JP4428354B2 - 圧電薄膜共振子 - Google Patents
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Description
本発明は圧電体膜の厚み縦振動を利用した圧電薄膜共振子に関する。
一般に、携帯電話機などの通信機器では高周波化や小型化が進展しつつあり、このために、ＲＦ回路部の高性能化や小型化が要求されるようになってきている。この中で、通信機器の送受信部に用いられる高周波フィルタ等の高周波素子として、従来のＳＡＷ（Surface Acoustic Wave）素子と同等の性能を実現することが可能で、しかも、ＳＡＷ素子よりも高周波化および小型化の容易なＢＡＷ（Bulk Acoustic Wave）素子が注目されている。このＢＡＷ素子は、圧電体層を電極で挟んだ積層構造を有し、圧電体層に厚み方向の音響波を生じさせるものであり、高周波化が容易、耐電圧性が良好、小型化が容易などの利点を備えている（例えば、以下の特許文献１および２参照）。
上記のＢＡＷ素子としては、シリコン基板等からなる基板上に上記の積層構造を形成し、その後、積層構造の背後の基板部分をエッチングなどによって除去することによって共振部の縦振動を可能にした、ＦＢＡＲ（Film Bulk Acoustic Resonator）型の素子構造を備えたもの（特許文献１の図１および図３）と、音響インピーダンスの異なる層を交互に繰り返し積層してなる音響反射多層膜を上記の積層構造と基板との間に配置した、ＳＭＲ（Solid Mounted Resonator）型の素子構造を備えたもの（特許文献１の図２）と、が知られている。
ところで、このような薄膜圧電共振子においては、本来、厚み縦振動のみを利用したいものの、横方向が有限寸法をもつために波の横方向の伝播によるスプリアスが発生する。特に、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）など電気機械結合係数の大きな圧電材料を用いて圧電薄膜共振子を構成する場合、共振周波数や***振周波数の付近に横方向の伝播波の高調波成分が重畳され、共振波形が乱れ、発振器としてのジッタ特性、あるいはフィルタとしての挿入損失特性、が劣化してしまうという問題があった。
特開２００１−１５６５８２号公報
特開２００３−１５８４４２号公報
本発明は上記問題点を解決するものであり、その課題は、横方向伝播によるスプリアスを低減した、高性能な圧電薄膜共振子を提供することにある。
本発明にかかる圧電薄膜共振子は、
基板と、
前記基板の上方に形成された共振部であって、第１電極層と、圧電体層と、第２電極層とを有し、前記第１電極層と前記第２電極層とによって前記圧電体層に電界を与えることにより、前記圧電体層の厚み方向に音響振動が生成される共振部と、
を含み、
前記共振部の平面形状において、少なくとも一組の辺は平行をなし、かつ、平行をなす組の辺の間隔において最短の間隔は、少なくとも前記共振部の厚み以下である。
基板と、
前記基板の上方に形成された共振部であって、第１電極層と、圧電体層と、第２電極層とを有し、前記第１電極層と前記第２電極層とによって前記圧電体層に電界を与えることにより、前記圧電体層の厚み方向に音響振動が生成される共振部と、
を含み、
前記共振部の平面形状において、少なくとも一組の辺は平行をなし、かつ、平行をなす組の辺の間隔において最短の間隔は、少なくとも前記共振部の厚み以下である。
この圧電薄膜共振子によれば、横方向伝播によるスプリアスを低減することができ、優れた、発振器としてのジッタ特性、あるいはフィルタとしての挿入損失特性を達成できる。
本発明において、特定のＡ部材（以下、「Ａ部材」という。）の上方に設けられた特定のＢ部材（以下、「Ｂ部材」という。）というとき、Ａ部材の上に直接Ｂ部材が設けられた場合と、Ａ部材の上に他の層を介してＢ部材が設けられた場合とを含む意味である。
本発明の圧電薄膜共振子において、前記最短の間隔は、前記圧電体層の厚み以下であることができる。
本発明の圧電薄膜共振子において、前記共振部の平面形状は、一組の短辺と、一組の長辺とを有する四辺形であることができる。
本発明の圧電薄膜共振子において、前記一組の短辺は互いに平行でないことができる。
本発明の圧電薄膜共振子において、前記共振部の平面形状は、２回回転軸あるいは鏡映面をもたないことができる。
本発明の圧電薄膜共振子において、前記共振部は、前記基板に形成された開口部からなる自由振動領域内に平面的に収まるように配置されることができる。
本発明の圧電薄膜共振子において、さらに、前記基板の上方に形成された音響多層膜を有し、前記共振部は、前記音響多層膜の上方に形成され、かつ、該音響多層膜の領域内に平面的に収まるように配置されることができる。
また、ある実施形態では、基板と、前記基板の上方に配置された第１電極層と、前記第１電極層の上に配置された圧電体層と、前記圧電体層の上に配置された第２電極層と、を含み、前記基板の表面に垂直な方向から見て、前記第２電極層は第１の辺及び前記第１の辺に平行に対向する第２の辺を有し、前記第１の辺の少なくとも一部と前記第２の辺の少なくとも一部の間隔は、前記第１電極層の前記基板の側の面と前記第２電極層の上面との間の距離以下である。
また、ある実施形態では、前記基板の表面に垂直な方向から見て、前記第１の辺と前記圧電体層の第１の端部が略一致し、前記第２の辺と前記圧電体層の第２の端部が略一致している。
また、ある実施形態では、前記基板の表面に垂直な方向から見て、前記第１の辺と前記第１電極層の第１の端部が略一致し、前記第２の辺と前記第１電極層の第２の端部が略一致している。
また、ある実施形態では、基板と、前記基板の上方に配置された第１電極層と、前記第１電極層の上に配置された圧電体層と、前記圧電体層の上に配置された第２電極層と、を含み、前記基板の表面に垂直な方向から見て、前記第２電極層は第１の辺及び前記第１の辺に平行に対向する第２の辺を有し、前記第１の辺の少なくとも一部と前記第２の辺の少なくとも一部の間隔は、前記第１電極層の前記基板の側の面と前記第２電極層の上面との間の距離以下である。
また、ある実施形態では、前記基板の表面に垂直な方向から見て、前記第１の辺と前記圧電体層の第１の端部が略一致し、前記第２の辺と前記圧電体層の第２の端部が略一致している。
また、ある実施形態では、前記基板の表面に垂直な方向から見て、前記第１の辺と前記第１電極層の第１の端部が略一致し、前記第２の辺と前記第１電極層の第２の端部が略一致している。
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
１．第１実施形態
図１は、本実施形態の圧電薄膜共振子１００の構造を模式的に示す断面図であり、図２は、図１に示す圧電薄膜共振子１００を水平方向に９０度回転した状態で模式的に示す断面図である。
図１は、本実施形態の圧電薄膜共振子１００の構造を模式的に示す断面図であり、図２は、図１に示す圧電薄膜共振子１００を水平方向に９０度回転した状態で模式的に示す断面図である。
圧電薄膜共振子１００は、図１および図２に示すように、基板１上に、下地層２が形成されている。さらに、下地層２上に、共振部１０が形成されている。
基板１には、キャビティと呼ばれる開口部１ａが形成されている。開口部１ａは、基板１の裏面からのエッチング（ウエットエッチングまたはドライエッチング）によって形成される。この開口部１ａは、後述する下地層２をエッチングストップ層として用いて形成することができる。開口部１ａを設けることで、後述する共振部１０に対する機械的拘束力が低減され、共振部１０が自由に振動できるように構成される。図示例は、ＦＢＡＲ型の素子構造を示している。
基板１は、シリコン基板等の半導体基板、ガラス基板、サファイア基板、ダイヤモンド基板、セラミックス基板等の各種の基板を用いることができる。特に、シリコン基板等の半導体基板を用いることによって、基板１内に各種の半導体回路を作り込むことができるため、圧電体薄膜共振子と回路とを一体化することができる。この中でも、シリコン基板を用いることが一般的な半導体製造技術を利用できる点で有利である。
基板１上には、下地層２が形成されている。下地層２は、酸化シリコン層（ＳｉＯ２）、窒化シリコン層（Ｓｉ３Ｎ４）等の絶縁膜であり、２層以上の複合層で構成されていてもよい。下地層２は熱酸化法、ＣＶＤ法、スパッタリング法などで形成することができる。
下地層２上には、共振部１０が形成されている。共振部１０は、下部電極層（第１電極層）１２、圧電体層１４、上部電極層（第２電極層）１６が順次に積層された部分からなる。すなわち、本実施形態では、共振部１０は、図１および図２に示すように、平面的にみて、下部電極層１２，圧電体層１４および上部電極層１６が積層方向に重なっている領域をいう。また、図２に示すように、下地層２上に位置する下部電極層１２ａおよび上部電極層１６ａは、それぞれ電極の取り出し部を構成することができる。
下部電極層１２は、任意の電極材料を用いることができ、Ｐｔなどを例示できる。下部電極層１２は、基板１（下地層２）上に蒸着法、スパッタリング法等を用いて形成できる。下部電極層１２は必要に応じて適宜の平面形状となるようにパターニングされる。下地電極層１１の厚さはλ／４程度、或いはそれ以下であることが好ましい。実際には充分に低い電気抵抗値が得られるのであれば、音響振動に影響を与えないようにするために、λ／４の十分の一以下であることが望ましい。下部電極層１２の厚さは１０ｎｍ以上５μｍ以下とすることができる。
圧電体層１４は、任意の圧電材料を用いることができ、チタン酸ジルコン酸鉛、酸化亜鉛、窒化アルミニウムなどを例示できる。圧電体層１４の膜厚ｈは、共振波長をλとした場合、０．９×λ／２以上、１．１×λ／２以下であることが好ましく、特に圧電体層１４の膜厚ｈはλ／２であることが望ましい。これは、圧電体層１４内に積層方向の音響波を閉じ込めたときの波長λでの共振条件を成立させるためである。共振周波数を高くすることにこだわらないのであれば、上記λ／２の代わりにその自然数倍の値を用いることができる。圧電体層１４の厚さは、１００ｎｍ以上１０μｍ以下とすることができる。
本実施形態の場合には下部電極層１２と上部電極層１６の間には圧電体層１４のみが存在するが、両電極間に上記の圧電体層１４以外の層を形成しても構わない。この場合、共振条件に応じて圧電体層１４の膜厚を適宜に変更すればよい。
圧電体層１４は、蒸着法、スパッタリング法、レーザーアブレーション法、ＣＶＤ法などの種々の方法で形成することができる。例えば、レーザーアブレーション法を用いてＰＺＴＮからなる圧電体層１４を形成する場合には、レーザー光をチタン酸ジルコン酸鉛用ターゲット、例えば、Ｐｂ１．０５Ｚｒ０．５２Ｔｉ０．４８ＮｂＯ３のターゲットに照射し、このターゲットから鉛原子、ジルコニウム原子、チタン原子、および酸素原子をアブレーションによって放出させ、レーザーエネルギーによってプルームを発生させ、このプルームを基板１に向けて照射する。このようにすると、下部電極層１２上にチタン酸ジルコン酸鉛の薄膜が形成される。圧電体層１４は適宜の平面形状となるようにパターニングされる。圧電体層１４のパターニングは通常のフォトリソグラフィ法によって行うことができる。
上部電極層１６は、任意の電極材料を用いることができ、Ｐｔなどを例示できる。上部電極層１６は、蒸着法、スパッタリング法、ＣＶＤ法等によって形成することができる。上部電極層１６は、適宜の平面形状となるようにパターニングが施される。下部電極層１２の厚さは、λ／４程度、あるいはそれ以下であることが好ましい。実際には充分に低い電気抵抗値が得られるのであれば、音響振動に影響を与えないようにするために、λ／４の十分の一以下であることが望ましい。下部電極層１２の厚さは、１０ｎｍ以上５μｍ以下とすることができる。
次に、本実施形態における共振部１０の形状、大きさ、および配置の特徴について説明する。
共振部１０は、基板１に形成された開口部１ａからなる自由振動領域内に平面的に収まるように配置されている。具体的には、図３（Ａ），（Ｂ）に示すように、共振部１０を平面的にみたときに、共振部１０は開口部１ａの内側に配置される。このように共振部１０が配置されることにより、基板１などの拘束部分を振動させることがなく、振動エネルギーの損失が少ない高効率の圧電薄膜共振子１００を得ることができる。
本実施形態においては、共振部１０の平面形状において、少なくとも一組の辺は平行をなし、かつ、平行をなす組の辺の間隔において最短の間隔は、少なくとも前記共振部の厚み以下であることが好ましい。
具体的には、図３（Ａ），（Ｂ）に示すように、共振部１０の平面形状は、長方形あるいは台形とすることができる。図３（Ａ）に示す例では、対向する１組の長辺１４ａと長辺１４ｂとは平行であり、対向する１組の短辺１４ｃと短辺１４ｄも平行である。図３（Ｂ）に示す例では、対向する１組の長辺１４ａと長辺１４ｂとは平行であり、対向する１組の短辺１４ｃと短辺１４ｄとは平行をなさない。また、図３（Ｂ）に示す例では、共振部１０の平面形状は、平行でない短辺１４ｃと短辺１４ｄとは、２回回転軸あるいは鏡映面をもたないことが望ましい。共振部１０がこのような台形の平面形状を有することにより、短辺１４ｃと１４ｄを反射面とする横方向伝播の波を消滅させることができる。その結果、かかる共振部１０を有する圧電薄膜共振子１００は、平面形状が長方形の場合に比べて、横方向伝播によるスプリアスをさらに低減することができ、さらに優れた、発振器としてのジッタ特性、あるいはフィルタとしての挿入損失特性を得ることができる。
また、図１および図３（Ａ），（Ｂ）に示すように、共振部１０は、平行をなす組の辺の間隔において最短の間隔、すなわち、１組の長辺１４ａと辺１４ｂとの間隔（共振部１０の幅）Ｗは、共振部１０の厚み（高さ）Ｈ以下であることが望ましい。圧電体層１４の厚みｈが電極層１２，１６の厚みより充分に大きい場合には、共振部１０の幅Ｗは、圧電体層１４の厚みｈ以下であることもできる。このような共振部１０の幅Ｗと厚みＨの関係を有することにより、長辺１４ａと１４ｂを反射面とする横方向伝播の波の周波数を縦方向伝播の周波数より大きくすることによって、スプリアスと共振周波数を分離するという作用効果を達成できる。
以下に、共振部１０の構成例について述べる。
（Ａ） まず、共振部１０の平面形状が長方形の例（図３（Ａ）参照）について述べる。具体的には、共振部１０において、下部電極層１２の厚みが０．５μｍ、圧電体層１４の厚みが１μｍ、上部電極層１６の厚みが０．５μｍで、積層構造全体（共振部１０）の厚さＨが２．０μｍであり、共振部１０の長辺の長さが８０μｍ、短辺の長さが１．２５μｍである。そして、共振部１０は、平面的にみて、長辺１００μｍ、短辺１０μｍの自由振動領域（開口部１ａ）の中に収まっている。なお、開口部１ａの上記長辺および短辺は、該開口部１ａの下地層２と接する部分の長さをいう。
このような共振部１０を有する圧電薄膜共振子１００において、縦波速度が４０００ｍ／ｓのとき、共振周波数は１ＧＨｚとなり、電気機械結合係数が４０％のとき、***振周波数は１．５ＧＨｚとなる。一方、長辺を反射面とする横方向伝播の波については、伝播速度が４０００ｍ／ｓのとき、基本波が１．６ＧＨｚとなり、縦波の共振周波数や***振周波数の付近にはスプリアスは生じない。
（Ｂ） 次に、共振部１０の平面形状が台形の例（図３（Ｂ）参照）について述べる。具体的には、共振部１０において、下部電極層１２の厚みが０．５μｍ、圧電体層１４の厚みが１μｍ、上部電極層１６の厚みが０．５μｍで、積層構造全体（共振部１０）の厚さＨが２．０μｍであり、一組の平行な辺の間隔Ｗが１．２５μｍ、一組の平行な辺のうち長い辺が８０μｍ、短い辺が７０μｍである。したがって、共振部１０の平面形状は、２回回転軸あるいは鏡映面をもたないような台形である。この共振部１０は、平面的にみて、長辺１００μｍ、短辺１０μｍの自由振動領域（開口部１ａ）の中に収まっている。なお、開口部１ａの上記長辺および短辺は、該開口部１ａの下地層２と接する部分の長さをいう。
このような共振部１０を有する圧電薄膜共振子１００において、縦波速度が４０００ｍ／ｓのとき、共振周波数は１ＧＨｚとなり、電気機械結合係数が４０％のとき、***振周波数は１．５ＧＨｚとなる。一方、一組の平行な長辺の組を反射面とする横方向伝播の波については、伝播速度が４０００ｍ／ｓのとき、基本波が１．６ＧＨｚとなり、縦波の共振周波数や***振周波数の付近にはスプリアスは生じない。さらに、一組の平行な長辺に平行な方向の横波の伝播に対しては、平行な辺の組合せがないため、定在波が存在せず、スプリアスが生じない。
本実施形態によれば、以下のような特徴を有する。すなわち、本実施形態では、前述した、共振部１０の平面形状における特徴と、共振部１０の幅Ｗと厚みＨとの関係における特徴とを有することにより、横方向伝播によるスプリアスを効果的に低減することができる。その結果、発振器としてのジッタ特性、あるいはフィルタとしての挿入損失特性が優れた圧電薄膜共振子１００を得ることができる。
２．第２実施形態
図４は、本実施形態の圧電薄膜共振子２００の構造を模式的に示す断面図である。図１および図２に示す、第１実施形態の圧電薄膜共振子１００と実質的に同じ部材には同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。第２実施形態の圧電薄膜共振子２００は、第１実施形態の圧電薄膜共振子１００と、自由振動領域を構成する開口部の構造が異なる。
図４は、本実施形態の圧電薄膜共振子２００の構造を模式的に示す断面図である。図１および図２に示す、第１実施形態の圧電薄膜共振子１００と実質的に同じ部材には同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。第２実施形態の圧電薄膜共振子２００は、第１実施形態の圧電薄膜共振子１００と、自由振動領域を構成する開口部の構造が異なる。
圧電薄膜共振子２００は、図４に示すように、基板１上に、下地層２が形成されている。さらに、下地層２上に、共振部１０が形成されている。
基板１には、エアギャップといわれる開口部１ｂが形成されている。開口部１ｂは、第１実施形態の開口部１ａと異なり、基板１の途中まで掘られている。このような開口部１ｂは、基板１の表面から基板１の途中までエッチング（ウエットエッチングまたはドライエッチング）することによって形成される。開口部１ａを設けることで、共振部１０に対する機械的拘束力が低減され、共振部１０が自由に振動できるように構成される。図示例は、ＦＢＡＲ型の素子構造を示している。基板１としては、第１実施形態で述べたものと同様のものを用いることができる。
エアギャップ構造の開口部１ｂは、公知の方法で形成することができる。例えば、開口部１ｂは、図５（Ａ）ないし（Ｃ）に示す方法で形成することができる。
まず、図５（Ａ）で示すように、基板１に凹部１ｃを形成する。凹部１ｃは、公知のフォトリソグラフィーおよびエッチングによって形成することができる。
次いで、図５（Ｂ）で示すように、凹部１ｃの表面に沿ってエッチングストッパ層１ｄを形成する。エッチングストッパ層１ｄは、基板１とエッチングにおいて選択比の異なる材料を用いて形成される。例えば、基板１がシリコン基板の場合、エッチングストッパ層１ｄとしては酸化シリコン層を用いることができる。さらに、エッチングストッパ層１ｄの内部に犠牲層１ｅを形成する。犠牲層１ｅとしては、基板１およびエッチングストッパ層１ｄとエッチングにおいて選択比の異なる材料を用いて形成される。基板１がシリコン基板で、エッチングストッパ層１ｄが酸化シリコン層の場合、犠牲層１ｅとして、例えばポリシリコンを用いることができる。
次いで、図５（Ｃ）に示すように、基板１、エッチングストッパ層１ｄおよび犠牲層１ｄ上に、下地層２を形成する。下地層２としては、第１実施形態で述べたと同様のものを用いることができる。さらに、下地層２上に、第１実施形態で述べたように、下部電極層１２，圧電体層１４および上部電極層１６を形成する。その後、下地層２にエッチング液を供給するための開口部２ａを形成する。そして、この開口部２ａを介して犠牲層１ｅをエッチングするためのエッチャント（エッチング液やエッチングガス）を供給することによって、犠牲層１ｅをエッチングする。以上の工程によって、図４に示す開口部１ｂを形成することができる。
本実施形態においても、第１実施形態と同様な共振部１０を有する。そして、本実施形態においても、共振部１０は、基板１に形成された開口部１ａからなる自由振動領域内に平面的に収まるように配置されている。具体的には、図３（Ａ），（Ｂ）に示すように、共振部１０を平面的にみたときに、共振部１０は開口部１ａの内側に配置される。このように共振部１０が配置されることにより、基板１などの拘束部分を振動させることがなく、振動エネルギーの損失が少ない高効率の圧電薄膜共振子１００を得ることができる。
また、本実施形態においても、第１実施形態と同様に、共振部１０の平面形状において、少なくとも一組の辺は平行をなし、かつ、平行をなす組の辺の間隔において最短の間隔は、少なくとも前記共振部の厚み以下であることが好ましい。具体的には、図３（Ａ），（Ｂ）に示すように、共振部１０の平面形状は、長方形あるいは台形とすることができる。共振部１０の平面形状については、既に第１実施形態で述べたので、詳細な記載を省略する。さらに、第１実施形態と同様に、図４に示すように、共振部１０の幅Ｗは、共振部１０の厚み（高さ）Ｈ以下であることが望ましい。圧電体層１４の厚みｈが電極層１２，１６の厚みより充分に大きい場合には、共振部１０の幅Ｗは、圧電体層１４の厚みｈ以下であることもできる。このような共振部１０の幅Ｗと厚みＨの関係を有することにより、長辺１４ａと１４ｂを反射面とする横方向伝播の波の周波数を縦方向伝播の周波数より大きくすることによって、スプリアスと共振周波数を分離するという作用効果を達成できる。
本実施形態によれば、第１実施形態と同様に、以下のような特徴を有する。すなわち、本実施形態では、前述した、共振部１０の平面形状における特徴と、共振部１０の幅Ｗと厚みＨとの関係における特徴とを有することにより、横方向伝播によるスプリアスを効果的に低減することができる。その結果、発振器としてのジッタ特性、あるいはフィルタとしての挿入損失特性が優れた圧電薄膜共振子２００を得ることができる。
３．第３実施形態
図６は、本実施形態の圧電薄膜共振子３００の構造を模式的に示す断面図である。図１および図２に示す、第１実施形態の圧電薄膜共振子１００と実質的に同じ部材には同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。第３実施形態の圧電薄膜共振子３００は、第１実施形態の圧電薄膜共振子１００と自由振動領域を構成する領域の構造が異なり、ＳＭＲ型素子である。
図６は、本実施形態の圧電薄膜共振子３００の構造を模式的に示す断面図である。図１および図２に示す、第１実施形態の圧電薄膜共振子１００と実質的に同じ部材には同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。第３実施形態の圧電薄膜共振子３００は、第１実施形態の圧電薄膜共振子１００と自由振動領域を構成する領域の構造が異なり、ＳＭＲ型素子である。
圧電薄膜共振子３００は、図６に示すように、基板１上に、音響多層膜３が形成されている。さらに、音響多層膜３上に、共振部１０が形成されている。基板１としては、第１実施形態で述べたものと同様のものを用いることができる。
音響多層膜３は、音響インピーダンスの異なる層を繰り返し積層して構成される。具体的には、音響インピーダンスの低い層と音響インピーダンスの高い層が交互に積層されている。音響インピーダンスが低い層としては、例えば酸化シリコン層を、音響インピーダンスが高い層としては、例えばタングステン層や窒化アルミニウム層を用いることができる。
音響多層膜３は、第１実施形態および第２実施形態の開口部１ａ、１ｂと同様の機能を有し、弾性波を反射することができる。音響多層膜３は、公知の方法で形成することができる。例えば、基板１上に、上述した音響インピーダンスの高い層と、音響インピーダンスの低い層とを公知の成膜方法、例えばスパッタ法、蒸着法、ＣＶＤ法で交互に成膜することで形成できる。
本実施形態においても、第１実施形態と同様な共振部１０を有する。そして、本実施形態においても、共振部１０は、基板１に形成された音響多層膜３からなる自由振動領域内に平面的に収まるように配置されている。具体的には、図３（Ａ），（Ｂ）に示すように、共振部１０を平面的にみたときに、共振部１０は音響多層膜３（開口部１ａに相当する）の内側に配置される。このように共振部１０が配置されることにより、基板１などの拘束部分を振動させることがなく、振動エネルギーの損失が少ない高効率の圧電薄膜共振子３００を得ることができる。
また、本実施形態においても、第１実施形態および第２実施形態と同様に、共振部１０の平面形状において、少なくとも一組の辺は平行をなし、かつ、平行をなす一組の辺の間隔において最短の間隔は、少なくとも前記共振部の厚み以下であることが好ましい。具体的には、図３（Ａ），（Ｂ）に示すように、共振部１０を平面形状は、長方形あるいは台形とすることができる。共振部１０の平面形状については、既に第１実施形態で述べたので、詳細な記載を省略する。さらに、第１実施形態と同様に、図６に示すように、共振部１０の幅Ｗは、共振部１０の厚み（高さ）Ｈ以下であることが望ましい。圧電体層１４の厚みｈが電極層１２，１６の厚みより充分に大きい場合には、共振部１０の幅Ｗは、圧電体層１４の厚みｈ以下であることもできる。このような共振部１０の幅Ｗと厚みＨの関係を有することにより、長辺１４ａと１４ｂを反射面とする横方向伝播の波の周波数を縦方向伝播の周波数より大きくすることによって、スプリアスと共振周波数を分離するという作用効果を達成できる。
本実施形態によれば、第１実施形態、第２実施形態と同様に、以下のような特徴を有する。すなわち、本実施形態では、前述した、共振部１０の平面形状における特徴と、共振部１０の幅Ｗと厚みＨとの関係における特徴とを有することにより、横方向伝播によるスプリアスを効果的に低減することができる。その結果、発振器としてのジッタ特性、あるいはフィルタとしての挿入損失特性が優れた圧電薄膜共振子３００を得ることができる。
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。たとえば、本発明は、実施形態で説明した構成と実質的に同一の構成（たとえば、機能、方法および結果が同一の構成、あるいは目的および効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成または同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
１…基板、１ａ…開口部、１ｂ…開口部、２…下地層、３…音響多層膜、１０…共振部、１２…下部電極層、１４…圧電体層、１６…上部電極層、１００，２００，３００…圧電薄膜共振子
Claims (10)
- 基板と、
前記基板の上方に形成された共振部であって、第１電極層と、圧電体層と、第２電極層とを有し、前記第１電極層と前記第２電極層とによって前記圧電体層に電界を与えることにより、前記圧電体層の厚み方向に音響振動が生成される共振部と、
を含み、
前記共振部の平面形状において、少なくとも一組の辺は平行をなし、かつ、平行をなす組の辺の間隔において最短の間隔は、少なくとも前記共振部の厚み以下である、圧電薄膜共振子。 - 請求項１において、
前記最短の間隔は、前記圧電体層の厚み以下である、圧電薄膜共振子。 - 請求項１または２において、
前記共振部の平面形状は、一組の短辺と、一組の長辺とを有する四辺形である、圧電薄膜共振子。 - 請求項３において、
前記一組の短辺は互いに平行でない、圧電薄膜共振子。 - 請求項４において、
前記共振部の平面形状は、２回回転軸あるいは鏡映面をもたない、圧電薄膜共振子。 - 請求項１ないし５のいずれかにおいて、
前記共振部は、前記基板に形成された開口部からなる自由振動領域内に平面的に収まるように配置される、圧電薄膜共振子。 - 請求項１ないし５のいずれかにおいて、
さらに、前記基板の上方に形成された音響多層膜を有し、
前記共振部は、前記音響多層膜の上方に形成され、かつ、該音響多層膜の領域内に平面的に収まるように配置される、圧電薄膜共振子。 - 基板と、
前記基板の上方に配置された第１電極層と、
前記第１電極層の上に配置された圧電体層と、
前記圧電体層の上に配置された第２電極層と、
を含み、
前記基板の表面に垂直な方向から見て、前記第２電極層は第１の辺及び前記第１の辺に平行に対向する第２の辺を有し、
前記第１の辺の少なくとも一部と前記第２の辺の少なくとも一部の間隔は、前記第１電極層の前記基板の側の面と前記第２電極層の上面との間の距離以下である、圧電薄膜共振子。 - 請求項８において、
前記基板の表面に垂直な方向から見て、前記第１の辺と前記圧電体層の第１の端部が略一致し、前記第２の辺と前記圧電体層の第２の端部が略一致している、圧電薄膜共振子。 - 請求項９において、
前記基板の表面に垂直な方向から見て、前記第１の辺と前記第１電極層の第１の端部が略一致し、前記第２の辺と前記第１電極層の第２の端部が略一致している、圧電薄膜共振子。
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