CN114070231A - 带温补层的体声波谐振器、滤波器及电子设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种体声波谐振器，包括：基底；声学镜；底电极；顶电极；和压电层，设置在底电极与顶电极之间，其中：压电层与基底之间设置有声学阻抗结构；所述声学阻抗结构包括在横向方向上彼此相邻设置的第一声学阻抗层和第二声学阻抗层，第一声学阻抗层与第二声学阻抗层的声学阻抗不同，所述声学镜在谐振器的横向方向上位于所述第一声学阻抗层之间；谐振器还包括温补层。本发明还涉及一种滤波器，和一种电子设备。

Description

带温补层的体声波谐振器、滤波器及电子设备
技术领域
本发明的实施例涉及半导体领域，尤其涉及一种体声波谐振器，一种具有该谐振器的滤波器，以及一种电子设备。
背景技术
随着5G通信技术的日益发展，对通信频段的要求越来越高。传统的射频滤波器受结构和性能的限制，不能满足高频通信的要求。薄膜体声波谐振器(FBAR)作为一种新型的MEMS器件，具有体积小、质量轻、插入损耗低、频带宽以及品质因子高等优点，很好地适应了无线通信系统的更新换代，使FBAR技术成为通信领域的研究热点之一。
薄膜体声波谐振器的结构主体为由电极-压电薄膜-电极组成的“三明治”结构，即两层金属电极层之间夹一层压电材料。通过在两电极间输入正弦信号，FBAR利用逆压电效应将输入电信号转换为机械谐振，并且再利用压电效应将机械谐振转换为电信号输出。薄膜体声波谐振器主要利用压电薄膜的纵向压电系数产生压电效应，所以其主要工作模式为厚度方向上的纵波模式，即体声波谐振器的声波主要在谐振器的薄膜体内，而且主要的震动方向在纵向。但是由于存在边界，在边界处会存在不垂直于压电膜层的兰姆波，这时横向的兰姆波会从压电膜层的横向漏出，导致声学损失，从而使得谐振器的Q值减小。
此外，体声波谐振器一般具有负频率温漂系数，其频率温漂系数大概是-30ppm/℃，其原因在于体声波谐振器的压电材料和电极材料是负频率温漂系数，这表示这些材料的刚度会随着温度的升高而减小,刚度降低会使声速下降。基于公式V＝F*λ＝F*2d(其中V为声速，F为频率，λ为波长，d为压电层厚度)，随着声速下降，频率会降低，因此，体声波谐振器存在着随着温度升高而频率漂移的现象。
发明内容
为缓解或解决现有技术中的上述问题的至少一个方面，为了提高体声波谐振器的Q值以及提高体声波谐振器的温度稳定性，提出本发明。
根据本发明的实施例的一个方面，提出了一种体声波谐振器，包括：
基底；
声学镜；
底电极；
顶电极；和
压电层，设置在底电极与顶电极之间，
其中：
压电层与基底之间设置有声学阻抗结构；
所述声学阻抗结构包括在横向方向上彼此相邻设置的第一声学阻抗层和第二声学阻抗层，第一声学阻抗层与第二声学阻抗层的声学阻抗不同，所述声学镜在谐振器的横向方向上位于所述第一声学阻抗层之间；
所述谐振器还包括温补层。
本发明的实施例还涉及一种滤波器，包括上述的体声波谐振器。
本发明的实施例也涉及一种电子设备，包括上述的滤波器或者上述的谐振器。
附图说明
以下描述与附图可以更好地帮助理解本发明所公布的各种实施例中的这些和其他特点、优点，图中相同的附图标记始终表示相同的部件，其中：
图1和2分别为根据本发明的不同示例性实施例的体声波谐振器的截面示意图，该截面穿过了底电极的电极引出部，其中温补层至少部分设置在底电极与压电层之间；
图3和4分别为根据本发明的不同示例性实施例的体声波谐振器的截面示意图，该截面穿过了底电极的电极引出部，其中温补层至少部分设置在底电极的下表面；
图5-9，12,15-18,20分别为根据本发明的不同示例性实施例的体声波谐振器的截面示意图，该截面穿过了底电极的电极引出部，其中温补层至少部分设置在底电极中；
图10和11分别为根据本发明的不同实施例的体现图9中的底电极与温补层的关系的示意性俯视图，且其中示出了使得底电极的上下两个部分彼此电连接的连通部分的结构；
图13和14分别为根据本发明的不同实施例的体现图12中的底电极与温补层的关系的示意性俯视图，且其中示出了使得底电极的上下两个部分彼此电连接的连通部分的结构；
图19为根据本发明的一个同实施例的体现图18中的底电极与温补层的关系的示意性俯视图；
图21为根据本发明的一个同实施例的体现图20中的底电极与温补层的关系的示意性俯视图；
图22-25分别为根据本发明的不同实施例的体声波谐振器的截面示意图，该截面穿过了底电极的电极引出部，其中温补层至少部分设置在顶电极中；
图26为根据本发明的一个实施例的体声波谐振器的截面示意图，该截面穿过了底电极的电极引出部，其中顶电极与底电极中均设置有温补层。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。在说明书中，相同或相似的附图标号指示相同或相似的部件。下述参照附图对本发明实施方式的说明旨在对本发明的总体发明构思进行解释，而不应当理解为对本发明的一种限制。发明的一部分实施例，而并不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
首先，本发明的附图中的附图标记说明如下：
101：基底，可选材料为单晶硅、氮化镓、砷化镓、蓝宝石、石英、碳化硅、金刚石等。
103：声学镜，可为空腔，也可采用布拉格反射层及其他等效形式。本发明所示的实施例中采用的是设置于基底的上表面的空腔，在可选的实施例中，空腔也可以位于基底的内部。
105：声学阻抗层一或第一声学阻抗层，材料可以为氮化铝、二氧化硅、氮化硅、多晶硅、非晶硅。
107：声学阻抗层二或第二声学阻抗层，同时也作为牺牲层。第二声学阻抗层的材料可以为二氧化硅、掺杂二氧化硅、多晶硅、非晶硅等，但与第一声学阻抗层材料不同，且第二声学阻抗层的刻蚀剂不易刻蚀或不刻蚀第一声学阻抗层材料。
109：底电极，材料可选：金(Au)、钨(W)、钼(Mo)、铂(Pt)，钌(Ru)、铱(Ir)、钛钨(TiW)、铝(Al)、钛(Ti)、锇(Os)、镁(Mg)、金(Au)、钨(W)、钼(Mo)、铂(Pt)、钌(Ru)、铱(Ir)、锗(Ge)、铜(Cu)、铝(Al)、铬(Cr)、砷掺杂金等类似金属。
111：压电层，可以为单晶压电材料，可选的，如：单晶氮化铝、单晶氮化镓、单晶铌酸锂、单晶锆钛酸铅(PZT)、单晶铌酸钾、单晶石英薄膜、或者单晶钽酸锂等材料，也可以为多晶压电材料(与单晶相对应，非单晶材料)，可选的，如多晶氮化铝、氧化锌、PZT等，还可是包含上述材料的一定原子比的稀土元素掺杂材料，例如可以是掺杂氮化铝，掺杂氮化铝至少含一种稀土元素，如钪(Sc)、钇(Y)、镁(Mg)、钛(Ti)、镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、钷(Pm)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)、铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)、镥(Lu)等。
113：电极引出部，其可与顶电极同时制得，材料可选钼、钌、金、铝、镁、钨、铜，钛、铱、锇、铬或以上金属的复合或其合金等。
115：顶电极，其材料可与底电极相同，材料可选钼、钌、金、铝、镁、钨、铜，钛、铱、锇、铬或以上金属的复合或其合金等。顶电极和底电极材料一般相同，但也可以不同。
117：温补层，温补层117设置在压电层的下侧，温补层117的材料是与压电层频率温度系数相反的材料，可以为多晶硅、硼磷酸盐玻璃(BSG)、二氧化硅(SiO2)、氟掺杂二氧化硅、铬(Cr)或碲氧化物(TeO(x))等材料。例如，SiO2等具有正频率温漂系数材料的刚度会随温度升高而提高，所以可以通过增加SiO2等具有正频率温漂系数材料层(即温补层)，来补偿或减少普通谐振器(不含温补层)随温度上升刚度下降导致的声速下降，从而减少频率随温度升高而产生的负漂移，进而可以通过设置合适的温补层厚度实现零温漂或频率温漂系数在±5ppm/℃范围内。在本发明所示出的附图中，底电极的电极连接端位于图中的左侧，为便于表述，在本发明中，定义温补层117在水平方向或横向方向上的左端，即靠近电极引出部113的一端为第一端；温补层117在水平方向或横向方向上的右端，即远离电极引出部113的一端(或靠近底电极的非连接边一端)为第二端。
119：温补层，温补层119设置在压电层的上侧，温补层119的材料可选范围与温补层117相同。在同一个谐振器中，温补层119可以与温补层117材料相同，也可以不同。在本发明中，定义温补层119在水平方向或横向方向上的左端，即靠近电极引出部113的一端为第一端；温补层119在水平方向或横向方向上的右端，即远离电极引出部113的一端为第二端。
图1和2分别为根据本发明的不同示例性实施例的体声波谐振器的截面示意图，该截面穿过了底电极的电极引出部。
如图1-2所示，压电层111与基底101之间设置有声学阻抗结构，声学镜103在谐振器的横向方向上位于声学阻抗结构之间，所述声学阻抗结构包括在横向方向上彼此相邻设置的第一声学阻抗层105和第二声学阻抗层107，更具体的，声学镜103在谐振器的横向方向上位于第一声学阻抗层105之间。
在本发明中，第一声学阻抗层与第二声学阻抗层的声学阻抗不同，以形成阻抗不匹配，对声波形成连续反射，形成对横向声波的反射结构，从而用于防止横向声波泄露，有利于将能量锁定在谐振器内，从而提高Q值。
在本发明中，利用了单晶压电材料，可以使压电损耗更低，从而得到更高的谐振器Q值，同时可以提高机电耦合系数和功率容量。
在进一步的实施例中，第一声学阻抗层105与第二声学阻抗层107与压电层111接触的部分的宽度分别为mλ1/4和nλ2/4，其中m和n均为奇数，例如为1,3，5,7等，λ1和λ2分别为第一声学阻抗层和第二声学阻抗层在谐振频率处沿横向传播的声波波长。所述谐振频率是谐振器谐振区间内的某一频率，可以是谐振器的串联谐振频率或并联谐振频率，也可以是串并联谐振频率之间的某一频率，或者略低于串联谐振频率或略高于并联谐振频率的某一频率。在附图中，第一声学阻抗层105的所述宽度以A表示，而第二声学阻抗层107的所述宽度则以B表示。选取上述宽度，有利于形成有效的声学阻抗不匹配，防止横向声波泄露，进一步提高谐振器的Q值。m与n可以相同，也可以不同，均在本发明的保护范围之内。
形成第一声学阻抗层105的材料包括氮化铝、二氧化硅、氮化硅、多晶硅、非晶硅，形成第二声学阻抗层107的材料包括二氧化硅、掺杂二氧化硅、多晶硅、非晶硅。第一声学阻抗层105的材料与第二声学阻抗层107的材料彼此不同。可选的，形成第一声学阻抗层105的材料包括二氧化硅，形成第二声学阻抗层107的材料包括多晶硅。或者，形成第一声学阻抗层105的材料包括氮化硅或氮化铝，形成第二声学阻抗层107的材料包括二氧化硅或掺杂二氧化硅。在本发明中，为了提高第一声学阻抗层105与第二声学阻抗层107的相接处的声学不匹配程度，两者的声学阻抗之差可以选择的尽可能大。
在制造谐振器的过程中，第二声学阻抗层同时用作牺牲层，因此在释放牺牲层时，需要选择合适的释放刻蚀剂，使得该刻蚀剂只刻蚀第一声学阻抗材料，不刻蚀或刻蚀极少量第二声阻抗材料。
如图1所示，底电极109的非电极连接端(图1-2中的右端)的端面在横向方向上与声学阻抗结构中的第一声学阻抗层105间隔开，使得声波在底电极的非电极连接端和空隙之间的横向界面也形成全反射，从而减少声波泄露。基于非电极连接端处的空隙结构，可以进一步防止横向声波泄露，提高谐振器的Q值。另一方面，底电极109的非电极连接端(图1-2中的右端)的端面也可以被第一声学阻抗层105覆盖，虽然会与顶电极在空腔外的部分形成寄生电容，从而影响谐振器的机电耦合系数，但由于电极与第一声阻抗层相接触可以更好的将谐振器产生的热量传导至基底中，从而可以提高功率容量。在未示出的底电极和顶电极的非连接边的截面上，底电极的非连接端可以与第一声阻抗层105间隔开从而提高谐振器Q值，也可以被第一声阻抗层105覆盖从而提高谐振器功率容量。
在可选的实施例中，在通过底电极109的电极连接端的谐振器的一个纵截面中(例如图1-2所示的截面图中)，底电极109的非电极连接端的端面在横向方向上与声学阻抗结构间隔开的距离C在0.5μm-10μm的范围内。该距离除了端值之外，还可以是例如5μm，7μm等。
在图1-2所示的实施例中，底电极109在电极连接端的一侧被第一声学阻抗层105和第二声学阻抗层107形成的连续反射层或者声学阻抗结构包裹住，更具体的，被第一声学阻抗层105覆盖，一方面这种结构有利于提高谐振器的机械稳定性，且更容易将谐振器工作时产生的热量通过电极和第一声学阻抗层105传导到基底，从而提高谐振器的功率容量，另一方面，虽然能量会从底电极端面泄露到第一声学阻抗层105中，但是由于存在第二声学阻抗层与第一声学阻抗层形成的反射界面，因此，有利于使能量尽可能多的锁定在谐振器内部，使谐振器保持较高Q值。
需要明确指出的是，以上参照图1-2对声学阻抗结构的描述，也适用于本发明的其他实施例。
在图1-2中，温补层117设置在底电极109与压电层111之间。
图1-2中示出了l1，l2和l3三个距离，具体说明如下：
定义l1：为顶电极115的第一端和温补层117的第一端在水平方向上的距离，l1可以大于0，也可以小于0，当l1大于0时，在可选的实施例中，其长度可以设置为1μm—20μm，当l1小于0时，在可选的实施例中，其长度可以设置为0-10μm，此时温补层的第一端落在有效区域内，会在此处形成一个阻抗不匹配界面，因此，l1的长度选择还会影响谐振器Q值。l2：为电极连接端113和温补层117的第一端在水平方向上的距离，l2至少大于0，从而保证电极引出端113与底电极109的电连接不受温补层的影响，可选的，可以设置为1μm—20μm。l3：为温补层117的第二端和底电极109的第二端在水平方向上的距离。当l3为正值时，表示温补层117的第二端并未延伸出底电极109，此时，l3的长度范围在0-10μm，如图1所示，此时温补层的第二端落在有效区域内，会在此处形成一个阻抗不匹配界面，因此，l3的长度选择还会影响谐振器Q值；而当l3为负值时，表示温补层117的第二端延伸出底电极109，此时，l3大于0即可，可以延伸至空腔中，如图2所示，也可以进一步延伸至空腔外侧的第一声阻抗层中，或者进一步延伸至更外侧的第二声阻抗层中(类似于图3中温补层右端情况)。
温补层是否能够延伸到底电极边缘外侧而与声学镜部分相接触，与温补层、第一声阻抗层、第二声阻抗层的材料选择相关，例如，当温补层和第二声阻抗层(也做声学镜的牺牲层)选择相同材料(如二氧化硅)，第一声阻抗层选择氮化硅或者氮化铝时，温补层不能延伸至底电极外侧；而当温补层与第二声阻抗层选择不同材料，且温补层对第二声阻抗层的刻蚀剂不敏感时，如温补层选择二氧化硅，第二声阻抗层选择多晶硅，第一声阻抗层选择二氧化硅或氮化硅或氮化铝时，温补层可以延伸至底电极外侧。在后面的实施例中，温补层能否延伸至底电极外侧，其材料选择与此处描述一致，不再赘述。
虽然没有示出，对于图1-2而言，其中的温补层117的第一端，除了可以如图1-2所示的延伸到顶电极115的非电极连接端的外侧且与第一声学阻抗层105存在重合部分之外，还可以在横向方向上位于顶电极115的非电极连接端的内侧(类似于图16中温补层117的左端的位置)，在横向方向上位于顶电极115的非电极连接端与第一声学阻抗层105的边界之间(类似于图17中的温补层117的左端的位置)。这些均在本发明的保护范围之内。
基于图1-2的实施例，在压电层和底电极之间设置了正频率温漂系数材料层，即温补层117，从而可以防止或减少谐振器的频率漂移，提高谐振器的温度稳定性。通常，温补层材料为介质材料，此时，相当于在原谐振器中串联了一个由温补层产生的电容，从而导致谐振器的机电耦合系数大幅下降，因此，这种结构更适合于窄带滤波器的应用。
图3和4分别为根据本发明的不同示例性实施例的体声波谐振器的截面示意图，该截面穿过了底电极的电极引出部，其中温补层至少部分设置在底电极的下表面。
在图3中，温补层117设置在底电极的外部或者底电极的下表面，且如图3所示，温补层117覆盖整谐振器的底电极的整个下表面，还覆盖了图3中除了底电极之外的压电层的其他下表面。
在图4中，温补层117设置在底电极的外部或者底电极的下表面，且如图4所示，温补层117覆盖整谐振器的底电极的整个下表面，还覆盖了图4中除了底电极之外的压电层的部分下表面。如图4所示，其中示出了l3和l4两个距离，说明如下：
l3仍为温补层117的第二端和底电极109的第二端在水平方向或横向方向上的距离，一般设置为0μm—10μm；l4为温补层117的第一端和底电极109的第一端在水平方向或横向方向上的距离，一般设置为0μm—10μm。
图3-4所示的实施例中，在相应加工过程中，温补层与声学镜中的第二声阻抗层材料直接接触，因此，必须选择合适的温补层材料使其对第二声阻抗层的刻蚀剂不敏感，例如，温补层选择二氧化硅，第二声阻抗层选择多晶硅，第一声阻抗层选择二氧化硅或氮化硅或氮化铝。
虽然没有示出，温补层117设置在底电极109的下表面的情况下，也可以仅仅覆盖部分底电极的下表面，即图4中所示的l3和l4为负值，当温补层在横向方向上落入谐振器有效区域内时，还需保证温补层两端到有效区域边缘的距离在0-10μm范围内；还可以在底电极的一端延伸而覆盖压电层的下表面而在底电极的另一端不延伸。这些均在本发明的保护范围之内。
基于图3-4的实施例，在底电极下侧(远离压电层一侧)设置了正频率温漂系数材料层，即温补层117，从而可以防止或减少谐振器的频率漂移，提高谐振器的温度稳定性，此时由于温补层处于电极外侧，因此，不会产生相应的电容来影响谐振器的机电耦合系数，但此时，相比于基于图1-2的实施例，温补层离压电层更远，因此，相同厚度的温补层产生的温度补偿效果会变差，换言之，要达到相同温补效果需要更厚的温补层，而温补层的厚度过大，会导致谐振器主振动模态发生变化，从而影响谐振器其他电学性能(如Q值或机电耦合系数)，因此，基于图3-4的实施例可以在有限的温补效果中达到较好的谐振器性能。
图5-9，12,15-18,20分别为根据本发明的不同示例性实施例的体声波谐振器的截面示意图，该截面穿过了底电极的电极引出部，其中温补层至少部分设置在底电极中。相比于图1-2所示的实施例以及3-4所示的实施例，在这一组实施例中，温补层既可以离压电层更近，同时由于温补层与压电层之间有电极层做隔离，使得可以灵活的设定温补层厚度，以及温补层在底电极中的纵向位置来实现所需要的温补效果，同时不会造成谐振器机电耦合系数过度下降。可选的，底电极靠近压电层一侧的厚度小于底电极远离压电层一侧的厚度。
需要指出的是，温补层结构可以仅仅设置单一温补层，也可以为其他结构。例如，为了加工的可实施性或者稳定性，温补层上下也可以选择性的设置截止层。本专利中，以单一温补层作为示例，但是其他结构的温补层也在本发明的保护范围之内。
如图5所示，温补层117在水平方向上延伸过整个底电极109，且覆盖了底电极之外的压电层的其他下表面。如本领域技术人员可理解的，温补层还可以只覆盖底电极之外的压电层的部分下表面。
在图5中，121为设置在温补层117上的开口，目的是将被温补层117上下分隔开的底电极连接起来使其保持等电位。在图5中，可以看到，开口121设置在谐振器的有效区域(在本发明中，谐振器的有效区域是指谐振器的顶电极、压电层、底电极和声学镜在谐振器的厚度方向上的重合区域)的外侧。
如图5所示，底电极109被温补层117分为上下两部分，定义上半部分为109a，下部分为109b；定义l5为底电极109a的第二端和底电极109b的第二端在水平方向上的距离，l5大于0，一般设置为1μm—10μm，当l5小于0时，在底电极上部分109a的第二端外侧，从下至上会形成底电极下部分109b、温补层、压电层、顶电极这样的层叠结构，从而类似如图1-2所示实施例情况，会造成谐振器机电耦合系数下降；定义l6为开口121的尺寸，为了保证底电极上下两部分电连接充分，一般设置为5μm—100μm范围内。但其开口部分的形状不限，可以为矩形或者圆形，或者其他任意形状。
也可以将开口121设置在有效区域，如图6所示。图6与图5的区别在于开口121的设置位置不同。此时，开口121两侧会形成两个阻抗不匹配界面，因此，l6的选择会影响谐振器Q值，其范围可选的在2-10μm的范围内。此时，开口121的形状可以是环绕整个有效区域的环形，也可以是仅环绕底电极非连接边的半环形，还可以是局部的条形或者孔状，或其他任意形状。
如图7所示，处于底电极109之外的温补层可以仅覆盖压电层的除底电极之外的部分下表面。图7中的l3，l5和l6与之前的定义或含义相同。
如图8所示，温补层117的第二端可以设置在底电极109的内部。
如图9所示，在温补层117在水平方向上延伸过整个底电极的情况下，也可以将开口121设置在有效区域内以及有效区域外。
图10和11分别为根据本发明的不同实施例的体现图9中的底电极与温补层的关系的示意性俯视图，且其中示出了使得底电极的上下两个部分彼此电连接的连通部分或开口的结构，图9可以是沿图10或11中的AA线截得的截面图。用于将温补层上下两侧的底电极连接的开口可以是连续开口的环形结构，如图10所示，也可以由多个开口组成的环形阵列结构，如图11所示。
除了设置单个开口或者设置呈环状的开口(如图10和11所示)之外，开口121也可以在温补层117位于底电极109内的部分上呈任意形状面分布。
图13和14分别为根据本发明的不同实施例的体现图12中的底电极与温补层的关系的示意性俯视图，且其中示出了使得底电极的上下两个部分彼此电连接的连通部分或开口的结构，图12是沿图13或14的AA线截得的截面图。如图13所示，多个同心布置的连续开口环设置在温补层117中，如图14所示，多个环形阵列结构同心布置在温补层117中。
在图15中，除了底电极109中如图所示设置了温补层117之外，顶电极115中也同时如图所示设置有温补层119。
在图5-15所示的实施例中，温补层117部分设置在底电极109中，且利用开口121来将温补层上下两侧的底电极连通起来，但是本发明不限于此。温补层117也可以整个设置在底电极109中，且温补层117的上设置不影响温补层117上下两侧的底电极的连接或连通。图16-20给出了这样的实施例。
图16为根据本发明的一个示例性实施例的体声波谐振器的截面示意图，该截面穿过了底电极的电极引出部，其中温补层117整体设置在底电极109中。
在图16中，温补层117在厚度上仅设置于底电极中，横向上位于谐振器的有效区域内。定义L2：为温补层117的第一端与顶电极115内部边缘的水平距离，一般设置为0μm—10μm；L3：为温补层117的第二端与底电极109非电极连接端的水平距离，一般设置为0μm—10μm。由于温补层落在有效区域内，因此在温补层边缘会形成一个阻抗不匹配界面，因此，L2和L3的距离选择会进一步影响谐振器Q值。
进一步的，可以将温补层117的第一端在水平方向上设置在声学阻抗层105和顶电极115之间，如图17所示。在图17中，定义L4：为温补层的第一端与声学阻抗层105内部边缘的水平距离，一般设置为0μm—10μm。
进一步地，也可以将温补层117的第一端在水平方向上设置在声学镜103外侧，同时不超出电极引出部113的底部边缘，如图18所示。从图16至图18可以进一步提升温补层的温补效果。
在如图16-18所示的实施例中，温补层被底电极完全包裹住，因此其材料选择相比前面的实施例更为自由，例如，温补层和第二声阻抗层可以选用相同的材料，如二氧化硅。
图19为根据本发明的一个同实施例的体现图18中的底电极与温补层的关系的示意性俯视图，图18为图19沿AA的截面图。
为了消除如图16-18中温补层117的第二端带来的阻抗突变，可以将117延伸至底电极端面，使温补层117的第二端与底电极109的端面齐平，如图20所示。此时，在加工过程中，温补层与声学镜中的第二声阻抗层材料直接接触，因此，必须选择合适的温补层材料使其对第二声阻抗层的刻蚀剂不敏感，例如，温补层选择二氧化硅，第二声阻抗层选择多晶硅，第一声阻抗层选择二氧化硅或氮化硅或氮化铝。
图21为根据本发明的一个同实施例的体现图20中的底电极与温补层的关系的示意性俯视图，图20为图19沿AA的截面图。
图22-25分别为根据本发明的不同实施例的体声波谐振器的截面示意图，该截面穿过了底电极的电极引出部，其中温补层至少部分设置在顶电极中。
在图22中，温补层119在厚度上仅设置于顶电极115中，横向方向上位于谐振器的有效区域内。在图22中，定义L2：为温补层的第一端与顶电极115内部边缘的水平距离，一般设置为0μm—10μm；L3：为温补层的第二端与底电极109内部边缘的水平距离。一般设置为0μm—10μm。图22所示的结构的技术效果和图16中温补层仅设置在底电极中的结构的技术效果相同。
在可选的实施例中，为改善温补层119的第二端带来的阻抗突变，可将温补层119的第二端延伸至底电极109外，但未到达第一声学阻抗层105上方，如图23所示。
在图23中，定义L2：为温补层的第一端与顶电极115内部边缘的水平距离，一般设置为0μm—10μm；L6：温补层119的第二端与声学阻抗层105之间的水平距离，一般设置为0μm—10μm。
在可选的实施例中，可将温补层119的第二端延伸至声学镜103外，即第一声学阻抗层105上方，如图24所示。
在图23或者24的基础上，为改善温补层119的第一端(图25中左侧)带来的阻抗突变，可将温补层119的左侧端面与顶电极115的左侧端面齐平，以进一步改善阻抗突变带来的不良影响，如图25所示。进一步的，在图25的基础上，温补层的左端可以延伸至谐振器有效区域外侧的压电层表面。
如本领域技术人员能够理解的，在温补层119设置在顶电极中的情况下，可以在温补层119中如温补层117中一样设置用于将顶电极的上下两侧连通的开口。
当在压电层上方设置温补层时，只有温补层完全被顶电极包裹时，温补层可以自由选择材料，而当温补层具有在顶电极以外的部分时，在加工过程中，温补层会与第二声阻抗层(牺牲层)的刻蚀剂相接触，因此，必须选择合适的温补层材料使其对第二声阻抗层的刻蚀剂不敏感，例如，温补层选择二氧化硅，第二声阻抗层选择多晶硅，第一声阻抗层选择二氧化硅或氮化硅或氮化铝等。
图26为根据本发明的一个实施例的体声波谐振器的截面示意图，该截面穿过了底电极的电极引出部，其中顶电极与底电极中均设置有温补层。
在图26中，上温补层和下温补层分别被顶电极和底电极完全包裹，定义L7：为温补层117的第一端和温补层119的第一端在水平方向上的距离，一般设置为0μm—10μm；L8：为温补层117的第二端和温补层119的第二端在水平方向上的距离，一般设置为0μm—10μm。未示出的，在顶电极非电极连接端和底电极非电极连接端的截面中，上温补层117和下温补层119的端面在横向方向上也可以存在一定距离，可选的，设置在0-10μm范围内。
如本领域技术人员能够理解的，设置在压电层111的上侧的温补层119也可以设置在顶电极115与压电层111之间，其也不限于仅仅设置在顶电极的范围内，而是可以采用如图5-15一样类似于温补层117的布置方式。
在本发明中，压电层的材料还可以是非单晶材料。
需要指出的是，在本发明中，各个数值范围，除了明确指出不包含端点值之外，除了可以为端点值，还可以为各个数值范围的中值，这些均在本发明的保护范围之内。
在本发明中，上和下是相对于谐振器的基底的底面而言的，对于一个部件，其靠近该底面的一侧为下侧，远离该底面的一侧为上侧。
在本发明中，内和外是相对于谐振器的有效区域的中心在横向方向或者径向方向上而言的，一个部件的靠近该中心的一侧或一端为内侧或内端，而该部件的远离该中心的一侧或一端为外侧或外端。对于一个参照位置而言，位于该位置的内侧表示在横向方向或径向方向上处于该位置与该中心之间，位于该位置的外侧表示在横向方向或径向方向上比该位置更远离该中心。
如本领域技术人员能够理解的，根据本发明的体声波谐振器可以用于形成滤波器或其他半导体器件。
基于以上，本发明提出了如下技术方案：
1、一种体声波谐振器，包括：
基底；
声学镜；
底电极；
顶电极；和
压电层，设置在底电极与顶电极之间，
其中：
压电层与基底之间设置有声学阻抗结构；
所述声学阻抗结构包括在横向方向上彼此相邻设置的第一声学阻抗层和第二声学阻抗层，第一声学阻抗层与第二声学阻抗层的声学阻抗不同，所述声学镜在谐振器的横向方向上位于所述第一声学阻抗层之间；
所述谐振器还包括温补层。
2、根据1所述的谐振器，其中：
所述温补层的至少一部分设置在压电层与对应电极之间。
3、根据2所述的谐振器，其中：
所述温补层的远离对应电极的连接边的一端被对应电极包覆；或者
所述温补层远离对应电极的连接边的一端从对应电极的非连接边延伸出。
4、根据1所述的谐振器，其中：
所述温补层的至少一部分覆盖对应电极的至少一部分。
5、根据1所述的谐振器，其中：
所述温补层的至少一部分设置在对应电极中。
6、根据5所述的谐振器，其中：
所述温补层远离对应电极的连接边的一端设置在对应电极中且被对应电极包覆；或者
所述温补层远离对应电极的连接边的一端与对应电极的非连接边的边缘齐平；或者
所述温补层远离对应电极的电极连接端的一端处于对应电极的非连接边的外侧且覆盖压电层的一部分表面。
7、根据5所述的谐振器，其中：
所述温补层整体设置在对应电极中。
8、根据2-7中任一项所述的谐振器，其中：
所述温补层包括设置于压电层的下方的下温补层，与下温补层对应的对应电极为底电极。
9、根据8所述的谐振器，其中：
在底电极的电极连接端，所述下温补层靠近底电极的电连接部的一端在横向方向上设置在顶电极的非电极连接端与第一声学阻抗层之间；或者
在底电极的电极连接端，所述下温补层靠近底电极的电连接部的一端在横向方向上设置在顶电极的非电极连接端的外侧且位于第一声学阻抗层的内端的外侧。
10、根据8所述的谐振器，其中：
所述下温补层的至少一部分设置在底电极中；
所述谐振器具有穿过压电层而与底电极电连接的电极引出部；
所述下温补层靠近底电极的连接边的一端在水平方向上与电极引出部间隔开。
11、根据8所述的谐振器，其中：
所述下温补层的至少一部分设置在底电极中；
所述谐振器具有穿过压电层而与底电极电连接的电极引出部；
所述下温补层在水平方向上延伸过整个底电极，所述下温补层靠近底电极的连接边的一端在水平方向上延伸过电极引出部；
所述下温补层设置有连通部，所述连通部将底电极的位于下温补层的上下两侧的部分电连接。
12、根据11所述的谐振器，其中：
所述连通部包括呈环状布置的至少一个连通环。
13、根据12所述的谐振器，其中：
所述连通环包括至少一个环状开口部，所述环状开口部为连续环状延伸的环状开口；或者
所述连通环包括多个连通孔，所述多个连通孔呈至少一个环状排列。
14、根据11所述的谐振器，其中：
所述至少一个连通环包括同心布置的多个连通环。
15、根据11所述的谐振器，其中：
所述连通部设置在谐振器的有效区域的外侧。
16、根据8所述的谐振器，其中：
所述下温补层的至少一部分设置在底电极中；
在底电极的非电极连接端，所述下温补层的边缘与所述底电极的非电极连接端的边缘齐平。
17、根据8所述的谐振器，其中：
所述下温补层的至少一部分覆盖所述底电极的下表面。
18、根据8所述的谐振器，其中：
所述声学镜为声学镜空腔；
所述下温补层的在横向方向上位于声学镜空腔的边缘之间的部分被所述底电极覆盖或者包覆而与声学镜空腔隔离开。
19、根据8所述的谐振器，其中：
所述声学镜为声学镜空腔；
所述下温补层的在横向方向上位于声学镜空腔的边缘之间的至少一部分暴露于所述声学镜空腔。
20、根据8-19中任一项所述的谐振器，其中：
所述下温补层包括在横向方向上延伸到底电极的非电极连接端的外侧的第一延伸部分，第一延伸部分与第一声学阻抗层在横向方向上间隔开，且第一延伸部分的延伸长度在0-10μm的范围内，或者，所述下温补层包括在横向方向上延伸到底电极的非电极连接端的外侧的第一延伸部分，第一延伸部分至少被第一声学阻抗层覆盖从而位于压电层与声学阻抗层之间；和/或
所述下温补层包括在横向方向上延伸到底电极的电极连接端的外侧的第二延伸部分，所述第二延伸部分至少部分在横向方向上与所述第一声学阻抗层彼此间隔开，或者所述第二延伸部分至少被第一声学阻抗层覆盖从而位于压电层与声学阻抗层之间。
21、根据8所述的谐振器，其中：
在横向方向上，下温补层的靠近底电极的电极连接端的一端处于顶电极的非电极连接端的内侧；或者
在横向方向上，下温补层的靠近底电极的电极连接端的一端处于顶电极的非电极连接端的外侧而与第一声学阻抗层间隔开；或者
在横向方向上，下温补层的靠近底电极的电极连接端的一端处于顶电极的非电极连接端的外侧，且在平行于谐振器的厚度方向的投影中下温补层的靠近底电极的电极连接端的一端与第一声学阻抗层存在重合。
22、根据1-7中任一项所述的谐振器，其中：
所述温补层包括设置在压电层的上方的上温补层，所述上温补层对应的对应电极为顶电极。
23、根据22所述的谐振器，其中：
所述上温补层的至少一部分设置在顶电极中。
24、根据23所述的谐振器，其中：
在横向方向上，上温补层的外端处于底电极的非电极连接端的内侧；或者
在横向方向上，上温补层的外端处于底电极的非电极连接端的外侧而与第一声学阻抗层间隔开；或者
在横向方向上，上温补层的外端处于底电极的非电极连接端的外侧，且在平行于谐振器的厚度方向的投影中上温补层的外端与第一声学阻抗层存在重合。
24、根据22所述的谐振器，其中：
所述谐振器包括上温补层和下温补层；
所述上温补层被顶电极完全包裹，所述下温补层被底电极完全包裹；且
在底电极的非电极连接端，下温补层的远离底电极的电极连接端的端部与上温补层的靠近顶电极的电极连接端的端部在横向方向上存在第一距离(L8)；和/或在顶电极的非电极连接端，上温补层的远离顶电极的电极连接端的端部与下温补层的靠近底电极的电极连接端的端部在横向方向上存在第二距离(L7)；和/或在顶电极和底电极的非电极连接端，上温补层和下温补层的端部在横向方向上存在第三距离。
25、根据23所述的谐振器，其中：
所述上温补层的至少一部分暴露于所述顶电极的外部。
26、根据19或25所述的谐振器，其中：
温补层的材料与第二声阻抗层的材料不同。
27、根据26所述的谐振器，其中：
所述第二声学阻抗层的材料为多晶硅或非晶硅，所述温补层的材料为二氧化硅或掺杂二氧化硅。
28、根据27所述谐振器，其中：
所述第一声阻抗层的材料与所述温补层的材料相同。
29、根据1所述的谐振器，其中：
第一声学阻抗层与第二声学阻抗层与压电层接触的部分的宽度分别为mλ1/4和nλ2/4，其中m和n均为奇数，λ1和λ2分别为第一声学阻抗层和第二声学阻抗层在谐振频率处沿横向传播的声波波长。
30、根据1所述的谐振器，其中：
形成第一声学阻抗层和第二声学阻抗层中的一层的材料选自氮化铝、二氧化硅、氮化硅、多晶硅、非晶硅，形成第一声学阻抗层和第二声学阻抗层中的另一层的材料自二氧化硅、掺杂二氧化硅、多晶硅、非晶硅，形成第一声学阻抗层的材料不同于形成第二声学阻抗层的材料。
31、根据1所述的谐振器，其中：
所述声学镜为声学镜空腔；
所述声学镜空腔在谐振器的横向方向上的边界由所述第一声学阻抗层限定。
32、根据1所述的谐振器，其中：
所述压电层为单晶压电层。
33、根据1所述的谐振器，其中：
所述温补层在谐振器的厚度方向上的投影中，至少一部分位于谐振器的有效区域的范围内。
34、一种滤波器，包括根据1-33中任一项所述的体声波谐振器。
35、一种电子设备，包括根据34所述的滤波器，或者根据1-33中任一项所述的体声波谐振器。
这里的电子设备，包括但不限于射频前端、滤波放大模块等中间产品，以及手机、WIFI、无人机等终端产品。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行变化，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (36)

1.一种体声波谐振器，包括：
基底；
声学镜；
底电极；
顶电极；和
压电层，设置在底电极与顶电极之间，
其中：
压电层与基底之间设置有声学阻抗结构；
所述声学阻抗结构包括在横向方向上彼此相邻设置的第一声学阻抗层和第二声学阻抗层，第一声学阻抗层与第二声学阻抗层的声学阻抗不同，所述声学镜在谐振器的横向方向上位于所述第一声学阻抗层之间；
所述谐振器还包括温补层。
2.根据权利要求1所述的谐振器，其中：
所述温补层的至少一部分设置在压电层与对应电极之间。
3.根据权利要求2所述的谐振器，其中：
所述温补层的远离对应电极的连接边的一端被对应电极包覆；或者
所述温补层远离对应电极的连接边的一端从对应电极的非连接边延伸出。
4.根据权利要求1所述的谐振器，其中：
所述温补层的至少一部分覆盖对应电极的至少一部分。
5.根据权利要求1所述的谐振器，其中：
所述温补层的至少一部分设置在对应电极中。
6.根据权利要求5所述的谐振器，其中：
所述温补层远离对应电极的连接边的一端设置在对应电极中且被对应电极包覆；或者
所述温补层远离对应电极的连接边的一端与对应电极的非连接边的边缘齐平；或者
所述温补层远离对应电极的电极连接端的一端处于对应电极的非连接边的外侧且覆盖压电层的一部分表面。
7.根据权利要求5所述的谐振器，其中：
所述温补层整体设置在对应电极中。
8.根据权利要求2-7中任一项所述的谐振器，其中：
所述温补层包括设置于压电层的下方的下温补层，与下温补层对应的对应电极为底电极。
9.根据权利要求8所述的谐振器，其中：
在底电极的电极连接端，所述下温补层靠近底电极的电连接部的一端在横向方向上设置在顶电极的非电极连接端与第一声学阻抗层之间；或者
在底电极的电极连接端，所述下温补层靠近底电极的电连接部的一端在横向方向上设置在顶电极的非电极连接端的外侧且位于第一声学阻抗层的内端的外侧。
10.根据权利要求8所述的谐振器，其中：
所述下温补层的至少一部分设置在底电极中；
所述谐振器具有穿过压电层而与底电极电连接的电极引出部；
所述下温补层靠近底电极的连接边的一端在水平方向上与电极引出部间隔开。
11.根据权利要求8所述的谐振器，其中：
所述下温补层的至少一部分设置在底电极中；
所述谐振器具有穿过压电层而与底电极电连接的电极引出部；
所述下温补层在水平方向上延伸过整个底电极，所述下温补层靠近底电极的连接边的一端在水平方向上延伸过电极引出部；
所述下温补层设置有连通部，所述连通部将底电极的位于下温补层的上下两侧的部分电连接。
12.根据权利要求11所述的谐振器，其中：
所述连通部包括呈环状布置的至少一个连通环。
13.根据权利要求12所述的谐振器，其中：
所述连通环包括至少一个环状开口部，所述环状开口部为连续环状延伸的环状开口；或者
所述连通环包括多个连通孔，所述多个连通孔呈至少一个环状排列。
14.根据权利要求11所述的谐振器，其中：
所述至少一个连通环包括同心布置的多个连通环。
15.根据权利要求11所述的谐振器，其中：
所述连通部设置在谐振器的有效区域的外侧。
16.根据权利要求8所述的谐振器，其中：
所述下温补层的至少一部分设置在底电极中；
在底电极的非电极连接端，所述下温补层的边缘与所述底电极的非电极连接端的边缘齐平。
17.根据权利要求8所述的谐振器，其中：
所述下温补层的至少一部分覆盖所述底电极的下表面。
18.根据权利要求8所述的谐振器，其中：
所述声学镜为声学镜空腔；
所述下温补层的在横向方向上位于声学镜空腔的边缘之间的部分被所述底电极覆盖或者包覆而与声学镜空腔隔离开。
19.根据权利要求8所述的谐振器，其中：
所述声学镜为声学镜空腔；
所述下温补层的在横向方向上位于声学镜空腔的边缘之间的至少一部分暴露于所述声学镜空腔。
20.根据权利要求8-19中任一项所述的谐振器，其中：
所述下温补层包括在横向方向上延伸到底电极的非电极连接端的外侧的第一延伸部分，第一延伸部分与第一声学阻抗层在横向方向上间隔开，且第一延伸部分的延伸长度在0-10μm的范围内，或者，所述下温补层包括在横向方向上延伸到底电极的非电极连接端的外侧的第一延伸部分，第一延伸部分至少被第一声学阻抗层覆盖从而位于压电层与声学阻抗层之间；和/或
所述下温补层包括在横向方向上延伸到底电极的电极连接端的外侧的第二延伸部分，所述第二延伸部分至少部分在横向方向上与所述第一声学阻抗层彼此间隔开，或者所述第二延伸部分至少被第一声学阻抗层覆盖从而位于压电层与声学阻抗层之间。
21.根据权利要求8所述的谐振器，其中：
在横向方向上，下温补层的靠近底电极的电极连接端的一端处于顶电极的非电极连接端的内侧；或者
在横向方向上，下温补层的靠近底电极的电极连接端的一端处于顶电极的非电极连接端的外侧而与第一声学阻抗层间隔开；或者
在横向方向上，下温补层的靠近底电极的电极连接端的一端处于顶电极的非电极连接端的外侧，且在平行于谐振器的厚度方向的投影中下温补层的靠近底电极的电极连接端的一端与第一声学阻抗层存在重合。
22.根据权利要求1-7中任一项所述的谐振器，其中：
所述温补层包括设置在压电层的上方的上温补层，所述上温补层对应的对应电极为顶电极。
23.根据权利要求22所述的谐振器，其中：
所述上温补层的至少一部分设置在顶电极中。
24.根据权利要求23所述的谐振器，其中：
在横向方向上，上温补层的外端处于底电极的非电极连接端的内侧；或者
在横向方向上，上温补层的外端处于底电极的非电极连接端的外侧而与第一声学阻抗层间隔开；或者
在横向方向上，上温补层的外端处于底电极的非电极连接端的外侧，且在平行于谐振器的厚度方向的投影中上温补层的外端与第一声学阻抗层存在重合。
25.根据权利要求22所述的谐振器，其中：
所述谐振器包括上温补层和下温补层；
所述上温补层被顶电极完全包裹，所述下温补层被底电极完全包裹；且
在底电极的非电极连接端，下温补层的远离底电极的电极连接端的端部与上温补层的靠近顶电极的电极连接端的端部在横向方向上存在第一距离(L8)；和/或在顶电极的非电极连接端，上温补层的远离顶电极的电极连接端的端部与下温补层的靠近底电极的电极连接端的端部在横向方向上存在第二距离(L7)；和/或在顶电极和底电极的非电极连接端，上温补层和下温补层的端部在横向方向上存在第三距离。
26.根据权利要求23所述的谐振器，其中：
所述上温补层的至少一部分暴露于所述顶电极的外部。
27.根据权利要求19或25所述的谐振器，其中：
温补层的材料与第二声阻抗层的材料不同。
28.根据权利要求26所述的谐振器，其中：
所述第二声学阻抗层的材料为多晶硅或非晶硅，所述温补层的材料为二氧化硅或掺杂二氧化硅。
29.根据权利要求27所述谐振器，其中：
所述第一声阻抗层的材料与所述温补层的材料相同。
30.根据权利要求1所述的谐振器，其中：
第一声学阻抗层与第二声学阻抗层与压电层接触的部分的宽度分别为mλ1/4和nλ2/4，其中m和n均为奇数，λ1和λ2分别为第一声学阻抗层和第二声学阻抗层在谐振频率处沿横向传播的声波波长。
31.根据权利要求1所述的谐振器，其中：
形成第一声学阻抗层和第二声学阻抗层中的一层的材料选自氮化铝、二氧化硅、氮化硅、多晶硅、非晶硅，形成第一声学阻抗层和第二声学阻抗层中的另一层的材料自二氧化硅、掺杂二氧化硅、多晶硅、非晶硅，形成第一声学阻抗层的材料不同于形成第二声学阻抗层的材料。
32.根据权利要求1所述的谐振器，其中：
所述声学镜为声学镜空腔；
所述声学镜空腔在谐振器的横向方向上的边界由所述第一声学阻抗层限定。
33.根据权利要求1所述的谐振器，其中：
所述压电层为单晶压电层。
34.根据权利要求1所述的谐振器，其中：
所述温补层在谐振器的厚度方向上的投影中，至少一部分位于谐振器的有效区域的范围内。
35.一种滤波器，包括根据权利要求1-33中任一项所述的体声波谐振器。
36.一种电子设备，包括根据权利要求34所述的滤波器，或者根据权利要求1-33中任一项所述的体声波谐振器。
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