(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基体と、該基体表面に形成された支持膜と、該支持膜の表面に設けられた共振素子とを具備する圧電共振子であって、前記共振素子を、圧電磁器膜と電極膜とを交互に積層して形成するとともに、共振素子が、同一厚みを有する３層以上の奇数層の圧電磁器膜を有し、最上層の圧電磁器膜の上面に最上層電極膜を、最下層の圧電磁器膜の下面に最下層電極膜を有し、前記最上層の圧電磁器膜と前記最下層の圧電磁器膜の間の圧電磁器膜に発生する振動の振幅が、前記最上層の圧電磁器膜と前記最下層の圧電磁器膜に発生する振動の振幅の２倍であり、上下に隣設する前記圧電磁器膜の振動が逆位相であることを特徴とする圧電共振子。
【請求項２】
基体と、該基体表面に形成された支持膜と、該支持膜の表面に設けられた共振素子とを具備する圧電共振子であって、前記共振素子を、圧電磁器膜と電極膜とを交互に積層して形成するとともに、前記圧電磁器膜を２層有し、上下に隣設する前記圧電磁器膜の振動が逆位相であり、かつ前記圧電磁器膜がＰｂおよびＴｉを含む圧電材料よりなり、支持膜が窒化ケイ素よりなるとともに、前記圧電磁器膜の膜厚の総和をｔｐ、前記支持膜の膜厚をｔｓ、厚み縦振動モードの振動次数をｎとするとき、前記支持膜の膜厚ｔｓと前記圧電磁器膜の膜厚の総和ｔｐとの比ｔｓ／ｔｐが２．４ｎ−５．６≦ｔｓ／ｔｐ≦２．７ｎ−４．０を満足することを特徴とする圧電共振子。
【請求項３】
基体と、該基体表面に形成された支持膜と、該支持膜の表面に設けられた共振素子とを具備する圧電共振子であって、前記共振素子を、圧電磁器膜と電極膜とを交互に積層して形成するとともに、前記圧電磁器膜を２層有し、上下に隣設する前記圧電磁器膜の振動が逆位相であり、かつ前記圧電磁器膜がＰｂおよびＴｉを含む圧電材料よりなり、支持膜がダイヤモンド膜よりなるとともに、前記圧電磁器膜の膜厚の総和をｔｐ、前記支持膜の膜厚をｔｓ、厚み縦振動モードの振動次数をｎとするとき、前記支持膜の膜厚ｔｓと前記圧電磁器膜の膜厚の総和ｔｐとの比ｔｓ／ｔｐが５．４ｎ−１２．１≦ｔｓ／ｔｐ≦５．８ｎ−８．５を満足することを特徴とする圧電共振子。
【請求項４】
基体と、該基体表面に形成された支持膜と、該支持膜の表面に複数並設された共振素子とを具備するフィルタであって、前記共振素子を、圧電磁器膜と電極膜とを交互に積層して形成するとともに、前記共振素子が、同一厚みを有する３層以上の奇数層の圧電磁器膜を有し、最上層の圧電磁器膜の上面に最上層電極膜を、最下層の圧電磁器膜の下面に最下層電極膜を有し、前記最上層の圧電磁器膜と前記最下層の圧電磁器膜の間の圧電磁器膜に発生する振動の振幅が、前記最上層の圧電磁器膜と前記最下層の圧電磁器膜に発生する振動の振幅の２倍であり、上下に隣設する前記圧電磁器膜の振動が逆位相であることを特徴とするフィルタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は圧電共振子およびフィルタに関し、特に、基体と、該基体の表面に形成された支持膜と、該支持膜の表面に設けられた共振素子とを具備する圧電共振子およびフィルタに関するものである。
【０００２】
【従来技術】
無線通信や電気回路に用いられる周波数の高周波化に伴い、これらの電気信号に対して用いられるフィルタも高周波数に対応したものが開発されている。
【０００３】
特に、無線通信においては２ＧＨｚ近傍のマイクロ波が主流になりつつあり、また既に数ＧＨｚ以上の規格策定の動きもあることから、それらの周波数に対応した、安価で高性能なフィルタが求められている。
【０００４】
最近注目されているのは、固体の表面を伝わる音響波である弾性表面波共振子（ＳＡＷＲ）を用いたＳＡＷフィルタである。このフィルタは固体表面上に形成した櫛形の電極間に印加される高周波電界と弾性表面波の共振を用いており、周波数の選択性が高く、優れたバンドパスフィルタとして広く用いられている。
【０００５】
また、近年、圧電性を示す薄膜の厚み縦振動モードを用いた共振子が提案されている。これは、入力される高周波電気信号に対して、圧電薄膜が厚み縦振動を起こし、その振動が、薄膜の厚さ方向において共振を起こすことを用いた共振子であり、バルク弾性波共振子（ＢＡＷＲ）と呼ばれている。
【０００６】
従来のＢＡＷＲとしては、図１８に示すように、基体６１と、該基体６１表面上に形成された支持膜６３と、該支持膜６３上に形成されたバッファー層６５と、該バッファー層６５上に形成された第１電極６６と、該第１電極６６上に形成された圧電体薄膜６７と、該圧電体薄膜６７上に形成された一対の第２電極６８とからなるものである（ＵＳＰ  ４，３２０，３６５参照）。
【０００７】
バッファー層６５、第１電極６６、圧電体薄膜６７、第２電極６８により振動体が形成されている。そして、基体６１に形成された振動空間Ａを被覆するように、基体６１上面に支持膜６３が形成されており、振動体の振動により、支持膜６３の振動空間Ａに接する部分が振動する。
【０００８】
また、従来、図１９に示すように、基体７１と、該基体７１表面上に形成された支持膜７２と、該支持膜７２上に形成された第１電極７４と、該第１電極７４上に形成された圧電体薄膜７３と、該圧電体薄膜７３上に形成された第２電極７５とからなり、支持膜７２が、各々の厚さが振動体により発生する定在波の波長の１／４であり、かつ、音響インピーダンスの異なる２種類の材料からなる薄層体ａ、ｂを、多数積層した多層膜からなる音響インピーダンス変換器を構成したものも提案されている。
【０００９】
音響インピーダンス変換器は、各層において効果的に超音波を振動体に反射することにより、基体７１へのエネルギーの漏れを抑制し、振動体を音響的に基体７１から絶縁するものである（W.E.Newell、“Face-Mounted Piezoelectric Resonators ”、Proceeding of the IEEE, pp.575-581, June 1965 や、ＵＳＰ  ５，３７３，２６８号参照）。
【００１０】
ＢＡＷ共振子の共振周波数は膜厚に逆比例するため、圧電体として薄膜を用いることにより、ＧＨｚ帯の共振子を形成できる。また、Ｓｉ、ＧａＡｓ等の半導体基板上に直接形成できるため、集積化素子として注目されている。
【００１１】
ＳＡＷＲ、ＢＡＷＲとも共振周波数は電極間隔に逆比例するため、電極間隔を小さくすることにより高周波化を実現しようとしている。しかしながら、ＳＡＷＲにおいては、櫛形電極間隔が波長の１／４の時、１次の共振を生じるため、電極間隔は共振周波数の４倍に逆比例する。１ＧＨｚを越える周波数領域では、櫛形電極間距離がサブミクロンオーダとなり、電極作製が非常に困難となる。例えば、ＬｉＴａＯ3 単結晶を用いた場合、２ＧＨｚの圧電共振を得るためには、櫛形電極の電極間隔は約０．５μｍである。
【００１２】
また、電極間隔がサブミクロンオーダであるため、高周波電力に対する耐電力性（耐電圧性）が深刻な問題となっている。現在送信用フィルタなどの高パワー用の用途で、２ＧＨｚ帯の高周波用ＳＡＷフィルタは、サブミクロンと非常に小さい電極間隔に起因した耐電力性がネックになって実現されていない。
【００１３】
これに対し、ＢＡＷＲにおいては電極間隔が波長の１／２の時、１次の共振を生じ、電極間隔は共振周波数の２倍に逆比例する。このため、同じ弾性的性質を示す圧電体を用いた場合、同じ電極間隔でＢＡＷＲはＳＡＷＲの２倍の共振周波数を得ることができる。また、ＢＡＷＲはＳＡＷＲの２倍の電極間隔で同じ共振周波数を得ることができるため、ＳＡＷＲに比べ耐電力性に優れている。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、高周波化は急激に進んでいるため、さらに高周波で耐電力性に優れたフィルタが望まれていた。高周波化を実現するためには、膜厚を小さくするか、高次の共振を用いるかの２つの方法があるが、膜厚の減小による高周波化は上述したようにＢＡＷＲを用いた場合においても、数ＧＨｚレベルの周波数では電極間隔がサブミクロンレベルとなるため、膜厚制御の精度と耐電力性に課題が残る。
【００１５】
一方、高次の共振を用いる場合、膜厚をある厚さに固定したまま基本波の２倍、３倍の高い周波数を利用できるため、大きな膜厚で高い周波数の共振を利用できる。このため、１次の定在波（基本波）を用いる従来の共振子に比べ、さらに２倍、３倍、４倍の周波数で使用できる高周波の共振子を提供できる。
【００１６】
しかしながら、高次の共振は共振の次数とともに振動が減衰し、フィルタのバンド幅を決定する電気機械結合係数Ｋｔが大きく減少する。このため、使用周波数を高周波化できても、ＧＨｚ帯で要求されている広帯域なフィルタを実現できないという問題があった。
【００１７】
本発明の目的は、高周波数帯で広帯域なフィルタを実現するために必用な電気機械結合係数Ｋｔが大きな圧電共振子、およびその共振子を用いたフィルタを提供することである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明の圧電共振子は、基体と、該基体表面に形成された支持膜と、該支持膜の表面に設けられた共振素子とを具備する圧電共振子であって、前記共振素子を、圧電磁器膜と電極膜とを交互に積層して形成するとともに、共振素子が、同一厚みを有する３層以上の奇数層の圧電磁器膜を有し、最上層の圧電磁器膜の上面に最上層電極膜を、最下層の圧電磁器膜の下面に最下層電極膜を有し、前記最上層の圧電磁器膜と前記最下層の圧電磁器膜の間の圧電磁器膜に発生する振動の振幅が、前記最上層の圧電磁器膜と前記最下層の圧電磁器膜に発生する振動の振幅の２倍であり、上下に隣設する前記圧電磁器膜の振動が逆位相であることを特徴とする。
【００１９】
本発明の圧電共振子では、隣設する圧電磁器膜の振動を逆位相にしたので、例えば、膜厚ｔの圧電磁器膜を２層積層した積層体を共振素子として用いることにより、圧電磁器膜の１層の膜厚ｔが半波長となるような高次（２次以上）の音響定在波が共振素子に最も効率よく励振される。
【００２０】
このため、従来の膜厚２ｔが半波長となる基本波が強く励振される１層の圧電体からなるＢＡＷ共振子と比べ、圧電磁器膜の総膜厚は同じであるにもかかわらず、２倍の共振周波数において大きな電気機械結合係数Ｋｔを示す圧電共振を得ることができる。
【００２１】
即ち、本発明の圧電共振子では、上下隣設する圧電磁器膜が逆位相の厚み縦振動をすることにより、基本モードの振動は抑制され、２次以上の高次モード振動が強く励振され易くなる。従って、２次以上の高次モードを利用する本発明の圧電共振子では基本モードの振動によるスプリアスの影響を小さくできる。
【００２２】
また、従来の薄膜ＢＡＷ共振子と同じ共振周波数を得る場合、本発明の圧電共振子は、高次モードを利用できる分、従来の基本モードを利用する薄膜ＢＡＷ共振子に比べて膜厚を厚くでき、作製時の自由度を向上することができ、これに伴い、耐電力性（耐電圧性）を向上できる。
【００２３】
また、本発明の共振子では、隣設する圧電磁器膜の分極方向を同一とし、異なる方向の電界を印加して駆動する場合と、分極方向を逆向きとし、同一方向の電界を印加して駆動する場合があるが、分極方向を逆向きとし、同一方向の電界を印加して駆動する場合では、同じ周波数の共振子を得るための膜厚が従来の薄膜ＢＡＷ共振子の２倍で良く、駆動時の入出力電極間距離を２倍と大きくできる為、印加電界を１／２にでき、耐電力性もさらに向上できる。
【００２５】
従って、本発明の圧電共振子によれば、ＳＡＷおよび従来のＢＡＷ共振子を用いた場合に比べ、２倍以上の高周波で使用できる広帯域なＧＨｚ帯フィルタを実現できる。
【００２６】
特に、圧電磁器膜の膜厚を２μｍ以下とすることにより、１ＧＨｚ以上の周波数において、強く励振された圧電共振を得ることができ、良好な薄膜圧電共振子を得ることができる。
【００２７】
さらに、支持膜の共振素子形成面の反対側に振動空間を設けることにより、共振素子の振動が基体に伝達されにくくなり、スプリアスの少ない良好な特性の圧電共振子を得ることができる。
【００２８】
さらにまた、最上層電極膜の外周部における圧電磁器膜を未分極とすることにより、エネルギーが閉じ込められる中央部よりも、その外周部の硬度が大きくなり、外周部を一定の方向に分極した場合と比較して、中央部にエネルギーを閉じ込めることができ、良好な特性の圧電共振子を得ることができる。
【００２９】
また、本発明の圧電共振子は、基体と、該基体表面に形成された支持膜と、該支持膜の表面に設けられた共振素子とを具備する圧電共振子であって、前記共振素子を、圧電磁器膜と電極膜とを交互に積層して形成するとともに、前記圧電磁器膜を２層有し、上下に隣設する前記圧電磁器膜の振動が逆位相であり、かつ前記圧電磁器膜がＰｂおよびＴｉを含む圧電材料よりなり、支持膜が窒化ケイ素よりなるとともに、前記圧電磁器膜の膜厚の総和をｔｐ、前記支持膜の膜厚をｔｓ、厚み縦振動モードの振動次数をｎとするとき、前記支持膜の膜厚ｔｓと前記圧電磁器膜の膜厚の総和ｔｐとの比ｔｓ／ｔｐが２．４ｎ−５．６≦ｔｓ／ｔｐ≦２．７ｎ−４．０を満足するものです。
【００３０】
この場合には、圧電磁器膜としてＰｂ、Ｔｉを含む圧電材料を、支持膜として窒化ケイ素を用いた場合に、圧電磁器膜と支持膜の膜厚の比ｔｓ／ｔｐが最適化され、各次数の振動モードにおける電気機械結合係数を最大限に大きくできるとともに、不要な次数の振動モードの電気機械結合係数を抑制でき、このような圧電共振子を用いることにより、より高周波帯で広帯域のフィルタを得ることができる。
【００３１】
また、本発明の圧電共振子は、基体と、該基体表面に形成された支持膜と、該支持膜の表面に設けられた共振素子とを具備する圧電共振子であって、前記共振素子を、圧電磁器膜と電極膜とを交互に積層して形成するとともに、前記圧電磁器膜を２層有し、上下に隣設する前記圧電磁器膜の振動が逆位相であり、かつ前記圧電磁器膜がＰｂおよびＴｉを含む圧電材料よりなり、支持膜がダイヤモンド膜よりなるとともに、前記圧電磁器膜の膜厚の総和をｔｐ、前記支持膜の膜厚をｔｓ、厚み縦振動モードの振動次数をｎとするとき、前記支持膜の膜厚ｔｓと前記圧電磁器膜の膜厚の総和ｔｐとの比ｔｓ／ｔｐが５．４ｎ−１２．１≦ｔｓ／ｔｐ≦５．８ｎ−８．５を満足するものです。
【００３２】
この場合には、圧電磁器膜としてＰｂ、Ｔｉを含む圧電材料を、支持膜としてダイヤモンドを用いた場合に、圧電磁器膜と支持膜の膜厚の比ｔｓ／ｔｐが最適化され、各次数の振動モードにおける電気機械結合係数を最大限に大きくできるとともに、不要な次数の振動モードの電気機械結合係数を抑制できる。
【００３５】
本発明の圧電共振子では、共振素子が、同一厚みを有する３層以上の奇数層の圧電磁器膜を有し、最上層の圧電磁器膜の上面に最上層電極膜を、最下層の圧電磁器膜の下面に最下層電極膜を有するとともに、前記最上層の圧電磁器膜と前記最下層の圧電磁器膜の間の圧電磁器膜に発生する振動の振幅が、前記最上層の圧電磁器膜と前記最下層の圧電磁器膜に発生する振動の振幅の２倍とされている。
【００３６】
ここで、最上層電極膜および最下層電極膜にそれぞれ接続される一対の第１引出電極膜と、最上層電極膜と最下層電極膜の間の電極膜に交互に接続される一対の第２引出電極膜とを有し、これらの引出電極膜を用いて、最上層の圧電磁器膜と最下層の圧電磁器膜の間の圧電磁器膜に発生する振動の振幅が、最上層の圧電磁器膜と最下層の圧電磁器膜に発生する振動の振幅の２倍となるように電界を印加することが望ましい。
【００３７】
このような構成を採用することにより、基本モードの振動は抑制され、２次以上の高次モードの振動が強く励振され、より高周波域で使用できるとともに、隣設する上下の圧電磁器膜が互いに逆位相で厚み縦振動をし、最上層の圧電磁器膜と最下層の圧電磁器膜を除く部分では、最上層の圧電磁器膜と最下層の圧電磁器膜に発生する振動と逆位相で、振幅が２倍であるため、最上層電極膜および最下層電極膜では振動が相殺され、共振素子の表面では振動が発生しない。従って、共振素子全体としての振動が内部だけに閉じ込められ、支持膜の共振素子形成面の反対側に振動空間を設けたり、共振素子の振動を減衰させるミラー層を設ける必要がなくなる。
【００３８】
また、本発明のフィルタは、基体と、該基体表面に形成された支持膜と、該支持膜の表面に複数並設された共振素子とを具備するフィルタであって、前記共振素子を、圧電磁器膜と電極膜とを交互に積層して形成するとともに、前記共振素子が、同一厚みを有する３層以上の奇数層の圧電磁器膜を有し、最上層の圧電磁器膜の上面に最上層電極膜を、最下層の圧電磁器膜の下面に最下層電極膜を有し、前記最上層の圧電磁器膜と前記最下層の圧電磁器膜の間の圧電磁器膜に発生する振動の振幅が、前記最上層の圧電磁器膜と前記最下層の圧電磁器膜に発生する振動の振幅の２倍であり、上下に隣設する前記圧電磁器膜の振動が逆位相であることを特徴とする。
【００３９】
このようなフィルタでは、共振素子において、基本モードの振動は抑制され、２次以上の高次モード振動が強く励振され易くなり、このような共振素子を複数並設したので、従来の圧電共振子を用いたフィルタに比べ、高周波で、広帯域なフィルタを得ることができる。また、圧電磁器膜と支持膜の膜厚比ｔｓ／ｔｐの制御により、使用する振動次数よりも低次モード、あるいは高次モードの不要振動の電気機械結合係数を抑制でき、スプリアスの影響の少ない良好なフィルタを得ることができる。
【００４０】
【発明の実施の形態】
（形態１）図１は参考例の圧電共振子（ＢＡＷＲ）の断面図、図２は参考例の圧電共振子の平面図を示すもので、図１は、図２のＥ−Ｅ線に沿う断面図である。
【００４１】
参考例の圧電共振子は、図１に示すように、基体１上に支持膜２が形成され、この支持膜２の上面に積層体３が設けられている。この積層体３は、電極膜４、５、６と、圧電磁器膜７、８とから構成され、電極膜４、５、６と圧電磁器膜７、８が交互に積層された共振素子３ａを有しており、最上層の圧電磁器膜８における上面中央部には最上層電極膜６が、最下層の圧電磁器膜７の下面中央部には最下層電極膜４が形成されていることになる。
【００４２】
そして、圧電磁器膜７、８は厚み方向に分極されており、これらの圧電磁器膜７、８の分極方向は逆方向とされている。また、支持膜２の共振素子３ａ形成面の反対側には、振動空間Ａが形成されている。さらに、圧電磁器膜７、８の膜厚ｔがそれぞれ２μｍ以下とされ、これらの圧電磁器膜７、８の膜厚ｔは同一厚みとされている。尚、後述するように圧電磁器膜７、８の膜厚ｔは同一の厚みでなくとも良い。また、高周波化という観点では、圧電磁器膜７、８の膜厚ｔは薄い方が望ましいが、使用する周波数に応じて制御すればよい。
【００４３】
即ち、参考例の薄膜圧電共振子は、図２に示すように、電極膜４、５、６の一端部が共振素子３ａの外方に引き出されており、それらの引出電極膜４ａ、５ａ、６ａがそれぞれが重畳しないように形成されている。電極膜５は、分極時に使用し、駆動時には使用しない浮き電極となる。
【００４４】
電極膜４、５、６は、積層体３の中央部Ｘ（共振素子３ａ）にて重畳しており、この中央部Ｘにてエネルギーが閉じ込められることになる。また、最上層電極膜６の外周部Ｙ、即ち、共振素子３ａ以外の積層体３における圧電磁器膜７、８が未分極とされている。つまり、中央部Ｘを囲むように外周部Ｙが形成されており、この外周部Ｙにおける分極方向はランダムとされている。
【００４５】
一方、分極方向を逆向きとする場合は、電極膜４、６と電極膜５との間に直流電界を印加すればよい。ここで、分極処理に使用する直流電界は強誘電体の抗電界より大きな値に設定する必要がある。
【００４６】
圧電磁器膜７、８は強誘電体により形成することが望ましい。これは、電極膜４、５間および電極膜５、６間にそれぞれ同じ方向の直流電界を印加することにより、強誘電体を互いに同一方向に分極することができるからである。
【００４７】
圧電磁器膜７、８として強誘電体を用いるのは、ＺｎＯやＡｌＮの様な電界により分極反転できない強誘電体でない圧電体を用いた場合、作製時に各層の分極方向を制御できないために、隣り合う層で、分極の向きを互いに反対にできないためである。また、強誘電体は、電気機械結合係数Ｋｔが大きいため、広帯域フィルタの実現に有用である。
【００４８】
また、圧電磁器膜７、８は、特に、厚み縦振動モードの電気機械結合係数が大きいことが要求されるため、圧電磁器膜７、８には、Ｐｂ、Ｔｉを主成分とするＰｂ（Ｚｒ1-x Ｔｉx ）Ｏ3 （以下、ＰＺＴと略す）系、ＰｂＴｉＯ3 （以下、ＰＴと略す）系の圧電磁器を用いることが望ましい。尚、圧電磁器膜７、８は、ゾルゲル法、スパッタ法等の薄膜作製、積層技術によって作製可能である。
【００４９】
また、電極膜４、５、６はＰｔ、Ａｕ、Ａｌ等で形成され、スパッタ法、真空蒸着法等により同様に作製できる。
【００５０】
また、支持膜２も圧電磁器膜７、８と一体となって厚み縦振動をするため、高周波化する為には、音速の大きな材料、特には窒化ケイ素、ＳｉＣ、ダイヤモンド膜等とするのが良い。支持膜２はＣＶＤ法等により形成される。
【００５１】
基体１はシリコン等で形成され、基体１と共振素子３ａとを音響的に絶縁する振動空間Ａは、ＫＯＨ等を用いた化学エッチング法や、反応性イオンエッチング法等により形成できる。支持膜２の共振素子３ａ形成面の反対側に振動空間Ａを設けることにより、共振素子３ａの振動が基体１に伝達されにくくなるため、スプリアスの少ない良好な特性の圧電共振子を得ることができる。
【００５２】
以上のように構成された圧電共振子では、厚み方向に分極された隣設する圧電磁器膜７、８の分極方向を逆にしたので、電極膜４と電極膜６との間に高周波の交流電界を印加することにより、圧電磁器膜７、８の１層の膜厚ｔが半波長となるような高次の音響定在波が共振素子３ａに最も効率よく励振され、膜厚２ｔが半波長となる基本波が強く励振される１層の圧電磁器膜からなる従来のＢＡＷ共振子と比べ、共振素子３ａの膜厚は同じであるにもかかわらず、２倍の共振周波数において大きな電気機械結合係数Ｋｔを示す圧電共振子を得ることができる。
【００５３】
尚、分極方向を同一方向とし、電界を逆向きに印加しても、上下の圧電磁器膜の振動が逆位相となるので、同様の効果を得ることができる。
【００５４】
また、従来の薄膜ＢＡＷ共振子と同じ共振周波数を得る場合、参考例の圧電共振子では膜厚が従来の２倍で良いため、従来の薄膜ＢＡＷ共振子に比べ、さらに耐電力性を向上できる。
【００５５】
さらに、最上層電極膜６の外周部Ｙにおける圧電磁器膜７、８を未分極とすることにより、中央部Ｘよりも外周部Ｙの硬度が大きくなり、外周部Ｙを一定の方向に分極した場合と比較して、より中央部Ｘにエネルギーを閉じ込めることができ、リップルの発生を抑制し、良好な特性の圧電共振子を得ることができる。
【００５６】
また、圧電磁器膜７、８の膜厚ｔを２μｍ以下としたので、１ＧＨｚ以上の周波数で圧電共振を得ることができる。
【００５７】
尚、上記例では、２層の圧電磁器膜７、８と電極膜４、５、６を用いて共振素子３ａを構成した例について説明したが、参考例の圧電共振子は上記例に限定されるものではなく、３層以上の圧電磁器膜を用いて共振素子３ａを構成しても良いことは勿論である。
【００５８】
図３は、参考例の圧電共振子の他の例を示すもので、この圧電共振子では、基体１の上面に凹部１１を形成することにより、支持膜２の共振素子３ａ形成面の反対側に振動空間Ａが設けられており、その他の点では、図１と同様である。
【００５９】
このような圧電共振子においても、図１の圧電共振子と同様の効果を得ることができる。
【００６０】
図４は、参考例の圧電共振子のさらに他の例を示すもので、この圧電共振子では、支持膜２１が音響インピーダンスの異なる２種の薄層体ａ、ｂを交互に積層した多層積層体からなり、２種の薄層体ａ、ｂの層厚が、それぞれ共振素子３ａにおいて励振された音響波の波長の１／４とされており、その他の点では、図１と同様である。
【００６１】
このような圧電共振子では、振動空間Ａを設けることなく、図１の圧電共振子と同様の効果を得ることができる。
【００６２】
本発明者等は、参考例の圧電共振子と、従来の圧電共振子について、共振周波数に対するインピーダンス特性の解析を行った。解析した圧電共振子は、支持膜（絶縁体膜）として膜厚５μｍのダイヤモンド膜を用い、共振素子の圧電磁器膜として膜厚１μｍのＰｂＴｉＯ３膜を用い、圧電磁器膜の積層数は２層とした（図１の圧電共振子）。
【００６３】
そして、参考例の圧電共振子では、積層方向（圧電磁器膜の厚み方向）に互いに逆向きに分極された２層の圧電磁器膜に高周波電界を印加して解析した。一方、従来の圧電共振子では、膜厚２μｍの圧電磁器膜を１層、５μｍのダイヤモンド膜を用い、高周波電界を印加して解析した。尚、ここでは、電極膜無しとして解析した。
【００６４】
参考例の圧電共振子のインピーダンス特性を図５に、従来の圧電共振子のインピーダンス特性を図６に記載した。図６から、従来の圧電共振子では、支持膜と圧電磁器膜の複合振動体の１次の共振が最も強く励振され、かつ共振周波数ｆｒ１（インピーダンス極小）と反共振周波数ｆａ１（インピーダンス極大）の周波数差（ｆａ１−ｆｒ１）が他の高次の共振に比べ最も大きいことが判る。３次の共振においてｆｒ３とｆａ３の周波数差から明らかなように、共振の次数とともに、共振および反共振周波数の差は次数とともに減少することがわかる。
【００６５】
一方、参考例の圧電共振子においては、図５に示すように、圧電共振子の３次の共振ｆｒ３（ｆａ３）において最も大きな帯域幅（ｆａ３−ｆｒ３）が得られている。この３次の共振は、圧電磁器膜１層に半波長の定在波の励振される周波数である。従来の共振子に比べ格段に高い共振周波数で大きな電気機械結合係数Ｋｔを得ることができる。
【００６６】
また、従来の圧電共振子で、参考例の圧電共振子と同等の共振周波数と電気機械結合係数Ｋｔを実現するには、従来の圧電共振子の圧電磁器膜の膜厚を、参考例の圧電共振子の圧電磁器膜の膜厚の１／２にする必要がある。このとき、圧電磁器膜にちょうど１／２波長の定在波が励振されて、参考例の圧電共振子の２層圧電磁器膜に１波長の定在波が立つのと同等になる。このように参考例の圧電共振子は、従来の圧電共振子と同程度の共振周波数を得る場合には、圧電磁器膜の膜厚が２倍となり、高周波電力に対してさらに耐電力性を向上できることが判る。
【００６７】
（形態２）また、図１乃至図３の振動空間を有する圧電共振子において、圧電磁器膜を２層有し、圧電磁器膜としてＰｂ、Ｔｉを含む圧電材料を用い、支持膜として窒化ケイ素を用い、２層の圧電磁器膜の膜厚の総和（ｔ１＋ｔ２）をｔｐとし、支持膜の膜厚をｔｓとし、厚み縦振動モードの振動次数をｎとするとき、支持膜の膜厚ｔｓと圧電磁器膜の膜厚の総和ｔｐとの比ｔｓ／ｔｐが、２．４ｎ−５．６≦ｔｓ／ｔｐ≦２．７ｎ−４．０を満足することが望ましい。
【００６８】
このような関係を満足することにより、圧電磁器膜としてＰｂ、Ｔｉを含む圧電材料を、支持膜が窒化ケイ素を用いた場合に、圧電磁器膜および支持膜の膜厚比ｔｓ／ｔｐが最適化され、各次数の振動モードにおける電気機械結合係数を最大限に大きくできるとともに、不要な次数の振動モードの電気機械結合係数を小さく抑制できる。
【００６９】
本発明者等は、上記圧電共振子を模式化した図７に示した構造について、有限要素法を用いたコンピューターシミュレーションによるインピーダンス解析を行った。解析条件として窒化ケイ素からなる支持膜２３（ヤング率２９４ＧＰａ、密度３２００ｋｇ／ｍ3 ）を用い、圧電磁器膜２４、２５としてＰＺＴ（ヤング率８０ＧＰａ、密度７６００ｋｇ／ｍ3 ）を用いた。ここで、圧電磁器膜２４、２５の膜厚ｔ1 、ｔ2 をそれぞれ０．６μｍ、即ち、圧電磁器膜２４、２５の膜厚の総和ｔｐを１．２μｍとし、電極膜２６、２７、２８の膜厚を０．２μｍ、支持膜２３の膜厚ｔｓをパラメータとして変化させた。また、２層の圧電磁器膜２４、２５の分極方向を同一方向とし、それぞれの圧電磁器膜２４、２５に逆方向の電界が印加されるようにした。
【００７０】
図８に、解析結果の例として、支持膜２３の膜厚ｔｓが３．６μｍの場合のインピーダンス特性を示す（ｔｓ／ｔｐ＝３）。この例では、３次厚み縦振動モードの振動が強く励振されていることが判る。
【００７１】
図９（ａ）に、第ｎ次厚み縦振動モードの電気機械結合係数Ｋｔｎ（％）の膜厚比ｔｓ／ｔｐ依存性を示す。ここで、第ｎ次厚み縦振動モードの電気機械結合係数Ｋｔｎ（％）は、インピーダンス特性より第ｎ次厚み縦振動モードの共振周波数Ｆｒｎと反共振周波数Ｆａｎを求め、以下の式により算出した。
【００７２】
Ｋｔｎ（％）＝（（Ｆａｎ−Ｆｒｎ）／Ｆｒｎ）(1/2) ×１００
図９（ａ）より、膜厚比ｔｓ／ｔｐを最適な値に制御することにより、第ｎ次厚み縦振動モードの電気機械結合係数を大きくでき、第ｎ−１次以下及び第ｎ＋１次以上の振動モードの電気機械結合係数を小さく抑制できることが判る。例えば、ｔｓ／ｔｐが３程度では、３次の振動モードが強く励振され、２次や４次以上のモードの電気機械結合係数を小さくできることが判る。電気機械結合係数を大きくするという点から、２〜４次の振動モードを用いることが望ましい。
【００７３】
図９（ａ）のグラフより、それぞれの振動次数ｎにおいて、電気機械結合係数Ｋｔｎの最大値Ｋｔｎ（ｍａｘ）を求め、この最大値Ｋｔｎ（ｍａｘ）を１００とした時の電気機械結合係数Ｋｔｎを算出して、それぞれの電気機械結合係数ＫｔｎをＫｔｎ（ｍａｘ）で規格化し、これを図９（ｂ）に示した。例えば、３次の振動モードのＫｔｎ（ｍａｘ）は３０％であるが、このＫｔｎ（ｍａｘ）を１００として表すと図９（ｂ）に示すグラフとなる。
【００７４】
この図９（ｂ）において、それぞれの振動次数ｎにおいて、規格化電気機械結合係数が８０％以上、および９０％以上となるような膜厚比ｔｓ／ｔｐを求め、その膜厚比を振動次数ｎの関数としてプロットすると図１０が得られる。規格化電気機械結合係数が８０％以上、および９０％以上となる膜厚比の下限値、上限値は振動次数ｎの１次関数と見なすことができ、近似式を求めると、グラフに示したようになる。尚、図１０のグラフでは、振動次数をｎ、膜厚比ｔｓ／ｔｐをｙとして１次関数で表示している（破線は８０％、実線は９０％）。例えば、３次の振動モードでは、規格化電気機械結合係数が８０％以上となる膜厚比の下限値は２程度であり、上限値は４程度となる。
【００７５】
この図１０のグラフより、第ｎ次厚み縦振動モードを利用する場合は、膜厚比ｔｓ／ｔｐは、規格化電気機械結合係数が８０％以上となるには、２．４ｎ−５．６≦ｔｓ／ｔｐ≦２．７ｎ−４．０を満足する必要があることが判る。従って、ｔｓ／ｔｐが上記関係を満足する場合には、第ｎ次厚み縦振動モードにおいて電気機械結合係数を最も大きくできることが判る。即ち、２次の振動モードの場合には０＜ｔｓ／ｔｐ≦１．４、３次の振動モードの場合には１．６≦ｔｓ／ｔｐ≦４．１、４次の振動モードの場合には４≦ｔｓ／ｔｐ≦６．８となる。
【００７６】
また、図１０には、規格化電気機械結合係数が９０％以上となる膜厚比の下限値、上限値を振動次数ｎの１次関数として表した（実線）。規格化電気機械結合係数が９０％以上となるには、２．５ｎ−５．４≦ｔｓ／ｔｐ≦２．６ｎ−４．２（但し、振動次数ｎが２の時には、０＜ｔｓ／ｔｐ）を満足する必要があり、この場合にはさらに所望の振動次数ｎにおける電気機械結合係数を高くできることが判る。
【００７７】
同様の解析を、２層の圧電磁器膜２４、２５の分極方向を逆向きとし、電界を同一方向に印加した場合の圧電共振子についても行ってみたが、結果は、図１０に示したものと同じであった。
【００７８】
（形態３）図１乃至図３の振動空間を有する圧電共振子において、圧電磁器膜を２層有し、圧電磁器膜としてＰｂ、Ｔｉを含む圧電材料を用い、支持膜としてダイヤモンド膜を用い、２層の圧電磁器膜の膜厚の総和をｔｐとし、支持膜の膜厚をｔｓとし、厚み縦振動モードの振動次数をｎとするとき、支持膜の膜厚ｔｓと圧電磁器膜の膜厚の総和ｔｐとの比ｔｓ／ｔｐが５．４ｎ−１２．１≦ｔｓ／ｔｐ≦５．８ｎ−８．５を満足することが望ましい。
【００７９】
この場合には、圧電磁器膜としてＰｂおよびＴｉを含む圧電材料を、支持膜がダイヤモンド膜を用いた場合に、圧電磁器膜と支持膜の膜厚の比ｔｓ／ｔｐが最適化され、各次数の振動モードにおける電気機械結合係数を最大限に大きくできるとともに、不要な次数の振動モードの電気機械結合係数を抑制できる。
【００８０】
本発明者等は、支持膜をダイヤモンド膜（ヤング率１２１０ＧＰａ、密度３５００ｋｇ／ｍ3 ）とする以外は、上記形態２と同様にして解析した。図１１（ａ）に、第ｎ次厚み縦振動モードの電気機械結合係数Ｋｔｎ（％）の膜厚比ｔｓ／ｔｐ依存性を示す。この図１１（ａ）のグラフから、規格化電気機械結合係数を求め、規格化電気機械結合係数と膜厚比ｔｓ／ｔｐとの関係を図１１（ｂ）に示した。
【００８１】
さらに、規格化電気機械結合係数が８０％以上、および９０％以上となるような膜厚比ｔｓ／ｔｐを求め、その膜厚比を振動次数ｎの関数としてプロットし、図１２を得た。
【００８２】
この図１２から、第ｎ次厚み縦振動モードを利用する場合は、膜厚比ｔｓ／ｔｐは、規格化電気機械結合係数が８０％以上となるには、５．４ｎ−１２．１≦ｔｓ／ｔｐ≦５．８ｎ−８．５を満足する必要があり、９０％以上となるには、５．２ｎ−１１．０≦ｔｓ／ｔｐ≦５．９ｎ−９．４を満足する必要があることが判る。即ち、規格化電気機械結合係数が８０％以上となる２次の振動モードは０＜ｔｓ／ｔｐ≦３．１、３次の振動モードは４．１≦ｔｓ／ｔｐ≦８．９、４次の振動モードは９．５≦ｔｓ／ｔｐ≦１４．７となる。
【００８３】
さらに、この場合において、上側の圧電磁器膜２５の膜厚ｔ1 と下側の圧電磁器膜２８の膜厚ｔ2 との比ｔ1 ／ｔ2 をパラメーターとして変化させた場合についても解析を行った。この解析では３次モードが最適となるように支持膜２３の膜厚ｔｓと、ｔ1 ＋ｔ2 を一定とする条件とした。結果を図１３に示す。
【００８４】
この図１３から、圧電磁器膜の膜厚比ｔ1 ／ｔ2 を変化させても、３次モードの電気機械結合係数は大きい値を保ち、２次モード及び４次モードの電気機械結合係数は小さい値を保つことが判る。つまり、圧電磁器膜の膜厚比が１からずれても、悪影響を及ぼさないことが判る。また、支持膜が窒化ケイ素の場合についても、同様の解析を行ったが、同様の傾向が見られた。
【００８５】
（形態４）また、参考例の圧電共振子では、図１乃至図３の振動空間を有する圧電共振子において、圧電磁器膜を２層有し、圧電磁器膜としてＰｂ、Ｔｉを含む圧電材料を用い、支持膜の音速（ｋｍ／ｓ）をｖとし、２層の圧電磁器膜の膜厚の総和をｔｐとし、支持膜の膜厚をｔｓとするとき、支持膜の膜厚ｔｓと圧電磁器膜の膜厚の総和ｔｐとの比ｔｓ／ｔｐが、２次の振動モードでは、０＜ｔｓ／ｔｐ≦０．２ｖ−０．７６、３次の振動モードでは、０．２５ｖ−１．０８≦ｔｓ／ｔｐ≦０．５４ｖ−１．８４、４次の振動モードでは、０．５４ｖ−１．７５≦ｔｓ／ｔｐ≦０．８７ｖ−２．８６の関係を満足することが望ましい。
【００８６】
このような関係を満足することにより、圧電磁器膜を２層有する場合に、支持膜の音速ｖにより各振動次数ｎの振動モードにおける圧電磁器膜と支持膜の膜厚の比（ｔｓ／ｔｐ）が最適化され、各次数の振動モードにおける電気機械結合係数を最大限に大きくできるとともに、不要な次数の振動モードの電気機械結合係数を抑制できる。
【００８７】
本発明者等は、上記圧電共振子を模式化した図７に示した構造について、有限要素法を用いたコンピューターシミュレーションによるインピーダンス解析を行った。
【００８８】
解析条件として圧電磁器膜としてＰＺＴを用い、圧電磁器膜の膜厚ｔ1 、ｔ2 をそれぞれ０．６μｍ、即ち、圧電磁器膜の膜厚の総和をｔｐを１．２μｍ、電極膜の膜厚を０．２μｍとし、支持膜の音速ｖ（ｋｍ／ｓ）、膜厚ｔｓ（μｍ）をパラメータとして変化させ、２次、３次および４次の振動モードにおける電気機械結合係数を求め、それを上記態様と同様にして規格化電気機械結合係数を算出し、図１４（ａ）に、規格化電気機械結合係数が８０％以上となる膜厚比の下限値、上限値を支持膜の音速ｖの１次関数として表し、図１４（ｂ）に９０％となる場合を１次関数として表した。上限値を実線で、下限値を破線で示した。
【００８９】
支持膜としては、窒化ケイ素とダイヤモンド膜を用い、この支持膜の音速ｖについては、ｖ＝（（λ＋２μ）／ρ）1/2 （ここで、λ、μはラメ定数、ρは密度を示す）により求めた。
【００９０】
この図１４（ａ）から、２次、３次および４次の振動モードにおいて、規格化電気機械結合係数８０％以上となるには、膜厚比ｔｓ／ｔｐが、２次の振動モードでは、０＜ｔｓ／ｔｐ≦０．２ｖ−０．７６、３次の振動モードでは、０．２５ｖ−１．０８≦ｔｓ／ｔｐ≦０．５４ｖ−１．８４、４次の振動モードでは、０．５４ｖ−１．７５≦ｔｓ／ｔｐ≦０．８７ｖ−２．８６の関係を満足する必要があることが判る。
【００９１】
また、図１４（ｂ）から、規格化電気機械結合係数が９０％以上となるには、膜厚比ｔｓ／ｔｐが、２次の振動モードでは、０＜ｔｓ／ｔｐ≦０．１３ｖ−０．３２、３次の振動モードでは、０．２９ｖ−１．１２≦ｔｓ／ｔｐ≦０．４９ｖ−１．７０、４次の振動モードでは、０．５９ｖ−１．９４≦ｔｓ／ｔｐ≦０．８２ｖ−２．６７の関係を満足する必要があることが判る。
【００９２】
（形態５）図１５および図１６は本発明の圧電共振子を示すもので、図１５は断面図、図１６は平面図を示すもので、図１５は、図１６のＦ−Ｆ線に沿う断面図である。
【００９３】
この圧電共振子は、図１５に示すように、基体３１上に支持膜（密着層）３２が形成され、この支持膜３２の上面に積層体３３が設けられている。この積層体３３は、電極膜３４、３５、３６、３７と、圧電磁器膜３８、３９、４０とから構成され、電極膜３４、３５、３６、３７と圧電磁器膜３８、３９、４０が交互に積層された共振素子３３ａを有しており、最上層の圧電磁器膜４０における上面中央部には最上層電極膜３７が形成され、最下層の圧電磁器膜３８の下面中央部には最下層電極膜３４が形成されている。
【００９４】
そして、圧電磁器膜３８、３９、４０は厚み方向に同一方向に分極されている。また、圧電磁器膜３８、３９、４０の膜厚ｔは同一厚みが望ましいが、厚みバラツキが０．１％以内であれば、同一厚みとして支障はない。また、電極３４、３５、３６、３７の厚みは同一厚みであることが望ましいが、厚みバラツキが０．１％以内であれば、支障はない。
【００９５】
本発明の薄膜圧電共振子は、図１６に示すように電極膜３４、３５、３６、３７の一端部が共振素子３３ａの外方に引き出されており、それらの引出電極膜３４ａ、３５ａ、３６ａ、３７ａがそれぞれ重畳しないように形成されている。
【００９６】
即ち、最上層電極膜３７および最下層電極膜３４は、対向する位置に設けられた一対の引出電極膜３４ａ、３７ａにそれぞれ接続され、最上層電極３７と最下層電極３４の間の電極３５、３６は、対向する位置に設けられた一対の引出電極膜３５ａ、３６ａにそれぞれ接続されている。
【００９７】
電極膜３４、３５、３６、３７は、積層体３３の中央部Ｘ（共振素子３３ａ）にて重畳しており、この中央部Ｘにてエネルギーが閉じ込められることになる。
【００９８】
また、最上層電極膜３７の外周部Ｙ、即ち、共振素子３３ａ以外の積層体３３における圧電磁器膜３８、３９、４０が未分極とされている。つまり、中央部Ｘを囲むように外周部Ｙが形成されており、この外周部Ｙにおける分極方向はランダムとされている。
【００９９】
以上のように構成された圧電共振子では、電極膜３６と最上層電極膜３７の間、および電極膜３５と最下層電極膜３４の間には、電極膜３５と電極膜３６の間に発生する電界とは逆位相で半分（０．４７６〜０．５８８倍) の大きさの電界が発生するように、引出電極膜３４ａ、３５ａ、３６ａ、３７ａに印加する電気信号を制御する。
【０１００】
このような制御を行うことにより、最上層の圧電磁器膜４０と最下層の圧電磁器膜３８の間の圧電磁器膜３９に発生する振動の振幅は、上下端の最上層の圧電磁器膜４０と最下層の圧電磁器膜３８にそれぞれ発生する振動の振幅に対して逆位相で、しかも２倍となり、最上層の圧電磁器膜４０と最下層の圧電磁器膜３８の外側、即ち、最上層電極膜３７、最下層電極膜３４では振動が打ち消され、この３層の圧電磁器膜３８、３９、４０の内部だけが振動して外側表面は振動しない圧電共振子を作製できる。
【０１０１】
尚、圧電磁器膜３９の分極方向を、最上層の圧電磁器膜４０と最下層の圧電磁器膜３８の分極方向とは逆にし、同一位相の電界を印加しても、各層の振動が逆位相となるため、同様の効果が得られる。
【０１０２】
また、圧電磁器膜が５層以上の場合には、最上層の圧電磁器膜と最下層の圧電磁器膜を除いた残りの３層以上の圧電磁器膜で、最上層圧電磁器膜、最下層圧電磁器膜にそれぞれ発生する振動の振幅に対して２倍となるようにすれば良い。
【０１０３】
このような構成を採用することにより、隣設する上下の圧電磁器膜３８、３９、４０が互いに逆位相で厚み縦振動をし、最上層の圧電磁器膜３６と最下層の圧電磁器膜３８を除く部分では、最上層の圧電磁器膜３６と最下層の圧電磁器膜３８に発生する振動の振幅の２倍であるため、最上層電極膜３７および最下層電極膜３４では振動が相殺され、共振素子３３ａの表面では振動が発生しない。従って、共振素子３３ａ全体としての振動が内部だけに閉じ込められ、支持膜３２の共振素子３３ａ形成面の反対側に振動空間Ａを設けたり、共振素子３３ａの振動を減衰させるミラー層を設ける必要がない。
【０１０４】
図１７は、参考例のフィルタを示すもので、このフィルタは、共振素子を２個有している。即ち、フィルタは、図１７（ｂ）に示すように、支持膜４１上に２個の共振素子４３ａ、４３ｂを所定間隔をおいて並設して構成されており、共振素子４３ａは、圧電磁器膜４５、４７と電極膜４８ａ、４９、５０ａとを交互に積層して構成され、共振素子４３ｂは、圧電磁器膜４５、４７と電極膜４８ｂ、４９、５０ｂとを交互に積層して構成され、並設された２個の共振素子４３ａ、４３ｂの圧電磁器膜４５、４７が延設され接続されている。圧電磁器膜４５、４７は同一方向に分極され、共振素子４３ａ、４３ｂは厚み縦振動モードで作動するものである。
【０１０５】
電極膜４８、４９、５０には引出電極膜５３ａ、５３ｂ、５４、５５ａ、５５ｂが形成されている。即ち、電極膜４８ａと電極膜４８ｂの引出電極膜５３ａ、５３ｂは対向する側面に露出しており、また電極４９の引出電極膜５４は、引出電極膜５３ａ、５３ｂの端面が露出する側面とは異なる側面に露出しており、さらに電極膜５０ａと電極膜５０ｂの引出電極膜５５ａ、５５ｂは対向する側面に露出している。尚、引出電極膜５３ａ、５３ｂ、５４、５５ａ、５５ｂについてはこれに限定されるものではない。
【０１０６】
このフィルタでは、引出電極膜５３ａ、５５ａと、引出電極膜５４に異なる極性の電圧を印加し、引出電極膜５３ｂと引出電極膜５５ｂから出力電圧が取り出されて使用される。
