DE102021201854A1

DE102021201854A1 - Dotierungsmassnahmen mit aluminiumnitrid für akustische volumenwellenfilter

Info

Publication number: DE102021201854A1
Application number: DE102021201854.8A
Authority: DE
Inventors: Michael David Hill
Original assignee: Skyworks Solutions Inc
Current assignee: Skyworks Solutions Inc
Priority date: 2020-02-28
Filing date: 2021-02-26
Publication date: 2021-09-02
Also published as: GB2594558B; US20210273625A1; TW202201899A; SG10202102031UA; KR20210110235A; JP2021141580A; CN113328032A; GB202102714D0; GB2594558A

Abstract

Offenbart wird ein akustischer Wellenresonator mit einem Substratmaterial gebildet aus Aluminiumnitrid (A1N) dotiert mit einem Element oder mehreren Elementen aus der Gruppe Beryllium (Be), Strontium (Sr) und Natrium (Na), um die Leistungsfähigkeit des akustischen Wellenresonators zu verbessern.

Description

HINTERGRUND
Technisches Gebiet
Ausführungsformen dieser Offenbarung beziehen sich auf piezoelektrische Materialien, die als Substrate in akustischen Wellenvorrichtungen eingesetzt werden können, und auf akustische Wellenfilter mit derartigen akustischen Wellenvorrichtungen.
Beschreibung verwandter Technologie
Akustische Wellenfilter können Hochfrequenzsignale filter. Ein akustischer Wellenfilter kann eine Vielzahl von Resonatoren aufweisen, die so angeordnet sind, dass sie ein Hochfrequenzsignal filtern. Die Resonatoren können in einer Leiterschaltung angeordnet werden. Beispiele für akustische Wellenfilter sind akustische Oberflächenwellenfilter („surface acoustic wave“, SAW), akustische Volumenwellenfilter („bulk acoustic wave“, BAW) und Lambwellenresonatorfilter. Ein akustischer Dünnfilm-Volumenresonator („film bulk acoustic resonator“, FBAR) ist ein Beispiel für einen BAW-Filter. Ein oberflächenmontierbarer Resonatorfilter („solidly mounted resonator“, SMR) ist ein weiteres Beispiel für einen BAW-Filter.
Akustische Wellenfilter können in elektronischen Hochfrequenzsystemen eingesetzt werden. Beispielsweise können Filter in einem Hochfrequenz-Frontend eines Mobiltelefons akustische Wellenfilter beinhalten. Zwei akustische Wellenfilter können als Duplexer angeordnet werden.
ZUSAMMENFASSUNG
In Übereinstimmung mit einem Aspekt wird ein akustischer Wellenresonator mit einem piezoelektrischen Material gebildet aus Aluminiumnitrid (A1N) dotiert mit einem Element oder mehreren Elementen aus der Gruppe Beryllium (Be), Magnesium (Mg), Zink (Zn), Calcium (Ca), Strontium (Sr), Lithium (Li) und Natrium (Na) bereitgestellt, um die Leistungsfähigkeit des akustischen Wellenresonators zu verbessern.
In einigen Ausführungsformen sind die Elemente aus Be, Mg, Zn, Ca, Sr, Li und Na ladungsausgeglichen mit zumindest einem Element aus der Gruppe Si und Ge und das Material hat eine chemische Summenformel aus der Gruppe von Al_1-2xCa_xSi_xN (0 < x < 1), Al_1-2xCa_xGe_xN (0 < x < 1), Al_1-2xSr_xSi_xN (0 < x < 1), Al_1-2xSr_xGe_xN (0 < x < 1), Al_1-2xBe_xSi_xN (0 < x<1), Al_1-2xBe_xGe_xN (0 < x < 1), Al_1-2xMg_xSi_xN (0 < x < 1), Al_1-2xMg_xGe_xN (0 < x < 1), Al_1-2xZn_xSi_xN (0 < x < 1), Al_1-2xZn_xGe_xN (0 < x < 1), Al_1-3xLi_xSi_2xN (0 < x < 1), Al_1-3xLi_xGe_2xN (0 < x < 1), Al_1-3xNa_xSi_2xN (0 < x < 1), oder Al_1-3xNa_xGe_2xN (0 < x < 1).
In einigen Ausführungsformen besetzt das zumindest eine Element aus der Gruppe Si und Ge Al-Plätze innerhalb der Kristallstruktur des dotierten A1N.
In einigen Ausführungsformen ist das A1N mit einer Zusammensetzung dotiert, die eine Wurtzitkristallstruktur oder eine verzerrte Wurtzitkristallstruktur aufweist.
In einigen Ausführungsformen ist das A1N mit CaAlSiN3 dotiert.
In einigen Ausführungsformen hat das dotierte A1N eine chemische Summenformel von Al_1-2xCa_xSi_xN.
In Übereinstimmung mit einem anderen Aspekt wird ein akustischer Wellenfilter mit mit einem akustischen Wellenresonator bereitgestellt, der ein piezoelektrisches Material gebildet aus Aluminiumnitrid (AlN) dotiert mit einem Element oder mehreren Elementen aus der Gruppe Beryllium (Be), Magnesium (Mg), Zink (Zn), Calcium (Ca), Strontium (Sr), Lithium (Li) und Natrium (Na) aufweist, um die Leistungsfähigkeit des akustischen Wellenresonators zu verbessern.
In einigen Ausführungsformen umfasst der akustische Wellenfilter einen akustischen Volumenwellenresonator (BAW) mit dem dotierten A1N.
In einigen Ausführungsformen ist der BAW-Resonator entweder ein akustischer Dünnfilm-Volumenwellenresonator, ein Lambwellenresonator oder ein oberflächenmontierter Resonator.
In einigen Ausführungsformen umfasst der akustische Wellenfilter einen Hochfrequenzfilter.
In einigen Ausführungsformen umfasst ein Elektronikmodul den akustischen Wellenfilter.
In einigen Ausführungsformen umfasst ein elektronisches Gerät das Elektronikmodul.
In Übereinstimmung mit einem anderen Aspekt wird ein akustischer Wellenresonator mit einem piezoelektrischen Material gebildet aus Aluminiumnitrid (A1N) dotiert mit einem Element oder mehreren Elementen aus der Gruppe Beryllium (Be), Strontium (Sr) und Natrium (Na) bereitgestellt, um die Leistungsfähigkeit des akustischen Wellenresonators zu verbessern.
