CN117321913A - 声波器件 - Google Patents

声波器件 Download PDF

Info

Publication number
CN117321913A
CN117321913A CN202280035105.3A CN202280035105A CN117321913A CN 117321913 A CN117321913 A CN 117321913A CN 202280035105 A CN202280035105 A CN 202280035105A CN 117321913 A CN117321913 A CN 117321913A
Authority
CN
China
Prior art keywords
resonator
piezoelectric layer
acoustic wave
thickness
wave device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202280035105.3A
Other languages
English (en)
Inventor
永友翔
布赖恩特·加西亚
文西斯拉夫·扬切夫
帕特里克·特纳
鲍勃·哈蒙德
道格·雅乔夫斯基
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Murata Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Murata Manufacturing Co Ltd filed Critical Murata Manufacturing Co Ltd
Publication of CN117321913A publication Critical patent/CN117321913A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/15—Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material
    • H03H9/205—Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material having multiple resonators
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/02—Details
    • H03H9/02228—Guided bulk acoustic wave devices or Lamb wave devices having interdigital transducers situated in parallel planes on either side of a piezoelectric layer
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/02—Details
    • H03H9/02007—Details of bulk acoustic wave devices
    • H03H9/02015—Characteristics of piezoelectric layers, e.g. cutting angles
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/02—Details
    • H03H9/02007—Details of bulk acoustic wave devices
    • H03H9/02157—Dimensional parameters, e.g. ratio between two dimension parameters, length, width or thickness
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/15—Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material
    • H03H9/17—Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material having a single resonator
    • H03H9/171—Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material having a single resonator implemented with thin-film techniques, i.e. of the film bulk acoustic resonator [FBAR] type
    • H03H9/172—Means for mounting on a substrate, i.e. means constituting the material interface confining the waves to a volume
    • H03H9/173—Air-gaps
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/15—Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material
    • H03H9/17—Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material having a single resonator
    • H03H9/171—Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material having a single resonator implemented with thin-film techniques, i.e. of the film bulk acoustic resonator [FBAR] type
    • H03H9/172—Means for mounting on a substrate, i.e. means constituting the material interface confining the waves to a volume
    • H03H9/174—Membranes
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/46—Filters
    • H03H9/54—Filters comprising resonators of piezoelectric or electrostrictive material
    • H03H9/56—Monolithic crystal filters
    • H03H9/566—Electric coupling means therefor
    • H03H9/568—Electric coupling means therefor consisting of a ladder configuration
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H3/00—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators
    • H03H3/007—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators for the manufacture of electromechanical resonators or networks
    • H03H3/02—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators for the manufacture of electromechanical resonators or networks for the manufacture of piezoelectric or electrostrictive resonators or networks
    • H03H3/04—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators for the manufacture of electromechanical resonators or networks for the manufacture of piezoelectric or electrostrictive resonators or networks for obtaining desired frequency or temperature coefficient
    • H03H2003/0414—Resonance frequency
    • H03H2003/0421—Modification of the thickness of an element
    • H03H2003/0442—Modification of the thickness of an element of a non-piezoelectric layer

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Surface Acoustic Wave Elements And Circuit Networks Thereof (AREA)

Abstract

一种声波器件包括压电层以及第一谐振器和第二谐振器。第一谐振器包括位于压电层上的第一功能电极和第一介电膜。第二谐振器包括位于压电层上的第二功能电极和第二介电膜。第一谐振器和第二谐振器使用厚度谐振模式。压电层包括分别包括第一谐振器和第二谐振器的部分的第一谐振器部分和第二谐振器部分。第一谐振器的谐振频率低于第二谐振器的谐振频率，并且第一谐振器部分的厚度大于第二谐振器部分的厚度，并且满足ts1/tp1≤ts2/tp2，其中，tp1、tp2、ts1和ts2分别为第一谐振器部分和第二谐振器部分以及第一介电膜和第二介电膜的厚度。

