圧電薄膜共振子、フィルタおよびモジュール
【課題】低損失、低コストであり、かつスプリアスを抑制すること。
【解決手段】基板１０と、基板上に形成された下部電極１２と、前記下部電極上に形成された圧電膜１４と、前記圧電膜上に形成された上部電極１６と、を具備し、前記圧電膜を挟み下部電極と上部電極とが対向する共振領域２０の端において、前記下部電極および前記上部電極の少なくとも一方が前記共振領域の中央部に対し厚く形成された厚膜領域３２が形成され、前記厚膜領域の幅は、前記圧電膜の厚さ方向に交差する方向に伝搬する弾性波の波長より狭い圧電薄膜共振子。
【解決手段】基板１０と、基板上に形成された下部電極１２と、前記下部電極上に形成された圧電膜１４と、前記圧電膜上に形成された上部電極１６と、を具備し、前記圧電膜を挟み下部電極と上部電極とが対向する共振領域２０の端において、前記下部電極および前記上部電極の少なくとも一方が前記共振領域の中央部に対し厚く形成された厚膜領域３２が形成され、前記厚膜領域の幅は、前記圧電膜の厚さ方向に交差する方向に伝搬する弾性波の波長より狭い圧電薄膜共振子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電薄膜共振子、フィルタおよびモジュールに関し、例えば、共振領域端に厚膜領域を有する圧電薄膜共振子、フィルタおよびモジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話に代表される無線機器の急速な普及により、高周波フィルタへの需要が急速に拡大している。特に小型で高い急峻性を有する弾性波フィルタへの需要は旺盛である。弾性波フィルタには、弾性波共振子が用いられる。例えば、２ＧＨｚ帯を越える高周波数帯において、小型化および低損失な共振子として圧電薄膜共振子が注目されている。圧電薄膜共振子は、下部電極と、上部電極と、下部電極と上部電極に挟まれた圧電膜を備える。圧電膜を挟み下部電極と上部電極とが重なる領域が共振に寄与する共振領域である。共振特性には、主に共振膜の膜厚方向に伝搬する弾性波が寄与する。この膜厚方向に伝搬する弾性波が横方向に伝搬するとスプリアスの原因となる。
【０００３】
特許文献１には、共振領域の端部に上部電極の膜厚が共振領域の中央部より薄い薄膜領域を設けることにより、弾性波の横方向への伝搬を抑制し、スプリアスを抑制することが記載されている。さらに、特許文献２および非特許文献１には、薄膜領域の外側に、共振領域の中央部より上部電極の膜厚が厚い厚膜領域を設けることにより、より確実に、弾性波の横方向への伝搬を抑制し、スプリアスを抑制することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１０９４７２号公報
【特許文献２】特開２００７−６５０１号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Proceeding of IEEE international ultrasonic symposium 2006, pp456-459
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１の方法では、損失が大きくなってしまう。また、特許文献２および非特許文献１の方法では、上部電極の膜厚を三段階にすることになり、製造コストが増大する。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、低損失、低コストであり、かつスプリアスを抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、基板と、基板上に形成された下部電極と、前記下部電極上に形成された圧電膜と、前記圧電膜上に形成された上部電極と、を具備し、前記圧電膜を挟み下部電極と上部電極とが対向する共振領域の端において、前記下部電極および前記上部電極の少なくとも一方が前記共振領域の中央部に対し厚く形成された厚膜領域が形成され、前記厚膜領域の幅は、前記圧電膜の厚さ方向に交差する方向に伝搬する弾性波の波長より狭いことを特徴とする圧電薄膜共振子である。本発明によれば、低損失、低コストであり、かつスプリアスを抑制することができる。
【０００９】
本発明は、基板と、基板上に形成された下部電極と、前記下部電極上に形成された圧電膜と、前記圧電膜上に形成された上部電極と、を具備し、前記圧電膜を挟み下部電極と上部電極とが対向する共振領域の端において、前記下部電極および前記上部電極の少なくとも一方が前記共振領域の中央部に対し厚く形成された厚膜領域が形成され、前記厚膜領域の幅ｗは、前記圧電薄膜共振子の共振周波数をｆｒ、前記圧電膜のスティフネスをｃ１１、前記圧電膜の密度をρとしたとき、
であることを特徴とする圧電薄膜共振子である。本発明によれば、低損失、低コストであり、かつスプリアスを抑制することができる。
【００１０】
上記構成において、前記圧電膜の厚さ方向に交差する方向に伝搬する弾性波は、前記圧電薄膜共振子が共振する弾性波の主モードと同じ振動モードの低次モードの弾性波である構成とすることができる。
【００１１】
上記構成において、前記厚膜領域の幅は、前記圧電膜の厚さ方向に交差する方向に伝搬する弾性波の波長の１／２以下である構成とすることができる。
【００１２】
上記構成において、前記共振領域の前記下部電極下には空隙または音響多層膜が形成されている構成とすることができる。
【００１３】
上記構成において、前記共振領域の外側の前記圧電膜は、前記共振領域の前記圧電膜より薄い構成とすることができる。
【００１４】
上記構成において、前記厚膜領域においては、前記下部電極および前記上部電極のいずれか一方が前記共振領域の中央部に対し厚く形成され、前記共振領域の外側の前記下部電極および前記上部電極の他方は、前記共振領域より薄い構成とすることができる。
【００１５】
上記構成において、前記圧電膜のポアソン比は、０．３以下である構成とすることができる。
【００１６】
本発明は、上記圧電薄膜共振子を含むフィルタである。
【００１７】
本発明は、入力端子と出力端子との間に並列に接続された１または複数の並列共振子と、前記入力端子と前記出力端子との間に直列に接続され、上記圧電薄膜共振子である１または複数の直列共振子と、を具備することを特徴とするフィルタである。
【００１８】
上記構成において、前記１または複数の並列共振子は、基板と、基板上に形成された下部電極と、前記下部電極上に形成された圧電膜と、前記圧電膜上に形成された上部電極と、を具備し、前記圧電膜を挟み下部電極と上部電極とが対向する共振領域の端において、前記下部電極および前記上部電極の少なくとも一方が前記共振領域の中央部に対し厚く形成された厚膜領域が形成されており、前記１または複数の並列共振子の厚膜領域の幅は、前記１または複数の直列共振子の厚膜領域より広い構成とすることができる。
【００１９】
本発明は、上記フィルタを含むことを特徴とする分波器である。
【００２０】
上記構成において、共通端子と第１端子との間に接続された第１フィルタと、前記共通端子と第２端子との間に接続され、前記第１フィルタより高周波数側に通過帯域を有する第２フィルタと、を具備し、前記第１フィルタは、上記フィルタであることを特徴とする分波器である。
【００２１】
本発明は、上記圧電薄膜共振子を含むモジュールである。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、低損失、低コストであり、かつスプリアスを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】図１（ａ）は、直列共振子の構成図であり、図１（ｂ）は並列共振子の構成図であり、図１（ｃ）は直列共振子及び直列共振子の通過特性を示す図である。
【図２】図２（ａ）は、１段ラダー型フィルタの構成図であり、図２（ｂ）は、１段ラダー型フィルタの通過特性を示す図である。
【図３】図３（ａ）は、圧電薄膜共振子の平面図、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【図４】図４（ａ）から図４（ｃ）は、圧電薄膜共振子の別の例を示す断面図である。
【図５】図５（ａ）は、厚み縦振動の分散曲線を示す模式図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）の分散曲線を有する共振子の通過特性のスミスチャートの模式図である。
【図６】図６は、ラダー型フィルタの通過特性を示す模式図である。
【図７】図７は、伝搬定数に対する周波数を示す模式図である。
【図８】図８（ａ）から図８（ｉ）は、各定在波を示す模式図である。
【図９】図９（ａ）は、比較例１に係る共振子の共振領域の端部付近の断面模式図、図９（ｂ）は、圧電膜の変位を示す模式図である。
【図１０】図１０（ａ）は、比較例２に係る共振子の共振領域の端部付近の断面模式図，図１０（ｂ）は、圧電膜の変位を示す模式図である。
【図１１】図１１（ａ）および図１１（ｂ）は、比較例２の共振領域中央部および薄膜領域における分散曲線を示す図である。
【図１２】図１２（ａ）は、比較例３に係る共振子の共振領域の端部付近の断面模式図、図１２（ｂ）は、圧電膜の変位を示す模式図である。
【図１３】図１３（ａ）からおよび図１３（ｃ）は、それぞれ比較例３の共振領域中央部、薄膜領域および厚膜領域における分散曲線を示す図である。
【図１４】図１４（ａ）は、比較例４に係る共振子の共振領域の端部付近の断面模式図、図１４（ｂ）は、圧電膜の変位を示す模式図である。
【図１５】図１５（ａ）および図１５（ｂ）は、それぞれ比較例４の共振領域中央部および厚膜領域における分散曲線を示す図である。
【図１６】図１６は、ＡｌＮの分散曲線の計算結果である。
【図１７】図１７は、実施例１においてシミュレーションに用いた構造を示す図である。
【図１８】図１８（ａ）から図１８（ｄ）は、実施例１におけるシミュレーション結果を示す図である。
【図１９】図１９は、比較例３においてシミュレーションに用いた構造を示す図である。
【図２０】図２０（ａ）から図２０（ｄ）は、実施例１および比較例３におけるシミュレーション結果を示す図である。
【図２１】図２１は、基準、実施例１および比較例３の共振子の通過特性を示すスミスチャートである。
【図２２】図２２（ａ）および図２２（ｂ）は、実施例２に係る圧電薄膜共振子の断面を示す図である。
【図２３】図２３は、実施例３に係るラダー型フィルタの回路図である。
【図２４】図２４は、実施例４に係る分波器の回路図である。
【図２５】図２５は、実施例５に係る通信用モジュールのブロック図である。
【図２６】図２６は、実施例６に係る発振モジュールのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
まず、ラダー型フィルタを例にスプリアスについて説明する。図１（ａ）は、直列共振子の構成図であり、図１（ｂ）は並列共振子の構成図であり、図１（ｃ）は直列共振子及び直列共振子の通過特性を示す図である。
【００２５】
図１（ａ）に示すように、直列共振子Ｓは、共振子を一端子対共振子としたとき、その２つの信号端子のうち、一方を入力端子Ｔｉｎ、他方を出力端子Ｔｏｕｔとしたものである。図１（ｂ）に示すように、並列共振子Ｐは、共振子を一端子対共振子としたとき、その２つの信号端子のうち、一方をグランド端子に接続し、他方を入力端子Ｔｉｎと出力端子Ｔｏｕｔの短絡線路に接続したものである。
【００２６】
図１（ｃ）の横軸は周波数、縦軸は通過量である。直列共振子Ｓの通過特性を実線Ｓ、並列共振子Ｐの通過特性を点線Ｐで示す。図１（ｃ）に示すように、直列共振子Ｓの通過特性は、１つの共振点（共振周波数）ｆｒｓと１つの反共振点（反共振周波数）ｆａｓとを有する。共振点ｆｒｓにおいて通過量は最大となり、反共振点ｆａｓにおいて通過量は最小となる。一方、並列共振子Ｐの通過特性は、１つの共振点ｆｒｐと１つの反共振点ｆａｐとを有する。共振点ｆｒｐにおいて通過量は最小となり、反共振点ｆａｐにおいて通過量は最大となる。
【００２７】
図２（ａ）は、１段ラダー型フィルタの構成図であり、図２（ｂ）は、１段ラダー型フィルタの通過特性を示す図である。図２（ａ）に示すように、直列共振子Ｓが入力端子Ｔｉｎと出力端子Ｔｏｕｔとに直列に接続され、並列共振子Ｐが出力端子Ｔｏｕｔとグランドとの間に接続される。例えば、直列共振子Ｓの共振点ｆｒｓと並列共振子Ｐの反共振点ｆａｐとは概一致するように設計する。
