JP4849445B2

JP4849445B2 - 薄膜共振器

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Publication number: JP4849445B2
Application number: JP2006060351A
Authority: JP
Inventors: 好章渡辺; 隆彦柳谷
Original assignee: Doshisha
Current assignee: Doshisha
Priority date: 2006-03-06
Filing date: 2006-03-06
Publication date: 2012-01-11
Anticipated expiration: 2026-03-06
Also published as: JP2007243361A

Description

本発明は、携帯電話機等の通信機器に用いられる、広帯域信号から特定の周波数の信号を抽出する等のための薄膜共振器に関する。

携帯電話機や無線LAN送信機・受信機等の通信機器には、特定の周波数帯の信号を抽出するためのRFフィルタが用いられている。RFフィルタでは通常、使用される周波数帯内の周波数で共振する共振器が多数使用される。これらの通信機器において使用される周波数帯は数百MHz〜数GHzと高いため、共振器もそのような高周波数に対応する必要がある。

近年、高い共振周波数を実現することができる共振器として、FBAR（Film Bulk Acoustic Resonator）と呼ばれる薄膜共振器が注目されている（特許文献１参照）。FBARは空洞を設けた基板の上に圧電体の薄膜を載置し、その圧電体薄膜を挟むように１対の電極を設けた構造を有する。ここで、基板に空洞を設けるのは、圧電体薄膜が基板に拘束されずに自由に振動できるようにするためである。FBARでは共振周波数が圧電体薄膜の厚さに反比例するため、薄膜の厚さを薄くする程、共振周波数を高くすることができる。実際、FBARを用いた周波数フィルタでは数GHzという高周波数においても良好なフィルタ特性が得られることが確認されている。

特開2001-203558号公報（[0003]〜[0004], 図1）

しかし、従来のFBARは以下の問題を有している。
FBARの共振周波数は圧電体の弾性定数に依存し、この弾性定数は圧電体の温度により変化する。すなわち、従来のFBARは温度変化により共振周波数が変化する、という問題を有する。特に、移動体通信機器では、約0.1mm角のFBARに対して約100mWという大電力を投入する必要があるため、そのFBARは温度上昇の影響を大きく受ける。

また、従来のFBARでは通常、作製が容易であるという理由により、膜面に垂直な方向に伝搬する縦波による共振が形成される圧電体が用いられていた。縦波は膜の外側の空気に伝播することができ、振動エネルギーが損失しやすい。この振動エネルギーの損失を防ぐために、FBARにおいて圧電体が真空容器に封入されたものがある。しかし、その場合には圧電体から放熱し難くなるため圧電体の温度が上昇してしまい、共振周波数が変化（減少）してしまう。

更に、従来のFBARでは、電極の直上又は直下から外れた圧電体薄膜内の領域において、共振器の本来の共振とは異なる不要な振動（スプリアスモード）が生成される。このスプリアスモードの周波数は多くの場合、共振器の本来の共振周波数に近い値となり、本体の振動周波数の誤差の原因となる。

本発明が解決しようとする課題は、温度変化による共振周波数の変化が小さく、スプリアスモード振動を抑制することができる薄膜共振器を提供することである。

上記課題を解決するために成された本発明に係る薄膜共振器は、
a)圧電体膜を上下電極の間に設けて成り、該電極間に交流電圧が印加されると該圧電体膜の厚み方向に伝播する横波の定在波が形成される共振器本体と、
b)温度上昇に伴い粘性係数が低下する特性を有し、前記共振器本体の少なくとも一部に接触する接触液と、
を備えることを特徴とする。

横波定在波が形成される共振器本体を得るために、前記圧電体膜には、ZnO及びAlNのいずれかから成り[0001]方向が膜面に略平行な１方向に配向したものを用いることができる。
ZnO及びAlNは共に、図１に示すように、一般式Aⁿ⁺B^n-（nは整数）で表され六方晶であるウルツ鉱構造を有する。ウルツ鉱構造では、Aⁿ⁺から成る層（A層）とB^n-から成る層（B層）が交互に積層し、B層はその上下にある２枚のA層から等距離の位置よりもc軸の１方向にずれた位置に存在する。即ち、ウルツ鉱構造はc軸方向に極性を有する。本願では、B層に対してA層がずれる方向を[0001]方向と定義する。

前記圧電体膜には、ZnO及びAlNのいずれかから成り[0001]方向が膜面に略平行な１方向に配向した第１圧電体膜と、材料及び厚さが第１圧電体膜と同じであり[0001]方向が第１圧電体膜と180°異なる方向に配向した第２圧電体膜と、を重ねた積層体を用いることができる。更に、第１圧電体膜及び第２圧電体膜を交互に複数重ねた積層体を用いることもできる。

本発明で用いる「接触液」は粘性の温度変化により前記共振器本体の周波数の温度変化を抑制する機能を有し、具体的には、次のような特性を持つ液体である。
(1) 温度上昇に伴い粘性係数が低下する。
(2) 空気よりも熱伝導率が良い。
(3) 空気よりも縦波を伝播しやすい。
このような特性により、本発明において、共振器本体の少なくとも一部に接触する接触液は次のような作用を行う。
(1) 共振器本体の温度が上昇すると、圧電体膜の弾性定数が低下し、その共振周波数は低周波数側に変化する。それに対し、接触液の粘性係数が低下するため、接触液は圧電体膜の共振周波数を高周波数側に変化させるように作用する。同様に、共振器本体の温度が下降すると、圧電体膜の弾性定数が上昇してその共振周波数は高周波数側に変化するのに対して、接触液は粘性係数が上昇して圧電体膜の共振周波数を低周波数側に変化させるように作用する。これら弾性定数の温度変化による作用と粘性係数の温度変化による作用が少なくとも一部相殺されることにより、共振器の温度変化による共振周波数の変化が抑制される。
(2) 圧電体膜で発生する熱を、従来の空気（又は真空）よりもよりよく伝達し、外部に逃がすことができる。これにより、圧電体膜の温度変化自体を抑制することができる。
(3) 圧電体膜で発生するスプリアスモードの中で圧電体膜に平行な方向以外に変位成分を持つ音波が接触液中に漏洩し、圧電体膜のスプリアスモード振動を減衰させる。

本発明の薄膜共振器においては、その温度が上昇すると、圧電体膜の弾性定数が低下して共振周波数が低周波数側に変化するように作用すると共に、接触液の粘性係数が低下して共振周波数が高周波数側に変化するように作用する。同様に、温度が下降すると弾性定数が上昇して共振周波数が高周波数側に変化するように作用する共に、粘性係数が上昇して共振周波数が低周波数側に変化するように作用する。これら圧電体膜の弾性定数変化による作用と接触液の粘性変化による作用が相殺されることにより、共振器の温度変化による共振周波数の変化が抑制される。

また、本発明に係る薄膜共振器は共振器本体が接触液に接触しているため、本体から発生する熱を、接触液を通して外部に放出しやすくなる。これにより、共振器の温度変化（上昇）による共振周波数の変化が更に抑制される。

更に、本発明の薄膜共振器では、スプリアスモードの中で圧電体膜に平行な方向以外に変位成分を持つ音波が接触液中に漏洩するため、スプリアスモードを減衰させることができる。

本発明の薄膜共振器の本体は圧電体から成る膜の上下を挟むように１対の電極（上部電極、下部電極）を配置したものである。この点では前述のFBAR等の従来の薄膜共振器と同様である。この共振器本体には、電極間に交流電圧が印加されると圧電体膜の厚み方向に伝播する横波の定在波が形成されるものを用いる。

