JP7438674B2 - Piezoelectric thin film resonators, filters and multiplexers - Google Patents
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Description
本発明は、圧電薄膜共振器、フィルタおよびマルチプレクサに関する。 The present invention relates to piezoelectric thin film resonators, filters and multiplexers.
圧電薄膜共振器は、例えば携帯電話等の無線機器のフィルタおよびマルチプレクサとして用いられている。圧電薄膜共振器は、圧電膜を挟み下部電極と上部電極が対向する構造を有している。圧電膜を挟み下部電極と上部電極が対向する領域が共振領域である。 Piezoelectric thin film resonators are used, for example, as filters and multiplexers in wireless devices such as mobile phones. A piezoelectric thin film resonator has a structure in which a lower electrode and an upper electrode face each other with a piezoelectric film in between. The region where the lower electrode and the upper electrode face each other with the piezoelectric film in between is the resonance region.
共振領域内に付加膜を設けることが知られている(例えば特許文献1)。下部電極または上部電極にスリットや調整孔を設けることが知られている(例えば特許文献2、3)。圧電膜の膜厚を異ならせることが知られている(特許文献4)。
It is known to provide an additional film within the resonance region (for example, Patent Document 1). It is known to provide a slit or an adjustment hole in the lower electrode or the upper electrode (for example,
特許文献1から4ではスプリアスを抑制することができる。しかしながら、共振特性が劣化する。またはスプリアスの抑制が十分ではない。
In
本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、共振特性の劣化を抑制すること、および/またはスプリアスを抑制することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to suppress deterioration of resonance characteristics and/or suppress spurious.
本発明は、基板と、前記基板上に設けられた下部電極と、前記下部電極上に設けられた圧電膜と、前記下部電極とで前記圧電膜の少なくとも一部を挟む共振領域を形成し、前記圧電膜上に設けられた上部電極と、前記共振領域内において、弾性波を反射する第1面と第2面の間で規定され、前記下部電極、前記圧電膜および前記上部電極を含み、少なくとも一方は複数である凸部および凹部を有し、前記凸部と前記凹部を構成する前記下部電極、前記圧電膜、および前記上部電極各々の材料及び厚さが同じである積層膜と、を備え、前記凸部と前記凹部との段差は前記積層膜の厚さの0.1倍以上である圧電薄膜共振器である。 The present invention includes a substrate, a lower electrode provided on the substrate, a piezoelectric film provided on the lower electrode, and the lower electrode to form a resonance region in which at least a part of the piezoelectric film is sandwiched, defined between an upper electrode provided on the piezoelectric film and a first surface and a second surface that reflect elastic waves within the resonance region, and including the lower electrode, the piezoelectric film, and the upper electrode; a laminated film, at least one of which has a plurality of convex portions and a plurality of concave portions, and the lower electrode, the piezoelectric film, and the upper electrode constituting the convex portion and the concave portion have the same material and the same thickness ; The piezoelectric thin film resonator is provided with a step difference between the convex portion and the concave portion that is 0.1 times or more the thickness of the laminated film.
本発明は、基板と、前記基板上に設けられた下部電極と、前記下部電極上に設けられた圧電膜と、前記下部電極とで前記圧電膜の少なくとも一部を挟む共振領域を形成し、前記圧電膜上に設けられた上部電極と、前記共振領域内において、弾性波を反射する第1面と第2面の間で規定され、前記下部電極、前記圧電膜および前記上部電極を含み、少なくとも一方は複数である凸部および凹部を有し、前記凸部と前記凹部を構成する前記下部電極、前記圧電膜、および前記上部電極各々の材料及び厚さが同じである積層膜と、を備え、複数である前記凸部および前記凹部の少なくとも一方は、前記積層膜の厚さの1/2より大きくかつ3/2より小さい周期で設けられている圧電薄膜共振器である。 The present invention includes a substrate, a lower electrode provided on the substrate, a piezoelectric film provided on the lower electrode, and the lower electrode to form a resonance region in which at least a part of the piezoelectric film is sandwiched, defined between an upper electrode provided on the piezoelectric film and a first surface and a second surface that reflect elastic waves within the resonance region, and including the lower electrode, the piezoelectric film, and the upper electrode; a laminated film, at least one of which has a plurality of convex portions and a plurality of concave portions, and the lower electrode, the piezoelectric film, and the upper electrode constituting the convex portion and the concave portion have the same material and the same thickness ; At least one of the plurality of convex portions and the plurality of concave portions is a piezoelectric thin film resonator provided at a period greater than 1/2 and less than 3/2 of the thickness of the laminated film.
上記構成において、複数である前記凸部および前記凹部の少なくとも一方は、一定の周期で設けられている構成とすることができる。 In the above configuration, at least one of the plurality of convex portions and the plurality of concave portions may be provided at regular intervals .
上記構成において、前記共振領域の平面形状は矩形であり、前記周期の方向と前記矩形の短辺の延伸方向とのなす角度は20°以内である構成とすることができる。 In the above configuration, the planar shape of the resonance region is rectangular , and the angle between the direction of the period and the direction in which the short side of the rectangle extends is within 20 degrees.
上記構成において、複数である前記凸部および前記凹部の少なくとも一方は周期性を有さず設けられている構成とすることができる。 In the above configuration, at least one of the plurality of convex portions and the plurality of concave portions may be provided without periodicity.
上記構成において、複数である前記凸部および前記凹部の少なくとも一方の平面形状は少なくとも1組の平行でない対向する辺を有する多角形状である構成とすることができる。 In the above configuration, the planar shape of at least one of the plurality of convex portions and the plurality of concave portions may be a polygon having at least one set of non-parallel opposing sides.
上記構成において、複数である前記凸部および前記凹部の少なくとも一方は前記共振領域の重心またはその近傍に設けられている構成とすることができる。 In the above configuration, at least one of the plurality of convex portions and the plurality of concave portions may be provided at or near the center of gravity of the resonance region.
上記構成において、前記凸部と前記凹部との段差は前記積層膜の厚さの0.1倍以上である構成とすることができる。 In the above structure, the step difference between the convex portion and the concave portion may be 0.1 times or more the thickness of the laminated film.
上記構成において、前記下部電極は第1空隙と接し、前記上部電極は第2空隙と接し、前記第1面は前記下部電極と前記第1空隙との界面であり、前記第2面は前記上部電極と前記第2空隙との界面である構成とすることができる。 In the above configuration, the lower electrode is in contact with a first gap, the upper electrode is in contact with a second gap, the first surface is an interface between the lower electrode and the first gap, and the second surface is in contact with the upper The structure may be an interface between the electrode and the second gap.
本発明は、上記圧電薄膜共振器を含むフィルタである。 The present invention is a filter including the piezoelectric thin film resonator described above.
本発明は、上記フィルタを含むマルチプレクサである。 The present invention is a multiplexer including the above filter.
本発明によれば、共振特性の劣化を抑制すること、および/またはスプリアスを抑制することができる。 According to the present invention, it is possible to suppress deterioration of resonance characteristics and/or suppress spurious.
以下、図面を参照し実施例について説明する。 Examples will be described below with reference to the drawings.
図1は、実施例1に係る弾性波デバイスの平面図、図2(a)および図2(b)は、図1のA-A断面図である。図1は、主に基板10、下部電極12、圧電膜14および上部電極16を図示している。
FIG. 1 is a plan view of an acoustic wave device according to Example 1, and FIGS. 2(a) and 2(b) are sectional views taken along line AA in FIG. FIG. 1 mainly illustrates a
図1から図2(b)に示すように、基板10の上面に凹部が設けられ、凹部は空隙30を形成する。空隙30上に下部電極12が設けられている。下部電極12上に圧電膜14が設けられている。圧電膜14上に上部電極16が設けられている。積層膜18は、下部電極12、圧電膜14および上部電極16を含む。積層膜18の下面および上面は反射面54および55である。反射面54は積層膜18と空隙30との界面であり、反射面55は積層膜18と空隙(空気)との界面である。積層膜18内には下部電極12、圧電膜14および上部電極16以外の付加膜が設けられていてもよい。
As shown in FIGS. 1 to 2(b), a recess is provided on the upper surface of the
圧電膜14の少なくとも一部を挟み下部電極12と上部電極16とが対向する領域は共振領域50である。共振領域50内では弾性波が反射面54と55とで反射する。これにより、共振領域50内の積層膜18では厚み縦振動が共振する。厚み縦振動の波長はほぼ積層膜18の厚さの2倍となる。共振領域50の平面形状は略矩形であり、短辺がL1であり、長辺がL2である。平面視において空隙30は共振領域50より大きく、空隙30の外周は共振領域50の外周より外側に位置している。共振領域50の外周と空隙30の外周との間は外周領域56である。空隙30の外周の外側であって圧電膜14が設けられた領域は支持領域58である。
