[發明專利]一種二維高性能超高頻諧振器

在審

• 申請號: 202011558722.0
• 申請日: 2020-12-25
• 公開（公告）號: CN112688656A
• 公開（公告）日: 2021-04-20
• 發明（設計）人: 孫成亮;王磊;劉婕妤;周杰;童欣;謝英
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: H03H9/02
• 分類號: H03H9/02;H03H9/19;H03H9/64
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 許蓮英

本發明提出了一種二維高性能超高頻諧振器，包括接觸式二維高性能超高頻諧振器、非觸式二維高性能超高頻諧振器。所述接觸式二維高性能超高頻諧振器包括：壓電層、電極層、電橋；所述電極層沉積于壓電層之上；所述電極層包含多個子電極；所述子電極形狀為圓環形、橢圓環形、圓環與圓形組合形、橢圓環與橢圓組合形；所述電橋置于壓電層上方與所述壓電層接觸，所述電橋沉積在所述電極層上方，所述電橋與所述子電極連接；所述子電極存在內部空腔，填充溫補材料。本發明的諧振器結構可以極大提升超高機電耦合系數并具有較高的品質因子；本發明諧振器可以實現頻率調節、實現溫度補償；本發明諧振器可以有效減小偽模態。

技術領域

本發明屬于諧振器技術領域，尤其涉及一種二維高性能超高頻諧振器。

背景技術

隨著5G無線通訊和物聯網時代的帶來，對射頻濾波器、智能傳感器提出超高頻、大帶寬、低損耗、大功率耐受度、小溫度系數、高靈敏度、小尺寸以及高度集成等需求，射頻芯片在5G通訊、軍事、醫療以及交通領域有著廣泛的應用，是大國之間競相布局的前沿技術領域。作為5G核心產業，通信芯片的發展至關重要。射頻芯片主要包括射頻前端和天線，射頻前端主要由功率放大器、開關、雙工器和濾波器組成，濾波器是實現5G通訊的核心零件。

眾所周知，自20世紀90年代以來，基于壓電材料(如LiNbO₃或LiTaO₃)的聲表面波(SAW)濾波器占據了帶通濾波器市場的主導地位，但由于缺乏能量約束，特別是在垂直方向，其品質因數(Q)受到限制，而且由于瑞利波濾波器的低相速度，使頻率難以超過3GHz，很大程度上阻礙了它的應用，而分立的基片又為進一步與集成電路的集成帶來了障礙。在過去十年中，基于互補金屬氧化物半導體(CMOS)可以兼容氮化鋁(AlN)薄膜，壓電微電子機械(MEMS)諧振器，如薄膜體聲波諧振器(FBAR)和固體安裝諧振器(SMR)，由于這兩種諧振器能量有限，且AlN薄膜的d₃₃很大，可以獲得很高的Q值，這為搭建高性能的濾波器奠定了基礎。然而，這種器件的中心頻率是由薄膜厚度本身決定的，因此實現單片多波段集成具有很大的挑戰性。

為了滿足這一需求，最近提出了一種橫向激勵的剪切模式體聲波(BAW)諧振器(XBARs)，其損耗低，在4.8GHz下的相對帶寬為11％。XBAR的結構相對簡單，包括金屬化叉指電極(IDE)系統，但金屬化率很小。電極主要產生水平電場，在懸浮的LiNbO3薄膜中產生半波長體剪切波A1共振。最大聲振幅位于兩個電極之間的自由膜面積上。設計的取舍與傳統的微聲諧振器有很大的不同。在聲表面波器件中，金屬IDT電極間距與諧振器頻率密切相關，在聲表面波器件和體聲波器件中，金屬厚度對諧振器頻率和品質因數有很大影響。對于XBAR諧振器，頻率主要由壓電板厚度決定。

目前已有的XBAR諧振器結構，難以完全消除偽模態的影響，且獲得高品質因數時要犧牲很大的機電耦合系數，并且不能實現調頻和溫補，若是不能實現調頻，就無法實現諧振器的應用；若是不能實現溫補，諧振器諧振頻率將隨溫度偏移。現有的調頻方法為調節電極的寬度、調節電極的間距等常規的調頻方法并不適用于超高頻諧振器，這將成為超高頻諧振器應用在5G以上頻率最大的限制。若想要實現5G以上的頻率，超高頻諧振器的調頻問題就亟待解決。本發明針對這種高性能超高頻諧振器，提出了一種高性能超高頻諧振器，具有極高的機電耦合系數和品質因數，并且可以實現調頻和溫補。

發明內容

為了解決上述問題，本發明提出了一種二維高性能超高頻諧振器。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案是：一種二維高性能超高頻諧振器，包括：接觸式二維高性能超高頻諧振器、非觸式二維高性能超高頻諧振器；