(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-05-08
(45)【発行日】2024-05-16
(54)【発明の名称】フィルタ
(51)【国際特許分類】
H03H 9/17 20060101AFI20240509BHJP
【ＦＩ】
H03H9/17 F
【請求項の数】
11
(21)【出願番号】P 2020046698
(22)【出願日】2020-03-17
(65)【公開番号】P2021150724
(43)【公開日】2021-09-27
【審査請求日】2023-03-02
(73)【特許権者】
【識別番号】000204284
【氏名又は名称】太陽誘電株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100087480
【弁理士】
【氏名又は名称】片山 修平
(72)【発明者】
【氏名】石田 守
(72)【発明者】
【氏名】松田 隆志
【審査官】志津木 康
(56)【参考文献】
【文献】特開２００７－３１２１５７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００４－０７２７１５（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１３／０３１７４８（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２００４－１１２７５７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１３－０３８４７１（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２００６／０２７８７３（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２００８－３０６２８０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１８－０２６７３５（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０３Ｈ３／００７－３／１０
Ｈ０３Ｈ９／００－９／７６
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
圧電層と、前記圧電層を挟み、前記圧電層に厚みすべり振動を励振する一対の電極と、前記圧電層の少なくとも一部を挟み前記一対の電極が重なる共振領域における、前記一対の電極の少なくとも一方の電極と前記圧電層との間、前記一対の電極の少なくとも一方の電極内、および、前記一対の電極の少なくとも一方の電極の前記圧電層と反対側の少なくとも一箇所に設けられ、前記一対の電極の少なくとも一方の密度より小さい密度を有する付加膜と、を備え、前記共振領域に前記付加膜よりも密度の高い周波数調整膜をさらに含む第１共振器と、同じ圧電層を前記第１共振器と共有し、前記圧電層を挟み、前記圧電層に厚みすべり振動を励振する一対の電極と、を備え、前記圧電層の少なくとも一部を挟み前記一対の電極が平面視において重なる共振領域における、前記一対の電極の少なくとも一方の電極と前記圧電層との間、前記一対の電極の少なくとも一方の電極内、および、前記一対の電極の少なくとも一方の電極の前記圧電層と反対側のいずれにも付加膜および周波数調整膜は設けられていない第２共振器と、
を備えるフィルタ。
【請求項2】
入力端子と、出力端子と、
前記入力端子と前記出力端子とを接続する経路に設けられ、各々圧電層と、前記圧電層を挟み、前記圧電層に厚みすべり振動を励振する一対の電極と、前記圧電層の少なくとも一部を挟み前記一対の電極が重なる共振領域における、前記一対の電極の少なくとも一方の電極と前記圧電層との間、前記一対の電極の少なくとも一方の電極内、および、前記一対の電極の少なくとも一方の電極の前記圧電層と反対側の少なくとも一箇所に設けられ、前記一対の電極の少なくとも一方の密度より小さい密度を有する付加膜と、を備える第２共振器である１または複数の直列共振器と、
一端が前記経路に接続され、他端が接地され、各々圧電層と、前記圧電層を挟み、前記圧電層に厚みすべり振動を励振する一対の電極と、前記圧電層の少なくとも一部を挟み前記一対の電極が重なる共振領域における、前記一対の電極の少なくとも一方の電極と前記圧電層との間、前記一対の電極の少なくとも一方の電極内、および、前記一対の電極の少なくとも一方の電極の前記圧電層と反対側の少なくとも一箇所に設けられ、前記一対の電極の少なくとも一方の密度より小さい密度を有する付加膜と、を備える第１共振器である並列共振器と、を備え、
前記第１共振器および前記第２共振器の前記付加膜は各々１または複数の膜から形成され、
前記第２共振器の前記付加膜の合計の厚さは前記第１共振器の前記付加膜の合計の厚さより小さいフィルタ。
【請求項3】
入力端子と、出力端子と、
前記入力端子と前記出力端子とを接続する経路に設けられ、各々前記第２共振器である１または複数の直列共振器と、
一端が前記経路に接続され、他端が接地され、各々前記第１共振器である並列共振器と、
を備える請求項１に記載のフィルタ。
【請求項4】
前記第１共振器の前記付加膜は前記第１共振器の前記圧電層の比誘電率より低い比誘電率を有する絶縁膜である請求項１または３に記載のフィルタ。
【請求項5】
前記第１共振器の前記付加膜は前記第１共振器の前記圧電層の比誘電率より低い比誘電率を有する絶縁膜であり、前記第２共振器の前記付加膜は前記第２共振器の前記圧電層の比誘電率より低い比誘電率を有する絶縁膜である請求項２に記載のフィルタ。
【請求項6】
前記第１共振器および前記第２共振器の前記一対の電極は、ルテニウム、クロム、銅、モリブデン、タングステン、タンタル、白金、ロジウムおよびイリジウムから選択され金属を主な材料とし、前記第１共振器の前記付加膜は、密度がアルミニウム以下の金属を主な材料とする請求項１または３に記載のフィルタ。
【請求項7】
前記第１共振器および前記第２共振器の前記一対の電極は、ルテニウム、クロム、銅、モリブデン、タングステン、タンタル、白金、ロジウムおよびイリジウムから選択され金属を主な材料とし、前記第１共振器および前記第２共振器の前記付加膜は、密度がアルミニウム以下の金属を主な材料とする請求項２に記載のフィルタ。
【請求項8】
前記第１共振器および前記第２共振器の前記圧電層は回転Ｙカットニオブ酸リチウム基板である請求項１から７のいずれか一項に記載のフィルタ。
【請求項9】
前記第１共振器および前記第２共振器の前記圧電層はＸカットタンタル酸リチウム基板である請求項１から７のいずれか一項に記載のフィルタ。
【請求項10】
前記第１共振器および前記第２共振器の前記一対の電極の一方を平面視したとき、前記共振領域の重心を含む領域である中央領域には設けられておらず、前記共振領域のうち前記中央領域を挟み前記中央領域以外の領域であるエッジ領域に少なくとも一部が設けられた第２の付加膜を備える請求項１から９のいずれか一項に記載のフィルタ。
【請求項11】
