CN110601677A - 铌酸锂滤波器中添加高速层的杂散剪切水平模式频率控制 - Google Patents

铌酸锂滤波器中添加高速层的杂散剪切水平模式频率控制 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种铌酸锂滤波器中添加高速层的杂散剪切水平模式频率控制。具体地，涉及一种电子器件，包括第一表面声波(SAW)谐振器和第二SAW谐振器，每个SAW谐振器具有交错的叉指换能器(IDT)电极，第一SAW谐振器和第二SAW谐振器形成在同一压电基板上，第一SAW谐振器具有IDT电极，该IDT电极具有与第二SAW谐振器的IDT电极不同的指间距；介电材料层，设置在第一SAW谐振器和第二SAW谐振器的IDT电极上；高速层，设置在被配置于第一SAW谐振器的IDT电极上的介电材料层内，第二SAW谐振器不具有在被配置于IDT电极上的所述介电材料层内设置的高速层。

Description

铌酸锂滤波器中添加高速层的杂散剪切水平模式频率控制
相关申请的交叉引用
根据35U.S.C.§119(e)，本申请要求提交于2018年6月13日、发明名称为“FREQUENCY CONTROL OF SPURIOUS SHEAR HORIZONTAL MODE BY ADDING HIGH VELOCITYLAYER IN A LITHIUM NIOBATE FILTER”的美国临时专利申请US62/684，330，以及提交于2018年7月2日、发明名称为“FREQUENCY CONTROL OF SPURIOUS SHEAR HORIZONTAL MODEBY ADDING HIGH VELOCITY LAYER IN A LITHIUM NIOBATE FILTER”的美国临时专利申请US 62/693,027的优先权。这两个申请中的每个申请均通过引用以其全文并入本文中。
背景技术
在诸如移动电话的信息通信装置的领域中，越来越期望在装置内包括附加特征，同时还保持或减少由该装置的电子电路所占据的空间。各种信息通信装置包括用于限定装置用以发送和接收信号的频带的滤波器。这些滤波器可包括在压电基板上形成的表面声波元件。一种用于减小这种滤波器的尺寸的方法可包括形成用于单个集成电路中的滤波器或单个集成电路内的多个滤波器的多个表面声波元件。
发明内容
根据本申请公开的一个方面，提供了一种电子器件(electronic device)。所述电子器件包括第一表面声波(SAW)谐振器和第二SAW谐振器，每个所述SAW谐振器具有交错的叉指换能器(interdigital transducer，IDT)电极，所述第一SAW谐振器和所述第二SAW谐振器形成在同一压电基板上，所述第一SAW谐振器具有IDT电极，该IDT电极具有与第二SAW谐振器的IDT电极不同的指间距；介电材料层，设置在第一SAW谐振器和第二SAW谐振器的IDT电极上；以及高速层，设置在被配置于所述第一SAW谐振器的IDT电极上的所述介电材料层内，所述第二SAW谐振器不具有设置在被配置于IDT电极上的介电材料层内的高速层。
在一些实施例中，所述第一SAW谐振器呈现剪切波杂散(spurious)模式，所述剪切波杂散模式具有高于所述第一SAW谐振器的瑞利振动模式的反谐振频率的谐振频率。
在一些实施例中，所述第一SAW谐振器和所述第二SAW谐振器彼此电耦接并包括在梯形滤波器中，所述梯形滤波器包括至少一个串联SAW谐振器和至少一个并联SAW谐振器，所述至少一个串联SAW谐振器串联地电耦接在梯形滤波器的输入端口和输出端口之间，所述至少一个并联SAW谐振器电连接在所述至少一个串联SAW谐振器的端子和地之间。
在一些实施例中，所述剪切波杂散模式的谐振频率出现在所述梯形滤波器的通带之外的频率处。
在一些实施例中，选择所述压电基板的切割角度和所述介电材料层相对于所述第一SAW谐振器的指间距的厚度以使在所述剪切波杂散模式的谐振频率处的剪切波的强度最小化。
在一些实施例中，所述介电层包括二氧化硅。
在一些实施例中，所述高速层包括氮化硅、氮氧化硅、氮化铝、氧化铝或金刚石中的一种或多种。
在一些实施例中，所述第一SAW谐振器的介电层通过所述高速层分成上层和下层。
在一些实施例中，所述高速层位于所述第一SAW谐振器的IDT电极上方的介电材料厚度的约0％和约40％之间。
在一些实施例中，所述电子器件包括在电子器件模块中。所述电子器件模块可以是射频器件模块。
根据另一方面，提供了一种电子器件。该电子器件包括：第一滤波器和第二滤波器，每个滤波器包括设置在同一压电基板上的表面声波(SAW)谐振器，所述第一滤波器具有与所述第二滤波器的通带不同的通带；覆盖所述第一滤波器和所述第二滤波器的SAW谐振器的介电膜；以及设置在覆盖所述第一滤波器的SAW谐振器的介电膜内的高速层，所述第二滤波器包括一个或多个不具有所述高速层的SAW谐振器。
在一些实施例中，覆盖所述第一滤波器的至少一个所述SAW谐振器的介电膜具有与覆盖所述第二滤波器的至少一个所述SAW谐振器的介电膜不同的厚度。
在一些实施例中，覆盖所述第一滤波器的至少一个所述SAW谐振器的所述介电膜内的所述高速层的归一化高度与覆盖所述第二滤波器的至少一个所述SAW谐振器的所述介电膜内的所述高速层的归一化高度不同。
在一些实施例中，设置在覆盖所述第一滤波器的至少一个所述SAW谐振器的所述介电膜内的所述高速层具有与设置在覆盖所述第二滤波器的至少一个所述SAW谐振器的所述介电膜内的所述高速层相同的厚度。
在一些实施例中，设置在覆盖所述第一滤波器的至少一个所述SAW谐振器的所述介电膜内的所述高速层具有与设置在覆盖所述第二滤波器的至少一个所述SAW谐振器的所述介电膜内的所述高速层不同的厚度。
在一些实施例中，覆盖所述第一滤波器的至少一个所述SAW谐振器的所述介电膜内的所述高速层的归一化厚度与覆盖所述第二滤波器的至少一个所述SAW谐振器的所述介电膜内的所述高速层的归一化厚度相同。
在一些实施例中，覆盖所述第一滤波器的所述SAW谐振器的所述介电膜包括被设置在所述高速层的上表面上的上部、和被设置在所述高速层的下表面与所述第一滤波器的至少一个所述SAW谐振器的叉指换能器电极的上表面之间的下部。
在一些实施例中，覆盖所述第一滤波器的至少一个所述SAW谐振器的所述介电膜的下部的厚度具有与覆盖所述第二滤波器的至少一个所述SAW谐振器的所述介电膜的下部不同的厚度。
在一些实施例中，覆盖所述第一滤波器的至少一个所述SAW谐振器的所述介电膜内的所述高速层的归一化高度与覆盖所述第二滤波器的至少一个所述SAW谐振器的所述介电膜内的所述高速层的归一化高度相同。
在一些实施例中，覆盖所述第一滤波器的至少一个所述SAW谐振器的所述介电膜内的所述高速层的归一化厚度不同于覆盖所述第二滤波器的至少一个所述SAW谐振器的所述介电膜内的所述高速层的归一化厚度。
在一些实施例中，覆盖所述第一滤波器的至少一个所述SAW谐振器的所述介电膜内的所述高速层的厚度具有与覆盖所述第二滤波器的至少一个所述SAW谐振器的所述介电膜内的所述高速层不同的厚度。
在一些实施例中，其中覆盖所述第一滤波器的至少一个所述SAW谐振器的所述介电膜内的所述高速层的归一化厚度与覆盖所述第二滤波器的至少一个所述SAW谐振器的所述介电膜内的所述高速层的归一化厚度相同。
在一些实施例中，所述第一滤波器或所述第二滤波器中的至少一个是梯形滤波器，所述梯形滤波器包括多个串联谐振器和多个并联谐振器，所述高速层设置在覆盖所述多个串联谐振器中的至少一个和所述多个并联谐振器中的至少一个的所述介电膜内。
在一些实施例中，所述第一滤波器或所述第二滤波器中的至少一个是多模式SAW滤波器。
在一些实施例中，所述第一滤波器或所述第二滤波器中的至少一个是双模式SAW滤波器。
在一些实施例中，所述电子器件包括在电子器件模块中。所述电子器件模块可以是射频器件模块。
根据又一方面，提供了一种表面声波(SAW)谐振器。所述SAW谐振器包括交错的叉指换能器(IDT)电极、设置在所述SAW谐振器的IDT电极上的介电材料层、以及设置在被配置于所述SAW谐振器的IDT电极上的所述介电材料层内的高速层。
在一些实施例中，与不具有高速层的基本相似的SAW谐振器相比，所述高速层具有足以导致所述SAW谐振器的谐振频率的频率温度系数移位到更接近于零的尺寸。
在一些实施例中，所述IDT电极包括至少两层的堆叠，每个所述层包括不同的材料。
附图说明
下面参考附图讨论至少一个实施例的各个方面，附图不是试图按比例绘制。包括附图是为了提供对各个方面和实施例的例图和进一步理解，并且附图被并入本说明书并构成本说明书的一部分，但并不旨在作为本发明的限制的限定。在附图中，在各个图中示出的每个相同或几乎相同的部件由相同的数字表示。为清楚起见，并非每个部件都可在每个图中标记。在图中：
图1是表面声波(SAW)谐振器的部分的截面图；
图2是梯形滤波器的部分的示意图；
图3示出了图2的梯形滤波器的参数的频率响应；
图4示出了SAW谐振器的设计参数；
图5示出了在SAW谐振器的实施例中，耦合系数(coupling coefficient)(k2)和频率温度系数(TCF)随介电层厚度变化的变化；
图6示出了在SAW谐振器的实施例中，剪切模式杂散信号的强度随着介电层厚度和压电基板切割角度变化的变化。
图7示意性地示出了包括多个梯形滤波器的集成电路的实施例，该梯形滤波器包括形成在公共压电基板上的SAW谐振器；
图8是SAW谐振器的部分的截面图，该SAW谐振器包括介电膜层和设置在介电膜层内的高速层；
图9A示出了SAW谐振器的阻抗参数曲线中的剪切模式杂散信号的位置，在该SAW谐振器的介电膜层内不具有高速层；
图9B示出了SAW谐振器的阻抗参数曲线中的剪切模式杂散信号的位置，在该SAW谐振器的介电膜层内具有第一厚度的高速层；
图9C示出了SAW谐振器的阻抗参数曲线中的剪切模式杂散信号的位置，在该SAW谐振器的介电膜层内具有第二厚度的高速层；
图10示出了包括谐振器的梯形滤波器的参数的频率响应，该谐振器包括介电膜层和设置在介电膜层内的高速层；
图11示出了SAW谐振器的阻抗参数曲线中的纵向振动模式的反谐振频率与剪切模式杂散信号之间的频率差；
图12示出了随着高速层厚度和高速层在SAW谐振器的介电膜内的位置的变化，SAW谐振器的阻抗参数曲线中的纵向振动模式的反谐振频率与剪切模式杂散信号的频率之间的差；
