CN112673569A - 双级横向体声波滤波器 - Google Patents

双级横向体声波滤波器 Download PDF

Info

Publication number
CN112673569A
CN112673569A CN201980058693.0A CN201980058693A CN112673569A CN 112673569 A CN112673569 A CN 112673569A CN 201980058693 A CN201980058693 A CN 201980058693A CN 112673569 A CN112673569 A CN 112673569A
Authority
CN
China
Prior art keywords
electrode
layer
thickness
extensions
input
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201980058693.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112673569B (zh
Inventor
马克库·伊利拉米
塔帕尼·马克肯
图奥马斯·彭萨拉
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Vtt Technical Res Centre Of Finland Ltd
Original Assignee
Vtt Technical Res Centre Of Finland Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Vtt Technical Res Centre Of Finland Ltd filed Critical Vtt Technical Res Centre Of Finland Ltd
Publication of CN112673569A publication Critical patent/CN112673569A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112673569B publication Critical patent/CN112673569B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/02Details
    • H03H9/02228Guided bulk acoustic wave devices or Lamb wave devices having interdigital transducers situated in parallel planes on either side of a piezoelectric layer
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/02Details
    • H03H9/02007Details of bulk acoustic wave devices
    • H03H9/02086Means for compensation or elimination of undesirable effects
    • H03H9/02118Means for compensation or elimination of undesirable effects of lateral leakage between adjacent resonators
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/02Details
    • H03H9/02007Details of bulk acoustic wave devices
    • H03H9/02015Characteristics of piezoelectric layers, e.g. cutting angles
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/02Details
    • H03H9/02007Details of bulk acoustic wave devices
    • H03H9/02086Means for compensation or elimination of undesirable effects
    • H03H9/0211Means for compensation or elimination of undesirable effects of reflections
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/02Details
    • H03H9/02007Details of bulk acoustic wave devices
    • H03H9/02157Dimensional parameters, e.g. ratio between two dimension parameters, length, width or thickness
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/02Details
    • H03H9/125Driving means, e.g. electrodes, coils
    • H03H9/13Driving means, e.g. electrodes, coils for networks consisting of piezoelectric or electrostrictive materials
    • H03H9/132Driving means, e.g. electrodes, coils for networks consisting of piezoelectric or electrostrictive materials characterized by a particular shape
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/15Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material
    • H03H9/17Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material having a single resonator
    • H03H9/171Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material having a single resonator implemented with thin-film techniques, i.e. of the film bulk acoustic resonator [FBAR] type
    • H03H9/172Means for mounting on a substrate, i.e. means constituting the material interface confining the waves to a volume
    • H03H9/173Air-gaps
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/15Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material
    • H03H9/17Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material having a single resonator
    • H03H9/171Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material having a single resonator implemented with thin-film techniques, i.e. of the film bulk acoustic resonator [FBAR] type
    • H03H9/172Means for mounting on a substrate, i.e. means constituting the material interface confining the waves to a volume
    • H03H9/175Acoustic mirrors
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/46Filters
    • H03H9/54Filters comprising resonators of piezoelectric or electrostrictive material
    • H03H9/56Monolithic crystal filters
    • H03H9/564Monolithic crystal filters implemented with thin-film techniques
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/46Filters
    • H03H9/54Filters comprising resonators of piezoelectric or electrostrictive material
    • H03H9/58Multiple crystal filters
    • H03H9/582Multiple crystal filters implemented with thin-film techniques
    • H03H9/586Means for mounting to a substrate, i.e. means constituting the material interface confining the waves to a volume
    • H03H9/589Acoustic mirrors

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)
  • Surface Acoustic Wave Elements And Circuit Networks Thereof (AREA)

Abstract

公开了横向体声波滤波器装置。装置(600)包括提供或在声反射器(608、618)的最顶层上的中间层(606、616)。中间层具有第一区域(606)和第二区域(616)。第一区域具有第一层厚度,并且第二区域具有与第一层厚度不同的第二层厚度。该装置包括在中间层的第一区域上的第一多层堆叠(604、602、610)和在第二区域上的第二多层堆叠(614、612、620)。第一堆叠(100a)和第二堆叠(100b)中的每个包括在位于相应区域上的反电极(604、614)的压电层(602、612)、输入电极(150、150a;670、670a)和输出电极(170、170a;650、650a)。第一堆叠的输出电极被连接到第二堆叠的输入电极。在第一堆叠的输入电极和反电极层之间施加射频电压在第一堆叠和第二堆叠的输入和输出电极之间的压电层中创建声谐振模式。两个堆叠中的伪模式的频率通过中间层的不同厚度相对彼此偏移。从而降低了得到的装置中的伪模式。

Description

双级横向体声波滤波器
技术领域
本说明书涉及一种薄膜射频声波滤波器。
技术背景
基于微声和薄膜技术的射频(“RF”)部件,诸如谐振器和滤波器被广泛用于无线电应用,诸如:移动电话、无线网络、卫星定位等。它们优于其集总元件、陶瓷和电磁对等件的优点包括小尺寸和大批量生产的能力。
发明内容
本说明书描述了带通横向体声波(“LBAW”)滤波器的技术。更特别地,本公开提供了抑制LBAW滤波器中的边带并改善LBAW滤波器的带通滤波器特性的技术。
LBAW可用作带通滤波器。带通滤波器可包括一个或多个不期望的(或寄生的)边带。本公开的实施方式提供了通过级联两个或更多个LBAW来抑制不期望的边带的技术。
LBAW滤波器由夹在两对电极之间的压电层形成。每对中的一个电极位于压电层的顶表面上,并形成LBAW的输入或输出。输入电极和输出电极由间隙分开。每对还具有位于压电层的底表面上的反电极。通过跨压电层在输入谐振器上施加交流电压,在输入电极下方的压电层中形成机械谐振。压电层厚度和电极之间的间隙可以被设计成使得该机械谐振跨过间隙耦合到输出谐振器。发生这种耦合的频率范围确定了LBAW滤波器可达成的带宽(或通带宽度)。
一般而言,在本说明书中描述的主题的一个创新方面可以体现在声波滤波器装置中,该声波滤波器装置包括:声反射器;中间层,该中间层提供声反射器的最上层或在声反射器的最上层上;第一多层堆叠,该第一多层堆叠在声反射器上;以及第二多层堆叠,该第二多层堆叠在声反射器上并且邻近第一多层堆叠。中间层具有第一区域和第二区域,该第一区域具有第一层厚度,而该第二区域具有不同于第一层厚度的第二层厚度。
第一多层堆叠包括:在中间层的第一区域上的第一反电极,以及在第一反电极上的第一压电层,以及在第一压电层上的第一输入电极和第一输出电极。第一输入电极和第一输出电极各自具有第一电极厚度,并且基本上平行地延伸并且被第一间隙分开。第二多层堆叠包括:在中间层的第二区域上的第二反电极,在第二反电极上的第二压电层,以及在第二压电层上的第二输入电极和第二输出电极。第二输入电极和第二输出电极各自具有第二电极厚度,并且基本上平行地延伸并且被第二间隙分开。
第一输出电极电连接至第二输入电极。第一多层堆叠和第二多层堆叠被配置成使得在第一输入电极与第一反电极层之间施加射频电压会在第一输入电极与第一输出电极之间以及第二输入电极与第二输出电极之间的压电层中创建声模式。在一些示例中,在第一输入电极与第一反电极层之间施加射频电压会在第一输入电极与第一输出电极之间以及第二输入电极与第二输出电极之间的压电层中创建声厚度延伸谐振模式。
前述和其他实施例可各自可选地以单独或组合形式包括以下特征中的一个或多个。
第二层厚度可以大于第一层厚度。例如,第二层厚度可以比第一层厚度大1%至10%。
在第一输入电极与第一反电极层之间的射频电压可以在第一输入电极与第一输出电极之间以及第二输入电极与第二输出电极之间的压电层中创建二阶声厚度剪切(TS2)谐振模式。第二层厚度可以不同于第一层厚度,以使得在第一多层堆叠的第一输入电极与第一输出电极之间创建的TS2谐振模式的第一谐振频率不同于在第二多层堆叠的第二输入电极与第二输出电极之间创建的TS2谐振模式的第二谐振频率。例如,第一谐振频率可以与第二谐振频率相差1%至8%。第一谐振频率可以与第二谐振频率相差至少50MHz。
在一些实施例中,第二电极厚度大于第一电极厚度。在一些实施例中,第二电极厚度小于第一电极厚度。例如,第二电极厚度可以比第一电极厚度薄1%至10%。
第一输入电极和第一输出电极中的每个可以具有多个第一延伸部。第一输入电极的多个第一延伸部可以与第一输出电极的多个第一延伸部相互交错。第二输入电极和第二输出电极中的每个可具有多个第二延伸部。第二输入电极的多个第二延伸部可以与第二输出电极的多个第二延伸部相互交错。在一些示例中,第一输入电极和第一输出电极中的每个是具有多个第一延伸部的梳状结构,并且第二输入电极和第二输出电极中的每个是具有多个第二延伸部的梳状结构。
多个第一延伸部可以比多个第二延伸部厚。例如,第二延伸部厚度可以比第一延伸部厚度小5%至20%。第二延伸部厚度可以大于第一延伸部厚度,以使得在第一多层堆叠的第一输入电极与第一输出电极之间创建的厚度延伸(TE1)谐振模式的第一谐振频率在第二多层堆叠的第二输入电极与第二输出电极之间创建的TE1谐振模式的第二谐振频率的1%内。
多个第二延伸部可以基本上平行于多个第一延伸部。多个第二延伸部可以相对于多个第一延伸部形成大于零的角度。
声反射器可以是布拉格反射镜。
第一输出电极和第二输入电极可以是在第一多层堆叠与第二多层堆叠之间共享的公共电极的各部分。
第一输出电极可以通过导电连接器连接至第二输入电极。在一些示例中,导电连接器具有平行于第一多层堆叠和第二多层堆叠中的至少一个的延伸部的长轴延伸的长度,该长度大于延伸部的垂直于延伸部的长轴测量的宽度。
第一输出电极可以基本平行于第二输入电极。
本说明书中描述的主题可以在特定实施例中实现,以便实现以下优点中的一个或多个。本文所述的带通滤波器可以例如通过抑制寄生边带来改善LBAW滤波器的带通响应。可以在特定频率或频率范围内达成抑制。另外,与常规声滤波器相比,本文描述的LBAW滤波器可以更简单地制作,因为与两个垂直堆叠的体声波(BAW)耦合的谐振滤波器相比,LBAW仅使用单个压电层。与表面声波(SAW)滤波器相比,LBAW滤波器还可以在较高的频率下操作,因为LBAW滤波器的操作更多地是由压电层厚度而不是由叉指换能器(IDT)电极尺寸确定的。在一些实施例中,LBAW滤波器还可达成比BAW滤波器更宽的带宽。与BAW中的接近10相比,LBAW滤波器可作为具有单个光刻构图步骤的滤波器来操作,并且可以在SAW中不需要反射器的情况下操作,并且因此尺寸更小。
本说明书的主题的一个或多个实施例的细节在附图和以下描述中阐述。根据说明书、附图和权利要求书,本主题的其他特征、方面和优点将变得显而易见。
附图说明
图1A是固定安装的LBAW滤波器的示意性透视图。
图1B是自支撑的LBAW滤波器的示意性透视图。
图1C是IDT电极结构的示意性平面图。
图2A-2B是LBAW压电层中的两种类型的传播板波模式的示意图。
图3是示例性LBAW的频散曲线。
图4A是LBAW中的两种谐振模式的示意图。
图4B是随频率变化的LBAW的说明性传输响应。
图5是随频率变化的LBAW的实验传输曲线。
图6A-6D图示示例滤波器装置的框图,该示例滤波器装置包括串联连接的两个示例LBAW滤波器。
图6E图示图6A所图示的过滤器装置的部分截面图。
图7A描绘两个单独的示例LBAW的传输曲线。
图7B描绘图7A的两个单独的示例LBAW的频散曲线。
图7C描绘具有级联的LBAW的示例滤波器装置的传输曲线。
在各种附图中相同的附图标记和名称指示相同的元件。
具体实施方式
图1A、图1C示出了具有输入电极150和输出电极170的LBAW滤波器(或谐振器)100的示例,该输入电极和输出电极具有叉指式几何形状(也称为“叉指换能器”或“IDT”LBAW)。LBAW滤波器100包括具有厚度d的压电(“piezo”)层110,位于压电层的顶表面上的IDT电极结构102、以及位于压电层的底表面上的底部反电极120。IDT电极结构(“IDT”)102包括两个梳状电极150和170,其由例如金属或多晶硅的导电材料制成。IDT电极150和170分别具有平行的延伸部150a和170a,它们提供“梳子”的“尖齿”或“牙齿”或“指状物”。电极150和反电极120与压电层110形成输入谐振器。电极170和反电极120与压电层110形成输出谐振器。
通过在输入端口160处跨IDT电极150和底部反电极120施加振荡(或交变)输入电压,在压电层110中创建声振动。所施加的电压经由压电效应被转换为机械(例如,声)振动。在谐振条件下(例如,在如下面进一步详细描述的某些声谐振模式的情况下),该振动可以在输入电极150下创建驻波,并且在间隙区域190中创建消散波(具有以指数方式衰减的振幅)。在对振动频率和间隙宽度G进行适当选择的情况下,驻波可以跨从电极150下方的压电区域到电极170下方的压电区域的间隙190由消散波机械地耦合,并在电极170下方的压电层110中创建类似的驻波。经由反向压电效应,电极170下方的驻波在输出端口180处产生具有相同频率的输出信号电压。在具有强压电耦合的机械谐振中发生该耦合的频率范围形成LBAW滤波器100的通带(或带宽)。在一些示例中,该频率范围在1.8GHz与1.95GHz之间。如下面进一步讨论的,可以调谐LBAW 100的各种层的厚度和几何形状以及间距,以改变滤波器的RF响应和通带。贯穿本公开,沿着平行于压电层的轴线测量宽度和长度,并且沿着垂直于压电层的轴线测量厚度。
反射结构130可以用于将压电层110中的振动与底层衬底140隔离并且防止声泄漏。反射结构可以是薄层的堆叠,例如由交替的高声阻抗和低声阻抗(“Zac”)材料层组成的布拉格反射器。这些层的厚度可以被设计成使得LBAW滤波器的通带处以及其附近的频率被反射回压电层110中,并且所有其他频率都通过反射镜。
在一些实施例中,LBAW 100不直接置于衬底140上面(如图1A所示),而是自支撑的,如图1B中所示。在这种布置中,衬底140和反射镜130被气间隙代替,其中横向延伸超过其中制作了LBAW 100的区域的压电部分由衬底140支撑。
在一些实施例中,如图1C中所示,延伸部150a和170a是矩形的,并且具有宽度W、长度L、并且由间隙宽度G隔开。每个电极150和170分别具有一个或多个延伸部150a和170a。电极延伸部的总数目被指定为K。
虽然图1C示出了具有相同几何形状和间距G的平行延伸150a/170a的矩形叉指式电极150/170,也可以设想其他电极几何形状。设计考虑包括电极之间的间隙、电极的长度和数目(如果有)以及电极延伸部的形状。该间隙可用于控制输入电极与输出电极之间的耦合。较长的电极也增加耦合。延伸部数目K可用于控制带宽和/或增加耦合,同时节省电极占用的面积。在一些实施例中,电极由具有两个或更多个延伸部(例如,K≥2)的矩形条组成。例如,每个延伸部可以是矩形条。在一些实施例中,电极是具有公共轴线的同心圆或螺旋。
压电层110可以由各种压电材料形成。示例性材料包括ZnO、AlN、CdS、PZT、LiNbO3、LiTaO3、石英、KNN、BST、GaN、Sc合金化的AlN或前面提及的材料与额外元素的掺杂或合金化。可以使用掺杂来改善或调整压电层110的机电属性。如下文进一步详述,选择压电层厚度d,以使得在压电层中产生在LBAW滤波器的期望带宽的频率附近的厚度延伸模式。在一些实施例中,压电层厚度d是λz的20%至50%,或λz的30%至45%,其中λz是压电振动在厚度方向上的波长。在一些实施方案中,d为1500nm至2500nm,或1800nm至2200nm。
薄膜IDT 102可以由各种材料组成。在一些实施例中,IDT电极150和170为金属。例如,电极材料可以包括Al、Mo、Pt、Cu、Au、Ag、Ti、W、Ir、Ru或金属和/或掺杂有例如AlSi、AlSiCu、多晶硅等的额外材料的金属的多层。掺杂可用于改善或调整IDT的电气属性或机械属性。
虽然图1A示出了单个公共反电极120,但是滤波器100可以包括用于输入谐振器和输出谐振器的单独电极。各种材料适合于反电极(例如,电极120)。例如,电极可以包括金属,诸如Al、Mo、Pt、Cu、Au、Ag、Ti、W、Ir、Ru或金属和/或掺杂有例如AlSi、AlSiCu等的额外材料的金属的多层。掺杂可用于改善或调整IDT的电气属性或机械属性。例如,电极可为Ti+Mo、Ti+W、AlN+Mo或Al+W。电极可以是多层的。电极可以具有沉积在电极下方的特殊薄种晶层。
反射结构130可以由不同材料的交替层组成。例如,反射结构130可以包括:钨(W)、SiO2、硅(Si)和碳(C)中的两种的交替层。例如,高声阻抗的层包括W、Mo、Ir、Al2O3、金刚石、Pt、AlN、Si3N4。低声阻抗层可以包括SiO2、玻璃、Al、Ti、C、聚合物或多孔材料。Si层提供中间声阻抗。各种材料适合于衬底140,诸如Si或SiO2或玻璃、蓝宝石、石英。衬底140材料可以具有高电阻率。衬底的厚度可以适合于RF应用,诸如集成到移动电话平台中。例如,衬底可具有小于500微米或小于200微米的厚度。例如,可以以675μm的厚度购买Si晶片,并使其变薄以达成期望的装置厚度,例如用于移动平台。
LBAW 100的声响应建模可以为如何调谐结构中个别元件的设计参数以达成期望的带通属性提供指导。例如,可以将LBAW 100设计成在特定频率下具有谐振模式。一般而言,可以选择各种LBAW 100部件的几何形状以达成各种声属性。LBAW 100的属性可能取决于可能彼此不独立这些几何形状的组合。
在压电层110中,可能在输入电压的不同激励频率f下(例如,在端口160处)出现不同的体声振动模式。压电层110中的声振动可以作为兰姆波(或板波)横向传播,其中粒子运动位于包含波传播方向和板法线(例如,图1A中的z轴线)的平面中。图2A至图2B中示出了两种此类模式。参看图2A,厚度延伸(TE或纵向)体模式200具有主要垂直于传播方向(在z方向上)的粒子位移210。参看图2B,二阶厚度剪切(TS2)体模式220具有主要平行于传播方向(在y方向上)的粒子位移230。对于这两种模式,在厚度方向上可能出现谐振的最低频率是当压电层110的厚度d等于整数目半波长λz时(不考虑电极150/170的厚度);换句话说,当
Figure BDA0002964065070000091
时,其中N是指示谐振阶数的整数。对于TE1模式,
Figure BDA0002964065070000092
如下面进一步讨论的,可以设计电极的宽度W和电极之间的间隙G,以使得形成具有一定横向波长λ||的TE1模式驻波,该驻波可以跨间隙G通过其消散尾部耦合,以创建两个机械谐振模式。
可以用频散曲线来描述LBAW谐振器100的声属性。参看图3,LBAW 100的示例频散曲线示出了振动的随频率f而变化的横向波数k||,其中
Figure BDA0002964065070000093
附图中表示了一阶纵向(厚度延伸,TE1)振动模式和二阶厚度剪切(TS2)模式,在该一阶纵向振动模式中,组合的压电层厚度d和电极150或170的厚度包含体振动波长的大约一半,即λz/2,在该二阶厚度剪切模式中,体振动主要垂直于厚度方向(图2B中的z轴线)并且组合的压电层厚度d和电极150或170的厚度中包含大约一个声波长λz。TE1模式是每个频散曲线的较暗部分,而TS2模式是每个频散曲线的较亮区域。顶部曲线(“无电极”)代表间隙190下压电层的频散属性。底部曲线(“电极”)代表电极150/170下压电层的频散属性,也称为活动区域。更具体地,在“电极”曲线与k=0相交的情况下,TE1模式具有电极150或170和压电层的组合厚度中包含的大约λz/2。这是近似的,因为波可以延伸到布拉格反射器中。“无电极”曲线与k=0线的相交示出了仅底部电极和压电层的组合厚度中包含大约λz/2的模式。TE1模式具有增加的频率f的增加的k||的这种类型的频散称为类型1。电极区域与无电极区域之间相交的k||=0频率之差确定了滤波器的可达成带宽的硬性极限。间隙宽度G、电极宽度W和延伸数目K可用于在由频散差设定的极限内改变耦合强度。
在一些实施例中,LBAW 100可以被设计成产生类型1频散。例如,可以选择其中可能发生类型1频散的压电层110材料。例如,可以使用ZnO。在另一示例中,声布拉格反射器130的适当设计可以帮助达成类型1频散。例如,将氮化铝(“AlN”)用于压电层110通常可以产生类型2频散,其中TE1模式表现为初始具有随增加的频率f不断减小的k||的非单调,并且然后具有随增加的频率f不断增加的k||(大致类似于图3中的频散曲线中所述,但TE1和TS2互换)。然而,在一些实施例中,利用反射结构130(例如,声布拉格反射器)的适当设计,LBAW100可以在压电层100中使用AlN并且仍然达成类型1频散。参见例如Fattinger等人的“Optimization of acoustic dispersion for high performance thin film BAWresonators(高性能薄膜BAW谐振器的声频散优化)”,Proc.IEEE InternationalUltrasonics Symposium,2005,pp.1175-1178。
在图3中,k||的正值表示实波数目(传播波),而负k||值对应于虚波数目(消散波)。为了使谐振出现,必须将声能捕获在LBAW谐振器结构内部。在厚度(z轴线)方向上,与衬底的隔离(使用反射结构130)可以用于能量捕获。在横向方向上,当在电极区域外部(例如,在“无电极”曲线上)形成消散波时,可能发生能量捕获。为了取得LBAW的两个谐振器(例如,电极150/170和120)之间的谐振耦合,TE1模式的驻波形成在压电层的活动区域中(在电极下方),而消散波形成在“无电极”区域中。换句话说,k||对于TE1“电极”曲线为正,而对于TE1“无电极”曲线为负。根据图3,这发生在标记的“捕获范围”频率范围内。能量捕获在类型1频散中更容易实现。不希望被理论所束缚,在将单调增加的频散曲线作为图3中的厚TE1线的情况下,对于“电极”,在捕获范围内的单个频率下,存在单个虚波数目可用,或者在捕获范围以上存在单个实波数目。前者意味着TE1不在电极外部传播,而后者意味着TE1可以耦合至电极外部的传播波,并且因此“泄漏”。类型2频散可以用类似的曲线描述,但TE1曲线和TS2曲线互换。类型2中的曲线是非单调的事实意味着在给定的频率下可能有几个实波数目。频率具有几个波数目意味着在电极外部有传播波可用,这可能致使“泄漏”。
