谐振器和梯形滤波器制造技术

本发明专利技术涉及通信领域，提供一种谐振器和梯形滤波器。本发明专利技术中，谐振器包括：基底、底电极、压电层、顶电极、声波反射结构以及用以调节滤波器通带性能的凸起结构；其中，压电层位于顶电极和底电极之间，凸起结构位于顶电极上背离压电层的一面，或者位于所述顶电极之下的所述压电层的表面，或者位于所述压电层之下的所述底电极的上表面，或者位于所述底电极之下；声波反射结构位于基底和底电极之间。本发明专利技术与现有技术相比，通过凸起结构设计将串联谐振器阻抗频率特性曲线中左侧的杂峰向左移动，以使滤波器通带中的缺陷移至滤波器阻带中，从而提高滤波器的性能，而且压电层掺杂稀土元素，能够弥补因凸起结构设计所导致的谐振器机电耦合系数的降低。

Resonators and trapezoidal filters

The invention relates to the field of communication, providing a resonator and a trapezoidal filter. In the present invention, the resonator comprises a base, a bottom electrode, a piezoelectric layer, a top electrode, an acoustic reflection structure and a convex structure for adjusting the passband performance of the filter, in which the piezoelectric layer is located between the top electrode and the bottom electrode, and the convex structure is located on the side of the top electrode away from the piezoelectric layer, or on the surface of the piezoelectric layer under the top electrode, or on the voltage of the piezoelectric layer. The upper surface of the bottom electrode under the electric layer or under the bottom electrode; the acoustic reflection structure is located between the base and the bottom electrode. Compared with the prior art, the clutter peak on the left side of the impedance-frequency characteristic curve of the series resonator moves to the left through the convex structure design, so that the defect in the filter passband can be moved to the filter stopband, thereby improving the performance of the filter. Moreover, the doping of rare earth elements in the piezoelectric layer can compensate for the reduction of the electromechanical coupling coefficient of the resonator caused by the convex structure design.

【技术实现步骤摘要】
谐振器和梯形滤波器
本专利技术涉及通信
，特别地涉及一种谐振器和梯形滤波器。
技术介绍
随着无线通讯系统的快速发展，人们对无线终端的滤波器件提出微型化、集成化、高频化等新的要求。薄膜体声波谐振器(简称FBAR)，因其高谐振频率、高品质因数、高功率承受能力、低功耗、低价格等诸多优点，可以级联而成具有高工作频率、低插入损耗、高陡降特性、高功率承受能力的滤波器、双工器，被普遍认为是替代声表面波器件解决无线通信高密集频段双工器的最佳方案而受到广泛关注。典型的FBAR结构如图1所示，包括顶电极101、底电极103、夹在中间的压电层102、位于底电极103的声波反射结构104以及基底105。通过顶电极101和底电极103间输入正弦电信号，FBAR利用逆压电效应将输入的正弦电信号转换为机械谐振，然后再利用压电效应将机械谐振转换为电信号输出。将谐振器按照一定的拓扑结构连接就可以构建频率滤波器件，其中最常见的组成滤波器的谐振器连接拓扑结构为Ladder结构(即梯形结构)。如图2所示，梯形滤波器的每一级由一个串联谐振器(X1、X2…或Xn)和一个并联谐振器(Y1、Y2…或Yn)组成。在谐振器的谐振频率之外，整个器件对外的电学性质基本上表现为电容的形式，因此整个网络的电学传输特性与阶梯形的电容网络一致。Ladder结构中并联的谐振器频率比串联的谐振器频率要低。FBAR主要利用压电薄膜的纵向压电系数产生压电效应，所以其主要工作模式为厚度方向上的纵波模式(ThicknessExtensionalMode，简称TE模式)。薄膜体声波谐振器仅激发厚度方向(TE)模，但是除了期望的TE模式之外，还会产生横向的寄生模式，如瑞利-拉姆模是与TE模的方向相垂直的机械波。这些横向模式的波会在谐振器的边界处损失掉，从而使得谐振器所需的纵模的能量损失，最终导致谐振器Q值下降。为了解决在谐振器边缘处能量的损失，常用的一种方法是在谐振器上电极边缘的周围增加一凸起结构。由于凸起结构中的声阻抗与谐振器有效区域中的声阻抗不匹配，从而可以将边缘处的声波反射回谐振器内，从而可以减少谐振器中能量的损耗。但是，如图3所示，加入的凸起结构，会使得串联谐振器在阻抗频率曲线的左侧存在杂峰301，从而导致在滤波器的通带中存在缺陷302，进而使得滤波器的性能下降。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供一种谐振器和梯形滤波器，通过增加凸起结构来提高谐振器Q值的同时，通过谐振器中的凸起结构设计，将串联谐振器阻抗频率特性曲线中左侧的杂峰向左移动，以使滤波器通带中的缺陷移至滤波器阻带中，从而提高滤波器的性能。为解决上述技术问题，本专利技术的实施例提供了一种谐振器，多个所述谐振器用于级联形成滤波器；所述谐振器包括：基底、底电极、压电层、顶电极、声波反射结构以及用以调节滤波器通带性能的凸起结构；所述压电层位于所述顶电极和所述底电极之间，所述凸起结构位于所述顶电极上背离所述压电层的一面，或者位于所述顶电极之下的所述压电层的表面，或者位于所述压电层之下的所述底电极的上表面，或者位于所述底电极之下；所述声波反射结构位于所述基底和所述底电极之间。本专利技术的实施例还提供了一种梯形滤波器，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。本专利技术谐振器的凸起结构设计，在提高谐振器Q值的同时，能够将所述串联谐振器阻抗频率特性曲线左侧中的杂峰向左移动，以使所述滤波器通带中的缺陷移至所述滤波器阻带中，从而可以提高滤波器的通带性能。可选的，所述压电层的材料成分中掺杂稀土元素。在压电层掺杂稀土元素，能够弥补因凸起结构设计所导致的谐振器机电耦合系数的降低。可选的，所述压电层的材料成分为氮化铝，所述氮化铝中掺杂稀土元素。可选的，所述稀土元素为以下任意一种或几种：镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥、钇以及钪。可选的，所述声波反射结构位于所述基底的上表面。可选的，所述基底具有对应于所述声波反射结构的，所述声波反射结构的其中一部分嵌于所述基底内。可选的，所述声波反射结构为声学镜。可选的，所述声学镜为空气腔或者布拉格反射层。可选的，通过增加凸起结构厚度，将滤波器通带中的杂峰移动到阻带中。可选的，所述凸起结构与所述顶电极边缘的距离有一预设距离。可选的，凸起结构的材料密度大于所述顶电极的材料密度。可选的，所述顶电极对应于所述凸起结构的位置具有凹陷结构，且所述凹陷结构位于所述凸起结构的内部。可选的，所述顶电极具有桥翼结构且所述桥翼结构位于所述凸起结构的外部，所述桥翼结构与所述压电层之间具有空气隙，并且所述桥翼结构对应于所述声波反射结构。和/或，所述顶电极具有桥部结构，且所述桥部结构位于所述凸起结构的外部，所述桥部结构靠近所述凸起结构的一部分与所述压电层之间具有空气隙。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是现有技术声波谐振器的结构示意图；图2是现有技术滤波器的结构示意图；图3是现有技术滤波器中谐振器的阻抗曲线与滤波器的传输特性曲线对比示意图；图4是第一实施方式中谐振器的结构示意图；图5是图4沿俯视图1B-1B方向所取的截面图；图6是第一实施方式中谐振器的阻抗曲线与滤波器的传输特性曲线对比示意图；图7是第二实施方式中谐振器的结构示意图；图8是图7沿俯视图1B-1B方向所取的截面图；图9是第三实施方式中谐振器的结构示意图；图10是图9沿俯视图1B-1B方向所取的截面图；图11是第四实施方式中谐振器的结构示意图；图12是图11沿俯视图1B-1B方向所取的截面图；图13是第五实施方式中谐振器的结构示意图；图14是图13沿俯视图1B-1B方向所取的截面图；图15是第六实施方式中谐振器的结构示意图；图16是图15沿俯视图1B-1B方向所取的截面图。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谐振器。多个所述谐振器用于级联形成滤波器。如图4和图5所示，所述谐振器包括：基底401、底电极402、压电层403并掺杂有稀土元素、顶电极404、声波反射结构405以及用于调节滤波器通带性能的凸起结构406。所述压电层403位于所述顶电极404和所述底电极402之间，所述凸起结构406位于所述顶电极404上背离所述压电层403的一面，但不限定于此，还可以位于其他位置。比如，位于所述顶电极404之下的所述压电层403的表面，或者位于所述压电层403之下的所述底电极402的上表面，或者位于所述底电极402之下。此外，顶电极404和底电极402组成材料可以由金(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。凸起结构的材料组成可以与顶电极相同也可以不同。优选的，所述凸起结构的材料密度大于所述顶电极的材料密度，这样可以使得将滤波器通带中的杂峰移动到阻带中。凸起结构406的加工方法为：首先，在顶电极的表面，通过PVD、CVD或P本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种谐振器，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：基底、底电极、压电层、顶电极、声波反射结构以及能够将串联谐振器阻抗频率特性曲线中左侧的杂峰向左移动以使滤波器通带中的缺陷移至滤波器阻带中的凸起结构。所述压电层位于所述顶电极和所述底电极之间，所述凸起结构位于所述顶电极上背离所述压电层的一面，或者位于所述顶电极之下的所述压电层的表面，或者位于所述压电层之下的所述底电极的上表面，或者位于所述底电极之下；所述声波反射结构位于所述基底和所述底电极之间。

【技术特征摘要】
1.一种谐振器，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：基底、底电极、压电层、顶电极、声波反射结构以及能够将串联谐振器阻抗频率特性曲线中左侧的杂峰向左移动以使滤波器通带中的缺陷移至滤波器阻带中的凸起结构。所述压电层位于所述顶电极和所述底电极之间，所述凸起结构位于所述顶电极上背离所述压电层的一面，或者位于所述顶电极之下的所述压电层的表面，或者位于所述压电层之下的所述底电极的上表面，或者位于所述底电极之下；所述声波反射结构位于所述基底和所述底电极之间。2.根据权利要求1所述的谐振器，其特征在于，所述压电层的材料成分中掺杂稀土元素。3.根据权利要求1所述的谐振器，其特征在于，所述压电层的材料成分为氮化铝，所述氮化铝中掺杂稀土元素。4.根据权利要求1所述的谐振器，其特征在于，所述声波反射结构位于所述基底的上表面。5.根据权利要求1所述的谐振器，其特征在于，所述声波反射结构为声学镜。6.根据权利要求1所述的谐振器，其特征在于，所述凸起结构的厚度可调；所述凸起结构厚度的大小，为根据滤波器特定的性能指标来调节，使得将滤波器通带中的杂峰移到阻带中。7.根据权利要求1所述的谐振器，其特征在于，所述凸起结构与所述顶电极边缘...

【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