンガーのピッチ及びマークはそれぞれ、４ミクロン、１ミクロンである。領域９１０などの薄い影付き領域は、正規化Ｑファクタが８５％以上である周波数とｍｒとの組み合わせを特定する。領域９２０などの濃い影付き領域は、正規化Ｑファクタが９０％以上である周波数とｍｒとの組み合わせを特定する。比較のために、この反射素子を有さないＸＢＡＲの正規化Ｑファクタは、５１５０ＭＨｚで７４％である。
チャート９００では、特定の反射素子のピッチｐｒについて、ＸＢＡＲのＱファクタを改善する必要がある周波数を考慮して反射素子マークｍｒを選択しなければならないことが示されている。例えば、ｍｒ＝０．９５ミクロンを選択することにより、約４９８０ＭＨｚから５２００ＭＨｚより大きい周波数範囲にわたって、９０％を超える正規化Ｑ－ファクタが得られる。ｍｒ＝１．７ミクロンを選択することにより、４７００ＭＨｚより小さいから約４９５０ＭＨｚまでの周波数範囲にわたって、９０％以上の正規化Ｑファクタが得られる。しかしながら、ｍｒ＝１．７ミクロンを選択することにより、反射素子を有さないＸＢＡＲと比較して５２００ＭＨｚでのＱファクタを実際に低下させる可能性がある。
図１０は、ＩＤＴの各側に１つの反射素子を有し、ｐｒ＝５．２ミクロンの例示的なＸＢＡＲデバイスの反射素子のマークｍｒと周波数との関係を示すチャート１０００である。該例示的なＸＢＡＲデバイスは、前述の例と同様である。図９と同様に、領域１０１０などの薄い影付き領域は、正規化Ｑファクタが８５％以上である周波数とｍｒとの組み合わせを特定する。領域１０２０などの濃い影付き領域は、正規化Ｑファクタが９０％以上である周波数とｍｒとの組み合わせを特定する。
図９と図１０とを比較すると、一般的に、正規化Ｑファクタを向上させるために、反射素子が２つである場合に比べて、反射素子が１つのみである場合の効果が小さいことが分かる。しかしながら、いくつかの用途によっては、ＩＤＴの各端に１つの反射素子があればよい。この例では、ｍｒ＝０．７５ミクロンの反射素子（ＩＤＴの各端）が１つであることにより、約４７７０ＭＨｚ～４９７０ＭＨｚの周波数範囲において、正規化Ｑファクタを大幅に向上させる。
図１１は、ＩＤＴの各端に５つの反射素子を有し、ｐｒ＝５．２ミクロンの例示的なＸＢＡＲデバイスの反射素子のマークｍｒと周波数との関係を示すチャート１１００である。該例示的なＸＢＡＲデバイスは、前述の例と同様である。図９と同様に、領域１１１０などの薄い影付き領域は、正規化Ｑファクタが８５％以上である周波数とｍｒとの組み合わせを特定する。領域１１２０などの濃い影付き領域は、正規化Ｑファクタが９０％以上である周波数とｍｒとの組み合わせを特定する。
図９と図１１とを比較すると、２つの反射素子に比べて、５つの反射素子は有意な向上が見られない。
図１２は、反射素子を有する場合と有さない場合の例示的なＸＢＡＲバンドパスフィルタの性能を示すチャートである。具体的には、実線１２１０は、フィルタのＸＢＡＲの各端に２つの反射素子を有する帯域ｎ７７のフィルタのＳ２１（入出力伝達関数、ｉｎｐｕｔ－ｏｕｔｐｕｔ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｆｕｎｃｔｉｏｎ）の大きさをプロットしたものである。シャント共振器の反射素子は、周波数３．３５ＧＨｚに最適化され、直列共振器の反射素子は、周波数４．２ＧＨｚに最適化された。これらの周波数は、典型的には最小Ｓ２１に対する要件を達成することが最も困難なｎ７７バンドのエッジ又はその近傍にある。破線１２２０は、ＸＢＡＲに反射素子を有さない同じフィルタのＳ２１の大きさをプロットしたものである。全てのデータは、有限要素法を使用したフィルタのシミュレーションにより開発された。
反射素子を含むことにより、３．３５ＧＨｚではＳ２１を０．２ｄＢ向上させ、４．２ＧＨｚではＳ２１を０．４ｄＢ向上させる。しかしながら、反射素子を含むことにより、他の周波数ではＳ２１を０．２５ｄＢ低減しており、これがＸＢＡＲフィルタ設計時のトレードオフを示すことに留意されたい。図１２の例示的なバンドパスフィルタでは、全てのシャント共振器の反射素子を同じ周波数（３．３５ＧＨｚ）での最大Ｑファクタとなるように選択し、全ての直列共振器の反射素子を同じ周波数（４．２ＧＨｚ）での最大Ｑファクタとなるように選択した。各共振器の反射素子を独立して最適化する場合、フィルタ伝達関数の更なる改善が期待できる。