In einigen Ausführungsformen ist der akustische Wellenresonator in einem akustischen Wellenfilter umfasst.
In einigen Ausführungsformen umfasst der akustische Wellenfilter einen akustischen Volumenwellenresonator (BAW) mit dem dotierten A1N.
In einigen Ausführungsformen ist der BAW-Resonator entweder ein akustischer Dünnfilm-Volumenwellenresonator, ein Lambwellenresonator oder ein oberflächenmontierter Resonator.
In einigen Ausführungsformen umfasst der akustische Wellenfilter einen Hochfrequenzfilter.
In einigen Ausführungsformen umfasst ein Elektronikmodul den akustischen Wellenfilter.
In einigen Ausführungsformen umfasst ein elektronisches Gerät das Elektronikmodul.
In einigen Ausführungsformen ist bzw sind das eine Element oder die mehreren Elemente aus der Gruppe Be, Sr und Na mit zumindest einem Element von Si und Ge ladungsausgeglichen und das Substratmaterial weist eine chemische Summenformel aus den Folgenden auf: Al_1-2xSr_xSi_xN (0 < x < 1), Al_1-2xSr_xGe_xN (0 < x < 1), Al_1-2xBe_xSi_xN (0 < x < 1), Al_1-2xBe_xGe_xN (0 < x < 1), Al_1-3xNa_xSi_2xN (0 < x < 1), oder Al_1-3xNa_xGe_2xN (0 < x < 1).
In einigen Ausführungsformen weist das piezoelektrische Material eine Wurtzitkristallstruktur auf.
In Übereinstimmung mit einem anderen Aspekt wird ein Verfahren zum Herstellen eines akustischen Wellenresonators bereitgestellt. Das Verfahren umfasst die Schritte des Abscheidens bzw. Aufbringens von Elektroden auf einem piezoelektrischen Film gebildet aus Aluminiumnitrid (AlN) dotiert mit einem Element oder mehreren Elementen aus der Gruppe Beryllium (Be), Strontium (Sr) und Natrium (Na).
In einigen Ausführungsformen umfasst das Abscheiden bzw. Aufbringen der Elektroden auf dem piezoelektrischen Film ein Aufbringen einer ersten Elektrode auf einer oberen Oberfläche des piezoelektrischen Films und das Aufbringen einer zweiten Elektrode auf einer unteren Oberfläche des piezoelektrischen Films.
In einigen Ausführungsformen ist der akustische Wellenresonator ein akustischer Dünnfilm-Volumenwellenresonator und das Verfahren umfasst weiterhin den Schritt des Ausbildens eines Hohlraums unter der unteren Oberfläche des piezoelektrischen Films.
In einigen Ausführungsformen ist der akustische Wellenresonator ein Lambwellenresonator und das Aufbringen der ersten Elektrode auf der oberen Oberfläche des piezoelektrischen Films umfasst ein Aufbringen von interdigitalen Wandleelektroden auf der oberen Oberfläche des piezoelektrischen Films.
In einigen Ausführungsformen ist der akustische Wellenresonator ein oberflächenmontierter Resonator und das Verfahren umfasst weiterhin den Schritt des Bildens des piezoelektrischen Films auf einer oberen Oberfläche eines Bragg-Reflektors.
In Übereinstimmung mit einem anderen Aspekt wird ein piezoelektrisches Material umfassend Aluminiumnitrid (A1N) dotiert mit einem Element oder mehreren Elementen aus der Gruppe Beryllium (Be), Strontium (Sr) und Natrium (Na) bereitgestellt.
In einigen Ausführungsformen ist bzw. sind das eine Element oder die mehreren Elemente aus der Gruppe Be, Sr und Na mit zumindest einem Element von Si und Ge ladungsausgeglichen und das piezoelektrische Material weist eine chemische Summenformel aus den Folgenden auf:

Al_1-2xSr_xSi_xN (0 < x < 1);
Al_1-2xSr_xGe_xN (0 < x < 1);
Al_1-2xBe_xSi_xN (0 < x < 1);
Al_1-2xBe_xGe_xN (0 < x < 1);
Al_1-3xNa_xSi_2xN (0 < x < 1); oder
Al_1-3xNa_xGe_2xN (0 < x < 1).

In einigen Ausführungsformen weist das piezoelektrische Material eine Wurtzitkristallstruktur auf.
Figurenliste
Die Ausführungsformen dieser Offenbarung werden nun in nicht beschränkenden Beispielen anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben.

1 zeigt eine Querschnittsansicht eines Beispiels für einen akustischen Dünnfilm-Volumenwellenresonator;
2 zeigt eine Querschnittsansicht eines Beispiels für einen Lambwellenresonator;
3 zeigt eine Querschnittsansicht eines Beispiels für einen oberflächenmontierten Resonator;
4 ist eine Tabelle ausgewählter Zusammensetzungen, die dazu verwendet werden können, Aluminiumnitrid zu dotieren und damit ein piezoelektrisches Material zum Einsatz in einem akustischen Volumenwellenresonator herzustellen;
5A und 5B sind Tabellen von Zusammensetzungen, die als piezoelektrisches Material in einem akustischen Volumenwellenresonator verwendet werden können, oder die dazu verwendet werden können, Aluminiumnitrid zu dotieren und damit ein piezoelektrisches Material zum Einsatz in einem akustischen Volumenwellenresonator herzustellen;
6A-6D veranschaulichen die Kristallstruktur eines Materials, welches als ein piezoelektrisches Material zum Einsatz in einem akustischen Volumenwellenresonator verwendet werden kann;
7 veranschaulicht ein Beispiel eines Hochfrequenzfilters;
8 veranschaulicht eine Ausführungsform eines Elektronikmoduls;
9 veranschaulicht ein Beispiel eines Frontendmoduls, welches in einem elektronischen Gerät eingesetzt werden kann;
10 veranschaulicht ein Beispiel eine elektronischen Gerätes; und
11 veranschaulicht Ergebnisse der Simulation des Young'schen Moduls von Al dotiert mit Ca und Si gegenüber den Young'schen Moduli von A1N und mit Sc dotiertem A1N.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG BESTIMMTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die folgende Beschreibung bestimmter Ausführungsformen stellt verschiedene Beschreibungen bestimmter Ausführungsformen dar. Die hier beschriebenen Innovationen können jedoch auf vielfältige Weise umgesetzt werden, z.B. durch die Definition und im Umfang der Ansprüche. In dieser Beschreibung wird auf die Zeichnungen verwiesen, in denen gleichartige Bezugszeichen identische oder funktional ähnliche Elemente bezeichnen können. Es sei darauf hingewiesen, dass die in den Figuren dargestellten Elemente nicht notwendigerweise maßstabsgetreu gezeichnet sind. Darüber hinaus sei darauf hingewiesen, dass bestimmte Ausführungsformen mehr Elemente als in einer Zeichnung dargestellt und/oder eine Teilmenge der in einer Zeichnung dargestellten Elemente beinhalten können. Darüber hinaus können einige Ausführungsformen jede geeignete Kombination von Merkmalen aus zwei oder mehr Zeichnungen enthalten.
