DE102015106724B4 - Akustische Resonatorvorrichtung mit einem Luftflügel und einer temperaturkompensierenden Schicht - Google Patents

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Abstract

Eine akustische Volumenwellen(BAW, bulk acoustic wave)-Resonatorvorrichtung (100B), aufweisend: ein Substrat (105), eine über dem Substrat (105) ausgebildete untere Elektrode (115), eine auf der unteren Elektrode (115) ausgebildete piezoelektrische Schicht (125), eine auf der piezoelektrischen Schicht (125) ausgebildete obere Elektrode (1351), einen Luftflügel (154) und eine Luftbrücke (152), die zwischen der piezoelektrischen Schicht (125) und der oberen Elektrode (135') ausgebildet sind, wobei der Luftflügel (154) einen inneren Rand aufweist, der eine äußere Begrenzung eines aktiven Bereichs (112) der BAW-Resonatorvorrichtung (100A–D, 200A–C, 300A–C) definiert, und ein Temperaturkompensationsmerkmal (140), das einen positiven Temperatorkoeffizienten zum Ausgleichen von zumindest einem Teil eines negativen Temperaturkoeffizienten der piezoelektrischen Schicht (125) aufweist, wobei das Temperaturkompensationsmerkmal (140) in einer von der oberen Elektrode (135'), der piezoelektrischen Schicht (125) oder der unteren Elektrode (115) angeordnet ist, wobei sich das Temperaturkompensationsmerkmal (140) um eine vorbestimmte Länge außerhalb des aktiven Bereichs (112) erstreckt.

Description

  • HINTERGRUND
  • Akustische Resonatoren können verwendet werden, um Signalverarbeitungsfunktionen in verschiedenen elektronischen Anwendungen zu implementieren. Beispielsweise verwenden einige Mobiltelefone und andere Kommunikationseinrichtungen akustische Resonatoren, um Frequenzfilter für gesendete und/oder empfangene Signale zu implementieren. Mehrere verschiedene Arten von akustischen Resonatoren können gemäß verschiedener Anwendungen verwendet werden, wobei Beispiele folgende umfassen: akustische Volumenwellen(BAW, bulk acoustic wave)-Resonatoren, wie etwa akustische Dünnschichtvolumen-Resonatoren (FBAR, film bulk acoustic resonators), gekoppelte Resonatorfilter (CRFs, coupled resonator filters), gestapelte akustische Volumenresonatoren (SBARs, stacked bulk acoustic resonators), akustische Doppelvolumenresonatoren (DBARs, double bulk acoustic resonators) und festmontierte Resonatoren (SMRs, solidly mounted resonators). Ein FBAR beispielsweise umfasst eine piezoelektrische Schicht zwischen einer unteren (ersten) Elektrode und einer oberen (zweiten) Elektrode über einer Ausnehmung. BAW-Resonatoren können in einer breiten Vielfalt von elektronischen Anwendungen verwendet werden, wie etwa Mobiltelefonen, Mikrocomputern (PDAs, personal digital assistants), elektronischen Spielevorrichtungen, Laptop-Computern und anderen tragbaren Kommunikationseinrichtungen. Beispielsweise können FBARs, die auf Frequenzen in der Nähe ihrer fundamentellen Resonanzfrequenzen arbeiten, als eine Schlüsselkomponente von Radiofrequenz(RF)-Filtern und -Duplexern in mobilen Einrichtungen verwendet werden.
  • Ein akustischer Resonator umfasst typischerweise eine Schicht eines piezoelektrischen Materials, das zwischen zwei flachen Elektroden in einer Struktur, die als ein akustischer Stapel bezeichnet wird, eingelegt ist. Wenn ein elektrisches Eingangssignal zwischen den Elektroden angelegt wird, bewirkt der reziproke oder inverse piezoelektrische Effekt, dass sich der akustische Stapel in Abhängigkeit von der Polarisation des piezoelektrischen Materials mechanisch ausdehnt oder zusammenzieht. Wenn das elektrische Eingangssignal sich mit der Zeit verändert, erzeugen das Ausdehnen und das Zusammenziehen des akustischen Stapels akustische Wellen, die sich durch den akustischen Resonator in verschiedenen Richtungen ausbreiten und durch den piezoelektrischen Effekt in elektrische Ausgangssignale umgewandelt werden. Einige der akustischen Wellen erzielen über dem akustischen Stapel eine Resonanz, wobei eine Resonanzfrequenz durch Faktoren, wie etwa die Materialien, Abmessungen und Betriebsbedingungen des akustischen Stapels, bestimmt ist. Diese und andere mechanische Merkmale des akustischen Resonators bestimmen seine Frequenzantwort.
  • Allgemein umfasst ein akustischer Resonator verschiedene laterale Bereiche, die verschiedene Arten von Resonanzen oder Resonanz-Moden unterliegen können. Diese lateralen Bereiche können, sehr umfassend, als ein Membranhauptbereich und periphere Bereiche charakterisiert werden, wobei der aktive Bereich oder der Membranhauptbereich, grob gesprochen, durch eine Überlappung zwischen den zwei flachen Elektroden und dem piezoelektrischen Material definiert ist, und wobei die peripheren Bereiche durch Flächen außerhalb des Membranhauptbereichs definiert sind. Der Membranhauptbereich kann derselbe sein wie ein aktiver Bereich des akustischen Resonators, oder kann den aktiven Bereich enthalten. Zwei periphere Bereiche sind, insbesondere, definiert als ein zwischen dem Rand des Membranhauptbereichs und dem Rand der Luftausnehmung angeordneter Bereich und ein Bereich einer Überlappung von mindestens einer flachen Elektrode und dem piezoelektrischen Material mit dem Substrat. Der Membranhauptbereich unterliegt elektrisch angeregten Moden, die durch das elektrische Feld zwischen den zwei flachen Elektroden erzeugt werden, und sowohl der Membranhauptbereich als auch die peripheren Bereiche unterliegen bestimmten derivativen Moden, die durch Streuung von Energie in den elektrisch angeregten Moden erzeugt werden. Die elektrisch angeregten Moden umfassen, beispielsweise, einen Hubkolben-Modus, der durch longitudinale akustische Wellen mit Begrenzungen an den Rändern des Membranhauptbereichs ausgebildet ist. Die derivativen Moden umfassen beispielsweise laterale Moden, die durch laterale akustische Wellen, die an den Rändern des Membranhauptbereichs und der peripheren Bereiche angeregt werden, ausgebildet sind.
  • Die lateralen Moden erleichtern die Kontinuität von geeigneten mechanischen Partikelgeschwindigkeiten und Spannungen zwischen dem elektrisch angetriebenen Membranhauptbereich und den im Wesentlichen nicht-angetriebenen peripheren Bereichen. Sie können sich von dem Punkt ihrer Anregung entweder frei ausbreiten (sogenannte sich ausbreitende Moden) oder exponentiell abklingen (sogenannte verschwindende und komplexe Moden). Sie können sowohl durch laterale strukturelle Diskontinuitäten (beispielsweise eine Grenzfläche zwischen Bereichen mit verschiedenen Dicke in dem Membranhauptbereich, oder einen Rand einer oberen oder unteren Elektrode) oder durch Diskontinuitäten des elektrischen Feldes (beispielsweise ein Rand einer oberen Elektrode, wo das elektrische Feld abrupt endet) angeregt werden.
  • Die lateralen Moden haben allgemein einen abträglichen Einfluss auf die Performanz oder Leistungsfähigkeit eines akustischen Resonators. Folglich umfassen einige akustische Resonatoren strukturelle Hilfsmerkmale, die dazu entworfen sind, die lateralen Moden zu unterdrücken, zu verhindern oder abzuschwächen. Beispielsweise kann eine Luftbrücke unter der oberen Elektrode auf dem die obere Elektrode verbindenden Rand des akustischen Resonators ausgebildet sein, um den Transducer-Effekt über dem Substrat zu beseitigen. In einem anderen Beispiel kann ein Rahmen durch ein leitfähiges oder dielektrisches Material innerhalb der Begrenzung des Membranhauptbereichs ausgebildet sein, um die Streuung von elektrisch angeregten Hubkolben-Moden an den Rändern der oberen Elektrode zu minimieren und die Begrenzung der mechanischen Bewegung zu dem Membranhauptbereich verbessern.
  • Herkömmliche FBARs, beispielsweise, beruhen auf einer starken Begrenzung der elektrisch angeregten Hubkolben-Moden. Eine starke Begrenzung wird durch die Ränder der oberen und der unteren Elektrode und ebenso von hilfsweisen strukturellen Merkmalen, wie etwa Luftringen (beispielsweise einschließlich Luftbrücken und/oder Luftflügeln) und herkömmlichen äußeren Rahmen bereitgestellt. Während der offensichtliche Vorteil einer strengen Begrenzung darin besteht, dass sie eine Quasi-Festklemmen der mechanischen Bewegung an dem Rand der oberen Elektrode verstärkt, stellt sie auch eine bedeutende akustische Diskontinuität dar, die zu einer Streuung der Energie aus der erwünschten Hubkolben-Mode heraus in unerwünschte Dehn-, Scher-, Biege- und Kompressionsmoden der gesamten Struktur führen.
  • Zusätzlich müssen FBAR-Filter insbesondere ausreichend niedrige Einfügungsverluste (IL, insertion loss) über den Temperaturbereichen ebenso wie über den Frequenzbereichen gewährleisten. Wenn die Umgebungstemperatur ansteigt, sinkt typischerweise die Schallgeschwindigkeit der meisten Materialien und die Abschneidefrequenz von jedem der FBAR, die den Filter ausbilden, nimmt ab. Folglich verschiebt sich das Durchlassband der Filter allgemein in Richtung zu niedrigeren Frequenzen, wenn die Temperatur ansteigt. In Abwesenheit der Temperaturkompensation muss daher das Durchlassband breit genug entworfen werden, um Änderungen der Umgebungstemperatur zu ermöglichen, was von jedem FBAR einen hohen Kopplungskoeffizienten Kt2 erfordert, was schwierig zu erreichen sein kann. Auch kann es in manchen Fällen (beispielsweise Band 13) nicht erlaubt sein, dass das Durchlassband sich verschiebt, um eine Beeinträchtigung von anderen Bändern (beispielsweise Sicherheitsbändern) zu vermeiden. Eine Temperaturkompensation des Filters (und daher von jedem FBAR) kann erforderlich sein. Beispielsweise kann dem FBAR mit Bor dotiertes Siliziumoxid SiOx (das als „Tempco-Oxid” bezeichnet wird) als eine temperaturkompensierende Schicht hinzugefügt werden. Die Schallgeschwindigkeit des Tempco-Oxids nimmt mit der Temperatur zu, was die gewünschte Stabilisierung des akustischen Resonators und der Filterantwort bei Änderungen der Umgebungstemperatur erzielt. Die temperaturkompensierende Schicht kann entweder in die obere oder in die untere Elektrode eingebettet sein, mit allen damit verbundenen Prozess-Komplikationen. Andere Strukturen können dann verwendet werden, um den Parallelwiderstand Rp und den Qualitätsfaktor Q (als „Q-Faktor” bezeichnet) zu verbessern, wie etwa Luftbrücken bei der oberen Elektrode (um Tot-FBAR zu beseitigen) und Zusatzrahmen (add-on frames) auf der oberen Elektrode (um Streuung an den Rändern der oberen Elektrode zu minimieren).
  • Typischerweise verringert die temperaturkompensierende Schicht die Effizienz von Zusatzrahmen, die zur Verbesserung des Q-Faktors verwendet werden. Der Grund ist, dass eine niedrige akustische Impedanz der temperaturkompensierenden Schicht einen signifikanten Anteil der Energie begrenzt, sowohl von der Hubkolben-Mode als auch von den Eigen-Moden des Stapels, die in dem Teil des Resonatorstapels, wo die temperaturkompensierende Schicht angeordnet ist, eingegrenzt sind. Die typischen Zusatzrahmen werden auf der Oberseite des Stapels angeordnet, um das Wachstum der hochqualitativen, ebenen piezoelektrischen Schicht zu erleichtern. Die temperaturkompensierende Schicht kann entweder unter oder über der piezoelektrischen Schicht angeordnet werden, was die Effizienz der oberen Zusatzrahmen für das Unterdrücken der an der Unterseite des Resonatorstapels eingegrenzten Eigen-Moden begrenzt. Folglich werden Ansätze benötigt, die temperaturkompensierende Schichten innerhalb eines BAW-Resonatorstapels ermöglichen für Anwendungen, die einen hohen Q-Faktor und eine temperaturkompensierte Frequenzantwort erfordern. Folglich besteht im Hinblick auf diese und andere Nachteile von herkömmlichen akustischen Resonatoren ein allgemeiner Bedarf an verbesserten Entwürfen von akustischen Resonatoren.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die veranschaulichenden Ausführungsformen werden am besten aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung verstanden, wenn diese zusammen mit den beigefügten Zeichnungen gelesen wird. Es wird betont, dass die verschiedenen Merkmale nicht notwendigerweise maßstabsgetreu gezeichnet sind. Tatsächlich können die Abmessungen zur Klarheit der Darstellung willkürlich vergrößert oder verkleinert werden. Wo immer dies anwendbar und praktisch ist, bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente.
  • 1A ist eine Ansicht von oben eines akustischen Resonators mit einer temperaturkompensierenden Schicht, gemäß einer repräsentativen Ausführungsform.
  • 1B ist eine Querschnittsansicht eines akustischen Resonators mit einer temperaturkompensierenden Schicht, gemäß einer repräsentativen Ausführungsform.
  • 1C ist eine Querschnittsansicht eines akustischen Resonators mit einer temperaturkompensierenden Schicht, gemäß einer repräsentativen Ausführungsform.
  • 1D ist eine Querschnittsansicht eines akustischen Resonators mit einer temperaturkompensierenden Schicht, gemäß einer repräsentativen Ausführungsform.
  • 2A ist eine Querschnittsansicht eines akustischen Resonators mit einer temperaturkompensierenden Schicht und mit Rahmen, gemäß einer repräsentativen Ausführungsform.
  • 2B ist eine Querschnittsansicht eines akustischen Resonators mit einer temperaturkompensierenden Schicht und Rahmen, gemäß einer repräsentativen Ausführungsform.
  • 2C ist eine Querschnittsansicht eines akustischen Resonators mit einer temperaturkompensierenden Schicht und Rahmen, gemäß einer repräsentativen Ausführungsform.
  • 3A ist eine Querschnittsansicht eines akustischen Resonators mit einer temperaturkompensierenden Schicht gemäß einer repräsentativen Ausführungsform.
  • 3B ist eine Querschnittsansicht eines akustischen Resonators mit einer temperaturkompensierenden Schicht gemäß einer repräsentativen Ausführungsform.
  • 3C ist eine Querschnittsansicht eines akustischen Resonators mit einer temperaturkompensierenden Schicht gemäß einer repräsentativen Ausführungsform.
  • 4 ist ein Schaubild, das Parallelwiderstands-(Rp)-Werte als eine Funktion eines Betrags, um den sich eine temperaturkompensierende Schicht in eine Substratausnehmung erstreckt, gemäß einer repräsentativen Ausführungsform.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • Die vorliegenden Lehren beziehen sich allgemein auf akustische Resonatoren, wie beispielsweise etwa akustische Schichtvolumenwellen-Resonatoren (FBARs, film bulk acoustic wave resonators) oder festmontierte Resonatoren (SMRs, solidly mounted resonators). Zur Vereinfachung der Erklärung sind mehrere Ausführungsformen im Zusammenhang von FBAR-Technologien beschrieben; jedoch können die beschriebenen Konzepte zur Verwendung in anderen Arten von akustischen Resonatoren angepasst werden. Bestimmte Einzelheiten von akustischen Resonatoren, einschließlich Materialien und Verfahren der Herstellung, können in einer oder mehreren der folgenden, gemeinsam besessenen US-Patente und US-Patentanmeldungen gefunden werden: US-Patent Nr. 6,107,721 ; US-Patente Nrn. 5,587,620 , 5,873,153 , 6,507,983 , 6,384,697 , 7,275,292 und 7,629,865 ; US-Patent Nr. 7,280,007 ; US 2007/0205850 A1 ; US-Patent Nr. 7,388,454 ; US 2014/111288 A1 ; US 2013/314177 A1 ; US 2014/118091 A1 ; US 2014/118088 A1 ; US 2013/038408 A1 ; US 2008/0258842 A1 ; und US-Patent Nr. 6,548,943 . Es wird betont, dass die in diesen Patenten und Patentanmeldungen beschriebenen Komponenten, Materialien und Herstellungsverfahren repräsentativ sind und dass andere Verfahren der Herstellung und Materialien innerhalb des technischen Gebiets eines Fachmanns in Betracht gezogen werden können.
  • In einer repräsentativen Ausführungsform umfasst eine akustischer Volumenwellen(BAW, bulk acoustic wave)-Resonatorvorrichtung ein Substrat, eine über dem Substrat ausgebildete untere Elektrode, eine auf der unteren Elektrode ausgebildete piezoelektrische Schicht und eine auf der piezoelektrischen Schicht ausgebildete obere Elektrode. Ein Luftflügel und eine Luftbrücke sind zwischen der piezoelektrischen Schicht und der oberen Elektrode ausgebildet, wobei der Luftflügel einen inneren Rand aufweist, der eine äußere Begrenzung eines aktiven Bereichs der BAW-Resonatorvorrichtung definiert. Die BAW-Resonatorvorrichtung umfasst ferner ein Temperaturkompensationsmerkmal, das einen positiven Temperaturkoeffizienten aufweist, um mindestens einen Teil eines negativen Temperaturkoeffizienten der piezoelektrischen Schicht auszugleichen. Das Temperaturkompensationsmerkmal erstreckt sich um eine vorbestimmte Länge außerhalb des aktiven Bereichs. Obwohl die folgende Beschreibung Ausführungsformen in der Form von FBAR-Einrichtungen vorstellt, könnten einige der beschriebenen Konzepte in anderen Formen von akustischen Resonatoren, wie beispielsweise etwa SMRs, implementiert sein.
  • In einer anderen repräsentativen Ausführungsform umfasst eine BAW-Resonatorvorrichtung ein Substrat, das eine Ausnehmung definiert, eine über dem Substrat und zumindest einem Abschnitt der Ausnehmung ausgebildete untere Elektrode, eine auf der unteren Elektrode ausgebildete piezoelektrische Schicht, eine auf der piezoelektrischen Schicht ausgebildete obere Elektrode, einen auf oder in der oberen Elektrode ausgebildeten äußeren Rahmen, wobei der äußere Rahmen einen inneren Rand aufweist, der eine äußere Begrenzung eines aktiven Bereichs der BAW-Resonatorvorrichtung definiert, einen Luftflügel und eine Luftbrücke, die zwischen der piezoelektrischen Schicht und der oberen Elektrode des akustischen Stapels ausgebildet sind, und ein Temperaturkompensationsmerkmal, das einen positiven Temperaturkoeffizienten aufweist, um mindestens einen Teil eines negativen Temperaturkoeffizienten von mindestens der piezoelektrischen Schicht auszugleichen. Das Temperaturkompensationsmerkmal erstreckt sich um eine vorbestimmte Länge außerhalb des aktiven Bereichs.
  • 1A ist eine Ansicht von oben auf einen akustischen Resonator 100A gemäß einer repräsentativen Ausführungsform, und die 1B bis 1D sind Querschnittsansichten des akustischen Resonators 100A, genommen entlang einer Linie A-A', gemäß verschiedener Ausführungsformen. Die Querschnittsansichten entsprechen verschiedenen Variationen eines akustischen Resonators 100A und werden als akustische Resonatoren 100B bis 100D bezeichnet werden. Die akustischen Resonatoren 100B bis 100D haben viele von denselben Merkmalen, so dass in einer Bemühung, Redundanz zu vermeiden, eine wiederholte Beschreibung dieser Merkmale ausgelassen sein kann.
  • Mit Verweis auf 1A umfasst ein akustischer Resonator 100A eine obere Elektrode 135, die fünf (5) Seiten aufweist, wobei eine Verbindungsseite 101 dazu ausgelegt ist, eine elektrische Verbindung zu einer Verbindung 102 herzustellen. Die Verbindung 102 führt der oberen Elektrode 135 elektrische Signale zu, um gewünschte akustische Wellen in einer piezoelektrischen Schicht (in 1A nicht gezeigt) des akustischen Resonators 100A anzuregen.
  • Die fünf Seiten der oberen Elektrode 135 haben unterschiedliche Längen, die eine apodisierte Pentagon-Form ausbilden. In alternativen Ausführungsformen kann die obere Elektrode 135 eine verschiedene Anzahl von Seiten aufweisen. Obwohl das in den Zeichnungen nicht gezeigt ist, können andere Ausführungsformen von akustischen Resonatoren, wie etwa diejenigen der 2A bis 3C, eine Erscheinung ähnlich zu der der 1A aufweisen, wenn sie von oben betrachtet werden. Des Weiteren können die akustischen Resonatoren der 1B bis 3C in verschiedenen alternativen Formen ausgebildet sein, wie etwa kreisförmig, quadratisch, rechteckförmig, trapezförmig, usw., ohne vom Umfang der vorliegenden Lehren abzuweichen.
  • Die 1B bis 1D sind Querschnittsansichten, die akustische Resonatoren darstellen, gemäß repräsentativen Ausführungsformen. In den in den 1B bis 1D gezeigten Beispielen (und ebenso in den 2A bis 3C gezeigten Beispielen, die unten besprochen werden) ist jeder der akustischen Resonatoren ein FBAR, der eine in einem Substrat ausgebildete Ausnehmung umfasst, zur Erleichterung der Darstellung. Es wird jedoch verstanden, dass andere Arten von akustischen Resonatoren umfasst sein können, ohne vom Umfang der vorliegenden Lehren abzuweichen. Beispielsweise kann der akustische Resonator einen akustischen Reflektor oder einen akustischen Spiegel, wie etwa einen verteilten Bragg-Reflektor (DBR, distributed Bragg reflector), der auf dem Substrat anstelle der Ausnehmung ausgebildet ist, der den akustischen Resonator zu einem SMR macht. Es wird verstanden, dass dieselben allgemeinen Konfigurationen in akustischen Resonatoren umfasst sein können, die Rahmen und/oder Luftflügel an verschiedenen Positionen aufweisen, ohne vom Umfang der vorliegenden Lehren abzuweichen.
  • Mit Verweis auf 1B umfasst ein akustischer Resonator 100B (z. B. ein FBAR) ein Substrat 105, das eine Ausnehmung 110 definiert, die eine Luftausnehmung sein kann, eine untere (erste) Elektrode 115, die auf dem Substrat 105 und der Ausnehmung 110 angeordnet ist, eine piezoelektrische Schicht 125, die auf der unteren Elektrode 115 angeordnet ist, und eine obere (zweite) Elektrode 135', die auf der piezoelektrischen Schicht 125 angeordnet ist. Zusammen bilden die untere Elektrode 115, die piezoelektrische Schicht 125 und die obere Elektrode 135' einen akustischen Stapel des akustischen Resonators 100B aus. Auch stellt eine Überlappung zwischen der unteren Elektrode 115, der piezoelektrischen Schicht 125 und der oberen Elektrode 135' über der Ausnehmung 110 einen aktiven Bereich 112 des akustischen Resonators 100B bereit. Eine Passivierungsschicht 165 (optional) ist auf der oberen Elektrode 135' angeordnet, wobei die Dicke ausreichend ist, um alle Schichten des akustischen Stapels von der Umgebung zu isolieren, einschließlich eines Schutzes vor Feuchtigkeit, korrosiven Elementen, Verunreinigungen, Ablagerungen und dergleichen.
  • In einer alternativen Konfiguration kann der akustische Resonator 100B (ebenso wie die in den 1C bis 3C gezeigten akustischen Resonatoren, die unten besprochen werden) ferner eine Planarisierungsschicht (nicht gezeigt) umfassen, die benachbart zu der unteren Elektrode 115 auf dem Substrat 105 angeordnet ist, in welchem Fall die piezoelektrische Schicht 125 auf einer kombinierten planarisierten (oder eingeebneten) Oberfläche der unteren Elektrode 115 und der Planarisierungsschicht 120 ist, und wobei die obere Elektrode 135' auf der piezoelektrischen Schicht 125 angeordnet ist. Die Planarisierung von Schichten und entsprechende potentielle Vorteile sind in der US 2013/0106534 A1 dargestellt.
  • Das Substrat 105 kann aus einem Material ausgebildet sein, das mit Halbleiterprozessen kompatibel ist, wie beispielsweise etwa Silizium (Si), Galliumarsenid (GaAs), Indiumphosphid (InP), Glas, Saphir, Aluminium oder dergleichen, ausgebildet sein. Die Ausnehmung 110 kann ausgebildet sein durch Ätzen einer Ausnehmung in dem Substrat 105 und Füllen der geätzten Ausnehmung mit einem Opfermaterial, wie beispielsweise etwa Phosphorsilikatglas (PSG, phosphosilicate glass), das anschließend entfernt wird, um einen Luftraum zurückzulassen. Allgemein ist die Tiefe der Ausnehmung 110 durch die Ätzeigenschaften des Opfermaterials und durch eine mögliche Wölbung nach unten der losgelösten Membran (d. h. über der Ausnehmung 110 angeordneten Schichten des akustischen Resonators 100B) im Fall einer residualen Kompressionsspannung in den Schichten der vorhandenen Membran definiert. Allgemein sind vom Gesichtspunkt des Membranablöseprozesses tiefere Ausnehmungen vorteilhafter, jedoch liefern sie einen etwas schwierigeren anfänglichen Ätzprozess. Verschiedene veranschaulichende Herstellungstechniken für eine Ausnehmung in einem Substrat sind in dem US-Patent Nr. 7,345,410 beschrieben. Wie oben erwähnt, können in alternativen Konfigurationen die hierin beschriebenen akustischen Resonatoren ein SMR sein, indem anstelle von oder zusätzlich zu der Ausnehmung ein akustischer Spiegel, wie etwa ein DBR, auf dem Substrat ausgebildet ist. Verschiedene veranschaulichende Herstellungstechniken von akustischen Spiegeln sind in dem US-Patent Nr. 7,358,831 beschrieben.
  • Jede von der unteren Elektrode 115 und der oberen Elektrode 135' kann aus einem oder mehreren elektrisch leitfähigen Materialien ausgebildet sein, wie etwa verschiedenen Metallen, die mit Halbleiterprozessen kompatibel sind, einschließlich beispielsweise Wolfram (W), Molybdän (Mo), Iridium (Ir), Aluminium (Al), Platin (Pt), Ruthenium (Ru), Niob (nb) oder Hafnium (Hf). In verschiedenen Konfigurationen können die untere Elektrode 115 und/oder die obere Elektrode 135' aus zwei oder mehreren Schichten von elektrisch leitfähigen Materialien ausgebildet sein, die die gleichen sein können oder verschieden voneinander sein können. Auch können die Konfiguration und/oder das Material bzw. die Materialien, die die obere Elektrode 135' ausbilden, dieselben sein oder verschieden sein von der Konfiguration und/oder dem Material oder den Materialien, die die untere Elektrode 115 ausbilden.
  • Die piezoelektrische Schicht 125 kann aus irgendeinem piezoelektrischen Material ausgebildet sein, das mit Halbleiterprozessen kompatibel ist, wie beispielsweise etwa Aluminiumnitrid (AlN), Zinkoxid (ZnO), oder Zirkonattitanat (PZT). Selbstverständlich können andere Materialien in den obigen und anderen Merkmalen des akustischen Resonators 100B (und ebenso der anderen hierin beschriebenen akustischen Resonatoren) aufgenommen sein, ohne vom Umfang der vorliegenden Lehren abzuweichen. Auch kann in verschiedenen Ausführungsformen die piezoelektrische Schicht 125 mit mindestens einem Seltenerdelement„dotiert” sein, wie beispielsweise etwa Scandium (Sc), Yttrium (Y), Lanthan (La) oder Erbium (Er), um den piezoelektrischen Kopplungskoeffizienten e33 in der piezoelektrischen Schicht 125 zu vergrößern, um dadurch zumindest einen Teil der Verschlechterung des elektromechanischen Kopplungskoeffizienten Kt2 des akustischen Resonators auszugleichen, der z. B. durch den oberseitigen Luftring 150, der unten besprochen wird, bewirkt ist. Beispiele des Dotierens von piezoelektrischen Schichten mit einem oder mehreren Seltenerdelementen zum Verbessern des elektromechanischen Kopplungskoeffizienten Kt2 sind bereitgestellt in der US 2014/118089 A1 und der US 2014/118090 A1 . Selbstverständlich kann das Dotieren der piezoelektrischen Schichten mit einem oder mehreren Seltenerdelementen bei irgendeiner der verschiedenen Ausführungsformen angewendet werden, einschließlich der unten mit Verweis auf die 1C bis 3C beschriebenen Ausführungsformen.
  • Mit Verweis wiederum auf 1B, ist zwischen der piezoelektrischen Schicht 125 und der oberen Elektrode 135' ein oberer Luftring 150 ausgebildet. Der obere Luftring 150 erstreckt sich entlang des gesamten oder eines Teils des Umfangs des akustischen Resonators 100B. Allgemein umfasst der zwischen der piezoelektrischen Schicht 125 und der oberen Elektrode 135' ausgebildete Luftring 150 eine Luftbrücke 152 an der Verbindungsseite der oberen Elektrode 135', und einen Luftflügel 154 entlang des verbleibenden äußeren Umfangs. Die inneren Ränder des Luftrings 150 (d. h. die entsprechenden inneren Ränder der Luftbrücke 152 und des Luftflügels 154) können im Wesentlichen eine äußere Begrenzung eines aktiven Bereichs 112 des akustischen Resonators 100B definieren, in Abhängigkeit von anderen vorhandenen Merkmalen, wie etwa einem inneren und äußeren hinzugefügten Rahmen, der unten besprochen wird. In der gezeigten Konfiguration entspricht der aktive Bereich 112 einem Membranhauptbereich des akustischen Resonators 100B. Vertikale Linien zeigen die Begrenzung des aktiven Bereichs 112. Die Breite der Luftbrücke 152 definiert einen Luftbrücken-Erstreckungsabschnitt 116 und der Luftflügel 154 definiert einen Luftflügel-Abschnitt 117. Zusätzliche vertikale Linien zeigen die Begrenzungen des Luftbrücken-Erstreckungsabschnitts 116 und des Luftflügel-Abschnitts 117, respektive, an.
  • Wie in 1B gezeigt, ist ein Temperaturkompensationsmerkmal in der oberen Elektrode 135' enthalten, das als eine repräsentative temperaturkompensierende Schicht 140 dargestellt ist, die die Änderungen der Schallgeschwindigkeit und der Abschneidefrequenz der piezoelektrischen Schicht 125 in Antwort auf Änderungen in der Temperatur stabilisiert. Genauer gesagt, ist die temperaturkompensierende Schicht 140 aus einem Material ausgebildet, das einen positiven Temperaturkoeffizienten aufweist, um mindestens einen Teil eines negativen Temperaturkoeffizienten der piezoelektrischen Schicht 125 und ebenso einen Teil eines negativen Temperaturkoeffizienten der unteren Elektrode 115 und der oberen Elektrode 135' auszugleichen. Die temperaturkompensierende Schicht 140 kann aus verschiedenen kompatiblen Materialien ausgebildet sein, einschließlich beispielsweise Tetraethylorthosilikat (TEOS), Siliziumdioxid (SiO2), Borsilikatglas (BSG), Chrom (Cr) und/oder Telluroxid (TeO(x)), die positive Temperaturkoeffizienten aufweisen. Das Material oder die Materialien können beispielsweise durch plasmaverstärkte chemische Dampfabscheidung (PECVD, plasma-enhanced chemical vapor deposition) oder physikalische Dampfabscheidung (PVD, physical vapor deposition) aufgebracht werden, obwohl andere Prozesse verwendet werden können, ohne vom Umfang der vorliegenden Lehren abzuweichen.
  • In der gezeigten Ausführungsform ist die temperaturkompensierende Schicht 140 begraben in oder eingekapselt von der oberen Elektrode 135'. Folglich umfasst die obere Elektrode 135' eine leitfähige Zwischenlageschicht, die auf der piezoelektrischen Schicht 215 gestapelt ist, die temperaturkompensierende Schicht 140, die auf der leitfähigen Zwischenlageschicht gestapelt ist, und eine äußere Elektrodenschicht, die auf der temperaturkompensierenden Schicht gestapelt ist. Die leitfähige Zwischenlageschicht und die äußere Elektrodenschicht sind um den äußeren Rand der temperaturkompensierenden Schicht 140 miteinander verbunden, um die Einkapselung bereitzustellen. Das heißt, die Zwischenlageschicht trennt die temperaturkompensierende Schicht 140 von der piezoelektrischen Schicht 125, so dass die temperaturkompensierende Schicht 140 innerhalb der oberen Elektrode 135' effektiv begraben oder eingekapselt ist. Beispiele einer temperaturkompensierenden Schicht, die in einer oberen Elektrode begraben oder eingekapselt ist, einschließlich Herstellungsverfahren, sind in der US 2014/152152 A1 beschrieben und veranschaulicht.
  • Ein äußerer Rand der temperaturkompensierenden Schicht 140 ist um eine vorbestimmte Länge außerhalb des inneren Randes des Luftflügels 154 angeordnet. Anders ausgedrückt, erstreckt sich die temperaturkompensierende Schicht 140 um die vorbestimmte Länge außerhalb des aktiven Bereichs 112 des akustischen Resonators 100B. Der Abschnitt der temperaturkompensierenden Schicht 140, der sich über dem aktiven Bereich 112 hinaus erstreckt, ist als ein Endabschnitt 141 der temperaturkompensierenden Schicht 140 angedeutet. In der gezeigten Ausführungsform umfasst der Endabschnitt 141 einen ersten Abschnitt 141a (angedeutet durch einen Pfeil AR) mit einer ersten vorbestimmten Länge, der sich von der äußeren Begrenzung des aktiven Bereichs 112 (d. h. dem inneren Rand des Luftflügels 154) bis zu dem äußeren Rand der Ausnehmung 110 erstreckt. Folglich ist die vorbestimmte Länge der temperaturkompensierenden Schicht 140, die sich außerhalb des aktiven Bereichs 112 erstreckt, die Summe von der ersten und der zweiten vorbestimmten Länge. Der Endabschnitt 140 umfasst ferner einen zweiten Abschnitt 141b (angezeigt durch einen Pfeil TC), der eine zweite vorbestimmte Länge hat, die sich über den äußeren Rand der Ausnehmung 110 hinaus bis zu einem äußeren Rand der temperaturkompensierenden Schicht 140 erstreckt. Die Längen des ersten Abschnitts 141a und des zweiten Abschnitts 141b ebenso wie die gesamte vorbestimmte Länge des Endabschnitts 141 kann eingestellt werden, um verschiedene Betriebsparameter des akustischen Resonators 100B zu optimieren, wie beispielsweise etwa um zumindest einen von einem Q-Faktor-Wert und einem Parallelwiderstands(Rp)-Wert des akustischen Resonators 100B. Ein Pfeil TE zeigt die Länge von dem äußeren Rand der Ausnehmung 110 bis zu dem äußeren Rand der oberen Elektrode 135' an.
  • In der gezeigten Ausführungsform sind die entsprechenden Längen des ersten Abschnitts 141a und des zweiten Abschnitts 141b ungefähr dieselben (z. B. näherungsweise 2 μm oder größer). Jedoch können die Längen eingestellt sein, um spezifische Entwurfsziele zu erreichen, wie etwa eine Soll-Resonanzfequenz, einen Soll-Serienwiderstand Rs, einen Soll-Parallelwiderstand Rp und/oder einen Sollwert des elektromechanischen Kopplungskoeffizienten Kt2, ohne vom Umfang der vorliegenden Lehren abzuweichen. Das heißt, der erste und der zweite Endabschnitt 141a und 141b können länger oder kürzer sein, können aber immer noch jeweils gleiche Längen aufweisen. Gleichermaßen können der erste und der zweite Endabschnitt 141a und 141b voneinander verschiedene Längen aufweisen, wobei der erste Abschnitt 141a länger oder kürzer als der zweite Abschnitt 141b ist. Beispielsweise kann die Länge des ersten Abschnitts 141a etwa 3,5 μm sein, während die Länge des zweiten Abschnitts 141b etwa 1 μm sein kann, oder alternativ kann die Länge des ersten Abschnitts 141a etwa 1,0 μm sein, während die Länge des zweiten Abschnitts 141b etwa 2,0 μm sein kann.
  • Die Luftbrücke 152 und der Luftflügel 154 (und andere Luftbrücken und -flügel, die im Zusammenhang mit repräsentativen Ausführungsformen unten beschrieben werden) können eine Höhe (y-Dimension in dem Koordinatensystem der 1B) von näherungsweise 300 Å bis näherungsweise 5000 Å, beispielsweise aufweisen. Insbesondere ist die untere Begrenzung der Höhe bestimmt durch die Begrenzungen des Prozesses des Herauslösens des Opfermaterials beim Ausbilden der Luftbrücke 152 und des Luftflügels 154. Die obere Begrenzung der Höhe ist bestimmt durch die Qualität der Schichten, die über der Luftbrücke 152 und dem Luftflügel 154 abgelagert sind, und durch die Qualität einer nachfolgenden Verarbeitung von möglicherweise nicht-planaren Strukturen.
  • In alternativen Ausführungsformen, die unten mit Verweis auf die 3A bis 3C besprochen werden, kann der äußere Rand der temperaturkompensierenden Schicht 140 innerhalb eines äußeren Randes der Ausnehmung 110 sein, während er sich immer noch über die äußere Begrenzung des aktiven Bereichs 112 hinaus erstreckt. Das heißt, der Endabschnitt 141, der sich von der äußeren Begrenzung des aktiven Bereichs 112 erstreckt, würde nach einer vorbestimmten Strecke enden, bevor er den äußeren Rand der Ausnehmung 110 erreicht.
  • Es gibt einen konsistenten Kompromiss zwischen der Temperaturkompensation des elektromechanischen Kopplungskoeffizienten Kt2, dadurch dass eine höhere Temperaturkompensation (oder ein niedriger Absolutwert) vorhanden ist, je niedriger der elektromechanische Kopplungskoeffizient Kt2 ist. Auch verschlechtert sich der Q-Faktor, wenn die temperaturkompensierende Schicht 140 hinzugefügt ist. Jedoch verbessern die durch AR und TC angedeuteten Ausrichtungsmerkmale (die die temperaturkompensierende Schicht 140 mit dem Luftflügel 154 in Zusammenhang bringen) den Q-Faktor. Weitere Optimierungen, wie etwa das Hinzufügen eines inneren und eines äußeren Rahmens, was unten mit Verweis auf die 2A bis 2C besprochen wird, können hinzugefügt werden, um den Q-Faktor weiter zu verbessern.
  • Die Luftbrücke 152 ist auf der Verbindungsseite 101 (in 1A) angeordnet und ist daher von der oberen Elektrode 135' umringt. Der Luftflügel 154 ist entlang der verbleibenden Seiten des akustischen Resonators 100B (d. h. entlang des verbleibenden Umfangs) angeordnet, und ist folglich auf einer Seite offen. Die Querschnittsformen der Luftbrücke 152 und des Luftflügels 154 können von den Formen der in 1B gezeigten Abschnitte abweichen. Beispielsweise können die Querschnitte rechteckförmige Formen (z. B. wenn eine Planarisierungsschicht benachbart zu der oberen Elektrode 115 auf dem Substrat 105 vorgesehen ist), trapezförmige Querschnittsformen, kreisförmige Formen und dergleichen aufweisen, ohne vom Umfang der vorliegenden Lehren abzuweichen. Beispiele von Konfigurationen, Abmessungen, Formen und dergleichen im Hinblick auf Luftbrücken und/oder Luftflügel sind in der US 2012/0218055 A1 , US 2012/0218057 A1 , US 2010/0327697 A1 und der US 2010/0327994 A1 beschrieben und veranschaulicht.
  • In bestimmten Ausführungsformen erstreckt sich die Luftbrücke 152 des Luftrings 150 (und andere Luftbrücken, die im Zusammenhang mit veranschaulichenden Ausführungsformen unten beschrieben werden) über die Ausnehmung 110 um eine Überlappung (die auch als ein Entkopplungsabschnitt bezeichnet wird), was eine Trennung des äußeren Rands des aktiven Bereichs 112 von dem Rand des Substrats 105 bestimmt. Der Entkopplungsabschnitt hilft, zumindest einen Teil der „FBAR-Totfläche”, die die obere Elektrode 135 von der unteren Elektrode 115 entkoppelt, zu entfernen. Auch erstreckt sich die Luftbrücke 152 über der piezoelektrischen Schicht 125 um eine Luftbrücken-Erstreckung (die auch als der oben erwähnte Luftbrücken-Erstreckungsabschnitt 116 bezeichnet wird). Beispielsweise hat der Entkopplungsabschnitt eine Breite (x-Dimension) von näherungsweise 0,0 μm (d. h. keine Überlappung mit der Ausnehmung 110) bis näherungsweise 10,0 μm, und der Luftbrücken-Erstreckungsabschnitt 116 hat eine Breite von näherungsweise 0,0 μm (d. h. keine Luftbrücke) bis näherungsweise 50,0 μm. Derweil stellt der durch die Luftbrücke 154 definierte Luftflügel-Abschnitt 117 eine unterschiedliche Begrenzungsbedingung bereit, die hilft, akustische Verluste zu unterdrücken.
  • Allgemein hängen optimale Breiten des Entkopplungsabschnitts und des Luftbrücken-Erstreckungsabschnitts 116 der Luftbrücke 152 (und anderer Luftbrücken, die unten im Zusammenhang mit repräsentativen Ausführungsformen beschrieben sind) von der Reflexion und der Unterdrückung von Eigen-Moden an der Grenzfläche des aktiven Abschnitts 112 und des Entkopplungsabschnitts (d. h. der Überlappung der Ausnehmung) ab. Aufgrund der wesentlich vergrößerten Abschneidefrequenz des Stapels der zusammengesetzten unteren Elektrode 115 und der piezoelektrischen Schicht 125 in dem Entkopplungsabschnitt können nur komplexe verschwindende Moden (für die Bewegung in der Erstreckung der Dicke) und sich ausbreitende Biege- und Dehnungsmoden bei der Betriebsfrequenz des akustischen Resonators 100B existieren. Auch können aufgrund der wesentlich vergrößerten Abschneidefrequenz der oberen Elektrode 135' in dem Luftbrücken-Erstreckungsabschnitt 116 nur komplexe verschwindende Moden (für die Bewegung in der Dickenerstreckung) und sich ausbreitende Biege- und Dilatations-Moden bei der Betriebs-Frequenz des akustischen Resonators 100B existieren. Die komplexen verschwindenden Moden in dem Entkopplungsabschnitt und dem Luftbrücken-Erstreckungsabschnitt 116 sind durch eine charakteristische Zerfallslänge und durch eine spezifische Ausbreitungskonstante gekennzeichnet. Somit muss beispielsweise die Luftbrücke 152 breit genug sein, um eine geeignete Abschwächung der komplexen verschwindenden Wellen, die an der Grenzfläche des aktiven Bereichs 112 und dem Entkopplungsabschnitt und dem Luftbrücken-Erstreckungsabschnitt 116 angeregt werden, sicherzustellen. Luftbrücken und Luftflügel sowie entsprechende Effekte sind beispielsweise in der US 2014/176261 A1 beschrieben und veranschaulicht.
  • Wie oben erwähnt, definiert der oberseitige Luftring 150, der die Luftbrücke 152 und den Luftflügel 154 umfasst, typischerweise einen Umkreis entlang des aktiven Bereichs 112 des akustischen Resonators 100B. Der aktive Bereich 112 umfasst folglich die Abschnitte des akustischen Resonators 100B, die über der Ausnehmung 110 angeordnet und durch den von dem oberseitigen Luftring 150 bereitgestellten Umkreis begrenzt sind. Folglich ist der aktive Bereich 112 begrenzt, und zwar um seinen Umkreis durch eine Diskontinuität der akustischen Impedanz, die zumindest teilweise durch die Luftbrücke 152 und dem Luftflügel 154 erzeugt ist, und oberhalb und unterhalb (der Ausnehmung 110) durch eine Diskontinuität der akustischen Impedanz aufgrund des Vorhandenseins von Luft. Somit ist mit Vorteil in dem aktiven Bereich 112 des akustischen Resonators 100B eine resonierende Ausnehmung bereitgestellt.
  • In der gezeigten Ausführungsform sind die Luftbrücke 152 und der Luftflügel 154 nicht gefüllt, d. h. sie enthalten Luft. In anderen Ausführungsformen können diese Strukturen „gefüllt” sein, z. B. mit einem dielektrischen oder metallischen Material, um die gewünschte Diskontinuität der akustischen Impedanz bereitzustellen. Es wird angemerkt, dass die beschriebenen Strukturen sich nicht notwendigerweise entlang des gesamten Randes des akustischen Resonators 100B erstrecken müssen (ebenso wie bei den in den 1C bis 3C gezeigten akustischen Resonatoren). Beispielsweise können sie nur auf einer Teilmenge des in 1A gezeigten, fünfseitigen akustischen Resonator 100A bereitgestellt sein.
  • Während eines veranschaulichenden Betriebs des akustischen Resonators 100B (z. B. als ein Teil eines Leiterfilters), ist an einem Eingangsanschluss der unteren Elektrode 115 ein elektrisches Eingangssignal angelegt und die obere Elektrode 135' ist mit einem Ausgangsanschluss verbunden. Das elektrische Eingangssignal umfasst typischerweise eine sich zeitlich ändernde Spannung, die eine Vibration in dem aktiven Bereich 112 bewirkt. Diese Vibration wiederum erzeugt ein elektrisches Ausgangssignal an einem Ausgangsanschluss der oberen Elektrode 135'. Die Eingangs- und Ausgangsanschlüsse können mit der oberen und unteren Elektrode 115 und 135' über Verbindungsränder, die sich von dem aktiven Bereich 112 weg erstrecken, wie in 1B gezeigt, verbunden sein. Die Eingangs- und Ausgangsanschlüsse des akustischen Resonators 100B können mit geeigneten Anschlüssen von anderen akustischen Resonatoren verbunden sein, so dass beispielsweise Leiterfilter ausgebildet werden.
  • Das Vorhandensein des oberseitigen Luftrings 150 kann verwendet werden, um diese und andere Formen von Streuung und die damit in Beziehung stehende Verschlechterung der Leistungsfähigkeit anzusprechen. Die Fehlanpassungen der akustischen Impedanz, die von der Luftbrücke 152 und dem Luftflügel 154 bereitgestellt werden, bewirken eine Reflexion und Unterdrückung von akustischen Wellen an der Grenzfläche, die sich sonst aus dem aktiven Bereich 112 heraus ausbreiten würden, was zu einem Energieverlust führt. Demgemäß können die Luftbrücke 152 und der Luftflügel 154 dazu dienen, eine Anregung von unerwünschten, sich ausbreitenden Moden in dem aktiven Bereich 112 und außenliegenden Bereichen zu unterdrücken, was in dem akustischen Resonator 100B zu einer besseren Eingrenzung der Energie innerhalb des aktiven Bereichs 112 und eine Verringerung des Energieverlustes in akustische Strahlung führt. Das Verringern von derartigen Verlusten vergrößert den Q-Faktor des akustischen Resonators 100B. Beispielsweise kann als ein Ergebnis des verringerten Energieverlusts in Filteranwendungen des akustischen Resonators 100B der Einfügungsverlust (S21) mit Vorteil verbessert werden.
  • Die 1C und 1D zeigen Variationen des akustischen Resonators 100B im Hinblick auf die Position des Temperaturkompensationsmerkmals. Insbesondere ist der akustische Resonator 100C in 1C im Wesentlichen derselbe wie der akustische Resonator 100B, außer dass die temperaturkompensierende Schicht 140 in der unteren Elektrode (unterseitige Elektrode 115') eingekapselt ist, und der akustische Resonator 100D in 1D ist im Wesentlichen derselbe wie der akustische Resonator 100B, außer dass die temperaturkompensierende Schicht 140 in der piezoelektrischen Schicht (piezoelektrische Schicht 125') eingekapselt ist. Sowohl in 1C als auch in 1D ist ein Luftring 150 zwischen der piezoelektrischen Schicht 125, 125' und der oberen Elektrode 135 ausgebildet.
  • Mit Verweis auf 1C umfasst insbesondere der akustische Resonator 100C ein Substrat 105, das eine Ausnehmung 110 definiert, eine auf dem Substrat 105 und der Ausnehmung 110 angeordnete, untere (erste) Elektrode 115', eine auf der unteren Elektrode 115' angeordnete piezoelektrische Schicht 125, eine auf der piezoelektrischen Schicht 125 angeordnete obere (zweite) Elektrode 135 und eine Passivierungs-Schicht 165 (optional), die auf der oberen Elektrode 135 angeordnet ist. Zusammen genommen bilden die unteren Elektrode 115', die piezoelektrische Schicht 125 und die obere Elektrode 135 den akustischen Stapel des akustischen Resonators 100C aus, und eine Überlappung zwischen der unteren Elektrode 115', der piezoelektrischen Schicht 125 und der oberen Elektrode 135 über der Ausnehmung 110 stellen den aktiven Bereich 112 bereit. Des Weiteren ist ein oberseitiger Luftring 150 zwischen der piezoelektrischen Schicht 125 und der oberen Elektrode 135 ausgebildet. Der oberseitige Luftring 150 umfasst die Luftbrücke 152 und den Luftflügel 154, die entsprechende innere Ränder aufweisen, die im Wesentlichen eine äußere Begrenzung des aktiven Bereichs 112, die in der dargestellten Ausführungsform dem Membranhauptbereich entsprechen, definieren.
  • In der gezeigten Ausführungsform ist die temperaturkompensierende Schicht 140 in der unteren Elektrode 115' begraben oder eingekapselt. Somit umfasst die untere Elektrode 115 eine außenseitige Elektrodenschicht, die auf dem Substrat 105 gestapelt ist, die temperaturkompensierende Schicht 140, die auf der äußeren Elektrodenschicht gestapelt ist, eine leitfähige Zwischenlageschicht, die auf der temperaturkompensierenden Schicht 140 gestapelt ist, und die piezoelektrische Schicht 125, die auf der leitfähigen Zwischenlageschicht gestapelt ist. Die leitfähige Zwischenlageschicht und die außenseitige Elektrodenschicht sind um den äußeren Rand der temperaturkompensierenden Schicht 140 miteinander verbunden, um die Einkapselung bereitzustellen. Das heißt, die Zwischenlageschicht trennt die temperaturkompensierende Schicht 140 von der piezoelektrischen Schicht 125, so dass die temperaturkompensierende Schicht 140 innerhalb der unteren Elektrode 115 effektiv eingegraben oder eingekapselt ist. Beispiele einer temperaturkompensierenden Schicht, die in einer unteren Elektrode begraben oder eingekapselt ist, einschließlich Herstellungsverfahren, sind in der US 2014/152152 A1 beschrieben und veranschaulicht.
  • Mit Verweis auf 1D, umfasst der akustische Resonator 100D ein Substrat 105, das eine Ausnehmung 110 definiert, eine untere (erste) Elektrode 115, die auf dem Substrat 105 und der Ausnehmung 110 angeordnet ist, eine piezoelektrische Schicht 125', die auf der unteren Elektrode 115 angeordnet ist, eine obere (zweite) Elektrode 135, die auf der piezoelektrischen Schicht 125 angeordnet ist, und eine Passivierungsschicht 165 (optional), die auf der oberen Elektrode 135 angeordnet ist. Zusammen bilden die untere Elektrode 115, die piezoelektrische Schicht 125' und die obere Elektrode 135 einen akustischen Stapel des akustischen Resonators 100D aus, und eine Überlappung von der unteren Elektrode 115, der piezoelektrischen Schicht 125' und der oberen Elektrode 135 über der Ausnehmung 110 stellt den aktiven Bereich 112 bereit. Des Weiteren ist ein oberseitiger Luftring 150 zwischen der piezoelektrischen Schicht 125 und der oberen Elektrode 135 ausgebildet. Der oberseitige Luftring 150 umfasst die Luftbrücke 152 und den Luftflügel 154, die entsprechende innere Ränder aufweisen, die im Wesentlichen eine äußere Begrenzung des aktiven Bereichs 112 definieren, der in der gezeigten Ausführungsform dem aktiven Bereich 112 entspricht.
  • In der gezeigten Ausführungsform ist die temperaturkompensierende Schicht 140 eingegraben in oder eingekapselt von der piezoelektrischen Schicht 125'. Folglich umfasst die piezoelektrische Schicht 125' eine erste und eine zweite piezoelektrische Teilschicht. Das heißt, eine erste piezoelektrische Teilschicht ist auf der oberen Oberfläche der unteren Elektrode 115 gestapelt, die temperaturkompensierende Schicht 140 ist auf der ersten piezoelektrischen Teilschicht gestapelt und die zweite piezoelektrische Teilschicht ist auf der temperaturkompensierenden Schicht 140 gestapelt. Die erste und die zweite piezoelektrische Teilschicht sind um den äußeren Rand der temperaturkompensierenden Schicht 140 miteinander verbunden, um die Einkapselung bereitzustellen. Das heißt, die erste piezoelektrische Teilschicht trennt die temperaturkompensierende Schicht 140 von der unteren Elektrode 115, und die zweite piezoelektrische Teilschicht trennt die temperaturkompensierende Schicht 140 von der oberen Elektrode 135, so dass die temperaturkompensierende Schicht 140 in der piezoelektrischen Schicht 125 effektiv eingegraben oder eingekapselt ist. Beispiele einer temperaturkompensierenden Schicht, die in einer piezoelektrischen Schicht eingegraben oder eingekapselt ist, einschließlich Herstellungsverfahren, sind in der US 2014/152152 A1 beschrieben und dargestellt.
  • In den beiden akustischen Resonatoren 100C und 100D sind, obwohl die temperaturkompensierende Schicht 140 nicht in der oberen Elektrode 135 ist, die tatsächlich den Luftring 150 definiert, die verschiedenen vorbestimmten Längen (einschließlich der ersten vorbestimmten Länge AR des ersten Abschnitts 141a und die zweite vorbestimmte Länge TC des zweiten Abschnitts 141b) im Wesentlichen dieselben wie die, die oben mit Verweis auf 1B besprochen wurden. Das heißt, ein äußerer Rand der temperaturkompensierenden Schicht 140 ist um eine vorbestimmte Länge jenseits des inneren Rands des Luftflügels 154 angeordnet. Anders ausgedrückt, erstreckt sich die temperaturkompensierende Schicht 140 um die vorbestimmte Länge außerhalb des aktiven Bereichs 112 des akustischen Resonators 100C, 100D. Der Teil der temperaturkompensierenden Schicht 140, der sich jenseits des aktiven Bereichs 112 erstreckt, ist als ein Endabschnitt 141 der temperaturkompensierenden Schicht 140 angedeutet. Wie oben gesagt, umfasst der Endabschnitt 141, der sich jenseits des aktiven Bereichs 112 erstreckt, den ersten Abschnitt 141a (angedeutet durch den Pfeil AR), der sich von der äußeren Begrenzung des aktiven Bereichs 112 bis zu dem äußeren Rand der Ausnehmung 110 erstreckt, und den zweiten Abschnitt 141b (angedeutet durch den Pfeil TC), der sich von dem äußeren Rand der Ausnehmung 110 bis zu dem äußeren Rand der temperaturkompensierenden Schicht 140 erstreckt. Die Längen und relativen Längen des ersten Abschnitts 141a und des zweiten Abschnitts 141b ebenso wie die gesamte vorbestimmte Länge des Endabschnitts 141 können eingestellt werden, um verschiedene Betriebsparameter der akustischen Resonatoren 100C, 100D zu optimieren, wie das oben besprochen worden ist.
  • Die 2A bis 2C sind Querschnittsdiagramme, die akustische Resonatoren darstellen, die eine temperaturkompensierende Schicht und einen inneren und einen äußeren Rahmen aufweisen, gemäß repräsentativer Ausführungsformen.
  • Mit Verweis auf 2A, der akustische Resonator 200A ist ähnlich wie der akustische Resonator 100B, mit Ausnahme des Hinzufügens des inneren Rahmens 232 und des äußeren Rahmens 236, die auf der oberen Oberfläche der oberen Elektrode 235' ausgebildet sind. Folglich umfasst der akustische Resonator 200A (z. B. ein FBAR) ein Substrat 105, das eine Ausnehmung 110 definiert, eine untere (erste) Elektrode 115, die auf dem Substrat 105 und der Ausnehmung 110 angeordnet ist, eine piezoelektrische Schicht 125, die auf der unteren Elektrode 115 angeordnet ist, und eine obere (zweite) Elektrode 235', die auf der piezoelektrischen Schicht 125 angeordnet ist. Zusammen bilden die untere Elektrode 115, die piezoelektrische Schicht 125 und die obere Elektrode 235' einen akustischen Stapel des akustischen Resonators 200A. Eine Überlappung von der unteren Elektrode 115, der piezoelektrischen Schicht 125 und der oberen Elektrode 235' über der Ausnehmung 110 stellt einen aktiven Bereich 212 des akustischen Resonators 200A bereit, wobei ein innerer Rand des äußeren Rahmens 236 im Wesentlichen die äußeren Begrenzungen des aktiven Bereichs 212 definieren. Ein Bereich des akustischen Resonators 200A oberhalb und unterhalb des äußeren Rahmens 236 (und umringt durch den Luftring 150) kann als ein äußerer Rahmenbereich bezeichnet werden, und ein Abschnitt des akustischen Resonators 200A oberhalb und unterhalb des inneren Rahmens 232 kann als ein innerer Rahmenabschnitt bezeichnet werden. Eine Passivierungsschicht 165 (optional) ist auf der oberen Elektrode 235' angeordnet, mit einer Dicke, die ausreichend ist, um alle Schichten des akustischen Stapels von der Umgebung zu isolieren, einschließlich eines Schutzes vor Feuchtigkeit, korrosiven Elementen, Verunreinigungen, Ablagerungen und dergleichen.
  • Ein oberseitiger Luftring 150 ist zwischen der piezoelektrischen Schicht 125 und der oberen Elektrode 135' ausgebildet. Wie oben besprochen, erstreckt sich der oberseitige Luftring 150 entlang des gesamten oder eines Teils des Umfangs des akustischen Resonators 200A. Der Luftring 150 umfasst eine Luftbrücke 152 auf der Verbindungsseite der oberen Elektrode 235' und einen Luftflügel 154 entlang des verbleibenden äußeren Umfangs. Die inneren Ränder des Luftrings 150 (d. h. die entsprechenden inneren Ränder der Luftbrücke 152 und des Luftflügels 154) können im Wesentlichen eine äußere Begrenzung eines Membranhauptbereichs 118, der den aktiven Bereich 112 umspannt, des akustischen Resonators 200A definieren.
  • In der gezeigten Ausführungsform ist die temperaturkompensierende Schicht 140 in der oberen Elektrode 235' eingegraben oder eingekapselt, so wie das oben mit Verweis auf 1B besprochen worden ist. Ein äußerer Rand der temperaturkompensierenden Schicht 140 ist um eine bestimmte Länge jenseits des inneren Randes des Luftflügels 154 angeordnet. Anders ausgedrückt, erstreckt sich die temperaturkompensierende Schicht 140 um die vorbestimmte Länge außerhalb des Membranhauptbereichs 118 des akustischen Resonators 200A. Der Abschnitt der temperaturkompensierenden Schicht 140, der sich außerhalb des Membranhauptbereichs 118 erstreckt, ist als ein Endabschnitt 141 der temperaturkompensierenden Schicht 140 angedeutet. In der gezeigten Ausführungsform umfasst der Endabschnitt 141 einen ersten Abschnitt 141a (angedeutet durch den Pfeil AR), der eine erste vorbestimmte Länge aufweist, die sich von der äußeren Begrenzung des Membranhauptbereichs 118 (z. B. dem inneren Rand des Luftflügels 154) bis zu dem äußeren Rand der Ausnehmung 110 erstreckt. Der Endabschnitt 141 umfasst ferner einen zweiten Abschnitt 141b (angedeutet durch den Pfeil TC), der eine zweite vorbestimmte Länge hat, der sich von dem äußeren Rand der Ausnehmung 110 bis zu dem äußeren Rand der temperaturkompensierenden Schicht 140 erstreckt. Die Längen des ersten Abschnitts 141a und des zweiten Abschnitts 141b und ebenso die gesamte vorbestimmte Länge des Endabschnitts 141 können eingestellt werden, um verschiedene Betriebsparameter des akustischen Resonators 200A zu optimieren, wie etwa um zumindest einen von einem Q-Faktor-Wert und einem Parallelwiderstands(Rp)-Wert des akustischen Resonators 200A zu maximieren.
  • Wie oben erwähnt, umfasst der akustische Resonator 200A auch einen inneren Rahmen 232 und einen äußeren Rahmen 236, die Zusatzrahmen sein können, die auf der oberen Oberfläche der oberen Elektrode 235' ausgebildet sind, wie in 2A gezeigt. Der innere Rahmen 232 ist in einem inneren Abschnitt der oberen Elektrode 235' ausgebildet, die beispielsweise im Wesentlichen in der Mitte der oberen Elektrode 235' ist und von dem äußeren Rahmen 236 zumindest teilweise umringt ist. Der innere Rahmen 232 kann eine zusätzliche dünne Schicht eines Materials oder eine Auskragung aus der oberen Elektrode 235' sein, wie das oben besprochen worden ist. Der äußere Rahmen 236 ist um einen äußeren Umkreis der oberen Elektrode 235' ausgebildet. Ähnlich wie der innere Rahmen 232 kann der äußere Rahmen 236 eine zusätzliche dünne Schicht eines Materials oder eine Auskragung aus der oberen Elektrode 235' sein, wie das unten besprochen wird. Der innere und der äußere Rahmen 232 und 236 definieren einen Zwischenraum 234 zwischen denselben.
  • Beispielsweise mit Verweis auf 2A kann der akustische Resonator 200A in seiner Form apodisiert oder unregelmäßig sein, wie in 1A gezeigt, wobei der innere Rahmen 232 von dem Zwischenraum 234 umringt ist und der Zwischenraum 234 durch den äußeren Rahmen umringt ist, der dem äußeren Umfang der oberen Elektrode 235' folgt. Selbstverständlich kann der akustische Resonator 200A in alternativen Formen ausgebildet sein, wie etwa kreisförmig, quadratisch, rechteckförmig, trapezförmig usw., so wie das oben erwähnt ist. Der innere Rahmen 232 und der äußere Rahmen 236 haben im Wesentlichen dieselbe (Umfangs)-Form wie der akustische Resonator 200A in der gezeigten Ausführungsform. In verschiedene Ausführungsformen können jedoch der innere Rahmen 232 und der äußere Rahmen 236 verschieden voneinander und/oder von dem akustischen Resonator 200A ausgebildet sein.
  • Der innere und der äußere Rahmen 232 und 236 können aus einem oder mehreren leitfähigen oder dielektrischen Materialien ausgebildet sein, wie beispielsweise etwa Kupfer (Cu), Molybdän (Mo), Aluminium (Al), Wolfram (W), Iridium (Ir), Borsilikatglas (BSG), Tetraethylorthosilikat (TEOS), mit Kohlenstoff dotiertes Siliziumoxid (CDO, carbon-doped silicon oxide), Siliziumcarbid (SiC), Siliziumnitrid (SiN), Siliziumdioxid (SiO2), Aluminiumoxid (Al2O3), Aluminiumnitrid (AlN), Zinkoxid (ZnO), Bleizirkoniumtitanat (PZT, lead zirconium titanate), Diamant oder diamantartiger Kohlenstoff (DLC, diamond-like carbon). In der in 2A gezeigten veranschaulichenden Konfiguration ist der innere Rahmen 232 dünner als der äußere Rahmen 236. Jedoch kann in alternativen Konfigurationen der innere Rahmen 232 dicker als der äußere Rahmen 236 sein, oder der innere Rahmen 232 und der äußere Rahmen 236 können die gleiche Dicke aufweisen.
  • Auch können in verschiedenen Ausführungsformen der innere Rahmen 232 und/oder der äußere Rahmen 236 Rahmenmuster für Mehrfach-Schnittstellen (multi-interface frame patterns) ausbilden. Ein Mehrfach-Schnittstellen-Rahmenmuster stellt mehrere laterale Merkmale bereit, die beispielsweise durch gestapelte Schrittstrukturen, die verschiedene Breiten aufweisen, erzeugt sein können. Die lateralen Mehrfach-Schnittstellen führen zu einer verbesserten ausgewählten Modenbegrenzung und/oder -unterdrückung, wodurch eine Maximierung von Leistungsfähigkeitsparametern ermöglicht wird, einschließlich des Q-Faktors für Frequenzen unter der Serien-Resonanzfrequenz Fs und einem von dem Parallelwiderstand Rp bei der Parallelresonanzfrequenz Fp und dem Serienwiderstand Rs bei Fs. Wenn ein Mehrfach-Schnittstellen-Rahmenmuster eine gestapelte Schrittstruktur aufweist, haben die Schritte variierende (z. B. abnehmende) Breiten, die entweder perfekt abgestimmt sind (was bedeutet, dass deren Breiten im Wesentlichen gleich zu einer Viertelwellenlänge des hauptsächlichen sich ausbreitenden Modus bei einer Frequenz von Interesse ist) oder gezirpt ist (was bedeutet, dass deren Breiten nicht die Bedingung der Viertelwellenlänge erfüllt). Eine weitere Besprechung der Mehrfach-Schnittstellen-Rahmenmuster für innere und äußere Rahmen ist beispielsweise in der US 2013/0063227 A1 bereitgestellt.
  • Die Dicken des inneren und äußeren Rahmens 232 und 236 können variieren, um einzigartige Vorteile für eine bestimmte Situation bereitzustellen oder um anwendungsspezifische Entwurfsanforderungen von verschiedenen Implementierungen zu erfüllen. Allgemein verschiebt die Anwendung bzw. das Aufbringen des inneren und des äußeren Rahmens 232 und 236 die Resonanzfrequenz („Abschneidefrequenz”) des aktiven Bereichs 112 des akustischen Resonators 200A, und verbessert den Betrieb in anderer Hinsicht, beispielsweise durch Bewirken einer Anpassung von Randbedingungen. Eine Zunahme der Dicke des inneren Rahmens 232 bewirkt, dass sich die Resonanzfrequenz des akustischen Resonators 200A nach niedriger verschiebt, und umgekehrt bewirkt eine Zunahme der Dicke des inneren Rahmens 232, dass die Resonanzfrequenz sich nach höher verschiebt. Gleichermaßen bewirkt eine Zunahme der Dicke des äußeren Rahmens 236, dass die Resonanzfrequenz des akustischen Resonators 200A sich nach niedriger verschiebt, und eine Abnahme der Dicke des äußeren Rahmens 236 bewirkt, dass die Resonanzfrequenz sich nach höher verschiebt. In einer veranschaulichenden Ausführungsform kann die Dicke des äußeren Rahmens 236 näherungsweise zweimal die Dicke des inneren Rahmens 232 sein. Auch kann, in einer nicht-beschränkenden, veranschaulichenden Konfiguration, der innere Rahmen 232 etwa 500 Å bis etwa 1000 Å in der Dicke aufweisen, und der äußere Rahmen kann etwa 1000 Å bis etwa 3000 Å in der Dicke aufweisen, obwohl die verschiedenen Dicken und relativen Dicken variieren können, ohne vom Umfang der vorliegenden Lehren abzuweichen.
  • Die Lücke 234 ist angeordnet zwischen, und in anderer Weise definiert durch, die inneren und äußeren Rahmen 232 und 236, und variiert allgemein proportional zu der Dicke des inneren Rahmens 232. Das heißt, eine vergrößerte Dicke des inneren Rahmens 232 erfordert eine kleinere Lücke 234. Beispielsweise kann in einer nicht beschränkenden veranschaulichenden Konfiguration die Lücke 234 eine Breite von etwa 3 μm bis 8 μm für den oben erwähnten, veranschaulichenden Bereich des inneren Rahmens 232 aufweisen. Die Anordnungen des inneren und des äußeren Rahmens 232 und 236 und der Lücke 234 sind daher in der Lage, die Anpassung der akustischen Bedingungen an der Grenzfläche des akustischen Resonators 200A zu verbessern. Diese Modifikation der akustischen Bedingungen der Grenzfläche verringert signifikant und/oder unterdrückt die Anregung der akustischen lateralen Moden, was zu einer Verringerung der Stärke der unechten Resonanzen und zu einer Verbesserung des Q-Faktors des akustischen Resonators 200A führt. So kann der innere Rahmen 232 beispielsweise dazu ausgelegt sein, einen Anteil der lateralen akustischen Wellen, die sich aus der Mitte des Membranhauptbereichs 218 ausbreiten, zu unterdrücken.
  • Eine weitere Besprechung von inneren und äußeren Rahmen ist beispielsweise in dem US-Patent Nr. 8,575,820 bereitgestellt. Zusammengesetzte Rahmen können in die obere Elektrode 235' integrierte laterale Merkmale aufweisen, so dass die obere Elektrode 235' eine im Wesentlichen planare obere Oberfläche aufweist. Eine Besprechung von integrierten Rahmen, wie etwa Niedrig- oder Hoch-Geschwindigkeitsrahmen, ist beispielsweise in der US 2014/118092 A1 und in der US 2014/152152 A1 bereitgestellt.
  • Beispielsweise können integrierte laterale Merkmale eines zusammengesetzten Rahmens aus Al oder Mo ausgebildet sein, oder sie können ausgebildet sein, indem verschiedene Materialien in der oberen Elektrode 235' (oder der unteren Elektrode 215', die unten besprochen wird) eingebettet werden, typischerweise mit einer bloßgelegten oberen oder unteren Oberfläche, die koplanar mit einer oberen oder unteren Oberfläche der oberen Elektrode 235', respektive, ist. Die Verwendung von einem zusammengesetzten Rahmen oder von zusammengesetzten Rahmen kann die Herstellung des akustischen Resonators im Hinblick auf das Anbringen von Schichten auf planare Oberflächen vereinfachen. Beispielsweise kann es die Ausbildung von Zutagetretungen (oder Hervorwucherungen) in darüber liegenden Schichten vermeiden, was die strukturelle Stabilität des akustischen Resonators erhalten kann.
  • Allgemein gesprochen unterdrückt der äußere Rahmen elektrisch angeregte Hubkolben-Moden in den entsprechenden äußeren Rahmenabschnitten, und reflektiert und unterdrückt die Resonanz von sich in anderer Weise ausbreitende Eigen-Moden in lateralen Richtungen, wobei beide Effekte gleichzeitig den Betrieb des akustischen Resonators verbessern. Dies ist, weil die Anwesenheit von äußeren Rahmen allgemein mindestens eine von einer Fehlanpassung einer Abschneidefrequenz oder einer Fehlanpassung einer akustischen Impedanz zwischen dem Rahmenabschnitt und anderen Abschnitten des aktiven Bereichs erzeugt.
  • Ein äußerer Rahmen, der die Abschneidefrequenz in dem Rahmenabschnitt im Vergleich zu dem aktiven Bereich verringert, kann als ein Niedriggeschwindigkeitsrahmen (LVF, Low Velocity Frame) bezeichnet werden, während ein äußerer Rahmen, der die Abschneidefrequenz in dem Rahmenbereich im Vergleich zu dem aktiven Bereich vergrößert, kann als ein Hochgeschwindigkeitsrahmen (HVF, High Velocity Frame) bezeichnet werden. Die Begründung für diese Nomenklatur ist, dass bei zusammengesetzten Rahmen (bei denen die Dicken des Rahmenbereichs und des aktiven Bereichs im Wesentlichen dieselben sind) eine Zunahme oder eine Abnahme der Abschneidefrequenz im Wesentlichen äquivalent zu einer Zunahme oder einer Abnahme einer effektiven Schallgeschwindigkeit des den Rahmen ausbildenden akustischen Stapels, respektive, ist.
  • Ein zusammengesetzter Rahmen oder ein Zusatzrahmen mit einer niedrigeren effektiven Schallgeschwindigkeit als der entsprechenden effektiven Schallgeschwindigkeit des aktiven Bereichs (d. h. ein LVF) vergrößert allgemein den Parallelwiderstands (Rp) und den Q-Faktor des akustischen Resonators oberhalb der Abschneidefrequenz des aktiven Bereichs. Umgekehrt gilt, dass ein zusammengesetzter Rahmen oder ein Zusatzrahmen mit einer höheren effektiven Schallgeschwindigkeit als der entsprechenden effektiven Schallgeschwindigkeit des aktiven Bereichs (d. h. ein HVF) allgemein den Serienwiderstand Rs verringert und den Q-Faktor des akustischen Resonators unterhalb der Abschneidefrequenz des aktiven Bereichs vergrößert. Ein typischer Niedriggeschwindigkeitsrahmen beispielsweise stellt effektiv einen Bereich mit einer signifikant niedrigeren Abschneidefrequenz als der aktive Bereich bereit und minimiert daher die Amplitude der elektrisch angeregten Hubkolben-Moden in Richtung zum Rand der oberen Elektrode in dem Rahmenabschnitt. Des Weiteren stellt er zwei Schnittstellen bzw. Grenzflächen (Impedanz-Fehlanpassungsebenen) bereit, was die Reflexion von sich ausbreitenden Eigen-Moden vergrößert. Diese sich ausbreitenden Eigen-Moden werden an der aktiven/Rahmengrenzfläche mechanisch angeregt, und werden sowohl am Rand der oberen Elektrode mechanisch als auch elektrisch angeregt. Wo die Breite des Rahmens in geeigneter Weise für eine gegebene Eigen-Mode ausgelegt ist, führt sie zu einer resonant verstärkten Unterdrückung dieser bestimmten Eigen-Mode. Des Weiteren stellt ein Niedriggeschwindigkeitsrahmen mit ausreichender Breite einen Bereich für einen glatten bzw. gleichförmigen Abfall der verschwindenden und komplexen Moden bereit, die durch ähnliche Mechanismen wie die sich ausbreitenden Eigen-Moden angeregt werden. Die Kombination der obigen Effekte ergibt eine bessere räumliche Eingrenzung der Energie und einen höheren Q-Faktor bei einer Parallelresonanz-Frequenz Fp.
  • Verschiedene zusätzliche Beispiele von Rahmen ebenso wie damit zusammenhängende Materialien und Betriebsbedingungen sind in der oben zitierten US 2014/118091 A1 und der US 2014/118088 A1 beschrieben. Wie dies erläutert worden ist, können Rahmen in vielfältigen alternativen Positionen und Konfigurationen relativ zu anderen Abschnitten eines akustischen Resonators angeordnet werden, wie etwa bei der oberen und der unteren Elektrode und der piezoelektrischen Schicht eines akustischen Stapels. Des Weiteren können ihre Abmessungen, Materialien, relativen Positionen usw. eingestellt werden, um bestimmte Entwurfsziele zu erreichen, wie etwa eine Soll-Resonanzfrequenz, einen Serienwiderstand Rs, einen Parallelwiderstand Rp oder einen elektromechanischen Kopplungskoeffizient Kt2.
  • Die 2B und 2C zeigen Variationen des akustischen Resonators 200A im Hinblick auf die Position des Temperaturkompensationsmerkmals. Insbesondere ist der akustische Resonator 200B in 2B im Wesentlichen der gleiche wie der akustische Resonator 200A, außer dass die temperaturkompensierende Schicht 140 in der unteren Elektrode (unteren Elektrode 115') eingekapselt ist, und der akustische Resonator 200C in 2C ist im Wesentlichen der gleiche wie der akustische Resonator 200A, außer dass die temperaturkompensierende Schicht 140 in der piezoelektrischen Schicht (piezoelektrische Schicht 125') eingekapselt ist. Sowohl in 2B als auch in 2C ist ein Luftring 150 zwischen der piezoelektrischen Schicht 125, 125' und der oberen Elektrode 235 ausgebildet. Des Weiteren umfasst die obere Elektrode 235 das Hinzufügen eines inneren Rahmens 232 und eines äußeren Rahmens 236, die auf ihrer oberen Oberfläche ausgebildet sind.
  • Mit Verweis insbesondere auf 2B, umfasst der akustische Resonator 200B ein Substrat 105, das eine Ausnehmung 110 definiert, eine untere (erste) Elektrode 115', die auf dem Substrat 104 und der Ausnehmung 110 angeordnet ist, eine piezoelektrische Schicht 125, die auf der unteren Elektrode 115' angeordnet ist, eine obere (zweite) Elektrode 235, die auf der piezoelektrischen Schicht 125 angeordnet ist, und eine Passivierungsschicht 165 (optional), die auf der oberen Elektrode 235 angeordnet ist. Die temperaturkompensierende Schicht 140 ist in der unteren Elektrode 115' eingegraben oder eingekapselt. Ein innerer und ein äußerer Rahmen 232 und 236 sind auf der Oberfläche der oberen Elektrode 235 hinzugefügt, obwohl sie als integrierte Rahmen umfasst sein können, wobei die obere Elektrode 235 eine zusammengesetzte Elektrode ist, wie oben besprochen. Zusammen bilden die untere Elektrode 115', die piezoelektrische Schicht 125 und die obere Elektrode 235 den akustischen Stapel des akustischen Resonators 200B, und eine Überlappung von der unteren Elektrode 115', der piezoelektrischen Schicht 125 und der oberen Elektrode 235 über der Ausnehmung 110 bildet den aktiven Bereich 112. Jedoch wie oben beschrieben, sind die äußeren Begrenzungen des aktiven Bereichs 112 im Wesentlichen durch den inneren Rand des äußeren Rahmens 236 definiert, und die äußere Begrenzung des Membranhauptbereichs 118 ist im Wesentlichen durch die inneren Ränder der Luftbrücke 152 und des Luftflügels 154, respektive, definiert.
  • Mit Verweis auf 2C, umfasst der akustische Resonator 200C ein Substrat 105, das eine Ausnehmung 110 definiert, eine untere (erste) Elektrode 115, die auf dem Substrat 105 und der Ausnehmung 110 angeordnet ist, eine piezoelektrische Schicht 125', die auf der unteren Elektrode 115 angeordnet ist, eine obere (zweite) Elektrode 235, die auf der piezoelektrischen Schicht 125' angeordnet ist, und eine Passivierungsschicht 165 (optional), die auf der oberen Elektrode 235 angeordnet ist. Die temperaturkompensierende Schicht 140 ist in der piezoelektrischen Schicht 125' eingegraben oder eingekapselt. Ein innerer und ein äußeren Rahmen 232 und 236 sind auf der Oberfläche der oberen Elektrode 235 hinzugefügt, obwohl sie als integrierte Rahmen umfasst sein können, wobei die obere Elektrode 235 eine zusammengesetzte Elektrode ist, so wie das oben besprochen worden ist. Zusammen bilden die untere Elektrode 115, die piezoelektrische Schicht 125' und die obere Elektrode 235 den akustischen Stapel des akustischen Resonators 200C, und eine Überlappung von der oberen Elektrode 115, der piezoelektrischen Schicht 125' und der oberen Elektrode 235 über der Ausnehmung 110 bilden den aktiven Bereich 112. Jedoch und wie oben besprochen, sind die äußeren Begrenzungen des aktiven Bereichs 112 im Wesentlichen durch den inneren Rand des äußeren Rahmens 236 definiert, und die äußeren Begrenzungen des Membranhauptbereichs 118 sind im Wesentlichen durch den inneren Rahmen der Luftbrücke 152 und des Luftflügels 154, respektive, definiert.
  • In beiden akustischen Resonatoren 200B und 200C sind, obwohl die temperaturkompensierende Schicht 140 nicht in der oberen Elektrode 235 ist, die tatsächlich den Luftring 150 definiert und den inneren und den äußeren Rahmen 232 und 236 umfasst, die verschiedenen vorbestimmten Längen (einschließlich der ersten vorbestimmten Länge AR des ersten Abschnitts 141a und die zweite vorbestimmte Länge TC des zweiten Abschnitts 141b) im Wesentlichen dieselben, wie das oben mit Verweis auf 2A besprochen wurde. Das heißt, ein äußerer Rand der temperaturkompensierenden Schicht 140 ist um eine vorbestimmte Länge jenseits des inneren Randes des Luftflügels 154 angeordnet. Anders ausgedrückt, die temperaturkompensierende Schicht 140 erstreckt sich um die vorbestimmte Länge außerhalb des Membranhauptbereichs 118 des akustischen Resonators 200B, 200C. Der Abschnitt der temperaturkompensierenden Schicht 140, der sich über dem Membranhauptbereich 118 erstreckt, ist als ein Endabschnitt 141 der temperaturkompensierenden Schicht 140 angedeutet. Wie oben gesagt, umfasst der Endabschnitt 141, der sich über dem Membranhauptbereich 118 hinaus erstreckt, den ersten Abschnitt 141a (angedeutet durch den Pfeil AR), der sich von der äußeren Begrenzung des Membranhauptbereichs 118 bis zu dem äußeren Rand der Ausnehmung 110 erstreckt, und den zweiten Abschnitt 141b (angedeutet durch den Pfeil TC), der sich von dem äußeren Rand der Ausnehmung 110 bis zu dem äußeren Rand der temperaturkompensierenden Schicht 140 erstreckt. Die Längen und die relativen Längen des ersten Abschnitts 141a und des zweiten Abschnitts 141b ebenso wie die gesamte vorbestimmte Länge des Endabschnitts 141 können eingestellt werden, um verschiedene Betriebsparameter des akustischen Resonators 200B, 200C zu optimieren, so wie das oben besprochen wurde.
  • Die 3A bis 3C sind Querschnittsdiagramme, die akustische Resonatoren darstellen, die eine temperaturkompensierende Schicht aufweisen, gemäß repräsentativer Ausführungsformen.
  • Mit Verweis auf 3A, ist ein akustischer Resonator 300A ähnlich wie der akustische Resonator 100B, außer dass die temperaturkompensierende Schicht 140, die sich jenseits eines aktiven Bereichs des akustischen Resonators 300A erstreckt, in der äußeren Begrenzung der in dem Substrat 105 ausgebildeten Ausnehmung 110 endet. Folglich umfasst der akustische Resonator 300A (z. B. ein FBAR) ein Substrat 105, das eine Ausnehmung 110 definiert, eine untere (erste) Elektrode 115, die auf dem Substrat 105 und der Ausnehmung 110 angeordnet ist, eine piezoelektrische Schicht 125, die auf der unteren Elektrode 115 angeordnet ist, und eine obere (zweite) Elektrode 335', die auf der piezoelektrischen Schicht 125 angeordnet ist. Zusammen bilden die untere Elektrode 115, die piezoelektrische Schicht 125 und die obere Elektrode 335' einen akustischen Stapel des akustischen Resonators 300 aus. Eine Überlappung von der unteren Elektrode 115, der piezoelektrischen Schicht 125 und der oberen Elektrode 335' über der Luftausnehmung 110 bilden einen aktiven Bereich 312 des akustischen Resonators 300A. Eine Passivierungsschicht 165 (optional) ist auf der oberen Elektrode 235 angeordnet mit einer Dicke, die ausreichend ist, um alle Schichten des akustischen Stapels von der Umgebung zu isolieren, einschließlich eines Schutzes vor Feuchtigkeit, korrosiven Elementen, Verunreinigungen, Ablagerungen und dergleichen.
  • Ein oberseitiger Luftring 150 ist zwischen der piezoelektrischen Schicht 125 und der oberen Elektrode 335' ausgebildet. Wie oben besprochen, erstreckt sich der oberseitige Luftring 150 entlang der gesamten oder eines Teils des Umfangs des akustischen Resonators 300A, und umfasst eine Luftbrücke 152 an der Verbindungsseite der oberen Elektrode 335' und einen Luftflügel 154 entlang des verbleibenden äußeren Umfangs. Die inneren Ränder des Luftrings 150 (d. h. die entsprechenden inneren Ränder der Luftbrücke 152 und des Luftflügels 154) können im Wesentlichen eine äußere Begrenzung des aktiven Bereichs 112 des akustischen Resonators 300A definieren.
  • In der gezeigten Ausführungsform ist die temperaturkompensierende Schicht 140 in der oberen Elektrode 335' eingegraben oder eingekapselt, so wie das oben mit Verweis auf 1B besprochen ist. Ein äußerer Rand der temperaturkompensierenden Schicht 140 ist um eine vorbestimmte Länge jenseits des inneren Randes des Luftflügels 154 angeordnet. Anders ausgedrückt, die temperaturkompensierende Schicht 140 erstreckt sich um die vorbestimmte Länge außerhalb des aktiven Bereichs 112 des akustischen Resonators 300A. Der Teil der temperaturkompensierenden Schicht 140, der sich jenseits des aktiven Bereichs 112 erstreckt, ist als ein Endbereich 142 der temperaturkompensierenden Schicht 140 angedeutet. Jedoch, anders als bei den hierin beschriebenen vorhergehenden Ausführungsformen endet der Endbereich 142 innerhalb der äußeren Begrenzungen der Ausnehmung 110. Die verbleibende Länge des Randes der Ausnehmung 110 ist durch den erweiterten Ausnehmungsabschnitt 111 angedeutet. Die Längen des Endabschnitts 142 und des erweiterten Ausnehmungsabschnitts 111 können eingestellt werden, um verschiedene Betriebsparameter des akustischen Resonators 300 zu optimieren, wie etwa das Maximieren von zumindest einem von einem Q-Faktor-Wert und einem Parallelwiderstands(Rp)-Wert des akustischen Resonators 300A. Die optimierten Längen des Endabschnitts 142 und des erweiterten Ausnehmungsabschnitts 111 zur Verbesserung des Q-Faktors und/oder des Parallelwiderstandes Rp sind etwa die gleichen, z. B. etwa 1 μm.
  • Die 3B und 3C zeigen Variationen des akustischen Resonators 300A im Hinblick auf die Anordnung des Temperaturkompensationsmerkmals. Insbesondere ist der akustische Resonator 300B in 3B im Wesentlichen der gleiche wie der akustische Resonator 300A, außer dass die temperaturkompensierende Schicht 140 in der unteren Elektrode (untere Elektrode 115') eingekapselt ist, und der akustische Resonator 300C in 3C ist im Wesentlichen der gleiche wie der akustische Resonator 300A, außer dass die temperaturkompensierende Schicht 140 in der piezoelektrischen Schicht (piezoelektrische Schicht 125') eingekapselt ist. Sowohl in 3B als auch in 3C ist ein Luftring 150 zwischen der piezoelektrischen Schicht 125, 125' und der oberen Elektrode 335 ausgebildet. Des Weiteren können in alternativen Ausführungsformen der in den 3A bis 3C gezeigten akustischen Resonatoren die obere Elektrode 335, 335' einen inneren und/oder einen äußeren Rahmen umfassen, so wie das oben mit Verweis auf die 2A bis 2C besprochen worden ist.
  • Mit Verweis insbesondere auf 3B, umfasst der akustische Resonator 300B ein Substrat 105, das eine Ausnehmung 110 definiert, eine untere (erste) Elektrode 115', die auf dem Substrat 105 und der Ausnehmung 110 angeordnet ist, eine piezoelektrische Schicht 125, die auf der unteren Elektrode 115' angeordnet ist, eine obere (zweite) Elektrode 335, die auf der piezoelektrischen Schicht 125 angeordnet ist, und eine Passivierungsschicht 164 (optional), die auf der oberen Elektrode 335 angeordnet ist. Die temperaturkompensierende Schicht 140 ist in der unteren Elektrode 115' eingegraben oder eingekapselt. Zusammen bilden die untere Elektrode 115', die piezoelektrische Schicht 125 und die obere Elektrode 235 den akustischen Stapel des akustischen Resonators 200B, und eine Überlappung von der unteren Elektrode 115', der piezoelektrischen Schicht 125 und der oberen Elektrode 335 über der Ausnehmung 110 bilden den aktiven Bereich 112. Jedoch, wie oben besprochen, sind die äußeren Begrenzungen des aktiven Bereichs 112 im Wesentlichen durch die inneren Ränder der Luftbrücke 152 und des Luftflügels 154, respektive, definiert.
  • Mit Verweis auf 3C, umfasst der akustische Resonator 310 ein Substrat 105, das die Ausnehmung 110 definiert, eine untere (erste) Elektrode 115, die auf dem Substrat 105 und der Ausnehmung 110 angeordnet ist, eine piezoelektrische Schicht 125', die auf der unteren Elektrode 115 ausgebildet ist, eine obere (zweite) Elektrode 335, die auf der piezoelektrischen Schicht 125' angeordnet ist, und eine Passivierungsschicht 165 (optional), die auf der oberen Elektrode 335 angeordnet ist. Die temperaturkompensierende Schicht 140 ist in der piezoelektrischen Schicht 125' eingegraben oder eingekapselt. Zusammen bilden die untere Elektrode 115, die piezoelektrische Schicht 125' und die obere Elektrode 335 den akustischen Stapel des akustischen Resonators 300C, und eine Überlappung von der unteren Elektrode 115, der piezoelektrischen Schicht 125' und der oberen Elektrode 335 über der Ausnehmung 110 bilden den aktiven Bereich 112. Jedoch, wie oben besprochen, sind die äußeren Begrenzungen des aktiven Bereichs 112 im Wesentlichen durch die inneren Ränder der Luftbrücke 152 und des Luftflügels 154, respektive, definiert.
  • In beiden akustischen Resonatoren 300B und 300C sind, obwohl die temperaturkompensierende Schicht 140 nicht in der oberen Elektrode 335 ist, die tatsächlich den Luftring 150 definiert, die verschiedenen vorbestimmten Längen (einschließlich der Längen des Endabschnitts 142 der temperaturkompensierenden Schicht 140 und der erweiterte Ausnehmungs-Abschnitt 111) im Wesentlichen dieselben, wie die, die oben mit Verweis auf 2A besprochen worden sind.
  • 4 ist ein Schaubild, das Parallelwiderstands-(Rp)-Werte als eine Funktion des Betrags, um den sich die obere Elektrode (die eine temperaturkompensierende Schicht enthält) in eine Ausnehmung in dem Substrat erstreckt, gemäß einer repräsentativen Ausführungsform.
  • Das Schaubild beruht auf einer repräsentativen numerischen Simulation der in 1B gezeigten Ausführungsform, wobei der Rand der oberen Elektrode 135', der dem inneren Rand des Luftflügels 154 entspricht, sich in die Ausnehmung 110 erstreckt (angedeutet durch die Länge AR in 1B). Die horizontale Achse zeigt diesen Betrag in Mikrometern, wobei „0” eine Ausrichtung des inneren Randes des Luftflügels 154 mit dem äußeren Rand der Ausnehmung 110 darstellt. Die vertikale Achse zeigt den entsprechenden Parallelwiderstand Rp (in beliebigen Einheiten).
  • In dem gezeigten Beispiel ist die untere Elektrode 115 aus Mo mit einer Dicke von etwa 3,3 kÅ ausgebildet, die piezoelektrische Schicht 125 ist aus AlN mit einer Dicke von etwa 9,3 kÅ ausgebildet, die obere Elektrode 135' ist aus Mo mit einer Dicke von etwa 3,25 kÅ ausgebildet, die temperaturkompensierende Schicht 140 ist aus TEOS mit einer Dicke von 0,5 kÅ ausgebildet, und die Passivierungsschicht 165 ist aus AlN mit einer Dicke von etwa 2 kÅ ausgebildet. Mit diesen Parametern deutet die Kurve 410 an, dass der beste Parallelwiderstand Rp erhalten wird, wenn der Luftflügel 154 sich um näherungsweise 3,25 μm in die Ausnehmung 110 erstreckt. Insbesondere zeigt die Kurve 410 auch eine 3,0 μm Halbperiode (6,0 μm-Periode) an, was nahelegt, dass die cTE-Welle außerhalb des Randes der oberen Elektrode 135' (d. h. des inneren Randes des Luftflügels 154) näherungsweise 0,15 1/μm des Realteils von seiner Wellenzahl der Eigenwellen aufweist. Es wird angenommen, dass der Rand der oberen Elektrode 135' cTE-Moden aussendet, die sich zu dem äußeren Rand der Ausnehmung 110 ausbreiten und von dort reflektiert werden. Eine Bedingung für eine stehende Welle außerhalb der oberen Elektrode 135' kann diese Mode entweder unterdrücken (die Spitzen der Kurve 410) oder verstärken (die Täler der Kurve 410). Für kleinere Abstände (z. B. weniger als 3,0 μm) können komplexe Moden höherer Ordnung und/oder verschwindende Moden mit diesem Verhalten interferieren.
  • Obwohl die obige Beschreibung mehrere Ausführungsformen in der Form von FBAR-Einrichtungen vorstellt, können einige der beschriebenen Konzepte in anderen Formen von akustischen Resonatoren, wie beispielsweise etwa SMRs, implementiert werden, in denen sich eine eingekapselte temperaturkompensierende Schicht über einen aktiven Bereich des entsprechenden akustischen Resonators hinaus erstreckt.

Claims (20)

  1. Eine akustische Volumenwellen(BAW, bulk acoustic wave)-Resonatorvorrichtung (100B), aufweisend: ein Substrat (105), eine über dem Substrat (105) ausgebildete untere Elektrode (115), eine auf der unteren Elektrode (115) ausgebildete piezoelektrische Schicht (125), eine auf der piezoelektrischen Schicht (125) ausgebildete obere Elektrode (1351), einen Luftflügel (154) und eine Luftbrücke (152), die zwischen der piezoelektrischen Schicht (125) und der oberen Elektrode (135') ausgebildet sind, wobei der Luftflügel (154) einen inneren Rand aufweist, der eine äußere Begrenzung eines aktiven Bereichs (112) der BAW-Resonatorvorrichtung (100A–D, 200A–C, 300A–C) definiert, und ein Temperaturkompensationsmerkmal (140), das einen positiven Temperatorkoeffizienten zum Ausgleichen von zumindest einem Teil eines negativen Temperaturkoeffizienten der piezoelektrischen Schicht (125) aufweist, wobei das Temperaturkompensationsmerkmal (140) in einer von der oberen Elektrode (135'), der piezoelektrischen Schicht (125) oder der unteren Elektrode (115) angeordnet ist, wobei sich das Temperaturkompensationsmerkmal (140) um eine vorbestimmte Länge außerhalb des aktiven Bereichs (112) erstreckt.
  2. Die BAW-Resonatorvorrichtung (100B) gemäß Anspruch 1, wobei das Temperaturkompensationsmerkmal eine in der oberen Elektrode (135') begrabene temperaturkompensierende Schicht (140) umfasst, und wobei ein äußerer Rand der temperaturkompensierenden Schicht (140) um die vorbestimmte Länge außerhalb des inneren Randes des Luftflügels (154) angeordnet ist.
  3. Die BAW-Resonatorvorrichtung (300A) gemäß Anspruch 2, wobei der äußere Rand der in der oberen Elektrode (335') begrabenen temperaturkompensierenden Schicht (140) innerhalb eines äußeren Randes einer in dem Substrat (105) ausgebildeten Ausnehmung (110) angeordnet ist.
  4. Die BAW-Resonatorvorrichtung (100D) gemäß Anspruch 1, wobei das Temperaturkompensationsmerkmal eine in der piezoelektrischen Schicht (125') begrabene temperaturkompensierende Schicht (140) umfasst, und wobei ein äußerer Rand der temperaturkompensierenden Schicht (140) um die vorbestimmte Länge außerhalb des inneren Randes des Luftflügels (154) angeordnet ist.
  5. Die BAW-Resonatorvorrichtung (300C) gemäß Anspruch 4, wobei der äußere Rand der in der piezoelektrischen Schicht (125') begrabenen temperaturkompensierenden Schicht (140) innerhalb eines äußeren Randes einer in dem Substrat (105) ausgebildeten Ausnehmung (110) angeordnet ist.
  6. Die BAW-Resonatorvorrichtung (100C) gemäß Anspruch 1, wobei das Temperaturkompensationsmerkmal eine in der unteren Elektrode (115') begrabene temperaturkompensierende Schicht (140) umfasst, und wobei ein äußerer Rand der temperaturkompensierenden Schicht (140) außerhalb des inneren Randes des Luftflügels (154) angeordnet ist.
  7. Die BAW-Resonatorvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei das Temperaturkompensationsmerkmal eine zwischen der unteren Elektrode und der piezoelektrischen Schicht angeordnete temperaturkompensierende Schicht umfasst, und wobei ein äußerer Rand der temperaturkompensierenden Schicht um die vorbestimmte Länge außerhalb des inneren Randes des Luftflügels angeordnet ist.
  8. Die BAW-Resonatorvorrichtung (100B) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei mindestens eine von der unteren Elektrode (115) und der oberen Elektrode (135') eine zusammengesetzte Elektrode, die ein integriertes laterales Merkmal aufweist, umfasst.
  9. Die BAW-Resonatorvorrichtung (100B) gemäß Anspruch 8, wobei das Temperaturkompensationsmerkmal eine temperaturkompensierende Schicht (140) in der mindestens einen von der unteren Elektrode (115) und der oberen Elektrode (135'), die die zusammengesetzte Elektrode mit dem integrierten lateralen Merkmal aufweist, umfasst.
  10. Die BAW-Resonatorvorrichtung (100B) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die vorbestimmte Länge des Temperaturkompensationsmerkmals (140), das sich außerhalb des aktiven Bereichs (112) erstreckt, optimiert ist, um zumindest einen von einem Qualitätsfaktor(Q)-Wert und einem Parallelwiderstands(Rp)-Wert der BAW-Resonatorvorrichtung zu optimieren.
  11. Die BAW-Resonatorvorrichtung (100B) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der innere Rand des Luftflügels (154) sich um eine erste vorbestimmte Länge (AR) in eine in dem Substrat ausgebildete Ausnehmung (110) erstreckt, und wobei das Temperaturkompensationsmerkmal (140) sich um eine zweite vorbestimmte Länge (TC) außerhalb eines äußeren Randes der Ausnehmung (110) erstreckt, so dass die vorbestimmte Länge des Temperaturkompensationsmerkmals (140), das sich außerhalb des aktiven Bereichs (112) erstreckt, die Summe der ersten (AR) und der zweiten (TC) vorbestimmten Länge ist.
  12. Die BAW-Resonatorvorrichtung (100B) gemäß Anspruch 11, wobei die erste (AR) und die zweite (TC) vorbestimmte Länge optimiert sind, um zumindest einen von einem Qualitätsfaktor(Q)-Wert und einem Parallelwiderstands(Rp)-Wert der BAW-Resonatorvorrichtung (100B) zu maximieren.
  13. Die BAW-Resonatorvorrichtung (100B) gemäß Anspruch 11 oder 12, wobei die erste vorbestimmte Länge (AR), um die sich der innere Rand des Luftflügels in die Ausnehmung (110) erstreckt, 2 μm oder größer ist, und wobei die zweite vorbestimmte Länge (TC), um die sich das Temperaturkompensationsmerkmal (140) außerhalb des äußeren Randes der Ausnehmung (110) erstreckt, größer oder gleich 2 μm ist.
  14. Eine akustische Volumenwellen-(BAW)-Resonatorvorrichtung (200A), aufweisend: ein Substrat (105), das eine Ausnehmung (110) begrenzt, eine über dem Substrat (105) und zumindest einem Abschnitt der Ausnehmung (110) ausgebildete untere Elektrode (115), eine auf der unteren Elektrode (115) ausgebildete piezoelektrische Schicht (125), eine auf der piezoelektrischen Schicht (125) ausgebildete obere Elektrode (135'), ein äußerer Rahmen (236), der auf oder in der oberen Elektrode (135') ausgebildet ist, wobei der äußere Rahmen (236) einen inneren Rand aufweist, der eine äußere Grenze eines aktiven Bereichs (212) der BAW-Resonatorvorrichtung (200A) definiert, ein Luftflügel (154) und eine Luftbrücke (152), die zwischen der piezoelektrischen Schicht (125) und der oberen Elektrode (135') des akustischen Stapels ausgebildet ist, und ein Temperaturkompensationsmerkmal (140), das einen positiven Temperaturkoeffizienten zum Ausgleichen von zumindest einem Teil eines negativen Temperaturkoeffizienten von zumindest der piezoelektrischen Schicht (125) aufweist, wobei das Temperaturkompensationsmerkmal (140) sich um eine vorbestimmte Länge außerhalb des aktiven Bereichs (212) erstreckt.
  15. Die BAW-Resonatorvorrichtung (100A–D, 200A–C, 300A–C) gemäß Anspruch 14, wobei ein innerer Rand des Luftflügels (154) eine äußere Grenze eines den aktiven Bereich (212) enthaltenden Membranhauptbereichs (218) definiert, und wobei das Temperaturkompensationsmerkmal (140) sich um die vorbestimmte Länge über den inneren Rand des Luftflügels (154) hinaus erstreckt.
  16. Die BAW-Resonatorvorrichtung (200A) gemäß Anspruch 15, ferner aufweisend: einen inneren Rahmen (232), der auf oder in der oberen Elektrode (135') innerhalb eines zumindest teilweise von dem äußeren Rahmen (236) umringten Bereichs ausgebildet ist, wobei der innere Rahmen (232) dazu ausgebildet ist, einen Teil der lateralen akustischen Wellen, die sich von einer Mitte des Membranhauptbereichs (218) ausbreiten, zu unterdrücken.
  17. Die BAW-Resonatorvorrichtung (200A) gemäß Anspruch 16, wobei eine Dicke des äußeren Rahmens (236) größer als eine Dicke des inneren Rahmens (232) ist.
  18. Die BAW-Resonatorvorrichtung (200A) gemäß einem der Ansprüche 14 bis 17, wobei das Temperaturkompensationsmerkmal eine temperaturkompensierende Schicht (140), die in einer von der unteren Elektrode (115), der piezoelektrischen Schicht (125) oder der oberen Elektrode (135') begraben ist, umfasst.
  19. Die BAW-Resonatorvorrichtung (200A) gemäß Anspruch 18, wobei die temperaturkompensierende Schicht (140) aus Tetraethylorthosilikat (TEOS), Siliziumdioxid (SiO2) oder mit Bor dotiertem Siliziumoxid (BSG) ausgebildet ist.
  20. Die BAW-Resonatorvorrichtung (200A) gemäß Anspruch 18 oder 19, wobei die piezoelektrische Schicht (125) ein piezoelektrisches Material umfasst, das mit mindestens einem Seltenerdelement dotiert ist, wobei das mindestens eine Seltenerdelement mindestens einen Teil einer durch die temperaturkompensierende Schicht (140) verursachten Verschlechterung eines Kopplungskoeffizienten Kt2 der BAW-Resonatorvorrichtung (200A) ausgleicht.
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