図１３は、ＸＢＡＲの端部での長手方向への音響エネルギーの漏れを低減させる他の例示的な導電体パターン１３００を示す平面図である。導電体パターン１３００は、ＩＤＴ１３３０と、第１の反射素子１３６２、第２の反射素子１３６４、第３の反射素子１３６６及び第４の反射素子１３６８とを含む。ＩＤＴ１３３０は、第１のバスバー１３３２と、第２のバスバー１３３４と、第１のバスバー及び第２のバスバーから交互に延びている複数のインターリーブＩＤＴフィンガーとを有する。この例では、ＩＤＴフィンガーの本数は２４本である。他のＸＢＡＲにおいては、ＩＤＴフィンガーの本数は、２０本以上１００本以下であってもよい。インターリーブされたＩＤＴフィンガーと第１の反射素子１３６２、第２の反射素子１３６４、第３の反射素子１３６６及び第４の反射素子１３６８の重なり部は、ＸＢＡＲの振動板に位置する。ＩＤＴフィンガー１３３６が第１のＩＤＴフィンガーであり、フィンガー１３３８が最後のフィンガーである。第１のＩＤＴフィンガーと最後のＩＤＴフィンガーの指定は任意であり、第１のＩＤＴフィンガーと最後のＩＤＴフィンガーの指定を逆にしてもよい。
ＩＤＴ１３３０の外周の外側には、合計４つの反射素子が設けられている。第１の反射素子１３６２及び第２の反射素子１３６４は、ＩＤＴ１３３０の（図示される）左端にある第１のＩＤＴフィンガー１３３６に近接し、かつ平行である。第３の反射素子１３６６及び第４の反射素子１３６８は、ＩＤＴ１３３０の（図示される）右端にある最後のＩＤＴフィンガー１３３８に近接し、かつ平行である。
第１の反射素子１３６２及び第２の反射素子１３６４は、第１のＩＤＴフィンガーとは異なるバスバーから延びている。この例では、第１の反射素子１３６２及び第２の反射素子１３６４は、第２のバスバー１３３４から延びており、第１のＩＤＴフィンガー１３３６は、第１のバスバー１３３２から延びている。したがって、第１の反射素子１３６２及び第２の反射素子１３６４の電位は、第１のＩＤＴフィンガー１３３６の電位とは逆になる。同様に、第３の反射素子１３６６及び第４の反射素子１３６８は、最後のＩＤＴフィンガー１３３８とは異なるバスバーから延びている。このため、第３の反射素子１３６６及び第４の反射素子１３６８の電位は、最後のＩＤＴフィンガー１３３８の電位とは逆になる。
反射素子１３６２、１３６４、１３６６、１３６８は、音響エネルギーをＩＤＴ１３３０の領域に閉じ込め、長手方向における音響エネルギー損失を低減するように構成される。このため、隣接する反射素子間の中心間距離ｐｒ１は、（すなわち、第１の反射素子と第２の反射素子との間、第３の反射素子と第４の反射素子との間）は、典型的には、ＩＤＴフィンガーのピッチｐの１．２倍以上かつｐの１．５倍以下である。
典型的には、反射素子と隣接するＩＤＴフィンガーとの中心間距離ｐｒ２（つまり、第１の反射素子と第１のＩＤＴフィンガーとの間、第３の反射素子と最後のＩＤＴフィンガーとの間）は、ｐよりも大きく、ｐｒ１よりも小さい。いくつかの場合では、ｐｒ２は、ｐとｐｒ１との平均値であってもよい。
反射素子１３６２、１３６４、１３６６、１３６８の幅又はマークｍｒは、必ずしもＩＤＴフィンガーのマークｍと等しいとは限らない。上述したように、反射素子のマークｍｒは、特定の周波数又は周波数範囲においてＱファクタを最適化するように選択されてもよい。
図１４Ａは、反射フィンガーを有する場合と有さない場合の第１のＸＢＡＲフィルタ対の周波数の関数であるＳ２１の大きさ（入出力伝達関数）のグラフ１４００である。フィルタは、５Ｇ ＮＲ帯域ｎ７９を通過するように設計されている。帯域ｎ７９の周波数範囲が特定される。
