CN116248072B - 一种声波滤波器及信号处理电路 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及器件制备技术领域，提供了一种声波滤波器及信号处理电路，声波滤波器包括并联谐振器和串联谐振器，并联谐振器和串联谐振器依次级联，其中，并联谐振器中的谐振器为高阶兰姆波谐振器，高阶兰姆波谐振器所激发的声波模式为一阶反对称兰姆波，串联谐振器中至少部分谐振器为纵向泄露声表面波谐振器，纵向泄露声表面波谐振器所激发的声波模式为纵向漏波。基于本申请实施例，通过使用高阶兰姆波谐振器和纵向泄露声表面波谐振器两种谐振器结构，采用不同的声波模式，混合搭建滤波器，可以克服单一纵向泄露声表面波滤波器右半侧通带的能量泄露问题，可以实现高性能的高频大带宽声波滤波器。
Description
技术领域
本发明涉及器件制备技术领域，尤其涉及一种声波滤波器及信号处理电路。
背景技术
现有滤波器主要基于纵向泄露声表面波谐振器这一单一谐振器结构，通过改变谐振器中叉指电极的周期来改变谐振器的谐振频率。虽然基于碳化硅SiC衬底的纵向泄露声表面波谐振器的谐振频率高，可以搭建中心频率大于4GHz的滤波器，但是当纵向泄露声表面波谐振器的厚度波长比较小时，在其反谐振频率右侧会出现能量泄露，将纵向泄露声表面波谐振器作为并联谐振器，能量泄露点会出现在滤波器带内，会影响滤波器带内性能。另外，纵向泄露声表面波谐振器的机电耦合系数较小，难以实现大带宽滤波器。
为实现高频，现有滤波器也会采用高阶兰姆波谐振器这一单一谐振器结构，该谐振器大多情况下厚度波长比很小，其频率几乎只与厚度相关，很难通过调整叉指电极的周期实现较大范围的频率调整，且稳定性差，功率容量较差，设计难度高，难以实现大带宽滤波器设计。
发明内容
为了解决现有滤波器带内性能会被影响且带宽较小的问题，本申请实施例提供了一种声波滤波器及信号处理电路。
根据本申请的第一方面，提供了一种声波滤波器，包括：
并联谐振器和串联谐振器，并联谐振器和串联谐振器依次级联；
并联谐振器中的谐振器为高阶兰姆波谐振器，高阶兰姆波谐振器所激发的声波模式为一阶反对称兰姆波；
串联谐振器中至少部分谐振器为纵向泄露声表面波谐振器，纵向泄露声表面波谐振器所激发的声波模式为纵向漏波。
进一步地，串联谐振器中每个谐振器为纵向泄露声表面波谐振器；
每个谐振器所激发的声波模式为纵向漏波。
进一步地，串联谐振器包括第一谐振器、第二谐振器、第三谐振器和第四谐振器，第一谐振器、第二谐振器、第三谐振器和第四谐振器依次串联；
第一谐振器、第二谐振器、第三谐振器和第四谐振器均为纵向泄露声表面波谐振器；
第一谐振器、第二谐振器、第三谐振器和第四谐振器所激发的声波模式均为纵向漏波。
进一步地，串联谐振器中输入输出端口对应的谐振器为高阶兰姆波谐振器；
输入输出端口对应的谐振器所激发的声波模式为一阶反对称兰姆波；
串联谐振器中非输入输出端口对应的谐振器为纵向漏波；
非输入输出端口对应的谐振器所激发的声波模式为纵向漏波。
进一步地，串联谐振器包括第一谐振器、第二谐振器、第三谐振器和第四谐振器，第一谐振器、第二谐振器、第三谐振器和第四谐振器依次串联；
第一谐振器和第四谐振器均为高阶兰姆波谐振器，
第二谐振器和第三谐振器均为纵向泄露声表面波谐振器；
第一谐振器和第四谐振器所激发的声波模式均为一阶反对称兰姆波；
第二谐振器和第三谐振器所激发的声波模式均为纵向漏波。
进一步地，高阶兰姆波谐振器包括：
第一支撑衬底；
设置在第一支撑衬底上的第一压电薄膜；
设置在第一压电薄膜上的第一叉指电极；
第一支撑衬底具有刻蚀结构，第一叉指电极在第一支撑衬底上的对应位置与刻蚀结构的位置重合。
进一步地，纵向泄露声表面波谐振器包括：
第二支撑衬底；
设置在第二支撑衬底上的第二压电薄膜；
设置在第二压电薄膜上的第二叉指电极。
进一步地，滤波器还包括电感电容模块；
高阶兰姆波谐振器、纵向泄露声表面波谐振器和电感电容模块置于同一基底上互联。
进一步地，高阶兰姆波谐振器和纵向泄露声表面波谐振器在垂直方向上集成和互联；
高阶兰姆波谐振器和纵向泄露声表面波谐振器通过连接结构贯穿刻蚀结构互联；连接结构为导电结构。
