CN204481097U

CN204481097U - 一种用于无线通信的具有桥接器的耦合谐振滤波器

Info

Publication number: CN204481097U
Application number: CN201520065782.7U
Authority: CN
Inventors: 冀志勇; 张卫峰; 王亚朋
Original assignee: Henan Yi Xuan Electronic Science And Technology Co Ltd
Current assignee: Henan Yi Xuan Electronic Science And Technology Co Ltd
Priority date: 2015-01-29
Filing date: 2015-01-29
Publication date: 2015-07-15
Anticipated expiration: 2025-01-29

Abstract

本实用新型公开了一种用于无线通信的具有桥接器的耦合谐振滤波器，包括第一底部电极、第一压电层、整平层、第一顶部电极、声耦合层、第二底部电极、第二压电层、第二顶部电极、连接侧和连接体；第一顶部电极设置第一桥接器，第二顶部电极置第二桥接器；第一底部电极位于衬底上方；第一压电层位于第一底部电极上方；整平层位于第一压电层上方；第一桥接器和第二桥接器延伸至空腔外，形成搭接区；声耦合层位于第一顶部电极上方；第二底部电极位于声耦合层上方，第二压电层位于第二底部电极上方，第二顶部电极位于第二压电层上方；第一桥接器和第二桥接器在耦合谐振滤波器周围形成一个有源区。

Description

一种用于无线通信的具有桥接器的耦合谐振滤波器

技术领域

本实用新型涉及无线通信领域，尤其涉及具有桥接器的耦合谐振滤波器。

背景技术

随着薄膜与微纳制造技术的发展，电子元件正朝着微型化、高频率、高密集复用和低功耗的方向发展；电子谐振器被运用于电子通信领域的许多应用中；例如，许多无线通信设备、射频设备(RF)和微频率谐振器都用于滤波器以改善信号的接收和传输。通常，滤波器包括电感器、电容器以及近期的谐振器。

目前，滤波器所要达到的理想状态是减少电子器件组件的尺寸。所公知的过滤器技术提出了一种势垒以使滤波器整体最小化；随着电子元件尺寸减少的需要，已经出现了基于压电效应的谐振器，所述谐振器的压电材料中产生的声共振模式被转换成电波应用于电子通信领域。典型的有体声波谐振器(BAW)和使用压电材料的BAW形成的薄膜体声波谐振器(FBAR)。FBARs是和石英类似的体声波谐振器，按比例缩小至具有GHz共振频率，由于FBARs的厚度、长度和宽度具有微米数量级，因此有利于一些公知的谐振器的紧凑性；基于FBAR技术的滤波器称为耦合谐振滤波器(CRF)，如果形成CRF的两个FBAR之间的耦合程度过大(过耦合)时，其通带的宽度过大，过深，则在其通带中心的插入损耗过高；如果两个FBAR之间的耦合程度过低(低于耦合)时，则CRF的通带太窄。

实用新型内容

针对上述问题，本实用新型的目的是提供，解决滤波器中的薄膜体声波谐振器过于耦合或耦合不足引起通带中心损耗过高或过低的技术问题。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种用于无线通信的具有桥接器的耦合谐振滤波器，通过连接侧与连接体连接；连接体向第二顶部电极提供电信号以在电压层内激发声波；第二顶部电极位于耦合谐振滤波器的最上方，第二顶部电极包括第二桥接器，第二桥接器设置在耦合谐振滤波器的各个面上，在所需的频率范围内，插于耦合谐振滤波器周边的第二桥接器有助于减少插入损耗和提高品质因数Q。

耦合谐振滤波器形成于具有空腔的衬底上，包括第一底部电极、第一压电层、整平层、第一顶部电极、声耦合层、第二底部电极、第二压电层、第二顶部电极、连接侧和连接体；衬底中设置有高声阻抗和低声阻抗交替层用于声学隔离；第一顶部电极内左对称设置着第一桥接器，第二顶部电极内左右对称设置着第二桥接器；第一底部电极位于衬底上方，部分横跨空腔；第一压电层位于第一底部电极上方；整平层位于第一压电层上方，由不可刻蚀的硼硅酸玻璃组成，不与空腔重叠；第一底部电极、第一压电层和第一顶部电极构成耦合谐振滤波器的第一个体声波谐振器，将体声波谐振器放置于空腔上方，成为薄膜体声波谐振器，也即耦合谐振滤波器的底部薄膜体声波谐振器；将体声波谐振器放置于回声板上方，成为固态谐振器；本实用新型可使用薄膜体声波谐振器或固态谐振器。

第一桥接器设置于第一顶部电极内，和整平层部分相接，第一桥接器和第二桥接器设置于耦合谐振滤波器周边；桥接器的横截面形状为梯形或其他形状；第一桥接器和第二桥接器的斜面有益于位于第一桥接器和第二桥接器上的层的质量；第一桥接器和第二桥接器的形状可以各自不同；第一桥接器和第二桥接器的大小和相对位置可不同；第一桥接器和第二桥接器的宽度为2.0μm～10.0μm，高度为30nm～150nm，高度的下限通过在形成第一桥接器和第二桥接器过程中的牺牲材料释放情况来界定；高度上限由第一桥接器和第二桥接器上的层的质量或非平面结构的后续处理的质量决定；第一桥接器和第二桥接器必须足够宽，以确保损耗波在耦合谐振滤波器区域边界或去耦合区域的适度衰减，以尽量减少操作频率中存在的传播波型进入磁场区域。另一方面，如果桥接器太宽，会出现可靠性的问题，限制类似的耦合谐振滤波器布置在一起，从而增加芯片不必要的总面积；第一桥接器和第二桥接器延伸至空腔外，形成搭接区，搭接区的宽度为0.0μm～5.0μm。此外，第一桥接器、第二桥接器和空腔的搭接区的宽度和位置可选择，以提高谐振模式的品质因数Q；耦合谐振滤波器的搭接区越大，其品质因数Q提升越快。

声耦合层位于第一顶部电极上方，声耦合层包括掺杂碳氧化物、碳掺杂氧化硅或其他介电材料，例如，多空硅痒氮化物、多孔掺硼硅酸盐玻璃或多孔磷硅玻璃。一般来说，用于制造声耦合层的材料选择性提供相对低的声阻抗和损耗，以便达到期望的通带特性。

第二底部电极位于声耦合层上方，第二压电层位于第二底部电极上方，第二顶部电极位于第二压电层上方；第二底部电极、第二压电层和第二顶部电极构成耦合谐振滤波器的第二个体声波谐振器，也即为耦合谐振滤波器的顶部薄膜体声波谐振器；第一底部电极和第二顶部电极为钼层制造，钼层厚度为300nm～1000nm。第一压电层和第二压电层为氮化铝层，氮化铝层厚度为500nm～1500nm；第一顶部电极和第二底部电极为钨层，钨层厚度为300nm～1000nm。

第一桥接器和第二桥接器通过对位于第一压电层和第二压电层上的牺牲材料进行图案化成型后形成在第一压电层和第二压电层上；耦合谐振滤波器的各个层成型后，牺牲材料从第一桥接器和第二桥接器上去除，而被空气填充；第一桥接器和第二桥接器在耦合谐振滤波器周围形成一个有源区；该有源区包括第一体声波谐振器的一部分、第二体声波谐振器、位于空腔上方的声耦合层、第一桥接器的周边界限和第二桥接器。也即有源区围绕在耦合谐振滤波器的周边，由于空气存在于，有源区通过第一桥接器、第二桥接器和空腔106而构成不连续声阻抗，因此，在耦合谐振滤波器的有源区中形成一个有利的共振腔；此外，第一桥接器和第二桥接器可以像空腔一样不填充任何物质；第一桥接器和第二桥接器还可以其中一个或两个完全填充材料以产生不连续的声阻抗。

第一桥接器、第二桥接器或二者都不一定必须沿着耦合谐振滤波器的所有边缘延伸，也即不必沿着耦合谐振滤波器的整个周边。

综上所述，由第一桥接器和第二桥接器所提供的声阻抗不匹配会导致声波在耦合谐振滤波器的边界发射，进而以其他方式从有源区中传播出去和丢失，从而导致能量损失；第一桥接器和第二桥接器用于限制耦合谐振滤波器的有源区模组，减少耦合谐振滤波器的能量损失，进而增加耦合谐振滤波器的品质因数Q，提高在耦合谐振滤波器通带特性。

附图说明

图1为本实用新型俯视示意图。

其中：耦合谐振滤波器100、第二顶部电极101、连接侧102、连接体103、第二桥接器104、分隔线1B-1B。

图2为本实用新型沿图1所示的分隔线1B-1B的剖视图。

其中：第二顶部电极101、连接侧102、连接体103、第二桥接器104、衬底105、空腔106、第一底部电极107、第一压电层108、整平层109、第一桥接器110、第一顶部电极111、声耦合层112、第二底部电极113、第二压电层114、搭接区115。

具体实施方式

下面结合附图所描述的实施方式对本实用新型作进一步详细说明。

一种用于无线通信的具有桥接器的耦合谐振滤波器，如图1所示为具有桥接器的耦合谐振滤波器(CRF)100的俯视图，CRF100为五边形，通过位于五边形一端的连接侧102与连接体103连接；连接体103向第二顶部电极101提供电信号以在电压层(图1未示出)内激发声波；第二顶部电极101于水平面平铺排列为一层，位于CRF 100的最上方，第二顶部电极101包括第二桥接器104，第二桥接器104设置在CRF100的各个面上(在连接侧102的第二桥接器104在图1中不可见)，在所需的频率范围内，插于CRF 100周边的第二桥接器104有助于减少插入损耗和提高品质因数Q。

图2所示为CRF100沿图1中的分割线1B-1B的横截面图。如图所示，CRF100形成于具有空腔106的衬底105上，包括第一底部电极107、第一压电层108、整平层109、第一顶部电极111、声耦合层112、第二底部电极113、第二压电层114、第二顶部电极101、连接侧102和连接体103；衬底105中设置有高声阻抗和低声阻抗交替层(未示出)以用于声学隔离；第一顶部电极111内左对称设置着第一桥接器110，第二顶部电极101内左对称设置着第二桥接器104。

第一底部电极107位于衬底105上方，部分横跨空腔106；第一压电层108位于第一底部电极107上方；整平层109位于第一压电层108上方，由不可刻蚀的硼硅酸玻璃组成，不和空腔106重叠，整平层109的一侧从下至上依次排列为第一顶部电极111、声耦合层112和第二底部电极113，第一顶部电极111和整平层109的下侧在同一水平线上，位于第一压电层108上方，第二底部电极113上方和整平层109的上侧平齐；第一底部电极107、第一压电层108和第一顶部电极111构成CRF100的第一个BAW谐振器，将BAW谐振器放置于空腔106上方，成为薄膜体声波谐振器(FBAR)，也即CRF100的底部FBAR；将BAW谐振器放置于回声板上方时，成为固态谐振器(SMR)；本实用新型可使用FBARs或SMRs。

第一桥接器110设置于第一顶部电极111内，和整平层109部分相接，第一桥接器110和第二桥接器104设置于CRF100周边；桥接器的横截面形状为梯形，也可以为其他形状，例如正方形、矩形或其他不规则形状；第一桥接器110和第二桥接器104的斜面有益于位于第一桥接器110和第二桥接器104的层的质量，比如，结晶压电层的质量；第一桥接器110和第二桥接器104的形状可以不同，比如，一个桥接器的横截面可以是梯形，另一个桥接器的横截面可以是矩形；第一桥接器110和第二桥接器104的宽度为2.0μm～10.0μm，高度为30nm～150nm，高度的下限通过在形成第一桥接器110和第二桥接器104过程中的牺牲材料释放情况来界定；高度上限由第一桥接器110和第二桥接器104上的层的质量或非平面结构的后续处理的质量决定；第一桥接器110和第二桥接器104必须足够宽，以确保损耗波在耦合谐振滤波器100区域边界或去耦合区域的适度衰减，以尽量减少操作频率中存在的传播波型进入磁场区域。另一方面，如果桥接器太宽，会出现可靠性的问题，限制类似的CRFs布置在一起，从而增加芯片不必要的总面积；第一桥接器110和第二桥接器104的最佳宽度由实验方法确定。

第一桥接器110和第二桥接器104延伸至空腔106外形成搭接区115；搭接区115的宽度为0.0μm～5.0μm；第一桥接器110和第二桥接器104的大小和相对位置可以不同。此外，第一桥接器110、第二桥接器104和空腔106的搭接区115的宽度和位置可选择，以提高谐振模式的品质因数Q。CRF 100的搭接区115越大，其品质因数Q提升越快。

声耦合层112位于第一顶部电极111上方，声耦合层112包括掺杂碳氧化物或碳掺杂氧化硅；另外，声耦合层112还可包括其他介电材料，例如，多空硅痒氮化物、多孔掺硼硅酸盐玻璃或多孔磷硅玻璃。一般来说，用于制造声耦合层112的材料选择性提供相对低的声阻抗和损耗，以便达到期望的通带特性。

第二底部电极113位于声耦合层112上方，第二压电层114位于第二底部电极113上方，第二顶部电极101位于第二压电层114上方；第二底部电极113、第二压电层114和第二顶部电极101构成CRF100的第二个BAW谐振器；第二底部电极113、第二压电层114和第二顶部电极101构成一个FBAR，该FBAR组成CRF100的顶部FBAR；第一底部电极107和第二顶部电极101为钼层制造，钼层厚度为300nm～1000nm。第一压电层108和第二压电层114为氮化铝层，氮化铝层厚度为500nm～1500nm；第一顶部电极111和第二底部电极113为钨层，钨层厚度为300nm～1000nm。

第一桥接器110和第二桥接器104通过对位于第一压电层108和第二压电层114上的牺牲材料进行图案化成型后形成在第一压电层108和第二压电层114上；CRF100的各个层成型后，牺牲材料从第一桥接器110和第二桥接器104上去除，而被空气填充。

第一桥接器110和第二桥接器104在CRF 100周围形成一个有源区；该有源区包括第一BAW谐振器的一部分、第二BAW谐振器、位于空腔106上方的声耦合层112、第一桥接器110的周边界限和第二桥接器104。也即有源区围绕在CRF100的周边，有源区通过由于空气的存在于第一桥接器110、第二桥接器104和空腔106而构成不连续声阻抗，因此，在CRF100的有源区中形成一个有利的共振腔；此外，第一桥接器110和第二桥接器104可以像空腔106一样不填充任何物质；第一桥接器110和第二桥接器104还可以其中一个或两个完全填充材料以产生不连续的声阻抗。

第一桥接器110、第二桥接器104或二者都不一定必须沿着CRF100的所有边缘延伸，也即不必沿着CRF100的整个周边。

由第一桥接器110和第二桥接器104所提供的声阻抗不匹配会导致声波在CRF100的边界发射，进而以其他方式从有源区中传播出去和丢失，从而导致能量损失；第一桥接器110和第二桥接器104用于限制CRF100的有源区模组，减少CRF100的能量损失，进而增加CRF100的品质因数Q，提高在CRF100通带特性。

Claims

1.一种用于无线通信的具有桥接器的耦合谐振滤波器，形成于衬底上，其特征是：包括第一底部电极、第一压电层、整平层、第一顶部电极、声耦合层、第二底部电极、第二压电层、第二顶部电极、连接侧和连接体；所述衬底具有空腔，衬底中设置有高声阻抗和低声阻抗交替层用于声学隔离；所述连接侧设置于耦合谐振滤波器周边，用于连接连接体，连接体向第二顶部电极提供电信号以在电压层内激发声波；所述第一顶部电极内左右对称设置着第一桥接器，第二顶部电极内左对称设置着第二桥接器；所述第一底部电极位于衬底上方，部分横跨空腔；所述第一压电层位于第一底部电极上方；所述整平层位于第一压电层上方，不与空腔重叠；所述第一底部电极、第一压电层和第一顶部电极构成耦合谐振滤波器的第一个体声波谐振器，将体声波谐振器放置于空腔上方，成为薄膜体声波谐振器，也即耦合谐振滤波器的底部薄膜体声波谐振器；将体声波谐振器放置于回声板上方，成为固态谐振器，所述耦合谐振滤波器使用薄膜体声波谐振器或固态谐振器；所述第一桥接器和第二桥接器设置于耦合谐振滤波器周边，所述第一桥接器和第二桥接器的高度下限通过在形成第一桥接器和第二桥接器过程中的牺牲材料释放来界定，高度上限由第一桥接器和第二桥接器上的层的质量或非平面结构的后续处理的质量决定，第一桥接器和第二桥接器宽度要确保损耗波在耦合谐振滤波器区域边界或去耦合区域的衰减，以减少操作频率中存在的传播波型进入磁场区域；所述第一桥接器和第二桥接器延伸至空腔外，形成搭接区；所述声耦合层位于第一顶部电极上方，第二底部电极位于声耦合层上方，第二压电层位于第二底部电极上方，第二顶部电极位于第二压电层上方，第二底部电极、第二压电层和第二顶部电极构成耦合谐振滤波器的第二个体声波谐振器；所述第一桥接器和第二桥接器通过对位于第一压电层和第二压电层上的牺牲材料进行图案化成型后形成在第一压电层和第二压电层上；耦合谐振滤波器的各个层成型后，牺牲材料从第一桥接器和第二桥接器上去除，而被空气填充；所述第一桥接器和第二桥接器在耦合谐振滤波器周围形成一个有源区；该有源区包括第一体声波谐振器的一部分、第二体声波谐振器、位于空腔上方的声耦合层、第一桥接器的周边界限和第二桥接器。

2.根据权利要求1所述的一种用于无线通信的具有桥接器的耦合谐振滤波器，其特征是：所述第一桥接器和第二桥接器的横截面形状为多边形形状，第一桥接器和第二桥接器的宽度为2.0μm～10.0μm，高度为30nm～150nm；所述搭接区的宽度为0.0μm～5.0μm。

3.根据权利要求2所述的一种用于无线通信的具有桥接器的耦合谐振滤波器，其特征是：所述第一桥接器和第二桥接器的横截面形状为梯形。

4.根据权利要求1所述的一种用于无线通信的具有桥接器的耦合谐振滤波器，其特征是：所述第一桥接器、第二桥接器和空腔不填充任何物质。

5.根据权利要求1所述的一种用于无线通信的具有桥接器的耦合谐振滤波器，其特征是：所述第一桥接器和/或第二桥接器完全填充空气。

6.根据权利要求1所述的一种用于无线通信的具有桥接器的耦合谐振滤波器，其特征是：所述第一底部电极和第二顶部电极为钼层制成的第一底部电极和第二顶部电极，钼层厚度为300nm～1000nm；所述第一压电层和第二压电层为氮化铝层制成的第一压电层和第二压电层，氮化铝层厚度为500nm～1500nm；所述第一顶部电极和第二底部电极为钨层制成的第一顶部电极和第二底部电极，钨层厚度为300nm～1000nm。