そのような共振器本体として、[0001]方向が薄膜の面に略平行な１方向に配向したZnO又はAlNを圧電体膜に用いた薄膜共振器が挙げられる。この共振器本体の電極間に交流電圧が印加されると、圧電体膜に略垂直な方向に伝播し略平行な方向に変位を持つ横波の定在波が形成される。このような圧電体膜を１層だけ設けた場合には、その横波の波長は圧電体膜の厚さの２倍となる。また、本体の圧電体膜として、ZnO又はAlNから成り[0001]方向が互いに180°異なる第１圧電体膜及び第２圧電体膜を重ねた積層体を用いることもできる。この場合、横波の波長は積層体の厚さと同じ、即ちZnO又はAlNを１層だけ設けた場合の1/2となる。更に、第１圧電体膜及び第２圧電体膜を交互に複数積層した積層体も用いることができる。

前記共振器本体の少なくとも一部に接触液を接触させる。接触液が接触するのは本体の一部分のみでもよく、その部分は圧電体膜、上部電極、下部電極のいずれでもよい。但し、本発明の効果を最大限得るために、接触液は共振器本体の表面全面に接触させるとよい。導電性の接触液を用いる場合には、上部電極及び／又は下部電極と接触液の間に絶縁部材を設けることが望ましい。

本発明では共振器本体を液体に接触させるため、仮に縦波の定在波が形成される共振器本体を用いた場合には縦波の振動が液体中に伝播して共振の強度が減衰してしまう。そのため、本発明では共振器本体に横波の定在波が形成されるものを用いることにより、振動が液体中に伝播することを防いでいる。

本発明の薄膜共振器の作用を説明する。
まず、比較のために、圧電体膜が（本発明のように液体ではなく）真空に接しており、それ以外の構成は本発明のものと同じである薄膜共振器について、その共振周波数f₀を示す。共振周波数f₀は、圧電体膜の密度ρ_p、弾性定数c_p及び厚さd_pを用いて、

と表される。温度が上昇すると、圧電体膜の弾性定数c_pは小さくなる（密度及び厚さは弾性定数よりも温度変化が十分に小さい）ため、共振周波数f₀は低くなる。

それに対して、本発明の薄膜共振器では、圧電体膜が接触液に接していることにより、その共振周波数fは
f=f₀-Δf (2)
となり、圧電体膜が真空に接する薄膜共振器よりも変化分Δfだけ小さくなる。この変化分Δfは、

と表される。ここで、ρ_lは接触液の密度、η_lは接触液の粘性係数である。(3)式より、Δfはc _p ^1/4及びη_l ^1/2に比例する。温度が上昇すると、粘性係数η_lが小さくなると共に、前述のように圧電体膜の弾性定数c_pも小さくなるため、Δfは小さくなる。(2)式の第2項より、このΔfの温度変化は、温度上昇と共に共振周波数fを大きくするように作用する。それに対して、(2)式の第1項のf₀は、温度上昇と共に共振周波数fを小さくするように作用する。これにより、(2)式第2項の温度変化と(2)式第1項の温度変化が相殺されるため、本発明の薄膜共振器の共振周波数fは、圧電体膜が真空に接する薄膜共振器よりも温度による変化が小さくなる。

また、本発明の薄膜共振器では、使用中に共振器本体に発生する熱が接触液を通して外部に排出される。そのため、薄膜共振器の温度変化そのものを抑制することができるため、共振周波数fの温度変化を一層抑制することができる。

更に、本発明により、スプリアスモードの影響を受けない薄膜共振器を得ることができる。これは、スプリアスモードが圧電体膜に平行な方向に伝播する板波や表面波から成るため、これらの波の振動が接触液中に漏洩することにより、横波の基本モードに対するスプリアスモードを減衰させることができるからである。

通常、液体は気体よりも粘性係数が数桁大きい。例えば、温度が25℃であって常圧である場合において、空気の粘性係数は1.82×10^-5Pa・sであるのに対して、水の粘性係数は空気の約50倍の8.90×10^-4Pa・sである。そして、その粘性係数の温度による変化もそれに応じて大きい。また、熱伝導率及び縦波伝播特性に関しても、当然、気体よりも密度の高い液体はそれらの値が高い。液体がこのような一般的特性を有するため、本発明において用いる接触液には、通常考え得るほとんどの液体を用いることができる。

薄膜共振器本体のQ値を高くするためにできるだけ粘性係数が小さく、しかも共振周波数の温度変化を抑制するために粘性係数の温度変化が十分に大きい接触液を用いることが望ましい。また、接触液は化学的に不活性であることが望ましい。

本発明で用いる接触液として好適な例の１つに、シリコーンオイルがある。シリコーンオイルはその成分の高分子が有する側鎖の種類により粘性係数の絶対値や温度依存性が異なる。そのため、シリコーンオイルは、用いる圧電体膜の材料に応じて適切なものを選択することができる、という利点を有する。また、シリコーンオイルは化学的に不活性であるという利点も有する。

本発明に係る薄膜共振器の一実施例であるFBARを、図２〜図８を用いて説明する。
(1)本実施例のFBARの構成
図２は本実施例のFBAR１０の縦断面図である。シリコンから成るSi基板１１は、その中央にそれを貫通する空洞１２を有する。Si基板１１の上に下部電極１３を設け、その上にZnOから成るZnO薄膜１４を設け、ZnO薄膜１４の上に上部電極１５を設ける。ZnO薄膜１４は、[0001]方向が薄膜の面内の１方向（図２では左右方向）に配向している。以下では、このような配向を「平行配向」と呼ぶ。

これらSi基板１１、ZnO薄膜１４及び上下の電極は、接触液１６と共に容器１７内に封入されている。ZnO薄膜１４、下部電極１３及び上部電極１５の露出面は接触液１６に接触している。また、下部電極１３及び上部電極１５の一端は容器１７に設けた端子１８１及び１８２に接続されている。容器１７の材料には接触液１６に浸食されない絶縁体を用いる。

本実施例では、接触液１６にKF-54シリコーンオイル（本実施例１）、KF-96-10csシリコーンオイル（本実施例２）及びKF-96L-1csシリコーンオイル（本実施例３）（いずれも信越化学工業製）をそれぞれ用いた３種類のFBARを作製した。これらのシリコーンオイルの特性を表１に示す。

ここで、動粘度は粘性係数η_lを密度ρ_lで除したものであり、表１に挙げた値は25℃におけるものである。粘度温度係数は次式

で表される。粘度温度係数が大きいほど、温度による粘度の変化は大きい。

(2)本実施例のFBAR１０の製造方法
本実施例のFBAR１０の製造方法を、図３及び図４を用いて説明する。ここではまず、(i)図３を用いてFBARの製造方法の全体の流れを説明した後に、(ii)図４を用いてZnO薄膜１４を作製する方法を説明する。
(i) FBARの製造方法
まず、Si基板１１の表面に、下部電極１３を形成する領域に窓を設けたマスク２１を形成し、その上から下部電極金属を蒸着する（図３(a)）ことにより下部電極１３を作製する。マスク２１を除去した(b)後、Si基板１１及び下部電極１３の上に、(ii)で述べる方法を用いてZnO薄膜１４を作製する(c)。更にその上に、上部電極１５を形成する領域に窓を設けたマスク２２を形成し、その上から上部電極金属を蒸着する(d)ことにより上部電極１５を作製する。マスク２２を除去した(e)後、Si基板１１のうちZnO薄膜１４の中央付近の領域においてSiを選択的にエッチングすることにより空洞１２を形成する(f)。こうして得られたFBARの本体を、別途作製した容器１７内に固定し、容器１７内に接触液１６を注入した後に容器１７を封じる。これにより、本実施例のFBAR１０が得られる(g)。

