CN102057570B - 具有高温度稳定性的hbar谐振器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及谐波体声学谐振器HBAR型的谐振器，包括：夹在具有强电声学耦合的两个电极(4，8)之间的压电换能器(6)，该压电换能器(6)根据第一切割角θ1被切割；和具有至少等于5.1012的工作频率声品质系数的声学衬底(10)，且该声学衬底(10)根据具有至少一个剪切振动模式的第二切割角θ2被切割。换能器和衬底被设置由此换能器的剪切模式的极化方向与衬垫的剪切的极化方向对齐，且第二切割角θ2使得对应于剪切模式和第二切割角θ2的一阶频率温度系数CTFB1为0，其每侧的符号相反，或者等于偏差。
Description
技术领域
本发明涉及具有高温度稳定性的高体声学谐振器(HABR)型谐振器、相应制造方法以及包括至少一个所述谐振器的振荡器和滤波器。
背景技术
电声谐振器用于电子振荡器的温度稳定化，以及用于多个信号处理应用(高选择性滤波、窄带检测、编码等)，其无源组件的基频(base)处于50MHz-20GHz的频率范围内。
对这些设备进行优化以用于其特定应用，同时试图最大化例如其品质系数或耦合系数。
通常很难找到能在强电机械耦合、高品质系数和热稳定性之间提供良好折中的结构。
用于高达2.5GHz频率的应用的基于声表面波(SAW)的多种方案能够最小化谐振器频率的热漂移，但很少能完全抵偿(cancel out)热漂移。
关于体波(bulk wave)，已经知道的是使用石英作为具有高频率稳定性的压电换能器，但是仍然局限于100MHz以下的频率。
关于体波，使用氮化铝(AlN)层作为换能器能够在50MHz-20GHz的频率范围内改进谐振器。因此，由M.Lakin在“1999 IEEE UltrasonicsSymposium”中发表的题为“Thin Film Resonators and Filters”的文献描述了一种压电换能器，其为在硅或镓砷化物薄片形状的衬底上通过阴极溅射沉积氮化铝薄层的形式，其间插入有空气隔层或插入有四分之一波长材料层，以从声学角将换能器与晶片衬底隔开。
该文献还描述了将二氧化硅(SiO2)层经由纵向振动模式耦合到压电换能器以稳定其温度频率漂移的可能性。
但是，由于由压电换能器和二氧化硅层形成的组件的平均声品质，仍然存在频率热漂移的问题且提出的方案在二阶热效应补偿方面不太有说服力。
由S.Ballandras等人在2006 IEEE Frequency Control Symposium中发表的题为“High Overtone Bulk Acoustic Resonators built using Aluminium NitrideThin films deposited onto AT-cut Quartz plates”的文献描述了在两个电极之间嵌入的且通过其中一个电极粘合到另外的石英衬底的氮化铝层。该文献指出在氮化铝中通过压电效应耦合的模式是纵向的，且因此在下面的石英中的传播波型(propagation mode)具有相同的极化。
由于在石英中纵波的温度稳定性品质较差，因此频率的温度稳定性品质也较差，在室温下线性漂移超过20ppm(绝对值)。因此存在频率热漂移的问题仍然存在，且尽管能够从尤其高功能的频率声品质(FQ)系数乘积中受益(在400MHz以上，FQ大于1，3.1013)，但是不允许这种类型的方案来代替例如板上频率合成应用的实体波谐振器。
发明内容
本发明的目的是改进声电学谐振器的频率热稳定性，所述声电学谐振器具有强压电耦合和高功能频率声品质系数乘积。
为此，本发明涉及一种用于在预定工作频率下工作的高体声谐振器(HBAR)型谐振器，包括：
由具有第一厚度的第一材料的层形成的压电换能器，该第一材料沿等于0的由IEEE Std-176(1949修订本)标准的术语(YXw)/
定义的角
取向，该第一材料沿由IEEE Std-176(1949修订本)标准的术语(YX1)/θ定义的第一切割角θ1被切割，从而仅该材料的剪切波(shear wave)的电声学(electroacoustic)耦合大于5％，该换能器具有随第一切割角θ1而变的一阶频率温度系数CTFA；
由具有第二厚度的第二材料的第二层构成的声学衬底，该第二材料具有至少等于5.1012的功能频率声品质系数乘积，其等于0的沿由IEEE Std-176(1949修订本)标准的术语(YXw)/定义的角
取向，该第二材料沿由IEEE Std-176(1949修订本)标准的术语(YX1)/θ定义的第二切割角θ2被切割，其具有对应于振动的剪切模式的至少一个极化方向
该声学衬底具有对应于至少一个剪切模式且取决于第二切割角θ2的一阶频率温度系数；
由粘合到所述换能器的第一面和声学衬底的一个面的金属层形成的对电极；以及
设置在所述换能器的第二面上的上电极，该第二面背向所述换能器的第一面和所述衬底；
其特征在于，
所述换能器和衬底的相对设置使得对应于所述第一切割角θ1的所述换能器的剪切模式的极化方向
