(57)【要約】上部電極（５０）は、円形状に形成された第１の電極部（５１）と、第１の電極部（５１）の外側に円環形状で形成された第２の電極部（５２）とで構成される。第１の電極部（５１）と第２の電極部（５２）とは、絶縁領域を介して電気的に分離されており、同心の円及び円環である。下部電極（３０）は、円形状に形成された第３の電極部（３１）と、第３の電極部（３１）の外側に円環形状で形成された第４の電極部（３２）とで構成される。第３の電極部（３１）と第４の電極部（３２）とも同様に、絶縁領域を介して電気的に分離されており、同心の円及び円環である。さらに、第３の電極部（３１）が圧電体（４０）を介して第１の電極部（５１）と対向する位置に、第４の電極部（３２）が圧電体（４０）を介して第２の電極部（５２）と対向する位置に、それぞれ設けられる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の周波数で振動する薄膜弾性波共振子であって、
圧電体と、
前記圧電体の一方面上に形成された第１の電極部と、
前記第１の電極部を外囲し、かつ、前記第１の電極部と絶縁された位置で、前記圧電体の一方面上に形成された第２の電極部と、
前記圧電体の一方面と対向する他方面上に形成された第３の電極部と、
前記第３の電極部を外囲し、かつ、前記第３の電極部と絶縁された位置で、前記圧電体の他方面上に形成された第４の電極部と、
基板を少なくとも構成に含み、前記圧電体及び前記第１〜第４の電極部で形成される構成を支持する支持部とを備え、
前記第１の電極部と前記第３の電極部との間に電気信号が入力され、前記第２の電極部と前記第４の電極部との間から電気信号が出力されるか、又は前記第２の電極部と前記第４の電極部との間に電気信号が入力され、前記第１の電極部と前記第３の電極部との間から電気信号が出力されることを特徴とする、薄膜弾性波共振子。
【請求項２】
前記第１の電極部の面積と前記第３の電極部の面積とが略等しく、かつ、前記第２の電極部の面積と前記第４の電極部の面積とが略等しいことを特徴とする、請求項１に記載の薄膜弾性波共振子。
【請求項３】
前記第１及び第３の電極部が円形状であり、かつ、前記第２及び第４の電極部が円環形状であることを特徴とする、請求項１に記載の薄膜弾性波共振子。
【請求項４】
前記第１及び第３の電極部が円形状であり、かつ、前記第２及び第４の電極部が円環形状であることを特徴とする、請求項２に記載の薄膜弾性波共振子。
【請求項５】
前記第１及び第３の電極部が多角形状であり、かつ、前記第２及び第４の電極部が多角環形状であることを特徴とする、請求項１に記載の薄膜弾性波共振子。
【請求項６】
前記第１及び第３の電極部が多角形状であり、かつ、前記第２及び第４の電極部が多角環形状であることを特徴とする、請求項２に記載の薄膜弾性波共振子。
【請求項７】
前記第１の電極部の中心と前記第２の電極部の中心とが一致し、かつ、前記第３の電極部の中心と前記第４の電極部の中心とが一致していることを特徴とする、請求項１に記載の薄膜弾性波共振子。
【請求項８】
前記第１の電極部の中心と前記第２の電極部の中心とが一致し、かつ、前記第３の電極部の中心と前記第４の電極部の中心とが一致していることを特徴とする、請求項２に記載の薄膜弾性波共振子。
【請求項９】
前記支持部は、キャビティが設けられた基板で構成され、当該キャビティの上に前記第３及び第４の電極部が配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の薄膜弾性波共振子。
【請求項１０】
前記支持部は、基板と、基板上にキャビティを形成するために積層された支持層とで構成され、当該キャビティの上に前記第３及び第４の電極部が配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の薄膜弾性波共振子。
【請求項１１】
前記支持部は、基板と、音響的に高インピーダンスとなる層と低インピーダンスとなる層とが交互に積層されてなる音響ミラーとで構成され、当該音響ミラーの上に前記第３及び第４の電極部が配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の薄膜弾性波共振子。
【請求項１２】
前記第１の電極部と前記第２の電極部との間隔は、前記圧電体の厚さ以上であることを特徴とする、請求項１に記載の薄膜弾性波共振子。
【請求項１３】
所定の周波数で振動する薄膜弾性波共振子であって、
圧電体と、
前記圧電体の一方面上に形成された第１の電極部と、
前記第１の電極部を外囲し、かつ、前記第１の電極部と絶縁された位置で、前記圧電体の一方面上に形成された第２の電極部と、
前記圧電体の一方面と対向する他方面上に形成された第３の電極部と、
基板を少なくとも構成に含み、前記圧電体及び前記第１〜第３の電極部で形成される構成を支持する支持部とを備え、
前記第１の電極部と前記第３の電極部との間に電気信号が入力され、前記第２の電極部と前記第３の電極部との間から電気信号が出力されるか、又は前記第２の電極部と前記第３の電極部との間に電気信号が入力され、前記第１の電極部と前記第３の電極部との間から電気信号が出力されることを特徴とする、薄膜弾性波共振子。
【請求項１４】
前記第１の電極部が円形状であり、かつ、前記第２の電極部が円環形状であることを特徴とする、請求項１３に記載の薄膜弾性波共振子。
【請求項１５】
前記第１の電極部が多角形状であり、かつ、前記第２の電極部が多角環形状であることを特徴とする、請求項１３に記載の薄膜弾性波共振子。
【請求項１６】
前記第１の電極部の中心と前記第２の電極部の中心とが一致していることを特徴とする、請求項１３に記載の薄膜弾性波共振子。
【請求項１７】
前記支持部は、キャビティが設けられた基板で構成され、当該キャビティの上に前記第３の電極部が配置されていることを特徴とする、請求項１３に記載の薄膜弾性波共振子。
【請求項１８】
前記支持部は、基板と、音響的に高インピーダンスとなる層と低インピーダンスとなる層とが交互に積層されてなる音響ミラーとで構成され、当該音響ミラーの上に前記第３の電極部が配置されていることを特徴とする、請求項１３に記載の薄膜弾性波共振子。
【請求項１９】
前記第１の電極部と前記第２の電極部との間隔は、前記圧電体の厚さ以上であることを特徴とする、請求項１３に記載の薄膜弾性波共振子。
【請求項２０】
複数の薄膜弾性波共振子からなるフィルタであって、
前記複数の薄膜弾性波共振子のうち少なくとも１つが、請求項１〜１９のいずれか１項に記載の薄膜弾性波共振子である、フィルタ。
【請求項２１】
請求項２０に記載のフィルタを備えた、通信機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、薄膜弾性波共振子に関し、より特定的には、単一の共振子でバンドパスフィルタを構成することが可能な薄膜弾性波共振子、及び当該薄膜弾性波共振子を用いたフィルタや通信機器に関する。
【背景技術】
【０００２】  携帯機器等の電子機器に内蔵される部品は、より小型化及び軽量化されることが要求されている。例えば、携帯機器に使用されるフィルタには、小型化が要求されると共に、周波数特性の精密な調整が可能であることが要求される。これらの要求を満たすフィルタの１つとして、薄膜弾性波共振子を用いたフィルタが知られている（特許文献１を参照）。【０００３】  以下、図２４を参照して、従来の薄膜弾性波共振子を説明する。
図２４（ａ）は、従来の薄膜弾性波共振子５００の基本構造を示した断面図である。薄膜弾性波共振子５００は、圧電体５０１を上部電極部５０２と下部電極部５０３とで挟んだ構造である。この薄膜弾性波共振子５００は、キャビティ５０４が形成された半導体基板５０５の上に載置されて使用される。キャビティ５０４は、微細加工法を用いて、半導体基板５０５の裏面から部分的にエッチングすることによって形成可能である。この薄膜弾性波共振子５００は、上部電極部５０２及び下部電極部５０３によって、厚さ方向に電界が印加され、厚さ方向の振動を生じる。次に、薄膜弾性波共振子５００の動作説明を、無限平板の厚み縦振動を用いて行う。【０００４】  図２４（ｂ）は、従来の薄膜弾性波共振子５００の動作を説明するための概略的な斜視図である。薄膜弾性波共振子５００は、上部電極部５０２と下部電極部５０３との間に電界が加えられると、圧電体５０１で電気エネルギーが機械エネルギーに変換される。誘起された機械振動は厚さ方向伸び振動であり、電界と同じ方向に伸び縮みを行う。一般に、薄膜弾性波共振子５００は、圧電体５０１の厚さ方向の共振振動を利用し、厚さが半波長に等しくなる周波数の共振で動作する。図２４（ａ）に示したキャビティ５０４は、この圧電体５０１の厚み縦振動を確保するために利用される。【０００５】  この薄膜弾性波共振子５００の等価回路は、図２４（ｄ）に示すように、直列共振と並列共振とを合わせ持った等価回路となる。この等価回路は、コンデンサＣ１、インダクタＬ１及び抵抗Ｒ１からなる直列共振部と、直列共振部に並列接続されたコンデンサＣ０とで構成される。この回路構成によって、等価回路のアドミッタンス周波数特性は、図２４（ｃ）に示すように、共振周波数ｆｒでアドミッタンスが極大となり、反共振周波数ｆａでアドミッタンスが極小となる。ここで、共振周波数ｆｒと反共振周波数ｆａとは、次の関係にある。
ｆｒ＝１／｛２π√（Ｌ１×Ｃ１）｝
ｆａ＝ｆｒ√（１＋Ｃ１／Ｃ０）【０００６】  このようなアドミッタンス周波数特性を有する薄膜弾性波共振子５００をフィルタとして応用した場合、圧電体５０１の共振振動を利用するため、小型で低損失のフィルタを実現することが可能となる。２つの薄膜弾性波共振子を直列と並列に接続すれば（図２５（ａ））、バンドパスフィルタを容易に構成することができる（図２５（ｂ））。【０００７】  なお、実際には、薄膜弾性波共振子は必ず基板に固定されているため、振動部で生じる厚み縦振動の全てが主共振振動として励振されるわけではなく、一部の振動が基板に漏れてしまう。この基板への振動漏れ（不要振動）は、本来圧電体内部で振動の励振に使用されるエネルギーの一部が損失として扱われることを意味する。そこで、エネルギー損失の低減を図った発明が、特許文献２等で開示されている。
【特許文献１】特開昭６０−６８７１１号公報
【特許文献２】特許第２６４４８５５号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】  上述した特許文献２に開示されている発明では、上部電極を弾性波の伝搬方向と直角な方向に分離して振動部で発生した横モード振動の伝搬を防止することで、振動部から基板への振動漏れを抑えている。従って、薄膜弾性波共振子単体での良好なフィルタ特性が期待できる。
しかしながら、特許文献２に開示の薄膜弾性波共振子を用いて、ある程度広い通過帯域幅を持ったバンドパスフィルタを構成する場合、上述したように独立した２つの薄膜弾性波共振子が必要不可欠となる（図２５（ａ））。このため、フィルタの半導体チップ占有面積が大きくなりコストが高くなるという問題がある。【０００９】  それ故に、本発明の目的は、エネルギー損失の低減を図り、かつ、広い通過帯域を有するバンドパスフィルタを、単体で実現させた薄膜弾性波共振子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】  本発明は、所定の周波数で振動する薄膜弾性波共振子、その薄膜弾性波共振子を用いたフィルタ及び通信機器に向けられている。そして、上記目的を達成させるために、本発明の薄膜弾性波共振子は、圧電体と、圧電体の一方面上に形成された第１の電極部と、第１の電極部を外囲し、かつ、第１の電極部と絶縁された位置で、圧電体の一方面上に形成された第２の電極部と、圧電体の一方面と対向する他方面上に形成された第３の電極部と、第３の電極部を外囲し、かつ、第３の電極部と絶縁された位置で、圧電体の他方面上に形成された第４の電極部と、基板を少なくとも構成に含み圧電体及び第１〜第４の電極部で形成される構成を支持する支持部とを備える。そして、この構成による薄膜弾性波共振子は、第１の電極部と第３の電極部との間に電気信号が入力され、第２の電極部と第４の電極部との間から電気信号が出力されるか、又は第２の電極部と第４の電極部との間に電気信号が入力され、第１の電極部と第３の電極部との間から電気信号が出力されることを特徴とする。【００１１】  各電極部は、第１の電極部の面積と第３の電極部の面積とが略等しく、かつ、第２の電極部の面積と第４の電極部の面積とが略等しく形成される。好ましい電極部の形状は、第１及び第３の電極部が円形状で、第２及び第４の電極部が円環形状である。これ以外に、第１及び第３の電極部が多角形状で、第２及び第４の電極部が多角環形状であってもよい。これらの場合、第１の電極部の中心と第２の電極部の中心とが一致し、かつ、第３の電極部の中心と第４の電極部の中心とが一致していることが望ましい。また、第１の電極部と第２の電極部との間隔は、圧電体の厚さ以上であることが好ましい。【００１２】  典型的な支持部は、キャビティが設けられた基板で構成されるか、基板と基板上にキャビティを形成するために積層された支持層とで構成されるか、基板と音響的に高インピーダンスとなる層と低インピーダンスとなる層とが交互に積層されてなる音響ミラーとで構成される。そして、第３及び第４の電極部が、キャビティ又は音響ミラーの上に配置される。なお、第３の電極部と第４の電極部とを一体で形成することも可能である。
【発明の効果】
【００１３】  上述した本発明の薄膜弾性波共振子によれば、単体共振子の構造で、エネルギー損失の低減を図り、かつ、広い通過帯域を有するバンドパスフィルタを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、本発明の第１の実施形態に係る薄膜弾性波共振子の構造上面図
【図２Ａ】図２Ａは、本発明の第１の実施形態に係る薄膜弾性波共振子の構造断面図（図１のａ−ａ断面図）
【図２Ｂ】図２Ｂは、本発明の薄膜弾性波共振子の基本的な構造断面図
【図３】図３は、本発明の第１の実施形態に係る薄膜弾性波共振子の回路記号例
【図４】図４は、本発明の第１の実施形態に係る薄膜弾性波共振子の等価回路図
【図５】図５は、本発明の第１の実施形態に係る薄膜弾性波共振子が発生する２つの振動モードを説明する図
【図６】図６は、本発明の第１の実施形態に係る薄膜弾性波共振子がバンドパスフィルタを構成する原理を説明する図
【図７】図７は、本発明の第１の実施形態に係る他の薄膜弾性波共振子の構造上面図
【図８】図８は、本発明の第１の実施形態に係る他の薄膜弾性波共振子の構造断面図（図７のｂ−ｂ断面図）
【図９】図９は、図８の構造による薄膜弾性波共振子と等価である回路図
【図１０】図１０は、本発明の第２の実施形態に係る薄膜弾性波共振子の構造上面図
【図１１Ａ】図１１Ａは、本発明の第２の実施形態に係る薄膜弾性波共振子の構造断面図（図１０のｃ−ｃ断面図）
【図１１Ｂ】図１１Ｂは、本発明の第２の実施形態に係る薄膜弾性波共振子の他の構造断面図
【図１２】図１２は、本発明の第２の実施形態に係る他の薄膜弾性波共振子の構造上面図
【図１３Ａ】図１３Ａは、本発明の第２の実施形態に係る他の薄膜弾性波共振子の構造断面図（図１２のｄ−ｄ断面図）
【図１３Ｂ】図１３Ｂは、本発明の第２の実施形態に係る他の薄膜弾性波共振子の他の構造断面図
【図１４】図１４は、本発明の第３の実施形態に係る薄膜弾性波共振子の構造上面図
【図１５】図１５は、本発明の第３の実施形態に係る薄膜弾性波共振子の構造断面図（図１４のｅ−ｅ断面図）
【図１６】図１６は、本発明の第３の実施形態に係る薄膜弾性波共振子が発生する２つの振動モードを説明する図
【図１７】図１７は、本発明の第４の実施形態に係る薄膜弾性波共振子の構造上面図
【図１８Ａ】図１８Ａは、本発明の第４の実施形態に係る薄膜弾性波共振子の構造断面図（図１７のｆ−ｆ断面図）
【図１８Ｂ】図１８Ｂは、本発明の第４の実施形態に係る薄膜弾性波共振子の他の構造断面図
【図１９】図１９は、本発明の薄膜弾性波共振子を用いたラダー型フィルタの構成例を示す図
【図２０】図２０は、本発明の薄膜弾性波共振子を用いたインピーダンス変換を説明する図
【図２１】図２１は、第１の電極部及び第３の電極部への配線例を示す図
【図２２】図２２は、本発明の第１〜第４の実施形態に係る薄膜弾性波共振子を応用した他の構造断面図
【図２３】図２３は、本発明の薄膜弾性波共振子を用いた通信機器の構成例を示す図
【図２４】図２４は、従来の薄膜弾性波共振子を説明するための図
【図２５】図２５は、従来の薄膜弾性波共振子を用いたフィルタの構成図
【符号の説明】
【００１５】１〜４、５００  薄膜弾性波共振子
１０、５０５  半導体基板
１１、５０４  キャビティ
２０  音響ミラー
２１、２２  音響インピーダンス層
３０  下部電極
３１〜３４、５１〜５４、５０２、５０３  電極部
４０、５０１  圧電体
５０  上部電極
６０  振動部
７０  支持層
１１１、１１２  アンテナ
１１３  スイッチ
