JP7438674B2 - Piezoelectric thin film resonators, filters and multiplexers - Google Patents

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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, Patent Documents 2 and 3). It is known to vary the thickness of the piezoelectric film (Patent Document 4).

特開2006-319796号公報Japanese Patent Application Publication No. 2006-319796 特開2006-180290号公報Japanese Patent Application Publication No. 2006-180290 特開2009-27554号公報JP2009-27554A 米国特許第9991871号明細書US Patent No. 9991871

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 Patent Documents 1 to 4, spurious components can be suppressed. However, the resonance characteristics deteriorate. Or spurious suppression is not sufficient.

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.

図1は、実施例1に係る弾性波デバイスの平面図である。FIG. 1 is a plan view of an acoustic wave device according to Example 1. 図2(a)および図2(b)は、図1のA-A断面図である。2(a) and 2(b) are sectional views taken along the line AA in FIG. 1. 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。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. 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。FIGS. 4(a) to 4(d) are cross-sectional views showing simulated samples A to D. 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。FIGS. 5(a) and 5(b) are diagrams showing simulation results showing the magnitude of impedance with respect to frequency. 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。FIGS. 6A and 6B are plan views of a piezoelectric thin film resonator according to Modification 1 of Example 1. FIG. 図7(a)および図7(b)は、実施例1の変形例2および3に係る圧電薄膜共振器の平面図である。FIGS. 7A and 7B are plan views of piezoelectric thin film resonators according to Modifications 2 and 3 of Example 1. FIGS. 図8(a)および図8(b)は、実施例1の変形例4および5に係る圧電薄膜共振器の平面図である。FIGS. 8A and 8B are plan views of piezoelectric thin film resonators according to Modifications 4 and 5 of Example 1. FIGS. 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。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). 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。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. 図11(a)は、実施例3に係るフィルタの回路図、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。11(a) is a circuit diagram of a filter according to a third embodiment, and FIG. 11(b) is a circuit diagram of a duplexer according to a first modification of the third embodiment.

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 substrate 10, a lower electrode 12, a piezoelectric film 14, and an upper electrode 16.

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 substrate 10, and the recess forms a void 30. A lower electrode 12 is provided above the gap 30. A piezoelectric film 14 is provided on the lower electrode 12. An upper electrode 16 is provided on the piezoelectric film 14 . Laminated film 18 includes lower electrode 12, piezoelectric film 14, and upper electrode 16. The lower and upper surfaces of the laminated film 18 are reflective surfaces 54 and 55. The reflective surface 54 is the interface between the laminated film 18 and the void 30, and the reflective surface 55 is the interface between the laminated film 18 and the void (air). Additional films other than the lower electrode 12, piezoelectric film 14, and upper electrode 16 may be provided within the laminated film 18.

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 lower electrode 12 and the upper electrode 16 face each other with at least a portion of the piezoelectric film 14 in between is a resonant region 50 . Within the resonant region 50, elastic waves are reflected by reflective surfaces 54 and 55. As a result, the thickness longitudinal vibration resonates in the laminated film 18 within the resonance region 50. The wavelength of the thickness longitudinal vibration is approximately twice the thickness of the laminated film 18. The planar shape of the resonance region 50 is approximately rectangular, and the short side is L1 and the long side is L2. In plan view, the air gap 30 is larger than the resonance area 50, and the outer periphery of the air gap 30 is located outside the outer periphery of the resonance area 50. Between the outer periphery of the resonance region 50 and the outer periphery of the air gap 30 is an outer periphery region 56 . A region outside the outer periphery of the void 30 and provided with the piezoelectric film 14 is a support region 58 .

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 recesses 52 or a plurality of protrusions 51 are provided within the resonance region 50. In FIG. 2(a), a plurality of recesses 52 are provided in an island shape. In FIG. 2(b), a plurality of convex portions 51 are provided in an island shape. The period P of the convex portions 51 and the concave portions 52 is approximately 1/2 of the wavelength λ of the transverse mode elastic wave 60 propagating in the lateral direction (that is, in the plane direction of the piezoelectric film 14). The wavelength λ of the elastic wave 60 propagating in the lateral direction is about 1 time or 1 to several tens of times the wavelength of the elastic wave in the thickness longitudinal vibration mode (twice the thickness of the laminated film 18). The width W of the convex portion 51 and the concave portion 52 is approximately 1/2 of the period P. Note that in FIG. 2A, the elastic wave 60 is visualized as the amplitude of the wave, and the actual elastic wave 60 is not illustrated.

