CN111585537B - 谐振器及滤波器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种谐振器及滤波器。所述谐振器包括：衬底；形成于所述衬底上的压电堆叠结构，所述压电堆叠结构包括依次设置的底电极、压电层和顶电极；以及，形成于所述衬底与所述压电堆叠结构之间的谐振腔；所述谐振器包括谐振区和非谐振区，所述底电极和所述顶电极中的至少一个包括在所述非谐振区中相对于所述衬底上表面呈斜坡状的第一侧壁，且所述第一侧壁在背离所述谐振区中心方向上的厚度逐渐减小。本发明能够提高器件电学性能和良率。
Description
技术领域
本发明涉及谐振器技术领域，尤其涉及一种谐振器及滤波器。
背景技术
FBAR(film bulk acoustic resonator，薄膜腔声谐振滤波器)由于其体积小、半导体工艺兼容性、高Q值等优点，被广泛应用于移动通信领域中。谐振器是构成滤波器的基本元件，其性能直接影响滤波器的性能。
而谐振器中位于非谐振区的顶电极和底电极上还需要层叠其他膜层，例如焊盘，顶电极和底电极与对应的焊盘部分重叠设置，实现电性连接，但这种重叠设置使得重叠部分的膜层较厚，若顶电极和底电极的侧壁为竖直面，容易导致顶电极和底电极与对应的焊盘剥离或断裂，影响器件电学性能和良率。
发明内容
本发明提供一种谐振器及滤波器，能够提高器件电学性能和良率。
本发明提供了一种谐振器，包括：
衬底；
形成于所述衬底上的压电堆叠结构，所述压电堆叠结构包括依次设置的底电极、压电层和顶电极；以及，
形成于所述衬底与所述压电堆叠结构之间的谐振腔；
所述谐振器包括谐振区和非谐振区，所述底电极和所述顶电极中的至少一个包括在所述非谐振区中相对于所述衬底上表面呈斜坡状的第一侧壁，且所述第一侧壁在背离所述谐振区中心方向上的厚度逐渐减小。
进一步优选地，所述第一侧壁包括至少一个第一斜坡面，每个第一斜坡面包括平面和弧面中的任意一个。
进一步优选地，任意相邻的两个第一斜坡面之间的坡度差小于预设坡度范围。
进一步优选地，所述底电极的第一侧壁的坡度与所述顶电极的第一侧壁的坡度相同或不同。
进一步优选地，所述底电极和所述顶电极中的至少一个还包括在所述谐振区中相对于所述衬底上表面呈斜坡状的第二侧壁，且所述第二侧壁在背离所述谐振区中心方向上的厚度逐渐减小。
进一步优选地，所述第二侧壁包括至少一个第二斜坡面，每个第二斜坡面包括平面和弧面中的任意一个。
进一步优选地，所述底电极的第二侧壁的坡度与所述顶电极的第二侧壁的坡度相同或不同。
进一步优选地，所述第一侧壁的坡度与所述第二侧壁的坡度相同或不同。
进一步优选地，所述底电极的第一侧壁和第二侧壁的坡度范围为25°至35°，所述顶电极的第一侧壁和第二侧壁的坡度范围为35°至45°。
进一步优选地，所述底电极在所述衬底上的正投影的形状和所述顶电极在所述衬底上的正投影的形状包括半圆、三角形、矩形和不规则多边形中的任意一个或多个的组合形状。
相应地，本发明还提供一种滤波器，包括上述谐振器，在此不再详细赘述。
本发明的有益效果为：通过使底电极和顶电极中的至少一个包括在非谐振区中相对于衬底上表面呈斜坡状的第一侧壁，且第一侧壁在背离谐振区中心方向上的厚度逐渐减小，保证底电极和/或顶电极能够与覆盖在其上的膜层紧密贴合，避免膜层脱落或断裂，提高器件的电学性能和良率。
附图说明
为了更清楚地说明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的谐振器的一个结构示意图；
图2为本发明实施例提供的谐振器中底电极的第一侧壁的第一个示意图；
图3为本发明实施例提供的谐振器中底电极的第一侧壁的第二个示意图；
图4为本发明实施例提供的谐振器中顶电极的第一侧壁的第一个示意图；
图5为本发明实施例提供的谐振器中顶电极的第一侧壁的第二个示意图；
图6为本发明实施例提供的谐振器中底电极的第一侧壁的第三个示意图；
图7为本发明实施例提供的谐振器中顶电极的第一侧壁的第三个示意图；
图8为本发明实施例提供的谐振器的一个史密斯圆图；
图9为本发明实施例提供的谐振器的另一个史密斯圆图；
图10为本发明实施例提供的滤波器的一个结构示意图；
图11为本发明实施例提供的滤波器的一个电路图；
图12为本发明实施例提供的滤波器的另一个电路图。
具体实施方式
这里所公开的具体结构和功能细节仅仅是代表性的，并且是用于描述本发明的示例性实施例的目的。但是本发明可以通过许多替换形式来具体实现，并且不应当被解释成仅仅受限于这里所阐述的实施例。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“横向”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。另外，术语“包括”及其任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
这里所使用的术语仅仅是为了描述具体实施例而不意图限制示例性实施例。除非上下文明确地另有所指，否则这里所使用的单数形式“一个”、“一项”还意图包括复数。还应当理解的是，这里所使用的术语“包括”和/或“包含”规定所陈述的特征、整数、步骤、操作、单元和/或组件的存在，而不排除存在或添加一个或更多其他特征、整数、步骤、操作、单元、组件和/或其组合。
参见图1，是本发明实施例提供的谐振器的结构示意图。
如图1所示，本发明实施例提供的谐振器包括衬底1，以及形成于衬底1上的压电堆叠结构2。衬底1与压电堆叠结构2之间形成谐振腔3，即衬底1与压电堆叠结构2围合成谐振腔3。
需要说明的是，衬底1上可以先形成牺牲层(图中未示出)，牺牲层可以具有相对于衬底1的上表面呈斜坡状的侧壁，且侧壁的坡度可以为35度。由于牺牲层为过渡材料，在衬底1和牺牲层上形成压电堆叠结构2后，可以通过释放孔对牺牲层进行释放，使牺牲层处形成空腔，即谐振腔3，谐振腔3的纵截面可以呈等腰梯形，且等腰梯形的底角可以为35°。谐振腔3为形成谐振器振动的边界条件。
其中，衬底1可以为硅、玻璃、蓝宝石、氮化镓、砷化镓、铌酸锂、钽酸锂等。压电堆叠结构2包括依次设置的底电极21、压电层22和顶电极23。底电极21可以为钼、钨、铬、铝、铜、石墨烯(Graphene)、碳纳米管(Carbon Nanotube)中的一种或多种组合。压电层22可以为氮化铝、氧化锌、锆钛酸铅，或掺杂有稀土元素的上述材料。顶电极23可以为钼、钨、铬、铝、铜、石墨烯(Graphene)、碳纳米管(Carbon Nanotube)中的一种或多种组合。
谐振器包括谐振区4和非谐振区，非谐振区可以分为位于谐振区4两侧的第一非谐振区51和第二非谐振区52。具体地，谐振腔3位于谐振区4中，底电极21位于第一非谐振区51和谐振区4中，压电层22位于谐振区4、第一非谐振区51和第二非谐振区52中，顶电极23位于谐振区4和第二非谐振区52中。底电极21在衬底1上的正投影的形状包括半圆、三角形、矩形和不规则多边形中的任意一个或多个的组合形状，顶电极23在衬底1上的正投影的形状包括半圆、三角形、矩形和不规则多边形中的任意一个或多个的组合形状。另外，顶电极23的谐振区4上还设有边框(Border Frame)6。例如，底电极和顶电极均为半圆和三角形形成的组合形状。
底电极21和顶电极23中的至少一个包括在非谐振区中相对于衬底1的上表面呈斜坡状的第一侧壁，且第一侧壁在背离谐振区4中心方向上的厚度逐渐减小。具体地，底电极21包括在第一非谐振区51中相对于衬底1的上表面呈斜坡状的第一侧壁211，且该第一侧壁211在背离谐振区4中心方向上的厚度逐渐减小，和/或顶电极23在第二非谐振区52中相对于衬底1的上表面呈斜坡状的第一侧壁231，且该第一侧壁231在背离谐振区4中心方向上的厚度逐渐减小。
其中，底电极21的第一侧壁211可以具有一个斜坡面，即第一斜坡面，该第一斜坡面可以为平面或弧面，在第一斜坡面为平面时，第一斜坡面为倾斜面，如图2所示，第一侧壁211的坡度Φ1为第一斜坡面的倾斜角；在第一斜坡面为弧面时，如图3所示，第一侧壁211的坡度Φ1为第一斜坡面最大曲率半径处的切向角。第一侧壁211的坡度Φ1范围可以为25°至35°，第一侧壁211的坡度Φ1优选为25°。
顶电极23的第一侧壁231可以具有一个斜坡面，即第一斜坡面，该第一斜坡面可以为平面或弧面，在第一斜坡面为平面时，第一斜坡面为倾斜面，如图4所示，第一侧壁231的坡度θ1为第一斜坡面的倾斜角；在第一斜坡面为弧面时，如图5所示，第一侧壁211的坡度θ1为第一斜坡面最大曲率半径处的切向角。第一侧壁231的坡度θ1范围为35°至45°，第一侧壁231的坡度θ1优选为35°。底电极21的第一侧壁211的坡度Φ1与顶电极23的第一侧壁231的坡度θ1可以相同，也可以不同。
底电极21的第一侧壁211还可以具有多个斜坡面，即多个第一斜坡面，每个第一斜坡面可以为平面或弧面，即第一侧壁211可以具有多个平面，或者多个弧面，或者同时具有平面和弧面。第一侧壁211的坡度包括多个第一斜坡面的坡度，任意相邻的两个第一斜坡面之间的坡度差小于预设坡度范围，如5°至10°，或者每个第一斜坡面的坡度范围为25°至35°。
如图6所示，第一侧壁211具有两个平面，即具有两个倾斜面，第一侧壁211的坡度包括两个倾斜面对应的倾斜角，即倾斜角Φ2和倾斜角Φ3。倾斜角Φ2和倾斜角Φ3之间的角度差小于预设角度范围。
顶电极23的第一侧壁231还可以具有多个斜坡面，即多个第一斜坡面，每个第一斜坡面可以为平面或弧面，即第一侧壁231可以具有多个平面，或者多个弧面，或者同时具有平面和弧面。第一侧壁231的坡度包括多个第一斜坡面的坡度，任意相邻的两个第一斜坡面之间的坡度差小于预设坡度范围，如5°至10°，或者每个第一斜坡面的坡度范围为35°至45°。
如图7所示，第一侧壁231具有两个平面，即具有两个倾斜面，第一侧壁231的坡度包括两个倾斜面对应的倾斜角，即倾斜角θ2和倾斜角θ3。倾斜角θ2和倾斜角θ3之间的角度差小于预设角度范围。
另外，顶电极23的第一侧壁231中的每个第一斜坡面的坡度与底电极21的第一侧壁211中的每个第一斜坡面的坡度可以相同，也可以不同。
本实施例将底电极21的第一侧壁211、顶电极23的第一侧壁231设置为斜坡状，以便底电极21、顶电极23与覆盖在其上的膜层紧密贴合，防止膜层脱落或断裂。需要说明的是，底电极21的第一侧壁211、顶电极23的第一侧壁231的坡度越小，越能防止膜层脱落和断裂。
进一步地，第一非谐振区51中还设有第一焊盘区71，底电极21的第一侧壁211位于第一焊盘区71中的衬底1上，压电层22还覆盖在第一焊盘区71中的衬底1、底电极21的第一侧壁211和上表面上，且覆盖在底电极21的第一侧壁211上的压电层22呈斜坡状。进而，在第一焊盘区71中的底电极21上方的压电层22开设开口，在第一焊盘区71中的压电层22和开口中的底电极21上覆盖第一焊盘81，即第一焊盘81覆盖第一焊盘区71，且第一焊盘81与底电极21电性连接，用于与外部传输信号。底电极21的第一侧壁211设置为斜坡状，防止第一侧壁211上覆盖的压电层22和第一焊盘81剥离或断裂。
进一步地，第二非谐振区52中还设有第二焊盘区72，顶电极23的第一侧壁231位于第二焊盘区72，进而在第二焊盘区中的顶电极23的第一侧壁231和上表面上覆盖第二焊盘82，第二焊盘82与顶电极23电性连接，用于与外部传输信号。顶电极23的第一侧壁231设置为斜坡状，防止第一侧壁231上覆盖的第二焊盘82剥离或断裂。
进一步地，底电极21和顶电极23中的至少一个还包括在谐振区4中相对于衬底1的上表面呈斜坡状的第二侧壁，且第二侧壁在背离谐振区4中心方向上的厚度逐渐减小。具体地，底电极21包括在谐振区4中相对于衬底1的上表面呈斜坡状的第二侧壁212，且该第二侧壁212在背离谐振区4中心方向上的厚度逐渐减小，和/或顶电极23包括在谐振区4中相对于衬底1的上表面呈斜坡状的第二侧壁232，且该第二侧壁232在背离谐振区4中心方向上的厚度逐渐减小。
其中，底电极21的第二侧壁212可以具有一个斜坡面，即第二斜坡面，该第二斜坡面可以为平面或弧面，第二侧壁212的坡度即为该第二斜坡面的坡度。底电极21的第二侧壁212还可以具有多个第二斜坡面，每个第二斜坡面可以为平面或弧面，即第二侧壁212可以具有多个平面，或者多个弧面，或者同时具有平面和弧面，第二侧壁212的坡度包括多个第二斜坡面的坡度。底电极21的第二侧壁212的结构与其第一侧壁211的结构类似，在此不再详细赘述。
底电极21的第二侧壁212中每个第二斜坡面的坡度与其第一侧壁211中每个第一斜坡面的坡度可以相同，也可以不同。第二侧壁212中每个第二斜坡面的坡度范围可以为25°至35°，优选为25°。
顶电极23的第二侧壁232可以具有一个斜坡面，即第二斜坡面，该第二斜坡面可以为平面或弧面，第二侧壁232的坡度即为该第二斜坡面的坡度。顶电极23的第二侧壁232还可以具有多个第二斜坡面，每个第二斜坡面可以为平面或弧面，即第二侧壁232可以具有多个平面，或者多个弧面，或者同时具有平面和弧面，第二侧壁232的坡度包括多个第二斜坡面的坡度。顶电极23的第二侧壁232的结构与其第一侧壁231的结构类似，在此不再详细赘述。
顶电极23的第二侧壁232中每个第二斜坡面的坡度与其第一侧壁231中每个第一斜坡面的坡度可以相同，也可以不同。顶电极23的第二侧壁232中每个第二斜坡面的坡度与底电极21的第二侧壁212中每个第一斜坡面的坡度可以相同，也可以不同。顶电极23的第二侧壁232中每个第二斜坡面的坡度范围为35°至45°，优选为35°。
例如，在底电极21的第一侧壁211和第二侧壁212的坡度为45°，顶电极23的第一侧壁231和第二侧壁232的坡度为25°时，仿真得到史密斯圆图(Smith Chart)，如图8所示，谐振器的谐振区内虽有寄生谐波，但相对于现有技术减少了寄生谐振的数量。在底电极21的第一侧壁211和第二侧壁212的坡度为25°，顶电极23的第一侧壁231和第二侧壁232的坡度为35°时，仿真得到史密斯圆图9，如图9所示，谐振器的谐振区内无寄生谐振。因此本实施例中将底电极21的第二侧壁212、顶电极23的第二侧壁232设置成斜坡状，能够减少甚至消除谐振区内的寄生谐振，提高谐振器的Q值，进而改善由其构成的滤波器的带内插损和文波。
由上述可知，本发明实施例提供的谐振器，能够通过使底电极和顶电极中的至少一个包括在非谐振区中相对于衬底的上表面呈斜坡状的第一侧壁，且第一侧壁在背离谐振区中心方向上的厚度逐渐减小，保证底电极和/或顶电极能够与覆盖在其上的膜层紧密贴合，避免膜层脱落或断裂，提高器件的电学性能和良率。
相应地，本发明实施例还提供一种滤波器，可以包括至少一个上述实施例中的谐振器。
如图10所示，本实施例中的滤波器可以为梯形滤波器，该梯形滤波器包括第一谐振器91和第二谐振器92，每个谐振器均为上述实施例中的谐振器，在此不再详细赘述。其中，第一谐振器91的顶电极23电性连接的第二焊盘82与第二谐振器92的顶电极23电性连接的第二焊盘82为同一焊盘，构成信号输入端Pin；第一谐振器91的底电极21连接的第一焊盘81，构成接地端GND，第二谐振器92的底电极21连接的第一焊盘81，构成信号输出端Pout。梯形滤波器的电路图如图11所示。
另外，本实施例中的滤波器还可以为网格型滤波器，网格型滤波器包括四个谐振器10，每个谐振器10均为上述实施例中的谐振器，在此不再详细赘述。网格型滤波器的电路图如图12所示。
由上述可知，本发明实施例提供的滤波器，能够通过使谐振器的底电极和顶电极中的至少一个包括在非谐振区中相对于衬底的上表面呈斜坡状的第一侧壁，且第一侧壁在背离谐振区中心方向上的厚度逐渐减小，保证底电极和/或顶电极能够与覆盖在其上的膜层紧密贴合，避免膜层脱落或断裂，提高器件的电学性能和良率。
综上所述，虽然本发明已以优选实施例揭露如上，但上述优选实施例并非用以限制本发明，本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与润饰，因此本发明的保护范围以权利要求界定的范围为准。
Claims (11)
1.一种谐振器，其特征在于，包括：
衬底；
形成于所述衬底上的压电堆叠结构，所述压电堆叠结构包括依次设置的底电极、压电层和顶电极；以及，
形成于所述衬底与所述压电堆叠结构之间的谐振腔；
所述谐振器包括谐振区和非谐振区，所述底电极和所述顶电极中的至少一个包括在所述非谐振区中相对于所述衬底上表面呈斜坡状的第一侧壁，且所述第一侧壁在背离所述谐振区中心方向上的厚度逐渐减小；
所述底电极的第一侧壁的坡度范围为25°至35°，所述顶电极的第一侧壁的坡度范围为35°至45°；
所述非谐振区分为位于谐振区两侧的第一非谐振区和第二非谐振区，所述压电层位于所述谐振区、所述第一非谐振区和所述第二非谐振区中；
所述第一非谐振区中设有第一焊盘区，所述压电层覆盖所述底电极的第一侧壁和上表面上，以及所述第一焊盘区中的衬底，且覆盖所述底电极的第一侧壁上的压电层呈斜坡状；
所述第一焊盘区中的底电极上方的压电层开设有开口，所述第一焊盘区设置有第一焊盘，所述第一焊盘覆盖所述第一焊盘区的开口、所述第一焊盘区的压电层和所述第一焊盘区的开口下方的底电极；
所述第二非谐振区中设有第二焊盘区，所述顶电极覆盖所述第二焊盘区的压电层和所述第二焊盘区的衬底；
所述第二焊盘区设置有第二焊盘，所述第二焊盘覆盖所述顶电极的第一侧壁和上表面。
2.根据权利要求1所述的谐振器，其特征在于，所述第一侧壁包括至少一个第一斜坡面，每个第一斜坡面包括平面和弧面中的任意一个。
3.根据权利要求2所述的谐振器，其特征在于，任意相邻的两个第一斜坡面之间的坡度差小于预设坡度范围。
4.根据权利要求1所述的谐振器，其特征在于，所述底电极的第一侧壁的坡度与所述顶电极的第一侧壁的坡度相同或不同。
5.根据权利要求1所述的谐振器，其特征在于，所述底电极和所述顶电极中的至少一个还包括在所述谐振区中相对于所述衬底上表面呈斜坡状的第二侧壁，且所述第二侧壁在背离所述谐振区中心方向上的厚度逐渐减小。
6.根据权利要求5所述的谐振器，其特征在于，所述第二侧壁包括至少一个第二斜坡面，每个第二斜坡面包括平面和弧面中的任意一个。
7.根据权利要求5所述的谐振器，其特征在于，所述底电极的第二侧壁的坡度与所述顶电极的第二侧壁的坡度相同或不同。
8.根据权利要求5所述的谐振器，其特征在于，所述第一侧壁的坡度与所述第二侧壁的坡度相同或不同。
9.根据权利要求5所述的谐振器，其特征在于，所述底电极的第二侧壁的坡度范围为25°至35°，所述顶电极的第二侧壁的坡度范围为35°至45°。
10.根据权利要求1所述的谐振器，其特征在于，所述底电极在所述衬底上的正投影的形状和所述顶电极在所述衬底上的正投影的形状包括半圆、三角形、矩形和不规则多边形中的任意一个或多个的组合形状。
11.一种滤波器，其特征在于，包括如权利要求1至10任一项所述的谐振器。
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