图13A是SAW谐振器的部分的截面图，该SAW谐振器包括介电膜层和设置在介电膜层内的第一位置处的高速层；
图13B是SAW谐振器的部分的截面图，该SAW谐振器包括介电膜层和设置在介电膜层内的第二位置处的高速层；
图14示出了SAW谐振器的阻抗参数曲线中的耦合系数(k2)随着高速层厚度和高速层在SAW谐振器的介电膜内的位置变化的变化；
图15示出了SAW谐振器的阻抗参数曲线中的品质因数随着高速层厚度和高速层在SAW谐振器的介电膜内的位置变化的变化；
图16A是SAW谐振器的部分的截面图，该SAW谐振器具有介电层和设置在介电层的中心中的高速层；
图16B示出了图16的谐振器的纵向振动模式的谐振频率的TCF随着介电层厚度变化的变化；
图16C示出了图16A的谐振器的纵向振动模式的反谐振频率的TCF随着介电层厚度变化的变化；
图17是另一梯形滤波器的示意图；
图18示出了在公共压电基板上形成的两个滤波器的谐振器的膜厚差的示例；
图19示出了在公共压电基板上形成的两个滤波器的谐振器的膜厚差的另一示例；
图20示出了在公共压电基板上形成的两个滤波器的谐振器的膜厚差的又一示例；
图21示出了在公共压电基板上形成的两个滤波器的谐振器的膜厚差的又一示例；
图22A示出了SAW谐振器的实施例；
图22B示出了多模式SAW滤波器的实施例；
图23是本文公开的任何滤波器都可实现在其中的前端模块的框图；以及
图24是本文公开的任何滤波器都可实现在其中的无线器件的框图。
具体实施方式
本文公开的各方面和实施例包括用于无线通信装置的滤波器结构及其制造方法，其在滤波器的通带内显示低水平的杂散剪切模式。具体实施例包括梯形滤波器结构，梯形滤波器结构包括具有介电涂层的声波元件，所述介电涂层具有的组分和厚度选择为实现期望的参数，例如频率温度系数、品质因数和耦合系数、以及滤波器的通带内的最小杂散剪切模式。
本文公开的各方面和实施例包括RF滤波器，该RF滤波器构建在例如LiNbO3或LiTaO3的压电基板上，并且具有包括串联谐振器和并联谐振器的梯形结构。谐振器可包括表面声波(SAW)谐振器，表面声波谐振器包括交错的叉指换能器(IDT)电极，叉指换能器(IDT)电极由诸如SiO2的介电膜或者由诸如SiO2和Si3N4的介电膜的组合来覆盖。
图1中示出了SAW谐振器的实施例的简化截面图，SAW谐振器以100整体地表示。SAW谐振器100包括设置在压电基板110上的多个IDT电极105。压电基板110可由例如LiNbO3、LiTaO3或其他压电材料构成或包括例如LiNbO3、LiTaO3或其他压电材料。在图1所示的具体实施例中，压电基板110是128YX切割的LiNbO3。多个IDT电极105和压电基板110由例如二氧化硅(SiO2)的介电材料115的层覆盖。在本文所公开的任何实施例中，介电材料115的层可由例如氮化硅(Si3N4)的介电材料的第二层覆盖，该第二层可提供用于SAW谐振器100的钝化(passivation)和频率调整(trimming)。为简单起见，图中省略了该第二层介电材料。IDT电极105在图1中示出为包括下层105A和上层105B。下层105A可包括例如钨或钼或由例如钨或钼组成，并且上层105B可包括例如铝或由例如铝组成。尽管为了简单起见，在本申请的其他图中示出的IDT电极示出为包括单个材料层，但是应当理解，本文公开的任何实施例中的IDT电极可由单个材料或不同材料的多个层形成。
多个SAW谐振器可组装在一起以形成梯形滤波器。图2中示出了梯形滤波器的部分的实施例。梯形滤波器的部分包括单个串联谐振器Res1和单个并联谐振器Res2，单个串联谐振器Res1串联地位于梯形滤波器的部分的输入端口Port1(端口1)和输出端口Port2(端口2)之间，并且单个并联谐振器Res2并联地电连接在串联谐振器Res1的端子和地之间。谐振器Res1和Res2可具有不同的谐振和反谐振频率，串联谐振器Res1通常具有比并联谐振器Res2的谐振频率更高的谐振频率以及比并联谐振器Res2的反谐振频率更高的反谐振频率。
图3中示出了谐振器Res1和Res2以及梯形滤波器的部分的性能模拟。由于在操作期间产生的剪切波振动模式的存在，谐振器Res1和Res2的纵向波(瑞利)振动模式的阻抗参数Y21的曲线显示在305和310处示出的不连贯(discontinuity)。谐振器Res1和Res2的阻抗参数曲线中的不连贯导致在梯形滤波器的端口Port1(端口1)到端口Port2(端口2)的传输参数S21中在315和320处示出的不连贯。不连贯315和320是不希望的，因为它们降低了梯形滤波器的性能。
可调节的SAW谐振器的各种参数包括：IDT电极105之间的间距，该间距又限定谐振器的谐振频率的波长λ、介电层115的厚度hSiO2、以及压电结晶基板的切割角度。图4中示出了这些参数，其中压电结晶基板的切割角度标示为“xxx”。
