CN117375560A - 一种体声波谐振器件及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种体声波谐振器件及其制备方法，涉及谐振器技术领域，本申请的体声波谐振器件，包括衬底以及设置于衬底上的多个谐振组件，谐振组件包括依次设置于衬底上的底电极、压电层和顶电极，多个谐振组件依次连接形成连接环，其中，相邻两个谐振组件中一个谐振组件的顶电极与另一个谐振组件底电极连接，间隔一个谐振组件的两个第一谐振组件的顶电极相连用于连接输入信号，两个第一谐振器的底电极相连用于连接输出信号。本申请提供的体声波谐振器件及其制备方法，能够在不增大体声波谐振器件占用面积的基础上，提高二次谐波的抑制效果。
Description
技术领域
本申请涉及谐振器技术领域，具体而言，涉及一种体声波谐振器件及其制备方法。
背景技术
体声波滤波器由多个串联或者并联的体声波谐振器组成，其中，体声波谐振器利用压电薄膜在厚度方向的纵向谐振所制成，在手机通讯和高速串行数据应用等方面已经成为声表面波器件和石英晶体谐振器的一个可行的替代。使得射频前端薄膜体声波滤波器/双工器具有优越的滤波特性，例如低插入损耗，陡峭的过渡带，较强的抗静电放电能力等等。
为了提升体声波滤波器的二次谐波抑制,现有技术中采用在电路中设计反向串联或者反向并联的谐振组件，其中，反向串联利用降低能量密度来减弱组件的非线性效应。具体的，为了满足谐振组件的传输特性，反向串联需要将有源区面积增倍，一个谐振器占用两个有源区的面积，使得一个反向串联的谐振组件占用原谐振器四倍的面积，使得反向串联的谐振组件占用面积太大；反向并联利用相位相消的远离来减弱组件的非线性效应，具体的，两个谐振器将谐振组件有源区面积减半，此方法虽然不增加面积，但对二次谐波的抑制效率较低，不能满足滤波器对二次谐波的抑制深度的要求。
发明内容
本申请的目的在于提供一种体声波谐振器件及其制备方法，能够在不增大体声波谐振器件占用面积的基础上，提高二次谐波的抑制效果。
本申请的实施例一方面提供了一种体声波谐振器件，包括衬底以及设置于衬底上的多个谐振组件，谐振组件包括依次设置于衬底上的底电极、压电层和顶电极，多个谐振组件依次连接形成连接环，其中，相邻两个谐振组件中一个谐振组件的顶电极与另一个谐振组件底电极连接，间隔一个谐振组件的两个第一谐振组件的顶电极相连用于连接输入信号，两个第一谐振器的底电极相连用于连接输出信号。
作为一种可实施的方式，谐振组件包括四个，四个谐振组件通过顶电极和底电极依次连接形成连接环。
作为一种可实施的方式，四个谐振组件在衬底上行列式排布。
作为一种可实施的方式，相邻两个谐振组件之间形成互联区域，顶电极和底电极在互联区域连接。
作为一种可实施的方式，多个压电层在互联区域连接，互联区域的压电层上开设有至少一个通槽以形成连接区，底电极和/或顶电极延伸至通槽内以连接底电极和顶电极。
作为一种可实施的方式，通槽沿层叠方向的截面为多边形、圆形或多个曲边组合而成的图案中的一种。
作为一种可实施的方式，多个压电层在互联区域分离，底电极和/或顶电极延伸至互联区域以连接底电极和顶电极。
作为一种可实施的方式，两个第一谐振器的顶电极引出至行列式的一侧，两个第一谐振器的底电极相连引出至行列式与一侧相对的另一侧。
作为一种可实施的方式，衬底层还设置有种子层，多个谐振组件通过种子层设置于衬底上。
本申请的实施例另一方面提供了一种体声波谐振器件的制备方法，用于制备上述体声波谐振器件，包括：提供衬底并在衬底上沉积金属材料形成底电极层；刻蚀底电极层形成多个底电极，相邻的两个底电极之间具有第一沟槽使得多个底电极隔离；在刻蚀后的底电极上沉积压电材料形成压电基层；刻蚀压电基层在多个底电极层上分别形成多个压电层，相邻的两个压电层之间具有第二沟槽使得压电层隔离；在刻蚀后的压电基层上沉积金属材料形成顶电极层，顶电极层填充第一沟槽和第二沟槽；刻蚀顶电极层在多个压电层上形成多个顶电极，顶电极通过第一沟槽和第二沟槽内的金属材料与相邻的底电极连接；连接间隔一个谐振组件的两个第一谐振组件的顶电极引出输入端，以及连接两个第一谐振组件的底电极引出输出端。
本申请实施例的有益效果包括：
本申请提供的体声波谐振器件，包括衬底以及设置于衬底上的多个谐振组件，谐振组件包括依次设置于衬底上的底电极、压电层和顶电极，多个谐振组件依次连接形成连接环，其中，相邻两个谐振组件中一个谐振组件的顶电极与另一个谐振组件底电极连接，一个顶电极与另一个的底电极连接使得多个谐振组件反向并联，根据谐振组件的传输特性，多个谐振组件反向并联时占用一个谐振器的面积，从而使得本申请提供的体声波谐振器不增大体声波谐振器件占用的面积。间隔一个谐振组件的两个第一谐振组件的顶电极相连用于连接输入信号，在电路中，输入信号施加至相邻的两个谐振组件的第一个谐振组件的顶电极和第二个谐振组件的底电极之间，第一个谐振组件的底电极和第二个谐振组件的底电极连接，两个谐振组件反向并联，实现对二次谐波的抑制；同理，两个第一谐振器的底电极相连用于连接输出信号，在电路中，相邻的两个谐振组件的第二个谐振组件的顶电极和第三个谐振组件的底电极之间，第二个谐振组件的底电极和第三个谐振组件的底电极连接，两个谐振组件反向并联，再次实现对二次谐波的抑制，从而提高对二次谐波的抑制效果。因此，本申请实施例提供的体声波谐振器件，能够在不增大体声波谐振器件占用面积的基础上，提高二次谐波的抑制效果。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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他相关的附图。
图1为本申请实施例提供的一种体声波谐振器件的结构示意图；
图2为本申请实施例提供的一种体声波谐振器件的电路图；
图3为图1沿A-A的截面图；
图4为本申请实施例提供的一种体声波谐振器件的制备方法流程图。
图标：100-体声波谐振器件；11-衬底；12-谐振组件；121-底电极；122-压电层；123-顶电极；124-谐振区域；131-输入端；132-输出端；14-互联区域；15-种子层。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动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。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
体声波谐振器具有尺寸小、工作频率高、功耗低、品质因数高、与CMOS工艺兼容等特点，目前在通信器件领域的应用越来越广泛。至少两个体声波谐振器电连接可以构成体声波滤波器。
本申请实施例提供了一种体声波谐振器件100，如图1、图2和图3所示，包括衬底11以及设置于衬底11上的多个谐振组件12，谐振组件12包括依次设置于衬底11上的底电极121、压电层122和顶电极123，多个谐振组件12依次连接形成连接环，其中，相邻两个谐振组件12中一个谐振组件12的顶电极123与另一个谐振组件12底电极121连接，间隔一个谐振组件12的两个第一谐振组件12的顶电极123相连用于连接输入信号，两个第一谐振器的底电极121相连用于连接输出信号。
本申请实施例提供的多个谐振组件12，用于形成体声波谐振器件100，具体的，输入信号由间隔一个谐振组件12的两个第一谐振组件12的顶电极123输入至体声波谐振器件100，在电路中，输入信号施加至相邻的两个谐振组件12的第一个谐振组件12的顶电极123和第二个谐振组件12的底电极121之间，第一个谐振组件12的底电极121和第二个谐振组件12的底电极121连接，两个谐振组件12反向并联，实现对二次谐波的抑制；同理，两个第一谐振器的底电极121相连用于连接输出信号，在电路中，相邻的两个谐振组件12的第二个谐振组件12的顶电极123和第三个谐振组件12的底电极121之间，第二个谐振组件12的底电极121和第三个谐振组件12的底电极121连接，两个谐振组件12反向并联，再次实现对二次谐波的抑制，从而提高对二次谐波的抑制效果。
另外，本申请实施例中的多个谐振组件12，相邻两个谐振组件12中一个谐振组件12的顶电极123与另一个谐振组件12底电极121连接，一个顶电极123与另一个的底电极121连接使得多个谐振组件12反向并联，根据谐振组件12的传输特性，多个谐振组件12反向并联时占用一个谐振器的面积，从而使得本申请提供的体声波谐振器不增大体声波谐振器件100占用的面积。
本申请实施例提供的多个谐振组件12，其中，每个谐振组件12包括依次设置于衬底11上的底电极121、压电层122和顶电极123，其中，底电极121、压电层122和顶电极123重叠的区域为谐振区域124(如图1中虚线所示)，谐振区域124的具体形状本申请实施例不做具体限定，可以是规则多边形、不规则多边形、圆形或者多个曲边组成形成的封闭图形等等，示例的，如图1所示，为多个曲边组成形成的封闭图形。另外，为了提高谐振区域124的振动效率，可以在谐振区域124对应的衬底11内设置空腔，底电极121设置于空腔的顶部作为空腔的盖合面。
具体的，体声波器件的具体器件本申请实施例不做限制，可以是采用多个谐振组件12形成的滤波器、也可以是两个滤波器形成的双工器，也可以是多个双工器形成的多工器，或者其他体声波器件。
本申请提供的体声波谐振器件100，包括衬底11以及设置于衬底11上的多个谐振组件12，谐振组件12包括依次设置于衬底11上的底电极121、压电层122和顶电极123，多个谐振组件12依次连接形成连接环，其中，相邻两个谐振组件12中一个谐振组件12的顶电极123与另一个谐振组件12底电极121连接，一个顶电极123与另一个的底电极121连接使得多个谐振组件12反向并联，根据谐振组件12的传输特性，多个谐振组件12反向并联时占用一个谐振器的面积，从而使得本申请提供的体声波谐振器不增大体声波谐振器件100占用的面积。间隔一个谐振组件12的两个第一谐振组件12的顶电极123相连用于连接输入信号，在电路中，输入信号施加至相邻的两个谐振组件12的第一个谐振组件12的顶电极123和第二个谐振组件12的底电极121之间，第一个谐振组件12的底电极121和第二个谐振组件12的底电极121连接，两个谐振组件12反向并联，实现对二次谐波的抑制；同理，两个第一谐振器的底电极121相连用于连接输出信号，在电路中，相邻的两个谐振组件12的第二个谐振组件12的顶电极123和第三个谐振组件12的底电极121之间，第二个谐振组件12的底电极121和第三个谐振组件12的底电极121连接，两个谐振组件12反向并联，再次实现对二次谐波的抑制，从而提高对二次谐波的抑制效果。因此，本申请实施例提供的体声波谐振器件100，能够在不增大体声波谐振器件100占用面积的基础上，提高二次谐波的抑制效果。
可选的，如图1、图2和图3所示，谐振组件12包括四个，四个谐振组件12通过顶电极123和底电极121依次连接形成连接环。
当谐振组件12包括四个，四个谐振组件12依次连接形成连接环，相邻两个谐振组件12中一个的顶电极123与另一个的底电极121连接，形成如图2所示的连接环，假设以图1中左上角的谐振组件12为第一个谐振组件12，沿着连接环的方向其他谐振组件12依次为第二个谐振组件12、第三个谐振组件12和第四个谐振组件12，其中，第一个谐振组件12作为中间的谐振组件12，第二个谐振组件12和第四个谐振组件12为间隔设置在第一个谐振组件12两侧，即第二个谐振组件12和第四个谐振组件12作为第一谐振组件12，即第二个谐振组件12和第四个谐振组件12的顶电极123连接并引出形成输入端131，用于连接输入信号；第二个谐振组件12和第四个谐振组件12的底电极121连接并引出形成输出端132，用于连接输出信号。
当谐振组件12包括四个时，四个谐振组件12形成平衡电桥结构，其中，在输入端131的两侧分别形成反向并联结构，两个反向并连结构均能够抑制二次谐波，从而提高抑制二次谐波的深度，提高二次谐波的抑制效果。同理，在输出端132的两侧分别形成反向并联结构，两个反向并连结构均能够抑制二次谐波，从而提高抑制二次谐波的深度，提高二次谐波的抑制效果。
需要说明的是，图2中的谐振组件12采用一个梯形表示，其中，梯形的上底(较短的底)为谐振组件12的顶电极123，梯形的下底(较长的底)为谐振组件12的底电极121。
本申请实施例的一种可实现的方式中，如图1所示，四个谐振组件12在衬底11上行列式排布。
四个谐振组件12在衬底11上行列式分布，即四个谐振组件12呈两行两列的方式排布，使得谐振组件12的排布更加规整，占用较小的体积。另外，四个谐振器呈行列式分布，使得四个谐振组件12的距离较近，便于相邻两个谐振组件12的底电极121和顶电极123的连接。
可选的，如图1所示，相邻两个谐振组件12之间形成互联区域14，顶电极123和底电极121在互联区域14连接。
顶电极123和底电极121在互联区域14连接，互联区域的面积较大，这样底电极121和顶电极123的连接均具有较大的连接宽度，避免了两个谐振组件12之间连接不稳定引入的额外损耗。
本申请实施例的一种可实现的方式中，如图1所示，多个压电层122在互联区域14连接，互联区域的压电层122上开设有至少一个通槽以形成连接区，底电极121和/或顶电极123延伸至通槽内以连接底电极121和顶电极123。
通槽内填充空气，压电层122和空气声阻抗不同，使得通槽在压电层122的外侧形成声反射结构，能够将压电层122内产生的声波反射回压电层122内，避免了声波由压电层122的边缘泄露，从而提升体声波谐振器件100的品质因数。
可选的，通槽沿层叠方向的截面为多边形、圆形或多个曲边组合而成的图案中的一种。
其中，多边形包括规则多边形和不规则多边形，通过设置各种形状通槽的设置，可以提高通槽设置的便利性或者进一步降低声波的泄露，具体的，当通槽沿层叠方向的截面为规则多边形时，通槽比较容易制备；当通槽沿层叠方向的截面为不规则多边形，圆形，或者多个曲边组合形成的图案时，对声波的反射作用加强，从而进一步提升体声波谐振器件100的品质因数。
本申请实施例的一种可实现的方式中，多个压电层122在互联区域14分离，底电极121和/或顶电极123延伸至互联区域14以连接底电极121和顶电极123。
多个压电层122在互联区域14分离，在连接底电极121和顶电极123时，顶电极123的金属材料沉积至互联区域14内并与相邻的底电极121相接即可实现顶电极123和底电极121的连接。
当多个压电层122在互联区分离时，在每个压电层122的外侧形成围绕压电层122的环槽，环槽中填充空气，压电层122和空气声阻抗不同，使得环槽在压电层122的外周形成声反射结构，能够将压电层122外周内产生的声波反射回压电层122内，进一步避免了声波由压电层122的边缘泄露，从而进一步提升体声波谐振器件100的品质因数。
可选的，如图1和图2所示，两个第一谐振器的顶电极123引出至行列式的一侧，两个第一谐振器的底电极121相连引出至行列式与一侧相对的另一侧。
两个第一谐振器的顶电极123引出至行列式的一侧，即将输入端131设置于行列式的一侧；两个第一谐振器的底电极121相连引出至行列式与一侧相对的另一侧，即将输出端132设置于行列式的另一侧，使得输入端131和输出端132位于行列式的相对两端，便于输入端131和输出端132的布局，避免了输入端131和输出端132距离较近造成的相互影响。
本申请实施例的一种可实现的方式中，如图3所示，衬底11层还设置有种子层15，多个谐振组件12通过种子层15设置于衬底11上。
为了提高底电极121以及压电层122的晶体结构的稳定性，在形成底电极121之前，先在衬底11上形成一层种子层15，种子层15作为成核中心，对后续的底电极121和压电层122的生成起到引导作用，使得底电极121和压电层122的晶体结构更加规整，从而提高底电极121的传输效率，以及压电层122的机电转换效率。
本申请实施例还公开了一种体声波谐振器件100的制备方法，用于制备上述体声波谐振器件100，如图4所示，包括：
S10：提供衬底11并在衬底11上沉积金属材料形成底电极121层；
其中，衬底11的具体材料以及金属材料的具体材料本申请实施例不做限制，可以采用谐振器常用的衬底11以及电极材料即可。
S20：刻蚀底电极121层形成多个底电极，相邻的两个底电极之间具有第一沟槽使得多个底电极隔离；
S30：在刻蚀后的底电极上沉积压电材料形成压电基层；
S40：刻蚀压电基层在多个底电极层上分别形成多个压电层122，相邻的两个压电层122之间具有第二沟槽使得压电层122隔离；
S50：在刻蚀后的压电基层上沉积金属材料形成顶电极123层，顶电极123层填充第一沟槽和第二沟槽；
S60：刻蚀顶电极123层在多个压电层122上形成多个顶电极123，顶电极123通过第一沟槽和第二沟槽内的金属材料与相邻的底电极连接；
S70：连接间隔一个谐振组件12的两个第一谐振组件12的顶电极123引出输入端131，以及连接两个第一谐振组件12的底电极引出输出端132。
需要说明的是，第一沟槽和第二沟槽也可在同一步骤中进行，即在底电极层上沉积压电材料后再进行刻蚀，在一次刻蚀中即可实现第一沟槽和第二沟槽的形成。
本申请实施例提供的体声波谐振器件100的制备方法，制备出的体声波谐振器件100能够在不增大体声波谐振器件100的体积的基础上，提高提高二次谐波的抑制效果。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。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 (10)
1.一种体声波谐振器件，其特征在于，包括衬底以及设置于所述衬底上的多个谐振组件，所述谐振组件包括依次设置于所述衬底上的底电极、压电层和顶电极，多个谐振组件依次连接形成连接环，其中，相邻两个谐振组件中一个谐振组件的顶电极与另一个谐振组件底电极连接，间隔一个谐振组件的两个第一谐振组件的顶电极相连用于连接输入信号，两个第一谐振器的底电极相连用于连接输出信号。
2.根据权利要求1所述的体声波谐振器件，其特征在于，所述谐振组件包括四个，四个所述谐振组件通过顶电极和底电极依次连接形成连接环。
3.根据权利要求2所述的体声波谐振器件，其特征在于，四个所述谐振组件在所述衬底上行列式排布。
4.根据权利要求3所述的体声波谐振器件，其特征在于，相邻两个谐振组件之间形成互联区域，所述顶电极和所述底电极在所述互联区域连接。
5.根据权利要求4所述的体声波谐振器件，其特征在于，多个所述压电层在互联区域连接，所述互联区域的压电层上开设有至少一个通槽以形成连接区，所述底电极和/或所述顶电极延伸至所述通槽内以连接所述底电极和所述顶电极。
6.根据权利要求5所述的体声波谐振器件，其特征在于，所述通槽沿层叠方向的截面为多边形、圆形或多个曲边组合而成的图案中的一种。
7.根据权利要求4所述的体声波谐振器件，其特征在于，多个所述压电层在互联区域分离，所述底电极和/或所述顶电极延伸至互联区域以连接所述底电极和所述顶电极。
8.根据权利要求3所述的体声波谐振器件，其特征在于，两个所述第一谐振器的顶电极引出至所述行列式的一侧，两个所述第一谐振器的底电极相连引出至所述行列式与一侧相对的另一侧。
9.根据权利要求1所述的体声波谐振器件，其特征在于，所述衬底层还设置有种子层，多个所述谐振组件通过所述种子层设置于所述衬底上。
10.一种体声波谐振器件的制备方法，用于制备如权利要求1-9任一项所述的体声波谐振器件，其特征在于，包括：
提供衬底并在所述衬底上沉积金属材料形成底电极层；
刻蚀所述底电极层形成多个底电极，相邻的两个底电极之间具有第一沟槽使得多个所述底电极隔离；
在刻蚀后的底电极上沉积压电材料形成压电基层；
刻蚀所述压电基层在多个底电极层上分别形成多个压电层，相邻的两个压电层之间具有第二沟槽使得所述压电层隔离；
在刻蚀后的压电基层上沉积金属材料形成顶电极层，所述顶电极层填充所述第一沟槽和所述第二沟槽；
刻蚀所述顶电极层在多个压电层上形成多个顶电极，所述顶电极通过所述第一沟槽和所述第二沟槽内的金属材料与相邻的底电极连接；
连接间隔一个谐振组件的两个第一谐振组件的顶电极引出输入端，以及连接两个第一谐振组件的底电极引出输出端。
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