DE102012210160B4

DE102012210160B4 - Bulkakustikresonator, der eine nicht-piezoelektrische Schicht aufweist

Info

Publication number: DE102012210160B4
Application number: DE102012210160.8A
Authority: DE
Inventors: Jyrki Kaitila; Alexandre Shirakawa; Martin Handtmann; Phil Nikkel; Dariusz Burak
Original assignee: Avago Technologies International Sales Pte Ltd
Current assignee: Avago Technologies International Sales Pte Ltd
Priority date: 2011-06-16
Filing date: 2012-06-15
Publication date: 2023-12-07
Anticipated expiration: 2032-06-16
Also published as: JP2013005446A; DE102012210160A1; US20120319530A1; US8330325B1

Abstract

Eine Bulk-Akustik-Wave (BAW)-Resonatorstruktur, aufweisend:
eine erste Elektrode (105), die über einem Substrat (103) angeordnet ist;
eine piezoelektrische Schicht (107), die über der ersten Elektrode (105) angeordnet ist;
eine zweite Elektrode (101), die über der ersten piezoelektrischen Schicht (107) angeordnet ist, wobei c-Achsen-Orientierungen von Kristallen der piezoelektrischen Schicht (107) miteinander ausgerichtet sind; und
eine nicht-piezoelektrische Schicht (108), die über der ersten Elektrode (105) und benachbart zu der piezoelektrischen Schicht (107) angeordnet ist, wobei eine Überlappung (110) der nicht-piezoelektrischen Schicht (108) mit der zweiten Elektrode (101) eine Breite hat, die gleich einem ganzzahligen Vielfachen einer Viertelwellenlänge einer ersten sich ausbreitenden Eigenwelle in der nicht-piezoelektrische Schicht (108) ist, oder größer als oder gleich einer Inversen einer Dämpfungskonstante (1/k) einer ersten evaneszenten Eigenwelle in der nicht-piezoelektrischen Schicht (108).

Description

Hintergrund
Wandler wandeln im Allgemeinen elektrische Signale in mechanische Signale oder Vibrationen, und/oder mechanische Signale oder Vibrationen in elektrische Signale um. Akustische Wandler insbesondere wandeln elektrische Signale in akustische Wellen und akustische Wellen in elektrische Signale um, wobei inverse und direkte piezoelektrische Effekte verwendet werden. Akustische Wandler weisen im Allgemeinen akustische Resonatoren auf, wie Dünnschicht-Bulk-Akustikresonatoren (thin film bulk acoustic resonators, FBARs), Oberflächenakustikwellen (surface acoustic wave, SAW)-Resonatoren oder Bulk-Akustik-Wellen (bulk acoustic wave, BAW)-Resonatoren, und können in einer breiten Vielzahl von elektronischen Anwendungen verwendet werden, wie Mobiltelefone, persönliche digitale Assistenten (PDAs), elektronische Spielvorrichtungen, Laptop-Computer und andere tragbare Kommunikationsvorrichtungen. Beispielsweise können FBARs für elektrische Filter und Spannungstransformatoren verwendet werden. Im Allgemeinen hat ein akustischer Resonator eine Schicht von piezoelektrischem Material zwischen zwei leitenden Platten (Elektroden), die auf einer dünnen Membran gebildet sein können. FBAR-Vorrichtungen insbesondere erzeugen akustische Wellen, die sich in lateralen Richtungen ausbreiten können, wenn durch ein angelegtes zeitvariierendes elektrisches Feld angeregt, sowie harmonische Mischprodukte höherer Ordnung. Die sich lateral ausbreitenden Moden und die Mischprodukte höherer Ordnung können einen schädlichen Einfluss auf die Funktionalität haben.
Ambarish, R. et al.: Spurious modes suppression in Stacked Crystal Filter. 2010 IEEE, Long Island Systems, Applications and Technology Conference, 2010, Seiten 1 - 6 offenbart eine BAW-Resonatorstruktur mit einer ersten Elektrode, einer ersten piezoelektrischen Schicht auf der ersten Elektrode, einer zweiten Elektrode auf der ersten piezoelektrischen Schicht, einer zweiten piezoelektrischen Schicht auf der zweiten Elektrode und einer dritten Elektrode auf der zweiten piezoelektrischen Schicht. Unterhalb der ersten Elektrode ist ein akustischer Spiegel zum Einschließen von akustischen Wellen vorhanden, wobei der akustische Spiegel Schichten mit AIN und Mo umfasst.
Was daher benötigt wird, ist eine Struktur, die hilfreich im Abschwächen von akustischen Verlusten an den Grenzen des BAW-Resonators ist, um ModenBeschränkung (mode confinement) in dem Bereich der Überlappung bzw. der Überlagerung der oberen Elektrode, der piezoelektrischen Schicht und der unteren Elektrode eines BAW-Resonators (üblicherweise als der aktive Bereich bezeichnet) zu verbessern.
Zusammenfassung
In Übereinstimmung mit einer repräsentativen Ausführungsform weist eine Bulk-Akustikwellen (bulk acoustic wave, BAW)-Resonatorstruktur auf: eine erste Elektrode, die über einem Substrat angeordnet ist; eine piezoelektrische Schicht, die über der ersten Elektrode angeordnet ist; eine zweite Elektrode, die über der ersten piezoelektrischen Schicht angeordnet ist, wobei c-Achsenorientierungen von Kristallen der piezoelektrischen Schicht im Wesentlichen miteinander ausgerichtet sind; und eine nicht-piezoelektrische Schicht, die über der ersten Elektrode angeordnet ist und zu der piezoelektrischen Schicht benachbart ist bzw. an diese angrenzt, wobei eine Überlappung der nicht-piezoelektrischen Schicht mit der zweiten Elektrode eine Breite hat, die im Wesentlichen gleich zu einem ganzzahligen Vielfachen von einer Viertelwellenlänge einer ersten sich ausbreitenden Eigenwelle bzw. Eigenmode in der nicht-piezoelektrischen Schicht ist, oder größer als oder gleich einer Inversen einer Dämpfungskonstante (1/k) einer ersten evaneszenten Eigenwelle bzw. Eigenmode in der nicht-piezoelektrischen Schicht ist.
In Übereinstimmung mit einer anderen repräsentativen Ausführungsform weist eine Bulk-Akustik-Wave (BAW)-Resonatorstruktur auf eine erste Elektrode, die über einem Substrat angeordnet ist; eine erste piezoelektrische Schicht, die über der ersten Elektrode angeordnet ist; eine zweite Elektrode, die über der ersten piezoelektrischen Schicht angeordnet ist, wobei c-Achsenorientierungen von Kristallen der ersten piezoelektrischen Schicht im Wesentlichen miteinander ausgerichtet sind; eine zweite piezoelektrische Schicht, die über der zweiten Elektrode angeordnet ist; eine nicht-piezoelektrische Schicht; und eine dritte Elektrode, die über der zweiten piezoelektrischen Schicht angeordnet ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die veranschaulichenden Ausführungsformen werden am besten aus der folgenden detaillierten Beschreibung verstanden, wenn sie zusammen mit den begleitenden Zeichnungsfiguren gelesen wird. Es wird hervorgehoben, dass die verschiedenen Merkmale nicht notwendigerweise maßstäblich gezeichnet sind. In der Tat können die Dimensionen zur Klarheit der Beschreibung beliebig erhöht oder verringert sein. Wo immer anwendbar und praktikabel beziehen sich ähnliche Bezugszeichen auf ähnliche Elemente.

1A zeigt eine Draufsicht eines FBAR in Übereinstimmung mit einer repräsentativen Ausführungsform.
1B~1C sind Querschnittsansichten des FBAR von 1A, entlang der Linie 1B-1B.
1D ist ein Graph, der die parallele Impedanz (Rp) (linke Achse) und den elektromechanischen Kopplungskoeffizienten (k_t ²) (rechte Achse) versus der Breite einer Überlappung einer Elektrode und einer nicht-piezoelektrischen Schicht eines FBAR in Übereinstimmung mit einer repräsentativen Ausführungsform zeigt.
2A~2C sind Querschnittsansichten eines Doppel-Bulk-Akustikresonators (DBAR) in Übereinstimmung mit repräsentativen Ausführungsformen.
2D ist ein Graph, der die parallele Impedanz (Rp) (linke Achse) und den elektromechanischen Kopplungskoeffizienten (k_t ²) (rechte Achse) versus der Breite einer Überlappung einer Elektrode und einer nicht-piezoelektrischen Schicht eines DBAR in Übereinstimmung mit einer repräsentativen Ausführungsform zeigt.
3A~3C sind Querschnittsansichten von gekoppelten Resonatorfiltern (coupled resonator filters, CRFs) in Übereinstimmung mit repräsentativen Ausführungsformen.
3D ist ein Graph eines Einfügungsverlustes (Einfügedämpfung) IL (linke Achse) und eines Q-Faktors (rechte Achse) einer ungeraden Mode (Qo) und einer geraden Mode (Qe) eines bekannten CRF und eines CRF in Übereinstimmung mit einer repräsentativen Ausführungsform.

Detaillierte Beschreibung
Es muss verstanden werden, dass die hierin verwendete Terminologie nur zu Zwecken des Beschreibens bestimmter Ausführungsformen ist, und nicht als beschränkend gedacht ist. Die definierten Begriffe sind zusätzlich zu den technischen und wissenschaftlichen Bedeutungen der definierten Begriffe wie üblicherweise verstanden und in dem technischen Gebiet der vorliegenden Lehren akzeptiert wird.
Wie in der Beschreibung und den angehängten Ansprüchen verwendet, weisen die Begriffe „ein“, „eine“ und „der, die, das“ sowohl Einzahl- als auch Mehrzahl-Beziehungen auf, außer es geht aus dem Zusammenhang eindeutig etwas Anderes hervor. Somit weist beispielsweise „eine Vorrichtung“ eine Vorrichtung und Mehrfachvorrichtungen auf.
Wie in der Beschreibung und den angehängten Ansprüchen verwendet und zusätzlich zu ihren gewöhnlichen Bedeutungen bedeuten die Begriffe „im Wesentlichen“ oder „wesentlich“ innerhalb akzeptabler Grenzen oder innerhalb eines akzeptablen Grads. Beispielsweise bedeutet „im Wesentlichen aufgehoben“, dass der Fachmann die Aufhebung als akzeptabel betrachten würde.
Wie in der Beschreibung und den angehängten Ansprüchen und zusätzlich zu seiner üblichen Bedeutung bedeutet der Begriff „ungefähr“ innerhalb eines akzeptablen Limits oder Menge für einen Fachmann. Beispielsweise bedeutet „ungefähr dasselbe“, dass ein Fachmann die Elemente, die verglichen werden, als dieselben betrachten würde.
In der folgenden detaillierten Beschreibung werden aus Erklärungszwecken und nicht zur Einschränkung spezielle Details beschrieben, um ein Gesamtverständnis der veranschaulichenden Ausführungsformen gemäß den vorliegenden Lehren bereitzustellen. Jedoch wird es für den Fachmann ersichtlich sein, der den Nutzen der vorliegenden Beschreibung hat, dass andere Ausführungsformen gemäß den vorliegenden Lehren, die von den speziellen Details, die hierin offenbart sind, abweichen, innerhalb des Schutzumfangs der angehängten Ansprüche bleiben. Des Weiteren können Beschreibungen von gut bekannten Vorrichtungen und Verfahren weggelassen werden, um die Beschreibung der veranschaulichenden Ausführungsformen nicht zu verschleiern. Solche Verfahren und Vorrichtungen sind eindeutig innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Lehren.
Im Allgemeinen wird verstanden, dass die Zeichnungen und die verschiedenen Elemente, die darin abgebildet sind, nicht maßstäblich gezeichnet sind. Des Weiteren werden relative Begriffe, wie „oberhalb“, „unterhalb“, „oben“, „unten“, „obere“ und „untere“, verwendet, um die Beziehungen der verschiedenen Elemente zueinander zu beschreiben, wie in den begleitenden Zeichnungen dargestellt. Es wird verstanden, dass diese relativen Begriffe dazu gedacht sind, unterschiedliche Orientierungen der Vorrichtung und/oder Elemente zusätzlich zu der Orientierung, die in den Zeichnungen dargestellt ist, zu umfassen. Beispielsweise, wenn die Vorrichtung mit Bezug auf die Ansicht in den Zeichnungen invertiert würde, würde nun ein Element, das als „oberhalb“ eines anderen Elements beschrieben wurde, beispielsweise nun unterhalb dieses Elements sein.
