DE102016109826A1

DE102016109826A1 - Akustischer Volumenwellen-Resonator mit mehreren akustischen Reflektoren

Info

Publication number: DE102016109826A1
Application number: DE102016109826.4A
Authority: DE
Inventors: Brice Ivira; Tiberiu Jamneala; Domingo Figueredo
Original assignee: Avago Technologies General IP Singapore Pte Ltd
Current assignee: Avago Technologies International Sales Pte Ltd
Priority date: 2015-05-29
Filing date: 2016-05-27
Publication date: 2016-12-01
Anticipated expiration: 2036-05-28
Also published as: US20160352308A1; US10177736B2; DE102016109826B4

Abstract

Ein akustischer Volumenwellen(BAW)-Resonator umfasst folgendes: eine Mehrzahl von akustischen Reflektoren, die in einem Substrat angeordnet sind, eine untere Elektrode, die über der Mehrzahl der akustischen Reflektoren angeordnet ist, eine piezoelektrische Schicht, die über der unteren Elektrode angeordnet ist, und eine Mehrzahl von oberen Elektroden, die über der piezoelektrischen Schicht angeordnet ist. Eine von der Mehrzahl der oberen Elektroden ist über einem entsprechendem einen von der Mehrzahl der akustischen Reflektoren ausgebildet. Jede von der Mehrzahl der oberen Elektrode, der piezoelektrischen Schicht, der unteren Elektrode und jeder von den akustischen Reflektoren bildet eine individuelle aktive Fläche.

Description

HINTERGRUND
Elektrische Resonatoren sind weit verbreitet in modernen elektronischen Geräten eingebaut. In drahtlosen Kommunikationseinrichtungen werden beispielsweise Radiofrequenz-(RF) und Mikrowellenfrequenz-Resonatoren in Filtern verwendet, wie etwa Filtern, die elektrisch miteinander verbundene Serien- und Abzweig-Resonatoren, die Leiter- und Gitterstrukturen ausbilden, aufweisen. Die Filter können beispielsweise in einem Duplexer (Diplexer, Triplexer, Quadplexer, Quintplexer, usw.) enthalten sein, wobei sie zwischen einer Antenne und einem Sender-Empfänger zum Filtern von empfangenen und übertragenen Signalen verbunden sind.
Verschiedene Arten von Filtern verwenden mechanische Resonatoren, wie etwa akustische Volumenwellen(BAW, bulk acoustic wave)-Resonatoren, die akustische Schichtvolumen-Resonatoren (FBARs, film bulk acoustic resonators) und festmontierte Resonatoren (SMRs, solidly mounted resonators) oder akustische Oberflächenwellen(SAW, surface acoustic wave)-Resonatoren. Die Resonatoren wandeln elektrische Signale in mechanische Signale oder Schwingungen (oder Vibrationen) und/oder mechanische Signale oder Vibrationen in elektrische Signale um. Beispielsweise ist ein BAW-Resonator eine akustische Einrichtung, die einen Stapel umfasst, der allgemein eine Schicht von einem piezoelektrischen Material zwischen zwei Elektroden enthält. Akustische Wellen erzielen eine Resonanz über dem akustischen Stapel, wobei die Resonanzfrequenz der Wellen durch die Materialien in dem akustischen Stapel und die Dicke von jeder Schicht (z.B. die piezoelektrische Schicht und die Elektrodenschichten) bestimmt ist. Eine Art von BAW-Resonatoren enthält eine piezoelektrische Schicht als das piezoelektrische Material, was als ein FBAR bezeichnet werden kann, so wie das oben angegeben ist. FBARs haben eine Resonanzfrequenz bei GHz-Frequenzen und sind folglich relativ kompakt, wobei sie Dicken in der Größenordnung von Mikrometern und Längen- und Breitenabmessungen von hunderten von Mikrometern aufweisen.
Resonatoren können als Bandpassfilter mit zugehörigen Durchlassbändern verwendet werden, welche Bänder Bereiche von Frequenzen bereitstellen, denen es ermöglicht ist, durch die Filter hindurch zu laufen. Mit zunehmenden Leistungserfordernissen, die den Einrichtungen (z.B. Mobiltelefonen) aufgebürdet sind, werden den Filtern stetig zunehmende Leistungsanforderungen aufgebürdet, insbesondere den Resonatoren der Filter. Während eine Vergrößerung der aktiven Fläche eines Resonators die Leistungsdichte verringert, was eine Zunahme in seiner Fähigkeit zur Leistungshandhabbarkeit bereitstellt, gibt es einen Punkt von abnehmender Rückgabe (return). Wenn insbesondere die Größe des Resonators zunimmt, wird ein Punkt erreicht, wo die Fähigkeit des Resonators, Wärme abzuleiten, verringert wird, und zwar hauptsächlich aufgrund eines nicht-gleichförmigen Spannungs-Dehnungs-Profils und eines relativ vergrößerten thermischen Gesamtwiderstands im Vergleich zu Resonatoren mit kleineren aktiven Flächen. Zusätzlich dazu, dass sie bei relativ höheren Temperaturen mit erhöhter Leistung arbeiten, entwickeln Resonatoren mit deutlich größeren Flächenabmessungen auch ungleichförmigere thermische Gradienten, was den Resonator an bestimmten Stellen in der aktiven Fläche schwächt. Letztendlich ist die Fähigkeit zur Leistungshandhabbarkeit der Resonatoren mit vergleichsweise großen Flächen begrenzt und ihre elektrische Leistungsfähigkeit ist beeinträchtigt.
Was folglich benötigt wird, ist ein BAW-Resonator, der zumindest die oben beschriebenen Nachteile von bekannten BAW-Resonatoren überwindet.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die beispielhaften Ausführungsformen werden am besten aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung verstanden, wenn diese zusammen mit den beigefügten Zeichnungen in den Figuren gelesen wird. Es wird betont, dass die verschiedenen Merkmale nicht notwendigerweise maßstabsgetreu gezeichnet sind. Tatsächlich können die Abmessungen zur Klarheit der Darstellung willkürlich vergrößert oder verkleinert sein. Wo immer dies anwendbar und praktisch ist, bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente.
1A ist eine Querschnittsansicht eines akustischen Volumenwellen-(BAW)-Resonators, der in repräsentativen Ausführungsformen nützlich ist.
1B ist eine Querschnittsansicht eines BAW-Resonators, der in repräsentativen Ausführungsformen nützlich ist.
1C ist ein vereinfachtes schematisches Blockschaubild eines Gitterfilters gemäß einer repräsentativen Ausführungsform.
2A ist eine Ansicht von oben auf einen BAW-Resonator gemäß einer repräsentativen Ausführungsform.
2B ist eine Querschnittsansicht des BAW-Resonators der 2A, genommen entlang der Linie 2B-2B.
2C ist eine Ansicht von oben auf einem BAW-Resonator gemäß einer repräsentativen Ausführungsform.
2D ist eine Ansicht von oben auf ein Substrat, das eine Mehrzahl von akustischen Reflektoren aufweist, gemäß einer repräsentativen Ausführungsform.
2E ist eine Ansicht von oben auf eine Mehrzahl von oberen Elektroden und einen Ausgangsanschluss, gemäß einer repräsentativen Ausführungsform.
2F ist eine Ansicht von oben auf eine Mehrzahl von Brückenverbindungen zum Verbinden der Mehrzahl der oberen Elektroden in der repräsentativen Ausführungsform der 2E.
2G ist eine Ansicht von oben auf eine untere Elektrode und einen Eingangsanschluss, gemäß einer repräsentativen Ausführungsform.
3 ist eine Ansicht von oben auf einen BAW-Resonator gemäß einer repräsentativen Ausführungsform.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
In der nachfolgenden, ausführlichen Beschreibung werden für Zwecke der Erläuterung und nicht zur Begrenzung repräsentative Ausführungsformen dargelegt, die spezifische Einzelheiten offenbaren, um ein gründliches Verständnis der vorliegenden Lehren bereitzustellen. Es wird jedoch für einen Fachmann, der den Vorteil der vorliegenden Offenbarung gehabt hat, offensichtlich werden, dass andere Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Lehren, die von den spezifischen, hierin offenbarten Einzelheiten abweichen, innerhalb des Schutzumfangs der beigefügten Patentansprüche bleiben. Des Weiteren können Beschreibungen von wohl bekannten Vorrichtungen und Verfahren ausgelassen werden, um die Beschreibung der repräsentativen Ausführungsformen nicht zu verschleiern. Derartige Verfahren und Vorrichtungen sind offensichtlich innerhalb des Umfangs der vorliegenden Lehren.
Es sollte verstanden werden, dass die hierin verwendete Terminologie lediglich zur Beschreibung von bestimmten Ausführungsformen ist und nicht dazu gedacht ist, begrenzend zu sein. Alle definierten Ausdrücke sind zusätzlich zu den technischen und wissenschaftlichen Bedeutungen der definierten Ausdrücke, so wie diese in dem technischen Gebiet der vorliegenden Lehren allgemein verstanden werden und akzeptiert sind.
So wie das in der Beschreibung und den beigefügten Patentansprüchen verwendet wird, umfassen die Ausdrücke „ein“, „eine“ und „der/die/das“ sowohl einen einzelnen als auch mehrere Verweisobjekte, außer wenn der Zusammenhang dies anderweitig offensichtlich vorgibt. Somit umfasst beispielsweise „eine Vorrichtung“ eine Vorrichtung und mehrere Vorrichtungen.
So wie das in der Beschreibung und den beigefügten Patentansprüchen verwendet wird und zusätzlich zu ihren gewöhnlichen Bedeutungen, bedeuten die Ausdrücke „wesentlich“ oder „im Wesentlichen“, dass etwas innerhalb akzeptierter Begrenzungen oder eines akzeptierten Grades ist. Beispielsweise bedeutet „im Wesentlichen auslassen“, dass ein Fachmann die Auslassung als akzeptabel betrachten würde.
So wie das in der Beschreibung und den beigefügten Patentansprüchen verwendet wird und zusätzlich zu seiner gewöhnlichen Bedeutung bedeutet der Ausdruck „näherungsweise“ für einen Fachmann in dem technischen Fachgebiet, dass etwas innerhalb einer akzeptablen Begrenzung oder Menge ist. Beispielsweise bedeutet „im Wesentlichen das gleiche“, dass ein Fachmann in dem technischen Fachgebiet die Gegenstände, die verglichen werden, als die gleichen seiend betrachten würde.
