CN215871344U - 一种声波器件以及一种滤波装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种声波器件，包括衬底；位于衬底一侧的压电层；位于压电层背向衬底一侧表面的叉指电极；叉指电极包括相对设置的两条母线，两条母线之间设置有至少两条指状电极，指状电极与对应的一母线相接触，与另一母线之间具有间隙，间隙形成沿母线延长线的方向延伸的间隙区域；压电层背向衬底一侧表面位于间隙区域中，未被叉指电极覆盖的区域设置有凹槽。凹槽可以减少间隙区域的压电层，使得声波能量在横向传播到叉指电极末端时，仅有少量压电材料或无压电材料继续传递，此时声波能量会被反射回有效的中间区域，从而减少横向寄生模式的能量泄漏。本实用新型还提供了一种滤波装置，同样具有上述有益效果。

Description

一种声波器件以及一种滤波装置

技术领域

本实用新型涉及声波器件技术领域，特别是涉及一种声波器件以及一种滤波装置。

背景技术

声波滤波器可在高频电路中使用，例如用作带通滤波器。声波滤波器由若干个声波谐振器组合而成。声波谐振器按振动模式一般分为声表面波(SAW)器件和体声波(BAW)器件。SAW器件使用叉指电极(叉指电极)来将电能转换成声能，或者相反地将声能转换成电能。BAW器件与SAW器件类似，依靠压电材料的压电效应形成谐振。BAW谐振器一般由上指状电极层，压电层，下指状电极层组成三明治结构，产生谐振。下指状电极下方是空气腔(FBAR)或者声学反射层(SMR)，谐振区域发生在压电层内而非表面。在现阶段，LiNbO₃和LiTaO₃因具有较高的材料压电系数(K2)而被广泛应用于高频大带宽要求的声波器件。

近年来，以声波谐振器为基本单元的滤波器，双工器等，越来越小型化，高频化和宽带化，同时对功率承受能力也要求更高。但是现阶段，声波器件在工作时产生的横向寄生模式会影响声波器件的性能，所以如何减少工作时横向寄生模式的产生是本领域技术人员急需解决的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种声波器件，可以有效减少横向寄生模式的产生；本实用新型还提供了一种滤波装置，可以有效减少横向寄生模式的产生。

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种声波器件，包括：

衬底；

位于所述衬底一侧的压电层；

位于所述压电层背向所述衬底一侧表面的叉指电极；所述叉指电极包括相对设置的两条母线，两条所述母线之间设置有至少两条指状电极，所述指状电极与对应的一所述母线相接触，与另一所述母线之间具有间隙，所述间隙形成沿所述母线延长线的方向延伸的间隙区域；

所述压电层背向所述衬底一侧表面位于所述间隙区域中，未被所述叉指电极覆盖的区域设置有凹槽。

可选的，所述凹槽的深度不小于所述压电层的厚度。

可选的，还包括：

位于所述衬底一侧表面的布拉格反射层；所述压电层位于所述布拉格反射层背向所述衬底一侧表面。

可选的，所述凹槽的深度不小于所述压电层厚度与所述布拉格反射层厚度之和。

可选的，所述压电层位于所述衬底一侧表面，所述衬底朝向所述压电层一侧设置有空腔，所述压电层覆盖所述空腔。

可选的，所述指状电极包括与任一所述母线相接触的第一端部、与所述第一端部相对的第二端部以及位于所述第一端部和所述第二端部之间的中间部；所述第二端部与另一所述母线之间具有所述间隙；所述第二端部形成沿所述母线延长线的方向延伸的边缘区域，所述中间部形成沿所述母线延长线的方向延伸的中间区域；

