(57)【要約】  本発明は音響バルク波によって動作するフィルタに関する。本発明のフィルタは、少なくとも１つの第１のレゾネータおよび少なくとも１つの第２のレゾネータを含み、各レゾネータ内を音響縦モードが伝搬可能であり、各層の材料および厚さを適切に選択することにより第１のレゾネータでは正規分散が調整され、第２のレゾネータでは非正規分散が調整される。これにより特にフィルタの通過領域の高周波数縁部での出力適合性が改善される。
2009517931.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの第１のレゾネータと少なくとも１つの第２のレゾネータとが電気的に接続されており、当該の第１のレゾネータおよび当該の第２のレゾネータではそれぞれ音響縦モードが伝搬可能であり、各層の材料および相対的厚さを適切に選択することにより第１のレゾネータでは正規分散が調整され、第２のレゾネータでは非正規分散が調整される
ことを特徴とする音響バルク波によって動作するフィルタ。
【請求項２】
支持体基板（ＴＳ）が設けられており、少なくとも１つの第１のレゾネータおよび少なくとも１つの第２のレゾネータはそれぞれ１つずつレゾネータ領域（ＲＥ）および音響鏡（ＡＳ）を有しており、該音響鏡（ＡＳ）は前記レゾネータ領域（ＲＥ）と前記支持体基板（ＴＳ）とのあいだに配置されている、請求項１記載のフィルタ。
【請求項３】
少なくとも１つの第２のレゾネータは適合層（ＡＮ）を有しており、前記レゾネータ領域（ＲＥ）は適合層（ＡＮ）と前記音響鏡（ＡＳ）とのあいだに配置されている、請求項２記載のフィルタ。
【請求項４】
少なくとも１つの第２のレゾネータはＷおよび／またはＭｏから成る少なくとも１つの部分層を有する、請求項３記載のフィルタ。
【請求項５】
少なくとも１つのレゾネータではレゾネータ積層体の全体の分散特性が当該のレゾネータの個々のレゾネータ領域（ＲＥ）の分散特性と異なっている、請求項２から４までのいずれか１項記載のフィルタ。
【請求項６】
少なくとも１つの第１のレゾネータは並列レゾネータ（ＰＲ１，ＰＲ２）である、請求項１から５までのいずれか１項記載のフィルタ。
【請求項７】
少なくとも１つの第２のレゾネータは直列レゾネータ（ＳＲ１，ＳＲ２，ＳＲ３）である、請求項１から６までのいずれか１項記載のフィルタ。
【請求項８】
当該のフィルタは１つの信号路（ＳＰ１）と基準電位に接続された少なくとも１つの横分岐とを備えたラダー型構造で構成されており、少なくとも１つの第２のレゾネータは前記信号路（ＳＰ１）に配置されており、少なくとも１つの第１のレゾネータは少なくとも１つの横分岐に配置されている、請求項１から５までのいずれか１項記載のフィルタ。
【請求項９】
当該のフィルタは２つの信号路（ＳＰ１，ＳＰ２）と該信号路を接続している少なくとも１つの横分岐とを備えたラティス型構造で構成されており、少なくとも１つの第２のレゾネータが各信号路（ＳＰ１，ＳＰ２）に配置されており、少なくとも１つの第１のレゾネータは少なくとも１つの横分岐に配置されている、請求項１から５までのいずれか１項記載のフィルタ。
【請求項１０】
全ての並列レゾネータが第１のレゾネータとして構成されており、全ての直列レゾネータが第２のレゾネータとして構成されている、請求項８または９記載のフィルタ。
【請求項１１】
当該のフィルタは、共振周波数ｆｒ，ｐおよび反共振周波数ｆａ，ｐにより特徴づけられる複数の並列レゾネータ、ならびに、共振周波数ｆｒ，ｓおよび反共振周波数ｆａ，ｓにより特徴づけられる複数の直列レゾネータを有しており、全ての並列レゾネータにおいて周波数領域ｆｒ，ｐ〜ｆａ，ｐでの波数ｋｘが実数であり、全ての直列レゾネータにおいて周波数領域ｆｒ，ｓ〜ｆａ，ｓでの波数ｋｘが虚数である、請求項８から１０までのいずれか１項記載のフィルタ。
【請求項１２】
第１のレゾネータにおいて音響活性領域（ＡＢ）の全体を包囲する縁領域（ＲＢ）の上方にフレーム（ＲＡ）が配置され、当該の第１のレゾネータの音響活性領域（ＡＢ）ではｋｘ＝０が成り立ち、音波は前記縁領域（ＲＢ）ではほぼ純粋な実数の横波数ｋｘを有し、前記音響活性領域（ＡＢ）および前記縁領域（ＲＢ）の外側ではほぼ純粋な虚数の横波数ｋｘを有する、請求項１から１１までのいずれか１項記載のフィルタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は音響バルク波ＢＡＷ（Bulk Acoustic Wave）によって動作するレゾネータに関する。ＢＡＷレゾネータは例えば帯域通過高周波数フィルタとして用いられる。
【０００２】
音響バルク波により動作するレゾネータは薄膜共振器またはＦＢＡＲ（Thin Film BAW Resonator）とも称されるが、これは２つの電極層とそのあいだに配置された圧電層とを有する。米国特許第６２６２６３７号明細書から、支持体基板内の中空室にメンブレインが配置される形態の薄膜共振器が公知である。また、国際公開第０１／０６６４６号明細書、米国出願第２００４／０１４０８６９号明細書および独国公開第１０２４１４２５号明細書からは、音響鏡の上に配置される形態の薄膜共振器が公知である。ここでは複数の層は基板上で上下方向に重ねされて堆積され、共振器となるようパターニングされている。各層は電気的に相互に接続され、全体としてフィルタ回路が実現される。
【０００３】
薄膜共振器を含むフィルタの温度が上昇すると、その特性曲線は場合により低周波数の方向へ変化する。このとき通過帯域の右方縁部での挿入減衰量が高まり、これにより当該の周波数領域の内部ではさらに温度が上昇する。そして出力適合性の限界値が上方超過されると、音響部品が破壊されてしまう。
【０００４】
本発明の解決すべき課題は、音響バルク波によって動作するフィルタを提供し、上述の欠点を克服することである。
【０００５】
ＢＡＷレゾネータの自己加熱の一部は相応の周波数で増幅される音響振動を原因とする。本発明はＢＡＷフィルタの所定の周波数領域での出力適合性、特に通過帯域の上方限界での出力適合性を改善することをコンセプトとしている。
【０００６】
本発明は、音響バルク波によって動作する少なくとも１つの第１のレゾネータと音響バルク波によって動作する少なくとも１つの第２のレゾネータとを有するフィルタに関する。ここでは、レゾネータ内の主モードとして縦モードが伝搬する。当該のモードに対して、第１のレゾネータでは正規分散特性が調整され、第２のレゾネータでは非正規分散特性が調整される。分散特性の調整は層の材料および相対的な厚さを適切に選択することにより行われる。
【０００７】
分散特性のタイプはレゾネータ積層体の層列の各層の材料および厚さを適切に選択することにより調整可能である。
【０００８】
有利には、第１のレゾネータは横分岐に接続された並列レゾネータであり、第２のレゾネータは信号路に直列に接続された直列レゾネータである。有利には、ラダー型の装置では全ての直列レゾネータが第２のレゾネータであり、全ての並列レゾネータが第１のレゾネータである。
【０００９】
非正規分散特性の調整されたレゾネータでは、正規分散特性の調整されたレゾネータと比べて、共振周波数を上回る音響振動が小さい。このようなレゾネータを用いることにより、特にフィルタの通過帯域の高周波数側の縁部の周波数におけるレゾネータの自己加熱が低減される。本発明のフィルタでは、第２のレゾネータを用いることにより、伝達関数の臨界的領域での音響励振が所望のように減衰される。
【００１０】
レゾネータのうち複数の電極によって定義される面領域ないし電極のあいだのバルク領域は活性領域とも称される。以下では層表面に平行な方向を横方向と称し、これに垂直なｚ軸方向を縦方向ないし垂直方向と称する。
【００１１】
