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(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】2024-09-17
(45)【発行日】2024-09-26
(54)【発明の名称】音響共振装置、フィルター装置及び音響共振装置の製造方法
(51)【国際特許分類】
H03H 9/25 20060101AFI20240918BHJP
H03H 9/145 20060101ALI20240918BHJP
【ＦＩ】
H03H9/25 C
H03H9/145 C
【請求項の数】
8
(21)【出願番号】P 2021553386
(86)(22)【出願日】2020-03-16
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2022-04-27
(86)【国際出願番号】 US2020022933
(87)【国際公開番号】W WO2020186261
(87)【国際公開日】2020-09-17
【審査請求日】2022-09-27
(31)【優先権主張番号】62/818,571
(32)【優先日】2019-03-14
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】16/819,623
(32)【優先日】2020-03-16
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
【前置審査】
(73)【特許権者】
【識別番号】000006231
【氏名又は名称】株式会社村田製作所
(74)【代理人】
【識別番号】110002147
【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】ヤンチェフ ヴェントシスラフ
【審査官】志津木 康
(56)【参考文献】
【文献】国際公開第２０１６／１４７６８７（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２０１０－２３３２１０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２０１３－５２８９９６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１２－１６９７６０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００８－０７９２２７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開昭５３－０６２９６４（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】
基板と、前記基板に直接または少なくとも１つ以上の中間材料層を介して取り付けられる圧電板であって、前記圧電板の一部分がキャビティーの上方で振動板を形成する圧電板と、
前記圧電板に形成されたインターデジタル変換器（ＩＤＴ）であって、前記ＩＤＴのインターリーブされたフィンガーが前記振動板に配置されるＩＤＴと、
前記圧電板に形成された誘電体層と、を含み、
前記圧電板の厚さｔｓ及び前記誘電体層の厚さｔｄは以下のように定義され、
２ｔｓ＝λ ０，ｓ
０．８８λ０，ｄ≦２ｔｄ≦１．１２λ０，ｄ
λ ０，ｓ は前記圧電板におけるせん断バルク音響波（ＢＡＷ）基本共振の波長であり、
λ０，ｄは前記誘電体層におけるせん断ＢＡＷ基本共振の波長である音響共振装置。
【請求項2】
前記誘電体層が、ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ３、及びＡｌＮの１つ以上であることを特徴とする請求項１に記載の音響共振装置。
【請求項3】
前記圧電板はニオブ酸リチウムであり、前記誘電体層はＳｉＯ２である請求項１に記載の音響共振装置。
【請求項4】
前記音響共振装置の周波数の温度係数が、共振周波数では－３２ｐｐｍ／℃～－４２ｐｐｍ／℃であり、反共振周波数では－２０ｐｐｍ／℃～－３６ｐｐｍ／℃である請求項３に記載の音響共振装置。
【請求項5】
基板と、厚さｔｓを有し、前記基板に直接または少なくとも１つ以上の中間材料層を介して取り付けられる圧電板と、
前記圧電板に形成された導体パターンであって、前記導体パターンは、シャント共振器及び直列共振器を含むそれぞれの複数の共振器の複数のインターデジタル変換器（ＩＤＴ）を含み、前記複数のＩＤＴのそれぞれのインターリーブされたフィンガーは、１つまたは複数のキャビティーの上方に前記圧電板のそれぞれの部分に配置される、導体パターンと、
前記直列共振器の前記フィンガーの間に堆積され、厚さｔｄｓを有する第１誘電体層と、
前記シャント共振器の前記フィンガーの間に堆積され、厚さｔｄｐを有する第２誘電体層と、を備え、
ｔｓ，ｔｄｓ，ｔｄｐは、
２ｔｓ＝λ０，ｓ 及び
０．８８λ０，ｄ≦２ｔｄｓ＜２ｔｄｐ≦１．１２λ０，ｄ
の式で表され、λ０，ｓは前記圧電板におけるせん断バルク音響波（ＢＡＷ）基本共振の波長であり、
λ０，ｄは誘電体層におけるせん断ＢＡＷ基本共振の波長であるフィルター装置。
【請求項6】
直接または１つ以上の中間材料層を介して基板に取り付けられる圧電板に、音響共振装置を製造する方法であって、前記圧電板の一部分がキャビティーの上方に振動板を形成するように、前記基板にキャビティーを形成することと、
前記圧電板にインターデジタル変換器（ＩＤＴ）を形成することであって、前記ＩＤＴのインターリーブされたフィンガーが前記振動板に配置されるＩＤＴを形成することと、
前記圧電板に誘電体層を形成することと、を含み、
前記圧電板の厚さｔｓ及び前記誘電体層の厚さｔｄは以下のように定義され、
２ｔｓ＝λ ０，ｓ
０．８８λ０，ｄ≦２ｔｄ≦１．１２λ０，ｄ
λ ０，ｓ は前記圧電板におけるせん断バルク音響波（ＢＡＷ）基本共振の波長であり、
λ０，ｄは前記誘電体層におけるせん断ＢＡＷ基本共振の波長である音響共振装置の製造方法。
【請求項7】
誘電体層を形成することは、ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ３、及びＡｌＮの１つ以上を堆積することをさらに含む、請求項６に記載の音響共振装置の製造方法。
【請求項8】
前記圧電板はニオブ酸リチウムであり、誘電体層を形成することは、厚さｔｄのＳｉＯ２を堆積することを含む、請求項６に記載の音響共振装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、音響波共振器を用いた無線周波数フィルターに関し、特に通信装置に用いられるフィルターに関する。
【背景技術】
【0002】
関連技術の説明
無線周波数（ＲＦ）フィルターは、いくつかの周波数を通過させ、他の周波数を阻止するように構成された２ポート装置であり、「通過（ｐａｓｓ）」とは、比較的低い信号損失で送信することを意味し、「停止（ｓｔｏｐ）」とは、遮断または実質的な減衰を意味する。フィルターが通過する周波数の範囲は、そのフィルターの「パスバンド」と呼ばれる。また、フィルターによって阻止される周波数の範囲は、フィルターの「ストップバンド」と呼ばれる。一般的なＲＦフィルターは、少なくとも１つのパスバンドと少なくとも１つのストップバンドを持っている。パスバンドやストップバンドに関する具体的な要件は、特定の用途に依存する。例えば、「パスバンド」は、フィルターの挿入損失が１ｄＢ、２ｄＢ、３ｄＢなどの定義された値よりも優れる周波数範囲として定義されることがある。「ストップバンド」は、用途に応じて、フィルターの除去率が２０ｄＢ、３０ｄＢ、４０ｄＢなどの定義された値よりも大きくなる周波数範囲として定義されることがある。
無線周波数（ＲＦ）フィルターは、いくつかの周波数を通過させ、他の周波数を阻止するように構成された２ポート装置であり、「通過（ｐａｓｓ）」とは、比較的低い信号損失で送信することを意味し、「停止（ｓｔｏｐ）」とは、遮断または実質的な減衰を意味する。フィルターが通過する周波数の範囲は、そのフィルターの「パスバンド」と呼ばれる。また、フィルターによって阻止される周波数の範囲は、フィルターの「ストップバンド」と呼ばれる。一般的なＲＦフィルターは、少なくとも１つのパスバンドと少なくとも１つのストップバンドを持っている。パスバンドやストップバンドに関する具体的な要件は、特定の用途に依存する。例えば、「パスバンド」は、フィルターの挿入損失が１ｄＢ、２ｄＢ、３ｄＢなどの定義された値よりも優れる周波数範囲として定義されることがある。「ストップバンド」は、用途に応じて、フィルターの除去率が２０ｄＢ、３０ｄＢ、４０ｄＢなどの定義された値よりも大きくなる周波数範囲として定義されることがある。
【0003】
ＲＦフィルターは、無線リンクで情報を送信する通信システムに使用される。例えば、ＲＦフィルターは、セルラー基地局、携帯電話及びコンピューティング装置、衛星トランシーバー及び地上局、ＩｏＴ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ ｏｆ Ｔｈｉｎｇｓ）装置装置、ラップトップコンピュータ及びタブレット、固定点無線リンク、及び他の通信システムのＲＦフロントエンドにみられる。また、ＲＦフィルターは、レーダーや電子・情報戦システムにも使用される。
【0004】
ＲＦフィルターは、通常、特定の用途ごとに、挿入損失、除去、分離、パワー処理、直線性、サイズ、コストなどの性能パラメータ間の最良の妥協点を達成するために、多くの設計トレードオフを必要とする。特定の設計及び製造方法や改善は、これらの要件の１つまたは複数を同時に満たすことができる。
【0005】
無線システムのＲＦフィルターの性能改善は、システムの性能に幅広い影響を与える。ＲＦフィルターの改良は、セルサイズの拡大、バッテリー寿命の延長、データレートの向上、ネットワーク容量の拡大、低コスト、セキュリティの改善、信頼性の向上など、システム性能の向上に活用することができる。これらの改良は、例えば、ＲＦモジュール、ＲＦトランシーバー、モバイルまたは固定サブシステム、ネットワークレベルなど、ワイヤレスシステムの多くのレベルで、単独または組み合わせて実現することができる。
【0006】
通信チャネルのバンド幅を広くしたいという要望は、必然的により高い周波数の通信バンドを使用することにつながる。現在のＬＴＥ（登録商標）（Ｌｏｎｇ Ｔｅｒｍ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）の仕様では、３．３ＧＨｚ～５．９ＧＨｚの周波数帯が定められる。これらのバンドの中には、現在使用されていないものもある。今後の無線通信の提案としては、２８ＧＨｚまでのミリメートル波通信帯がある。
【発明の概要】
【0007】
現在の通信システムの高性能ＲＦフィルターは、表面弾性波（ＳＡＷ）共振器、バルク音響波（ＢＡＷ）共振器、フィルムバルク音響波共振器（ＦＢＡＲ）または他の音響波共振器（ａｃｏｕｓｔｉｃ ｒｅｓｏｎａｔｏｒｓ）を内蔵するのが一般的である。しかし、これらの既存技術は、将来の通信ネットワークで提案されるより高い周波数での使用には適さない。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1】横方向に励起されたフィルムバルク音響共振器（ＸＢＡＲ）の概略平面図と２つの概略断面図を含む。
【図3】「ハーフラムダ」誘電体層を含む改良型ＸＢＡＲの部分の拡大概略断面図である。
【図4】ハーフラムダの誘電体層を有するＸＢＡＲと従来のＸＢＡＲのアドミタンスを比較したグラフである。
【図5】共振周波数における応力を表す輪郭が示されたハーフラムダ誘電体層を有するＸＢＡＲの断面図である
【図6】ハーフラムダＡｌＮ層を有する３つのＸＢＡＲのアドミタンスを比較したグラフである。
【図7】ハーフラムダのＳｉＯ２層を有する３つのＸＢＡＲのアドミタンスを比較したグラフである。
【図8】ハーフラムダのＳｉＯ２層を有する他の３つのＸＢＡＲのアドミタンスを比較したグラフである。
【図9】過度に薄いハーフラムダＳｉＯ２層を有するＸＢＡＲのアドミタンスを示すグラフである。
【図10】過度に薄いハーフラムダＳｉＯ２層を有するＸＢＡＲのアドミタンスを示すグラフである。
【図11】ＸＢＡＲの周波数の温度係数をＳｉＯ２の厚さの関数として示すグラフである。
【図12】ＸＢＡＲを用いたフィルターの概略回路図及び配置である。
【図13】ハーフラムダ誘電体層を含むＸＢＡＲを製造する工程のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0009】
本明細書では、図に登場する構成には３桁または４桁の参照符号が割り当てられており、最下位の２桁はその構成に固有のものであり、最上位の１桁または２桁はその構成が最初に紹介される図の番号である。図とともに説明されていない構成は、同じ参照符号を持つ前に説明された構成と同じ特性と機能を持っていると推定することができる。
【0010】
詳細な説明
装置の説明
図１は、米国特許第１０，４９１，１９２号に記載される横方向に励起されたフィルムバルク音響共振器（ＸＢＡＲ）１００の簡略化された概略上面図及び直交する断面図である。共振器１００のようなＸＢＡＲ共振器は、バンドリジェクトフィルター、バンドパスフィルター、デュプレクサ、マルチプレクサを含む、さまざまなＲＦフィルターに使用されてよい。ＸＢＡＲは、特に周波数が３ＧＨｚ以上の通信バンド用のフィルターの使用に適する。
装置の説明
図１は、米国特許第１０，４９１，１９２号に記載される横方向に励起されたフィルムバルク音響共振器（ＸＢＡＲ）１００の簡略化された概略上面図及び直交する断面図である。共振器１００のようなＸＢＡＲ共振器は、バンドリジェクトフィルター、バンドパスフィルター、デュプレクサ、マルチプレクサを含む、さまざまなＲＦフィルターに使用されてよい。ＸＢＡＲは、特に周波数が３ＧＨｚ以上の通信バンド用のフィルターの使用に適する。
【0011】
ＸＢＡＲ１００は、平行な前面及び背面１１２，１１４をそれぞれ有する圧電板１１０の面に、薄膜導体パターンを形成したものである。圧電板は、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、ランタンガリウムシリケート、窒化ガリウム、窒化アルミニウムなどの圧電材料の薄い単結晶層である。圧電板は、前面及び背面に対するＸ、Ｙ、Ｚの結晶軸の向きが既知で一貫するように切断される。この特許で紹介される例では、圧電板はＺカット、つまりＺ軸が前面及び背面１１２，１１４に垂直になっている。しかし、ＸＢＡＲは、他の結晶学的な方位の圧電板にも製造可能である。
【0012】
圧電板１１０の背面１１４は、基板に形成されたキャビティー１４０をまたぐ振動板１１５を形成する圧電板１１０の部分を除いて、基板１２０の面に取り付けられる。本明細書では、キャビティーをまたぐ圧電板の部分を、マイクロフォンの振動板（ｄｉａｐｈｒａｇｍ）に物理的に似ていることから、「振動板」１１５と呼ぶことにする。図１に示すように、振動板１１５は、キャビティー１４０の外周１４５の全てにおいて、圧電板１１０の残りの部分と連続する。ここでいう「連続する」とは、「介在物なく連続してつながっている」という意味である。
【0013】
基板１２０は、圧電板１１０に機械的な支持を与える。基板１２０は、例えば、シリコン、サファイア、石英、または他の材料、または材料の組み合わせであってもよい。圧電板１１０の背面１１４は、ウェハ接合工程を用いて基板１２０に接合してもよい。あるいは、圧電板１１０を基板１２０上に成長させてもよく、他の方法で基板に取り付けてもよい。圧電板１１０は、基板に直接取り付けてもよく、１つ以上の中間材料層を介して基板１２０に取り付けてもよい。
【0014】
「キャビティー」は、「固体内の空の空間」という従来の意味を有する。キャビティー１４０は、（断面Ａ－Ａ及び断面Ｂ－Ｂに示すように）基板１２０を完全に貫通する穴であってもよく、基板１２０の凹部であってもよい。キャビティー１４０は、例えば、圧電板１１０と基板１２０の取り付け前または取り付け後に、基板１２０を選択的にエッチングすることで形成されてもよい。
【0015】
ＸＢＡＲ１００の導体パターンは、インターデジタル変換器（ＩＤＴ）１３０を含む。ＩＤＴ１３０は、第１バスバー１３２から延びる、フィンガー１３６などの第１の複数の平行なフィンガーと、第２バスバー１３４から延びる第２の複数のフィンガーとを含む。第１及び第２の複数の平行フィンガーは、インターリーブされる。インターリーブされたフィンガーは、通常、ＩＤＴの「隙間（ａｐｅｒｔｕｒｅ）」と呼ばれる距離ＡＰだけオーバーラップする。ＩＤＴ１３０の最も外側のフィンガーの間の中心から中心までの距離ＬがＩＤＴの「長さ」である。
【0016】
第１及び第２バスバー１３２，１３４は、ＸＢＡＲ１００の端子として機能する。ＩＤＴ１３０の２つバスバー１３２，１３４の間に適用される無線周波数またはマイクロ波信号は、圧電板１１０内の一次音響モードを励起する。一次音響モードはバルクせん断モードであり、音響エネルギーは圧電板１１０の面に実質的に直交する方向に沿って伝搬し、この方向はＩＤＴフィンガーによって形成された電界の方向に対しても垂直、または横方向である。このように、ＸＢＡＲは横方向に励起されたフィルムバルク波共振器と考えられる。
【0017】
ＩＤＴ１３０は、ＩＤＴ１３０の少なくともフィンガーが、キャビティー１４０をまたぐ、またはその上に吊り下げられる、圧電板の部分１１５に配置されるように、圧電板１１０に配置される。図１に示すように、キャビティー１４０は、ＩＤＴ１３０の隙間ＡＰ及び長さＬよりも大きい範囲を有する矩形状をする。ＸＢＡＲのキャビティーは、正多角形や不規則な多角形など、さまざまな形状をしてもよい。ＸＢＡＲのキャビティーは、４つ以上の面があってもなくてもよく、その面は直線でも曲線でもよい。
【0018】
図１の説明を容易にするために、ＩＤＴフィンガーの幾何学的なピッチと幅は、ＸＢＡＲの長さ（寸法Ｌ）と隙間（寸法ＡＰ）に対して大きく誇張される。一般的なＸＢＡＲでは、ＩＤＴ１１０に１０本以上の平行なフィンガーがある。ＸＢＡＲは、ＩＤＴ１１０に数百、場合によっては数千の平行フィンガーを持つことができる。同様に、断面図でのフィンガーの厚さも大きく誇張される。
【0019】
図２は、図１のＸＢＡＲ１００であってもよいＸＢＡＲ２００の詳細な概略断面図である。圧電板２１０は、前面２１４と背面２１６を有する圧電材料の単結晶層である。前面２１４と背面２１６との間の厚さｔｓは、例えば、１００ｎｍ～１５００ｎｍであってもよい。５Ｇ ＮＲ（第５世代新無線）やＷｉ－Ｆｉ（登録商標）バンド（３．３ＧＨＺ～６ＧＨｚ）のフィルターに使用する場合、厚さｔｓは、例えば２８０ｎｍ～５５０ｎｍとすることができる。
【0020】
ＩＤＴフィンガー２３８は、アルミニウム、実質的にアルミニウム合金、銅、実質的に銅合金、タングステン、モリブデン、ベリリウム、金、または他の導電性材料であってもよい。フィンガーと圧電板２１０との間の接合性を向上させるため、及び／または、フィンガーを不動態化またはカプセル化するために、フィンガーの下及び／または上に、クロムやチタンなどの他の金属の（導体の総厚さに比べて）薄い層が形成されてもよい。ＩＤＴバスバー（図１の１３２、１３４）は、フィンガーと同じまたは異なる材料で作製されてもよい。
【0021】
寸法ｐは、ＩＤＴフィンガーの中心から中心までの間隔または「ピッチ」であり、ＩＤＴのピッチ及び／またはＸＢＡＲのピッチと呼ばれることがある。寸法ｗは、ＩＤＴフィンガーの幅または「マーク」である。ＸＢＡＲのＩＤＴは、表面弾性波（ＳＡＷ）共振器のＩＤＴとは実質的に異なる。ＳＡＷ共振器では、ＩＤＴのピッチが共振周波数における音響波長の１／２になる。さらに、ＳＡＷ共振器ＩＤＴのマークとピッチの比は、通常０．５に近い（つまり、マークやフィンガーの幅は、共振時の音響波長の約１／４である）。ＸＢＡＲでは、ＩＤＴのピッチｐは、通常、フィンガーの幅ｗの２～２０倍である。また、ＩＤＴのピッチｐは、通常、圧電板２１０の厚さｔｓの２～２０倍である。ＸＢＡＲのＩＤＴフィンガーの幅は、共振時の音響波長の１／４に制約されることはない。例えば、ＸＢＡＲ ＩＤＴフィンガーの幅は、光リソグラフィを用いてＩＤＴを製造できるように、５００ｎｍ以上とすることができる。ＩＤＴフィンガーの厚さｔｍは、１００ｎｍから幅ｗとほぼ等しくてもよい。ＩＤＴのバスバー（図１の１３２、１３４）の厚さは、ＩＤＴフィンガーの厚さｔｍと同じであってもよく、それ以上であってもよい。
【0022】
圧電板の面に垂直に伝搬するせん断バルク音響波（ＢＡＷ）は、圧電板の厚さｔｓが音響波の波長λの１／２の整数倍になると、面から反射して共振、すなわち定常波を形成する。このような共振が発生する最長波長／最低周波数は、周波数ｆ０、圧電板の厚さｔｓの２倍に等しい波長λ０，ｓのせん断ＢＡＷ基本共振である。用語「λ０，ｓ」は、圧電板のせん断ＢＡＷ基本（０次）共振の圧電板内での波長を意味する。同じ音響波（つまり、同じ周波数で同じ方向に伝搬するせん断ＢＡＷ）でも、他の材料では波長が異なることがある。なお、周波数ｆ０は、圧電板のせん断ＢＡＷの速度を波長λ０，ｓで割ることで求めることができる。圧電板のせん断ＢＡＷ基本共振は、ＩＤＴ構造に影響されるＸＢＡＲ素子２００の共振と同じではない。
【0023】
図３は、「ハーフラムダ」誘電体層を組み込んだＸＢＡＲの詳細な概略断面図である。図３は、具体的には、圧電板３１０の前側（すなわち、基板から離れて対向する側、図３に示すように上側）に厚い誘電体層３５０を有するＸＢＡＲ３００を示す。誘電体層３５０の代わりに、圧電板３１０の背面３１６に同等の誘電体層を用いることも可能である。より大きなスケールでは、厚い誘電体層３５０を有するＸＢＡＲ３００は、図１のＸＢＡＲ１００と同様である。図３は、また、前述のように２つのＩＤＴフィンガー３３８を示す。寸法ｐは、ＩＤＴフィンガーの中心から中心への間隔または「ピッチ」であり、寸法ｗがＩＤＴフィンガーの幅または「マーク」である。
【0024】
圧電板３１０は、ニオブ酸リチウムやタンタル酸リチウムなどの圧電材料の薄い単結晶層である。圧電板３１０は、前面及び背面３１４，３１６に対するＸ，Ｙ，Ｚの結晶軸の向きが既知で一貫するように切断される。圧電板３１０の厚さｔｓは、例えば、１００ｎｍ～１５００ｎｍであってもよい。
【0025】
誘電体層３５０は、ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮ、または他の材料のように、ほぼすべての誘電体材料でよい。後述するように、誘電体材料がＡｌＮであるか、またはＡｌＮを含む場合と、誘電体材料がＳｉＯ２である場合に、特に利点が得られる可能性がある。
【0026】
圧電板３１０の厚さｔｓ及び誘電体層３５０の厚さｔｄは、面３１６及び３５２に垂直に伝搬するせん断ＢＡＷが、ＸＢＡＲ装置３００の所望の共振周波数よりもわずかに小さくてもよい所定の周波数で、面３１６及び３５２の間に全周期の定常波を形成するように構成される。つまり、所定の周波数でせん断ＢＡＷの２倍音共振が発生する。定義により、圧電板の厚さｔｓは、前述のように、誘電体層３５０がない場合の圧電板３１０のせん断ＢＡＷ基本共振の波長であるλ０，ｓの１／２である。名目上、誘電体層３５０の厚さｔｄは、λ０，ｄの１／２であり、λ０，ｄは、誘電体層３５０の同じバルクＢＡＷの波長である。この場合、圧電板３１０と誘電体層３５０のそれぞれには、現在の２倍音共振の周波数であるｆ０の半周期の定常波が含まれることになる。λ０，ｄは、誘電体層３５０におけるせん断音響波の速度と圧電板３１０におけるせん断音響波の速度との比をλ０，ｓに乗じた値に等しい。ＳｉＯ２のような比較的遅い誘電体材料の場合、λ０，ｄはλ０，ｓと同じかわずかに大きくてもよい。この場合、誘電体層３５０の厚さｔｄは、ｔｓと同じか、ｔｓよりもわずかに大きくてもよい。Ｓｉ３Ｎ４やＡｌＮなどの比較的高速な誘電体材料では、λ０，ｄは、λ０，ｓよりも実質的に大きくてもよい。この場合、誘電体層３５０の厚さｔｄはｔｓよりも比例して大きくなる。
【0027】
本明細書では、誘電体層３５０を「ハーフラムダ」誘電体層と呼ぶが、誘電体層の厚さｔｄは正確にλ０，ｄ／２である必要はない。圧電板３１０と誘電体層３５０の合計厚さは、バルクせん断波の２倍音共振が所定の周波数で発生するような厚さであれば、厚さｔｄはλ０，ｄ／２と異なっていてもよい。シミュレーションの結果、いくつかについては後述のように、
０．８５λ０，ｄ≦２ｔｄ≦１．１５λ０，ｄ （１）
で定義される範囲の誘電体層の厚さであれば、低スプリアスモードで電気機械結合が安定したＸＢＡＲとなる。ｔｄの値がこの範囲を超えると、電気機械の結合が弱くなり、スプリアスモードが増加する結果となる。この範囲内でｔｄを変化させると、ＸＢＡＲの共振周波数を約１０％調整することができ、多くのフィルターの用途において、シャント共振器と直列共振器の間に必要な周波数オフセットを確立するのに十分となる。
０．８５λ０，ｄ≦２ｔｄ≦１．１５λ０，ｄ （１）
で定義される範囲の誘電体層の厚さであれば、低スプリアスモードで電気機械結合が安定したＸＢＡＲとなる。ｔｄの値がこの範囲を超えると、電気機械の結合が弱くなり、スプリアスモードが増加する結果となる。この範囲内でｔｄを変化させると、ＸＢＡＲの共振周波数を約１０％調整することができ、多くのフィルターの用途において、シャント共振器と直列共振器の間に必要な周波数オフセットを確立するのに十分となる。
【0028】
図３では、誘電体層３５０は、ＩＤＴフィンガー３３８の上及び間に堆積されることが示される。他の実施形態では、ＩＤＴフィンガーの間にのみハーフラムダ誘電体層が形成されてもよい。ハーフラムダ誘電体層３５０は、単層であっても、同様の音響インピーダンスを有する異なる誘電体材料の２層以上であってもよい。
【0029】
ハーフラムダ誘電体層３５０をＸＢＡＲ３００に組み込むことの主な利点は、振動板の厚さが増すことである。ハーフラムダ誘電体層３５０に使用される材料に応じて、ＸＢＡＲ３００の振動板の厚さは、図１のＸＢＡＲ１００の振動板１１５の厚さの２～３倍であってもよい。厚さがある振動板は剛性が高く、温度変化による反りや歪みが発生しにくい。
【0030】
ＸＢＡＲ３００のより厚い振動板は、特にハーフラムダ誘電体層３５０が窒化アルミニウムのような高熱伝導性誘電体材料であるか、またはそれを含む場合、より高い熱伝導性も有することになる。高い熱伝導率により、振動板からの熱の奪い方がより効率的になり、一定の熱負荷や電力消費に対して、より小さな共振器面積を使用してもよい。
【0031】
また、ＸＢＡＲ３００は、図１のＸＢＡＲ１００（同じＩＤＴピッチの場合）と比較して、単位面積当たりの静電容量が大きくなる。共振器の静電容量は回路設計の問題である。特に音響共振器を用いたＲＦフィルターは、通常、フィルターの入力インピーダンスと出力インピーダンスが規定値（通常５０Ω）に一致することが要求される。この要求により、フィルターの一部または全部の共振器の最小静電容量値が決定される。部分ブラッグ反射器を持つＸＢＡＲ３００では、単位面積当たりの静電容量が大きいため、必要な静電容量値に対して、より小さな共振器面積を使用することができる。
【0032】
圧電板３１０の背面にハーフラムダ誘電体層を設けたＸＢＡＲ（図示せず）は、剛性と熱伝導性が向上するが、単位面積当たりの静電容量はわずかに増加するだけである。
【0033】
図４は、ハーフラムダ誘電体層を有するＸＢＡＲと従来のＸＢＡＲのアドミタンスを比較したグラフ４００である。図４及び後述する図６、図７に示すデータは、ＸＢＡＲ装置を有限要素法でシミュレーションした結果である。実線４１０は、ハーフラムダ誘電体層を含むＸＢＡＲのアドミタンスの大きさを周波数の関数としてプロットしたものである。圧電板は厚さ４００ｎｍのニオブ酸リチウムである。ＩＤＴは厚さ１００ｎｍのアルミニウムである。ＩＤＴフィンガーのピッチとマークはそれぞれ４．２５μｍと１．２７５μｍである。ハーフラムダの誘電体層は、厚さ３５０ｎｍのＳｉ３Ｎ４層と厚さ３５０ｎｍのＡｌＮ層で構成される。共振周波数は４．６０７ＧＨｚ、反共振周波数は４．８６２ＧＨｚである。反共振周波数と共振周波数の差は２５５ＭＨｚで、共振周波数と反共振周波数の平均値の約５．４％である。
【0034】
破線４２０は、従来のＸＢＡＲのアドミタンスの大きさを周波数の関数としてプロットしたものである。圧電板は厚さ４００ｎｍのニオブ酸リチウムである。ＩＤＴは厚さ１００ｎｍのアルミニウムである。ＩＤＴフィンガーのピッチとマークはそれぞれ３．７μｍと０．４７μｍである。共振周波数は４．７１ＧＨｚ、反共振周波数は５．３２ＧＨｚである。反共振周波数と共振周波数の差は６１０ＭＨｚで、共振周波数と反共振周波数の平均値の約１２．２％である。従来のＸＢＡＲのアドミタンス（破線４２０）は、ハーフラムダ誘電体層を有するＸＢＡＲのアドミタンス（実線４１０）には存在しない、共振周波数と反共振周波数の間のいくつかのスプリアスモードを示す。
【0035】
ＸＢＡＲ装置３００にハーフラムダ誘電体層を組み込むことにより、従来のＸＢＡＲ装置と比較して、高い熱伝導率で、スプリアスモードの励起が潜在的に少ない硬い振動板が得られる。電気機械的な結合が減少し、それに伴い共振周波数と反共振周波数の差が小さくなるという利益がもたらされる。
【0036】
図５は、共振周波数における応力を表す輪郭（ｃｏｎｔｏｕｒｓ）が示されたハーフラムダ誘電体層を有するＸＢＡＲ５００の断面図である。圧電板５１０は、厚さ４００ｎｍのニオブ酸リチウムである。ＩＤＴフィンガー５３８は、厚さ１００ｎｍのアルミニウムである。ハーフラムダ誘電体層５５０は、厚さ３５０ｎｍのＳｉ３Ｎ４層５５２と、厚さ３５０ｎｍのＡｌＮ層５５４とで構成される。
【0037】
共振周波数におけるＸＢＡＲ５００の応力は、装置の面の間の全周期の定常波を反映する。応力は、定常波の２つの半周期のピークに対応し、圧電板５１０の厚さの中央付近と、誘電体層５５０の中央付近で最も高くなる。応力は、装置の面、圧電板５１０と誘電体層５５０の中央付近との境界付近で最も低く、定常波のゼロクロス（ｚｅｒｏ ｃｒｏｓｓｉｎｇｓ）と対応する。
【0038】
図６は、ハーフラムダ誘電体層を有するＸＢＡＲの共振周波数及び反共振周波数を調整するための、ピッチ及び誘電体層の厚さの使用を説明するグラフ６００である。実線６１０は、ピッチとマークがそれぞれ４．２５μｍと１．２７５μｍのＸＢＡＲについて、アドミタンスの大きさを周波数の関数としてプロットしたものである。圧電板は厚さ４００ｎｍのニオブ酸リチウムである。ＩＤＴの厚さは１００ｎｍのアルミニウムである。ハーフラムダの誘電体層は、厚さ７００ｎｍのＳｉ３Ｎ４層で構成される。共振周波数は４．５１３ＧＨｚ、反共振周波数は４．７４９ＧＨｚである。反共振周波数と共振周波数の差は２３６ＭＨｚで、共振周波数と反共振周波数の平均値の約５．１％である。
【0039】
点線６２０は、ＩＤＴフィンガーのピッチとマークがそれぞれ３．７５μｍと１．３１μｍであることを除いて同じ構造である同様のＸＢＡＲについて、アドミタンスの大きさを周波数の関数としてプロットしたものである。共振周波数は４．５５７ＧＨｚ、反共振周波数は４．７９５ＧＨｚである。ＩＤＴのピッチを４．２５μｍから３．７５μｍに変更すると、共振周波数と反共振周波数が約４５ＭＨｚ増加する。ピッチを３μｍから５μｍの範囲で変化させると、約２００ＭＨｚの同調範囲（ｔｕｎｉｎｇ ｒａｎｇｅ）が得られる。
【0040】
破線６３０は、同様のＸＢＡＲについて、アドミタンスの大きさを周波数の関数としてプロットしたものである。ＩＤＴフィンガーのピッチとマークはそれぞれ４．２５μｍと１．２７５μｍで、誘電体層には厚さ７００ｎｍのＳｉ３Ｎ４層に加え、５０ｎｍのＳｉＯ２層が含まれる。共振周波数は４．４００ＧＨｚ、反共振周波数は４．６２６ＧＨｚである。５０ｎｍの「同調層」を追加することで、共振周波数と反共振周波数が約１１０ＭＨｚ減少する。
【0041】
図７は、ハーフラムダ誘電体層を有するＸＢＡＲの共振周波数及び反共振周波数を調整するための、ピッチ及び誘電体層の厚さの使用を説明する他のグラフ７００である。実線７１０は、ピッチとマークがそれぞれ４．２５μｍと１．２７５μｍのＸＢＡＲについて、アドミタンスの大きさを周波数の関数としてプロットしたものである。圧電板は厚さ４００ｎｍのニオブ酸リチウムである。ＩＤＴの厚さは１００ｎｍのアルミニウムである。ハーフラムダの誘電体層は、厚さ４００ｎｍのＳｉＯ２層で構成される。共振周波数は４．７０５ＧＨｚ、反共振周波数は５．１０８ＧＨｚである。反共振周波数と共振周波数の差は４０３ＭＨｚで、共振周波数と反共振周波数の平均値の約８．２％である。
【0042】
点線７２０は、ＩＤＴフィンガーのピッチとマークがそれぞれ３．７５μｍと１．３１μｍであることを除いて同じ構造を持つ同様のＸＢＡＲについて、アドミタンスの大きさを周波数の関数としてプロットしたものである。共振周波数は４．７４０ＧＨｚ、反共振周波数は５．１３７ＧＨｚである。ＩＤＴのピッチを４．２５μｍから３．７５μｍに変更すると、共振周波数と反共振周波数が約３５ＭＨｚ増加する。ピッチを３μｍから５μｍの範囲で変化させると、約１００ＭＨｚの同調範囲が得られる。
【0043】
破線７３０は、ＩＤＴフィンガーのピッチとマークがそれぞれ４．２５μｍと１．２７５μｍであり、誘電体層が４５０ｎｍの厚さのＳｉＯ２であることを除いて同じ構造の同様のＸＢＡＲについて、アドミタンスの大きさを周波数の関数としてプロットしたものである。共振周波数は４．５１２ＧＨｚ、反共振周波数は４．９０５ＧＨｚである。反共振周波数と共振周波数の差は３９３ＭＨｚであり、共振周波数と反共振周波数の平均値の約８．３％である。誘電体層の厚さを５０ｎｍ増やすと、電気機械結合を減らすことなく、共振周波数と反共振周波数が約１９０ＭＨｚ減少する。
【0044】
図８は、ハーフラムダ誘電体層を有するＸＢＡＲの共振周波数及び反共振周波数を調整するための誘電体層の厚さの使用を説明する他のグラフ８００である。点線８１０は、ピッチとマークがそれぞれ４．２５μｍと１．２７５ｐｍのＸＢＡＲについて、アドミタンスの大きさを周波数の関数としてプロットしたものである。圧電板は厚さ４００ｎｍのニオブ酸リチウムである。ＩＤＴの厚さは１００ｎｍのアルミニウムである。ハーフラムダの誘電体層は、厚さ４２５ｎｍのＳｉＯ２層で構成される。この例では、誘電体層の厚さｔｄがλ０，ｄ／２に等しい場合を表す。
【0045】
実線８２０は、誘電体層の厚さが３７５ｎｍのＳｉＯ２であることを除いて同じ構造である同様のＸＢＡＲについて、アドミタンスの大きさを周波数の関数としてプロットしたものである。この場合、ｔｄ＝０．８８（λ０，ｄ／２）である。破線８３０は、誘電体層の厚さが４７５ｎｍのＳｉＯ２であることを除いて同じ構造である同様のＸＢＡＲについて、アドミタンスの大きさを周波数の関数としてプロットしたものである。この場合、ｔｄ＝１．１２（λ０，ｄ／２）である。ＳｉＯ２を３７５ｎｍから４７５ｎｍに変化させると、電気機械的な結合を維持しつつ、不快なスプリアスモードを導入することなく、共振周波数と反共振周波数を約４００ＭＨｚシフトさせることができる。
【0046】
厚さ４００ｎｍのニオブ酸リチウム圧電板を想定すると、式（１）で表されるｔｄの範囲は、約３５０ｎｍ～５００ｎｍに相当する。この範囲は、圧電板の厚さｔｓで次のように表すことができる。
０．８７５ｔｓ≦ｔｄ≦１．２５ｔｓ （２）
この範囲は、ニオブ酸リチウム圧電板のどの厚さにも当てはまると考えられる。
０．８７５ｔｓ≦ｔｄ≦１．２５ｔｓ （２）
この範囲は、ニオブ酸リチウム圧電板のどの厚さにも当てはまると考えられる。
【0047】
図９は、過度に薄い「ハーフラムダ」誘電体層の効果を示すグラフ９００である。実線９１０は、図８の装置と同じ構造を持ち、ＳｉＯ２の誘電体層の厚さが３２５ｎｍに減少したＸＢＡＲについて、アドミタンスの大きさを周波数の関数としてプロットしたものである。この場合、ｔｄ＝０．７６（λ０，ｄ／２）である。このように誘電体層の厚さを薄くすると、電気機械結合が減少し、装置の共振周波数を下回る非常に大きなスプリアスモードが発生する。
【0048】
図１０は、厚くなりすぎた「ハーフラムダ」誘電体層の効果を示すグラフ１０００である。実線９１０は、図８の装置と同じ構造を持ち、ＳｉＯ２の誘電体層の厚さが５２５ｎｍに増加したＸＢＡＲについて、アドミタンスの大きさを周波数の関数としてプロットしたものである。この場合、ｔｄ＝１．２４（λ０，ｄ／２）である。このように誘電体層の厚さを厚くすると、電気機械結合が減少し、装置の共振周波数を上回る非常に大きなスプリアスモードが発生する。
【0049】
ＳｉＯ２の周波数の温度係数とニオブ酸リチウムの周波数の温度係数は、同じような大きさで符号が反対になっている。誘電体層にＳｉＯ２のハーフラムダを用いたＸＢＡＲ装置は、従来のＸＢＡＲ装置に比べて、温度による周波数変化が実質的に少なくなる。
【0050】
図１１は、ＸＢＡＲの周波数の温度係数をＳｉＯ２の厚さの関数として示すグラフである。具体的には、実線１１１０は、先に図７と図８でアドミタンス特性を示したＸＢＡＲ装置の反共振周波数の温度係数をプロットしたものである。破線１１２０は、同装置の共振周波数の温度係数をプロットしたものである。シミュレーションの結果、誘電体層のない従来のＸＢＡＲ装置は、周波数の温度係数が約－１１３ｐｐｍ／℃となった。ＳｉＯ２のハーフラムダ誘電体層の存在は、周波数の温度係数の大きさを約３分の１に減少させる。
【0051】
図１２は、５つのＸＢＡＲ Ｘ１～Ｘ５を用いたバンドパスフィルター１２００の概略回路図である。フィルター１２００は、例えば、通信装置で使用されるバンドｎ７９のバンドパスフィルターでもよい。フィルター１２００は、３つの直列共振器Ｘ１、Ｘ３、Ｘ５と、２つのシャント共振器Ｘ２、Ｘ４を含む従来のラダーフィルター構造を有する。３つの直列共振器Ｘ１、Ｘ３、Ｘ５は、第１ポートと第２ポートの間に直列に接続される。図１２では、第１ポートと第２ポートにそれぞれ「Ｉｎ」と「Ｏｕｔ」が示される。しかし、フィルター１２００は双方向であり、どちらのポートがフィルターの入力または出力として機能してもよい。２つのシャント共振器Ｘ２，Ｘ４は、直列共振器間のノードからグランドに接続される。すべてのシャント共振器と直列共振器はＸＢＡＲである。
【0052】
フィルター１２００の３つの直列共振器Ｘ１，Ｘ３，Ｘ５及び２つのシャント共振器Ｘ２，Ｘ４は、シリコン基板（見えない）に接合された圧電材料の単一の板１２３０上に形成されてもよい。各共振器は、それぞれのＩＤＴ（図示せず）を含み、少なくともＩＤＴのフィンガーは、基板のキャビティーの上に配置される。この文脈または同様の文脈で、「それぞれの」という言葉は、「それぞれがそれぞれに（ｅａｃｈ ｔｏ ｅａｃｈ）関連する」、つまり一対一の対応を意味する。図１２では、キャビティーは、破線の長方形（長方形１２３５など）として概略が示される。この例では、各共振器のＩＤＴがそれぞれのキャビティーの上に配置される。他のフィルターでは、２つ以上の共振器のＩＤＴが共通のキャビティーの上に配置されていてもよい。また、共振器は複数のＩＤＴにカスケード接続されてもよく、複数のＩＤＴに複数のキャビティーが形成されてもよい。
【0053】
共振器Ｘ１～Ｘ５はそれぞれ共振周波数と反共振周波数を持つ。簡単に言うと、各共振器は、その共振周波数では実質的に短絡しており、反共振周波数では実質的に開回路となっている。各共振器Ｘ１～Ｘ５は、フィルターの入出ポート間の透過率が非常に低くなる「透過率ゼロ」を作る。なお、「透過率ゼロ」での透過率は、寄生部品によるエネルギーの漏れなどの影響により、実際にはゼロではない。３つの直列共振器Ｘ１、Ｘ３、Ｘ５は、それぞれの反共振周波数で透過率ゼロを作る（各共振器は実質的に開回路となる）。２つのシャント共振器Ｘ２、Ｘ４は、それぞれの共振周波数で透過率ゼロを形成する（各共振器は実質的には短絡状態となる）。音響共振器を用いた一般的なバンドパスフィルターでは、直列共振器の反共振周波数がパスバンドの上端よりも高いため、直列共振器によってパスバンドの上に透過率ゼロが生じる。シャント共振器の共振周波数は、パスバンドの下端よりも低いため、シャント共振器はパスバンドの下に透過率ゼロを作る。
【0054】
図７及び図８のアドミタンス対周波数データを参照すると、４００ｎｍのニオブ酸リチウム圧電板とハーフラムダ誘電体層を有するＸＢＡＲの共振周波数と反共振周波数の間の周波数オフセットは、約４００ＭＨｚであることがわかる。この周波数分離は、ｎ７９（４４００ＭＨｚ～５０００ＭＨｚ）やｎ７７（３３００ＭＨＺ～４２００ＭＨｚ）などの通信バンドのバンドパスフィルターとしては十分ではない。米国特許第１０，４９１，１９２号には、直列共振器の共振周波数に対して、シャント共振器の共振周波数を下げるために、シャント共振器の上に誘電体層を堆積させることが記載される。特許第１０，４９１，１９２号には、直列共振器に誘電体層を非常に薄く、あるいは全く設けず、シャント共振器には圧電板の厚さの約０．２５倍の誘電体層を設けたフィルターが記載される。
【0055】
共振器がハーフラムダ誘電体層を有するＸＢＡＲである場合、直列共振器の共振周波数に対してシャント共振器の共振周波数を下げるために、同様のアプローチを用いることができる。この場合、直列共振器上の誘電体層の厚さｔｄｓと、シャント（並列）共振器上の誘電体層の厚さｔｄｐは、
０．８５λ ０，ｄ ≦２ｔｄｓ＜２ｔｄｐ≦１．１５λ０，ｄ （３）
０．８５λ ０，ｄ ≦２ｔｄｓ＜２ｔｄｐ≦１．１５λ０，ｄ （３）
【0056】
図８に戻って、実線の曲線８２０は、４００ｎｍのニオブ酸リチウム圧電板の上に３７５ｎｍのＳｉＯ２層を有するＸＢＡＲのアドミタンスである。破線の曲線８３０は、４００ｎｍのニオブ酸リチウムの圧電板の上に４７５ｎｍのＳｉＯ２層を設けたＸＢＡＲのアドミタンスである。フィルター１２００のようなフィルターは、直列共振器上に３７５ｎｍのＳｉＯ２層を有し、シャント共振器上に４７５ｎｍのＳｉＯ２層を有する４００ｎｍのニオブ酸リチウム圧電板を用いて製造することができる。この場合、シャント共振器の共振周波数と直列共振器の反共振周波数の周波数分離は約８００ＭＨｚとなり、バンドｎ７９のバンドパスフィルターとしては十分な性能を発揮する。圧電板の厚さに比例して、周波数分離も大きくなる。
【0057】
直列共振器とシャント共振器を覆うＳｉＯ２層の厚さの範囲は、ニオブ酸リチウム圧電板の厚さｔｓで以下のように表すことができる。
０．８７５ｔｓ≦ｔｄｓ＜ｔｄｐ≦１．２５ｔｓ （４）
ｔｄｓは直列共振器上のＳｉＯ２層の厚さ、ｔｄｐはシャント（並列）共振器上のＳｉＯ２層の厚さである。
０．８７５ｔｓ≦ｔｄｓ＜ｔｄｐ≦１．２５ｔｓ （４）
ｔｄｓは直列共振器上のＳｉＯ２層の厚さ、ｔｄｐはシャント（並列）共振器上のＳｉＯ２層の厚さである。
【0058】
方法の説明
図１３は、部分ブラッグ反射器を含むＸＢＡＲ、またはそのようなＸＢＡＲを組み込んだフィルターを製造するための方法１３００を示す簡略化したフローチャートである。方法１３００は、犠牲基板１３０２及び装置基板１３０４上に配置された薄い圧電板を用いて１３０５で開始する。方法１３００は、完成したＸＢＡＲまたはフィルターを用いて１３９５で終了する。図１３のフローチャートには、主要な工程のステップのみが含まれる。様々な従来の工程のステップ（例えば、面準備、洗浄、検査、ベーキング、アニーリング、モニタリング、テストなど）は、図１３に示すステップの前、間、後、及び中に実行されてもよい。
図１３は、部分ブラッグ反射器を含むＸＢＡＲ、またはそのようなＸＢＡＲを組み込んだフィルターを製造するための方法１３００を示す簡略化したフローチャートである。方法１３００は、犠牲基板１３０２及び装置基板１３０４上に配置された薄い圧電板を用いて１３０５で開始する。方法１３００は、完成したＸＢＡＲまたはフィルターを用いて１３９５で終了する。図１３のフローチャートには、主要な工程のステップのみが含まれる。様々な従来の工程のステップ（例えば、面準備、洗浄、検査、ベーキング、アニーリング、モニタリング、テストなど）は、図１３に示すステップの前、間、後、及び中に実行されてもよい。
【0059】
図１３のフローチャートは、基板にいつ、どのようにキャビティーを形成するかが異なる、ＸＢＡＲを製造するための方法１３００の３つのバリエーションを示す。キャビティーは、ステップ１３１０Ａ、１３１０Ｂ、または１３１０Ｃで形成されてもよい。これらのステップのうち１つだけが、方法１３００の３つのバリエーションのそれぞれで実行される。
【0060】
単結晶の圧電材料を非圧電基板に接合した薄い板が市販される。本出願の時点で、シリコン、石英、溶融シリカなどのさまざまな基板に接合したニオブ酸リチウムとタンタル酸リチウムの板のいずれも利用できる。現在または将来的に、他の圧電材料の薄い板を利用してもよい。圧電板の厚さは、３００ｎｍから１０００ｎｍの間でもよい。圧電板は、例えば、Ｚカット、回転Ｚカット、回転Ｙカットのニオブ酸リチウムやタンタル酸リチウムなどがある。圧電板は、他の材料や他のカットでもよい。基板はシリコンでもよい。基板がシリコンの場合、圧電板と基板の間にＳｉＯ２層が配置されていてもよい。基板は、エッチングまたは他の処理で深いキャビティーを形成できるような他の材料でもよい。
【0061】
方法１３００の１つの変形例では、１３３０で圧電板が基板に接合される前に、１３１０Ａで１つまたは複数のキャビティーが基板に形成される。フィルター装置において、共振器ごとに他のキャビティーが形成されてもよい。１つまたは複数のキャビティーは、従来のフォトリソグラフィ技術やエッチング技術を用いて形成されてもよい。例えば、深掘り反応性イオンエッチング（ＤＲＩＥ）を用いてキャビティーが形成されてもよい。通常、１３１０Ａで形成されたキャビティーは、基板を貫通しない。
【0062】
１３３０で、犠牲基板１３０２の圧電板と装置基板１３０４を接合してもよい。犠牲基板１３０２の圧電板と装置基板１３０４は、直接接合、面活性化接合またはプラズマ活性化接合、静電接合、または他の何らかの接合技術などのウェハ接合工程を用いて接合してもよい。装置基板は、ウェハ接合工程の前に、ＳｉＯ２などの接合層でコーティングされていてもよい。
【0063】
犠牲基板１３０２の圧電板と装置基板１３０４が接合された後、１３４０で犠牲基板及び介在する層を除去して、圧電板の面（以前に犠牲基板に面していた面）を露出させる。犠牲基板は、例えば、材料に依ってはウェットエッチングやドライエッチング、他の工程によって除去できる。圧電板の露出した面は、１３４０において、面を準備し、圧電板の厚さを制御するために、研磨または他の方法で処理されてもよい。
【0064】
１つまたは複数のＸＢＡＲ装置を画定する導体パターン及び誘電体層は、１３５０で形成される。通常、フィルター装置は、順次堆積してパターニングされる２つ以上の導体層を有するだろう。導体層には、ボンディングパッド、金、またははんだバンプ、または装置と外部回路とを接続するための他の手段が含まれる。導体層は、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金、モリブデン、タングステン、ベリリウム、金、他の導電性金属であってもよい。任意選択的に、導体層の下（つまり、導体層と圧電板の間）及び／または上に、１つまたは複数の他の材料の層が配置されていてもよい。例えば、チタン、クロム、または他の金属の薄膜を用いて、導体層と圧電板との密着性を高めることができる。導体層には、ボンディングパッド、金バンプ、はんだバンプ、装置と外部回路とを接続するための他の手段が含まれる。
【0065】