１１４  フィルタ
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】  （第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る薄膜弾性波共振子１の構造例を示す上面図である。図１に示した薄膜弾性波共振子１のａ−ａ線に沿った最も基本的な構造断面は、図２Ｂに示すものであるが、この第１の実施形態では、薄膜弾性波共振子１が図２Ａに示す構造断面を有する場合を例に挙げて説明する。図１及び図２Ａにおいて、第１の実施形態に係る薄膜弾性波共振子１は、半導体基板１０の上に、音響ミラー２０、下部電極３０、圧電体４０及び上部電極５０が順に形成された構造である。下部電極３０、圧電体４０及び上部電極５０によって、振動部６０が構成される。半導体基板１０及び音響ミラー２０は、振動部６０の支持部となる。下部電極３０及び上部電極５０は、例えばモリブデン（Ｍｏ）で形成される。圧電体４０は、例えば窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等の圧電材料で形成される。図３は、第１の実施形態に係る薄膜弾性波共振子１を回路記号で表した場合の一例を示している。【００１７】  まず、第１の実施形態に係る薄膜弾性波共振子１の構造の詳細を説明する。
音響ミラー２０は、振動部６０の共振振動を振動部６０内に閉じ込めるために設けられる。この音響ミラー２０は、少なくとも異なる音響インピーダンスを有する２種類の層、この例では高音響インピーダンス層２１と低音響インピーダンス層２２とを、交互に積層することによって構成される。高音響インピーダンス層２１及び低音響インピーダンス層２２の厚さは、それぞれに対応した音響波長の１／４の厚さである。下部電極３０の下には、低音響インピーダンス層２２が配置される。【００１８】  上部電極５０は、円形状に形成された第１の電極部５１と、第１の電極部５１の外側に円環形状で形成された第２の電極部５２とで構成される。第１の電極部５１と第２の電極部５２とは、絶縁領域を介して電気的に分離されている。この第１の電極部５１及び第２の電極部５２は、図１に示すように中心が一致している同心の円及び円環であることが好ましい。また、第１の電極部５１と第２の電極部５２との間隔は、圧電体４０の厚さ以上であることが好ましい。【００１９】  同様に、下部電極３０は、円形状に形成された第３の電極部３１と、第３の電極部３１の外側に円環形状で形成された第４の電極部３２とで構成される。第３の電極部３１と第４の電極部３２とは、絶縁領域を介して電気的に分離されている。この第３の電極部３１及び第４の電極部３２も、中心が一致している同心の円及び円環であることが好ましい。また、第３の電極部３１と第４の電極部３２との間隔は、圧電体４０の厚さ以上であることが好ましい。さらに、第３の電極部３１が圧電体４０を介して第１の電極部５１と対向する位置に、第４の電極部３２が圧電体４０を介して第２の電極部５２と対向する位置に、それぞれ設けられることが特性上最も好ましい。【００２０】  次に、上記構造による第１の実施形態に係る薄膜弾性波共振子１によって、バンドパスフィルタを実現できる原理を説明する。図４は、第１の実施形態に係る薄膜弾性波共振子１の等価回路を示した図である。図５は、第１の実施形態に係る薄膜弾性波共振子１が発生する２つの振動モードを説明する図である。図６は、図５で示した２つの振動モードによって、第１の実施形態に係る薄膜弾性波共振子１がバンドパスフィルタを構成することとなる原理を説明する図である。【００２１】  薄膜弾性波共振子１を振動させるための電気信号は、第１の電極部５１と第３の電極部３１との間に印加される。印加された電気信号は、逆圧電効果によって機械振動を励振させる。この励振された振動は、圧電体４０を伝搬して、第２の電極部５２と第４の電極部３２とで挟まれた領域に伝えられる。そして、伝搬された振動は、圧電効果によって、第２の電極部５２と第４の電極部３２との間から、電気信号に変換されて取り出される。
このとき、第１の電極部５１と第３の電極部３１とで励振される機械振動には、下記で説明するように、異なる振動パターンの２つの振動モードが存在する。
なお、電気信号の印加は、第２の電極部５２と第４の電極部３２との間でもよく、この場合には上記と逆に第１の電極部５１と第３の電極部３１との間から電気信号が取り出されることになる。【００２２】  薄膜弾性波共振子１の構造を等価回路で表現すると、図４に示すように２つの共振回路が存在することになる。この２つの共振回路は、電極の位置に対応して次のようにそれぞれ異なるパターンで振動する。第１のパターンは、第１の電極部５１及び第３の電極部３１の中心を正振動のピークとし、かつ、第２の電極部５２及び第４の電極部３２も正振動となる振動をするパターンである（図５の振動モードＡ）。第２のパターンは、第１の電極部５１及び第３の電極部３１の中心を正振動のピークとし、かつ、第２の電極部５２及び第４の電極部３２の幅の中心を負振動のピークとして振動するパターンである（図５の振動モードＢ）。すなわち、第１の電極部５１及び第２の電極部５２と第３の電極部３１及び第４の電極部３２との間の全てで振動するパターンである。【００２３】  振動モードＡでは、振幅により発生する電荷は、共振周波数ｆｒ（Ａ）で最大となり、反共振周波数ｆａ（Ａ）で最小となる。一方、振動モードＢでは、振幅により発生する電荷は、共振周波数ｆｒ（Ａ）とは異なる共振周波数ｆｒ（Ｂ）で最大となり、反共振周波数ｆａ（Ａ）とは異なる反共振周波数ｆａ（Ｂ）で最小となる。よって、振動モードＡの反共振周波数ｆａ（Ａ）と振動モードＢの共振周波数ｆｒ（Ｂ）とが近接した周波数領域では、薄膜弾性波共振子１の通過損失が小さくなり、かつ、その両側周波数領域においてプラス電荷とマイナス電荷のキャンセルが見られ、図６に示すような広い通過帯域を持ったフィルタ特性を実現することができる。
また、このとき、振動モードＡの反共振周波数ｆａ（Ａ）と振動モードＢの共振周波数ｆｒ（Ｂ）とが略一致するように各電極及び圧電体をそれぞれ適切に設定してやれば、通過帯域での損失をさらに小さくすることが可能であり、薄膜弾性波共振子１の低損失化を図ることができる。【００２４】  以上のように、本発明の第１の実施形態に係る薄膜弾性波共振子１によれば、単体共振子の構造で、エネルギー損失の低減を図り、かつ、広い通過帯域を有するバンドパスフィルタを実現することができる。
なお、第１の実施形態の薄膜弾性波共振子１では、下部電極３０に第３の電極部３１及び第４の電極部３２の２つを形成する例を説明したが、図７及び図８に示すように下部電極３０に形成する電極部は１つであっても構わない。この構造による薄膜弾性波共振子は、スタック型フィルタと等価となり（図９）、上記と同様の効果を奏することができる。【００２５】  （第２の実施形態）
図１０は、本発明の第２の実施形態に係る薄膜弾性波共振子２の構造例を示す上面図である。図１１Ａは、図１０に示した薄膜弾性波共振子２のｃ−ｃ線に沿った断面図である。図１０及び図１１Ａにおいて、第２の実施形態に係る薄膜弾性波共振子２は、キャビティ１１が形成された半導体基板１０の上に、下部電極３０、圧電体４０及び上部電極５０が順に形成された構造である。下部電極３０、圧電体４０及び上部電極５０は、振動部６０を構成する。半導体基板１０は、振動部６０の支持部となる。【００２６】  図１１Ａでわかるように、第２の実施形態に係る薄膜弾性波共振子２は、上記第１の実施形態に係る薄膜弾性波共振子１の音響ミラー２０に代えて、半導体基板１０にキャビティ１１を設けた構造である。このキャビティ１１は、音響ミラー２０と同様に、振動部６０の共振振動を振動部６０内に閉じ込めるために設けられる。【００２７】  よって、第２の実施形態に係る薄膜弾性波共振子２も上記第１の実施形態に係る薄膜弾性波共振子１と同様に、単体共振子の構造で、エネルギー損失の低減を図り、かつ、広い通過帯域を有するバンドパスフィルタを実現することができる。なお、図１１Ａでは、半導体基板１０の一部をエッチング等により陥没させてキャビティ１１を形成しているが、図１１Ｂのように半導体基板１０の上に支持層７０を積層してキャビティ１１を形成してもよい。【００２８】  また、第２の実施形態の薄膜弾性波共振子２では、下部電極３０に第３の電極部３１及び第４の電極部３２の２つを形成する例を説明したが、図１２及び図１３Ａに示すように下部電極３０に形成する電極部は１つであっても構わない。この構造による薄膜弾性波共振子でも、上記と同様の効果を奏することができる。なお、この構造の場合でも、図１３Ｂのように半導体基板の上に支持層を積層してキャビティを形成してもよい。【００２９】  （第３の実施形態）