所述指状电极背向所述衬底一侧表面设置有反射层，以使所述中间区域的声波速度大于所述边缘区域的声波速度。

可选的，所述反射层位于所述边缘区域。

可选的，所述反射层位于所述中间区域，所述反射层为高声速材料层。

本实用新型还提供了一种滤波装置，包括如上述任一项所述的声波器件。

本实用新型所提供的一种声波器件，包括衬底；位于衬底一侧的压电层；位于压电层背向衬底一侧表面的叉指电极；叉指电极包括相对设置的两条母线，两条母线之间设置有至少两条指状电极，指状电极与对应的一母线相接触，与另一母线之间具有间隙，间隙形成沿母线延长线的方向延伸的间隙区域；压电层背向衬底一侧表面位于间隙区域中，未被叉指电极覆盖的区域设置有凹槽。

凹槽可以减少间隙区域的压电层，使得声波能量在横向传播到叉指电极末端时，仅有少量压电材料或无压电材料继续传递，此时声波能量会被反射回有效的中间区域，从而减少横向寄生模式的能量泄漏。

本实用新型还提供了一种滤波装置以及一种声波器件的制备方法，同样具有上述有益效果，在此不再进行赘述。

附图说明

为了更清楚的说明本实用新型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实用新型的一些实施例，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为本实用新型实施例所提供的一种声波器件的俯视结构示意图；

图2为图1的剖视结构示意图；

图3为本实用新型实施例所提供的第一种具体的声波器件的结构示意图；

图4为本实用新型实施例所提供的第二种具体的声波器件的结构示意图；

图5为本实用新型实施例所提供的第三种具体的声波器件的结构示意图；

图6为本实用新型实施例所提供的第四种具体的声波器件的结构示意图；

图7为本实用新型实施例所提供的第五种具体的声波器件的结构示意图。

图中：1.衬底、2.压电层、3.母线、4.指状电极、5.凹槽、6.反射层。

具体实施方式

本实用新型的核心是提供一种声波器件。在现有技术中，声波器件在工作时会产生大量的横向寄生模式，从而影响声波器件的性能。

而本实用新型所提供的一种声波器件，包括衬底；位于衬底一侧的压电层；位于压电层背向衬底一侧表面的叉指电极；叉指电极包括相对设置的两条母线，两条母线之间设置有至少两条指状电极，指状电极与对应的一母线相接触，与另一母线之间具有间隙，间隙形成沿母线延长线的方向延伸的间隙区域；压电层背向衬底一侧表面位于间隙区域中，未被叉指电极覆盖的区域设置有凹槽。

凹槽可以减少间隙区域的压电层，使得声波能量在横向传播到叉指电极末端时，仅有少量压电材料或无压电材料继续传递，此时声波能量会被反射回有效的中间区域，从而减少横向寄生模式的能量泄漏。

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

请参考图1以及图2，图1为本实用新型实施例所提供的一种声波器件的俯视结构示意图；图2为图1的剖视结构示意图。

参见图1以及图2，在本实用新型实施例中，声波器件包括衬底1；位于所述衬底1一侧的压电层2；位于所述压电层2背向所述衬底1一侧表面的叉指电极；所述叉指电极包括相对设置的两条母线3，两条所述母线3之间设置有至少两条指状电极4，所述指状电极4与对应的一所述母线3相接触，与另一所述母线3之间具有间隙，所述间隙形成沿所述母线3延长线的方向延伸的间隙区域；所述压电层2背向所述衬底1一侧表面位于所述间隙区域中，未被所述叉指电极覆盖的区域设置有凹槽5。

上述衬底1通常为绝缘衬底1，该衬底1包括但不限于硅，石英或者氧化铝等等，视具体情况而定，在此不做具体限定。该衬底1的一侧设置有压电层2，该压电层2具体可以为铌酸锂、钽酸锂、氮化铝或者氧化锌等压电材料，有关压电层2的具体材质可以根据实际情况自行设定。

通常情况下，在压电层2与衬底1之间通常还需要设置用于限制声波能量纵向传播的结构。例如，压电层2可以直接位于衬底1一侧表面，而在衬底1朝向压电层2一侧表面设置有空腔，压电层2覆盖该空腔，通过空腔来限制声波能量纵向传播；也可以在衬底1一侧表面设置布拉格反射层，而压电层2具体位于布拉格反射层背向衬底1一侧表面。布拉格反射层通常是由交替设置的高声阻抗层以及低声阻抗层构成，通过布拉格反射层同样可以限制声波能量纵向传播。

上述叉指电极通常位于压电层2背向衬底1一侧表面，该叉指电极的材料通常为具有良好导电性的金属，其具体可以为与半导体工艺兼容的铝、钼、铜、金、铂、银、镍、铬、钨等，也可以为上述金属所组成的合金均可，可以根据实际情况自行设定，在此不做具体限定。在本实用新型实施例中，该叉指电极包括有两条母线3以及位于两条母线3之间的至少两条指状电极4，该指状电极4需要对应的一条母线3相接触以电连接。具体的，上述指状电极4通常会交替连接两个母线3，任一指状电极4仅连接一条母线3，相邻指状电极4需要相互隔离。

在本实用新型实施例中，指状电极4会与以母线3相接触，此时该指状电极4会与另一母线3之间具有一间隙，该间隙沿母线3延长线方向会形成两条间隙区域，该间隙区域紧邻母线3设置。在本实用新型实施例中，会在间隙区域内压电层2裸露的位置，即间隙区域中未被叉指电极覆盖的区域设置凹槽5，以消减该间隙区域内的压电层2，从而使得沿横向传播至该凹槽5处的声波能量会因压电层2的缺失而反射回被叉指电极覆盖的区域，即中间区域，从而有效减少横向寄生模式的产生。

具体的，在本实用新型实施例中，所述凹槽5的深度通常不小于所述压电层2的厚度。即在本实用新型实施例中，刻蚀上述凹槽5时，通常会刻蚀透压电层2，以完全清除间隙区域内裸露的压电层2。从而使得当声波能量沿横向传递至凹槽5时，会因为没有声波能量传递的介质，即没有压电层2而反射回中间区域，从而减少横向寄生模式的产生。

更进一步的，当上述衬底1与压电层2之间设置有布拉格反射层时，所述凹槽5的深度不小于所述压电层2厚度与所述布拉格反射层厚度之和。即在刻蚀上述凹槽5时，可以进一步刻蚀透布拉格反射层至衬底1，以更好的将横向传播的声波能量反射回中间区域。当然，在本实用新型实施例中上述凹槽5的底面可以仅仅位于压电层2内，也可以延伸至布拉格反射层内甚至于衬底1内均可，视具体情况而定，在此不做具体限定。

本实用新型实施例所提供的一种声波器件，包括衬底1；位于衬底1一侧的压电层2；位于压电层2背向衬底1一侧表面的叉指电极；叉指电极包括相对设置的两条母线3，两条母线3之间设置有至少两条指状电极4，指状电极4与对应的一母线3相接触，与另一母线3之间具有间隙，间隙形成沿母线3延长线的方向延伸的间隙区域；压电层2背向衬底1一侧表面位于间隙区域中，未被叉指电极覆盖的区域设置有凹槽5。

凹槽5可以减少间隙区域的压电层2，使得声波能量在横向传播到叉指电极末端时，仅有少量压电材料或无压电材料继续传递，此时声波能量会被反射回有效的中间区域，从而减少横向寄生模式的能量泄漏。

有关本实用新型所提供的一种声波器件的具体结构将在下述实用新型实施例中做详细介绍，在此不再进行赘述。

请参考图3至图7，图3为本实用新型实施例所提供的第一种具体的声波器件的结构示意图；图4为本实用新型实施例所提供的第二种具体的声波器件的结构示意图；图5为本实用新型实施例所提供的第三种具体的声波器件的结构示意图；图6为本实用新型实施例所提供的第四种具体的声波器件的结构示意图；图7为本实用新型实施例所提供的第五种具体的声波器件的结构示意图。

区别于上述实用新型实施例，本实用新型实施例是在上述实用新型实施例的基础上，进一步的对声波器件结构进行具体限定，其余内容已在上述实用新型实施例中做详细介绍，在此不再进行赘述。

在本实用新型实施例中，所述指状电极4包括与任一所述母线3相接触的第一端部、与所述第一端部相对的第二端部以及位于所述第一端部和所述第二端部之间的中间部；所述第二端部与另一所述母线3之间具有所述间隙；所述第二端部形成沿所述母线3延长线的方向延伸的边缘区域，所述中间部形成沿所述母线3延长线的方向延伸的中间区域；所述指状电极4背向所述衬底1一侧表面设置有反射层6；所述反射层6至少对工作时所述压电层2内传递声波具有反射作用，以使所述中间区域的声波速度大于所述边缘区域的声波速度。

上述叉指电极的两条母线3之间，除了间隙区域之外，还具有两条边缘区域以及一中间区域，其中每一指状电极4远离母线3的一端，即该指状电极4的第二端部沿母线3延长线的方向会形成边缘区域；而指状电极4靠近母线3的一端，即第一端部沿母线3延长线的方向会位于上述间隙区域，而指状电极4第一端部与第二端部制家具呢的中间部沿母线3延长线的方向会形成中间区域。显然，在叉指电极的两条母线3之间，中间区域位于最中间，中间区域的两侧为边缘区域，边缘区域的两侧为间隙区域。

在本实用新型实施例中，会在指状电极4背向衬底1一侧表面设置反射层6，该反射层6通常至少对工作时压电层2传递的声波具有反射作用，使得该反射层6可以调节在中间区域与边缘区域中传递声波能量的速度关系。具体的，上述反射层6需要使中间区域的声波速度大于边缘区域的声波速度，从而获得平坦的传播波形，减弱器件的各横向寄生模式，提升主谐振模式的品质因数，使得声波器件具有较高的品质因子。

参见图3，具体的，在本实用新型实施例中，上述反射层6可以具体位于所述边缘区域。即该指状电极4位于所述边缘区域的部分均设置有该反射层6，需要说明的是此时指状电极4设置反射层6的区域并非仅仅为第二端部。此时反射层6需要降低边缘区域声波的传递速度，使得边缘区域的声波速度小于中间区域的声波速度。具体的，此时反射层6的材质可以是与叉指电极材料相同的金属或与叉指电极材料不同的金属均可，或者是其他密度更大的非金属材料，例如金刚石等均可，视具体情况而定，在此不做具体限定。由于上述反射层6相当于增加了指状电极4第二端部的厚度，从而可以减少边缘区域内声波的传递速度，使得边缘区域的声波速度小于中间区域的声波速度。

参见图4，具体的，在本实用新型实施例中，上述反射层6可以具体位于所述中间区域，此时所述反射层6需要为高声速材料层，即此时反射层6的材料需要为高声速材料。由于该反射层6具体设置在状电极的中间部，使得该反射层6需要可以加快中间区域传递声波的速度，因此该反射层6需要为高声速材料层如氮化铝，氮化镓等，使得中间区域的声波速度大于边缘区域的声波速度。有关高声速材料的具体种类可以参考现有技术，在此不再进行赘述。当然，在现阶段相比于提高中间区域内传递声波的速度，降低边缘区域内声波速度是更容易实现的方案，因此在本实用新型实施例中更优选为在边缘区域设置降低声速的反射层。

在本实用新型实施例中，为了降低边缘区域内传递声波的速度，还具体可以通过在指状电极4的第二端部增加额外结构，或者是在边缘区域设置额外结构的方式，在边缘区域将指状电极4形成更密的结构，以此来降低边缘区域的声速直至小于中间区域的声速。具体的，参见图5，可以在指状电极4的第二端部增加凸块结构，例如是增加第二端部沿母线3延长线方向的宽度；参见图6，又或者是可以额在指状电极4的第二端部增加长条状结构，该长条状结构需要与指状电极4相互电隔离，以避免相邻指状电极4电连接；参见图7，还可以是在间隙区域内设置细长的副母线，以此来降低边缘区域的声速直至小于中间区域的声速。

