CN115004548B - 用于大功率应用的横向激励薄膜体声波谐振器 - Google Patents

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Abstract

公开了声学谐振器和滤波器装置。声学谐振器包括具有表面的衬底和具有平行的正面和背面的单晶压电板，背面附接到所述衬底除所述压电板的部分外的表面上，该部分形成隔膜，隔膜跨越所述衬底中的空腔。叉指换能器(IDT)在单晶压电板的正面上形成，使得IDT的交错指状物设置在隔膜上。IDT被配置为响应于施加到IDT的射频信号在隔膜中激发主声模。IDT交错指状物的厚度大于或等于压电板厚度的0.85倍。

Description

用于大功率应用的横向激励薄膜体声波谐振器
技术领域
本公开涉及使用声波谐振器的射频滤波器，尤其涉及用于通信设备中的具有高功率能力的带通滤波器。
背景技术
射频(RF)滤波器是双端器件，其被配置为通过一些频率，阻止其它频率，其中“通过”意味着以相对低的信号损耗进行传输，而“阻止”意味着阻塞或基本上衰减。滤波器通过的频率范围称为滤波器的“通带”。由这种滤波器阻止的频率范围称为滤波器的“阻带”。典型的RF滤波器具有至少一个通带和至少一个阻带。通带或阻带的具体要求取决于具体应用。例如，“通带”可以定义为一个频率范围，其中滤波器的插入损耗小于诸如1dB、2dB或3dB的定义值。“阻带”可以定义为一个频率范围，其中滤波器的抑制大于定义值，例如20dB、30dB、40dB或更大的值，这取决于具体的应用。
RF滤波器用于通过无线链路传输信息的通信系统中。例如，RF滤波器可见于蜂窝基站、移动电话和计算设备、卫星收发器和地面站、物联网(IoT)设备、膝上型计算机和平板电脑、定点无线电链路和其它通信系统的RF前端中。RF滤波器也用于雷达和电子和信息战系统。
RF滤波器通常需要许多设计方面的权衡，以针对每个特定应用实现诸如插入损耗、拒绝、隔离、功率处理、线性、尺寸和成本之类的性能参数之间的最佳折中。具体的设计和制造方法和增强可以同时使这些需求中的一个或几个受益。
无线系统中RF滤波器的性能的增强可对系统性能产生广泛影响。可以通过改进RF滤波器来改进系统性能，例如单元尺寸更大、电池续航时间更长、数据速率更高、网络容量更大、成本更低、安全性更高、可靠性更高等。可在无线系统的各个级别上单独地或组合地实现这些改进点，例如在RF模块、RF收发器、移动或固定子系统或网络级别实现这些改进点。
用于当前通信系统的高性能RF滤波器通常结合声波谐振器，声波谐振器包括表面声波(SAW)谐振器、体声波BAW)谐振器、薄膜体声波谐振器(FBAR)和其他类型声波谐振器。但是，这些现有技术不适合在更高的频率下使用，而未来的通信网络需要用到更高的频率。
要想获得更宽的通信信道带宽，就势必要用到更高频率的通信频段。3GPP(第三代合作伙伴计划)已对用于移动电话网络的无线电接入技术进行了标准化处理。5G NR(新无线电)标准中定义了用于第五代移动网络的无线电接入技术。5G NR标准定义了若干个新的通信频段。这些新的通信频段中有两个频段是n77和n79，其中n77使用3300MHz至4200MHz的频率范围，n79使用4400MHz至5000MHz的频率范围。频段n77和频段n79都使用时分双工(TDD)，因此在频段n77和/或频段n79中工作的通信设备将相同的频率用于上行链路和下行链路传输。n77和n79频段的带通滤波器必须能够处理通信设备的发射功率。5G NR标准还定义了频率在24.25GHz和40GHz之间的毫米波通信频段。
发明内容
本发明公开了一种声学谐振器器件，包括：一衬底，具有表面；一单晶压电板，具有正面和背面，所述背面附接到所述衬底除所述压电板的部分外的表面上，该部分形成隔膜，所述隔膜跨越所述衬底中的空腔；以及一叉指换能器(IDT)，在所述单晶压电板的正面上形成，使得所述IDT的交错指状物设置在所述隔膜上，所述压电板和IDT被配置为使得施加到IDT的射频信号激发所述隔膜中的剪切主声模，其中所述IDT的交错指状物的厚度大于或等于所述压电板厚度的0.85倍且小于或等于所述压电板厚度的2.5倍。
其中，所述IDT的交错指状物基本上为铝。
其中，还包括：一正面介电层，沉积在所述IDT指状物之间，所述正面介电层的厚度大于零且小于或等于所述压电板厚度的0.25倍，其中，所述IDT的交错指状物的厚度大于或等于所述压电板厚度的0.875倍且小于或等于所述压电板厚度的2.25倍。
其中，所述IDT的交错指状物基本上为铜，并且所述IDT的交错指状物的厚度在大于或等于所述压电板厚度的0.85倍且小于所述压电板厚度的1.42倍的范围内，或大于等于所述压电板厚度的1.95倍且小于所述压电板厚度的2.325倍的范围内。
其中，还包括：一正面介电层，沉积在所述IDT指状物之间，所述正面介电层的厚度大于零且小于或等于100nm，其中，所述IDT的交错指状物的厚度在大于或等于所述压电板厚度的0.85倍且小于或等于所述压电板厚度的1.42倍的范围内。
其中，所述压电板的厚度大于或等于300nm且小于或等于500nm。
其中，所述IDT的交错指状物的间距大于或等于所述压电板厚度的6倍且小于或等于所述压电板厚度的12.5倍。
其中，所述IDT的孔径大于或等于20微米且小于或等于60微米。
其中，所述主声模的声能流的方向基本上与所述隔膜的正面和背面垂直。
其中，所述隔膜在所述空腔周边的至少50％周围与所述压电板邻接。
本发明还公开了一种滤波器装置，包括：一衬底；一单晶压电板，具有正面和背面，所述背面附接到所述衬底的表面，所述单晶压电板的部分形成一个或多个隔膜，该一个或多个隔膜跨越所述衬底中的相应空腔；和一导体图案，在所述正面上形成，所述导体图案包括相应多个声学谐振器的多个叉指换能器(IDT)，所述多个IDT中的每一个的交错指状物布置在所述一个或多个隔膜的一个隔膜上，所述压电板和所有IDT被配置为使得施加到每个IDT的相应射频信号激发所述相应隔膜中的相应剪切主声模，其中所有多个IDT的交错指状物具有共同的指状物厚度，该共同的指状物厚度大于或等于所述压电板厚度的0.85倍且小于或等于所述压电板厚度的2.5倍。
其中，所有所述多个IDT的交错指状物基本上为铝。
其中，还包括：一正面介电层，沉积在所述多个IDT中的至少一个的指状物之间，所述正面介电层的厚度大于零且小于或等于所述压电板厚度的0.25倍，其中，所述共同的指状物厚度大于或等于所述压电板厚度的0.875倍且小于或等于所述压电板厚度的2.25倍。
其中，所有所述多个IDT的交错指状物基本上为铜，并且所述共同的指状物厚度大于等于所述压电板厚度的0.85倍，且小于所述压电板厚度的1.42倍。
其中，还包括：一正面介电层，沉积在所述多个IDT中的至少一个的指状物之间，所述正面介电层的厚度大于零且小于或等于所述压电板厚度的0.25倍。
其中，所述压电板的厚度大于或等于300nm且小于或等于500nm。
其中，所有所述多个IDT的交错指状物的各自间距大于或等于所述压电板厚度的6倍且小于或等于所述压电板厚度的12.5倍。
其中，所有所述多个IDT的各个孔径均大于或等于20微米且小于或等于60微米。
其中，由所有所述IDT激发的各个主声模的声能流方向基本上与所述隔膜的正面和背面垂直。
其中，所述一个或多个隔膜中的每个隔膜与所述压电板在相应空腔的周边的至少50％周围邻接。
本发明进一步公开了一种滤波器装置，包括：一衬底；一单晶压电板，具有正面和背面，所述背面附接到所述衬底的表面，所述单晶压电板的部分形成一个或多个隔膜，该一个或多个隔膜跨越所述衬底中的相应空腔；和一导体图案，在所述正面上形成，所述导体图案包括相应多个声学谐振器的多个叉指换能器(IDT)，所述多个IDT中的每一个的交错指状物布置在所述一个或多个隔膜的一个隔膜上，所述多个谐振器包括一个或多个并联谐振器和一个或多个串联谐振器；一第一介电层，具有第一厚度，沉积在所述一个或多个并联谐振器的IDT的指状物之间；和一第二介电层，具有第二厚度，沉积在所述一个或多个串联谐振器的IDT的指状物之间，其中所述第二厚度小于所述第一厚度并且大于或等于零，并且所有所述多个IDT的交错指状物具有一共同的指状物厚度，该共同的指状物厚度大于或等于所述压电板厚度的0.875倍且小于所述压电板厚度的2.25倍。
其中，所有所述多个IDT的交错指状物基本上为铝。
其中，所有所述多个IDT的交错指状物基本上为铜，并且所述共同的指状物厚度大于或等于所述压电板厚度的0.85倍且小于所述压电板厚度的1.42倍。
其中，所述压电板的厚度大于或等于300nm且小于或等于500nm。
其中，所有所述多个IDT的交错指状物的各自间距大于或等于所述压电板厚度的6倍且小于或等于所述压电板厚度的12.5倍。
其中，所有所述多个IDT的各个孔径均大于或等于20微米且小于或等于60微米。
其中，由所有所述多个IDT激发的各个主声模的声能流的方向与所述隔膜的正面和背面基本正交。
其中，所述一个或多个隔膜中的每个隔膜与所述压电板在所述相应空腔的周边的至少50％周围邻接。
其中，所述第一厚度小于或等于所述压电板厚度的0.25倍。
附图说明
图1包括横向激励薄膜体声波谐振器(XBAR)的示意性平面图和两个示意性截面图。
图2是图1的XBAR的局部放大示意性截面图。
图3A是图1的XBAR的替代示意性截面图。
图3B是图1的XBAR的另一替代示意性截面图。
图3C是XBAR的替代示意性平面图。
图4是说明XBAR中的主声模的图。
图5是在梯形电路中使用声学谐振器的带通滤波器的示意电路图。
图6是示出压电隔膜厚度与XBAR的谐振频率的关系的图。
图7是示出XBAR的耦合因数Gamma(Γ)和IDT间距之间关系的曲线图。
图8是示出电容等于1皮法的XBAR谐振器的尺寸的图。
图9是示出IDT指状物间距与XBAR的谐振频率和反谐振频率之间的关系的图，其中介电层厚度作为一个参数。
图10是比较具有不同IDT金属厚度的三个模拟XBAR的导纳的图。
图11是说明IDT指状物宽度对XBAR中的寄生谐振的影响的图。
图12是识别用于没有前介电层的XBAR的铝IDT厚度和IDT间距的优选组合的图。
图13是识别XBAR的铝IDT厚度和IDT间距的优选组合的图，其中前介电层厚度等于XBAR隔膜厚度的0.25倍。
图14是识别对于没有前介电层的XBAR的铜IDT厚度和IDT间距的优选组合的图。
图15是识别XBAR的铜IDT厚度和IDT间距的优选组合的图，其中前介电层厚度等于XBAR隔膜厚度的0.25倍。
图16是识别用于300nm、400nm和500nm隔膜厚度的没有前介电层的XBAR的铝IDT厚度和IDT间距的优选组合的图。
图17是图1的XBAR 100的局部详细截面图。
图18是使用XBAR的示例性高功率带通滤波器的示意性电路图。
图19是图18的滤波器的布局。
图20是图18和图19的滤波器的测量的S参数S11和S21与频率关系的图。
图21是图18和图19的滤波器在较宽频率范围内测得的S-参数S11和S21与频率关系的图。
在整个说明书中，附图中出现的元件分配有三位数或四位数附图标记，其中两个最低有效位是该元件特有的，而一个或两个最高有效位是首先示出元件的图号。可以假定未结合附图描述的元件具有与具有相同附图标记的先前描述的元件相同的特性和功能。
具体实施方式
器件说明
图1示出了横向激励薄膜体声谐振器(XBAR)100的简化示意性俯视图和正交截面图。诸如谐振器100的XBAR谐振器可用于各种RF滤波器，RF滤波器包括带阻滤波器、带通滤波器、双工器和多路复用器。XBAR特别适用于频率高于3GHz的通信频段的滤波器。
XBAR 100由在压电板110的表面上形成的薄膜导体图案组成，所述压电板具有分别平行的正面112和背面114。压电板是压电材料制成的薄单晶层，所述压电材料例如有铌酸锂、钽酸锂、硅酸镧镓、氮化镓或氮化铝。压电板切割成使得相对于正面和背面的X、Y和Z晶轴的取向是已知的且一致的。在本专利提出的示例中，压电板是Z切割的，也就是说，Z轴与正面和背面112、114垂直。然而，XBAR可以在具有其他晶体取向的压电板上制造。
压电板110的背面114附接到衬底120的表面上，除了一部分的压电板110未附接到衬底120的表面上，其中这部分的压电板110形成了隔膜115，隔膜115跨越衬底中形成的空腔140。压电板110的跨越空腔的部分在本文中称为“隔膜”115，这是因为这部分在物理上与麦克风的隔膜相似。如图1所示，隔膜115在空腔140的整个周边145周围与压电板110的其余部分邻接。在这种情况下，“邻接”是指“连续连接，中间没有任何其他物品”。在其他配置中，隔膜115可以在空腔140的周边145的至少50％周围与压电板邻接。
衬底120为压电板110提供机械支撑。衬底120可以是，例如硅、蓝宝石、石英，或一些其它材料，或这些材料的组合。可以使用晶圆键合工艺将压电板110的背面114附接到衬底120。或者，压电板110在衬底120上生长，或者以其它一些方式附着到衬底。压电板110可以直接附接到衬底，或者可以经由一个或多个中间材料层(未在图1中示出)附接到衬底120。
“空腔”的常规含义是“固体内的空的空间”。空腔140可以是完全穿过衬底120的孔(如A-A和B-B截面所示)，或者可以是隔膜115下方的衬底120中的凹槽。例如，可以在将压电板110附接到衬底120之前或之后，通过对衬底120进行选择性蚀刻来形成空腔140。
XBAR100的导体图案包括叉指换能器(IDT)130。IDT130包括第一多个平行指状物，例如指状物136，和第二多个指状物，其中第一多个平行指状物从第一母线132延伸，第二多个指状物从第二母线134延伸。第一和第二多个平行指状物交错。交错的指状物重叠一段距离AP，其通常称为IDT的“孔径”。IDT130的最外处的指状物之间的中心到中心距离L是IDT的“长度”。
第一和第二母线132、134用作XBAR 100的端子。在IDT 130的两个母线132、134之间施加的射频或微波信号激发压电板110内的主声学模。如接下来将详细讨论的，主声学模是体剪切模，其中声能在基本垂直于压电板110表面的方向上传播，该方向也与IDT指状物所产生的电场方向垂直或横向。因此，XBAR视为横向激励薄膜体波谐振器。
IDT 130放置在压电板110上，使得至少IDT 130的指状物设置在压电板的部分115上，该部分115跨过或悬挂在空腔140上。如图1所示，空腔140呈矩形，该矩形的大小为大于孔径AP和IDT 130的长度L。XBAR的空腔可以具有不同的形状，例如规则或不规则的多边形。XBAR的空腔可以具有多于或少于四个侧面，这些侧面可以是直的或弯曲的。
为了便于在图1中示出，相对于XBAR的长度(尺寸L)和孔径(尺寸AP)，IDT指状物的几何间距和宽度被大大放大。典型的XBAR在IDT 110中具有十个以上的平行指状物。一个XBAR在IDT 110中可能具有数百个，可能数千个平行指状物。类似地，横截面图中，指状物的厚度被大大放大。
图2示出了XBAR 100的详细示意性截面图。压电板110是厚度为ts的压电材料的单晶层。ts例如可以是100nm至1500nm。当用于从3.4GHZ到6GHz的LTE频段(例如频段42、43、46)的滤波器中时，厚度ts可以例如介于200nm和1000nm之间。
正面介电层214可以可选地在压电板110的正面上形成。根据定义，XBAR的“正面”是背离衬底的表面。正面介电层214具有厚度tfd。正面介电层214可以仅形成在IDT指状物(例如IDT指状物238b)之间，或者可以沉积为覆盖层，使得介电层在IDT指状物(例如IDT指状物238a)之间和上方形成。正面介电层214可为非压电介电材料，例如二氧化硅或氮化硅。tfd可以是例如0到500nm。tfd通常小于压电板的厚度ts。正面介电层214可以由两种或更多种材料的多层形成。
IDT指状物238可以是铝、铝合金、铜、铜合金、铍、金、钨、钼，或某些其他导电材料。如果IDT指状物由铝或包含至少50％的铝的合金制成，则可认为IDT指状物“基本上为铝”。如果IDT指状物由铜或包含至少50％铜的合金制成，则可认为IDT指状物“基本上为铜”。可以在指状物的下方和/或上方形成其他金属(例如铬或钛)的薄(相对于导体的总厚度)层或其他金属薄层作为指状物内的层，以改善指状物与压电板110之间的粘附力和/或钝化或封装指状物和/或改善功率处理。IDT的母线(图1中的132、134)可以由与指状物相同或不同的材料制成。
尺寸p是IDT指状物的中心到中心的间隔或“间距”，可以称为IDT的间距和/或XBAR的间距。尺寸w是IDT指状物的宽度或“标记”。XBAR的IDT的几何结构与表面声波(SAW)谐振器中使用的IDT明显不同。在SAW谐振器中，IDT的间距是谐振频率下声波波长的一半。另外，SAW谐振器IDT的标记间距比通常接近0.5(即，标记或指状物的宽度约为谐振时声波波长的四分之一)。在XBAR中，IDT的间距p通常为指状物宽度w的2至20倍。另外，IDT的间距p通常是压电板212的厚度ts的2至20倍。XBAR中的IDT指状物的宽度不被限制为约为谐振时的声波波长的四分之一。例如，XBAR IDT指状物的宽度可以为500nm或更大，从而通过使用光刻技术轻松制造出IDT。IDT指状物的厚度tm可以从100nm到大约等于宽度w。IDT的母线(图1中的132、134)的厚度可以等于或大于IDT指状物tm的厚度。
图3A和图3B示出了沿图1中定义的截面A-A的两个替代截面图。在图3A所示，压电板310附接到衬底320。压电板310的一部分形成跨越衬底中的空腔340的隔膜315。空腔340没有完全穿透衬底320。IDT的指状物设置在隔膜315上。例如可以在附接压电板310之前通过蚀刻衬底320来形成空腔340。或者，可以用选择性蚀刻剂蚀刻衬底320的方式来形成空腔340，其中所述选择性蚀刻剂通过设置在压电板310中的一个或多个开口(未示出)到达衬底。在这种情况下，隔膜315可以绕空腔340的周边345的大部分与压电板310的其余部分邻接。例如，隔膜315可绕空腔340的周边345的至少50％与压电板310的其余部分邻接。中间层(未示出)，例如介电粘合层，可位于压电板340和衬底320之间。
在图3B中，衬底320包括基底322和设置在压电板310和基底322之间的中间层324。例如，基底322可以是硅，中间层324可以是二氧化硅或氮化硅或一些其他材料。压电板310的一部分形成跨越中间层324中的空腔340的隔膜315。IDT指状物设置在隔膜315上。例如可以在附接压电板310之前通过蚀刻中间层324来形成空腔340。或者，可以用选择性蚀刻剂蚀刻中间层324的方式来形成空腔340，其中所述选择性蚀刻剂通过设置在压电板310中的一个或多个开口到达衬底。在这种情况下，隔膜315可以绕空腔340的周边345的大部分与压电板310的其余部分邻接。如图3C所示，例如，隔膜315可绕空腔340的周边345的至少50％与压电板310的其余部分邻接。虽然图3B中未示出，但是在中间层324中形成的空腔可延伸入基底322中。
图3C是另一个XBAR 350的示意性平面图。XBAR 350包括在压电板310上形成的IDT。压电板310的一部分形成隔膜，该隔膜跨越衬底中的空腔。在该示例中，空腔的周边345具有不规则的多边形，使得空腔的边缘都不平行，也不平行于IDT的导体。空腔可以具有不同的形状，具有直的或弯曲的边缘。
图4是XBAR中感兴趣的主声模的图解说明。图4示出了XBAR 400的一小部分，其包括压电板410和三个交错的IDT指状物430，这三个交错的IDT指状物的电极性一个又一个地交替。RF电压施加到交错的指状物430上。该电压在指状物之间产生随时间变化的电场。电场的方向主要是横向的，或与压电板410的表面平行，如标记为“电场”的箭头所示。由于压电板的高介电常数，射频电能相对于空气高度集中在板内。横向电场引入剪切变形，该剪切变形强烈耦合到压电板410中的剪切主声模(在由压电板的两个表面之间的体积形成的声腔定义的谐振频率下)。在这种情况下，“剪切变形”定义为材料中的平行平面主要保持平行并在相对于彼此平移(在它们各自的平面内)时保持恒定分离的变形。“剪切声模”定义为介质中导致介质剪切变形的声振动模式。XBAR 400中的剪切变形由曲线460表示，相邻的小箭头示意性地指示了在谐振频率下原子运动的方向和相对幅度。为了便于观察，原子运动的程度，以及压电板410的厚度被大大夸大了。虽然原子运动主要是横向的(即，如图4所示的水平方向)，但如箭头465所示，激发的主声模的声能流方向与压电板的表面基本正交。
如图4所示，紧接在IDT指状物430下方的位置基本上没有RF电场，因此在指状物下方的区域470中声模仅被最小程度地激发。在这些区域中可能存在逐渐消失的声学运动。由于在IDT指状物430下不激发声学振动，因此耦合到ID指状物430的声能对于主声模而言较低(例如与SAW谐振器中的IDT指状物相比)，这将IDT指状物中的粘性损失降到最低。
基于剪切声波谐振的声波谐振器可以实现比当前最先进的薄膜体声波谐振器(FBAR)和固态安装型谐振器体声波(SMR BAW)器件更好的性能，其中电场沿厚度方向施加。在这类器件中，声模通过原子运动和声能流的方向沿着厚度方向被压缩。另外，与其他声学谐振器相比，剪切波XBAR谐振的压电耦合可能很高(>20％)。高压电耦合能够设计和实现具有可观带宽的微波和毫米波滤波器。
图5是使用五个XBAR X1-X5的带通滤波器500的示意性电路图。滤波器500例如可以是用于通信设备的频段n79带通滤波器。滤波器500具有传统的梯形滤波器结构，包括三个串联谐振器X1、X3、X5和两个并联谐振器X2、X4。三个串联谐振器X1、X3、X5串联连接在第一端口和第二端口之间。在图5中，第一和第二端口分别标记为”In和“Out”。然而，滤波器500是对称的并且任一端口都可以用作滤波器的输入或输出。两个并联谐振器X2、X4从串联谐振器之间的节点接地。所有并联谐振器和串联谐振器都是XBAR。
滤波器500的三个串联谐振器X1、X3、X5和两个并联谐振器X2、X4可以在单个压电材料板530上形成，该压电材料板530粘合至硅衬底(不可见)。每个谐振器包括相应的IDT(未示出)，至少IDT指状物设置在衬底中的空腔上方。在这种和类似的上下文中，术语“各自”的意思是“将事物相互关联”，也就是说，具有一对一的对应关系。在图5中，空腔被示意性地示为虚线矩形(例如矩形535)。在该示例中，每个谐振器的IDT设置在相应的空腔上。在其他滤波器中，两个或更多个谐振器的IDT可以设置在一个共同的空腔上。谐振器也可以级联成多个IDT，这些IDT可以在多个空腔上形成。
谐振器X1至X5中的每一个具有谐振频率和反谐振频率。简单来说，每个谐振器在其谐振频率下实际上是短路，而在其反谐振频率下实际上是开路。每个谐振器X1到X5产生一个“传输零点”，其中滤波器的输入和输出端口之间的传输非常低。请注意，由于寄生组件的能量泄漏和其他影响，“传输零点”处的传输实际上并不为零。三个串联谐振器X1、X3、X5在它们各自的反谐振频率下产生传输零点(其中每个谐振器实际上是一个开路)。两个并联谐振器X2、X4在它们各自的谐振频率下产生传输零点(其中每个谐振器实际上是短路)。在使用声谐振器的典型带通滤波器中，串联谐振器的反谐振频率高于通带，而并联谐振器的谐振频率低于通带。
用于诸如蜂窝电话的通信设备中的带通滤波器必须满足各种要求。首先，根据定义，带通滤波器必须通过或以可接受的损耗传输定义的通带。通常，用于通信设备中的带通滤波器还必须阻止或基本衰减一个或多个阻带。例如，n79频段带通滤波器通常需要通过从4400MHz到5000MHz的n79频段，并阻止5GHz WiFiTM频带和/或从3300MHz到4200MHz的n77频段。为了满足这些要求，使用梯形电路的滤波器需要反谐振频率约为或高于5100MHz的串联谐振器，以及谐振频率约为或低于4300MHz的并联谐振器。
XBAR的谐振和反谐振频率强烈依赖于压电膜(图1中的115)的厚度ts。图6是XBAR的谐振频率与压电隔膜厚度关系的图600。在这个示例中，压电隔膜是z切割铌酸锂。对于IDT间距等于3微米的XBAR，实线610是谐振频率随压电板厚度倒数变化的图。该图基于使用有限元方法模拟XBAR的结果。谐振频率大致与压电板厚度的倒数成正比。
XBAR的谐振和反谐振频率还取决于IDT的间距(图2中的尺寸p)。此外，决定了谐振频率和反谐振频率之间的间隔的XBAR的机电耦合取决于间距。图7是随归一化间距的变化的伽马(Γ)的图，即IDT间距p除以隔膜厚度ts。伽马是由以下等式定义的度量：
Figure GDA0003560461580000111
其中Fa是反谐振频率，Fr是谐振频率。较大的伽马值对应于谐振频率和反谐振频率之间的较小间隔。低伽马值表示强耦合，这对宽带梯形滤波器有好处。
在该示例中，压电隔膜是z切割铌酸锂，并且给出了300nm、400nm和500nm的隔膜厚度的数据。在所有情况下，IDT都是铝，厚度为隔膜厚度的25％，IDT指状物的占空因数(即宽度w与间距p的比值)为0.14，并且没有介电层。“+”符号、圆圈和“x”符号分别代表300nm、400nm和500nm的隔膜厚度。异常数据点，例如相对IDT间距大约4.5和大约8的数据点，是由杂散模式与主声模相互作用并改变表观伽马引起的。伽马和IDT间距之间的关系相对独立于隔膜厚度，并且随着相对间距的增加大致渐近到Γ＝3.5。
对用于通信设备中的带通滤波器的另一个典型要求是滤波器的输入和输出阻抗必须至少在滤波器的通带上匹配滤波器连接到其上的通信设备的其他元件(例如，发射器、接收器和/或天线)的阻抗，以实现最大功率传输。通常，带通滤波器的输入和输出阻抗需要在容差内匹配50欧姆的阻抗，容差可以表示为例如最大回波损耗或最大电压驻波比。必要时，可以在带通滤波器的输入和/或输出处使用包括一个或多个电抗组件的阻抗匹配网络。这种阻抗匹配网络增加了滤波器的复杂性、成本和插入损耗，因此是不可取的。为了在不使用附加阻抗匹配组件的情况下匹配5GHz频率下的50欧姆阻抗，带通滤波器中至少并联谐振器的电容需要在大约0.5皮法(pF)到大约1.5皮法的范围内。
图8是示出电容等于1皮法的XBAR谐振器的面积和尺寸的图。实线810是当IDT间距为3微米时提供1pF电容所需的IDT长度随IDT孔径的倒数变化的图。虚线820是当IDT间距为5微米时提供1pF电容所需的IDT长度随IDT孔径的倒数变化的图。图8中绘制的数据特定于铌酸锂隔膜厚度为400nm的XBAR器件。
对于任何孔径，IDT间距为5微米情况下提供所需电容所需的IDT长度大于IDT间距为3微米情况下所需的IDT长度。所需的IDT长度大致与IDT间距的变化成正比。使用XBAR的滤波器设计是一些相互冲突的目标之间的折衷体现。如图7所示，较大的IDT间距可能是优选的，以减少伽马并最大化反谐振和谐振频率之间的分离。根据图8可以理解，更小的IDT间距是优选的，以尽量减少IDT面积。这些目标之间的合理折衷是6<p/ts<12.5。将IDT间距p设置为等于或大于隔膜厚度ts的六倍提供了大于1.1的Fa/Fr。将最大IDT间距p设置为隔膜厚度ts的12.5倍是合理的，因为对于较高的相对间距值，Fa/Fr不会明显增加。
如随后将更详细地讨论的，IDT的金属指状物提供用于从XBAR谐振器去除热量的主要机制。增加谐振器的孔径会增加每个IDT指状物的长度以及电阻和热阻。此外，对于给定的IDT电容，增加孔径会减少IDT中所需的指状物数量，这反过来又会成比例地增加流过每个指状物的RF电流。所有这些影响都要求在高功率滤波器的谐振器中使用尽可能小的孔径。
相反，有几个因素主张使用大孔径。首先，XBAR谐振器的总面积包括IDT的面积和母线的面积。母线的面积通常与IDT的长度成正比。对于非常小的孔径而言，IDT母线的面积可能大于交错的IDT指状物占用的面积。此外，一些电能和声能可能会在IDT指状物的末端丢失。随着IDT孔径的减小和指状物总数的增加，这些损耗影响变得更加明显。当IDT孔径减小时，这些损耗可能会随着谐振器Q因数的降低，特别是在反谐振频率下的降低而变得更为明显。
作为相互冲突的目标之间的折衷，谐振器孔径通常将在从20μm到60μm的范围内。
XBAR的谐振和反谐振频率还取决于施加在IDT指状物之间(并且可选地在其上)的正面介电层的厚度(图2中的尺寸tfd)。图9是具有z切铌酸锂压电板厚度ts＝400nm的XBAR谐振器的反谐振频率和谐振频率随IDT指状物间距p的变化的图900，其中正面介电层厚度tfd作为一个参数。实线910和920分别是反谐振和谐振频率随tfd＝0的IDT间距变化的图。虚线912和922分别是反谐振和谐振频率随tfd＝30nm的IDT间距变化的图。点划线914和924分别是反谐振和谐振频率随tfd＝60nm的IDT间距变化的图。点划线916和926分别是反谐振和谐振频率随tfd＝90nm的IDT间距变化的图。频移约为tfd的线性函数。
在图9中，对于正面介电层厚度和IDT间距的任何特定值，谐振频率和反谐振频率之间的差为600至650MHz。与较旧的声学滤波器技术(例如表面声波滤波器)相比，这种差很大。但是，650MHz不足以用于非常宽带的滤波器，例如频段n77和n79所需的带通滤波器。如申请16/230,443中所述，并联谐振器上的正面介电层可能比串联谐振器上的正面介电层厚，以增加并联谐振器的谐振频率和串联谐振器的反谐振频率之间的频率差。
在时域双工(TDD)频带中运行的通信设备在相同频带中发送和接收。发射和接收信号路径都通过连接在天线和收发器之间的公共带通滤波器。在频域双工(FDD)频带中运行的通信设备在不同的频带中发送和接收。发送和接收信号路径通过连接在天线和收发器之间的单独的发送和接收带通滤波器。用于TDD频带的滤波器或用作FDD频带的发射滤波器的滤波器可能会受到30dBm或更高的射频输入功率电平的影响，并且必须避免在功率下损坏。
声波带通滤波器的插入损耗通常不超过几个dB。这种损耗功率的一部分是反射回电源的回波损耗；其余损失的功率在滤波器中消散。LTE频段的典型带通滤波器的表面积为1.0至2.0平方毫米。尽管滤波器的总功耗可能很小，但由于表面积小，功率密度可能很高。此外，声学滤波器中的主要损耗机制是导体图案中的电阻性损耗以及IDT指状物和压电材料中的声学损耗。因此，声学滤波器中的功耗集中在声学谐振器中。为了防止声谐振器中的温度过度升高，由于功耗产生的热量必须通滤波器封装从谐振器传导到滤波器外部的环境中。
在传统的声波滤波器中，例如表面声波(SAW)滤波器和体声波(BAW)滤波器，由声学谐振器中的功耗产生的热量通过滤波器基板和金属电极图案有效地传导到封装。在XBAR器件中，谐振器设置在薄压电膜上，这些压电膜是低效的热导体。XBAR器件中产生的大部分热量必须通过IDT指状物和相关的导体图案从谐振器中移除。
为了最小化功耗和最大化散热，IDT指状物和相关的导体应该由具有低电阻率和高热导率的材料形成。下表列出了同时具有低电阻率和高导热率的金属：
Figure GDA0003560461580000141
银提供最低的电阻率和最高的热导率，但由于缺乏银薄膜的沉积和图案化工艺，因此银并不是IDT导体的可行候选物。适当的工艺可用于铜、金和铝。与铜和金相比，铝提供了用于声学谐振器设备的最成熟的工艺，并且成本可能最低，但它具有更高的电阻率和更低的热导率。作为比较，铌酸锂的热导率约为4W/m-K，或约为铝热导率的2％。铝还具有良好的声衰减特性，有助于最大限度地减少耗散。
通过尽可能地增加指状物的横截面积，可以减小IDT指状物的电阻，并且可以增加IDT指状物的热导率。如结合图4所述，与SAW或A1 N BAW不同，对于XBAR而言，主声模与IDT指状物的耦合很少。更改IDT指状物的宽度和/或厚度对XBAR器件中的主声模的影响最小。对于声学谐振器来说，这是一种非常少见的情况。然而，IDT指状物的几何形状确实对耦合到杂散声模式有重大影响，例如在压电隔膜中横向传播的高阶剪切模式和板模式。
图10是说明IDT指状物厚度对XBAR性能的影响的图表。实线1010是具有IDT指状物的厚度tm＝100nm的XBAR器件的导纳幅度的图。虚线曲线1030是具有IDT指状物的厚度tm＝250nm的XBAR器件的导纳幅度的图。点划线曲线1020是具有IDT指状物的厚度tm＝500nm的XBAR器件的导纳幅度的图。为了可视性，三条曲线1010、1020、1030已经垂直偏移了大约1.5个单位。这三个XBAR器件除了IDT指状物的厚度外其余均是相同的。压电板为400nm厚的铌酸锂，IDT电极为铝，IDT间距为4微米。tm＝100nm和tm＝500nm的XBAR器件具有相似的谐振频率、Q因数和机电耦合。tm＝250nm XBAR器件在接近谐振频率的频率下表现出杂散模式，使得谐振有效地分成两个相隔数百MHz的低Q因数、低导纳峰值。tm＝250nm(曲线1030)的XBAR可能无法用于滤波器器。
图11是说明IDT指状物宽度w可以对XBAR性能产生的影响的图表。实线1110是IDT指状物的宽度w＝0.74微米的XBAR器件的导纳幅度的图。请注意，频率约为4.9GHz的杂散模式谐振，它可能位于包含该谐振器的滤波器的通带内。这种影响可能会导致滤波器通带内的透射率出现不可接受的扰动。虚线曲线1120是IDT指状物的宽度w＝0.86微米的XBAR器件的导纳幅度的图。除了尺寸w外，这两个谐振器是相同的。压电板为400nm厚的铌酸锂，IDT电极为铝，IDT间距为3.25微米。将w从0.74微米更改为0.86微米可抑制杂散模式，而对谐振频率和机电耦合影响很小或没有影响。
鉴于杂散模式频率和幅度对隔膜厚度ts、IDT金属厚度tm、IDT间距p和IDT指状物宽度w的复杂依赖性，发明人使用二维有限元建模对大量假设的XBAR谐振器进行经验评估。对于隔膜厚度ts、IDT指状物厚度tm和IDT间距p的每种组合，针对一系列IDT指状物宽度w值模拟XBAR谐振器。针对w的每个值计算品质因数(FOM)，以估计杂散模式的负面影响。FOM是通过在定义的频率范围内积分杂散模式的负面影响来计算的。FOM和频率范围取决于特定滤波器的要求。频率范围通常包括滤波器的通带并且可以包括一个或多个阻带。发生在每个假设谐振器的谐振频率和反谐振频率之间的杂散模式在FOM中的权重比频率低于谐振或高于反谐振的杂散模式要重。具有低于阈值的最小FOM的假设谐振器被认为是潜在“可用的”，也就是说可能具有足够低的杂散模式以用于滤波器。具有高于阈值的最小成本函数的假设谐振器被认为是不可用的。
图12是示出可提供可用谐振器的IDT间距和IDT指状物厚度的组合的图表1200。此图表基于XBAR的二维模拟，其中铌酸锂隔膜厚度ts＝400nm、铝导体和正面电介质厚度tfd＝0。IDT间距和厚度在阴影区域1210、1215、1220、1230内的XBAR可能具有足够低的杂散效应，以用于滤波器。对于IDT间距和IDT指状物厚度的每种组合，选择IDT指状物的宽度以最小化FOM。黑点1240表示在后面讨论的滤波器器中使用的XBAR。对于大于或等于340nm且小于或等于1000nm的IDT指状物厚度存在可用的谐振器。
如前所述，使用XBAR的宽带宽滤波器可以在并联谐振器上使用比串联谐振器上更厚的正面介电层，以降低并联谐振器相对于串联谐振器的谐振频率。并联谐振器上的正面介电层可能比串联谐振器上的正面介电层厚150nm。为了便于制造，优选在并联和串联谐振器上使用相同的IDT指状物厚度。
图13是另一个图表1300，示出了可以提供可用谐振器的IDT间距和IDT指状物厚度的组合。此图表基于对铌酸锂隔膜厚度＝400nm、铝导体和tfd＝100nm的XBAR的模拟。在阴影区域1310、1320、1330内具有IDT间距和厚度的XBAR可能具有足够低的杂散效应以用于滤波器。对于IDT间距和IDT指状物厚度的每种组合，选择IDT指状物的宽度以最小化FOM。黑点1340代表在随后要讨论的滤波器器中使用的XBAR。对于大于或等于350nm且小于或等于900nm的IDT指状物厚度存在可用的谐振器。
假设滤波器被设计为在串联谐振器上没有正面介电层并且在并联谐振器上具有100nm的正面介电层，图12和图13共同定义了产生可用谐振器的金属厚度和IDT间距的组合。具体来说，图12定义了串联谐振器的金属厚度和IDT间距的可用组合。图13定义了并联谐振器的金属厚度和IDT的可用组合。由于为了便于制造只需要单一的金属厚度，因此图12和图13中定义的范围之间的重叠部分使用正面电介质来偏移串联谐振器的谐振频率以定义滤波器的金属厚度。比较图12和图13，IDT铝厚度在350nm和900nm之间(350nm<tm<900nm)为串联和并联谐振器提供了至少一个可用的间距值。
图14是另一个图表1400，示出了可以提供可用谐振器的IDT间距和IDT指状物厚度的组合。该图表与具有铜，而不具有铝和导体的图12可进行比较。图14基于铌酸锂隔膜厚度＝400nm、铜导体和tfd＝0的XBAR的模拟。在阴影区域1410、1420、1430、1440内具有IDT间距和指状物宽度的XBAR可能具有足够低的杂散效应以在滤波器中使用。对于IDT间距和IDT指状物厚度的每种组合，选择IDT指状物的宽度以最小化FOM。对于大于或等于340nm且小于或等于570nm的IDT指状物厚度以及大于或等于780nm且小于或等于930nm的IDT指状物厚度而言存在可用的谐振器。
图15是另一个图表1500，示出了可以提供可用谐振器的IDT间距和IDT指状物厚度的组合。此图表基于对铌酸锂隔膜厚度＝400nm、铜导体和tfd＝100nm的XBAR的模拟。在阴影区域1610、1620内具有IDT间距和指状物厚度的XBAR可能具有足够低的杂散效应以用于滤波器。对于IDT间距和IDT指状物厚度的每种组合，选择IDT指状物的宽度以最小化成本函数。IDT指状物厚度大于或等于340nm且小于或等于770nm。
假设滤波器设计为在串联谐振器上没有正面介电层，而在并联谐振器上有100nm的正面介电层，图14和图15共同定义了产生可用谐振器的金属厚度和IDT间距的组合。具体来说，图14定义了串联谐振器的金属厚度和IDT间距的有用组合，图15定义了并联谐振器的金属厚度和IDT间距的有用组合。由于为了便于制造只需要单一的金属厚度，因此图14和图15中定义的范围之间的重叠使用正面电介质来偏移串联谐振器的谐振频率以定义滤波器的金属厚度。比较图14和图15，340nm和570nm之间的IDT铜厚度为串联和并联谐振器提供了至少一个可用的间距值。
可以为正面电介质厚度，以及其他导体材料，例如金的其它值准备类似于图12，图13，图14和图15的图表。
图16是示出IDT间距和IDT指状物厚度的组合的图表1600，其可以在不同厚度的隔膜上提供可用的谐振器。阴影区域1610、1615、1620定义了用于500nm隔膜厚度的IDT间距和铝IDT厚度的可用组合。实线，例如线1630包围的区域，定义了用于400nm的隔膜厚度的IDT间距和铝IDT厚度的可用组合。实线是图12的阴影区域1210、1215和1220的边界。由虚线，例如线1640，包围的区域，定义了用于300nm隔膜厚度的IDT间距和铝IDT厚度的可用组合。
尽管导致500nm隔膜(阴影区域1610、1615、1620)、400nm隔膜(由实线包围的区域)和300nm隔膜(由虚线包围的区域)上的可用谐振器的IDT厚度和间距的组合不相同，但相同的总体趋势很明显。对于300、400和500nm的隔膜厚度，可用的谐振器可以用小于隔膜厚度约0.375倍的IDT金属厚度制成。此外，对于300、400和500nm的隔膜厚度，可用的谐振器可以用大于隔膜厚度的约0.85倍和至少1.5倍隔膜厚度的IDT铝制成。尽管图16中未示出，据悉从图12至图15中得出的结论可用隔膜厚度进行缩放。对于铝IDT导体，提供有用谐振器的IDT厚度范围由公式0.85<tm/ts<2.5给出。对于使用正面电介质来改变并联谐振器的谐振频率的滤波器，提供有用谐振器的铝IDT厚度范围由公式0.875<tm/ts<2.25给出。对于铜IDT导体，提供有用谐振器的IDT厚度范围由公式0.85<tm/ts<1.42或公式1.95<tm/ts<2.325给出。对于使用正面电介质来改变并联谐振器的谐振频率的滤波器，提供有用谐振器的铝IDT厚度范围由公式0.85<tm/ts<1.42给出。
实验结果表明薄IDT指状物(即tm/ts<0.375)不能将热量充分地传输出谐振器区域，并且具有如此薄IDT指状物的IDT不适合大功率应用。厚IDT导体(即tm/ts>0.85)极大改善了热传输。实验结果表明，使用具有500nm铝IDT指状物和400nm隔膜厚度(tm/ts＝1.25)的XBAR谐振器的滤波器可以在滤波器通带的上边缘(通常为频率在滤波器通带内具有最高的功耗)容许31dBm CW(连续波)RF功率输入。
除了具有高热导率、大截面、IDT指状物和合理的小孔径之外，XBAR滤波器器的各种元件可以被配置为使隔膜与滤波器封装外部环境之间的热流最大化。图17是XBAR的局部截面图(细节D如图1中所定义)。压电板110是压电材料的单晶层。压电板110的背面接合到衬底120。介电粘合层1730可以存在于压电板110和衬底120之间以促进使用圆晶键合工艺键合压电板和衬底。粘合层通常可以是SiO2。压电板110的一部分形成跨越衬底120中的空腔140的隔膜。
IDT(图1中的130)在压电板110的正面形成。IDT包括两条母线，其中只有母线134在图17中示出，以及多个交错的平行指状物，例如指状物136，它们从母线延伸到压电板110的一部分上，这部分形成跨越空腔140的隔膜。导体1720从母线134延伸以将XBAR连接到滤波电路的其他元件。导体1720可以覆盖有第二导体层1725。第二导体层可以提供增加的电导率和热导率。第二导体层1725可用于降低XBAR 100与滤波电路的其他元件之间的连接的电阻。第二导体层可以是与IDT 130相同或不同的材料。例如，第二导体层1725也可以用于形成焊盘，以在XBAR芯片与XBAR外部电路之间进行电连接。第二导体层1725可以具有延伸到母线134上的部分1710。
如前所述，IDT的金属导体(以及存在的第二导体层)提供了用于从XBAR器件中去除热量的主要机制，如粗体虚线箭头1750、1760、1770所示。XBAR器件中产生热量沿IDT(箭头1750)传导至母线。一部分热量通过导体层1720、1725(箭头1760)传导离开母线。另一部分热量可以从母线穿过压电板110和介电层1730以通过衬底120传导离开(箭头1770)。
为了促进从导体到衬底的热传递，母线的至少部分从隔膜延伸到压电板110的粘合到基板120的部分上。这允许由XBAR器件中的声学和电阻损耗产生的热量流经IDT的平行指状物到母线，然后通过压电板流到衬底120。例如，在图3中，尺寸wbb是母线134的宽度，尺寸wol是母线134的与衬底120重叠的部分的宽度。wol可以是wbb的至少50％。母线可以延伸离开隔膜并且沿着IDT的整个长度(即，垂直于图3的平面的方向)与衬底120重叠。
为了进一步促进从导体到衬底的热传递，可以最小化粘合层1730的厚度。目前，市售的键合晶片(即铌酸锂或钽酸锂薄膜键合到硅晶片的晶片)具有厚度为2微米的中间SiO2键合层。鉴于SiO2的导热性差，优选将键合层的厚度减小到100nm或更小。
从滤波器器器件到外界的热流的主要路径是通过提供到滤波器器的电连接的导电凸块。热量从滤波器的导体和衬底通过导电凸块流向电路板或其他充当滤波器的散热器的结构。导电凸块的位置和数量将对滤波器内的温升产生显著影响。例如，具有最高功耗的谐振器可以位于靠近导电凸块的位置。具有高功耗的谐振器可以尽可能地彼此分离。可以提供额外的导电凸块，这些额外的导电凸块不需要与滤波器的电连接，以改善从滤波器到散热器的热流。
图18是用于频段n79的示例性高功率XBAR带通滤波器的示意图。带通滤波器1800的电路是一个五个谐振梯形滤波器，类似于图5的梯形滤波器。串联谐振器X1和X5分别分成并联连接的两部分(分别为X1A/B和X5A/B)。并联谐振器X2和X4分别被分成四个并联连接的部分(分别为X2A/B/C/D和X4A/B/C/D)。将谐振器分成两个或四个部分有利于减少每个隔膜的长度。减小隔膜长度对于增加隔膜的机械强度是有效的。
图19示出了带通滤波器1800的示例性布局1900。在该示例中，谐振器围绕中心轴1910对称布置。信号路径通常沿着中心轴1910流动。谐振器的对称布置减少了滤波器元件之间的不希望的耦合，并提高阻带抑制。每个谐振器的长度布置在垂直于中心轴的方向上。串联谐振器X1A-B和X5A-B的两部分沿垂直于中心轴的方向排列成一列。这些谐振器将分成以相同方式布置的两个以上的部分。串联谐振器X3不能分成两个或更多个部分。并联谐振器分为四个部分X2A-D和X4A-D，这些部分成对设置在中心轴1910的任一侧。以这种方式定位并联谐振器段将使每个谐振器部分的中心与器件顶部和底部的宽接地导体(如图19所示)之间的距离缩短到最小。缩短该距离有助于去除并联谐振器段中的热量。并联谐振器可以分成偶数个部分，可以是两个、四个(如图所示)或多于四个。在任何情况下，一半的部分位于中心轴1910的任一侧。在其他滤波器中，输入端口IN和输出端口OUT也可以沿着中心轴1910设置。
图20是示出带通滤波器1800的测量性能的图表2000。XBAR在Z-切割铌酸锂板上形成。铌酸锂板的厚度ts为400nm。衬底是硅，IDT导体是铝，正面电介质(如果存在)是SiO2。IDT指状物的厚度tm为500nm，因此tm/ts＝1.25。下表提供了谐振器的其他物理参数(所有尺寸均以微米为单位；p＝IDT间距，w＝IDT指状物宽度，AP＝孔径，L＝长度，tfd＝正面介电层厚度)：
Figure GDA0003560461580000201
*2段中的每一个
**E4段中的每一个
串联谐振器对应于图12中的实心圆1240，并联谐振器对应于图13中的实心圆1340。
在图20中，实线2010是作为频率函数的滤波器的输入-输出传递函数S(1,2)的图。虚线2020是S(1,1)的图，它是输入端口处的反射，作为频率的函数。垂直点划线将从4.4到5.0GHz的N79频段和从5.17GHz到5.835GHz的5GHz Wi-Fi频段分隔。图2010,2020均基于具有50欧姆阻抗的晶圆探针测量值。
图21是示出频段N79带通滤波器1800在较宽频率范围上的测量性能的图表2100。在图21中，实线2110是作为频率函数的滤波器的输入-输出传递函数S(1，2)的图。虚线2120是作为频率函数的S(1,1)的图，S(1,1)是输入端口处的反射。两个图2110、2120均基于针对50欧姆阻抗校正的圆晶探针测量。
结束语
在整个说明书中，所示的实施方式和实施例应被认为是示例，而不是对所公开或要求的设备和过程的限制。尽管本文提供的许多示例涉及方法动作或系统元素的特定组合，但应当理解，可以以其他方式组合那些动作和那些元素以实现相同的目标。关于流程图，可以采取额外的步骤和更少的步骤，并且可以组合或进一步细化所示的步骤以实现本文所述的方法。仅结合一个实施例讨论的动作、要素和特征不旨在排除其在其他实施例中的相似作用。
如本文所用，“多个”是指两个或更多个。如本文所用，“一组”项目可以包括一个或多个这样的项目。如本文所用，无论在书面具体实施方式中还是在权利要求中，术语“包括”，“包含”，“携带”，“具有”，“含有”，“涉及”等应被理解为开放式的，即，指的是包括但不限于。相对于权利要求，仅过渡短语“由…组成”和“基本上由…组成”是封闭式或半封闭式的过渡短语。权利要求中用到的序数词，例如“第一”、“第二”、“第三”等是用来修饰权利要求元素，这本身不表示一个权利要求元素相较于另一个权利要求元素的优先权，或顺序，或执行方法动作的先后顺序，而只是用于区分具有相同名称的一个权利要求元素与另一个具有相同名称的元素(但是有用到序数词)，从而区分权利要求元素。如本文所用，“和/或”是指所列项目是替代方案，但是替代方案也包括所列项目的任何组合。

Claims (32)

1.一种声学谐振器器件，包括：
一衬底，包括基底和具有表面的中间层；
一单晶压电板，除了所述压电板的形成隔膜的部分外，所述压电板附接到所述衬底的所述中间层的表面，所述隔膜跨越所述衬底的所述中间层中的空腔；以及
一叉指换能器IDT，设置在所述单晶压电板的表面上，使得所述IDT的交错指状物设置在所述隔膜上，所述压电板和IDT被配置为使得施加到IDT的射频信号激发所述隔膜中的剪切主声模，其中
所述IDT的交错指状物的厚度大于或等于所述压电板厚度的0.85倍且小于或等于所述压电板厚度的2.5倍。
2.根据权利要求1所述的声学谐振器器件，其特征在于，
所述IDT的交错指状物基本上为铝，其中“基本上为铝”是指由铝或包含至少50％的铝的合金制成。
3.根据权利要求2所述的声学谐振器器件，其特征在于，还包括：
一介电层，在所述IDT的指状物之上和之间，所述介电层的厚度大于零且小于或等于所述压电板厚度的0.25倍，
其中，所述IDT的交错指状物的厚度大于或等于所述压电板厚度的0.875倍且小于或等于所述压电板厚度的2.25倍。
4.根据权利要求1所述的声学谐振器器件，其特征在于，
所述IDT的交错指状物基本上为铜，其中“基本上为铜”是指由铜或包含至少50％铜的合金制成，并且
所述IDT的交错指状物的厚度在：
大于或等于所述压电板厚度的0.85倍且小于所述压电板厚度的1.42倍的范围内，或
大于等于所述压电板厚度的1.95倍且小于所述压电板厚度的2.325倍的范围内。
5.根据权利要求4所述的声学谐振器器件，其特征在于，还包括：
一介电层，在所述IDT的指状物之上和之间，所述介电层的厚度大于零且小于或等于100nm，
其中，所述IDT的交错指状物的厚度在大于或等于所述压电板厚度的0.85倍且小于或等于所述压电板厚度的1.42倍的范围内。
6.根据权利要求1所述的声学谐振器器件，其特征在于，
所述压电板的厚度大于或等于300nm且小于或等于500nm。
7.根据权利要求1所述的声学谐振器器件，其特征在于，
所述IDT的交错指状物的间距大于或等于所述压电板厚度的6倍且小于或等于所述压电板厚度的12.5倍。
8.根据权利要求1所述的声学谐振器器件，其特征在于，
所述IDT的孔径大于或等于20微米且小于或等于60微米。
9.根据权利要求1所述的声学谐振器器件，其特征在于，
所述主声模的声能流的方向与所述隔膜的正面和背面垂直。
10.根据权利要求1所述的声学谐振器器件，其特征在于，
所述隔膜在所述空腔周边的至少50％周围与所述压电板邻接。
11.根据权利要求1所述的声学谐振器器件，其特征在于，
所述中间层是二氧化硅或氮化硅中的至少一种。
12.一种滤波器装置，包括：
一衬底，包括基底和中间层；
一单晶压电板，附接到所述衬底的所述中间层的表面，使得所述单晶压电板的部分形成一个或多个隔膜，该一个或多个隔膜跨越所述衬底的所述中间层中的相应空腔；和
一导体图案，在所述单晶压电板的表面上形成，所述导体图案包括相应多个声学谐振器的多个叉指换能器IDT，所述多个IDT中的每一个的交错指状物布置在所述一个或多个隔膜的一个隔膜上，所述压电板和所有IDT被配置为使得施加到每个IDT的相应射频信号激发相应隔膜中的相应剪切主声模，其中所有多个IDT的交错指状物具有共同的指状物厚度，该共同的指状物厚度大于或等于所述压电板厚度的0.85倍且小于或等于所述压电板厚度的2.5倍。
13.根据权利要求12所述的滤波器装置，其特征在于，
所有所述多个IDT的交错指状物基本上为铝，其中“基本上为铝”是指由铝或包含至少50％的铝的合金制成。
14.根据权利要求13所述的滤波器装置，其特征在于，还包括：
一介电层，在所述多个IDT中的至少一个的指状物之上和之间，所述介电层的厚度大于零且小于或等于所述压电板厚度的0.25倍，
其中，所述共同的指状物厚度大于或等于所述压电板厚度的0.875倍且小于或等于所述压电板厚度的2.25倍。
15.根据权利要求12所述的滤波器装置，其特征在于，
所有所述多个IDT的交错指状物基本上为铜，其中“基本上为铜”是指由铜或包含至少50％铜的合金制成，并且
所述共同的指状物厚度大于等于所述压电板厚度的0.85倍，且小于所述压电板厚度的1.42倍。
16.根据权利要求15所述的滤波器装置，其特征在于，还包括：
一介电层，在所述多个IDT中的至少一个的指状物之上和之间，所述介电层的厚度大于零且小于或等于所述压电板厚度的0.25倍。
17.根据权利要求12所述的滤波器装置，其特征在于，
所述压电板的厚度大于或等于300nm且小于或等于500nm。
18.根据权利要求12所述的滤波器装置，其特征在于，
所有所述多个IDT的交错指状物的各自间距大于或等于所述压电板厚度的6倍且小于或等于所述压电板厚度的12.5倍。
19.根据权利要求12所述的滤波器装置，其特征在于，
所有所述多个IDT的各个孔径均大于或等于20微米且小于或等于60微米。
20.根据权利要求12所述的滤波器装置，其特征在于，
由所有所述IDT激发的各个主声模的声能流方向与所述隔膜的正面和背面垂直。
21.根据权利要求12所述的滤波器装置，其特征在于，
所述一个或多个隔膜中的每个隔膜与所述压电板在相应空腔的周边的至少50％周围邻接。
22.根据权利要求12所述的滤波器装置，其特征在于，
所述中间层是二氧化硅或氮化硅中的至少一种。
23.一种滤波器装置，包括：
一衬底，包括基底和中间层；
一单晶压电板，附接到所述衬底的所述中间层的表面，使得所述单晶压电板的部分形成一个或多个隔膜，该一个或多个隔膜跨越所述衬底的所述中间层中的相应空腔；和
一导体图案，在所述单晶压电板的表面上形成，所述导体图案包括相应多个声学谐振器的多个叉指换能器IDT，所述多个IDT中的每一个的交错指状物布置在所述一个或多个隔膜的一个隔膜上，所述多个谐振器包括一个或多个并联谐振器和一个或多个串联谐振器；
一第一介电层，具有第一厚度，在所述一个或多个并联谐振器的IDT的指状物之上和之间；和
一第二介电层，具有第二厚度，在所述一个或多个串联谐振器的IDT的指状物之上和之间，其中
所述第二厚度小于所述第一厚度并且大于或等于零，并且
所有所述多个IDT的交错指状物具有一共同的指状物厚度，该共同的指状物厚度大于或等于所述压电板厚度的0.875倍且小于所述压电板厚度的2.25倍。
24.根据权利要求23所述的滤波器装置，其特征在于，
所有所述多个IDT的交错指状物基本上为铝，其中“基本上为铝”是指由铝或包含至少50％的铝的合金制成。
25.根据权利要求23所述的滤波器装置，其特征在于，
所有所述多个IDT的交错指状物基本上为铜，其中“基本上为铜”是指由铜或包含至少50％铜的合金制成，并且
所述共同的指状物厚度大于或等于所述压电板厚度的0.85倍且小于所述压电板厚度的1.42倍。
26.根据权利要求23所述的滤波器装置，其特征在于，
所述压电板的厚度大于或等于300nm且小于或等于500nm。
27.根据权利要求23所述的滤波器装置，其特征在于，
所有所述多个IDT的交错指状物的各自间距大于或等于所述压电板厚度的6倍且小于或等于所述压电板厚度的12.5倍。
28.根据权利要求23所述的滤波器装置，其特征在于，
所有所述多个IDT的各个孔径均大于或等于20微米且小于或等于60微米。
29.根据权利要求23所述的滤波器装置，其特征在于，
由所有所述多个IDT激发的各个主声模的声能流的方向与所述隔膜的正面和背面正交。
30.根据权利要求23所述的滤波器装置，其特征在于，
所述一个或多个隔膜中的每个隔膜与所述压电板在所述相应空腔的周边的至少50％周围邻接。
31.根据权利要求23所述的滤波器装置，其特征在于，
所述第一厚度小于或等于所述压电板厚度的0.25倍。
32.根据权利要求23所述的滤波器装置，其特征在于，
所述中间层是二氧化硅或氮化硅中的至少一种。
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