Die vorliegenden Lehren beziehen sich im Allgemeinen auf Bulk-Akustik-Wave (bulk acoustic wave, BAW)-Resonatorstrukturen, die FBARs, Doppel-Bulk-Akustikresonatoren (double bulk acoustic resonator, DBARs) und gekoppelte Resonatorfilter (coupled resonator filter, CRFs) aufweisen. Wie vollständiger unten beschrieben wird, weisen die FBARs, DBARs und CRFs der repräsentativen Ausführungsformen eine Schicht von piezoelektrischem (p) Material, das zwischen Elektroden angeordnet ist, und eine Schicht von nicht-piezoelektrischem (np) Material auf, das benachbart zu der bzw. angrenzend an die Schicht von piezoelektrischem Material angeordnet ist. Die Kristalle der Schicht von piezoelektrischem Material wachsen in Spalten, die senkrecht zu der Ebene der Elektroden sind. Von daher sind die c-Achsenorientierungen der Kristalle der Schicht von piezoelektrischem Material im Wesentlichen miteinander ausgerichtet und die Schicht von piezoelektrischem Material kann als hochstrukturierte piezoelektrische c-Achsen-Schicht (highly-textured c-axis piezoelectric layer) bezeichnet werden. Eine solche Schicht von piezoelektrischem Material kann gemäß einer von einer Vielzahl von bekannten Verfahren hergestellt werden, wie in dem US-Patent 6 060 818 von Ruby et al., offenbart. Die Schicht von nicht-piezoelektrischem Material wird üblicherweise aus derselben Substanz wie die Schicht von piezoelektrischem Material hergestellt, aber ist entweder amorph bzw. nichtkristallin (amorphous) oder polykristallin und weist kaum oder keine piezoelektrischen Effekte auf aufgrund von Kristallwachstum in einer Vielzahl von Richtungen. Die Schicht von nicht-piezoelektrischem Material kann mittels Verfahren hergestellt werden, die unten oder in Übereinstimmung mit den Lehren des US-Patents 7 795 781 von Barber et al., beschrieben sind.
Akustische Resonatoren, und insbesondere FBARs, können in einer Vielzahl von Konfigurationen für RF und Mikrowellenvorrichtungen eingesetzt werden, wie Filter und Oszillatoren, die in einer Vielzahl von Frequenzbändern arbeiten. Zur Verwendung in mobilen Kommunikationsvorrichtungen ist ein bestimmtes Beispiel eines Frequenzbandes, das von Interesse ist, das 850 MHz „zellulare Band“ (cellular band). Im Allgemeinen erhöht sich die Größe eines BAW-Resonators mit dem Verringern der Frequenz, so dass ein FBAR für das 850 MHz-Band wesentlich größer sein wird als ein ähnlicher FBAR für das 2 GHz persönliche Kommunikationsdienste-(personal communication services, PCS)-Band. Mittlerweile, im Hinblick auf anhaltende Trends, Komponenten von mobilen Kommunikationsvorrichtungen zu miniaturisieren, kann es konzeptuell vorgestellt werden, dass ein BAW-Resonator, der eine relativ große Größe hat, halbiert wird und die zwei Hälften, von denen jede als ein kleinerer akustischer Resonator betrachtet werden kann, aufeinander gestapelt werden können. Ein Beispiel eines solchen gestapelten BAW-Resonators ist ein DPAR. In bestimmten Anwendungen stellen die BAW-Resonatorstrukturen DBARbasierte Filter (zum Beispiel Leiterfilter) bereit.
Ein CRF weist eine Kopplungsstruktur auf, die zwischen zwei vertikal gestapelten FBARs angeordnet ist. Der CMF kombiniert die akustische Aktion der zwei FBARs und stellt eine Bandpassfilterübertragungsfunktion bereit. Für einen gegebenen akustischen Stapel hat der CRF zwei grundlegende Resonanzmoden, eine symmetrische Mode und eine antisymmetrische Mode, von unterschiedlichen Frequenzen. Der Grad an Unterschied in den Frequenzen der Moden hängt unter anderem von dem Grad oder der Stärke der Kopplung zwischen den zwei FBARs des CRF ab. Wenn der Grad an Kopplung zwischen den zwei FBARs zu groß ist (überkoppelt), ist der Durchlassbereich unakzeptabel breit, und eine unakzeptable „Beute“ („swag“) oder „Senkung“ („dip“) in der Mitte des Durchlassbereichs resultiert, wie es ein begleitender unakzeptabel hoher Einfügungsverlust bzw. Einfügedämpfung in der Mitte des Durchlassbereichs tut. Wenn der Grad an Kopplung zwischen den FBARs zu gering ist (unterkoppelt), ist der Durchlassbereich des CRFs zu schmal.
Bestimmte Details von FBARs, DBARs, CRFs, Materialien davon und ihre Verfahren zur Herstellung können in einer oder mehreren der folgenden gemeinschaftlich besessenen US-Patente, Patentanmeldungsveröffentlichungen und Patentanmeldungen gefunden werden: US-Patent Nr. 6 107 721 von Lakin; US-Patente 5 587 620 , 5 873 153 und 6 507 983 von Ruby et al.; US-Patent Nr. 7 629 865 von Ruby et al., US-Patent Nr. 7 280 007 von Feng et al.; US-Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2007/0205850 von Jamneala et al.; US-Patent Nr. 7 388 454 von Richard C. Ruby et al.; US-Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2010/0327697 von Choy et al. und US-Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2010/0327994 von Choy et al. Beispiele von DBARs und CRFs sowie deren Materialien und Verfahren zur Herstellung können in dem US-Patent Nr. 7 889 024 von Paul Bradley et al., US-Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2012/0248941 A1 von Shirakawa et al. und eingereicht am 29. März 2011, US-Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2012/0218056 A1 von Burak et al. und eingereicht am 28. Februar 2011, US-Patentanmeldungsveröffentlichung 2012-0218055 A1 von Burak et al., eingereicht am 29. März 2011, und US-Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2012/0280767 A1 von Burak et al. und eingereicht am 5. Mai 2011 gefunden werden. Es wird hervorgehoben, dass die Komponenten, Materialien und Verfahren zur Herstellung, die in diesen Patenten und Patentanmeldungen beschrieben sind, repräsentativ sind und andere Verfahren der Herstellung und Materialien innerhalb der Reichweite eines Fachmanns vorgesehen sind.
Ausführungsformen, die einen FBAR aufweisen
1A zeigt eine Draufsicht eines FBAR 100 in Übereinstimmung mit einer repräsentativen Ausführungsform. Der FBAR 100 weist eine obere Elektrode 101 (unten als zweite Elektrode 101 bezeichnet) auf, die erläuternd fünf (5) Seiten aufweist, mit einer Verbindungsseite 102, die eingerichtet ist, die elektrische Verbindung mit einem Verbinder 102' bereitzustellen. Der Verbinder 102' stellt elektrische Signale zu der oberen Elektrode 101 bereit, um gewünschte akustische Wellen in piezoelektrischen Schichten (in 1 nicht gezeigt) des DBARs 100 anzuregen.
1B zeigt eine Querschnittsansicht des FBAR 100 dargestellt in 1A und entlang der Linie 1B-1B genommen. Ein Substrat 103 weist eine Kavität 104 oder einen anderen akustischen Reflektor (zum Beispiel ein verteiltes Bragg-Gitter (distributed Bragg grating, DBR) (nicht gezeigt)) auf. Eine erste Elektrode 105 ist über dem Substrat 103 angeordnet und ist über der Kavität 104 aufgehängt bzw. schwebend. Eine Planarisierungsschicht 106 ist über dem Substrat 103 bereitgestellt und kann nicht-ätzbares Borosilikatglas (nonetchable borosilicate glass, NEBSG) sein. Im Allgemeinen muss die Planarisierungsschicht 106 nicht in der Struktur vorhanden sein (da sie die Gesamtverarbeitungskosten erhöht), aber wenn vorhanden kann sie dazu dienen, die Qualität des Wachsens von nachfolgenden Schichten (zum Beispiel hochstrukturiertes piezoelektrisches c-Achsen-Material) zu verbessern und deren Herstellung zu vereinfachen. Eine piezoelektrische Schicht 107 ist über der ersten Elektrode 105 bereitgestellt und weist hochstrukturiertes piezoelektrisches c-Achsen-Material wie Aluminiumnitrid (AIN) oder Zinkoxid (ZnO) auf. Benachbart zu der piezoelektrischen Schicht 107 ist eine nicht-piezoelektrische (np) Schicht 108. Die np-Schicht 108 wird üblicherweise aus derselben Substanz wie die piezoelektrische Schicht 107 (zum Beispiel AIN oder ZnO) hergestellt, aber ist entweder amorph oder polykristallin und weist wenig oder keine piezoelektrischen Effekte auf. Die zweite Elektrode 101 ist über der piezoelektrischen Schicht 107 und über der np-Schicht 108 angeordnet.
Die Überlappung der Kavität 104, der ersten Elektrode 105, der piezoelektrischen Schicht 107 und der zweiten Elektrode 101 definiert einen aktiven Bereich 109 des FBAR 100. In repräsentativen Ausführungsformen, die unten beschrieben sind, werden akustische Verluste an den Grenzen des FBAR 100 abgeschwächt, um Modenbeschränkung bzw. Modenconfinement in dem aktiven Bereich 109 zu verbessern. Insbesondere wird die Breite einer Überlappung 110 der zweiten Elektrode 101 und der np-Schicht 108 ausgewählt, um akustische Verluste zu reduzieren, die vom Verstreuen von beiden kontinuierlichen Moden und einer sich ausbreitenden Eigenwelle bzw. Eigenmode niedrigster Ordnung in der np-Schicht an der Kante bzw. dem Rand 111 der zweiten Elektrode 101 resultieren. Wie unten detaillierter beschrieben, ist die Breite der Überlappung 110 ausgewählt, größer als oder gleich der Inversen der Dämpfungskonstante (1/k) (wobei k die Dämpfungskonstante der evaneszenten Mode niedrigster Ordnung (e^-kx) ist) in der np-Schicht 108 zu sein, und nähert das Verhalten von kontinuierlichen Moden dicht an. Alternativ ist die Breite der Überlappung 110 ausgewählt, ein ganzzahliges Mehrfaches (1, 2, 3, ...) einer Viertelwellenlänge (λ/4) der sich ausbreitenden Eigenwelle niedrigster Ordnung (lowest order propagating eigenmode) in der np-Schicht 108 zu sein.
Bei einer Reihenresonanzfrequenz (F_S) des FBAR 100 wird elektrische Energie in die akustische Energie übertragen und umgekehrt. Während das elektrische Feld (und somit die elektrische Energiedichte) auf den aktiven Bereich 109 unter der zweiten Elektrode 101 begrenzt bzw. beschränkt (confined) ist, kann das akustische Feld (und somit die akustische Energiedichte) sowohl auf den Bereich unter der Elektrode (in der Form kontinuierlichen Moden) beschränkt sein oder kann sich weg ausbreiten (in der Form einer sich ausbreitenden Eigenwelle). Das elektrische Feldprofil wird durch die laterale Form der zweiten Elektrode 101 bestimmt, da sich die erste Elektrode 105 üblicherweise über (in der x-z-Ebene in dem dargestellten Koordinatensystem) die zweite Elektrode 101 hinauserstreckt. Mathematisch kann die laterale Form des elektrischen Felds in dem aktiven Bereich 109 als eine Fourier-Überlagerung von ebenen Wellen dargestellt werden, die bei unterschiedlichen Winkeln mit Bezug auf obere oder untere Grenzflächen (interfaces) der piezoelektrischen Schicht 107 in dem FBAR 100 sich ausbreiten. Es sollte hervorgehoben werden, dass dies bloß ein mathematisches Konzept ist, da es keine physikalischen elektrischen Feldwellen gibt, die sich in der Struktur ausbreiten. In anderen Worten wird ein räumliches Spektrum des elektrischen Feldes mittels einer FourierTransformation auf einem elektrischen Feldprofil gegeben. Jede räumliche spektrale Komponente des elektrischen Feldes regt eine akustische ebene Welle an, die sich zu demselben Winkel mit Bezug auf obere oder untere Grenzflächen bzw. Schnittflächen der piezoelektrischen Schicht 107 ausbreitet. Anders als das elektrische Feld, das vertikal durch die Anwesenheit von ersten und zweiten Elektroden 105, 101 begrenzt ist, können die angeregten akustischen Wellen sich vertikal durch alle Schichten des FBAR 100 ausbreiten. Jedoch können im Allgemeinen elektrisch angeregte akustische ebene Wellen sich nicht frei über den aktiven Bereich 109 des FBAR 100 hinaus ausbreiten aufgrund von destruktiven Interferenzen dieser akustischen ebenen Wellen bei der Reflektion von den Grenzflächen. Diese sich nicht ausbreitenden Wellen bilden eine Menge von sogenannten kontinuierlichen Moden. Die kontinuierlichen Moden zerfallen exponentiell in der Richtung weg von dem Anregungsbereich. In diesem Fall ist der Anregungsbereich definiert durch eine Überlappung der zweiten Elektrode 101, die das elektrische Feld verstärkt, und der piezoelektrischen Schicht 107. Jedoch überlagern sich die angeregten akustischen Wellen für manche räumlichen spektralen Komponenten des elektrischen Feldes konstruktiv bei Reflektionen von den Grenzflächen des Schichtstapels, der den FBAR 100 aufweist. Diese akustischen ebenen Wellen können frei in der lateralen Richtung (x-z-Ebene) weg von dem aktiven Bereich 109 sich ausbreiten, und werden daher sich ausbreitende Eigenwellen bzw. Eigenmoden des FBAR 100 genannt. Von daher, wenn diese sich ausbreitenden Moden nicht auf den aktiven Bereich 109 begrenzt oder unterdrück werden, resultiert schädlicher Verlust der Energie. Dieser Energieverlust ist beispielsweise offensichtlich, aber reduziert auf einen Qualitätsfaktor (Q) in dem FBAR 100.
Die Fourier-Überlagerung von ebenen Wellen, die unter der zweiten Elektrode 101 angeregt sind, können mathematisch als eine Überlagerung von Beiträgen von komplexen Polen, die sich ausbreitenden und evaneszenten Eigenwellen für einen gegebenen Stapel entsprechen, dargestellt werden. Die evaneszenten Eigenwellen können sich im Allgemeinen in dem Stapel nicht ausbreiten und zerfallen exponentiell von dem Punkt der Anregung. Ein solcher Zerfall kann im Allgemeinen für jedes erzwungene System durchgeführt werden, wo Erzwingung (forcing) entweder durch elektrische Anregung (wie unter der zweiten Elektrode 101) oder durch mechanische Anregung geschieht. Die mechanische Anregung tritt beispielsweise an einer Grenzfläche zwischen zwei Bereichen (zum Beispiel Grenzfläche zwischen piezoelektrischer Schicht 107 und np-Schicht 108 des FBAR 100) auf, wo ein Bereich eine bekannte Erzwingungsbewegung aufweist, während der andere Bereich passiv ist und beide Bereiche durch die belastungskontinuität und Partikelgeschwindigkeiten an der Grenzfläche zwischen ihnen gekoppelt sind.
In dem FBAR 100 wird die Bewegung des aktiven Bereichs 109 elektrisch angeregt, wohingegen Bewegung in der np-Schicht 108 mechanisch angeregt wird und aus Grenzbedingungen an der Grenzfläche der piezoelektrischen Schicht 107 und der np-Schicht 108 resultiert. Die piezoelektrische Schicht und die np-Schicht 108 sind aus derselben Substanz hergestellt, damit diese Schichten im Wesentlichen elastisch identisch sind. Dementsprechend werden ihre korrespondierenden Mengen an sich ausbreitenden Eigenwellen und evaneszenten Eigenwellen auch im Wesentlichen identisch sein. Als ein Ergebnis wird irgendeine sich ausbreitende Eigenwelle, die in der piezoelektrischen Schicht 107 in dem aktiven Bereich 109 angeregt wird, eine korrespondierende sich ausbreitende Eigenwelle von im Wesentlichen gleicher Amplitude in der np-Schicht 108 anregen. In ähnlicher Weise wird irgendeine evaneszente Eigenwelle bzw. Eigenmode, die durch das elektrische Feld in der piezoelektrischen Schicht 107 in dem aktiven Bereich 109 angeregt wird, eine korrespondierende evaneszente Mode von im Wesentlichen gleicher Amplitude in der np-Schicht 108 anregen.
Es gibt einen signifikanten Unterschied in Modalprofilen zwischen sich ausbreitenden und evaneszenten Eigenmoden in der lateralen Richtung (x-Richtung in dem Koordinatensystem gezeigt in 1B). Das Modalprofil ist als eine komplexe Amplitude von Partikelverschiebung definiert gegeben als eine Funktion von lateralen (x-Richtungen) und vertikalen (y-Richtungen) in dem Koordinatensystem gezeigt in 1B. Sich ausbreitende Moden haben eine Form von räumlich-periodischer Funktion, sowohl in dem aktiven Bereich 109 als auch in der np-Schicht 108 außerhalb des aktiven Bereichs 109. Im Gegensatz dazu haben evaneszente Moden ein konstantes Profil (das heißt die Verschiebungsamplitude hängt nicht von der x-Richtung ab) in dem aktiven Bereich 109 und zerfallen exponentiell in der Richtung weg von der Grenzfläche der piezoelektrischen Schicht 107 und der np-Schicht 108. Vielmehr weist für übliche elektrische Anregung die evaneszente Eigenwelle niedrigster Ordnung einen wesentlichen Teilbereich (beispielsweise ~50 %) der elastischen Energie auf verglichen mit der Energie begrenzt in anderen evaneszenten Eigenwellen höherer Ordnung und in den sich ausbreitenden Eigenwellen. Jedoch hängt diese Aufteilung von Energie zwischen den verschiedenen Eigenwellen von der Anregungsfrequenz und Dicken und Materialien verwendet in Schichten des FBAR 100 ab. In Übereinstimmung mit bestimmten veranschaulichenden Ausführungsformen ist die Breite der Überlappung 110 der np-Schicht 108 und der zweiten Elektrode 101 ausgewählt gleich oder größer als oder gleich zu der Inversen der Dämpfungskonstante (1/k) der evaneszenten Eigenwelle niedrigster Ordnung in der np-Schicht 109 zu sein. Von daher wird bei der akustischen Impedanzdiskontinuität an einer Kante bzw. Rand 111 der zweiten Elektrode 1 die evaneszente Mode niedrigster Ordnung sich ausreichend zerstreut haben, um Energieverlust zu verhindern aufgrund von Verstreuung an dieser Grenzfläche.
Sich ausbreitende Eigenwellen der np-Schicht 108 sind mechanisch an der Grenzfläche der piezoelektrischen Schicht 107 und der np-Schicht 108 angeregt und werden sich hinwärts zu der Kante 111 der zweiten Elektrode 101 ausbreiten. Die Kante 111 der zweiten Elektrode 101 stellt eine vergleichbar große akustische Impedanzdiskontinuität für die sich ausbreitende Eigenwelle dar, wodurch Verstreuung und Reflektion dieser Eigenwelle zurück hinwärts zu dem aktiven Bereich 109 verursacht wird. Diese sich rückwärts ausbreitende Eigenwelle wird mit der sich ausbreitenden Mode interferieren, die an der Grenzfläche der piezoelektrischen Schicht 107 und der np-Schicht angeregt wird. Abhängig von der Phase bei der Reflektion und von der Breite der Überlappung 110 der np-Schicht und der zweiten Elektrode 101 kann die Interferenz der sich ausbreitenden Eigenwelle, die an der Kante 111 reflektiert wird, mit der sich ausbreitenden Eigenwelle, die an der Grenzfläche der piezoelektrischen Schicht 107 und der np-Schicht 108 angeregt wird, entweder konstruktiv oder destruktiv sein. Es ist vorteilhaft, die sich ausbreitende Modenamplitude zu unterdrücken, um den Betrag an Energie zu reduzieren, der möglicherweise aus der sich ausbreitenden Eigenwelle außerhalb der Kante 111 verloren sein kann.
Es wird darauf hingewiesen, dass die obige Beschreibung eine einzelne Anregungspunkt (zum Beispiel an der Grenzfläche zwischen piezoelektrischer Schicht 107 und np-Schicht 108 in dem FBAR 100) -Annäherung zu dem vollständigen Fall des Problems der Anregung sich ausbreitender Eigenmoden ist, und nur gegeben ist, um das Grundverständnis für die Effekte zu erleichtern, die aus der Wellennatur des hierin betrachteten Falls entstehen. Wie oben erwähnt, werden die sich ausbreitenden Eigenwellen kontinuierlich in dem gesamten aktiven Bereich 109 angeregt und bilden von daher ein Defraktionsmuster in der np-Schicht 108. Des Weiteren ist dieses Defraktionsmuster weiter kompliziert durch die Anwesenheit von großer akustischer Impedanzdiskontinuität an der Kante 111. Üblicherweise wird eine numerische Analyse benötigt, um das Diffraktionsmuster, das in dem FBAR 100 gebildet wird, der eine piezoelektrische Schicht 107, np-Schicht 108 und Kante 111 aufweist, zu berechnen und zu analysieren. Wie unten ausführlicher beschrieben, tritt eine verbesserte FBAR 100-Leistung, die aus dem Ausdrücken des Diffraktionsmusters in der np-Schicht 108 resultiert, auf, wenn die Breite der Überlappung 110 der zweiten Elektrode 101 und der np-Schicht 108 bei einem ganzzahligen Vielfachen (1, 2, 3, ...) einer Viertelwellenlänge (λ/4) der sich ausbreitenden Eigenwelle niedrigster Ordnung in der np-Schicht 108 ist. Um diesen diffraktiven Effekt zu fördern, ist in bestimmten repräsentativen Ausführungsformen die Breite der Überlappung 110 der zweiten Elektrode 101 und der np-Schicht 108 ausgewählt, ein ganzzahliges Vielfaches (1, 2, 3, ...) einer Viertelwellenlänge (λ/4) der sich ausbreitenden Eigenwelle niedrigster Ordnung in der np-Schicht 108 zu sein. Da ein signifikanter Teilbereich der Energie sich ausbreitender Eigenmoden in der np-Schicht 108 in der sich ausbreitenden Eigenmode erster Ordnung gefunden wird, kann der größte Betrag an Modalunterdrückung erreicht werden, indem die diffraktive Unterdrückung dieser Mode in der np-Schicht 108 gefördert wird. In bestimmten Ausführungsformen wird die größte parallele Impedanz (RP) und der höchste Q erreicht, indem die Breite der Überlappung 110 der zweiten Elektrode 101 ausgewählt wird, und die np-Schicht 108 ausgewählt ist, ein ganzzahliges Vielfaches (1, 2, 3, ...) einer Viertelwellenlänge (λ/4) der sich ausbreitenden Eigenwelle niedrigster Ordnung in der np-Schicht 108 zu sein.
Veranschaulichend weist das Substrat 103 Silizium auf und die Kavität 104 wird durch Ätzen der Kavität 104 in das Substrat 103 mittels eines bekannten Verfahrens hergestellt. Eine Opferschicht (nicht gezeigt) wird in der Kavität 104 bereitgestellt. Als Nächstes wird die erste Elektrode 105 über dem Substrat 103 gebildet. Eine Planarisierungsschicht 106 wird auch über dem Substrat 103 bereitgestellt und dient dazu, die Qualität des Wachsens von nachfolgenden Schichten (zum Beispiel hochstrukturiertes piezoelektrisches c-Achsen-Material) zu verbessern und ihre Verarbeitung zu vereinfachen.
Nachdem die erste Elektrode 105 und die Planarisierungsschicht bereitgestellt werden, werden die piezoelektrische Schicht 107 und die np-Schicht 108 über dem Substrat 103 gebildet. Eine Ätzstoppschicht (zum Beispiel AIN, nicht gezeigt) wird über der ersten Elektrode 105 bereitgestellt und schützt die erste Elektrode 105. Als Nächstes wird gemäß einer Ausführungsform eine störende Keimschicht (disruptive seed layer) (nicht gezeigt) über der ersten Elektrode 105 und der Planarisierungsschicht 106 bereitgestellt. Für AIN kann die störende Keimschicht ein Oxid (zum Beispiel kohlenstoffdotiertes Oxid (CDO) oder Siliziumdioxid (SiO2) oder Siliziumcarbid (SiC)) sein. Die störende Keimschicht ist vergleichsweise dünn mit einem Dickenbereich zwischen ungefähr 50 Ä und ungefähr 500 Ä und dient wie unten beschrieben dazu, Herstellung der np-Schicht 108 zu fördern, die amorphes oder polykristallines Material aufweist, das wenig oder keine piezoelektrischen Effekte aufweist, aufgrund von Kristallwachstum in einer Vielzahl von Richtungen. Für anderes piezoelektrisches Material (zum Beispiel ZnO) kann Entfernen der Keimschicht, die üblicherweise bereitgestellt wird, um die Qualität von nachfolgend gewachsenen piezoelektrischen Material zu verbessern, benötigt werden, um das desorientierte Wachstum zu fördern.
Die störende Keimschicht ist photogemustert (photo-patterned) und entfernt mit Ausnahme in Bereichen über der ersten Elektrode 105, wo die np-Schicht 108 wünschenswerterweise wächst. Als Nächstes wird die Ätzstoppschicht mittels eines bekannten Verfahrens entfernt. Als Nächstes wird ein Material, das nützlich für die piezoelektrische Schicht 107 ist, über der freigelegten ersten Elektrode 105 und der störenden Keimschicht gewachsen. In Bereichen über der ersten Elektrode resultiert das Wachstum in einem hochstrukturierten piezoelektrischen c-Achsen-Material wie AIN oder ZnO. Jedoch wird in Bereichen über der störenden Keimschicht Material derselben Substanz wie die piezoelektrische Schicht 107 gebildet, aber das Kristallwachstum ist gezielt desorientiert und eine amorphe oder polykristalline Schicht bildet die np-Schicht 108.
Alternativ statt der Verwendung einer störenden Keimschicht kann ein „von oben nach unten“ (top-down)-Verfahren verwendet werden, um die np-Schicht 108 zu bilden. Beispielsweise wird, nachdem die erste Elektrode 105 gebildet ist, die Herstellung von hochstrukturiertem piezoelektrischem c-Achsen-Material (zum Beispiel AnN oder ZnO) begonnen. Nach dem Bilden einer anfänglichen (initialen) piezoelektrischen Schicht, die eine Dicke hat, die ein Bruchteil der finalen Dicke der np-Schicht 108 ist, wird das Wachstum unterbrochen und eine Maske über dem Bereich der piezoelektrischen Schicht, die bis dahin gewachsen ist, bereitgestellt, ausgenommen wo es gewünscht ist, die np-Schicht 108 zu wachsen. Die anfängliche Schichtdicke wird üblicherweise ausgewählt in einem Bereich von 20 % bis 80 % der finalen Dicke der np-Schicht 108 zu sein. Beachtenswert ist, dass, wenn die anfängliche Schicht zu dünn ist, die nachfolgende gewachsene Schicht piezoelektrische Eigenschaften haben kann, was nicht für die np-Schicht 108 gewünscht ist. Im Gegensatz dazu, wenn die anfängliche Schicht zu dick ist, können die piezoelektrischen Eigenschaften des bereits gewachsenen Materials die Eigenschaften der np-Schicht 108 dominieren. Von daher wird die optimale anfängliche Schichtdicke experimentell bestimmt. Als Nächstes wird ein Ionenimplantationsschritt durchgeführt, um die Kristallinität des Materials in dem unmaskierten Bereich (das heißt, wo die np-Schicht 108 gebildet werden soll) zu reduzieren oder zu zerstören. In einer repräsentativen Ausführungsform können die Ionen, die zur Ionenimplantation verwendet werden, um das kristalline Wachstum zu unterbrechen, um die np-Schicht zu bilden, Sauerstoffionen, Argonionen, Borionen, Phosphorionen oder Wasserstoffionen sein. Das Ionenimplantat wird mittels bekannter Verfahren getätigt und kann mit einer einzelnen Energie und Dosis oder mehrfachen Energien und Dosen ausgeführt werden. Veranschaulichend ist die Energie der Ionenimplantation in dem Bereich von ungefähr 150 keV bis ungefähr 450 keV, und die Dosen sind zwischen ungefähr 1×10¹⁴/cm² bis ungefähr 1×10⁶/cm². Nachdem die Ionenimplantation abgeschlossen ist, wird die Maske entfernt und die Ablagerung des Materials fährt fort. In den maskierten Bereichen wird die piezoelektrische Schicht 107 gebildet und in unmaskierten Bereichen wird die np-Schicht 108 gebildet. Bemerkenswert ist, da eine störende Keimschicht nicht bereitgestellt wird, dass die piezoelektrische Schicht 107 und die np-Schicht 108 im Wesentlichen dieselbe Dicke haben, und dass ihre oberen Oberflächen (über denen die zweite Elektrode 101 gebildet wird) im Wesentlichen koplanar sind.
Die np-Schicht 108 hat eine Dicke (y-Richtung in dem Koordinatensystem von 1B), die im Wesentlichen identisch zu der piezoelektrischen Schicht ist, oder geringfügig größer in der Dicke aufgrund der hinzugefügten störenden Keimschicht. Wie oben erwähnt weist die np-Schicht 108 wenig oder keine piezoelektrischen Effekte auf. In bestimmten Ausführungsformen hat die np-Schicht 108 einen piezoelektrischen Kopplungskoeffizienten (e_33np), der geringer als der piezoelektrische Kopplungskoeffizient (e_33p) der piezoelektrischen Schicht ist. Veranschaulichend ist e_33np in dem Bereich von ungefähr 0,01 e_33p bis ungefähr 0,8 e_33p. Wie oben beschrieben stellt ein vergleichsweise niedriges e_33np eine schlechte Einkopplung der evaneszenten Eigenwelle in die np-Schicht 108, verbesserte Eingrenzung der sich ausbreitenden Eigenwelle in dem aktiven Bereich 109 und verbesserte Leistung (zum Beispiel Q-Faktor) des FBAR 100 sicher.
Nachdem die piezoelektrische Schicht 107 und die np-Schicht 108 gebildet sind, wird die zweite Elektrode 101 darüber gebildet, um den FBAR zu vervollständigen.
1C zeigt eine Querschnittsansicht des FBAR 112 in Übereinstimmung mit einer repräsentativen Ausführungsform. Viele Aspekte des FBAR 112 und seiner Verfahren zur Herstellung sind gemeinsam zu denen des FBAR 100 und werden nicht wiederholt. Der FBAR 112 weist eine piezoelektrische Schicht 107 und eine np-Schicht 108 benachbart dazu auf. Anders als der FBAR 100, in dem die np-Schicht 108 benachbart zu der piezoelektrischen Schicht 107 auf zwei Seiten ist (das heißt, ist ein Ring von piezoelektrischem Material in einem piezoelektrischen Material), ist die np-Schicht 108 des FBAR 112 im Wesentlichen kontinuierlich und wird nicht von der piezoelektrischen Schicht 107 umgeben. Bemerkenswert ist, dass der FBAR 100 und der FBAR 112 im Wesentlichen betrieblich derselbe sind, vorausgesetzt, dass die Interaktionen zwischen der np-Schicht 108 und der Kante 111 der zweite Elektrode 101 für verbessertes Q optimiert sind. Jedoch bezieht sich ein Vorteil der Struktur des FBAR 112 auf die Herstellung von mehreren FBARs, um beispielsweise einen Filter zu bilden. Bemerkenswert ist, dass das Bilden der np-Schicht 108 mit endlicher Breite in dem FBAR 100 die Trennung zwischen FBARs des Filters erhöhen kann und somit die Filtergröße und Gesamtkosten erhöhen kann. Auf der anderen Seite kann das Erzeugen der np-Schicht 108 in FBAR 112 Verarbeitungsprobleme mit nachfolgenden Schichten (zum Beispiel Delamination der zweiten Elektrode 101) verursachen. Von daher kann es vorteilhaft sein, den Gesamtbereich der np-Schicht 108 wie in dem FBAR 100 zu minimieren.
In den oben beschriebenen veranschaulichenden Ausführungsformen wird die np-Schicht 108 entlang aller Seiten des FBARs 108 und FBARs 112 bereitgestellt (das heißt alle Seiten des veranschaulichenden fünf Seiten FBARs 100, 112). Es wird angemerkt, dass dies nicht wesentlich ist, und in anderen Ausführungsformen die np-Schicht 108 nicht auf allen Seiten angeordnet wird (zum Beispiel kann die np-Schicht 108 auf vier der fünf Seiten angeordnet sein).
1D ist eine graphische Darstellung der parallelen Impedanz (R_P) (linke Achse - Ohm) und des elektromechanischen Kopplungskoeffizienten (k_t ²) (rechte Achse - Prozent) versus der Breite (µm) der Überlappung 110 der zweiten Elektrode 101 und der np-Schicht 108 für einen FBAR einer repräsentativen Ausführungsform. Die Kurve 113 stellt R_P versus der Überlappung 110 dar, in der e_33np 0,01 e_33p ist. Kurve 114 stellt R_P versus der Überlappung 110 dar, in der e_33np gleich zu e_33p ist (das heißt keine np-Schicht 108 ist bereitgestellt) und dient als eine Grundlinie zum Vergleich von R_P. Kurve 115 stellt k_t ² versus die Überlappung 110 dar, in der e_33np 0,01 e_33p ist. Kurve 116 stellt k_t ² versus die Überlappung 110 dar, wenn e_33np gleich e_33p ist (das heißt keine np-Schicht 108 ist bereitgestellt) und dient als eine Grundlinie zum Vergleich von k_t ². Wenn die Breite der Überlappung 110 ungefähr 2,0 µm ist, erreicht R_P einen Maximalwert (Punkt 117 der Kurve 113) von ungefähr 7000. Der Qualitätsfaktor (Q), der bei paralleler Resonanzfrequenz (F_P) evaluiert wird, erhöht sich von ungefähr 700 für einen bekannten FBAR (das heißt ohne np-Schicht 108) auf ungefähr 3500 für einen FBAR einer repräsentativen Ausführungsform mit Überlappung 110 von 2,0 µm. Mit Überlappung 110 von ungefähr 2,0 µm ist k_t ² ungefähr 5,3 % (Punkt 118), was eine Reduktion von ungefähr 0,6 % verglichen mit dem Grundlinienlevel ist, der in Kurve 116 dargestellt ist. Bemerkenswert ist, dass die Überlappung 110 von 2,0 µm ungefähr gleich zu λ/2 der sich ausbreitenden Eigenwelle erster Ordnung in der np-Schicht 108 ist. Die nachfolgende Maxima in R_P für die Überlappung 110 von ungefähr 4,0 µm und Überlappung 110 von ungefähr 6,0 µm scheinen ganzzahligen Mehrfachen (1, 2, 3, ...) von λ/2 für die erste sich ausbreitende Eigenwelle zu entsprechen. Es sollte wiederum hervorgehoben werden, dass aufgrund der Komplexität der Diffraktionsphänomene, die bei Kolben-Modebildung (piston mode formation) in FBAR 100 beteiligt sind, eine einfache Vorhersage der größten optimalen Breite der np-Schicht 108 üblicherweise nicht möglich ist und numerisch und letztendlich experimentell getan werden muss.
Kurve 119 stellt R_P versus die Überlappung 110 dar, in der e_33np 0,5 e_33p ist. Die parallele Impedanz R_P des FBAR 100, der die np-Schicht 108 aufweist, ist verglichen mit der Grundlinie der Kurve 114 auf ein Maximum von ungefähr 3500 Ohm bei Punkt 120 mit Überlappung 110 von ungefähr 3,0 µm erhöht. Bemerkenswert ist, dass niedrigere Werte von R_P, dargestellt in Kurve 119, im Vergleich zu Kurve 113 durch die Tatsache verursacht werden, dass es wesentliche Anregung sowohl von kontinuierlichen als auch sich ausbreitenden Moden in der np-Schicht 108 für einen Fall gibt, in dem e_33np 0,5 e_33p ist. Daher gibt es mehr Verstreuung von aktiv angeregten Moden an der Kante 111 der zweiten Elektrode 101, was in einem niedrigeren R_P resultiert. Auch tritt die Höhepunkt R_P mit Überlappung 110 von ungefähr 3,0 µm bei der Überlappung 110 auf, was höchstwahrscheinlich aus einem unterschiedlichen Diffraktionsmuster in der np-Schicht 108 resultiert.
Kurve 121 stellt den elektromechanischen Kopplungskoeffizienten k_t ² versus der Überlappung 110 dar, in der e_33np 0,5 e_33p ist. Für die Überlappung von ungefähr 3,0 µm ist k_t ² ungefähr 5,5 %. Es sollte beachtet werden, dass eine Reduktion von k_t ² in dem FBAR 100 mit der np-Schicht 108 aufgrund von unterdrückter elektrischer Anregung von mechanischer Bewegung in der np-Schicht 108 erwartet wird. Per Definition ist k_t ² ein Gradmaß von Überlappung eines elektrischen Feldes (begrenzt zwischen der ersten Elektrode 105 und der zweiten Elektrode 101) und der mechanischen Bewegung, die durch das elektrische Feld angeregt wird. In dem FBAR 100 ist das elektrische Feld zwischen zwei Elektroden vorhanden, aber Anregung von mechanischer Bewegung wird aufgrund der np-Schicht 108 unterdrückt. Vorteilhafter Weise resultiert dies in der gewünschten Erhöhung in R_P, aber da der Grad von Überlappung des elektrischen Felds und der mechanischen Bewegung vermindert ist, wird k_t ² reduziert. Je größer die Unterdrückung der elektrischen Anregung der mechanischen Bewegung (größeres R_P), desto größer ist die resultierende Degradierung in k_t ², die erwartet ist. Wie von einer Überprüfung von k_t ² versus dem piezoelektrischen Kopplungskoeffizienten (e_33np) in 1D gewürdigt werden kann, verringert sich k_t ² mit verringertem e_33np der np-Schicht 108.
Wie gewürdigt werden kann, stellt der FBAR 100, der die np-Schicht 108 aufweist, eine Erhöhung in der parallelen Impedanz R_P und eine Verbesserung in Q verglichen mit einem FBAR ohne eine np-Schicht bereit. Bemerkenswert ist, dass in einer Ausführungsform R_P um ungefähr 6000 Ohm mit einer akzeptablen Reduktion in k_t ² (0,5 %) erhöht ist.
Ausführungsformen, die einen Doppel-Bulk-Akustikresonator (DBAR) aufweisen
2A bis 2C sind Querschnittsansichten eines Doppel-Bulk-Akustikresonators (DBAR) in Übereinstimmung mit repräsentativen Ausführungsformen. Viele Details der vorliegenden Ausführungsformen sind gemeinsam zu denen, die oben in Verbindung mit den repräsentativen Ausführungsformen von 1A bis 1C beschrieben wurden. Im Allgemeinen werden die gemeinsamen Details in der Beschreibung der Ausführungsformen, die einen DBAR aufweisen, nicht wiederholt.
2A ist eine Querschnittsansicht eines DBAR 200 in Übereinstimmung mit einer repräsentativen Ausführungsform. Ein Substrat 203 weist eine Kavität 204 oder einen anderen akustischen Reflektor (zum Beispiel ein verteiltes Bragg-Gitter (DBR) (nicht gezeigt)) auf. Eine erste Elektrode 205 ist über dem Substrat 203 angeordnet und ist über der Kavität 204 aufgehängt. Eine erste Planarisierungsschicht 206 ist über dem Substrat 203 bereitgestellt und kann nicht ätzbares Borosilikatglas (NEBSG) sein. Im Allgemeinen muss die erste Planarisierungsschicht 206 in der Struktur nicht vorhanden sein (da sie die gesamten Herstellungskosten erhöht), aber wenn vorhanden, kann sie dazu dienen, die Qualität des Wachstums von nachfolgenden Schichten (zum Beispiel hochstrukturiertes piezoelektrisches c-Achsen-Material) zu verbessern und deren Verarbeitung zu vereinfachen. Eine erste piezoelektrische Schicht 207 ist über der ersten Elektrode 205 bereitgestellt und weist hochstrukturiertes piezoelektrisches c-Achsen-Material wie Aluminiumnitrid (AIN) oder Zinkoxid (ZnO) auf. Benachbart zu der ersten piezoelektrischen Schicht 207 ist eine erste nicht-piezoelektrische (np) Schicht 208. Die erste np-Schicht 208 ist üblicherweise aus derselben Substanz wie die erste piezoelektrische Schicht 207 hergestellt (zum Beispiel AIN oder ZnO), aber ist entweder amorph oder polykristallin und weist wenig oder keine piezoelektrischen Effekte auf. Die zweite Elektrode 201 ist über der ersten piezoelektrischen Schicht 207 und über der ersten np-Schicht 208 angeordnet.
Eine zweite piezoelektrische Schicht 209 ist über der zweiten Elektrode 201 angeordnet. Benachbart zu der zweiten piezoelektrischen Schicht ist eine zweite np-Schicht 210. Die zweite np-Schicht 210 ist üblicherweise aus derselben Substanz wie die zweite piezoelektrische Schicht 209 (zum Beispiel AIN oder ZnO) hergestellt, und ist ähnlich wie die erste np-Schicht 108 entweder amorph oder polykristallin und weist wenig oder keine piezoelektrischen Effekte auf. Eine zweite Planarisierungsschicht 211 ist über der ersten piezoelektrischen Schicht 207 und der ersten np-Schicht 208 wie dargestellt bereitgestellt. Ähnlich wie die erste Planarisierungsschicht 206 ist die zweite Planarisierungsschicht 211 veranschaulichend nicht ätzbares Borosilikatglas (NEBSG) und muss nicht in der Struktur vorhanden sein (da sie die Gesamtverarbeitungskosten erhöht). Jedoch kann die zweite Planarisierungsschicht dazu dienen, die Qualität des Wachstums von nachfolgenden Schichten (zum Beispiel hochstrukturiertes piezoelektrisches c-Achsen-Material) zu verbessern und deren Verarbeitung zu vereinfachen.
Eine dritte Elektrode 212 ist über der zweiten piezoelektrischen Schicht 209 und der zweiten np-Schicht 210 angeordnet. Auf einer Verbindungsseite 202 erstreckt sich die dritte Elektrode 212 über die zweite np-Schicht 210, und an allen anderen Seiten des DBAR 200 überlappt die dritte Elektrode 212 die erste und die zweite np-Schicht 208, 210 um eine vorbestimmte Breite, wie unten beschrieben.
Die Überlappung der Kavität 204, der ersten Elektrode 205, der ersten piezoelektrischen Schicht 207, der zweiten Elektrode 201, der zweiten piezoelektrischen Schicht 209 und der dritten Elektrode 212 definiert einen aktiven Bereich 213 des DBAR 200. In unten beschriebenen repräsentativen Ausführungsformen werden akustische Verluste an den Grenzen des DBAR 200 abgeschwächt, um Modenbegrenzung in dem aktiven Bereich 213 zu verbessern. Insbesondere ist die Breite einer Überlappung 214 der zweiten Elektrode 201 und der ersten und zweiten np-Schicht 208, 210 ausgewählt, akustische Verluste zu kontinuierlichen Moden oder zu einer Eigenwelle niedrigster Ordnung in der np-Schicht zu reduzieren. Wie unten ausführlicher beschrieben, ist in einer repräsentativen Ausführungsform die Breite der Überlappung 214 ausgewählt entweder größer als oder gleich der Inversen der Dämpfungskonstante (1/k) der evaneszenten Mode niedrigster Ordnung in der ersten und zweiten np-Schicht 208, 210 oder ein ganzzahliges Vielfaches (1, 2, 3, ...) einer Viertelwellenlänge (λ/4) der sich ausbreitenden Eigenwelle niedrigster Ordnung in der ersten und zweiten np-Schicht 208, 210 zu sein. Im Allgemeinen ist die Breite der ersten und zweiten np-Schicht 208, 210 selektiv minimiert, um den Bereich des DBAR 200 zu minimieren und um mögliche nachteilige Effekte der ersten und zweiten np-Schicht 208, 210 auf den DBAR 200 zu minimieren (zum Beispiel Delamination von Schichten, die entweder über der ersten oder der zweiten np-Schicht 208, 210 angeordnet sind). Es sollte beachtet werden, dass aufgrund der Komplexität der Diffraktionsphänomene, die in der Kolben-Modebildung im DBAR 200 involviert sind, eine Bestimmung einer optimalen Breite der Überlappung 214 im Allgemeinen experimentell bestimmt wird.
In der Ausführungsform dargestellt in 2A ist die erste np-Schicht 208 zwischen Schichten der ersten piezoelektrischen Schicht 202 angeordnet, und die zweite np-Schicht 210 ist zwischen Schichten der zweiten piezoelektrischen Schicht 209 angeordnet. Es sollte beachtet werden, dass die erste np-Schicht 208 sich von der Grenzfläche mit der ersten piezoelektrischen Schicht 207 (das heißt an der Kante des aktiven Bereichs 213) erstrecken kann und dass die zweite np-Schicht 210 sich von der Grenzfläche mit der zweiten piezoelektrischen Schicht 209 (das heißt an der Kante des aktiven Bereichs 213) erstrecken kann. Von daher sind die erste piezoelektrische Schicht 207 und die zweite piezoelektrische Schicht 209 nur in dem aktiven Bereich 213 bereitgestellt.
2B ist eine Querschnittsansicht eines DBAR 215 in Übereinstimmung mit einer repräsentativen Ausführungsform. Das Substrat 203 weist eine Kavität 204 oder einen anderen akustischen Reflektor (zum Beispiel ein verteiltes Bragg-Gitter (DBR) (nicht gezeigt)) auf. Die erste Elektrode 205 ist über dem Substrat 203 angeordnet und ist über der Kavität 204 aufgehängt. Die erste Planarisierungsschicht 206 ist über dem Substrat 203 bereitgestellt und kann nicht ätzbares Borosilikatglas (NEBFG) sein. Die erste piezoelektrische Schicht 207 ist über der ersten Elektrode 205 bereitgestellt und weist hochstrukturiertes piezoelektrisches c-Achsen-Material wie Aluminiumnitrid (AIN) oder Zinkoxid (ZnO) auf. Benachbart zu der ersten piezoelektrischen Schicht 207 ist die erste nicht-piezoelektrische (NP) Schicht 208. Die erste np-Schicht 208 ist üblicherweise aus derselben Substanz wie die erste piezoelektrische Schicht 207 (zum Beispiel AIN oder ZnO) hergestellt, aber ist entweder amorph oder polykristallin und weist wenig oder keine piezoelektrischen Effekte auf.
Die zweite Elektrode 201 ist über der ersten piezoelektrischen Schicht 207 und über der ersten np-Schicht 208 angeordnet.
Die zweite piezoelektrische Schicht 209 ist über der zweiten Elektrode 201 angeordnet. Anders als die Ausführungsformen dargestellt in 2A gibt es keine zweite np-Schicht 210 in dem DBAR 215. Die dritte Elektrode 212 ist über der zweiten piezoelektrischen Schicht 209 angeordnet. Auf einer Verbindungsseite 202 erstreckt sich die dritte Elektrode 212 über der zweiten piezoelektrischen Schicht 209. An allen anderen Seiten des DBAR 215 überlappt die dritte Elektrode 212 die erste np-Schicht 208 um eine unten beschriebene vorbestimmte Breite.
Die Überlappung der Kavität 204, der ersten Elektrode 205, der ersten piezoelektrischen Schicht 207, der zweiten Elektrode 201, der zweiten piezoelektrischen Schicht 209 und der dritten Elektrode 212 definiert einen aktiven Bereich 213 des DBAR 215. In unten beschriebenen repräsentativen Ausführungsformen werden akustische Verluste an den Grenzen des DBAR 215 abgeschwächt, um Modenbegrenzung in dem aktiven Bereich 213 zu verbessern. Insbesondere ist die Breite der Überlappung 214 der zweiten Elektrode 201 und der ersten np-Schicht 208 ausgewählt, um akustische Verluste auf kontinuierliche Moden oder auf eine Eigenwelle niedrigster Ordnung in der np-Schicht zu reduzieren. Wie unten ausführlicher beschrieben ist in einer repräsentativen Ausführungsform die Breite der Überlappung 214 ausgewählt, entweder größer als oder gleich der Inversen der Dämpfungskonstante (1/k) der evaneszenten Eigenwelle niedrigster Ordnung in der ersten np-Schicht 208 oder ein ganzzaliges Vielfaches (1, 2, 3, ...) einer Viertelwellenlänge (λ/4) der sich ausbreitenden Eigenwelle niedrigster Ordnung in der ersten np-Schicht 208 zu sein. Es wird angemerkt, dass aufgrund der Komplexität der Diffraktionsphänomene, die in die Kolben-Modenbildung in DBAR 215 involviert sind, eine Bestimmung einer optimalen Breite der Überlappung 214 im Allgemeinen experimentell bestimmt wird.
In der Ausführungsform dargestellt in 2B ist die erste np-Schicht 208 zwischen Schichten der ersten piezoelektrischen Schicht 207 angeordnet. Es wird angemerkt, dass die erste np-Schicht 208 sich von der Grenzfläche mit der ersten piezoelektrischen Schicht 207 (das heißt an der Kante des aktiven Bereichs 213) erstrecken kann. Von daher wird die erste piezoelektrische Schicht 207 nur in dem aktiven Bereich 213 bereitgestellt.
2C ist eine Querschnittsansicht eines DBAR 216 in Übereinstimmung mit einer repräsentativen Ausführungsform. Das Substrat 203 weist eine Kavität 204 oder einen anderen akustischen Reflektor (zum Beispiel ein verteiltes Bragg-Gitter (DBR) (nicht gezeigt)) auf. Die erste Elektrode 205 ist über dem Substrat 203 angeordnet und über der Kavität 204 aufgehängt. Die erste Planarisierungsschicht 206 ist über dem Substrat 203 bereitgestellt und kann nicht ätzbares Borosilikatglas (NEBSG) sein. Die erste piezoelektrische Schicht 207 ist über der ersten Elektrode 205 bereitgestellt und weist hochstrukturiertes piezoelektrisches c-Achsen-Material wie Aluminiumnitrid (AIN) oder Zinkoxid (ZnO) auf. Anders als die Ausführungsform dargestellt in 2A und 2B ist in dem DBAR 216 keine np-Schicht benachbart zu der bzw. angrenzend an die erste piezoelektrische Schicht 207 angeordnet.
Die zweite piezoelektrische Schicht 209 ist über der zweiten Elektrode 201 angeordnet. Die dritte Elektrode 212 ist über zweiten piezoelektrischen Schicht 209 angeordnet. Die zweite np-Schicht 210 ist benachbart zu der zweiten piezoelektrischen Schicht 209 angeordnet. Auf einer Verbindungsseite 202 erstreckt sich die dritte Elektrode 212 über die zweite piezoelektrische Schicht 209. An allen anderen Seiten des DBAR 215 überlappt die dritte Elektrode 212 die erste np-Schicht 208 um eine vorbestimmte Breite, wie unten beschrieben.
Die Überlappung der Kavität 204, der ersten Elektrode 205, der ersten piezoelektrischen Schicht 207, der zweiten Elektrode 201, der zweiten piezoelektrischen Schicht 209 und der dritten Elektrode 212 definiert den aktiven Bereich 213 des DBAR 216. In repräsentativen Ausführungsformen, die unten beschrieben sind, werden akustische Verluste an den Grenzen des DBAR 216 abgeschwächt, um Modenbegrenzung in dem aktiven Bereich 213 zu verbessern. Insbesondere ist die Breite der Überlappung 214 der zweiten Elektrode 201 und der zweiten np-Schicht 210 ausgewählt, akustische Verluste auf kontinuierliche Moden oder eine sich ausbreitende Eigenwelle niedrigster Ordnung in der zweiten np-Schicht 210 zu reduzieren. Wie unten ausführlicher beschrieben ist in einer repräsentativen Ausführungsform die Breite der Überlappung 214 ausgewählt, größer als oder gleich der Inversen der Dämpfungskonstante (1/k) der evaneszenten Mode niedrigster Ordnung in der np-Schicht 210 oder ein ganzzahliges Vielfaches (1, 2, 3, ...) einer Viertelwellenlänge (λ/4) der sich ausbreitenden Eigenwelle niedrigster Ordnung in der np-Schicht 210 zu sein. Es wird angemerkt, dass aufgrund der Komplexität der Diffraktionsphänomene, die in der Kolben-Modebildung im DBAR 216 involviert sind, die Bestimmung einer Optimalbreite der Überlappung 214 im Allgemeinen experimentell bestimmt wird.
In der Ausführungsform dargestellt in 2C ist die zweite np-Schicht 210 zwischen Schichten der zweiten piezoelektrischen Schicht 209 angeordnet. Es wird angemerkt, dass die zweite np-Schicht 210 sich von der Grenzfläche mit der zweiten piezoelektrischen Schicht 209 (das heißt an der Kante des aktiven Bereichs 213) erstrecken kann. Von daher ist die zweite piezoelektrische Schicht 209 nur in dem aktiven Bereich 213 bereitgestellt.
In den repräsentativen Ausführungsformen, die oben beschrieben wurden, sind die erste und zweite np-Schicht 208, 210 im Wesentlichen ausgerichtet und haben im Wesentlichen identische Breiten (x-Richtung). Es wird hervorgehoben, dass die erste und zweite np-Schicht nicht notwendigerweise ausgerichtet sind, oder nicht von im Wesentlichen identischer Breite sind, oder beides. Es wird auch hervorgehoben, dass in den veranschaulichenden Ausführungsformen, die oben beschrieben wurden, die np-Schichten 208, 210 entlang aller Seiten des DBAR 200, DBAR 215 und DBAR 216 bereitgestellt sind (das heißt Seiten des veranschaulichenden fünfseitigen DBAR 200, 215, 216). Es wird angemerkt, dass dies nicht wesentlich ist, und in anderen Ausführungsformen die np-Schichten 208, 210 nicht auf allen Seiten angeordnet sind (zum Beispiel kann jede der ersten oder zweiten np-Schicht 208, 210 entlang derselben oder entlang unterschiedlicher vier der fünf Seiten angeordnet sein).
2D ist eine graphische Darstellung der Parallelimpedanz (R_P) (linke Achse - Ohm) und des elektromechanischen Kopplungskoeffizienten (k_t ²) (rechte Achse - %) versus der Breite (µm) der Überlappung 214 des DBAR 200 dargestellt in 2A. Kurve 217 stellt R_P versus der Überlappung 110 dar, in der e_33np 0,01 e_33p ist. Kurve 218 stellt R_P versus der Überlappung 214 dar, in der e_33np gleich e_33p ist (das heißt erste und zweite np-Schicht 208, 210 sind nicht bereitgestellt) und dient als eine Grundlinie zum Vergleich von R_P. Kurve 219 stellt k_t ² versus Überlappung 214 dar, in der e_33np 0,01 e_33p ist. Kurve 220 stellt k_t ² versus der Überlappung 214 dar, wenn e_33np gleich e_33p ist (das heißt erste und zweite np-Schicht 208, 210 sind nicht bereitgestellt) und dient als eine Grundlinie zum Vergleich von k_t ². Wenn die Breite der Überlapppung 214 ungefähr 11,0 µm ist, erreicht R_P einen Maximalwert (Punkte 221 von Kurve 217) von ungefähr 6500 Ohm. Verbesserung des Qualitätsfaktors Q bei paralleler Resonanz F_P von ungefähr zehn Mal ist im DBAR 200 erwartet verglichen mit bekanntem DBAR ohne np-Schichten 208 und 210. Mit Überlappung 214 von ungefähr 11,0 µm ist k_t ² ungefähr 3,5 % (Punkt 222). Während solch niedriges k_t ² DBAR 200 davon ausschließt, in Frequenzbändern verwendet zu werden, die eine große Filterbandbreite benötigen, gibt es spezielle Frequenzbänder (zum Beispiel Band 13), das Resonatoren benötigt, die k_t ² in dem Bereich von ungefähr 3 % bis ungefähr 4 % haben. Des Weiteren, und wie von dem Fachmann gewürdigt werden sollte, ist für niedrige Frequenzbänder (zum Beispiel um 700 MHz) der Bereich, der für einen bekannten BAW-basierten Filter benötigt wird, vergleichsweise groß. Mittels der vorliegenden Lehren kann das Gesamtbereichsbedürfnis für Filter bei niedrigeren Frequenzbändern reduziert werden, indem DBAR 200 statt bekannten FBARs oder anderen BAW-Resonatoren integriert wird. Für solche Frequenzbandanwendungen ist die Reduktion von k_t ² mit simultanen signifikanten Ansteigen von R_P in DBAR 200 aus Kosten- und Leistungsperspektive vorteilhaft.
In 2D ist bei Punkt 221 die Überlappung 214 für ein Maximal-R_P ungefähr gleich 11,0 µm. Diese Überlappung 214 ist gleich oder größer als die Inverse der Dämpfungskonstante (1/k) einer ersten evaneszenten Mode in der ersten und zweiten np-Schicht 208, 210. Dies ist im Gegensatz zu dem Ergebnis gezeigt bei Punkt 117 in 1D für FBAR 100, wo das Maximal-R_P-Design durch die Halbwellenlänge (X/2)-Breite der ersten sich ausbreitenden Eigenwelle in der np-Schicht 108 bestimmt zu sein erscheint. Jedoch kann DBAR 200 als zwei stark gekoppelte FBARs aufweisend gesehen werden. Somit ist die Anzahl von erlaubten sich ausbreitenden Moden in DBAR ungefähr zwei Mal größer als in einem korrespondierenden FBAR. Es ist erwartet, dass, während Diffraktion der sich ausbreitenden Mode niedrigster Ordnung zu ihrer Unterdrückung in np-Schichten 208 und 210 für eine spezielle Überlappung 214 führt (somit Unterdrückung von Verstreuungsverlusten an den Kanten der zweiten und dritten Elektrode 201 und 212), die Diffraktion der sich ausbreitenden Mode höherer Ordnung zu ihrer Verbesserung in np-Schichten 208 und 210 für dieselbe Überlappung 214 führt. Von daher kann die Verbesserung von Verstreuungsverlusten an den Kanten der zweiten und dritten Elektrode 201 und 212 für sich ausbreitende Eigenwellen höherer Ordnung erwartet werden. Diese zwei Effekte können sich herausmitteln und daher ist der nächste dominante Effekt, der eine Erhöhung von RP ergibt, die Minimierung von Verstreuung der evaleszenten Mode niedrigster Ordnung.
Kurve 223 stellt R_P versus Überlappung 214 dar, in der e_33np 0,5 e_33p ist. Die parallele Impedanz R_P des DBAR 200, der erste und zweite np-Schichten 208, 210 aufweist, ist erhöht verglichen mit der Grundlinie der Kurve 216 auf ein Maximum bei Punkt 224 mit Überlappung 214 von ungefähr 6,0 µm. Kurve 225 stellt k_t ² versus der Überlappung 214 dar, in der e_33np 0,5 e_33p ist. Für eine Überlappung von ungefähr 6,0 µm ist k_t ² ungefähr 4,5 %. Insgesamt sind alle diese Ergebnisse konsistent mit den analogen Ergebnissen gezeigt in 1D für FBAR 100, der die np-Schicht 108 aufweist, was anzeigt, dass im Allgemeinen die zugrunde liegenden Mechanismen des Bestimmens der parallelen Impedanz R_P und des elektromechanischen Kopplungskoeffizienten k_t ² in sowohl FBAR 100 als auch DBAR 200 ähnlich sind und werden hierin zur Kürze der Darstellung nicht wiederholt.
Ausführungsformen, die einen gekoppelten Resonatorfilter (CRS) aufweisen
3A~3C sind Querschnittsansichten eines gekoppelten Resonatorfilters (CRF) in Übereinstimmung mit repräsentativen Ausführungsformen. Viele Details der vorliegenden Ausführungsformen sind gemeinsam zu denen, die oben in Verbindung mit den repräsentativen Ausführungsformen von 1A-2C beschrieben wurden. Im Allgemeinen werden die gemeinsamen Details in der Beschreibung von Ausführungsformen, die einen CRF aufweisen, nicht wiederholt.
3A ist eine Querschnittsansicht eines CRF 300 in Übereinstimmung mit einer repräsentativen Ausführungsform. Ein Substrat 303 weist eine Kavität 304 oder einen anderen akustischen Reflektor (zum Beispiel ein verteiltes Bragg-Gitter (DBR) (nicht gezeigt)) auf. Eine erste Elektrode 305 ist über dem Substrat 203 angeordnet und ist über der Kavität 204 aufgehängt. Eine erste Planarisierungsschicht 306 ist über dem Substrat 303 bereitgestellt und kann nicht ätzbares Borosilikatglas (NEBSG) sein. Im Allgemeinen muss die erste Planarisierungsschicht 306 in der Struktur nicht vorhanden sein (da sie die Gesamtverarbeitungskosten erhöht), aber wenn sie vorhanden ist, kann sie dazu dienen, die Qualität des Wachstums von nachfolgenden Schichten (zum Beispiel hochstrukturiertes piezoelektrisches c-Achsen-Material) zu verbessern und deren Verarbeitung zu vereinfachen. Eine erste piezoelektrische Schicht 307 ist über der ersten Elektrode 305 bereitgestellt und weist hochstrukturiertes piezoelektrisches c-Achsen-Material wie Aluminiumnitrid (AIN) oder Zinkoxid (ZnO) auf. Benachbart zu der ersten piezoelektrischen Schicht 307 ist eine erste nicht-piezoelektrische Schicht (np) 308. Die erste np-Schicht 308 ist üblicherweise aus derselben Substanz wie die erste piezoelektrische Schicht 307 (zum Beispiel AIN oder ZnO) hergestellt, aber ist entweder amorph oder polykristallin und weist wenig oder keine piezoelektrischen Effekte auf. Eine zweite Elektrode 201 ist über der ersten piezoelektrischen Schicht 307 und über der ersten np-Schicht 308 angeordnet.
Eine akustische Kopplungsschicht („Kopplungsschicht“) 309 ist über der zweiten Elektrode 301 angeordnet, und einer zweiten Planarisierungsschicht 310. Die Kopplungsschicht weist kohlenstoffdotiertes Oxid (CDO) oder NEBSG, oder kohlenstoffdotiertes Siliziumoxid (SiOCH) auf, wie in der gemeinsam besessenen US-Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2011/0204997 A1 mit dem Titel „Bulk acoustic resonators structures comprising a single material acoustic coupling layer comprising inhomogenous acoustic property“ von Elbrecht et al. und eingereicht am 23. Februar 2010, beschrieben. Bemerkenswerterweise gehören SiOCH-Schichten der repräsentativen Ausführungsform zu einer allgemeinen Klasse von dielektrischen Materialien mit vergleichsweise niedrigen dielektrischen Konstanten (low-k), die oft als kohlenstoffdotierte Oxide (CDO) bezeichnet werden. Alternativ kann die Kopplungsschicht 309 andere dielektrische Materialien mit geeigneter akustischer Impedanz und akustischer Dämpfung aufweisen, einschließlich aber nicht beschränkt auf poröses Siliziumoxinitrid (SiON), poröses bordortiertes Silikatglas (BSG), oder poröses Phosphorsilikatglas (PSG). Im Allgemeinen ist das Material, das für die Kopplungsschicht 112 verwendet wird, ausgewählt, vergleichsweise niedrige akustische Impedanz und Verlust bereitzustellen, um gewünschte Durchlassbereichscharakteristika bereitzustellen.
Eine dritte Elektrode 311 ist über der Kopplungsschicht 309 und der zweiten Planarisierungsschicht 310 angeordnet wie in 3A dargestellt. Die zweite Planarisierungsschicht 310 ist veranschaulichend nicht-ätzbares Borosilikatglas (NEBSG) und muss in der Struktur nicht vorhanden sein (da sie die Gesamtverarbeitungskosten erhöht). Jedoch kann die zweite Planarisierungsschicht 310 dazu dienen, die Qualität des Wachstums von nachfolgenden Schichten (zum Beispiel von hochstrukturiertem piezoelektrischen c-Achsen-Material) zu verbessern und deren Verarbeitung zu vereinfachen.
Eine zweite piezoelektrische Schicht 312 ist über der dritten Elektrode 311 angeordnet. Benachbart zu der zweiten piezoelektrischen Schicht 312 ist eine zweite np-Schicht 313. Die zweite np-Schicht 313 ist üblicherweise aus derselben Substanz wie die zweite piezoelektrische Schicht 312 (zum Beispiel AIN oder ZnO) hergestellt, und ist wie die erste np-Schicht 308 entweder amorph oder polykristallin und weist wenig oder keine piezoelektrischen Effekte auf.
Eine vierte Elektrode 314 ist über der zweiten piezoelektrischen Schicht 312 und der zweiten np-Schicht 313 angeordnet. Auf einer Verbindungsseite 302 erstreckt sich die vierte Elektrode 314 über die zweite np-Schicht 313. Auf allen anderen Seiten des CRF 300 überlappt die vierte Elektrode 314 die erste und zweite np-Schicht 308, 313 um eine vorbestimmte Breite, wie unten beschrieben.
Die Überlappung der Kavität 304, der ersten Elektrode 305, der ersten piezoelektrischen Schicht 307, der zweiten Elektrode 301, der Kopplungsschicht 309, der dritten Elektrode 311, der zweiten piezoelektrischen Schicht 312 und der vierten Elektrode 314 definiert einen aktiven Bereich 315 des CRF 300. In unten beschriebenen repräsentativen Ausführungsformen sind akustische Verluste an den Grenzen des CRF 300 abgeschwächt, um Modenbegrenzung in dem aktiven Bereich 315 zu verbessern. Insbesondere ist die Breite eine Überlappung 316 der vierten Elektrode 314 und der ersten und zweiten np-Schicht 308, 313 ausgewählt, um akustische Verluste auf kontinuierliche Moden oder eine Eigenwelle niedrigster Ordnung in der np-Schicht zu reduzieren. Wie unten ausführlicher beschrieben ist in einer repräsentativen Ausführungsform die Breite der Überlappung 316 ausgewählt, größer als oder gleich der Inversen der Dämpfungskonstante (1/k) der evaneszenten Eigenwelle niedrigster Ordnung in der ersten und zweiten np-Schicht 308, 313 oder ein ganzzahliges Vielfaches (1, 2, 3, ...) eine Viertelwellenlänge (λ/4) der sich ausbreitenden Eigenwelle niedrigster Ordnung in der ersten und zweiten np-Schicht 308, 313 zu sein. Es wird angemerkt, dass aufgrund der Komplexität der Diffraktionsphänomene (diffraction phenomena), die in der Kolben-Modebildung im CRF 300 involviert sind, eine Bestimmung einer Optimalbreite der Überlappung 316 im Allgemeinen experimentell bestimmt wird.
Es sollte hervorgehoben werden, dass aufgrund der Komplexität der Diffraktionsphänomene, die bei der Kolben-Modebildung in CRF 300 involviert sind, eine einfache Vorhersage einer größten optimalen Breite der np-Schicht 108 üblicherweise nicht möglich ist und numerisch und letztendlich experimentell getan werden muss.
In der Ausführungsform dargestellt in 3A ist die erste np-Schicht 308 zwischen Schichten der ersten piezoelektrischen Schicht 307 angeordnet, und die zweite np-Schicht 313 ist zwischen Schichten der zweiten piezoelektrischen Schicht 312 angeordnet. Es wird angemerkt, dass die erste np-Schicht 308 sich von der Grenzfläche mit der ersten piezoelektrischen Schicht 307 (das heißt an der Kante des aktiven Bereichs 315) erstrecken bzw. ausdehnen kann und dass die zweite np-Schicht 313 sich von der Grenzfläche mit der zweiten piezoelektrischen Schicht 312 (das heißt an der Kante des aktiven Bereichs 315) erstrecken bzw. ausdehnen kann. Von daher sind die erste piezoelektrische Schicht 307 und die zweite piezoelektrische Schicht 312 nur in dem aktiven Bereich 315 bereitgestellt.
3B ist eine Querschnittsansicht eines CRF 317 in Übereinstimmung mit einer repräsentativen Ausführungsform. Das Substrat 300 weist eine Kavität 304 oder einen anderen akustischen Reflektor (zum Beispiel ein verteiltes Bragg-Gitter (DBR) (nicht gezeigt)) auf. Die erste Elektrode 305 ist über dem Substrat 303 angeordnet und ist über der Kavität 304 aufgehängt. Eine erste Planarisierungsschicht 306 ist über dem Substrat 303 bereitgestellt und kann nicht ätzbares Borosilikatglas (NEBSG) sein. Im Allgemeinen muss die erste Planarisierungsschicht 306 nicht in der Struktur vorhanden sein (da sie die Gesamtverarbeitungskosten erhöht), aber wenn vorhanden kann sie dazu dienen, die Qualität des Wachstums von nachfolgender Schichten (zum Beispiel von hochstrukturiertem piezoelektrischen c-Achsen-Material) zu verbessern und deren Verarbeitung zu vereinfachen.
Die erste piezoelektrische Schicht 307 ist über der ersten Elektrode 305 bereitgestellt, und weist hochstrukturiertes piezoelektrisches c-Achsen-Material wie Aluminiumnitrid (AIN) oder Zinkoxid (ZnO) auf. Benachbart zu der ersten piezoelektrischen Schicht 307 ist die erste nicht-piezoelektrische (np) Schicht 308. Die erste np-Schicht 308 ist üblicherweise aus derselben Substanz wie die erste piezoelektrische Schicht 307 (zum Beispiel AIN oder ZnO) hergestellt, aber kann entweder amorph oder polykristallin sein und weist wenig oder keine piezoelektrischen Effekte auf. Eine zweite Elektrode 201 ist über der ersten piezoelektrischen Schicht 307 und über der ersten np-Schicht 308 angeordnet.
Die akustische Kopplungsschicht („Kopplungsschicht“) 309 ist über der zweiten Elektrode 301 angeordnet, und der zweiten Planarisierungsschicht 310. Die dritte Elektrode 311 ist über der Kopplungsschicht 309 und der zweiten Planarisierungsschicht 310 wie in 3A dargestellt angeordnet. Die zweite Planarisierungsschicht 310 ist veranschaulichend nicht-ätzbares Borosilikatglas (NEBSG) und muss in der Struktur nicht vorhanden sein (da sie die Gesamtverarbeitungskosten erhöht). Jedoch kann die zweite Planarisierungsschicht 310 dazu dienen, die Qualität von Wachstum von nachfolgenden Schichten (zum Beispiel von hochstrukturiertem piezoelektrischen c-Achsen-Material) zu verbessern und deren Verarbeitung zu vereinfachen.
Die zweite piezoelektrische Schicht 312 ist über der dritten Elektrode 311 angeordnet. Anders als CRF 300, in dem die zweite np-Schicht 313 benachbart zu der zweiten piezoelektrischen Schicht 312 auf zwei Seiten ist (das heißt ist ein Ring von nicht-piezoelektrischem Material in einem piezoelektrischen Material), ist die zweite np-Schicht 313 vorangegangen (foregone).
Die vierte Elektrode 314 ist über der zweiten piezoelektrischen Schicht 312 angeordnet. Auf einer Verbindungsseite 302 erstreckt sich die vierte Elektrode 314 über die zweite piezoelektrische Schicht 312. Auf allen anderen Seiten des CRF 300 überlappt die vierte Elektrode 314 die erste np-Schicht 308 um eine vorbestimmte Breite, wie unten beschrieben.
Die Überlappung der Kavität 304, der ersten Elektrode 305, der ersten piezoelektrischen Schicht 307, der zweiten Elektrode 301, der Kopplungsschicht 309, der dritten Elektrode 311, der zweiten piezoelektrischen Schicht 312 und der vierten Elektrode 314 definiert den aktiven Bereich 315 des CRF 317. In repräsentativen Ausführungsformen, die unten beschrieben sind, werden akustische Verluste an den Grenzen des CRF 317 abgeschwächt, um Modenbegrenzung in dem aktiven Bereich 315 zu verbessern. Insbesondere ist die Breite eine Überlappung 316 der vierten Elektrode 314 und der ersten und zweiten np-Schichten 308, 313 ausgewählt, um akustische Verluste auf kontinuierliche Moden oder eine Eigenwelle niedrigster Ordnung in der np-Schicht zu reduzieren. Wie unten ausführlicher beschrieben ist in einer repräsentativen Ausführungsform die Breite der Überlappung 316 ausgewählt, größer als oder gleich der Inversen der Dämpfungskonstante (1/k) der evaneszenten Eigenwelle niedrigster Ordnung, oder ein ganzzahliges Vielfaches (1, 2, 3, ...) einer Viertelwellenlänge (λ/4) der sich ausbreitenden Eigenwelle niedrigster Ordnung in der ersten np-Schicht 308 zu sein. Es wird angemerkt, dass aufgrund der Komplexität der Diffraktionsphänomene, die in der Kolben-Modenbildung in CRF 317 involviert sind, die Bestimmung einer optimalen Breite der Überlappung 316 im Allgemeinen experimentell bestimmt wird.
In der Ausführungsform dargestellt in 3B ist die erste np-Schicht 308 zwischen Schichten der ersten piezoelektrischen Schicht 307 angeordnet. Es wird angemerkt, dass die erste np-Schicht 308 sich von der Grenzfläche mit der ersten piezoelektrischen Schicht 307 (das heißt an der Kante des aktiven Bereichs 315) erstrecken kann. Von daher wird die erste piezoelektrische Schicht 307 nur in dem aktiven Bereich 315 bereitgestellt.
3C ist eine Querschnittsansicht eines CRF 318 in Übereinstimmung mit einer repräsentativen Ausführungsform. Das Substrat 303 weist eine Kavität 304 oder einen anderen akustischen Reflektor (zum Beispiel ein verteiltes Bragg-Gitter (DBR) (nicht gezeigt)) auf. Die erste Elektrode 305 ist über dem Substrat 303 angeordnet und ist über der Kavität 304 aufgehängt. Eine erste Planarisierungsschicht 306 ist über dem Substrat 303 bereitgestellt und kann nicht-ätzbares Borosilikatglas (NEBSG) sein. Im Allgemeinen muss die erste Planarisierungsschicht 306 in der Struktur nicht vorhanden sein (da sie die Gesamtverarbeitungskosten erhöht), aber wenn vorhanden kann sie dazu dienen, die Qualität des Wachstums von nachfolgenden Schichten (zum Beispiel von hochstrukturiertem piezoelektrischen c-Achsen-Material) zu verbessern und deren Verarbeitung zu vereinfachen.
Die erste piezoelektrische Schicht 307 ist über der ersten Elektrode 305 bereitgestellt, und weist hochstrukturiertes piezoelektrisches c-Achsen-Material wie Aluminiumnitrid (AIN) oder Zinkoxid (ZnO) auf. Anders als der CRF 300, indem die erste np-Schicht 308 benachbart zu der ersten piezoelektrischen Schicht 307 auf zwei Seiten ist (das heißt ist ein Ring von nicht-piezoelektrischem Material in einem piezoelektrischem Material), ist die erste np-Schicht 308 vorangegangen. Die zweite Elektrode 301 ist über der ersten piezoelektrischen Schicht 307 angeordnet.
Die akustische Kopplungsschicht („Kopplungsschicht“) 309 ist über der zweiten Elektrode 301 angeordnet, und der zweiten Planarisierungsschicht 310. Die dritte Elektrode 311 ist über der Kopplungsschicht 309 und der zweiten Planarisierungsschicht 310 wie in 3C dargestellt angeordnet. Die zweite Planarisierungsschicht 310 ist veranschaulichend nicht-ätzbares Borosilikatglas (NEBSG) und muss in der Struktur nicht vorhanden sein (da sie die Gesamtverarbeitungskosten erhöht). Jedoch kann die zweite Planarisierungsschicht 310 dazu dienen, die Qualität des Wachstums von nachfolgenden Schichten (zum Beispiel von hochstrukturiertem piezoelektrischen c-Achsen-Material) zu verbessern und deren Verarbeitung zu vereinfachen.
Die zweite piezoelektrische Schicht 312 ist über der dritten Elektrode 311 angeordnet. Die vierte Elektrode 314 ist über der zweiten piezoelektrischen Schicht 312 angeordnet. Auf einer Verbindungsseite 302 erstreckt sich die vierte Elektrode 314 über die zweite piezoelektrische Schicht 312. Auf allen anderen Seiten des CRF 318 überlappt die vierte Elektrode 314 die erste np-Schicht 308 um eine vorbestimmte Breite, wie unten beschrieben wird.
Die Überlappung der Kavität 304, der ersten Elektrode 305, der ersten piezoelektrischen Schicht 307, der zweiten Elektrode 301, der Kopplungsschicht 309, der dritten Elektrode 311, der zweiten piezoelektrischen Schicht 312 und der vierten Elektrode 314 definiert den aktiven Bereich 315 des CRF 318. In repräsentativen Ausführungsformen, die unten beschrieben werden, werden akustische Verluste an den Grenzen des CRF 318 abgeschwächt, um Modenbeschränkung in dem aktiven Bereich 315 zu verbessern. Insbesondere ist die Breite eine Überlappung 316 der vierten Elektrode 314 und der zweiten np-Schicht 313 ausgewählt, akustische Verluste auf kontinuierliche Moden oder auf eine Eigenwelle niedrigster Ordnung in der np-Schicht zu reduzieren. Wie unten ausführlicher beschrieben wird, ist in einer repräsentativen Ausführungsform die Breite der Überlappung 316 ausgewählt, größer als oder gleich der Inversen der Dämpfungskonstante (1/k) der evaneszenten Eigenwelle niedrigster Ordnung oder ein ganzzahliges Vielfaches (1, 2, 3, ...) einer Viertelwellenlänge (λ/4) der sich ausbreitenden Eigenwelle niedrigster Ordnung in der np-Schicht 313 zu sein. Es wird angemerkt, dass aufgrund der Komplexität der Diffraktionsphänomene, die in der Kolben-Modebildung im CRF 300 involviert sind, Bestimmung einer optimalen Breite der Überlappung 316 im Allgemeinen experimentell bestimmt wird.
In der Ausführungsform dargestellt in 3C ist die zweite np-Schicht 313 zwischen Schichten der zweiten piezoelektrischen Schicht 312 angeordnet. Es wird angemerkt, dass die zweite np-Schicht 313 sich von der Grenzfläche mit der zweiten piezoelektrischen Schicht 312 erstrecken kann (das heißt an der Kante des aktiven Bereichs 315). Von daher wird die zweite piezoelektrische Schicht 312 nur in dem aktiven Bereich 315 bereitgestellt.
In den repräsentativen Ausführungsformen, die oben beschrieben wurden, sind die erste und zweite np-Schicht 308, 313 im Wesentlichen ausgerichtet und haben im Wesentlichen identische Breite (x-Richtung). Es wird hervorgehoben, dass die erste und zweite np-Schicht nicht notwendigerweise ausgerichtet sind, oder nicht von im Wesentlichen identischer Breite sind, oder beides. Es wird auch hervorgehoben, dass in den veranschaulichenden Ausführungsformen, die oben beschrieben wurden, die erste und zweite np-Schicht 308, 313 entlang aller Seiten des CRF 300, CRF 317 und CRF 318 bereitgestellt werden (das heißt Seiten des veranschaulichenden fünfseitigen CRF 300, 317, 318). Es wird angemerkt, dass dies nicht wesentlich ist, und in anderen Ausführungsformen die erste und zweite np-Schicht 308, 313 nicht auf allen Seiten angeordnet sind (zum Beispiel jede erste und zweite np-Schicht 308, 313 kann entlang derselben vier der fünf Seiten oder entlang unterschiedlicher vier der fünf Seiten angeordnet sein).
3D ist eine graphische Darstellung der Einfügedämpfung bzw. des Einfügeverlustes (S₂₁) (linke Achse - dB) und des Qualitätsfaktors für ungerade (Qo) und gerade (Qe) Ordnungsmoden (rechte Achse) versus der Frequenz (GHz) für den CRF 300 dargestellt in 3A. Die veranschaulichenden Ergebnisse entsprechen dem besten simulierten Fall, für den die Überlappung 316 zwischen der ersten und zweiten np-Schicht 308, 313 und Kanten von zweiten, dritten und vierten Elektroden 301, 311 und 314 auf 2 µm gesetzt ist. Man beachte, dass die optimale Überlappung für den CRF 300 im Wesentlichen dieselbe wie optimale Überlappung 110 für den FBAR 100 ist.
Kurve 319 stellt die Einfügedämpfung für einen CRF dar, in dem e_33np gleich e_33p ist (das heißt erste und zweite np-Schichten 308, 313 sind nicht bereitgestellt) und als eine Grundlinie zum Vergleich von S₂₁ dient. Kurve 320 stellt die Einfügedämpfung für den CRF 300 dar. Wie gewürdigt werden kann, ist eine signifikante Verbesserung in der Einfügedämpfung durch Reduktion von akustischen Verlusten in dem CRF 300 verglichen mit einem bekannten CRF ohne erste und zweite np-Schichten 308, 313 realisiert.
Kurve 321 stellt Qo für einen bekannten CRF dar, indem e_33np gleich e_33p ist (das heißt erste und zweite np-Schichten 308, 313 sind nicht bereitgestellt) und dient als eine Grundlinie zum Vergleich von Qo. Kurve 322 stellt Qo für CRF 300 dar. Wie gewürdigt werden kann, ist eine signifikante Verbesserung in Qo durch Reduktion für einen akustischen Verlust in dem CRF 300 verglichen mit einem bekannten CRF ohne erste und zweite np-Schichten 308, 313 realisiert. Abhängig von der Frequenz (zum Beispiel bei 1,93 GHz) ist eine Erhöhung von Qo von ungefähr 500 auf ungefähr 3000 vorhergesagt für CRF 300 wie verglichen mit einem bekannten CRF ohne erste und zweite np-Schichten 308, 313.
Kurve 323 stellt Qe für einen bekannten CRF dar, indem e_33np gleich e_33p ist (das heißt erste und zweite np-Schichten 308, 313 sind nicht bereitgestellt) und als eine Grundlinie zum Vergleich von Qe dient. Kurve 324 stellt Qe für CRF 300 dar. Die Verbesserung in Qo (dargestellt als 325) und Qe (dargestellt als 326) bei höheren Frequenzen ist leicht ersichtlich. Abhängig von der Frequenz (zum Beispiel bei 1,99 GHz) wird eine Erhöhung von Qe von ungefähr 500 auf ungefähr 2500 für CRF 300 vorhergesagt im Vergleich zu einem bekannten CRF ohne erste und zweite np-Schichten 308, 313.

Claims

Eine Bulk-Akustik-Wave (BAW)-Resonatorstruktur, aufweisend: eine erste Elektrode (105), die über einem Substrat (103) angeordnet ist; eine piezoelektrische Schicht (107), die über der ersten Elektrode (105) angeordnet ist; eine zweite Elektrode (101), die über der ersten piezoelektrischen Schicht (107) angeordnet ist, wobei c-Achsen-Orientierungen von Kristallen der piezoelektrischen Schicht (107) miteinander ausgerichtet sind; und eine nicht-piezoelektrische Schicht (108), die über der ersten Elektrode (105) und benachbart zu der piezoelektrischen Schicht (107) angeordnet ist, wobei eine Überlappung (110) der nicht-piezoelektrischen Schicht (108) mit der zweiten Elektrode (101) eine Breite hat, die gleich einem ganzzahligen Vielfachen einer Viertelwellenlänge einer ersten sich ausbreitenden Eigenwelle in der nicht-piezoelektrische Schicht (108) ist, oder größer als oder gleich einer Inversen einer Dämpfungskonstante (1/k) einer ersten evaneszenten Eigenwelle in der nicht-piezoelektrischen Schicht (108).
Eine BAW-Resonatorstruktur gemäß Anspruch 1, wobei die nicht-piezoelektrische Schicht (108) polykristallin ist.
Eine BAW-Resonatorstruktur gemäß Anspruch 1, wobei die piezoelektrische Schicht (107) ein Material aufweist, und die nicht-piezoelektrische Schicht (108) eine nicht-kristalline Form des Materials ist, insbesondere wobei das Material Aluminiumnitrid ist.
Eine BAW-Resonatorstruktur gemäß Anspruch 1, weiterhin aufweisend einen akustischen Reflektor, der unterhalb der ersten Elektrode (105) angeordnet ist, insbesondere wobei der akustische Reflektor eine Aushöhlung aufweist.
Eine BAW-Resonatorstruktur gemäß Anspruch 1, wobei die piezoelektrische Schicht (107) einen piezoelektrischen Kopplungskoeffizienten (e₃₃) hat und die nicht-piezoelektrische Schicht (108) einen piezoelektrischen Kopplungskoeffizienten hat, der geringer oder gleich 80 % des ersten piezoelektrischen Kopplungskoeffizienten ist.
Eine Bulk-Akustik-Wave (BAW)-Resonatorstruktur, aufweisend: eine erste Elektrode (205, 305), die über einem Substrat (203, 303) angeordnet ist; eine erste piezoelektrische Schicht (207, 307), die über der ersten Elektrode (205, 305) angeordnet ist; eine zweite Elektrode (201, 301), die über der ersten piezoelektrischen Schicht (207, 307) angeordnet ist, wobei c-Achsen-Orientierungen von Kristallen der ersten piezoelektrischen Schicht (207, 307)miteinander ausgerichtet sind; eine zweite piezoelektrische Schicht (209, 312), die über der zweiten Elektrode angeordnet (201, 301) ist; eine erste nicht-piezoelektrische Schicht (208, 308), die über der ersten Elektrode (205, 305) und benachbart zu der ersten piezoelektrischen Schicht (207, 307) angeordnet ist und/oder eine zweite nicht-piezoelektrische Schicht (210, 313), die über der zweiten Elektrode (201, 301) und benachbart zu der zweiten piezoelektrischen Schicht (209, 312) angeordnet ist; und eine dritte Elektrode (212, 314), die über der zweiten piezoelektrischen Schicht (209, 312) angeordnet ist.
Eine BAW-Resonatorstruktur gemäß Anspruch 6, wobei die erste nicht piezoelektrische Schicht (208) und/oder die zweite nicht-piezoelektrische Schicht (210) eine Breite hat, die gleich einem ganzzahligen Vielfachen einer Viertelwellenlänge einer ersten sich ausbreitenden Eigenwelle in der ersten nicht-piezoelektrischen Schicht (208) und/oder in der zweiten nicht-piezoelektrischen Schicht (210) ist, oder größer als oder gleich einer Inversen einer Dämpfungskonstante (1/k) einer ersten evaneszenten Eigenwelle in der ersten nicht-piezoelektrischen Schicht (208) und/oder in der zweiten nicht-piezoelektrischen Schicht (210) ist.
Eine BAW-Resonatorstruktur gemäß Anspruch 6, wobei die erste nicht-piezoelektrische Schicht (208) und/oder die zweite nicht-piezoelektrische Schicht (210) polykristallin ist.
Eine BAW-Resonatorstruktur gemäß Anspruch 6, wobei die erste piezoelektrische Schicht (207) ein Material aufweist, und die erste nicht-piezoelektrische Schicht (208) eine nicht-kristalline Form des Materials ist, insbesondere wobei das Material Aluminiumnitrid ist.
Eine BAW-Resonatorstruktur gemäß Anspruch 6, wobei die erste piezoelektrische Schicht (207) einen ersten piezoelektrischen Kopplungskoeffizienten (e₃₃) hat und die erste nicht-piezoelektrische Schicht (208) einen piezoelektrischen Kopplungskoeffizienten hat, der weniger oder gleich 80 % des ersten piezoelektrischen Kopplungskoeffizienten ist.
Eine BAW-Resonatorstruktur gemäß Anspruch 6, wobei die zweite piezoelektrische Schicht (209) ein Material aufweist, und die zweite nicht-piezoelektrische Schicht (210) eine nicht-kristalline Form des Materials ist.
Eine BAW-Resonatorstruktur gemäß Anspruch 6, wobei die zweite piezoelektrische Schicht (209) einen zweiten piezoelektrischen Kopplungskoeffizienten (e₃₃) hat und die zweite nicht-piezoelektrische Schicht (210) einen piezoelektrischen Kopplungskoeffizienten hat, der weniger oder gleich 80 % von dem zweiten piezoelektrischen Kopplungskoeffizienten ist.
Eine BAW-Resonatorstruktur gemäß Anspruch 6, weiterhin aufweisend: eine akustische Kopplungsschicht (309), die zwischen der zweiten Elektrode (301) und der zweiten piezoelektrischen Schicht (312) angeordnet ist; und eine vierte Elektrode (311), die über der akustischen Kopplungsschicht (309) und unter der zweiten piezoelektrischen Schicht (312) angeordnet ist.