技术领域
[0001] 本
发明涉及
半导体领域，尤其涉及一种体声波谐振器，一种体声波谐振器组，一种滤波器，以及一种具有该谐振器或该谐振器组或该滤波器的电子设备。
背景技术
[0002] 电子器件作为电子设备的基本元素，已经被广泛应用，其应用范围包括
移动电话、
汽车、家电设备等。此外，未来即将改变世界的
人工智能、
物联网、5G通讯等技术仍然需要依靠电子器件作为
基础。
[0003]
薄膜体声波谐振器(Film Bulk Acoustic Resonator，简称FBAR，又称为体声波谐振器，也称BAW)作为压电器件的重要成员正在通信领域发挥着重要作用，特别是FBAR滤波器在射频滤波器领域市场占有份额越来越大，FBAR具有尺寸小、谐振
频率高、品质因数高、功率容量大、滚降效应好等优良特性，其滤波器正在逐步取代传统的声表面波(SAW)滤波器和陶瓷滤波器，在无线通信射频领域发挥巨大作用，其高灵敏度的优势也能应用到
生物、物理、医学等传感领域。
[0004] 薄膜体声波谐振器的结构主体为由
电极-压电薄膜-电极组成的“三明治”结构，即两层金属电极层之间夹一
层压电材料。通过在两电极间输入正弦
信号，FBAR利用逆
压电效应将输入
电信号转换为机械谐振，并且再利用压电效应将机械谐振转换为电信号输出。
[0005] 随着5G滤波器的性能要求越来越高，体声波谐振器的Q值需要不断提高以满足这一发展需要。
发明内容
[0006] 为进一步提高体声波谐振器的Q值，提出本发明。
[0007] 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，包括：
[0008] 基底；
[0009] 声学镜；
[0010] 底电极，与底电极引脚连接；
[0011] 顶电极，与顶电极引脚连接；
[0012] 压电层，设置在底电极与顶电极之间，
[0013] 其中：
[0014] 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区域构成谐振器的有效区域；
[0015] 绕所述有效区域排布的多个声学孔，所述声学孔从所述压电层的上表面至少部分进入到所述压电层内。
[0016] 本发明的实施例还涉及一种体声波谐振器组，包括两个上述的体声波谐振器，该两个体声波谐振器为第一谐振器和第二谐振器，其中：
[0017] 第一谐振器的有效区域的第一非引脚边与第二谐振器的有效区域的第二非引脚边彼此平行布置，两个谐振器的声学孔包括在各自的所述非引脚边分别设置的第一非引脚边声学孔列和第二非引脚边声学孔列，第一非引脚边声学孔列和第二非引脚边声学孔列大体平行布置在所述两个非引脚边之间。
[0018] 本发明的实施例还涉及一种滤波器，包括上述的体声波谐振器或体声波谐振器组。
[0019] 本发明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或上述的谐振器组。
附图说明
[0020] 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：
[0021] 图1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；
[0022] 图2A为根据本发明的一个示例性实施例的沿图1中的B-B线截得的体声波谐振器的截面示意图；
[0023] 图2B为根据本发明的一个示例性实施例的沿图1中的B-B线截得的体声波谐振器的截面示意图；
[0024] 图2C为根据本发明的一个示例性实施例的沿图1中的B-B线截得的体声波谐振器的截面示意图；
[0025] 图3为根据本发明的一个示例性实施例的沿图1中的C-C线截得的体声波谐振器的截面示意图；
[0026] 图4为根据本发明的一个示例性实施例的沿图1中的D-D线截得的体声波谐振器的截面示意图；
[0027] 图5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；
