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技術 複合圧電横振動共振器

出願人 クゥアルコム・インコーポレイテッド
発明者 チェンジー・ズオチャンハン・ユンジョンヘ・キム
出願日 2015年9月14日 (5年3ヶ月経過) 出願番号 2015-181009
公開日 2016年2月25日 (4年9ヶ月経過) 公開番号 2016-028487
状態 特許登録済
技術分野 圧電・機械振動子,遅延・フィルタ回路
主要キーワード 構造サポート サポート構造体 組立機械 共振器デバイス 輪郭モード フィンガー幅 コンポーネンツ 光学データ記憶装置
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (10)

課題

広帯域フィルタなどに使用できる、改良された電気および機械エネルギー変換を有する複合圧電横振動共振器及びその製造方法を提供する。

解決手段

共振器は、複数の電極106、及び複合圧電材料108を含み、複合圧電材料108は、各々異なる圧電材料で形成される第1圧電材料110aの少なくとも1つの層及び第2圧電材料110bの少なくとも1つの層を含み、少なくとも1つの電極106は複合圧電材料108の下面に結合され、少なくとも1つの電極106は複合圧電材料108の上面に結合される。

概要

背景

電子デバイスセルラ電話無線モデムコンピュータデジタル音楽プレーヤグローバルポジショニングシステムユニット携帯情報端末、ゲーム用デバイスなど)は日常生活の一部になっている。小型コンピューティングデバイスは、今では自動車から住居の錠に至るまでのいずれにも設置されている。電子デバイスの複雑さはここ数年で劇的に増している。例えば、多くの電子デバイスはこのデバイスの制御を助ける1つまたは複数のプロセッサだけでなく、
このデバイスのプロセッサおよび他の部分をサポートするための多数のデジタル回路も有する。

様々な電子回路コンポーネントが、共振器などの電気機械システムベルで実現できる。いくつかの従来の共振器構造体はあまり望ましくない電気および機械エネルギー変換をもたらす。これらのあまり望ましくない属性は、こうした従来の共振器を広帯域フィルタなどの回路における使用に不向きにしうる。このため、改良された電気および機械エネルギー変換を伴った電気機械システムレベルの共振器が求められている。

概要

広帯域フィルタなどに使用できる、改良された電気および機械エネルギー変換を有する複合圧電横振動共振器及びその製造方法を提供する。共振器は、複数の電極106、及び複合圧電材料108を含み、複合圧電材料108は、各々異なる圧電材料で形成される第1圧電材料110aの少なくとも1つの層及び第2圧電材料110bの少なくとも1つの層を含み、少なくとも1つの電極106は複合圧電材料108の下面に結合され、少なくとも1つの電極106は複合圧電材料108の上面に結合される。

目的

代替的に、ここに説明された様々な方法は、デバイスが、記憶手段をそのデバイスに結合または提供する

効果

実績

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請求項1

複数の電極と、第1圧電材料の少なくとも1つの層、および第2圧電材料の少なくとも1つの層を備える複合圧電材料と、ここにおいて、少なくとも1つの電極が前記複合圧電材料の下面に結合され、少なくとも1つの電極が前記複合圧電材料の上面に結合される、を備える、共振器

請求項2

前記共振器が横振動微小電気機械システム複合共振器である、請求項1に記載の共振器。

請求項3

前記第1圧電材料が第1の品質係数および第1の電気機械結合を備え、前記第2圧電材料が第2の品質係数および第2の電気機械結合を備える、請求項1に記載の共振器。

請求項4

前記複合圧電材料が複合品係数および複合電気機械結合を備え、前記複合品質係数および前記複合電気機械結合が、前記複合圧電材料における、前記第1圧電材料および前記第2圧電材料間の体積比に依存する、請求項3に記載の共振器。

請求項5

前記複合圧電材料が複合品質係数および複合電気機械結合を備え、前記複合品質係数および前記複合電気機械結合は、前記複合圧電材料における、前記第1圧電材料の第1層の第1の厚さおよび前記第2圧電材料の第1層の第2の厚さ間の厚さ比に依存する、請求項3に記載の共振器。

請求項6

前記複合圧電材料が、前記第1圧電材料の第1層と、前記第2圧電材料の第1層とを備える、請求項1に記載の共振器。

請求項7

前記第1圧電材料の前記第1層が前記第2圧電材料の前記第1層の上面に積層される、請求項6に記載の共振器。

請求項8

前記複合圧電材料がさらに前記第1圧電材料の第2層を備え、前記第2圧電材料の前記第1層が前記第1圧電材料の前記第2層の上面に積層される、請求項7に記載の共振器。

請求項9

前記複合圧電材料がさらに前記第2圧電材料の第2層を備え、前記第1圧電材料の前記第2層が前記第2圧電材料の前記第2層の上面に積層される、請求項8に記載の共振器。

請求項10

前記第1圧電材料の前記第1層が前記第2圧電材料の前記第1層と横並びで積層され、第1の電極が前記第1圧電材料の前記第1層および前記第2圧電材料の前記第1層の両方の上面に結合され、第2の電極が前記第1圧電材料の前記第1層および前記第2圧電材料の前記第1層の両方の下面に結合される、請求項6に記載の共振器。

請求項11

前記複合圧電材料がさらに前記第1圧電材料の第2層を備え、前記第2圧電材料の前記第1層が前記第1圧電材料の前記第1層と前記第1圧電材料の前記第2層との間に挟持される、請求項10に記載の共振器。

請求項12

前記複合圧電材料がさらに前記第2圧電材料の第2層を備え、前記第1圧電材料の前記第2層が前記第2圧電材料の前記第1層と前記第2圧電材料の前記第2層との間に挟持される、請求項11に記載の共振器。

請求項13

前記複合圧電材料が1つまたは複数の入力電極からの入力信号機械振動に変換し、前記機械振動が1つまたは複数の出力電極から出力信号へ変換される、請求項1に記載の共振器。

