(57)【要約】【課題】複数の共振子を有し小型化が可能な共振装置を提供する。【解決手段】支持基板１と、支持基板１の一表面側に形成された音響ミラー２と、音響ミラー２上に形成された共振子ユニット３とを備えている。共振子ユニット３は、支持基板１の上記一表面側において音響ミラー２上に形成された下部電極３１と、下部電極３１上に形成された圧電層３２と、圧電層３２上に形成された上部電極３３と、圧電層３２の側面に形成された横電極３４とを備え、横電極３４と圧電層３２と上部電極３３とで構成される共振子と、横電極３４と圧電層３２と下部電極３１とで構成される共振子とを有している。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持基板と、支持基板の一表面側に形成された少なくとも１つの共振子ユニットとを備え、共振子ユニットは、支持基板の前記一表面側に形成された下部電極と、下部電極上に形成された圧電層と、圧電層上に形成された上部電極と、圧電層の側面に形成された横電極とを備え、横電極と圧電層と上部電極とで構成される共振子と、横電極と圧電層と下部電極とで構成される共振子とを有することを特徴とする共振装置。
【請求項２】
前記共振子ユニットは、前記横電極が前記圧電層の前記側面の周方向において均等に設けられていることを特徴とする請求項１記載の共振装置。
【請求項３】
前記圧電層は、円柱状に形成されてなることを特徴とする請求項１または請求項２記載の共振装置。
【請求項４】
前記共振子ユニットは、前記下部電極、前記圧電層、および前記上部電極それぞれの外周線が前記圧電層の厚み方向に沿った中心線に対して同心状に位置していることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の共振装置。
【請求項５】
前記共振子ユニットは、前記横電極が、前記圧電層の前記側面において前記圧電層の厚み方向の中央に設けられていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の共振装置。
【請求項６】
前記共振子ユニットは、前記横電極が、前記圧電層の前記側面において前記圧電層の厚み方向の中央からずらして設けられていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の共振装置。
【請求項７】
前記圧電層の圧電材料がＫＮＮであることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の共振装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、支持基板の一表面側に複数の共振子を備えた共振装置に関し、例えば、携帯電話機などの移動体通信機器の分野において、３ＧＨｚ以上の高周波帯で利用する高周波フィルタや、より広帯域の高周波フィルタ、例えばＵＷＢ（Ultra  Wide  Band）用フィルタなどに適用可能な共振装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、この種の共振装置として、図８に示すように、シリコン基板からなる支持基板１と、支持基板１の一表面側に形成された音響ミラー２と、同一の音響ミラー２上に形成された複数の共振子３０’とを備え、各共振子３０’が、音響ミラー２上の下部電極３１’と、下部電極３１’上の圧電層３２’と、圧電層３２’上の上部電極３３’とで構成されてなるＢＡＷ（Bulk  Acoustic  Wave）共振器が提案されている（例えば、特許文献１参照）。なお、共振子３０’は、共振周波数が圧電層３２’の膜厚に反比例し、圧電層３２’の膜厚を薄くするほど共振周波数を高くすることができる。また、音響ミラー２は、ＳｉＯ２膜からなる低音響インピーダンス層２１とＷ膜からなる高音響インピーダンス層２２とを交互に積層することにより構成されている。
【０００３】
ところで、上述の図８に示した構成の共振装置を、３ＧＨｚ以上の高周波帯においてカットオフ特性が急峻で且つ帯域幅の広いフィルタ、例えば、ＵＷＢ用フィルタとして応用する場合には、圧電層３２’の圧電材料としてＡｌＮに比べて電気機械結合係数が大きなＰＺＴなどの鉛系圧電材料を採用し、例えば、図９に示すように複数個（図示例では、８個）の共振子３０’を、ラダー型フィルタを構成するように接続することが考えられる。
【０００４】
