横截面扩张模式共振器及基于共振器的梯形滤波器制造技术

本发明专利技术揭示机电系统扩张模式共振器DMR结构。所述DMR包含第一电极层、第二电极层及由压电材料形成的压电层。所述压电层具有包含以下各项的尺寸：在X轴与垂直于所述X轴的Y轴的平面中的横向距离D以及沿垂直于所述X轴及所述Y轴的Z轴的厚度T。所述厚度与所述横向距离的数值比T／D经配置以响应于提供到所述电极中的一者或一者以上的信号而提供所述压电层的其中沿所述Z轴及沿所述X轴与所述Y轴的所述平面位移的振动模式。梯形滤波器电路可构造有DMR作为串联及／或分路元件，且所述共振器可具有螺旋配置。

Cross section expansion mode resonator and ladder filter based on resonator

The invention discloses an electromechanical system expansion mode resonator DMR structure. The DMR includes a first electrode layer, a second electrode layer, and a piezoelectric layer formed of piezoelectric material. The piezoelectric layer has a size comprising the transverse distance D in the plane of the X axis and the Y axis perpendicular to the X axis, and the thickness of the Z axis along the vertical axis of the X axis and the Y axis T. The numerical thickness and the transverse distance of the T / D signal in response to the above configuration are provided to the electrode in one or in the piezoelectric layer along the Z axis and along the X axis and the Y axis of the plane displacement the vibration mode. The ladder filter circuit can be constructed with DMR as a series and / or shunt element, and the resonator may have a spiral configuration.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】横截面扩张模式共振器及基于共振器的梯形滤波器优先权数据本专利技术主张2011年9月30日申请、标题为“横截面扩张模式共振器(CROSS-SECTIONALDILATIONMODERESONATORS)”的同在申请中的第61／541,546号美国临时专利申请案(代理人档案号为QUALP096P／112736P1)及2011年11月14日申请、标题为“横截面扩张模式共振器及基于共振器的梯形滤波器(CROSS-SECTIONALDILATIONMODERESONATORSANDRESONATOR-BASEDLADDERFILTERS)”的第13／295,978号美国专利申请案(代理人档案号为QUALP096B／112736U2)的优先权。这些先前申请案的揭示内容被视为本专利技术的部分且特此以其全文引用的方式且出于所有目的而并入本文中。
本专利技术一般来说涉及共振器，且更具体来说，涉及机电系统压电共振器及电路拓扑。
技术介绍
机电系统(EMS)包含具有电及机械元件、激活器、换能器、传感器、光学组件(包含镜及)及电子器件的装置。可以多种尺寸制造机电系统，包含但不限于微米尺寸及纳米尺寸。举例来说，微机电系统(MEMS)装置可包含具有介于从大约一微米到数百微米或更大的范围内的大小的结构。纳米机电系统(NEMS)装置可包含具有小于一微米的大小(举例来说，包含小于数百纳米的大小)的结构。可使用沉积、蚀刻、光刻及／或蚀刻掉衬底及／或所沉积材料层的部分或添加层以形成电装置及机电装置的其它微机械加工工艺形成机电元件。一种类型的EMS装置称作干涉式调制器(IMOD)。如本文中所使用，术语“干涉式调制器”或“干涉式光调制器”是指一种使用光学干涉原理选择性地吸收及／或反射光的装置。在一些实施方案中，干涉式调制器可包含一对导电板，所述对导电板中的一者或两者可为全部或部分透明的及／或反射的且能够在施加适当电信号时相对运动。在实施方案中，一个板可包含沉积于衬底上的固定层且另一板可包含通过气隙与所述固定层分离的反射膜。一个板相对于另一板的位置可改变入射于IMOD上的光的光学干涉。IMOD装置具有广泛的应用，且预期用于改进现有产品及形成新产品，尤其是具有显示能力的那些产品。各种电子电路组件可以EMS级(例如，共振器)来实施。一些常规EMS共振器结构提供少于所要电能与机械能转换，这在此项技术中通常一般称为“机电耦合”。在一些压电共振器结构中，此机电耦合的效率基于将来自递送到输入端子的输入电信号的电能转变为压电膜的机械运动(其在输入端子或输出端子处转变回到电能)的有效性。共振器中的不良机电耦合可导致次优操作效率及信号吞吐量。一些常规共振器配置具有小于所要机电耦合系数(kt2)，其有时在此项技术中用作机电耦合的数值表示。举例来说，在一些常规压电共振器中，压电膜的横向尺寸(例如，宽度或长度)主要确定共振频率。这些常规横向振动共振器中的一些共振器可具有小kt2值(通常小于3％)。在一些其它常规压电共振器(例如，薄膜体声共振器(FBAR))中，共振频率主要由压电膜的厚度确定。关于此些常规厚度模式共振器，kt2可较高，例如大约7％。然而，常规FBAR通常能够仅提供每晶片或裸片一个共振频率，例如，充当滤波器的中心频率。这各种因素可限制常规共振器在例如多带／多模式无线通信电路等多频率宽带滤波器应用中的性能。
技术实现思路
本专利技术的结构、装置、设备、系统及工艺各自具有数个创新性方面，所述方面中的单个方面均不单独地决定本文中所揭示的所要属性。本专利技术揭示机电系统共振器结构的实施方案，例如扩张模式共振器(DMR)、装置、设备、系统及相关制作工艺。根据本专利技术中所描述的标的物的一个创新性方面，一种压电共振器结构包含一个或一个以上电极的第一导电层、一个或一个以上电极的第二导电层及由压电材料形成的压电层。所述压电层安置于所述第一导电层与所述第二导电层之间。所述压电层具有包含以下各项的尺寸：在X轴与垂直于所述X轴的Y轴的平面中的横向距离(D)以及沿垂直于所述X轴及所述Y轴的Z轴的厚度(T)。所述厚度与所述横向距离的数值比T／D经配置以响应于提供到所述电极中的一者或一者以上的信号而提供所述压电层的其中沿所述Z轴及沿所述X轴与所述Y轴的所述平面位移的振动模式。在一些实施方案中，所述压电层的所述横向距离为沿所述X轴的宽度，且所述压电层的所述位移沿所述Z轴及沿X轴而发生。在一些实施方案中，所述压电层的所述横向距离为沿所述Y轴的长度，且所述压电层的所述位移沿所述Z轴及沿所述Y轴而发生。在一些其它实施方案中，所述横向距离处于所述X-Y平面中但具有从X及／或Y轴的角度偏移。在一些实施方案中，所述振动模式为2D振动模式。在一些其它实施方案中，所述振动模式为3D振动模式。在一些实施方案中，所述数值比T／D在与机电耦合相关联的指定范围内。所述指定范围可包含与第一机电耦合相关联的第一范围及与不同于所述第一机电耦合的第二机电耦合相关联的第二范围。在所述第一范围内，所述第一机电耦合可为可相对于所述数值比T／D而变化。在一些实例中，所述第二机电耦合高于所述第一机电耦合。在一些实施方案中，所述Z轴平分所述压电层，且所述振动模式具有相对于所述Z轴对称的形状。所述振动模式可与所述压电材料的系数(例如d31系数、d32系数、d33系数、d24系数及d15系数)的组合相关联。在一些实施方案中，一个或一个以上电极的所述第一导电层覆盖所述压电层的第一表面的实质部分。一个或一个以上电极的所述第二导电层也可覆盖所述压电层的第二表面的实质部分。根据本专利技术中所描述的标的物的另一创新性方面，一种设备包含：如上文所描述的压电共振器结构；显示器；处理器，其经配置以与所述显示器通信且经配置以处理图像数据；及存储器装置，其经配置以与所述处理器通信。所述压电共振器结构的电极中的一者或一者以上可经耦合以将所述图像数据发送到所述处理器。根据本专利技术中所描述的标的物的另一创新性方面，一种压电共振器结构包含：第一导电装置，其用于接收输入信号；第二导电装置，其用于提供输出信号；及压电装置，其由压电材料形成且接近于所述第一导电装置及所述第二导电装置而安置。所述压电装置具有包含以下各项的尺寸：在X轴与垂直于所述X轴的Y轴的平面中的横向距离(D)以及沿垂直于所述X轴及所述Y轴的Z轴的厚度(T)。所述压电装置具有所述厚度与所述横向距离的数值比T／D以用于响应于提供到电极中的一者或一者以上的信号而提供其中沿所述Z轴及沿所述X轴与所述Y轴的所述平面位移的振动模式。根据本专利技术中所描述的标的物的另一创新性方面，复数种共振器各自包含：第一导电层，其包含电极；第二导电层，其包含电极；及压电层，其由压电材料形成且安置于所述第一导电层与所述第二导电层之间。所述压电层具有包含以下各项的尺寸：在X轴与垂直于所述X轴的Y轴的平面中的横向距离(D)以及沿垂直于所述X轴及所述Y轴的Z轴的厚度(T)。所述厚度与所述横向距离的数值比T／D经配置以响应于提供到所述电极中的一者或一者以上的信号而提供所述压电层的其中沿所述Z轴及沿所述X轴与所述Y轴的所述平面位移的振动模式。所述共振器中的一者为串联共振器，其中其第一导电层电极耦合到输入端子且其第二导电层电极耦合到输出端子。所述共振器中的另一者为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种梯形滤波器装置，其包括：多个共振器，每一共振器包含：第一导电层，其包含至少一个电极，第二导电层，其包含至少一个电极，及压电层，其在所述第一导电层与所述第二导电层之间，所述压电层的每一截面能够响应提供到所述第一导电层的所述至少一个电极或所述第二导电层的所述至少一个电极的至少一个信号而振动，所述振动具有沿X轴、Y轴和Z轴的位移；所述压电层为长方体，所述长方体具有沿所述X轴的宽度(W)、沿所述Y轴的长度(L)以及沿所述Z轴的厚度(T)，所述X轴、所述Y轴和所述Z轴中的每一者彼此垂直；所述共振器的每一截面沿所述X轴和所述Z轴中的每一者的位移取决于所述厚度与所述宽度的数值比T/W；所述共振器的每一截面沿所述Y轴和所述Z轴中的每一者的位移取决于所述厚度与所述长度的数值比T/L；所述共振器中的第一者为串联共振器，所述串联共振器的第一导电层电极耦合到输入端子，所述串联共振器的第二导电层电极耦合到输出端子；且所述共振器中的第二者为第一分路共振器，所述第一分路共振器的第一导电层电极耦合到所述输入端子或所述输出端子，所述第一分路共振器的第二导电层电极耦合到接地。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.09.30 US 61/541,546;2011.11.14 US 13/295,9781.一种梯形滤波器装置，其包括：多个共振器，每一共振器包含：第一导电层，其包含至少一个电极，第二导电层，其包含至少一个电极，及压电层，其在所述第一导电层与所述第二导电层之间，所述压电层的每一截面能够响应提供到所述第一导电层的所述至少一个电极或所述第二导电层的所述至少一个电极的至少一个信号而振动，所述振动具有沿X轴、Y轴和Z轴的位移；所述压电层为长方体，所述长方体具有沿所述X轴的宽度(W)、沿所述Y轴的长度(L)以及沿所述Z轴的厚度(T)，所述X轴、所述Y轴和所述Z轴中的每一者彼此垂直；所述共振器的每一截面沿所述X轴和所述Z轴中的每一者的位移取决于所述厚度与所述宽度的数值比T/W；所述共振器的每一截面沿所述Y轴和所述Z轴中的每一者的位移取决于所述厚度与所述长度的数值比T/L；所述共振器中的第一者为串联共振器，所述串联共振器的第一导电层电极耦合到输入端子，所述串联共振器的第二导电层电极耦合到输出端子；且所述共振器中的第二者为第一分路共振器，所述第一分路共振器的第一导电层电极耦合到所述输入端子或所述输出端子，所述第一分路共振器的第二导电层电极耦合到接地。2.根据权利要求1所述的梯形滤波器装置，所述共振器中的第三者为第二分路共振器，所述第二分路共振器的所述第一导电层电极耦合到所述输入端子或所述输出端子，所述第二分路共振器的所述第二导电层电极耦合到所述接地。3.根据权利要求1所述的梯形滤波器装置，其中所述串联共振器具有串联共振频率，且所述第一分路共振器具有不同于所述串联共振频率的并联共振频率。4.根据权利要求3所述的梯形滤波器装置，其中所述并联共振频率与所述串联共振频率之间的差界定通带。5.根据权利要求1所述的梯形滤波器装置，其进一步包括：分路电感器，其耦合于所述第一分路共振器的所述第二导电层电极与所述接地之间。6.根据权利要求1所述的梯形滤波器装置，其中所述共振器中的一者或一者以上具有在平面中具有螺旋形状的压电层。7.根据权利要求6所述的梯形滤波器装置，其中所述螺旋形状具有选自由以下各项组成的群组的轮廓：矩形形状、圆形形状、椭圆形形状及八边形形状。8.一种显示设备，其包含：显示器；处理器，其能够与所述显示器通信，所述处理器能够处理图像数据；存储器装置，其能够与所述处理器通信；及根据权利要求1所述的梯形滤波器装置，所述多个共振器的电极中的至少一者被耦合以发送所述图像数据到所述处理器。9.一种梯形滤波器系统，其包括：多个共振器，每一共振器包含：第一导电层，其包含至少一个电极，第二导电层，其包含至少一个电极，及压电层，其在所述第一导电层与所述第二导电层之间，所述压电层的每一截面能够响应提供到所述第一导电层的所述至少一个电极或所述第二导电层的所述至少一个电极的至少一个信号而振动，所述振动具有沿X轴、Y轴和Z轴的位移，所述压电层为长方体，所述长方体具有沿所述X轴的宽度(W)、沿所述Y轴的长度(L)以及沿所述Z轴的厚度(T)，所述X轴、所述Y轴和所述Z轴中的每一者彼此垂直；所述共振器的每一截面沿所述X轴和所述Z轴中的每一者的位移取决于所述厚度与所述宽度的数值比T/W；所述共振器的每一截面沿所述Y轴和所述Z轴中的每一者的位移取决于所述厚度与所述长度的数值比T/L；第一级梯形滤波器，其包含：所述共振器中的第一者为第一串联共振器，所述第一串联共振器的第一导电层电极耦合到第一梯形滤波器输入端子，所述第一串联共振器的所述第二导电层电极耦合到第一梯形滤波器输出端子；及所述共振器中的第二者为第一分路共振器，所述第一分路共振器的第一导电层电极耦合到所述第一梯形滤波器输入端子或所述第一梯形滤波器输出端子，所述第一分路共振器的所述第二导电层电极耦合到接地；及第二级梯形滤波器，其包含：所述共振器中的第三者为第二串联共振器，所述第二串联共振器的第一导电层电极耦合到所述第一梯形滤波器输出端子，所述第二串联共振器的第二导电层电极耦合到第二梯形滤波器输出端子；及所述共振器中的第四者为第二分路共振器，所述第二分路共振器的第一导电层电极耦合到所述第一梯形滤波器输出端子或所述第二梯形滤波器输出端子，所述第二分路共振器的第二导电层电极耦合到所述接地。10.根据权利要求9所述的梯形滤波器系统，其进一步包括：第一分路电感器，其耦合于所述第一分路共振器的所述第二导电层电极与所述接地之间。11.根据权利要求10所述的梯形滤波器系统，其进一步包括：第二...

【专利技术属性】
技术研发人员：左诚杰，长汉·运，智升·罗，卫斯里·纳桑尼尔·艾伦，马里奥·弗朗西斯科·韦莱兹，龙海·金，周山虎，
申请(专利权)人：追踪有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US