[發明專利]體聲波裝置

有效

• 申請號: 200610106466.5
• 申請日: 2006-06-22
• 公開（公告）號: CN101079610A
• 公開（公告）日: 2007-11-28
• 發明（設計）人: R·艾格納;M·漢德特曼
• 申請（專利權）人: 英飛凌科技股份公司
• 主分類號: H03H9/54
• 分類號: H03H9/54
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 楊松齡

技術領域

本發明涉及一種體聲波(bulk?acoustic?wave)裝置，例如一種體聲 波濾波器。

背景技術

由于它們的高共振頻率和它們的高質量，體聲波諧振器已被廣泛地使 用，特別是在移動無線電通訊中。一種最簡單實現的體聲波諧振器包括 設置在兩個金屬電極之間的一壓電材料薄膜層。通用的壓電材料例如是 氮化鋁(AlN)或者氧化鋅(ZnO)。圖3示出了一種具有靜態電容C的示 例性體聲波諧振器30，其包括一壓電材料層，下面將被稱為壓電層32， 并位于第一電極或者頂部電極T和第二電極或者底部電極B之間。頂部 電極和底部電極的名稱僅僅用于定義目的，并不代表對體聲波諧振器的 空間排列和定位的任何限制。更確切地說，正如下文的解釋，頂部電極 和底部電極的名稱用來定義這些電極相對于壓電材料極化的位置，這樣 就可以從指示T和B電極的等效電路圖中導出各個體聲波諧振器的極化。

如果在體聲波諧振器30的第一電極T和第二電極B之間施加電場， 那么相互的或者相反的壓電效應將導致體聲波諧振器30機械地延伸或者 收縮，如上所述，延伸或者收縮的情況取決于壓電材料的極化。這意味 著如果電場被反向施加在T和B電極之間，那么將得到相反的情況。在 交變場的情況下，在壓電層32中產生聲波，并基于體聲波諧振器的實施 情況，例如，該波將平行于電場作為縱波，或者作為橫波橫向于電場傳 播，例如在壓電層32的界面處將被反射。只要壓電層32的厚度d等于 聲波的波長λ的一半的整數倍，就會發生共振態和/或共鳴振動。然后共 振基頻即最小的共振頻率f_res將與壓電層32的厚度d成反比。這意味著 體聲波諧振器以外部指定的頻率振動。

壓電特性和由此的體聲波諧振器的共振特性取決于各種因素，舉例來 說，取決于壓電材料、生產方法、制造過程中施加在體聲波諧振器上的 極化、和晶片的尺寸。如上所述，特別是共振頻率基于壓電層的厚度d。

如上所述，體聲波諧振器呈現電極化。體聲波諧振器的機械變形，伸 出(extraction)或者收縮的方向取決于施加到第一電極T和第二電極B 之間的電場的方向以及體聲波諧振器30的極化方向。例如，如果體聲波 諧振器的極化和電場的方向指向同一方向，那么體聲波諧振器30收縮， 反之，當體聲波諧振器30的極化和電場的方向指向相反的方向時，體聲 波諧振器30延伸。

在已知的體聲波諧振器各種結構中，典型地，所謂的FBAR(薄膜式 體聲音共鳴器)和SMR(固態安裝的諧振器)之間的差別。此外，不僅具 有一個壓電層32的體聲波諧振器的技術是已知的，而且具有多個壓電層 的體聲波諧振器的技術也是已知的。

體聲波諧振器被濾波器使用，例如，圖4示出了梯形結構中所允許的 體聲波濾波器的電路圖，其包括電接地42，信號輸入端44，信號輸出端 46，第一串聯諧振器48，第二串聯諧振器50，第三串聯諧振器52，第一 并聯諧振器54，第二并聯諧振器56，第三并聯諧振器58和第四并聯諧 振器60，串聯諧振器48、50、52串接在信號輸入端44和信號輸出端46 之間，并且第一并聯諧振器54并行地連接在信號輸入端44和電接地42 之間，第二并聯諧振器連接在第一串聯諧振器48和第二串聯諧振器50 之間的連接點和電接地42之間，第三并聯諧振器58連接在第二串聯諧 振器50和第三串聯諧振器52之間的連接點和電接地之間，以及第四并 聯諧振器60并行地連接在信號輸出端46和電接地42之間。每個串聯和 并聯諧振器都包括頂部電極T和底部電極B，這在圖4的等效電路圖中示 出，以便示出體聲波諧振器的極化。

例如濾波器電路的問題是體聲波諧振器的熱應力。但是，這個問題可 以通過例如體聲波設備廣泛使用的體聲波諧振器“級聯”方法解決。在 下面，級聯的意思是一連串或串聯連接的開關元件。呈現靜態電容C的 體聲波諧振器被兩個級聯的體聲波諧振器所代替，每一個諧振器都呈現 靜態電容2C，這樣總電容還是C。原則上，這樣的級聯的體聲波諧振器 具有與相應的單個體聲波諧振器相同的阻抗特性。如上所述，級聯的主 要動機是體聲波諧振器的熱應力減少4，呈現靜態電容2C的一對級聯的 體聲波諧振器比呈現靜態電容C的相應單個體聲波諧振器大相差4的事 實引起熱應力的減少。