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 hole 35 is provided in the lower electrode 12 . The hole 35 communicates with the cavity 30 via an introduction path 34 under the lower electrode 12. The hole 35 and the introduction path 34 are for introducing an etching solution into the sacrificial layer when etching the sacrificial layer used to form the void 30.

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 substrate 10, an insulating substrate or a semiconductor substrate such as a silicon substrate, a sapphire substrate, a spinel substrate, an alumina substrate, a quartz substrate, a glass substrate, a ceramic substrate, or a GaAs substrate can be used. Examples of the lower electrode 12 and the upper electrode 16 include ruthenium (Ru), chromium (Cr), aluminum (Al), titanium (Ti), copper (Cu), molybdenum (Mo), tungsten (W), and tantalum (Ta). , platinum (Pt), rhodium (Rh), or iridium (Ir), or a laminated film of these materials.

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 piezoelectric film 14, other than aluminum nitride (AlN), zinc oxide (ZnO), lead zirconate titanate (PZT), lead titanate (PbTiO 3 ), etc. can be used. Further, for example, the piezoelectric film 14 mainly contains aluminum nitride and may contain other elements to improve resonance characteristics or piezoelectricity. For example, the piezoelectricity of the piezoelectric film 14 is improved by using scandium (Sc), two elements, a group 2 element and a group 4 element, or two elements, a group 2 element and a group 5 element, as additive elements. do. Therefore, the effective electromechanical coupling coefficient of the piezoelectric thin film resonator can be improved. Group 2 elements are, for example, calcium (Ca), magnesium (Mg), strontium (Sr) or zinc (Zn). Group 4 elements are, for example, titanium, zirconium (Zr) or hafnium (Hf). Group 5 elements are, for example, tantalum, niobium (Nb) or vanadium (V). Furthermore, the piezoelectric film 14 mainly contains aluminum nitride and may also contain boron (B).

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 laminated film 18 of Comparative Example 1 was not provided with any convex portions or concave portions. A transverse mode acoustic wave 60 propagates within the laminated film 18 . The elastic wave 60 is a visualized amplitude. When the transverse mode elastic wave 60 propagates, transverse mode spurious is generated. As shown in FIG. 1, when the resonant region 50 is substantially rectangular, the transverse mode elastic waves 60 reflected from opposite sides of the resonant region 50 become standing waves and spurious waves are likely to be generated.

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 convex portion 51 and a concave portion 52 are provided in the laminated film 18. The height of the step between the convex portion 51 and the concave portion 52 is d, and the period P of the concave portion 52 is λ/2. Since the geometrical shape is discontinuous at the boundary between the convex portion 51 and the concave portion 52, the transverse mode elastic wave 60 is reflected. Therefore, the boundary between the convex portion 51 and the concave portion 52 becomes a node 62 of the transverse mode elastic wave 60. The boundaries between the convex portions 51 and the concave portions 52 are arranged at intervals of 1/4 of the wavelength λ of the elastic wave 60. Therefore, the elastic wave 60 cannot exist, and the transverse mode elastic wave 60 cannot propagate. Thereby, spurious caused by the transverse mode elastic wave 60 can be suppressed.

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 laminated film 18 in the convex portion 51 and the concave portion 52 is substantially the same. That is, the material and thickness of the lower electrode 12 are approximately the same in the convex portion 51 and the concave portion 52, the material and thickness of the piezoelectric film 14 are approximately the same in the convex portion 51 and the concave portion 52, and The material and thickness of the convex portion 51 and the concave portion 52 are substantially the same. Further, when an additional film is provided in the laminated film 18, the material and thickness of the additional film are substantially the same for the convex portions 51 and the concave portions 52. As a result, the propagation characteristics of the longitudinal vibration mode elastic wave 64 in the convex portion 51 and the concave portion 52 are substantially the same. Therefore, for example, the resonant frequencies of the convex portion 51 and the concave portion 52 are the same, and deterioration of resonance characteristics can be suppressed.

[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 resonance region 50 has a size such that the impedance is approximately 50Ω at 2.5GHz.