【００２８】
図２（ｂ）の横軸は周波数、縦軸は通過量を示す。図２（ａ）の構成により、直列共振子Ｓと並列共振子Ｐとの通過特性が合成され、図２（ｂ）の通過特性が得られる。通過量は、直列共振子Ｓの共振点ｆｒｓと並列共振子Ｐの反共振点ｆａｐとの付近において最大となる。一方、直列共振子Ｓの反共振点ｆａｓ及び並列共振子Ｐの共振点ｆｒｐにおいて極小となる。並列共振子Ｐの共振点ｆｒｐと直列共振子Ｓの反共振点ｆａｓとの間の周波数帯域が通過帯域となり、並列共振子Ｐの共振点ｆｒｐ以下及び直列共振子Ｓの反共振点ｆａｓ以上の周波数帯域が減衰域となる。このように、ラダー型フィルタはバンドパスフィルタとして機能する。
【００２９】
次に、共振子として圧電薄膜共振子を説明する。図３（ａ）は、圧電薄膜共振子の平面図、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＡ−Ａ断面図である。図３（ａ）および図３（ｂ）のように、基板１０上に、下部電極１２が形成されている。下部電極１２上に圧電膜１４が形成されている。圧電膜１４上に上部電極１６が形成されている。圧電膜１４を挟み下部電極１２と上部電極１６が対向する領域が共振領域２０である。共振領域２０下の基板１０には、空隙１８が形成されている。
【００３０】
図４（ａ）から図４（ｃ）は、圧電薄膜共振子の別の例を示す断面図である。図４（ａ）においては、基板１０の上面に凹部を設け、基板１０と下部電極１２との間に空隙１８が設けられている。図４（ｂ）においては、基板１０の上面は平坦であり、下部電極１２と基板１０との間に空隙１８ができるように下部電極１１を形成している。図４（ｃ）においては、基板１０と下部電極１２との間に、空隙１８の代わりに、弾性波を反射する音響反射膜１９が設けられている。音響反射膜１９としては、音響インピーダンスの高い膜と低い膜を弾性波の波長の膜厚で交互に積層した膜を用いることができる。
【００３１】
図３（ａ）から図４（ｃ）のように、圧電薄膜共振子は、薄膜により形成される脆弱なデバイスであり、ハンドリング等により損傷を受けないように基板１０上に形成されている。しかしながら、優れた共振特性を得るためには、基板１０と共振領域２０とは音響的に絶縁されていることが好ましい。このため、空隙１８または音響反射膜１９は、共振領域２０を包含するように設けられることが好ましい。または、空隙１８または音響反射膜１９は、共振領域２０を部分的に含む領域に形成されていてもよい。
【００３２】
圧電薄膜共振子は、下部電極１２と上部電極１６との間に高周波数信号を印加した際に、圧電膜１４内で励振される厚み縦振動のバルク波を利用して共振特性を得る。圧電薄膜共振子は、厚み縦振動のバルク波の圧電膜１４の膜厚方向の振動エネルギーの伝搬を利用する。しかしながら、圧電膜１４の膜厚方向に交差する方向（例えば、膜厚方向に直交する方向、例えば、圧電膜１４の平面方向）にも振動エネルギーの伝搬が存在する。この圧電膜１４の膜厚方向に交差する方向に伝搬する振動エネルギーは、スプリアスとして、膜厚方向の振動エネルギーの伝搬である主振動に重畳し観測される。
【００３３】
図５（ａ）は、厚み縦振動の分散曲線を示す模式図である。図５（ａ）において、横軸は圧電膜１４の平面方向の伝搬定数（波数）である。縦軸は周波数である。周波数軸の右側は伝搬定数が実数であり、伝搬曲線がこの範囲の周波数においては、圧電膜１４の平面方向のエネルギー伝搬が存在する。周波数軸の左側は伝搬定数が虚数であり、伝搬曲線がこの範囲の周波数においては、圧電膜１４の平面方向のエネルギー伝搬が存在しない。すなわち、弾性波は圧電膜１４の平面方向に伝搬しない。分散曲線が周波数軸と交わる点は遮断周波数である。図５（ａ）では、遮断周波数以上の周波数においては、弾性波は圧電膜１４の平面方向に伝搬しない。一方、遮断周波数以下の周波数においては、弾性波は圧電膜１４の平面方向に伝搬する。一般的には、遮断周波数は、共振子の共振周波数とほぼ一致する。図５（ａ）のように、分散曲線が遮断周波数より低周波数領域において実数となるのは、一般的にポアソン比が０．３以下の物質である。ポアソン比が０．３以下の物質として、例えば（００２）方向に配向された窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等がある。
【００３４】
図５（ｂ）は、図５（ａ）の分散曲線を有する共振子の通過特性のスミスチャートの模式図である。図５（ｂ）のように、共振点より低周波数側にスプリアスが生成されている。このように、図５（ａ）の分散曲線を有する共振子は、共振周波数より低い周波数において、圧電膜１４の平面方向の伝搬定数が実数のため、弾性波が圧電膜１４の平面方向に伝搬し、スプリアスが生成される。一方、共振周波数より高い周波数において、圧電膜１４の平面方向の伝搬定数が虚数のため、弾性波が圧電膜１４の平面方向に伝搬せず、スプリアスが生成されない。
【００３５】
図６は、ラダー型フィルタの通過特性を示す模式図である。図５（ｂ）の通過特性を有する共振子を用い、ラダー型フィルタを形成する。図６の点線は、図５（ｂ）のスプリアスの影響を考慮しないラダー型フィルタの通過特性を示す。図６の実線は、図５（ｂ）のスプリアスの影響を考慮したラダー型フィルタの通過特性を示す。図６のように、スプリアスを考慮すると、通過帯域内に複数のリップルが形成される。このリップルは、各共振子のスプリアスが重畳されたため生じたものである。このように、共振子のスプリアスは、フィルタの挿入損失を劣化させ、また通過特性内のリップスを発生させる。このため、共振子のスプリアスの抑制が求められる。
【００３６】
スプリアスの抑制を検討するに当りピストンモードについて検討する。図７は、伝搬定数に対する周波数を示す模式図である。図８（ａ）から図８（ｉ）は、各定在波を示す模式図である。図８（ａ）のように、励振領域の長さｄの端部が支持されない圧電板２４を仮定する。圧電板２４には、０次から高次の定在波が生成される。このうち、０次から７次の定在波の周波数をそれぞれω０からω７とする。図８（ｂ）から図８（ｉ）の太実線は、それぞれ０次から７次の定在波を示している。図７において、０次の定在波は、伝搬定数が０の弾性波に対応する。すなわち、ω０は共振周波数にほぼ等しい。１次から６次の定在波は、それぞれ伝搬定数が２π／（ｄ／１）から２π／（ｄ／６）の弾性波に対応する。
【００３７】
図８（ｂ）から図８（ｉ）のように、ピストンモードにおいては、圧電板２４の端部が支持されていないため、端部において、弾性波の変位は最大値となる。この変位モードをピストンモードとよぶ。ピストンモードにおいては、変位量を圧電板２４の長さ方向に積分したとき、図８（ｂ）の０次の定在波以外は、ゼロとなる。これは、０次の定在波以外では、圧電板２４の表面の電荷の総和がゼロになることを示している。よって、共振応答以外には電気的に出力されず、スプリアスは生成されない。０次の定在波の場合は、伝搬定数は０であり、圧電体２４の平面方向の伝搬がないため、スプリアスは生成されない。
【００３８】
以上のように、ピストンモードにおいては、スプリアスは生成されない。しかしながら、実際の共振子においては、共振領域２０が基板１０に支持されている。このため、圧電板の端部が完全自由端ではない。
【００３９】
比較例１を参照し、スプリアスが生じるモデルについて説明する。図９（ａ）は、比較例１に係る共振子の共振領域の端部付近の断面模式図、図９（ｂ）は、圧電膜の変位を示す模式図である。図９（ａ）は、比較例１の共振領域２０の端部付近の基板１０、下部電極１２、圧電膜１４、上部電極１６および空隙１８を示す模式図である。図９（ｂ）は、図９（ａ）の圧電膜１４の平面方向の位置Ｘに対する圧電膜１４の変位を示す図である。破線は、理想的な場合を示している。理想的には、圧電膜１４の変位は共振領域２０の端でアブラプトに０になる。しかしながら、実際の圧電膜１４の変位は実線のように、位置Ｘに対しなだらかに変化する。これは、圧電膜１４の端部が完全自由端ではないため、基板１０で支持される領域の圧電膜１４は、単純減衰振動するためである。共振領域２０では、この振動の干渉を受けて、ピストンモードが歪められる。この結果、０次の定在波以外の定在波においても、共振領域２０内の平面方向の電荷の総和が有値となり、スプリアス応答が電気的に出力されてしまう。
【００４０】
次に、比較例２について説明する。比較例２は特許文献１に対応する例である。図１０（ａ）は、比較例２に係る共振子の共振領域の端部付近の断面模式図，図１０（ｂ）は、圧電膜の変位を示す模式図である。図１０（ａ）のように、共振領域２０の端に薄膜領域３０が設けられている。薄膜領域３０において、上部電極１６の膜厚が薄くなっている。その他の構成は、比較例１の図９（ａ）と同じであり説明を省略する。
【００４１】
図１１（ａ）および図１１（ｂ）は、比較例２の共振領域中央部および薄膜領域における分散曲線を示す図である。図１１（ａ）のように、共振領域２０の中央部においては、共振領域２０の共振周波数ｆｒはほぼ遮断周波数ｆ０である。遮断周波数ｆ０より低周波数側がスプリアスが生成する周波数領域４０となっている。図１１（ｂ）のように、薄膜領域３０においては、上部電極１６が薄いため、遮断周波数ｆ０が高周波数側にシフトする。これにより、薄膜領域３０においては、共振領域２０の中央部における弾性波と同じ周波数の弾性波の波数が大きくなる。よって、図１０（ｂ）のように、実際の位置Ｘに対する変位が理想的な変位に近づく。したがって、比較例２においては、比較例１に比べ、スプリアスが抑制される。
【００４２】
次に、比較例３について説明する。比較例３は特許文献２および非特許文献１に対応する例である。図１２（ａ）は、比較例３に係る共振子の共振領域の端部付近の断面模式図、図１２（ｂ）は、圧電膜１４の変位を示す模式図である。図１２（ａ）のように、比較例２の図１０（ａ）に比べ、薄膜領域３０の外側に厚膜領域３２が設けられている。厚膜領域３２において上部電極１６の膜厚が共振領域２０の中央部より厚くなっている。その他の構成は、比較例２の図１０（ａ）と同じであり説明を省略する。
【００４３】
図１３（ａ）からおよび図１３（ｃ）は、それぞれ比較例３の共振領域中央部、薄膜領域および厚膜領域における分散曲線を示す図である。図１３（ａ）および図１３（ｂ）の分散曲線は、比較例２の図１１（ａ）および図１１（ｂ）と同じである。このため、図１２（ｂ）のように、位置Ｘに対する変位は、比較例２の図１０（ｂ）とほぼ同じである。図１３（ｃ）のように、厚膜領域３２においては、上部電極１６が厚いため、遮断周波数ｆ０が低周波側にシフトする。これにより、厚膜領域３２においては、共振領域２０の共振周波数ｆｒの弾性波の分散定数は虚数となり、伝搬できなくなる。これにより、圧電膜１４の平面方向に伝搬する弾性波を厚膜領域３２においてより確実に減衰させることができる。よって、スプリアスをより確実に抑制できる。
【００４４】
しかしながら、比較例２および比較例３においては、図１１（ｂ）および図１３（ｂ）のように、薄膜領域３０において、遮断周波数ｆ０が共振領域２０の共振周波数ｆｒより高周波数側にシフトする。このため、共振領域２０の共振周波数ｆｒより高い周波数においても伝搬定数が実数である。これにより、共振に寄与しない弾性波が減衰せず、損失が生じてしまう。
【００４５】
次に、比較例４について説明する。図１４（ａ）は、比較例４に係る共振子の共振領域の端部付近の断面模式図、図１４（ｂ）は、圧電膜１４の変位を示す模式図である。図１４（ａ）のように、共振領域２０の端に厚膜領域３２が設けられている。厚膜領域３２において上部電極１６の膜厚が共振領域２０の中央部より厚くなっている。その他の構成は、比較例１の図９（ａ）と同じであり説明を省略する。
【００４６】
図１５（ａ）および図１５（ｂ）は、それぞれ比較例４の共振領域中央部および厚膜領域における分散曲線を示す図である。図１５（ａ）および図１５（ｂ）の分散曲線は、比較例３の図１３（ａ）および図１３（ｃ）と同じである。図１５（ｂ）のように、厚膜領域３２においては、共振領域２０の共振周波数ｆｒの弾性波の分散定数は虚数となり、伝搬できなくなる。これにより、圧電膜１４の平面方向に伝搬する弾性波を厚膜領域３２において減衰させることができる。よって、損失を小さくすることができる。しかしながら、比較例４は比較例２のように薄膜領域３０が設けられていない。よって、図１１（ｂ）のように、遮断周波数ｆ０を高くできない。このため、図１４（ｂ）のように、比較例１と同様に、変位は位置Ｘに対しなだらかに変化する。よって、スプリアスを抑制することができない。
【００４７】
図２（ｂ）のように、直列共振子Ｓにおいては、共振周波数ｆｒｓ以下の周波数帯域にスプリアスが生じると、通過帯域内にスプリアスが影響してしまう。一方、並列共振子Ｐにおいては、共振周波数ｆｒｐ以下の周波数帯域にスプリアスが生じても通過帯域外である。特許文献１においては、直列共振子として、スプリアスを抑制可能な比較例２の共振子を用い、並列共振子として、損失を抑制可能な可能な比較例４の共振子を用いることが提案されている。
【００４８】
しかしながら、この方法では、直列共振子の上部電極１６に薄膜領域３０を形成し、並列共振子の上部電極１６に厚膜領域３２を形成することになる。このように、上部電極１６に薄膜領域３０と厚膜領域３２を形成するのでは、上部電極１６の加工が複雑となり、製造コストが増大してしまう。同様に、比較例３に係る共振子のように、１つの共振子内の上部電極１６に、薄膜領域３０と厚膜領域３２とを形成する場合も製造コストが増大してしまう。以下に、低損失、低コストであり、かつスプリアスを抑制することが可能な実施例について説明する。
【実施例１】
【００４９】
図１６は、ＡｌＮの分散曲線の計算結果である。図１６の横軸は波数、縦軸は周波数である。分散曲線は、下部電極１２を膜厚が３５０ｎｍのモリブデン膜、上部電極１６を膜厚が３００ｎｍのモリブデン膜、圧電膜１４を膜厚が１０５０ｎｍのＡｌＮ膜として計算した。
【００５０】
図１６において、モードＴＥは、厚み縦振動モードであり、モードＴＳは厚み横すべり振動のモードを示す。モードＴＥ１で示した実線が圧電薄膜共振子として機能するための主モードである。主モードＴＥ１のうち波数が実数であり、かつ波数とともに周波数が減少する領域がスプリアスが生成される領域（図１６のＴＥ１のうち破線領域）である。ここで、図１６において、主モードＴＥ１と同じ厚み縦振動モードの低次の振動モードＴＥ０（破線で図示）に着目する。図１６では、主モードＴＥ１が１次モードであり、モードＴＥ０は０次モードである。モードＴＥ０は、共振点がなく、共振に寄与しない。すなわち、機械共振には用いられず、電気特性として寄与しないモードである。このモードＴＥ０を共振領域２０の端部において、利用することにより、損失を増加させることなくスプリアスを抑制できることを見出した。
【００５１】
図１７は、実施例１においてシミュレーションに用いた構造を示す図である。図１７のように、共振領域２０の端部に厚膜領域３２が形成されている共振子について有限要素法を用いシミュレーションを行った。図１７の構成は、図１４（ａ）と同じである。共振領域２０の中心（左側の点線）を鏡面境界としている。シミュレーションにおいては、共振領域２０の幅（全体の共振領域２０の幅の半分）Ｗｒを４０μｍ、共振領域２０の中央部に対する厚膜領域３２の上部電極１６の高さｔ、厚膜領域３２の幅Ｗをパラメータとした。高さｔ＝０の共振子を基準の共振子とした。共振点のＱ値、反共振点のＱ値、実効的電気機械結合係数Ｋｅｆｆ２、スプリアスの増加量を計算した。
【００５２】
スプリアスの増加量は、複数のスプリアスを共振点から近い順に、１次、２次、３次、…ｎ次のスプリアスとし、１次から３次のスプリアスの減衰量の総和を計算した。この減衰量の総和から基準の共振子の減衰量の総和を引いた値を、スプリアスの増加量とした。スプリアス増加量が負の場合、基準の共振子に比べスプリアスが抑制されていることを示している。
【００５３】
図１８（ａ）から図１８（ｄ）は、実施例１におけるシミュレーション結果を示す図である。図１８（ａ）は、厚膜領域３２の幅Ｗに対する共振点のＱ値、図１８（ｂ）は、幅Ｗに対する反共振点のＱ値、図１８（ｃ）は、幅Ｗに対する実効的電気機械結合係数Ｋｅｆｆ２、図１８（ｄ）は、幅Ｗに対するスプリアス増加量を示している。幅Ｗが０の黒丸は基準の共振子の値を示している。白四角、白三角および白丸はそれぞれ高さｔが２５ｎｍ、１００ｎｍ、および２００ｎｍの計算結果である。
【００５４】
図１８（ｄ）より、厚膜領域３２の幅Ｗが８００μｍ以下では、いずれの高さｔにおいてもスプリアス増加量は、ほぼ負になる。すなわち、基準の共振子に比べスプリアスがほぼ抑制されている。さらに、図１８（ａ）から図１８（ｃ）のように、厚膜領域３２の幅Ｗが８００μｍ以下の領域では、共振点のＱ値、反共振点のＱ値および実効的電気機械結合係数Ｋｅｆｆ２とも微増している範囲が多い。これにより、厚膜領域３２の幅Ｗを８００μｍ以下としても共振特性に悪影響はない。
【００５５】
表１は、高さｔ＝２００ｎｍのときの、１次から３次のスプリアスが生成される周波数におけるモードＴＥ０の波長を示す表である。表１のように、スプリアスの次数によらず、モードＴＥ０の波長は１．６９μｍから１．７μｍである。以上の結果から、スプリアスが抑制される厚膜領域３２の幅Ｗは、モードＴＥ０の波長の約１／２以下である。
【表１】
【００５６】
モードＴＥ０は、主モードであるモードＴＥ１と同様の厚み縦振動モードである。このため、モードＴＥ０とモードＴＥ１とは干渉し易い。このため、共振領域２０の端部において、厚膜領域３２の幅ＷをモードＴＥ０と干渉させることにより、モードＴＥ１のスプリアスが抑制できたものと考えられる。さらに、モードＴＥ０は共振には寄与しないため、モードＴＥ０により共振特性への悪影響はほとんどないものと考えられる。
【００５７】
このような、考察によれば、厚膜領域３２の幅Ｗは、モードＴＥ０の波長以下であることが好ましく、モードＴＥ０の波長の１／２以下であることがより好ましい。さらに、１／３以下であることがより好ましい。
【００５８】
ここで、圧電膜１４が単層の圧電薄膜共振子を仮定した場合、モードＴＥ０の分散式は数式１のようになる。
【数１】
ここで、ｆは励振周波数、ｋは端数、ｃ１１は圧電膜１４のスティフネス、ρは圧電膜の密度である。
【００５９】
実際の圧電薄膜共振子においては、下部電極１２および上部電極１６等が圧電膜１４に付加される。このため、数式１は数式２のように不等式となる。
【数２】
共振周波数をｆｒとすると、モードＴＥ０の波長λは、数式３の不等式を満たす。
【数３】
【００６０】
例えば、共振子の共振周波数ｆｒ＝２．０７ＧＨｚ、ＡｌＮのスティフネスｃ１１＝３．４５×１０１１Ｎ／ｍ２、ＡｌＮの密度ρ＝３２６０ｋｇ／ｍ３とすると、数式３は、λ＜５μｍとなる。これは、上述のモードＴＥ０の波長の計算結果であるλ＝１．６９〜１．７μｍと一致する。５μｍと１．６９〜１．７μｍとの差は、下部電極１２および上部電極１６の質量付加に相当すると考えられる。図１８の計算では、実効的電気機械結合係数ｋｅｆｆ２を高めるため、下部電極１２および上部電極１６の密度を高く、膜厚を厚くしているため、音速が減じられ、モードＴＥ０と数式３との乖離が大きくなっている。
【００６１】
上述のように、厚膜領域３２の幅ＷをモードＴＥ０と干渉させるためには、厚膜領域３２の幅Ｗは、数式４の不等式を満たすことが好ましい。
【数４】
【００６２】
次に、実施例１と比較例３との比較を行なった。図１９は、比較例３においてシミュレーションに用いた構造を示す図である。図１９のように、共振領域２０の端部に薄膜領域３０および厚膜領域３２が形成されている共振子について有限要素法を用いシミュレーションを行った。図１９の構成は、図１２（ａ）と同じである。共振領域２０の中心を鏡面境界としている。シミュレーションにおいては、共振領域２０の中央部に対する厚膜領域３２の上部電極１６の高さｔ０、共振領域２０の中央部に対する薄膜領域３０の上部電極１６の高さｔ、厚膜領域３２の幅Ｗ０、薄膜領域３０の幅Ｗをパラメータとした。幅Ｗ０を２μｍ、高さｔ０を１００ｎｍ、高さｔを２５ｎｍと固定してシミュレーションした。実施例１のシミュレーションに用いた構造は図１７と同じである。実施例１の高さｔは２００ｎｍとしてシミュレーションした。
【００６３】
図２０（ａ）から図２０（ｄ）は、実施例１および比較例３におけるシミュレーション結果を示す図である。図２０（ａ）は、幅Ｗに対するスプリアス増加量、図２０（ｂ）は、幅Ｗに対する共振点のＱ値、図２０（ｃ）は、幅Ｗに対する反共振点のＱ値、図２０（ｄ）は、幅Ｗに対する実効的電気機械結合係数Ｋｅｆｆ２を示している。黒丸は比較例３、白丸は実施例１を示している。幅Ｗ＝０の黒丸は基準の共振子を示している。
【００６４】
図２０（ａ）のように、比較例３においては、幅Ｗ＝２μｍ近傍にてスプリアスの抑制が最大となる。一方、実施例１においては、幅Ｗ＝０．４μｍ近傍においてスプリアスの抑制が最大となる。図２０（ｂ）および図２０（ｃ）において、スプリアスの抑制が最大となる幅Ｗにおいて、共振点のＱ値および反共振点のＱ値を比較すると、比較例３では、幅Ｗ＝２μｍにおいて、Ｑ値は、基準の共振子より小さくなる。一方、実施例１では、幅Ｗ＝０．４μｍにおいて、Ｑ値は、基準の共振子と同程度である。
【００６５】
図２１は、基準、実施例１および比較例３の共振子の通過特性を示すスミスチャートである。実線が実施例１の幅Ｗ＝０．４μｍ、破線が比較例３の幅Ｗ＝２μｍ、点線が基準の共振子のシミュレーション結果を示している。比較例３においては、共振点より高い周波数において、通過特性が基準より内側を通る。これは、比較例３において、損失が多いことを示している。一方、実施例１においては、共振点より高い周波数において、基準の共振子とほぼ同じである。このように、実施例１は、基準の共振子とほぼ同じ損失である。一方、共振点より低周波数側において、実施例１は基準の共振子よりスプリアスが小さい。このように、実施例１においては、損失の増大を抑えつつ、スプリアスを抑制することができる。
【００６６】
実施例１によれば、厚膜領域３２の幅Ｗを、圧電膜１４の厚さ方向に交差する方向に伝搬する弾性波の波長より狭くする。これにより、厚膜領域３２と圧電膜１４の厚さ方向に交差する方向に伝搬する弾性波とを干渉させスプリアスを抑制することができる。
【００６７】
ここで、圧電膜１４の厚さ方向に交差する方向に伝搬する弾性波は、例えば、圧電薄膜共振子が共振する弾性波の主モードと同じ振動モードの低次モードの弾性波である。すなわち、例えば、厚膜領域３２の幅ＷをモードＴＥ０の波長より狭くする。これにより、共振特性の劣化を抑制し、かつスプリアスを抑制することができる。
【００６８】
さらに、厚膜領域３２の幅Ｗは、数式４を満足する。これにより、厚膜領域３２と弾性波とを干渉させスプリアスを抑制することができる。
【００６９】
さらに、実施例１によれば、共振領域２０に上部電極１６の厚膜領域３２の幅Ｗを設定するだけであり、比較例３のように、上部電極１６に厚膜領域３２と薄膜領域３０とを形成しない。このため、上部電極１６の加工が簡単となり、製造コストを抑制できる。
【００７０】
なお、実施例１においては、厚膜領域３２を上部電極１６が共振領域２０の中央部に対し厚く形成された領域としたが、厚膜領域３２は、下部電極１２および上部電極１６の少なくとも一方が共振領域２０の中央部に対し厚く形成された領域でもよい。しかしながら、下部電極１２に段差があると、配向性の高い圧電膜１４を形成した際に、圧電膜１４のクラックの起点になりやすい。よって、良好な膜質の圧電膜１４を形成するためには、共振領域２０内の下部電極１２の膜厚は一定であり、上部電極１６の共振領域２０の端の膜厚を中央部に対し厚くすることが好ましい。
【００７１】
下部電極１２および上部電極１６としては、モリブデン以外にも、Ｃｒ（クロム）、Ｒｕ（ルテニウム）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｃｕ（銅）、Ｗ（タングステン）、Ｔａ（タンタル）、Ｐｔ（白金）、Ｒｈ（ロジウム）もしくはＩｒ（イリジウム）等の金属膜またはこれらの複合膜を用いることができる。基板１０としては、Ｓｉ基板、石英基板、ガラス基板、セラミック基板またはＧａＡｓ基板等を用いることができる。圧電膜１４はＡｌＮ以外にも、ＺｎＯ（酸化亜鉛）、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）、ＰｂＴｉＯ3（チタン酸鉛）等を用いることができる。しかしながら、図５（ａ）のように、遮断周波数より小さい周波数において、伝搬定数が実数となるためには、圧電膜１４のポアソン比は０．３以下であることが好ましい。
【実施例２】
【００７２】