图4A至图4B图示了驻波谐振模式与LBAW带隙之间的关系。参看图4A,LBAW 100的一部分包括两个相邻电极401和402,其宽度为W(例如,对应于图1A的相应电极150和170的延伸部150a和170a)。LBAW 100的带通频率响应由结构中出现的两个或更多个横向驻谐振模式410和420形成。当从相邻电极401和402的边缘反射板波时,横向驻波谐振可能出现。在偶数模式谐振410中,两个电极150和170下方的压电层同相地振动,而在奇数模式谐振420中,相位是相反的。当在结构的总宽度大致等于模式
Figure BDA0002964065070000111
的横向波长λ||的一半时,偶数横向驻波谐振可能出现。在无限小的间隙宽度G的极限内,λ偶数从下方接近总宽度。如图4A中所示,当G变大时,λ偶数变小,而当G变大时,λ偶数变大。在小间隙(例如,零间隙)的情况下,λ偶数接近4W,而在大间隙的情况下,λ偶数接近2W。当在电极的宽度大致等于模式
Figure BDA0002964065070000112
的横向波长λ||的一半时,奇数横向驻波谐振可能出现。
参看图4B,对于具有类型1频散的LBAW,偶数模式410和奇数模式420被示出为随输入频率f而变化的传输峰值。对于类型1频散,偶数模式410具有比较短波长的奇数模式420更长的波长,并且在频率上更低。该模式之间的频率差430确定了LBAW滤波器100的可达成带宽,并且取决于结构的声属性和IDT谐振器102的尺寸。可以依据偶数(对称)谐振与奇数(反对称)谐振之间的(谐振)频率差
Figure BDA0002964065070000113
来定义声耦合强度,其中f对称和f反对称分别是对称本征频率和反对称本征频率,并且f0=(f对称+f反对称)/2是两种模式之间的中心频率。
在一些实施例中,增加每个电极(例如,150和170)中的延伸部(例如,150a和170a)的数目可能增加LBAW中的偶数模式与奇数模式之间的频率差,并因此增加带宽。这种影响可能来自以下事实:奇数模式的横向波长可能取决于电极结构的周期性(例如,宽度W),而偶数模式可能取决于结构的整个宽度(例如,将所有宽度W和间隙G相加)。例如,如果电极延伸部的总数目为K,电极宽度为W,并且间隙宽度为G,则在偶数模式谐振频率下横向声波的波长λ||接近或略短于
Figure BDA0002964065070000121
然而,该结构中的奇数横向驻波谐振接近或略大于
Figure BDA0002964065070000122
另外或替代地,在一些实施例中,结构K·W+K·G的总宽度可以使得在结构中捕获的最高阶模式是期望的奇数模式谐振。例如,K可为31,W可为3μm,而G可为2μm。
在一些实施例中,电极延伸部的数目K在2个与200个之间,或在10个与60个之间。在一些实施例中,电极延伸部的长度L可以在50μm与2000μm之间,或在70μm与500μm之间。
在一些实施例中,对间隙G进行选择,以允许在电极150和170下方形成的驻波的消散尾部的耦合。例如,电极延伸部之间的间隙G可以为0.1μm和10μm,或者在2μm与5μm之间。
在一些实施例中,可以将电极150和170的拓扑设计成使得间隙宽度G在电极延伸部之间提供足够好的耦合,以跨结构的整个宽度创建单个偶数模式410。例如,间隙宽度G可以是消散声波的衰减长度的2%至300%或10%至100%,即在期望的偶数谐振模式下间隙中原始振幅Ao的振幅A=A0·e-1的长度。可以优化间隙宽度G。将间隙减小到太小的宽度(1)最终可能将偶数模式和奇数模式彼此拉得太远,从而在通带中创建谷值;(2)可能导致奇数模式的耦合系数降低;或者(3)可能增加从指状物到指状物的电容馈通从而致使不良带外衰减。
在一些实施例中,可以相对于压电层厚度d来定义间隙宽度G。例如,G可以被设计成d的10%至300%,或者d的25%至150%。
在一些实施例中,电极延伸部的宽度W可以在0.1μm与30μm之间,或者在2μm与5μm之间。在一些实施例中,可以将W设计成使得获得了横向声波在期望的奇数模式谐振频率λ奇数下的波长λ||
在一些实施例中,电极宽度W被设计成使得多个半波长不能配合在电极宽度内。例如,可以将W设计成小于横向声波在期望的奇数谐振模式下的波长λ||,例如其中λ||=λ奇数
在一些实施例中,可以选择各种LBAW 100部件的厚度以达成各种声属性,并且可以相互依赖。例如,首先可以相对于在操作频率f下压电材料(λ)中的声波长来确定压电层110的厚度d(最小值和最大值)。在一些实施例中,可以基于压电厚度d的挑选而选择其他LBAW100层的厚度(最小和最大)。例如,电极(包括反电极120)和压电层的组合厚度可以被选择成大约是所使用的模式的波长的一半,例如用于厚度延伸模式的纵向体波。N=1的基本模式(第一模式,即一次谐波)可以允许更大的耦合,但是N>1的模式也是可能的。例如,电极150和170、底部电极120和反射结构130的厚度可以被定义为压电层厚度d的百分比。在一些实施例中,一旦选择了所有厚度,就可以调谐电极延伸部150a和170a的几何形状,诸如数目K、宽度W和长度L,以使LBAW 100电阻抗与系统阻抗匹配。不希望被理论所束缚,阻抗匹配可以帮助避免系统中的损耗和反射。
在一些实施例中,电极150和170的厚度在d的1%至30%之间,或者在d的5%至25%之间,或者在d的3%至15%之间。
在一些实施例中,底部电极120的厚度在d的5%至50%之间,或者在d的10%至30%之间,或者在d的10%至20%之间。
在一些实施例中,在反射结构130是布拉格反射器的情况下,反射器的替代层可以被设计成使得获得通带波长的所需的反射率。例如,每个层的厚度可以在厚度方向上等于或少于或多于声波长λz的四分之一,以反映奇数和偶数TE1谐振模式。在一些实施例中,布拉格反射器中的单个层可以是d的15%至80%,或者d的20%至70%。
IDT 102的由电极150和170的厚度和材料确定的质量加载可以被设计成使得电极区域的TE1模式和外部电极区域的TS2模式的k||=0频率之间的频率差较小。不希望被任何特定理论所束缚,当外部区域的TS2模式与电极区域的TE1模式之间的频率差较小时,捕获范围大。更特别地,外部区域的TS2模式的k||=0频率可以是电极区域的TE1截止频率的95%至99%。外部区域的TS2模式与外部区域的TE1模式的k||=0频率之间的频率差被设计得大,例如电极区域的TE1模式截止频率的5%至15%,例如6.5%至7.5%。
根据本发明的某些实施例,外部区域的TS2模式的k||=0频率大于或等于电极区域的TE1截止频率的98%,或在98%与99.5%之间,或为98.9%。类似地,表示为电极区域TE1与外部区域TS2的k||=0频率之间的频率差的频率距离
Figure BDA0002964065070000141
应小,例如1%的量级。作为示例,该频率距离可以在0.2%与2.1%之间,或者在0.5%与1.8%之间,或者在0.8%与1.5%之间,或者例如为1.1%。
图5示出了示例性LBAW 100的插入损耗IL对频率f的曲线。该曲线示出了两个通带,其中峰510对应于TE1波,而峰520对应于TS2波。如上面所讨论的,每个通带的宽度由相应波类型的偶数模式和奇数模式的频率差确定。在此,TS2模式对应于边带520a(本文中也称为“TS2通带”),而TE1模式对应于通带510a(本文中也称为“TE1通带”)。在一些实施例中,LBAW 100被设计成抑制对应于TS2模式的峰520,同时维持对应于TE1模式的峰510的属性。不希望被任何特定理论所束缚,可以选择TE1模式操作,因为压电薄膜材料具有在厚度方向上更强的机电耦合。换句话说,TE1纵向模式振动在压电层110的整个厚度上更有效地耦合到电激励。
在一些实施例中,LBAW 100可以被设计成对于TE1模式具有在0.5GHz与10GHz之间或在1GHz与4GHz之间的通带。在一些示例中,TE1通带在1.8GHz与3.7GHz之间。通带的极限可以合并设计考虑因素。例如,装置的尺寸可能变得很大或很小。太大的尺寸可能占用太多空间并致使效率低下。过小的尺寸可能由于薄而窄的电极导致电阻和损耗而性能下降。在一些实施例中,LBAW 100可以被设计成具有相对于中心频率为0.5%至15%,例如,相对于中心频率为10%,或5%,或2%或1%的TE1通带宽度510a。在一些实施例中,通带处的插入损耗为-7dB至-0.5dB,或-5dB至-1.5dB。
本公开的实施方式提供了抑制由TS2模式创建的LBAW边带的技术。该实施方式通过级联多个LBAW来抑制边带。级联的LBAW滤波器可以被设计成具有不同的TS2谐振频率,以使得一个滤波器的插入损耗抑制另一滤波器的边带。
图6A至图6D图示了示例滤波器装置600的框图,该示例滤波器装置600包括串联连接的两个LBAW滤波器。实施例600包括连接至第二LBAW 100b的第一LBAW 100a。第一LBAW100a和第二LBAW100b中的每个在结构上类似于图1A或图1B的LBAW 100。例如,第一LBAW100a包括延伸部150a、170a以及电极150和170。第一LBAW100a的电极150和170基本平行地延伸并且通过第一间隙彼此分开。类似地,第二LBAW 100b包括延伸部650a、670a以及电极650和670。第二LBAW 100b的电极650和670基本平行地延伸并且通过第二间隙彼此分开。
电极150是第一LBAW 100a的输入电极,而电极170是第一LBAW 100a的输出电极,并且电极670是第二LBAW 100b的输入电极,而电极650是第二LBAW 100b的输出电极。第一LBAW 100a和第二LBAW 100b被配置成使得在第一LBAW 100a的电极(例如,电极150)与第一反电极640之间施加射频电压在第一LBAW 100a的电极150与170之间(例如,在第一压电层中)和在第二LBAW 100b的电极650与670之间(例如,第二压电层中)创建声厚度延伸(TE)振动模式和声厚度剪切(TS)谐振模式。因此,第一LBAW 100a的输入电极150为滤波器装置600提供输入,而第二LBAW 100b的输出电极650为滤波器装置600提供输出。电极170与电极670电耦合。电极170和670(以及连接660,如果存在)可以在第一LBAW 100a的输入电极150与第二LBAW 100b的输出电极650之间形成公共浮置电极602。
在一些实施例中,电极170通过导电连接器660连接至电极670。图6A和图6C图示了电极170和670的通过导电连接器660的连接的示例。如图6A中所示,导电连接器660可相对较短,以使得第一LBAW100a和第二LBAW 100b基本上相邻,例如被分开小于衬底上的LBAW装置的宽度,或者小于电极170或760的宽度(可以沿着平行于延伸部的长轴的方向测量宽度)。
替代地,如图6C中所示,导电连接器660可以是延伸的导电体或导线,以使得第一LBAW 100a和第二LBAW 100b被分开大于LBAW装置的宽度。虽然图6C将连接器660图示为直线,但这不是必需的。这容许有效地任意放置LBAW,这对于集成电路的布局可能是有益的。
导电连接器660可具有至多与电极170、670相同的长度(沿着电极170、670的长轴测量,例如垂直于延伸部170a、670a的长轴测量)。导电连接器660可具有大于、小于或等于延伸部170a、670a的宽度W的长度(同样,沿电极170、670的长轴测量)。如图6A和图6C中所示,导电连接器660的长度可以大于延伸部170a、670a的宽度。电极170、670和导电连接器660一起形成公共电极602。
在一些实施例中,滤波器装置可能不具有导电连接器660,如图6B中所描绘。在这种情况下,图6B中描绘的公共电极602充当第一LBAW 100a的第一电极170和第二LBAW 100b的电极670两者。如前所述,公共电极602可以在第一LBAW 100a的输入电极150与第二LBAW100b的输出电极650之间形成浮置电极。
在一些实施例中,公共电极602由个别指状物组成;该指状物不从导电基座延伸,也不需要电连接。图6D图示了示例滤波器装置,其在LBAW 100a与LBAW 100b两者之间具有多个公共电极。个别指状物650可以彼此导电地分开。指状物可以与LBAW 100a和LBAW 100b两者的电极(150、650)的延伸部(150a、650a)相互交错。
电极150、650和公共电极602(提供梳状结构的基座)间隔开。电极170、670、602可以是矩形体,并且可以基本平行地延伸(即,它们的长轴基本平行)。替代地,电极150和170可以被布置成相对于电极650和670形成大于零的角度。两个相对的电极(作为一个LBAW的部分或作为公共电极602的部分)可以具有类似或不同的形状和/或尺寸。
电极150、170、650、670中的每个分别包括两个或更多个延伸部150a、170a、650a、670a。延伸部从相应电极的长度延伸并沿相应电极的长度间隔开。第一LBAW 100a的延伸部150a、170a可以与第二LBAW 100b的延伸部650a、670a基本平行(例如,形成小于5度的角度)。可以布置第一LBAW 100a的延伸部的第一集合(或全部),以使得延伸部的第一集合相对于第二LBAW 100b的延伸部的第二集合(或全部)形成大于零(例如,大于5度)的角度(即,不是并行的)。
在第一LBAW 100a和第二LBAW 100b中的每个中,延伸部中的每个可以是从相应电极延伸的梳状结构的部分。从第一电极(例如,电极150)延伸的梳状结构可以与从和第一电极相对的第二电极(例如,电极170)延伸的梳状结构结合。梳状结构可以包括两个或更多个延伸部。梳状结构的延伸部可以彼此平行。两个结合的梳状结构的延伸部被间隙分开。第一梳状结构的延伸部可以与和第一梳状结构结合的第二梳状结构的延伸部平行。例如,延伸部670a可以与第二LBAW 100b的延伸部650a平行。
LBAW 100a、LBAW 100b两者可以具有相同或不同数目的延伸部(例如,两个LBAW的K可以相同)。例如,如图6A至图6C中所示,与电极170和670相关联的梳状结构具有相同数目的延伸部,并且与图6A至图6C中的电极150和650相关联的梳状结构具有相同数目的延伸部,以使得延伸部的总数目对于LBAW 100a、LBAW 100b两者是相同的。
LBAW内的两个相互交错的梳状结构可以具有相同或不同数目的延伸部。例如,如图6A中所示,与电极150相关联的梳状结构具有与和电极170相关联的梳状结构不同数目的延伸部。
代替两个梳状结构,滤波器装置可以包括:第一电极,该第一电极提供具有多个延伸部的梳状结构;以及第二电极,该第二电极包括在梳子的延伸部之间延伸的单个条形导电体(例如,单个延伸部)。梳状结构通过条状延伸部结合。
电极150、170、650、670可以由相同或不同的材料组成。延伸部150a、170a、650a、670a可以由相同或不同的材料组成。一个或多个电极和一个或多个延伸部可以由相同或不同的材料组成。在一些示例中,延伸部和电极由诸如铝(Al)的一种或多种金属组成。
图6E图示了图6A中图示的滤波器装置600的横截面视图。图6B至图6D的实施方式将具有类似的横截面结构。为简化,在图6E中描绘了滤波器装置600仅部分。
第一LBAW 100a包括:第一声反射器608;第一中间层606,例如第一介电层,该第一中间层在第一声反射器608的顶部(并且在一些实施方式中形成其一部分);第一反电极604,该第一反电极在第一中间层606的顶部;第一压电层602,该第一压电层在第一反电极604的顶部;以及一个或多个第一导电层610,该一个或多个第一导电层在第一压电层602的顶部。一个或多个第一导电层610形成电极150、170和延伸部150a、170a。
类似地,第二LBAW 100b包括:第二声反射器618;第二中间层616(例如,第二介电层),该第二中间层在第二声反射器618的顶部(并且在一些实施方式中形成其一部分);第二反电极614,该第一反电极在第二中间层616的顶部;第二压电层612,该第二压电层在第二反电极614的顶部;以及一个或多个第二导电层620,该一个或多个第二导电层在第二压电层612的顶部。一个或多个第二导电层620形成电极650、670以及延伸部650a和670a。在一些实施方式中,第一中间层606和第二中间层616可以是导电层。此类导电层可以由铝制成。
第一中间层和/或第二中间层可以是中间层的两个区域。中间层可以是声反射器608的最顶层,或者可以被定位在声反射器的最顶层的顶部。包括第一中间层和第二中间层的两个区域可以具有不同的厚度。声反射器608可以具有一个或多个层。声反射器608的最顶层是在声反射器608的各层之中最接近反电极的层。
在一些实施例中,第一和/或第二反射器是布拉格反射镜。第一反射器608和第二反射器618可以是在第一LBAW 100a与第二LBAW100b之间共享的公共反射器的部分。第一压电层602和第二压电层612可以是在第一LBAW 100a与第二LBAW 100b之间共享的公共压电层的部分。
级联的LBAW可以用于抑制由TS模式创建的杂散边带。例如,实施例600可以具有边带,该边带是第一LBAW 100a的边带和第二LBAW 100b的边带的结果。与LBAW 100a和LBAW100b的各个相比,第一LBAW 100a和/或第二LBAW 100b可用于抑制实施例600的边带以具有较低的信号传输。
对应于LBAW的TE1模式(fTE1)的谐振频率和对应于LBAW的TS2模式(fTS2)的谐振频率取决于LBAW的层的几何形状和特性。LBAW的谐振频率比fTE1/fTS2是LBAW中使用的材料的泊松比的函数。具有两种材料A和B的堆叠的多层结构的泊松比是tA/tB的函数,其中tA是由材料A组成的层的厚度,而tB是由材料B组成的层的厚度。因此,LBAW的谐振频率比fTE1/fTS2取决于LBAW的层相对于彼此的厚度,并且可以通过改变LBAW的一个或多个层的厚度来调整。例如,可以通过改变LBAW的介电层、压电层等的厚度来调整LBAW的谐振频率比。因此,通过为LBAW 100a、LBAW 100b两者提供具有不同厚度的介电层,可以使它们具有不同的谐振频率。
第一中间层606和第二中间层616可以由相同的材料,例如氧化硅(SiO2)、氮化硅(SiN)等组成。然而,如下面进一步描述的,第一中间层606和第二中间层616可以具有不同的厚度。
在图6A至图6E中描绘的示例实施例中,除了如下所述(例如,对于中间层606、616),第二LBAW 100b可具有与第一LBAW 100a的层相同的层(例如,具有相同厚度和材料的层)。
为了调谐第一LBAW 100a的TS2谐振频率,第二中间层616可以比第一中间层606更厚(或更薄)。在一些实施例中,使第二中间层616加厚致使第二LBAW 100b的谐振频率比fTE1/fTS2增加,同时使绝对值fTE1和fTS2两者都减小。中间层的厚度改变还致使TS2谐振频率转移,该转移大于TE1谐振频率的改变。例如,使第二中间层加厚降低了TS2谐振频率,并且使第二中间层变薄增加了第二LBAW 100b的TS2谐振频率。
在本公开中,两个中间层被制作成使得一个中间层比另一中间层厚。例如,中间介电层616可以比第一中间层606更厚(如图6E中所示),或反之亦然。例如,通过在声反射器上沉积比另一层更多的材料,和/或使另一中间层变细(例如,通过蚀刻)不止一个中间层可以将一个中间层(例如,一个介电层)制作为较厚的层。
图7A描绘了两个个别示例LBAW的传输曲线。两个个别LBAW可以是第一LBAW 100a和具有比第一介电层606更厚的第二介电层616的第二LBAW 100b。如图所示,图7A包括与第一LBAW 100a相关联的第一传输曲线710和与第二LBAW 100b相关联的第二传输曲线720。第一传输曲线710包括具有第一峰710a的第一边带。第二传输曲线720包括具有第二峰720a的第二边带。由于第二介电层616比第一介电层606厚,因此与第一边带相比第二边带已经转移。因此,第二峰720a与第一峰710a相比处于较低的频率。因为LBAW 100a和LBAW 100b两者的边带的差异,当两个LBAW被级联时(例如,如滤波器装置600中所示),所以与LBAW 100a和LBAW 100b中的各个相比,级联实施例的整个边带被抑制并且具有较低的边带峰。
图7B描绘了图7A的两个个别示例LBAW的频散曲线。频散曲线710b与第一LBAW100a相关联,而频散曲线720b与具有较厚的介电层(例如,较厚的第二介电层616)的第二LBAW 100b相关联。如参考图3所解释的,曲线的上部与两个LBAW的TE1模式有关,而下部与两个LBAW的TS2模式有关。较厚的第二介电层616增加了第二LBAW 100b的频率比fTE1/fTS2,从而致使与第一LBAW 100a中的谐振频率差相比,第二LBAW 100b的TE1谐振频率与TS2谐振频率之间的距离增加。在基本类似的TE1通带(例如,接近的频率截止)的情况下,TE1谐振频率与TE2谐振频率之间距离的增加会致使边带中信号传输受到抑制,同时保持通带几乎完好无损。
图7C描绘了具有级联的LBAW的示例滤波器装置的传输曲线。级联的LBAW可以是第一LBAW 100a和具有比第一介电层606厚的第二介电层616的第二LBAW 100b。与图7A类似,图7C包括个别地测量的与第一LBAW 100a相关联的第一传输曲线710,以及个别地测量的与第二LBAW 100b相关联的第二传输曲线720。第三传输曲线730代表滤波器装置600的传输,其中第一LBAW 100a和第二LBAW 100b级联。
如图所示,与通带740相比,级联的LBAW的边带732被抑制。特别地,边带732可以具有大于30dB的损耗,而通带小于10dB的损耗。类似地,与和个别LBAW相关联的边带712和722中的每个相比,级联的LBAW的边带732被抑制;级联的LBAW的边带峰730a、730b小于个别LBAW的每个峰710a和720a。通过根据本公开级联LBAW,可以将边带峰抑制大于20dB,或者甚至大于30dB。
如上面所解释的,第二中间层616可以比第一介电层606更厚或更薄。在图6E中所描绘的示例中,第二中间层616比第一中间层606厚。在一些实施例中,第二中间层的厚度比第一中间层的厚度大1%至10%,例如大2%至7%。在一些实施例中,较薄的中间层,例如介电层的厚度在900nm与1100nm之间,并且较厚的中间层,例如介电层的厚度在1000nm与1200nm之间。在一些示例中,较薄的中间层,例如介电层的厚度在1000nm与1050nm之间,并且较厚的中间层,例如介电层的厚度在1050nm与1100nm之间。
在一些实施例中,两个中间层606和616的厚度差致使LBAW100a和LBAW 100b两者的TS2模式的谐振频率(即,边带峰710a和720a的频率)之间的1%至10%的差。两个中间层之间的2%至7%的厚度差可能致使TS2频率发生1%至6%的改变。例如,2%的厚度差可以在TS2频率中提供1%至2%的改变;5%的厚度差可以在TS2频率中提供2%至4%的改变;7%的厚度差可以在TS2频率中提供4%至6%的改变;而10%的厚度差可以在TS2频率中提供6%至8%的改变。在一些示例中,TS2模式的谐振频率之间的所得差为至少20MHz,例如至少50MHz。在一些示例中,TS2模式的谐振频率之间的所得差可以在50MHz与200MHz之间。
为了确保不因改变一个或多个层的厚度而抑制第二LBAW 100b的TE1通带,可以将第二LBAW 100b的TE1谐振频率调谐为基本接近第一LBAW 100a的TE1谐振频率(例如,在该谐振频率的1%内,例如20MHz内,例如10MHz内)。可以通过选择第二(或第一)导电层620、反电极614和/或压电层612中的一个或多个的尺寸来达成调谐TE1谐振频率。例如,第二(或第一)LBAW 100b的延伸部的厚度。例如,可以通过沉积或蚀刻过程来调整延伸部650a、670a和/或电极650、670的厚度。较厚的导电层提供较低的谐振频率,而较薄的导电层提供较高的谐振频率。
在图6E中描绘的示例实施例中,延伸部650a、670a可以比延伸部150a、170a更薄(例如,变薄)(或者可以以不同的厚度沉积LBAW100a和LBAW 100b两者的延伸部)。延伸部的宽度和长度是沿着平行于压电层的轴线测量的(其中宽度是延伸部相互交错的尺寸),而延伸部的厚度是沿着垂直于压电层的轴线测量的。因此,通过调整一个或多个级联的LBAW的多个层的厚度,可以抑制杂散边带,并且对通带的影响最小(或很小)。在一些实施例中,延伸部的厚度可以在100nm与300nm之间。较厚的延伸部可以比较薄的延伸部厚至多20%。例如,较厚的延伸部150a可以具有200nm至220nm的厚度,而较薄的延伸部650a可以具有180nm至200nm的厚度。较厚的延伸部可以比较薄的延伸部厚约10%(例如,小于%13)。在一些实施例中,一个或两个电极150、170的厚度可以被调整为大于一个或两个电极650、670的厚度,以调谐LBAW 100a和LBAW 100b的TE1模式。例如,电极650、670的厚度可以比电极150、170的厚度小5%至20%。
此外,可以通过选择适当的IDT几何形状诸如LBAW中的至少一个的延伸部的宽度、延伸部之间的间隙或延伸部的数目来调谐TE1谐振频率。例如,当第二介电层616比第一介电层606厚时,第二LBAW100b中的延伸部宽度和/或延伸部之间的间隙可以被选择为低于第一LBAW 100a中的相应部分,以调谐两个LBAW的TE1通带。较薄的延伸部宽度可以在1μm与7μm之间。较厚的延伸部宽度可以在3μm与10μm之间。在一些示例中,较薄的延伸部宽度在3μm与5μm之间,而较厚的延伸部宽度在4μm与6μm之间。延伸部之间的较薄间隙可以在0.5μm与2μm之间。延伸部之间的较厚间隙可以在1μm与3μm之间。在一些示例中,延伸部之间的较薄间隙在0.5μm与1.75μm之间,而延伸部之间的较厚间隙在1.5μm与3μm之间。
在一些实施例中,为了调整LBAW 100a和LBAW 100b两者的TE1通带,两个LBAW的延伸部数目彼此不同。
已经描述了许多实施方式。然而,将理解的是,在不脱离本公开的精神和范围的情况下,可以进行各种修改。因此,其他实施方式在所附权利要求的范围内。
要求保护权利要求。

