JP4237512B2 - Piezoelectric thin film element - Google Patents

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  • Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板の上に音響多層膜を介して設けられた圧電薄膜を備えた圧電薄膜素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、コンピュータや通信機器などの電子機器は、振動子より得られる規則的な信号（高周波信号）に基づいて処理が行われている。また、これらの電子機器においては、振動子の厚み振動を利用した周波数フィルターにも用いられている。このように電子機器に利用されている振動子（圧電振動子）には、従来より水晶などの圧電材料からなる圧電板が用いられており、基本共振周波数を高くするためには、圧電板を薄くすればよい。例えば、板厚を３０〜４０μｍ程度とすることで、５０ＭＨｚ程度の共振周波数が得られている。
【０００３】
しかしながら、これ以上のより高い基本共振周波数を得るためには、板厚をより薄くすることになるが、板厚を薄くすればするほど、機械加工が困難となり、また、実用的な機械強度が得られない。
これに対し、基板の上に、音響多層膜を介してλ／２の厚さの圧電薄膜を設けたＳＭＲ（Solidly Mounted Resonator）型の圧電薄膜振動子が開発されている（非特許文献１）。
【０００４】
近年、通信システムの超高周波帯への移行が進められている中で、上記圧電薄膜振動子は、超高周波帯で安定に動作させることが可能な超高周波用弾性波素子として注目されている。
ＳＭＲ型の圧電薄膜振動子は、基板の上に音響インピーダンスの異なる２種類の薄膜（λ／４）を交互に積層した音響多層膜の上に、λ／２の膜厚の圧電薄膜を形成したものである。
【０００５】
この構成によれば、圧電薄膜は、音響多層膜により基板から音響的に切り離され、Ｑ値の高い共振を得ることが可能になる。また、圧電薄膜の下面全域が音響多層膜により固定されているので、安定した動作が可能となる。
また、ＳＭＲ型の圧電薄膜振動子に、ＳｉＯ2の薄膜を付加して温度特性を改善する技術が提案されている（非特許文献２）。
【０００６】
【非特許文献１】
K.M.Lakin,et al. "Development of Miniature Filters for Wireless Applications",IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques,Vol.43,No.12,p2933,December 1995.
【非特許文献２】
K.M.Lakin,et al."Temperature Compensated Bulk Acoustic Thin Film Resonator",IEEE Ultrasonics Symposium paper 3H-2,October 24,2000.
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の技術では、温度特性を改善するために新たな膜を付加しているが、圧電薄膜振動子のＱ値や実効的電気機械係数係数（Ｋ2）について考慮されていない。このため、従来の技術では、圧電薄膜振動子の温度特性を改善することはできるが、Ｑ値の劣化を招く場合があった。
本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、ＳＭＲ（Solidly Mounted Resonator）型の圧電薄膜振動子などの圧電薄膜素子の共振周波数温度係数をほぼ０としたうえで、Ｑ値の劣化を抑制することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る圧電薄膜素子は、基板の上に配置され、高音響インピーダンス層，これより音響インピーダンスの低い低音響インピーダンス層の順に積層された音響多層膜と、この音響多層膜の上に形成された第１電極膜と、この第１電極膜の上に形成されたＺｎＯからなる圧電薄膜と、この圧電薄膜の上に形成された第２電極膜と、この第２電極膜の上に形成されたＳｉＯ2からなる補正層とを少なくとも備え、圧電薄膜による共振周波数をＦ0としたとき、低音響インピーダンス層は、周波数Ｆ0の音波が低音響インピーダンス層を伝搬するときの波長の０．３２倍〜０．３４倍の厚さに形成し、高音響インピーダンス層は、周波数Ｆ0の音波が高音響インピーダンス層を伝搬するときの波長の０．３倍〜０．３５倍の厚さに形成し、補正層は、周波数Ｆ0の音波が補正層を伝搬するときの波長の０．２３倍〜０．２５倍の厚さに形成したものである。好ましくは、低音響インピーダンス層は、周波数Ｆ0の音波が低音響インピーダンス層を伝搬するときの波長の実質的に０．３３倍の厚さに形成し、高音響インピーダンス層は、周波数Ｆ0の音波が高音響インピーダンス層を伝搬するときの波長の実質的に０．３５倍の厚さに形成し、補正層は、周波数Ｆ0の音波が補正層を伝搬するときの波長の実質的に０．２４倍の厚さに形成すればよい。
この圧電薄膜素子は、酸化亜鉛（ＺｎＯ）からなる圧電薄膜に対して遅延時間温度係数が逆符号となっている補正層を圧電薄膜の上に配置することで、共振周波数温度係数を「０」とし、かつ、高音響インピーダンス層，低音響インピーダンス層の膜厚をＱ値に対して最適化してる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
図１は、本発明の実施の形態における圧電薄膜素子（ＳＭＲ型の圧電薄膜振動子）の構成例を概略的に示す模式的な断面図である。この圧電薄膜素子は、まず、単結晶シリコンなどから構成された基板１０１の上に、高音響インピーダンス層１０２，低音響インピーダンス層１０３の順に積層された音響多層膜１０４を備えている。
【００１０】
音響多層膜１０４の上には、電極膜１０５，１０７に挟まれたＺｎＯからなる圧電薄膜１０６が形成されている。また、電極膜１０５，１０７は、例えば、膜厚５ｎｍ程度のＣｒ膜と膜厚３０ｎｍ程度のＡｕ膜とから構成されたものである。ここで、単独の状態とした圧電薄膜１０６の共振周波数をＦ0とすると、圧電薄膜１０６の膜厚は、周波数Ｆ0の音波が圧電薄膜１０６を伝搬するときの波長λの半分としたものである。
【００１１】
ところで、上記の膜厚は、一般に、「圧電薄膜１０６の膜厚は、１／２λの厚さを有する」と表現される。従って、以降では、各層の膜厚について、「λ」を用いた記載とする。例えば、「低音響インピーダンス層１０３の膜厚は、１／４λである」とは、低音響インピーダンス層１０３の膜厚は、周波数Ｆ0の音波が単独の低音響インピーダンス層１０３を伝搬するときの波長λの１／４であることを示している。従って、「λ」の値は、各層において異なるものとなる。
【００１２】
ここで、圧電薄膜１０６の膜厚を、例えば７００ｎｍ程度に形成すれば、図１の圧電薄膜素子の共振周波数は３ＧＨｚ程度となる。ただし、図１に示す圧電薄膜素子の場合、共振周波数は、圧電薄膜１０６の厚さだけではなく、電極膜１０５，１０７にも影響され、圧電薄膜１０６の厚さより算出される理論値からずれるものである。電極膜１０５，１０７による影響が大きい場合は、例えば圧電薄膜１０６の厚さを、適宜変更すればよい。
【００１３】
音響多層膜１０４において、高音響インピーダンス層１０２は、例えばＺｎＯから構成され、低音響インピーダンス層１０３は、例えばＳｉＯ2から構成されたものであり、高音響インピーダンス層１０２は、低音響インピーダンス層１０３より音響インピーダンスが高い層となっている。これらは、相対的なものである。
このように構成された音響多層膜１０４により、圧電薄膜１０６と基板１０１とが音響的にアイソレートされるようになり、Ｑ値の高い共振を得ることができるようになる。また、圧電薄膜１０６が、音響多層膜１０４により全面で保持されているため、安定した動作が可能となる。
【００１４】
音響多層膜１０４の層数の増加に伴い、圧電薄膜１０６から基板１０１の方向を見た負荷インピーダンスが小さくなる。従って、音響多層膜１０４を、例えば８層以上の多層とすることで、圧電薄膜１０６を両面自由な状態に近づけることが可能となり、Ｑ値の高い共振を実現することが可能となる。
【００１５】
加えて、本実施の形態では、電極膜１０７の上に、ＳｉＯ2からなる補正層１０８を形成し、補正層１０８の膜厚（ｄ1）は、０．２３λ〜０．２５λに形成し、低音響インピーダンス層１０２の膜厚（ｄl）は、０．３２λ〜０．３４λに形成し、高音響インピーダンス層１０３の膜厚（ｄh）は、０．３λ〜０．３５λに形成することで、図１に示す圧電薄膜素子の共振周波数温度係数（ＴＣＦ）を「０」とした状態で、Ｑ値の劣化を抑制するようにした。
【００１６】
上述した各膜厚の範囲において、より好ましくは、補正層１０８の膜厚（ｄ1）は、実質的に０．２４λとなるように形成し、低音響インピーダンス層１０２の膜厚（ｄl）は、実質的に０．３３λに形成し、高音響インピーダンス層１０３の膜厚（ｄh）は、実質的に０．３５λに形成することで、最も良いＱ値が得られるようになる。
【００１７】
ＳｉＯ2の薄膜（非晶質）は、酸化亜鉛からなる圧電薄膜１０６とは、ＴＣＤ（遅延時間温度係数）が互いに逆符号であり、このような材料を、補正層１０８として用い、加えて各層の厚さを上述したようにすることで、Ｑ値の劣化を抑制した状態で、図１に示す圧電薄膜素子のＴＣＦを「０」とすることが可能となる。
【００１８】
低音響インピーダンス層１０２及び高音響インピーダンス層１０３の膜厚をλ／４とした状態で、補正層１０８の膜厚ｄ1を約０．２λにすることで、図２に示すように、ＴＣＦをほぼ「０」とすることができる。なお、圧電薄膜１０６による共振周波数が３ＧＨｚ程度の場合、λ／４の厚さを有するとは、例えば、ＳｉＯ2からなる低音響インピーダンス層１０２が０．４６μｍ程度であり、ＺｎＯからなる高音響インピーダンス層１０３が０．４１μｍ程度となるこをと示している。
【００１９】
しかしながら、発明者らの調査により、補正層１０８を形成することでＱ値が劣化することが判明した。
発明者らの調査により、ＴＣＦ＝０を満足した状態で、補正層１０８の膜厚ｄ1と低音響インピーダンス層１０２の膜厚ｄlと高音響インピーダンス層１０３の膜厚ｄhとを各々変化させると、図３に示すように、Ｑ値に変化があることが判明した。図３において、白四角は高音響インピーダンス層１０３の膜厚ｄhを０．２λとした場合を示し、黒三角は高音響インピーダンス層１０３の膜厚ｄhを０．２５λとした場合を示し、白丸は高音響インピーダンス層１０３の膜厚ｄhを０．３λとした場合、黒四角は高音響インピーダンス層１０３の膜厚ｄhを０．３５λとした場合、白三角は高音響インピーダンス層１０３の膜厚ｄhを０．４λとした場合、を示している。なお、図３では、低音響インピーダンス層の膜厚ｄlについては示していない。
【００２０】
図３から明らかなように、高音響インピーダンス層１０３の膜厚ｄhを０．３５λとし、補正層１０８の膜厚ｄ1を０．２４λ程度としたときに、Ｑ値が最も良くなっている。なお、このとき、低音響インピーダンス層１０４の膜厚ｄlは、０．３３λ程度となる。また、上述した各解析結果は、電極膜１０５，１０７の厚さは０としている。
【００２１】
従って、補正層１０８は０．２４λに形成し、低音響インピーダンス層１０２は０．３３λに形成し、高音響インピーダンス層１０３は０．３５λに形成することで、Ｑ値の劣化を抑制した状態で、ＴＣＦを「０」とすることが可能となる。
ところで、図１の圧電薄膜素子の共振周波数を２．４ＧＨｚ程度とする場合、膜厚０．２４λとなる補正層１０８は、４５０ｎｍ程度となる。このように薄い膜を形成する場合、製造バラツキなどを考慮すると、各膜厚は０．０２λ程度はばらつくものと考えられる。
【００２２】
このようなバラツキが存在する状態で、図３に示す特性を考慮すると、補正層１０８は、０．２３λ〜０．２５λの範囲に形成し、高音響インピーダンス層１０３は、０，３λ〜０，３５λの範囲に形成すれば、ＴＣＦを「０」としたなかで、Ｑ値の劣化がほぼ抑制された状態が得られたものといえる。なお、上述した範囲に対応する低音響インピーダンス層１０２の膜厚は、０．３２λ〜０．３４λとなる。
【００２３】
近年、通信量の加速度的な増加に伴って通信システムのより一層の高周波化が要求されているが、上述したように、本実施の形態における圧電薄膜素子によれば、ＴＣＦがほぼ「０」となり、かつＱ値の高い超高周波で使用できる弾性波素子を提供できるようになる。
なお、上述では、高音響インピーダンス層にＺｎＯの層を用い、低音響インピーダンス層にＳｉＯ2の層を用いるようにしたが、これに限るものではない。他の構成の音響多層膜を用いるようにしても良い。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、音響多層膜に固定されたＺｎＯからなる圧電薄膜の上に、ＳｉＯ2からなる補正層を配置し、この補正層の膜厚とともに、音響多層膜を構成している低音響インピーダンス層及び高音響インピーダンス層の膜厚を最適化した。この結果、本発明によれば、Ｑ値の劣化を抑制した状態で、ＴＣＦをほぼ「０」とした圧電薄膜素子を提供できるという優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態における圧電薄膜素子の構成例を概略的に示す模式的な断面図である。
【図２】 補正層の厚さによるＴＣＦの変化を示す特性図である。
【図３】 補正層の厚さと高音響インピーダンス層の厚さとによるＱ値の変化を示す特性図である。
【符号の説明】
１０１…基板、１０２…高音響インピーダンス層、１０３…低音響インピーダンス層、１０４…音響多層膜、１０５，１０７…電極膜、１０６…圧電薄膜、１０８…補正層。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a piezoelectric thin film element including a piezoelectric thin film provided on a substrate via an acoustic multilayer film.
