(57)【要約】圧電材料が、Ｓｂ、Ｔａ、Ｎｂ又はＧｅの一つと、Ｂ、Ｓｃ、Ｙ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ又はＹｂの一つ以上と組み合わせられたＣｒと、Ｌｉ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｎｉ、Ｃｏ及びＺｎの一つと組み合わせされたＮｂ及びＴａの一方と、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｔｉ、Ｚｒ及びＨｆの一つと組み合わせられたＣａと、Ｓｉ、Ｇｅ及びＴｉと組み合わせられたＭｇと、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ又はＹｂの一つ以上と組み合わせられたＣｏ、Ｓｂ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｓｉ又はＧｅの一つ以上とから構成される群から選択された一つ以上の元素の陽イオンがドープされたＡｌＮを含む。圧電材料の結晶構造において、陽イオンは、少なくとも部分的にＡｌを置換する。
2020526471.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電材料であって、
Ｓｂ、Ｔａ、Ｎｂ又はＧｅの一つと、
Ｂ、Ｓｃ、Ｙ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ又はＹｂの一つ以上と組み合わせられたＣｒと、
Ｌｉ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｎｉ、Ｃｏ及びＺｎの一つと組み合わせされたＮｂ及びＴａの一方と、
Ｓｉ、Ｇｅ、Ｔｉ、Ｚｒ及びＨｆの一つと組み合わせられたＣａと、
Ｓｉ、Ｇｅ及びＴｉと組み合わせられたＭｇと、
Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ又はＹｂの一つ以上と組み合わせられたＣｏ、Ｓｂ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｓｉ又はＧｅの一つ以上と
から構成される群から選択された一つ以上の元素の陽イオンがドープされたＡｌＮを含み、
前記陽イオンは、前記圧電材料の結晶構造において少なくとも部分的にＡｌを置換する、圧電材料。
【請求項２】
式Ａｌ１−ｘＧｅ３／４ｘ□１／４ｘＮ又はＡｌ１−５／３ｘＴａ５＋ｘ□２／３ｘＮの一方を有し、
□は、前記圧電材料の結晶構造のＡｌサイトにおける空孔を表す、請求項１の圧電材料。
【請求項３】
式Ａｌ１−２ｘＢｘＣｒｘＮ、０＜ｘ＜０．１５を有する、請求項１の圧電材料。
【請求項４】
式Ａｌ１−５／３ｘ−３ｙＭｇ２ｙＴａｘ＋ｙ□２／３ｘＮを有し、
□は、前記圧電材料の結晶構造のＡｌサイトにおける空孔を表す、請求項１の圧電材料。
【請求項５】
式Ａｌ１−２ｘＭｇｘＳｉｘＮ、０＜ｘ＜０．１５を有する、請求項１の圧電材料。
【請求項６】
式Ａｌ１−ｘ−ｙＣｒ３＋ｘＭＩＩＩｙＮ、ＭＩＩＩ＝Ｓｃ３＋，Ｙ３＋，Ｓｍ３＋．．．Ｙｂ３＋，Ｓｍ３＋．．．Ｙｂ３＋＝原子番号６２〜７０のランタノイドのいずれか一つ以上、を有する、請求項１の圧電材料。
【請求項７】
ウルツ鉱結晶構造を有する、請求項１の圧電材料。
【請求項８】
請求項１の圧電材料を含む弾性波共振器。
【請求項９】
ソリッドマウント共振器として構成される請求項８の弾性波共振器。
【請求項１０】
薄膜バルク弾性共振器として構成される請求項８の弾性波共振器。
【請求項１１】
請求項８の弾性波共振器を含むフィルタ。
【請求項１２】
前記無線周波数帯域に通過帯域を有する、請求項１１のフィルタ。
【請求項１３】
請求項１１のフィルタを含む電子デバイスモジュール。
【請求項１４】
請求項１３の電子デバイスモジュールを含む電子デバイス。
【請求項１５】
前記電子デバイスモジュールは無線周波数電子デバイスモジュールである、請求項１４の電子デバイス。
【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、その全体があらゆる目的のためにここに参照により組み入れられる２０１７年７月７日に出願された「弾性波フィルタ改善のための置換窒化アルミニウム」との名称の米国仮特許出願第６２／５２９，７４２号に係る米国特許法第１１９条（ｅ）の優先権の利益を主張する。
【背景技術】
【０００２】
窒化アルミニウム（ＡｌＮ）は、１〜５ＧＨｚの範囲で動作するバルク弾性波（ＢＡＷ）及び薄膜バルク弾性共振器（ＦＢＡＲ）フィルタにおいて使用されている圧電材料である。ＩＩＩＡ族窒化物（例えばＧａＮ及びＩｎＮ）の多数は、系列を下りるにつれて圧電係数の劇的な減少を示す。ＡｌＮの特性は、スカンジウムのようなアルミニウムに対する置換元素によって修正することができる。しかしながら、これらの物質に対し、ＢＡＷフィルタの特性改善をもたらし得る電気機械結合の改善、誘電率の向上、音速の増大、及び温度安定性の良化の必要性が依然として存在する。ここで使用されるように、用語「ＢＡＷフィルタ」はＦＢＡＲフィルタを含む。
【０００３】
弾性波フィルタに使用され得る圧電材料の所望の特性は以下を含む。
・例えば１２，０００ｍ／秒を超えるような高い音速。
・例えば５％を超えるような良好な結合係数。
・デバイスのサイズを減少させる高い誘電率。
・堆積及び統合のための安定した材料システム及び結晶構造。
・材料が低漏洩の良好な絶縁体となるための広いバンドギャップ。
【０００４】
ＢＡＷフィルタの様々なパラメータとかかるフィルタで利用される圧電材料の材料特性との関係は以下を含む。
・増加した帯域幅＝増加した結合係数ｋ２。
・フィルタのための急峻なエッジ＝増加した品質係数Ｑ。
・フィルタ厚さ縮小化＝増加した音速ｖ＝（ｃ３３／ρ）１／２、ｃ３３＝弾性率、ρ＝材料密度。
・ｘｙ平面でのフィルタ縮小化＝増加した誘電率。
・低い漏洩電流、良好な絶縁体＝広いバンドギャップ。
・フィルタ温度安定性＝圧電応答の温度安定性。
【０００５】
弾性波フィルタで使用されるときの性能に関連する圧電材料の材料特性は以下を含む。
・ｋｔ２＝ｅ３３２／（ｃＤ３３ε３３ｓ）＝ｄ３３２／（ｃＥ３３ε３３Ｔ）＝
π２／４（１−（ｆｓ／ｆｐ））＝Ｋ２／（１＋Ｋ２）：Ｋ＝ｅ３３２εＲε０ｃＥ３３
（ｋｔ２は結合係数、ｅ３３及びｄ３３は圧電係数、ｃＤ３３及びｃＥ３３は弾性率、ε３３は誘電率、εＲは相対誘電率、ｆｓ及びｆｐはそれぞれ直列共振周波数及び並列共振周波数である。）
・信号対雑音比（ＳＮＲ）＝ｅ３１２／（ε０ε３３ｔａｎδ）１／２
・ｆｓ，ｍ（ＧＨｚ）＝最小インピーダンスのポイントの周波数。これは、直列共振周波数に近くかつ理論的に等価である。
・ｆｐ（ＧＨｚ）＝並列共振周波数
・縦音速ｖｌ＝（ｃ３３／ρ）１／２
・ＦＯＭ（性能指数）＝ｋ２ｅｆｆ，ｍ×Ｑ
【０００６】
直列共振周波数及び並列共振周波数の箇所を示す弾性波フィルタの一例のインピーダンス対周波数のチャートが図１に示される。
【０００７】
マイクロ波周波数において、材料の誘電率は、イオン分極率により支配される。様々な三価陽イオンの誘電分極率対結晶半径を示すチャートを、図２に示す。誘電率のクラウジウス・モソッティの関係は以下のとおりである。
−αＤ＝３／４π［（Ｖｍ）（ε’−１）／（ε’＋２）］
・αＤ＝合計イオン分極率
・Ｖｍ＝モル体積
・ε’＝材料の誘電率
−αＤ＝Σαｉ
・αｉは、個別のイオン分極率を示す。
−ε’＝（３Ｖｍ＋８παＤ）／（３Ｖｍ−４παＤ）
【０００８】
共有結合効果が、イオンモデルを「ぼかす」。ドープされたＡｌＮは、使用されるドーパントに応じてイオン結合及び共有結合双方の特性を示し得る。
【０００９】
ＡｌＮ系共振器は、２５〜３０ｐｐｍ／℃の範囲の周波数温度係数（ＴＣＦ）のドリフトを示す。ちなみに、ＧａＮのＴＣＦは、約−１８ｐｐｍ／℃である。共振周波数のＴＣＦドリフトは、弾性率の熱ドリフトにより支配される。共振周波数の過剰な熱ドリフトが問題となるのは、共振周波数のＴＣＦドリフトを補償するべく二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）の層を共振器上に堆積させる必要があり、これが、結合係数（ｋ２）及びスプリアス応答をもたらすからである。ＡｌＮにスカンジウム（Ｓｃ）のような材料をドープしても、ＴＣＦはほとんど調整されない。
【００１０】
材料の音速は、当該材料の体積弾性率及び密度に関係し、以下の式に従う。
ｖ＝（Ｋ／ρ）１／２
・Ｋ＝材料の体積弾性率
・ρ＝密度
【００１１】
材料の縦音速は、以下の式によって計算することができる。
ｖｌ＝（ｃ３３／ρ）１／２
【００１２】
様々な電気機械材料の音速及び他の選択された材料パラメータが、図３の表に示される。４Ｈ型六方晶積層炭化ケイ素（ＳｉＣ）（ウルツ鉱）の音速は非常に高い（１３，１００ｍ／ｓ）。しかしながら、ＡｌＮとＳｉＣとの固溶体は実現可能ではない。
【００１３】
ＡｌＮ、窒化ガリウム（ＧａＮ）及び窒化インジウム（ＩｎＮ）を含む様々な窒化物はすべて、空間群ｃ４６ｖを有するウルツ鉱結晶構造をとる。空間群とは、周期格子に示される３次元対称性の特徴のことである。この構造の例示が、図４に示される。ウルツ鉱構造は、ＡＢ型六方晶構造にある四面体配位の陽イオン及び陰イオンを含む。ウルツ鉱構造は、自発分極と互換性のある最高の可能対称性を示す。ウルツ鉱結晶構造の重要な結晶学的パラメータは、六方晶ｃ、六方晶ａ及び結合長ｕを含む。これらのパラメータを図４に示す。ＡｌＮにおいて、ｃ軸結合は、他の結合よりも長い。ＡｌＮ、ＧａＮ及びＩｎＮに対するこれらの結晶学的パラメータを、以下の表１に示す。
【表１】
2020526471.tif 000003
上記表において、ｕは結合長である。これは典型的に無次元であり、次元ｃパラメータの分数として表される。Å単位の結合長は、ｕを乗じた（ｃ／ａ）によって決定され得る。
【００１４】
ウルツ鉱構造窒化物は、他のＩＩＩ−Ｖ材料よりもむしろＩＩ−ＶＩ材料（ＺｎＯ）に類似する。ウルツ鉱構造窒化物は、同じ圧電係数符号、及び高いボルン有効電荷を有する（図像性（ｉｃｏｎｉｃｉｔｙ））。ＧａＮ→ＩｎＮ→ＡｌＮの順に、結合長（ｕ）が長くなり、ｃ／ａは小さくなる。様々なＩＩＩ−Ｖウルツ鉱窒化物ＡｌＮ、ＧａＮ及びＩｎＮ、並びにＩＩ−ＶＩウルツ鉱酸化物に対する、自発分極、ボルン有効電荷、及び圧電定数を含む様々な材料パラメータを、図５Ａに示す。ＡｌＮ、ＧａＮ及びＩｎＮの付加的な特性を、図５Ｂの表に示す。
【００１５】
ＺｎＯは、ＡｌＮ又はＧａＮのようなウルツ鉱構造ＩＩＩ−Ｖ窒化物のためのモデルと見なすことができる。ＺｎＯは、圧電係数がＡｌＮ又はＧａＮよりも大きく、有効電荷がＧａＮよりも高く、歪みに対する圧電応答がＧａＮよりも大きい。ＺｎＯにおいてＺｎ２＋を置換する陽イオンが小さいほど、向上した圧電応答が観測されている。特定の理論に拘束されるわけではないが、ＺｎＯにおける圧電応答は、ｃ軸まわりの非共線結合の回転に起因して生じると考えられる。ＺｎＯにおいてＺｎを小さな高電荷イオンで置換することにより、この回転が向上する（例えばＺｎ２＋をＶ５＋により置換）。このメカニズムはＧａＮにおいて圧電性を向上させ得るが、多くのイオンがＡｌＮにおけるＡｌよりも小さいわけではない（例えばＳｉ４＋）。Ｖ５＋又はＴａ５＋の高電荷は、おそらくアルミニウム空孔により補償された電荷であり、この回転効果をＡｌＮにおいて向上させ得る。特定の理論に拘束されるわけではないが、電荷のバランスとグリム・サマーフェルドの概念とは欠陥の存在によって乱されるので、欠陥は、ドープされたＺｎＯ及びＡｌＮの圧電性向上の一役を担うとも考えられる。電荷補償は、ドープされたＡｌＮにおけるアンチサイト欠陥（ＮＡｌ）、格子間窒素（Ｎｉ）又はＡｌ空孔によって達成され得る。
【００１６】
ＡｌＮは、弾性波共振器及びフィルタにおける圧電材料としてＡｌＮを使用するのに魅力的としてきた様々な特性を示す。これらの特性は以下を含む。
・広いバンドギャップ（６．２ｅＶ）
・高い熱伝導度（２Ｗ／ｃｍ・Ｋ）
・高い電気抵抗率（１×１０１６Ω・ｃｍ）
・高い絶縁破壊電圧（５×１０５Ｖ／ｃｍ）
・高い品質係数（ＢＡＷに対し２ＧＨｚにおいて３，０００）
・中程度の結合係数（ＢＡＷに対し６．５％）
・中程度の圧電係数（ｅ３３＝１．５５Ｃ／ｍ２）
・高い縦音速（ＢＡＷに対し１１，３００ｍ／ｓ）
・低い伝播損失
・ｃ軸配向膜の調製容易
・化学的に安定
・ＩＣ技術プロセスと互換可能
【００１７】
ＢＮ以外に、ＩＩＩＡ窒化物−ＡｌＮ固溶体の圧電特性を特徴付ける研究はほとんど行われていない。ＡｌｘＧａ１−ｘＮ固溶体の格子定数及びエネルギーギャップの試験結果を図６Ａ及び６Ｂに示す。ＡｌｘＧａ１−ｘＮは連続固溶体を示す。
【００１８】
ＳｉＣ、ＧａＮ、ＩｎＮ、ＺｎＯ及びＣｄＳｅの特性を比較する付加的な研究により、フィリップスイオン性が下がるほど、大きな弾性定数及び大きな音速がもたらされることが示された。これは、図７Ａ及び７Ｂに示される。
【００１９】
ＳｃがドープされたＡｌＮが調査されている。ＳｃＮは岩塩構造を有する。ＡｌＮのウルツ鉱構造におけるｃ／ａ比は、Ｓｃが加わるにつれて低下する（ＡｌＮに対するｃ／ａは１．６０１であり、Ａｌ．８８Ｓｃ．１２Ｎに対するｃ／ａは１．５７５である）。モデル化により、ＳｃドープＡｌＮに中間の六方晶構造が存在し得ることが予測される。Ｓｃ０．５Ａｌ０．５Ｎに対する結晶構造対ｃ／ａ比の変化が図８Ａ及び８Ｂに示される。図８Ａ及び８Ｂは究極的に同じｃ／ａ比を示し、最適なｃ／ａ比から逸脱することにエネルギーの代償が払われることがわかる。ｕパラメータは、Ｓｃサイトまわりで大きくなる。ｃ方向には浅いエネルギー井戸が存在する。Ｓｃにより、共有原子価が下がり、ドープＡｌＮの圧電性が増加する。密度汎関数理論が、ＡｌをＳｃにより置換することがウルツ鉱相の軟化をもたらすことを明らかにする。これは、窒素の配位に関するＡｌ３＋とＳｃ３＋との競合に起因する。Ａｌ３＋が四面体配位を優先する一方、Ｓｃ３＋は５配位又は６配位を優先する。これが、思うようにいかないシステムをもたらす。ＡｌＮにおいてＳｃがＡｌを置換するとイオンのポテンシャル井戸の深さが浅くなり、イオン変位が大きくなる。Ｓｃの濃度が増加するにつれて、ｅ３３圧電係数が増加する一方、ｃ３３弾性定数が減少する。Ｙ３＋、Ｙｂ３＋等のようなさらに大きく、電気陽性のイオンもまた、この効果を示し得る。ＡｌＮとＡｌ．８８Ｓｃ．１２Ｎとの様々な特性の比較が図８Ｃに示され、ＡｌＮと他の濃度のＳｃによりドープされたＡｌＮとの特性の比較が図８Ｄ〜８Ｈに示される。
【００２０】
一定程度研究されている他のドープＡｌＮ材料がＹｘＡｌ１−ｘＮである。イットリウムは、大きなイオン半径を有し、電気陽性であり、スカンジウムより低コストである。密度汎関数理論に基づく非経験的計算は、ＹｘＡｌ１−ｘＮ（ｘ＝０．７５）のウルツ鉱構造に対し高い相安定性を示す。それにもかかわらず、ＹｘＡｌ１−ｘＮ膜においては低い結晶性が観測されている。ＹｘＡｌ１−ｘＮは、酸素及び水（ＹＯＯＨ基）に対して大きな親和性を示す。ＹｘＡｌ１−ｘＮのバンドギャップは、ｘ＝０．２２において６．２ｅＶ（ＡｌＮ）から４．５ｅＶまで低下する。弾性係数の大きな減少とｄ３３及びｅ３３の大きな増加とが、ＳｃドープＡｌＮよりもＹｘＡｌ１−ｘＮにおいて観測される。ＹｘＡｌ１−ｘＮに対して観測される誘電率増加は、Ｓｃドープ材料と同様である。ＹｘＡｌ１−ｘＮにおいてＹドーパントの量が異なるときのεｒ、ｅ３３、ｅ３１、ｄ３３及びｄ３１の変化を示すチャートを図９Ａ〜９Ｃに示す。
【００２１】
ＡｌをＭｇ及びＺｒ、Ｍｇ及びＴｉ、又はＭｇ及びＨｆにより組み合わせ置換したＡｌＮの特性を調査する研究が行われている。これらの材料は、ＡｌＮと比べて改善された圧電係数を示すが、低い弾性係数（そして同様の音速及びＱ）を示す。Ａｌを異なるドーパント濃度のＭｇ及びＺｒ、Ｍｇ及びＴｉ、並びにＭｇ及びＨｆにより組み合わせ置換したＡｌＮの圧電係数及び弾性係数を示すチャートを、ＳｃｘＡｌ１−ｘＮの圧電係数及び弾性係数と比べて図１０Ａ及び１０Ｂに示す。（Ｍｇ．５Ｚｒ．５）０．１３Ａｌ０．８７Ｎ及び（Ｍｇ．５Ｈｆ．５）０．１３Ａｌ０．８７Ｎの様々な特性とＡｌＮのそれとを図１０Ｃに表としてまとめる。
【００２２】
ウルツ鉱ＢｘＡｌ１−ｘＮｙ（０．００１＜ｘ＜０．７０、０．８５＜ｙ＜１．０５）について多くの研究が行われている。８％までのＢを有する膜が成功裏に合成されている。非経験的結果は、共有結合性の増加が、Ｂが増加するにつれて弾性定数ｃ３３及び音速が増加することを示す。イオン性の低下が、ホウ素濃度が増加するにつれてｅ３３及びｋ２が低下することにつながる。ホウ素濃度が増加するにつれての誘電率の増加が予測される。ＡｌＮにホウ素を添加することにより、未ドープＡｌＮ膜よりも大きな硬度、高い音速、及び広いバンドギャップがもたらされる。構造の無秩序性及びｃ／ａ比の増加に起因してピークの広がりが観測される。合成された膜の格子定数は、ベガード則による予測よりも増加する。Ｂの量を異ならせて計算及び観測されたＢｘＡｌ１−ｘＮｙの材料特性を、図１１Ａ〜１１Ｆにグラフで示す。
【００２３】
ＡｌＮにおけるＡｌがＣｒ又はＭｎにより置換されたＡｌＮが、希薄磁性半導体としての使用を目的として調査されている。スパッタリングされた膜が、良好なｃ軸配向を示した。Ａｌ．９３Ｃｒ．０７Ｎ及びＡｌ．９１Ｍｎ．０９Ｎの抵抗率対温度を、図１２Ａに示す。ＣｒドープＡｌＮの付加的な材料特性を図１２Ｂ及び１２Ｃに示す。Ｍｎドープ材料は、Ｃｒドープ材料よりも高い抵抗率を示す。Ｃｒドープ材料に関して特に、Ｃｒ３＋のように８面体配位の優先性を示す３ｄ遷移金属が存在しない。したがって、強制的にＣｒをＡｌＮの中に入れることは、潜在的にｋ２を向上させる歪みを引き起こす可能性が高い。ＣｒＮはＳｃＮと同構造（ハライト構造）である。ＸＰＳ結合エネルギーは、ＣｒがＣｒドープＡｌＮの中にＣｒ３＋として存在することを示す。許容されない１ｓ−３ｄ遷移に対するＸＡＮＥＳピークは、低い対称性の（四面体）サイトにＣｒが存在することを示す。Ｃｒは、格子歪みを誘発してＡｌＮウルツ鉱構造を変形させる。Ａｌ．９３７Ｃｒ．０６３Ｎの音速（１１，４９０ｍ／ｓ）は、未ドープＡｌＮの音速よりも大きい。Ａｌ．９３７Ｃｒ．０６３Ｎは、ＡｌＮ（７．９％）よりも低いｋ２（５．６％）、高いＴＣＦ値（−３９ｐｐｍ／℃）、及び高いε’（容量）９１ｐＦ／ｍ対置換ＡｌＮの８２ｐＦ／ｍを示すことが観測されている。これは、結合係数を低下させる大抵の他の置換がまた、誘電率（ひいては容量）も低下させる点で予想外である。反転分域（逆極性の領域）も観測されている。強磁性が、Ｃｒ３＋ドープＡｌＮにおいて観測されている。
【００２４】
Ｔｉもまた、ＡｌＮにおいてＡｌを置換し得る。かかる材料において、Ｔｉの酸化状態は未知である。ただし、Ｔｉ３＋と推定される。Ａｌ−Ｔｉ−Ｎ膜が、Ｔｉ含有量が１６％未満のときに単相ウルツ鉱構造を形成する。大きなＴｉ原子は、ｘ線回折ピークに対する２θ値のシフトを引き起こす。結晶格子パラメータは、Ｔｉの濃度が増加するにつれて増加する。付加的なＴｉが加えられると、圧縮歪みによって結晶性が低下する。４％Ｔｉを超えるとＴｉ−Ａｌ偏析が観測されている。音速及びｋ２は、Ｔｉ含有量が増加するにつれて低下する。誘電率は、Ｔｉ含有量とともに増加する。ＴｉドープＡｌＮのＴＣＦは、ＡｌＮのＴＣＦよりもわずかに低い。図１３は、Ａｌ（０．５−ｘ）ＴｉｘＮ０．５の電気機械結合係数、縦速度及び誘電率を、ｘの関数として示す。
【００２５】
ＡｌＮにおいてＡｌを置換し得る付加的な元素は、タンタル（Ｔａ）及びバナジウム（Ｖ）を含む。ＡｌＮにおいてＡｌを置換するときのこれらの元素の酸化状態は、Ｔａ３＋及びＶ３＋と想定される。結晶学的ｃパラメータは、ＡｌＮにＶがドープされると減少するが、ＡｌＮにＴａがドープされると増加する。ＡｌＮに約７％以上のＶがドープされると、材料の結晶性が破壊される。６．４％のＶにおいてＶＮ相が現れ始める。Ｔａに対し、Ｔａが３．２％以上ＡｌＮにドープされると偏析が観測される。音速及びｋ２は、Ｖ含有量が増加すると下降するが、ε’は増加する。様々な量のＶ及びＴａがドープされたＡｌＮの音速及び誘電率の変化を示すチャートを、図１４Ａ及び１４Ｂそれぞれに示す。
【００２６】
ＡｌＮにおけるＴａによるＡｌ置換の限界は、５．１原子パーセントのようである。Ｔａは、優れたｃ軸配向でＡｌＮにおけるＡｌを置換し得る。Ｓｃ３＋のように、Ｔａ５＋もＡｌ３＋よりも大きい。しかしながら、Ｓｃ３＋の置換とは異なり、ｃ／ａ比は、ＡｌＮにおけるＡｌ３＋をＴａ５＋により置換しても減少しない。その代わり、ｃ及びａ格子定数が双方とも増加する。図１４Ｃは、ＡｌＮにおけるｃ及びａ格子定数が、異なる量のＴａドープによってどのように変化するのかを示す。ラマン、ＴＥＭ及びＸＰＳは、ＡｌＮにおけるＡｌをＴａにより置換しても、第２相又は組成的に不均一な領域が現れないことを示唆する。Ｔａ−Ａｌ−Ｎ結晶格子内の弾性損失は、欠陥ゆえの無秩序に起因し得る。Ｔａ５＋は、Ｓｃ３＋よりも電気陽性とはいえないが、ＴａドープＡｌＮにおいてｄ３３の大きな増加が観測された。（図１４Ｄを参照。）ＴａドープＡｌＮにおいて観測されたｄ３３の増加は、結合の曲がり易さに起因し得ると仮定される。小さなイオンは、結合回転を促進する。小さなイオンは、電界が印加されると容易に移動し得る（例えばＺｎＯにおけるＶ５＋）。同様の効果が、大きな格子膨張ゆえに、ＡｌＮにおけるＴａ５＋にも適用され得る。Ｔａ５＋は、Ａｌ３＋よりもそれほど小さくなるとは予測されないので、なぜｄ３３圧電係数が増加するのかは不確定である。これは、おそらく、欠陥を補償する電荷に関連付けられる。
【００２７】
いくつかの例において、ＡｌＮに酸素をドープすることができる。例えば、ＡｌＮ系の膜の堆積中に使用されるスパッタリングガス中に酸素が存在し得る。酸素のイオン性が増加するにもかかわらず、酸素ドープＡｌＮの圧電係数の大きさは増加しない。特定の理論に拘束されるわけではないが、ＡｌＮにおける酸素欠陥が、補償ｂｙアルミニウム空孔（□Ａｌ）によって補償される可能性がある。さらに、ＡｌＮにおける酸素の存在により、第２相Ａｌ２Ｏ３の形成が引き起こされ得る。すなわち、陰イオンの化学量論を制御することが難しくなり得る。したがって、ドープＡｌＮにおいて、陰イオンの混在を避け、むしろ陽イオンに基づいてあらゆる調整を行うことが好ましい。
【００２８】
ＡｌＮの中にドーパントを加えることにより、一定数のタイプの結晶学的欠陥の一つ以上をもたらすことができる。一つのタイプの欠陥は、電子置換に関与する。例えば、ＡｌＮにおけるＡｌを置換するＳｉが、材料の導電度を低減させ得る深いレベルのドナー（３２０ｍｅＶ）として作用し得る一方、ＡｌＮにおけるＡｌを置換するＣは、深いレベルのアクセプター（５００ｍｅＶ）として作用し得る。点欠陥は、空孔、格子間原子及びアンチサイト欠陥を含む。ＡｌＮにおいて、空孔は、格子間原子及びアンチサイト欠陥よりもエネルギー的に有利である。Ａｌ空孔に対し、当該空孔から離れる原子変位が観測される。Ｎ空孔に対し、当該空孔に向かう原子変位が観測される。ＡｌＮにおける積層欠陥が、｛１１２０｝積層欠陥構成を含む。積層欠陥は、置換イオン又はＡｌ空孔のための好ましい領域となり得る。体系的な空孔が、ＡｌＮにおけるＡｌがいくつかの元素により置換されることによってもたらされ得る。例えば、Ｔａ５＋及びＺｒ４＋ドープのＡｌＮは、Ａｌ空孔（ＶＡｌ又は□Ａｌ）のような生来の欠陥によって補償される。Ａｌ３＋又はＴａ５＋よりも小さなイオンが、２□Ａｌ−３ＴａＡｌとともに弾性的に駆動される欠陥対を形成し得る。□Ａｌ及びＴａＡｌの空孔又は置換が、最近傍のＮ四面体を拡張させ得る。Ｓｉ４＋は、ＶＡｌと欠陥対を形成する最近傍のＮ四面体を収縮させ得る。
【発明の概要】
【００２９】
第１側面によれば、圧電材料が与えられる。圧電材料は、Ｓｂ、Ｔａ、Ｎｂ又はＧｅの一つと、Ｂ、Ｓｃ、Ｙ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ又はＹｂの一つ以上と組み合わせられたＣｒと、Ｌｉ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｎｉ、Ｃｏ及びＺｎの一つと組み合わせされたＮｂ及びＴａの一方と、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｔｉ、Ｚｒ及びＨｆの一つと組み合わせられたＣａと、Ｓｉ、Ｇｅ及びＴｉと組み合わせられたＭｇと、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ又はＹｂの一つ以上と組み合わせられたＣｏ、Ｓｂ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｓｉ又はＧｅの一つ以上とから構成される群から選択された一つ以上の元素の陽イオンがドープされたＡｌＮを含む。圧電材料の結晶構造において、陽イオンは、少なくとも部分的にＡｌを置換する。
【００３０】
いくつかの実施形態において、圧電材料は、式Ａｌ１−ｘＧｅ３／４ｘ□１／４ｘＮ又はＡｌ１−５／３ｘＴａ５＋ｘ□２／３ｘＮの一方を有し、□は、圧電材料の結晶構造におけるＡサイトの空孔を表し、０＜ｘ＜０．２５である。
【００３１】
いくつかの実施形態において、圧電材料は、式Ａｌ１−２ｘＢｘＣｒｘＮを有し、０＜ｘ＜０．１５である。
【００３２】
いくつかの実施形態において、圧電材料は、式Ａｌ１−５／３ｘ−３ｙＭｇ２ｙＴａｘ＋ｙ□２／３ｘＮを有し、□は圧電材料の結晶構造におけるＡｌサイトの空孔を表し、１＞５／３ｘ＋３ｙ、０＜ｘ＜０．３、０＜ｙ＜０．２５である。
【００３３】
いくつかの実施形態において、圧電材料は、式Ａｌ１−２ｘＭｇｘＳｉｘＮを有し、０＜ｘ＜０．１５である。
【００３４】
いくつかの実施形態において、圧電材料は、式Ａｌ１−ｘ−ｙＣｒ３＋ｘＭＩＩＩｙＮ、ＭＩＩＩ＝Ｓｃ３＋，Ｙ３＋，Ｓｍ３＋．．．Ｙｂ３＋，Ｓｍ３＋．．．Ｙｂ３＋＝原子番号６２〜７０のランタノイドのいずれか一つ以上、を有する。
【００３５】
圧電材料は、ウルツ鉱結晶構造を有し得る。
【００３６】
いくつかの実施形態において、弾性波共振器が圧電材料を含む。弾性波共振器は、ソリッドマウント共振器として構成されてよい。弾性波共振器は、薄膜バルク弾性共振器として構成されてよい。
【００３７】
いくつかの実施形態において、フィルタが弾性波共振器を含む。フィルタは、無線周波数帯域において通過帯域を有し得る。
【００３８】
いくつかの実施形態において、電子デバイスモジュールがフィルタと含む。
【００３９】
いくつかの実施形態において、電子デバイスが電子デバイスモジュールを含む。電子デバイスモジュールは、無線周波数電子デバイスモジュールとしてよい。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】弾性波フィルタの一例についてのインピーダンス対周波数のチャートである。
【図２】様々な三価カチオンの誘電分極率対結晶半径を示すチャートである。
【図３】様々な電気機械材料の選択された材料パラメータの表である。
【図４】ウルツ鉱結晶構造を示す。
【図５Ａ】様々なＩＩＩ−Ｖウルツ鉱窒化物及びＩＩ−ＶＩウルツ鉱酸化物についての選択された材料パラメータの表である。
【図５Ｂ】ＡｌＮ、ＧａＮ及びＩｎＮの選択された材料パラメータの表である。
【図６Ａ】格子定数対ＡｌｘＧａ１−ｘＮのｘのチャートである。
【図６Ｂ】エネルギーギャップ対ＡｌｘＧａ１−ｘＮのｘのチャートである。
【図７Ａ】選択された化合物に対する弾性定数対フィリップスイオン性のチャートである。
【図７Ｂ】は、選択された化合物に対する音速対フィリップスイオン性のチャートである。
【図８Ａ】Ｓｃ０．５Ａｌ０．５Ｎにおける結晶構造変化対ｃ／ａ比を示すチャートである。
【図８Ｂ】Ｓｃ０．５Ａｌ０．５Ｎにおける結晶構造変化対ｃ／ａ比を示す他のチャートである。
【図８Ｃ】ＡｌＮ及びＡｌ．８８Ｓｃ．１２Ｎの選択された材料特性の表である。
【図８Ｄ】ＡｌＮと、様々な濃度のＳｃがドープされたＡｌＮとの選択された材料特性の表である。
【図８Ｅ】様々な濃度のＳｃがドープされたＡｌＮのｋ２及びＱ値のチャートである。
【図８Ｆ】様々な濃度のＳｃがドープされたＡｌＮのεｒ及びｔａｎδのチャートである。
【図８Ｇ】様々な濃度のＳｃがドープされたＡｌＮのＦＯＭのチャートである。
【図８Ｈ】様々な濃度のＳｃがドープされたＡｌＮのＴＣＦのチャートである。
【図９Ａ】様々な濃度のＹがドープされたＡｌＮのεｒのチャートである。
【図９Ｂ】様々な濃度のＹがドープされたＡｌＮのｅ３３及びｅ３１のチャートである。
【図９Ｃ】様々な濃度のＹがドープされたＡｌＮのｄ３３及びｄ３１のチャートである。
【図１０Ａ】ＳｃがドープされたＡｌＮと、Ｍｇ及びＺｒ、Ｍｇ及びＴｉ、並びにＭｇ及びＨｆによりＡｌを組み合わせ置換したＡｌＮとの、ｅ３３対ドーパント濃度のチャートである。
【図１０Ｂ】ＳｃがドープされたＡｌＮと、Ｍｇ及びＺｒ、Ｍｇ及びＴｉ、並びにＭｇ及びＨｆによりＡｌを組み合わせ置換したＡｌＮとの、ｃ３３対ドーパント濃度のチャートである。
【図１０Ｃ】ＡｌＮ、（Ｍｇ．５Ｚｒ．５）０．１３Ａｌ０．８７Ｎ及び（Ｍｇ．５Ｈｆ．５）０．１３Ａｌ０．８７Ｎの選択された材料特性の表である。
【図１１Ａ】ホウ素ドープＡｌＮにおけるｃ３３対ホウ素濃度のチャートである。
【図１１Ｂ】ホウ素ドープＡｌＮにおけるｅ３３対ホウ素濃度のチャートである。
【図１１Ｃ】ホウ素ドープＡｌＮにおける結晶格子パラメータｃ対ホウ素濃度のチャートである。
【図１１Ｄ】ホウ素ドープＡｌＮにおけるｋ２対ホウ素濃度のチャートである。
【図１１Ｅ】ホウ素ドープＡｌＮにおける結晶単位セル体積対ホウ素濃度のチャートである。
【図１１Ｆ】ホウ素ドープＡｌＮにおける結晶格子パラメータｃ及びａ対ホウ素濃度のチャートである。
【図１２Ａ】Ａｌ．９３Ｃｒ．０７Ｎ及びＡｌ０．９１Ｍｎ０．０９Ｎの材料抵抗率対温度のチャートである。
【図１２Ｂ】ＣｒドープＡｌＮにおける格子定数対Ｃｒ濃度のチャートである。
【図１２Ｃ】ＣｒドープＡｌＮにおける有効ｄ３３対Ｃｒ濃度のチャートである。
【図１３】ＴｉドープＡｌＮにおけるｋ２、ｖｓ及び誘電率対Ｔｉ濃度のチャートである。
【図１４Ａ】ＶドープＡｌＮにおける音速及び誘電率対Ｖ含有量のチャートである。
【図１４Ｂ】ＴａドープＡｌＮにおける音速及び誘電率対Ｔａ含有量のチャートである。
【図１４Ｃ】ＴａドープＡｌＮにおける格子定数対Ｔａ含有量のチャートである。
【図１４Ｄ】ＴａドープＡｌＮにおける圧電係数ｄ３３対Ｔａ含有量のチャートである。
【図１５】ＡｌＮにおける異なるドーパントに対する材料特性の相反するトレードオフを示す。
【図１６】ドープＡｌＮの選択された材料特性への様々なドーパントの予測される効果を示す表である。
【図１７】ソリッドマウント共振器（ＳＭＲ）ＢＡＷの一例の断面図である。
【図１８】ＦＢＡＲ  ＢＡＷの一例の断面図である。
【図１９】ＳＭＲ  ＢＡＷ及び／又はＦＢＡＲ  ＢＡＷデバイスを含み得るフィルタの模式的な図である。
【図２０】図１９のフィルタが実装され得るフロントエンドモジュールのブロック図である。
【図２１】図１９のフィルタが実装され得る無線デバイスのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
従前の研究の結晶化学体系学の分析が、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）におけるアルミニウム（Ａｌ）の特定の化学置換成分がどのようにして、材料の様々な関心特性に影響するかについての洞察を与えている。ここに開示されるのは、バルク弾性波（ＢＡＷ）フィルタ及び薄膜バルク弾性共振器（ＦＢＡＲ）フィルタのような弾性波フィルタにおける使用のために圧電材料を形成するべく使用され得るＡｌＮのための新たな置換成分の組み合わせである。ここに開示される解決策の、従前の解決策に対する利点は、多数の材料特性を同時に最適化できることである（例えば電気機械結合及び音速）。結晶化学の知識と従前の研究とに基づいて、ＡｌＮ系圧電材料におけるＡｌのドープから得られる一連の相互排他的な特性の組み合わせが存在するようである。例えば、アルミニウムよりも窒素と多くのイオン結合を形成する（スカンジウムのような）置換成分が結合及び誘電率を改善する一方、アルミニウムよりも窒素と多くの共有結合を形成する（ホウ素のような）置換成分は音速を改善して粘弾性の喪失を低下させる。ここに開示されるのは、多数の特性に改善を示し又は特定の個別の特性（例えば誘電率）の極端な向上を示し得るＡｌＮ系圧電材料である。
【００４２】
最も頻繁に引用されるＡｌＮへの添加物は、スカンジウム（Ｓｃ）である。スカンジウムは、Ａｌよりも電気陽性である。Ａｌ３＋と比べて増加したＳｃ３＋のイオン性により、未ドープＡｌＮよりもＳｃドープＡｌＮの圧電結合が増加する。Ｓｃ３＋はまた、Ａｌ３＋よりも大きい。Ａｌ３＋を置換するＳｃ３＋の存在に起因するＡｌＮの結晶格子の歪みが、未ドープＡｌＮと比べてＳｃドープＡｌＮの圧電係数を増加させる。しかしながら、Ａｌ３＋を置換するＳｃ３＋の存在に起因する共有結合性の喪失により、粘弾性の喪失が増加する。
【００４３】
Ｙ、Ｙｂ、及び他の小さなランタノイドは、Ｓｃ３＋よりも大きなイオンとなり、Ｓｃよりも電気陽性となる。ＡｌＮにおけるＡｌ３＋をこれらの元素のイオンにより置換することで、圧電効果及び粘弾性喪失の双方が高められる。Ｙｂ３＋のような重い分極性原子は、Ｓｃ３＋及びＹ３＋のような軽い原子よりも、ドープＡｌＮの誘電率を改善するはずである。多数の等原子価置換成分（ＡｌＮ：Ｂ，Ｓｃ、又はＡｌＮ：Ｂ，Ｙｂ）もまた使用され得る。
【００４４】
Ｓｃ、Ｙ及びＹｂとは対照的に、ホウ素（Ｂ）は、Ａｌよりもかなり小さなイオンを形成するのでＡｌよりも電気陽性とはならない。ホウ素は、ＡｌよりもＮと多くの共有結合を形成する。ＡｌＮにおけるＡｌをＢにより置換すると、圧電結合がわずかに減少すると予測され得るが、粘弾性喪失も同様に減少するはずである。Ａｌ−Ｎ結合と比べてのＢ−Ｎ結合の共有結合性の増加により、未ドープＡｌＮと比べてＢドープＡｌＮの体積弾性率が増加するはずである。Ａｌを置換する軽いＢ原子はまた、未ドープＡｌＮと比べてＢドープＡｌＮの密度も低下させる。双方の効果が組み合わされて大きな音速（ｖ＝（Ｋ／ρ）１／２、Ｋ＝材料の体積弾性率、ρ＝密度）を与えるはずである。
【００４５】
材料のＱ、弾性率及び音速を向上させるＡｌＮにおけるＡｌのドーパントは、改善された結合係数及び高い誘電率に抵抗するように作用するようである。これは、模式的に図１５に示される。異なるドーパントを同時に追加及び／又はＡｌＮをドープして３ｄ電子相互作用を促進又は秩序ある空格子サイトを形成することにより、高い電気陽性のドーパント及び弱い電気陽性のドーパントの双方に関連付けられる利点が得られる。
【００４６】
遷移金属において、ｄ電子マニホールドが結合を非常に複雑にする。イオンは、ｄ電子数に応じて、八面体又は四面体の配位を優先し得る。例えば、Ｃｒ３＋は、八面体配置への極めて強い優先性を有する。これは、四面体サイトに強制的に入れられると、圧電性を高める強い格子歪みが生じ得る（Ｃｒ３＋イオンがＳｃほど電気陽性でないとしても）。Ｂ及びＣｒの組み合わせ置換は、粘弾性喪失を伴わずに圧電性を高める格子歪みをもたらし得る。Ｖ３＋、Ｍｎ３＋及びＣｏ３＋のような他のイオンは、ＡｌＮの特性を改善するドーパントとして有用となり得る。これらのイオンは、Ｃｏ３＋が酸化状態ごとにいくつかのスピン状態を有するように、異なる酸化状態に順応することができるので、多数のイオン半径を示し得る。
【００４７】
いくつかの実施形態において、空格子サイト（０電子）もまた、グリム・サマーフェルド則の四面体フレームワークに組み入れることができる。一例はγ−Ｇａ２Ｓ３である。これは３２０６３型である。ＡｌＮにおけるアルミニウム空孔は、四面体構造において四つ組の非結合軌道（非共有電子対）と見なすことができる。ＡｌＮにおけるアルミニウム空孔は、粘弾性喪失を増加させることができ（特に易動性の場合）、又はイオン性を増加させずに圧電歪みを高めることができる。
【００４８】
ＡｌＮと混在してドープＡｌＮ材料を形成するのに有用となり得る他の化合物は、Ｓｉ３Ｎ４及びＧｅ３Ｎ４のような４３０５４化合物を含む。Ｇｅ３Ｎ４は、陽イオン空孔が秩序化された欠陥含有ウルツ鉱構造に結晶化する。非結合軌道におけるｐ軌道特性を増加させることにより、結晶格子を歪ませ得るｓｐ２（平面）混成結合軌道の傾向がもたらされる。Ａｌ１−ｘＧｅ３／４ｘ□１／４ｘＮ及びＡｌ１−ｘＳｉ３／４ｘ□１／４ｘＮのような固溶体もまた関心とされる。ここで、□は圧電材料の結晶構造のＡｌサイトにおける空孔を表す。
【００４９】
ＡｌＮとＧａＮ及びＩｎＮとの固溶体において、ｋ２及び音速は下降すると予測される。したがって、材料の誘電率は、想定される特性の線形関係に起因してｃ／ａ比とともに、未ドープＡｌＮと比べてわずかに増加し得る。
【００５０】
様々なドーパントの、ＡｌＮの様々な材料特定に対して予測される効果を図１６に表としてまとめる。
【００５１】
弾性波共振器又はフィルタにおける使用に対して所望の特性を示し得る異なるＡｌＮ系圧電材料のリストと、ベースＡｌＮ材料へのドーパントの予測される効果とを、以下の表２に表す。
【表２】
2020526471.tif 000004
2020526471.tif 000005
【００５２】
上述したように、ここに開示される様々な材料は、ＢＡＷ共振器における圧電材料として有用となり得る。いくつかの実装において、ここに開示される様々な材料はまた、弾性表面波（ＳＡＷ）共振器又はフィルタにおける圧電材料として有用となり得る。一つのタイプのＢＡＷ共振器は、ソリッドマウント共振器（ＳＭＲ）である。ＳＭＲ  ＢＡＷの一例を、一般に１００で図１７に示す。ＳＭＲ  ＢＡＷは、例えばシリコン基板のような基板１０５上に形成される。圧電材料１１０の層が、上側電極１１５と下側電極１２０との間の基板１０５上に配置される。圧電材料１１０の層は、ここに開示される材料のいずれかを含み又はから構成される。圧電材料１１０の層は、厚さλ／２を有する。ここで、λは、ＳＭＲ  ＢＡＷ１００の共振周波数である。例えばＳｉＯ２のような高インピーダンス材料１３０と、例えばＭｏ又はＷのような低インピーダンス材料１３５とが交互にされた層を含むブラッグ反射器又は音響ミラー１２５が、下側電極１２０の下に配置され、基板１０５を通って漏れ出ないように弾性エネルギーを圧電材料１１０に閉じ込めるのを補助する。材料１２０、１３５の各層は、厚さλ／４を有し得る。
【００５３】
ＦＢＡＲ  ＢＡＷの一例を、一般に２００で図１８に示す。ＦＢＡＲ  ＢＡＷ２００は、上側電極２１５と下側電極２２０との間で、例えばシリコン基板のような基板２０５上に配置された圧電材料膜２１０を含む。キャビティ２２５が、圧電材料膜２１０が振動するのを許容するべく、圧電材料膜２１０の下に（及びオプションとして下側電極２２０の下に）かつ基板２０５の上面に形成される。圧電材料膜２１０は、ここに開示される材料のいずれかを含み又はから構成されてよい。
【００５４】
ここに開示される材料のいずれかを圧電素子として含むＳＭＲ  ＢＡＷ共振器及び／又はＦＢＡＲ  ＢＡＷ共振器の例は、フィルタを形成するべく一緒に組み合わせることができる。無線周波数（ＲＦ）範囲にある信号をフィルタリングするのに有用となり得るフィルタ配列の一例が、図１９に模式的に示されるラダーフィルタ３００となり得る。ラダーフィルタ３００は、入力ポート３０５と出力ポート３１０との間に直列に接続された複数の直列共振器Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６と、第１側が一対の直列共振器間に電気的に接続され、第２側が、例えばグランドのような基準電位に電気的に接続された複数の並列共振器Ｒ７、Ｒ８及びＲ９とを含む。共振器Ｒ１〜Ｒ９の共振周波数及び反共振周波数は、ラダーフィルタ３００が、所望の通過帯域内のＲＦエネルギーを入力ポート３０５から出力ポート３１０へと通過させる一方で通過帯域外の周波数のＲＦエネルギーを減衰させるように選択することができる。なお、ラダーフィルタに含まれる直列共振器及び／又は並列共振器の数及び配列は、当該フィルタの所望の周波数応答に基づいて変わり得る。
【００５５】
図２０を参照すると、例えば無線通信デバイス（例えば携帯電話機）のような電子デバイスにおいて使用できるフロントエンドモジュール４００の一例のブロック図が例示される。フロントエンドモジュール４００は、共通ノード４１２、入力ノード４１４及び出力ノード４１６を有するアンテナデュプレクサ４１０を含む。アンテナ５１０は共通ノード４１２に接続される。フロントエンドモジュール４００はさらに、デュプレクサ４１０の入力ノード４１４に接続された送信器回路４３２と、デュプレクサ４１０の出力ノード４１６に接続された受信器回路４３４とを含む。送信器回路４３２は、アンテナ５１０を介した送信のための信号を生成することができ、受信器回路４３４は、アンテナ５１０を介して信号を受信し、受信した信号を処理することができる。いくつかの実施形態において、受信器回路及び送信器回路は、図２０に示されるように別個のコンポーネントとして実装されるが、他実施形態においてはこれらのコンポーネントは、共通送受信器回路又はモジュールに一体化され得る。当業者にわかることだが、フロントエンドモジュール４００は、図２０に例示されない他のコンポーネント（スイッチ、電磁結合器、増幅器、プロセッサ等を含むがこれらに限られない）を含んでよい。
【００５６】
アンテナデュプレクサ４１０は、入力ノード４１４と共通ノード４１２との間に接続された一つ以上の送信フィルタ４２２と、共通ノード４１２と出力ノード４１６との間に接続された一つ以上の受信フィルタ４２４とを含み得る。送信フィルタの通過帯域は、受信フィルタの通過帯域と異なる。送信フィルタ４２２及び受信フィルタ４２４はそれぞれが、ここに開示される圧電材料の一つ以上の実施形態を含む一つ以上の共振器を含み得る。インダクタ又は他の整合コンポーネント４４０を、共通ノード４１２に接続してよい。
【００５７】
所定例において、送信フィルタ４２２又は受信フィルタ４２４において使用される各弾性波素子は、同じ圧電材料を含む。この構造により、各フィルタの周波数応答時の温度変化の効果が低減され、特に、温度変化に起因する通過特性又は減衰特性の劣化が低減される。これは、各弾性波素子が、環境温度の変化に応答して同様に変化するからである。
【００５８】
図２１は、図２０に示されるアンテナデュプレクサ４１０を含む無線デバイス５００の一例のブロック図である。無線デバイス５００は、セルラー電話機、スマートフォン、タブレット、モデム、通信ネットワーク、又は音声若しくはデータ通信用に構成された任意の他の携帯若しくは非携帯デバイスとしてよい。無線デバイス５００は、アンテナ５１０から信号を受信及び送信することができる。無線デバイスは、図２０を参照して上述されたものと同様のフロントエンドモジュール４００’の一実施形態を含む。フロントエンドモジュール４００’は、上述されたデュプレクサ４１０を含む。図２１に示される例において、フロントエンドモジュール４００’はさらに、アンテナスイッチ４５０を含む。これは、例えば送信モード及び受信モードのような、異なる周波数帯域又はモード間の切り替えをするべく構成することができる。図２１に示される例において、アンテナスイッチ４５０は、デュプレクサ４１０とアンテナ５１０との間に位置決めされるが、他例においてデュプレクサ４１０は、アンテナスイッチ４５０とアンテナ５１０との間に位置決めしてもよい。他例において、アンテナスイッチ４５０とデュプレクサ４１０とは一体化して一つのコンポーネントにすることができる。
【００５９】
フロントエンドモジュール４００’は、送信のために信号を生成して受信した信号を処理するべく構成された送受信器４３０を含む。送受信器４３０は、図２０の例に示されるように、デュプレクサ４１０の入力ノード４１４に接続され得る送信器回路４３２と、デュプレクサ４１０の出力ノード４１６に接続され得る受信器回路４３４とを含み得る。
【００６０】
送信器回路４３２による送信のために生成された信号は、送受信器４３０からの生成信号を増幅する電力増幅器（ＰＡ）モジュール４６０によって受信される。電力増幅器モジュール４６０は、一つ以上の電力増幅器を含み得る。電力増幅器モジュール４６０は、多様なＲＦ又は他の周波数帯域の送信信号を増幅するべく使用することができる。例えば、電力増幅器モジュール４６０は、無線ローカルエリアネットワーク（ＷＬＡＮ）信号又は任意の他の適切なパルス信号の送信に役立つように電力増幅器の出力をパルスにするべく使用されるイネーブル信号を受信することができる。電力増幅器モジュール４６０は、例えばＧＳＭ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ  ｆｏｒ  Ｍｏｂｉｌｅ）（登録商標）信号、ＣＤＭＡ（ｃｏｄｅ  ｄｉｖｉｓｉｏｎ  ｍｕｌｔｉｐｌｅ  ａｃｃｅｓｓ）信号、Ｗ−ＣＤＭＡ信号、ロングタームエボリューション（ＬＴＥ）信号、又はＥＤＧＥ信号を含む様々なタイプの信号のいずれかを増幅するべく構成することができる。所定の実施形態において、電力増幅器モジュール４６０及びスイッチ等を含む関連コンポーネントは、例えば高電子移動度トランジスタ（ｐＨＥＭＴ）又は絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＢｉＦＥＴ）を使用するヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）基板上に作製し、又は相補型金属酸化物半導体（ＣＭＯＳ）電界効果トランジスタを使用するシリコン基板上に作製することができる。
【００６１】
依然として図２１を参照すると、フロントエンドモジュール４００’はさらに、低雑音増幅器モジュール４７０を含み得る。これは、アンテナ５１０からの受信信号を増幅してその増幅信号を、送受信器４３０の受信器回路４３４に与える。
【００６２】
図２１の無線デバイス５００はさらに、送受信器４３０に接続されて無線デバイス５００の動作のために電力を管理する電力管理サブシステム５２０を含む。電力管理システム５２０はまた、無線デバイス５００のベース帯域サブシステム５３０及び様々な他のコンポーネントの動作を制御することもできる。電力管理システム５２０は、無線デバイス５００の様々なコンポーネントのために電力を供給する電池（図示せず）を含み、又はこれに接続され得る。電力管理システム５２０はさらに、例えば信号の送信を制御することができる一つ以上のプロセッサ又は制御器を含み得る。一実施形態において、ベース帯域サブシステム５３０は、ユーザに与えられ又はユーザから受け取る音声及び／又はデータの様々な入力及び出力を容易にするユーザインタフェイス５４０に接続される。ベース帯域サブシステム５３０はまた、無線デバイスの動作を容易にし及び／又はユーザのための情報記憶を与えるデータ及び／又は命令を記憶するように構成されたメモリ５５０に接続することもできる。
【００６３】
少なくとも一つの実施形態のいくつかの側面が上述されたが、当業者には様々な変形例、修正例及び改善例が容易に想到されることがわかる。そのような変形例、修正例及び改善例は、本開示の一部であることが意図され、さらに本発明の範囲内に存在することが意図される。なお、ここに開示の方法及び装置は、アプリケーションにおいて、上記説明に記載され又は添付図面に例示された構造の詳細及びコンポーネントの配列に限られない。方法及び装置は、他の実施形態に実装すること、及び様々な態様で実施又は実装することができる。特定の実施形態の例が、例示目的のみでここに与えられ、限定となることは意図されない。ここに開示のされるずれかの実施形態の一つ以上の特徴を、任意の他の実施形態のいずれか一つ以上の特徴に対して付加又は置換することができる。また、ここで使用される表現及び用語は、説明を目的とし、限定としてみなすべきではない。ここでの「含む」、「備える」、「有する」、「包含する」及びこれらのバリエーションの使用は、その後に列挙される項目及びその均等物並びに追加の項目を包囲することを意味する。「又は」及び「若しくは」への言及は、「又は」及び「若しくは」を使用して記載されるいずれの用語も、記載される項目の単数、一つを超えるもの、及びすべてのいずれも示し得るように、包括的に解釈され得る。前後、左右、頂底、上下、及び垂直水平への言及はいずれも、記載の便宜を意図しており、本システム及び方法又はこれらのコンポーネントをいずれか一つの位置的又は空間的配向に限定することを意図しない。したがって、上記の説明及び図面は単なる例示にすぎない。
【図１】
2020526471.tif 000006
【図２】
2020526471.tif 000007
【図３】
2020526471.tif 000008
【図４】
2020526471.tif 000009
【図５Ａ】
2020526471.tif 000010
【図５Ｂ】
2020526471.tif 000011
【図６Ａ】
2020526471.tif 000012
【図６Ｂ】
2020526471.tif 000013
【図７Ａ】
2020526471.tif 000014
【図７Ｂ】
2020526471.tif 000015
【図８Ａ】
2020526471.tif 000016
【図８Ｂ】
2020526471.tif 000017
【図８Ｃ】
2020526471.tif 000018
【図８Ｄ】
2020526471.tif 000019
【図８Ｅ】
2020526471.tif 000020
【図８Ｆ】
2020526471.tif 000021
【図８Ｇ】
2020526471.tif 000022
【図８Ｈ】
2020526471.tif 000023
【図９Ａ】
2020526471.tif 000024
【図９Ｂ】
2020526471.tif 000025
【図９Ｃ】
2020526471.tif 000026
【図１０Ａ】
2020526471.tif 000027
【図１０Ｂ】
2020526471.tif 000028
【図１０Ｃ】
2020526471.tif 000029
【図１１Ａ】
2020526471.tif 000030
【図１１Ｂ】
2020526471.tif 000031
【図１１Ｃ】
2020526471.tif 000032
【図１１Ｄ】
2020526471.tif 000033
【図１１Ｅ】
2020526471.tif 000034
【図１１Ｆ】
2020526471.tif 000035
【図１２Ａ】
2020526471.tif 000036
【図１２Ｂ】
2020526471.tif 000037
【図１２Ｃ】
2020526471.tif 000038
【図１３】
2020526471.tif 000039
【図１４Ａ】
2020526471.tif 000040
【図１４Ｂ】
2020526471.tif 000041
【図１４Ｃ】
2020526471.tif 000042
【図１４Ｄ】
2020526471.tif 000043
【図１５】
2020526471.tif 000044
【図１６】
2020526471.tif 000045
【図１７】
2020526471.tif 000046
【図１８】
2020526471.tif 000047
【図１９】
2020526471.tif 000048
【図２０】
2020526471.tif 000049
【図２１】
2020526471.tif 000050
【国際調査報告】
2020526471.tif 000051
2020526471.tif 000052