[發明專利]壓電諧振器結構

有效

• 申請號: 201010267632.6
• 申請日: 2010-08-31
• 公開（公告）號: CN101924529A
• 公開（公告）日: 2010-12-22
• 發明（設計）人: 龐慰;張浩
• 申請（專利權）人: 龐慰;張浩
• 主分類號: H03H9/02
• 分類號: H03H9/02
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 杜文茹

技術領域

本發明涉及一種壓電諧振器。特別是涉及一種可以提高其電學特性的壓電諧振器結構。

背景技術

用于無線通信設備的射頻(RF)濾波器中的壓電體聲波諧振器一股分為兩個類型。一種類型稱為薄膜體聲波諧振器(FBAR)。典型的FBAR結構是由兩個金屬電極層中間夾著壓電材料層組成。兩個金屬電極都直接與空氣接觸使聲能被控制在壓電諧振器腔內。在實際的結構配置中，會在金屬電極加附加層以提高FBAR的性能如物理強度，鈍化作用及溫度補償。另一種類型稱為固態裝配型諧振器(SMR)。在SMR中，含有高、低聲阻抗層的聲反射層起到FBAR一側或兩側的空氣的作用。聲反射層表現為極高或極低的聲阻抗，因此聲能可以被很好地控制在SMR的諧振腔內。

兩種類型的壓電體聲波諧振器都能提供足夠的機電耦合系數和品質因數(Q)以使無線通信設備(如手機)中的濾波器和雙工器具有較高性能。和Q的乘積反映了諧振器的品質因數(FOM)。通常，FOM值越大基于該諧振器的濾波器更容易達到預期的性能。

每種壓電材料都有其固有的機電耦合系數表明了壓電材料中電能和聲能間的轉換效率。當壓電材料層兩側都附有金屬電極和附加層時，整個器件的可以由串聯諧振頻率(f_s)和并聯諧振頻率(f_p)的計算公式得出。已經證明得出其與電極厚度有關，并且在金屬電極層厚度與壓電層厚度比為某一定值時大于一股來說，具有較大值的諧振器可以使濾波器具有較寬的帶寬。

Q值是諧振器儲存的總能量與諧振器通過各種途徑損耗的能量的比值。如果諧振器工作在純活塞模式(piston?mode)，Q值主要受到與諧振器材料相關的機械Q值限制。在一個尺寸確定的諧振器中，其他的工作模式與其主要活塞模式共存。由于活塞模式是首要考慮的，因此其他模式稱為寄生模式，橫向模式就是寄生模式的一種。橫向模式是受到活塞模式激發而形成的并且在諧振器表面一個邊緣向另一邊緣傳播。橫向模式在諧振器邊緣經反射形成反射波并于入射波干涉會在諧振器有效激勵區內形成駐波。橫向模式的聲波會在諧振器兩側泄露并進入基底，導致并聯諧振頻率附近的Q值下降。

與大尺寸壓電諧振器相比，小尺寸壓電諧振器中更容易形成橫向模式，因為橫波由諧振器對邊反射回到原來邊時經過較短的路徑。減小小尺寸諧振器橫向模式的一個方法是將兩個尺寸放大兩倍的諧振器串聯代替單一諧振器以抑制寄生模式，提高諧振器Qp值。這樣做盡管性能得到改善，但是每個芯片大小增加，每個芯片的制造成本也相應增加。這與降低成本這一目標形成矛盾。

另一種降低橫向模式的方法是對諧振器邊緣“裁剪”，即去掉諧振器一部分，這樣諧振器任何兩條邊都不平行。相對于正方形或矩形諧振器，橫向聲波在剪切諧振器中由于反射回原邊界前需經過多重反射，增加了橫向聲波的傳播路徑并降低了橫向模式諧振基頻。然而，橫向模式的變弱并不意味著Q_p得到改善，因為泄露到諧振器外的聲能可能沒有減少。實際上，非平行邊諧振器的Q_p值可能因此而減小，因為在相同面積下非平行邊諧振器周長大于方形或矩形諧振器周長，聲能的損失實際上略有增加，從而導致較低的Q_p值。

美國專利號為7280007名稱為“帶有加載周長的薄膜體聲波諧振器”的專利，公開了通過在諧振器周邊處添加一層凸起的圍欄結構提高Q_p值的一種技術。增加的結構導致諧振器有效激勵區和外區聲阻抗不匹配，這樣將聲能更好的限制在有效激勵區。附加的凸起結構可以是諧振器中的相同材料也可以是密度不同的其他材料。盡管Q_p值通過上述方法可以得到提高，串聯諧振頻率附近的Q值(Q_s)卻減小。這種方法在同時需要較大Q_s和值的應用(如UMTSband?1雙工器)中并不合適。此外，頻率低于f_s的寄生諧振模式的強度因此而被放大，寄生諧振模式會在濾波器通帶內引起強烈波動。

因此，我們希望得到一種諧振器結構在不影響諧振器值、Q_s值和寄生模式強度的情況下能夠提高其Q_p值。上述的諸多缺陷和不足需要得到很好的解決。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是，提供一種在不影響諧振器值、Q_s值和寄生模式強度的情況下能夠提高其Q_p值的壓電諧振器結構。

本發明所采用的技術方案是：一種壓電諧振器結構，包括：

(a)基底，具有頂面、底面、第一末端和對應的第二末端以及中間部分；