CN117353702B - 一种ihp saw滤波器及射频前端 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种IHP SAW滤波器及射频前端,涉及声表面波器件领域,包括:由上至下依次设置叉指电极层、压电薄膜、介质层以及衬底载体;所述叉指电极层上设有叉指电极和至少一个假指;所述叉指电极包括多个指条,每一假指与一指条相对设置;相对设置的假指与指条之间具有凹槽;所述凹槽的底面与所述压电薄膜层上表面间的距离,不小于所述压电薄膜的二分之一厚度,并且,所述底面位于所述介质层的下表面之上;所述凹槽构成相对设置的假指与指条之间的间隙;声波在所述间隙内的声速,小于激励区域内的声速;所述激励区域为指条交叉的区域。本发明能够有效抑制IHP SAW的横向模式,提升滤波器的整体性能。
Description
技术领域
本发明涉及声表面波器件领域,特别是涉及一种IHP SAW滤波器及射频前端。
背景技术
高性能声表面波器件(Incredible High Performance SAW,IHP SAW)由于其具备高Q值,低温度系数TCF以及良好的散热性,在目前的滤波器设计中获得广泛的应用。其Q值在中频频段,谐振器的Qmax可达3000左右是传统滤波器Qmax的三倍以上,可同时兼顾滤波器性能要求的低插损(Low IL)和高抑制(High Attenuation)。此外,IHP SAW可以通过改变基板材料的热膨胀系数和声速来满足设计需求的器件温度特性(低TCF)。
与传统的SAW滤波器不同,IHP SAW的主激励模态在谐振频率(Fs)与反谐振频率(Fa)中间产生横向模式的高阶模态,对滤波器的整体性能产生严重的影响。
发明内容
本发明的目的是提供一种IHP SAW滤波器及射频前端,以抑制IHP SAW的横向模式。
为实现上述目的,本发明提供了如下方案:
一种IHP SAW滤波器及射频前端,包括:由上至下依次设置叉指电极层、压电薄膜、介质层以及衬底载体;
所述叉指电极层上设有叉指电极和至少一个假指;
所述叉指电极包括多个指条,每一假指与一指条相对设置;
相对设置的假指与指条之间具有凹槽;所述凹槽的底面与所述压电薄膜层上表面间的距离,不小于所述压电薄膜的二分之一厚度,并且,所述底面位于所述介质层的下表面之上;所述凹槽构成相对设置的假指与指条之间的间隙;声波在所述间隙内的声速,小于激励区域内的声速;所述激励区域为指条交叉的区域。
可选的,多个指条的长度相等,且多个假指的长度相等。
可选的,任两个凹槽的深度相同。
可选的,至少两个凹槽的深度互不相同。
可选的,所述间隙的长度为0.3λ,λ为声波波长。
可选的,所述凹槽是通过刻蚀所述压电薄膜得到的。
可选的,所述介质层键合于所述衬底载体上;
所述介质层为声学反射层;
所述衬底载体为温度补偿层。
可选的,所述叉指电极层与所述压电薄膜共同作用以实现电信号与声学信号的转换。
一种射频前端,所述射频前端包括上述IHP SAW滤波器。
根据本发明提供的具体实施例,本发明公开了以下技术效果:
本发明实施例中,相对设置的假指与指条之间存在凹槽,该凹槽的底面与压电薄膜层上表面间的距离,不小于压电薄膜的二分之一厚度,并且,位于介质层的下表面之上,上述凹槽构成了假指与指条之间的间隙。声波在IHP SAW表面传播时,经过间隙时声速会降低,与激励区域的声速形成声速差,减少声波横向能量的泄露,从而不会激励IHP SAW的横向模式,进而有效抑制IHP SAW的横向模式,提升滤波器的整体性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明所提供的IHP SAW滤波器及射频前端的俯视图;
图2为本发明所提供的IHP SAW滤波器及射频前端的剖视图;
图3为本发明所提供的IHP SAW滤波器及射频前端的原理图;
图4为本发明所提供的不同假指长度对横向模式抑制的仿真图;
图5为本发明所提供的压电薄膜的不同刻蚀厚度对横向模式抑制的仿真图;
图6为本发明所提供的不同间隙长度对横向模式抑制的仿真图;
图7为本发明所提供的有假指的电极结构的仿真图;
图8为采用刻蚀方法得到凹槽的示意图;
图9为假指与指条间的压电薄膜材料未被完全去除示意图;
图10为假指与指条间的压电薄膜材料被完全去除且假指与指条间的介质层也被部分去除示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
本发明的目的是提供一种IHP SAW滤波器及射频前端,能够有效抑制IHP SAW的横向模式,提升滤波器的整体性能。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1-图2示出了上述IHP SAW滤波器的一种示例性结构,包括:由上至下依次设置叉指电极层101、压电薄膜102、介质层103以及衬底载体104。
叉指电极层101上设有叉指电极和至少一个假指1-1(Dummy Finger,DF);叉指电极包括多个指条1-2,指条1-2交叉的区域可称为激励区域(Aperture)。
每一假指1-1与一指条1-2相对设置;指条1-2和假指1-1均设于汇流条(Busbar,BB)上。
相对设置的假指1-1与指条1-2之间具有凹槽1-3,构成假指1-1与指条1-2之间的间隙(Dummy Gap,DG)。
其中:凹槽1-3的底面与压电薄膜102上表面间的距离(在图2中以d表示),不小于压电薄膜102的二分之一厚度,并且,底面位于介质层103的下表面之上(也即,凹槽1-3的底面高于介质层103的下表面,不会贯穿介质层103)。
在实际应用中,叉指电极层101与压电薄膜102共同作用以实现电信号与声学信号的转换。
图3示出了声波在IHP SAW表面传播时,在不同位置的速度。由图3可见,假指1-1和激励区域的声速一致,而间隙所对应的声速则会降低,从而可与激励区域的声速形成声速差,减少声波横向能量的泄露,从而不会激励IHP SAW的横向模式,进而有效抑制IHP SAW的横向模式,提升滤波器的整体性能。
下面对凹槽1-3进行详细介绍。
本领域技术人员可对上述凹槽1-3的形状进行灵活设计,例如,凹槽1-3的剖面形状可为矩形,也可为任意不规则图形;凹槽1-3的底面可为平面,与介质层103、压电薄膜102或叉指电极层101平行。
需要说明的是,对底面为斜面或曲面的情况,底面与压电薄膜102上表面间的距离可有多种确定方式,例如,以底面上各点到压电薄膜102上表面的距离中的最小值、最大值、中值或平均值等,作为底面与压电薄膜102上表面间的距离。
可使用D表示压电薄膜102的厚度,以M表示介质层103的厚度。d的取值大小同样可灵活设计,只要能满足D/2≤d<D+M这一公式即可。例如,请参见图2,d等于压电薄膜的厚度(d=D),也即,在图2所示的结构中,假指1-1与指条1-2间的压电薄膜材料被完全去掉了,露出了介质层103的部分上表面;再例如,请参见图9,假指1-1与指条1-2间的压电薄膜材料未被完全去除,介质层103仍被压电薄膜所完全覆盖,此时,D/2≤d<D,满足上述公式;再例如,请参见图10,假指1-1与指条1-2间的压电薄膜材料被完全去除,并且,进一步的,假指1-1与指条1-2间的介质层也被部分去除,但介质层没有被贯穿,此时,D<d<D+M,亦满足上述公式。
在本发明其他实施例中,上述凹槽1-3可通过多种方式制备得到。
例如,可采用刻蚀的方法得到凹槽1-3:可在介质层103上制备出完整的压电薄膜102,在该完整的压电薄膜102上设置前述的假指1-1、指条1-2等(请参见图8)。然后,对指条1-2与假指1-1之间的压电薄膜材料进行刻蚀,以得到凹槽1-3(在一些制备过程中,在刻蚀掉压电薄膜材料后,还可进一步对介质层进行刻蚀,但不刻穿介质层)。刻蚀深度等于上述d。
再例如,以图2所示结构为例,在制备中,也可在介质层103对应于凹槽1-3的位置上设置掩膜,然后沉积压电薄膜材料,介质层103被掩膜覆盖的部分将沉积不到压电薄膜材料,再去除掩膜,可得到图2所示的凹槽1-3结构。
再例如,可分别制备介质层103和在凹槽1-3的位置具有通孔的压电薄膜,再将二者通过某种方式粘附在一起,也可得到图2所示的凹槽1-3结构等。
下面介绍凹槽1-3的深度(也可称为间隙深度),任一凹槽1-3深度的大小等于d,或者,等于d与假指1-1/指条1-2厚度的之和(d+s)。
在本发明一些实施例中,可令任两个凹槽1-3的深度相同。也即,所有凹槽1-3的深度均相同。
在本发明其他实施例中,也可设计至少两个凹槽1-3的深度互不相同。以具有10个凹槽1-3为例,可设计10个凹槽1-3的深度各不相同,当然,也可设计部分凹槽1-3深度一致,在此不作赘述。
以图1为例,在沿垂直于汇流条并平行于指条1-2的方向上,假指1-1与指条1-2间的距离可称为凹槽1-3开口的长度或间隙的长度,该长度也可进行灵活设计。例如,可设计间隙的归一化波长为0.3λ(lambda)、0.4λ、0.6λ等,λ为声波波长,间隙的长度仿真结果范围是0.3um~0.6um。
在分布方面,凹槽1-3/间隙分设于激励区域两侧,在本发明其他实施例中,请参见图1,上述所有实施例中,位于同一侧的凹槽1-3/间隙长度一致并相对齐。
位于同一侧的凹槽1-3/间隙长度一致并相对齐,可通过指条1-2的长度相等,且假指1-1的长度相等来实现:相对设置的假指1-1与指条1-2,分别与两汇流条相连接,在两汇流条平行设置的前提下,若各指条1-2长度相等,且各假指1-1长度相等,则指条1-2与假指1-1间的间隔长度也一致,并相对齐。
下面介绍其他组成部分。
在实际应用中,上述所有实施例中的介质层103可键合于衬底载体104上;具体的,介质层103为声学反射层;衬底载体104为温度补偿层。
衬底载体104的材料可有多种选择,包括但不限于:Si、SiC等。
介质层103的材料示例性的可为SiO2,本领域技术人员可进行灵活设计,只要所选择材料可实现声学反射,并可绝缘即可,可以限定为具有正向温度速度系数(PositiveTemperature Coefficient of Velocity)的材料。
压电薄膜102的材料通常为:钽酸锂(LT)/铌酸锂(LN)。
叉指电极和假指1-1的材料通常为:Al、Cu或者AlCu合金。
通过以下仿真结果验证本发明实施例所提供的技术方案。
仿真一:
对假指长度(dummy finger length)进行调整,其他参数固定,以观察横向模式抑制的仿真结果。
如图4所示,当dummy gap=0.3um,调整假指长度dummy finger length从1λ到3λ,可得到假指长度与横向模式杂波抑制间的关系仿真曲线,在图4中,谐振频率为1908MHz,反谐振频率为1994MHz,二者之间为横向模式的杂波,在不同假指长度下,对横向模式杂波并未产生明显的抑制效果,可见,假指的长度对横向模式抑制影响较小。
仿真二:
对间隙深度进行调整,其他参数固定,以观察横向模式抑制的仿真结果。
如图5所示,当dummy finger length=2λ,调整dummy gap=0.4um,改变间隙深度(指条1-2与假指1-1之间间隙的压电薄膜刻蚀厚度),观察其对杂波抑制的影响。在图5中,谐振频率为1908MHz,反谐振频率为1994MHz,二者之间为横向模式的杂波,在不同间隙深度下(但均大于等于压电薄膜的二分之一厚度),横向模式的杂波并未有明显的抑制改善,刻蚀压电薄膜的厚度对横向模式抑制的影响较小。当然,从工艺简洁的角度,压电薄膜全部刻蚀更容易实现。
仿真三:
对间隙长度进行调整,其他参数固定,以观察横向模式抑制的仿真结果。
如图6所示,当dummy finger length=2λ,调整dummy gap长度从0.3um到0.6um,发现dummy gap=0.3um时,在1934MHz和1945MHz处横向模式杂波具有更明显的抑制效果,因此,杂波抑制效果更好。
如图7所示仿真结果,有假指1-1的电极结构有助于提升对横向模式抑制的效果。
综上所示,本发明的参数结构为dummy finger length=1~3λ,dummy gap=0.3um,指条1-2与假指1-1中间间隙深度大于压电薄膜厚度的二分之一时,可实现较好的横向模式抑制效果。
本发明实施例还要求保护一种射频前端,射频前端包括上述所有实施例中的IHPSAW。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述,每个实施例重点说明的都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互相参见即可。对于实施例公开的系统而言,由于其与实施例公开的方法相对应,所以描述的比较简单,相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述,以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想;同时,对于本领域的一般技术人员,依据本发明的思想,在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上,本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (8)
1.一种IHP SAW滤波器,其特征在于,包括:由上至下依次设置叉指电极层、压电薄膜、介质层以及衬底载体;
所述叉指电极层上设有叉指电极和至少一个假指;
所述叉指电极包括多个指条,每一假指与一指条相对设置;
相对设置的假指与指条之间具有凹槽;所述凹槽是通过刻蚀所述压电薄膜得到的;所述凹槽的底面与所述压电薄膜层上表面间的距离,不小于所述压电薄膜的二分之一厚度,并且,所述底面位于所述介质层的下表面之上;所述凹槽构成相对设置的假指与指条之间的间隙;声波在所述间隙内的声速,小于激励区域内的声速;所述激励区域为指条交叉的区域;假指和激励区域的声速一致,间隙所对应的声速会降低,与激励区域的声速形成声速差。
2.根据权利要求1所述的IHP SAW滤波器,其特征在于,多个指条的长度相等,且多个假指的长度相等。
3.根据权利要求1所述的IHP SAW滤波器,其特征在于,任两个凹槽的深度相同。
4.根据权利要求1所述的IHP SAW滤波器,其特征在于,至少两个凹槽的深度互不相同。
5.根据权利要求3-4任一项所述的IHP SAW滤波器,其特征在于,所述间隙的长度为0.3λ,λ为声波波长。
6.根据权利要求1所述的IHP SAW滤波器,其特征在于,所述介质层键合于所述衬底载体上;
所述介质层为声学反射层;
所述衬底载体为温度补偿层。
7.根据权利要求1所述的IHP SAW滤波器,其特征在于,所述叉指电极层与所述压电薄膜共同作用以实现电信号与声学信号的转换。
8.一种射频前端,其特征在于,所述射频前端包括权利要求1-7任一项所述IHP SAW滤波器。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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