[發(fā)明專利]壓電層帶凹陷結(jié)構(gòu)的體聲波諧振器、濾波器及電子設(shè)備

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910157916.0
• 申請(qǐng)日: 2019-03-02
• 公開（公告）號(hào): CN111010100A
• 公開（公告）日: 2020-04-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 龐慰;張孟倫;楊清瑞
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 天津大學(xué);諾思（天津）微系統(tǒng)有限責(zé)任公司
• 主分類號(hào): H03H3/02
• 分類號(hào): H03H3/02;H03H9/02;H03H9/17;H03H9/54
• 代理公司: 北京金誠同達(dá)律師事務(wù)所 11651
• 代理人: 湯雄軍

本發(fā)明涉及一種體聲波諧振器，包括：基底；聲學(xué)鏡；底電極，設(shè)置在基底上方；頂電極；和壓電層，設(shè)置在底電極上方以及底電極與頂電極之間，其中：所述聲學(xué)鏡、底電極、壓電層和頂電極在諧振器厚度方向上的重疊區(qū)域構(gòu)成諧振器的有效區(qū)域；所述壓電層設(shè)置有凹陷結(jié)構(gòu)，所述凹陷結(jié)構(gòu)具有內(nèi)緣與外緣，且在垂直投影中，所述凹陷結(jié)構(gòu)的內(nèi)緣與所述頂電極的邊緣重合或者在所述頂電極的邊緣的外側(cè)。本發(fā)明還涉及一種具有上述諧振器的濾波器，以及具有上述諧振器或者濾波器的電子設(shè)備。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明的實(shí)施例涉及半導(dǎo)體領(lǐng)域，尤其涉及一種壓電層帶凹陷結(jié)構(gòu)的體聲波諧振器、一種具有該諧振器的濾波器，以及一種具有該諧振器或者該濾波器的電子設(shè)備。

背景技術(shù)

近年來，基于硅材料的半導(dǎo)體器件、尤其是集成電路芯片取得了飛速的發(fā)展，已經(jīng)牢牢占據(jù)了產(chǎn)業(yè)的主流地位。利用壓電薄膜在厚度方向的縱向諧振所制成的薄膜體波諧振器，在無線通信系統(tǒng)中己成為聲表面波器件和石英晶體諧振器的一個(gè)可行的替代。

如圖1所示，薄膜體聲波諧振器(FBAR，film bulk acoustic resonator)包括：基底P00，位于基底上或嵌入基底的聲反射結(jié)構(gòu)P10(可以為空腔、布拉格反射層及其他等效結(jié)構(gòu))，位于聲反射結(jié)構(gòu)P10和基底P00之上的底電極P20，覆蓋于底電極P20和基底P00上表面的壓電層薄膜P30以及位于壓電層之上的頂電極P40等，其中，聲反射結(jié)構(gòu)P10、底電極P20、壓電層P30和頂電極P40在厚度方向上的重合區(qū)域構(gòu)成所述諧振器的有效聲學(xué)區(qū)域AR，頂電極、壓電層和底電極構(gòu)成三明治結(jié)構(gòu)。

當(dāng)所述體聲波諧振器處于理想工作狀態(tài)時(shí)，只存在活塞模式聲波在三明治結(jié)構(gòu)中傳播，并且這種振動(dòng)模式的能量被限制在有效聲學(xué)區(qū)域AR之內(nèi)。然而，實(shí)際情況中，諧振器的三明治結(jié)構(gòu)中不僅存在活塞模式的振動(dòng)還存在橫向傳播的振動(dòng)模式，后者的能量會(huì)沿橫向由三明治結(jié)構(gòu)中的壓電層向三明治結(jié)構(gòu)(AR之內(nèi)的電極和壓電層組成的部分)之外的壓電層及其它結(jié)構(gòu)發(fā)生逸散(由箭頭PE所示意)，從而導(dǎo)致諧振器的品質(zhì)因數(shù)(Q值)下降，從而使諧振器性能劣化。

發(fā)明內(nèi)容

為緩解或解決現(xiàn)有技術(shù)中的上述問題，提出本發(fā)明。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的一個(gè)方面，提出了一種體聲波諧振器，包括：

基底；

聲學(xué)鏡；

底電極，設(shè)置在基底上方；

頂電極，具有電極連接部；和

壓電層，設(shè)置在底電極上方以及底電極與頂電極之間，

其中：

所述聲學(xué)鏡、底電極、壓電層和頂電極在諧振器厚度方向上的重疊區(qū)域構(gòu)成諧振器的有效區(qū)域；

所述壓電層設(shè)置有凹陷結(jié)構(gòu)，所述凹陷結(jié)構(gòu)具有內(nèi)緣與外緣，且在垂直投影中，所述凹陷結(jié)構(gòu)的內(nèi)緣與所述頂電極的邊緣重合或者在所述頂電極的邊緣的外側(cè)。

可選的，在垂直投影中，所述凹陷結(jié)構(gòu)的內(nèi)緣與所述聲學(xué)鏡的邊緣重合；或者，在垂直投影中，所述聲學(xué)鏡的邊緣位于所述凹陷結(jié)構(gòu)之內(nèi),或者所述凹陷結(jié)構(gòu)的外緣與所述聲學(xué)鏡的邊緣重合；或者，在垂直投影中，所述凹陷結(jié)構(gòu)位于所述聲學(xué)鏡的邊緣與所述頂電極的邊緣之間，或者所述凹陷結(jié)構(gòu)的內(nèi)緣與所述頂電極的邊緣重合。進(jìn)一步可選的，在垂直投影中，所述凹陷結(jié)構(gòu)的內(nèi)緣與所述頂電極邊緣之間的徑向距離X不大于10μm。更進(jìn)一步的，在垂直投影中，所述凹陷結(jié)構(gòu)的內(nèi)緣與所述頂電極邊緣之間的徑向距離X為：0μm≤X≤1μm，或者3μm≤X≤4μm,或者6μm≤X≤8μm。

可選的，所述凹陷結(jié)構(gòu)設(shè)置在壓電層的上側(cè)，或下側(cè)，或上下側(cè)之間，或者在諧振器的厚度方向上貫穿壓電層。

可選的，所述凹陷結(jié)構(gòu)包括一個(gè)凹陷。所述凹陷可為階梯凹陷。