CN112054777A - 体声波谐振器组件及制造方法、滤波器及电子设备 - Google Patents

体声波谐振器组件及制造方法、滤波器及电子设备 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种体声波谐振组件,包括两个体声波谐振器,分别为第一谐振器和第二谐振器,其中:第一谐振器为电极包括温补层的温补谐振器,第二谐振器为不包括温补层的非温补谐振器;第一谐振器的温漂系数为零,且第二谐振器与第一谐振器之间的机电耦合系数的差值占第二谐振器的机电耦合系数的值的30%及以上。第一谐振器的压电层的厚度可小于第二谐振器的压电层的厚度且至少为第二谐振器的压电层的厚度的50%。本发明还公开了一种具有该体声波谐振器组件的滤波器及具有该滤波器或体声波谐振器组件的电子设备。

Description

体声波谐振器组件及制造方法、滤波器及电子设备
技术领域
本发明涉及半导体领域,尤其涉及一种体声波谐振器组件及制造方法、一 种滤波器,以及一种具有该谐振器组件或该滤波器的电子设备。
背景技术
随着无线通讯应用的发展,人们对于数据传输速率的要求越来越高,与数 据传输速率相对应的是频谱资源的高利用率和频谱的复杂化。通信协议的复杂 化对于射频系统的各种性能提出了严格的要求,在射频前端模块,射频滤波器 起着至关重要的作用,它可以将带外干扰和噪声滤除掉以满足射频系统和通信 协议对于信噪比的要求。
射频滤波器主要应用于无线通信系统,例如,基站的射频前端,移动电话, 电脑,卫星通讯,雷达,电子对抗系统等等。射频滤波器的主要性能指标为插 损、带外抑制、功率容量、线性度、器件尺寸和温漂特性。良好的滤波器性能 可以在一定程度上提高通信系统的数据传输速率、寿命及可靠性。所以对于无 线通信系统高性能、简单化滤波器的设计是至关重要的。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声波滤波器,构成此类声波滤波器的 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)和SAW(SurfaceAcoustic Wave,表面声波谐振器)。其中基于体声波原理FBAR和SMR制造的滤波器(统 称为BAW,体声波谐振器),相比基于表面声波原理SAW制造的滤波器,具有更 低的插入损耗,更快的滚降特性等优势。
由于构成声波谐振器的压电材料和金属材料,都具有负温漂系数的特点, 即当温度增加时,谐振器的谐振频率均会以一定比例向低频方向移动(温度漂 移)。一般情况下,SAW的频率温度漂移系数(Temperature Coefficient of Frequency,TCF),简称温漂系数为-35ppm/℃~-50ppm/℃,BAW的温漂系数为 -25ppm/℃~-30ppm/℃。虽然BAW相比SAW具有明显的温度漂移方面的性能优势, 但是在一些特殊的应用场景下,这样的温漂系数,仍然会对应用了滤波器的射 频收发系统的性能产生不利影响,例如一个滤波器定义了从通带边缘到带外抑 制的频率可变范围,那么温漂系数的存在,就使得在考虑了温度变化导致的频 率漂移之后,这个可变范围变小,从而大大增加了滤波器的设计难度。外界环 境和体波谐振器自身工作中的发热都会引起谐振器温度变化,该变化会引起谐 振器的谐振频率发生漂移,这对谐振器或有谐振器组成的各种电子器件的性能 均会造成不利影响。
为了解决滤波器普遍存在的温度漂移问题,一个常见的解决方法是在谐振 器中加入可以实现温度补偿效果的材料。对于声波谐振器,这种温度补偿材料 通常为二氧化硅,因为二氧化硅具有正温漂系数,并且可以通过一般的工艺制 程制作,也同时具备低廉的价格,适合产品大批量生产的应用;温补层的材料 也可以为多晶硅、硼磷酸盐玻璃(BSG)、铬(Cr)或碲氧化物(TeO(x))等正 温漂系数材料;温补层的厚度范围一般在
Figure BDA0002483579700000021
Figure BDA0002483579700000022
之间。这类加了温 度补偿的材料的谐振器,也被称为温漂系数温补型谐振器,下文中简称TCF谐 振器或温补谐振器,是指具有较低甚至为0的频率温度漂移系数的谐振器,它 是温度补偿滤波器的组成单元。
但是,在谐振器引入上述温补层后,谐振器的性能变差,主要体现在谐振 器损耗的增大,以及机电耦合系数(Kt2)的变小。谐振器的损耗直接影响滤波 器的通带插损特性,从而增大射频链路中的损耗,恶化射频前端的收发性能。 机电耦合系数变小,在一定频率条件下谐振器的串联谐振频率和并联谐振频率 之间的频率差减小,滤波器的滚降特性有可能改善,但同时滤波器的带宽也会 变窄,大多数通信系统中,滤波器的带宽是根据系统要求提出的,带宽并不能 无限制的缩窄。
图1为现有技术中的滤波器的电路图,其中,T1为滤波器100的输入端子, T2为滤波器的输出端子,该输入端子T1和输出端子T2为连接至滤波器的外部 信号的端口。在输入端子T1和输出端子T2之间,有一系列位于串联通路位置 上的串联谐振器S11、S12、S13和S14彼此串联相接。在输入端子T1和串联谐 振器S11之间,串联连接一串联电感L1;在输入端子T2和串联谐振器S14之间, 串联连接一串联电感L2。并联谐振器P11的一端与串联谐振器S11与S12之间 的节点相连,并联谐振器P12的一端与串联谐振器S12与S13之间的节点相连, 并联谐振器P11及P12的另一端彼此相连并与并联电感L3的一端相连,并联电 感L3的另一端接地;并联谐振器P13的一端与串联谐振器S13与S14之间的节 点相连,并联谐振器P14的一端与串联谐振器S14与串联电感L2之间的节点相 连,并联谐振器P13及P14的另一端彼此相连并与并联电感L4的一端相连,并 联电感L4的另一端接地。
串联谐振器S11、S12、S13及S14的串联谐振频率分别为fss1、fss2、fss3 及fss4,并联谐振频率为fsp1、fsp2、fsp3及fsp4;并联谐振器P11、P12、 P13及P14的串联谐振频率分别为fps1、fps2、fps3及fps4,并联谐振频率为 fpp1、fpp2、fpp3及fpp4。串联谐振器和并联谐振器通过质量负载的不同设计 (调节质量负载的面积、厚度等方式)实现串联谐振频率彼此不同。
图2为对比例即现有技术中的滤波器的插损特性及谐振器的阻抗特性曲线 图,串联谐振器和并联谐振器共同作用形成滤波器通带特性。通过设置串联谐 振器的串联谐振频率彼此不同以及串联谐振器的Kt2的变化,可以有效改善滤波 器通带右侧的滚降特性。滤波器应用小Kt2谐振器容易实现良好的滚降特性,但 是一旦设计指标(带宽、插损、带外抑制等)确定,谐振器的Kt2也就基本确定 了,这样滤波器带宽和滤波器良好的滚降特性是相互矛盾的,常规架构下宽带 宽滤波器设计很难实现良好的滚降特性,且对于普通滤波器中的谐振器叠层已 确定的条件下,通过对谐振器结构的改变,50Ohm谐振器Kt2变化只有±0.5% 左右,对滤波器滚降特性的改善有限。
发明内容
为进一步改善滤波器的滚降特性及温度漂移特性,提出本发明。
根据本发明的实施例的一个方面,提出了一种体声波谐振组件及其制造方 法。该谐振器组件包括两个体声波谐振器,分别为第一谐振器和第二谐振器, 其中:
第一谐振器为电极包括温补层的温补谐振器,第二谐振器为不包括温补层 的非温补谐振器;
第一谐振器的温漂系数为零,且第二谐振器与第一谐振器之间的机电耦合 系数的差值占第二谐振器的机电耦合系数的值的30%及以上。
可选的,第一谐振器的压电层的厚度小于第二谐振器的压电层的厚度且至 少为第二谐振器的压电层的厚度的50%。更进一步的,第二谐振器与第一谐振器 之间的机电耦合系数的差值占第二谐振器的机电耦合系数的值的40%及以上。
本发明的实施例还涉及一种滤波器,包括上述的体声波谐振器组件,所述 滤波器包括多个串联谐振器和多个并联谐振器,其中:部分串联谐振器和/或部 分并联谐振器为所述第一谐振器。
本发明的实施例也涉及一种电子设备,包括上述的滤波器或者上述的谐振 器组件。
附图说明
以下描述与附图可以更好地帮助理解本发明所公布的各种实施例中的这些 和其他特点、优点,图中相同的附图标记始终表示相同的部件,其中:
图1为现有技术中的滤波器的电路图;
图2为对比例即现有技术中的滤波器的插损特性及谐振器的阻抗特性曲线 图;
图3为对比例即现有技术中的滤波器在不同温度环境下对应的插损特性曲 线图;
图4为本发明实施方式中第一实施例的滤波器的电路图;
图5为本发明实施方式中添加了温补层的FBAR谐振器的示意图;
图6是加温补层前后的谐振器阻抗特性曲线对比图;
图7为本发明第一实施例的滤波器插损特性及谐振器阻抗特性的曲线图;
图8为本发明第一实施例与对比例的滤波器在常温条件下的插损特性对比 图;
图9为本发明第一实施例中TCF谐振器零温漂条件下对应的三温特性曲线 图与对比例三温特性曲线对比图;
图10为图9画圈区域的放大图;
图11为本发明第一实施例中TCF谐振器零温漂条件下与对比例在常温和高 温条件下的插损特性对比图;
图12为本发明第一实施例中TCF谐振器正1MHz温漂与对比例在常温和高 温条件下的插损特性对比图;
图13为本发明第二实施例的滤波器的电路图;
图14为本发明第二实施例的滤波器插损特性及谐振器阻抗特性的曲线图;
图15为本发明第二实施例与对比例在常温条件下的插损特性对比图;
图16为本发明第三实施例对应的电路图;
图17为本发明第三实施例的滤波器插损特性及谐振器阻抗特性的曲线图;
图18为本发明第三实施例与对比例在常温条件下的插损特性对比图;
图19为对比例与本发明实施例1、实施例2、实施例3的常温条件下的插 损特性对比图;
图20为本发明实施方式中第四实施例的滤波器的电路图;
图21为本发明实施方式中第五实施例的滤波器的电路图;
图22为本发明实施方式中第六实施例的滤波器的电路图;
图23为本发明实施方式中第七实施例的滤波器的电路图;
图24为本发明实施方式中第八实施例的滤波器的电路图。
图25A和25B为根据本发明的一个示例性实施例的体声波谐振器组件的结 构示意图;
图26A-26K示例性示出图25所示的组件的制作过程;
图27A为根据本发明的另一个示例性实施例的体声波谐振器组件的结构示 意图;
图27B示例性示出加工图27A所示的组件与25A所示组件所不同的步骤;
图28A和28B示例性示出了温补层的厚度与温补谐振器的谐振频率、机电 耦合系数Kt2以及温补谐振器的TCF值的关系的图表。
图29A和29B示例性示出了压电层的厚度与温补谐振器的谐振频率、机电 耦合系数Kt2以及温补谐振器的TCF值的关系的图表。
图30示例性示出了第一电极层的厚度与温补谐振器的机电耦合系数Kt2以 及温补谐振器的TCF值的关系的图表。
图31为根据本发明的另一个示例性实施例的体声波谐振器组件的结构示意 图。
具体实施方式
下面通过实施例,并结合附图,对本发明的技术方案作进一步具体的说明。 在说明书中,相同或相似的附图标号指示相同或相似的部件。下述参照附图对 本发明实施方式的说明旨在对本发明的总体发明构思进行解释,而不应当理解 为对本发明的一种限制。
图3为对比例即现有技术中的滤波器在不同温度环境下对应的插损特性曲 线图,其中带有三角形标签的曲线为95摄氏度环境下的插损特性曲线,带有正 方形标签的曲线为常温25摄氏度环境下的插损特性曲线,带有圆形标签的曲线 为-45摄氏度环境下的插损特性曲线。由于滤波器的压电介质材料以及电极材料 均为负温漂系数材料,而且高温条件下滤波器电极的热损耗增加,所以高温条 件下的插损特性曲线相对于常温特性曲线向低频方向移动的同时插损也会掉落; 与常温曲线相比,滤波器在低温下幅频曲线向高频方向移动,同时插入损耗变 好,且一般情况下滤波器工作时通带信号大部分能量通过串联谐振器由输入端 口T1传输到输出端口T2,串联谐振器温度会高于并联谐振器温度,故在同一外部环境下,通带右侧的频率漂移量大于通带左侧的频率漂移量。
图4为本发明实施方式中第一实施例的滤波器的电路图,与现有的滤波器 相比,本实施例的滤波器600中的一个串联谐振器替换为带有温补层的TCF谐 振器(温补谐振器);本实施例中,将现有的串联谐振器S12替换为TCF。通过 温补层厚度的不同设计,实现TCF谐振器不同的温漂特性。
图5为本发明实施方式中添加了温补层的FBAR谐振器的示意图,图5中, 51是基底或半导体衬底材料,56是通过刻蚀得到的空气腔,薄膜体声波谐振器 的底电极53淀积于半导体衬底51之上,52为压电薄膜材料,54为顶电极,55 为温补层。虚线框选区域为空气腔56、顶电极34、底电极33、温补层55和压 电层32的重叠区域为有效谐振区。温补层的材料可以为多晶硅、硼磷酸盐玻璃 (BSG)、二氧化硅(SiO2)、铬(Cr)或碲氧化物(TeO(x))等材料。其中,原 本一次制作的底电极图形,分两次制作,在两次制作底电极图形之间,制作一 层温补层,温补层的材料一般为二氧化硅,并且其图形小于底电极图形。这样, 当底电极图形完全制作完成后,温补层就被完全包裹于底电极材料中,这样的 制作方法可以使温补层完全被底电极包裹,从而有效的保护它不受其他工艺制 作过程的破坏;另外,因为温补层上面和下面的电极材料在边缘处连接在一起, 避免了由于三者组成的寄生电容而使谐振器性能(损耗特性)大幅度恶化。基 于图5的说明同样适用于图25中所示的谐振器组件中的温补谐振器。
图6是加温补层前后的谐振器阻抗特性曲线对比图。添加了温补层后,串 联阻抗Rs由原来的0.8欧姆增大到1.6欧姆,而并联阻抗Rp则由原来的2800 欧姆减小到1500欧姆,Kt2由原来的6.0%减少为3.0%,减小到原来的一半,小 于原谐振器的Kt2的70%。
图7为本发明第一实施例的滤波器插损特性及谐振器阻抗特性的曲线图, TCF谐振器的串联谐振频率和并联谐振频率分别为fss_tcf、fsp_tcf,S11谐振器 的串联谐振频率和并联谐振频率分别为fss_11、fsp_11,S13谐振器的串联谐振 频率和并联谐振频率分别为fss_13、fsp_13,S14谐振器的串联谐振频率和并联 谐振频率分别为fss_14、fsp_14,常温条件下,TCF谐振器的并联谐振频率fsp_tcf 与普通谐振器S11、S13及S14的并联谐振频率fsp_11、fsp_13及fsp_14存在如 下关系:
Min(fsp_11、fsp_13、fsp_14)-fsp_tcf≥delta_FR
其中,delta_FR为第一实施例的滤波器通带右侧-20dB处对应频率在高温和 常温条件下的频率变化量。fss_tcf、fss_11、fss_13、fss_14之间的关系不做限定。
图8为本发明第一实施例与对比例的滤波器在常温条件下的插损特性对比 图,第一实施例中的一个串联谐振器为添加了温补层的TCF谐振器,所添加的 温补层厚度满足如下条件:该温补层产生的正温漂效应可以全部或部分抵消所 有其他层的负温漂效应,从而使得TCF谐振器成为具有温漂系数大于普通谐振 器温漂系数甚至等于0ppm/℃的温补谐振器,或者该温补层产生的正温漂效应 大于所有其他层的负温漂效应,从而使得TCF谐振器成为具有正温漂系数的温 补谐振器;由于第一实施例中加入TCF谐振器,TCF谐振器具有小Kt2特性, 第一实施例可以在不影响滤波器带宽的前提下实现了通带右侧滚降特性的较大提升。
图9为本发明第一实施例中TCF谐振器零温漂条件(即频率不随温度变化 而变化)下对应的三温特性曲线图与对比例三温特性曲线对比图,如图9所示, TCF谐振器零温漂条件下对应的三温特性曲线(低温:-45摄氏度、常温:25 摄氏度、高温:95摄氏度)为实线,对比例三温特性曲线为虚线,二者对比可 知,第一实施例的通带右侧的温漂特性得到较大改善。图10为图9画圈区域的 放大图,第一实施例高温条件下通带右侧温漂0.5MHz,相比于对比例的2MHz 温漂得到较大改善,同时,高温条件下在2150MHz处第一实施例的插损相对于对比例提升3dB左右。
图11为本发明第一实施例中TCF谐振器零温漂条件下与对比例在常温和高 温条件下的插损特性对比图。图12为本发明第一实施例中TCF谐振器具有正温 漂系数时,具体的,当温度从25℃上升到95℃时,该TCF谐振器频率上升1MHz, 与对比例在常温和高温条件下的插损特性对比图。从图中可以看出,第一实施 例实现了滤波器通带右侧的零温漂特性。即通过TCF谐振器的温补层厚度的合 理设计实现了滤波器的零温漂特性。
图13为本发明第二实施例的滤波器的电路图,与现有的滤波器相比,第二 实施例中的滤波器700中的一个串联谐振器替换为带有温补层的TCF谐振器(温 补谐振器);本实施例中,将现有的串联谐振器S13替换为TCF。通过温补层厚 度的不同设计,实现TCF谐振器不同的温漂特性。
图14为本发明第二实施例的滤波器插损特性及谐振器阻抗特性的曲线图, TCF谐振器的串联谐振频率和并联谐振频率分别为fss_tcf、fsp_tcf,S11谐振器 的串联谐振频率和并联谐振频率分别为fss_11、fsp_11,S12谐振器的串联谐振 频率和并联谐振频率分别为fss_12、fsp_12,S14谐振器的串联谐振频率和并联 谐振频率分别为fss_14、fsp_14,常温条件下,TCF谐振器的并联谐振频率fsp_tcf 与普通谐振器S11、S12及S14的并联谐振频率fsp_11、fsp_12及fsp_14存在如 下关系:
Min(fsp_11、fsp_12、fsp_14)-fsp_tcf≥delta_FR
其中,delta_FR为第二实施例的滤波器通带右侧-20dB处对应频率在高温和 常温条件下的频率变化量。fss_tcf、fss_11、fss_13、fss_14之间的关系不做限定。
图15为本发明第二实施例与对比例在常温条件下的插损特性对比图,如图 15所示,与第一实施例同理,由于第二实施例中加入TCF谐振器,TCF谐振器 具有小Kt2特性,第二实施例可以在不影响滤波器带宽的前提下实现了通带右侧 滚降特性的较大提升。
图16为本发明第三实施例对应的电路图,与现有的滤波器相比,第三实施 例的滤波器800中的两个串联谐振器替换为带有温补层的TCF谐振器(温补谐 振器),分别为TCF1和TCF2;本实施例中将TCF1谐振器和TCF2谐振器替换 对比例中的串联谐振器S12和S13,通过温补层厚度的不同设计实现TCF1谐振 器和TCF2谐振器温漂特性的改变。
图17为本发明第三实施例的滤波器插损特性及谐振器阻抗特性的曲线图, 如图17所示,TCF1谐振器的串联谐振频率和并联谐振频率分别为fss_tcf1、 fsp_tcf1,TCF2谐振器的串联谐振频率和并联谐振频率分别为fss_tcf2、fsp_tcf2, S11谐振器的串联谐振频率和并联谐振频率分别为fss_11、fsp_11,S14谐振器 的串联谐振频率和并联谐振频率分别为fss_14、fsp_14,常温条件下,TCF1和 TCF2谐振器的并联谐振频率fsp_tcf1、fsp_tcf2与普通串联谐振器S11和S14的 并联谐振频率fsp_11、fsp_14存在如下关系:
Min(fsp_11、fsp_14)-Max(fsp_tcf1、fsp_tcf2)≥delta_FR
其中,delta_FR为第三实施例的滤波器通带右侧-20dB处对应频率在高温 和常温条件下的频率变化量。fss_tcf1、fss_tcf2、fss_11、fss_14之间的关系不做 限定。
图18为本发明第三实施例与对比例在常温条件下的插损特性对比图,如图 18所示,与第一实施例和第二实施例同理,在串联支路中加入2个TCF谐振器, TCF谐振器具有小Kt2特性,因此,第三实施例可以在不影响滤波器带宽的前提 下实现了通带右侧滚降特性的较大提升。
图19为对比例与本发明第一实施例、第二实施例、第三实施例的常温条件 下的插损特性对比图,对比例中没有TCF谐振器,第一实施例和第二实施例的 串联谐振器中有一个谐振器为TCF谐振器,第三实施例中的串联谐振器有两个 谐振器为TCF谐振器。如前所述,TCF谐振器与普通谐振器相比,其Kt2会减 小,Rs大约增大为普通谐振器的2倍,而Rp则大约减少到普通谐振器的一半, 谐振器的损耗增加导致了Q值的降低,所以滤波器中包含的TCF谐振器越多, 其通带插损特性越差,但是其温漂特性及滚降特性越好,故在设计过程中要根 据设计指标要求对温漂特性、滚降特性和通带插损特性做权衡。
图20为本发明实施方式中第四实施例的滤波器的电路图,与现有的滤波器 相比,本实施例的滤波器900其中的一级串联电路包括两个谐振器,分别为现 有串联谐振器S12和温补谐振器TCF,本实施例中同一级串联电路中的两谐振 器一个设为普通的串联谐振器,一个设为温补谐振器,其结构上并不局限于此, 还可以将该两个谐振器均设为温补谐振器;通过设置温补谐振器,以及通过温 补层厚度的不同设计,实现TCF谐振器不同的温漂特性。
图21为本发明实施方式中第五实施例的滤波器的电路图,与现有的滤波器 相比,本实施例的滤波器110中的一个并联谐振器替换为了温补谐振器TCF; 通过设置温补谐振器,以及通过温补层厚度的不同设计,实现TCF谐振器不同 的温漂特性。
P11谐振器的串联谐振频率和并联谐振频率分别为fps_11、fpp_11,P13谐 振器的串联谐振频率和并联谐振频率分别为fps_13、fpp_13,P14谐振器的串联 谐振频率和并联谐振频率分别为fps_14、fpp_14,TCF谐振器的串联谐振频率和 并联谐振频率分别为fps_tcf、fpp_tcf,常温条件下,TCF谐振器的并联谐振频 率fpp_tcf与普通谐振器P11、P13及P14的并联谐振频率fpp_11、fpp_13及fpp_14 存在如下关系:
Min(fpp_11、fpp_12、fpp_14)-fpp_tcf≥delta_FL
其中,delta_FL为第五实施例的滤波器通带左侧-20dB处对应频率在高温和 常温条件下的频率变化量,fps_11、fps_12、fps_tcf、fps_14之间的关系不做限 定。
图22为本发明实施方式中第六实施例的滤波器的电路图,与现有的滤波器 相比,本实施例的滤波器120中的两个并联谐振器替换为了温补谐振器,分别 为TCF1和TCF2;通过设置温补谐振器,以及通过温补层厚度的不同设计,实 现TCF谐振器不同的温漂特性。
P11谐振器的串联谐振频率和并联谐振频率分别为fps_11、fpp_11,P14谐 振器的串联谐振频率和并联谐振频率分别为fps_14、fpp_14,TCF1谐振器的串 联谐振频率和并联谐振频率分别为fps_tcf1、fpp_tcf1,TCF2谐振器的串联谐振 频率和并联谐振频率分别为fps_tcf2、fpp_tcf2,常温条件下,TCF谐振器的并 联谐振频率fpp_tcf1及fpp_tcf2与普通谐振器P11及P14的并联谐振频率fpp_11 及fpp_14存在如下关系:
Min(fpp_11、fpp_14)-Max(fpp_tcf1、fpp_tcf2)≥delta_FL
其中,delta_FL为第六实施例的滤波器通带左侧-20dB处对应频率在高温和 常温条件下的频率变化量,fps_11、fps_tcf1、fps_tcf2、fps_14之间的关系不做 限定。
图23为本发明实施方式中第七实施例的滤波器的电路图,与现有的滤波器 相比,本实施例的滤波器900其中的一级并联电路包括两个谐振器,分别为温 补谐振器TCF和并联谐振器P12,本实施例中同一级并联电路中的两谐振器一 个设为普通的并联谐振器,一个设为温补谐振器,其结构上并不局限于此,还 可以将该两个谐振器均设为温补谐振器;通过设置温补谐振器,以及通过温补 层厚度的不同设计,实现TCF谐振器不同的温漂特性。
图24本发明实施方式中的第八实施例的滤波器的电路图,与现有的滤波器 相比,本实施例的滤波器140中,串联支路中的设置一个温补谐振器TCF1,并 联支路中设置一个温补谐振器TCF2,即在串联支路和并联支路中均设有温补谐 振器;本实施例中,通过设置温补谐振器,以及通过温补层厚度的不同设计, 实现TCF谐振器不同的温漂特性。
采用本发明的技术方案,无论是相比全部为普通FBAR谐振器的滤波器, 还是全部为温补谐振器的滤波器,均在性能上具有明显优势,兼顾了滤波器带 宽、通带两侧滚降以及通带插入损耗特性。
为保证采用温补型谐振器能够改善滤波器的滚降特性,在本发明中,将温 补谐振器设置为零温漂谐振器或温漂系数为零的谐振器,且选择非温补谐振器 与温补谐振器之间的机电耦合系数的差值占非温补谐振器的机电耦合系数的值 的30%及以上,即温补型谐振器的机电耦合系数为非温补型谐振器机电耦合系数 的70%以下。为了更进一步为改善滤波器的滚降特性,在本发明中,选择非温补 谐振器与温补谐振器之间的机电耦合系数的差值占非温补谐振器的机电耦合系 数的值的40%及以上。
在本发明中,温漂系数为零表示该谐振器的温漂系数在±5ppm/℃的范围 内。
图25A为根据本发明的一个示例性实施例的体声波谐振器组件的结构示意 图,该组件包括温补谐振器和非温补谐振器。图25B是图25A中左侧温补型谐 振器的细节放大图。其中,温补型谐振器(图25A中左侧谐振器)的底电极厚 度(第一电极层与第二电极层厚度之和)与非TCF谐振器(图25A中右侧谐振 器)的底电极厚度相同,且二者顶电极厚度相同,只有压电层厚度不同。
图27A为根据本发明的另一个示例性实施例的体声波谐振器组件的结构示 意图,该组件包括温补谐振器和非温补谐振器。与图25A的区别在于:温补谐 振器(图27A中左侧谐振器)的底电极的厚度(第一电极层与第二电极层厚度 之和,在本发明中,设置了温补层的电极分为第一电极层和第二电极层的情况 下,该电极的厚度为第一电极层的厚度与第二电极层的厚度之和)、压电层的厚 度、顶电极的厚度均小于非温补谐振器(图27A中右侧谐振器)相应层的厚度。
可以理解的,图25A和图27A中的两个谐振器可以分别是如图4所示的滤 波器中的温补谐振器和S11谐振器,也可以分别是如图13所示的滤波器中的温 补谐振器和S12谐振器,或其他本发明所述滤波器结构中的相应温补谐振器和 非温补谐振器。
图25A、图25B、图26A-26K、图27A、图27B以及图31中的附图标记示例 性说明如下:
1:基底,可选材料为单晶硅、砷化镓、蓝宝石、石英等。
2:牺牲层,可以采用二氧化硅、掺杂二氧化硅、氧化硅等材料。
3:第一种子层,可选氮化铝,氧化锌,PZT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。
4:底电极或第二电极层,材料可选钼、钌、金、铝、镁、钨、铜、钛、铂、 铱、锇、铬或以上金属的复合或其合金等。
5:第二种子层,可选氮化铝,氧化锌,PZT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。
6:温补层,其材料可选二氧化硅(SiO2)、掺杂二氧化硅(如F掺杂)、多 晶硅、硼磷酸盐玻璃(BSG)、铬(Cr)或碲氧化物(TeO(x))等正温漂系数的 材料。在图25中,温补层的厚度为D。
7:第三种子层,可选氮化铝,氧化锌,PZT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。
8:夹层电极或第一电极层,材料可选钼、钌、金、铝、镁、钨、铜、钛、 铂、铱、锇、铬或以上金属的复合或其合金等。在图25中,左侧的温补谐振器 的第一电极层的厚度为C。
9:压电薄膜层或压电层,材料可选单晶/多晶氮化铝(AlN)、氧化锌(ZnO)、 锆钛酸铅(PZT)、铌酸锂(LiNbO3)、石英(Quartz)、铌酸钾(KNbO3)或钽酸锂 (LiTaO3)等材料,也可包含上述材料的一定原子比的稀土元素掺杂材料。在图 25以及图30中,左侧的温补谐振器的压电层的的厚度为A,而右侧的非温补谐 振器的压电层的厚度为B。
10:硬掩模(hard mask)层,可选氮化硅,氮化铝,氧化锌,PZT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。
11:第一顶电极或第一电极层,材料可选钼、钌、金、铝、镁、钨、铜、 钛、铂、铱、锇、铬或以上金属的复合或其合金等。
12:第二顶电极或第二电极层,材料可选钼、钌、金、铝、镁、钨、铜、 钛、铂、铱、锇、铬或以上金属的复合或其合金等。
13:声学镜,可为空腔,也可采用布拉格反射层及其他等效形式。本发明 示出的示例中采用的是空腔。
14:底电极附加层,材料与底电极相同。
15:顶电极附加层,材料与顶电极相同。
如图25B所示,第三种子层7的横向尺寸大于温补层6尺寸,换言之,第 三种子层7加上第二种子层5完全包裹住温补层6,而且第三种子层还具有横向 超出温补层6的延伸部,该延伸部的尺寸可以在0.5μm-5μm的范围内。
此外,在图25B中,温补层6的端部的上侧为斜面以使得温补层的端部为 楔形端面,该斜面与温补层底面的夹角可以小于60°,进一步的小于20°,更 进一步的,在8°-12°的范围内。
此外,可以仅设置第三种子层7而不设置第二种子层5;第二种子层5也可 以延伸到温补层6的外侧,从而第三种子层7的延伸部可以至少部分与第二种 子层5的端部覆盖层叠。
下面结合图28A、28B、29A、29B、30来说明如何确定温补谐振器的各层厚 度。图28A和28B示例性示出了温补层的厚度D与温补谐振器的谐振器频率、 机电耦合系数Kt2以及TCF值的关系。图29A和图29B示例性示出了压电层的厚 度A与温补谐振器的谐振器频率、机电耦合系数Kt2以及TCF值的关系。图30 示例性示出了第一电极层的厚度C与温补谐振器的机电耦合系数Kt2以及TCF值 的关系。
图28A和28B的数据是在其余电极层、压电层厚度均不变,只在底电极确 定位置(即第一电极层和第二电极层厚度一定)中加入不同厚度温补层时获得 的曲线。
可以看到,随着厚度D的增加,TCF的值逐渐升高,Kt2的值逐渐降低,同 时,由于质量负载效应,其谐振频率也降低。但是如本发明中所述的滤波器技 术,需要采用频率相当的温补型谐振器替换原设计中特定位置上的串联或并联 谐振器,因此,在原谐振器层叠中加入温补层后,需要进一步调整各层厚度, 从而使得频率再次上升到原谐振频率附近。