[0028] 图6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，其中示出了声学孔的一个示例性设置规则；
[0029] 图7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，其中设置了两层或两圈声学孔；
[0030] 图7A-7D分别为图7中E处的各示例性放大示意图；
[0031] 图8为根据本发明的一个示例性实施例的沿图7中的B-B线截得的体声波谐振器的截面示意图；
[0032] 图9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；
[0033] 图10为根据本发明的一个示例性实施例的沿图9中的B-B线截得的体声波谐振器的截面示意图；
[0034] 图11为根据本发明的一个示例性实施例的体声波谐振器组的示意性俯视图；
[0035] 图12为根据本发明的一个示例性实施例的沿图11中的B-B线截得的体声波谐振器组的截面示意图；
[0036] 图13为根据本发明的一个示例性实施例的体声波谐振器组的示意性俯视图；
[0037] 图14为根据本发明的一个示例性实施例的沿图13中的B-B线截得的体声波谐振器组的截面示意图。
具体实施方式
[0038] 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。
[0039] 本发明提出一种高性能FBAR谐振器结构。通过在FBAR的周围
刻蚀周期性声学孔形成声子
晶体结构从而抑制特定频率段的横向声波，以提高谐振器与基底间的隔离度，最终表现在电学性能上即能够在全频段或者部分频率处提高谐振器的Q值。由于声学孔中的空气的声阻抗非常小，与压电层声阻抗不匹配程度非常高，因此以本
专利发明点揭示的声子晶体结构的声学隔离特性优于其他形式形成的声子晶体结构(如凸台阵列)。另一方面，通过刻蚀形成的声学孔可以和其他图案(如压电层)刻蚀同时形成，形成声学孔的工艺步骤和其他步骤(刻蚀压电层露出电极用于电学连接)可以整合为更精简的工艺步骤，即声学孔的形成不需要增加额外的工艺制作成本和制作时间成本。
[0040] 图1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，图1中：
[0041] 101：基底，材料可选单晶
硅，砷化镓，蓝
宝石，
石英等。
[0042] 103：声学镜，具体结构可采用空气腔，
真空腔，布拉格反射层或其他等效的声波反射结构。
[0043] 105：底电极，材料可选钼，钌，
钛，钨，铂，铱，锇，
铝，
铜，金，
银，以及上述金属的复合或
合金。
[0044] 107：压电层，材料可选氮化铝，
氧化锌，镐钛酸铅(PZT)或以上材料的稀土掺杂版本。
[0045] 109：顶电极，材料与底电极相同。
[0046] 111：声学孔。
[0047] 113：底电极引脚，材料与底电极相同。
[0048] 115：顶电极引脚，材料与顶电极相同。
[0049] 图2A为根据本发明的一个示例性实施例的沿图1中的B-B线截得的体声波谐振器的截面示意图。在图2A中，声学孔仅位于压电层且没有贯穿压电层。
[0050] 图2B为根据本发明的一个示例性实施例的沿图1中的B-B线截得的体声波谐振器的截面示意图。在图2B中，声学孔贯穿压电层而没有贯穿底电极或者仅仅止步于底电极。
[0051] 图2C为根据本发明的一个示例性实施例的沿图1中的B-B线截得的体声波谐振器的截面示意图。在图2C中，声学孔贯穿压电层和底电极。如图2C所示，声学孔还与声学镜空腔相通。
[0052] 图3为根据本发明的一个示例性实施例的沿图1中的C-C线截得的体声波谐振器的截面示意图，图4为根据本发明的一个示例性实施例的沿图1中的D-D线截得的体声波谐振器的截面示意图。在图3与图4中，可以看到，声学孔贯穿压电层和底电极。
[0053] 通过在体声波谐振器的有效区域的周围设置声学孔以形成声子晶体结构，可以提高谐振器间的隔离度，使相邻谐振器间互相不影响，进一步获得性能稳定的谐振器。
[0054] 在图1中，可以看到，声学孔绕有效区域呈周期性排布。
[0055] 在本发明中，周期性排布，表示声学孔的排布沿有效区域的边界存在重复。在本发明中，周期性排布可以是单个声学孔圈，也可以是多个声学孔圈，还可以是一个声学孔圈内的不同的部分。这些均在本发明的保护范围之内。
[0056] 图5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5所示，声学孔可设置成大小孔交替排列的周期性布置方式。
[0057] 图6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，其中示出了声学孔的一个示例性设置规则。在图6中，A点为有效区域的图形中心对称点，A点和图形拐
角的连线将图形的边(无电极引脚的部分)分成若干部分，如图6中五边形所示，连线将五边形分成三个区域①②③，若为n边形，则可以分成n-2部分；声学孔的设置要求每个区域内声学孔的规则排布需有周期性排布规律，但不同区域间的规律可以不同。需要指出的是，该设置规则仅仅是一个示例。在声学孔为穿透压电层和底电极的情况下，为了避免在电极引脚部分设置穿透电极引脚的声学孔，可以利用该设置规则。但是，如本领域技术人员能够理解，在声学孔仅仅穿透压电层而不穿透或止步于底电极的情况下，可以在底电极的引脚部分对应的压电层上设置声学孔。甚至也可以直接在电极引脚上设置声学孔。
[0058] 声学孔的设置不限于
单层或者单圈。图7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，其中设置了两层或两圈声学孔。
[0059] 图7A-7D分别为图7中E处的各示例性放大示意图。在图7A中，两圈声学孔大小相同，
位置对齐；在图7B中，两圈声学孔大小相同，位置错开；在图7C中，两圈声学孔大小不同，位置对齐；在图7D中，两圈声学孔大小不同，位置
密度也不同。在图7D中，P1为第一圈声学孔的间距，P2为第二圈声学孔的间距，D为两圈结构的间距。
[0060] 在图7A-7D中，给出了多圈声学孔结构中的至少两圈之间的孔的排布的不同的示例。孔的排布不同，包括了不同圈中，孔的大小、圈内孔间距、孔的形状、孔的深度等中的至少一个方面的不同。
[0061] 图8为根据本发明的一个示例性实施例的沿图7中的B-B线截得的体声波谐振器的截面示意图，可以看到，声学孔111a和111b邻近设置。
[0062] 图9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，图10为根据本发明的一个示例性实施例的沿图9中的B-B线截得的体声波谐振器的截面示意图。如图9和10所示，单个谐振器周围设置一圈声学孔，且底电极105不
覆盖空腔而是位于空腔内。
[0063] 图11为根据本发明的一个示例性实施例的体声波谐振器组的示意性俯视图，图12为根据本发明的一个示例性实施例的沿图11中的B-B线截得的体声波谐振器组的截面示意图。在图11和12中：
[0064] 111a：设置在谐振器(a)空腔上方的声学孔(不限于单圈)。
[0065] 111b：设置在谐振器(b)空腔上方的声学孔(不限于单圈)。
[0066] 111c：设置在谐振器(a)和谐振器(b)两者之间的组间声学孔(不限于单列孔)。
[0067] 谐振器(a)和谐振器(b)可以共用有三组或三层声学孔的声子晶体结构。
[0068] 在图12中，两个谐振器的声学镜空腔由共用基底间隔开，组间声学孔穿过两个谐振器的有效区域之间的压电层而直达基底上表面。
[0069] 图13为根据本发明的一个示例性实施例的体声波谐振器组的示意性俯视图，图14为根据本发明的一个示例性实施例的沿图13中的B-B线截得的体声波谐振器组的截面示意图。图13与图14所示的结构与图11-12中所示的结构相似，不同在于，在图14中，两个谐振器共用声学镜空腔，所述组间声学孔穿过两个谐振器的有效区域之间的压电层而与声学镜空腔相通。
[0070] 如本领域技术人员能够理解的，组间声学孔111c可以穿过两个谐振器的有效区域之间的压电层的至少一部分。
