CN108964629A - 一种可调谐的薄膜体声波谐振器 - Google Patents
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Abstract
本发明属于微电子技术，具体涉及一种可调谐的薄膜体声波谐振器，包括衬底、空腔、底电极层、调谐层和压电震荡堆；压电震荡堆包括中间电极层、压电层和上电极层；直流偏压施加于中间电极层和底电极层上。该薄膜体声波谐振器直流偏压加在所述底电极和中间电极上，调谐层具有压电特性，且和底电极层均采用环状。这样在较小的直流偏压下，FBAR可以产生较大的偏置位移，从而产生较大的特征频率的改变。因此，可以在低压下实现FBAR谐振频率的较大调节，能极大的扩展FBAR的应用范围。
Description
技术领域
本发明属于微电子技术领域，尤其涉及一种可调谐的薄膜体声波谐振器。
背景技术
随着无线通信的迅猛发展，无线信号变得越来越拥挤，对工作在射频频段的滤波器提出了集成化、微型化、低功耗、高性能、低成本等新的要求。传统的声表面波滤波器因为频率及承受功率等的限制，将越来越无法达到这样的标准。薄膜体声波谐振器FBAR由于具有CMOS工艺兼容、高品质因数Q值、低损耗、低温度系数、高的功率承载能力的特性逐渐成为射频滤波器研究的热点。
FBAR的谐振频率由其厚度决定，其厚度必须精确的控制，以便获得所需的谐振频率，但在FBAR的加工过程中，很容易出现加工误差。加工后的FBAR的谐振频率往往没有达到期望值，因此需要通过“调谐”来校正FBAR的谐振频率。目前，谐振频率的误差可以使用激光微调技术，对谐振器去除或添加材料来校正。但由于FBAR器件体积非常小，激光微调技术显然达不到要求。
近年来，电调谐由于结构简单，调谐方便受到了广泛关注。现有的薄膜体声波谐振器电调技术主要有：使用外接LC电路或PIN可变电容来实现电调；利用铁电体在不同偏压下介电常数的变化来调谐；使用片上集成的可变电容来实现可变电容。但外加元件进行调谐时，外加元件的电容电感的值对FBAR的性能有很大的影响。董树荣等人的专利CN103326692 A中提出了一种电调谐的薄膜体声波谐振器，虽然避免了外加分立原件，采用的是施加直流偏压来调节FBAR的谐振频率，但它采用的是单层压电层，调谐力度不够且电路较为复杂。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有电调谐功能，工艺简单，易于集成且适合量产的薄膜体声波谐振器。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种可调谐的薄膜体声波谐振器，包括衬底、空腔、底电极层、调谐层和压电震荡堆；压电震荡堆包括中间电极层、压电层和上电极层；直流偏压施加于中间电极层和底电极层上。
在上述的可调谐的薄膜体声波谐振器中，上电极层、压电层和中间电极层采用圆形、椭圆形或多边形。
在上述的可调谐的薄膜体声波谐振器中，调谐层和底电极层为环状，与衬底之间形成空腔。
在上述的可调谐的薄膜体声波谐振器中，压电层和调谐层采用PZT、AlN、ZnO或CdS压电薄膜。
在上述的可调谐的薄膜体声波谐振器中，上电极、中间电极和底电极选用钨、钼、铝、金或铂的金属薄膜，电极形状采用上下电极板结构、左右电极板结构或叉指结构。
在上述的可调谐的薄膜体声波谐振器中，直流偏压的施加方式为正向或反向。
本发明的有益效果：
1由于采用的是空腔型结构，机械稳定性好，结构简单，易于生产。
2调谐层和压电层均采用具有压电特性的薄膜材料，通过施加直流偏压来调节FBAR的谐振频率，避免了外接LC电路，对FBAR性能的影响较小。
3由于采用的是双层压电材料和三层电极，直流偏置电压施加在调谐层两端，而交流信号在压电层两端，直流电与交流信号分离开使得电路更为简单。此外，与单层压电层调谐相比，该结构在直流偏压下可以产生更大的应变，进而有更大的调谐力度。
4 调谐层采用的是环状，因此在较小的直流偏压下，FBAR可以产生较大的偏置位移，从而产生较大的特征频率的改变。
附图说明
图1为本发明一个实施例采用空腔型结构的可调谐薄膜体声波谐振器的主视剖面图；
图2为本发明一个实施例采用空腔型结构的可调谐薄膜体声波谐振器的俯视图；
其中：101-上电极层、102-压电层、103-中间电极层、104-调谐层、105-底电极层、106-空腔、107-衬底，108-压电震荡堆。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式进行详细描述。
本实施例一种可调谐的薄膜体声波谐振器采用的是空腔型结构，工艺简单，易于集成且适合量产。
如图1、图2所示，一种可调谐的薄膜体声波谐振器，包含衬底107、空腔106、底电极层105、调谐层104、中间电极层103、压电层102和上电极层101。
上电极层101、中间电极层103及它们之间的压电层102构成压电震荡堆108，它们的形状可以是圆形、四边形、五边形等形状；本实施例中以圆形为例进行说明。
调谐层104和底电极层103可以是圆环状、四边形环状、五边形环状等所有的环状，它们与衬底107之间形成空腔106；本实例中以圆环状为例进行说明。
上电极层101、中间电极层103和底电极层105可以是上下电极板结构、左右电极板结构和叉指结构，分别对应着纵向模式的波、剪切模式的波以及纵横向耦合模式的波；本实施例中以上下电极板结构为例进行说明。
上电极层101、中间电极层103和底电极层105的材料可以是钨、钼、铝、金、铂等所有可以构成FBAR的金属电极材料。
压电层102和调谐层104均具有压电特性，材料可以是PZT、AlN、ZnO、CdS等所有的压电薄膜。
本实施例一种可调谐的薄膜体声波谐振器可以在低压下实现FBAR谐振频率的较大调节，直流偏压加在中间电极层103和底电极105上，利用直流偏压产生的偏置位移来改变压电层102的刚度等属性，从而使谐振器的谐振频率发生改变，来达到调频的目的。
应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。
虽然以上结合附图描述了本发明的具体实施方式，但是本领域普通技术人员应当理解，这些仅是举例说明，可以对这些实施方式做出多种变形或修改，而不背离本发明的原理和实质。本发明的范围仅由所附权利要求书限定。
Claims (6)
1.一种可调谐的薄膜体声波谐振器，其特征是，包括衬底、空腔、底电极层、调谐层和压电震荡堆；压电震荡堆包括中间电极层、压电层和上电极层；直流偏压施加于中间电极层和底电极层上。
2.如权利要求1所述的可调谐的薄膜体声波谐振器，其特征是，上电极层、压电层和中间电极层采用圆形、椭圆形或多边形。
3.如权利要求1所述的可调谐的薄膜体声波谐振器，其特征是，调谐层和底电极层为环状，与衬底之间形成空腔。
4.如权利要求1所述的可调谐的薄膜体声波谐振器，其特征是，压电层和调谐层采用PZT、AlN、ZnO或CdS压电薄膜。
5.如权利要求1所述的可调谐的薄膜体声波谐振器，其特征是，上电极、中间电极和底电极选用钨、钼、铝、金或铂的金属薄膜，电极形状采用上下电极板结构、左右电极板结构或叉指结构。
6.如权利要求1所述的可调谐的薄膜体声波谐振器，其特征是，直流偏压的施加方式为正向或反向。
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Effective date of registration: 20201224 Address after: No.01, 4th floor, building D7, phase 3, Wuhan Software New Town, No.9 Huacheng Avenue, Donghu New Technology Development Zone, Wuhan City, Hubei Province, 430000 Applicant after: Wuhan Minsheng New Technology Co.,Ltd. Address before: 430072 Hubei Province, Wuhan city Wuchang District of Wuhan University Luojiashan Applicant before: WUHAN University |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20181207 |