CN113541637A - 一种声表面波谐振器及其制备方法、声表面波滤波器 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例公开了一种声表面波谐振器及其制备方法、声表面波滤波器，声表面波谐振器包括：压电层、介质层和电极层；介质层位于压电层上；电极层位于介质层远离压电层的一侧，电极层包括叉指换能器；声表面波谐振器的带宽随介质层的厚度增大而减小。本发明实施例的技术方案通过改进声表面波谐振器的结构实现其带宽的可调性，进而可以实现声表面波滤波器的带宽可调性，同时还可以实现声表面波滤波器的小型化，降低成本。

Description

一种声表面波谐振器及其制备方法、声表面波滤波器
技术领域
本发明实施例涉及通信技术领域，尤其涉及一种声表面波谐振器及其制备方法、声表面波滤波器。
背景技术
随着通信技术从2G发展至5G，通信频段数目逐步增加(从2G的4个频段上升到5G的50余个频段)。为了提高智能手机对不同通信制式的兼容能力，5G智能手机所需要的滤波器用量将显著上升，推动滤波器市场大规模增长。目前无线通信终端中广泛应用的射频滤波器是声表面波(surface acoustic wave，SAW)滤波器(简称SAW滤波器)，负责接收和发射通道的射频信号，将输入的多种射频信号中特定频率的信号输出。同时，随着移动通讯技术的持续发展和射频前端模组化发展，市场对滤波器的需求趋向复杂化，高端化，小型化。
目前常用的调节SAW滤波器的带宽的方法是在声表面波谐振器的两端并联电容，通过调节电容的大小来调节滤波器的带宽。但目前市场对滤波器的需求趋于小型化，该方法由于电容本身占面积，不利于SAW滤波器的小型化，还会增加成本。
发明内容
本发明实施例提供一种声表面波谐振器及其制备方法、声表面波滤波器，通过改进声表面波谐振器的结构实现其带宽的可调性，进而可以实现声表面波滤波器的带宽可调性，同时还可以实现声表面波滤波器的小型化，降低成本。
第一方面，本发明实施例提供了一种声表面波谐振器，包括：
压电层；
介质层，位于压电层上；
电极层，位于介质层远离压电层的一侧；电极层包括叉指换能器；
声表面波谐振器的带宽随介质层的厚度增大而减小。
可选的，介质层的材料包括SiO2、Al2O3、AIN、Si3N4和MgO中的任一种。
可选的，介质层的厚度为5nm～50nm。
可选的，声表面波谐振器还包括：
温度补偿层，位于电极层远离压电层的一侧；
保护层，位于温度补偿层远离压电层的一侧。
可选的，声表面波谐振器还包括：
低声速层，位于压电层远离介质层的一侧；
支撑层，位于低声速层远离压电层的一侧；
低声速层中的声速小于压电层中的声速，支撑层中的声速大于压电层中的声速。
可选的，压电层的材料包括钽酸锂、铌酸锂和石英中的任一种。
可选的，叉指换能器的材料包括钛、铬、铜、银和铝中的至少一种。
第二方面，本发明实施例还提供了一种声表面波谐振器的制备方法，用于制备第一方面提供的声表面波谐振器，制备方法包括：
形成压电层；
在压电层上形成介质层；
在介质层远离压电层的一侧形成电极层，电极层包括叉指换能器。
可选的，在介质层远离压电层的一侧形成电极层，电极层包括叉指换能器，包括：
在介质层远离压电层的一侧形成图案化的光刻胶层；
在光刻胶层以及介质层远离压电层的一侧形成电极层；
去除光刻胶层以及光刻胶层远离压电层一侧的部分电极层，形成叉指换能器。
第三方面，本发明实施例还提供了一种声表面波滤波器，包括第一方面提供的声表面波谐振器。
本发明实施例提供的声表面波谐振器，通过在压电层和叉指换能器之间增设介质层，通过调节介质层的厚度，实现声表面波滤波器的带宽可调，具体的，声表面波谐振器的带宽随介质层的厚度增大而减小。声表面波滤波器由声表面波谐振器通过串、并联的方式连接构成，其带宽与声表面波谐振器的带宽相关，因此，若采用本发明实施例提供的声表面波谐振器构成声表面波滤波器，无需设置其他电子元件(如电容)，即可实现声表面波滤波器的带宽可调，从而可以节省成本并实现声表面波滤波器的小型化。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种声表面波谐振器的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的声表面波谐振器的仿真结果示意图；
