移动通讯的发展使得手持装置更加趋于小型化和复杂化。最近这 一发展对手持装置提出了新的要求，即手持装置应当支持数种不同的 标准和电信系统。对数种不同的系统予以支持即意味着在手持装置的RF 部件中需要几套滤波器和其它RF组件。除此较为复杂以外，手持装置 的尺寸不应因如此广泛的支持而有所增加。
现有技术移动电话所采用的RF滤波器通常是分立的声表面波 (SAW)滤波器或陶瓷滤波器。这一方案对于单个标准电话来说已经足 够，但它不能在不增加移动电话的尺寸的基础上支持数种电信系统。
声表面波(SAW)谐振器的结构类似于图1所示结构。声表面波谐 振器利用固体表面的表面声学振动模式，在这些模式中振动局限在固 体的表面，离开表面则很快地衰减。SAW谐振器通常包括压电层100和 两个电极122、124。利用SAW谐振器可以产生诸如滤波器之类的各种 谐振器结构。SAW谐振器的优点是尺寸非常小，缺点是不能承受大功率。
在半导体晶片，比如硅(Si)或砷化镓(GaAs)晶片上制造薄膜 体声波谐振器的技术已经公知。例如，在K.M.Lakin和J.S.Wang于Feb. 1，1981发表于Applied Physics Letters，Vol.38，No.3，第125- 127页的题目为“Acoustic Bulk Wave Composite Resonators”的文 章中，披露了一种体声波谐振器，它包括溅射于硅(Si)薄膜片上的 氧化锌(ZnO)薄膜压电层。另外，在Hiroaki Satoh、Yasuo Ebata、 Hitoshi Suzuki和Choji Narahara于1985年发表于15 Proc.39th Annual Symp.Freq.Control，第361-366页的题目为“An Air-Gap Type Composite Thin Film Resonators”的文章中，披露了具有桥结构的体 声波谐振器。
图2表示了具有桥结构的体声波谐振器的一个例子。该结构包括 淀积于基片200上的薄膜130。谐振器还包括位于该薄膜上的底电极 110，压电层100和顶电极120。刻蚀去牺牲层，可以在薄膜和基片之 间产生一个间隙210。该间隙起声学隔离器的作用，基本上将振动谐振 器结构与基片隔离开。
体声波谐振器还未得到广泛的应用，部分是由于目前还没有可行 的方法将这样的谐振器和其它电路组合在一起。但是，BAW谐振器与SAW 谐振器相比有一些优点。例如，BAW结构对大功率电平有较好的耐受力。
目前微型机械装置也在开发之中。微型机械装置通常是利用淀积、 构图和刻蚀技术在硅基片上产生所需要的结构而获得的。例如，图3 示意了一种微型机械开关的结构。微型机械开关包括悬臂400、位于基 片200上的接触焊盘430和接触条440，接触条440在接触焊盘430之 间产生接触用，以及两个电极410、420。悬臂电极410形成于悬臂上， 而基片电极420形成于基片上。接触条形成于悬臂的一端，而悬臂的 另一端固定到基片上，固定装置优选采用支撑件405，以便将悬臂从基 片表面上抬起。在微型机械开关工作的时候在悬臂和基片电极之间耦 合有DC电压。该DC电压在悬臂和开关的基片电极之间产生静电力。 静电力使悬臂弯曲，导致接触条与基片接触焊盘430接触。在D.L.Polla 和L.F.Francis于July 1996发表于MRS Bulletin，第59-65页的题 目为“Ferroelectric Thin Films in Microelctromechanical Systems Applications”的文章中，披露了其它几种微型机械结构，该文章在 本文引用为参考。

本发明的目的是制造能够允许体声波谐振器和其它电路以有利的 方式集成在一起的结构。本发明的另一个目的是提供开关式谐振器结 构。本发明的另一个目的是提供很小尺寸的这类结构。本发明的进一 步目的在于减少多系统移动通讯装置所需要的滤波器结构的尺寸。
