CN115694412A - 一种集成电容体声波谐振器、滤波器及制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种集成电容体声波谐振器、滤波器及制造方法，包括体声波谐振器和集成电容，所述声谐振器包括由下至上依次设置的衬底、声学镜、底电极、压电层、顶电极、介质层和互连金属层，所述互连金属层一侧与压电层、介质层互连，所述体声波谐振器有效区由声学镜投影区域wa或wb组成，所述集成电容有效区由顶电极和互连金属层正对区域wp或ws组成。通过集成电容调节有效机电耦合系数，进而提高体声波滤波器滚降特性，同时无需对现有制造工艺进行修改升级，不会增加具有集成电容体声波谐振器结构的复杂度。
Description
技术领域
本发明属于射频体声波滤波器技术领域，涉及一种集成电容体声波谐振器、滤波器及制造方法。
背景技术
随着移动通信技术的快速发展，手机终端上会需要大量的射频滤波器和双工器，主要用来滤除不需要的射频信号，改善通信质量，提高用户体验。通信系统随着业务的拓展除了对滤波器和双工器性能上有较高的要求外，还对体积尺寸提出较高的要求，而体声波滤波器和双工器刚好可以满足要求。体声波谐振器利用压电晶体的压电效应产生谐振。由于谐振由机械波产生，而非电磁波作为谐振来源，机械波的波长比电磁波波长短很多。因此，体声波谐振器及其组成的滤波器体积相对传统的电磁滤波器尺寸大幅度减小。另一方面，由于压电晶体的晶向生长目前能够良好控制，谐振器的损耗极小，品质因数高，能够应对陡峭过渡带和低插入损耗等复杂设计要求。由于体声波滤波器和双工器具有尺寸小、高滚降、低插损等特性，以此为核心的滤波器和双工器在通讯系统中得到了广泛的应用。
体声波谐振器一般具有两个谐振频率，定义阻抗最小的频率点为串联谐振频率fs，阻抗最大的频率点为并联谐振频率fp，以及有效机电耦合系数
来衡量谐振器中压电转换效率。通常体声波滤波器中的串联谐振器的串联谐振频率fs以及并联谐振器的并联谐振频率fp决定了滤波器的中心频率，而体声波谐振器的有效机电耦合系数
决定了滤波器的带宽以及滚降特性，品质因数Q决定滤波器插入损耗。在频带资源越来越紧俏的时代中，射频滤波器通常需要具备大带宽和高滚降的性能，而其带宽和滚降是由单个谐振器的
决定的，而谐振器的
是由其层叠厚度决定的，通常在整片硅片内所有谐振器具有相同的
，因此如何调节片内谐振器的有效机电耦合系数
，从而提高体声波滤波器的滚降系数，是高性能体声波滤波器设计急需解决的一个重要问题。
发明内容
为解决上述现有技术问题，本发明提供一种集成电容体声波谐振器、滤波器及制造方法。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种集成电容体声波谐振器，包括体声波谐振器和集成电容，所述声谐振器包括由下至上依次设置的衬底、声学镜、底电极、压电层、顶电极、介质层和互连金属层，所述互连金属层一侧与压电层、介质层互连，所述体声波谐振器有效区由声学镜投影区域wa或wb组成，所述集成电容有效区由顶电极和互连金属层正对区域wp或ws组成。
进一步的，当顶电极与互连金属层接触时，顶电极和互连金属层正对区域wp组成的集成电容为集成并联电容，此时体声波谐振器为并联集成电容谐振器；当顶电极与互连金属层不接触时，顶电极和互连金属层正对区域ws组成的集成电容为集成串联电容，此时体声波谐振器为串联集成电容谐振器。
进一步的，所述声学镜为嵌入衬底中的空腔结构构成，或所述声学镜结构为布拉格反射器。
进一步的，所述底电极和顶电极的材料为钼、金、钨、铂、钌中的一种或多种；所述压电层的材料为氮化铝、掺杂氮化铝、氧化锌、锆钛酸铅、铌酸锂、石英或钽酸锂中的一种或多种，所述掺杂氮化铝至少含一种稀土元素；所述衬底材料为硅、砷化镓、蓝宝石、石英中的一种或多种；所述介质层材料为氮化硅、氧化硅中的一种或多种。
本发明还提供了一种集成电容体声波谐振器的制造方法，其特征在于：包括步骤，
1）在衬底上刻蚀形成空腔结构，然后在衬底上形成牺牲层，并对形成的牺牲层进行平坦化，只保留空腔结构部分；
2）在衬底上沉积底电极和压电层；
3）在压电层上沉积顶电极并图形化，得到形成集成电容，谐振器有效区以及金属互连等部分；
4）形成介质层，并图形化得到谐振器电极互联的通孔；
5）形成互连金属层，并图形化得到形成集成电容，谐振器电极互联通孔以及金属互连等部分；
6）释放牺牲层，形成体声波谐振器空腔声学镜。
进一步的，所述牺牲层为多晶硅、非晶硅、氧化硅中的一种。
本发明还提供了一种体声波滤波器，其特征在于：包括上述任一所述的集成电容体声波谐振器。
进一步的，包括天线端子、发送端子，所述天线端子和发送端子之间连接有发送滤波器，所述发送滤波器包括四个串联谐振臂TS1、TS2、TS3、TS4，四个所述串联谐振臂TS1、TS2、TS3、TS4与地电位之间连接有并联臂TP1、TP2 、TP3、TP4；所述串联谐振臂TS1包括两个串联的体声波BAW谐振器TS1A和TS1B；所述并联臂TP1位于串联谐振臂TS1与串联谐振臂TS2之间，所述并联臂TP2位于串联谐振臂TS2与串联谐振臂TS3之间，所述并联臂TP3位于串联谐振臂TS3与串联谐振臂TS4之间，所述并联臂TP4位于串联谐振臂TS4与发送端子之间，所述并联臂TP1包括两个并联的BAW谐振器TP1A和TP1B； 所述并联臂TP1和并联臂TP2的输出端通过电感LT1连接地电位，所述并联臂TP3和并联臂TP4的输出端通过电感LT2连接地电位。
进一步的，所述串联谐振臂TS4为并联集成电容谐振器。
进一步的，所述并联臂TP2、TP4为串联集成电容谐振器。
本发明的有益效果体现在，现有技术通常将体声波谐振器的顶电极增加悬檐结构进而形成与谐振器并联的集成并联电容Cp，谐振器的并联谐振频率fp向低频移动，串联谐振频率fs不变，谐振器的
减小；或者在体声波谐振器的叠层结构中增加空腔结构进而形成与谐振器串联的集成串联电容Cs，谐振器的串联谐振频率fs向高频移动，并联谐振频率fp不变，谐振器的
减小。这两种方式都会增加具有集成电容体声波谐振器的结构复杂度，增加工艺难度，导致生产成本提升。而本发明提供的一种集成电容体声波谐振器通过集成电容调节有效机电耦合系数，进而提高体声波滤波器滚降特性，同时无需对现有制造工艺进行修改升级，不会增加具有集成电容体声波谐振器结构的复杂度。
附图说明
图1为本发明中集成电容体声波谐振器第一种实施例的横截面示意图；
图2为本发明中集成电容体声波谐振器第一种实施例的等效电路模型图；
图3为本发明中集成电容体声波谐振器第一种实施例的阻抗频率特性曲线；
图4为本发明中具有集成电容体声波谐振器第一种实施例的体声波滤波器的电路图；
图5为本发明中具有集成电容体声波谐振器第一种实施例的体声波滤波器与对比例的传输曲线图；
图6为本发明中集成电容体声波谐振器第一种实施例的制造过程示意图；
图7为本发明中集成电容体声波谐振器第二种实施例的横截面示意图；
图8为本发明中集成电容体声波谐振器第二种实施例的等效电路模型图；
图9为本发明中集成电容体声波谐振器第二种实施例的阻抗频率特性曲线；
图10为本发明中具有集成电容体声波谐振器第二种实施例的体声波滤波器的电路图；
图11为本发明中具有集成电容体声波谐振器第二种实施例的体声波滤波器与对比例的传输曲线图；
图12为本发明中集成电容体声波谐振器第二种实施例的制造过程示意图；
附图标记说明：ANT、天线端子；TX、发送端子；
图1和图6中，100、体声波谐振器；101、集成并联电容；111、衬底；112、声学镜；113、底电极；114、压电层；115、顶电极；116、介质层；117、互连金属层。
图7和图12中，200、体声波谐振器；201、集成串联电容；211、衬底；212、声学镜；213、底电极；214、压电层；215、顶电极；216、介质层；217、互连金属层。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-图12所示，本发明提供的具体实施例如下：
实施例一：如图1所示，本发明公开了一种集成电容谐振器，其中集成电容与谐振器并联，为并联集成电容谐振器。具体的包括形成在衬底111上形成的体声波谐振器100以及集成电容。该并联集成电容谐振器包括衬底111，声学镜112，此声学镜位于衬底的上表面或嵌于衬底的内部，在图1中声学镜112为嵌入衬底111中的空腔结构构成，但是任何其它的声学镜结构如布拉格反射器也同样适用，底电极113，压电层114，顶电极115，介质层116以及互连金属层117。体声波谐振器100的有效区由声学镜投影区域wa构成。集成并联电容101包括顶电极115，介质层116以及互连金属层117，且集成并联电容101的有效区由顶电极115和互连金属层117正对区域wp组成。
在本发明集成电容谐振器器件的材料：电极材料可以是钼(Mo)、金(Au)、钨(W)、铂(Pt) 、钌(Ru)等类似金属。压电层材料可以为氮化铝(AlN)、掺杂氮化铝(doped ALN)、氧化锌(ZnO)、锆钛酸铅(PZT)、铌酸锂(LiNbO3)、石英(Quartz)或钽酸锂(LiTaO3)等，其中掺杂ALN至少含一种稀土元素，如钪(Sc)、镁(Mg)、镱(Yb)等。衬底材料包括但不限于：硅(Si)、砷化镓(GaAs) 、蓝宝石、石英等。介质层材料可以为氮化硅(SiN)和氧化硅(SiOx)等。声学镜释放前牺牲层材料为多晶硅、非晶硅、氧化硅(SiOx)等。
如图2所示，为并联集成电容谐振器的等效电路模型。其中虚线框中为体声波谐振器的BVD电路模型，该模型中有四个集总元件：C0表示静态电容，Cm表示动态电容，Lm表示动态电感以及Rm表示机械损耗。集成并联电容101由顶电极115和互连金属层117正对区域wp构成，它们的电容值与顶电极115和互连金属层117正对区域面积wp和介电层厚度d相关：
。
为真空介电常数，
为介质层的相对介电常数。
虚线框表示不集成电容时，体声波谐振器的BVD等效电路模型，根据等效电路模型可得到集成电容时谐振器的串联谐振器频率fs和并联谐振器频率fp：
；
；
当实施例1集成并联电容Cp，体声波谐振器的并联谐振频率
向低频偏移，串联谐振器频率
不变，谐振器的有效机电耦合系数
减小；因此可以将体声波滤波器中的某个或者多个谐振器增加上述集成电容结构，调节这些谐振器的
，优化体声波滤波器的滚降系数。在图1和图2中，为了与电路图中的符号相对应，集成并联电容101在附图中的符号也由Cp表示，体声波谐振器100也由RA表示。
图3是实施例1体声波谐振器的阻抗频率特性曲线。体声波谐振器50Ω的有效区面积wa设定为11500um2，实施例1中集成并联电容Cp设置为0pf, 0.05pf, 0.1pf, 0.15pf,0.2pf。
图3实施例1的体声波谐振器的阻抗频率特性曲线表明：当集成并联电容逐渐增大时，体声波谐振器的并联谐振频率
向低频移动，串联谐振频率
不变，即有效机电耦合系数
逐渐减小。
图4为实施例1的体声波滤波器电路图。该体声波滤波器为Band3发送滤波器(TXFilter)，具有天线端子ANT和发送端子TX，通带1710~1785 MHz。该体声波滤波器为梯形结构，即发送滤波器具有4个串联谐振臂TS1~TS4，其中TS1串联谐振臂包括2个串联的体声波谐振器TS1A和TS1B；同时在串联臂与地电位之间连接TP1~TP4并联臂，其中TP1并联臂包含两个2个并联的谐振器TP1A和TP1B。并联臂TP1和并联TP2的输出端经由电感LTl连接于地电位，并联臂TP3和并联TP4的输出端经由电感LT2连接于地电位。
实施例1在串联谐振器TS4上并联集成电容为0.15 pf，该谐振器的并联谐振频率
向低频移动，减小谐振器TS4有效机电耦合系数
，进而提高体声波滤波器通带右侧的滚降特性。本发明中的对比例1滤波器电路结构与图4相同，且不包含调节谐振器机电耦合系数的集成电容。更优的，本发明可在多个谐振器上集成串并联电容，同时调节多个体声波谐振器的有效机电耦合系数
，以实现更好的滤波器滚降特性。
图5为实施例1与对比例1的滤波器传输曲线。实施例1在串联谐振器TS4上集成并联电容Cp，将谐振器的并联谐振频率
向低频移动，减小谐振器TS4有效机电耦合系数
，提高了体声波滤波器通带右侧的滚降特性，且滤波器的带宽基本不变。在1800MHz频点，实施例1的滚降比对比例1提高了10dB。图11中，实线代表实施例2，虚线代表对比例2。
实施例二：如图7所示，本发明公开了一种集成电容谐振器，其中集成电容与谐振器串联，为串联集成电容谐振器。具体的包括形成在衬底211上形成的体声波谐振器200以及集成电容。该串联集成电容谐振器包括衬底211，声学镜212，底电极213，压电层214，顶电极215，介质层216以及互连金属层217。体声波谐振器200的有效区由声学镜投影区域wb构成。集成串联电容201包括顶电极215，介质层216以及互连金属层217，且集成串联电容201的有效区由顶电极215和互连金属层217正对区域ws组成。
实施例2具有集成电容体声波谐振器的等效电路模型如图8所示，其中虚线框中为体声波谐振器的BVD电路模型，该模型中有四个集总元件：C0表示静态电容，Cm表示动态电容，Lm表示动态电感以及Rm表示机械损耗。集成串联电容由顶电极215和互连金属层217正对区域ws构成。它的电容值与顶电极215和互连金属层217正对区域面积ws和介电层厚度d相关：
。
为真空介电常数，
为介质层的相对介电常数。
图8中实施例2虚线框表示不集成电容时，体声波谐振器的BVD等效电路模型，根据等效电路模型可得到集成电容时谐振器的串联谐振器频率
和并联谐振器频率
：
实施例2集成串联电容Cs，体声波谐振器的串联谐振器频率
向高频偏移，并联谐振频率
不变，谐振器的有效机电耦合系数
减小。 因此可以将体声波滤波器中的某个或者多个谐振器增加上述集成电容结构，调节这些谐振器的
，优化体声波滤波器的滚降系数。在图7和图8中，为了与电路图中的符号相对应，集成串联电容201在附图中的符号也由Cs表示，体声波谐振器200也由RB表示。
图9是实施例2体声波谐振器的阻抗频率特性曲线。体声波谐振器50Ω的有效区面积wb设定为11500um2，实施例2集成串联电容Cs设置为0pf, 8.5pf, 9.0pf, 9.5pf,10.0pf。
图9实施例2的体声波谐振器的阻抗频率特性曲线表明当集成串联电容逐渐减小时，体声波谐振器的串联谐振频率
向高频移动，并联谐振频率
不变，即有效机电耦合系数
逐渐减小。
图10为实施例2的体声波滤波器电路图。该体声波滤波器为Band3发送滤波器(TXFilter)，具有天线端子ANT和发送端子TX，通带1710~1785 MHz。该体声波滤波器为梯形结构，即发送滤波器具有4个串联谐振臂TS1~TS4，其中TS1串联谐振臂包括2个串联的体声波谐振器TS1A和TS1B；同时在串联臂与地电位之间连接TP1~TP4并联臂，其中TP1并联臂包含两个2个并联的谐振器TP1A和TP1B。并联臂TP1和并联TP2的输出端经由电感LTl连接于地电位，并联臂TP3和并联TP4的输出端经由电感LT2连接于地电位。
实施例2在并联谐振器TP2和TP4上分别串联集成电容Cs1为8.5 pf和Cs2为10 pf，该谐振器的串联谐振频率
向高频移动，减小并联谐振器TP2和TP4有效机电耦合系数
，进而提高体声波滤波器通带左侧的滚降特性。本发明中对比例2滤波器电路结构与图10相同，且不包含调节谐振器机电耦合系数的集成电容。更优的，本发明可在多个谐振器上集成串并联电容，同时调节多个体声波谐振器的有效机电耦合系数
，以实现更好的滤波器滚降特性。
图11为实施例2与对比例2的滤波器传输曲线。实施例2在并联谐振器TP2和TP4上分别串联集成电容Cs1和Cs2，将谐振器的串联谐振频率
向高频移动，减小并联谐振器TP2和TP4有效机电耦合系数
，提高了体声波滤波器通带左侧的滚降特性，且滤波器的带宽基本不变。在1693MHz频点，实施例2的滚降比对比例2提高了14dB。
本发明还提供了一种集成电容体声波谐振器的制造方法，如图6、图12所示，图6为实施例1具有集成电容体声波谐振器的制造流程；图12为实施例2具有集成电容体声波谐振器的制造流程。图6和图12的A图分别在衬底111和211上刻蚀形成空腔结构，即声学镜112和212，接着在衬底上形成牺牲层可包括例如多晶硅、非晶硅、氧化硅(SiOx)等，并对形成牺牲层进行平坦化，只保留空腔结构部分。图6和图12的B图分别在衬底上沉积底电极113和213、压电层114和214。图6和图12的C图分别在压电层上沉积顶电极115和215并图形化，得到形成集成电容，谐振器有效区以及金属互连等部分。图6和图12的D图分别形成介质层116和216，并图形化得到谐振器电极互联的通孔。图6和图12的E图分别形成互连金属层117和217，并图形化得到形成集成电容，谐振器电极互联通孔以及金属互连等部分。图6和图12的F图分别释放牺牲层，形成体声波谐振器空腔声学镜112和212。其中图形化是半导体芯片中的常用语，即通过光刻工艺，将顶电极不需要的部分刻蚀并清洗干净，只保留需要的顶电极图案部分。
该制造工艺无需对现有制造工艺进行修改升级，降低了体声波谐振器集成电容结构的复杂度，优化了生产成本。同时实现了片内单个或多个谐振器有效机电耦合系数
可调，在不恶化滤波器带宽的情况下，提高了体声波滤波器的滚降系数。
在本发明的实施例的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“坚直”、“水平”、“中心”、“顶”、“底”、“顶部”、“底部”、“内”、“外”、“内侧”、“外侧”等指示的方位或位置关系。
在本发明的实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“组装”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明的实施例的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
在本发明的实施例的描述中，本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
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多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种集成电容体声波谐振器，其特征在于：包括体声波谐振器（100或200）和集成电容，所述体声波谐振器包括由下至上依次设置的衬底（111或211）、声学镜（112或212）、底电极（113或213）、压电层（114或214）、顶电极（115或215）、介质层（116或216）和互连金属层（117或217），所述互连金属层（117或217）一侧与压电层（114或214）、介质层（116或216）互连，所述体声波谐振器（100或200）有效区由声学镜（112或212）投影区域wa或wb组成，所述集成电容有效区由顶电极（115或215）和互连金属层（117或217）正对区域wp或ws组成。
2.根据权利要求1所述的集成电容体声波谐振器，其特征在于：当顶电极（115）与互连金属层（117）接触时，顶电极（115）和互连金属层（117）正对区域wp组成的集成电容为集成并联电容(101)，此时体声波谐振器为并联集成电容谐振器；当顶电极（215）与互连金属层（217）不接触时，顶电极（215）和互连金属层（217）正对区域ws组成的集成电容为集成串联电容（201），此时体声波谐振器为串联集成电容谐振器。
3.根据权利要求1所述的集成电容体声波谐振器，其特征在于：所述声学镜（112或212）为嵌入衬底中的空腔结构构成，或所述声学镜（112或212）结构为布拉格反射器。
4.根据权利要求1所述的集成电容体声波谐振器，其特征在于：所述底电极（113或213）和顶电极（115或215）的材料为钼、金、钨、铂、钌中的一种或多种；所述压电层（114或214）的材料为氮化铝、掺杂氮化铝、氧化锌、锆钛酸铅、铌酸锂、石英或钽酸锂中的一种或多种，所述掺杂氮化铝至少含一种稀土元素；所述衬底（111或211）材料为硅、砷化镓、蓝宝石、石英中的一种或多种；所述介质层（116或216）材料为氮化硅、氧化硅中的一种或多种。
5.一种集成电容体声波谐振器的制造方法，其特征在于：包括步骤，
1）在衬底（111或211）上刻蚀形成空腔结构，然后在衬底（111或211）上形成牺牲层，并对形成的牺牲层进行平坦化，只保留空腔结构部分；
2）在衬底（111或211）上沉积底电极（113或213）和压电层（114或214）；
3）在压电层（114或214）上沉积顶电极（115或215）并图形化，得到形成集成电容，谐振器有效区以及金属互连等部分；
4）形成介质层（116或216），并图形化得到谐振器电极互联的通孔；
5）形成互连金属层（117或217），并图形化得到形成集成电容，谐振器电极互联通孔以及金属互连等部分；
6）释放牺牲层，形成体声波谐振器空腔声学镜（112或212）。
6.根据权利要求5所述的集成电容体声波谐振器的制造方法，其特征在于：所述牺牲层为多晶硅、非晶硅、氧化硅中的一种。
7.一种滤波器，其特征在于：包括权利要求1-4任一所述的集成电容体声波谐振器。
8. 根据权利要求7所述的滤波器，其特征在于：包括天线端子（ANT）、发送端子（TX），所述天线端子（ANT）和发送端子（TX）之间连接有发送滤波器，所述发送滤波器包括四个串联谐振臂TS1、TS2、TS3、TS4，四个所述串联谐振臂TS1、TS2、TS3、TS4与地电位之间连接有并联臂TP1、TP2 、TP3、TP4；所述串联谐振臂TS1包括两个串联的体声波BAW谐振器TS1A和TS1B；所述并联臂TP1位于串联谐振臂TS1与串联谐振臂TS2之间，所述并联臂TP2位于串联谐振臂TS2与串联谐振臂TS3之间，所述并联臂TP3位于串联谐振臂TS3与串联谐振臂TS4之间，所述并联臂TP4位于串联谐振臂TS4与发送端子（TX）之间，所述并联臂TP1包括两个并联的BAW谐振器TP1A和TP1B； 所述并联臂TP1和并联臂TP2的输出端通过电感LT1连接地电位，所述并联臂TP3和并联臂TP4的输出端通过电感LT2连接地电位。
9.根据权利要求8所述的滤波器，其特征在于：所述串联谐振臂TS4为并联集成电容谐振器。
10.根据权利要求8所述的滤波器，其特征在于：所述并联臂TP2、TP4为并联集成电容谐振器。
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117318664A (zh) * | 2023-08-30 | 2023-12-29 | 华南理工大学 | 一种声波滤波器组件、声波滤波器及制作方法 |
| CN117375568A (zh) * | 2023-12-07 | 2024-01-09 | 常州承芯半导体有限公司 | 体声波谐振装置及体声波谐振装置的形成方法 |
| CN117459021A (zh) * | 2023-11-17 | 2024-01-26 | 华南理工大学 | 一种集成无源器件的体声波单片混合滤波器及其制备方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20110316649A1 (en) * | 2009-03-04 | 2011-12-29 | Epcos Ag | Reactance Filter Having a Steep Edge |
| CN111355467A (zh) * | 2020-04-01 | 2020-06-30 | 河源市众拓光电科技有限公司 | 利用射频电容优化的硅背刻蚀型单晶薄膜体声波谐振器 |
| CN115104255A (zh) * | 2020-12-03 | 2022-09-23 | 阿库斯蒂斯有限公司 | 具有集成电容器的体声波谐振器滤波器 |
| CN115395922A (zh) * | 2022-10-28 | 2022-11-25 | 成都频岢微电子有限公司 | 一种体声波双工器 |
-
2022
- 2022-12-30 CN CN202211715516.5A patent/CN115694412A/zh active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20110316649A1 (en) * | 2009-03-04 | 2011-12-29 | Epcos Ag | Reactance Filter Having a Steep Edge |
| CN111355467A (zh) * | 2020-04-01 | 2020-06-30 | 河源市众拓光电科技有限公司 | 利用射频电容优化的硅背刻蚀型单晶薄膜体声波谐振器 |
| CN115104255A (zh) * | 2020-12-03 | 2022-09-23 | 阿库斯蒂斯有限公司 | 具有集成电容器的体声波谐振器滤波器 |
| CN115395922A (zh) * | 2022-10-28 | 2022-11-25 | 成都频岢微电子有限公司 | 一种体声波双工器 |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117318664A (zh) * | 2023-08-30 | 2023-12-29 | 华南理工大学 | 一种声波滤波器组件、声波滤波器及制作方法 |
| CN117459021A (zh) * | 2023-11-17 | 2024-01-26 | 华南理工大学 | 一种集成无源器件的体声波单片混合滤波器及其制备方法 |
| CN117459021B (zh) * | 2023-11-17 | 2024-05-10 | 华南理工大学 | 一种集成无源器件的体声波单片混合滤波器及其制备方法 |
| CN117375568A (zh) * | 2023-12-07 | 2024-01-09 | 常州承芯半导体有限公司 | 体声波谐振装置及体声波谐振装置的形成方法 |
| CN117375568B (zh) * | 2023-12-07 | 2024-03-12 | 常州承芯半导体有限公司 | 体声波谐振装置及体声波谐振装置的形成方法 |
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