CN115549639B - 一种声波滤波器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及微电子技术领域，本发明公开了一种声波滤波器。该声波滤波器包括连接的串联谐振器和并联谐振器；该串联谐振器用于在电场激发下产生第一目标模式和第一杂散模式；该并联谐振器用于在电场激发下产生第二目标模式和第二杂散模式；该第一目标模式的谐振峰与该第二目标模式的谐振峰存在预设距离；该串联谐振器的第一杂散模式的谐振频率大于该并联谐振器的第二杂散模式的谐振频率，该第一杂散模式的谐振峰与该第二杂散模式的谐振峰的重叠率为35％～100％；或者，该串联谐振器的第一杂散模式的谐振频率小于等于该并联谐振器的第二杂散模式的谐振频率，即可实现消除或大幅减弱该滤波器中杂散波。

Description

一种声波滤波器
技术领域
本发明涉及微电子技术领域，特别涉及一种声波滤波器。
背景技术
现代通讯行业对信号质量的要求越来越高以及对通信频谱资源的争夺 越演越烈。越来越拥挤的频段要求滤波器在通带外具有足够的带外抑制以 免和其他频段发生冲突，然而，当组成滤波器的谐振器中存在目标模式以 外的杂散模式时，在目标模式带外将会出现额外的通带。
常见的声波模式包括对称型兰姆波(S)、水平剪切波的高阶模态(SH)、 反对称型兰姆波(A)、厚度剪切模式(TSM)、厚度伸缩模式(TEM)、瑞利 模式(Rayleigh)以及它们的高阶模式。在特定切型的压电晶体中，由于 其复杂的压电系数及刚度系数分量，当一种声波模式作为目标模式时，往 往伴随有其他模式作为杂散模式存在。根据杂散模式的频散特性，挑选合 适的声波谐振器几何结构及各层材料，也许可以实现杂散模式的抑制。但 也存在串并联谐振器中的杂散模式无法同时得到抑制或者均无法抑制的情况，这种顽固杂散模式将在滤波器中形成额外的通带，使得滤波器无法实 现应用。额外的外接电路可以一定程度解决滤波器中的杂波问题，但是上 升的成本，增大的体积，以及下降的性能，使得该方案没有成为滤波器设 计中的首选。
发明内容
本发明要解决的是现有技术中滤波器不能同时对串并联谐振器中的杂 散模式抑制或者均无法抑制的技术问题。
为解决上述技术问题，本申请公开了一种声波滤波器，其包括连接的 串联谐振器和并联谐振器；
该串联谐振器用于在电场激发下产生第一目标模式和第一杂散模式；
该并联谐振器用于在电场激发下产生第二目标模式和第二杂散模式；
该第一目标模式的谐振峰与该第二目标模式的谐振峰存在预设距离； 该串联谐振器的第一杂散模式的谐振频率大于该并联谐振器的第二杂散模 式的谐振频率，该第一杂散模式的谐振峰与该第二杂散模式的谐振峰的重 叠率为35％～100％；或者，该串联谐振器的第一杂散模式的谐振频率小于等 于该并联谐振器的第二杂散模式的谐振频率。
可选的，该第一目标模式包括兰姆波、水平剪切波、瑞利模式及其高 阶模式；
该第一杂散模式包括兰姆波、水平剪切波、瑞利模式及其高阶模式。
可选的，该第二目标模式与该第一目标模式相同；
该第一杂散模式与该第二杂散模式相同。
可选的，该串联谐振器包括依次层叠的第一支撑衬底、第一压电薄膜 和第一顶电极；
该并联谐振器包括依次层叠的第二支撑衬底、第二压电薄膜和第二顶 电极；
该第一目标模式的谐振峰的位置由该第一压电薄膜的厚度决定；
该第二目标模式的谐振峰的位置由该第二压电薄膜的厚度决定。
可选的，该第二目标模式和该第二杂散模式对负载的敏感度不同；
该负载包括第二顶电极；
当该第二顶电极为叉指换能器时，通过调整该第二顶电极的厚度和周 期来调整该第二杂散模式的谐振峰的位置。
可选的，该第二目标模式和该第二杂散模式对声波的面内传播方向的 各向异性程度不同；
当该第二顶电极为叉指换能器时，通过调整该第一方向与该第二压电 薄膜的表面轴线的夹角来调整该第二杂散模式的谐振峰的位置；第一方向 为垂直于所述第二顶电极的电极指的方向。
可选的，该串联谐振器由薄膜悬空型谐振器和固态装配型谐振器中的 一种或两种组成；
该并联谐振器由薄膜悬空型谐振器和固态装配型谐振器中的一种或两 种组成。
可选的，该第一压电薄膜包括压电薄膜与其他材料的复合薄膜、单层 压电薄膜和多层压电薄膜；
该第二压电薄膜包括单层压电薄膜、多层压电薄膜和复合薄膜。
可选的，该第一压电薄膜的材料和该第二压电薄膜的材料为铌酸锂、 钽酸锂、铌酸钾、氮化铝、掺钪氮化铝、氧化锌、锆钛酸铅或铌镁酸铅－ 钛酸铅中的一种或者多种组合；
该第一支撑衬底的材料和该第二支撑衬底的材料为铌酸锂、钽酸锂、 硅、石英、尖晶石、锗、碳化硅、金刚石、类金刚石、蓝宝石、氮化铝、 氮化硅中的一种或者多种组合。
可选的，该第一顶电极和该第二顶电极包括单层金属薄膜、多层金属 薄膜、金属与非金属组成的复合薄膜。
采用上述技术方案，本申请提供的声波谐振器具有如下有益效果：
本申请公开了一种声波滤波器，其包括连接的串联谐振器和并联谐振 器；该串联谐振器用于在电场激发下产生第一目标模式和第一杂散模式； 该并联谐振器用于在电场激发下产生第二目标模式和第二杂散模式；该第 一目标模式的谐振峰与该第二目标模式的谐振峰存在预设距离；该串联谐 振器的第一杂散模式的谐振频率大于该并联谐振器的第二杂散模式的谐振频率，该第一杂散模式的谐振峰与该第二杂散模式的谐振峰的重叠率为 35％～100％；或者，该串联谐振器的第一杂散模式的谐振频率小于等于该并 联谐振器的第二杂散模式的谐振频率，即可实现消除或大幅减弱该滤波器 中杂散波；而不需要对滤波器中单个谐振器中杂散波进行消除，提高了本 申请滤波器的应用灵活性，降低了该滤波器的加工难度。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述 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为本申请一种可选的声波滤波器的结构示意图；
图2为本申请另一种可选的声波滤波器的结构示意图；
图3为本申请一种可选的第一顶电极的俯视图；
图4为一种可选的一阶滤波器的结构示意图；
图5为一种可选的高阶滤波器的结构示意图；
图6为未优化的SH1模式串并联谐振器的仿真导纳曲线；
图7为图6所示的谐振器结果组建的滤波器S21曲线；
图8为对图6中的并联谐振器优化后的导纳曲线；
图9为对图6中的并联谐振器优化后的滤波器S21曲线；
图10为一种可选的未优化的SH0模式串并联谐振器的仿真导纳曲线；
图11为图10所示的谐振器结果组建的滤波器S21曲线；
图12为对图10中的并联谐振器优化后的导纳曲线；
图13为对图10中的并联谐振器优化后的滤波器S21曲线；
图14为另一种未优化的SH0模式串并联谐振器的仿真导纳曲线；
图15为图14所示的谐振器结果组建的滤波器S21曲线；
图16为一种可选的对图14中的并联谐振器优化后的导纳曲线；
图17为一种可选的对图14中的并联谐振器优化后的滤波器S21曲线；
图18为另一种可选的对图14中的并联谐振器优化后的导纳曲线；
图19为另一种可选的对图14中的并联谐振器优化后的滤波器S21曲 线。
以下对附图作补充说明：
1-串联谐振器；11-第一支撑衬底；12-第一压电薄膜；13-第一顶电极； 131-第一汇流条；132-第一电极指；2-并联谐振器；21-第二支撑衬底；22- 第二压电薄膜；23-第二顶电极。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进 行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例， 而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没 有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护 的范围。
此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本申请至少一 个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本申请的描述中，需要理解的 是，术语“上”、“下”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基 于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而 不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第 二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明 所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以 明示或者隐含的包括一个或者更多个该特征。而且，术语“第一”、“第 二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。 应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。
为了下面的详细描述的目的，应当理解，本发明可采用各种替代的变 化和步骤顺序，除非明确规定相反。此外，除了在任何操作实例中，或者 以其他方式指出的情况下，表示例如说明书和权利要求中使用的成分的量 的所有数字应被理解为在所有情况下被术语“约”修饰。因此，除非相反指出， 否则在以下说明书和所附权利要求中阐述的数值参数是根据本发明所要获得的期望性能而变化的近似值。至少并不是试图将等同原则的适用限制在 权利要求的范围内，每个数值参数至少应该根据报告的有效数字的个数并 通过应用普通舍入技术来解释。
尽管阐述本发明的广泛范围的数值范围和参数是近似值，但是具体实 例中列出的数值尽可能精确地报告。然而，任何数值固有地包含由其各自 测试测量中发现的标准偏差必然产生的某些误差。
当本文中公开一个数值范围时，上述范围视为连续，且包括该范围的 小值及最大值，以及这种最小值与最大值之间的每一个值。进一步地，当 范围是指整数时，包括该范围的最小值与最大值之间的每一个整数。此外， 当提供多个范围描述特征或特性时，可以合并该范围。换言之，除非另有指明，否则本文中所公开之所有范围应理解为包括其中所归入的任何及所 有的子范围。例如，从“1至10”的指定范围应视为包括最小值1与最大值 10之间的任何及所有的子范围。范围1至10的示例性子范围包括但不限于 1至6.1、3.5至7.8、5.5至10等。
通常，现有技术中通过设置外接电路的方式消除单个谐振器中的杂散 模式，仅保留目标模式的方式来抑制杂波，不仅造成滤波器尺寸大，且当 一些杂散模式无法消除时，使得滤波器无法应用。参阅图1，图1为本申请一种可选的声波滤波器的结构示意图。该声波滤波器包括连接的串联谐振 器1和并联谐振器2；该串联谐振器1用于在电场激发下产生第一目标模式 和第一杂散模式；该并联谐振器2用于在电场激发下产生第二目标模式和 第二杂散模式；该第一目标模式的谐振峰与该第二目标模式的谐振峰存在 预设距离；该串联谐振器1的第一杂散模式的谐振频率大于该并联谐振器2 的第二杂散模式的谐振频率，该第一杂散模式的谐振峰与该第二杂散模式 的谐振峰的重叠率为35％～100％；最终杂波得到抑制的声波滤波器中本应出现的额外通带由于杂波频率相同或接近而大幅减弱或消失。可选的，还可 以通过将该串联谐振器1的第一杂散模式的谐振频率调整为小于等于该并联谐振器2的第二杂散模式的谐振频率，也可抑制杂波通带。由此可见，本 申请不需要消除单个谐振器中的杂散波，而是通过调整器件结构，使得配合的多个串、并联谐振器2的杂散模式的谐振峰存在一定重叠或者频率存 在一定数值关系，进而整体上达到抑制该杂散模式的效果，整体滤波器结 构具有结构简单和应用范围广的优点。
需要说明的是，该滤波器可以是由一个串联谐振器1和一个并联谐振 器2构成，也可以是由一个串联谐振器1和多个并联谐振器2，或者多个串 联谐振器1和一个并联谐振器2，或者多个串联谐振器1和多个串联谐振器 1构成，在本实施例中，通常串联谐振器来统称滤波器中的多个串联谐振器， 也就是说，实际上，串联谐振器1可以是包括多个串联谐振器的，同理， 并联谐振器用来统称滤波器中的多个并联谐振器，即下文中的示例的串联 谐振器和并联谐振器不限于一个。
于一种可行的实施例中，该第一目标模式包括兰姆波、水平剪切波、 瑞利模式及其高阶模式；该第一杂散模式包括兰姆波、水平剪切波、瑞利 模式及其高阶模式。
对于同一谐振器中，其的目标模式与杂散模式不同。
于一种可行的实施例中，该第二目标模式与该第一目标模式相同；该 第一杂散模式与该第二杂散模式相同。为了提高本申请滤波器的应用灵活 性。于另一种可选的实施例中，该第二模式与该第一模式不同，该第一杂 散模式与该第二杂散模式不同。
需要说明的是，本申请不并限制上述第一目标模式与第二目标模式是 否为同一模式，同样的，也不限制第一杂散模式与第二杂散模式是否为同 一中模式，仅需要其模式对应的谐振频率和谐振峰满足上述限制条件，整 体上实现抑制杂散波的效果即可。
于一种可行的实施例中，参阅图2，图2为本申请另一种可选的声波滤 波器的结构示意图。该串联谐振器1包括依次层叠的第一支撑衬底11、第 一压电薄膜12和第一顶电极13；该并联谐振器2包括依次层叠的第二支撑 衬底21、第二压电薄膜22和第二顶电极23；该第一目标模式的谐振峰的 位置由该第一压电薄膜12的厚度决定；该第二目标模式的谐振峰的位置由 该第二压电薄膜22的厚度决定。从而通过后续可以通过调整第一压电薄膜 12和第二压电薄膜22的厚度来调整对应的目标模式的谐振峰的位置，以使 第一目标模式的谐振峰与第二目标模式的谐振峰存在预设距离。
参阅图2，第一支撑衬底11和第一压电薄膜12之间还设有由下至上依 次层叠的第一介质层和第一底电极，第二支撑衬底21与第二压电薄膜22 之间还设有由下至上依次层叠的第二介质层和第二底电极，该介质层的材 料可以是氧化硅、碳化硅等，用来实现能量反射。
可选的，实现上述将串联谐振器1和并联谐振器2的目标模式以及杂 散模式的谐振峰调整到所需的要求，针对需要进行调整的一组谐振器(可 以是包含多个串联谐振器1和多个并联谐振器2)中的待调整谐振器(串联 谐振器1或者并联谐振器2)，该待调整谐振器的目标模式和杂散模式需要满足差异的频散效应、两种模式的面内各向异性的程度不同和两种模式的 频率对负载的敏感程度不同中的一个或者多个条件。以便通过调整器件结构使得串并联谐振器目标模式谐振峰满足组成目标频段滤波器要求的同时， 使得两种谐振器的杂散模式的频率满足预设限制条件，以达到在滤波器中 得到抑制的效果。
其中，频散效应是指调整每一层厚度(例如压电薄膜，顶电极，底电极 等)与顶电极周期的比值变化带来的谐振频率的变化。该顶电极周期是指， 当顶电极为叉指换能器时，同一个汇流条上设置的相邻的电极指之间的距离。例如，若待调整谐振器为串联谐振器1，顶电极的周期为A，当调整了 压电薄膜的厚度，变化了a微米，使得其对应的第一目标模式的谐振频率 变化X1，而第一杂散模式的谐振频率变化为X2，X1不等于X2，从而能够实现调整第一杂散模式的谐振频率，使其与第二杂散模式的谐振频率满足 上述限制条件。
于一种可行的实施例中，该第二目标模式和该第二杂散模式对负载的 敏感度不同；该负载包括第二顶电极23；当该第二顶电极23为叉指换能器 时，通过调整该第二顶电极23的厚度和周期来调整该第二杂散模式的谐振 峰的位置。
可选的，该叉指换能器和底电极可以是单层金属薄膜、多层金属薄膜、 金属与非金属组成的复合薄膜。可选的，上述金属薄膜的材料可以是纯金 属材料、合金、掺杂非金属元素的材料。
可选的，负载的类型可以是指负载的材料种类，还可以是指负载的结 构组成，例如，负载包括层叠的叉指换能器和绝缘层。
可选的，该绝缘层的材料可以是氧化硅、氮化铝、氮化硅等绝缘材料。
可选的，当负载为顶电极时，随着顶电极材料的密度上升，该谐振器 的谐振频率下降；随着顶电极材料的弹性系数上升，该谐振器的谐振频率 上升；随着顶电极的厚度增加，该谐振器的谐振频率下降。
参阅图3，图3为本申请一种可选的第一顶电极的俯视图。以串联谐振 器1为例，第一顶电极13包括连接的第一汇流条131和第一电极指132， 相邻的第一电极指132之间的距离即为该第一顶电极13的周期。
可选的，参阅图3，该第一顶电极13还包括第二汇流条和多个间隔排 列的第二电极指，多个第一电极指132与多个第二电极指交错间隔排列， 且相邻的第二电极指的距离等于相邻的第一电极指132的距离。
需要说明的是，为了简化描述，本申请中的顶电极泛指第一顶电极13 和第二顶电极23；汇流条泛指第一汇流条131和第二汇流条；电极指泛指 第一电极指132和第二电极指。
可选的，该绝缘层可以整面平铺在该顶电极的表面，还可以是图案化 的绝缘层，即仅位于顶电极的汇流条和电极上。
可选的，该负载还可以包括顶电极和位于其上的金属层，该金属层仅 位于顶电极的汇流条和电极上，不能造成顶电极短路。
于另一种可行的实施例中，该第一目标模式和该第一杂散模式对声波 的面内传播方向的各向异性程度不同；当该第一顶电极13为叉指换能器时， 通过调整第一方向与该第一压电薄膜12的表面轴线的夹角来调整该第一杂 散模式的谐振峰的位置，第一方向为垂直于所述第二顶电极的电极指的方 向。上述表面轴线可以是图3中的x轴，当第一汇流条垂直于第一电极指 时，即第一汇流条与第一方向相同，夹角即为第一汇流条131与x轴的夹角。即通过调整第一顶电极13在压电薄膜表面的摆放位置使得第一顶电极 13与x轴的夹角发生变化。当夹角变化，声速会发生变化，进而影响谐振 器频率。
于一种可行的实施例中，该串联谐振器1由薄膜悬空型谐振器和固态 装配型谐振器中的一种或两种组成；该并联谐振器2由薄膜悬空型谐振器 和固态装配型谐振器中的一种或两种组成。
为了进一步简化该滤波器中的单个谐振器的结构，并使其具有更稳定 的声波品质。可选的，参考图2中的串联谐振器，该固态装配型谐振器可 以是该串联谐振器，该谐振器包括由下至上依次层叠的支撑衬底、底电极、 压电薄膜和叉指换能器；该叉指换能器的结构可以是如图3所示的结构； 该叉指换能器的周期与目标模式的频率之积小于该支撑衬底的声速；该目 标模式为该高频声波谐振器在电场作用下激发的高阶模式。本申请提供的该声波谐振器不存在由高低声阻抗层组成的布拉格反射层结构或使压电薄 膜悬空的空腔结构，结构简单且稳定，且保证该谐振器在电场激发下生成的声波能量能够局限在压电薄膜内，而不会泄露到衬底中，保证谐振器的 声波品质。除了金属电极以外无其他导电材料，避免了布拉格反射层引入 额外寄生效应。目标模式为纵向电场激励，振动分量以厚度方向为主，电 极覆盖率以及电极对数对目标模式影响不大，降低了光刻精度要求，提高 了电容调控和滤波器设计的灵活度。
于一种可行的实施例中，该目标模式的谐振频率由该压电薄膜的厚度、 该压电薄膜的体声波声速、负载的类型和该负载的厚度决定；该负载包括 该叉指换能器；该目标模式的沿第二方向(如图3中的x轴方向)的相速 度由该叉指换能器的周期和该谐振频率决定，且该第二方向的相速度大于等于5000米/秒；该第一方向为平行于该压电薄膜的表面的方向。
于一种可行的实施例中，为了进一步提高该谐振器的声波品质，避免 叉指换能器与底电极在重叠区域激发出体声波模式，成为向支撑衬底泄露的损耗源。本申请提供的该声波谐振器的叉指换能其的汇流条与底电极不 存在重叠区域，可选的，该底电极设有与该第一汇流条对应的第一通孔； 可选的，该第一汇流条的第一侧边与邻近的底电极的侧边存在预设距离； 该第一侧边为靠近该底电极的侧边。也就是说，可以通过图案化底电极， 以使底电极的侧边与相邻的汇流条之间存在预设间隙。于另一种可行的实 施例中，该声波谐振器还包括绝缘件；压电薄膜上设有第三通孔；第三通孔与第一汇流条对应，且所述第三通孔内设有该绝缘件；该绝缘件的材料 为非压电的绝缘材料；也就是说，叉指换能器的汇流条在压电薄膜上的正 投影区域的压电薄膜被去除，并用该绝缘件填充。当然，也可以不对第三 通孔进行填充，只要保证底电极与汇流条不存在重叠区域即可。
于一种可行的实施例中，为了提高在制备该声波谐振器的过程中，提 高声波谐振器的压电薄膜的质量，避免键合过程中存在孔洞或者碎裂的情 况，该声波谐振器还包括键合层；该键合层位于该支撑衬底与该底电极之 间；该键合层包括非金属材料和金属材料，例如，该键合层可以是钛或者 氧化硅。
于一种可行的实施例中，当键合层为钛，由于键合层与底电极均为同 一类材料，即金属材料，同样为了避免二者形成的层结构与叉指换能器的 汇流条存在重叠区域，进而降低器件的Q值；该键合层上设有与该第一通 孔对应的第二通孔；或者还可以是如上述对压电薄膜进行图案化处理的方 式，该键合层则不需要设置第二通孔；为了在进一步简化结构同时，提高 声波谐振器的质量，可选的，该键合层与底电极可以是同一层，即为同一 种材料。
于一种可行的实施例中，为了提高该声波谐振器在成型加工过程中的 可加工性。该支撑衬底包括层叠的第一衬底和高声速衬底；该第一衬底的 材料为易成型加工的材料；该高声速衬底的材料为不同晶型及不同切型的 碳化硅、金刚石、类金刚石、蓝宝石、氮化铝和氮化硅中的一种。可选的， 根据需要，该支撑衬底也可以为上述高声速衬底。
需要说明的是，当该支撑衬底为两层结构，即包括层叠的第一衬底和 高声速衬底，可以通过外延生长或者物理气相沉积(Physical Vapor Deposition，PVD)等工艺将高声速衬底的材料沉积到第一衬底上，一般， 该高声速衬底的厚度为微米级，从而形成高声速衬底。由于当该支撑衬底 为两层结构时，高声速支撑衬底的厚度较薄，为了有效将声波限制在压电 薄膜内，避免其向衬底扩散。可选的，该高声速衬底的厚度大于等于0.5 倍的该多个第一电极指132中相邻的第一电极指132的间隔距离。即，该 高声速衬底的厚度大于等于0.5倍的叉指换能器的周期。
可选的，目标模式由纵向电场激励；电极覆盖率，叉指换能器的周期 以及面内传播方向对目标模式影响较小，可以通过利用不同模式的频散效 应差异和材料各向异性来抑制杂波。
于一种可行的实施例中，该第一压电薄膜12包括压电薄膜与其他材料 的复合薄膜、单层压电薄膜和多层压电薄膜；该第二压电薄膜22包括单层 压电薄膜、多层压电薄膜和复合薄膜。
于一种可行的实施例中，该第一压电薄膜12的材料和该第二压电薄膜 22的材料为铌酸锂、钽酸锂、铌酸钾、氮化铝、掺钪氮化铝、氧化锌、锆 钛酸铅或铌镁酸铅－钛酸铅中的一种或者多种组合；该第一支撑衬底11的 材料和该第二支撑衬底21的材料为铌酸锂、钽酸锂、硅、石英、尖晶石、 锗、碳化硅、金刚石、类金刚石、蓝宝石、氮化铝、氮化硅中的一种或者多种组合。
于一种可行的实施例中，该第一顶电极13和该第二顶电极23包括单 层金属薄膜、多层金属薄膜、金属与非金属组成的复合薄膜。
于一种可行的实施例中，在串联谐振器和并联谐振器中，第一压电薄 膜12和第二压电薄膜22均为X切铌酸锂，第一支撑衬底11和第二支撑衬 底21的材料均为4H-SiC，第一介质层和第二介质层均为200nm氧化硅，第 一底电极和第二底电极均为60nm铂，第一顶电极13和第二顶电极23均为 95nm铝/25nm钨；该并联谐振器的第二压电薄膜的厚度小于等于串联谐振 器的第一压电薄膜的厚度的4倍，第一顶电极的周期与第二顶电极的周期 的差值小于等于其中较小的顶电极周期的2倍。以使得该滤波器具有较好 的抑制杂波的效果。
为了更好地理解本申请的技术方案，以下对本申请提供的该滤波器能 够实现抑制杂散波的原理进行说明。
先对滤波器的结构为一阶滤波器进行阐述，如图4所示，图4为一种 可选的一阶滤波器的结构示意图。一阶滤波器满足以下公式：
S21(串联)＝2Z0/(2Z0+Z1)
S21(并联)＝2Z0/(2Z2+Z0)
S21(串联)×S21(并联)＝2Z0Z2/(2Z2Z0+0.5Z1Z0+Z1Z2+Z0 2)
S21(滤波器)＝2Z0Z2/(2Z2Z0+Z1Z0+Z1Z2+Z0 2)
其中，Z1为串联谐振器的阻抗，Z2为并联谐振器的阻抗，Z0为50Ω；通 带内Z1较小，可以认为S21(滤波器)≈S21(串联)×S21(并联)。
对于串联谐振器1，S21的最大值出现在谐振频率附近，最小值在反谐 振频率附近；对于并联谐振器2，S21的最大值出现在反谐振频率附近，最 小值在谐振频率附近；S21(串联)较大时，由于S21(并联)处于最小值附 近，可以预测此时滤波器的S21值较小；同理，当S21(并联)较大时，由 于S21(串联)处于最小值附近，此时滤波器的S21值也较小，因此通带消 失；从而当串联谐振器1谐振峰和并联谐振器2的谐振峰的导纳曲线重合 时，通带内的S21值小于通带外，可认为通带消失。以上仅是阐述了两种谐振器的导纳曲线完全重合的情况。
下面将具体以高阶滤波器为例，来阐述其他能够使得通带消失，继而 实现抑制杂散波的情况。
对于高阶滤波器，参阅图5，图5为一种可选的高阶滤波器的结构示意 图。即该高阶滤波器包含5个串联谐振器1和5个并联谐振器2；需要说明 的是，上述重叠率可以是以反谐振频率和谐振频率差值最小的谐振器为参 照，确定出的该谐振器与另一谐振器的频率重合部分所占的比例，也即是 上述串联谐振器与并联谐振器的谐振峰的重叠率。由于绝大部分滤波器中杂波形成的通带都是正向完全错开的情况，只要插损大于正向完全错开的情况都可以认为有效，因而，当串联谐振器1的谐振频率大于并联谐振器2 的谐振频率时，该串联谐振器1与并联谐振器2的谐振峰的重叠率为 35％-100％时，具有抑制杂散波的效果，当串联谐振器1的谐振频率小于并 联谐振器2的谐振频率时，无论二者的杂散模式的谐振峰是否重合，均可达到抑制杂散波的效果。
为了更好地说明本申请的有益效果，以下将以具体实施例进行说明。
实施例1：
以目标模式为水平剪切模式的高阶模态(First-order shear horizontal mode，SH1)，杂散模式为零阶对称型兰姆波(Fundamental symmetric Lamb wave mode，S0)为例。可以参阅图2，第一压电薄膜12和第二压电薄膜22均为X切铌酸锂，第一支撑衬底11和第二支撑衬底21 的材料均为4H-SiC，第一介质层和第二介质层均为200nm氧化硅，第一底 电极和第二底电极均为60nm铂，第一顶电极13和第二顶电极23均为95nm 铝/25nm钨。参阅图6，图6为未优化的SH1模式串并联谐振器的仿真导纳 曲线。第一压电薄膜12的厚度为200nm，第一顶电极13的周期为1.562 μm。第二压电薄膜22的厚度为313nm，第二顶电极23的周期为1.7μm。 参阅图7，图7为图6所示的谐振器结果组建的滤波器S21曲线，可以看到 S0杂散模式在目标模式通带外形成了额外的通带(参见图7中频率为 2.8GHZ附近的杂波峰)。
其中，S0模式的谐振频率主要由叉指电极的周期决定，SH1模式频率 主要由压电薄膜的厚度决定。所以后续通过调整并联谐振器2的压电薄膜 厚度和电极周期，可以使得串并联谐振器的杂散模式谐振响应基本重合， 例如，进行调整后，第二压电薄膜22的厚度为315nm，第二顶电极23的 周期为1.678μm。优化的SH1模式串并联谐振器的仿真导纳曲线如图8所 示，相应的滤波器S21曲线如图9所示，可以看出杂散模式引起的额外通带已经基本消失。因此这种方法十分适用于带有杂散模式的谐振器组建杂 波得到抑制的滤波器。
实施例2：
以目标模式为零阶水平剪切模式(Fundamentalshearhorizontalmode， SH0)，杂散模式为西沙瓦(Sezawa)模式为例。第一压电薄膜12和第二 压电薄膜22均为400nm Y50切钽酸锂，第一支撑衬底11和第二支撑衬底 21的材料均为(0，125，0)蓝宝石，第一介质层和第二介质层均为500nm 氧化硅，第一底电极和第二底电极均、第一顶电极13和第二顶电极23均 为120nm铝。在该衬底中，其他杂散模式例如S0、SH1已通过优化器件设 计得到解决，然而Sezawa模式无法通过优化设计从谐振器中除去。如图10 所示的串并联谐振器的波长分别为2μm和2.104μm，串并联谐振中均出现 了Sezawa杂散模式。因此该结构谐振器组成的滤波器带外出现额外的通带， 且该通带无法通过优化谐振器设计消除，如图11所示。
由于SH0模式和Sezawa模式对电极负载的敏感程度不同，通过调整并 联谐振器2的顶电极的厚度和周期可以使得目标模式SH0的频率基本不变， 而Sezawa模式的频率则移动到串联谐振器1中对应模式的相同频率。例如， 进行调整后，第二顶电极23的厚度为210nm，第二顶电极23的周期为1.99 μm。参见图12-15，图12为对图10中的并联谐振器优化后的导纳曲线； 图13为对图10中的并联谐振器优化后的滤波器S21曲线；杂散模式引起 的额外通带已经基本消失。因此这种方法十分适用于带有杂散模式的谐振 器组建杂波得到抑制的滤波器。
实施例3：
以目标模式为SH0模式，杂散模式为瑞利(Rayleigh)模式为例。第 一压电薄膜12和第二压电薄膜22均为550nm Y42切钽酸锂，第一支撑衬 底11和第二支撑衬底21的材料均为(0，0，0)蓝宝石，第一底电极和第 二底电极均、第一顶电极13和第二顶电极23均为150nm铝。如图14所示 的串并联谐振器波长分别为2μm和2.11μm，目标模式左侧均有杂散模式 存在，图15所示的滤波器S21曲线中存在额外的通带。
SH0模式和Rayleigh模式对电极负载的敏感程度不同，通过调整并联 谐振器2的顶电极的厚度和周期可以使得目标模式SH0的频率基本不变， 而Rayleigh模式的频率则移动到串联谐振器1中对应模式的相同频率。例 如，进行调整后，第二顶电极23厚度为228nm，第二顶电极23的周期为 1.945μm。参阅图16，图16为一种可选的对图14中的并联谐振器优化后 的导纳曲线。由于Rayleigh模式的频散特性，这里串并联谐振器的Rayleigh 杂散模式的机电耦合系数差距较大，因此串并联谐振器的Rayleigh杂散模 式的谐振频率和反谐振频率不可能同时对齐。参阅图17，图17为一种可选 的对图14中的并联谐振器优化后的滤波器S21曲线。由于Rayleigh杂散 模式的机电耦合系数差距较大，额外通带没有完全消失，但是也得到了大幅衰减。
进一步地，为了使串并联谐振器的Rayleigh杂散模式的谐振频率和反 谐振频率尽可能同时对齐。将并联谐振器2的薄膜厚度调整为630nm，电极厚度248nm，电极周期为1.849μm。参阅图18-19，图18为另一种可选的 对图14中的并联谐振器优化后的导纳曲线；图19为另一种可选的对图14 中的并联谐振器优化后的滤波器S21曲线。杂散模式引起的额外通带已经 基本消失。在实际应用中可以根据具体的带外抑制需要来决定优化到何种程度的方案。
本申请提出的杂波得到抑制的声波滤波器，利用杂散模式与目标模式 差异化的频散效应，或面内各向异性的程度不同，或频率对负载(包括电 极质量负载)的敏感程度不同，针对串并联谐振器进行不同的结构设计。 最终串并联谐振器各保留一个目标模式谐振峰以组成目标频段滤波器，与 此同时，至少存在一个杂散模式谐振峰处于相同或相近的频率。最终的滤 波器中该杂散模式谐振峰形成的目标频段带外通带大幅减弱或消失。与已知方案不同，本申请针对的是无法通过结构优化消除谐振器中杂散模式谐振峰的情况，通过结构设计优化在滤波器中达到抑制或消除杂波的目的。
此外本申请不限制串并联谐振器中各自的目标模式和杂散模式，还具 有设计灵活的优势。
以上所述仅为本申请可选实施例，并不用以限制本申请，凡在本申请 的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本 申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种声波滤波器，其特征在于，包括连接的串联谐振器和并联谐振器；
所述串联谐振器用于在电场激发下产生第一目标模式和第一杂散模式；
所述并联谐振器用于在电场激发下产生第二目标模式和第二杂散模式；
所述第一目标模式的谐振峰与所述第二目标模式的谐振峰存在预设距离；
所述串联谐振器的第一杂散模式的谐振频率大于所述并联谐振器的第二杂散模式的谐振频率，所述第一杂散模式的谐振峰与所述第二杂散模式的谐振峰的重叠率为35％～100％；或者，所述串联谐振器的第一杂散模式的谐振频率小于等于所述并联谐振器的第二杂散模式的谐振频率。
2.根据权利要求1所述的声波滤波器，其特征在于，所述第一目标模式包括兰姆波、水平剪切波、瑞利模式及其高阶模式；
所述第一杂散模式包括兰姆波、水平剪切波、瑞利模式及其高阶模式。
3.根据权利要求2所述的声波滤波器，其特征在于，所述第二目标模式与所述第一目标模式相同；
所述第一杂散模式与所述第二杂散模式相同。
4.根据权利要求1所述的声波滤波器，其特征在于，所述串联谐振器包括依次层叠的第一支撑衬底、第一压电薄膜和第一顶电极；
所述并联谐振器包括依次层叠的第二支撑衬底、第二压电薄膜和第二顶电极；
所述第一目标模式的谐振峰的位置由所述第一压电薄膜的厚度决定；
所述第二目标模式的谐振峰的位置由所述第二压电薄膜的厚度决定。
5.根据权利要求4所述的声波滤波器，其特征在于，所述第二目标模式和所述第二杂散模式对负载的敏感度不同；
所述负载包括第二顶电极；
当所述第二顶电极为叉指换能器时，通过调整所述第二顶电极的厚度和周期来调整所述第二杂散模式的谐振峰的位置。
6.根据权利要求4所述的声波滤波器，其特征在于，所述第二目标模式和所述第二杂散模式对声波的面内传播方向的各向异性程度不同；
当所述第二顶电极为叉指换能器时，通过调整第一方向与所述第二压电薄膜的表面轴线的夹角来调整所述第二杂散模式的谐振峰的位置；所述第一方向为垂直于所述第二顶电极的电极指的方向。
7.根据权利要求4所述的声波滤波器，其特征在于，所述串联谐振器由薄膜悬空型谐振器和固态装配型谐振器中的一种或两种组成；
所述并联谐振器由薄膜悬空型谐振器和固态装配型谐振器中的一种或两种组成。
8.根据权利要求4所述的声波滤波器，其特征在于，所述第一压电薄膜包括压电薄膜与其他材料的复合薄膜、单层压电薄膜和多层压电薄膜；
所述第二压电薄膜包括单层压电薄膜、多层压电薄膜和复合薄膜。
9.根据权利要求8所述的声波滤波器，其特征在于，所述第一压电薄膜的材料和所述第二压电薄膜的材料为铌酸锂、钽酸锂、铌酸钾、氮化铝、掺钪氮化铝、氧化锌、锆钛酸铅或铌镁酸铅－钛酸铅中的一种或者多种组合；
所述第一支撑衬底的材料和所述第二支撑衬底的材料为铌酸锂、钽酸锂、硅、石英、尖晶石、锗、碳化硅、金刚石、类金刚石、蓝宝石、氮化铝、氮化硅中的一种或者多种组合。
10.根据权利要求4所述的声波滤波器，其特征在于，所述第一顶电极和所述第二顶电极包括单层金属薄膜、多层金属薄膜、金属与非金属组成的复合薄膜。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115021705B (zh) * 2022-06-27 2024-04-09 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 一种高频声波谐振器及应用其的滤波器
CN116346080A (zh) * 2023-02-15 2023-06-27 上海馨欧集成微电有限公司 一种声表面波滤波器

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN213846632U (zh) * 2020-11-24 2021-07-30 浙江信唐智芯科技有限公司 可抑制杂散模的射频声波谐振器

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6137380A (en) * 1996-08-14 2000-10-24 Murata Manufacturing, Co., Ltd Surface acoustic wave filter utilizing a particularly placed spurious component of a parallel resonator
JP2014135568A (ja) * 2013-01-08 2014-07-24 Chiba Univ 圧電薄膜共振器およびフィルタ
CN110582939B (zh) * 2017-05-15 2023-03-28 株式会社村田制作所 多工器、高频前端电路以及通信装置
JP6913619B2 (ja) * 2017-12-12 2021-08-04 株式会社村田製作所 マルチプレクサ、高周波フロントエンド回路及び通信装置
CN113381724A (zh) * 2021-07-02 2021-09-10 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 体声波谐振器及其制备方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN213846632U (zh) * 2020-11-24 2021-07-30 浙江信唐智芯科技有限公司 可抑制杂散模的射频声波谐振器

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