(57)【要約】      （修正有）【課題】音響共振器の横モードを抑制又は阻止及び軽減するように設計された補助的な構造を提供する。【解決手段】ソリッドマウント共振器（SMR）デバイス（音響共振器１００Ｂ）は、積層された音響反射層の対を有する音響反射器（分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）１６０）を備える。音響反射器上に配置された下部電極１１５と、下部電極上に配置された圧電層１２５と、圧電層上に配置された上部電極１３５を備える。カラー１４０が、上部電極と圧電層と下部電極とのオーバーラップ部分によって画定された主活性領域１５２の外部に形成され、少なくとも１つのフレーム１４５が、主活性領域内に配置されている。カラーは、主活性領域の境界にほぼ位置合わせされているかもしくは主活性領域とオーバーラップする内側エッジを有する。少なくとも１つのフレームは、主活性領域の境界にほぼ位置合わせされた外側エッジを有している。【選択図】図１Ｂ
2015154492.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に配置された音響反射器と、
下部電極と、
圧電層と、
上部電極と、
カラーと、
少なくとも１つのフレーム
を備えるソリッドマウント共振器（SMR）デバイスであって、
前記音響反射器は、複数の積層された音響反射層対から構成され、音響反射層対の各々は、低音響インピーダンス材料から形成された低音響インピーダンス層を備え、該低音響インピーダンス層は、高音響インピーダンス材料から形成された高音響インピーダンス層上に積層されており、
前記下部電極は、前記音響反射器の一番上の音響反射層対を構成する低音響インピーダンス層上に配置され、
前記圧電層は、前記下部電極上に配置され、
前記上部電極は、前記圧電層上に配置され、
前記カラーは、前記上部電極と前記圧電層と前記下部電極との重なり部分によって画定された主活性領域の外部に形成され、該カラーは、内側エッジを有し、該内側エッジは、該主活性領域の境界に実質的に位置合わせされているか、または、該主活性領域とオーバーラップしており、
前記少なくとも１つのフレームは、前記主活性領域内に配置されて、該主活性領域の境界に実質的に位置合わせされた外側エッジを有することからなる、SMRデバイス。
【請求項２】
前記低音響インピーダンス材料は、ホウケイ酸ガラス（BSG）またはテトラエトキシシラン（TEOS）を含む、請求項１のSMRデバイス。
【請求項３】
前記カラーは、前記主活性領域のカットオフ周波数と実質的に同じカットオフ周波数を有するカラー領域を画定する、請求項１のSMRデバイス。
【請求項４】
前記カラーは、前記上部電極、及び、該上部電極に隣接する平坦化層の上面に形成される、請求項３のSMRデバイス。
【請求項５】
前記カラーは、前記下部電極と前記圧電層の間に形成される、請求項３のSMRデバイス。
【請求項６】
前記カラーは、電気的に接地されたカラーである、請求項３のSMRデバイス。
【請求項７】
前記カラーは、電気的に浮いたカラーである、請求項３のSMRデバイス。
【請求項８】
前記少なくとも１つのフレームは、前記上部電極の下側部分に配置されたフレームを含む、請求項１のSMRデバイス。
【請求項９】
前記上部電極の下側部分に配置された前記フレームは、アドオンフレームから構成される、請求項８のSMRデバイス。
【請求項１０】
前記上部電極の下側部分に配置された前記フレームは、複合フレームから構成される、請求項８のSMRデバイス。
【請求項１１】
前記少なくとも１つのフレームは、前記下部電極の上側部分と下側部分の一方に配置された別のフレームを含む、請求項８のSMRデバイス。
【請求項１２】
前記少なくとも１つのフレームは、前記下部電極の下側部分に配置されたフレームを含む、請求項１のSMRデバイス。
【請求項１３】
前記カラーは、ホウケイ酸ガラス、二酸化ケイ素、カーボンドープ酸化シリコン、炭化ケイ素、窒化ケイ素、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化亜鉛、チタン酸ジルコン酸鉛、ダイヤモンド、ダイヤモンドライクカーボン、タングステン、モリブデン、またはイリジウムから構成される、請求項１のSMRデバイス。
【請求項１４】
前記少なくとも１つのフレームは、銅、モリブデン、アルミニウム、タングステン、イリジウム、ホウケイ酸ガラス、カーボンドープ酸化シリコン、炭化ケイ素、窒化ケイ素、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化亜鉛、チタン酸ジルコン酸鉛、ダイヤモンド、またはダイヤモンドライクカーボンから構成される、請求項１のSMRデバイス。
【請求項１５】
前記圧電層は、少なくとも１つの希土類元素がドープされている、請求項１のSMRデバイス。
【請求項１６】
前記複数の積層された音響反射層対のうちの少なくとも１つの音響反射層対の低音響インピーダンス材料は、前記圧電層、前記下部電極、及び前記上部電極の負の温度係数の少なくとも一部を相殺するための正の温度係数を有する温度補償材料から構成される、請求項１のSMRデバイス。
【請求項１７】
基板と、
前記基板の上面に配置された分布ブラッグ反射器（DBR）と、
前記DBRの上面に取り付けられた音響スタックと、
カラー
を備えるソリッドマウント共振器（SMR）デバイスであって、
前記DBRは、複数の音響反射層対を備え、
前記音響スタックは、下部電極層と上部電極層の間に挟まれた圧電層を備え、かつ、前記下部電極と前記圧電層と前記上部電極との重なり部分によって画定された主活性領域を有し、
前記カラーは、前記主活性領域の外部に配置され、前記カラーは、前記主活性領域のカットオフ周波数と実質的に同じカットオフ周波数を有するカラー領域を画定することからなる、SMRデバイス。
【請求項１８】
前記カラーは、前記下部電極及び前記下部電極に隣接する第１の平坦化層の上面と、前記上部電極及び該上部電極に隣接する第２の平坦化層の上面との一方に形成される、請求項１７のSMRデバイス。
【請求項１９】
基板と、
前記基板の上面に配置された分布ブラッグ反射器（DBR）と、
前記DBRの上面に取り付けられた音響スタックと、
複合フレーム
を備えるソリッドマウント共振器（SMR）デバイスであって、
前記DBRは、複数の音響反射層対を備え、
前記音響スタックは、下部電極層と上部電極層の間に挟まれた圧電層を備え、かつ、前記下部電極と前記圧電層と前記上部電極との重なり部分によって画定された主活性領域を有し、
前記複合フレームは、前記主活性領域の内部に配置され、該フレームの外側エッジは、前記主活性領域の境界に実質的に位置合わせされていることからなる、SMRデバイス。
【請求項２０】
前記複合フレームは、前記下部電極層と前記上部電極層の少なくとも一方の電極層内にある、請求項１９のSMRデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本願は、2013年7月31日に提出された、所有者が本願と同じである、「Acoustic Resonator Comprising Collar,Frame and Perimeter Distributed Bragg Reflector」と題する米国特許出願第13/955,774 号の37CFR 1.53(b)に基づく一部継続出願であり、該米国特許出願は、2013年2月28日に提出された、所有者が本願と同じである、「Acoustic Resonator Having Collar and Frame」と題する米国特許出願第13/781,491号の一部継続出願であり、後者の米国特許出願は、2012年10月29日に提出された、所有者が本願と同じである、「Acoustic Resonator Having Collar Structure」と題する米国特許出願第13/663,449号の一部継続出願である。これらの米国特許出願の全内容は参照により本明細書に組み込まれるものとする。米国特許出願第13/955,774号はまた、2011年8月12日に提出された、所有者が本願と同じである、「Stacked Bulk Acoustic Resonator Comprising aBridge and an Acoustic Reflector along a Perimeter of the Resonator」と題する米国特許出願第13/208,883 号（米国特許出願公報第2012/0218059号として公開されている）の37 CFR 1.53(b)に基づく一部継続出願であり、後者の米国特許出願は、2011年3月29日に提出された所有者が本願と同じである、「Stacked Acoustic Resonator Comprising Bridge」と題する米国特許出願第13/074,262号（米国特許出願公報第2012/0218055号として公開されている）の一部継続出願である。これらの米国特許出願の全内容も参照により本明細書に組み込まれるものとする。
【背景技術】
【０００２】
種々の電子工学的用途において信号処理機能を実施するために、音響共振器を使用することができる。たとえば、いくつかの携帯電話や他の通信装置は、信号を送信及び／または受信するための周波数フィルターを実施するために音響共振器を使用する。たとえば、圧電薄膜共振器（FBAR）などのバルク（弾性）波（BAW）共振器、結合共振器フィルタ(coupled resonator filter：CRF)、積層型圧電薄膜共振器（stacked bulk acoustic resonator：SBAR。積層型バルク音響共振器ともいう）、二重バルク音響共振器（double bulkacoustic resonator：ＤＢＡＲ）、ソリッドマウント共振器（solid mounted resonator：SMR）といったいくつかの異なるタイプの音響共振器を異なるそれぞれの用途に応じて使用することができる。たとえば、FBARは、キャビティの上の第１（下部）電極と第２（上部）電極の間に圧電層を含んでいるが、一方、SMRは、音響反射器に取り付けられた第１（下部）電極と第２（上部）電極の間に圧電層を含んでいる。BAW共振器を、携帯電話、個人用携帯型情報機器（PDA）、電子ゲーム機、ラップトップコンピューター、その他の携帯型通信装置などの種々の電子工学的用途において使用することができる。たとえば、FBAR及びSMRを、高周波数フィルター及びデュプレクサに使用することができる。
【０００３】
音響反射器は典型的には、音響スタック（acoustic stack）と呼ばれる構造をなすように２つのプレート電極間に挟まれた圧電材料の層を有している。それらの電極間に入力電気信号が印加されると、逆圧電効果によって、圧電材料の極性（分極）に応じて音響スタックが機械的に伸びたり縮んだりする。入力電気信号は時間と共に変化するので、音響スタックの伸縮によって発生する音波（または音響波）は、音響共振器を通ってさまざまな方向に伝搬して、圧電効果によって出力電気信号に変換される。音波のいくつかは、音響スタックの両端間で共振を起こし、その場合の共振周波数は、音響スタックの材料、寸法、及び動作条件などの要因によって決まる。音響共振器の上記及び他の機械的特性によってその周波数応答が決まる。
【０００４】
一般に、音響共振器は、異なるタイプの共振すなわち共振モードを被りうる異なる横方向領域（側方領域）を含んでいる。かなりおおまかに言えば、それらの横方向領域を、主活性領域及び周辺領域として特徴付けることができ、その場合、主活性領域は、おおざっぱには、２つのプレート電極と圧電材料の間のオーバーラップ部分（重なり部分）によって画定され、周辺領域は、主活性領域の外部の領域として画定される。FBARでは、特に２つの周辺領域が、FBARにおける主活性領域のエッジ（縁部）とエアキャビティ（空洞部）のエッジとの間、及び、少なくとも一方のプレート電極及び圧電材料と基板とのオーバーラップ部分と主活性領域のエッジとの間に配置された領域として画定される。SMRでは、特に、一方の周辺領域が、少なくとも一方のプレート電極と圧電材料とのオーバーラップ部分であるが、他方のプレート電極とはオーバーラップしない部分として画定される。主活性領域は、２つのプレート電極の間の電界によって生成される電気的に励起されたモード（電気的励起モード）を被り、主活性領域と周辺領域のいずれも、電気的励起モードにおけるエネルギーの散乱によって生成されるいくつかの微分モード（derivative mode）を被る。電気的励起モードには、たとえば、主活性領域のエッジに境界を有する縦方向の音波により形成されたピストンモードが含まれる。微分モードには、たとえば、主活性領域と周辺領域のエッジにおいて励起された横方向の音波により形成された横モードが含まれる。
【０００５】
横モードは、電気的に駆動される主活性領域と本質的に駆動されない周辺領域との間の適切な機械的粒子速度および応力の連続性を容易にする。横モードは、励起のポイントから自由に伝播し（いわゆる伝播モード）もしくは指数関数的に減衰する（いわゆるエバネセント及び複素（または複雑）モード）ことができる。横モードは、横方向の構造的不連続部（例えば、主活性域における厚さが異なる領域間の境界面、または上部電極もしくは下部電極のエッジ）により、または電界の不連続部（たとえば、電界が突然に終了する上部電極のエッジ）により励起されうる。横モードは一般に、音響共振器の性能に有害な影響を及ぼす。したがって、音響共振器の中には、横モードを抑制し、または、阻止し、または軽減するように設計された補助的な構造的特徴を含むものもある。
【０００６】
これらの補助的な構造的特徴の従来の実施例は、いくつかの潜在的な欠点を有する。たとえば、それらの特徴の特定の設計に依存して、それらは、それらの利益を上回る可能性があるピストンモードの追加の散乱発生源になりうる。更に、それらは、比較的柔軟な平坦化層のような、音響スタックの音響エネルギーを有害に再分配する可能性があるいくつかの追加の材料の存在を必要とする可能性がある。また、設計によっては、コストは大幅に高くなるが、性能はさほど改善しない場合もある。さらに、補助的な構造的特徴の形成によって、構造的安定性が低下し、または上に重なる層の形成が妨害される可能性がある。
【０００７】
さらに、従来のFBAR及びSMRは、電気的に励起されたピストンモードの強い閉じ込め（strong confinement）に依存している。強い閉じ込めは、上部電極及び下部電極のエッジ、並びに、エアブリッジや従来の外部フレームなどの補助的な構造的特徴によってもたらされる。強い閉じ込めの明白な欠点は、それが、上部電極のエッジにおける機械的な動きを生ずるための電気的な強い励起を妨げることであるが、強い閉じ込めはまた、望ましいピストンモードから望ましくない全体構造の伸張（引張り）、せん断、曲げ、及び膨張モードに移行するようにエネルギーを散乱することにつながる重大な音響不連続（acoustic discontinuity）をもたらす。したがって、従来の音響共振器の構造におけるこれらの及び他の欠点に鑑みて、改善された音響共振器の設計が一般的に必要とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許出願公開第2012/0218059号明細書
【図面の簡単な説明】
【０００９】
以下の詳細な説明を添付の図面と併せて読むことによって、例示的な実施形態を最良に理解することができる。様々な特徴部ないし構造は必ずしも一律の縮尺で描かれているわけではないことを強調しておく。実際に、説明をわかりやすくするために、寸法は適宜拡大または縮小されている場合がある。適用可能で実用性がある場合には、同じ参照番号は同じ要素を示す。
【図１Ａ】代表的な１実施形態による音響共振器の上面図である。
【図１Ｂ】代表的な１実施形態による音響共振器の断面図である。
【図１Ｃ】別の代表的な実施形態による音響共振器の断面図である。
【図１Ｄ】別の代表的な実施形態による音響共振器の断面図である。
【図１Ｅ】別の代表的な実施形態による音響共振器の断面図である。
【図１Ｆ】別の代表的な実施形態による音響共振器の断面図である。
【図２Ａ】別の代表的な実施形態による音響共振器の断面図である。
【図２Ｂ】別の代表的な実施形態による音響共振器の断面図である。
【図２Ｃ】別の代表的な実施形態による音響共振器の断面図である。
【図２Ｄ】別の代表的な実施形態による音響共振器の断面図である。
【図３Ａ】別の代表的な実施形態によるフレームを除いた音響共振器の断面図である。
【図３Ｂ】別の代表的な実施形態によるフレームを除いた音響共振器の断面図である。
【図３Ｃ】別の代表的な実施形態によるカラーを除いた音響共振器の断面図である。
【図３Ｄ】別の代表的な実施形態によるカラーを除いた音響共振器の断面図である。
【図４】代表的な実施形態による、フレームもしくはカラーを備えていない音響共振器と比較した、フレーム及び／またはカラーの存在並びにフレーム幅の関数として並列抵抗Rpを示すグラフである。
【図５】代表的な実施形態による、図３Ａの音響共振器の（電気的に）浮いたカラーの厚み及び接地されたカラーの厚みの関数として並列抵抗Rpを示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下の詳細な説明では、本教示の完全な理解を提供するために、限定ではなく説明のために、特定の細部を開示する例示的な実施形態が説明される。しかしながら、本開示を利用できる当業者には明らかなように、本明細書に開示されている特定の細部から逸脱した本教示による他の実施形態も、依然として添付の特許請求の範囲内にある。さらに、例示的な実施形態の説明が不明瞭にならないようにするために、周知の装置および方法に関する説明は省いている場合がある。明らかであるが、そのような方法及び装置も本教示の範囲内にある。
【００１１】
本明細書で使用されている用語は、特定の実施形態だけを説明するためのものであり、限定することは意図されていない。定義されている用語は、関連する文脈において一般に理解されて許容されている該用語の技術的意味、科学的意味、または通常の意味も含んでいる。
【００１２】
「１つの」、「前記」もしくは「該」という用語は、文脈上明らかである場合を除いて、単一の対象及び複数の対象の両方を含む。したがって、たとえば、「１つのデバイス」は、１つのデバイス及び複数のデバイスを含む。「実質的な」または「実質的に」という用語は、許容可能な限界内においてもしくは程度内においてを意味する（「実質的に」を「ほぼ」に言い換えることができる）。「約」という用語は、当業者にとって許容可能な限界内または量内にあることを意味する。「上」、「下」、「上部」、「下部」、「上側」、及び「下側」などの相対的な用語は、添付の図面に示されているような様々な要素の相互の関係を説明するために使用されている場合がある。これらの相対的な用語は、図面に示された向きに加えて、デバイス及び／又は要素の異なる向きを含むことが意図されている。たとえば、デバイスが図面の表示に対して反転された場合には、たとえば、（反転される前は）別の要素の「上」にあるものとして記述されていた要素は、今やその要素の「下」にあることになる。第１のデバイスが第２のデバイスに接続されるもしくは結合されると記述されている場合には、これは、１つまたは複数の介在デバイスを利用してそれら２つのデバイスを互いに接続することができる例を含んでいる。これとは対照的に、第１のデバイスが第２のデバイスに直接的に接続されるもしくは直接的に結合されると記述されている場合には、これは、電気コネクタ（例えば、ワイヤやボンディング材料など）以外の任意の介在デバイスなしにそれら２つのデバイスが互いに接続される例を含んでいる。
【００１３】
本教示は一般に、圧電薄膜共振器（FBAR）またはソリッドマウント共振器（SMR）などの音響共振器に関するが、便宜上、FBARに関して説明する。材料および製造方法を含む音響共振器の特定の細部は、本願と所有者が共通である次の米国特許及び米国特許出願のうちの１以上に記載されている。
・Lakinに対する米国特許第６，１０７，７２１号、
・Ruby他に対する米国特許第５，５８７，６２０号、米国特許第５，８７３，１５３号、米国特許第６，５０７，９８３号、米国特許第６，３８４，６９７号、米国特許第７，２７５，２９２号、及び米国特許第７，６２９，８６５号、
・Feng他に対する米国特許第７，２８０，００７号、
・Jamneala他に対する米国特許出願公開第２００７／０２０５８５０号、
・Ruby他に対する米国特許第７，３８８，４５４号、
・Choy他に対する米国特許出願公開第２０１０／０３２７６９７号、
・Choy他に対する米国特許出願公開第２０１０／０３２７９９４号、
・Nikkel他に対する米国特許出願第１３／６５８，０２４号、
・Burak他に対する米国特許出願第１３／６６３，４４９号、
・Burak他に対する米国特許出願第１３／６６０，９４１号、
・Burak他に対する米国特許出願第１３／６５４，７１８号、
・Ruby他に対する米国特許出願公開第２００８／０２５８８４２号、
・Kaitila他に対する米国特許第６，５４８，９４３号。
これらの特許および特許出願の全内容は、参照により本明細書に具体的に組み込まれるものとする。これらの特許および特許出願に記載されている構成要素、材料、及び製造方法は、代表的なものであって、当業者が理解する範囲内にある他の製造方法および材料も考慮されていることを強調しておく。
【００１４】
後述するいくつかの代表的な実施形態では、音響共振器は、上部電極と下部電極との間に配置された圧電層、及び、基板に配置された分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）などの音響反射器を備える。音響反射器は、１以上の積層された（すなわち層状に積み重ねられた）音響反射層の対（以下、音響反射層の対を音響反射層対という）を備えており、音響反射層対の各々は、高音響インピーダンス材料で形成された高音響インピーダンス層と、この層上に積層された、低音響インピーダンス材料で形成された低音響インピーダンス層を含む。下部電極は、該音響反射器の一番上の音響インピーダンス層の対を構成する低音響インピーダンス層上に配置されている。圧電層は下部電極上に配置され、上部電極は圧電層上に配置される。一般に、ＤＢＲは、上部電極の接続エッジを基板から音響的に分離することによって、いわゆる「デッド（dead）FBAR」領域を実質的に除去する。これは、一般にＦＢＡＲに対するSMRの利点である。他の点では、FBARデバイスの「dead-FBAR」領域では、音響反射器の音響振動は、下部電極と下にある基板との間の垂直境界、及び、エアキャビティと下にある基板との間の水平境界（もしくは側面境界）における電気的に励起された運きの機械的な散乱によって、及び、FBARの音響スタックが基板とオーバーラップする領域におけるトランスデューサー効果によって、減衰されうる。
【００１５】
音響共振器はさらに、主活性領域の外部に配置されたカラー（collar：つば状部）、及び／または、主活性領域内に配置されたフレームを含むことができる。主活性領域は、上部電極と圧電層と下部電極の間のオーバーラップ部分（重なり部分）によって画定される。カラーを、主活性領域の境界の外部の誘電材料によって形成して、たとえば、該境界から生じるエバネセントモードのなだらかな減衰を可能にして、主活性領域への機械的な動きの閉じ込めを改善することができる。カラーは典型的には、主活性領域の境界に実質的に位置合わせ（ないし整列）された、または、主活性域に多少部分的に重なる内側エッジを有する。したがって、カラーは一般に、主活性領域のエバネセント厚み伸張（eTE1：evanescent thickness extensional。エバネセント厚み縦振動ともいう）モード及びピストンモードを、カラー領域のエバネセント厚み伸張モードに結合する。フレームを、主活性領域の境界内に導電材料または誘電体材料によって形成して、たとえば、上部電極のエッジにおいて電気的に励起されたピストンモードの散乱を最小限にし、かつ、主活性領域への機械的な動きの閉じ込めを改善することができる。フレームは典型的には、主活性領域の境界と実質的に位置合わせ（または整列）された外側エッジを有する。したがって、フレームは一般に、伝搬モードの励起を抑制する。
【００１６】
カラーを、有限幅の比較的厚い誘電体領域から形成することができ、及び、上部電極の上、又は下部電極と圧電層との間などの様々な選択可能な位置に配置することができる。また、カラーを、複数の層に分割して、上記の位置の２つ以上の位置に形成することができる。また、カラーを、音響共振器の他の特徴部の内部（たとえば圧電層の内部）に形成することができる。カラーの上および下の音響共振器の領域をカラー領域と呼ぶ。
【００１７】
カラーは典型的には、カラー領域におけるカットオフ周波数が主活性領域におけるカットオフ周波数と実質的に同じであり、かつ、その主な非伝播モード（たとえばエバネセントモード）が主活性領域におけるピストンモードと実質的に同じモード分布を有するように設計される。これは、ピストンモードにおける音響エネルギーがカラー領域において望ましくない伝播モードに変換されること、並びに、主活性領域において伝播モードおよびエバネセントモードに変換されることを防止する。カラー領域において伝播モードが励起されると、一般に、音響共振器の外部の領域への音響放射に起因するエネルギー損失が生じうる。同様に、主活性領域の内部において伝播モードおよびエバネセントモードが励起されると、一般に、横方向の電圧勾配を生じる可能性があり、これによって、横方向の電流、並びにジュール加熱に起因したエネルギー損失が生じうる、したがって、カラーは、主活性領域の内部および外部における望ましくないスプリアス横モードの励起を抑制しつつ、主活性領域内へのピストンモードの閉じ込めを改善することができる。この結果、全体的な音響散乱損失が低減し、音響共振器の並列抵抗Rp及び品質係数（Ｑファクタ）を向上させることができる。
【００１８】
カラーが存在しない場合には、電気的に励起されたピストンモードに関して上部電極のエッジにおいて音響インピーダンスの大きな不連続性が存在しうる。電界も上部電極のエッジで終了するので、そのエッジによって、主活性領域の内部及び外部の両方の構造によってサポートされる、エバネセントモード、伝播モードおよび複素モード（または複雑モード。以下同じ）の機械的および電気的な励起が生じる。エバネセントモード及び複素モードは指数関数的に減衰するので、幅（または面積）が十分に広いカラー構造によってそれらのモードは抑制されることになる。さらに、伝播モードを、適切な幅のカラー構造を形成することによって抑制することができる。さらに、上部電極の上（または下）に伸びるカラー構造は、一体化されたフレームとして作用することができ、それゆえ、該カラー構造は、電気的に励起されたピストンモードの振幅を上部電極のエッジの前で最小化し、及び、追加の音響インピーダンス不連続を提供して伝搬モードを抑制することができる。したがって、適切に設計されたカラーの存在下で、上部電極エッジにおけるピストンモードエネルギーの大部分は、カラー領域におけるエバネセントモードに結合することができ、次いで、幅（または面積）が十分に広いカラー構造の内部において指数関数的に減衰して効果的に抑制されうる。カラーが基板とオーバーラップしている（少なくとも部分的に重複している）ときには、音響反射器もまた、カラーによってサポートされるエバネセントモード及び複素モードが基板に結合するのを阻止する。
【００１９】
フレームを、上部電極及び／または下部電極に、材料の層−通常は導電材料（ただし誘電材料でもよい）の層−を追加することによって形成することができる。フレームを、たとえば、複合フレームまたはアドオンフレーム（add-on frame）とすることができる。複合フレームは、たとえばアルミニウム（Al）及びモリブデン（Mo）から形成された、一体化された横方向構造を有し、上部電極または下部電極内に材料を埋め込むことによって形成され、この場合、典型的には、その露出した上面または下面は、上部電極または下部電極の上面または下面と同一平面上にある。アドオンフレームは、主活性領域の周辺部に沿って下部電極または上部電極を形成する層の上または下に材料を堆積することにより形成される。複合フレームの使用は、平面上に層を付加することに関して音響共振器の製造を単純化することができる。たとえば、それは、上に重なる層における露出部分の形成を防止することができ、これによって、音響共振器の構造的安定性を保持することができる。フレームの上および下の音響共振器の領域をまとめてフレーム領域と呼ぶこととする。
【００２０】
フレームは一般に、電気的に励起されたピストンモードをフレーム領域において抑制し、及び、フレームは、伝播固有モードを横方向に反射し、あるいは、該モードを共振的に抑制し、この場合、これらの両方の効果によって、音響共振器の動作が同時に改善される。これは、フレームの存在が一般に、カットオフ周波数の不整合と、フレーム領域と主活性領域の他の部分との間の音響インピーダンスの不整合との少なくとも一方を生じるからである。主活性領域と比べてフレーム領域におけるカットオフ周波数を低くするフレームを、低速フレーム（Low Velocity Frame：LVF）と呼び、主活性領域に比べてフレーム領域におけるカットオフ周波数を高くするフレームを高速フレーム（High Velocity Frame：HVF）と呼ぶことにする。この呼称の背後にある論拠は、複合フレーム（該フレームの厚さと主活性領域の厚さが実質的に同じ場合）について、カットオフ周波数の増加または低下が、それぞれ、フレームを形成する音響スタックの有効音速（または実効音速）の増加または低下と実質的に等価であることにある。
【００２１】
主活性領域の対応する有効音速より低い有効音速を有する複合フレームまたはアドオンフレーム（すなわちLVF）は一般に、主活性領域のカットオフ周波数より上で音響共振器の並列抵抗Rp及びＱファクタを増加させる。逆に、主活性領域の対応する有効音速より高い有効音速を有する複合フレームまたはアドオンフレーム（すなわちHVF）は一般に、主活性領域のカットオフ周波数より下で音響共振器の直列抵抗Rsを減少させ及びＱファクタを増加させる。たとえば、典型的な低速フレームは、主活性領域より大幅に低いカットオフ周波数を有する領域を効果的に提供し、それゆえ、フレーム領域内の上部電極のエッジに向かう電気的に励起されたピストンモードの振幅を最小化する。さらに、それは、伝播固有モードの反射を増大させる２つの境界面（インピーダンス不整合面）を提供する。これらの伝播固有モードは、膜／フレーム境界面において機械的に励起され、上部電極のエッジにおいて機械的および電気的に励起される。フレームの幅が所与の固有モードに対して適切に設計されている場合には、その特定の固有モードの共振的に強化された抑制が得られる。さらに、十分に幅（または面積）が広い低速フレームは、伝播固有モードと類似したメカニズムによって励起されるエバネセントモード及び複素モードのなだらかな減衰のための領域を提供する。上記の効果の組み合わせによって、より良好なエネルギー閉じ込め、及び並列共振周波数Fpにおけるより高いＱファクタが生じる。
【００２２】
カラー及びフレーム並びに関連する材料及び動作特性の様々な追加の例が、上記のBurak他に対する米国特許出願第１３／６６３，４４９号及び第１３／６６０，９４１号に記載されている。尚、それらの米国特許出願の全内容は参照により本明細書に組み込まれるものとする。それらの米国特許出願において説明されているように、カラー及びフレームを、音響スタックの電極及び圧電層などの音響共振器の他の部分に対して様々な代替位置に及び代替構成で配置することができる。さらに、それらの寸法、材料、相対位置などを、目標共振周波数、直列抵抗Rs、並列抵抗Rp、または電気機械結合係数Kt2などの特定の設計目標を達成するために調整することができる。以下の説明では、いくつかの実施形態をSMRデバイスの形態で提示するが、説明されている概念の幾つかを、たとえばFBARなどの他の形態の音響共振器で実施することができる。
【００２３】
図１Ａは、代表的な１実施形態による音響共振器１００Ａの上面図であり、図１Ｂ〜図１Ｆは、異なる実施形態による、線Ａ−Ａ’に沿った音響共振器１００Ａの断面図である。それらの断面図は、音響共振器１００Ａの互いに異なる変形形態に対応しており、それぞれ、音響共振器１００Ｂ〜１００Ｆと呼ばれる。音響共振器１００Ｂ〜１００Ｆは、多くの同じ特徴を有しているので、冗長性を避けるために、それらの特徴について繰り返し説明することはしない。
【００２４】
図１Ａを参照すると、音響共振器１００Ａは、アポダイズされた形状（apodized shape）の電極とすることができる上部電極１３５を備えており（図示の実施形態では、該電極は５つの側部を有している）、該電極は、相互接続部１０２に電気的に接続するように構成された接続用側部１０１を有している。相互接続部１０２は、音響共振器１００Ａの圧電層（図１Ａには示されていない）において所望の音波を励起するために、上部電極１３５に電気信号を提供する。
【００２５】
図１Ｂ〜図１Ｆは、それぞれの実施形態による音響共振器を示す断面図である。図１Ｂ〜図１Ｆに示す例（並びに、後述する図２Ａ〜図４に示す例）では、説明の便宜上、音響共振器はSMRデバイスである。しかしながら、本教示の範囲から逸脱することなく、他のタイプの音響共振器を含めることもできる。図１Ｂ〜図１Ｆに示す音響共振器の各々は、基板の上の音響スタックの下に形成された、分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）などの音響反射器もしくは音響ミラーを含む。音響反射器は、積層した複数の音響反射層対を含み、各々の対は、高音響インピーダンス材料から形成された高音響インピーダンス層に積み重ねられた、低音響インピーダンス材料から形成された低音響インピーダンス層を含む。種々の実施形態において、音響ミラーにおける音響インピーダンス層のうちの１以上の層の低音響インピーダンス層を、温度補償層として作用できるようにする材料から形成することができ、該温度補償層は、たとえば、音響スタックの他の材料の負の温度係数を相殺するように構成された正の温度係数を有する。後述するように、本教示の範囲から逸脱することなく、同様の全体的な構成を、様々な位置にフレーム及び／またはカラーを有する音響共振器に含めることができる。
【００２６】
図１Ｂを参照すると、たとえばSMRとすることができる音響共振器１００Ｂは、基板１０５、及び、該基板１０５の上面に形成された例示的な分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）１６０として示されている音響反射器を備えている。ＤＢＲ１６０は、基板１０５の上に順に積み重ねられた第１の音響反射層対１６１、第２の音響反射層対１６２、及び第３の音響反射層対１６３によって代表的に示されているように、複数の音響反射層対を備えている。第１の音響反射層対１６１は、高音響インピーダンス材料から形成された第１の高音響インピーダンス層１６１ｂ上に積層された、低音響インピーダンス材料から形成された第１の低音響インピーダンス層１６１ａを備えている。第２の音響反射層対１６２は、高音響インピーダンス材料から形成された第２の高音響インピーダンス層１６２ｂ上に積層された、低音響インピーダンス材料から形成された第２の低音響インピーダンス層１６２ａを備えている。第３の音響反射層対１６３は、高音響インピーダンス材料から形成された第３の高音響インピーダンス層１６３ｂ上に積層された、低音響インピーダンス材料から形成された第３の低音響インピーダンス層１６３ａを備えている。