図１９（ａ）および図２０において、実施例１は比較例３に比べ、損失は小さいものの、スプリアスの抑制度は大きくない。これは、スプリアスを抑制する共振領域２０の端部に波数が虚数となる領域が存在しないためと考えられる。モードＴＥ０は、遮断周波数を有さないモードであるため、上部電極１６の厚膜化または薄膜化により、共振領域の外側に波数が虚数となる領域を形成することが難しい。
【００７３】
図２２（ａ）および図２２（ｂ）は、実施例２に係る圧電薄膜共振子の断面を示す図である。図２２（ａ）のように、厚膜領域３２の外側の領域３４において、圧電膜１４の膜厚が共振領域２０より薄くなっている。また、図２２（ｂ）のように、厚膜領域３２の外側の領域３４において、下部電極１２の膜厚が共振領域２０より薄くなっている。これにより、厚膜領域３２と領域３４とで、モードＴＥ０の波数の差を広げることが可能である。これにより、厚膜領域３２と領域３４との音響インピーダンスの不整合を増大させ、スプリアスの抑制を高めることができる。
【００７４】
実施例２によれば、図２２（ａ）のように、共振領域２０の外側の圧電膜１４は、共振領域２０の圧電膜１４より薄くすることができる。これにより、スプリアスをより抑制することができる。
【００７５】
また、図２２（ｂ）のように、厚膜領域３２においては、下部電極１２および上部電極１６のいずれか一方が共振領域２０の中央部に対し厚く形成されている場合、共振領域２０の外側の下部電極および上部電極の他方は、共振領域２０より薄いことが好ましい。これにより、スプリアスをより抑制することができる。
【実施例３】
【００７６】
実施例３は、実施例１または実施例２に係る圧電薄膜共振子をラダー型フィルタに用いる例である。図２３は、実施例３に係るラダー型フィルタの回路図である。図２３のように、実施例３に係るラダー型フィルタは、１または複数の直列共振子Ｓ１からＳ３および１または複数の並列共振子Ｐ１およびＰ２を備えている。入力端子Ｔｉｎと出力端子Ｔｏｕｔとの間に、１または複数の直列共振子Ｓ１からＳ３が直列に接続されている。入力端子Ｔｉｎと出力端子Ｔｏｕｔとの間に、１または複数の並列共振子Ｐ１およびＰ２が並列に接続されている。
【００７７】
図５（ｂ）のように、スプリアスが共振周波数より低周波数側において生じる場合、図２（ｂ）のように、直列共振子Ｓにスプリアスが発生すると、通過帯域内にリップルが発生してしまう。一方、並列共振子Ｐにスプリアスが発生しても、通過帯域内にリップルは発生しない。
【００７８】
そこで、実施例１または実施例２に係る圧電薄膜共振子を直列共振子Ｓ１からＳ３として用いる。これにより、通過帯域のスプリアスを抑制できる。
【００７９】
さらに、直列共振子Ｓ１からＳ３においては、実施例１の厚膜領域３２の幅Ｗを狭くし、図１８（ｄ）のように、スプリアスを抑制する。一方、並列共振子Ｐ１およびＰ２においては、厚膜領域３２の幅Ｗを広くし、図１８（ａ）および図１８（ｂ）のように、Ｑ値を高くする。このように、並列共振子Ｐ１およびＰ２の厚膜領域３２の幅を直列共振子Ｓ１からＳ３の厚膜領域３２より広くする。これにより、通過帯域内のリップルを抑制し、通過帯域の損失の小さいラダー型フィルタを提供することができる。さらに、薄膜領域３０を設けなくてよいため、製造コストを抑制できる。
【実施例４】
【００８０】
実施例４は、実施例３に係るラダー型フィルタを分波器に用いる例である。図２４は、実施例４に係る分波器の回路図である。図２４のように、実施例４に係る分波器５４は、第１フィルタ５０および第２フィルタ５２を備えている。第１フィルタ５０は、共通端子Ｔａｎｔと第１端子Ｔ１との間に接続されている。第２フィルタ５２は、共通端子Ｔａｎｔと第２端子Ｔ２との間に接続されている。第２フィルタ５２の通過帯域は第１フィルタ５０より高周波数側である。一般的には、通過帯域が低い第１フィルタ５０が送信フィルタであり、通過帯域が高い第２フィルタ５２が受信フィルタである場合が多い。
【００８１】
第１フィルタ５０が送信フィルタ、第２フィルタ５２が受信フィルタの場合、第１フィルタ５０は第１端子Ｔ１に入力された送信信号をフィルタリングして共通端子Ｔａｎｔに出力する。第１フィルタ５０は、受信信号を抑圧することにより、受信信号が第１端子Ｔ１に出力されることを抑制する。第２フィルタ５２は、共通端子Ｔａｎｔに入力された受信信号をフィルタリングして第２端子Ｔ２に出力する。第２フィルタ５２は、送信信号を抑圧することにより、送信信号が第２端子Ｔ２に出力されることを抑制する。
【００８２】
直列共振子のＱ値が低い場合、通過帯域の高周波数側の急峻性が劣化する。このため、比較例３のように、スプリアスの抑制と、Ｑ値との間にトレードオフのある共振子を直列共振子に用いた場合、通過帯域の高周波側の急峻性が犠牲となってしまう。実施例１および実施例２の共振子は、図２０（ａ）から図２０（ｃ）のように、スプリアスの抑制と、Ｑ値との両立が可能である。よって、通過帯域の高周波数側の急峻性が要求されるフィルタに用いることが好ましい。よって、第１フィルタ５０と第２フィルタ５２とのうち少なくとも第１フィルタ５０を実施例３に係るラダー型フィルタとすることが好ましい。
【実施例５】
【００８３】
実施例５は、実施例４に係る分波器を備える通信モジュールの例である。図２５は、実施例５に係る通信用モジュールのブロック図である。図２５のように、通信モジュール６０は、アンテナ６８、アンテナスイッチ６２、分波器バンク６４、並びにアンプモジュール４６を備える。通信モジュール６０は、例えば携帯電話用のＲＦモジュールであり、ＧＳＭ（Global System for Mobile Communication）通信方式及びＷ−ＣＤＭＡ通信方式等、複数の通信方式に対応している。ＧＳＭ方式については、８５０ＭＨｚ帯（ＧＳＭ８５０）、９００ＭＨｚ帯（ＧＳＭ９００）、１８００ＭＨｚ帯（ＧＳＭ１８００）、１９００ＭＨｚ帯（ＧＳＭ１９００）に対応している。アンテナ１０４は、ＧＳＭ方式及びＷ−ＣＤＭＡ方式いずれの送受信信号をも送受信できる。
【００８４】
分波器バンク６４は、複数の分波器６４ａ〜６４ｃを含む。複数の分波器６４ａから６４ｃは、それぞれ送信フィルタ５０ａ〜５０ｃおよび受信フィルタ５２ａ〜５２ｂを含む。複数の分波器６４ａから６４ｃは、それぞれ複数の通信方式の各々に対応した分波器である。アンテナスイッチ６２は、送受信する信号の通信方式に応じて、分波器バンク６４が備える複数の分波器から、通信方式に対応する分波器を選択し、選択された分波器とアンテナ６８とを接続する。各分波器はアンプモジュール６６に接続されている。アンプモジュール６６は分波器６４ａ〜６４ｃの送信フィルタ５０ａ〜５０ｃが受信した信号を増幅し、処理部に出力する。またアンプモジュール６６は、処理部により生成された信号を増幅し分波器の受信フィルタ５２ａ〜５２ｂに出力する。
【００８５】
分波器６４ａ〜６４ｃの少なくとも１つが実施例４に係る分波器５４である。これにより、通過帯域のリップルを抑制しかつ損失の小さな通信モジュールを提供できる。通信モジュールは、例えば無線ＬＡＮ（Local Area Network）、パーソナルコンピュータ、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant：携帯情報端末）等の電子装置に搭載してもよい。
【実施例６】
【００８６】
実施例６は、実施例１または実施例２に係る圧電薄膜共振子を含む発振モジュールの例である。図２６は、実施例６に係る発振モジュールのブロック図である。図２６のように、発振モジュール７０は、増幅器７２、圧電薄膜共振子７４および加算器７６を備えている。増幅器７２の出力は、圧電薄膜共振子７４を介し増幅器７２の入力に帰還されている。加算器７６は、増幅器７２の出力を入力に正帰還させる。これにより、発振モジュール７０は、発振器として機能する。
【００８７】
実施例５および実施例６のように、通信モジュールおよび発振モジュールのようなモジュールに、実施例１または実施例２の圧電薄膜共振子を用いることができる。
【００８８】
以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【符号の説明】
【００８９】
１０ 基板
１２ 下部電極
１４ 圧電膜
１６ 上部電極
１８ 空隙
２０ 共振領域
３２ 厚膜領域
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電薄膜共振子、フィルタおよびモジュールに関し、例えば、共振領域端に厚膜領域を有する圧電薄膜共振子、フィルタおよびモジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話に代表される無線機器の急速な普及により、高周波フィルタへの需要が急速に拡大している。特に小型で高い急峻性を有する弾性波フィルタへの需要は旺盛である。弾性波フィルタには、弾性波共振子が用いられる。例えば、２ＧＨｚ帯を越える高周波数帯において、小型化および低損失な共振子として圧電薄膜共振子が注目されている。圧電薄膜共振子は、下部電極と、上部電極と、下部電極と上部電極に挟まれた圧電膜を備える。圧電膜を挟み下部電極と上部電極とが重なる領域が共振に寄与する共振領域である。共振特性には、主に共振膜の膜厚方向に伝搬する弾性波が寄与する。この膜厚方向に伝搬する弾性波が横方向に伝搬するとスプリアスの原因となる。
【０００３】
特許文献１には、共振領域の端部に上部電極の膜厚が共振領域の中央部より薄い薄膜領域を設けることにより、弾性波の横方向への伝搬を抑制し、スプリアスを抑制することが記載されている。さらに、特許文献２および非特許文献１には、薄膜領域の外側に、共振領域の中央部より上部電極の膜厚が厚い厚膜領域を設けることにより、より確実に、弾性波の横方向への伝搬を抑制し、スプリアスを抑制することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１０９４７２号公報
【特許文献２】特開２００７−６５０１号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Proceeding of IEEE international ultrasonic symposium 2006, pp456-459
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１の方法では、損失が大きくなってしまう。また、特許文献２および非特許文献１の方法では、上部電極の膜厚を三段階にすることになり、製造コストが増大する。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、低損失、低コストであり、かつスプリアスを抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、基板と、基板上に形成された下部電極と、前記下部電極上に形成された圧電膜と、前記圧電膜上に形成された上部電極と、を具備し、前記圧電膜を挟み下部電極と上部電極とが対向する共振領域の端において、前記下部電極および前記上部電極の少なくとも一方が前記共振領域の中央部に対し厚く形成された厚膜領域が形成され、前記厚膜領域の幅は、前記圧電膜の厚さ方向に交差する方向に伝搬する弾性波の波長より狭いことを特徴とする圧電薄膜共振子である。本発明によれば、低損失、低コストであり、かつスプリアスを抑制することができる。
【０００９】
本発明は、基板と、基板上に形成された下部電極と、前記下部電極上に形成された圧電膜と、前記圧電膜上に形成された上部電極と、を具備し、前記圧電膜を挟み下部電極と上部電極とが対向する共振領域の端において、前記下部電極および前記上部電極の少なくとも一方が前記共振領域の中央部に対し厚く形成された厚膜領域が形成され、前記厚膜領域の幅ｗは、前記圧電薄膜共振子の共振周波数をｆｒ、前記圧電膜のスティフネスをｃ１１、前記圧電膜の密度をρとしたとき、
であることを特徴とする圧電薄膜共振子である。本発明によれば、低損失、低コストであり、かつスプリアスを抑制することができる。
【００１０】
上記構成において、前記圧電膜の厚さ方向に交差する方向に伝搬する弾性波は、前記圧電薄膜共振子が共振する弾性波の主モードと同じ振動モードの低次モードの弾性波である構成とすることができる。
【００１１】
上記構成において、前記厚膜領域の幅は、前記圧電膜の厚さ方向に交差する方向に伝搬する弾性波の波長の１／２以下である構成とすることができる。