図１４は、本発明の第３の実施形態に係る薄膜弾性波共振子３の構造例を示す上面図である。図１５は、図１４に示した薄膜弾性波共振子３のｅ−ｅ線に沿った断面図である。図１４及び図１５において、第３の実施形態に係る薄膜弾性波共振子３は、半導体基板１０の上に、音響ミラー２０、下部電極３０、圧電体４０及び上部電極５０が順に形成された構造である。この構造は、上述した第１の実施形態に係る薄膜弾性波共振子１と同様であるが、下部電極３０及び上部電極５０に形成される電極の形状が以下のように異なる。【００３０】  上部電極５０は、多角形状に形成された第１の電極部５３と、第１の電極部５３の外側に環状に形成された第２の電極部５４とで構成される。第１の電極部５３と第２の電極部５４とは、絶縁領域を介して電気的に分離されている。この環状に形成される第２の電極部５４の外辺及び内辺の形状は、第１の電極部５３の多角形状の外縁と相似形である。以下、第２の電極部５４のような形状を多辺環形状と呼ぶことにする。第１の電極部５３及び第２の電極部５４は、中心が一致している同心の多角形及び多辺環であることが好ましい。図１４は、第１の電極部５３の多角形として正方形を用いた例を示す。【００３１】  同様に、下部電極３０は、多角形状に形成された第３の電極部３３と、第３の電極部３３の外側に多辺環形状で形成された第４の電極部３４とで構成される。第３の電極部３３と第４の電極部３４とは、絶縁領域を介して電気的に分離されている。第４の電極部３４の外辺及び内辺の形状は、第３の電極部３３の多角形状の外縁と相似形である。この第３の電極部３３及び第４の電極部３４も、中心が一致している同心の多角形及び多辺環であることが好ましい。さらに、第３の電極部３３が圧電体４０を介して第１の電極部５３と対向する位置に、第４の電極部３４が圧電体４０を介して第２の電極部５４と対向する位置に、それぞれ設けられることが特性上最も好ましい。【００３２】  上記構造による第３の実施形態に係る薄膜弾性波共振子３でも、第１の電極部５３と第３の電極部３３との間（又は、第２の電極部５４と第４の電極部３４との間）に電気信号が印加されると、図１６に示すように振動パターンの異なる振動モードＡ及び振動モードＢによる振動が生じる。よって、振動モードＡの反共振周波数ｆａ（Ａ）と振動モードＢの共振周波数ｆｒ（Ｂ）とが略一致するように各電極及び圧電体をそれぞれ適切に設定してやれば、広い通過帯域を持ったフィルタ特性を実現することができる（図６を参照）。【００３３】  以上のように、本発明の第３の実施形態に係る薄膜弾性波共振子３によれば、単体共振子の構造で、エネルギー損失の低減を図り、かつ、広い通過帯域を有するバンドパスフィルタを実現することができる。【００３４】  （第４の実施形態）
図１７は、本発明の第４の実施形態に係る薄膜弾性波共振子４の構造例を示す上面図である。図１８Ａは、図１７に示した薄膜弾性波共振子４のｆ−ｆ線に沿った断面図である。図１７及び図１８Ａにおいて、第４の実施形態に係る薄膜弾性波共振子４は、キャビティ１１が形成された半導体基板１０の上に、下部電極３０、圧電体４０及び上部電極５０が順に形成された構造である。下部電極３０、圧電体４０及び上部電極５０は、振動部６０を構成する。半導体基板１０は、振動部６０の支持部となる。【００３５】  図１８Ａでわかるように、第４の実施形態に係る薄膜弾性波共振子４は、上記第３の実施形態に係る薄膜弾性波共振子３の音響ミラー２０に代えて、半導体基板１０にキャビティ１１を設けた構造である。このキャビティ１１は、音響ミラー２０と同様に、振動部６０の共振振動を振動部６０内に閉じ込めるために設けられる。【００３６】  よって、第４の実施形態に係る薄膜弾性波共振子４も上記第３の実施形態に係る薄膜弾性波共振子３と同様に、単体共振子の構造で、エネルギー損失の低減を図り、かつ、広い通過帯域を有するバンドパスフィルタを実現することができる。なお、図１８Ａでは、半導体基板１０の一部をエッチング等により陥没させてキャビティ１１を形成しているが、図１８Ｂのように半導体基板１０の上に支持層７０を積層してキャビティ１１を形成してもよい。【００３７】  なお、本発明の薄膜弾性波共振子１〜４は、上述したように単独でフィルタとして使用される以外にも、他の薄膜弾性波共振子と任意に組み合わせて使用することができる。例えば、図１９に示すように、本発明の薄膜弾性波共振子１〜４をラダー型フィルタの最後段に挿入することができる。【００３８】  また、本発明の薄膜弾性波共振子１〜４は、入力された電気信号を一旦振動に変換した後で再び電気信号に再変換して取り出す構造であるため、入力側の容量値Ｃｉｎと出力側の容量値Ｃｏｕｔとを変えることで、インピーダンス変換を行うことも可能となる（図２０を参照）。容量値Ｃは、誘電率ε、電極面積Ｓ及び圧電体厚さｔとすると、Ｃ＝εＳ／ｔで求められる。【００３９】  また、上記第１〜第４の実施形態で説明したように、本発明の薄膜弾性波共振子では、第２の電極部及び第４の電極部が環状であり、かつ、第１の電極部及び第３の電極部とそれぞれ絶縁されていることが、特性上最も好ましい。しかしながら、一般的に第１の電極部及び第３の電極部への配線は、半導体基板上にエッチング成形される金属配線によって行われる。よって、このような場合には、図２１に示すように、第２の電極部及び第４の電極部の一部を欠けさせて配線を引き込むようにする。【００４０】  さらに、上記第１〜第４の実施形態において、下部電極３０と上部電極５０とで挟まれる圧電体４０は、一体で成膜されるため厚みは一定となる。その結果、第１の電極部と第３の電極部との間では、下部電極３０の厚さ分だけ圧電体４０の上面が窪んだ構造となる。しかし、例えば、ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）等の平坦化プロセスを用いることで、図２２のように、圧電体４０の上面をフラットにすることも可能である。この場合、第１の電極部と第���の電極部、及びその間の部分での共振周波数が近接するため、所望の振動（振動モードＡ及び振動モードＢ）がより励振しやすい等、使用上の利点も大きい。【００４１】  （薄膜弾性波共振子を用いた通信機器の実施例）
図２３は、本発明の薄膜弾性波共振子を用いた通信機器の構成例を示す図である。図２３に示す通信装置は、第１〜第４の実施形態で説明した薄膜弾性波共振子１〜４をフィルタに用いた装置である。この通信機器は、２つのアンテナ１１１及び１１２と、２つの周波数信号を切り替えるためのスイッチ１１３と、１つのフィルタ１１４とで構成される。このように構成すれば、低損失な通信機器を実現することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４２】  本発明の薄膜弾性波共振子は、エネルギー損失の低減を図り、かつ、広い通過帯域を有するバンドパスフィルタを、単体で実現させたい場合等の利用に適している。
【図１】
2006062083.tif 000002
【図２Ａ】
2006062083.tif 000003
【図２Ｂ】
2006062083.tif 000004
【図３】
2006062083.tif 000005
【図４】
2006062083.tif 000006
【図５】
2006062083.tif 000007
【図６】
2006062083.tif 000008
【図７】
2006062083.tif 000009
【図８】
2006062083.tif 000010
【図９】
2006062083.tif 000011
【図１０】
2006062083.tif 000012
【図１１Ａ】
2006062083.tif 000013
【図１１Ｂ】
2006062083.tif 000014
【図１２】
2006062083.tif 000015
【図１３Ａ】
2006062083.tif 000016
【図１３Ｂ】
2006062083.tif 000017
【図１４】
2006062083.tif 000018
【図１５】
2006062083.tif 000019
【図１６】
2006062083.tif 000020
【図１７】
2006062083.tif 000021
【図１８Ａ】
2006062083.tif 000022
【図１８Ｂ】
2006062083.tif 000023
【図１９】
2006062083.tif 000024
【図２０】
2006062083.tif 000025
【図２１】
2006062083.tif 000026
【図２２】
2006062083.tif 000027
【図２３】
2006062083.tif 000028
【図２４】
2006062083.tif 000029
【図２５】
2006062083.tif 000030
【手続補正書】
【提出日】平成19年5月16日(2007.5.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の周波数で振動する薄膜弾性波共振子であって、
圧電体と、
前記圧電体の一方面上に形成された第１の電極部と、
前記第１の電極部を外囲し、かつ、前記第１の電極部と絶縁された位置で、前記圧電体の一方面上に形成された第２の電極部と、
前記圧電体の一方面と対向する他方面上に形成された第３の電極部と、
前記第３の電極部を外囲し、かつ、前記第３の電極部と絶縁された位置で、前記圧電体の他方面上に形成された第４の電極部と、
基板を少なくとも構成に含み、前記圧電体及び前記第１〜第４の電極部で形成される構成を支持する支持部とを備え、
前記第１の電極部と前記第３の電極部との間に電気信号が入力され、前記第２の電極部と前記第４の電極部との間から電気信号が出力されるか、又は前記第２の電極部と前記第４の電極部との間に電気信号が入力され、前記第１の電極部と前記第３の電極部との間から電気信号が出力されることを特徴とする、薄膜弾性波共振子。
【請求項２】
前記第１の電極部の面積と前記第３の電極部の面積とが略等しく、かつ、前記第２の電極部の面積と前記第４の電極部の面積とが略等しいことを特徴とする、請求項１に記載の薄膜弾性波共振子。
【請求項３】
前記第１及び第３の電極部が円形状であり、かつ、前記第２及び第４の電極部が円環形状であることを特徴とする、請求項１に記載の薄膜弾性波共振子。
【請求項４】
前記第１及び第３の電極部が円形状であり、かつ、前記第２及び第４の電極部が円環形状であることを特徴とする、請求項２に記載の薄膜弾性波共振子。
【請求項５】
前記第１及び第３の電極部が多角形状であり、かつ、前記第２及び第４の電極部が多角環形状であることを特徴とする、請求項１に記載の薄膜弾性波共振子。
【請求項６】
前記第１及び第３の電極部が多角形状であり、かつ、前記第２及び第４の電極部が多角環形状であることを特徴とする、請求項２に記載の薄膜弾性波共振子。
【請求項７】
前記第１の電極部の中心と前記第２の電極部の中心とが一致し、かつ、前記第３の電極部の中心と前記第４の電極部の中心とが一致していることを特徴とする、請求項１に記載の薄膜弾性波共振子。
【請求項８】
前記第１の電極部の中心と前記第２の電極部の中心とが一致し、かつ、前記第３の電極部の中心と前記第４の電極部の中心とが一致していることを特徴とする、請求項２に記載の薄膜弾性波共振子。
【請求項９】
前記支持部は、キャビティが設けられた基板で構成され、当該キャビティの上に前記第３及び第４の電極部が配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の薄膜弾性波共振子。
【請求項１０】
前記支持部は、基板と、基板上にキャビティを形成するために積層された支持層とで構成され、当該キャビティの上に前記第３及び第４の電極部が配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の薄膜弾性波共振子。
【請求項１１】
前記支持部は、基板と、音響的に高インピーダンスとなる層と低インピーダンスとなる層とが交互に積層されてなる音響ミラーとで構成され、当該音響ミラーの上に前記第３及び第４の電極部が配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の薄膜弾性波共振子。
【請求項１２】
前記第１の電極部と前記第２の電極部との間隔は、前記圧電体の厚さ以上であることを特徴とする、請求項１に記載の薄膜弾性波共振子。
【請求項１３】
所定の周波数で振動する薄膜弾性波共振子であって、
圧電体と、
前記圧電体の一方面上に形成された第１の電極部と、
前記第１の電極部を外囲し、かつ、前記第１の電極部と絶縁された位置で、前記圧電体の一方面上に形成された第２の電極部と、
前記圧電体の一方面と対向する他方面上に形成された第３の電極部と、
基板を少なくとも構成に含み、前記圧電体及び前記第１〜第３の電極部で形成される構成を支持する支持部とを備え、
前記第１の電極部と前記第３の電極部との間に電気信号が入力され、前記第２の電極部と前記第３の電極部との間から電気信号が出力されるか、又は前記第２の電極部と前記第３の電極部との間に電気信号が入力され、前記第１の電極部と前記第３の電極部との間から電気信号が出力されることを特徴とする、薄膜弾性波共振子。
【請求項１４】
前記第１の電極部が円形状であり、かつ、前記第２の電極部が円環形状であることを特徴とする、請求項１３に記載の薄膜弾性波共振子。
【請求項１５】
前記第１の電極部が多角形状であり、かつ、前記第２の電極部が多角環形状であることを特徴とする、請求項１３に記載の薄膜弾性波共振子。
【請求項１６】
前記第１の電極部の中心と前記第２の電極部の中心とが一致していることを特徴とする、請求項１３に記載の薄膜弾性波共振子。
【請求項１７】
前記支持部は、キャビティが設けられた基板で構成され、当該キャビティの上に前記第３の電極部が配置されていることを特徴とする、請求項１３に記載の薄膜弾性波共振子。
【請求項１８】
前記支持部は、基板と、音響的に高インピーダンスとなる層と低インピーダンスとなる層とが交互に積層されてなる音響ミラーとで構成され、当該音響ミラーの上に前記第３の電極部が配置されていることを特徴とする、請求項１３に記載の薄膜弾性波共振子。
【請求項１９】
前記第１の電極部と前記第２の電極部との間隔は、前記圧電体の厚さ以上であることを特徴とする、請求項１３に記載の薄膜弾性波共振子。
【請求項２０】
複数の薄膜弾性波共振子からなるフィルタであって、
前記複数の薄膜弾性波共振子のうち少なくとも１つが、請求項１〜１９のいずれか１項に記載の薄膜弾性波共振子である、フィルタ。
【請求項２１】
請求項２０に記載のフィルタを備えた、通信機器。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜弾性波共振子に関し、より特定的には、単一の共振子でバンドパスフィルタを構成することが可能な薄膜弾性波共振子、及び当該薄膜弾性波共振子を用いたフィルタや通信機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯機器等の電子機器に内蔵される部品は、より小型化及び軽量化されることが要求されている。例えば、携帯機器に使用されるフィルタには、小型化が要求されると共に、周波数特性の精密な調整が可能であることが要求される。これらの要求を満たすフィルタの１つとして、薄膜弾性波共振子を用いたフィルタが知られている（特許文献１を参照）。
【０００３】
以下、図２４を参照して、従来の薄膜弾性波共振子を説明する。
図２４（ａ）は、従来の薄膜弾性波共振子５００の基本構造を示した断面図である。薄膜弾性波共振子５００は、圧電体５０１を上部電極部５０２と下部電極部５０３とで挟んだ構造である。この薄膜弾性波共振子５００は、キャビティ５０４が形成された半導体基板５０５の上に載置されて使用される。キャビティ５０４は、微細加工法を用いて、半導体基板５０５の裏面から部分的にエッチングすることによって形成可能である。この薄膜弾性波共振子５００は、上部電極部５０２及び下部電極部５０３によって、厚さ方向に電界が印加され、厚さ方向の振動を生じる。次に、薄膜弾性波共振子５００の動作説明を、無限平板の厚み縦振動を用いて行う。
【０００４】
図２４（ｂ）は、従来の薄膜弾性波共振子５００の動作を説明するための概略的な斜視図である。薄膜弾性波共振子５００は、上部電極部５０２と下部電極部５０３との間に電界が加えられると、圧電体５０１で電気エネルギーが機械エネルギーに変換される。誘起された機械振動は厚さ方向伸び振動であり、電界と同じ方向に伸び縮みを行う。一般に、薄膜弾性波共振子５００は、圧電体５０１の厚さ方向の共振振動を利用し、厚さが半波長に等しくなる周波数の共振で動作する。図２４（ａ）に示したキャビティ５０４は、この圧電体５０１の厚み縦振動を確保するために利用される。
【０００５】
この薄膜弾性波共振子５００の等価回路は、図２４（ｄ）に示すように、直列共振と並列共振とを合わせ持った等価回路となる。この等価回路は、コンデンサＣ１、インダクタＬ１及び抵抗Ｒ１からなる直列共振部と、直列共振部に並列接続されたコンデンサＣ０とで構成される。この回路構成によって、等価回路のアドミッタンス周波数特性は、図２４（ｃ）に示すように、共振周波数ｆｒでアドミッタンスが極大となり、反共振周波数ｆａでアドミッタンスが極小となる。ここで、共振周波数ｆｒと反共振周波数ｆａとは、次の関係にある。
ｆｒ＝１／｛２π√（Ｌ１×Ｃ１）｝
ｆａ＝ｆｒ√（１＋Ｃ１／Ｃ０）
【０００６】
このようなアドミッタンス周波数特性を有する薄膜弾性波共振子５００をフィルタとして応用した場合、圧電体５０１の共振振動を利用するため、小型で低損失のフィルタを実現することが可能となる。２つの薄膜弾性波共振子を直列と並列に接続すれば（図２５（ａ））、バンドパスフィルタを容易に構成することができる（図２５（ｂ））。
【０００７】
なお、実際には、薄膜弾性波共振子は必ず基板に固定されているため、振動部で生じる厚み縦振動の全てが主共振振動として励振されるわけではなく、一部の振動が基板に漏れてしまう。この基板への振動漏れ（不要振動）は、本来圧電体内部で振動の励振に使用されるエネルギーの一部が損失として扱われることを意味する。そこで、エネルギー損失の低減を図った発明が、特許文献２等で開示されている。
【特許文献１】特開昭６０−６８７１１号公報
【特許文献２】特許第２６４４８５５号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述した特許文献２に開示されている発明では、上部電極を弾性波の伝搬方向と直角な方向に分離して振動部で発生した横モード振動の伝搬を防止することで、振動部から基板への振動漏れを抑えている。従って、薄膜弾性波共振子単体での良好なフィルタ特性が期待できる。
しかしながら、特許文献２に開示の薄膜弾性波共振子を用いて、ある程度広い通過帯域幅を持ったバンドパスフィルタを構成する場合、上述したように独立した２つの薄膜弾性波共振子が必要不可欠となる（図２５（ａ））。このため、フィルタの半導体チップ占有面積が大きくなりコストが高くなるという問題がある。
【０００９】
それ故に、本発明の目的は、エネルギー損失の低減を図り、かつ、広い通過帯域を有するバンドパスフィルタを、単体で実現させた薄膜弾性波共振子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、所定の周波数で振動する薄膜弾性波共振子、その薄膜弾性波共振子を用いたフィルタ及び通信機器に向けられている。そして、上記目的を達成させるために、本発明の薄膜弾性波共振子は、圧電体と、圧電体の一方面上に形成された第１の電極部と、第１の電極部を外囲し、かつ、第１の電極部と絶縁された位置で、圧電体の一方面上に形成された第２の電極部と、圧電体の一方面と対向する他方面上に形成された第３の電極部と、第３の電極部を外囲し、かつ、第３の電極部と絶縁された位置で、圧電体の他方面上に形成された第４の電極部と、基板を少なくとも構成に含み圧電体及び第１〜第４の電極部で形成される構成を支持する支持部とを備える。そして、この構成による薄膜弾性波共振子は、第１の電極部と第３の電極部との間に電気信号が入力され、第２の電極部と第４の電極部との間から電気信号が出力されるか、又は第２の電極部と第４の電極部との間に電気信号が入力され、第１の電極部と第３の電極部との間から電気信号が出力されることを特徴とする。
【００１１】
各電極部は、第１の電極部の面積と第３の電極部の面積とが略等しく、かつ、第２の電極部の面積と第４の電極部の面積とが略等しく形成される。好ましい電極部の形状は、第１及び第３の電極部が円形状で、第２及び第４の電極部が円環形状である。これ以外に、第１及び第３の電極部が多角形状で、第２及び第４の電極部が多角環形状であってもよい。これらの場合、第１の電極部の中心と第２の電極部の中心とが一致し、かつ、第３の電極部の中心と第４の電極部の中心とが一致していることが望ましい。また、第１の電極部と第２の電極部との間隔は、圧電体の厚さ以上であることが好ましい。
【００１２】
典型的な支持部は、キャビティが設けられた基板で構成されるか、基板と基板上にキャビティを形成するために積層された支持層とで構成されるか、基板と音響的に高インピーダンスとなる層と低インピーダンスとなる層とが交互に積層されてなる音響ミラーとで構成される。そして、第３及び第４の電極部が、キャビティ又は音響ミラーの上に配置される。なお、第３の電極部と第４の電極部とを一体で形成することも可能である。
【発明の効果】
【００１３】
上述した本発明の薄膜弾性波共振子によれば、単体共振子の構造で、エネルギー損失の低減を図り、かつ、広い通過帯域を有するバンドパスフィルタを実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る薄膜弾性波共振子１の構造例を示す上面図である。図１に示した薄膜弾性波共振子１のａ−ａ線に沿った最も基本的な構造断面は、図２Ｂに示すものであるが、この第１の実施形態では、薄膜弾性波共振子１が図２Ａに示す構造断面を有する場合を例に挙げて説明する。図１及び図２Ａにおいて、第１の実施形態に係る薄膜弾性波共振子１は、半導体基板１０の上に、音響ミラー２０、下部電極３０、圧電体４０及び上部電極５０が順に形成された構造である。下部電極３０、圧電体４０及び上部電極５０によって、振動部６０が構成される。半導体基板１０及び音響ミラー２０は、振動部６０の支持部となる。下部電極３０及び上部電極５０は、例えばモリブデン（Ｍｏ）で形成される。圧電体４０は、例えば窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等の圧電材料で形成される。図３は、第１の実施形態に係る薄膜弾性波共振子１を回路記号で表した場合の一例を示している。
【００１５】
まず、第１の実施形態に係る薄膜弾性波共振子１の構造の詳細を説明する。
音響ミラー２０は、振動部６０の共振振動を振動部６０内に閉じ込めるために設けられる。この音響ミラー２０は、少なくとも異なる音響インピーダンスを有する２種類の層、この例では高音響インピーダンス層２１と低音響インピーダンス層２２とを、交互に積層することによって構成される。高音響インピーダンス層２１及び低音響インピーダンス層２２の厚さは、それぞれに対応した音響波長の１／４の厚さである。下部電極３０の下には、低音響インピーダンス層２２が配置される。
【００１６】
上部電極５０は、円形状に形成された第１の電極部５１と、第１の電極部５１の外側に円環形状で形成された第２の電極部５２とで構成される。第１の電極部５１と第２の電極部５２とは、絶縁領域を介して電気的に分離されている。この第１の電極部５１及び第２の電極部５２は、図１に示すように中心が一致している同心の円及び円環であることが好ましい。また、第１の電極部５１と第２の電極部５２との間隔は、圧電体４０の厚さ以上であることが好ましい。
【００１７】
同様に、下部電極３０は、円形状に形成された第３の電極部３１と、第３の電極部３１の外側に円環形状で形成された第４の電極部３２とで構成される。第３の電極部３１と第４の電極部３２とは、絶縁領域を介して電気的に分離されている。この第３の電極部３１及び第４の電極部３２も、中心が一致している同心の円及び円環であることが好ましい。また、第３の電極部３１と第４の電極部３２との間隔は、圧電体４０の厚さ以上であることが好ましい。さらに、第３の電極部３１が圧電体４０を介して第１の電極部５１と対向する位置に、第４の電極部３２が圧電体４０を介して第２の電極部５２と対向する位置に、それぞれ設けられることが特性上最も好ましい。
【００１８】
次に、上記構造による第１の実施形態に係る薄膜弾性波共振子１によって、バンドパスフィルタを実現できる原理を説明する。図４は、第１の実施形態に係る薄膜弾性波共振子１の等価回路を示した図である。図５は、第１の実施形態に係る薄膜弾性波共振子１が発生する２つの振動モードを説明する図である。図６は、図５で示した２つの振動モードによって、第１の実施形態に係る薄膜弾性波共振子１がバンドパスフィルタを構成することとなる原理を説明する図である。
【００１９】
薄膜弾性波共振子１を振動させるための電気信号は、第１の電極部５１と第３の電極部３１との間に印加される。印加された電気信号は、逆圧電効果によって機械振動を励振させる。この励振された振動は、圧電体４０を伝搬して、第２の電極部５２と第４の電極部３２とで挟まれた領域に伝えられる。そして、伝搬された振動は、圧電効果によって、第２の電極部５２と第４の電極部３２との間から、電気信号に変換されて取り出される。
このとき、第１の電極部５１と第３の電極部３１とで励振される機械振動には、下記で説明するように、異なる振動パターンの２つの振動モードが存在する。
なお、電気信号の印加は、第２の電極部５２と第４の電極部３２との間でもよく、この場合には上記と逆に第１の電極部５１と第３の電極部３１との間から電気信号が取り出されることになる。
【００２０】
薄膜弾性波共振子１の構造を等価回路で表現すると、図４に示すように２つの共振回路が存在することになる。この２つの共振回路は、電極の位置に対応して次のようにそれぞれ異なるパターンで振動する。第１のパターンは、第１の電極部５１及び第３の電極部３１の中心を正振動のピークとし、かつ、第２の電極部５２及び第４の電極部３２も正振動となる振動をするパターンである（図５の振動モードＡ）。第２のパターンは、第１の電極部５１及び第３の電極部３１の中心を正振動のピークとし、かつ、第２の電極部５２及び第４の電極部３２の幅の中心を負振動のピークとして振動するパターンである（図５の振動モードＢ）。すなわち、第１の電極部５１及び第２の電極部５２と第３の電極部３１及び第４の電極部３２との間の全てで振動するパターンである。
【００２１】
振動モードＡでは、振幅により発生する電荷は、共振周波数ｆｒ（Ａ）で最大となり、反共振周波数ｆａ（Ａ）で最小となる。一方、振動モードＢでは、振幅により発生する電荷は、共振周波数ｆｒ（Ａ）とは異なる共振周波数ｆｒ（Ｂ）で最大となり、反共振周波数ｆａ（Ａ）とは異なる反共振周波数ｆａ（Ｂ）で最小となる。よって、振動モードＡの反共振周波数ｆａ（Ａ）と振動モードＢの共振周波数ｆｒ（Ｂ）とが近接した周波数領域では、薄膜弾性波共振子１の通過損失が小さくなり、かつ、その両側周波数領域においてプラス電荷とマイナス電荷のキャンセルが見られ、図６に示すような広い通過帯域を持ったフィルタ特性を実現することができる。
また、このとき、振動モードＡの反共振周波数ｆａ（Ａ）と振動モードＢの共振周波数ｆｒ（Ｂ）とが略一致するように各電極及び圧電体をそれぞれ適切に設定してやれば、通過帯域での損失をさらに小さくすることが可能であり、薄膜弾性波共振子１の低損失化を図ることができる。
【００２２】
以上のように、本発明の第１の実施形態に係る薄膜弾性波共振子１によれば、単体共振子の構造で、エネルギー損失の低減を図り、かつ、広い通過帯域を有するバンドパスフィルタを実現することができる。
なお、第１の実施形態の薄膜弾性波共振子１では、下部電極３０に第３の電極部３１及び第４の電極部３２の２つを形成する例を説明したが、図７及び図８に示すように下部電極３０に形成する電極部は１つであっても構わない。この構造による薄膜弾性波共振子は、スタック型フィルタと等価となり（図９）、上記と同様の効果を奏することができる。
【００２３】
（第２の実施形態）
図１０は、本発明の第２の実施形態に係る薄膜弾性波共振子２の構造例を示す上面図である。図１１Ａは、図１０に示した薄膜弾性波共振子２のｃ−ｃ線に沿った断面図である。図１０及び図１１Ａにおいて、第２の実施形態に係る薄膜弾性波共振子２は、キャビティ１１が形成された半導体基板１０の上に、下部電極３０、圧電体４０及び上部電極５０が順に形成された構造である。下部電極３０、圧電体４０及び上部電極５０は、振動部６０を構成する。半導体基板１０は、振動部６０の支持部となる。
【００２４】
図１１Ａでわかるように、第２の実施形態に係る薄膜弾性波共振子２は、上記第１の実施形態に係る薄膜弾性波共振子１の音響ミラー２０に代えて、半導体基板１０にキャビティ１１を設けた構造である。このキャビティ１１は、音響ミラー２０と同様に、振動部６０の共振振動を振動部６０内に閉じ込めるために設けられる。
【００２５】
よって、第２の実施形態に係る薄膜弾性波共振子２も上記第１の実施形態に係る薄膜弾性波共振子１と同様に、単体共振子の構造で、エネルギー損失の低減を図り、かつ、広い通過帯域を有するバンドパスフィルタを実現することができる。なお、図１１Ａでは、半導体基板１０の一部をエッチング等により陥没させてキャビティ１１を形成しているが、図１１Ｂのように半導体基板１０の上に支持層７０を積層してキャビティ１１を形成してもよい。
【００２６】
また、第２の実施形態の薄膜弾性波共振子２では、下部電極３０に第３の電極部３１及び第４の電極部３２の２つを形成する例を説明したが、図１２及び図１３Ａに示すように下部電極３０に形成する電極部は１つであっても構わない。この構造による薄膜弾性波共振子でも、上記と同様の効果を奏することができる。なお、この構造の場合でも、図１３Ｂのように半導体基板の上に支持層を積層してキャビティを形成してもよい。
【００２７】
（第３の実施形態）
図１４は、本発明の第３の実施形態に係る薄膜弾性波共振子３の構造例を示す上面図である。図１５は、図１４に示した薄膜弾性波共振子３のｅ−ｅ線に沿った断面図である。図１４及び図１５において、第３の実施形態に係る薄膜弾性波共振子３は、半導体基板１０の上に、音響ミラー２０、下部電極３０、圧電体４０及び上部電極５０が順に形成された構造である。この構造は、上述した第１の実施形態に係る薄膜弾性波共振子１と同様であるが、下部電極３０及び上部電極５０に形成される電極の形状が以下のように異なる。
【００２８】
上部電極５０は、多角形状に形成された第１の電極部５３と、第１の電極部５３の外側に環状に形成された第２の電極部５４とで構成される。第１の電極部５３と第２の電極部５４とは、絶縁領域を介して電気的に分離されている。この環状に形成される第２の電極部５４の外辺及び内辺の形状は、第１の電極部５３の多角形状の外縁と相似形である。以下、第２の電極部５４のような形状を多辺環形状と呼ぶことにする。第１の電極部５３及び第２の電極部５４は、中心が一致している同心の多角形及び多辺環であることが好ましい。図１４は、第１の電極部５３の多角形として正方形を用いた例を示す。
【００２９】
同様に、下部電極３０は、多角形状に形成された第３の電極部３３と、第３の電極部３３の外側に多辺環形状で形成された第４の電極部３４とで構成される。第３の電極部３３と第４の電極部３４とは、絶縁領域を介して電気的に分離されている。第４の電極部３４の外辺及び内辺の形状は、第３の電極部３３の多角形状の外縁と相似形である。この第３の電極部３３及び第４の電極部３４も、中心が一致している同心の多角形及び多辺環であることが好ましい。さらに、第３の電極部３３が圧電体４０を介して第１の電極部５３と対向する位置に、第４の電極部３４が圧電体４０を介して第２の電極部５４と対向する位置に、それぞれ設けられることが特性上最も好ましい。
【００３０】
上記構造による第３の実施形態に係る薄膜弾性波共振子３でも、第１の電極部５３と第３の電極部３３との間（又は、第２の電極部５４と第４の電極部３４との間）に電気信号が印加されると、図１６に示すように振動パターンの異なる振動モードＡ及び振動モードＢによる振動が生じる。よって、振動モードＡの反共振周波数ｆａ（Ａ）と振動モードＢの共振周波数ｆｒ（Ｂ）とが略一致するように各電極及び圧電体をそれぞれ適切に設定してやれば、広い通過帯域を持ったフィルタ特性を実現することができる（図６を参照）。
【００３１】
以上のように、本発明の第３の実施形態に係る薄膜弾性波共振子３によれば、単体共振子の構造で、エネルギー損失の低減を図り、かつ、広い通過帯域を有するバンドパスフィルタを実現することができる。
【００３２】
（第４の実施形態）
図１７は、本発明の第４の実施形態に係る薄膜弾性波共振子４の構造例を示す上面図である。図１８Ａは、図１７に示した薄膜弾性波共振子４のｆ−ｆ線に沿った断面図である。図１７及び図１８Ａにおいて、第４の実施形態に係る薄膜弾性波共振子４は、キャビティ１１が形成された半導体基板１０の上に、下部電極３０、圧電体４０及び上部電極５０が順に形成された構造である。下部電極３０、圧電体４０及び上部電極５０は、振動部６０を構成する。半導体基板１０は、振動部６０の支持部となる。
【００３３】
図１８Ａでわかるように、第４の実施形態に係る薄膜弾性波共振子４は、上記第３の実施形態に係る薄膜弾性波共振子３の音響ミラー２０に代えて、半導体基板１０にキャビティ１１を設けた構造である。このキャビティ１１は、音響ミラー２０と同様に、振動部６０の共振振動を振動部６０内に閉じ込めるために設けられる。
【００３４】
よって、第４の実施形態に係る薄膜弾性波共振子４も上記第３の実施形態に係る薄膜弾性波共振子３と同様に、単体共振子の構造で、エネルギー損失の低減を図り、かつ、広い通過帯域を有するバンドパスフィルタを実現することができる。なお、図１８Ａでは、半導体基板１０の一部をエッチング等により陥没させてキャビティ１１を形成しているが、図１８Ｂのように半導体基板１０の上に支持層７０を積層してキャビティ１１を形成してもよい。
【００３５】
なお、本発明の薄膜弾性波共振子１〜４は、上述したように単独でフィルタとして使用される以外にも、他の薄膜弾性波共振子と任意に組み合わせて使用することができる。例えば、図１９に示すように、本発明の薄膜弾性波共振子１〜４をラダー型フィルタの最後段に挿入することができる。
【００３６】
また、本発明の薄膜弾性波共振子１〜４は、入力された電気信号を一旦振動に変換した後で再び電気信号に再変換して取り出す構造であるため、入力側の容量値Ｃｉｎと出力側の容量値Ｃｏｕｔとを変えることで、インピーダンス変換を行うことも可能となる（図２０を参照）。容量値Ｃは、誘電率ε、電極面積Ｓ及び圧電体厚さｔとすると、Ｃ＝εＳ／ｔで求められる。
【００３７】
また、上記第１〜第４の実施形態で説明したように、本発明の薄膜弾性波共振子では、第２の電極部及び第４の電極部が環状であり、かつ、第１の電極部及び第３の電極部とそれぞれ絶縁されていることが、特性上最も好ましい。しかしながら、一般的に第１の電極部及び第３の電極部への配線は、半導体基板上にエッチング成形される金属配線によって行われる。よって、このような場合には、図２１に示すように、第２の電極部及び第４の電極部の一部を欠けさせて配線を引き込むようにする。
【００３８】
さらに、上記第１〜第４の実施形態において、下部電極３０と上部電極５０とで挟まれる圧電体４０は、一体で成膜されるため厚みは一定となる。その結果、第１の電極部と第３の電極部との間では、下部電極３０の厚さ分だけ圧電体４０の上面が窪んだ構造となる。しかし、例えば、ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）等の平坦化プロセスを用いることで、図２２のように、圧電体４０の上面をフラットにすることも可能である。この場合、第１の電極部と第３の電極部、及びその間の部分での共振周波数が近接するため、所望の振動（振動モードＡ及び振動モードＢ）がより励振しやすい等、使用上の利点も大きい。
【００３９】
（薄膜弾性波共振子を用いた通信機器の実施例）
図２３は、本発明の薄膜弾性波共振子を用いた通信機器の構成例を示す図である。図２３に示す通信装置は、第１〜第４の実施形態で説明した薄膜弾性波共振子１〜４をフィルタに用いた装置である。この通信機器は、２つのアンテナ１１１及び１１２と、２つの周波数信号を切り替えるためのスイッチ１１３と、１つのフィルタ１１４とで構成される。このように構成すれば、低損失な通信機器を実現することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明の薄膜弾性波共振子は、エネルギー損失の低減を図り、かつ、広い通過帯域を有するバンドパスフィルタを、単体で実現させたい場合等の利用に適している。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る薄膜弾性波共振子の構造上面図
【図２Ａ】本発明の第１の実施形態に係る薄膜弾性波共振子の構造断面図（図１のａ−ａ断面図）
【図２Ｂ】本発明の薄膜弾性波共振子の基本的な構造断面図
【図３】本発明の第１の実施形態に係る薄膜弾性波共振子の回路記号例
【図４】本発明の第１の実施形態に係る薄膜弾性波共振子の等価回路図
【図５】本発明の第１の実施形態に係る薄膜弾性波共振子が発生する２つの振動モードを説明する図
【図６】本発明の第１の実施形態に係る薄膜弾性波共振子がバンドパスフィルタを構成する原理を説明する図
【図７】本発明の第１の実施形態に係る他の薄膜弾性波共振子の構造上面図
【図８】本発明の第１の実施形態に係る他の薄膜弾性波共振子の構造断面図（図７のｂ−ｂ断面図）
【図９】図８の構造による薄膜弾性波共振子と等価である回路図
【図１０】本発明の第２の実施形態に係る薄膜弾性波共振子の構造上面図
【図１１Ａ】本発明の第２の実施形態に係る薄膜弾性波共振子の構造断面図（図１０のｃ−ｃ断面図）
【図１１Ｂ】本発明の第２の実施形態に係る薄膜弾性波共振子の他の構造断面図
【図１２】本発明の第２の実施形態に係る他の薄膜弾性波共振子の構造上面図
【図１３Ａ】本発明の第２の実施形態に係る他の薄膜弾性波共振子の構造断面図（図１２のｄ−ｄ断面図）
【図１３Ｂ】本発明の第２の実施形態に係る他の薄膜弾性波共振子の他の構造断面図
【図１４】本発明の第３の実施形態に係る薄膜弾性波共振子の構造上面図
【図１５】本発明の第３の実施形態に係る薄膜弾性波共振子の構造断面図（図１４のｅ−ｅ断面図）
【図１６】本発明の第３の実施形態に係る薄膜弾性波共振子が発生する２つの振動モードを説明する図
【図１７】本発明の第４の実施形態に係る薄膜弾性波共振子の構造上面図
【図１８Ａ】本発明の第４の実施形態に係る薄膜弾性波共振子の構造断面図（図１７のｆ−ｆ断面図）
【図１８Ｂ】本発明の第４の実施形態に係る薄膜弾性波共振子の他の構造断面図
【図１９】本発明の薄膜弾性波共振子を用いたラダー型フィルタの構成例を示す図
【図２０】本発明の薄膜弾性波共振子を用いたインピーダンス変換を説明する図
【図２１】第１の電極部及び第３の電極部への配線例を示す図
【図２２】本発明の第１〜第４の実施形態に係る薄膜弾性波共振子を応用した他の構造断面図
【図２３】本発明の薄膜弾性波共振子を用いた通信機器の構成例を示す図
【図２４】従来の薄膜弾性波共振子を説明するための図
【図２５】従来の薄膜弾性波共振子を用いたフィルタの構成図
【符号の説明】
【００４２】
１〜４、５００  薄膜弾性波共振子
１０、５０５  半導体基板
１１、５０４  キャビティ
２０  音響ミラー
２１、２２  音響インピーダンス層
３０  下部電極
３１〜３４、５１〜５４、５０２、５０３  電極部
４０、５０１  圧電体
５０  上部電極
６０  振動部
７０  支持層
１１１、１１２  アンテナ
１１３  スイッチ
１１４  フィルタ
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2006062083.tif 000031
【図２Ａ】
2006062083.tif 000032
【図２Ｂ】
2006062083.tif 000033
【図３】
2006062083.tif 000034
【図４】
2006062083.tif 000035
【図５】
2006062083.tif 000036
【図６】
2006062083.tif 000037
【図７】
2006062083.tif 000038
【図８】
2006062083.tif 000039
【図９】
2006062083.tif 000040
【図１０】
2006062083.tif 000041
【図１１Ａ】
2006062083.tif 000042
【図１１Ｂ】
2006062083.tif 000043
【図１２】
2006062083.tif 000044
【図１３Ａ】
2006062083.tif 000045
【図１３Ｂ】
2006062083.tif 000046
【図１４】
2006062083.tif 000047
【図１５】
2006062083.tif 000048
【図１６】
2006062083.tif 000049
【図１７】
2006062083.tif 000050
【図１８Ａ】
2006062083.tif 000051
【図１８Ｂ】
2006062083.tif 000052
【図１９】
2006062083.tif 000053
【図２０】
2006062083.tif 000054
【図２１】
2006062083.tif 000055
【図２２】
2006062083.tif 000056
【図２３】
2006062083.tif 000057
【図２４】
2006062083.tif 000058
【図２５】
2006062083.tif 000059
【国際調査報告】
2006062083.tif 000060
2006062083.tif 000061
2006062083.tif 000062
2006062083.tif 000063