前記第１共振器の前記付加膜は、１または複数の膜から形成され、前記第１共振器の前記付加膜の合計の厚さは、０より大きく、前記第１共振器の前記圧電層の厚さの０．１８倍以下である請求項１または３に記載のフィルタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、フィルタに関し、例えば、共振器を有するフィルタに関する。
【背景技術】
【0002】
携帯電話等の無線端末の高周波回路用のフィルタおよびデュプレクサとして、ＦＢＡＲ（Film Bulk Acoustic Resonator）およびＳＭＲ（Solid Mounted Resonator）等のＢＡＷ（Bulk Acoustic Wave）共振器が用いられている。ＢＡＷ共振器は圧電薄膜共振器とよばれている。圧電薄膜共振器は、圧電膜を挟み一対の電極を設ける構造を有し、圧電膜の少なくとも一部を挟み一対の電極が対向する共振領域は弾性波が共振する領域である。
【0003】
圧電薄膜共振器では共振領域の周辺部において弾性波が反射し、共振領域内に定在波が形成されると不要なスプリアスとなる。そこで、共振領域内のエッジ領域に付加膜を追加し音速をコントロールすることでスプリアスを抑制することが知られている（例えば特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特開２００８－４２８７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
圧電膜にタンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウムまたは水晶等の単結晶圧電体を用いると、共振領域内の振動は厚みすべり振動となる。厚みすべり振動を用いた弾性波デバイスは大きな電気機械結合係数を有する。しかしながら、フィルタ等に共振器を用いるときには、共振特性を大幅には劣化させず、電気機械結合係数を調整することが求められる。
【0006】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、電気機械結合係数を調整可能とすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明は、圧電層と、前記圧電層を挟み、前記圧電層に厚みすべり振動を励振する一対の電極と、前記圧電層の少なくとも一部を挟み前記一対の電極が重なる共振領域における、前記一対の電極の少なくとも一方の電極と前記圧電層との間、前記一対の電極の少なくとも一方の電極内、および、前記一対の電極の少なくとも一方の電極の前記圧電層と反対側の少なくとも一箇所に設けられ、前記一対の電極の少なくとも一方の密度より小さい密度を有する付加膜と、を備え、前記共振領域に前記付加膜よりも密度の高い周波数調整膜をさらに含む第１共振器と、同じ圧電層を前記第１共振器と共有し、前記圧電層を挟み、前記圧電層に厚みすべり振動を励振する一対の電極と、を備え、前記圧電層の少なくとも一部を挟み前記一対の電極が平面視において重なる共振領域における、前記一対の電極の少なくとも一方の電極と前記圧電層との間、前記一対の電極の少なくとも一方の電極内、および、前記一対の電極の少なくとも一方の電極の前記圧電層と反対側のいずれにも付加膜および周波数調整膜は設けられていない第２共振器と、を備えるフィルタである。
【0008】
本発明は、入力端子と、出力端子と、前記入力端子と前記出力端子とを接続する経路に設けられ、各々圧電層と、前記圧電層を挟み、前記圧電層に厚みすべり振動を励振する一対の電極と、前記圧電層の少なくとも一部を挟み前記一対の電極が重なる共振領域における、前記一対の電極の少なくとも一方の電極と前記圧電層との間、前記一対の電極の少なくとも一方の電極内、および、前記一対の電極の少なくとも一方の電極の前記圧電層と反対側の少なくとも一箇所に設けられ、前記一対の電極の少なくとも一方の密度より小さい密度を有する付加膜と、を備える第２共振器である１または複数の直列共振器と、一端が前記経路に接続され、他端が接地され、各々圧電層と、前記圧電層を挟み、前記圧電層に厚みすべり振動を励振する一対の電極と、前記圧電層の少なくとも一部を挟み前記一対の電極が重なる共振領域における、前記一対の電極の少なくとも一方の電極と前記圧電層との間、前記一対の電極の少なくとも一方の電極内、および、前記一対の電極の少なくとも一方の電極の前記圧電層と反対側の少なくとも一箇所に設けられ、前記一対の電極の少なくとも一方の密度より小さい密度を有する付加膜と、を備える第１共振器である並列共振器と、を備え、前記第１共振器および前記第２共振器の前記付加膜は各々１または複数の膜から形成され、前記第２共振器の前記付加膜の合計の厚さは前記第１共振器の前記付加膜の合計の厚さより小さいフィルタである。
【0009】
上記構成において、入力端子と、出力端子と、前記入力端子と前記出力端子とを接続する経路に設けられ、各々前記第２共振器である１または複数の直列共振器と、一端が前記経路に接続され、他端が接地され、各々前記第１共振器である並列共振器と、を備える構成とすることができる。
【0010】
上記構成において、前記第１共振器の前記付加膜は前記第１共振器の前記圧電層の比誘電率より低い比誘電率を有する絶縁膜である構成とすることができる。
【0011】
上記構成において、前記第１共振器の前記付加膜は前記第１共振器の前記圧電層の比誘電率より低い比誘電率を有する絶縁膜であり、前記第２共振器の前記付加膜は前記第２共振器の前記圧電層の比誘電率より低い比誘電率を有する絶縁膜である構成とすることができる。
【0012】
上記構成において、前記第１共振器および前記第２共振器の前記一対の電極は、ルテニウム、クロム、銅、モリブデン、タングステン、タンタル、白金、ロジウムおよびイリジウムから選択され金属を主な材料とし、前記第１共振器の前記付加膜は、密度がアルミニウム以下の金属を主な材料とする構成とすることができる。
【0013】
上記構成において、前記第１共振器および前記第２共振器の前記一対の電極は、ルテニウム、クロム、銅、モリブデン、タングステン、タンタル、白金、ロジウムおよびイリジウムから選択され金属を主な材料とし、前記第１共振器および前記第２共振器の前記付加膜は、密度がアルミニウム以下の金属を主な材料とする構成とすることができる。
【0014】
上記構成において、前記第１共振器および前記第２共振器の前記圧電層は回転Ｙカットニオブ酸リチウム基板である構成とすることができる。
【0015】
上記構成において、前記第１共振器および前記第２共振器の前記圧電層はＸカットタンタル酸リチウム基板である構成とすることができる。
【0016】
上記構成において、前記第１共振器および前記第２共振器の前記一対の電極の一方を平面視したとき、前記共振領域の重心を含む領域である中央領域には設けられておらず、前記共振領域のうち前記中央領域を挟み前記中央領域以外の領域であるエッジ領域に少なくとも一部が設けられた第２の付加膜を備える構成とすることができる。
【0017】
上記構成において、前記第１共振器の前記付加膜は、１または複数の膜から形成され、前記第１共振器の前記付加膜の合計の厚さは、０より大きく、前記第１共振器の前記圧電層の厚さの０．１８倍以下である構成とすることができる。
【発明の効果】
【0018】
本発明によれば、電気機械結合係数を調整可能とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【0019】
【発明を実施するための形態】
【0020】
以下、図面を参照し本発明の実施例について説明する。
【実施例1】
【0021】
弾性波デバイスとして圧電薄膜共振器を例に説明する。図１（ａ）は、実施例１に係る圧電薄膜共振器の平面図、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ－Ａ断面図である。図１（ｂ）では、付加膜２８ａをクロスハッチングで示す。図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように、基板１０上に音響反射膜３１が設けられ、音響反射膜３１上に圧電層１４が設けられている。圧電層１４の上面および下面は略平坦である。圧電層１４の上下に上部電極１６および下部電極１２が設けられている。圧電層１４の少なくとも一部を挟み下部電極１２と上部電極１６とが平面視において重なる領域は共振領域５０である。共振領域５０において、圧電層１４と下部電極との間に付加膜２６ｂが設けられ、圧電層１４と上部電極１６との間に付加膜２６ａが設けられている。
【0022】
下部電極１２と上部電極１６との間に高周波電力を印加すると、共振領域５０内の圧電層１４に弾性波の変位がＺ方向にほぼ直交する方向（すなわち厚さに対して歪み方向）に振動する弾性波が励振される。この振動を厚みすべり振動という。厚みすべり振動の変位の最も大きい方向（厚みすべり振動の変位方向）を厚みすべり振動の方向６０とする。Ｙ方向を厚みすべり振動の方向６０とする。弾性波の波長は圧電層１４の厚さのほぼ２倍である。共振領域５０の平面形状は略矩形である。矩形はほぼ直線の４つの辺を有する。４つの辺の延伸方向はＸ方向およびＹ方向である。
【0023】
共振領域５０の中央領域５４に対し、Ｘ方向の両側にエッジ領域５２が設けられている。エッジ領域５２はほぼＹ方向に延伸する。エッジ領域５２のＸ方向の幅はＹ方向においてほぼ一定である。エッジ領域５２の上部電極１６上に付加膜２８ａが設けられている。共振領域５０のうちエッジ領域５２に挟まれる中央領域５４には付加膜２８ａは設けられていない。
【0024】
付加膜２８ａ、上部電極１６、付加膜２６ａ，圧電層１４、付加膜２６ｂおよび下部電極１２の厚さをそれぞれＴ２８ａ、Ｔ１６、Ｔ２６ａ、Ｔ１４、Ｔ２６ｂおよびＴ１２とする。
【0025】
音響反射膜３１は、音響インピーダンスの低い膜３１ｂと音響インピーダンスの高い膜３１ａとが交互に設けられている。膜３１ａおよび３１ｂの膜厚は例えばそれぞれほぼλ／４（λは弾性波の波長）である。これにより、音響反射膜３１は弾性波を反射する。膜３１ａと膜３１ｂの積層数は任意に設定できる。音響反射膜３１は、音響特性の異なる少なくとも２種類の層が間隔をあけて積層されていればよい。また、基板１０が音響反射膜３１の音響特性の異なる少なくとも２種類の層のうちの１層であってもよい。例えば、音響反射膜３１は、基板１０中に音響インピーダンスの異なる膜が一層設けられている構成でもよい。平面視において、音響反射膜３１は共振領域５０に重なり、音響反射膜３１は共振領域５０と同じ大きさまたは共振領域５０より大きい。
【0026】
基板１０は、例えばシリコン基板、サファイア基板、アルミナ基板、スピネル基板、石英基板、水晶基板、ガラス基板、セラミック基板またはＧａＡｓ基板等である。下部電極１２および上部電極１６は、例えばルテニウム（Ｒｕ）、クロム（Ｃｒ）、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、銅（Ｃｕ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、白金（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）またはイリジウム（Ｉｒ）等の単層膜またはこれらの積層膜である。付加膜２８ａは、下部電極１２および上部電極１６において例示した金属膜または酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化アルミニウム膜、酸化タンタル膜または酸化ニオブ膜等の絶縁膜でもよい。付加膜２８ａの材料は下部電極１２および上部電極１６の材料と同じでもよいし、異なっていてもよい。
【0027】
圧電層１４は、例えば単結晶ニオブ酸リチウム、単結晶タンタル酸リチウムまたは単結晶水晶である。付加膜２６ａおよび２６ｂは、上部電極１６および下部電極１２より密度の小さい金属膜または絶縁膜である。例えば上部電極１６および下部電極１２がアルミニウム膜（密度は２７００ｋｇ／ｍ３）のとき、付加膜２６ａおよび２６ｂは例えば酸化シリコン膜（密度は２２００ｋｇ／ｍ３）である。例えば上部電極１６および下部電極１２がルテニウム膜（密度は１２３７０ｋｇ／ｍ３）のとき、付加膜２６ａおよび２６ｂはアルミニウム膜（密度は２７００ｋｇ／ｍ３）である。
【0028】
［シミュレーション１］
実施例１および比較例１についてシミュレーション１を行った。比較例１では、付加膜２６ａおよび２６ｂが設けられていない。シミュレーション条件は以下である。
実施例１および比較例１の共通の条件
弾性波の波長λ：圧電層１４の厚さＴ１４×２
圧電層１４：ニオブ酸リチウム、Ｘ方向は結晶方位でＸ軸方向であり、Ｚ方向はＹ軸Ｚ軸平面内において、Ｚ軸方向からＹ軸方向に１０５°回転させた方向である。
Ｘ方向の条件：共振領域５０のＸ方向の幅を３０λとする。
Ｙ方向の条件：Ｙ方向の幅を０．５λとし、境界条件は無限に連続とする。
比較例１の条件
付加膜２８ａ：厚さＴ２８ａが４０ｎｍのアルミニウム膜
上部電極１６：厚さＴ１６が５２ｎｍのアルミニウム膜
圧電層１４：厚さＴ１４が４２６ｎｍのニオブ酸リチウム層
下部電極１２：厚さＴ１２が５５ｎｍのアルミニウム膜
実施例１の条件
付加膜２８ａ：厚さＴ２８ａが４２ｎｍのアルミニウム膜
上部電極１６：厚さＴ１６が５５ｎｍのアルミニウム膜
付加膜２６ａ：厚さＴ２６ａが１０ｎｍ（０．０１１λ）の酸化シリコン（ＳｉＯ２）膜
圧電層１４：厚さＴ１４が４５１ｎｍのニオブ酸リチウム層
付加膜２６ｂ：厚さＴ２６ｂが１０ｎｍ（０．０１１λ）の酸化シリコン（ＳｉＯ２）膜
下部電極１２：厚さＴ１２が５５ｎｍのアルミニウム膜
実施例１および比較例１についてシミュレーション１を行った。比較例１では、付加膜２６ａおよび２６ｂが設けられていない。シミュレーション条件は以下である。
実施例１および比較例１の共通の条件
弾性波の波長λ：圧電層１４の厚さＴ１４×２
圧電層１４：ニオブ酸リチウム、Ｘ方向は結晶方位でＸ軸方向であり、Ｚ方向はＹ軸Ｚ軸平面内において、Ｚ軸方向からＹ軸方向に１０５°回転させた方向である。
Ｘ方向の条件：共振領域５０のＸ方向の幅を３０λとする。
Ｙ方向の条件：Ｙ方向の幅を０．５λとし、境界条件は無限に連続とする。
比較例１の条件
付加膜２８ａ：厚さＴ２８ａが４０ｎｍのアルミニウム膜
上部電極１６：厚さＴ１６が５２ｎｍのアルミニウム膜
圧電層１４：厚さＴ１４が４２６ｎｍのニオブ酸リチウム層
下部電極１２：厚さＴ１２が５５ｎｍのアルミニウム膜
実施例１の条件
付加膜２８ａ：厚さＴ２８ａが４２ｎｍのアルミニウム膜
上部電極１６：厚さＴ１６が５５ｎｍのアルミニウム膜
付加膜２６ａ：厚さＴ２６ａが１０ｎｍ（０．０１１λ）の酸化シリコン（ＳｉＯ２）膜
圧電層１４：厚さＴ１４が４５１ｎｍのニオブ酸リチウム層
付加膜２６ｂ：厚さＴ２６ｂが１０ｎｍ（０．０１１λ）の酸化シリコン（ＳｉＯ２）膜
下部電極１２：厚さＴ１２が５５ｎｍのアルミニウム膜
【0029】
図２（ａ）および図２（ｂ）は、シミュレーション１におけるそれぞれ比較例１および実施例１の周波数に対するアドミッタンスの実部Ｒｅａｌ（Ｙ）および絶対値｜Ｙ｜を示す図である。アドミッタンスの絶対値｜Ｙ｜では、共振周波数および反共振周波数のピークが観察される。アドミッタンスの実部Ｒｅａｌ（Ｙ）では、絶対値｜Ｙ｜に比べスプリアス応答が大きく観察される。
【0030】
図２（ａ）に示すように、比較例１の｜Ｙ｜では、反共振周波数ｆａと共振周波数ｆｒとの差が大きい。ｒｅａｌ（Ｙ）では、共振周波数ｆｒより高い周波数においてスプリアス６２が発生している。共振周波数ｆｒより低い周波数においてスプリアスはほとんど発生していない。比較例１においてスプリアスが比較的小さいのは、付加膜２８ａを設けることにより、エッジ領域５２の音速が中央領域５４の音速より遅くなり、ピストンモードが実現されたためである。これにより、主にＸ方向に伝搬する横モードの弾性波の定在波に起因したスプリアスを抑制できる。
【0031】
図２（ｂ）に示すように、実施例１の｜Ｙ｜では、反共振周波数ｆａと共振周波数ｆｒとの差が比較例１より小さい。反共振周波数ｆａと共振周波数ｆｒとの差は電気機械結合係数に比例する。このように、実施例１では比較例１より電気機械結合係数を小さくできる。また、比較例１に比べ共振特性はほぼ劣化していない。このように、付加膜２６ａおよび２６ｂを設けることで、共振特性をほとんど劣化させることなく電気機械結合係数を小さくできる。
【0032】
一方、ｒｅａｌ（Ｙ）では、共振周波数ｆｒより高い周波数におけるスプリアス６２に加え、共振周波数ｆｒより低い周波数にスプリアス６４が生成されている。
【0033】
実施例１において付加膜２６ａおよび２６ｂの合計の厚さＴ２６ａ＋Ｔ２６ｂを変え、中央領域５４の共振周波数におけるＹ方向の変位分布およびエッジ領域５２におけるＸ方向の変位分布をシミュレーションした。実施例１では、付加膜２６ａおよび２６ｂの合計の厚さＴ２６ａ＋Ｔ２６ｂを０．０２２λとするサンプルＡ１と０．０４５λとするサンプルＡ２についてシミュレーションした。実施例１における付加膜２６ａおよび２６ｂ以外の膜厚は共振周波数を比較例１と合わせるため変更している。
【0034】
図３（ａ）は、比較例１および実施例１の中央領域５４におけるＹ方向の変位分布を示す図、図３（ｂ）は、比較例１および実施例１のエッジ領域５２におけるＸ方向の変位分布を示す図である。縦方向はＺ方向であり、横方向はＹ方向である。実線は、下部電極１２、付加膜２６ｂ、圧電層１４、付加膜２６ａ、上部電極１６および付加膜２８ａを示す。破線は、弾性波による各層の変位を拡大して示している。破線の実線からのずれが変位の大きさに相当する。周波数の値は変位が最大となる周波数である。
【0035】
図３（ａ）を参照し、中央領域５４のＹ方向の変位は主モードである厚みすべり振動の変位に相当する。中央領域５４ではＸ方向の変位がほとんど発生しないように圧電層１４の結晶方位を設定している。中央領域５４において、Ｙ方向の変位が最大となる周波数は共振周波数である。比較例１、実施例１のサンプルＡ１およびＡ２の共振周波数は、それぞれ３．７２ＧＨｚ、３．７１ＧＨｚおよび３．７３ＧＨｚとほぼ同じである。
【0036】
図３（ｂ）を参照し、エッジ領域５２ではＸ方向の変位が生じる。Ｘ方向の変位がスプリアスとなる。比較例１では、Ｘ方向の変位が最大となる周波数は３．９０ＧＨｚである。これは、共振周波数ｆｒである３．７２ＧＨｚより高い。図２（ａ）のように、共振周波数ｆｒより高い周波数では他のスプリアスが存在し、Ｘ方向の変位に起因するスプリアスの影響は小さい。
【0037】
実施例１では、サンプルＡ１およびＡ２におけるＸ方向の変位が最大となる周波数は３．６２ＧＨｚおよび３．５３ＧＨｚである。これは、共振周波数ｆｒであるそれぞれ３．７１ＧＨｚおよび３．７３ＧＨｚより低い。このため、図２（ｂ）のように、共振周波数ｆｒより低い周波数にＸ方向の変位に起因するスプリアス６２が発生する。
【0038】
付加膜２６ａおよび２６ｂの厚さ合計のＴ２６ａ＋Ｔ２６ｂを変え、Ｘ方向に変位するスプリアス６２の大きさをシミュレーションした。図４は、実施例１における付加膜２６ａおよび２６ｂの合計の厚さＴ２６ａ＋Ｔ２６ｂに対するスプリアスの大きさを示す図である。図４に示すように、付加膜の合計の厚さＴ２６ａ＋Ｔ２６ｂが厚くなると、スプリアス強度が大きくなる。破線のように、スプリアス強度は０．２５ｄＢ以下が求められており、Ｔ２６ａ＋Ｔ２６ｂを０．０９λ以下とすることで、スプリアス強度を０．２５ｄＢ以下とすることができる。
【0039】
酸化シリコンの弾性率の温度変化の符号は圧電層１４の弾性率の温度変化の符号と反対である。そこで、付加膜２６ａおよび２６ｂの合計の厚さＴ２６ａ＋Ｔ２６ｂに対する共振周波数ｆｒおよび反共振周波数ｆａの周波数温度係数（ＴＣＦ：Temperature Coefficient of Frequency）をシミュレーションした。
【0040】
図５は、実施例１における付加膜２６ａおよび２６ｂの合計の厚さＴ２６ａ＋Ｔ２６ｂに対するＴＣＦを示す図である。図５に示すように、付加膜の合計の厚さＴ２６ａ＋Ｔ２６ｂが厚くなると、共振周波数ｆｒのＴＣＦの絶対値が小さくなる。反共振周波数ｆａのＴＣＦの絶対値はＴ２６ａ＋Ｔ２６ｂにあまり依存しない。
【0041】
［シミュレーション２］
実施例１および比較例１についてシミュレーション２を行った。共通の条件はシミュレーション１と同じである。
比較例１の条件
付加膜２８ａ：厚さＴ２８ａが２８ｎｍのルテニウム膜
上部電極１６：厚さＴ１６が４１ｎｍのルテニウム膜
圧電層１４：厚さＴ１４が２８２ｎｍのニオブ酸リチウム層
下部電極１２：厚さＴ１２が４１ｎｍのルテニウム膜
実施例１の条件
付加膜２８ａ：厚さＴ２８ａが２０ｎｍのルテニウム膜
上部電極１６：厚さＴ１６が３１ｎｍのルテニウム膜
付加膜２６ａ：厚さＴ２６ａが３１ｎｍ（０．０６λ）のアルミニウム膜
圧電層１４：厚さＴ１４が２５１ｎｍのニオブ酸リチウム層
付加膜２６ｂ：厚さＴ２６ｂが３１ｎｍ（０．０６λ）のアルミニウム膜
下部電極１２：厚さＴ１２が３１ｎｍのルテニウム膜
実施例１および比較例１についてシミュレーション２を行った。共通の条件はシミュレーション１と同じである。
比較例１の条件
付加膜２８ａ：厚さＴ２８ａが２８ｎｍのルテニウム膜
上部電極１６：厚さＴ１６が４１ｎｍのルテニウム膜
圧電層１４：厚さＴ１４が２８２ｎｍのニオブ酸リチウム層
