具有可调机电耦合的体声波谐振器制造技术

本公开涉及一种具有可调机电耦合的体声波(BAW)谐振器。所公开的BAW谐振器包括底部电极、顶部电极和夹置在其间的多层换能结构。在本文中，所述多层换能结构由多个换能层构成，并且至少一个换能层由铁电材料形成，所述铁电材料的极化将随着所述铁电材料上的电场而变化。在调节所述底部电极和所述顶部电极上的直流(DC)偏置电压时，能够改变所述多层换能结构的整体极化和所述多层换能结构的整体机电耦合系数。一旦所述多层换能结构的所述整体机电耦合系数的所述改变完成，所述多层换能结构的所述整体机电耦合系数将在移除所述DC偏置电压之后保持不变。压之后保持不变。压之后保持不变。

【技术实现步骤摘要】
具有可调机电耦合的体声波谐振器
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2022年1月11日提交的临时专利申请序列号为63/298,244和2022年3月29日提交的临时专利申请序列号63/324,946的权益，这些临时专利申请的公开内容通过引用整体并入本文。


[0003]本公开涉及一种使用多层换能材料的体声波(BAW)谐振器，其具有可调机电耦合。

技术介绍

[0004]由于体声波(BAW)滤波器的较小大小、高Q值以及在微波频率(尤其是高于1.5千兆赫(GHz)的微波频率)下的非常低的插入损耗，BAW滤波器已经被广泛用于许多现代无线应用中。例如，并入有BAW谐振器的BAW滤波器是许多第三代(3G)和第四代(4G)无线设备选择的滤波器，并且注定主导第五代(5G)无线设备的滤波器应用。
[0005]图1中示出了常规BAW谐振器10的一个示例。BAW谐振器10包括底部电极12、顶部电极16以及夹置在底部电极12与顶部电极14之间的压电层16(有时称为换能层)。通常，传统压电BAW谐振器10的电特性，包括机电耦合系数K
e2
，是不可重新配置的。然而，为了设计具有陡峭斜率的低损耗BAW滤波器，需要具有不同机电耦合系数K
e2
的BAW谐振器。在同一管芯上制造具有不同机电耦合系数K
e2
的谐振器是具有挑战性的。因此，像电容器和电感器这样的外部部件被用于调节BAW谐振器的机电耦合系数K
e2
，这使得滤波器模块体积大、成本高且复杂。
[0006]作为对这一挑战的现有解决方案，基于以其“顺电”相使用的钛酸锶钡换能层而不是传统的压电换能层，提出了具有电压可调K
e2
的BAW谐振器。在其顺电相中使用换能材料的缺点是在“接通状态”操作(“接通状态”：当装置用作谐振器时；“截止状态”：当没有施加DC偏置电压并且装置用作简单电容器时)中需要在装置的电极上施加连续的直流(DC)偏置电压。谐振器上的连续的DC偏置电压将导致通过谐振器的连续的泄露电流，从而导致连续的电功率损耗。
[0007]因此，仍然需要改进的BAW谐振器设计，以实现可调机电耦合系数K
e2
，而不会遭受连续的电功率损耗和最终产品的体积。此外，还需要保持最终产品易于实施和成本效益。

技术实现思路

[0008]本公开涉及一种具有可调机电耦合的体声波(BAW)谐振器。所公开的BAW谐振器包括底部电极、顶部电极和夹置在其间的多层换能结构。在本文中，所述多层换能结构由多个换能层构成，并且至少一个换能层由第一铁电材料形成，所述铁电材料的极化将随着所述第一铁电材料上的电场而变化。在调节所述底部电极与所述顶部电极之间的直流(DC)偏置电压时，能够改变所述多层换能结构的整体极化和所述多层换能结构的整体机电耦合系数。一旦所述多层换能结构的所述整体机电耦合系数的所述改变完成，所述多层换能结构
的所述整体机电耦合系数将在移除所述DC偏置电压之后保持不变。
[0009]在所公开的BAW谐振器的一个实施方案中，用于形成所述换能层中的所述至少一个换能层的所述第一铁电材料具有盒形极化
‑
电场(P
‑
E)曲线。
[0010]在所公开的BAW谐振器的一个实施方案中，所述第一铁电材料是氮化钪铝(Sc
x
Al1‑
x
N)，并且Sc
x
Al1‑
x
N的所述P
‑
E曲线取决于钪浓度x。
[0011]在所公开的BAW谐振器的一个实施方案中，其中所述多个换能层中的至少一个换能层由第二铁电材料形成，所述第二铁电材料与所述第一铁电材料相比具有不同的P
‑
E曲线。另外，所述换能层中的至少一个换能层由压电材料形成，所述压电材料的极化不随着所述压电材料上的电场而变化。
[0012]在所公开的BAW谐振器的一个实施方案中，所述换能层中的每个换能层由不同的铁电材料形成。
[0013]在所公开的BAW谐振器的一个实施方案中，所述换能层中的至少一个换能层由压电材料形成，所述压电材料的极化不随着所述压电材料上的电场而变化。
[0014]在所公开的BAW谐振器的一个实施方案中，所述换能层中的每个换能层具有不同的厚度。
[0015]在所公开的BAW谐振器的一个实施方案中，所述换能层中的每个换能层具有相同的厚度。
[0016]根据一个实施方案，所公开的BAW谐振器还包括形成在所述底部电极下方的底部布拉格反射器以及形成在所述顶部电极上方的顶部布拉格反射器。
[0017]在所公开的BAW谐振器的一个实施方案中，所述多层换能结构还包括多个内部电极，所述多个内部电极与所述换能层交替。另外，每个换能层由不同的铁电材料形成。
[0018]根据形成具有可调谐机电耦合的BAW谐振器的示例性方法，所述方法包括形成底部电极，在所述底部电极上方形成多层换能结构，以及在所述多层换能结构上方形成顶部电极。这样，多层换能结构夹置在底部电极与顶部电极之间。在本文中，所述多层换能结构由多个换能层构成，并且至少一个换能层由铁电材料形成，所述铁电材料的极化将随着所述铁电材料上的电场而变化。在调节所述底部电极与所述顶部电极之间的DC偏置电压时，能够改变所述多层换能结构的整体极化和所述多层换能结构的整体机电耦合系数。
[0019]根据一个实施方案，所述方法还包括在所述底部电极和所述顶部电极上施加DC偏置电压，以改变所述多层换能结构的所述整体极化和所述多层换能结构的所述整体机电耦合系数。在本文中，一旦所述多层换能结构的所述整体机电耦合系数的所述改变完成，所述多层换能结构的所述整体机电耦合系数将在移除所述DC偏置电压之后保持不变。
[0020]在所述方法的一个实施方案中，用于形成所述换能层中的所述至少一个换能层的所述第一铁电材料具有盒形P
‑
E曲线。
[0021]在所述方法的一个实施方案中，所述第一铁电材料是Sc
x
Al1‑
x
N，并且Sc
x
Al1‑
x
N的所述P
‑
E曲线取决于钪浓度x。
[0022]在所述方法的一个实施方案中，所述换能层中的至少一个换能层由第二铁电材料形成，所述第二铁电材料与所述第一铁电材料相比具有不同的P
‑
E曲线。
[0023]在所述方法的一个实施方案中，每个换能层由不同的铁电材料形成。
[0024]在所述方法的一个实施方案中，所述换能层中的至少一个换能层由压电材料形
成，所述压电材料的极化不随着所述压电材料上的电场而变化。
[0025]根据具有带有可调谐机电耦合的至少一个BAW谐振器的示例性系统，所述系统包括射频(RF)输入电路、RF输出电路和包括所述至少一个BAW谐振器的滤波器电路。在本文中，所述滤波器电路连接在所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有可调机电耦合的体声波(BAW)谐振器，包括：底部电极；顶部电极；以及多层换能结构，所述多层换能结构夹置在所述底部电极与所述顶部电极之间，其中：所述多层换能结构由多个换能层构成；所述多个换能层中的至少一个换能层由第一铁电材料形成，所述第一铁电材料的极化将随着所述铁电材料上的电场而变化；并且在调节所述底部电极和所述顶部电极上的直流(DC)偏置电压时，能够改变所述多层换能结构的整体极化和所述多层换能结构的整体机电耦合系数。2.如权利要求1所述的BAW谐振器，其中一旦所述多层换能结构的所述整体机电耦合系数的所述改变完成，所述多层换能结构的所述整体机电耦合系数将在移除所述DC偏置电压之后保持不变。3.如权利要求1所述的BAW谐振器，其中用于形成所述多个换能层中的所述至少一个换能层的所述第一铁电材料具有盒形极化
‑
电场(P
‑
E)曲线。4.如权利要求3所述的BAW谐振器，其中所述第一铁电材料是氮化钪铝(Sc
x
Al1‑
x
N)，并且Sc
x
Al1‑
x
N的所述P
‑
E曲线取决于钪浓度x。5.如权利要求4所述的BAW谐振器，其中所述多个换能层中的至少一个换能层由第二铁电材料形成，所述第二铁电材料与所述第一铁电材料相比具有不同的P
‑
E曲线。6.如权利要求5所述的BAW谐振器，其中所述多个换能层中的至少一个换能层由压电材料形成，所述压电材料的极化不随着所述压电材料上的电场而变化。7.如权利要求1所述的BAW谐振器，其中所述多个换能层中的每个换能层由不同的铁电材料形成。8.如权利要求1所述的BAW谐振器，其中所述多个换能层中的至少一个换能层由压电材料形成，所述压电材料的极化不随着所述压电材料上的电场而变化。9.如权利要求1所述的BAW谐振器，其中所述多个换能层中的每个换能层具有不同的厚度。10.如权利要求1所述的BAW谐振器，其中所述多个换能层中的每个换能层具有相同的厚度。11.如权利要求1所述的BAW谐振器，所述BAW谐振器还包括形成在所述底部电极下方的底部布拉格反射器。12.如权利要求11所述的BAW谐振器，所述BAW谐振器还包括形成在所述顶部电极上方的顶部布拉格反射器。13.如权利要求1所述的BAW谐振器，其中所述多层换能结构还包括多个内部电极，所述多个内部电极与所述多个换能层交替。14.如权利要求13所述的BAW谐振器，其中所述多个换能层中的每个换能层由不同的铁电材料形成。15.一种形成具有可调机电耦合的体声波(...

【专利技术属性】
技术研发人员：M，
申请(专利权)人：QORVO美国公司，
类型：发明
国别省市：