根据本申请的第二方面，提供了一种信号处理电路，该信号处理电路包括上述声波滤波器。
本申请实施例具有如下有益效果：
本申请实施例提供的一种声波滤波器及信号处理电路，声波滤波器包括并联谐振器和串联谐振器，并联谐振器和串联谐振器依次级联，其中，并联谐振器中的谐振器为高阶兰姆波谐振器，高阶兰姆波谐振器所激发的声波模式为一阶反对称兰姆波，串联谐振器中至少部分谐振器为纵向泄露声表面波谐振器，纵向泄露声表面波谐振器所激发的声波模式为纵向漏波。基于本申请实施例，通过使用高阶兰姆波谐振器和纵向泄露声表面波谐振器两种谐振器结构，采用不同的声波模式，混合搭建滤波器，可以使得纵向泄露声表面波谐振器的反谐振频率点右侧的能量泄露位于滤波器的带外，可以实现高性能的高频大带宽声波滤波器。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案和优点，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，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它附图。
图1是本申请实施例提供的一种声波滤波器的拓扑结构示意图；
图2是本申请实施例提供的一种高阶兰姆波谐振器的截面示意图；
图3是本申请实施例提供的一种高阶兰姆波谐振器的俯视示意图；
图4是本申请实施例提供的一种纵向泄露声表面波谐振器的截面示意图；
图5是本申请实施例提供的一种纵向泄露声表面波谐振器的俯视示意图；
图6是本申请实施例提供的一种声波滤波器的布局方式的俯视示意图；
图7是本申请实施例提供的另一种声波滤波器的布局方式的截面示意图；
图8是本申请实施例提供的另一种声波滤波器的拓扑结构示意图；
图9是本申请实施例提供的一种梯形声波滤波器中每个谐振器的功率密度示意图；
图10是本申请实施例提供的另一种纵向泄露声表面波谐振器的截面示意图；
图11是现有基于单一纵向泄露声表面波谐振器的滤波器的仿真示意图；
图12是本申请实施例提供的声波滤波器的仿真示意图。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请实施例作进一步地详细描述。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一个实施例，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“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。在本申请实施例的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，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”等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实施例能够以除了在这里图示或描述以外的顺序实施。此外，术语“包括”、“具有”和“为”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。
声波滤波器可以由多个谐振器在串联和并联臂上依次级联组成。其中，串联谐振器的谐振频率略高于并联谐振器的谐振频率，串联谐振器对应的波长略小于并联谐振器对应的波长。一般而言，串联谐振器的谐振频率fr需要与并联谐振器的谐振频率fa基本对齐，以实现带通滤波器的响应。因此，滤波器的相对带宽与谐振器的机电耦合系数kt 2呈正相关，kt 2越大，则可实现的滤波器相对带宽越大。然而，现有基于单一纵向泄露声表面波谐振器结构的滤波器难以实现大带宽滤波器。基于此，本申请实施例提供一种声波滤波器，该声波滤波器可以包括并联谐振器和串联谐振器，并联谐振器和串联谐振器可以依次级联。其中，并联谐振器中的谐振器可以为高阶兰姆波谐振器，该高阶兰姆波谐振器所激发的声波模式可以为一阶反对称兰姆波。串联谐振器中可以至少部分谐振器为纵向泄露声表面波谐振器，该纵向泄露声表面波谐振器所激发的声波模式可以为纵向漏波。通过使用高阶兰姆波谐振器和纵向泄露声表面波谐振器两种谐振器结构，采用不同的声波模式，混合搭建滤波器，可以使得纵向泄露声表面波谐振器的反谐振频率点右侧的能量泄露位于滤波器的带外，可以实现高性能的高频大带宽声波滤波器。
下面介绍本申请一种声波滤波器的具体实施例1，图1是本申请实施例提供的一种声波滤波器的拓扑结构示意图。本说明书提供了如实施例或附图所示的组成结构，但基于常规或者无创造性的劳动可以包括更多或者更少的谐振器。实施例中列举的组成结构仅仅为众多组成结构中的一种方式，不代表唯一的组成结构，在实际执行时，可以按照实施例或者附图所示的组成结构执行。
如图1所示，声波谐振器可以包括并联谐振器和串联谐振器，并联谐振器和串联谐振器可以依次级联。其中，并联谐振器中的谐振器可以为高阶兰姆波谐振器，该高阶兰姆波谐振器所激发的声波模式可以为一阶反对称兰姆波。串联谐振器中的谐振器可以为纵向泄露声表面波谐振器，每个谐振器所激发的声波模式可以为纵向漏波。通过使用高阶兰姆波谐振器替换传统滤波器结构的并联谐振器中的纵向泄露声表面波谐振器，克服了单一纵向泄露声表面波滤波器右半侧通带的能量泄露问题，另外，高阶兰姆波谐振器具有更高的机电耦合系数，仅需要激发一种频率，无需改变压电薄膜的厚度，可以降低工艺难度。纵向泄露声表面波谐振器作为串联谐振器，具有高频、低成本、设计简单的优势，其反谐振器频率右侧可能出现的能量泄露位于滤波器带外，不会对滤波器带内性能造成的影响，可以实现高频大带宽滤波器。
在一些可选的实施方式中，可以将图1所示的串联谐振器中的谐振器自左向右依次定义为第一谐振器11、第二谐振器12、第三谐振器13、第四谐振器14。其中，第一谐振器11、第二谐振器12、第三谐振器13和第四谐振器14均可以为纵向泄露声表面波谐振器，第一谐振器11、第二谐振器12、第三谐振器13和第四谐振器14所激发的声波模式均可以为纵向漏波。同时，可以将图1所示的并联谐振器中的谐振器自左向右依次定义为第五谐振器15、第六谐振器16、第七谐振器17。其中，第五谐振器15、第六谐振器16、第七谐振器17均可以为高阶兰姆波谐振器，第五谐振器15、第六谐振器16、第七谐振器17所激发的声波模式均可以为一阶反对称兰姆波。
本申请实施例中，高阶兰姆波谐振器可以包括第一支撑衬底、设置在第一支撑衬底上的第一压电薄膜和设置第一压电薄膜上的第一叉指电极。第一支撑衬底可以具有刻蚀结构，第一叉指电极在第一支撑衬底上的对应位置可以与刻蚀结构的位置重合。具体地，第一支撑衬底的材料可以为硅Si、石英、碳化硅SiC、蓝宝石、金刚石中的任意一种，优选便于后续形成刻蚀结构的硅。第一压电薄膜的材料可以为铌酸锂LiNbO3，也可以为钽酸锂LiTaO3。第一压电薄膜的欧拉角可以为(0,β,0)，其中-80°<β<20°，或者(α,0,0)，其中α为任意角度。第一压电薄膜的厚度可以在区间(150nm,1.5μm)内。第一叉指电极的材料可以包括铝、钨、铬、钛、铜、银和金中的至少一种金属。
图2是本申请实施例提供的一种高阶兰姆波谐振器的截面示意图。该高阶兰姆波谐振器可以包括第一支撑衬底、设置在第一支撑衬底上的介质层、设置在介质层上的第一压电薄膜和设置在第一压电薄膜上的第一叉指电极。其中，介质层的材料可以为氧化硅SiOx、氮化硅SiNx、氧化铝Al2O3等高阻率材料。介质层也可以仅设置在第一压电薄膜和第一叉指电极之间。介质层也可以设置第一支撑衬底和第一压电薄膜之间，以及设置在第一压电薄膜和第一叉指电极之间。图3是本申请实施例提供的一种高阶兰姆波谐振器的俯视示意图，其中，第一叉指电极可以平行排布在第一压电薄膜的上表面。
本申请实施例中，纵向泄露声表面波谐振器可以包括第二支撑衬底、设置在第二支撑衬底上的第二压电薄膜以及设置在第二压电薄膜上的第二叉指电极。其中，第二支撑衬底可以为高声速支撑衬底，其声速需高于第二压电薄膜中所激发的纵向漏波的声速，以约束第二压电薄膜声波导中的声场能量。具体地，第二支撑衬底的材料可以为碳化硅SiC、金刚石中的一种。第二支撑衬底的材料不可以是声速偏低的材料，例如硅、石英等材料，无法有效约束纵向漏波的能量。第二压电薄膜的材料可以为铌酸锂LiNbO3，也可以为钽酸锂LiTaO3。第二压电薄膜的欧拉角可以为(0,0，β)，其中β为任意角度，或者(α,0,0)，其中α为任意角度。第二压电薄膜的厚度可以在区间(150nm,1.5μm)内。第二叉指电极的材料可以包括铝、钨、铬、钛、铜、银和金中的至少一种金属。
图4是本申请实施例提供的一种纵向泄露声表面波谐振器的截面示意图。该纵向泄露声表面波谐振器可以包括第二支撑衬底、设置在第二支撑衬底上的介质层、设置在介质层上的第二压电薄膜和设置在第二压电薄膜上的第二叉指电极。其中，介质层的材料可以为氧化硅SiOx、氮化硅SiNx、氧化铝Al2O3等高阻率材料。介质层也可以仅设置在第一压电薄膜和第一叉指电极之间。介质层也可以设置第一支撑衬底和第一压电薄膜之间，以及设置在第一压电薄膜和第一叉指电极之间。图5是本申请实施例提供的一种纵向泄露声表面波谐振器的俯视示意图。该纵向泄露声表面波谐振器还可以包括反射栅阵列，该反射栅阵列可以分别位于第二叉指电极的左右两侧，并平行排布在第二压电薄膜的上表面。
图6是本申请实施例提供的一种声波滤波器的布局方式的俯视示意图。该声波滤波器可以包括由高阶兰姆波谐振器构成的并联谐振器即高阶兰姆波谐振器模块、纵向泄露声表面波谐振器构成的并联谐振器即纵向泄露声表面波谐振器模块和电感电容模块。其中，高阶兰姆波谐振器模块、纵向泄露声表面波谐振器模块和电感电容模块可以置于同一基底上互联。也即是，可以分别封装高阶兰姆波谐振器模块、纵向泄露声表面波谐振器模块和电感电容模块后，置于同一基底上互联。
图7是本申请实施例提供的另一种声波滤波器的布局方式的截面示意图。该声波滤波器可以包括由高阶兰姆波谐振器构成的并联谐振器，纵向泄露声表面波谐振器构成的并联谐振器。高阶兰姆波谐振器和纵向泄露声表面波谐振器可以在垂直方向上集成和互联。例如，高阶兰姆波谐振器可以设置在纵向泄露声表面波谐振器的上方，高阶兰姆波谐振器和纵向泄露声表面波谐振器可以通过连接结构贯穿刻蚀结构互联。
采用本申请实施例提供的声波滤波器，通过使用高阶兰姆波谐振器和纵向泄露声表面波谐振器两种谐振器结构，采用不同的声波模式，混合搭建滤波器，可以使得纵向泄露声表面波谐振器的反谐振频率点右侧的能量泄露位于滤波器的带外，可以实现高性能的高频大带宽声波滤波器。
下面介绍本申请一种声波滤波器的具体实施例2，图8是本申请实施例提供的另一种声波滤波器的拓扑结构示意图。本说明书提供了如实施例或附图所示的组成结构，但基于常规或者无创造性的劳动可以包括更多或者更少的谐振器。实施例中列举的组成结构仅仅为众多组成结构中的一种方式，不代表唯一的组成结构，在实际执行时，可以按照实施例或者附图所示的组成结构执行。
如图8所示，声波谐振器可以包括并联谐振器和串联谐振器，并联谐振器和串联谐振器可以依次级联。其中，并联谐振器中的谐振器可以为高阶兰姆波谐振器，该高阶兰姆波谐振器所激发的声波模式可以为一阶反对称兰姆波。图9是本申请实施例提供的一种梯形声波滤波器中每个谐振器的功率密度示意图，由图9可知，串联谐振器中输入输出端口对应的谐振器功率密度较小，所以串联谐振器中输入输出接口对应的谐振器可以为高阶兰姆波谐振器，该高阶兰姆波谐振器所激发的声波模式可以为一阶反对称兰姆波，串联谐振器中非输入输出接口对应的谐振器可以为纵向泄露声表面波谐振器，该纵向泄露声表面波谐振器所激发的声波模式可以为纵向漏波。通过使用高阶兰姆波谐振器替换传统滤波器结构的并联谐振器中的部分纵向泄露声表面波谐振器，利用高阶兰姆波谐振器具有更高的机电耦合系数，仅需要激发一种频率，无需改变压电薄膜的厚度，可以进一步增大滤波器的带宽，可以降低工艺难度。并且，同时使用纵向泄露声表面波谐振器作为串联谐振器，利用纵向泄露声表面波谐振器具有高频、低成本、设计简单的优势，使得反谐振器频率右侧可能出现的能量泄露位于滤波器带外，减少会滤波器带内性能造成的影响，可以实现高频大带宽滤波器。
在一些可选的实施方式中，可以将图8所示的串联谐振器中的谐振器自左向右依次定义为第一谐振器81、第二谐振器82、第三谐振器83、第四谐振器84。其中，第一谐振器81和第四谐振器84可以为高阶兰姆波谐振器，第二谐振器82和第三谐振器83可以为纵向泄露声表面波谐振器。第一谐振器81和第四谐振器84所激发的声波模式均可以为一阶反对称兰姆波，第二谐振器82和第三谐振器83所激发的声波模式均可以为纵向漏波。同时，可以将图8所示的并联谐振器中的谐振器自左向右依次定义为第五谐振器85、第六谐振器86、第七谐振器87。其中，第五谐振器85、第六谐振器86、第七谐振器87均可以为高阶兰姆波谐振器，第五谐振器85、第六谐振器86、第七谐振器87所激发的声波模式均可以为一阶反对称兰姆波。
本申请实施例中，高阶兰姆波谐振器可以包括第一支撑衬底、设置在第一支撑衬底上的第一压电薄膜和设置第一压电薄膜上的第一叉指电极。第一支撑衬底可以具有刻蚀结构，第一叉指电极在第一支撑衬底上的对应位置可以与刻蚀结构的位置重合。具体地，第一支撑衬底的材料可以为硅Si、石英、碳化硅SiC、蓝宝石、金刚石中的任意一种，优选便于后续形成刻蚀结构的硅。第一压电薄膜的材料可以为铌酸锂LiNbO3，也可以为钽酸锂LiTaO3。压电薄膜的欧拉角可以为(0,β,0)，其中-80°<β<20°，或者(α,0,0)，其中α为任意角度。第一压电薄膜的厚度可以在区间(150nm,750nm)内。第一叉指电极的材料可以包括铝、钨、铬、钛、铜、银和金中的至少一种金属。
如图2所示，高阶兰姆波谐振器可以包括第一支撑衬底、设置在第一支撑衬底上的介质层、设置在介质层上的第一压电薄膜和设置在第一压电薄膜上的第一叉指电极。其中，介质层的材料可以为氧化硅SiOx、氮化硅SiNx、氧化铝Al2O3等高阻率材料。介质层也可以仅设置在第一压电薄膜和第一叉指电极之间。介质层也可以设置第一支撑衬底和第一压电薄膜之间，以及设置在第一压电薄膜和第一叉指电极之间。如图3所示，第一叉指电极平行排布在第一压电薄膜的上表面，叉指电极的占空比较小，可以在区间(0.05,0.25)内，叉指电极的周期较大，一般大于5um。
本申请实施例中，纵向泄露声表面波谐振器可以包括第二支撑衬底、设置在第二支撑衬底上的第二压电薄膜以及设置在第二压电薄膜上的第二叉指电极。其中，第二支撑衬底可以为高声速支撑衬底，其声速需高于第二压电薄膜中所激发的纵向漏波的声速，以约束第二压电薄膜声波导中的声场能量，例如硅、石英等材料声速偏低，无法有效约束纵向漏波的能量。具体地，第二支撑衬底的材料一般为碳化硅SiC、金刚石中的一种。第二压电薄膜的材料可以为铌酸锂LiNbO3，也可以为钽酸锂LiTaO3。第二压电薄膜的欧拉角可以为(0,0，β)，其中β为任意角度，或者(α,0,0)，其中α为任意角度。第二压电薄膜的厚度可以在区间(150nm,1.5μm)内。第二叉指电极的材料可以包括铝、钨、铬、钛、铜、银和金中的至少一种金属。
如图4所示，纵向泄露声表面波谐振器可以包括第二支撑衬底、设置在第二支撑衬底上的介质层、设置在介质层上的第二压电薄膜和设置在第二压电薄膜上的第二叉指电极。其中，介质层的材料可以为氧化硅SiOx、氮化硅SiNx、氧化铝Al2O3等高阻率材料。介质层也可以仅设置在第二压电薄膜和第二叉指电极之间。介质层也可以设置第二支撑衬底和第一压电薄膜之间，以及设置在第二压电薄膜和第二叉指电极之间。如图5所示，纵向泄露声表面波谐振器还可以包括反射栅阵列，该反射栅阵列可以分别位于第二叉指电极的左右两侧，并平行排布在第二压电薄膜的上表面。
图10是本申请实施例提供的另一种纵向泄露声表面波谐振器的截面示意图，如图10所示，纵向泄露声表面波谐振器也可以包括第三支撑衬底、设置在第三支撑衬底上的布拉格反射层，设置在布拉格反射层上的第三压电薄膜以及设置在第三压电薄膜上的第三叉指电极。具体地，第三支撑衬底的材料可以为硅Si、石英、碳化硅SiC、蓝宝石、金刚石中的任意一种。布拉格反射层是由高低声阻抗交替的材料(低声阻抗材料如SiO2，高声阻抗材料，我见过的有AlN，W，Pt等)和介质膜层堆叠而成。第三压电薄膜的材料可以为铌酸锂LiNbO3，也可以为钽酸锂LiTaO3。第三压电薄膜的欧拉角可以为(90°,90°,γ)，其中，20°＜γ＜80°。第三压电薄膜的厚度可以在区间(150nm,1.5μm)内。第三叉指电极的材料可以包括铝、钨、铬、钛、铜、银和金中的至少一种金属。
如图6所示，声波滤波器可以包括由高阶兰姆波谐振器构成的并联谐振器、纵向泄露声表面波谐振器和高阶兰姆波谐振器共同构成的并联谐振器和电感电容模块。可选地，可以用所有高阶兰姆波谐振器构成高阶兰姆波谐振器模块，用所有纵向泄露声表面波谐振器构成纵向泄露声表面波谐振器模块，进而可以将高阶兰姆波谐振器模块、纵向泄露声表面波谐振器模块和电感电容模块置于同一基底上互联。也即是，可以分别封装高阶兰姆波谐振器模块、纵向泄露声表面波谐振器模块和电感电容模块后，置于同一基底上互联。
如图7所示，声波滤波器可以包括由高阶兰姆波谐振器构成的并联谐振器，纵向泄露声表面波谐振器和高阶兰姆波谐振器构成的并联谐振器。高阶兰姆波谐振器可以设置在纵向泄露声表面波谐振器的上方，高阶兰姆波谐振器和纵向泄露声表面波谐振器可以通过连接结构贯穿刻蚀结构互联。
采用本申请实施例提供的声波滤波器，通过使用高阶兰姆波谐振器和纵向泄露声表面波谐振器两种谐振器结构，采用不同的声波模式，混合搭建滤波器，可以使得纵向泄露声表面波谐振器的反谐振频率点右侧的能量泄露位于滤波器的带外，可以实现高性能的高频大带宽声波滤波器。
下面列举具体的仿真结果说明本申请实施例提供的声波滤波器的性能。图11是现有基于单一纵向泄露声表面波谐振器的滤波器的仿真示意图。该仿真示意图包括纵向泄露声表面波谐振器导纳曲线和滤波器响应曲线。导纳曲线中虚线表示串联谐振器，实线表示并联谐振器，响应曲线中虚线表示理想无能量泄露滤波器响应，实线表示实际滤波器响应。其中，纵向泄露声表面波谐振器包括120nm的铝电极、300nm X40°切的铌酸锂LiNbO3薄膜和碳化硅SiC衬底。从图9可以看出，纵向泄露声表面波谐振器在频率4.6GHz处开始出现能量泄露，对应的滤波器带内损耗增加，滤波器带宽减小，纵向泄露声表面波谐振器的机电耦合系数kt 2＝13％，滤波器的相对带宽FBW＝15.75％，通带波纹为3dB。
图12是本申请实施例提供的声波滤波器的仿真示意图。该仿真示意图包括纵向泄露声表面波谐振器导纳曲线和滤波器响应曲线。其中，纵向泄露声表面波谐振器作为串联谐振器，包括100nm的铝电极、300nm X56°切的铌酸锂LiNbO3薄膜和碳化硅SiC衬底。高阶兰姆波谐振器作为并联谐振器，包括90nm的铝电极、500nm Y124°切的铌酸锂LiNbO3薄膜和碳化硅SiC衬底。从图10可以看出，滤波器中心频率为4GHz，滤波器的相对带宽FBW＝15.75％，通带波纹为3dB。
本申请实施例中，信号处理电路可以包括多个声波滤波器，每个声波滤波器可以包括并联谐振器和串联谐振器，并联谐振器和串联谐振器可以依次级联。其中，并联谐振器中的谐振器可以为高阶兰姆波谐振器，该高阶兰姆波谐振器所激发的声波模式可以为一阶反对称兰姆波。串联谐振器中可以至少部分谐振器为纵向泄露声表面波谐振器，该纵向泄露声表面波谐振器所激发的声波模式可以为纵向漏波。通过使用高阶兰姆波谐振器和纵向泄露声表面波谐振器两种谐振器结构，采用不同的声波模式，混合搭建滤波器，可以使得纵向泄露声表面波谐振器的反谐振频率点右侧出现的能量泄露位于滤波器的带外，可以实现高性能的高频大带宽声波滤波器。
在一些可能的实施方式中，声波滤波器可以用于双工器、多工器等射频信号处理电路。
需要说明的是：上述本申请实施例的先后顺序仅仅为了描述，不代表实施例的优劣，且上述本说明书对特定的实施例进行了描述，其他实施例也在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或者步骤可以按照不同的实施例中的顺序来执行并且能够实现预期的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出特定顺序或者而连接顺序才能够实现期望的结果。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的均为与其他实施例的不同之处。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种声波滤波器，其特征在于，包括：
并联谐振器和串联谐振器，所述并联谐振器和所述串联谐振器依次级联；
所述并联谐振器中的谐振器为高阶兰姆波谐振器，所述高阶兰姆波谐振器所激发的声波模式为一阶反对称兰姆波；
所述串联谐振器中至少部分谐振器为纵向泄露声表面波谐振器，所述纵向泄露声表面波谐振器所激发的声波模式为纵向漏波。
2.根据权利要求1所述的滤波器，其特征在于，所述串联谐振器中每个谐振器为所述纵向泄露声表面波谐振器；
每个所述谐振器所激发的声波模式为纵向漏波。
3.根据权利要求2所述的滤波器，其特征在于，所述串联谐振器包括第一谐振器、第二谐振器、第三谐振器和第四谐振器，所述第一谐振器、所述第二谐振器、所述第三谐振器和所述第四谐振器依次串联；
所述第一谐振器、所述第二谐振器、所述第三谐振器和所述第四谐振器均为所述纵向泄露声表面波谐振器；
所述第一谐振器、所述第二谐振器、所述第三谐振器和所述第四谐振器所激发的声波模式均为所述纵向漏波。
4.根据权利要求1所述的滤波器，其特征在于，
所述串联谐振器中输入输出端口对应的谐振器为所述高阶兰姆波谐振器；
所述串联谐振器中非输入输出端口对应的谐振器为所述纵向泄露声表面波谐振器。
5.根据权利要求4所述的滤波器，其特征在于，所述串联谐振器包括第一谐振器、第二谐振器、第三谐振器和第四谐振器，所述第一谐振器、所述第二谐振器、所述第三谐振器和所述第四谐振器依次串联；
所述第一谐振器和所述第四谐振器均为所述高阶兰姆波谐振器，
所述第二谐振器和所述第三谐振器均为所述纵向泄露声表面波谐振器；
所述第一谐振器和所述第四谐振器所激发的声波模式均为所述一阶反对称兰姆波；
所述第二谐振器和所述第三谐振器所激发的声波模式均为所述纵向漏波。
6.根据权利要求1所述的滤波器，其特征在于，所述高阶兰姆波谐振器包括：
第一支撑衬底；
设置在所述第一支撑衬底上的第一压电薄膜；
设置在所述第一压电薄膜上的第一叉指电极；
所述第一支撑衬底具有刻蚀结构，所述第一叉指电极在所述第一支撑衬底上的对应位置与所述刻蚀结构的位置重合。
7.根据权利要求6所述的滤波器，其特征在于，所述纵向泄露声表面波谐振器包括：
第二支撑衬底；
设置在所述第二支撑衬底上的第二压电薄膜；
设置在所述第二压电薄膜上的第二叉指电极。
8.根据权利要求7所述的滤波器，其特征在于，所述滤波器还包括电感电容模块；
所述高阶兰姆波谐振器、所述纵向泄露声表面波谐振器和所述电感电容模块置于同一基底上互联。
9.根据权利要求7所述的滤波器，其特征在于，所述高阶兰姆波谐振器和所述纵向泄露声表面波谐振器在垂直方向上集成和互联；
所述高阶兰姆波谐振器和所述纵向泄露声表面波谐振器通过连接结构贯穿所述刻蚀结构互联；所述连接结构为导电结构。
10.一种信号处理电路，其特征在于，包括权利要求1-9任一所述的声波滤波器。
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Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005217818A (ja) * | 2004-01-30 | 2005-08-11 | River Eletec Kk | 圧電振動子 |
| JP2010252254A (ja) * | 2009-04-20 | 2010-11-04 | Murata Mfg Co Ltd | 弾性波フィルタ及び分波器 |
| TW201941464A (zh) * | 2018-03-02 | 2019-10-16 | 美商天工方案公司 | 用於聲波濾波器之藍姆波迴圈電路 |
| CN110635778A (zh) * | 2019-09-17 | 2019-12-31 | 武汉大学 | 单片集成的双工器 |
| CN113114158A (zh) * | 2021-05-11 | 2021-07-13 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 一种兰姆波谐振器及弹性波装置 |
| JP2021136558A (ja) * | 2020-02-26 | 2021-09-13 | 太陽誘電株式会社 | フィルタおよびマルチプレクサ |
| CN115276594A (zh) * | 2022-06-29 | 2022-11-01 | 上海馨欧集成微电有限公司 | 一种纵向泄漏声表面波谐振器及滤波器 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102320453B1 (ko) * | 2017-08-09 | 2021-11-02 | 가부시키가이샤 무라타 세이사쿠쇼 | 멀티플렉서, 고주파 프론트 엔드 회로 및 통신 장치 |
| DE102019210587A1 (de) * | 2018-07-18 | 2020-01-23 | Skyworks Solutions, Inc. | FBAR-Filter mit integrierter Abbruchschaltung |
| US11463069B2 (en) * | 2019-03-25 | 2022-10-04 | Skyworks Solutions, Inc. | Acoustic wave filters with isolation |
| US11722116B2 (en) * | 2019-11-25 | 2023-08-08 | The Board Of Trustees Of The University Of Illinois | Acoustic resonators and filters that support fifth generation (5G) wireless communications standards |
| US20210234528A1 (en) * | 2020-01-24 | 2021-07-29 | Board Of Trustees Of The University Of Illinois | Fifth-generation (5g)-focused piezoelectric resonators and filters |
-
2022
- 2022-12-29 CN CN202211712304.1A patent/CN116248072B/zh active Active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005217818A (ja) * | 2004-01-30 | 2005-08-11 | River Eletec Kk | 圧電振動子 |
| JP2010252254A (ja) * | 2009-04-20 | 2010-11-04 | Murata Mfg Co Ltd | 弾性波フィルタ及び分波器 |
| TW201941464A (zh) * | 2018-03-02 | 2019-10-16 | 美商天工方案公司 | 用於聲波濾波器之藍姆波迴圈電路 |
| CN110635778A (zh) * | 2019-09-17 | 2019-12-31 | 武汉大学 | 单片集成的双工器 |
| JP2021136558A (ja) * | 2020-02-26 | 2021-09-13 | 太陽誘電株式会社 | フィルタおよびマルチプレクサ |
| CN113114158A (zh) * | 2021-05-11 | 2021-07-13 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 一种兰姆波谐振器及弹性波装置 |
| CN115276594A (zh) * | 2022-06-29 | 2022-11-01 | 上海馨欧集成微电有限公司 | 一种纵向泄漏声表面波谐振器及滤波器 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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