[發明專利]溫度補償薄膜體波諧振器及加工方法

有效

• 申請號: 201010293846.0
• 申請日: 2010-09-27
• 公開（公告）號: CN101958696A
• 公開（公告）日: 2011-01-26
• 發明（設計）人: 龐慰;張浩
• 申請（專利權）人: 張浩
• 主分類號: H03H9/17
• 分類號: H03H9/17;H03H3/02
• 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

本發明涉及一種體波諧振器。特別是涉及一種在保持諧振器良好穩定的溫度特性的同時，還能夠最大化體波諧振器的?值的溫度補償薄膜體波諧振器及加工方法。?

背景技術

無線通信中越來越多地使用射頻前端電路，例如無線收發器、功率放大器和無源器件。前端無源器件包括射頻濾波器。與其它技術如聲表面波器件和陶瓷濾波器相比，由體波諧振器組成的射頻前端濾波器，在品質因數、功率容量、防靜電放電(ESD)能力和尺寸等方面有許多優點。包含體波諧振器的溫度穩定振蕩器也已經被證實可以很好地適用于高速串行數據應用中，例如標準的SATA硬盤驅動器、發展中的USB3標準PC外設以及光纖收發器。?

典型的體波諧振器包含聲反射鏡(或聲反射層)、在其上的壓電層、以及壓電層兩端的兩個金屬電極。圖10所示的是傳統的體波諧振器。體波諧振器具有一個基底11，基底11之上的聲反射層12，聲反射層12之上的底電極層13，底電極層13之上的壓電層14，壓電層14之上的頂電極層15。在實際情況中，會加上金屬電極層之外的材料層來提高諧振器的功能，如機械強度(physical?strength)、鈍化(passivation)、溫度補償(temperaturecompensation)等類似的功能。當在兩電極間施加諧振頻率下的交流電壓時，會在壓電層內產生厚度方向的縱向聲波并傳播到體波諧振器的其它層中。聲反射鏡的作用是在其與底電極的交界處產生非常大的聲阻抗差異，從而使大部分的聲波能量保留在諧振器內，包括壓電層和電極層內。在一種結構中，聲反射鏡由空腔構成。在另一種結構中，聲反射鏡由一系列高聲阻抗層和低聲阻抗層相間排列而組成，它把諧振器的主體與基底隔離開來，從而使聲能量保留在諧振器中。也稱第二種結構的體波諧振器為固嵌式諧振器(SMR)。?

實際操作中，在體波諧振器的兩電極上施加交流電壓，并由所加電壓的頻率掃描來記錄體波諧振器的電學阻抗。阻抗曲線幅值的最小處與最大處分別對應體波諧振器的串聯諧振頻率(f_s)和并聯諧振頻率(f_p)。有效機電耦合系數?由串聯諧振頻率與并聯諧振頻率的分離程度來計算。串聯與并聯諧振頻率的差值越大，?值就會越大，其中?對制作出具有較寬帶寬的射頻體波濾波器至關重要。某些產品所需要的濾波器的通帶寬度決定?的下限。典型的非溫度補償的體波諧振器的?值大約在6％到7％之間。因為一部分聲波能量會儲存在聲反射鏡內靠近底電極的前幾層中，所以固嵌式諧振器(SMR)的?值要低于背面具有氣腔的體波諧振器的?值。通常情況下，在濾波器的應用中需要具有較高的?值，因為?的值較大可以降低插入損耗，并且設計者可以在?值和Q值之間尋求平衡。很多情況下，犧牲小量?值，會帶來Q值較大的提高，從而得到陡峭的邊緣和較強的抵抗由于工藝帶來的頻率不均勻的能力，進而取得較好的產品加工良率。?

體波諧振器的諧振頻率由傳播路徑中各層的厚度和各層中縱向聲波的聲速所決定。其中，諧振頻率主要受壓電層的厚度及其內的聲速的影響。兩電極的厚度及其內的聲速對諧振頻率也有較大影響。但是，由空腔構成的聲反射鏡對諧振頻率的影響可以忽略不計，因為它可以把幾乎所有的聲能都反射回壓電層。如果聲反射鏡由高聲阻抗層和低聲阻抗層相間排列而構成，那么反射鏡的最頂層會包含一小部分的聲能，從而使反射鏡的作用在某種程度上會貢獻到諧振頻率中。?

體波諧振器的壓電層、金屬或介電層的厚度以及其內的聲速都隨溫度的變化而變化，并且體波諧振器的諧振頻率也隨溫度的變化而變化。盡管各層隨溫度變化而產生的厚度膨脹或收縮會影響諧振頻率，但各層內聲波傳播速度隨溫度的改變是影響體波諧振器諧振頻率隨溫度改變的主要原因。目前應用在體波諧振器中的大部分材料都呈現出負的溫度系數，即隨溫度的升高聲速會變小，因為材料在較高溫下會變“軟化”(例如，跨原子力被減弱)。跨原子力的減小會導致材料彈性常數的減小，從而減小聲速。例如，氮化鋁(AlN)的聲速的溫度系數為-25ppm/℃，鉬(Mo)的聲速的溫度系數為-60ppm/℃。?