(ii) ZnO薄膜１４の作製方法（図３(c)の工程）
ZnO薄膜１４は、図４に示すマグネトロンスパッタリング装置３０を用いて作製した。まず、マグネトロンスパッタリング装置３０の構成を説明する。この装置は、成膜室３１の下部にマグネトロン回路３２及び陰極３３を、上部に陽極３４を設けたものである。陽極３４の直下には、陰極３３及び陽極３４の中心を結ぶ線（図中の一点鎖線）から外れた位置に、この線に対して傾斜して基板３８を配置する基板台３５が設けられている。陰極３３の上に、ZnO薄膜１４の原料となるZnOターゲット３６を載置する。また、成膜室３１にアルゴン(Ar)ガス及び酸素(O₂)ガスのガス源３７を接続する。
ZnO薄膜１４の作製方法を説明する。図３(b)に示した、Si基板１１の表面に下部電極１３を形成したもの（基板３８）を、下部電極１３が下側になるように基板台３５に取り付ける。成膜室３１内にArガス及びO₂ガスを導入し、陰極３３に高周波電力を供給する。これにより成膜室３１内に高周波電磁場が形成され、それによりArガス及びO₂ガスが電離して電子を放出する。この電子はZnOターゲット３６近傍の電界及び磁界によりトロイダル曲線を描きながら運動し、これによりZnOターゲット３６の近傍にプラズマが発生してZnOターゲット３６がスパッタされる。スパッタされたZnOは陽極３４に向かう一軸方向の流れ（原料流３９）を形成し、この原料流３９が基板３８の表面に達してZnOがこの表面に堆積する。この時、基板３８を前述のように傾斜して配置したことにより、基板３８にその面に平行な１方向の温度勾配が形成され、それにより平行配向のZnO薄膜１４が形成される。

(3)本実施例のFBAR１０の特性の測定結果
本実施例１〜３のFBAR１０について、アドミタンス特性、及び共振周波数の温度変化を測定した。併せて、比較例として、本実施例の接触液１６の代わりに空気１９を容器１７内に充填したもの（比較例１、図５(a)）、本実施例のZnO薄膜１４の代わりに[0001]方向が膜面に垂直な方向に配向（以下、「垂直配向」と呼ぶ）したZnO薄膜を用いたもの（比較例２、図５(b)）、及び比較例２の接触液１６の代わりに空気１９を容器１７内に充填したもの（比較例３、図５(c)）を作製し、同様の測定を行った。下部電極１３と上部電極１５の間に交流電圧を印加すると、本実施例及び比較例１のFBARでは膜面に平行な方向に振動する横波の定在波がZnO薄膜１４内に形成されるのに対して、比較例２及び比較例３のFBARでは膜面に垂直な方向に振動する縦波の定在波がZnO薄膜１４内に形成される。本実施例１〜３、比較例１〜３のいずれも、ZnO薄膜１４の厚さは6.5μm、下部電極及び上部電極の厚さをそれぞれ0.15μmとした。なお、本実施例１〜３、比較例１〜３のいずれも、Si基板１１のない状態で測定を行った。

図６に、本実施例３のFBAR１０及び比較例１〜３のFBARのアドミタンス特性の測定結果を示す。比較例２の接触液１６には、本実施例３と同じKF-96L-1csシリコーンオイルを用いた。共振周波数は、本実施例３及び比較例１のFBARでは約200MHz、比較例２及び比較例３のFBARでは約450MHzである。縦波の定在波が形成される比較例２及び比較例３では、空気１９（比較例３）の代わりに接触液１６（比較例２）を用いるとアドミタンスが1桁低下した。これは、比較例２の場合には、垂直配向のZnO薄膜１４を用いた場合に形成される縦波の振動が接触液１６により減衰してしまうためである。それに対して、横波の定在波が形成される本実施例３及び比較例１では、空気１９（比較例１）の代わりに接触液１６（本実施例３）を用いた場合のアドミタンスの低下は、縦波の場合よりも抑えられている。これは、本実施例３では横波の振動が接触液１６により減衰しないためであると考えられる。
なお、比較例２及び３において200MHz付近に見られるピークは、ZnO薄膜の[0001]軸が薄膜に垂直な方向からわずかに傾斜していることにより生じる横波によるものである。同様に、比較例１においても440MHz付近に、[0001]軸が薄膜に平行な方向からわずかに傾斜していることにより生じた縦波によるピークが見られるが、本実施例３ではこの縦波の振動は接触液１６により減衰するため観測されない。また、本実施例３及び比較例１〜３において600MHz付近に見られるピークは、横波振動の３次モードによるものである。

図７に、本実施例３及び比較例１について、共振周波数付近のアドミタンス特性のグラフの拡大図を示す。図７には、比較例１においてメインピークに多数のスプリアスモードが重畳されていることが示されている。それに対して本実施例３ではスプリアスモードによるピークは見られない。これは、本実施例ではスプリアスモードの中で圧電体膜に平行な方向以外に変位成分を持つ音波が接触液中に漏洩し、スプリアスモード振動が減衰することによる。

図８に、本実施例１〜３及び比較例１のFBARにおける共振周波数の温度による変化を測定した結果をグラフで示す。比較例１では測定を行った全温度範囲において、負の傾きを持つ一次関数で表される変化を示した。その対温度変化を表すTCF（Temperature coefficient of Frequency）の値は31.4ppm/℃である。ここでTCFは、このグラフの傾きを、基準温度（この例では25℃とした）における共振周波数の値で除したものである。それに対して本実施例３ではTCF値は24.3ppm/℃、本実施例２ではTCF値は19.7ppm/℃であり、いずれも比較例１よりも温度変化が小さい。更に、本実施例１では、25℃〜50℃の温度範囲において、共振周波数はほとんど変化しない。また、50℃〜80℃の温度範囲においては、他の例と同様に共振周波数は負の傾きを持つ一次関数で表される変化を示すが、TCF値は16.0ppm/℃であり、比較例１のものよりも小さい。以上より、測定を行った全温度範囲において、本実施例１〜３のFBAR１０はいずれも比較例１のFBARよりも温度変化に対する安定性が高いといえる。また、本実施例１、本実施例２及び本実施例３を比較すると、接触液１６の粘度温度係数が高くなるほど温度安定性がより高くなるといえる。

本発明に係る薄膜共振器の他の実施例を図９〜図１１に示す。
図９に示すFBAR１０ａは、容器１７を用いずに、蓋４１を用いて空洞１２にのみ接触液１６を封入したものである。それ以外の構成はFBAR１０と同様である。このFBAR１０’では、共振器本体はZnO薄膜１４の一部及び下部電極１３の一部のみが接触液１６に接触する。このように共振器本体の一部のみが接触液に接触しているだけでも、共振周波数の対温度変化及びスプリアスモードを抑制するという本発明の効果を得ることができる。但し、より強くこれらの効果を得るためには、FBAR１０のように、共振器本体のうちのより広い部分が接触液に接触することが望ましい。

図１０に示すFBAR１０ｂは、ZnO薄膜１４の代わりに、[0001]方向が膜面に平行な１方向に配向したZnO薄膜１４１と、ZnO薄膜１４１とは180°異なる方向に[0001]方向が配向したZnO薄膜１４２の積層体１４’を設けたものである。それ以外の構成はFBAR１０と同様である。このFBAR１０ｂと前述のFBAR１０を比較すると、FBAR１０ではZnO薄膜１４の厚さの２倍の波長を有する１次モードの定在波が形成されるのに対して、FBAR１０ｂでは積層体１４’の厚さと同じ長さの波長を有する２次モードの定在波が形成されるため、ZnO薄膜１４と積層体１４’の厚さが同じであれば、FBAR１０ｂの共振周波数はFBAR１０のそれの２倍になる。従って、FBAR１０ｂにより、共振器の機械的強度を低下させることなく、FBAR１０よりも高い共振周波数を得ることができる。
また、積層体１４’を更に複数積層させたものをZnO薄膜１４の代わりに用いることもできる。その厚さをZnO薄膜１４と同じ厚さにすることにより、更に共振周波数を高めることができる。