[0002]
[Prior art]
For example, electronic devices such as computers and communication devices are processed based on regular signals (high-frequency signals) obtained from vibrators. Moreover, in these electronic devices, it is used also for the frequency filter using the thickness vibration of the vibrator. As described above, a piezoelectric plate made of a piezoelectric material such as quartz has been used for a vibrator (piezoelectric vibrator) used in an electronic device. To increase the fundamental resonance frequency, a piezoelectric plate is used. You can make it thinner. For example, the resonant frequency of about 50 MHz is obtained by setting the plate thickness to about 30 to 40 μm.
[0003]
However, in order to obtain a higher fundamental resonance frequency than this, the plate thickness is made thinner. However, as the plate thickness is made thinner, machining becomes more difficult and practical mechanical strength is reduced. I can't get it.
On the other hand, an SMR (Solidly Mounted Resonator) type piezoelectric thin film vibrator in which a piezoelectric thin film having a thickness of λ / 2 is provided on a substrate via an acoustic multilayer film has been developed (Non-patent Document 1). .
[0004]
In recent years, the transition of the communication system to the super-high frequency band has been promoted, and the piezoelectric thin film vibrator has attracted attention as an ultra-high frequency acoustic wave element that can be stably operated in the super-high frequency band.
In the SMR type piezoelectric thin film vibrator, a piezoelectric thin film having a thickness of λ / 2 is formed on an acoustic multilayer film in which two kinds of thin films (λ / 4) having different acoustic impedances are alternately laminated on a substrate. Is.
[0005]
According to this configuration, the piezoelectric thin film is acoustically separated from the substrate by the acoustic multilayer film, and resonance with a high Q value can be obtained. In addition, since the entire lower surface of the piezoelectric thin film is fixed by the acoustic multilayer film, stable operation is possible.
A technique for improving temperature characteristics by adding a SiO 2 thin film to an SMR type piezoelectric thin film vibrator has been proposed (Non-patent Document 2).
[0006]
[Non-Patent Document 1]
KMLakin, et al. "Development of Miniature Filters for Wireless Applications", IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, Vol. 43, No. 12, p2933, December 1995.
[Non-Patent Document 2]
KMLakin, et al. "Temperature Compensated Bulk Acoustic Thin Film Resonator", IEEE Ultrasonics Symposium paper 3H-2, October 24, 2000.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional technique described above, a new film is added to improve the temperature characteristics, but the Q value of the piezoelectric thin film vibrator and the effective electromechanical coefficient coefficient (K 2 ) are not taken into consideration. For this reason, the conventional technique can improve the temperature characteristics of the piezoelectric thin film vibrator, but sometimes causes the deterioration of the Q value.
The present invention has been made to solve the above-described problems. The resonance frequency temperature coefficient of a piezoelectric thin film element such as an SMR (Solidly Mounted Resonator) type piezoelectric thin film vibrator is set to approximately zero. The purpose is to suppress the deterioration of the Q value.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The piezoelectric thin film element according to the present invention is disposed on a substrate, and is formed on an acoustic multilayer film in which a high acoustic impedance layer and a low acoustic impedance layer having a lower acoustic impedance are sequentially laminated, and the acoustic multilayer film. A first electrode film, a piezoelectric thin film made of ZnO formed on the first electrode film, a second electrode film formed on the piezoelectric thin film, and formed on the second electrode film. at least a correction layer made of SiO 2 was, when the resonant frequency by the piezoelectric thin film was F 0, the low acoustic impedance layer is 0.32 wavelengths at which the sound wave of the frequency F 0 are propagated to the low acoustic impedance layer The high acoustic impedance layer is formed to a thickness of 0.3 to 0.35 times the wavelength when the sound wave having the frequency F 0 propagates through the high acoustic impedance layer. And correction layer , In which waves of frequency F 0 was formed in 0.23 times to 0.25 times the thickness of the wavelength when propagating the correction layer. Preferably, the low acoustic impedance layer is formed to have a thickness substantially 0.33 times the wavelength when the sound wave having the frequency F 0 propagates through the low acoustic impedance layer, and the high acoustic impedance layer has the frequency F 0 . The thickness of the sound wave is substantially 0.35 times the wavelength when the sound wave propagates through the high acoustic impedance layer, and the correction layer has a wavelength of substantially 0 when the sound wave having the frequency F 0 propagates through the correction layer. It may be formed to a thickness 24 times.
In this piezoelectric thin film element, the resonance frequency temperature coefficient is set to “0” by disposing a correction layer having a delay time temperature coefficient opposite to that of the piezoelectric thin film made of zinc oxide (ZnO) on the piezoelectric thin film. And the film thicknesses of the high acoustic impedance layer and the low acoustic impedance layer are optimized with respect to the Q value.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view schematically showing a configuration example of a piezoelectric thin film element (SMR type piezoelectric thin film vibrator) according to an embodiment of the present invention. The piezoelectric thin film element includes an acoustic multilayer film 104 in which a high acoustic impedance layer 102 and a low acoustic impedance layer 103 are laminated in this order on a substrate 101 made of single crystal silicon or the like.
[0010]
On the acoustic multilayer film 104, a piezoelectric thin film 106 made of ZnO sandwiched between electrode films 105 and 107 is formed. The electrode films 105 and 107 are composed of, for example, a Cr film having a thickness of about 5 nm and an Au film having a thickness of about 30 nm. Here, assuming that the resonance frequency of the piezoelectric thin film 106 in a single state is F 0 , the film thickness of the piezoelectric thin film 106 is half the wavelength λ when the sound wave having the frequency F 0 propagates through the piezoelectric thin film 106. is there.
[0011]
By the way, the above-mentioned film thickness is generally expressed as “the film thickness of the piezoelectric thin film 106 has a thickness of ½λ”. Therefore, hereinafter, “λ” is used for the film thickness of each layer. For example, “the film thickness of the low acoustic impedance layer 103 is ¼λ” means that the film thickness of the low acoustic impedance layer 103 is that when the sound wave having the frequency F 0 propagates through the single low acoustic impedance layer 103. It indicates that the wavelength is ¼. Therefore, the value of “λ” is different in each layer.
[0012]
Here, if the film thickness of the piezoelectric thin film 106 is formed to about 700 nm, for example, the resonance frequency of the piezoelectric thin film element of FIG. 1 is about 3 GHz. However, in the case of the piezoelectric thin film element shown in FIG. 1, the resonance frequency is influenced not only by the thickness of the piezoelectric thin film 106 but also by the electrode films 105 and 107, and deviates from the theoretical value calculated from the thickness of the piezoelectric thin film 106. It is. If the influence of the electrode films 105 and 107 is large, for example, the thickness of the piezoelectric thin film 106 may be changed as appropriate.
[0013]
In the acoustic multilayer film 104, the high acoustic impedance layer 102 is made of, for example, ZnO, the low acoustic impedance layer 103 is made of, for example, SiO 2 , and the high acoustic impedance layer 102 is more than the low acoustic impedance layer 103. It is a layer with high acoustic impedance. These are relative.
The acoustic multilayer film 104 configured as described above allows the piezoelectric thin film 106 and the substrate 101 to be acoustically isolated, and resonance with a high Q value can be obtained. In addition, since the piezoelectric thin film 106 is held on the entire surface by the acoustic multilayer film 104, stable operation is possible.
[0014]
As the number of layers of the acoustic multilayer film 104 increases, the load impedance as viewed from the piezoelectric thin film 106 toward the substrate 101 decreases. Therefore, by making the acoustic multilayer film 104 a multilayer of, for example, 8 layers or more, the piezoelectric thin film 106 can be brought into a free state on both sides, and a resonance with a high Q value can be realized.