通常,谐振器的机电耦合系数以及TCF值与谐振器各层厚度比相关。因此, 一种方法是在特定底电极位置上加入温补层后,选择合适的温补层厚度,使得 机电耦合系数和TCF值满足设计要求,然后计算出此时温补谐振器的谐振频率 与原谐振器的谐振频率的比值,该比值是一个小于1的数,将各层厚度乘以这 一比值进行缩小,从而将温补谐振器的频率调整到原谐振器频率。此时,温补 谐振器的底电极厚度(第一电极层与第二电极层厚度之和)、压电层厚度、顶电 极厚度均会小于原谐振器各层厚度,如图27A所示。在加工中,一方面需要减 薄温补谐振器的压电层,一方面需要在非温补谐振器的底电极和顶电极下沉积 额外的金属层来实现相应结构,增加了较多的工艺步骤,从而会导致制造成本 和良率有所下降,具体的加工步骤在后面说明。
另一种方法是在保持温补谐振器的底电极(第一电极层与第二电极层厚度 之和)与非温补谐振器的底电极厚度相等的前提下进行。此时,可以选择减薄 顶电极或者减薄压电层厚度来实现对温补型谐振器的频率补偿。但是,本发明 需要温补谐振器的机电耦合系数达到原谐振器的70%以下才能起到较好的效果, 此时,温补层厚度较大,频率减小较多,仅依靠减薄顶电极无法将其频率调整 回原谐振频率,且减薄顶电极会导致机电耦合系数升高,电学损耗增大,因此, 不能选择单独调整顶电极厚度来实现目标,而须通过减薄压电层厚度来实现目 标。在更进一步的方案中,两个谐振器的顶电极厚度也相等,即只通过减薄压 电层厚度来实现对温补谐振器的频率补偿。如图29A和29B是在其他各层厚度 不变的条件下,只调整压电层厚度A时获得的压电层厚度与温补谐振器的谐振 器频率、机电耦合系数Kt2以及TCF值的关系。从图中可以看到,压电层厚度越 小,谐振频率越高,Kt2值逐渐降低,TCF值逐渐升高。因此,在选择初始温补 层厚度时,需要选择低于目标TCF值并高于目标Kt2值所应的温补层厚度D,在 此基础上,通过减薄压电层厚度A使得温补谐振器的频率升高到原谐振频率, 此时,如果所获得的TCF值大于目标值,则需重新选择比初始温补层更薄的温 补层重复上述过程,如果所获得的TCF值小于目标值,则需重新选择比初始温 补层更厚的温补层重复上述过程,最终,即便TCF值可以达到目标值但此时Kt2仍有可能不满足要求。此时,需要考虑另一个影响TCF和Kt2的参数,即温补层 在底电极中的纵向位置。如图30所示,如果调整第一电极层和第二电极层的厚 度占比(保证二者之和不变),即调整温补层在底电极中的位置,则随着第一电 极层厚度增大,谐振频率不会有太大波动,但Kt2值会升高,TCF值会降低。因 此,在上述调整过程中,可以综合调整第一电极层厚度C,从而实现通过调整压 电层厚度来实现谐振频率基本不变,但是Kt2和TCF达到目标设定值的温补谐振器,如图25A所示。相比于27A所示结构,其加工过程只需调整压电层厚度A, 而不需要额外调整非温补谐振器的电极厚度,从而可以简化工艺过程,降低加 工成本,具体的加工步骤在后面说明。
在进一步的实施例中,如后面提及的谐振器组件的制作过程,由于硬掩模 制程和压电层斜坡的高度和角度的限制,温补谐振器的压电层的厚度A不小于 非温补谐振器的压电层厚度B的50%。
下面参照图26A-26K示例性示出说明图25A所示的组件的制作过程。
步骤一:如图26A所示,在基底1上刻蚀出空腔后填充牺牲层2。
步骤二:如图26B所示,在步骤一的基础上依次沉积第一种子层3和底电 极材料层或第二电极材料层(对应于第二电极4)。
步骤三:如图26C所示,在温补谐振器对应的区域,在步骤二的结构上依 次沉积和图形化而形成第二种子层5和温补层6。
步骤四:如图26D所示,在图26C的结构上,沉积并刻蚀第三种子层7。
步骤五:如图26E所示,在图26D结构的基础上,沉积夹层电极材料层或 第一电极材料(对应于第一电极8)。
步骤六:刻蚀顶电材料极、压电层4和第一种子层3,以形成如图26F所示 的结构。
步骤七:如图26G所示,在图26F所示的结构上沉积压电层9,其厚度为B (参见图26K)。
步骤八:如图26H,在图26G所示结构上,在非温补谐振器区域沉积和图形 化作为阻挡层的硬掩膜层10。在本发明中,也可以采用其他的材料来作为压电 层的阻挡层,只要该阻挡层可以例如在后面的步骤九中的修整工艺减薄温补谐 振器的压电层时,不影响非温补谐振器的其他部分的压电层的厚度即可,例如 可以在修整结束时阻挡层还有剩余。阻挡层还可以进一步选择,使得去除阻挡 层的时候没有过多的压电层损失。
步骤九:如图26I所示,通过利用粒子束轰击的修整工艺(trim)来同时 减薄压电层9以及硬掩膜层10。修整工艺对压电层的减薄速度大于对硬掩膜层 的减薄速度。本发明中,这里的修整是采用粒子束对目标表面进行物理的轰击, 例如用氩气对目标表面进行轰击。该轰击没有任何化学反应,而且控制的精度 比较高,厚度的精度可以控制在3%以内,例如要对目标修整掉
Figure BDA0002483579700000161
(
Figure BDA0002483579700000162
是适合使用修整方法实现的范围,超出该范围则会导致工艺时间过长,此时可 以采用部分刻蚀+修整两者相结合的方式来实现),实际大概在
Figure BDA0002483579700000163
这种控制精度是刻蚀没有办法比拟的。用修整的方式可以非常精准的控制被轰 击的材料层的厚度,工艺简单,且精度高。
步骤十:如图26J所示,在温补谐振器对应的压电层的厚度达到预定值(其 厚度为A,参见图26K)之后,停止修整工艺,然后去除在非温补谐振器的压电 层上剩余的硬掩膜层10。去除硬掩膜层可以利用干法或者湿法刻蚀等工艺,无 论干法还是湿法都需要充分考虑在去除硬掩膜层时对压电层的影响。
步骤十一:如图26K所示,在图26J所示结构的基础上,沉积并图形化顶 电极材料以形成顶电极11。
步骤十二:释放牺牲层2以形成作为声学镜的空腔13,从而形成图25A所 示的谐振器组件结构。
相比于图25A的加工过程,图27A所示的组件需要增加两个附加层的加工 步骤。在如图26A和26B所示的步骤之间,需要在沉积第一种子层3后,沉积 和图形化底电极附加层14,再沉积第二电极材料层(对应于第二电极4),形成 如图27B所示的结构,注意,此时,底电极附加层14的边缘轮廓大于最终底电 极的边缘轮廓。而在如图26J和26K所示的步骤之间,需要沉积和图形化顶电 极附加层15。
在本发明中,温补层除了可以设置在谐振器的底电极中,如图31所示,还 可以设置在谐振器的顶电极中。在图31中,顶电极包括第一电极层11和第二 电极层12,温补层6设置在第一电极层与第二电极层之间。
在本发明中,温补型谐振器替代原谐振器时,二者的谐振频率只是相当, 而非严格相等,例如根据滤波器设计需要,二者频率相差在±2%的原谐振器频 率以内即可,在如图25A所示的实施例中,还可以进一步微调温补型谐振器的 顶电极厚度,从而实现对频率的微调。此外,在本发明的权利要求中,温补谐 振器和非温补谐振器的谐振频率相同既包括了两者频率相当(例如频率相差在 ±2%以内的情形),也包括了严格相等的情形。此外,需要说明的,非温补谐振 器是滤波器中不同于温补型谐振器所替代的原谐振器的其他谐振器,可以是并 联谐振器也可以是串联谐振器中的任意一个,在一个可选的实施例中,温补谐 振器所替代的原谐振器与谐振器组件中的非温补谐振器至少具有相同的底电极 和压电层厚度,二者可以具有相同的顶电极厚度,也可以具有不同的顶电极厚 度。在可选的实施例中,非温补谐振器还可以具有质量负载结构,用于达到滤 波器设计中具体谐振器所要求的具体频率。
基于以上,本发明提出了如下技术方案:
1、一种体声波谐振组件,包括两个体声波谐振器,分别为第一谐振器和第 二谐振器,其中:
第一谐振器为电极包括温补层的温补谐振器,第二谐振器为不包括温补层 的非温补谐振器;
第一谐振器的温漂系数为零,且第二谐振器与第一谐振器之间的机电耦合 系数的差值占第二谐振器的机电耦合系数的值的30%及以上。
2、根据1所述的组件,其中:
第一谐振器的底电极的厚度与第二谐振器的底电极的厚度相同;
至少温补层的厚度被设置为使得第一谐振器的温漂系数为零的厚度。
3、根据2所述的组件,其中:
第一谐振器的设置温补层的电极包括在电极的厚度方向上设置在温补层的 两侧的第一电极层和第二电极层,其中第一电极层贴附于第一谐振器的压电层 设置;且
至少第一电极层的厚度和温补层的厚度被设置为使得第一谐振器的温漂系 数为零的厚度。
4、根据3所述的组件,其中:
第一电极层的厚度、温补层的厚度和第一谐振器的压电层的厚度被设置为 使得第一谐振器的温漂系数为零的厚度。
5、根据4所述的组件,其中:
温补层设置在第一谐振器的底电极中;且
第一谐振器的顶电极的厚度与第二谐振器的顶电极的厚度相同。
6、根据1所述的组件,其中:
第一谐振器的底电极、压电层和顶电极的厚度分别为第二谐振器的底电极、 压电层和顶电极的厚度的m%,其中m小于100。
7、根据1所述的组件,其中:
第一谐振器与第二谐振器的底电极相连或者顶电极相连。
8、根据1-7中任一项所述的组件,其中:
第一谐振器的谐振频率与第二谐振器的谐振频率相同。
9、根据1-8中任一项所述的组件,其中:
第一谐振器的压电层的厚度小于第二谐振器的压电层的厚度且至少为第二 谐振器的压电层的厚度的50%。
10、根据9所述的谐振器组件,其中:
第二谐振器与第一谐振器之间的机电耦合系数的差值占第二谐振器的机电 耦合系数的值的40%及以上。
11、一种体声波谐振器组件的制造方法,所述组件包括两个体声波谐振器, 分别为在横向方向上间隔开布置在同一基底的同一侧的第一谐振器和第二谐振 器,所述方法包括步骤:
在同一基底的同一侧分别形成第一谐振器和第二谐振器,其中,第一谐振 器的顶电极或底电极中设置有温补层,第二谐振器并未设置温补层,使得第一 谐振器的温漂系数为零,且使得第二谐振器与第一谐振器之间的机电耦合系数 的差值占第二谐振器的机电耦合系数的值的30%及以上。
12、根据11所述的方法,其中:
第一谐振器的底电极的厚度与第二谐振器的底电极的厚度相同;
在形成第一谐振器的过程中,所述方法包括步骤:使得至少温补层的厚度 被设置为使得第一谐振器的温漂系数为零的厚度。
13、根据12所述的方法,其中:
第一谐振器的设置温补层的电极包括在电极的厚度方向上设置在温补层的 两侧的第一电极层和第二电极层,其中第一电极层贴附于第一谐振器的压电层 设置;
在形成第一谐振器的过程中,所述方法包括步骤:选择第一谐振器的至少 第一电极层的厚度和温补层的厚度以使得第一谐振器的温漂系数为零。
14、根据13所述的方法,其中:
在形成第一谐振器的过程中,所述方法包括步骤:选择第一谐振器的第一 电极层的厚度、温补层的厚度和压电层的厚度以使得第一谐振器的温漂系数为 零。
15、根据11所述的方法,包括步骤:
在形成了第一谐振器和第二谐振器各自的底电极之后,在底电极上覆盖一 压电层;
在第二谐振器所在区域的压电层的上表面沉积和图形化硬掩膜;
同时减薄硬掩膜的厚度以及第一谐振器所在区域的压电层的厚度直至第一 谐振器的压电层的厚度到达预定厚度且厚度减小的硬掩膜位于第二谐振器的压 电层上,该预定厚度小于第二谐振器的厚度且至少为第二谐振器的厚度的50%;
移除在第二谐振器的压电层上剩余的硬掩膜;以及
在最终形成的压电层上沉积和图形化第一谐振器和第二谐振器各自的顶电 极。
16、根据15所述的方法,其中:
选择所述预定厚度,使得第二谐振器与第一谐振器之间的机电耦合系数的 差值占第二谐振器的机电耦合系数的值的40%及以上。
17、根据11-16中任一项所述的方法,包括步骤:
至少选择第一谐振器的第一电极层的厚度、温补层的厚度和压电层的厚度 以使得第一谐振器的谐振频率与第二谐振器的谐振频率相同。
18、一种滤波器,包括根据1-10中任一项所述的谐振器组件,所述滤波器 包括多个串联谐振器和多个并联谐振器,其中:部分串联谐振器和/或部分并联 谐振器为所述第一谐振器。
19、根据18所述的滤波器,其中:
滤波器的串联支路中温补谐振器的数量为1,其频率与其他串联谐振器频率 关系如下:Min(fsp_11、fsp_12、fsp_13……fsp_1n)-fsp_tcf≥delta_FR, 其中,fsp_11为串联谐振器S11的并联谐振频率,fsp_12为串联谐振器S12的 并联谐振频率,fsp_13为串联谐振器S13的并联谐振频率……fsp_1n为串联谐 振器S1n的并联谐振频率,fsp_tcf为温补谐振器TCF的并联谐振频率;delta_FR 为所述滤波器通带右侧-20dB处对应频率在高温和常温条件下的频率变化量;
或者
滤波器中串联支路中温补谐振器的数量大于等于2,常温情况下,其频率与 其他串联谐振器频率关系如下:Min(fsp_11、fsp_12、fsp_13…… fsp_1n)-Max(fsp_tcf1、fsp_tcf2……fsp_tcfn)≥delta_FR,其中,fsp_11 为串联谐振器S11的并联谐振频率,fsp_12为串联谐振器S12的并联谐振频率, fsp_13为串联谐振器S13的并联谐振频率……fsp_1n为串联谐振器S1n的并联 谐振频率;fsp_tcf1为温补谐振器TCF1的并联谐振频率,fsp_tcf2为温补谐 振器TCF2的并联谐振频率……fsp_tcfn为温补谐振器TCFn的并联谐振频率; delta_FR为所述滤波器通带右侧-20dB处对应频率在高温和常温条件下的频率 变化量;
或者
滤波器的并联支路中,温补谐振器的数量为1,常温情况下,其频率与并联 谐振频率关系如下:Min(fpp_11、fpp_12、fpp_13……fpp_1n)-fpp_tcf≥ delta_FL,其中,fpp_11为并联谐振器P11的并联谐振频率,fpp_12为并联谐 振器P12的并联谐振频率;fpp_13为并联谐振器P13的并联谐振频率……fpp_1n 为并联谐振器P1n的并联谐振频率,fpp_tcf为温补谐振器TCF的并联谐振频率; delta_FL为所述滤波器通带左侧-20dB处对应频率在高温和常温条件下的频率 变化量;
或者
滤波器的并联支路中温补谐振器数量大于等于2,常温情况下,其频率与并 联谐振频率关系如下:Min(fpp_11、fpp_12、fpp_13……fpp_1n)-Max(fpp_tcf1、 fpp_tcf2……fpp_tcfn)≥delta_FL,其中,fpp_11为并联谐振器P11的并联 谐振频率,fpp_12为并联谐振器S12的并联谐振频率,fpp_13为并联谐振器P13 的并联谐振频率……fpp_1n为并联谐振器P1n的并联谐振频率;fpp_tcf1为温 补谐振器TCF1的并联谐振频率,fpp_tcf2为温补谐振器TCF2的并联谐振频 率……fpp_tcfn为温补谐振器TCFn的并联谐振频率;delta_FL为所述滤波器 通带左侧-20dB处对应频率在高温和常温条件下的频率变化量。
20、一种电子设备,包括根据1-10中任一项所述的谐振器组件或者根据18 或19所述的滤波器。
需要指出的是,这里的电子设备,包括但不限于射频前端、滤波放大模块 等中间产品,以及手机、WIFI、无人机等终端产品。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例,对于本领域的普通技术人员而言, 可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行变化, 本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (20)

1.一种体声波谐振组件,包括两个体声波谐振器,分别为第一谐振器和第二谐振器,其中:
第一谐振器为电极包括温补层的温补谐振器,第二谐振器为不包括温补层的非温补谐振器;
第一谐振器的温漂系数为零,且第二谐振器与第一谐振器之间的机电耦合系数的差值占第二谐振器的机电耦合系数的值的30%及以上。
2.根据权利要求1所述的组件,其中:
第一谐振器的底电极的厚度与第二谐振器的底电极的厚度相同;
至少温补层的厚度被设置为使得第一谐振器的温漂系数为零的厚度。
3.根据权利要求2所述的组件,其中:
第一谐振器的设置温补层的电极包括在电极的厚度方向上设置在温补层的两侧的第一电极层和第二电极层,其中第一电极层贴附于第一谐振器的压电层设置;且
至少第一电极层的厚度和温补层的厚度被设置为使得第一谐振器的温漂系数为零的厚度。
4.根据权利要求3所述的组件,其中:
第一电极层的厚度、温补层的厚度和第一谐振器的压电层的厚度被设置为使得第一谐振器的温漂系数为零的厚度。
5.根据权利要求4所述的组件,其中:
温补层设置在第一谐振器的底电极中;且
第一谐振器的顶电极的厚度与第二谐振器的顶电极的厚度相同。
6.根据权利要求1所述的组件,其中:
第一谐振器的底电极、压电层和顶电极的厚度分别为第二谐振器的底电极、压电层和顶电极的厚度的m%,其中m小于100。
7.根据权利要求1所述的组件,其中:
第一谐振器与第二谐振器的底电极相连或者顶电极相连。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的组件,其中:
第一谐振器的谐振频率与第二谐振器的谐振频率相同。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的组件,其中:
第一谐振器的压电层的厚度小于第二谐振器的压电层的厚度且至少为第二谐振器的压电层的厚度的50%。
10.根据权利要求9所述的谐振器组件,其中:
第二谐振器与第一谐振器之间的机电耦合系数的差值占第二谐振器的机电耦合系数的值的40%及以上。
11.一种体声波谐振器组件的制造方法,所述组件包括两个体声波谐振器,分别为在横向方向上间隔开布置在同一基底的同一侧的第一谐振器和第二谐振器,所述方法包括步骤:
在同一基底的同一侧分别形成第一谐振器和第二谐振器,其中,第一谐振器的顶电极或底电极中设置有温补层,第二谐振器并未设置温补层,使得第一谐振器的温漂系数为零,且使得第二谐振器与第一谐振器之间的机电耦合系数的差值占第二谐振器的机电耦合系数的值的30%及以上。
12.根据权利要求11所述的方法,其中:
第一谐振器的底电极的厚度与第二谐振器的底电极的厚度相同;
在形成第一谐振器的过程中,所述方法包括步骤:使得至少温补层的厚度被设置为使得第一谐振器的温漂系数为零的厚度。
13.根据权利要求12所述的方法,其中:
第一谐振器的设置温补层的电极包括在电极的厚度方向上设置在温补层的两侧的第一电极层和第二电极层,其中第一电极层贴附于第一谐振器的压电层设置;
在形成第一谐振器的过程中,所述方法包括步骤:选择第一谐振器的至少第一电极层的厚度和温补层的厚度以使得第一谐振器的温漂系数为零。
14.根据权利要求13所述的方法,其中:
在形成第一谐振器的过程中,所述方法包括步骤:选择第一谐振器的第一电极层的厚度、温补层的厚度和压电层的厚度以使得第一谐振器的温漂系数为零。
15.根据权利要求11所述的方法,包括步骤:
在形成了第一谐振器和第二谐振器各自的底电极之后,在底电极上覆盖一压电层;
在第二谐振器所在区域的压电层的上表面沉积和图形化硬掩膜;
同时减薄硬掩膜的厚度以及第一谐振器所在区域的压电层的厚度直至第一谐振器的压电层的厚度到达预定厚度且厚度减小的硬掩膜位于第二谐振器的压电层上,该预定厚度小于第二谐振器的厚度且至少为第二谐振器的厚度的50%;
移除在第二谐振器的压电层上剩余的硬掩膜;以及
在最终形成的压电层上沉积和图形化第一谐振器和第二谐振器各自的顶电极。
16.根据权利要求15所述的方法,其中:
选择所述预定厚度,使得第二谐振器与第一谐振器之间的机电耦合系数的差值占第二谐振器的机电耦合系数的值的40%及以上。
17.根据权利要求11-16中任一项所述的方法,包括步骤:
至少选择第一谐振器的第一电极层的厚度、温补层的厚度和压电层的厚度以使得第一谐振器的谐振频率与第二谐振器的谐振频率相同。
18.一种滤波器,包括根据权利要求1-10中任一项所述的谐振器组件,所述滤波器包括多个串联谐振器和多个并联谐振器,其中:部分串联谐振器和/或部分并联谐振器为所述第一谐振器。
19.根据权利要求18所述的滤波器,其中:
滤波器的串联支路中温补谐振器的数量为1,其频率与其他串联谐振器频率关系如下:Min(fsp_11、fsp_12、fsp_13……fsp_1n)-fsp_tcf≥delta_FR,其中,fsp_11为串联谐振器S11的并联谐振频率,fsp_12为串联谐振器S12的并联谐振频率,fsp_13为串联谐振器S13的并联谐振频率……fsp_1n为串联谐振器S1n的并联谐振频率,fsp_tcf为温补谐振器TCF的并联谐振频率;delta_FR为所述滤波器通带右侧-20dB处对应频率在高温和常温条件下的频率变化量;
或者
滤波器中串联支路中温补谐振器的数量大于等于2,常温情况下,其频率与其他串联谐振器频率关系如下:Min(fsp_11、fsp_12、fsp_13……fsp_1n)-Max(fsp_tcf1、fsp_tcf2……fsp_tcfn)≥delta_FR,其中,fsp_11为串联谐振器S11的并联谐振频率,fsp_12为串联谐振器S12的并联谐振频率,fsp_13为串联谐振器S13的并联谐振频率……fsp_1n为串联谐振器S1n的并联谐振频率;fsp_tcf1为温补谐振器TCF1的并联谐振频率,fsp_tcf2为温补谐振器TCF2的并联谐振频率……fsp_tcfn为温补谐振器TCFn的并联谐振频率;delta_FR为所述滤波器通带右侧-20dB处对应频率在高温和常温条件下的频率变化量;
或者
滤波器的并联支路中,温补谐振器的数量为1,常温情况下,其频率与并联谐振频率关系如下:Min(fpp_11、fpp_12、fpp_13……fpp_1n)-fpp_tcf≥delta_FL,其中,fpp_11为并联谐振器P11的并联谐振频率,fpp_12为并联谐振器P12的并联谐振频率;fpp_13为并联谐振器P13的并联谐振频率……fpp_1n为并联谐振器P1n的并联谐振频率,fpp_tcf为温补谐振器TCF的并联谐振频率;delta_FL为所述滤波器通带左侧-20dB处对应频率在高温和常温条件下的频率变化量;
或者
滤波器的并联支路中温补谐振器数量大于等于2,常温情况下,其频率与并联谐振频率关系如下:Min(fpp_11、fpp_12、fpp_13……fpp_1n)-Max(fpp_tcf1、fpp_tcf2……fpp_tcfn)≥delta_FL,其中,fpp_11为并联谐振器P11的并联谐振频率,fpp_12为并联谐振器S12的并联谐振频率,fpp_13为并联谐振器P13的并联谐振频率……fpp_1n为并联谐振器P1n的并联谐振频率;fpp_tcf1为温补谐振器TCF1的并联谐振频率,fpp_tcf2为温补谐振器TCF2的并联谐振频率……fpp_tcfn为温补谐振器TCFn的并联谐振频率;delta_FL为所述滤波器通带左侧-20dB处对应频率在高温和常温条件下的频率变化量。
20.一种电子设备,包括根据权利要求1-10中任一项所述的谐振器组件或者根据权利要求18或19所述的滤波器。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021227941A1 (zh) * 2020-05-09 2021-11-18 诺思(天津)微系统有限责任公司 体声波谐振器组件及制造方法、滤波器及电子设备
WO2022121958A1 (zh) * 2020-12-10 2022-06-16 诺思(天津)微系统有限责任公司 带有温补层的声波谐振器和滤波器以及电子设备
CN117040476A (zh) * 2022-12-16 2023-11-10 北京芯溪半导体科技有限公司 一种滤波器、双工器、多工器以及通信设备

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116915211B (zh) * 2023-09-12 2023-12-19 苏州声芯电子科技有限公司 一种超宽带零温漂声表面波滤波器

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040113720A1 (en) * 2002-12-11 2004-06-17 Tdk Corporation Piezoelectric resonant filter and duplexer
CN1801613A (zh) * 2004-12-23 2006-07-12 因芬尼昂技术股份公司 具有改进的温度补偿的压电晶体谐振器及其制造方法
JP2014502803A (ja) * 2010-12-10 2014-02-03 ペレグリン セミコンダクター コーポレイション 共振器回路及び共振器の調整のための方法、システム、及び装置
US20140339953A1 (en) * 2013-05-20 2014-11-20 National Tsing Hua University Mems resonator active temperature compensation method and thermally-actuated mems resonator
CN109756201A (zh) * 2019-03-26 2019-05-14 深圳华远微电科技有限公司 薄膜体声波谐振器和滤波器
CN109891612A (zh) * 2016-10-20 2019-06-14 天工方案公司 具有亚波长厚度的压电层的弹性波器件
CN110868182A (zh) * 2019-04-23 2020-03-06 中国电子科技集团公司第十三研究所 谐振器和滤波器
CN111092606A (zh) * 2019-12-31 2020-05-01 诺思(天津)微系统有限责任公司 温补层结构、体声波谐振器及制造方法,滤波器、电子设备

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6374653B2 (ja) * 2013-11-18 2018-08-15 太陽誘電株式会社 弾性波フィルタ及び分波器
US10340885B2 (en) * 2014-05-08 2019-07-02 Avago Technologies International Sales Pte. Limited Bulk acoustic wave devices with temperature-compensating niobium alloy electrodes
CN109831175B (zh) * 2018-12-26 2023-10-20 天津大学 一种薄膜体声波谐振器
CN111224641B (zh) * 2020-01-22 2021-08-10 诺思(天津)微系统有限责任公司 一种滤波器、双工器、高频前端电路及通信装置
CN111327295B (zh) * 2020-02-12 2020-11-27 诺思(天津)微系统有限责任公司 压电滤波器及其质量负载实现方法和含压电滤波器的装置
CN112054777A (zh) * 2020-05-09 2020-12-08 诺思(天津)微系统有限责任公司 体声波谐振器组件及制造方法、滤波器及电子设备

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040113720A1 (en) * 2002-12-11 2004-06-17 Tdk Corporation Piezoelectric resonant filter and duplexer
CN1801613A (zh) * 2004-12-23 2006-07-12 因芬尼昂技术股份公司 具有改进的温度补偿的压电晶体谐振器及其制造方法
JP2014502803A (ja) * 2010-12-10 2014-02-03 ペレグリン セミコンダクター コーポレイション 共振器回路及び共振器の調整のための方法、システム、及び装置
US20140339953A1 (en) * 2013-05-20 2014-11-20 National Tsing Hua University Mems resonator active temperature compensation method and thermally-actuated mems resonator
CN109891612A (zh) * 2016-10-20 2019-06-14 天工方案公司 具有亚波长厚度的压电层的弹性波器件
CN109756201A (zh) * 2019-03-26 2019-05-14 深圳华远微电科技有限公司 薄膜体声波谐振器和滤波器
CN110868182A (zh) * 2019-04-23 2020-03-06 中国电子科技集团公司第十三研究所 谐振器和滤波器
CN111092606A (zh) * 2019-12-31 2020-05-01 诺思(天津)微系统有限责任公司 温补层结构、体声波谐振器及制造方法,滤波器、电子设备

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021227941A1 (zh) * 2020-05-09 2021-11-18 诺思(天津)微系统有限责任公司 体声波谐振器组件及制造方法、滤波器及电子设备
WO2022121958A1 (zh) * 2020-12-10 2022-06-16 诺思(天津)微系统有限责任公司 带有温补层的声波谐振器和滤波器以及电子设备
CN117040476A (zh) * 2022-12-16 2023-11-10 北京芯溪半导体科技有限公司 一种滤波器、双工器、多工器以及通信设备
CN117040476B (zh) * 2022-12-16 2024-02-06 北京芯溪半导体科技有限公司 一种滤波器、双工器、多工器以及通信设备

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