CN111917392A - 压电滤波器及其带外抑制改善方法、多工器、通信设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种改善压电滤波器带外抑制的方法，所述压电滤波器为梯形结构，每阶的梯形结构包含1个串联谐振器和1个并联谐振器，该方法包括：调节至少1阶的梯形结构中的串联谐振器和并联谐振器中的一层或多层的厚度，并且/或者，调节所有串联谐振器和/或并联谐振器的材料，从而使该梯形结构中的并联谐振器的高次寄生谐振对应的反谐振频率大于串联谐振器高次寄生谐振对应的谐振频率，或者二者之间的差值小于设定值。根据本发明的技术方案，通过调整谐振器中的层的厚度，使得并联谐振器的高次寄生谐振位置从远低于串联谐振器高次寄生谐振的位置，移动到与其相当甚至更高的位置，由此抑制或消除高次寄生谐振区的伪通带现象，从而提高滤波器的带外抑制性能。
Description
技术领域
本发明涉及滤波器技术领域，特别地涉及一种压电滤波器及其带外抑制改善方法、多工器、通信设备。
背景技术
近年来，移动通信行业蓬勃发展，5G逐渐开始走入人们的生活，以手机为代表的移动通信终端成为人们日常生活中必不可少的通信工具。随着频谱资源的日益拥挤，对终端的数据吞吐量和功耗要求越来越高我，这给射频前端电路的设计带来了巨大挑战。
目前，能够满足通讯终端使用的小尺寸滤波类器件主要是压电滤波器，构成此类滤波器的谐振器主要包括：FBAR(Film Bulk Acoustic Resonator，薄膜体声波谐振器)，SMR(Solidly Mounted Resonator，固态装配谐振器)，SAW(Surface Acoustic Wave，表面声波谐振器)。压电滤波器，相比常见的基于电磁波原理的滤波器，具有尺寸小，谐振器Q值高的特点。其中，FBAR和SMR又合称为BAW器件(Bulk Acoustic Wave，体声波)。在2.5GHz～3.5GHz频率范围内，因为对制作SAW谐振器基础结构IDT(Inter digital transducer)的光刻精度较高导致制作困难，谐振器Q值不高，而在0.5GHz～1.5GHz范围内，SAW 具有一定成本上的优势。相比之下，BAW滤波器则具有更高的频率应用范围(1GHz～10GHz)，更小的插入损耗，以及更好的静电释放(ESD) 及功率耐受(Power handling)能力。但是当BAW的频率向低频扩展到800MHz甚至更低时，因为BAW结构特有三明治结构，会在3倍基础谐振频率的附近产生较强的高次寄生谐振，影响低频滤波器在高次寄生谐振区域的抑制特性，从而降低了BAW技术在低频滤波类器件中的射频性能，限制其应用范围。如何BAW在低频应用时因高次寄生谐振问题产生的滤波器抑制恶化，成为设计工程师一个亟待解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提出一种压电滤波器及其带外抑制改善方法、多工器、通信设备，有助于抑制或消除三次寄生谐振区的伪通带现象，从而提高滤波器的带外抑制性能。
为实现上述目的，根据本发明的第一方面，提供了一种改善压电滤波器带外抑制的方法。
本发明的改善压电滤波器带外抑制的方法，所述压电滤波器为多阶的梯形结构，每阶的梯形结构包含1个串联谐振器和1个并联谐振器，该方法包括：调节至少1阶的梯形结构中的串联谐振器和并联谐振器中的一层或多层的厚度，并且/或者，调节所有串联谐振器和/或并联谐振器的材料，从而使该梯形结构中的并联谐振器的高次寄生谐振对应的反谐振频率大于串联谐振器高次寄生谐振对应的谐振频率，或者二者之间的差值小于设定值。
可选地，所述谐振器中的层的厚度包含该层的质量负载的厚度。
可选地，所述谐振器中的层包括：上、下电极，压电层，钝化层。
可选地，所述该梯形结构中，并联谐振器的压电层厚度大于串联谐振器的压电层厚度。
可选地，对于所述该梯形结构中的并联谐振器和串联谐振器，下电极厚度相同或不同，上电极厚度不同。
可选地，所述设定值的范围是-X～3X之间，其中X为所述1阶的梯形结构中的串联谐振器的高次寄生反谐振频率fp,n与相应的高次寄生谐振频率fs,n之差，即X＝fp,n-fs,n。
可选地，调节所有串联谐振器和/或并联谐振器的材料的步骤包括：使所有串联谐振器的电极的材料与所有并联谐振器的电极的材料不同；或者，调节所有串联谐振器和/或并联谐振器的材料的步骤包括：使所有串联谐振器的压电层的材料与所有并联谐振器的压电层的材料不同。
可选地，所述滤波器中，串联谐振器和并联谐振器分别设置在上下层叠的2个晶圆中。
根据本发明的第二方面，提供了一种压电滤波器，该压电滤波器是使用本发明所述的方法制造。
根据本发明的第三方面，提供了一种多工器，其包含本发明中的压电滤波器。
根据本发明的第四方面，提供了一种通信设备，其包含本发明中的压电滤波器。
根据本发明的技术方案，通过调整谐振器中的层的厚度，使得并联谐振器的高次寄生谐振位置从远低于串联谐振器高次寄生谐振的位置，移动到与其相当甚至更高的位置，由此抑制或消除高次寄生谐振区的伪通带现象，从而提高滤波器的带外抑制性能。
附图说明
为了说明而非限制的目的，现在将根据本发明的优选实施例、特别是参考附图来描述本发明，其中：
图1(a)是BAW谐振器电学符号；
图1(b)是BAW谐振器的等效电路；
图2是BAW的压电层厚度与谐振应力场关系示意图；
图3是BAW的各层厚度与谐振应力场关系示意图；
图4是一个约为836MHz的低频FBAR谐振器(以下称作谐振器 10)的宽频带阻抗幅值曲线；
图5是谐振器10在第一谐振区的阻抗曲线放大图；
图6是谐振器10在第二谐振区的阻抗曲线放大图；
图7是谐振器10在第三谐振区的阻抗曲线放大图；
图8是由谐振器110和120组成的梯型结构单元100的示意图；
图9(a)是当质量负载产生的串、并联谐振器的频率差较小，仅为3MHz时，两个谐振器110、120的阻抗示意图；
图9(b)是对应于图9(a)的情况的梯型结构100作为二端口网络的S21曲线；
图10(a)是当质量负载产生的串、并联谐振器的频率差适中，约为32MHz时，两个谐振器的阻抗示意图；
图10(b)是对应于图10(a)的情况的梯型结构100作为二端口网络的S21曲线；
图11(a)是当质量负载产生的串、并联谐振器的频率差适中，约为32MHz时，两个谐振器的阻抗示意图；
图11(b)是对应于图11(a)的情况的梯型结构100作为二端口网络的S21曲线；
图12(a)是当质量负载产生的串、并联位置谐振器的频率差为负值，如-80MHz时，两个谐振器的阻抗示意图；
图12(b)是对应于图12(a)的情况的梯型结构100作为二端口网络的S21曲线；
图13展示了三种不同层叠设置的低频谐振器的宽频带阻抗曲线；
图14是图13中各谐振器在第一谐振区的阻抗曲线对比放大图；
图15是图13中各谐振器在第二谐振区的阻抗曲线对比放大图；
图16是图13中各谐振器在第三谐振区的阻抗曲线对比放大图；
图17(a)和图17(b)是对于图10所示的梯型结构，在质量负载适中，第一谐振区形成较好带通波器形状时，其在第三谐振区的阻抗和幅频曲线；
图18是本发明的实施方式中的一个Band5发射滤波器300的电路图；
图19(a)和图19(b)是现有技术中，一个与滤波器300具有相同电路结构的Band5发射滤波器的幅频响应曲线；
图20(a)和图20(b)是滤波器300的幅频响应曲线；
图21(a)是将图19(a)和图20(a)进行叠加对比的示意图；
图21(b)是将图19(b)和图20(b)进行叠加对比的示意图；
图22是实施例的串、并联谐振器层叠设置的侧面示意图；
图23是对比例的串、并联谐振器层叠设置的侧面示意图；
图24根据本发明实施方式的串、并联谐振器的宽频阻抗曲线关系示意图；
图25是本发明实施方式涉及的一种滤波器500的电路图；
图26是滤波器500的侧面示意图；
图27是滤波器500的上晶圆和下晶圆的主视图；
图28是本发明实施方式涉及的一种滤波器600的电路图。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
图1(a)是BAW谐振器电学符号，图1(b)是BAW谐振器的等效电路。在不考虑损耗项的情况下，BAW谐振器的电学模型简化为 Lm，Cm和C0组成的谐振电路。其中包含一个连接在输入和输出端口之间的静态电容C0，还有一个与C0并联的谐振支路，谐振支路由Lm和 Cm串联。根据谐振条件可知，该谐振电路存在两个谐振频点：一个是谐振电路阻抗值达到最小值时的fs，将fs定义为该谐振器的串联谐振频率，或称谐振频率；另一个是当谐振电路阻抗值达到最小值时的fp，将fp定义为该谐振器的并联谐振频率，或称反谐振频率。其中，
在远离谐振频点的频率范围内，BAW谐振器总体上表现为静态电容C0。此模型也被称作是BVD模型，但是它只是简单反映出谐振器主谐振频率附近的电学特性，实际的BAW的电学响应更为复杂。
图2是BAW的压电层厚度与谐振应力场关系示意图。假定厚度为 2d的压电材料薄片，如同三明治一样被夹在上下两片无限薄的电极之间，电极以外是理想的空气边界，此时这个近似的三明治结构就是一个简单的BAW器件模型，电场方向为垂直于压电平面薄片，因此该结构发生谐振的条件是：由压电效应被电极施加的交变电压在压电层中激发出的声波能够形成稳定的驻波，这与压电材料的声速以及驻波的波数有关，即：
其中，K2是与材料特性相关的机电耦合系数，n为谐振次数的序号，依次取值为0，1，2，等等。n为0时，代表频率最低的谐振，也称作基础谐振，n为1时定义为二次寄生谐振，n为3时定义为三次寄生谐振，以此类推。ωa,n为n作相应取值时的反谐振角频率，单位为rad/s，其与频率的关系为ωa,n＝2·π·fp,n。fp,n即为对应n取值下的并联谐振频率。fp,0即为前面提到的fp，同理，fs,0也就是前面提到的fs。由上式可以看出，谐振器在n取不同值时的并联谐振频率，是由层叠厚度决定的。
图3是在上述结构的基础上，考虑了电极厚度之后，BAW的各层厚度与谐振应力场关系示意图。其中上电极和下电极的厚度均为t，压电层的厚度仍为2d。谐振器的机电耦合系数，可以通过下面的公式计算出来：
并且，对于n＝0的情况，fs,0和fp,0以及谐振器的机电耦合系数
满足以下关系：
其中
是n作相应取值时的谐振器的机电耦合系数，它与电极厚度与总层叠厚度的比值t/(d+t)有关，在谐振频率固定的条件下，压电层厚度越厚，谐振器的机电耦合系数也越大，fs,n和fp,n之间的相对距离也越远。从上面的公式也可以得出，当fs,0一定时，
变大，会导致fp,0向高频移动，对于n取其它数值，也是同样的变化趋势。
需要说明的是，BAW器件可采用的压电材料有氮化铝，氧化锌等，可采用的电极金属材料有钼，钨，铝，铜，金等，本发明以下均以氮化铝作为压电材料，钼作为电极材料进行说明。为了保护上电极不受环境影响而发生氧化或腐蚀，通常会在上电极的上方再制作一层较薄的钝化层，钝化层的材料可以是二氧化硅，氮化铝等。
图4是一个fs约为836MHz的低频FBAR谐振器(以下称作谐振器10)的宽频带阻抗幅值曲线，图中以虚线框出的A区域，即为n＝0 的第一谐振区；虚线框出的B区域，即为n＝1的第二谐振区；虚线框出的C区域，即为n＝2的第三谐振区。在这三个谐振区范围内，均可以通过范围内阻抗极小值和极大值确定相应的串联谐振频率与并联谐振频率，也可以计算出相应谐振的机电耦合系数，以及对实际采用的器件进行测试得出具体阻抗值。从图中可以看出，第一谐振区位于 800MHz～900MHz范围附近，第二谐振区位于2.3GHz附近，而第三谐振区位于2.75GHz～2.9GHz范围内。第一谐振区是谐振器的主谐振或称基础谐振，与其他两个范围内的谐振阻抗相比，第一谐振区的串联谐振阻抗较小，并联谐振阻抗较大，因此其谐振器的损耗较小，Q值较高，是用来制作滤波器的主要区间。对于本例，第二谐振区的谐振明显较弱，对滤波器的影响较小。第三谐振区，虽然损耗相比第一谐振区损耗大了很多，但是总体上仍可以看作是一个频率在2.75GHz～2.9GHz的谐振器。因此当利用第一谐振区制作了梯型结构滤波器后，相应谐振器的三次寄生谐振，也就是第三谐振区，也可能会形成类似第一谐振区的伪通带形状，从而恶化滤波器在相应频段的带外抑制特性。需要指出的是，对于本例中的层叠设置，第二谐振区的寄生谐振强度明显弱于第三谐振区，因此主要解决是的三次寄生谐振产生的伪通带。如果对于另外一种层叠设置，第二谐振区的寄生谐振强度更强，同样可以用本发明阐述的方法改善抑制性能。
图5是谐振器10在第一谐振区的阻抗曲线放大图，在此区域的串联谐振频率为fs,0，836MHz。并联谐振频率为fp,0，866MHz。此段区间的谐振器机电耦合系数为
为8.13％。fs,0与fp,0之间的距离约为30MHz。
图6是谐振器10在第二谐振区的阻抗曲线放大图，在此区域的串联谐振频率为fs,1和fp,0均在2292MHz附近。此段区间的谐振器机电耦合系数为
为0.027％。
图7是谐振器10在第三谐振区的阻抗曲线放大图，在此区域的串联谐振频率为fs,2，2787MHz。并联谐振频率为fp,2，2830MHz。此段区间的谐振器机电耦合系数为
为3.65％。可以看到，三次寄生谐振区的机电耦合系数相比第一谐振区降低了超过一半，但是由于频率也变高到三倍左右，因此fs,2与fp,2之间的距离约为46MHz。
图8是由谐振器110和120组成的梯型结构单元100的示意图，这个梯型结构单元被设置在一个输入端口与一个输出端口(图中黑点所示)之间，因此形成了一个二端口的射频网络。滤波器中，通常包含2个或者更多的串联的上述梯型结构，例如图18所示。在图8中，谐振器110位于输入端口与输出端口之间的串联位置，谐振器120一端接在输出端口，另一端接地，在2个或更多的串联的梯形结构中，谐振器120则处于并联位置。
通常情况下，谐振器110和谐振器120的各层厚度，如上、下电极，压电层等，均相同，但120上会添加一定厚度的质量负载，以使其频率低于110，因此，110和120两个谐振器的机电耦合系数也基本相同。以下根据质量负载所产生的110和120之间频率差异的不同，阐述梯型结构形成带通滤波器的基本原理。为了分析方便，这里指定 110和120的谐振器面积相同，并且仅以第一谐振区为例进行分析。
如图9(a)，是当质量负载产生的串、并联谐振器的频率差较小，仅为3MHz时，两个谐振器110、120的阻抗示意图，此时110和120 的阻抗曲线基本重叠，根据分压原理，梯型结构中串、并联位置的阻抗在整个频段都基本相同，因此只有一部分能量可以通过。图9(b)是对应于图9(a)的情况的梯型结构100作为二端口网络的S21曲线，在整个第一谐振区间，插入损耗均为3dB左右，同时在110的fs和fp附近，分别形成了传输零点，也就是抑制尖坑。
如图10(a)，是当质量负载产生的串、并联谐振器的频率差适中，约为32MHz时，两个谐振器的阻抗示意图。所谓频率差适中，是指110 的fs和120的fp相差不多，阻抗曲线形成图10(a)的错位分布。同样根据分压原理，可以将频率根据串、并联谐振器的特点选取三个特征位置进行分析：1)120的fs附近，此时并联阻抗极小，串联阻抗较大，信号无法通过梯型网络，形成传输零点，也就是滤波器的左侧阻带抑制；2)120的fp或者110的fs附近，此时并联阻抗极大，串联阻抗极小，信号完全通过梯型网络，形成传输极点，也就是滤波器的通带；3)110的fp附近，此时并联阻抗较小，串联谐振器阻抗极大，信号无法通过梯型网络，形成传输零点，也就是滤波器的右侧阻带抑制。图10(b) 是对应于图10(a)的情况的梯型结构100作为二端口网络的S21曲线，在整个第一谐振区间，插入损耗均为0.2dB左右，同时在120的fs和 110的fp附近，分别形成了抑制尖坑。此时图10(b)就是一个简单带通滤波器的形状，采用多级梯型结构单元级联，并在适当位置添加辅助电感，即可以形成复杂的梯型带通滤波器。
如图11(a)，是当质量负载产生的串、并联谐振器的频率差较大，约为108MHz时，两个谐振器的阻抗示意图。所谓频率差较大，是指 110的fs和120的fp相差远大于单个谐振器的fs和fp的距离，阻抗曲线形成图11(a)的错位分布。对于不同特定区间的阻抗关系分析与前面一样，不再赘述。图11(b)是对应于图11(a)的情况的梯型结构100作为二端口网络的S21曲线，由于串、并联谐振器的频率差(以质量负载衡量)，远大于单个谐振器的fs和fp的距离(以谐振器的机电耦合系数衡量)，因此会如图11(b)那样，在110的fs和120的fp位置分别形成一个类似通带的插入损耗尖峰，或者形象点描述，更像是在10(a)的基础上由于谐振器频率差的进一步增大，把原来的通带拉伸为两个传输极点。
接下来讨论一种相对特殊的情况，即如图12(a)所示，是当质量负载产生的串、并联位置谐振器的频率差为负值，如-80MHz时两个谐振器的阻抗示意图。需要说明的是，由于前面设定，质量负载添加在并联谐振器120上，这样质量负载就变成了负数，而实际中并不能实现，以上条件实际上是通过将质量负载加在串联位置的谐振器来等效实现的。这里采用质量负载为负的表述，是为了理解方便。对此条件下的梯型结构进行阻抗分析，则情况与图10正好相反，在110的fs和 120的fp之间的这段频率，并不会形成一个通带，而是会形成一个阻带。图12(b)是对应于图12(a)的情况的梯型结构100作为二端口网络的S21曲线，如图12(b)中的m2所示，可以在大概50MHz的频率范围内形成具有10dB抑制的阻带。
对比图12和图10可以得到一个初步的结论，对于梯型结构10，当串、并联谐振的频率差为正数且适中时，梯型结构表现为带通滤波器，当串、并联谐振的频率差为负数时，梯型结构会表现为带阻滤波器。
图13展示了三种不同层叠设置的低频谐振器的宽频带阻抗曲线，为描述方便，分别称作低频谐振器200，201和202(图中不示出)。同前面一样，分别用A，B，C标出了第一谐振区，第二谐振区，第三谐振区。曲线200～202的特点在于，三个谐振器在第一谐振区的fs基本相同，均为835MHz左右，谐振器200的压电层厚度为0.74um，下电极厚度为1.2um，上电极厚度为1.125um；谐振器201的压电层厚度为0.9um，下电极厚度为1.1um，上电极厚度为1.015um；谐振器202 的压电层厚度为1.0um，下电极厚度为1.05um，上电极厚度为0.95um。从谐振器200到谐振器202，压电层的厚度依次增加，同时为了保证它们的谐振频率相同，需要将电极层的厚度依次降低。
图14是图13中各谐振器在第一谐振区的阻抗曲线对比放大图，由于谐振器200～202压电层厚度占比依次增加，且各谐振器的谐振频率相同，因此各谐振器的
也依次增加，分别为8.1％，9.2％和9.7％。
图15是图13中各谐振器在第二谐振区的阻抗曲线对比放大图，可以看到，随着压电层厚度占比的增加，尽管谐振器200～202在第一谐振区的fs基本相同，它们二次寄生谐振的频率也依次增加，分别为 2280MHz，2437MHz和2525MHz。
图16是图13中各谐振器在第三谐振区的阻抗曲线对比放大图，可以看到，随着压电层厚度占比的增加，尽管谐振器200～202在第一谐振区的fs基本相同，它们三次寄生谐振的频率也依次增加，分别为 2775MHz，2927MHz和3025MHz，
也分别为3.67％，3.3％和3.06％。
从以上三张图的对比得知：可以通过增大压电层厚度的占比，使得谐振器在fs不变的前提下，其三次寄生谐振频率fs,2向高频移动。
对于图10所示的梯型结构，在质量负载适中，第一谐振区形成较好带通波器形状时，其在第三谐振区的阻抗和幅频曲线如图17(a)和图17(b)所示，此时串、并联谐振器在第一谐振区的频率差为32MHz，但由于质量负载的效应，以及高次寄生谐振
变小的综合影响，其在第三谐振区，形成了类似于图11第一谐振区的阻抗关系，从而在三次寄生谐振的位置，形成一个伪通带，其插入损耗约为0.8dB，这也造成了梯型结构在三次寄生谐振位置抑制的恶化。
图18是本发明的实施方式中的一个Band5发射滤波器300的电路图，其通带频率范围是824MHz～849MHz。如图18所示，第1端口和第2端口之间串联有TS1至TS4这4个串联谐振器，相邻的串联谐振器的连接点和第2端口，分别连接有并联谐振器TP1至PT4的一端，并联谐振器TP1和TP2另一端经由电感LG1接地，并联谐振器TP3和 TP4另一端经由电感LG2接地。滤波器300中，所有串联位置谐振器的压电层厚度为0.74um，下电极厚度均为1.2um，上电极厚度为1.1um；所有并联谐振器的压电层厚度为0.935um，下电极厚度均为1.2um，上电极厚度为0.95um，并联谐振器上只在TP1和TP4上添加0.014um的质量负载，用于调节滤波器的回波损耗特性。所有谐振器的面积如表1 所示，单位为um2。
表1
| Ts1：27700 | Ts2：15000 | Ts3：15000 | Ts4：15600 |
| Tp1：55000 | Tp2：55000 | Tp3：55000 | Tp4：35800 |
图19(a)和图19(b)是现有技术中，一个与滤波器300具有相同电路结构的Band5发射滤波器的幅频响应曲线，作为对比例，该滤波器采用了现有技术设计，所有串联谐振器和并联谐振器的压电层厚度均为0.74um，下电极厚度均为1.2um，上电极厚度为1.1um，同时，在所有并联位置的谐振器的上电极上，还添加有厚度为0.14um的质量负载层，质量负载与电极采用同样的金属材料。所有谐振器的面积如表2所示，单位为um2。
表2
| Ts1：31500 | Ts2：15000 | Ts3：15000 | Ts4：16200 |
| Tp1：48170 | Tp2：44180 | Tp3：46160 | Tp4：25300 |
由于滤波器300与对比例的并联谐振器压电层厚度并不相同，因此两个滤波器的面积需要单独优化，在滤波器整体通带和阻带性能基本一致时，才能对比高次寄生谐振区域的抑制性能。
图19(b)是0.5GHz～3.5GHz的宽频带响应曲线，图19(a)则是同一曲线在820MHz～850MHz范围内的通带特性详细展示。图19(b) 中的301区域，是由谐振器二次寄生谐振产生的抑制尖峰。302区域，是由谐振器三次寄生谐振形成的抑制尖峰。类似前面图17的原理说明，由于第三谐振区域内，串联谐振器的三次寄生谐振频率fs,2大于并联谐振器的fs,2，且二者频率差大于单个谐振器的fs,2和fp,2的间距，因此在第三谐振区会形成303和304两个抑制尖峰，303与并联谐振器的三次寄生谐振相对应，304与串联谐振器的三次寄生谐振相对应。这两个抑制恶化点恰好位于Band 41(2496MHz～2600MHz)范围内，因此有可能对系统中Band 41的通信产生不利影响。
图20(a)和图20(b)是滤波器300的幅频响应曲线，其中图20 (a)是0.5GHz～3.5GHz的宽频带响应曲线，图20(b)则是同一曲线在820MHz～850MHz范围内的通带特性详细展示。图20(b)中的401 区域，是由谐振器二次寄生谐振产生的抑制尖峰；402区域，是由谐振器三次寄生谐振形成的抑制尖峰。实施例通过增大并联谐振器压电层厚度占比的方式，使得并联谐振器的三次寄生谐振位置从远低于串联谐振器三次寄生谐振的位置，移动到与其相当甚至更高的位置，若定义X为串联谐振器的三次寄生反谐振频率fp,3与三次寄生谐振频率fs,3之差，即X＝fp,3-fs,3，此时X的值在0附近，即满足此设定值的范围是 -X～3X之间。通过以上设置，使得并联谐振器与串联谐振器三次寄生谐振形成类似图9原理的阻抗抵消关系，甚至类似图12原理形成位于三次寄生谐振区域的带阻滤波器，有效的将三次寄生谐振产生的尖峰削弱，仅留存一个403约30dB的抑制尖峰和一个404约25dB的抑制尖峰，相比图19有了明显的改善。403与串联谐振器的三次寄生谐振相对应，404与并联谐振器的三次寄生谐振相对应。
图21把实施例和对比例的曲线放在一起进行对比，其中图21(b) 是0.5GHz～3.5GHz的宽频带响应曲线，图21(a)则是同一曲线在 820MHz～850MHz范围内的通带特性详细展示。图中粗实线为实施例滤波器幅频响应曲线，细虚线为对比的滤波器幅频响应曲线。从图21(b) 可以看出，由于实施例并联谐振器的压电层厚度占比增加，使得与并联谐振器关联的谐振尖峰由303的位置向404位置移动，并且两个谐振尖峰均得到了有效的抑制。
从图21(a)可以看出，在高次寄生谐振抑制得到改善的同时，由于并联谐振器压电层厚度占比增加同时还伴有
的增加，因此滤波器通带的带宽也有所增加，通带的插入损耗也略有提升。需要说明的是，只有类似此实施例，把并联谐振器的压电层厚度占比增加，才能同时达到高次寄生谐振抑制改善和通带带宽增加并且插损改善的双重效果。如果是按现有技术，把串、并联的谐振器的压电层厚度占比同样增加到相同厚度，此时串并联谐振器的
也同时变大，虽然也可以使通带变宽并且插损改善，但是由于串、并联谐振器在三次寄生谐振的频率差的关系没有得到本质上的改变，因此在三次寄生谐振处的抑制尖峰只会随层叠改变向高频方向移动，但是抑制尖峰的高度不会得到有效的削弱。
同时，本实施例中，谐振器的二次寄生谐振相对频率范围较窄，强度也不强，总体上对滤波器的抑制影响不大。但是如果在某些设计中，二次寄生谐振也类似三次寄生谐振，产生了对抑制的不利影响，则可以利用同样的原理进行设计规避。一般来说，如果高次(即二次及以上)寄生谐振的强度足以影响滤波器的性能，那么都可采用本发明实施方式提供的方法加以抑制。
图22是实施例的串、并联谐振器层叠设置的侧面示意图，二者下电极厚度均为1.2um，串联谐振器压电层厚度t1为0.74um，并联谐振器压电层厚度t2为0.935um，同时二者的上电极厚度设置不同。这种方式区别于图23示出的对比例的结构，图23是对比例的串、并联谐振器层叠设置的侧面示意图。从图24所示的串、并联谐振器的宽频阻抗曲线关系能够看出：1)在第一谐振区，串联谐振器的fs与并联谐振器的fp基本对齐，以实现较好的滤波器通带特性；2)在第三谐振区，并联谐振器的fp,2与串联谐振器的fs,2的频率差，位于-X～3X区间之内，其中X是某个串联谐振器的fp,2与其fs,2之差，以实现较好的三次寄生谐振区域抑制特性。特别地，对于本实施例，使得并联谐振器的fp,2与串联谐振器的fs,2的频率差为X，事实上，只要符合前述频率关系，都能达到近似的技术效果。
考虑到上述方式涉及谐振器各层厚度的调节，为了便于加工制造，可以将串联谐振器和并联谐振器分别制作在不同的晶圆上。以下举例加以说明，请参见图25至图27，其中图25是本发明实施方式涉及的一种滤波器500的电路图，图26是滤波器500的侧面示意图，图27 是滤波器500的上晶圆和下晶圆的主视图。其中上晶圆501中制作并联谐振器(图中以薄膜体声波谐振器FBAR为例)，下晶圆502中制作串联谐振器。图中，P1-P6为并联谐振器，S1-S6为串联谐振器，VIN 为输入管脚，VOUT为输出管脚，VG1和VG2为接地管脚，并且两个晶圆都布置了VIN、VG1、VG2、VOUT这四个键合区。同时添加了新的键合区，即图中的J1，J2，J3，此新键合区只是用来将上晶圆501 与下晶圆502连接在一起，而不需要通过过孔向芯片外部连接，因此其形状都与连接过孔的键合区不同。
双工器中发送滤波器Tx频率为824MHz～849MHz，接收滤波器 Rx的频率范围为869MHz～894MHz。两颗滤波器均采用本发明，实现了高次寄生谐振抑制的改善。
在上面的描述中，主要说明了谐振器各层厚度的调节对于抑制三次寄生谐振的作用，并且还可用于抑制高次寄生谐振。另外本发明实施方式中，串联谐振器与并联谐振器可以采用不同的材料，以使它们的高次寄生谐振符合上文所说明的频率关系。在调整串联谐振器与并联谐振器材料的情况下，也可以结合各层厚度的调整。所谓不同的材料，可以是电极的材料不同，如钼、钌、金、铝、镁、钨、铜，钛、铱、锇、铬或以上金属的复合或其合金等，也可以是压电层的材料不同，如氮化铝，氧化锌，PZT(锆钛酸铅系压电陶瓷)等材料并包含上述材料的一定原子比的稀土元素掺杂材料。例如，串并联谐振器采用的电极材料都是钼，压电层材料都是掺钪的氮化铝，电极和压电层二者除了厚度不同外，串联谐振掺杂浓度与并联谐振器的掺杂浓度也不同，通常情况下，钪的掺杂浓度越高，其三次寄生谐振的频率也越高，因此，在本发明实施方式中，可设置串联谐振器的钪掺杂浓度是7％左右，并联谐振器的钪掺杂浓度是10％左右，此时并联谐振器的fp,2与串联谐振器的fs,2的频率差X，与某个串联谐振器的fp,2与fs,2的频率差相当，因此其在三次寄生谐振频率附近的抑制得到了改善。
根据本发明实施方式的技术方案，通过调整谐振器中的层的厚度或材料，或二者同时调整，使得并联谐振器的三次寄生谐振位置从远低于串联谐振器三次寄生谐振的位置，移动到与其相当甚至更高的位置，由此抑制或消除三次寄生谐振区的伪通带现象，从而提高滤波器的带外抑制性能。
上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，取决于设计要求和其他因素，可以发生各种各样的修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。
Claims (11)
1.一种改善压电滤波器带外抑制的方法，所述压电滤波器为多阶的梯形结构，每阶的梯形结构包含1个串联谐振器和1个并联谐振器，其特征在于，该方法包括：
调节至少1阶的梯形结构中的串联谐振器和并联谐振器中的一层或多层的厚度，并且/或者，调节所有串联谐振器和/或并联谐振器的材料，从而使该梯形结构中的并联谐振器的高次寄生谐振对应的反谐振频率大于串联谐振器高次寄生谐振对应的谐振频率，或者二者之间的差值小于设定值。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述谐振器中的层的厚度包含该层的质量负载的厚度。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述谐振器中的层包括：上、下电极，压电层，钝化层。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述该梯形结构中，并联谐振器的压电层厚度大于串联谐振器的压电层厚度。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，对于所述该梯形结构中的并联谐振器和串联谐振器，下电极厚度相同或不同，上电极厚度不同。
6. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述设定值的范围是-X~3X之间，其中X为所述1阶的梯形结构中的串联谐振器的高次寄生反谐振频率 fp,n与相应的高次寄生谐振频率fs,n之差，即X=fp,n-fs,n。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
调节所有串联谐振器和/或并联谐振器的材料的步骤包括：使所有串联谐振器的电极的材料与所有并联谐振器的电极的材料不同；
或者，
调节所有串联谐振器和/或并联谐振器的材料的步骤包括：使所有串联谐振器的压电层的材料与所有并联谐振器的压电层的材料不同。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于，所述滤波器中，串联谐振器和并联谐振器分别设置在上下层叠的2个晶圆中。
9.一种压电滤波器，其特征在于，该压电滤波器是使用权利要求1至8中任一项所述的方法制造。
10.一种多工器，其特征在于，包含权利要求9所述的压电滤波器。
11.一种通信设备，其特征在于，包含权利要求9所述的压电滤波器。
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