CN117240248B - 声表面波谐振器、mems设备 - Google Patents

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：压电衬底，用于声电换能；压电衬底的外表面设置有叉指电极结构；叉指电极结构，通过施加电压以激励声电换能；第一温度补偿层，包裹叉指电极结构；多个弓形金属条，设置在第一温度补偿层上；各弓形金属条均设置于叉指电极结构的电极指末端区域。这样，通过在叉指电极结构的电极指末端区域设置弓形金属条，能够更好的抑制谐波，从而提升声表面波谐振器的插损功能。本申请还公开一种MEMS设备。

Description

声表面波谐振器、MEMS设备

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

声表面波谐振器由于其温度稳定性高、抗电磁干扰能力强等特点，被广泛应用于无线通信、自动控制、测量、医学等领域。但是，由于各种谐波的影响，导致在使用声表面波谐振器的过程中，声表面波谐振器的通带内的插损会出现很多的起伏，严重时甚至会导致插损的恶化。由此，如何提升声表面波谐振器的插损功能，亟待解决。

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，以提升声表面波谐振器的插损功能。

在一些实施例中，声表面波谐振器，包括：压电衬底，用于声电换能；压电衬底的外表面设置有叉指电极结构；叉指电极结构，通过施加电压以激励声电换能；第一温度补偿层，包裹叉指电极结构；多个弓形金属条，设置在第一温度补偿层上；各弓形金属条均设置于叉指电极结构的电极指末端区域。

在一些实施例中，声表面波谐振器还包括：第一钝化层，设置在弓形金属条和未被弓形金属条覆盖的第一温度补偿层上。

在一些实施例中，声表面波谐振器还包括：第二温度补偿层，设置在第一钝化层远离弓形金属条的一侧。

在一些实施例中，第一温度补偿层设置有第一通孔；第二温度补偿层设置有第二通孔；第一钝化层设置有第三通孔；第一通孔、第二通孔和第三通孔连通，暴露出叉指电极结构的汇流条；声表面波谐振器还包括：金属层，金属层通过第一通孔、第二通孔和第三通孔连接叉指电极结构的汇流条。

在一些实施例中，声表面波谐振器还包括：第二钝化层，设置在第二温度补偿层和金属层上。

在一些实施例中，各弓形金属条的长度与压电衬底的宽度相等。

在一些实施例中，各弓形金属条的弓形最高距离通过以下方式获得：计算Q×M，获得弓形最高距离；Q为预设参数；M为谐波频率对应的最大声波长。

在一些实施例中，多个弓形金属条分别连接叉指电极结构的电极指。

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压电衬底，在压电衬底的外表面设置通过施加电压以激励声电换能的叉指电极结构。设置第一温度补偿层包裹叉指电极结构。并在第一温度补偿层上设置多个弓形金属条，各弓形金属条均位于叉指电极结构的电极指末端区域。这样，通过在叉指电极结构的电极指末端区域设置弓形金属条，能够更好的抑制谐波，从而提升声表面波谐振器的插损功能。

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现有的声表面波谐振器的叉指电极结构和多个金属条的分布示意图；

图2是本发明实施例提供的一个声表面波谐振器的叉指电极结构和多个金属条的分布示意图；

图3是本发明实施例提供的一个声表面波滤波器沿着图3所示的α-α’截面线的剖视图；

图4是本发明实施例提供的一个声表面波谐振器的频率响应曲线示意图。

附图标记：

1：压电衬底；2：叉指电极；3：第三钝化层；4：第一温度补偿层；5：第一钝化层；6：第二温度补偿层；7：第二钝化层；8：金属层；9：弓形金属条；10：第一汇流条；11：第二汇流条；12：第三汇流条；13：第一电极指；14：第二电极指；15：第三电极指；16：第四电极指。

