技术领域
[0001] 本
发明的
实施例涉及
半导体领域，尤其涉及一种
体声波谐振器，一种滤波器，一种具有上述部件中的一种的电子设备。
背景技术
[0002] 体声波滤波器具有低插入损耗、高矩形系数、高功率容量等优点，因此，被广泛应用在当代无线通讯系统中，是决定射频
信号进出通讯系统
质量的重要元器件。体声波滤波器的性能由构成它的体声波谐振器决定，如：体声波谐振器的谐振
频率决定了滤波器的工作频率，有效机电耦合系数决定了滤波器的带宽，品质因数决定滤波器插入损耗。当滤波器结构一定时，其品质因数，特别是在
串联谐振频率和并联谐振频率处的品质因数(或串并联阻抗)，会显著影响
通带插入损耗。因此，如何提高谐振器的品质因数是高性能滤波器设计的一个重要问题。体声波谐振器串联谐振频率处的品质因数(Qs)或串联阻抗(Rs)通常由
电极损耗及材料损耗决定，而体声波谐振器并联谐振频率处的品质因数(Qp)或并联阻抗(Rp)通常受边界声波泄露影响。因此，当谐振器材料、及层叠结构确定时，Qs(或Rs)的提升空间有限，但可以通过改变谐振器的边界结构来有效改善声波的边界泄露情况，从而显著提高谐振器的Qp(或Rp)。
[0003] 传统的
薄膜体声波谐振器剖面结构示意图如图1所示，其中：100为基底，110为声学镜，120为底电极，130为压电层，140为顶电极，150为附加结构，160为
钝化层。
[0004] 在图1中，220所示区域为谐振器的有效区域，210所示区域为附加结构与有效区域的间隙。
钝化层160填充所述间隙210且
覆盖所述附加结构的至少一部分和/或所述顶电极的至少一部分。上述间隙可改善因附加结构引起的次谐振效应，从而在一定程度上改善谐振器的Rp。但上述传统间隙结构并不能足够的改善谐振器有效区域边缘的
能量泄露问题，因此在改善Rp的程度上也是有限的。
发明内容
[0005] 为进一步提高体声波谐振器的Rp值，提出本发明。
[0006] 根据本发明的实施例的一个方面，提出了一种体声波谐振器，其包括：
[0007] 基底；
[0008] 声学镜；
[0009] 底电极；
[0010] 顶电极；
[0011] 压电层，声学镜、底电极、压电层、顶电极在基底的厚度方向重叠的区域为谐振器的有效区域；
[0012] 与顶电极同层布置的附加结构，所述附加结构与顶电极在径向方向上具有将两者间隔开的间隙；和
[0013] 沿所述有效区域的边缘布置的插入层，所述插入层包括在谐振器的厚度方向上设置于所述附加结构的下方的第一插入部，且在所述谐振器的俯视图中，所述第一插入部与所述附加结构重叠，所述第一插入部由空气或介质材料形成。
[0014] 可选的，在所述谐振器的俯视图中，在对应于所述附加结构的区域内，所述第一插入部的内端处于所述附加结构的内端的外侧。进一步的，在所述谐振器的俯视图中，在对应于所述附加结构的区域内，所述第一插入部的内端与所述附加结构的外端之间在径向方向上的距离在0-10μm的范围内，进一步的，在1-4.5um的范围内。
[0015] 可选的，所述插入层的厚度在20A-5000A的范围内。
[0016] 可选的，所述介质材料为如下的至少一种材料及其组合：
二氧化
硅(SiO2)，氮化硅(Si3N4)，
碳化硅(SiC)，氮化
铝(AlN)，氧化铝(Al2O3)、多孔硅、氟化非晶碳、氟
聚合物、聚对二
甲苯、聚芳醚、氢倍半硅氧烷、交联聚苯聚合物、双苯环丁烯、氟化
二氧化硅、碳掺杂氧化物和金刚石。
[0017] 可选的，所述第一插入部整体设置于所述压电层中。
[0018] 可选的，在所述谐振器的俯视图中，在对应于所述附加结构的区域内，所述第一插入部的外端延伸到所述附加结构的外端的外侧。进一步的，在所述谐振器的俯视图中，在对应于所述附加结构的区域内，所述第一插入部的外端延伸到所述底电极的外端的外侧。更进一步的，在所述谐振器的俯视图中，在对应于所述附加结构的区域内，所述第一插入部的外端在径向方向上与附加结构的外端之间的距离在0-20μm的范围内。
[0019] 可选的，所述第一插入部为平坦层。或者可选的，所述第一插入部为台阶层，且在所述谐振器的俯视图中与附加结构重叠的部分为平坦部。
