带断裂结构体声波谐振器及其制造方法、滤波器和电子设备技术

本发明专利技术涉及一种体声波谐振器，包括：基底；声学镜；底电极，设置在基底上方；顶电极，与所述底电极对置，所述顶电极具有主体部以及与主体部连接的连接部；压电层，设置在底电极上方以及底电极与顶电极之间；和钝化层，设置在顶电极上方，其中：声学镜、底电极、压电层、顶电极在基底的厚度方向重叠的区域为谐振器的有效区域，所述钝化层邻近所述有效区域的边界、在所述连接部上方设置有至少一个第一断裂结构。本发明专利技术还涉及一种具有上述谐振器滤波器，一种具有该滤波器的电子设备，以及一种制造该体声波谐振器的方法。

Acoustic resonator with fracture structure and its manufacturing method, filter and electronic equipment

【技术实现步骤摘要】
带断裂结构体声波谐振器及其制造方法、滤波器和电子设备
本专利技术的实施例涉及声波谐振器，尤其涉及一种体声波谐振器及其制造方法，一种具有该谐振器的滤波器，以及一种具有该滤波器的电子设备。
技术介绍
随着无线通信技术的快速发展，人们对于能同步处理大量数据的多通带收发器的需求与日俱增。近年来，多通带收发器已被广泛地应用在定位系统和多标准的系统中，这些系统需要同时处理不同频段的信号以提高系统的整体性能。虽然单个芯片中频率带的个数不断增加，但消费者对小型化、多功能的便携式设备的需求越来越高，小型化成为芯片的发展趋势，这就对滤波器的尺寸提出了更高的要求。为此，现有技术中已经采用薄膜体声波谐振器(FilmBulkAcousticResonator，简称FBAR)取代传统的波导技术实现多频带滤波器。FBAR主要利用压电材料的压电效应与逆压电效应产生体声波，从而在器件内形成谐振，因为FBAR具有品质因数高、功率容量大、频率高(可达2-10GHz甚至更高)以及与标准集成电路(IC)的兼容性好等一系列的固有优势，可广泛应用于频率较高的射频应用系统中。FBAR的结构主体为由电极-压电薄膜-电极组成的“三明治”结构，即两层金属电极层之间夹一层压电材料。通过在两电极间输入正弦信号，FBAR利用逆压电效应将输入电信号转换为机械谐振，并且再利用压电效应将机械谐振转换为电信号输出。FBAR主要利用压电薄膜的纵向压电系数(d33)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)。理想地，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。
技术实现思路
为缓解或解决FBAR中横向模式的波所导致的谐振器Q值下降，提出本专利技术。根据本专利技术的实施例的一个方面，提出了一种体声波谐振器，包括：基底；声学镜；底电极，设置在基板上方；顶电极，与所述底电极对置，所述顶电极具有主体部以及与主体部连接的连接部；压电层，设置在底电极上方以及底电极与顶电极之间；和钝化层，设置在顶电极上方，其中：声学镜、底电极、压电层、顶电极在基底的厚度方向重叠的区域为谐振器的有效区域，所述钝化层邻近所述有效区域的边界、在所述连接部上方设置有至少一个第一断裂结构。可选的，所述连接部具有倾斜面，所述第一断裂结构设置在所述倾斜面处。进一步的，所述连接部形成桥部结构，桥部结构与压电层之间形成空气隙，所述倾斜面包括所述桥部结构的邻近所述边界的第一倾斜面以及邻近顶电极引线的第二倾斜面，所述第一断裂结构设置在所述第一倾斜面处。进一步的，所述钝化层还包括设置在所述第二倾斜面处的至少一个第二断裂结构。可选的，所述连接部为水平的连接部。可选的，所述顶电极在与所述连接部相对的一侧还设置有桥翼结构，所述桥翼结构具有桥翼斜面，所述桥翼结构与压电层之间形成空气隙。进一步的，所述钝化层还包括设置在所述桥翼斜面上方的至少一个第三断裂结构。上述谐振器中，可选的，所述断裂结构的深度小于所述钝化层的厚度。进一步的，所述断裂结构的深度为所述钝化层的厚度的5％-30％。可选的，所述断裂结构的深度的取值范围为上述谐振器中，可选的，至少部分所述断裂结构的深度等于所述钝化层的厚度。可选的，所述钝化层的厚度的取值范围为上述谐振器中，可选的，在所述顶电极的下方或者在所述顶电极的横向外侧，邻近所述有效区域的边界在所述压电层中设置有至少一个第四断裂结构。进一步的，所述第四断裂结构的宽度为所述有效区域的横向宽度的1-10％。进一步的，所述第四断裂结构的深度为所述压电层的厚度的1-15％。可选的，所述第四断裂结构的深度的取值范围为上述谐振器中，可选的，所述断裂结构的宽度的取值范围为0.1-10um。上述谐振器中，可选的，所述断裂结构的截面形状为圆弧状、倾斜状、阶梯状、扇形状中的一种。本专利技术的实施例还涉及一种滤波器，包括上述的体声波谐振器。本专利技术的实施例还涉及一种电子设备，包括上述的滤波器。本专利技术的实施例还涉及一种体声波谐振器的制造方法，所述体声波谐振器包括基底；声学镜；底电极，设置在基板上方；顶电极，与所述底电极对置，所述顶电极具有主体部以及与主体部连接的连接部；压电层，设置在底电极上方以及底电极与顶电极之间；和钝化层，设置在顶电极上方，声学镜、底电极、压电层、顶电极在基底的厚度方向重叠的区域为谐振器的有效区域，所述方法包括步骤：在所述钝化层上，邻近所述有效区域的边界、在所述连接部上方形成至少一个断裂结构。可选的，所述方法还包括步骤：在所述顶电极的下方或者在所述顶电极的横向外侧，邻近所述有效区域的边界在所述压电层中设置有至少一个另外的断裂结构。附图说明以下描述与附图可以更好地帮助理解本专利技术所公布的各种实施例中的这些和其他特点、优点，图中相同的附图标记始终表示相同的部件，其中：图1A和图1B分别为根据本专利技术的一个示例性实施例的体声波谐振器示意性俯视图和1B-1B向的截面图；图1C、图1D、图1E、图1F作为本专利技术的示例性实施例，分别示意性示出了断裂结构的截面形状；图2A和图2B分别为根据本专利技术的一个示例性实施例的体声波谐振器示意性俯视图和1B-1B向的截面图；图3A和图3B分别为根据本专利技术的一个示例性实施例的体声波谐振器示意性俯视图和1B-1B向的截面图；图4A和图4B分别为根据本专利技术的一个示例性实施例的体声波谐振器示意性俯视图和1B-1B向的截面图；图5A和图5B分别为根据本专利技术的一个示例性实施例的体声波谐振器示意性俯视图和1B-1B向的截面图；图6A和图6B分别为根据本专利技术的一个示例性实施例的体声波谐振器示意性俯视图和1B-1B向的截面图；图7为根据本专利技术的一个示例性实施例的体声波谐振器的示意性截面图；图8为根据本专利技术的一个示例性实施例的体声波谐振器的示意性截面图；图9为基于本专利技术的一个示例性实施例的薄膜体声波谐振器的截面SEM图；图10为基于本专利技术的一个示例性实施例的薄膜体声波谐振器的截面SEM图。具体实施方式下面通过实施例，并结合附图，对本专利技术的技术方案作进一步具体的说明。在说明书中，相同或相似的附图标号指示相同或相似的部件。下述参照附图对本专利技术实施方式的说明旨在对本专利技术的总体专利技术构思进行解释，而不应当理解为对本专利技术的一种限制。本专利技术在谐振器有效区域的边缘形成断裂结构，由于断裂结构的声阻抗和谐振器有效区域的声阻抗不匹配，从而在边缘处将声波反射回谐振器内，有效阻止了谐振器内能量的泄露。下面参照附图1-8描述根据本专利技术的实施例的体声波谐振器。图1A为根据本专利技术的一个示例性实施例的薄膜体声波谐振器的俯视图。参见图1A，F本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种体声波谐振器，包括：/n基底；/n声学镜；/n底电极，设置在基底上方；/n顶电极，与所述底电极对置，所述顶电极具有主体部以及与主体部连接的连接部；/n压电层，设置在底电极上方以及底电极与顶电极之间；和/n钝化层，设置在顶电极上方，/n其中：/n声学镜、底电极、压电层、顶电极在基底的厚度方向重叠的区域为谐振器的有效区域，所述钝化层邻近所述有效区域的边界、在所述连接部上方设置有至少一个第一断裂结构。/n

【技术特征摘要】
1.一种体声波谐振器，包括：
基底；
声学镜；
底电极，设置在基底上方；
顶电极，与所述底电极对置，所述顶电极具有主体部以及与主体部连接的连接部；
压电层，设置在底电极上方以及底电极与顶电极之间；和
钝化层，设置在顶电极上方，
其中：
声学镜、底电极、压电层、顶电极在基底的厚度方向重叠的区域为谐振器的有效区域，所述钝化层邻近所述有效区域的边界、在所述连接部上方设置有至少一个第一断裂结构。


2.根据权利要求1所述的谐振器，其中：
所述连接部具有倾斜面，所述第一断裂结构设置在所述倾斜面处。


3.根据权利要求2所述的谐振器，其中：
所述连接部形成桥部结构，桥部结构与压电层之间形成空气隙，所述倾斜面包括所述桥部结构的邻近所述边界的第一倾斜面以及邻近顶电极引线的第二倾斜面，所述第一断裂结构设置在所述第一倾斜面处。


4.根据权利要求3所述的谐振器，其中：
所述钝化层还包括设置在所述第二倾斜面处的至少一个第二断裂结构。


5.根据权利要求1所述的谐振器，其中：
所述连接部为水平的连接部。


6.根据权利要求1所述的谐振器，其中：
所述顶电极在与所述连接部相对的一侧还设置有桥翼结构，所述桥翼结构具有桥翼斜面，所述桥翼结构与压电层之间形成空气隙。


7.根据权利要求6所述的谐振器，其中：
所述钝化层还包括设置在所述桥翼斜面上方的至少一个第三断裂结构。


8.根据权利要求1-7中任一项所述的谐振器，其中：
所述断裂结构的深度小于所述钝化层的厚度。


9.根据权利要求8所述的谐振器，其中：
所述断裂结构的深度为所述钝化层的厚度的5％-30％。


10.根据权利要求9所述的谐振器，其中：
所述断裂结构的深度的取值范围为


11.根据权利要求1-7中任一项所述的谐振器，其中：
至少部分所...

【专利技术属性】
技术研发人员：张孟伦，庞慰，刘伯华，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