(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
機械共振構造体を備える機器であって、
前記機械共振構造体は、
能動層と、
前記能動層に結合される補償構造体とを含み、該補償構造体は、
少なくとも第１温度範囲に亘り、温度の上昇に伴って増大する剛性を有する第１層と、
少なくとも前記第１温度範囲に亘り、温度の上昇に伴って増大する剛性を有する第３層と、
前記第１層および前記第３層の間にある第２層とを備え、
前記第２層の材料は、前記第１層の材料よりも高い結晶品質を有し、
前記第２層の材料は、ケイ素から製造され、
前記第２層は前記第１層に堅牢性を提供し、
前記補償構造体は、該補償構造体の残留応力を均衡させるように構成される機器。
【請求項２】
前記能動層は、圧電材料を備える請求項１に記載の機器。
【請求項３】
前記圧電材料は、窒化アルミニウムである請求項２に記載の機器。
【請求項４】
前記補償構造体は、前記機械共振構造体が、−４０℃から８５℃までの第２温度範囲に亘り、１０ｐｐｍ／Ｋ未満の絶対値を備える周波数温度係数を有するように構成される請求項１に記載の機器。
【請求項５】
前記周波数温度係数は、前記第２温度範囲に亘り、３ｐｐｍ／Ｋ未満の絶対値を有する請求項４に記載の機器。
【請求項６】
前記周波数温度係数は、前記第２温度範囲に亘り、２ｐｐｍ／Ｋ未満の絶対値を有する請求項４に記載の機器。
【請求項７】
前記周波数温度係数は、前記第２温度範囲に亘り、１ｐｐｍ／Ｋ未満の絶対値を有する請求項４に記載の機器。
【請求項８】
前記周波数温度係数は、前記第２温度範囲内の少なくとも５℃の範囲に亘り、０ｐｐｍ／Ｋである請求項４に記載の機器。
【請求項９】
前記補償構造体は、前記機械共振構造体が、２５℃を中心として、４０℃に及ぶ第２温度範囲に亘り、４ｐｐｍ／Ｋ未満の絶対値を備える周波数温度係数を有するように構成される請求項１に記載の機器。
【請求項１０】
前記周波数温度係数の絶対値は、１ｐｐｍ／Ｋ未満である請求項９に記載の機器。
【請求項１１】
前記周波数温度係数の絶対値は、０．５ｐｐｍ／Ｋ未満である請求項９に記載の機器。
【請求項１２】
前記機械共振構造体は、ラム波を支持するように構成される請求項１に記載の機器。
【請求項１３】
前記能動層は、窒化アルミニウムを備える請求項１２に記載の機器。
【請求項１４】
前記補償構造体の第１層および第３層は、第１材料から製造される請求項１に記載の機器。
【請求項１５】
前記補償構造体の第１層および第３層は、互いに同じ厚みを有する請求項１に記載の機器。
【請求項１６】
前記補償構造体の第１層は、第１材料から製造され、かつ、前記第２層は、前記第１材料と異なる第２材料から製造される請求項１に記載の機器。
【請求項１７】
前記第１材料は二酸化ケイ素であり、また、前記第２材料はケイ素であり、前記第２材料を備える前記機械共振構造体の１つ以上の層の全体厚みに対する前記第１材料を備える前記機械共振構造体の１つ以上の層の全体厚みの比率は、１対０．７５から１対２までの間である請求項１６に記載の機器。
【請求項１８】
前記能動層の厚みに対する前記第１材料を備える前記機械共振構造体の１つ以上の層の全体厚みの比率は、１対０．１から１対１．２５までの間である請求項１６に記載の機器。
【請求項１９】
前記能動層の厚みに対する前記第１材料を備える前記機械共振構造体の１つ以上の層の全体厚みの比率は、１対０．２から１対０．７５までの間である請求項１６に記載の機器。
【請求項２０】
前記第１層は、二酸化ケイ素から製造される請求項１２に記載の機器。
【請求項２１】
前記第２層は、ケイ素、炭化ケイ素、サファイア、石英、ゲルマニウム、砒化ガリウム、窒化アルミニウム、およびダイアモンドからなるグループから選択された材料から製造される請求項１に記載の機器。
【請求項２２】
前記第２層は、単結晶ケイ素から製造される請求項２０に記載の機器。
【請求項２３】
前記第１温度範囲は、少なくとも１００℃におよぶ請求項１に記載の機器。
【請求項２４】
前記第１温度範囲は、少なくとも２００℃におよぶ請求項１に記載の機器。
【請求項２５】
前記第１温度範囲は、−５５℃から１５０℃までの間である請求項１に記載の機器。
【請求項２６】
前記第１温度範囲は、−４０℃から８５℃までの間である請求項１に記載の機器。
【請求項２７】
前記能動層は、ケイ素から製造される請求項１に記載の機器。
【請求項２８】
前記能動層は、前記補償構造体上に形成される請求項１に記載の機器。
【請求項２９】
能動層および補償構造体を備える機械共振構造体を有する機器であって、前記補償構造体は、前記能動層に結合され、かつ少なくとも前記能動層の剛性の温度誘発変化を補償するように構成されており、前記補償構造体は、第１層と、第２層と、第３層とを含み、前記第１層および前記第３層は、第１材料から製造され、かつ前記第２層は、前記第１材料と異なる第２材料から製造され、前記第２材料はケイ素から製造され、かつ、前記第２層は、前記第１層および前記第３層の間に配置され、
前記第２材料は、前記第１材料よりも高い結晶品質を有し、
前記第２層は前記第１層に堅牢性を提供し、
前記補償構造体は、該補償構造体の残留応力を均衡させるように構成される機器。
【請求項３０】
前記能動層は、窒化アルミニウムから製造され、前記第１材料は、二酸化ケイ素から製造される請求項２９に記載の機器。
【請求項３１】
前記機械共振構造体は、前記能動層に結合される電極層を更に備え、前記補償構造体は、さらに、前記電極層の剛性における温度誘発変化を補償するように構成される請求項２９に記載の機器。
【請求項３２】
前記補償構造体の第１層および第３層は、前記能動層、前記電極層、および前記第２層の剛性における温度誘発変化を補償するように構成される請求項３１に記載の機器。
【請求項３３】
前記機械共振構造体は、ラム波を支持するように構成され、前記補償構造体は、前記機械共振構造体が、少なくとも−４０℃から８５℃までの間の温度範囲に亘り、６ｐｐｍ／Ｋ未満の絶対値を備える周波数温度係数を有するように構成される請求項３１に記載の機器。
【請求項３４】
前記第１材料は二酸化ケイ素から製造され、前記第２材料は単結晶ケイ素から製造され、前記機械共振構造体はラム波を励起するように構成される請求項２９に記載の機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、機械共振構造体に関し、特に、温度補償構造体を備える機械共振構造体、並びに関連する機器および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
機械共振器は、高い振動数で振動するように構成される物理的構造体である。この共振器は、タイミング発振器、質量センサ、ジャイロ、加速度計、スイッチ、および電磁式燃料センサなどの様々な機器に組み入れられ得る。
【０００３】