这些目的可以通过将谐振器元件和开关元件集成在同一基片中而 达到。优选在同一处理过程期间将谐振器元件和开关元件集成在该基 片中。
根据本发明的谐振器结构，包括具有在一基片上的至少一个谐振 器，所述谐振器是至少经过在基片上淀积多层并加以构图而制备的， 其特征在于所述谐振器结构包括在制备谐振器的同一处理过程期间通 过至少在该基片上淀积多层并加以构图而制备的至少一个开关元件。
根据本发明的移动通讯装置，其特征在于所述移动通讯装置包括：
谐振器结构，所述谐振器结构包括在一基片上的至少一个谐振器， 所述谐振器是通过至少在该基片上淀积多层并加以构图而制备的；以 及
通过至少在该基片上淀积多层并加以构图而制备的至少一个开关 元件；
其中所述谐振器结构和所述开关元件是在同一处理过程中制造 的。
根据本发明，将至少一个谐振器元件和至少一个开关元件在同一 处理过程期间集成在同一基片中。这在采用桥式BAW谐振器和微型机 械开关的时候是特别有利的，因为用于产生桥结构的同样处理步骤可 以被用于产生微型机械开关结构。将开关结构和谐振器组合在同一基 片上，能够制造出非常紧凑、为多系统移动通讯装置所需的滤波器和 谐振器结构。
根据本发明的另一方面，利用的BAW谐振器的特殊性能，即BAW 谐振器可以集成在通常用于有源电路的基片，比如硅(Si)和砷化镓 (GaAs)的表面上。根据本发明的该方面，这些开关可以用晶体管例 如MESFET晶体管实现。
附图说明
下面结合附图对本发明作详细描述。附图中：
图1示意了根据现有技术的声表面波谐振器；
图2示意了根据现有技术的体声波谐振器；
图3示意了根据现有技术的微型机械开关结构；
图4是具有桥结构的体声波谐振器的剖面图；
图5是图4结构的顶视图；
图6是另一具有桥结构的体声波谐振器的剖面图；
图7示意了具有通孔结构的体声波谐振器；
图8示意了经声学镜结构与基片隔离的体声波谐振器；
图9示意了具有堆叠结构的体声波谐振器；
图10示意了根据本发明的一个开关和谐振器结构；
图11示意了根据本发明的又一个开关和谐振器结构；
图12a，12b，12c示意了用体声波谐振器可以获得的各种滤波器 结构；
图13示意了根据本发明体声波谐振器和微型机械开关在调制器结 构中的用途；
图14示意了体声波谐振器和开关元件在振荡器结构中的用途；
图15示意了根据本发明开关式谐振器组在移动通讯装置中的应 用；以及
图16示意了可以在本发明有利实施例中使用的MOSFET晶体管开 关。
附图中相同的参考标号指代相同的部件。

根据本发明，在单个基片上实现了开关装置，比如微型机械开关 和谐振器。所述谐振器是声表面波(SAW)或体声波(BAW)谐振器。
体声波谐振器通常制造在硅(Si)、砷化镓(GaAs)、玻璃或陶瓷 基片上。广泛使用的一类陶瓷基片是氧化铝。BAW装置通常利用各种薄 膜制造技术，例如溅射、真空蒸发或化学汽相淀积加以制造。BAW装置 利用压电薄膜层来产生体声波。典型BAW装置的谐振频率范围在0.5GHz 和5GHz之间，具体数值取决于装置的尺寸和材料。BAW谐振器具有晶 体谐振器的典型串联和并联谐振特点。谐振频率主要由谐振器的材料 和谐振器的各层的尺度确定。
典型的BAW谐振器由三个基本元件组成：
声学方式工作的压电层，
压电层的相对端上的电极，以及
与基片的声学隔离。
压电层可以例如是ZnO、AlN、ZnS或其它任何可以按薄膜形状制 造的压电材料。进一步的例子是，铁电陶瓷也可以作为压电材料使用。 例如，PbTiO3和Pb(ZrxTi1-x)O3和所谓的锆钛酸镧铅家族的其它成员 也可以使用。