Relative Ausdrücke, wie etwa „über“, „unter“, „oberer“, „unterer“, „oberseitig“ und „unterseitig“, können verwendet werden, um die Beziehungen von verschiedenen Elementen zueinander zu beschreiben, so wie das in den beigefügten Zeichnungen dargestellt ist. Es ist beabsichtigt, dass diese relativen Ausdrücke verschiedene Orientierungen der Vorrichtungen und/oder Elemente umfassen, zusätzlich zu der in den Zeichnungen gezeigten Orientierung. Wenn beispielsweise die Vorrichtung im Verhältnis zu der Ansicht in den Zeichnungen invertiert (oder umgedreht) wäre, dann wäre ein Element, das beispielsweise als „über“ einem anderen Element beschrieben ist, nun „unterhalb“ dieses Elements. Gleichermaßen, wenn die Vorrichtung um 90° in Bezug auf die Ansicht in den Zeichnungen gedreht wäre, dann wäre ein Element, das als „oberhalb“ oder „unterhalb“ einem anderen Element beschrieben ist, nun „benachbart“ zu dem anderen Element sein, wobei „benachbart“ bedeutet, entweder an dem anderen Element anstoßend oder eine oder mehrere Schichten, Materialien, Strukturen, usw. zwischen den Elementen aufweisend.
Gemäß unten beschriebener repräsentativer Ausführungsformen sind Resonator-Strukturen bereitgestellt, die mehrere aktive Flächen über einem gemeinsamen Substrat aufweisen, um eine verbesserte Leistungshandhabbarkeit bereitzustellen. Die akustischen Resonator-Strukturen, die in den Vorrichtungen der vorliegenden Lehren nützlich sind, umfassen BAW-Resonatoren, einschließlich FBARs oder SMRs, obwohl die vorliegenden Lehren auch die Verwendung von akustischen Oberflächenwellen(SAW, surface acoustic wave)-Resonatoren vorsehen. Wenn diese in einer ausgewählten Topologie verbunden sind, kann eine Mehrzahl der Resonatoren als ein elektrisches Filter fungieren. Beispielsweise können die akustischen Resonatoren in einer Leiterfilter- oder Gitterfilter-Anordnung angeordnet sein, so wie das in dem US-Patent 5,910,756 an Ella und in dem US-Patent 6,262,637 an Bradley et al. beschrieben ist, deren Offenbarung hierin durch Verweis spezifisch aufgenommen werden. Die elektrischen Filter können in einer etlichen Anwendungen verwendet werden, wie etwa in Duplexern (Diplexern, Triplexern, Quadplexern, Quintplexern, usw.).
Eine Vielfalt von Materialien und Verfahren zur Herstellung sind für die BAW-Resonatoren der Vorrichtungen der vorliegenden Lehren vorgesehen. Verschiedene Einzelheiten von derartigen Vorrichtungen und entsprechenden Herstellungsverfahren können beispielsweise in einer oder mehreren der folgenden US-Patent-Veröffentlichungen gefunden werden: US-Patent Nr. 6,107,721 an Lakin; US-Patente Nrn. 5,587,620 , 5,873,153 , 6,507,983 , 7,388,454 , 7,629,865 , 7,714,684 an Ruby et al.; US-Patente Nrn. 7,791,434 , 8,188,810 und 8,230,562 an Fazzio et al., US-Patent Nr. 7,280,007 an Feng et al.; US-Patente Nrn. 8,248,185 und 8,902,023 an Choy et al.; US-Patent Nr. 7,345,410 an Grannen et al.; US-Patent Nr. 6,828,713 an Bradley et al.; US-Patent Nr. 7,561,009 an Larson et al.; US-Patentanmeldungsoffenlegungsschrift Nr. 2012/0326807 an Choy et al.; US-Patentanmeldungsoffenlegungsschriften Nrn. 2011/0180391 und 2012/0177816 an Larson III et al.; US-Patentanmeldungsoffenlegungsschrift Nr. 2007/0205850 an Jamneala et al.; US-Patentanmeldungsoffenlegungsschrift Nr. 2011/0266925 an Ruby et al.; US-Patentanmeldungsoffenlegungsschrift Nr. 2013/0015747 an Ruby et al.; US-Patentanmeldungsoffenlegungsschrift Nr. 2013/0049545 an Zou et al.; US-Patentanmeldungsoffenlegungsschrift Nr. 2014/0225682 an Burak et al.; US-Patentanmeldungsoffenlegungsschrift-Nr. 2014/0132117 an John L. Larson III; US-Patentanmeldungsoffenlegungsschriften Nrn. 2014/0118090 und 2014/0354109; und US-Patentanmeldung Nr. 14/191,771 mit dem Titel „Akustischer Volumenwellen-Resonator mit dotierter piezoelektrischer Schicht“ („Bulk Acoustic Wave Resonator having Doped Piezoelectric Layer“) an Feng et al. und eingereicht am 27. Februar 2014. Die gesamte Offenbarung von jedem dieser Patente bzw. jeder Patentanmeldungsoffenlegungschrift und der Patentanmeldung, die oben aufgeführt sind, werden hiermit durch Verweis hierin spezifisch aufgenommen. Es wird betont, dass die Komponenten, Materialien und Herstellungsverfahren, die in diesen Patenten und Patentanmeldungen beschrieben sind, repräsentativ sind und dass auch andere Herstellungsverfahren und Materialien innerhalb des Überblicks eines Fachmanns auf dem technischen Gebiet vorgesehen sein können.
Als Beispiel zeigt 1A eine Querschnittsansicht von einem BAW-Resonator 100, der zur Verwendung in verschiedenen Vorrichtungen der vorliegenden Lehren vorgesehen ist. Wie das gewertschätzt werden kann, umfasst der BAW-Resonator 100 einen FBAR. Es wird betont, dass der BAW-Resonator 100 lediglich veranschaulichend ist, und dass andere bekannte BAW-Resonatoren zur Verwendung in den verschiedenen Vorrichtungen der vorliegenden Lehren vorgesehen sind.
Der BAW-Resonator 100 umfasst ein Substrat 101, eine untere Elektrode 102, die unterhalb einer piezoelektrischen Schicht 103 angeordnet ist, die eine erste Oberfläche in Berührung mit einer unteren Elektrode 102 und eine zweite Oberfläche in Berührung mit einer oberen Elektrode 104 aufweist. Eine optionale Passivierungsschicht 105 ist über der oberen Elektrode 104 bereitgestellt. So wie das deutlicher wird, wenn die vorliegende Beschreibung fortgesetzt wird, umfasst das Substrat 101 ein Material, das nicht nur an bekannte Mikrofabrikations- und Halbleiter-Bearbeitungsverfahren anpassbar ist, sondern das auch eine vergleichsweise gute thermische Leitfähigkeit aufweist. Allgemein umfasst das Substrat 101 Silizium (d.h. polykristallin oder monokristallin), jedoch sind auch andere Materialien, wie etwa Galliumarsenid (GaAs) und Indiumphosphid (InP) vorgesehen.
Ein auskragender Abschnitt 106 der oberen Elektrode 104 ist an mindestens einer Seite der oberen Elektrode 104 bereitgestellt. Der auskragende Abschnitt 106 kann auch als ein „Flügel“ (wing) bezeichnet werden. Es wird betont, dass die Verwendung des auskragenden Abschnitts 106 lediglich veranschaulichend ist, und es sind andere Strukturen, die zum Verbessern der Leistungsfähigkeit des BAW-Resonators 100‘ nützlich sind (z.B. ein Rahmenelement, das benachbart zu dem Umkreis der aktiven Fläche 110 angeordnet ist) zur Verwendung zusätzlich zu, oder anstelle von dem, auskragenden Abschnitt 106 vorgesehen.
Die untere und die obere Elektrode 102, 104 umfassen jeweils ein oder zwei (Bi-Elektrode) elektrisch leitfähige Materialien (z.B. Molybdän (Mo), W, Pt, Ru, Al, Ta, Cu oder Ru) und stellen ein oszillierendes elektrisches Feld in der z-Richtung des gezeigten Koordinatensystems (d.h. die Richtung der Dicke des Substrats 101) bereit. In der gegenwärtig beschriebenen, veranschaulichenden Ausführungsform ist z-Achse die Achse für die TE (Dickendehnungs- oder „longitudinale“) Mode(n) des Resonators. In einer repräsentativen Ausführungsform sind die piezoelektrische Schicht 103 sowie die untere und die obere Elektrode 102, 104 über einer Vertiefung 107 aufgehängt, die im Wesentlichen eine akustische Isolierung von dem Substrat 101 bereitstellt. Demgemäß ist der BAW-Resonator 100 ein mechanischer Resonator, der über die piezoelektrische Schicht 103 elektrisch gekoppelt werden kann. Andere Konfigurationen, die mechanische Resonanz durch FBARs unterstützen, sind vorgesehen. Beispielsweise und so wie das im Zusammenhang mit der 1B beschrieben ist, kann der BAW-Resonator 100, anstatt über der Vertiefung 107, über einem akustischen Bragg-Reflektor angeordnet sein, wie etwa einem nicht-angepassten akustischen Bragg-Reflektor (in 1A nicht gezeigt), der in oder auf dem Substrat 101 ausgebildet ist, um eine akustische Isolierung bereitzustellen.
Der auskragende Abschnitt 106 der oberen Elektrode 104 erstreckt sich über einen Zwischenraum 108, der zur Veranschaulichung Luft umfasst. In einer repräsentativen Ausführungsform ist eine Opferschicht (nicht gezeigt) mittels einer bekannten Technik über der unteren Elektrode 102 und einem Abschnitt der piezoelektrischen Schicht 103 abgeschieden.
Der BAW-Resonator 100 umfasst eine Brücke 114 entlang einer Verbindungsseite 112. Die Brücke 114 bildet einen Zwischenraum 115, der ein leerer Raum (z.B. Luft) sein kann oder der mit einem Material mit niedriger akustischer Impedanz (z.B. nicht-ätzbares Borsilikatglas (NEBSG, non-etchable borosilicate glass), mit Kohlenstoff dotiertes Siliziumdioxid (CDO, carbon doped silicon dioxide) oder Siliziumcarbid (SiC)) gefüllt sein kann. Die Brücke 114 ist in dem oben genannten US-Patent 8,248,185 beschrieben, und als solche werden viele der Einzelheiten der Brücke 114 in der vorliegenden Anmeldung nicht wiederholt, um zu vermeiden, dass die Beschreibung der repräsentativen Ausführungsformen des BAW-Resonators 100 verschleiert wird. Wie in 1A gezeigt, hat die Vertiefung 107 einen Rand 116, und die Brücke 114 erstreckt sich über den Rand 116 der Vertiefung 107 (oder ein ähnliches reflektierendes Element, wie etwa ein nicht angepasster Bragg-Reflektor) hinaus und über das Substrat 101. Als solche und in einer repräsentativen Ausführungsform ist die Brücke 114 teilweise über der Vertiefung 107 angeordnet, erstreckt sich über den Rand 116 der Vertiefung 107, und ist teilweise über dem Substrat 101 angeordnet.
Die Brücke 114 ist in 1A als ein Endpunkt (terminus) (z.B. zu einem Eingang oder einem Ausgang des BAW-Resonators 100) gezeigt und ist mit einem elektrischen Kontakt 111 entlang der Verbindungsseite 112 verbunden. Jedoch und so wie das deutlicher wird, wenn die vorliegende Beschreibung fortgesetzt wird, ist gemäß unten beschriebener repräsentativer Ausführungsformen die Brücke 114 auch implementiert, um eine elektrische Verbindung von einer aktiven Fläche zu einer anderen aktiven Fläche des BAW-Resonators, der eine Mehrzahl von aktiven Flächen umfasst, zu bewirken. Insbesondere und in verschiedenen unten beschriebenen repräsentativen Ausführungsformen verbindet die Brücke 114 elektrisch die obere Elektrode 104 mit einer anderen Elektrode (z.B. obere Elektrode), die Teil einer anderen aktiven Fläche ist.
So wie das oben erwähnt ist, liefert der auskragende Abschnitt 106 eine Verbesserung des Q-Faktors. Gleichermaßen liefert auch die Brücke 114 eine Verbesserung des Q-Faktors. In vorteilhafter Weise liefert die Kombination des auskragenden Abschnitts 106 mit der Brücke 114 eine weitere Verbesserung des Q-Faktors des BAW-Resonators 100. Zu diesem Zweck führt die Einbeziehung der Brücke 114 mit dem auskragenden Abschnitt 106 in dem BAW-Resonator 100 zu einer Verbesserung des Q-Faktors bei der Parallelresonanz (Qp) und zu einigem Einfluss auf den Q-Faktor bei der Serienresonanz (Qs). Dies ist einigermaßen erwartet, weil die Brücke 114 überwiegend Qp beeinflusst, so wie das in dem oben genannten US-Patent 8,248,145 an Choy et al. beschrieben ist.
Der Bereich der berührenden Überlappung von der oberen und der unteren Elektrode 102, 104, der piezoelektrischen Schicht 103 und der Vertiefung 104 oder einem anderen akustischen Reflektor (z.B. Bragg-Reflektor) (siehe 1B) wird als eine aktive Fläche 110 des BAW-Resonators 100 bezeichnet. Die akustische Bewegung von Teilchen wird in diesem Bereich hervorgerufen und breitet sich darin aus. Im Gegensatz dazu umfasst eine inaktive Fläche des BAW-Resonators 100 einen Bereich der Überlappung von der unteren Elektrode 102 oder der oberen Elektrode 104, oder beiden, und der piezoelektrischen Schicht 103, welcher Bereich nicht über der Vertiefung 107 oder einem anderen akustischen Reflektor (z.B. Bragg-Reflektor) angeordnet ist.
Der Abschnitt der inaktiven Fläche, der das Substrat 101 berührt, kann insgesamt als ein Ankerpunkt des BAW-Resonators 100 (in diesem Fall ein FBAR) bezeichnet werden. Der Ankerpunkt auf dem Substrat 101 stellt zunächst die mechanische Robustheit und eine Abstützung der gesamten Membran, die durch den akustischen Stapel über der Vertiefung 107 ausgebildet ist, sicher. Insbesondere, wenn der akustische Reflektor eine Vertiefung (z.B. die Vertiefung 107) ist, wird die aktive Fläche 110 häufig als eine Membran bezeichnet.
So wie das unten vollständiger beschrieben wird, dient der Ankerpunkt auch als eine Wärmesenke, um die Temperatur der aktiven Fläche 110, die von der Selbsterwärmung herrührt, die durch die Energie der RF-Leistung in der aktiven Fläche 110 des BAW-Resonators 100 erzeugt wird, zu verringern. Durch thermische Leitfähigkeit (Wechselwirkung zwischen Phononen und Elektronen) wird die Wärmewelle teilweise aus der aktiven Fläche 110 des BAW-Resonators 100 weiter entfernt in das Substrat 101 evakuiert, was dazu beiträgt, die aktive Fläche 110 abzukühlen. Weil Luft ein vergleichsweise schlechter thermischer Leiter ist, gibt es keine wesentliche Wärmeleitung durch die Luft, und als solchen keinen Wärmefluss aus der Oberseite von oder von unterhalb der Membrane. Die Wärme kann jedoch allein durch das Hindurchströmen durch die Ankerpunkte aus der aktiven Fläche 110 evakuiert werden. Somit wird ein thermischer Gradient in der x-y-Ebene erzeugt. So wie das erwartet wird, ist der Mittelpunkt der aktiven Fläche 110 (Membran, wenn über eine Vertiefung angeordnet) wärmer als der Umfang der aktiven Fläche 110, der dichter an dem Ankerpunkt mit dem Substrat 101 angeordnet ist. Wenn die Größe der aktiven Fläche 110 des BAW-Resonators 100 zunimmt, nimmt die Strecke, die die Wärme von dem Mittelpunkt des BAW-Resonators 100 zu dem Rand zurückzulegen hat, zu und dadurch verschlechtert sich der thermische Widerstand. Zusätzlich gibt es möglicherweise eine nicht-gleichförmige Spannungsdehnung in der Membran, wenn diese größer wird. Letztendlich kann der BAW-Resonator auf nicht-akzeptabel hohen Temperaturen arbeiten, was seine elektrische Leistungsfähigkeit verringern (was sich hauptsächlich in einem verringerten Qualitätsfaktor (Q) und einer verringerten elektromechanischen Kopplung (kt²) manifestiert), seine Leistungshandhabbarkeit verringern, seinen Einfügungsverlust verschlechtern und das Durchlassband eines Filters, das den BAW-Resonator 100 umfasst, verschieben kann. So wie das unten vollständiger beschrieben wird, haben die aktiven Flächen 110 des BAW- Resonators 100, der in Vorrichtungen der unten beschriebenen repräsentativen Ausführungsformen verwendet wird, eine vergleichsweise verringerte Flächengröße, und folglich ist der Abstand zu ihren Ankerpunkten vergleichsweise klein. Als solche weisen die BAW-Resonatoren 100 der hierin beschriebenen repräsentativen Ausführungsformen einen verbesserten thermischen Widerstand auf und zeigen eine verbesserte thermische Verteilung über der aktiven Fläche 110 im Vergleich zu bekannten, vergleichsweise größeren Resonatoren. Somit arbeiten die vergleichsweise kleinen Flächenabmessungen der aktiven Flächen 110 des BAW-Resonators der unten beschriebenen repräsentativen Ausführungsformen bei einem vergleichsweise gleichen Niveau der Energiedichte (Energie dividiert durch die aktive Fläche oder das Volumen) auf einer niedrigeren Temperatur und bieten aufgrund ihrer Größe eine verbesserte Leistungshandhabbarkeit und eine akzeptable elektrische Leistungsfähigkeit.
Der auskragende Abschnitt 106 erstreckt sich über den Rand der aktiven Fläche 110 um eine Breite 109, wie gezeigt. Der elektrische Kontakt 111 ist mit einer Signalleitung (nicht gezeigt) und mit elektronischen Komponenten (nicht gezeigt), die für die bestimmte Anwendung des BAW-Resonators 100 ausgewählt sind, verbunden. Dieser Abschnitt des BAW-Resonators 100 umfasst eine Verbindungsseite 112 des BAW-Resonators 100. Die Verbindungsseite 112 der oberen Elektrode 104, mit der der elektrische Kontakt 111 hergestellt ist, umfasst keinen auskragenden Abschnitt. Im Gegensatz dazu können eine oder mehrere nicht-verbindende Seiten des BAW-Resonators 100 auskragende Abschnitte 106, die sich über den Rand der aktiven Fläche 110 hinaus erstrecken, umfassen.
Die piezoelektrische Schicht 103 umfasst eine stark strukturierte (highly-textured) piezoelektrische Schicht (z.B. AlN) und weist folglich eine wohl-definierte C-Achse auf. So wie das unten vollständiger beschrieben wird, beeinflusst in einer Vorrichtung, die eine Mehrzahl von BAW-Resonatoren 100 umfasst, die Polarisation von jedem BAW-Resonator die Art der Verbindung (z.B. Serienverbindung, Anti-Serienverbindung), die zwischen den BAW-Resonatoren 100 hergestellt ist. So wie das von einem Fachmann in dem technischen Gebiet gewertschätzt werden wird, gibt das Aufwachsen des piezoelektrischen Materials entlang einer C-Achse des Materials die Polarisierung des BAW-Resonators und somit die Art der zu implementierenden Verbindung vor. Als solche ist das Bereitstellen einer stark strukturierten piezoelektrischen Schicht 103, wie etwa durch die in den oben genannten US-Patentanmeldungsoffenlegungsschriften Nrn. 2011/0180391 und 2012/0177816 an Larson III et al. beschriebenen Verfahren nützlich in Vorrichtungen, die den BAW-Resonator 100 umfassen.
Zusätzlich dazu, dass sie stark strukturiert ist, kann die piezoelektrische Schicht 103 der vorliegenden Ausführungsformen auch eine oder mehrere Schichten von piezoelektrischem Material (z.B. Aluminiumnitrid (AlN)), das mit einem oder mehreren Seltenerdelementen (z.B. Scandium (Sc)) dotiert ist, so wie das in bestimmten Patentanmeldungen, die oben durch Verweis aufgenommen sind (z.B. US-Patentanmeldung Nr. 14/161,564 an John L. Larson III, und US-Patentanmeldung Nr. 14/191,771 an Feng et al.), beschrieben ist.
1B zeigt eine Querschnittsansicht eines BAW-Resonators 100‘ gemäß einer repräsentativen Ausführungsform. Viele Merkmale des BAW-Resonators 100‘ sind gemeinsam zu denjenigen des BAW-Resonators 100, der im Zusammenhang mit repräsentativen Ausführungsformen in 1A beschrieben ist. Die Einzelheiten der gemeinsamen Merkmale, Eigenschaften und Vorteile davon werden nicht wiederholt, um zu vermeiden, dass die vorliegend beschriebenen Ausführungsformen verschleiert werden.
