專利名稱：電壓控制振蕩器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電壓控制振蕩器。
背景技術(shù)：
近年來，使用薄膜壓電共振子的電壓控制器受到關(guān)注。薄膜壓電共振子(FBARFilm Bulk Acoustic Wave Resonator)為在形成于基板上的空洞上依次形成下部電極、壓電體膜、及上部電極的元件。
這樣的薄膜壓電共振子按與空氣層接觸的下部電極和上部電極與壓電體膜的總厚度為振蕩波長的半波長的條件的頻率產(chǎn)生共振。在1GHz～5GHz的頻率下，其厚度與0.5μm～3μm左右的厚度對應(yīng)。這樣特別對GHz以上的高頻區(qū)域的共振有利。
圖27示出這樣的薄膜壓電共振子的共振頻率附近的阻抗變化。
如圖27所示，阻抗在反共振頻率fA下呈現(xiàn)極大值，在共振頻率fR下呈現(xiàn)極小值。
另外，圖28示出薄膜壓電共振子的共振頻率附近的相位變化。
如圖28所示，在反共振頻率fA以上和共振頻率fR以下的頻率下，相位滯后90°，在反共振頻率fA與共振頻率fR之間的頻率下，相位超前90°。
利用這樣的阻抗特性和相位特性可形成共振電路。
反共振頻率fA和共振頻率fR在與壓電膜的有效機(jī)電耦合系數(shù)k2eff之間存在以下關(guān)系。
k2eff＝(fA2-fR2)/fA2～2(fA-fR)/fA……式(1)因此，由壓電體膜的機(jī)電耦合系數(shù)k2eff決定共振頻率fR與反共振頻率fA的差。
在利用這樣的薄膜壓電共振子形成電壓控制振蕩器的場合，通常串聯(lián)或并聯(lián)地組合使用薄膜壓電共振子和根據(jù)電壓改變?nèi)萘恐档淖內(nèi)荻O管等壓控變?nèi)萜髟?br> 在這樣組合容量成分和薄膜壓電共振子的場合，振蕩頻率處于薄膜壓電共振子單體的共振頻率與反共振頻率之間。該共振頻率范圍的范圍如式(1)所示那樣有效地由機(jī)電耦合系數(shù)k2eff限制。
另外，變?nèi)荻O管的Q值比薄膜壓電共振子的Q值小得多，所以，存在電壓控制振蕩器的Q值下降、相位靜噪增大的問題。
另外，為了擴(kuò)大頻率可變范圍，有時串聯(lián)或并聯(lián)地使用線圈等電抗元件。然而，由于電抗元件的Q值非常低，所以，存在電壓控制振蕩器的Q值進(jìn)一步下降、相位靜噪進(jìn)一步增大的問題。另外，存在電抗元件的經(jīng)時變化大、穩(wěn)定性差的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明就是鑒于上述問題而作出的，其目的在于提供一種頻率穩(wěn)定性高、相位靜噪良好、經(jīng)時變化少、具有寬頻率可變范圍的超小型的新電壓控制振蕩器。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供一種電壓控制振蕩器，其特征在于具有至少1個薄膜壓電共振子、控制電壓電路、及放大器；該至少1個薄膜壓電共振子具有極化方向統(tǒng)一到膜厚方向而且厚度在10μm以下的鈣鈦礦型單晶的強(qiáng)介電體薄膜和將上述強(qiáng)介電體薄膜夾于其間地設(shè)置的薄膜狀的1對電極，根據(jù)上述1對電極間的電壓改變共振頻率；該控制電壓電路在上述1對電極間施加電壓；該放大器連接到上述薄膜壓電共振子，與該共振子一起構(gòu)成振蕩電路。
另外，提供一種電壓控制振蕩器，該電壓控制振蕩器具有多個上述薄膜壓電共振子，上述多個薄膜壓電共振子彈性地接合。
另外，提供一種電壓控制振蕩器，在該電壓控制振蕩器中，上述薄膜壓電共振子為組合多個的平衡電路。
另外，提供一種電壓控制振蕩器，其特征在于具有由第1薄膜壓電共振子和第1放大器構(gòu)成的第1振蕩環(huán)路、由第2薄膜壓電共振子和第2放大器構(gòu)成并與上述第1振蕩環(huán)路電絕緣的第2振蕩環(huán)路、及彈性地接合上述第1薄膜壓電共振子和上述第2薄膜壓電共振子的裝置。
上述彈性接合最好為反相接合。
最好上述多個薄膜壓電共振子串聯(lián)地構(gòu)成串聯(lián)電路，放大器并聯(lián)于上述串聯(lián)電路，以上述多個薄膜壓電共振子的反共振點(diǎn)附近的頻率振蕩。
最好以上述第1和第2薄膜壓電共振子的共振點(diǎn)附近的頻率振蕩。
另外，提供一種電壓控制振蕩器，其中，上述薄膜壓電共振子至少在一方的電極連接規(guī)定容量的電容，構(gòu)成串聯(lián)或并聯(lián)電路，上述電路的共振頻率可根據(jù)加到上述薄膜壓電共振子的上述1對電極間的電壓改變。
另外，最好上述電壓控制電路產(chǎn)生直流電壓。
另外，上述強(qiáng)介電體薄膜為以鈦酸鋇或鈦酸鋯酸鉛為主成分的外延生長膜。
另外，本發(fā)明提供一種電壓控制振蕩器，其特征在于具有第1薄膜壓電共振子、第2薄膜壓電共振子、控制電壓電路、及放大器；該第1薄膜壓電共振子包括極化方向統(tǒng)一到膜厚方向而且厚度在10μm以下的鈣鈦礦型單晶的第1強(qiáng)介電體薄膜和將上述第1強(qiáng)介電體薄膜夾于其間地設(shè)置的薄膜狀的第1和第2電極；該第2薄膜壓電共振子包括極化方向統(tǒng)一到膜厚方向而且厚度在10μm以下的鈣鈦礦型單晶的第2強(qiáng)介電體薄膜和與上述第2電極一起將上述第2強(qiáng)介電體薄膜夾于其間地設(shè)置的薄膜狀的第3電極，在上述第1薄膜壓電共振子沿膜厚方向疊層，將上述第2電極作為共用電極；該控制電壓電路在上述電極間施加電壓；該放大器連接到上述第1和第2薄膜壓電共振子，構(gòu)成振蕩電路。
在該場合，最好具有包含上述第1和第2強(qiáng)介電體薄膜及上述第1電極～第3電極在內(nèi)的厚度為振蕩波長的1/4波長的基本共振頻率。
另外，本發(fā)明提供一種電壓控制振蕩器，其特征在于具有基板、第1薄膜壓電共振子、第2薄膜壓電共振子、控制電壓電路、及放大器；該第1薄膜壓電共振子設(shè)于上述基板上，包括極化方向統(tǒng)一到膜厚方向而且厚度在10μm以下的鈣鈦礦型單晶的強(qiáng)介電體薄膜和將上述第1強(qiáng)介電體薄膜夾于其間地設(shè)置的薄膜狀的第1和第2電極；該第2薄膜壓電共振子在上述基板上鄰接于上述第1薄膜壓電共振子，與上述第1薄膜壓電共振子共有上述強(qiáng)介電體膜，包括將上述強(qiáng)介電體膜夾于其間地設(shè)置的薄膜狀的第3和第4電極；該控制電壓電路在上述電極間施加電壓；該放大器連接到上述第1和第2薄膜壓電共振子，構(gòu)成振蕩電路。
另外，本發(fā)明提供一種電壓控制振蕩器，其中具有多個電壓控制振蕩器、按不同的頻率使上述多個電壓控制振蕩器振蕩的裝置、及連接到上述多個電壓控制振蕩器并輸出上述電壓控制振蕩器的輸出頻率的差的乘法器；該多個電壓控制振蕩器具有至少1個薄膜壓電共振子、控制電壓電路、及放大器；該至少1個薄膜壓電共振子具有極化方向統(tǒng)一到膜厚方向而且厚度在10μm以下的鈣鈦礦型單晶的強(qiáng)介電體薄膜和將上述強(qiáng)介電體薄膜夾于其間地設(shè)置的薄膜狀的1對電極，根據(jù)上述1對電極間的電壓改變共振頻率；該控制電壓電路在上述1對電極間施加電壓；該放大器連接到上述薄膜壓電共振子，與該共振子一起構(gòu)成振蕩電路。
在該場合，最好與上述薄膜壓電共振子構(gòu)成串聯(lián)或并聯(lián)電路地具有可選擇地連接的多個電容器，通過與上述電容器的至少1個的組合，控制共振頻率。
作為變形，最好與規(guī)定電容構(gòu)成串聯(lián)或并聯(lián)電路地具有可選擇地連接的多個薄膜壓電共振子，通過與上述薄膜壓電共振子的至少1個的組合，控制共振頻率。
另外，本發(fā)明提供一種電壓控制振蕩器，其特征在于具有基板、薄膜壓電共振子、開關(guān)元件、控制電壓電路、及放大器；該薄膜壓電共振子設(shè)于上述基板上，包括極化方向統(tǒng)一到膜厚方向而且厚度在10μm以下的鈣鈦礦型單晶的強(qiáng)介電體薄膜和將上述強(qiáng)介電體薄膜夾于其間地設(shè)置的薄膜狀的第1和第2電極；該開關(guān)元件在上述基板上鄰接于上述薄膜壓電共振子，與上述薄膜壓電共振子共有上述強(qiáng)介電體薄膜，包括將上述強(qiáng)介電體薄膜夾于其間地設(shè)置的薄膜狀的電極，將上述強(qiáng)介電體薄膜作為壓電促動器；該控制電壓電路在上述第1和第2電極間施加電壓；該放大器連接到上述第1和第2薄膜壓電共振子，構(gòu)成振蕩電路。


圖1示出用于本發(fā)明實(shí)施形式1的薄膜壓電共振子的斷面圖。
圖2為示出本發(fā)明實(shí)施形式1的薄膜壓電共振子的控制電壓與共振頻率的關(guān)系的圖。
圖3為示出本發(fā)明實(shí)施形式1的平衡型電壓控制振蕩器的塊電路圖。
圖4為示出本發(fā)明實(shí)施形式1的平衡型電壓控制振蕩器的等價電路圖。
圖5為示出本發(fā)明實(shí)施形式2的平衡型薄膜壓電共振子的斷面圖。
圖6為示出本發(fā)明實(shí)施形式3的平衡型薄膜壓電共振子的斷面圖。
圖7為示出本發(fā)明實(shí)施形式3的平衡型薄膜壓電共振子的斷面圖。
圖8為示出本發(fā)明實(shí)施形式4的平衡型電壓控制振蕩器的塊電路圖。
圖9為示出本發(fā)明實(shí)施形式4的平衡型電壓控制振蕩器的等價電路圖。
圖10為示出本發(fā)明實(shí)施形式5的電壓控制振蕩器的塊電路圖。
圖11為示出本發(fā)明實(shí)施形式6的電壓控制振蕩器的等價電路圖。
圖12為示出本發(fā)明實(shí)施形式6的電壓控制振蕩器的塊電路圖。
圖13為示出本發(fā)明實(shí)施形式6電壓控制振蕩器的控制電壓與振蕩頻率的關(guān)系的圖。
圖14為示出本發(fā)明實(shí)施形式6電壓控制振蕩器的安裝形式的示意斷面圖。
圖15為示出本發(fā)明實(shí)施形式7電壓控制振蕩器的塊電路圖。
圖16為示出本發(fā)明實(shí)施形式8電壓控制振蕩器的塊電路圖。
圖17為示出本發(fā)明實(shí)施形式8電壓控制振蕩器的控制電壓與振蕩頻率的關(guān)系的圖。
圖18為示出本發(fā)明實(shí)施形式9電壓控制振蕩器的塊電路圖。
圖19為示出本發(fā)明實(shí)施形式10電壓控制振蕩器的塊電路圖。
圖20為示出用于本發(fā)明實(shí)施形式10的對稱梯子型帶通濾波器的電路圖。
圖21為示出在本發(fā)明實(shí)施形式10的帶通濾波器的薄膜壓電共振子的阻抗特性的曲線圖。
圖22為示出在本發(fā)明實(shí)施形式10的帶通濾波器的通過電力特性的曲線圖。
圖23為示出用于本發(fā)明實(shí)施形式10的對稱格子型帶通濾波器的電路圖。
圖24為示出本發(fā)明實(shí)施形式11的電壓控制振蕩器的薄膜壓電共振子與壓電開關(guān)元件的示意斷面圖。
圖25為本發(fā)明實(shí)施形式12的電壓控制振蕩器的等價電路圖。
圖26為示出本發(fā)明實(shí)施形式12電壓控制振蕩器的控制電壓與振蕩頻率的關(guān)系的曲線圖。
圖27為示出現(xiàn)有薄膜壓電共振子的阻抗特性的曲線圖。
圖28為示出現(xiàn)有薄膜壓電共振子的相位特性的曲線圖。
具體實(shí)施例方式
下面，根據(jù)附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施形式。本發(fā)明不限于以下實(shí)施形式，可進(jìn)行各種變形。
本發(fā)明者關(guān)于將強(qiáng)介電體用作薄膜壓電共振子的壓電體使用從理論和實(shí)驗的較寬的面反復(fù)進(jìn)行了討論。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，強(qiáng)介電體材料本質(zhì)上具有通過外加電場而使音速大幅度變化的性質(zhì)，通過滿足幾個條件，對強(qiáng)介電體外加控制電壓，可改變振蕩頻率。
具體地說，用作壓電體的強(qiáng)介電體材料需要為極化方向統(tǒng)一到膜厚方向的單晶膜。為了充分獲得強(qiáng)介電體膜的壓電性而且通過外加電壓使頻率可變，需要使強(qiáng)介電體膜的極化方向統(tǒng)一到膜厚方向。為此，最好由外延生長形成單晶。
另外，強(qiáng)介電體膜的厚度需要在10μm以下。最好為3μm以下。為了擴(kuò)大頻率可變范圍，需要使加到強(qiáng)介電體的電場較大，當(dāng)考慮可由移動體通信設(shè)備利用的電壓為3V左右時，膜厚需要在10μm以下。
可提供通過將該強(qiáng)介電體膜夾入到1對電極間、改變加到電極間的電壓而對振蕩頻率進(jìn)行調(diào)制的電壓控制振蕩器。
這樣的電壓控制振蕩器使強(qiáng)介電體膜的共振頻率本身改變，所以，不依照機(jī)電耦合系數(shù)即可決定頻率可變范圍。另外，可獲得不需要集成化難、Q值低的變?nèi)荻O管的電路構(gòu)成。
另外，相對控制電壓，電壓控制振蕩器的共振頻率變化率可增大某種程度。當(dāng)考慮到通常的攜帶無線設(shè)備的動作電壓在3V左右以下時，至少可實(shí)現(xiàn)0.01％/V以上的變化率，最好可實(shí)現(xiàn)0.02％/V以上的變化率。
為了實(shí)現(xiàn)該變化率，最好使用外延生長的鈦酸鋇或PZT等強(qiáng)介電體。
本發(fā)明者等發(fā)現(xiàn)，在鈦酸鋇的場合，通過在與約2GHz的振蕩頻率對應(yīng)的1μm的膜厚的強(qiáng)介電體膜外加3V的偏壓，可實(shí)現(xiàn)約0.5％的共振頻率變化。