【００２７】
下部（第１）電極１１５は、ＤＢＲ１６０上に配置されており、第１の平坦化層１２０は、ＤＢＲ１６０上に下部電極１１５に隣接して配置されている。圧電層１２５は、下部電極１１５及び第１の平坦化層１２０上に配置されている。上部（第２）電極１３５は、圧電層１２５上に配置されている。下部電極１１５、圧電層１２５、及び上部電極１３５は、共に（ないし全体で）、音響共振器１００Ｂの音響スタックを構成する。第２の平坦化層１３０は、カラー１４０を支持ないし収容するために、圧電層１２５上に上部電極１３５に隣接して配置されている。しかしながら、後述するように、カラーがないか、または、カラーが、音響スタックの他の場所に配置される場合には、第２の平坦化層１３０は不要である。
【００２８】
第１、第２、第３の低音響インピーダンス層１６１ａ、１６２ａ、１６３ａ、並びに、第１、第２、第３の高音響インピーダンス層１６１ｂ、１６２ｂ、１６３ｂのそれぞれを、たとえば、音響共振器１００Ｂの固有共振（固有振動）周波数の４分の１波長に相当（ないし合致）する厚さを有するように形成することができる。一般に、ＤＢＲ１６０によって提供される音響分離（acoustic isolation）の大きさ（ないし程度）は、隣接する音響インピーダンス層の音響インピーダンスの差違、及びＤＢＲ１６０を形成する層の総数に依存し、その差異が大きいほど、及び、層の総数が多いほど、より良好な音響分離が生じる。いくつかの実施形態では、ＤＢＲ１６０は、異なる音響インピーダンスを有する誘電材料の対から形成される。代替の実施形態では、低音響インピーダンス層と高音響インピーダンス層との一方または両方を、異なる音響インピーダンスを有する金属材料から形成することができる。
【００２９】
図示の代表的な実施形態では、ＤＢＲ１６０は、音響インピーダンス層の３つの対、すなわち、第１の音響反射層対１６１、第２の音響反射層対１６２、及び第３の音響反射層対１６３から構成されている。第１の音響反射層対１６１の第１の低音響インピーダンス層１６１ａは、（比較的柔軟な材料とすることができる）比較的低い音響インピーダンスを有する材料から形成される。たとえば、第１の音響インピーダンス層１６１ａを、ホウケイ酸ガラス（boron silicate glass：BSG。ボロンシリケートガラスともいう）、テトラエトキシシラン（tetra-ethyl-ortho-silicate：TEOS。テトラエチルオルソシリケートともいう）、酸化ケイ素（SiOx）、窒化ケイ素（SiNx）（ｘは整数）、カーボンドープ酸化シリコン（carbon-doped silicon oxide：CDO）、化学蒸着法炭化ケイ素（chemical vapor deposition siliconcarbide：CVD SiC）、プラズマ化学気相成長法SiC（plasmaenhanced CVD SiC：PECVD SiC）、ニオブモリブデン（niobium molybdenum：NbMo）、チタン（Ti）、またはアルミニウムから形成することができる。第１の音響反射層対１６１において、第１の低音響インピーダンス層１６１ａと対にされる第１の高音響インピーダンス層１６１ｂは、（比較的硬い材料とすることができる）比較的高い音響インピーダンスを有する材料から形成される。たとえば、第１の高音響インピーダンス層１６１ｂを、タングステン（W）、モリブデン（Mo）、イリジウム（Ir）、酸化ハフニウム（HfO2）、酸化アルミニウム（Al2O3）、ダイヤモンド、またはダイヤモンドライクカーボン（diamond-like carbon：DLC）から形成することができる。同様に、第２及び第３の音響反射層対１６２、１６３のそれぞれの第２及び第３の低音響インピーダンス層１６２ａ、１６３ａは、それぞれ、比較的低い音響インピーダンスを有する材料から形成され、第２及び第３の音響反射層対１６２、１６３において、第２及び第３の低音響インピーダンス層１６２ａ、１６３ａとそれぞれ対にされる第２及び第３の高音響インピーダンス層１６２ｂ、１６３ｂは、それぞれ、比較的高い音響インピーダンスを有する材料から形成される。
【００３０】
もちろん、本教示の範囲から逸脱することなく、たとえば特定の設計目標を達成するために、種々の実施形態において、ＤＢＲ１６０は、他の数の音響反射層対を含むことができる。音響ミラーの様々な製造技術の例が、Larson III他に対する米国特許第７，３５８，８３１号（2008年４月15日）に記載されており、該米国特許の全内容は、参照により本明細書に組み込まれるものとする。また、種々の実施形態において、第１、第２、及び第３の低音響インピーダンス層１６１ａ、１６２ａ、１６３ａは、互いに同じ材料から形成され、第１、第２，及び第３の高音響インピーダンス層１６１ｂ、１６２ｂ、１６３ｂは、互いに同じ材料から形成される。しかしながら、本教示の範囲から逸脱することなく、代替の実施形態において、第１、第２、及び第３の低音響インピーダンス層１６１ａ、１６２ａ、１６３ａのうちの少なくとも１つを（これらの層のうちの）他の層と異なる材料から形成することができ、及び／または、第１、第２、及び第３の高音響インピーダンス層１６１ｂ、１６２ｂ、１６３ｂのうちの少なくとも１つを（これらの層のうちの）他の層と異なる材料から形成することができる。
【００３１】
別の例では、第１、第２、及び第３の低音響インピーダンス層１６１ａ、１６２ａ、１６３ａ（たとえば、奇数番目の音響インピーダンス層）を、カーボンドープ酸化シリコン（CDO）から形成することができ、それぞれと対をなす第１、第２、及び第３の高音響インピーダンス層１６１ｂ、１６２ｂ、１６３ｂ（たとえば、偶数番目の音響インピーダンス層）を、窒化ケイ素（SiNx）（ｘは整数）から形成することができる。材料をこのように対にすることの利点は、たとえば第１のチャンバー（室や容器など）内でシリコンウェーハ上にCDOを堆積し、該ウェーハを第２のチャンバーに移動させ、該第２のチャンバー内で該ウェーハ上に窒化ケイ素を堆積し、該ウェーハを該第１のチャンバー内に戻すなどすることによって、それらの層の対を単一の機械装置内で成長させることができることである。
【００３２】
さらに、上記したように、比較的低い音響インピーダンスを有する、ＤＢＲ１６０の少なくとも１つの音響インピーダンス層（たとえば、第１、第２、及び／または第３の低音響インピーダンス層１６１ａ、１６２ａ、及び／または１６３ａ）を、音響共振器１００Ｂに温度補償を提供する（たとえば正の温度係数を有する）材料（たとえば、BSG、TEOS、SiO2及び／またはNbMo）から形成することができる。温度補償音響インピーダンス層の正の温度係数は、音響スタックにおける（たとえば、圧電層１２５、下部電極１１５、及び上部電極１３５を含む）他の材料の負の温度係数を相殺する。許容可能な線形温度係数とするために、（１以上の）温度補償音響インピーダンス層と（１以上の）非温度補償音響インピーダンス層との相対的な厚さを、結合係数が最大になるように最適化することが必要である。温度補償音響インピーダンス層を設けることは、たとえば、Burak他に対する米国特許出願第１４／０９２，０７７号（２０１３年１１月２７日付け提出）に記載されており、該米国特許出願の全内容は、参照により本明細書に組み込まれるものとする。また、温度補償層の様々な製造技術の例が、Burak他に対する米国特許出願第１３／７６６，９９３号（２０１３年２月１４日付け提出）に記載されており、該米国特許出願の全内容は、参照により本明細書に組み込まれるものとする。
【００３３】
上記したように、ＤＢＲ１６０は、上部電極１３５の接続エッジを基板１０５から音響的に分離することによって、「デッドFBAR」を実質的に除去する。ＤＢＲ１６０はまた、上部電極１３５の外部の領域（該上部電極のエッジと下部電極１１５のエッジの間）のエバネセントモード及び複素モードが、基板１０５に結合するのを阻止するが、これは、エバネセントモード及び複素モードが、上部電極１３５のエッジにある励起エッジから指数関数的に減衰するからである。
【００３４】
図１Ｂは、とりわけ、単一の音響共振器１００Ｂを示している。音響共振器１００Ｂが追加の音響共振器を有する装置（またはデバイス）内、たとえば、５〜１０個の音響共振器を含むフィルター内に含まれる場合には、当業者には明らかなように、ＤＢＲ１６０の第１、第２、及び第３の音響反射層対１６１、１６２、１６３を、他の音響共振器のＤＢＲの音響反射層対から電気的に分離（絶縁）する必要がある。たとえば、溝（トレンチ）もしくは他の分離（ないし絶縁）手段を、ＤＢＲ１６０の周辺部を基板１０５まで下方にエッチング除去して形成することができる。これは、ＤＢＲ１６０が、他の音響共振器から電気的に分離するために（パターン）形成される（音響共振器１００Ｂの外部がエッチング除去される）金属から形成された音響インピーダンス層を含む場合に特に当てはまる。
【００３５】
下部電極１１５を、半導体プロセスに適合する種々の金属などの１以上の導電材料から形成することができ、そのような材料として、たとえば、タングステン（W）、モリブデン（Mo）、イリジウム（Ir）、アルミニウム（Al）、白金（Pt。プラチナ）、ルテニウム（Ru）、ニオビウム（Nb）、ハフニウム（Hf）などがある。種々の構成において、下部電極１１５を、２以上の導電材料（これらのうちの少なくとも２つが互いに異なるかもしくは同じ材料とすることができる）の層から形成することができる。同様に、上部電極１３５を、半導体プロセスに適合する種々の金属などの１以上の導電材料から形成することができ、そのような材料として、たとえば、タングステン（W）、モリブデン（Mo）、イリジウム（Ir）、アルミニウム（Al）、白金（Pt。プラチナ）、ルテニウム（Ru）、ニオビウム（Nb）、ハフニウム（Hf）などがある。上部電極１３５を、２以上の導電材料（これらのうちの少なくとも２つが互いに異なるかもしくは同じ材料とすることができる）の層から形成することができる。また、上部電極１３５を形成する構造及び／または（１以上の）材料を、下部電極１１５を形成する構造及び／または（１以上の）材料と同じかまたは異なるものとすることができる。
【００３６】
基板１０５を、たとえば、シリコン（Si）、ガリウムヒ素（GaAs）、リン化インジウム（InP）、ガラス、サファイア、アルミナなどの半導体プロセスに適合する材料から形成することができる。圧電層１２５を、たとえば、窒化アルミニウム（AlN）、酸化亜鉛（ZnO）、ジルコン酸チタン酸塩（PZT）などの半導体プロセスに適合する任意の圧電材料から形成することができる。
【００３７】
第１の平坦化層１２０を、たとえば、ホウケイ酸ガラス（BSG）から形成することができる。第１の平坦化層１２０は、厳密には音響共振器１００Ｂの機能には必要ではないが、その存在は様々な利益をもたらすことができる。たとえば、第１の平坦化層１２０の存在は、音響共振器１００Ｂの構造的安定性を改善する傾向があり、後続の層の成長の品質を改善することができる。平坦化層の潜在的利益の更なる例は、Burak他に対する米国特許出願公開第２０１３／０１０６５３４号に記載されており、該米国特許出願の全内容は、参照により本明細書に組み込まれるものとする。
【００３８】
再び図１Ｂを参照すると、音響共振器１００Ｂは、第２の平坦化層１３０と上部電極１３５の上に配置されたカラー１４０、及び、上部電極１３５の下側部分に配置されたフレーム１４５をさらに含んでいる。図示していないが、パッシベーション層を上部電極１３５の上部に設けることができ、その場合、該パッシベーション層の厚さは、環境から音響スタックの全ての層を防護する（湿気、腐食、汚染物質、くずなどから保護することを含む）のに十分なものである。
【００３９】
カラー１４０を、主活性領域を実質的に取り囲む、所定の厚さ及び幅の誘電材料から形成することができる。該誘電材料を、たとえば、ホウケイ酸ガラス（BSG）、二酸化ケイ素（SiO2）、カーボンドープ酸化シリコン（CDO）、窒化ケイ素（SiN）、炭化ケイ素（SiC）、窒化アルミニウム（AlN）、酸化亜鉛（ZnO）、酸化アルミニウム（Al2O3）、ダイヤモンド、ダイヤモンドライクカーボン（DLC）、チタン酸ジルコン酸鉛（PZT）などとすることができる。代替的には、カラー１４０を、タングステン（W）、モリブデン（Mo）、またはイリジウム（Ir）などの金属材料から形成することができる。金属を使用することの利点には、比較的高い音響インピーダンスを有し、かつ、厚みが比較的小さい（たとえば数百オングストローム）カラー１４０を得ることができることを含めることができる。また、カラー１４０を、カラー領域におけるスプリアスモードの追加的な抑制を行うためにバイアスすることができる。さらに、数値シミュレーションは、金属製のカラー１４０は、上部電極１３５のエッジにおける位置合わせ要件を緩和することを示唆している。フレーム１４５を、たとえば、銅（Cu）、モリブデン（Mo）、アルミニウム（Al）、タングステン（W）、イリジウム（Ir）、ホウケイ酸ガラス（BSG）、カーボンドープ酸化シリコン（CDO）、炭化ケイ素（SiC）、窒化ケイ素（SiN）、二酸化ケイ素（SiO2）、酸化アルミニウム（Al2O3）、窒化アルミニウム（AlN）、酸化亜鉛（ZnO）、チタン酸ジルコン酸鉛（PZT）、ダイヤモンド、ダイヤモンドライクカーボン（DLC）などの１以上の導電材料または誘電材料から形成することができる。
【００４０】
第２の平坦化層１３０を、たとえばホウケイ酸ガラス（BSG）から形成することができる。とりわけ、第２の平坦化層１３０に高音響インピーダンス材料を使用することは、活性領域（アクティブ領域）における音響スタックを横断する垂直方向のモーダルエネルギー分布（vertical modal energy distribution）により厳密に一致する、カラー１４０の領域における音響スタックを横断する垂直方向のモーダルエネルギー分布を生成する傾向がある。これにより、音響共振器１００Ｂの直列共振周波数Fs近辺の周波数において、活性領域における電気的に励起されたピストンモードの垂直方向のモーダルエネルギー分布と、カラー１４０の領域におけるエバネセント厚み伸張（eTE1）モードの垂直方向のモーダルエネルギー分布とをより厳密に一致させることが可能になる。この場合、eTE1モードは、音響共振器１００Ｂの構造によりサポートされる他の伝播モードに結合することなく、カラー／活性領域境界から離れる方向に指数関数的に減衰することができる。これによって、カラー領域における散乱（分散）損失の全体的な低減をもたらすことができ、かつ、並列抵抗Rp及び品質係数Ｑを大幅に改善することができる。さらに、カラー１４０及びパッシベーション層に音響インピーダンスがより高い材料を使用することも、同様の理由で性能の改善に寄与しうる。
【００４１】
もちろん、本教示の範囲から逸脱することなく、その他の材料を、音響共振器１００Ｂの上記の及びその他の特徴部に組み込むことができる。
【００４２】
両方向矢印１５２は、音響共振器１００Ｂの活性領域を示しており、垂直の点線は、主活性領域１５２の境界を示している。この境界は、上部電極１３５のエッジのうち、上部電極１３５が主活性領域１５２の境界を越えて延在している接続用側部１０１の部分を除いて、上部電極１３５のエッジと一致している。両方向矢印１５４及び１５６は、音響共振器１００Ｂのそれぞれのカラー領域およびフレーム領域を示しており、対応する垂直の点線はそれらの領域の境界を示している。図１Ａのように上から見たときには、それらの上部の領域およびそれらの境界は、アポダイズされた形状を有することができる。図１Ｂに示すように、カラー１４０は、主活性領域１５２の境界に実質的に位置合わせされた内側エッジを有し、フレーム１４５は、主活性領域１５２の該境界に実質的に位置合わせされた外側エッジを有している。
【００４３】
図１Ｂの例では、主活性領域１５２は、下部電極１１５と上部電極１３５と圧電層１２５との間の重なり部分の全範囲を含んでいない。これは、図示されている上部電極１３５の右側が接続エッジであり、音響共振器１００Ｂの動作周波数範囲における特性電気インピーダンスを大きく変えることが意図されていないからである。しかしながら、主活性領域１５２のエッジで下部電極１１５が終了すると、横方向における音響インピーダンスプロファイルの急激な変化に起因する大きな音響エネルギー損失が生じうる。このエネルギー損失は、下部電極１１５を上部電極１３５の接続エッジ１０１の下においてより遠くまで延在させて、その領域にカラー１４０で質量負荷をかける（mass-loading）ことによって防ぐことができる。
【００４４】
（たとえばはしご形フィルタの一部としての）音響共振器１００Ｂの典型的な動作中、入力電気信号を、下部電極１１５の入力端子に印加することができ、上部電極１３５を出力端子に接続することができる。入力電気信号は、主活性領域に振動を生じさせる時間的に変化する電圧を含むことができる。この振動によって、上部電極１３５の出力端子に出力電気信号が生じる。入力端子および出力端子を、図１Ｂに示すように、主活性領域１５２から離れる方向に延在する接続エッジを介して下部電極１１５及び上部電極１３５に接続することができる。たとえば、上から見ると、これらの接続エッジは、図１Ａに示されているようなアポダイズされた五角形形状の外側に延在している。音響共振器１００Ｂの入力端子および出力端子を、たとえばはしご形フィルタを形成する他の音響共振器の適切な端子に接続することができる。
【００４５】
電気的に励起されたピストンモードは、上部電極１３５のエッジで終了する。上部電極１３５のエッジにおけるこの構造的な不連続は、主活性領域１５２と周辺領域の間においてカットオフ周波数の大きな不連続性を与え、それにより、主活性領域１５２と周辺領域の両方における横モードの励起が、それらの領域間の境界面における適切な粒子速度および応力成分の連続性を促進する。これは、ピストンモードからの音響エネルギーの望ましくない散乱、及びその結果としての音響共振器１００Ｂの電気的応答の劣化を引き起こしうる。しかしながら、カラー１４０は、主活性領域１５２の外部においてカットオフ周波数を低下させる質量負荷を提供して、音響共振器１００Ｂにわたって、横方向により均一なカットオフ周波数プロファイルをもたらす。同様に、フレーム１４５は、電気的に励起されたピストンモードをフレーム領域において抑制し、及び、横方向の伝播（エバネセント及び複素）固有モードを反射しもしくは共振的（指数関数的）に抑制し、この場合、これらの両方の効果によって、音響共振器１００Ｂの動作が同時に改善される。換言すれば、音響共振器１００Ｂの性能改善は、フレーム領域と主活性領域１５２の他の部分との間の、フレーム１４５によって生じる音響インピーダンスの不整合と、カットオフ周波数の不整合との少なくとも一方によって促進される。
【００４６】
一方、上記したように、ＤＢＲ１６０は、一般に、音響共振器１００Ｂの垂直方向（図１Ｂに示されている座標系のｙ軸方向）における音響損失を軽減する。ＤＢＲ１６０の動作原理は、入射音波の弱め合う干渉に起因して、その全振幅が、音響スタックを伝搬する方向（ここでは、下部電極１１５と第３の低音響インピーダンス層１６３ａとの間の境界から離れる方向）において指数関数的に減衰するという事実に基づいている。一般に、波の振幅のかかる有益な指数関数的減衰は、ＤＢＲ１６０を構成する第３の低音響インピーダンス層１６３ａ及び第３の高音響インピーダンス層１６３ｂ、並びに、任意の追加の音響インピーダンス層（たとえば、第２の低音響インピーダンス層１６２ａ及び第２の高音響インピーダンス層１６２ｂ、及び、第１の低音響インピーダンス層１６１ａ及び第１の高音響インピーダンス層１６１ｂ）の厚みが、入射音波の四分の１波長の奇数倍に等しいかそれに近い（もしくはほぼ等しい）場合にのみ可能である。ＤＢＲスタックの底部（ここでは、第１の高音響インピーダンス層１６１ｂと基板１０５の間の境界）において、波の振幅は小さく、したがって、基板１０５中への音響エネルギーの放射は無視できるほど小さい。換言すれば、ＤＢＲ１６０に入射する音響エネルギーは、そのごく一部だけが基板１０５中に伝達されるだけで、（大部分は）反射して戻されることになる。とりわけ、ＤＢＲ１６０の有益な反射特性は、一般に、入射波の限られた範囲の周波数、特定の極性（ないし分極）、及び限られた範囲の伝搬角度に対して可能である。周波数の範囲がフィルターの帯域幅によって与えられ、かつ、活性領域において複数の固有モードが励起される実際の例では、種々の音響インピーダンス層の最適な厚みは、数値計算及び実験によって見出される。
【００４７】
上記したように、３つの積層された音響反射層対（たとえば、第１の音響反射層対１６１、第２の音響反射層対１６２、及び、第３の音響反射層対１６３）を使用することは例示に過ぎず、本教示の範囲から逸脱することなく、ＤＢＲ１６０を、２以下または４以上の音響反射層対から構成することができる。ＤＢＲ１６０用に提供される音響反射層対の数は、期待される反射性能（これは、対及び／または層が多いほど良好である）と、コスト及び処理（対及び／または層が少ないほど、より安価で、かつ、ミラー成長（mirror growth）及び後処理がより簡単である）とのトレードオフによって決まる。上記したように、ＤＢＲ１６０によって提供される励起された固有モードの音響分離の大きさ（ないし程度）はまた、音響反射層対の各々の隣接する低音響インピーダンス層と高音響インピーダンス層との音響インピーダンスの差違に依存し、その差異が大きいほど、垂直方向に主たる分極（極性）成分を有する固有モードのより良好な音響反射が生じる。
【００４８】
１実施形態では、ＤＢＲ１６０の音響インピーダンス層は、既知の方法によって堆積された材料を用いて、基板１０５の上に設けられる。たとえば、第１の高音響インピーダンス層１６１ｂを基板１０５の上に形成し、第１の低音響インピーダンス層１６１ａを第１の高音響インピーダンス層１６１ｂの上に形成することができる。別の実施形態では、第１の低音響インピーダンス層１６１ａを、基板１０５のすぐ上に（または基板１０５上に直接）形成して、層の対とは対称的に単一の層を設けることができる。追加の第２、第３の音響反射層対１６２、１６３を、第１の低音響インピーダンス層１６１ａの上に順に形成することができる。ＤＢＲ１６０の層を、種々の既知の方法を用いて作製することができ、該方法の１例は、Larson,III他に対する米国特許第7,358,831号（２００８年４月１５日）に記載されており、該米国特許の全開示内容は、参照により本明細書に組み込まれるものとする。
【００４９】
一般に、音響共振器１００Ｂの主活性領域１５２は、上側の境界部における空気（該空気は、実質的に音響インピーダンスがゼロの材料である）と、下側の境界部における音響ミラーの存在によって画定される。したがって、応力の垂直成分は上側の境界部ではゼロであり、ＤＢＲ１６０の材料を適切に選択すると、応力の垂直成分は下側の境界部（下部電極１１５と第３の低音響インピーダンス層１６３ａの間）で小さくなる。しかしながら、このように応力が小さくなる状態は、第３の低音響インピーダンス層１６３ａの厚みが、ＤＢＲ１６０の設計目的であるモード（ここでは、たとえば、電気的に駆動されたピストンモード及びeTE1固有モード）の四分の一波長の奇数倍に適度に（もしくはかなり）近いときに可能である。ＤＢＲ１６０に、同様に構成された音響インピーダンス層（たとえば、第１、第２の低音響インピーダンス層１６１ａ、１６２ａ）をさらに追加すると、下部電極１１５と第３の低音響インピーダンス層１６３ａの間の境界面における垂直応力がさらに小さくなり、これによって、理想的なゼロ応力状態により近付けることができる。
【００５０】
しかしながら、上記したように、電気的に駆動されたピストンモード及びeTE1固有モードに関する垂直応力の低減は、ＤＢＲ１６０を構成するすべての音響インピーダンス層の厚みを適切に選択することによって実現されるが、（活性領域の横方向エッジにおけるモード結合によって）電気的または機械的に励起される他のモードについては必ずしもそうとは限らず、ＤＢＲ１６０を通じたそれらのモードの漏れは実際には増加しうる（これによって、エネルギー閉じ込めが予想されたものよりも少なくなる）。たとえば、比較的厚い第３の低音響インピーダンス層１６３ａが存在すると、一般に、２次の厚みすべりモードTS2のカットオフ周波数が低くなり、これによって、並列共振周波数FpでのeTE1モードにおけるせん断（すべり）成分が大きくなり、その結果、カラー１４０によってサポートされるeTE1モードの結合が弱くなる。カラーの動作原理に関して上記したように、この弱められた結合は、伝搬モードのより強い励起と放射損失の増加をもたらす。換言すれば、ＤＢＲ１６０領域においてTS2共振がTE1共振に近いと、音響エネルギーの横方向の漏れが増加しうる。この問題に対処するために、厚みが四分の一波長より小さい第３の低音響インピーダンス層１６３ａを使用することができるが、その場合は、垂直方向におけるＤＢＲ１６０の全体的な反射性（反射率）が不利に低下してしまうことになる。これらの２つの漏れのメカニズム間の適正なバランスは、通常、数値シミュレーション及び実験によって決定される。
【００５１】
第１、第２、第３の低音響インピーダンス層１６１ａ、１６２ａ、１６３ａ、及び、第１、第２、第３の高音響インピーダンス層１６１ｂ、１６２ｂ、１６３ｂの各々は、使用される材料とフィルターの動作周波数範囲とに依存して、約１０００オングストローム（Å）〜約５００００オングストローム（Å）の範囲内の対応する厚さを有している。上記したように、ＤＢＲ１６０を構成する全ての低及び高音響インピーダンス層の全厚みは、選択された材料において、選択された動作周波数（たとえば直列共振周波数）で励起される基本モードの四分の一波長に実質的に等しい。たとえば、第１、第２、第３の低音響インピーダンス層１６１ａ、１６２ａ、１６３ａの各々が、約８００MHz（直列共振周波数）で動作させるためにTEOSから構成されている場合には、第１、第２、第３の低音響インピーダンス層１６１ａ、１６２ａ、１６３ａの各々は、約２．６μｍの厚さを有する。この例では、第１、第２、第３の高音響インピーダンス層１６１ｂ、１６２ｂ、１６３ｂの各々をSiNから構成することができ、その場合、約８００MHzで動作させるために、それぞれの層は約３．２μｍの厚さを有する。とりわけ、（たとえば、四分の一波長の厚さの層が実際の処理とって薄すぎる場合には）ＤＢＲ１６０の全ての音響インピーダンス層の厚さを、選択された材料における音響共振器基本固有モードの四分の一波長の奇数倍（たとえば５倍）になるように選択することができる。
【００５２】
図１Ｃを参照すると、音響共振器１００Ｃは、フレーム１４５の形成を除いて音響共振器１００Ｂに類似している。すなわち、音響共振器１００Ｂのフレーム１４５は複合フレーム（対応する電極内に一体的に形成されて平坦な上面を提供する）であり、音響共振器１００Ｃの上部電極１３５’内のフレーム１４５はアドオンフレームである点で、音響共振器１００Ｃは１００Ｂと異なっている。アドオンフレームは、上部電極１３５’の実質的に非平面の上面プロファイルを生じる。
【００５３】
一般に、通常はパッシベーション層だけが上部電極１３５’上に形成されるので、上部電極１３５’のそのような非平面プロファイルは、音響共振器１００Ｃの構造的頑強性（structural robustness）には大きな影響を与えないだろう。一方、後述する音響共振器１００Ｄ〜１００Ｆのフレーム１５０及び１５０’は、音響共振器１００Ｃに含められたとすれば複合フレームとなって、電極１１５の実質的に平坦な（すなわち平面の）上面プロファイルを生じるであろう。そのような実質的に平面である上面は、高品質でボイド（空隙等）のない（void-free）の圧電層１２５及び上部電極１３５’を形成するために、音響共振器１００Ｃの下部電極１１５において望ましいであろう。異なるフレーム構成のいくつかの追加の一般的なトレードオフが、たとえば、上記の米国特許出願第１３／６６３，４４９号に記載されている。もちろん、本教示の範囲から逸脱することなく、アドオンフレーム１４５の構造を、音響共振器１００Ｄ〜３００Ｄに含まれるフレームに適用することができる。さらに、本教示の範囲から逸脱することなく、たとえば、２０１３年２月２８日に提出された米国特許出願第１３／７８１，４９１号に開示されている追加のフレーム構造などの他のフレーム構造（アドオン及び複合）を組み込むことができる。
【００５４】
他の点では、音響共振器１００Ｃは、基板１０５、基板１０５上に配置されたＤＢＲ１６０、ＤＢＲ１６０上に配置された下部電極１１５、及び、ＤＢＲ１６０上に下部電極１１５に隣接して配置された第１の平坦化層１２０を備えている。圧電層１２５が、下部電極１１５上及び第１の平坦化層１２０上に配置されており、上部電極１３５及び第２の平坦化層１３０が、圧電層１２５上に配置されている。ＤＢＲ１６０は、積層した複数の音響反射層対を含み、それらの反射層対は、代表的な第１の音響反射層対１６１、第２の音響反射層対１６２、及び第３の音響反射層対１６３によって示されている。第１の音響反射層対１６１は、基板１０５上の第１の高音響インピーダンス層１６１ｂ、及び、該第１の高音響インピーダンス層１６１ｂ上に積層された第１の低音響インピーダンス層１６１ａを備えている。第２の音響反射層対１６２は、第１の低音響インピーダンス層１６１ａ上に積層された第２の高音響インピーダンス層１６２ｂ、及び、該第２の高音響インピーダンス層１６２ｂ上に積層された第２の低音響インピーダンス層１６２ａを備えている。第３の音響反射層対１６３は、第２の低音響インピーダンス層１６２ａ上に積層された第３の高音響インピーダンス層１６３ｂ、及び、該第３の高音響インピーダンス層１６３ｂ上に積層された第３の低音響インピーダンス層１６３ａを備えている。上記したように、第１，第２、及び第３の低音響インピーダンス層１６１ａ、１６２ａ、及び１６３ａは、比較的低い音響インピーダンスを有する材料から形成され、第１、第２、及び第３の高音響インピーダンス層１６１ｂ、１６２ｂ、及び１６３ｂは、比較的高い音響インピーダンスを有する材料から形成されている。これらの音響反射層対の数より多くのまたは少ない数の音響反射層対を含めることもできる。
【００５５】
図１Ｄ、図１Ｅ、及び図１Ｆは、音響共振器１００Ｂの追加の変形形態を示している。具体的には、図１Ｄでは、音響共振器１００Ｄは、フレーム１４５が省かれており、フレーム１５０が、下部電極１１５の下側部分に配置されている点を除いて、音響共振器１００Ｂと実質的に同じである。図１Ｅでは、音響共振器１００Ｅは、上部電極１３５内のフレーム１４５に加えて、フレーム１５０が、下部電極１１５の下側部分に設けられている点を除いて、音響共振器１００Ｂと実質的に同じである。図１Ｆでは、音響共振器１００Ｆは、上部電極１３５内のフレーム１４５に加えて、フレーム１５０’が、下部電極１１５の上側部分に設けられている点を除いて、音響共振器１００Ｂと実質的に同じである。もちろん、音響共振器１００Ｃ〜１００Ｆの各々は、上記したように、第１、第２、及び第３の音響反射層対１６１、１６２、及び１６３から構成されるＤＢＲ１６０を備えている。
【００５６】
音響共振器１００Ｄ〜１００Ｆ内のフレーム１５０、１５０’は、音響共振器１００Ｂのフレーム１４５と類似の利益をもたらすが、それらの性能及び製造プロセスは、それらのフレームの位置が異なることに起因して多少異なるだろう。異なるフレーム構成のいくつかの一般的なトレードオフが、たとえば、上記の米国特許出願第１３／６６０，９４１号に記載されている。
【００５７】
様々な実施形態において、たとえば、圧電層１２５における圧電結合係数（piezoelectric coupling constant）ｅ３３を大きくするために、圧電層１２５に、スカンジウム（Sc）、イットリウム（Y）、ランタン（La）、またはエルビウム（Er）などの少なくとも１つの希土類元素（または少なくとも１つの種類の希土類元素）を「ドープ」することができる。このドーピングによって、ＤＢＲ１６０内に音響エネルギーが入り込むことによって生じうる音響共振器の電気機械結合係数Kt2の低下の少なくとも一部を相殺することができる。電気機械結合係数Kt2を改善するために、圧電層に少なくとも１つの（または少なくとも１つの種類の）希土類元素をドーピングする例は、Bradley他に対する米国特許出願第１３／６６２，４２５号（２０１２年１０月２７日付け提出）、及び、Grannen他に対する米国特許出願第１３／６６２，４６０号（２０１２年１０月２７日付け提出）に記載されている。尚、これらの米国特許出願の全内容は、参照により本明細書に組み込まれるものとする。もちろん、圧電層に１以上の希土類元素をドーピングすることを、図１Ｂ〜図３Ｄを参照して説明されている実施形態を含む様々な任意の実施形態に適用することができる。
【００５８】
図２Ａ〜図２Ｄは、カラー及びフレームの様々な配置を含む、代表的な実施形態による音響共振器の断面図である。
【００５９】
図２Ａ〜図２Ｄは、それぞれ、他の代表的な実施形態による音響共振器２００Ａ〜２００Ｄの断面図である。音響共振器２００Ａ〜２００Ｄは、カラー１４０が省かれている代わりに、カラー２４０が、下部電極１１５と圧電層１２５の間に形成されている点を除いて、音響共振器１００Ｂ〜１００Ｆにそれぞれ類似している。カラー２４０は、音響共振器１００Ｂ〜１００Ｆのカラー１４０と類似の利益をもたらすが、その性能及び製造は、カラー２４０の位置が異なることに起因して多少異なる。
【００６０】
図２Ａ〜図２Ｄを参照すると、たとえばSMRとすることができる音響共振器２００Ａ〜２００Ｄの各々は、基板１０５、基板１０５上に配置されたＤＢＲ１６０、ＤＢＲ１６０上に配置された下部電極１１５、２１５、及び、ＤＢＲ１６０上に下部電極１１５、２１５に隣接して配置された第１の平坦化層１２０を備えている。圧電層１２５が、下部電極１１５、２１５上及び第１の平坦化層１２０上に配置されており、上部電極１３５、２３５が、圧電層１２５上に配置されている。
【００６１】
ＤＢＲ１６０は、複数の音響反射層対を含み、それらの反射層対は、基板１０５上に順次に積層された、代表的な第１の音響反射層対１６１、第２の音響反射層対１６２、及び第３の音響反射層対１６３によって示されている。第１の音響反射層対１６１は、高インピーダンス材料から形成された第１の高音響インピーダンス層１６１ｂ、及び、該第１の高音響インピーダンス層１６１ｂ上に積層された、低音響インピーダンス材料から形成された第１の低音響インピーダンス層１６１ａを備えている。第２の音響反射層対１６２は、高音響インピーダンス材料から形成された第２の高音響インピーダンス層１６２ｂ、及び、該第２の高音響インピーダンス層１６２ｂ上に積層された、低音響インピーダンス材料から形成された第２の低音響インピーダンス層１６２ａを備えている。第３の音響反射層対１６３は、高音響インピーダンス材料から形成された第３の高音響インピーダンス層１６３ｂ、及び、該第３の高音響インピーダンス層１６３ｂ上に積層された、低音響インピーダンス材料から形成された第３の低音響インピーダンス層１６３ａを備えている。１実施形態では、第１、第２、及び第３の低音響インピーダンス層１６１ａ、１６２ａ、及び１６３ａのうちの１以上の低音響インピーダンス層を、少なくとも、下部電極１１５、２１５、圧電層１２５、及び／または上部電極１３５、２３５の負の温度係数を相殺するための正の温度係数を有する温度補償材料から形成することができるという点で、該１以上の低音響インピーダンス層を温度補償層として作用するように構成することができる。
【００６２】
説明の便宜上、音響共振器２００Ａ〜２００Ｄの上部電極２３５内に形成されたフレーム２４５、及び、下部電極２１５、２１５’内に形成されたフレーム２５０、２５０’は、それぞれ、音響共振器１００Ｂ〜１００Ｆの上部電極１３５のフレーム１４５、及び、下部電極１１５、１１５’内に形成されたフレーム１５０、１５０’とは別様に構成されているが、フレーム２４５、２５０、及び２５０’の機能は、フレーム１４５、１５０、及び１５０’に関して上記した機能と実質的に同じであることに留意されたい。具体的には、図２Ａ、図２Ｃ、及び図２Ｄの上部電極２３５は、一体化された横方向構造（フレーム２４５）を提供するために２つの異なる金属材料から構成された複合電極である。同じく、図２Ｂ、図２Ｃ、及び図２Ｄの下部電極２１５、２１５’も、一体化された横方向構造（フレーム２５０、２５０’）を提供するために２つの異なる金属材料から構成された複合電極である。
【００６３】
一般に、フレーム２４５は、圧電層１２５上に形成された内部電極層、及び、該内部電極層上に形成された外部電極層を備えている。該外部電極層は、第１の材料から形成され、該内部電極層は、該第１の材料と第２の材料から形成されている。ここで、該第１の材料は、該外部電極層から該内部電極層の該第２の材料を有効に通って伸びて、（上部電極２３５の下側部分に）フレーム２４５を提供する。該第２の材料は、音速が低いフレーム（低速フレーム）を形成するために、該第１の材料より音速が高いものとすることができ、または、音速が高いフレーム（高速フレーム）を形成するために、該第１の材料より音速が低いものとすることができる。たとえば、低速フレームの場合には、該第２の材料を、モリブデン（Mo）またはアルミニウム（Al）から形成し、該第１の材料をタングステン（W）から形成することができるが、本教示の範囲から逸脱することなく、他の材料を含めることもできる。フレーム２５０は、圧電層１２５の下に形成された内部電極層、及び、該内部電極層の下に形成された外部電極層を備えている。該内部電極層は該第１の材料から形成され、該外部電極層は、該第１の材料と該第２の材料から形成されている。ここで、該第１の材料は、該内部電極層から該外部電極層の該第２の材料を有効に通って伸びて、（下部電極２１５の下側部分に）フレーム２５０を提供する。同様に、フレーム２５０’は、圧電層１２５の下に形成された内部電極層、及び、該内部電極層の下に形成された外部電極層を備えている。該外部電極層は、該第１の材料から形成され、該内部電極層は、該第１の材料と該第２の材料から形成されている。ここで、該第１の材料は、該外部電極層から該内部電極層の該第２の材料を有効に通って伸びて、（下部電極２１５’の上側部分に）フレーム２５０’を提供する。
【００６４】
それらのフレームを、本教示の範囲から逸脱することなく、複合電極によって形成された、他のタイプの及び他の位置にある一体化された横方向構造によって実現することができる。一体化された横方向構造を有する複合電極の例は、２０１２年１０月２５日に提出された米国特許出願第１３／６６０，９４１号に記載されている。尚、該米国特許出願の全内容は、参照によって本明細書に組み込まれるものとする。また、異なるフレーム構造のいくつかの一般的なトレードオフが、たとえば、上記の米国特許出願第１３／６６３，４４９号に記載されている。もちろん、本教示の範囲から逸脱することなく、フレーム２４５、２５０、及び２５０’の構造を、上記の音響共振器１００Ｂ〜１００Ｅに適用することができ、また、フレーム１４５、１５０、及び１５０’の構造を、音響共振器２００Ａ〜２００Ｄに適用することができる。
【００６５】
代替的な実施形態では、本教示の範囲から逸脱することなく、音響共振器１００Ｂ〜２００Ｄの様々な特徴を、（様々なタイプのまたは様々な位置の）カラーと（様々なタイプのまたは様々な位置の）１以上のフレームの一方（カラーとフレームの両方ではなく）を備える様々な組み合わせで提供することができる。たとえば、図３Ａ〜図３Ｄは、それぞれ、他の代表的な実施形態による音響共振器３００Ａ〜３００Ｄの断面図であり、それらの音響共振器は、上記の例示的な他の特徴部と同様にカラーまたはフレームを備えている。
【００６６】
図３Ａを参照すると、音響共振器３００Ａは、ＤＢＲ１６０に加えてカラー１４０のみを備えている（フレームはない）点を除いて、音響共振器１００Ｂに類似する代表的なSMRである。図３Ｂを参照すると、同様に、音響共振器３００Ｂは、ＤＢＲ１６０に加えてカラー２４０のみを備えている（フレームはない）点を除いて、音響共振器２００Ａに類似する代表的なSMRである。図３Ｃを参照すると、音響共振器３００Ｃは、ＤＢＲ１６０に加えてフレーム１４５のみを備えている（カラーはない）点を除いて、音響共振器１００Ｂに類似する代表的なSMRである。図３Ｄを参照すると、同様に、音響共振器３００Ｄは、ＤＢＲ１６０に加えてフレーム１５０のみを備えている（カラーはない）点を除いて、音響共振器１００Ｄに類似する代表的なSMRである。音響共振器３００Ｃ及び３００Ｄに類似の追加の例は、上記のBurak他に対する米国特許出願第１３／７６７，７５４号（２０１３年２月１４日付け提出）に記載されている。尚、該米国特許出の全内容は、参照により本明細書に組み込まれるものとする。
【００６７】
もちろん、それらは特徴のいくつかの例にすぎない。本教示の範囲から逸脱することなく、他の特徴及び特徴の組み合わせを組み込むこともできる。たとえば、代替的に、音響共振器３００Ｃ及び／又は３００Ｄは、フレーム１５０’だけを備えることもでき、または、フレーム１４５と１５０の両方を備えることもでき、または、フレーム１４５と１５０’の両方を備えることもできる。また、本教示の範囲から逸脱することなく、上記したように、様々な異なる配置及び／又はタイプのフレーム（たとえば、フレーム１４５、１５０、１５０’、２４５、２５０、２５０’）（複合またはアドオン）及びカラー（たとえば、カラー１４０、２４０）を組み込むことができる。ＤＢＲ、フレーム、及びカラーは、上記した利益と同様の利益を提供するが、性能及び製造は、位置及び組み合わせが異なることに起因して多少異なる。
【００６８】
図４は、代表的な実施形態による、フレーム及び／又はカラーを有するときの並列抵抗Rpを、フレームもカラーも備えていない音響共振器と比較して、フレームの幅（フレーム幅）の関数として示すグラフである。すなわち、図４は、音響ミラー（たとえばＤＢＲ１６０）を有する音響共振器と比較するために、（フレームが存在するときの）フレーム幅に対するシミュレートした並列抵抗Rp、及び、（フレーム及びカラーが存在するときの）フレーム幅に対するシミュレートした並列抵抗Rpを示している。したがって、図４は、ＤＢＲ１６０を有する音響共振器にフレーム１４５及びカラー１４０を追加した結果として、及び、フレーム１４５の幅を変えた結果として生じる並列抵抗Rpによって示される性能の変化を示している。図４を参照すると、並列抵抗Rpはｙ軸によって表されており、フレーム幅はｘ軸によって表されている。後述するように、フレーム１４５及びカラー１４０のそれぞれの厚さは一定に保持されている。したがって、並列抵抗Rpの値は、フレーム１４５及び／又はカラー１４０の存在もしくは不存在、並びに、フレーム１４５の幅の関数として変化する。
【００６９】
図４の例では、音響共振器（たとえば音響共振器１００Ｂ）の寸法は、大きな並列抵抗Rp用に調整されている。具体的には、下部電極１１５は、約３８００Åの厚さでMo（または約３８００Åの厚さのMo）から形成され、圧電層１２５は、約９３００Åの厚さでAlN（または約９３００Åの厚さのAlN）から形成され、上部電極１３５は、約３２５０Åの厚さでMo（または約３２５０Åの厚さのMo）から形成され、パッシベーション層は、（上部電極１３５の上に）約２０００Åの厚さでAlN（または約２０００Åの厚さのAlN）から形成されている。位置合わせに関しては、下部電極１１５の外側エッジ（外縁）は、上部電極１３５のエッジ（縁）の外側に約１４μｍ伸びている。パッシベーション層及び平坦化層は、たとえばスパッタ（スパッタリング）されたSiNから形成されている。
【００７０】
さらに、図示の例では、ＤＢＲ１６０は、積層された３つの音響反射層対（たとえば、第１の音響反射層対１６１、第２の音響反射層対１６２、及び第３の音響反射層対１６３）を備えている。第１、第２、及び第３の音響反射層対１６１、１６２、及び１６３の各々は、プラズマ化学気相成長法によって堆積されたSiCから形成された厚さ約５８００Åの低音響インピーダンス層（たとえば、それぞれ、第１，第２、及び第３の低音響インピーダンス層１６１ａ、１６２ａ、及び１６３ａ）を備えている。第１、第２、及び第３の音響反射層対１６１、１６２、及び１６３の各々はまた、タングステン（W）から形成された約５５００Åの厚さの高音響インピーダンス層（たとえば、それぞれ、第１、第２、及び第３の高音響インピーダンス層１６１ｂ、１６２ｂ、及び１６３ｂ）を備えており、これらのそれぞれの高音響インピーダンス層の上に、第１、第２、及び第３の低音響インピーダンス層１６１ａ、１６２ａ、及び１６３ａがそれぞれ積層されている。これらの低音響インピーダンス層及び高音響インピーダンス層の厚さは、特定の状況に対して最良の並列抵抗Rpとなるように最適化される。音響反射器の音響インピーダンス層の最適化については、たとえば、Burak他に対する米国特許出願第１３／７６７，７５４（２０１３年２月１４日付け提出）に記載されている。尚、該米国特許出願の全内容は、参照により本明細書に組み込まれるものとする。したがって、第１、第２、及び第３の低音響インピーダンス層１６１ａ、１６２ａ、及び１６３ａの各々を、約２．７５GHzの直列共振周波数で動作するように設計することができ、第１、第２、及び第３の高音響インピーダンス層１６１ｂ、１６２ｂ、及び１６３ｂの各々を、約２．４GHzの直列共振周波数で動作するように設計することができる。
【００７１】
図４は３つのグラフを示しており、各々のグラフは、対応するRp値をプロットした曲線によって表されている。具体的には、曲線４１０は、ＤＢＲ１６０を有するが、フレームもカラーもない基本的な共振器（SMR）のRp値を示しており、比較のための基準として機能する。この構成は、一般に、フレーム１４５がない場合の図３Ｃに示す音響共振器３００Ｃに対応する。曲線４２０は、ＤＢＲ１６０及びフレーム１４５を有するがカラーを有しない音響共振器のRp値を示しており、該音響共振器は、一般に、図３Ｃに示す音響共振器３００Ｃに対応する。曲線４３０は、ＤＢＲ１６０、フレーム１４５、及びカラー１４０を有する音響共振器のRp値を示しており、該音響共振器は、一般に、音響共振器１００Ｂに対応する。フレーム１４５は（これが含まれる場合には）、上部電極１３５の下側においてMo内に埋め込まれたAlNから形成された複合フレームであって、約３５０Åの厚さを有する。フレーム１４５の幅は、０μｍ〜約５．０μｍまでさまざまである。カラー１４０は（これが含まれる場合には）、上部電極１３５上にスパッターされたSiCから形成され、約９４５０Åの厚さを有し（すなわち、上部電極１３５及びパッシベーション層よりも約４２００Å厚い）、約１１．５μｍの幅を有する。
【００７２】
