[發(fā)明專利]一種頻率可調(diào)的薄膜體聲波諧振器及其制備方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 202011572983.8
• 申請日: 2020-12-24
• 公開（公告）號: CN112543010A
• 公開（公告）日: 2021-03-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李國強(qiáng);張鐵林;劉紅斌;衣新燕;趙利帥;歐陽佩東
• 申請（專利權(quán)）人: 華南理工大學(xué)
• 主分類號: H03H9/17
• 分類號: H03H9/17;H03H3/02;H03H9/02
• 代理公司: 廣州粵高專利商標(biāo)代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍;江裕強(qiáng)

本發(fā)明公開了一種頻率可調(diào)的薄膜體聲波諧振器及其制備方法。該諧振器包括襯底、空氣隙、電極和壓電層的三明治結(jié)構(gòu)及電極引出層；所述襯底與所述電極和壓電層的三明治結(jié)構(gòu)連接，襯底與所述電極和壓電層的三明治結(jié)構(gòu)的連接面向襯底內(nèi)凹陷，形成空氣隙；所述電極引出層與所述電極和壓電層的三明治結(jié)構(gòu)連接。所述電極和壓電層的三明治結(jié)構(gòu)包括底電極、壓電層、中間電極及頂電極，電極與壓電層相間排布形成三明治結(jié)構(gòu)，所述底電極上層疊壓電層，所述中間電極被壓電層包裹，頂電極層疊在壓電層上；所述壓電層及中間電極的數(shù)量均為n個，n為整數(shù)且n的取值≥1。該諧振器可以根據(jù)外加偏置電壓調(diào)整諧振倍頻，適用于5G高頻通信領(lǐng)域。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及射頻通信技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種頻率可調(diào)的薄膜體聲波諧振器及其制備方法。

背景技術(shù)

薄膜體聲波濾波器廣泛應(yīng)用于射頻通信前端信號處理，是高頻通信特別是5G通信、sub-6G通信以及未來更高頻率通信的最佳濾波器件。在射頻信號處理過程中，體聲波濾波器發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。例如在通信基站、WiFi路由器、個人移動便攜設(shè)備等方面體聲波濾波器已經(jīng)逐漸替代聲表面波器件成為主流的濾波器類型。

傳統(tǒng)的薄膜體聲波諧振器是由上下兩層金屬電極和夾于其中間的壓電薄膜材料所構(gòu)成的三明治結(jié)構(gòu)。其原理為利用壓電效應(yīng)，壓電效應(yīng)是電介質(zhì)在沿一定方向上受到外力的作用而變形時，其內(nèi)部會產(chǎn)生極化現(xiàn)象，同時在它的兩個相對表面上出現(xiàn)正負(fù)相反的電荷。當(dāng)施加一個交變電壓于兩端電極時，壓電效應(yīng)使壓電薄膜產(chǎn)生機(jī)械振動并產(chǎn)生體聲波，當(dāng)聲波的頻率與壓電薄膜厚度滿足一定數(shù)學(xué)關(guān)系時就發(fā)生諧振現(xiàn)象，而體聲波諧振器的原理即是利用特定頻率下的諧振現(xiàn)象做出頻率選擇。

對于壓電薄膜內(nèi)聲波的傳遞形式，具體為當(dāng)體聲波傳輸?shù)诫姌O界面時，經(jīng)電極外的聲學(xué)反射層將聲波反射回來，從而將體聲波限制在兩電極之間產(chǎn)生振蕩。因為空氣的聲阻抗近似為零，因此在電極材料和空氣組成的固/氣界面具有非常強(qiáng)的反射聲波的能力。在電極的下方制備填充層后，形成空腔使下電極直接與空氣接觸，或?qū)⑵骷囊徊糠忠r底直接刻蝕掉，使器件的下電極懸空形成固/氣界面，即硅刻蝕型器件。

對于頻率可調(diào)的體聲波濾波器的研究較少，大多是根據(jù)溫度變化做頻率補(bǔ)償，或者修飾電極上方的質(zhì)量負(fù)載層對諧振頻率進(jìn)行調(diào)整。例如諾思(天津)微系統(tǒng)有限公司在CN202010013002.X調(diào)節(jié)體聲波濾波器中諧振器頻率的方法及體聲波濾波器中提出的通過調(diào)整體聲波諧振器上方的質(zhì)量負(fù)載層的面積實現(xiàn)對諧振器中心頻率的調(diào)整。上述提到的現(xiàn)有技術(shù)雖然起到頻率調(diào)節(jié)的作用，但是其調(diào)頻作用是一次性的，即在器件加工完成后頻率已經(jīng)固定，不能進(jìn)行二次調(diào)整。這沒有解決頻率調(diào)節(jié)的本質(zhì)問題，不能實現(xiàn)單個諧振器頻率隨外界單一變量進(jìn)行改變的功能，只能作為一種頻率修飾的技術(shù)手段。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明的目的是提供一種頻率可調(diào)的薄膜體聲波諧振器及其制備方法。

本發(fā)明的目的在于提出一種新型頻率可調(diào)的薄膜體聲波諧振器的結(jié)構(gòu)與制備方法。采用該制備方法的制造工藝簡單，而且可以突破傳統(tǒng)體聲波濾波器的空間限制，將以往多個體聲波諧振器才能實現(xiàn)的功能使用一個諧振器實現(xiàn)，在更大程度上節(jié)約了空間資源，推動器件的小型化進(jìn)步。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案之一實現(xiàn)的。

本發(fā)明提供的頻率可調(diào)的薄膜體聲波諧振器是一種空氣隙型薄膜體聲波諧振器。

本發(fā)明提供的頻率可調(diào)的薄膜體聲波諧振器具有電極-壓電層-電極-壓電層-電極的多層結(jié)構(gòu)。其中電極與壓電層的復(fù)合“三明治”結(jié)構(gòu)可以為1階到N階。且所有電極層均通過引出層與施加偏置電壓，外加偏執(zhí)電壓控制諧振器的諧振頻率。