JPS62173812A - 薄膜弾性波共振子 - Google Patents
薄膜弾性波共振子Info
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- JPS62173812A JPS62173812A JP1475386A JP1475386A JPS62173812A JP S62173812 A JPS62173812 A JP S62173812A JP 1475386 A JP1475386 A JP 1475386A JP 1475386 A JP1475386 A JP 1475386A JP S62173812 A JPS62173812 A JP S62173812A
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- resonator
- electrode
- thin film
- film
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- Pending
Links
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- 239000010408 film Substances 0.000 claims description 21
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕
この発明は圧薄膜を用いた弾性波共振子に関する。
近年、材料技術や加工技術の准歩に伴ない電子部品の集
積化が進み、その集積度も大規模なものになっている。
積化が進み、その集積度も大規模なものになっている。
しかしながら共振子やフィルタ等受動部品についての集
積化は遅れており、通信機器あるいはＯＡ機器への応用
において、ＶＩＩＦ、 Ｕ）！Ｆ帯域で使用可能な小形
の共振子の出現が強く望まれていた。
積化は遅れており、通信機器あるいはＯＡ機器への応用
において、ＶＩＩＦ、 Ｕ）！Ｆ帯域で使用可能な小形
の共振子の出現が強く望まれていた。
従来、共振子やフィルタとして水晶等を代表とする圧電
結晶の厚も振動を利用した弾性波デバイスが実用化され
数多く使用されて来た。ところがこの圧電基板の厚み振
動を利用した素子は、その共振周波数が基板厚みに反比
例している関係にあり、高周波化に伴い基板厚の薄いも
のが必要となる。従って在来のように厚い結晶を薄く加
工して製作する方法は、機械加工技術の点で実用的な高
周波化の上限が数１０ＭＩＩｚになってしまっている。
結晶の厚も振動を利用した弾性波デバイスが実用化され
数多く使用されて来た。ところがこの圧電基板の厚み振
動を利用した素子は、その共振周波数が基板厚みに反比
例している関係にあり、高周波化に伴い基板厚の薄いも
のが必要となる。従って在来のように厚い結晶を薄く加
工して製作する方法は、機械加工技術の点で実用的な高
周波化の上限が数１０ＭＩＩｚになってしまっている。
これに対し最近、全く逆の発想で、第２図に示すように
何らかの方法で薄膜の圧電体基板（２１）を成長させ、
その両面に金属電極膜（２２）および誘電体膜（２３）
を形成してなる薄膜共振子が考案されている。この薄膜
共振子は圧電体の厚みを加工して減少させるのではなく
、スパッタリング等の技術で厚みを増加させて作製され
るので高周波化には好適な構造と言える。しかしながら
この共振子は何らかの支持体が必要である。一般にはシ
リコンやガリウムヒ素などの半導体基板上に圧電薄膜及
び非圧電薄膜、電極金属膜を形成し１、最終的に該共振
子の振動部分の下面に空隙を設ける構造がとられる。第
３図は半導体基板（５５）を下面からエツチングし空隙
（５４）を形成した例であり、第４図は予め基板（３５
）上に形成したエツチングされ易い膜を最終工程でエツ
チング除去して空隙（３４）を設けた例である。いずれ
にしても薄膜端部は半導体基板に広く接しており、振動
エネルギーは空隙形成部だけに集中していることが、共
振子の性能維持には不可欠である。
何らかの方法で薄膜の圧電体基板（２１）を成長させ、
その両面に金属電極膜（２２）および誘電体膜（２３）
を形成してなる薄膜共振子が考案されている。この薄膜
共振子は圧電体の厚みを加工して減少させるのではなく
、スパッタリング等の技術で厚みを増加させて作製され
るので高周波化には好適な構造と言える。しかしながら
この共振子は何らかの支持体が必要である。一般にはシ
リコンやガリウムヒ素などの半導体基板上に圧電薄膜及
び非圧電薄膜、電極金属膜を形成し１、最終的に該共振
子の振動部分の下面に空隙を設ける構造がとられる。第
３図は半導体基板（５５）を下面からエツチングし空隙
（５４）を形成した例であり、第４図は予め基板（３５
）上に形成したエツチングされ易い膜を最終工程でエツ
チング除去して空隙（３４）を設けた例である。いずれ
にしても薄膜端部は半導体基板に広く接しており、振動
エネルギーは空隙形成部だけに集中していることが、共
振子の性能維持には不可欠である。
従来、このように一部分にエネルギーを閉じ込める方法
として、第３．第４図の（５２）、 （３２）で示す金
属電極膜の有無によって行なっていた。すなわち圧電薄
膜（５１）、 （３１）の上下面に金属電極膜がある部
分では弾性波の横方向の進行波成分が存在し、電極膜の
ない部分では横方向は進行枝分がなく減衰項だけが存在
するようにすることによって振動エネルギーが電極部だ
けに閉じ込もるように設計していた。しかしながらこの
時、電極の大きさにより複数の振動変位分布を持つ共振
が存在することがある。すなわち、電極膜有無の境界面
で境界条件を満足する複数の伝搬モードが存在し、これ
らは少しづつ共振周波数の異なった共振が重量されたも
のとなる。このようないわゆる非調和高調波と呼ばれる
副共振は共振子の応用である発振子やフィルタでは誤発
振や帯域内リップルとして悪影響を与える。従来このよ
うな副共振を抑圧するには電極膜の面積をホさくし、基
本波共振のみが存在するようにしていた。
として、第３．第４図の（５２）、 （３２）で示す金
属電極膜の有無によって行なっていた。すなわち圧電薄
膜（５１）、 （３１）の上下面に金属電極膜がある部
分では弾性波の横方向の進行波成分が存在し、電極膜の
ない部分では横方向は進行枝分がなく減衰項だけが存在
するようにすることによって振動エネルギーが電極部だ
けに閉じ込もるように設計していた。しかしながらこの
時、電極の大きさにより複数の振動変位分布を持つ共振
が存在することがある。すなわち、電極膜有無の境界面
で境界条件を満足する複数の伝搬モードが存在し、これ
らは少しづつ共振周波数の異なった共振が重量されたも
のとなる。このようないわゆる非調和高調波と呼ばれる
副共振は共振子の応用である発振子やフィルタでは誤発
振や帯域内リップルとして悪影響を与える。従来このよ
うな副共振を抑圧するには電極膜の面積をホさくし、基
本波共振のみが存在するようにしていた。
しかしながら電極面積の小形化による非調和高調波の抑
圧法では、逆に共振子のインピーダンスを自由に選ぶこ
とはできない。
圧法では、逆に共振子のインピーダンスを自由に選ぶこ
とはできない。
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされ
たもので、電極面積が広くてすなわちインピーダンスが
低く、かつ非調和高調波共振が存在しない薄膜共振子を
提供するものである。
たもので、電極面積が広くてすなわちインピーダンスが
低く、かつ非調和高調波共振が存在しない薄膜共振子を
提供するものである。
本発明では、電極金属膜の膜厚をテーパー状にあるいは
部分的に変化させることによって実効的な電極面積は大
きいままで、基本波共振だけが励振される共振子を実現
している。
部分的に変化させることによって実効的な電極面積は大
きいままで、基本波共振だけが励振される共振子を実現
している。
本発明の共振子によれば電極面積が大きくとも基本波共
振だけが励振され、非調和高調波スプリアスが発生しな
い。また電極面積が大きいので。
振だけが励振され、非調和高調波スプリアスが発生しな
い。また電極面積が大きいので。
インピーダンスの低い共振子が実現することになる。こ
のように非調和高調波スプリアスが無く、かつ低いイン
ピーダンスの共振子が実現できることは、終端抵抗の低
い共振子フィルタや電圧制御発振器への応用には極めて
有利である。
のように非調和高調波スプリアスが無く、かつ低いイン
ピーダンスの共振子が実現できることは、終端抵抗の低
い共振子フィルタや電圧制御発振器への応用には極めて
有利である。
（発明の実施例〕
本発明の実施例を第１図を参照して詳細に説明する。第
１図では本発明の構造的新規性を明解に示すため電極金
属膜（１２）の膜厚を誇張して示した。
１図では本発明の構造的新規性を明解に示すため電極金
属膜（１２）の膜厚を誇張して示した。
また実際の製作に際しては、第３図、第４図のように基
板上に薄膜を形成してゆく手順で製作を進めるため、第
１図のように上下対称な形にはならず、下面は平坦で、
上面は上下電極の部分的膜厚の違いに対応して凹凸が出
来るが、ここでは省略して示した。共振子の電極金属膜
（１２）の膜厚が中央部（図中Ａ−Ａ’部分）から外部
へゆくに従って減少するような構造となっている。これ
は一般に電極金属膜が存在すると周波数低下を生ずるが
、この周波数低下量が中央部から外へゆくに従って減少
する効果を示す。
板上に薄膜を形成してゆく手順で製作を進めるため、第
１図のように上下対称な形にはならず、下面は平坦で、
上面は上下電極の部分的膜厚の違いに対応して凹凸が出
来るが、ここでは省略して示した。共振子の電極金属膜
（１２）の膜厚が中央部（図中Ａ−Ａ’部分）から外部
へゆくに従って減少するような構造となっている。これ
は一般に電極金属膜が存在すると周波数低下を生ずるが
、この周波数低下量が中央部から外へゆくに従って減少
する効果を示す。
このように外部へゆくに従って周波数低下量が減少する
構造では振動エネルギーは中央部に集中し、周辺部の変
位はほとんど零となると同時に非調和高調波の結合を小
さくすることができる。
構造では振動エネルギーは中央部に集中し、周辺部の変
位はほとんど零となると同時に非調和高調波の結合を小
さくすることができる。
この原理を第５図を使って説明する。
第５図はＡ−Ａ’ 、 Ｂ−Ｂ’ 、 Ｃ−Ｃ’ にお
ける周波数分散曲線を示したものである。横軸は横方向
への伝搬定数、縦軸は正規化した周波数を示す。なお、
中央より右は実数の伝搬定数、左は虚数の伝搬定数（す
なわち減衰分布）であることを示す。周波数ｆに着目す
るとＡ−Ａ’部分では、伝搬定数には実数であり、一方
Ｂ−Ｂ’部分では伝搬定数に′は虚数すなわちカットオ
フとなる。
ける周波数分散曲線を示したものである。横軸は横方向
への伝搬定数、縦軸は正規化した周波数を示す。なお、
中央より右は実数の伝搬定数、左は虚数の伝搬定数（す
なわち減衰分布）であることを示す。周波数ｆに着目す
るとＡ−Ａ’部分では、伝搬定数には実数であり、一方
Ｂ−Ｂ’部分では伝搬定数に′は虚数すなわちカットオ
フとなる。
従って周波数ｆの振動はＡ−Ａ’とＢ−Ｂ’の間で反射
することとなる。同様に他の周波数でも振動が中央に集
中することとなる。
することとなる。同様に他の周波数でも振動が中央に集
中することとなる。
このように変位が中央に集中することにより、周辺部の
変位が小さくなり、電極端部での振動による非調和高調
波の結合が極めて小さくなり、不要共振が抑圧される。
変位が小さくなり、電極端部での振動による非調和高調
波の結合が極めて小さくなり、不要共振が抑圧される。
このように電極金属膜厚を連続的に変化させるのではな
く、第６図に示すようにステップ状に徐々に変化させて
も良い。
く、第６図に示すようにステップ状に徐々に変化させて
も良い。
また第７図に示すように部分的に電極の無い部分を分布
させ、等測的に膜厚分布が第１図に近くなるようにして
もよい。
させ、等測的に膜厚分布が第１図に近くなるようにして
もよい。
第１図は本発明の概念的構造の断面図、第２図は圧電簿
膜共振子の振動部所面図、第３図および第４図はそれぞ
れ従来の圧電薄膜共振子の具体的構造の断面図の１例を
示す図、第５図は第１図の各部分での周波数分散曲線図
、第６図および第７図はそれぞれ本発明の変形例を示す
図である。 １１・・・圧電薄膜 １２・・・金属電極膜１
３・・・誘電体膜 ５４ 、３４・・・空隙５
５．３５・・・半導体基板 代理人 弁理士 則 近 憲 佑 同 竹 花 喜久男 第 １ 図 第 ２ ＰＡ 第 ３ 図 第 ４ 図 第 ５ 図 第 ６ 図 ７メ〜１′／ 第７図
膜共振子の振動部所面図、第３図および第４図はそれぞ
れ従来の圧電薄膜共振子の具体的構造の断面図の１例を
示す図、第５図は第１図の各部分での周波数分散曲線図
、第６図および第７図はそれぞれ本発明の変形例を示す
図である。 １１・・・圧電薄膜 １２・・・金属電極膜１
３・・・誘電体膜 ５４ 、３４・・・空隙５
５．３５・・・半導体基板 代理人 弁理士 則 近 憲 佑 同 竹 花 喜久男 第 １ 図 第 ２ ＰＡ 第 ３ 図 第 ４ 図 第 ５ 図 第 ６ 図 ７メ〜１′／ 第７図
Claims (1)
- 圧電薄膜をはさんでその上下に形成する電極の膜厚が
場所によって異なることを特徴とする薄膜弾性波共振子
。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1475386A JPS62173812A (ja) | 1986-01-28 | 1986-01-28 | 薄膜弾性波共振子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1475386A JPS62173812A (ja) | 1986-01-28 | 1986-01-28 | 薄膜弾性波共振子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62173812A true JPS62173812A (ja) | 1987-07-30 |
Family
ID=11869859
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1475386A Pending JPS62173812A (ja) | 1986-01-28 | 1986-01-28 | 薄膜弾性波共振子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62173812A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007026637A1 (ja) * | 2005-08-30 | 2007-03-08 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | 圧電共振器及び圧電共振器の製造方法 |
| JP2007221665A (ja) * | 2006-02-20 | 2007-08-30 | Toshiba Corp | 薄膜圧電共振器及びその製造方法、並びに、これを用いたフィルタ |
| JP2012041875A (ja) * | 2010-08-19 | 2012-03-01 | Toyota Motor Corp | 触媒コンバータ装置 |
| US20180167051A1 (en) * | 2016-12-12 | 2018-06-14 | Nihon Dempa Kogyo Co., Ltd. | Piezoelectric vibrating piece and piezoelectric device |
-
1986
- 1986-01-28 JP JP1475386A patent/JPS62173812A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007026637A1 (ja) * | 2005-08-30 | 2007-03-08 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | 圧電共振器及び圧電共振器の製造方法 |
| JP2007221665A (ja) * | 2006-02-20 | 2007-08-30 | Toshiba Corp | 薄膜圧電共振器及びその製造方法、並びに、これを用いたフィルタ |
| JP2012041875A (ja) * | 2010-08-19 | 2012-03-01 | Toyota Motor Corp | 触媒コンバータ装置 |
| US20180167051A1 (en) * | 2016-12-12 | 2018-06-14 | Nihon Dempa Kogyo Co., Ltd. | Piezoelectric vibrating piece and piezoelectric device |
| US10804876B2 (en) * | 2016-12-12 | 2020-10-13 | Nihon Dempa Kogyo Co., Ltd. | Piezoelectric vibrating piece and piezoelectric device |
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