CN116599491A - 一种声波谐振器、声波谐振器的制备方法及滤波器 - Google Patents
一种声波谐振器、声波谐振器的制备方法及滤波器 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及微电子器件领域，公开了一种声波谐振器、声波谐振器的制备方法及滤波器，包括支撑衬底，设置在支撑衬底上的能量反射结构，设置在能量反射结构上的底电极，设置在底电极上的压电薄膜，压电薄膜有压电有效区域和压电失效区域，设置在压电有效区域上的叉指顶电极阵列，压电失效区域在叉指顶电极阵列之间且未被叉指顶电极阵列覆盖的区域，压电失效区域的宽度小于或等于未被叉指顶电极阵列覆盖的区域的宽度，声波谐振器的目标模式由纵向电场激发。本发明实施例基于异质集成结构，在保证压电薄膜完整性的前提下，通过在压电薄膜中设置一定宽度的压电失效区域来抑制横向电场激发的杂散模式，该方法工艺简单，有利于制备出高性能的声波谐振器。
Description
技术领域
本发明涉及微电子器件领域，尤其涉及一种声波谐振器、声波谐振器的制备方法及滤波器。
背景技术
现代通讯行业对信号质量的要求越来越高，同时对通信频谱资源的争夺也越演越烈。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。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，但也存在难以通过几何结构优化实现杂波抑制或者需要牺牲器件其他性能的情况。
当目标模式是由纵向电场激励的声学模式时，纵向电场主要集中于叉指顶电极下方，而横向电场则存在于叉指顶电极之间的区域。叉指电极之间的区域几乎不存在纵向电场，对目标模式没有贡献，但是却会因为横向电场而产生杂散模式。因此，用简单的工艺抑制横向电场激发的杂散模式成为实现高性能声波谐振器的关键。
现有技术中，采用的抑制横向电场激发的杂散模式的方法是通过刻蚀除去叉指顶电极之间的压电薄膜。采用这种方法后，叉指顶电极下方的压电薄膜被刻蚀为脊状，而叉指顶电极之间的压电薄膜则被刻蚀除去一部分。这样，剩余的压电薄膜中几乎只存在纵向电场，因而横向电场激发的杂散模式可以得到抑制。然而，这种方法的缺点是在叉指顶电极之间留下一个个刻蚀形成的槽，不仅增加了工艺难度，还导致结构更加脆弱，不理想的刻蚀表面和刻蚀角度还会大大增加声波的能量耗散。
发明内容
本申请实施例提供了一种声波谐振器、声波谐振器的制备方法及滤波器，本发明实施例基于异质集成结构，在保证压电薄膜完整性的前提下，通过在压电薄膜中设置一定宽度的压电失效区域来抑制横向电场激发的杂散模式，该方法工艺简单，且有利于制备出高性能的声波谐振器。
一方面，本发明实施例提供了一种声波谐振器，该声波谐振器包括：
支撑衬底；
设置在支撑衬底上的能量反射结构；
设置在能量反射结构上的底电极；
设置在底电极上的压电薄膜；压电薄膜包括压电有效区域和压电失效区域；
设置在压电有效区域上的叉指顶电极阵列；
压电失效区域位于叉指顶电极阵列之间且未被叉指顶电极阵列覆盖的区域；压电失效区域的宽度小于或等于未被叉指顶电极阵列覆盖的区域的宽度；
声波谐振器的目标模式由纵向电场激发。
可选的，压电失效区域的形成方法包括后退火或离子注入中的至少一种。
可选的，支撑衬底包括铌酸锂、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。
可选的，能量反射结构包括低声速介质层、布拉格反射层、空腔中的一种。
可选的，底电极包括面电极或叉指电极中的一种；
若底电极为叉指电极，底电极的位置与叉指顶电极阵列的位置一一对应设置。
可选的，压电薄膜的材料包括铌酸锂、钽酸锂、铌酸钾、氮化铝、掺钪氮化铝、氧化锌、锆钛酸铅压电陶瓷或铌镁酸铅-钛酸铅中的至少一种。
可选的，声波谐振器的模式包括水平剪切模式、兰姆波模式、瑞利模式、水平剪切高阶模式、兰姆波高阶模式以及瑞利高阶模式。