优选情况是，用来构成电极层的材料是具有高声学阻抗的导电材 料。这些电极可以由任何适当的金属材料构成，比如钨(W)，铝(Al)， 铜(Cu)，钼(Mo)，镍(Ni)，钛(Ti)，铌(Nb)，银(Ag)，金(Au)， 和钽(Ta)。
声学隔离可以利用例如下列技术完成：采用基片通孔，采用微型 机械桥结构，或采用声学镜面结构。
但是，本发明不限于这三种技术，因为任何其它的使谐振器和基 片隔离的手段都可以同样采用。
在通孔和桥结构中，声学反射表面是位于装置的上方和下方的空 气界面。桥结构通常是利用牺牲层制成的，该牺牲层被刻蚀掉，产生 自由立式的结构。利用牺牲层使得种类广泛的基片材料得以利用，因 为基片不必作非常大的改动，正如通孔结构那样。
桥结构可以例如利用蚀刻坑结构实现。图4和5示意了具有蚀刻 坑的一个BAW。图4和5给出了基片200、薄膜层130、底电极110、 压电层100和顶电极120。图4是这一结构的剖面图，而图5是该结构 的顶视图。在该蚀刻坑结构中，蚀刻坑210是在淀积了至少薄膜层130 之后在BAW结构下刻蚀得到的。
图6示意了另一种制造桥结构的方法。在淀积BAW结构的其它层 之前，首先淀积一个牺牲层140并加以构图。然后BAW结构的其余部 分在牺牲层140上部分淀积和构图。在BAW结构的其余部分完成之后， 刻蚀去牺牲层140。图6还给出了基片200、薄膜层130、底电极110、 压电层100和顶电极120。
牺牲层优选利用金属或聚合物作为制造材料加以实现。例如，牺 牲层可以利用铜(Cu)作为材料制备。聚合物优选是这样的聚合物，， 它能够抵抗在淀积其它各层之后可能达到的较高温度。例如，聚合物 可以是特氟隆或其衍生物，聚苯硫，聚醚醚酮 (polyetheretherketone)，聚(对亚苯基苯并二咪唑)，聚(对亚苯 基苯并二噁唑)，聚(对亚苯基苯并二咪唑)，聚(对亚苯基苯并二噻 唑)，聚酰亚胺，聚酰亚胺硅氧烷，乙烯醚，聚苯基，帕里纶N，帕里 纶F，或苯环丁烯。
牺牲层可以用现有技术所采用的其它任何材料构成，比如氧化锌 (ZnO)。但是，如前所述优选使用金属或聚合物。
在通孔结构中，通过将基片在BAW谐振器结构的主要部位下的部 分蚀刻去，可以使谐振器和基片声学隔离。图7示意了BAW谐振器的 通孔结构。图7表示了基片200、薄膜层130、底电极110、压电层100、 和顶电极120。通孔211是贯穿整个基片刻蚀的。由于这种要求的蚀刻， 通孔结构通常仅用Si或GaAs基片实现。
将BAW谐振器和基片隔离的另一方法是利用声学镜面结构。声学 镜面结构通过使声波反射回谐振器结构而实现隔离功能。一个声学镜 通常包括厚度为中心频率处四分之一波长的数层，交替层具有不同的 声学阻抗。声学镜中的层数是奇数，通常范围是3到9。两个相继层的 声学阻抗的比值应当大到对于BAW谐振器呈现尽可能低的声学阻抗， 而不是基片材料的较高阻抗。高阻层材料可以例如是金(Au)，钼(Mo) 或钨(W)，低阻层材料可以例如是硅(Si)，多晶硅(poly-Si)，二氧 化硅(SiO2)，铝(Al)，或聚合物。因为在利用声学镜结构的结构中， 谐振器与基片是隔离的，并且基片未作非常大的改动，因此可以采用 许多种材料作为基片。
聚合物层可以由任何具有低损耗特性和低声学阻抗的聚合物材料 构成。优选采用的聚合物应能够抵抗至少350摄氏度高温，因为在淀 积声学镜结构的其它各层和其它结构期间可以获得较高温度。聚合物 层可以由聚酰亚胺，cyclotene，一种碳基材料，硅基材料或其它任何 适当的材料。
图8是处于声学镜结构上方的BAW谐振器的实例。图8给出了基 片200，底电极110，压电层100，和顶电极120。声学镜结构150在 此例中包括三层150a，150b。其中两层150a由第一材料构成，第三层 150b处于这两层之间并由第二种材料构成。第一和第二种材料的声学 阻抗不同，如前所述。这些材料的顺序在本发明的不同实施例中是不 同的。在本发明的某些实施例中，高声阻的材料可以处于中间，而低 声阻的材料处于该中间材料的两端。在本发明的其它实施例中，其顺 序可以是相反的。在本发明的一些实施例中底电极可以作为声学镜的 一层。
图9给出可以用在本发明有利实施例中的另一BAW谐振器结构。 图9表示了具有两个压电层100的谐振器层叠结构。除了底电极110 和顶电极120外，层叠结构需要一个中间电极115，它和地电位相连。 图9还示意了薄膜层130、基片200和使结构和基片隔离的蚀刻坑210。
为清楚起见，说明书的各附图中没有绘出制造微型电子和微型机 械结构通常所需要的任何钝化层。
在本发明的一种实施例中，微型机械开关用于执行向和从体声波 谐振器和声表面波谐振器的信号切换。任何与图3所述相类似的微型 机械开关结构都可以使用在根据本发明的结构之中。通过按照产生期 望开关功能的理想方式将不止一个的图3基本开关进行组合和加以控 制，可以制造出诸如多极开关之类的更为复杂的开关结构。图13表示 了一种更为复杂的开关结构的示例，它将在本说明书稍后部分说明。
在本发明的一个有利实施例中，开关元件和谐振器元件是在相同 的处理过程中制造的，由此开关和谐振器元件具有在同样的加工步骤 中制造出的层。例如，淀积在基片上的金属层可以在后续的构图之后 构成BAW谐振器的一个电极和微型机械开关的一个电极。这在采用桥 型BAW谐振器和微型机械开关的时候特别有利，因为被用来产生桥结 构的同样加工步骤可以被用来制造微型机械开关结构。例如，桥结构 下的牺牲层和开关悬臂下的牺牲层可以是单个构图层的一部分，这些 牺牲层在稍后阶段被刻蚀去。
在基片由硅、砷化镓或适于用作为集成电路基片的一些其它材料 制成的此类实施例中，可以在同一基片上实现除开关晶体管之外的其 它元件。例如，在同一基片上可以集成诸如放大器之类的其它电路， 这一做法使得移动通讯装置的几乎所有RF元件都可以集成到单个基片 上。
根据本发明的谐振器和开关结构可以用于例如实现开关式滤波器 组。根据本发明的开关式滤波器组301的一个可能的应用如图10所示。 图10可以例如用于对发送或接收频段的一个窄段滤波。滤波器组301 包括通带相对较窄的几个通带滤波器300，由此通过将具有所需中心频 率的滤波器切换至使用状态可以选择频段的一部分进行工作。在这些 滤波器的第一端口的开关320用于选择所采用的滤波器。由于相邻滤 波器的通带在一定程度上重叠，所以如果所有的其它滤波器即未用滤 波器连接到另一端口由此引起第二端口的加载那么在第二滤波器端口 的滤波器匹配是非常困难的。未使用的滤波器将呈现与频率有关的电 抗，这在第二端口看来是分路电抗。这一问题可以利用到每个滤波器 的第二开关320加以解决，如图10所示。在滤波器的通带相对隔开的 此类应用中，在滤波器的第二端口即滤波器的输出端口处可以不需要 开关。图10的滤波器组结构可以用于限制接收机从单个接收频段接收 的噪声和干扰信号。在发射侧，这样的滤波器组可以清除由发射电路 在期望发射频率之外产生的噪声。
在本发明的各种实施例中滤波器组301可以包括一或多个滤波器。 图17仅表示了一个例子。
在本发明的另一有利实施例中，滤波器组可以用于在不同的工作 频段之间选择，比如用在经设计与具有不同工作频段的一个以上网络 通讯的移动通讯装置中。图11是根据这类实施例的结构。在图11，开 关320仅仅用在滤波器300的输入端口。在该例子中，两个滤波器300 的通带充分分离，所以在使用中呈现给滤波器输出端口的分路电抗不 会过多影响使用中的滤波器的通带。在滤波器的输入端口设置开关320 其目的是选择所需要的滤波器。图11所示的配置可以用在接收机结构 和发射机结构中。
利用体声波谐振器实现的滤波器可以包括一个以上的谐振器。图 12a，12b，12c表示了各种滤波器结构，该滤波器结构可以用在本发明 的各实施例中。图12a是由数个具有单个压电层的体声波谐振器300 构成的滤波器。采用梯形拓扑结构的数个谐振器在大多数情况下其滤 波性能比仅用单个谐振器要好。图12b的滤波器结构是利用堆叠结构 的体声波谐振器300’构成的滤波器结构。该滤波器包括串联的谐振器 300’，在谐振器之间有短路电感307。图12c的滤波器结构是供窄通 带工作用的。该结构除了采用短路电容308代替短路电感以外，其余 类似于图12b结构。图12a，12b，12c的各种结构可以用于例如图10 和11所示的开关式滤波器组结构。
体声波谐振器可以用于实现如前所述的滤波器。体声波谐振器还 可以用作为调制器，来产生调幅信号和调相信号。如果在电极之间施 加基本上恒定的电压那么谐振器的谐振频率等等诸如此类的特性略有 变化，这是因为谐振器在谐振器沿一个方向弯曲的时候的频率响应不 同于其未被弯曲的响应。这一特性可以产生可调谐谐振器和滤波器。 另外，该特性可以使用于利用体声波谐振器实现的调制器结构中。由 于调制波形的频率通常远低于射频载波的频率，调制波形构成射频载 波的一个非常缓慢变化的偏差。由此，谐振频率根据调制波形随时间 变化。当频率在谐振器的串联和并联谐振频率之间的射频载波被馈送 到谐振器时，谐振器使RF载波信号按调制低频信号的函数衰减，产生 幅度调制。
体声波谐振器的特性的变化还可以利用于相位调制中。因为谐振 器的相移效果在该谐振器的谐振频率有尖锐的最大值，谐振器的谐振 频率的改变对于频率在谐振器未经调制的谐振频率处或附近的射频载 波来说将产生有显著变化的相移。
图13示意了本发明的一个有利实施例，它包括用作为调制器的体 声波谐振器。图13表示了移动通讯之中的双频段调制器的结构。该双 频段调制器结构500从第一射频载波源520接收第一射频载波，从第 二射频载波源525接收第二射频载波。这两个载波首先在利用体声波 谐振器构成的带通滤波器300中作带通滤波，然后这些带通信号流经 起低频限波作用的电容器505，从而防止低频调制信号传播到带通滤波 器和载波信号源。
从调制信号源530接收调制低频信号。该调制信号在低通滤波器 535中作低通滤波，然后流经起高频限波作用的电感510，从而防止其 传播到低通滤波器和调制信号源。从电感510，调制信号流向包括两个 微型机械开关320的第一开关电路320a。第一开关电路用于选择拟调 制的载波信号。根据第一开关电路的两个开关的位置，调制信号被导 向第一射频载波信号线或第二射频载波信号线，然后流向调制器315a， 315b之一。图13还示意了作调制器用途的可行谐振器配置的两个例 子，即串联的谐振器315b和并联的谐振器315a。在串联配置中，需要 一个电感515提供谐振器315b的低频接地。第二开关电路320b用于 选择供发射的调制信号。为清楚起见，在图13中未绘示控制开关320 位置的信号线。由虚线500包围的双频段调制器结构组件可以有利地 制造在单个芯片上。
图14是本发明的进一步有利实施例。图14示意了公知的Colpitts 类型的振荡器电路。采用由微型机械开关320和体声波谐振器300构 成的体声波谐振器和开关组302，为振荡器电路提供数个工作频率。所 需要的工作频率是通过用开关320之一选择相应的谐振器而选定的。 这种振荡器结构可以有利地用于例如多频段移动通讯装置中。为清楚 起见，图20未表示控制开关320位置的信号线。根据本发明的谐振器 和开关结构还可以用在许多其它振荡器结构中，而图14仅是其一个示 例。由于Colpitts振荡器为本领域的技术人员所公知，本文不再详细 说明图14的振荡器的结构和功能。
在图15，表示了根据本发明进一步有利实施例的移动通讯装置的 框图。移动通讯装置的接收机部分包括对接收信号滤波的第一接收机 开关式滤波器组302a，对接收信号放大的接收机放大器605，对接收 信号进一步滤波的第二接收机开关式滤波器组302b，将接收信号转换 到基带的混频器610对信号解调和解码的接收机电路630和产生可听 接收信号的耳机650或扬声器650。发射部分包括传声器656，将拟发 射的信号编码和执行其它必要信号处理的发射机电路635，产生调制射 频信号的调制器615，第一发射器开关滤波器组302d，发射机放大器 606，和第二发射机开关式滤波器组302c。移动通讯装置还包括天线 601，振荡器电路620，控制电路640，显示器652和键盘654。控制电 路640控制接收机和发射机电路以及振荡器电路的操作，以及经显示 器652向用户显示信息，并且经键盘654从用户接收指令。开关式滤 波器组302a，302b，302c，302d可以例如具有图10所示的结构或图11 所示的结构，或者图10和11结构的组合，这取决于移动通讯装置工 作频段的个数和宽度。开关式滤波器组302a，302b，302c，302d还可 以采用其它结构。开关式接收机滤波器组302a，302b用于限制接收机 从接收频段接收的噪声和干扰信号。在发射侧，开关式发射滤波器组 302c，302d可以清除发射电路在所需发射频率之外产生的噪声。振荡 器电路620可以包括具有开关式谐振器组的振荡器，比如图14所示。 振荡器电路620还可以包括将不需要的噪声从振荡器电路的输出中除 去的开关滤波器电路。
在本发明的进一步有利的实施例中，开关是利用有源半导体元件 比如MESFET或MOSFET晶体管或PIN二极管或者其它具有较快开关速 度和低的接通时电阻的有源开关实现的。图16示意了基于MOSFET的 开关结构的一个例子，它可以使用于本发明的实施例中。该开关是一 种SP2T(单刀双掷)开关。这个开关有两个RF输入端RF1、RF2和一 个RF输出端RFOUT，以及两个控制输入端SW1、SW2。开关的状态是经 在输入端SW1和SW2之一上施加正的控制电压和对另一输入端施加零 控制电压而选定的。当晶体管T1在控制电压的作用下转入导通状态时， 信号RF1流入输出端RFOUT，而信号RF2经晶体管T3短路至地。当晶 体管T2在控制电压的作用下转入导通状态时，信号RF2流入输出端 RF0UT，而信号RF1经晶体管T4短路至地。由于本领域的技术人员熟 知许多其它的能够工作在高频的晶体管开关结构，所以这样的结构将 不再详细描述。
根据本发明的进一步有利实施例中，在其上谐振器和开关装置被 淀积的基片还固定其它的组件。例如，基片还为其它组件提供线路连 接，所述线路连接是以导电图形的形式实现在基片表面上的。其后诸 如集成电路之类的组件可以焊接在该基片上。例如，利用倒装片焊接 技术可以将拆包的集成电路直接焊接在基片上。这样的实施例在将玻 璃当作基片材料的时候特别有利，因为成本低廉的玻璃基片可以允许 制造较大的基片，由此这样的基片除了淀积的谐振器和开关结构外还 可以包容其它组件。
根据本发明的谐振器和开关结构有利地使用于大致400MHz或其以 上的频率，即BAW谐振器可以使用的频率处。
本发明提供经济可行的组合谐振器和开关组合结构，因为这样的 结构可以一次制造过程即可完成。本发明还允许制造尺寸非常小的复 杂的开关式谐振器和滤波器结构，这是构筑多系统移动通讯装置方面 是明显的进步。
根据上文的描述，对于本领域的技术人员来说很明显可以在本发 明的范围内作各种修改。尽管对本发明的优选实施例作了详细说明， 显然可以对其作许多的修改和变更，而不会脱离本发明的真实精神和 范畴。例如谐振器可以是SAW或BAW谐振器，而开关元件可以是晶体 管或微型机械开关。本发明的一个重要特性是谐振器和开关元件已经 至少经过在基片上淀积多层并加以构图而制备。