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 laminated film 18 of the convex portions 51 and the concave portions 52.

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 convex portion 51 and the concave portion 52 are not provided. In this structure, the wavelength λ of the transverse mode acoustic wave 60 is approximately 18.2 μm.

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 convex portions 51 and the concave portions 52 was set to λ/2=9.1 μm. The distance between the center of the convex portion 51 and the center of the concave portion 52 is λ/4. The height d of the step between the convex portion 51 and the concave portion 52 was set to 0.15 times the thickness t of the laminated film 18.

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 convex portions 51 and the concave portions 52 is set to λ/2 = 9.1 μm, and the height d of the step between the convex portions 51 and the concave portions 52 is set to the laminated film 18. The thickness was set to 0.25 times the thickness t.

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 convex portions 51 and the concave portions 52 was 6.05 μm. This corresponds to approximately 2/3×λ/2. The height d of the step between the convex portion 51 and the concave portion 52 was set to 0.15 times the thickness t of the laminated film 18.

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 range 65 in FIG. 5(a). As shown in FIG. 5(a), the resonant frequency fr and the anti-resonant frequency fa do not change from samples A to D. The magnitude of the impedance at the resonant frequency fr and the anti-resonant frequency fa is also the same for samples A to D. In this way, the resonance characteristics of samples A to D are almost unchanged. This is because the layer structure of the laminated film 18 in the convex portion 51 and the concave portion 52 is substantially the same.

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 spurious signals 66a to 66d are generated in a frequency range lower than the resonance frequency fr. A dotted line 67 in a frequency range lower than the resonant frequency fr indicates an ideal impedance with no spurious generated. Compared to sample A, samples B to D have impedances closer to the dotted line 67, and spurious waves are suppressed. In this way, since the laminated film 18 has the periodic convex portions 51 and concave portions 52, spurious waves are suppressed.

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 spurious signals 66a to 66d, in the spurious signal 66a, the magnitudes of the peaks of samples B to D are approximately the same, and are smaller than the peak of sample A. In samples B to D, the spurious 66a can be suppressed to the same extent.

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 spurious waves 66a to 66d than sample A, and can suppress spurious waves 66a to 66d.

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 convex portions 51 and the concave portions 52 are different, it is possible to suppress specific spurious waves 66b.

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 convex portions 51 and the concave portions 52 is preferably 0.1 times or more, more preferably 0.15 times or more, and still more preferably 0.25 times or more the thickness t of the laminated film 18. preferable. If the height d is too large, the piezoelectric film 14 will break between the convex portions 51 and the concave portions 52. Therefore, the height d is preferably 0.9 times or less than the thickness t, more preferably 0.7 times or less, and even more preferably 0.5 times or less.

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 convex portions 51 and the concave portions 52 is preferably about 1/2 of the wavelength λ of the transverse mode elastic wave 60. Depending on the spurious to be suppressed, the period P can be appropriately set, for example, in a range greater than λ/4λ and smaller than 3λ/4.

[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。
[Modification 1 of Example 1]
FIGS. 6A and 6B are plan views of a piezoelectric thin film resonator according to Modification 1 of Example 1. FIG. As shown in FIG. 6(a), the length of the short side L1 of the resonance region 50 is equal to or less than 1/2 of the length of the long side L2. As shown in FIG. 6(b), the length of the short side L1 of the resonance region 50 is ⅓ or less of the length of the long side L2.

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 lower electrode 12 and the upper electrode 16, the laminated film 18 in the resonance region 50 generates heat. At the periphery of the resonance region 50, heat is conducted through the laminated film 18 and is easily radiated to the substrate 10. Since the distance to the outer periphery of the resonance region 50 is long in the center of the resonance region 50, heat is not easily radiated. As a result, when the temperature of the laminated film 18 at the center of the resonance region 50 rises, the laminated film 18 will be destroyed. For this reason, the power durability decreases.

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 resonant region 50 and the outer periphery of the resonant region 50 is shortened, and heat dissipation from the central portion of the resonant region 50 is improved. Therefore, power durability is improved.

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 resonance region 50 becomes short, a standing wave having a large amplitude of the transverse mode elastic wave 60 tends to exist between the long side L2. This makes spurious signals more likely to be generated. Therefore, the laminated film 18 has a convex portion 51 and a concave portion 52 having a period P in the direction in which the short side L1 extends. Thereby, spurious components can be suppressed.

[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。
[Modification 2 of Example 1]
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 convex portions 51 or concave portions 52 of the resonance region 50 are provided irregularly. This makes it difficult for standing waves with large amplitudes to exist in the resonance region 50 for the plurality of transverse mode elastic waves. Therefore, spurious signals can be suppressed.

[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 convex portion 51 or the concave portion 52 of the resonance region 50 is a polygonal shape that does not have at least one set of parallel opposing sides. As a result, the transverse mode elastic waves reflected at the boundary between the convex portions 51 and the concave portions 52 are repeatedly reflected within the convex portions 51 or the concave portions 52, making it difficult for standing waves with large amplitudes to exist. Therefore, spurious signals can be suppressed.

[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 resonance region 50 is approximately rectangular, and the length of the short side L1 is less than or equal to 1/2 of the length of the long side L2. In this way, when the short side L1 is much shorter than the long side L2, it is difficult for a transverse mode standing wave to exist in the extending direction of the long side L2, and a transverse mode standing wave exists in the extending direction of the short side L1. It's easy to do. Therefore, the convex portion 51 and the concave portion 52 may have a rectangular shape extending in the direction in which the long side L2 extends.

[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 resonance region 50 is a substantially elliptical shape having a short axis L3 and a long axis L4. The convex portion 51 or the concave portion 52 is provided near the center 69 of the resonance region 50 of the long axis L4 (the point where the short axis L3 and the long axis L4 intersect). The planar shape of the convex portion 51 or the concave portion 52 is a crescent.

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 resonance region 50 is approximately elliptical, the transverse mode standing waves are concentrated near the focal point. Therefore, the laminated film 18 tends to generate heat at the focal point near the center 69 of the resonance region 50. Therefore, by providing the convex portion 51 or the concave portion 52 at or near the center 69 of the resonance region 50, it becomes difficult for standing waves to concentrate near the center 69. Therefore, heat generation in the laminated film 18 near the center 69 of the resonance region 50 can be suppressed. Therefore, power durability can be improved. Similarly to the first embodiment, spurious noise can also be suppressed.

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 resonance regions 50 has a plurality of convex portions 51 and a plurality of concave portions 52, and the layer configurations of the laminated film 18 in the convex portions 51 and the concave portions 52 are approximately the same. be. The laminated film 18 is defined between a reflective surface 54 (first surface) and a reflective surface 55 (second surface) that reflect acoustic waves, and includes a lower electrode 12, a piezoelectric film 14, and an upper electrode 16.

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 convex portion 51 and the concave portion 52 are approximately the same. Therefore, deterioration of resonance characteristics such as Q value can be suppressed. Note that the layer structure of the laminated film 18 in the convex portions 51 and the concave portions 52 is substantially the same, which means that the material of each of the plurality of layers constituting the laminated film 18 is approximately the same in the convex portions 51 and the concave portions 52. The thickness of the convex portion 51 and the concave portion 52 are substantially the same. The fact that the materials and thicknesses are substantially the same allows for errors that occur when the laminated film 18 is formed on the convex portions 51 and the concave portions 52 at the same time, and errors equivalent to manufacturing errors.

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 lower electrode 12 is in contact with the air gap 30 (first air gap) and the upper surface of the upper electrode 16 is in contact with the air (second air gap), the reflective surface 54 corresponds to the interface between the lower electrode 12 and the air gap 30. However, the reflective surface 55 corresponds to the interface between the upper electrode 16 and air.

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 Modifications 1 and 4 thereof, at least one of the plurality of convex portions 51 and concave portions 52 is provided at a substantially constant period P. Thereby, spurious can be suppressed as shown in FIG. 5(b). Note that the substantially constant period P allows an error of approximately ±1/16 of the wavelength λ of the elastic wave propagating in the lateral direction.

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 elastic wave 60 propagating in the lateral direction. Thereby, the presence of standing waves of the transverse mode elastic waves 60 can be suppressed, and spurious waves can be suppressed. Preferably, the substantially constant period P is larger than 3/8 and smaller than 5/8 of the wavelength λ of the elastic wave 60 propagating in the lateral direction. Assuming that the wavelength of the elastic wave 60 propagating in the horizontal direction is comparable to the wavelength of the elastic wave of longitudinal vibration, the period P is preferably larger than 1/2 and smaller than 3/2 of the thickness of the laminated film 18, More preferably, it is larger than 3/4 and smaller than 5/4.

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 resonance region 50 is approximately rectangular, and the direction of the approximately constant period P is approximately parallel to the short side L1 of the approximately rectangle. Thereby, spurious on the short side L1 where spurious is likely to be generated can be suppressed. Note that "substantially parallel" allows an error to the extent that spurious noise can be suppressed. The angle between the direction of the period P and the stretching direction of the short side L1 is, for example, in the range of ±20°.

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 convex portions 51 and concave portions 52 may be provided irregularly (that is, without periodicity). This makes it possible to suppress spurious signals in a plurality of transverse modes.

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 Embodiment 1 and Modifications 1, 2, and 4, examples of the planar shape of the convex portion 51 or the recessed portion 52 are approximately square and approximately rectangular, but the planar shape of the recessed portion 52 is approximately circular, approximately elliptical, It may be approximately elliptical.

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 convex portions 51 and concave portions 52 may be a polygonal shape having at least one set of non-parallel opposing sides. This makes it possible to suppress spurious signals in a plurality of transverse modes.

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 convex portions 51 and concave portions 52 may be provided at or near the center 69 (for example, the center of gravity) of the resonance region 50. Standing waves tend to gather at the center 69 of the resonance region 50. Therefore, by providing the convex portion 51 or the concave portion 52 at the center 69 of the resonant region 50, heat generation of the laminated film 18 near the center 69 of the resonant region 50 can be suppressed.

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 resonance region 50 is approximately elliptical, standing waves tend to gather at the focal point of the ellipse of the resonance region 50. Therefore, it is preferable to provide the convex portion 51 or the concave portion 52 at the focal point near the center 69 of the resonance region 50.

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 additional film 20 is provided on the laminated film 18 between the reflective surfaces 54 and 55. The piezoelectric film 14 is not provided with any convex portions or concave portions. The period P of the additional film 20 is approximately 1/2 of the wavelength λ of the transverse mode acoustic wave 60. The width W of the additional film 20 is approximately 1/2 of the period P. The other configurations are the same as those in Example 1, and their explanation will be omitted.

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 elastic wave 60 becomes a standing wave and spurious waves are likely to be generated.

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, additional films 20 are provided on the upper electrode 16 at a period P. The period P is λ/2. The acoustic impedance is different between the region 53a where the additional film 20 is provided and the region 53b where it is not provided. Therefore, the geometrical shape becomes discontinuous at the boundary between the regions 53a and 53b, and the transverse mode elastic wave 60 is reflected. Therefore, similarly to FIG. 3(b) of Example 1, the elastic wave 60 cannot exist, and the transverse mode elastic wave 60 cannot propagate. Thereby, spurious caused by the transverse mode elastic wave 60 can be suppressed.

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 laminated film 18 is different between regions 53a and 53b. Therefore, the propagation characteristics of the elastic wave 64a of longitudinal vibration in the region 53a and the propagation characteristic of the elastic wave 64b of longitudinal vibration in the region 53b are different. For example, the resonant frequencies of regions 53a and 53b are different. As a result, resonance characteristics such as the Q value are lowered compared to the first embodiment.

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 additional films 20 are provided in the laminated film 18 at a period larger than 1/4 and smaller than 3/4 of the wavelength λ of the elastic wave propagating in the lateral direction. Thereby, spurious caused by the transverse mode elastic wave 60 can be suppressed. It is preferable that the period P is larger than 3/8 and smaller than 5/8 of the wavelength λ of the elastic wave 60 propagating in the lateral direction. Assuming that the wavelength of the elastic wave 60 propagating in the horizontal direction is comparable to the wavelength of the elastic wave of longitudinal vibration, the period P is preferably larger than 1/2 and smaller than 3/2 of the thickness of the laminated film 18, More preferably, it is larger than 3/4 and smaller than 5/4.

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 additional films 20 are provided at a substantially constant period P. Thereby, spurious components can be further suppressed. Note that, as in the first embodiment, the substantially constant period P allows an error of about ±1/16 of the wavelength λ of the elastic wave propagating in the lateral direction.

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 resonance region 50 is substantially rectangular, and the direction of the substantially constant period P is substantially parallel to the direction in which the short side L1 of the substantially rectangular shape extends. Thereby, spurious on the short side L1 where spurious is likely to be generated can be suppressed. Note that "substantially parallel" allows an error to the extent that spurious noise can be suppressed. The angle between the direction of the period P and the stretching direction of the short side L1 is, for example, in the range of ±20°.

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 Embodiments 1 and 2 and their modifications, the case where a concave portion serving as a void 30 is provided on the top surface of the substrate 10 has been described as an example, but the top surface of the substrate 10 is flat and the void has a dome-shaped bulge. may have.

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 surface 54 is an interface between the laminated film 18 and the void 30, but the reflecting surface 54 is an interface between the laminated film 18 and an acoustic reflective film that reflects elastic waves. It can also be an interface. In the acoustic reflection film, films with high acoustic impedance and films with low acoustic impedance are alternately provided. The film thicknesses of the film with high acoustic impedance and the film with low acoustic impedance are, for example, approximately 1/4 of the wavelength of the longitudinally vibrating elastic wave.

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 resonance region 50 is substantially rectangular or substantially elliptical, the planar shape of the resonance region 50 may be a substantially polygonal shape such as a substantially pentagonal shape. It may be a substantially polygonal shape in which at least one pair of opposing sides are not parallel.

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 transmission filter 40 is connected between the common terminal Ant and the transmission terminal Tx. A reception filter 42 is connected between the common terminal Ant and the reception terminal Rx. The transmission filter 40 passes signals in the transmission band among the signals input from the transmission terminal Tx to the common terminal Ant as transmission signals, and suppresses signals at other frequencies. The reception filter 42 passes signals in the reception band among the signals input from the common terminal Ant to the reception terminal Rx as reception signals, and suppresses signals at other frequencies. At least one of the transmission filter 40 and the reception filter 42 can be the filter of the third embodiment. A high-power high-frequency signal is applied to the transmission filter 40 . Therefore, it is preferable to use the filter of the third embodiment as the transmission filter 40.

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 Substrate 12 Lower electrode 14 Piezoelectric film 16 Upper electrode 18 Laminated film 20 Additional film 30 Gap 50 Resonance region 51 Projection 52 Recess 53a, 53b Region 54, 55 Reflection surface

Claims (11)

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。
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.
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。
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.
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請求項1または2に記載の圧電薄膜共振器。 3. The piezoelectric thin film resonator according to claim 1, wherein at least one of the plurality of convex portions and the plurality of concave portions are provided at a constant period. 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°以内である請求項2または3に記載の圧電薄膜共振器。 4. The piezoelectric thin film resonator according to claim 2, wherein the resonance region has a rectangular planar shape, 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. 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請求項1に記載の圧電薄膜共振器。 The piezoelectric thin film resonator according to claim 1, wherein at least one of the plurality of convex portions and the plurality of concave portions are provided without periodicity. 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請求項1に記載の圧電薄膜共振器。 2. The piezoelectric thin film resonator according to claim 1, wherein the planar shape of at least one of the plurality of convex portions and the plurality of concave portions is a polygonal shape having at least one set of non-parallel opposing sides. 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請求項1から6のいずれか一項に記載の圧電薄膜共振器。 The piezoelectric thin film resonator according to any one of claims 1 to 6, wherein at least one of the plurality of convex portions and the plurality of concave portions is provided at or near the center of gravity of the resonance region. 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倍以上である請求項2に記載の圧電薄膜共振器。 3. The piezoelectric thin film resonator according to claim 2, wherein the step difference between the convex portion and the concave portion is 0.1 times or more the thickness of the laminated film. 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請求項1から8のいずれか一項に記載の圧電薄膜共振器。 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 an interface between the upper electrode and the first gap. 9. The piezoelectric thin film resonator according to claim 1, wherein the piezoelectric thin film resonator is an interface with two voids. 請求項1からのいずれか一項に記載の圧電薄膜共振器を含むフィルタ。 A filter comprising a piezoelectric thin film resonator according to any one of claims 1 to 9 . 請求項10に記載のフィルタを含むマルチプレクサ。 A multiplexer comprising a filter according to claim 10 .
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