(57)【要約】【課題】低入力ロスと急峻なフィルター特性を持つ高周波フィルターを提供する。【解決手段】本発明の音響共振器は、高音響インピーダンス材料層と低音響インピーダンス材料層とが交互に積層されてなる音響反射器と、前記音響反射器上に設けられた圧電膜を有する音響共振部とを備え、低音響インピーダンス材料層は酸化珪素（ＳｉＯＸ、１．８≦Ｘ≦２．０）を含み、かつ低音響インピーダンス材料層の音速はブリルアン振動を用いた測定法において６１００ｍ／ｓ以上であることを特徴とする。【選択図】図１
2010016481.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高音響インピーダンス材料層と低音響インピーダンス材料層とが交互に積層されてなる音響反射器と、前記音響反射器上に設けられた圧電膜を有する音響共振部とを備え、
前記低音響インピーダンス材料層は酸化珪素（ＳｉＯＸ、１．８≦Ｘ≦２．０）を含み、かつ前記低音響インピーダンス材料層の音速はブリルアン振動を用いた測定法において６１００ｍ／ｓ以上であることを特徴とする音響共振器。
【請求項２】
前記高音響インピーダンス材料層は酸化タンタル（ＴａＯＸ、２．０≦Ｘ≦２．５）を主成分とし、かつ前記酸化タンタルの音速は前記ブリルアン振動を用いた測定法において４２００ｍ／ｓ以上であることを特徴とする請求項１に記載の音響共振器。
【請求項３】
前記高音響インピーダンス材料層は酸化ニオブ（ＮｂＯＸ、２．０≦Ｘ≦２．５）を主成分とし、かつ前記酸化ニオブの音速は前記ブリルアン振動を用いた測定法において５１００ｍ／ｓ以上であることを特徴とする請求項１に記載の音響共振器。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一つの音響共振器を備えたことを特徴とする高周波フィルター。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高周波部品として利用される音響共振器に関し、特に、音響共振器を用いたフィルターに関する。
【背景技術】
【０００２】
低入力ロスと急峻なフィルター特性が実現できる高周波フィルタとして薄膜音響共振器（Ｆｉｌｍ  Ｂｕｌｋ  Ａｃｏｕｓｔｉｃ  Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ：ＦＢＡＲ）が注目されている。ＦＢＡＲには、基板に空洞部を備えるキャビティー型ＦＢＡＲ（特許文献１）と、高音響インピーダンス層と低音響インピーダンス層とが交互に積層した音響反射器を備えるＳＭＲ（Ｓｏｌｉｄｌｙ  Ｍｏｕｎｔｅｄ  Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ）型ＦＢＡＲ（特許文献２）の２つの種類が存在する。今後、ＷＣＤＭＡ、ＣＤＭＡ通信方式普及によって、上記のような特徴をもった共振器を組み合わせた高周波フィルターが広く無線通信に使われることが予想される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
その音響反射器が全て絶縁性物質から構成されたＳＭＲ型ＦＢＡＲは、製造プロセスの容易性や特性を考慮するとキャビティー型ＦＢＡＲより生産性が優れるが、音響反射器の各層の膜厚調整が難しいなどの理由により、特に高いＱ値（Ｑｕａｌｉｔｙ  Ｆａｃｔｏｒ）が得られていない。そのため、現在、製品としては、キャビティー型ＦＢＡＲが主流である。ここで、Ｑ値とは、共振系の実成分と虚成分の比をいう。また、高いＱ値とは、周波数により異なるが、周波数が２ＧＨｚの場合は１０００以上をいい、周波数が５Ｈｚの場合は６００以上をいう。一方、ＳＭＲ型ＦＢＡＲにおいて所望の高いＱ値を得るために、高音響インピーダンス層に金属、例えば白金（ＰｔまたはＷ）層を備えることも検討されている（非特許文献１）が、寄生容量に伴う電気ノイズを発生するため、Ｐｔ膜にはパターニング処理が必要となり生産プロセスを複雑なものとしていた。
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１１７６６５号公報
【特許文献２】特開２００７−１２９３９１号公報
