WO2013065488A1 - 圧電薄膜共振子、フィルタ装置及びデュプレクサ - Google Patents

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WO2013065488A1
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piezoelectric thin
resonator
resonators
aluminum nitride
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圭一 梅田
高志 三宅
聖人 荒木
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株式会社村田製作所
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Definitions

  • the present invention relates to a piezoelectric thin film resonator and a filter device using an aluminum nitride-based material, and more particularly to a piezoelectric thin film resonator, a filter device and a duplexer using an aluminum nitride film containing Sc.
  • Patent Document 1 discloses a method of manufacturing a piezoelectric thin film used for such a piezoelectric thin film resonator. That is, Patent Document 1 discloses a method of sputtering aluminum and scandium at a substrate temperature in the range of 5 ° C. to 450 ° C. in a nitrogen gas atmosphere. Accordingly, it is described that the content of scandium can be in the range of 0.5 to 50 atomic% and the piezoelectric response can be improved. In Patent Document 1, the scandium content in the Sc-containing aluminum nitride thin film is 0.5 to 50 atomic% as described above, and is preferably in the range of 35 to 43 atomic%, and is preferably 43 atomic%. Most preferred.
  • An object of the present invention is to provide a piezoelectric thin film resonator using a Sc-containing aluminum nitride thin film, having a sufficient specific band and a small absolute value of the frequency temperature coefficient TCF.
  • Another object of the present invention is to provide a filter device and a duplexer having the piezoelectric thin film resonator as at least one resonator, having a sufficient bandwidth and good frequency temperature characteristics.
  • the piezoelectric thin film resonator according to the present invention is a piezoelectric thin film comprising a Sc-containing aluminum nitride film having an Sc concentration of 0.5 atomic% to 24 atomic% when the total number of scandium atoms and aluminum atoms is 100 atomic%.
  • a first electrode and a second electrode provided so as to be opposed to each other with the piezoelectric thin film interposed therebetween, and a substrate supporting a piezoelectric vibrating portion including the piezoelectric thin film and the first electrode and the second electrode.
  • An excitation unit in which the first and second electrodes are opposed to each other with the piezoelectric thin film interposed therebetween is disposed with a gap from the upper surface of the substrate.
  • the piezoelectric thin film resonator according to the present invention preferably further includes a protective film that covers at least a part of the piezoelectric vibrating portion.
  • the protective film is preferably made of aluminum nitride or Sc-containing aluminum nitride.
  • a filter device having a plurality of piezoelectric thin film resonators having a plurality of piezoelectric thin film resonators.
  • at least one of the plurality of piezoelectric thin film resonators is a piezoelectric thin film resonator including an aluminum nitride film not containing Sc as a piezoelectric thin film, and the remaining piezoelectric thin film resonators are It consists of a piezoelectric thin film resonator constructed according to the invention.
  • a filter device having a plurality of piezoelectric thin film resonators having a plurality of piezoelectric thin film resonators.
  • the plurality of piezoelectric thin film resonators are piezoelectric thin film resonators configured according to the present invention, and at least one piezoelectric thin film resonator is a piezoelectric thin film resonator using a fundamental wave propagating through the piezoelectric thin film.
  • at least one of the piezoelectric thin film resonators further includes a silicon oxide film laminated on a piezoelectric thin film made of an Sc-containing aluminum nitride film, and is twice the bulk wave propagating through the piezoelectric thin film Using waves.
  • a duplexer including a reception filter having a plurality of piezoelectric thin film resonators and a transmission filter having a plurality of piezoelectric thin film resonators is provided. Roll-off of the frequency gap between the pass band of the transmission filter and the pass band of the reception filter among the plurality of piezoelectric thin film resonators constituting the transmission filter and the plurality of piezoelectric thin film resonators constituting the reception filter.
  • the piezoelectric thin film resonator that determines the characteristics is a piezoelectric thin film resonator having an aluminum nitride film as a piezoelectric thin film, and the remaining piezoelectric thin film resonator is a piezoelectric thin film resonator configured according to the present invention.
  • the resonator that determines the frequency gap uses an aluminum nitride thin film that does not contain Sc, it is possible to improve the frequency temperature characteristics while improving the attenuation characteristics at the end of the passband that faces the frequency gap. it can. Moreover, since the remaining piezoelectric thin film resonators are composed of piezoelectric thin film resonators configured according to the present invention, a sufficient bandwidth and good frequency temperature characteristics can be realized. In addition, it is possible to reduce or omit the inductance required for bandwidth expansion.
  • duplexer including a reception filter having a plurality of piezoelectric thin film resonators and a transmission filter having a plurality of piezoelectric thin film resonators is provided.
  • the piezoelectric thin film resonator for determining the roll-off characteristics of the present invention further comprises a silicon oxide film laminated on a piezoelectric thin film made of an Sc-containing aluminum nitride film, and uses a double wave propagating through the piezoelectric thin film.
  • the remaining piezoelectric thin film resonators are configured in accordance with the present invention, and are composed of piezoelectric thin film resonators utilizing a fundamental wave of a bulk wave propagating through the piezoelectric thin film.
  • the scandium concentration is in the range of 0.5 atomic% to 24 atomic%, both a sufficient specific bandwidth and good frequency-temperature characteristics are achieved. It becomes possible.
  • FIG. 1 is a front sectional view of a piezoelectric thin film resonator according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the scandium concentration in the piezoelectric thin film resonator of the first embodiment, the specific band of the resonator, and the TCF.
  • FIG. 3 is a circuit diagram of a filter device as a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating attenuation frequency characteristics of the filter device according to the second embodiment.
  • FIG. 5 is a circuit diagram of a duplexer as a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a circuit diagram showing a duplexer as a fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a front sectional view of a piezoelectric thin film resonator according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the scandium concentration in the piezoelectric thin film resonator of the
  • FIG. 7 is a circuit diagram of a duplexer as a fifth embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a front sectional view of a piezoelectric thin film resonator as a fifth embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a front sectional view of a piezoelectric thin film resonator according to a sixth embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a front sectional view showing a piezoelectric thin film resonator according to a first embodiment of the present invention.
  • the piezoelectric thin film resonator 1 has a substrate 2.
  • the substrate 2 is made of an appropriate insulating material.
  • the substrate 2 is made of a Si substrate.
  • An insulating film 3 is formed on the substrate 2. Although the insulating film 3 does not necessarily need to be provided, the insulating film 3 is provided because it is necessary for a process for forming the gap A described later.
  • the insulating film 3 is made of silicon oxide in this embodiment.
  • a protective film 4 for protecting the resonator part is formed on the insulating film 3.
  • the protective film 4 is made of silicon oxide. Further, the central portion of the protective film 4 is separated from the substrate 2 and the insulating film 3 through the gap A.
  • the protective film 4 may be made of an insulating material other than silicon oxide.
  • the protective film 4 may be made of, for example, silicon oxynitride, silicon nitride, aluminum nitride, Sc-containing aluminum nitride, or the like.
  • the protective film 4 is preferably made of aluminum nitride or Sc-containing aluminum nitride.
  • a first electrode 5 is formed on the protective film 4.
  • a piezoelectric thin film 6 made of an Sc-containing aluminum nitride film is formed on the first electrode 5.
  • the Sc-containing aluminum nitride film contains Sc at a ratio of 0.5 to 24 atomic%.
  • Such an Sc-containing aluminum nitride film can be formed by sputtering using Sc and aluminum nitride as targets.
  • a second electrode 7 is laminated on the piezoelectric thin film 6. Above the gap A, the first electrode 5 and the second electrode 7 face each other with the piezoelectric thin film 6 interposed therebetween. A portion where the first electrode 5 and the second electrode 7 face each other constitutes an excitation unit. That is, when an AC voltage is applied, a bulk wave is generated by the piezoelectric effect.
  • the first electrode 5 and the second electrode 7 are made of an appropriate conductive material.
  • a conductive material metals such as Pt, Au, Ti, Mo, W, Cr, Al, Ru, or alloys thereof can be used.
