CN219041755U - 一种体声波谐振器及包括其的电子设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种体声波谐振器及包括其的电子设备，包括：衬底；声反射层，所述声反射层包括第一部分和第二部分，在所述第一部分中形成空腔；谐振结构，所述谐振结构包括堆叠于所述空腔上的下电极、压电层和上电极；所述声反射层的第二部分的一侧壁邻接所述压电层的侧壁，所述声反射层第二部分的上表面齐平或高于所述压电层的上表面。本实用新型避免体身波谐振器能量泄漏，提升器件Q值，以及避免声阻抗突变。

Description

一种体声波谐振器及包括其的电子设备

技术领域

本实用新型涉及一种电子设备，更具体而言，涉及一种包括体声波谐振器的电子设备。

背景技术

体声波谐振器是借助微型电子机械技术以及薄膜技术制造而得。具有尺寸小、性能好、可集成等优势，在无线收发器中实现镜像消除、寄生滤波和信道选择等功能。

请参考图1，图1示出现有薄膜体声波谐振器的结构示意图。如图1所示，薄膜体声波谐振器通常包括衬底1、形成在衬底中的空腔2、下电极3、上电极5以及夹在上下电极之间的压电层4。其中上电极5、下电极3和压电层4形成“三明治”结构。

输入电信号施加在上电极5和下电极3之间的情况下，逆向压电效应使得压电层4由于压电材料的极化而机械地膨胀或收缩。当输入电信号随时间变化，压电层4的膨胀和收缩激励出声波，并且通过压电效应被转换为电信号。理想状态下声波仅在上电极5和下电极3之间来回反射，但实际情况中声波有横波和纵波两种振动模式。如图1中箭头所示，薄膜体声波谐振器激励出的声波由于横波振动模式会沿着谐振器的边缘横向行进，以及声波由于纵波振动模式在纵向上行进到衬底，导致薄膜体声波谐振器能量泄漏，Q值衰减，器件性能下降。因此亟需提供一种能解决薄膜体声波谐振器能量泄漏提升器件Q值的技术方案。

实用新型内容

本实用新型针对上述技术问题，设计出了一种新颖的薄膜体声波谐振器结构，其能很好解决薄膜体声波谐振器的能量泄漏问题。

在下文中将给出关于本实用新型的简要概述，以便提供关于本实用新型某些方面的基本理解。应当理解，此概述并不是关于本实用新型的穷举性概述。它并不是意图确定本实用新型的关键或重要部分，也不是意图限定本实用新型的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。

根据本实用新型的一方面提供一种体声波谐振器，包括：衬底；声反射层，所述声反射层包括第一部分和第二部分，在所述第一部分中形成空腔；谐振结构，所述谐振结构包括堆叠于所述空腔上的下电极、压电层和上电极；所述声反射层的第二部分的一侧壁邻接所述压电层的侧壁，所述声反射层第二部分的上表面齐平或高于所述压电层的上表面。

进一步的，所述声反射层的第一部分与所述压电层在衬底上投影轮廓的重叠部分的宽度为0.5-10微米。

进一步的，所述声反射层的第二部分环绕所述下电极的非引线侧设置为连续的、半闭合的环形；或者所述声反射层的第二部分环绕所述下电极设置成断续的环形。

进一步的，所述声反射层的第一部分和第二部分中均包括依次堆叠的第一声阻抗子层和第二声阻抗子层，所述第一部分中所述第一声阻抗子层和所述第二声阻抗子层堆叠的方向与所述衬底表面垂直，所述第二部分中所述第一声阻抗子层和所述第二声阻抗子层堆叠的方向与所述衬底表面平行。

进一步的，所述第一部分中的各第一声阻抗子层与所述第二部分中的各第一声阻抗子层呈L形，所述第一部分中的各第二声阻抗子层与所述第二部分中的各第二声阻抗子层呈L形。

进一步的，所述声反射层的第二部分的上表面与所述上电极的上表面齐平。

进一步的，所述声反射层的第二部分的上表面为粗糙面，或者所述声反射层第二部分中的各第一声阻抗子层之间、各第二声阻抗子层之间、第一声阻抗子层与第二声阻抗子层之间具有不同的高度。

进一步的，邻接所述声反射层的第二部分处的所述压电层中具有凹槽，所述空腔边界在所述衬底表面的投影轮廓落在所述凹槽在所述衬底表面的投影范围内或者所述空腔边界在所述衬底上的投影轮廓与所述凹槽边界在衬底上的投影轮廓具有相重合的部分。

进一步的，所述上电极的边缘设置有空气桥或空气翼。

根据本实用新型的另一方面提供一种电子设备，其特征在于：包括前述任一项所述的体声波谐振器。

本实用新型的方案至少能有助于实现如下效果之一：避免薄膜体身波谐振器能量泄漏，提升器件Q值，以及避免声阻抗突变。

附图说明

参照附图下面说明本实用新型的具体内容，这将有助于更加容易地理解本实用新型的以上和其他目的、特点和优点。附图只是为了示出本实用新型的原理。在附图中不必依照比例绘制出单元的尺寸和相对位置。

图1示出现有薄膜体声波谐振器的结构示意图；

图2a示出本实用新型中薄膜体声波谐振器的第一具体实施方式的剖视图；

图2b-2c是本实用新型中薄膜体声波谐振器的第一具体实施方式中形成声反射层时的俯视图；

图3-9示出本实用新型薄膜体声波谐振器的第二-第八-具体实施方式的结构示意图；

具体实施方式

在下文中将结合附图对本实用新型的示例性公开内容进行描述。为了清楚和简明起见，在说明书中并未描述实现本实用新型的所有特征。然而，应该了解，在开发任何这种实现本实用新型的过程中可以做出很多特定于本实用新型的决定，以便实现开发人员的具体目标，并且这些决定可能会随着本实用新型的不同而有所改变。

在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本实用新型，在附图中仅仅示出了与根据本实用新型的方案密切相关的器件结构，而省略了与本实用新型关系不大的其他细节。

应理解的是，本实用新型并不会由于如下参照附图的描述而只限于所描述的实施形式。本实用新型中，在可行的情况下，不同实施方案之间的特征可替换或借用、以及在一个实施方案中可省略一个或多个特征。

请参考图2a-图4，图2a-图4示出本实用新型薄膜体声波谐振器的一具体实施方式的结构示意图，其中相同的附图标记表示相同的部件。

如图2a-图4所示，薄膜体声波谐振器中至少包括衬底100，设置在衬底100上的声反射层200，声反射层200中形成的空腔210。在声反射层200上堆叠的下电极300、压电层400、上电极500。空腔110、下电极300、压电层400和上电极500之间的重叠区域构成体声波谐振器的谐振区域。谐振区域内的上电极500、压电层400和下电极300构成体声波谐振器的谐振结构。声反射层200至少覆盖谐振结构中压电层400的侧壁。

具体的，薄膜体声波谐振器的衬底100可以是例如硅、砷化镓、磷化铟、玻璃、蓝宝石、氧化铝_、SiC等与半导体工艺兼容的材料构成。衬底100主要起到支撑薄膜体声波谐振器各功能层的作用。

下电极300可以为单层或多层。下电极300可以由一种或多种导电材料形成，例如与包括钨、钼、铱、铝，铂、钌、铌或铪等半导体工艺兼容的各种金属。下电极300搭设在声反射层200中的空腔110上。下电极300的形状可以是任意的，本实用新型不对下电极300的形状做进一步的限定。下电极300在衬底100表面上的投影轮廓同样可以是不规则图形或者规则图形，示例性的如三角形、矩形、五边形、六边形、八边形等。

压电层400可以由例如氮化铝、掺杂氮化铝或锆酸钛酸盐等与半导体工艺兼容的任何压电材料形成。下电极300在衬底100上的投影轮廓可以落在压电层400在衬底100的投影轮廓的范围内，或者下电极300在衬底100上的投影轮廓可以与压电层400在衬底100的投影轮廓重合。

上电极500可以形成为单层或多层的结构。上电极500可以由一种或多种导电材料形成，同样可以选自钨、钼、铱、铝，铂、钌、铌或铪等与半导体工艺兼容的各种金属。进一步的，上电极500与下电极300的材料可以相同或不同。上电极500的形状可以是任意的，本实用新型不对上电极500的形状做进一步的限定。上电极500在衬底100表面上的投影轮廓同样可以是不规则图形或者规则图形，例如三角形、矩形、五边形、六边形、八边形等。优选地，本实用新型中上电极500在衬底100表面上的投影轮廓为五边形。进一步的，本实用新型中上电极500优选形成在谐振区域内。

声反射层200可由第一声阻抗子层201和第二声阻抗子层202依次堆叠而成。其中第一声阻抗子层201为低声阻抗子层，其材料可以是二氧化硅、多晶硅、聚酰亚醇，环辛烯等密度低、刚度系数小的材料。第二声阻抗子层202为高声阻抗子层，其材料可以是钨、金、铂、金刚石、碳化硅等密度高、刚度系数大的材料。第一声阻抗子层201和第二声阻抗子层202的厚度可以为薄膜体声波谐振器中心频率的1/4波长厚度。声反射层200中第一声阻抗子层201和第二声阻抗子层202的总层数典型地为奇数，示例性的，总层数可以为3到9。

声反射层200分为第一部分P1和第二部分P2，第一部分P1中第一声阻抗子层201和第二声阻抗子层202平行衬底100的上表面交替堆叠设置；第二部分P2中第一声阻抗子层201和第二声阻抗子层202垂直衬底100表面的方向交替堆叠设置；即第一部分P1中第一声阻抗子层201和第二声阻抗子层202堆叠的方向与衬底100的表面垂直，第二部分P2中第一声阻抗子层201和第二声阻抗子层202堆叠的方向与衬底100的表面平行。

图2a是本实用新型中薄膜体声波谐振器的第一具体实施方式的剖视图，声反射层200的第一部分P1中的各第一声阻抗子层201和各第二声阻抗子层202分别与第二部分P2中的各第一声阻抗子层201和各第二声阻抗子层202对应连接，使得声反射层200中的第一部分P1和第二部分P2中的第一声阻抗子层201和第二声阻抗子层202呈现为如图2a中所示的L形，即声反射层200由L形的第一声阻抗子层201和第二声阻抗子层202堆叠而成。

图2b-2c是本实用新型中薄膜体声波谐振器的第一具体实施方式中形成声反射层时的俯视图。其中声反射层200的第二部分P2可以如图2b中所示环绕在下电极300的非引线侧设置为连续的、半闭合的环形。声反射层200的第二部分P2可以进行设置。或者，声反射层200的第二部分P2可以如图2c所示，环绕下电极300设置成多个点状或块状的、断续的环形。

如图3所示，本实用新型中薄膜体声波谐振器的第二具体实施方式中，声反射层200分为两部分，第二部分P2直接设置在第一部分P1的上表面上且覆盖压电层400的侧壁；或者第二部分P2设置在第一部分P1的上表面上且覆盖压电层400和下电极300层的侧壁。第一部分P1和第二部分P2呈现L形。第二部分P2中第一声阻抗子层201和第二声阻抗子层202的总层数典型地为奇数，示例性的可以为3-9层。

如图4所示，本实用新型中薄膜体声波谐振器的第三具体实施方式中，声反射层200分为两部分，第二部分P2设置在衬底100的上表面上且覆盖压电层400和第一部分P1的侧壁；或者第二部分P2设置在衬底100的上表面上且覆盖压电层400、下电极300和第一部分P1的侧壁。第一部分P1和第二部分P2呈现L形。第二部分P2中第一声阻抗子层201和第二声阻抗子层202的总层数典型地为奇数，示例性的可以为3-9层。

进一步的，声反射层200的第一部分P1中形成空腔110，声反射层200的第一部分P1的厚度应等于空腔110的高度声反射层200第一部分P1中形成的空腔110的高度应满足薄膜体声波谐振器的谐振结构振动时的工作要求。

进一步的，声反射层200的第一部分P1与下电极300在衬底100上投影轮廓的重叠部分的宽度为0.5-10微米。优选的，为3-7微米。

进一步的，如图2a-图4中所示，声反射层200的第二部分P2的上表面可以与压电层400的上表面齐平。

请参考图5，图5示出本实用新型中薄膜体声波谐振器的声反射层200的第四实施方式的结构示意图。图5中声反射层200第二部分P2的上表面可以与上电极500的上表面齐平。

请参考图6，图6示出本实用新型中薄膜体声波谐振器的第五具体实施方式的结构示意图。图6中声反射层200第二部分P2的上表面可以形成第一粗糙面203、或者声反射层200的第二部分P2中的第一声阻抗子层201之间、第二声阻抗子层202之间、第一声阻抗子层201与的第二声阻抗子层202之间的高度不等，示例性的，第一声阻抗子层201和第二声阻抗子层202为高低相间设置、或者第一声阻抗子层201和第二声阻抗子层202呈现高度递增或递减的方式设置，使得声反射层200第二部分P2的上表面形成凹凸不平的结构，从而进一步提升Q值。综上，本实用新型中通过对声反射层200的精心设计，在纵向和横向上均设置有声反射层200，因此最大程度将能量限制在薄膜体声波谐振器的内部，减少能量泄漏，提升Q值，避免器件性能下降。

请参考图7，图7示出薄膜体声波谐振器的第六具体实施方式的结构示意图。图7中在压电层400中凹槽401，凹槽401形成在压电层400上表面的边缘处，邻近声反射层200的第二部分P2。空腔210的边界在衬底100上的投影轮廓落在凹槽401在衬底100表面的投影范围内或者空腔210的边界在衬底100上的投影轮廓与凹槽401的边界在衬底100上的投影轮廓具有相重合的部分。进一步的，凹槽的宽度为0.2-5微米。通过设置凹槽实现声阻抗突变，进而反射横波，抑制横波导致的能量泄漏，协同声反射层200进一步提升薄膜体声波谐振器的Q值。

请参考图8，图8示出薄膜体声波谐振器的第七具体实施方式的结构示意图。图8中未被上电极500覆盖的压电层400的上表面上可以形成第二粗糙面402，压电层上表面形成的第二粗糙面402可以协同声反射层200从而进一步提升Q值。

请参考图9，图9示出薄膜体声波谐振器的第八具体实施方式的结构示意图。图9中在谐振区域内的上电极500的边缘设置有空气桥或空气翼。空气桥501或空气翼502的材料示例性的可以与上电极500的材料相同。空气桥501或空气翼502能够将横向泄漏至上电极500与空气桥或空气翼连接处的部分声波能量反射回薄膜体声波谐振器的谐振区域，协同声反射层200进一步提升薄膜体声波谐振器的Q值。

综上，本实用新型中可以通过在谐振结构的纵向和横向上均设置有的声反射层200并协调其他的声波反射结构，通过协同的作用，更进一步将能量限制在薄膜体声波谐振器的内部，减少能量泄漏，提升Q值，避免器件性能下降。

进一步的，本实用新型还提供一种电子设备，该电子设备示例性的，可以是用于手机、个人数字助理、电子游戏设备等便携式通信设备领域。该电子设备中包括具有上述实施方式中的薄膜体声波谐振器中的任一种。

以上结合具体的实施方案对本实用新型进行了描述，但本领域技术人员应该清楚，这些描述都是示例性的，并不是对本实用新型的保护范围的限制。本领域技术人员可以根据本实用新型的精神和原理对本实用新型做出各种变型和修改，这些变型和修改也在本实用新型的范围内。

Claims (10)

1.一种体声波谐振器，其特征在于，包括：

衬底；

声反射层，所述声反射层包括第一部分和第二部分，在所述第一部分中形成空腔；

谐振结构，所述谐振结构包括堆叠于所述空腔上的下电极、压电层和上电极；

所述声反射层的第二部分的一侧壁邻接所述压电层的侧壁，所述声反射层第二部分的上表面齐平或高于所述压电层的上表面。

2.如权利要求1所述的体声波谐振器，其特征在于：所述声反射层的第一部分与所述压电层在衬底上投影轮廓的重叠部分的宽度为0.5-10微米。

3.如权利要求1所述的体声波谐振器，其特征在于：所述声反射层的第二部分环绕所述下电极的非引线侧设置为连续的、半闭合的环形；或者所述声反射层的第二部分环绕所述下电极设置成断续的环形。

4.如权利要求1所述的体声波谐振器，其特征在于：所述声反射层的第一部分和第二部分中均包括依次堆叠的第一声阻抗子层和第二声阻抗子层，所述第一部分中所述第一声阻抗子层和所述第二声阻抗子层堆叠的方向与所述衬底表面垂直，所述第二部分中所述第一声阻抗子层和所述第二声阻抗子层堆叠的方向与所述衬底表面平行。

5.如权利要求4所述的体声波谐振器，其特征在于：所述第一部分中的各第一声阻抗子层与所述第二部分中的各第一声阻抗子层呈L形，所述第一部分中的各第二声阻抗子层与所述第二部分中的各第二声阻抗子层呈L形。

6.如权利要求1-5中任一项所述的体声波谐振器，其特征在于：所述声反射层的第二部分的上表面与所述上电极的上表面齐平。

7.如权利要求1-5中任一项所述的体声波谐振器，其特征在于：所述声反射层的第二部分的上表面为粗糙面，或者所述声反射层第二部分中的各第一声阻抗子层之间、各第二声阻抗子层之间、第一声阻抗子层与第二声阻抗子层之间具有不同的高度。

8.如权利要求1所述的体声波谐振器，其特征在于：邻接所述声反射层的第二部分处的所述压电层中具有凹槽，所述空腔边界在所述衬底表面的投影轮廓落在所述凹槽在所述衬底表面的投影范围内或者所述空腔边界在所述衬底上的投影轮廓与所述凹槽边界在衬底上的投影轮廓具有相重合的部分。

9.如权利要求1-5、8中任一项所述的体声波谐振器，其特征在于：所述上电极的边缘设置有空气桥或空气翼。

10.一种电子设备，其特征在于：包括权利要求1-9中任一项所述的体声波谐振器。

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