特許 7576695 共振キャビティを有する表面弾性波フィルタ

(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】2024-10-23

(45)【発行日】2024-10-31

(54)【発明の名称】共振キャビティを有する表面弾性波フィルタ

(51)【国際特許分類】

   H03H 9/64 20060101AFI20241024BHJP

   H03H 9/145 20060101ALI20241024BHJP

【ＦＩ】

H03H9/64 Z

H03H9/145 D

【請求項の数】 11

(21)【出願番号】P 2023522962

(86)(22)【出願日】2022-09-15

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2023-11-21

(86)【国際出願番号】 FR2022051736

(87)【国際公開番号】W WO2023047042

(87)【国際公開日】2023-03-30

【審査請求日】2023-06-02

(31)【優先権主張番号】2110135

(32)【優先日】2021-09-27

(33)【優先権主張国・地域又は機関】FR

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】507088071

【氏名又は名称】ソイテック

(74)【代理人】

【識別番号】110001243

【氏名又は名称】弁理士法人谷・阿部特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】エリック ミショウリエ

(72)【発明者】

【氏名】シルヴァイン バランドラス

(72)【発明者】

【氏名】ティエリー ラロシュ

【審査官】志津木 康

(56)【参考文献】

【文献】特開２００９－２７３１２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－３０３８３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０２０／０２１０２９（ＷＯ，Ａ２）

【文献】国際公開第２０２１／０４４０３１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】米国特許第０６５１６６６５（ＵＳ，Ｂ１）

(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】

共振キャビティを有する表面弾性波フィルタ（１）であって、
－ベース基板（Ｓ３）及び圧電上部層（Ｓ１）から形成される複合基板（Ｓ）と、
－前記圧電上部層に配置された少なくとも１つの入力電気音響トランスデューサ（２ａ）及び出力電気音響トランスデューサ（２ｂ）と、
－前記入力電気音響トランスデューサ（２ａ）と前記出力電気音響トランスデューサ（２ｂ）との間に配置された少なくとも１つの内部反射構造であって、内部反射構造が、
－第１の周期を有する複数の反射格子（Ｒ１）を備える第１の構造（Ｐｒｉｇｈｔ）と、
－第２の周期を有する複数の反射格子（Ｒ２）を備える第２の構造（Ｐｌｅｆｔ）であって、前記第１の周期は前記第２の周期よりも大きい、第２の構造（Ｐｌｅｆｔ）と、を備える、少なくとも１つの内部反射構造と、
－前記入力電気音響トランスデューサ（２ａ）及び出力電気音響トランスデューサ（２ｂ）と前記内部反射構造との間に画定された前記共振キャビティと、を備え、
前記表面弾性波フィルタは、
－前記第１の構造（Ｐｒｉｇｈｔ）が、第１の距離（Ｒｇ）だけ互いに分離された第１の複数の反射格子（Ｒ１）を備え、
－前記第２の構造（Ｐｌｅｆｔ）が、第２の距離（Ｌｇ）だけ互いに分離された第２の複数の反射格子（Ｒ２）を備え、
前記第１の構造（Ｐｒｉｇｈｔ）と前記第２の構造（Ｐｌｅｆｔ）は、所定の距離（Ｐｃｇ）だけ互いに分離され、
前記第１の距離（Ｒｇ）が、前記第２の距離（Ｌｇ）よりも小さいことを特徴とする、表面弾性波フィルタ（１）。

【請求項2】

前記第１の構造（Ｐｒｉｇｈｔ）は、前記入力電気音響トランスデューサ（２ａ）から第１の分離距離（Ｓｒｇ）だけ離れており、前記第２の構造（Ｐｌｅｆｔ）は、前記出力電気音響トランスデューサ（２ｂ）から第２の分離距離（Ｓｌｇ）だけ離れており、前記第１の分離距離（Ｓｒｇ）は、前記第２の分離距離（Ｓｌｇ）よりも小さい、請求項１に記載の表面弾性波フィルタ（１）。

【請求項3】

前記入力電気音響トランスデューサ（２ａ）及び前記出力電気音響トランスデューサ（２ｂ）の両側に配置された２つの外部ミラー（３ａ、３ｂ）を更に備える、請求項１又は２のいずれか一項に記載の表面弾性波フィルタ（１）。

【請求項4】

前記反射格子（Ｒ１、Ｒ２）及び／又は前記外部ミラー（３ａ、３ｂ）は、前記複合基板（Ｓ）の前記圧電上部層上／内に配置された金属フィンガのアレイによって作製される、請求項３に記載の表面弾性波フィルタ（１）。

【請求項5】

前記反射格子（Ｒ１、Ｒ２）及び／又は前記外部ミラー（３ａ、３ｂ）は、前記複合基板にエッチングされた溝のアレイによって作製される、請求項３に記載の表面弾性波フィルタ（１）。

【請求項6】

前記反射格子（Ｒ１、Ｒ２）及び／又は前記外部ミラー（３ａ、３ｂ）は、前記複合基板（Ｓ）の表面上に配置された誘電体フィンガのアレイによって作製される、請求項３に記載の表面弾性波フィルタ（１）。

【請求項7】

前記複合基板は、前記ベース基板（Ｓ３）と前記圧電上部層（Ｓ１）との間に配置された少なくとも１つの層（Ｓ２）を備える、請求項１又は２のいずれか一項に記載の表面弾性波フィルタ（１）。

【請求項8】

前記ベース基板（Ｓ３）は、１０００オームｃｍよりも大きい電気抵抗率を有する、請求項１又は２のいずれか一項に記載の表面弾性波フィルタ（１）。

【請求項9】

前記圧電上部層（Ｓ１）の厚さが２０ミクロン未満である、請求項１又は２のいずれか一項に記載の表面弾性波フィルタ（１）。

【請求項10】

前記入力電気音響トランスデューサ（２ａ）及び前記出力電気音響トランスデューサ（２ｂ）は、それぞれ、２つの互いに噛み合うくし形電極から構成される、請求項１又は２のいずれか一項に記載の表面弾性波フィルタ（１）。

【請求項11】

前記第１の構造（Ｐｒｉｇｈｔ）と前記第２の構造（Ｐｌｅｆｔ）とを隔てる距離（Ｐｃｇ）は、前記第１の距離（Ｒｇ）と前記第２の距離（Ｌｇ）との１０％以内の算術平均に等しい、請求項１又は２のいずれか一項に記載の表面弾性波フィルタ（１）。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、共振キャビティを有する表面音響波フィルタに関する。このようなフィルタは、高周波信号の処理の分野、例えば電気通信用途に適用される。

【背景技術】

【0002】

図１を参照すると、例えば欧州特許第０６０８２４９号から知られているように、このようなフィルタ１は、典型的には、圧電基板上に配置された少なくとも２つの、それぞれ入力及び出力の電気音響トランスデューサ２ａ、２ｂを備える。２つのトランスデューサは、表面弾性波が伝搬する経路を画定する。それらはまた、フィルタ１の電気入力ポートＰｅ及び出力ポートＰｓを形成する。

【0003】

フィルタ１は、弾性波の伝搬軸Ｘに沿って、一対の入力トランスデューサ２ａ及び出力トランスデューサ２ｂの両側に配置された２つの外部反射格子３ａ、３ｂ（好ましくは反射のみ）、典型的にはブラッグミラーを備えることができる。

【0004】

フィルタ１は、弾性波の経路Ｘ上で２つのトランスデューサ２ａ、２ｂの間に配置され、これらの２つのトランスデューサ２ａ、２ｂから等距離であり得る少なくとも１つの内部反射格子４を備える。この少なくとも１つの内部反射格子４は、０でない透過係数を有する。

【0005】

複数の共振キャビティＣ１、Ｃ２は、波伝搬経路に沿ってこのように画定され、これらの共振キャビティは、フィルタ１の等しい数の極を形成する。

【0006】

文献独国特許出願公開第２３６３７０１号もまた、共振キャビティを有する表面弾性波フィルタのいくつかの構成を開示している。

【0007】

文献国際公開第２０２００２１０２９号は、共振キャビティを有するそのような表面弾性波フィルタの多数の有利な構成を提案しており、これらの構成は全て、複合基板、すなわち、ベース基板（機械的支持体を構成する）及び圧電上部層から形成される基板上に作製される。弾性波は、縦波及び／又はせん断波の形態で上部層内を伝搬する。上部層の厚さは、フィルタの中心波長の大きさのオーダーであるか、又はこの波長未満であるように選択される。この場合、伝搬は、ベース基板における放射の損失なしに行われる。

【0008】

上述の文献によって提案されたフィルタの非常に一般的な構造は、通過帯域において低い挿入損失（＜２ｄＢ）を有し、この帯域の外側において著しい阻止率（＞１５ｄＢ）を有する多種多様な帯域通過フィルタを合成することを可能にする。

【0009】

共振キャビティを有する表面弾性波フィルタの合成は、フィルタ阻止又は遷移帯域における二次ローブの出現を引き起こし得ることが周知である（例えば、欧州特許第０６０８２４９号を参照）。これらのローブは、フィルタの相対的な通過帯域を広げようとする場合には、更に高い振幅を有する。

【0010】

したがって、阻止帯域又は遷移帯域に存在するローブの振幅を制限することができるフィルタ構造を有することが望ましい。

【0011】

発明の目的
本発明の１つの目的は、この要望に対処することを可能にするフィルタ構造を提案することである。より具体的には、本発明の目的は、従来技術のフィルタ構造と比較して、阻止帯域又は遷移帯域に存在するローブの振幅及び高さを低減するフィルタ構造を提案することである。

【発明の概要】

【0012】

この目的を達成するために、本発明の目的は、共振キャビティを有する表面弾性波フィルタであって、
ベース基板及び圧電上部層から形成される複合基板と、
－上部層に配置された少なくとも１つの入力電気音響トランスデューサ及び出力電気音響トランスデューサと、
－入力電気音響トランスデューサと出力電気音響トランスデューサとの間に配置された少なくとも１つの内部反射構造と、を備える表面弾性波フィルタを提案する。

【0013】

フィルタの内部反射構造は、
－第１の周期を有する少なくとも１つの反射格子を備える第１の構造と、
－第２の周期を有する少なくとも１つの反射格子を備える第２の構造であって、第１の周期は第２の周期よりも大きい、第２の構造と、を備える。

【0014】

本発明によれば、第１の構造は、第１の距離だけ互いに分離された第１の複数の反射格子を備え、第２の構造は、第２の距離だけ互いに分離された第２の複数の反射格子を備え、第１の距離は第２の距離よりも小さい。

【0015】

本発明の他の有利な非限定的特徴によれば、単独で、又は技術的に実現可能な任意の組合せに従って、
－第１の構造は、入力電気音響トランスデューサから第１の分離距離だけ離れており、第２の構造は、出力トランスデューサから第２の分離距離だけ離れており、第１の分離距離は、第２の分離距離よりも小さく、
－フィルタは、入力トランスデューサ及び出力トランスデューサの両側に配置された２つの外部ミラーを更に備え、
－反射格子及び／又は外部ミラーは、複合基板の最上部層の上／中に配置された金属フィンガのアレイによって作製され、
－反射格子及び／又は外部ミラーは、複合基板にエッチングされた溝のアレイによって作製され、
－複合基板は、ベース基板と圧電上部層との間に配置された少なくとも１つの層を備え、
－ベース基板は、１０００オームｃｍよりも大きい電気抵抗率を有し、
－圧電上部層の厚さは、２０ミクロン未満であり、
－入力電気音響トランスデューサ及び出力電気音響トランスデューサは、それぞれ、２つの互いに噛み合うくし形電極から構成され、
－第１の構造と第２の構造とを隔てる距離は、第１の距離と第２の距離との１０％以内の算術平均に等しい。

【図面の簡単な説明】

【0016】

本発明の他の特徴及び利点は、添付の図面を参照した本発明の以下の詳細な説明から明らかになるであろう。

【図1】従来技術の共振キャビティを有する表面弾性波フィルタを示す図である。

【図2a】本発明による共振キャビティを有する表面弾性波フィルタの概略上面図及び概略断面図である。

【図2b】本発明による共振キャビティを有する表面弾性波フィルタの概略上面図及び概略断面図である。

【図3a】その構造が従来技術に従うフィルタを示す図である。

【図3b】第１の反例によるフィルタの伝達関数のモジュールを示す図である。

【図3c】本発明によるフィルタの構造を示す図である。

【図3d】本発明の第１の例示的実施形態のフィルタの伝達関数のモジュールを示す図である。

【図4a】第２の反例によるフィルタの伝達関数のモジュールを示す図である。

【図4b】本発明の第２の例示的な実施形態のフィルタの伝達関数のモジュールを示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下の説明を簡単にするために、本発明の異なる開示された実施形態及び従来技術において同一であるか、又は同じ機能を実行する要素には同じ参照符号が使用される。

【0018】

本明細書の残りの部分で説明されるフィルタは、ベース基板と、このベース基板上に位置する上部圧電層とから形成される複合基板上で実行される。これら２つの要素の間に他の層が設けられてもよい。それは、例えば、それらの組み立てを容易にする１つ又は複数のアモルファス層であってもよい。このアモルファス層（又は複数のアモルファス層）は、酸化ケイ素であってもよく、又は酸化ケイ素を含んでもよい。アモルファス層の厚さは、２００ｎｍよりも大きくても小さくてもよく、特に、１０ｎｍ～６ミクロンの間で選択されてもよい。周期的に交番する弾性インピーダンスを有する層のスタックから形成されたブラッグミラーは、上部層とシリコン基板との間で可能である。

【0019】

複合基板の圧電上部層は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、ＰＺＴ、ニオブ酸カリウム（ＫＮｂＯ３）、並びにＫＴＮ、ＰＭＮ－ＰＴ及び関連材料などの同様の材料、窒化ガリウム（ＧａＮ）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）、又はニオブ酸リチウムＬｉＮｂＯ３からなることができる。好ましくは、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）又はニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）の結晶配向は、ＩＥＥＥ １９４９ Ｓｔｄ－１７６規格に従って、（ＹＸｌ）／θとして定義され、θは、０°～６０°又は９０°～１５０°の間に含まれる結晶配向角であり、Ｙ及びＸは結晶軸であり、ｌは、回転θが行われるＸと同一直線上にあるプレートの長さを表す。

【0020】

複合基板のベース基板は、高電気抵抗率基板、特にシリコン基板であってもよい。高抵抗率とは、１０００オームｃｍを超える電気抵抗率を意味する。ベース基板が、電荷をトラップするための上部層、例えば多結晶シリコンの層を含むようにすることができる。複合基板はまた、ダイヤモンド炭素、サファイア、ガラス又は炭化ケイ素から作られてもよい。

【0021】

複合基板は、複数の方法で、特にＳｍａｒｔ Ｃｕｔ（商標）技術によって形成されてもよい。この技術によれば、このドナー基板の主面を通して軽量種（例えば水素及び／又はヘリウム）をイオン注入することによって、圧電ドナー基板内に転写される薄層が画定される。この注入は、基板の主面と共に薄層を画定する脆弱ゾーンを形成する。ドナー基板は、その主面によってベース基板に組み立てられ、ドナー基板は、薄層を転写するために、例えば、熱及び／又は機械的処理を使用して脆弱ゾーンで破断される。

【0022】

この手法の代替として、特に複合基板の圧電上部層が５ミクロンから２０ミクロン以上のオーダーで比較的厚い場合、複合基板は、ドナー基板をベース基板に組み立て、例えばＣＭＰ、研削、又は研磨によってドナー基板を薄くすることによって形成することができる。

【0023】

全ての場合において、選択された手法にかかわらず、薄層の転写は、ベース基板上の単結晶圧電上部層から形成される複合基板の形成をもたらす。

【0024】

圧電上部層の厚さは、その中を伝搬することが意図される弾性波の長さの大きさのオーダーである。好ましくは、圧電上部層の厚さはこの波長よりも小さく、例えば約２０ミクロン以下である。ベース基板の厚さは、それ自体、圧電上部層の厚さよりもはるかに大きく、典型的には、この層よりも少なくとも１０倍又は１００倍大きく、例えば、２５０ミクロン～５００ミクロンである。

【0025】

図２ａ及び図２ｂは、本開示の主題である共振キャビティ１を有する表面弾性波フィルタを示す。このフィルタ１は、従来の方法で複合基板Ｓの上部圧電層Ｓ１の上又は中に製造され、ここではアセンブリ層Ｓ２を介して支持体Ｓ３に組み立てられる。そのような表面弾性波フィルタの合成を可能にする一般的な原理を得るために、Ｄａｖｉｄ Ｐ．Ｍｏｒｇａｎ Ａｃａｄｅｍｉｃ Ｐｒｅｓｓの著作「Ｓｕｒｆａｃｅ ａｃｏｕｓｔｉｃ ｗａｖｅ ｆｉｌｔｅｒｓ ｗｉｔｈ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｔｏ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ ａｎｄ ｓｉｇｎａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ」第２版（２００７年８月９日）を参照されたい。

【0026】

フィルタは、中心周波数ｆ₀と、この中心周波数の分数、典型的には０．１％～１０％として表すことができる通過帯域Δｆとを有するバンドパスフィルタである。

【0027】

フィルタ１は、少なくとも１つの入力電気音響トランスデューサ２ａと、出力電気音響トランスデューサ２ｂとを備える。フィルタリングされるべき電磁信号は入力電気音響トランスデューサ２ａに印加され、フィルタリングされた電磁信号は出力電気音響トランスデューサ２ｂから取り出される。したがって、これらの２つのトランスデューサはそれぞれ、フィルタの入力ポート及び出力ポートを形成する。しかしながら、「入力」及び「出力」の指定は完全に任意であり、フィルタは２つのポートのいずれかに電磁信号を印加／プリサンプリングすることによって利用することができることに留意されたい。

【0028】

非常に一般的に、トランスデューサ２ａ、２ｂは、従来技術で知られているものに従っており、そのいくつかの特徴を以下に列挙する。

【0029】

ここで、各トランスデューサ２ａ、２ｂは、２つの互いに噛み合うくし形電極からなる。それ自体よく知られているように、そのようなトランスデューサ２ａ、２ｂは、電位差が印加／除去される２つのバスに交互に接続された金属フィンガのアレイからなる。このデバイスでは、圧電上部層において表面弾性波を直接生成／検出することが可能である。入力トランスデューサ２ａ及び出力トランスデューサ２ｂは、一般的に同一に構成されるが、特にフィルタの応答を最適化するために、それらが異なることは不可能ではない。

【0030】

電極の金属は、典型的には、アルミニウム、例えば純粋なアルミニウム、又はＣｕ、Ｓｉ、若しくはＴｉでドープされたアルミニウムなどのアルミニウム合金に基づく。それにもかかわらず、別の材料を使用して、例えば、より低い相対的な電極厚さに対してより高い反射係数を確立することが可能である。この点に関して、好ましい電極材料は、チタン（Ｔｉ）又はタンタル（Ｔａ）又はクロム（Ｃｒ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、パラジウム（Ｐｄ）、イリジウム（Ｉｒ）、タングステン（Ｗ）などの接着層を有する銅（Ｃｕ）、モリブデン（Ｍｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、白金（Ｐｔ）又は金（Ａｕ）である。

【0031】

電極の周期ｐは、一般に、ｐ＝λ／２となるように選択され、λは、トランスデューサの共振周波数ｆ_rで圧電上部層内を伝搬する弾性波の波長である。他の構成も可能であり、より一般的には、周期ｐはｐ＝λ／（ｎｂ＿ｅｌｅｃ）と書くことができ、ｎｂ＿ｅｌｅｃは波長当たりのフィンガ（電極）の数である。これらのパラメータは、関係λ＝Ｖ／ｆ_rによって関連付けられ、ここで、Ｖは、トランスデューサの下の弾性波の位相速度を表す。自由表面上又は電気音響トランスデューサの下の弾性波の速度は、特に、波が伝搬する材料の性質に依存し、当業者には一般的に知られているか、又はアクセス可能である。

【0032】

本明細書の主題であるバンドパスフィルタの場合、共振周波数ｆ_rは、フィルタの通過帯域に設定されるか、好ましくは、この帯域の下限よりも低い周波数に設定される。この共振周波数を設定することによって、波の波長λを決定することができ、したがってトランスデューサの周期ｐを決定することができる。

【0033】

ａで示される電極の金属化幅は、一般に、ａ／ｐ比が０．５程度であるように選択される。各トランスデューサのフィンガ対の数は、通常、２０又は１００のオーダーで選択される。一般に、フィンガ対の数を増加させることにより、通過帯域内にない周波数の阻止を増加させることが可能になる。

【0034】

図２に示されるフィルタの一般的な説明に戻ると、入力トランスデューサ２ａ及び出力トランスデューサ２ｂの対の両側に配置された２つの外部ミラー３ａ、３ｂを設けることが可能である。よく知られているように、これらのミラー３ａ、３ｂは、２つの入力電気音響トランスデューサ２ａと出力電気音響トランスデューサ２ｂとの間に可能な限り多くの弾性エネルギーを閉じ込めることを可能にする。したがって、それらは、ミラーのフィンガの金属厚及びこれらのフィンガの数、典型的には、せん断波用の複合基板の場合にミラー当たり数十を選択することによって、１（入射エネルギーの全反射）に可能な限り近い非常に高い反射係数を有するように設計される。しかしながら、これらの２つの外部ミラーは、本発明に決して必須ではなく、本発明による完全に機能的なフィルタはそれらを欠いていてもよいことに留意すべきである。