Description

声波器件
相关申请的交叉引用
本申请要求于2021年5月17日提交的美国临时专利申请No.63/189,436的优先权。该申请的全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本发明涉及一种声波器件。
背景技术
通常，声波器件广泛用于蜂窝电话滤波器和其他部件。近年来，如US2019/0386635A1中所描述的，已经提出了一种使用厚度剪切模式的体波的声波器件。在声波器件中，一对电极设置在压电层上。该对电极在压电层上彼此面对并且连接到不同的电势。声波器件在电极之间施加交流电压以激励厚度剪切模式的体波。
在一些情况下，设置频率调整膜以覆盖压电层上的电极。通过修整频率调整膜以调整频率调整膜的厚度，可以调整声波谐振器的频率。例如，如果压电层的厚度由于制造误差而已经偏离目标值，则可以通过调整经修整的频率调整膜的量来将频率调整到期望的频率。
如果在压电层处形成多个声波谐振器，则声波谐振器的期望频率通常彼此不同。因此，频率调整膜的针对多个声波谐振器形成的部分的厚度可以彼此不同。
对于使用诸如厚度剪切模式之类的厚度谐振模式的声波谐振器，频率偏差取决于频率调整膜的厚度和取决于压电层的厚度的程度可以不同。因此，如果频率调整膜的针对多个声波谐振器形成的部分的厚度彼此不同，则频率调整膜的响应于压电层厚度与目标值的偏差而修整的部分的量彼此不同。此外，在多个声波谐振器之间，频率调整膜的需要修整的部分的量的变化(即，修整量的差)彼此不同。这需要针对每个声波谐振器来修整频率调整膜。
发明内容
本发明的优选实施例提供了声波器件，该声波器件均减小频率调整膜的响应于压电层厚度的偏离量而针对各个声波谐振器修整的部分的量的差之间的比率的变化，从而促进频率调整。
根据本发明的优选实施例的声波器件包括：第一谐振器，包括包含压电层的压电衬底、在压电层上的第一功能电极、以及在压电层上并覆盖第一功能电极的第一介电膜；以及第二谐振器，与第一谐振器共享压电层，第二谐振器包括在压电层上的第二功能电极、以及在压电层上并覆盖第二功能电极的第二介电膜，其中，第一谐振器和第二谐振器被配置为使用厚度谐振模式，压电层包括第一谐振器部分和第二谐振器部分，第一谐振器的一部分设置在第一谐振器部分中，第二谐振器的一部分设置在第二谐振器部分中，第一谐振器的谐振频率低于第二谐振器的谐振频率，并且在压电层中，第一谐振器部分的厚度大于第二谐振器部分的厚度，并且满足不等式ts1/tp1≤ts2/tp2，其中，tp1是第一谐振器部分的厚度，tp2是第二谐振器部分的厚度，ts1是第一介电膜的厚度，并且ts2是第二介电膜的厚度。
根据本发明的优选实施例，能够提供声波器件，该声波器件均减小频率调整膜的响应于压电层厚度的偏差量而针对各个声波谐振器修整的部分的量的差之间的比率的变化，从而均促进频率调整。
通过以下参考附图对优选实施例的详细描述，本发明的上述和其他元件、特征、步骤、特性和优点将变得更加明显。
附图说明
图1是根据本发明的第一优选实施例的声波器件的截面正视图。
图2是示出了比较示例中的压电层厚度的偏差量Δtp与第一介电膜和第二介电膜中的任何一个的修整部分的量的差Δts之间的关系的曲线图。
图3是根据本发明的第一优选实施例的修改的声波器件的截面正视图。
图4A是示出了使用厚度剪切模式的体波的声波器件的外观的示意性透视图，并且图4B是示出了压电层上的电极结构的平面图。
图5是沿图A4A的线A-A截取的截面图。
图6A是用于示出通过声波器件中的压电膜传播的兰姆(Lamb)波的示意性截面正视图，并且图6B是用于示出通过声波器件中的压电膜传播的厚度剪切模式体波的示意性截面正视图。
图7示出了厚度剪切模式的体波的振幅的方向。
图8是示出了使用厚度剪切模式的体波的声波器件的谐振特性的曲线图。
图9是示出了d/p与谐振器的分数带宽之间的关系的曲线图，其中p表示相邻电极的中心之间的距离，并且d表示压电层的厚度。
图10是使用厚度剪切模式的体波的声波器件的平面图。
图11是示出了出现寄生谐振的参考示例中的声波器件的谐振特性的曲线图。
图12是示出了分数带宽与寄生谐振的阻抗的相位旋转量之间的关系的曲线图，该相位旋转量被视为以约180度进行归一化的寄生谐振的大小。
图13是示出了d/2p与金属化比率MR之间的关系的曲线图。
图14是示出了当d/p越来越接近0时分数带宽相对于LiNbO3的欧拉角(0°,θ,ψ)的映射的曲线图。
图15是包括声学多层膜在内的声波器件的截面正视图。
具体实施方式
现在将参考附图描述本发明的优选实施例以阐明本发明。
本文描述的优选实施例是说明性的，并且在不同优选实施例之间可以部分地替换或组合结构元件。
图1是根据本发明的第一优选实施例的声波器件的截面正视图。
如图1所示，声波器件10包括压电衬底12。第一谐振器10A和第二谐振器10B设置在压电衬底12上。第一谐振器10A和第二谐振器10B两者是声波谐振器。声波器件10例如可以用作滤波器件的一部分。在本优选实施例中，第一谐振器10A是并联臂谐振器。第二谐振器10B是串联臂谐振器。然而，声波器件10中的谐振器的数量不限于两个，而可以是三个或更多个。声波器件10本身可以是滤波器件。
压电衬底12包括支撑件13和压电层14。在本优选实施例中，支撑件13包括支撑衬底16和绝缘层15。绝缘层15设置在支撑衬底16上。压电层14设置在绝缘层15上。然而，支撑件13可以仅包括支撑衬底16。
支撑衬底16的材料例如可以是诸如硅之类的半导体或诸如氧化铝之类的陶瓷。绝缘层15的材料可以是适当的电介质，例如氧化硅或五氧化二钽。压电层14例如是诸如LiTaO3层之类的钽酸锂层或诸如LiNbO3层之类的铌酸锂层。
支撑件13包括空腔13a。更具体地，绝缘层15包括中空部。压电层14设置在绝缘层15上以封闭中空部。因此，设置了空腔13a。类似地，设置空腔13b。空腔13a和空腔13b可以设置在绝缘层15和支撑衬底16两者中，或者可以仅设置在支撑衬底16中。空腔13a和空腔13b可以各自由支撑件13中的通孔限定。