実線の曲線１４１０は、全ての直列共振器に反射フィンガーを有するフィルタのＳ２１の大きさである。各直列共振器について、ｐｒ１＝１．３ｐ、ｐｒ２＝１．１５ｐである。ｍｒは、各共振器に対して独立に最適化されて、上側バンドエッジ（５．０Ｈｈｚ）での損失を最小化した。破線の曲線１４２０は、いずれの共振器に反射フィンガーを有さない同じフィルタのＳ２１の大きさである。直列共振器に反射フィンガーが存在する（実線曲線１４１０）ことにより、反射フィンガーを有さないフィルタ（破線曲線１４２０）と比較して、上側バンドエッジでの損失が約０．４ｄＢ低下する（つまり、Ｓ２１が増加する）。
図１４Ｂは、反射フィンガーを有する場合と有さない場合の第２のＸＢＡＲフィルタ対の周波数の関数であるＳ２１の大きさ（入出力伝達関数）のグラフ１４５０である。フィルタは、第１のＸＢＡＲフィルタ対の設計とは独立して、５Ｇ ＮＲ帯域ｎ７９を通過するように設計されている。帯域ｎ７９の周波数範囲が特定される。
実線の曲線１４６０は、全ての直列共振器に反射フィンガーを有するフィルタのＳ２１の大きさである。各直列共振器について、ｐｒ１＝１．３ｐ、ｐｒ２＝１．１５ｐである。ｍｒは、上側バンドエッジ（５．０Ｈｈｚ）での損失を最小化するように各共振器について独立に最適化した。破線の曲線１４７０は、いずれの共振器にも反射フィンガーを有さない同じフィルタのＳ２１の大きさである。直列共振器に反射フィンガーが存在する（実線曲線１４６０）ことにより、反射フィンガーを有さないフィルタ（破線曲線１４７０）と比較して、上側バンドエッジでの損失が約０．３ｄＢ低下する（つまり、Ｓ２１が増加する）。
〔方法の説明〕
図１５は、ＸＢＡＲを組み込んだフィルタデバイスを製造するプロセス１５００をまとめた簡略化されたフローチャートである。具体的には、プロセス１５００は、複数のＸＢＡＲを含むフィルタデバイスを製造するためのプロセスであり、そのうちのいくつかは周波数設定誘電体層を含んでもよい。プロセス１５００は、装置基板と、犠牲基板（ｓａｃｒｉｆｉｃｉａｌ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）に配置された圧電材料の薄板を使用してステップ１５０５から開始する。プロセス１５００は、完成したフィルタデバイスを使用してステップ１５９５で終了する。図１５のフローチャートは、主要なプロセスステップのみを含む。様々な従来のプロセスステップ（例えば、表面処理、洗浄、点検（ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ）、焼成、アニール、モニタリング、検査（ｔｅｓｔｉｎｇ）は、図１５に示すステップの前、間、後及びステップ中に実行されてもよい。
図１５は、一般的に単一のフィルタデバイスを製造するプロセスを説明したが、複数のフィルタデバイスは、（基板に接合された圧電プレートからなる）共通のウェハに同時に製造されてもよい。この場合、プロセス１５００の各ステップは、ウェハ上の全てのフィルタデバイスに対して並行して実行されてもよい。
図１５のフローチャートは、装置基板にいつ、どのように（ｗｈｅｎ ａｎｄ ｈｏｗ）キャビティを形成するかが異なるＸＢＡＲを作成するためのプロセス１５００の３つの変形例を示したものである。キャビティは、ステップ１５１０Ａ、１５１０Ｂ又は１５１０Ｃで形成されてもよい。これらのステップのうちの１つのステップのみがプロセス１５００の３つの変形例のそれぞれにおいて実行される。
圧電プレートは、例えば、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウムであってもよく、そのいずれかはＺカット、回転Ｚカット、回転ＹＸカットのいずれかであってもよい。圧電プレートは、いくつかの他の材料及び／又はいくつかの他のカットであってもよい。装置基板は、好ましくは、シリコンであってもよい。装置基板は、エッチング又は他の処理により深いキャビティを形成することが可能な他の何らかの材料であってもよい。
プロセス１５００の１つの変形例では、ステップ１５１５で圧電プレートを基板に接合する前に、ステップ１５１０Ａで装置基板に１つ以上のキャビティを形成する。フィルタデバイス内の各共振器に対して別個のキャビティを形成してもよい。従来のフォトリソグラフィー技術及びエッチング技術を使用して１つ以上のキャビティを形成してもよい。典型的には、ステップ１５１０Ａに形成されたキャビティは、装置基板を貫通しない。
ステップ１５１５では、圧電プレートを装置基板に接合する。圧電プレートと装置基板とは、ウェハ接合工程により接合されてもよい。典型的に、装置基板と圧電プレートとの合わせ面は高度に研磨されている。圧電プレート及び装置基板の一方又は両方の合わせ面には、酸化物又は金属などの１層以上の中間材料が形成又は蒸着されてもよい。一方又は両方の合わせ面は、例えば、プラズマプロセスを使用して活性化されてもよい。そして、合わせ面を大きな力で押圧することにより、圧電プレートと装置基板又は中間材料層との間で分子結合を確立させることができる。
ステップ１５２０では、犠牲基板を除去してもよい。例えば、圧電プレートと犠牲基板とは、圧電プレートと犠牲基板との境界を規定する平面に沿って結晶構造に欠陥を生成するためにイオン注入された圧電材料のウェハであってもよい。ステップ１５２０では、例えば熱衝撃によりウェハを欠陥平面に沿って分割し、犠牲基板を剥離し、圧電プレートを装置基板に接合したままにしてもよい。犠牲基板を剥離した後に、圧電プレートの露出面を何らかの方法で研磨したり、加工したりしてもよい。
非圧電基板に積層された単結晶圧電材料の薄板が市販されている。この用途の時点では、ニオブ酸リチウム及びタンタル酸リチウムの両方はシリコン、石英、溶融シリカを含む様々な基板に接合可能である。他の圧電材料の薄板も現在又は将来入手可能である。圧電プレートの厚さは、３００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下であってもよい。基板がシリコンの場合、圧電プレートと基板との間にＳｉＯ２の層が配置されてもよい。市販の圧電プレート／装置基板積層体を使用する場合には、プロセス１５００のステップ１５１０Ａ、１５１５、１５２０は実行されない。
ステップ１５４５では、圧電プレートの前側に１つ以上の導電体層を蒸着してパターニングすることにより、各ＸＢＡＲのＩＤＴ及び反射素子を含む第１の導電体パターンを形成する。導電体層は、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金又は何らかの他の導電性金属であってもよい。任意選択で、他の材料の１つ以上の層が、導電体層の下方（すなわち、導電体層と圧電プレートとの間）及び／又は導電体層の上方に配置してもよい。例えば、導電体層と圧電プレートとの密着性を向上させるために、チタン、クロム又は他の金属の薄膜を使用してもよい。第１の導電体パターンの一部（例えば、ＩＤＴバスバー及びＩＤＴ間の配線）に、金、アルミニウム、銅又は他の高導電性金属の第２の導電体パターンが形成されてもよい。
ステップ１５４５では、圧電プレートの表面に導電体層、任意選択で１つ以上の他の金属層を順次蒸着することにより、各導電体パターンを形成することができる。そして、パターニングされたフォトレジストを介して余分な金属をエッチングにより除去してもよい。導電体層は、例えば、プラズマエッチング、反応性イオンエッチング、ウェットケミカルエッチング又は他のエッチング技術によりのエッチング行うことができる。
或いは、ステップ１５４５では、リフトオフプロセスを使用して各導電体パターンを形成してもよい。圧電プレートにフォトレジストを蒸着し、パターニングして導電体パターンを形成してもよい。圧電プレートの表面には、導電体層と、任意選択で１つ以上の他の層とを順次蒸着してもよい。そして、フォトレジストを除去して、余分な材料を除去し、導電体パターンを残してもよい。
ステップ１５５０では、圧電プレートの前側に１層以上の誘電体材料を蒸着させることにより１つ以上の周波数設定誘電体層（複数可）を形成してもよい。例えば、誘電体層をシャント共振器の上方に形成して、直列共振器の周波数に対してシャント共振器の周波数を低減してもよい。１つ以上の誘電体層は、物理気相成長法、原子層堆積法、化学気相成長法又はいくつかの他の方法などの従来の堆積方法を使用して蒸着することができる。誘電体層の蒸着を圧電プレートの選択された領域に限定（ｌｉｍｉｔ）するために、１回以上のリソグラフィープロセス（フォトマスクを使用する）を使用してもよい。例えば、シャント共振器のみを覆うように誘電体層を限定するために、マスクを使用してもよい。
ステップ１５５５では、圧電プレート及び導電体パターンの上方にパッシベーション／チューニング用（ｐａｓｓｉｖａｔｉｏｎ／ｔｕｎｉｎｇ）誘電体層を蒸着する。パッシベーション／チューニング用誘電体層は、フィルタの外部回路との電気的接続のためのパッドを除いて、フィルタの全面を覆ってもよい。プロセス１５００のいくつかの例では、ステップ１５１０Ｂ又はステップ１５１０Ｃのいずれかで装置基板のキャビティをエッチングした後に、パッシベーション／チューニング用誘電体層を形成してもよい。
プロセス１５００の第２の変形例では、ステップ１５１０Ｂでは、装置基板の後側に１つ以上のキャビティを形成する。フィルタデバイス内の各共振器に対して別個のキャビティを形成してもよい。１つ以上のキャビティは、異方性又は配向依存性のドライ又はウェットエッチングを使用して、装置基板の裏面から圧電プレートまでの穴を開けて形成してもよい。この場合、得られた共振器デバイスは、図１に示すような断面を有する。
プロセス１５００の第３の変形例では、ステップ１５１０Ｃでは、圧電プレートの開口部から導入されたエッチング液を使用して基板をエッチングすることにより、装置基板に１つ以上の凹部状のキャビティを形成してもよい。フィルタデバイス内の各共振器に対して別個のキャビティを形成してもよい。ステップ１５１０Ｃに形成された１つ以上のキャビティは、装置基板を貫通しない。
理想的には、ステップ１５１０Ｂ又は１５１０Ｃでキャビティを形成した後、ウェハ上のフィルタデバイスの大部分又は全部が一連の性能要件を満たすことになる。しかしながら、通常のプロセス公差は、ステップ１５５０、１５５５で形成される誘電体層の厚さ、ステップ１５４５で形成される導電体及びＩＤＴフィンガーの厚さ及び線幅の変動と、圧電プレートの厚さの変動などのパラメータの変動を引き起こす。これらの変化は、一連の性能要件からのフィルタデバイスの性能との乖離の一因となる。
性能要件を満たすフィルタデバイスの歩留まりを向上させるために、ステップ１５５５では、共振器に蒸着されたパッシベーション／チューニング層の厚さを選択的に調整して周波数チューニングを実行してもよい。パッシベーション／チューニング層に材料を添加することによりフィルタデバイスの通過帯域の周波数を低くすることができ、パッシベーション／チューニング層に材料を除去することによりフィルタデバイスの通過帯域の周波数を高くすることができる。典型的には、プロセス１５００は、最初は必要な周波数範囲よりも低いが、パッシベーション／チューニング層の表面から材料を除去することにより所望の周波数範囲にチューニング可能な通過帯域を有するフィルタデバイスを製造することに向ける。
ステップ１５６０では、プローブカード又は他の手段を使用してフィルタと電気的に接続し、無線周波数（ＲＦ）試験及び入出力伝達関数などのフィルタ特性の測定を可能にする。典型的には、ＲＦ測定は、共通の圧電プレートと基板に同時に製造されたフィルタデバイスの全部又は大部分に対して行われる。
ステップ１５６５では、前述したように、例えば走査イオンミルなどの選択的材料除去ツールを使用して、パッシベーション／チューニング層の表面から材料を除去することにより、グローバル周波数チューニングを実行してもよい。「グローバル」チューニングは、個々のフィルタデバイスと同等またはそれ以上の空間分解能で実行される。グローバルチューニングの目的は、各フィルタデバイスの通過帯域を所望の周波数範囲に向けて移動させることである。ステップ１５６０の試験結果を処理して、ウェハ上の２次元位置の関数である除去される材料の量を示すグローバル等高線図を生成してもよい。そして、選択的材料除去ツールを使用して、等高線図に従って材料を除去する。
ステップ１５７０では、ステップ１５６５で実行されるグローバル周波数チューニングに加えて、又はその代わりに、ローカル周波数チューニングを実行してもよい。「ローカル」周波数チューニングは、個々のフィルタデバイスよりも小さい空間分解能で実行される。ステップ１５６０の試験結果を処理して、各フィルタデバイスで除去される材料の量を示すマップを生成してもよい。ローカル周波数チューニングは、材料を除去する領域のサイズを制限（ｒｅｓｔｒｉｃｔ）するためにマスクを使用する必要がある場合がある。例えば、第１のマスクを使用してシャント共振器のみにチューニングを制限し、続いて第２のマスクを使用して直列共振器のみにチューンニングを制限してもよい（又はその逆も可能）。これにより、フィルタデバイスの（シャント共振器のチューニングによる）下側バンドエッジと（直列共振器のチューンニングによる）上側バンドエッジとを独立してチューニングすることができる。
ステップ１５６５及び／又は１５７０で周波数チューニングを行った後、ステップ１５７５でフィルタデバイスを完成させる。ステップ１５７５に発生する可能性のある動作は、装置と外部回路とを接続するための接合パッド、はんだバンプ又は他の手段の形成（このようなパッドがステップ１５４５で形成されなかった場合）、複数のフィルタデバイスを含むウェハからの個々のフィルタデバイスの切り出し、他のパッケージングステップ、及び追加の検査を含む。各フィルタ装置が完成すると、ステップ１５９５でプロセスを終了する。
〔結びのコメント〕
この説明全体を通して、示される実施形態及び例は、開示又は請求されたデバイス及び手順を限定するものではなく、例示的なものと見なされるべきである。本明細書に提示される例の多くは、方法動作又はシステム要素の特定の組み合わせを含むが、これらの動作及び要素は、同じ目的を達成するために他の方法で組み合わされてもよいことを理解されたい。フローチャートにおいて、ステップの追加及び減少を行ってもよく、示されるステップを組み合わせるか又は更に改良して、本明細書に記載される方法を達成してもよい。一実施形態に関連して論じる動作、要素及び特徴は、他の実施形態における同様の役割を除外することを意図するものではない。
本明細書で使用される場合、「複数」は、２つ以上を意味する。項目の「セット」は、そのような項目の１つ以上を含むことができる。本明細書で使用される場合、明細書又は特許請求の範囲における、「備える」、「含む」、「運ぶ」、「有する」、「含有する」、「関与する」などの用語は、オープンエンドであると理解されるべきであり、つまり、これに限定されない。特許請求の範囲において、「からなる」及び「実質的にからなる」という移行句に限っては、それぞれ限定的又は半限定的な移行句である。請求項要素を変更する請求項における「第１」、「第２」、「第３」などの序数詞の使用は、それ自体では、ある一つの請求項要素が他の請求項要素に対して優先される何らかの優先度、優先順位、もしくは順序、または方法の動作が実施される時間的順序、を含意するものではなく、ある特定の名称を有する一つの請求項要素を（請求項要素の区別のために序数詞を使用しなければ）同じ名称を有する他の要素と区別するための単なるラベルとして使用されるものである。本明細書で使用される場合、「及び／又は」は、列挙されたアイテムが選択肢であることを意味するが、それらの選択肢には、列挙されるアイテムの任意の組み合わせも含まれる。

Claims (9)

  1. 直接または１つ以上の中間材料層を介して基板に取り付けられる圧電プレートの一部であって、キャビティに跨る前記圧電プレートの一部である振動板と、
    前記圧電プレートの表面に形成された導電体パターンと、を備え、
    前記導電体パターンは、
    第１のバスバー、第２のバスバー及び複数のインターリーブフィンガーを備えるインターデジタルトランスデューサ（ＩＤＴ）であって、前記複数のインターリーブフィンガーが、前記第１のバスバー及び前記第２のバスバーから交互に延びており、前記複数のインターリーブフィンガーの重なり部が前記振動板に位置するインターデジタルトランスデューサ（ＩＤＴ）と、
    前記複数のインターリーブフィンガーのうちの第１のフィンガーに近接し、かつ該第１のフィンガーと平行な前記振動板上の第１の反射素子及び第２の反射素子と、
    前記複数のインターリーブフィンガーのうちの最後のフィンガーに近接し、かつ該最後のフィンガーと平行な前記振動板上の第３の反射素子及び第４の反射素子とを含み、
    ｐｒ１は、前記第１の反射素子及び第２の反射素子の中心間距離並びに前記第３の反射素子及び前記第４の反射素子の中心間距離であり、
    ｐは、前記複数のインターリーブフィンガーのピッチであり、
    １．２ｐ≦ｐｒ１≦１．５ｐである、音響共振器デバイス。
  2. 前記第１のフィンガーは、前記第１のバスバーから延びており、
    前記第１の反射素子及び第２の反射素子は、前記第２のバスバーから延びており、
    前記最後のフィンガーは、前記第１のバスバー及び前記第２のバスバーのいずれか一方から延びており、
    前記第３の反射素子及び第４の反射素子は、前記第１のバスバー及び前記第２のバスバーの他方から延びる、請求項１に記載の音響共振器デバイス。
  3. ｐｒ２は、前記第１の反射素子及び前記第１のフィンガーの中心間距離、及び前記第３の反射素子及び前記最後のフィンガーの中心間距離であり、
    ｐ≦ｐｒ２≦ｐｒ１である、請求項１に記載の音響共振器デバイス。
  4. ｐｒ２＝（ｐｒ１＋ｐ）／２である、請求項３に記載の音響共振器デバイス。
  5. ラダー型フィルタ回路内に接続された１つ以上の直列共振器及び１つ以上のシャント共振器を備える複数の音響共振器を備え、
    前記複数の音響共振器のそれぞれは、
    直接または１つ以上の中間材料層を介して基板に取り付けられる圧電プレートの一部であって、それぞれのキャビティに跨る前記圧電プレートの一部であるそれぞれの振動板と、
    前記圧電プレートの表面に形成され、第１のバスバーと、第２のバスバーと、前記第１のバスバー及び前記第２のバスバーから交互に延びている複数のインターリーブフィンガーとを備え、前記複数のインターリーブフィンガーの重なり部が前記それぞれの振動板に位置するインターデジタルトランスデューサ（ＩＤＴ）と、を備え、
    前記１つ以上の直列共振器のうちの少なくとも１つは、
    前記複数のインターリーブフィンガーのうちの第１のフィンガーに近接し、かつ平行な前記それぞれの振動板上の第１の反射素子及び第２の反射素子と、
    前記複数のインターリーブフィンガーのうちの最後のフィンガーに近接し、かつ平行な前記それぞれの振動板上の第３の反射素子及び第４の反射素子と、を更に備え、
    前記第１から第４の反射素子を備える各直列共振器に対して、
    ｐｒ１は、前記第１の反射素子及び第２の反射素子の中心間距離並びに前記第３の反射素子及び第４の反射素子の中心間距離であり、
    ｐは、前記インターリーブフィンガーのピッチであり、
    １．２ｐ≦ｐｒ１≦１．５ｐである、バンドパスフィルタ。
  6. 前記第１から第４の反射素子を備える各直列共振器に対して、
    前記第１のフィンガーは、前記第１のバスバーから延びており、
    前記第１の反射素子及び第２の反射素子は、前記第２のバスバーから延びており、
    前記最後のフィンガーは、前記第１のバスバー及び前記第２のバスバーのいずれか一方から延びており、
    前記第３の反射素子及び第４の反射素子は、前記第１のバスバー及び前記第２のバスバーの他方から延びる、請求項５に記載のバンドパスフィルタ。
  7. ｐｒ２は、前記第１の反射素子及び前記第１のフィンガーの中心間距離、及び前記第３の反射素子及び前記最後のフィンガーの中心間距離であり、
    ｐ≦ｐｒ２≦ｐｒ１である、請求項５に記載のバンドパスフィルタ。
  8. ｐｒ２＝（ｐｒ１＋ｐ）／２である、請求項７に記載のバンドパスフィルタ。
  9. 前記１つ以上の直列共振器の全ては、それぞれ第１から第４の反射素子を備える、請求項５に記載のバンドパスフィルタ。
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