因此，通過將鈦酸鋇用作壓電體，可構(gòu)成Q值非常高的振蕩電路。此時振蕩頻率的可變范圍由(不在共振·反共振頻率間)共振頻率的可變范圍決定，所以，可構(gòu)成相對電路常數(shù)和噪聲穩(wěn)定的(低噪聲的)電壓控制振蕩器。
(實(shí)施形式1)圖1示出用于本發(fā)明實(shí)施形式1的電壓控制振蕩器的薄膜壓電共振子的斷面圖。
該電壓控制振蕩器將在硅基板1上外延生長的鈦酸鋇強(qiáng)介電體膜7用作壓電體薄膜4。作為夾住該壓電體薄膜4地形成的1對電極3、5使用銥(Ir)電極。由該強(qiáng)介電體薄膜4和夾著其的1對電極3和4形成薄膜壓電共振子。
該薄膜壓電共振子是這樣形成的，即，在硅基板1上外延生長SrRuO3腐蝕替代層8，在其上外延生長電極3、鈦酸鋇強(qiáng)介電體膜7、及銥上部電極5。此后，除去成為共振部6的部分的下方的腐蝕替代層8，形成空洞2。
在該電壓控制振蕩器中，通過在1對電極3、4之間外加交流電壓而由壓電反效果產(chǎn)生交變應(yīng)力，激勵起厚度縱模的彈性振動的共振。
當(dāng)從控制電壓電路9在1對電極3、4間外加與控制電壓Vc相當(dāng)?shù)闹绷髌珘簳r，由于強(qiáng)介電體內(nèi)的音速變化，所以，可改變共振頻率和反共振頻率。
圖2示出在該薄膜壓電共振子測定相對控制電壓的共振頻率和反共振頻率的結(jié)果。在該場合，使強(qiáng)介電體膜7的膜厚為1100nm，使下部電極3的膜厚為100nm，使上部電極5的膜厚為150nm。
由圖2可知，當(dāng)作為控制電壓Vc使直流電壓在0.2V～3.0V變化時，共振頻率在1.995GHz～2.0055GHz變化，反共振頻率在2.85GHz～2.951GHz變化。即，兩頻率都觀測到約0.20％/V的變化率。另外，作為Q值，可獲得900這樣非常高的值，可進(jìn)行相位靜噪少的振蕩。
圖3示出使用2個薄膜壓電共振子的平衡型電壓控制振蕩器110的基本塊電路圖。
如圖3所示，在串聯(lián)2個反轉(zhuǎn)型放大器111和112的振蕩環(huán)路內(nèi)并聯(lián)1對薄膜壓電共振子113和114的串聯(lián)電路119。薄膜壓電共振子113具有電極115和116，薄膜壓電共振子114具有電極117和118。
通過在電極115和117外加控制電壓Vcont，可改變薄膜壓電共振子113和114的反共振頻率，可改變振蕩器110的輸出頻率。此時電極116和118處于反相關(guān)系。
在該平衡型電壓控制振蕩器中，在薄膜壓電共振子113和114的阻抗取最大值的反共振頻率附近，振蕩電路的環(huán)路增益最大，產(chǎn)生振蕩。
圖4示出由CMOS反相器形成圖3所示反轉(zhuǎn)型放大器111和112時的等價電路120。
如圖4所示，由P型MOS晶體管121和N型MOS晶體管122形成CMOS反相器，同樣，由P型MOS晶體管123和N型MOS晶體管124形成另一個CMOS反相器。單側(cè)的CMOS反相器的輸出通過直流斷路用的電容器127連接到CMOS反相器的輸入。在兩CMOS反相器外加電源電壓Vdd。
在該CMOS反相器的環(huán)路并聯(lián)以串聯(lián)方式連接的1對薄膜壓電共振子125和126的串聯(lián)電路119。另外，在輸出Vout連接輸出緩沖放大器128和129。
使用這樣的CMOS反相器的平衡型電壓控制等價電路120適合在2GHz帶10MHz以下的頻率可變范圍的用途，Q值非常高。
該平衡型電壓控制振蕩器使用1對薄膜壓電共振子，各共振子的成為反相關(guān)系的電極連接到平衡型振蕩環(huán)路，可輸出適合于平衡型電壓控制振蕩器的同一頻率而且反相的2個輸出。
(實(shí)施形式2)圖5示出本發(fā)明實(shí)施形式2的1對薄膜壓電共振子130的斷面圖。
該共振子適合用于平衡型電壓控制振蕩器，1對薄膜壓電共振子為了統(tǒng)一振蕩，相互彈性地接合。作為彈性接合的薄膜壓電共振子，具有在膜厚方向疊層的被稱為所謂疊層晶體濾波器的構(gòu)造或在面內(nèi)方向接合的被稱為所謂的單片晶體濾波器的構(gòu)造。本實(shí)施形式為疊層晶體構(gòu)造。
如圖5所示，薄膜壓電共振子可這樣制成，即，在硅基板1上使SrRuO3腐蝕替代層8外延生長，在其上使銥下部電極133、鈦酸鋇強(qiáng)介電體膜134、銥中間電極135、鈦酸鋇強(qiáng)介電體膜136、及銥上部電極137外延生長，此后，除去成為共振部138的部分的下面的腐蝕替代層8，形成空洞132。
該平衡型薄膜壓電共振子將由下部電極133、強(qiáng)介電體膜134、及中間電極135構(gòu)成的第1薄膜壓電共振子130a和由中間電極135、強(qiáng)介電體膜136、及上部電極137構(gòu)成的第2薄膜壓電共振子130b疊層，共用中間電極135，非常強(qiáng)彈性地連接2個薄膜壓電共振子。
從下部電極133到通用的中間電極135的厚度與振蕩頻率的1/4波長相當(dāng)，同樣，從中間電極135到上部電極137的厚度與振蕩頻率的1/4波長相當(dāng)。因此，從下部電極133到上部電極137的厚度成為振蕩頻率的半波長地產(chǎn)生共振。即，使用具有振蕩頻率的2倍的基本共振頻率的2個薄膜壓電共振子。
如圖5所示，厚度方向的相位分布P1的上部電極137和下部電極133成為反相位。通過將該1對薄膜壓電共振子設(shè)置于例如圖4所示電壓控制振蕩器120的節(jié)點(diǎn)N1和N2之間，可形成優(yōu)良的平衡型電壓控制振蕩器。
用于平衡型電壓控制振蕩器的1對薄膜壓電共振子為了實(shí)現(xiàn)高Q值的振蕩，要求盡可能統(tǒng)一共振特性統(tǒng)一的薄膜壓電共振子，但現(xiàn)實(shí)上成膜條件等微少偏差使共振頻率等產(chǎn)生一些差別，該差別使振蕩特性惡化。
因此，彈性接合1對薄膜壓電共振子，作為實(shí)質(zhì)上同一共振子使其共振，這樣，可獲得純度非常高的共振特性，在平衡型電壓控制振蕩器中，可使2個輸出的特性完全平衡。
而且，通過改變外加于中間電極135和節(jié)點(diǎn)N1、N2之間的直流偏壓Vcont，可穩(wěn)定地改變振蕩頻率。
(實(shí)施形式3)圖6和圖7示出本發(fā)明實(shí)施形式3的1對薄膜壓電共振子的斷面圖。該共振子適合構(gòu)成平衡型電壓控制共振器。
共振子具有在面內(nèi)方向彈性接合的單片晶體濾波器構(gòu)造。
作為鄰接于壓電膜面內(nèi)設(shè)置的薄膜壓電共振子相互的連接模式，在體縱振動中，具有鄰接的共振子成為反相(negative phase sequence)的反對稱模式(斜對稱模式或A模式)和成為相同相位(common modephase)的對稱模式(S模式)。任一模式的選擇根據(jù)電極間隔和電極尺寸、壓電體的彈性基體、周圍的約束條件等進(jìn)行。
使用該平衡型電壓控制振蕩器，2個共振子使用同一強(qiáng)介電體膜，彈性接合地鄰接于面內(nèi)設(shè)置。
這樣，完全彈性地接合，在同一頻率下振動，而且可構(gòu)成反相位的輸出。
圖6為使用對稱模式的場合的單片晶體濾波器構(gòu)造配置的斷面模式圖。
如圖6所示，在形成于硅基板141上的空洞142上形成下部電極144、下部電極145、強(qiáng)介電體膜143、上部電極146、及上部電極147。它們成為薄膜壓電共振子140A、140B。
由下部電極144、強(qiáng)介電體膜143、及上部電極146構(gòu)成的第1薄膜壓電共振子140A和由下部電極145、強(qiáng)介電體膜143、上部電極147構(gòu)成的第2薄膜壓電共振子140B鄰接地設(shè)置。
另外，如圖6所示，面內(nèi)的相位分布P2使2個薄膜壓電共振子為相同相位地強(qiáng)彈性連接薄膜壓電共振子。P1示出膜厚方向的相位分布。
因此，分別將成為反相位的上部電極146和下部電極145連接到圖4所示電路的節(jié)點(diǎn)N1和N2，在上部電極147與下部電極144之間加控制電壓Vc，從而可形成優(yōu)良的平衡型電壓控制振蕩器。
圖7為使用反對稱模式的場合的單片晶體濾波器構(gòu)造配置的1對薄膜壓電共振子150的斷面模式圖。
如圖7所示那樣，在形成于硅基板151上的空洞152上，形成下部電極153、強(qiáng)介電體膜154、上部電極155、及上部電極156。由它們形成薄膜壓電共振子。
鄰接地設(shè)置由下部電極153、強(qiáng)介電體膜154、及上部電極155構(gòu)成的第1薄膜壓電共振子150A和由下部電極153、強(qiáng)介電體膜154、上部電極155、及上部電極156構(gòu)成的第2薄膜壓電共振子150B。
另外，如圖7所示，面內(nèi)的相位分布P2使2個薄膜壓電共振子為反相位地強(qiáng)彈性連接薄膜壓電共振子。P1示出膜厚方向的相位分布。
因此，分別將處于反相位關(guān)系的上部電極155和上部電極157連接到圖4所示振蕩電路的N1和N2節(jié)點(diǎn)，在通用的下部電極153加控制電壓Vc，從而可形成優(yōu)良的平衡型電壓控制振蕩器。
薄膜壓電共振子的構(gòu)造不限于圖5～圖7所示構(gòu)造。在滿足設(shè)置彈性接合的至少1對薄膜壓電共振子、將各薄膜壓電共振子的成為反相的電極連接到振蕩環(huán)路的互補(bǔ)的連接點(diǎn)N1和N2這樣的條件的基礎(chǔ)上，可進(jìn)行各種各樣的變化。
例如，也可為設(shè)置布喇格反射層代替設(shè)于共振部下的空洞的所謂實(shí)心安裝共振子等。
(實(shí)施形式4)圖8為本發(fā)明第4實(shí)施形式的平衡型電壓控制振蕩器160的電路圖。
該平衡型電壓控制振蕩器形成由反轉(zhuǎn)型放大器161和薄膜壓電共振子163構(gòu)成的第1振蕩環(huán)路160A和由反轉(zhuǎn)型放大器162和薄膜壓電共振子164構(gòu)成的第2振蕩環(huán)路160B，薄膜壓電共振子163和薄膜壓電共振子164彈性地按反相關(guān)系接合。
另外，薄膜壓電共振子的兩端通過電容器165、166、167、及168接地，這是為了作為無源元件整體使相位反轉(zhuǎn)、與反相放大器一起使作為振蕩條件的環(huán)路整體的相位回轉(zhuǎn)角為2π。
在該基本塊160的電路構(gòu)成中，串聯(lián)放大器161、162與薄膜壓電共振子163、164，所以，在薄膜壓電共振子161和162的阻抗成為最小值的的共振頻率附近，振蕩電路的環(huán)路增益最大，產(chǎn)生共振。
圖9示出由NPN雙極晶體管形成圖8的基本塊160的反轉(zhuǎn)型放大器161和162時的等價電路170。
形成由NPN雙極晶體管171和薄膜壓電共振子173構(gòu)成的第1振蕩環(huán)路和由NPN雙極晶體管172和薄膜壓電共振子174構(gòu)成的第2振蕩環(huán)路，薄膜壓電共振子173和薄膜壓電共振子174彈性地按反相關(guān)系接合。
另外，在薄膜壓電共振子173和174一方的電極173a、174a通過電阻器173b、174b外加振蕩頻率可變用的控制電壓Vcont，其另一方的電極處于相互反相的關(guān)系。
使用這樣的電壓控制振蕩器和振蕩電路可構(gòu)成適合于在2GHz帶10MHz以下的頻率可變范圍的用途、Q非常高的平衡型電壓控制振蕩器。
(實(shí)施形式5)圖10示出本發(fā)明實(shí)施形式5的平衡型電壓控制振蕩器的基本塊電路圖180。
該平衡型電壓控制振蕩器將所有反轉(zhuǎn)型放大器181、182、183、及184和薄膜壓電共振子185、186串聯(lián)形成振蕩環(huán)路。薄膜壓電共振子185和186按反相關(guān)系彈性接合。
另外，薄膜壓電共振子185和186的兩端通過電容187、189、188、190接地。這是為了作為各薄膜壓電共振子使相位反轉(zhuǎn)，與反轉(zhuǎn)放大器一起，使作為振蕩條件的環(huán)路整體的相位回轉(zhuǎn)角為2nπ(n為整數(shù))。
在該基本塊180的電路中，反轉(zhuǎn)型放大器181、182、183、及184和薄膜壓電共振子185、186全部串聯(lián)，所以，在薄膜壓電共振子的阻抗取最小值的共振頻率附近，振蕩電路的環(huán)路增益最大，產(chǎn)生振蕩。
圖11示出由CMOS反相器形成圖10所示基本塊180的反轉(zhuǎn)型放大器181、182、183、及184的等價電路。
將所有CMOS反相器201、202、203、及204與薄膜壓電共振子205和206串聯(lián)，構(gòu)成振蕩環(huán)路，彈性地以反相關(guān)系接合薄膜壓電共振子205和206。
另外，在薄膜壓電共振子205、206的一方的電極205a、206a通過電阻器205b、206b從控制電壓電路216加上控制電壓Vcont，其另一方的電極處于相互反相的關(guān)系。
使用這樣的薄膜壓電共振子和振蕩電路可構(gòu)成適合于在2GHz帶10MHz以下的頻率可變范圍的用途、Q非常高的平衡電壓控制振蕩器。
該平衡型電壓控制振蕩器的特征在于形成電絕緣的分別獨(dú)立的2個振蕩環(huán)路，以薄膜壓電共振子的共振點(diǎn)附近的頻率共振。
此時，形成2個振蕩環(huán)路的1對薄膜壓電共振子按相反相位彈性地接合，所以，可實(shí)現(xiàn)在同一頻率具有反相的2個輸出的平衡型電壓控制振蕩器。