如图5所示，介电层115的厚度hSiO2影响SAW谐振器的频率温度系数(TCF)和IDT电极105与压电基板110之间的耦合系数k2。因此，介电层115的相对厚度hSiO2/λ通常选择为实现SAW谐振器中这些参数的期望值。一旦选择介电层115的相对厚度hSiO2/λ，就可选择压电结晶基板的切割角度xxx以使剪切波杂散信号的强度最小化。如图6中所示，可选择129度的切割角度以使具有25％至30％之间的介电层相对厚度hSiO2/λ的SAW谐振器的实施例中的剪切波杂散信号最小化，而在具有大于约35％的介电层相对厚度hSiO2/λ的SAW谐振器的实施例中，例如大约127度的较浅的切割角度可适于抑制剪切波杂散信号。
在一些实施例中，例如，如图7中示意性地所示，如表示为滤波器部分f1、f2、f3和f4的多个滤波器部分具有不同的谐振器Res1-Res8，这些不同的谐振器Res1-Res8具有不同的谐振频率(因此具有不同的λ参数)，所述多个滤波器部分可形成在公共压电基板上的单个芯片中。因为不同过滤器部分f1、f2、f3和f4的不同谐振器的λ参数可以不同，所以可能需要覆盖不同滤波器部分的IDT电极的介电层的不同厚度hSiO2以获得这些滤波器部分的每个谐振器的介电层的相对厚度hSiO2/λ，来为每个滤波器部分的每个谐振器提供希望的TCF和k2。在对应于不同谐振器的各位置中形成具有不同厚度的介电层115的区域，这对制造提出了挑战。此外，一旦为每个谐振器选择介电层的相对厚度hSiO2/λ，就不能为每个谐振器单独选择压电结晶基板的切割角度来抑制每个滤波器部分中的杂散剪切波信号，这是因为每个滤波器部分都形成在同一基板上。
已经发现，通过添加具有比介电层115内的介电材料更高声速的材料层，由于剪切波杂散模式的产生，SAW谐振器的阻抗参数曲线中出现不连贯处的频率可移位。具有比介电层115更高声速的材料层可称为“高速层”。图8中示出以800整体标示的SAW谐振器的实施例中包括高速层805的示例。在介电层115为SiO2的实施例中，高速层805可包括Si3N4、氮氧化硅(SiOxNy)、氮化铝(AlN)、氧化铝(Al2O3)、金刚石或本领域中已知的具有比SiO2更高声速的其他材料，或由Si3N4、氮氧化硅(SiOxNy)、氮化铝(AlN)、氧化铝(Al2O3)、金刚石或本领域中已知的具有比SiO2更高声速的其他材料组成。在图8中，高速层805的厚度以h表示，并且高速层805的相对厚度在本文中称为h/λ。
在通过高速层805将介电层115分成上部115A和下部115B的实施例中，上部115A和下部115B的厚度之和被认为是介电层115的厚度hSiO2。在通过高速层805将介电层115分成上部115A和下部115B的实施例中，上部115A和下部115B在此统称为介电层115。与具有相同的相对厚度hSio2/λ但不具有高速层805的谐振器相比，高速层805的存在可以对具有相对厚度hSiO2/λ的介电层115的谐振器之TCF和k2参数产生影响。因此，在其中将高速层805添加到具有相对厚度hSiO2/λ的谐振器的介电层115以实现期望的TCF和k2参数的实施例中，可调节介电层115的相对厚度hSiO2/λ来补偿高速层805对TCF和k2参数的影响。
在图9A-9C中示出了在如图8所示的谐振器的介电层115中包括高速层805的影响。图9A示出了不具有高速层(相对厚度h/λ为零)的谐振器的阻抗参数Y21曲线。阻抗参数曲线中的不连贯905在谐振器的谐振频率910和反谐振频率915之间是显而易见的。图9B示出了在如图8所示的谐振器的介电层115中添加具有1％的相对厚度h/λ的高速层805的影响。与图9A中所示的相比，添加高速层805使阻抗参数曲线中的不连贯905在反谐振频率915上方移位并且还减小了不连贯905的大小。图9C示出了在如图8所示的谐振器的介电层115中添加具有4％的相对厚度h/λ的高速层805的影响。与图9B中所示的相比，阻抗参数曲线中的不连贯905进一步向上移动且大小进一步减小。
图10示出了当高速层805包括在如图8中所示的滤波器的谐振器的介电层115中时，对类似于图2中所示滤波器的滤波器性能的影响。比较图10中所示的传输参数曲线1005与图3中所示的传输曲线，明显可知由于在谐振器的阻抗参数曲线中出现不连贯305、310处的频率移位，已经消除了图3中315处示出的阻抗参数曲线中的不连贯，并且显著降低了图3中320处示出的不连贯的大小，并且频率也移位到有效地处于滤波器的通带之外。
返回图9A-9C，谐振器的纵向模式阻抗参数曲线中的不连贯905可对应于谐振器中的剪切波振动模式中的谐振。如图10所示，通过增加谐振器的纵向波振动模式(瑞利模式)的反谐振频率与谐振器的剪切波振动模式的谐振频率之间的频率差，可以改善包括SAW谐振器的梯形滤波器的性能。该频率差在图11中被示为频率差d。频率差d可以是高速层805的厚度和高速层805在谐振器的介电层115中的位置的函数。例如，如图12中所示，频率差d(图12中的“SH fs-瑞利fp”参数)随着高速层805的相对厚度h/λ(图12中的“SiN厚度/λ”参数)而增加。在一些实施例中，高速层805的相对厚度h/λ位于约0.1％和约5％之间。随着高速层805在介电层115中的位置降低，频率差d也通常增加，尽管随着高速层805在介电层115中的位置从介电层115的厚度20％降低到0％，频率差d有些减小。在本文中将高速层805在介电层115中的位置描述为设置在高速层805的下表面下方的介电层115的百分比厚度--图8中所示的距离之间的比率t/T。图13A和13B中进一步说明了高速层805在介电层115所处位置的百分比厚度的含义。如图13A所示，介电层115的厚度的100％处的位置是整个介电层115的顶部的位置。如图13B所示，介电层115的厚度的0％处的位置是恰好位于介电层115中的IDT电极105顶部的位置。
谐振器的耦合系数k2和品质因数Q还可取决于介电层115中的高速层805的厚度和位置。如图14所示，谐振器的耦合系数k2可随着高速层805的相对厚度(SiN厚度/λ)的增加而降低，并且随着高速层805在介电层115中的位置的高度降低而增加。类似地，如图15所示，谐振器的品质因数(Q)可随着高速层805的相对厚度(SiN厚度/λ)的增加而减小，并且随着高速层805在介电层115中的位置的高度降低而增加。
鉴于图12、图14和图15所示的关系，当介电层115中高速层805的位置的高度小于在IDT电极的顶部上方的介电层115的厚度的约40％但是大于介电层115的厚度的约2％时，可实现期望的谐振器参数。高速层805的相对厚度h/λ(或如图12、图14和图15所示的SiN厚度/λ)可选择为实现谐振器的纵向波振动模式(瑞利模式)的反谐振频率与剪切波振动模式的谐振频率之间的频率差、谐振器的品质因数和谐振器的耦合系数之间的期望的平衡。
图16B中示出了谐振频率的TCF随着如图16A中所示具有设置在介电膜115内的高速层805的谐振器之相对介电层厚度hSiO2/λ的变化而变化。介电层厚度hsiO2是介电膜115的上部115A的厚度与介电膜115的下部115B的厚度之和。为了比较，图16B中还示出了对于类似于图16A的但不具有设置于介电层115中的高速层805的谐振器，谐振频率的TCF随相对介电层厚度hSiO2/λ的变化而变化。图16C中示出了图16A的谐振器的反谐振频率的TCF随着相对介电层厚度hSiO2/λ的变化而变化。为了比较，图16C中还示出了对于类似于图16A的但不具有设置在介电层115中的高速层805的谐振器，该谐振器的反谐振频率的TCF随着相对介电层厚度hSiO2/λ的变化而变化。如由图16B和16C可见，通过在介电膜层115中包括高速层805，改善了谐振频率和反谐振频率两者的TCF(移位到更接近于零)。
梯形滤波器可包括多个串联谐振器和多个并联谐振器，所述多个串联谐振器串联地电耦接在输入端口和输出端口之间，所述多个并联谐振器连接在所述串联谐振器的端子和地之间。图17中示意性地示出梯形滤波器的一个示例，其中串联谐振器用S1、S2、S3和S4表示，并联谐振器用P1、P2和P3表示。在一些实施例中，高速层805可仅形成在那些希望调节TCF的谐振器的介电层115中，或者仅形成在它们各自的谐振和反谐振频率之间下方呈现杂散剪切波的那些谐振器的介电层115中。在例如如图17所示的梯形滤波器的一些实施例中，仅并联谐振器中的一个或子集，例如谐振器P3，或者串联谐振器S1、S2、S3和S4中的一个或子集可包括形成在覆盖谐振器的IDT电极的介电层115中的高速层805，同时其他谐振器不包括形成在覆盖相应的其他谐振器的相应IDT电极的介电层115中的高速层805。
对于例如如图7所示，包括形成于公共压电基板上的多个滤波器的实施例，仅滤波器的子集可包括具有高速层805的谐振器，该高速层805形成在覆盖滤波器子集的一个或多个谐振器的IDT电极的介电层115中。或者，仅滤波器的子集可包括不具有高速层805的谐振器。例如，仅滤波器的子集可包括不具有高速层805的子集。例如，在图7示意性示出的芯片中，滤波器f1和f4可以具有形成在覆盖滤波器的一个或多个谐振器的IDT电极的介电层115中的高速层805，而滤波器f2和f3不是如此。或者，滤波器f1、f2、f3和f4中的每个可包括至少一个如下谐振器，即该谐振器包括设置在相应的介电层115内的高速层805。在一些实施例中，在具有形成于介电层115中的高速层805的滤波器中，高速层805可形成在至少一个串联谐振器和至少一个并联谐振器上方，其中所述介电层115覆盖滤波器的一个或多个谐振器的IDT电极。在其他实施例中，在具有形成在介电层115中的高速层805的滤波器中，高速层805可形成在每个串联谐振器上方以及每个并联谐振器上方，其中所述该介电层115覆盖滤波器的一个或多个谐振器的IDT电极。
在具有带有不同谐振频率和反谐振频率的谐振器的滤波器中或在包括具有不同通带的滤波器的芯片中，可根据不同的依据来选择不同谐振器或滤波器中的介电层115的上部115A和下部115B以及高速层805的相对厚度。在包括第一滤波器f1和第二滤波器f2的芯片1800的一个示例中，其中滤波器f1的通带处于比滤波器f2的通带低的频率，滤波器f1中的谐振器的IDT电极105可具有比滤波器f2的谐振器中的IDT电极105更长的周期。在一些实施例中，可以回蚀具有较窄(较小)IDT电极周期的(一个或多个)谐振器上的介电层155上的上部115A，以使具有较大的IDT电极周期的谐振器中的归一化厚度hSiO2/λ与具有较窄的IDT电极周期的谐振器对齐(align)。使具有较大的IDT电极周期的谐振器中的归一化厚度hSiO2/λ与具有较窄的IDT电极周期的谐振器对齐，这可以为不同的谐振器提供相似的耦合系数k2、TCF和剪切模式杂散信号的级别(参见图5和图6)。图18中示出了该实施例的示例。
在芯片1800的改型中，可回蚀被设置在滤波器f2的谐振器中的IDT电极105上方的高速层805，以使两滤波器的谐振器之间的归一化厚度h/λ对齐。这可为不同的谐振器提供纵向波振动模式(瑞利模式)的反谐振频率和剪切波振动模式的谐振频率之间类似的频率差、类似的品质因数和类似的耦合系数k2(参见图12、图14和图15)。图19中以1900整体地示出该实施例的一个示例。
在包括第一滤波器f1和第二滤波器f2的芯片2000的另一实施例中，其中滤波器f1的通带处于比滤波器f2的通带低的频率处，并且滤波器f1中的谐振器的IDT电极105具有比滤波器f2的谐振器中的IDT电极105更长的周期，可回蚀被设置在滤波器f2的谐振器中的IDT电极105上方的介电膜115的下部115B，以使不同滤波器的谐振器之间的介电层115内的高速层805的归一化高度对齐。这可提供每个不同谐振器中的纵向波振动模式(瑞利模式)的反谐振频率与剪切波振动模式的谐振频率之间的频率差、品质因数和耦合系数k2的优化(参见图12、14和15)。图20中示出了该实施例的示例。
在芯片2000的改型中，可回蚀被设置在滤波器f2的谐振器中的IDT电极105上方的高速层805，以使两个滤波器的谐振器之间的归一化厚度h/λ对齐。这可为不同的谐振器提供在纵向波振动模式(瑞利模式)的反谐振频率和剪切波振动模式的谐振频率之间的类似的频率差、类似的品质因数和类似的耦合系数k2(参见图12、图14和图15)。图21中以2100整体地示出该实施例的一个示例。
图18-21中所示的介电层115和高速层85的厚度的不同组合可应用于单个滤波器内的不同谐振器或不同滤波器中的不同谐振器。
本文公开的任何方面和实施例可用于SAW谐振器中或者用于多模式SAW滤波器中，SAW谐振器的示例在图22A中示出，多模式SAW滤波器的示例在图22B中示出。图22B的多模式SAW滤波器可以是双模式SAW滤波器(DMS滤波器)。
如任何上述参考实施例中所示的滤波器可用于宽频带的电子器件中。
参考图23，示出了前端模块2200的一个示例的框图，前端模块2200例如可用在诸如无线通信装置(例如，移动电话)之类的电子器件中。前端模块2200包括具有公共节点2212、输入节点2214和输出节点2216的天线双工器2210。天线2310连接到公共节点2212。前端模块2200还包括连接到双工器2210的输入节点2214的发射器电路2232和连接到双工器2210的输出节点2216的接收器电路2234。发射器电路2232可生成用于经由天线2310发送的信号，并且接收器电路2234可接收和处理经由天线2310接收的信号。如图23所示，在一些实施例中，接收器和发射器电路实现为单独的部件；然而，在其他实施例中，这些部件可集成到公共收发器电路或模块中。如本领域技术人员将理解的，前端模块2200可包括图23中未示出的其他部件，包括但不限于开关、电磁耦合器、放大器、处理器等。
天线双工器2210可包括连接在输入节点2214和公共节点2212之间的一个或多个发射滤波器2222、以及连接在公共节点2212和输出节点2216之间的一个或多个接收滤波器2224。(一个或多个)发射滤波器的(一个或多个)通带与接收滤波器的(一个或多个)通带不同。(一个或多个)发射滤波器2222和(一个或多个)接收滤波器2224中的每个可包括如本文所公开的滤波器的实施例。电感器或其他匹配部件2240可连接在公共节点2212处。
在某些示例中，在发射滤波器2222和/或接收滤波器2224中使用的声波元件设置在单个压电基板上。这种结构降低了温度变化对相应的滤波器的频率响应的影响，特别是降低了由于温度变化引起的滤波器的通过或衰减特性的劣化，这是因为每个滤波器中的每个声波元件都类似地响应于环境温度的变化而发生变化。在由于通过基板从所述滤波器中的第二滤波器传导到所述滤波器中的第一滤波器的热量导致所述滤波器中的第一滤波器的温度发生变化的情况下，在所述滤波器中的第一滤波器内的介电膜中使用高速层可进一步降低通过或衰减特性的劣化。另外，这种布置(设置在单个压电基板上)还可允许发射滤波器2222或接收滤波器2224具有小尺寸。
图24是包括图23中所示的天线双工器2210的无线装置2300的一个示例的框图。无线装置2300可以是蜂窝电话、智能电话、平板电脑、调制解调器、通信网络或配置为用于话音或数据通信的任何其他便携式或非便携式装置。无线装置2300可以从天线2310接收和发送信号。无线装置包括类似于上面参考图23所讨论的前端模块2200′的实施例。如上所述，前端模块2200′包括双工器2210。在图24所示的示例中，前端模块2200′还包括天线开关2250，天线开关2250可配置为在不同的频带或模式之间切换，例如在发射和接收模式之间切换。在如图24所示的示例中，天线开关2250位于双工器2210和天线2310之间；然而，在其他示例中，双工器2210可位于天线开关2250和天线2310之间。在其他示例中，天线开关2250和双工器2210可以集成到单个部件中。
前端模块2200′包括收发器2230，收发器2230配置为生成用于发射的信号或处理所接收信号的信号。如图23中的示例所示，收发器2230可包括发射器电路2232和接收器电路2234，发射器电路2232可连接到双工器2210的输入节点2214，接收器电路2234可连接到双工器2210的输出节点2216。
所产生的由发射器电路2232发射的信号由功率放大器(PA)模块2260接收，功率放大器(PA)模块2260放大来自收发器2230的所产生的信号。功率放大器模块2260可包括一个或多个功率放大器。功率放大器模块2260可用于放大各种RF或其他频带发射信号。例如，功率放大器模块2260可接收使能信号，该使能信号可用于用脉冲输送功率放大器的输出以帮助发送无线局域网(WLAN)信号或任何其他合适的脉冲信号。功率放大器模块2260可配置为放大各种类型的信号中的任何一种，包括例如全球移动系统(GSM)信号、码分多址(CDMA)信号、W-CDMA信号、长期演进(LTE)信号或EDGE信号。在某些实施例中，可使用例如高电子迁移率晶体管(pHEMT)或绝缘栅双极晶体管(BiFET)在砷化镓(GaAs)基板上，或使用互补金属氧化物半导体(CMOS)场效应晶体管在硅基板上制造功率放大器模块2260和包括开关等在内的相关部件。
继续参考图24，前端模块2200′还可包括低噪声放大器模块2270，该低噪声放大模块2270放大来自天线2310的接收信号并将经放大的信号提供至收发器2230的接收器电路2234。
图24的无线装置2300还包括电力管理子系统2320，该电力管理子系统2320连接到收发器2230并管理用于无线装置2300的运行的电力。电力管理系统2320还可控制基带子系统2330和无线装置2300的各种其他部件的运行。电力管理系统2320可包括或可连接到为无线装置2300的各种部件提供电力的电池(未示出)。电力管理系统2320还可包括一个或多个处理器或控制器，该处理器或控制器例如可控制信号的发送。在一个实施例中，基带子系统2330连接到用户界面2340，以便于向用户提供和从用户接收话音和/或数据的各种输入和输出。基带子系统2330还可连接到存储器2350，该存储器2350配置为存储数据和/或指令以便于无线装置的运行，和/或为用户提供信息的存储。
以上已经描述了至少一个实施例的各方面，应当理解，本领域技术人员将容易想到各种改变、修改和改进。这些改变、修改和改进旨在成为本申请的一部分，并且旨在落入本发明的范围内。应当理解，本文讨论的方法和设备的实施例不限于应用于前面的描述中阐述的或附图中示出的部件的构造和布置的细节。该方法和设备能够在其他实施例中实现并且能够以各种方式实践或实施。本文提供的具体实现的示例仅用于说明性目的，而不旨在限制。可将本文公开的任何实施例的一个或多个特征添加到任何其他实施例或替换任何其他实施例的任何一个或多个特征。此外，本文使用的措辞和术语是出于描述的目的，而不视为限制。本文使用的“包括”、“包含”、“具有”、“含有”、“涉及”及其变形意味着包括其后列出的项目及其等同物以及附加项目。参考“或”可解释为包含性的，使得使用“或”描述的任何术语可指示单个、多于一个和所有所描述的术语中的任何术语。对前和后、左和右、顶部和底部、上部和下部以及竖直和水平的任何参考均旨在便于描述，而不是将本系统和方法或它们的部件限制为任何一个位置或空间方向。因此，前面的描述和附图仅是示例性的。

Claims (31)

1.一种电子器件，包括：
第一表面声波(SAW)谐振器和第二SAW谐振器，每个SAW谐振器具有交错的叉指换能器(IDT)电极，所述第一SAW谐振器和所述第二SAW谐振器形成在同一压电基板上，所述第一SAW谐振器具有IDT电极，所述IDT电极具有与所述第二SAW谐振器的IDT电极不同的指间距；
介电材料层，设置在所述第一SAW谐振器和所述第二SAW谐振器的IDT电极上：以及
高速层，设置在被配置于所述第一SAW谐振器的所述IDT电极上的所述介电材料层内，所述第二SAW谐振器不具有在被配置于IDT电极上的所述介电材料层内设置的高速层。
2.根据权利要求1所述的电子器件，其中，所述第一SAW谐振器呈现具有谐振频率的剪切波杂散模式，所述谐振频率高于所述第一SAW谐振器的瑞利振动模式的反谐振频率。
3.根据权利要求2所述的电子器件，其中，所述第一SAW谐振器和所述第二SAW谐振器彼此电耦接并包括在梯形滤波器中，所述梯形滤波器包括至少一个串联SAW谐振器和至少一个并联SAW谐振器，所述至少一个串联SAW谐振器串联地电耦接在所述梯形滤波器的输入端口和输出端口之间，所述至少一个并联SAW谐振器电连接在所述至少一个串联SAW谐振器的端子和地之间。
4.根据权利要求3所述的电子器件，其中，所述剪切波杂散模式的谐振频率出现在所述梯形滤波器的通带外部的频率处。
5.根据权利要求4所述的电子器件，其中，选择所述压电基板的切割角度和所述介电材料层的相对于所述第一SAW谐振器的指间距的厚度，以使在所述剪切波杂散模式的所述谐振频率处的剪切波的强度最小化。
6.根据权利要求5所述的电子器件，其中，所述介电层包括二氧化硅。
7.根据权利要求6所述的电子器件，其中，所述高速层包括氮化硅、氮氧化硅、氮化铝、氧化铝或金刚石中的一种或多种。
8.根据权利要求7所述的电子器件，其中，所述第一SAW谐振器的所述介电层由所述高速层分成上层和下层。
9.根据权利要求8所述的电子器件，其中，所述高速层位于所述第一SAW谐振器的所述IDT电极上方的介电材料厚度的约0％和约40％之间。
10.根据权利要求1所述的电子器件，所述电子器件包括在电子器件模块中。
11.根据权利要求10所述的电子器件，其中，所述电子器件模块是射频器件模块。
12.一种电子器件，包括：
第一滤波器和第二滤波器，每个所述滤波器包括设置在同一压电基板上的表面声波(SAW)谐振器，所述第一滤波器具有与所述第二滤波器的通带不同的通带；
介电膜，覆盖所述第一滤波器和所述第二滤波器的所述SAW谐振器；以及
高速层，设置在覆盖所述第一滤波器的所述SAW谐振器的所述介电膜内，所述第二滤波器包括一个或多个不具有所述高速层的SAW谐振器。
13.根据权利要求12所述的电子器件，其中，覆盖所述第一滤波器的至少一个所述SAW谐振器的所述介电膜具有与覆盖所述第二滤波器的至少一个所述SAW谐振器的所述介电膜不同的厚度。
14.根据权利要求13所述的电子器件，其中，覆盖所述第一滤波器中的至少一个所述SAW谐振器的所述介电膜内的所述高速层的归一化高度不同于覆盖所述第二滤波器中的至少一个所述SAW谐振器的所述介电膜内的所述高速层的归一化高度。
15.根据权利要求14所述的电子器件，其中，设置在覆盖所述第一滤波器的至少一个所述SAW谐振器的所述介电膜内的所述高速层具有与设置在覆盖所述第二滤波器的至少一个所述SAW谐振器的所述介电膜内的所述高速层相同的厚度。
16.根据权利要求14所述的电子器件，其中，设置在覆盖所述第一滤波器的至少一个所述SAW谐振器的所述介电膜内的所述高速层具有与设置在覆盖所述第二滤波器的至少一个所述SAW谐振器的所述介电膜内的所述高速层不同的厚度。
17.根据权利要求16所述的电子器件，其中，覆盖所述第一滤波器的至少一个所述SAW谐振器的所述介电膜内的所述高速层的归一化厚度与覆盖所述第二滤波器的至少一个所述SAW谐振器的所述介电膜内的所述高速层的归一化厚度相同。
18.根据权利要求12所述的电子器件，其中，覆盖所述第一滤波器的所述SAW谐振器的所述介电膜包括设置在所述高速层的上表面上的上部、和设置在所述高速层的下表面和所述第一滤波器的至少一个所述SAW谐振器的叉指换能器电极的上表面之间的下部。
19.根据权利要求18所述的电子器件，其中，覆盖所述第一滤波器的至少一个所述SAW谐振器的所述介电膜的下部的厚度具有与覆盖所述第二滤波器的至少一个所述SAW谐振器的介电膜的下部不同的厚度。
20.根据权利要求19所述的电子器件，其中，覆盖所述第一滤波器的至少一个所述SAW谐振器的所述介电膜内的所述高速层的归一化高度与覆盖所述第二滤波器的至少一个所述SAW谐振器的所述介电膜内的所述高速层的归一化高度相同。
21.根据权利要求20所述的电子器件，其中，覆盖所述第一滤波器的至少一个所述SAW谐振器的所述介电膜内的所述高速层的归一化厚度不同于覆盖所述第二滤波器的至少一个所述SAW谐振器的所述介电膜内的所述高速层的归一化厚度。
22.根据权利要求18所述的电子器件，其中，覆盖所述第一滤波器的至少一个所述SAW谐振器的所述介电膜内的所述高速层的厚度具有与覆盖所述第二滤波器的至少一个所述SAW谐振器的所述介电膜内的所述高速层不同的厚度。
23.根据权利要求22所述的电子器件，其中，覆盖所述第一滤波器的至少一个所述SAW谐振器的所述介电膜内的所述高速层的归一化厚度与覆盖所述第二滤波器的至少一个所述SAW谐振器的所述介电膜内的所述高速层的归一化厚度相同。
24.根据权利要求12所述的电子器件，其中，所述第一滤波器或所述第二滤波器中的至少一个是梯形滤波器，所述梯形滤波器包括多个串联谐振器和多个并联谐振器，所述高速层设置在覆盖所述多个串联谐振器中的至少一个和所述多个并联谐振器中的至少一个的所述介电膜内。
25.根据权利要求12所述的电子器件，其中，所述第一滤波器或所述第二滤波器中的至少一个是多模式SAW滤波器。
26.根据权利要求25所述的电子器件，其中，所述第一滤波器或所述第二滤波器中的至少一个是双模式SAW滤波器。
27.根据权利要求12所述的电子器件，所述电子器件包括在电子器件模块中。
28.根据权利要求27所述的电子器件，其中，所述电子器件模块是射频器件模块。
29.一种表面声波(SAW)谐振器，包括：
交错的叉指换能器(IDT)电极；
介电材料层，设置在所述SAW谐振器的所述IDT电极上；以及
高速层，设置在被配置于所述SAW谐振器的所述IDT电极上的所述介电材料层内。
30.根据权利要求29所述的谐振器，其中，与不具有所述高速层的基本相似的SAW谐振器相比，所述高速层具有足够的尺寸以使所述SAW谐振器的谐振频率的频率温度系数移位到更接近于零。
31.根据权利要求29所述的谐振器，其中，所述IDT电极包括至少两层的堆叠，所述层的每一个包括不同的材料。
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