図８に示した構成のＢＡＷ共振器は、ＳＭＲ（Solidly  Mounted  Resonator）であるが、ＢＡＷ共振器としては、ＳＭＲの他にＦＢＡＲ（Film  Bulk  Acoustic  Resonator）などが知られている。
【特許文献１】特開２００１−３０８６７８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、図８に示した構成の共振装置では、複数の共振子３０’が同一平面上に島状に独立して形成されているので、チップサイズの小型化が難しかった。
【０００６】
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、複数の共振子を有し小型化が可能な共振装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１の発明は、支持基板と、支持基板の一表面側に形成された少なくとも１つの共振子ユニットとを備え、共振子ユニットは、支持基板の前記一表面側に形成された下部電極と、下部電極上に形成された圧電層と、圧電層上に形成された上部電極と、圧電層の側面に形成された横電極とを備え、横電極と圧電層と上部電極とで構成される共振子と、横電極と圧電層と下部電極とで構成される共振子とを有することを特徴とする。
【０００８】
この発明によれば、支持基板の一表面側に形成された共振子ユニットが、支持基板の前記一表面側に形成された下部電極と、下部電極上に形成された圧電層と、圧電層上に形成された上部電極と、圧電層の側面に形成された横電極とを備え、横電極と圧電層と上部電極とで構成される共振子と、横電極と圧電層と下部電極とで構成される共振子とを有するので、複数の共振子を有する共振装置全体の小型化が可能となる。なお、請求項１の発明の共振装置では、共振子ユニットの上部電極・横電極間に印加する電圧と下部電極・横電極間に印加する電圧とを同位相にすることにより、上部電極と下部電極との間での干渉を防止でき、良好な共振特性を得ることができる。
【０００９】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記共振子ユニットは、前記横電極が前記圧電層の前記側面の周方向において均等に設けられていることを特徴とする。
【００１０】
この発明によれば、前記横電極が前記圧電層の前記側面の周方向において均等に設けられているので、前記圧電層を効率良く利用することが可能となる。
【００１１】
請求項３の発明は、請求項１または請求項２の発明において、前記圧電層は、円柱状に形成されてなることを特徴とする。
【００１２】
この発明によれば、前記圧電層が円柱状に形成されていることにより、前記圧電層に角部が存在しないので、前記圧電層の角部に起因する共振モードの乱れを生じることがなく、より良好な共振特性を得ることが可能となる。
【００１３】
請求項４の発明は、請求項１ないし請求項３の発明において、前記共振子ユニットは、前記下部電極と前記圧電層と前記上部電極それぞれの外周線が前記圧電層の厚み方向に沿った中心線に対して同心状に位置していることを特徴とする。
【００１４】
この発明によれば、前記共振子ユニットは、前記下部電極、前記圧電層、および前記上部電極それぞれの外周線が前記圧電層の厚み方向に沿った中心線に対して同心状に位置しているので、前記下部電極と前記圧電層と前記上部電極との軸ずれによる共振モードの乱れを生じることがなく、より良好な共振特性を得ることが可能となる。
【００１５】
請求項５の発明は、請求項１ないし請求項４の発明において、前記共振子ユニットは、前記横電極が、前記圧電層の前記側面において前記圧電層の厚み方向の中央に設けられていることを特徴とする。
【００１６】
この発明によれば、前記共振子ユニットにおいて、横電極と圧電層と上部電極とで構成される共振子と、横電極と圧電層と下部電極とで構成される共振子との共振特性を揃えることができる。
【００１７】
請求項６の発明は、請求項１ないし請求項４の発明において、前記共振子ユニットは、前記横電極が、前記圧電層の前記側面において前記圧電層の厚み方向の中央からずらして設けられていることを特徴とする。
【００１８】
この発明によれば、前記共振子ユニットにおいて、横電極と圧電層と上部電極とで構成される共振子と、横電極と圧電層と下部電極とで構成される共振子との共振特性を異ならせることができる。
【００１９】
請求項７の発明は、請求項１ないし請求項６の発明において、前記圧電層の圧電材料がＫＮＮであることを特徴とする。
【００２０】
この発明によれば、前記圧電層の圧電材料がＰＺＴなどの鉛系圧電材料である場合に比べて環境負荷を低減することができる。
【発明の効果】
【００２１】
請求項１の発明では、複数の共振子を有する共振装置全体の小型化が可能となるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
（実施形態１）
本実施形態の共振装置は、図１に示すように、支持基板１と、支持基板１の一表面側に形成された音響ミラー（音響多層膜）２と、音響ミラー２上に形成された共振子ユニット３とを備えたＢＡＷ共振器であり、共振子ユニット３が、支持基板１の上記一表面側において音響ミラー２上に形成された下部電極３１と、下部電極３１上に形成された圧電層３２と、圧電層３２上に形成された上部電極３３と、圧電層３２の側面に形成された横電極３４とを備え、横電極３４と圧電層３２と上部電極３３とで構成される共振子と、横電極３４と圧電層３２と下部電極３１とで構成される共振子とを有している。ここで、共振子ユニット３は、圧電層３２の平面形状が矩形状であり、横電極３４は、圧電層３２の矩形状の外周線の１辺に沿って形成されている。また、共振子ユニット３は、横電極３４が、圧電層３２の側面において圧電層３２の厚み方向の中央に設けられている。なお、本実施形態のＢＡＷ共振器は、ＳＭＲを構成している。
【００２３】
本実施形態の共振装置は、圧電層３２の圧電材料として鉛系圧電材料の一種であるＰＺＴを採用しており、支持基板１として、上記一表面である主表面が（１００）面の単結晶のシリコン基板を用いているが、支持基板１としては、シリコン基板に限らず、主表面が（１００）面のＭｇＯ基板や、主表面が（１００）面のＳＴＯ（ＳｒＴｉＯ３）基板などを用いてもよい。ここで、本実施形態では、圧電層３２の圧電材料として、ＰＺＴを採用しているので、圧電材料がＡｌＮである場合に比べて、電気機械結合係数を大きくすることができる。ただし、圧電層３２の圧電材料は、ＰＺＴに限らず、共振装置に要求される共振特性などに応じて、他の鉛系圧電材料（例えば、ＰＺＴ−ＰＭＴや適宜の不純物を添加したＰＺＴなど）や、ＡｌＮ、ＺｎＯなどを採用してもよい。また、圧電層３２の圧電材料として、鉛フリーのＫＮＮ（二オブ酸カリウムナトリウム）を採用してもよく、ＫＮＮを採用すれば、圧電材料がＡｌＮである場合に比べて、電気機械結合係数を大きくすることができ、しかも、鉛系圧電材料を採用する場合に比べて環境負荷を低減できる。ＫＮＮの組成は、ＫｘＮａ１−ｘＮｂＯ３なる化学式で表され、例えば、ｘ＝０．５とすればよいが、この値は一例であって特に限定するものではない。また、ＫＮＮについては、例えば、Ｌｉ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｓｂ，Ｃｕなどの不純物を添加してもよい。
【００２４】
音響ミラー２は、相対的に音響インピーダンスの低い材料からなる低音響インピーダンス層２１と相対的に音響インピーダンスの高い材料からなる高音響インピーダンス層２２とが交互に積層されており、上述の下部電極３１は、最上層の低音響インピーダンス層２１上に形成されている。なお、低音響インピーダンス層２１および高音響インピーダンス層２２それぞれの膜厚は、圧電層３２の共振周波数の弾性波（バルク弾性波）の波長の４分の１の値に設定すればよい。
【００２５】
また、音響ミラー２は、低音響インピーダンス層２１の材料としてＳｉＯ２、高音響インピーダンス層２２の材料としてＷを採用しているが、これらの材料は特に限定するものではなく、低音響インピーダンス層２１の材料としては、例えば、Ｓｉ，ｐｏｌｙ−Ｓｉ，Ａｌ，ポリマーなどを採用してもよく、高音響インピーダンス層２２の材料としては、例えば、Ａｕ，Ｍｏ，ＡｌＮ，ＺｎＯなどを採用してもよい。
【００２６】
なお、本実施形態の共振装置では、上述の各共振子の共振周波数を４ＧＨｚに設定してあり、低音響インピーダンス層２１の厚さを４００ｎｍ、高音響インピーダンス層２２の厚さを３５０ｎｍに設定してあるが、これらの数値は一例であって特に限定するものではない。また、共振周波数を３ＧＨｚ〜５ＧＨｚの範囲で設計する場合には、低音響インピーダンス層２１の厚さは２５０ｎｍ〜５５０ｎｍの範囲で、高音響インピーダンス層２２の厚さは２００ｎｍ〜４５０ｎｍの範囲で、それぞれ適宜設定すればよい。
【００２７】
また、共振子ユニット３は、下部電極３１の材料としてＰｔ、上部電極３３の材料としてＡｌ、横電極３４の材料としてＡｌを採用しているが、これらの材料は特に限定するものではなく、下部電極３１の材料としては、例えば、Ｍｏ，Ｗ，Ｉｒ，Ｃｒ，Ｒｕ，Ｐｔなどの１種あるいは複数を採用してもよく、上部電極３３の材料としては、例えば、Ｍｏ，Ｐｔ，Ｗ，Ｉｒ，Ｃｒ，Ｒｕなどの１種あるいは複数を採用してもよく、横電極３４の材料としては、例えば、Ｍｏ，Ｐｔ，Ｗ，Ｉｒ，Ｃｒ，Ｒｕなどの１種あるいは複数を採用してもよい。
【００２８】
以上説明した本実施形態の共振装置によれば、支持基板１の上記一表面側に形成された共振子ユニット３が、支持基板１の上記一表面側に形成された下部電極３１と、下部電極３１上に形成された圧電層３２と、圧電層３２上に形成された上部電極３３と、圧電層３２の側面に形成された横電極３４とを備え、横電極３４と圧電層３２と上部電極３３とで構成される共振子（以下、第１の共振子という）と、横電極３４と圧電層３２と下部電極３１とで構成される共振子（以下、第２の共振子という）とを有するので、複数の共振子を有する共振装置全体の小型化が可能となる。なお、各共振子の共振周波数は、圧電層３２の厚みや横電極３４の形状、形成位置などによって設定することができる。
【００２９】
また、本実施形態の共振装置では、共振子ユニット３の上部電極３３・横電極３４間に印加する電圧と下部電極３１・横電極３４間に印加する電圧とを同位相にすることにより、上部電極３３と下部電極３１との間での干渉を防止でき、各共振子それぞれで良好な共振特性を得ることができる。
【００３０】
また、本実施形態の共振装置では、共振子ユニット３の横電極３４が、圧電層３２の側面において圧電層３２の厚み方向の中央に設けられているので、共振子ユニット３における第１の共振子と第２の共振子との共振特性を揃えることができる。
【００３１】
ところで、上述の共振装置を、３ＧＨｚ以上の高周波帯においてカットオフ特性が急峻で且つ帯域幅の広いフィルタ、例えば、ＵＷＢ用フィルタとして応用する場合には、複数個（例えば、４個）の共振子ユニット３を支持基板１の上記一表面側に形成し（音響ミラー２上に形成し）、これら複数個の共振子ユニット３の各２個ずつの共振子を、ラダー型フィルタを構成するように接続すれば、ＵＷＢ用フィルタの低コスト化および小型化を図れる。
【００３２】
（実施形態２）
本実施形態の共振装置の基本構成は実施形態１と略同じであって、図２に示すように、共振子ユニット３の横電極３４が圧電層３２の側面の周方向において均等に設けられている点が相違する。ここにおいて、本実施形態では、横電極３４が圧電層３２の側面の周方向の全周に亘って形成されている。なお、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００３３】
しかして、本実施形態の共振装置では、横電極３４が圧電層３２の側面の周方向において均等に設けられているので、圧電層３２を効率良く利用することが可能となる。
【００３４】
（実施形態３）
本実施形態の共振装置の基本構成は実施形態１と略同じであって、図３に示すように、共振子ユニット３の横電極３４が圧電層３２の側面の周方向において均等に設けられている点が相違する。ここで、共振子ユニット３は、圧電層３２の平面形状が矩形状であり、横電極３４は、圧電層３２の矩形状の外周線の４辺それぞれに沿って各別に形成されているが、共振モードが乱れないようにするために、圧電層３２の厚み方向に沿った中心線に対して回転対称性を有するように配置することが望ましく、本実施形態では、圧電層３２の側面の周方向において横電極３４が等間隔で配置されている。なお、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００３５】
しかして、本実施形態の共振装置では、横電極３４が圧電層３２の側面の周方向において均等に設けられているので、圧電層３２を効率良く利用することが可能となる。
【００３６】
（実施形態４）
本実施形態の共振装置の基本構成は実施形態２と略同じであって、図４に示すように、圧電層３２が円柱状に形成されている点が相違する。なお、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００３７】
しかして、本実施形態の共振装置では、圧電層３２が円柱状に形成されていることにより、圧電層３２に角部が存在しないので、圧電層３２の角部に起因するモードの乱れを生じることがなく、より良好な共振特性を得ることが可能となる。なお、他の実施形態においても、圧電層３２を円柱状に形成すれば同様の効果が得られる。
【００３８】
また、図５に示すように、共振子ユニット３において、下部電極３１、圧電層３２、および上部電極３３それぞれの外周線が圧電層３２の厚み方向に沿った中心線Ｍ１に対して同心状に位置するようにすれば、下部電極３１と圧電層３２と上部電極３３との軸ずれによる共振モードの乱れを生じることがなく、より良好な共振特性を得ることが可能となる。
【００３９】
（実施形態５）
本実施形態の共振装置の基本構成は実施形態１と略同じであって、図６に示すように、共振子ユニット３の横電極３４が、圧電層３２の側面において圧電層３２の厚み方向の中央からずらして設けられている点が相違する。なお、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００４０】
しかして、本実施形態の共振装置では、共振子ユニット３において、横電極３４と圧電層３２と上部電極３３とで構成される共振子と、横電極３４と圧電層３２と下部電極３１とで構成される共振子との共振特性を異ならせることができる。なお、各共振子の共振周波数は、上部電極３３と横電極３４との間の圧電層３２の厚み、下部電極３１と横電極３４との間の圧電層３２の厚みによって設定することができる。なお、他の実施形態においても、共振子ユニット３の横電極３４を、圧電層３２の側面において圧電層３２の厚み方向の中央からずらして設ければ、同様の効果が得られる。
【００４１】
（実施形態６）
本実施形態の共振装置の基本構成は実施形態１と略同じであって、図７に示すように、支持基板１の一表面側に実施形態１にて説明した音響ミラー２（図１（ａ）参照）を設けずに、支持基板１に、下部電極３１における圧電層３２側とは反対側の表面を露出させる開孔部１ａが形成されている点が相違するだけである。要するに、本実施形態の共振装置は、下部電極３１と下部電極３１直下の媒質（例えば、空気、真空中の媒質など）との音響インピーダンス比を大きくすることにより支持基板１側への弾性波エネルギの伝搬を抑制するようにしたＦＢＡＲを構成している。
【００４２】
なお、本実施形態の共振装置も実施形態１と同様にＵＷＢ用フィルタとして応用することができ、支持基板１として例えばシリコン基板などの半導体基板を用いる場合には、当該シリコン基板からなる支持基板１の上記一表面側にシリコン酸化膜などの絶縁膜を形成してから下部電極３１を形成するようにすればよい。また、他の実施形態２〜５の共振装置においても、音響ミラー２を設けず、支持基板１に、下部電極３１における圧電層３２側とは反対側の表面を露出させる開孔部１ａを設けてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】実施形態１の共振装置を示し、（ａ）は要部概略縦断面図、（ｂ）は要部概略横断面図である。
【図２】実施形態２の共振装置を示し、（ａ）は要部概略縦断面図、（ｂ）は概略横断面図である。
【図３】実施形態３の共振装置の要部概略横断面図である。
【図４】実施形態４の共振装置を示し、（ａ）は要部概略縦断面図、（ｂ）は概略横断面図図である。
【図５】同上の共振装置の要部概略斜視図である。
【図６】実施形態５の共振装置の要部概略縦断面図である。
【図７】実施形態６の共振装置の要部概略縦断面図である。
【図８】従来例を示す共振装置の概略断面図である。
【図９】同上の共振装置を応用したＵＷＢ用フィルタの回路図である。
【符号の説明】
【００４４】
１  支持基板
２  音響ミラー
３  共振子ユニット
３１  下部電極
３２  圧電層
３３  上部電極
３４  横電極
Ｍ１  中心線
【図１】
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【図２】
2009124698.tif 000004
【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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