[發明專利]一種體聲波諧振裝置、濾波裝置及射頻前端裝置

在審

• 申請號: 202111053511.6
• 申請日: 2021-09-08
• 公開（公告）號: CN113810006A
• 公開（公告）日: 2021-12-17
• 發明（設計）人: 韓興;周建
• 申請（專利權）人: 常州承芯半導體有限公司
• 主分類號: H03H9/02
• 分類號: H03H9/02;H03H9/56;H03H9/58
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 吳敏

本發明實施例提供一種體聲波諧振裝置、濾波裝置及射頻前端裝置，其中，體聲波諧振裝置包括：第一層，第一層包括空腔；第一電極層，第一電極層的至少一端位于空腔內；壓電層，位于第一電極層上，覆蓋空腔，壓電層包括第一側及與第一側相對的第二側，第一電極層位于第一側；第二電極層，位于第二側，位于壓電層上；以及至少一個側空腔，位于第一層與壓電層之間，嵌入第一層，與空腔相通，至少一個側空腔的深度小于空腔的深度。在空腔的至少一邊旁設置較淺的側空腔，橫向聲波在壓電層或電極層或邊緣結構與側空腔的交界處會發生反射，從而阻隔橫向模態下朝向支撐層(例如，基底、中間層)傳播的漏波，提升Q值。

技術領域

本發明涉及半導體技術領域，具體而言，本發明涉及一種體聲波諧振裝置、濾波裝置及射頻前端裝置。

背景技術

無線通信設備的射頻(Radio Frequency，RF)前端芯片包括功率放大器、天線開關、射頻濾波器、多工器和低噪聲放大器等。其中，射頻濾波器包括壓電聲表面波(SurfaceAcoustic Wave，SAW)濾波器、壓電體聲波(Bulk Acoustic Wave，BAW)濾波器、微機電系統(Micro-Electro-Mechanical System，MEMS)濾波器、集成無源裝置(Integrated PassiveDevices，IPD)濾波器等。

BAW諧振器的品質因數值(Q值)較高，由BAW諧振器制作成低插入損耗、高帶外抑制的射頻濾波器，即BAW濾波器，是目前手機、基站等無線通信設備使用的主流射頻濾波器。其中，Q值是諧振器的品質因數值，定義為中心頻率除以諧振器3dB帶寬。Q值越高，表明諧振器的性能越好，制作出的濾波器的性能越好。BAW諧振器在振動過程中，將機械能轉變為電能，或將電能轉變為機械能，這種表示能量相互變換的程度用機電耦合系數(electro-mechanical coupling factor，即)。

其中，f_s為諧振頻率，f_p為反諧振頻率，當諧振器越大的時候，諧振器可制作的濾波器的帶寬越大。BAW濾波器的使用頻率一般為0.7GHz至7GHz。

當無線通信技術逐步演進，所使用的頻段越來越多，同時隨著載波聚合等頻段疊加使用技術的應用，無線頻段之間的相互干擾變得愈發嚴重。高性能的BAW技術可以解決頻段間的相互干擾問題。隨著5G時代的到來，無線移動網絡引入了更高的通信頻段，而且頻段更寬，當前只有BAW技術可以解決高頻段高帶寬的濾波問題。

BAW濾波器是由BAW諧振器組成，BAW諧振器通過金屬-壓電薄膜-金屬換能器將電信號轉換為聲信號，再通過金屬-壓電薄膜-金屬換能器將聲信號轉換回電信號。BAW濾波器在聲信號區間對信號進行濾波器，由于在同頻率下，聲信號速度是電信號速度的約十萬分之一，因此同頻率的BAW濾波器的尺寸遠小于電學射頻濾波器。由于金屬-壓電薄膜-金屬換能器是BAW諧振器的最主要構成部分，BAW諧振器的聲學結構是否能夠有效地限制漏波的能量泄露直接決定了BAW諧振器的機電耦合系數和Q值。5G移動通信技術對于BAW濾波器的通帶帶寬、插入損耗及帶外抑制提出了更高的要求，上述三個指標與BAW諧振器的機電耦合系數和Q值相關，所以BAW諧振器的聲學結構有待進一步地優化和改善。

圖1示出了一種BAW濾波器電路100，包括由多個BAW諧振器組成的梯形電路，其中，f1、f2、f3、f4分別表示4種不同的頻率。每個BAW諧振器內，諧振器壓電層兩側的金屬電極產生交替正負電壓，壓電層通過交替正負電壓產生聲波，該諧振器內的聲波沿垂直于壓電層的方向傳播。為了形成諧振，聲波需要在上金屬電極的上表面和下金屬電極的下表面產生全反射，以形成駐聲波。聲波反射的條件是與上金屬電極的上表面和下金屬電極的下表面接觸區域的聲阻抗與金屬電極的聲阻抗有較大差別。