【０１０７】
このようなフィルタは、例えば、支持膜４１上に電極膜４８ａと電極膜４８ｂを平行に形成し、これらの電極膜４８ａ、４８ｂを被覆するように圧電磁器膜４５を形成し、この圧電磁器膜４５の表面に電極膜４９（グランド電極）を形成し、この電極４９上に圧電磁器膜４７を形成し、この圧電磁器膜４７上に、電極膜５０ａ、５０ｂを形成することにより作製することができる。
【０１０８】
電極膜４８、４９、５０の平面上の配置には、バルクの厚み縦フィルタにおいて偶モード、奇モードを利用して通過帯域設計を行ったり、リップル消去、移動の為に行うのと同様な構造設計が施される。ここにおいて電極膜４８、４９、５０の形状は、主たる偶モード、奇モードの共振周波数調整、これ以外に発生するリップルを遠ざける、あるいは消去するための種々の設計手法で作製される。
【０１０９】
以上のように構成されたフィルタでは、圧電磁器膜４５、４７は同一方向に分極されており、例えば、引出電極膜５３ａ、５５ａと、引出電極膜５４に異なる極性の電圧が印加されているため、圧電磁器膜４５と圧電磁器膜４７の振動が逆位相となる。
【０１１０】
このようなフィルタでは、共振素子において、基本モードの振動は抑制され、２次以上の高次モード振動が強く励振され易くなり、このような共振素子を複数並設したので、従来の圧電共振子を用いたフィルタに比べ、高周波で、広帯域なフィルタを得ることができる。また、圧電磁器膜と支持膜の膜厚比ｔｓ／ｔｐの制御により、使用する振動次数よりも低次モード、あるいは高次モードの不要振動の電気機械結合係数を抑制でき、スプリアスの影響の少ない良好なフィルタを得ることができる。
【０１１１】
【発明の効果】
本発明の圧電共振子では、隣設する圧電磁器膜の振動を逆位相にしたので、例えば膜厚ｔの圧電磁器膜を２層積層した積層体を共振素子として用いることにより、基本モードの振動は抑制され、圧電磁器膜の１層の膜厚ｔが半波長となるような高次（２次以上）の音響定在波が共振素子に最も効率よく励振され、従来の膜厚２ｔが半波長となる基本波が強く励振される１層の圧電体からなるＢＡＷ共振子と比べ、圧電磁器膜の総膜厚は同じであるにもかかわらず、２倍の共振周波数において大きな電気機械結合係数Ｋｔを示す圧電共振を得ることができる。
【０１１２】
また、本発明のフィルタでは、使用する振動次数の電気機械結合係数を大きくした共振子を利用してフィルタを構成するため、高周波で、広帯域なフィルタを得ることができる。また、使用する振動次数よりも低次のモードや高次のモードによる不要な振動の電気機械結合係数を抑制できるため、良好なフィルタ特性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】参考例の圧電共振子を示す断面図である。
【図２】図１の平面図である。
【図３】参考例の圧電共振子の他の例を示す断面図である。
【図４】参考例の圧電共振子のさらに他の例を示す断面図である。
【図５】参考例の圧電共振子のインピーダンス特性を示す図である。
【図６】従来の圧電共振子のインピーダンス特性を示す図である。
【図７】参考例の圧電共振子の分極方向と電圧印加方法を示す説明図である。
【図８】図７の圧電共振子において、圧電磁器膜をＰＺＴ，支持膜を窒化ケイ素、支持膜の膜厚ｔｓが３．６μｍの場合のインピーダンス特性を示す図である。
【図９】圧電磁器膜がＰＺＴ、支持膜が窒化ケイ素の圧電共振子において、（ａ）は、第ｎ次厚み縦振動モードの電気機械結合係数Ｋｔｎ（％）の膜厚比ｔｓ／ｔｐ依存性を示し、（ｂ）は、第ｎ次厚み縦振動モードの規格化電気機械結合係数Ｋｔｎ（％）の膜厚比ｔｓ／ｔｐ依存性を示す図である。
【図１０】圧電磁器膜がＰＺＴ、支持膜が窒化ケイ素の圧電共振子において、規格化電気機械結合係数が８０％以上、および９０％以上となる膜厚比ｔｓ／ｔｐの下限値、上限値を振動次数ｎの１次関数と見なした時のグラフである。
【図１１】圧電磁器膜がＰＺＴ、支持膜がダイヤモンドの圧電共振子において、（ａ）は、第ｎ次厚み縦振動モードの電気機械結合係数Ｋｔｎ（％）の膜厚比ｔｓ／ｔｐ依存性を示し、（ｂ）は、第ｎ次厚み縦振動モードの規格化電気機械結合係数Ｋｔｎ（％）の膜厚比ｔｓ／ｔｐ依存性を示す図である。
【図１２】圧電磁器膜がＰＺＴ、支持膜がダイヤモンド膜の圧電共振子において、規格化電気機械結合係数が８０％、および９０％となる膜厚比ｔｓ／ｔｐの下限値、上限値を振動次数ｎの１次関数と見なした時のグラフである。
【図１３】２層の圧電磁器膜の膜厚比を変化させた場合の２次、３次、４次モードにおける電気機械結合係数を示すグラフである。
【図１４】（ａ）は規格化電気機械結合係数が８０％以上となる膜厚比の下限値、上限値を支持膜の音速ｖの１次関数と見なした時のグラフであり、（ｂ）は規格化電気機械結合係数が９０％以上となる膜厚比の下限値、上限値を支持膜の音速ｖの１次関数と見なした時のグラフである。
【図１５】本発明の３層の圧電磁器膜を有する圧電共振子を示す断面図である。
【図１６】図１５の圧電共振子の平面図である。
【図１７】（ａ）は本発明のフィルタの一部断面斜視図、（ｂ）は平面図である。
【図１８】従来の圧電共振子の基本構造を示す断面図である。
【図１９】従来の圧電共振子の他の例の基本構造を示す断面図である。
【符号の説明】
１、３１・・・基体
２、２１、２３、３２、４１・・・支持膜
４、５、６、２６、２７、２８、３４、３５、３６、３７、４８ａ、４８ｂ、４９、５０ａ、５０ｂ・・・電極膜
７、８、２４、２５、３８、３９、４０、４５、４７・・・圧電磁器膜
３ａ、３３ａ、４３ａ、４３ｂ・・・共振素子
Ａ・・・振動空間
Ｘ・・・中央部
Ｙ・・・外周部
ｔｐ・・・圧電磁器膜の膜厚の総和
ｔｓ・・・支持膜の膜厚
【図１】
0003860695.tif 000002
【図２】
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【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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