Akustische Dünnfilm-Volumenwelleresonatoren („film bulk acoustic wave resonators“, FBARs) sind eine Art von akustischem Volumenwellenresonator, die im Allgemeinen eine dünne Schicht eines piezoelektrischen Materials aufweisen, welches zwischen einer oberen und einer unteren Elektrode eingebettet ist, und welches über einem Hohlraum aufgespannt ist, um dem piezoelektrischen Material Schwingungen zu erlauben. Ein Signal, welches über die oberen und unteren Elektroden angelegt wird, löst die Erzeugung einer akustischen Welle in dem piezoelektrischen Material aus, die dann durch die Schicht des piezoelektrischen Materials läuft. Ein FBAR zeigt eine Frequenzantwort auf angelegte Signale mit einem Resonanzmaximum, welches durch die Dicke der Schicht des piezoelektrischen Materials bestimmt wird. Im Idealfall wäre die einzige in einem FBAR erzeugte akustische Welle eine akustische Hauptwelle, die durch die Schicht des piezoelektrischen Materials senkrecht zu den die oberen und unteren Elektroden bildenden leitfähigen Materials durch die Schicht des piezoelektrischen Materials läuft. Das piezoelektrische Material eines FBARs weist allerdings üblicherweise ein von Null verschiedenes Poisson-Verhältnis auf. Stauchung und Entspannuing des piezoelektrischen Materials, welches mit dem Durchlauf einer akustischen Hauptwelle einhergeht, kann daher eine Stauchung und Entspannung des piezoelektrischen Materials in einer Richtung senkrecht zur Verlaufsrichtung der akustischen Hauptwelle bedingen. Die Stauchung und Entspannung des pizeoelektrischen Materials in der Richtung senkrecht zur Verlaufsrichtung der akustischen Hauptwelle kann transversale akustische Wellen verursachen, die senkrecht zu der akustischen Hauptwelle (parallel zu den Oberflächen der Elektrodenschichten) durch das piezoelektrische Material laufen. Die transversalen akustischen Wellen können in ein Gebiet zurück reflektiert werden, durch das die akustische Hauptwelle läuft, und können deshalb akustische Störwellen induzieren, die in die gleiche Richtung wie die akustische Hauptwelle laufen. Diese akustischen Störwellen können die Frequenzantwort des FBARs gegenüber der erwarteten oder beabsichtigten Frequenzantwort verschlechtern und sind daher normalerweise nicht erwünscht.
1 zeigt eine Querschnittsansicht eines Beispiels für einen FBAR, im Allgemeinen mit 100 bezeichnet. Der FBAR 100 ist auf einem Substrat 110 aufgebracht, beispielsweise einem Siliziumsubstrat, welches eine dielektrischen Oberflächenschicht 110A aus beispielsweise Siliziumdioxid aufweisen kann. Deer FBAR 100 umfasst eine Schicht oder einen Film aus piezoelektrischem Material 115, beispielsweise Aluminiumnitrid (A1N). Eine obere Elektrode 120 ist auf der Oberseite eines Abschnitts der Schicht oder des Films aus piezoelektrischem Material 115 aufgebracht bzw. abgeschieden, und eine untere Elektrode 125 ist auf der Unterseite eines Abschnitts der Schicht oder des Films aus piezoelektrischem Material 115 aufgebracht bzw. abgeschieden. Die obere Elektrode 120 kann beispielsweise aus Ruthenium (Ru) gebildet werden. Die untere Elektrode 125 kann eine Schicht 125A aus Ru, die in Kontakt mit der Unterseite des Abschnitts der Schicht oder des Films aus piezoelektrischem Material 115 steht, und eine Schicht 125B aus Titan (Ti) aufweisen, die auf einer unteren Seite der Schicht 125A aus Ru gegenüber der Seite der Schicht 125A aus Ru, die in Kontakt mit der Unterseite des Abschnitts der Schicht oder des Films aus piezoelektrischem Material 115 steht, aufgebracht ist. Sowohl die obere Elektrode 120 als auch die untere Elektrode 125 können mit einer Schicht aus dielektrischem Material 130, beispielsweise Siliziumdioxid, bedeckt sein. Ein Hohlraum 135 ist unter der Schicht dielektrischen Materials 130, die die untere Elektrode 125 und die Oberflächenschicht 110A des Substrats 110 bedeckt, ausgebildet. Ein unterer elektrischer Kontakt 140, der beispielsweise aus Kupfer ausgebildet sein kann, kann eine elektrische Verbindung zu der unteren Elektrode 125, und ein oberer elektrischer Kontakt 145, der beispielsweise aus Kupfer ausgebildet sein kann, kann eine elektrische Verbindung zu der oberen Elektrode 120 herstellen.
Der FBAR 100 kann einen zentralen Bereich 150 aufweisen, welche eine aktive Hauptdomäne in der Schicht oder dem Film aus piezoelektrischem Material 115 aufweist, in welcher die akustische Hauptwelle während des Betriebs erzeugt wird. Der zentrale Bereich kann beispielsweise eine Breite von zwischen etwa 20 µm und etwa 100 µm aufweisen. Ein zurückgesetzter Rahmenbereich oder -bereiche 155 können den zentralen Bereich 150 einrahmen und in der flächigen Ausdehnung begrenzen. Die zurückgesetzten Rahmenbereiche können beispielsweise eine Breite von etwa 1 µm aufweisen. Die zurückgesetzten Rahmenbereiche 155 können durch Flächen definiert werden, die eine dünnere Schicht aus dielektrischem Material 130 oben auf der oberen Elektrode 120 als in dem zentralen Bereich 150 aufweisen. Das dielektrische Material 130 in den zurückgesetzten Rahmenbereichen 155 können zwischen etwa 10 nm bis etwa 100 nm dünner als die Schicht 130 dielektrischen Materials als das dielektrische Material in dem zentralen Bereich 150 sein. Der Unterschied in der Dicke des dielektrischen Materials in den zurückgesetzten Rahmenbereichen 155 gegenüber der Dicke in dem zentralen Bereich 150 kann dazu führen, dass die Resonanzfrequenz der Vorrichtung in den zurückgesetzten Bereichen 155 zwischen etwa 5 MHz und etwa 50 MHz höher als die Resonanzfrequenz der Vorrichtung in dem zentralen Bereich 150 liegt. In einigen Ausführungsformen kann die Dicke der Schicht 130 dielektrischen Materials in dem zentralen Bereich 150 zwischen etwa 200 nm und etwa 300 nm liegen und die Dicke der Schicht 130 dielektrischen Materials in den zurückgesetzten Rahmenbereichen 155 kann etwa 100 nm betragen. Die dielektrische Film 300 in den zurückgesetzten Rahmenbereichen 155 wird üblicherweise während der Herstellung geätzt, um einen gewünschten Unterschied in der akustischen Geschwindigkeit zwischen dem zentralen Bereich 150 und den zurückgesetzten Rahmenbereichen 155 erreichen zu können. Dementsprechend wird der anfänglich sowohl in dem zentralen Bereich 150 als auch den zurückgesetzten Rahmenbereichen 155 aufgebrachte dielektrische Film 130 mit hinreichender Dicke aufgebracht, die es ermöglicht, hinreichend viel von den dielektrischen Film 130 in den zurückgesetzten Rahmenbereichen 155 zu ätzen, um einen gewünschten Unterschied in der Dicke des dielektrischen Films 130 in dem zentralen Bereich 150 und den zurückgesetzten Rahmenbereichen 155 erreichen zu können, so dass sich ein gewünschter Unterschied in der akustischen Geschwindigkeit zwischen diesen beiden Bereichen einstellt.
Ein erhabener Rahmenbereich oder Rahmenbereiche 160 kann bzw. können auf einer dem zentralen Bereich 155 gegenüberliegenden Seite des zurückgesetzten Rahmenbereichs bzw. der zurückgesetzten Rahmenbereiche ausgebildet werden und kann bzw. können an der äußeren Kante bzw. an den äußeren Kanten des zurückgesetzten Rahmenbereichs bzw der zurückgesetzten Rahmenbereiche 155 direkt anliegen. Die erhabenen Rahmenbereiche 160 können beispielsweise Breiten on etwa 1 µm aufweisen. Die erhabenen Rahmenbereiche 160 können durch Flächen definiert werden, in denen die obere Elektrode 120 dicker als in dem zentralen Bereich 150 und in den zurückgesetzten Rahmenbereichen 155 ist. Die obere Elektrode 120 kann die gleiche Dicke in dem zentralen Bereich 150 und in den zurückgesetzten Rahemnbereichen 155 aufweisen, aber eine größere Dicke in den erhabenen Rahemnbereichen 160. Die obere Elektrode 120 kann in den erhabenen Rahmenbereichen 160 zwischen etwa 50 nm und etwa 500 nm dicker als in dem zentralen Bereich 150 und/oder in den zurückgesetzten Rahmenbereichen 155 sein. In einigen Ausführungsformen kann die Dicke der oberen Elektrode in dem zentralen Bereich zwischen 50 und 500 nm liegen.
Die zurückgesetzten Rahmenbereiche 155 und die erhabenen Rahmenbereiche 160 können zur Ableitung oder Zerstreuung transversaler akustischer Wellen, die während des Betriebs in dem FBAR 100 erzeugt werden, beitragen und/oder transversale Wellen, die außerhalb der zurückgesetzten Rahmenbereiche 155 und der erhabenen Rahmenbereiche 160 verlaufen, reflektieren und dadurch verhindern, dass diese transversalen akustischen Wellen in den zentralen Bereich eintreten und Störsignale in dem aktiven Hauptdomänenbereich des FBARs verursachen. Ohne sich auf eine bestimmte Theorie festzulegen, geht man davon aus, dass wegen der dünneren Schicht dielektrischen Materials 130 oben auf der oberen Elektrode 120 in dem zurückgesetzten Rahmenbereich 155 der zurückgesetzte Rahmenbereich 155 eine höhere Ausbreitungsgeschwindigkeit akustischer Wellen als der zentrale Bereich 150 bewirkt. Umgekehrt können die erhabenen Rahmenbereiche 160 wegen der erhöhten Dicke und Masse der oberen Elektrode 120 in dem erhabenen Rahmenbereich 160 eine geringere Ausbreitungsgeschwindigkeit akustischer Wellen als in dem zentralen Bereich 150 bedingen. Die Unstetigkeit in der Geschwindigkeit akustischer Wellen an der Grenze zwischen den zurückgesetzten Rahmenbereichen 155 und den erhabenen Rahmenbereichen 160 erzeugt eine Barriere, die transversal akustische Wellen bricht, unterdrückt und/oder reflektiert.
Eine weitere Art BAW-Resonator ist ein akustischer Lambwellenresonator. Ein Lambwellenresonator kann Merkmale eines akustischen Oberflächenwellenresonators („surface acoustic wave“, SAW) und eines BAW-Resonators in sich vereinen. Ein Lambwellenresonator umfasst üblicherweise eine Interdigitalwandlerelektrode (IDT), ähnlich einem SAW-Resonator. Demgemäß kann die Frequenz eines Lambwellenresonators lithographisch definiert werden. Ein Lambwellenresonator kann einen relativ hohen Qualitätsfaktor (Q) und eine relativ hohe Phasengeschwindigkeit wie ein BAW-Resonator erreichen (z.B. wegen einer Aufhängungsstruktur). Ein Lambwellenresonator, der eine piezoelektrische AlN-Schicht umfasst, kann relativ leicht in andere Schaltungen integriert werden, da beispielsweise A1N-Prozesstechnologie kompatibel mit komplementärer Metalloxidhalbleiterprozesstechnologie („complementary metal oxide semiconductor“, CMOS) sein kann. AlN-Lambwellenresonatoren können Beschränkungen auf relativ niedrige Resonanzfrequenzen und Integrationsherausforderungen von SAW-Resonatoren Funktionsproblemen von BAW-Resonatoren bei mehreren Frequenzen begegnen. Einige Lambwellenresonatorauslegungen basieren auf akustischer Reflexion an periodischen Reflexionsgittern. Einige andere Lambwellenresonatorauslegungen baiseren auf akustischer Reflexion an aufgehängten freien Kanten einer piezoelektrischen Schicht.
