JP2020141337A - 圧電薄膜共振器、フィルタおよびマルチプレクサ - Google Patents
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- Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)
Abstract
Description
図3(a)は、実施例1の変形例1に係る圧電薄膜共振器の断面図である。図3(a)に示すように、実施例1の変形例1では、絶縁膜28aは下部電極12および付加膜26aより大きく、下部電極12および付加膜26aの端の外側まで設けられている。その他の構成は実施例1と同じであり説明を省略する。
図3(b)は、実施例1の変形例2に係る圧電薄膜共振器の断面図である。図3(b)に示すように、実施例1の変形例2では、下部電極12の下に絶縁膜28aおよび付加膜26aは設けられていない。上部電極16上に絶縁膜28b、絶縁膜28b上に付加膜26bが設けられている。絶縁膜28bは薄膜部22aおよび厚膜部22bを有している。薄膜部22aは共振領域50の中央領域に設けられ、厚膜部22bは薄膜部22aを囲むように共振領域50の外周に沿って設けられている。絶縁膜28bおよび付加膜26bの材料としては絶縁膜28aおよび付加膜26aで例示した材料を用いる。付加膜26bが金属膜のとき、付加膜26bは上部電極16と電気的に絶縁させていてもよいし、電気的に接続されていてもよい。その他の構成は実施例1と同じであり説明を省略する。
図4(a)は、実施例1の変形例3に係る圧電薄膜共振器の断面図である。図4(a)に示すように、実施例1の変形例3では、下部電極12と付加膜26aとは接触しており、電気的に短絡している。下部電極12の下および上部電極16の上にそれぞれ絶縁膜28aおよび28bが設けられている。絶縁膜28aの下および絶縁膜28bの上にそれぞれ付加膜26aおよび26bが設けられている。絶縁膜28aおよび28bは各々薄膜部22aおよび厚膜部22bを有している。共振領域50内において、絶縁膜28aの厚膜部22bと絶縁膜28bの厚膜部22bとは重なっている。共振領域50内において、絶縁膜28aの厚膜部22bと絶縁膜28bの厚膜部22bとは少なくとも一部が重なっていればよい。絶縁膜28aと28bとは同じ材料からなる膜でもよいし、異なる材料からなる膜でもよい。付加膜26aと26bとは同じ材料からなる膜でもよいし、異なる材料からなる膜でもよい。その他の構成は実施例1および実施例1の変形例2と同じであり説明を省略する。
図4(b)は、実施例1の変形例4に係る圧電薄膜共振器の断面図である。図4(b)に示すように、実施例1の変形例4では、絶縁膜28aの厚膜部22bの下面は薄膜部22aの下面に対し下に突出している。厚膜部22bと薄膜部22aの上面はほぼ平坦である。絶縁膜28bの厚膜部22bの上面は薄膜部22aの上面に対し上に突出している。厚膜部22bと薄膜部22aの下面はほぼ平坦である。共振領域50より外側は厚膜部22bである。その他の構成は実施例1の変形例3と同じであり説明を省略する。
図5(a)から図7(b)は、実施例1の変形例4に係る圧電薄膜共振器の製造方法を示す断面図である。図5(a)に示すように、基板10の上面に凹部からなる空隙30をエッチング法等を用い形成する。
図8は、実施例1の変形例5に係る圧電薄膜共振器の断面図である。図8に示すように、実施例1の変形例5では、圧電膜14は単結晶圧電基板であり、例えば単結晶窒化アルミニウム基板、単結晶タンタル酸リチウム基板、単結晶ニオブ酸リチウム基板または単結晶水晶基板である。付加膜26a、絶縁膜28aおよび下部電極12を囲むように絶縁膜24が設けられている。絶縁膜24は例えば酸化シリコン膜、窒化シリコン膜または酸化アルミニウム膜等の無機絶縁膜、または樹脂等の有機絶縁膜である。圧電膜14の下面は平坦である。その他の構成は実施例1の変形例4と同じであり説明を省略する。
図9(a)から図10(c)は、実施例1の変形例5に係る圧電薄膜共振器の製造方法を示す断面図である。図9(a)に示すように、圧電膜14として単結晶圧電基板を準備する。圧電膜14上に下部電極12、絶縁膜28aおよび付加膜26aを例えばスパッタリング法、真空蒸着法またはCVD法を用い形成する。絶縁膜28aは薄膜部22aと厚膜部22bを有するように形成する。
図11(a)は、実施例1の変形例6に係る圧電薄膜共振器の断面図である。図11(a)に示すように、実施例1の変形例6では、絶縁膜28aは厚膜部22bを有さず、絶縁膜28aの厚さは略均一である。絶縁膜28bは厚膜部22bおよび薄膜部22aを有している。その他の構成は実施例1の変形例5と同じであり説明を省略する。
