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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen akustische Filter und Resonatoren. Die Erfindung ist insbesondere auf Volumenwellen (bulk acoustic wave, BAW) -Resonatoren und Filter zur Verwendung in drahtlosen Mobilgeräten und Kleinzellenanwendungen anwendbar.
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HINTERGRUND
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BAW-Resonatoren, Filter und andere Komponenten sind in Hochfrequenzanwendungen weit verbreitet, z.B. in 4G oder in der Kommunikation mit langfristiger Entwicklung (long term evolution, LTE), um unerwünschte Frequenzen zu entfernen und die Signalqualität zu verbessern. Bei einer effizienten Betriebsfrequenz im Bereich von 2 Gigahertz (GHz) bis 16 GHz weisen BAW-Komponenten den Konstruktionsvorteil auf, dass sie eine geringere Größe erfordern, um höhere Bandbreiten zu ermöglichen. Dies begrenzt den Schaltungsaufwand, während Schaltungen zur Verwendung bei 3G, 4G, 4G LTE, 5G und in zukünftigen Breitbandanwendungen praktikabel gemacht werden.
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BAW-Filter sind jedoch bezüglich einer unerwünschten Ausbreitung lateraler Wellen empfindlich, die den Gütefaktor (Q) - ein Maß für die Güte eines Filters zum selektiven Filtern von Signalen bei bestimmten Frequenzen - beeinflussen. Laterale Wellen bewirken auch, dass BAW-Filter ein störendes und notorisches Resonanzmodenverhalten zeigen, das den gewünschten (erwarteten) Längsdickenmodus überlagert. Demzufolge ist der Bereich von Frequenzen oder Wellenlängen, die durch den BAW-Filter hindurchtreten, nicht zuverlässig.
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Bekannte rechteckige Elektroden von Resonatoren oder Filtern zeigen in Analysen von simulierten Interferenzmessungen ein tieferes Eindringen von lateralen Wellen. Bei bekannten rechteckigen Elektroden, die auch eine größere kinetische Energie verwenden und einen geringeren Q-Faktor aufweisen, tritt eine störende Mode auf.
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Die 5A bis 5D zeigen schematisch in Aufsichtsansichten Elemente von Elektroden bekannter Resonatoren. 5A stellt schematisch eine Elektrode 501 eines Resonators mit einer rechteckigen Gestalt dar. Die Elektrode 501 umfasst geradlinige Kanten, die entlang des Umfangs der Elektrode 501 gebildet sind. Die Anfangswelle (launch wave) 503 der Elektrode 501 wird ausgegeben und in einer parallelen Weise reflektiert, wie durch die reflektierte Welle 505 dargestellt wird. Diese Struktur erzeugt den kürzesten Pfad für eine laterale Welle, die kürzeste Reflexionszeit einer lateralen Welle und ergibt laterale Moden mit höherer Energie.
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Die 5B und 5C stellen schematisch in Aufsicht Elemente von Elektroden bekannter Resonatoren mit polygonalen Gestalten dar. Die 5B und 5C zeigen schematisch eine Elektrode 501 eines Resonators mit einer polygonalen Gestalt, die nicht rechteckig ist und in der keine zwei Seiten parallel zueinander sind. Die Anfangswelle 503 der Elektrode 501 wird ausgegeben und unter einem Winkel reflektiert, wie durch die reflektierten Wellen 505 dargestellt wird. Diese polygonalen Elektroden erzeugen einen längeren Pfad für eine laterale Welle, längere Reflexionszeiten einer lateralen Welle und ergeben laterale Moden mit niedrigerer Energie.
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5D stellt schematisch eine Elektrode 501 eines Resonators mit einer rechteckigen Gestalt dar, die einen umlaufenden Ring 509 umfasst. Der umlaufende Ring 509 wird als ein akustischer Absorber bereitgestellt, um die akustische Randbedingungen zu ändern. Die Elektrode 501 umfasst geradlinige Kanten, die entlang des Umfangs der Elektrode 501 gebildet sind. Die Anfangswelle 503 der Elektrode 501 wird erzeugt und als eine durch den Ring geschwächte laterale Welle 511 reflektiert. Die Welle 513 stellt die Welle dar, die jenseits des umlaufenden Rings 509 übertragen wird. Diese Struktur erzeugt einen längeren Pfad für die durch den Ring geschwächte laterale Welle 511 und führt zu laterale Moden mit niedrigerer Energie.
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Es besteht ein Bedarf an einem Verfahren, das die Bildung eines BAW-Resonators und Filters ermöglicht, der einen hohen Q-Faktor und eine verbesserte Antwort auf laterale Wellen aufweist, und an der sich ergebenen Vorrichtung.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt ein Verfahren zum Designen eines BAW-Resonators dar, der strukturierte Kanten aufweist, die nicht parallel sind. Die Kanten können Geraden oder Kurven darstellen, die nicht parallel sind. Mit Bezug auf nicht-parallele Kurven ist eine Abrundung eines Polygons bei Elektrodengröße von größer als 100 × 100 µm2 nicht problematisch (die Abrundung ist im Vergleich zu den Merkmalsgrößen vernachlässigbar).