【非特許文献１】ＢＡＷ  Ｄｅｖｉｃｅｓ  ａｎｄ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ  ｉｎｔｏ  Ｓｙｓｔｅｍ−ｉｎ−Ｐａｃｋａｇｅ（ＳｉＰ）、Ａ．Ｂ．  Ｓｍｏｌｄｅｒｓ  ｅｔ  ａｌ．、Ｔｈｉｒｄ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ  ｏｎ  Ａｃｏｕｓｔｉｃ  Ｗａｖｅ  Ｄｅｖｉｃｅｓ  ｆｏｒ  ｆｕｔｕｒｅ  Ｍｏｂｉｌｅ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍｓ，  ２００７、Ｐａｇｅｓ１０５〜１１０
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一態様の音響共振器は、高音響インピーダンス材料層と低音響インピーダンス材料層とが交互に積層されてなる音響反射器と、前記音響反射器上に設けられた圧電膜を有する音響共振部とを備え、低音響インピーダンス材料層は酸化珪素を含み、かつ低音響インピーダンス材料層の音速はブリルアン振動を用いた測定法において６１００ｍ／ｓ以上であることを特徴とする。
【０００６】
本発明の一態様の高周波フィルターは、高音響インピーダンス材料層と低音響インピーダンス材料層とが交互に積層されてなる音響反射器と、前記音響反射器上に設けられた圧電膜を有する音響共振部とを備え、低音響インピーダンス材料層は酸化珪素を含み、かつ低音響インピーダンス材料層の音速はブリルアン振動を用いた測定法において６１００ｍ／ｓ以上であることを特徴とする音響共振器を備える。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、高いＱ値をもつ共振器が実現でき、これまで実現されなかった絶縁性音響反射器を用いたＳＭＲ型ＦＢＡＲを作製することができる。これにより低入力ロスと急峻なフィルター特性を持つ高周波フィルターが高い生産性で実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明の実施形態を、添付した図面を参照して以下に詳細に説明する。図では、対応する部分は、対応する参照符号で示している。下記の実施形態は、一例として示されたもので、本発明の精神から逸脱しない範囲で種々の変形をして実施することが可能である。
【０００９】
絶縁性の音響反射器を利用したＳＭＲ型ＦＢＡＲの低いＱ値という問題に関して、検討した結果、その反射器を構成する膜材料の音波損失を低減することで、そのＱ値を向上できること見出した。具体的には、スパッタリングプロセスを工夫し、膜材料の低音波損失化を実現した。その際、膜の音波損失と音速が対応することから、反射器を構成する各層の音速を測定した。
【００１０】
初めに、図面を用いて、音響共振器について説明する。
【００１１】
図１は、本発明の音響共振器の断面図である。本発明の音響共振器は、基板１１０と、基板１１０上に形成される音響反射器１２０と、音響反射器１２０上に形成される音響共振部１３０とを有する。
【００１２】
＜基板＞
基板１１０を構成する材質としては、抵抗率が１００Ωｃｍ以上の絶縁性材料であればよく、シリコン、ガラス基板が例として挙げられる。これらの中でも、絶縁性という意味ではガラス基板が好ましい。
【００１３】
＜音響反射器＞
［構成］
音響反射器１２０は、ｎ層の高音響インピーダンス材料層１２２とｎ層の低音響インピーダンス材料層１２１とが交互に積層された多層構造である（ｎは１以上の整数）。ここで、音響反射器１２０の最上位層は、圧電体に窒化アルミを使用することを考慮すると、低音響インピーダンス材料層１２１である。
【００１４】
高音響インピーダンス材料層１２２は、音響インピーダンス値が高いニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）からなる群から選ばれる１種以上の元素を含有する酸化物層が用いられる。
【００１５】
高音響インピーダンス材料層１２２の音速は、例えば、酸化ニオブからなる膜を用いた場合、Ｑ値として高いものを得るには、５１００ｍ／ｓ以上が好ましく、５２００ｍ／ｓ以上がより好ましく５２５０ｍｍ／ｓ以上が特に好ましい。５０００ｍ／ｓ未満であると、音波損失が大きく高いＱ値が実現できない。
【００１６】
同様に、高音響インピーダンス材料層１２２の音速は、例えば、酸化タンタルからなる膜を用いた場合、Ｑ値として高いものを得るには、４２００ｍ／ｓ以上が好ましく、４３００ｍ／ｓ以上がより好ましく、４３５０ｍ／ｓ以上が特に好ましい。