図４を参照すると、音響共振器に全ての特徴（ＤＢＲ１６０、フレーム１４５、及びカラー１４０）の組み合わせを含めると、並列抵抗Rpの値で測られる音響共振器の性能が改善されることが明らかである。たとえば、曲線４１０は、並列抵抗Rpが、予想通り、本質的に約５００オームで一定であることを示している（小さな変動は、有限のシミュレーショングリッドに起因するシミュレーションの数値誤差に関連する）。曲線４２０は、フレーム１４５の追加によって、並列抵抗Rpが、たとえば該フレームの幅が約５．０μｍのときに、約５００オームから約１７００オームへと最大３倍大きくなることを示している。曲線４３０は、カラー１４０を追加することによって、フレーム１４５の幅が約４μｍのときに、並列抵抗Rpが、約１７００オームから約６１００オームへとさらに約３．５倍大きくなる（並列抵抗Rpは全体で約１２倍大きくなる）ことを示している。曲線４３０はさらに、図３Ａに示されているようにカラー１４０だけを追加する（フレーム１４５はなく、これは、図４において、フレームの幅がゼロで示されている）と、並列抵抗Rpは、約５００オームから約３６００オームへと７倍以上大きくなることを示している。当業者には明らかなように、様々な実施形態にしたがう、フレーム１４５及び／またはカラー１４０を備える音響共振器の並列抵抗Rpの値は、ＤＢＲ１６０だけを備える音響共振器に比べて、（帯域幅の重大な低下を起こすことなく）大きくなる。
【００７３】
図５は、代表的な実施形態による図３Ａの音響共振器のタングステン（W）で作られた電気的に浮いたカラー及び電気的に接地されたカラー、並びに、カラーの厚さの関数として並列抵抗Rpを示すグラフである。すなわち、図５は、音響ミラー（たとえばＤＢＲ１６０）を備える音響共振器のシミュレートされた並列抵抗Rpとカラーの厚さの比較を示しており、ここで、カラーは、たとえば図３Ａに示されている電気的に浮いたカラー及び電気的に接地されたカラー（たとえばカラー１４０）である。これらのグラフの目的は、カラー１４０の様々な厚さについて、カラー１４０を電気的に接地した結果として起こる並列抵抗Rpによって表される性能の変化を示すことである。図５を参照すると、並列抵抗Rpはｙ軸によって表されており、カラーの厚さはｘ軸によって表されている。したがって、並列抵抗Rpの値は、カラー１４０の厚さの関数として、及び、カラー１４０が（電気的に）浮いているか接地されているかの関数として示されている。
【００７４】
図５の例では、音響共振器（たとえば音響共振器３００Ａ）の寸法は、大きな並列抵抗Rp用に調整されている。具体的には、下部電極１１５は、約３８００Åの厚さでMo（または約３８００Åの厚さのMo）から形成され、圧電層１２５は、約９３００Åの厚さでAlN（または約９３００Åの厚さのAlN）から形成され、上部電極１３５は、約３２５０Åの厚さでMo（または約３２５０Åの厚さのMo）から形成され、パッシベーション層は、（上部電極１３５の上に）約２０００Åの厚さでAlN（または約２０００Åの厚さのAlN）から形成されている。位置合わせに関しては、下部電極１１５の外側エッジ（外縁）は、上部電極１３５のエッジ（縁）の外側に約１４μｍ伸びている。パッシベーション層及び平坦化層は、たとえば、スパッタ（スパッタリング）されたSiNから形成されている。
【００７５】
さらに、この例では、ＤＢＲ１６０は、積層された３つの音響反射層対（たとえば、第１の音響反射層対１６１、第２の音響反射層対１６２、及び第３の音響反射層対１６３）を備えている。第１、第２、及び第３の音響反射層対１６１、１６２、及び１６３の各々は、プラズマ化学気相成長法によって堆積された厚さ約５８００ÅのSiCから形成された低音響インピーダンス層（たとえば、それぞれ、第１、第２、及び第３の低音響インピーダンス層１６１ａ、１６２ａ、及び１６３ａ）を備えている。第１、第２、及び第３の音響反射層対１６１、１６２、及び１６３の各々はまた、約５５００Åの厚さのＷ（タングステン）から形成された高音響インピーダンス層（たとえば、それぞれ、第１、第２、及び第３の高音響インピーダンス層１６１ｂ、１６２ｂ、及び１６３ｂ）を備えており、これらのそれぞれの高音響インピーダンス層の上に、第１、第２、及び第３の低音響インピーダンス層１６１ａ、１６２ａ、及び１６３ａがそれぞれ積層されている。上記したように、これらの低音響インピーダンス層及び高音響インピーダンス層の厚さは、特定の状況に対して最良の並列抵抗Rpとなるように最適化されている。したがって、第１、第２、及び第３の低音響インピーダンス層１６１ａ、１６２ａ、及び１６３ａの各々は、約２．７５GHzの直列共振周波数で動作することができ、第１、第２、及び第３の高音響インピーダンス層１６１ｂ、１６２ｂ、及び１６３ｂの各々は、約２．４GHzの直列共振周波数で動作することができる。
【００７６】
図５は、２つのグラフを示しており、各々のグラフは、対応するRp値をプロットした曲線によって表されている。具体的には、曲線５１０は、ＤＢＲ１６０及びカラー１４０を有する音響共振器（一般的に音響共振器３００Ａに対応する）のRp値を示しており、ここで、カラー１４０は電気的に浮いている。曲線５２０は、ＤＢＲ１６０及び同じカラー１４０を有する音響共振器のRp値を示しており、ここで、カラー１４０は電気的に接地されている（または、下部電極１１５に短絡されている）。これら両方の曲線について、カラー１４０は、上部の平坦化層及びパッシベーション層上にＷ（タングステン）から形成され、幅は約１１．５μｍであり、それらを合わせた厚さは約５９６０Åである。
【００７７】
図５を参照すると、音響共振器にＤＢＲ１６０を含めると共にカラー１４０を電気的に接地することによって、音響共振器の性能が改善されることは明らかである。一般に、曲線５１０と５２０を比較すると、電気的に浮いたカラー１４０と電気的に接地されたカラー１４０のカラー厚さ特性に対する並列抵抗Rpは、非常に良く似ていることが明らかである。しかしながら、圧電層１２５の短絡（曲線５２０）に起因してカットオフ周波数が低い方にシフトするために、曲線５１０と５２０は、両方向矢印５３０で示されているように、約６０Åだけ互いからシフトしている。当業者には理解されるように、並列抵抗RpとSMRのカラー厚さ特性の関係は、誘電体カラーを有するFBARのそれに類似している。曲線５１０及び５２０のそれぞれにおいて並列抵抗Rpが（約５００オームまで）低下してへこんでいる部分は、カラー１４０のカットオフ周波数とSMR（たとえば音響共振器３００Ａ）の並列共振周波数Fpの合致に関連する。カラー１４０の厚さが厚くなるにしたがって、曲線５１０及び５２０によって示される並列抵抗Rpも初めのうちは増加し、カラー１４０のカットオフ周波数とSMRの直列共振周波数Fsが実質的に合致したときに最大になる。カラー１４０の厚さが増大し続けると、主活性領域におけるピストンモードとそれぞれのカラー領域におけるeTE1モードとの不一致の度合いが大きくなることに起因して、並列抵抗Rpはゆっくりと減少する。
【００７８】
とりわけ、電気的に接地されたカラー１４０（曲線５２０）は、電気的に浮いたカラー１４０よりも約１０〜１５％良好な並列抵抗Rpを生じる。一般に、電気的に浮いたカラー１４０は、上部電極１３５の外部に質量負荷をかけられた（mass-loaded）構造を単に生成する。とりわけ、電気的に浮いたカラー１４０を、上部電極１３５の接続エッジの上から除去する必要があり、そうしなければ、該カラー１４０は、バイアスされて、本質的に、音響共振器３００Ａを横方向に伸びて、実際には、性能を改善するのではなく低下させることになる。また、同じ理由から、電気的に浮いたカラー１４０は、全ての非接続領域上において上部電極１３５とオーバーラップしてはならない。これに対して、電気的に接地されたカラー１４０（該カラーをガードリング（guard-ring）と呼ぶこともできる）は、質量負荷を提供することに加えて、上部電極１３５の外部にゼロの電界（zero E-field）領域を生成する。しなしながら、当業者には明らかなように、電気的に接地されたカラー１４０については、該カラーを下部電極１１５に接続するための追加の処理が必要となる。
【００７９】
上記の実施形態において、ＤＢＲの高音響インピーダンス層及び低音響インピーダンス層、並びに、カラー及びフレームを、一般に、従来の加工技術、たとえば、様々な形態の堆積（または沈積）、スパッタリング、エッチング、研磨などを用いて形成することができる。さらに、説明した実施形態及び関連する製造方法を、当業者には明らかな種々のやり方で変更することができる。
【００８０】
様々な実施形態によれば、１以上のフレーム及び／またはカラーと組み合わせられたＤＢＲを含むSMRは、電気的に励起されたピストンモードの寄生散乱（parasitic scattering）を最小にする弱く閉じ込められた（weakly confined）構造を形成し、したがって、音響的に損失のない音響共振器を生成する。一般に、カラーは、主活性領域のピストンモード及びeTE1モードを、カラー領域のエバネセントモードに結合し、ＤＢＲは、主活性領域のピストンモード及びカラーのeTE1モードの共振器基板への結合を効果的に最小にし、フレーム（たとえば複合フレーム）は、伝搬モードの励起を抑制する。
【００８１】
代表的な１実施形態では、SMRデバイスは、基板、該基板の上面に配置された音響反射器、該音響反射器の上面に取り付けられた音響スタック、及び、該音響スタックの主活性領域の外部に配置されたカラーを備える。該音響反射器は、複数の音響反射層対を有する。該音響スタックは、下部電極層と上部電極層の間に挟まれた圧電層を備え、該主活性領域は、該下部電極と該圧電層と該上部電極の間のオーバーラップ部分（重なり部分）によって画定される。該カラーは、該主活性領域のカットオフ周波数と実質的に同じカットオフ周波数を有するカラー領域を画定する。
【００８２】
別の代表的な実施形態では、SMRデバイスは、基板、該基板の上面に配置された音響反射器、DBRの上面に取り付けられた音響スタック、及び、該音響スタックの主活性領域の内部に配置された複合フレームを備える。該音響反射器は、複数の音響反射層対を有する。該音響スタックは、下部電極層と上部電極層の間に挟まれた圧電層を備え、該主活性領域は、該下部電極と該圧電層と該上部電極の間のオーバーラップ部分（重なり部分）によって画定される。該フレームの外側エッジは、該主活性領域の境界に実質的に位置合わせされている（または実質的に整列している）。
【００８３】
例示的な実施形態を開示したが、当業者には、本教示にしたがう多くの変形形態が可能であり、それらの変形形態も添付の特許請求の範囲内にあることが理解される。たとえば、上記したように、カラー及び／またはフレームの位置、寸法（大きさ）、及び材料を様々に変更することができる。さらに、その他の特徴を追加し及び／または省くことによって、説明したデバイスの種々の性能特性を一層改善することができる。本願の明細書、図面、及び特許請求の範囲を知得した当業者には、これらの変更及び他の変更が明らかになるであろう。したがって、本発明は、添付の特許請求に記載された発明の思想及び範囲によってのみ限定される。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図１Ｅ】
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【図１Ｆ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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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４】
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【図５】
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【外国語明細書】
2015154492000001.pdf