具体的，在本实用新型实施例中还可以在压电层2背向衬底1一侧表面设置覆盖压电层2的保护层，该保护层包括但不限于SiO₂、SiN、AlN等介质材料，以保护压电层2不易被损坏。

进一步的，在本实用新型实施例中具体可以刻蚀压电层2以及布拉格反射层至衬底1，仅保留叉指电极覆盖区域中的压电层2和叉指电极覆盖区域中的布拉格反射层。即在本实用新型实施例中当在衬底1与压电层2之间具体设置布拉格反射层时，可以将声波器件中设置叉指电极的区域认为是可用区域，而将声波器件中叉指电极周围的区域认为是无用区域。相应的在本实用新型实施例中可以仅仅保留可用区域中的压电层2以及布拉格反射层，去除无用区域中的压电层2以及布拉格反射层，从而可以有效反射叉指电极外侧因压电层2振动产生的能量。当设置多个声波器件时，上述结构可以同时减弱各作为谐振器的声波器件之间的耦合，减小耦合电容。

本实用新型实施例所提供的一种声波器件，通过限制中间区域的声波速度大于边缘区域的声波速度，可以获得平坦的传播波形，减弱器件的各横向寄生模式，提升主谐振模式的品质因数，使得声波器件具有较高的品质因子。

本实用新型还提供了一种滤波装置，所述滤波装置包括有上述任一实用新型实施例所提供的声波器件。该滤波装置的其余内容可以参照现有技术，在此不再进行展开描述。

由于滤波装置设置有上述任一实用新型实施例所提供的声波器件，使得滤波装置安装的声波器件不易产生横向模式，因此使得滤波装置具有良好的性能。

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。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上对本实用新型所提供的一种声波器件以及一种滤波装置进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本实用新型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实用新型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，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.一种声波器件，其特征在于，包括：

衬底；

位于所述衬底一侧的压电层；

位于所述压电层背向所述衬底一侧表面的叉指电极；所述叉指电极包括相对设置的两条母线，两条所述母线之间设置有至少两条指状电极，所述指状电极与对应的一所述母线相接触，与另一所述母线之间具有间隙，所述间隙形成沿所述母线延长线的方向延伸的间隙区域；

所述压电层背向所述衬底一侧表面位于所述间隙区域中，未被所述叉指电极覆盖的区域设置有凹槽。

2.根据权利要求1所述的声波器件，其特征在于，所述凹槽的深度不小于所述压电层的厚度。

3.根据权利要求2所述的声波器件，其特征在于，还包括：

位于所述衬底一侧表面的布拉格反射层；所述压电层位于所述布拉格反射层背向所述衬底一侧表面。

4.根据权利要求3所述的声波器件，其特征在于，所述凹槽的深度不小于所述压电层厚度与所述布拉格反射层厚度之和。

5.根据权利要求2所述的声波器件，其特征在于，所述压电层位于所述衬底一侧表面，所述衬底朝向所述压电层一侧设置有空腔，所述压电层覆盖所述空腔。

6.根据权利要求1所述的声波器件，其特征在于，所述指状电极包括与任一所述母线相接触的第一端部、与所述第一端部相对的第二端部以及位于所述第一端部和所述第二端部之间的中间部；所述第二端部与另一所述母线之间具有所述间隙；所述第二端部形成沿所述母线延长线的方向延伸的边缘区域，所述中间部形成沿所述母线延长线的方向延伸的中间区域；

所述指状电极背向所述衬底一侧表面设置有反射层，以使所述中间区域的声波速度大于所述边缘区域的声波速度。

7.根据权利要求6所述的声波器件，其特征在于，所述反射层位于所述边缘区域。

8.根据权利要求6所述的声波器件，其特征在于，所述反射层位于所述中间区域，所述反射层为高声速材料层。

9.一种滤波装置，其特征在于，包括如权利要求1至8任一项权利要求所述的声波器件。

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