導体パターンは、１３５０において、圧電板の面上に導体層を堆積させ、パターニングされたフォトレジストを介したエッチングによって余分な金属を除去することによって形成されてもよい。あるいは、１３５０において、リフトオフ工程を用いて導体パターンが形成されてもよい。フォトレジストが圧電板の上に堆積し、パターニングされて、導体パターンを画定してもよい。導体層は、圧電板の面に順に堆積してもよい。その後、フォトレジストを除去して余分な材料を取り除き、導体パターンを残してもよい。
【0066】
１３６０で、ハーフラムダ誘電体層が圧電体層の前側に形成されてもよい。ハーフラムダ誘電体層は、導体パターン上に堆積されてもよく、ＩＤＴフィンガーの間にのみ形成されてもよい。いくつかのフィルター装置において、第１誘電体層は、すべてのＩＤＴフィンガーの上／間に堆積され、第２誘電体がＩＤＴの部分、例えばシャント共振器のＩＤＴのみの上に選択的に形成されてもよい。第１誘電体層は、第２誘電体層よりも厚くなっている。第１誘電体層と第２誘電体層は、同じ材料でも異なる材料でもよい。第１誘電体層と第２誘電体層のどちらを先に堆積してもよい。
【0067】
工程１３００の第２変形例では、１３５０及び１３６０で導体パターン及び誘電体層のすべてが形成された後、１３１０Ｂで基板の裏側に１つまたは複数のキャビティーが形成される。フィルター装置には、共振器ごとに別のキャビティーが形成されてもよい。１つまたは複数のキャビティーは、異方性または配向依存性のドライまたはウェットエッチングを用いて、基板の裏側を通る圧電板までの穴を開けて形成されてもよい。
【0068】
工程１３００の第３変形例では、１３１０Ｃにおいて、圧電板及びハーフラムダ誘電体層の開口部から導入されたエッチング液を用いて基板をエッチングすることにより、基板に凹部の形態の１つまたは複数のキャビティーが形成されてもよい。フィルター装置において、共振器ごとに別のキャビティーが形成されてもよい。１３１０Ｃで形成された１つまたは複数のキャビティーは、基板を貫通しない。
【0069】
工程１３００のすべてのバリエーションにおいて、フィルター装置は１３７０で完成する。１３７０で発生する可能性がある動作には、ＳｉＯ２またはＳｉ３Ｏ４などのカプセル化／パッシベーション層を装置の全部または部分にわたって堆積させること、及び／または、ボンディングパッドまたははんだバンプを形成すること、または、これらのステップが１３５０で実行されなかった場合、装置と外部回路との間の接続を行うための他の手段を形成することが含まれる。１３７０での他の動作には、複数の装置を含むウェハから個々の装置を取り出すこと、他のパッケージするステップ、及びテストが含まれる。１３７０で発生する可能性のある他の動作は、装置の前側に金属または誘電体材料を追加または除去することによって、装置内の共振器の共振周波数を調整することである。フィルター装置が完成すると、１３９５で工程が終了する。
【0070】
工程１３００の変形例では、１３０２で、異なる材料の犠牲基板上の薄い圧電板の代わりに、単結晶圧電ウェハを用いて開始する。イオンは、圧電ウェハの面下の制御された深さに注入される（図１３では示されていない）。面からイオン注入の深さまでのウェハの部分が薄い圧電板であり（または、圧電板となり）、ウェハの残りの部分が犠牲基板である。圧電ウェハと装置基板は、先に述べたように１３３０で接合される。１３４０において、（例えば、熱衝撃を用いて）圧電ウェハは、イオンの注入された面で分割され、圧電材料の薄い板が露出し、音響ブラッグ反射器に接合された状態になってもよい。薄い板状の圧電材料の厚さは、注入されるイオンのエネルギー（つまり深さ）によって決定される。イオン注入とそれに続く薄い板の分離の工程は、一般に「イオンスライシング」と呼ばれる。圧電ウェハを分割した後、圧電板の露出した面を、例えば化学機械的な研磨によって平坦化し、厚さを減少させることができる。
【0071】
結びのコメント
本明細書全体を通して、示された実施形態及び例は、開示または請求された装置及び手順の制限ではなく、例示とみなされるべきである。ここで紹介される例の多くは、方法行為またはシステム構成の特定の組み合わせを含んでいるが、それらの行為及びそれらの構成は、同じ目的を達成するために他の方法で組み合わせることができることを理解する必要がある。フローチャートに関して、追加のステップや少ないステップをとってもよく、また、図示されたステップを組み合わせたり、さらに洗練させたりして、本明細書に記載された方法を実現してもよい。１つの実施形態に関連してのみ議論される行為、構成、及び特徴は、他の実施形態における同様の役割を排除することを意図したものではない。
本明細書全体を通して、示された実施形態及び例は、開示または請求された装置及び手順の制限ではなく、例示とみなされるべきである。ここで紹介される例の多くは、方法行為またはシステム構成の特定の組み合わせを含んでいるが、それらの行為及びそれらの構成は、同じ目的を達成するために他の方法で組み合わせることができることを理解する必要がある。フローチャートに関して、追加のステップや少ないステップをとってもよく、また、図示されたステップを組み合わせたり、さらに洗練させたりして、本明細書に記載された方法を実現してもよい。１つの実施形態に関連してのみ議論される行為、構成、及び特徴は、他の実施形態における同様の役割を排除することを意図したものではない。
【0072】
本明細書で使用する場合、「複数」は２つ以上を意味する。本明細書で使用されるように、アイテムの「セット」は、そのようなアイテムの１つまたは複数を含むことができる。本明細書で使用されるように、詳細な説明または特許請求の範囲のいずれにおいても、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、「運搬する」、「有する」、「含む（ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ）」、「関連する（ｉｎｖｏｌｖｉｎｇ）」などの用語は、制約なく理解されるべきであり、すなわち、含むがこれに限定されないという意味である。請求項に関しては、「からなる」及び「のみからなる」という移行句のみが、閉じたまたはやや閉じた移行句である。請求項において、請求項の構成を修飾するために「第１」、「第２」、「第３」などの序数詞を使用することは、それ自体、ある請求項の構成の他に対する優先順位、先行順位、または方法の行為が実行される時間的順序を意味するものではなく、ある名称を有するある請求項構成を、同じ名称を有する他の構成（ただし、序数詞を使用した場合）と区別するための標識として使用されるに過ぎない。本明細書では、「及び／または」は、列挙された項目が代替案であることを意味するが、代替案には列挙された項目の任意の組み合わせも含まれる。
【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】