【0035】

図２に示されるフィルタの説明を終えるために、このフィルタは、入力電気音響トランスデューサ２ａと出力電気音響トランスデューサ２ｂとの間に配置された少なくとも１つの内部反射構造も備える。反射構造は、弾性波の伝搬経路に沿って分布した複数の反射格子Ｒ１、Ｒ２からなる。本出願の導入部で想起されたように、この構造は、弾性波の伝搬経路に沿って複数の共振キャビティを画定し、これらの共振キャビティは、フィルタ１の等しい数の極を形成する。

【0036】

内部反射構造の各反射格子Ｒ１、Ｒ２は、優先的に短絡された金属フィンガからなるブラッグ反射器から形成される。各反射格子Ｒ１、Ｒ２を構成するフィンガのアレイの周期は、一般に、トランスデューサの電極の周期に近く（１５％以内）、したがって一般にλ／２に近くなるように選択される。トランスデューサの周期よりも小さい反射格子Ｒ１、Ｒ２の周期を選択することによって、周波数がフィルタの通過帯域の周波数よりも大きい信号がより良好に拒絶され、すなわち、二次ローブの存在がより高い周波数に押し戻される。逆に、トランスデューサの周期よりも大きい反射格子Ｒ１、Ｒ２の周期を選択することによって、フィルタの通過帯域の周波数よりも低い周波数の信号がより良好に拒絶され、すなわち、二次ローブの存在がより低い周波数に押し戻される。

【0037】

各反射格子Ｒ１、Ｒ２の金属フィンガの数は、最大値が１（入射波の全反射）に等しい格子の反射係数を決定する。０．５よりも大きい、又は０．８よりも大きい高反射係数は、通過帯域の外側の周波数阻止を増加させることを可能にする。しかしながら、これは通過帯域を減少させ、この減少が過剰である場合には、内部反射構造（したがってフィルタ内の極）に反射格子を追加することによって補償することができる。典型的には、各反射構造のフィンガの数は、１０～４０であってもよい。

【0038】

本明細書の主題であるフィルタ１において、内部反射構造は、
－第１の周期を有する少なくとも１つの反射格子Ｒ１を備える第１の構造Ｐｒｉｇｈｔと、
－第２の周期を有する少なくとも１つの反射格子Ｒ２を備える第２の構造Ｐｌｅｆｔであって、第２の周期は第２の周期とは異なる、第２の構造Ｐｌｅｆｔと、を備える。

【0039】

慣例により、第１の構造Ｐｒｉｇｈｔの反射格子Ｒ１の周期に対応する第１の周期は、第２の構造Ｐｌｅｆｔの反射格子Ｒ２の周期に対応する第２の周期よりも大きいことが必要である。「より大きい」とは、第１の周期が第２の周期よりも少なくとも５ｎｍ大きいことを意味する。

【0040】

有利には、フィルタの設計においてより多くの柔軟性を提供するために、第１の構造Ｐｒｉｇｈｔは複数の反射格子Ｒ１を有し、各反射格子は同じ第１の周期を有してもよい。同様に、第２の構造Ｐｌｅｆｔも複数の反射格子Ｒ２を含み、各反射格子は同じ第２の周期を有することができる。全ての場合において、第１の構造Ｐｒｉｇｈｔの反射格子の周期は、第２の構造Ｐｌｅｆｔの反射格子の周期よりも大きい。

【0041】

第１の構造Ｐｒｉｇｈｔが複数の反射格子Ｒ１を有する場合、これらの格子は、第１の距離Ｒｇだけ互いに分離される。同様に、第２の構造Ｐｌｅｆｔが複数の反射格子Ｒ２を有する場合、これらの格子は第２の距離Ｌｇだけ互いに分離される。この構成では、第１の距離Ｒｇは、第２の距離Ｌｇよりも小さい。

【0042】

優先的に、第１の距離Ｒｇは、本明細書において「ブラッグ距離」と呼ばれる閾値距離Ｄｇよりも小さくなるように選択される。同時に、第２の距離Ｌｇは、ブラッグ距離Ｄｇよりも大きくなるように選択される。それぞれ第１の構造Ｐｒｉｇｈｔ及び第２の構造Ｐｌｅｆｔにおいて反射格子Ｒ１、Ｒ２を分離する第１の距離Ｒｇ及び第２の距離Ｌｇは、音響キャビティの寸法を定義する。

【0043】

反射格子の周期がλ／２近くに選択される場合、ブラッグ距離は実質的にλ／４に等しい。より正確には、ブラッグ距離Ｄｇは、関係Ｄｇ＝（Ｖ’^*ｐ₀）／（２^*Ｖ）によって定義され、式中、Ｖは反射格子の下の弾性波の位相速度を表し、Ｖ’は自由表面弾性波の位相速度を表し、ｐ₀は最大反射がフィルタの中心周波数ｆ０に等しい反射格子の周期を表す。

【0044】

第１の距離Ｒｇは、０．５と１との間の係数Ｆｒだけブラッグ距離Ｄｇより小さく選択することができ、すなわち、Ｒｇ＝Ｆｒ^*Ｄｇである。同様に、第２の距離Ｌｇは、ブラッグ距離Ｄｇよりも１～２の係数Ｆｌだけ大きく選択することができ、すなわち、Ｌｇ＝Ｄｇ^*Ｆｌである。