使用の間に、機械共振器、およびこれを組み入れた機器は、様々な温度状況および温度変化に晒され得る。これらの状況および変化は、材料の膨張および収縮、並びに材料の剛性変化を発生させる可能性がある。これは、温度範囲における振動特性（例えば、共振周波数）の変化を引き起こす。これらの影響は、また、ノイズの増加、帯域の減少、信号品質の劣化を引き起こし、また一般に、機器の安定性の問題を引き起こし得る。
【０００４】
機械共振器の温度安定性は、周波数温度係数（ＴＣＦ）として定量化され、これは、ＴＣＦ＝（１／ｆ）（δｆ／δＴ）として表すことができ、ここで、ｆは共振周波数であり、Ｔは温度である。機械共振器の温度安定性の剛性成分（ＴＣＦに貢献する主要なものの一つ）を定量化するために用いられる別の用語には、剛性温度係数（ＴＣＳ）があり、これは、ＴＣＳ＝（１／Ｃｅｆｆ）（δＣｅｆｆ／δＴ）として表すことができ、ここで、Ｃｅｆｆは共振器の有効剛性係数である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
温度変化によって引き起こされる問題を解消するために、機械共振構造体を備える機器であって、機械共振構造体が、この構造体および関連する機器の安定性を所定の温度範囲に亘り改善するように、温度補償性能を有する機器を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
機械共振構造体、ならびに関連する機器および方法が、本明細書に説明される。
一態様において、機械共振構造体を有する機器が提供される。機械共振構造体は、能動層、および能動層と結合される補償構造体を備える。補償構造体は、少なくとも第１温度範囲において、温度の上昇と共に増大する剛性を有する第１層と、少なくとも第１温度範囲において、温度の上昇と共に増大する剛性を有する第３層と、第１層および第３層の間にある第２層を備える。前記第２層の材料は、前記第１層の材料よりも高い結晶品質を有する。前記第２層の材料は、ケイ素から製造される。
【０００７】
別の態様によれば、機械共振構造体を有する機器が提供される。機械共振構造体は、能動層と、能動層と結合されると共に、少なくとも能動層の剛性における温度誘発変化を補償するように構成される補償構造体を備える。補償構造体は、第１層と、第２層と、第３層とを備える。第１および第３層は、第１材料から製造され、かつ、第２層は、第１材料と異なる第２材料から製造される。前記第２材料はケイ素から製造される。第２層は、第１層および第３層の間に配置される。前記第２材料は、前記第１材料よりも高い結晶品質を有する。
【０００８】
発明の概要は、本明細書に説明される本発明の様々な態様の範囲を網羅するものではない。更に、本概要は、様々な態様を限定するものではなく、また、限定するものとして解釈されるべきではない。本概要において、特定の実施形態が説明され、また概要が述べられることの少なくともいずれかが行われているが、様々な態様は、これら実施形態、説明および概略のいずれにも限定されず、また、請求の範囲もこのように限定されない。実際、本概要に提示される実施形態と異なり、また類似することの少なくともいずれかである多くの他の実施形態が、以下の説明、図、および請求の範囲において明らかになる。さらに、様々な特徴、属性、および効果が、本概要にて説明され、また、それを考慮して明白にされることの少なくともいずれかが行われるが、これらの特徴、性質、および効果は、実施形態の一つ、幾つか、または全てにおいても要求されず、また、実際に、様々な態様の実施形態のいずれかに存在する必要はない。
【０００９】
本発明の他の態様、実施形態、および特徴は、図面と併せて、以下の本発明の詳細な説明が考慮される時に、明白になる。参照により本明細書に組み入れられる全ての特許出願および特許は、参照により、それらの全体が組み入れられる。対立する場合には、定義を含む本明細書は優先される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態による機械共振構造体の３Ｄ上面図。
【図２Ａ】本発明の特定の実施形態による機械共振構造体の断面図。
【図２Ｂ】本発明の特定の実施形態による機械共振構造体の断面図。
【図３Ａ】負の方向に傾斜する周波数温度係数を有する非補償機械共振構造体を示す略図。
【図３Ｂ】本発明の実施形態により、負の方向に傾斜する周波数温度係数を有する機械共振構造体を示す略図。
【図３Ｃ】本発明の実施形態により、ほぼ零である周波数温度係数を有する機械共振構造体を示す略図。
【図３Ｄ】本発明の実施形態により、正の方向に傾斜する周波数温度係数を有する機械共振構造体を示す略図。
【図３Ｅ】本発明の実施形態により、温度の関数として、図３Ａから図３Ｄの機械共振構造体の温度に対する正規化された周波数変化（Δｆ／ｆ）を示すグラフ。
【図３Ｆ】本発明の実施形態により、機械共振構造体の非線形的周波数温度係数の性質を示すグラフ。
【図３Ｇ】本発明の実施形態により、全ての構造体が室温において零周波数温度係数を有する機械共振構造体の非線形的周波数温度係数を示すグラフ。
【図３Ｈ】本発明の実施形態により、室温において零周波数温度係数を有すると共に、非線形的周波数温度係数を変化させる異なる層厚を備えた機械共振構造体を示す略図。
【図３Ｉ】本発明の実施形態により、室温において零周波数温度係数を有すると共に、非線形的周波数温度係数を変化させる異なる層厚を備えた機械共振構造体を示す略図。
【図３Ｊ】本発明の実施形態により、室温において零周波数温度係数を有すると共に、非線形的周波数温度係数を変化させる異なる層厚を備えた機械共振構造体を示す略図。
【図４Ａ】本発明の実施形態による機械共振構造体の平坦化形態を示す略図。
【図４Ｂ】本発明の実施形態による機械共振構造体の非平坦化形態を示す略図。
【図４Ｃ】本発明の実施形態による機械共振構造体の一形態を示す略図。
【図５Ａ】本発明の実施形態による上部電極および底部電極を備えた機械共振構造体の平坦化形態を示す略図。
【図５Ｂ】本発明の実施形態による上部電極および底部電極を備えた機械共振構造体の非平坦化形態を示す略図。
【図５Ｃ】本発明の実施形態による上部電極および底部電極を備えた機械共振構造体の一形態を示す略図。
【図６Ａ】本発明の実施形態により、第１方法を用いて機械共振構造体を製造するための工程を示す図。
【図６Ｂ】本発明の実施形態により、第１方法を用いて機械共振構造体を製造するための工程を示す図。
【図６Ｃ】本発明の実施形態により、第１方法を用いて機械共振構造体を製造するための工程を示す図。
【図６Ｄ】本発明の実施形態により、第１方法を用いて機械共振構造体を製造するための工程を示す図。
【図６Ｅ】本発明の実施形態により、第１方法を用いて機械共振構造体を製造するための工程を示す図。
【図６Ｆ】本発明の実施形態により、第１方法を用いて機械共振構造体を製造するための工程を示す図。
【図６Ｇ】本発明の実施形態により、第１方法を用いて機械共振構造体を製造するための工程を示す図。
【図７Ａ】本発明の実施形態により、第２方法を用いて機械共振構造体を製造するための工程を示す図。
【図７Ｂ】本発明の実施形態により、第２方法を用いて機械共振構造体を製造するための工程を示す図。
【図７Ｃ】本発明の実施形態により、第２方法を用いて機械共振構造体を製造するための工程を示す図。
【図７Ｄ】本発明の実施形態により、第２方法を用いて機械共振構造体を製造するための工程を示す図。
【図７Ｅ】本発明の実施形態により、第２方法を用いて機械共振構造体を製造するための工程を示す図。
【図７Ｆ】本発明の実施形態により、第２方法を用いて機械共振構造体を製造するための工程を示す図。
【図８Ａ】本発明の実施形態により、スプリアス周波数を減少させる機械共振構造体の形態を示す図。
【図８Ｂ】本発明の実施形態により、スプリアス周波数を減少させる機械共振構造体の形態を示す図。
【図９Ａ】本発明の実施形態による２ポート式機械共振構造体を示す図。
【図９Ｂ】本発明の実施形態による２ポート式機械共振構造体を示す図。
【図１０Ａ】本発明の実施形態による４ポート式機械共振構造体を示す図。
【図１０Ｂ】本発明の実施形態による４ポート式機械共振構造体を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図面において、同じ符号は、同一またはほぼ同様の要素または作用を特定する。図面は、特許請求の範囲に記載の発明を説明することを目的として、特定の実施形態を例示すると共に、いずれにおいても排他的または限定的なものではない。図面は、概略的であると共に、必ずしも一定の縮尺で描かれているものではない。図面において、様々な図で示される各同一またはほぼ同様の構成部品は、単一の符号または表記法で示される。明確にすることを目的として、必ずしも、全ての構成部品が、全ての図面に示されるわけではない。また、本発明の各実施形態の全ての構成部品が、必ずしも示されるわけではなく、図示は、当業者が、本発明を理解することを可能にするために、必ずしも必要とされない。
【００１２】
以下の詳細な説明において、図面が参照される。これらの図面は、本発明の様々な態様を示しており、また、適切であれば、異なる図面における同様の構成、部品、材料、および要素の少なくとも一つは、同様の符号で示される。本明細書に示されていない構成、部品、材料、および要素の少なくともいずれかの様々な組み合わせが、本発明の権利範囲を逸脱することなく想到され得る。
【００１３】
機械共振構造体、ならびに関連する機器および方法が、本明細書において説明される。機械共振構造体は、能動材料（例えば、圧電材料）を備える能動層を含む。例えば、能動層は、圧電材料から形成され得る。能動層の剛性は、一般に、機械共振構造体が、使用の間に受ける温度範囲に亘り変化する。以下に更に説明されるように、機械共振構造体は、温度に伴う剛性変化を有するように構成され得る補償構造体を含み、この補償構造体は、機械共振構造体に、温度範囲に亘り目標剛性変化を与えるために、機械共振構造体の能動層および付加層（例えば、電極層、支持層、または機械共振構造体の他の層）の少なくともいずれかの温度に伴う剛性変化と均衡する。一態様によると、補償構造体は、例えば、機械共振構造体の材料の剛性における温度誘発変化と、材料の温度誘発膨張および収縮の少なくとも一方と、機械共振構造体の異なる材料の異なる熱膨張係数によって発生する応力と、機械共振構造体の材料の間の界面から発生する界面応力と、（機械共振構造体が固定具によって基板に連結される実施形態において）機械共振構造体に連結される基板および固定部の少なくとも一方によって発生する応力と、機械共振構造体の容器によって発生する応力とのうちの一つ以上（全ての場合を含む）を補償することによって、機械共振構造体が温度に伴う所望の周波数変化を有するように設計されることができる。例えば、機械共振構造体の共振周波数が、広い温度範囲に亘り、あまり或いは全く変化しない（例えば、ＴＣＦが零に近く、又は零に等しい）ように、補償構造体は構成される。従って、補償は、信号の品質および安定性等における低下を含むこれらの変化から引き起こされるであろう好ましくない影響を、著しく減少させることができる。
【００１４】
図１は、一実施形態による機械共振構造体１００を示す。機械共振構造体は、本実施形態により、固定部１０４を介して、パッド１０２と連結される。以下に更に説明されるように、機械共振構造体は、励起源（例えば、電位の付与）に呼応して振動し、また、幾つかの実施形態において、１つ以上のラム波モードを支持するように構成される（整形される、寸法が定められる等）。機械共振構造体の機械振動は、電気出力信号に変換されることができ、この信号は、例えば、更に処理される。機械共振構造体は、複数のモードおよび共振周波数で信号を生成することができ、また、上述のように、幾つかの実施形態において、１つ以上のラム波モードを支持するように構成され得るが、必ずしも全ての実施形態が、これらに限定されない。典型的には、モードの一つが優勢であり、また、機械共振構造体は、優勢モードに関連する共振周波数で振動し得る。機械共振構造体は、共振構造体板１０６と、インターデジタル変換器（ＩＤＴ）電極２０２を含み得る。機械共振構造体は、以下に更に説明されるように、能動層２０４を含み得る。
【００１５】
機械共振構造体によって発生する周波数は、構成および用途に応じて変化し得る。例えば、発生する周波数は、１キロヘルツから１０ギガヘルツまでの間であり得る。幾つかの実施形態において、例えば、周波数は、メガヘルツ範囲の上限（例えば、１００メガヘルツより大きい）、或いは、少なくとも１ギガヘルツ（例えば、１ギガヘルツから１０ギガヘルツまでの間）である。幾つかの場合において、信号は、少なくとも１メガヘルツ（例えば、１３メガヘルツ、２６メガヘルツ）の周波数を、或いは、幾つかの場合において、少なくとも３２キロヘルツの周波数を有し得る。
【００１６】
機械共振構造体の寸法は、部分的には、所望周波数を含む所望性能に応じる。幾つかの実施形態によれば、機械共振構造体は、マイクロメカニカル共振器であってよい。機械共振構造体は、１ミリメートル未満の「大きな寸法」（即ち、長さ、幅、厚み等の最大のもの）を有してよく、幾つかの場合において、大きな寸法は、５００ミクロン未満、または１００ミクロン未満、または１０ミクロン未満である。
【００１７】
機械共振構造体は、適当な形状を有してよい。機械共振構造体の構成は、例えば、アンテナ型形状、並びに梁、片持ち梁、自由−自由ブリッジ構造、自由−固定ブリッジ構造、固定−固定ブリッジ構造、円板、リング、角柱、円柱、管、球、シェル、ばね、多角形、ダイアフラム、およびトーラス構造のいずれかを含み得る。機械共振構造要素のいずれかが、同じまたは異なる形状に、全体的または部分的に形成されてよい。加えて、以下に更に説明されるように、特定の共振モード応答を得るために、幾つかの異なる型の形状構造が連結されてよい。例えば、図８Ａは、スプリアス周波数およびそれらと関連するモードの組み合わせを減少させることを可能にするＩＤＴ電極構成を備えた機械共振構造体構成を示す。図８Ｂに示される別の例において、付加的な固定部８０４が、機械共振構造体を支持するために加えられ得る。固定部は、（機械共振構造体の）最小移動位置に配置されることができ、その結果、スプリアス共振器モードが抑制され得る。同様に、機械共振構造体より発生する信号の品質（例えば、Ｑ値、ノイズ）を向上させるために、寸法および構造が変更され得る。
【００１８】
幾つかの実施形態において、機械共振構造体は、複数の共振要素を含んでよい。少なくとも幾つかの共振要素は、互いに結合され得る。これら実施形態のいくつかにおいて、共振要素は、異なる寸法を有してよい。例えば、機械共振構造体は、大きな寸法を有する少なくとも１個の大要素を含み、この大きな寸法は、小要素の大きな寸法よりも大きい。一般的に、小要素は、大要素よりも小さい少なくとも１つの寸法（例えば、長さ、厚み、幅）を有する。小要素は、大要素よりも短い長さを有し得る。小要素は、ナノスケールを有し得る（即ち、１ミクロンよりも小さい）。幾つかの実施形態において、寸法の少なくとも１つは、１ミクロン未満であり、また、幾つかの実施形態において、大きい寸法（即ち、寸法の中で最大）は、１ミクロン未満である。
【００１９】
適当な機械共振構造体は、例えば、国際公開２００６／０８３４８２号パンフレット、２００８年７月２９日に出願された米国特許出願第１２／１８１５３１号、および２００８年６月１９日に出願されると共に、米国特許出願公開２００９−０２４３７４７号明細書として発行された米国特許出願第１２／１４２２５４号に記載されており、これらは、参照により、その全体が本明細書に組み入れられる。当然のことながら、機械共振構造体について、多くの異なる構成も適当である。
【００２０】
図１はまた、幾つかの実施形態によるＩＤＴ電極および共振構造体板の一形態を示す。以下に更に詳細に説明されるように、電極の他の適当な構成が、採用され得る。
図２Ａは、幾つかの実施形態による機械共振構造体の側面図を示す。機械共振構造体は、ＩＤＴ電極２０２、能動層２０４、（複数の）電極層２０６および補償構造体２０８を含み、幾つかの部品、層、および材料を用いて構成され得る。
【００２１】
能動層２０４は、機械共振構造体を駆動させ（即ち、振動させ）、また、機械共振構造体の移動を検知することの少なくともいずれかを行うために用いられる変換方法に対応する。圧電式、ピエゾ抵抗式、静電式、電歪式、電動式、磁歪式、磁気式、熱式、スピントルク作用式、およびスピン分極電流駆動磁気励起式等を含む任意の変換方法が用いられてよい。
【００２２】
能動層は、駆動および検知の少なくともいずれかのために用いられる変換方法によって部分的に決まる適当な構成（配合を含む）を有し得る。幾つかの実施形態において、能動層は、圧電材料から形成される。幾つかの実施形態において、能動層は、ケイ素等の半導体材料から製造される。当然のことながら、他の組成も可能である。幾つかの場合では、能動層は、複数の層から形成される。例えば、能動層は、複数の層を含んでよく、その一つ以上は、機能的（例えば、圧電性）であり、またその一つ以上は、機能的ではない。
【００２３】
上述のように、能動層は、圧電材料から形成されてよい。適当な材料の例には、窒化アルミニウム（ＡＩＮ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、硫化カドミウム（ＣｄＳ）、石英、チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ３）、ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）およびタンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）を含む。幾つかの実施形態において、ＡＩＮが好適である。殆どの能動層材料（例えば、ケイ素、圧電材料）は、通常、負の剛性温度係数（ＴＣＳ）を有する。即ち、殆どの能動層材料は、温度が所定範囲に亘り増加するにつれて、あまり硬くなくなる（また、「より軟質な」とも言及される）。剛性は、一般に、付与される力に応じて変形するために、材料の抵抗と関連付けられ得る。
【００２４】
上述されたように、本発明の一態様によれば、機械共振構造体は、図２Ａの補償構造体２０８等の補償構造体を含んでよい。補償構造体は、１つ以上の対象振動モードに対して、所望の温度範囲（例えば、機械共振構造体の見込み作動温度範囲）に亘り、機械共振構造体の所望の剛性変化、および機械共振構造体の作動周波数変化の少なくともいずれかをもたらすように構成され得る。幾つかの実施形態において、能動層の組成が、温度により能動層の剛性変化に影響を与えるため、機械共振構造体の能動層の組成は、補償構造体を構成する際に考慮されることができ、上記剛性変化は、幾つかの実施形態において、補償構造体によって補償される。一実施形態によれば、補償構造体は、能動層が窒化アルミニウムから製造される時に、１つ以上のラム波モードに対して、室温（２５℃）前後を中心として、少なくとも４０℃の温度範囲に亘り、約１ｐｐｍ／Ｋ未満の絶対値を有するＴＣＦを、機械共振構造体に供給するように構成され得る。しかしながら、これは単に、説明のために提供される非限定的な例である。
【００２５】
図２Ａの例示的実施形態において、能動層２０４は、補償構造体２０８上に形成される。他の構成も可能である。例えば、幾つかの場合において、補償構造体が、能動層上に形成されてよい。
【００２６】
図示されるように、補償構造体２０８は、複数の部品（例えば、層）を含む。一般的に、部品（例えば、層）の特性（例えば、組成、寸法、および構造体内配置）は、構造体２０８が、補償される能動層および付加層に対して、所望の補償をもたらすように選択され、その結果、機械共振構造体は、対象振動モードに対して、所定の温度範囲に亘り、所望の動作を提供する。
【００２７】
図２Ａに示される実施形態において、補償構造体は、第１層２１０および第２層２１２を含む。層２１０，２１２の剛性は、温度に伴い、異なって変化し得る。例えば、層２１０は、所定温度範囲に亘り、温度の上昇に伴って増大する剛性を有し得る（即ち、正のＴＣＳ）。層２１２は、所定の温度範囲に亘り、温度の上昇に伴い減少し、或いは、相対的に一定に留まる剛性を有し得る（即ち、負のＴＣＳ）。以下に更に説明されるように、第１および第２層の構成（例えば、寸法、構造体内位置）は、所定の温度範囲に亘り、機械共振構造体に所望の動作を与えるように選択され得る。例えば、配置は、共振構造体が、所定温度範囲に亘り、相対的に一定の剛性を有するように選択されてよい。即ち、ＴＣＳは、零に近く、或いは、零に等しい。この事実は、所定の温度範囲に亘り、周波数変化を最小にするために貢献し得る（例えば、ＴＣＦは、零に近く、或いは、零に等しい）。従って、幾つかの実施形態において、温度補償構造体は、機械共振構造体の能動層以外の（しかし、幾つかの実施形態において、能動層に加えた）層の剛性の温度誘発変化を補償することができ、例えば、温度補償構造体の１層は、温度補償構造体の別の層の温度誘発剛性変化を補償し得る。
【００２８】
当然のことながら、特定の実施形態において、補償構造体は、図２Ａに示されるものに加えて、１つ以上の層を含んでよい。これら実施形態の幾つかは、以下に更に説明される。（複数の）付加層は、第１または第２層の一方と同じ組成を有してよい。他の実施形態において、（複数の）付加層は、第１および第２層の両方と異なる組成を有してよい。
【００２９】
幾つかの実施形態において、補償構造体は、単一の層（例えば、第１層２１０）のみから形成されてよい。この一実施形態において、例えば、能動層は、ケイ素から製造されてよく、また、補償構造体の単一層は、ＳｉＯ２から製造されてよい。この実施形態の代替例において、能動層は、窒化アルミニウム（ＡＩＮ）から製造され、また、補償構造体の単一層は、二酸化シリコン（ＳｉＯ２）から製造されてよい。他の材料が選択されることもできる。
【００３０】
第１層は、所定温度範囲に亘り、正のＴＣＳ（即ち、ＴＣＳ＞０）を有するように選択される特性を有し得る。例えば、第１層の組成は、正のＴＣＳをもたらすように選択され得る。適当な組成は、ＳｉＯ２およびＡｌ２Ｏ３等を含み得る。いくつかの場合において、ＳｉＯ２が好ましい。幾つかの場合において、第１層は、正のＴＣＳを有する全体層を作るように組み合わせられた一連の超薄層（例えば、１０ナノメートル未満の厚み）から構成されてよい。また、正のＴＣＳは、種（例えば、イオン、中性子）を第１層に埋設することにより、構成されてもよい。即ち、正のＴＣＳを有する層は、多くの適当な方法のいずれかで得られてよく、また、正のＴＣＳを有する１つ以上の層を含み、本明細書に説明される様々な態様は、正のＴＣＳを得る方法に限定されない。
【００３１】
上述のように、第１層２１０は、所定の温度範囲に亘り、正のＴＣＳを有し得る。幾つかの場合において、ＴＣＳは、機器の全体作動温度範囲に亘り、正である。例えば、ＴＣＳは、５５℃から１５０℃までの間、または−４０℃から８５℃までの間の温度範囲に亘り、正であり得る。しかし、他の場合において、第１層２１０のＴＣＳは、作動範囲の一部において、正であり、また、他の部分において、負であり得る。第１層のＴＣＳは、温度範囲の大部分において、正であり得る。幾つかの実施形態において、第１層のＴＣＳは、少なくとも２００℃、幾つかの実施形態において、少なくとも１００℃、また、他の実施形態において、少なくとも５０℃の範囲において、正であり得る。
【００３２】
上述のように、第２層２１２は、第１層とは異なる剛性−温度関係を有し得る。第２層は、第１層に堅牢性を提供する支持層であってよい。第２層は、第１層の材料よりも低い音響損失を有する材料から製造されてよい。幾つかの実施形態において、第２層は、特定の結晶構造を有する材料から製造される。例えば、第２層は、単一結晶材料、および第１層の材料よりも高い結晶品質（例えば、より低い欠陥）を有する材料の少なくともいずれかから製造されてよい。特に、第１層がＳｉＯ２からなる時に、（複数の）ＳｉＯ２薄層および能動層からなる構造体は、脆く、かつ、強力な機械移動または振動を受ける時に破損しやすいため、第２層によってもたらされる堅牢性および支持は有用である。第２層はまた、改良された信号性能（例えば、より少ないノイズ及びより良好なＱ値）をもたらし得る。第２層２１２に適当な材料は、ケイ素、ダイアモンド、炭化ケイ素、サファイア、石英、ゲルマニウム、窒化アルミニウム、および砒化ガリウム等を含む。幾つかの実施形態において、第２層は、ケイ素から製造されることが好適である。
【００３３】
図２Ａの実施形態は、電荷および電位を、機械共振構造体を横切って伝達させることを容易にするために、ＩＤＴ電極２０２および電極層２０６を含む。電極の数、および電極の配置は、機械共振構造体の移動によって発生する音響波の種類および励起モードを決定し得るため、重要である。
【００３４】
適当な電極材料の例には、アルミニウム（Ａｌ）、モリブデン（Ｍｏ）、チタン（Ｔｉ）、クロミウム（Ｃｒ）、ルテニウム（Ｒｕ）、金（Ａｕ）、プラチナ（Ｐｔ）、またはＡｌＳｉＣｕを含むが、これらに限定されるものではない。一般的に、あらゆる適当な電極材料が、電極層として利用され得る。幾つかの実施形態において、ＴｉおよびＡｌＮの少なくともいずれかである薄層が、能動（例えば、圧電）材料層の結晶配向を増強させるために、電極の下方に付加されてよい。
【００３５】
図２Ｂは、別の実施形態を示しており、補償構造体は、第３層２１４を含む。幾つかの場合において、第３層は、正のＴＣＳを有する材料から製造され得る。正のＴＣＳを有する適当な材料は、第１層２１０に関して上述されている。幾つかの実施形態において、第３層は、第１層と同じ材料を含む。しかし、他の実施形態において、第３層は、第１層（および第２層）と異なる材料を含んでよい。幾つかの実施形態において、層２１０および２１４は、ＳｉＯ２層から形成される。これら実施形態の幾つかにおいて。第２層２１２は、Ｓｉから製造される。図示されるように、第２層は、第１層および第３層の間に位置決めされる。他の配置も可能である。
【００３６】
幾つかの実施形態において、第３層は、第１層と類似した厚みを有する。例えば、第１層の厚みに対する第３層の厚みの比率は、１対０．２５から１対４．０までの間、１対０．７５から１対１．２５までの間、或いは約１対１であってよい。例えば、上記に列挙された比率は、第３層が第１層と同じ組成で製造された時に（例えば、第１層および第３層が、両方ともＳｉＯ２、又は他の適当な材料（例えば、他の適当な正ＴＣＳ材料）から製造された時に）適当である。
【００３７】
幾つかの場合において、図２Ｂに示される３層補償構造体構成は、２層補償構造体と比較して、強化された性能を提供することができる。例えば、このような構成は、構造体の残留応力を均衡させることにより、共振構造体が平面外へ屈曲する傾向を減少させることができる。これにより、高いＱ値を有する低ノイズ信号を提供することができる。幾つかの実施形態において、図２Ｂに示されるものと同様の分割された層補償構造体は、構造体の製造を容易にし得る。例えば、上述されるように、一実施形態において、層２１０および２１４は、同じ材料（例えば、ＳｉＯ２）から製造されてよい。層２１０および２１４の組み合わせられた厚みとほぼ等しい厚みを有する材料の単一層を形成するのではなく、別個の層２１０および２１４が形成される図２Ｂの形態が用いられてよい。このようにして、機械共振構造体の面外変形となるような、厚い材料層の形成に関連する製造の欠点（例えば、亀裂、屈曲、たわみ等）は、最小化され、或いは回避され得る。
【００３８】
補償構造体は、図２Ａおよび図２Ｂに示される構成の他に、多様な構成を有し得る。例えば、補償構造体は、３つより多くの層を含んでよい。幾つかの場合において、補償構造体は、上述の第２層２１２と同様の機能を有する少なくとも１つの付加層を含んでよい。付加的な１つ以上の層は、上述のものを含む第１層の材料より低い音響損失を有する材料から製造されてよい。幾つかの場合において、付加的な１つ以上の層は、ケイ素から製造される。上述されるように、補償構造体は、１つ以上の対象モードについて、機械共振構造体に、温度に伴う所望の周波数変化（例えば、ＴＣＦ）を提供するように構成され得る。幾つかの実施形態において、ＴＣＦは、１つ以上のラム波モードについて、または、他の対象モードについて、所定の温度範囲に亘り、零に近く、または零と等しいことが望ましい。即ち、これらの場合において、補償構造体は、機械共振構造体が、所定の温度範囲に亘り、周波数変化を僅かに伴い、または伴わずに作動することを可能にする。
【００３９】
しかしながら、幾つかの実施形態において、ＴＣＦは、少なくとも特定の温度範囲に亘り、零ではないことが望ましいかもしれない。従って、これらの場合において、機械共振構造体の周波数は、温度に伴い、所望量だけ変化し得る。これら実施形態において、補償構造体は所望量の変化を達成するように構成される。
【００４０】
幾つかの実施形態において、機械共振構造体は、所定の温度範囲に亘り、１０ｐｐｍ／Ｋ未満のＴＣＦの絶対値を有する。例えば、ＴＣＦの絶対値は、機械共振構造体の推定作動範囲（例えば、−４０℃から８５℃まで）に亘り、１０未満であり得る。幾つかの実施形態において、ＴＣＦの絶対値は、所定の温度範囲、例えば、−４０℃から８５℃までに亘り、６ｐｐｍ／Ｋ未満である。幾つかの実施形態において、所定の温度範囲（例えば、−４０℃から８５℃まで）に亘り、ＴＣＦの絶対値は、５ｐｐｍ／Ｋ未満、または３ｐｐｍ／Ｋ未満、２ｐｐｍ／Ｋ未満、または１ｐｐｍ／Ｋ未満である。幾つかの場合において、ＴＣＦは、非限定的な例として、−４０℃から８５℃までの範囲内において、少なくとも５℃、または少なくとも１０℃の範囲に亘り、ほぼ零に等しい（正確に零に等しいものも含む）。他の値も可能である。例えば、幾つかの実施形態において、ＴＣＦの絶対値は、少なくとも４０℃におよぶ温度範囲（例えば、ほぼ室温２５℃を中心として、４０℃におよぶ温度範囲）に亘り、４ｐｐｍ／Ｋ未満、１ｐｐｍ／Ｋ未満、０．５ｐｐｍ／Ｋ未満、又はほぼ零であってよい。
【００４１】
所望のＴＣＦが達成される温度範囲は、用途に応じて決められることができる。幾つかの場合において、温度範囲は、幅広くてよい。例えば、温度範囲は、−５５℃から１５０℃までの間、或いは、−４０℃から８５℃までの間であってよい。範囲は、少なくとも２００℃、少なくとも１００℃、少なくとも７５℃、少なくとも５０℃、または少なくとも４０℃に及んでよい。他の実施形態において、所望のＴＣＦが達成される温度範囲は、より狭くてもよい。例えば、温度範囲は、５０℃未満、２５℃未満、または１０℃未満であってよい。一般に、上述の温度範囲は、所望の温度前後を中心として良い。例えば、温度範囲は、室温（即ち、２５℃）、１００℃等の上昇温度等の付近を中心として良い。
【００４２】
補償構造体は、補償構造体の適当な特性を選択することにより、所望のＴＣＦを備えた機械共振構造体を結果的に得るように構成される。例えば、特性は、組成、寸法、および構造体内における層の配置を含んでよい。
【００４３】
幾つかの実施形態において、構造体内の層の間には、所望の厚み比率が存在してよい。幾つかの場合において、能動層（例えば、層２０４）の厚み、および（複数の）正のＴＣＳ材料層（例えば、図２Ａの層２１０、および図２Ｂの層２１０，２１４）の全体厚みは、所望の比率を有するように選択されてよい。（複数の）正のＴＣＳ材料層の全体厚みに対する能動層の厚みの比率は、幾つかの非限定的な実施形態において、１対１から１対５００までの間、或いは、１対１から１対２００までの間であってよい。幾つかの実施形態において、比率は、１対１から１対１０までの間、或いは、１対４から１対８までの間、或いは、１対５から１対７までの間（例えば、約１対６）であってよい。いくつかのこれら実施形態において、能動層は、窒化アルミニウムから製造されてよく、また、補償構造体の正のＴＣＳ材料は、二酸化ケイ素から製造されてよいが、これら上記に挙げられたものは、単に一例であり、他の材料が、能動層および正ＴＣＳ材料層に使用されてよい。正のＴＣＳ材料から製造される一層以上を含む実施形態において、（複数の）正ＴＣＳ材料層の全体厚みは、これらの層全ての厚みの合計を含む。正のＴＣＳ材料から製造される単一層を含む実施形態において、（複数の）正ＴＣＳ材料層の全体厚みは、その単一層の厚みである。上述された比率は、例えば、（複数の）層の正ＴＣＳ材料がＳｉＯ２であり、また、能動材料がＡＩＮ等の圧電材料である時に、適当であってよい。使用される材料に応じて、他の比率が適当であってもよい。
【００４４】
幾つかの場合において、（複数の）正ＴＣＳ材料層の厚み、および（複数の）正ＴＣＳ材料層よりも低い音響損失を有する（複数の）層（例えば、層２１２）の厚みは、所望の比率をもたらすように選択される。例えば、（複数の）正ＴＣＳ材料層の全体厚み（例えば、補償構造体が複数の正ＴＣＳ層を含む実施形態において、複数のＴＣＳ層の組み合わされた厚み）と、（複数の）正ＴＣＳ材料層より低い音響損失を有する（複数の）層との比率は、１対０．１から１対１０までの間、１対０．５から１対３までの間、１対０．７５から１対１．２５までの間、または１対１から１対２までの間であってよい。上述の比率は、例えば（複数の）層の正ＴＣＳ材料がＳｉＯ２であり、かつ（複数の）正ＴＣＳ材料層よりも低い音響損失を有する（複数の）層が、Ｓｉから製造される時に、適当である。これらの比率は、能動材料が、ＡＩＮ等の圧電材料である時に、適当である。
【００４５】
幾つかの実施形態によれば、より低い音響損失を有する温度補償構造体の任意の層（例えば、層２１２）の厚みと比較された機械共振構造体の（複数の）能動層の厚みの比率は、特定の範囲内に入るように構成され得る。例えば、一実施形態によれば、（複数の）正ＴＣＳ層よりも低い音響損失を有する温度補償構造体の１つ以上の層の全体厚みに対する能動層の厚みの比率は、１対０．１から１対５００までの間であってよく、また、幾つかの実施形態において、１対０．５から１対２０までの間であってよい。これらの比率は、能動層が、例えば、ＡＩＮを含み、また、より低い音響損失材料層が、例えば、ケイ素を含む時に、適当であってよい。しかしながら、上記に挙げられたものは限定するものではなく、他の材料および他の比率が用いられてもよい。
【００４６】
当然のことながら、特定の実施形態は、上述の範囲外の層厚を含んでよい。
図２Ａ〜図３Ｄ、および図３Ｈ〜図３Ｊは、本発明の幾つかの実施形態を示す。機械共振構造体の他の形態が利用されてもよい。例えば、図４Ａ〜図４Ｃは、機械共振構造体の３つの異なる形態を示す。図４Ａに示されるように、上部電極２０２Ａは、能動層２０４（例えば、ＡｌＮ）の上部に配置され得る。補償構造体は、ＩＤＴ電極２０２が補償構造体および能動層の界面に配置された状態で、能動層の下方に配置され得る。補償構造体は、等しい厚みの２つのＳｉＯ２層２１０，２１４の間に配置されるＳｉ層２１２であってよい。図４Ａは、ＩＤＴ電極が機械共振構造体の上面に配置されておらず、また、能動層が平坦化されている形態を示す。図４Ｂは、図４Ａと類似する構成を示しているが、対照的に、上部電極および能動層が平坦化させられていないことが異なる。図４Ｃはまた、図４Ａと類似する形態を示しているが、図４Ａと対照的に、図４ＣのＩＤＴ電極は、補償構造体の第１ＳｉＯ２層に埋設されている。
【００４７】
図５Ａ〜図５Ｃは、別の組の実施形態を示しており、上部ＩＤＴ電極２０２および底部ＩＤＴ電極５０４が、機械共振構造体に用いられる。例えば、図５Ａにおいて、底部電極は、図４Ａおよび図４Ｂのように、補償構造体との界面において、能動層２０４内に配置される。しかしながら、上部ＩＤＴ電極の更なる組が、能動層の上面に堆積されている。図５Ｂは、図５Ａの平坦状に構成されたものと比較して、非平坦化構成を示す。図５Ｃは、補償構造体の第１ＳｉＯ２層２１０内に配置される底部ＩＤＴ電極を示す。図４Ａ〜図５Ｃの説明から理解されるように、零のＴＣＳを有する機械共振構造体の様々な構成が、設計および利用されてよい。
【００４８】
機械共振構造体は、単純な製造工程を利用して、製造され得る。一例として、図６Ａ〜図６Ｇ，および図７Ａ〜図７Ｆは、本発明の実施形態による機械式共振構造体を製造するために使用される２つの可能な方法を示す。特定のプロセス工程が、異なる順序で再配置される技術を含み、他の製造技術も可能である。
【００４９】
第１製造方法は、図６Ａ〜図６Ｇに示される。ハンドル層６０２、温度に伴って増大する剛性を備えた第１層２１０（例えば、ＳｉＯ２または適当な酸化物層）、および温度に伴い低減する硬度を備えた第２層２１２（例えば、Ｓｉ）を含む構造体６００Ａが、製造方法を開始するために使用され得る。図６Ａに示されるように、第１層は、ハンドル層および第２層の間に埋設され得る。幾つかの実施形態において、ハンドル層および第２層は、Ｓｉ層であってよい。
【００５０】
次に、図６Ｂに示されるように、熱酸化物層６０４、２１４が、ハンドル層の上面および第２層の下面に、適当な熱酸化法を使用して形成され得る。更なる熱酸化物層は、埋設された第１層２１０の厚みと同様であってよい。続いて、図６Ｃに示されるように、空隙６０６を備えたウェハ６０８が、構造体６００Ａに結合され得る。ウェハの構造体６００Ａが結合することによって、予め画定された空隙を備えた変形構造体６００Ｂが形成される。続いて、図６Ｄに示されるように、ハンドル層６０２および酸化物層６０４が除去され、かつ、平坦化させられた上部第１層が、適当な平坦化方法（例えば、化学機械式平坦法（ＣＭＰ））を用いて形成され得る。平坦化工程の後に、底部電極層２０６、能動層２０４、および上部電極層２０２Ａは、第１層２１０の上部平坦化面上に堆積され得る（図６Ｅ）。適当な堆積技術は、例えば、化学蒸着法（ＣＶＤ）および物理蒸着法（ＰＶＤ）を含む。一般的に、適当な堆積技術が用いられてよい。次に、上部電極層の一部が、適当なフォトリソグラフィ法を用いて、選択的に除去され得る。選択的な除去によって、図６Ｆに示されるように、ＩＤＴ電極２０２が形成される。次の工程として、能動層、電極層、第１層、第２層、および酸化物層は、図６Ｇに示されるような浮遊共振構造体１００を形成するために、空隙に到達するまで、エッチングされ得る。浮遊共振構造体を補償する固定部および他の部品（例えば、パッド、ビア）は、図６Ｇには示されていない。
【００５１】
図７Ａ〜図７Ｆは、幾つかの実施形態による機械共振構造体を製造するために使用され得る別の方法を示す。第１方法と同様に、ハンドル層７０２、酸化物層２１４、および温度に伴い低減する剛性を有する第２層２１２（例えば、Ｓｉ）を備えた構造体７００Ａが、製造工程を開始するために使用され得る。温度に伴って増大する剛性を有する第１層２１０（例えば、ＳｉＯ２または適当な酸化物層）、底部電極層２０６、能動層２０４、および上部電極層２０２Ａは、図７Ｂおよび図７Ｃに示されるように、第２層上に堆積され得る。第１層２１０は、酸化物層２１４と同じ厚みを有し得る。適当な堆積技術の例は、上述されている。続いて、上部電極層は、上述されると共に、図７Ｄに示されるように、ＩＤＴ電極２０２を形成するために、部分的に除去される。ボトムアップ乾式または湿式エッチング法を使用して、図７Ｅに示されるような空隙６０６を形成するために、ハンドル層は、酸化物層２１４の下面に、選択的にエッチングされる。能動層、底部電極層、第２層、第１層、および酸化物層の更なるエッチング７０４によって、図７Ｆに示される浮遊共振構造体１００が形成される。
【００５２】
機械共振構造体に対して、他の構成および製造方法の少なくともいずれかが、用いられても良い。
本明細書に説明される機械共振構造体は、様々な機器に組み入れられてよい。幾つかの実施形態によれば、機械共振構造体は、波長可変計器、質量センサ、ジャイロ、加速度計、スイッチ、および電磁燃料センサに組み入れられ得る。幾つかの実施形態によれば、機械共振構造体は、タイミング発振器に組み入れられ得る。タイミング発振器は、デジタル時計、ラジオ、コンピュータ、オシロスコープ、信号発生器、および携帯電話を含むいくつかの機器で使用され得る。タイミング発振器は、例えば、タイミング発振器が組み入れられる機器によって、受信、処理、または送信される他の信号の同期を助けるために、基準周波数として、クロック信号を正確に発生させることができる。幾つかの状況において、複数の工程が、機器で同時に動作し、かつ、これらの工程の実行は、機械共振構造体によって発生するクロック信号に基づく。幾つかの実施形態によれば、機械共振構造体はまた、付加的な回路に結合され得る。例えば、付加的な回路には、フィルタ、混合器、分割器、増幅器、または他の用途特定部品および機器を含んでよい。
【００５３】
幾つかの実施形態において、機械共振構造体は、複数ポート機器として使用され得る。例えば、図９Ａおよび図９Ｂに示されるように、底部電極は、接地される一方、ＩＤＴ電極は、２つのポート、即ちポート１およびポート２に結合される。或いは、底部電極は、浮遊ノードであってよい。図１０Ａおよび図１０Ｂに示される別の例において、デュアル式機械共振構造体が、４ポート機械共振構造体機器を作り出すために利用され得る。デュアル式機械共振構造体形態において、２つの機械共振構造体は、同じ共振構造体板上に実装され、かつ、ポートは所望の入力および出力に接続され得る。
【００５４】
以下の例は、説明のために提供され、限定を意図するものではない。
（実施例）
以下は、機械共振構造体のＴＣＦが、図３Ａ〜図３Ｊを参照して、本明細書に説明される方法に従い制御されることを説明する例である。本例において、層２１０，２１４は、ＳｉＯ２から製造され、また、層２１２はＳｉから製造される。
【００５５】
図３Ｅは、ＴＣＦが温度の関数として変化する様子を示している。特に、図３Ｅは、正規化周波数変化（Δｆ／ｆ）対温度のグラフを示す。ＴＣＦは、この曲線の勾配に対応する。上述されたように、能動層は、特定の温度範囲に対して、負のＴＣＦを有し、また、ＳｉＯ２は、正のＴＣＦを有し得る。
【００５６】
図３Ａは、能動層（例えば、ＡＩＮ）、底部電極、およびＳｉ層２１２を備え、かつＳｉＯ２層を備えていない機械共振構造体の例を示す。本構造体は、約−３０ｐｐｍ／Ｋの負のＴＣＦを有する（図３Ｅの線Ａによって図示）。図３Ｂは、上述のように、Ｓｉ層が２つのＳｉＯ２層の間に配置された機械共振構造体の例を示す。ＳｉＯ２層は、図３Ｂおよび図３ＣのＳｉ層と、また対応するＳｉＯ２と比較して、相対的に薄い。図３Ｅの線Ｂによって示されるように、依然として負であるが、薄いことによって、図３Ａの機械共振構造体のＴＣＦより大きい（即ち、それほど負ではない）ＴＣＦに結果的に至る。図３Ｃに示される構造体は、図３Ｂに示される機械共振構造体と類似するが、図３Ｃにおいて、両方のＳｉＯ２層は、より厚い。図３Ｅの対応する線Ｃは、図３Ｃの機械共振構造体について、ほぼ零のＴＣＦを示す。図３Ｄに示されるように、ＳｉＯ２層の厚みが更に増大させられると、機械共振構造体のＴＣＦは、零ではなくなり、図３ＥのＤによって示されるように、正となる。従って、これら実施形態において、ＳｉＯ２層の厚みがより薄くなるに従い、機械共振構造体のＴＣＦはより負になる。
【００５７】
図３Ｅは、機械共振構造体機器の層に対して、適当な厚みを選択することにより、温度に亘る正規化周波数変化（Δｆ／ｆ）が「水平化」され、ひいては、ＴＣＦが所定温度範囲に亘り零に接近する様子の例を示しており、特定の場合において、多くの材料が非線形的ＴＣＦ特性を有するため、幅広い温度範囲（例えば、−４０℃から８５℃まで）に亘り、平坦な反応を得ることはより困難になる。例えば、幾つかの材料は、より高次のＴＣＦ特性を有し得る。これら材料について、機械共振構造体は、作動温度（例えば、室温）、または機械共振構造体の他の所望、または所定の温度の付近で、零ＴＣＦ特性をもたらすように、構成および調整の少なくともいずれかが行われ得る。例えば、図３Ｆに示されるように、非線形曲線Ｃは、機械共振構造体層に対して、適当な厚みが選択されるならば、室温（即ち、２５℃）において、零のＴＣＦを有し得る。例えば、僅かに厚いＳｉＯ２層が使用されるならば、零のＴＣＦは、曲線Ｃ＋によって示されるように、室温よりも高い温度で達成され得るが、僅かに薄いＳｉＯ２層が使用されるならば、零のＴＣＦは、曲線Ｃ−によって示されるように、室温よりも低い温度で達成され得る。
【００５８】
機械共振構造体層の厚みは、広い温度範囲に亘り、零のＴＣＦが達成されるかを決定するだけではなく、機械共振構造体層の非線形的ＴＣＦ特性の高次特性を低減させることも容易にする。例えば、図３Ｇは、図３Ｈ〜図３Ｊに示される３つの機械共振構造体Ａ，ＢおよびＣの放物線状ＴＣＦ輪郭を示す。構造体Ｃは、構造体Ｂより薄いＳｉ／ＳｉＯ２層厚みを有し、この構造体Ｂは、構造体Ａより薄いＳｉ／ＳｉＯ２層厚みを有する。Ｓｉ層およびＳｉＯ２層の少なくともいずれかの厚みに対する能動層の厚みの比率における差により、３つの構造体の全ての放物線状輪郭は、室温において零のＴＣＦを有するが、異なり得る。例えば、図３Ｇに示されるように、構造体Ａは、最も厚いＳｉＯ２層を有するため、構造体Ａは、曲線Ａによって示されるように、厳格に放射線状であるＴＣＦ輪郭を伴い、より高次の特性を保つ。比較すると、曲線Ｂは、それ程放物線状でないＴＣＦ輪郭を有する。曲線Ｂは、構造体Ｂに対応しており、これは、構造体Ａよりも小さいＳｉＯ２層厚みを有する。同様に、曲線Ｃによって示されるように、構造体Ｃは、最も薄いＳｉＯ２層を有するため、構造体Ｃは、最も小さい放物線状ＴＣＦ輪郭を有する。
【００５９】
当然のことながら、図面に示される様々な実施形態は、例示的な提示であり、また、必ずしも一定の縮尺で描かれていない。本明細書全体において、「一実施形態」または「ある実施形態」または「幾つかの実施形態」への言及は、実施形態と関連して説明される特定の特徴、構成、材料、または特性が、本発明の少なくとも一つの実施形態に含まれ、必ずしも全ての実施形態に含まれるのでないことを意味する。その結果、本明細書全体の様々な部分において、「一実施形態」または「ある実施形態」または「幾つかの実施形態」という語句の出現は、必ずしも同じ実施形態を言及していない。更に、特定の特徴、構成、材料、または特性は、１つ以上の実施形態において、適当な方法で組み合わせられ得る。
【００６０】
開示全体において、明確に特記していない限り、「を備える」、「を備え」等の用語は、排他的または網羅的ではなく、包括的な意味で、即ち、限定されるものではなく、「を備える」という意味で解釈される。単数または複数を使用する用語は、また、複数または単数夫々を含む。加えて、「本明細書において」、「本明細書で以下に」、「上記」、「下記」という用語、および同様の重要な用語は、本願を全体として言及しており、本願の特定部分を言及するものではない。「または」という用語が、２つ以上の物品の列挙を参照して使用される時に、この用語は、用語の以下の説明全て、列記された物品のいずれか、列記された物品全て、および列記された物品の組み合わせを含む。
【００６１】
本明細書の幾つかの実施形態が説明されたが、様々な変更例、変形例、および改良例が、当業者であれば容易に想到し得る。これらの変更例、変形例、および改良例は、本開示の一部であると意図され、また、本発明の精神および権利範囲内にあると意図される。従って、前述の説明および図面は、一例に過ぎない。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図３Ｅ】
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【図３Ｆ】
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【図３Ｇ】
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【図３Ｈ】
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【図３Ｉ】
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【図３Ｊ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図６Ｅ】
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【図６Ｆ】
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【図６Ｇ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図７Ｅ】
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【図７Ｆ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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