可选的，在声波谐振器的叉指顶电极阵列为铝电极，压电薄膜为X切铌酸锂，压电薄膜包含压电失效区域，底电极为铂电极，能量反射结构为氧化硅层，支撑衬底为6H-碳化硅，且声波谐振器的模式为一阶水平剪切模式的情况下，压电失效区域的宽度等于未被叉指顶电极阵列覆盖的区域的宽度。
可选的，在声波谐振器的叉指顶电极阵列为铝电极，压电薄膜为Y163切铌酸锂，压电薄膜包含压电失效区域，底电极为铂电极，能量反射结构为布拉格反射层，支撑衬底为蓝宝石，且声波谐振器的模式为一阶水平剪切模式的情况下，压电失效区域的宽度等于未被叉指顶电极阵列覆盖的区域的宽度。
可选的，在声波谐振器的叉指顶电极阵列为铝电极，压电薄膜为Y切铌酸锂，压电薄膜包含压电失效区域，底电极为铝电极，且声波谐振器的模式为一阶水平剪切模式的情况下，压电失效区域的宽度等于未被叉指顶电极阵列覆盖的区域的宽度。
另一方面，本发明实施例提供了一种声波谐振器的制备方法，该方法包括：
提供中间结构；中间结构由下至上分别包括支撑衬底、能量反射结构、底电极和压电薄膜；
在压电薄膜中形成压电失效区域，并将叉指顶电极阵列设置在压电有效区域上；压电失效区域的宽度小于或等于未被叉指顶电极阵列覆盖的区域的宽度。
可选的，在压电薄膜中形成压电失效区域，并将叉指顶电极阵列设置在压电有效区域上，包括：
基于后退火方法或离子注入方法在压电薄膜中形成压电失效区域；
将叉指顶电极阵列设置在压电有效区域上。
另一方面，本发明实施例提供了一种滤波器，包括多个谐振器，谐振器为上述任一的声波谐振器。
本申请实施例提供的一种声波谐振器、声波谐振器的制备方法及滤波器，具有如下技术效果：
声波谐振器包括支撑衬底，设置在支撑衬底上的能量反射结构，设置在能量反射结构上的底电极，设置在底电极上的压电薄膜，压电薄膜包括压电有效区域和压电失效区域，设置在压电有效区域上的叉指顶电极阵列，压电失效区域位于叉指顶电极阵列之间且未被叉指顶电极阵列覆盖的区域，压电失效区域的宽度小于或等于未被叉指顶电极阵列覆盖的区域的宽度，声波谐振器的目标模式由纵向电场激发。本发明实施例在保证压电薄膜完整性的前提下，通过在压电薄膜中设置一定宽度的压电失效区域来抑制横向电场激发的杂散模式，该方法工艺简单，且有利于制备出高性能的声波谐振器。
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谐振器的截面示意图；
图2是本申请实施例提供的一种基于X切铌酸锂/铂/氧化硅/6H-碳化硅衬底的声波谐振器截面示意图；
图3是本申请实施例提供的一种基于X切铌酸锂/铂/氧化硅/6H-碳化硅衬底存在压电失效区域的声波谐振器截面示意图；
图4是本申请实施例提供的一种声波谐振器不同处理的一阶水平剪切模式谐振器仿真导纳曲线；
图5是本申请实施例提供的一种基于Y163切铌酸锂/铂/布拉格反射层/蓝宝石衬底的声波谐振器截面示意图；
图6是本申请实施例提供的一种基于Y163切铌酸锂/铂/布拉格反射层/蓝宝石衬底存在压电失效区域的声波谐振器截面示意图；
图7是本申请实施例提供的一种声波谐振器不同处理的带布拉格反射层的一阶水平剪切模式谐振器仿真导纳曲线；
图8是本申请实施例提供的一种悬空的Y切铌酸锂薄膜/铝电极的声波谐振器截面示意图；
图9是本申请实施例提供的一种悬空的Y切铌酸锂薄膜/铝电极存在压电失效区域的声波谐振器截面示意图；
图10是本申请实施例提供的一种未处理的一阶水平剪切模式谐振器仿真导纳曲线随R的变化示意图；
图11是本申请实施例提供的一种局部压电失效的一阶水平剪切模式谐振器仿真导纳曲线随顶电极未覆盖区域占比R的变化示意图；
图12是本申请实施例提供的一种未处理及局部压电失效处理的谐振器机电耦合系数随顶电极未覆盖区域占比R的变化对比图；
图13是本申请实施例提供的一种声波谐振器的制备方法示意图。
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做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。
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“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。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或服务器不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
下面介绍本申请一种声波谐振器的具体实施例，图1是本申请实施例提供的一种声波谐振器的截面示意图，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模块或组成。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。
具体如图1所示，该声波谐振器可以包括：支撑衬底101，设置在支撑衬底上的能量反射结构102，设置在能量反射结构上的底电极103，设置在底电极上的压电薄膜，压电薄膜可以包括压电有效区域104和压电失效区域105，设置在压电有效区域上的叉指顶电极阵列106。
可选的，支撑衬底的材料可以包括铌酸锂LiNbO3、钽酸锂LiTaO3、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。
可选的，能量反射结构可以包括低声速介质层、布拉格反射层、空腔中的一种，设置能量反射结构可以有效防止产生的声波泄漏到支撑衬底中。
可选的，压电薄膜的材料可以包括铌酸锂LiNbO3、钽酸锂LiTaO3、铌酸钾、氮化铝、掺钪氮化铝、氧化锌、锆钛酸铅压电陶瓷或铌镁酸铅-钛酸铅中的至少一种。
可选的，设置在能量反射结构上的底电极可以包括面电极或叉指电极中的一种，若设置的底电极为面电极，则设置的面电极的大小可以与能量反射结构的大小一致，若设置的底电极为叉指电极，则底电极的位置和大小可以与设置在压电有效区域上的叉指顶电极阵列的位置和大小一一对应设置。其中，叉指顶电极阵列可以提供电信号，电信号产生电场，由于还设置了与叉指顶电极阵列对应的底电极，因此，本申请中的声波谐振器的目标模式主要由纵向电场激发，也即叉指顶电极阵列提供的电信号产生纵向的电场，纵向电场会激发产生声波。
本申请实施例中，结合图1继续阐述，压电失效区域可以位于相邻两个叉指顶电极之间且未被叉指顶电极阵列覆盖的压电薄膜区域，同时，压电失效区域的宽度可以小于或等于未被叉指顶电极阵列覆盖的区域的宽度。可选的，声波谐振器完全由纵向电场激发时，可以通过调整压电失效区域的宽度占比来调节声波谐振器的机电耦合系数，以适应不同场合的带宽需求。
本申请实施例中，压电失效区域的形成方法可以包括后退火或离子注入中的至少一种。利用后退火的方式可以使压电薄膜中部分区域的元素外释，例如，当压电薄膜的材料选取为铌酸锂(LiNbO3)时，其中的锂元素或者氧元素可以通过后退火的方式外释，导致压电材料晶体结构被破坏，压电系数下降甚至几乎为零，从而在压电薄膜的部分区域形成压电失效区域，同时保持压电薄膜的完整性。同时，在采用退火方法的时候，需要用不活跃的材料作为掩膜保护压电有效区域，或者在打算形成压电失效区域的地方设置易氧化的材料。其中，不活跃的材料可以包括金、铂、钯等，易氧化的材料可以包括镉、镁、锂等。
可选的，利用离子注入的方式在压电薄膜的部分区域形成压电失效区域的原理是破坏单晶压电材料的晶格结构，使得压电系数下降甚至几乎为零，进而在压电薄膜的部分区域形成压电失效区域，同时可以保持压电薄膜的完整。
可选的，声波谐振器的模式可以包括水平剪切模式、兰姆波模式、瑞利模式、水平剪切高阶模式、兰姆波高阶模式以及瑞利高阶模式。水平剪切模式的高阶模式为1阶水平剪切模式、2阶水平剪切模式、3阶水平剪切模式，基础的水平剪切模式为0阶，同样的声波谐振器的模式也可以包括兰姆波模式和兰姆波高阶模式、瑞利模式以及瑞利高阶模式。
在一种可选的实施例中，图2是本申请实施例提供的一种基于X切铌酸锂/铂/氧化硅/6H-碳化硅衬底的声波谐振器截面示意图，如图2所示，图中的声波谐振器的叉指顶电极阵列为铝电极，压电薄膜的材料为X切铌酸锂，压电薄膜中不包含压电失效区域，底电极为铂电极，能量反射结构为氧化硅层，支撑衬底的材料为6H-碳化硅。
图3是本申请实施例提供的一种基于X切铌酸锂/铂/氧化硅/6H-碳化硅衬底存在压电失效区域的声波谐振器截面示意图，如图3所示，在图2所示的声波谐振器的基础上，将X切铌酸锂的压电薄膜的部分区域用后退火或离子注入的方法进行处理之后，得到如图3所示的基于X切铌酸锂/铂/氧化硅/6H-碳化硅衬底存在压电失效区域的声波谐振器，设置的叉指顶电极阵列为铝电极，其厚度设置为80nm，压电薄膜为X切铌酸锂，设置压电薄膜的厚度为250nm，压电薄膜包含压电失效区域，底电极为铂电极，铂电极的厚度为35nm，能量反射结构为氧化硅层，设置的氧化硅层的厚度为200nm，支撑衬底为6H-碳化硅，波长为1.25μm，叉指顶电极阵列的占空比为0.6，且声波谐振器的模式为一阶水平剪切模式的情况下，设置的压电失效区域的宽度等于未被叉指顶电极阵列覆盖的区域的宽度。
其中，声波谐振器的目标模式(即一阶水平剪切模式)主要由纵向电场激发，而杂散模式(即除了一阶水平剪切模式以外的其他模式，如瑞利模式、零阶水平剪切模式(Fundamental shear horizontal mode，SH0)、零阶对称型兰姆波模式(Fundamentalsymmetric Lamb wave mode，S0)以及快剪切波等大部分由横向电场激发。
本申请实施例中，图4是本申请实施例提供的一种声波谐振器不同处理的一阶水平剪切模式谐振器仿真导纳曲线，如图4所示，在设置图2中未经处理(即压电薄膜不存在压电失效区域)的声波谐振器的情况下，铌酸锂的欧拉角为(35，90，-90)，可以从图4中看出，未作任何优化处理时一阶水平剪切模式(First-order shear horizontal mode，SH1)谐振器存在多个杂散模式，如瑞利模式、零阶水平剪切模式、零阶对称型兰姆波模式以及快剪切波等。对其通过优化面内取向处理后，可以明显看出快剪切波被抑制，此时的铌酸锂欧拉角为(19，90，-90)，但是无法在抑制快剪切波的同时抑制其他杂波(如存在瑞利模式、零阶水平剪切模式、零阶对称型兰姆波模式)。而采用了局部压电失效处理之后(也即设置如图3所示的声波谐振器，其存在局部的压电失效区域)，铌酸锂的欧拉角仍为(35，90，-90)，横向电场引起的杂波(例如瑞利模式、零阶水平剪切模式、零阶对称型兰姆波模式以及快剪切波)基本完全消失。
通过后退火、离子注入等方法在压电薄膜上形成压电失效区域，该方法不同于刻蚀去除叉指顶电极阵列之间的压电薄膜，压电薄膜的表面形貌没有受到破坏，且工艺相对简单同时又能抑制杂波，且抑制杂波的效果比较好，因而，该方法适合用于实现高性能无杂波的声波谐振器。
在一种可选的实施例中，图5是本申请实施例提供的一种基于Y163切铌酸锂/铂/布拉格反射层/蓝宝石衬底的声波谐振器截面示意图，如图5所示，图中的声波谐振器的叉指顶电极阵列为铝电极，压电薄膜的材料为Y163切铌酸锂，压电薄膜中不包含压电失效区域，底电极为铂电极，能量反射结构为布拉格反射层(布拉格反射层由3个周期的氧化硅/铂组成)，支撑衬底的材料为蓝宝石。
