体声波谐振器及其频率调整方法、滤波器、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；顶电极；和压电层，其中：顶电极、压电层和底电极形成层叠结构；所述谐振器还包括层叠结构上表面的质量负载层，所述质量负载层中包括多个质量负载，所述多个质量负载中的每个质量负载包括纵向支撑部以及水平延伸部，支撑部的下端连接到层叠结构的上表面，所述水平延伸部的一端自支撑部的上端连接到支撑部；且所述水平延伸部与所述层叠结构的上表面间隔开水平延伸，所述水平延伸部的下表面与所述层叠结构的上表面之间形成空隙部，所述水平延伸部的下表面限定所述空隙部的上侧，所述层叠结构的上表面限定所述空隙部的下侧。本发明专利技术还涉及一种具有该体声波谐振器的电子设备。

Bulk acoustic resonator and its frequency adjustment method, filter and electronic equipment

【技术实现步骤摘要】
体声波谐振器及其频率调整方法、滤波器、电子设备
本专利技术的实施例涉及半导体领域，尤其涉及一种体声波谐振器及其频率调整方法，一种具有该谐振器的滤波器，一种具有该滤波器或谐振器的电子设备。
技术介绍
电子器件作为电子设备的基本元素，已经被广泛应用，其应用范围包括移动电话、汽车、家电设备等。此外，未来即将改变世界的人工智能、物联网、5G通讯等技术仍然需要依靠电子器件作为基础。薄膜体声波谐振器(FilmBulkAcousticResonator，简称FBAR，又称为体波谐振器，也称BAW)作为压电器件的重要成员正在通信领域发挥着重要作用，特别是FBAR滤波器在射频滤波器领域市场占有份额越来越大，FBAR具有尺寸小、谐振频率高、品质因数高、功率容量大、滚降效应好等优良特性，其滤波器正在逐步取代传统的声表面波(SAW)滤波器和陶瓷滤波器，在无线通信射频领域发挥巨大作用，其高灵敏度的优势也能应用到生物、物理、医学等传感领域。薄膜体声波谐振器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。现有技术中，已经提出在谐振器的顶电极上设置完整的质量负载来调整谐振器的频率。这种方法对频率的调整量取决于厚度控制精度，如果需要多种频率的谐振器，则需要沉积多种厚度的质量负载层，工艺复杂，且精度不易控制。此外，也已经提出在谐振器顶电极上设置图形化的质量负载，通过调节质量负载层的图形密度来实现频率调整。现有的图形化的质量负载为凸起阵列的形式，用于对谐振器的谐振频率进行调整，但是对于利用其抑制体声波谐振器的横向寄生模式，还存在进一步改进的需要。
技术实现思路
为提高质量负载对体声波谐振器的横向寄生模式的抑制作用，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；顶电极；和压电层，其中：顶电极、压电层和底电极形成层叠结构；所述谐振器还包括层叠结构上表面的质量负载层，所述质量负载层中包括多个质量负载，所述多个质量负载中的每个质量负载包括纵向支撑部以及水平延伸部，支撑部的下端连接到层叠结构的上表面，所述水平延伸部的一端自支撑部的上端连接到支撑部；且所述水平延伸部与所述层叠结构的上表面间隔开水平延伸，所述水平延伸部的下表面与所述层叠结构的上表面之间形成空隙部，所述水平延伸部的下表面限定所述空隙部的上侧，所述层叠结构的上表面限定所述空隙部的下侧。本专利技术的实施例也涉及一种滤波器，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，包括上述的滤波器或者谐振器。本专利技术还涉及一种上述体声波谐振器的谐振频率的调整方法，包括步骤：调整所述水平延伸部的厚度、所述空隙部的高度、所述水平延伸部的宽度，以及所述空隙部的面积之和与所述谐振器的有效区域的面积的比值中的至少一种，以调整体声波谐振器的谐振频率。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俯视图；图1B为示例性说明图1A中的质量负载的布置的示意图，其中质量负载呈环状布置；图1C为示例性说明图1A中的质量负载的布置的示意图，其中质量负载呈矩阵布置；图2A为根据本专利技术的一个示例性实施例的类似于沿图1A中的A1-A2线截得的局部截面图；图2B为图2A中所示的截面图的对应的局部剖视立体图；图3A为根据本专利技术的一个示例性实施例的类似于沿图1A中的A1-A2线截得的局部截面图；图3B为图3A中所示的截面图的对应的局部剖视立体图；图3C为根据本专利技术的另一个示例性实施例的类似于沿图1A中的A1-A2线截得的局部截面图，其中质量负载层上方设置有钝化层或工艺层；图3D为根据本专利技术的还一个示例性实施例的类似于沿图1A中的A1-A2线截得的局部截面图，其中质量负载层与顶电极之间设置有钝化层或工艺层；图3E为根据本专利技术的再一个示例性实施例的类似于沿图1A中的A1-A2线截得的局部截面图；图4A为根据本专利技术的再一个示例性实施例的类似于沿图1A中的A1-A2线截得的局部截面图；图4B和4C分别示出了作为一个示例性实施例的图4A中的质量负载的立体图以及剖开立体图；图4D和4E分别示出了作为一个示例性实施例的图4A中的质量负载的立体图以及剖开立体图；图4F和4G分别示出了作为一个示例性实施例的图4A中的质量负载的立体图以及剖开立体图；图4H示例性示出了根据本专利技术的另一个示例性实施例的质量负载层的结构图；图5A为根据本专利技术的再一个示例性实施例的类似于沿图1A中的A1-A2线截得的局部截面图；图5B和5C分别示出了作为一个示例性实施例的图5A中的质量负载的立体图以及剖开立体图；图5D和5E分别示出了作为一个示例性实施例的图5A中的质量负载的立体图以及剖开立体图；图6A为根据本专利技术的再一个示例性实施例的类似于沿图1A中的A1-A2线截得的局部截面图；图6B和6C分别示出了作为一个示例性实施例的图6A中的质量负载的立体图以及剖开立体图；图6D和6E分别示出了作为一个示例性实施例的图6A中的质量负载的立体图以及剖开立体图；图6F示出了作为一个示例性实施例的类似于沿图1A中的A1-A2线截得的局部截面图；图7A为根据本专利技术的再一个示例性实施例的类似于沿图1A中的A1-A2线截得的局部截面图；图7B示出了作为一个示例性实施例的图7A中的质量负载的剖开立体图；图7C为根据本专利技术的又一个示例性实施例的质量负载的剖开立体图。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。在本专利技术中，附图标记示例性说明如下：10：基底，材料可选单晶硅，砷化镓，氮化镓、蓝宝石，石英等。40：压电层，材料可选氮化铝，氧化锌，锆钛酸铅(PZT)或上述材料的一定原子比的稀土元素掺杂材料，也可以选择单晶压电层材料，如单晶氮化铝、铌酸锂、钽酸锂、石英等。50：顶电极，材料可选钼，钌，钛，钨，铂，铱，锇，铝，铜，金，银，以及上述金属的复合或合金。55：顶电极的电极引脚。60：质量负载，包括质量负载空隙部P和质量负载材料层65。P：质量负载的空隙部。65：质量负载材料层，其限定或形成了质量负载60，其可以为介电材料，例如多晶硅、氮化铝本文档来自技高网...

【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；/n顶电极；和/n压电层，/n其中：/n顶电极、压电层和底电极形成层叠结构；/n所述谐振器还包括层叠结构上表面的质量负载层，所述质量负载层中包括多个质量负载，所述多个质量负载中的每个质量负载包括纵向支撑部以及水平延伸部，支撑部的下端连接到层叠结构的上表面，所述水平延伸部的一端自支撑部的上端连接到支撑部；且/n所述水平延伸部与所述层叠结构的上表面间隔开水平延伸，所述水平延伸部的下表面与所述层叠结构的上表面之间形成空隙部，所述水平延伸部的下表面限定所述空隙部的上侧，所述层叠结构的上表面限定所述空隙部的下侧。/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；
顶电极；和
压电层，
其中：
顶电极、压电层和底电极形成层叠结构；
所述谐振器还包括层叠结构上表面的质量负载层，所述质量负载层中包括多个质量负载，所述多个质量负载中的每个质量负载包括纵向支撑部以及水平延伸部，支撑部的下端连接到层叠结构的上表面，所述水平延伸部的一端自支撑部的上端连接到支撑部；且
所述水平延伸部与所述层叠结构的上表面间隔开水平延伸，所述水平延伸部的下表面与所述层叠结构的上表面之间形成空隙部，所述水平延伸部的下表面限定所述空隙部的上侧，所述层叠结构的上表面限定所述空隙部的下侧。


2.根据权利要求1所述的谐振器，其中：
所述空隙部在周向方向上由所述支撑部包围。


3.根据权利要求2所述的谐振器，其中：
至少一部分质量负载的所述水平延伸部在横向方向上的与所述一端相对的另一端和对应的支撑部的上端连接。


4.根据权利要求3所述的谐振器，其中：
所述水平延伸部覆盖其所在的质量负载对应的空隙部的整个上侧。


5.根据权利要求4所述的谐振器，其中：
所述质量负载层的上表面为平坦的上表面；
所述水平延伸部的上表面构成所述质量负载层的上表面的一部分。


6.根据权利要求4所述的谐振器，其中：
所述多个质量负载包括多个筒状体，筒状体的内部形成所述空隙部，所述筒状体的筒壁形成所述支撑部，所述筒状体的顶部封闭且形成限定空隙部的上侧的所述水平延伸部。


7.根据权利要求6所述的谐振器，其中：
在横向方向上或者周向方向上相邻的至少部分筒状体之间，在空隙部的高度范围内，筒状体至少在筒状体的下部以连接层彼此连接，且所述连接层的厚度小于所述空隙部的高度；或者
在横向方向上或者周向方向上相邻的至少部分筒状体在横向方向上或周向方向上彼此间隔开。


8.根据权利要求6所述的谐振器，其中：
在横向方向上或者周向方向上相邻的至少部分筒状体之间，至少在空隙部的高度范围内彼此连接。


9.根据权利要求6所述的谐振器，其中：
在横向方向上或者周向方向上相邻的至少部分筒状体的水平延伸部彼此相接。


10.根据权利要求1所述的谐振器，其中：
至少一部分质量负载的所述水平延伸部在横向方向上的与所述一端相对的另一端为横向自由端。


11.根据权利要求10所述的谐振器，其中：
所述质量负载的支撑部为柱体，所述水平延伸部自其所在的柱体水平延伸或绕其所在的柱体周向延伸。


12.根据权利要求11所述的谐振器，其中：
所述水平延伸部自其所在的柱体周向延伸而形成盘状结构。


13.根据权利要求12所述的谐振器，其中：
所述柱体为上端开口的中空柱体，所述盘状结构为中心开口的环状结构。


14.根据权利要求13所述的谐振器，其中：
所述中空柱体的中空空间的下侧由中空柱体的底壁限定，或者由所述层叠结构的上表面限定。


15.根据权利要求12所述的谐振器，其中：
所述柱体为实心柱体，所述盘状结构为整体盘面结构。


16.根据权利要求12所述的谐振器，其中：
所述柱体的横截面的外部轮廓的形状与所述盘状结构的横截面的外部轮廓的形状构成相似。


17.根据权利要求1所述的谐振器，其中：
至少部分质量负载的支撑部包括上端开口的中空柱体；
所述至少部分质量负载的水平延伸部从所述中空柱体的壁的上沿在水平方向...

【专利技术属性】
技术研发人员：庞慰，杨清瑞，张孟伦，
申请(专利权)人：诺思天津微系统有限责任公司，
类型：发明
国别省市：天津;12