图3是本发明实施例提供的另一种声表面波谐振器的结构示意图；
图4是本发明实施例提供的又一种声表面波谐振器的结构示意图；
图5是本发明实施例提供的一种声表面波谐振器的相对带宽与介质层的厚度的关系示意图；
图6是本发明实施例提供的另一种声表面波谐振器的相对带宽与介质层的厚度的关系示意图；
图7是本发明实施例提供的一种声表面波谐振器的制备流程示意图；
图8是本发明实施例提供的另一种声表面波谐振器的制备流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构，且附图中各元件的形状和大小不反映其真实比例，目的只是示意说明本发明内容。
在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在本申请中能进行各种修改和变化，这对于本领域技术人员来说是显而易见的。因而，本申请意在覆盖落入所对应权利要求(要求保护的技术方案)及其等同物范围内的本申请的修改和变化。需要说明的是，本申请实施例所提供的实施方式，在不矛盾的情况下可以相互组合。
图1是本发明实施例提供的一种声表面波谐振器的结构示意图，如图1所示，本发明实施例提供的声表面波谐振器100包括：压电层10、介质层20和电极层30；介质层20位于压电层10上；电极层30位于介质层20远离压电层10的一侧，电极层30包括叉指换能器；声表面波谐振器100的带宽随介质层20的厚度增大而减小。
传统的声表面波谐振器包括压电层和位于压电层上的叉指换能器。本实施例通过在压电层10和叉指换能器之间增设介质层20，可以改变声表面波谐振器的带宽，并且，通过调节介质层20的厚度可以调节声表面波谐振器100的带宽。可选介质层20的材料包括SiO2、Al2O3、AIN、Si3N4和MgO中的任一种，其中，SiO2不仅可以用作改变带宽的介质层20，也能当做温度补偿层40，起到补偿温度系数的作用。另外，可选介质层20的厚度为5nm～50nm。
具体的，本发明实施例的工作原理是：由于介质层20的介电系数较小，在压电层10和叉指换能器之间增设介质层20后，压电层10和介质层20的整体的相对介电系数和相对机电耦合系数会减小，而声表面波谐振器的带宽和机电耦合系数直接相关，因此，由于介质层20的加入使得机电耦合系数改变，进而使声表面波谐振器的带宽改变。具体的，介质层20的厚度越大，机电耦合系数变得越小，因而声表面波谐振器的带宽越小。
图2是本发明实施例提供的声表面波谐振器的仿真结果示意图，以介质层20为Al2O3为例，示出了不同厚度的介质层20对应的声表面波谐振器的导纳曲线，图中横坐标表示频率，纵坐标表示导纳，可以一定程度上反映声表面波谐振器的回波损耗。图2中，曲线Aa表示介质层20的厚度为10nm时声表面波谐振器的导纳曲线，点A和点a之间的频率范围即为此介质层厚度下声表面波谐振器的带宽；曲线Bb表示介质层20的厚度为20nm时声表面波谐振器的导纳曲线，点B和点b之间的频率范围即为此介质层厚度下声表面波谐振器的带宽；曲线Cc表示介质层20的厚度为30nm时声表面波谐振器的导纳曲线，点C和点c之间的频率范围即为此介质层厚度下声表面波谐振器的带宽；曲线Dd表示介质层20的厚度为40nm时声表面波谐振器的导纳曲线，点D和点d之间的频率范围即为此介质层厚度下声表面波谐振器的带宽；曲线Ee表示介质层20的厚度为50nm时声表面波谐振器的导纳曲线，点E和点e之间的频率范围即为此介质层厚度下声表面波谐振器的带宽。从图2可以看出，当介质层20越厚时，声表面波谐振器的带宽越小。
进一步地，声表面波滤波器由声表面波谐振器通过串、并联的方式连接构成，其带宽与声表面波谐振器的带宽相关。因此，在实际生产过程中，可以根据所需的声表面波滤波器的带宽，确定声表面波谐振器的带宽，进而确定介质层20的厚度。通过设置具有一定厚度的介质层20，可以使声表面波谐振器的带宽达到所需带宽，进而可以使声表面波滤波器的带宽达到所需带宽，无需设置其他电子元件(如电容)，便可以使声表面波滤波器的带宽满足要求，从而可以实现声表面波滤波器的小型化，降低成本。
参见图1，本实施例中，压电层10同时作为衬底，因此，也可称之为压电衬底。可选压电层10的材料包括钽酸锂、铌酸锂和石英中的任一种。
此外，本实施例中，可选叉指换能器的材料包括钛、铬、铜、银和铝中的至少一种。
本发明实施例提供的声表面波谐振器，通过在压电层和叉指换能器之间增设介质层，可以通过调节介质层的厚度，实现声表面波谐振器的带宽可调，具体的，声表面波谐振器的带宽随介质层的厚度增大而减小。声表面波滤波器由声表面波谐振器通过串并联的方式连接构成，其带宽与声表面波谐振器的带宽相关，因此，若采用本发明实施例提供的声表面波谐振器构成声表面波滤波器，无需设置其他电子元件(如电容)，即可实现声表面波滤波器的带宽可调，从而可以节省成本并实现声表面波滤波器的小型化。
图1所示为常规的声表面波谐振器的结构，对应不同类型的声表面波滤波器，声表面波谐振器可以具有不同的结构，本发明实施例在压电层10和叉指换能器之间增设介质层20的方案均适用。
示例性的，声表面波滤波器还可以是温度补偿型声表面波(TemperatureCompensated Surface Acoustic Wave，TC-SAW)滤波器(简称TC-SAW滤波器)，此时，声表面波谐振器可以称之为TC-SAW谐振器。参见图3，图3是本发明实施例提供的另一种声表面波谐振器的结构示意图，可选的，声表面波谐振器100(TC-SAW谐振器)还包括：温度补偿层40和保护层50，温度补偿层40位于电极层30远离压电层10的一侧；保护层50位于温度补偿层40远离压电层10的一侧。参见图3，本实施例中，压电层10同时作为衬底，因此也可称之为压电衬底。关于温度补偿层40和保护层50的材料和厚度等参数，本发明实施例不作限定，本领域技术人员可以根据实际需求进行设置。
示例性的，声表面波滤波器还可以是薄膜型声表面波(Thin Film SurfaceAcoustic Wave，TF-SAW)滤波器(简称TF-SAW滤波器)。此时，声表面波谐振器可以称之为TF-SAW谐振器。参见图4，图4是本发明实施例提供的又一种声表面波谐振器的结构示意图，可选的，声表面波谐振器100(TF-SAW谐振器)还包括：低声速层60和支撑层70，低声速层60位于压电层10远离介质层20的一侧；支撑层70位于低声速层60远离压电层10的一侧；低声速层60中的声速小于压电层10中的声速，支撑层70中的声速大于压电层10中的声速。示例性的，低声速层60的材料可以为SiO2，支撑层70作为衬底，其材料可以为Si。由于本实施例中压电层10不作为衬底，因此，压电层10可以为厚度较小的薄膜，也常称之为压电薄膜。
图5是本发明实施例提供的一种声表面波谐振器的相对带宽与介质层的厚度的关系示意图，以介质层20为SiO2为例，示出了不同类型的声表面波谐振器的相对带宽与介质层20厚度的关系，图5中，曲线L1对应图1所示常规的声表面波谐振器，曲线L2对应图3所示TC-SAW谐振器，曲线L3对应图4所示TF-SAW谐振器。从图5可以看出，无论何种类型的声表面波谐振器，其带宽均随着介质层20的厚度增大而减小。
图6是本发明实施例提供的另一种声表面波谐振器的相对带宽与介质层的厚度的关系示意图，以介质层20为Al2O3为例，示出了不同类型的声表面波谐振器的相对带宽与介质层20厚度的关系，图6中，曲线L1对应图1所示常规的声表面波谐振器，曲线L2对应图3所示TC-SAW谐振器，曲线L3对应图4所示TF-SAW谐振器。从图6也可以看出，无论何种类型的声表面波谐振器，其带宽均随着介质层20的厚度增大而减小。其余材料的介质层20可以起到同样的效果，在此不再一一说明。
基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种声表面波谐振器的制备方法，用于制备上述任一实施例提供的声表面波谐振器。图7是本发明实施例提供的一种声表面波谐振器的制备流程示意图，参见图7，制备方法包括如下步骤：
S101、形成压电层。
S102、在压电层上形成介质层。
示例性的，可以通过镀膜的方式在压电层的表面沉积一层介质层。具体的，声表面波谐振器的带宽随介质层的厚度增大而减小，因此，可以根据所需的声表面波谐振器的带宽，确定介质层的厚度。
S103、在介质层远离压电层的一侧形成电极层，电极层包括叉指换能器。
示例性的，在介质层远离压电层的一侧形成图案化的电极层即可形成叉指换能器，图案化方式可为本领域技术人员任意可知的方式。
本发明实施例通过先在压电层上形成介质层，再在介质层上形成叉指换能器，可以制备得到声表面波谐振器。如此，只需要在制备过程中调节介质层的厚度，即可得到具有需求带宽的声表面波谐振器，实现声表面波谐振器的带宽可调，进而实现声表面波滤波器的带宽可调，无需通过设置其他电子元件来调节声表面滤波器的带宽，可以实现声表面波滤波器的小型化，降低成本。
图8是本发明实施例提供的另一种声表面波谐振器的制备流程示意图，对形成叉指换能器的制备流程做了细化，与图7相同之处在此不再赘述。参见图8，制备方法包括如下步骤：
S201、形成压电层。
S202、在压电层上形成介质层。
S203、在介质层远离压电层的一侧形成图案化的光刻胶层。
参考图1，具体的，首先在介质层20上形成一整层的光刻胶层，通过曝光、显影等工序去除部分光刻胶，得到图案化的光刻胶层。可以理解的，图案化的光刻胶层仅覆盖介质层的部分区域，具体是指不设置叉指换能器的区域。
S204、在光刻胶层以及介质层远离压电层的一侧形成电极层。
S205、去除光刻胶层以及光刻胶层远离压电层一侧的部分电极层，形成叉指换能器。
由于光刻胶层具有一定的厚度，因此，光刻胶层上方的电极层与介质层上方的电极层具有一定的段差，通过剥离工艺去除光刻胶，即可将光刻胶上方的电极层一同剥离，从而只保留下介质层上方的电极层，该部分电极层构成叉指换能器。
上述制备方法仅针对图1所示声表面波谐振器的制备流程做了示例性说明，其余类型的声表面波谐振器可参考此制备方法进行制备，在此不再一一说明。
基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种声表面波滤波器，包括上述任一实施例提供的声表面波谐振器。本领域技术人员可知的，声表面波滤波器由多个声表面波谐振器通过串、并联连接而成，具体连接方式在此不作过多说明。由于声表面波滤波器采用上述实施例提供的声表面波谐振器构成，因而具有带宽可调、成本低以及体积小等优点，具体可参考上述实施例的解释，在此不再赘述。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种声表面波谐振器，其特征在于，包括：
压电层；
介质层，位于所述压电层上；
电极层，位于所述介质层远离所述压电层的一侧；所述电极层包括叉指换能器；
所述声表面波谐振器的带宽随所述介质层的厚度增大而减小。
2.根据权利要求1所述的声表面波谐振器，其特征在于，所述介质层的材料包括SiO2、Al2O3、AIN、Si3N4和MgO中的任一种。
3.根据权利要求1所述的声表面波谐振器，其特征在于，所述介质层的厚度为5nm～50nm。
4.根据权利要求1所述的声表面波谐振器，其特征在于，还包括：
温度补偿层，位于所述电极层远离所述压电层的一侧；
保护层，位于所述温度补偿层远离所述压电层的一侧。
5.根据权利要求1所述的声表面波谐振器，其特征在于，还包括：
低声速层，位于所述压电层远离所述介质层的一侧；
支撑层，位于所述低声速层远离所述压电层的一侧；
所述低声速层中的声速小于所述压电层中的声速，所述支撑层中的声速大于所述压电层中的声速。
6.根据权利要求1所述的声表面波谐振器，其特征在于，所述压电层的材料包括钽酸锂、铌酸锂和石英中的任一种。
7.根据权利要求1所述的声表面波谐振器，其特征在于，所述叉指换能器的材料包括钛、铬、铜、银和铝中的至少一种。
8.一种声表面波谐振器的制备方法，用于制备权利要求1-7任一项所述的声表面波谐振器，其特征在于，包括：
形成压电层；
在所述压电层上形成介质层；
在所述介质层远离所述压电层的一侧形成电极层，所述电极层包括叉指换能器。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，在所述介质层远离所述压电层的一侧形成电极层，所述电极层包括叉指换能器，包括：
在所述介质层远离所述压电层的一侧形成图案化的光刻胶层；
在所述光刻胶层以及所述介质层远离所述压电层的一侧形成电极层；
去除所述光刻胶层以及所述光刻胶层远离所述压电层一侧的部分所述电极层，形成所述叉指换能器。
10.一种声表面波滤波器，其特征在于，包括权利要求1-7任一项所述的声表面波谐振器。
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