CN216414272U - 一种压电薄膜声学谐振器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种压电薄膜声学谐振器，包括衬底、设置于所述衬底一侧的第一电极、与所述衬底的一侧连接且覆盖至少部分所述第一电极的压电薄膜以及设置于所述压电薄膜的远离第一电极一侧的第二电极，所述第一电极与所述第二电极于所述压电薄膜的厚度方向的投影至少部分重合，所述第一电极一端沿着所述衬底与所述第一电极连接的表面朝远离所述压电薄膜的方向延伸形成第一引出线，所述第二电极一端朝远离所述第一引出线的方向延伸形成第二引出线，所述第一引出线远离所述衬底的表面具有第一凸起反射栅，所述第二引出线远离所述衬底的表面具有第二凸起反射栅。在提高品质因数的前提下，降低对声学性能的影响。
Description
【技术领域】
本实用新型涉及谐振器技术领域，尤其涉及一种压电薄膜声学谐振器。
【背景技术】
随着无线通信系统向着小型化、高频化、集成化的方向发展，传统的介质滤波器和声表面波滤波器也难以满足小型化和高频化的要求，薄膜体声波谐振器构成的滤波器具有陶瓷介质滤波器不可比拟的体积优势、声表面波谐振器不可比拟的工作频率以及功率容量的优势；特别是MEMS技术越来越成熟，薄膜体声波谐振器成为了当今无线通信系统的发展趋势。
薄膜体声波谐振器的品质因素，也称Q值，是衡量一个薄膜体声波谐振器性能的重要指标，但相关技术中的薄膜体声波谐振器在提高品质因数的前提下，会导致声学性能降低。
【实用新型内容】
本实用新型的目的在于提供一种压电薄膜声学谐振器，解决相关技术中的薄膜体声波谐振器在提高品质因数的前提下，导致声学性能降低的问题。
本实用新型的技术方案如下：一种压电薄膜声学谐振器，包括衬底、设置于所述衬底一侧的第一电极、与所述衬底的一侧连接且覆盖至少部分所述第一电极的压电薄膜以及设置于所述压电薄膜的远离所述第一电极一侧的第二电极，所述第一电极与所述第二电极于所述压电薄膜的厚度方向的投影至少部分重合，所述第一电极一端沿着所述衬底与所述第一电极连接的表面朝远离所述压电薄膜的方向延伸形成第一引出线，所述第二电极一端朝远离所述第一引出线的方向延伸形成第二引出线，所述第一引出线远离所述衬底的表面具有第一凸起反射栅，所述第二引出线远离所述衬底的表面具有第二凸起反射栅。
优选地，所述第一凸起反射栅与所述第一电极之间具有间隔，所述第二凸起反射栅与所述第二电极之间具有间隔。
优选地，所述第一凸起反射栅包括间隔设置于所述第一引出线远离所述衬底的表面的多个第一子凸起条；所述第二凸起反射栅包括间隔设置于所述第二引出线远离所述衬底的表面的多个第二子凸起条。
优选地，所述第一子凸起条垂直于所述第一引出线的延伸方向设置，所述第二子凸起条垂直于所述第二引出线的延伸方向设置。
优选地，所述第一子凸起条具有第一缺口，所述第二子凸起条具有第二缺口。
优选地，所述第一缺口设置于所述第一子凸起条中间，所述第二缺口设置于所述第二子凸起条中间。
优选地，所述衬底的靠近所述第一电极侧凹陷形成空腔，所述第一电极盖设于所述空腔。
优选地，所述衬底与所述第一电极之间设置布拉格声学反射镜。
优选地，所述第一凸起反射栅和所述第二凸起反射栅包含金属材料，所述金属材料包括铝、钼、钨、钌与铂中的至少一种。
优选地，所述第一凸起反射栅和所述第二凸起反射栅包含介电材料，所述介电材料包括AlN。
本实用新型的有益效果在于：本实用新型提供了一种压电薄膜声学谐振器，包括衬底、设置于所述衬底一侧的第一电极、与所述衬底的一侧连接且覆盖至少部分所述第一电极的压电薄膜以及设置于所述压电薄膜的远离所述第一电极一侧的第二电极，所述第一电极与所述第二电极于所述压电薄膜的厚度方向的投影至少部分重合，所述第一电极一端沿着所述衬底与所述第一电极连接的表面朝远离所述压电薄膜的方向延伸形成第一引出线，所述第二电极一端朝远离所述第一引出线的方向延伸形成第二引出线，所述第一引出线远离所述衬底的表面具有第一凸起反射栅，所述第二引出线远离所述衬底的表面具有第二凸起反射栅。本实用新型第二电极和第一电极有交叠区域构成谐振区，当横向声学波从谐振区泄露到第一引出线和第二引出线时，第一凸起反射栅和第二凸起反射栅可以将这些泄露的横向声学波反射回谐振区，有效减少这些泄露的横向声学波进入衬底，从而提高薄膜体声波谐振器(FBAR)的品质因数，此外，反射栅增大了第一引出线与第二引出线的面积，能够减小第一引出线与第二引出线的电阻，在提高品质因数的前提下，降低对声学性能的影响。
【附图说明】
图1为本实用新型的实施例提供的压电薄膜声学谐振器示例一的结构示意图；
图2为本实用新型的实施例提供的压电薄膜声学谐振器示例一的俯视图；
图3为本实用新型示例一的压电薄膜声学谐振器沿图2的A－A方向的剖视图；
图4为本实用新型的实施例提供的压电薄膜声学谐振器示例一的爆炸视图；
图5为本实用新型的实施例提供的压电薄膜声学谐振器示例二的俯视图；
图6为本实用新型示例二的压电薄膜声学谐振器沿图5的B－B方向的剖视图；
图7为本实用新型的实施例提供的压电薄膜声学谐振器示例三的俯视图；
图8为本实用新型示例三的压电薄膜声学谐振器沿图7的C－C方向的剖视图；
图9为本实用新型的实施例提供的压电薄膜声学谐振器示例四的俯视图；
图10为本实用新型示例四的压电薄膜声学谐振器沿图9的D－D方向的剖视图。
【具体实施方式】
下面结合附图和实施方式对本实用新型作进一步说明。
请参阅图1至图4，本实用新型的技术方案如下：一种压电薄膜3声学谐振器，包括衬底1、设置于衬底1一侧的第一电极2、与衬底1的一侧连接且覆盖至少部分第一电极2的压电薄膜3以及设置于压电薄膜3的远离第一电极2一侧的第二电极4，第一电极2与第二电极4于压电薄膜3的厚度方向的投影至少部分重合，第一电极2一端沿着衬底1与第一电极2连接的表面朝远离压电薄膜3的方向延伸形成第一引出线5，第二电极4一端朝远离第一引出线5的方向延伸形成第二引出线6，第一引出线5远离衬底1的表面具有第一凸起反射栅7，第二引出线6远离衬底1的表面具有第二凸起反射栅8。
本实用新型的压电薄膜3可以采用如氮化铝(AlN)、氧化锌(ZnO)、锆酸钛铅(PZT)、铌酸锂(LiNbO3)、钽酸锂(LiTaO3)等压电材料和其构成的复合压电层；第一电极2和第二电极4可以采用如铝(Al)、钼(Mo)、钨(W)、钌(Ir)、铂(Pt)等金属和其构成的复合金属；第二电极4和第一电极2有交叠区域构成谐振区，当横向声学波从谐振区泄露到第一引出线5和第二引出线6时，第一凸起反射栅7和第二凸起反射栅8可以将这些泄露的横向声学波反射回谐振区，有效减少这些泄露的横向声学波进入衬底1，从而提高薄膜体声波谐振器(FBAR)的品质因数，此外，第一凸起反射栅7和第二凸起反射栅8增大了第一引出线5与第二引出线6的面积，能够减小第一引出线5与第二引出线6的电阻，在提高品质因数的前提下，降低对声学性能的影响。
需要说明的是，由于第一凸起反射栅7和第二凸起反射栅8分别位于第一引出线5与第二引出线6上，因此第一凸起反射栅7不会和第二电极4之间形成寄生电容，第二凸起反射栅8不会和第一电极2之间形成寄生电容，在保持品质因数提高的基础上，压电薄膜3声学谐振器的有效机电耦合系数不会下降，f＜fs频段的寄生谐振峰强度也不会增大。此外，第一凸起反射栅7和第二凸起反射栅8和相关技术中的结构使用的凸起框架制造工艺一致，不会增加工艺步骤。
优选地，请参阅图1至图10，第一凸起反射栅7与第一电极2之间具有间隔，第二凸起反射栅8与第二电极4之间具有间隔；第一凸起反射栅7包括间隔设置于第一引出线5远离衬底1的表面的多个第一子凸起条71；第二凸起反射栅8包括间隔设置于第二引出线6远离衬底1的表面的多个第二子凸起条81；第一子凸起条71垂直于第一引出线5的延伸方向设置，第二子凸起条81垂直于第二引出线6的延伸方向设置；第一子凸起条71具有第一缺口72，第二子凸起条81具有第二缺口82；第一缺口72设置于第一子凸起条71中间，第二缺口82设置于第二子凸起条81中间。
本实施例中，避免第二凸起反射栅8设置在第二电极4上与第一电极2之间形成寄生电容，第一凸起反射栅7设置在第一电极2上与第二电极4之间形成寄生电容，使由压电薄膜3声学谐振器组成的滤波器的带宽下降，通带内纹波变大。通过第一凸起反射栅7与第二凸起反射栅8的结构与位置的设置，在不增加工艺步骤的前提下，实现了品质因数的提高。需要说明的是，第一子凸起条71不仅可以垂直于第一引出线5的延伸方向设置，第二子凸起条81垂直于第二引出线6的延伸方向设置；或者第一子凸起条71与第一引出线5的延伸方向具有一定倾斜角设置，第二子凸起条81与第二引出线6的延伸方向具有一定倾斜角设置，例如倾斜角呈45度设置或者30度设置；第一缺口72不仅可以设置于第一子凸起条71中间，也可以设置于第一子凸起条71的任意位置，而且每个第一子凸起条71上的第一缺口72位置可以相同或者不同，同理，第二缺口82也设置于第一子凸起条71任意位置，每个第二子凸起条81上的第二缺口82位置可以相同或者不同；第一子凸起条71和第二子凸起条81的形状可以为弧形、折线形或波浪形等，当形状为弧形时，可以绕着第一电极2或第二电极4的中心点等距间隔设置，当形状为折线形或者波浪形时，第一子凸起条71可以垂直于第一引出线5的延伸方向设置，第二子凸起条81垂直于第二引出线6的延伸方向设置；当然根据需要，第一子凸起条71与第二子凸起条81之间的间隔可以等距也可以不等距；需要说明的是每个第一子凸起条71之间的长度、高度和宽度优选为彼此相等；当然也可以不相等；同理，每个第二子凸起条81之间的长度、高度和宽度优选为彼此相等；当然也可以不相等。
优选地，请参阅图3至图4、图7至图8，衬底1的靠近第一电极2侧凹陷形成空腔11，第一电极2盖设于空腔11。
本实施例中，衬底1具有空腔11，第一电极2盖设于空腔11上，可以削弱进入衬底1的横向声学波，在一定程度上可以有效减少这些泄露的横向声学波进入衬底1，从而提高薄膜体声波谐振器(FBAR)的品质因数。
优选地，请参阅图5至图6、图9至图10，衬底1与第一电极2之间设置布拉格声学反射镜9。
本实施例中，布拉格声学反射镜9由第一声阻抗材料、第二声阻抗材料交替堆叠构成，且第一声阻抗材料的声阻抗小于第二声阻抗材料，第一声阻抗材料位于靠近第一电极2的一侧；有效减少这些泄露的横向声学波进入衬底1，从而提高薄膜体声波谐振器(FBAR)的品质因数；当然需要说明的是，布拉格声学反射镜9至少由两种不同声阻抗的材料交替堆叠构成，如可以为5种，即此时分别为材料一91、材料二92、材料三93、材料四94与材料五95依次堆叠构成，靠近第一电极2一侧的材料一91、靠近衬底1一侧的材料五95以及材料三93的为低声阻抗材料，材料二92与材料四94为高声阻抗的材料。
优选地，第一凸起反射栅7和第二凸起反射栅8均包含金属材料，金属材料包括铝、钼、钨、钌与铂中的至少一种。
本实施例中，金属材料可以为如铝(Al)、钼(Mo)、钨(W)、钌(Ir)、铂(Pt)等金属和其构成的复合金属；制备第一凸起反射栅7和第二凸起反射栅8的材料具有较高的声阻抗，以实现含有第一凸起反射栅7和第二凸起反射栅8的区域和不含有第一凸起反射栅7和第二凸起反射栅8的区域具有较大的声阻抗差异，使向谐振区外部传播的横向声学波被反射回谐振区，使得这些横向声学波所携带的能量被限制在谐振区内，提高品质因数。
优选地，第一凸起反射栅7和第二凸起反射栅8均包含介电材料，介电材料包括AlN。
本实施例中，电材料可以AlN等，制备第一凸起反射栅7和第二凸起反射栅8的材料具有较高的声阻抗，以实现含有第一凸起反射栅7和第二凸起反射栅8的区域和不含有第一凸起反射栅7和第二凸起反射栅8的区域具有较大的声阻抗差异，使向谐振区外部传播的横向声学波被反射回谐振区，使得这些横向声学波所携带的能量被限制在谐振区内，提高品质因数。
综上所述，本实用新型提供的压电薄膜声学谐振器，在不增加工艺步骤的前提下，实现了谐振器品质因数的提高，并谐振器的有效机电耦合系数不会下降，f＜fs频段的寄生谐振峰强度也不会增大，提高了谐振器的声学性能。
以上所述的仅是本实用新型的实施方式，在此应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型创造构思的前提下，还可以做出改进，但这些均属于本实用新型的保护范围。
Claims (10)
1.一种压电薄膜声学谐振器，包括衬底、设置于所述衬底一侧的第一电极、与所述衬底的一侧连接且覆盖至少部分所述第一电极的压电薄膜以及设置于所述压电薄膜的远离所述第一电极一侧的第二电极，所述第一电极与所述第二电极于所述压电薄膜的厚度方向的投影至少部分重合，所述第一电极一端沿着所述衬底与所述第一电极连接的表面朝远离所述压电薄膜的方向延伸形成第一引出线，所述第二电极一端朝远离所述第一引出线的方向延伸形成第二引出线，其特征在于，所述第一引出线远离所述衬底的表面具有第一凸起反射栅，所述第二引出线远离所述衬底的表面具有第二凸起反射栅。
2.根据权利要求1所述的压电薄膜声学谐振器，其特征在于：所述第一凸起反射栅与所述第一电极之间具有间隔，所述第二凸起反射栅与所述第二电极之间具有间隔。
3.根据权利要求1所述的压电薄膜声学谐振器，其特征在于：所述第一凸起反射栅包括间隔设置于所述第一引出线远离所述衬底的表面的多个第一子凸起条；所述第二凸起反射栅包括间隔设置于所述第二引出线远离所述衬底的表面的多个第二子凸起条。
4.根据权利要求3所述的压电薄膜声学谐振器，其特征在于：所述第一子凸起条垂直于所述第一引出线的延伸方向设置，所述第二子凸起条垂直于所述第二引出线的延伸方向设置。
5.根据权利要求3所述的压电薄膜声学谐振器，其特征在于：所述第一子凸起条具有第一缺口，所述第二子凸起条具有第二缺口。
6.根据权利要求5所述的压电薄膜声学谐振器，其特征在于：所述第一缺口设置于所述第一子凸起条中间，所述第二缺口设置于所述第二子凸起条中间。
7.根据权利要求1所述的压电薄膜声学谐振器，其特征在于：所述衬底的靠近所述第一电极侧凹陷形成空腔，所述第一电极盖设于所述空腔。
8.根据权利要求1所述的压电薄膜声学谐振器，其特征在于：所述衬底与所述第一电极之间设置布拉格声学反射镜。
9.根据权利要求1-6任意一项中所述的压电薄膜声学谐振器，其特征在于：所述第一凸起反射栅和所述第二凸起反射栅包含金属材料，所述金属材料包括铝、钼、钨、钌与铂中的至少一种。
10.根据权利要求1-6任意一项中所述的压电薄膜声学谐振器，其特征在于：所述第一凸起反射栅和所述第二凸起反射栅包含介电材料，所述介电材料包括AlN。
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2021
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- 2021-12-31 US US17/566,711 patent/US20230170874A1/en active Pending
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| Publication number | Publication date |
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| US20230170874A1 (en) | 2023-06-01 |
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| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |