DE102015108508A1

DE102015108508A1 - Akustischer Resonator mit vertikal erweiterter akustischer Kavität

Info

Publication number: DE102015108508A1
Application number: DE102015108508.9A
Authority: DE
Inventors: Stefan Bader; Dariusz Burak
Original assignee: Avago Technologies General IP Singapore Pte Ltd
Current assignee: Avago Technologies International Sales Pte Ltd
Priority date: 2014-05-30
Filing date: 2015-05-29
Publication date: 2015-12-03
Anticipated expiration: 2035-05-30
Also published as: US20150349743A1; US9634642B2; DE102015108508B4

Abstract

Ein Volumenakustikwellen-(BAW)-Resonator mit einer vertikal erweiterten akustischen Kavität wird bereitgestellt. Der BAW-Resonator weist eine untere Elektrode, die auf einem Substrat über einer in dem Substrat geformten Kavität angebracht ist; eine piezoelektrische Schicht, die auf der unteren Elektrode angebracht ist, und eine obere Elektrode auf, die auf der piezoelektrischen Schicht angebracht ist. Die piezoelektrische Schicht weist eine Dicke von ungefähr λ/2 auf, wobei λ eine Wellenlänge ist, die einer Dickendehnungsresonanzfrequenz des BAW-Resonators entspricht. Zumindest eine von der oberen Elektrode und der unteren Elektrode weist eine zusammengesetzte Elektrode auf, die eine Dicke von ungefähr λ/2 aufweist.

Description

HINTERGRUND
Akustische Resonatoren können zur Implementierung von Signalverarbeitungsfunktionen in verschiedenen elektronischen Anwendungen bzw. Applikationen verwendet werden. Zum Beispiel verwenden einige Mobiltelefone und andere Kommunikationsvorrichtungen akustische Resonatoren zur Implementierung von Frequenzfiltern für gesendete und/oder empfangene Signale. Mehrere verschiedene Typen von akustischen Resonatoren können entsprechend verschiedenen Anwendungen verwendet werden, mit Beispielen aufweisend Volumenakustikwellenresonatoren (BAW-Resonatoren), wie zum Beispiel Dünnschicht-Volumenakustikresonatoren (FBARs), gekoppelte Resonator-Filter (CRFs), gestapelte Volumenakustikresonatoren (SBARs), doppelte Volumenakustikresonatoren (DBARs) und fest montierte Resonatoren (SMRs). Ein FBAR weist zum Beispiel eine piezoelektrische Schicht auf zwischen einer unteren (ersten) Elektrode und einer oberen (zweiten) Elektrode über einer Kavität. BAW-Resonatoren mögen in einer Vielzahl von elektronischen Anwendungen und Vorrichtungen verwendet werden, wie zum Beispiel Mobiltelefonen, persönlichen digitalen Assistenten (PDAs), elektronischen Spielvorrichtungen, Laptop-Computer und anderen portablen Kommunikationsvorrichtungen. Zum Beispiel mögen FBARs, die bei Frequenzen in der Nähe ihrer fundamentalen Resonanzfrequenzen arbeiten, als eine Schlüsselkomponente von Radiofrequenz-(RF)-Filtern und -Duplexern in mobilen Vorrichtungen verwendet werden.
Die 1 ist ein Blockdiagramm, das einen konventionellen akustischen Resonator zeigt. Bezugnehmend auf die 1 weist der akustische Resonator 100 eine piezoelektrische Schicht 130 aus piezoelektrischem Material, das auf einer oberen Fläche einer unteren Elektrode 110 appliziert ist, und eine obere Elektrode 140 auf, die auf einer oberen Fläche der piezoelektrischen Schicht 130 appliziert ist, wobei sich eine Struktur ergibt, die als akustischer Stapel bezeichnet wird. Der akustische Stapel ist auf einem Substrat 105 über einer Kavität 108 in dem Substrat gebildet. Eine Planarisierungsschicht 120 mag inkludiert sein, um eine planarisierte Oberfläche bereitzustellen, auf welcher die piezoelektrische Schicht appliziert werden soll. Wenn ein eingegebenes elektrisches Signal zwischen den Elektroden appliziert wird, bewirkt ein reziproker oder inverser piezoelektrischer Effekt, dass der akustische Stapel sich mechanisch ausweitet bzw. expandiert oder schrumpft bzw. sich kontraktiert in Abhängigkeit von der Polarisierung des piezoelektrischen Materials. Während das eingegebene elektrische Signal über Zeit variiert, erzeugt Expansion und Kontraktion des akustischen Stapels akustische Wellen, die sich in verschiedene Richtungen durch den akustischen Resonator ausbreiten und durch den piezoelektrischen Effekt in ein ausgegebenes elektrisches Signal umgewandelt bzw. konvertiert werden. Einige der akustischen Wellen erzielen Resonanz quer über dem akustischen Stapel, wobei die Resonanzfrequenz durch solche Faktoren, wie die Materialien, Dimensionen und Betriebsbedingungen des akustischen Stapels, bestimmt ist. Diese und weitere mechanischen Eigenschaften des akustischen Resonators bestimmen dessen Frequenzantwort.
Im Allgemeinen mag ein konventioneller FBAR, wie der akustische Resonator 100, zum Arbeiten bei hohen Frequenzen entworfen sein, wie zum Beispiel etwa 3,6 GHz. In diesem Falle würde jeder der unteren Resonator 110 und oberen Resonator 140 aus Tungsten (W) mit einer oberen Dicke von ungefähr 2700 Å gebildet sein und die piezoelektrische Schicht 130 würde aus Aluminiumnitrid (AlN) mit einer ungefähren Dicke von 1600 Å gebildet sein. Die gesamte Dicke des akustischen Stapels ist konventionell eine Hälfte der Wellenlänge λ (oder λ/2) entsprechend der Dickendehnungsresonanzfrequenz des akustischen Resonators 100.
Die 2 ist ein Graph, der die Verteilung von normalisierten Spitzendehnungsenergie (engl. „Normalized Peak Strain Energy”) (NPSE) für Mason-Pseudomodus quer über dem akustischen Resonator 100 in der vertikalen Richtung zeigt. Der Mason-Pseudomodus ist Bewegung, die von dem vertikalen elektrischen Feld in dem aktiven Bereich des akustischen Resonators 100 angeregt wird. Mit Bezug auf die 2 zeigt der Plot 210 die normalisierte akustische Impedanz, um eine Positionsmarkierung innerhalb des akustischen Stapels bereitzustellen, und der Plot 220 zeigt die NPSE-Verteilung. Der Plot 210 entspricht den verschiedenen Elementen des akustischen Stapels, wie es durch die Bezugszeichen zwischen den vertikalen gestrichelten Linien angeführt ist. Das heißt, dass verschiedene Abschnitte der normalisierten akustischen Impedanz, von links nach rechts, jeweils der unteren Elektrode 110, der piezoelektrischen Schicht 130 und der oberen Elektrode 140 entsprechen. Die typische Energieverteilung für den λ/2 Modus weist, wie von dem Plot 220 gezeigt, eine Spitze bzw. einen Peak in der Mitte der piezoelektrischen Schicht 130 und zwei Nullen an den Metall/Luft-Flächen (das heißt an der unteren Kante (Kavität 108) und der oberen Kante des akustischen Resonators 100) auf.
Während die Dicke der oberen und unteren Elektrode 110 und 140 für niedrige Reihenwiderstand ausreichend sein mag, wirft die sehr dünne piezoelektrische Schicht 130 (typische Resonatoren für RF-Duplexer, die in dem Bereich von 0,7 GHz bis 2,5 GHz arbeiten, würden piezoelektrische Schichtdicken von etwa 5000 Å bis 20000 Å aufweisen), wie unten erläutert, eine Anzahl von Problemen auf.
Im Allgemeinen leidet ein konventioneller akustischer Resonator, wie der akustische Resonator 100, von mehreren Problemen, wenn er für Betrieb bei hohen Frequenzen entworfen ist. Zum Beispiel würde der akustische Resonator 100 wegen hohen Reihenwiderstands Rs, der von den relativ dünnen unteren Elektrode 110 und oberen Elektrode 110 und 140 verursacht wird, dazu tendieren, einen niedrigen Qualitätsfaktor (Q) zu haben. Der akustische Resonator 100 würde auch wegen der relativ dünnen piezoelektrischen Schicht 130, die eine geringe Fläche ergibt, dazu tendieren, einen niedrigen Parallelwiderstand Rp zu haben. Des Weiteren würde die piezoelektrische Schicht 100 für Fehler in Verbindung mit elektrostatischer Entladung (ESD) aufgrund von großen elektrischen Feldern, für Fehler in Verbindung mit niedrigen RF-Energielevels aufgrund von der geringen Fläche und der sich daraus ergebenden hohen RF-Energiedichte und für großen Umfang-zu-Fläche-Verluste (engl. „perimeter-to-area loss”) aufgrund von insgesamt kleiner Vorrichtungsfläche anfällig sein.
Akustische Resonatoren sind zum Beispiel in Allgemeinen dazu entworfen, eine Bedingung in Bezug auf eine spezifische charakteristische elektrische Impedanz Z₀ zu erfüllen. Die charakteristische elektrische Impedanz Z₀ ist proportional zu der Fläche des Resonators und invers proportional zu der gewünschten Betriebsfrequenz und der Dicke der piezoelektrischen Schicht. Die Dicke der piezoelektrischen Schicht wird in erster Linie von der gewünschten Betriebsfrequenz aber auch von dem gewünschten elektromechanischen Kopplungskoeffizienten (engl. „coupling coefficient”) Kt² bestimmt. Innerhalb anwendbaren Grenzen ist der elektromechanische Kopplungskoeffizient Kt² proportional zu der Dicke der piezoelektrischen Schicht und invers proportional zu den Dicken der unteren und oberen Elektroden. Der elektromechanische Kopplungskoeffizient Kt² ist spezifischer proportional zu der Anteil von akustischer Energie, der in der piezoelektrischen Schicht gespeichert ist, und invers proportional zu der Anteil von akustischer Energie, der in den Elektroden gespeichert ist. Für eine vorbestimmte Impedanz Z₀ mag die Größe des Resonators, und somit dessen Preis, folglich durch Verwendung eines piezoelektrischen Materials mit einem höheren intrinsischen elektromechanischen Kopplungskoeffizient Kt² (zum Beispiel Aluminiumnitrid mit Scandium dotiert) reduziert werden, da dies die Verwendung einer dünneren piezoelektrischen Schicht (und folglich einer Reduktion der Fläche des Resonators) auf Kosten zunehmender Dicken der unteren und oberen Elektroden, um die gewünschte Resonanzfrequenz beizubehalten, erlaubt. Für Hochfrequenzanwendungen werden spezifische Bedingungen in Bezug auf elektromechanischen Kopplungskoeffizienten Kt², Impedanz Z₀ und Betriebsfrequenz folglich, wie oben erwähnt, eine Reduktion der aktiven Fläche und Dicke der piezoelektrischen Schicht und die daraus folgende Reduktion des gesamten Qualitätsfaktors Q der Vorrichtung und der Robustheit gegenüber Fehlern in Verbindung mit ESD und hoher RF-Energie erzwingen. Folglich werden Ansätze zum Erhöhen der Vorrichtungsfläche und Dicke des piezoelektrischen Materials benötigt, wobei der elektromechanischen Kopplungskoeffizient Kt², die Impedanz Z₀ und die Betriebsfrequenz, wie diese von einer spezifischen Anwendung bestimmt sind, aufrechterhalten werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die veranschaulichende Ausführungsformen werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung am besten verstanden, wenn diese mit den zugehörigen Zeichnungsfiguren gelesen wird. Es wird betont, dass die verschiedenen Merkmale nicht notwendigerweise maßstabgetreu gezeichnet sind. Die Dimensionen mögen tatsächlich zum Zwecke der Klarheit der Diskussion beliebig vergrößert oder verkleinert sein. Überall wo es anwendbar und praktisch ist, beziehen sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche Elemente.
Die 1 ist eine Querschnittansicht eines konventionellen akustischen Resonators.
Die 2 ist ein Graph, der die Verteilung von normalisierten Spitzendehnungsenergie (NPSE) quer über dem konventionellen akustischen Resonator 100 in vertikaler Richtung zeigt.
Die 3A ist eine Draufsicht eines akustischen Resonators gemäß einer repräsentativen Ausführungsform.
Die 3B ist eine Querschnittansicht eines akustischen Resonators, der eine erweiterte Kavität aufweist, gemäß einer repräsentativen Ausführungsform.
Die 4 ist ein Graph, der die NPSE-Verteilung quer über dem akustischen Resonator von 3B in vertikaler Richtung zeigt, gemäß einer repräsentativen Ausführungsform.
Die 5 ist eine Querschnittansicht eines akustischen Resonators, der eine erweiterte Kavität aufweist, gemäß einer repräsentativen Ausführungsform.
Die 6 ist ein Graph, der die NPSE-Verteilung quer über dem akustischen Resonator von 5 in vertikaler Richtung zeigt, gemäß einer repräsentativen Ausführungsform.
Die 7 ist eine Querschnittansicht eines akustischen Resonators, der eine erweiterte Kavität aufweist, gemäß einer repräsentativen Ausführungsform.
Die 8 ist ein Graph, der die NPSE-Verteilung quer über dem akustischen Resonator von 7 in vertikaler Richtung zeigt, gemäß einer repräsentativen Ausführungsform.
Die 9 ist eine Querschnittansicht eines akustischen Resonators, der eine erweiterte Kavität aufweist, gemäß einer repräsentativen Ausführungsform.
Die 10 ist ein Graph, der die NPSE-Verteilung quer über dem akustischen Resonator von 9 in vertikaler Richtung zeigt, gemäß einer repräsentativen Ausführungsform.
Die 11 ist eine Querschnittansicht eines akustischen Resonators, der eine erweiterte Kavität aufweist, gemäß einer repräsentativen Ausführungsform.
Die 12 ist eine Querschnittansicht eines akustischen Resonators, der eine erweiterte Kavität aufweist, gemäß einer repräsentativen Ausführungsform.
Die 13 ist eine Querschnittansicht eines akustischen Resonators, der eine erweiterte Kavität aufweist, gemäß einer repräsentativen Ausführungsform.
Die 14 ist ein Graph, der die NPSE-Verteilung quer über dem akustischen Resonator von 13 in vertikaler Richtung zeigt, gemäß einer repräsentativen Ausführungsform.
Die 15 ist eine Querschnittansicht eines akustischen Resonators, der eine erweiterte Kavität und einen Luftflügel aufweist, gemäß einer repräsentativen Ausführungsform.
Die 16 ist eine Querschnittansicht eines akustischen Resonators, der eine erweiterte Kavität und einen Luftflügel aufweist, gemäß einer repräsentativen Ausführungsform.
Die 17 ist eine Querschnittansicht eines akustischen Resonators, der eine erweiterte Kavität und einen Luftflügel aufweist, gemäß einer repräsentativen Ausführungsform.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
In der nachfolgenden, detaillierten Beschreibung werden beispielhafte Ausführungsformen, die spezifische Details offenbaren, zum Zwecke der Erläuterung und nicht der Einschränkung dargelegt, um ein eingehendes Verständnis der vorliegenden Lehren bereitzustellen. Es wird aber für einen Fachmann mit durchschnittlichen Kenntnissen und dem Vorteil der vorliegenden Offenbarung offenkundig sein, dass weitere Ausführungsformen gemäß den vorliegenden Lehren, die von den hierin offenbarten spezifischen Details abweichen, innerhalb des Umfangs der angehängten Patentansprüche verbleiben. Des Weiteren mögen Beschreibungen von wohlbekannten Vorrichtungen und Verfahren weggelassen sein, um die Beschreibung der beispielhaften Ausführungsformen nicht unklar zu machen. Solche Verfahren und Vorrichtungen sind eindeutig innerhalb des Umfangs der vorliegenden Lehren.
Die hierin verwendete Terminologie dient lediglich zur Beschreibung bestimmter Ausführungsformen und ist nicht dafür vorgesehen, einschränkend zu sein. Die definierten Begriffe sind zusätzlich zu den technischen, wissenschaftlichen oder normalen Bedeutungen der definierten Begriffe, wie üblicherweise im relevanten Kontext verstanden und akzeptiert.
Die Begriffe „ein”, „eine” und „der/die/das” umfassen sowohl singuläre als auch plurale Referenten, es sei denn, dass der Kontext eindeutig etwas anderes vorschreibt. Folglich umfasst „eine Vorrichtung” sowohl eine Vorrichtung als auch eine Mehrzahl von Vorrichtungen. Die Begriffe „wesentlich” oder „im Wesentlichen” bedeuten bis innerhalb von akzeptablen Grenzen oder akzeptablem Grad. Der Begriff „ungefähr” bedeutet bis innerhalb einer akzeptablen Grenze oder Menge bzw. Betrag für einen Fachmann mit durchschnittlichen Kenntnissen. Relative Begriffe, wie zum Beispiel „über”, „unter”, „oben”, „unten”, „obere” und „untere” mögen verwendet werden, um die Verhältnisse der verschiedenen Elemente zueinander zu beschreiben, wie sie in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind. Diese relativen Begriffe sind dafür vorgesehen, verschiedene Orientierungen der Vorrichtung und/oder der Elemente zusätzlich zu der in den Zeichnungen dargestellten Orientierung zu umfassen. Falls die Vorrichtung mit Bezug auf die Ansicht in den Zeichnungen zum Beispiel invertiert wäre, dann würde ein Element, das als „über” einem anderen Element beschrieben ist, zum Beispiel jetzt unter diesem Element sein. Wenn eine erste Vorrichtung als mit einer zweiten Vorrichtung verbunden oder gekoppelt beschrieben ist, dann umfasst dies Beispiele, in denen eine oder mehrere intermediären Vorrichtungen eingesetzt werden mögen, um die zwei Vorrichtungen mit einander zu verbinden. Wenn im Gegensatz eine erste Vorrichtung als direkt mit einer zweiten Vorrichtung verbunden oder gekoppelt beschrieben ist, dann umfasst dies Beispiele, in denen die beiden Vorrichtungen ohne jegliche intervenierenden bzw. dazwischenkommenden Vorrichtungen, abgesehen von elektrischen Konnektoren (zum Beispiel Drähten, Bonding-Materialien usw.), verbunden sind.
Die vorliegenden Lehren beziehen sich generell auf akustische Resonatoren, wie zum Beispiel Filmvolumenakustikwellenresonatoren (engl. „film bulk acoustic wave resonators”) (FBARs) oder fest angebrachte Resonatoren (engl. „solidly mounted resonators”) (SMRs), obwohl die Diskussion der Einfachheit halber auf FBARs gerichtet ist. Bestimmte Details von akustischen Resonatoren, einschließlich Materialien und Herstellungsverfahren, mögen in einer oder mehrerer der folgenden, sich im gemeinsamen Besitz befindlichen US-Patente und -Patentanmeldungen gefunden werden: US-Patent Nr. 6,107,721 zu Lakin; US-Patente Nr. 5,587,620 , 5,873,153 , 6,507,983 , 6,384,697 , 7,275,292 und 7,629,865 zu Ruby et al.; US-Patent Nr. 7,280,007 zu Feng et al.; US-Patentanmeldung mit Offenlegungsnummer 2007/0205850 zu Jamneala et al.; US-Patent Nr. 7,388,454 zu Ruby et al.; US-Patentanmeldung mit Offenlegungsnummer 2010/0327697 zu Choy et al.; US-Patentanmeldung mit Offenlegungsnummer 2010/0327994 zu Choy et al.; US-Patentanmeldung Nr. 13/658,024 zu Nikkel et al.; US-Patentanmeldungen mit Offenlegungsnummern 2014/0118088 und 2014/0118091 zu Burak et al.; US-Patentanmeldung Nr. 13/654,718 zu Burak et al.; US-Patentanmeldung mit Offenlegungsnummer 2008/0258842 zu Ruby et al.; und US-Patent Nr. 6,548,943 zu Kaitila et al. Die Offenbarungen dieser Patente und Patentanmeldungen werden hiermit spezifisch durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit inkorporiert. Es wird unterstrichen, dass die in diesen Patenten und Patentanmeldungen beschriebenen Bauteile, Materialien und Herstellungsverfahren repräsentativ sind und dass weitere Herstellungsverfahren und Materialien, die sich in Reichweite des Fachmannes mit durchschnittlichen Kenntnissen befinden, kontempliert werden.
In verschiedenen unten beschriebenen Ausführungsformen wird ein Volumenakustikwellen-(BAW)-Resonator bereitgestellt, der eine erweiterte akustische Kavität aufweist und als ein Resonator mit erweiterter Kavität (engl. „extended cavity resonator”) (ECR) bezeichnet werden mag. Der BAW-Resonator weist eine untere Elektrode, die auf einem Substrat über einer in dem Substrat geformten Kavität angebracht ist; eine piezoelektrische Schicht, die auf der unteren Elektrode angebracht ist, und eine obere Elektrode auf, die auf der piezoelektrischen Schicht angebracht ist. Die piezoelektrische Schicht weist eine Dicke von ungefähr λ/2 auf, wobei λ eine Wellenlänge ist, die einer Dickendehnungsresonanzfrequenz (engl. „thickness extensional resonance”) des BAW-Resonators entspricht. Zumindest eine von der oberen Elektrode und der unteren Elektrode weist eine zusammengesetzte Elektrode bzw. Kompositelektrode (engl. „composite electrode”) auf, die eine Dicke von ungefähr λ/2 aufweist. In diesem Kontext wird es beabsichtigt, dass „ungefähr” einen Bereich von Dicken um λ/2 herum umfasst, zum Beispiel von etwa 2λ/5 (oder λ/2 – 20 Prozent) bis zum etwa 3λ/5 (oder λ/2 + 20 Prozent), aber so, dass die gesamte Dicke des akustischen Stapels der BAW-Resonatorstruktur ein ganzzahliges Vielfaches von λ/2 ist. Während die gesamte Dicke des akustischen Stapels in Form von λ/2-Vielfachen durch das Vorhandensein von Luft an sowohl der unteren als auch der oberen Seite des Resonators bestimmt ist, erlaubt die Partitionierung von einer bestimmten Schichtdicke die Festlegung bzw. das Designen des elektromechanischen Kopplungskoeffizienten Kt² und der Reihenresonanzfrequenz Fs auf Zielwerte, die anwendungsbestimmt sind. Auf der anderen Seite mag ein Festhalten der Dicken der piezoelektrischen Schicht und der Elektrode nahe an dem Wert λ/2 für die gesamte Leistung der Vorrichtung vorteilhaft sein, wie unten beschrieben.
Die 3A ist eine Draufsicht eines akustischen Resonators 300 gemäß einer repräsentativen Ausführungsform und die 3B ist eine Querschnittansicht des akustischen Resonators 300, die entlang einer Linie A-A' genommen worden ist, gemäß verschiedenen Ausführungsformen. Insbesondere mögen die akustischen Resonatoren 500, 700, 900, 1100, 1200 und 1300, die jeweils in den 5, 7, 9, 11, 12 und 13 dargestellt sind, 200D die gleiche Draufsicht und entsprechenden Merkmalen aufweisen, wie in der 3A gezeigt, so dass wiederholte Beschreibungen von diesen Merkmalen in einer Bestrebung weggelassen werden mögen, Redundanz zu vermeiden.
Bezugnehmend auf die 3A, weist der akustische Resonator 300 eine obere Elektrode 340 auf, die fünf (5) Seiten aufweist, mit einer Verbindungsseite 301, die zum Bereitstellen einer elektrischen Verbindung zum Verbindungselement (engl. „interconnect”) 302 konfiguriert ist. Das Verbindungselement 302 stellt elektrische Signale für die obere Elektrode 340 bereit, um gewünschte akustische Wellen in einer (nicht in der 3A gezeigten) piezoelektrischen Schicht des akustischen Resonators 300 zu erregen.
Die 3B ist ein Querschnittdiagramm, das den akustischen Resonator 300 darstellt, der eine vertikal erweiterte Kavität aufweist, gemäß einer repräsentativen Ausführungsform. In den in der 3B dargestellten Beispielen (sowie in den Beispielen, die in den 5, 7, 9, 11, 12 und 13 dargestellt sind und unten erläutert werden) ist der akustische Resonator ein FBAR, und auch ein ECR, zur Einfachheit der Erklärung. Es wird aber verstanden, dass andere Typen von akustischen Resonatoren inkludiert sein mögen, ohne von dem Umfang der vorliegenden Lehren abzuweichen. Es wird zusätzlich verstanden, dass die gleichen allgemeinen Konfigurationen in akustischen Resonatoren enthalten sein mögen, die Rahmen (engl. „frames”) und/oder Kragen (engl. „collars”) an verschiedenen Stellen aufweisen, ohne von dem Umfang der vorliegenden Lehren abzuweichen. Verschiedene Bespiele von Rahmen und Kragen sowie dazugehörigen Materialien und Betriebseigenschaften sind in der oben zitierten US-Patentanmeldung Nr. 13/781,491 (eingereicht am 8. Februar 2013) von Burak et al., und in den US-Patentanmeldungen mit Offenlegungsnummern 2014/0118088 (offengelegt am 1. Mai 2014) und 2014/0118091 (offengelegt am 1. Mal 2014) zu Burak et al., die hiermit in ihrer Gesamtheit durch Bezugnahme inkorporiert werden.
Bezugnehmend auf die 3B weist der akustische Resonator 300 ein Substrat 305, eine Kavität 308 (zum Beispiel eine Luftkavität), eine untere Elektrode 310, die auf dem Substrat 305 über der Kavität 308 angebracht ist, und eine Planarisierungsschicht 320 auf, die auf dem Substrat 305 benachbart zu der unteren Kavität angebracht ist, um eine planarisierte kombinierte obere Oberfläche der unteren Elektrode und der Planarisierungsschicht 320 zu bilden. Der akustische Resonator 300 weist ferner eine piezoelektrische Schicht 330, die auf der unteren Elektrode 310 und der Planarisierungsschicht 320 angebracht ist, und eine obere Elektrode 340 auf, die auf der piezoelektrischen Schicht 330 angebracht ist. Zusammen bilden die untere Elektrode 310, die piezoelektrische Schicht 330 und die obere Elektrode 340 einen akustischen Stapel des akustischen Resonators 300, der einer akustischen Kavität entspricht. Ein aktiver Bereich des akustischen Resonators 300 (sowie der weiteren akustischen Resonatoren, die entsprechenden Elemente aufweisen und hierin erläutert werden) ist durch überlappende Abschnitte der unteren Elektrode 310, der piezoelektrischen Schicht 330, der oberen Elektrode 340 und der Kavität 308 definiert.
In der dargestellten Ausführungsform ist jede der unteren Elektrode 310 und der oberen Elektrode 340 eine zusammengesetzte Elektrode bzw. Kompositelektrode (engl. „composite electrode”), das heißt, dass sie (zumindest) zwei Schichten aufweist, die aus unterschiedlichen Materialien gebildet sind. Spezifischer, mit Bezug auf die nähere Umgebung von der piezoelektrischen Schicht 330, weist die untere Elektrode 310 eine erste untere Elektrodenschicht 311, die benachbart zu der piezoelektrischen Schicht 330 ist, und eine zweite untere Elektrodenschicht 312 auf, die benachbart zu der ersten unteren Elektrodenschicht 311 ist, und die obere Elektrode 340 weist eine erste obere Elektrodenschicht 341, die benachbart zu der piezoelektrischen Schicht 330 ist, und eine zweite obere Elektrodenschicht 342 auf, die benachbart zu der ersten oberen Elektrodenschicht 341 ist. Generell ist jede der ersten unteren Elektrodenschicht 311 und der ersten oberen Elektrodenschicht 341 aus einem Material gebildet, das eine relativ niedrige akustische Impedanz aufweist, wie zum Beispiel Aluminium (Al), Titanium (Ti) oder Beryllium (Be), während jede der zweiten unteren Elektrodenschicht 312 und der zweiten oberen Elektrodenschicht 342 aus einem Material gebildet ist, das eine relativ hohe akustische Impedanz aufweist, wie zum Beispiel Tungsten (W), Iridium (Ir) oder Molybdän (Mo). Folglich mag jede der unteren Elektrode 310 und der oberen Elektrode 340 als ein akustischer Spiegel funktionieren, wie zum Beispiel ein verteilter Bragg-Reflektor (engl. „distributed Bragg reflector”) (DBR), als ein praktischer Gegenstand. Die zusammengesetzten Elektroden mögen in verschiedenen Ausführungsformen, von denen Beispiele unten erläutert werden, selbstverständlich zusätzliche Schichten aufweisen, ohne von dem Umfang der vorliegenden Lehren abzuweichen.
Der akustische Resonator 300 ist für hohe Frequenzen (zum Beispiel 3,5 GHz und höher) entworfen. Folglich ist die akustische Kavität des akustischen Resonators 300 vertikal erweitert, zum Beispiel in Vergleich mit der akustischen Kavität eines konventionellen akustischen Resonators, wie zum Beispiel des oben erläuterten akustischen Resonators 100, so dass die gesamte bzw. angehäufte Dicke des akustischen Stapels ein Vielfaches von der Hälfte der Wellenlänge λ (oder λ/2) ist, die der Dickendehnungsresonanzfrequenz des akustischen Resonators 300 entspricht. Insbesondere weist jede der unteren Elektrode 310, der piezoelektrischen Schicht 330 und der oberen Elektrode 340 eine Dicke von ungefähr λ/2 auf, so dass die gesamte Dicke des akustischen Resonators 300 gleich 3λ/2 ist. Des Weiteren mögen jede der Schichten der unteren und oberen Elektroden 310 und 340 in der dargestellten Ausführungsform ungefähr die Hälfte von der gesamten Wellenlänge-Dicke der entsprechenden Elektrode sein. Das heißt, dass jede der ersten unteren Elektrodenschicht 311, der zweiten unteren Elektrodenschicht 312, der ersten oberen Elektrodenschicht 341 und der zweiten oberen Elektrodenschicht 342 zum Beispiel eine Dicke von ungefähr λ/4 aufweist, obwohl die jeweiligen Dicken variieren mögen, um spezifische Vorteile für eine jede bestimmte Situation bereitzustellen oder um Anwendungsspezifische Designvorgaben von verschiedenen Implementierungen einzuhalten, wie es für einen Fachmann auf dem Gebiet offenkundig sein würde.
Das Substrat 305 mag aus einem Material gebildet sein, das mit Halbleiterprozessen kompatibel ist, wie zum Beispiel Silizium (Si), Galliumarsenid (GaAs), Indiumphosphid (InP), Glas, Saphir, Tonerde oder ähnliches. Die Kavität 308 mag gebildet werden durch Ätzen einer Kavität in dem Substrat 305 und Auffüllen der geätzten Kavität mit einem Opfermaterial, wie zum Beispiel PSG, das später entfernt wird, um einen Luftraum zu hinterlassen. Verschiedene beispielhafte Herstellungstechniken für eine Luftkavität in einem Substrat sind in US-Patent Nr. 7,345,410 (18. März 2008) von Grannen et al. beschrieben, das in seiner Gesamtheit hiermit durch Bezugnahme inkorporiert wird. In alternativen Ausführungsformen mag die Kavität 308 zum Beispiel durch einen DBR ersetzt werden, ohne von dem Umfang der vorliegenden Lehren abzuweichen. Verschiedene beispielhafte Herstellungstechniken von akustischen Spiegeln sind in US-Patent Nr. 7,358,831 (15. April 2008) von Larson III et al. beschrieben, das hiermit in seiner Gesamtheit durch Bezugnahme inkorporiert wird.
Die Planarisierungsschicht 320, die auf dem Substrat 305 angebracht ist, mag zum Beispiel aus nicht-ätzbarem Borosilikatglas (NEBSG) gebildet sein. Beispiele von möglichen Vorteilen von Planarisierung und/oder Verfahren zum Herstellen der gleichen sind in der US-Patentanmeldung mit Offenlegungsnummer 2013/0106534 (offengelegt am 2. Mai 2013) von Burak et al. und in der US-Patentanmeldung Nr. 14/225,710 (eingereicht am 26. März 2014) von Nikkel et al. beschrieben, die hiermit in ihrer Gesamtheit durch Bezugnahme inkorporiert werden.
Die piezoelektrische Schicht 330 mag aus jedem piezoelektrischen Material gebildet sein, das mit Halbleiterprozessen kompatibel ist, wie zum Beispiel Aluminiumnitrid (AlN), Zinkoxid (ZnO) oder Zirkonat-Titanat (PZT). In verschiedenen Ausführungsformen mag die piezoelektrische Schicht 330 mit zumindest einem Element der seltenen Erden „dotiert” sein, wie zum Beispiel Scandium (Sc), Yttrium (Y), Lanthan (La) oder Erbium (Er), um den piezoelektrischen Kopplungskoeffizienten e₃₃ in der piezoelektrischen Schicht 330 zu erhöhen. Beispiel vom Dotieren piezoelektrischer Schichten mit einem oder mehreren Elementen der seltenen Erden, um den elektromechanischen Kopplungskoeffizienten Kt2 zu verbessern, sind von der US-Patentanmeldung Nr. 13/662,425 (eingereicht am 27. Oktober 2012) von Bradley et al. und der US-Patentanmeldung Nr. 13/662,460 (eingereicht am 27. Oktober 2012) von Grannen et al. bereitgestellt worden, welche hiermit in ihrer Gesamtheit durch Bezugnahme inkorporiert werden. Das Dotieren von einer oder mehreren piezoelektrischen Schichten mit Elementen der seltenen Erden mag auf jeder der verschiedenen Ausführungsformen appliziert werden, einschließlich der unten mit Bezugnahme auf die 5, 7, 9, 11, 12 und 13 beschriebenen Ausführungsformen.
Andere Materialien mögen selbstverständlich in das obige und in weitere Merkmale des akustischen Resonators 300 (sowie der anderen hierin beschriebenen akustischen Resonatoren) inkorporiert werden, ohne von dem Umfang der vorliegenden Lehren abzuweichen.
Die 4 ist en Graph, der die NPSE-Verteilung für Mason-Pseudomodus quer über dem akustischen Resonator 300 in der vertikalen Richtung zeigt, der für Betrieb bei einer hohen Frequenz (zum Beispiel etwa 3,6 GHz) entworfen wurde. Wie oben diskutiert, ist der Mason-Pseudomodus Bewegung, die durch das vertikale elektrische Feld im aktiven Bereich des akustischen Resonators 300 angeregt wird.
Mit Bezug auf die 4 zeigt der Plot 410 die normalisierte akustische Impedanz, um eine Positionsmarkierung innerhalb des akustischen Stapels bereitzustellen, und der Plot 420 zeigt die NPSE-Verteilung. Der Plot 410 entspricht den verschiedenen Elementen des akustischen Stapels, wie es durch die Bezugszeichen zwischen den vertikalen gestrichelten Linien angeführt ist. Das heißt, dass verschiedene Abschnitte der normalisierten akustischen Impedanz, von links nach rechts, jeweils der unteren Elektrode 310 (aufweisend die zweite untere Elektrodenschicht 312 und die erste untere Elektrodenschicht 311), der piezoelektrischen Schicht 330 und der oberen Elektrode 340 (aufweisend die erste obere Elektrodenschicht 341 und die zweite obere Elektrodenschicht 342) entsprechen. In dem gezeigten Beispiel, zum Zwecke der Illustration, ist die zweite untere Elektrodenschicht 312 aus etwa 3600 Å dickem W, die erste untere Elektrodenschicht 311 ist aus etwa 4350 Å dickem Al gebildet, die piezoelektrische Schicht 330 ist aus etwa 15500 Å dickem AlN gebildet, die erste obere Elektrodenschicht 341 ist aus etwa 4350 Å dickem Al gebildet und die zweite obere Elektrodenschicht 342 ist aus etwa 3600 Å dickem W gebildet. Die Materialien und/oder Dicken der verschiedenen Schichten mögen selbstverständlich variieren, um spezifische Vorteile für eine jede bestimmte Situation bereitzustellen oder um anwendungsspezifische Designvorgaben von verschiedenen Implementierungen einzuhalten, wie es für einen Fachmann auf dem Gebiet offenkundig sein würde.
Die NPSE-Verteilung weist, wie vom Plot 420 gezeigt, drei Spitzen bzw. Peaks auf. Die größte Spitze entspricht etwa der Mitte der piezoelektrischen Schicht 330 und die anderen Spitzen entsprechen jeweils der Schnittstelle zwischen der zweiten unteren Elektrodenschicht 312 und der ersten unteren Elektrodenschicht 311 und der Schnittstelle zwischen der ersten oberen Elektrodenschicht 341 und der zweiten oberen Elektrodenschicht 342. Der Plot 420 weist auch vier Nullen auf, einschließlich Nullen an den jeweiligen Schnittstellen zwischen der unteren Elektrode 310 und der piezoelektrischen Schicht 330 und zwischen der piezoelektrischen Schicht 330 und der oberen Elektrode 340. Nullen treten auch an Luftoberflächen auf, einschließlich der Kavität 308 und der oberen Kante des akustischen Resonators 300.
Die akustische Resonator 300 geht somit eine Anzahl von Problemen an, die von konventionellen akustischen Resonatoren verursacht werden, die bei hohen Werten von Dickendehnungsresonanzfrequenzen (zum Beispiel 3,5 GHz und höher) arbeiten. Zum Beispiel eliminieren die ungefähr λ/2 dicken unteren und oberen Elektroden 310 und 340, die aus hochleitenden Al- und W-Schichten gemacht sind, in effektiver Weise Beiträge vom elektrischen Reihenwiderstand Rs. Da der akustische Resonator 300 in der dritten Harmonischen arbeitet (ungefähr λ/2 dicke untere und obere Elektroden 310 und 340 und ungefähr λ/2 dicke piezoelektrische Schicht 330), mag die Dicke der piezoelektrischen Schicht des Weiteren erhöht werden (zum Beispiel bis etwa 15500 Å für 3,6 GHz oben/unten ECR), was eine erhöhte Fläche des akustischen Resonators 300 und somit einen geringeren Umfang-zu-Fläche-Verlust und einen größeren Parallelwiderstand Rp bewirkt. Da ferner die NPSE an der oberen Oberfläche der piezoelektrischen Schicht 330 bei null von der akustischen Energiedichte ist, sowohl in der aktiven Vorrichtung als auch in dem Feldbereich außerhalb des aktiven Bereichs, mag akustische Streuung an der Kante der oberen Elektrode 340 zum großen Teil eliminiert werden. Dies führt zum natürlichen akustischen Morphing (wo die Cut-off-Frequenz im Wesentlichen die gleiche ist innerhalb und außerhalb des aktiven Bereichs) von dem akustischen Resonator 300, was einen möglich erhöhten Parallelwiderstand Rp und Breitband-Qualitätsfaktor Q (der den ganzen Durchlassbereich bzw. das ganze Duchlassband (engl. „pass-band”) des FBAR 300 abdeckt). Die untere Elektrode 310, die als ein DBR funktioniert, mag auch eine Energieleckage zum Substrat 305 verhindern, wie im Falle der konventionellen SMR-Strukturen.
Die 5 ist eine Querschnittansicht, die den akustischen Resonator 500 darstellt, der eine vertikal erweiterte Kavität aufweist, gemäß einer repräsentativen Ausführungsform.
Bezugnehmend auf die 5 weist der akustische Resonator 500 ein Substrat 305, eine Kavität 308 und eine Planarisierungsschicht 320 auf, wie oben erläutert. Der akustische Resonator 500 weist ferner eine untere Elektrode 510, die auf dem Substrat 305 über der Kavität 308 und benachbart zu der Planarisierungsschicht 320 angebracht ist, eine piezoelektrische Schicht 530, die auf der unteren Elektrode 510 und der Planarisierungsschicht 320 angebracht ist, und eine obere Elektrode 540 auf, die auf der piezoelektrischen Schicht 530 angebracht ist. Zusammen bilden die untere Elektrode 510, die piezoelektrische Schicht 530 und die obere Elektrode 540 einen akustischen Stapel des akustischen Resonators 500, der einer vertikal erweiterten akustischen Kavität entspricht.
In der dargestellten Ausführungsform ist nur die obere Elektrode 540 eine zusammengesetzte Elektrode. Spezifischer, mit Bezug auf die nähere Umgebung von der piezoelektrischen Schicht 530, weist die obere Elektrode 540 eine erste obere Elektrodenschicht 541, die benachbart zu der piezoelektrischen Schicht 530 ist, und eine zweite obere Elektrodenschicht 542 auf, die benachbart zu der ersten oberen Elektrodenschicht 541 ist. Generell ist die erste obere Elektrodenschicht 541 aus einem Material gebildet, das eine relativ niedrige akustische Impedanz aufweist, wie zum Beispiel Al, Ti oder Be, während die zweite obere Elektrodenschicht 542 aus einem Material gebildet ist, das eine relativ hohe akustische Impedanz aufweist, wie zum Beispiel W, Ir oder Mo. Folglich mag die obere Elektrode 540 als ein akustischer Spiegel funktionieren, wie zum Beispiel ein DBR, als ein praktischer Gegenstand. Die untere Elektrode 510 mag zum Beispiel aus W oder Mo gebildet sein. Die piezoelektrische Schicht 530 mag aus einem Material oder aus Kombinationen von Materialien gebildet sein, einschließlich piezoelektrischen Materials, das mit einem oder mehreren Elementen der seltenen Erden dotiert ist, wie es oben mit Bezug auf die piezoelektrische Schicht 330 diskutiert wurde.
Der akustische Resonator 500 ist für hohe Frequenzen entworfen und folglich ist die akustische Kavität vertikal erweitert. In der gezeigten Ausführungsform weist eine Kombination der unteren Elektrode 510 und der piezoelektrischen Schicht 530 insbesondere eine Dicke von ungefähr λ/2 auf, und die obere Elektrode 540 weist eine Dicke von ungefähr λ/2 auf, so dass die gesamte Dicke des akustischen Resonators 500 gleich λ ist. Des Weiteren mögen jede der ersten oberen Elektrodenschicht 541 und der zweiten oberen Elektrodenschicht 542 in der gezeigten Ausführungsform zum Beispiel eine Dicke von ungefähr λ/4 aufweisen, obwohl die jeweiligen Dicken variieren mögen, um spezifische Vorteile für eine jede bestimmte Situation bereitzustellen oder um Anwendungsspezifische Designvorgaben von verschiedenen Implementierungen einzuhalten, wie es für einen Fachmann auf dem Gebiet offenkundig sein würde.
Die 6 ist en Graph, der die NPSE-Verteilung für Mason-Pseudomodus quer über dem akustischen Resonator 500 in der vertikalen Richtung zeigt, der für Betrieb bei einer hohen Frequenz (zum Beispiel etwa 3,6 GHz) entworfen wurde.
Mit Bezug auf die 6 zeigt der Plot 610 die normalisierte akustische Impedanz, um eine Positionsmarkierung innerhalb des akustischen Stapels bereitzustellen, und der Plot 620 zeigt die NPSE-Verteilung. Der Plot 610 entspricht den verschiedenen Elementen des akustischen Stapels, wie es durch die Bezugszeichen zwischen den vertikalen gestrichelten Linien angeführt ist. Das heißt, dass verschiedene Abschnitte der normalisierten akustischen Impedanz, von links nach rechts, jeweils der unteren Elektrode 510, der piezoelektrischen Schicht 530 und der oberen Elektrode 540 (aufweisend die erste obere Elektrodenschicht 541 und die zweite obere Elektrodenschicht 542) entsprechen. In dem gezeigten Beispiel, zum Zwecke der Illustration, ist die untere Elektrode 510 aus etwa 2600 Å dickem W, die piezoelektrische Schicht 530 ist aus etwa 8500 Å dicker AlN gebildet, die erste obere Elektrodenschicht 541 ist aus etwa 4350 Å dickem Al gebildet und die zweite obere Elektrodenschicht 542 ist aus etwa 3600 Å dickem W gebildet. Die Materialien und/oder Dicken der verschiedenen Schichten mögen selbstverständlich variieren, um spezifische Vorteile für eine jede bestimmte Situation bereitzustellen oder um anwendungsspezifische Designvorgaben von verschiedenen Implementierungen einzuhalten, wie es für einen Fachmann auf dem Gebiet offenkundig sein würde.
Die NPSE-Verteilung weist, wie vom Plot 620 gezeigt, zwei Spitzen bzw. Peaks auf. Die größere Spitze entspricht einem unteren Teil der piezoelektrischen Schicht 530 in der Nähe von der unteren Elektrode 510 und die andere Spitze entspricht der jeweilige Schnittstelle zwischen der ersten oberen Elektrodenschicht 541 und der zweiten oberen Elektrodenschicht 542. Der Plot 620 weist auch drei Nullen auf, einschließlich einer Null an der Schnittstelle zwischen der piezoelektrischen Schicht 530 und der oberen Elektrode 540 und Nullen an den Luftoberflächen, einschließlich jeweils der Kavität 308 und der oberen Kante des akustischen Resonators 500.
Die akustische Resonator 500 mit erweiterter Kavität geht somit eine Anzahl von Problemen an, die von konventionellen akustischen Resonatoren verursacht werden, die bei hohen Werten von Dickendehnungsresonanzfrequenzen arbeiten. Zum Beispiel erlaubt die ungefähr λ/2 dicke obere Elektrode 540, die aus hochleitendem Al- und W-Schichten gemacht ist, akustisches Morphing der Kante der oberen Elektrode sowie höheren Kt² wegen Vorhandenseins der unteren Elektrode 510, die typischerweise aus einem Material mit hoher akustischer Impedanz gemacht ist. Energieverluste mögen aber in dem Bereich auftreten, in dem die untere Elektrode 510, die piezoelektrische Schicht 530 und die obere Elektrode 540 dem Substrat 305 überlappen, und die piezoelektrische Schicht 530 ist dünner für den gleichen elektromechanischen Kopplungskoeffizienten Kt² und die gleiche Reihenresonanzfrequenz Fs, wenn mit dem oben diskutierten akustischen Resonator 300 verglichen wird.
Die 7 ist ein Querschnittdiagramm, das den akustischen Resonator 700 darstellt, der eine vertikal erweiterte Kavität aufweist, gemäß einer repräsentativen Ausführungsform.
Bezugnehmend auf die 7 weist der akustische Resonator 700 ein Substrat 305, eine Kavität 308 und eine Planarisierungsschicht 320 auf, wie oben erläutert. Der akustische Resonator 700 weist ferner eine untere Elektrode 710, die auf dem Substrat 305 über der Kavität 308 und benachbart zu der Planarisierungsschicht 320 angebracht ist, eine piezoelektrische Schicht 730, die auf der unteren Elektrode 710 und der Planarisierungsschicht 320 angebracht ist, und eine obere Elektrode 740 auf, die auf der piezoelektrischen Schicht 730 angebracht ist. Zusammen bilden die untere Elektrode 710, die piezoelektrische Schicht 730 und die obere Elektrode 740 einen akustischen Stapel des akustischen Resonators 700, der einer vertikal erweiterten akustischen Kavität entspricht.
In der dargestellten Ausführungsform ist nur die untere Elektrode 710 eine zusammengesetzte Elektrode. Spezifischer, mit Bezug auf die nähere Umgebung von der piezoelektrischen Schicht 730, weist die untere Elektrode 710 eine erste untere Elektrodenschicht 711, die benachbart zu der piezoelektrischen Schicht 730 ist, und eine zweite untere Elektrodenschicht 712 auf, die benachbart zu der ersten unteren Elektrodenschicht 711 ist. Generell ist die erste untere Elektrodenschicht 711 aus einem Material gebildet, das eine relativ niedrige akustische Impedanz aufweist, wie zum Beispiel Al, Ti oder Be, während die zweite untere Elektrodenschicht 712 aus einem Material gebildet ist, das eine relativ hohe akustische Impedanz aufweist, wie zum Beispiel W, Ir oder Mo. Folglich mag die untere Elektrode 710 als ein akustischer Spiegel funktionieren, wie zum Beispiel ein DBR, als ein praktischer Gegenstand. Die obere Elektrode 740 mag zum Beispiel aus W oder Mo gebildet sein. Die piezoelektrische Schicht 730 mag aus einem Material oder einer Kombination von Materialien gebildet sein, einschließlich piezoelektrischen Materials, das mit einem oder mehreren Elementen der seltenen Erden dotiert ist, wie es oben mit Bezug auf die piezoelektrische Schicht 330 diskutiert wurde.
Der akustische Resonator 700 ist für hohe Frequenzen entworfen und folglich ist die akustische Kavität des akustischen Resonators 700 vertikal erweitert. In der gezeigten Ausführungsform weist die untere Elektrode 710 insbesondere eine Dicke von ungefähr λ/2 auf und eine Kombination der piezoelektrischen Schicht 730 und der oberen Elektrode 740 weist eine Dicke von ungefähr λ/2 auf, so dass die gesamte Dicke des akustischen Resonators 700 gleich λ ist. Des Weiteren mögen jede der ersten unteren Elektrodenschicht 711 und der zweiten unteren Elektrodenschicht 712 zum Beispiel eine Dicke von ungefähr λ/4 aufweisen, obwohl die jeweiligen Dicken variieren mögen, um spezifische Vorteile für eine jede bestimmte Situation bereitzustellen oder um Anwendungsspezifische Designvorgaben von verschiedenen Implementierungen einzuhalten, wie es für einen Fachmann auf dem Gebiet offenkundig sein würde.
Die 8 ist en Graph, der die NPSE-Verteilung für Mason-Pseudomodus quer über dem akustischen Resonator 700 in der vertikalen Richtung zeigt, der für Betrieb bei einer hohen Frequenz (zum Beispiel etwa 3,6 GHz) entworfen wurde.
Mit Bezug auf die 8 zeigt der Plot 810 die normalisierte akustische Impedanz, um eine Positionsmarkierung innerhalb des akustischen Stapels bereitzustellen, und der Plot 820 zeigt die NPSE-Verteilung. Der Plot 810 entspricht den verschiedenen Elementen des akustischen Stapels, wie es durch die Bezugszeichen zwischen den vertikalen gestrichelten Linien angeführt ist. Das heißt, dass verschiedene Abschnitte der normalisierten akustischen Impedanz, von links nach rechts, jeweils der unteren Elektrode 710 (aufweisend die zweite untere Elektrodenschicht 712 und die erste untere Elektrodenschicht 711), der piezoelektrischen Schicht 730 und der oberen Elektrode 740 entsprechen. In dem gezeigten Beispiel, zum Zwecke der Illustration, ist die zweite untere Elektrodenschicht 712 aus etwa 3600 Å dickem W gebildet, die erste untere Elektrodenschicht 711 ist aus etwa 4350 Å dickem Al gebildet, die piezoelektrische Schicht 730 ist aus etwa 8500 Å dickem AlN gebildet und die obere Elektrode 740 ist aus etwa 2600 Å dickem W gebildet. Die Materialien und/oder Dicken der verschiedenen Schichten mögen selbstverständlich variieren, um spezifische Vorteile für eine jede bestimmte Situation bereitzustellen oder um anwendungsspezifische Designvorgaben von verschiedenen Implementierungen einzuhalten, wie es für einen Fachmann auf dem Gebiet offenkundig sein würde.
Die NPSE-Verteilung weist, wie vom Plot 820 gezeigt, zwei Spitzen bzw. Peaks auf. Die größere Spitze entspricht einem oberen Teil der piezoelektrischen Schicht 730 in der Nähe von der oberen Elektrode 740 und die andere Spitze entspricht der jeweiligen Schnittstelle zwischen der ersten unteren Elektrodenschicht 711 und der zweiten unteren Elektrodenschicht 712. Der Plot 820 weist auch drei Nullen auf, einschließlich einer Null an der Schnittstelle zwischen der piezoelektrischen Schicht 730 und der unteren Elektrode 710 und Nullen an den Luftoberflächen, einschließlich jeweils der Kavität 308 und der oberen Kante des akustischen Resonators 700.
Der akustische Resonator 700 mit erweiterter Kavität geht somit eine Anzahl von Problemen an, die von konventionellen akustischen Resonatoren verursacht werden, die bei hohen Werten von Dickendehnungsresonanzfrequenzen arbeiten. Zum Beispiel eliminiert die ungefähr λ/2 dicke untere Elektrode 710, die aus hochleitendem Al- und W-Schichten gemacht ist, im Wesentlichen akustische Verluste in dem Bereich, in dem die untere Elektrode 710, die piezoelektrische Schicht 730 und die obere Elektrode 740 dem Substrat 305 überlappen, und ermöglicht einen höheren elektromechanischen Kopplungskoeffizienten Kt² wegen des Vorhandenseins der oberen Elektrode 740, die aus einem Material mit hoher akustischer Impedanz gemacht ist. Einige akustische Streuung mag aber an der oberen Elektrode 740 auftreten und die piezoelektrische Schicht 730 ist dünner für den gleichen elektromechanischen Kopplungskoeffizient Kt² und die gleiche Reihenresonanzfrequenz Fs, wenn mit dem oben diskutierten akustischen Resonator 300 verglichen wird.
Die 9 ist ein Querschnittdiagramm, das einen akustischen Resonator 900 darstellt, der eine vertikal erweiterte Kavität aufweist, gemäß einer repräsentativen Ausführungsform.
Bezugnehmend auf die 9 weist der akustische Resonator 900 ein Substrat 305, eine Kavität 308 und eine Planarisierungsschicht 320 auf, wie oben erläutert. Der akustische Resonator 900 weist ferner eine untere Elektrode 910, die auf dem Substrat 305 über der Kavität 308 und benachbart zu der Planarisierungsschicht 320 angebracht ist, eine piezoelektrische Schicht 930, die auf der unteren Elektrode 910 und der Planarisierungsschicht 320 angebracht ist, und eine obere Elektrode 940 auf, die auf der piezoelektrischen Schicht 930 angebracht ist. Zusammen bilden die untere Elektrode 910, die piezoelektrische Schicht 930 und die obere Elektrode 940 einen akustischen Stapel des akustischen Resonators 900, der einer vertikal erweiterten akustischen Kavität entspricht.
Der akustische Resonator 900 in der dargestellten Ausführungsform ist im Wesentlichen ähnlich dem akustischen Resonator 300 in der 3, mit der Ausnahme, dass eine dünne Elektrodenschicht benachbart zu den oberen und unteren Oberflächen der piezoelektrischen Schicht 930 hinzugefügt worden ist (was dazu führt, dass die piezoelektrische Schicht 930 etwas dünner als die piezoelektrische Schicht 330 ist). Spezifischer, mit Bezug auf die nähere Umgebung von der piezoelektrischen Schicht 930, weist die untere Elektrode 910 eine dünne untere Elektrodenschicht 913, die benachbart zu der piezoelektrischen Schicht 930 ist, eine erste untere Elektrodenschicht 911, die benachbart zu der dünnen unteren Elektrodenschicht 913 ist, und eine zweite untere Elektrodenschicht 912 auf, die benachbart zu der ersten unteren Elektrodenschicht 911 ist. In ähnlicher Weise weist die obere Elektrode 940 eine dünne obere Elektrodenschicht 943, die benachbart zu der piezoelektrischen Schicht 930 ist, eine erste obere Elektrodenschicht 941, die benachbart zu der dünnen oberen Elektrodenschicht 943 ist, und eine zweite obere Elektrodenschicht 942 auf, die benachbart zu der ersten oberen Elektrodenschicht 941 ist. Generell ist jede der dünnen unteren Elektrodenschicht 913 und der dünnen oberen Elektrodenschicht 943 aus einem Material gebildet, das eine relativ hohe akustische Impedanz aufweist, wie zum Beispiel W, Ir oder Mo, jede der ersten unteren Elektrodenschicht 911 und der ersten oberen Elektrodenschicht 941 ist aus einem Material gebildet, das eine relativ niedrige akustische Impedanz aufweist, wie zum Beispiel Al, Ti oder Be, während jede der zweiten unteren Elektrodenschicht 912 und der zweiten oberen Elektrodenschicht 942 aus einem Material gebildet ist, das eine relativ hohe akustische Impedanz aufweist, wie zum Beispiel W, Ir oder Mo. Folglich mögen die untere Elektrode 910 und obere Elektrode 940 als akustische Spiegel funktionieren, wie zum Beispiel DBRs, als ein praktischer Gegenstand.
Der akustische Resonator 900 ist für hohe Frequenzen entworfen und folglich ist die akustische Kavität vertikal erweitert. Insbesondere weist eine Kombination von der ersten und zweiten unteren Elektrodenschichten 911 und 912 der unteren Elektrode 910 eine Dicke von ungefähr λ/2 auf, eine Kombination von der piezoelektrischen Schicht 930 und der dünnen oberen und unteren Elektrodenschichten 913 und 943 weist eine Dicke von ungefähr λ/2 auf und eine Kombination von der ersten und zweiten oberen Elektrodenschichten 941 und 942 der oberen Elektrode 940 weist eine Dicke von ungefähr λ/2 auf, so dass die gesamte Dicke des akustischen Resonators 900 gleich 3λ/2 ist. Des Weiteren mag jede der ersten unteren Elektrodenschicht 911 und der zweiten unteren Elektrodenschicht 912 in der dargestellten Ausführungsform zum Beispiel eine Dicke von ungefähr λ/4 aufweisen und jede der ersten oberen Elektrodenschicht 941 und der zweiten oberen Elektrodenschicht 942 mag zum Beispiel eine Dicke von ungefähr λ/4 aufweisen, obwohl die jeweiligen Dicken variieren mögen, um spezifische Vorteile für eine jede bestimmte Situation bereitzustellen oder um Anwendungsspezifische Designvorgaben von verschiedenen Implementierungen einzuhalten, wie es für einen Fachmann auf dem Gebiet offenkundig sein würde.
Die 10 ist en Graph, der die NPSE-Verteilung für Mason-Pseudomodus quer über dem akustischen Resonator 900 in der vertikalen Richtung zeigt für Betrieb bei einer hohen Frequenz (zum Beispiel etwa 3,6 GHz).
Mit Bezug auf die 10 zeigt der Plot 1010 die normalisierte akustische Impedanz, um eine Positionsmarkierung innerhalb des akustischen Stapels bereitzustellen, und der Plot 1020 zeigt die NPSE-Verteilung. Der Plot 1010 entspricht den verschiedenen Elementen des akustischen Stapels, wie es durch die Bezugszeichen zwischen den vertikalen gestrichelten Linien angeführt ist. Das heißt, dass verschiedene Abschnitte der normalisierten akustischen Impedanz, von links nach rechts, jeweils der unteren Elektrode 910 (aufweisend die zweite untere Elektrodenschicht 912, die erste untere Elektrodenschicht 911 und die dünne untere Elektrodenschicht 913), der piezoelektrischen Schicht 930 und der oberen Elektrode 940 (aufweisend die dünne obere Elektrodenschicht 943, die erste obere Elektrodenschicht 941 und die zweite obere Elektrodenschicht 942) entsprechen. In dem gezeigten Beispiel, zum Zwecke der Illustration, ist die zweite untere Elektrodenschicht 912 aus etwa 3600 Å dickem W, die erste untere Elektrodenschicht 911 ist aus etwa 4350 Å dickem Al gebildet und die dünne untere Elektrodenschicht 913 ist aus etwa 1000 Å dickem W gebildet, die piezoelektrische Schicht 930 ist aus etwa 6400 Å dickem AlN gebildet, die dünne obere Elektrodenschicht 943 ist aus etwa 1000 Å dickem W gebildet, die erste obere Elektrodenschicht 941 ist aus etwa 4350 Å dickem Al gebildet und die zweite obere Elektrodenschicht 942 ist aus etwa 3600 Å dickem W gebildet. Die Materialien und/oder Dicken der verschiedenen Schichten mögen selbstverständlich variieren, um spezifische Vorteile für eine jede bestimmte Situation bereitzustellen oder um anwendungsspezifische Designvorgaben von verschiedenen Implementierungen einzuhalten, wie es für einen Fachmann auf dem Gebiet offenkundig sein würde.
Die NPSE-Verteilung weist, wie vom Plot 1020 gezeigt, drei Spitzen bzw. Peaks auf. Die größte Spitze entspricht etwa der Mitte der piezoelektrischen Schicht 930 und die anderen Spitzen entsprechen jeweils der Schnittstelle zwischen der zweiten unteren Elektrodenschicht 912 und der ersten unteren Elektrodenschicht 911 und der Schnittstelle zwischen der ersten oberen Elektrodenschicht 941 und der zweiten oberen Elektrodenschicht 942. Der Plot 1020 weist auch vier Nullen auf, einschließlich Nullen an den jeweiligen Schnittstellen zwischen der ersten unteren Elektrodenschicht 911 und der dünnen unteren Elektrodenschicht 913 und zwischen der dünnen oberen Elektrodenschicht 943 und der ersten oberen Elektrodenschicht 941. Nullen treten auch an Luftoberflächen auf, einschließlich der Kavität 308 und der oberen Kante des akustischen Resonators 900.
Der akustische Resonator 900 mit erweiterter Kavität geht verschiedene Probleme an, die bei ähnlichen akustischen Resonatoren auftreten, die bei hohen Resonanzfrequenzen und ohne die dünnen unteren und oberen Elektrodenschichten 913 und 943 arbeiten, wie zum Beispiel der Resonator 300, der oben mit Bezug auf die 3 erläutert wurde. Aus der physikalischen Perspektive mögen ECR-Anliegen (engl. „ECR concerns”) zum Beispiel Energiedurchdringung in die obere und untere Elektrode (310 und 340) hinein, was zu einem niedrigen elektromechanischen Kopplungskoeffizienten Kt² (zum Beispiel bis zu 2 Prozent niedriger als eine ungekapselte piezoelektrische Platte (engl. „slab”) (das heißt eine einzige Schicht aus piezoelektrischem Material ohne Elektrodenschichten darunter und darüber)) führt, eine enge Frequenzlücke zwischen den Betriebsresonanzen (zum Beispiel TE1 für die piezoelektrische Platte) und der ersten Scherungsresonanz höherer Ordnung (zum Beispiel TS2 für eine piezoelektrische Platte) oder äquivalent niedrige fraktionale Frequenzseparation (FFS) der piezoelektrischen Schicht (330) von ungefähr 13 Prozent (zum Beispiel ungefähr die gleiche als für ungekapselte piezoelektrische Platte, wobei TS2/TE1-FFS als (TS2-TE1)/TE1 definiert ist für einen Resonator, der bei TE1-Resonanz arbeitet), was zu hohem akustischen Verlust pro Einheit-Umfangslänge führt, und verstärkten viskosen Verlust in der piezoelektrischen Schicht (330) aufgrund des Vorhandenseins der Energiespitzen an den jeweiligen Schnittstellen zwischen der ersten und der zweiten unteren Elektrodenschicht (311 und 312) und zwischen der ersten und der zweiten oberen Elektrodenschicht (341 und 342) aufweisen.
Die Energiedurchdringungen und die niedrige TS4/TE3-FFS in dem akustischen Resonator 300 (wobei die Betriebsresonanz TE3 ist und die nächste Scherungsresonanz höherer Ordnung TS4 ist) mögen durch Einfügung der dünnen unteren und/oder oberen Elektrodenschichten 913 und 943 (zum Beispiel gebildet aus W, Ir oder Mo) auf einer oder beiden Seiten der piezoelektrischen Schicht 930 angegangen werden. Das Hinzufügen der dünnen unteren und oberen (zum Beispiel aus etwa 1000 Å dickem W gebildeten) Elektrodenschicht 913 und 943 an beiden Seiten der piezoelektrischen Schicht 930 erhöht insbesondere die FFS von ungefähr 13 Prozent bis ungefähr 22 Prozent und erhöht den elektromechanischen Kopplungskoeffizienten Kt² von ungefähr 3,6 Prozent bis ungefähr 5 Prozent. Trade-Offs umfassen aber den Verlust eines Teils des Vorteils von akustischem Morphing an der oberen Elektrodenkante, was zu mehr akustische Streuung führt, und das Haben einer dünneren piezoelektrischen Schicht.
Die 11 und 12 sind Querschnittansichten eines akustischen Resonators, der dünne Elektrodenschichten in jeweils einer der unteren und oberen Elektroden aufweist, gemäß repräsentativen Ausführungsformen.
Bezugnehmend auf die 11 weist der akustische Resonator 1100 ein Substrat 305, eine Kavität 308 und eine Planarisierungsschicht 320 auf, wie oben erläutert. Der akustische Resonator 1100 weist ferner eine untere Elektrode 1110, die auf dem Substrat 305 über der Kavität 308 und benachbart zu der Planarisierungsschicht 320 angebracht ist, eine piezoelektrische Schicht 1130, die auf der unteren Elektrode 1110 und der Planarisierungsschicht 320 angebracht ist, und eine obere Elektrode 1140 auf, die auf der piezoelektrischen Schicht 1130 angebracht ist. Zusammen bilden die untere Elektrode 1110, die piezoelektrische Schicht 1130 und die obere Elektrode 1140 einen akustischen Stapel des akustischen Resonators 1100, der einer vertikal erweiterten akustischen Kavität entspricht.
In der dargestellten Ausführungsform ist nur die untere Elektrode 1110 eine zusammengesetzte Elektrode, die eine dünne Elektrodenschicht aufweist. Spezifischer, mit Bezug auf die nähere Umgebung von der piezoelektrischen Schicht 1130, weist die untere Elektrode 1110 eine dünne untere Elektrodenschicht 1113, die benachbart zu der piezoelektrischen Schicht 1130 ist, eine erste untere Elektrodenschicht 1111, die benachbart zu der dünnen unteren Elektrodenschicht 1113 ist, und eine zweite untere Elektrodenschicht 1112 auf, die benachbart zu der ersten unteren Elektrodenschicht 1111 ist. Die obere Elektrode 1140 weist eine einzige leitende Schicht auf. Generell ist jede der dünnen unteren Elektrodenschicht 1113 und der zweiten unteren Elektrodenschicht 1112 aus einem Material gebildet, das eine relativ hohe akustische Impedanz aufweist, wie zum Beispiel W, Ir oder Mo, und die erste untere Elektrodenschicht 1111 ist aus einem Material gebildet, das eine relativ niedrige akustische Impedanz aufweist, wie zum Beispiel Al, Ti oder Be. Folglich mag die untere Elektrode 1110 als ein akustischer Spiegel funktionieren, wie zum Beispiel ein DBR, als ein praktischer Gegenstand. Die obere Elektrode 1140 mag zum Beispiel aus W, Ir oder Mo gebildet sein.
Der akustische Resonator 1100 ist für hohe Frequenzen entworfen und folglich ist die akustische Kavität vertikal erweitert. In der gezeigten Ausführungsform weist eine Kombination der ersten und zweiten unteren Elektrodenschichten 1111 und 1112 der unteren Elektrode 1110 insbesondere eine Dicke von ungefähr λ/2 auf und eine Kombination der dünnen unteren Elektrodenschicht 1113, der piezoelektrischen Schicht 1130 und der oberen Elektrode 1140 weist eine Dicke von ungefähr λ/2 auf, so dass die gesamte Dicke des akustischen Resonators 1100 gleich λ ist. Des Weiteren mögen jede der ersten unteren Elektrodenschicht 1111 und der zweiten unteren Elektrodenschicht 1112 zum Beispiel eine Dicke von ungefähr λ/4 aufweisen, obwohl die jeweiligen Dicken variieren mögen, um spezifische Vorteile für eine jede bestimmte Situation bereitzustellen oder um Anwendungsspezifische Designvorgaben von verschiedenen Implementierungen einzuhalten, wie es für einen Fachmann auf dem Gebiet offenkundig sein würde.
Bezugnehmend auf die 12 weist der akustische Resonator 1200 ein Substrat 305, eine Kavität 308 und eine Planarisierungsschicht 320 auf, wie oben erläutert. Der akustische Resonator 1200 weist ferner eine untere Elektrode 1210, die auf dem Substrat 305 über der Kavität 308 und benachbart zu der Planarisierungsschicht 320 angebracht ist, eine piezoelektrische Schicht 1230, die auf der unteren Elektrode 1210 und der Planarisierungsschicht 320 angebracht ist, und eine Obere Elektrode 1240 auf, die auf der piezoelektrischen Schicht 1230 angebracht ist. Zusammen bilden die untere Elektrode 1210, die piezoelektrische Schicht 1230 und die obere Elektrode 1240 einen akustischen Stapel des akustischen Resonators 1200, der einer vertikal erweiterten akustischen Kavität entspricht.
In der dargestellten Ausführungsform ist nur die obere Elektrode 1240 eine zusammengesetzte Elektrode, die eine dünne Elektrodenschicht aufweist. Spezifischer, mit Bezug auf die nähere Umgebung von der piezoelektrischen Schicht 1230, weist die obere Elektrode 1240 eine dünne obere Elektrodenschicht 1243, die benachbart zu der piezoelektrischen Schicht 1230 ist, eine erste obere Elektrodenschicht 1241, die benachbart zu der dünnen oberen Elektrodenschicht 1243 ist, und eine zweite obere Elektrodenschicht 1242 auf, die benachbart zu der ersten oberen Elektrodenschicht 1241 ist. Die untere Elektrode 1210 weist eine einzige leitende Schicht auf. Generell ist jede der dünnen oberen Elektrodenschicht 1243 und der zweiten oberen Elektrodenschicht 1242 aus einem Material gebildet, das eine relativ hohe akustische Impedanz aufweist, wie zum Beispiel W, Ir oder Mo, und die erste obere Elektrodenschicht 1241 ist aus einem Material gebildet, das eine relativ niedrige akustische Impedanz aufweist, wie zum Beispiel Al, Ti oder Be. Folglich mag die obere Elektrode 1240 wie ein akustischer Spiegel funktionieren, wie zum Beispiel ein DBR, als ein praktischer Gegenstand. Die untere Elektrode 1210 mag zum Beispiel aus W, Ir oder Mo gebildet sein.
Der akustische Resonator 1200 ist für hohe Frequenzen entworfen und folglich ist die akustische Kavität vertikal erweitert. In der gezeigten Ausführungsform weist eine Kombination der ersten und zweiten oberen Elektrodenschichten 1241 und 1242 der oberen Elektrode 1240 insbesondere eine Dicke von ungefähr λ/2 auf und eine Kombination der unteren Elektrode 1210, der piezoelektrischen Schicht 1230 und der dünnen oberen Elektrodenschicht 1243 weist eine Dicke von ungefähr λ/2 auf, so dass die gesamte Dicke des akustischen Resonators 1200 gleich λ ist. Des Weiteren mögen jede der ersten oberen Elektrodenschicht 1241 und der zweiten oberen Elektrodenschicht 1242 zum Beispiel eine Dicke von ungefähr λ/4 aufweisen, obwohl die jeweiligen Dicken variieren mögen, um spezifische Vorteile für eine jede bestimmte Situation bereitzustellen oder um Anwendungsspezifische Designvorgaben von verschiedenen Implementierungen einzuhalten, wie es für einen Fachmann auf dem Gebiet offenkundig sein würde.
Die 13 ist ein Querschnittdiagramm eines akustischen Resonators 1300, der eine vertikal erweiterte Kavität aufweist, gemäß einer repräsentativen Ausführungsform.
Bezugnehmend auf die 13 weist der akustische Resonator 1300 ein Substrat 305, eine Kavität 308 und eine Planarisierungsschicht 320 auf, wie oben erläutert. Der akustische Resonator 1300 weist ferner eine untere Elektrode 1310, die auf dem Substrat 305 über der Kavität 308 und benachbart zu der Planarisierungsschicht 320 angebracht ist, eine piezoelektrische Schicht 1330, die auf der unteren Elektrode 1310 und der Planarisierungsschicht 320 angebracht ist, und eine obere Elektrode 1340 auf, die auf der piezoelektrischen Schicht 1330 angebracht ist. Zusammen bilden die untere Elektrode 1310, die piezoelektrische Schicht 1330 und die obere Elektrode 1340 einen akustischen Stapel des akustischen Resonators 1300, der einer vertikal erweiterten akustischen Kavität entspricht.
Der akustische Resonator 1300 in der dargestellten Ausführungsform ist im Wesentlichen ähnlich dem akustischen Resonator 300 in der 3, mit der Ausnahme, dass eine intermediäre Impedanzschicht zwischen den oberen und unteren Elektrodenschichten in jeder der oberen und unteren Elektroden 1310 und 1340 hinzugefügt worden ist. Spezifischer, mit Bezug auf die nähere Umgebung von der piezoelektrischen Schicht 1330, weist die untere Elektrode 1310 eine erste untere Elektrodenschicht 1311, die benachbart zu der piezoelektrischen Schicht 1330 ist, eine untere intermediäre Impedanzschicht 1313, die benachbart zu der ersten unteren Elektrodenschicht 1311 ist, und eine zweite untere Elektrodenschicht 1312 auf, die benachbart zu der unteren intermediären Impedanzschicht 1313 ist. In ähnlicher Weise weist die obere Elektrode 1340 eine erste obere Elektrodenschicht 1341, die benachbart zu piezoelektrischen Schicht 1330 ist, eine obere intermediäre Impedanzschicht 1343, die benachbart zu der ersten oberen Elektrodenschicht 1341 ist, und eine zweite obere Elektrodenschicht 1342 auf, die benachbart zu der oberen intermediären Impedanzschicht 1343 ist.
Generell ist jede der unteren und oberen intermediären Impedanzschichten 1313 und 1343 aus einem Material gebildet, das eine intermediäre Impedanz Z_A aufweist, wie zum Beispiel AlN. Auch jede der ersten unteren Elektrodenschicht 1311 und der ersten oberen Elektrodenschicht 1341 ist aus einem Material gebildet, das eine relativ niedrige akustische Impedanz aufweist, wie zum Beispiel Al, Ti oder Be, während jede der zweiten unteren Elektrodenschicht 1312 und der zweiten oberen Elektrodenschicht 1342 aus einem Material gebildet ist, das eine relativ hohe akustische Impedanz aufweist, wie zum Beispiel W, Ir oder Mo. Folglich mögen die untere Elektrode 1310 und die obere Elektrode 1340 als akustische Spiegel funktionieren, wie zum Beispiel abgestufte (engl. „graded”) DBRs mit niedrigem viskosem Verlust aufgrund der unteren und oberen intermediären Impedanzschichten 1313 und 1343, als ein praktischer Gegenstand. In diesem Falle tritt die Spitzenenergie in jedem DBR zum Beispiel im niedrig-viskosen AlN statt im verlustbehafteten Al auf, Andere Materialien mit intermediären Impedanzen (zum Beispiel zwischen Al und W) mögen verwendet werden, ohne vom Umfang der vorliegenden Lehren abzuweichen, solange diese Materialien nicht zu erhöhtem viskosem Verlust führen.
Der akustische Resonator 1300 ist für hohe Frequenzen entworfen und folglich ist die akustische Kavität vertikal erweitert. In der gezeigten Ausführungsform weist eine Kombination der ersten und zweiten unteren Elektrodenschichten 1311 und 1312 und der unteren intermediären Impedanzschicht 1313 der unteren Elektrode 1310 insbesondere eine Dicke von ungefähr λ/2 auf, die piezoelektrische Schicht 1330 weist eine Dicke von ungefähr λ/2 auf und eine Kombination der ersten und zweiten oberen Elektrodenschichten 1341 und 1342 und der oberen intermediären Impedanzschicht 1343 der oberen Elektrode 1340 weist eine Dicke von ungefähr λ/2 auf, so dass die gesamte Dicke des akustischen Resonators 1300 gleich 3λ/2 ist. In der dargestellten Ausführungsform mögen des Weiteren jede der ersten unteren Elektrodenschicht 1311 und der zweiten unteren Elektrodenschicht 1312 zum Beispiel eine Dicke von ungefähr λ/8 aufweisen, jede der ersten oberen Elektrodenschicht 1341 und der zweiten oberen Elektrodenschicht 1342 mögen eine Dicke von ungefähr λ/8 aufweisen und jede der unteren und oberen intermediären Impedanzschichten 1313 und 1343 mögen eine Dicke von ungefähr λ/4 aufweisen, obwohl die jeweiligen Dicken variieren mögen, um spezifische Vorteile für eine jede bestimmte Situation bereitzustellen oder um Anwendungsspezifische Designvorgaben von verschiedenen Implementierungen einzuhalten, wie es für einen Fachmann auf dem Gebiet offenkundig sein würde,
Die 14 ist ein Graph, der die NPSE-Verteilung für Mason-Pseudomodus quer über dem akustischen Resonator 1300 in der vertikalen Richtung zeigt, der für Betrieb bei einer hohen Frequenz (zum Beispiel etwa 3,6 GHz) entworfen ist.
Mit Bezug auf die 14 zeigt der Plot 1410 die normalisierte akustische Impedanz, um eine Positionsmarkierung innerhalb des akustischen Stapels bereitzustellen, und der Plot 1420 zeigt die NPSE-Verteilung. Der Plot 1410 entspricht den verschiedenen Elementen des akustischen Stapels, wie es durch die Bezugszeichen zwischen den vertikalen gestrichelten Linien angeführt ist. Das heißt, dass verschiedene Abschnitte der normalisierten akustischen Impedanz, von links nach rechts, jeweils der unteren Elektrode 1310 (aufweisend die zweite untere Elektrodenschicht 1312, die untere intermediäre Impedanzschicht 1313 und die erste untere Elektrodenschicht 1311), der piezoelektrischen Schicht 1330 und der oberen Elektrode 1340 (aufweisend die erste obere Elektrodenschicht 1341, die obere intermediäre Impedanzschicht 1343 und die zweite obere Elektrodenschicht 1342) entsprechen. In dem gezeigten Beispiel, zum Zwecke der Illustration, ist die zweite untere Elektrodenschicht 1312 aus etwa 1800 Å dicker W, die untere intermediäre Impedanzschicht 1313 ist aus etwa 7000 Å dickem AlN gebildet, und die erste untere Elektrodenschicht 1311 ist aus etwa 2175 Å dickem Al gebildet, die piezoelektrische Schicht 1330 ist aus etwa 15500 Å dickem Al gebildet, die erste obere Elektrodenschicht 1341 ist aus etwa 2175 dickem Å gebildet, die obere intermediäre Impedanzschicht 1343 ist aus etwa 7000 Å dickem AlN gebildet und die zweite obere Elektrodenschicht 1342 ist aus etwa 1800 Å dickem W gebildet. Die Materialien und/oder Dicken der verschiedenen Schichten mögen selbstverständlich variieren, um spezifische Vorteile für eine jede bestimmte Situation bereitzustellen oder um anwendungsspezifische Designvorgaben von verschiedenen Implementierungen einzuhalten, wie es für einen Fachmann auf dem Gebiet offenkundig sein würde.
Die NPSE-Verteilung weist, wie vom Plot 1420 gezeigt, drei Spitzen bzw. Peaks auf. Die größte Spitze entspricht etwa der Mitte der piezoelektrischen Schicht 1330. Die zwei zusätzlichen Spitzen entsprechen jeweils einem Bereich in der Nähe von der Schnittstelle zwischen der zweiten unteren Elektrodenschicht 1312 und der unteren intermediären Impedanzschicht 1313 und einem Bereich in der Nähe von der Schnittstelle zwischen der oberen intermediären Impedanzschicht 1343 und der zweiten oberen Elektrodenschicht 1342. Der Plot 1420 weist auch vier Nullen auf, einschließlich Nullen an den jeweiligen Schnittstellen zwischen der ersten unteren Elektrodenschicht 1311 und der piezoelektrischen Schicht 1330 und zwischen der piezoelektrischen Schicht 1330 und der ersten oberen Elektrodenschicht 1341. Nullen treten auch an Luftoberflächen auf, einschließlich der Kavität 308 und der oberen Kante des akustischen Resonators 1300.
In verschiedenen alternativen Ausführungsformen mögen dünne untere und/oder obere Elektrodenschichten, wie zum Beispiel die oben mit Bezug auf die 9 erläuterten dünne untere und obere Elektrodenschicht 913 und 943, zu einer oder beiden der unteren und oberen Elektroden 1310 und 1340 des akustischen Resonators 1300 hinzugefügt werden. Einbeziehung der dünnen unteren und/oder oberen Elektrodenschicht mag zusätzlich Energiedurchdringung durch jeweils die untere und obere Elektrode 1310 und 1340 unterdrücken. Auch in verschiedenen alternativen Ausführungsformen mögen akustischen Resonatoren, die ähnlich dem akustischen Resonator 1300 sind, durch Einbeziehen der intermediären Impedanzschicht (und optional der dünnen Elektrodenschicht) in nur einer der unteren oder oberen Elektrode bereitgestellt werden, ähnlich den Konfigurationen, die oben in den 11 und 12 gezeigt sind.
Des Weiteren mögen die vertikal erweiterten akustischen Kavitäten auch in weiteren Ausführungsformen mit anderen Merkmalen eines BAW-Resonators kombiniert werden. Zum Beispiel sind die 15 bis 17 Querschnittansichten von akustischen Resonatoren, die obere Luftflügel (engl. „air-wings”) zusammen mit vertikal erweiterten akustischen Kavitäten aufweisen, gemäß repräsentativen Ausführungsformen.
Bezugnehmend auf die 15 ist der akustische Resonator 1500 ähnlich dem akustischen Resonator 300 in der 3B, mit der Ausnahme, dass die zusammengesetzte obere Elektrode einen Luftflügel bildet. Eine dünne Metallschicht mag auch in der oberen Elektrode zwischen der zusammengesetzten oberen Elektrode und der piezoelektrische Schicht enthalten sein. Der akustische Resonator 1500 weist spezifischer eine untere Elektrode 1510, die auf dem Substrat 305 über der Kavität 308 und benachbart zu der Planarisierungsschicht 320 angebracht ist, eine piezoelektrische Schicht 1530, die auf der unteren Elektrode 1510 und der Planarisierungsschicht 320 angebracht ist, und eine obere Elektrode 1540 auf, die auf der piezoelektrischen Schicht 1530 angebracht ist. Zusammen bilden die untere Elektrode 1510, die piezoelektrische Schicht 1530 und die obere Elektrode 1540 einen akustischen Stapel des akustischen Resonators 1500, der einer vertikal erweiterten akustischen Kavität entspricht.
In der dargestellten Ausführungsform ist die untere Elektrode 1510 eine zusammengesetzte Elektrode, die eine erste untere Elektrodenschicht 1511 benachbart zu der piezoelektrischen Schicht 1530 und eine zweite untere Elektrodenschicht 1512 benachbart zu der ersten unteren Elektrodenschicht 1511 aufweist, und die obere Elektrode 1540 ist eine zusammengesetzte Elektrode, die eine erste obere Elektrodenschicht 1541 benachbart zu der piezoelektrischen Schicht 1530 und eine zweite obere Elektrodenschicht 1542 benachbart zu der ersten oberen Elektrodenschicht 1541 aufweist. Der akustische Resonator 1500 weist ferner einen Zusatzrahmen (engl. „add-on frame”) 1543 auf, der benachbart zu der piezoelektrischen Schicht 1530 und der ersten oberen Elektrodenschicht 1541 ist. Der Zusatzrahmen 1543 ist entlang des Umfangs des aktiven Bereichs des akustischen Resonators 1500 gebildet und die erste obere Elektrodenschicht ist benachbart zu der piezoelektrischen Schicht 1530 im mittleren Teil des aktiven Bereichs des akustischen Resonators 1500 gebildet. Der zusatzrahmen 1543 mag zum Beispiel aus W, Ir oder Mo gebildet sein. Verschiedene Beispiele von Zusatzrahmen sowie verwandte Materialien und Betriebseigenschaften sind in der oben erwähnten US-Patentanmeldung mit Offenlegungsnummer 2014/0118088 (veröffentlicht am 1. Mai 2014) von Burak et al. beschrieben, die hiermit in ihrer Gesamtheit durch Bezugnahme inkorporiert wird.
Ein oberer Luftring 1550 ist zusätzlich zwischen der piezoelektrischen Schicht 1530 und der oberen Elektrode 1540 gebildet. Der obere Luftring 1550 erstreckt sich entlang des ganzen Umfangs oder entlang eines Teils des Umfangs des akustischen Resonators 1500. In der Querschnittansicht weist der obere Luftring 1550 eine Luftbrücke (engl. „air-bridge”) 1552 und einen Luftflügel 1554 auf. Die Breite der Luftbrücke 1552 definiert einen Luftbrückenerweiterungsbereich, der benachbart zu dem aktiven Bereich ist, und die Breite des Luftflügels 1554 definiert einen Luftflügelbereich, der auch benachbart zu dem aktiven Bereich ist. Innere Kanten des Luftrings definieren im Wesentlichen einer äußeren Grenze des aktiven Bereichs des akustischen Resonators 1500. Spezifischer weisen die Luftbrücke 1552 und der Luftflügel 1554 jeweilige innere Kanten auf, die im Wesentlichen die äußere Grenze des aktiven Bereichs definieren. Die Luftbrücke 1552 ist generell auf der Verbindungsseite 301 (in der 3A) angebracht und ist deshalb von der oberen Elektrode 1540 umschlossen. Der Luftflügel 1554 ist entlang der verbleibenden Seiten des akustischen Resonators 1500 (das heißt entlang des verbleibenden Umfangs) angebracht und ist deshalb offen an einer Seite. Beispiele möglicher Vorteile von Luftbrücken und/oder Luftflügeln sowie entsprechender Herstellungstechniken sind beschrieben in der US-Patentanmeldung Nr. 14/192,599 (eingereicht am 27. Februar 2014) von Burak et al. und US-Patentanmeldung Nr. 14/225,710 (eingereicht am 26. März 2014) von Nikkel et al., US-Patentanmeldung mit Offenlegungsnummer 2012/0218057 (offengelegt am 30. August 2012) von Burak et al., US-Patentanmeldung mit Offenlegungsnummer 2010/0327697 (offengelegt am 30. Dezember 2010) von Choy et al. und US-Patentanmeldung mit Offenlegungsnummer 2010/0327994 (offengelegt am 30. Dezember 2010) von Choy et al., wobei deren Offenbarung in ihrer Gesamtheit hiermit durch Bezugnahme inkorporiert wird.
In der gezeigten Ausführungsform ist zusätzlich ein Kragen (engl. „collar”) 1561 auf der oberen Oberfläche der piezoelektrischen Schicht 1530 innerhalb der Luftbrücke 1552 und des Luftflügels 1554 gebildet. Der Kragen 1561 mag zum Beispiel aus NEBSG gebildet sein, um schwache Massebelastung (engl. „weak mass-loading”) außerhalb des aktiven Bereichs bereitzustellen, was zum Beispiel dabei Hilfreich sein mag, „Klappern” (engl. „rattles”) in der elektrischen Antwort des akustischen Resonators 1500 für Frequenzen unterhalb der Reihenresonanzfrequenz Fs zu unterdrücken. Folglich stellt der Kragen 1561 schwache Massebelastung von einem Bereich außerhalb einer Kante der oberen Elektrode 1540 bereit und verbessert dabei gleichzeitig den parallelen Widerstand Rp und den breitbandigen Qualitätsfaktor Q. Ein Kragen 1561 mag insbesondere an der oberen Oberfläche der piezoelektrischen Schicht, die benachbart zu der oberen Elektrode ist, (wie zum Beispiel der piezoelektrischen Schicht 930 und der oberen Elektrode 940 in der 9) von jeder beliebigen der oben diskutierten Ausführungsformen gebildet sein, um in ähnlicher Weise Belastung (engl. „loading”) außerhalb des aktiven Bereichs bereitzustellen, ohne von dem Umfang der vorliegenden Lehren abzuweichen.
Die zweite obere Elektrodenschicht 1542 ist generell aus einem Material gebildet, das eine relativ hohe akustische Impedanz aufweist, wie zum Beispiel W, Ir oder Mo, und die erste obere Elektrodenschicht 1541 ist aus einem Material gebildet, das eine relativ niedrige akustische Impedanz aufweist, wie zum Beispiel Al, Ti oder Be. In der unteren Elektrode 1510 ist die erste untere Elektrodenschicht 1511 aus einem Material gebildet, das eine relativ niedrige akustische Impedanz aufweist, wie zum Beispiel Al, Ti oder Be, und die zweite untere Elektrode ist aus einem Material gebildet, das eine relativ hohe akustische Impedanz aufweist, wie zum Beispiel W, Ir oder Mo. Folglich mag jede der oberen Elektrode 1540 und der unteren Elektrode 1510 als einen akustischen Spiegel funktionieren, wie zum Beispiel einen DBR, als einen praktischen Gegenstand.
Der akustische Resonator 1500 ist auch, wie oben erläutert, für hohe Frequenzen entworfen und folglich ist die akustische Kavität vertikal erweitert. In der gezeigten Ausführungsform weist insbesondere eine Kombination von der ersten und zweiten unteren Elektrodenschichten 1511 und 1512 der unteren Elektrode 1510 eine Dicke von ungefähr λ/2 auf, die piezoelektrische Schicht 1530 weist eine Dicke von ungefähr λ/2 auf und eine Kombination von der ersten und zweiten oberen Elektrodenschichten 1541 und 1542 der oberen Elektrode 1540 weist eine Dicke von ungefähr λ/2 auf, so dass die gesamte Dicke des akustischen Resonators 1500 gleich 3λ/2 ist. In der gezeigten Ausführungsform mag des Weiteren jede der ersten unteren Elektrodenschicht 1511, der zweiten unteren Elektrodenschicht 1512, der ersten oberen Elektrodenschicht 1541 und der zweiten oberen Elektrodenschicht 1542 zum Beispiel eine Dicke von ungefähr λ/4 aufweisen, obwohl die jeweiligen Dicken variieren mögen, um spezifische Vorteile für eine jede bestimmte Situation bereitzustellen oder um Anwendungsspezifische Designvorgaben von verschiedenen Implementierungen einzuhalten, wie es für einen Fachmann auf dem Gebiet offenkundig sein würde.
Bezugnehmend auf die 16 ist der akustische Resonator 1600 im Wesentlichen ähnlich dem oben erläuterten akustischen Resonator 1500 in der 15, mit der Ausnahme, dass die untere Elektrode 1610 keine zusammengesetzte Elektrode ist. Die untere Elektrode 1610 ist vielmehr aus einer einzigen Metallschicht gebildet, wie zum Beispiel W, Ir oder Mo. Der akustische Resonator 1500 ist auch, wie oben erläutert, für hohe Frequenzen entworfen und folglich ist die akustische Kavität vertikal erweitert. In der gezeigten Ausführungsform weist folglich eine Kombination der unteren Elektrode 1610 und der piezoelektrischen Schicht 1530 eine Dicke von ungefähr λ/2 auf und eine Kombination von der ersten und zweiten oberen Elektrodenschichten 1541 und 1542 der oberen Elektrode 1540 weist eine Dicke von ungefähr λ/2 auf, so dass die gesamte Dicke des akustischen Resonators 1600 gleich λ ist. In der gezeigten Ausführungsform mag des Weiteren jede der ersten oberen Elektrodenschicht 1541 und der zweiten oberen Elektrodenschicht 1542 zum Beispiel eine Dicke von ungefähr λ/4 aufweisen, obwohl die jeweiligen Dicken variieren mögen, um spezifische Varteile für eine jede bestimmte Situation bereitzustellen oder um Anwendungsspezifische Designvorgaben von verschiedenen Implementierungen einzuhalten, wie es für einen Fachmann auf dem Gebiet offenkundig sein würde.
Bezugnehmend auf die 17 ist der akustische Resonator 1700 im Wesentlichen ähnlich dem oben erläuterten akustischen Resonator 1500 in der 15, mit der Ausnahme, dass die obere Elektrode 1740, die den Luftring 1750 bildet, keine zusammengesetzte Elektrode ist. Die obere Elektrode 1740 ist vielmehr aus einer einzigen Metallschicht gebildet, wie zum Beispiel W, Ir oder Mo. In der Querschnittansicht weist der obere Luftring 1750 eine Luftbrücke 1752 und einen Luftflügel 1754 auf, die im Wesentlichen die gleichen sind, wie die Luftbrücke 1552 und der Luftflügel 1554, die oben erläutert wurden. Der akustische Resonator 1700 ist auch, wie oben erläutert, für hohe Frequenzen entworfen und folglich ist die akustische Kavität vertikal erweitert. In der gezeigten Ausführungsform weist eine Kombination der ersten und zweiten unteren Elektrodenschichten 1511 und 1512 der unteren Elektrode 1510 folglich eine Dicke von ungefähr λ/2 auf und eine Kombination von der piezoelektrischen Schicht 1530 und der oberen Elektrode 1740 weist eine Dicke von ungefähr λ/2 auf, so dass die gesamte Dicke des akustischen Resonators 1700 gleich λ ist. In der gezeigten Ausführungsform mag des Weiteren jede der ersten unteren Elektrodenschicht 1511 und der zweiten unteren Elektrodenschicht 1512 zum Beispiel eine Dicke von ungefähr λ/4 aufweisen, obwohl die jeweiligen Dicken variieren mögen, um spezifische Vorteile für eine jede bestimmte Situation bereitzustellen oder um Anwendungsspezifische Designvorgaben von verschiedenen Implementierungen einzuhalten, wie es für einen Fachmann auf dem Gebiet offenkundig sein würde.
Anderen Materialien mögen selbstverständlich im Obigen und in anderen Merkmalen der akustischen Resonatoren 300, 500, 700, 900, 1100, 1200, 1300, 1500, 1600 und 1700 integriert werden, ohne von dem Umfang der vorliegenden Lehren abzuweichen.
Während beispielhafte Ausführungsformen hierin offenbart sind, versteht der Fachmann mit durchschnittlichen Kenntnissen, dass viele Variationen, die den vorliegenden Lehren entsprechen, möglich sind und innerhalb des Umfangs der angehängten Patentansprüche verbleiben. Zum Beispiel können, wie oben angeführt, die Position, die Dimensionen und die Materialien von einem Kragen und/oder von den Rahmen in verschiedener Weise geändert werden. Zusätzlich können weitere Merkmale hinzugefügt und/oder entfernt werden, um verschiedene Leistungseigenschaften der beschriebenen Vorrichtungen weiter zu verbessern. Diese und weitere Variationen würden für einen Fachmann mit durchschnittlichen Fachkenntnissen nach Sichtung bzw. Inspektion der Beschreibung, Zeichnungen und Patentansprüche hierin klar werden, Die Erfindung soll folglich nicht beschränkt werden, außer innerhalb der Geist und des Umfangs der angehängten Patentansprüche.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 6107721 [0030]
US 5587620 [0030]
US 5873153 [0030]
US 6507983 [0030]
US 6384697 [0030]
US 7275292 [0030]
US 7629865 [0030]
US 7280007 [0030]
US 7388454 [0030]
US 6548943 [0030]
US 7345410 [0038]
US 7358831 [0038]

Claims

Ein Volumenakustikwellen-(BAW)-Resonator mit einer vertikal erweiterten akustischen Kavität, der BAW-Resonator aufweisend: eine untere Elektrode, die auf einem Substrat über einer in dem Substrat geformten Kavität angebracht ist; eine piezoelektrische Schicht, die auf der unteren Elektrode angebracht ist, wobei die piezoelektrische Schicht eine Dicke von ungefähr λ/2 aufweist, wobei λ eine Wellenlänge ist, die einer Dickendehnungsresonanzfrequenz des BAW-Resonators entspricht; und eine obere Elektrode, die auf der piezoelektrischen Schicht angebracht ist, wobei zumindest eine von der oberen Elektrode und der unteren Elektrode eine zusammengesetzte Elektrode aufweist, die eine Dicke von ungefähr λ/2 aufweist.
Der BAW-Resonator gemäß Anspruch 1, wobei die zumindest eine Elektrode der oberen Elektrode und der unteren Elektrode, die eine zusammengesetzte Elektrode mit einer Dicke von ungefähr λ/2 aufweist, folgendes aufweist: eine erste Elektrodenschicht aus einem ersten Material, das eine niedrige akustische Impedanz aufweist, wobei die erste Elektrodenschicht benachbart zu der piezoelektrischen Schicht gebildet ist; und eine zweite Elektrodenschicht aus einem zweiten Material, das eine hohe akustische Impedanz aufweist, wobei die zweite Elektrodenschicht benachbart zu der ersten Elektrodenschicht gebildet ist.
Der BAW-Resonator gemäß Anspruch 2, wobei die erste Elektrodenschicht eins von Aluminium, Titanium oder Beryllium aufweist.
Der BAW-Resonator gemäß Anspruch 3, wobei die zweite Elektrodenschicht eins von Tungsten, Molybdän oder Iridium aufweist.
Der BAW-Resonator gemäß Anspruch 2, wobei jede der oberen Elektrode und unteren Elektrode eine zusammengesetzte Elektrode aufweist, die eine Dicke von ungefähr λ/2 aufweist.
Der BAW-Resonator gemäß Anspruch 5, wobei jede der ersten Elektrodenschicht und der zweiten Elektrodenschicht der unteren Elektrode eine Dicke von ungefähr λ/4 aufweist, und wobei jede der ersten Elektrodenschicht und zweiten Elektrodenschicht der oberen Elektrode eine Dicke von ungefähr λ/4 aufweist.
Der BAW-Resonator gemäß Anspruch 5, wobei eine Cut-off-Frequenz innerhalb eines aktiven Bereichs des BAW-Resonators und eine Cut-off-Frequenz außerhalb des aktiven Bereichs, der zwischen einer Kante der oberen Elektrode und einer Kante der im Substrat gebildeten Kavität gebildet ist, im Wesentlichen gleich sind, und wobei die untere Elektrode im Wesentlichen eine Energieleckage zum Substrat hin verhindert.
Der BAW-Resonator gemäß Anspruch 2, wobei die obere Elektrode eine zusammengesetzte Elektrode aufweist, die eine Dicke von ungefähr λ/2 aufweist, und wobei der BAW-Resonator ferner einen Luftring aufweist, der zwischen der piezoelektrischen Schicht und der oberen Elektrode gebildet ist, wobei eine innere Kante des Luftrings einen äußeren Rand von einem aktiven Bereich des BAW-Resonators definiert.
Der BAW-Resonator gemäß Anspruch 8, ferner aufweisend: zumindest einen Zusatzrahmen, der entlang des Umfangs von einem aktiven Bereich des BAW-Resonators gebildet ist.
Der BAW-Resonator gemäß Anspruch 1, ferner aufweisend: einen Kragen zum Bereitstellen schwacher Massebelastung von einem Bereich außerhalb einer Kante der oberen Elektrode, dabei gleichzeitig verbessernd Parallelwiderstand Rp und Breitband-Qualitätsfaktor Q.
Der BAW-Resonator gemäß Anspruch 1, wobei die zumindest eine Elektrode der unteren Elektrode und der oberen Elektrode, die eine zusammengesetzte Elektrode mit einer Dicke von ungefähr λ/2 aufweist, folgendes aufweist: eine erste Elektrodenschicht aus einem ersten Material, das eine niedrige akustische Impedanz aufweist, wobei die erste Elektrodenschicht benachbart zu der piezoelektrischen Schicht gebildet ist; eine intermediäre Impedanzschicht, die benachbart zu der ersten Elektrodenschicht gebildet ist; und eine zweite Elektrodenschicht aus einem zweiten Material, das eine hohe akustische Impedanz aufweist, wobei die zweite Elektrodenschicht benachbart zu der intermediären Impedanzschicht gebildet ist.
Der BAW-Resonator gemäß Anspruch 11, wobei die intermediäre Impedanzschicht Aluminiumnitrid aufweist.
Der BAW-Resonator gemäß Anspruch 11, wobei jede der unteren Elektrode und der oberen Elektrode die erste Elektrodenschicht, die intermediäre Impedanzschicht und die zweite Elektrodenschicht aufweist.
Ein Volumenakustikwellen-(BAW)-Resonator mit einer vertikal erweiterten akustischen Kavität, der BAW-Resonator aufweisend: eine untere Elektrode, die auf einem Substrat über einer in dem Substrat geformten Kavität angebracht ist; eine piezoelektrische Schicht, die auf der unteren Elektrode angebracht ist; und eine obere Elektrode, die auf der piezoelektrischen Schicht angebracht ist, wobei zumindest eine von der oberen Elektrode und der unteren Elektrode eine zusammengesetzte Elektrode aufweist, die eine dünne Elektrodenschicht aus Material, das eine hohe akustische Impedanz aufweist und benachbart zu der piezoelektrischen Schicht gebildet ist, eine erste Elektrodenschicht aus erstem Material, das eine niedrige akustische Impedanz aufweist und benachbart zu der dünnen Elektrodenschicht gebildet ist, und eine zweite Elektrodenschicht aus zweitem Material aufweist, das eine hohe akustische Impedanz aufweist und benachbart zu der ersten Elektrodenschicht gebildet ist, und wobei zumindest einen Teil von zumindest einer der unteren Elektrode und der oberen Elektrode eine Dicke von ungefähr λ/2 aufweist, wobei λ eine Wellenlänge ist, die einer Dickendehnungsresonanzfrequenz des BAW-Resonators entspricht.
Der BAW-Resonator gemäß Anspruch 14, wobei die piezoelektrische Schicht kombiniert mit der dünnen Elektrodenschicht von zumindest einer der unteren Elektrode und der oberen Elektrode eine Dicke von ungefähr λ/2 aufweist.
Der BAW-Resonator gemäß Anspruch 14, wobei: jede der unteren Elektrode und der oberen Elektrode eine zusammengesetzte Elektrode aufweist, die die dünne Elektrodenschicht, die erste Elektrodenschicht und die zweite Elektrodenschicht aufweist, wobei eine Kombination von der ersten Elektrodenschicht und der zweiten Elektrodenschicht der unteren Elektrode eine Dicke von ungefähr λ/2 aufweist, wobei eine Kombination von der ersten Elektrodenschicht und der zweiten Elektrodenschicht der oberen Elektrode eine Dicke von ungefähr λ/2 aufweist, und wobei eine Kombination von der piezoelektrischen Schicht und der dünnen Elektrodenschichten der unteren und oberen Elektroden eine Dicke von ungefähr λ/2 aufweist, so dass sich eine gesamte Dicke eines aktiven Bereichs des BAW-Resonators von ungefähr 3λ/2 ergibt.
Der BAW-Resonator gemäß Anspruch 14, wobei: die obere Elektrode die zusammengesetzte Elektrode aufweist, welche die dünne Elektrodenschicht, die erste Elektrodenschicht und die zweite Elektrodenschicht aufweist, wobei eine Kombination von der ersten Elektrodenschicht und der zweiten Elektrodenschicht der oberen Elektrode eine Dicke von ungefähr λ/2 aufweist, und wobei eine Kombination von der piezoelektrischen Schicht, der unteren Elektrode und der dünnen Elektrodenschicht der oberen Elektrode eine Dicke von ungefähr λ/2 aufweist, so dass sich eine gesamte Dicke eines aktiven Bereichs des BAW-Resonators von ungefähr λ ergibt.
Der BAW-Resonator gemäß Anspruch 14, wobei: die untere Elektrode die zusammengesetzte Elektrode aufweist, welche die dünne Elektrodenschicht, die erste Elektrodenschicht und die zweite Elektrodenschicht aufweist, wobei eine Kombination von der ersten Elektrodenschicht und der zweiten Elektrodenschicht der unteren Elektrode eine Dicke von ungefähr λ/2 aufweist, und wobei eine Kombination von der piezoelektrischen Schicht und der dünnen Elektrodenschicht der unteren Elektrode eine Dicke von ungefähr λ/2 aufweist, so dass sich eine gesamte Dicke eines aktiven Bereichs des BAW-Resonators von ungefähr λ ergibt.
Ein Volumenakustikwellen-(BAW)-Resonator mit einer vertikal erweiterten akustischen Kavität, der BAW-Resonator aufweisend: eine untere Elektrode, die auf einem Substrat über einer in dem Substrat geformten Kavität angebracht ist; eine piezoelektrische Schicht, die auf der unteren Elektrode angebracht ist, wobei die piezoelektrische Schicht eine Dicke von ungefähr λ/2 aufweist, wobei λ eine Wellenlänge ist, die einer Dickendehnungsresonanzfrequenz des BAW-Resonators entspricht; eine obere Elektrode, die auf der piezoelektrischen Schicht angebracht ist; und einen Luftring, der zwischen der piezoelektrischen Schicht und der oberen Elektrode gebildet ist, wobei eine innere Kante des Luftrings einen äußeren Rand von einem aktiven Bereich des BAW-Resonators definiert, wobei zumindest eine von der unteren Elektrode und der oberen Elektrode eine zusammengesetzte Elektrode aufweist, die eine erste Elektrodenschicht aus erstem Material, das eine niedrige akustische Impedanz aufweist und benachbart zu der piezoelektrischen Schicht gebildet ist, und eine zweite Elektrodenschicht aus zweitem Material aufweist, das eine hohe akustische Impedanz aufweist und benachbart zu der ersten Elektrodenschicht gebildet ist, und wobei eine Dicke der zumindest einen der unteren Elektrode und der oberen Elektrode ungefähr gleich λ/2 ist.
Der BAW-Resonator gemäß Anspruch 19, ferner aufweisend: einen Kragen, der an der piezoelektrischen Schicht innerhalb des Luftrings gebildet ist.