[發明專利]一種高品質因數的薄膜體聲波諧振器的優選結構

有效

• 申請號: 201911392114.4
• 申請日: 2019-12-30
• 公開（公告）號: CN111049495B
• 公開（公告）日: 2021-05-04
• 發明（設計）人: 趙洪元;朱健
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第五十五研究所
• 主分類號: H03H9/17
• 分類號: H03H9/17;H03H9/02;H03H9/13
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 吳樹山

本發明涉及一種高品質因數的薄膜體聲波諧振器的優選結構，包括上表面帶有凹槽的襯底、位于襯底上方的底電極層、壓電層，其特征在于，還包括帶有異形空氣橋結構的頂電極層，該空氣橋結構內設有可起到對橫向聲波回彈作用的聲回彈結構；該聲回彈結構為與異形空氣橋結構的橋腔相向的凸形或梯形多面體并以臥式設置在異形空氣橋結構的橋腔上方區域，該聲回彈結構的頂端面嵌入并與異形空氣橋結構的橋腔仰頂面凹槽緊貼，該聲回彈結構的底端面與異形空氣橋結構的橋腔下方區域懸空結構之間留有空氣間隙，該聲回彈結構的左側面和右側面分別嵌入并與異形空氣橋結構的橋腔支撐結構相鄰的內側面的凹槽緊貼。本發明能夠顯著提升薄膜體聲波諧振器的品質因數。

技術領域

本發明涉及一種薄膜體聲波器件，特別是一種高品質因數的薄膜體聲波諧振器的優選結構。

背景技術

隨著無線通信技術及智能手機的發展，射頻前端對元器件性能指標、集成度的要求越來越高。基于薄膜體聲波器件的射頻前端濾波器、雙工器、多工器因其具有小體積、低插損、快速滾降、低功耗等優點，已被廣泛使用于智能手機、通信終端、以及通信基站中，并將于未來應用于車聯網、工業控制等物聯網終端的通信設備中。此外，基于薄膜體聲波器件的振蕩器在高速串行數據設備如SATA硬盤驅動器、USB3.0標準PC外設、C-type接口、光線收發器等中極具應用價值。

典型的薄膜體聲波諧振器包括位于襯底上方的聲回彈層、位于聲回彈層上方的底電極層、位于底電極層上方的壓電層，以及位于壓電層上方的頂電極層。聲回彈層的兩種常見構形分別是，空氣腔結構或者由高聲阻抗層和低聲阻抗層交疊而成的多層復合結構。慣用的空氣腔結構的形成方法是，先沉積一層犧牲層材料，當器件其它各層加工完成后，對犧牲層材料進行釋放，留下的空間即可形成空腔。

當在薄膜體聲波諧振器的上、下電極施加交變電壓時，壓電層薄膜在外電場作用下會發生縱向形變，產生縱向傳播和振動的體聲波。該體聲波會在薄膜體聲波諧振器的上、下表面被回彈回來，形成壓電層體內的駐波，從而產生諧振。該聲波諧振經由壓電層薄膜的壓電效應，會在上、下電極層之間形成可測量的電信號，即體聲波諧振器的諧振電信號。該信號包含諧振頻率、振幅、相位等信息。此外，為了提升薄膜體聲波諧振器的表面抗氧化、功率耐受、機械強度、頻率溫度穩定等性能，還可能在上述基本結構的基礎上，添加額外的材料層及結構。

在薄膜體聲波諧振器的層疊結構中設置空氣橋結構，尤其是在底部聲反射腔和上、下電極層的重疊區域的邊界處設置空氣橋結構，有利于減少聲能量向襯底的泄露，從而提升諧振器的品質因數，參見美國專利US20140225683A1。但是，該技術方案中的聲波能量仍有一部分會以空氣橋結構為媒介泄露至外部區域，對諧振器的品質因數仍有較大的損害。因此，如何克服現有技術所存在的不足已成為當今薄膜體聲波器件技術領域中亟待解決的重點難題之一。

發明內容

本發明的目的是為克服現有技術所存在的不足而提供一種高品質因數的薄膜體聲波諧振器的優選結構，本發明通過設置聲回彈結構，在水平方向形成額外的聲阻抗不匹配界面，從而對通過空氣橋結構傳播的橫向聲波起到回彈作用，顯著提升薄膜體聲波諧振器的品質因數。