图6是本申请实施例提供的一种基于Y163切铌酸锂/铂/布拉格反射层/蓝宝石衬底存在压电失效区域的声波谐振器截面示意图，如图6所示，在图5所示的声波谐振器的基础上，将Y163切铌酸锂的压电薄膜的部分区域用后退火或离子注入的方法进行处理之后，得到如图6所示的基于Y163切铌酸锂/铂/布拉格反射层/蓝宝石衬底存在压电失效区域的声波谐振器，设置的叉指顶电极阵列为铝电极，其厚度设置为80nm，压电薄膜为Y163切铌酸锂，设置压电薄膜的厚度为180nm，压电薄膜包含压电失效区域，底电极为铂电极，铂电极的厚度为25nm，能量反射结构为布拉格反射层，布拉格反射层由3个周期的氧化硅/铂组成，厚度为160nm和75nm，支撑衬底为蓝宝石，波长2μm，叉指顶电极阵列的占空比为0.7，且声波谐振器的模式为一阶水平剪切模式的情况下，设置的压电失效区域的宽度等于未被叉指顶电极阵列覆盖的区域的宽度。其中，声波谐振器的目标模式(即一阶水平剪切模式)主要由纵向电场激发，而杂散模式大部分由水平电场激发。
本申请实施例中，图7是本申请实施例提供的一种声波谐振器不同处理的带布拉格反射层的一阶水平剪切模式谐振器仿真导纳曲线，如图7所示，在设置图5中未经处理(即压电薄膜不存在压电失效区域)的声波谐振器的情况下，未作任何优化处理时一阶水平剪切模式谐振器存在多个杂散模式，杂散模式由水平电场激发。当采用了局部压电失效处理后(也即设置如图6所示的声波谐振器，其存在局部的压电失效区域)，水平电场激发的杂散模式基本得到了抑制。
由此也可以得出，通过后退火、离子注入等方法在压电薄膜上形成压电失效区域，该方法可以在不破坏压电薄膜的表面形貌的情况下有效的抑制杂波。
在一种可选的实施例中，图8是本申请实施例提供的一种悬空的Y切铌酸锂薄膜/铝电极的声波谐振器截面示意图，如图8所示，图中的声波谐振器的叉指顶电极阵列为铝电极，压电薄膜的材料为Y切铌酸锂薄膜，压电薄膜中不包含压电失效区域，底电极为铝电极。
图9是本申请实施例提供的一种悬空的Y切铌酸锂薄膜/铝电极存在压电失效区域的声波谐振器截面示意图，如图9所示，在图8所示的声波谐振器的基础上，将Y切铌酸锂薄膜的部分区域用后退火或离子注入的方法进行处理之后，得到如图9所示的悬空的Y切铌酸锂薄膜/铝电极存在压电失效区域的声波谐振器，设置的叉指顶电极阵列为铝电极，其厚度设置为60nm，压电薄膜为Y切铌酸锂，设置压电薄膜的厚度为400nm，压电薄膜包含压电失效区域，底电极为铝电极，铝底电极的厚度为20nm，波长为3.2μm，且声波谐振器的模式为一阶水平剪切模式的情况下，设置的压电失效区域的宽度等于未被叉指顶电极阵列覆盖的区域的宽度。
本申请实施例中，假设每个周期中叉指顶电极阵列未覆盖区域宽度与总宽度的比值为R，在利用如图8所示的声波谐振器的基础上，图10是本申请实施例提供的一种未处理的一阶水平剪切模式谐振器仿真导纳曲线随R的变化示意图，如图10所示，从图中可以看出，随着R增大，目标模式(即一阶水平剪切模式)除了频率变高之外没有明显区别，也就是说R越大(未覆盖区域的宽度占比越大)，即占空比越小，目标模式(即一阶水平剪切模式)除了频率变高之外没有明显区别。
本申请实施例中，假设每个周期中叉指顶电极阵列未覆盖区域宽度与总宽度的比值为R，在利用如图9所示的声波谐振器的基础上，图11是本申请实施例提供的一种局部压电失效的一阶水平剪切模式谐振器仿真导纳曲线随顶电极未覆盖区域占比R的变化示意图，如图11所示，可以看出随R的增加，谐振器的谐振频率变大，反谐振频率变小，这意味着机电耦合系数也随着R增大而下降。
本申请实施例中，图12是本申请实施例提供的一种未处理及局部压电失效处理的谐振器机电耦合系数随顶电极未覆盖区域占比R的变化对比图，如图12所示，图中可以看出R对于未处理的一阶水平剪切模式谐振器的机电耦合系数影响不大，但会剧烈改变局部压电失效处理后的一阶水平剪切模式谐振器的机电耦合系数。这就意味着，可以通过改变局部压电失效处理后的声波谐振器的压电失效区域宽度来调节其机电耦合系数，以适应不同应用场景的带宽需求。
因此，综合上述分析，本申请中对于纵向电场激励的目标模式，可以通过调整设置的压电薄膜上的压电失效区域的宽度占比进而调节声波谐振器的机电耦合系数，以适应不同场合的带宽需求。
另一方面，本发明实施例提供了一种声波谐振器的制备方法，图13是本申请实施例提供的一种声波谐振器的制备方法示意图，如图13所示，该方法可以包括：
S1301：提供中间结构，中间结构由下至上分别包括支撑衬底、能量反射结构、底电极和压电薄膜。
本申请实施例中，声波谐振器的中间结构组成由下至上分别包括支撑衬底、能量反射结构、底电极和压电薄膜。可选的，支撑衬底的材料可以包括铌酸锂LiNbO3、钽酸锂LiTaO3、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，能量反射结构可以包括低声速介质层、布拉格反射层、空腔中的一种，压电薄膜的材料可以包括铌酸锂LiNbO3、钽酸锂LiTaO3、铌酸钾、氮化铝、掺钪氮化铝、氧化锌、锆钛酸铅压电陶瓷或铌镁钛酸铅中的至少一种。设置在能量反射结构上的底电极可以包括面电极或叉指电极中的一种，若设置的底电极为面电极，则设置的面电极的大小可以与能量反射结构的大小一致，若设置的底电极为叉指电极，则底电极的位置和大小可以与设置在压电有效区域上的叉指顶电极阵列的位置和大小一一对应设置。
S1303：在压电薄膜中形成压电失效区域，并将叉指顶电极阵列设置在压电有效区域上，压电失效区域的宽度小于或等于未被叉指顶电极阵列覆盖的区域的宽度。
本申请实施例中，基于后退火方法或离子注入方法在压电薄膜中形成压电失效区域，将叉指顶电极阵列设置在压电有效区域上，设置的压电失效区域的宽度需要小于或等于未被叉指顶电极阵列覆盖的区域的宽度。
本申请中的声波谐振器，其换能区域由叉指顶电极阵列、压电薄膜以及底电极组成，且叉指顶电极阵列之间的局部压电薄膜的压电特性可以通过后退火方法或离子注入方法使其失效。常见的声波谐振器由于复杂的压电系数及刚度系数分量，叉指顶电极和底电极产生的横纵向电场会同时激励除目标模式外的多种模式。当目标模式由纵向电场激励时，集中于叉指顶电极之间的横向电场成为了寄生模式的重要来源。通过使横向电场集中区域的压电薄膜压电特性失效，横向电场在该区域无法产生压电效应，因而横向电场引起的杂散模式可以得到抑制。对于纵向电场激励的目标模式，通过调整压电失效区域的宽度占比还可以调节声波谐振器的机电耦合系数，以适应不同场合的带宽需求。
另一方面，本发明实施例提供了一种滤波器，该滤波器包括多个谐振器，谐振器为上述任一的声波谐振器。
采用本申请实施例提供的声波谐振器，该声波谐振器包括支撑衬底，设置在支撑衬底上的能量反射结构，设置在能量反射结构上的底电极，设置在底电极上的压电薄膜，压电薄膜包括压电有效区域和压电失效区域，设置在压电有效区域上的叉指顶电极阵列，压电失效区域位于叉指顶电极阵列之间且未被叉指顶电极阵列覆盖的区域，压电失效区域的宽度小于或等于未被叉指顶电极阵列覆盖的区域的宽度，声波谐振器的目标模式由纵向电场激发。本发明实施例在保证压电薄膜完整性的前提下，通过在压电薄膜中设置一定宽度的压电失效区域来抑制横向电场激发的杂散模式，该方法不需要额外的刻蚀工艺，因此工艺相对简单，对器件的品质因子影响小，具有结构简单，设计灵活，成本较低的特点，且有利于大规模的生产制备出高性能的声波谐振器。
需要说明的是：上述本申请实施例先后顺序仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。且上述对本说明书特定实施例进行了描述。其它实施例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步骤可以按照不同于实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。
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都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于设备实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
以上所述仅为本申请的较佳实施例，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 (13)
1.一种声波谐振器，其特征在于，包括：
支撑衬底；
设置在所述支撑衬底上的能量反射结构；
设置在所述能量反射结构上的底电极；
设置在所述底电极上的压电薄膜；所述压电薄膜包括压电有效区域和压电失效区域；
设置在所述压电有效区域上的叉指顶电极阵列；
所述压电失效区域位于所述叉指顶电极阵列之间且未被所述叉指顶电极阵列覆盖的区域；所述压电失效区域的宽度小于或等于所述未被叉指顶电极阵列覆盖的区域的宽度；
所述声波谐振器的目标模式由纵向电场激发。
2.根据权利要求1所述的一种声波谐振器，其特征在于，所述压电失效区域的形成方法包括后退火或离子注入中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的一种声波谐振器，其特征在于，所述支撑衬底包括铌酸锂、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。
4.根据权利要求1所述的一种声波谐振器，其特征在于，所述能量反射结构包括低声速介质层、布拉格反射层、空腔中的一种。
5.根据权利要求1所述的一种声波谐振器，其特征在于，所述底电极包括面电极或叉指电极中的一种；
若所述底电极为叉指电极，所述底电极的位置与所述叉指顶电极阵列的位置一一对应设置。
6.根据权利要求1所述的一种声波谐振器，其特征在于，所述压电薄膜的材料包括铌酸锂、钽酸锂、铌酸钾、氮化铝、掺钪氮化铝、氧化锌、锆钛酸铅压电陶瓷或铌镁酸铅-钛酸铅中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的一种声波谐振器，其特征在于，所述声波谐振器的模式包括水平剪切模式、兰姆波模式、瑞利模式、水平剪切高阶模式、兰姆波高阶模式以及瑞利高阶模式。
8.根据权利要求1所述的一种声波谐振器，其特征在于，
在所述声波谐振器的叉指顶电极阵列为铝电极，所述压电薄膜为X切铌酸锂，所述压电薄膜包含所述压电失效区域，所述底电极为铂电极，所述能量反射结构为氧化硅层，所述支撑衬底为6H-碳化硅，且所述声波谐振器的模式为一阶水平剪切模式的情况下，所述压电失效区域的宽度等于所述未被叉指顶电极阵列覆盖的区域的宽度。
9.根据权利要求1所述的一种声波谐振器，其特征在于，
在所述声波谐振器的叉指顶电极阵列为铝电极，所述压电薄膜为Y163切铌酸锂，所述压电薄膜包含所述压电失效区域，所述底电极为铂电极，所述能量反射结构为布拉格反射层，所述支撑衬底为蓝宝石，且所述声波谐振器的模式为一阶水平剪切模式的情况下，所述压电失效区域的宽度等于所述未被叉指顶电极阵列覆盖的区域的宽度。
10.根据权利要求1所述的一种声波谐振器，其特征在于，
在所述声波谐振器的叉指顶电极阵列为铝电极，所述压电薄膜为Y切铌酸锂，所述压电薄膜包含所述压电失效区域，所述底电极为铝电极，且所述声波谐振器的模式为一阶水平剪切模式的情况下，所述压电失效区域的宽度等于所述未被叉指顶电极阵列覆盖的区域的宽度。
11.一种声波谐振器的制备方法，其特征在于，所述方法包括：
提供中间结构；所述中间结构由下至上分别包括支撑衬底、能量反射结构、底电极和压电薄膜；
在所述压电薄膜中形成压电失效区域，并将叉指顶电极阵列设置在压电有效区域上；所述压电失效区域的宽度小于或等于未被所述叉指顶电极阵列覆盖的区域的宽度。
12.根据权利要求11所述的一种声波谐振器的制备方法，其特征在于，所述在所述压电薄膜中形成压电失效区域，并将叉指顶电极阵列设置在压电有效区域上，包括：
基于后退火方法或离子注入方法在所述压电薄膜中形成所述压电失效区域；
将所述叉指顶电极阵列设置在所述压电有效区域上。
13.一种滤波器，其特征在于，包括多个谐振器，所述谐振器为权利要求1-10任一所述的声波谐振器。
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