JP5040172B2 - 薄膜圧電共振器と薄膜圧電フィルタ - Google Patents
薄膜圧電共振器と薄膜圧電フィルタ Download PDFInfo
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Description
上部電極の半径が100μmの円形で、中央部に一辺10μmの上部電極を除去した正方形部分が存在する図1に記載の薄膜圧電共振器を作製した。本実施例での各構成層の厚みは次のように設定した。下部電極をMoで厚み300nm、圧電層をAlNで厚み1700nm、上部電極をMoで厚み200nmとした。
図16(a)にこのようにして形成した共振器のインピーダンスおよび位相特性を示す。横音響モードによるノイズの発生が抑制されており、良好な薄膜圧電共振器が得られている。また、得られた薄膜圧電共振器の***振周波数における負荷Q値は、550であり高い値を示した。さらに、図15に示した梯子型回路にて形成したフィルタの通過特性を図16(b)に示す。後述する図17に示す従来技術により作製した薄膜圧電共振器で形成したフィルタの通過特性に比べ、帯域内および帯域外におけるスパイクノイズの発生が抑制され、良好なフィルタ特性を示すことがわかる。
上部電極の中央部に正方形部分を形成しないで、中央部まで上部電極が形成されている以外は、実施例1と同じ薄膜圧電共振器を作製した。即ち、上部電極、圧電層、下部電極の一部を除去する工程は行っていない。得られた薄膜圧電共振器のインピーダンス、位相特性を図17(a)に示す。図17(a)より明らかなように、横音響モードによるノイズが発生しており、実施例1においてノイズが抑制されていることがわかる。また、図15に示した梯子型回路にて形成したフィルタの通過特性を図17(b)に示す。通過帯域内および通過帯域外に多数のノイズが発生しており、横音響モードによるフィルタ特性の劣化が起こっていることが分かる。
上部電極の半径が100μmの円形で、中央部に一辺10μmの上部電極、下部電極、および圧電層を同一箇所で除去した正方形部分が存在する断面が図4の形態の薄膜圧電共振器を作製した。本実施例での各構成層の厚みは実施例1と同一とした。
図18(a)にこのようにして形成した共振器のインピーダンスおよび位相特性を示す。図17(a)に示した従来技術により作製した薄膜圧電共振器の特性と比較すると、横音響モードによるノイズの発生が大きく抑制されており、良好な薄膜圧電共振器が得られている。また、得られた薄膜圧電共振器の***振周波数における負荷Q値は、520であり高い値を示した。さらに、図15に示す梯子型回路にて形成した帯域通過フィルタの通過特性を図18(b)に示す。図17(b)に示した従来技術により作製した薄膜圧電共振器で形成したフィルタの通過特性に比べ、帯域内および帯域外におけるスパイクノイズの発生が抑制され、良好なフィルタ特性を示すことがわかる。
上部電極が一辺180μmの矩形で、中央部に一辺10μmと一辺30μmの矩形形状にて上部電極を除去した矩形部分が存在する図9に記載の薄膜圧電共振器を作製した。本実施例での各構成層の厚みは実施例1と同一とした。図19にこのようにして形成した共振器のインピーダンスおよび位相特性を示す。横音響モードによるノイズの発生が抑制されており、良好な薄膜圧電共振器が得られていることがわかる。また、得られた薄膜圧電共振器の***振周波数における負荷Q値は、470であり高い値を示した。
上部電極、圧電層、下部電極の一部を除去する工程を行わない以外は実施例3と同様な方法で、上部電極の中央部に矩形部分がなく、中央部まで上部電極が形成されている以外は実施例3と同じ薄膜圧電共振器を作製した。得られた薄膜圧電共振器のインピーダンス、位相特性を図20に示す。図20より明らかなように、横音響モードによるノイズが発生しており、実施例3において、横音響モードによるノイズの発生が抑制されていることがわかる。
上部電極の一辺が180μmの矩形で、中央部に一辺10μmと一辺30μmの矩形形状にて上部電極、下部電極、および圧電層を同一箇所で除去した矩形部分が存在する断面が図4の形態の薄膜圧電共振器を作製した。本実施例での各構成層の厚みは実施例1と同一とした。
特許文献2に示されている平行な辺を持たない多角形で、共振器面積を実施例1と同一となるようにして薄膜圧電共振器を作製した。得られた薄膜圧電共振器の横音響モードによるノイズは抑制されていたものの、***振周波数における負荷Qは320と低い値を示した。電極形状としては、平行な辺を持たない多角形より、円形または矩形が好ましいことがわかる。
上部電極と下部電極とが厚み方向で互いに重なる部分の外形が楕円形の共振器で、上部電極が短軸径100μm、長軸径140μmの楕円形で、中央部に一辺10μmの上部電極、下部電極、および圧電層を同一箇所で除去した正方形部分が存在する断面が図4の形態の薄膜圧電共振器を作製した。本実施例での各構成層の厚みは実施例1と同一とした。
図22にこのようにして形成した共振器のインピーダンスおよび位相特性を示す。図17(a)に示した従来技術により作製した薄膜圧電共振器の特性と比較すると、横音響モードによるノイズの発生が大きく抑制されており、良好な薄膜圧電共振器が得られている。また、得られた薄膜圧電共振器の***振周波数における負荷Q値は、500であり高い値を示した。
上部電極、圧電層、下部電極の一部を除去する工程を行わない以外は実施例5と同様な方法で、上部電極の中央部に矩形部分がなく、中央部まで上部電極が形成されている以外は実施例3と同じ薄膜圧電共振器を作製した。得られた薄膜圧電共振器のインピーダンス、位相特性を図23に示す。図22より明らかなように、横音響モードによるノイズが発生しており、実施例5において、横音響モードによるノイズの発生が抑制されていることがわかる。
4 エアーギャップ
6 基板
8 下部電極
10 上部電極
12 圧電共振器スタック
14 接続導体
16 フレーム層
18 下部誘電体層
20 上部誘電体層
22 音響インピーダンス変換器
30 犠牲層エッティング用貫通孔
40 上部電極を形成しない領域(上部電極層除去部)
42 上部電極を形成しない領域(上部電極および圧電層除去部)
44 上部電極を形成しない領域(上部電極、下部電極および圧電層除去部)
50 上記外形形状50の中心を通り、且つ直径の1/50の長さの直線
60 四角形の外形形状の2つの対角線の交点を通り、対角線の1/10の長さの直線
100 薄膜圧電フィルタ
101、102 入出力ポート
111、113、115 薄膜圧電フィルタの直列共振素子
112、114、116 薄膜圧電フィルタの分路共振素子
Claims (6)
- 圧電層と、該圧電層を挟んで対向するように形成された上部電極と下部電極とを有する薄膜圧電共振器であって、前記上部電極と下部電極とが厚み方向で互いに重なる部分の外形が円形であり、該円形の中心を通りかつ長さが直径の1/50の直線を含む領域には、前記上部電極を形成しておらず、該上部電極を形成していない領域の輪郭線と前記上部電極と下部電極とが厚み方向で互いに重なる部分の輪郭線とが平行でないことを特徴とする薄膜圧電共振器。
- 圧電層と、該圧電層を挟んで対向するように形成された上部電極と下部電極とを有する薄膜圧電共振器であって、前記上部電極と下部電極とが厚み方向で互いに重なる部分の外形が円形であり、該円形の中心を通りかつ長さが直径の1/20の直線を含む領域には、前記上部電極を形成しておらず、該上部電極を形成していない領域の輪郭線と前記上部電極と下部電極とが厚み方向で互いに重なる部分の輪郭線とが平行でないことを特徴とする薄膜圧電共振器。
- 圧電層と、該圧電層を挟んで対向するように形成された上部電極と下部電極とを有する薄膜圧電共振器であって、前記上部電極と下部電極とが厚み方向で互いに重なる部分の外形が楕円形であり、該楕円形に内接する円形の中心を通りかつ長さが該円の直径の1/50の直線を含む領域には、前記上部電極、下部電極、および圧電層を形成しておらず、該上部電極、下部電極、および圧電層を形成していない領域の輪郭線と前記上部電極と下部電極とが厚み方向で互いに重なる部分の輪郭線とが平行でないことを特徴とする薄膜圧電共振器。
- 圧電層と、該圧電層を挟んで対向するように形成された上部電極と下部電極とを有する薄膜圧電共振器であって、前記上部電極と下部電極とが厚み方向で互いに重なる部分の外形が楕円形であり、該楕円形に内接する円形の中心を通りかつ長さが該円の直径の1/10の直線を含む領域には、前記上部電極、下部電極、および圧電層を形成しておらず、該上部電極、下部電極、および圧電層を形成していない領域の輪郭線と前記上部電極と下部電極とが厚み方向で互いに重なる部分の輪郭線とが平行でないことを特徴とする薄膜圧電共振器。
- 前記楕円形が、長軸径の長さaと短軸径の長さbとの比、a/bが、1<a/b<1.9となる楕円形であり、前記上部電極と下部電極とが厚み方向で互いに重なる部分である振動部の厚みをt、前記振動部の厚み振動モードの次数をnとした場合、b>40t/nであることを特徴とする請求項3または4記載の薄膜圧電共振器。
- 請求項1〜5のいずれかに記載された薄膜圧電共振器を用いた薄膜圧電フィルタ。
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