[0015]
In addition, in the present embodiment, the correction layer 108 made of SiO 2 is formed on the electrode film 107, and the thickness (d 1 ) of the correction layer 108 is formed to be 0.23λ to 0.25λ. low acoustic impedance layer 102 thickness of (d l) forms a 0.32Ramuda～0.34Ramuda, thickness of the high acoustic impedance layer 103 (d h) includes forming a 0.3λ~0.35λ Thus, the deterioration of the Q value is suppressed in a state where the resonance frequency temperature coefficient (TCF) of the piezoelectric thin film element shown in FIG. 1 is set to “0”.
[0016]
More preferably, the film thickness (d 1 ) of the correction layer 108 is substantially 0.24λ within the ranges of the film thicknesses described above, and the film thickness (d l ) of the low acoustic impedance layer 102. Is substantially 0.33λ, and the film thickness (d h ) of the high acoustic impedance layer 103 is substantially 0.35λ, so that the best Q value can be obtained.
[0017]
The SiO 2 thin film (amorphous) has a TCD (delay time temperature coefficient) opposite to that of the piezoelectric thin film 106 made of zinc oxide. Such a material is used as the correction layer 108 and each layer is added. As described above, the TCF of the piezoelectric thin film element shown in FIG. 1 can be set to “0” while suppressing the deterioration of the Q value.
[0018]
In the state where the film thicknesses of the low acoustic impedance layer 102 and the high acoustic impedance layer 103 are set to λ / 4, the film thickness d 1 of the correction layer 108 is set to about 0.2λ. It can be almost “0”. In addition, when the resonance frequency by the piezoelectric thin film 106 is about 3 GHz, having a thickness of λ / 4 means that the low acoustic impedance layer 102 made of SiO 2 is about 0.46 μm and the high acoustic impedance made of ZnO, for example. It shows that the layer 103 is about 0.41 μm.
[0019]
However, the inventors' investigation has revealed that the Q value is deteriorated by forming the correction layer 108.
According to the inventors' investigation, the thickness d 1 of the correction layer 108, the thickness d l of the low acoustic impedance layer 102, and the thickness d h of the high acoustic impedance layer 103 are changed while satisfying TCF = 0. Then, as shown in FIG. 3, it was found that there was a change in the Q value. In FIG. 3, a white square indicates a case where the film thickness d h of the high acoustic impedance layer 103 is 0.2λ, and a black triangle indicates a case where the film thickness d h of the high acoustic impedance layer 103 is 0.25λ. Open circles when the film thickness d h of the high acoustic impedance layer 103 and 0.3Ramuda, black squares when the film thickness d h of the high acoustic impedance layer 103 and 0.35Ramuda, open triangles of high acoustic impedance layer 103 This shows the case where the film thickness d h is 0.4λ. In FIG. 3, the film thickness d l of the low acoustic impedance layer is not shown.
[0020]
As is apparent from FIG. 3, the Q value is the best when the film thickness d h of the high acoustic impedance layer 103 is 0.35λ and the film thickness d 1 of the correction layer 108 is about 0.24λ. . At this time, the film thickness d l of the low acoustic impedance layer 104 is about 0.33λ. In addition, in each analysis result described above, the thickness of the electrode films 105 and 107 is 0.
[0021]
Accordingly, the correction layer 108 is formed at 0.24λ, the low acoustic impedance layer 102 is formed at 0.33λ, and the high acoustic impedance layer 103 is formed at 0.35λ, so that deterioration of the Q value is suppressed. , TCF can be set to “0”.
When the resonance frequency of the piezoelectric thin film element of FIG. 1 is about 2.4 GHz, the correction layer 108 having a film thickness of 0.24λ is about 450 nm. In the case of forming such a thin film, it is considered that each film thickness varies by about 0.02λ in consideration of manufacturing variations.
[0022]
In consideration of the characteristics shown in FIG. 3 in the presence of such variations, the correction layer 108 is formed in the range of 0.23λ to 0.25λ, and the high acoustic impedance layer 103 is set to 0, 3λ to 0, If it is formed within the range of 35λ, it can be said that a state in which the deterioration of the Q value is substantially suppressed while the TCF is set to “0” is obtained. Note that the film thickness of the low acoustic impedance layer 102 corresponding to the above-described range is 0.32λ to 0.34λ.
[0023]
In recent years, there has been a demand for higher frequency of the communication system as the amount of communication accelerates. However, as described above, according to the piezoelectric thin film element in the present embodiment, the TCF is substantially “0”. In addition, it is possible to provide an elastic wave device that can be used at a very high frequency with a high Q value.
In the above description, the ZnO layer is used for the high acoustic impedance layer and the SiO 2 layer is used for the low acoustic impedance layer. However, the present invention is not limited to this. You may make it use the acoustic multilayer film of another structure.
[0024]
【The invention's effect】
As described above, in the present invention, the correction layer made of SiO 2 is arranged on the piezoelectric thin film made of ZnO fixed to the acoustic multilayer film, and the acoustic multilayer film is configured together with the thickness of the correction layer. The film thickness of the low acoustic impedance layer and the high acoustic impedance layer is optimized. As a result, according to the present invention, it is possible to provide an excellent effect that it is possible to provide a piezoelectric thin film element having a TCF of substantially “0” in a state where deterioration of the Q value is suppressed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view schematically showing a configuration example of a piezoelectric thin film element in an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a characteristic diagram showing a change in TCF depending on the thickness of a correction layer.
FIG. 3 is a characteristic diagram showing a change in Q value depending on the thickness of the correction layer and the thickness of the high acoustic impedance layer.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 ... Substrate, 102 ... High acoustic impedance layer, 103 ... Low acoustic impedance layer, 104 ... Acoustic multilayer film, 105, 107 ... Electrode film, 106 ... Piezoelectric thin film, 108 ... Correction layer.

Claims (2)

基板の上に配置され、高音響インピーダンス層，これより音響インピーダンスの低い低音響インピーダンス層の順に積層された音響多層膜と、
この音響多層膜の上に形成された第１電極膜と、
この第１電極膜の上に形成されたＺｎＯからなる圧電薄膜と、
この圧電薄膜の上に形成された第２電極膜と、
この第２電極膜の上に形成されたＳｉＯ2からなる補正層と
を少なくとも備え、
前記圧電薄膜による共振周波数をＦ0としたとき、
前記低音響インピーダンス層は、周波数Ｆ0の音波が前記低音響インピーダンス層を伝搬するときの波長の０．３２倍〜０．３４倍の厚さに形成され、
前記高音響インピーダンス層は、周波数Ｆ0の音波が前記高音響インピーダンス層を伝搬するときの波長の０．３倍〜０．３５倍の厚さに形成され、
前記補正層は、周波数Ｆ0の音波が前記補正層を伝搬するときの波長の０．２３倍〜０．２５倍の厚さに形成され
たことを特徴とする圧電薄膜素子。An acoustic multilayer film disposed on a substrate and laminated in the order of a high acoustic impedance layer and a low acoustic impedance layer having a lower acoustic impedance;
A first electrode film formed on the acoustic multilayer film;
A piezoelectric thin film made of ZnO formed on the first electrode film;
A second electrode film formed on the piezoelectric thin film;
At least a correction layer made of SiO 2 formed on the second electrode film,
When the resonance frequency by the piezoelectric thin film is F 0 ,
The low acoustic impedance layer is formed to a thickness of 0.32 to 0.34 times the wavelength when a sound wave having a frequency F 0 propagates through the low acoustic impedance layer,
The high acoustic impedance layer is formed to a thickness of 0.3 to 0.35 times the wavelength when a sound wave having a frequency F 0 propagates through the high acoustic impedance layer,
The piezoelectric thin film element, wherein the correction layer is formed to have a thickness of 0.23 to 0.25 times a wavelength when a sound wave having a frequency F 0 propagates through the correction layer. 請求項１記載の圧電薄膜素子において、
前記低音響インピーダンス層は、周波数Ｆ0の音波が前記低音響インピーダンス層を伝搬するときの波長の実質的に０．３３倍の厚さに形成され、
前記高音響インピーダンス層は、周波数Ｆ0の音波が前記高音響インピーダンス層を伝搬するときの波長の実質的に０．３５倍の厚さに形成され、
前記補正層は、周波数Ｆ0の音波が前記補正層を伝搬するときの波長の実質的に０．２４倍の厚さに形成され
たことを特徴とする圧電薄膜素子。The piezoelectric thin film element according to claim 1, wherein
The low acoustic impedance layer is formed to a thickness of substantially 0.33 times the wavelength when a sound wave having a frequency F 0 propagates through the low acoustic impedance layer,
The high acoustic impedance layer is formed to a thickness of substantially 0.35 times the wavelength when a sound wave having a frequency F 0 propagates through the high acoustic impedance layer;
The piezoelectric thin film element, wherein the correction layer is formed to have a thickness substantially 0.24 times the wavelength when the sound wave having the frequency F 0 propagates through the correction layer.
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