CN101800524A

CN101800524A - 一种非对称结构的剪切模式fbar

Info

Publication number: CN101800524A
Application number: CN201010039522A
Authority: CN
Inventors: 董树荣; 吴梦军; 曾国勇; 孙光照; 赵焕东; 王一雷
Original assignee: Zhejiang University ZJU
Current assignee: Zhejiang University ZJU
Priority date: 2010-01-05
Filing date: 2010-01-05
Publication date: 2010-08-11
Anticipated expiration: 2030-01-05
Also published as: CN101800524B

Abstract

本发明公开了一种非对称结构的剪切模式FBAR，包括硅基片、支撑层、压电层以及由宽度相同且相互平行的输入电极和输出电极组成的电极对，所述的电极对数量不小于2，所有电极对相互平行且两端分别设有与所有输入电极连接的输入电极汇流条和与所有输出电极连接的输出电极汇流条，输入电极和输出电极间隔设置；所有电极对中电极的宽度和输入电极与输出电极之间的间距沿垂直电极对的同一方向呈差异性比例递增。与现有剪切模式相比，本发明FBARR增加了电极对数量，从而提高了其容量，而且输入电极和输出电极间隔设置，形成一种插指状结构，同时电极宽度与输入电极和输出电极之间的间距非等比例增加，大大降低了寄生干扰，提高了其Q值。

Description

一种非对称结构的剪切模式FBAR

技术领域

本发明涉及射频谐振器技术领域，尤其涉及一种具有非对称叉指结构的剪切模式薄膜体声波谐振器(FBAR)

背景技术

在无线通信领域，高通信频率、高传输速率、高密集复用和高集成化成为一大趋势，这就对无线收发机的射频滤波器的滤波特性有更高要求，品质因子Q越高滤波特性越好，体积越小越容易集成和携带，所以发展高Q、可集成化滤波器或谐振器技术已经成为趋势。

目前射频滤波器主要包括介质滤波器和SAW滤波器，介质滤波器Q值较高，但体积大，SAW滤波器体积相对小但Q很低，2000年后出现了纵波结构的体声波谐振器(FBAR)，其具有高Q和可集成化特点，但是制造工艺上成品率低。

剪切模式FBAR是目前研究很热门的一种器件，它是指通过外界施加的横向电场，FBAR在体内激励起剪切波，使得器件工作在剪切模式下的一种谐振器。剪切模式的FBAR具有制作简单、成品率高的优点，但是Q值低于纵波FBAR，原因是剪切模式FBAR激励的寄生振动产生的如上表面波、次表面波、寄生纵波等很多，导致寄生干扰大，本身的高Q被寄生波掩盖(Lakin K M. [J].IEEE Microwave Magazine，2008，4(4)：61-67， A review of thin film resonator technology)。

发明内容

本发明提供了一种非对称结构的剪切模式FBAR，解决了现有剪切模式FBAR寄生干扰大，Q值较低的问题。

一种非对称结构的剪切模式FBAR，包括硅基片、支撑层、压电层以及由宽度相同且相互平行的输入电极和输出电极组成的电极对，所述的电极对数量不小于2，所有电极对相互平行且两端分别设有与所有输入电极连接的输入电极汇流条和与所有输出电极连接的输出电极汇流条，输入电极和输出电极间隔设置；所有电极对中电极的宽度和输入电极与输出电极之间的间距沿垂直电极对的同一方向呈差异性比例递增。

由于该剪切模式FBAR电极结构非对称分布，不能有效激励起声表面波和次表面波这些寄生杂波，没有了这些寄生杂波，FBAR谐振能量不会分散，其本征谐振频率点的Q值就会显著提高。

因为集成电路一般越小越好，随着电极宽度、电极数量，电极间距的增加加，势必要造成整个FBAR体积增加，不利于集成化，电极对数量最好控制在2～50。

同样的道理，1＜m＜100，最好1＜m≤1.5；1＜n＜100，最好1＜n≤2。其中m为相邻两个电极对中电极的宽度比例，n为相邻两个电极对中输入电极和输出电极之间的间距比例。

与现有剪切模式相比，本发明FBAR增加了电极对数量，从而提高了其容量，而且输入电极和输出电极间隔设置，形成一种插指状结构，同时电极宽度与输入电极和输出电极之间的间距非等比例增加，大大降低了寄生干扰，提高了其Q值。

附图说明

图1是本发明剪切模式FBAR俯视图；

图2是本发明剪切模式FBAR剖面图；

图3是本发明剪切模式FBAR电极尺寸示意图。

具体实施方式

如图1和图2所示，一种非对称结构的剪切模式FBAR，包括底层的硅基片101、由氮化硅构成的支撑层103、由氧化铝淀积构成的压电层104和顶层的3个相互平行的电极对105，硅基片101和支撑层103之间设有用于反射体声波的空气隙102。

电极对105由宽度相同且相互平行的输入电极106和输出电极107平行排列组成，电极对105两端分别设有与所有输入电极106连接的输入电极汇流条113以及与所有输出电极107连接的输出电极汇流条114，输入电极106和输出电极107间隔设置。FBAR顶层两侧还设有地电极111和地电极112。上述各个组成部分共同构成GSG pad结构。

如图3所示，A1、A2、A3分别是3个输入电极106和输出电极107的宽度，L1、L2、L3分别是3对输入电极106和输出电极107之间的间距。本实施例中，A1＝10μm，A2＝1 5μm，A3＝20μm，L1＝10μm，L2＝20μm，L3＝30μm。A1、A2、A3以及L1、L2、L3各自互异且非等比例递增，采用这样的尺寸之后，器件工作时，使得产生的声表面波在相互叠加的时候，其相位不等，不能产生最大激励，从而削弱其对器件工作的影响。使用射频探针台和矢量网络分析仪对FBAR的Q值进行硅片上在线测试，该非对称结构的FBAR的Q值为530，而传统的剪切模式FBAR的Q值为220～380之间，改进后Q值明显提高。

在另一个实施例中，剪切模式FBAR具有5对电极对。其中输入电极106宽度A1＝5μm、A2＝10μm、A3＝15μm、A4＝20μm、A5＝25μm，输入电极106和输出电极107之间的间距L1＝5μm、L2＝7.5μm、L3＝10μm、L4＝12.5μm、L5＝15μm。该非对称结构的Q值为570。

上述A1、A2、...、A5分别表示第1、2、...、5个电极对105的电极宽度，L1、L2、...、L5分别表示第1、2、...、5个电极对105中输入电极106和输出电极107之间的间距，所有电极对105沿宽度递增方向顺序编号。

在第三个实施例中，剪切模式FBAR具有10对电极对时，其输入电极106宽度A1＝2μm，A2＝3μm，A3＝4μm，A4＝5μm，A5＝6μm，A6＝7μm，A7＝8μm，A8＝9μm，A9＝10μm，A10＝11μm，输入电极106和输出电极107之间的间距L1＝2μm，L2＝4μm，L3＝6μm，L4＝8μm，L5＝10μm，L6＝12μm，L7＝14μm，L8＝16μm，L9＝18μm，L10＝20μm。该非对称结构的Q值为585。

上述A1、A2、...、A1 0分别表示第1、2、...、10个电极对105的电极宽度，L1、L2、...、L10分别表示第1、2、...、10个电极对105中输入电极106和输出电极107之间的间距，所有电极对105沿宽度递增方向顺序编号。

当然，电极对105的数量是可以改变的，为了方便集成化，一般设置在2～50对；电极对105中的电极宽度以及电极间距是也可以更改，只需满足电极宽度以及电极间距沿一个方向递增，且两者递增比例不一致。一般来说，相邻两个电极对105中电极的宽度比例为m，m一般大于1，小于100；相邻两个电极对1 05中输入电极106和输出电极107之间的间距比例为n，n同样一般大于1小于100。

Claims

1.一种非对称结构的剪切模式FBAR，包括硅基片、支撑层、压电层以及由宽度相同且相互平行的输入电极和输出电极组成的电极对，其特征在于：所述的电极对数量不小于2，所有电极对相互平行且两端分别设有与所有输入电极连接的输入电极汇流条和与所有输出电极连接的输出电极汇流条，输入电极和输出电极间隔设置；所有电极对中电极的宽度和输入电极与输出电极之间的间距沿垂直电极对的同一方向呈差异性比例递增。

2.根据权利要求1所述的剪切模式FBAR，其特征在于：相邻两个电极对中电极的宽度比例为m，1＜m＜100。

3.根据权利要求2所述的剪切模式FBAR，其特征在于：1＜m≤1.5。

4.根据权利要求1所述的剪切模式FBAR，其特征在于：相邻两个电极对中输入电极和输出电极之间的间距比例为n，1＜n＜100。

5.根据权利要求4所述的剪切模式FBAR，其特征在于：1＜n≤2。

6.根据权利要求1所述的剪切模式FBAR，其特征在于：所述的电极对数量为2～50。

7.根据权利要求6所述的剪切模式FBAR，其特征在于：所述的电极对数量为3。

8.根据权利要求7所述的剪切模式FBAR，其特征在于：所述的3个电极对中电极的宽度比例为2∶3∶4。

9.根据权利要求7所述的剪切模式FBAR，其特征在于：所述的3个电极对中输入电极与输出电极之间的间距比例为1∶2∶3。