請求項14

前記第1圧電材料が窒化アルミニウムであり、前記第2圧電材料が酸化亜鉛である、請求項1に記載の共振器。

請求項15

前記第1圧電材料が窒化アルミニウムであり、前記第2圧電材料がチタン酸ジルコン酸鉛である、請求項1に記載の共振器。

請求項16

前記複合圧電材料が、広帯域フィルタアプリケーションにおける使用のための十分高い複合品質係数および複合電気機械結合を有する、請求項1に記載の共振器。

請求項17

共振器を生成するための方法であって、前記共振器のための所望の品質係数を決定することと、前記共振器のための所望の電気機械結合を決定することと、前記共振器における使用のために第1圧電材料および第2圧電材料を選択することと、前記所望の品質係数および前記所望の電気機械結合を持つ複合圧電材料を得るために、前記第1圧電材料および前記第2圧電材料間の体積比を調整することと、前記複合圧電材料を使用して前記共振器を生成することとを備える、方法。

請求項18

前記共振器が、複数の電極と、前記複合圧電材料と、ここにおいて、少なくとも1つの電極が前記複合圧電材料の下面に結合され、少なくとも1つの電極が前記複合圧電材料の上面に結合される、を備える、請求項17に記載の方法。

請求項19

前記共振器が横振動微小電気機械システム複合共振器である、請求項18に記載の方法。

請求項20

前記第1圧電材料が第1の品質係数および第1の電気機械結合を備え、前記第2圧電材料が第2の品質係数および第2の電気機械結合を備える、請求項18に記載の方法。

請求項21

前記複合圧電材料が複合品質係数および複合電気機械結合を備え、前記複合品質係数および前記複合電気機械結合が、前記複合圧電材料における、前記第1圧電材料および前記第2圧電材料間の体積比に依存する、請求項20に記載の方法。

請求項22

前記複合圧電材料が、前記第1圧電材料の第1層と、前記第2圧電材料の第1層とを備える、請求項18に記載の方法。

請求項23

前記第1圧電材料の前記第1層が前記第2圧電材料の前記第1層の上面に積層される、請求項22に記載の方法。

請求項24

前記複合圧電材料がさらに前記第1圧電材料の第2層を備え、前記第2圧電材料の前記第1層が前記第1圧電材料の前記第2層の上面に積層される、請求項23に記載の方法。

請求項25

前記複合圧電材料がさらに前記第2圧電材料の第2層を備え、前記第1圧電材料の前記第2層が前記第2圧電材料の前記第2層の上面に積層される、請求項24に記載の方法。

請求項26

前記第1圧電材料の前記第1層が前記第2圧電材料の前記第1層と横並びで積層され、第1の電極が、前記第1圧電材料の前記第1層および前記第2圧電材料の前記第1層の両方の上面に結合され、第2の電極が、前記第1圧電材料の前記第1層および前記第2圧電材料の前記第1層の両方の下面に結合される、請求項23に記載の方法。

請求項27

前記複合圧電材料がさらに前記第1圧電材料の第2層を備え、前記第2圧電材料の前記第1層が前記第1圧電材料の前記第1層と前記第1圧電材料の前記第2層との間に挟持される、請求項26に記載の方法。

請求項28

前記複合圧電材料がさらに前記第2圧電材料の第2層を備え、前記第1圧電材料の前記第2層が前記第2圧電材料の前記第1層と前記第2圧電材料の前記第2層との間に挟持される、請求項27に記載の方法。

請求項29

前記複合圧電材料が1つまたは複数の入力電極からの入力信号を機械振動に変換し、前記機械振動が1つまたは複数の出力電極から出力信号へ変換される、請求項18に記載の方法。

請求項30

前記第1圧電材料が窒化アルミニウムであり、前記第2圧電材料が酸化亜鉛である、請求項18に記載の方法。

請求項31

前記第1圧電材料が窒化アルミニウムであり、前記第2圧電材料がチタン酸ジルコン酸鉛である、請求項18に記載の方法。

請求項32

前記複合圧電材料が、広帯域フィルタアプリケーションにおける使用のための十分高い複合品質係数および複合電気機械結合を有する、請求項18に記載の方法。

請求項33

共振器を生成するために構成された装置であって、前記共振器のための所望の品質係数を決定するための手段と、前記共振器のための所望の電気機械結合を決定するための手段と、前記共振器における使用のために第1圧電材料および第2圧電材料を選択するための手段と、前記所望の品質係数および前記所望の電気機械結合を持つ複合圧電材料を得るために、前記第1圧電材料および前記第2圧電材料間の体積比を調整するための手段と、前記複合圧電材料を使用して前記共振器を生成するための手段とを備える、装置。

請求項34

前記共振器が、複数の電極と、前記複合圧電材料と、ここにおいて、少なくとも1つの電極が前記複合圧電材料の下面に結合され、少なくとも1つの電極が前記複合圧電材料の上面に結合される、請求項33に記載の装置。

請求項35

前記共振器が横振動微小電気機械システム複合共振器である、請求項34に記載の装置。

請求項36

共振器を生成するためのコンピュータプログラム製品であって、前記コンピュータプログラム製品が命令群を上に有する非一時的なコンピュータ読取可能媒体を備え、前記命令群が、前記共振器のための所望の品質係数を決定することを装置にさせるためのコードと、前記共振器のための所望の電気機械結合を決定することを前記装置にさせるためのコードと、前記共振器における使用のために第1圧電材料および第2圧電材料を選択することを前記装置にさせるためのコードと、前記所望の品質係数および前記所望の電気機械結合を持つ複合圧電材料を得るために、前記第1圧電材料および前記第2圧電材料間の体積比を調整することを前記装置にさせるためのコードと、前記複合圧電材料を使用して前記共振器を生成することを前記装置にさせるためのコードとを備える、コンピュータプログラム製品。

請求項37

前記共振器が、複数の電極と、前記複合圧電材料と、ここにおいて、少なくとも1つの電極が前記複合圧電材料の下面に結合され、少なくとも1つの電極が前記複合圧電材料の上面に結合される、請求項36に記載のコンピュータプログラム製品。

請求項38

前記共振器が横振動微小電気機械システム複合共振器である、請求項37に記載のコンピュータプログラム製品。

関連出願

0001

本願は、「COMPOSITEPIEZOELECTRIC LATERALLY VIBRATING RESONATORS AND FILTERS」について2011年8月19日に出願され、この明細書に引用によって組み込まれる米国仮特許出願番号第61/525,607号に関連し、それによる優先権を主張する。

技術分野

0002

本開示は一般に無線通信システムに関する。より具体的には、本開示は、複合圧電横振動共振器(composite piezoelectric laterally vibrating resonator)のためのシステムおよび方法に関する。

背景技術

0003

電子デバイスセルラ電話無線モデムコンピュータデジタル音楽プレーヤグローバルポジショニングシステムユニット携帯情報端末、ゲーム用デバイスなど)は日常生活の一部になっている。小型コンピューティングデバイスは、今では自動車から住居の錠に至るまでのいずれにも設置されている。電子デバイスの複雑さはここ数年で劇的に増している。例えば、多くの電子デバイスはこのデバイスの制御を助ける1つまたは複数のプロセッサだけでなく、
このデバイスのプロセッサおよび他の部分をサポートするための多数のデジタル回路も有する。

0004

様々な電子回路コンポーネントが、共振器などの電気機械システムベルで実現できる。いくつかの従来の共振器構造体はあまり望ましくない電気および機械エネルギー変換をもたらす。これらのあまり望ましくない属性は、こうした従来の共振器を広帯域フィルタなどの回路における使用に不向きにしうる。このため、改良された電気および機械エネルギー変換を伴った電気機械システムレベルの共振器が求められている。

0005

共振器が説明される。この共振器は複数の電極を含む。この共振器はまた、第1圧電材料の少なくとも1つの層と、第2圧電材料の少なくとも1つの層とを含む複合圧電材料を含む。少なくとも1つの電極が複合圧電材料の下面に結合される。少なくとも1つの電極が複合圧電材料の上面に結合される。

0006

共振器は横振動微小電気機械システム複合共振器でありうる。第1圧電材料は、第1の品質係数(quality factor)および第1の電気機械結合(electromechanical coupling)を有しうる。第2圧電材料は、第2の品質係数および第2の電気機械結合を有しうる。複合圧電材料は複合品係数および複合電気機械結合を有しうる。複合品質係数および複合電気機械結合は、複合圧電材料における、第1圧電材料および第2圧電材料間の体積比(volume ratio)に依存しうる。

0007

複合品質係数および複合電気機械結合は代わりに、複合圧電材料における、第1圧電材料の第1層の第1の厚さおよび第2圧電材料の第1層の第2の厚さ間の厚さ比(thickness ratio)に依存しうる。

0008

複合圧電材料は、第1圧電材料の第1層および第2圧電材料の第1層を含みうる。第1圧電材料の第1層は、第2圧電材料の第1層の上面に積層され(stacked)うる。複合圧電材料はまた、第1圧電材料の第2層を含みうる。第2圧電材料の第1層は、第1圧電材料の第2層の上面に積層されうる。複合圧電材料はさらに、第2圧電材料の第2層を含みうる。第1圧電材料の第2層は、第2圧電材料の第2層の上面に積層されうる。

0009

第1圧電材料の第1層は、第2圧電材料の第1層と横並びで積層されうる。第1の電極は、第1圧電材料の第1層および第2圧電材料の第1層の両方の上面に結合されうる。第2の電極は、第1圧電材料の第1層および第2圧電材料の第1層の両方の下面に結合されうる。

0010

第2圧電材料の第1層は代わりに、第1圧電材料の第1層と第1圧電材料の第2層との間に挟持され(sandwiched)うる。第1圧電材料の第2層は、第2圧電材料の第1層と第2圧電材料の第2層との間に挟持されうる。

0011

複合圧電材料は、1つまたは複数の入力電極からの入力信号機械振動に変換(translate)しうる。機械振動は1つまたは複数の出力電極からの出力信号へ変換されうる。第1圧電材料は窒化アルミニウム(aluminum nitride)で、第2圧電材料は酸化亜鉛(zinc oxide)でありうる。別の構成において、第1圧電材料は窒化アルミニウムで、第2圧電材料はチタン酸ジルコン酸鉛(lead zirconate titanate)でありうる。複合圧電材料は、広帯域フィルタアプリケーションにおける使用のための十分高い複合品質係数および複合電気機械結合を有しうる。

0012

共振器を生成する(generate)ための方法もまた説明される。この共振器のための所望の品質係数が決定される。この共振器のための所望の電気機械結合もまた決定される。第1圧電材料および第2圧電材料がこの共振器における使用のために選択される。これら第1圧電材料および第2圧電材料間の体積比は、これら所望の品質係数および所望の電気機械結合をもつ複合圧電材料を得るために調整される。この共振器はこの複合圧電材料を使用して生成される。

0013

共振器を生成するために構成された装置が説明される。この装置は、この共振器のための所望の品質係数を決定するための手段を含む。この装置はまた、この共振器のための所望の電気機械結合を決定するための手段を含む。この装置はさらに、この共振器における使用のために第1圧電材料および第2圧電材料を選択するための手段を含む。この装置はまた、これら所望の品質係数および所望の電気機械結合を持つ複合圧電材料を得るためにこれら第1圧電材料および第2圧電材料間の体積比を調整するための手段を含む。この装置はさらに、この複合圧電材料を使用してこの共振器を生成するための手段を含む。

0014

共振器を生成するためのコンピュータプログラム製品もまた説明される。このコンピュータプログラム製品は、その上に命令群を有する非一時的コンピュータ読取可能媒体を含む。この命令群は、この共振器のための所望の品質係数を決定することをこの装置にさせるためのコードを含む。この命令群はまた、この共振器のための所望の電気機械結合を決定することをこの装置にさせるためのコードを含む。この命令群はさらに、この共振器における使用のために第1圧電材料および第2圧電材料を選択することをこの装置にさせるためのコードを含む。命令群はまた、これら所望の品質係数および所望の電気機械結合を持つ複合圧電材料を得るためにこれら第1圧電材料および第2圧電材料間の体積比を調整することをこの装置にさせるためのコードを含む。命令群はさらに、この複合圧電材料を使用してこの共振器を生成することをこの装置にさせるためのコードを含む。

図面の簡単な説明

0015

横振動微小電気機械システム(MEMS)複合共振器を例示するブロック図。
本システムおよび方法における使用のための横振動微小電気機械システム(MEMS)複合共振器を例示する図。
3つの異なる共振器についてのシミュレーション結果のグラフを例示する図。
横振動微小電気機械システム(MEMS)複合共振器を生成するための方法の流れ図。
本システムおよび方法における使用のための、別の横振動微小電気機械システム(MEMS)複合共振器を例示する図。
本システムおよび方法における使用のための、さらに別の横振動微小電気機械システム(MEMS)複合共振器を例示する図。
圧電材料の3縦並び層を持つ横振動微小電気機械システム(MEMS)複合共振器を例示するブロック図。
圧電材料の4横並び層を持つ横振動微小電気機械システム(MEMS)複合共振器を例示するブロック図。
電子デバイス/無線デバイス内に含まれうる特定のコンポーネントを例示する図。

