CN112350683B - 类石墨烯结构的超高频谐振器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种类石墨烯结构的超高频谐振器，具体指一种可以提高谐振器机电耦合系数的超高频谐振器结构，该谐振器在压电材料上表面部布置有类石墨烯结构分布的正负电极，每个电极被三个相异极性的电极环绕，进而形成三个方向的电场分布。该谐振器结构能够有效的提高谐振器的谐振频率和机电耦合系数。
Description
技术领域
本发明涉及谐振器技术领域，具体涉及一种类石墨烯结构的超高频谐振器。
背景技术
随着5G时代的到来，对多频段高频滤波器的需求急剧增加。这对压电谐振器的性能提出了更高的要求。众所周知，声表面波(SAW)谐振器早期广泛应用于射频前端，但由于其相速度低、光刻存在限制等原因，在高频段很难保持优良的性能。体波谐振器(BAW)由于其插入损耗低、功率处理能力好而被广泛应用于高频市场。特别是其中的薄膜体声波谐振器(FBAR)，具有高品质因数(Q)和高有效机电耦合系数然而，FBAR的谐振频率是由压电薄膜的厚度决定的，因此很难在单片晶圆上实现多频段集成。兰姆波谐振器(LWR)的提出，可以突破SAW所面对的频率限制。通过调节叉指的间距可以获得不同频率的兰姆波谐振器，从而实现同一晶圆的调频。
传统的一维兰姆波谐振器是三明治结构，上下电极采用叉指结构，中间为压电材料层，叉指间距一般为一个波长，横向激发出零阶对称模态。二维兰姆波谐振器的振动是横向激发与厚度方向激发的耦合，这种特性能在一定程度上提升兰姆波谐振器的有效机电耦合系数以及品质因数。但兰姆波谐振器复杂的结构和较低的品质因数和机电耦合系数是限制其商业化的主要原因。
发明内容
为解决上述问题，本发明提出了一种可以提高谐振器机电耦合系数、实现超高频率的类石墨烯结构的超高频谐振器；
本发明提供的一种可以提高谐振器机电耦合系数、实现超高频率的二维谐振器结构，即一种一种类石墨烯结构的超高频谐振器，其特征在于：包括压电层和谐振器；所述谐振器在压电材料上部布置有若干类石墨烯结构分布的正、负电极，各正负电极电极大小相等，形状一致，且相邻两个电极之间的距离相等；每个正电极紧邻三个负电极，每个负电极紧邻三个正电极，每三个相邻正电极和三个相邻负电极共同构成正六边形，六个电极即为正六边形的六个顶点，多个正六边形在压电材料表面共同形成类石墨烯结构。
作为优选方案，所述压电层的材料为氮化铝、氧化锌、铌酸锂、PZT和铌酸钡钠中的任一种或多种组合。
进一步地，所述压电材料的形状为圆形、椭圆形和多边形中的任一种或多种组合。
更进一步地，所述正、负电极形状为圆形、椭圆形、多边形中的一种或多种组合。
更进一步地，所述电极材料为钼、铂、金、银、铝、钨、钛、钌、铜和铬中的任一种或多种组合。
本发明的优点及有益效果如下：
本发明在谐振器压电材料上部布置有类石墨烯结构分布的正负电极，各电极大小相等，形状一致，且相邻两个电极之间的距离相等，每个正电极紧邻三个负电极，每个负电极紧邻三个正电极；每个电极被三个相异极性的电极环绕，进而形成三个方向的电场分布，进一步提升了谐振器的有效机电耦合系数以及品质因数。
相对于传统的已有的谐振器结构，本发明的优点在于可以达到很高的谐振频率，且在很高的谐振频率下拥有实现高机电耦合系数，超高频且高机电耦合系数对后续搭建滤波器的性能起了决定的性能，本发明结构的可行，意味着可以突破5GHz，实现更高频更高性能的芯片。
附图说明
图1为本发明实施例一中涉及的类石墨烯结构的超高频谐振器的结构示意图；
图2为本发明实施例一中涉及的类石墨烯结构的超高频谐振器的俯视图；
图3为本发明实施例二中涉及的类石墨烯结构的超高频谐振器的结构示意图；
图4为本发明实施例二中涉及的类石墨烯结构的超高频谐振器的俯视图；
图5为本发明实施例三中涉及的类石墨烯结构的超高频谐振器的结构示意图；
图6为本发明实施例二中涉及的类石墨烯结构的超高频谐振器的正负电极连接示意图；
图7为本发明实施例二中涉及的类石墨烯结构的超高频谐振器的阻抗曲线图。
图中：压电层1、正电极2(a)，负电极2(b)，第一电桥3(a)，第二电桥3(b)。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
如图1和图2所示，本发明实施例一的结构包括压电层1、正电极2(a)和负电极2(b)，压电层1为正六边形，电极2也为正六边形，且以类石墨烯结构排列在压电层1的上表面。
实施例二
如图3和图4所示，本发明实施例二的结构包括压电层1、正电极2(a)和负电极2(b)，压电层1为长方形，电极2为圆形，且以类石墨烯结构排列在压电层1的上表面。
实施例三
如图5所示，本发明实施例三的结构包括压电层1、正电极2(a)和负电极2(b)，压电层1为长方形，电极2为三角形，且以类石墨烯结构排列在压电层1的上表面。
图6为本发明实施例二的信号加载方式，压电层1表面的正电极2(a)通过第一电桥3(a)连接，负电极2(b)通过第二电桥3(b)连接。这里的正负电极可相互转换，正负电极的区别仅仅为加载正电压还是负电压。
上述实施例中本发明结构正负电极以类石墨烯结构分布，各电极大小相等，形状一致，且相邻两个电极之间的距离相等，每个正电极2(a)紧邻三个负电极2(b)，每个负电极2(b)紧邻三个正电极2(a)，每三个相邻正电极2(a)和三个相邻负电极2(b)共同构成正六边形，六个电极即为正六边形的六个顶点，多个正六边形在压电材料表面共同形成类石墨烯结构；每个电极被三个相异极性的电极环绕，进而形成三个方向的电场分布。
本发明结构无下电极，但本结构相对于传统二维兰姆波谐振器，更高达到更高的频率，且拥有更高的机电耦合系数。
图7所示为本发明实施例二的阻抗曲线，该谐振器的工作频率超过6GHz，有效机电耦合系数超过30％。本发明提出的是一种能有效提高谐振器机电耦合系数、实现超高频率的二维谐振器结构。
以上仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。
Claims (6)
1.一种类石墨烯结构的超高频谐振器，其特征在于：包括压电层和谐振器；所述谐振器在压电层材料上部布置有若干类石墨烯结构分布的正、负电极，各正、负电极电极大小相等，形状一致，且相邻两个电极之间的距离相等；每个正电极紧邻三个负电极，每个负电极紧邻三个正电极，每三个相邻正电极和三个相邻负电极共同构成正六边形，六个电极即为正六边形的六个顶点，多个正六边形在压电层材料表面共同形成类石墨烯结构。
2.根据权利要求1所述的类石墨烯结构的超高频谐振器，其特征在于：所述压电层材料为氮化铝、氧化锌、铌酸锂、PZT和铌酸钡钠中的任一种或多种组合。
3.根据权利要求1或2所述的类石墨烯结构的超高频谐振器，其特征在于：所述压电层材料的形状为圆形、椭圆形和多边形中的任一种或多种组合。
4.根据权利要求1或2所述的类石墨烯结构的超高频谐振器，其特征在于：所述正、负电极形状为圆形、椭圆形、多边形中的一种或多种组合。
5.根据权利要求3所述的类石墨烯结构的超高频谐振器，其特征在于：所述正、负电极形状为圆形、椭圆形、多边形中的一种或多种组合。
6.根据权利要求1或2或5所述的类石墨烯结构的超高频谐振器，其特征在于：所述正、负电极材料为钼、铂、金、银、铝、钨、钛、钌、铜和铬中的任一种或多种组合。
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