下部電極１２：厚さＴ１２が４１ｎｍのルテニウム膜
実施例１の条件
付加膜２８ａ：厚さＴ２８ａが２０ｎｍのルテニウム膜
上部電極１６：厚さＴ１６が３１ｎｍのルテニウム膜
付加膜２６ａ：厚さＴ２６ａが３１ｎｍ（０．０６λ）のアルミニウム膜
圧電層１４：厚さＴ１４が２５１ｎｍのニオブ酸リチウム層
付加膜２６ｂ：厚さＴ２６ｂが３１ｎｍ（０．０６λ）のアルミニウム膜
下部電極１２：厚さＴ１２が３１ｎｍのルテニウム膜
【0042】
【0043】
図６（ａ）に示すように、比較例１の｜Ｙ｜では、反共振周波数ｆａと共振周波数ｆｒとの差が大きい。ｒｅａｌ（Ｙ）では、共振周波数ｆｒより高い周波数においてスプリアス６２が発生している。共振周波数ｆｒより低い周波数においてスプリアスはほとんど発生していない。
【0044】
図６（ｂ）に示すように、実施例１の｜Ｙ｜では、反共振周波数ｆａと共振周波数ｆｒとの差が比較例１より小さく、比較例１より電気機械結合係数が小さい。また、比較例１に比べ共振特性はほぼ劣化していない。このように、付加膜２６ａおよび２６ｂが金属膜の場合でも共振特性をほぼ劣化させることなく電気機械結合係数を小さくできる。シミュレーション１と異なり図２（ｂ）のようなスプリアス６４が観察できないが、これは、付加膜２６ａの厚さＴ２６ａおよび付加膜２８ａの厚さＴ２８ａが薄いためと考えられる。
【0045】
実施例１によれば、上部電極１６および下部電極１２（一対の電極）と圧電層１４との間にそれぞれ付加膜２６ａおよび２６ｂ（付加膜）が設けられている。付加膜２６ａおよび２６ｂの密度は上部電極１６および下部電極１２の密度より小さい。これにより、共振特性を大きくは劣化させることなく、電気機械結合係数を小さくできる。このように、付加膜２６ａおよび２６ｂを設けることで、共振特性を大きくは劣化させることなく、電気機械結合係数を調整できる。
【0046】
表１は主な金属の密度を示す表である。
【表1】
【0047】
表２は主な誘電体の密度および比誘電率を示す表である。
【表2】
【0048】
表１および表２のように、上部電極１６および下部電極１２をルテニウムとしたとき、付加膜２６ａおよび２６ｂとして、密度の小さいアルミニウム、チタン、銅、クロム、モリブデン、酸化シリコン（ＳｉＯ２）または酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）を用いることができる。上部電極１６および下部電極１２をアルミニウムとしたとき、付加膜２６ａおよび２６ｂとして、密度の小さい酸化シリコン（ＳｉＯ２）を用いることができる。
【0049】
付加膜２６ａおよび２６ｂを金属膜とする場合、下部電極１２および上部電極１６は、ルテニウム、クロム、銅、モリブデン、タングステン、タンタル、白金、ロジウムおよびイリジウムから選択される金属を主な材料とする。これらの材料で最も小さい密度を有するのはクロムである。そこで、付加膜２６ａおよび２６ｂを密度がアルミニウム以下の金属膜とする。これにより、共振特性を大きくは劣化させることなく、電気機械結合係数を調整できる。なお、ある金属を主な材料とするとは、意図的または意図せず含まれる不純物を許容し、例えばある金属が５０原子％以上、または８０原子％以上含まれることである。
【0050】
付加膜２６ａおよび２６ｂを絶縁膜とする場合、付加膜２６ａおよび２６ｂの比誘電率は圧電層１４の比誘電率より低いことが好ましい。これにより、上部電極１６と下部電極１２との間の静電容量が付加膜２６ａおよび２６ｂを設けない場合より小さくなる。よって、電気機械結合係数がより小さくなる。表２のように、圧電層１４がニオブ酸リチウム（ＬＮ）またはタンタル酸リチウム（ＬＴ）のとき、付加膜２６ａおよび２６ｂとして、比誘電率の小さい酸化シリコン（ＳｉＯ２）または酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）を用いることが好ましい。付加膜２６ａおよび２６ｂの材料は上記以外の材料でもよい。
【0051】
電気機械結合係数を効率的に調整する観点から、付加膜２６ａおよび２６ｂの密度は上部電極１６および下部電極１２の密度の９０％以下が好ましく、８０％以下がより好ましく、５０％以下がさらに好ましい。付加膜２６ａおよび２６ｂの比誘電率は圧電層１４の比誘電率の９０％以下が好ましく、８０％以下がより好ましく、５０％以下がさらに好ましい。共振特性を劣化させない観点から、付加膜２６ａおよび２６ｂの密度は上部電極１６および下部電極１２の密度の５％以上が好ましい。付加膜２６ａおよび２６ｂの比誘電率は圧電層１４の比誘電率の５％以上が好ましい。
【0052】
下部電極１２、上部電極１６、付加膜２６ａおよび２６ｂの密度は、下部電極１２、上部電極１６、付加膜２６ａおよび２６ｂを構成する材料の物性値から算出できる密度であり、下部電極１２、上部電極１６、付加膜２６ａおよび２６ｂを構成する材料が決定できれば、材料の物性値である密度より下部電極１２、上部電極１６、付加膜２６ａおよび２６ｂの密度を決定できる。下部電極１２、上部電極１６、付加膜２６ａおよび２６ｂの少なくとも１つの膜が複数の膜から形成されている場合、下部電極１２、上部電極１６、付加膜２６ａおよび２６ｂの少なくとも１つの膜の密度は、この膜を構成する複数の膜を各々構成する材料から決定される密度と複数の膜の厚みから求めることができる。
【0053】
下部電極１２および上部電極１６の一方を平面視したとき、共振領域５０の重心を含む領域である中央領域５４には設けられておらず、共振領域５０のうち中央領域５４を挟み中央領域５４以外の領域であるエッジ領域５２に少なくとも一部に付加膜２８ａ（第２の付加膜）が設けられている。これにより、ピストンモードが実現されるため、主にＸ方向に伝搬する横モードの弾性波の定在波に起因したスプリアスを抑制できる。
【0054】
付加膜２６ａおよび２６ｂを設けると、Ｘ方向のスプリアスが共振周波数ｆｒより低くなる。そこで、１または複数の付加膜２６ａおよび２６ｂの合計の厚さＴ２６ａ＋Ｔ２６ｂを、０より大きく、圧電層１４の厚さＴ１４の０．１８倍（λの０．０９倍）以下とする。これにより、図４のように、共振周波数ｆｒより低い周波数に生成されるスプリアスを小さくできる。スプリアスの抑制の観点から、付加膜２６ａおよび２６ｂの合計の厚さＴ２６ａ＋Ｔ２６ｂは圧電層１４の厚さＴ１４の０．１５倍以下が好ましく、０．１０倍以下がより好ましい。電気機械結合係数を小さくする観点から、付加膜２６ａおよび２６ｂの合計の厚さＴ２６ａ＋Ｔ２６ｂは圧電層１４の厚さＴ１４の０．０１倍以上が好ましく、０．０２倍以上がより好ましい。
【0055】
図７（ａ）および図７（ｂ）は、実施例１における圧電層の結晶方位を示す斜視図である。図７（ａ）は圧電層１４がニオブ酸リチウムの場合を示し、図７（ｂ）は圧電層１４がタンタル酸リチウムの場合を示す。図７（ａ）および図７（ｂ）のうち左側の破線矢印は図１（ａ）および図１（ｂ）のＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向に対応する。右側の図のうち実線は圧電層１４の結晶軸の方位を示す図である。
【0056】
図７（ａ）に示すように、圧電層１４がニオブ酸リチウムの場合、結晶方位の点線矢印のように、Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向（破線矢印）をそれぞれ結晶方位の＋Ｘ軸方向、＋Ｙ軸方向および＋Ｚ軸方向とし、Ｘ軸方向を中心にＹ軸Ｚ軸平面上を＋Ｙ軸方向および＋Ｚ軸方向を＋Ｙ軸方向から＋Ｚ軸方向に１０５°回転させる。回転後のＹ軸方向およびＺ軸方向を実線矢印で示す。このように回転させるとＺ方向は＋Ｚ軸方向から＋Ｙ軸方向に１０５°回転した方向となる。このとき、Ｙ方向が厚みすべり振動の方向６０となる。オイラー角では、（０°，１０５°，０°）となる。
【0057】
圧電層１４を単結晶ニオブ酸リチウム基板とする場合、圧電層１４を回転Ｙカットニオブ酸リチウム基板とする。このとき、圧電層１４の上面の法線方向（Ｚ方向）はＹ軸Ｚ軸平面内の方向である。これにより、圧電層１４の平面方向に厚みすべり振動が生じる。Ｘ軸方向は、圧電層１４の平面方向から±５°の範囲内とすることが好ましく、±１°の範囲内とすることがより好ましい。
【0058】
圧電層１４の上面の法線方向（Ｚ方向）を結晶方位の＋Ｚ軸方向から＋Ｙ軸方向に１０５°回転した方向とする。これにより、厚みすべり振動の方向６０およびその直交方向が圧電層１４の平面方向となる。Ｚ方向は、＋Ｚ軸方向から＋Ｙ軸方向に１０５°回転した方向から±５°の範囲内とすることが好ましく、±１°の範囲内とすることがより好ましい。
【0059】
図７（ｂ）に示すように、圧電層１４がタンタル酸リチウムの場合、結晶方位の点線矢印のように、Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向（破線矢印）をそれぞれ結晶方位の－Ｚ軸方向、＋Ｙ軸方向および＋Ｘ軸方向とし、Ｘ軸方向を中心にＹ軸Ｚ軸平面上を＋Ｙ軸方向および＋Ｚ軸方向を＋Ｙ軸方向から＋Ｚ軸方向に４２°回転させる。回転後のＹ軸方向およびＺ軸方向を実線矢印で示す。このように回転させるとＹ方向は＋Ｙ軸方向から－Ｚ軸方向に４２°回転させた方向となる。このとき、Ｙ方向が厚みすべり振動の方向６０となる。オイラー角では、（１３８°，９０°，９０°）となる。
【0060】
圧電層１４を単結晶タンタル酸リチウム基板とする場合、圧電層１４をＸカットタンタル酸リチウム基板とする。このとき、圧電層１４の上面の法線方向（Ｚ方向）はＸ軸方向である。これにより、圧電層１４の平面方向では厚みすべり振動が生じる。Ｘ軸方向は、圧電層１４の法線方向から±５°の範囲内とすることが好ましく、±１°の範囲内とすることがより好ましい。
【0061】
結晶方位の＋Ｙ軸方向から－Ｚ軸方向に４２°回転させた方向を圧電層１４のＹ方向とする。これにより、圧電層１４の平面方向のうち＋Ｙ軸方向から－Ｚ軸方向に４２°回転させた方向が厚みすべり振動の方向６０となる。
【0062】
［実施例１の変形例１］
図８（ａ）は、実施例１の変形例１に係る圧電薄膜共振器の断面図である。図８（ａ）に示すように、実施例１の変形例１では、付加膜２６ａは圧電層１４と上部電極１６との間に設けられている。圧電層１４と下部電極１２との間に付加膜２６ｂは設けられていない。その他の構成は実施例１と同じであり説明を省略する。
図８（ａ）は、実施例１の変形例１に係る圧電薄膜共振器の断面図である。図８（ａ）に示すように、実施例１の変形例１では、付加膜２６ａは圧電層１４と上部電極１６との間に設けられている。圧電層１４と下部電極１２との間に付加膜２６ｂは設けられていない。その他の構成は実施例１と同じであり説明を省略する。
【0063】
［実施例１の変形例２］
図８（ｂ）は、実施例１の変形例２に係る圧電薄膜共振器の断面図である。図８（ｂ）に示すように、実施例１の変形例２では、付加膜２６ｂは圧電層１４と下部電極１２との間に設けられている。圧電層１４と上部電極１６との間に付加膜２６ａは設けられていない。その他の構成は実施例１と同じであり説明を省略する。実施例１の変形例１および２のように、付加膜２６ａおよび２６ｂの少なくとも一方が設けられていればよい。
図８（ｂ）は、実施例１の変形例２に係る圧電薄膜共振器の断面図である。図８（ｂ）に示すように、実施例１の変形例２では、付加膜２６ｂは圧電層１４と下部電極１２との間に設けられている。圧電層１４と上部電極１６との間に付加膜２６ａは設けられていない。その他の構成は実施例１と同じであり説明を省略する。実施例１の変形例１および２のように、付加膜２６ａおよび２６ｂの少なくとも一方が設けられていればよい。
【0064】
［実施例１の変形例３］
図９（ａ）は、実施例１の変形例３に係る圧電薄膜共振器の断面図である。図９（ａ）に示すように、実施例１の変形例３では、付加膜２６ａは上部電極１６の上に設けられている。付加膜２６ｂは下部電極１２の下に設けられている。その他の構成は実施例１と同じであり説明を省略する。実施例１の変形例３のように、付加膜２６ａおよび２６ｂは上部電極１６の上および下部電極１２の下にそれぞれ設けられていてもよい。
図９（ａ）は、実施例１の変形例３に係る圧電薄膜共振器の断面図である。図９（ａ）に示すように、実施例１の変形例３では、付加膜２６ａは上部電極１６の上に設けられている。付加膜２６ｂは下部電極１２の下に設けられている。その他の構成は実施例１と同じであり説明を省略する。実施例１の変形例３のように、付加膜２６ａおよび２６ｂは上部電極１６の上および下部電極１２の下にそれぞれ設けられていてもよい。
【0065】
［実施例１の変形例４］
図９（ｂ）は、実施例１の変形例４に係る圧電薄膜共振器の断面図である。図９（ｂ）に示すように、実施例１の変形例４では、付加膜２６ａは上部電極１６の上に設けられている。下部電極１２の下に付加膜２６ｂは設けられていない。その他の構成は実施例１の変形例３と同じであり説明を省略する。
図９（ｂ）は、実施例１の変形例４に係る圧電薄膜共振器の断面図である。図９（ｂ）に示すように、実施例１の変形例４では、付加膜２６ａは上部電極１６の上に設けられている。下部電極１２の下に付加膜２６ｂは設けられていない。その他の構成は実施例１の変形例３と同じであり説明を省略する。
【0066】
［実施例１の変形例５］
図９（ｃ）は、実施例１の変形例５に係る圧電薄膜共振器の断面図である。図９（ｃ）に示すように、実施例１の変形例５では、付加膜２６ｂは下部電極１２の下に設けられている。上部電極１６の上に付加膜２６ａは設けられていない。その他の構成は実施例１の変形例３と同じであり説明を省略する。実施例１の変形例３および５のように、付加膜２６ａおよび２６ｂの少なくとも一方が設けられていればよい。
図９（ｃ）は、実施例１の変形例５に係る圧電薄膜共振器の断面図である。図９（ｃ）に示すように、実施例１の変形例５では、付加膜２６ｂは下部電極１２の下に設けられている。上部電極１６の上に付加膜２６ａは設けられていない。その他の構成は実施例１の変形例３と同じであり説明を省略する。実施例１の変形例３および５のように、付加膜２６ａおよび２６ｂの少なくとも一方が設けられていればよい。
【0067】
［実施例１の変形例６］
図１０（ａ）は、実施例１の変形例６に係る圧電薄膜共振器の断面図である。図１０（ａ）に示すように、実施例１の変形例６では、上部電極１６は複数の金属層１６ａおよび１６ｂを有し、付加膜２６ａは金属層１６ａと１６ｂとの間に設けられている。下部電極１２は複数の金属層１２ａおよび１２ｂを有し、付加膜２６ｂは金属層１２ａと１２ｂとの間に設けられている。その他の構成は実施例１と同じであり説明を省略する。実施例１の変形例６のように、付加膜２６ａおよび２６ｂは上部電極１６内および下部電極１２内にそれぞれ設けられていてもよい。付加膜２６ａおよび２６ｂの少なくとも一方が設けられていればよい。
図１０（ａ）は、実施例１の変形例６に係る圧電薄膜共振器の断面図である。図１０（ａ）に示すように、実施例１の変形例６では、上部電極１６は複数の金属層１６ａおよび１６ｂを有し、付加膜２６ａは金属層１６ａと１６ｂとの間に設けられている。下部電極１２は複数の金属層１２ａおよび１２ｂを有し、付加膜２６ｂは金属層１２ａと１２ｂとの間に設けられている。その他の構成は実施例１と同じであり説明を省略する。実施例１の変形例６のように、付加膜２６ａおよび２６ｂは上部電極１６内および下部電極１２内にそれぞれ設けられていてもよい。付加膜２６ａおよび２６ｂの少なくとも一方が設けられていればよい。
【0068】
［実施例１の変形例７］
図１０（ｂ）は、実施例１の変形例７に係る圧電薄膜共振器の断面図である。図１０（ｂ）に示すように、実施例１の変形例７では、付加膜２８ａが設けられていない。その他の構成は実施例１と同じであり説明を省略する。実施例１の変形例７のように、付加膜２８ａは設けられていなくても、付加膜２６ａおよび２６ｂを設けることで、電気機械結合係数を調整することができる。
図１０（ｂ）は、実施例１の変形例７に係る圧電薄膜共振器の断面図である。図１０（ｂ）に示すように、実施例１の変形例７では、付加膜２８ａが設けられていない。その他の構成は実施例１と同じであり説明を省略する。実施例１の変形例７のように、付加膜２８ａは設けられていなくても、付加膜２６ａおよび２６ｂを設けることで、電気機械結合係数を調整することができる。
【0069】
実施例１およびその変形例１から７のように、１または複数の付加膜２６ａおよび２６ｂは、共振領域５０における、上部電極１６および下部電極１２の少なくとも一方の電極と圧電層１４との間、上部電極１６および下部電極１２の少なくとも一方の電極内、および、上部電極１６および下部電極１２の少なくとも一方の電極の圧電層１４と反対側の少なくとも一箇所に設けられていればよい。付加膜２６ａおよび２６ｂの密度は対応する上部電極１６および下部電極１２の少なくとも一方の電極の密度より小さければよい。また、付加膜２６ａおよび２６ｂは、共振領域５０の全体に設けられることが好ましいが、共振領域５０の少なくとも一部に設けられていればよい。電気機械結合係数を小さくする観点から、付加膜２６ａおよび２６ｂが設けられる領域の面積は共振領域５０の面積の５０％以上が好ましく８０％以上がより好ましい。
【0070】
［実施例１の変形例８］
図１１は、実施例１の変形例８に係る圧電薄膜共振器の平面図である。図１１に示すように、実施例１の変形例８では、共振領域５０のＸ方向の両側のエッジ領域５２ａに付加膜２８ａが設けられている。さらに、共振領域５０のＹ方向の両側のエッジ領域５２ｂに付加膜２８ａが設けられている。これにより、中央領域５４を囲むエッジ領域５２ａおよび５２ｂに付加膜２８ａが設けられている。付加膜２８ａのＸ方向の幅とＹ方向の幅は略等しくてもよいし異なっていてもよい。その他の構成は実施例１と同じであり説明を省略する。実施例１の変形例８では、Ｘ方向およびＹ方向に伝搬する弾性波に起因する横モードスプリアスを抑制できる。
図１１は、実施例１の変形例８に係る圧電薄膜共振器の平面図である。図１１に示すように、実施例１の変形例８では、共振領域５０のＸ方向の両側のエッジ領域５２ａに付加膜２８ａが設けられている。さらに、共振領域５０のＹ方向の両側のエッジ領域５２ｂに付加膜２８ａが設けられている。これにより、中央領域５４を囲むエッジ領域５２ａおよび５２ｂに付加膜２８ａが設けられている。付加膜２８ａのＸ方向の幅とＹ方向の幅は略等しくてもよいし異なっていてもよい。その他の構成は実施例１と同じであり説明を省略する。実施例１の変形例８では、Ｘ方向およびＹ方向に伝搬する弾性波に起因する横モードスプリアスを抑制できる。
【0071】
［実施例１の変形例９］
図１２は、実施例１の変形例９に係る圧電薄膜共振器の断面図である。図１２に示すように、実施例１の変形例９では、音響反射膜３１の代わりに空隙３０が設けられている。エッジ領域５２の上部電極１６上に付加膜２８ａが設けられ、エッジ領域５２の下部電極１２下に付加膜２８ｂが設けられている。付加膜２８ａと付加膜２８ｂの幅は略等しくてもよいし異なっていてもよい。付加膜２８ａと付加膜２８ｂの厚さは略等しくてもよいし異なっていてもよい。付加膜２８ａと付加膜２８ｂの主成分は同じでもよいし異なっていてもよい。その他の構成は実施例１およびその変形例１と同じであり説明を省略する。
図１２は、実施例１の変形例９に係る圧電薄膜共振器の断面図である。図１２に示すように、実施例１の変形例９では、音響反射膜３１の代わりに空隙３０が設けられている。エッジ領域５２の上部電極１６上に付加膜２８ａが設けられ、エッジ領域５２の下部電極１２下に付加膜２８ｂが設けられている。付加膜２８ａと付加膜２８ｂの幅は略等しくてもよいし異なっていてもよい。付加膜２８ａと付加膜２８ｂの厚さは略等しくてもよいし異なっていてもよい。付加膜２８ａと付加膜２８ｂの主成分は同じでもよいし異なっていてもよい。その他の構成は実施例１およびその変形例１と同じであり説明を省略する。
【0072】
実施例１の変形例９のように、付加膜２８ａおよび付加膜２８ｂが設けられていてもよい。付加膜２８ａおよび２８ｂは、エッジ領域５２における、上部電極１６および下部電極１２の少なくとも一方の電極と圧電層１４との間、上部電極１６および下部電極１２の少なくとも一方の電極内、および、上部電極１６および下部電極１２の少なくとも一方の電極の圧電層１４と反対側の少なくとも一箇所に設けられていればよい。
【0073】
実施例１およびその変形例１から８のように、圧電薄膜共振器は共振領域５０に重なる音響反射膜３１を有するＳＭＲ（Solid Mounted Resonator）でもよい。変形例１の変形例９のように、圧電薄膜共振器は共振領域５０に重なる空隙３０を有するＦＢＡＲ（Film Bulk Acoustic Resonator）でもよい。
【0074】
共振領域５０の平面形状として略矩形の場合を例に説明したが、共振領域５０の平面形状は略楕円形、略円形または略多角形でもよい。付加膜２８aおよび２８ｂは中央領域５４を囲む一部に設けられていればよい。中央領域５４は、共振領域５０の中心（例えば重心）を含む領域である。
【実施例2】
【0075】
実施例２は、実施例１およびその変形例の圧電薄膜共振器を用いたフィルタの例である。図１３は、実施例２に係るフィルタの回路図である。図１３に示すように、ラダー型フィルタでは、入力端子Ｔｉｎと出力端子Ｔｏｕｔとの間の経路に、１または複数の直列共振器Ｓ１からＳ４が設けられている。１または複数の並列共振器Ｐ１からＰ３の一端は入力端子Ｔ１と出力端子Ｔ２との間の経路に接続され、他端は接地（グランド端子Ｔｇに接続）されている。ラダー型フィルタの共振器の個数等は適宜設定できる。
【0076】
【0077】
図１４（ａ）および図１４（ｂ）に示すように、単一の圧電層１４に直列共振器Ｓ１からＳ４および並列共振器Ｐ１からＰ３が形成されている。下部電極１２および上部電極１６を、共振器を接続する配線として用いている。入力端子Ｔｉｎ、出力端子Ｔｏｕｔおよびグランド端子Ｔｇを上部電極１６により形成するため、下部電極１２と上部電極１６とを接続する接続部３５が適宜設けられている。その他の構成は実施例１の図１（ａ）および図１（ｂ）と同じである。
【0078】
実施例２のように、直列共振器Ｓ１からＳ４および並列共振器Ｐ１からＰ３に実施例１およびその変形例の圧電薄膜共振器を用いることができる。これにより、電気機械結合係数を調整できる。
【0079】
図１５（ａ）は、ラダー型フィルタの直列共振器Ｓおよび並列共振器Ｐにおける周波数に対するインピーダンスの絶対値｜Ｚ｜を示す図、図１５（ｂ）は、ラダー型フィルタの周波数に対する減衰量｜Ｓ２１｜を示す図である。
【0080】
図１５（ａ）に示すように、直列共振器Ｓと並列共振器Ｐに付加膜２６ａおよび２６ｂを設けると共振周波数ｆｒより低い周波数にスプリアス６４ｓおよび６４ｐが生成される。
【0081】
図１５（ｂ）に示すように、ラダー型フィルタの通過特性において、並列共振器Ｐのスプリアス６４ｐは通過帯域Ｐａｓｓより低周波側の減衰域に形成される。このため、スプリアス６４ｐはラダー型フィルタの通過特性にあまり影響しない。直列共振器Ｓのスプリアス６４ｓは通過帯域Ｐａｓｓ内に形成される。このため、通過帯域Ｐａｓｓ内にリップルが形成されてしまう。
【0082】
［実施例２の変形例１］
図１６（ａ）および図１６（ｂ）は、それぞれ実施例２の変形例１および２における直列共振器の断面図である。図１６（ｃ）は、実施例２の変形例１および２における並列共振器の断面図である。図１６（ａ）に示すように、直列共振器には付加膜２６ａおよび２６ｂを設けない。
図１６（ａ）および図１６（ｂ）は、それぞれ実施例２の変形例１および２における直列共振器の断面図である。図１６（ｃ）は、実施例２の変形例１および２における並列共振器の断面図である。図１６（ａ）に示すように、直列共振器には付加膜２６ａおよび２６ｂを設けない。
【0083】
図１６（ｃ）に示すように、並列共振器には、上部電極１６上の共振領域５０に周波数調整膜２０が設けられている。周波数調整膜２０は並列共振器の共振周波数を直列共振器の共振周波数より低くするための膜である。共振周波数の調整のため、周波数調整膜２０は、付加膜２６ａおよび２６ｂよりも密度が高い。例えば付加膜２６ａおよび２６ｂの主な材料がアルミニウムの場合、周波数調整膜２０は、例えば、チタン、ルテニウム、クロム、銅、モリブデン、タングステン、タンタル、白金、ロジウムまたはイリジウムを主な材料とする。周波数調整膜２０は、上部電極１６および下部電極１２の少なくとも一方の電極と圧電層１４との間、上部電極１６および下部電極１２の少なくとも一方の電極内、および、上部電極１６および下部電極１２の少なくとも一方の電極の圧電層１４と反対側の少なくとも一箇所の共振領域５０の少なくとも一部に設けられていればよい。
【0084】
実施例２の変形例１の図１６（ｃ）のように、フィルタの共振器の一部は、実施例１およびその変形例の圧電薄膜共振器（第１共振器）であり、さらに共振領域５０内に周波数調整膜２０を含む。他の共振器は、図１４（ａ）および図１４（ｂ）のように、第１共振器と圧電層１４を共有し、図１６（ａ）のように、付加膜２６ａ、２６ｂおよび周波数調整膜２０が設けない圧電薄膜共振器（第２共振器）とする。これにより、フィルタ特性にスプリアス６４が影響する共振器を第２共振器とすることで、フィルタ特性へのスプリアス６４の影響を小さくできる。さらに、フィルタ特性にスプリアス６４があまり影響しない共振器を第１共振器とすることで、電気機械結合係数を調整できる。なお、第１共振器と第２共振器とが同じ圧電層１４を共有するとは、例えば、図１４（ａ）および図１４（ｂ）のように、第１共振器と第２共振器が単一の圧電層１４を共有する構造、および、単一圧電層１４に下部電極１２および上部電極１６を形成することで第１共振器および第２共振器を形成した後、圧電層１４に溝を形成して第１共振器の圧電層と第２共振器の圧電層を分離した構造が含まれる。
【0085】
【0086】
実施例２の変形例２のように、第１共振器および第２共振器ともに実施例１およびその変形例の圧電薄膜共振器とする。第２共振器の１または複数の付加膜２６ａおよび２６ｂの合計の厚さＴ２６ａ＋Ｔ２６ｂを第１共振器の１または複数の付加膜２６ａおよび２６ｂの合計の厚さＴ２６ａ＋Ｔ２６ｂより小さくする。これにより、フィルタ特性にスプリアス６４が影響する共振器を第２共振器とすることで、フィルタ特性へのスプリアス６４の影響を小さくできる。さらに、フィルタ特性にスプリアス６４があまり影響しない共振器を第１共振器とすることで、電気機械結合係数を調整できる。
【0087】
実施例２の変形例１および２のように、並列共振器を第１共振器とし、直列共振器を第２共振器とする。これにより、通過帯域Ｐａｓｓ内に形成される直列共振器におけるスプリアス６４ｓを抑制できる。並列共振器の電気機械結合係数を調整できる。
【0088】
図１７は、実施例２の変形例３に係るデュプレクサの回路図である。図１７に示すように、共通端子Ａｎｔと送信端子Ｔｘとの間に送信フィルタ４０が接続されている。共通端子Ａｎｔと受信端子Ｒｘとの間に受信フィルタ４２が接続されている。送信フィルタ４０は、送信端子Ｔｘから入力された信号のうち送信帯域の信号を送信信号として共通端子Ａｎｔに通過させ、他の周波数の信号を抑圧する。受信フィルタ４２は、共通端子Ａｎｔから入力された信号のうち受信帯域の信号を受信信号として受信端子Ｒｘに通過させ、他の周波数の信号を抑圧する。送信フィルタ４０および受信フィルタ４２の少なくとも一方を実施例２およびその変形例のフィルタとすることができる。
【0089】
マルチプレクサとしてデュプレクサを例に説明したがトリプレクサまたはクワッドプレクサでもよい。
【0090】
以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【符号の説明】
【0091】
１０ 基板
１２ 下部電極
１４ 圧電層
１６ 上部電極
２６ａ、２６ｂ、２８ａ、２８ｂ 付加膜
３０ 空隙
３１ 音響反射膜
４０ 送信フィルタ
４２ 受信フィルタ
５０ 共振領域
５２ エッジ領域
５４ 中央領域
６０ 厚みすべり振動の方向
１２ 下部電極
１４ 圧電層
１６ 上部電極
２６ａ、２６ｂ、２８ａ、２８ｂ 付加膜
３０ 空隙
３１ 音響反射膜
４０ 送信フィルタ
４２ 受信フィルタ
５０ 共振領域
５２ エッジ領域
５４ 中央領域
６０ 厚みすべり振動の方向
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】