CN116633305B - 声表面波谐振器、mems设备 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及谐振器技术领域，公开一种声表面波谐振器，包括：衬底，用于声电换能；衬底的外表面设置有叉指电极结构和二氧化硅层；叉指电极结构，通过施加电压以激励声电换能；二氧化硅层，包裹叉指电极结构；氮化硅薄膜，位于叉指电极结构远离衬底的一侧，且氮化硅薄膜位于声表面波谐振器的有源区域内。这样，将氮化硅薄膜设置在声表面波谐振器的有源区域内，有助于提高有源区的声速。从而能够抑制声表面波谐振器的横向模式杂波。本申请还公开一种MEMS设备。
Description
技术领域
本申请涉及谐振器技术领域，例如涉及一种声表面波谐振器、MEMS设备。
背景技术
目前，声表面波谐振器的主要作用原理是利用压电材料的压电特性，利用输入与输出换能器将电波的输入讯号转换成机械能。通常，声表面波谐振器由衬底和设置在衬底上的叉指电极结构构成。叉指电极结构包括彼此相互平行的两个汇流条和分别垂直连接两个汇流条的多个电极指。其中，两个汇流条连接的电极指相互交替设置呈叉指状，且各电极指之间存在一定的间隙。但是仅仅具有衬底和叉指电极结构的声表面波谐振器存在很强的横向模式杂波。
发明内容
为了对披露的实施例的一些方面有基本的理解，下面给出了简单的概括。所述概括不是泛泛评述，也不是要确定关键／重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围，而是作为后面的详细说明的序言。
本发明实施例提供一种声表面波谐振器、MEMS设备，以抑制声表面波谐振器的横向模式杂波。
在一些实施例中，声表面波谐振器，包括：衬底，用于声电换能；衬底的外表面设置有叉指电极结构和二氧化硅层；叉指电极结构，通过施加电压以激励声电换能；二氧化硅层，包裹叉指电极结构；氮化硅薄膜，位于叉指电极结构远离衬底的一侧，且氮化硅薄膜位于声表面波谐振器的有源区域内。
在一些实施例中，氮化硅薄膜被二氧化硅层包裹，且氮化硅薄膜不与叉指电极结构接触。
在一些实施例中，氮化硅薄膜位于二氧化硅层远离叉指电极结构的外表面。
在一些实施例中，叉指电极结构包括多个电极指；氮化硅薄膜的俯视形状为矩形；氮化硅薄膜的俯视形状中垂直于电极指的矩形边距离电极指末端预设长度。
在一些实施例中，叉指电极结构包括多个电极指；氮化硅薄膜的俯视形状为矩形；氮化硅薄膜的俯视形状中平行于电极指的矩形边与目标边缘齐平；目标边缘为平行于电极指且距离矩形边最近的衬底边缘。
在一些实施例中，氮化硅薄膜的厚度为预设厚度。
在一些实施例中，衬底由铌酸锂晶体、钽酸锂晶体、氮化铝、氧化锌或压电陶瓷制成。
在一些实施例中，叉指电极结构由钛、铬、银、铜、钼、铂、钨和铝中的一种或多种金属构成。
在一些实施例中，MEMS设备包括上述的声表面波谐振器。
在一些实施例中，MEMS设备包括液位传感器、振荡器、麦克风、射频开关或滤波器。
本发明实施例提供一种声表面波谐振器、MEMS设备。可以实现以下技术效果：通过设置用于声电换能的衬底，在衬底的外表面设置有叉指电极结构和二氧化硅层。其中，叉指电极结构通过施加电压以激励声电换能。二氧化硅层包裹叉指电极结构。氮化硅薄膜位于叉指电极结构远离衬底的一侧，且氮化硅薄膜位于声表面波谐振器的有源区域内。这样，将氮化硅薄膜设置在声表面波谐振器的有源区域内，有助于提高有源区的声速。从而能够抑制声表面波谐振器的横向模式杂波。
以上的总体描述和下文中的描述仅是示例性和解释性的，不用于限制本申请。
附图说明
一个或多个实施例通过与之对应的附图进行示例性说明，这些示例性说明和附图并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件示为类似的元件，附图不构成比例限制，并且其中：