【００１７】
本発明における個々の高音響インピーダンス材料層の構造は、一種類の酸化物からなる単層構造であってもよく、異なる種類の複数の酸化物が積層された積層構造であってもよい。また、高音響インピーダンス材料層を構成するすべての層が同じ酸化物層である必要もなく、異なる酸化物層の組み合わせであっても良いことは言うまでもない。
【００１８】
低音響インピーダンス材料層１２１は、音響インピーダンス値が低い珪素（Ｓｉ）の元素を含有する酸化物層が用いられる。低音響インピーダンス材料層１２１の音速は、例えば、酸化珪素からなる膜を用いた場合、Ｑ値として高いものを得るには、６１００ｍ／ｓ以上が好ましく、６２００ｍ／ｓ以上がより好ましく、６２５０ｍ／ｓ以上が特に好ましい。
【００１９】
本発明における個々の低音響インピーダンス材料層の構造は、一種類の酸化物からなる単層構造であってもよく、異なる種類の複数の酸化物が積層された積層構造であってもよい。また、低音響インピーダンス材料層を構成するすべての層が同じ酸化物層である必要もなく、異なる酸化物層の組み合わせであっても良いことは言うまでもない。
【００２０】
［製法］
音響反射器１２０は、たとえば、スパッタ法、真空蒸着法、イオンプレーティング法または化学的気相成長法等を用いて作製される。品質、特性の安定性が良好であることから、スパッタ法が好ましい。ここで、一例として、高音響インピーダンス材料層として酸化ニオブを、低音響インピーダンス材料層として酸化珪素を用いた場合の音響反射器の作製工程を以下に示す。
【００２１】
（ｉ）：Ｓｉ（９９．９％）をスパッタリングターゲットとして、ＤＣスパッタリングで酸化珪素層を形成する。
【００２２】
（ｉｉ）：Ｎｂ（９９．９％）をスパッタリングターゲットとして、ＤＣスパッタリングで酸化ニオブ層を形成する。
【００２３】
（ｉｉｉ）：（ｉ）、（ｉｉ）の操作を繰り返し、最後に（ｉ）と同様の方法で酸化物層を形成することにより、多層構造の音響反射器を形成する。
【００２４】
［音速の評価方法］
高音響インピーダンス材料層１２２及び低音響インピーダンス材料層１２１の音速は、ピコ秒レーザ超音波法から観測されるブリルアン振動（Ｂｒｉｌｌｏｕｉｎ  Ｏｓｃｉｌｌａｔｉｏｎ）を用いて評価する。具体的な評価方法については、文献（Ａｃｏｕｓｔｉｃ  Ａｔｔｅｎｕａｔｉｏｎ  Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ  ｉｎ  Ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  ｉｎ  ｔｈｅ  Ｈｙｐｅｒｓｏｎｉｃ  Ｒａｎｇｅ  ｂｙ  Ｐｉｃｏｓｅｃｏｎｄ  Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｓ、Ｐ．Ｅｍｅｒｙ、Ａ．Ｄｅｖｏｓ、Ｆｒａｎｃｅ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ、８９、１９１９０４（２００６）、以下、Ｅｍｅｒｙ文献）を参考にした。
【００２５】
詳細に説明すると、Ｅｍｅｒｙ文献から、音速Ｖは、以下の式で表される。
【００２６】
【数１】
2010016481.tif 000003
【００２７】
ここで、ｎ：プローブ光に用いた波長における測定物質の屈折率、λ：プローブ光の波長、Θ：プローブ光の入射角、Ｔ：測定物質中におけるブリルアン振動の１周期である。
【００２８】
［音波減衰率及び粘性率の測定方法］
高音響インピーダンス材料層１２２及び低音響インピーダンス材料層１２１の音波減衰率についても、ピコ秒レーザ超音波法から観測されるブリルアン振動を用いて評価する。具体的な評価方法については、Ｅｍｅｒｙ文献を参考にした。
【００２９】
上記文献から音波は距離に依存して減衰し、図２から、音波減衰率は、以下の式で表される。
【００３０】
【数２】
2010016481.tif 000004
【００３１】
ここで、Ａ：膜厚ｄにおける酸化物のブリルアン振動の振幅、Ａ０：距離０における酸化物のブリルアン振動の振幅、β：音波減衰率、ω：周波数（２３５ＧＨｚ）、ｄ：膜厚である。
【００３２】
ここで、数式（２）を変形して、以下の数式（３）を得る。
【００３３】
【数３】
2010016481.tif 000005
【００３４】
なお、距離０における酸化物のブリルアン振動の振幅Ａ０を得るためには、膜厚を変えたサンプルで酸化物のブリルアン振動の振幅を指数関数で外挿することで算出することができる。ここでは、酸化珪素の振幅Ａ０を１２３．４、酸化ニオブの振幅Ａ０を３２．１７、酸化タンタルの振幅Ａ０を１８５とした。よって、膜厚の若干異なる試料であっても、Ｓｉのブリルアン振動の振幅を数式（３）に代入することで、音波減衰率βを算出することができる。
【００３５】
ここで、マリスの粘性減衰理論によると、アキーザ損失による減衰係数は以下の式で示される。
【００３６】
【数４】
2010016481.tif 000006
【００３７】
ここで、η：粘性テンソル、ρ：密度である。数式（４）を展開すると、以下の数式（５）が得られる。なお、ρは、２２００ｋｇ／ｍ３を用いる。
【００３８】
【数５】
2010016481.tif 000007
【００３９】
以上の数式（３）（５）を用いて、ηを算出する。
【００４０】
＜音響共振部＞
音響共振部１３０は、下部電極１３１と、下部電極１３１上に形成される圧電膜１３２と、圧電膜１３２上に形成される上部電極１３３とを有する。
【００４１】
［下部電極］
下部電極１３１は、圧電体薄膜であるＡｌＮのＣ軸配向を実現するためにモリブデン、ルテニウム、チタン（Ｔｉ）、チタンーアルミの積層膜（Ｔｉ−Ａｌ）などの金属が用いられる。共振周波数に置ける電気抵抗を下げる意味で、チタン−アルミの積層膜（Ｔｉ−Ａｌ）が好ましい。下部電極１３１の厚さは、１０〜５００ｎｍである。下部電極１３１は、スパッタリング法によって作製される。
【００４２】
［圧電膜］
圧電膜１３２は、ＺｎＯやＡｌＮのように六方晶の結晶構造を持つ材料が用いられる。電圧印加時のリーク電流を考慮すると窒化アルミニウム（ＡｌＮ）が好ましい。圧電膜１３２の厚さは、使用周波数によって変化するが、１０ｎｍ〜５０００ｎｍである。圧電膜１３２は、スパッタ法により作製される。
【００４３】
［上部電極］
上部電極１３３は、電気抵抗の小さなアルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）などが使用される。成膜後の酸化を考慮すると銅または金電極、またはアルミニウム−金の積層電極が選ばれる。上部電極１３３の厚さは、１０〜９００ｎｍである。上部電極１３３はスパッタ法により作製される。
【実施例】
【００４４】
［各酸化物の成膜］
以下の方法により、各酸化物を成膜した。
【００４５】
（酸化珪素の成膜）
ボロンがドープされたＳｉ（９９．９％）のスパッタリングターゲットを用いて、ＤＣスパッタリング（アドバンスエナジー社製ＭＤＸ  ＋Ｓｐａｒｃ−ＬＥ  Ｖ）で、シリコン基板上に酸化珪素薄膜を成膜した。
【００４６】
一方、ＤＣスパッタリング時の成膜条件は、アルゴンガスと酸素の混合ガスをチャンバーに導入しながら、到達真空度（５×１０−７Ｔｏｒｒ未満）、酸素ガス割合（Ａｒ：５０ｓｃｃｍ、Ｏ２：２ｓｃｃｍ、３ｓｃｃｍ）、基板加熱温度（２５℃、３００℃）、成膜圧力（４ｍｔｏｒｒ、１０ｍｔｏｒｒ）、制御電圧（１３０〜１９０Ｖ）とした。以上により、シリコン基板上に、膜厚５００〜１０００ｎｍの酸化珪素薄膜を成膜した。
【００４７】
ここで、酸化珪素層中酸素量（Ｏ／Ｓｉ）［原子％］をアルバック・ファイ社製のＥＳＣＡ５５００を測定装置として用い、Ｘ線光電子分光法（Ｘ−ｒａｙ  Ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ法、以下、ＸＰＳともいう。）により測定した。測定は、酸化珪素膜の表面を下記のスパッタ条件により装置内でスパッタエッチングした後に行った。スパッタ条件及び測定条件は以下のとおりである。
【００４８】
＜スパッタ条件＞
スパッタイオン            ：Ａｒ＋、
加速電圧                  ：３ｋＶ、
ラスターサイズ            ：３×３ｍｍ２、
ＳｉＯ２換算スパッタレート ：５ｎｍ／ｍｉｎ、
スパッタエッチング時間    ：１分間。
【００４９】
＜測定条件＞
Ｘ線源                    ：ＡｌＫα、
分析面積                  ：８００μｍΦ、
試料角度                  ：７０°、
Ｐａｓｓ  Ｅｎｅｒｇｙ    ：１１７．４ｅＶ、