Ein Beispiel eines akustischen Lambwellenresonators wird in 2 im Allgemeinen mit 200 bezeichnet. Der Lambwellenresonator 200 umfasst Merkmale eines SAW-Resonators und eines FBARs. Wie dargestellt, umfasst der Lambwellenresonator 200 eine piezoelektrische Schicht 205, eine Interdigitalwandlerelektrode (IDT) 210 auf der piezoelektrischen Schicht 205 und eine untere Elektrode 215, welcher auf einer unteren Oberfläche der piezoelektrischen Schicht 205 aufgebracht bzw. abgeschieden ist. Die piezoelektrische Schicht 205 kann ein Dünnfilm sein. Die piezoelektrische Schicht 205 kann eine Aluminiumnitridschicht sein. In anderen Varianten kann die piezoelektrische Schicht 205 jede andere geeignete piezoelektrische Schichtsein. Die Resonanzfrequenz des Lambwellenresonators kann auf der Geometrie der IDT 210 basieren. Die Elektrode 215 kann in bestimmten Varianten geerdet sein. In anderen Varianten kann die Elektrode 215 potentialfrei sein. Ein Lufthohlraum 220 kann zwischen der Elektrode 215 und einem Halbleitersubstrat 225 angeordnet sein. Anstelle des Lufthohlraums 220 kann jeder andere geeignete Hohlraum gebildet werden, wie beispielsweise ein evakuierter Hohlraum oder ein mit einem anderen Gas gefüllter Hohlraum.
Eine weitere Art BAW-Resonator ist ein oberflächenmontierter Resonator („surface mounted resonator“, SMR). Ein Beispiel für einen SMR ist in 3 im Allgemeinen mit 300 dargestellt. Wie gezeigt umfasst der SMR 300 eine piezoelektrische Schicht 305, eine obere Elektrode 310 auf der piezoelektrischen Schicht 305 und eine untere Elektrode 315 auf einer unteren Oberfläche der piezoelektrischen Schicht 305. Die piezoelektrische Schicht 305 kann eine Aluminiumnitridschicht sein. In anderen Varianten kann die piezoelektrische Schicht 305 jede andere geeignete piezoelektrische Schicht sein. Die untere Elektrode 315 kann in bestimmten Varianten geerdet sein. In manchen anderen Varianten kann die untere Elektrode potentialfrei sein. Braggreflektoren 320 sind zwischen der unteren Elektrode 315 und einem Halbleitersubstrat 325 angeordnet. Das Halbleitersubstrat 325 kann ein Siliziumsubstrat sein. Jede Art geeigneter Braggreflektoren kann implementiert werden. Beispielsweise können die Braggreflektoren SiO₂/W sein.
Bei den oben erläuterten BAW-Resonatoren können die entsprechenden piezoelektrischen Schichten aus AlN gebildet werden. Es wurde entdeckt, dass die Betriebseigenschaften, wie zum Beispiel Kopplungsfaktor und/oder Qualitätsfaktor von BAW-Resonatoren wie hierin offenbart, dadurch verbessert werden können, dass dem AlN, welches die entsprechenden piezoelektrischen Schichten bildet, ein oder mehr Dotandenelemente hinzugefügt werden können. 4 umfasst eine Tabelle verschiedener Zusammensetzungen (die Spalte „Endbestandteil“), die dazu genutzt werden können, AlN zu dotieren, und der sich ergebenden chemischen Summenformel (die Spalte „Festkörperlösungsserie“) für das dotierte Material, welches als ein piezoelektrisches Material in BAW-Resonatoren eingesetzt werden kann. 5A und 5B sind Tabellen zusätzlicher mit Wurtzit verwandter Nitridzusammensetzungen, die als Dotanden für AlN genutzt werden können, um piezoelektrische Materialien zur Nutzung in BAW-Resonatoren zu bilden, oder die ihrerseits als piezoelektrische Materialien in BAW-Resonatoren genutzt werden können. Die Tabellen der 5A und 5B wurden der Promotionsarbeit von Ottinger (2004) Diss. ETH Nr. 15624 entnommen.
Mit Scandiumnitrid (ScN) dotiertes Aluminiumnitrid, welches als piezoelektrisches Material in BAW-Resonatoren verwendet wird, hat sich als hilfreich herausgestellt, um Betriebseigenschaften der BAW-Resonatoren gegenüber denjenigen ähnlicher BAW-Resonatoren, die undotiertes AlN für ihre piezoelektrischen Schichten verwenden, zu verbessern. Ohne sich auf eine bestimmte Theorie festlegen zu wollen, geht man davon aus, dass die elektropositiven Eigenschaften von Sc dazu beitragen, die Betriebseigenschaften von BAW-Resonatoren, die mit Sc dotiertes AlN für ihre piezoelektrischen Schichten nutzen, zu verbessern. Dementsprechend kann das Dotieren von AlN mit Elementen, die sogar noch elektropositiver als Sc sind, piezoelektrische Materialien ergeben, die für den Einsatz in BAW-Resonatoren noch besser geeignet sind als mit Sc dotiertes A1N. Durch einen Ladungsausgleich von Dotanden in AlN mit Silizium statt anderer Elemente wie etwa Zirkon kann für eine bessere Anpassung an die tetrahedralen Plätze der AlN-Kristallstruktur, in der Si Al substituiert, gesorgt werden, was zu einem piezoelektrischen Material führen kann, das in einem BAW-Resonator einen höheren Qualitätsfaktor aufweist im Vergleich zu mit Sc dotiertem oder mit Mg/Zr codotiertem A1N. Dotandenzusammensetzungen („Endbestandteile“) mit einer Wurtzitstruktur oder einer verzerrten Wurtzitstruktur können einen weiteren Bereich von Dotandenkonzentrationen bieten, bei denen eine Festkörperlösung in AlN beibehalten wird, als solche, die mit Halitstrukturiertem ScN erreichbar sind.
Die Kristallstrukturen ausgewählter Materialien, die in vorteilhafter Weise für piezoelektrische Materialien in BAW-Resonatoren eingesetzt werden können, sind in 6A bis 6D gezeigt. 6A zeigt die Kristallstruktur von Sr₀.₉₉Eu_0.01AlSiN₃. 6B stellt eine perspektivische Darstellung der Kristallstruktur von Sr_0.99Eu_0.01AlSiN₃ dar, gezeigt mit auf Al/Si zentrierten Tetrahedra. 6C stellt eine Kristallstrukturabbildung von Sr_0.99Eu_0.01AlSiN₃ in einem auf N2 zentrierten Sr/Eu - Al/Si Oktahedron dar. 6D ist ein Vergleich der Kristallstrukturen von CaAlSiN₃ und Sr_0.99Eu_0.01AlSiN₃ projiziert auf die a-b-Ebene. 6A bis 6D wurden Watanabe et. al., J. Solid State Chem. 181, 1848 (2008) entnommen.
Man sollte beachten, dass die in den Zeichnungen dargestellten BAW-Resonatoren in einer hochgradig vereinfachten Form gezeigt sind. Die relativen Abmessungen der verschiedenen Merkmale sind nicht maßstabsgetreu dargestellt. Ferner können typische BAWResonatoren zusätzliche Merkmale oder nicht dargestellte Schichten aufweisen.
In einigen Ausführungsformen können mehrere BAW-Resonatoren wie hierin gezeigt zu einem Filter kombiniert werden, beispielweise zu einem in 7 schematisch illustrierten und eine Vielzahl von Reihenresonatoren R1, R3, R5, R7 und R9 und eine Vielzahl von parallelen (oder Shunt-)Resonatoren R2, R4, R6 und R8 aufweisenden HF-Leiterfilter. Wie dargestellt, sind die Reihenresonatoren R1, R3, R5, R7 und R9 in Reihe zwischen dem Eingang und dem Ausgang des HF-Leiterfilters geschlatet, und die Vielzahl von parallelen Resonatoren R2, R4, R6 und R8 sind jeweils zwischen die Reihenresonatoren und Masse in einer Shuntanordnung geschaltet. Andere Filterstrukturen und andere Schaltungsstrukturen, die im Stand der Technik bekannt sind und BA-Vorrichtungen oder -Resonatoren aufweisen können, wie zum Beispiel Duplexer, Baluns etc., können ebenfalls mit Beispielen von hierin offenbarten BAW-Resonatoren ausgestaltet werden.
Die akustischen Oberflächenwellenvorrichtungen, die hierin erläutert werden, können in einer Vielzahl von gehäusten Modulen implementiert werden. Einige beispielhafte gehäuste Module werden nun erläutert, bei denen jedes geeignete Prinzip und jeder geeignete Vorteil der hierin diskutierten gehäusten akustischen Wellenvorrichtungen implementiert werden kann. 8, 9 und 10 sind schematische Blockschaubilder veranschaulichender gehäuster Module und Vorrichtungen gemäß bestimmter Ausführungsformen.
Wie oben erläutert können Ausführungsformen der gezeigten BAW-Resonatoren zum Beispiel als Filter konfiguriert oder in Filtern eingesetzt werden. In Folge kann ein BAW-Filter mit einem oder mehreren BAW-Elementen in einem Modul aufgenommen werden bzw. als ein solches gehäust werden, welches schließlich in einem elektronischen Gerät, wie beispielsweise etwa einer drahtlosen Kommunikationsvorrichtung eingesetzt werden kann. 8 ist ein Blockschaubild eines Beispiels für ein Modul 400, welches einen BAW-Filter 410 beinhaltet. Der BAW-Filter 410 kann auf einem oder mehreren Chips 420 mit einem oder mehreren Verbindungskontaktstellen 422 implementiert werden. Beispielsweise kann der BAW-Filter 410 eine Verbindungskontaktstelle 422, die einem Eingangskontakt für den BAW-Filter entspricht, und eine andere Verbindungskontaktstelle 422 aufweisen, die einem Ausgangskontakt aus dem BAW-Filter entspricht. Das gehäuste Modul 400 umfasst ein Gehäusesubstrat 430, welches dazu ausgelegt ist, eine Vielzahl von Komponenten einschließlich des Chips 420 aufzunehmen. Eine Vielzahl von Verbindungskontaktstellen 432 kann auf dem Gehäusesubstrat 430 bereitgestellt werden, und die verschiedenen Verbindungskontaktstellen 432 des BAW-Filterchips 420 können mit den Verbindungskontaktstellen 432 auf dem Gehäusesubstrat 430 über elektrische Verbindungen 434 verbunden werden, was beispielsweise über Löthügel oder Drahtverbindungen geschehen kann, um die Weiterleitung von verschiedenen Signalen von und zu dem BAW-Filter 410 zu ermöglichen. Das Modul 400 kann optional außerdem andere Schaltungschips 440 aufweisen, wie beispielsweise ein oder mehrere zusätzliche Filter, Verstärker, Vorfilter, Modulatoren, Demodulatoren, Abwärtskonverter und dergleichen, wie sie einem Fachmann im Bereich der Halbleiterverarbeitung im Hinblick auf diese Offenbarung bekannt sein würden. In einigen Ausführungsformen kann das Modul 400 auch ein oder mehrere Gehäusestrukturen aufweisen, um beispielsweise Schutz zu bieten oder eine einfachere Handhabung des Moduls 400 zu ermöglichen. Eine derartige Gehäusestruktur kann eine Vergussstruktur umfassen, welche über dem Gehäusesubstrat 430 ausgeformt ist und derart bemessen ist, dass die verschiedenen Schaltungen und Komponenten darauf im Wesentlichen eingeschlossen sind.