图1是本发明实施例提供的一个氮化硅薄膜位于二氧化硅层中的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的一个氮化硅薄膜位于二氧化硅层上的结构示意图；
图3是本发明实施例提供的一个有效孔径的范围的示意图；
图4是本发明实施例提供的一个衬底、叉指电极结构和氮化硅薄膜的俯视示意图；
图5是本发明实施例提供的第一种导纳和电导响应曲线示意图；
图6是本发明实施例提供的第二种导纳和电导响应曲线示意图；
图7是本发明实施例提供的第三种导纳和电导响应曲线示意图；
图8是本发明实施例提供的第四种导纳和电导响应曲线示意图；
图9是本发明实施例提供的第五种导纳和电导响应曲线示意图；
图10是本发明实施例提供的第六种导纳和电导响应曲线示意图。
附图标记：
1：衬底；2：叉指电极结构；3：二氧化硅层；4：氮化硅薄膜；5：第一汇流条；6：第一电极指；7：第二汇流条；8：第二电极指。
具体实施方式
为了能够更加详尽地了解本发明实施例的特点与技术内容，下面结合附图对本发明实施例的实现进行详细阐述，所附附图仅供参考说明之用，并非用来限定本发明实施例。在以下的技术描述中，为方便解释起见，通过多个细节以提供对所披露实施例的充分理解。然而，在没有这些细节的情况下，一个或多个实施例仍然可以实施。在其它情况下，为简化附图，熟知的结构和装置可以简化展示。
本发明实施例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，以便这里描述的本发明实施例的实施例。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。
本发明实施例中，术语“上”、“下”、“内”、“中”、“外”、“前”、“后”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。这些术语主要是为了更好地描述本发明实施例及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本发明实施例中的具体含义。
另外，术语“设置”、“连接”、“固定”应做广义理解。例如，“连接”可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。
除非另有说明，术语“多个”表示两个或两个以上。
本发明实施例中，字符“/”表示前后对象是一种“或”的关系。例如，A/B表示：A或B。
术语“和/或”是一种描述对象的关联关系，表示可以存在三种关系。例如，A和/或B，表示：A或B，或，A和B这三种关系。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明实施例中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
本发明实施例提供一个声表面波谐振器，包括：衬底、叉指电极结构、二氧化硅层和氮化硅薄膜。衬底用于声电换能。衬底的外表面设置有叉指电极结构和二氧化硅层。叉指电极结构通过施加电压以激励声电换能。二氧化硅层包裹叉指电极结构。氮化硅薄膜位于叉指电极结构远离衬底的一侧，且氮化硅薄膜位于声表面波谐振器的有源区域内。
采用本申请实施例提供的声表面波谐振器，通过设置用于声电换能的衬底，在衬底的外表面设置有叉指电极结构和二氧化硅层。其中，叉指电极结构通过施加电压以激励声电换能。二氧化硅层，包裹叉指电极结构。氮化硅薄膜，位于叉指电极结构远离衬底的一侧，且氮化硅薄膜位于声表面波谐振器的有源区域内。这样，将氮化硅薄膜设置在声表面波谐振器的有源区域内，有助于提升有源区域的声速。从而能够抑制声表面波谐振器的横向模式杂波。
可选地，氮化硅薄膜被二氧化硅层包裹，且氮化硅薄膜不与叉指电极结构接触。