[0071] 如本领域技术人员能够理解的，根据本发明的体声波谐振器可以用于形成滤波器。
[0072] 基于以上，本发明提出了如下技术方案：
[0073] 1、一种体声波谐振器，包括：
[0074] 基底；
[0075] 声学镜；
[0076] 底电极，与底电极引脚连接；
[0077] 顶电极，与顶电极引脚连接；
[0078] 压电层，设置在底电极与顶电极之间，
[0079] 其中：
[0080] 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区域构成谐振器的有效区域；
[0081] 绕所述有效区域呈周期性排布的多个声学孔，所述声学孔从所述压电层的上表面至少部分进入到所述压电层内。
[0082] 2、根据1所述的谐振器，其中：
[0083] 所述有效区域的边缘位于声学镜边缘的内侧；且
[0084] 所述声学孔设置在声学镜边缘与有效区域的边缘之间的区域内。
[0085] 3、根据1或2所述的谐振器，其中：
[0086] 所述声学孔贯穿所述压电层。
[0087] 4、根据3所述的谐振器，其中：
[0088] 所述声学孔贯穿所述压电层和底电极。
[0089] 5、根据4所述的谐振器，其中：
[0090] 所述声学镜为声学镜空腔；
[0091] 所述声学孔贯穿所述压电层和底电极而与声学镜空腔相通。
[0092] 6、根据1-5中任一项所述的谐振器，其中：
[0093] 所述声学孔沿所述顶电极引脚之外的区域绕所述有效区域设置。
[0094] 7、根据1-5中任一项所述的谐振器，其中：
[0095] 所述声学孔沿所述顶电极引脚以及底电极引脚之外的区域绕所述有效区域设置。
[0096] 8、根据1-7中任一项所述的谐振器，其中：
[0097] 所述声学孔设置区域为声学孔布置区域；
[0098] 所述有效区域为多边形，具有多个
顶点，所述多个顶点沿周向将所述声学孔布置区域分为多个子布置区域，至少两个子布置区域内的声学孔的排布不同。
[0099] 9、根据1-8中任一项所述的谐振器，其中：
[0100] 所述声学孔排布为单圈结构。
[0101] 10、根据9所述的谐振器，其中：
[0102] 所述多个声学孔绕有效区域以大小孔的方式周期变化。
[0103] 11、根据1-8中任一项所述的谐振器，其中：
[0104] 所述声学孔排布为在径向方向上彼此间隔开的多圈结构。
[0105] 12、根据11所述的谐振器，其中：
[0106] 所述多圈结构中的至少两圈之间的孔的排布不同。
[0107] 13、一种体声波谐振器组，包括两个根据1-12中任一项所述的体声波谐振器，该两个体声波谐振器为第一谐振器和第二谐振器，其中：
[0108] 第一谐振器的有效区域的第一非引脚边与第二谐振器的有效区域的第二非引脚边彼此平行布置，两个谐振器的声学孔包括在各自的所述非引脚边分别设置的第一非引脚边声学孔列和第二非引脚边声学孔列，第一非引脚边声学孔列和第二非引脚边声学孔列大体平行布置在所述两个非引脚边之间。
[0109] 14、根据13所述的谐振器组，其中：
[0110] 第一非引脚边声学孔列和第二非引脚边声学孔列之间还设置有多个组间声学孔，所述组间声学孔穿过两个谐振器的有效区域之间的压电层的至少一部分。
[0111] 15、根据14所述的谐振器组，其中：
[0112] 两个谐振器共用声学镜空腔，所述组间声学孔穿过两个谐振器的有效区域之间的压电层而与声学镜空腔相通；或者
[0113] 两个谐振器的声学镜空腔由共用基底间隔开，所述组间声学孔穿过两个谐振器的有效区域之间的压电层而直达基底上表面。
[0114] 16、一种滤波器，包括根据1-12中任一项所述的体声波谐振器或者根据13-15中任一项所述的谐振器组。
[0115] 17、一种电子设备，包括根据13-15中任一项所述的谐振器组，或者根据16所述的滤波器，或者根据1-12中任一项所述的体声波谐振器。
[0116] 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。
