JP7017364B2 - ラダー型フィルタ、圧電薄膜共振器およびその製造方法 - Google Patents
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Description
図4(a)から図7(c)は、実施例1に係るラダー型フィルタの製造方法を示す断面図である。図4(a)に示すように、基板10を準備する。領域44は、並列共振器である圧電薄膜共振器11aを形成する領域であり、領域46は、直列共振器である圧電薄膜共振器11bを形成する領域である。
圧電薄膜共振器11aおよび11bを作製した。作製条件は以下である。
下層13a:膜厚が100nmのCr膜
上層13b:膜厚が200nmのRu膜
下部圧電膜15a:膜厚が500nmのAlN膜
上部圧電膜15b:膜厚が500nmのAlN膜
挿入膜28:膜厚が100nmのSiO2膜
下層17a:膜厚が200nmのRu膜
上層17b:膜厚が50nmのCr膜
質量負荷膜20:膜厚が100nmのTi膜
保護膜24:膜厚が70nmのSiO2膜
圧電薄膜共振器11bには挿入膜28を設けていない。
圧電薄膜共振器11a(挿入膜28あり)
共振周波数におけるQ値:2000
反共振周波数におけるQ値:1700
電気機械結合係数:6.8%
圧電薄膜共振器11b(挿入膜28なし)
共振周波数におけるQ値:1800
反共振周波数におけるQ値:1100
電気機械結合係数:7.0%
実験1の圧電薄膜共振器11aおよび11bの測定結果に基づき、ラダー型フィルタの通過特性をシミュレーションした。シミュレーションしたラダー型フィルタの回路図は図1(b)と同じである。ラダー型フィルタは、LTEバンド25(受信帯域が1930MHzから1995MHz)の受信フィルタ42とした。実施例1では、並列共振器P1からP4に挿入膜28を有する圧電薄膜共振器11aを用い、直列共振器S1からS4に挿入膜28を有さない圧電薄膜共振器11bを用いた。比較例1では、並列共振器P1からP4および直列共振器S1からS4に挿入膜28を有する圧電薄膜共振器11aを用いた。
実施例1の変形例1は、空隙の構成を変えた例である。図10(a)は、実施例1の変形例1に係るラダー型フィルタの直列共振器および並列共振器の断面図である。図10(a)に示すように、基板10の上面に窪みが形成されている。下部電極12aおよび12bは、基板10上に平坦に形成されている。これにより、空隙30aおよび30bが、基板10の窪みに形成されている。空隙30aおよび30bは共振領域50aおよび50bを含むように形成されている。その他の構成は、実施例1と同じであり説明を省略する。空隙30aおよび30bは、基板10を貫通するように形成されていてもよい。
図10(b)は、実施例1の変形例2に係るラダー型フィルタの直列共振器および並列共振器の断面図である。図10(b)に示すように、共振領域50aおよび50bの下部電極12aおよび12b下に音響反射膜32aおよび32bが形成されている。音響反射膜32aおよび32bは、音響インピーダンスの低い膜31aと音響インピーダンスの高い膜31bとが交互に設けられている。膜31aおよび31bの膜厚は例えばそれぞれλ/4(λは弾性波の波長)である。膜31aと膜31bの積層数は任意に設定できる。音響反射膜32aおよび32bは、音響特性の異なる少なくとも2種類の層が間隔をあけて積層されていればよい。また、基板10が音響反射膜32aおよび32bの音響特性の異なる少なくとも2種類の層のうちの1層であってもよい。例えば、音響反射膜32aおよび32bは、基板10中に音響インピーダンスの異なる膜が一層設けられている構成でもよい。その他の構成は、実施例1と同じであり説明を省略する。
図11は、実施例1の変形例3に係るラダー型フィルタの直列共振器および並列共振器の断面図である。図11に示すように、挿入膜28は、物質で満たされた膜でなく、物質がない空隙29でもよい。その他の構成は実施例1と同じであり説明を省略する。
実施例2および比較例3における圧電薄膜共振器11bのQ値をシミュレーションした。図14(a)および図14(b)は、実施例2および比較例3に係る圧電薄膜共振器の断面図であり、シミュレーションした構造を示す図である。図14(a)に示すように、実施例2では、空隙30aは基板10を貫通する。下部電極12b、圧電膜14bおよび上部電極16bは平坦である。下部電極12bの上面と下部圧電膜15aの端面35aとのなす内度θaは鋭角であり、下部圧電膜15aの上面と上部圧電膜15bの端面35bとのなす内角θbはほぼ直角である。その他の構成は、実施例1と同じであり説明を省略する。
下層13a:膜厚が100nmのCr膜
上層13b:膜厚が200nmのRu膜
圧電膜14b:膜厚が1000nmのAlN膜
下層17a:膜厚が300nmのRu膜
上層17b:膜厚が40nmのCr膜
保護膜24:膜厚が70nmのSiO2膜
下層23a:膜厚が100nmのTi膜
上層23b:膜厚が600nmのAu膜
内角θa:60°
内角θb:90°
実施例2:1330
比較例3:1270
このように、実施例2は比較例3よりQ値が向上する。実施例2の圧電薄膜共振器11bは挿入膜28を有さないため電気機械結合係数を劣化させずにQ値を向上できる。
上部圧電膜15bを形成する工程の前に、下部圧電膜15aの表面を空気に暴露することが好ましい。これにより、図12(b)および図12(c)のように、端面35aおよび35bを形成できる。
11a、11b 圧電薄膜共振器
12a、12b 下部電極
14a、14b 圧電膜
15a 下部圧電膜
15b 上部圧電膜
16a、16b 上部電極
28 挿入膜
30a、30b 空隙
32a、32b 音響反射膜
35a、35b 端面
40 送信フィルタ
42 受信フィルタ
50a、50b 共振領域
52 外周領域
54 中央領域
Claims (5)
- 基板と、
前記基板上に設けられた第1下部電極と、前記第1下部電極上に設けられた第1圧電膜と、前記第1圧電膜上に設けられた第1上部電極と、前記第1下部電極と前記第1上部電極との間に挿入され前記第1圧電膜の少なくとも一部を挟み前記第1下部電極と前記第1上部電極とが対向する第1共振領域内の外周領域に設けられ前記第1共振領域の中央領域には設けられていない挿入膜と、を有する第1圧電薄膜共振器と、
前記基板上に設けられた第2下部電極と、前記第2下部電極上に設けられた第2圧電膜と、前記第2圧電膜上に設けられた第2上部電極と、前記第2圧電膜の少なくとも一部を挟み前記第2下部電極と前記第2上部電極とが対向する第2共振領域内の前記第2下部電極と前記第2上部電極との間に挿入膜が挿入されていない第2圧電薄膜共振器と、
入力端子と出力端子との間に直列に接続され、少なくとも1つの直列共振器は前記第1圧電薄膜共振器および前記第2圧電薄膜共振器のいずれか一方の第1共振器である1または複数の直列共振器と、
前記入力端子と前記出力端子との間に並列に接続され、少なくとも1つの並列共振器は前記第1圧電薄膜共振器および前記第2圧電薄膜共振器の他方の第2共振器である1または複数の並列共振器と、
を備え、
前記第1圧電膜および前記第2圧電膜は、下部圧電膜と前記下部圧電膜上に設けられた上部圧電膜とを含み、
前記挿入膜は前記下部圧電膜と前記上部圧電膜との間に挿入されており、
前記第2圧電薄膜共振器において、
前記下部圧電膜の端面は、前記第2下部電極から前記上部圧電膜に向かって前記下部圧電膜が狭くなるように傾斜し、
前記上部圧電膜の端面は、傾斜していないまたは前記下部圧電膜から前記第2上部電極に向かって前記上部圧電膜が広くなるように傾斜し、
前記下部圧電膜と前記上部圧電膜との界面において前記下部圧電膜の端面と前記上部圧電膜の端面とは略一致し、
前記第2上部電極の端部は、前記上部圧電膜の上面の端部と一致または前記上部圧電膜の上面の端部より外側に位置するラダー型フィルタ。 - 前記少なくとも一つの直列共振器は前記第1共振器であり、前記1または複数の直列共振器のうち前記少なくとも一つの直列共振器以外の直列共振器と、前記1または複数の並列共振器の全てと、は前記第2共振器である請求項1記載のラダー型フィルタ。
- 前記少なくとも一つの並列共振器は前記第2共振器であり、前記1または複数の並列共振器のうち前記少なくとも一つ並列共振器以外の並列共振器と、前記1または複数の直列共振器の全てと、は前記第1共振器である請求項1記載のラダー型フィルタ。
- 前記1または複数の直列共振器は全て前記第1共振器であり、前記1または複数の並列共振器は全て前記第2共振器である請求項1記載のラダー型フィルタ。
- 前記第2圧電薄膜共振器において、
前記第2下部電極の上面と前記下部圧電膜の端面とのなす内角は、前記下部圧電膜の上面と前記上部圧電膜の端面とのなす内角より小さい請求項1から4のいずれか一項記載のラダー型フィルタ。
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