JP2021158511A - Piezoelectric thin film resonator, filter, and multiplexer - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、圧電薄膜共振器、フィルタ、及びマルチプレクサに関する。 The present invention relates to piezoelectric thin film resonators, filters, and multiplexers.
携帯電話等の無線端末の高周波回路用のフィルタ及びマルチプレクサとして圧電薄膜共振器を用いたフィルタ及びマルチプレクサが使用されている。圧電薄膜共振器は、圧電膜を挟み下部電極と上部電極が対向する構造を有する。 Filters and multiplexers using piezoelectric thin film resonators are used as filters and multiplexers for high-frequency circuits of wireless terminals such as mobile phones. The piezoelectric thin film resonator has a structure in which the lower electrode and the upper electrode face each other with the piezoelectric film interposed therebetween.
無線通信の高周波化に伴い、圧電薄膜共振器のQ値の低下が懸念されている。Q値の低下を抑制するために、圧電膜に挿入膜を挿入することが知られている(例えば、特許文献1)。また、圧電膜に挿入膜を挿入することに加え、圧電膜の外周部分の厚みを薄くすることが知られている(例えば、特許文献2)。 As the frequency of wireless communication increases, there is concern that the Q value of the piezoelectric thin film resonator will decrease. It is known that an insertion membrane is inserted into a piezoelectric membrane in order to suppress a decrease in Q value (for example, Patent Document 1). Further, in addition to inserting the insertion film into the piezoelectric film, it is known to reduce the thickness of the outer peripheral portion of the piezoelectric film (for example, Patent Document 2).
特許文献2に記載のように、上部圧電膜の輪郭を下部圧電膜の輪郭よりも内側に位置させる場合、弾性波の励振時に上部圧電膜の端部に応力が集中して、圧電膜に破損が生じる恐れがある。
As described in
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、Q値の低下を抑制しつつ、圧電膜の破損を抑制することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to suppress damage to the piezoelectric film while suppressing a decrease in Q value.
本発明は、基板と、前記基板との間に空隙を有するように前記基板上に設けられた下部電極と、前記下部電極上に設けられた上部電極と、前記下部電極と前記上部電極との間に挟まれ、下部圧電膜と上部圧電膜を有し、平面視において前記下部電極と前記下部圧電膜と前記上部圧電膜と前記上部電極とが重なる第1領域から前記下部電極が引き出される第1引出領域において前記第1領域の輪郭が前記空隙の輪郭よりも前記空隙とは反対側に位置し且つ前記第1引出領域において前記下部圧電膜の端面が前記上部圧電膜の端面よりも前記空隙から離れて位置するように設けられた圧電膜と、平面視において前記空隙と前記下部電極と前記圧電膜と前記上部電極とが重なる第2領域の中央領域には設けられず、前記中央領域を囲む領域のうち少なくとも前記第1引出領域に位置する領域において前記第2領域の輪郭に沿って前記中央領域を囲み、内側の端面が前記空隙の輪郭よりも前記空隙側に位置し、外側の端面が前記空隙の輪郭よりも前記空隙とは反対側に位置するように、前記下部圧電膜と前記上部圧電膜との間に挿入された挿入膜と、を備える圧電薄膜共振器である。 The present invention comprises a lower electrode provided on the substrate so as to have a gap between the substrate and the substrate, an upper electrode provided on the lower electrode, and the lower electrode and the upper electrode. The lower electrode is sandwiched between them and has a lower piezoelectric film and an upper piezoelectric film, and the lower electrode is pulled out from a first region in which the lower electrode, the lower piezoelectric film, the upper piezoelectric film, and the upper electrode overlap in a plan view. In one extraction region, the contour of the first region is located on the opposite side of the contour of the void from the contour of the void, and in the first extraction region, the end face of the lower piezoelectric film is more than the end face of the upper piezoelectric film. The piezoelectric film provided so as to be located away from the center region is not provided in the central region of the second region where the void, the lower electrode, the piezoelectric film, and the upper electrode overlap in a plan view. Among the surrounding regions, at least in the region located in the first drawer region, the central region is surrounded along the contour of the second region, the inner end face is located on the gap side of the contour of the gap, and the outer end face is located. Is a piezoelectric thin film resonator comprising an insertion film inserted between the lower piezoelectric film and the upper piezoelectric film so that is located on the side opposite to the void from the contour of the void.
上記構成において、前記第1領域から前記上部電極が引き出される第2引出領域において前記第1領域の輪郭は前記空隙の輪郭よりも前記空隙とは反対側に位置する構成とすることができる。 In the above configuration, in the second drawing region where the upper electrode is pulled out from the first region, the contour of the first region may be located on the opposite side of the void from the contour of the void.
上記構成において、前記挿入膜は、前記中央領域を囲む領域のうち前記第2引出領域に位置する領域において前記第2領域の輪郭に沿って前記中央領域を囲み、内側の端面が前記空隙の輪郭よりも前記空隙側に位置し、外側の端面が前記空隙の輪郭よりも前記空隙とは反対側に位置する構成とすることができる。 In the above configuration, the insertion membrane surrounds the central region along the contour of the second region in the region located in the second drawer region among the regions surrounding the central region, and the inner end face is the contour of the void. The configuration may be such that the outer end face is located on the side opposite to the gap with respect to the contour of the gap.
上記構成において、前記基板と前記下部電極との間に設けられ、前記基板と異なる材料で形成された支持層を備え、前記空隙は前記支持層に形成され、前記下部電極は前記支持層上に略平坦に形成されている構成とすることができる。 In the above configuration, a support layer provided between the substrate and the lower electrode and formed of a material different from the substrate is provided, the void is formed in the support layer, and the lower electrode is placed on the support layer. It can be configured to be formed substantially flat.
上記構成において、前記基板と前記下部電極との間に設けられ、前記基板と異なる材料で形成された支持層を備え、前記空隙は前記支持層に形成され、前記下部電極は前記支持層上に略平坦に形成され、前記第1領域を規定する前記下部電極の端面は前記支持層の前記空隙側の側面に接している構成とすることができる。 In the above configuration, a support layer provided between the substrate and the lower electrode and formed of a material different from the substrate is provided, the void is formed in the support layer, and the lower electrode is placed on the support layer. The end surface of the lower electrode, which is formed substantially flat and defines the first region, may be in contact with the side surface of the support layer on the void side.