第一叉指换能器(IDT)电极11A设置在压电层14上以限定并充当第一功能电极。因此，设置了第一谐振器10A。第二IDT电极11B设置在压电层14上以限定并充当第二功能电极。因此，设置了第二谐振器10B。第一谐振器10A和第二谐振器10B共享压电层14。
压电层14包括第一谐振器部分14A和第二谐振器部分14B。更具体地，第一谐振器部分14A是压电层14的设置有第一谐振器10A的一部分的部分。更具体地，如图1中的箭头E1所示，第一谐振器部分14A是压电层14的其上设置有第一IDT电极11A的部分。第二谐振器部分14B是压电层14的设置有第二谐振器10B的一部分的部分。更具体地，如图1中的箭头E2所示，第二谐振器部分14B是压电层14的其上设置有第二IDT电极11B的部分。在本优选实施例中，如图1所示，压电层14具有台阶14c。因此，第一谐振器部分14A的厚度大于第二谐振器部分14B的厚度。
对于第一IDT电极11A和第二IDT电极11B中的每一个，彼此相邻的电极指面对面布置的方向是电极指面对面方向。第一谐振器部分14A在电极指面对面方向上的范围是在电极指面对面方向上从第一IDT电极11A的设置有一端上的电极指的部分到第一IDT电极11A的设置有另一端上的电极指的部分的范围。类似地，第二谐振器部分14B在电极指面对面方向上的范围是在电极指面对面方向上从第二IDT电极11B的设置有一端上的电极指的部分到第二IDT电极11B的设置有另一端上的电极指的部分的范围。
在平面图中，第一IDT电极11A的至少一部分与空腔13a重叠。类似地，第二IDT电极11B的至少一部分与空腔13b重叠。然而，在平面图中，第一IDT电极11A和第二IDT电极11B可以与公共空腔重叠。在本说明书中，平面图是从图1的上侧方向观察的图。例如，在图1中，在支撑衬底16和压电层14中，压电层14是位于另一个之上的一个。
在本优选实施例中，空腔13a是第一声反射器。在本优选实施例中，空腔13b是第二声反射器。第一声反射器和第二声反射器允许将声波适当地限制在与压电层14相邻的一侧。只要设置至少一个空腔就可以实现这一点。第一声反射器和第二声反射器可以集成在一起。备选地，可以设置稍后描述的声学多层膜来代替空腔。
第一谐振器10A包括第一介电膜17A。第一介电膜17A设置在压电层14上以覆盖第一IDT电极11A。第二谐振器10B包括第二介电膜17B。第二介电膜17B设置在压电层14上以覆盖第二IDT电极11B。
第一介电膜17A和第二介电膜17B是频率调整膜。可以通过修整第一介电膜17A并调整第一介电膜17A的厚度来调整第一谐振器10A的频率。类似地，可以通过调整第二介电膜17B的厚度来调整第二谐振器10B的频率。
例如，第一介电膜17A和第二介电膜17B的材料可以是氧化硅或氮化硅。
在下面的描述中，第一谐振器10A的谐振频率由fr1表示，并且第二谐振器10B的谐振频率由fr2表示。压电层14的第一谐振器部分14A的厚度为tp1，并且第二谐振器部分14B的厚度为tp2。厚度tp1和厚度tp2被统称为谐振器部分厚度tp。第一介电膜17A的厚度为ts1，并且第二介电膜17B的厚度为ts2。厚度ts1和厚度ts2被统称为介电膜厚度ts。压电层14的厚度的偏差量为Δtp，并且第一介电膜17A和第二介电膜17B中的任何一个的修整部分的量的差为Δts。具体地，偏差量Δtp是压电层14的厚度与目标值的偏差量。具体地，修整部分的量的差Δts是当压电层14的厚度为目标值时修整的部分的量与当压电层14的厚度偏离目标值时修整的部分的量之间的差。修整部分的量的差Δts与偏差量Δtp的比率为Δts/Δtp。
第一介电膜17A的厚度ts1是压电层14的主表面的其上未设置有第一IDT电极11A的部分与第一介电膜17A的表面之间的距离。
本优选实施例的特性是fr1＜fr2、tp1＞tp2、以及ts1/tp1≤ts2/tp2。这有助于减小第一谐振器10A和第二谐振器10B之间的Δts/Δtp的变化。这允许容易地修整第一介电膜17A和第二介电膜17B，并且促进频率调整。这有助于提高生产率。下面将描述该优点的细节。
准备具有本优选实施例的配置的声波器件和比较示例的声波器件，以比较它们之间的Δts/Δtp。具体地，准备示例1和示例2中的声波器件，作为具有本优选实施例的配置的声波器件。在示例1中，满足不等式fr1<fr2、不等式tp1>tp2、以及等式ts1/tp1＝ts2/tp2。在示例2中，满足不等式fr1<fr2、不等式tp1>tp2、以及等式ts1/tp1<ts2/tp2。同时，在比较示例中，满足不等式fr1＜fr2、等式tp1＝tp2、以及不等式ts1/tp1＞ts2/tp2。示例1、示例2和比较示例中的第一谐振器的配置彼此相同或基本上相同。另一方面，示例1、示例2和比较示例中的第二谐振器的配置彼此不同。
表1示出了示例1、示例2和比较示例中的比率Δts/Δtp。除了上述比率之外，表1还示出了示例1、示例2和比较示例中的压电层谐振器部分厚度tp、介电膜厚度ts、以及比率ts/tp。
[表1]
在比较示例中，如表1所示，第一谐振器和第二谐振器之间的比率Δts/Δtp彼此显著不同。因此，在比较示例中，第一谐振器和第二谐振器之间的Δts/Δtp的变化是显著的。与此相反，在示例1和示例2中的每一个中观察到，第一谐振器和第二谐振器之间的Δts/Δtp的变化减小。
参考图2，将更具体地说明比较示例中的压电层厚度的偏差量Δtp与第一介电膜和第二介电膜中的任何一个的修整部分的量的差Δts之间的关系。
图2是示出了比较示例中的压电层厚度的偏差量Δtp与第一介电膜和第二介电膜中的任何一个的修整部分的量的差Δts之间的关系的曲线图。
如图2所示，当压电层厚度与目标值的偏差量Δtp变化时，从第一谐振器的第一介电膜需要修整的部分的量的差Δts变化。这同样适用于第二谐振器的第二介电膜。在比较示例中，即使偏差量Δtp被共享，从第一介电膜修整的部分的量的差Δts和从第二介电膜修整的部分的量的差Δts也彼此不同。换言之，第一谐振器和第二谐振器之间的Δts/Δtp发生显著变化。因此，如果同时修整第一介电膜和第二介电膜，则第一谐振器或第二谐振器的频率可能基本上偏离期望频率。