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Ein anderer Aspekt der Erfindung stellt einen BAW-Resonator dar, der Elektroden mit Zickzack-Kanten aufweist.
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Wieder ein anderer Aspekt der Erfindung stellt einen BAW-Resonator mit einer zickzackförmiger Längsmode dar.
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Ein Aspekt der Erfindung stellt ein Verfahren zum Designen eines BAW-Resonators mit strukturierten Kanten dar, die einen höheren Q-Faktor erzielen und einen glatteren Q-Kreis mit gedämpften Störmoden aufweisen.
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Zusätzliche Aspekte und andere Merkmale der Erfindung sind in der Beschreibung unten beschrieben und sind zum Teil dem Fachmann nach einem Studium der folgenden Beschreibung ersichtlich oder können bei der Umsetzung der Erfindung erkannt werden. Die Vorteile der Erfindung können realisiert und erhalten werden, wie insbesondere in den beigefügten Ansprüchen aufgezeigt wird.
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Gemäß der Erfindung können einige technische Effekte zum Teil durch ein Verfahren erreicht werden, umfassend: ein Festlegen einer Pulsfunktion, um eine Konturlinie eines BAW-Resonators zu erzeugen; ein Bereitstellen von Segmenten der Konturlinie basierend auf einer Amplitude, Periode und Konturlänge der Pulsfunktion; und ein Verbinden von Endpunkten der Segmente, um eine Konturlinie in Form einer geschlossenen Schleife zu bilden, die eine effektive Fläche des BAW-Resonators umgibt.
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Aspekte der Erfindung umfassen ferner ein Festlegen der Pulsfunktion, um einen Ziel-Q-Faktor des BAW-Resonators zu erreichen. Andere Aspekte umfassen ein Bilden der geschlossenen Konturlinien mit einer zickzackförmigen Kontur entlang eines Umfangs einer Bodenelektrode, einer oberen Elektrode oder beider Elektroden des BAW-Resonators oder alternativ ein Bilden der geschlossenen Konturlinie mit einer nicht-parallelen kurvenförmigen Kontur mit sinusförmigen Funktionen entlang eines Umfangs der Bodenelektrode, der oberen Elektrode oder von beiden Elektroden. Ein anderer Aspekt umfasst ein Bilden der zickzackförmigen Kontur mit Dreiecksfunktionen entlang des Umfangs der Bodenelektrode, der oberen Elektrode oder von beiden Elektroden. Weitere Aspekte umfassen ein Bilden der oberen Elektrode und der Bodenelektrode in einer rechteckigen Gestalt oder einer regulär polygonalen Gestalt. Ein anderer Aspekt umfasst ein Bilden einer akustischen Schicht zwischen der oberen Elektrode und der Bodenelektrode. Wieder ein anderer Aspekt umfasst die akustische Schicht, die ein piezoelektrisches Material umfasst. Weitere Aspekte umfassen den BAW-Resonator, der einen Längsmoden-BAW-Resonator umfasst. Andere Aspekte umfassen die periodische Pulsstruktur der Konturlinie mit einer konkaven Struktur, einer konvexen Struktur oder einer Kombination aus konkaven und konvexen Strukturen entlang eines Umfangs der Bodenelektrode, der oberen Elektrode oder von beiden Elektroden, wobei die obere Elektrode und die Bodenelektrode eine rechteckige Gestalt oder eine regulär polygonale Gestalt umfassen.
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Ein anderer Aspekt der Erfindung stellt eine Vorrichtung dar, umfassend: eine Bodenelektrode, die über einem Substrat gebildet ist; eine akustische Schicht, die über der Bodenelektrode gebildet ist; eine obere Elektrode, die über der akustischen Schicht gebildet Ist, wobei die Bodenelektrode, die obere Elektrode oder beide Elektroden strukturierte Merkmale umfassen, deren Schnitt eine effektive Fläche eines Resonators bereitstellt, und wobei die effektive Fläche des Resonators eine Konturlinie in Form einer geschlossenen Schleife umfasst, die eine periodische Pulsstruktur mit einer vorbestimmten Amplitude, Periode und Anzahl von Wiederholungen von Pulsen entlang der Konturlinie in Form einer geschlossenen Schleife umfasst.
