(57)【要約】【課題】圧電材料の同一のモードを用いた周波数フィルタにおいて、複数の電極を２次元的に配置して所望とする特性が容易に得られるようにする。【解決手段】音響多層膜１０２の上に、共通電極１０３、ＺｎＯからなる圧電薄膜１０４が積層され、圧電薄膜１０４の上面には、２次元的に配置された４つの入出力電極１０５を備える。圧電薄膜１０４は、例えばｃ軸に配向されたＺｎＯの配向膜である。従って、入出力電極１０５は、面内異方性のない状態の圧電薄膜１０４の上に配置されるようになる。【選択図】  図１
2006129195.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
音響インピーダンスの異なる複数の薄膜が交互に積層された音響多層膜と、
この音響多層膜の上に形成された第１電極と、
この第１電極の上に形成された圧電材料の配向膜から構成された圧電薄膜と、
この圧電薄膜の上に形成されて２次元配置された複数の第２電極と
を少なくとも備えることを特徴とする圧電薄膜素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板の上に音響多層膜を介して設けられた圧電薄膜を備え、この圧電薄膜の上に複数の電極を備えた圧電薄膜素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、特定周波数の信号を通過しまた遮断する周波数フィルタとして、モノリシック型の水晶フィルタ（ＭＦＣ）がある。ＭＣＦは，小型で低損失に加えて耐衝撃性などの優れた特性を備え、携帯電話などの無線携帯機器に広く用いられている。ＭＦＣは、例えばＡＴカットされた水晶板の一方の面に所定の間隔を開けて配置された２つの入出力電極を備え、他方の面に１つの共通電極を備える。このようなＭＦＣによれば、２つの入出力電極と共通電極と間で発生させた振動エネルギーを結合することにより、フィルタ特性を得ている。
【０００３】
また、２つの入出力電極の間に中央電極を設けて３電極対とし、減衰傾度を高くして伝送特性を良好にしたＭＦＣが提案されている（特許文献１参照）。一方、水晶ＡＴカット板の上に所定の間隔を開けて四方に配置された４つの入出力電極を備え、対となる入出力電極を切り換えることで、厚みねじれ振動によるモードと厚みすべり振動によるモードとを切り換えて用い、１つのＭＣＦにより広帯域及び狭帯域の両帯域を可能としたＭＦＣも提案されている（特許文献２参照）。このＭＦＣでは、結晶に異方性を示す水晶素板を利用し、４つの入出力電極を等間隔に配置することで、上述した２つの状態の動作を可能としている。
【０００４】
なお、出願人は、本明細書に記載した先行技術文献情報で特定される先行技術文献以外には、本発明に関連する先行技術文献を出願時までに発見するには至らなかった。
【特許文献１】特開平９−３２６６６６号公報
【特許文献２】特開平１１−２４３３２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、ＭＦＣにおいて、同一のモードにおける特性の改善や減衰極を設けるなどのために、波動の伝搬方向に複数の電極を配置するようにしている。このため、電極数が多くなるほど圧電板の一辺が長くなり、加工が困難になるという問題がある。これを解消するために、３つの入出力電極を波動の伝搬方向から横にずらして対向部を少なくして結合度を下げる構成や、４つの入出力電極を２次元的に配置し、隣接していない電極間に弾性的結合を持たせて減衰極を作る構成が提案されている。
【０００６】
しかしながら、面内異方性を持つ水晶板では、複数の電極を２次元的に配置して上述したような特性を得ることが容易ではない。また、水晶板を用いた場合、複数の電極を２次元的に配置する構成では、所望とする減衰極を得ることができない場合もある。
【０００７】
本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、圧電材料の同一のモードを用いた周波数フィルタにおいて、複数の電極を２次元的に配置して所望とする特性が容易に得られるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る圧電薄膜素子は、音響インピーダンスの異なる複数の薄膜が交互に積層された音響多層膜と、この音響多層膜の上に形成された第１電極と、この第１電極の上に形成された圧電材料の配向膜から構成された圧電薄膜と、この圧電薄膜の上に形成されて２次元配置された複数の第２電極とを少なくとも備えるようにしたものである。
従って、複数の第２電極は、面内異方性のない圧電薄膜の上に配置される。
【発明の効果】
【０００９】
