压电层双侧设置质量负载的体声波谐振器、滤波器及电子设备制造技术

本发明专利技术涉及一种体声波谐振器及其制造方法。该谐振器包括：基底；声学镜；底电极；顶电极；和压电层，设置在底电极与顶电极之间，其中：所述所述压电层上下两侧分别设置有第一质量负载阵列和第二质量负载阵列。本发明专利技术还涉及一种滤波器以及一种电子设备。

Bulk acoustic resonators, filters and electronic devices with mass loads on both sides of the piezoelectric layer

【技术实现步骤摘要】
压电层双侧设置质量负载的体声波谐振器、滤波器及电子设备
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、一种具有该谐振器的滤波器，以及一种电子设备。
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，又称为体声波谐振器，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。但是，单一图形结构在引入质量负载的过程中，可能会导致某些频率范围内的寄生模式或者损耗增强，从而损害谐振器电学性能。此外，薄膜体声波谐振器主要利用压电薄膜的纵向压电系数产生压电效应，所以其主要工作模式为厚度方向上的纵波模式，即体声波谐振器的声波主要在谐振器的薄膜体内，而且主要的振动方向在纵向。但是由于存在边界，在边界处会存在不垂直于压电膜层的兰姆波，这时横向的兰姆波会从压电膜层的横向漏出，导致声学损失，从而使得谐振器的Q值减小。
技术实现思路
为缓解或解决现有技术中的上述问题的至少一个方面，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，设置在底电极与顶电极之间，其中：所述压电层的上侧与所述压电层的下侧分别设置有第一质量负载阵列和第二质量负载阵列。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也涉及一种电子设备，包括上述的滤波器或者上述的谐振器。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示意图；图1B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沿图1A中的M1-M2线截得的截面示意图；图1C为根据本专利技术的另一个示例性实施例的体声波谐振器的沿图1A中的M1-M2线截得的截面示意图；图2A和2B分别示例性示出了在顶电极上设置质量负载的图示，其中图2A为以笛卡尔坐标排布，图2B为以极坐标图示；图3A-3C分别为根据本专利技术的不同示例性实施例的示出谐振器的叠层结构的上下两侧设置的质量负载阵列(以笛卡尔坐标排布)复合后的示意性俯视图；图4为根据本专利技术的一个示例性实施例的示出谐振器的叠层结构的上下两侧设置的质量负载阵列(以极坐标排布)复合后的示意性俯视图；图5A和5B示出了根据本专利技术的一个示例性实施例的谐振器的叠层结构的上下两侧设置的质量负载阵列以及复合后的示意性俯视图；图6A和6B示出了根据本专利技术的另一个示例性实施例的谐振器的叠层结构的上下两侧设置的质量负载阵列以及复合后的示意性俯视图；图7A和7B示出了根据本专利技术的再一个示例性实施例的谐振器的叠层结构的上下两侧设置的质量负载阵列以及复合后的示意性俯视图；图8A和8B示出了根据本专利技术的还一个示例性实施例的谐振器的叠层结构的上下两侧设置的质量负载阵列以及复合后的示意性俯视图；图9A和9B示出了根据本专利技术的又一个示例性实施例的谐振器的叠层结构的上下两侧设置的质量负载阵列以及复合后的示意性俯视图；图10A和10B示出了根据本专利技术的又一个示例性实施例的谐振器的叠层结构的上下两侧设置的质量负载阵列以及复合后的示意性俯视图；图11A和11B示出了根据本专利技术的又一个示例性实施例的谐振器的叠层结构的上下两侧设置的质量负载阵列以及复合后的示意性俯视图；图12A和12B示出了根据本专利技术的又一个示例性实施例的谐振器的叠层结构的上下两侧设置的质量负载阵列以及复合后的示意性俯视图；图13A示意性示出了作为对比示例的仅在谐振器的单侧设置质量负载阵列的谐振器的串联谐振频率(左侧图)及并联谐振频率(右侧图)附近处的阻抗特性曲线；13B和13C分别示意性示出了根据本专利技术实施例的在谐振器的上下两侧均设置质量负载阵列的谐振器的串联谐振频率(左侧图)及并联谐振频率(右侧图)附近处的阻抗特性曲线。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。专利技术的一部分实施例，而并不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。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示意图，图1B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沿图1A中的M1-M2线截得的截面示意图，图1C为根据本专利技术的另一个示例性实施例的体声波谐振器的沿图1A中的M1-M2线截得的截面示意图。本专利技术中的附图标记说明如下：100：基底，可选材料为单晶硅、氮化镓、砷化镓、蓝宝石、石英、碳化硅、金刚石等。110：声学阻抗层一或第一声学阻抗层，材料可以为氮化铝、二氧化硅、氮化硅、多晶硅、非晶硅。120：声学阻抗层二或第二声学阻抗层，同时也作为牺牲层。第二声阻抗层的材料可以为二氧化硅、掺杂二氧化硅、多晶硅、非晶硅等，但与第一声阻抗层材料不同，且第二声阻抗层的刻蚀剂不易刻蚀或不刻蚀第一声阻抗层材料。130：声学镜，可为空腔，也可采用布拉格反射层及其他等效形式。本专利技术所示的实施例中采用的是空腔。140：底电极，材料可选钼、钌、金、铝、镁、钨、铜，钛、铱、锇、铬或以上金属的复合或其合金等。145：下侧质量负载阵列。下侧质量负载是由底电极本身材料形成的凸起或在底电极上形成的凹陷。下侧质量负载的材料也可以不同于底电极。下侧质量负载设置在压电层的下本文档来自技高网...

【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，设置在底电极与顶电极之间，/n其中：/n所述压电层的上侧与所述压电层的下侧分别设置有第一质量负载阵列和第二质量负载阵列。/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，设置在底电极与顶电极之间，
其中：
所述压电层的上侧与所述压电层的下侧分别设置有第一质量负载阵列和第二质量负载阵列。


2.根据权利要求1所述的谐振器，其中：
第一质量负载阵列与第二负载阵列均以笛卡尔坐标排布。


3.根据权利要求2所述的谐振器，其中：
第一质量负载阵列与第二负载阵列的布置关系为一个阵列的至少一部分为另一个阵列的对应部分经至少一次平移后的阵列。


4.根据权利要求1所述的谐振器，其中：
第一质量负载阵列与第二负载阵列均以极坐标排布。


5.根据权利要求4所述的谐振器，其中：
第一质量负载阵列与第二负载阵列的布置关系为一个阵列的至少一部分为另一个阵列的对应部分经角度旋转后的阵列。


6.根据权利要求1所述的谐振器，其中：
第一质量负载阵列与第二负载阵列的布置关系为互补阵列，在谐振器的俯视图中，第一质量负载阵列与第二负载阵列共同形成新阵列，第一质量负载阵列与第二质量负载阵列各自组成所述新阵列的不同组成部分。


7.根据权利要求6所述的谐振器，其中：
第一质量负载阵列与第二负载阵列中的一个阵列具有至少一个待填充单元，另一个阵列具有至少一个填充单元。


8.根据权利要求7所述的谐振器，其中：
所述待填充单元的形状为多边形、圆形、圆环形、多边环形、直线条形或折线条形中的一种或多种，所述至少一个填充单元的形状与所述至少一个待填充单元的形状对应。


9.根据权利要求8所述的谐振器，其中：
所述待填充单元的形状为多边形或多边环形；
所述待填充单元的所述多边形或多边环形的外部轮廓与谐振器的有效区域的形状相似。


10.根据权利要求8所述的谐振器，其中：
所述待填充单元包括形状为直线条形的多个待填充单元。


11.根据权利要求10所述的谐振器，其中：
第一质量负载阵列与第二负载阵列均以笛卡尔坐标排布，所述多个待填充单元彼此平行间隔开；或者
第一质量负载阵列与第二负载阵列均以极坐标排布，所述多个待填充单元在周向方向上的端部彼此间隔开。


12.根据权利要求6所述的谐振器，其中：
第一质量负载阵列和第二质量负载阵列中的一个阵列包括多个质量负载待填充点，所述第一质量负载阵列和第二质量负载阵列中的另一个阵列包括与所述多个质量负载待填充点位置对应的多...

【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