Der BAW-Resonator 100‘ umfasst eine Brücke 114 entlang der Verbindungsseite 112. Die Brücke 114 stellt einen Zwischenraum 115 bereit, der ein leerer Raum (z.B. Luft) sein kann oder der mit einem Material mit einer niedrigen akustischen Impedanz gefüllt sein kann. Die Brücke 114 ist in dem oben genannten US-Patent Nr. 8,248,185 beschrieben, und als solche werden viele der Einzelheiten der Brücke 114 in der vorliegenden Anmeldung nicht beschrieben, um zu vermeiden, dass die Beschreibung der repräsentativen Ausführungsformen des BAW-Resonators 100 verschleiert wird. Wie in 1B gezeigt, weist der akustische Bragg-Reflektor 107‘ einen Rand 116‘ auf, und die Brücke 114 erstreckt sich über den Rand 116‘ des akustischen Bragg-Reflektors 107‘ hinaus und über das Substrat 101. Als solche ist, in einer repräsentativen Ausführungsform, die Brücke 114 teilweise über dem akustischen Bragg-Reflektor 107‘ angeordnet, erstreckt sich über den Rand 116‘ des akustischen Bragg-Reflektors 107‘ und ist teilweise über dem Substrat 101 angeordnet.
Wie oben beschrieben, liefert der auskragende Abschnitt 106 eine Verbesserung des Q-Faktors. Gleichermaßen liefert auch die Brücke 114 eine Verbesserung des Q-Faktors. In vorteilhafter Weise liefert die Kombination des auskragenden Abschnitts 106 mit der Brücke 114 eine weitere Verbesserung des Q-Faktors des BAW-Resonators 100‘. Zu diesem Zweck führt das Einbeziehen der Brücke 114 mit dem auskragenden Abschnitt 106 in dem BAW-Resonator 100‘ zu einer Verbesserung des Q-Faktors bei der Parallelresonanz (Qp) und zu einigem Einfluss auf den Q-Faktor bei der Serienresonanz (Qs). Dies ist einigermaßen erwartet, weil die Brücke 114 vorwiegend Qp beeinflusst, so wie das in dem oben genannten US-Patent 8,248,185 an Choy et al. beschrieben ist. Wie oben erwähnt, kann der auskragende Abschnitt 106 auch als ein „Flügel“ bezeichnet werden. Es wird betont, dass die Verwendung des auskragenden Abschnitts 106 lediglich veranschaulichend ist, und dass andere Strukturen, die zur Verbesserung der Leistungsfähigkeit des BAW-Resonators 100‘ nützlich sind (z.B. ein Rahmenelement, das benachbart zu dem Umkreis der aktiven Fläche 110 angeordnet ist), zur Verwendung zusätzlich zu, oder anstelle von, dem auskragenden Abschnitt 106 vorgesehen sind.
In einer repräsentativen Ausführungsform sind die piezoelektrische Schicht 103 sowie die untere und die obere Elektrode 102, 104 über einem akustischen Bragg-Reflektor 107‘ angeordnet, wie etwa einem nicht angepassten akustischen Bragg-Reflektor, der in oder auf dem Substrat 101 ausgebildet ist. FBARs, die über einem akustischen Bragg-Reflektor bereitgestellt sind, werden manchmal als festmontierte Resonatoren (SMRs, solidly mounted resonators) bezeichnet und können so sein, wie das beispielsweise in dem oben genannten US-Patent Nr. 6,107,721 an Lakin beschrieben ist. Demgemäß ist der BAW-Resonator 100‘ ein mechanischer Resonator, der über die piezoelektrische Schicht 103 elektrisch gekoppelt sein kann.
Der Abschnitt der berührenden Überlappung von der oberen und der unteren Elektrode 102, 104, der piezoelektrischen Schicht 103 und dem akustischen Bragg-Reflektor 107‘ wird als die aktive Fläche 110 des BAW-Resonators 100‘ bezeichnet. Im Gegensatz dazu umfasst die inaktive Fläche des BAW-Resonators 100‘ einen Bereich der Überlappung von der unteren Elektrode 102 oder der oberen Elektrode 104 und der piezoelektrischen Schicht 103, welcher Bereich nicht über dem akustischen Bragg-Reflektor 107‘ angeordnet ist. So wie das andernorts (etwa in der Mutter-Anmeldung) beschrieben ist, ist es für die Leistungsfähigkeit des BAW-Resonators 100‘ vorteilhaft, die Fläche des inaktiven Bereichs des BAW-Resonators 100‘ bis zu einem praktikablen Ausmaß zu verringern.
So wie das oben angesprochen ist und unten angemerkt wird, sind die BAW-Resonatoren und Vorrichtungen, einschließlich der BAW-Resonatoren der vorliegenden Lehren, beispielsweise zur Verwendung in elektrischen Filteranwendungen vorgesehen. Ein grundlegender Filterentwurf von entweder einer Leiter- oder einer Gittertopologie besteht aus mehreren Abschnitten. Die Anzahl der Abschnitte ist nicht beschränkt, jedoch ausgewählt, um die Leistungsfähigkeiten im Hinblick auf Einfügungsverlust, Abfall (roll-off) und Unterdrückung (oder Zurückweisung, rejection) des Filters gegeneinander abzuwägen. 1C ist ein vereinfachtes, schematisches Blockschaubild eines elektrischen Filters 120 gemäß einer repräsentativen Ausführungsform. Das elektrische Filter 120 umfasst in Serie geschaltete BAW-Resonatoren 121 (BAW-Serienresonatoren) und in Abzweig geschaltete BAW-Resonatoren 122 (BAW-Abzweigresonatoren). Zur Veranschaulichung können die BAW-Serienresonatoren 121 und die BAW-Abzweigresonatoren 122 die akustischen Resonatoren umfassen, die im Zusammenhang mit den repräsentativen Ausführungsformen der 1A beschrieben sind. Das elektrische Filter 120 wird allgemein als ein Leiterfilter bezeichnet und kann beispielsweise in Duplexer-Anwendungen nützlich sein. Weitere Einzelheiten einer Leiterfilteranordnung können beispielsweise in dem US-Patent 5,910,756 an Ella und dem US-Patent 6,262,637 an Bradley et al. beschrieben sein. Die Offenbarungen dieser Patente sind durch Verweis hierin spezifisch aufgenommen. Es wird betont, dass die Topologie des elektrischen Filters 120 lediglich veranschaulichend ist und dass andere Topologien vorgesehen sind. Des Weiteren sind die akustischen Resonatoren der repräsentativen Ausführungsformen in einer Vielfalt von Anwendungen neben Duplexern vorgesehen. Zur Veranschaulichung können die BAW-Serienresonatoren 121 und die BAW-Abzweigresonatoren 122 die im Zusammenhang mit den repräsentativen Ausführungsformen der 2A bis 3 beschriebenen BAW-Resonatoren umfassen, die ihrerseits die BAW-Resonatoren, die oben im Zusammenhang mit den repräsentativen Ausführungsformen der 1A und 1B beschrieben sind, umfassen können.
Das elektrische Filter 120 wird allgemein als ein Leiterfilter bezeichnet und kann beispielsweise in Duplexer-Anwendungen verwendet werden. Weitere Einzelheiten einer Leiterfilteranordnung können beispielsweise in dem US-Patent 5,910,756 an Ella und dem US-Patent 6,262,637 an Bradley et al. beschrieben sein. Die Offenbarungen dieser Patente sind durch Verweis hierin spezifisch aufgenommen. Es wird betont, dass die Topologie des elektrischen Filters 120 lediglich veranschaulichend ist und dass andere Topologien vorgesehen sind. Des Weiteren sind die BAW-Resonatoren der repräsentativen Ausführungsformen in einer Vielfalt von Anwendungen neben Duplexern vorgesehen.
Mit Verweis auf 2A ist eine Ansicht von oben auf einen BAW-Resonator 200 dargestellt. Viele Aspekte der BAW-Resonatoren 100, 100‘ und die in deren Beschreibungen verwendete Terminologie sind gemeinsam mit dem BAW-Resonator 200, und werden häufig nicht wiederholt, um zu vermeiden, dass die vorliegend beschriebenen repräsentativen Ausführungsformen verschleiert werden.
Der BAW-Resonator 200 umfasst ein Substrat 201, einen Eingang 202 und einen Ausgang 203. Wie oben angemerkt, umfasst das Substrat 201 ein Material, das eine vergleichsweise gute thermische Leitfähigkeit bereitstellt, was eine Wärmeableitung in dem BAW-Resonator 200 fördert, so wie das unten ausführlicher beschrieben wird.
Der BAW-Resonator 200 umfasst eine obere Elektrode 204, die über akustischen Reflektoren (in 2A nicht gezeigt), die in dem Substrat 201 angeordnet sind, angeordnet ist. Eine piezoelektrische Schicht 205 ist über der unteren Elektrode 204 angeordnet. Eine erste obere Elektrode 206, eine zweite obere Elektrode 207, eine dritte obere Elektrode 208 und eine vierte obere Elektrode 209 sind über der piezoelektrischen Schicht 205 angeordnet. Die erste obere Elektrode 206 ist mit der zweiten oberen Elektrode 207 über eine erste Brücke 210 und mit der dritten oberen Elektrode 208 über eine zweite Brücke 211 elektrisch verbunden. Die zweite obere Elektrode 207 ist mit der vierten oberen Elektrode 209 über eine dritte Brücke 212 elektrisch verbunden, und die vierte obere Elektrode 209 ist mit der dritten oberen Elektrode 208 über eine vierte Brücke 213 elektrisch verbunden.
So wie das deutlicher wird, wenn die vorliegende Beschreibung fortgesetzt wird, ist jede von der ersten bis vierten oberen Elektrode 206 bis 209 über einem entsprechenden akustischen Reflektor (in 2A wiederum nicht gezeigt) angeordnet. Als solche ist jede von der ersten bis vierten oberen Elektrode 206 bis 209 eine Komponente von vier akustischen Stapeln, von denen jeder eine von der ersten bis vierten oberen Elektrode 206 bis 209, die piezoelektrische Schicht 205 und die untere Elektrode 204 umfasst. Jeder von diesen akustischen Stapeln ist über einem entsprechenden akustischen Reflektor angeordnet, und bildet dabei, respektive, eine erste aktive Fläche 214, eine zweite aktive Fläche 215, eine dritte aktive Fläche 216 und eine vierte aktive Fläche 217. Wie oben angemerkt, in Ausführungsformen, wo die akustischen Reflektoren Vertiefungen sind, werden die erste bis vierte aktive Fläche 214 bis 217 häufig als Membranen bezeichnet. Obwohl sie individuelle aktive Flächen sind, sind die erste bis vierte aktive Fläche 214 bis 217 über die erste bis vierte Brücke 210 bis 213 elektrisch verbunden. Als solcher umfasst der BAW-Resonator 200 eine Mehrzahl von individuellen aktiven Flächen (z.B. Membranen) in demselben BAW-Resonator. In der repräsentativen Ausführungsform gibt es vier aktive Flächen. Allgemein, um eine im Wesentlichen symmetrische thermische Verteilung in dem BAW-Resonator 200 zu erhalten, ist es vorteilhaft, zu vermeiden, die erste bis vierte aktive Fläche 214 bis 217 des BAW-Resonators 200 asymmetrisch anzuordnen oder die erste bis vierte aktive Fläche 214 bis 217 mit ungleichen Flächenabmessungen bereitzustellen. Vielmehr, und um eine im Wesentlichen symmetrische thermische Verteilung in dem BAW-Resonator 200 bereitzustellen, weisen die erste bis vierte aktive Fläche 214 bis 217 im Wesentlichen identische Flächenabmessungen auf und sind im Wesentlichen symmetrisch in Bezug zueinander. Zu diesem Zweck sind die erste bis vierte aktive Fläche 214 bis 217 im Wesentlichen symmetrisch bezüglich der Linien 221 und 222 (d.h. symmetrisch um einen Ursprung am Schnittpunkt der Linien 221 und 222). Es wird jedoch angemerkt, dass diese Symmetrie offen für Abweichungen ist. Insbesondere ist die Form von der ersten bis vierten aktiven Fläche 214 bis 217 als im Wesentlichen symmetrisch anzusehen, obwohl bestimmte Strukturen, wie etwa auskragende Abschnitte oder Rahmenelemente, die Formen von einer oder mehreren von der ersten bis vierten aktiven Fläche 214 bis 217 verändern könnten. Schließlich, während dies vom Gesichtspunkt der thermischen Verteilung nicht vorteilhaft ist, sind asymmetrische aktive Flächen oder aktive Flächen mit ungleichen Flächenabmessungen, oder beide, durch die vorliegenden Lehren vorgesehen.
Obwohl die erste bis vierte aktive Fläche 214 bis 217 im Wesentlichen von quadratischer Form ist, wird angemerkt, dass dies lediglich veranschaulichend ist. Tatsächlich sind die erste bis vierte obere Elektrode 206 bis 209 apodisiert und können mehr oder weniger als vier (4) Seiten umfassen. Einige repräsentative Formen sind in den oben aufgenommenen Patenten, Patentanmeldungsoffenlegungsschriften und Patentanmeldungen beschrieben.
Die Verwendung von vier aktiven Flächen ist ebenfalls lediglich veranschaulichend, und es können in der Realisierung des BAW-Resonators 200 mehr oder weniger implementiert sein. Selbstverständlich müssen mindestens zwei aktive Flächen verwendet werden (beispielsweise so wie das im Zusammenhang mit 3 unten beschrieben ist). Des Weiteren und so wie das deutlicher wird, wenn die vorliegende Beschreibung fortgesetzt wird, sind die erste bis vierte aktive Fläche 214 bis 217 elektrisch parallel zueinander verbunden. Dies ist ebenfalls lediglich zur Veranschaulichung. Anstatt, dass sie beispielsweise in zwei Reihen angeordnet sind, könnten die erste bis vierte aktive Fläche 214 bis 217 in einer einzigen Reihe (z.B. linear) angeordnet sein und könnten in Serie oder parallel zueinander elektrisch verbunden sein.
Insbesondere sind die Flächenabmessungen der aktiven Flächen (z.B. die erste bis vierte aktive Fläche 214 bis 217) ausgewählt, um verbesserte thermische Eigenschaften bereitzustellen, so wie das vorliegend und unten beschrieben ist. Allgemein ist die Anzahl der aktiven Flächen, die zum Ausbilden des BAW-Resonators 200 gewählt ist, ausgewählt, um eine gewünschte, kombinierte Flächenabmessung für eine bestimmte Leistungsanforderung bereitzustellen. In vorteilhafter Weise liefert die Ausbildung eines BAW-Resonators 200, der eine Mehrzahl von vergleichsweise kleineren aktiven Flächen aufweist, verbesserte thermische Eigenschaften im Vergleich zu einem einzigen BAW-Resonator, der eine einzige aktive Fläche aufweist (d.h. eine einzige Membran mit einem akustischen Stapel, der über einer einzigen Vertiefung angeordnet ist), die dieselbe Flächengröße wie die kombinierte Flächenabmessung von der Mehrzahl der kleineren aktiven Flächen aufweist. Als Beispiel, im Vergleich zu einem einzigen Resonator, der dieselbe Größe der aktiven Fläche wie die kombinierte Fläche von der ersten bis vierten aktiven Fläche 214 bis 217 aufweist, sind die thermischen Eigenschaften und die Leistungsfähigkeit des BAW-Resonators 200 bei der gleichen Energiedichte verbessert. Einige Verbesserungen hinsichtlich der thermischen Eigenschaften sind direkt an die vergleichsweise kleine Größe der aktiven Flächen zuweisbar, wohingegen einige Verbesserungen der thermischen Eigenschaften ein Ergebnis der Struktur (oder des Aufbaus) des BAW-Resonators 200 sind. Letztere sind unten ausführlicher beschrieben. Bezüglich des vorausgehend Gesagten sind allgemein die thermischen Profile von BAW-Resonatoren, die vergleichsweise kleinere aktive Flächen aufweisen, gleichförmiger als vergleichsweise große aktive Flächen, die „Hotspots“ (heißen Stellen), die im Vergleich zu denjenigen von BAW-Resonatoren mit vergleichsweise großen aktiven Flächen symmetrisch sind, und niedrige Temperaturen im Vergleich zu BAW-Resonatoren mit vergleichsweise großen aktiven Flächen aufweisen. Des Weiteren, im Vergleich zu einem einzigen BAW-Resonator, der über einem einzigen akustischen Reflektor angeordnet ist und eine Fläche aufweist, die im Wesentlichen gleich der Summe der Flächen von der ersten bis vierten aktiven Fläche 214 bis 217 aufweist, arbeiten die BAW-Resonatoren der vorliegenden Lehren, wenn sie in Filtern verwendet werden, die in Anwendungen mit vergleichsweise hoher Leistungshandhabung verwendet werden, aufgrund der vergleichsweise kleinen Flächenabmessungen der ersten bis vierten aktiven Flächen 214 bis 217 allgemein „kühler“ und wärmen sich gleichförmiger auf als bekannte, vergleichsweise große BAW-Resonatoren bei der gleichen Leistungsdichte. Etwas anders ausgedrückt, weisen BAW-Resonatoren mit vergleichsweise kleineren aktiven Flächen ein vergleichsweise gleichförmigeres Spannungsprofil auf, was letztlich zu einer verbesserten Leistungshandhabbarkeit führt im Vergleich zu BAW-Resonatoren mit vergleichsweise großen aktiven Flächen, die die gleiche Energiedichte aufweisen. Durch das Bereitstellen von BAW-Resonatoren der vorliegenden Lehren mit einer Mehrzahl von aktiven Flächen wird eine bessere thermische und elektrische Leistungsfähigkeit realisiert im Vergleich zu einem BAW-Resonator mit einer einzigen aktiven Fläche bei der gleichen Betriebsleistung.
2B ist eine Querschnittsansicht des BAW-Resonators 200 der 2A, genommen entlang der Linie 2B-2B. Viele Aspekte des oben beschriebenen BAW-Resonators 200 werden nicht wiederholt, um zu vermeiden, dass die vorliegend beschriebenen repräsentativen Ausführungsformen verschleiert werden.
Der BAW-Resonator 200 umfasst einen ersten akustischen Reflektor 219 und einen zweiten akustischen Reflektor 220, die in dem Substrat 201 angeordnet sind. So wie das oben im Zusammenhang mit den repräsentativen Ausführungsformen der 1A und 1B angemerkt ist, können der erste und der zweite akustische Reflektor 219, 220 entweder Vertiefungen (z.B. Vertiefung 107) oder akustische Bragg-Reflektoren (z.B. akustischer Bragg-Reflektor 107‘) sein. Insbesondere wird das Substrat 101 geätzt und es wird entweder ein Opfermaterial in der Öffnung angeordnet und nach dem Ausbilden des akustischen Stapels des BAW-Resonators 200 durch bekannte Verfahren (z.B. durch eine oder mehrere Loslöseöffnungen) losgelöst, oder es werden darin abwechselnde Schichten mit vergleichsweiser niedriger akustischer Impedanz und vergleichsweiser hoher akustischer Impedanz (z.B. die den akustischen Bragg-Reflektor 107‘ ausbilden) vor dem Ausbilden des akustischen Stapels des BAW-Resonators 200 bereitgestellt.
Unabhängig davon, ob der erste und der zweite akustische Reflektor 219, 220 (oder ein dritter akustischer Reflektor 222 und ein vierter akustischer Reflektor 223, die unten im Zusammenhang mit 2C beschrieben sind) Vertiefungen oder akustische Bragg-Reflektoren sind, umfasst jeder akustische Reflektor Wände, die wiederum Wände von Säulen sind. So wie das gewertschätzt werden kann, ist benachbart zu jeder von der ersten bis vierten aktiven Fläche 214 bis 217 eine entsprechende nicht-aktive Fläche, wie dies etwa oben beispielsweise im Zusammenhang mit 1A besprochen ist. Jede der inaktiven Flächen endet an einer oder mehreren der Säulen, die in vorteilhafter Weise als Ankerpunkte des BAW-Resonators 200 dienen.
Als Beispiel und wie in 2B dargestellt, bilden eine erste Wand 224 des ersten akustischen Reflektors 219 und eine erste Wand 224 des zweiten akustischen Reflektors 220 die Wände einer ersten Säule 225, die sich zwischen dem ersten und dem zweiten akustischen Isolator 219, 220 erstreckt. Die erste Säule 225 umfasst eine erste Oberfläche 226, über der die untere Elektrode 204 angeordnet ist. Gleichermaßen bilden eine zweite Wand 227 des ersten akustischen Reflektors 219 eine Wand einer zweiten Säule 228, die eine zweite Oberfläche 229 umfasst, über der die untere Elektrode 204 angeordnet ist. Des Weiteren bildet eine zweite Wand 230 des zweiten akustischen Reflektors 220 eine Wand einer dritten Säule 231, die eine dritte Oberfläche 232 umfasst, über der die untere Elektrode 204 angeordnet ist. Jede zu der ersten bis vierten aktiven Fläche 214 bis 217 benachbarte, inaktive Fläche endet an einer oder mehreren von der ersten bis dritten Säule 225, 228, 231 (und anderen unten beschriebenen Säulen), die als Ankerpunkte dienen.
Die erste bis dritte Säule 225, 228, 231 (und andere unten beschriebene Säulen) des BAW-Resonators 200 sind in vergleichsweise dichter Nähe zu einer oder mehreren von der ersten bis vierten aktiven Fläche 214 bis 217 angeordnet, und folglich sind dicht zu jeder von der ersten bis vierten aktiven Fläche 214 bis 217 Ankerpunkte bereitgestellt im Vergleich beispielsweise zu einem einzigen BAW-Resonator, der über einem einzigen akustischen Reflektor angeordnet ist und eine Fläche aufweist, die im Wesentlichen gleich der Summe der gleichen von der ersten bis vierten aktiven Fläche 214 bis 217 ist. Als solche ist die Ableitung der Wärme, die an der ersten bis vierten aktiven Fläche 214 bis 217 des BAW-Resonators 210 erzeugt wird, effizient im Vergleich zu dem erwähnten, einzigen BAW-Resonator. Diese Wärmeableitung, die manchmal als thermische Erdung bezeichnet wird, ist in BAW-Resonatoren der vorliegenden Lehren in vorteilhafter Weise verbessert, zumindest teilweise, indem eine Mehrzahl von aktiven Flächen in dichter Nähe zu Ankerpunkten bereitgestellt ist im Vergleich zu einem einzigen BAW-Resonator, der eine aktive Fläche mit einer Flächenabmessung aufweist, die im Wesentlichen dieselbe wie die Summe der Flächenabmessungen von der Mehrzahl der aktiven Flächen ist, die die BAW-Resonatoren der vorliegenden Lehren umfassen. Als solche und in ziemlich vorteilhafter Weise, arbeiten die BAW-Resonatoren der vorliegenden Lehren (z.B. der BAW-Resonator 200) bei verringerten Temperaturen im Vergleich zu einem einzelnen BAW-Resonator, der eine aktive Fläche aufweist, die eine Flächenabmessung hat, die im Wesentlichen dieselbe wie die Summe der Flächenabmessungen von der Mehrzahl der aktiven Flächen ist ist, die die BAW-Resonatoren der vorliegenden Lehren umfassen.
Des Weiteren arbeiten die vergleichsweise kleinen aktiven Flächen der BAW-Resonatoren der vorliegenden Ausführungsformen bei niedrigeren Temperaturen, wegen der Wärmeableitung, die durch die Mehrzahl der Ankerpunkte in vergleichsweise dichter Nähe zu der Mehrzahl der aktiven Flächen, die die BAW-Resonatoren der vorliegenden Lehren umfassen, bereitgestellt ist, bei einem vergleichsweise selben Niveau der Energiedichte (Energie dividiert durch die aktive Fläche oder Volumen) wie bei einem einzigen BAW-Resonator, der eine aktive Fläche mit einer Flächenabmessung aufweist, die im Wesentlichen dieselbe wie die Summe der Flächenabmessungen der Mehrzahl der aktiven Flächen ist, die die BAW-Resonatoren der vorliegenden Lehren aufweisen. Dies führt in den BAW-Resonatoren gemäß der vorliegenden Lehren zu einer verbesserten Leistungshandhabbarkeit und zu akzeptablen elektrischen Leistungsfähigkeiten. Diese Verbesserungen in der Leistungshandhabbarkeit in BAW-Resonatoren der vorliegenden Lehren, die zur Verwendung in einem Leiterfilter, wie etwa dem elektrischen Filter 120, oder in einem Gitterfilter, vorgesehen sind, fördern eine verbesserte Leistungshandhabbarkeit in derartigen Filtern.
Mit Verweis auf 2C ist eine Ansicht von oben auf einen BAW-Resonator 200‘ gemäß einer anderen repräsentativen Ausführungsform dargestellt. Viele Aspekte der oben beschriebenen BAW-Resonatoren 100, 100‘, 200 und die in diesen Beschreibungen verwendete Terminologie sind gemeinsam für den BAW-Resonator 200‘, und werden häufig nicht wiederholt, um zu vermeiden, dass die vorliegend beschriebenen repräsentativen Ausführungsformen verschleiert werden.
Der BAW-Resonator 200‘ umfasst ein Substrat 201, einen Eingang 202 und einen Ausgang 203. Wie oben angemerkt, umfasst das Substrat 201 ein Material, das eine vergleichsweise gute thermische Leitfähigkeit bereitstellt, was in dem BAW-Resonator 200‘ eine Wärmeableitung fördert, so wie das unten ausführlicher beschrieben wird.
Der BAW-Resonator 200‘ umfasst eine untere Elektrode 204, die über in dem Substrat 201 angeordnete, akustischen Reflektoren (in 2C nicht gezeigt) angeordnet ist. Eine piezoelektrische Schicht 205 ist über der unteren Elektrode 204 angeordnet. Eine erste obere Elektrode 206, eine zweite obere Elektrode 207, eine dritte obere Elektrode 208 und eine vierte obere Elektrode 209 sind über der piezoelektrischen Schicht 205 angeordnet. Die erste obere Elektrode 206 ist mit der zweiten oberen Elektrode 207 über eine Mehrzahl von ersten Brücken 210‘ und mit der dritten oberen Elektrode 208 durch eine Mehrzahl von zweiten Brücken 211‘ elektrisch verbunden. Die zweite obere Elektrode 207 ist mit der vierten oberen Elektrode 209 durch eine Mehrzahl von dritten Brücken 212‘ elektrisch verbunden, und die vierte obere Elektrode 209 ist mit der dritten oberen Elektrode 208 durch eine Mehrzahl von vierten Brücken 213‘ elektrisch verbunden.
Die erste bis vierte Mehrzahl der Brücken 210 bis 213 sind allgemein selektiv entlang der Länge der entsprechenden Verbindungsseiten der ersten bis vierten aktiven Flächen 214 bis 217 angeordnet. Jede von der entsprechenden ersten bis vierten Mehrzahl der Brücken 210 bis 213 weist eine Breite auf, und jede von der entsprechenden ersten bis vierten Mehrzahl von Brücken 210 bis 213 sind durch einen Zwischenraum voneinander beabstandet. Insbesondere können die Breiten hinsichtlich ihrer Größe dieselben sein oder können verschieden sein, und die Zwischenräume können von der gleichen Größe oder verschieden sein. Des Weiteren können die Breiten und die Abstände die gleichen sein oder verschieden sein. Das Verwenden einer Mehrzahl von Brücken an einer Verbindungsseite einer aktiven Fläche verbessert in vorteilhafter Weise eine akustische Leistungsfähigkeit, so wie das in der gleichzeitig eingereichten und gemeinsam besessenen US-Patentanmeldung Nr. (Avago Akte Nr. 150033US01) mit dem Titel „Acoustic Resonator Structure Having a Plurality of Connection-Side Contacts“ („Struktur eines akustischen Resonators mit einer Mehrzahl von Kontakten an der Verbindungsseite“), die Paul A. Bradley et al. als Erfinder nennt. Die gesamte Offenbarung dieser US-Patentanmeldung (Avago Akte Nr. 150033US01) ist hierin durch Verweis spezifisch aufgenommen.
Wie dies in den 1A bis 2B gezeigt ist, sind die unteren Elektroden 102, 204 der repräsentativen Ausführungsformen im Wesentlichen flach und hinsichtlich ihrer Dicke über deren Fläche im Wesentlichen gleichförmig. Des Weiteren und wie in 2E gezeigt, sind die unteren Elektroden 102, 204 der repräsentativen Ausführungsformen eine einzelne Schicht, die sich über alle von dem ersten und zweiten akustischen Reflektor 219, 220 (und dem dritten und dem vierten akustischen Reflektor 222, 223, die unten im Zusammenhang mit 2C beschrieben werden) und zumindest teilweise über dem Substrat 201 erstrecken. Weil die unteren Elektroden 102, 204 der repräsentativen Ausführungsformen im Wesentlichen flach und hinsichtlich ihrer Dicke gleichförmig sind, ist die Ableitung der Wärme, die in jeder von der ersten bis vierten aktiven Fläche 214 bis 217 erzeugt wird, im Wesentlichen gleichförmig. Etwas anders ausgedrückt, anstatt, dass sie individuelle untere Elektroden aufweisen, die ein wenig über die Ränder von jedem von den akustischen Reflektoren hinausragen, oder dass sie eine oder mehrere untere Elektroden, die nicht im Wesentlichen flach sind, aufweisen, gibt es keine Unterbrechung in der thermischen Senke (oder Wärmesenke), welche die unteren Elektrode 102, 204 bereitstellen. Dieser Aspekt der vorliegenden Lehren trägt weiter zu einer effizienten und gleichförmigen Wärmeableitung aus der ersten bis vierten aktiven Fläche 214 bis 217 bei, was, wie oben angemerkt, kühlere Betriebstemperaturen des BAW-Resonators 200 und eine verbesserte Leistungshandhabbarkeit fördert im Vergleich zu einem einzigen BAW-Resonator, der eine einzige aktive Fläche (d.h. eine einzige Membran, die einen über einer einzigen Vertiefung angeordneten akustischen Stapel aufweist) mit derselben Flächengröße wie die kombinierten Flächengrößen von der ersten bis vierten aktiven Fläche 214 bis 217 aufweist.
Mit Verweis auf die 2D bis 2G werden verschiedene Komponenten des BAW-Resonators 200 in einer Pseudo-Explosionsansicht gezeigt.
Mit Verweis zunächst auf 2D ist das Substrat 201, das den darin angeordneten, ersten bis vierten akustischen Reflektoren 219, 220, 222 und 223 umfasst, ohne nachfolgende Schichten, die darüber angeordnet sind, gezeigt. So wie das gewertschätzt werden kann, sind zwischen und benachbart zu jedem von dem ersten bis vierten akustischen Reflektor 219, 220, 222 und 223 eine erste Oberfläche 226 einer ersten Säule 225, eine zweite Oberfläche 229 einer zweiten Säule 228 und eine dritte Oberfläche 232 einer dritten Säule 231. Des Weiteren erstreckt sich eine vierte Oberfläche 233 einer vierten Säule (nicht gezeigt) zwischen dem ersten und dem dritten akustischen Reflektor 219, 222, eine fünfte Oberfläche 234 einer fünften Säule (nicht gezeigt) erstreckt sich zwischen dem zweiten und dem vierten akustischen Reflektor 220, 223, und eine sechste Oberfläche 235 einer sechsten Säule (nicht gezeigt) erstreckt sich zwischen dem dritten und dem vierten akustischen Reflektor 222, 223.
Wie die erste und die zweite aktive Fläche 214, 215 sind eine dritte und eine vierte aktive Fläche 216, 217 in dichter Nähe zu den ersten bis sechsten Oberflächen 226, 229, 232, 233, 234, 235 und deren entsprechenden Säulen angeordnet. Als solche enden auch inaktive Flächen benachbart zu der dritten und vierten aktiven Fläche 216, 217, wie die inaktiven Flächen benachbart zu der ersten und der zweiten aktiven Fläche 214, 215, an einer oder mehreren der Säulen, die in vorteilhafter Weise als Ankerpunkte des BAW-Resonators 200 dienen. Auf diese Weise erfolgt eine effiziente und gleichförmige Ableitung der Wärme aus der dritten und der vierten aktiven Fläche 216, 217, was in vorteilhafter Weise zu kühleren Betriebstemperaturen und einer verbesserten Leistungshandhabbarkeit führt, wie oben besprochen.
Mit Verweis auf 2E sind eine erste bis vierte obere Elektrode 206 bis 209 dargestellt, wobei die zweite und die vierte obere Elektrode 207, 209 mit dem Eingang elektrisch verbunden sind. So wie das gesehen werden kann, sind die erste bis vierte obere Elektrode 206 bis 209 individuelle Elektroden. Indem durch Zwischenräume getrennte individuelle Elektroden bereitgestellt sind, sind die Flächenabmessungen der inaktiven Flächen benachbart zu der ersten bis vierten aktiven Fläche 214 bis 217 verringert, weil die Fläche der Überlappung von der unteren Elektrode 204, der piezoelektrischen Schicht 205 und der ersten bis vierten oberen Elektroden 206 bis 209 im Vergleich zu einer einzigen oberen Elektrode verringert ist. Als solche ist die parasitäre Kapazität des BAW-Resonators 200 in vorteilhafter Weise verringert. So wie das beispielsweise in dem oben genannten US-Patent 8,248,185 und im Zusammenhang mit den 1A und 1B beschrieben ist, ermöglichen die in 2F gezeigte, erste bis vierte Brücke 210 bis 213 die elektrische Verbindung der ersten bis vierten oberen Elektroden 206 bis 209, ohne zu der Größe der inaktiven Fläche beizutragen, und fördern durch eine Verringerung in der parasitären Kapazität, die den inaktiven Flächen zugeordnet ist, eine verbesserte elektrische Leistungsfähigkeit des BAW-Resonators 200.
Mit Verweis auf 2G ist eine untere Elektrode 204 der repräsentativen Ausführungsformen eine einzelne Schicht. So wie das oben erwähnt ist, erstreckt sich die untere Elektrode 204 über alle von dem ersten bis vierten Reflektor 219 bis 223, und mindestens teilweise über das Substrat 201. Weil die untere Elektrode 204 im Wesentlichen flach und hinsichtlich ihrer Dicke gleichförmig ist, ist die Ableitung der Wärme, die in jeder von der ersten bis vierten aktiven Fläche 214 bis 217 erzeugt wird, im Wesentlichen gleichförmig.
Mit Verweis auf 3 ist eine Ansicht von oben eines BAW-Resonators 300 gezeigt. Viele Aspekte der BAW-Resonatoren 100, 100‘ und 200 und die in deren Beschreibungen verwendete Terminologie sind gemeinsam mit dem BAW-Resonator 300, und werden häufig nicht wiederholt, um zu vermeiden, dass die vorliegend beschriebenen repräsentativen Ausführungsformen verschleiert werden. Allgemein ist der BAW-Resonator 300 im Wesentlichen der gleiche wie der BAW-Resonator 200, außer dass die individuellen aktiven Flächen in ihrer Form rechteckförmiger sind, wobei nur zwei aktive Flächen den BAW-Resonator 300 umfassen.
Der BAW-Resonator 300 umfasst ein Substrat 301, einen Eingang 302 und einen Ausgang 303. Wie oben erwähnt, umfasst das Substrat 301 ein Material, das eine vergleichsweise gute thermische Leitfähigkeit bereitstellt, was eine Wärmeableitung in dem BAW-Resonator 300 fördert, wie das unten vollständiger beschrieben wird.
Der BAW-Resonator 300 umfasst eine untere Elektrode 304, die über in dem Substrat 301 angeordneten, akustischen Reflektoren (nicht gezeigt) angeordnet ist. Eine piezoelektrische Schicht 305 ist über der unteren Elektrode 304 angeordnet. Eine erste obere Elektrode 306 und eine zweite obere Elektrode 307 sind über der piezoelektrischen Schicht 305 angeordnet. Die erste obere Elektrode 306 ist mit der zweiten oberen Elektrode 307 durch eine Brücke 308 elektrisch verbunden. Insbesondere könnte anstelle einer einzelnen Brücke (d.h. die Brücke 308) eine Mehrzahl von Brücken (z.B. zweite Brücken 211‘) verwendet werden, um die erste obere Elektrode 306 mit der zweiten oberen Elektrode 307 elektrisch zu verbinden.
Als solche sind jede von der ersten und der zweiten oberen Elektrode 306, 307 Komponenten von zwei akustischen Stapeln, von denen jeder eine von der ersten und der zweiten oberen Elektrode 306, 307, die piezoelektrische Schicht 305 und die untere Elektrode 304 umfasst. Jeder von diesen akustischen Stapeln ist über einem entsprechenden akustischen Reflektor angeordnet, und bildet dabei, respektive, eine erste aktive Fläche 309 und eine zweite aktive Fläche 310. Wie oben angemerkt, werden in Ausführungsformen, bei denen die akustischen Reflektoren Vertiefungen sind, die aktiven Flächen häufig als Membranen bezeichnet.
Obwohl sie individuelle aktive Flächen sind, sind die erste und die zweite obere Elektrode 306, 307 durch die Brücke 308 elektrisch verbunden. Als solcher umfasst der BAW-Resonator 300 eine Mehrzahl von individuellen aktiven Flächen (z.B. Membranen) in demselben BAW-Resonator. In der repräsentativen Ausführungsform gibt es zwei aktive Flächen. Allgemein, und wie dies oben im Zusammenhang mit den repräsentativen Ausführungsformen der BAW-Resonatoren 200, 200‘ in den 2A und 2B beschrieben ist, um in dem BAW-Resonator 300 eine im Wesentlichen symmetrische thermische Verteilung bereitzustellen, sind die erste und die zweite aktive Fläche 309, 310 im Wesentlichen symmetrisch zu der x- oder y-Achse des gezeigten Koordinatensystems, und weisen im Wesentlichen identische Flächenabmessungen auf. Obwohl die erste und die zweite aktive Fläche 309, 310 im Wesentlichen eine rechteckförmige Form aufweisen, wird angemerkt, dass dies lediglich veranschaulichend ist. Tatsächlich sind die erste und die zweite obere Elektrode 306, 307 allgemein apodisiert und können mehr als vier (4) Seiten umfassen. Einige repräsentative Ausführungsformen sind in den oben aufgenommenen Patenten, Patentanmeldungsoffenlegungsschriften und Patentanmeldungen beschrieben. So wie die Form von der ersten bis vierten aktiven Fläche 214 bis 217 wird die Form von der ersten und der zweiten aktiven Fläche 309, 310 als im Wesentlichen symmetrisch angesehen, obwohl bestimmte Strukturen, wie etwa auskragende Abschnitte oder Rahmenelemente, die Form von einer oder von beiden von der ersten und der zweiten aktiven Fläche 309, 310 ändern könnten. Schließlich, während dies aus dem Blickwinkel der thermischen Verteilung nicht so vorteilhaft ist, sind gemäß der vorliegenden Lehren asymmetrische aktive Flächen oder aktive Flächen mit ungleichen Flächenabmessungen, oder beides, vorgesehen.
Wie für die erste bis vierte aktive Fläche 214 bis 217 sind auch die Flächenabmessungen von der ersten und der zweiten aktiven Flächen 309, 310 ausgewählt, um verbesserte thermische Eigenschaften bereitzustellen, so wie das oben im Zusammenhang mit dem BAW-Resonator 200 beschrieben ist. Allgemein ist die Anzahl der aktiven Flächen, die gewählt ist, um den BAW-Resonator 300 auszubilden, ausgewählt, um eine kombinierte Flächenabmessung für ein bestimmtes Leistungserfordernis bereitzustellen. In vorteilhafter Weise liefert die Ausbildung eines BAW-Resonators 300, der eine Mehrzahl von vergleichsweise kleineren aktiven Flächen umfasst, verbesserte thermische Eigenschaften im Vergleich zu einem einzigen BAW-Resonator, der eine einzige aktive Fläche (d.h. eine einzige Membran mit einem über einer einzigen Vertiefung angeordnetem akustischen Stapel), der dieselbe Flächengröße wie die kombinierten Flächenabmessungen der Mehrzahl der kleineren aktiven Flächen aufweist. Als Beispiel, im Vergleich zu einem einzigen Resonator mit derselben Größe der aktiven Fläche wie die kombinierte Fläche von der ersten und der zweiten aktiven Fläche 309, 310, sind die thermischen Eigenschaften und die Leistungsfähigkeit des BAW-Resonators 300 bei derselben Energiedichte verbessert. Wiederum und wie das im Zusammenhang mit repräsentativen Ausführungsformen oben vollständiger beschrieben ist, sind manche Verbesserungen bei den thermischen Eigenschaften direkt an die vergleichsweise kleinere Größe der aktiven Flächen zuweisbar.