上記構成において、前記支持層は、前記第1引出領域における厚さが前記第1領域から前記上部電極が引き出される第2引出領域における厚さよりも薄い構成とすることができる。 In the above configuration, the support layer may be configured such that the thickness in the first drawing region is thinner than the thickness in the second drawing region in which the upper electrode is pulled out from the first region.
上記構成において、前記支持層の音響インピーダンスは前記基板の音響インピーダンスよりも大きい構成とすることができる。 In the above configuration, the acoustic impedance of the support layer may be larger than the acoustic impedance of the substrate.
上記構成において、前記支持層の体積抵抗率は前記基板の体積抵抗率よりも大きい構成とすることができる。 In the above configuration, the volume resistivity of the support layer can be larger than the volume resistivity of the substrate.
上記構成において、前記空隙は前記基板に設けられた凹部により形成され、前記下部電極は前記基板上に略平坦に形成されている構成とすることができる。 In the above configuration, the void may be formed by recesses provided in the substrate, and the lower electrode may be formed substantially flat on the substrate.
上記構成において、前記挿入膜の音響インピーダンスは前記圧電膜の音響インピーダンスよりも小さい構成とすることができる。 In the above configuration, the acoustic impedance of the insertion film can be smaller than the acoustic impedance of the piezoelectric film.
本発明は、上記に記載の圧電薄膜共振器を含むフィルタである。 The present invention is a filter including the piezoelectric thin film resonator described above.
本発明は、上記に記載のフィルタを含むマルチプレクサである。 The present invention is a multiplexer containing the filters described above.
本発明によれば、Q値の低下を抑制しつつ、圧電膜の破損を抑制することができる。 According to the present invention, it is possible to suppress the breakage of the piezoelectric film while suppressing the decrease in the Q value.
以下、図面を参照し本発明の実施例について説明する。 Hereinafter, examples of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1(a)は、実施例1に係る圧電薄膜共振器の平面図、図1(b)は、図1(a)のA−A断面図である。図1(a)及び図1(b)を参照して、実施例1の圧電薄膜共振器100は、基板10上に下部電極12が設けられている。下部電極12は、基板10の上面に形成された窪みを覆って、基板10上に平坦に形成されている。基板10の上面に形成された窪みにより、基板10と下部電極12との間に空隙30が形成されている。基板10は、例えばシリコン(Si)基板であり、その厚さは例えば100μm〜1000μmである。下部電極12は、例えばルテニウム(Ru)膜であり、その厚さは例えば30nm〜400nmである。
1 (a) is a plan view of the piezoelectric thin film resonator according to the first embodiment, and FIG. 1 (b) is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. 1 (a). With reference to FIGS. 1 (a) and 1 (b), the piezoelectric
基板10上及び下部電極12上に圧電膜14が設けられている。圧電膜14は、下部圧電膜14a及び上部圧電膜14bを備えている。下部圧電膜14a及び上部圧電膜14bはそれぞれ、例えばc軸配向性を有する窒化アルミニウム(AlN)を主成分とし、その厚さは30nm〜700nmである。下部圧電膜14aと上部圧電膜14bとの間に挿入膜28が設けられている。挿入膜28は、例えば酸化シリコン(SiO2)膜であり、その厚さは10nm〜200nmである。
A
圧電膜14を挟み下部電極12と対向するように圧電膜14上に上部電極16が設けられている。平面視において下部電極12と圧電膜14(下部圧電膜14a及び上部圧電膜14b)と上部電極16とが重なる領域を領域50とする。また、平面視において空隙30と下部電極12と圧電膜14(下部圧電膜14a及び上部圧電膜14b)と上部電極16とが重なる領域を領域51とする。領域51は、平面視において例えば楕円形状を有し、圧電膜14に厚み縦振動モードの弾性波が励振される領域である。領域51の面積は、例えば200μm2〜40000μm2である。領域51は、楕円形状を有する場合に限らず、四角形又は五角形等の多角形状等を有していてもよい。上部電極16は、例えばルテニウム膜であり、その厚さは30nm〜400nmである。上部電極16及び挿入膜28上に保護膜24が設けられている。保護膜24は、例えば酸化シリコン膜であり、その厚さは10nm〜100nmである。
The
下部電極12は領域50から引出領域70に引き出されている。上部電極16は領域50から引出領域72に引き出されている。引出領域70において上部電極16の輪郭が領域50の輪郭となる。引出領域72において下部電極12の輪郭が領域50の輪郭となる。引出領域70において、下部電極12上に下部電極12に接する配線20が設けられている。引出領域72において、上部電極16上に上部電極16に接する配線22が設けられている。
The
下部電極12には犠牲層をエッチングするための導入路32が形成されている。犠牲層は空隙30を形成するための層である。導入路32の先端付近は圧電膜14で覆われておらず、下部電極12は導入路32の先端に孔部34を有する。
An
図2は、実施例1における圧電薄膜共振器の下部電極、上部電極、及び挿入膜の位置関係を示す平面図である。図2では、図の明瞭化のために、挿入膜28にクロスハッチングを付している。図2を参照して、挿入膜28は、領域51内の外周領域52に設けられ中央領域54には設けられていない。外周領域52は、領域51内の領域であって、領域51の輪郭64に沿った領域である。中央領域54は、領域51内の領域であって、領域51の中央を含む領域である。中央は幾何学的な中心でなくてもよい。挿入膜28は、領域51内の外周領域52から領域51の外側の周辺領域56まで連続して設けられている。このように、挿入膜28は、内側の端面60が空隙30の輪郭62よりも内側(空隙30側)に位置し、外側の端面61が空隙30の輪郭62よりも外側(空隙30とは反対側)に位置している。