另外，2個以上的放大器與1對薄膜壓電共振子全部串聯(lián)，形成1個振蕩環(huán)路，在薄膜壓電共振子的阻抗最小的共振頻率附近振蕩。將在振蕩環(huán)路中成為相反相位的2個節(jié)點(diǎn)N1、N2作為輸出點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)在同一頻率下具有相反相位的2個輸出的平衡型電壓控制振蕩器。
(實(shí)施形式6)圖12為實(shí)施形式6的電壓控制振蕩器210的框圖。
如圖12所示，該電壓控制振蕩器210作為輸入端子具有用于接地的接地端子GND、供給電源電壓Vcc的電源端子Vcc、向薄膜壓電共振子供給控制電壓Vc的控制端子Vc、及輸出振蕩信號的輸出端子Out。
另外，電壓控制振蕩器210包括第1振蕩電路211、第2振蕩電路214、乘法器217、輸出緩沖器213、輸出緩沖器216；該第1振蕩電路211具有薄膜壓電共振子212，產(chǎn)生可相應(yīng)于控制電壓Vc改變的頻率；該第2振蕩電路214具有薄膜壓電共振子215，產(chǎn)生固定頻率；該乘法器217用于輸出第1振蕩電路的頻率與第2振蕩電路的頻率的差，作為混頻器；該輸出緩沖器213確保第1振蕩電路211與乘法器217之間的隔離。
振蕩電路211和214可使用在實(shí)施形式2～實(shí)施形式5中說明的平衡型電壓控制振蕩電路。
圖13示出在薄膜壓電共振子212中測定相對控制電壓的振蕩頻率的結(jié)果。振蕩子具有圖1所示構(gòu)造，強(qiáng)介電體薄膜4的膜厚為230nm，下部電極3的膜厚為25nm，上部電極5的膜厚為50nm，第1振蕩電路211的負(fù)荷容量為9pF。
如圖13所示，控制電壓Vc為0.2V～3.0V時，可獲得6.00±0.045GHz的共振頻率可變范圍。
另外，在薄膜壓電共振子215中，對于圖1所示構(gòu)造，使強(qiáng)介電體薄膜4的膜厚為310nm，下部電極3的膜厚為35nm，上部電極5的膜厚為72nm，這樣，作為不外加控制電壓的場合的第2振蕩電路214的振蕩頻率，獲得了4GHz。
第1振蕩電路211和第2振蕩電路214的輸出分別通過輸出緩沖器213、216輸入到乘法器217，通過輸出兩振蕩電路的輸出的差，可相對振蕩頻率確保較大的可變頻率范圍。
在本實(shí)施形式中，可獲得2GHz±45MHz的輸出頻率?？蓾M足W-CDMA(英語的全拼)用的電壓控制振蕩器要求的特性。
圖14為將上述振蕩電路和乘法器(混頻電路)安裝到同一組件的組件斷面圖。
如圖14所示，在絕緣的Si基板上形成薄膜壓電共振子、用于振蕩電路的電容器、電阻器、電感器等無源元件，構(gòu)成無源芯片220。在該面，搭載有用于搭載2個振蕩電路和輸出緩沖電路的高頻半導(dǎo)體IC221和用于搭載混頻電路的高頻半導(dǎo)體IC222，由封閉樹脂224模制。
主要搭載用于振蕩電路的晶體管和用于輸出緩沖器的晶體管的IC221和主要搭載用于混頻器的晶體管的IC222以裸芯片的狀態(tài)通過泵連接，一體地封閉，形成為模塊223。
通過按疊層芯片的形式模塊化，可形成非常小的以高密度安裝的電壓控制振蕩器。
這樣，具有多個平衡型電壓控制振蕩器，具有用于輸出來自多個電壓控制振蕩器的輸出頻率的差的乘法器，將多個電壓控制振蕩器封閉安裝到同一基板。
(實(shí)施形式7)圖15示出本發(fā)明實(shí)施形式7的電壓控制振蕩器230的框圖。
該電壓控制振蕩器230涉及可輸出RF頻率和IF頻率這樣2種頻率的雙模式的電壓控制振蕩器。
如圖15所示，電壓控制振蕩器230作為輸入端子具有用于接地的接地端子GND、供給電源電壓Vcc的電源端子Vcc、供給第1控制電壓Vc1的控制端子Vc1、供給第2控制電壓Vc2的控制端子Vc2、輸出第1振蕩信號的輸出端子Out1、及輸出第2振蕩信號的輸出端子Out2。
另外，電壓控制振蕩器230具有第1振蕩電路231、輸出緩沖器237、第2振蕩電路232、輸出緩沖器238、第3振蕩電路233、分配器240、輸出緩沖器239；該第1振蕩電路231具有薄膜壓電共振子234，產(chǎn)生可相應(yīng)于控制電壓Vc1改變的頻率；該輸出緩沖器237用于確保第1振蕩電路231與乘法器241間的隔離；該第2振蕩電路232具有薄膜壓電共振子235，用于產(chǎn)生可相應(yīng)于控制電壓Vc2改變的頻率；該輸出緩沖器238用于確保第2振蕩電路232與乘法器間的隔離；該第3振蕩電路233具有薄膜壓電共振子236，用于產(chǎn)生固定頻率；該分配器240將來自第3振蕩電路233的輸出分配到2個乘法器；該輸出緩沖器239用于確保第3振蕩電路233與分配器240間的隔離。乘法器241輸出第1振蕩電路231的頻率與第3振蕩電路233的頻率的差，乘法器242輸出第2振蕩電路232的頻率與第3振蕩電路233的頻率的差。
第1、第2、第3振蕩電路231、232、233可使用在實(shí)施形式2～實(shí)施形式5中說明的任一個平衡型電壓控制振蕩器。
在薄膜壓電共振子234，使強(qiáng)介電體膜的膜厚為230nm，使下部電極的膜厚為25nm，使上部電極的膜厚為50nm，在該場合，控制電壓Vc1為0.2V～3.0V，與其對應(yīng)，可獲得6.00±0.045GHz的共振頻率可變范圍。
在第2薄膜壓電共振子235中，使強(qiáng)介電體膜的膜厚為255nm，使下部電極的膜厚為25nm，使上部電極的膜厚為50nm，在該場合，可獲得4.25GHz的共振頻率。
在第3薄膜壓電共振子236中，使強(qiáng)介電體膜的膜厚為330nm，使下部電極的膜厚為25nm，使上部電極的膜厚為50nm，在該場合，不外加控制電壓即作為第3振蕩電路233的振蕩頻率獲得4GHz。
通過輸出緩沖器和分配器將第1振蕩電路231和第3振蕩電路233的輸出分別輸入到乘法器，輸出兩振蕩電路的輸出的差，可相對振蕩頻率確保相對較大的可變頻率范圍。
這樣，可獲得2GHz±45Hz的輸出頻率。這樣，可大體滿足W-CDMA用電壓控制振蕩器要求的特性。
另外，分別通過輸出緩沖器和分配器將第2振蕩電路232和第3振蕩電路233的輸出輸入到乘法器，輸出兩振蕩電路的輸出的差，從而可獲得大體240MHz的振蕩頻率。在由單一的振蕩電路使該頻率振蕩的場合，需要使電壓控制振蕩器的壓電體的膜厚在5000nm以上，在本實(shí)施形式中，通過使用2個振蕩電路，可由薄得多的強(qiáng)介電體的膜厚獲得相同的頻率，所以，可在短時間完成電壓控制振蕩器的制作時間，同時技術(shù)也明顯容易。
另外，即使在第1、第2振蕩電路231、232獨(dú)立地同時產(chǎn)生2種頻率，也可不如使用電感器和電容器時那樣產(chǎn)生相互作用地進(jìn)行穩(wěn)定的振蕩。
(實(shí)施形式8)圖16示出本發(fā)明實(shí)施形式8的電壓控制振蕩電路240的框圖。
在圖16中，電壓控制振蕩電路240作為輸入端子具有用于接地的接地端子GND、供給電源電壓Vcc的電源端子Vcc、供給控制電壓Vc的控制端子Vc、供給用于切換頻率的開關(guān)控制信號的控制端子Cont、及輸出振蕩信號的輸出端子Out。
另外，電壓控制振蕩電路240具有振蕩電路241和輸出緩沖器244；該振蕩電路241具有薄膜壓電共振子242和切換頻率用的容量調(diào)整電路243，產(chǎn)生可相應(yīng)于控制電壓Vc改變的頻率；該輸出緩沖器244用于確保振蕩電路241與輸出端子Out間的隔離。
在這里，作為振蕩電路的共振元件，使用從薄膜壓電共振子242和容量調(diào)整電路243由相應(yīng)于控制信號開閉的開關(guān)S1～Sn選擇的電容器C1～Cn。
使用在薄膜壓電共振子242的電極間施加與控制電壓Vc相當(dāng)?shù)闹绷髌珘旱难b置和選擇容量調(diào)整電路的容量值的裝置這樣2種裝置，可控制振蕩頻率。
作為包含于容量調(diào)整電路243的電容器C1～Cn的容量，最好可使用例如倍數(shù)系列等由少數(shù)電容器覆蓋較寬的容量變化范圍。
圖17示出薄膜壓電共振子242的控制電壓和共振頻率的關(guān)系。此時，設(shè)強(qiáng)介電體膜的膜厚為110nm，使下部電極的膜厚為15nm，使上部電極的膜厚為20nm，另外，將容量調(diào)整電路的C1～C3分別設(shè)為2pF、4pF、8pF。
如圖17所示，將容量調(diào)整電路的電容器切換到使用C1的場合、使用C2的場合、使用C3的場合、使用C1+C2+C3的場合，控制電壓Vc為0.2V～3.0V，與其對應(yīng)，測定共振頻率時可獲得2.00±0.08GHz的共振頻率可變范圍。
在本實(shí)施形式中，作為電壓控制振蕩器的共振元件，具有薄膜壓電共振子和多個電容器，具有根據(jù)外部控制信號Cont從上述多個電容器選擇特定的電容器地切換的裝置。由使用強(qiáng)介電體的薄膜壓電共振子和根據(jù)外部信號從多個具有固定容量的電容器選擇的電容器構(gòu)成串聯(lián)電路或并聯(lián)電路的共振電路，與頻道選擇相當(dāng)?shù)念l率控制由電容器的選擇進(jìn)行，頻率的微調(diào)通過在電壓控制振蕩器施加控制電壓而具有寬的可變范圍的頻率，另外可實(shí)現(xiàn)因不使用變?nèi)荻O管而具有非常低的相位靜噪的電壓控制振蕩器。
(實(shí)施形式9)圖18示出本發(fā)明實(shí)施形式9的電壓控制振蕩器的框圖。
在圖18中，電壓控制振蕩電路250作為輸入端子具有用于接地的接地端子GND、供給電源電壓Vcc的電源端子Vcc、供給控制電壓Vc的控制端子Vc、供給用于切換頻率的控制信號的控制端子Cont、及輸出振蕩信號的輸出端子Out。
另外，電壓控制振蕩電路250具有振蕩電路251和輸出緩沖器254；該振蕩電路251具有薄膜壓電共振子選擇電路252和固定容量243，產(chǎn)生可相應(yīng)于控制電壓Vc改變的頻率，該薄膜壓電共振子選擇電路252具有多個薄膜壓電共振子F1～Fn；該輸出緩沖器254用于確保振蕩電路251與輸出端子間的隔離。
在這里，作為振蕩電路的共振元件，使用從固定容量253和薄膜壓電共振子選擇電路252由相應(yīng)于控制信號開閉的開關(guān)S1～Sn選擇的薄膜壓電共振子F1～Fn。使用由薄膜壓電共振子選擇電路選擇具有不同的中心共振頻率的薄膜壓電共振子的裝置和在薄膜壓電共振子的電極間施加與控制電壓Vc相當(dāng)?shù)闹绷髌珘旱难b置這樣2種裝置，可控制寬范圍的振蕩頻率。
作為包含于薄膜壓電共振子選擇電路252的薄膜壓電共振子F1～Fn的中心共振頻率，最好例如統(tǒng)一為相等間隔。
在本實(shí)施形式中，使用8個薄膜壓電共振子F1～F8，強(qiáng)介電體膜的膜厚110nm和下部電極的膜厚15nm通用，在15nm～25nm的范圍使上部電極的膜厚按相等間隔變化。結(jié)果，各薄膜壓電共振子的中心共振頻率按8MHz的間隔處于1.972GHz～2.029GHz的范圍，通過進(jìn)一步在上下電極間施加控制電壓，可使各中心共振頻率改變8.5MHzZ，所以，整體上獲得了1.968GHz～2.033GHz的共振頻率可變范圍。
這樣，作為電壓控制振蕩器的共振元件，具有多個薄膜壓電共振子，具有根據(jù)外部控制信號從上述多個薄膜壓電共振子選擇特定的薄膜壓電共振子的裝置。由從使用多個中心共振頻率不同的強(qiáng)介電體的薄膜壓電共振子根據(jù)外部信號選擇的薄膜壓電共振子和具有固定容量的電容器構(gòu)成共振電路，與頻道選擇相當(dāng)?shù)念l率控制由薄膜壓電共振子的選擇進(jìn)行，頻率的微調(diào)通過在薄膜壓電共振子施加控制電壓而具有寬的可變范圍的頻率，另外可實(shí)現(xiàn)使用變?nèi)荻O管而具有非常低的相位靜噪的電壓控制振蕩器。
(實(shí)施形式10)圖19示出本發(fā)明實(shí)施形式10的電壓控制振蕩電路的框圖。
在圖19中，電壓控制振蕩電路260作為輸入端子具有用于接地的接地端子GND、供給電源電壓Vcc的電源端子Vcc、供給控制電壓Vc的控制端子Vc、供給用于切換頻率的開關(guān)控制信號的控制端子Cont、及輸出振蕩信號的輸出端子Out。
另外，電壓控制振蕩電路260具有振蕩電路261、帶通濾波器265、輸出緩沖器264；該振蕩電路261具有薄膜壓電共振子262和頻率切換用的容量調(diào)電路263，產(chǎn)生可相應(yīng)于控制電壓Vc改變的頻率；該帶通濾波器265用于除去輸出振蕩電路261的脈動成分；該輸出緩沖器264用于確保振蕩電路261與帶通濾波器265間的隔離。
在這里，與實(shí)施形式6同樣，作為振蕩電路的共振元件，使用從薄膜壓電共振子262和容量調(diào)電路263由相應(yīng)于控制信號開閉的開關(guān)S1～Sn選擇的電容器C1～Cn。使用在薄膜壓電共振子的電極間施加與控制電壓Vc相當(dāng)?shù)闹绷髌珘旱难b置和選擇容量調(diào)整電路的容量值的裝置這樣2種裝置，可控制振蕩頻率。
圖20示出對稱梯子型的帶通濾波器265。該對稱梯子型的帶通濾波器265為具有2個串聯(lián)的薄膜壓電共振子266的2組與2個并聯(lián)的薄膜壓電共振子267的全梯子型。
如圖21所示，并聯(lián)的薄膜壓電共振子267和串聯(lián)的薄膜壓電共振子266很少量地將中心頻率改變Δf。在這里，串聯(lián)的薄膜壓電共振子266的共振頻率和并聯(lián)的薄膜壓電共振子267的反共振頻率一致。
圖22示出該對稱梯子型的帶通濾波器265的通過特性。如圖所示，帶通濾波器265對具有某一寬度的頻率進(jìn)行過濾。
在本實(shí)施形式中，在同一絕緣硅基板上由大體相同的工藝制作所有用于振蕩電路的薄膜壓電共振子62、用于帶通濾波器的薄膜壓電共振子66、及并聯(lián)的薄膜壓電共振子67。即，使強(qiáng)介電體膜的膜厚110nm和下部電極的膜厚15nm通用，僅使上部電極的膜厚分別為20nm、23nm、17nm，進(jìn)行中心共振頻率的調(diào)諧。
圖23作為變形例示出對稱格子型帶通濾波器的電路。
該對稱格子型帶通濾波器為具有2個串聯(lián)的薄膜壓電共振子281和2個并聯(lián)的薄膜壓電共振子282的格子型的濾波器280。
按照該構(gòu)造，由大體單一的工藝，可在同一基板上形成用于振蕩電路的共振子和構(gòu)成用于除去振蕩電路的脈動成分的帶通濾波器的薄膜壓電共振子，可由容易的工藝制作高性能的電壓控制振蕩器。
本實(shí)施形式著眼于可通過組合多個薄膜壓電共振子而形成帶通濾波器和低通過濾波器，在同一基板上同時制作電壓控制振蕩器用和濾波器。通常在電壓控制振蕩器的輸出疊加高次諧波的脈動成分，為了用于RF接收電路和發(fā)送電路，可使用低通濾波器等除去脈動成分。
在本實(shí)施形式中，可由同一工序形成電壓控制振蕩器和濾波器，其優(yōu)點(diǎn)大。作為使用薄膜壓電共振子構(gòu)成的濾波器，可列舉出上述梯子型濾波器和格子型濾波器等。
(實(shí)施形式11)圖24示出在同一基板271上使用大體相同的材料和工藝形成本發(fā)明實(shí)施形式11的薄膜壓電共振子278和壓電開關(guān)元件279的電壓控制振蕩器的斷面圖。
薄膜壓電共振子278在硅基板271隔著空洞272依次形成下部電極273、強(qiáng)介電體274、上部電極275而制成。另外，壓電開關(guān)元件279同樣在硅基板271上隔著開放構(gòu)造的空洞272依次形成下部電極273、強(qiáng)介電體274、上部電極275而制成，這一點(diǎn)是相同的，此外，還附加相向電極276和懸臂277。即，為壓電促動器、當(dāng)在電極間施加電壓時，則懸臂撓曲，下部電極273和相向電極276接觸。
在本實(shí)施形式中，作為下部電極273和上部電極275使用相對基板進(jìn)行外延生長的單晶Pt，另外，作為強(qiáng)介電體274使用相對基板進(jìn)行外延生長的單晶鈦酸鋇強(qiáng)介電體，電極·壓電體都由相同的工藝同時制成。
這樣，通過同時在同一基板上形成薄膜壓電共振子和低接通電阻的壓電開關(guān)元件，從而可容易地構(gòu)成使用圖17或圖19所示薄膜壓電共振子和開關(guān)元件的電壓控制振蕩器。
通過組合薄膜壓電共振子和開關(guān)元件，可構(gòu)成具有大的頻率可變范圍的電壓控制振蕩器。使用壓電促動器的開關(guān)元件與使用半導(dǎo)體的開關(guān)元件相比具有低接通電阻，具有可制成包含高Q值的開關(guān)元件的振蕩電路的優(yōu)點(diǎn)。
(實(shí)施形式12)圖25示出本發(fā)明實(shí)施形式12的電壓控制振蕩器290的電路圖。
薄膜壓電共振子291可使用圖1說明的薄膜壓電共振子。
該電壓控制振蕩器290在控制電壓Vc和輸出Out之間并聯(lián)薄膜壓電共振子291。薄膜壓電共振子291的一方接地。
在薄膜壓電共振子291的兩電極間由控制電壓電路292施加與控制電壓Vc相當(dāng)?shù)闹绷髌珘簳r，強(qiáng)介電體內(nèi)的音速變化，所以，可改變共振頻率和反共振頻率。
圖26示出在該薄膜壓電共振子中測定相對控制電壓的共振和反共振頻率的結(jié)果。在該場合，設(shè)強(qiáng)介電體膜的膜厚為1100nm，設(shè)下部電極的膜厚為100nm，設(shè)上部電極的膜厚為150nm。另外，設(shè)振蕩器110的固定不可容量為9pF。
從圖26可以看出，當(dāng)使控制電壓Vc在0.2V～3.0V變化時，共振頻率在1.995GHz～2.0055GHz變化。觀測到約0.20％/V的變化率。另外，作為Q值，可獲得900這樣非常高的值，可進(jìn)行相位靜噪少的振蕩。
可提供適合于2GHz帶10MHz以下的頻率可變范圍的用途的、質(zhì)量非常高的電壓控制振蕩器。
在以上說明的實(shí)施形式中，作為薄膜壓電共振子的強(qiáng)介電體膜使用的單晶強(qiáng)介電體為在單晶基板上由外延生長制成的鈣鈦礦系的強(qiáng)介電體，作為鈣鈦礦系的強(qiáng)介電體最好為以鈦酸鋇或鈦酸鋯酸鉛為主成分的強(qiáng)介電體。
這是因為，以鈦酸鋇或鈦酸鋯酸鉛為主成分的強(qiáng)介電體在由單晶制成的場合具有非常大的機(jī)電耦合系數(shù)，另外，具有音速的大的電場依存性。
上述實(shí)施形式可單獨(dú)使用，也可組合幾個發(fā)揮出更大的效果。
如以上那樣按照本發(fā)明，可提供一種電壓控制振蕩器，該電壓控制振蕩器具有寬的頻率可變范圍，頻率穩(wěn)定度高，相位靜噪優(yōu)良，經(jīng)時變化少，超小型，同時可產(chǎn)生多個頻率。
權(quán)利要求
1.一種電壓控制振蕩器，其特征在于具有至少1個薄膜壓電共振子、控制電壓電路、及放大器；該至少1個薄膜壓電共振子具有極化方向統(tǒng)一到膜厚方向而且厚度在10μm以下的鈣鈦礦型單晶的強(qiáng)介電體薄膜和將上述強(qiáng)介電體薄膜夾于其間地設(shè)置的薄膜狀的1對電極，并根據(jù)上述1對電極間的電壓改變共振頻率；該控制電壓電路在上述1對電極間施加電壓；該放大器連接到上述薄膜壓電共振子，與該共振子一起構(gòu)成振蕩電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電壓控制振蕩器，其中，具有多個上述薄膜壓電共振子，上述多個薄膜壓電共振子彈性地接合。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電壓控制振蕩器，其中，為組合多個上述薄膜壓電共振子的平衡電路。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電壓控制振蕩器，其中，具有由第1薄膜壓電共振子和第1放大器構(gòu)成的第1振蕩環(huán)路、由第2薄膜壓電共振子和第2放大器構(gòu)成并與上述第1振蕩環(huán)路電絕緣的第2振蕩環(huán)路、及彈性地接合上述第1薄膜壓電共振子和上述第2薄膜壓電共振子的裝置。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電壓控制振蕩器，其中，上述彈性接合為反相接合。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電壓控制振蕩器，其中，上述多個薄膜壓電共振子串聯(lián)地構(gòu)成串聯(lián)電路，放大器并聯(lián)于上述串聯(lián)電路，以上述多個薄膜壓電共振子的反共振點(diǎn)附近的頻率來振蕩。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電壓控制振蕩器，其中，以上述第1和第2薄膜壓電共振子的共振點(diǎn)附近的頻率來振蕩。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電壓控制振蕩器，其中，上述薄膜壓電共振子至少在一方的電極連接規(guī)定容量的電容，構(gòu)成串聯(lián)電路或并聯(lián)電路，上述電路的共振頻率可根據(jù)加到上述薄膜壓電共振子的上述1對電極間的電壓改變。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電壓控制振蕩器，其中，上述電壓控制電路產(chǎn)生直流電壓。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電壓控制振蕩器，其中，上述強(qiáng)介電體薄膜為以鈦酸鋇或鈦酸鋯酸鉛為主成分的外延生長膜。
11.一種電壓控制振蕩器，其特征在于具有第1薄膜壓電共振子、第2薄膜壓電共振子、控制電壓電路、及放大器；該第1薄膜壓電共振子包括極化方向統(tǒng)一到膜厚方向而且厚度在10μm以下的鈣鈦礦型單晶的第1強(qiáng)介電體薄膜和將上述第1強(qiáng)介電體薄膜夾于其間地設(shè)置的薄膜狀的第1和第2電極；該第2薄膜壓電共振子包括極化方向統(tǒng)一到膜厚方向而且厚度在10μm以下的鈣鈦礦型單晶的第2強(qiáng)介電體薄膜和與上述第2電極一起將上述第2強(qiáng)介電體薄膜夾于其間地設(shè)置的薄膜狀的第3電極，并在上述第1薄膜壓電共振子沿膜厚方向疊層，將上述第2電極作為共用電極；該控制電壓電路在上述電極間施加電壓；該放大器連接到上述第1和第2薄膜壓電共振子，構(gòu)成振蕩電路。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的電壓控制振蕩器，其中，彈性地接合上述第1薄膜壓電共振子和上述第2薄膜壓電共振子。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的電壓控制振蕩器，其中，具有包含上述第1和第2強(qiáng)介電體薄膜及上述第1電極～第3電極在內(nèi)的厚度為振蕩波長的1/4波長的基本共振頻率。
14.一種電壓控制振蕩器，其特征在于具有基板、第1薄膜壓電共振子、第2薄膜壓電共振子、控制電壓電路、及放大器；該第1薄膜壓電共振子設(shè)于上述基板上，并包括極化方向統(tǒng)一到膜厚方向而且厚度在10μm以下的鈣鈦礦型單晶的第1強(qiáng)介電體薄膜和將上述第1強(qiáng)介電體薄膜夾于其間地設(shè)置的薄膜狀的第1和第2電極；該第2薄膜壓電共振子在上述基板上鄰接于上述第1薄膜壓電共振子，與上述第1薄膜壓電共振子共有上述強(qiáng)介電體膜，并包括將上述強(qiáng)介電體膜夾于其間地設(shè)置的薄膜狀的第3和第4電極；該控制電壓電路在上述電極間施加電壓；該放大器連接到上述第1和第2薄膜壓電共振子，構(gòu)成振蕩電路。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的電壓控制振蕩器，其中，彈性地接合上述第1薄膜壓電共振子和上述第2薄膜壓電共振子。
16.一種電壓控制振蕩器，其中具有多個電壓控制振蕩器、按不同的頻率使上述多個電壓控制振蕩器振蕩的裝置、及連接到上述多個電壓控制振蕩器并輸出上述電壓控制振蕩器的輸出頻率的差的乘法器；該多個電壓控制振蕩器具有至少1個薄膜壓電共振子、控制電壓電路、及放大器；該至少1個薄膜壓電共振子具有極化方向統(tǒng)一到膜厚方向而且厚度在10μm以下的鈣鈦礦型單晶的強(qiáng)介電體薄膜和將上述強(qiáng)介電體薄膜夾于其間地設(shè)置的薄膜狀的1對電極，并根據(jù)上述1對電極間的電壓改變共振頻率；該控制電壓電路在上述1對電極間施加電壓；該放大器連接到上述薄膜壓電共振子，并與該共振子一起構(gòu)成振蕩電路。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電壓控制振蕩器，其中，與上述薄膜壓電共振子構(gòu)成串聯(lián)或并聯(lián)電路地具有可選擇地連接的多個電容器，通過與上述電容器的至少1個的組合，控制共振頻率。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電壓控制振蕩器，其中，與規(guī)定電容構(gòu)成串聯(lián)或并聯(lián)電路地具有可選擇地連接的多個薄膜壓電共振子，通過與上述薄膜壓電共振子的至少1個的組合，控制共振頻率。
19.一種電壓控制振蕩器，其特征在于具有基板、薄膜壓電共振子、開關(guān)元件、控制電壓電路、及放大器；該薄膜壓電共振子設(shè)于上述基板上，包括極化方向統(tǒng)一到膜厚方向而且厚度在10μm以下的鈣鈦礦型單晶的強(qiáng)介電體薄膜和將上述強(qiáng)介電體薄膜夾于其間地設(shè)置的薄膜狀的第1和第2電極；該開關(guān)元件在上述基板上鄰接于上述薄膜壓電共振子，與上述薄膜壓電共振子共有上述強(qiáng)介電體薄膜，并包括將上述強(qiáng)介電體薄膜夾于其間地設(shè)置的薄膜狀的電極，且將上述強(qiáng)介電體薄膜作為壓電促動器；該控制電壓電路在上述第1和第2電極間施加電壓；該放大器連接到上述第1和第2薄膜壓電共振子，構(gòu)成振蕩電路。
全文摘要
提供一種電壓控制振蕩器，其使用薄膜壓電共振子，該薄膜壓電共振子使用極化方向統(tǒng)一到膜厚方向的厚10μm以下的單晶強(qiáng)介電體作為壓電體。通過使加到該電極的電壓，可具有0.01％/V以上的大的振蕩頻率變化率，相位靜噪非常小。這樣，可提供具有寬的頻率可變范圍、頻率穩(wěn)定性高、相位靜噪優(yōu)良、經(jīng)時變化少、超小型并且可產(chǎn)生多個頻率的電壓控制振蕩器。
文檔編號H03H9/58GK1449110SQ0310838
公開日2003年10月15日 申請日期2003年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2002年3月29日
發(fā)明者川久保隆, 尾原亮一, 阿部和秀, 鶴見博史, 吉田弘, 藤本竜一 申請人:株式會社東芝