CN113452339A - 一种压电薄膜体声波谐振器 - Google Patents
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Abstract
本发明属于体声波谐振器技术领域，针对压电薄膜体声波谐振器的杂散模态抑制问题，具体提出一种压电薄膜体声波谐振器。本发明通过在传统压电薄膜体声波谐振器的电极末端增加方形金属块，并在方形金属块上镀密度更大的金属构成多层金属块结构作为杂散抑制结构，有效抑制杂散模态的产生；并且多层金属块结构通过改变该区域内压电薄膜内部的声波传播速度，使得金属块所在区域与电极区域的压电薄膜具有不同的声波传播速度，形成声学反射区域，将电极末端区域泄露的能量反射回收，最大效率地激发主模能量，并减小损耗提升Q值；综上，本发明能够在不影响谐振器机电耦合系数的前提下有效抑制谐振器的杂散模态，提升谐振器的性能。
Description
技术领域
本发明属于体声波谐振器技术领域，具体涉及一种压电薄膜体声波谐振器。
背景技术
随着5G技术的应用，高速大带宽成为5G通信网络信道的必需要求，因此5G通信对通信设备射频前端提出了更高的宽带要求，同时也要求射频前端元件在实现高宽带的前提下保持与现有技术持平甚至更高的性能，因此作为移动终端射频前端最为重要的部分之一，大带宽高性能的声学滤波器成为研究热点之一。
体声波谐振器利用电-声-电换能原理，结构尺寸十分小，通过声学滤波器的串并联可以实现具有低插损、高矩形系数的射频滤波器，因此广泛应用于移动终端射频电路中。作为构成滤波器的基础单元，谐振器的性能直接影响着滤波器性能，谐振器制造中的杂散谐振是不可避免会出现的问题，当谐振器存在通带内杂散时，会造成滤波器产生较大通带纹波以及降低插损等问题，严重影响到滤波器的性能，因此在设计谐振器时必须考虑其杂散抑制，但目前存在的一些杂散抑制方法是以牺牲一定的机电耦合系数来达到杂散抑制目的。
发明内容
本发明的目的在于针对压电薄膜体声波谐振器的杂散模态抑制问题，提出一种压电薄膜体声波谐振器，具有抑制杂散模态效果良好、对于机电耦合系数影响极小、并且提升谐振器的品质因素的优点。
为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：
一种压电薄膜体声波谐振器，包括：硅基衬底100、压电薄膜200、输入电极301、输出电极302，其中，所述硅基衬底100通过刻蚀形成空腔结构，所述压电薄膜200设置于硅基衬底100的上表面，所述输入电极300与输出电极301构成叉指换能器、且设置于压电薄膜200上表面；其特征在于，所述压电薄膜体声波谐振器还包括：第一杂散抑制结构，所述叉指换能器的每一条指条电极的末端均设置有一个第一杂散抑制结构，所述第一杂散抑制结构为[电极层金属块400-(中间层金属块401-顶层金属块402)n]多层结构，1<n<5
进一步的，所述叉指换能器的每一条指条电极的始端还设置有一个第二杂散抑制结构、且该第二杂散抑制结构与相邻指条电极上的第一杂散抑制结构位于同一直线上，所述第二杂散抑制结构与第一杂散抑制结构具有相同结构。
进一步的，所述杂散抑制结构中，所述电极层金属块、中间层金属块及顶层金属块的形状相同，所述电极层金属块、中间层金属块及顶层金属块的尺寸从下往上均相同、或者依次递减。
进一步的，所述顶层金属块的质量密度大于中间层金属块，所述中间层金属块的质量密度大于电极层金属块。
进一步的，所述压电薄膜200采用铌酸锂(LiNbO3)或钽酸锂(LiTaO3)材料，其材料切型选择ZX-cut或128oYX-cut晶圆。
需要说明的是，所述[电极层金属块400-(中间层金属块401-顶层金属块402)n]多层结构的杂散抑制结构中，电极层金属块400仅需在电极指条相应位置一定长度内增加电极指条宽度即可形成，材料及厚度与电极指条完全一致，在加工工艺的叉指换能器(输入电极300与输出电极301)制备步骤中一步完成。另外，所述顶层金属块、中间层金属块与电极层金属块相互之间保证附着较好，可使用金、铝、铜、银、钼、钨等金属。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明提供一种压电薄膜体声波谐振器，通过在传统压电薄膜体声波谐振器的电极末端增加方形金属块，并在方形金属块上镀密度更大的金属构成多层金属块结构作为杂散抑制结构，该杂散抑制结构使得该区域压电薄膜内形成移相区域，对杂散模态的声波相位进行改变从而使杂散模态的声波相位发生改变以抑制杂散模态的产生；并且多层金属块结构通过改变该区域内压电薄膜内部的声波传播速度，使得金属块所在区域与电极区域的压电薄膜具有不同的声波传播速度，从而形成声学反射区域，将电极末端区域泄露的能量反射回收，最大效率地激发主模能量，并减小损耗提升Q值；进一步的，通过电极末端及对应位置引入加宽金属块和上方的多层金属块结构，可以在不影响谐振器机电耦合系数的前提下有效抑制谐振器的杂散模态，提升谐振器的性能；在工艺条件允许的情况下通过调整上方的多层金属块结构的层数以及材料，能够实现不同谐振频率下的最优抑制效果，该结构杂散抑制效果优于传统的杂散抑制结构且可实现性高。
附图说明
图1为本发明实施例1中压电薄膜体声波谐振器的结构三维示意图；
图2为本发明实施例1中压电薄膜体声波谐振器俯视图；
图3为本发明实施例1中压电薄膜体声波谐振器沿图2中CC’线的剖面图；
图4为本发明实施例2中压电薄膜体声波谐振器的结构三维示意图；
图5为本发明实施例2中压电薄膜体声波谐振器单个电极周期的三维示意图；
图6为本发明实施例2中压电薄膜体声波谐振器俯视图；
图7为本发明实施例2中压电薄膜体声波谐振器背面视图；
图8为本发明实施例2中压电薄膜体声波谐振器沿图6中AA’线的剖面图；
图9为本发明实施例2中压电薄膜体声波谐振器沿图6中BB’线的剖面图；
图10为本发明实施例3中压电薄膜体声波谐振器的结构剖面示意图；
图11为本发明实施例4中压电薄膜体声波谐振器的结构剖面示意图；
其中，100为衬底/基底，200为压电薄膜，300为输入电极，301为输出电极，400为电极层金属块，401为中间层金属块，402为顶层金属块。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
实施例1
本实施例提供一种压电薄膜体声波谐振器，其整体结构三维示意图如图1所示、整体结构俯视图如图2所示、沿图2中CC’虚线剖面图如图3所示，更为具体讲：
所述压电薄膜体声波谐振器包括：带有二氧化硅绝缘层的硅基衬底、用于激发横向电场的叉指换能器、悬空的自由振动的压电薄膜以及杂散抑制金属块；具体包括：硅基衬底100、压电薄膜200、输入电极301、输出电极302、第一杂散抑制结构，其中，所述硅基衬底100 通过刻蚀形成空腔结构，所述压电薄膜200设置于硅基衬底100的上表面，所述输入电极30 0与输出电极301构成叉指换能器、且设置于压电薄膜200上表面；所述叉指换能器的每一条指条电极的末端均设置有第一杂散抑制结构，所述第一杂散抑制结构为[电极层金属块40 0-(中间层金属块401-顶层金属块402)n]多层结构，1<n<5；所述电极层金属块、中间层金属块及顶层金属块的形状、尺寸相同。
从工作原理上讲，对于电极横向激励的薄膜体声波谐振器，通过设置于指条电极上的金属块杂散抑制结构能够改变该结构所在区域压电薄膜内的声波传播速度，使得金属块所在区域与电极区域的压电薄膜具有不同的声波传播速度，构成声速差，从而形成布拉格声学反射区域，在声速不同区域的边界会反射声波，进而将电极末端区域泄露的能量反射回收，增强主模能量，并且该金属块杂散抑制结构在该区域改变压电薄膜内声波传输特性，形成移相区，使得杂散模态的相应相位发生改变，以此来抑制杂散；同时，采用[电极层金属块-(中间层金属块-顶层金属块)n]多层结构的杂散抑制结构设计，有效避免了因单层金属块尺寸(宽度)增大导致该部分区域的金属比增大、电场分布变化、从而引入新的杂散出现的问题，并且，通过多层结构能够进一步增加杂散抑制结构的质量，而质量的增大能够上述的声学反射，即能够增强杂散模态抑制效果、又不牺牲器件的机电耦合系数。
实施例2
本实施例提供一种压电薄膜体声波谐振器，其整体结构三维示意图如图4所示、单个电极周期的结构三维示意图如图5所示、整体结构俯视图如图6所示、整体结构背面视图如图 7所示，沿图6中AA’虚线剖面图如图8所示，沿图6中BB’虚线剖面图如图9所示；更为具体讲：其与实施例1的区别在于，所述叉指换能器的每一条指条电极的始端还设置有第二杂散抑制结构，所述第二杂散抑制结构与第一杂散抑制结构具有相同结构，所述第二杂散抑制结构与相邻指条电极上的第一杂散抑制结构位于同一直线上。
实施例3
本实施例提供一种压电薄膜体声波谐振器，其结构剖视图如图10所示，其与实施例1的区别在于，所述电极层金属块400、中间层金属块401及顶层金属块402的形状相同，尺寸从下往上依次递减，此结构更加易于加工实现。
实施例4
本实施例提供一种压电薄膜体声波谐振器，其结构剖视图如图11所示，其与实施例2的区别在于，所述电极层金属块400、中间层金属块401及顶层金属块402的形状相同，尺寸从下往上依次递减，此结构更加易于加工实现。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，本说明书中所公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换；所公开的所有特征、或所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以任何方式组合。
Claims (5)
1.一种压电薄膜体声波谐振器，包括：硅基衬底(100)、压电薄膜(200)、输入电极(301)、输出电极(302)，其中，所述硅基衬底通过刻蚀形成空腔结构，所述压电薄膜设置于硅基衬底的上表面，所述输入电极与输出电极构成叉指换能器、且设置于压电薄膜上表面；其特征在于，所述压电薄膜体声波谐振器还包括：第一杂散抑制结构，所述叉指换能器的每一条指条电极的末端均设置有一个第一杂散抑制结构，所述第一杂散抑制结构为[电极层金属块-(中间层金属块-顶层金属块)n]多层结构，1<n<5。
2.按权利要求1所述压电薄膜体声波谐振器，其特征在于，所述叉指换能器的每一条指条电极的始端还设置有一个第二杂散抑制结构、且该第二杂散抑制结构与相邻指条电极上的第一杂散抑制结构位于同一直线上，所述第二杂散抑制结构与第一杂散抑制结构具有相同结构。
3.按权利要求1所述压电薄膜体声波谐振器，其特征在于，所述杂散抑制结构中，所述电极层金属块、中间层金属块及顶层金属块的形状相同，所述电极层金属块、中间层金属块及顶层金属块的尺寸从下往上均相同、或者依次递减。
4.按权利要求1所述压电薄膜体声波谐振器，其特征在于，所述顶层金属块的质量密度大于中间层金属块，所述中间层金属块的质量密度大于电极层金属块。
5.按权利要求1所述压电薄膜体声波谐振器，其特征在于，所述压电薄膜200采用铌酸锂(LiNbO3)或钽酸锂(LiTaO3)材料，其材料切型选择ZX-cut或128°YX-cut晶圆。
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