一种薄膜体声波谐振滤波器制造技术

本发明专利技术公开了一种薄膜体声波谐振滤波器，具有高的品质因数(Q)和高的机电耦合系数(K

【技术实现步骤摘要】
一种薄膜体声波谐振滤波器
本专利技术属于高频通信滤波器材
，具体涉及一种薄膜体声波谐振滤波器。
技术介绍
近几十年，无线通信技术得到了蓬勃的发展，通信系统对于通信质量提出进一步的要求。滤波器是用来分离不同频率的一种器件，它能够抑制不需要的信号频率而只让所需要的频率信号通过，在通信系统的发射端和接收端起着非常重要的作用。薄膜体声波谐振滤波器通常用于实现体积小、质量轻的滤波器。薄膜体声波谐振器滤波器可以以低成本大批量生产，同时具有高的品质因数(Q)和高的机电耦合系数(Kt2)。薄膜体声波谐振器通常由底层电极、压电薄膜和顶层电极依次层叠构成。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种薄膜体声波谐振滤波器，旨在解决现有技术中滤波器寄生谐振严重、相位响应特性差的问题。本专利技术对薄膜体声波谐振器FBAR结构做精确的设计仿真，确定合适的尺寸。本专利技术对顶部电极边缘的三级台阶逐级设计仿真优化，最终获得最优尺寸。本专利技术的薄膜体声波谐振滤波器具有品质因数高，带内相位响应平坦的优点。该薄膜体声波谐振滤波器可以应用在射频通信系统中。为了解决现有技术存在的问题，本专利技术提供的技术方案为：一种薄膜体声波谐振滤波器，包括基底5、绝缘支撑层4、底部电极3、压电薄膜2、顶部电极1、顶部台阶。其中，从上到下依次为顶部电极1、压电薄膜2、底部电极3、绝缘支撑层4、基底5；顶部电极1上方从外到内依次为顶部第一台阶S1、第二台阶S2和第三台阶S3。顶部电极1和底部电极3作为施加电能的上下电极，压电薄膜2作为谐振单元产生谐振，绝缘支撑层4为上部结构提供支撑，基底5为硅材料衬底，顶部电极1上方台阶用以抑制寄生谐振。其中，所述基底5为硅材料衬底。其中，所述绝缘支撑层4为底部带有空气背腔的绝缘支撑层，使用氮化硅作为绝缘支撑层。其中，所述底部电极3为压电薄膜的下电极，使用钼作为电极。其中，所述压电薄膜2为使用氮化铝制作的压电薄膜材料。其中，所述顶部电极1为压电薄膜的上电极，使用钼作为电极。其中，所述顶部台阶包括第一台阶S1、第二台阶S2、第三台阶S3使用和顶部电极1相同的钼材料。其中，通过施加到顶部电极1和底部电极3的电能而在压电薄膜层2中诱发电场，并且随后通过诱发的电场而在压电薄膜层2中产生压电现象，从而使得谐振单元在预定方向上振动，可在与谐振单元的方向相同的方向上产生体声波，从而产生谐振。其中，顶部三级台阶结构作为声布拉格反射器，用以反射兰姆波(Lambwaves)。其中，顶部三级台阶结构，将兰姆波(Lambwaves)限制在台阶区域之中，有效抑制了寄生谐振。相比现有技术，本专利技术具有以下有益效果：1.本专利技术通过对顶部电极上方的台阶进行结构设计，可以实现对滤波器寄生谐振的抑制。2.本专利技术实现了高品质因数(Q)和高机电耦合系数(Kt2)。3.本专利技术在频带内的相位响应纹波可以忽略不计。4.本专利技术在滤波频带范围内，具有低的插入损耗。5.本专利技术在滤波频带范围外具有高的抑制度。6.本专利技术结构简单，易于实现。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。图1是根据本专利技术的一个实施例的薄膜体声波谐振滤波器的示意性剖面图。图2是根据本专利技术的一个实施例的薄膜体声波谐振滤波器的BVD等效电路模型。图3是根据本专利技术的一个实施例的薄膜体声波谐振滤波器的mBVD等效电路模型。图4是根据本专利技术的一个实施例的薄膜体声波谐振滤波器的相位响应仿真效果图。图5是比较示例的相位响应仿真曲线的示例。在整个附图和具体实施方式中，相同的附图标记指示相同的元件。附图可不按比例绘制，并且为了清楚、说明和方便，可夸大附图中的元件的相对尺寸、比例和描绘。具体实施方式为使得本专利技术的专利技术目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显而易见地，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术的保护范围。图1是根据本专利技术的一个实施例的薄膜体声波谐振滤波器的示意性剖面图。图4是根据本专利技术的一个实施例的薄膜体声波谐振滤波器的相位响应效果图。从图1中可以看出该薄膜体声波谐振滤波器具有基底5、空气背腔Air、绝缘支撑层4、底部电极3、压电薄膜2、顶部电极1、顶部电极第一台阶S1、顶部电极第二台阶S2、顶部电极第三台阶S3。其中，从上到下依次为顶部电极1、压电薄膜2、底部电极3、绝缘支撑层4、基底5，顶部电极1上方从外到内依次为顶部第一台阶S1、第二台阶S2和第三台阶S3。顶部电极1和底部电极3作为施加电能的上下电极，压电薄膜2作为谐振单元产生谐振，绝缘支撑层4为上部结构提供支撑，基底5为硅材料衬底。在本实施例中，基底5为硅材料衬底。在本实施例中，空气背腔Air为绝缘支撑层4下方的以空气为介质的空腔。在本实施例中，绝缘支撑层4为采用氮化硅(SixNy)材料的绝缘支撑层。在本实施例中氮化硅材料的密度为3270Kg/m3。在本实施例中，绝缘支撑层4的厚度ft4为0.2um。在本实施例中，底部电极3为采用金属材料钼(Mo)作为电极极板。在本实施例中，钼材料的密度为10220Kg/m3。在本实施例中，底部电极3的厚度ft3为0.2um。在本实施例中，压电薄膜2为采用氮化铝(AlN)材料制作的压电薄膜。在本实施例中，氮化铝材料的密度为3260Kg/m3。在本实施例中，压电薄膜2的厚度ft2为0.8um。在本实施例中，顶部电极1为采用金属材料钼(Mo)作为电极极板。在本实施例中，钼材料的密度为10220Kg/m3。在本实施例中，底部电极1的厚度ft3为0.2um，顶部电极1的面积为200*200um2。在本实施例中，顶部电极1上方台阶由顶部第一级台阶S1、第二台阶S2和第三台阶S3构成。在本实施例中，所有顶部台阶结构采用和顶部电极1相同的金属材料钼(Mo)。其中第一台阶S1的厚度S1t为0.45um，第一台阶S1的宽度S1w为9um；第二台阶S2的厚度S2t为0.3um，第二台阶S2的宽度S2w为6um；第一台阶S1的厚度S1t为0.15um，第三台阶S3的宽度S3w为3um。由图1可以看出，顶部台阶位于顶部电极1上方边缘处，为环状结构。本实施例的薄膜体声波谐振滤波器的通带为3GHz～3.08GHz。本专利技术的一种薄膜体声波谐振滤波器的等效电路为BVD模型，见图2，其中Cm为运动电容，Lm为运动电感，Rm为运动电阻，C0为静态电阻，各参数由以下各式表示：式本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种薄膜体声波谐振滤波器，其特征在于，包括：基底(5)、绝缘支撑层(4)、底部电极(3)、压电薄膜(2)、顶部电极(1)、顶部第一台阶(S

【技术特征摘要】
1.一种薄膜体声波谐振滤波器，其特征在于，包括：基底(5)、绝缘支撑层(4)、底部电极(3)、压电薄膜(2)、顶部电极(1)、顶部第一台阶(S1)、第二台阶(S2)和第三台阶(S3)，其中，从上到下依次为顶部电极(1)、压电薄膜(2)、底部电极(3)、绝缘支撑层(4)、基底(5)；顶部电极(1)上方从外到内依次为顶部第一台阶(S1)、第二台阶(S2)和第三台阶(S3)，顶部电极(1)和底部电极(3)作为施加电能的上下电极，压电薄膜(2)作为谐振单元产生谐振，绝缘支撑层(4)为上部结构提供支撑，基底(5)为硅材料衬底，顶部电极(1)上方台阶用以抑制寄生谐振。


2.根据权利要求1所述的薄膜体声波谐振滤波器，其特征在于，所述基底(5)为硅材料衬底。


3.根据权利要求1所述的薄膜体声波谐振滤波器，其特征在于，所述绝缘支撑层(4)为底部带有空气背腔的绝缘支撑层，使用氮化硅作为绝缘支撑层。


4.根据权利要求1所述的薄膜体声波谐振滤波器，其特征在于，所述底部电极(3)为压电薄膜的下电极，使用钼作为电极。


5.根据权利要求1所述的薄膜体声波谐...

【专利技术属性】
技术研发人员：穆罕默德·麦蒙，周攀，林福江，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34