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带有温度补偿层的谐振器、滤波器制造技术

技术编号:21204596 阅读:23 留言:0更新日期:2019-05-25 02:39
本发明专利技术涉及通信领域,提供一种带有温度补偿层的谐振器、滤波器。本发明专利技术中,多个所述谐振器用于级联形成滤波器;其中所述谐振器包括位置关系依次相连的顶电极、压电层、底电极、声反射结构、基底以及位于所述顶电极或所述压电层的温度补偿层;所述压电层的其中一部分掺杂有稀土元素。本发明专利技术与现有技术相比,可以在不影响谐振器其它性能的情况下,能够调节温度补偿层材料的声速温度系数以调节温度补偿层材料的温度补偿能力,从而使得谐振器的设计过程具有更强的灵活性。

Resonator and filter with temperature compensation layer

The invention relates to the field of communication, and provides a resonator and a filter with a temperature compensation layer. In the present invention, a plurality of the resonators are used for cascade forming filters; the resonators include top electrodes, piezoelectric layers, bottom electrodes, acoustic reflection structures, substrates and temperature compensation layers located at the top electrodes or the piezoelectric layers, which are connected sequentially in position; a part of the piezoelectric layers is doped with rare earth elements. Compared with the prior art, the present invention can adjust the sound velocity temperature coefficient of the temperature compensation layer material to adjust the temperature compensation ability of the temperature compensation layer material without affecting the other performance of the resonator, thus making the design process of the resonator more flexible.

【技术实现步骤摘要】
带有温度补偿层的谐振器、滤波器
本专利技术涉及通信领域,特别地涉及一种带有温度补偿层的谐振器、滤波器。
技术介绍
目前射频前端滤波器领域中,基于声表面波(SAW)技术和薄膜体声波(BAW)技术的滤波器由于器件的高性能表现、尺寸小型化而占据了市场的主导地位。相比SAW滤波器而言BAW滤波器解决方案在高频下能提供更加小的通带插损,更高地选择性,并且可长时间承受高功率,更好的静电放电(ESD)保护以及更加稳定的温度特性。基于这些优势,BAW滤波器技术在无线通讯应用的市场份额逐渐增大。压电声波谐振器的压电层、金属层或电介层的厚度以及其内的声速都随温度的变化而变化,因此压电声波谐振器的谐振频率也随温度的变化而变化。尽管上述压电声波谐振器的各层随温度变化而产生的厚度膨胀或收缩会影响谐振频率,但各层内声波传播速度随温度的改变是影响压电声波谐振器谐振频率随温度改变的主要原因。目前应用在压电声波谐振器中的大部分材料都呈现出负的温度系数,即随温度的升高声速会变小,因为材料在较高温下会变“软化”(例如,跨原子力被减弱)。跨原子力的减小会导致材料弹性系数的减小,从而减小声速。由压电声波谐振器构成的射频(RF)滤波器通常有一个通带频率响应,压电声波谐振器的频率温度系数(TCF)会降低射频(RF)滤波器的制造良率,因为由压电声波谐振器所构成的设备或器件只有在一定温度范围内才能满足通带带宽的要求。构成压电声波谐振器层叠结构的主要材料基本上都具有负的声速温度系数,而SiO2(二氧化硅)材料具有正的声速温度系数,通过调整层叠结构中SiO2以及其它各层材料的厚度,可以有效降低压电声波谐振器频率随温度漂移。但是插入的温度补偿层结构会降低谐振器的机电耦合系数,同时随着温度补偿层厚度的增加也会使得谐振器的品质因数Q值降低。在一些滤波器的应用中,需要压电谐振器的谐振频率、机电耦合系数、谐振器品质因数、谐振器频率温度系数同时满足一定要求,而通过单纯调节谐振器层叠结构中SiO2以及其它各层材料的厚度难以实现。
技术实现思路
有鉴于此,本专利技术提供一种带有温度补偿层的谐振器、滤波器,使得可以在不影响谐振器的其它性能的情况下,能够调节温度补偿层材料的声速温度系数以调节温度补偿层材料的温度补偿能力,从而使得谐振器的设计过程具有更强的灵活性。为解决上述技术问题,本专利技术的实施例提供了一种带有温度补偿层的谐振器,多个所述谐振器用于级联形成滤波器。所述谐振器包括位置关系依次相连的顶电极、压电层、底电极、声反射结构、基底以及位于所述顶电极或所述压电层的温度补偿层。所述压电层的其中一部分掺杂有稀土元素。温度补偿层的厚度范围是(埃)至优选地可以是至本专利技术的实施例还提供了一种滤波器,所述滤波器包括多个上述谐振器,多个所述谐振器级联形成所述滤波器。由于本专利技术的谐振器包括温度补偿层,所以可以提高谐振器温度补偿的能力,但是也会使得谐振器的机电耦合系数降低。同时如果温度补偿层的厚度太厚,还会导致谐振器的Q值(Q值即品质因数值)降低。在压电层其中一部分掺杂的稀土元素的原子半径通常比压电层本身的原子半径大,故会引起压电层的应力发生变化,而压电层中只有其中一部分掺杂了稀土元素,所以掺杂了稀土元素的那部分压电层的应力最大,从而在掺杂部分的压电层中加入较薄的温度补偿层就能起到最好的温补效果。同时,由于温度补偿层的厚度较薄,所以可以降低其中声波能量的损耗,提高谐振器的Q值;而且可以通过改变压电层中稀土元素的掺杂方式,来改变压电层中的应力变化情况,进而可以灵活改变温度补偿层所在的位置,可以使得谐振器在设计时在不影响其性能的同时,能够具有更强的灵活性。再者,由于掺入稀土元素后压电层应力的变化,会导致压电层材料中的电偶极子发生改变,当对压电层施加一电场时,压电层的材料中就会产生更大的机械响应,从而可以使得谐振器获得更高的机电耦合系数,进而能够弥补由于加入温度补偿层后所导致的谐振器机电耦合系数降低的情况。可选的,所述压电层中靠近所述顶电极的其中一部分掺杂有稀土元素;所述温度补偿层位于所述掺杂有稀土元素的部分压电层中。可选的,所述压电层中靠近所述底电极的其中一部分掺杂有稀土元素;所述温度补偿层位于所述掺杂有稀土元素的部分压电层中。可选的,所述压电层依次包括第一部位、第二部位以及第三部位;所述第一部位靠近所述顶电极,所述第三部位靠近所述底电极,所述第二部位掺杂有稀土元素;所述温度补偿层位于所述第二部位。可选的,所述压电层中靠近所述顶电极的其中一部分掺杂有稀土元素;所述温度补偿层位于所述顶电极。可选的,所述压电层在该压电层的厚度方向上掺杂不同比例的稀土元素,且由所述底电极至所述顶电极的方向上掺杂的稀土元素的比例越来越高。可选的,所述温度补偿层位于所述顶电极的上方。可选的,所述温度补偿层位于所述顶电极之中,且被所述顶电极包围。可选的,所述压电层在该压电层的厚度方向上掺杂不同比例的稀土元素,且由所述顶电极至所述底电极的方向上掺杂的稀土元素的比例越来越高。可选的,所述温度补偿层位于所述掺杂有稀土元素比例最高的部分压电层中。可选的,所述温度补偿层位于所述底电极之中,且被所述底电极包围。可选的,所述压电层为单层结构或多层结构。可选的,所述稀土元素为以下任意一种或其任意组合:镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥、钇以及钪。可选的,所述稀土元素为钪。可选的,所述钪的掺杂量为0.5%-40%。可选的,所述谐振器还包括位于所述压电层和所述基底之间的平坦层;所述平坦层位于所述底电极的其中一端且与所述底电极的末端对齐。附图说明附图用于更好地理解本专利技术,不构成对本专利技术的不当限定。其中:图1是第一实施方式中带有温度补偿层的谐振器的结构示意图;图2是第一实施方式中带有温度补偿层的谐振器的另一结构示意图;图3是第一实施方式中带有温度补偿层的谐振器的另一结构示意图;图4是第一实施方式中带有温度补偿层的谐振器的另一结构示意图;图5是第二实施方式中带有温度补偿层的谐振器的结构示意图;图6是第二实施方式中带有温度补偿层的谐振器的另一结构示意图;图7是第二实施方式中带有温度补偿层的谐振器的另一结构示意图;图8是第三实施方式中带有温度补偿层的谐振器的结构示意图;图9是第三实施方式中带有温度补偿层的谐振器的另一结构示意图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图对本专利技术的各实施例进行详细的阐述。然而,本领域的普通技术人员可以理解,在本专利技术各实施例中,为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是,即使没有这些技术细节和基于以下各实施例的种种变化和修改,也可以实现本申请所要求保护的技术方案。本专利技术的第一实施例涉及一种带有温度补偿层的谐振器。本实施例中带有温度补偿层的谐振器为薄膜体声波谐振器。多个所述谐振器用于级联形成滤波器。所述谐振器包括位置关系依次相连的顶电极、压电层、底电极、声反射结构、基底以及位于所述顶电极或所述压电层的温度补偿层。所述压电层的其中一部分掺杂有稀土元素。其中,顶电极和底电极的材料可以由金(Au)、钨(W)、钼(Mo)、铂(Pt),钌(Ru)、铱(Ir)、钛钨(TiW)、铝(Al)、钛(Ti)等类似金属形成。压电层的材料可以为氮化铝(AlN)、氧化锌(ZnO)、锆本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种带有温度补偿层的谐振器,其特征在于,多个所述谐振器用于级联形成滤波器;所述谐振器包括位置关系依次相连的顶电极、压电层、底电极、声反射结构、基底以及位于所述顶电极或所述压电层的温度补偿层,其中所述温度补偿层的厚度范围是

