CN112134539A - 可调反射腔的射频压电谐振器及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种可调反射腔的射频压电谐振器及制备方法，包括：谐振器衬底1、牺牲层2、磨平防刻蚀材料5、谐振器平板底电极6、谐振器压电材料7、谐振器交叉上电极8、压电层刻蚀窗口9及空气反射腔10；所述谐振器衬底1能够支撑可调反射腔的射频压电谐振器；所述牺牲层2形成于谐振器衬底1之上；所述磨平防刻蚀材料5形成于牺牲层2之中；所述谐振器底电极6采用平板结构；所述谐振器上电极8采用交叉结构；所述谐振器底电极6能够交叉谐振器上电极8形成电场；所述谐振器压电材料7采用压电薄膜材料；所述压电层刻蚀窗口9包括：牺牲层入口单元；本发明具有单片集成多频率优点，克服了传统体声波薄膜谐振器的单片单频率的不足。
Description
技术领域
本发明涉及无线通信领域，具体地，涉及一种可调反射腔的射频压电谐振器及制备方法，尤其涉及一种具有可调频、可调反射腔性能的射频压电谐振器结构。
背景技术
随着5G通信的快速发展，各种通信系统(如手机、平板、自动驾驶、微型基站等)对射频压电滤波器的性能要求越来越高，尤其是对高频率、高品质因数、单片集成多频率滤波器的需求。而压电谐振器作为构成压电滤波器的核心单元，它的性能将会直接影响滤波器的性能。现有技术中亟需一种具有可调频、可调反射腔性能的射频压电谐振器结构。现有技术的不足之处是：对比专利中的谐振器不能灵活放置压电刻蚀窗口，会导致最终形成的器件结构不稳定。
专利文献CN110572135A公开了一种基于极低声阻部件的高频声波谐振器及其制备方法，高频声波谐振器的制备方法包括如下步骤：1、制备极低声阻部件；2、于所述极低声阻部件的上表面上形成压电膜；3、于所述压电膜的上表面形成图案化上电极。该专利在结构的稳定性上仍然有待提升的空间。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种可调反射腔的射频压电谐振器及制备方法。
根据本发明提供的一种可调反射腔的射频压电谐振器，包括：谐振器衬底1、牺牲层2、磨平防刻蚀材料5、谐振器平板底电极6、谐振器压电材料7、谐振器交叉上电极8、压电层刻蚀窗口9及空气反射腔10；所述谐振器衬底1能够支撑可调反射腔的射频压电谐振器；所述牺牲层2形成于谐振器衬底1之上；为空气反射腔的形成而预先生成的可移除层，它的深度即为最后形成的空气反射腔的深度。所述磨平防刻蚀材料5形成于牺牲层2之中，通常采用不与湿法刻蚀反应且较易被抛光打磨的材料；磨平防刻蚀材料5是为了阻挡最后的刻蚀过程向左右方向进行，从而形成具有特定形状的空气反射腔。总结起来，牺牲层2和磨平防刻蚀材料5分别决定了空气反射腔的深度和形状，它们是空气反射腔的决定性结构。所述谐振器底电极6采用平板结构；所述谐振器上电极8采用交叉结构；所述谐振器底电极6能够交叉谐振器上电极8形成电场，从而在压电材料7中激发出声波；所述谐振器压电材料7采用压电薄膜材料，诸如氮化铝、铌酸锂、氧化锌等，厚度为几百纳米到几微米之间；所述压电层刻蚀窗口9包括：牺牲层入口单元；所述牺牲层入口单元能够为湿法刻蚀所需的刻蚀气体或液体提供进入牺牲层的入口；所述空气反射腔10能够将厚度方向的声波反射回谐振器平板底电极6、谐振器压电材料7之中。
优选地，所述谐振器衬底1能够阻挡垂直方向上的湿法刻蚀；所述谐振器衬底1的电阻高于设定阈值；以减少声波能量泄露；所述谐振器衬底1采用任一种或者任多种材料的组合：-高阻硅；-单晶硅；所述谐振器衬底1的厚度为几百微米左右。
优选地，所述牺牲层2包括：牺牲层材料构件；所述牺牲层材料构件能够被湿法刻蚀除去；它的深度根据需求而定，可为几百纳米到几个微米之间。
优选地，所述谐振器平板底电极6采用以下任一种材料：-钼薄膜材料；-钌薄膜材料；-铂金薄膜材料。
优选地，所述谐振器交叉上电极8采用以下任一种材料：-钼薄膜材料；-钌薄膜材料；-铂金薄膜材料。电所述谐振器平板底电极6、谐振器交叉上电极8可借助于干法刻蚀金属或金属剥离工艺实现，厚度为几十纳米到几百纳米之间。底电极6、压电材料7和上电极8的厚度会影响谐振器的频率，此外更重要的是，上电极8的电极宽度也会影响谐振器的频率。上电极8的电极宽度可通过光刻方法来确定，因此可极方便地定义电极宽度从而实现自由调节谐振器频率的目的。
优选地，所述谐振器交叉上电极8的数量为一个或者多个；所述多个谐振器交叉上电极8的尺寸和形状相同；所述多个谐振器交叉上电极8之间的距离相等。
优选地，所述谐振器底电极6采用以下任一种连接方式：-接地；-悬空底。
优选地，所述谐振器上电极8采用以下任一种连接方式：-全接电；-轮流接电；-悬空底。最后的上下电极连接方式可为任意两种组合，即底电极6接地上电极8全接电、底电极6悬空上电极8全接电、底电极6接地上电极8轮流接电和接地、底电极6悬空上电极8轮流接电和接地。
优选地，所述压电层刻蚀窗口9采用以下任一种方式形成：-光刻胶作为掩模的干法刻蚀；-介质作为掩模的干法刻蚀；所述压电层刻蚀窗口9的深度能够到达谐振器底电极6。当压电刻蚀窗口9形成后，刻蚀气体或液体便进入到牺牲层中和其进行反应，因磨平防刻蚀材料5和衬底材料1均不和刻蚀气体或液体反应，最后磨平防刻蚀材料5和衬底材料1所围成的区域内的牺牲层会全部反应掉，反应物挥发或排除后形成的空腔即为最后的空气反射腔。空气反射腔10将厚度方向的声波反射回底电极6、压电材料7之中，当声波传播到上电极8的空气界面后再次被反射回上电极8和压电材料7之中，经过如此来回的反射从而形成谐振声波。
根据本发明提供的一种可调反射腔的射频压电谐振器制备方法，采用可调反射腔的射频压电谐振器，包括：步骤S1：制备谐振器衬底层；步骤S2：在衬底上表面沉积一层牺牲层；步骤S3：在牺牲层的上表面进行光刻、干法刻蚀和除胶等操作形成凹槽结构；步骤S4：在凹槽和牺牲层2的表面填充防刻蚀材料，填充的高度至少大于凹槽的深度；步骤S5：对防刻蚀材料进行打磨抛光操作，打磨抛光以过牺牲层为止在牺牲层表面形成谐振器底电极平板；步骤S6：在谐振器底电极平板上生成压电层材料；步骤S7：进行谐振器上电极的形成；步骤S8：利用干法刻蚀形成压电层刻蚀窗口；步骤S9：衬底材料和防刻蚀材料围成的区域内牺牲层会被全部反应挥发掉，形成空气反射腔。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明通过采用光刻法定义交叉上电极结构，从而可以任意改变电极的宽度，进而任意调节谐振器的频率。本发明提出的压电谐振器具有单片集成多频率优点，克服了传统体声波薄膜谐振器的单片单频率的不足。
2、本发明通过采用不同的电极结构，从而可以满足不同的电学性能要求。本发明提出的四种电极结构使得谐振器具有不同的谐振耦合系数和品质因数。以上优点使得本发明具有设计多种带宽和低插入损耗滤波器的优点。
3、本发明通过采用不同位置的压电刻蚀窗口，从而可以满足不同的结构性能要求。本发明提出的多种压电刻蚀窗口位置(如与上电极平行、与上电极垂直、谐振器四个角落等)使得谐振器具有不同的结构稳定性和声波反射效果，以上优点使得本发明具有坚固的结构和灵活的支柱位置。
4、本发明通过采用防刻蚀衬底层、沉积牺牲层、在牺牲层中沉积防刻蚀层等操作，从而实现可调深度、可调形状的空气反射腔。此空气反射腔除可完美反射声波外，还具有加工方便、可靠性高等优点。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明实施例中的第一整体结构示意图。
图2为本发明实施例中的第二整体结构示意图。
图3为本发明实施例中的第三整体结构示意图。
图4为本发明实施例中的第四整体结构示意图。
图5为本发明实施例中的第五整体结构示意图。
图6为本发明实施例中的第六整体结构示意图。
图7为本发明实施例中的第七整体结构示意图。
图8为本发明实施例中的第八整体结构示意图。
图9为本发明实施例中的方法流程示意图。
图中：
1-谐振器衬底 8-谐振器交叉上电极
2-牺牲层 9-压电层刻蚀窗口
5-磨平防刻蚀材料 10-空气反射腔
6-谐振器平板底电极 11-谐振器交叉底电极
7-谐振器压电材料 12-谐振器平板上电极
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
如图1-9所示，根据本发明提供的一种可调反射腔的射频压电谐振器，包括：谐振器衬底1、牺牲层2、磨平防刻蚀材料5、谐振器平板底电极6、谐振器压电材料7、谐振器交叉上电极8、压电层刻蚀窗口9及空气反射腔10；所述谐振器衬底1能够支撑可调反射腔的射频压电谐振器；所述牺牲层2形成于谐振器衬底1之上；为空气反射腔的形成而预先生成的可移除层，它的深度即为最后形成的空气反射腔的深度。所述磨平防刻蚀材料5形成于牺牲层2之中，通常采用不与湿法刻蚀反应且较易被抛光打磨的材料；磨平防刻蚀材料5是为了阻挡最后的刻蚀过程向左右方向进行，从而形成具有特定形状的空气反射腔。总结起来，牺牲层2和磨平防刻蚀材料5分别决定了空气反射腔的深度和形状，它们是空气反射腔的决定性结构。所述谐振器底电极6采用平板结构；所述谐振器上电极8采用交叉结构；所述谐振器底电极6能够交叉谐振器上电极8形成电场，从而在压电材料7中激发出声波；所述谐振器压电材料7采用压电薄膜材料，诸如氮化铝、铌酸锂、氧化锌等，厚度为几百纳米到几微米之间；所述压电层刻蚀窗口9包括：牺牲层入口单元；所述牺牲层入口单元能够为湿法刻蚀所需的刻蚀气体或液体提供进入牺牲层的入口；所述空气反射腔10能够将厚度方向的声波反射回谐振器平板底电极6、谐振器压电材料7之中。
优选地，所述谐振器衬底1能够阻挡垂直方向上的湿法刻蚀；所述谐振器衬底1的电阻高于设定阈值；以减少声波能量泄露；所述谐振器衬底1采用任一种或者任多种材料的组合：-高阻硅；-单晶硅；所述谐振器衬底1的厚度为几百微米左右。
优选地，所述牺牲层2包括：牺牲层材料构件；所述牺牲层材料构件能够被湿法刻蚀除去；它的深度根据需求而定，可为几百纳米到几个微米之间。
优选地，所述谐振器平板底电极6采用以下任一种材料：-钼薄膜材料；-钌薄膜材料；-铂金薄膜材料。
优选地，所述谐振器交叉上电极8采用以下任一种材料：-钼薄膜材料；-钌薄膜材料；-铂金薄膜材料。电所述谐振器平板底电极6、谐振器交叉上电极8可借助于干法刻蚀金属或金属剥离工艺实现，厚度为几十纳米到几百纳米之间。底电极6、压电材料7和上电极8的厚度会影响谐振器的频率，此外更重要的是，上电极8的电极宽度也会影响谐振器的频率。上电极8的电极宽度可通过光刻方法来确定，因此可极方便地定义电极宽度从而实现自由调节谐振器频率的目的。
优选地，所述谐振器交叉上电极8的数量为一个或者多个；所述多个谐振器交叉上电极8的尺寸和形状相同；所述多个谐振器交叉上电极8之间的距离相等。
优选地，所述谐振器底电极6采用以下任一种连接方式：-接地；-悬空底。
优选地，所述谐振器上电极8采用以下任一种连接方式：-全接电；-轮流接电；-悬空底。最后的上下电极连接方式可为任意两种组合，即底电极6接地上电极8全接电、底电极6悬空上电极8全接电、底电极6接地上电极8轮流接电和接地、底电极6悬空上电极8轮流接电和接地。
优选地，所述压电层刻蚀窗口9采用以下任一种方式形成：-光刻胶作为掩模的干法刻蚀；-介质作为掩模的干法刻蚀；所述压电层刻蚀窗口9的深度能够到达谐振器底电极6。当压电刻蚀窗口9形成后，刻蚀气体或液体便进入到牺牲层中和其进行反应，因磨平防刻蚀材料5和衬底材料1均不和刻蚀气体或液体反应，最后磨平防刻蚀材料5和衬底材料1所围成的区域内的牺牲层会全部反应掉，反应物挥发或排除后形成的空腔即为最后的空气反射腔。空气反射腔10将厚度方向的声波反射回底电极6、压电材料7之中，当声波传播到上电极8的空气界面后再次被反射回上电极8和压电材料7之中，经过如此来回的反射从而形成谐振声波。
具体地，在一个实施例中，一种压电谐振器的性能依赖于底电极和上电极之间形成的电场。不同电极结构会引发不同的的电场，所激发的声波性能也不同。图1所示电极结构仅为本专利的实施案例之一。本专利还提出了其他电极结构，如图2至图4中所示，此三种结构亦有可调频率和可调反射腔性能。图2中谐振器，谐振器交叉底电极为交叉电极结构，上电极8亦为交叉电极结构；图3中谐振器，底电极被移除，上电极8为交叉电极结构；图4中谐振器，底电极6为平板电极结构，谐振器平板上电极12亦为平板电极结构。
压电谐振器(图1所示)性能还会受到压电刻蚀窗口9的影响。不同位置的刻蚀窗口9会对谐振器的结构稳定性、声波反射系数、品质因数、谐振频率等造成影响。图1所示的压电刻蚀窗口9与上电极方向(垂直于纸面)平行，此位置结构仅为本专利的实施案例之一。本发明可实施的压电刻蚀窗口9可位于多个任意位置(如与纸面垂直位置、矩形谐振器的四个角落位置等)。图5至2-4为压电刻蚀窗口9位于与纸面垂直位置或位于矩形谐振器的四个角落位置的谐振器结构。此四种结构亦有可调频率和可调反射腔性能。图5中谐振器，谐振器平板底电极6为平板电极结构，谐振器交叉上电极8为交叉电极结构；图6中谐振器，谐振器交叉底电极11为交叉电极结构，谐振器交叉上电极8亦为交叉电极结构；图7中谐振器，底电极被移除，谐振器交叉上电极8为交叉电极结构；图8中谐振器，谐振器平板底电极6为平板电极结构，谐振器平板上电极12亦为平板电极结构。
根据本发明提供的一种可调反射腔的射频压电谐振器制备方法，采用可调反射腔的射频压电谐振器，包括：步骤S1：制备谐振器衬底层；步骤S2：在衬底上表面沉积一层牺牲层；步骤S3：在牺牲层的上表面进行光刻、干法刻蚀和除胶等操作形成凹槽结构；步骤S4：在凹槽和牺牲层2的表面填充防刻蚀材料，填充的高度至少大于凹槽的深度；步骤S5：对防刻蚀材料进行打磨抛光操作，打磨抛光以过牺牲层为止在牺牲层表面形成谐振器底电极平板；步骤S6：在谐振器底电极平板上生成压电层材料；步骤S7：进行谐振器上电极的形成；步骤S8：利用干法刻蚀形成压电层刻蚀窗口；步骤S9：衬底材料和防刻蚀材料围成的区域内牺牲层会被全部反应挥发掉，形成空气反射腔。
具体地，在一个实施例中，如图9多少，制备完毕的谐振器为多层结构，包括谐振器衬底1、牺牲层2、磨平防刻蚀材料5、谐振器平板底电极6、谐振器压电材料7、谐振器交叉上电极8、压电层刻蚀窗口9及空气反射腔10。压电谐振器的制备从图9中第一步谐振器衬底1开始。衬底层1通常为高电阻材料，如高阻硅、单晶硅、或单晶硅和高阻硅的组合。当第一步谐振器衬底层1准备完毕后，在衬底上表面沉积一层牺牲层。此牺牲层不和最后湿法刻蚀的气体或液体进行反应，它的厚度即为最后空气反射腔的厚度,可根据实际需求设定。当第二步中的牺牲层完成后，在牺牲层的上表面进行光刻、干法刻蚀和除胶等操作形成凹槽结构，凹槽的深度和牺牲层2的厚度相等。当第三步中的凹槽完成后，在凹槽和牺牲层2的表面填充防刻蚀材料4，填充的高度至少要大于凹槽的深度。填充完毕的防刻蚀材料4的表面粗糙不平整，不适宜微加工，因而需要进一步的打磨抛光。当第四步中的防刻蚀材料填充完毕后，进行打磨抛光操作，打磨抛光以过牺牲层为止。当第五步中的打磨抛光步骤完成后，磨平防刻蚀材料5和牺牲层2的高度一致，便可进行压电谐振器实体的加工。通过金属蒸镀或金属溅射、干法刻蚀或金属剥离等操作，在牺牲层表面形成谐振器底电极平板6。当第六步中底电极完成后，在其上进行压电层材料7生成操作，生成的压电层厚度主要决定谐振器的频率，通常根据需要确定。当第七步的压电层完成后，便可进行谐振器上电极的形成。经过金属蒸镀或金属溅射、干法刻蚀或金属剥离等操作，在压电层的上表面形成了谐振器交叉上电极8。当第八步中谐振器上电极完成后，利用干法刻蚀形成压电层刻蚀窗口9。压电层刻蚀窗口9的深度以打通压电层但不损伤底电极为止。刻蚀深度控制可通过在刻蚀速率一定时的计时方法来实现。当第九步中的压电刻蚀窗口，牺牲层即会和刻蚀气体或液体反应，因衬底材料1和防刻蚀材料5均不和刻蚀气体或液体反应，最后衬底材料1和防刻蚀材料5围成的区域内牺牲层会被全部反应挥发掉，形成的空腔即为最后的空气反射腔10。整个压电谐振器的加工操作到此亦全部完成。