図11(b)は、実施例1の変形例7に係る圧電薄膜共振器の断面図である。図11(b)に示すように、実施例1の変形例7では、絶縁膜28bは厚膜部22bを有さず、絶縁膜28bの厚さは略均一である。絶縁膜28aは厚膜部22bおよび薄膜部22aを有している。その他の構成は実施例1の変形例5と同じであり説明を省略する。
図12(a)は、実施例1の変形例8に係る圧電薄膜共振器の断面図である。図12(a)に示すように、実施例1の変形例8では、基板10の上面は平坦である。空隙30は基板10の上面と付加膜26a(または下部電極12)との間にドーム状の膨らみを有する空隙30が形成されている。ドーム状の膨らみとは、例えば空隙30の周辺では空隙30の高さが小さく、空隙30の内部ほど空隙30の高さが大きくなるような形状の膨らみである。その他の構成は、実施例1と同じであり説明を省略する。
図12(b)は、実施例1の変形例9に係る圧電薄膜共振器の断面図である。図12(b)に示すように、共振領域50の下部電極12下に音響反射膜31が形成されている。音響反射膜31は、音響インピーダンスの高い膜31aと音響インピーダンスの低い膜31bとが交互に設けられている。膜31aおよび31bの膜厚は例えばそれぞれほぼλ/4(λは弾性波の波長)である。膜31aと膜31bの積層数は任意に設定できる。音響反射膜31は、音響特性の異なる少なくとも2種類の層が間隔をあけて積層されていればよい。また、基板10が音響反射膜31の音響特性の異なる少なくとも2種類の層のうちの1層であってもよい。例えば、音響反射膜31は、基板10中に音響インピーダンスの異なる膜が一層設けられている構成でもよい。その他の構成は、実施例1と同じであり説明を省略する。
絶縁膜28aを有する実施例1の変形例4と絶縁膜28aを有しない比較例1においてQ値を2次元有限要素法を用い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。
基板10:シリコン基板
付加膜26a:厚さが130nmのクロム膜
絶縁膜28aの薄膜部22a:厚さが140nmの弗素添加の酸化シリコン膜
絶縁膜28aの厚膜部22b:厚さが240nmの弗素添加の酸化シリコン膜
下部電極12:厚さが190nmのルテニウム膜
圧電膜14:厚さが1120nmの窒化アルミニウム膜
上部電極16:厚さが190nmのルテニウム膜
絶縁膜28bの薄膜部22a:厚さが140nmの弗素添加の酸化シリコン膜
絶縁膜28bの厚膜部22b:厚さが240nmの弗素添加の酸化シリコン膜
付加膜26b:厚さが40nmのクロム膜
パッシベーション膜:厚さが50nmの酸化シリコン膜
12 下部電極
14 圧電膜
16 上部電極
22a 薄膜部
22b 厚膜部
24、28a、28b 絶縁膜
26a、26b 付加膜
40 送信フィルタ
42 受信フィルタ
50 共振領域
Claims (10)
- 基板と、
前記基板上に設けられた第1電極と、
前記第1電極上に設けられた圧電膜と、
前記圧電膜上に設けられた第2電極と、
前記圧電膜の少なくとも一部を挟み前記第1電極と前記第2電極とが対向する共振領域において、前記第1電極および前記第2電極の少なくとも一方の電極の前記圧電膜と反対の面に設けられ、前記共振領域の中央領域に設けられた薄膜部と前記中央領域を囲む少なくとも一部に前記共振領域の外周に沿って設けられ前記薄膜部より厚い厚膜部とを有し、弾性定数の温度係数の符号が前記圧電膜の弾性定数の温度係数の符号と反対である絶縁膜と、
前記共振領域において、前記絶縁膜の前記少なくとも一方の電極と反対の面に設けられ、音響インピーダンスが前記絶縁膜の音響インピーダンスより大きな付加膜と、
を備える圧電薄膜共振器。 - 前記絶縁膜は前記第1電極の前記圧電膜と反対の面に設けられた第1絶縁膜を含み、前記第1絶縁膜の厚膜部は前記第1絶縁膜の薄膜部に対し前記基板側に突出する請求項1に記載の圧電薄膜共振器。
- 前記共振領域において、前記第1絶縁膜の前記圧電膜側の面は前記圧電膜と反対の面より平坦である請求項2に記載の圧電薄膜共振器。
- 前記絶縁膜は前記第2電極の前記圧電膜と反対の面に設けられた第2絶縁膜を含み、前記第2絶縁膜の厚膜部は前記第2絶縁膜の薄膜部に対し前記圧電膜と反対側に突出する請求項3に記載の圧電薄膜共振器。
- 前記圧電膜は単結晶である請求項2から4のいずれか一項に記載の圧電薄膜共振器。
- 前記圧電膜は多結晶である請求項2から4のいずれか一項に記載の圧電薄膜共振器。
- 前記絶縁膜の音響インピーダンスは前記圧電膜の音響インピーダンスより小さい請求項1から6のいずれか一項に記載の圧電薄膜共振器。
- 前記付加膜は金属膜である請求項1から7のいずれか一項に記載の圧電薄膜共振器。
- 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を含むフィルタ。
- 請求項9に記載のフィルタを含むマルチプレクサ。
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