【技术特征摘要】
1.一种带有温度补偿层的谐振器,其特征在于,多个所述谐振器用于级联形成滤波器;所述谐振器包括位置关系依次相连的顶电极、压电层、底电极、声反射结构、基底以及位于所述顶电极或所述压电层的温度补偿层,其中所述温度补偿层的厚度范围是至所述压电层的其中一部分掺杂有稀土元素。2.根据权利要求1所述的带有温度补偿层的谐振器,其特征在于,所述温度补偿层的厚度范围是至3.根据权利要求1或2所述的带有温度补偿层的谐振器,其特征在于,所述压电层的所述其中一部分是靠近所述顶电极的一部分,或者是靠近所述底电极的一部分;所述温度补偿层位于所述掺杂有稀土元素的部分压电层中。4.根据权利要求1或2所述的带有温度补偿层的谐振器,其特征在于,所述压电层依次包括第一部位、第二部位以及第三部位;所述第一部位靠近所述顶电极,所述第三部位靠近所述底电极,所述第二部位掺杂有稀土元素;所述温度补偿层位于所述第二部位。5.根据权利要求1或2所述的带有温度补偿层的谐振器,其特征在于,所述压电层中靠近所述顶电极的其中一部分掺杂有稀土元素;所述温度补偿层位于所述顶电极,且被所述顶电极包围。6.根据权利要求1或2所述的带有温度补偿层的谐振器,其特征在于,所述压电层在该压电层的厚度方向上掺杂不同比例的稀土元素,且由所述底电极至所述顶电极的方向上掺杂的稀土元素的比例越来越高。7.根据权利要求7所述的带有温度补偿层的谐振器,其特征在于,所述温度补偿层位于所述顶电极的上方。8.根据权利要求7所述的带有温度补偿层的谐振器,其特征在于,所述温度补偿层位于所述顶电...

【专利技术属性】
技术研发人员:张孟伦庞慰杨清瑞
申请(专利权)人:天津大学诺思天津微系统有限责任公司
类型:发明
国别省市:天津,12

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