Verschiedene Beispiele und Ausführungsformen des BAW-Filters 410 können in einer großen Vielzahl von elektronischen Vorrichtungen eingesetzt werden. Zum Beispiel kann der BAW-Filter 410 in einem Antennenduplexer verwendet werden, welcher selbst in einer Vielzahl von elektronischen Geräten eingebaut werden kann, wie etwa Hochfrequenz-Frontendmodule und Kommunikationsgeräte.
Unter Bezugnahme auf 9 ist ein Blockdiagramm eines Beispiels eines Frontend-Moduls 500 dargestellt, das in einer elektronischen Vorrichtung, wie beispielsweise einer drahtlosen Kommunikationsvorrichtung (z.B. einem Mobiltelefon), verwendet werden kann. Das Frontend-Modul 500 umfasst einen Antennenduplexer 510 mit einem gemeinsamen Knoten 502, einem Eingangsknoten 504 und einem Ausgangsknoten 506. Eine Antenne 610 ist mit dem gemeinsamen Knoten 502 verbunden.
Der Antennenduplexer 510 kann ein oder mehrere Sendefilter 512 umfassen, die zwischen dem Eingangsknoten 504 und dem gemeinsamen Knoten 502 geschaltet sind, und ein oder mehrere Empfangsfilter 514, die zwischen dem gemeinsamen Knoten 502 und dem Ausgangsknoten 506 geschaltet sind. Das Durchlassband (die Durchlassbänder) des Sendefilters bzw. der Sendefilter unterscheiden sich von dem Durchlassband (den Durchlassbändern) der Empfangsfilter. Beispiele des BAW-Filters 410 können dazu verwendet werden, um den bzw. die Sendefilter 512 und/oder den bzw. die Empfangsfilter 514 zu bilden. Eine Induktivität oder eine andere Anpassungskomponente 520 kann am gemeinsamen Knoten 502 angeschlossen sein.
Das Frontend-Modul 500 umfasst weiterhin eine Senderschaltung 532, die mit dem Eingangsknoten 504 des Duplexers 510 verbunden ist, und eine Empfängerschaltung 534, die mit dem Ausgangsknoten 506 des Duplexers 510 verbunden ist. Die Senderschaltung 532 kann Signale zur Übertragung über die Antenne 610 erzeugen, und die Empfängerschaltung 534 kann über die Antenne 610 empfangene Signale empfangen und verarbeiten. In einigen Ausführungsformen sind die Empfänger- und Senderschaltungen als separate Komponenten implementiert, wie in 9 dargestellt ist; in anderen Ausführungsformen können diese Komponenten jedoch in eine gemeinsame Sendeempfängerschaltung oder ein gemeinsames Modul integriert sein. Wie der Fachmann erkennen wird, kann das Frontend-Modul 500 andere Komponenten umfassen, die nicht in 9 dargestellt sind, einschließlich, aber nicht beschränkt auf, Schalter, elektromagnetische Koppler, Verstärker, Prozessoren und dergleichen.
10 ist ein Blockdiagramm eines Beispiels einer Drahtlosvorrichtung 600 mit dem in 9 dargestellten Antennenduplexer 510. Die Drahtlosvorrichtung 600 kann ein Mobiltelefon, Smartphone, Tablet, Modem, Kommunikationsnetzwerk oder eine andere tragbare oder nicht tragbare Vorrichtung sein, die für Sprach- oder Datenkommunikation ausgebildet ist. Die Drahtlosvorrichtung 600 kann Signale von der Antenne 610 empfangen und senden. Die Drahtlosvorrichtung umfasst eine Ausführungsform eines Frontend-Moduls 500, ähnlich dem oben diskutierten mit Bezug auf 9. Das Frontend-Modul 500 umfasst den Duplexer 510, wie vorstehend erläutert. In dem in 10 dargestellten Beispiel umfasst das Frontend-Modul 500 weiterhin einen Antennenschalter 540, der dazu ausgebildet sein kann, zwischen verschiedenen Frequenzbändern oder Moden, wie beispielsweise Sende- und Empfangsmoden, zu wechseln. In dem in 10 dargestellten Beispiel ist der Antennenschalter 540 zwischen dem Duplexer 510 und der Antenne 610 angeordnet; in anderen Beispielen kann der Duplexer 510 jedoch zwischen dem Antennenschalter 540 und der Antenne 610 angeordnet sein. In weiteren Beispielen können der Antennenschalter 540 und der Duplexer 610 in eine einzige Komponente integriert sein.
Das Frontend-Modul 500 umfasst einen Sendeempfänger 530, der dazu ausgebildet ist, Signale für die Übertragung zu erzeugen oder empfangene Signale zu verarbeiten. Der Sendeempfänger 530 kann die Senderschaltung 532, die mit dem Eingangsknoten 504 des Duplexers 510 verbunden sein kann, und die Empfängerschaltung 534, die mit dem Ausgangsknoten 506 des Duplexers 510 verbunden sein kann, wie im Beispiel von 9 gezeigt ist, umfassen.
Signale, die für die Übertragung durch die Senderschaltung 532 erzeugt werden, werden von einem Leistungsverstärker-(PA)-Modul 550 empfangen, das die erzeugten Signale vom Sendeempfänger 530 verstärkt. Das Leistungsverstärkermodul 550 kann einen oder mehrere Leistungsverstärker umfassen. Das Leistungsverstärkermodul 550 kann zur Verstärkung einer Mehrzahl von HF- oder anderen Frequenzbandübertragungssignalen verwendet werden. So kann beispielsweise das Leistungsverstärkermodul 550 ein Freigabesignal empfangen, mit dem der Ausgang des Leistungsverstärkers gepulst werden kann, um die Übertragung eines WLAN-Signals („Wireless Local Area Network“) oder eines anderen geeigneten gepulsten Signals zu unterstützen. Das Leistungsverstärkermodul 550 kann dazu ausgebildet sein, jede beliebige Signalart zu verstärken, einschließlich beispielsweise eines GSM (Global System for Mobile Communication)-Signals, eines CDMA (Code Division Multiple Access)-Signals, eines W-CDMA-Signals, eines LTE (Long Term Evolution)-Signals oder eines EDGE-Signals. In bestimmten Ausführungsformen können das Leistungsverstärkermodul 550 und die zugehörigen Komponenten einschließlich Schaltern und dergleichen auf Galliumarsenid-(GaAs)-Substraten hergestellt sein, beispielsweise unter Verwendung von Transistoren mit hoher Elektronenbeweglichkeit (pHEMT) oder bipolaren Transistoren mit isoliertem Gate (BiFET), oder auf einem Siliziumsubstrat unter Verwendung von komplementären Metalloxid-Halbleiter-(CMOS)-Feldeffekttransistoren.