与对应于所述第二切割角θ2的衬底的至少一个剪切模式的极化方向对齐；以及
所述衬底的第二切割角θ2使得对应于所述至少一个剪切模式和所述第二切割角θ2的所述一阶频率温度系数CTFB1为0，在两侧所述一阶频率温度系数的符号相反，或者在所述第二厚度与第一厚度的比大于或等于0.02时等于通过该第二厚度与第一厚度的比的递增函数加权的所述换能器的频率温度系数CTFA的相反数。
根据特定的实施方式，HBAR谐振器包括以下一个或几个特征：
对应于所述第二切割角θ2的二阶频率温度系数也为0，其中，针对该第二切割角θ2，通过改变符号所述一阶频率温度系数CTFB1抵偿自身；
当所述第二厚度与第一厚度的比Re大于或等于0.02时，所述第二切割角θ2验证以下形式的关系：
α.Re+β.log(γ.Re)＝(θ2-θ2nul)*斜率
θ2nul是一阶频率温度系数CTFB1抵偿自身并改变符号所针对的第二切割角的值；
斜率是取θ2为θ2nul时CTFB1相对于θ2的斜率；
α，β和γ是取决于构成声学衬底和换能器的材料的常数；
所述换能器的材料被包括在由以下构成的一组材料中：氮化铝(AlN)、氧化锌(ZnO)、铌酸锂(LiNbO3)、钽酸锂(LiTaO3)以及铌酸钾；
所述换能器的材料优选被包括在由以下构成的一组材料中：铌酸锂(LiNbO3)和钽酸锂(LiTaO3)；
所述声学衬底的材料被包括在由以下组成的一组材料中：石英、正磷酸镓(GaPo4)、铌酸钾、四硼酸锂(LiB4O7)、兰克赛(La3Ga5SiO14)、钽酸镓镧(langatate)及其铌酸镓镧(langanite)；
所述声学衬底的材料为石英；
所述对电极是可热压金属；
所述对电极由金、铜或铟制成；
所述谐振器的几何尺寸适用于包括在从50MHz到20GHz的频率范围内的频带的谐振频率；
所述声学衬底具有极化方向，针对该极化方向所述频率温度系数CTFB1抵偿自身，该频率温度系数在值θ2nul1侧和θ2nul2侧的符号相反，第一个值θ2nul1与振动的慢剪切模式相关联，第二个值θ2nul2与振动的快剪切模式相关联；
所述声学衬底的材料为石英；以及
所述换能器的材料为铌酸锂，其中：
当θ2nul等于+35度时，
α等于0.85，
β等于3.2，
γ等于200，
以及斜率等于5.10-6；
当θ2nul等于-42度时，
α等于1.25×50，
β等于3.2，
γ等于200，
以及斜率等于2.2.10-6。
本发明还涉及一种用于制造HBAR谐振器的方法，包括以下步骤：
在第一个步骤中，提供由第一厚度的第一材料的层构成的压电换能器，该第一材料沿等于0的由IEEE Std-176(1949修订本)标准的术语(YXw)/
定义的角
取向，并且该第一材料沿由IEEE Std-176(1949修订本)标准的术语(YX1)/θ定义的第一切割角θ1被切割，从而剪切波的电声学耦合大于5％，该换能器具有随第一切割角θ1而变的频率温度系数CTFA；
在第二个步骤中，提供由具有第二厚度的第二材料的第一层形成的声学衬底，该第二材料具有至少等于5.1012的功能频率声品质系数乘积，其沿等于0的由IEEE Std-176(1949修订本)标准的术语(YXw)/
定义的角取向，并且该第二材料沿由IEEE Std-176(1949修订本)标准的术语(YX1)/θ定义的第二切割角θ2被切割，具有对应于振动的剪切模式的至少一个极化方向该声学衬底具有对应于至少一个剪切模式且取决于第二切割角θ2的一阶频率温度系数；所述声学衬底的第二切割角θ2使得对应于所述至少一个剪切模式和所述第二切割角θ2的所述一阶频率温度系数CTFB1为0，在两侧所述一阶频率温度系数的符号相反，或者在所述第二厚度与第一厚度的比大于或等于0.02时等于通过该第二厚度与第一厚度的比的递增函数加权的所述换能器的频率温度系数CTFA的相反数；以及
在组装步骤中，设置所述换能器和所述声学衬底，使得对应于所述第一切割角θ1的所述换能器的剪切模式的极化方向
与对应于所述第二切割角θ2的衬底的至少一个剪切模式的极化方向
对齐。
本发明还涉及一种上述HBAR谐振器的零差振荡器。
本发明还涉及一种包括上述基于HBAR谐振器的单元的高阻滤波器。
附图说明
通过参考附图阅读下面的一个实施方式的描述可以对本发明有更好的理解，所述实施方式仅被提供作为示例，其中：
图1是根据本发明的HBAR谐振器的立体图；
图2是图2中的谐振器沿线II-II的横截面图；
图3是形成压电换能器的晶体的第一切割角θ1的视图；
图4是随切割角θ1而变的铌酸锂晶体的体波的相速度的演变图，该系列的晶体取向通常被称为“单旋转切割(single rotation cuts)”；
图5是随角θ1而变的铌酸锂的这些相同波的耦合系数的演变图；
图6是与对换能器的剪切波进行极化的换能器板有关的平面示意图；
图7是形成声学衬底的晶体的第二切割角θ2的示意图；
图8是与对声学衬底的剪切波进行极化的声学衬底板有关的平面示意图；
图9是随切割角θ2而变的对剪切模式的石英进行持续极化的一阶频率温度系数的变化图表；
图10是根据本发明的图1中的谐振器的带通频率的典型温度稳定性性能的图表；
图11是图2中所述的谐振器的制造方法的实施方式的流程图。
具体实施方式
图1和图2示出了根据本发明的高体声学谐振器2的实施方式。
谐振器2包括连续层的叠层，其包括：
由铝制成的厚度为e1的上电极4；
由第一材料构成的具有第一厚度t1的单晶形态的压电换能器6，该第一材料为铌酸锂(LiNbO3)；
由金制成的厚度为e2的嵌入的对电极8；
由第二材料构成的具有第二厚度t2的单晶形态的声学衬底10，这里第二材料为石英。
图1中的层4、6、8和10都具有相同的长度l和宽度W，长度l明显比宽度W和不同的层厚度e1、t1、e2、以及t2大。
为了简化图1，电极4、8被显示表面与压电换能器6的表面相等。
具体地，电极4、8的表面比压电层6的表面小，且上电极4的表面小于或等于嵌入的对电极的表面。
在包括提供用作粘合层的嵌入层的步骤的制作方法中，对电极8的表面自然比通过平版印刷和金属层沉积技术制造的上电极4的表面大。
电极4、8的表面被设置为面向彼此并相互平行，面向表面的各个区域最大，边缘尽量平行。理想情况下，电极4、8的表面能完美重叠。
因此，波的激励被认为与所谓的面-面谐振器配置相对应，针对该配置，沉积在对着压电换能器6的表面上的非常薄的电极4、8在换能器6中剪切波的传播方向上(根据图2中箭头12所示)激励波。
压电换能器6具有根据由向量
示出的沿谐振器长度L取向的极化的被激励的剪切模式。
声学衬底10具有两种剪切模式，第一种是所谓的慢模式，第二种是所谓的快模式。
所谓的快剪切波和所谓的慢剪切波被定义为正交的极化剪切波，所谓的快波的相速度比所谓的慢波的相速度大。
在图1中，对应于换能器6的剪切模式的激励的极化向量
与对应于声学衬底的剪切模式的极化向量(标记为
)对齐。
与
示出的极化向量正交的对应于剪切模式的极化向量在图1中由
示出，其与
正交且位于衬底10的延伸面中。
换能器6与衬底10之间的经热压的对电极8也用与谐振器2结构粘合。
构成换能器6的铌酸锂(LiNbO3)层是从形成晶片的原单晶体材料中沿第一切割角θ1切下来的板。
构成声学衬底10的石英层是从原单晶石英晶片中沿第二切割角θ2切下来的板。
根据图3，铌酸锂板6是从晶片材料中沿着第一切割角θ1切下来的，该晶片在图3中没有示出，但标记了其晶轴X1、Y1、Z1，Z1轴是晶片的纵轴，晶轴X1、Y1是在单晶制造过程中预定的。
这里角θ1在IEEE Std-176(1949修订本)标准中被定义为绕晶轴X1的单旋转切割的角θ1，在IEEE标准中该切割被注释为(Y1Xl1)/θ1，Xl1是与根据图3所示的直的下边缘对齐的轴，该下边缘的厚度为t1，长度为l1。
与切下的板6有关的标记由三个轴X’1、Y’1、Z’1示出，X’1轴与X1轴重合。两个轴Y’1、Z’1通过分别将Y1轴、Z1轴绕X1轴转动旋转角θ1而得到。
图4示出了绕铌酸锂换能器6的晶轴Xl1的单旋转切割的纵波和剪切波的相速度的演变。
曲线14示出了随第一角θ1而变的在换能器6中沿电极4和8的平面的法轴传播的剪切波的相速度。
曲线16表示随第一切割角θ1(以度数表示)而变的在换能器6中沿长度1的轴传播的纵波的相速度(km/s)。
图5示出了绕换能器6的晶轴X1的单旋转切割的纵波和剪切波的耦合。
曲线18示出了随第一切割角θ1(以度数表示)而变的剪切波的耦合系数K2 T(表示为电能转换成声能的百分比)的演变。
曲线20示出了随第一切割角θ1(以度数表示)而变的纵波的耦合系数K2 T(表示为电能转换成声能的百分比)的演变。
图5示出了曲线18和20具有有角区域22，在该有角区域22中，纵波几乎不会由于压电性被耦合，因此不会促进对换能器6的电响应，以及剪切波的激励是特别有效的，其电机械耦合在50％与60％之间。
有角区域22以等于163°的角θ1为中心，幅角等于10°。
图1中描述的换能器的切割角θ1在图6的区域22中被选择等于163°。
为了铌酸锂的转动切割简单，只有对应于快剪切波的模式才具有通过压电性的电机械耦合。参考图6中提供的换能器6的板沿平面轴X’1、Y’1的平面图示，示出了由压电性激励的剪切模式具有图6中所述的从端点沿轴Z’1(即平面(X’1，Y’1)的法线)的标量极化(scalar polarization)，但是其空间相关性由根据激励平面的空间坐标函数来描述。极化向量被选择与轴Z’1在同一直线上。
根据图7，石英板10是从原单晶晶片中根据第二角θ2被切下来的，所述晶片没有示出，但是标记了石英的晶轴X2、Y2、Z2，Z2轴是在水晶宝石形成期间呈现出的光轴C。
这里角θ2在IEEE Std-176(1949修订本)标准中被定义为绕晶轴X2的单旋转切割的角θ2，在IEEE Std-176标准中该切割被注释为(Y2，Xl2)/θ2，X12是与根据图4所示的直的下边缘对齐的轴，该下边缘的厚度为t2，长度为L2。
与切下的石英板10有关的标记被示出为三个轴X’2、Y’2、Z’2，X’2轴与X2轴重合。两个轴Y’2、Z’2通过分别将Y2轴、Z2轴绕X2轴转动旋转角θ2而得到。
参考与图6中提供的换能器6的平面图示类似的在图8中提供的石英板10的沿平面轴X’2、Y’2的平面图示，可以描述剪切模式的极化，我们希望在被切割的石英中利用该剪切模式的极化，对于该剪切模式的极化一阶或甚至二阶热敏感度能够抵偿自身。在石英情况中的剪切也是标量的，但是沿轴X’2建立的，其根据激励平面取决于与板有关的局部坐标。对于根据IEEE标准注解176 1949修订本(IEEE Standard on piezoelectricity Std 176-1949，，IRE学报，卷37，1378-1395页，1949)注释的单旋转石英和铌酸锂或钽酸锂板(YX1/θ)，所选的剪切波因此具有彼此正交的极化，且只有在适当地选择对换能器6和声学衬底的晶轴进行对齐的情况下所选的剪切波才会耦合。在组装换能器和声学衬底的材料过程中必须考虑这些极化，以允许耦合希望在声传播衬底10(这里为石英)中激励的声波。
这里，声学耦合效果通过将换能器6的Z’1轴与声学衬底10的X’2轴对齐，或等效地通过将换能器6的X’1轴与声学衬底10的Z’2轴对齐来得到，由此在换能器6中的被激励模式的极化
与由
示出的声学衬底10中的剪切模式的极化相同，由此能够补偿相应波的相速度的热漂移。
图9示出了随第二切割角θ2(以度数表示)而变的石英的剪切模式对静态热效应的敏感度，该敏感度为两个一阶频率温度系数CTFB1和CTFB2的形式，这两个一阶频率温度系数CTFB1和CTFB2对应于面-面声学衬底10的彼此正交的持续极化(与图1中的类似，以ppm.K-1(频率的百万分率每开尔文)表示)，。
实线形式的第一曲线30示出了随第二切割角θ2而变的沿X’2轴极化的剪切波的第一一阶频率温度系数CTFB1的演变，剪切波的极化对应于图1中的向量
虚线形式的第二曲线32示出了随第二切割角θ2而变的与上一段所述的剪切波正交的被极化的剪切波的一阶频率温度系数CTFB2的演变，该剪切波的极化对应于图1中的向量
所谓的快剪切波和所谓的慢剪切波被定义为具有正交极化的剪切波，所谓的快波的相速度比所谓的慢波的相速度大。
在石英的情况中，在切割角θ2等于-24度附近，慢模式和快模式交换极化。针对角θ2在-24度与-90度之间的切割，模式保持正交，但是快剪切模式替换慢剪切模式。这种现象在图8中看不出来，因为曲线30和32是持续极化CTFB的图示，不是通过快模式或慢模式类型的图示。
对于在-24度与+90度之间的θ2，沿X2的极化的波对应于慢剪切模式，而对于在-90度与-24度之间的θ2，沿X2的极化的波对应于快剪切模式。
曲线30示出了存在两个有角区域34、36，在每个有角区域中分别有角度值(分别记为θ2nul1和θ2nul2)，用于抵偿(cancel out)沿X’2轴极化的剪切波的一阶频率温度系数CTFB1。
对于有角区域36，也称为切割系列AT，可以在35度与36度之间获得极其精确的切割值θ2，由此能够抵偿二阶温度系数，随温度而变的频率偏移然后可以遵循三次开方定律。
对于区域34，只有一阶的系数可以抵偿自身，但是已经知道称为BT的传统切割系列具有比使用切割系列AT所能得到的更好的谐振品质因子。
在石英的情况中，θ2nul1和θ2nul2分别等于-42度和+35度。
以θ2nul1为中心的第一有角区域34具有20度的幅角，优选为10度，对于该区域曲线部分30可以近似于具有正斜率的直线段。
以θ2nul2为中心的第二有角区域36也具有20度的幅角，优选为10度，对于该区域曲线部分30可以近似于具有负斜率的直线段。
图1中的换能器的第一切割角θ1在区域22中选择。
声学衬底10的第二角θ2在区域34或36的一者中针对CTFB1为零或为正(考虑CTFA系数为负的事实)的部分中选择。
在AT切割的情况中，即区域36中的θ2且θ2优选等于35度，对于铌酸锂的厚度比石英的厚度小得多的情况，即铌酸盐/石英的厚度比小于2％，对待检测的充分耦合的第一模式完全补偿石英的温度效应。对于二阶系数大约为1ppb.K-2，一阶谐振器温度敏感度(标记为CTFR)小于1ppm.K-1。
但是对于具有最大电机械耦合的模式，会观察到谐振器的一阶温度敏感度的绝对值突然增加。这种现象可以通过以下事实来解释：用于激励该模式的能量在铌酸盐层中一直比在石英中要大，直到该模式达到频率的最大值，该最大值接近在铌酸锂中耦合的波的速度除以铌酸盐层厚度的两倍，该模式对应于仅换能器层的基频(fundamental)。然后谐振器中产生的模式比其能量主要位于石英中的模式对由换能器和电极形成的激励层的特性更敏感。但是，谐振器的一阶温度敏感度CTFR不会达到仅换能器的一阶温度敏感度的值CTFA，这使得能够通过调整石英的切割来最小化谐振器的敏感度的值。
考虑计算后的仅换能器6的一阶温度敏感度的值在-90ppm.K-1附近，以及石英的敏感度的值几乎为0ppm.K-1，由最优耦合模式的谐振器产生的一阶CTFR的值可以根据以下公式被估算为换能器和声学衬底的一阶频率温度系数的加权和：
CTFR＝CTFB1(石英)+CTFA(铌酸盐)*Y(％)。
因子Y针对铌酸盐/石英厚度比等于1/50、2.5/50和5/50为分别等于6、10、15的百分率，厚度的数量级为一或几μm。为了获得对最强耦合模式的温度效应的补偿，石英的CTFB1必须大致分别等于+5、+10和+15ppm.K-1。
示出了对于铌酸盐/石英厚度比Re等于10/50和20/50，Y的值为22％和32％。
随Re而变的在最高耦合的模式的CTFR分布符合以下规律：
CTFR＝0.85×Re+3.2×log(4×50×Re)，其中
Re表示换能器的厚度与声学衬底的厚度之比，以及
Log是讷皮尔(Nepierian)算法函数，厚度单位为μm(隐含)，CTFR单位为ppm.K-1。
从随绕X2轴的切割角θ2而变的仅石英的CTFB1的演变来看，其在θ2等于+35度附近(AT切割)由公式CTFB1＝(θ2-35)*5.10-6来表示，以及由CTFT分布公式来表示，能够补偿最大耦合模式的温度效应的校正的切割角θ2(记为θ2cor)通过等式0.85×Re+3.2×log(4×50×Re)＝(θ2cor-35)*5.10-6来确定。根据该等式，对于厚度比1/50、2.5/50和5/50分别使用角θ2等于34、33和32的切割YX1/θ2。因此，对于AT切割，根据谐振器耦合模式的谐波等级(harmonic rank)和铌酸盐/石英厚度比来调节切割角θ2。由此获得对温度漂移的一阶和二阶补偿。
如果现在将石英及其附近的AT切割(θ2等于35度)替换成BT切割(在切割角θ2等于-48度附近的区域34中)，可以观察到与AT切割类似的状态。
如果第一模式没有很好被耦合，谐振器的CTFR完全等于石英的CTFB1，在BT切割的情况中，补偿仅是一阶的。
对于最大耦合模式，谐振器的CTFR大于并接近针对AT切割观测的CTFR。针对厚度比Re为1/50、2.5/50和5/50的情况，谐振器的一阶CTFR值分别等于-6、-11和-16ppm.K-1。
回到将最优耦合模式的谐振器产生的一阶CTFR的值表达为换能器和声学衬底的一阶频率温度系数的加权和的关系，可以根据以下公式：
CTFR＝CTFB1(石英)+CTFA(铌酸盐)*Y(％)，发现对于厚度比Re为1/50、2.5/50和5/50的情况，Y分别等于大约7、12和17，其对应于与针对AT切割观测的类似的过程。
在BT切割附近(θ2等于-42度)，石英的CTFB1的演变有利地由规律(law)CTFB1＝(θ2+42)*2.2.10-6来逼近。
针对厚度比Re为1/50、2.5/50和5/50切割YX1/θ2的校正的角θ2被计算为分别等于-45、-43和-41。
还示出了在AT切割的情况中确定的根据铌酸盐/石英厚度比的谐振器最大耦合模式的CTF1的分布规律可应用到在BT切割的情况中的系数中，该规律被写成：CTFR＝1.25×50×Re+3.2×log(4×50×Re)，其能够在涉及调节铌酸盐/石英厚度比和石英的切割角θ2以补偿最佳耦合模式的温度效应时通用化设计过程。
不管铌酸盐层和石英层的厚度如何，这里获得的结果可以被调换。具体地，如果谐振模式之间的间隙取决于换能器和声学衬底形成的叠层的总厚度，则仅厚度比Re确定随谐振模式的谐波等级而变的谐振模式的一阶CTFR。
因此，可以形成温度补偿的HBAR谐振器结构，在其中定义换能器的几何尺寸使得谐振器以期望的调谐频率谐振。
定义换能器的几何尺寸使得谐振器以期望的调谐频率谐振，具有应用的操作需求所产生另外的电特性。
另外的电特性例如是两个谐振模式之间的频谱隔离，其被定义为围绕缺少其他谐振的谐振模式的频谱区域、所选谐振模式的电机械耦合效率、谐振的特性阻抗、谐振处的品质系数以及谐振模式的热稳定性。
频谱隔离能够定义HBAR谐振器层的叠层的总厚度，这是因为频谱隔离对应于由换能器和声学衬底(包括嵌入的电极)形成的组件的基频模式的频率。
由不同材料形成的HBAR谐振器的每个层的厚度被调节以获得在期望谐振或调谐频率的模式。
还考虑期望的电机械耦合来确定压电换能器的厚度。当所选模式接近在仅压电换能器中谐振的基频模式时，耦合最大。
换能器/声学衬底厚度比根据期望的热稳定性和目标谐振的品质系数的来调节，已知可用于可靠地获得谐振时的品质参数的性能。有必要充分了解所使用材料的粘弹性常数或具有复杂值的代表物理特性的其它物理系数，例如电介质常数。这些常数的虚部通常通过试探被确定或通过调节预测模型的参数来确定。
谐振时的阻抗取决于所选模式的电机械耦合和面对它的电极表面的值。对于给定阻抗，例如50欧姆，所选模式的电机械耦合越弱，电极的表面越大。
对从1mm到几μm的叠层厚度来说，典型的电极表面在几百μm2与几mm2之间。
通过对电极8完成换能器6的电声学振动的耦合，该对电极8用作换能器6的带通中的声学短路。
因此，声学衬底10使换能器的谐振模式从动于其自身的谐振模式，由此允许换能器6的谐振模式的大的温度稳定性，如果不管该谐振模式则该谐振模式会漂移地很严重。实际上，HBAR压电换能器的一阶频率温度系数具有较大值，例如对于铌酸锂在-80与-95ppm.K-1之间，对于钽酸锂为-35到-50ppm.K-1。
因此，从动的换能器6的谐振模式的温度稳定性对应于通过第二切割角θ2选择的频率温度系数CTFB1的值和分别对应于换能器6的剪切模式和石英10的耦合的剪切模式的极化向量
的对齐，且考虑了切割角θ2的调节规律、谐振模式的谐波等级以及谐振器的换能器/声学衬底的厚度比Re。
图10示出了根据本发明的谐振器的温度稳定性性能的示例。
图8中示出了标称工作温度等于50℃，对于该标称工作温度换能器6的频率漂移被完全补偿。常规上，空间电子设备的标称工作温度在20与60℃之间。
在从-273℃到石英的居里温度(+575℃)的温度范围中可以很轻松地调节谐振器的标称工作温度。
实践中，操作温度范围从液态氦或液态氮的温度(低温基准(cryogenicreference))到+400℃。
尽管在极端温度下粘合的完整性仍然有待验证，但是已经证明该设备在对应于液态氮的低温和高达200℃的鲁棒性。
这里在图8中，谐振频率的变化和指示谐振器导通带宽的反谐振频率的变化低于1ppm.K-1。
图11示出了根据本发明的用于制造图1中谐振器2的方法100的流程图。
在第一个步骤102中，提供由第一厚度的第一材料的层形成的压电换能器6，该第一材料沿等于0的角(该角
由IEEE Std-176(1949修订本)标准的术语(YXw)/
定义)取向，并沿第一切割角θ1(由IEEE Std-176(1949修订本)标准的术语(YX1)/θ定义)被切割，由此剪切波的电声学耦合大于5％，换能器6具有随第一切割角θ1而变的频率温度系数CTFA。
换能器6的材料被包括在由以下构成的一组材料中：
氮化铝(AlN)、氧化锌(ZnO)、铌酸锂(LiNbO3)、钽酸锂(LiTaO3)以及铌酸钾。
优选地，可以为了更容易掌握制造具有很大厚度的单晶体的方法，可以在铌酸锂(LiNbO3)和钽酸锂(LiTaO3)中选择材料。
根据500μm和350μm的厚度标准，可以由具有4”直径的晶片制造铌酸锂和钽酸锂。
在第二个步骤104中，提供由第二厚度的第二材料的层构成的声学衬底10，该第二材料具有至少等于5.1012的功能频率声品质系数乘积，其沿等于0的角
(该角
由IEEE Std-176(1949修订本)标准的术语(YXw)/
定义)取向，并沿第二切割角θ2(由IEEE Std-176(1949修订本)标准的术语(YX1)/θ定义)被切割，具有对应于振动的剪切模式的至少一个极化方向
声学衬底10具有对应于至少一个剪切模式且取决于第二切割角θ2的一阶频率温度系数。
在步骤104中，声学衬底10的第二切割角θ2使得对应于至少一个剪切模式和第二切割角θ2的一阶温度系数CFTB1为0，其在每一侧的符号相反，或在第二厚度与第一厚度的比大于或等于0.02时，CFTB1等于通过第二厚度比第一厚度的递增函数加权的换能器6的频率温度系数CTFA的相反数。
声学衬底的材料被包括在由以下组成的一组材料中：
石英及同晶型替代物，例如GeO2和TeO2型、正磷酸镓(GaPo4)及其同晶型结构、铌酸钾、四硼酸锂(LiB4O7)、兰克赛(La3Ga5SiO14)、钽酸镓镧(langatate)、铌酸镓镧(langanite)及其其它变种。
优选地，由于石英显著的温度稳定性特性和根据结晶学领域中完备的知识，声学衬底的材料是石英。
在接下来的步骤106中，换能器6的一个面和声学衬底10的一个面被镀有厚度在100至200nm之间的热压或冷压材料(例如金、铜或铟)的金属，以粘合这两个面从而形成对电极。
金是用于这类粘合的特别好的材料，其可塑特性和其机械鲁棒性足以保证换能器6和声学衬底10之间的声连接。
在组装步骤108中，换能器6和声学衬底10被设置使得对应于第一切割角θ1的换能器6的剪切模式的极化方向
与对应于第二切割角θ2的衬底10的至少一个剪切模式的极化方向
对齐。
在接下来的步骤110中，依据所使用的金属而升高或不升高温度，通过按压来完成粘合。
在使用金的情况中，为了金属材料的表面品质以及延展性以保证粘合，消除热相且实现长久的挤压。
因此，几个铌酸锂/石英复合层能够通过在施加16小时的3000牛顿的压力过程中仅保持30℃的温度的这种方式被制造而没有瑕疵。
在接下来的步骤112中，谐振器的层被烧灼并抛光。
在步骤114中，在对着衬底的换能器6的一个面上给电极镀有金属，例如铝。
该方法易于实施且能够获得良好的温度稳定性性能。
此外，使用该方法得到的谐振器能够在高达20GHz的频率工作。谐振器很轻且体积小，能够提供高度集成。
这种谐振器能够例如集成在零差振荡器中或集成在高阻(high reject)滤波器中。
当然，可以考虑其它应用。
Claims (16)
1.一种用于在预定工作频率工作的高体声学HBAR型谐振器，该谐振器包括：
由具有第一厚度的第一材料的层形成的压电换能器（6），该第一材料沿等于0的由IEEE Std-176（1949修订本）标准的术语
定义的角
取向，并沿由IEEE Std-176（1949修订本）标准的术语（YX1）/θ定义的第一切割角θ1被切割，由此仅该材料的剪切波的电声学耦合大于5%，所述换能器具有随所述第一切割角θ1而变的一阶频率温度系数CTFA；
由具有第二厚度的第二材料的第二层构成的声学衬底（10），该第二材料具有至少等于5×1012的功能频率声品质系数乘积，该第二材料沿等于0的由IEEE Std-176（1949修订本）标准的术语
定义的角
取向，并沿由IEEE Std-176（1949修订本）标准的术语（YX1）/θ定义的第二切割角θ2被切割，具有对应于振动的剪切模式的至少一个极化方向
，该声学衬底（10）具有对应于至少一个剪切模式且取决于所述第二切割角θ2的一阶频率温度系数CTFB1；
由粘合到所述换能器（6）的第一面和声学衬底（10）的一个面的金属层形成的对电极（8）；以及
设置在所述换能器（6）的第二面上的上电极（4），该第二面背向所述换能器（6）的第一面和所述衬底（10）；
其特征在于，
所述换能器（6）和所述衬底（10）的相对设置使得对应于所述第一切割角θ1的所述换能器（6）的剪切模式的极化方向与对应于所述第二切割角θ2的衬底（10）的至少一个剪切模式的极化方向
对齐；以及
所述衬底（10）的第二切割角θ2使得对应于所述至少一个剪切模式和对应于所述第二切割角θ2的所述一阶频率温度系数CTFB1为0，在第二切割角θ2所对应的一阶频率温度系数的两侧，所述一阶频率温度系数的符号相反，或者在所述第二厚度与第一厚度的比大于或等于0.02时，所述一阶频率温度系数CFTB1等于通过该第二厚度与第一厚度的比的递增函数加权的所述换能器（6）的频率温度系数CTFA的相反数。
2.根据权利要求1所述的HBAR型谐振器，其特征在于，针对所述第二切割角θ2的所述一阶频率温度系数CTFB1通过改变符号来抵偿自身，对应于所述第二切割角θ2的二阶频率温度系数也为0。
3.根据权利要求1或2所述的HBAR型谐振器，其特征在于，当所述第二厚度与第一厚度的比Re大于或等于0.02时，所述第二切割角θ2验证以下形式的关系：
α×Re+β×log(γ×Re)＝(θ2-θ2nul)×斜率
θ2nul是一阶频率温度系数CTFB1抵偿自身并改变符号所针对的第二切割角的值；
斜率是θ2取θ2nul时CTFB1相对于θ2的斜率；
α、β和γ是取决于构成声学衬底（10）和换能器（6）的常数。
4.根据权利要求1所述的HBAR型谐振器，其特征在于，所述换能器的材料被包括在由以下构成的一组材料中：
氮化铝（AlN）、氧化锌（ZnO）、铌酸锂（LiNbO3）、钽酸锂（LiTaO3）以及铌酸钾。
5.根据权利要求4所述的HBAR型谐振器，其特征在于，所述换能器的材料优选被包括在由以下构成的一组材料中：
铌酸锂（LiNbO3）和钽酸锂（LiTaO3）。
6.根据权利要求1所述的HBAR型谐振器，其特征在于，所述声学衬底的材料被包括在由以下组成的一组材料中：
石英、铌酸钾、正磷酸镓（GaPO4）、四硼酸锂（LiB4O7）、兰克赛（La3Ga5SiO14）、钽酸镓镧及铌酸镓镧。
7.根据权利要求6所述的HBAR型谐振器，其特征在于，所述声学衬底的材料为石英。
8.根据权利要求1所述的HBAR型谐振器，其特征在于，所述对电极是可热压金属。
9.根据权利要求1所述的HBAR型谐振器，其特征在于，所述对电极由金、铜或铟制成。
10.根据权利要求1所述的HBAR型谐振器，其特征在于，所述谐振器的几何尺寸适用于包括在从50MHz到20GHz的频率范围内的频带谐振频率。
11.根据权利要求1所述的HBAR型谐振器，其特征在于，所述声学衬底（10）具有极化方向，针对该极化方向所述频率温度系数CTFB1抵偿自身，该频率温度系数在值θ2nul1所对应的一阶频率温度系数的两侧和θ2nul2所对应的一阶频率温度系数的两侧的符号相反，第一个值θ2nul1与振动的慢剪切模式相关联，第二个值θ2nul2与振动的快剪切模式相关联。
12.根据权利要求11所述的HBAR型谐振器，其特征在于，所述声学衬底（10）的材料为石英。
13.根据权利要求3所述的HBAR型谐振器，其特征在于，所述换能器（6）的材料为铌酸锂，所述声学衬底（10）的材料为石英，以及
当θ2nul等于+35度时，
α等于0.85，
β等于3.2，
γ等于200，
以及斜率等于5×10-6；
当θ2nul等于-42度时，
α等于1.25×50，
β等于3.2，
γ等于200，
以及斜率等于2.2×10-6。
14.一种用于制造HBAR型谐振器的方法，该方法包括以下步骤：
在第一个步骤（102）中，提供由第一厚度的第一材料的层构成的压电换能器（6），该第一材料沿等于0的由IEEE Std-176（1949修订本）标准的术语
定义的角
取向，并沿由IEEE Std-176（1949修订本）标准的术语（YX1）/θ定义的第一切割角θ1被切割，由此剪切波的电声学耦合大于5%，该换能器（6）具有随第一切割角θ1而变的频率温度系数CTFA；
在第二个步骤（104）中，提供由具有第二厚度的第二材料的第一层形成的声学衬底（10），该第二材料具有至少等于5×1012的功能频率声品质系数乘积，该第二材料沿等于0的由IEEE Std-176（1949修订本）标准的术语
定义的角
取向，并沿由IEEE Std-176（1949修订本）标准的术语（YX1）/θ定义的第二切割角θ2被切割，具有对应于振动的剪切模式的至少一个极化方向，该声学衬底（10）具有对应于至少一个剪切模式且取决于第二切割角θ2的一阶频率温度系数；所述衬底（10）的第二切割角θ2使得对应于所述至少一个剪切模式和对应于所述第二切割角θ2的所述一阶频率温度系数CTFB1为0，在第二切割角θ2所对应的一阶频率温度系数的两侧，所述一阶频率温度系数的符号相反，或者在所述第二厚度与第一厚度的比大于或等于0.02时，所述一阶频率温度系数CFTB1等于通过该第二厚度与第一厚度的比的递增函数加权的所述换能器（6）的频率温度系数CTFA的相反数；以及
在组装步骤（108）中，设置所述换能器（6）和所述声学衬底（10），使得对应于所述第一切割角θ1的所述换能器（6）的剪切模式的极化方向与对应于所述第二切割角θ2的衬底（10）的至少一个剪切模式的极化方向
对齐。
15.一种零差振荡器，该零差振荡器包括根据权利要求1-13中任一项所述的HBAR型谐振器。
16.一种高阻滤波器，该高阻滤波器包括根据权利要求1-13中任一项所述的基于HBAR型谐振器的单元。
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| DE112019006862T5 (de) * | 2019-02-12 | 2021-11-04 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Piezoelektrisches bauelement |
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Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3401275A (en) * | 1966-04-14 | 1968-09-10 | Clevite Corp | Composite resonator |
| CN1224248A (zh) * | 1997-10-03 | 1999-07-28 | 株式会社村田制作所 | 压电谐振器的制造方法 |
| CN1311563A (zh) * | 1999-12-21 | 2001-09-05 | Eta草图制造公司 | 具有改善的热特性的低频石英晶体振荡器器件 |
| CN1823471A (zh) * | 2003-07-18 | 2006-08-23 | 日本电波工业株式会社 | Sc切割晶体谐振器 |
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|---|---|---|---|---|
| JPS60116217A (ja) * | 1983-11-28 | 1985-06-22 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 複合共振子 |
| JPS60126907A (ja) * | 1983-12-12 | 1985-07-06 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 単一応答複合圧電振動素子 |
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| US20040129958A1 (en) * | 2002-03-08 | 2004-07-08 | Koh Philip J. | Compact microwave/millimeter wave filter and method of manufacturing and designing thereof |
| KR100646135B1 (ko) * | 2003-07-21 | 2006-11-23 | 쌍신전자통신주식회사 | 실리콘 체적탄성파 소자 및 그 제조방법 |
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Patent Citations (4)
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|---|---|---|---|---|
| US3401275A (en) * | 1966-04-14 | 1968-09-10 | Clevite Corp | Composite resonator |
| CN1224248A (zh) * | 1997-10-03 | 1999-07-28 | 株式会社村田制作所 | 压电谐振器的制造方法 |
| CN1311563A (zh) * | 1999-12-21 | 2001-09-05 | Eta草图制造公司 | 具有改善的热特性的低频石英晶体振荡器器件 |
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