JPH0532925B2 - - Google Patents
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- JPH0532925B2 JPH0532925B2 JP12400683A JP12400683A JPH0532925B2 JP H0532925 B2 JPH0532925 B2 JP H0532925B2 JP 12400683 A JP12400683 A JP 12400683A JP 12400683 A JP12400683 A JP 12400683A JP H0532925 B2 JPH0532925 B2 JP H0532925B2
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- piezoelectric
- vibrator
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- piezoelectric thin
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
- H03H9/46—Filters
- H03H9/54—Filters comprising resonators of piezoelectric or electrostrictive material
- H03H9/58—Multiple crystal filters
- H03H9/582—Multiple crystal filters implemented with thin-film techniques
- H03H9/586—Means for mounting to a substrate, i.e. means constituting the material interface confining the waves to a volume
- H03H9/588—Membranes
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
- H03H9/02—Details
- H03H9/02007—Details of bulk acoustic wave devices
- H03H9/02086—Means for compensation or elimination of undesirable effects
- H03H9/02102—Means for compensation or elimination of undesirable effects of temperature influence
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
- H03H9/15—Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material
- H03H9/17—Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material having a single resonator
- H03H9/171—Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material having a single resonator implemented with thin-film techniques, i.e. of the film bulk acoustic resonator [FBAR] type
- H03H9/172—Means for mounting on a substrate, i.e. means constituting the material interface confining the waves to a volume
- H03H9/174—Membranes
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、フイルタ、発振子等に使用される圧
電振動子に関し、特にVHF、UHF帯において基
本厚み振動を用いて使用できる高安定の高周波用
圧電振動子に関するものである。
電振動子に関し、特にVHF、UHF帯において基
本厚み振動を用いて使用できる高安定の高周波用
圧電振動子に関するものである。
一般に、高周波帯において使用される圧電振動
子は、薄板の厚み振動が用いられている。従来、
高周波用の圧電振動子として、 (1) 水晶、圧電セラミツクス等の圧電板を導く研
磨し、その基本振動を用いた圧電振動子。
子は、薄板の厚み振動が用いられている。従来、
高周波用の圧電振動子として、 (1) 水晶、圧電セラミツクス等の圧電板を導く研
磨し、その基本振動を用いた圧電振動子。
(2) 水晶、圧電セラミツク板等の高次振動を利用
した高次モード振動子。
した高次モード振動子。
(3) 圧電性蒸着膜を基板上につくり、圧電性蒸着
膜を励振して基板を高次振動させて用いる複合
振動子。
膜を励振して基板を高次振動させて用いる複合
振動子。
等がある。ここで(1)による場合には、水晶、圧電
セラミツクス等の圧電物質を薄くすれば、板厚に
反比例して基本共振周波数が高くなるがしかし、
板厚を薄くすればするほど機械加工の困難さが増
すため、現在板厚が30〜40μｍで50MHz程度が製
造上の限界となつている。(2)による場合には、高
次振動を用いるので電気機械結合係数が小さくな
り、周波数帯域幅が小さすぎて実用に供しない場
合が生じ、またより電気機械結合係数が大きい低
次振動がスプリアスとなる欠点がある。また(3)に
よる場合は、基板の高次振動を使うのでやはり(2)
と同一の欠点を有している。
セラミツクス等の圧電物質を薄くすれば、板厚に
反比例して基本共振周波数が高くなるがしかし、
板厚を薄くすればするほど機械加工の困難さが増
すため、現在板厚が30〜40μｍで50MHz程度が製
造上の限界となつている。(2)による場合には、高
次振動を用いるので電気機械結合係数が小さくな
り、周波数帯域幅が小さすぎて実用に供しない場
合が生じ、またより電気機械結合係数が大きい低
次振動がスプリアスとなる欠点がある。また(3)に
よる場合は、基板の高次振動を使うのでやはり(2)
と同一の欠点を有している。
一方、数百ＭHzの高周波帯において、電気機械
結合係数の大きは圧電振動子を得る方法としては
スパツタ法等の薄膜製造技術とエツチング技術を
用いる方法が知られている。つまり、シリコン、
水晶などの基板上に、半導体、絶縁体あるいは金
属の薄膜と圧電薄膜と層状に作製し、振動子とし
て使用する部分の基板をエツチングによつて除去
することにより、振動部分は半導体、絶縁体ある
いは金属の薄膜と圧電薄膜からなり、その外周部
を基板によつて支持された構造の圧電薄膜振動子
がそれである。このような、圧電薄膜振動子はそ
の振動部分を機械加工に比べてはるかに薄くでき
るのでVHF、UHF帯においても基本振動を利用
することができる。しかし、圧電薄膜として用い
られる代表的な圧電材料であるZnO、CdS、AlN
等は、周波数温度係数が大きいため、温度安定度
の高い圧電振動子を得ることはできない。
結合係数の大きは圧電振動子を得る方法としては
スパツタ法等の薄膜製造技術とエツチング技術を
用いる方法が知られている。つまり、シリコン、
水晶などの基板上に、半導体、絶縁体あるいは金
属の薄膜と圧電薄膜と層状に作製し、振動子とし
て使用する部分の基板をエツチングによつて除去
することにより、振動部分は半導体、絶縁体ある
いは金属の薄膜と圧電薄膜からなり、その外周部
を基板によつて支持された構造の圧電薄膜振動子
がそれである。このような、圧電薄膜振動子はそ
の振動部分を機械加工に比べてはるかに薄くでき
るのでVHF、UHF帯においても基本振動を利用
することができる。しかし、圧電薄膜として用い
られる代表的な圧電材料であるZnO、CdS、AlN
等は、周波数温度係数が大きいため、温度安定度
の高い圧電振動子を得ることはできない。
この対策として、圧電材料と周波数温度係数の
符号が異なる材料との組合わせで、圧電振動子全
体としての周波数温度係数の絶対値を小さくする
ことが考えられる。そこで、ZnOとSiO2の周波
数温度係数の符号が異なることに着目し、第１図
に示すようにシリコン基板１１の表面にSiO2膜
１３を形成し、この上に電極１５、ZnO薄膜１
４、電極１６、の順で形成し、この振動部位にあ
たるシリコン基板の部分１２をエツチングによつ
て取除いた構造の圧電膜振動素子が提案されてい
る。第１図において、tp1、ts1は、それぞれZnO、
SiO2薄膜の膜厚を示している。ZnO膜及びSiO2
膜の周波数温度係数はそれぞれ−61.5ppm／℃、
119.5ppm／℃である。第１図に示した複合振動
子の場合、ts1／tp1が約0.5のときに基本共振周波
数の零温度係数が得られることが知られている。
しかしながら、この構造では、零温度係数を与え
る膜厚比においてSiO2の膜厚が相当大きくなり、
基本厚みたて振動の振動節点に関してZnO膜が対
称の位置から相当ずれてしまうために、３次、５
次といつた奇数次高調波の他に２次、４次、……
といつた偶数次高調波がスプリアスとして強勢に
励振されるといつた欠点があつた。
符号が異なる材料との組合わせで、圧電振動子全
体としての周波数温度係数の絶対値を小さくする
ことが考えられる。そこで、ZnOとSiO2の周波
数温度係数の符号が異なることに着目し、第１図
に示すようにシリコン基板１１の表面にSiO2膜
１３を形成し、この上に電極１５、ZnO薄膜１
４、電極１６、の順で形成し、この振動部位にあ
たるシリコン基板の部分１２をエツチングによつ
て取除いた構造の圧電膜振動素子が提案されてい
る。第１図において、tp1、ts1は、それぞれZnO、
SiO2薄膜の膜厚を示している。ZnO膜及びSiO2
膜の周波数温度係数はそれぞれ−61.5ppm／℃、
119.5ppm／℃である。第１図に示した複合振動
子の場合、ts1／tp1が約0.5のときに基本共振周波
数の零温度係数が得られることが知られている。
しかしながら、この構造では、零温度係数を与え
る膜厚比においてSiO2の膜厚が相当大きくなり、
基本厚みたて振動の振動節点に関してZnO膜が対
称の位置から相当ずれてしまうために、３次、５
次といつた奇数次高調波の他に２次、４次、……
といつた偶数次高調波がスプリアスとして強勢に
励振されるといつた欠点があつた。
第１図に示したZnO／SiO2複合圧電振動子に
おいて発生する偶数次高調波を抑圧する試みとし
て第２図に示したようにZnOの圧電薄膜１４の両
面にZnO薄膜に対して上下対称にSiO2薄膜１３，
１７を設けた構造の薄膜振動子が考えられる。こ
のような構造では、ZnO圧電薄膜の中央部分が振
動節点となり、２次、４次、……といつた偶数次
高調波によるスプリアスは圧電薄膜内で電荷が相
殺されるために抑圧されるわけである。尚、第２
図において2tp2、ts2はそれぞれZnO、SiO2の膜厚
を示す。しかしながら、第２図の構造を有する複
合振動子では、基本共振周波数の零温度係数が得
られる膜厚比ts2／tp2は1.1程度である。即ち、零
温度係数が得られる膜厚比の条件は、この複合振
動子における振動部位の膜厚に対するZnO圧電薄
膜の占める割合がSiO2薄膜のそれより小さくな
つている。ZnO圧電薄膜は、基本厚みたて振動に
関するエネルギー閉じ込めが可能な材料である
が、このようにZnO薄膜両面のSiO2膜厚が厚け
れば圧電反作用による周波数低下量が小さくな
り、良好なエネルギー閉じ込めが行われなくな
る。従つて第２図に示した複合振動子では、零温
度係数を得ようとする良好な共振応答を得ること
は極めて困難となる。
おいて発生する偶数次高調波を抑圧する試みとし
て第２図に示したようにZnOの圧電薄膜１４の両
面にZnO薄膜に対して上下対称にSiO2薄膜１３，
１７を設けた構造の薄膜振動子が考えられる。こ
のような構造では、ZnO圧電薄膜の中央部分が振
動節点となり、２次、４次、……といつた偶数次
高調波によるスプリアスは圧電薄膜内で電荷が相
殺されるために抑圧されるわけである。尚、第２
図において2tp2、ts2はそれぞれZnO、SiO2の膜厚
を示す。しかしながら、第２図の構造を有する複
合振動子では、基本共振周波数の零温度係数が得
られる膜厚比ts2／tp2は1.1程度である。即ち、零
温度係数が得られる膜厚比の条件は、この複合振
動子における振動部位の膜厚に対するZnO圧電薄
膜の占める割合がSiO2薄膜のそれより小さくな
つている。ZnO圧電薄膜は、基本厚みたて振動に
関するエネルギー閉じ込めが可能な材料である
が、このようにZnO薄膜両面のSiO2膜厚が厚け
れば圧電反作用による周波数低下量が小さくな
り、良好なエネルギー閉じ込めが行われなくな
る。従つて第２図に示した複合振動子では、零温
度係数を得ようとする良好な共振応答を得ること
は極めて困難となる。
本発明は上記のようなZnO／SiO2複合振動子
の欠点を除き温度安定性に優れ、良好な基本厚み
たて振動共振応答が得られ、かつ２次、４次等の
偶数次高調波によるスプリアスを十分抑圧した圧
電薄膜複合振動子に提供しようとするものであ
る。
の欠点を除き温度安定性に優れ、良好な基本厚み
たて振動共振応答が得られ、かつ２次、４次等の
偶数次高調波によるスプリアスを十分抑圧した圧
電薄膜複合振動子に提供しようとするものであ
る。
本発明は、半導体あるいは絶縁体の薄膜上の厚
み方向に電極、圧電薄膜、電極の順に形成された
多層構造の振動部位、あるいはこの構造の上にさ
らに半導体あるいは絶縁体の薄膜を形成された多
層構造の振動部位を有し、該振動部位の周囲の半
導体あるいは絶縁体からなる薄膜側を基板で支持
した構造の薄膜振動子において、さらに振動部位
の厚み方向の中央部付近に前記圧電薄膜の共振周
波数温度係数とは符号の異なる材料からなり、そ
の上下面に互いに短絡している電極が節けられた
薄膜が形成されていることを特徴としている。次
に本発明について詳細に説明する。
み方向に電極、圧電薄膜、電極の順に形成された
多層構造の振動部位、あるいはこの構造の上にさ
らに半導体あるいは絶縁体の薄膜を形成された多
層構造の振動部位を有し、該振動部位の周囲の半
導体あるいは絶縁体からなる薄膜側を基板で支持
した構造の薄膜振動子において、さらに振動部位
の厚み方向の中央部付近に前記圧電薄膜の共振周
波数温度係数とは符号の異なる材料からなり、そ
の上下面に互いに短絡している電極が節けられた
薄膜が形成されていることを特徴としている。次
に本発明について詳細に説明する。
第３図は、本発明の振動子における振動部位の
一部の構造の一例を示している。圧電薄膜５１，
５２の中間部分に、薄膜５３を設け、この薄膜５
３は圧電薄膜５１，５２とは温度計数の異なる材
料を選び、この薄膜５３の両面に５６，５７を形
成し、これらを短絡し、さらに圧電薄膜５１，５
２の両外側に電極５４，５５を設けた構造であ
る。ここで圧電膜５１，５２の材料としてZnO、
薄膜５３の材料としてSiO2を選びまた図におい
てtp3、2t3はそれぞれZnO、SiO2の膜厚を表すも
のとすると、第３図に示した構造のZnO／SiO2
複合振動子の膜厚比ts3／tp3に対する、基本厚み
たて共振周波数の温度計数TKfr（ppm／℃）の関
係を分布定数等価回路から理論的に求めたグラフ
は第４図のようになる。第４図から、零温度係数
が得られる膜圧比ts3／tp3は0.085であることがわ
かる。即ち、ZnOの膜厚に比べて、SiO2の膜厚
を極めて小さくすることができ、SiO2の膜厚が
小さいために、エネルギー閉じ込め効果にほとん
ど支障はなく、良好な共振応答が得られるわけで
ある。また振動節点に対して、圧電膜が上下対称
の位置にあるため、２次、４次、……といつた偶
数次高調波は励振されることはない。なお、基本
共振周波数に関する温度補償用薄膜５３の両面に
短絡電極５６，５７を設けない構造を用いた場合
は、より高インピーダンスにより、特に薄膜５３
が絶縁体でかつ誘電率の小さい材料でできている
場合、電界が薄膜５３に集中し励振効率がかなり
低下する。本発明では、短絡電極５６，５７を設
けているため、電界がすべて圧電薄膜５１，５２
に集中し、このような励振効率の低下は皆無であ
る。
一部の構造の一例を示している。圧電薄膜５１，
５２の中間部分に、薄膜５３を設け、この薄膜５
３は圧電薄膜５１，５２とは温度計数の異なる材
料を選び、この薄膜５３の両面に５６，５７を形
成し、これらを短絡し、さらに圧電薄膜５１，５
２の両外側に電極５４，５５を設けた構造であ
る。ここで圧電膜５１，５２の材料としてZnO、
薄膜５３の材料としてSiO2を選びまた図におい
てtp3、2t3はそれぞれZnO、SiO2の膜厚を表すも
のとすると、第３図に示した構造のZnO／SiO2
複合振動子の膜厚比ts3／tp3に対する、基本厚み
たて共振周波数の温度計数TKfr（ppm／℃）の関
係を分布定数等価回路から理論的に求めたグラフ
は第４図のようになる。第４図から、零温度係数
が得られる膜圧比ts3／tp3は0.085であることがわ
かる。即ち、ZnOの膜厚に比べて、SiO2の膜厚
を極めて小さくすることができ、SiO2の膜厚が
小さいために、エネルギー閉じ込め効果にほとん
ど支障はなく、良好な共振応答が得られるわけで
ある。また振動節点に対して、圧電膜が上下対称
の位置にあるため、２次、４次、……といつた偶
数次高調波は励振されることはない。なお、基本
共振周波数に関する温度補償用薄膜５３の両面に
短絡電極５６，５７を設けない構造を用いた場合
は、より高インピーダンスにより、特に薄膜５３
が絶縁体でかつ誘電率の小さい材料でできている
場合、電界が薄膜５３に集中し励振効率がかなり
低下する。本発明では、短絡電極５６，５７を設
けているため、電界がすべて圧電薄膜５１，５２
に集中し、このような励振効率の低下は皆無であ
る。
次に本発明の圧電薄膜複合振動子の基本的構造
例を第５図に示す。第５図において、７１は振動
部位の周囲を保持する基板であり、７２はエツチ
ングにより振動部位に対応する基板の部分に設け
られた空孔である。基板７１として望ましい材料
は、表面が（100）面であるシリコンである。そ
の理由として、たとえばKOH、あるいはエチレ
ンジアミンのようなエツチング液を用いれば
（100）面のエツチング速度に比較して（111）面
のエツチング速度が非常に小さいというエツチン
グの異方性を利用することにより、（111）面方向
へのエツチングの拡がりを極めて小さく、従つて
精度良く空孔の寸法を制御できるからである。ま
た、第５図において、７３はホウ素をドープした
シリコン、あるいは酸化物、窒化物等の絶縁体の
うち、いずれか一つからなる薄膜である。薄膜７
３として、シリコン基板へのホウ素拡散又はイオ
ン注入によつて形成するか或いはシリコン基板上
にホウ素を高濃度にドープしたエピタキシヤル膜
を成長させて形成したシリコン薄膜や、あるいは
SiO2薄膜、Si3O4薄膜等の絶縁体の薄膜を用いる
と、これらの薄膜はKOH、あるいはエチレンジ
アミンのようなエツチング液によるエツチング速
度が極めて小さいため、薄膜７３の厚さを精密に
制御することができる。
例を第５図に示す。第５図において、７１は振動
部位の周囲を保持する基板であり、７２はエツチ
ングにより振動部位に対応する基板の部分に設け
られた空孔である。基板７１として望ましい材料
は、表面が（100）面であるシリコンである。そ
の理由として、たとえばKOH、あるいはエチレ
ンジアミンのようなエツチング液を用いれば
（100）面のエツチング速度に比較して（111）面
のエツチング速度が非常に小さいというエツチン
グの異方性を利用することにより、（111）面方向
へのエツチングの拡がりを極めて小さく、従つて
精度良く空孔の寸法を制御できるからである。ま
た、第５図において、７３はホウ素をドープした
シリコン、あるいは酸化物、窒化物等の絶縁体の
うち、いずれか一つからなる薄膜である。薄膜７
３として、シリコン基板へのホウ素拡散又はイオ
ン注入によつて形成するか或いはシリコン基板上
にホウ素を高濃度にドープしたエピタキシヤル膜
を成長させて形成したシリコン薄膜や、あるいは
SiO2薄膜、Si3O4薄膜等の絶縁体の薄膜を用いる
と、これらの薄膜はKOH、あるいはエチレンジ
アミンのようなエツチング液によるエツチング速
度が極めて小さいため、薄膜７３の厚さを精密に
制御することができる。
さらに、本発明の振動子はこの薄膜７３上に厚
み方向に電極５４、圧電薄膜５１、この圧電薄膜
とは共振周波数温度係数の符号の異なる材料から
なり、両面に短絡電極５６，５７を設けた薄膜５
３、圧電薄膜５２、電極５５、半導体あるいは絶
縁体からなる薄膜７４の順で形成したものであ
る。半導体あるいは絶縁体からなる薄膜７４は偶
数次高調波を抑圧する機能と周波数調整を行う機
能をもつ。５１，５２の圧電薄膜材料としては、
現在のところ電気機械結合係数が大きく製造が容
易であることからZnOが最適である。ZnO薄膜
は、スパツタ法、CVD法、イオンプレーテイン
グ法によりＣ軸が基板面に対して垂直に配向した
薄膜を再現性良く作製でき、しかも高い抵抗率を
持つた薄膜となることが知られている。
み方向に電極５４、圧電薄膜５１、この圧電薄膜
とは共振周波数温度係数の符号の異なる材料から
なり、両面に短絡電極５６，５７を設けた薄膜５
３、圧電薄膜５２、電極５５、半導体あるいは絶
縁体からなる薄膜７４の順で形成したものであ
る。半導体あるいは絶縁体からなる薄膜７４は偶
数次高調波を抑圧する機能と周波数調整を行う機
能をもつ。５１，５２の圧電薄膜材料としては、
現在のところ電気機械結合係数が大きく製造が容
易であることからZnOが最適である。ZnO薄膜
は、スパツタ法、CVD法、イオンプレーテイン
グ法によりＣ軸が基板面に対して垂直に配向した
薄膜を再現性良く作製でき、しかも高い抵抗率を
持つた薄膜となることが知られている。
次に、第５図の構造を持つた複合振動子の一例
として、圧電薄膜５１，５２にZnO膜、薄膜５３
としてZnOと共振周波数温度係数の符号の異なる
SiO2膜、薄膜７３及び薄膜７４として同じく
SiO2膜を用いた振動子について説明する。ZnO
膜５１，５２の厚さをtp4、SiO2膜５３の厚さを
2ts4、SiO2膜７３，７４の厚さをts5とする。
として、圧電薄膜５１，５２にZnO膜、薄膜５３
としてZnOと共振周波数温度係数の符号の異なる
SiO2膜、薄膜７３及び薄膜７４として同じく
SiO2膜を用いた振動子について説明する。ZnO
膜５１，５２の厚さをtp4、SiO2膜５３の厚さを
2ts4、SiO2膜７３，７４の厚さをts5とする。
このとき、この振動子の基本厚みたて振動の共
振周波数の温度係数が零となる条件の膜厚比
ts4／tp4及びts5／tp4を分布定数等価回路から理論
的に求めたものを第６図に示す。第６図におい
て、実用的な部分は膜厚比ts5／tp4が0.5以下の部
分である。0.5より大きい場合前述のように良好
なエネルギー閉じ込めができない。膜厚比ts5／
tp4が0.5以下の部分において、零温度係数を得る
もう一方の膜厚比ts4／tp4はほぼ一定で0.083〜
0.093の間にある。即ち、圧電薄膜内部にある
SiO2膜の膜厚ts4に比べて、圧電薄膜の外部にあ
るSiO2膜の膜厚ts5の温度係数に及ぼす影響は極
めて小さいことがわかる。薄膜７３，７４は音響
的に自由端に近い部分にあるため、この部分はほ
とんど質量として働き、この部分の材料の違いに
よる複合振動子の共振周波数温度係数に及ぼす影
響は極めて小さい。そのため、薄膜７３，７４の
部分は、KOH、エチレンジアミンのようなエツ
チング液にエツチングされにくいSi3N4薄膜等の
絶縁体薄膜、ホウ素を高濃度にドープしたシリコ
ン薄膜を用いても、SiO2と同様な結果が得られ
ることは明白である。
振周波数の温度係数が零となる条件の膜厚比
ts4／tp4及びts5／tp4を分布定数等価回路から理論
的に求めたものを第６図に示す。第６図におい
て、実用的な部分は膜厚比ts5／tp4が0.5以下の部
分である。0.5より大きい場合前述のように良好
なエネルギー閉じ込めができない。膜厚比ts5／
tp4が0.5以下の部分において、零温度係数を得る
もう一方の膜厚比ts4／tp4はほぼ一定で0.083〜
0.093の間にある。即ち、圧電薄膜内部にある
SiO2膜の膜厚ts4に比べて、圧電薄膜の外部にあ
るSiO2膜の膜厚ts5の温度係数に及ぼす影響は極
めて小さいことがわかる。薄膜７３，７４は音響
的に自由端に近い部分にあるため、この部分はほ
とんど質量として働き、この部分の材料の違いに
よる複合振動子の共振周波数温度係数に及ぼす影
響は極めて小さい。そのため、薄膜７３，７４の
部分は、KOH、エチレンジアミンのようなエツ
チング液にエツチングされにくいSi3N4薄膜等の
絶縁体薄膜、ホウ素を高濃度にドープしたシリコ
ン薄膜を用いても、SiO2と同様な結果が得られ
ることは明白である。
以上は、第５図において薄膜７３と７４の膜厚
が等しい場合である。しかし、圧電薄膜５１，５
２の薄厚に比べ薄膜７３，７４の膜厚を薄くする
ことができ、この場合薄膜７３，７４の膜厚は等
しくなくとも偶数次の高調波によるスプリアス振
動を抑圧することができる。さらに第７図に示す
ような第５図の構造において薄膜７４を取り除い
た構造の複合振動子においても第５図の構造の特
性に近い良好な特性が得られる。第７図の構造に
おて、圧電薄膜５１，５２としてZnO薄膜を用
い、薄膜５３，７３としてSiO2を用いた場合、
振動子の基本厚みたて振動の共振周波数温度係数
が零となる各膜厚の比を理論的に求めたものを第
８図に示す。第７図、第８図においてtp5・tp6は
ZnO薄膜の膜厚であり、tp7＝tp5＋tp6とする。ま
たts6は振動部のほぼ中央部に形成する薄膜の厚
み、ts7は絶縁体あるいは半導体からなる薄膜の
厚みである。第８図からも判かるように薄膜７３
を圧電薄膜５１，５２に対して薄くすることがで
きる。この場合、tp5とtp6が等しい構成でも良い
し、tp5とtp6を異なつた値にして薄膜５３が振動
部位の中央部に位置するように構成しても良い。
以上の説明において、圧電薄膜材料としてZnO
を、また振動部位の厚み方向の中央部に形成する
薄膜の材料としてSiO2を用いた例を示した。し
かし、これら以外の圧電材料及びこれらの圧電材
料と共振周波数温度係数の符号の異なる薄膜用材
料を組合わせても、これらの圧電材料と薄膜用材
料が互いに適切な共振周波数温度係数を有するな
らば、本発明の特徴及びその有効性は少しも失わ
れることはない。
が等しい場合である。しかし、圧電薄膜５１，５
２の薄厚に比べ薄膜７３，７４の膜厚を薄くする
ことができ、この場合薄膜７３，７４の膜厚は等
しくなくとも偶数次の高調波によるスプリアス振
動を抑圧することができる。さらに第７図に示す
ような第５図の構造において薄膜７４を取り除い
た構造の複合振動子においても第５図の構造の特
性に近い良好な特性が得られる。第７図の構造に
おて、圧電薄膜５１，５２としてZnO薄膜を用
い、薄膜５３，７３としてSiO2を用いた場合、
振動子の基本厚みたて振動の共振周波数温度係数
が零となる各膜厚の比を理論的に求めたものを第
８図に示す。第７図、第８図においてtp5・tp6は
ZnO薄膜の膜厚であり、tp7＝tp5＋tp6とする。ま
たts6は振動部のほぼ中央部に形成する薄膜の厚
み、ts7は絶縁体あるいは半導体からなる薄膜の
厚みである。第８図からも判かるように薄膜７３
を圧電薄膜５１，５２に対して薄くすることがで
きる。この場合、tp5とtp6が等しい構成でも良い
し、tp5とtp6を異なつた値にして薄膜５３が振動
部位の中央部に位置するように構成しても良い。
以上の説明において、圧電薄膜材料としてZnO
を、また振動部位の厚み方向の中央部に形成する
薄膜の材料としてSiO2を用いた例を示した。し
かし、これら以外の圧電材料及びこれらの圧電材
料と共振周波数温度係数の符号の異なる薄膜用材
料を組合わせても、これらの圧電材料と薄膜用材
料が互いに適切な共振周波数温度係数を有するな
らば、本発明の特徴及びその有効性は少しも失わ
れることはない。
以下、第５図、第７図に示した構造の本発明の
圧電薄膜複合振動子について実施例に従つて具体
的に説明する。第７図に示す構造において、まず
表面が（100）面であるシリコン基板７１にCVD
法により1.5μｍのSi3N4薄膜７３を形成し、次に
シリコン基板７１に、あらかじめ裏面に形成した
Si3N4CVD膜をマスクとしてエチレンジアミン、
パイロカテコール及び水からなるエツチング液で
空孔７２を設けた。さらに表面に形成したSi3N4
薄膜７３上にCrを下地としてAuを蒸着した後、
フオトリソグラフイーにより部分電極５４を形成
し、この上に3.4μｍのZnO薄膜５１を作製した。
次にAlの短絡電極５６を振動部位の外側に短絡
部分が形成される部分を有するような形状に形成
し、該短絡電極部をマスクしてSiO2膜をスパツ
タリングし、この後該短絡部において電極５６と
短絡させるように電極５７を形成した。さらに薄
膜５１と同じ膜厚のZnO薄膜５２をスパツタリン
グした。その後リフトオフによつてAlの部分電
極５５を形成した。この圧電振動子において共振
周波数315.2MHz、共振尖鋭度2800、共振周波数
温度係数−2.2ppm／℃を得た。また、第９図に
インピーダンス特性を実線で示す。尚、この図中
で点線で示したものは、第１図に示した従来の圧
電薄膜振動子の第２次共振によるスプリアスを示
す。この図から本発明による圧電薄膜振動子は第
２次振動の抑圧に有効であることは明白である。
圧電薄膜複合振動子について実施例に従つて具体
的に説明する。第７図に示す構造において、まず
表面が（100）面であるシリコン基板７１にCVD
法により1.5μｍのSi3N4薄膜７３を形成し、次に
シリコン基板７１に、あらかじめ裏面に形成した
Si3N4CVD膜をマスクとしてエチレンジアミン、
パイロカテコール及び水からなるエツチング液で
空孔７２を設けた。さらに表面に形成したSi3N4
薄膜７３上にCrを下地としてAuを蒸着した後、
フオトリソグラフイーにより部分電極５４を形成
し、この上に3.4μｍのZnO薄膜５１を作製した。
次にAlの短絡電極５６を振動部位の外側に短絡
部分が形成される部分を有するような形状に形成
し、該短絡電極部をマスクしてSiO2膜をスパツ
タリングし、この後該短絡部において電極５６と
短絡させるように電極５７を形成した。さらに薄
膜５１と同じ膜厚のZnO薄膜５２をスパツタリン
グした。その後リフトオフによつてAlの部分電
極５５を形成した。この圧電振動子において共振
周波数315.2MHz、共振尖鋭度2800、共振周波数
温度係数−2.2ppm／℃を得た。また、第９図に
インピーダンス特性を実線で示す。尚、この図中
で点線で示したものは、第１図に示した従来の圧
電薄膜振動子の第２次共振によるスプリアスを示
す。この図から本発明による圧電薄膜振動子は第
２次振動の抑圧に有効であることは明白である。
さらに、共振周波数300MHzの振動子を実現す
るために、上記のように作成した第７図に示す圧
電薄膜振動子のAl電極５５及びZnO薄膜５２の
表面に1.2μｍのSiO2薄膜をスパツタ法で形成し、
第５図のような圧電薄膜振動子を作製した。その
結果、容易に共振周波数300.0MHzの振動子を得
ることができた。このときの共振尖鋭度は2900、
共振周波数温度係数は−1.7ppm／℃である。ま
た、第２次振動によるスプリアスは第１０図に示
すように第９図の実線の特性のさらに５分の１に
抑圧された。
るために、上記のように作成した第７図に示す圧
電薄膜振動子のAl電極５５及びZnO薄膜５２の
表面に1.2μｍのSiO2薄膜をスパツタ法で形成し、
第５図のような圧電薄膜振動子を作製した。その
結果、容易に共振周波数300.0MHzの振動子を得
ることができた。このときの共振尖鋭度は2900、
共振周波数温度係数は−1.7ppm／℃である。ま
た、第２次振動によるスプリアスは第１０図に示
すように第９図の実線の特性のさらに５分の１に
抑圧された。
以上、圧電薄膜複合振動子のうち共振子につい
て述べてきたが、本発明は第１１図イ，ロに示す
ように相対向する複数対の電極１１１，１１２及
び１１３，１１４を設け、左側にある１１１，１
１２の電極を入力電極、右側にある１１３，１１
４を出力電極として、多重モードを用いたフイル
タも容易に可能であることは言うまでもない。
て述べてきたが、本発明は第１１図イ，ロに示す
ように相対向する複数対の電極１１１，１１２及
び１１３，１１４を設け、左側にある１１１，１
１２の電極を入力電極、右側にある１１３，１１
４を出力電極として、多重モードを用いたフイル
タも容易に可能であることは言うまでもない。
以上、詳述したように、本発明に従えば温度安
定度が極めて優れ、かつ、２次、４次といつた偶
数次高調波によるスプリアスを十分の抑圧した、
高周波用圧電薄膜複合振動子を提供することがで
きる。
定度が極めて優れ、かつ、２次、４次といつた偶
数次高調波によるスプリアスを十分の抑圧した、
高周波用圧電薄膜複合振動子を提供することがで
きる。
第１図は、従来の圧電薄膜複合振動子を示す図
である。第２図も同様に従来の圧電薄膜複合振動
子を示す図である。第３図は、本発明の圧電薄膜
複合振動子の振動部位の一部を示す図である。第
４図は、第３図に示した複合振動子の膜圧比と共
振周波数温度係数の関係を示す図である。第５図
は、本発明の圧電薄膜複合振動子の基本的構造例
を示す図である。第６図は、第５図に示した本発
明の圧電薄膜複合振動子の構造において、ZnO、
SiO2を組み合わせた場合の共振周波数の零温度
係数が得られる膜圧比の関係を示す図である。第
７図は、本発明の圧電薄膜複合振動子の別の構造
例を示す図である。第８図は、第７図に示した本
発明の圧電薄膜複合振動子の構造において、
ZnO、SiO2を組み合わせた場合の零温度係数が
得られる膜厚比の関係を示す図である。第９図
は、第７図に示した本発明の圧電薄膜複合振動子
のインピーダンス特性を示す図である。第１０図
は、第５図に示した圧電薄膜複合振動子のインピ
ーダンス特性を示す図である。第１１図は、本発
明の圧電薄膜複合振動子のフイルタへの応用例を
示す図、イは平面図、ロは断面図を示す。 以上の図に於て、１１，７１は基板、１２，７
２は空孔、１３，１７，７３，７４は半導体ある
いは絶縁体からなる薄膜、１４，５１，５２は圧
電薄膜、５３は５１，５２の圧電薄膜の共振周波
数温度係数と異なる符号の材料からなる薄膜、１
５，１６，５４，５５，１１１，１１２，１１
３，１１４は電極、５６，５７は短絡電極。
である。第２図も同様に従来の圧電薄膜複合振動
子を示す図である。第３図は、本発明の圧電薄膜
複合振動子の振動部位の一部を示す図である。第
４図は、第３図に示した複合振動子の膜圧比と共
振周波数温度係数の関係を示す図である。第５図
は、本発明の圧電薄膜複合振動子の基本的構造例
を示す図である。第６図は、第５図に示した本発
明の圧電薄膜複合振動子の構造において、ZnO、
SiO2を組み合わせた場合の共振周波数の零温度
係数が得られる膜圧比の関係を示す図である。第
７図は、本発明の圧電薄膜複合振動子の別の構造
例を示す図である。第８図は、第７図に示した本
発明の圧電薄膜複合振動子の構造において、
ZnO、SiO2を組み合わせた場合の零温度係数が
得られる膜厚比の関係を示す図である。第９図
は、第７図に示した本発明の圧電薄膜複合振動子
のインピーダンス特性を示す図である。第１０図
は、第５図に示した圧電薄膜複合振動子のインピ
ーダンス特性を示す図である。第１１図は、本発
明の圧電薄膜複合振動子のフイルタへの応用例を
示す図、イは平面図、ロは断面図を示す。 以上の図に於て、１１，７１は基板、１２，７
２は空孔、１３，１７，７３，７４は半導体ある
いは絶縁体からなる薄膜、１４，５１，５２は圧
電薄膜、５３は５１，５２の圧電薄膜の共振周波
数温度係数と異なる符号の材料からなる薄膜、１
５，１６，５４，５５，１１１，１１２，１１
３，１１４は電極、５６，５７は短絡電極。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 半導体あるいは絶縁体からなる薄膜上に、そ
の厚み方向に電極、圧電薄膜、電極の順に形成さ
れてなる多層構造の振動部位を有し、該振動部位
の周囲の前記半導体あるいは絶縁体からなる薄膜
側を基板で支持した構造の薄膜振動子において、
振動部位の厚み方向の中央部付近に前記圧電薄膜
の共振周波数温度係数とは符号の異なる材料から
なる薄膜が形成されており、さらに該薄膜の上下
面に電極が設けられ、これらが短絡している構造
を有することを特徴とする圧電薄膜複合振動子。 ２ 半導体あるいは絶縁体からなる薄膜上に、そ
の厚み方向に電極、圧電薄膜、電極、半導体ある
いは絶縁体からなる薄膜の順に形成されてなる多
層構造の振動部位を有し、該振動部位の周囲の一
方の面を基板によつて支持した構造の薄膜振動子
において、振動部位の厚み方向の中央部付近に前
記圧電薄膜の共振周波数温度係数とは符号の異な
る薄膜が形成されており、さらに該薄膜の上下面
に電極が設けられ、これらが短絡している構造を
有していることを特徴とする圧電薄膜複合振動
子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12400683A JPS6016010A (ja) | 1983-07-07 | 1983-07-07 | 圧電薄膜複合振動子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12400683A JPS6016010A (ja) | 1983-07-07 | 1983-07-07 | 圧電薄膜複合振動子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6016010A JPS6016010A (ja) | 1985-01-26 |
| JPH0532925B2 true JPH0532925B2 (ja) | 1993-05-18 |
Family
ID=14874695
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12400683A Granted JPS6016010A (ja) | 1983-07-07 | 1983-07-07 | 圧電薄膜複合振動子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6016010A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000196404A (ja) * | 1998-12-25 | 2000-07-14 | Kyocera Corp | 圧電共振子 |
| JP2001203558A (ja) * | 1999-11-11 | 2001-07-27 | Murata Mfg Co Ltd | 圧電共振子、フィルタ及び電子機器 |
| JP2001211053A (ja) * | 1999-11-17 | 2001-08-03 | Murata Mfg Co Ltd | 圧電共振子、電子部品及び電子機器 |
| JP2002299979A (ja) * | 2001-03-05 | 2002-10-11 | Agilent Technol Inc | 共振器の製造方法 |
Families Citing this family (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3531522B2 (ja) * | 1999-04-19 | 2004-05-31 | 株式会社村田製作所 | 圧電共振子 |
| JP4633248B2 (ja) * | 2000-12-12 | 2011-02-16 | 東芝プラントシステム株式会社 | 締付けボルト緩み防止装置 |
| DE10200741A1 (de) | 2002-01-11 | 2003-07-24 | Infineon Technologies Ag | Verfahren zur Herstellung einer topologieoptimierten Elektrode für einen Resonator in Dünnfilmtechnologie |
| US7391285B2 (en) * | 2003-10-30 | 2008-06-24 | Avago Technologies Wireless Ip Pte Ltd | Film acoustically-coupled transformer |
| JP2006203304A (ja) * | 2005-01-18 | 2006-08-03 | Hitachi Media Electoronics Co Ltd | 圧電薄膜共振器及びそれを用いた発振器並びにそれを内蔵した半導体集積回路 |
| US7561009B2 (en) * | 2005-11-30 | 2009-07-14 | Avago Technologies General Ip (Singapore) Pte. Ltd. | Film bulk acoustic resonator (FBAR) devices with temperature compensation |
| US9479139B2 (en) | 2010-04-29 | 2016-10-25 | Avago Technologies General Ip (Singapore) Pte. Ltd. | Resonator device including electrode with buried temperature compensating layer |
| US9197185B2 (en) | 2010-04-29 | 2015-11-24 | Avago Technologies General Ip (Singapore) Pte. Ltd. | Resonator device including electrodes with buried temperature compensating layers |
| US9444426B2 (en) * | 2012-10-25 | 2016-09-13 | Avago Technologies General Ip (Singapore) Pte. Ltd. | Accoustic resonator having integrated lateral feature and temperature compensation feature |
| US9748918B2 (en) | 2013-02-14 | 2017-08-29 | Avago Technologies General Ip (Singapore) Pte. Ltd. | Acoustic resonator comprising integrated structures for improved performance |
| JP5792554B2 (ja) | 2011-08-09 | 2015-10-14 | 太陽誘電株式会社 | 弾性波デバイス |
| US8941286B2 (en) | 2012-02-14 | 2015-01-27 | Taiyo Yuden Co., Ltd. | Acoustic wave device |
| JP6085147B2 (ja) | 2012-11-15 | 2017-02-22 | 太陽誘電株式会社 | 弾性波デバイスおよびその製造方法 |
| JP6185292B2 (ja) | 2013-06-10 | 2017-08-23 | 太陽誘電株式会社 | 弾性波デバイス |
-
1983
- 1983-07-07 JP JP12400683A patent/JPS6016010A/ja active Granted
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000196404A (ja) * | 1998-12-25 | 2000-07-14 | Kyocera Corp | 圧電共振子 |
| JP2001203558A (ja) * | 1999-11-11 | 2001-07-27 | Murata Mfg Co Ltd | 圧電共振子、フィルタ及び電子機器 |
| JP2001211053A (ja) * | 1999-11-17 | 2001-08-03 | Murata Mfg Co Ltd | 圧電共振子、電子部品及び電子機器 |
| JP2002299979A (ja) * | 2001-03-05 | 2002-10-11 | Agilent Technol Inc | 共振器の製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6016010A (ja) | 1985-01-26 |
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