一种高品质因数的薄膜体声波谐振器的优选结构制造技术

本发明专利技术涉及一种高品质因数的薄膜体声波谐振器的优选结构，包括上表面带有凹槽的衬底、位于衬底上方的底电极层、压电层，其特征在于，还包括带有异形空气桥结构的顶电极层，该空气桥结构内设有可起到对横向声波回弹作用的声回弹结构；该声回弹结构为与异形空气桥结构的桥腔相向的凸形或梯形多面体并以卧式设置在异形空气桥结构的桥腔上方区域，该声回弹结构的顶端面嵌入并与异形空气桥结构的桥腔仰顶面凹槽紧贴，该声回弹结构的底端面与异形空气桥结构的桥腔下方区域悬空结构之间留有空气间隙，该声回弹结构的左侧面和右侧面分别嵌入并与异形空气桥结构的桥腔支撑结构相邻的内侧面的凹槽紧贴。本发明专利技术能够显著提升薄膜体声波谐振器的品质因数。

【技术实现步骤摘要】
一种高品质因数的薄膜体声波谐振器的优选结构
本专利技术涉及一种薄膜体声波器件，特别是一种高品质因数的薄膜体声波谐振器的优选结构。
技术介绍
随着无线通信技术及智能手机的发展，射频前端对元器件性能指标、集成度的要求越来越高。基于薄膜体声波器件的射频前端滤波器、双工器、多工器因其具有小体积、低插损、快速滚降、低功耗等优点，已被广泛使用于智能手机、通信终端、以及通信基站中，并将于未来应用于车联网、工业控制等物联网终端的通信设备中。此外，基于薄膜体声波器件的振荡器在高速串行数据设备如SATA硬盘驱动器、USB3.0标准PC外设、C-type接口、光线收发器等中极具应用价值。典型的薄膜体声波谐振器包括位于衬底上方的声回弹层、位于声回弹层上方的底电极层、位于底电极层上方的压电层，以及位于压电层上方的顶电极层。声回弹层的两种常见构形分别是，空气腔结构或者由高声阻抗层和低声阻抗层交叠而成的多层复合结构。惯用的空气腔结构的形成方法是，先沉积一层牺牲层材料，当器件其它各层加工完成后，对牺牲层材料进行释放，留下的空间即可形成空腔。当在薄膜体声波谐振器的上、下电极施加交变电压时，压电层薄膜在外电场作用下会发生纵向形变，产生纵向传播和振动的体声波。该体声波会在薄膜体声波谐振器的上、下表面被回弹回来，形成压电层体内的驻波，从而产生谐振。该声波谐振经由压电层薄膜的压电效应，会在上、下电极层之间形成可测量的电信号，即体声波谐振器的谐振电信号。该信号包含谐振频率、振幅、相位等信息。此外，为了提升薄膜体声波谐振器的表面抗氧化、功率耐受、机械强度、频率温度稳定等性能，还可能在上述基本结构的基础上，添加额外的材料层及结构。在薄膜体声波谐振器的层叠结构中设置空气桥结构，尤其是在底部声反射腔和上、下电极层的重叠区域的边界处设置空气桥结构，有利于减少声能量向衬底的泄露，从而提升谐振器的品质因数，参见美国专利US20140225683A1。但是，该技术方案中的声波能量仍有一部分会以空气桥结构为媒介泄露至外部区域，对谐振器的品质因数仍有较大的损害。因此，如何克服现有技术所存在的不足已成为当今薄膜体声波器件
中亟待解决的重点难题之一。
技术实现思路
本专利技术的目的是为克服现有技术所存在的不足而提供一种高品质因数的薄膜体声波谐振器的优选结构，本专利技术通过设置声回弹结构，在水平方向形成额外的声阻抗不匹配界面，从而对通过空气桥结构传播的横向声波起到回弹作用，显著提升薄膜体声波谐振器的品质因数。根据本专利技术提出的一种高品质因数的薄膜体声波谐振器的优选结构（方案1），包括上表面带有凹槽的衬底、位于衬底上方的底电极层、压电层，其特征在于，还包括带有异形空气桥结构的顶电极层，所述异形空气桥结构内设有可起到对横向声波回弹作用并提升薄膜体声波谐振器品质因数的声回弹结构；所述异形空气桥结构的一个方向的边界位于所述凹槽以内，另一个方向的边界延伸到凹槽的边界以外；所述声回弹结构与异形空气桥结构紧贴，形成水平传播方向的声阻抗不匹配界面；所述声回弹结构的材质为SiC与钙钛矿组合的薄膜介质或SiN与钙钛矿组合的薄膜介质；其中，所述异形空气桥结构是指其桥腔支撑结构的内侧面设有凹槽并在相向对称的外侧面设有与凹槽尺寸相等的凸起；所述声回弹结构与异形空气桥结构紧贴是指，所述声回弹结构为与异形空气桥结构的桥腔相向的凸形多面体并以卧式设置在异形空气桥结构的桥腔上方区域，所述声回弹结构的顶端面嵌入并与异形空气桥结构的桥腔仰顶面凹槽紧贴，所述声回弹结构的底端面与异形空气桥结构的桥腔下方区域悬空结构之间留有空气间隙，所述声回弹结构的左侧面和右侧面分别嵌入并与异形空气桥结构的桥腔支撑结构相邻的内侧面的凹槽紧贴。根据本专利技术提出的一种高品质因数的薄膜体声波谐振器的优选结构（方案2），该方案2与方案1不同的是：其中，所述声回弹结构与空气桥结构紧贴是指，所述声回弹结构为与空气桥结构的桥腔相向的梯形多面体并以卧式设置在空气桥结构的桥腔上方区域，所述声回弹结构的底端面与空气桥结构的桥腔下方区域悬空结构之间留有空气间隙，所述声回弹结构的顶端面、左侧面和右侧面分别嵌入并与空气桥结构相向对称的桥腔凹槽紧贴。本专利技术提出的一种高品质因数的薄膜体声波谐振器的优选结构（方案1或方案2）,是对空气桥结构的桥腔支撑结构内侧面无凹槽的高品质因数的薄膜体声波谐振器的基本结构进一步的改进。本专利技术的基本结构和优化结构（方案1或方案2）将在本专利技术的实施例1-3中详细说明。本专利技术与现有技术相比其显著优点是：第一，本专利技术的高品质因数的薄膜体声波谐振器的基本结构是在空气桥结构内施加水平方向的声回弹结构，该声回弹结构在空气桥结构的水平方向上形成额外的声阻抗区间，不同区间内的声阻抗由于该水平声回弹结构的引入而产生差异，从而对通过空气桥结构的水平方向传播的声波产生回弹作用，大大减少了声波向空气桥结构的以外区域的传播、泄露，从而显著地提升了薄膜体声波谐振器的品质因数。第二，本专利技术的高品质因数的薄膜体声波谐振器的基本结构，其声回弹结构的厚度与其材质声阻抗的乘积大于空气桥结构的厚度与其材质声阻抗的乘积，此时经由空气桥结构泄露的声波能量将降低至原先的33%以内。第三，本专利技术的高品质因数的薄膜体声波谐振器的基本结构，其声回弹结构的材质确定为SiC与钙钛矿组合的薄膜介质或SiN与钙钛矿组合的薄膜介质，能够满足薄膜介质具有低损耗、高Q值和良好的压电性。第四，本专利技术的高品质因数的薄膜体声波谐振器的优选结构不仅具有上述本专利技术基本结构的全部优点，而且还具有更优异的高品质因数。本专利技术的高品质因数的薄膜体声波谐振器的优选结构（方案1或方案2）是以上述基本结构中的声回弹结构的设置方案为基础，当采用优选结构中声回弹结构的凸形多面体或梯形多面体的部分端面嵌入并分别与异形空气桥结构或空气桥结构相邻的端面凹槽紧贴，能够使得空气桥结构的侧壁发生改变，以形成不连续厚度的空气桥结构侧壁，相当于增加了一级横向的声回弹结构，能够使得经由空气桥结构泄露的声波能量将降低至原先的20%以内。同时，声回弹结构紧贴空气桥结构被减薄的侧壁部分，因此能够补偿因减薄而降低的空气桥结构强度，使得空气桥结构仍保持很好的结构强度。附图说明图1A为一种薄膜体声波谐振器的基本结构示意图。图1B为图1A所示的一种薄膜体声波谐振器基本结构的声阻抗的路径示意图。图2A为本专利技术提出的一种高品质因数的薄膜体声波谐振器的基本结构示意图。图2B为图2A所示的一种高品质因数的薄膜体声波谐振器基本结构的声阻抗的路径示意图。图3A为本专利技术提出的一种高品质因数的薄膜体声波谐振器的优选结构（方案1）示意图。图3B为图3A所示的一种高品质因数的薄膜体声波谐振器优选结构（方案1）的声阻抗的路径示意图。图4A为本专利技术提出的一种高品质因数的薄膜体声波谐振器的优选结构（方案2）示意图。图4B为图4A所示的一种高品质因数的薄膜体声波谐振器优选结构（方案2）的声阻抗的路径示意图。图5为未设置空气桥结构的薄膜体声波谐振本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高品质因数的薄膜体声波谐振器的优选结构，包括上表面带有凹槽2的衬底1、位于衬底（1）上方的底电极层（3）、压电层（4），其特征在于，还包括带有异形空气桥结构（12）的顶电极层（5），所述异形空气桥结构（12）内设有可起到对横向声波回弹作用并提升薄膜体声波谐振器品质因数的声回弹结构（7）；所述异形空气桥结构（12）的一个方向的边界位于所述凹槽（2）以内，另一个方向的边界延伸到凹槽（2）的边界以外；所述声回弹结构（7）与异形空气桥结构（12）紧贴，形成水平传播方向的声阻抗不匹配界面；所述声回弹结构（7）的材质为SiC与钙钛矿组合的薄膜介质或SiN与钙钛矿组合的薄膜介质；其中，所述异形空气桥结构（12）是指其桥腔支撑结构的内侧面设有凹槽（9）并在相向对称的外侧面设有与凹槽（9）尺寸相等的凸起；所述声回弹结构（7）与异形空气桥结构（12）紧贴是指，所述声回弹结构（7）为与异形空气桥结构（12）的桥腔相向的凸形多面体并以卧式设置在异形空气桥结构（12）的桥腔上方区域，所述声回弹结构（7）的顶端面嵌入并与异形空气桥结构（12）的桥腔仰顶面凹槽（8）紧贴，所述声回弹结构（7）的底端面与异形空气桥结构（12）的桥腔下方区域悬空结构之间留有空气间隙（11），所述声回弹结构（7）的左侧面和右侧面分别嵌入并与异形空气桥结构（12）的桥腔支撑结构相邻的内侧面的凹槽（9）紧贴。/n...

【技术特征摘要】
1.一种高品质因数的薄膜体声波谐振器的优选结构，包括上表面带有凹槽2的衬底1、位于衬底（1）上方的底电极层（3）、压电层（4），其特征在于，还包括带有异形空气桥结构（12）的顶电极层（5），所述异形空气桥结构（12）内设有可起到对横向声波回弹作用并提升薄膜体声波谐振器品质因数的声回弹结构（7）；所述异形空气桥结构（12）的一个方向的边界位于所述凹槽（2）以内，另一个方向的边界延伸到凹槽（2）的边界以外；所述声回弹结构（7）与异形空气桥结构（12）紧贴，形成水平传播方向的声阻抗不匹配界面；所述声回弹结构（7）的材质为SiC与钙钛矿组合的薄膜介质或SiN与钙钛矿组合的薄膜介质；其中，所述异形空气桥结构（12）是指其桥腔支撑结构的内侧面设有凹槽（9）并在相向对称的外侧面设有与凹槽（9）尺寸相等的凸起；所述声回弹结构（7）与异形空气桥结构（12）紧贴是指，所述声回弹结构（7）为与异形空气桥结构（12）的桥腔相向的凸形多面体并以卧式设置在异形空气桥结构（12）的桥腔上方区域，所述声回弹结构（7）的顶端面嵌入并与异形空气桥结构（12）的桥腔仰顶面凹槽（8）紧贴，所述声回弹结构（7）的底端面与异形空气桥结构（12）的桥腔下方区域悬空结构之间留有空气间隙（11），所述声回弹结构（7）的左侧面和右侧面分别嵌入并与异形空气桥结构（12）的桥腔支撑结构相邻的内侧面的凹槽（9）紧贴。


2.一种高品质因数的薄膜体声波谐振器的优选结构，包括上表面带有凹槽（2）的衬底（1）、位于衬底（1）上方的底电极层（3）、压电层（4）、带有空气桥结构（6）的顶电极层（5），其特征在于，所述空气桥结构（6）内设有可起到对横向声波回弹作用并提升薄膜体声波谐振器品质因数的声回弹结构（7）；所述空气桥结构（6）的一个方向的边界位于所述凹槽（2）以内，另一个方向的边界延伸到凹槽（2）的边界以外；所述声回弹结构（7）与空气桥结构（6）紧贴，形成水平传播方向的声阻抗不匹配界面；所述声回弹结构（7）的材质为SiC与钙钛矿组合的薄膜介质或SiN与钙钛矿组合的薄膜介质；其中，所述声回弹结构（7）与空气桥结构（6）紧贴是指，所述声回弹结构（7）为...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵洪元，朱健，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第五十五研究所，
类型：发明
国别省市：江苏;32