Ｅｎｅｒｇｙ  Ｓｔｅｐ    ：０．５ｅＶ／ｓｔｅｐ。
【００５０】
１分間スパッタ後に上記測定を行って得られたＳｉ２ｐ及びＯ１ｓピークの積分強度（ｃ／ｓ）から、相対感度係数（Ｓｉ２ｐ：０．３６８、Ｏ１ｓ：０．７３３）を用いてＳｉに対するＯの含有量（原子比）を求めた。なお、計算ソフトとしてはアルバックファイ社製のＭｕｌｔｉ  Ｐａｃｋ（Ｖ８．２ｃ）を用いた。
【００５１】
組成分析によると、制御電圧Ｖ＝１４０、１９０でＳｉＯ１．９、制御電圧２４０ＶでＳｉＯ１．５７であった。
【００５２】
（酸化ニオブの成膜）
Ｎｂ（９９．９％）のスパッタリングターゲットを用いて、ＲＦスパッタリング（パール工業（株）社製ＲＰ−２０００）、ＤＣスパッタリング（アドバンスエナジー社製ＭＤＸ  ＋Ｓｐａｒｃ−ＬＥ  Ｖ）及びＡＣスパッタリング（ＨＵＴＴＩＮＧＥＲ社製ＢＩＧ１００／５０Ｐ）で、シリコン基板上に酸化ニオブ薄膜を成膜した。
【００５３】
ＲＦスパッタリング時の成膜条件は、アルゴンガスと酸素の混合ガスをチャンバーに導入しながら、到達真空度（５×１０−７Ｔｏｒｒ未満）、酸素ガス割合（１４〜１００％）、基板加熱温度（２５℃、３００℃）、成膜圧力（４ｍｔｏｒｒ、１０ｍｔｏｒｒ）、ＲＦ出力（１ｋＷ）とした。以上により、シリコン基板上に、膜厚５００〜１０００ｎｍの酸化ニオブ薄膜を成膜した。
【００５４】
一方、ＤＣスパッタリング時の成膜条件は、アルゴンガスと酸素の混合ガスをチャンバーに導入しながら、到達真空度（５×１０−７Ｔｏｒｒ未満）、酸素ガス割合（１２〜２９％）、基板加熱温度（２５℃）、成膜圧力（４ｍｔｏｒｒ）、制御電流（１．５Ａ）とした。以上により、シリコン基板上に、膜厚５００〜１０００ｎｍの酸化ニオブ薄膜を成膜した。
【００５５】
ＡＣスパッタリング時の成膜は、酸素割合を制御する方法と、酸素分圧を制御する方法の２つの方法を用いた。
酸素割合を制御するＡＣスパッタリング時の成膜条件は、アルゴンガスと酸素の混合ガスをチャンバーに導入しながら、到達真空度（５×１０−７Ｔｏｒｒ未満）、酸素ガス割合（５０％）、基板加熱温度（２５℃）、成膜圧力（２ｍｔｏｒｒ）とした。以上により、シリコン基板上に、膜厚９００ｎｍの酸化ニオブ薄膜を成膜した。
酸素分圧を制御するＡＣスパッタリング時の成膜条件は、アルゴンガスと酸素の混合ガスをチャンバーに導入しながら、到達真空度（５×１０−７Ｔｏｒｒ未満）、酸素ガス割合（２４％）、基板加熱温度（２５℃）、成膜圧力（２ｍｔｏｒｒ）、酸素制御電圧（１８５ｍＶ、１９４ｍＶ）とした。以上により、シリコン基板上に、膜厚８４０ｎｍ及び１１００ｎｍの酸化ニオブ薄膜を成膜した。
【００５６】
（酸化タンタルの成膜）
Ｔａ（９９．９％）のスパッタリングターゲットを用いて、ＲＦスパッタリング（パール工業（株）社製ＲＰ−２０００）、ＤＣスパッタリング（アドバンスエナジー社製ＭＤＸ  ＋Ｓｐａｒｃ−ＬＥ  Ｖ）で、シリコン基板上に酸化タンタル薄膜を成膜した。
【００５７】
ＲＦスパッタリング時の成膜条件は、アルゴンガスと酸素の混合ガスをチャンバーに導入しながら、到達真空度（５×１０−７Ｔｏｒｒ未満）、酸素ガス割合（２０〜８００％）、基板加熱温度（２５℃、３００℃）、成膜圧力（４ｍｔｏｒｒ）、ＲＦ出力（１ｋＷ）とした。以上により、シリコン基板上に、膜厚５００ｎｍの酸化タンタル薄膜を成膜した。
【００５８】
一方、ＤＣスパッタリング時の成膜条件は、アルゴンガスと酸素の混合ガスをチャンバーに導入しながら、到達真空度（５×１０−７Ｔｏｒｒ未満）、酸素ガス割合（３４％、５０％）、基板加熱温度（２５℃）、成膜圧力（３ｍｔｏｒｒ）、制御電力（０．７ｋＷ）とした。以上により、シリコン基板上に、膜厚９００〜１０００ｎｍの酸化タンタル薄膜を成膜した。
【００５９】
［各酸化物の音速評価］
以下の方法により、各酸化物の音速を評価した。
【００６０】
（酸化珪素膜の音速評価）
ＤＣスパッタリングにより成膜された各酸化珪素膜について、ブリルアン振動を測定した（図３）。そして、図３から、ブリルアン振動の周波数１／Ｔを求めた（４２．５〜５５．４２ＧＨｚ）。また、分光器（日本電子社製ＡＲＭ−５００Ｎ）を用いて分光データを取得し光学フィットを行うことで、各酸化珪素膜の屈折率を測定した（１．４６〜１．５７）。ここで、λを４００ｎｍ、Θを０度とした。以上により得られた値を数式（１）に代入することにより、各酸化珪素膜の音速を得た（図４）。図４は、ＤＣスパッタリングにより成膜された酸化珪素膜について、制御電圧と音速との関係を示すグラフである。
【００６１】
図４に示されるように、ＤＣスパッタリングにより成膜された酸化珪素膜について、音速は５３３０〜７０４７ｍ／ｓで変化した。そして、成膜圧力が高圧（１０ｍｔｏｒｒ）のときに、音速が小さくなった。これは組織が柱状成長し、弾性定数が小さくなったためと考えられる。一方、成膜圧力が低圧（４ｍｔｏｒｒ、２５℃）の場合、Ｖ＝１３０〜２３０では、制御電圧の増加に伴い音速が５８７１〜６４１２ｍ／ｓと変化した。これは、組織が均一なアモルファス状態であるためと考えられる。このとき、ＥＳＣＡ分析より組成はＳｉＯｘ（ｘ＝１．９１）で一定であった。Ｖ＝２４０で音速が７０４７ｍ／ｓと急激に増加したのは、組成がＳｉＯｘ（ｘ＝１．５７）になったためと考えられる。
【００６２】
（酸化ニオブ膜の音速評価）
ＲＦスパッタリング、ＤＣスパッタリング若しくはＡＣスパッタリングにより成膜された各酸化ニオブ膜について、ブリルアン振動を測定した（図５）。そして、図５から、ブリルアン振動の周波数１／Ｔを求めた（６５．６〜７２．７２ＧＨｚ）。また、光学フィットを用いて、各酸化ニオブ膜の屈折率を測定した（２．５２〜２．６８）。ここで、λを４００ｎｍ、Θを０度とした。以上により得られた値を数式（１）に代入することにより、各酸化ニオブ膜の音速を得た（図６）。ここで、図６（ａ）は、ＲＦスパッタリングにより成膜された酸化ニオブ膜について、酸素ガス割合と音速との関係を示すグラフである。図６（ｂ）は、ＤＣスパッタリングにより成膜された酸化ニオブ膜について、酸素ガス割合と音速との関係を示すグラフである。図６（ｃ）は、ＡＣスパッタリングにより成膜された酸化ニオブ膜について、酸素ガス割合と音速及び酸素制御電圧と音速との関係を示すグラフである。
【００６３】
図６（ａ）に示されるように、ＲＦスパッタリングにより成膜された酸化ニオブ膜について、音速は５１３１〜５４８０ｍ／ｓで変化し高温、高圧で音速が増加する傾向にあった。また、図６（ｂ）に示されるように、ＤＣスパッタリングにより成膜された酸化ニオブ膜について、音速は５５４８〜５８４８ｍ／ｓで変化した。また、図６（ｃ）に示されるように、ＡＣスパッタリングにより成膜された酸化ニオブ膜について、音速は５１４４〜５４４５ｍ／ｓで変化し、遷移領域に近づくにつれ音速が増加した。以上により、ＤＣスパッタリングにより成膜された酸化ニオブ膜の音速は、ＲＦスパッタリングやＡＣスパッタリングにより成膜された酸化ニオブ膜の音速よりも大きかった。
【００６４】
（酸化タンタル膜の音速評価）
ＲＦスパッタリング若しくはＤＣスパッタリングにより成膜された各酸化タンタル膜について、ブリルアン振動を測定した（図７）。そして、図７から、ブリルアン振動の周波数１／Ｔを求めた（４７．７４〜５３．４９）。また、光学フィットを用いて、各酸化タンタル膜の屈折率を測定した（２．２３〜２．３６）。ここで、λを４００ｎｍ、Θを０度とした。以上により得られた値を数式（１）に代入することにより、各酸化タンタル膜の音速を得た（図８）。ここで、図８（ａ）は、ＲＦスパッタリングにより成膜された酸化タンタル膜について、酸素ガス割合と音速との関係を示すグラフである。図６（ｂ）は、ＤＣスパッタリングにより成膜された酸化タンタル膜について、酸素ガス割合と音速との関係を示すグラフである。
【００６５】
図８（ａ）に示されるように、ＲＦスパッタリングにより成膜された酸化タンタル膜について、音速は４２４９〜４５５６ｍ／ｓで変化し低酸素領域で音速が増加する傾向にあった。一方、図６（ｂ）に示されるように、ＤＣスパッタリングにより成膜された酸化タンタル膜について、音速は４３２４〜４４８１ｍ／ｓで変化した。
【００６６】
［各酸化物の音波減衰率評価］
以下の方法により、各酸化物の音波減衰率を評価した。
【００６７】
（酸化珪素膜の音波減衰率評価）
図３から、膜厚ｄ（４２７〜１１１８ｎｍ）、膜厚ｄにおける酸化珪素膜のブリルアン振動の振幅Ａ（４．１〜２３．２４）を求めた。ここで、求めた膜圧ｄ及び振幅Ａと、距離０における酸化珪素膜のブリルアン振動の振幅Ａ０（１２３．４）とを数式（３）に代入することにより、酸化珪素膜の音波減衰率を得た（図９）。図９は、ＤＣスパッタリングにより成膜された酸化珪素膜について、制御電圧と音波減衰率との関係を示すグラフである。
【００６８】
図９に示されるように、ＤＣスパッタリングにより成膜された酸化珪素膜の音波減衰率βは、０．８８４〜１．８５×１０−３ｎｍ−１・ＴＨｚ−２で変化した。
【００６９】
ここで、組成分析すると制御電圧Ｖ＝１４０、１９０でＳｉＯ１．９、制御電圧２４０ＶでＳｉＯ１．５７であった。Ｖ＝２４０以上ではさらに組成がさらに還元側に移行し欠陥が増加すると予想される。よって、減衰率はさらに増加し望ましい範囲から外れると考えられる。そのため、酸化珪素（ＳｉＯＸ）のＸの範囲は、１．８以上２．０以下であることが好ましい。
【００７０】
（酸化ニオブ膜の音波減衰率評価）
図５から、膜厚ｄ（４２６ｎｍ〜１１２６ｎｍ）、膜厚ｄにおける酸化ニオブ膜のブリルアン振動の振幅Ａ（２〜９．９）を求めた。ここで、求めた膜圧ｄ及び振幅Ａと、距離０における酸化ニオブ膜のブリルアン振動の振幅Ａ０（３２．１７）とを数式（３）に代入することにより、酸化ニオブ膜の音波減衰率を得た（図１０）。ここで、図１０（ａ）は、ＲＦスパッタリングにより成膜された酸化ニオブ膜について、酸素ガス割合と音波減衰率との関係を示すグラフである。図１０（ｂ）は、ＤＣスパッタリングにより成膜された酸化ニオブ膜について、酸素ガス割合と音波減衰率との関係を示すグラフである。図１０（ｃ）は、ＡＣスパッタリングにより成膜された酸化ニオブ膜について、酸素制御電圧と音波減衰率との関係を示すグラフである。
【００７１】
図１０（ａ）に示されるように、ＲＦスパッタリングにより成膜された酸化ニオブ膜の音波減衰率βは、０．９６１〜１．４３×１０−３ｎｍ−１・ＴＨｚ−２で変化し、高温・高圧（１０ｍｔｏｒｒ、３００℃、酸素割合２５％）で最小値をとった。一方、図１０（ｂ）に示されるように、ＤＣスパッタリングにより成膜された酸化ニオブ膜の音波減衰率βは、０．９０４〜１．０４×１０−３ｎｍ−１・ＴＨｚ−２で変化した。また、図１０（ｃ）に示されるように、ＡＣスパッタリングにより成膜された酸化ニオブ膜の音波減衰率βは、１．０１〜１．６０×１０−３ｎｍ−１・ＴＨｚ−２で変化した。
【００７２】
ここで、減衰率が望ましい範囲内にあるためには、酸化ニオブ（ＮｂＯＸ）のＸの範囲は、２．０以上２．５以下であることが好ましい。
【００７３】
（酸化タンタル膜の音波減衰率評価）
図７から、膜厚ｄ（４４２〜５２９ｎｍ）、膜厚ｄにおける酸化タンタル膜のブリルアン振動の振幅Ａ（３．８〜１９．９）を求めた。ここで、求めた膜圧ｄ及び振幅Ａと、距離０における酸化タンタル膜のブリルアン振動の振幅Ａ０（１８５）とを数式（３）に代入することにより、酸化タンタル膜の音波減衰率を得た（図１１）。ここで、図１１（ａ）は、ＲＦスパッタリングにより成膜された酸化タンタル膜について、酸素ガス割合と音波減衰率との関係を示すグラフである。図１１（ｂ）は、ＤＣスパッタリングにより成膜された酸化タンタル膜について、酸素ガス割合と音波減衰率との関係を示すグラフである。
【００７４】
図１１（ａ）に示されるように、ＲＦスパッタリングにより成膜された酸化タンタル膜の音波減衰率βは、１．７５〜３．１２×１０−３ｎｍ−１・ＴＨｚ−２で変化し、酸素割合が低いほど小さくなることがわかった。一方、図１１（ｂ）に示されるように、ＤＣスパッタリングにより成膜された酸化タンタル膜の音波減衰率βは、１．９５〜２．５３×１０−３ｎｍ−１・ＴＨｚ−２で変化した。
【００７５】
ここで、減衰率が望ましい範囲内にあるためには、酸化タンタル（ＴａＯＸ）のＸの範囲は、２．０以上２．５以下であることが好ましい。
【００７６】
［各酸化物の音波減衰率評価］
得られた各酸化物の音波減衰率を一つのグラフにまとめた（図１２）。ここで、図１２は、各酸化物の音速Ｖと音波減衰率βとの関係を示すグラフである。図１２からわかるように、音速の増加とともに音波減衰率が減少する。これは式（４）より
【００７７】
【数６】
2010016481.tif 000008
【００７８】
となることから理解できる。つまり材料の音波減衰率は粘性率が一定だとすれば音速の増加とともに減少し、この傾向が現れていると解釈することができる。
【００７９】
［音響反射器の性能］
音響反射器を利用した共振子の性能を評価するために、メイソンモデルを用いた解析を行った。メーソンモデルは、例えば、Ｋ．Ｍ．Ｌａｋｉｎ，Ｇ．Ｒ．Ｋｌｉｎｅａｎｄ  Ｋ．Ｔ．ＭｃＣａｒｒｏｎ著の「ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓ．Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ  Ｔｈｅｏｒｙ  Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ，ｖｏｌ．４１，１９９３」、または、Ｖ．Ｍ．Ｒｉｓｔｉｃ著、「音響装置の原則（Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ  ｏｆ  ａｃｃｏｕｓｔｉｃｄｅｖｉｃｅｓ），Ｗｉｌｅｙ（１９８３）」に記載されている。このモデルに、減衰率を考慮し、具体的に、物質中に音が伝わる際ｅｘｐ（−β・ω２・ｚ）で減衰するものとした。ここで、ωは角周波数、ｚは音の進行距離である。このモデルを利用することによりＱ値は（Ｚ＿ｍａｘ／Ｚ＿ｍｉｎ）／（（ｆａ−ｆｒ）２−１）の平方根から求めることができる。ここで、ｆａは共振周波数、ｆｒは反共振周波数、Ｚ＿ｍｉｎはｆａにおける電気的なインピーダンス、Ｚ＿ｍａｘはｆｒにおける電気的なインピーダンスである。
【００８０】
具体的には、高音響インピーダンス材料層としてＴａ２Ｏ５膜を、低音響インピーダンス材料層としてＳｉＯ２膜を選択し、これらをそれぞれ交互に１２積層した音響反射器を形成しその上に、金属／圧電膜／金属の形成を仮定した。下表１に、解析に利用した各種パラメータを示す。電極が圧電体を挟む面積は３．０×１０−８ｍ２とした。
【００８１】
【表１】
2010016481.tif 000009
【００８２】
図１３は、キャビティー型ＦＢＡＲのＱ値を１とした際のＱ値の等高線である。キャビティー型ＦＢＡＲのＱ値の計算は、表１中のＡｌ、ＡｌＮ、のパラメータを使用し計算した。図１３の縦軸、横軸は酸化珪素、酸化タンタルの音波減衰率である。図１２と対比し、音速の高い酸化珪素、酸化タンタルの実現する低い音波減衰率では、キャビティー型ＦＢＡＲの９５％程度の高いＱ値がＳＭＲ型ＦＢＡＲで実現できることがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００８３】
本発明は、ＲＦ帯域の通信を行うためのフィルタ、デュープレクサなどに適用される。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】本発明の音響共振器の構成を示す断面図である。
【図２】ブリルアン振動を示すグラフである。
【図３】酸化珪素膜のブリルアン振動を示すグラフである。
【図４】酸化珪素膜の音速を示すグラフである。
【図５】酸化ニオブ膜のブリルアン振動を示すグラフである。
【図６】酸化ニオブ膜の音速を示すグラフである。
【図７】酸化タンタル膜のブリルアン振動を示すグラフである。
【図８】酸化タンタル膜の音速を示すグラフである。
【図９】酸化珪素膜の音波減衰率を示すグラフである。
【図１０】酸化ニオブ膜の音波減衰率を示すグラフである。
【図１１】酸化タンタル膜の音波減衰率を示すグラフである。
【図１２】各酸化物の音速と音波減衰率との関係を示すグラフである。
【図１３】減衰率とＱ値との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００８５】
１１０  基板
１２０  音響反射器
１２１  低音響インピーダンス材料層
１２２  高音響インピーダンス材料層
１３０  音響共振部
１３１  下部電極
１３２  圧電膜
１３３  上部電極
【図１】
2010016481.tif 000010
【図２】
2010016481.tif 000011
【図３】
2010016481.tif 000012
【図４】
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【図５】
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【図６】
2010016481.tif 000015
【図７】
2010016481.tif 000016
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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