(57)【要約】【課題】  複数のトランスデューサが積層形成された構造の圧電共振器において通過特性の広帯域化を図ること。【解決手段】  入力信号端子１６に接続された第１のトランスデューサ１３、および第１のトランスデューサ１３に対して積層配置されて出力信号端子１７に接続された第２のトランスデューサ１５を備え、第１のトランスデューサ１３で励振されて圧電膜の内部を伝搬するバルク波により第２のトランスデューサ１５から所定の共振周波数の信号を得る圧電共振器１０であって、第２のトランスデューサ１５が、両側を電極膜２１ａ，２１ｂで挟まれたＡｌＮからなる第１の圧電膜２０、および両側を電極膜２１ｂ，２１ｃで挟まれたＺｎＯからなる第２の圧電膜２２を有している。電極膜２１ａと電極膜２１ｃとが出力信号端子１７に接続されている。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の信号端子に接続された第１のトランスデューサ、および前記第１のトランスデューサに対して積層配置されるとともに第２の信号端子に接続された第２のトランスデューサを備え、前記第１のトランスデューサで励振されて圧電膜の内部を伝搬するバルク波により第２のトランスデューサから所定の共振周波数の信号を得る圧電共振器であって、
前記第１のトランスデューサおよび前記第２のトランスデューサの少なくとも何れかは、両側を電極膜で挟まれた第１の圧電膜、および前記第１の圧電膜とは異なる膜種からなり両側を電極膜で挟まれた第２の圧電膜を有することを特徴とする圧電共振器。
【請求項２】
前記第１の圧電膜を挟んで前記第２の圧電膜と反対側に位置する前記電極膜と前記第２の圧電膜を挟んで前記第１の圧電膜と反対側に位置する前記電極膜とが前記第１の信号端子または前記第２の信号端子に接続されていることを特徴とする請求項１記載の圧電共振器。
【請求項３】
前記第１の圧電膜および前記第２の圧電膜は、一方がＡｌＮであり、他方がＺｎＯであることを特徴とする請求項１または２記載の圧電共振器。
【請求項４】
前記圧電膜の膜種によって決まる当該圧電膜の膜中における前記バルク波の波長をλとしたとき、前記圧電膜の膜厚はλ／２であることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の圧電共振器。
【請求項５】
前記第１のトランスデューサと前記第２のトランスデューサとの間には伝搬層が形成されていることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の圧電共振器。
【請求項６】
前記第１のトランスデューサおよび前記第２のトランスデューサは、交互に積層形成された所定の音響インピーダンスを有する第１の反射膜およびこの第１の反射膜と異なる音響インピーダンスを有する第２の反射膜から構成されて前記バルク波を反射する音響多層反射膜上に形成されていることを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の圧電共振器。
【請求項７】
前記圧電共振器は、ＳＭＲ型圧電共振器またはダイヤフラム型圧電共振器であることを特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載の圧電共振器。
【請求項８】
請求項７に記載の圧電共振器を備えたことを特徴とする電子部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は圧電共振器およびそれを備えた電子部品に関し、特に、トランスデューサが積層されてなる圧電共振器における通過特性の広帯域化に適用して有効な技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、高速大容量通信への対応のため、小型で低損失かつ広帯域な通過帯域幅を有するフィルタへの需要が高まっている。この要求に応えるものとして、小型で低損失な特徴を有する弾性表面波（ＳＡＷ：Ｓｕｒｆａｃｅ  Ａｃｏｕｓｔｉｃ  Ｗａｖｅ）フィルタおよびＳＡＷフィルタを用いたアンテナ分波器が多用されている。しかしながら、さらなる高速大容量通信への要求から、使用する周波数の高周波化が図られようとしている。
【０００３】
ＳＡＷフィルタは、圧電基板上に、伝搬させる弾性表面波の波長λの１／４程度幅もつ電極指を交互に配置した交差指状電極を用いて弾性表面波を励振・受信するものである。２ＧＨｚ帯のシステムで使用されているＳＡＷフィルタの電極指線幅は、およそ０．４μｍ程度である。そして、さらなる高周波化に対応するには、０．４μｍ以下の電極指を精度よく加工する必要があり、量産性が著しく低下する可能性が大きい。
【０００４】
なお、ＳＡＷフィルタについては、たとえば特開平５−１６７３８８号公報に開示されている
【０００５】
こういった状況の中、たとえば特開２００３−２２０７４号公報に記載のように、バルク波（Ｂｕｌｋ  Ａｃｏｕｓｔｉｃ  Ｗａｖｅ）を用いるデバイスの一種である圧電薄膜を用いたトランスデューサ（ＢＡＷデバイス）が注目されている。ＢＡＷデバイスの動作周波数は、入出力電極で挟んだ圧電膜の厚みで決まる。
【０００６】
ここで、従来のセラミックや水晶を用いたトランスデューサフィルタでは、精度よく圧電膜を薄く加工することが困難であるため、高周波の用途には用いられなかった。そして、薄膜トランスデューサフィルタは、圧電膜をスパッタ等の成膜装置を用いて形成するため、所望の厚みの圧電膜を容易に得ることができ、高周波化に優位性を有している。また、薄膜トランスデューサフィルタで使用する電極は平板電極であることから、ＳＡＷフィルタのように、細い電極を使用する必要がないため、大電力の信号を扱うことが可能となる。
【０００７】
従来の積層型トランスデューサからなる圧電共振器を図４に示す。
【０００８】
図示するように、圧電共振器４０は、たとえばシリコンからなる基板１１上に、相互に音響インピーダンスの異なる第１の反射膜１２ａおよび第２の反射膜１２ｂが交互に積層された音響多層反射膜１２が形成され、この音響多層反射膜１２上に、電極膜２８ａ、圧電膜２８ｂおよび電極膜２８ｃを順次積層してトランスデューサ２９を形成したものからなる。そして、このように圧電膜２８ｂを電極膜２８ａ，２８ｃで挟むトランスデューサ２９を平面的に複数配置し、それぞれのトランスデューサ２９を電気的にラダー型接続してフィルタや分波器を構成していた。
【特許文献１】特開平５−１６７３８８号公報
【特許文献２】特開２００３−２２０７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、このような構造のフィルタでは、通常５から７個程度のトランスデューサを用いるため、（トランスデューサ数×トランスデューサの面積）以下のチップ面積を実現することはできなかった。
【００１０】
また、圧電膜を２つ以上積層して立体的にトランスデューサを配置した積層トランスデューサフィルタ（ＳＣＦ：Ｓｔａｃｋｅｄ  Ｃｒｙｓｔａｌｓ  Ｆｉｌｔｅｒ）や、トランスデューサの間に伝搬層を設けた多重モードトランスデューサフィルタ（ＣＲＦ：Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ  Ｆｉｌｔｅｒ）が知られているが、ＳＣＦは、狭帯域のフィルタとなることから広帯域には不向きであり、ＣＲＦは、多重モードを用いるため広帯域化には有利であるが、今後の高速大容量通信への展開によるさらなる広帯域化には十分とは言えない。
【００１１】
そこで、本発明は、複数のトランスデューサが積層形成された構造の圧電共振器における通過特性の広帯域化を図ることのできる技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するため、本発明に係る圧電共振器は、第１の信号端子に接続された第１のトランスデューサ、および前記第１のトランスデューサに対して積層配置されるとともに第２の信号端子に接続された第２のトランスデューサを備え、前記第１のトランスデューサで励振されて圧電膜の内部を伝搬するバルク波により第２のトランスデューサから所定の共振周波数の信号を得る圧電共振器であって、前記第１のトランスデューサおよび前記第２のトランスデューサの少なくとも何れかは、両側を電極膜で挟まれた第１の圧電膜、および前記第１の圧電膜とは異なる膜種からなり両側を電極膜で挟まれた第２の圧電膜を有することを特徴とする。
【００１３】
本発明の好ましい形態において、前記第１の圧電膜を挟んで前記第２の圧電膜と反対側に位置する前記電極膜と前記第２の圧電膜を挟んで前記第１の圧電膜と反対側に位置する前記電極膜とが前記第１の信号端子または前記第２の信号端子に接続されていることを特徴とする。
【００１４】
本発明のさらに好ましい形態において、前記第１の圧電膜および前記第２の圧電膜は、一方がＡｌＮであり、他方がＺｎＯであることを特徴とする。
【００１５】
本発明のさらに好ましい形態において、前記圧電膜の膜種によって決まる当該圧電膜の膜中における前記バルク波の波長をλとしたとき、前記圧電膜の膜厚はλ／２であることを特徴とする。
【００１６】
本発明のさらに好ましい形態において、前記第１のトランスデューサと前記第２のトランスデューサとの間には伝搬層が形成されていることを特徴とする。
【００１７】
本発明のさらに好ましい形態において、前記第１のトランスデューサおよび前記第２のトランスデューサは、交互に積層形成された所定の音響インピーダンスを有する第１の反射膜およびこの第１の反射膜と異なる音響インピーダンスを有する第２の反射膜から構成されて前記バルク波を反射する音響多層反射膜上に形成されていることを特徴とする。
【００１８】
本発明のさらに好ましい形態において、前記圧電共振器は、ＳＭＲ型圧電共振器またはダイヤフラム型圧電共振器であることを特徴とする。
【００１９】
そして、上記課題を解決するため、本発明に係る電子部品は、このような圧電共振器を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば以下の効果を奏することができる。
【００２１】
すなわち、本発明によれば、膜種が相互に異なる第１の圧電膜と第２の圧電膜でトランスデューサを構成しているので、それぞれの圧電膜で出現する共振特性のピークが相互に近接するようになり、広帯域な通過特性を有する圧電共振器を実現することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明を実施するための最良の形態を、図面を参照しつつさらに具体的に説明する。ここで、添付図面において同一の部材には同一の符号を付しており、また、重複した説明は省略されている。なお、ここでの説明は本発明が実施される最良の形態であることから、本発明は当該形態に限定されるものではない。
【００２３】
図１は本発明の一実施の形態における圧電共振器を示す斜視図、図２は図１および図３の圧電共振器の周波数特性を示すグラフ、図３は本発明に対する比較例としての圧電共振器を示す斜視図である。
【００２４】
図１に示す圧電共振器１０はＳＭＲ（Ｓｏｌｉｄｌｙ  Ｍｏｕｎｔｅｄ  Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ）型圧電共振器と呼ばれるもので、シリコンやガラスからなる基板１１の片面に、音響インピーダンスが高い薄膜と低い薄膜、たとえばＡｌＮ膜（第１の反射膜）１２ａとＳｉＯ２膜（第２の反射膜）１２ｂとが交互に積層されてなる音響多層反射膜１２が形成されている。なお、図示する場合には、ＡｌＮ膜１２ａが基板１１の直上に形成されて交互に積層されているが、ＳｉＯ２膜１２ｂが基板１１の直上に形成されて交互に積層されていてもよい。
【００２５】
音響多層反射膜１２上には第１のトランスデューサ１３が、第１のトランスデューサ１３上には伝搬膜１４を介して第２のトランスデューサ１５が、積層配置されている。第１のトランスデューサ１３は入力信号端子（第１の信号端子）１６に、第２のトランスデューサ１５は出力信号端子（第２の信号端子）１７に、それぞれ接続されており、入力信号端子１６により第１のトランスデューサ１３で励振されて後述する圧電膜の内部を伝搬するバルク波の振動が第２のトランスデューサ１５で受信され、これにより所定の共振周波数の信号が出力信号端子１７から取り出される。
【００２６】
第１のトランスデューサ１３は、例えばＡｌＮからなる圧電膜１８、およびこの圧電膜１８の両面に位置する電極膜１９ａ，１９ｂで構成されている。また、第２のトランスデューサ１５は、例えばＡｌＮからなる第１の圧電膜２０、第１の圧電膜２０の両面に位置する電極膜２１ａ，２１ｂ、第１の圧電膜２０とは異なる膜種の例えばＺｎＯからなる第２の圧電膜２２、および第２の圧電膜２２の両面に位置する電極膜２１ｂ，２１ｃで構成されている。したがって、第１の圧電膜２０と第２の圧電膜２２との間に位置する電極膜２１ｂは、第１の圧電膜２０を挟む電極膜、および第２の圧電膜２２を挟む電極膜として共用される。
【００２７】
そして、第２のトランスデューサ１５では、第１の圧電膜２０を挟んで第２の圧電膜２２と反対側に位置する電極膜２１ａと第２の圧電膜２２を挟んで第１の圧電膜２０と反対側に位置する電極膜２１ｃとが出力信号端子１７に接続され、第１の圧電膜２０と第２の圧電膜２２との間に位置する電極膜２１ｂは接地電位となっている。また、第１のトランスデューサ１３では、音響多層反射膜１２側に位置する電極膜１９ａが入力信号端子１６に接続され、これとは反対側に位置する電極膜１９ｂは接地電位となっている。
【００２８】
電極膜１９ａ，１９ｂ，２１ａ，２１ｂ，２１ｃは例えばＡｌ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｍｏなどからなり、伝搬膜１４は例えばＳｉＯ２や絶縁性アルミナなどの誘電体材料からなる。
【００２９】
なお、バルク波を反射する音響多層反射膜１２は形成されていなくてもよく、この場合には基板１１上に直接第１のトランスデューサ１３が形成される。また、伝搬膜１４も形成されていなくてもよい。
【００３０】
ここで、本実施の形態において、第２のトランスデューサ１５の圧電膜は２層になっているが、３層以上であってもよい。その場合には、全ての層の圧電膜の膜種が相互に異なっている必要はなく、一部が異なっていれば足りる。また、第２のトランスデューサ１５において、第１のトランスデューサ１３側に位置する第１の圧電膜２０がＡｌＮ、反対側の第２の圧電膜２２がＺｎＯとなっているが、逆であってもよい。さらには、圧電性を有する膜であるならば、これら以外の膜種であってもよい。
【００３１】
また、図示する場合には、第２のトランスデューサ１５が複数層の圧電膜で構成されているが、第１のトランスデューサ１３がこのような構成になっていてもよく、第１のトランスデューサ１３および第２のトランスデューサ１５の両方がこのような構成になっていてもよい。
【００３２】
そして、図示する場合において、トランスデューサ１３，１５や伝搬膜１４の形状は矩形となっているが、正方形、円形、楕円等、どのような形状であってもよい。
【００３３】
本実施の形態において、音響多層反射膜１２を構成する第１の反射膜であるＡｌＮ膜１２ａの膜厚および第２の反射膜であるＳｉＯ２膜１２ｂの膜厚は、膜中におけるバルク波の波長λの１／４にほぼ等しく、ＡｌＮ膜１２ａが１．１μｍに、ＳｉＯ２膜１２ｂが０．５８μｍに設定されている。
【００３４】
また、このように圧電膜の膜種によって決まる膜中におけるバルク波の波長をλとしたとき、圧電膜１８，２０，２２の膜厚は波長λの１／２（λ／２）にほぼ等しく、すなわち当該圧電共振器１０の共振周波数付近において、それぞれの圧電膜１８，２０，２２を伝搬するバルク波の波長λの１／２となるように設定されている。具体的には、ＡｌＮからなる第１のトランスデューサ１３の圧電膜１８および第２のトランスデューサ１５の第１の圧電膜２０の膜厚は２μｍに、ＺｎＯからなる第２のトランスデューサ１５の第２の圧電膜２２の膜厚は１．２１μｍに、それぞれ設定されている。
【００３５】
以上の構成を有する圧電共振器１０において、入力信号端子１６に入力信号を印加すると、特定の周波数において第１のトランスデューサ１２よりバルク波が強く励振され、これが第２のトランスデューサ１５に伝達される。そして、第２のトランスデューサ１５で電気信号に変換され、出力信号端子１７からその特定周波数の信号（出力信号）が取り出される。これにより、所定の周波数帯域を通過帯域とするフィルタ特性が得られる。
【００３６】
ここで、前述のように、第２のトランスデューサ１５は、膜種が相互に異なる第１の圧電膜２０と第２の圧電膜２２を有しているため、伝達されたバルク波は第１の圧電膜２０と第２の圧電膜２２とにより協調して受信され、電気的に合成された後に出力信号として出力される。
【００３７】
このような構成により、第１の圧電膜２０で出現する共振特性のピークと第２の圧電膜２２で出現する共振特性のピークとが相互に近接する。よって、整合回路を挿入することにより、非常に広帯域なフィルタ特性を得ることができる。
【００３８】
図１に示す圧電共振器１０に整合回路を挿入した場合の周波数特性を図２の実線で示す。
【００３９】
図２に示すように、インサーションロス（挿入損失）が−３ｄＢとなる帯域幅が約２７０ＭＨｚと、広帯域なフィルタ特性が得られていることが分かる。
【００４０】
ここで、比較例としての圧電共振器３０を図３に、その周波数特性を図２の破線に示す。
【００４１】
図示する圧電共振器３０は、図１に示す本実施の形態の圧電共振器１０と異なり、第１のトランスデューサ２３および第２のトランスデューサ２４は、ともに圧電膜２５および圧電膜２６と、この圧電膜２５、圧電膜２６の両側にそれぞれ位置する電極膜２７ａ，２７ｂ、電極膜２７ｂ，２７ｃとで構成されている。すなわち、何れのトランスデューサ２３，２４も複数の圧電膜を有していない。
【００４２】
そして、このような圧電共振器３０の周波数特性は、λ／２×整数となる周波数にてバルク波が励振されるために、図２の破線に示すように、２つの通過域におけるピーク間の周波数差は６００ＭＨｚ程度と大きく離れており、非常に狭帯域な通過特性となっている。これでは２つのピークを利用した広範な通過帯域を得ることは困難である。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
以上の説明においては、本発明をＳＭＲ型の圧電共振器に適用した場合について説明したが、本発明は、基板の一部を切り欠いてバルク波を伝搬しやすくしたダイヤフラム型の圧電共振器など、圧電膜を用いた積層型の圧電共振器全般に適用することができる。
【００４４】
なお、ダイヤフラム型の圧電共振器にあっても、ＳＭＲ型の圧電共振器と同様に音響多層膜は形成されていても、いなくてもよい。但し、音響多層膜が形成されていないダイヤフラム型の圧電共振器では、下部電極の振動部分をほぼ自由振動させるために、ＳＭＲ型の圧電共振器とは異なり、下部電極の直下の基板はエッチングなどにより除去されて存在しない。
【００４５】
また、本発明は、以上に説明した圧電共振器を備えたフィルタや分波器などの電子部品に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の一実施の形態における圧電共振器を示す斜視図である。
【図２】図１および図３の圧電共振器の周波数特性を示すグラフである。
【図３】本発明に対する比較例としての圧電共振器を示す斜視図である。
【図４】従来の圧電共振器を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００４７】
１０  圧電共振器
１１  基板
１２  音響多層反射膜
１２ａ  ＡｌＮ膜（第１の反射膜）
１２ｂ  ＳｉＯ２膜（第２の反射膜）
１３  第１のトランスデューサ
１４  伝搬膜
１５  第２のトランスデューサ
１６  入力信号端子（第１の信号端子）
１７  出力信号端子（第２の信号端子）
１８  圧電膜
１９ａ，１９ｂ  電極膜
２０  第１の圧電膜
２１ａ，２１ｂ，２１ｃ  電極膜
２２  圧電膜
２３  第１のトランスデューサ
２４  第２のトランスデューサ
２５，２６  圧電膜
２７ａ，２７ｂ  電極膜
２８ａ，２８ｃ  電極膜
２８ｂ  圧電膜
２９  トランスデューサ
３０  圧電共振器
４０  圧電共振器
【図１】
2005277454.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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