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Gemäß Aspekten der Vorrichtung umfasst der Resonator wenigstens einen Längsmoden-BAW-Resonator. In Aspekten der Erfindung weisen die Bodenelektrode, die obere Elektrode oder beide Elektroden eine zickzackförmige Kontur entlang eines Umfangs der Bodenelektrode, der oberen Elektrode oder der beiden Elektroden auf. Alternativ weist die Bodenelektrode, die obere Elektrode oder beide Elektroden eine Kontur mit nicht-parallelen Kurven mit sinusförmige Funktionen entlang eines Umfangs der Bodenelektrode, der oberen Elektrode oder der beiden Elektroden auf. In anderen Aspekte weisen die obere Elektrode und die Bodenelektrode eine rechteckige Gestalt oder eine regulär polygonale Gestalt auf und die akustische Schicht umfasst ein piezoelektrisches Material. Gemäß einem anderen Aspekt weist die zickzackförmige Kontur Dreiecksfunktionen entlang des Umfangs der Bodenelektrode, der oberen Elektroden oder der beiden Elektroden auf. Gemäß weiteren Aspekten umfasst die periodische Pulsstruktur der Konturlinie entlang eines Umfangs der Bodenelektrode, der oberen Elektrode oder beider Elektroden eine konkave Struktur, eine konvexe Struktur oder eine Kombination aus konkaven und konvexen Strukturen. Hierbei weisen die Bodenelektrode und die obere Elektrode eine rechteckige Gestalt oder eine regulär polygonale Gestalt auf.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung stellt ein Verfahren dar, umfassend: ein Strukturieren einer Bodenelektrode eines Resonators; ein Strukturieren einer oberen Elektrode des Resonators; und ein Schneiden von Flächen der oberen Elektrode und der Bodenelektrode, so dass sie eine effektive Fläche des Resonators bereitstellen, wobei die effektive Fläche eine Konturlinie in Form einer geschlossenen Schleife mit einer Pulsfunktionsstruktur mit vorbestimmter Amplitude, einer Periode und einer Anzahl von Wiederholungen von Pulsen entlang der Konturlinie in Form einer geschlossenen Schleife umfasst.
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Aspekte der Erfindung umfassen ein Bestimmen auf Basis einer Analyse der Konturlinie in Form einer geschlossenen Schleife und einer Spezifizierungsinformation für den Resonator, ob ein Ziel-Q-Faktor für den Resonator eingehalten wird. Gemäß zusätzlichen Aspekten der Erfindung umfasst der Resonator einen Längsmoden-BAW-Resonator, der eine zickzackförmige Kontur entlang eines Umfangs der Bodenelektrode, der oberen Elektrode oder der beiden Elektroden aufweist. Andere Aspekte umfassen eine akustische Schicht, die zwischen der oberen Elektrode und der Bodenelektrode angeordnet ist. Gemäß einem anderen Aspekt umfasst die akustische Schicht ein piezoelektrisches Material.
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Zusätzliche Aspekte und technische Effekte der vorliegenden Erfindung sind dem Fachmann aus der folgenden detaillierten Beschreibung ersichtlich, wobei Ausführungsformen der Erfindung anschaulich anhand des als zur Ausführung der Erfindung als besten Modus angenommenen Modus dargestellt sind. Die Erfindung kann andere und verschiedene Ausführungsformen ermöglichen und einige Details können in verschiedenen offensichtlichen Weisen modifiziert werden, ohne von der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Dementsprechend sind die Figuren und die Beschreibung als anschaulich und nicht beschränkend anzusehen.
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Figurenliste
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Die vorliegende Erfindung ist beispielhaft und nicht beschränkend in den Figuren der beiliegenden Zeichnungen veranschaulicht, in denen ähnliche Bezugszeichen, ähnliche Elemente bezeichnen und in welchen:
- 1A schematische in einer Aufsicht Elemente eines BAW-Resonators, der eine Elektrode mit einer Zickzack-Kante aufweist, gemäß einer beispielhaften Ausführungsform darstellt;
- 1B bis 1G schematisch beispielhaft gestaltete Elektroden zur Verwendung in einem BAW-Resonator gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform darstellen;
- 2 ein Flussdiagramm eines Prozesses zum Designen eines BAW-Resonators mit Elektroden mit einer Zickzack-Kante gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform zeigt;
- 3 ein Flussdiagramm eines Prozesses zum Verbessern des Q-Faktors eines BAW-Resonators gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform zeigt;
- 4 schematisch eine Explosionsdarstellung von Elementen eines BAW-Resonators, der Elektroden mit Zickzack-Kanten aufweist, gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform darstellt; und
- 5A bis 5D schematisch in einer Aufsicht Elemente von Elektroden bekannter Resonatoren darstellen.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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In der folgenden Beschreibung werden zu Erläuterungszwecken eine Vielzahl von speziellen Details beschrieben, um ein gründliches Verständnis von beispielhaften Ausführungsformen bereitzustellen. Die beispielhaften Ausführungsformen können jedoch ohne diese speziellen Details oder mit einer äquivalenten Anordnung umgesetzt werden. In anderen Fällen sind bekannte Strukturen und Vorrichtungen im blockdiagrammatischer Form dargestellt, um beispielhafte Ausführungsformen nicht als unklar darzustellen. Zusätzlich sind, sofern es nicht anderweitig angezeigt wird, alle Zahlen, die Größen, Verhältnisse und nummerische Eigenschaften von Elementen, Reaktionsbedingungen usw. darstellen, in der Beschreibung in den Ansprüchen als ungefähre Zahlen anzusehen.
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Die vorliegende Erfindung richtet sich auf das gegenwärtige Problem von BAW-Komponenten, z.B. Resonatoren und Filter, die hinsichtlich unerwünschter lateraler Wellen empfindlich sind, die das Leistungsvermögen verschlechtern, und löst dieses gegenwärtige Problem. Das Problem wird unter anderem durch ein Bilden eines BAW-Resonator mit wenigstens einer rechteckigen Elektrode oder einer Elektrode von wenigstens einer regulär polygonalen Gestalt mit einer Zickzack-Kante gelöst. Die vorliegende Erfindung richtet sich ferner auf das Problem des Designens von BAW-Komponenten mit einem verbesserten Q-Faktor und löst dieses Problem. Das Problem wird unter anderem durch Bestimmen eines einzuhaltenden Ziel-Q-Faktors basierend auf einer effizienten Fläche einer Konturlinie in Form einer geschlossenen Schleife mit nicht parallelen Kurven oder nicht parallelen Kanten (z.B. Zickzack-Kanten) gelöst.
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Das Verfahren gemäß Ausführungsformen der Erfindung umfasst ein Festlegen einer Pulsfunktion, um eine Konturlinie eines BAW-Resonators zu erzeugen; ein Bereitstellen von Segmenten der Konturlinie basierend auf einer Amplitude, Periode und Konturlänge der Pulsfunktion; und ein Verbinden von Endpunkten der Segmente, um eine Konturlinie in Form einer geschlossenen Schleife zu bilden, die eine effektive Fläche des BAW-Resonators umgibt. Ein anderes Verfahren gemäß Ausführungsformen der Erfindung umfasst ein Strukturieren einer Bodenelektrode eines Resonators; ein Strukturieren einer oberen Elektrode des Resonators, und ein Schneiden von Flächen der oberen Elektrode und Bodenelektrode, um eine effektive Fläche des Resonators bereitzustellen, wobei die effektive Fläche eine Konturlinie in Form einer geschlossenen Schleife mit einer Pulsfunktionsstruktur mit vorbestimmter Amplitude, Periode und einer Anzahl von Wiederholungen von Pulsen entlang der Konturlinien als geschlossene Schleife umfasst.
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Wieder andere Aspekte, Merkmale und technische Effekte sind dem Fachmann aus der folgenden detaillierten Beschreibung ersichtlich, wobei bevorzugte Ausführungsformen veranschaulicht und anhand des als besten Modus angenommenen Modus anschaulich beschrieben werden. Die Erfindung kann andere und verschiedene Ausführungsformen ermöglichen und ihre verschiedenen Details können in verschiedenen offensichtlichen Weisen modifiziert werden. Demgemäß sind die Figuren und die Beschreibung als anschaulich und nicht beschränkend anzusehen.
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1A zeigt schematisch eine Elektrode 101 eines BAW-Resonators mit einer rechteckigen oder quadratischen Gestalt. In alternativen Ausführungsformen kann die Elektrode eine regulär polygonale Gestalt aufweisen, umfassend ein Pentagon (1E), Hexagon (1G) usw. Die Elektrode 101 umfasst eine Zickzack-Kante 103, die entlang des Umfangs 105 der Elektrode 101 gebildet ist. Die tiefen Kerben der dreieckigen Kanten stellen eine konkave Struktur bereit. Die Fläche 107 umfasst den Bereich innerhalb des Umfangs 105 der Elektrode 101. In der beispielhaften Ausführungsform wird der sich ergebende Bereich von der Zickzack-Kante (insbesondere eine Konturlinie in Form einer geschlossenen Schleife) umgeben und stellt eine Fläche einer Elektrode dar. Die Zickzack-Kante 103 minimiert die unerwünschte Ausbreitung von lateralen Wellen in bekannten BAW-Resonatoren oder Filtern. Die Anfangswelle 109a einer Elektrode 101 mit Zickzack-Kanten 103 wird aus der dreieckigen Struktur der Zickzack-Kante unter einem Winkel zu reflektierten Wellen 109b angeregt. Die Zickzack-Kante 103 beeinflusst demzufolge stehende Wellen, die in einer benachbarten akustischen Schicht (zu Darstellungszwecken nicht gezeigt) in Resonanz sind. Bekannte Wellen würden durch Resonanz in einer parallelen Weise zurückkehren, insbesondere in einer geraden Linie.
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Die Elektrode 101 Ist aus einem leitfähigen Material gebildet, wobei die Elektrode 101 eine strukturierte Zickzack-Kante aufweist. Die Fläche des Resonators kann durch eine Konturlinie in Form einer geschlossenen Schleife festgelegt werden, die die Fläche der ersten Elektrode 101 veranschaulicht, wobei die Konturlinie in Form einer geschlossenen Schleife die Zickzack-Kante 103 aufweist. Die Dimensionen der Zickzack-Kante werden in die Elektrode 101 entlang ihrer Dicke geätzt, um stehende Wellen zu beeinflussen, die durch eine akustische Schicht an der Elektrode 101 in Resonanz sind. Die Tiefe der Täler der dreieckigen Abschnitte kann geätzt werden, um die Mengen zu variieren, einschließlich ungefähr 100 nm bis zu 50 µm. Die Elektrode 101 grenzt an die akustische Schicht an, die aus einem piezoelektrischen Dünnfilmmaterial gebildet ist.
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1B bis 1G stellen Beispiele alternativ gestalteter Elektroden 101b, 101c, 101d und 101e gemäß der vorliegenden Erfindung dar, die auch in den Prozessflussdiagrammen der 3 und 4 verwendet werden, wie hierin weiter beschrieben ist. Die Elektrode 101b der 1B stellt breitere Einkerbungen 111 im Vergleich zu der Zickzackstruktur aus 1A bereit. Die Einkerbungen 111 gemäß diesem Beispiel stellen eine konkave Gestalt bereit. In 1C weist die Elektrode 101c breitere Vorsprünge 113 auf, die die Elektrode 101c mit einer konvexen Gestalt bilden. In 10 umfasst die Elektrode 101d eine Kombination aus Einkerbungen 111 und Vorsprüngen 113, die eine konkave und konvexe Gestalt bilden. Die nicht parallelen Kanten der Kante in den 1B bis 1D verbessern das Leistungsvermögen des BAW-Filters oder Resonators. In 1E weist die Elektrode 101e eine sinusförmige Kante 115 auf. Die nicht-parallelen Kurven der sinusförmigen Kante 115 verbessern das Leistungsvermögen des BAW-Filters oder Resonators. Die Zickzackstruktur 103 der Elektroden 101f und 101g in den 1F und 1G entsprechen insgesamt der Gestalt eines regulären Polygons, z.B. und ohne Beschränkung ein Pentagon (1F) und ein Hexagon ( 1G). Die Inklusion der nicht-parallelen Kanten oder nicht-parallelen Kurven in das Design und die Fertigung einer Elektrode aus einem BAW-Resonator ergibt gemäß der Beschreibung hierin einen verbesserten Q-Faktor.
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Es wird nun beispielhafte das Leistungsvermögen eines BAW-Resonators mit den vorangegangenen Dimensionen beschrieben, die oben mit Bezug auf die 1A bis 1E erläutert sind. Der Q-Faktor eines Filters oder einer anderen abgestimmten Schaltung stellt eine Indikation für dessen Leistungsvermögen in einer Hochfrequenzumgebung bereit. Insbesondere zeigt der Q-Faktor die Energieverluste innerhalb eines BAW-Filters an, der insbesondere aus mehreren BAW-Resonatoren gebildet ist. Bei einer besseren Energieerhaltung oder einem größerem Q-Faktor ist die BAW-Filterschaltung schärfer und bezüglich der Identifikation von Signalen entsprechend den Frequenzbereichen feiner eingestellt, für die sie zum Filtern ausgelegt ist. Demgegenüber übersetzt sich eine schlechte Energieerhaltung oder ein schlechterer Q-Faktor in ein geringeres Leistungsvermögen des Filters beim Identifizieren spezieller Signale innerhalb des vorgesehenen Bandbreitenbereichs.
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Der Q-Faktor, der einem BAW-Filter zugeordnet wird, kann abhängig von seinen Designeigenschaften variieren. Unter anderen Faktoren beeinflusst die Größe und Gestalt des Filters sein Resonanzniveau. Mit Bezug auf 1A wird ein Q-Faktor zwischen 657 bis 665 bestimmt (z.B. mittels Analyse oder Simulation), so dass er für eine Konturlinie in Form einer geschlossenen Schleife mit Zickzack-Kanten 103 auftritt. Der Bereich des Q-Faktors ergibt sich aus der Tiefe der Täler oder dreieckigen Abschnitte der Zickzack-Kante. Dies führt gegenüber bekannten rechteckigen Elektroden mit glatten Kanten zu einer Zunahme im Q-Faktor von 16%; und einem Q-Faktor, der mit Elektroden vergleichbar ist, die polygonale Elektroden aufweisen. In 1B wird ein Q-Faktor von 631 bestimmt (z.B. mittels Analyse und Simulation), so dass er für eine Konturlinie in Form einer geschlossenen Schleife mit Zickzack-Kanten 103 (konkav) auftritt. In 1C wird ein Q-Faktor von 625 bestimmt (z.B. mittels Analyse oder Simulation), so dass er für die Konturlinie in Form einer geschlossenen Schleife mit Zickzack-Kanten (konvex) auftritt. In 1D wird ein Q-Faktor von 640 (z.B. mittels Analyse oder Simulation) bestimmt, so dass er für die Konturlinie in Form einer geschlossenen Schleife mit Zickzack-Kanten (konvex plus konkav) auftritt. In 1E wird ein Q-Faktor von 660 bestimmt (z.B. mittels Analyse oder Simulation), so dass er für die Konturlinie in Form einer geschlossenen Schleife mit sinusförmigen Kanten (Kurve) auftritt.
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In anderen Ausführungsformen können zusätzliche Iterationen hinsichtlich Design- und Herstellungsgrenzen durchgeführt werden. Der Q-Faktor, der bestimmt wurde, basiert zum Teil auf dem sich ergebenden Umfang und/oder der sich ergebenden Fläche einer Elektrode eines BAW-Resonators mit Dimensionen von entsprechenden Konturlinien als Schleifen gemäß den 1A bis 1E. Q-Faktoren können als Bezugspunkte in Analysen und durch Analysetechniken kalibriert werden und ein Modellieren, Partikelzählen oder dergleichen umfassen.
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2 stellt ein Flussdiagramm für einen Prozess zum Designen einer Elektrode mit einer Zickzack-Kante dar. Es kann jede der Strukturen verwendet werden, die in den 1A bis 1E dargestellt sind. In Schritt 201 wird eine dreieckige Pulsfunktion festgelegt. Es wird ein Algorithmus verwendet, um eine periodische Dreiecksfunktion (insbesondere Zickzackstruktur) festzulegen. Es werden Parameter definiert, die die Dreieckswelle festlegen. Es wird der Prozentwert von Elementen in jedem fallenden oder steigenden Abschnitt bestimmt. Es wird die Amplitude festgelegt und es wird eine Amplitude von Extrema zu Extrema bestimmt. Es wird ein vertikaler Versatz in Betracht gezogen. Es wird die Anzahl der Replikate des Dreiecks in Betracht gezogen. Es kann eine andere Funktion als eine Dreiecksfunktion oder Pulsfunktion verwendet werden, z.B. eine Sinusfunktion.
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In Schritt 203 wird die Filtergröße gemessen und es wird die Anzahl an Pulsfunktionssegmenten N festgelegt, wobei die Anzahl der Segmente N > 2 beträgt. Die Elektrode aus 1A umfasst vier Segmente (insbesondere jede Seite der rechteckigen Gestalt wird als ein Segment angesehen). Jedes Segment weist eine definierte Länge mit einem Startpunkt und einem Endpunkt auf. Jedes Liniensegment umfasst die Scheitel und Täler der dreieckigen Abschnitte entlang eines Liniensegments.
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In Schritt 205 wird eine Pulsfunktion auf jedes Segment angewendet und es werden ein Anfangspunkt und ein Endpunkt für jedes Segment bestimmt (Schritt 207), einschließlich der Untersegmente. In Schritt 209 werden aufeinanderfolgende Segmente verbunden, so dass der Endpunkt des ersten Segments mit dem Anfangspunkt des zweiten Segments verbunden wird und der Endpunkt des zweiten Segments mit dem Anfangspunkt des dritten Segments verbunden wird, bis alle Segmente verbunden sind und eine Kontur gemäß einer geschlossenen Schleife mit einer zickzackförmigen Gestalt gebildet wird, die für eine Fläche einer Elektrode eines BAW-Resonators darstellt ist. In Schritt 211 werden die Eigenschaften bezüglich des Q-Faktors der rechteckigen Elektrode mit Zickzack-Kante simuliert oder analysiert. Wenn ein Q-Faktor Spezifizierungen erfüllt, ist der Prozess abgeschlossen (Schritt 215). Wenn der Q-Faktor keine Spezifizierungen erfüllt, dann wird das Design modifiziert oder angepasst, so dass es die Spezifizierungen erfüllt (Schritt 217). Die Pulsperiode der dreieckigen Abschnitte und die Amplitude der Scheitel der dreieckigen Abschnitte können modifiziert oder angepasst werden.
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In Schritt 309 des Prozesses 308 (3B) wird basierend auf der Konturlinie in Form einer geschlossenen Schleife bestimmt, ob ein Ziel-Q-Faktor, eine Zielfläche und ein Zielumfang für den BAW-Resonator eingehalten werden. Aufgrund der Bemerkungen oben basiert die Analyse der Konturlinie in Form einer geschlossenen Schleife auf einer Modellierung oder einer Partikelzählung. Weiterhin basieren der Ziel-Q-Faktor, die Zielfläche und der Zielumfang auf einer Spezifizierungsinformation für den BAW-Resonator.
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3 zeigt ein Flussdiagramm eines Prozesses zum Verbessern des Q-Faktors eines BAW-Resonators oder Filters mit einer Zickzackgestalt unter Verwendung eines Computer Aided Design (CAD) oder elektronischen Design Automation (EDA) -Werkzeugs entsprechend einer anderen beispielhaften Ausführungsform. Es können die Strukturen verwendet werden, die in den 1A bis 1E dargestellt sind. In einer Ausführungsform wird der Prozess durch wenigstens ein Softwareprogramm und/oder z.B. in einem Chip mit einem Prozessor und einem Speicher umgesetzt (zu Darstellungszwecken nicht gezeigt).
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In Schritt 301 wird ein Ziel-Q-Faktor für einen Resonator festgelegt/bereitgestellt. In Schritt 303 wird die Geometrie der ersten (oberen) Elektrode oder der zweiten (Boden-) Elektrode (oder beider Elektroden) unter Verwendung einer Konturlinie in Form einer geschlossenen Schleife mit Dreiecksfunktion (insbesondere Zickzackstruktur) festgelegt. Es werden eine multiphysikalische Simulation des BAW-Filters und der Q-Faktorextraktion durchgeführt (Schritt 305).
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In Schritt 311 wird der Strukturierungsprozess der Elektrode abgeschlossen, wenn ein Q-Faktor die Spezifizierungen erfüllt. Wenn die Strukturierung abgeschlossen ist, wird sie als eine finale Gestalt einer oberen Elektrode verwendet (Schritt 313). Wenn der Q-Faktor keine Spezifizierungen erfüllt, dann wird das Design modifiziert oder angepasst, so dass es die Spezifizierungen erfüllt (Schritt 315). Die dreieckige Pulsfunktion kann weiter modifiziert oder angepasst werden (Schritt 315). Der Ziel-Q-Faktor basiert auf einer Spezifizierungsinformation für den Resonator. Die finale Struktur für die erste (obere) Elektrode wird als eine finale Struktur zur Bildung der ersten Elektrode gespeichert.
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Es wird eine zweite Struktur bereitgestellt, die eine Fläche einer zweiten (Boden-) Elektrode darstellt, die bezüglich der ersten Elektrode geschichtet wird. Die Anordnung der zweiten Struktur und der ersten Struktur in Schichten stellt eine effektive Fläche des Resonators dar. Basierend auf der Fläche und dem Umfang der Kontur als geschlossene Schleife wird eine Bestimmung durchgeführt, ob der Ziel-Q-Faktor für den Resonator eingehalten wird. Dies kann eine Analyse der Konturlinie in Form einer geschlossenen Schleife basierend auf einer Simulation/Modellierung umfassen. Die zweite Struktur wird aktualisiert, bis der Ziel-Q-Faktor für den Resonator eingehalten wird, wobei der Ziel-Q-Faktor auf einer Spezifizierungsinformation für den Resonator basiert. Die Designeigenschaften der zweiten Struktur können abhängig von den Anwendungserfordernissen für den Resonator variieren und können Eigenschaften aufweisen, die mit denen der ersten Strukturen der ersten Elektrode übereinstimmen. Alternativ kann die zweite Struktur ohne Zickzackdimensionen vorliegen. Die aktualisierte zweite Struktur wird als eine finale Struktur zur Bildung der zweiten Elektrode gespeichert. In bestimmten Fällen können die Speicherschritte einer Erfüllung eines Designs, Planung, Fertigung oder Herstellungsprozesses entsprechen. Beispielsweise kann die finale Struktur als eine fotolithografische Bearbeitungsvorrichtung konstruiert werden, um eine Entwicklung der Elektrode zu ermöglichen.
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4 stellt schematisch eine Explosionsansicht der drei primären Elemente eines BAW-Resonators, der Elektroden mit Zickzack-Kanten aufweist, gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform dar. Der BAW-Resonator umfasst eine erste (obere) Elektrode 401, die aus einem leitfähigen Material gebildet ist, wobei die Elektrode eine Zickzackstruktur entlang eines Umfangs der Elektrode aufweist, um eine effektive Fläche eines Resonators bereitzustellen. Die Fläche des Resonators kann durch eine Konturlinie in Form einer geschlossenen Schleife festgelegt werden, die die Fläche der ersten Elektrode 401 darstellt. Die Zickzacklinie wird in die Elektrode 401 durch ihre Dicke geätzt, um stehende Wellen zu beeinflussen, die durch die akustische Schicht 403 neben der ersten (oberen) Elektrode 401 in Resonanz ist. Die erste Schicht 401 grenzt an eine erste Ebene der akustischen Schicht 403 an. Die akustische Schicht 403 wird z.B. als ein piezoelektrisches Dünnfilmmaterial gebildet.
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Der BAW-Resonator umfasst ferner eine zweite (Boden-) Elektrode 405, die aus einem leitfähigen Material gebildet ist. In diesem Fall grenzt die zweite Elektrode 405 an eine zweite Ebene der akustischen Schicht 403 an, so dass sie eine effektive Fläche eines Resonators bereitstellt. Die Überlappungsfläche der ersten und zweiten Elektroden 401 und 405 bzw. 403 ist zwischen den ersten und zweiten Elektroden 401 und 405 entsprechend angeordnet.
