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高Q值体 声波 谐振器

阅读：576发布：2020-05-08

专利汇可以提供高Q值体声波谐振器专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且公开了一种高Q值体声波谐振器，包括：衬底；位于所述衬底上的压电堆叠结构，所述压电堆叠结构与所述衬底之间有声反射结构；一个或多个高声阻抗环形凸起结构；一个或多个低声阻抗环形凸起结构；所述高声阻抗环形凸起结构和所述低声阻抗环形凸起结构交替环绕在所述压电堆叠结构顶电极的边界上。本发明通过在顶电极边界上设置多圈环形凸起结构，可以有效的减小声波的横向泄露，从而提高体声波谐振器的Q值。，下面是高Q值体声波谐振器专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种体声波谐振器，其特征在于，包括：衬底；位于所述衬底上的压电堆叠结构，所述压电堆叠结构与所述衬底之间有声反射结构；一个或多个高声阻抗环形凸起结构；以及一个或多个低声阻抗环形凸起结构；其中所述高声阻抗环形凸起结构和所述低声阻抗环形凸起结构交替环绕在所述压电堆叠结构顶电极的边界上。
2.根据权利要求1所述的体声波谐振器，其特征在于，所述高声阻抗环形凸起结构的材料为钼、钨、铝、金、铂中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的体声波谐振器，其特征在于，所述低声阻抗环形凸起结构的材料为二氧化硅。
4.根据权利要求1所述的体声波谐振器，其特征在于，所述高声阻抗环形凸起结构的材料与所述顶电极的材料一样。
5.根据权利要求1所述的体声波谐振器，其特征在于，所述高声阻抗环形凸起结构和所述低声阻抗环形凸起结构的厚度一致。

说明书全文

高Q值体声波 谐振器

技术领域

[0001] 本发明属于微电子技术领域，具体涉及一种体声波谐振器。

背景技术

[0002] 随着无线通信的迅猛发展，无线信号变得越来越拥挤，对工作在射频频段的滤波器提出了集成化、微型化、低功耗、高性能、低成本等新的要求。传统的声表面波滤波器因为频率及承受功率等的限制，将越来越无法达到这样的标准。薄膜体声波谐振器(FBAR)由于具有CMOS工艺兼容、高品质因数(Q值)、低损耗、低温度系数、高的功率承载能力的特性逐渐成为射频滤波器研究的热点。

[0003] 图1a为现有技术中薄膜体波谐振器的截面图；图1b为现有技术中薄膜体波谐振器的俯视图。如图1a和图1b所示，该谐振器包括衬底1、空腔2、底电极3、压电层4以及顶电极5。当在顶电极5和底电极3之间施加电信号时，声波在压电层4中上下来回震荡形成驻波。但由于谐振器的横向尺寸有限，在电极和压电层交界的区域会出现声阻抗的不连续，从而激发兰姆模态的波，这些模式的声波不能很好的被限制在谐振器内部，部分声波在谐振器有效区域边界泄露至非有效区域并进入基底，从而使谐振器的Q值降低。Q值是衡量谐振器性能的一项重要指标，谐振器Q值的降低会直接影响滤波器的带内插损和滚降特性，从而影响滤波器的滤波性能。

[0004] 因此，如何阻止声波的横向泄露，使得体声波谐振器Q值升高，成为目前亟待解决的技术问题。

发明内容

[0005] 本发明提供一种高Q值体声波谐振器，以解决声波的横向泄漏问题。

[0006] 根据本发明实施例的一方面，提供一种体声波谐振器，包括：衬底；位于所述衬底上的压电堆叠结构，所述压电堆叠结构与所述衬底之间有声反射结构；以及一个或多个高声阻抗环形凸起结构；一个或多个低声阻抗环形凸起结构；其中所述高声阻抗环形凸起结构和所述低声阻抗环形凸起结构交替环绕在所述压电堆叠结构顶电极的边界上。

[0007] 在上述的体声波谐振器，所述高声阻抗环形凸起结构的材料为钼、钨、铝、金、铂中的至少一种。

[0008] 在上述的体声波谐振器，所述高声阻抗环形凸起结构的材料与所述顶电极的材料一样。

[0009] 在上述的体声波谐振器，所述高声阻抗环形凸起结构和所述低声阻抗环形凸起结构的厚度一致。

[0010] 在上述的体声波谐振器，所述低声阻抗环形凸起结构的材料优选为二氧化硅。

[0011] 本发明通过在顶电极边界上设置多圈环形凸起结构，可以有效的减小声波的横向泄露，从而提高体声波谐振器的Q值。附图说明

[0012] 下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

[0013] 图1a示出了现有技术中薄膜体波谐振器的截面图。

[0014] 图1b示出了现有技术中薄膜体波谐振器的俯视图。

[0015] 图2a示出了根据本发明第一实施例的薄膜体波谐振器的截面图。

[0016] 图2b示出了根据本发明第一实施例的薄膜体波谐振器的俯视图。

[0017] 图3a示出了根据本发明第二实施例的薄膜体波谐振器的截面图。

[0018] 图3b示出了根据本发明第二实施例的薄膜体波谐振器的俯视图。

[0019] 图4示出了根据本发明一实施例的薄膜体波谐振器的史密斯图。

[0020] 图5a示出了根据本发明一实施例的薄膜体波谐振器阻抗的幅值。

[0021] 图5b示出了根据本发明一实施例的薄膜体波谐振器的相位。

[0022] 图6a示出了根据本发明第三实施例的薄膜体波谐振器的截面图。

[0023] 图6b示出了根据本发明第三实施例的薄膜体波谐振器的俯视图。

[0024] 图7a示出了根据本发明第四实施例的薄膜体波谐振器的截面图。

[0025] 图7b示出了根据本发明第四实施例的薄膜体波谐振器的俯视图。

具体实施方式

[0026] 一种体声波谐振器包括衬底1、压电堆叠结构、高声阻抗环形凸起结构6和低声阻抗环形凸起结构7。所述压电堆叠结构包括在衬底1上形成的底电极3，在底电极3上形成的压电层4，在压电层4上形成的顶电极5。在衬底1与底电极3之间设有空腔2作为声反射结构，使纵向传播的声波限制在有效区内。一个或多个高声阻抗环形凸起结构6，以及一个或多个低声阻抗环形凸起结构7环绕在顶电极5的边界上，有效的反射横向传播的声波，从而提高谐振器的Q值。如图2a和图2b所示，高声阻抗环形凸起结构6位于低声阻抗环形凸起结构7的外部。如图3a、3b所示，高声阻抗环形凸起结构6也可位于低声阻抗环形凸起结构7的内部。此外，高声阻抗环形凸起结构6和低声阻抗环形凸起结构7的厚度一致，减小了加工的难度。

[0027] 底电极3和顶电极5的材料可以是钼、钨、铝、金、铂中的至少一种。压电层4可采用PZT、AlN、ZnO、CdS、LiNbO3中的至少一种。高声阻抗环形凸起结构6为金属材料，可以是钼、钨、铝、金、铂中的至少一种。高声阻抗环形凸起结构6可以选用与顶电极5相同的材料。低声阻抗环形凸起结构7的材料可选用二氧化硅。

[0028] 在史密斯图中，曲线越靠近边缘，谐振器的损耗越小。如图4，本发明的薄膜体声波谐振器的曲线更靠近史密斯图的边缘。由此可见，本发明环绕在顶电极5的边界上的高声阻抗环形凸起结构6和低声阻抗环形凸起结构7可以有效的反射横向声波，提高谐振器的Q值。

[0029] 如图5a所示，在并联谐振频率下，本发明的薄膜体声波谐振器的阻抗(4116Ω)远远大于现有技术薄膜体声波谐振器的阻抗(2348Ω)。这导致了本发明的薄膜体声波谐振器的阻抗在并联谐振频率下拥有更加陡峭的相位，从而有更大的Qp(并联谐振的品质因子)，参见图5b。

[0030] 此外，高声阻抗环形凸起结构6和低声阻抗环形凸起结构7可具有多个，并交替环绕在所述压电堆叠结构顶电极5的边界上。本发明并不对高声阻抗环形凸起结构6和低声阻抗环形凸起结构7的具体数量进行限定。

[0031] 如图6a、图6b，在图2a和图2b所示的谐振器基础上，低声阻抗环形凸起结构7的内部还有一圈高声阻抗环形凸起结构6，可增加横向声波的反射次数，从而提高谐振器的Q值。

[0032] 如图7a、图7b，在图3a和图3b所示的谐振器基础上，高声阻抗环形凸起结构6的内部还有一圈低声阻抗环形凸起结构7，可增加横向声波的反射次数，从而提高谐振器的Q值。

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