  • the first electrode 5 and the second electrode 7 may be formed of a stacked metal film formed by stacking a plurality of metal films.
  • a protective film 8 is formed so as to cover the second electrode 7.
  • the protective film 8 is made of an appropriate insulating material that can protect the second electrode 7 and the piezoelectric thin film 6 made of the Sc-containing aluminum nitride film from the outside. Examples of such an insulating material include silicon oxide, silicon oxynitride, silicon nitride, aluminum nitride, and Sc-containing aluminum nitride.
  • the protective film 8 is formed of silicon oxide.
  • the protective film 4 is in close contact with the insulating film 3 around the portion where the excitation unit is provided, that is, outside the gap A. Therefore, the height of other layers stacked on the protective film 4 is also lower than that of the excitation unit.
  • first electrode pad 9 is disposed outside the portion where the gap A is provided so as to be connected to the first electrode 5.
  • electrode pad 10 electrically connected to the second electrode 7 is disposed in a region outside the portion where the gap A is provided.
  • a bulk wave propagating on the piezoelectric thin film 6 is excited by applying an alternating electric field between the first and second electrodes 5 and 7.
  • Resonance characteristics can be obtained by utilizing the resonance phenomenon caused by the fundamental wave of the bulk wave.
  • the feature of this embodiment is that Sc is contained in the range of 0.5 atomic% to 24 atomic% in the Sc-containing aluminum nitride film. Thereby, it is possible to achieve both a sufficient ratio band and good frequency temperature characteristics.
  • Sc is contained in the range of 0.5 atomic% to 24 atomic% in the Sc-containing aluminum nitride when the total number of scandium atoms and aluminum atoms is 100 atomic%. It means that the ratio of Sc is 0.5 atomic% to 24 atomic%.
  • FIG. 2 shows the relationship between the Sc concentration of the Sc-containing aluminum nitride thin film, the resonator ratio band, and the TCF in the piezoelectric thin film resonator 1 of the above embodiment. As can be seen from FIG. 2, as the Sc concentration increases, the specific band of the resonator becomes wider.
  • the frequency temperature coefficient TCF decreases as the Sc concentration increases, the frequency temperature coefficient TCF gradually decreases particularly when the Sc concentration is in the range of 0.5 atomic% to 24 atomic%. When it exceeds 24 atomic%, as is apparent from FIG. 2, the absolute value of the frequency temperature coefficient TCF increases rapidly.
  • the specific band may be about several percent. That is, it is sufficient that the specific bandwidth is about 3% to 7%. Therefore, FIG. 2 shows that the absolute value of the frequency temperature coefficient TCF can be made sufficiently small while ensuring a sufficient specific bandwidth if the Sc concentration is in the range of 0.5 to 24 atomic%.
  • the change rate of the specific band of the resonator and the change rate of the frequency temperature coefficient TCF are small. Therefore, even if the Sc concentration varies slightly due to process reasons, it is difficult for variations in the ratio band and frequency temperature coefficient TCF to occur. Therefore, the piezoelectric thin film resonator 1 having desired characteristics can be obtained stably.
  • FIG. 3 is a circuit diagram of a filter device as a second embodiment of the present invention.
  • the filter device 11 of the second embodiment has an input terminal 12 and an output terminal 13.
  • Series arm resonators S 1 to S 3 are provided on the series arm connecting the input terminal 12 and the output terminal 13.
  • the series arm resonators S1 to S3 are connected to each other in series.
  • the 1st, 2nd parallel arm which connects a serial arm and ground potential is provided.
  • the first parallel arm connects the connection point between the series arm resonators S1 and S2 and the ground potential.
  • the first parallel arm is provided with a first parallel arm resonator P1.
  • One end of the second parallel arm is connected to the connection point between the series arm resonators S2 and S3, and the other end is connected to the ground potential.
  • a parallel arm resonator P2 is provided on the second parallel arm.
  • a ladder filter including the series arm resonators S1 to S3 and the parallel arm resonators P1 and P2 is configured.
  • the parallel arm resonators P1 and P2 are composed of the piezoelectric thin film resonator 1 of the first embodiment.
  • the series arm resonators S1 to S3 are composed of a second piezoelectric thin film resonator having the same structure as the piezoelectric thin film resonator 1 except that an aluminum nitride film not containing Sc is used as the piezoelectric thin film. .
  • FIG. 4 shows the attenuation frequency characteristics of the filter device of this embodiment.
  • the resonance frequency of the parallel arm resonators P1 and P2 affects the attenuation characteristic of the end portion on the low band side of the passband. Therefore, in the present embodiment, the frequency position of the lower shoulder portion of the pass band indicated by the arrow A in FIG. 4 depends on the resonance frequency of the parallel arm resonators P1 and P2. Since the parallel arm resonators P1 and P2 use the above-described Sc-containing aluminum nitride film, the resonance frequency moves larger than that of the series arm resonators S1 to S3 due to temperature change.
  • the parallel arm resonators P1 and P2 are composed of the piezoelectric thin film resonator 1 of the above-described embodiment, the frequency position of the shoulder portion on the low pass band side can be adjusted, and the bandwidth can be expanded. Temperature characteristics can be adjusted.
  • the series arm resonators S1 to S3 are made of the piezoelectric thin film resonator of the above embodiment, and the parallel arm resonators P1 and P2 are made of an aluminum nitride film not containing Sc.
  • the frequency position of the shoulder on the high side of the pass band can be adjusted by adjusting the Sc content.
  • the frequency temperature characteristic can be improved by adjusting the Sc content.
  • At least one piezoelectric thin film resonator is configured by the piezoelectric thin film resonator according to the first embodiment, and the remaining piezoelectric thin film resonators are Sc.
  • the bandwidth can be adjusted, the bandwidth can be expanded, and the frequency-temperature characteristics can be adjusted.
  • FIG. 5 is a circuit diagram of a duplexer as a third embodiment of the present invention.
  • the duplexer 21 of this embodiment has an antenna terminal 23 connected to the antenna 22, a transmission terminal 24, and a reception terminal 25.
  • a transmission filter 26 having a ladder circuit configuration is connected between the antenna terminal 23 and the transmission terminal 24.
  • the transmission filter 26 includes a series arm that connects the antenna terminal 23 and the transmission terminal 24.
  • An inductor L1 and series arm resonators S21 to S24 are arranged on this series arm. Further, the first parallel arm that connects the connection point between the series arm resonators S21 and S22 and the ground potential, the connection point between the series arm resonator S23 and the series arm resonator S24, and the ground potential are connected.
  • a second parallel arm is configured. The first parallel arm is provided with a parallel arm resonator P21 and an inductor L2 connected in series to the parallel arm resonator P21. Similarly, in the second parallel arm, the parallel arm resonator P22 and the inductor L3 are connected in series. An inductor L4 is connected between the series arm resonator S24 and the transmission terminal 24.
  • the parallel arm resonators P21 and P22 surrounded by the broken line C are formed of the piezoelectric thin film resonator according to the first embodiment.
  • the series arm resonators S21 to S24 are composed of the above-described second piezoelectric thin film resonator that does not contain Sc.
  • the frequency position of the shoulder portion on the low pass band side can be easily adjusted, and the frequency temperature characteristic can also be adjusted.
  • the reception filter 27 has a serial arm connecting the antenna terminal 23 and the reception terminal 25.
  • a ⁇ / 4 line 28, an inductor L5, series arm resonators S31 to S33, and an inductor L6 are connected in series to the series arm.
  • the parallel arm resonator P31 and the inductor L7 are connected in series.
  • an inductor may be inserted in parallel, or another impedance matching circuit may be inserted. Inserting a parallel inductor has the effect of releasing the static electricity coming from the antenna in addition to the effect of impedance matching.
  • Second to fourth parallel arms are formed between the output terminal of the resonator S33 and the ground potential, respectively.
  • parallel arm resonators P32 to P34 are provided, respectively.
  • Inductors L8 to L10 are connected in series to the parallel arm resonators P32 to P34, respectively.
  • the reception filter 27 also has a ladder circuit configuration.
  • the series arm resonators S31 to S33 surrounded by the broken line D are the piezoelectric thin film resonators of the first embodiment.
  • the parallel arm resonators P31 to P34, which are the remaining piezoelectric thin film resonators, are composed of the second piezoelectric thin film resonator described above. Therefore, similarly to the modification of the second embodiment, the frequency position of the shoulder on the high-pass side of the filter can be easily adjusted by adjusting the Sc content rate. Further, the frequency temperature characteristic can be adjusted.
  • the duplexer 21 is a duplexer used for the Band2 communication standard.
  • the pass band of the transmission filter 26 is lower than the pass band of the reception filter 27.
  • the frequency gap between the pass band of the transmission filter 26 and the pass band of the reception filter 27 is quite small. Therefore, the frequency temperature characteristic is required to be good. That is, when the frequency characteristic changes greatly due to temperature change, the attenuation characteristic of the above-described shoulder portion of the filter characteristic deteriorates.
  • the frequency position of the shoulder of the pass band on the frequency gap side between the pass band of the transmission filter 26 and the pass band of the reception filter 27 greatly affects the filter characteristics.
  • the frequency position of the shoulder portion located on the high pass band side of the transmission filter 26 is located on the low frequency side of the frequency gap.
  • the piezoelectric thin film resonance that affects the frequency characteristics of the shoulder portion is located in the transmission filter 26, the piezoelectric thin film resonance that affects the frequency characteristics of the shoulder portion.
  • the parallel arm resonators P31 to P34 are formed of a second piezoelectric thin film resonator using an aluminum nitride film not containing Sc. Therefore, the frequency temperature characteristic is good. Therefore, it is possible to improve the filter characteristics at the low band side end of the pass band of the reception filter 27 facing the high band side of the frequency gap.
  • the piezoelectric thin film resonator that determines the roll-off characteristic of the frequency gap between the pass bands of the transmission filter 26 and the reception filter 27 is an aluminum nitride that does not contain Sc having excellent frequency temperature characteristics. It consists of a second piezoelectric thin film resonator using a film. Therefore, it is possible to improve the attenuation characteristic at the end of the passband facing the frequency gap.
  • the remaining piezoelectric thin film resonators that determine the frequency characteristics of the passband end portions that are not desired for the frequency gap are composed of the piezoelectric thin film resonators of the first embodiment using the Sc-containing aluminum nitride film having a large specific band. .
  • the inductance values of the inductors L1 to L4 and L5 to L10 necessary for expanding the bandwidth can be reduced. In some cases, these inductors L5 to L10 may be omitted.
  • FIG. 6 is a circuit diagram showing a duplexer as a fourth embodiment of the present invention.
  • the duplexer 31 of the fourth embodiment is the same as the duplexer 21 in the circuit configuration itself. Therefore, the same reference numerals are assigned to the same parts.
  • the fourth embodiment differs from the third embodiment in that the series arm resonators S21 to S24 and the parallel arm resonators P21 and P22 constituting the transmission filter 26 are the above-described second piezoelectric thin film resonators. Consists of. That is, the transmission filter 26 is constituted by a plurality of piezoelectric thin film resonators using piezoelectric thin films made of an aluminum nitride film not containing Sc.
  • the reception filter 27 the series arm resonators S31 to S33 and the parallel arm resonators P31 to P34 surrounded by a broken line E are formed of the piezoelectric thin film resonator according to the first embodiment. That is, the plurality of piezoelectric thin film resonators constituting the reception filter 27 is made of an Sc-containing aluminum nitride film containing 24 atomic% of Sc.
  • the duplexer 31 is preferably used as a filter for a so-called fourth generation mobile phone.
  • the fourth generation mobile phone the amount of downlink data communication increases. For this reason, an increase in the pass bandwidth of the reception filter 27 is strongly required.
  • the reception filter 27 is configured using a plurality of piezoelectric thin film resonators made of an Sc-containing aluminum nitride film having a large specific band. Therefore, the pass band of the reception filter 27 can be sufficiently expanded. Therefore, the inductance values of the inductors L5 to L10 necessary for expanding the bandwidth can be reduced. Alternatively, the inductors L5 to L10 can be omitted.
  • FIG. 7 is a circuit diagram showing a duplexer as a fifth embodiment of the present invention.
  • the duplexer 41 is the same as that of the third embodiment in the circuit configuration. Therefore, the same reference numerals in FIG. 7 denote the same parts as those shown in FIG.
  • This embodiment is different from the third embodiment in the following points. That is, in the duplexer 41, in the reception filter 27, the series arm resonators S21 to S24 surrounded by a fine broken line F use a double wave, and the parallel arm resonators P21 and P22 surrounded by a relatively large broken line G are provided.
  • the piezoelectric thin film resonator 1 according to the first embodiment is included.
  • the piezoelectric thin film resonator 51 has a thick silicon oxide film 52 laminated on the upper surface of the second electrode 7.
  • Other structures are the same as those of the piezoelectric thin film resonator 1. Therefore, the same reference numerals are assigned to the same parts, and the explanation given with reference to FIG. 1 is used.
  • the polarity of the temperature characteristic of the elastic constant of silicon oxide is opposite to the polarity of the temperature characteristic of the elastic constant of aluminum nitride. For this reason, the piezoelectric thin film resonator 51 having a large silicon oxide film 52 has better frequency-temperature characteristics than the piezoelectric thin film resonator 1 using the fundamental wave of the first embodiment. That is, the absolute value of TCF is reduced.
  • the series arm resonators S21 to S24 are formed of piezoelectric thin film resonators using a second harmonic, so that the frequency-temperature characteristics can be effectively improved.
  • the series arm resonators S31 to S33 are composed of the first piezoelectric thin film resonator 1 using the fundamental wave.
  • the parallel arm resonators P31 to P34 surrounded by a broken line F are composed of piezoelectric thin film resonators using the second harmonic. Therefore, it is possible to effectively suppress changes due to the temperature at the end of the passband located on the frequency gap side.
  • the parallel arm resonators P21 and P22 and the series arm resonators S31 to S34 that affect the attenuation characteristics at the end opposite to the end of the passband facing the frequency gap are composed of the piezoelectric thin film resonator 1 described above. Therefore, the bandwidth can be expanded.
  • a piezoelectric thin film resonator according to the first embodiment made of an aluminum nitride film containing Sc is prepared, and silicon oxide is used as a resonator that requires a resonance characteristic having a good temperature characteristic.
  • a piezoelectric thin film resonator using the second harmonic can be obtained by simply laminating the films. Therefore, a filter having good temperature characteristics can be easily obtained. For this reason, a duplexer can be produced at a lower cost.
  • the air gap A is provided, so that the vibration of the excitation unit is hardly hindered.
  • the piezoelectric thin film resonator used in the present invention may not have the gap A.
  • FIG. 9 is a schematic front sectional view showing such a piezoelectric thin film resonator as a sixth embodiment of the present invention.
  • the gap A is not provided, and the acoustic reflection layer 62 is provided between the first electrode 5 and the substrate 2.
  • the acoustic reflection layer 62 has a structure in which relatively high acoustic impedance layers 62a and 62c and relatively low acoustic impedance layers 62b and 62d are alternately stacked.
  • the piezoelectric thin film is made of an Sc-containing aluminum nitride film in the same manner as in the first embodiment, so that it is the same as in the first embodiment. In addition, it is possible to improve the frequency temperature characteristics while securing a sufficient ratio band.
  • the transmission device and the reception filter of the filter device and the duplexer according to the present invention are not limited to the ladder circuit configuration, and can be widely applied to filters using various piezoelectric thin film resonators.
  • Silicon oxide film 61 Piezoelectric thin film resonator 62 ... Acoustic reflection layer 62a, 62b, 62c, 62d ... Acoustic impedance layer L1-L10 ... Inductors P1, P2, P21, P22, P31-P34 ... Parallel arm Resonator S1 to S3, S21 to S24, S31 to S34 ... Series arm resonator

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Abstract

 比帯域の確保と周波数温度特性の改善とを両立し得る、Sc含有窒化アルミニウム系圧電薄膜を用いた圧電薄膜共振子を得る。 スカンジウム原子数とアルミニウム原子数の合計を100原子%としたときのSc濃度が0.5原子%~24原子%であるSc含有窒化アルミニウム膜からなる圧電薄膜6と、圧電薄膜6を介して対向するように設けられた第1及び第2の電極5,7と、圧電薄膜6と第1及び第2の電極5,7とからなる圧電振動部を支持している基板2とを備える、圧電薄膜共振子1。

Description

圧電薄膜共振子、フィルタ装置及びデュプレクサ
 本発明は、窒化アルミニウム系材料を用いた圧電薄膜共振子及びフィルタ装置に関し、より詳細には、Scが含有されている窒化アルミニウム膜を用いた圧電薄膜共振子、フィルタ装置及びデュプレクサに関する。
 従来、圧電薄膜を用いた圧電薄膜共振子が種々提案されている。下記の特許文献1には、このような圧電薄膜共振子などに用いられる圧電薄膜の製造方法が開示されている。すなわち、特許文献1では、窒素ガス雰囲気下で、アルミニウムとスカンジウムとを基板温度5℃~450℃の範囲でスパッタリングする方法が開示されている。それによって、スカンジウムの含有率を0.5~50原子%の範囲とすることができ、圧電応答性を高めることができると記載されている。特許文献1ではSc含有窒化アルミニウム薄膜におけるスカンジウム含有率は、上記のように0.5~50原子%であり、さらに35~43原子%の範囲であることが好ましく、43原子%であることが最も好ましいとされている。
特開2011-15148号公報
 しかしながら、特許文献1に記載のSc含有率範囲のSc含有窒化アルミニウム薄膜を用い、実際に圧電薄膜共振子を作製した場合、周波数温度係数TCFの絶対値が大きくなるという問題があった。従って、十分な比帯域を有しつつ、かつ周波数温度係数TCFの絶対値が小さい圧電薄膜装置を得ることができなかった。
 本発明の目的は、Sc含有窒化アルミニウム薄膜を用いており、十分な比帯域を有しつつ、周波数温度係数TCFの絶対値が小さい圧電薄膜共振子を提供することにある。また、本発明の他の目的は、上記圧電薄膜共振子を少なくとも1つの共振子として備え、十分な帯域幅を有しかつ周波数温度特性が良好なフィルタ装置及びデュプレクサを提供することにある。
 本発明に係る圧電薄膜共振子は、スカンジウム原子数とアルミニウム原子数の合計を100原子%としたときのSc濃度が0.5原子%~24原子%であるSc含有窒化アルミニウム膜からなる圧電薄膜と、前記圧電薄膜を挟んで対向するように設けられた第1及び第2の電極と、前記圧電薄膜と前記第1及び第2の電極とからなる圧電振動部を支持している基板とを備えている。前記圧電薄膜を介して、前記第1及び第2の電極が対向している励振部が基板の上面に対して空隙を隔てて配置されている。
 本発明に係る圧電薄膜共振子は、圧電振動部の少なくとも一部を覆う保護膜をさらに備えることが好ましい。保護膜は、窒化アルミニウムまたはSc含有窒化アルミニウムからなることが好ましい。
 本発明のある特定の局面では、複数の圧電薄膜共振子を有するフィルタ装置が提供される。このフィルタ装置では、複数の圧電薄膜共振子のうち少なくとも1つの圧電薄膜共振子が、Scを含まない窒化アルミニウム膜を圧電薄膜として備える圧電薄膜共振子であり、残りの圧電薄膜共振子が、本発明に従って構成された圧電薄膜共振子からなる。
 本発明の他の特定の局面では、複数の圧電薄膜共振子を有するフィルタ装置が提供される。ここでは、複数の圧電薄膜共振子が、本発明に従って構成された圧電薄膜共振子からなり、少なくとも1つの圧電薄膜共振子が、前記圧電薄膜を伝搬する基本波を利用した圧電薄膜共振子であり、残りの圧電薄膜共振子のうち少なくとも1つの圧電薄膜共振子が、Sc含有窒化アルミニウム膜からなる圧電薄膜に積層された酸化ケイ素膜をさらに有し、前記圧電薄膜を伝搬するバルク波の2倍波を利用している。
 本発明のさらに他の特定の局面では、複数の圧電薄膜共振子を有する受信フィルタと、複数の圧電薄膜共振子を有する送信フィルタとを備えるデュプレクサが提供される。送信フィルタを構成している複数の圧電薄膜共振子及び受信フィルタを構成している複数の圧電薄膜共振子のうち、送信フィルタの通過帯域と受信フィルタの通過帯域との間の周波数ギャップのロールオフ特性を決定する圧電薄膜共振子が、窒化アルミニウム膜を圧電薄膜として有する圧電薄膜共振子からなり、残りの圧電薄膜共振子が本発明に従って構成された圧電薄膜共振子からなる。
 上記周波数ギャップを決定する共振子では、Scを含有していない窒化アルミニウム薄膜を用いているため、上記周波数ギャップに臨む通過帯域端部の減衰特性を改善しつつ、周波数温度特性を改善することができる。また、残りの圧電薄膜共振子が本発明に従って構成されている圧電薄膜共振子からなるため、十分な帯域幅と、良好な周波数温度特性を実現することができる。加えて、帯域幅拡大に必要なインダクタンス分を小さくしたり、あるいは省略することが可能となる。
 本発明に係るデュプレクサのさらに他の特定の局面では、複数の圧電薄膜共振子を有する受信フィルタと、複数の圧電薄膜共振子を有する送信フィルタとを備える他のデュプレクサが提供される。ここでは、送信フィルタを構成している複数の圧電薄膜共振子及び受信フィルタを構成している複数の圧電薄膜共振子のうち、送信フィルタの通過帯域と受信フィルタの通過帯域との間の周波数ギャップのロールオフ特性を決定する圧電薄膜共振子が、Sc含有窒化アルミニウム膜からなる圧電薄膜に積層された酸化ケイ素膜をさらに有し、圧電薄膜を伝搬する2倍波を利用した、本発明に従って構成された圧電薄膜共振子からなり、残りの圧電薄膜共振子が本発明に従って構成されており、かつ圧電薄膜を伝搬するバルク波の基本波を利用している圧電薄膜共振子からなる。
 本発明に係る圧電薄膜共振子では、スカンジウム含有窒化アルミニウム薄膜において、スカンジウム濃度が0.5原子%~24原子%の範囲にあるため、十分な比帯域と、良好な周波数温度特性とを両立することが可能となる。
図1は、本発明の第1の実施形態に係る圧電薄膜共振子の正面断面図である。 図2は、第1の実施形態の圧電薄膜共振子におけるスカンジウム濃度と、共振子の比帯域及びTCFとの関係を示す図である。 図3は、本発明の第2の実施形態としてのフィルタ装置の回路図である。 図4は、第2の実施形態のフィルタ装置の減衰量周波数特性を示す図である。 図5は、本発明の第3の実施形態としてのデュプレクサの回路図である。 図6は、本発明の第4の実施形態としてのデュプレクサを示す回路図である。 図7は、本発明の第5の実施形態としてのデュプレクサの回路図である。 図8は、本発明の第5の実施形態としての圧電薄膜共振子の正面断面図である。 図9は、本発明の第6の実施形態としての圧電薄膜共振子の正面断面図である。
 以下、図面を参照しつつ、本発明の具体的な実施形態を説明することにより、本発明を明らかにする。
 図1は、本発明の第1の実施形態に係る圧電薄膜共振子を示す正面断面図である。
 圧電薄膜共振子1は、基板2を有する。基板2は、適宜の絶縁性材料からなる。本実施形態では、基板2は、Si基板からなる。
 基板2上に、絶縁膜3が形成されている。絶縁膜3は、必ずしも設けられずともよいが、後述の空隙Aを形成するための工程に必要であるため、絶縁膜3が設けられている。絶縁膜3は、本実施形態では酸化ケイ素からなる。
 絶縁膜3上に、共振子部分を保護するための保護膜4が形成されている。本実施形態では、この保護膜4は、酸化ケイ素からなる。また、保護膜4の中央部分が、空隙Aを介して、基板2及び絶縁膜3から隔てられている。
 もっとも、保護膜4は、酸化ケイ素以外の絶縁性材料により構成されていてもよい。具体的には、保護膜4は、例えば、酸窒化ケイ素、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、Sc含有窒化アルミニウムなどにより構成されていてもよい。ここで、熱膨張係数等の特性面を考慮すれば、保護膜4は、窒化アルミニウムまたはSc含有窒化アルミニウムにより構成されていることが好ましい。
 保護膜4上に、第1の電極5が形成されている。第1の電極5上に、Sc含有窒化アルミニウム膜からなる圧電薄膜6が形成されている。Sc含有窒化アルミニウム膜は、Scを0.5~24原子%の割合で含む。このようなSc含有窒化アルミニウム膜は、Scと窒化アルミニウムをターゲットとして用い、スパッタリングすることにより形成し得る。
 圧電薄膜6上に第2の電極7が積層されている。空隙Aの上方において、圧電薄膜6を介して第1の電極5と第2の電極7とが対向している。この第1の電極5と第2の電極7とが対向している部分が励振部を構成している。すなわち、交流電圧が印加された際に、圧電効果によりバルク波を発生させる。
 上記第1の電極5及び第2の電極7は、適宜の導電性材料からなる。このような導電性材料としては、Pt、Au、Ti、Mo、W、Cr、Al、Ruなどの金属もしくはこれらの合金を用いることができる。また、第1の電極5及び第2の電極7は、複数の金属膜を積層してなる積層金属膜により構成されてもよい。
 上記第2の電極7を覆うように保護膜8が形成されている。保護膜8は、第2の電極7及びSc含有窒化アルミニウム膜からなる圧電薄膜6を外部から保護し得る適宜の絶縁性材料からなる。このような絶縁性材料としては、酸化ケイ素、酸窒化ケイ素、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、Sc含有窒化アルミニウムなどを挙げることができ、本実施形態では、酸化ケイ素により保護膜8が形成されている。
 上記励振部が設けられている部分の周囲では、すなわち空隙Aの外側では、保護膜4が絶縁膜3上に密着されている。従って、保護膜4上に積層されている他の層の高さも、励振部に比べて低くなっている。
 なお、第1の電極5に接続されるように第1の電極パッド9が、空隙Aが設けられている部分の外側に配置されている。同様に、第2の電極7に電気的に接続される電極パッド10が、空隙Aが設けられている部分よりも外側の領域に配置されている。
 圧電薄膜共振子1では、第1,第2の電極5,7間に交流電界を印加することにより、圧電薄膜6上を伝搬するバルク波が励振される。このバルク波の基本波による共振現象を利用して、共振特性が得られる。本実施形態の特徴は、Sc含有窒化アルミニウム膜において、Scが0.5原子%~24原子%の範囲で含有されていることにある。それによって、十分な比帯域と、良好な周波数温度特性とを両立することができる。ここで、Scが0.5原子%~24原子%の範囲で含有されている、とは、Sc含有窒化アルミニウムにあって、スカンジウム原子数とアルミニウム原子数の合計を100原子%としたときのScの割合が0.5原子%~24原子%であることを意味する。
 前述した特許文献1では、Sc含有窒化アルミニウム膜を用いる場合、良好な圧電応答性を得るには、Sc含有率は、0.5~50原子%の範囲とすることが必要であるとされていた。しかしながら、本願発明者らは、種々検討した結果、Sc含有率を上記範囲内としたとしても、共振子の比帯域を十分な大きさとし、かつ周波数温度係数TCFを改善することができないことを見出した。そして、さらに検討した結果、Sc含有率を0.5~24原子%の範囲内とすれば、十分な比帯域を確保しつつ、周波数温度特性を改善し得ることを見出した。
 図2は、上記実施形態の圧電薄膜共振子1における、Sc含有窒化アルミニウム薄膜のSc濃度と、共振子比帯域とTCFとの関係を示す。図2から明らかなように、Sc濃度が高くなるにつれて、共振子の比帯域は広くなる。
 他方、周波数温度係数TCFは、逆に、Sc濃度が高くなるにつれて低下する。
 従って、Sc濃度を高めた場合、共振子の比帯域の大きさと、TCF改善効果とはトレードオフの関係にあることがわかる。
 もっとも、周波数温度係数TCFは、Sc濃度が高くなるにつれて低下するが、特に、Sc濃度が0.5原子%~24原子%の範囲内においては、徐々に周波数温度係数TCFが低下している。24原子%を超えると、図2から明らかなように、周波数温度係数TCFの絶対値が急激に大きくなる。
 他方、この種の圧電薄膜共振子1では、比帯域は数%程度あればよいとされている。すなわち、比帯域は、3%~7%程度あれば十分である。従って、図2より、Sc濃度を0.5~24原子%の範囲内とすれば、十分な比帯域を確保しつつ、周波数温度係数TCFの絶対値を十分に小さくし得ることがわかる。加えて、Sc濃度が0.5~24原子%の範囲内では、共振子の比帯域の変化率や周波数温度係数TCFの変化率が小さい。よって、Sc濃度がプロセス上の理由により若干ばらついたとしても、比帯域や周波数温度係数TCFのばらつきが生じ難い。よって、所望とする特性の圧電薄膜共振子1を安定に得ることができる。
 図3は、本発明の第2の実施形態としてのフィルタ装置の回路図である。第2の実施形態のフィルタ装置11は、入力端子12と出力端子13とを有する。入力端子12と出力端子13とを結ぶ直列腕に、直列腕共振子S1~S3が設けられている。直列腕共振子S1~S3は互いに直列に接続されている。また、直列腕とグラウンド電位を結ぶ第1,第2の並列腕が設けられている。第1の並列腕は、直列腕共振子S1,S2間の接続点とグラウンド電位との間を結んでいる。第1の並列腕には、第1の並列腕共振子P1が設けられている。第2の並列腕は、一端が直列腕共振子S2,S3間の接続点に、他端がグラウンド電位に接続されている。第2の並列腕に並列腕共振子P2が設けられている。
 従って、直列腕共振子S1~S3と並列腕共振子P1,P2を含むラダー型フィルタが構成されている。
 本実施形態では、並列腕共振子P1,P2が第1の実施形態の圧電薄膜共振子1からなる。他方、直列腕共振子S1~S3は、圧電薄膜としてScを含有しない窒化アルミニウム膜を用いたことを除いては、上記圧電薄膜共振子1と同様の構造の第2の圧電薄膜共振子からなる。
 図4は、本実施形態のフィルタ装置の減衰量周波数特性を示す。ラダー型回路では、並列腕共振子P1,P2の共振周波数が、通過帯域低域側端部の減衰特性に影響する。従って、本実施形態では、図4の矢印Aで示す通過帯域の低域側の肩部の周波数位置が、並列腕共振子P1,P2の共振周波数に依存する。そして、並列腕共振子P1,P2が前述したSc含有窒化アルミニウム膜を用いているため、温度変化により、共振周波数が直列腕共振子S1~S3よりも大きく動く。従って、並列腕共振子P1,P2が上記実施形態の圧電薄膜共振子1からなるため、通過帯域低域側の上記肩部の周波数位置を調整し、帯域幅の拡大を図ることができるとともに、温度特性を調整することができる。
 なお、上記第2の実施形態とは逆に、直列腕共振子S1~S3が上記実施形態の圧電薄膜共振子からなり、並列腕共振子P1,P2がScを含有していない窒化アルミニウム膜からなる圧電薄膜共振子とした場合には、逆に、通過帯域高域側の肩部の周波数位置をSc含有率を調整することにより調整することができる。また、周波数温度特性もSc含有率を調整することにより改善することができる。
 上記のように、複数の圧電薄膜共振子を有するフィルタ装置において、少なくとも1つの圧電薄膜共振子を第1の実施形態に係る圧電薄膜共振子で構成し、残りの圧電薄膜共振子を、Scを含有しない窒化アルミニウム膜からなる圧電薄膜を用いた第2の圧電薄膜共振子とすることにより、帯域幅を調整し、帯域幅を拡大したり、周波数温度特性を調整したりすることができる。
 図5は、本発明の第3の実施形態としてのデュプレクサの回路図である。本実施形態のデュプレクサ21は、アンテナ22に接続されるアンテナ端子23と、送信端子24と受信端子25とを有する。アンテナ端子23と送信端子24との間にラダー型回路構成の送信フィルタ26が接続されている。
 送信フィルタ26では、アンテナ端子23と送信端子24とを結ぶ直列腕が構成されている。この直列腕に、インダクタL1及び直列腕共振子S21~S24が配置されている。また、直列腕共振子S21,S22間の接続点とグラウンド電位とを結ぶ第1の並列腕と、直列腕共振子S23と直列腕共振子S24との間の接続点と、グラウンド電位とを結ぶ第2の並列腕が構成されている。第1の並列腕には、並列腕共振子P21と、並列腕共振子P21に直列に接続されたインダクタL2とが設けられている。同様に第2の並列腕においても、並列腕共振子P22と、インダクタL3とが直列に接続されている。直列腕共振子S24と送信端子24との間にインダクタL4が接続されている。
 送信フィルタ26では、破線Cで囲んだ並列腕共振子P21,P22が、第1の実施形態の圧電薄膜共振子からなる。直列腕共振子S21~S24が、Scを含有していない前述した第2の圧電薄膜共振子からなる。
 従って、第2の実施形態と同様に、通過帯域低域側の肩部の周波数位置を、容易に調整でき、かつ周波数温度特性も調整することができる。
 他方、受信フィルタ27は、アンテナ端子23と受信端子25とを結ぶ直列腕を有する。該直列腕に、λ/4線路28、インダクタL5、直列腕共振子S31~S33及びインダクタL6が直列に接続されている。インダクタL5と直列腕共振子S31との間の接続点とグラウンド電位とを結ぶ第1の並列腕においては、並列腕共振子P31とインダクタL7とが直列に接続されている。λ/4線路の代わりに、並列にインダクタをいれても良いし、他のインピーダンス整合回路を入れても良い。並列インダクタを入れるとインピーダンス整合を取る効果に加えて、アンテナから入ってくる静電気を逃がす効果がある。
 直列腕共振子S31と直列腕共振子S32との間の接続点とグラウンド電位との間、直列腕共振子S32と直列腕共振子S33との間の接続点とグラウンド電位との間及び直列腕共振子S33の出力端とグラウンド電位との間にそれぞれ第2~第4の並列腕が構成されている。第2~第4の並列腕においては、それぞれ、並列腕共振子P32~P34が設けられている。また、並列腕共振子P32~P34に、それぞれ、直列に、インダクタL8~L10が接続されている。
 よって、受信フィルタ27もまた、ラダー型回路構成を有する。ここでは、破線Dで囲む直列腕共振子S31~S33が、第1の実施形態の圧電薄膜共振子からなる。残りの圧電薄膜共振子である並列腕共振子P31~P34が、前述した第2の圧電薄膜共振子からなる。従って、第2の実施形態の変形例と同様に、フィルタの通過帯域高域側の肩部の周波数位置を、Sc含有率の調整により容易に調整することができる。また、周波数温度特性を調整することもできる。
 デュプレクサ21は、Band2の通信規格に用いられるデュプレクサである。送信フィルタ26の通過帯域は、受信フィルタ27の通過帯域よりも低い。Band2のような通信規格では、送信フィルタ26の通過帯域と、受信フィルタ27の通過帯域との間の周波数ギャップはかなり小さい。そのため、周波数温度特性が良好であることが求められる。すなわち、周波数特性が温度変化により大きく変化すると、フィルタ特性の前述した肩部における減衰特性が劣化する。
 上記送信フィルタ26の通過帯域と受信フィルタ27の通過帯域との間の周波数ギャップ側の通過帯域の肩部の周波数位置が、フィルタ特性に大きく影響する。例えば、送信フィルタ26の通過帯域高域側に位置する肩部の周波数位置は、上記周波数ギャップの低域側に位置するが、送信フィルタ26では、この肩部の周波数特性に影響する圧電薄膜共振子すなわち直列腕共振子S21~S24が、Scを含まない窒化アルミニウム膜を用いた第2の圧電薄膜共振子からなる。そのため、上記周波数ギャップに臨む送信フィルタ26の通過帯域高域側端部におけるフィルタ特性を良好とすることができる。
 同様に、受信フィルタ27においては、並列腕共振子P31~P34がScを含まない窒化アルミニウム膜を用いた第2の圧電薄膜共振子からなる。そのため、周波数温度特性が良好である。よって、上記周波数ギャップの高域側に臨む受信フィルタ27の通過帯域低域側端部におけるフィルタ特性を改善することができる。
 上述のように、本実施形態では、送信フィルタ26と受信フィルタ27の通過帯域の間の周波数ギャップのロールオフ特性を決定する圧電薄膜共振子が、周波数温度特性に優れたScを含有しない窒化アルミニウム膜を用いた第2の圧電薄膜共振子からなる。従って、上記周波数ギャップに臨む通過帯域端部における減衰特性を改善することができる。他方、周波数ギャップに望まない通過帯域端部の周波数特性を決定する残りの圧電薄膜共振子については、比帯域の大きなSc含有窒化アルミニウム膜を用いた第1の実施形態の圧電薄膜共振子からなる。そのため、送信フィルタ26及び受信フィルタ27の通過帯域の拡大を図ることができる。よって、帯域幅拡大に必要なインダクタL1~L4,L5~L10のインダクタンス値を小さくすることができる。場合によっては、これらのインダクタL5~L10を省略することもできる。
 図6は、本発明の第4の実施形態としてのデュプレクサを示す回路図である。第4の実施形態のデュプレクサ31は、回路構成自体はデュプレクサ21と同様である。そのため、同一部分については同一の参照番号を付することとする。
 第4の実施形態が第3の実施形態と異なるところは、送信フィルタ26を構成している直列腕共振子S21~S24及び並列腕共振子P21,P22が、前述した第2の圧電薄膜共振子からなる。すなわち、Scを含有していない窒化アルミニウム膜からなる圧電薄膜を用いた複数の圧電薄膜共振子により送信フィルタ26が構成されている。
 他方、受信フィルタ27は、破線Eで囲む直列腕共振子S31~S33及び並列腕共振子P31~P34が上記第1の実施形態に係る圧電薄膜共振子からなる。すなわち、受信フィルタ27を構成している複数の圧電薄膜共振子は、Scを24原子%含むSc含有窒化アルミニウム膜からなる。
 デュプレクサ31は、所謂第4世代の携帯電話機のフィルタとして好適に用いられる。第4世代の携帯電話機では、下りのデータ通信量が増大する。そのため、受信フィルタ27の通過帯域幅の拡大が強く求められる。本実施形態では、受信フィルタ27が、比帯域の大きなSc含有窒化アルミニウム膜からなる複数の圧電薄膜共振子を用いて構成されている。よって、受信フィルタ27の通過帯域を十分に拡大することができる。従って、帯域幅拡大に必要なインダクタL5~L10のインダクタンス値を小さくすることができる。あるいはインダクタL5~L10を省略することもできる。
 図7は、本発明の第5の実施形態としてのデュプレクサを示す回路図である。デュプレクサ41は、回路構成においては第3の実施形態と同様である。従って、図5に示した部分と同一部分については、図7において同一の参照符号を付することとする。
 本実施形態が第3の実施形態と異なるところは以下の点にある。すなわち、デュプレクサ41では、受信フィルタ27において、細かな破線Fで囲む直列腕共振子S21~S24が2倍波を利用しており、相対的に大きな破線Gで囲む並列腕共振子P21,P22が第1の実施形態に係る圧電薄膜共振子1からなる。
 ここで、2倍波を利用した圧電薄膜共振子の構造を、図8に正面断面図で示す。圧電薄膜共振子51は、第2の電極7の上面に積層された厚みの厚い酸化ケイ素膜52を有する。その他の構造は圧電薄膜共振子1と同様である。従って、同一部分については同一の参照番号を付することにより、図1を参照して行なった説明を援用することとする。
 酸化ケイ素の弾性定数の温度特性の極性は、窒化アルミニウムの弾性定数の温度特性の極性と逆である。そのため、酸化ケイ素膜52の厚みが大きい圧電薄膜共振子51では、第1の実施形態の基本波を利用した圧電薄膜共振子1に比べ周波数温度特性が良好である。すなわちTCFの絶対値が小さくなる。
 本実施形態では、送信フィルタ26において、直列腕共振子S21~S24が2倍波を利用した圧電薄膜共振子からなるため、周波数温度特性を効果的に改善することができる。
 他方、受信フィルタ27においては、相対的に大きな破線Gで囲んでいるように、直列腕共振子S31~S33が基本波を利用した第1の圧電薄膜共振子1からなる。他方、破線Fで囲む並列腕共振子P31~P34が上記2倍波を利用した圧電薄膜共振子からなる。そのため、周波数ギャップ側に位置する通過帯域端部の温度による変化を効果的に抑制することができる。他方、周波数ギャップに臨む通過帯域の端部と反対側の端部における減衰特性に影響する並列腕共振子P21,P22及び直列腕共振子S31~S34は、上記圧電薄膜共振子1からなる。そのため、帯域幅の拡大を図ることができる。第5の実施形態によれば、Scを含む窒化アルミニウム膜からなる第1の実施形態に係る圧電薄膜共振子を用意しておき、温度特性の良好な共振特性が必要な共振子として、酸化ケイ素膜を積層するだけで、上記2倍波を利用した圧電薄膜共振子を得ることができる。よって、温度特性の良好なフィルタを容易に得ることができる。このため、より低コストでデュプレクサが作製可能である。
 なお、図1に示した圧電薄膜共振子1では、空隙Aが設けられ、それによって励振部の振動は妨げられ難かった。もっとも、本発明に用いられる圧電薄膜共振子は空隙Aを有しないものであってもよい。
 図9は、本発明の第6の実施形態としてのこのような圧電薄膜共振子を示す模式的正面断面図である。
 圧電薄膜共振子61では、空隙Aが設けられておらず、第1の電極5と基板2との間に、音響反射層62が設けられている。音響反射層62は、相対的に高い音響インピーダンス層62a,62cと、相対的に低い音響インピーダンス層62b,62dとを交互に積層した構造を有する。このような音響反射層62を有する公知の圧電薄膜共振子においても、前述した第1の実施形態と同様に、圧電薄膜をSc含有窒化アルミニウム膜により構成することにより、第1の実施形態と同様に、十分な比帯域を確保しつつ、周波数温度特性を改善することができる。
 なお、上述したフィルタ装置及びデュプレクサについての実施形態では、ラダー型回路構成のフィルタを用いた場合を説明した。しかしながら、本発明におけるフィルタ装置及びデュプレクサの送信フィルタ及び受信フィルタは、ラダー型回路構成に限定されず、様々な複数の圧電薄膜共振子を用いたフィルタに広く適用することができる。
 1…圧電薄膜共振子
 2…基板
 3…絶縁膜
 4…保護膜
 5…第1の電極
 6…圧電薄膜
 7…第2の電極
 8…保護膜
 9,10…第1,第2の電極パッド
 11…フィルタ装置
 12…入力端子
 13…出力端子
 21…デュプレクサ
 22…アンテナ
 23…アンテナ端子
 24…送信端子
 25…受信端子
 26…送信フィルタ
 27…受信フィルタ
 28…λ/4線路
 31,41…デュプレクサ
 51…圧電薄膜共振子
 52…酸化ケイ素膜
 61…圧電薄膜共振子
 62…音響反射層
 62a,62b,62c,62d…音響インピーダンス層
 L1~L10…インダクタ
 P1,P2,P21,P22,P31~P34…並列腕共振子
 S1~S3,S21~S24,S31~S34…直列腕共振子

Claims (7)

  1.  スカンジウム原子数とアルミニウム原子数の合計を100原子%としたときのSc濃度が0.5原子%~24原子%であるSc含有窒化アルミニウム膜からなる圧電薄膜と、
     前記圧電薄膜を挟んで対向するように設けられた第1及び第2の電極と、
     前記圧電薄膜と、前記第1及び第2の電極とからなる圧電振動部を支持している基板とを備えている、圧電薄膜共振子。
  2.  前記圧電振動部の少なくとも一部を覆う保護膜をさらに備える、請求項1に記載の圧電薄膜共振子。
  3.  前記保護膜は、窒化アルミニウムまたはSc含有窒化アルミニウムからなる、請求項2に記載の圧電薄膜共振子。
  4.  複数の圧電薄膜共振子を有するフィルタ装置であって、
     前記複数の圧電薄膜共振子のうち少なくとも1つの圧電薄膜共振子が、Scを含まない窒化アルミニウム膜を圧電薄膜として備える圧電薄膜共振子であり、残りの圧電薄膜共振子が、請求項1から3のいずれか1項に記載の圧電薄膜共振子からなる、フィルタ装置。
  5.  複数の圧電薄膜共振子を有するフィルタ装置であって、
     前記複数の圧電薄膜共振子が請求項1に記載の圧電薄膜共振子からなり、少なくとも1つの圧電薄膜共振子が、前記圧電薄膜を伝搬する基本波を利用した圧電薄膜共振子であり、残りの圧電薄膜共振子のうち少なくとも1つの圧電薄膜共振子が、前記Sc含有窒化アルミニウム膜からなる圧電薄膜に積層された酸化ケイ素膜をさらに有し、前記圧電薄膜を伝搬するバルク波の2倍波を利用した請求項1から3のいずれか1項に記載の圧電薄膜共振子である、フィルタ装置。
  6.  複数の圧電薄膜共振子を有する受信フィルタと、複数の圧電薄膜共振子を有する送信フィルタとを備えるデュプレクサであって、前記送信フィルタを構成している複数の圧電薄膜共振子及び前記受信フィルタを構成している複数の圧電薄膜共振子のうち、送信フィルタの通過帯域と前記受信フィルタの通過帯域との間の周波数ギャップのロールオフ特性を決定する圧電薄膜共振子が、窒化アルミニウム膜を圧電薄膜として有する圧電薄膜共振子からなり、残りの圧電薄膜共振子が、請求項1から3のいずれか1項に記載の圧電薄膜共振子からなる、デュプレクサ。
  7.  複数の圧電薄膜共振子を有する受信フィルタと、複数の圧電薄膜共振子を有する送信フィルタとを備えるデュプレクサであって、前記送信フィルタを構成している複数の圧電薄膜共振子及び前記受信フィルタを構成している複数の圧電薄膜共振子のうち、前記送信フィルタの通過帯域と前記受信フィルタの通過帯域との間の周波数ギャップのロールオフ特性を決定する圧電薄膜共振子が、本発明に従って構成されており、Sc含有窒化アルミニウム膜からなる圧電薄膜に積層された酸化ケイ素膜をさらに有し、圧電薄膜を伝搬する2倍波を利用した圧電薄膜共振子からなり、残りの圧電薄膜共振子が、本発明に従って構成されており、かつ圧電薄膜を伝搬するバルク波の基本波を用いた圧電薄膜共振子からなる、デュプレクサ。
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Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9083302B2 (en) 2011-02-28 2015-07-14 Avago Technologies General Ip (Singapore) Pte. Ltd. Stacked bulk acoustic resonator comprising a bridge and an acoustic reflector along a perimeter of the resonator
US9136818B2 (en) 2011-02-28 2015-09-15 Avago Technologies General Ip (Singapore) Pte. Ltd. Stacked acoustic resonator comprising a bridge
US9148117B2 (en) 2011-02-28 2015-09-29 Avago Technologies General Ip (Singapore) Pte. Ltd. Coupled resonator filter comprising a bridge and frame elements
US9154112B2 (en) 2011-02-28 2015-10-06 Avago Technologies General Ip (Singapore) Pte. Ltd. Coupled resonator filter comprising a bridge
US9246473B2 (en) 2011-03-29 2016-01-26 Avago Technologies General Ip (Singapore) Pte. Ltd. Acoustic resonator comprising collar, frame and perimeter distributed bragg reflector
US9401692B2 (en) 2012-10-29 2016-07-26 Avago Technologies General Ip (Singapore) Pte. Ltd. Acoustic resonator having collar structure
US9425764B2 (en) 2012-10-25 2016-08-23 Avago Technologies General Ip (Singapore) Pte. Ltd. Accoustic resonator having composite electrodes with integrated lateral features
US9444426B2 (en) 2012-10-25 2016-09-13 Avago Technologies General Ip (Singapore) Pte. Ltd. Accoustic resonator having integrated lateral feature and temperature compensation feature
US9490771B2 (en) 2012-10-29 2016-11-08 Avago Technologies General Ip (Singapore) Pte. Ltd. Acoustic resonator comprising collar and frame
US9490418B2 (en) 2011-03-29 2016-11-08 Avago Technologies General Ip (Singapore) Pte. Ltd. Acoustic resonator comprising collar and acoustic reflector with temperature compensating layer
US9490770B2 (en) 2011-03-29 2016-11-08 Avago Technologies General Ip (Singapore) Pte. Ltd. Acoustic resonator comprising temperature compensating layer and perimeter distributed bragg reflector
JP2019068295A (ja) * 2017-10-02 2019-04-25 株式会社村田製作所 フィルタ
CN110729977A (zh) * 2018-07-17 2020-01-24 太阳诱电株式会社 通信模块

Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004064786A (ja) * 2002-07-30 2004-02-26 Agilent Technol Inc シード層を有する共振器
JP2005223808A (ja) * 2004-02-09 2005-08-18 Murata Mfg Co Ltd 圧電薄膜フィルタ、分波器、通信機
JP2005260915A (ja) * 2004-02-09 2005-09-22 Murata Mfg Co Ltd 分波器、通信機
WO2006008940A1 (ja) * 2004-07-20 2006-01-26 Murata Manufacturing Co., Ltd. 圧電フィルタ
WO2006137275A1 (ja) * 2005-06-20 2006-12-28 Murata Manufacturing Co., Ltd. 圧電薄膜フィルタ
JP2008172713A (ja) * 2007-01-15 2008-07-24 Hitachi Media Electoronics Co Ltd 圧電薄膜共振器および圧電薄膜共振器フィルタおよびその製造方法
JP2008311873A (ja) * 2007-06-13 2008-12-25 Fujitsu Media Device Kk フィルタ
JP2009010926A (ja) * 2007-05-31 2009-01-15 National Institute Of Advanced Industrial & Technology 圧電体薄膜、圧電体およびそれらの製造方法、ならびに当該圧電体薄膜を用いた圧電体共振子、アクチュエータ素子および物理センサー
JP2009149953A (ja) * 2007-12-21 2009-07-09 National Institute Of Advanced Industrial & Technology 窒化物半導体の製造方法および窒化物半導体デバイス
JP2009290368A (ja) * 2008-05-27 2009-12-10 Panasonic Electric Works Co Ltd Baw共振装置の製造方法
WO2010061496A1 (ja) * 2008-11-25 2010-06-03 株式会社村田製作所 弾性波フィルタ装置
JP2011015148A (ja) * 2009-07-01 2011-01-20 National Institute Of Advanced Industrial Science & Technology 圧電体薄膜の製造方法および当該製造方法により製造される圧電体薄膜

Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004064786A (ja) * 2002-07-30 2004-02-26 Agilent Technol Inc シード層を有する共振器
JP2005223808A (ja) * 2004-02-09 2005-08-18 Murata Mfg Co Ltd 圧電薄膜フィルタ、分波器、通信機
JP2005260915A (ja) * 2004-02-09 2005-09-22 Murata Mfg Co Ltd 分波器、通信機
WO2006008940A1 (ja) * 2004-07-20 2006-01-26 Murata Manufacturing Co., Ltd. 圧電フィルタ
WO2006137275A1 (ja) * 2005-06-20 2006-12-28 Murata Manufacturing Co., Ltd. 圧電薄膜フィルタ
JP2008172713A (ja) * 2007-01-15 2008-07-24 Hitachi Media Electoronics Co Ltd 圧電薄膜共振器および圧電薄膜共振器フィルタおよびその製造方法
JP2009010926A (ja) * 2007-05-31 2009-01-15 National Institute Of Advanced Industrial & Technology 圧電体薄膜、圧電体およびそれらの製造方法、ならびに当該圧電体薄膜を用いた圧電体共振子、アクチュエータ素子および物理センサー
JP2008311873A (ja) * 2007-06-13 2008-12-25 Fujitsu Media Device Kk フィルタ
JP2009149953A (ja) * 2007-12-21 2009-07-09 National Institute Of Advanced Industrial & Technology 窒化物半導体の製造方法および窒化物半導体デバイス
JP2009290368A (ja) * 2008-05-27 2009-12-10 Panasonic Electric Works Co Ltd Baw共振装置の製造方法
WO2010061496A1 (ja) * 2008-11-25 2010-06-03 株式会社村田製作所 弾性波フィルタ装置
JP2011015148A (ja) * 2009-07-01 2011-01-20 National Institute Of Advanced Industrial Science & Technology 圧電体薄膜の製造方法および当該製造方法により製造される圧電体薄膜

Cited By (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9083302B2 (en) 2011-02-28 2015-07-14 Avago Technologies General Ip (Singapore) Pte. Ltd. Stacked bulk acoustic resonator comprising a bridge and an acoustic reflector along a perimeter of the resonator
US9136818B2 (en) 2011-02-28 2015-09-15 Avago Technologies General Ip (Singapore) Pte. Ltd. Stacked acoustic resonator comprising a bridge
US9148117B2 (en) 2011-02-28 2015-09-29 Avago Technologies General Ip (Singapore) Pte. Ltd. Coupled resonator filter comprising a bridge and frame elements
US9154112B2 (en) 2011-02-28 2015-10-06 Avago Technologies General Ip (Singapore) Pte. Ltd. Coupled resonator filter comprising a bridge
US9490418B2 (en) 2011-03-29 2016-11-08 Avago Technologies General Ip (Singapore) Pte. Ltd. Acoustic resonator comprising collar and acoustic reflector with temperature compensating layer
US9246473B2 (en) 2011-03-29 2016-01-26 Avago Technologies General Ip (Singapore) Pte. Ltd. Acoustic resonator comprising collar, frame and perimeter distributed bragg reflector
US9490770B2 (en) 2011-03-29 2016-11-08 Avago Technologies General Ip (Singapore) Pte. Ltd. Acoustic resonator comprising temperature compensating layer and perimeter distributed bragg reflector
US9425764B2 (en) 2012-10-25 2016-08-23 Avago Technologies General Ip (Singapore) Pte. Ltd. Accoustic resonator having composite electrodes with integrated lateral features
US9444426B2 (en) 2012-10-25 2016-09-13 Avago Technologies General Ip (Singapore) Pte. Ltd. Accoustic resonator having integrated lateral feature and temperature compensation feature
US9401692B2 (en) 2012-10-29 2016-07-26 Avago Technologies General Ip (Singapore) Pte. Ltd. Acoustic resonator having collar structure
US9490771B2 (en) 2012-10-29 2016-11-08 Avago Technologies General Ip (Singapore) Pte. Ltd. Acoustic resonator comprising collar and frame
JP2019068295A (ja) * 2017-10-02 2019-04-25 株式会社村田製作所 フィルタ
US10742194B2 (en) 2017-10-02 2020-08-11 Murata Manufacturing Co., Ltd. Filter
CN110729977A (zh) * 2018-07-17 2020-01-24 太阳诱电株式会社 通信模块
CN110729977B (zh) * 2018-07-17 2024-01-09 太阳诱电株式会社 通信模块

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