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。

在一些实施例中，相关技术中通常采用如下结构提升声表面谐振器的插损功能。压电衬底的外表面设置有叉指电极结构。在叉指电极结构上设置有第一温度补偿层，第一温度补偿层部分包裹叉指电极结构，第一温度补偿层设置有第一通孔，第一通孔暴露出叉指电极结构的汇流条。在第一温度补偿层上设置有金属条，各金属条均设置于叉指电极结构的电极指末端区域，且各金属条的俯视形状为矩形。在金属条和未被金属条覆盖的第一温度补偿层上设置有第一钝化层。第一钝化层设置有第三通孔，第三通孔与第一通孔连通，暴露出叉指电极结构的汇流条。在第一钝化层远离金属条的一侧设置有第二温度补偿层。第二温度补偿层设置有第二通孔，第一通孔、第二通孔和第三通孔连通，暴露出叉指电极结构的汇流条。金属层通过第一通孔、第二通孔和第三通孔连接叉指电极结构的汇流条。在第二温度补偿层和金属层上设置有第二钝化层。

在一些实施例中，结合图1所示，叉指电极结构包括第一汇流条10、第二汇流条11、第三汇流条12、第一电极指13、第二电极指14、第三电极指15、第四电极指16。第一汇流条10、第二汇流条11和第三汇流条12彼此相互平行。第一电极指13与第二电极指14相互交替设置呈叉指状。第三电极指15与第四电极指16相互交替设置呈叉指状。其中，第一电极指13为垂直连接第一汇流条10的电极指。第四电极指16为垂直连接第三汇流条12的电极指。第二电极指14为第二汇流条11上靠近第一汇流条10的一侧垂直设置的电极指。第三电极指15为第二汇流条11上靠近第三汇流条12的一侧垂直设置的电极指。此时，电极指末端区域，即第一电极指末端区域、第二电极指末端区域、第三电极指末端区域和第四电极指末端区域。分别在第一电极指末端区域、第二电极指末端区域、第三电极指末端区域和第四电极指末端区域内设置俯视形状为矩形的一条金属条。但是，仅通过在第一电极指末端区域、第二电极指末端区域、第三电极指末端区域和第四电极指末端区域内设置俯视形状为矩形的一条金属条，声表面波谐振器的插损功能仍然较差。

本发明实施例提供一个声表面波谐振器，包括：压电衬底、叉指电极结构、第一温度补偿层和多个弓形金属条。压电衬底，用于声电换能；压电衬底的外表面设置有叉指电极结构；叉指电极结构，通过施加电压以激励声电换能；第一温度补偿层，包裹叉指电极结构；多个弓形金属条，设置在第一温度补偿层上；各弓形金属条均设置于叉指电极结构的电极指末端区域。

采用本公开实施例提供的声表面波谐振器，通过设置用于声电换能的压电衬底，在压电衬底的外表面设置通过施加电压以激励声电换能的叉指电极结构。设置第一温度补偿层包裹叉指电极结构。并在第一温度补偿层上设置多个弓形金属条，各弓形金属条均位于叉指电极结构的电极指末端区域。这样，通过在叉指电极结构的电极指末端区域设置弓形金属条，能够更好的抑制谐波，从而提升声表面波谐振器的插损功能。

在一些实施例中，叉指电极结构包括多个汇流条和垂直连接汇流条的电极指。电极指末端区域即电极指的末端所处区域和电极指中与电极的末端所处区域齐平的区域。其中，将电极指上的电极指末端边缘至电极指预设边缘之间的区域作为电极指的末端所处区域。电极指预设边缘为电极指上垂直距离与电极指末端边缘保持预设长度的位置。

可选地，各弓形金属条的长度与压电衬底的宽度相等。

可选地，叉指电极结构，包括：叉指电极。

可选地，叉指电极结构，包括：叉指电极和设置在叉指电极上的第三钝化层。

可选地，叉指电极，包括：第一汇流条、第二汇流条、第三汇流条、第一电极指、第二电极指、第三电极指、第四电极指。第一汇流条、第二汇流条和第三汇流条彼此相互平行。第一电极指与第二电极指相互交替设置呈叉指状。第三电极指与第四电极指相互交替设置呈叉指状。其中，第一电极指为垂直连接第一汇流条的电极指。第四电极指为垂直连接第三汇流条的电极指。第二电极指为第二汇流条上靠近第一汇流条的一侧垂直设置的电极指。第三电极指为第二汇流条上靠近第三汇流条的一侧垂直设置的电极指。

在一些实施例中，结合图2所示，图2为声表面波谐振器的叉指电极结构和多个金属条的分布示意图。叉指电极结构包括第一汇流条10、第二汇流条11、第三汇流条12、第一电极指13、第二电极指14、第三电极指15、第四电极指16。第一汇流条10、第二汇流条11和第三汇流条12彼此相互平行。第一电极指13与第二电极指14相互交替设置呈叉指状。第三电极指15与第四电极指16相互交替设置呈叉指状。其中，第一电极指13为垂直连接第一汇流条10的电极指。第四电极指16为垂直连接第三汇流条12的电极指。第二电极指14为第二汇流条11上靠近第一汇流条10的一侧垂直设置的电极指。第三电极指15为第二汇流条11上靠近第三汇流条12的一侧垂直设置的电极指。此时，电极指末端区域，即第一电极指末端区域、第二电极指末端区域、第一电极指末端区域和第二电极指末端区域。其中，将第一电极指13中与第二电极指14的末端平齐的区域以及第二电极指14的末端的区域称为第一电极指末端区域。将第二电极指14中与第一电极指13的末端平齐的区域以及第一电极指13的末端的区域称为第二电极指末端区域。将第三电极指15中与第四电极指16的末端平齐的区域以及第四电极指16的末端的区域称为第三电极指末端区域。将第四电极指16中与第三电极指15的末端平齐的区域以及第三电极指15的末端的区域称为第四电极指末端区域。在第一电极指末端区域、第二电极指末端区域、第三电极指末端区域和第四电极指末端区域分别设置一条弓形金属条9，且弓形金属条9的长度与压电衬底1的宽度相等。

可选地，叉指电极，包括：第四汇流条、第五汇流条和多个电极指。第四汇流条和第五汇流条彼此相互平行。第四汇流条上垂直连接的电极指为第五电极指；第五汇流条上垂直连接的电极指为第六电极指。第四汇流条的第五电极指和第五汇流条的第六电极指相互交替设置呈叉指状。

可选地，声表面波谐振器还包括：第一钝化层，设置在弓形金属条和未被弓形金属条覆盖的第一温度补偿层上。这样，设置第一钝化层，能够更好的保护弓形金属条。

可选地，声表面波谐振器还包括：第二温度补偿层，设置在第一钝化层远离弓形金属条的一侧。

可选地，第一温度补偿层设置有第一通孔；第二温度补偿层设置有第二通孔；第一钝化层设置有第三通孔；第一通孔、第二通孔和第三通孔连通，暴露出叉指电极结构的汇流条；声表面波谐振器还包括：金属层，金属层通过第一通孔、第二通孔和第三通孔连接叉指电极结构的汇流条。

可选地，声表面波谐振器还包括：第二钝化层，设置在第二温度补偿层和金属层上。

在一些实施例中，结合图3所示，图3为声表面波滤波器沿着图3所示的α-α’截面线的剖视图。如图3所示，压电衬底1的外表面设置有叉指电极结构。叉指电极结构包括叉指电极2和设置在叉指电极2上的第三钝化层3，第三钝化层3设置有第四通孔，第四通孔暴露出叉指电极的汇流条。在叉指电极结构上设置有第一温度补偿层4，第一温度补偿层4包裹叉指电极结构，第一温度补偿层4设置有第一通孔，第一通孔暴露出叉指电极结构的汇流条。在第一温度补偿层4上设置有多个弓形金属条9，各弓形金属条9均设置于叉指电极结构的电极指末端区域。在弓形金属条9和未被弓形金属条9覆盖的第一温度补偿层4上设置有第一钝化层5。第一钝化层5设置有第三通孔，第三通孔与第一通孔连通，暴露出叉指电极结构的汇流条。在第一钝化层5远离弓形金属条9的一侧设置有第二温度补偿层6。第二温度补偿层6设置有第二通孔，第一通孔、第二通孔和第三通孔连通，暴露出叉指电极结构的汇流条。金属层8通过第一通孔、第二通孔和第三通孔连接叉指电极结构的汇流条。在第二温度补偿层6和金属层8上设置有第二钝化层7。

可选地，各弓形金属条的弓形最高距离通过以下方式获得：计算Q×M，获得弓形最高距离；Q为预设参数；M为谐波频率对应的最大声波长。其中，预设参数的范围，例如：0.6至0.8。

在一些实施例中，弓形最高距离即俯视形状为弓形的金属条的最宽距离。

在一些实施例中，声表面波谐振器具有多个谐波频率，多个谐波频率的频率范围为f1至f2。频率范围f1至f2对应的声波长的范围为L1至L2。M等于max（L1，L2）。其中，max()为取最大值算法。

可选地，多个弓形金属条分别连接叉指电极结构的电极指。

可选地，第一温度补偿层设置有第五通孔，第五通孔暴露出叉指电极结构的电极指。弓形金属条连接叉指电极结构的电极指，包括：弓形金属条通过第五通孔连接叉指电极结构的电极指。

在一些实施例中，压电衬底的外表面设置有叉指电极结构。叉指电极结构包括叉指电极和设置在叉指电极上的第三钝化层，第三钝化层设置有第四通孔，第四通孔暴露出叉指电极的汇流条。在叉指电极结构和未被叉指电极结构覆盖的压电衬底上设置有第一温度补偿层，第一温度补偿层设置有第一通孔和第五通孔，第五通孔暴露出叉指电极结构的电极指；第一通孔与第四通孔连通，暴露出叉指电极结构的汇流条。在第一温度补偿层上设置有多个金属条，各金属条均设置于叉指电极结构的电极指末端区域，且各金属条通过第五通孔连接叉指电极结构的电极指。在金属条和未被金属条覆盖的第一温度补偿层上设置有第一钝化层。第一钝化层设置有第三通孔，第三通孔与第一通孔连通，暴露出叉指电极结构的汇流条。在第一钝化层远离金属条的一侧设置有第二温度补偿层。第二温度补偿层设置有第二通孔，第一通孔、第二通孔、第三通孔和第四通孔连通，暴露出叉指电极结构的汇流条。金属层通过第一通孔、第二通孔、第三通孔和第四通孔连接叉指电极结构的汇流条。在第二温度补偿层和金属层上设置有第二钝化层。

在一些实施例中，叉指电极结构包括第一汇流条、第二汇流条、第三汇流条、第一电极指、第二电极指、第三电极指、第四电极指。在第一电极指末端区域、第二电极指末端区域、第三电极指末端区域和第四电极指末端区域分别设置一条弓形金属条，且弓形金属条的长度与压电衬底的宽度相等。在第一电极指末端区域设置的弓形金属条连接第一电极指，在第二电极指末端区域设置的弓形金属条连接第二电极指。在第三电极指末端区域设置的弓形金属条连接第三电极指。在第四电极指末端区域设置的弓形金属条连接第四电极指。

可选地，压电衬底由铌酸锂晶体、钽酸锂晶体、氮化铝、氧化锌或压电陶瓷制成。

可选地，弓形金属条由钛、铬、银、铜、钼、铂、钨和铝中的一种或多种金属构成。

可选地，金属层由钛、铬、银、铜、钼、铂、钨和铝中的一种或多种金属构成。

可选地，叉指电极由钛、铬、银、铜、钼、铂、钨和铝中的一种或多种金属构成。

可选地，第一温度补偿层由二氧化硅制成。

可选地，第二温度补偿层由二氧化硅制成。

可选地，第一钝化层由氮化硅制成。

可选地，第二钝化层由氮化硅制成。

可选地，第三钝化层由氮化硅制成。

在一些实施例中，结合图4所示，图4为声表面波谐振器的频率响应曲线示意图。如图4所示，曲线A为本申请的声表面波谐振器的频率响应曲线，其S参数为S（6，4）。曲线B为非本申请的声表面波谐振器的频率响应曲线，其S参数为S（3，1）。在频率为880MHz时，曲线A等于-1.4767，曲线B等于-1.2641。在频率为915MHz时，曲线A等于-1.7543，曲线B等于-1.1575。由图4可得，本申请的声表面波谐振器的频率响应曲线相较于非本申请的声表面波谐振器的频率响应曲线，更加平缓。由此可见，本申请的声表面波谐振器的插损功能更好。

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：压电衬底，用于声电换能；压电衬底的外表面设置有叉指电极结构；叉指电极结构，通过施加电压以激励声电换能；第一温度补偿层，包裹叉指电极结构；多个弓形金属条，设置在第一温度补偿层上；各弓形金属条均设置于叉指电极结构的电极指末端区域。

采用本公开实施例提供的MEMS设备，通过MEMS设备包括上述的声表面波谐振器。且声表面波谐振器设置用于声电换能的压电衬底，在压电衬底的外表面设置通过施加电压以激励声电换能的叉指电极结构；设置第一温度补偿层包裹叉指电极结构；并在第一温度补偿层上设置多个弓形金属条，各弓形金属条均位于叉指电极结构的电极指末端区域。这样，通过在叉指电极结构的电极指末端区域设置弓形金属条，能够更好的抑制谐波，从而提升声表面波谐振器的插损功能。进而改善MEMS设备的声学性能。

可选地，MEMS（Micro-Electro-MechanicalSystem，微机电系统）设备例如：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 (9)

1.一种声表面波谐振器，其特征在于，包括：

压电衬底，用于声电换能；压电衬底的外表面设置有叉指电极结构；

叉指电极结构，通过施加电压以激励声电换能；

第一温度补偿层，包裹叉指电极结构；

多个弓形金属条，设置在第一温度补偿层上；各弓形金属条均设置于叉指电极结构的电极指末端区域；弓形金属条的一面为弧面，另一面为平面；弓形金属条的弧面朝向叉指电极结构的汇流条；

各弓形金属条的弓形最高距离通过以下方式获得：计算Q×M，获得弓形最高距离；Q为预设参数；M为谐波频率对应的最大声波长；预设参数的范围为0.6至0.8。

2.根据权利要求1所述的声表面波谐振器，其特征在于，声表面波谐振器还包括：

第一钝化层，设置在弓形金属条和未被弓形金属条覆盖的第一温度补偿层上。

3.根据权利要求2所述的声表面波谐振器，其特征在于，声表面波谐振器还包括：

第二温度补偿层，设置在第一钝化层远离弓形金属条的一侧。

4.根据权利要求3所述的声表面波谐振器，其特征在于，第一温度补偿层设置有第一通孔；第二温度补偿层设置有第二通孔；第一钝化层设置有第三通孔；第一通孔、第二通孔和第三通孔连通，暴露出叉指电极结构的汇流条；声表面波谐振器还包括：

金属层，金属层通过第一通孔、第二通孔和第三通孔连接叉指电极结构的汇流条。

5.根据权利要求4所述的声表面波谐振器，其特征在于，声表面波谐振器还包括：

第二钝化层，设置在第二温度补偿层和金属层上。

6.根据权利要求1至5任一项所述的声表面波谐振器，其特征在于，各弓形金属条的长度与压电衬底的宽度相等。

7.根据权利要求1至5任一项所述的声表面波谐振器，其特征在于，多个弓形金属条分别连接叉指电极结构的电极指。

8.一种MEMS设备，其特征在于，所述MEMS设备包括如权利要求1至7任一项所述的声表面波谐振器。

9.根据权利要求8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。