【００１２】
上記構成において、前記共振領域の前記下部電極下には空隙または音響多層膜が形成されている構成とすることができる。
【００１３】
上記構成において、前記共振領域の外側の前記圧電膜は、前記共振領域の前記圧電膜より薄い構成とすることができる。
【００１４】
上記構成において、前記厚膜領域においては、前記下部電極および前記上部電極のいずれか一方が前記共振領域の中央部に対し厚く形成され、前記共振領域の外側の前記下部電極および前記上部電極の他方は、前記共振領域より薄い構成とすることができる。
【００１５】
上記構成において、前記圧電膜のポアソン比は、０．３以下である構成とすることができる。
【００１６】
本発明は、上記圧電薄膜共振子を含むフィルタである。
【００１７】
本発明は、入力端子と出力端子との間に並列に接続された１または複数の並列共振子と、前記入力端子と前記出力端子との間に直列に接続され、上記圧電薄膜共振子である１または複数の直列共振子と、を具備することを特徴とするフィルタである。
【００１８】
上記構成において、前記１または複数の並列共振子は、基板と、基板上に形成された下部電極と、前記下部電極上に形成された圧電膜と、前記圧電膜上に形成された上部電極と、を具備し、前記圧電膜を挟み下部電極と上部電極とが対向する共振領域の端において、前記下部電極および前記上部電極の少なくとも一方が前記共振領域の中央部に対し厚く形成された厚膜領域が形成されており、前記１または複数の並列共振子の厚膜領域の幅は、前記１または複数の直列共振子の厚膜領域より広い構成とすることができる。
【００１９】
本発明は、上記フィルタを含むことを特徴とする分波器である。
【００２０】
上記構成において、共通端子と第１端子との間に接続された第１フィルタと、前記共通端子と第２端子との間に接続され、前記第１フィルタより高周波数側に通過帯域を有する第２フィルタと、を具備し、前記第１フィルタは、上記フィルタであることを特徴とする分波器である。
【００２１】
本発明は、上記圧電薄膜共振子を含むモジュールである。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、低損失、低コストであり、かつスプリアスを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】図１（ａ）は、直列共振子の構成図であり、図１（ｂ）は並列共振子の構成図であり、図１（ｃ）は直列共振子及び直列共振子の通過特性を示す図である。
【図２】図２（ａ）は、１段ラダー型フィルタの構成図であり、図２（ｂ）は、１段ラダー型フィルタの通過特性を示す図である。
【図３】図３（ａ）は、圧電薄膜共振子の平面図、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【図４】図４（ａ）から図４（ｃ）は、圧電薄膜共振子の別の例を示す断面図である。
【図５】図５（ａ）は、厚み縦振動の分散曲線を示す模式図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）の分散曲線を有する共振子の通過特性のスミスチャートの模式図である。
【図６】図６は、ラダー型フィルタの通過特性を示す模式図である。
【図７】図７は、伝搬定数に対する周波数を示す模式図である。
【図８】図８（ａ）から図８（ｉ）は、各定在波を示す模式図である。
【図９】図９（ａ）は、比較例１に係る共振子の共振領域の端部付近の断面模式図、図９（ｂ）は、圧電膜の変位を示す模式図である。
【図１０】図１０（ａ）は、比較例２に係る共振子の共振領域の端部付近の断面模式図，図１０（ｂ）は、圧電膜の変位を示す模式図である。
【図１１】図１１（ａ）および図１１（ｂ）は、比較例２の共振領域中央部および薄膜領域における分散曲線を示す図である。
【図１２】図１２（ａ）は、比較例３に係る共振子の共振領域の端部付近の断面模式図、図１２（ｂ）は、圧電膜の変位を示す模式図である。
【図１３】図１３（ａ）からおよび図１３（ｃ）は、それぞれ比較例３の共振領域中央部、薄膜領域および厚膜領域における分散曲線を示す図である。
【図１４】図１４（ａ）は、比較例４に係る共振子の共振領域の端部付近の断面模式図、図１４（ｂ）は、圧電膜の変位を示す模式図である。
【図１５】図１５（ａ）および図１５（ｂ）は、それぞれ比較例４の共振領域中央部および厚膜領域における分散曲線を示す図である。
【図１６】図１６は、ＡｌＮの分散曲線の計算結果である。
【図１７】図１７は、実施例１においてシミュレーションに用いた構造を示す図である。
【図１８】図１８（ａ）から図１８（ｄ）は、実施例１におけるシミュレーション結果を示す図である。
【図１９】図１９は、比較例３においてシミュレーションに用いた構造を示す図である。
【図２０】図２０（ａ）から図２０（ｄ）は、実施例１および比較例３におけるシミュレーション結果を示す図である。
【図２１】図２１は、基準、実施例１および比較例３の共振子の通過特性を示すスミスチャートである。
【図２２】図２２（ａ）および図２２（ｂ）は、実施例２に係る圧電薄膜共振子の断面を示す図である。
【図２３】図２３は、実施例３に係るラダー型フィルタの回路図である。
【図２４】図２４は、実施例４に係る分波器の回路図である。
【図２５】図２５は、実施例５に係る通信用モジュールのブロック図である。
【図２６】図２６は、実施例６に係る発振モジュールのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
まず、ラダー型フィルタを例にスプリアスについて説明する。図１（ａ）は、直列共振子の構成図であり、図１（ｂ）は並列共振子の構成図であり、図１（ｃ）は直列共振子及び直列共振子の通過特性を示す図である。
【００２５】
図１（ａ）に示すように、直列共振子Ｓは、共振子を一端子対共振子としたとき、その２つの信号端子のうち、一方を入力端子Ｔｉｎ、他方を出力端子Ｔｏｕｔとしたものである。図１（ｂ）に示すように、並列共振子Ｐは、共振子を一端子対共振子としたとき、その２つの信号端子のうち、一方をグランド端子に接続し、他方を入力端子Ｔｉｎと出力端子Ｔｏｕｔの短絡線路に接続したものである。
【００２６】
図１（ｃ）の横軸は周波数、縦軸は通過量である。直列共振子Ｓの通過特性を実線Ｓ、並列共振子Ｐの通過特性を点線Ｐで示す。図１（ｃ）に示すように、直列共振子Ｓの通過特性は、１つの共振点（共振周波数）ｆｒｓと１つの反共振点（反共振周波数）ｆａｓとを有する。共振点ｆｒｓにおいて通過量は最大となり、反共振点ｆａｓにおいて通過量は最小となる。一方、並列共振子Ｐの通過特性は、１つの共振点ｆｒｐと１つの反共振点ｆａｐとを有する。共振点ｆｒｐにおいて通過量は最小となり、反共振点ｆａｐにおいて通過量は最大となる。
【００２７】
図２（ａ）は、１段ラダー型フィルタの構成図であり、図２（ｂ）は、１段ラダー型フィルタの通過特性を示す図である。図２（ａ）に示すように、直列共振子Ｓが入力端子Ｔｉｎと出力端子Ｔｏｕｔとに直列に接続され、並列共振子Ｐが出力端子Ｔｏｕｔとグランドとの間に接続される。例えば、直列共振子Ｓの共振点ｆｒｓと並列共振子Ｐの反共振点ｆａｐとは概一致するように設計する。
【００２８】
図２（ｂ）の横軸は周波数、縦軸は通過量を示す。図２（ａ）の構成により、直列共振子Ｓと並列共振子Ｐとの通過特性が合成され、図２（ｂ）の通過特性が得られる。通過量は、直列共振子Ｓの共振点ｆｒｓと並列共振子Ｐの反共振点ｆａｐとの付近において最大となる。一方、直列共振子Ｓの反共振点ｆａｓ及び並列共振子Ｐの共振点ｆｒｐにおいて極小となる。並列共振子Ｐの共振点ｆｒｐと直列共振子Ｓの反共振点ｆａｓとの間の周波数帯域が通過帯域となり、並列共振子Ｐの共振点ｆｒｐ以下及び直列共振子Ｓの反共振点ｆａｓ以上の周波数帯域が減衰域となる。このように、ラダー型フィルタはバンドパスフィルタとして機能する。
【００２９】
次に、共振子として圧電薄膜共振子を説明する。図３（ａ）は、圧電薄膜共振子の平面図、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＡ−Ａ断面図である。図３（ａ）および図３（ｂ）のように、基板１０上に、下部電極１２が形成されている。下部電極１２上に圧電膜１４が形成されている。圧電膜１４上に上部電極１６が形成されている。圧電膜１４を挟み下部電極１２と上部電極１６が対向する領域が共振領域２０である。共振領域２０下の基板１０には、空隙１８が形成されている。
【００３０】
図４（ａ）から図４（ｃ）は、圧電薄膜共振子の別の例を示す断面図である。図４（ａ）においては、基板１０の上面に凹部を設け、基板１０と下部電極１２との間に空隙１８が設けられている。図４（ｂ）においては、基板１０の上面は平坦であり、下部電極１２と基板１０との間に空隙１８ができるように下部電極１１を形成している。図４（ｃ）においては、基板１０と下部電極１２との間に、空隙１８の代わりに、弾性波を反射する音響反射膜１９が設けられている。音響反射膜１９としては、音響インピーダンスの高い膜と低い膜を弾性波の波長の膜厚で交互に積層した膜を用いることができる。
【００３１】
図３（ａ）から図４（ｃ）のように、圧電薄膜共振子は、薄膜により形成される脆弱なデバイスであり、ハンドリング等により損傷を受けないように基板１０上に形成されている。しかしながら、優れた共振特性を得るためには、基板１０と共振領域２０とは音響的に絶縁されていることが好ましい。このため、空隙１８または音響反射膜１９は、共振領域２０を包含するように設けられることが好ましい。または、空隙１８または音響反射膜１９は、共振領域２０を部分的に含む領域に形成されていてもよい。
【００３２】
圧電薄膜共振子は、下部電極１２と上部電極１６との間に高周波数信号を印加した際に、圧電膜１４内で励振される厚み縦振動のバルク波を利用して共振特性を得る。圧電薄膜共振子は、厚み縦振動のバルク波の圧電膜１４の膜厚方向の振動エネルギーの伝搬を利用する。しかしながら、圧電膜１４の膜厚方向に交差する方向（例えば、膜厚方向に直交する方向、例えば、圧電膜１４の平面方向）にも振動エネルギーの伝搬が存在する。この圧電膜１４の膜厚方向に交差する方向に伝搬する振動エネルギーは、スプリアスとして、膜厚方向の振動エネルギーの伝搬である主振動に重畳し観測される。
【００３３】
図５（ａ）は、厚み縦振動の分散曲線を示す模式図である。図５（ａ）において、横軸は圧電膜１４の平面方向の伝搬定数（波数）である。縦軸は周波数である。周波数軸の右側は伝搬定数が実数であり、伝搬曲線がこの範囲の周波数においては、圧電膜１４の平面方向のエネルギー伝搬が存在する。周波数軸の左側は伝搬定数が虚数であり、伝搬曲線がこの範囲の周波数においては、圧電膜１４の平面方向のエネルギー伝搬が存在しない。すなわち、弾性波は圧電膜１４の平面方向に伝搬しない。分散曲線が周波数軸と交わる点は遮断周波数である。図５（ａ）では、遮断周波数以上の周波数においては、弾性波は圧電膜１４の平面方向に伝搬しない。一方、遮断周波数以下の周波数においては、弾性波は圧電膜１４の平面方向に伝搬する。一般的には、遮断周波数は、共振子の共振周波数とほぼ一致する。図５（ａ）のように、分散曲線が遮断周波数より低周波数領域において実数となるのは、一般的にポアソン比が０．３以下の物質である。ポアソン比が０．３以下の物質として、例えば（００２）方向に配向された窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等がある。
【００３４】
図５（ｂ）は、図５（ａ）の分散曲線を有する共振子の通過特性のスミスチャートの模式図である。図５（ｂ）のように、共振点より低周波数側にスプリアスが生成されている。このように、図５（ａ）の分散曲線を有する共振子は、共振周波数より低い周波数において、圧電膜１４の平面方向の伝搬定数が実数のため、弾性波が圧電膜１４の平面方向に伝搬し、スプリアスが生成される。一方、共振周波数より高い周波数において、圧電膜１４の平面方向の伝搬定数が虚数のため、弾性波が圧電膜１４の平面方向に伝搬せず、スプリアスが生成されない。
【００３５】
図６は、ラダー型フィルタの通過特性を示す模式図である。図５（ｂ）の通過特性を有する共振子を用い、ラダー型フィルタを形成する。図６の点線は、図５（ｂ）のスプリアスの影響を考慮しないラダー型フィルタの通過特性を示す。図６の実線は、図５（ｂ）のスプリアスの影響を考慮したラダー型フィルタの通過特性を示す。図６のように、スプリアスを考慮すると、通過帯域内に複数のリップルが形成される。このリップルは、各共振子のスプリアスが重畳されたため生じたものである。このように、共振子のスプリアスは、フィルタの挿入損失を劣化させ、また通過特性内のリップスを発生させる。このため、共振子のスプリアスの抑制が求められる。
【００３６】
スプリアスの抑制を検討するに当りピストンモードについて検討する。図７は、伝搬定数に対する周波数を示す模式図である。図８（ａ）から図８（ｉ）は、各定在波を示す模式図である。図８（ａ）のように、励振領域の長さｄの端部が支持されない圧電板２４を仮定する。圧電板２４には、０次から高次の定在波が生成される。このうち、０次から７次の定在波の周波数をそれぞれω０からω７とする。図８（ｂ）から図８（ｉ）の太実線は、それぞれ０次から７次の定在波を示している。図７において、０次の定在波は、伝搬定数が０の弾性波に対応する。すなわち、ω０は共振周波数にほぼ等しい。１次から６次の定在波は、それぞれ伝搬定数が２π／（ｄ／１）から２π／（ｄ／６）の弾性波に対応する。
【００３７】
図８（ｂ）から図８（ｉ）のように、ピストンモードにおいては、圧電板２４の端部が支持されていないため、端部において、弾性波の変位は最大値となる。この変位モードをピストンモードとよぶ。ピストンモードにおいては、変位量を圧電板２４の長さ方向に積分したとき、図８（ｂ）の０次の定在波以外は、ゼロとなる。これは、０次の定在波以外では、圧電板２４の表面の電荷の総和がゼロになることを示している。よって、共振応答以外には電気的に出力されず、スプリアスは生成されない。０次の定在波の場合は、伝搬定数は０であり、圧電体２４の平面方向の伝搬がないため、スプリアスは生成されない。
【００３８】
以上のように、ピストンモードにおいては、スプリアスは生成されない。しかしながら、実際の共振子においては、共振領域２０が基板１０に支持されている。このため、圧電板の端部が完全自由端ではない。
【００３９】
比較例１を参照し、スプリアスが生じるモデルについて説明する。図９（ａ）は、比較例１に係る共振子の共振領域の端部付近の断面模式図、図９（ｂ）は、圧電膜の変位を示す模式図である。図９（ａ）は、比較例１の共振領域２０の端部付近の基板１０、下部電極１２、圧電膜１４、上部電極１６および空隙１８を示す模式図である。図９（ｂ）は、図９（ａ）の圧電膜１４の平面方向の位置Ｘに対する圧電膜１４の変位を示す図である。破線は、理想的な場合を示している。理想的には、圧電膜１４の変位は共振領域２０の端でアブラプトに０になる。しかしながら、実際の圧電膜１４の変位は実線のように、位置Ｘに対しなだらかに変化する。これは、圧電膜１４の端部が完全自由端ではないため、基板１０で支持される領域の圧電膜１４は、単純減衰振動するためである。共振領域２０では、この振動の干渉を受けて、ピストンモードが歪められる。この結果、０次の定在波以外の定在波においても、共振領域２０内の平面方向の電荷の総和が有値となり、スプリアス応答が電気的に出力されてしまう。
【００４０】
次に、比較例２について説明する。比較例２は特許文献１に対応する例である。図１０（ａ）は、比較例２に係る共振子の共振領域の端部付近の断面模式図，図１０（ｂ）は、圧電膜の変位を示す模式図である。図１０（ａ）のように、共振領域２０の端に薄膜領域３０が設けられている。薄膜領域３０において、上部電極１６の膜厚が薄くなっている。その他の構成は、比較例１の図９（ａ）と同じであり説明を省略する。
【００４１】
図１１（ａ）および図１１（ｂ）は、比較例２の共振領域中央部および薄膜領域における分散曲線を示す図である。図１１（ａ）のように、共振領域２０の中央部においては、共振領域２０の共振周波数ｆｒはほぼ遮断周波数ｆ０である。遮断周波数ｆ０より低周波数側がスプリアスが生成する周波数領域４０となっている。図１１（ｂ）のように、薄膜領域３０においては、上部電極１６が薄いため、遮断周波数ｆ０が高周波数側にシフトする。これにより、薄膜領域３０においては、共振領域２０の中央部における弾性波と同じ周波数の弾性波の波数が大きくなる。よって、図１０（ｂ）のように、実際の位置Ｘに対する変位が理想的な変位に近づく。したがって、比較例２においては、比較例１に比べ、スプリアスが抑制される。
【００４２】
次に、比較例３について説明する。比較例３は特許文献２および非特許文献１に対応する例である。図１２（ａ）は、比較例３に係る共振子の共振領域の端部付近の断面模式図、図１２（ｂ）は、圧電膜１４の変位を示す模式図である。図１２（ａ）のように、比較例２の図１０（ａ）に比べ、薄膜領域３０の外側に厚膜領域３２が設けられている。厚膜領域３２において上部電極１６の膜厚が共振領域２０の中央部より厚くなっている。その他の構成は、比較例２の図１０（ａ）と同じであり説明を省略する。
【００４３】
図１３（ａ）からおよび図１３（ｃ）は、それぞれ比較例３の共振領域中央部、薄膜領域および厚膜領域における分散曲線を示す図である。図１３（ａ）および図１３（ｂ）の分散曲線は、比較例２の図１１（ａ）および図１１（ｂ）と同じである。このため、図１２（ｂ）のように、位置Ｘに対する変位は、比較例２の図１０（ｂ）とほぼ同じである。図１３（ｃ）のように、厚膜領域３２においては、上部電極１６が厚いため、遮断周波数ｆ０が低周波側にシフトする。これにより、厚膜領域３２においては、共振領域２０の共振周波数ｆｒの弾性波の分散定数は虚数となり、伝搬できなくなる。これにより、圧電膜１４の平面方向に伝搬する弾性波を厚膜領域３２においてより確実に減衰させることができる。よって、スプリアスをより確実に抑制できる。
【００４４】
しかしながら、比較例２および比較例３においては、図１１（ｂ）および図１３（ｂ）のように、薄膜領域３０において、遮断周波数ｆ０が共振領域２０の共振周波数ｆｒより高周波数側にシフトする。このため、共振領域２０の共振周波数ｆｒより高い周波数においても伝搬定数が実数である。これにより、共振に寄与しない弾性波が減衰せず、損失が生じてしまう。
【００４５】
次に、比較例４について説明する。図１４（ａ）は、比較例４に係る共振子の共振領域の端部付近の断面模式図、図１４（ｂ）は、圧電膜１４の変位を示す模式図である。図１４（ａ）のように、共振領域２０の端に厚膜領域３２が設けられている。厚膜領域３２において上部電極１６の膜厚が共振領域２０の中央部より厚くなっている。その他の構成は、比較例１の図９（ａ）と同じであり説明を省略する。
【００４６】
図１５（ａ）および図１５（ｂ）は、それぞれ比較例４の共振領域中央部および厚膜領域における分散曲線を示す図である。図１５（ａ）および図１５（ｂ）の分散曲線は、比較例３の図１３（ａ）および図１３（ｃ）と同じである。図１５（ｂ）のように、厚膜領域３２においては、共振領域２０の共振周波数ｆｒの弾性波の分散定数は虚数となり、伝搬できなくなる。これにより、圧電膜１４の平面方向に伝搬する弾性波を厚膜領域３２において減衰させることができる。よって、損失を小さくすることができる。しかしながら、比較例４は比較例２のように薄膜領域３０が設けられていない。よって、図１１（ｂ）のように、遮断周波数ｆ０を高くできない。このため、図１４（ｂ）のように、比較例１と同様に、変位は位置Ｘに対しなだらかに変化する。よって、スプリアスを抑制することができない。
【００４７】
図２（ｂ）のように、直列共振子Ｓにおいては、共振周波数ｆｒｓ以下の周波数帯域にスプリアスが生じると、通過帯域内にスプリアスが影響してしまう。一方、並列共振子Ｐにおいては、共振周波数ｆｒｐ以下の周波数帯域にスプリアスが生じても通過帯域外である。特許文献１においては、直列共振子として、スプリアスを抑制可能な比較例２の共振子を用い、並列共振子として、損失を抑制可能な可能な比較例４の共振子を用いることが提案されている。
【００４８】
しかしながら、この方法では、直列共振子の上部電極１６に薄膜領域３０を形成し、並列共振子の上部電極１６に厚膜領域３２を形成することになる。このように、上部電極１６に薄膜領域３０と厚膜領域３２を形成するのでは、上部電極１６の加工が複雑となり、製造コストが増大してしまう。同様に、比較例３に係る共振子のように、１つの共振子内の上部電極１６に、薄膜領域３０と厚膜領域３２とを形成する場合も製造コストが増大してしまう。以下に、低損失、低コストであり、かつスプリアスを抑制することが可能な実施例について説明する。
【実施例１】
【００４９】
図１６は、ＡｌＮの分散曲線の計算結果である。図１６の横軸は波数、縦軸は周波数である。分散曲線は、下部電極１２を膜厚が３５０ｎｍのモリブデン膜、上部電極１６を膜厚が３００ｎｍのモリブデン膜、圧電膜１４を膜厚が１０５０ｎｍのＡｌＮ膜として計算した。
【００５０】
図１６において、モードＴＥは、厚み縦振動モードであり、モードＴＳは厚み横すべり振動のモードを示す。モードＴＥ１で示した実線が圧電薄膜共振子として機能するための主モードである。主モードＴＥ１のうち波数が実数であり、かつ波数とともに周波数が減少する領域がスプリアスが生成される領域（図１６のＴＥ１のうち破線領域）である。ここで、図１６において、主モードＴＥ１と同じ厚み縦振動モードの低次の振動モードＴＥ０（破線で図示）に着目する。図１６では、主モードＴＥ１が１次モードであり、モードＴＥ０は０次モードである。モードＴＥ０は、共振点がなく、共振に寄与しない。すなわち、機械共振には用いられず、電気特性として寄与しないモードである。このモードＴＥ０を共振領域２０の端部において、利用することにより、損失を増加させることなくスプリアスを抑制できることを見出した。
【００５１】
図１７は、実施例１においてシミュレーションに用いた構造を示す図である。図１７のように、共振領域２０の端部に厚膜領域３２が形成されている共振子について有限要素法を用いシミュレーションを行った。図１７の構成は、図１４（ａ）と同じである。共振領域２０の中心（左側の点線）を鏡面境界としている。シミュレーションにおいては、共振領域２０の幅（全体の共振領域２０の幅の半分）Ｗｒを４０μｍ、共振領域２０の中央部に対する厚膜領域３２の上部電極１６の高さｔ、厚膜領域３２の幅Ｗをパラメータとした。高さｔ＝０の共振子を基準の共振子とした。共振点のＱ値、反共振点のＱ値、実効的電気機械結合係数Ｋｅｆｆ２、スプリアスの増加量を計算した。
【００５２】
スプリアスの増加量は、複数のスプリアスを共振点から近い順に、１次、２次、３次、…ｎ次のスプリアスとし、１次から３次のスプリアスの減衰量の総和を計算した。この減衰量の総和から基準の共振子の減衰量の総和を引いた値を、スプリアスの増加量とした。スプリアス増加量が負の場合、基準の共振子に比べスプリアスが抑制されていることを示している。
【００５３】
図１８（ａ）から図１８（ｄ）は、実施例１におけるシミュレーション結果を示す図である。図１８（ａ）は、厚膜領域３２の幅Ｗに対する共振点のＱ値、図１８（ｂ）は、幅Ｗに対する反共振点のＱ値、図１８（ｃ）は、幅Ｗに対する実効的電気機械結合係数Ｋｅｆｆ２、図１８（ｄ）は、幅Ｗに対するスプリアス増加量を示している。幅Ｗが０の黒丸は基準の共振子の値を示している。白四角、白三角および白丸はそれぞれ高さｔが２５ｎｍ、１００ｎｍ、および２００ｎｍの計算結果である。
【００５４】
図１８（ｄ）より、厚膜領域３２の幅Ｗが８００μｍ以下では、いずれの高さｔにおいてもスプリアス増加量は、ほぼ負になる。すなわち、基準の共振子に比べスプリアスがほぼ抑制されている。さらに、図１８（ａ）から図１８（ｃ）のように、厚膜領域３２の幅Ｗが８００μｍ以下の領域では、共振点のＱ値、反共振点のＱ値および実効的電気機械結合係数Ｋｅｆｆ２とも微増している範囲が多い。これにより、厚膜領域３２の幅Ｗを８００μｍ以下としても共振特性に悪影響はない。
【００５５】
表１は、高さｔ＝２００ｎｍのときの、１次から３次のスプリアスが生成される周波数におけるモードＴＥ０の波長を示す表である。表１のように、スプリアスの次数によらず、モードＴＥ０の波長は１．６９μｍから１．７μｍである。以上の結果から、スプリアスが抑制される厚膜領域３２の幅Ｗは、モードＴＥ０の波長の約１／２以下である。
【表１】
【００５６】
モードＴＥ０は、主モードであるモードＴＥ１と同様の厚み縦振動モードである。このため、モードＴＥ０とモードＴＥ１とは干渉し易い。このため、共振領域２０の端部において、厚膜領域３２の幅ＷをモードＴＥ０と干渉させることにより、モードＴＥ１のスプリアスが抑制できたものと考えられる。さらに、モードＴＥ０は共振には寄与しないため、モードＴＥ０により共振特性への悪影響はほとんどないものと考えられる。
【００５７】
このような、考察によれば、厚膜領域３２の幅Ｗは、モードＴＥ０の波長以下であることが好ましく、モードＴＥ０の波長の１／２以下であることがより好ましい。さらに、１／３以下であることがより好ましい。
【００５８】
ここで、圧電膜１４が単層の圧電薄膜共振子を仮定した場合、モードＴＥ０の分散式は数式１のようになる。
【数１】
ここで、ｆは励振周波数、ｋは端数、ｃ１１は圧電膜１４のスティフネス、ρは圧電膜の密度である。
【００５９】
実際の圧電薄膜共振子においては、下部電極１２および上部電極１６等が圧電膜１４に付加される。このため、数式１は数式２のように不等式となる。
【数２】
共振周波数をｆｒとすると、モードＴＥ０の波長λは、数式３の不等式を満たす。
【数３】
【００６０】
例えば、共振子の共振周波数ｆｒ＝２．０７ＧＨｚ、ＡｌＮのスティフネスｃ１１＝３．４５×１０１１Ｎ／ｍ２、ＡｌＮの密度ρ＝３２６０ｋｇ／ｍ３とすると、数式３は、λ＜５μｍとなる。これは、上述のモードＴＥ０の波長の計算結果であるλ＝１．６９〜１．７μｍと一致する。５μｍと１．６９〜１．７μｍとの差は、下部電極１２および上部電極１６の質量付加に相当すると考えられる。図１８の計算では、実効的電気機械結合係数ｋｅｆｆ２を高めるため、下部電極１２および上部電極１６の密度を高く、膜厚を厚くしているため、音速が減じられ、モードＴＥ０と数式３との乖離が大きくなっている。
【００６１】
上述のように、厚膜領域３２の幅ＷをモードＴＥ０と干渉させるためには、厚膜領域３２の幅Ｗは、数式４の不等式を満たすことが好ましい。
【数４】
【００６２】
次に、実施例１と比較例３との比較を行なった。図１９は、比較例３においてシミュレーションに用いた構造を示す図である。図１９のように、共振領域２０の端部に薄膜領域３０および厚膜領域３２が形成されている共振子について有限要素法を用いシミュレーションを行った。図１９の構成は、図１２（ａ）と同じである。共振領域２０の中心を鏡面境界としている。シミュレーションにおいては、共振領域２０の中央部に対する厚膜領域３２の上部電極１６の高さｔ０、共振領域２０の中央部に対する薄膜領域３０の上部電極１６の高さｔ、厚膜領域３２の幅Ｗ０、薄膜領域３０の幅Ｗをパラメータとした。幅Ｗ０を２μｍ、高さｔ０を１００ｎｍ、高さｔを２５ｎｍと固定してシミュレーションした。実施例１のシミュレーションに用いた構造は図１７と同じである。実施例１の高さｔは２００ｎｍとしてシミュレーションした。
【００６３】
図２０（ａ）から図２０（ｄ）は、実施例１および比較例３におけるシミュレーション結果を示す図である。図２０（ａ）は、幅Ｗに対するスプリアス増加量、図２０（ｂ）は、幅Ｗに対する共振点のＱ値、図２０（ｃ）は、幅Ｗに対する反共振点のＱ値、図２０（ｄ）は、幅Ｗに対する実効的電気機械結合係数Ｋｅｆｆ２を示している。黒丸は比較例３、白丸は実施例１を示している。幅Ｗ＝０の黒丸は基準の共振子を示している。
【００６４】
図２０（ａ）のように、比較例３においては、幅Ｗ＝２μｍ近傍にてスプリアスの抑制が最大となる。一方、実施例１においては、幅Ｗ＝０．４μｍ近傍においてスプリアスの抑制が最大となる。図２０（ｂ）および図２０（ｃ）において、スプリアスの抑制が最大となる幅Ｗにおいて、共振点のＱ値および反共振点のＱ値を比較すると、比較例３では、幅Ｗ＝２μｍにおいて、Ｑ値は、基準の共振子より小さくなる。一方、実施例１では、幅Ｗ＝０．４μｍにおいて、Ｑ値は、基準の共振子と同程度である。
【００６５】
図２１は、基準、実施例１および比較例３の共振子の通過特性を示すスミスチャートである。実線が実施例１の幅Ｗ＝０．４μｍ、破線が比較例３の幅Ｗ＝２μｍ、点線が基準の共振子のシミュレーション結果を示している。比較例３においては、共振点より高い周波数において、通過特性が基準より内側を通る。これは、比較例３において、損失が多いことを示している。一方、実施例１においては、共振点より高い周波数において、基準の共振子とほぼ同じである。このように、実施例１は、基準の共振子とほぼ同じ損失である。一方、共振点より低周波数側において、実施例１は基準の共振子よりスプリアスが小さい。このように、実施例１においては、損失の増大を抑えつつ、スプリアスを抑制することができる。
【００６６】
実施例１によれば、厚膜領域３２の幅Ｗを、圧電膜１４の厚さ方向に交差する方向に伝搬する弾性波の波長より狭くする。これにより、厚膜領域３２と圧電膜１４の厚さ方向に交差する方向に伝搬する弾性波とを干渉させスプリアスを抑制することができる。
【００６７】
ここで、圧電膜１４の厚さ方向に交差する方向に伝搬する弾性波は、例えば、圧電薄膜共振子が共振する弾性波の主モードと同じ振動モードの低次モードの弾性波である。すなわち、例えば、厚膜領域３２の幅ＷをモードＴＥ０の波長より狭くする。これにより、共振特性の劣化を抑制し、かつスプリアスを抑制することができる。
【００６８】
さらに、厚膜領域３２の幅Ｗは、数式４を満足する。これにより、厚膜領域３２と弾性波とを干渉させスプリアスを抑制することができる。
【００６９】
さらに、実施例１によれば、共振領域２０に上部電極１６の厚膜領域３２の幅Ｗを設定するだけであり、比較例３のように、上部電極１６に厚膜領域３２と薄膜領域３０とを形成しない。このため、上部電極１６の加工が簡単となり、製造コストを抑制できる。
【００７０】
なお、実施例１においては、厚膜領域３２を上部電極１６が共振領域２０の中央部に対し厚く形成された領域としたが、厚膜領域３２は、下部電極１２および上部電極１６の少なくとも一方が共振領域２０の中央部に対し厚く形成された領域でもよい。しかしながら、下部電極１２に段差があると、配向性の高い圧電膜１４を形成した際に、圧電膜１４のクラックの起点になりやすい。よって、良好な膜質の圧電膜１４を形成するためには、共振領域２０内の下部電極１２の膜厚は一定であり、上部電極１６の共振領域２０の端の膜厚を中央部に対し厚くすることが好ましい。
【００７１】
下部電極１２および上部電極１６としては、モリブデン以外にも、Ｃｒ（クロム）、Ｒｕ（ルテニウム）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｃｕ（銅）、Ｗ（タングステン）、Ｔａ（タンタル）、Ｐｔ（白金）、Ｒｈ（ロジウム）もしくはＩｒ（イリジウム）等の金属膜またはこれらの複合膜を用いることができる。基板１０としては、Ｓｉ基板、石英基板、ガラス基板、セラミック基板またはＧａＡｓ基板等を用いることができる。圧電膜１４はＡｌＮ以外にも、ＺｎＯ（酸化亜鉛）、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）、ＰｂＴｉＯ3（チタン酸鉛）等を用いることができる。しかしながら、図５（ａ）のように、遮断周波数より小さい周波数において、伝搬定数が実数となるためには、圧電膜１４のポアソン比は０．３以下であることが好ましい。
【実施例２】
【００７２】
図１９（ａ）および図２０において、実施例１は比較例３に比べ、損失は小さいものの、スプリアスの抑制度は大きくない。これは、スプリアスを抑制する共振領域２０の端部に波数が虚数となる領域が存在しないためと考えられる。モードＴＥ０は、遮断周波数を有さないモードであるため、上部電極１６の厚膜化または薄膜化により、共振領域の外側に波数が虚数となる領域を形成することが難しい。
【００７３】
図２２（ａ）および図２２（ｂ）は、実施例２に係る圧電薄膜共振子の断面を示す図である。図２２（ａ）のように、厚膜領域３２の外側の領域３４において、圧電膜１４の膜厚が共振領域２０より薄くなっている。また、図２２（ｂ）のように、厚膜領域３２の外側の領域３４において、下部電極１２の膜厚が共振領域２０より薄くなっている。これにより、厚膜領域３２と領域３４とで、モードＴＥ０の波数の差を広げることが可能である。これにより、厚膜領域３２と領域３４との音響インピーダンスの不整合を増大させ、スプリアスの抑制を高めることができる。
【００７４】
実施例２によれば、図２２（ａ）のように、共振領域２０の外側の圧電膜１４は、共振領域２０の圧電膜１４より薄くすることができる。これにより、スプリアスをより抑制することができる。
【００７５】
また、図２２（ｂ）のように、厚膜領域３２においては、下部電極１２および上部電極１６のいずれか一方が共振領域２０の中央部に対し厚く形成されている場合、共振領域２０の外側の下部電極および上部電極の他方は、共振領域２０より薄いことが好ましい。これにより、スプリアスをより抑制することができる。
【実施例３】
【００７６】
実施例３は、実施例１または実施例２に係る圧電薄膜共振子をラダー型フィルタに用いる例である。図２３は、実施例３に係るラダー型フィルタの回路図である。図２３のように、実施例３に係るラダー型フィルタは、１または複数の直列共振子Ｓ１からＳ３および１または複数の並列共振子Ｐ１およびＰ２を備えている。入力端子Ｔｉｎと出力端子Ｔｏｕｔとの間に、１または複数の直列共振子Ｓ１からＳ３が直列に接続されている。入力端子Ｔｉｎと出力端子Ｔｏｕｔとの間に、１または複数の並列共振子Ｐ１およびＰ２が並列に接続されている。
【００７７】
図５（ｂ）のように、スプリアスが共振周波数より低周波数側において生じる場合、図２（ｂ）のように、直列共振子Ｓにスプリアスが発生すると、通過帯域内にリップルが発生してしまう。一方、並列共振子Ｐにスプリアスが発生しても、通過帯域内にリップルは発生しない。
【００７８】
そこで、実施例１または実施例２に係る圧電薄膜共振子を直列共振子Ｓ１からＳ３として用いる。これにより、通過帯域のスプリアスを抑制できる。
【００７９】
さらに、直列共振子Ｓ１からＳ３においては、実施例１の厚膜領域３２の幅Ｗを狭くし、図１８（ｄ）のように、スプリアスを抑制する。一方、並列共振子Ｐ１およびＰ２においては、厚膜領域３２の幅Ｗを広くし、図１８（ａ）および図１８（ｂ）のように、Ｑ値を高くする。このように、並列共振子Ｐ１およびＰ２の厚膜領域３２の幅を直列共振子Ｓ１からＳ３の厚膜領域３２より広くする。これにより、通過帯域内のリップルを抑制し、通過帯域の損失の小さいラダー型フィルタを提供することができる。さらに、薄膜領域３０を設けなくてよいため、製造コストを抑制できる。
【実施例４】
【００８０】
実施例４は、実施例３に係るラダー型フィルタを分波器に用いる例である。図２４は、実施例４に係る分波器の回路図である。図２４のように、実施例４に係る分波器５４は、第１フィルタ５０および第２フィルタ５２を備えている。第１フィルタ５０は、共通端子Ｔａｎｔと第１端子Ｔ１との間に接続されている。第２フィルタ５２は、共通端子Ｔａｎｔと第２端子Ｔ２との間に接続されている。第２フィルタ５２の通過帯域は第１フィルタ５０より高周波数側である。一般的には、通過帯域が低い第１フィルタ５０が送信フィルタであり、通過帯域が高い第２フィルタ５２が受信フィルタである場合が多い。
【００８１】
第１フィルタ５０が送信フィルタ、第２フィルタ５２が受信フィルタの場合、第１フィルタ５０は第１端子Ｔ１に入力された送信信号をフィルタリングして共通端子Ｔａｎｔに出力する。第１フィルタ５０は、受信信号を抑圧することにより、受信信号が第１端子Ｔ１に出力されることを抑制する。第２フィルタ５２は、共通端子Ｔａｎｔに入力された受信信号をフィルタリングして第２端子Ｔ２に出力する。第２フィルタ５２は、送信信号を抑圧することにより、送信信号が第２端子Ｔ２に出力されることを抑制する。
【００８２】
直列共振子のＱ値が低い場合、通過帯域の高周波数側の急峻性が劣化する。このため、比較例３のように、スプリアスの抑制と、Ｑ値との間にトレードオフのある共振子を直列共振子に用いた場合、通過帯域の高周波側の急峻性が犠牲となってしまう。実施例１および実施例２の共振子は、図２０（ａ）から図２０（ｃ）のように、スプリアスの抑制と、Ｑ値との両立が可能である。よって、通過帯域の高周波数側の急峻性が要求されるフィルタに用いることが好ましい。よって、第１フィルタ５０と第２フィルタ５２とのうち少なくとも第１フィルタ５０を実施例３に係るラダー型フィルタとすることが好ましい。
【実施例５】
【００８３】
実施例５は、実施例４に係る分波器を備える通信モジュールの例である。図２５は、実施例５に係る通信用モジュールのブロック図である。図２５のように、通信モジュール６０は、アンテナ６８、アンテナスイッチ６２、分波器バンク６４、並びにアンプモジュール４６を備える。通信モジュール６０は、例えば携帯電話用のＲＦモジュールであり、ＧＳＭ（Global System for Mobile Communication）通信方式及びＷ−ＣＤＭＡ通信方式等、複数の通信方式に対応している。ＧＳＭ方式については、８５０ＭＨｚ帯（ＧＳＭ８５０）、９００ＭＨｚ帯（ＧＳＭ９００）、１８００ＭＨｚ帯（ＧＳＭ１８００）、１９００ＭＨｚ帯（ＧＳＭ１９００）に対応している。アンテナ１０４は、ＧＳＭ方式及びＷ−ＣＤＭＡ方式いずれの送受信信号をも送受信できる。
【００８４】
分波器バンク６４は、複数の分波器６４ａ〜６４ｃを含む。複数の分波器６４ａから６４ｃは、それぞれ送信フィルタ５０ａ〜５０ｃおよび受信フィルタ５２ａ〜５２ｂを含む。複数の分波器６４ａから６４ｃは、それぞれ複数の通信方式の各々に対応した分波器である。アンテナスイッチ６２は、送受信する信号の通信方式に応じて、分波器バンク６４が備える複数の分波器から、通信方式に対応する分波器を選択し、選択された分波器とアンテナ６８とを接続する。各分波器はアンプモジュール６６に接続されている。アンプモジュール６６は分波器６４ａ〜６４ｃの送信フィルタ５０ａ〜５０ｃが受信した信号を増幅し、処理部に出力する。またアンプモジュール６６は、処理部により生成された信号を増幅し分波器の受信フィルタ５２ａ〜５２ｂに出力する。
【００８５】
分波器６４ａ〜６４ｃの少なくとも１つが実施例４に係る分波器５４である。これにより、通過帯域のリップルを抑制しかつ損失の小さな通信モジュールを提供できる。通信モジュールは、例えば無線ＬＡＮ（Local Area Network）、パーソナルコンピュータ、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant：携帯情報端末）等の電子装置に搭載してもよい。
【実施例６】
【００８６】
実施例６は、実施例１または実施例２に係る圧電薄膜共振子を含む発振モジュールの例である。図２６は、実施例６に係る発振モジュールのブロック図である。図２６のように、発振モジュール７０は、増幅器７２、圧電薄膜共振子７４および加算器７６を備えている。増幅器７２の出力は、圧電薄膜共振子７４を介し増幅器７２の入力に帰還されている。加算器７６は、増幅器７２の出力を入力に正帰還させる。これにより、発振モジュール７０は、発振器として機能する。
【００８７】
実施例５および実施例６のように、通信モジュールおよび発振モジュールのようなモジュールに、実施例１または実施例２の圧電薄膜共振子を用いることができる。
【００８８】
以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【符号の説明】
【００８９】
１０ 基板
１２ 下部電極
１４ 圧電膜
１６ 上部電極
１８ 空隙
２０ 共振領域
３２ 厚膜領域
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
基板上に形成された下部電極と、
前記下部電極上に形成された圧電膜と、
前記圧電膜上に形成された上部電極と、を具備し、
前記圧電膜を挟み下部電極と上部電極とが対向する共振領域の端において、前記下部電極および前記上部電極の少なくとも一方が前記共振領域の中央部に対し厚く形成された厚膜領域が形成され、前記厚膜領域の幅は、前記圧電膜の厚さ方向に交差する方向に伝搬する弾性波の波長より狭いことを特徴とする圧電薄膜共振子。
【請求項２】
基板と、
基板上に形成された下部電極と、
前記下部電極上に形成された圧電膜と、
前記圧電膜上に形成された上部電極と、を具備し、
前記圧電膜を挟み下部電極と上部電極とが対向する共振領域の端において、前記下部電極および前記上部電極の少なくとも一方が前記共振領域の中央部に対し厚く形成された厚膜領域が形成され、前記厚膜領域の幅ｗは、前記圧電薄膜共振子の共振周波数をｆｒ、前記圧電膜のスティフネスをｃ１１、前記圧電膜の密度をρとしたとき、
であることを特徴とする圧電薄膜共振子。
【請求項３】
前記圧電膜の厚さ方向に交差する方向に伝搬する弾性波は、前記圧電薄膜共振子が共振する弾性波の主モードと同じ振動モードの低次モードの弾性波であることを特徴とする請求項１記載の圧電薄膜共振子。
【請求項４】
前記厚膜領域の幅は、前記圧電膜の厚さ方向に交差する方向に伝搬する弾性波の波長の１／２以下であることを特徴とする請求項３記載の圧電薄膜共振子。
【請求項５】
前記共振領域の前記下部電極下には空隙または音響多層膜が形成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項記載の圧電薄膜共振子。
【請求項６】
前記共振領域の外側の前記圧電膜は、前記共振領域の前記圧電膜より薄いことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項記載の圧電薄膜共振子。
【請求項７】
前記厚膜領域においては、前記下部電極および前記上部電極のいずれか一方が前記共振領域の中央部に対し厚く形成され、
前記共振領域の外側の前記下部電極および前記上部電極の他方は、前記共振領域より薄いことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項記載の圧電薄膜共振子。
【請求項８】
前記圧電膜のポアソン比は、０．３以下であることを特徴とする請求項1から７のいずれか一項記載の圧電薄膜共振子。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか一項記載の圧電薄膜共振子を含むフィルタ。
【請求項１０】
入力端子と出力端子との間に並列に接続された１または複数の並列共振子と、
前記入力端子と前記出力端子との間に直列に接続され、請求項１から８のいずれか一項記載の圧電薄膜共振子である１または複数の直列共振子と、を具備することを特徴とするフィルタ。
【請求項１１】
前記１または複数の並列共振子は、基板と、基板上に形成された下部電極と、前記下部電極上に形成された圧電膜と、前記圧電膜上に形成された上部電極と、を具備し、前記圧電膜を挟み下部電極と上部電極とが対向する共振領域の端において、前記下部電極および前記上部電極の少なくとも一方が前記共振領域の中央部に対し厚く形成された厚膜領域が形成されており、
前記１または複数の並列共振子の厚膜領域の幅は、前記１または複数の直列共振子の厚膜領域より広いことを特徴とする請求項１０記載のフィルタ。
【請求項１２】
請求項９から１１のいずれか一項記載のフィルタを含むことを特徴とする分波器。
【請求項１３】
共通端子と第１端子との間に接続された第１フィルタと、
前記共通端子と第２端子との間に接続され、前記第１フィルタより高周波数側に通過帯域を有する第２フィルタと、を具備し、
前記第１フィルタは、請求項１０または１１に記載のフィルタであることを特徴とする分波器。
【請求項１４】
請求項１から８のいずれか一項記載の圧電薄膜共振子を含むモジュール。
【請求項１】
基板と、
基板上に形成された下部電極と、
前記下部電極上に形成された圧電膜と、
前記圧電膜上に形成された上部電極と、を具備し、
前記圧電膜を挟み下部電極と上部電極とが対向する共振領域の端において、前記下部電極および前記上部電極の少なくとも一方が前記共振領域の中央部に対し厚く形成された厚膜領域が形成され、前記厚膜領域の幅は、前記圧電膜の厚さ方向に交差する方向に伝搬する弾性波の波長より狭いことを特徴とする圧電薄膜共振子。
【請求項２】
基板と、
基板上に形成された下部電極と、
前記下部電極上に形成された圧電膜と、
前記圧電膜上に形成された上部電極と、を具備し、
前記圧電膜を挟み下部電極と上部電極とが対向する共振領域の端において、前記下部電極および前記上部電極の少なくとも一方が前記共振領域の中央部に対し厚く形成された厚膜領域が形成され、前記厚膜領域の幅ｗは、前記圧電薄膜共振子の共振周波数をｆｒ、前記圧電膜のスティフネスをｃ１１、前記圧電膜の密度をρとしたとき、
であることを特徴とする圧電薄膜共振子。
【請求項３】
前記圧電膜の厚さ方向に交差する方向に伝搬する弾性波は、前記圧電薄膜共振子が共振する弾性波の主モードと同じ振動モードの低次モードの弾性波であることを特徴とする請求項１記載の圧電薄膜共振子。
【請求項４】
前記厚膜領域の幅は、前記圧電膜の厚さ方向に交差する方向に伝搬する弾性波の波長の１／２以下であることを特徴とする請求項３記載の圧電薄膜共振子。
【請求項５】
前記共振領域の前記下部電極下には空隙または音響多層膜が形成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項記載の圧電薄膜共振子。
【請求項６】
前記共振領域の外側の前記圧電膜は、前記共振領域の前記圧電膜より薄いことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項記載の圧電薄膜共振子。
【請求項７】
前記厚膜領域においては、前記下部電極および前記上部電極のいずれか一方が前記共振領域の中央部に対し厚く形成され、
前記共振領域の外側の前記下部電極および前記上部電極の他方は、前記共振領域より薄いことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項記載の圧電薄膜共振子。
【請求項８】
前記圧電膜のポアソン比は、０．３以下であることを特徴とする請求項1から７のいずれか一項記載の圧電薄膜共振子。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか一項記載の圧電薄膜共振子を含むフィルタ。
【請求項１０】
入力端子と出力端子との間に並列に接続された１または複数の並列共振子と、
前記入力端子と前記出力端子との間に直列に接続され、請求項１から８のいずれか一項記載の圧電薄膜共振子である１または複数の直列共振子と、を具備することを特徴とするフィルタ。
【請求項１１】
前記１または複数の並列共振子は、基板と、基板上に形成された下部電極と、前記下部電極上に形成された圧電膜と、前記圧電膜上に形成された上部電極と、を具備し、前記圧電膜を挟み下部電極と上部電極とが対向する共振領域の端において、前記下部電極および前記上部電極の少なくとも一方が前記共振領域の中央部に対し厚く形成された厚膜領域が形成されており、
前記１または複数の並列共振子の厚膜領域の幅は、前記１または複数の直列共振子の厚膜領域より広いことを特徴とする請求項１０記載のフィルタ。
【請求項１２】
請求項９から１１のいずれか一項記載のフィルタを含むことを特徴とする分波器。
【請求項１３】
共通端子と第１端子との間に接続された第１フィルタと、
前記共通端子と第２端子との間に接続され、前記第１フィルタより高周波数側に通過帯域を有する第２フィルタと、を具備し、
前記第１フィルタは、請求項１０または１１に記載のフィルタであることを特徴とする分波器。
【請求項１４】
請求項１から８のいずれか一項記載の圧電薄膜共振子を含むモジュール。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【公開番号】特開２０１２−２４４６１６（Ｐ２０１２−２４４６１６Ａ）
【公開日】平成２４年１２月１０日（２０１２．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１１６３５７（Ｐ２０１１−１１６３５７）
【出願日】平成２３年５月２４日（２０１１．５．２４）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．ＧＳＭ
【出願人】（０００２０４２８４）太陽誘電株式会社 (964)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月１０日（２０１２．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月２４日（２０１１．５．２４）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．ＧＳＭ
【出願人】（０００２０４２８４）太陽誘電株式会社 (964)
【Ｆターム（参考）】
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