[0020] 可选的，所述第一插入部的至少一部分在压电层的厚度方向上设置在压电层的对应部分的中间
位置。
[0021] 可选的，在平行于所述谐振器的厚度方向的一个截面图中，所述压电层处于第一插入部的下方的部分的外端在径向方向上位于所述压电层处于第一插入部的上方的部分的外端的外侧。进一步可选的，在平行于所述谐振器的厚度方向的一个截面图中，所述附加结构的外端与压电层的处于第一插入部的上方的部分的外端对齐。
[0022] 可选的，所述谐振器包括与顶电极电连接的电极电连接部；所述插入层为环形插入层，所述插入层还包括与所述第一插入部共同形成环形的第二插入部，在所述谐振器的俯视图中，所述第二插入部的至少一部分位于有效区域内。进一步的，所述顶电极与电极电连接部连接的部分设置有凸起结构，且在所述谐振器的俯视图中，所述第二插入部的至少一部分与所述凸起结构重叠。可选的，所述第二插入部的内端在径向方向上与所述有效区域的边缘的距离在0-10μm的范围内；和/或所述第二插入部的外端在径向方向上与所述有效区域的边缘的距离在0-20μm的范围内。
[0023] 可选的，所述第一插入部设置于所述附加结构与所述压电层的顶面之间。
[0024] 可选的，所述插入层设置在第一压电层部与第二压电层部之间，所述第一压电层部与所述第二压电层部构成所述压电层，构成第一压电层部的材料与构成第二压电层部的材料不同。
[0025] 根据本发明的实施例的再一方面，提出了一种滤波器，包括上述的谐振器。
[0026] 根据本发明的实施例的还一方面，提出了一种电子设备，包括上述的谐振器，或者上述的滤波器。
附图说明
[0027] 以下描述与附图可以更好地帮助理解本发明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：
[0028] 图1为
现有技术中的体声波谐振器的示意性剖视图；
[0029] 图2为根据本发明的一个示例性实施例的体声波谐振器的示意性俯视图；
[0030] 图2A为根据本发明的一个示例性实施例的图2中的O-C线截得的示意性局部剖视图；
[0031] 图2B为根据本发明的一个示例性实施例的图2中的O-I线截得的示意性局部剖视图；
[0032] 图2C为根据本发明的另一个示例性实施例的图2中的O-C线截得的示意性局部剖视图；
[0033] 图2D为根据本发明的再一个示例性实施例的图2中的O-C线截得的示意性局部剖视图；
[0034] 图2E为根据本发明的还一个示例性实施例的图2中的O-C线截得的示意性局部剖视图；
[0035] 图2F为根据本发明的又一个示例性实施例的图2中的O-C线截得的示意性局部剖视图；
[0036] 图2G为根据本发明的又一个示例性实施例的图2中的O-C线截得的示意性局部剖视图；
[0037] 图2I为根据本发明的又一个示例性实施例的图2中的O-C线截得的示意性局部剖视图；
[0038] 图3为图2中的S11区域的放大示意图；
[0039] 图4为根据本发明的一个示例性实施例的示意性示出插入层在压电层的厚度方向上的设置位置的示意图；
[0040] 图5为图2A的结构、图2F的结构以及图1中的结构的Rp值对比图。
具体实施方式
[0041] 下面通过实施例，并结合附图，对本发明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。下述参照附图对本发明实施方式的说明旨在对本发明的总体发明构思进行解释，而不应当理解为对本发明的一种限制。
[0042] 图2为根据本发明的一个示例性实施例的体声波谐振器的示意性俯视图。如图2所示，体声波谐振器包括底电极、压电层、顶电极，顶电极上可覆盖钝化层。在图2中，字母O表示谐振器的有效区域的中心。
[0043] 此外，在图2中示出了区域S11，该区域在底电极与顶电极的非连接边处，该区域的放大示意图如图3所示。在图3中，220所示区域为谐振器的有效区域，200所示区域为谐振器的附加结构，210所示区域为顶电极与附加结构的间隙结构，d12为附加结构到声学镜的距离，d11为插入层或者插入空隙深入附加结构的距离，d14为插入层延伸出附加结构的距离。