図１１に、本発明の他の実施例であるSMR（Solidly Mounted Resonator）５０を示す。このSMR５０は、[0001]方向が膜面に平行な１方向に配向したZnO薄膜５４の上下に下部電極５３及び上部電極５５を有し、下部電極５３の下には、SiO₂から成る低音響インピーダンス層５１１とMoから成る高音響インピーダンス層５１２を交互に多数積層した音響多層膜５１を有する。低音響インピーダンス層５１１及び高音響インピーダンス層５１２はいずれも、ZnO薄膜５４の厚さにより定まる共振周波数を有する超音波の、その層内における波長の1/4倍の厚さを有する。そして、これらZnO薄膜５４、下部電極５３、上部電極５５及び音響多層膜５１は容器５７内に配置され、上部電極５５に、FBAR１０で用いたものと同じ接触液５６を接触させている。
SMR５０では、電極間に交流電圧を印加することにより生じるZnO薄膜５４からの超音波は、各低音響インピーダンス層５１１と高音響インピーダンス層５１２の境界で反射され、それら反射波は互いに同位相になり打ち消し合わない。これにより、ZnO薄膜５４の振動が外部に漏れることが抑えられる。そして、ZnO薄膜５４、下部電極５３、上部電極５５から成る共振器本体のうちの１つの面に接触液が接しているため、FBAR１０と同様の効果を得ることができる。
なお、前述の各種のFBARと同様に、ZnO薄膜５４の代わりに、積層体１４’やそれを複数積層させたものを用いることができる。

ウルツ鉱構造を示す結晶構造図。本発明に係る薄膜共振器の一実施例（FBAR１０）を示す縦断面図。本実施例のFBAR１０の製造方法を示す縦断面図。 c軸が面内に配向したZnO薄膜を製造するための装置を示す縦断面図。比較例のFBARを示す縦断面図。本実施例３及び比較例１〜３のFBARのアドミタンス特性を示すグラフ。図６のグラフの拡大図。本実施例１〜３及び比較例１のFBARにおける共振周波数の温度変化を示すグラフ。本発明の他の実施例である、空洞１２にのみ接触液１６を封入したFBAR１０ａを示す縦断面図。本発明の他の実施例である、積層体１４’を用いたFBAR１０ｂを示す縦断面図。本発明の他の実施例であるSMR５０を示す縦断面図。

符号の説明

１０、１０ａ、１０ｂ…FBAR
１１…Si基板
１２…空洞
１３、５３…下部電極
１４、１４１、１４２、５４…ZnO薄膜
１４’…積層体
１５、５５…上部電極
１６、５６…接触液
１７、５７…容器
１８１、１８２…端子
１９…空気
２１、２２…マスク
３０…マグネトロンスパッタリング装置
３１…成膜室
３２…マグネトロン回路
３３…陰極
３４…陽極
３５…基板台
３６…ZnOターゲット
３７…ガス源
３８…基板
３９…原料流
４１…蓋
５０…SMR
５１…音響多層膜
５１１…低音響インピーダンス層
５１２…高音響インピーダンス層

Claims

a)圧電体膜を上下電極の間に設けて成り、該電極間に交流電圧が印加されると該圧電体膜の厚み方向に伝播する横波の定在波が形成される共振器本体と、
b)温度上昇に伴い粘性係数が低下する特性を有し、前記共振器本体の少なくとも一部に接触する接触液と、
を備えることを特徴とする薄膜共振器。
前記圧電体膜が、ZnO及びAlNのいずれかから成り[0001]方向が膜面に略平行な１方向に配向したものであることを特徴とする請求項１に記載の薄膜共振器。
前記圧電体膜が、ZnO及びAlNのいずれかから成り[0001]方向が膜面に略平行な１方向に配向した第１圧電体膜と、材料及び厚さが第１圧電体膜と同じであり[0001]方向が第１圧電体膜と180°異なる方向に配向した第２圧電体膜と、を重ねた積層体から成ることを特徴とする請求項１に記載の薄膜共振器。
前記積層体が第１圧電体膜及び第２圧電体膜を交互に複数重ねたものであることを特徴とする請求項３に記載の薄膜共振器。
前記接触液がシリコーンオイルであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の薄膜共振器。
前記共振器本体が空洞を有する基板上に固定されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の薄膜共振器。
前記共振器本体が、共振器本体の共振周波数と同じ周波数を有する超音波の波長の1/4の厚さを有し音響インピーダンスの異なる２種類の層が交互に積層して成る音響多層膜に固定されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の薄膜共振器。