Andere Verbesserungen in den thermischen Eigenschaften sind ein Ergebnis des Aufbaus des BAW-Resonators 300. Insbesondere, so wie der BAW-Resonator 200, umfasst auch der BAW-Resonator 300 Säulen (in 3 nicht gezeigt), die zwischen und benachbart zu akustischen Reflektoren (in 3 nicht gezeigt) angeordnet sind. Jede von den inaktiven Flächen endet an einer oder mehreren der Säulen, die in vorteilhafter Weise als Ankerpunkte des BAW-Resonators 300 dienen. So wie das oben in näherer Einzelheit beschrieben ist, ist die Wärmeableitung durch die Ankerpunkte, die manchmal als thermische Erdung bezeichnet sind, in BAW-Resonatoren gemäß der vorliegenden Lehren in vorteilhafter Weise verbessert, zumindest teilweise, indem eine Mehrzahl von aktiven Flächen in dichter Nähe zu Ankerpunkten bereitgestellt ist, im Vergleich zu einem einzigen BAW-Resonator, der eine aktive Fläche mit einer Flächenabmessung aufweist, die im Wesentlichen dieselbe ist wie die Summe der Flächenabmessungen von der Mehrzahl der aktiven Flächen, die die BAW-Resonatoren der vorliegenden Lehren umfassen. Als solche und in ziemlich vorteilhafter Weise arbeiten die BAW-Resonatoren der vorliegenden Lehren (z.B. der BAW-Resonator 300) bei verringerten Temperaturen im Vergleich zu einem einzigen BAW-Resonator, der eine aktive Fläche mit einer Flächenabmessung aufweist, die im Wesentlichen die gleiche ist wie die Summe der Flächenabmessungen der Mehrzahl der aktiven Flächen, die die BAW-Resonatoren der vorliegenden Lehren umfassen.
Des Weiteren, so wie die untere Elektrode 204, ist auch die untere Elektrode 304 im Wesentlichen flach und hinsichtlich ihrer Dicke über ihrer Fläche im Wesentlichen gleichförmig. Des Weiteren ist die untere Elektrode 304 der repräsentativen Ausführungsformen eine einzige Schicht, die sich über alle akustischen Reflektoren und zumindest teilweise über das Substrat 301 erstreckt. Weil die untere Elektrode 304 gemäß der repräsentativen Ausführungsformen im Wesentlichen flach und hinsichtlich ihrer Dicke gleichförmig ist, ist die Ableitung der Wärme, die in jeder von der ersten und der zweiten aktiven Fläche 309, 310 erzeugt wird, im Wesentlichen gleichförmig. Etwas anders ausgedrückt, anstatt, dass individuelle untere Elektroden vorhanden sind, die sich ein wenig über die Ränder von jedem von den akustischen Reflektoren hinaus erstrecken, oder anstelle von einer oder mehreren unteren Elektroden, die nicht im Wesentlichen flach sind, gibt es keine Unterbrechung in der thermischen Senke, welche die untere Elektrode 304 bereitstellt. Dieser Aspekt der vorliegenden Lehren trägt weiter zu einer effizienten und gleichförmigen Wärmeableitung aus der ersten und der zweiten aktiven Fläche 309, 310 bei, was, wie oben erwähnt, kühlere Betriebstemperaturen des BAW-Resonators 300 und eine verbesserte Leistungshandhabbarkeit fördern im Vergleich zu einem einzigen BAW-Resonator, der eine einzige aktive Fläche aufweist (d.h. eine einzige Membran mit einem über einer einzigen Vertiefung angeordneten akustischen Stapel), die dieselbe Flächenabmessung aufweist wie die kombinierten Flächenabmessungen von der ersten und der zweiten aktiven Fläche 309, 310.
Die verschiedenen Komponenten, Materialien, Strukturen und Parameter sind lediglich zur Veranschaulichung und als Beispiel, und nicht in irgendeinem beschränkenden Sinne aufgenommen. Im Hinblick auf diese Offenbarung können Fachleute die vorliegenden Lehren implementieren, indem sie ihre eigenen Anwendungen und benötigten Komponenten, Materialien, Strukturen und Ausrüstung bestimmen, um diese Anwendungen zu implementieren, während sie innerhalb des Schutzumfangs der beigefügten Patentansprüche bleiben.
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 5910756 [0023, 0044, 0045]
US 6262637 [0023, 0044, 0045]
US 6107721 [0024, 0042]
US 5587620 [0024]
US 5873153 [0024]
US 6507983 [0024]
US 7388454 [0024]
US 7629865 [0024]
US 7714684 [0024]
US 7791434 [0024]
US 8188810 [0024]
US 8230562 [0024]
US 728007 [0024]
US 8248185 [0024, 0030, 0040, 0041, 0067]
US 8902023 [0024]
US 7345410 [0024]
US 6828713 [0024]
US 7561009 [0024]
US 8248145 [0032]

Claims

Ein akustischer Volumenwellen(BAW, bulk acoustic wave)-Resonator, der folgendes aufweist: eine Mehrzahl von akustischen Reflektoren, die in einem Substrat angeordnet sind, eine untere Elektrode, die über der Mehrzahl der akustischen Reflektoren angeordnet ist, eine piezoelektrische Schicht, die über der unteren Elektrode angeordnet ist, und eine Mehrzahl von oberen Elektroden, die über der piezoelektrischen Schicht angeordnet sind, wobei eine von der Mehrzahl der oberen Elektroden über einem entsprechendem einen von der Mehrzahl der akustischen Reflektoren angeordnet ist, und wobei jede von der Mehrzahl der oberen Elektroden, die piezoelektrische Schicht, die untere Elektrode und jeder von den akustischen Reflektoren eine individuelle aktive Fläche ausbildet.
Ein BAW-Resonator gemäß Anspruch 1, wobei die Mehrzahl der oberen Elektroden miteinander verbunden sind.
Ein BAW-Resonator gemäß Anspruch 1, wobei jede von der Mehrzahl der akustischen Reflektoren eine Vertiefung aufweist.
Ein BAW-Resonator gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei jeder von der Mehrzahl der akustischen Reflektoren abwechselnde Schichten aus einem Material mit einer vergleichsweise hohen akustischen Impedanz und einem Material mit einer niedrigen akustischen Impedanz aufweist.
Ein BAW-Resonator gemäß einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei die elektrische Verbindung zwischen jeder von den oberen Elektroden eine entsprechende Brücke umfasst.
Ein BAW-Resonator gemäß Anspruch 5, wobei eine von der Mehrzahl der Brücken zwischen allen benachbarten oberen Elektroden angeordnet ist.
Ein BAW-Resonator gemäß einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei die elektrische Verbindung zwischen jeder von den oberen Elektroden eine Mehrzahl von Brücken umfasst.
Ein BAW-Resonator gemäß einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei jede von den Brücken mit einem dielektrischen Material gefüllt ist.
Ein BAW-Resonator gemäß Anspruch 8, wobei das dielektrische Material eines von nicht-ätzbarem Borsilikatglas (NEBSG, non-etchable borosilicate glass), mit Kohlenstoff dotiertes Siliziumdioxid (CDO, carbon doped silicon oxide) oder Siliziumcarbid (SiC) umfasst.
Ein BAW-Resonator gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei jede von den Membranen im Wesentlichen die gleiche Form aufweist.
Ein BAW-Resonator gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die piezoelektrische Schicht Aluminiumnitrid (AlN), das Scandium (Sc) umfasst, aufweist.
Ein akustischer Volumenwellen(BAW)-Resonator, der folgendes aufweist: eine Mehrzahl von akustischen Reflektoren, die in einem Substrat angeordnet ist, wobei das Substrat eine Mehrzahl von Säulen umfasst, eine untere Elektrode, die über der Mehrzahl der akustischen Reflektoren angeordnet ist, eine piezoelektrische Schicht, die über der unteren Elektrode angeordnet ist, und eine Mehrzahl von oberen Elektroden, die über der piezoelektrischen Schicht angeordnet sind, wobei eine von der Mehrzahl der oberen Elektroden über einem entsprechendem einen von der Mehrzahl der akustischen Reflektoren ausgebildet ist, und wobei jede von der Mehrzahl der oberen Elektroden, die piezoelektrische Schicht, die untere Elektrode und jeder von den akustischen Reflektoren eine individuelle aktive Fläche ausbildet.
Ein BAW-Resonator gemäß Anspruch 12, wobei jede von den Säulen einen thermischen Anker bereitstellt zum Ableiten von Wärme, die von jeder von den aktiven Flächen erzeugt wird.
Ein BAW-Resonator gemäß Anspruch 12 oder 13, wobei die Mehrzahl der oberen Elektroden miteinander verbunden sind.
Ein BAW-Resonator gemäß einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei jeder von der Mehrzahl der akustischen Reflektoren eine Vertiefung aufweist und wobei jede Vertiefung bei entsprechenden Säulen aufhört.
Ein BAW-Resonator gemäß einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei jeder von der Mehrzahl der akustischen Reflektoren abwechselnde Schichten aus einem Material mit einer vergleichsweiser hohen akustischen Impedanz und einem Material mit einer niedrigen akustischen Impedanz aufweist und wobei jede von den abwechselnden Schichten aus dem Material mit der vergleichsweise hohen akustischen Impedanz und dem Material mit der niedrigen akustischen Impedanz bei entsprechenden Säulen aufhört.
Ein BAW-Resonator gemäß einem der Ansprüche 14 bis 16, wobei die elektrische Verbindung zwischen jeder von den oberen Elektroden eine Mehrzahl von Brücken umfasst.
Ein BAW-Resonator gemäß Anspruch 17, wobei eine von der Mehrzahl der Brücken zwischen allen benachbarten oberen Elektroden angeordnet ist.
Ein BAW-Resonator gemäß einem der Ansprüche 14 bis 16, wobei die elektrische Verbindung zwischen jeder von den oberen Elektroden eine Mehrzahl von Brücken umfasst.
Ein BAW-Resonator gemäß einem der Ansprüche 17 bis 19, wobei jede von den elektrisch leitfähigen Brücken mit einem dielektrischen Material gefüllt ist.
Ein BAW-Resonator gemäß Anspruch 20, wobei das dielektrische Material eines von nicht-ätzbarem Borsilikatglas (NEBSG), mit Kohlenstoff dotiertes Siliziumdioxid (CDO) oder Siliziumcarbid (SiC) umfasst.
Ein BAW-Resonator gemäß einem der Ansprüche 12 bis 21, wobei jede von den Membranen im Wesentlichen die gleiche Form aufweist.
Ein BAW-Resonator gemäß einem der Ansprüche 12 bis 22, wobei die piezoelektrische Schicht Aluminiumnitrid (AlN), das Scandium (Sc) umfasst, aufweist.