本发明通过采用光刻法定义交叉上电极结构，从而可以任意改变电极的宽度，进而任意调节谐振器的频率。本发明提出的压电谐振器具有单片集成多频率优点，克服了传统体声波薄膜谐振器的单片单频率的不足。本发明通过采用不同的电极结构，从而可以满足不同的电学性能要求。本发明提出的四种电极结构使得谐振器具有不同的谐振耦合系数和品质因数。以上优点使得本发明具有设计多种带宽和低插入损耗滤波器的优点。本发明通过采用不同位置的压电刻蚀窗口，从而可以满足不同的结构性能要求。本发明提出的多种压电刻蚀窗口位置(如与上电极平行、与上电极垂直、谐振器四个角落等)使得谐振器具有不同的结构稳定性和声波反射效果，以上优点使得本发明具有坚固的结构和灵活的支柱位置。本发明通过采用防刻蚀衬底层、沉积牺牲层、在牺牲层中沉积防刻蚀层等操作，从而实现可调深度、可调形状的空气反射腔。此空气反射腔除可完美反射声波外，还具有加工方便、可靠性高等优点。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“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。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本发明的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。
Claims (10)
1.一种可调反射腔的射频压电谐振器，其特征在于，包括：谐振器衬底(1)、牺牲层(2)、磨平防刻蚀材料(5)、谐振器平板底电极(6)、谐振器压电材料(7)、谐振器交叉上电极(8)、压电层刻蚀窗口(9)及空气反射腔(10)；
所述谐振器衬底(1)能够支撑可调反射腔的射频压电谐振器；
所述牺牲层(2)形成于谐振器衬底(1)之上；所述磨平防刻蚀材料(5)形成于牺牲层(2)之中；
所述谐振器底电极(6)采用平板结构；
所述谐振器上电极(8)采用交叉结构；
所述谐振器底电极(6)能够交叉谐振器上电极(8)形成电场；
所述谐振器压电材料(7)采用压电薄膜材料；
所述压电层刻蚀窗口(9)包括：牺牲层入口单元；
所述牺牲层入口单元能够为湿法刻蚀所需的刻蚀气体或液体提供进入牺牲层的入口；
所述空气反射腔(10)能够将声波反射回谐振器平板底电极(6)、谐振器压电材料(7)之中。
2.根据权利要求1所述的可调反射腔的射频压电谐振器，其特征在于，所述谐振器衬底(1)能够阻挡垂直方向上的湿法刻蚀；
所述谐振器衬底(1)的电阻高于设定阈值；
所述谐振器衬底(1)采用任一种或者任多种材料的组合：
-高阻硅；
-单晶硅。
3.根据权利要求1所述的可调反射腔的射频压电谐振器，其特征在于，所述牺牲层(2)包括：牺牲层材料构件；
所述牺牲层材料构件能够被湿法刻蚀除去。
4.根据权利要求1所述的可调反射腔的射频压电谐振器，其特征在于，所述谐振器平板底电极(6)采用以下任一种材料：
-钼薄膜材料；
-钌薄膜材料；
-铂金薄膜材料。
5.根据权利要求1所述的可调反射腔的射频压电谐振器，其特征在于，所述谐振器交叉上电极(8)采用以下任一种材料：
-钼薄膜材料；
-钌薄膜材料；
-铂金薄膜材料。
6.根据权利要求1所述的可调反射腔的射频压电谐振器，其特征在于，所述谐振器交叉上电极(8)的数量为一个或者多个；
所述多个谐振器交叉上电极(8)的尺寸和形状相同；
所述多个谐振器交叉上电极(8)之间的距离相等。
7.根据权利要求1所述的可调反射腔的射频压电谐振器，其特征在于，所述谐振器底电极(6)采用以下任一种连接方式：
-接地；
-悬空底。
8.根据权利要求1所述的可调反射腔的射频压电谐振器，其特征在于，所述谐振器上电极(8)采用以下任一种连接方式：
-全接电；
-轮流接电；
-悬空底。
9.根据权利要求1所述的可调反射腔的射频压电谐振器，其特征在于，所述压电层刻蚀窗口(9)采用以下任一种方式形成：
-光刻胶作为掩模的干法刻蚀；
-介质作为掩模的干法刻蚀；
所述压电层刻蚀窗口(9)的深度能够到达谐振器底电极(6)。
10.一种可调反射腔的射频压电谐振器制备方法，其特征在于，采用权利要求1-9任一项所述的可调反射腔的射频压电谐振器，包括：
步骤S1：制备谐振器衬底层；
步骤S2：在衬底上表面沉积一层牺牲层；
步骤S3：在牺牲层的上表面形成凹槽结构；
步骤S4：在凹槽和牺牲层2的表面填充防刻蚀材料，填充的高度至少大于凹槽的深度；
步骤S5：对防刻蚀材料进行打磨抛光操作，在牺牲层表面形成谐振器底电极平板；
步骤S6：在谐振器底电极平板上生成压电层材料；
步骤S7：进行谐振器上电极的形成；
步骤S8：利用干法刻蚀形成压电层刻蚀窗口；
步骤S9：衬底材料和防刻蚀材料围成的区域内牺牲层会被全部反应挥发掉，形成空气反射腔。
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112787616A (zh) * | 2021-01-05 | 2021-05-11 | 武汉大学 | 一种谐振器的调频方法 |
| CN113328722A (zh) * | 2021-05-25 | 2021-08-31 | 武汉敏声新技术有限公司 | 一种薄膜体声波谐振器及制备方法 |
| CN113381724A (zh) * | 2021-07-02 | 2021-09-10 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 体声波谐振器及其制备方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103873010A (zh) * | 2014-03-17 | 2014-06-18 | 电子科技大学 | 一种压电薄膜体声波谐振器及其制备方法 |
| CN110166012A (zh) * | 2019-05-15 | 2019-08-23 | 上海科技大学 | 二维耦合的射频压电谐振器及其制备方法 |
| CN110417374A (zh) * | 2019-08-27 | 2019-11-05 | 南方科技大学 | 一种薄膜体声波谐振器及其制备方法 |
| CN110601672A (zh) * | 2019-08-05 | 2019-12-20 | 北京中讯四方科技股份有限公司 | 高温度稳定性的声表波滤波器及其制备方法与应用 |
-
2020
- 2020-08-19 CN CN202010834602.2A patent/CN112134539A/zh active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103873010A (zh) * | 2014-03-17 | 2014-06-18 | 电子科技大学 | 一种压电薄膜体声波谐振器及其制备方法 |
| CN110166012A (zh) * | 2019-05-15 | 2019-08-23 | 上海科技大学 | 二维耦合的射频压电谐振器及其制备方法 |
| CN110601672A (zh) * | 2019-08-05 | 2019-12-20 | 北京中讯四方科技股份有限公司 | 高温度稳定性的声表波滤波器及其制备方法与应用 |
| CN110417374A (zh) * | 2019-08-27 | 2019-11-05 | 南方科技大学 | 一种薄膜体声波谐振器及其制备方法 |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112787616A (zh) * | 2021-01-05 | 2021-05-11 | 武汉大学 | 一种谐振器的调频方法 |
| CN112787616B (zh) * | 2021-01-05 | 2024-04-09 | 武汉敏声新技术有限公司 | 一种谐振器的调频方法 |
| CN113328722A (zh) * | 2021-05-25 | 2021-08-31 | 武汉敏声新技术有限公司 | 一种薄膜体声波谐振器及制备方法 |
| CN113381724A (zh) * | 2021-07-02 | 2021-09-10 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 体声波谐振器及其制备方法 |
| CN113381724B (zh) * | 2021-07-02 | 2024-05-24 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 体声波谐振器及其制备方法 |
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