実施例

0016

詳細な説明
図1は、横振動微小電気機械システム(MEMS)複合共振器104を例示するブロック図である。電気機械システム共振器デバイスの一例は、輪郭モード共振器(CMR:contour mode resonator)である。輪郭モード共振器(CMR)は、振動の横方向かつ面内モードを実質的に有する。従って、横振動微小電気機械システム(MEMS)複合共振器104は、輪郭モード共振器(CMR)の一構成でありうる。

0017

一般に、横振動微小電気機械システム(MEMS)複合共振器104は、複数の導電性電極106を、これら電極106間に挟持された複合圧電材料108と共に含みうる。これら電極106は、入力ポートに結合された1つまたは複数の入力電極106と、出力ポートに結合された1つまたは複数の出力電極106とを含みうる。複数の接地電極(ground electrodes)106は入力および出力電極106間で櫛形配置(interdigitated)されうる。ここで使用されるように、横振動は、1つの中心周波数のみがウェハ(wafer)ごとに許される、従来の水晶振動子(quartz crystal)および圧電薄膜共振器(FBAR:film bulk acoustic wave resonator)技術と対照的に、単一チップマルチ周波数動作を指す。

0018

横振動微小電気機械システム(MEMS)複合共振器104構造体は、横振動微小電気機械システム(MEMS)複合共振器104構造体をサポート構造体に結合する、特別に設計されたテザー(tether)を含む空洞に吊るされ(suspended)うる。これらテザーは、共振器104構造体の積層内に組み立てられ(fabricated)うる。共振器104構造体は、空洞のおかげで周囲の構造サポートおよび他のコンポーネントから音響的に隔離されうる。

0019

多くの異なる種類の電子デバイスが、横振動微小電気機械システム(MEMS)複合共振器104の恩恵を受けうる。異なる種類のこうしたデバイスは、限定されないが、セルラ電話、無線モデム、コンピュータ、デジタル音楽プレーヤ、グローバルポジショニングシステムユニット、携帯情報端末、ゲーム用デバイスなどを含む。1グループのデバイスは、無線通信システムで使用されうるそれらを含む。ここで使用されるように、「無線通信デバイス」という用語は無線通信ネットワーク上の音声通信および/またはデータ通信のために使用されうる電子デバイスを指す。無線通信デバイスの例は、セルラ電話、ハンドヘルド型(hand-held)無線デバイス、無線モデム、ラップトップ型コンピュータパーソナルコンピュータなどを含む。無線通信デバイスは、アクセス端末移動端末加入者局遠隔局ユーザ端末端末加入者ユニットユーザ機器移動局などと代替的に呼ばれうる。

0020

無線通信ネットワークが、基地局によって各々サービス提供されうる多数の無線通信デバイスのために通信を提供してもよい。基地局はアクセスポイントノードB、または何か他の用語で代替的に呼ばれうる。基地局および無線通信デバイスは横振動微小電気機械システム(MEMS)複合共振器104を利用するようにしうる。しかしながら、多くの異なる種類の電子デバイスは、記述された無線デバイスに加えて、横振動微小電気機械システム(MEMS)複合共振器104を利用するようにしうる。

0021

横振動微小電気機械システム(MEMS)複合共振器104などの輪郭モード共振器(CMR)の共振周波数は、複合圧電材料108および電極106の横寸法(lateral dimensions)を巧みに設計する(engineer)ことによって実質的に制御されうる。こうした構成の1つの恩恵は、マルチ周波数RFフィルタクロック発振器(clock oscillators)、トランスデューサ(transducers)、または1つまたは複数の輪郭モード共振器(CMR)を各々含む他のデバイスが同一基板上に作られうることにある。これは、単一チップ上のRFフロントエンドのアプリケーションのための小型でマルチ帯域フィルタソリューションを可能にすることによりコストおよびサイズの点で有利でありうる。横振動微小電気機械システム(MEMS)複合共振器104は、(例えば、長さおよび/または幅100マイクロメートル(μm)の)小型サイズ低電力消費、および高歩留り大量生産可能なコンポーネンツとの互換性という利点を提供しうる。

0022

通常は、単一圧電材料のみが共振器におい使用される。例えば、単一圧電材料が単一ポートまたは2ポートの横振動共振器において使用されうる。別の例として、単一圧電材料が1ポートの基板上圧電横振動共振器(one-port piezoelectric-on-substrate laterally vibrating resonator)において使用されうる(全てのタイプの電極106構成について)。異なる圧電材料がこの単一圧電材料として使用されうる。

0023

一構成において、単一圧電材料は窒化アルミニウム(AIN)でありうる。AINは、低い動き抵抗(motional resistance)および低いフィルタ挿入損失(filter insertion loss)を結果的にもたらす高い品質係数(Q)112を有しうる。しかしながら、AINは、限定された電気機械結合(kt2)116を結果的にもたらす限定された横方向圧電係数(limited transverse piezoelectric coefficient)(d31)114を有しうる。従って、横振動AIN微小電気機械システム(MEMS)共振器が広帯域フィルタアプリケーションにとって理想的ではないこともある。

0024

別の構成において、単一圧電材料は酸化亜鉛(ZnO)またはチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)でありうる。ZnOおよびPZTは、AINよりも相対的に大きい横方向圧電係数(d31)114および電気機械結合(kt2)116(特にPZTについて)を有し、広帯域フィルタアプリケーションにおけるこれらの使用をより理想的にする。しかしながら、ZnOおよびPZTは、低い品質係数(Q)112を有するため、大きい動き抵抗および大きいフィルタ挿入損失を有する。

0025

1ポートの基板上圧電横振動共振器に関し、単一圧電材料はZnO、AIN、PZT、または他の圧電材料で、基板はシリコンダイヤモンド、または他の非圧電材料でありうる。共振器本体は主として非圧電基板でよい。従って、有効な複合電気機械結合(kt2)116は小さく、広帯域フィルタアプリケーションには好ましくない。1ポートの基板上圧電横振動共振器は、狭帯域フィルタ(例えば、フラクショナルフィルタ帯域(fractional filter bandwidth)<1%)のための、高い品質係数(Q)112および低い挿入損失を有しうる。

0026

複合圧電材料108は、第1圧電材料110aおよび第2圧電材料110bを含みうる。第1圧電材料110aおよび第2圧電材料110bは、それぞれ1つまたは複数の層を形成しうる。層は互いに結合されうるか、または(接地電極106のような)電極106によって分けられうる。第1圧電材料110aおよび第2圧電材料110bの層に対する異なる構成が使用されうる(異なる電極106構成について必要ならば対応する電極106層と一緒に)。例えば、第1圧電材料110aの層は、第2圧電材料110bの層の上面に直接に設置されうる。主な共振器の本体は、複合圧電材料108のみでありうる。

0027

一構成において、第1圧電材料110aはAINで、第2圧電材料110bはPZTまたはZnOでありうる。しかしながら、ここに記述されない追加の圧電材料が第1圧電材料110aまたは第2圧電材料110bのいずれかとして使用されることもできる。

0028

第1圧電材料110aは、品質係数(Q)112a、横方向圧電係数(d31)114a、および電気機械結合(kt2)116aを有しうる。第2圧電材料110bは、品質係数(Q)112b、横方向圧電係数(d31)114b、および電気機械結合(kt2)116bを有しうる。複合圧電材料108は、複合品質係数(Q)118、複合横方向圧電係数(d31)120、および複合電気機械結合(kt2)122を有しうる。複合品質係数(Q)118、複合横方向圧電係数(d31)120、および複合電気機械結合(kt2)122は、第1圧電材料110aおよび第2圧電材料110bの体積比126および/または厚さ比124に基づいて設計されうる。例えば、一構成において、第1圧電材料110aは、AIN(高い品質係数(Q)112を持つ)で、第2圧電係数110bは、ZnO(高い電気機械結合(kt2)116を持つ)でありうる。複合圧電材料108は、それで広帯域フィルタアプリケーションのために十分な複合品質係数(Q)118、並びに広帯域フィルタアプリケーションのために十分な複合電気機械結合(kt2)122を有しうる。

0029

複合圧電材料108は、1つまたは複数の電極106からの(単数または複数の)入力信号を、後で(単数または複数の)出力信号へ変換されうる機械振動に変換できる。これらの機械振動は、横振動微小電気機械システム(MEMS)複合共振器104の共振周波数でありうる。これら電極106のフィンガー幅(finger widths)に基づいて、この構造体の共振周波数(resonant frequencies)が制御されうる。複合圧電材料108の変位(displacement)に対する基本周波数(fundamental frequency)は、これら電極106および/または複合圧電材料108の層の平面寸法によって部分的にリソグラフィで(lithographically)設定されうる。

0030

これら電極106間に印加されるAC電界が、複合横方向圧電係数(d31)120または複合縦方向圧電係数(d33)127によって複合圧電材料108の1つまたは複数の平面に機械的な歪みを起しうる。横振動微小電気機械システム(MEMS)複合共振器104の共振周波数では、デバイス中の電気信号が強められ(reinforced)、デバイスが電子共振器回路として振る舞う

0031

一構成において、横振動微小電気機械システム(MEMS)複合共振器104の全長分だけ乗じられる全幅は、共振器構造体のインピーダンス(impedance)を制御するように設定されうる。複合圧電材料複合圧電材料108の好適な厚さは0.01から10マイクロメートル(μm)厚でありうる。

0032

複合圧電材料108の使用は、単一圧電または基板上圧電の共振器について説明された全ての異なる電極106の構成に適用しうる。より多層の圧電材料110および金属層を用いることで、他の新規電極106構成が展開されることもできる。

0033

横振動微小電気機械システム(MEMS)複合共振器104は、現存の技術を使用して達成できない同一チップ上に、マルチ帯域/マルチモードの無線通信のために、様々な中心周波数(10メガヘルツMHz)からマイクロ波周波数まで)の広帯域フィルタ(フラクショナル帯域(fractional bandwidth)>3%を持つ)を合成する(synthesize)ために使用できる。複数の横振動微小電気機械システム(MEMS)複合共振器104が異なる中心周波数および(狭いまたは広い)帯域幅高次帯域通過フィルタ(high-order bandpass filters)を単一チップ上に合成するために電気的および/または機械的に(例えば、ラダー格子、または自己結合配列(a ladder, lattice or self-coupling topology)で)結合されうる。異なる励起方式(例えば、厚さ方向電界励起(thickness field excitation)、および横方向電界励起(lateral field excitation))が、横振動微小電気機械システム(MEMS)複合共振器104における、全て異なる種類の振動モード(幅伸張、長さ伸張、厚さ伸張、ラム波シアモードなど)を励起する(excite)ために使用されうる。

0034

複合圧電材料108において使用される複数の圧電材料110は、互いの上面にあるいは横並びで作られうる。加えて、複数の異なる圧電材料110を持つ別個の単一圧電共振器が、横振動微小電気機械システム(MEMS)複合共振器104のための複合圧電材料108を得るために、同一チップ上に隣り合わせで(または、横並びでも)作られうる。このため、複数の共振器は、横振動微小電気機械システム(MEMS)複合共振器104を実現するために、電気的に並列接続されたり機械的に結合されたりしてよい。異なる圧電材料110の異なる音響速度(acoustic velocities)により、単一デバイスマルチ周波数動作が複合圧電材料108を含む横振動微小電気機械システム(MEMS)複合共振器104でも設計されうる。

0035

図2は、本システムおよび方法における使用のための横振動微小電気機械システム(MEMS)複合共振器204を例示する。図2の横振動微小電気機械システム(MEMS)複合共振器204は、図1の横振動微小電気機械システム(MEMS)複合共振器104の一構成でありうる。横振動微小電気機械システム(MEMS)複合共振器204は、第1圧電材料110aの層210aおよび第2圧電材料110bの層210bを含む複合圧電材料208を含みうる。第1圧電材料110aの層210aは、第2圧電材料110bの層210bの上面の真上にありうる。第1の電極206aは第1圧電材料110aの層210aに結合され、第2の電極206bは第2圧電材料110bの層210bに結合されうる。

0036

図3は、3つの異なる共振器についてのシミュレーション結果のグラフ328a−cを例示する。各グラフでは、アドミタンスデシベル(dB)での)の大きさが周波数ギガヘルツGHz)での)に対して描かれている。第1のグラフ328aは、単一圧電材料110として使用されたAINを用いた共振器についてのシミュレーション結果を例示する。第2のグラフ328bは、単一圧電材料110として使用されたZnOを用いた共振器についてのシミュレーション結果を例示する。第3のグラフ328cは、第1圧電材料110aとして使用されたAIN、および第2圧電材料110bとしてのZnOを用いた横振動微小電気機械システム(MEMS)複合共振器104についてのシミュレーション結果を例示する。

0037

第1のグラフ328aでは、共振周波数fsが2GHzであり、品質係数(Q)112が2000であり、電気機械結合(kt2)116が3%である。第2のグラフ328bでは、共振周波数fsが2GHzであり、品質係数(Q)112が500であり、電気機械結合(kt2)116が8%である。このため、単一圧電材料110として使用されるAINを持つ共振器が高い品質係数(Q)112と低い電気機械結合(kt2)116を有するのに対し、単一圧電材料110として使用されたZnOを持つ共振器が低い品質係数(Q)112と高い電気機械結合(kt2)116を有する。AINの層およびZnOの層を使用する横振動微小電気機械システム(MEMS)複合共振器104を設計することによって、2GHzの共振周波数、1500の複合品質係数(Q)118、および5.4%の複合電気機械結合(kt2)122が達成されうる。このため、横振動微小電気機械システム(MEMS)複合共振器104は高い複合品質係数(Q)118という観点でAIN共振器の利点を有し、高い複合電気機械結合(kt2)122という観点でZnO共振器の利点を有する。

0038

図4は、横振動微小電気機械システム(MEMS)複合共振器104を生成するための方法400の流れ図である。方法400は、技術者技師、またはコンピュータによって行われうる。一構成において、方法400は組立機械によって行われうる。

0039

横振動微小電気機械システム(MEMS)複合共振器104のための所望の品質係数(Q)(すなわち、複合品質係数(Q)118)が決定されうる402。横振動微小電気機械システム(MEMS)複合共振器104のための所望の電気機械結合(kt2)(複合電気機械結合(kt2)122)もまた決定されうる404。第1圧電材料110aおよび第2圧電材料110bが横振動微小電気機械システム(MEMS)複合共振器104のために選択されうる406。所望の品質係数(Q)および所望の電気機械結合(kt2)をもつ複合圧電材料108を得るために、第1圧電材料110aおよび第2圧電材料110b間の厚さ比124(または体積比126)が調整されうる408。横振動微小電気機械システム(MEMS)複合共振器104は、この後複合圧電材料108を使用して生成されうる410。

0040

図5は、本システムおよび方法における使用のための、別の横振動微小電気機械システム(MEMS)複合共振器504を例示する。図5の横振動微小電気機械システム(MEMS)複合共振器504は、図1の横振動微小電気機械システム(MEMS)複合共振器104の一構成でありうる。横振動微小電気機械システム(MEMS)複合共振器504は、第1圧電材料110a(ZnOまたはPZT)の層510aおよび第2圧電材料110b(AIN)の層510bを含む複合圧電材料508を含みうる。

0041

第1圧電材料110aの層510aは、接地(GND)層により第2圧電材料110bの層510bに結合されうる。複数の入力および出力電極506a−dは、第1圧電材料110aの層510aに結合されうる。複数の入力および出力電極506e−hもまた、第2圧電材料110bの層510bに結合されうる。

0042

第1圧電材料110aの層510aは、T1 530aの厚さを有し、第2圧電材料110bの層510bはT2 530bの厚さを有しうる。厚さT1 530aおよび厚さT2 530b間の比124を調整することによって、複合圧電材料508の複合品質係数(Q)118および複合電気機械結合(kt2)122が調整されうる。例えば、第1圧電材料110aが高い品質係数(Q)112aであるが低い電気機械結合(kt2)116を有し、かつより高い複合品質係数(Q)118が(複合電気機械結合(kt2)122を犠牲にして)望まれる場合には、厚さT1 530aが厚さT2 530bに対して増加されうる。

0043

図6は、本システムおよび方法における使用のための、さらに別の横振動微小電気機械システム(MEMS)複合共振器604を例示する。図6の横振動微小電気機械システム(MEMS)複合共振器604は、図1の横振動微小電気機械システム(MEMS)複合共振器104の一構成でありうる。横振動微小電気機械システム(MEMS)複合共振器604は、第1圧電材料110a(AIN)の層610aおよび第2圧電材料110b(ZnOまたはPZT)の層610bを含む複合圧電材料608を含みうる。

0044

第1圧電材料110aの層610aは第2圧電材料110bの層610bに結合されうる。第1の電極606aは第1圧電材料110aの層610aに結合され、第2の電極606bは第2圧電材料110bの層610bに結合されうる。

0045

第1圧電材料110aは第1の体積を有し、第2圧電材料110bは第2の体積を有しうる。第1の体積および第2の体積間の比126を調整することによって、複合圧電材料608の複合品質係数(Q)118および複合電気機械結合(kt2)122が調整されうる。例えば、第1圧電材料110aが高い品質係数(Q)112aであるが低い電気機械結合(kt2)116aを有し、かつより高い複合品質係数(Q)118が(複合電気機械結合(kt2)122を犠牲にして)望まれる場合には、第1の体積が第2の体積に対して増加されうる。

0046

図7は、圧電材料110の3縦並び層710a−cを持つ横振動微小電気機械システム(MEMS)複合共振器704を例示するブロック図である。図7の横振動微小電気機械システム(MEMS)複合共振器704は、図1の横振動微小電気機械システム(MEMS)複合共振器104の一構成でありうる。横振動微小電気機械システム(MEMS)複合共振器704は、第1圧電材料110aの第1層710a、第2圧電材料110bの層710b、および第1圧電材料110aの第2層710cを含む複合圧電材料708を含みうる。第2圧電材料110bの層710bは、第1圧電材料110aの第1層710aと第1圧電材料110aの第2層710cとの間に挟持されうる(すなわち、第1圧電材料110aの第1層710aが第2圧電材料110bの層710bの真上にあり、第1圧電材料110aの第2層710cが第2圧電材料110bの層710bの真下にありうる)。第1の電極706aは第1圧電材料110aの第1層710aに結合されうる。第2の電極706bは第1圧電材料110aの第2層710cに結合されうる。

0047

第1圧電材料110aは第1の体積(第1圧電材料110aの第1層710aおよび第1圧電材料110aの第2層710cの両方による)を有し、第2圧電材料110bは第2の体積(第2圧電材料110bの層710bによる)を有しうる。第1の体積および第2の体積間の比126を調整することによって、複合圧電材料708の複合品質係数(Q)118および複合電気機械結合(kt2)122が調整されうる。例えば、第1圧電材料110aが高い品質係数(Q)112aであるが低い電気機械結合(kt2)116aを有し、かつより高い複合品質係数(Q)118が(複合電気機械結合(kt2)122を犠牲にして)望まれる場合には、第1の体積が第2の体積に対して増加されうる。

0048

図8は、圧電材料110の4横並び層810a−dを持つ横振動微小電気機械システム(MEMS)複合共振器804を例示するブロック図である。図8の横振動微小電気機械システム(MEMS)複合共振器804は、図1の横振動微小電気機械システム(MEMS)複合共振器104の一構成でありうる。横振動微小電気機械システム(MEMS)複合共振器804は、第1圧電材料110aおよび第2圧電材料110bを含む複合圧電材料808を含みうる。

0049

一構成において、複合圧電材料808は、第1圧電材料の第1層810a、第2圧電材料の第1層810b、第1圧電材料の第2層810c、および第2圧電材料の第2層810dを含みうる。第2圧電材料の第1層810bは、第1圧電材料の第1層810aと第1圧電材料の第2層810cとの間に挟持されうる。第1圧電材料の第2層810cは、第2圧電材料の第1層810bと第2圧電材料の第2層810dとの間に挟持されうる。

0050

第1の電極806aは、第1圧電材料の第1層810a、第2圧電材料の第1層810b、第1圧電材料の第2層810c、および第2圧電材料の第2層810dの上面に結合されうる。第2の電極806bは、第1圧電材料の第1層810a、第2圧電材料の第1層810b、第1圧電材料の第2層810c、および第2圧電材料の第2層810dの下面に結合されうる。

0051

第1圧電材料110aは、(第1圧電材料の第1層810aおよび第1圧電材料の第2層810cの両方による)第1の体積を有し、第2圧電材料110bは、第2の体積(第2圧電材料の第1層810cおよび第2圧電材料の第2層810dの両方による)を有しうる。第1の体積および第2の体積間の比126を調整することによって、複合圧電材料808の複合品質係数(Q)118および複合電気機械結合(kt2)122が調整されうる。例えば、第1圧電材料110aが高い電気機械結合(kt2)116aであるが低い品質係数(Q)112aを有し、かつより高い複合電気機械結合(kt2)122が(複合品質係数(Q)118を犠牲にして)望まれる場合には、第1の体積が第2の体積に対して増加されうる。

0052

図9は、電子デバイス/無線デバイス902内に含まれうる特定のコンポーネントを例示する。電子デバイス/無線デバイス902は、アクセス端末、移動局、無線通信デバイス、基地局、ノードB、ハンドヘルド型電子デバイスなどでありうる。電子デバイス/無線デバイス902はプロセッサ903を含む。プロセッサ903は、汎用単一チップのマイクロプロセッサまたは汎用マルチチップのマイクロプロセッサ(例えば、ARM)、特定用途マイクロプロセッサ(例えば、デジタル信号プロセッサ(DSP))、マイクロコントローラプログラマブルゲートアレイなどでありうる。プロセッサ903は中央処理装置(CPU)と呼ばれうる。単一のプロセッサ903のみが、図9の電子デバイス/無線デバイス902で示されているが、代替的な構成では、プロセッサの組み合わせ(例えば、ARMおよびDSP)が使用されうる。

0053

電子デバイス/無線デバイス902はまたメモリ905を含む。メモリ905は、電子情報を格納できるあらゆる電子コンポーネントでありうる。メモリ905は、ランダムアクセスメモリ(RAM)、読取専用メモリ(ROM)、磁気ディスク記憶媒体光学記憶媒体、RAMにおけるフラッシュメモリデバイス、プロセッサと共に含まれるオンボードメモリEPROMメモリ、EEPROM(登録商標)メモリ、レジスタ、およびそれらの組み合わせを含むものなどとして実施されうる。

0054

データ909aおよび命令群907aは、メモリ905に格納されうる。命令群907aは、ここに開示される方法を実現するためにプロセッサ903によって実行可能でありうる。命令群907aを実行することは、メモリ905に格納されるデータ909aの使用を伴いうる。プロセッサ903が命令群907aを実行するとき、命令群907bの様々な部分がプロセッサ903にロードされ、データ909bの様々な部分がプロセッサ903にロードされうる。

0055

電子デバイス/無線デバイス902はまた、電子デバイス/無線デバイス902への信号の送信、および電子デバイス/無線デバイス902からの信号の受信を許可するために、送信機911および受信機913を含みうる。送信機911および受信機913はまとめてトランシーバ915と呼ばれうる。アンテナ917はトランシーバ915に電気的に結合されうる。電子デバイス/無線デバイス902はまた、(図示されない)複数の送信機、複数の受信機、複数のトランシーバ、および/または複数のアンテナを含みうる。

0056

電子デバイス/無線デバイス902は、デジタル信号プロセッサ(DSP)921を含みうる。電子デバイス/無線デバイス902はまた、通信インターフェース923を含みうる。通信インターフェース923は、ユーザが電子デバイス/無線デバイス902と対話する(interact)ことを許可しうる。

0057

電子デバイス/無線デバイス902の様々なコンポーネントは、電力バス制御信号バスステータス信号バスデータバスなどを含みうる1つまたは複数のバスによって共に結合されうる。明確さのために、様々なバスが、バスシステム919として、図9に例示される。

0058

ここに説明される技法は、直交多重方式に基づく通信システムを含む様々な通信システムのために使用されうる。このような通信システムの例は、直交周波数分割多元接続(OFDMA)システム、単一キャリア周波数分割多元接続(SC−FDMA)システムなどを含む。OFDMAシステムは、システム全体の帯域幅を多重直交サブキャリアに分割する変調技法である、直交周波数分割多重(OFDM)を利用する。これらのサブキャリアはまた、トーンビンなどと呼ばれうる。OFDMにより、各サブキャリアはデータを用いて別々に変調されうる。SC−FDMAシステムは、システム帯域幅にわたって分散されるサブキャリア上で送信するためにインターリーブされたFDMA(IFDMA)を利用し、隣接したサブキャリアのブロック上で送信するために局所化されたFDMA(LFDMA)を利用し、または、隣接したサブキャリアの複数のブロック上で送信するために拡張されたFDMA(EFDMA)を利用しうる。一般的に、変調シンボルは、周波数ドメインにおいてOFDMで送られ、時間ドメインにおいてSC−FDMAで送られる。