在一些实施例中，结合图1所示，衬底1的外表面设置有叉指电极结构2和二氧化硅层3。在位于叉指电极结构2远离衬底1的一侧设置有氮化硅薄膜4。氮化硅薄膜4位于声表面波谐振器的有源区域内，且氮化硅薄膜4不与叉指电极结构2接触。二氧化硅层3包裹叉指电极结构2和氮化硅薄膜4。这样，将氮化硅薄膜设置在声表面波谐振器的有源区域内，有助于提升有源区域的声速，使有源区域的声速与指条末端区的声速形成声速差。从而能够抑制声表面波谐振器的横向模式杂波。
可选地，氮化硅薄膜位于二氧化硅层远离叉指电极结构的外表面。
在一些实施例中，结合图2所示，衬底1的外表面设置有叉指电极结构2和二氧化硅层3。二氧化硅层3包裹叉指电极结构2。氮化硅薄膜4位于二氧化硅层3远离叉指电极结构2的外表面，且氮化硅薄膜4位于声表面波谐振器的有源区域内。其中，衬底用于声电换能。叉指电极结构通过施加电压以激励声电换能。这样，将氮化硅薄膜设置在声表面波谐振器的有源区域内，有助于提高有源区的声速，使有源区域的声速与指条末端区的声速形成声速差。从而能够抑制声表面波谐振器的横向模式杂波。
在一些实施例中，指条末端区域为氮化硅薄膜的俯视形状中垂直于电极指的矩形边到电极指末端之间的区域，即垂直于电极指的矩形边与距离该矩形边最近的电极指末端之间的区域。结合图3所示，有源区域为有效孔径的范围。叉指电极结构的电极指交叉重叠的区域为有效孔径的范围。
可选地，叉指电极结构包括多个电极指。氮化硅薄膜的俯视形状为矩形。氮化硅薄膜的俯视形状中垂直于电极指的矩形边距离电极指末端预设长度。其中，预设长度为氮化硅薄膜的俯视形状中垂直于电极指的矩形边与离该矩形边最近的电极指末端之间的长度。这样，通过改变矩形边距离电极指末端的预设长度，能够改变设置在有源区域内的氮化硅薄膜的宽度，从而改变有源区的声速。进而便于抑制声表面波谐振器的横向模式杂波。
在一些实施例中，预设长度位于0.7lambda至1.0lambda之间。或，预设长度为0.7lambda。或，预设长度为1.0lambda。其中，lambda为谐振器的波长。
可选地，叉指电极结构包括多个电极指。氮化硅薄膜的俯视形状为矩形。氮化硅薄膜的俯视形状中平行于电极指的矩形边与目标边缘齐平。目标边缘为平行于电极指且距离矩形边最近的衬底边缘。其中，将俯视角度下衬底的四条边称为衬底边缘。
在一些实施例中，图4为衬底、叉指电极结构和氮化硅薄膜的俯视示意图。结合图4所示，衬底1的外表面设置有叉指电极结构。叉指电极结构包括第一汇流条、第二汇流条和多个电极指。第一汇流条5上垂直连接的电极指为第一电极指6。第二汇流条7上垂直连接的电极指为第二电极指8。第一汇流条5和第二汇流条7彼此相互平行，第一汇流条5的第一电极指6和第二汇流条7的第二电极指8相互交替设置呈叉指状。氮化硅薄膜4的俯视形状为矩形。氮化硅薄膜的俯视形状中垂直于电极指的矩形边距离电极指末端预设长度。氮化硅薄膜的俯视形状中平行于电极指的矩形边与目标边缘齐平；目标边缘为平行于电极指且距离矩形边最近的衬底边缘。这样，通过改变矩形边距离电极指末端的预设长度，能够改变设置在有源区域内的氮化硅薄膜的宽度，从而改变有源区的声速。进而便于抑制声表面波谐振器的横向模式杂波。
可选地，氮化硅薄膜的厚度为预设厚度。这样，通过调整氮化硅薄膜(SiNx)的厚度能够改变有源区的声速。进而便于抑制声表面波谐振器的横向模式杂波。
可选地。预设厚度位于0.006lambda至0.098lambda之间。或，预设厚度为0.006lambda。或，预设厚度为0.098lambda。
在一些实施例中，在氮化硅薄膜被二氧化硅层包裹的情况下，氮化硅薄膜的厚度的范围为0.006lambda至0.098lambda。在氮化硅薄膜位于二氧化硅层远离叉指电极结构的外表面的情况下，氮化硅薄膜的厚度的范围为0.006lambda至0.011lambda。
可选地，衬底由铌酸锂晶体、钽酸锂晶体、氮化铝、氧化锌或压电陶瓷制成。
可选地，叉指电极结构由钛、铬、银、铜、钼、铂、钨和铝中的一种或多种构成。
在一些实施例中，在声表面波谐振器没有设置氮化硅薄膜的情况下，获得如图5所示的导纳和电导响应曲线示意图。图5中横坐标为频率，纵坐标为分贝(dB)。其中，曲线A为第一种导纳曲线。曲线B为第一种电导曲线。在氮化硅薄膜被二氧化硅层包裹，氮化硅薄膜的预设厚度为0.03lambda，氮化硅薄膜的俯视形状中垂直于电极指的矩形边距离电极指末端的预设长度为1.6lambda的情况下，获得如图6所示的导纳和电导响应曲线示意图。图6中横坐标为频率，纵坐标为分贝，曲线C为第二种导纳曲线，曲线D为第二种电导曲线。在声表面波谐振器的二氧化硅层远离叉指电极结构的外表面设置预设厚度为0.011lambda的氮化硅薄膜，且氮化硅薄膜的俯视形状中垂直于电极指的矩形边距离电极指末端的预设长度为0.7lambda的情况下，获得如图7所示的导纳和电导响应曲线示意图。图7中横坐标为频率，纵坐标为分贝，曲线E为第三种导纳曲线，曲线F为第三种电导曲线。在声表面波谐振器的二氧化硅层远离叉指电极结构的外表面设置预设厚度为0.098lambda的氮化硅薄膜，且氮化硅薄膜的俯视形状中垂直于电极指的矩形边距离电极指末端的预设长度为0.8lambda的情况下，获得如图8所示的导纳和电导响应曲线示意图。图8中横坐标为频率，纵坐标为分贝，曲线H为第四种导纳曲线，曲线I为第四种电导曲线。在声表面波谐振器的二氧化硅层远离叉指电极结构的外表面设置预设厚度为0.007lambda的氮化硅薄膜，且氮化硅薄膜的俯视形状中垂直于电极指的矩形边距离电极指末端的预设长度为0.9lambda的情况下，获得如图9所示的导纳和电导响应曲线示意图。图9中横坐标为频率，纵坐标为分贝，曲线G为第五种导纳曲线，曲线K为第五种电导曲线。在声表面波谐振器的二氧化硅层远离叉指电极结构的外表面设置预设厚度为0.006lambda的氮化硅薄膜，且氮化硅薄膜的俯视形状中垂直于电极指的矩形边距离电极指末端的预设长度为1.0lambda的情况下，获得如图10所示的导纳和电导响应曲线示意图。图10中横坐标为频率，纵坐标为分贝，曲线L为第六种导纳曲线，曲线M为第六种电导曲线。这样，将氮化硅薄膜设置在声表面波谐振器的有源区域内时，声表面波谐振器的导纳曲线比均未在声表面波谐振器的有源区域内设置氮化硅薄膜的导纳曲线更平滑、波动幅度更小。将氮化硅薄膜设置在声表面波谐振器的有源区域内时，声表面波谐振器的电导曲线均比未在声表面波谐振器的有源区域内设置氮化硅薄膜的电导曲线更平滑、波动幅度更小。由此可见，本公开实施例提供的声表面波谐振器相较于现有的声表面波谐振器的横向模式得到抑制，谐振器的声学性能得到改善。
本发明实施例提供一种MEMS设备，包括上述的声表面波谐振器。声表面波谐振器，包括：衬底、叉指电极结构、二氧化硅层和氮化硅薄膜。衬底用于声电换能。衬底的外表面设置有叉指电极结构和二氧化硅层。叉指电极结构通过施加电压以激励声电换能。二氧化硅层包裹叉指电极结构。氮化硅薄膜位于叉指电极结构远离衬底的一侧，且氮化硅薄膜位于声表面波谐振器的有源区域内。
采用本发明实施例提供的MEMS设备，通过设置用于声电换能的衬底，在衬底的外表面设置有叉指电极结构和二氧化硅层。其中，叉指电极结构通过施加电压以激励声电换能。二氧化硅层，包裹叉指电极结构。氮化硅薄膜，位于叉指电极结构远离衬底的一侧，且氮化硅薄膜位于声表面波谐振器的有源区域内。这样，将氮化硅薄膜设置在声表面波谐振器的有源区域内，有助于提高有源区的声速。从而能够抑制声表面波谐振器的横向模式杂波。进而能够提高具有该声表面波谐振器的MEMS设备的声学性能。
可选地，MEMS（Micro-Electro-MechanicalSystem，微机电系统）设备包括：液位传感器、振荡器、麦克风、射频开关或滤波器等。
