压电谐振器结构制造技术

本发明专利技术公开一种压电谐振器结构，包括：具有顶面、底面、第一末端和对应的第二末端以及中间部分的基底、声反射层、第一电极、压电层和第二电极，其中，基底、声反射层、第一电极、压电层和第二电极由下到上依次设置，并且，基底、声反射层、第一电极、压电层和第二电极的重叠区域定义为有效激励区。一系列的空气间隙和干涉结构在压电层和第二电极的第一末端和第二末端处形成以提高谐振器的电学性能。本发明专利技术的压电谐振器结构极大提高了谐振器在并联谐振频率附近的Ｑ值，同时不影响谐振器在串联谐振频率附近的Ｑ值和寄生模式强度，也不会降低谐振器的机电耦合系数采用本发明专利技术谐振器结构的滤波器具有更优越的电学特性，如更低的通带插入损耗等。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种压电谐振器。特别是涉及一种可以提高其电学特性的压电谐振器 结构。
技术介绍
用于无线通信设备的射频(RF)滤波器中的压电体声波谐振器一股分为两个类 型。一种类型称为薄膜体声波谐振器(FBAR)。典型的FBAR结构是由两个金属电极层中间 夹着压电材料层组成。两个金属电极都直接与空气接触使声能被控制在压电谐振器腔内。 在实际的结构配置中，会在金属电极加附加层以提高FBAR的性能如物理强度，钝化作用及 温度补偿。另一种类型称为固态装配型谐振器(SMR)。在SMR中，含有高、低声阻抗层的声 反射层起到FBAR—侧或两侧的空气的作用。声反射层表现为极高或极低的声阻抗，因此声 能可以被很好地控制在SMR的谐振腔内。两种类型的压电体声波谐振器都能提供足够的机电耦合系数和品质因数 (Q)以使无线通信设备(如手机)中的滤波器和双工器具有较高性能。&2<和9的乘积反 映了谐振器的品质因数(FOM)。通常，FOM值越大基于该谐振器的滤波器更容易达到预期的 性能。每种压电材料都有其固有的机电耦合系数(<)，表明了压电材料中电能和声能间 的转换效率。当压电材料层两侧都附有金属电极和附加层时，整个器件的可以由串联 谐振频率(fs)和并联谐振频率(fp)的计算公式得出。已经证明得出其与电极厚度有关，并 且在金属电极层厚度与压电层厚度比为某一定值时&大于 <。一股来说，具有较大&2<值 的谐振器可以使滤波器具有较宽的带宽。Q值是谐振器储存的总能量与谐振器通过各种途径损耗的能量的比值。如果谐振 器工作在纯活塞模式(piston mode)，Q值主要受到与谐振器材料相关的机械Q值限制。在 一个尺寸确定的谐振器中，其他的工作模式与其主要活塞模式共存。由于活塞模式是首要 考虑的，因此其他模式称为寄生模式，横向模式就是寄生模式的一种。横向模式是受到活塞 模式激发而形成的并且在谐振器表面一个边缘向另一边缘传播。横向模式在谐振器边缘经 反射形成反射波并于入射波干涉会在谐振器有效激励区内形成驻波。横向模式的声波会在 谐振器两侧泄露并进入基底，导致并联谐振频率附近的Q值下降。与大尺寸压电谐振器相比，小尺寸压电谐振器中更容易形成横向模式，因为横波 由谐振器对边反射回到原来边时经过较短的路径。减小小尺寸谐振器横向模式的一个方法 是将两个尺寸放大两倍的谐振器串联代替单一谐振器以抑制寄生模式，提高谐振器Qp值。 这样做尽管性能得到改善，但是每个芯片大小增加，每个芯片的制造成本也相应增加。这与 降低成本这一目标形成矛盾。另一种降低横向模式的方法是对谐振器边缘“裁剪”，即去掉谐振器一部分，这样 谐振器任何两条边都不平行。相对于正方形或矩形谐振器，横向声波在剪切谐振器中由于反射回原边界前需经过多重反射，增加了横向声波的传播路径并降低了横向模式谐振基 频。然而，横向模式的变弱并不意味着Qp得到改善，因为泄露到谐振器外的声能可能没有 减少。实际上，非平行边谐振器的Qp值可能因此而减小，因为在相同面积下非平行边谐振 器周长大于方形或矩形谐振器周长，声能的损失实际上略有增加，从而导致较低的Qp值。美国专利号为7280007名称为“带有加载周长的薄膜体声波谐振器”的专利，公开 了通过在谐振器周边处添加一层凸起的围栏结构提高Qp值的一种技术。增加的结构导致谐 振器有效激励区和外区声阻抗不匹配，这样将声能更好的限制在有效激励区。附加的凸起 结构可以是谐振器中的相同材料也可以是密度不同的其他材料。尽管Qp值通过上述方法 可以得到提高，串联谐振频率附近的Q值(Qs)却减小。这种方法在同时需要较大Qs和&2< 值的应用(如UMTSband 1双工器)中并不合适。此外，频率低于fs的寄生谐振模式的强 度因此而被放大，寄生谐振模式会在滤波器通带内引起强烈波动。因此，我们希望得到一种谐振器结构在不影响谐振器值、Qs值和寄生模式强 度的情况下能够提高其Qp值。上述的诸多缺陷和不足需要得到很好的解决。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，提供一种在不影响谐振器^iir值、Qs值和寄生模 式强度的情况下能够提高其Qp值的压电谐振器结构。本专利技术所采用的技术方案是一种压电谐振器结构，包括(a)基底，具有顶面、底面、第一末端和对应的第二末端以及中间部分；(b)声反射层，具有顶面、底面、第一末端和对应的第二末端以及中间部分，所述的 底面置于基底的顶面；(c)第一电极，具有顶面、底面、第一末端和对应的第二末端以及中间部分，所述的 底面置于声反射层的顶面；(d)压电层，具有顶面、底面、第一末端和对应的第二末端以及中间部分，所述的底 面置于第一电极的顶面；(e)第二电极，具有顶面、底面、第一末端和对应的第二末端以及中间部分，所述的 底面置于压电层的顶面；其中，基底、声反射层、第一电极、压电层和第二电极的重叠区域定义为有效激励 区。由第二电极的第一末端延伸出的第一干涉结构和由第二电极的第二末端延伸出 的第二干涉结构，在压电层第一末端形成第一空气间隙，在压电层第二末端形成第二空气 间隙。所述的由第二电极两末端延伸出的第一、第二干涉结构分别置于第一、第二空气 间隙上方。在第二电极的顶面还设置具有第一末端和第二末端的干涉结构，且该干涉结构的 宽度大于第二电极宽度，这样在第二电极的两末端分别形成了第一空气间隙和第二空气间 隙。还设置有第一支撑结构和第二支撑结构，所述的第一支撑结构置于干涉结构的第 一末端和压电层上表面之间，所述的第二支撑结构置于干涉结构第二末端和压电层上表面之间，这样在第一支撑结构和第二电极的第一末端之间以及第二支撑结构和第二电极的第 二末端之间分别形成了第一空气间隙和第二空气间隙。还设置有具有第一末端和第二末端的第一干涉结构，并置于第二电极顶面，且所 述的第一干涉结构的第二末端位于第二电极第一末端上，第一干涉结构的第一末端悬在有 效激励区上方以形成第一空气间隙；以及还设置有具有第一末端和第二末端的第二干涉结 构，并置于第二电极顶面，且所述的第二干涉结构的第二末端位于第二电极的第二末端上， 第二干涉结构的第一末端悬在有效激励区上方以形成第二空气间隙。还设置有具有第一末端和第二末端的第一干涉结构，并置于第二电极顶面，且所 述的第一干涉结构的第二末端在第二电极第一末端上，第一干涉结构的第一末端悬停在第 二电极和压电层第一末端上方以形成第一空气间隙；以及还设置有具有第一末端和第二末 端的第二干涉结构，并置于第二电极顶面，且所述的第二干涉结构的第二末端在第二电极 第二末端上，第二干涉结构的第一末端悬停在第二电极和压电层第二末端上方以形成第二 空气间隙。还设置有具有第一末端和第二末端的梯形第一干涉结构，并置于第二电极上表 面，且所述的第一干涉结构的第二末端置于第二电极的第一末端，第一干涉结构的第一末 端在有效激励区中，形成第一空气间隙；以及还设置有具有第一末端和第二末端的梯形第 二干涉结构置于第二电极上表面，且所述的第二干涉结构的第二末端置于第二电极的第二 末端，第二干涉结构的第一末端在有效激励区中，形成第二空气间隙。还设置有具有第一末端和第二末端的梯形第一干涉结构，所述的第一干涉结构的 第一末端置于第二电极的第一末端，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种压电谐振器结构，其特征在于，包括：（ａ）基底，具有顶面、底面、第一末端和对应的第二末端以及中间部分；（ｂ）声反射层，具有顶面、底面、第一末端和对应的第二末端以及中间部分，所述的底面置于基底的顶面；（ｃ）第一电极，具有顶面、底面、第一末端和对应的第二末端以及中间部分，所述的底面置于声反射层的顶面；（ｄ）压电层，具有顶面、底面、第一末端和对应的第二末端以及中间部分，所述的底面置于第一电极的顶面；（ｅ）第二电极，具有顶面、底面、第一末端和对应的第二末端以及中间部分，所述的底面置于压电层的顶面；其中，基底、声反射层、第一电极、压电层和第二电极的重叠区域定义为有效激励区。

【技术特征摘要】
一种压电谐振器结构，其特征在于，包括(a)基底，具有顶面、底面、第一末端和对应的第二末端以及中间部分；(b)声反射层，具有顶面、底面、第一末端和对应的第二末端以及中间部分，所述的底面置于基底的顶面；(c)第一电极，具有顶面、底面、第一末端和对应的第二末端以及中间部分，所述的底面置于声反射层的顶面；(d)压电层，具有顶面、底面、第一末端和对应的第二末端以及中间部分，所述的底面置于第一电极的顶面；(e)第二电极，具有顶面、底面、第一末端和对应的第二末端以及中间部分，所述的底面置于压电层的顶面；其中，基底、声反射层、第一电极、压电层和第二电极的重叠区域定义为有效激励区。2.根据权利要求1所述的压电谐振器结构，其特征在于，进一步还包括由第二电极的 第一末端延伸出的第一干涉结构和由第二电极的第二末端延伸出的第二干涉结构，在压电 层第一末端形成第一空气间隙，在压电层第二末端形成第二空气间隙。3.根据权利要求2所述的压电谐振器结构，其特征在于，所述的由第二电极两末端延 伸出的第一、第二干涉结构分别置于第一、第二空气间隙上方。4.根据权利要求1所述的压电谐振器结构，其特征在于，在第二电极的顶面还设置具 有第一末端和第二末端的干涉结构，且该干涉结构的宽度大于第二电极宽度，这样在第二 电极的两末端分别形成了第一空气间隙和第二空气间隙。5.根据权利要求4所述的压电谐振器结构，其特征在于，还设置有第一支撑结构和第 二支撑结构，所述的第一支撑结构置于干涉结构的第一末端和压电层上表面之间，所述的 第二支撑结构置于干涉结构第二末端和压电层上表面之间，这样在第一支撑结构和第二电 极的第一末端之间以及第二支撑结构和第二电极的第二末端之间分别形成了第一空气间 隙和第二空气间隙。6.根据权利要求1所述的压电谐振器结构，其特征在于，还设置有具有第一末端和第 二末端的第一干涉结构，并置于第二电极顶面，且所述的第一干涉结构的第二末端位于第 二电极第一末端上，第一干涉结构的第一末端悬在有效激励区上方以形成第一空气间隙； 以及还设置有具有第一末端和第二末端的第二干涉结构，并置于第二电极顶面，且所述的 第二干涉结构的第二末端位于第二电极的第二末端上，第二干涉结构的第一末端悬在有效 激励区上方以形成第二空气间隙。7.根据权利要求1所述的压电谐振器结构，其特征在于，还设置有具有第一末端和第 二末端的第一干涉结构，并置于第二电极顶面，且所述的第一干涉结构的第二末端在第二 电极第一末端上，第一干涉结构的第一末端悬停在第二电极和压电层第一末端上方以形成 第一空气间隙；以及还设置有具有第一末端和第二末端的第二干涉结构，并置于第二电极 顶面，且所述的第二干涉结构的第二末端在第二电极第二末端上，第二干涉结构的第一末 端悬停在第二电极和压电层第二末端上方以形成第二空气间隙。8.根据权利要求1所述的压电谐振器结构，其特征在于，还设置有具有第一末端和第 二末端的梯形第一干涉结构，并置于第二电极上表面...

【专利技术属性】
技术研发人员：庞慰，张浩，
申请(专利权)人：庞慰，张浩，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]