[0044] 图2A为根据本发明的一个示例性实施例的图2中的O-C线截得的示意性局部剖视图。如图2A所示，体声波谐振器包括基底100
和声学镜110，此声学镜位于基底的上表面或嵌于基底的内部，在图2A中声学镜为嵌入基底中的空腔所构成，但是任何其它的声学镜结构如布拉格
反射器也同样适用。体声波谐振器还包括底电极120，压电层130，顶电极140，附加结构150，钝化层160，插入层170。
[0045] 图中210所示区域为顶电极140和附加结构150之间的间隙结构，钝化层160填充所述间隙210且覆盖所述附加结构的至少一部分和/或所述顶电极的至少一部分。在本发明中，可以设置钝化层，也可以不设置钝化层，均在本发明的保护范围之内。
[0046] 底电极120沉积在声学镜的上表面，并覆盖声学镜。可将底电极120边缘
刻蚀成斜面，并且该斜面位于声学镜的外边，此外还可以为阶梯状、垂直状或是其它相似的结构。
[0047] 声学镜110、底电极120、压电层130、顶电极140重叠的区域为谐振器的有效区域220。顶电极位于声学镜内，附加结构与声学镜边缘的距离为d12，d12的范围为0-10um。底电极的端部距离声学镜的距离为d13，d13的范围为0-10um。插入层170具有第一末端(内端，在本发明中，对于所有的部件，在径向方向上或横向方向上靠近有效区域的中心的一侧为内)和第二末端(外端，在本发明中，对于所有的部件，在径向方向或者横向方向上远离有效区域的中心的一侧为外)，插入层170的第二末端可与附加结构的外端边缘对齐或延伸出附加结构的外端，其延伸出的距离为d14，d14的范围为0-20um。插入层170第一末端距离附加结构外端边缘的距离为d11，d11的范围为0-10um，插入层的高度为h1，h1的范围为20A-5000A。
[0048] 需要专
门指出的是，在本发明中，对于数值范围，不仅可以为给出的范围端点值，而且可以为该数值范围的均值或中点值。
[0049] 在该实施例中，插入层170的材料为介质(如：SiO2、Si3N4、ALN、与压电层掺杂浓度不同的掺杂AlN等)或空气。
[0050] 需要指出的是，在本发明中，插入层可以是环形，也可以不是环形，均在本发明的保护范围之内。还需要指出的是，在本发明的图2A示出的实施例中，插入层170具体化为包括设置在附加结构150的下方而与附加结构150在俯视图中存在重叠部分的插入结构。
[0051] 在图2A所示的实施例中，从局部来看，在压电层中设置的空气插入层，由于具有接近为0的声阻抗，因此，可以在凸起结构(高声阻抗)的边缘形成一个低声阻抗边界，从而增强了声波在此界面的反射。另一方面，从整体来看，横向声波从谐振器中心有效区域向边缘方向传播过程中，依次经过了无顶电极的狭缝区域(低声阻抗区域)，只存在附加结构的区域(高声阻抗区域)，空气插入层和附加结构的重合区域(低声阻抗区域)，通过合理设计这些区域的宽度，其阻抗变换可以构成一个横向声学布拉格反射层，从而有效提高了对横波的反射效果，最终在电学性能上表现为提高了Rp。
[0052] 图4为根据本发明的一个示例性实施例的示意性示出插入层在压电层的厚度方向上的设置位置的示意图。在图4中，在谐振器厚度方向上，C-C和D-D将压电层均分成3部分，E-E为插入凸起的中心
水平线，E-E需位于C-C和D-D所示等高线中间。如图2A所示，插入层170的设置也可以满足图4中的要求。
[0053] 图2E为根据本发明的还一个示例性实施例的图2中的O-C线截得的示意性局部剖视图。图2E与图2A中的结构相似，不同之处在于，在图2E中，底电极120外增加有平坦层180。平坦层180可避免因底电极边缘粗糙、突变等因素引起的膜层断裂、压电层生长质量差等问题，有利于提高谐振器的电性能和
稳定性。相应的，如图2E所示，插入层170为平坦部。
[0054] 在没有设置平坦层180的情况下，例如如图2A所示，插入层170可以包括台阶部。
[0055] 基于图2A和2E所示出的实施例，本发明提出了如下具体技术方案：