与此相反，如上所述，图1所示的本优选实施例减小了第一谐振器10A和第二谐振器10B之间的Δts/Δtp的变化。因此，当同时修整第一谐振器10A中的第一介电膜17A和第二谐振器10B中的第二介电膜17B时，可以适当地调整两个谐振器的频率。这有助于提高生产率。
优选地，如在上述示例1中一样，满足等式ts1/tp1＝ts2/tp2。这有效地减小了第一谐振器10A和第二谐振器10B之间的Δts/Δtp的变化。
在本优选实施例中，第一介电膜17A和第二介电膜17B由相同或基本上相同类型的电介质构成。第一介电膜17A和第二介电膜17B集成在一起。可以彼此分离地设置第一介电膜17A和第二介电膜17B。可以在第一介电膜17A和第二介电膜17B之间设置其中未设置有介电膜的部分。
第一介电膜17A和第二介电膜17B可以不由相同或基本上相同类型的电介质构成。在图3所示的第一优选实施例的修改中，第一谐振器20A的第一介电膜27A和第二谐振器20B的第二介电膜27B例如由不同类型的电介质构成。即使在这种情况下，以与第一优选实施例相同或相似的方式，也减小第一谐振器20A和第二谐振器20B之间的Δts/Δtp的变化，因此促进频率调整。
在第一优选实施例及其修改中，第一谐振器和第二谐振器被配置为使用例如厚度剪切模式(诸如一阶厚度剪切模式)的体波。然而，第一谐振器和第二谐振器可以被配置为使用厚度谐振模式，而不限于使用厚度剪切模式。
下面将描述厚度剪切模式的细节。上述第一IDT电极11A和第二IDT电极11B具有稍后描述的IDT电极配置。下述示例中的支撑件相当于本发明的优选实施例中的支撑衬底。
图4A是示出了使用厚度剪切模式的体波的声波器件的外观的示意性透视图，并且图4B是示出了压电层上的电极结构的平面图。图5是沿图4A的线A-A截取的截面图。
声波器件1包括由例如LiNbO3构成的压电层2。压电层2可以由例如LiTaO3构成。LiNbO3或LiTaO3的切割角是Z切割角，但可以是旋转Y切割角或X切割角。压电层2的厚度没有特别限制，但例如应优选地从约40nm至约1000nm(包括约40nm和约1000nm)，并且应更优选地从约50nm至约1000nm(包括约50nm和约1000nm)以有效地激励厚度剪切模式的波。压电层2包括彼此相对的第一主表面2a和第二主表面2b。电极3和电极4设置在第一主表面2a上。电极3是“第一电极”的示例，并且电极4是“第二电极”的示例。在图4A和图4B中，多个电极3连接到第一母线5。多个电极4连接到第二母线6。多个电极3均插入在多个相邻电极4之间，反之亦然。电极3和电极4均具有矩形或基本上矩形形状和长度方向。在与长度方向正交或基本上正交的方向上，彼此相邻的电极3和电极4面对面。电极3、4长度方向和与电极3、4长度方向正交或基本上正交的方向两者都是与压电层2的厚度方向交叉的方向。因此，彼此相邻的电极3和电极4在与压电层2厚度方向交叉的方向上面对面。电极3、4长度方向可以与图4A和图4B所示的与电极3、4长度方向正交或基本上正交的方向互换。换言之，电极3、4可以在图4A和图4B中第一母线5和第二母线6延伸的方向上延伸。在这种情况下，第一母线5和第二母线6在图4A和图4B中电极3、4延伸的方向上延伸。彼此相邻并且限定成对的结构的连接到第一电势的电极3和连接到第二电势的电极4在与电极3、4长度方向正交或基本上正交的方向上设置为多对。本文中彼此相邻的电极3和电极4不是指彼此直接接触的电极3和电极4，而是指彼此间隔一定距离设置的电极3和电极4。当电极3和电极4彼此相邻时，连接到热电极或地电极的任何电极(包括其他电极3、4)不设置在电极3和电极4之间。对的数量不一定是整数，并且电极例如可以成诸如1.5对或2.5对的对。优选地，电极3、4的中心之间的距离(换言之，电极到电极间隔)例如在约1μm至约10μm的范围内(包括约1μm和约10μm)。电极3、4的宽度(换言之，每个电极在电极3、4面对面的方向上的尺寸)例如应优选地在约50nm至约1000nm的范围内(包括约50nm和约1000nm)，并且应更优选地在约150nm至约1000nm的范围内(包括约150nm和约1000nm)。电极3、4的中心之间的距离是指从电极3的在与电极3长度方向正交或基本上正交的方向上的尺寸(宽度)的中心到电极4的在与电极4长度方向正交的方向上的尺寸(宽度)的中心的距离。
由于声波器件1包括具有Z切割角的压电层，因此与电极3、4长度方向正交或基本上正交的方向是与压电层2呈现极化的方向正交或基本上正交的方向。这不一定适用于压电层2是具有另一切割角的压电层的情况。本文中使用的“正交”不限于精确正交，而且还指基本上正交(正交于电极3、4长度方向的方向与极化方向形成的角度例如在约90°±10°的范围内)。
支撑件8通过绝缘层7堆叠到压电层2的第二主表面2b。如图5所示，绝缘层7和支撑件8具有框架形状，并且分别包括通孔7a、8a。因此，设置了空腔9。设置空腔9以避免阻碍压电层2中的激励区域C的振动。因此，支撑件8通过绝缘层7堆叠到第二主表面2b，使得支撑件8位于不与设置有电极3、4的至少一对的部分重叠的位置处。可以不设置绝缘层7。因此，支撑件8可以直接或间接堆叠到压电层2的第二主表面2b。
绝缘层7例如由氧化硅构成。例如，绝缘层可以由除了氧化硅之外的另一种合适的绝缘材料(例如，氮氧化硅和氧化铝)构成。支撑件8例如由Si构成。与压电层2相邻的Si的表面可以具有(100)或(110)的平面取向，或者平面取向可以是(111)。优选地，支撑件8的Si表现出高电阻，并且具有例如约4kΩcm或更大的电阻率。然而，支撑件8可以由例如另一种合适的绝缘材料或半导体材料构成。
用于支撑件8的材料例如可以是诸如氧化铝、钽酸锂、铌酸锂和晶体之类的压电物质、诸如氧化铝、氧化镁、蓝宝石、氮化硅、氮化铝、碳化硅、氧化锆、堇青石、莫来石、滑石和镁橄榄石之类的陶瓷、诸如金刚石和玻璃之类的电介质、或诸如氮化镓之类的半导体。
上述多个电极3、4以及第一母线5和第二母线6例如由合适的金属或合金构成，例如Al、或Al和Cu的合金。在本优选实施例中，电极3、4以及第一母线5和第二母线6具有在Ti膜上设置有Al膜的层叠结构。也可以使用除了Ti膜之外的粘合层。
在多个电极3和多个电极4之间施加交流(AC)电压以驱动声波器件。更具体地，在第一母线5和第二母线6之间施加AC电压。这使得能够使用在压电层2中激励的厚度剪切模式体波来实现谐振特性。在声波器件1中，d/p例如小于或等于约0.5，其中，d表示压电层2的厚度，并且p表示多对电极3、4中的任何一对相邻电极3、4的中心之间的距离。这使得能够有效地激励厚度剪切模式的体波，从而产生令人满意的谐振特性。优选地，d/p例如小于或等于约0.24，并且这实现更令人满意的谐振特性。
声波器件1具有上述配置。因此，即使减少电极3、4的对数以减小器件的大小，也不太可能发生Q值的减小。这是因为：如果减少反射器的两侧上的电极指的数量，会导致轻微的传播损耗。由于声波器件使用厚度剪切模式体波，因此可以减少电极指的数量。参考图6A和图6B，将描述声波器件中使用的兰姆波与厚度剪切模式的体波之间的差异。
图6A是用于示出兰姆波通过声波器件中的压电膜传播的示意性截面正视图，如JP2012-257019 A中所描述的。在该示例中，波如箭头所示在压电膜201中传播。压电膜201的第一主表面201a和第二主表面201b彼此相对，并且连接第一主表面201a和第二主表面201b的厚度方向是Z方向。X方向是布置IDT电极的电极指的方向。如图6A所示，兰姆波如图所示在X方向上传播。尽管由于该波是板波，因此压电膜201作为整体振动，但波在X方向上传播。因此，通过设置在两侧上的反射器，声波器件具有谐振特性。因此，发生波传播损耗，并且如果使器件小型化(即，电极指对的数量减少)，则Q值减小。
相比之下，在声波器件1中，如图6B所示，在厚度剪切方向上出现振动位移。因此，波基本上在Z方向(即，连接压电层2的第一主表面2a和第二主表面2b的方向)上传播并谐振。换言之，波在X方向上的分量显著小于波在Z方向上的分量。波在Z方向上的传播引起谐振特性。因此，即使反射器的电极指的数量减少，也不太可能发生传播损耗。此外，即使减少电极3、4的对数以减小器件的大小，也不太可能发生Q值的减小。
如图7所示，厚度剪切模式体波的振幅在压电层2的激励区域C中包括的第一区域451与激励区域C中包括的第二区域452之间的方向上反转。图7示意性地示出了当在电极3和电极4之间施加了其在电极4处的电势比在电极3处的电势高的电压时的体波。激励区域C中，第一区域451在虚拟平面VP1和第一主表面2a之间，其中，虚拟平面VP1与压电层2的厚度方向正交或基本上正交，并且将压电层2一分为二。激励区域C中，第二区域452在虚拟平面VP1和第二主表面2b之间。
在声波器件1中，如上所述，设置包括电极3和电极4在内的至少一对电极。由于声波器件未被设计为在X方向上传播波，因此由电极3、4组成的电极对的数量不需要是两对或更多对。换言之，只要设置至少一对电极，声波器件就令人满意。
例如，电极3连接到热电势，并且电极4连接到地电势。然而，电极3可以连接到地电势，并且电极4可以连接到热电势。在本优选实施例中，如上所述，至少一对电极包括连接到热电势的电极和连接到地电势的电极，并且未设置浮置电极。
图8是示出了图5所示的声波器件的谐振特性的曲线图。针对表现出该谐振特性的声波器件1设计的参数如下所述。
压电层2：LiNbO3，其中，欧拉角为约(0°,0°,90°)，厚度＝约400nm。
激励区域C(即，当在与电极3和电极4的长度方向正交的方向上观察时电极3和电极4重叠的区域)的长度＝约40μm，由电极3、4组成的电极对的数量＝21，电极中心之间的距离＝约3μm，电极3、4宽度＝约500nm，d/p＝约0.133。
绝缘层7：厚度为约1μm的氧化硅膜。
支撑件8：Si。
激励区域C的长度是激励区域C沿电极3、4长度方向的尺寸。
在本优选实施例中，包括电极3、4在内的多对电极之间的距离全部相等或基本上相等。换言之，以相等或基本上相等的间隔设置电极3和电极4的对。
从图8可以清楚地看出，尽管不包括反射器，声波器件仍然具有令人满意的谐振特性，其中分数带宽为约12.5％。
在本优选实施例中，如上所述，d/p例如小于或等于约0.5，并且优选地小于或等于约0.24，其中，d表示压电层2的厚度，并且p表示由电极3和电极4组成的任何一对电极的中心之间的距离。这将参考图9进行描述。
以与表现出图8所示的谐振特性的声波器件相同或相似的方式，制备具有不同d/p值的多个声波器件。图9是示出了充当谐振器的声波器件的d/p与分数带宽之间的关系的曲线图。
从图9可以清楚地看出，当d/p>约0.5时，尽管调整了d/p，但分数带宽仍然小于约5％。与此相反，当d/p在d/p≤约0.5的范围内改变时，分数带宽可以大于或等于约5％，并且换言之，可以获得具有高耦合因子的谐振器。当d/p小于或等于约0.24时，分数带宽可以增加至约7％或更大。另外，当在该范围内调整d/p时，可以获取具有进一步加宽的分数带宽的谐振器，并且可以实现具有进一步增加的耦合因子的谐振器。因此，可以观察到，当d/p被设置为小于或等于约0.5时，可以获得具有高耦合因子并且使用厚度剪切模式的体波的谐振器。
图10是使用厚度剪切模式的体波的声波器件的平面图。在声波器件80中，包括电极3和电极4在内的一对电极设置在压电层2的第一主表面2a上。在图10中，K是交叉宽度。如上所述，在根据本发明的优选实施例的声波器件中，电极对的数量例如可以是1。即使在这种情况下，声波器件也可以有效地激励厚度剪切模式的体波，条件是上述d/p小于或等于约0.5。
在声波器件1中，激励区域C是其中多个电极3、4中的任何相邻电极3、4在相邻电极3、4面对面的方向上彼此重叠的区域。优选地，满足不等式MR≤约1.75(d/p)+0.075，其中，MR是相邻电极3、4与激励区域C的金属化比率。在这种情况下，可以有效地减少寄生谐振。这将参考图11和图12进行描述。图11是示出了上述声波器件1的谐振特性的示例的参考图。在谐振频率和反谐振频率之间检测用箭头B指示的寄生谐振。参数如下：d/p＝约0.08，并且LiNbO3，其中欧拉角为约(0°,0°,90°)。金属化比率MR为约0.35。
将参考图4B描述金属化比率MR。当关注电极3、4对时，假设仅一对电极3、4设置在图4B中的电极结构中。在这种情况下，由点划线围绕的部分是激励区域C。当在与电极3、4长度方向正交或基本上正交的方向上(即，在电极3和电极4面对面的方向上)观察电极3和电极4时，激励区域C包括电极3与电极4重叠的区域、电极4与电极3重叠的区域、以及电极3和电极4在电极3与电极4之间的区域中彼此重叠的区域。激励区域C内部的电极3、4的面积相对于激励区域C的面积是金属化比率MR。换言之，金属化比率MR是金属化部分的面积与激励区域C的面积的比率。
如果设置多对电极，则MR可以被定义为所有激励区域中包括的金属化部分与激励区域的总面积的比率。
图12是示出了根据本优选实施例的在配置大量声波谐振器的条件下分数带宽与寄生谐振的阻抗的相位旋转量之间的关系的曲线图，该相位旋转量被视为以约180度进行归一化的寄生谐振的大小。通过改变压电层的厚度和电极的尺寸来调整分数带宽。图12示出了当使用由LiNbO3构成并且具有Z切割角的压电层时获得的结果。即使使用具有另一切割角的压电层，也显示类似的趋势。
在由图12中的椭圆J围绕的区域中，寄生谐振较大并且被测量为约1.0。从图12可以清楚地看出，当分数带宽超过约0.17(即，约17％)时，即使组成分数带宽的参数变化，在通带内也出现寄生电平为约1或更大的大寄生谐振。换言之，与图11所示的谐振特性一样，在频带内出现由箭头B指示的大寄生谐振。因此，例如，分数带宽优选地小于或等于约17％。在这种情况下，可以通过调整诸如压电层2的厚度和电极3、4的尺寸之类的参数来减少寄生谐振。
图13是示出了d/2p、金属化比率MR和分数带宽之间的关系的曲线图。根据上述声波器件，具有不同d/2p和MR值的各种声波器件被配置为测量分数带宽。在图13中，虚线D右侧的阴影区域是分数带宽小于或等于约17％的区域。阴影区域和非阴影区域之间的边界由MR＝约3.5(d/2p)+0.075表示。换言之，MR＝约1.75(d/p)+0.075。因此，例如，优选地，MR≤约1.75(d/p)+0.075。在这种情况下，可以容易地将分数带宽调整至约17％或更小。更优选地，分数带宽在由图13中的点划线D1指示的MR＝约3.5(d/2p)+0.05的边界右侧的区域内。换言之，如果MR≤约1.75(d/p)+0.05，则可以可靠地将分数带宽调整至约17％或更小。
图14是示出了当d/p越来越接近0时分数带宽相对于LiNbO3的欧拉角(0°,θ,ψ)的映射的曲线图。图14中的阴影区域是可以获得至少5％或更大的分数带宽的区域。当对区域的范围进行近似时，该范围由以下表达式(1)、(2)和(3)表示。
(0°±10°,0°至20°,任意值的ψ)...(1)
(0°±10°,20°至80°,0°至60°(1-(θ-50)2/900)1/2)或(0°±10°,20°至80°,[180°-60°(1-(θ-50)2/900)1/2]至180°)...(2)
(0°±10°,[180°-30°(1-(ψ-90)2/8100)1/2]至180°,任意值的ψ)...(3)
因此，优选地，欧拉角在由上面的表达式(1)、(2)和(3)表示的范围中的任一范围内，以确保令人满意的宽分数带宽。这同样适用于例如压电层2为钽酸锂层的情况。
图15是包括声学多层膜在内的声波器件的截面正视图。在声波器件41中，声学多层膜42堆叠在压电层2的第二主表面2b上。声学多层膜42具有分层结构，该分层结构包括声阻抗相对较低的低声阻抗层42a、42c、42e和声阻抗相对较高的高声阻抗层42b、42d。包括声学多层膜42的声波器件允许将厚度剪切模式的体波限制在压电层2中，而不需要在声波器件1中包括空腔9。当如上所述的d/p被设置为小于或等于约0.5时，声波器件41还可以具有基于厚度剪切模式的体波的谐振特性。关于声学多层膜42中的低声阻抗层42a、42c、42e和高声阻抗层42b、42d，层数没有特别限制。只要高声阻抗层42b、42d中的至少之一个被设置为比低声阻抗层42a、42c、42e更远离压电层2，声学多层膜就是令人满意的。
低声阻抗层42a、42c、42e和高声阻抗层42b、42d可以由任何合适的材料构成，只要满足上述声阻抗关系即可。用于低声阻抗层42a、42c、42e的材料的示例包括氧化硅和氮氧化硅。用于高声阻抗层42b、42d的材料的示例包括氧化铝、氮化硅和金属。
在本发明的第一优选实施例或其修改中，可以设置图15所示的声学多层膜42。例如，可以单独地设置限定并充当第一声反射器的声学多层膜42、以及限定并充当第二声反射器的声学多层膜42。备选地，单个声学多层膜42可以限定并充当第一声反射器和第二声反射器两者。
对于第一优选实施例及其修改的包括使用厚度剪切模式的体波的声波谐振器在内的声波器件，d/p优选地例如小于或等于约0.5，并且更优选地小于或等于约0.24，如上所述。这实现更令人满意的谐振特性。此外，优选地，第一优选实施例及其修改的包括使用厚度剪切模式的体波的声波谐振器在内的声波器件满足MR≤约1.75(d/p)+0.075，如上所述。在这种情况下，可以以增加的可靠性减少寄生谐振。
在第一优选实施例及其修改的包括使用厚度剪切模式的体波的声波谐振器在内的声波器件中，第一功能电极和第二功能电极可以是包括图10所示的一对电极的功能电极。
优选地，在第一优选实施例及其修改的包括使用厚度剪切模式的体波的声波谐振器在内的声波器件中，压电层例如是铌酸锂层或钽酸锂层。优选地，构成压电层的铌酸锂或钽酸锂的欧拉角在由以上表达式(1)、(2)和(3)表示的范围中的任一范围内。在这种情况下，可以令人满意地加宽分数带宽。
虽然上面已经描述了本发明的优选实施例，但是应该理解，在不脱离本发明的范围和精神的情况下，变化和修改对于本领域技术人员是显而易见的。因此，本发明的范围仅由所附权利要求确定。

Claims (11)

1.一种声波器件，包括：
第一谐振器，包括：
压电衬底，包括压电层；
第一功能电极，在所述压电层上；以及
第一介电膜，在所述压电层上以覆盖所述第一功能电极；以及
第二谐振器，与所述第一谐振器共享所述压电层，所述第二谐振器包括：
第二功能电极，在所述压电层上；以及
第二介电膜，在所述压电层上以覆盖所述第二功能电极；其中，
所述第一谐振器和所述第二谐振器被配置为使用厚度谐振模式；
所述压电层包括第一谐振器部分和第二谐振器部分，所述第一谐振器的一部分在所述第一谐振器部分中，所述第二谐振器的一部分在所述第二谐振器部分中；
所述第一谐振器的谐振频率低于所述第二谐振器的谐振频率，并且在所述压电层中，所述第一谐振器部分的厚度大于所述第二谐振器部分的厚度；以及
满足ts1/tp1≤ts2/tp2，其中，tp1是所述第一谐振器部分的厚度，tp2是所述第二谐振器部分的厚度，ts1是所述第一介电膜的厚度，并且tp2是所述第二介电膜的厚度。
2.根据权利要求1所述的声波器件，其中，满足ts1/tp1＝ts2/tp2。
3.根据权利要求1或2所述的声波器件，其中，所述第一谐振器的第一介电膜和所述第二谐振器的第二介电膜由相同类型或基本上相同类型的电介质构成。
4.根据权利要求1或2所述的声波器件，其中，所述第一谐振器的第一介电膜和所述第二谐振器的第二介电膜由不同类型的电介质构成。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的声波器件，其中，所述压电层是钽酸锂层或铌酸锂层。
6.根据权利要求5所述的声波器件，其中，所述第一谐振器和所述第二谐振器被配置为使用作为厚度谐振模式的厚度剪切模式的体波。
7.根据权利要求5所述的声波器件，其中，
所述第一功能电极和所述第二功能电极中的每一个包括至少一对电极；
所述压电衬底包括支撑件和在所述支撑件上的压电层；
第一声反射器和第二声反射器在所述支撑件中，所述第一声反射器在平面图中与所述第一功能电极的至少一部分重叠，并且所述第二声反射器在所述平面图中与所述第二功能电极的至少一部分重叠；以及
所述第一谐振器和所述第二谐振器均满足d/p小于或等于约0.5的条件，其中，d表示所述压电层的厚度，并且p表示彼此相邻的电极的中心之间的距离。
8.根据权利要求7所述的声波器件，其中，d/p小于或等于约0.24。
9.根据权利要求7或8所述的声波器件，其中，
在所述第一功能电极和所述第二功能电极中的每一个中，激励区域是相邻电极在所述相邻电极面对面的方向上彼此重叠的区域；以及
满足MR≤约1.75(d/p)+0.075，其中，MR是所述至少一对电极与所述激励区域的金属化比率。
10.根据权利要求6至9中任一项所述的声波器件，其中，
限定并充当所述压电层的所述铌酸锂层或所述钽酸锂层的欧拉角在由以下表达式(1)、(2)和(3)表示的范围中的任一范围内：
(0°±10°,0°至20°,任意值的ψ)...(1)；
(0°±10°,20°至80°,0°至60°(1-(θ-50)2/900)1/2)或(0°±10°,20°至80°,[180°-60°(1-(θ-50)2/900)1/2]至180°)...(2)；以及
(0°±10°,[180°-30°(1-(ψ-90)2/8100)1/2]至180°,任意值的ψ)...(3)。
11.根据权利要求7至10中任一项所述的声波器件，其中，所述第一声反射器和所述第二声反射器中的每一个是空腔。
CN202280035105.3A 2021-05-17 2022-05-16 声波器件 Pending CN117321913A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US202163189436P 2021-05-17 2021-05-17
US63/189,436 2021-05-17
PCT/US2022/029491 WO2022245752A1 (en) 2021-05-17 2022-05-16 Acoustic wave device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN117321913A true CN117321913A (zh) 2023-12-29

Family

ID=84140957

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202280035105.3A Pending CN117321913A (zh) 2021-05-17 2022-05-16 声波器件

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20240097649A1 (zh)
CN (1) CN117321913A (zh)
WO (1) WO2022245752A1 (zh)

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6642499B2 (ja) * 2016-06-24 2020-02-05 株式会社村田製作所 弾性波装置
WO2019138810A1 (ja) * 2018-01-12 2019-07-18 株式会社村田製作所 弾性波装置、マルチプレクサ、高周波フロントエンド回路及び通信装置
JP2019195166A (ja) * 2018-05-04 2019-11-07 スカイワークス ソリューションズ, インコーポレイテッドSkyworks Solutions, Inc. 通過帯域幅を維持しながらのフィルタ遷移帯域における周波数温度係数の改善
US10630256B2 (en) * 2018-09-07 2020-04-21 Vtt Technical Research Centre Of Finland Ltd Two-stage lateral bulk acoustic wave filter
CN114424456A (zh) * 2019-09-27 2022-04-29 株式会社村田制作所 弹性波装置

Also Published As

Publication number Publication date
WO2022245752A1 (en) 2022-11-24
US20240097649A1 (en) 2024-03-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2022044869A1 (ja) 弾性波装置
CN117652097A (zh) 弹性波装置及滤波器装置
US20240154595A1 (en) Acoustic wave device
US20230327639A1 (en) Acoustic wave device
WO2023223906A1 (ja) 弾性波素子
WO2022120025A1 (en) Acoustic wave device
CN117321913A (zh) 声波器件
WO2022220155A1 (ja) 弾性波装置
WO2023190369A1 (ja) 弾性波装置
WO2023190654A1 (ja) 弾性波装置
WO2024043301A1 (ja) 弾性波装置
WO2024034603A1 (ja) 弾性波装置
US20230275562A1 (en) Acoustic wave device
WO2024043347A1 (ja) 弾性波装置及びフィルタ装置
WO2024043346A1 (ja) 弾性波装置
WO2024043345A1 (ja) 弾性波装置
WO2022244746A1 (ja) 弾性波装置及びその製造方法
WO2022209862A1 (ja) 弾性波装置
WO2024043342A1 (ja) 弾性波装置
WO2022255304A1 (ja) 圧電バルク波装置及びその製造方法
WO2024043343A1 (ja) 弾性波装置
WO2024043344A1 (ja) 弾性波装置
WO2022210942A1 (ja) 弾性波装置
WO2023190370A1 (ja) 弾性波装置
WO2023224072A1 (ja) 弾性波装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination