CN112953447B - 谐振器及电子设备 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及一种谐振器及电子设备,采用专有的微加工工艺流程,在衬底上依次层叠设置有高低声阻抗交替层、底频率温度系数补偿层、底电极层、压电层、顶电极层和顶频率温度系数补偿层,形成一种新型的谐振器。该谐振器通过这一特殊的叠层几何结构,能够同时表现出低损耗、宽带宽、低温灵敏度和小尺寸的优良特性,从而具有较佳的运行可靠性。

Description

谐振器及电子设备
技术领域
本申请涉及半导体技术领域,特别是涉及一种谐振器及电子设备。
背景技术
在高端射频前端模块中,使用声学器件合成具有低损耗和快速滚降特性的滤波功能的器件,这类器件是基于半导体技术制造的微加工结构,利用声振动来合成与级联电感器和电容器等效的谐振器功能。这些器件通常被称为声表面波(SAW)器件或体声波(BAW)器件,它们可以在与现代电子元件兼容并具有非常小的外形尺寸下获得极高的品质因数Q(与低损耗直接相关),因此成为高端前端模组射频滤波的主流解决方案。特别地,由于在超过2.5GHz的高频低损耗时,BAW器件的性能优于SAW器件,故BAW器件在高端前端模组的高频滤波技术中应用更为广泛。
传统的BAW器件将压电薄膜层夹在金属电极和其他一些薄膜层之间,用来降低器件的温度敏感度。BAW器件结构主要有两类:一类是基于悬空薄膜,另一类是通过固定在具有反射叠层基底上的薄膜。在这两种情况下,声学器件的谐振频率是由压电层的厚度和与其接触其他薄膜的总厚度来设定的。新的5G标准要求在更高频率(3GHz以上)和更大的带宽上运行。达到高频的要求对BAW器件提出了新的挑战,BAW器件需要利用极薄的膜层或牺牲带宽。在传统的BAW器件中,这两种性能之间存在着不可避免的折衷或取舍,这会导致良品率有限,成本较高,或者对无源组件在声学封装内的制造和集成方面形成更大的挑战,这些无源组件通常用于补偿声学设备的局限性,但是对于5G标准,由于其性能受到拉伸并导致额外的损失,它们还不足以做到这一点。
发明内容
基于此,有必要针对上述问题,提供一种谐振器及电子设备。
一种谐振器,包括:高低声阻抗交替层,设置于衬底;底频率温度系数补偿层,设置于所述高低声阻抗交替层的第一面,所述高低声阻抗交替层与所述衬底的接触面为所述高低声阻抗交替层的第二面,所述高低声阻抗交替层的第一面与所述高低声阻抗交替层的第二面相对设置;底电极层,设置于所述底频率温度系数补偿层的第一面,所述底频率温度系数补偿层与所述高低声阻抗交替层的接触面为所述底频率温度系数补偿层的第二面,所述底频率温度系数补偿层的第一面与所述底频率温度系数补偿层的第二面相对设置;压电层,设置于所述底电极层的第一面,所述底电极层与所述底频率温度系数补偿层的接触面为所述底电极层的第二面,所述底电极层的第一面与所述底电极层的第二面相对设置;顶电极层,设置于所述压电层的第一面,所述压电层与所述底电极层的接触面为所述压电层的第二面,所述压电层的第一面与所述压电层的第二面相对设置;顶频率温度系数补偿层,设置于所述顶电极层的第一面,所述顶电极层与所述压电层的接触面为所述顶电极层的第二面,所述顶电极层的第一面与所述顶电极层的第二面相对设置。
在一个实施例中,所述高低声阻抗交替层包括高声阻抗层和低声阻抗层,所述高声阻抗层的声阻抗高于所述低声阻抗层的声阻抗,所述高声阻抗层和所述低声阻抗层交替层叠设置,所述高低声阻抗交替层中与所述衬底的接触层为低声阻抗层,所述高低声阻抗交替层中与所述底频率温度系数补偿层的接触层为高声阻抗层。
在一个实施例中,所述高声阻抗层和所述低声阻抗层的厚度不完全相等。
在一个实施例中,所述高声阻抗层和所述低声阻抗层的厚度均相同。
在一个实施例中,所述谐振器还包括介质层,所述介质层设置于所述顶频率温度系数补偿层的第一面,所述顶频率温度系数补偿层与所述顶电极层的接触面为所述顶频率温度系数补偿层的第二面,所述顶频率温度系数补偿层的第一面与所述顶频率温度系数补偿层的第二面相对设置。
在一个实施例中,所述谐振器还包括金属层,所述金属层设置于所述顶电极层的第一面,所述顶频率温度系数补偿层设置于所述金属层的第一面,所述金属层与所述顶电极层的接触面为所述金属层的第二面,所述金属层的第一面与所述金属层的第二面相对设置。
在一个实施例中,所述底电极层和所述顶电极层垂直于所述衬底方向上投影均为多边形。
在一个实施例中,所述高低声阻抗交替层、所述底频率温度系数补偿层、所述底电极层、所述压电层、所述顶电极层和所述顶频率温度系数补偿层平行于所述衬底的同一方向上的长度均相同。
在一个实施例中,所述高低声阻抗交替层、所述底频率温度系数补偿层、所述底电极层、所述压电层、所述顶电极层和所述顶频率温度系数补偿层平行于所述衬底的同一方向上的长度不完全相同。
一种电子设备,包括上述的谐振器。
上述谐振器及电子设备,采用专有的微加工工艺流程,在衬底上依次层叠设置有高低声阻抗交替层、底频率温度系数补偿层、底电极层、压电层、顶电极层和顶频率温度系数补偿层,形成一种新型的谐振器。该谐振器通过这一特殊的叠层几何结构,能够同时表现出低损耗、宽带宽、低温灵敏度和小尺寸的优良特性,从而具有较佳的运行可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或传统技术中的技术方案,下面将对实施例或传统技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为一实施例中谐振器截面结构示意图;
图2为一实施例中谐振器俯视结构示意图;
图3为另一实施例中谐振器截面结构示意图;
图4为又一实施例中谐振器截面结构示意图;
图5为再一实施例中谐振器截面结构示意图;
图6为一实施例中不同谐振频率谐振器对比示意图;
图7为又一实施例中谐振器截面结构示意图;
图8为一实施例中不同共振频率谐振器对比示意图;
图9为一实施例中四边形电极谐振器结构示意图;
图10为一实施例中六边形电极谐振器结构示意图;
图11为又一实施例中谐振器截面结构示意图;
图12为再一实施例中谐振器截面结构示意图;
图13为一实施例中谐振器导纳频率响应示意图;
图14另一实施例中谐振器导纳频率响应示意图;
图15为一实施例中谐振器应力分布示意图。
具体实施方式
为了便于理解本申请,下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的较佳的实施例。但是,本申请可以以许多不同的形式来实现,并不限于本文所描述的实施例。相反地,提供这些实施例的目的是使对本申请的公开内容的理解更加透彻全面。
请参阅图1,一种谐振器,包括:高低声阻抗交替层10,设置于衬底;底频率温度系数补偿层20,设置于高低声阻抗交替层10的第一面,高低声阻抗交替层10与衬底的接触面为高低声阻抗交替层10的第二面,高低声阻抗交替层10的第一面与高低声阻抗交替层10的第二面相对设置;底电极层30,设置于底频率温度系数补偿层20的第一面,底频率温度系数补偿层20与高低声阻抗交替层10的接触面为底频率温度系数补偿层20的第二面,底频率温度系数补偿层20的第一面与底频率温度系数补偿层20的第二面相对设置;压电层40,设置于底电极层30的第一面,底电极层30与底频率温度系数补偿层20的接触面为底电极层30的第二面,底电极层30的第一面与底电极层30的第二面相对设置;顶电极层50,设置于压电层40的第一面,压电层40与底电极层30的接触面为压电层40的第二面,压电层40的第一面与压电层40的第二面相对设置;顶频率温度系数补偿层60,设置于顶电极层50的第一面,顶电极层50与压电层40的接触面为顶电极层50的第二面,顶电极层50的第一面与顶电极层50的第二面相对设置。
具体地,本实施例的谐振器俯视图如图2所示,其中,图1所示层叠结构为图2所示谐振器在A-A'处的截面示意图,图2所示结构中,在底电极层30以及顶电极层50处引出金属连接线,也即电极引出线,并在电极引出线上的钝化层开窗,用于暴露电极引出线来做电性连接。高低声阻抗交替层10即为高声阻抗层和低声阻抗层交替层叠形成的层状结构,其中,高声阻抗层和低声阻抗层的选取均不是唯一的,只要保证高声阻抗层的声阻抗高于低声阻抗层的声阻抗均可。本实施例的谐振器,分为顶部叠层和底部叠层两部分,顶部叠层部分由两个电极层(也即底电极层30和顶电极层50)、两个频率温度系数补偿层(也即底频率温度系数补偿层20和顶频率温度系数补偿层60)和一个夹在顶电极层50与底电极层30之间的压电层40构成,底部叠层则主要由高低声阻抗交替层10构成,顶部叠层至于底部叠层的顶部,而底部底层则置于衬底,从而使得本实施例所提供的谐振器叠层结构,整体堆栈形成在衬底的顶部。
应当指出的是,该种衬底可以是任意材料形成的晶圆衬底。在一个较为详细的实施例中,为了呈现高声学阻抗,具体可以采用硅、碳化硅、蓝宝石、铌酸锂、钽酸锂、玻璃、石英、氮化铝和金刚石中的任意一种,或者硅、碳化硅、蓝宝石、铌酸锂、钽酸锂、玻璃、石英、氮化铝和金刚石中的多种进行组合,得到晶圆衬底。
相位长度即为声波在传播通过一定厚度的介质时发生相位移动,其大小为该介质的绝对厚度与该种声波的相速度的比值,故相位长度的大小同样可直观表征介质的厚度大小。在一个实施例中,顶部叠层的总相位长度应大于半个周期,也即t_p大于π,这样能够保证器件能够工作在最基本振模的谐波上。例如,在一个实施例中,以三阶模为例,在三阶模的情况下,可将顶部叠层的总厚度设置为2π,也即t_p=2π。
底频率温度系数补偿层20和顶频率温度系数补偿层60的类型并不是唯一的,在一个实施例中,底频率温度系数补偿层20和顶频率温度系数补偿层60可以是二氧化硅、氧化硅、氧化碲和自旋玻璃中的任意一种形成的薄膜层,或者是在二氧化硅、氧化硅、氧化碲和自旋玻璃中添加了掺杂剂/杂质形成的薄膜层,在其它实施例中还可以采用其它材料类型的薄膜层,只要与压电层40具有相反温度系数均可。
同样的,本实施例所提供的底电极层30、顶电极层50以及压电层40的具体类型均不是唯一的,在不同的实施例中,对于不同的需求可采用不同类型的材料层作为底电极层30、顶电极层50或者压电层40。例如,在一个实施例中,底电极层30和顶电极层50可以采用Al(铝)、Ru(钌)、Mo(钼)、W(钨)、Ti(钛)、Ta(钽)、Pt(铂)和Au(金)中的任意一种,或者是Al、Ru、Mo、W、Ti、Ta、Pt、Au等形成的合金材料。而压电层40则可以采用氮化铝、铌酸锂、钽酸锂、石英、氧化锌、锆钛酸铅中的任意一种。
请结合参阅图3,在一个实施例中,高低声阻抗交替层10包括高声阻抗层12和低声阻抗层11,高声阻抗层12的声阻抗高于低声阻抗层11的声阻抗,高声阻抗层12和低声阻抗层11交替层叠设置,高低声阻抗交替层10中与衬底的接触层为低声阻抗层11,高低声阻抗交替层10中与底频率温度系数补偿层20的接触层为高声阻抗层12。
具体地,高低声阻抗交替层10中具体包括的层数并不是唯一的,在一个较为简单的实施例中,高低声阻抗交替层10可以是仅设计一层高声阻抗层12和一层低声阻抗层11,其中,高声阻抗层12位于低声阻抗层11的顶部。而在其他实施例中,则可结合实际使用场景以及用户需求,将高声阻抗层12和低声阻抗层11设置更多,只要保证高声阻抗层12与低声阻抗层11依次交替设置,且与底频率温度系数补偿层20接触层为高声阻抗层12,而与衬底的接触层为低声阻抗层11均可。
在一个实施例中,高声阻抗层12和低声阻抗层11的厚度不完全相等。
具体地,在该实施例中,对于高声阻抗层12和低声阻抗层11的数量均为多个的情况,为了确保压电层40产生的纵向和剪切振动的适当反射,将需要对高低声阻抗层11中高声阻抗层12和低声阻抗层11的厚度进行优化,也即根据实际需求,设计不同厚度的高声阻抗层12和低声阻抗层11。
请结合参阅图4,在一个较为详细的实施例中,对于高声阻抗层12,可以是越靠近压电层40其厚度越高,而对于低声阻抗层11同样是越靠近压电层40,其厚度也越高。也即tLI2i<tLI2i-2<……<tLI2,以及tHI2i-1<tHI2i-3<……<tHI1,其中,tLI2i表示最底层的低频率温度系数补偿层的厚度,tLI2表示最顶层的低频率温度系数补偿层的厚度,tHI2i-1表示最底层的高频率温度系数补偿层的厚度,tHI1表示最顶层的高频率温度系数补偿层的厚度。
本实施例中高声阻抗层12和低声阻抗层11的厚度不完全相同,可以提供更为完全的反射,并且降低设计对工艺中不均匀性的敏感度。也就是说,如果设计是X,在生产时产生少许的偏离,使得各个声阻抗层厚度不同,从而可以提供更好的良率。
可以理解,请结合参阅图3,在其他实施例中,还可以是高声阻抗层12和低声阻抗层11的厚度均相同。例如,在一个较为详细实施例中,可将高低声阻抗交替层10中每一层的声学厚度均设计为激发振动模式的周期的四分之一,也即每一层的声学厚度等于相位长度t_p,且均为π/2。应当指出的是,在其他实施例中,还可结合实际使用场景以及用户需求,将各个高、低声阻抗层的声学厚度均设计为其他大小。
请参阅图5,在一个实施例中,谐振器还包括介质层70,介质层70设置于顶频率温度系数补偿层60的第一面,顶频率温度系数补偿层60与顶电极层50的接触面为顶频率温度系数补偿层60的第二面,顶频率温度系数补偿层60的第一面与顶频率温度系数补偿层60的第二面相对设置。
具体地,与上述实施例中通过改变顶频率温度系数补偿层60的厚度来改变谐振器的谐振频率不同,本实施例在实际生产过程中,将各个谐振器的顶频率温度系数补偿层60的厚度设置均相同,当需要不同谐振频率(具体可以是较低谐振频率)的器件时,可直接在原有的叠层结构上进行加工,直接在顶频率温度系数补偿层60的顶部图案化较薄介质层70来改变声学器件(也即谐振器)的谐振频率。
应当指出的是,介质层70的类型并不是唯一的,在一个实施例中,可以是Pt、Mo、Au、AlN(氮化铝)、SiN(氮化硅)、SiO2(二氧化硅)、Ti、W、Ru中的任意一种或者多种任意组合形成的薄膜层。
进一步地,请结合参阅图6,在一个实施例中,还可以通过改变顶频率温度系数补偿层60的厚度来改变谐振器的谐振频率,也即顶频率温度系数补偿层60的厚度并不是唯一的,在实际生产过程中,具体可根据用户需求和使用场景进行不同的设计。由于不同谐振频率的谐振器之间仅是顶频率温度系数补偿层60的厚度不一致,故在实际生产过程中可将不同谐振频率的器件可以彼此相邻地在同一张晶圆上制造,从而具有较高的生产效率。
请结合参阅图7,在一个实施例中,谐振器还包括金属层80,金属层80设置于顶电极层50的第一面,顶频率温度系数补偿层60设置于金属层80的第一面,金属层80与顶电极层50的接触面为金属层80的第二面,金属层80的第一面与金属层80的第二面相对设置。
具体地,本实施例中,在顶频率温度系数补偿层60与顶电极层50之间还设置有一个金属层80,用以改变谐振器的共振频率。可以理解,该金属层80的类型并不是唯一的,在一个实施例中,可以是采用与顶电极层50相同的材料,此时才加工过程中只需要对该谐振器的顶电极层50的厚度设计高于其他谐振器的顶电极层50厚度即可。在另一个实施例中,还可以是采用与顶电极层50不同的材料形成金属层80,此时侧需要在形成顶电极层50之后,在需要改变共振频率的谐振器中,继续利用其它金属材料形成一层较薄金属层80即可。
应当指出的是,请结合参阅图8,在另一个实施例中,还可以是通过刻蚀顶顶电极层50来改变谐振器的共振频率,也即该实施例在生产过程中同时对多个谐振器进行加工处理,在共同完成顶电极层50的加工工艺之后,对于需要改变共振频率的谐振器,只需要再增加一步刻蚀工艺,削减顶电极层50的厚度即可。
进一步地,在一个实施例中,还可以是在不同的谐振器中,采用不同的金属材料来形成底电极层30和/或顶电极层50,改变一个或两个电极的材料种类,同样能够形成具有不同共振频率的谐振器。
在一个实施例中,底电极层30和顶电极层50垂直于衬底方向上投影均为多边形。
具体地,请结合参阅图9-图10,图9为底电极层30和顶电极层50垂直于衬底方向上投影均为四边形的情形,图10则表示底电极层30和顶电极层50垂直于衬底方向上投影均为六边形的情形。本实施例中底电极层30与顶电极层50在垂直于衬底方向上投影均为多边形,例如可以是正方形、矩形、梯形等其它具有多个边的任何多边形。也即此时底电极层30和顶电极层50均为多棱柱体结构,多棱柱体的高即为底电极层30以及顶电极层50的厚度。可以理解,本实施例所指的多边形可以是四边形、五边形、六边形等等,则可以从4到无穷大,以形成类似圆形或椭圆形的结构。
在一个实施例中,高低声阻抗交替层10、底频率温度系数补偿层20、底电极层30、压电层40、顶电极层50和顶频率温度系数补偿层60平行于衬底的同一方向上的长度均相同。
具体地,平行于衬底的方向并不是唯一的,可以是高低声阻抗交替层10、底频率温度系数补偿层20、底电极层30、压电层40、顶电极层50和顶频率温度系数补偿层60垂直于衬底方向上的投影图形的长、宽或者对角线等。在一个实施例中,以高低声阻抗交替层10、底频率温度系数补偿层20、底电极层30、压电层40、顶电极层50和顶频率温度系数补偿层60在垂直于衬底方向上的投影图形均为矩形为例,平行于衬底的同一方向为矩形的宽,此时谐振器沿矩形的宽度方向的长度均一致,对应沿宽度方向的截面图形将如图1或图3-4所示。
可以理解,高低声阻抗交替层10、底频率温度系数补偿层20、底电极层30、压电层40、顶电极层50和顶频率温度系数补偿层60平行于衬底的方向上的长度设计方式并不是唯一的,在一个实施例中,高低声阻抗交替层10、底频率温度系数补偿层20、底电极层30、压电层40、顶电极层50和顶频率温度系数补偿层60平行于衬底的同一方向上的长度不完全相同。
具体地,请结合参阅图11或图12,由于高低声阻抗交替层10、底频率温度系数补偿层20、底电极层30、压电层40、顶电极层50和顶频率温度系数补偿层60依次层叠设置,当各层尺寸不相同时,为了避免各个叠层之间存在空隙,宽度较大的下一叠层与宽度较小的上一叠层中,处于下方叠层将会类似包裹处于上方叠层的形式进行设计,或者宽度较大的上一叠层与宽度较小的下一叠层中,处于上方叠层将会类似包裹处于下方叠层的形式进行设计。此时谐振器对应的俯视图可结合参阅图2,该谐振器在AA’方向上的截面图形将会与上述实施例中各层平行于衬底的同一方向上的截面图形类似,均可结合参阅图1或图3-8;而在BB’方向上的截面图形将如图11或图12所示,层尺寸较大的叠层将会把层尺寸较小的叠层包裹,底电极层和各个高声阻抗层之间从上往下可以是宽度依次增加或者减少的形式,亦或者是宽度大小无规则排列,只要保证各叠层在平行于衬底的同一方向上宽度不完全相同均可。
请结合参阅图13-图15,图13和图14分别为不同频率下本申请中谐振器的特征导纳的模拟响应,通过本征频率模拟,得到了3.5GHz左右谐振频率下具有最佳叠层反射层厚度,而图15则示出了本申请所提供的谐振器的应力分布示意图,从图中可得到谐振器从最低应力-Max至最大应力+Max的分布。
上述谐振器,采用专有的微加工工艺流程,在衬底上依次层叠设置有高低声阻抗交替层10、底频率温度系数补偿层20、底电极层30、压电层40、顶电极层50和顶频率温度系数补偿层60,形成一种新型的谐振器。该谐振器通过这一特殊的叠层几何结构,能够同时表现出低损耗、宽带宽、低温灵敏度和小尺寸的优良特性,从而具有较佳的运行可靠性。
一种电子设备,包括上述的谐振器。
具体地,本实施例的电子设备中谐振器的具体结构如上述各个实施例以及附图所示,包括高低声阻抗交替层10设置于衬底;底频率温度系数补偿层20,设置于高低声阻抗交替层10的第一面高低声阻抗交替层10与衬底的接触面为高低声阻抗交替层10的第二面,高低声阻抗交替层10的第一面与高低声阻抗交替层10的第二面相对设置;底电极层30设置于底频率温度系数补偿层20的第一面,底频率温度系数补偿层20与高低声阻抗交替层10的接触面为底频率温度系数补偿层20的第二面,底频率温度系数补偿层20的第一面与底频率温度系数补偿层20的第二面相对设置;压电层40设置于底电极层30的第一面,底电极层30与底频率温度系数补偿层20的接触面为底电极层30的第二面,底电极层30的第一面与底电极层30的第二面相对设置;顶电极层50设置于压电层40的第一面,压电层40与底电极层30的接触面为压电层40的第二面,压电层40的第一面与压电层40的第二面相对设置;顶频率温度系数补偿层60设置于顶电极层50的第一面,顶电极层50与压电层40的接触面为顶电极层50的第二面,顶电极层50的第一面与顶电极层50的第二面相对设置。
上述谐振器通过这一特殊的叠层几何结构,能够同时表现出低损耗、宽带宽、低温灵敏度和小尺寸的优良特性,从而具有较佳的运行可靠性。将其应用到电子设备中,将有效提高电子设备的使用可靠性,使得电子设备可满足5G标准要求。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合,为使描述简洁,未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述,然而,只要这些技术特征的组合不存在矛盾,都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本申请构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本申请的保护范围。因此,本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种谐振器,其特征在于,包括:
高低声阻抗交替层,设置于衬底;
底频率温度系数补偿层,设置于所述高低声阻抗交替层的第一面,所述高低声阻抗交替层与所述衬底的接触面为所述高低声阻抗交替层的第二面,所述高低声阻抗交替层的第一面与所述高低声阻抗交替层的第二面相对设置;
底电极层,设置于所述底频率温度系数补偿层的第一面,所述底频率温度系数补偿层与所述高低声阻抗交替层的接触面为所述底频率温度系数补偿层的第二面,所述底频率温度系数补偿层的第一面与所述底频率温度系数补偿层的第二面相对设置;
压电层,设置于所述底电极层的第一面,所述底电极层与所述底频率温度系数补偿层的接触面为所述底电极层的第二面,所述底电极层的第一面与所述底电极层的第二面相对设置;
顶电极层,设置于所述压电层的第一面,所述压电层与所述底电极层的接触面为所述压电层的第二面,所述压电层的第一面与所述压电层的第二面相对设置;
顶频率温度系数补偿层,设置于所述顶电极层的第一面,所述顶电极层与所述压电层的接触面为所述顶电极层的第二面,所述顶电极层的第一面与所述顶电极层的第二面相对设置;
所述谐振器还包括介质层或金属层,其中,所述介质层设置于所述顶频率温度系数补偿层的第一面,所述顶频率温度系数补偿层与所述顶电极层的接触面为所述顶频率温度系数补偿层的第二面,所述顶频率温度系数补偿层的第一面与所述顶频率温度系数补偿层的第二面相对设置;所述金属层设置于所述顶电极层的第一面,所述顶频率温度系数补偿层设置于所述金属层的第一面,所述金属层与所述顶电极层的接触面为所述金属层的第二面,所述金属层的第一面与所述金属层的第二面相对设置。
2.根据权利要求1所述的谐振器,其特征在于,所述高低声阻抗交替层包括高声阻抗层和低声阻抗层,所述高声阻抗层的声阻抗高于所述低声阻抗层的声阻抗,所述高声阻抗层和所述低声阻抗层交替层叠设置,所述高低声阻抗交替层中与所述衬底的接触层为低声阻抗层,所述高低声阻抗交替层中与所述底频率温度系数补偿层的接触层为高声阻抗层。
3.根据权利要求2所述的谐振器,其特征在于,所述高声阻抗层和所述低声阻抗层的厚度不完全相等。
4.根据权利要求2所述的谐振器,其特征在于,所述高声阻抗层和所述低声阻抗层的厚度均相同。
5.根据权利要求1-4任一项所述的谐振器,其特征在于,所述底电极层和所述顶电极层垂直于所述衬底方向上投影均为多边形。
6.根据权利要求1-4任一项所述的谐振器,其特征在于,所述高低声阻抗交替层、所述底频率温度系数补偿层、所述底电极层、所述压电层、所述顶电极层和所述顶频率温度系数补偿层平行于所述衬底的同一方向上的长度均相同。
7.根据权利要求1-4任一项所述的谐振器,其特征在于,所述高低声阻抗交替层、所述底频率温度系数补偿层、所述底电极层、所述压电层、所述顶电极层和所述顶频率温度系数补偿层平行于所述衬底的同一方向上的长度不完全相同。
8.一种电子设备,其特征在于,包括权利要求1-7任一项所述的谐振器。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20220263495A1 (en) * 2021-02-18 2022-08-18 Skyworks Solutions, Inc. Acoustic wave device with overtone mode
CN115913164A (zh) * 2022-12-07 2023-04-04 偲百创(深圳)科技有限公司 声学谐振器及其制作方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102904546A (zh) * 2012-08-30 2013-01-30 中兴通讯股份有限公司 一种温度补偿能力可调节的压电声波谐振器
CN104124938A (zh) * 2014-07-18 2014-10-29 天津大学 谐振器以及谐振器的谐振频率调控方法
CN107317560A (zh) * 2017-05-11 2017-11-03 华南理工大学 一种温度补偿表面声波器件及其制备方法
CN110061713A (zh) * 2019-04-02 2019-07-26 嘉兴宏蓝电子技术有限公司 一种薄膜体声波谐振器及通信器件
CN110868171A (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、晶片及谐振器制造方法

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102004062312B3 (de) * 2004-12-23 2006-06-01 Infineon Technologies Ag Piezoelektrischer Resonator mit verbesserter Temperaturkompensation und Verfahren zum Herstellen desselben
US9490418B2 (en) * 2011-03-29 2016-11-08 Avago Technologies General Ip (Singapore) Pte. Ltd. Acoustic resonator comprising collar and acoustic reflector with temperature compensating layer
KR101856057B1 (ko) * 2011-12-08 2018-05-10 삼성전자주식회사 체적 음향 공진기, 체적 음향 공진기의 제조방법 및 체적 음향 공진기를 이용한 rf 디바이스
US11218132B2 (en) * 2017-12-12 2022-01-04 Ii-Vi Delaware, Inc. Acoustic resonator
CN112039479B (zh) * 2019-07-19 2023-12-22 中芯集成电路(宁波)有限公司 一种薄膜体声波谐振器及其制造方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102904546A (zh) * 2012-08-30 2013-01-30 中兴通讯股份有限公司 一种温度补偿能力可调节的压电声波谐振器
CN104124938A (zh) * 2014-07-18 2014-10-29 天津大学 谐振器以及谐振器的谐振频率调控方法
CN107317560A (zh) * 2017-05-11 2017-11-03 华南理工大学 一种温度补偿表面声波器件及其制备方法
CN110061713A (zh) * 2019-04-02 2019-07-26 嘉兴宏蓝电子技术有限公司 一种薄膜体声波谐振器及通信器件
CN110868171A (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、晶片及谐振器制造方法

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