[0056] 谐振器包括沿有效区域的边缘布置的插入层，所述插入层包括在谐振器的厚度方向上设置于所述附加结构的下方的第一插入部，且在所述谐振器的俯视图中，所述第一插入部与所述附加结构重叠。
[0057] 如图2A所示，第一插入部可以整体设置于所述压电层中。进一步的，在所述谐振器的俯视图中，在对应于所述附加结构的区域内，所述第一插入部的外端延伸到所述附加结构的外端的外侧(例如参见图2A中的区域d14)。更进一步的，在所述谐振器的俯视图中，在对应于所述附加结构的区域内，所述第一插入部的外端延伸到所述底电极的外端的外侧(例如参见图2A中的区域d14)。在进一步的实施例中，在所述谐振器的俯视图中，在对应于所述附加结构的区域内，所述第一插入部的外端在径向方向上与附加结构的外端之间的距离在0-20μm的范围内。
[0058] 所述第一插入部可以为平坦层(例如参见图2E)。
[0059] 所述第一插入部可为台阶层，且在所述谐振器的俯视图中与附加结构重叠的部分为平坦部(例如参见图2A)。
[0060] 所述第一插入部的至少一部分在压电层的厚度方向上设置在压电层的对应部分的中间位置(例如参见图2A和图2E)。
[0061] 此外，在本发明的进一步的实施例中，例如参见图2A、图2C、图2D、图2E、图2F和图2G等，在所述谐振器的俯视图中，在对应于所述附加结构的区域内，所述第一插入部的内端处于所述附加结构的内端的外侧。更进一步的，在示例性实施例中，在所述谐振器的俯视图中，在对应于所述附加结构的区域内，所述第一插入部的内端与所述附加结构的外端之间在径向方向上的距离在1-10μm的范围内。
[0062] 在本发明中，插入层的厚度可以在50A-5000A的范围内。
[0063] 在本发明中，形成插入层的介质材料可以为如下的至少一种材料及其组合：二氧化硅(SiO2)、氮化硅(Si3N4)、碳化硅(SiC)、氮化铝(AlN)、氧化铝(Al2O3)、多孔硅、氟化非晶碳、氟聚合物、聚对二甲苯、聚芳醚、氢倍半硅氧烷、交联聚苯聚合物、双苯环丁烯、氟化二氧化硅、碳掺杂氧化物和金刚石。
[0064] 图2C为根据本发明的另一个示例性实施例的图2中的O-C线截得的示意性局部剖视图。图2C与图2A相似，不同在于有效区域外侧的压电层可以沿有效区域边缘刻蚀掉一部分。如此，在图2C的实施例中，插入层也可以不用与图4中一样设置。
[0065] 图2D为根据本发明的再一个示例性实施例的图2中的O-C线截得的示意性局部剖视图。可以认为在图2C的
基础上继续刻蚀压电层到插入层，就可以得到图2D的结构。
[0066] 基于图2D的实施例，本发明具体提出了如下技术方案：在平行于所述谐振器的厚度方向的一个截面图中，所述压电层处于第一插入部的下方的部分的外端在径向方向上位于所述压电层处于第一插入部的上方的部分的外端的外侧。更进一步的，在平行于所述谐振器的厚度方向的一个截面图中，所述附加结构的外端与压电层的处于第一插入部的上方的部分的外端对齐。
[0067] 虽然没有示出，但是插入层可以为环形插入层。换言之，所述插入层还包括与所述第一插入部共同形成环形的第二插入部，在所述谐振器的俯视图中，所述第二插入部的至少一部分位于有效区域内。图2B为根据本发明的一个示例性实施例的图2中的O-I线截得的示意性局部剖视图，图2B中示例性示出了第二插入部的位置。如图2B所示，在顶电极电连接处，顶电极表现为连续结构，但其在有效区域边缘附件表现为凸起结构，此凸起结构第一末端与有效区域边缘的距离为d15。环形插入层170(此时为第二插入部)第一末端距离有效区域边缘的距离为d11，第二末端延伸出有效区域的长度为d16。因此，在图2B的实施例中，所述顶电极与对应的电极电连接部连接的部分设置有凸起结构，且在所述谐振器的俯视图中，所述第二插入部的至少一部分与所述凸起结构重叠。进一步的，所述第二插入部的内端在径向方向上与所述有效区域的边缘的距离在0-10μm的范围内；和/或所述第二插入部的外端在径向方向上与所述有效区域的边缘的距离在0-20μm的范围内。
[0068] 在顶电极与底电极的连接侧，压电层因底电极边缘粗糙质量较差，插入结构170能使得这部分质量较差的压电层所引起的谐振激励较小的贡献到整个
电路中，能一定程度上改善 及抗静电放
电能力。
[0069] 在以上的实施例中，插入层(第一插入部)设置在压电层中，但本发明不限于此。图2F为根据本发明的又一个示例性实施例的图2中的O-C线截得的示意性局部剖视图。如图2F所示，插入层(第一插入部)设置在压电层的顶面与附加结构之间。
[0070] 图2G为根据本发明的又一个示例性实施例的图2中的O-C线截得的示意性局部剖视图。图2C所示实施例与图2A中类似，不同之处在于压电层由两种不同的压电材料组成，或由掺杂浓度不同的压电材料组成。此实施例中，第一压电层131为纯的ALN，第二压电层130为掺杂ALN。基于图2G给出的实施例，本发明提出了如下具体方案：所述插入层设置在第一压电层部与第二压电层部之间，所述第一压电层部与所述第二压电层部构成所述压电层，构成第一压电层部的材料与构成第二压电层部的材料不同。
[0071] 图2I为根据本发明的又一个示例性实施例的图2中的O-C线截得的示意性局部剖视图。图2I所示实施例与图2A中类似，不同之处在于有效区域的边缘无凸起结构，而为平坦结构。
[0072] 下面示例性的简单说明根据本发明的体声波谐振器的部件的材料。
[0073] 在本发明中，钝化层为介电材料，插入层除了空气，也可为介电材料。介电材料可选择但不限于：二氧化硅(SiO2)，氮化硅(Si3N4)，碳化硅(SiC)，氮化铝(AlN)，氧化铝(Al2O3)、多孔硅、氟化非晶碳、氟聚合物、聚对二甲苯、聚芳醚、氢倍半硅氧烷、交联聚苯聚合物、双苯环丁烯、氟化二氧化硅、碳掺杂氧化物和金刚石中的一种或多种或是它们的组合。
[0074] 在本发明中，压电层材料可以为氮化铝(AlN)、掺杂氮化铝(doped ALN)氧化锌(ZnO)、锆
钛酸铅(PZT)、铌酸锂(LiNbO3)、
石英(Quartz)、铌酸
钾(KNbO3)或钽酸锂(LiTaO3)等材料，其中掺杂ALN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。
[0075] 在本发明中，基底材料包括但不限于：
单晶硅(Si)，砷化镓(GaAs)，蓝
宝石，石英等。
[0076] 图5为图2A的结构、图2F的结构以及图1中的结构的Rp值对比图。如图5所示，插入层以空气形成为例，其高度h1为1000A。随插入层170的有效插入长度d11从0.25um增加到5.75um，谐振器的Rp值呈现周期性震荡变化。当插入层170的有效长度d11从1um增加至
4.25um时，带插入层的两种结构的并联
电阻(Rp)均明显高于传统复合结构。当d11为2um时，图2F所示结构具有最大的Rp值，为5300欧姆，比图2A和图1分别高65.6％、26.2％。当d11为
3.75um时，图2A所示结构具有最大的Rp值，为5400欧姆，比图2F和图1所示结构分别高
22.9％、47.5％。当d11为5.25um时，图2A所示结构具有全局最大的Rp，为6000欧姆。
[0077] 基于以上实施例及其附图，本发明提出了如下技术方案：
[0078] 1、一种体声波谐振器，包括：
[0079] 基底；
[0080] 声学镜；
[0081] 底电极；
[0082] 顶电极；
[0083] 压电层，声学镜、底电极、压电层、顶电极在基底的厚度方向重叠的区域为谐振器的有效区域；
[0084] 与顶电极同层布置的附加结构，所述附加结构与顶电极在径向方向上具有将两者间隔开的间隙；和
[0085] 沿所述有效区域的边缘布置的插入层，所述插入层包括在谐振器的厚度方向上设置于所述附加结构的下方的第一插入部，且在所述谐振器的俯视图中，所述第一插入部与所述附加结构重叠，所述第一插入部由空气或介质材料形成。
[0086] 2、一种滤波器，包括上述的谐振器。
[0087] 3、一种电子设备，包括上述的谐振器，或者上述的滤波器。需要指出的是，这里的电子设备，包括但不限于射频前端、滤波放大模
块等中间产品，以及手机、WIFI、无人机等终端产品。
[0088] 尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行变化，本发明的范围由所附
权利要求及其等同物限定。