FIG. 2 is a plan view showing the positional relationship between the lower electrode, the upper electrode, and the insertion membrane of the piezoelectric thin film resonator in Example 1. In FIG. 2, the
領域51において、挿入膜28よりも内側の中央領域54で励振される弾性波のエネルギーは大きく、挿入膜28が設けられた外周領域52で励振される弾性波のエネルギーは小さい。
In the
6GHzの共振周波数を有する圧電薄膜共振器を例に説明する。基板10としてはシリコン基板を用いる。下部電極12は膜厚が100nmのルテニウム膜である。圧電膜14は膜厚が400nmの窒化アルミニウム膜である。下部圧電膜14a及び上部圧電膜14bの膜厚は各々200nmである。挿入膜28は膜厚が50nmの酸化シリコン膜である。上部電極16は膜厚が200nmのルテニウム膜である。保護膜24は膜厚が70nmの酸化シリコン膜である。
A piezoelectric thin film resonator having a resonance frequency of 6 GHz will be described as an example. A silicon substrate is used as the
基板10としては、シリコン基板以外に、サファイア基板、アルミナ基板、スピネル基板、石英基板、水晶基板、ガラス基板、セラミック基板、又はGaAs基板等を用いることができる。下部電極12及び上部電極16としては、ルテニウム以外にも、アルミニウム(Al)、チタン(Ti)、クロム(Cr)、銅(Cu)、モリブデン(Mo)、タングステン(W)、タンタル(Ta)、白金(Pt)、ロジウム(Rh)、又はイリジウム(Ir)等の単層膜、これらの積層膜又はこれらの合金を用いることができる。
As the
圧電膜14は、窒化アルミニウム以外にも、酸化亜鉛(ZnO)、窒化ガリウム(GaN)、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)、チタン酸鉛(PbTiO3)等を用いることができる。また、圧電膜14は、窒化アルミニウムを主成分とし、共振特性の向上又は圧電性の向上のため他の元素を含んでもよい。例えば、添加元素として、スカンジウム(Sc)、2族元素若しくは12族元素と4族元素との2つの元素、又は2族元素若しくは12族元素と5族元素との2つの元素を用いることにより、圧電膜14の圧電性が向上する。このため、圧電薄膜共振器の実効的電気機械結合係数を向上できる。2族元素は例えばカルシウム(Ca)、マグネシウム(Mg)、ストロンチウム(Sr)であり、12族元素は例えば亜鉛(Zn)である。4族元素は例えばチタン、ジルコニウム(Zr)、又はハフニウム(Hf)である。5族元素は例えばタンタル、ニオブ(Nb)、又はバナジウム(V)である。さらに、圧電膜14は、窒化アルミニウムを主成分とし、フッ素(F)又はホウ素(B)を含んでもよい。
As the
挿入膜28は圧電膜14よりもヤング率が小さいことが好ましい。密度がほぼ同じであれば、ヤング率は音響インピーダンスと相関することから、挿入膜28は圧電膜14よりも音響インピーダンスが小さいことが好ましい。これにより、Q値を向上できる。例えば、圧電膜14が窒化アルミニウムを主成分とする場合、挿入膜28はアルミニウム膜、金(Au)膜、銅膜、チタン膜、白金膜、タンタル膜、クロム膜、又は酸化シリコン膜であることが好ましい。特に、ヤング率の点から、挿入膜28はアルミニウム膜又は酸化シリコン膜であることが好ましい。酸化シリコンはフッ素等の添加物を含んでいてもよい。
The
保護膜24としては、酸化シリコン膜以外にも、窒化シリコン膜又は窒化アルミニウム膜等を用いることができる。配線20及び22としては、銅、金等の電気抵抗の低い金属を用いる。電気抵抗の低い金属層の下にチタン層等の密着層を設けてもよい。
As the
図3(a)は、実施例1に係る圧電薄膜共振器の各層の位置関係を示す平面図、図3(b)は、図3(a)のA−A断面図である。図3(a)及び図3(b)において、挿入膜28の内側の端面60、挿入膜28の外側の端面61、空隙30の輪郭62、領域50の輪郭63、領域51の輪郭64、下部圧電膜14aの端面65、上部圧電膜14bの端面66、下部電極12の端面67、上部電極16の端面68を図示している。なお、空隙30の輪郭62は空隙30の上端における輪郭である。
FIG. 3A is a plan view showing the positional relationship of each layer of the piezoelectric thin film resonator according to the first embodiment, and FIG. 3B is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. 3A. In FIGS. 3A and 3B, the
図3(a)及び図3(b)を参照して、引出領域70において領域50の輪郭63は空隙30の輪郭62よりも空隙30とは反対側に位置する。すなわち、引出領域70において下部圧電膜14aの端面65、上部圧電膜14bの端面66、及び上部電極16の端面68は空隙30の輪郭62よりも空隙30とは反対側に位置する。また、引出領域70において領域50の輪郭63は上部圧電膜14bの端面66及び上部電極16の端面68と略一致する。略一致するとは、例えば製造工程におけるばらつき、製造工程における合わせ精度程度に一致するとのことである(以下同じ)。なお、上部圧電膜14bの端面66と上部電極16の端面68とは略一致する場合に限られず、上部圧電膜14bの端面66が上部電極16の端面68に対して内側に凹んでいてもよいし、外側に突出していてもよい。また、上部圧電膜14bの端面66及び上部電極16の端面68は膜厚方向に傾斜又は湾曲していてもよい。
With reference to FIGS. 3 (a) and 3 (b), the
引出領域70において下部圧電膜14aの端面65は上部圧電膜14bの端面66よりも空隙30から離れて位置する。引出領域70において挿入膜28の外側の端面61と下部圧電膜14aの端面65とは略一致する。なお、挿入膜28の外側の端面61と下部圧電膜14aの端面65とは略一致する場合に限られず、挿入膜28の外側の端面61が下部圧電膜14aの端面65に対して内側に凹んでいてもよい。また、挿入膜28の外側の端面61及び下部圧電膜14aの端面65は膜厚方向に傾斜又は湾曲していてもよい。
In the
引出領域72において領域50の輪郭63は空隙30の輪郭62よりも空隙30とは反対側に位置する。すなわち、引出領域72において下部電極12の端面67は空隙30の輪郭62よりも空隙30とは反対側に位置する。なお、下部電極12の端面67は膜厚方向に傾斜又は湾曲していてもよい。下部電極12、下部圧電膜14a、上部圧電膜14b、及び上部電極16は、例えば空隙30全体と重なり、空隙30全体を覆っている。
In the
[製造方法]
図4(a)から図5(c)は、実施例1に係る圧電薄膜共振器の製造方法を示す断面図である。図4(a)を参照して、基板10の平坦主面にフォトリソグラフィ法及びエッチング法を用いて窪み80を形成する。窪み80の深さは、例えば10nm〜5000nmである。窪み80を埋め込む犠牲層82をスパッタリング法、真空蒸着法、又はCVD(Chemical Vapor Deposition)法を用い成膜する。窪み80に犠牲層82を埋め込んだ後、基板10の上面をCMP(Chemical Mechanical Polishing)法を用いて平坦化する。犠牲層82は、例えば酸化マグネシウム(MgO)、酸化亜鉛(ZnO)、ゲルマニウム(Ge)、又は酸化シリコン(SiO2)で形成される。窪み80の形状は、空隙30の平面形状に相当する形状である。犠牲層82及び基板10上に下部電極12をスパッタリング法、真空蒸着法、又はCVD法を用い成膜する。その後、下部電極12をフォトリソグラフィ法及びエッチング法を用いて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。
[Production method]
4 (a) to 5 (c) are cross-sectional views showing a method of manufacturing the piezoelectric thin film resonator according to the first embodiment. With reference to FIG. 4A, a
図4(b)を参照して、下部電極12及び基板10上に下部圧電膜14aをスパッタリング法又は真空蒸着法を用い成膜する。下部圧電膜14a上に挿入膜28をスパッタリング法、真空蒸着法、又はCVD法を用い成膜する。その後、挿入膜28をフォトリソグラフィ法及びエッチング法を用い所望の形状にパターニングする。挿入膜28は、リフトオフ法により形成してもよい。
With reference to FIG. 4B, a lower
図4(c)を参照して、下部圧電膜14a上に上部圧電膜14bをスパッタリング法又は真空蒸着法を用い成膜する。下部圧電膜14a及び上部圧電膜14bにより圧電膜14が形成される。
With reference to FIG. 4C, an upper
図4(d)を参照して、圧電膜14上に上部電極16をスパッタリング法、真空蒸着法、又はCVD法を用い成膜する。その後、上部電極16をフォトリソグラフィ法及びエッチング法を用いて所望の形状にパターニングする。上部電極16は、リフトオフ法により形成してもよい。
With reference to FIG. 4D, the
図5(a)を参照して、上部圧電膜14bをフォトリソグラフィ法及びエッチング法を用いて所望の形状にパターニングする。次いで、下部圧電膜14aをフォトリソグラフィ法及びエッチング法を用いて所望の形状にパターニングする。
With reference to FIG. 5A, the upper
図5(b)を参照して、保護膜24をスパッタリング法、真空蒸着法、又はCVD法を用い成膜する。その後、保護膜24をフォトリソグラフィ法及びエッチング法を用いて所望の形状にパターニングする。次いで、配線20及び22をスパッタリング法、真空蒸着法、又はCVD法を用い成膜し、フォトリソグラフィ法及びエッチング法を用いて所望の形状にパターニングする。配線20及び22は、めっき法を用いて形成してもよい。
With reference to FIG. 5B, the
図5(c)を参照して、孔部34及び導入路32(図1(a)参照)を介し、犠牲層82のエッチング液を下部電極12の下の犠牲層82に導入する。これにより、犠牲層82が除去される。犠牲層82が除去されることで、下部電極12と基板10との間に、基板10の上面に形成された窪みによる空隙30が形成される。
With reference to FIG. 5C, the etching solution of the
[比較例]
図6は、比較例1に係る圧電薄膜共振器の断面図である。図6を参照して、比較例1の圧電薄膜共振器1000では、引出領域70において下部圧電膜14aの端面65及び上部圧電膜14bの端面66が空隙30の輪郭62よりも空隙30側に位置している。引出領域72において下部電極12の端面67は空隙30の輪郭62よりも空隙30側に位置している。その他の構成は、実施例1の圧電薄膜共振器100と同じであるため説明を省略する。
[Comparison example]
FIG. 6 is a cross-sectional view of the piezoelectric thin film resonator according to Comparative Example 1. With reference to FIG. 6, in the piezoelectric
図7は、比較例2に係る圧電薄膜共振器の断面図である。図7を参照して、比較例2の圧電薄膜共振器1100では、引出領域70において下部圧電膜14aの端面65は空隙30の輪郭62よりも空隙30とは反対側に位置し且つ上部圧電膜14bの端面66は空隙30の輪郭62よりも空隙30側に位置している。引出領域72において下部電極12の端面67は空隙30の輪郭62よりも空隙30側に位置している。その他の構成は、実施例1の圧電薄膜共振器100と同じであるため説明を省略する。
FIG. 7 is a cross-sectional view of the piezoelectric thin film resonator according to Comparative Example 2. With reference to FIG. 7, in the piezoelectric
比較例1及び比較例2では、引出領域70において上部圧電膜14bの端面66が空隙30の輪郭62よりも空隙30側に位置している。領域50に弾性波が励振されると上部圧電膜14bの端部に応力が集中し易くなる。上部圧電膜14bの端面66が空隙30の輪郭62よりも空隙30側に位置する場合、弾性波の励振によって上部圧電膜14bの端部に応力が集中することで上部圧電膜14bにクラック等の破損が生じることがある。また、上部圧電膜14bの端部と挿入膜28との界面で剥がれが発生する恐れもある。
In Comparative Example 1 and Comparative Example 2, the
また、領域50に弾性波が励振されると、基板10上の積層膜は空隙30の輪郭62上に位置する箇所で応力が大きくなり易い。比較例1及び比較例2では、引出領域72において下部電極12の端面67が空隙30の輪郭62よりも空隙30側に位置しているため、空隙30の輪郭62上には下部電極12が存在しない。このため、空隙30の輪郭62上に位置する箇所において圧電膜14にクラック等の破損が生じることがある。
Further, when an elastic wave is excited in the
図8は、比較例3に係る圧電薄膜共振器の断面図である。図8を参照して、比較例3の圧電薄膜共振器1200では、挿入膜28の内側の端面60が空隙30の輪郭62よりも空隙30とは反対側に位置している。その他の構成は、実施例1の圧電薄膜共振器100と同じであるため説明を省略する。
FIG. 8 is a cross-sectional view of the piezoelectric thin film resonator according to Comparative Example 3. With reference to FIG. 8, in the piezoelectric
比較例3では、挿入膜28の内側の端面60が空隙30の輪郭62よりも空隙30とは反対側に位置していることから、領域51において励振される弾性波のエネルギーは大きい。しかしながら、挿入膜28の内側の端面60が空隙30の輪郭62よりも空隙30とは反対側に位置していると、図8の太線矢印のように、領域51において大きなエネルギーで励振する弾性波が基板10に漏れ易くなる。弾性波が基板10に漏れるとQ値が低下してしまう。
In Comparative Example 3, since the
実施例1によれば、図3(a)及び図3(b)のように、引出領域70において領域50の輪郭63は空隙30の輪郭62よりも空隙30とは反対側に位置する。また、引出領域70において下部圧電膜14aの端面65は上部圧電膜14bの端面66よりも空隙30から離れて位置する。図2のように、挿入膜28は、領域51の中央領域54には設けられず、中央領域54を囲む外周領域52のうち少なくとも引出領域70に位置する領域において領域51の輪郭に沿って中央領域54を囲んで設けられている。挿入膜28の内側の端面60は空隙30の輪郭62よりも空隙30側に位置し、外側の端面61は空隙30の輪郭62よりも空隙30とは反対側に位置する。圧電膜14に挿入膜28が挿入され且つ圧電膜14に段差が形成されることでQ値の低下を抑制できる。領域50の輪郭63が空隙30の輪郭62よりも外側に位置し、下部圧電膜14aの端面65及び上部圧電膜14bの端面66が空隙30の輪郭62よりも外側に位置することで、上部圧電膜14bの端部が基板10に固定されるようになる。このため、圧電膜14に弾性波が励振された場合でも、上部圧電膜14bに破損が生じることを抑制できる。また、引出領域70において空隙30の輪郭62上に位置する箇所の積層膜は下部電極12、圧電膜14、挿入膜28、及び上部電極16を含み厚いことから強度が増すため、積層膜に破損が生じることを抑制できる。更に、領域51の挿入膜28が設けられた外周領域52において励振される弾性波のエネルギーは小さいことから、挿入膜28の内側の端面60が空隙30の輪郭62よりも内側に位置し、外側の端面61が空隙30の輪郭62よりも外側に位置することで、基板10への弾性波の漏れを抑制できる。したがって、実施例1の圧電薄膜共振器100によれば、Q値の低下を抑制しつつ、圧電膜14の破損を抑制できる。
According to the first embodiment, as shown in FIGS. 3 (a) and 3 (b), the
また、下部圧電膜14aの端面65が上部圧電膜14bの端面66よりも空隙30から離れて位置することで、領域51において弾性波が励振することで発生した熱が基板10へと伝わり易くなり、放熱性が向上する。
Further, since the
図3(a)及び図3(b)のように、引出領域72において領域50の輪郭63は空隙30の輪郭62よりも空隙30とは反対側に位置する。これにより、引出領域72において空隙30の輪郭62上に位置する箇所の積層膜は厚くなって強度が増すため、積層膜に破損が生じることを抑制できる。また、下部電極12の端部が基板10に固定されるため、弾性波の励振時に下部電極12に生じる負荷が低減し、下部電極12の破損が抑制される。
As shown in FIGS. 3 (a) and 3 (b), the
図2のように、挿入膜28は、中央領域54を囲む外周領域52のうち引出領域72に位置する領域において領域51の輪郭に沿って中央領域54を囲み、内側の端面60が空隙30の輪郭62よりも空隙30側に位置し、外側の端面61が空隙30の輪郭62よりも空隙30とは反対側に位置する。これにより、引出領域72において空隙30の輪郭62上に位置する箇所の積層膜の厚みが増すため、積層膜に破損が生じることを抑制できる。また、領域51で励振される弾性波の基板10への漏れを抑制できる。
As shown in FIG. 2, the
空隙30は基板10の平坦主面上にドーム状に膨らんで形成される場合でもよい。しかしながら、この場合、下部電極12、圧電膜14、及び上部電極16を含む積層膜は圧縮応力によって湾曲した形状となるため、積層膜の薄膜化が進むにつれて積層膜に破損が生じる恐れがある。したがって、図1(b)のように、空隙30は基板10に設けられた凹部により形成され、下部電極12は基板10上に略平坦に形成される場合が好ましい。これにより、積層膜に掛かる応力が低減されるため積層膜の破損が抑制される。略平坦とは、例えば製造工程におけるばらつき程度に平坦から外れる場合も含む。
The
図9(a)は、実施例2に係る圧電薄膜共振器の断面図である。図9(a)を参照して、実施例2の圧電薄膜共振器200では、上部電極16は下層16aと上層16bを含み、下層16aと上層16bの間に絶縁層42が設けられている。例えば、下層16aと上層16bはクロムとルテニウムの積層膜である。絶縁層42は上層16b内にあってもよい。絶縁層42の弾性定数の温度係数の符号は圧電膜14の弾性定数の温度係数の符号と反対である。例えば、圧電膜14が窒化アルミニウムを主成分とする場合、絶縁層42はフッ素又は窒素等の不純物を含む又は不純物を意図的には含まない酸化シリコン膜である。その他の構成は、実施例1の圧電薄膜共振器100と同じであるため説明を省略する。
FIG. 9A is a cross-sectional view of the piezoelectric thin film resonator according to the second embodiment. With reference to FIG. 9A, in the piezoelectric
図9(b)は、実施例2の変形例1に係る圧電薄膜共振器の断面図である。図9(b)を参照して、実施例2の変形例1の圧電薄膜共振器210では、下部電極12は下層12aと上層12bを含み、下層12aと上層12bの間に絶縁層42が設けられている。例えば、下層12aと上層12bはクロムとルテニウムの積層膜である。絶縁層42は上層12b内にあってもよい。前述したように、絶縁層42の弾性定数の温度係数の符号は圧電膜14の弾性定数の温度係数の符号と反対である。その他の構成は、実施例1の圧電薄膜共振器100と同じであるため説明を省略する。
FIG. 9B is a cross-sectional view of the piezoelectric thin film resonator according to the first modification of the second embodiment. With reference to FIG. 9B, in the piezoelectric
実施例2及び実施例2の変形例1によれば、上部電極16又は下部電極12に絶縁層42が設けられている。絶縁層42の弾性定数の温度係数の符号は圧電膜14の弾性定数の温度係数の符号と反対である。これにより、圧電薄膜共振器の周波数温度係数(TCF:Temperature Coefficient of Frequency)を小さくできる。
According to the second embodiment and the first modification of the second embodiment, the insulating
実施例2では絶縁層42は上部電極16の下層16aと上層16bの間に設けられているが、この場合に限られず、絶縁層42は上部電極16の上面又は下面に設けられていてもよい。同様に、実施例2の変形例1では絶縁層42は下部電極12の下層12aと上層12bの間に設けられているが、この場合に限られず、絶縁層42は下部電極12の上面又は下面に設けられていてもよい。また、実施例2及び実施例2の変形例1では、絶縁層42は上部電極16又は下部電極12に設けられているが、上部電極16と下部電極12の両方に設けられていてもよい。
In the second embodiment, the insulating
図10(a)は、実施例3に係る圧電薄膜共振器の断面図である。図10(a)を参照して、実施例3の圧電薄膜共振器300では、基板10と下部電極12及び圧電膜14との間に、基板10とは異なる材料で形成された支持層40が設けられている。基板10の上面は平坦となっていて、空隙30は支持層40に形成されている。空隙30は支持層40を貫通していてもよいし、貫通していなくてもよい。支持層40は、例えば基板10よりも音響インピーダンスが大きい膜である。一例として、基板10がシリコン基板である場合、支持層40は窒化シリコン(SiN)膜である。支持層40の厚さは例えば10nm〜5000nmであり、6GHzの共振周波数を有する圧電薄膜共振器では、支持層40の厚さは例えば1000nmである。その他の構成は、実施例1の圧電薄膜共振器100と同じであるため説明を省略する。
FIG. 10A is a cross-sectional view of the piezoelectric thin film resonator according to the third embodiment. With reference to FIG. 10A, in the piezoelectric
図11(a)及び図11(b)は、実施例3に係る圧電薄膜共振器の製造方法を示す断面図である。図11(a)を参照して、基板10上に支持層40をスパッタリング法、真空蒸着法、又はCVD法を用いて成膜する。その後、支持層40にフォトリソグラフィ法及びエッチング法を用いて窪み84を形成する。図11(b)を参照して、窪み84を埋め込む犠牲層82をスパッタリング法、真空蒸着法、又はCVD法を用い成膜する。窪み84に犠牲層82を埋め込んだ後、支持層40の上面をCMP法を用いて平坦化する。犠牲層82及び支持層40上に下部電極12をスパッタリング法、真空蒸着法、又はCVD法を用い成膜する。その後、下部電極12をフォトリソグラフィ法及びエッチング法を用いて所望の形状にパターニングする。図11(b)の後、実施例1の図4(b)から図5(c)と同様の工程を行う。
11 (a) and 11 (b) are cross-sectional views showing a method of manufacturing the piezoelectric thin film resonator according to the third embodiment. With reference to FIG. 11A, a
図10(b)は、実施例3の変形例1に係る圧電薄膜共振器の断面図である。図10(b)を参照して、実施例3の変形例1の圧電薄膜共振器310では、基板10と支持層40との間に保護膜44が設けられている。保護膜44は、支持層40と同じ材料で形成されていてもよいし、異なる材料で形成されていてもよい。その他の構成は、実施例3の圧電薄膜共振器300と同じであるため説明を省略する。
FIG. 10B is a cross-sectional view of the piezoelectric thin film resonator according to the first modification of the third embodiment. With reference to FIG. 10B, in the piezoelectric
実施例3及び実施例3の変形例1によれば、基板10と下部電極12との間に基板10とは異なる材料で形成された支持層40が設けられている。空隙30は支持層40に形成され、下部電極12は支持層40上に略平坦に形成されている。共振器の強度等の点から基板10の材料は限られてくる。このような基板10と下部電極12との間に基板10と異なる材料で形成された支持層40を設けることで、特性及び/又は製造性等を良好にすることが可能となる。
According to the third embodiment and the first modification of the third embodiment, a
例えば、支持層40の音響インピーダンスを基板10の音響インピーダンスよりも大きくする。これにより、領域51にいて励振される弾性波が基板10に漏れ難くなる。例えば、支持層40の体積抵抗率(電気抵抗率)を基板10の体積抵抗率よりも大きくする。一例として、支持層40を酸化シリコン膜又は窒化シリコン膜とする。これにより、下部電極12を流れる電流が基板10に漏れ難くなる。例えば、支持層40を基板10よりも加工性の良好な材料で形成された膜とする。一例として、支持層40をポリシリコン膜とする。これにより、支持層40に空隙30を容易に形成できる。
For example, the acoustic impedance of the
実施例3の変形例1によれば、基板10と支持層40との間に保護膜44が設けられている。支持層40に設けられた空隙30の下に保護膜44が存在することで、空隙30の形成時のエッチングにおいて基板10をエッチングすることを抑制できる。また、保護膜44を支持層40よりもエッチング速度の遅い材料で形成することで、保護膜44を支持層40に空隙を形成するときのエッチングストッパ層として用いることができる。
According to the first modification of the third embodiment, the
図12(a)は、実施例4に係る圧電薄膜共振器の平面図、図12(b)は、図12(a)のA−A断面図である。図13は、実施例4における圧電薄膜共振器の下部電極、上部電極、挿入膜、及び空隙の位置関係を示す平面図である。図13では、図の明瞭化のために、挿入膜28にクロスハッチングを付し、領域50を太線で示している。図12(a)、図12(b)、及び図13を参照して、実施例4の圧電薄膜共振器400では、基板10と下部電極12及び圧電膜14との間に、基板10とは異なる材料で形成された支持層40が設けられている。基板10の上面は平坦となっていて、空隙30は支持層40に形成されている。支持層40は、例えば基板10よりも音響インピーダンスが大きい膜である。
12 (a) is a plan view of the piezoelectric thin film resonator according to the fourth embodiment, and FIG. 12 (b) is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. 12 (a). FIG. 13 is a plan view showing the positional relationship between the lower electrode, the upper electrode, the insertion membrane, and the void of the piezoelectric thin film resonator in Example 4. In FIG. 13, for clarity of the figure, the
引出領域72における支持層40の厚さは、引出領域70における支持層40の厚さよりも厚くなっている。下部電極12は引出領域70における支持層40上に略平坦に形成され、且つ引出領域72側における下部電極12の端面は支持層40の空隙30側の側面に接している。言い換えると、領域50を規定する下部電極12の端面は支持層40の空隙30側の側面に接している。引出領域72における支持層40の上面と下部電極12の上面とは略同一面となっている。すなわち、引出領域70における支持層40の厚さと下部電極12の厚さの合計厚さと、引出領域72における支持層40の厚さと、は略同じ大きさになっている。略同一面及び略同じ大きさとは、例えば製造工程におけるばらつき、製造工程における合わせ精度程度に一致するとのことである。圧電膜14は支持層40上及び下部電極12上に設けられている。その他の構成は、実施例1の圧電薄膜共振器と同じであるため説明を省略する。
The thickness of the
実施例4によれば、基板10と下部電極12との間に支持層40が設けられている。空隙30は支持層40に形成され、下部電極12は支持層40上に略平坦に形成されている。領域50を規定する下部電極12の端面は支持層40の空隙30側の側面に接している。下部電極12の端面が支持層40の側面に接することで、図6の比較例1のように下部電極12の端面が基板10に接していないのに比べて、下部電極12の破損を抑制できる。また、図10(a)の実施例3のように下部電極12の端部が支持層40上に位置する場合では圧電膜14に段差が形成されるのに対し、実施例4では圧電膜14に段差が形成され難くなるため、圧電膜14の破損を抑制できる。また、図10(a)の実施例3に比べて、下部電極12と支持層40との接触面積が小さくなるため、領域51で励振される弾性波が基板10に漏れ難くなる。
According to the fourth embodiment, the
支持層40は、引出領域70における厚さが引出領域72における厚さよりも薄い場合が好ましい。これにより、下部電極12は支持層40上に略平坦に形成され且つ下部電極12の端面が支持層40の空隙30側の側面に接する構成を容易に得られる。
The
実施例3、実施例3の変形例1、及び実施例4においても、実施例2及び実施例2の変形例1のように、下部電極12及び/又は上部電極16に絶縁層42を設けてもよい。
Also in the third embodiment, the first modification of the third embodiment, and the fourth embodiment, the insulating
図14は、実施例5に係るフィルタの回路図である。図14を参照して、実施例5のフィルタ500は、入力端子Tinと出力端子Toutとの間に、1又は複数の直列共振器S1からS4が直列に接続され、1又は複数の並列共振器P1からP4が並列に接続されている。なお、共振器の個数は適宜設定できる。
FIG. 14 is a circuit diagram of the filter according to the fifth embodiment. With reference to FIG. 14, in the
実施例5において、直列共振器S1からS4及び並列共振器P1からP4の少なくとも1つの共振器に実施例1から実施例4の圧電薄膜共振器を用いることができる。例えば、直列共振器S1からS4及び並列共振器P1からP4のうち少なくとも2つの共振器が実施例1から実施例4の圧電薄膜共振器であり、且つ、互いに挿入膜28の厚さが異なっていてもよい。例えば、直列共振器S1からS4及び並列共振器P1からP4のうち少なくとも2つの共振器が実施例1から実施例4の圧電薄膜共振器であり、且つ、互いに引出領域70において上部電極16の端面68と挿入膜28の内側の端面60との間の距離(図3(b)におけるL1)が異なっていてもよい。例えば、直列共振器S1からS4及び並列共振器P1からP4のうち少なくとも2つの共振器が実施例1から実施例4の圧電薄膜共振器であり、且つ、互いに引出領域72において下部電極12の端面67と挿入膜28の内側の端面60との間の距離(図3(b)におけるL2)が異なっていてもよい。
In Example 5, the piezoelectric thin film resonators of Examples 1 to 4 can be used for at least one resonator of the series resonators S1 to S4 and the parallel resonators P1 to P4. For example, at least two of the series resonators S1 to S4 and the parallel resonators P1 to P4 are the piezoelectric thin film resonators of Examples 1 to 4, and the thicknesses of the
例えば、直列共振器S1からS4の少なくとも1つの共振器及び並列共振器P1からP4の少なくとも1つの共振器に実施例1から実施例4の圧電薄膜共振器を用い、引出領域70において上部電極16の端面68と挿入膜28の内側の端面60との間の距離(図3(b)におけるL1)を、直列共振器では並列共振器に比べて短くしてもよい。これにより、急峻なスカート特性と低いリップル特性とが得られる。距離L1は例えば0.5μm〜5.5μmである。また、引出領域72において下部電極12の端面67と挿入膜28の内側の端面60との間の距離(図3(b)におけるL2)を、直列共振器では並列共振器に比べて短くしてもよい。これによっても、急峻なスカート特性と低いリップル特性とが得られる。距離L2は例えば1.0μm〜6.0μmである。
For example, the piezoelectric thin film resonators of Examples 1 to 4 are used for at least one resonator of the series resonators S1 to S4 and at least one resonator of the parallel resonators P1 to P4, and the
図15は、実施例6に係るデュプレクサの回路図である。図15を参照して、実施例6のデュプレクサ600は、共通端子Antと送信端子Txとの間に送信フィルタ90が接続されている。共通端子Antと受信端子Rxとの間に受信フィルタ92が接続されている。送信フィルタ90は、送信端子Txから入力された信号のうち送信帯域の信号を送信信号として共通端子Antに通過させ、他の周波数の信号を抑圧する。受信フィルタ92は、共通端子Antから入力された信号のうち受信帯域の信号を受信信号として受信端子Rxに通過させ、他の周波数の信号を抑圧する。送信フィルタ90及び受信フィルタ92の少なくとも一方を実施例5のフィルタ500とすることができる。
FIG. 15 is a circuit diagram of the duplexer according to the sixth embodiment. With reference to FIG. 15, in the
マルチプレクサとしてデュプレクサを例に示したがトリプレクサ又はクワッドプレクサでもよい。 Although a duplexer is shown as an example as a multiplexer, a triplexer or a quadplexer may be used.
以上、本願発明の実施形態について詳述したが、本願発明はかかる特定の実施形態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願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。 Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to such specific embodiments, and various modifications and modifications are made within the scope of the gist of the present invention described in the claims. It can be changed.
10 基板
12 下部電極
14 圧電膜
14a 下部圧電膜
14b 上部圧電膜
16 上部電極
20、22 配線
24 保護膜
28 挿入膜
30 空隙
32 導入路
34 孔部
40 支持層
42 絶縁層
44 保護膜
50、51 領域
52 外周領域
54 中央領域
56 周辺領域
60 挿入膜の内側の端面
61 挿入膜の外側の端面
62 空隙の輪郭
63 領域の輪郭
64 領域の輪郭
65 下部圧電膜の端面
66 上部圧電膜の端面
67 下部電極の端面
68 上部電極の端面
70、72 引出領域
90 送信フィルタ
92 受信フィルタ
100、200、210、300、310、400、1000、1100、1200 圧電薄膜共振器
500 フィルタ
600 デュプレクサ
10
Claims (12)
前記基板との間に空隙を有するように前記基板上に設けられた下部電極と、
前記下部電極上に設けられた上部電極と、
前記下部電極と前記上部電極との間に挟まれ、下部圧電膜と上部圧電膜を有し、平面視において前記下部電極と前記下部圧電膜と前記上部圧電膜と前記上部電極とが重なる第1領域から前記下部電極が引き出される第1引出領域において前記第1領域の輪郭が前記空隙の輪郭よりも前記空隙とは反対側に位置し且つ前記第1引出領域において前記下部圧電膜の端面が前記上部圧電膜の端面よりも前記空隙から離れて位置するように設けられた圧電膜と、
平面視において前記空隙と前記下部電極と前記圧電膜と前記上部電極とが重なる第2領域の中央領域には設けられず、前記中央領域を囲む領域のうち少なくとも前記第1引出領域に位置する領域において前記第2領域の輪郭に沿って前記中央領域を囲み、内側の端面が前記空隙の輪郭よりも前記空隙側に位置し、外側の端面が前記空隙の輪郭よりも前記空隙とは反対側に位置するように、前記下部圧電膜と前記上部圧電膜との間に挿入された挿入膜と、を備える圧電薄膜共振器。 With the board
A lower electrode provided on the substrate so as to have a gap between the substrate and the substrate.
The upper electrode provided on the lower electrode and the upper electrode
A first unit that is sandwiched between the lower electrode and the upper electrode, has a lower piezoelectric film and an upper piezoelectric film, and the lower electrode, the lower piezoelectric film, the upper piezoelectric film, and the upper electrode overlap in a plan view. In the first extraction region where the lower electrode is pulled out from the region, the contour of the first region is located on the side opposite to the void of the contour of the void, and in the first extraction region, the end face of the lower piezoelectric film is said. A piezoelectric film provided so as to be located away from the voids from the end face of the upper piezoelectric film,
In a plan view, the gap, the lower electrode, the piezoelectric film, and the upper electrode are not provided in the central region of the second region where they overlap, and the region surrounding the central region is located at least in the first extraction region. In, the central region is surrounded along the contour of the second region, the inner end face is located on the gap side of the contour of the gap, and the outer end face is on the opposite side of the gap from the contour of the gap. A piezoelectric thin film resonator comprising an insertion membrane inserted between the lower piezoelectric membrane and the upper piezoelectric membrane so as to be located.
前記空隙は前記支持層に形成され、
前記下部電極は前記支持層上に略平坦に形成されている、請求項1から3のいずれか一項に記載の圧電薄膜共振器。 A support layer provided between the substrate and the lower electrode and formed of a material different from that of the substrate is provided.
The voids are formed in the support layer
The piezoelectric thin film resonator according to any one of claims 1 to 3, wherein the lower electrode is formed substantially flat on the support layer.
前記空隙は前記支持層に形成され、
前記下部電極は前記支持層上に略平坦に形成され、
前記第1領域を規定する前記下部電極の端面は前記支持層の前記空隙側の側面に接している、請求項1に記載の圧電薄膜共振器。 A support layer provided between the substrate and the lower electrode and formed of a material different from that of the substrate is provided.
The voids are formed in the support layer
The lower electrode is formed substantially flat on the support layer.
The piezoelectric thin film resonator according to claim 1, wherein the end surface of the lower electrode defining the first region is in contact with the side surface of the support layer on the void side.
前記下部電極は前記基板上に略平坦に形成されている、請求項1から3のいずれか一項に記載の圧電薄膜共振器。 The gap is formed by a recess provided in the substrate.
The piezoelectric thin film resonator according to any one of claims 1 to 3, wherein the lower electrode is formed substantially flat on the substrate.
A multiplexer containing the filter according to claim 11.
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Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005184303A (en) * | 2003-12-18 | 2005-07-07 | Tdk Corp | Piezoelectric thin film resonator and filter employing the same |
JP2008219529A (en) * | 2007-03-06 | 2008-09-18 | Nippon Dempa Kogyo Co Ltd | Method for manufacturing piezoelectric thin film vibrator and piezoelectric thin film vibrator |
WO2013018604A1 (en) * | 2011-07-29 | 2013-02-07 | 株式会社村田製作所 | Piezoelectric device and method of manufacturing piezoelectric device |
JP2018125762A (en) * | 2017-02-02 | 2018-08-09 | 太陽誘電株式会社 | Piezoelectric thin film resonator, filter and multiplexer |
JP2018125759A (en) * | 2017-02-02 | 2018-08-09 | 太陽誘電株式会社 | Piezoelectric thin film resonator, filter and multiplexer |
JP2019092096A (en) * | 2017-11-16 | 2019-06-13 | 太陽誘電株式会社 | Elastic wave device, manufacturing method thereof, filter, and multiplexer |
-
2020
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Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005184303A (en) * | 2003-12-18 | 2005-07-07 | Tdk Corp | Piezoelectric thin film resonator and filter employing the same |
JP2008219529A (en) * | 2007-03-06 | 2008-09-18 | Nippon Dempa Kogyo Co Ltd | Method for manufacturing piezoelectric thin film vibrator and piezoelectric thin film vibrator |
WO2013018604A1 (en) * | 2011-07-29 | 2013-02-07 | 株式会社村田製作所 | Piezoelectric device and method of manufacturing piezoelectric device |
JP2018125762A (en) * | 2017-02-02 | 2018-08-09 | 太陽誘電株式会社 | Piezoelectric thin film resonator, filter and multiplexer |
JP2018125759A (en) * | 2017-02-02 | 2018-08-09 | 太陽誘電株式会社 | Piezoelectric thin film resonator, filter and multiplexer |
JP2019092096A (en) * | 2017-11-16 | 2019-06-13 | 太陽誘電株式会社 | Elastic wave device, manufacturing method thereof, filter, and multiplexer |
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