Claims (22)

1.一种声波滤波器装置,包括:
声反射器,所述声反射器包括一个或者多个层;
中间层,所述中间层提供所述声反射器的最上层或在所述声反射器的最上层上,其中,所述中间层具有第一区域和第二区域,所述第一区域具有第一层厚度,所述第二区域具有不同于所述第一层厚度的第二层厚度;
第一多层堆叠,所述第一多层堆叠在所述声反射器上,包括
在所述中间层的所述第一区域上的第一反电极,
在所述第一反电极上的第一压电层,以及
在所述第一压电层上的第一输入电极和第一输出电极,所述第一输入电极和所述第一输出电极各自具有第一电极厚度,并且基本上平行地延伸并且被第一间隙分开;以及
第二多层堆叠,所述第二多层堆叠在所述声反射器上,包括
在所述中间层的所述第二区域上的第二反电极,
在所述第二反电极上的第二压电层,以及
在所述第二压电层上的第二输入电极和第二输出电极,所述第二输入电极和所述第二输出电极各自具有第二电极厚度,并且基本上平行地延伸并且被第二间隙分开,
其中,所述第一输出电极电连接至所述第二输入电极,并且
其中,所述第一多层堆叠和所述第二多层堆叠被配置成:使得所述第一输入电极与所述第一反电极之间的射频电压的施加在所述第一输入电极与所述第一输出电极之间以及在所述第二输入电极与所述第二输出电极之间的所述压电层中创建声厚度延伸谐振模式。
2.根据权利要求1所述的装置,其中,所述第二层厚度比所述第一层厚度大。
3.根据权利要求1所述的装置,其中,所述第一输入电极与所述第一反电极层之间的所述射频电压在所述第一输入电极与所述第一输出电极之间以及所述第二输入电极与所述第二输出电极之间的所述压电层中创建二阶声厚度剪切(TS2)谐振模式,并且
所述第二层厚度不同于所述第一层厚度,使得在所述第一多层堆叠的所述第一输入电极与所述第一输出电极之间创建的TS2谐振模式的第一谐振频率不同于在所述第二多层堆叠的所述第二输入电极与所述第二输出电极之间创建的TS2谐振模式的第二谐振频率。
4.根据权利要求3所述的装置,其中,所述第一谐振频率与所述第二谐振频率相差1%至8%。
5.根据权利要求3所述的装置,其中,所述第一谐振频率与所述第二谐振频率相差至少50MHz。
6.根据权利要求1所述的装置,其中,所述第二层厚度比所述第一层厚度大1%至10%。
7.根据权利要求1所述的装置,其中,所述第二电极厚度比所述第一电极厚度大。
8.根据权利要求1所述的装置,其中,所述第二电极厚度比所述第一电极厚度小。
9.根据权利要求8所述的装置,其中,所述第二电极厚度比所述第一电极厚度薄1%至10%。
10.根据权利要求1所述的装置,其中,所述第一输入电极和所述第一输出电极中的每个具有多个第一延伸部,所述第一输入电极的所述多个第一延伸部与所述第一输出电极的所述多个第一延伸部相互交错,并且所述第二输入电极和所述第二输出电极中的每个具有多个第二延伸部,所述第二输入电极的所述多个第二延伸部与所述第二输出电极的所述多个第二延伸部相互交错。
11.根据权利要求10所述的装置,其中,所述第一输入电极和所述第一输出电极中的每个是具有所述多个第一延伸部的梳状结构,并且其中,所述第二输入电极和所述第二输出电极中的每个是具有所述多个第二延伸部的梳状结构。
12.根据权利要求10所述的装置,其中,所述多个第一延伸部比所述多个第二延伸部厚。
13.根据权利要求12所述的装置,其中,所述第二延伸部厚度比所述第一延伸部厚度小5%至20%。
14.根据权利要求12所述的装置,其中,所述第二延伸部厚度比所述第一延伸部厚度大,使得在所述第一多层堆叠的所述第一输入电极与所述第一输出电极之间创建的TE1谐振模式的第一谐振频率在离所述第二多层堆叠的所述第二输入电极与所述第二输出电极之间创建的TE1谐振模式的第二谐振频率的1%内。
15.根据权利要求12所述的装置,其中,所述多个第二延伸部基本上平行于所述多个第一延伸部。
16.根据权利要求12所述的装置,其中,所述多个第二延伸部相对于所述多个第一延伸部形成大于零的角度。
17.根据权利要求1所述的装置,其中,所述声反射器是布拉格反射镜。
18.根据权利要求1所述的装置,其中,所述第一输出电极和所述第二输入电极是在所述第一多层堆叠与所述第二多层堆叠之间共享的公共电极的部分。
19.根据权利要求1所述的装置,其中,所述第一输出电极通过导电连接器连接至所述第二输入电极。
20.根据权利要求19所述的装置,其中,所述导电连接器具有平行于所述第一多层堆叠和所述第二多层堆叠的至少之一的所述延伸部的长轴延伸的长度,所述长度比所述延伸部的垂直于所述延伸部的所述长轴测量的宽度大。
21.根据权利要求1所述的装置,其中,所述第一输出电极基本平行于所述第二输入电极。
22.一种声波滤波器装置,包括:
声反射器,所述声反射器包括一个或者多个层;
中间层,所述中间层提供所述声反射器的最上层或在所述声反射器的最上层上,其中,所述中间层具有第一区域和第二区域,所述第一区域具有第一层厚度,所述第二区域具有不同于所述第一层厚度的第二层厚度;
第一多层堆叠,所述第一多层堆叠在所述声反射器上,包括
在所述中间层的所述第一区域上的第一反电极,
在所述第一反电极上的第一压电层,以及
在所述第一压电层上的第一输入电极和第一输出电极,所述第一输入电极和第一输出电极各自具有第一电极厚度,并且基本上平行地延伸并且被第一间隙分开;以及
第二多层堆叠,所述第二多层堆叠在所述声反射器上,包括
在所述中间层的所述第二区域上的第二反电极,
在所述第二反电极上的第二压电层,以及
在所述第二压电层上的第二输入电极和第二输出电极,所述第二输入电极和所述第二输出电极各自具有第二电极厚度,并且基本上平行地延伸并且被第二间隙分开,
其中,所述第一输出电极电连接至所述第二输入电极,并且
其中,所述第一多层堆叠和所述第二多层堆叠被配置成:使得在所述第一输入电极与所述第一反电极层之间的射频电压的施加在所述第一输入电极与所述第一输出电极之间以及所述第二输入电极与所述第二输出电极之间的所述压电层中创建声模式。
CN201980058693.0A 2018-09-07 2019-09-06 双级横向体声波滤波器 Active CN112673569B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US16/125,637 2018-09-07
US16/125,637 US10630256B2 (en) 2018-09-07 2018-09-07 Two-stage lateral bulk acoustic wave filter
PCT/EP2019/073891 WO2020049171A1 (en) 2018-09-07 2019-09-06 Two-stage lateral bulk acoustic wave filter

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112673569A true CN112673569A (zh) 2021-04-16
CN112673569B CN112673569B (zh) 2023-11-28

Family

ID=67902540

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201980058693.0A Active CN112673569B (zh) 2018-09-07 2019-09-06 双级横向体声波滤波器

Country Status (5)

Country Link
US (3) US10630256B2 (zh)
EP (1) EP3847749A1 (zh)
JP (1) JP2021536721A (zh)
CN (1) CN112673569B (zh)
WO (1) WO2020049171A1 (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114156619A (zh) * 2021-12-23 2022-03-08 立讯精密工业(滁州)有限公司 谐振滤波器

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10630256B2 (en) 2018-09-07 2020-04-21 Vtt Technical Research Centre Of Finland Ltd Two-stage lateral bulk acoustic wave filter
FR3095875B1 (fr) * 2019-05-07 2021-06-04 Commissariat Energie Atomique Interface tactile offrant un retour vibrotactile a localisation amelioree
EP4005090A4 (en) * 2019-07-31 2023-08-30 Qxonix Inc. MASS LOADED BULK ACOUSTIC WAVE (BAW) RESONATOR STRUCTURES, DEVICES AND SYSTEMS
US11463065B2 (en) * 2019-12-03 2022-10-04 Skyworks Solutions, Inc. Laterally excited bulk wave device with acoustic mirror
US11552614B2 (en) * 2019-12-03 2023-01-10 Skyworks Solutions, Inc. Laterally excited bulk wave device with acoustic mirrors
CN111697943B (zh) * 2020-07-02 2023-09-22 电子科技大学 一种高频高耦合系数压电薄膜体声波谐振器
CN112765849B (zh) * 2021-01-15 2023-07-11 北京航天微电科技有限公司 一种用于确定滤波器绝缘层厚度的方法及装置
CN117321913A (zh) * 2021-05-17 2023-12-29 株式会社村田制作所 声波器件
WO2023139819A1 (ja) * 2022-01-19 2023-07-27 株式会社村田製作所 水晶共振子

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8563146B1 (en) * 2011-06-27 2013-10-22 Western Digital (Fremont), Llc Method and system for providing a magnetic recording pole having a dual sidewall angle
US20140312994A1 (en) * 2011-11-11 2014-10-23 Teknologian tutkimuskeskut VTT Laterally coupled bulk acoustic wave filter with improved passband characteristics
US20160182008A1 (en) * 2014-12-17 2016-06-23 Rf Micro Devices, Inc. Multi-frequency guided wave devices and fabrication methods
US20160293680A1 (en) * 2015-03-30 2016-10-06 Samsung Display Co., Ltd. Display apparatus and apparatus and method of manufacturing the display apparatus
WO2017079339A1 (en) * 2015-11-02 2017-05-11 Skarp Technologies Llc Laser shaving
JP2018014715A (ja) * 2016-07-06 2018-01-25 京セラ株式会社 弾性波素子、フィルタ素子および通信装置

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07131291A (ja) 1993-10-29 1995-05-19 Kinseki Ltd 二重モード弾性表面波フイルタ
FI107660B (fi) 1999-07-19 2001-09-14 Nokia Mobile Phones Ltd Resonaattorirakenne
JP2002198776A (ja) 2000-12-26 2002-07-12 Toyo Commun Equip Co Ltd 二重モード圧電フィルタ
US7466213B2 (en) 2003-10-06 2008-12-16 Nxp B.V. Resonator structure and method of producing it
CN101185241B (zh) 2005-05-27 2010-10-06 Nxp股份有限公司 体声波共振器器件、包含该器件的滤波器以及电子设备
FI123640B (fi) * 2010-04-23 2013-08-30 Teknologian Tutkimuskeskus Vtt Laajakaistainen akustisesti kytketty ohutkalvo-BAW-suodin
FI20106063A (fi) 2010-10-14 2012-06-08 Valtion Teknillinen Akustisesti kytketty laajakaistainen ohutkalvo-BAW-suodatin
FI20106060A (fi) 2010-10-14 2012-04-15 Valtion Teknillinen Lateraalisesti kytkettyihin BAW-ohutkalvoihin perustuva tasapainoitettu-tasapainottamaton suodatin
US8816567B2 (en) * 2011-07-19 2014-08-26 Qualcomm Mems Technologies, Inc. Piezoelectric laterally vibrating resonator structure geometries for spurious frequency suppression
JP6200705B2 (ja) 2013-06-27 2017-09-20 太陽誘電株式会社 分波器
JP6642499B2 (ja) 2016-06-24 2020-02-05 株式会社村田製作所 弾性波装置
US10630256B2 (en) * 2018-09-07 2020-04-21 Vtt Technical Research Centre Of Finland Ltd Two-stage lateral bulk acoustic wave filter

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8563146B1 (en) * 2011-06-27 2013-10-22 Western Digital (Fremont), Llc Method and system for providing a magnetic recording pole having a dual sidewall angle
US20140312994A1 (en) * 2011-11-11 2014-10-23 Teknologian tutkimuskeskut VTT Laterally coupled bulk acoustic wave filter with improved passband characteristics
US20160182008A1 (en) * 2014-12-17 2016-06-23 Rf Micro Devices, Inc. Multi-frequency guided wave devices and fabrication methods
US20160293680A1 (en) * 2015-03-30 2016-10-06 Samsung Display Co., Ltd. Display apparatus and apparatus and method of manufacturing the display apparatus
WO2017079339A1 (en) * 2015-11-02 2017-05-11 Skarp Technologies Llc Laser shaving
JP2018014715A (ja) * 2016-07-06 2018-01-25 京セラ株式会社 弾性波素子、フィルタ素子および通信装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114156619A (zh) * 2021-12-23 2022-03-08 立讯精密工业(滁州)有限公司 谐振滤波器

Also Published As

Publication number Publication date
US20200083860A1 (en) 2020-03-12
US11057013B2 (en) 2021-07-06
US11870408B2 (en) 2024-01-09
EP3847749A1 (en) 2021-07-14
JP2021536721A (ja) 2021-12-27
US20210408996A1 (en) 2021-12-30
CN112673569B (zh) 2023-11-28
WO2020049171A1 (en) 2020-03-12
US20200244245A1 (en) 2020-07-30
US10630256B2 (en) 2020-04-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN112673569B (zh) 双级横向体声波滤波器
CN112673568B (zh) 用于调整声波谐振器的频率响应的负荷谐振器
EP3921939A1 (en) Low loss acoustic device
CN112689956B (zh) 横向体声波滤波器
JP2008035358A (ja) 薄膜圧電バルク波共振器及びそれを用いた高周波フィルタ
US11894827B2 (en) Loaded series resonators for adjusting frequency response of acoustic wave resonators
US11223341B2 (en) Suppressing parasitic sidebands in lateral bulk acoustic wave resonators
US11309866B2 (en) Acoustic wave device and method for manufacturing acoustic wave device
US20220393661A1 (en) Two-stage lateral bulk acoustic wave filter with capacitive coupling of counter electrode

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant