体声波谐振器、掺杂浓度确定方法、滤波器及电子设备技术

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；压电层；和顶电极，其中：所述谐振器的谐振频率低于2.5GHz，且具有层厚比E/P；所述谐振器具有机电耦合系数Kt2，所述掺杂浓度不小于a1，a1为层厚比E/P＝1.5时所述机电耦合系数Kt2对应的掺杂浓度。本发明专利技术还涉及一种掺杂浓度确定方法，所述掺杂浓度为体声波谐振器的压电层的掺杂元素的掺杂浓度，所述谐振器具有机电耦合系数Kt2，所述谐振器的谐振频率低于2.5GHz且具有层厚比E/P，所述方法包括步骤：基于层厚比E/P，选择所述掺杂浓度不小于a1，a1为谐振器层厚比E/P＝1.5时所述机电耦合系数Kt2对应的掺杂浓度。本发明专利技术也涉及一种滤波器和一种电子设备。波器和一种电子设备。波器和一种电子设备。

【技术实现步骤摘要】
体声波谐振器、掺杂浓度确定方法、滤波器及电子设备


[0001]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掺杂浓度确定方法，以及一种滤波器和一种电子设备。

技术介绍

[0002]随着5G通信技术的发展，通信技术对滤波器的大带宽提出了越来越高的要求。在这种前提下，滤波器的设计就对具有更大有效机电耦合系数(kt2)的谐振器提出了迫切需求。
[0003]薄膜体声波谐振器(FBAR)作为一种新型的MEMS器件，具有体积小、质量轻、插入损耗低、频带宽以及品质因子高等优点，很好地适应了无线通信系统的更新换代。
[0004]现有技术中，仍然有在保持谐振器的kt2较大的情况下还提高谐振器的Q值的需求。
[0005]此外，随着谐振器的频率降低，在Kt2固定的情况下，谐振器的面积会增大，而谐振器面积增大，则滤波器的面积也随之增大，从而会降低单片晶圆产出die的数量。因此，现有技术中，也有在保持谐振器的kt2较大的情况下使得谐振器的面积较小的需求。

技术实现思路

[0006]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。
[0007]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：
[0008]基底；
[0009]声学镜；
[0010]底电极；
[0011]压电层，所述压电层为包括掺杂元素的压电层，所述掺杂元素具有对应的掺杂浓度；和
[0012]顶电极，
[0013]其中：
[0014]所述谐振器的谐振频率低于2.5GHz，且具有层厚比E/P；
[0015]所述谐振器具有机电耦合系数Kt2，所述掺杂浓度不小于a1，a1为层厚比E/P＝1.5时所述机电耦合系数Kt2对应的掺杂浓度。
[0016]本专利技术的实施例也涉及一种掺杂浓度确定方法，所述掺杂浓度为体声波谐振器的压电层的掺杂元素的掺杂浓度，所述谐振器具有机电耦合系数Kt2，所述谐振器的谐振频率低于2.5GHz且具有层厚比E/P，所述方法包括步骤：
[0017]基于层厚比E/P，选择所述掺杂浓度不小于a1，a1为谐振器层厚比E/P＝1.5时所述机电耦合系数Kt2对应的掺杂浓度。
[0018]本专利技术的实施例还涉及一种滤波器，包括上述的谐振器。
[0019]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
[0020]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：
[0021]图1为体声波谐振器的示意性截面图；
[0022]图2为示例性示出E/P值和凸起结构宽度与谐振器的Q值之间的关系图；
[0023]图3示例性示出了凸起结构的宽度与谐振器的Q值之间的关系图；
[0024]图4示例性示出了E/P值与Kt2的关系图；
[0025]图5示例性示出了同一E/P的情况下，掺杂浓度与Kt2的关系图，其中E/P＝1.5；
[0026]图6示例性示出了同一E/P的情况下，掺杂浓度与Kt2的关系图，其中E/P＝1.7；
[0027]图7示例性示出了同一E/P的情况下，掺杂浓度与Kt2的关系图，其中E/P＝1.85；
[0028]图8示例性示出了同一E/P的情况下，掺杂浓度与Kt2的关系图，其中E/P＝2；
[0029]图9示例性示出了对于频率为1.75GHz的谐振器，在同一Kt2的情况下，掺杂浓度与谐振器面积的关系；
[0030]图10示例性示出了对于频率为3.5GHz的谐振器，在同一Kt2的情况下，掺杂浓度与谐振器面积的关系。
具体实施方式
[0031]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。
[0032]图1示出了典型的三明治结构的体声波谐振器的截面图。图1中，附图标记说明如下：
[0033]101：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。
[0034]102：声学镜，可为空腔，也可采用布拉格反射层及其他等效形式。本专利技术的实施例中采用的是空腔的形式。
[0035]103：底电极(包括底电极引脚)，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。
[0036]104：压电层，可以为单晶压电材料，可选的，如：单晶氮化铝、单晶氮化镓、单晶铌酸锂、单晶锆钛酸铅(PZT)、单晶铌酸钾、单晶石英薄膜、或者单晶钽酸锂等材料，也可以为多晶压电材料(与单晶相对应，非单晶材料)，可选的，如多晶氮化铝、氧化锌、PZT等，还可是包含上述材料的一定原子比的稀土元素掺杂材料，例如可以是掺杂氮化铝，掺杂氮化铝至少含一种稀土元素，如钪(Sc)、钇(Y)、镁(Mg)、钛(Ti)、镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、钷(Pm)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)、铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)、镥(Lu)等。
[0037]105：顶电极(包括顶电极引脚)，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。
[0038]106：钝化层或工艺层，其可以是氮化铝、氮化硅或二氧化硅等。
[0039]107：凸起结构，材料可选钼，钌，金，铝，镁，钨，铜，钛，铱，锇，铬或以上金属的符合
或其合金等。
[0040]对于体声波谐振器而言，其机电耦合系数Kt2与层厚比E/P的值以及压电层中的掺杂元素的掺杂浓度有关。此外，体声波谐振器的Q值与层厚比E/P的值相关。
[0041]而且，谐振器的面积(指谐振器的有效区域的面积，而有效区域指谐振器的顶电极、压电层、底电极和声学镜在谐振器的厚度方向上的重叠部分形成的区域)在谐振器的机电耦合系数固定的情况下随谐振器的谐振频率的降低而升高。
[0042]本专利技术提出了一种通过选择高于基于特定的层厚比的掺杂浓度的掺杂浓度，来降低谐振器的面积的方案，从而既可以获得较高的谐振器Q值，也可以获得较高的Kt2，还可以使得谐振器的面积较小。
[0043]下面简单说明层厚比E/P。
[0044]如图1所示，底电极103的厚度为t1，压电层104的厚度为t2，顶电极105的厚度为t3，以及顶电极以上的钝化层106的厚度为t4。当不设置钝化层106时，定义电极厚度与压电层厚度的比例，即层厚比E/P为(t1+t3)/t2。当谐振器具有钝化层106时，定义电极厚度与压电层层厚比例，即层厚比E/P为(t1+t3+t4*a)/t2本文档来自技高网...

【技术保护点】

【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；压电层，所述压电层为包括掺杂元素的压电层，所述掺杂元素具有对应的掺杂浓度；和顶电极，其中：所述谐振器的谐振频率低于2.5GHz，且具有层厚比E/P；所述谐振器具有机电耦合系数Kt2，所述掺杂浓度不小于a1，a1为层厚比E/P＝1.5时所述机电耦合系数Kt2对应的掺杂浓度。2.根据权利要求1所述的谐振器，其中：所述压电层为掺杂有钪元素的氮化铝层，a1由如下公式确定：Kt2＝0.2845a12+0.2791a1+0.0488。3.根据权利要求1所述的谐振器，其中：所述谐振器的谐振频率低于2.0GHz；所述掺杂浓度不小于a2，a2为谐振器层厚比E/P＝1.7时所述机电耦合系数Kt2对应的掺杂浓度。4.根据权利要求3所述的谐振器，其中：所述压电层为掺杂有钪元素的氮化铝层，a2由如下公式确定：Kt2＝0.2315a22+0.283a2+0.0451。5.根据权利要求3所述的谐振器，其中：所述谐振器的谐振频率低于1.5GHz；所述掺杂浓度不小于a3，a3为谐振器层厚比E/P＝1.85时所述机电耦合系数Kt2对应的掺杂浓度。6.根据权利要求5所述的谐振器，其中：所述压电层为掺杂有钪元素的氮化铝层，a3由如下公式确定：Kt2＝0.2196a32+0.2771a3+0.0434。7.根据权利要求5所述的谐振器，其中：所述谐振器的谐振频率低于1.0GHz；所述掺杂浓度不小于a4，a4为谐振器层厚比E/P＝2.0时所述机电耦合系数Kt2对应的掺杂浓度。8.根据权利要求7所...

【专利技术属性】
技术研发人员：庞慰，徐洋，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：