以上描述和附图充分地示出了本发明的实施例，以使本领域的技术人员能够实践它们。其他实施例可以包括结构的、逻辑的、电气的、过程的以及其他的改变。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的部件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施例的部分和特征可以被包括在或替换其他实施例的部分和特征。而且，本申请中使用的用词仅用于描述实施例并且不用于限制权利要求。如在实施例以及权利要求的描述中使用的，除非上下文清楚地表明，否则单数形式的“一个”（a）、“一个”（an）和“所述”（the）旨在同样包括复数形式。类似地，如在本申请中所使用的术语“和/或”是指包含一个或一个以上相关联的列出的任何以及所有可能的组合。另外，当用于本申请中时，术语“包括”（comprise）及其变型“包括”（comprises）和/或包括（comprising）等指陈述的特征、整体、步骤、操作、元素，和/或组件的存在，但不排除一个或一个以上其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或这些的分组的存在或添加。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个…”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法或者设备中还存在另外的相同要素。本文中，每个实施例重点说明的可以是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分可以互相参见。对于实施例公开的方法、产品等而言，如果其与实施例公开的方法部分相对应，那么相关之处可以参见方法部分的描述。
Claims (8)
1.一种声表面波谐振器，其特征在于，包括：
衬底，用于声电换能；衬底的外表面设置有叉指电极结构和二氧化硅层；
叉指电极结构，通过施加电压以激励声电换能；
二氧化硅层，包裹叉指电极结构；
氮化硅薄膜，位于叉指电极结构远离衬底的一侧，且氮化硅薄膜位于声表面波谐振器的有源区域内；
叉指电极结构包括多个电极指；氮化硅薄膜的俯视形状为矩形；氮化硅薄膜的俯视形状中平行于电极指的矩形边与目标边缘齐平；目标边缘为平行于电极指且距离矩形边最近的衬底边缘；
氮化硅薄膜的厚度为预设厚度；
氮化硅薄膜的俯视形状中垂直于电极指的矩形边距离电极指末端预设长度；预设长度位于0 .7lambda至1 .0lambda之间；或，预设长度为0.7lambda；或，预设长度为1.0lambda；其中，lambda为谐振器的波长。
2.根据权利要求1所述的声表面波谐振器，其特征在于，氮化硅薄膜被二氧化硅层包裹，且氮化硅薄膜不与叉指电极结构接触。
3.根据权利要求1所述的声表面波谐振器，其特征在于，氮化硅薄膜位于二氧化硅层远离叉指电极结构的外表面。
4.根据权利要求1至3任一项所述的声表面波谐振器，其特征在于，预设厚度位于0.006lambda至0 .098lambda之间；或，预设厚度为0.006lambda；或，预设厚度为0.098lambda。
5.根据权利要求1至3任一项所述的声表面波谐振器，其特征在于，衬底由铌酸锂晶体、钽酸锂晶体、氮化铝、氧化锌或压电陶瓷制成。
6.根据权利要求1至3任一项所述的声表面波谐振器，其特征在于，叉指电极结构由钛、铬、银、铜、钼、铂、钨和铝中的一种或多种金属构成。
7.一种MEMS设备，其特征在于，所述MEMS设备包括如权利要求1至6任一项所述的声表面波谐振器。
8.根据权利要求7所述的MEMS设备，其特征在于，MEMS设备包括液位传感器、振荡器、麦克风、射频开关或滤波器。
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