CN118100856A - 谐振结构、声学谐振器、声学滤波器 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及半导体技术领域，公开一种谐振结构，包括：压电层；上电极层，设置在压电层的一面；下电极层，设置在压电层的另一面；隔离环，将压电层处于有效工作区域的部分包围；有效工作区域为第一投影和第二投影的交叠区域；第一投影为上电极层在压电层上的正投影，第二投影为下电极层在压电层上的正投影。该谐振结构能够提升声学谐振器的品质因数。本申请还公开了一种声学谐振器和声学滤波器。
Description
技术领域
本申请涉及半导体技术领域，例如涉及一种谐振结构、声学谐振器、声学滤波器。
背景技术
随着通信技术的快速发展，射频滤波器的应用与需求不断升级，射频滤波器的工作频率越来越高，带宽越来越宽，插入损耗越来越低，对射频滤波器整体的性能要求越来越高。现有技术中射频滤波器常由一个或多个耦合声学谐振器组成，声学谐振器是用于实现电能和机械能相互转化的器件，在射频通讯和传感领域中发挥着重要的作用，因此声学谐振器的性能提升对于通信系统的性能提升具有重要意义。
为了获得高度集成化和平面化、易封装的射频滤波器，现有技术通常采取在同一衬底上沉积多个谐振结构，现有的体声波谐振器普遍存在横向寄生杂波，影响谐振器的性能。
声学谐振器的品质因数是影响声学谐振器性能的关键指标之一，因此如何减少谐振器内的横向声波泄，以提高声学谐振器的品质因数，成为了亟需解决的技术问题。
需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本申请的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
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。
本公开实施例提供了一种能够有效抑制横向模式寄生杂波的谐振结构。
在一些实施例中，所述谐振结构，包括：压电层；上电极层，设置在压电层的一面；下电极层，设置在压电层的另一面；隔离环，将压电层处于有效工作区域的部分包围；有效工作区域为第一投影和第二投影的交叠区域；第一投影为上电极层在压电层上的正投影，第二投影为下电极层在压电层上的正投影。
在一些实施例中，上电极层为钼、铝、铜、铂、钽、钨、钯和钌中的一种或多种制成。
在一些实施例中，下电极层为钼、铝、铜、铂、钽、钨、钯和钌中的一种或多种制成。
在一些实施例中，压电层为氮化铝、掺杂钪氮化铝、氧化锌、铌酸锂和钽酸锂中的任一种制成。
在一些实施例中，隔离环为避免产生导电沟道的材料制成。
在一些实施例中，隔离环的声速不等于压电层的声速。
在一些实施例中，隔离环为树脂制成；或，隔离环为AlN制成；或，隔离环为SiO2制成；或，隔离环为空气环。
在一些实施例中，隔离环的厚度和压电层的厚度相同。
在一些实施例中，还提供了一种包含上述谐振结构的声学谐振器。
在一些实施例中，还提供了一种包含上述声学谐振器的声学滤波器。
本公开实施例提供的谐振结构、声学谐振器、声学滤波器，可以实现以下技术效果：
通过使用隔离环将压电层处于有效工作区域的部分进行包围，减少了有效工作区域的边界效应，抑制了横向寄生杂波，从而便于提升声学谐振器的品质因数。
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是本公开实施例提供的一个谐振结构的示意图；
图2是本公开实施例提供的一个压电层和隔离环的俯视图；
图3是本公开实施例提供的一个声学谐振器的示意图；
图4是一公开实施例的工作频率freq.GHz和品质因数Q的曲线示意图。
具体实施方式
为了能够更加详尽地了解本公开实施例的特点与技术内容，下面结合附图对本公开实施例的实现进行详细阐述，所附附图仅供参考说明之用，并非用来限定本公开实施例。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。
本公开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，以便这里描述的本公开实施例的实施例。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。
除非另有说明，术语“多个”表示两个或两个以上。
本公开实施例中，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。
术语“对应”可以指的是一种关联关系或绑定关系，A与B相对应指的是A与B之间是一种关联关系或绑定关系。
结合图1所示，本公开实施例提供一种谐振结构，包括：压电层1、上电极层2、下电极层3和隔离环4。上电极层2和下电极层3分别设置在压电层的两面，上电极层2、压电层1和下电极层3相互重叠形成有有效工作区。隔离环4将压电层处于有效工作区域的部分包围。其中，有效工作区域为第一投影和第二投影的交叠区域。第一投影为上电极层在压电层上的正投影，第二投影为下电极层在压电层上的正投影。隔离环4位于上电极层2和下电极层3之间。
采用本公开实施例提供的封装结构，通过使用隔离环将压电层处于有效工作区域的部分进行包围，减少了有效工作区域的边界效应，抑制了横向寄生杂波，从而便于提升声学谐振器的品质因数。
可选地，上电极层为钼、铝、铜、铂、钽、钨、钯和钌中的一种或多种制成。
可选地，下电极层为钼、铝、铜、铂、钽、钨、钯和钌中的一种或多种制成。
可选地，压电层为氮化铝、掺杂钪氮化铝、氧化锌、铌酸锂和钽酸锂中的任一种制成。
可选地，隔离环为绝缘材料制成。
可选地，隔离环为环状的隔离空腔，即，隔离环为空气环。
可选地，隔离环为避免产生导电沟道的材料制成。
可选地，隔离环的声速不等于压电层的声速。
可选地，隔离环为树脂制成。
可选地，隔离环为氮化铝AlN制成。
可选地，隔离环为二氧化硅SiO2制成。
可选地，隔离环的厚度和所述压电层的厚度相同。
表1为不同材料的隔离环的品质因数和有效机电耦合系数情况，如表1所示，由于隔离环的设置，谐振结构牺牲了一定有效机电耦合系数keff2，提高了谐振器品质因数。表1中的Series_Q是串联谐振品质因数。表1中的Parallel_Q是并联谐振品质因数。图4的横坐标为谐振结构的工作频率，纵坐标为品质因数。结合表1和图4可知，在氮化铝、空气、树脂和二氧化硅中，以树脂作为隔离环性能最优。根据品质因数的Bode波特曲线,可看到树脂跟空气两种材料品质因数更高，树脂的串联品质因数1691.1相较氮化铝1332.65提升了26.9%；品质因数是越高越好的;Keff2跟滤波器带宽相关，带宽越大，相应Keff2也要大，否则难以实现大带宽要求。带宽小的滤波器，Keff2过大则难以实现窄带的频率选择要求。所以Keff2的取值是根据滤波器带宽要求选择的。
表1
如图2所示，压电层1的有效工作区域为五边形，隔离环4也被设置为五边形。在一些实施例中，隔离环通过以下方式制得，沿压电层的厚度方向对压电层进行刻蚀，在压电层上形成环状空隙，将绝缘材料填充该环状空隙，形成隔离环，该隔离环将压电层包围。在一些实施例中，压电层根据设置谐振器的需求开设有多个隔离环。
本公开实施例还提供一种声学谐振器，该声学谐振器包括上述谐振结构。可选地，该声学谐振器为体声波谐振器或薄膜体声波谐振器。
结合图3所示，在一些实施例中，声学谐振器包括衬底5、形成在衬底中的空腔6、谐振结构。该谐振结构包括：压电层1、上电极层2、下电极层3和隔离环4。上电极层2和下电极层3分别设置在压电层1的两面，上电极层2、压电层1和下电极层4相互重叠形成有有效工作区。隔离环4将压电层1处于有效工作区域的部分包围。其中，有效工作区域为第一投影和第二投影的交叠区域。第一投影为上电极层在压电层上的正投影，第二投影为下电极层在压电层上的正投影。衬底设置在谐振结构有下电极层的一侧，下电极层位于空腔内，空腔能够将体声学谐振器厚度方向的声波能量反射回底电极。空腔、下电极层、压电层和上电极层在其层叠方向上的交叠区域形成有效谐振区域，该交叠区域的面积即为空腔、下电极层、压电层和上电极层分别在衬底上的正投影的重合区域的面积。输入电信号施加在上电极和下电极之间的情况下，逆向压电效应使得压电层由于压电材料的极化而机械地膨胀或收缩。当输入电信号随时间变化，压电层的膨胀和收缩激励出声波，并且通过压电效应被转换为电信号。
通过使用隔离环将压电层处于有效工作区域的部分进行包围，减少了有效工作区域的边界效应，抑制了横向寄生杂波，从而使得声学谐振器的品质因数更高，能够有效减少或消除相邻电感之间耦合。
本公开实施例还提供一种声学滤波器，该声学滤波器包括多个相互串联和/或并联的谐振器，至少一个谐振器为上述的声学谐振器。可选地，该声学滤波器为体声波滤波器或薄膜体声波滤波器。
以上描述和附图充分地示出了本公开的实施例，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。本公开的实施例并不局限于上面已经描述并在附图中示出的结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限制。
Claims (10)
1.一种谐振结构，其特征在于，包括：
压电层；
上电极层，设置在所述压电层的一面；
下电极层，设置在所述压电层的另一面；
隔离环，将所述压电层处于有效工作区域的部分包围；所述有效工作区域为第一投影和第二投影的交叠区域；所述第一投影为所述上电极层在所述压电层上的正投影，所述第二投影为所述下电极层在所述压电层上的正投影。
2.根据权利要求1所述的谐振结构，其特征在于，所述上电极层为钼、铝、铜、铂、钽、钨、钯和钌中的一种或多种制成。
3.根据权利要求1所述的谐振结构，其特征在于，所述下电极层为钼、铝、铜、铂、钽、钨、钯和钌中的一种或多种制成。
4.根据权利要求1所述的谐振结构，其特征在于，所述压电层为氮化铝、掺杂钪氮化铝、氧化锌、铌酸锂和钽酸锂中的任一种制成。
5.根据权利要求1所述的谐振结构，其特征在于，所述隔离环为避免产生导电沟道的材料制成。
6.根据权利要求5所述的谐振结构，其特征在于，所述隔离环的声速不等于压电层的声速。
7.根据权利要求6所述的谐振结构，其特征在于，所述隔离环为树脂制成；或，所述隔离环为AlN制成；或，所述隔离环为SiO2制成；或，所述隔离环为空气环。
8.根据权利要求5所述的谐振结构，其特征在于，所述隔离环的厚度和所述压电层的厚度相同。
9.一种声学谐振器，其特征在于，包括如权利要求1至8任一项所述的谐振结构。
10.一种声学滤波器，其特征在于，包括至少一个如权利要求9所述的声学谐振器。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |