CN210405246U - 一种声波器件及滤波装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种声波器件，包括由下至上依次层叠的衬底，复合层，电极层，所述复合层具有预设形状的闭合型凹槽，其中，所述复合层包括由下至上层叠的温度补偿层和压电层，所述电极层位于所述凹槽以内的所述复合层的上表面。可见，复合层具有凹槽，电极层位于凹槽以内的复合层的上表面，当声波沿着横向传播时，声波被位于凹槽外侧的压电层边缘反射回来，声波的能量被限制在电极层的下方，横向能量泄露降低，当声波沿着纵向传播时，由于衬底的声波传播速度高于复合层，声波几乎都只在复合层中传播，不会泄露到衬底中，纵向能量泄露得到抑制，Q值提升，且温度补偿层的存在可减小因温度变化导致的频率偏移。本申请还提供一种有上述优点的滤波装置。

Description

一种声波器件及滤波装置

技术领域

本申请涉及滤波装置技术领域，特别是涉及一种声波器件及滤波装置。

背景技术

声表面波(Surface Acoustic Wave,SAW)器件是一种使用叉指电极将电能转换成声能，或者相反地将声能转换成电能的器件，广泛应用于滤波器、延迟线、振荡器等。

近年来，绝缘衬底上的压电材料因其具有较高的Q值，较好的温度补偿效果逐渐应用在声表面波器件中，声波在横向以及纵向上进行振动，能量在横向以及纵向上存在泄露的问题，进而使得声表面波器件的Q值降低，并且容易出现因温度变化导致的频率偏移。

因此，如何降低声表面波器件的能量泄露、提高Q值，并且降低器件的频率偏移是本领域技术人员应重点关注的。

实用新型内容

本申请的目的是提供一种声波器件及滤波装置，以降低声波器件及滤波装置的能量泄露，提高Q值，且减小因温度变化导致的频率偏移。

为解决上述技术问题，本申请提供一种声波器件，包括：由下至上依次层叠的衬底，复合层，电极层，所述复合层具有预设形状的闭合型凹槽，其中，所述复合层包括由下至上层叠的温度补偿层和压电层，所述电极层位于所述凹槽以内的所述复合层的上表面。

可选的，还包括：

位于所述衬底层和所述复合层之间的声学反射层，所述声学反射层包括位于所述衬底层上表面的高声阻抗层和位于所述高声阻抗层上表面的低声阻抗层。

可选的，还包括：

环绕在所述凹槽以内的所述复合层的外边缘的金属层。

可选的，所述金属层的宽度为：

W＝α*λ*V(1-m)/sqrt[V*(1+n)]；

式中，W为金属层的宽度，α为系数，λ为电极层中叉指电极中叉指宽度与相邻叉指的间隙宽度之和，V为叉指电极的声速，m为叉指电极与金属层的声速差，n为叉指电极与凹槽以外的复合层的声速差。

可选的，所述压电层的厚度取值范围为0.05λ至λ之间，包括端点值。

可选的，所述温度补偿层的厚度在2λ以下。

可选的，位于所述凹槽内的所述复合层的宽度为所述叉指电极中相邻叉指相对重叠区域的长度。

可选的，当所述电极层为叉指电极且位于所述凹槽以内的所述压电层的边与叉指延伸方向平行时，位于所述凹槽以内的所述压电层与叉指平行的边与所述叉指电极的边缘之间的距离为：

D＝(1-x)*λ/4；

式中，D为压电层与叉指平行的边与叉指电极的边缘之间的距离，x为叉指电极中金属的占空比，λ为叉指电极中叉指宽度与相邻叉指的间隙宽度之和。

可选的，还包括：

位于所述电极层上表面的介质层。

本申请还提供一种滤波装置，所述滤波装置包括至少一个上述任一种所述的声波器件。

本申请所提供的声波器件，包括：由下至上依次层叠的衬底，复合层，电极层，所述复合层具有预设形状的闭合型凹槽，其中，所述复合层包括由下至上层叠的温度补偿层和压电层，所述电极层位于所述凹槽以内的所述复合层的上表面。

可见，本申请中的声波器件包括衬底，复合层，电极层，复合层包括温度补偿层和压电层，并且复合层具有预设形状的闭合型凹槽，即整个复合层或者复合层中的压电层具有凹槽，电极层位于凹槽以内的复合层的上表面，也即凹槽以内压电层的上表面，其中，当声波器件振动形成的声波沿着横向传播时，声波在位于凹槽外侧的压电层边缘被反射回来，声波的能量被限制在电极层的下方，横向能量泄露降低，当声波沿着纵向传播时，由于衬底的声波传播速度高于温度补偿层和压电层，声波几乎都只在温度补偿层和压电层中传播，不会泄露到衬底中，纵向能量泄露得到抑制，Q值得到提升，并且温度补偿层的存在可以减小因温度变化导致的频率偏移。此外，本申请还提供一种具有上述优点的滤波装置。

附图说明

为了更清楚的说明本申请实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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的附图。

图1为本申请实施例所提供的一种声波器件的结构示意图；

图2为本申请实施例所提供的一种声波器件的俯视示意图；

图3为凹槽以内压电层与电极层的俯视图；

图4为本申请实施例所提供的另一种声波器件的俯视示意图；

图5为本申请实施例所提供的另一种声波器件的俯视示意图；

图6为本申请实施例所提供的另一种声波器件的结构示意图；

图7为本申请实施例所提供的另一种声波器件的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型，但是本实用新型还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似推广，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。

正如背景技术部分所述，目前，绝缘衬底上的压电材料因其具有较高的Q值，较好的温度补偿效果逐渐应用在声表面波器件中，声波在横向以及纵向上进行振动，能量在横向以及纵向上存在泄露的问题，进而使得声表面波器件的Q值降低，并且容易出现因温度变化导致的频率偏移。

有鉴于此，本申请提供了一种声波器件，请参考图1和图2，图1为本申请实施例所提供的一种声波器件的结构示意图，图2为本申请实施例所提供的一种声波器件的俯视示意图，该声波器件包括：由下至上依次层叠的衬底1，复合层2，电极层3，所述复合层2具有预设形状的闭合型凹槽4，其中，所述复合层2包括由下至上层叠的温度补偿层21和压电层22，所述电极层3位于所述凹槽4以内的所述复合层2的上表面。

具体的，电极层3位于凹槽4以内的复合层2的上表面，也即电极层3位于凹槽4以内的压电层22的上表面。声波器件需要输入输出引线，引线部分会保留在压电层和温度补偿层，也即引线会横跨凹槽，引线横跨凹槽的长度为凹槽的宽度。

需要指出的是，本实施例中衬底1、压电层22、温度补偿层21传播的体波声速依次降低。衬底1传播的体波声速高于压电层22和温度补偿层21，声波器件振动形成的声波几乎都只在压电层22和温度补偿层21中传播，不会传播到衬底1中，即可以抑制声波能量在纵向的泄露；并且由于温度补偿层21的存在，可以减小声波器件因温度变化导致的频率偏移。

还需要指出的是，本实施例中对闭合型凹槽4的预设形状也不做具体限定，视情况而定。预设形状可以为五边形、矩形、椭圆形、圆形、梯形等任意形状，只要是闭合形状即可满足要求。由于凹槽4的存在，声波器件内沿横向传播的声波在位于凹槽4外侧的压电层22边缘被反射回来，使声波的能量被限制在电极层3的下方，从而使得声波的横向能量泄露降低。

进一步地，当凹槽4的各边与电极层3的各边都不平行时，如凹槽4的形状为五边形，反射的横向声波不易在谐振频率附近形成谐振，可以减弱杂波模式。

需要指出的是，本实施例中对凹槽4的深度也不做具体限定，可自行设置。例如，凹槽4的深度可以为压电层22的厚度，或者为压电层22和温度补偿层21两者的厚度之和，亦或者是过刻蚀部分衬底深度等。

需要说明的是，本实施例中对衬底1不做具体限定，可视情况而定。例如，衬底1可以为硅衬底1，或者石英衬底1，或者氧化铝衬底1，等等。同理，本实施例中对温度补偿层21也不做具体限定，可自行设置。例如，温度补偿层21可以为下述任一种材料形成：二氧化硅、磷硅玻璃、三氧化二铝。

还需要说明的是，本实施例中对压电层22的材料也不做具体限定，可视情况而定。例如，压电层22的材料可以为下述任一种或者任意组合材料：氮化铝、氧化锌、钽酸锂、铌酸锂。

可选的，电极层3可以为叉指电极，或者为叉指电极和反射栅电极组合而成的电极。

本实施例中的声波器件包括衬底1，复合层2，电极层3，复合层2包括温度补偿层21和压电层22，并且复合层2具有预设形状的闭合型凹槽4，即整个复合层2或者复合层2中的压电层22具有凹槽4，电极层3位于凹槽4以内的复合层2的上表面，也即凹槽4以内压电层22的上表面，其中，当声波器件振动形成的声波沿着横向传播时，声波在位于凹槽4外侧的压电层22边缘被反射回来，声波的能量被限制在电极层3的下方，横向能量泄露降低，当声波沿着纵向传播时，由于衬底1的声波传播速度高于温度补偿层21和压电层22，声波只会在温度补偿层21和压电层22中传播，不会泄露到衬底1中，纵向能量泄露得到抑制，Q值得到提升，并且温度补偿层21的存在可以减小因温度变化导致的频率偏移。

优选地，在上述实施例的基础上，声波器件还包括：

位于所述衬底1层和所述复合层2之间的声学反射层，所述声学反射层包括位于所述衬底1层上表面的高声阻抗层和位于所述高声阻抗层上表面的低声阻抗层。

需要指出的是，本实施例对高声阻抗层的材料不做具体限定，视情况而定。例如，高声阻抗层的材料可以为钨、钼、氮化铝，等。同理，本实施例对低声阻抗层的材料也不做具体限定，视情况而定。例如，低声阻抗层的材料可以为二氧化硅、多孔硅等等。

优选地，声学反射层的层数在两层以上，以达到更佳的能量反射效果，提高Q值，当然层数也不宜过多，过多会导致生产成本增加。其中，低声阻抗层和高声阻抗层厚度分别为各层材料在谐振频率处等效波长的1/4左右。

请参考图3，图3为凹槽以内压电层与电极层的俯视图。在上述实施例的基础上，当所述电极层3为叉指电极且位于所述凹槽4以内的所述压电层22的边与叉指延伸方向平行时，位于所述凹槽4以内的所述压电层22与叉指平行的边与所述叉指电极的边缘之间的距离为：

D＝(1-x)*λ/4 (1)

式中，D为压电层22与叉指平行的边与叉指电极的边缘之间的距离，x为叉指电极中金属的占空比，λ为叉指电极中叉指宽度与相邻叉指的间隙宽度之和。

其中，占空比x由下式获得：

x＝2*y/λ (2)

式中，y为叉指电极中叉指宽度，λ为叉指电极中叉指宽度与相邻叉指的间隙宽度之和。

需要指出的是，当电极层3为叉指电极和反射栅电极组合而成的电极时，位于凹槽4以内的压电层22的边与叉指延伸方向平行时，位于凹槽4以内的压电层22与叉指平行的边与叉指电极的边缘之间的距离同样根据公式(1)求得。

本实施例所提供的声波器件，可以依靠位于凹槽4以内的压电层22的边缘进行反射，而不需添加反射栅电极来反射声波能量，从而减小声波器件的面积，有助于制作小尺寸的声波器件。

请参考图4，图4为本申请实施例所提供的另一种声波器件的俯视示意图。

在上述实施例的基础上，声波器件还包括：

环绕在所述凹槽4以内的所述复合层2的外边缘的金属层5。

需要指出的是，本实施例中对金属层5的种类不做具体限定，可视情况而定。金属层5具体可以为具有良好导电性的金属，具体可以为与半导体工艺兼容的铝、钼、铜、金、铂、银、镍、铬、钨等，也可以为这些金属所组成的合金。

另外，电极层3可以是与金属层5相同或不同的金属材料。如将金属层5和电极层3共用一层材料，可有效节省成本。

金属层5的设置目的是，在声波器件电极层3与凹槽4之间区域，形成从中等声速到低声速再到高声速的区域过渡，有助于使横向模式声波变成活塞模式振动。

可选的，所述金属层5的宽度为：

W＝α*λ*V(1-m)/sqrt[V*(1+n)] (3)

式中，W为金属层5的宽度，α为系数，λ为电极层3中叉指电极中叉指宽度与相邻叉指的间隙宽度之和，V为叉指电极的声速，m为叉指电极与金属层5的声速差，n为叉指电极与凹槽4以外的复合层2的声速差。

本实施例中对金属层5的宽度不做具体限定。即系数α可以自行设置，并且通过合理控制金属层5的宽度，可以减弱在谐振频率附近形成的杂波模式，提高谐振频率点的Q值。可以理解的是，金属层5的宽度小于凹槽4的宽度。

在本申请的一个实施例中，所述压电层22的厚度取值范围为0.05λ至λ之间，包括端点值。当压电层22的厚度太小时，增加制作难度，而当压电层22的厚度太大时，导致声波器件的声波能量不能被有效反射回，等效耦合系数和Q值都会降低。

在本申请的一个实施例中，所述温度补偿层21的厚度在2λ以下，避免温度补偿层21的厚度过大，导致声波器件等效耦合系数降低，同时易发生温度过补偿。

请参考图5，图5为本申请实施例所提供的另一种声波器件的俯视示意图。

在上述实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，位于所述凹槽4内的所述复合层2的宽度为所述叉指电极中相邻叉指相对重叠区域的长度，而不包括母线、叉指与母线的间隙区域，通过在叉指电极孔径延伸方向的不同声速区域的过渡，有助于进一步抑制声波沿叉指电极延伸方向的横向泄漏。

需要指出的是，图5中只示出了凹槽4以内的复合层2区域，凹槽4记忆凹槽4以外的复合层2并未示出。

请参考图6，在上述任一实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，声波器件还包括：

位于所述电极层3上表面的介质层6。

介质层6的设置目的是，一方面可以保护电极层3表面不受污染，提高声波器件可靠性，另一方面，当介质层6的材料为正温度系数的材料，如二氧化硅、氧化铝等，可以进一步提升声波器件的频率温度系数。进一步地，生长不同厚度的介质层6可以起到频率调节的作用，有助于形成不同谐振频率的谐振器，制作不同带宽的滤波器件。

在本申请的一个实施例中，请参考图7，电极层3下方的衬底1和温度补偿层21从衬底1的背面被刻蚀形成一个空腔，只由电极层3和凹槽4以内的压电层22构成谐振部分，声波能量不会传播到衬底1，使得声波器件的Q值得以提升，其中，声波器件的谐振模式可以是声表面波模式或者兰姆波模式。

本申请还提供一种滤波装置，所述滤波装置包括至少一个如上述实施例所述的声波器件。

需要说明的是，本实施例中对滤波装置不做具体限定，可视情况而定。例如，滤波装置可以为滤波器，或者双工器，或者多工器等等。

本实施例中的滤波装置由至少一个声波器件组成，声波器件包括衬底1，复合层2，电极层3，复合层2包括温度补偿层21和压电层22，并且复合层2具有预设形状的闭合型凹槽4，即整个复合层2或者复合层2中的压电层22具有凹槽4，电极层3位于凹槽4以内的复合层2的上表面，也即凹槽4以内压电层22的上表面，其中，当声波器件振动形成的声波沿着横向传播时，声波在位于凹槽4外侧的压电层22边缘被反射回来，声波的能量被限制在电极层3的下方，横向能量泄露降低，当声波沿着纵向传播时，由于衬底1的声波传播速度高于温度补偿层21和压电层22，声波几乎都只在温度补偿层21和压电层22中传播，不会泄露到衬底1中，纵向能量泄露得到抑制，Q值得到提升，并且温度补偿层21的存在可以减小因温度变化导致的频率偏移，因此，滤波装置的能量泄露变小，Q值提高，同时减小因温度变化导致的频率偏移。

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它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，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。

以上对本申请所提供的声波器件及滤波装置进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本申请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申请的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种声波器件，其特征在于，包括：由下至上依次层叠的衬底，复合层，电极层，所述复合层具有预设形状的闭合型凹槽，其中，所述复合层包括由下至上层叠的温度补偿层和压电层，所述电极层位于所述凹槽以内的所述复合层的上表面。

2.如权利要求1所述的声波器件，其特征在于，还包括：

位于所述衬底和所述复合层之间的声学反射层，所述声学反射层包括位于所述衬底上表面的高声阻抗层和位于所述高声阻抗层上表面的低声阻抗层。

3.如权利要求1所述的声波器件，其特征在于，还包括：

环绕在所述凹槽以内的所述复合层的外边缘的金属层。

4.如权利要求3所述的声波器件，其特征在于，所述金属层的宽度为：

W＝α*λ*V(1-m)/sqrt[V*(1+n)]；

式中，W为金属层的宽度，α为系数，λ为电极层中叉指电极中叉指宽度与相邻叉指的间隙宽度之和，V为叉指电极的声速，m为叉指电极与金属层的声速差，n为叉指电极与凹槽以外的复合层的声速差。

5.如权利要求4所述的声波器件，其特征在于，所述压电层的厚度取值范围为0.05λ至λ之间，包括端点值。

6.如权利要求4所述的声波器件，其特征在于，所述温度补偿层的厚度在2λ以下。

7.如权利要求4所述的声波器件，其特征在于，位于所述凹槽内的所述复合层的宽度为所述叉指电极中相邻叉指相对重叠区域的长度。

8.如权利要求1所述的声波器件，其特征在于，当所述电极层为叉指电极且位于所述凹槽以内的所述压电层的边与叉指延伸方向平行时，位于所述凹槽以内的所述压电层与叉指平行的边与所述叉指电极的边缘之间的距离为：

D＝(1-x)*λ/4；

式中，D为压电层与叉指平行的边与叉指电极的边缘之间的距离，x为叉指电极中金属的占空比，λ为叉指电极中叉指宽度与相邻叉指的间隙宽度之和。

9.如权利要求1至8任一项所述的声波器件，其特征在于，还包括：

位于所述电极层上表面的介质层。

10.一种滤波装置，其特征在于，所述滤波装置包括至少一个如权利要求1至9任一项所述的声波器件。

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