CN216390938U - 谐振器和电子元器件 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种谐振器和电子元器件，属于声波选频技术领域。该谐振器包括依次叠加排布的衬底、第一电极层、压电层和第二电极层；第一电极层和第二电极层中的至少一个包括第一凸起部，第一凸起部凸向压电层；第一凸起部包括第一边缘凸起部，第一边缘凸起部包围压电层的侧面的至少一部分。采用本申请，可以使声波向压电层的中轴线处聚集，以增强声波的聚拢效果，减少声波横向泄漏，提高体声波谐振器的Q值，降低插损。而且声波的聚拢效果增强，也能减少杂散声波，抑制横向杂散模式，改善体声波谐振器的相位噪声特性，使其输出的电信号的频率较为纯净。

Description

谐振器和电子元器件
本申请要求于2021年04月30日提交的申请号为202110484760.4、发明名称为“一种时钟振荡器”的中国专利申请的优先权，其全部内容通过引用结合在本申请中。
技术领域
本申请涉及声波选频技术领域，特别涉及一种谐振器和电子元器件。
背景技术
谐振器是一种利用声波谐振实现电学选频的器件，广泛应用在振荡器和滤波器等电子元器件中。
谐振器在结构上主要包括由下至上依次叠加排布的衬底、第一电极层、压电层和第二电极层。
谐振器的工作原理是，向谐振器通入电信号时，第一电极层和第二电极层之间产生电场，促使压电层在电场中发生机械振动，实现电能向机械能的转换。而压电层的机械振动，又能在压电层的上下表面产生正负电荷，而向外输出电信号，实现机械能向电能的转换。其中，压电层在机械振动中，振动频率和压电层的固有频率(也称谐振频率)相差较远的机械振动逐渐被衰减掉，振动频率和固有频率接近的机械振动被保留下来。那么被保留下来的机械振动，促使谐振器向外输出电信号，所以，谐振器向外输出单一频率的电信号，而实现电学选频。
机械振动在压电层中传播产生声波，但是声波在压电层中传播时，容易发生横向泄漏，而导致谐振器的品质因数(quality factor，Q)较低，进而导致谐振器的插损较大。
实用新型内容
本申请提供了一种谐振器和电子元器件，能够缓解相关技术中声波横向泄漏的问题，所述技术方案如下：
一方面，提供了一种谐振器，所述谐振器包括依次叠加排布的衬底、第一电极层、压电层和第二电极层；
所述第一电极层和所述第二电极层中的至少一个包括第一凸起部，所述第一凸起部凸向所述压电层；
所述第一凸起部至少包括第一边缘凸起部，所述第一边缘凸起部包围所述压电层的侧面的至少一部分。
本申请所示的方案，第一电极层包括第一凸起部，或者，第二电极层包括第一凸起部，或者，第一电极层和第二电极层均包括第一凸起部。无论哪一个电极层包括第一凸起部，所包括的第一凸起部均是凸向压电层，而且所包括的第一凸起部都至少包括第一边缘凸起部。
这样，第一电极层和第二电极层之间具有电场时，第一电极层和第二电极层之间的电场强度的方向偏向第一电极层或者第二电极层的中心。而在压电层中传播的声波的传播方向与电场的电场强度的方向相关，使得压电层中传播的声波向压电层的中轴线处聚集，能够增强声波的聚拢效果，减少声波横向泄漏，提高Q值，降低谐振器的插损。
而且声波的聚拢效果增强，能够衰减杂散声波，而减少杂散声波，杂散声波也即是传播方向具有横向分量的声波，横向也即是平行于压电层的方向。杂散声波一旦减少，便能很好抑制杂散声波传播时产生的横向杂散模式。横向杂散模式一旦得到抑制，便能减少谐振器的相位噪声，改善相位噪声特性，使得谐振器向外输出的电信号的频率较为纯净。
在一种可能的实现方式中，所述第一凸起部还包括一个或多个第一内部凸起部；
所述第一边缘凸起部和所述一个或多个第一内部凸起部由外至内依次排布，且高度依次降低。
本申请所示的方案，第一凸起部不仅可以包括第一边缘凸起部，还可以包括一个或多个第一内部凸起部。为了使第一电极层和第二电极层之间的电场强度的方向偏向第一电极层或第二电极层的中心，那么，第一边缘凸起部和至少一个第一内部凸起部由外至内排布且高度递减。这样，越靠近边缘位置处，两个电极层之间的电场强度越强，中心位置处，两个电极层之间的电场强度最小，进而两个电极层之间的电场强度叠加后表现出电场强度偏向第一电极层或者第二电极层的中心，使得两个电极层之间的电场强度的方向向压电层的中轴线处聚拢。
在一种可能的实现方式中，所述第一边缘凸起部和所述一个或多个第一内部凸起部同心排布。
本申请所示的方案，第一边缘凸起部和所述一个或多个第一内部凸起部同心排布，使得电场强度的方向向偏向第一电极层或第二电极层的中心的位置靠近，使电场的电场线具有较好的聚集效果。
在一种可能的实现方式中，所述第一凸起部为菲涅尔镜面结构，且所述第一凸起部的各个球面的球心和所述压电层的中心均位于所述第一凸起部所在母体部的同一侧。
其中，菲涅尔镜面结构是一种由多个同心排布的球面组成的结构。
本申请所示的方案，为菲涅尔镜面结构的第一凸起部，一方面可以通过促使第一电极层和第二电极层之间的电场强度的方向偏向第一电极层或第二电极层，来促使压电层中传播的声波向压电层的中轴线聚焦，来减少杂散声波，减少声波横向泄漏。另一方面，在压电层的内部传播的声波传播至压电层和包括第一凸起部的电极层的交界面时，声波发生反射，且声波向靠近压电层的中心的位置反射，促使声波向压电层的中轴线聚焦，来减少声波横向泄漏和减少杂散声波。可见，为菲涅尔镜面结构的第一凸起部能够进一步减少声波横向泄漏，提高谐振器的Q值，降低能量损耗。也能进一步减少杂散声波，抑制杂散声波在传播时产生的横向杂散模式，从而减少谐振器的相位噪声，改善谐振器的相位噪声特性，使谐振器向外输出的电信号的频率较为纯净。
在一种可能的实现方式中，所述第一凸起部的沿着高度方向的截面形状为矩形。
本申请所示的方案，第一凸起部的沿着高度方向的截面形状也可以为矩形，以通过促使第一电极层和第二电极层之间的电场强度的方向偏向第一电极层或第二电极层，来促使压电层中传播的声波向压电层的中轴线聚焦，来减少声波横向泄漏，减少杂散声波。
在一种可能的实现方式中，所述第一凸起部的沿着高度方向的截面形状为直角三角形，且所述第一凸起部的斜面和所述压电层相接触，所述斜面的法线指向所述压电层的中心。
本申请所示的方案，一方面可以通过促使第一电极层和第二电极层之间的电场强度的方向偏向第一电极层或第二电极层，来促使压电层中传播的声波向压电层的中轴线聚焦，来减少声波横向泄漏和减少杂散声波。另一方面，在压电层的内部传播的声波传播至压电层和包括第一凸起部的电极层的交界面时，声波发生反射，且声波向靠近压电层的中心的位置反射，促使声波向压电层的中轴线聚焦，来减少声波横向泄漏和减少杂散声波。可见，具有斜面的第一凸起部也能够进一步减少声波横向泄漏，提高谐振器的Q值，降低能量损耗。也能进一步减少杂散声波，抑制杂散声波在传播时产生的横向杂散模式，从而减少谐振器的相位噪声，改善谐振器的相位噪声特性，使谐振器向外输出的电信号的频率较为纯净。
在一种可能的实现方式中，所述第一电极层和所述第二电极层中的至少一个还包括第二凸起部，所述第二凸起部位于所述母体部的远离所述压电层的表面；
所述第二凸起部至少包括第二边缘凸起部，所述第二边缘凸起部靠近所在母体部的侧面。
本申请所示的方案，通过第一边缘凸起部和第二边缘凸起部，能够进一步增强第一电极层和第二电极层之间的电场在边缘位置处的电场强度，第一电极层和第二电极层之间的电场强度叠加后的方向更好偏向第一电极层或者第二电极层的中心。一旦电场强度的聚集效果增强，那么，声波向压电层的中轴线聚拢的效果更强，进一步减少声波横向泄漏，提高谐振器的Q值。声波向压电层的中轴线聚拢的效果增强，也能减少杂散声波，抑制杂散声波在传播时产生的横向杂散模式，从而减少谐振器的相位噪声，改善谐振器的相位噪声特性，使谐振器向外输出的电信号的频率较为纯净。
在一种可能的实现方式中，所述第二凸起部还包括一个或多个第二内部凸起部；
所述第二边缘凸起部和所述一个或多个第二内部凸起部由外至内依次排布，且高度依次降低。
本申请所示的方案，第二凸起部不仅可以包括第二边缘凸起部，还可以包括一个或多个第二内部凸起部。为了使第一电极层和第二电极层之间的电场强度的方向偏向第一电极层或第二电极层的中心，那么，第二边缘凸起部和至少一个第二内部凸起部由外至内排布且高度递减。这样，越靠近边缘位置处，两个电极层之间的电场强度越强，中心位置处，两个电极层之间的电场强度最小，进而两个电极层之间的电场强度叠加后表现出电场强度偏向第一电极层或者第二电极层。
在一种可能的实现方式中，所述第二边缘凸起部和所述一个或多个第二内部凸起部同心排布。
本申请所示的方案，第二边缘凸起部和所述一个或多个第二内部凸起部同心排布，使得电场强度的方向向偏向第一电极层或第二电极层的中心的位置靠近，使电场的电场线具有较好的聚集效果。
在一种可能的实现方式中，所述第二凸起部为菲涅尔镜面结构，且所述第二凸起部的各个球面的球心和所述压电层的中心均位于所述第二凸起部所在母体部的同一侧。
本申请所示的方案，为菲涅尔镜面结构的第二凸起部，一方面可以通过促使第一电极层和第二电极层之间的电场强度的方向偏向第一电极层或第二电极层，来促使压电层中传播的声波向压电层的中轴线聚焦，来减少杂散声波，减少声波横向泄漏。另一方面，在压电层的内部传播的声波传播至压电层和包括第二凸起部的电极层的交界面时，声波发生反射，且声波向靠近压电层的中心的位置反射，促使声波向压电层的中轴线聚焦，来减少声波横向泄漏和减少杂散声波。可见，为菲涅尔镜面结构的第二凸起部能够进一步减少声波横向泄漏，提高谐振器的Q值，降低能量损耗。也能进一步减少杂散声波，抑制杂散声波产生的横向杂散模式，从而减少谐振器的相位噪声，改善谐振器的相位噪声特性，使谐振器向外输出的电信号的频率较为纯净。
在一种可能的实现方式中，所述第二凸起部的沿着高度方向的截面形状为矩形。
本申请所示的方案，第二凸起部的沿着高度方向的截面形状也可以为矩形，以通过促使第一电极层和第二电极层之间的电场强度的方向偏向第一电极层或第二电极层，来促使压电层中传播的声波向压电层的中轴线聚焦，来减少声波横向泄漏，减少杂散声波。
在一种可能的实现方式中，所述第二凸起部的沿着高度方向的截面形状为直角三角形，所述第二凸起部的斜面远离所述压电层，且所述斜面的法线指向所述压电层的中心。
本申请所示的方案，一方面可以通过促使第一电极层和第二电极层之间的电场强度的方向偏向第一电极层或第二电极层，来促使压电层中传播的声波向压电层的中轴线聚焦，来减少声波横向泄漏和减少杂散声波。另一方面，在压电层的内部传播的声波传播至压电层和包括第二凸起部的电极层的交界面时，声波发生反射，且声波向靠近压电层的中心的位置反射，促使声波向压电层的中轴线聚焦，来减少声波横向泄漏和减少杂散声波。可见，具有斜面的第二凸起部也能够进一步减少声波横向泄漏，提高谐振器的Q值，降低能量损耗。也能进一步减少杂散声波，抑制杂散声波产生的横向杂散模式，从而减少谐振器的相位噪声，改善谐振器的相位噪声特性，使谐振器向外输出的电信号的频率较为纯净。
另一方面，提供了一种谐振器，所述谐振器包括依次叠加排布的衬底、第一电极层、压电层和第二电极层；
所述第一电极层包括母体部和第二凸起部，所述第二凸起部位于所述母体部的远离所述压电层的表面；
所述第二凸起部至少包括第二边缘凸起部，所述第二边缘凸起部靠近所述母体部的侧面。
本申请所示的方案，第一电极层包括远离压电层的第二凸起部，而且第二凸起部包括第二边缘凸起部。这样，第一电极层和第二电极层之间的电场的电场强度的大小是边缘处大于中心处，使得第一电极层和第二电极层之间的电场强度的方向偏向第一电极层或者第二电极层的中心。而在压电层中传播的声波的传播方向与电场的电场强度的方向相关，使得压电层中传播的声波向压电层的中轴线处聚集，从而，增强声波的聚拢效果，减少声波横向泄漏，从而能够提高谐振器的Q值，降低能量损耗。而且声波的聚拢效果增强，也能减少杂散声波，抑制杂散声波产生的横向杂散模式，从而减少谐振器的相位噪声，改善谐振器的相位噪声特性，使谐振器向外输出的电信号的频率较为纯净。
在一种可能的实现方式中，所述第二凸起部还包括一个或多个第二内部凸起部；
所述第二边缘凸起部和所述一个或多个第二内部凸起部由外至内依次排布，且高度依次降低。
本申请所示的方案，第二凸起部不仅可以包括第二边缘凸起部，还可以包括一个或多个第二内部凸起部。为了使第一电极层和第二电极层之间的电场强度的方向偏向第一电极层或第二电极层的中心，那么，第二边缘凸起部和至少一个第二内部凸起部由外至内排布且高度递减。这样，越靠近边缘位置处，两个电极层之间的电场强度越强，中心位置处，两个电极层之间的电场强度最小，进而两个电极层之间的电场强度叠加后表现出电场强度偏向第一电极层或者第二电极层。
在一种可能的实现方式中，所述第二边缘凸起部和所述一个或多个第二内部凸起部同心排布。
本申请所示的方案，第二边缘凸起部和所述一个或多个第二内部凸起部同心排布，使得电场强度的方向向偏向第一电极层或第二电极层的中心的位置靠近，使电场的电场线具有较好的聚集效果。
在一种可能的实现方式中，所述第二凸起部为菲涅尔镜面结构，且所述第二凸起部的各个球面的球心和所述压电层的中心均位于所述第二凸起部所在母体部的同一侧。
本申请所示的方案，为菲涅尔镜面结构的第二凸起部，一方面可以通过促使第一电极层和第二电极层之间的电场强度的方向偏向第一电极层或第二电极层，来促使压电层中传播的声波向压电层的中轴线聚焦，减少声波横向泄漏和减少杂散声波。另一方面，在压电层的内部传播的声波传播至压电层和包括第二凸起部的电极层的交界面时，声波发生反射，且声波向靠近压电层的中心的位置反射，促使声波向压电层的中轴线聚焦，来减少声波横向泄漏和减少杂散声波。可见，为菲涅尔镜面结构的第二凸起部能够进一步减少声波横向泄漏，提高谐振器的Q值，降低能量损耗。也能减少杂散声波，抑制杂散声波产生的横向杂散模式，从而减少谐振器的相位噪声，改善谐振器的相位噪声特性，使谐振器向外输出的电信号的频率较为纯净。
在一种可能的实现方式中，所述第二凸起部的沿着高度方向的截面形状为矩形。
本申请所示的方案，第二凸起部的沿着高度方向的截面形状也可以为矩形，以通过促使第一电极层和第二电极层之间的电场强度的方向偏向第一电极层或第二电极层，来促使压电层中传播的声波向压电层的中轴线聚焦，来减少声波横向泄漏，减少杂散声波。
在一种可能的实现方式中，所述第二凸起部的沿着高度方向的截面形状为直角三角形，所述第二凸起部的斜面远离所述压电层，且所述斜面的法线指向所述压电层的中心。
本申请所示的方案，一方面可以通过促使第一电极层和第二电极层之间的电场强度的方向偏向第一电极层或第二电极层，来促使压电层中传播的声波向压电层的中轴线聚焦，来减少声波横向泄漏，减少杂散声波。另一方面，在压电层的内部传播的声波传播至压电层和包括第二凸起部的电极层的交界面时，声波发生反射，且声波向靠近压电层的中心的位置反射，促使声波向压电层的中轴线聚焦，来减少杂散声波。可见，具有斜面的第二凸起部也能够进一步减少声波横向泄漏，提高谐振器的Q值，降低能量损耗。也能进一步减少杂散声波，抑制杂散声波产生的横向杂散模式，从而减少谐振器的相位噪声，改善谐振器的相位噪声特性，使谐振器向外输出的电信号的频率较为纯净。
另一方面，提供了一种谐振器，所述谐振器包括依次叠加排布衬底、第一电极层、压电层和第二电极层；
所述第一电极层和所述第二电极层之间的距离，由中心向边缘逐渐减少。
本申请所示的方案，第一电极层和第二电极层之间的距离，由中心向边缘逐渐减少，通过减小第一电极层与第二电极层之间的距离，来增强第一电极层和第二电极层之间在靠近边缘位置处的电场强度，使得第一电极层和第二电极层之间的电场强度的方向偏向第一电极层或第二电极层的中心。从而，促使在压电层的内部传播的声波向靠近压电层的中轴线的位置处聚集，能够增强声波的聚拢效果，减少声波横向泄漏，提高谐振器的Q值，降低能量损耗。而且声波的聚拢效果好了，也能减少杂散声波，抑制杂散声波产生的横向杂散模式，从而减少谐振器的相位噪声，改善谐振器的相位噪声特性，使谐振器向外输出的电信号的频率较为纯净。
在一种可能的实现方式中，所述第一电极层和所述第二电极层中的至少一个电极层的靠近所述压电层的第一表面为球面、锥面和抛物面中的一种，且所述压电层的中心位于所述第一表面围成的区域内。
本申请所示的方案，能够减小第一电极层与第二电极层之间的距离，来增强第一电极层和第二电极层之间在靠近边缘位置处的电场强度，使得第一电极层和第二电极层之间的电场强度的方向偏向第一电极层或第二电极层的中心。从而，促使在压电层的内部传播的声波向靠近压电层的中轴线的位置处聚集，从而增强声波的聚拢效果，减少声波横向泄漏，提高谐振器的Q值，降低能量损耗。而且声波的聚拢效果好了，也能减少杂散声波，抑制杂散声波产生的横向杂散模式，从而减少谐振器的相位噪声，改善谐振器的相位噪声特性，使谐振器向外输出的电信号的频率较为纯净。
另外，在压电层中的声波，传播至压电层和第一电极层的交界处时，声波能够向靠近压电层的中心的位置处反射，从而促使在压电层的内部传播的声波向靠近压电层的中轴线的位置处聚集，增强声波的聚拢效果，减少声波横向泄漏，提高谐振器的Q值，降低能量损耗。而且声波的聚拢效果好了，也能减少杂散声波，抑制杂散声波产生的横向杂散模式，从而减少谐振器的相位噪声，改善谐振器的相位噪声特性，使谐振器向外输出的电信号的频率较为纯净。
另一方面，提供了一种电子元器件，所述电子元器件包括上述任一所述的谐振器。
本申请所示的方案，该电子元器件的谐振器，如上述所述，能够增强第一电极层和第二电极层之间在靠近边缘位置处的电场强度，使得第一电极层和第二电极层之间的电场强度的方向偏向第一电极层或第二电极层。从而，促使在压电层的内部传播的声波向靠近压电层的中轴线的位置处聚集，增强声波的聚拢效果，减少声波横向泄漏，提高谐振器的Q值，降低能量损耗。而且声波的聚拢效果好了，也能减少杂散声波，抑制杂散声波产生的横向杂散模式，从而减少谐振器的相位噪声，改善谐振器的相位噪声特性，使谐振器向外输出的电信号的频率较为纯净。
附图说明
图1是相关技术中提供的一种谐振器的结构示意图，其中(a)是一种薄膜体声波谐振器的结构示意图，(b)是一种固态装配谐振器的结构示意图；
图2是本申请提供的一种谐振器的爆炸结构示意图；
图3是本申请提供的一种谐振器的结构示意图；
图4是本申请提供的一种谐振器的结构示意图；
图5是本申请提供的一种谐振器的结构示意图；
图6是本申请提供的一种谐振器的第一电极层和第二电极层之间的电场分布的示意图；
图7是本申请提供的一种谐振器的爆炸结构示意图；
图8是本申请提供的一种谐振器的结构示意图；
图9是本申请提供的一种谐振器的结构示意图；
图10是本申请提供的一种谐振器的结构示意图；
图11是本申请提供的一种谐振器的结构示意图；
图12是本申请提供的一种谐振器的结构示意图；
图13是本申请提供的一种谐振器的结构示意图；
图14是本申请提供的一种谐振器的结构示意图，其中，(a)是一种第一凸起部的表面为球面或抛物面的谐振器的结构示意图，(b)是一种第一凸起部的表面包括斜面的谐振器的结构示意图；
图15是本申请提供的一种谐振器的爆炸结构示意图；
图16是本申请提供的一种谐振器的结构示意图；
图17是本申请提供的一种谐振器的结构示意图；
图18是本申请提供的一种谐振器的结构示意图；
图19是本申请提供的一种谐振器的结构示意图；
图20是本申请提供的一种以第二电极层包括第一凸起部进行仿真的结果示意图，其中， (a)是一种第二电极层的上方铺设有反射层的仿真结果示意图，(b)一种第二电极层的上方未铺设有反射层的仿真结果示意图；
图21是本申请提供的一种谐振器的爆炸结构示意图；
图22是本申请提供的一种谐振器的结构示意图；
图23是本申请提供的一种谐振器的结构示意图；
图24是本申请提供的一种谐振器的结构示意图；
图25是本申请提供的一种谐振器的结构示意图；
图26是本申请提供的一种谐振器的结构示意图；
图27是本申请提供的一种谐振器的结构示意图；
图28是本申请提供的一种谐振器的结构示意图；
图29是本申请提供的一种谐振器的结构示意图。
图例说明
1、衬底；101、空腔；102、布拉格反射层；
2、第一电极层；3、压电层；4、第二电极层；
5、母体部；6、第一凸起部；7、第二凸起部；
61、第一边缘凸起部；62、第一内部凸起部；
71、第二边缘凸起部；72、第二内部凸起部；
a、侧面。
具体实施方式
本申请实施例提供了一种谐振器，是一种利用声波谐振实现电学选频的器件，广泛应用在振荡器和滤波器等电子元器件中。
其中，该谐振器可以是体声波(bulk acoustic wave，BAW)谐振器，体声波是一种在物体内部传播的声波，与表面声波(surface acoustic wave，SAW)的概念相对，表面声波是一种沿着固体表面传播的声波。
该谐振器最基本的结构是，如图1所示，两个金属的第一电极层2和第二电极层4夹着压电层3，形成类似三明治结构。其中，压电层3也可以称为压电薄膜，其位置相对的两个表面存在电压时，会发生轻微形变，而产生声波，相反，压电层3受到压力时，会产生电压。其中，压电层3产生声波以及电压的原理可以如下：
当第一电极层2和第二电极层4之间具有电场时，由于压电层3内部受到电压，为了保持电荷平衡，内部的原子来回振动使压电层3的形状发生形变，从而在压电层3的内部产生声波，该过程可以称为逆压电效应，实现电能向机械能的转换。而声波在压电层3的内部传播时，一些原子间距会变得更近或者更远，打乱了原来保持的平衡，出现净电荷，净电荷也即是，物体或其一部分所带的未被抵消的电荷，那么，压电层3的表面就会出现正电荷和负电荷，从而产生电信号，该过程可以称为压电效应，实现机械能向电能的转换。
如上述所述，谐振器是一种利用声波谐振实现电学选频的器件，其原理可以如下，其中，谐振又称共振，是一种物体振动时的振动频率和物体的固有频率相同或者接近时，物体的振幅急剧增大的现象，产生谐振时的频率可以称为谐振频率。那么，压电层3在电压作用下振动时，和固有频率相差较远的振动逐渐被衰减掉，而和固定频率相同或接近的振动被保留下来，最终压电层3在谐振频率下发生振动，那么在该谐振频率下产生的电信号也是频率较为纯净的电信号，进而声波谐振实现电学选频。
如上述所述，谐振器最基本的结构是，两个第一电极层2和第二电极层4夹着压电层3，形成类似三明治结构。但是，由于压电层3比较薄，其厚度在微米量级，所以还需要衬底1 来承托第一电极层2和第二电极层4。所以，如图1所示，如果将衬底1所在位置称为底部，那么，谐振器包括由下至上依次排布的衬底1、第一电极层2、压电层3和第二电极层4。
需要指出的是，本申请实施例所述的谐振器可以是薄膜体声波谐振器(film bulkacoustic resonator，FBAR)，也可以是固态装配谐振器(solid mounted resonator，SMR)。
如图1中(a)所示为薄膜体声波谐振器，是衬底1中具有空腔101的谐振器，空腔101中具有真空或者空气，声阻较大，声波在传输中，遇到衬底1的空腔101能够很好的反射至压电层3中，将声波限制在压电层3的内部进行传播，这种谐振器具有较高的Q值。
如图1中(b)所示为固态装配谐振器，是衬底1包括布拉格反射层102，布拉格反射层 102是采用一系列高低阻抗相间的声学反射层形成的结构，以使声波能够很好的反射至压电层3，将声波限制在压电层3的内部进行传播。
而本实施例所述的谐振器的改进点在于第一电极层2和/或第二电极层4的结构，本实施例所述的谐振器可以应用在薄膜体声波谐振器，也可以应用在固态装配谐振器。
对于谐振器，声波在压电层3中传播时，声波越向压电层3的中轴线处聚集，就越能减少声波横向泄漏，从而提高谐振器的品质因数(quality factor，Q)，减少谐振器的插损。
其中，横向泄漏，例如，可以是声波沿着平行于压电层3的方向泄漏出去。
其中，Q是用来表征谐振器的插损情况的参数，谐振器的Q值越高，则其插损越低。其中，插损也可以称为插入损耗，是将某一器件加进某一电路时，能量或增益的损耗。
该谐振器主要是通过传播方向垂直于压电层3的声波来进行选频，这种声波在传播时产生的振动模式可以称为纵向声波模式，是需要的模式。
而在压电层3中传播的声波除了传播方向垂直于压电层3的声波，还有传播方向平行于压电层3的声波，以及传播方向与压电层3相交但不垂直的声波，这两种声波可以统称为杂散声波。可见，杂散声波也即是传播方向具有横向分量的声波，横向也即是平行于压电层3 的方向。杂散声波在传播时产生的振动模式可以称为横向声波模式，由于这种模式是不需要的模式，需要抑制，故也可以称为横向杂散模式。
声波向压电层3的中轴线处聚集，能够衰减杂散声波，而减少杂散声波，从而抑制这些杂散声波在压电层3内部传播时产生的横向杂散模式，进而能够减小谐振器的相位噪声，改善相位噪声特性。而相位噪声特性是评价谐振器的频谱纯净度的重要指标，相位噪声特性越好，谐振器输出的电信号的频率越纯净。
本方案所示的谐振器，能够促使在压电层3中传播的声波向压电层3的中轴线处聚集，以达到上述所述的效果。
下面将介绍本申请的谐振器的结构。
其中，图2为该谐振器的爆炸图的纵截面示意图，截取方向是沿着该谐振器的高度方向。图3为该谐振器的截面示意图，截取方向也是沿着该谐振器的高度方向。其中，下文在未特别说明的情况下，涉及到的截面示意图的截取方向均是沿着该谐振器的厚度方向(也是高度方向)。
如图2所示，该谐振器包括衬底1、第一电极层2、压电层3和第二电极层4，如图3所示，衬底1、第一电极层2、压电层3和第二电极层4依次叠加排布。如果将衬底1所在位置称为底部，那么衬底1、第一电极层2、压电层3和第二电极层4是由下至上依次叠加排布。
其中，第一电极层2位于压电层3的下方，也可以称为下电极层，第二电极层4位于电极层3的上方，也可以称为上电极层。
如图2所示，第一电极层2和第二电极层4中的至少一个包括第一凸起部6，第一凸起部6凸向压电层3。例如，第一电极层2和第二电极层4中的至少一个电极层包括母体部5和第一凸起部6，第一凸起部6位于母体部5的表面且凸向压电层3，其中母体部5为电极层的平坦部。
如图2所示，第一凸起部6可以呈环形，该环形可以是圆形环，也可以是任意多边形环，如三角形环或四边形环或五边形环等，具体为哪一种环形，可以与该谐振器的俯视视角下的轮廓形状相关。
其中，第一凸起部6的环形，可以是如图2所示的一个连续的凸起部形成的环形，还可以是由多个凸起部围成的环形，相邻两个凸起部之间挨着或者具有间隙。其中，本实施例对第一凸起部6的环形的形成方式不做具体限定，可以以如图2所示的环形进行示例。
如上述所述，第一电极层2和第二电极层4中的至少一个电极层包括第一凸起部6，例如，如图3所示，第二电极层4包括第一凸起部6，如图4所示，第一电极层2包括第一凸起部6，如图5所示，第一电极层2和第二电极层6均包括第一凸起部6。
无论是第一电极层2包括第一凸起部6，还是第二电极层4包括第一凸起部6，还是两者都包括第一凸起部6，第一凸起部6都是凸向于压电层3，也即是，第一凸起部6位于母体部 5的表面，且靠近压电层3。
在一种示例中，第一凸起部6至少可以包括第一边缘凸起部61，第一边缘凸起部61位于所在母体部5的边缘位置，其中母体部5的整个侧面都可以称为母体部5的边缘。
如上述所述，第一凸起部6呈环形，那么第一边缘凸起部61也是呈环形，如图3所示，第一边缘凸起部61的环形可以包围压电层3的侧面a的至少一部分。例如，如图3所示，第一边缘凸起部61包围压电层3的侧面a的一部分。又例如，第一边缘凸起部61也可以包围压电层3的侧面a的全部，且第一边缘凸起部61和对侧的电极层之间不导通，使得第一电极层2和第二电极层4之间能够形成电场。
作为一种示例，第一电极层2包括第一边缘凸起部61，该第一边缘凸起部61和第二电极层4之间不导通，第一电极层2和第二电极层4之间能形成电场。作为另一种示例，第二电极层4包括第一边缘凸起部61，该第一边缘凸起部61和第一电极层2之间不导通，第一电极层2和第二电极层4之间能够形成电场。
由于第一凸起部6相对于母体部5凸起，那么，如图6所示，第一凸起部6的表面与母体部5的表面相比聚集较多电荷，而电荷数量多，表示电场的强弱和方向的电场强度就较强。又由于第一凸起部6包括第一边缘凸起部61，那么，第一电极层2和第二电极层4之间的电场在边缘位置处的电场强度强于在中心位置处的电场强度。
而电场强度为有大小和方向的矢量，第一电极层2和第二电极层4之间的电场强度叠加后，如图6所示，图6中带箭头的直线为电场线，电场线的切线表示电场强度的方向，第一电极层2和第二电极层4之间的电场强度的方向偏向第一电极层2或者第二电极层4的中心 O位置。
例如，如图6所示，第二电极层4为正极，第一电极层2为负极，那么，第一电极层2和第二电极层4之间的电场强度的方向偏向第一电极层2的中心O。而如果第一电极层2为正极，第二电极层4为负极，那么，第一电极层2和第二电极层4之间的电场强度的方向偏向第二电极层4的中心。
由于声波在压电层3中的传播与第一电极层2和第二电极层4之间的电场强度的方向相关，电场强度的方向偏向第一电极层2或者第二电极层4的中心，那么，在压电层3中传播的声波也向压电层3的中轴线聚拢，提高声波的聚集性，从而，减少声波横向泄漏，提高Q值，降低谐振器的插损。
而且，一旦声波的聚集性得到提高，那么，也能进一步减少杂散声波，从而抑制杂散声波在传播时产生的横向杂散模式，从而减少谐振器的相位噪声，改善谐振器的相位噪声特性，使得谐振器向外输出的电信号的频率较为纯净。
在一种示例中，如图2所示，第一凸起部6可以只包括第一边缘凸起部61，如图7所示，第一凸起部6也可以既包括第一边缘凸起部61，又包括至少一个第一内部凸起部62，第一边缘凸起部61和至少一个第一内部凸起部62由外至内依次排布，且高度依次降低。
其中，第一边缘凸起部61和至少一个第一内部凸起部62的高度依次降低，是为了第一电极层2和第二电极层4之间的电场强度的大小，由边缘处的外部至中心处的内部呈现递减分布，以便于实现如图6所示，第一电极层2和第二电极层4之间的电场强度的方向偏向第一电极层2的中心或者第二电极层4的中心。
在一种示例中，如图7所示，第一边缘凸起部61和一个或多个第一内部凸起部62可以同心排布。
在一种示例中，压电层3夹在第一电极层2和第二电极层4之间，相应的，压电层3的下表面和第一电极层2相匹配，压电层3的上表面和第二电极层4相匹配。例如，第二电极层4包括第一凸起部6，第一凸起部6包括第一边缘凸起部61和第一内部凸起部62，那么，如图7所示，压电层3的侧部与第一边缘凸起部61相配合，压电层3包括与第一内部凸起部 62相配合的凹槽，例如，凹槽的槽深和第一内部凸起部62的高度相等。也即是，压电层3 的结构和第一电极层2的结构相配合，两者呈咬合状态，压电层3的结构也和第二电极层4 的结构相配合，两者也呈咬合状态。
其中，衬底1、第一电极层2、压电层3和第二电极层4的形成以及叠加可以通过刻蚀工艺实现，具体形成过程，下文在介绍该谐振器的加工方式中将会详细介绍。
在一种示例中，如图7所示，第一凸起部6的沿着高度方向的截面形状可以为矩形，例如，第一凸起部6的第一边缘凸起部61和第一内部凸起部62的截面形状可以为矩形。
作为一种示例，如图8所示，第二电极层4包括第一凸起部6，第一凸起部6的沿着高度方向的截面形状可以为矩形。作为另一种示例，如图9所示，第一电极层4包括第一凸起部6，第一凸起部6的沿着高度方向的截面形状可以为矩形。
在一种示例中，如图10所示，第一凸起部6可以为菲涅尔镜面结构，且第一凸起部6的各个球面的球心和压电层3的中心均位于第一凸起部6所在母体部5的同一侧。其中，菲涅尔镜面结构是一种由多个同心排布的球面组成的结构。
在一种示例中，为菲涅尔镜面结构的第一凸起部6，一方面可以通过促使第一电极层2 和第二电极层4之间的电场强度的方向偏向第一电极层2或第二电极层4，来促使压电层3 中传播的声波向压电层3的中轴线聚焦，来减少杂散声波。
另一方面，如图10所示，在压电层3的内部传播的声波传播至压电层3和包括第一凸起部6的电极层的交界面时，声波发生反射，且声波向偏向压电层3的中心O的位置反射。这样，能够减少声波横向泄漏。而且，声波经过多次反射后，声波的横向分量逐渐被衰减，声波的纵向分量逐渐得到加强，进而能够减少具有横向分量的杂散声波。
可见，为菲涅尔镜面结构的第一凸起部6能够进一步减少声波横向泄漏，提高谐振器的 Q值，降低能量损耗。也能进一步减少杂散声波，有效抑制杂散声波产生的横向杂散模式，降低谐振器的相位噪声，改善谐振器的相位噪声特性。
如图10所示，第二电极层4可以包括为菲涅尔镜面结构的第一凸起部6，且第一凸起部 6的各个球面的球心和压电层3的中心O位于同一侧。
如图11所示，第一电极层2可以包括为菲涅尔镜面结构的第一凸起部6，且第一凸起部 6的各个球面的球心和压电层3的中心O位于同一侧。
当然，第一电极层2和第二电极层4也可以均包括为菲涅尔镜面结构的第一凸起部6，且第一凸起部6的各个球面的球心和压电层3的中心O位于同一侧。
在一种示例中，如图12所示，第一凸起部6的沿着高度方向的截面形状也可以为直角三角形，且第一凸起部6的斜面和压电层3相接触，斜面的法线指向压电层3的中心O。
如图12所示，第二电极层4可以包括第一凸起部6，第一凸起部6的截面形状也可以为直角三角形，那么，第一边缘凸起部61和第一内部凸起部62均具有斜面，且斜面的法线指向压电层3的中心O。
那么，这种结构的第一凸起部6的效果与菲涅尔镜面结构的效果类似，一方面可以通过促使第一电极层2和第二电极层4之间的电场强度的方向偏向第一电极层2或第二电极层4，来促使压电层3中传播的声波向压电层3的中轴线聚焦，来减少声波横向泄漏和减少杂散声波。
另一方面，如图12所示，在压电层3的内部传播的声波传播至压电层3和包括第一凸起部6的电极层的交界面时，声波发生反射，且声波向靠近压电层3的中心O的位置反射。促使声波向压电层3的中轴线聚焦，进而减少声波横向泄漏。而且，经过多次反射后，声波的横向分量逐渐被衰减，声波的纵向分量逐渐得到加强，进而能够减少具有横向分量的杂散声波。
可见，具有斜面的第一凸起部6也能够进一步减少声波横向泄漏，提高谐振器的Q值，降低能量损耗。也能进一步减少杂散声波，抑制杂散声波产生的横向杂散模式，从而减少谐振器的相位噪声，改善谐振器的相位噪声特性，使得谐振器向外输出的电信号的频率较为纯净。
如图13所示，第一电极层2也可以包括第一凸起部6，且第一凸起部6的沿着高度方向的截面形状也可以为直角三角形，且第一凸起部6的斜面和压电层3相接触，斜面的法线指向压电层3的中心O。
由第一凸起部6为菲涅尔镜面结构，或者，第一凸起部6的截面形状为直角三角形，可以总结为如图14中(a)所示，第一凸起部6的靠近压电层3的表面为球面或抛物面，且压电层3的中心O位于第一凸起部6围成的空间内。或者，如图14中(b)所示，第一凸起部 6的靠近压电层3的表面包括斜面，且斜面的法线指向压电层3的中心O。其中，该处所指的第一凸起部6可以属于第一电极层2，也可以属于第二电极层4。
在一些示例中，第一电极层2和第二电极层4中的至少一个，不仅可以包括靠近压电层 3的第一凸起部61，也可以包括远离压电层3的第二凸起部7。
其中，第二凸起部7和第一凸起部6的结构类似，例如，也可以是呈环形，形成环形的具体方式可以参见上述所述，此处不再一一赘述，第二凸起部7也可以以如图15所示的环形进行示例。
如图15所示，第一电极层2和第二电极层4中的至少一个不仅包括第一凸起部6，还可以包括第二凸起部7，第二凸起部7位于母体部5的远离压电层3的表面；第二凸起部7至少包括第二边缘凸起部71，第二边缘凸起部71位于或者靠近所在母体部5的边缘位置处。
其中，第二凸起部7和第一凸起部6结构和作用类似，区别在于第一凸起部6为凸向压电层3的凸环，而第二凸起部7为凸离压电层3的凸环。
那么，如图15所示，第二凸起部7可以包括第二边缘凸起部71，第二边缘凸起部71位于或者靠近所在母体部5的边缘位置。
同第一凸起部6类似，如图17所示，第二凸起部7也可以既包括第二边缘凸起部71，又包括第二内部凸起部72，第二边缘凸起部71和一个或多个第二内部凸起部72由外至内依次排布，且高度依次降低。第二边缘凸起部71和一个或多个第二内部凸起部72也可以同心排布。
关于第二凸起部7的沿着高度方向的截面形状，如图17所示，可以呈矩形。如图18所示，第二凸起部7也可以为菲涅尔镜面结构，且第二凸起部7的各个球面的球心和压电层3的中心均位于第二凸起部7所在母体部5的同一侧。如图19所示，第二凸起部7的沿着高度方向的截面形状还可以为直角三角形，第二凸起部7的斜面远离压电层3，且斜面的法线指向压电层3的中心O。
其中，第二凸起部7为菲涅尔镜面结构所达到的效果，可以参见第一凸起部6为菲涅尔镜面结构所达到的效果，第二凸起部7的截面形状为三角形所达到的效果，也可以参见第一凸起部6的截面形状为三角形所达到的效果，此处不再一一赘述。
对于同一个电极层，既包括第一凸起部6又包括第二凸起部7的方案中，第一凸起部6 所包括的凸起部的数量与第二凸起部7所包括的凸起部的数量可以相等，也可以不相等，第一凸起部6的截面形状和第二凸起部7的截面形状可以相同，也可以不相同。例如，对于同一个电极层，既包括第一凸起部6又包括第二凸起部7的方案中，第一凸起部6和第二凸起部7可以关于母体部5呈镜面对称。本实施例对上述情况均不做限定，可以根据实际情况灵活选择。
由第二凸起部7为菲涅尔镜面结构，或者，第二凸起部7的截面形状为直角三角形，可以总结如下：第二凸起部7的远离压电层3的表面为球面或抛物面，且压电层3的中心O位于第二凸起部7的曲面围成的空间内。或者，第二凸起部7的远离压电层3的表面包括斜面，且斜面的法线指向压电层3的中心O。其中，该处所指的第二凸起部7可以属于第一电极层2，也可以属于第二电极层4。
如上述所述，第一电极层2和第二电极层4中的至少一个包括第一凸起部6，具有如下三种方案：第一种方案是，第一电极层2包括第一凸起部6，而第二电极层4不包括第一凸起部6。第二种方案是，第二电极层4包括第一凸起部6，而第一电极层2不包括第一凸起部6。第三种方案是，第一电极层2和第二电极层4均包括第一凸起部6。
其中，每一种方案中的第一凸起部6，可以包括第一边缘凸起部61，而不包括第一内部凸起部62，也可以既包括第一边缘凸起部61，又包括第一内部凸起部62。
需要指出的是，上述第一种方案中，可以是第一电极层2包括第二凸起部7，也可以是第二电极层4包括第二凸起部7。
上述第二种方案中，可以是第一电极层2包括第二凸起部7，也可以是如图17所示第二电极层4包括第二凸起部7。
上述第三种方案中，可以是第一电极层2包括第二凸起部7，也可以是第二电极层4包括第二凸起部7。
其中，每一种方案中的第二凸起部7，可以包括第二边缘凸起部71，而不包括第二内部凸起部72，也可以既包括第二边缘凸起部71，又包括第二内部凸起部72。
需要指出的是，对于第一电极层2包括第二凸起部7的方案中，由于第二凸起部7凸离压电层3，而第一电极层2位于衬底1和压电层3之间，那么，第二凸起部7凸向衬底1，对于该情况，衬底1的靠近第一电极层2的上表面具有与第二凸起部7相配合的结构，衬底1 和第一电极层2呈咬合状态。
上述各个方案，通过第二凸起部7加强第一凸起部6所达到的效果，能够进一步减少声波横向泄漏，提高谐振器的Q值，减少插损。也能减少杂散声波，抑制杂散声波产生的横向杂散模式，从而减少谐振器的相位噪声，改善谐振器的相位噪声特性，使谐振器向外输出的电信号的频率较为纯净。
关于谐振器的俯视视角的轮廓形状，如图2并参考图3所示，可以呈矩形。谐振器的俯视图的形状也可以呈圆形，还可以呈三角形、非规则四边形和非规则五边形等。第一凸起部 6的俯视图的形状可以与谐振器的俯视图的形状类似，为矩形的环形，或者三角形的环形，或者非规则四边形的环形，或者非规则五边形的环形等。同样，第二凸起部7的俯视图的形状也可以与谐振器的俯视图的形状类似，为矩形的环形，或者三角形的环形，或者非规则四边形的环形，或者非规则五边形的环形等。本实施例对上述情况均不做限定，可以根据实际情况灵活选择。
关于谐振器的衬底1、第一电极层2、压电层3和第二电极层4的尺寸，衬底1作为支撑层，其在水平面的面积可以均大于第一电极层2、压电层3和第二电极层4在水平面的面积。如图1所示，第一电极层2在水平面的面积可以大于压电层3在水平面的面积，压电层3在水平面的面积可以等于第二电极层4在水平面的面积。如图2并参考图3所示，第一电极层2、压电层3和第二电极层4在水平面的面积可以相等。其中，本实施例对第一电极层2、压电层3和第二电极层4三者在水平面的面积不做具体限定，能够有利于促使下述效果即可：第一电极层2和第二电极层4之间的电场强度的方向偏向第一电极层2的中心或者第二电极层4的中心，压电层3中传播的声波向压电层3的中轴线处聚集。
以上是该谐振器的结构介绍，关于衬底1、第一电极层2、压电层3和第二电极层4的材质可以在如下中选择：
衬底1的材质可以为硅或者氧化硅等含硅材料。第一电极层2和第二电极层4的材质可以从钨W、钼Mo、铜Cu、铱Ir、铝Al、锗Ge、金Au、银Ag、钨W、铂Pt和钌Ru等金属材料中选择，其中，第一电极层2和第二电极层4的材质可以相同，也可以不相同。压电层3的材质可以从氮化铝AlN、氧化锌ZnO和锆钛酸铅PZT等压电材料中选择。
另外，如果第一电极层2包括母体部5和第一凸起部6，或者，第一电极层2包括母体部5和第二凸起部7，或者，第一电极层2包括母体部5、第一凸起部6和第二凸起部7，那么，母体部5和第一凸起部6的材质可以相同或不相同，母体部5和第二凸起部7的材质可以也相同或不相同。同样，对于第二电极层4，如果第二电极层4包括母体部5和第一凸起部6，或者，第二电极层4包括母体部5和第二凸起部7，或者，第二电极层4包括母体部5、第一凸起部6和第二凸起部7，那么，母体部5和第一凸起部6的材质可以相同或不相同，母体部5和第二凸起部7的材质可以也相同或不相同。
在一种示例中，第一凸起部6或者第二凸起部7可以使用高体积比电容的材料来制备，其中，体积比电容，即是单位体积的物质所能放出的电量。使用高体积比电容的材料制备第一凸起部6或者第二凸起部7时，较小的尺寸便能具有较多的电荷量，第一电极层2和第二电极层4之间的电场的电场强度的方向便能较好地向压电层3的中轴线处聚拢，这样有利于谐振器的小型化。
下面将介绍上述谐振器的加工过程。
其中，该谐振器可以通过沉积和刻蚀的方式形成。
例如，一种加工谐振器的方式可以是，在衬底1的表面沉积第一电极层2，而如果打算让加工出的谐振器的第一电极层2包括第二凸起部7，那么，可以先对衬底1进行刻蚀，以形成与第二凸起部7相配合的结构，再在刻蚀后的衬底1上沉积第一电极层2。
然后，在第一电极层2上沉积压电层3，而如果打算让加工出的谐振器的第一电极层2 包括第一凸起部6，那么，可以先对第一电极层2进行刻蚀，以形成第一凸起部6，再在包括母体部5和第一凸起部6的第一电极层2上沉积压电层3。
之后，在压电层3的表面沉积第二电极层4，而如果打算让加工出的谐振器包括第一凸起部6，那么，可以先对压电层3进行刻蚀，以形成与第一凸起部6相配合的结构，再在刻蚀后的压电层3上沉积第二电极层4。而如果打算让加工出的谐振器的第二电极层4包括第二凸起部7，那么，可以再对第二电极层4进行刻蚀，以形成第二凸起部7。
又例如，另一种加工谐振器的方式可以是，可以先加工得到衬底1、第一电极层2、压电层3和第二电极层3，其中，衬底1、第一电极层2、压电层3和第二电极层4可以并行进行，也可以逐个进行。然后，第一电极层2可以通过粘接或者直接键合的方式固定在衬底1的表面，压电层3也可以通过粘接或者直接键合的方式固定在第一电极层2的远离衬底1的表面，第二电极层4也可以通过粘接或者直接键合的方式固定在压电层3的远离第一电极层2的表面。
其中，如果打算让加工出的谐振器的第一电极层2包括第二凸起部7，那么，可以在加工衬底1时，对衬底1进行刻蚀，以形成与第一电极层2的第二凸起部7相配合的结构，在加工第一电极层2时，对第一电极层2进行刻蚀，以形成第二凸起部7。
如果打算让加工出的谐振器的第一电极层2包括第一凸起部6，那么，可以在加工第一电极层2时，对第一电极层2进行刻蚀，以形成第一凸起部6。
如果打算让加工出的谐振器的第二电极层4包括第一凸起部6，那么，可以在加工压电层3中，对压电层3进行刻蚀，以形成与第一凸起部6相配合的结构，对第二电极层4进行刻蚀，以形成第一凸起部6。
如果打算让加工出的谐振器的第二电极层4包括第二凸起部7，那么，可以对第二电极层4进行刻蚀，以形成第二凸起部7。
其中，本实施例对形成谐振器的过程不做具体限定，可以根据实际情况灵活选择。
关于该谐振器的仿真结果可以参见图20所示。图20是以第二电极层4包括第一凸起部 6进行仿真的结果示意图。图20中(a)是第二电极层4的上方铺设有反射层的仿真结果，图20中(b)是第二电极层4的上方未铺设有反射层的仿真结果。通常情况下，在对谐振器进行封装时，可以采取树脂封装，那么会在第二电极层4的上方铺设反射层，如铺设布拉格反射层，以限制声波在压电层3的内部进行传播。也可以采取真空封装，那么无需在第二电极层4的上方铺设反射层。
图20是谐振器转化为等效电路时，电阻抗随着频率的变化曲线，该曲线越陡峭，则所对应的谐振器的Q值越大，插损越小，该谐振器的选频特性就越好。该曲线越平滑，则所对应的谐振器的杂散声波越少，该谐振器的相位噪声特性越好。
如图20中(a)所示，曲线①表示不包括第一凸起部6，也不包括第二凸起部7的谐振器，其电阻抗随着频率变化的关系。曲线②、曲线③、曲线④和曲线⑤表示包括第一凸起部6，且第一边缘凸起部61的厚度为0.55微米，宽度分别为1微米、3微米、5微米和7微米的谐振器，其电阻抗随着频率变化的关系。
同样，如图20中(b)所示，曲线①表示不包括第一凸起部6，也不包括第二凸起部7的谐振器，其电阻抗随着频率变化的关系。曲线②、曲线③、曲线④和曲线⑤表示包括第一凸起部6，且第一边缘凸起部61的厚度为0.55微米，宽度分别为1微米、3微米、5微米和 7微米的谐振器，其电阻抗随着频率变化的关系。
根据图20可知，曲线②、曲线③、曲线④和曲线⑤相对于曲线①均更陡峭，那么，包括第一凸起部6的谐振器的Q值高于不包括第一凸起部6的谐振器的Q值，所以，第一凸起部6有助于提高谐振器的Q值，减少插损。
又根据图20可知，曲线④和曲线⑤更为陡峭，那么，第一边缘凸起部61的宽度可以在 5微米至7微米之间取值。
图20所示的仿真结果，是以第二压电层4包括第一凸起部6进行示例的，以第一电极层 2包括第一凸起部6、以第一电极层2和第二电极层4中的至少一个包括第二凸起部7进行仿真测试，也能够得到上述结果。
其中，关于第一凸起部6中各个凸起部的厚度，以及各个凸起部的宽度，可以根据仿真结果以及试验测试来灵活选择，关于第二凸起部7中各个凸起部的厚度，以及各个凸起部的宽度，也可以根据仿真结果以及试验测试来灵活选择。所述的凸起部包括第一边缘凸起部、第一内部凸起部、第二边缘凸起部和第二内部凸起部。
在本实施例所示的谐振器，其第一电极层和第二电极层中的至少一个包括凸向压电层的第一凸起部，而且第一凸起部包括第一边缘凸起部。这样，第一电极层和第二电极层之间的电场的电场强度的大小是边缘处大于中心处，使得第一电极层和第二电极层之间的电场强度的方向偏向第一电极层或者第二电极层的中心。而在压电层中传播的声波的传播方向与电场的电场强度的方向相关，使得压电层中传播的声波向压电层的中轴线处聚集，以增强声波的聚拢效果，减少声波横向泄漏，提高谐振器的Q值，降低谐振器的插损。
而且声波的聚拢效果增强，也能减少杂散声波，进而抑制杂散声波产生的横向杂散模式，从而减少谐振器的相位噪声，改善谐振器的相位噪声特性，使得谐振器向外输出的电信号的频率较为纯净。
本申请实施例还提供了一种谐振器，该谐振器依然是包括依次叠加排布的衬底1、第一电极层2、压电层3和第二电极层4。如果将衬底1所在方向为下方，那么，衬底1、第一电极层2、压电层3和第二电极层4由下至上依次叠加排布。
和上述所述的谐振器所不同的是，第一电极层2可以不包括第一凸起部6，而包括第二凸起部7，如图21所示，第一电极层2可以包括母体部5和第二凸起部7，第二凸起部7位于母体部5的远离压电层3的表面。其中，第二凸起部7依然是至少包括第二边缘凸起部71，第二边缘凸起部71靠近母体部5的侧面a。
如上述所述，如图21并参考图22所示，第二凸起部7可以只包括第二边缘凸起部71，如图23所示，第二凸起部7也可以既包括第二边缘凸起部71，也可以包括第二内部凸起部 72，第二边缘凸起部71和一个或多个第二内部凸起部72由外至内依次排布，且高度依次降低。如上述所述，第二边缘凸起部71和一个或多个第二内部凸起部72可以同心排布。
关于第一电极层2的第二凸起部7的形状，如图23所示，第二凸起部7的沿着高度方向的截面形状可以为矩形。如图24所示，第二凸起部7可以为菲涅尔镜面结构，且第二凸起部7的各个球面的球心和压电层3的中心均位于第二凸起部7所在母体部5的同一侧。如图25所示，第二凸起部7的沿着高度方向的截面形状也可以为直角三角形，第二凸起部7的斜面远离压电层3，且斜面的法线指向压电层3的中心O。其中，第二凸起部7可以为菲涅尔镜面结构，以及第二凸起部7的截面形状也可以为直角三角形所达到的效果可以参考上述所述，此处不再一一赘述。
在第一电极层2包括第二凸起部7的方案中，第一电极层2和第二电极层4中的至少一个还可以包括第一凸起部6。例如，第一电极层2包括第二凸起部7和第一凸起部6。又例如，第二电极层4包括第二凸起部7。又例如，第二电极层4包括第二凸起部7和第一凸起部6。各个方案的介绍可以参见上述所述，此处不再一一赘述。
在本实施例所示的谐振器，其第一电极层包括远离压电层的第二凸起部，而且第二凸起部包括第二边缘凸起部。这样，第一电极层和第二电极层之间的电场的电场强度的大小是边缘处大于中心处，使得第一电极层和第二电极层之间的电场强度的方向偏向第一电极层或者第二电极层的中心。而在压电层中传播的声波的传播方向与电场的电场强度的方向相关，使得压电层中传播的声波向压电层的中轴线处聚集，从而，增强声波的聚拢效果，减少声波横向泄漏，从而能够提高谐振器的Q值，降低谐振器的插损。
而且，声波的聚拢效果增强，也能减少杂散声波，进而抑制杂散声波产生的横向杂散模式，从而减少谐振器的相位噪声，改善谐振器的相位噪声特性，使得谐振器向外输出的电信号的频率较为纯净。
本申请实施例还提供了一种谐振器，如图26所示，该谐振器包括依次叠加排布衬底1、第一电极层2、压电层3和第二电极层4。如果将衬底1所在的位置为底部，那么，衬底1、第一电极层2、压电层3和第二电极层4由下至上依次叠加排布。
和上述谐振器所不同的是，第一电极层2和第二电极层4之间的距离由中心向边缘逐渐减少。
其中，第一电极层2和第二电极层4之间的距离，是第一电极层2和第二电极层4的相互靠近的两个表面之间的距离。
实现第一电极层2和第二电极层4之间的距离由中心向边缘逐渐减少的方式可以是，第一电极层2和第二电极层4中的至少一个电极层的靠近压电层3的第一表面为球面、锥面或者抛物面，且压电层3的中心位于第一表面围成的区域内。
例如，如图26所示和图27所示，第一电极层2的靠近压电层3的第一表面为球面，且球心和压电层3的中心位于同一侧，也即是，压电层3位于球面围成的区域内。如图26所示，第一电极层2的远离压电层3的第二表面也为球面，第一电极层2为等厚度球状结构。如图27所示，第一电极层2的第一表面为球面，而第一电极层2的第二表面为平面。
又例如，如图28和图29所示，第一电极层2的靠近压电层3的第一表面为锥面，且压电层3位于锥面围成的区域内。如图28所示，第一电极层2的第一表面为锥面，第一电极层 2的远离压电层3的第二表面也为锥面，第一电极层2为等厚度锥状结构。如图29所示，第一电极层2的第一表面为锥面，而第一电极层2的第二表面为平面。
又例如，第一电极层2的第一表面也可以是抛物面，且压电层3位于抛物面围成的区域内。
通过减小第一电极层2与第二电极层4之间的距离，能增强第一电极层2和第二电极层4之间在靠近边缘位置处的电场强度，使得第一电极层2和第二电极层4之间的电场强度的方向偏向第一电极层2或第二电极层4。从而，促使在压电层3的内部传播的声波向靠近压电层3的中轴线的位置处聚集，从而增强声波的聚拢效果，减少声波横向泄漏，提高谐振器的Q值，降低能量损耗。
其中，通过减少距离提高电场强度的原理是，根据电场强度公式
Figure DEST_PATH_GDA0003495243650000181
式中，E为电场强度，k为静电力常量，其值为9.0×109N·m2/C2，Q为源电荷的电量，r为源电荷与试探电荷的距离，在本实施例中r可以为第一电极层2和第二电极层4各个位置处的距离。由上述公式可知，电荷数量多的位置以及距离小的位置处的电场强度均较大。
第一电极层2的第一表面为球面或抛物面或锥面的方案中，不仅具备上述效果，还能达到以下效果，如图26至图29所示，图中箭头表示声波的传播方向，在压电层3中的声波，传播至压电层3和第一电极层2的交界处时，声波能够向靠近压电层3的中心O的位置处反射，从而促使在压电层3的内部传播的声波向靠近压电层3的中轴线的位置处聚集。声波在多次反射中，声波的横向分量逐渐被衰减，进而能够减少具有横向分量的杂散声波，从而能够抑制杂散声波产生的横向杂散模式，减少谐振器的相位噪声，改善谐振器的相位噪声特性，使谐振器向外输出的电信号的频率较为纯净。
需要指出的是，图26至图29虽然示意的是第一电极层2的第一表面为球面、锥面或者抛物面，但是第二电极层4的第一表面也可以为球面、锥面或者抛物面，第二电极层4的第一表面也可以为球面、锥面或者抛物面的情况可以参见上述所述，此处不再一一赘述。
需要指出的是，在第一电极层2和第二电极层4之间的距离由中心向边缘逐渐减少的方案中，第一电极层2可以包括上述所述的第一凸起部6，也可以包括第二凸起部7，第二电极层4也可以包括上述所述的第一凸起部6，也可以包括第二凸起部7，具体结构可以参考上述关于第一凸起部6和关于第二凸起部7所述。
在本实施例所示的谐振器，通过减小第一电极层与第二电极层之间的距离，来增强第一电极层和第二电极层之间在靠近边缘位置处的电场强度，使得第一电极层和第二电极层之间的电场强度的方向偏向第一电极层或第二电极层的中心。从而，促使在压电层的内部传播的声波向靠近压电层的中轴线的位置处聚集，能够增强声波的聚拢效果，减少声波横向泄漏，提高谐振器的Q值，降低能量损耗。
而且还能减少杂散声波，抑制杂散声波产生的横向杂散模式，从而减少谐振器的相位噪声，改善谐振器的相位噪声特性，使谐振器向外输出的电信号的频率较为纯净。
本申请实施例还提供了一种电子元器件，该电子元器件可以包括上述任一实施例所述的谐振器。
其中，该电子元器件可以为振荡器、滤波器或时钟通信器件等涉及到频率信号输出或者选频的任一器件中。
该电子元器件的谐振器，如上述所述，能够增强第一电极层和第二电极层之间在靠近边缘位置处的电场强度，使得第一电极层和第二电极层之间的电场强度的方向偏向第一电极层或第二电极层。从而，促使在压电层的内部传播的声波向靠近压电层的中轴线的位置处聚集，增强声波的聚拢效果，减少声波横向泄漏，提高谐振器的Q值，降低能量损耗。
而且声波的聚拢效果好了，也能减少杂散声波，进而抑制杂散声波产生的横向杂散模式，从而减少谐振器的相位噪声，改善谐振器的相位噪声特性，使谐振器向外输出的电信号的频率较为纯净。
以上所述仅为本申请一个实施例，并不用以限制本申请，凡在本申请原则之内，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 (21)

1.一种谐振器，其特征在于，所述谐振器包括依次叠加排布的衬底(1)、第一电极层(2)、压电层(3)和第二电极层(4)；
所述第一电极层(2)和所述第二电极层(4)中的至少一个包括第一凸起部(6)，所述第一凸起部(6)凸向所述压电层(3)；
所述第一凸起部(6)至少包括第一边缘凸起部(61)，所述第一边缘凸起部(61)包围所述压电层(3)的侧面(a)的至少一部分。
2.根据权利要求1所述的谐振器，其特征在于，所述第一凸起部(6)还包括一个或多个第一内部凸起部(62)；
所述第一边缘凸起部(61)和所述一个或多个第一内部凸起部(62)由外至内依次排布，且高度依次降低。
3.根据权利要求2所述的谐振器，其特征在于，所述第一边缘凸起部(61)和所述一个或多个第一内部凸起部(62)同心排布。
4.根据权利要求2所述的谐振器，其特征在于，所述第一凸起部(6)为菲涅尔镜面结构，且所述第一凸起部(6)的各个球面的球心和所述压电层(3)的中心均位于所述第一凸起部(6)的同一侧。
5.根据权利要求1所述的谐振器，其特征在于，所述第一凸起部(6)的沿着高度方向的截面形状为矩形。
6.根据权利要求1所述的谐振器，其特征在于，所述第一凸起部(6)的沿着高度方向的截面形状为直角三角形，且所述第一凸起部(6)的斜面和所述压电层(3)相接触，所述斜面的法线指向所述压电层(3)的中心(O)。
7.根据权利要求1至6任一所述的谐振器，其特征在于，所述第一电极层(2)和所述第二电极层(4)中的至少一个还包括第二凸起部(7)，所述第二凸起部(7)远离所述压电层(3)，所述第二凸起部(7)至少包括第二边缘凸起部(71)。
8.根据权利要求7所述的谐振器，其特征在于，所述第二凸起部(7)还包括一个或多个第二内部凸起部(72)；
所述第二边缘凸起部(71)和所述一个或多个第二内部凸起部(72)由外至内依次排布，且高度依次降低。
9.根据权利要求8所述的谐振器，其特征在于，所述第二边缘凸起部(71)和所述一个或多个第二内部凸起部(72)同心排布。
10.根据权利要求8所述的谐振器，其特征在于，所述第二凸起部(7)为菲涅尔镜面结构，且所述第二凸起部(7)的各个球面的球心和所述压电层(3)的中心均位于所述第二凸起部(7)的同一侧。
11.根据权利要求7所述的谐振器，其特征在于，所述第二凸起部(7)的沿着高度方向的截面形状为矩形。
12.根据权利要求7所述的谐振器，其特征在于，所述第二凸起部(7)的沿着高度方向的截面形状为直角三角形，所述第二凸起部(7)的斜面远离所述压电层(3)，且所述斜面的法线指向所述压电层(3)的中心(O)。
13.一种谐振器，其特征在于，所述谐振器包括依次叠加排布的衬底(1)、第一电极层(2)、压电层(3)和第二电极层(4)；
所述第一电极层(2)包括第二凸起部(7)，所述第二凸起部(7)远离所述压电层(3)；
所述第二凸起部(7)至少包括第二边缘凸起部(71)。
14.根据权利要求13所述的谐振器，其特征在于，所述第二凸起部(7)还包括一个或多个第二内部凸起部(72)；
所述第二边缘凸起部(71)和所述一个或多个第二内部凸起部(72)由外至内依次排布，且高度依次降低。
15.根据权利要求14所述的谐振器，其特征在于，所述第二边缘凸起部(71)和所述一个或多个第二内部凸起部(72)同心排布。
16.根据权利要求14所述的谐振器，其特征在于，所述第二凸起部(7)为菲涅尔镜面结构，且所述第二凸起部(7)的各个球面的球心和所述压电层(3)的中心均位于所述第二凸起部(7)的同一侧。
17.根据权利要求13至16任一所述的谐振器，其特征在于，所述第二凸起部(7)的沿着高度方向的截面形状为矩形。
18.根据权利要求13至16任一所述的谐振器，其特征在于，所述第二凸起部(7)的沿着高度方向的截面形状为直角三角形，所述第二凸起部(7)的斜面远离所述压电层(3)，且所述斜面的法线指向所述压电层(3)的中心(O)。
19.一种谐振器，其特征在于，所述谐振器包括依次叠加排布衬底(1)、第一电极层(2)、压电层(3)和第二电极层(4)；
所述第一电极层(2)和所述第二电极层(4)之间的距离，由中心向边缘逐渐减少。
20.根据权利要求19所述的谐振器，其特征在于，所述第一电极层(2)和所述第二电极层(4)中的至少一个电极层的靠近所述压电层(3)的第一表面为球面、锥面和抛物面中的一种，且所述压电层(3)的中心位于所述第一表面围成的区域内。
21.一种电子元器件，其特征在于，所述电子元器件包括权利要求1至20任一所述的谐振器。
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