圧電層の厚さにより音響主モードの共振周波数ｆｒが定められる。この共振周波数は縦方向の音響バルク波の第１の高調波である。レゾネータ積層体の他の層の厚さもレゾネータの共振周波数に影響を与える。
【００１２】
音響バルク波は３次元波であり、波数と称される３つの成分ｋｘ，ｋｙ，ｋｚを有する波ベクトルによって特徴づけられる。横モードは横波数ｋｘ，ｋｙにより特徴づけられる。縦モードは縦波数ｋｚにより特徴づけられる。波数は相応の方向において所定の単位の長さで見たときの波長の数を表している。レゾネータが無限の広がりを有すると考えられる理想的なケースでは、電場により主として縦波が電場方向（ｚ軸）に沿って励起され、ここでｋｚ≠０が成り立つ。
【００１３】
音響モードの波数は予め定められた限界条件を有する波の方程式の解から得られる。波数は純粋な実数、純粋な虚数または複素数のいずれであってもよい。虚数の波数を有する音響モードは指数的に減衰するので、振動しない。このためレゾネータでは基本的に実数の波数を有するモードしか励振されない。
【００１４】
音響薄膜共振器において伝搬可能なモードを記述するには分散のグラフが用いられる。横方向の平面に無限の広がりを有する自由振動板などの音響系はモードの固有周波数によって記述され、この固有周波数が２Ｄ座標系において表される。座標原点の左側に横波数成分の虚数部の軸が描かれ、右側に実数部の軸が描かれる。これらは対称性を有するので、系全体に対しても横波成分ｋｘ，ｋｙのうち１つのみを記述すれば充分である。したがって、以下では特にことわりのないかぎり、横波成分ｋｘが用いられるものとする。
【００１５】
音響薄膜共振器の駆動に関連する波は、レゾネータの厚さ方向で振動する縦波であり、これは基本モードとして横波数を有さず、すなわちｋｘ，ｋｙ＝０である。波のタイプについては、有用な基本モードのほか、０でない横波数を有する他のモードも存在する。機械的な主共振周波数は限界周波数または遮断周波数ｆｃＬ（ｋｘ＝０）において生じる。レゾネータ内で０でない波数を有する縦モードが限界周波数より大きい固有周波数を有する場合、縦波の特性は正規分散特性と称される。当該の縦モードの固有周波数がｆｃＬ（ｋｘ＝０）よりも小さい場合、縦波の特性は非正規分散特性と称される。
【００１６】
さらにレゾネータ内ではせん断波が伝搬可能である。せん断波の共振周波数は縦波の共振周波数ｆｃＬより格段に低い。しかし、せん断波の第１の高調波または第２の高調波の共振周波数ｆｃＳ（ｋｘ＝０）は周波数ｆｃＬの近傍に位置する。
【００１７】
横方向の平面に無限の広がりを有する自由振動板の縦波の分散特性は主として当該の振動板の弾性特性によって定められる。
【００１８】
せん断波はつねに縦波より緩慢に走行する。レゾネータの分散特性は、波の伝搬する圧電層においては、せん断波の速度ｖＳと縦波の速度ｖＬとの比によって定められる。正規分散特性ではｖＳ／ｖＬ＜０．５であり、非正規分散特性ではｖＳ／ｖＬ＞０．５である。これはメンブレイン型の薄膜共振器においても当てはまる。
【００１９】
積層された複数の層から成る層列では、縦波の分散特性は弾性特性によってだけではなく相対的な層厚さによっても定められる。音響鏡を備えた薄膜共振器では、レゾネータの圧電層のほか、鏡面層、特にレゾネータ領域に隣接する層も、層構造体全体の分散特性に対して大きな影響を有している。ただしこのように複雑な構造を有する層列においても比ｖＳ／ｖＬはレゾネータの分散特性の基準として用いられる。
【００２０】
フィルタの電気特性は伝達関数ないし散乱パラメータＳ２１により記述される。図１のＡには公知のラダー型構造のフィルタの伝達関数が示されている。レゾネータの伝送特性はアドミタンス曲線Ｙ１１により記述される。図１のＢには当該のフィルタに属する直列レゾネータのアドミタンス曲線が示されている。ここでは直列レゾネータの共振周波数ｆｒ，ｓおよび反共振周波数ｆａ，ｓが示されている。共振周波数ｆｒ，ｓは通過帯域の中心に位置しており、反共振周波数ｆａ，ｓは右方縁部に位置している。当該のフィルタに属する並列レゾネータの共振周波数は通過帯域の左方縁部に位置している。並列レゾネータの反共振周波数は直列レゾネータの共振周波数ｆｒ，ｓにほぼ一致する。
【００２１】
例えば米国特許第６５９７２１２号明細書から、伝達関数の縁部に相応する周波数領域において、レゾネータでの高い音響活性のために高いエネルギ吸収が生じることが判明している。これにより特に３０ｄＢｍほどの高い動作出力レベルを有するデュプレクサフィルタではレゾネータが約２００℃まで加熱され、機械的な障害が生じ、レゾネータの耐用期間が短くなってしまう。
【００２２】
このことは、ＢＡＷレゾネータをベースとする公知のフィルタでは特にフィルタの通過領域の右方縁部に相応する周波数領域に当てはまり、ラダー型構造を有するフィルタでは直列レゾネータの共振周波数を上回る周波数領域に当てはまる。図１のＡ，Ｂでは臨界的な周波数領域が丸印で示されている。臨界的な周波数領域のうち当該の領域の中心に相当する周波数がｆｃで表されている。
【００２３】
本発明の発明者らはこの問題が音響モードの正規分散特性ｆ（ｋｘ）を有するレゾネータで固有に発生することを突き止めた。
【００２４】
伝搬速度ひいては所定の層列における音響モードの分散特性は層構造、特に個々の層の組成および相対的な厚さに基づいて変化する。したがって第２のレゾネータの層列は波数ｋｘの縦波の非正規分散特性を有するように形成される。
【００２５】
図３には直列レゾネータの分散曲線ｓと並列レゾネータの分散曲線ｐとが示されている。ここでは双方のレゾネータとも縦波の音響モードの正規分散特性を有する。ここでは直列レゾネータの共振周波数ｆｒ，ｓおよび並列レゾネータの共振周波数ｆｒ，ｐが示されている。
【００２６】
ふつうレゾネータの共振周波数は虚数Ｉｍ｛ｋｘ｝から実数Ｒｅ｛ｋｘ｝まで分散曲線ｆ（ｋｘ）の特性にしたがって変化する周波数である。
【００２７】
正規分散特性では、共振周波数を上回る周波数ｆｃ＞ｆｒ，ｓ、特に通過領域の右方縁部に相応する周波数での波数ｋｘは実数である。すなわち直列レゾネータでは縦波が伝搬可能となる。これに対して周波数ｆｒ，ｓを下回るとき波数ｋｘは虚数であり、この場合、直列レゾネータにおける縦波は減衰する。
【００２８】
正規分散特性を有するレゾネータは図１のＣに見られるように共振周波数ｆｒを上回る音響振動について大きな振幅を有する。伝達関数の右方縁部に相応する臨界的な周波数ｆｃにおいて特に音響振動の強度がきわめて大きい。
【００２９】
縦モードを基本モードとする正規分散特性を有するレゾネータは、音響損失を除去するのに特に良好に適しているという利点を有する。こうしたレゾネータでは、望ましくない横モードの伝搬をゼロでない波数ｋｘによって遮断し、縁領域を修正することができる。例えばレゾネータ積層体上では、レゾネータの音響活性領域の全体を包囲する縁領域にフレームが配置される。当該のフレームは、音波がレゾネータの縁領域でほぼ純粋な実数の横波数ｋｘを有し、活性領域でｋｘ＝０を有し、活性領域および縁領域の外側でほぼ純粋な虚数の波数ｋｘを有するように形成され、配置される。
【００３０】
有利な実施形態では、第１のレゾネータおよび第２のレゾネータはそれぞれ１つずつレゾネータ領域および音響鏡を備えたレゾネータ積層体を有する。
【００３１】
個々のレゾネータ領域とは、上方および下方が空気に接する１つのレゾネータ領域のことであると理解されたい。有利な実施形態では、少なくとも１つの第１のレゾネータまたは第２のレゾネータにおいて、レゾネータ積層体の全体の分散特性と個々のレゾネータの分散特性とが異なるように音響鏡が形成されている。
【００３２】
第２の共振器のレゾネータ積層体は、縦波がレゾネータ積層体の共振周波数ｆｒを上回る周波数ｆｃでは振動しないように形成されている。ここで、縦波の横波数ｋｘは当該の周波数のもとで純粋な虚数となり、これは音響モードの非正規分散特性に相応する。非正規分散特性を有するレゾネータの温度上昇率は、動作出力を同じとすれば、正規分散特性を有するレゾネータの温度上昇率より格段に小さい。したがって非正規分散特性を有するレゾネータの駆動中の電気特性は安定であり、高い出力適合性を有する。
【００３３】
第１のレゾネータおよび第２のレゾネータはそれぞれ２つの電極層およびこれらのあいだに配置された圧電層を有する。音響鏡は低い音響インピーダンスを有する層と高い音響インピーダンスを有する層とが交互に配置された層列を有する。当該の層列の厚さは有利にはレゾネータ積層体の共振周波数の１／４波長である。
【００３４】
非正規分散特性を有するレゾネータ積層体ではレゾネータの加熱をもたらす望ましくない音響振動が減衰される。こうして特にフィルタの通過領域の高周波数縁部での出力適合性が改善される。本発明のフィルタは特に高出力分野で用いられるデュプレクスフィルタに適している。
【００３５】
レゾネータ積層体は共振周波数ｆｒおよび反共振周波数ｆａにより特徴づけられる。第２のレゾネータでは、縦モードの横波数ｋｘが共振周波数を上回る周波数領域、特に共振周波数と反共振周波数とのあいだで虚数となる。
【００３６】
せん断波の速度ｖＳと圧電層での縦波の速度ｖＬとの比は、第２のレゾネータのレゾネータ積層体の層の材料および相対的な厚さを適切に選択することにより、ｖＳ／ｖＬ＞０．５となるように調整される。
【００３７】
電極層はＡｌ，ＡｌＣｕ，Ｍｏ，ＷまたはＰｔから成る。各電極層は複数の部分層を有していてもよく、例えば少なくとも１つの部分層はＡｌ，ＡｌＣｕ，Ｍｏ，ＷまたはＰｔから成る。
【００３８】
第２のレゾネータおよび第１のレゾネータのレゾネータ積層体は、有利な実施形態では電気的に絶縁された少なくとも１つの適合層を有しており、この適合層は下方の電極層または上方の電極層と接合体を形成している。適合層は有利には上方の電極層に配置される。適合層は例えばＳｉＯ２，ＳｉＮまたはＡｌから成るかまたはこれらから成る少なくとも１つの部分層を有する。
【００３９】
有利な実施形態では、フィルタの第２のレゾネータには適合層が設けられており、一方、フィルタの第１のレゾネータはこうした層を有さない。また、第１のレゾネータおよび第２のレゾネータの双方が適合層を有していてもよい。この場合、第１のレゾネータの適合層の厚さと第２のレゾネータの適合層の厚さとが相互に異なっていると有利である。適合層は有利には電気的に絶縁された誘電性材料から成り、例えばレゾネータ積層体の上方の電極層に対するパシベーション層にも適する。
【００４０】
圧電層は複数の圧電部分層から成っていてもよく、この場合少なくとも１つの部分層はＡｌＮ層である。
【００４１】
有利な実施形態では、圧電層の材料は音響モードの非正規分散特性を有する材料、例えばＡｌＮである。Ｍｏから成る電極層または充分に薄いＡｌ，Ｗから成る電極層では、構造体全体の分散特性はつねに非正規分散特性となる。
【００４２】
電極層の所定の厚さから、分散特性について、正規分散特性への変換が行われる。直列レゾネータおよび並列レゾネータを有するフィルタでは層構造体としての直列レゾネータが非正規分散特性を有し、層構造体としての並列レゾネータが正規分散特性を有する。ここで並列レゾネータは例えばアルミニウムから成る付加的な適合層を有する。この場合、適合層は並列レゾネータにおいて非正規分散特性から正規分散特性への変換を制御する。並列レゾネータの縦波は臨界的な周波数ｆｃのもとでは振動する。ただしこのとき並列レゾネータは共振周波数から大きく異なって振動するので、振動の振幅は小さい。
【００４３】
以下に図面を参照しながら実施例に基づき本発明を詳しく説明する。図は本発明の種々の実施例を示しているが、概略的なものであって縮尺通りではないことに注意されたい。同一部分または同じ機能を有する部分には同一の参照記号を付してある。図１のＡには公知のリアクタンスフィルタの伝達関数が示されており、Ｂには当該のフィルタの直列レゾネータのアドミタンス曲線が示されており、Ｃには当該のフィルタの直列レゾネータにおける音響振動の振幅と周波数との関係が示されている。図２のＡには並列レゾネータとして用いられる第１のレゾネータと直列レゾネータとして用いられる第２のレゾネータとを備えたフィルタの伝達関数が示されており、Ｂには当該のフィルタの直列レゾネータのアドミタンス曲線が示されており、Ｃには当該のフィルタの直列レゾネータにおける音響振動の振幅と周波数との関係が示されている。図３にはともに正規分散特性を有する直列レゾネータおよび並列レゾネータにおける分散曲線が示されている。図４には非正規分散特性を有する直列レゾネータにおける分散曲線と正規分散特性を有する並列レゾネータにおける分散曲線とが示されている。図５にはともに非正規分散特性を有する直列レゾネータおよび並列レゾネータにおける分散曲線が示されている。図６には音響鏡および適合層を有するレゾネータ積層体の構造の横断面図が示されている。図７にはラダー型構造のフィルタが示されている。図８にはラティス型構造のフィルタが示されている。図９には横波成分を減衰させる構造体を有するレゾネータ積層体の構造が示されている。
【００４４】
図２のＡには本発明のリアクタンスフィルタの伝達関数が示されている。図２のＢには当該のフィルタに属する直列レゾネータのアドミタンス曲線が示されている。出力適合性の点で臨界的な、通過帯域の右方縁部の周波数領域は丸印で表されている。直列レゾネータの共振周波数ｆｒ，ｓと反共振周波数ｆａ，ｓとのあいだに位置する周波数ｆｃは通過帯域の右方縁部に相応する。
【００４５】
図２のＣにはレーザー干渉計によって記録された音響振動の強度と周波数との関係が示されている。直列レゾネータの臨界的な周波数ｆｃがｆｒ，ｓ＜ｆｃ＜ｆａ，ｓであるとき音響振動の振幅は小さい。つまり音響振動は当該の周波数のもとで大幅に減衰される。図１のＣおよび図２のＣでの音響振動の振幅の単位は任意のものであってよい。
【００４６】
図３には直列レゾネータの分散曲線ｓおよび並列レゾネータの分散曲線ｐが示されており、ここでは双方のレゾネータとも正規分散特性を有する。周波数ｆｃ＞ｆｒ，ｓでは双方のレゾネータとも音響振動を伝搬する。
【００４７】
図４には直列レゾネータの分散曲線ｓおよび並列レゾネータの分散曲線ｐが示されており、ここでは直列レゾネータが非正規分散特性を有し、並列レゾネータが正規分散特性を有する。周波数ｆｃ＞ｆｒ，ｓでは、音響振動は直列レゾネータを伝搬しない。しかし並列レゾネータでは当該の周波数の範囲で音響振動が伝搬する。
【００４８】
このことは、実施例に応じて、縦波に相応する主モードｆｃ＝ｆｃＬまたはせん断波に相応する主モードｆｃ＝ｆｃｓにおいても当てはまる。
【００４９】
図５には直列レゾネータの分散曲線ｓおよび並列レゾネータの分散曲線ｐが示されており、ここでは双方のレゾネータとも非正規分散特性を有する。周波数ｆｃ＞ｆｒ，ｓでは双方のレゾネータとも音響振動を伝搬しない。
【００５０】
図６には、第１のレゾネータまたは第２のレゾネータのレゾネータ積層体ＲＳの構造が層列の表面に対する断面図として示されている。レゾネータ積層体ＲＳは支持体基板ＴＳ上に配置される。レゾネータ積層体ＲＳは第１の層構造体すなわちレゾネータ領域ＲＥおよび第２の層構造体すなわち音響鏡ＡＳを有している。
【００５１】
レゾネータ領域ＲＥは圧電層ＰＳを有しており、この圧電層は下方の電極層Ｅ１と上方の第２の電極層Ｅ２とのあいだに配置されている。音響鏡ＡＳは低い音響インピーダンスを有する第１の層ＬＺ１および第２の層ＬＺ２と、高い音響インピーダンスを有する第１の層ＨＺ１および第２の層ＨＺ２を有する。音響鏡は低い音響インピーダンスを有する層および高い音響インピーダンスを有する層を複数個ずつ有してもよい。高い音響インピーダンスを有する層と低い音響インピーダンスを有する層とは交互に配置されている。
【００５２】
さらに、レゾネータ積層体ＲＳには、レゾネータの周波数を低周波数の方向へシフトする適合層ＡＮが設けられている。適合層ＡＮは上方の電極層Ｅ２の上に配置されている。適合層ＡＮにより、或るレゾネータについて定められた一方のタイプの分散特性を他方のタイプの分散特性へ変換することができる。つまり、適合層により、正規分散特性から非正規分散特性へ、または、非正規分散特性から正規分散特性への変換が可能となる。
【００５３】
レゾネータ領域ＲＥは縦モードを伝搬させることのできる音響振動子を形成する。レゾネータの共振周波数および縦モードに関する分散特性は各レゾネータ積層体の全ての層の組成および寸法に基づいて定められる。レゾネータの分散特性のタイプは、例えば電極層の構成（材料、層厚さ）に基づいて音響鏡を製造する際に、層の材料および厚さを適切に選択することにより調整することができる。本発明では、レゾネータにおいて、層ＨＺ１，ＬＺ１，ＨＺ２，ＬＺ２，Ｅ１，ＰＳ，Ｅ２，ＡＮの材料および相対的な厚さを適切に選択することにより、非正規分散特性が調整される。
【００５４】
以下に説明する層構造体は例えば正規分散特性を有する。支持体基板ＴＳとしてＳｉ基板が用いられる。音響鏡ＡＳは、下方から上方へ向かう層列として、厚さ５００ｎｍの第１のタングステン層ＨＺ１，厚さ６５０ｎｍの第１のＳｉＯ２層ＬＺ１，厚さ５００ｎｍの第２のタングステン層ＨＺ２および厚さ６５０ｎｍの第２のＳｉＯ２層ＬＺ２を有する。第２のＳｉＯ２層の上に下方の電極層Ｅ１が配置され、この電極層はモリブデンから成り、厚さ２５０ｎｍである。下方の電極層Ｅ１と厚さ２５０ｎｍの上方の電極層Ｅ２とのあいだに厚さ１６１０ｎｍのＡｌＮから成る圧電層ＰＳが配置されている。こうした層構造体は第１のレゾネータに適する。当該の層構造体を有するレゾネータの共振周波数は１９００ＭＨｚである。
【００５５】
当該の層構造体で、層ＬＺ１の厚さ６００ｎｍ、層ＬＺ２の厚さ５００ｎｍ、上方の電極層Ｅ２の上に配置されたＳｉＯ２から成る適合層ＡＮの厚さ１４０ｎｍである場合、同じ共振周波数において、非正規分散特性が得られる。こうした層構造体は第２のレゾネータに適する。有利には、第２のレゾネータの共振周波数は、当該の第２のレゾネータの適合層ＡＮ，電極層Ｅ１，Ｅ２および／または音響鏡の少なくとも１つの層の厚さが小さいことにより、第１のレゾネータの共振周波数より高く設定される。
【００５６】
図７には１つの信号路ＳＰ１と基準電位へ接続された２つの横分岐とを備えたフィルタが示されている。信号路ＳＰ１には直列レゾネータＳＲ１〜ＳＲ３が配置されている。有利には２つの横分岐にそれぞれ１つずつ並列レゾネータが配置されている。
【００５７】
図８には２つの信号路ＳＰ１，ＳＰ２とこれらの信号路間に接続された２つの横分岐とを備えたフィルタが示されている。第１の信号路ＳＰ１には直列レゾネータＳＲ１が、第２の信号路ＳＰ２には直列レゾネータＳＲ２が配置されており、第１の横分岐に並列レゾネータＰＲ１が、第２の横分岐に並列レゾネータＰＲ２が配置されている。
【００５８】
並列レゾネータはそれぞれ共振周波数ｆｒ，ｐおよび反共振周波数ｆａ，ｐにより特徴づけられる。直列レゾネータはそれぞれ共振周波数ｆｒ，ｓおよび反共振周波数ｆａ，ｓにより特徴づけられる。
【００５９】
図７，図８の全てのレゾネータは音響鏡を備えた薄膜共振器である。図７，図８の全ての直列レゾネータは縦モードの非正規分散特性を有する。つまり、全ての直列レゾネータにおいて共振周波数ｆｒ，ｓと反共振周波数ｆａ，ｓとのあいだの周波数領域での縦モードの波数ｋｚが虚数となる。
【００６０】
並列レゾネータは構成に応じて正規分散特性または非正規分散特性を有する。有利には、横分岐に配置された全ての並列レゾネータにおいて、共振周波数ｆｒ，ｐと反共振周波数ｆａ，ｐとのあいだの周波数領域での縦モードの波数ｋｚが虚数となる。
【００６１】
本発明は、上述の実施例で説明したような特定の材料、フィルタのタイプ、素子の個数または配列に限定されるものではない。本発明のレゾネータ積層体では、例えば電極を長方形とは異なる形状にパターニングすることにより、横モードを減衰させることもできる。独国公開第１０２４１４２５号明細書には横モードを抑圧しレゾネータの分散曲線ｆ（ｋ）を制御する他の手段が記載されており、これも全体として本発明に関連する。
【００６２】
図９には音響縦モードの正規分散特性を有するレゾネータにおけるレゾネータ積層体の層構造が示されている。当該のレゾネータは縁領域ＲＢを有し、これを横方向の平面に射影するとフレーム状となる。縁領域ＲＢは活性領域ＡＢの全体を包囲している。縁領域ＲＢの上方に、横波成分を減衰させるのに適したフレーム状構造体ＲＡが配置されている。
【００６３】
当該のレゾネータの活性領域ＡＢでは音波の波数ｋｘが０である。これに対して、縁領域ＲＢでは横波数ｋｘはほぼ純粋に実数であり、活性領域ＡＢおよび縁領域ＲＢの外側では横波数ｋｘはほぼ純粋に虚数である。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】Ａは公知のリアクタンスフィルタの伝達関数のグラフ、Ｂは当該のフィルタの直列レゾネータのアドミタンス曲線のグラフ、Ｃは当該のフィルタの直列レゾネータにおける音響振動の振幅と周波数との関係を示すグラフである。
【図２】Ａは並列レゾネータとして用いられる第１のレゾネータと直列レゾネータとして用いられる第２のレゾネータとを備えたフィルタの伝達関数のグラフ、Ｂは当該のフィルタの直列レゾネータのアドミタンス曲線のグラフ、Ｃには当該のフィルタの直列レゾネータにおける音響振動の振幅と周波数との関係を示すグラフである。
【図３】ともに正規分散特性を有する直列レゾネータおよび並列レゾネータにおける分散曲線のグラフである。
【図４】非正規分散特性を有する直列レゾネータにおける分散曲線と正規分散特性を有する並列レゾネータにおける分散曲線とのグラフである。
【図５】ともに非正規分散特性を有する直列レゾネータおよび並列レゾネータにおける分散曲線のグラフである。
【図６】音響鏡および適合層を有するレゾネータ積層体の構造の横断面図である。
【図７】ラダー型構造のフィルタを示す図である。
【図８】ラティス型構造のフィルタを示す図である。
【図９】横波成分を減衰させる構造体を有するレゾネータ積層体の構造の横断面図である。
【符号の説明】
【００６５】
ＡＢ  活性領域、  ＡＮ  適合層、  ＡＳ  音響鏡、  Ｅ１，Ｅ２  電極層、  ｆ  周波数、  ｆｒ，ｐ  並列レゾネータの共振周波数、  ｆａ，ｐ  並列レゾネータの反共振周波数、  ｆｒ，ｓ  直列レゾネータの共振周波数、  ｆａ，ｓ  直列レゾネータの反共振周波数、  ｆｃ  限界周波数、  ＨＺ１，ＨＺ２  高い音響インピーダンスを有する鏡面層、  ＬＺ１，ＬＺ２  低い音響インピーダンスを有する鏡面層、  ＰＲ１，ＰＲ２  並列レゾネータ、  ＰＳ  圧電層、  ＲＢ  縁領域、  ＲＥ  レゾネータ領域、  ＲＳ  レゾネータ積層体、  ＳＰ１，ＳＰ２  信号路、  ＳＲ１，ＳＲ２，ＳＲ３  直列レゾネータ、  ＴＳ  支持体基板、  ｓ  直列レゾネータの分散曲線、  ｐ  並列レゾネータの分散曲線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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