以上説明したように、本発明によれば、圧電材料の配向膜から構成された圧電薄膜の上に複数の第２電極が２次元配置されているようにしたので、圧電材料の同一のモードを用いた周波数フィルタにおいて、複数の電極を２次元的に配置して所望とする特性が容易に得られるようになるという優れた効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。図１は、本発明の実施の形態における圧電薄膜素子の概略的な構成例を示す模式的な斜視図である。図１に示す圧電薄膜素子は、単結晶シリコンなどから構成された基板１０１の上に、音響多層膜１０２を備え、音響多層膜１０２の上には、共通電極（第１電極）１０３、ＺｎＯからなる圧電薄膜１０４が積層され、圧電薄膜１０４の上面には、２次元的に配置された４つの入出力電極（第２電極）１０５を備える。圧電薄膜１０４は、例えばｃ軸に配向されたＺｎＯの配向膜である。また、共通電極１０３及び入出力電極１０５は、例えば、膜厚５ｎｍ程度のＣｒ膜又はＴｉ膜と膜厚３０ｎｍ程度のＡｕ膜とから構成されたものである。
【００１１】
音響多層膜１０２は、図２の断面図に例示するように、Ａｌ2Ｏ3層（高音響インピーダンス層）１２１とＳｉＯ2層（低音響インピーダンス層）１２２とが交互に積層されて最上層がＳｉＯ2層１２３とされ、Ａｌ2Ｏ3層１２１とＳｉＯ2層１２２との組が、例えば、８以上積層されている。これらは、例えば真空蒸着法，スパッタ法，及びＣＶＤ法などにより形成できる。なお、基板１０１の上において、音響多層膜１０２の最下層は、ＳｉＯ2層１２２であってもよい。音響多層膜１０２は、音響インピーダンスが異なる複数の層が交互に積層され、最上層が音響インピーダンスのより低い層とされていればよい。
【００１２】
ここで、単独の状態とした圧電薄膜１０４の共振周波数をＦ0とすると、圧電薄膜１０４の膜厚は、周波数Ｆ0の音波が単独の圧電薄膜１０４を伝搬するときの波長λの半分とするとよい。
【００１３】
ところで、上記の膜厚は、一般に、「圧電薄膜１０４の膜厚は、λ／２の厚さを有する」と表現される。以降では、各層の膜厚について、「λ」を用いた記載とする。例えば、「ＳｉＯ2層１２２の膜厚は、λ／４である」とは、ＳｉＯ2層１２２の膜厚は、周波数Ｆ0の音波が単独のＳｉＯ2層１２２を伝搬するときの波長λの１／４であることを示している。従って、「λ」の値は、各層において異なるものとなる。
【００１４】
ここで、圧電薄膜１０４の膜厚を、例えば７００ｎｍ程度に形成すれば、図１の圧電薄膜素子の共振周波数は３ＧＨｚ程度となる。ただし、図１、２に示す圧電薄膜素子の場合、共振周波数は、圧電薄膜１０４の厚さだけではなく、共通電極１０３，入出力電極１０５にも影響され、圧電薄膜１０４の厚さより算出される理論値からずれるものである。共通電極１０３，入出力電極１０５による影響が大きい場合は、例えば圧電薄膜１０４の厚さを、適宜変更すればよい。
【００１５】
音響多層膜１０２において、Ａｌ2Ｏ3層１２１は高音響インピーダンス層として機能し、ＳｉＯ2層１２２は、低音響インピーダンス層として機能する。これらは、相対的なものである。音響多層膜１０２を構成するＡｌ2Ｏ3層１２１，ＳｉＯ2層１２２の膜厚は、各々λ／４の厚さとすれば良く、例えば、Ａｌ2Ｏ3層１２１は０．４１μｍ，ＳｉＯ2層１２２は０．４６μｍ程度とすればよい。
【００１６】
以上に説明したように構成された図１に示す圧電薄膜素子によれば、配向膜である面内異方性を持たない圧電薄膜１０４の上面に、複数の入出力電極１０５を配置するようにしたので、入出力電極１０５を２次元的に配置して所望とする特性が容易に得られるようになる。なお、全ての入出力電極１０５に対して共通に１つの共通電極１０３を設けるようにする必要はなく、共通電極１０３を複数に分割するようにしてもよい。
【００１７】
また、図１に示す圧電薄膜素子では、音響多層膜１０２により、圧電薄膜１０４と基板１０１とが音響的にアイソレートされることになり、Ｑ値の高い共振を得ることができるようになる。また、圧電薄膜１０４が、音響多層膜１０２により、全面で保持されるため、安定した動作が可能となる。音響多層膜１０２の層数の増加に伴い、圧電薄膜１０４から基板１０１の方向を見た負荷インピーダンスが小さくなる。従って、音響多層膜１０２を、例えば８層以上の多層とすることで、圧電薄膜１０４を両面自由な状態に近づけることが可能となり、Ｑ値の高い共振を実現することが可能となる。
【００１８】
なお、上述では、圧電薄膜として酸化亜鉛を用いたが、これに限る物ではない。例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ），ＰＺＴ（ＰｂＺｒＯ3−ＰｂＴｉＯ3の固溶体），ニオブ酸カリウム（ＫＮｂＯ3）などの金属酸化物からなる配向膜を圧電薄膜として用いるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施の形態における圧電薄膜素子の概略的な構成例を示す模式的な斜視図である。
【図２】音響多層膜１０２の構成例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００２０】
１０１…基板、１０２…音響多層膜、１０３…共通電極、１０４…圧電薄膜、１０５…入出力電極。
【図１】
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【図２】
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