【0045】

第１及び第２の構造を分離する距離Ｐｃｇは、第１及び第２の距離Ｒｇ、Ｌｇの算術平均に等しくなるように選択されてもよい。「等しい」は、１０％以内に等しいことを意味する。

【0046】

また好ましくは、第１の構造Ｐｒｉｇｈｔは、入力電気音響トランスデューサ２ａから第１の分離距離Ｓｒｇだけ離れており、第２の構造Ｐｌｅｆｔは、出力トランスデューサ２ｂから第２の分離距離Ｓｌｇだけ離れており、第１の分離距離Ｓｒｇは、第２の分離距離Ｓｌｇよりも小さい。

【0047】

第１及び第２の構造Ｐｌｅｆｔ、Ｐｒｉｇｈｔにおける反射格子Ｒ１、Ｒ２の数は、大きな自由度で選択することができる。それは、弾性キャビティの数（第１及び第２の分離距離Ｓｒｇ、Ｓｌｇによって上で定義されたものに加えて）、したがってフィルタの極の数を定義する。したがって、比較的多数の反射格子Ｒ１、Ｒ２は、フィルタの挙動を所定のテンプレートに非常に柔軟に適合させることを可能にする。２つの構造Ｐｌｅｆｔ、Ｐｒｉｇｈｔにおいて同じ数の反射格子Ｒ１、Ｒ２を有する必要はない。典型的には、決定されたテンプレートによって提供されるフィルタリング制約に従って、構造Ｐｌｅｆｔ、Ｐｒｉｇｈｔの各々において２～１０個の反射格子Ｒ１、Ｒ２を選択することが可能である。反射構造Ｒ１、Ｒ２の数を制限する要因は、抵抗損失及び音響伝搬である。

【0048】

上述の特徴を有するフィルタ構造を提案することによって、本出願の発明者らは、１％を超える相対幅の比較的高い通過帯域に対してさえ、阻止帯域又は遷移帯域における二次ローブが特に低減された（例えば、少なくとも５ｄＢ、典型的には１０ｄＢのオーダーの低減）帯域通過フィルタを提案することが可能であることを観察した。

【0049】

このようなフィルタのこの非常に有利な挙動は、以下の説明において、従来のフィルタ（反例）の伝達関数を、本発明による構造を使用して合成されたフィルタ（例）の伝達関数と比較することによって明らかになる。

【0050】

以下の全ての実施例及び反例において、複合基板Ｓは、厚さ０．６ミクロンのＬｉＴａＯ３（ＹＸｌ）／４２°の圧電層Ｓ１とシリコン（１００）のベース基板Ｓ３との間に配置された厚さ５００ｎｍの酸化ケイ素の層Ｓ２を含む。

【0051】

このような複合基板Ｓにおいて、本実施例で対象とする波長の弾性波は、主にせん断波として伝搬する。

【0052】

反例１：中心周波数が４００ＭＨｚで相対通過帯域が０．４％のフィルタ。
フィルタの中心周波数において、先に定義した複合基板では、上部層Ｓ１を伝搬する弾性波の波長は１０．９ミクロンである。

【0053】

図３ａは、その構造が従来技術に従うフィルタ１’を示す。これは、複合基板Ｓ上に形成された、入力電気音響トランスデューサ２ａ及び出力電気音響トランスデューサ２ｂと、ここではブラッグ距離Ｄｇの等しい距離だけ互いに分離された４つの反射格子Ｒからなる内部反射構造とを有する。フィルタ１’は、入力トランスデューサ２ａ及び出力トランスデューサ２ｂの両側に配置された２つの外部ミラー３ａ、３ｂを更に備える。

【0054】

反例１で取られたフィルタ１’のパラメータは、その伝達関数を図３ｂに示される所定の帯域通過テンプレートＧに整形することを目的としたこのフィルタのモデルの一連のシミュレーションの終わりに得られた。

【0055】

したがって、入力電気音響トランスデューサ２ａ及び出力電気音響トランスデューサ２ｂの周期ｐは５．４５０ミクロンに選択されている。電極の金属化幅は、ａ／ｐ比が０．６に設定されるように選択される。入力電気音響トランスデューサ２ａ及び出力電気音響トランスデューサ２ｂの金属フィンガ対の数は３５に設定されている。

【0056】

各外部ミラーの周期は５．５５７ミクロンに設定されている。各外部ミラーは４０個のフィンガを有し、ａ／ｐ比は０．５である。入力電気音響トランスデューサ及び出力電気音響トランスデューサの外部ミラーをそれぞれ隔てる距離は、２．１１０ミクロンに設定される。

【0057】

反射格子Ｒは、１／４波長のブラッグ距離に近い２．９３８ミクロンの距離Ｄｇだけ互いに分離される。これらの反射格子の最初及び最後は、それぞれ、入力電気音響トランスデューサ及び出力電気音響トランスデューサから３．３６ミクロンの距離だけ離れている。反射格子Ｒは、各々３０個の金属フィンガを有する。

【0058】

これらの反射格子４の周期は全て同一であり、５．５５７ミクロンに等しい。

【0059】

図３ｂは、このフィルタ１’の伝達関数のモジュールを示しており、これは、その合成をもたらしたシミュレーションの終わりに得られたものである。この伝達関数は通過帯域においてテンプレートに良好に適合することが観察されるが、阻止帯域において特に高い振幅の複数のローブの存在も観察される。本出願の導入部で引用した先行技術文献によって報告されているように、これらのローブの存在は望ましくない。

【0060】

例１：中心周波数が４００ＭＨｚで相対通過帯域が０．４％のフィルタ。
図３ｄは、本発明のフィルタの構造に適合する図３ｃに示される構造を有するフィルタ１の伝達関数のモジュールを示す。

【0061】

実施例１のフィルタ１のパラメータは、反例１と同様にシミュレーションにより求めた。反例１のフィルタ１’と同様に、フィルタ１も４つの反射格子Ｒ１、Ｒ２を有し、２つは第１の構造Ｐｒｉｇｈｔに配置され、他の２つは第２の構造Ｐｌｅｆｔに配置される。反射格子Ｒ１、Ｒ２は各々３０個の金属フィンガを有する。このフィルタ１のシミュレーションによって得られた他のパラメータは、

【0062】

第１構造Ｐｒｉｇｈｔ：
－Ｓｒｇ：２．６４５ミクロン
－Ｒｇ：２．９３８ミクロンのブラッグ距離Ｄｇよりもはるかに小さい１．４４６ミクロン
－２つの反射格子Ｒ１の周期（第１の周期）：５．６８６ミクロン

【0063】

第２の構造Ｐｌｅｆｔ：
－Ｓｌｇ：４．３５０ミクロン
－Ｌｇ：４．７９０ミクロンであり、これは２．９３８ミクロンのブラッグ距離Ｄｇよりもはるかに大きい。
－２つの反射格子Ｒ２の周期（第２の周期）：５．３９９ミクロン。

【0064】

第１の構造Ｐｒｉｇｈｔの反射格子Ｒ１の第１の周期は、第２の構造Ｐｌｅｆｔの反射格子Ｒ２の第２の周期よりもはるかに大きいことが分かる。

【0065】

第１の構造Ｐｒｉｇｈｔを第２の構造Ｐｌｅｆｔから分離する距離Ｐｃｇは、３．１２５ミクロンであり、第１の距離Ｒｇと第２の距離Ｌｇの算術平均（３．１１８ミクロン）に実質的に等しい。

【0066】

入力電気音響トランスデューサ２ａ及び出力電気音響トランスデューサ２ｂのパラメータは、反例１と同じである。各外部ミラーの周期は５．５５７ミクロンに固定されている。各外部ミラーは４０個のフィンガを有し、ａ／ｐ比は０．５である。入力電気音響トランスデューサ及び出力電気音響トランスデューサの外部ミラーをそれぞれ隔てる距離は、１．８００ミクロンに設定される。

【0067】

図３ｄは、シミュレーションによって得られた、このフィルタ１の伝達関数のモジュールを示す。伝達関数が通過帯域においてテンプレートによく適合することが分かる。更に、ローブは依然として阻止帯域に存在するが、通過帯域から離れた周波数ではより小さい阻止された振幅である。

【0068】

したがって、この実施例１のフィルタ１の性能は、構造が従来技術のフィルタ構造に一致する反例１のフィルタ１’の性能よりもはるかに大きい。

【0069】

反例２：１９００ＭＨｚの中心周波数及び３．５％の相対通過帯域を有するフィルタ。
ここで、相対通過帯域が実施例１及び反例１のものよりも明らかに広いフィルタを合成することが求められている。

【0070】

フィルタの中心周波数において、先に定義した複合基板Ｓでは、上部層Ｓ１を伝搬する弾性波の波長は２．０５８ミクロンである。

【0071】

反例２のフィルタの構造は、反例１のものと同一であり、図３ａに示されている。反例２のフィルタ１’のパラメータは、その伝達関数を図４ａに示す所定のテンプレートＧに整形することを目的としたフィルタ１’のモデルの一連のシミュレーションの最後に得られた。

【0072】

入力及び出力電気音響トランスデューサの周期ｐは、１．０２９ミクロンに選択されている。電極の金属化幅は、ａ／ｐ比が０．５４に設定されるように選択される。各トランスデューサの金属フィンガの対の数は１６に設定される。

【0073】

各外部ミラーの周期は１．０６０ミクロンに設定されている。各外部ミラーは２５個のフィンガを有し、ａ／ｐ比は０．５である。入力電気音響トランスデューサ及び出力電気音響トランスデューサの外部ミラーをそれぞれ隔てる距離は、０．３０１ミクロンに設定される。

【0074】

４つの反射格子Ｒは、各々１０個の金属フィンガを有する。内部反射格子は、約１／４波長のブラッグ距離に対応する０．５３５ミクロンの距離Ｄｇだけ分離されている。これらの反射格子の最初及び最後は、それぞれ、入力電気音響トランスデューサ及び出力電気音響トランスデューサから０．５９４ミクロンの距離Ｓｒｇ、Ｓｌｇだけ離れている。

【0075】

これらの内側及び外部反射格子４の周期は、全て同一であり、１．０６０ミクロンに等しい。

【0076】

図４ａは、シミュレーションによって得られた、このフィルタの伝達関数のモジュールを示す。それは通過帯域において所定のテンプレートに従うことが観察されるが、反例１におけるように、阻止帯域において特に高い振幅の複数のローブの存在が観察される。

【0077】

例２：１９００ＭＨｚの中心周波数及び３．５％の相対通過帯域を有するフィルタ。
図４ｂは、図３ｃに示されたフィルタ構造からシミュレーションによって合成された、本発明のフィルタの構造によるフィルタの伝達関数のモジュールを示す。

【0078】

４つの反射格子Ｒ１、Ｒ２は各々１１個の金属フィンガを有している。このフィルタのシミュレーションによって得られた他のパラメータは、

【0079】

第１構造Ｐｒｉｇｈｔ：
－Ｓｒｇ：０．４９６ミクロン
－Ｒｇ：０．５９３ミクロンのブラッグ距離Ｄｇよりもはるかに小さい０．２９０ミクロン。
－反射格子Ｒ１の周期（第１の周期）：１．１００ミクロン

【0080】

第２の構造Ｐｌｅｆｔ：
－Ｓｌｇ：０．７６７ミクロン
－Ｌｇ：０．８２７ミクロンであり、これは０．５９３ミクロンのブラッグ距離Ｄｇよりもはるかに大きい。
－反射格子Ｒ２の周期（第２の周期）：１．００９ミクロン

【0081】

第１の構造Ｐｒｉｇｈｔの反射格子Ｒ１の第１の周期は、第２の構造Ｐｌｅｆｔの反射格子の第２の周期よりもはるかに大きいことが分かる。

【0082】

第１の構造Ｐｒｉｇｈｔを第２の構造Ｐｌｅｆｔから分離する距離Ｐｃｇは、０．５６ミクロンであり、第１の距離Ｒｇと第２の距離Ｌｇの算術平均（０．５５８ミクロン）に実質的に等しい。

【0083】

入力及び出力電気音響トランスデューサの周期ｐは、１．０２１４ミクロンに選択されている。電極の金属化幅は、ａ／ｐ比が０．５４５に固定されるように選択される。入力トランスデューサは１６対のフィンガを有し、出力トランスデューサは１６対のフィンガを有する。

【0084】

各外部ミラーの周期は１．０６ミクロンに固定されている。各外部ミラーは３０個のフィンガを有し、比ａ／ｐは０．５である。入力電気音響トランスデューサ及び出力電気音響トランスデューサの外部ミラーをそれぞれ隔てる距離は、０．４００ミクロンに設定される。

【0085】

図４ｂは、シミュレーションによって得られた、このフィルタの伝達関数のモジュールを示す。通過帯域においてテンプレートに適合することが明確に観察される。更に、ローブは依然として阻止帯域に存在するが、これらは通過帯域から離れた周波数で阻止されるはるかに低い振幅のものである。

【0086】

したがって、このフィルタの性能は、構造が従来技術のフィルタ構造に一致する反例２のフィルタの性能よりもはるかに高い。

【0087】

本発明によるフィルタの合成は、それをいくつかのステップに分解することによって簡略化することができる。

【0088】

第１のステップ中に、入力電気音響トランスデューサ２ａ及び出力電気音響トランスデューサ２ｂと、第１の構造Ｐｒｉｇｈｔ及び第２の構造Ｐｌｅｆｔのうちの一方のみとを備える第１の不完全フィルタが合成される。このようなミラーが完全なフィルタ１に設けられる場合、シミュレーションにおいて外部ミラーを統合することは当然可能である。この第１のステップ中に実行されるシミュレーションは、選択された構造のパラメータ、すなわち、少なくともこの構造に含まれる反射格子Ｒ１、Ｒ２を分離する距離、並びにこれらの格子の数及び構成を確立することを可能にする。

【0089】

第２のステップ中に、第２の不完全フィルタが合成され、今度は、第１のステップ中に選択されなかった第１又は第２の構造Ｐｒｉｇｈｔ、Ｐｌｅｆｔのいずれか１つのみを組み込む。この第２のステップは、第１のステップ中に行われたように、シミュレーションによって、このフィルタ構造のパラメータを確立することを可能にする。

【0090】

最後のステップでは、第１及び第２のステップで決定されたパラメータをフィルタの完全な構造に統合することによって、フィルタの完全な合成が実行される。既に上述したように、第１の構造Ｐｒｉｇｈｔと第２の構造Ｐｌｅｆｔとを隔てる距離Ｐｃｇを、第１の距離Ｒｇと第２の距離Ｌｇとの算術平均となるように選択することが可能である。この最後の合成ステップ中に、フィルタの応答がテンプレートに適合することを検証し、任意選択で特定のパラメータを微調整するために、新しいシミュレーションサイクルを実行することができる。

【0091】

当然ながら、本発明は、説明された実施形態に限定されず、特許請求の範囲によって定義される本発明の範囲から逸脱することなく、変形実施形態をそれに追加することができる。ここでは、金属フィンガのアレイを使用して反射格子Ｒ１、Ｒ２及び外部ミラー３ａ、３ｂを形成することが提供されたが、これらは、代替として、複合基板にエッチングされた溝のアレイによって構成されてもよい。これらの溝は、複合基板の圧電上部層内にエッチングされ、ベース基板に達することができる。反射格子Ｒ１、Ｒ２はまた、ここまで考慮され、フィルタの特定の製造段階中に堆積される金属フィンガと同一の形状を有する誘電体障害物からなることができる。これらのミラーを製造するために重要な材料は、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）であり、これらの２つの材料の組合せは、特定の化学量論のいわゆる酸窒化物（一般形態ＳｉＯ_XＮ_Y）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ２）、五酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）を製造することを可能にし、一般に、酸化物は、マイクロエレクトロニクス法に従って、重要な基板の表面層の形態で堆積され得る。

【図1】

【図2a】

【図2b】

【図3a】

【図3b】

【図3c】

【図3d】

【図4a】

【図4b】