0059

「決定する」という用語は、多種多様アクション包含するため、「決定する」ことは、計算すること、演算すること、処理すること、導出すること、調査すること、調べること(例えば、表、データベース、または別のデータ構造を調べること)、確認することなどを含むことができる。また、「決定する」ことは、受信すること(例えば、情報を受信すること)、アクセスすること(例えば、メモリ内のデータにアクセスすること)などを含みことができる。また、「決定する」ことは、解決すること、選択すること、選ぶこと、確立することなどを含むことができる。

0060

「に基づく」というフレーズは、そうではないと明確に指定されていない限りは、「のみに基づく」ことを意味するわけではない。言い換えると、「に基づく」というフレーズは、「のみに基づく」および「に少なくとも基づく」の両方を説明する。

0061

「プロセッサ」という用語は、汎用プロセッサ、中央処理装置(CPU)、マイクロプロセッサ、デジタル信号プロセッサ(DSP)、コントローラ、マイクロコントローラ、ステートマシンなどを包含するように広く解釈されるべきである。いくつかの状況では、「プロセッサ」は、特定用途向け集積回路ASIC)、プログラマブル論理デバイスPLD)、フィールドプログラマブルゲートアレイFPGA)などを指しうる。「プロセッサ」という用語は、処理デバイスの組み合わせ、例えば、DSPとマイクロプロセッサの組み合わせ、複数のマイクロプロセッサ、DSPコアと連結した1つまたは複数のマイクロプロセッサ、または、何か他のそのような構成を指しうる。

0062

「メモリ」という用語は、電子情報を格納できるあらゆる電子コンポーネントを包含するように広く解釈されるべきである。メモリという用語は、ランダムアクセスメモリ(RAM)、読取専用メモリ(ROM)、不揮発性ランダムアクセスメモリ(NVRAM)、プログラマブル読取専用メモリ(PROM)、消去可能なプログラマブル読取専用メモリ(EPROM)、電気的消去可能なPROM(EEPROM)、フラッシュメモリ磁気または光学データ記憶装置、レジスタなどのような、様々なタイプのプロセッサ読取可能媒体を指しうる。メモリは、プロセッサが、メモリから情報を読み取る、および/または、メモリに情報を書き込むことができる場合に、プロセッサと電子通信していると言われる。プロセッサに不可欠なメモリは、このプロセッサと電子通信している。

0063

「命令群」および「コード」という用語は、あらゆるタイプの(単数または複数の)コンピュータ読取可能ステートメントを含むように広く解釈されるべきである。例えば、「命令群」および「コード」という用語は、1つまたは複数のプログラムルーチンサブルーチン、機能、手順などを指しうる。「命令群」および「コード」は、単一のコンピュータ読取可能ステートメントまたは多くのコンピュータ読取可能ステートメントを備えうる。

0064

ここで説明される機能は、ハードウェアによって実行されているソフトウェアまたはファームウェアにおいてインプリメントされうる。機能は、コンピュータ読取可能媒体上に、1つまたは複数の命令として格納されうる。「コンピュータ読取可能媒体」または「コンピュータプログラム製品」という用語は、コンピュータまたはプロセッサによってアクセスされうるあらゆる有形記憶媒体を指す。限定されない例として、コンピュータ読取可能媒体は、RAM、ROM、EEPROM、CD−ROM、または他の光学ディスク記憶装置磁気ディスク記憶装置あるいは他の磁気記憶デバイス、または、命令群あるいはデータ構造の形態で所望のプログラムコードを搬送あるいは格納するために使用されることができ、かつコンピュータによってアクセスされうるあらゆる他の媒体を含みうる。ここで使用されるようなディスク(diskおよびdisc)は、コンパクトディスク(CD)、レーザーディスク(登録商標)、光ディスクデジタル汎用ディスク(DVD)、フロッピー(登録商標)ディスク、およびブルーレイ(登録商標)ディスクを含むが、一般的には、ディスク(disk)はデータを磁気的に再生する一方で、ディスク(disc)はデータをレーザを用いて光学的に再生する。コンピュータ読取可能媒体は、有形および非一時的でありうることに留意されたい。「コンピュータプログラム製品」という用語は、コンピューティングデバイスまたはプロセッサによって実行、処理、または演算されうるコードまたは命令群(例えば、「プログラム」)と組み合わせたコンピューティングデバイスまたはプロセッサを指す。ここで使用されるように、「コード」という用語は、コンピューティングデバイスまたはプロセッサによって実行可能であるソフトウェア、命令群、コード、またはデータを指しうる。

0065

ここに開示された方法は、説明された方法を達成するための1つまたは複数のステップまたはアクションを備える。方法のステップおよび/またはアクションは、本願の特許請求の範囲から逸脱することなく、互いに置き換えられうる。言い換えると、ステップまたはアクションの特定の順序が、説明されている方法の適切な動作のために必要とされない限り、特定のステップおよび/またはアクションの順序および/または使用が、特許請求の範囲から逸脱することなく変形できる。

0066

さらに、図4によって例示されたもののような、ここに説明された方法および技法を実施するためのモジュールおよび/または他の適切な手段は、ダウンロードされ、および/または、さもなければデバイスによって取得されうると認識されるべきである。例えば、デバイスは、ここに説明された方法を実施するための手段の転送を容易にするためにサーバに結合されうる。代替的に、ここに説明された様々な方法は、デバイスが、記憶手段をそのデバイスに結合または提供する際に様々な方法を取得できるように、記憶手段(例えば、ランダムアクセスメモリ(RAM)、読取専用メモリ(ROM)、コンパクトディスク(CD)またはフロッピーディスクのような物理記憶媒体、など)を介して提供されうる。

0067

本願の特許請求の範囲が、上記に例示されたまさにその構成およびコンポーネントに限定されないことが理解されるべきである。様々な修正、変更、および、バリエーションが、ここに説明されたシステム、方法、および装置の、配置、動作、および詳細において、特許請求の範囲から逸脱することなく行われうる。

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