JP7269719B2 - 圧電膜およびその製造方法、圧電デバイス、共振器、フィルタ並びにマルチプレクサ - Google Patents
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Description
図2(a)から図3(e)は、実施例1に係る直列共振器の製造方法を示す断面図である。図2(a)に示すように、平坦主面を有する基板10上に空隙を形成するための犠牲層38を形成する。犠牲層38の膜厚は、例えば10~100nmであり、酸化マグネシウム(MgO)、酸化亜鉛(ZnO)、ゲルマニウム(Ge)または酸化シリコン(SiO2)等のエッチング液またはエッチングガスに容易に溶解できる材料から選択される。その後、犠牲層38を、フォトリソグラフィ法およびエッチング法を用い所望の形状にパターニングする。犠牲層38の形状は、空隙30の平面形状に相当する形状であり、例えば共振領域50となる領域を含む。次に、犠牲層38および基板10上に下部電極12として下層12aおよび上層12bを形成する。犠牲層38および下部電極12は、例えば、スパッタリング法、真空蒸着法またはCVD(Chemical Vapor Deposition)法を用い成膜される。その後、下部電極12を、フォトリソグラフィ法およびエッチング法を用い所望の形状にパターニングする。下部電極12は、リフトオフ法により形成してもよい。
図4は、実施例1における圧電膜付近の断面模式図である。図4に示すように、接合面15において下部圧電膜14aと上部圧電膜14bとが直接接合されている。下部圧電膜14aおよび上部圧電膜14bは結晶粒44が積層方向に延伸する柱状構造を有する。結晶粒44の境界が粒界45である。接合面15において下部圧電膜14aと上部圧電膜14bの結晶粒44および粒界45は不連続である。結晶粒44および粒界45の一部は下部圧電膜14aを厚さ方向に貫通する。下部圧電膜14aでは、下部電極12付近には結晶粒44が多く形成されている。積層方向に行くに従い一部の結晶粒44は収束する。収束しない結晶粒44は積層方向に行くに従い大きくなる。上部圧電膜14bでは、下部圧電膜14aを上下逆にした構造になる。
圧電膜14に厚み縦振動などの振動が加わるとき、結晶粒44の粒界45ではすべりが生じる。このため、粒界45では弾性波エネルギーの損失が発生する。このため、平均結晶粒径が大きい領域ではマテリアルQが大きく、平均結晶粒界が小さい領域ではマテリアルQが小さくなる。そこで、圧電膜14内でマテリアルQが異なる場合について、厚み縦振動させたときの***振周波数におけるQ値Qaを有限要素法を用いシミュレーションした。
下部電極12:厚さが0.25μmのルテニウム膜
圧電膜14:膜厚が1.3μmnmのC軸配向の窒化アルミニウム
上部電極16:厚さが0.25μmのルテニウム膜
下部電極12と上部電極16との間に振幅が1Vであり周波数が1900MHzから2200MHzの交流電圧を印加してアドミッタンスの周波数依存を算出した。アドミッタンス特性の算出結果をmBVD(Modified Butterworth-Van-Dyke)モデルでフィッティングし***振周波数のQ値Qaを算出した。
図10(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10(a)に示すように、圧電膜14内に挿入膜は設けられていない。その他の構成は実施例1と同じであり説明を省略する。実施例1の変形例1のように、挿入膜28は設けられていなくてもよい。
図10(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10(b)に示すように、基板10の上面に窪みが形成されている。下部電極12は、基板10上に平坦に形成されている。これにより、空隙30が、基板10の窪みに形成されている。空隙30は共振領域50を含むように形成されている。その他の構成は、実施例1と同じであり説明を省略する。空隙30は、基板10を貫通するように形成されていてもよい。
図10(c)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10(c)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低い膜31aと音響インピーダンスの高い膜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。
12 下部電極
13a-13f、15a-15c 領域
14 圧電膜
14a 下部圧電膜
14b 上部圧電膜
15 接合面
16 上部電極
44 結晶粒
45 粒界
40 送信フィルタ
42 受信フィルタ
Claims (11)
- 圧電材料を含む複数の結晶粒を含み、厚さ方向の中央領域における平均結晶粒径は、前記厚さ方向における前記中央領域の両側の領域における平均結晶粒径より大きい圧電膜であって、
前記圧電膜の厚さ方向に積層された第1圧電膜および第2圧電膜を備え、
前記第1圧電膜と前記第2圧電膜との界面において前記複数の結晶粒は連続せず、
前記中央領域は前記界面を含み、
前記中央領域内の前記第1圧電膜の平均結晶粒径と前記中央領域内の前記第2圧電膜の平均結晶粒径とは、前記両側の領域における平均結晶粒径より大きい圧電膜。 - 前記中央領域における平均結晶粒径は、前記両側の領域における平均結晶粒径の1.5倍以上である請求項1に記載の圧電膜。
- 前記第1圧電膜および前記第2圧電膜における平均結晶粒径は、前記第1圧電膜および前記第2圧電膜の前記界面の反対の面から前記界面に行くに従い大きくなる請求項1または2に記載の圧電膜。
- 前記複数の結晶粒は柱状構造を有し、
前記厚さ方向の中央領域における前記厚さ方向から見た平均結晶粒径は、前記厚さ方向における前記両側の領域における前記厚さ方向から見た平均結晶粒径より大きい請求項1から3のいずれか一項に記載の圧電膜。 - 前記圧電材料は窒化アルミニウムである請求項1から4のいずれか一項に記載の圧電膜。
- 基板と、
前記基板上に設けられた請求項1から5のいずれか一項に記載の圧電膜と、
前記圧電膜の少なくとも一部を前記厚さ方向に挟み対向し、それぞれ前記両側の領域と接する第1電極および第2電極と、
を備える圧電デバイス。 - 基板と、
前記基板上に設けられた請求項1から5のいずれか一項に記載の圧電膜と、
前記圧電膜の少なくとも一部を前記厚さ方向に挟み対向し、それぞれ前記両側の領域と接する第1電極および第2電極と、
を備える共振器。 - 基板と、
前記基板上に設けられた請求項1から5のいずれか一項に記載の圧電膜と、
前記圧電膜の少なくとも一部を前記厚さ方向に挟み対向し、それぞれ前記両側の領域と接する第1電極および第2電極と、
前記第1圧電膜と前記第2圧電膜との間に設けられた挿入膜と、
を備える共振器。 - 請求項7または8に記載の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。
- 第1基板上に、成長するにしたがい結晶粒径が大きくなるように第1圧電膜を形成する工程と、
第2基板上に、成長するにしたがい結晶粒径が大きくなりかつ成長面が前記第1圧電膜の成長面と反対の分極面となるように第2圧電膜を形成する工程と、
前記第1圧電膜の前記第1基板と反対の表面と、前記第2圧電膜の前記第2基板と反対の表面と、を接合させる工程と、
を含む圧電膜の製造方法。
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