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In diesem Fall ist die zweite (Boden-) Elektrode 405 strukturiert, so dass sie im Wesentlichen mit der Struktur der ersten (oberen) Elektrode 401 übereinstimmt. Die zweite (Boden-) Elektrode 405 kann jedoch eine rechteckige/quadratische Elektrode mit Zickzack-Kante darstellen. Jedes Vorgehen kann abhängig von dem gewünschten Q-Faktor und/oder Anwendungserfordernissen entsprechend bestimmt und angewendet werden.
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Als ein vollständig gebildeter Resonator mit Zickzackstruktur kann der Resonator ferner ausgebildet sein, so dass er wenigstens eine Bragg-Reflexionsschicht aufweist, die weiterhin auf einem Substrat (zu Darstellungszwecken nicht gezeigt) in der Konfiguration einer fest montierten BAW geschichtet ist.
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Alternativ kann ein BAW-Filter eine Mehrzahl BAW-Resonatoren umfassen (zu Darstellungszwecken nicht gezeigt). Jeder der BAW-Resonatoren weist eine oder beide Elektroden mit einer Zickzackstruktur auf. Der BAW-Filter kann ferner Zwischenverbindungen umfassen, um die Mehrzahl von BAW-Resonatoren miteinander funktionsfähig zu koppeln, so dass ein akustischer Filter gebildet wird. Zwischenverbindungen können einen Draht, Kanal oder einen anderen Verbindungspunkt zwischen entsprechenden BAW-Resonatoren umfassen, um sie miteinander zu koppeln, so dass sie als ein akustischer Filter funktionieren. In bestimmten Ausführungsformen kann die Mehrzahl von BAW-Resonatoren gemäß einer bekannten Designkonfiguration verbunden sein, um verschiedene funktionsfähige Ergebnisse zu erreichen.
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Die Ausführungsformen der Erfindung können relativ zu bekannten BAW-Vorrichtungen einige technische Effekte erreichen, einschließlich der möglichen Bildung und des möglichen Designs von BAW-Komponenten mit einem hohen Q-Faktor und einer glatten Frequenzantwort, ohne dass zusätzliche Komponenten zu verwenden sind, z.B. angrenzende Ringe oder Filamente. Stattdessen werden entsprechend einem Zickzack strukturierte Kanten designt und in die Elektroden eines BAW-Resonators eingebaut, ohne dass ein Bedarf an einem größeren Schaltungsaufwand (circuitry footprint) besteht. Die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind für Die parametrisierte Zellen (parametrized cell, Pcell) -Generation und die Process Design Kit (PDK) -Entwicklung geeignet. Es wird eine Filterplattform entwickelt und eine Layoutrealisierung erfordert einen vereinfachten Siliziumkompilierungsschnittstellensprachcode für Pcell. Die Erfindung ist ferner als ein Verfahren zum besseren Designen einer Elektrode mit einem effektiven Verhältnis aus Umfangs zu Fläche anwendbar, um die Effekte von lateralen Moden „abzuschwächen“.
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Ausführungsformen der Erfindung sind in verschiedenen industriellen Anwendungen einsetzbar, z.B. Mikroprozessoren, Smartphones, Mobiltelefonen, Cellular Handsets, Set-Top-Boxen, DVD-Recordern und -Abspielgeräten, Automotive Navigation, Druckern und Umgebungsgeräte, netzwerkende und tetekommunizierende Geräte, Spielsysteme und Digitalkameras. Die Erfindung ist demzufolge auf beliebige verschiedene Arten von Vorrichtungen anwendbar, einschließlich eines BAW-Resonators oder Filters, einschließlich BAW-Filtern vom Typ eines Dünnschicht-Volumenwellenresonators (thin-film bulk acoustic resonator, FBAR) und vom Typ eines fest montierten Resonators (solidly mounted resonator, SMR). Die Erfindung ist auf Einzelband- oder Mehrband-RF-Front-End-Modul-Integration-BAW-Filter / LNA / PA / RFSOI -Schalter anwendbar, entweder als diskrete Module (SIP) oder integrierte Filter.
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In der vorangegangenen Beschreibung wird die Erfindung mit Bezug auf spezielle beispielhafte Ausführungsformen davon beschrieben. Es sind Modifizierungen und Änderungen daran möglich, ohne von den breiteren Wesen und Rahmen der Erfindung abzuweichen, wie in den Ansprüchen ausgeführt ist. Die Beschreibung und Figuren sind entsprechend als anschaulich und nicht beschränkend anzusehen. Die Erfindung kann verschiedene andere Kombinationen und Ausführungsformen verwenden und kann geändert oder modifiziert werden, wobei sie innerhalb des erfinderischen Konzepts liegen, das hierin ausgedrückt wird.