A region where the
共振領域50内に複数の凹部52または複数の凸部51が設けられている。図2(a)では、複数の凹部52が島状に設けられている。図2(b)では、複数の凸部51が島状に設けられている。凸部51および凹部52の周期Pは、横方向(すなわち圧電膜14の平面方向)に伝搬する横モード弾性波60の波長λの略1/2である。横方向に伝搬する弾性波60の波長λは厚み縦振動モードの弾性波の波長(積層膜18の厚さの2倍)の1倍程度または1倍から数十倍である。凸部51および凹部52の幅Wは周期Pの略1/2である。なお、図2(a)では、弾性波60を波の振幅として可視化しており、実際の弾性波60を図示したものではない。
A plurality of
下部電極12には孔部35が設けられている。孔部35は、下部電極12下の導入路34を介し空隙30に通じている。孔部35および導入路34は、空隙30を形成するときに用いる犠牲層をエッチングするときに、犠牲層にエッチング液を導入するためのものである。
A
基板10としては、例えばシリコン基板、サファイア基板、スピネル基板、アルミナ基板、石英基板、ガラス基板、セラミック基板またはGaAs基板等の絶縁基板または半導体基板を用いることができる。下部電極12および上部電極16としては、例えばルテニウム(Ru)、クロム(Cr)、アルミニウム(Al)、チタン(Ti)、銅(Cu)、モリブデン(Mo)、タングステン(W)、タンタル(Ta)、白金(Pt)、ロジウム(Rh)またはイリジウム(Ir)等の単層膜またはこれらの積層膜を用いることができる。
As the
圧電膜14は、窒化アルミニウム(AlN)以外にも、酸化亜鉛(ZnO)、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)、チタン酸鉛(PbTiO3)等を用いることができる。また、例えば、圧電膜14は、窒化アルミニウムを主成分とし、共振特性の向上または圧電性の向上のため他の元素を含んでもよい。例えば、添加元素として、スカンジウム(Sc)、2族元素と4族元素との2つの元素、または2族元素と5族元素との2つの元素を用いることにより、圧電膜14の圧電性が向上する。このため、圧電薄膜共振器の実効的電気機械結合係数を向上できる。2族元素は、例えばカルシウム(Ca)、マグネシウム(Mg)、ストロンチウム(Sr)または亜鉛(Zn)である。4族元素は、例えばチタン、ジルコニウム(Zr)またはハフニウム(Hf)である。5族元素は、例えばタンタル、ニオブ(Nb)またはバナジウム(V)である。さらに、圧電膜14は、窒化アルミニウムを主成分とし、ボロン(B)を含んでもよい。
For the
図3(a)は、比較例1における積層膜の断面図、図3(b)および図3(c)は、実施例1における積層膜の断面図である。図3(a)に示すように、比較例1の積層膜18には凸部および凹部は設けられていない。積層膜18内を横モード弾性波60が伝搬する。弾性波60は振幅を可視化したものである。横モード弾性波60が伝搬すると、横モードスプリアスが生成される。図1のように、共振領域50が略矩形であると、共振領域50の対向する辺で反射した横モード弾性波60が定在波となりスプリアスが生成されやすい。
3(a) is a cross-sectional view of the laminated film in Comparative Example 1, and FIG. 3(b) and FIG. 3(c) are cross-sectional views of the laminated film in Example 1. As shown in FIG. 3A, the
図3(b)に示すように、実施例1では積層膜18に凸部51および凹部52が設けられている。凸部51と凹部52との段差の高さはdである、凹部52の周期Pはλ/2である。凸部51と凹部52の境界では幾何学形状が不連続となるため横モード弾性波60が反射する。よって、凸部51と凹部52の境界は横モード弾性波60の節62となる。凸部51と凹部52の境界は弾性波60の波長λの1/4ごとに配列している。よって、弾性波60は存在できず、横モード弾性波60は伝搬できない。これにより、横モード弾性波60に起因したスプリアスを抑制できる。
As shown in FIG. 3(b), in Example 1, a
図3(c)に示すように、実施例1では、凸部51と凹部52とで積層膜18の層構成が略同じである。すなわち、下部電極12の材料および厚さは凸部51と凹部52とで略同じであり、圧電膜14の材料および厚さは凸部51と凹部52とで略同じであり、上部電極16の材料および厚さは凸部51と凹部52とで略同じである。また、積層膜18内に付加膜が設けられている場合、付加膜の材料および厚さは凸部51と凹部52とで略同じである。これにより、凸部51と凹部52において、縦振動モード弾性波64の伝搬特性は略同じである。よって、凸部51と凹部52で例えば共振周波数が同じとなり共振特性の劣化を抑制できる。
As shown in FIG. 3C, in Example 1, the layer structure of the
[シミュレーション]
比較例1および実施例1における横モードスプリアスをシミュレーションした。シミュレーション条件は以下である。
下部電極12:厚さが198nmのルテニウム膜
圧電膜14:厚さが981nmの窒化アルミニウム膜
上部電極16:厚さが217nmのルテニウム膜
共振領域50の短辺L1の長さ:80μm
共振領域50の長辺L2の長さ:327μm
共振領域50は、2.5GHzにおいてインピーダンスがほぼ50Ωとなる大きさである。
[simulation]
Transverse mode spurious in Comparative Example 1 and Example 1 was simulated. The simulation conditions are as follows.
Lower electrode 12: Ruthenium film with a thickness of 198 nm Piezoelectric film 14: Aluminum nitride film with a thickness of 981 nm Upper electrode 16: Ruthenium film with a thickness of 217 nm Length of short side L1 of resonance region 50: 80 μm
Length of long side L2 of resonance region 50: 327 μm
The
図4(a)から図4(d)は、シミュレーションしたサンプルAからDを示す断面図である。図4(a)から図4(d)では、凸部51および凹部52の1周期の積層膜18を図示している。
FIGS. 4(a) to 4(d) are cross-sectional views showing simulated samples A to D. 4(a) to FIG. 4(d) illustrate one period of the
図4(a)に示すように、サンプルAは比較例1であり、凸部51および凹部52は設けられていない。この構造では、横モード弾性波60の波長λは約18.2μmである。
As shown in FIG. 4(a), sample A is Comparative Example 1, and the
図4(b)に示すように、サンプルBでは、凸部51および凹部52の周期Pをλ/2=9.1μmとした。凸部51の中心と凹部52の中心との距離はλ/4である。凸部51と凹部52との段差の高さdを積層膜18の厚さtの0.15倍とした。
As shown in FIG. 4(b), in sample B, the period P of the
図4(c)に示すように、サンプルCでは、凸部51および凹部52の周期Pをλ/2=9.1μmとし、凸部51と凹部52との段差の高さdを積層膜18の厚さtの0.25倍とした。
As shown in FIG. 4(c), in sample C, the period P of the
図4(d)に示すように、サンプルDでは、凸部51および凹部52の周期Pを6.05μmとした。これは、約2/3×λ/2に相当する。凸部51と凹部52との段差の高さdを積層膜18の厚さtの0.15倍とした。
As shown in FIG. 4(d), in sample D, the period P of the
図5(a)および図5(b)は、シミュレーション結果を示す周波数に対するインピーダンスの大きさを示す図である。縦軸は任意単位である。図5(b)は、図5(a)の範囲65の拡大図である。図5(a)に示すように、共振周波数frおよび反共振周波数faはサンプルAからDで変わらない。共振周波数frおよび反共振周波数faにおけるインピーダンスの大きさもサンプルAからDで変わらない。このように、サンプルAからDでは、共振特性がほぼ変わらない。これは、凸部51と凹部52とで積層膜18の層構成が略同じためである。
FIGS. 5(a) and 5(b) are diagrams showing simulation results showing the magnitude of impedance with respect to frequency. The vertical axis is in arbitrary units. FIG. 5(b) is an enlarged view of the
図5(b)に示すように、共振周波数frより低い周波数範囲において、4つのスプリアス66aから66dが生成されている。共振周波数frより低い周波数範囲の点線67はスプリアスの生成されていない理想的なインピーダンスを示す。サンプルAに比べサンプルBからDでは、インピーダンスが点線67に近づいておりスプリアスが抑制されている。このように、積層膜18が周期的な凸部51および凹部52を有することで、スプリアスが抑制される。
As shown in FIG. 5(b), four
各スプリアス66aから66dについてみると、スプリアス66aでは、サンプルBからDのピークの大きさは同程度であり、サンプルAのピークより小さい。サンプルBからDでは同程度にスプリアス66aを抑制できている。
Looking at each of the
スプリアス66bでは、サンプルBのピークはサンプルAのピークと同程度である。サンプルCのピークはサンプルBのピークより小さく、サンプルDのピークはサンプルCのピークより小さい。 In the spurious 66b, the peak of sample B is comparable to the peak of sample A. The peak of sample C is smaller than the peak of sample B, and the peak of sample D is smaller than the peak of sample C.
スプリアス66cでは、サンプルBおよびDのピークは同程度でありサンプルAのピークより小さい。サンプルCのピークはサンプルBおよびDのピークより小さい。 For spurious 66c, the peaks of samples B and D are comparable and smaller than the peak of sample A. The peak of sample C is smaller than the peaks of samples B and D.
スプリアス66dでは、サンプルBおよびDのピークは同程度でありサンプルAのピークより小さい。サンプルCのピークはサンプルBおよびDのピークより小さい。 For spurious 66d, the peaks of samples B and D are comparable and smaller than the peak of sample A. The peak of sample C is smaller than the peaks of samples B and D.
以上のように、サンプルBからDは、サンプルAよりスプリアス66aから66dのピークが小さく、スプリアス66aから66dを抑制できる。
As described above, samples B to D have smaller peaks of
サンプルCをBと比較すると、スプリアス66aでは、サンプルCとBのピークは同程度であるが、スプリアス66bから66dではサンプルCのピークはサンプルBより低い。このように段差の高さdの大きいサンプルCはサンプルBよりスプリアスを抑制できる。 Comparing sample C with sample B, the peaks of samples C and B are comparable for spurious 66a, but the peak of sample C is lower than sample B for spurious 66b to 66d. In this way, sample C, which has a large step height d, can suppress spurious noise more than sample B.
サンプルDをBと比較すると、スプリアス66a、66cおよび66dでは、サンプルDとBのピークは同程度であるが、スプリアス66bでは、サンプルDのピークはサンプルBのピークより小さく、サンプルDのピークより小さい。このように、凸部51および凹部52の周期Pの異なるサンプルCでは、特定のスプリアス66bを抑制できる。
Comparing sample D with B, for spurious 66a, 66c, and 66d, the peaks of samples D and B are comparable, but for spurious 66b, the peak of sample D is smaller than the peak of sample B, and the peak of sample D is smaller than that of sample D. small. In this way, in the sample C in which the periods P of the
以上のように、凸部51および凹部52の段差の高さdは積層膜18の厚さtの0.1倍以上が好ましく、0.15倍以上がより好ましく、0.25倍以上がさらに好ましい。高さdが大きすぎると凸部51と凹部52の間で圧電膜14が破断する。このため、高さdは厚さtの0.9倍以下が好ましく、0.7倍以下がより好ましく、0.5倍以下がさらに好ましい。
As described above, the height d of the step between the
凸部51および凹部52の周期Pを横モード弾性波60の波長λの1/2程度が好ましい。抑制するスプリアスにより周期Pは例えばλ/4λより大きく3λ/4より小さい範囲で適宜設定できる。
The period P of the
[実施例1の変形例1]
図6(a)および図6(b)は、実施例1の変形例1に係る圧電薄膜共振器の平面図である。図6(a)に示すように、共振領域50の短辺L1の長さは長辺L2の長さの1/2以下である。図6(b)に示すように、共振領域50の短辺L1の長さは長辺L2の長さの1/3以下である。
[
FIGS. 6A and 6B are plan views of a piezoelectric thin film resonator according to
下部電極12と上部電極16との間に大電力の高周波信号が加わると、共振領域50の積層膜18は発熱する。共振領域50の周縁部では積層膜18を熱が伝導し基板10に放熱されやすい。共振領域50の中央部では共振領域50の外周までの距離が長いため、熱が放射されにくい。これにより、共振領域50の中央部の積層膜18の温度が上昇すると、積層膜18が破壊されてしまう。このため、耐電力性が低下する。
When a high-power high-frequency signal is applied between the
そこで、実施例1の変形例1のように、短辺L1を長辺L2の1/2以下または1/3以下とする。これにより、共振領域50の中央部と共振領域50の外周との距離が短くなり共振領域50の中央部からの放熱性が向上する。よって、耐電力性が向上する。
Therefore, as in the first modification of the first embodiment, the short side L1 is set to be 1/2 or less or 1/3 or less of the long side L2. As a result, the distance between the central portion of the
しかし、共振領域50の短辺L1が短くなると、長辺L2間に横モード弾性波60の大きな振幅を有する定在波が存在しやすくなる。これにより、スプリアスが生成されやすくなる。そこで、積層膜18が短辺L1の延伸方向に周期Pを有する凸部51および凹部52を有する。これにより、スプリアスを抑制できる。
However, when the short side L1 of the
[実施例1の変形例2]
図7(a)は、実施例1の変形例2に係る圧電薄膜共振器の平面図である。図7(a)に示すように、共振領域50の凸部51または凹部52は不規則に設けられている。これにより、複数の横モード弾性波について共振領域50内に大きな振幅を有する定在波が存在しにくくなる。よって、スプリアスを抑制できる。
[
FIG. 7A is a plan view of a piezoelectric thin film resonator according to a second modification of the first embodiment. As shown in FIG. 7A, the
[実施例1の変形例3]
図7(b)は、実施例1の変形例3に係る圧電薄膜共振器の平面図である。図7(b)に示すように、共振領域50の凸部51または凹部52の平面形状は少なくとも1組の平行な対向する辺を有さない多角形状である。これにより、凸部51と凹部52との境界において反射した横モードの弾性波は凸部51または凹部52内で反射を繰り返すため大きな振幅を有する定在波が存在しにくくなる。よって、スプリアスを抑制できる。
[Modification 3 of Example 1]
FIG. 7(b) is a plan view of the piezoelectric thin film resonator according to the third modification of the first embodiment. As shown in FIG. 7B, the planar shape of the
[実施例1の変形例4]
図8(a)は、実施例1の変形例4に係る圧電薄膜共振器の平面図である。図8(a)に示すように、共振領域50の平面形状は略矩形であり、短辺L1の長さは長辺L2の長さの1/2以下である。このように、短辺L1が長辺L2より非常に短いときの長辺L2の延伸方向には横モードの定在波は存在しにくく短辺L1の延伸方向に横モードの定在波が存在しやすい。そこで、凸部51および凹部52は長辺L2の延伸方向に延伸する長方形状でもよい。
[Modification 4 of Example 1]
FIG. 8A is a plan view of a piezoelectric thin film resonator according to Modification Example 4 of Example 1. As shown in FIG. 8A, the planar shape of the
[実施例1の変形例5]
図8(b)は、実施例1の変形例5に係る圧電薄膜共振器の平面図である。図8(b)に示すように、共振領域50の平面形状は短軸L3および長軸L4を有する略楕円形状である。凸部51または凹部52は、長軸L4の共振領域50の中心69(短軸L3と長軸L4とが交差する点)近傍に設けられている。凸部51または凹部52の平面形状は三日月状である。
[Modification 5 of Example 1]
FIG. 8(b) is a plan view of a piezoelectric thin film resonator according to a fifth modification of the first embodiment. As shown in FIG. 8(b), the planar shape of the
共振領域50の平面形状が略楕円形の場合、横モードの定在波は焦点付近に集中する。このため、共振領域50の中心69付近の焦点において積層膜18が発熱しやすくなる。そこで、共振領域50の中心69またはその近傍に凸部51または凹部52を設けることにより、定在波が中心69付近に集中しにくくなる。よって、共振領域50の中心69付近での積層膜18の発熱を抑制できる。よって、耐電力性を改善できる。実施例1と同様にスプリアスも抑制できる。
When the planar shape of the
実施例1およびその変形例によれば、共振領域50内において、少なくとも一方は複数である凸部51および凹部52を有し、凸部51と凹部52における積層膜18の層構成は略同じである。積層膜18は、弾性波を反射する反射面54(第1面)と反射面55(第2面)の間で規定され、下部電極12、圧電膜14および上部電極16を含む。
According to the first embodiment and its modifications, at least one of the
これにより、図5(a)のように、凸部51と凹部52における共振特性がほぼ同じとなる。よって、Q値等の共振特性の劣化を抑制できる。なお、凸部51と凹部52における積層膜18の層構成は略同じであるとは、積層膜18を構成する複数の層の各々の層において、材料が凸部51と凹部52とで略同じであり、厚さが凸部51と凹部52とで略同じことである。材料および厚さが略同じとは、凸部51と凹部52とで同時に積層膜18を形成したときに生じる誤差および製造誤差程度の誤差を許容する。
As a result, as shown in FIG. 5(a), the resonance characteristics of the
下部電極12の下面が空隙30気(第1空隙)と接し、上部電極16の上面が空気(第2空隙)と接しているとき、反射面54は下部電極12と空隙30との界面に相当し、反射面55は上部電極16と空気との界面に相当する。
When the lower surface of the
実施例1およびその変形例1および4のように、複数である凸部51および凹部52の少なくとも一方は、略一定の周期Pで設けられている。これにより、図5(b)のようにスプリアスを抑制できる。なお、略一定周期Pとは、横方向に伝搬する弾性波の波長λの±1/16程度の誤差を許容する。
As in Example 1 and
周期Pは、横方向に伝搬する弾性波60の波長λの1/4より大きくかつ3/4より小さい。これにより、横モードの弾性波60の定在波の存在を抑制し、スプリアスを抑制できる。略一定の周期Pは、横方向に伝搬する弾性波60の波長λの3/8より大きくかつ5/8より小さいことが好ましい。横方向に伝搬する弾性波60の波長を縦振動の弾性波の波長と同程度とすると、周期Pは、積層膜18の厚さの1/2より大きくかつ3/2より小さいことが好ましく、3/4より大きくかつ5/4より小さいことがより好ましい。
The period P is larger than 1/4 and smaller than 3/4 of the wavelength λ of the
共振領域50の平面形状は略矩形であり、略一定の周期Pの方向は略矩形の短辺L1に略平行である。これにより、スプリアスが生成されやすい短辺L1のスプリアスを抑制できる。なお、略平行とはスプリアスが抑制できる程度の誤差を許容する。周期Pの方向と短辺L1の延伸方向のなす角度は例えば±20°の範囲である。
The planar shape of the
実施例1の変形例2のように、複数である凸部51および凹部52の少なくとも一方は不規則に(すなわち周期性を有さず)設けられていてもよい。これにより、複数の横モードのスプリアスを抑制できる。
As in the second modification of the first embodiment, at least one of the plurality of
実施例1およびその変形例1、2および4において、凸部51または凹部52の平面形状として略正方形および略長方形の例を説明したが、凹部52の平面形状は、略円、略長円、略楕円でもよい。
In
実施例1の変形例3のように、複数である凸部51および凹部52の少なくとも一方の平面形状は少なくとも1組の平行でない対向する辺を有する多角形状でもよい。これにより、複数の横モードのスプリアスを抑制できる。
As in the third modification of the first embodiment, the planar shape of at least one of the plurality of
実施例1の変形例5のように、複数である凸部51および凹部52の少なくとも一方は共振領域50の中心69(例えば重心)またはその近傍に設けられていてもよい。共振領域50の中心69には定在波が集まりやすい。そこで、共振領域50の中心69に凸部51または凹部52を設けることで、共振領域50の中心69付近での積層膜18の発熱を抑制できる。
As in the fifth modification of the first embodiment, at least one of the plurality of
共振領域50の平面形状が略楕円形のとき、共振領域50の楕円形の焦点に定在波が集まりやすい。そこで、共振領域50の中心69近傍の焦点に凸部51または凹部52を設けることが好ましい。
When the planar shape of the
図9(a)は、実施例2に係る弾性波デバイスの平面図、図9(b)は、図9(a)のA-A断面図である。図9(a)および図9(b)に示すように、反射面54と55との間の積層膜18に付加膜20が設けられている。圧電膜14には凸部および凹部は設けられていない。付加膜20の周期Pは横モード弾性波60の波長λの略1/2である。付加膜20の幅W、は周期Pの略1/2である。その他の構成は実施例1と同じであり説明を省略する。
9(a) is a plan view of the acoustic wave device according to Example 2, and FIG. 9(b) is a sectional view taken along line AA in FIG. 9(a). As shown in FIGS. 9A and 9B, an
図10(a)は、比較例1における積層膜の断面図、図10(b)および図10(c)は、実施例2における積層膜の断面図である。図10(a)に示すように、図3(a)において説明したように、比較例1では横モード弾性波60が定在波となりスプリアスが生成されやすい。
10(a) is a cross-sectional view of a laminated film in Comparative Example 1, and FIG. 10(b) and FIG. 10(c) are cross-sectional views of a laminated film in Example 2. As shown in FIG. 10(a), as explained in FIG. 3(a), in Comparative Example 1, the transverse mode
図10(b)に示すように、実施例2では上部電極16上に周期Pで付加膜20が設けられている。周期Pはλ/2である。付加膜20が設けられている領域53aと設けられていない領域53bでは、音響インピーダンスが異なる。このため、領域53aと53bとの境界では幾何学形状が不連続となるため横モード弾性波60が反射する。よって、実施例1の図3(b)と同様に、弾性波60は存在できず、横モード弾性波60は伝搬できない。これにより、横モード弾性波60に起因したスプリアスを抑制できる。
As shown in FIG. 10(b), in Example 2,
図10(c)に示すように、実施例2では、領域53aと53bとで積層膜18の厚さが異なる。このため、領域53aの縦振動の弾性波64aの伝搬特性と領域53bの縦振動の弾性波64bの伝搬が異なる。例えば、領域53aと53bとの共振周波数が異なる。これにより、実施例1に比べQ値等の共振特性が低下する。
As shown in FIG. 10(c), in Example 2, the thickness of the
実施例2によれば、複数の付加膜20は、積層膜18内に、横方向に伝搬する弾性波の波長λの1/4より大きくかつ3/4より小さい周期で設けられている。これにより、横モード弾性波60に起因したスプリアスを抑制できる。周期Pは、横方向に伝搬する弾性波60の波長λの3/8より大きくかつ5/8より小さいことが好ましい。横方向に伝搬する弾性波60の波長を縦振動の弾性波の波長と同程度とすると、周期Pは、積層膜18の厚さの1/2より大きくかつ3/2より小さいことが好ましく、3/4より大きくかつ5/4より小さいことがより好ましい。
According to the second embodiment, the plurality of
複数の付加膜20は、略一定の周期Pで設けられている。これにより、スプリアスをより抑制できる。なお、実施例1と同様に、略一定周期Pとは、横方向に伝搬する弾性波の波長λの±1/16程度の誤差を許容する。
The plurality of
共振領域50の平面形状は略矩形であり、略一定の周期Pの方向は略矩形の短辺L1の延伸方向に略平行である。これにより、スプリアスが生成されやすい短辺L1のスプリアスを抑制できる。なお、略平行とはスプリアスが抑制できる程度の誤差を許容する。周期Pの方向と短辺L1の延伸方向のなす角度は例えば±20°の範囲である。
The planar shape of the
実施例1、2およびその変形例では、基板10の上面に空隙30となる凹部が設けられている場合を例に説明したが、基板10の上面は平坦であり、空隙はドーム状の膨らみを有していてもよい。
In
また、実施例1、2およびその変形例では、反射面54が積層膜18と空隙30の界面の例を説明したが、反射面54は積層膜18と弾性波を反射する音響反射膜との界面でもよい。音響反射膜は、音響インピーダンスの高い膜と音響インピーダンスの低い膜とが交互に設けられている。音響インピーダンスの高い膜と音響インピーダンスの低い膜との膜厚は例えばそれぞれほぼ縦振動の弾性波の波長の1/4である。
Furthermore, in Examples 1 and 2 and their modifications, an example has been described in which the reflecting
共振領域50の平面形状として略矩形または略楕円形の例を説明したが、共振領域50の平面形状は略五角形等の略多角形でもよい。少なくとも1組の対向する辺が平行でない略多角形でもよい。
Although an example has been described in which the planar shape of the
実施例3は、実施例1、2およびその変形例の圧電薄膜共振器を用いたフィルタおよびデュプレクサの例である。図11(a)は、実施例3に係るフィルタの回路図である。図11(a)に示すように、入力端子Tinと出力端子Toutとの間に、1または複数の直列共振器S1からS4が直列に接続されている。入力端子Tinと出力端子Toutとの間に、1または複数の並列共振器P1からP4が並列に接続されている。1または複数の直列共振器S1からS4および1または複数の並列共振器P1からP4の少なくとも1つの共振器に実施例1およびその変形例の圧電薄膜共振器を用いることができる。ラダー型フィルタの共振器の個数等は適宜設定できる。 Example 3 is an example of a filter and a duplexer using the piezoelectric thin film resonators of Examples 1 and 2 and their modifications. FIG. 11(a) is a circuit diagram of a filter according to the third embodiment. As shown in FIG. 11(a), one or more series resonators S1 to S4 are connected in series between the input terminal Tin and the output terminal Tout. One or more parallel resonators P1 to P4 are connected in parallel between the input terminal Tin and the output terminal Tout. The piezoelectric thin film resonator of Example 1 and its modifications can be used for at least one of the one or more series resonators S1 to S4 and the one or more parallel resonators P1 to P4. The number of resonators of the ladder filter can be set as appropriate.
図11(b)は、実施例3の変形例1に係るデュプレクサの回路図である。図11(b)に示すように、共通端子Antと送信端子Txとの間に送信フィルタ40が接続されている。共通端子Antと受信端子Rxとの間に受信フィルタ42が接続されている。送信フィルタ40は、送信端子Txから入力された信号のうち送信帯域の信号を送信信号として共通端子Antに通過させ、他の周波数の信号を抑圧する。受信フィルタ42は、共通端子Antから入力された信号のうち受信帯域の信号を受信信号として受信端子Rxに通過させ、他の周波数の信号を抑圧する。送信フィルタ40および受信フィルタ42の少なくとも一方を実施例3のフィルタとすることができる。送信フィルタ40には大電力の高周波信号が印加される。そこで、送信フィルタ40に実施例3のフィルタを用いることが好ましい。
FIG. 11(b) is a circuit diagram of a duplexer according to a first modification of the third embodiment. As shown in FIG. 11(b), a
マルチプレクサとしてデュプレクサを例に説明したがトリプレクサまたはクワッドプレクサでもよい。 Although a duplexer has been described as an example of a multiplexer, a triplexer or a quadplexer may also be used.
以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。 Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to these specific embodiments, and various modifications and variations can be made within the scope of the gist of the present invention as described in the claims. Changes are possible.
10 基板
12 下部電極
14 圧電膜
16 上部電極
18 積層膜
20 付加膜
30 空隙
50 共振領域
51 凸部
52 凹部
53a、53b 領域
54、55 反射面
10
Claims (11)
前記基板上に設けられた下部電極と、
前記下部電極上に設けられた圧電膜と、
前記下部電極とで前記圧電膜の少なくとも一部を挟む共振領域を形成し、前記圧電膜上に設けられた上部電極と、
前記共振領域内において、弾性波を反射する第1面と第2面の間で規定され、前記下部電極、前記圧電膜および前記上部電極を含み、少なくとも一方は複数である凸部および凹部を有し、前記凸部と前記凹部を構成する前記下部電極、前記圧電膜、および前記上部電極各々の材料及び厚さが同じである積層膜と、
を備え、
前記凸部と前記凹部との段差は前記積層膜の厚さの0.1倍以上である圧電薄膜共振器。 A substrate and
a lower electrode provided on the substrate;
a piezoelectric film provided on the lower electrode;
an upper electrode provided on the piezoelectric film and forming a resonance region sandwiching at least a portion of the piezoelectric film with the lower electrode;
The resonant region is defined between a first surface and a second surface that reflect elastic waves, includes the lower electrode, the piezoelectric film, and the upper electrode, and at least one has a plurality of convex portions and a plurality of concave portions. and a laminated film in which the lower electrode, the piezoelectric film, and the upper electrode constituting the convex portion and the concave portion have the same material and thickness , respectively;
Equipped with
A piezoelectric thin film resonator, wherein the step between the convex portion and the concave portion is 0.1 times or more the thickness of the laminated film.
前記基板上に設けられた下部電極と、
前記下部電極上に設けられた圧電膜と、
前記下部電極とで前記圧電膜の少なくとも一部を挟む共振領域を形成し、前記圧電膜上に設けられた上部電極と、
前記共振領域内において、弾性波を反射する第1面と第2面の間で規定され、前記下部電極、前記圧電膜および前記上部電極を含み、少なくとも一方は複数である凸部および凹部を有し、前記凸部と前記凹部を構成する前記下部電極、前記圧電膜、および前記上部電極各々の材料及び厚さが同じである積層膜と、
を備え、
複数である前記凸部および前記凹部の少なくとも一方は、前記積層膜の厚さの1/2より大きくかつ3/2より小さい周期で設けられている圧電薄膜共振器。 A substrate and
a lower electrode provided on the substrate;
a piezoelectric film provided on the lower electrode;
an upper electrode provided on the piezoelectric film and forming a resonance region sandwiching at least a portion of the piezoelectric film with the lower electrode;
The resonant region is defined between a first surface and a second surface that reflect elastic waves, includes the lower electrode, the piezoelectric film, and the upper electrode, and at least one has a plurality of convex portions and a plurality of concave portions. and a laminated film in which the lower electrode, the piezoelectric film, and the upper electrode constituting the convex portion and the concave portion have the same material and thickness , respectively;
Equipped with
In the piezoelectric thin film resonator, at least one of the plurality of convex portions and the plurality of concave portions are provided at a period larger than 1/2 and smaller than 3/2 of the thickness of the laminated film.
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