Unter weiterer Bezugnahme auf 10 kann das Frontend-Modul 500 weiterhin ein rauscharmes Verstärkermodul 560 umfassen, das Empfangssignale von der Antenne 610 verstärkt und die verstärkten Signale an die Empfängerschaltung 534 des Sendeempfängers 530 liefert.
Die Drahtlosvorrichtung 600 der 10 umfasst weiterhin ein Leistungsverwaltungs-Subsystem 602, das mit dem Sendeempfänger 530 verbunden ist und die Energie für den Betrieb der Drahtlosvorrichtung 600 verwaltet. Das Leistungsverwaltungs-Subsystem 620 kann auch den Betrieb eines Basisband-Subsystems 630 und verschiedener anderer Komponenten der Drahtlosvorrichtung 600 steuern. Das Leistungsverwaltungs-Subsystem 620 kann eine Batterie (nicht dargestellt) umfassen oder mit ihr verbunden sein, die die verschiedenen Komponenten der Drahtlosvorrichtung 600 mit Strom versorgt. Das Leistungsverwaltungs-Subsystem 620 kann weiterhin einen oder mehrere Prozessoren oder Steuerungen umfassen, die beispielsweise die Übertragung von Signalen steuern können. In einer Ausführungsform ist das Basisband-Subsystem 630 mit einer Benutzerschnittstelle 640 verbunden, um verschiedene Ein- und Ausgaben von Sprache und/oder Daten zu ermöglichen, die dem Benutzer zur Verfügung gestellt und von ihm empfangen werden. Das Basisband-Subsystem 630 kann auch mit einem Speicher 650 verbunden sein, der dazu ausgebildet ist, Daten und/oder Anweisungen zu speichern, um den Betrieb der Drahtlosvorrichtung zu ermöglichen und/oder dem Benutzer die Speicherung von Informationen zu ermöglichen. Jede der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen kann in Verbindung mit mobilen Geräten wie z. B. Mobiltelefonen realisiert werden. Die Prinzipien und Vorteile der Ausführungsformen können für alle Systeme oder Vorrichtungen, wie beispielsweise jede zellulare Uplink-Vorrichtung, verwendet werden, die von einer der hier beschriebenen Ausführungsformen profitieren könnten. Die hier angegebenen Lehren gelten für eine Vielzahl von Systemen. Obwohl diese Offenbarung einige beispielhafter Ausführungsformen beinhaltet, können die hier beschriebenen Lehren auf eine Vielzahl von Strukturen angewendet werden. Jedes der hier beschriebenen Prinzipien und Vorteile kann in Verbindung mit HF-Schaltungen umgesetzt werden, die konfiguriert sind, um Signale mit einer Frequenz in einem Bereich von etwa 30 kHz bis 300 GHz zu verarbeiten, wie beispielsweise eine Frequenz in einem Bereich von etwa 450 MHz bis 6 GHz.
Aspekte dieser Offenbarung können in verschiedenen elektronischen Geräten umgesetzt werden. Beispiele für die elektronischen Vorrichtungen können unter anderem Unterhaltungselektronikprodukte, Teile der Unterhaltungselektronikprodukte wie gehäuste Hochfrequenzmodule, drahtlose Uplink-Kommunikationsvorrichtungen, drahtlose Kommunikationsinfrastruktur, elektronische Prüfgeräte usw. sein, sind aber nicht darauf beschränkt. Beispiele für elektronische Geräte können unter anderem ein Mobiltelefon wie ein Smartphone, ein tragbares Computergerät wie eine intelligente Uhr oder ein Ohrstück, ein Telefon, ein Fernseher, ein Computermonitor, ein Computer, ein Modem, ein Handheld-Computer, ein Laptop, ein Tablet-Computer, eine Mikrowelle, ein Kühlschrank, ein Elektroniksystem eines Fahrzeugs wie etwa ein Elektroniksystem eines Autos, eine Stereoanlage, ein digitaler Musikplayer, ein Radio, ein Camcorder, eine Kamera wie etwa eine Digitalkamera, ein tragbarer Speicherchip, eine Waschmaschine, ein Trockner, eine Waschmaschine / Trockner, ein Kopierer, ein Faxgerät, ein Scanner, ein multifunktionales Peripheriegerät, eine Armbanduhr, eine Uhr, etc. sein Darüber hinaus können die elektronischen Geräte auch unfertige Produkte beinhalten.
Beispiel
Simulationen wurden durchgeführt, um das erwartete Young'sche Modul des Material mit der Summenformel Al_0.875Ca_0.0625Si_0.0625N mit demjenigen des Materials mit der Summenformel Al_0.875Sc_0.125N und undotiertem AlN zu vergleichen. Die Ergebnisse dieser Simulation werden in 11 veranschaulicht. Wie dargestellt, wird erwartet, dass das Material Al_0.875Ca_0.0625Si_0.0625N ein Young'sches Modul aufweist, welches geringer als das von undotiertem AlN, aber höher als das von Al_0.875Sc_0.125N ist.
Sofern der Kontext nicht eindeutig etwas anderes erfordert, sind die Worte „umfassen“, „umfassend“, „beinhalten“, „beinhaltend“ und dergleichen in einem integrativen Sinne auszulegen, im Gegensatz zu einem exklusiven oder erschöpfenden Sinne; das heißt, im Sinne von „einschließend“, aber nicht beschränkt auf. Das Wort „gekoppelt“, wie hier allgemein verwendet, bezieht sich auf zwei oder mehrere Elemente, die entweder direkt miteinander verbunden oder über ein oder mehrere Zwischenelemente verbunden sein können. Ebenso bezieht sich das Wort „verbunden“, wie es hier allgemein verwendet wird, auf zwei oder mehrere Elemente, die entweder direkt verbunden oder über ein oder mehrere Zwischenelemente verbunden sein können. Darüber hinaus beziehen sich die Worte „hier“, „über“, „unten“ und Worte von ähnlicher Bedeutung, wenn sie in dieser Beschreibung verwendet werden, auf diese Beschreibung als Ganzes und nicht auf einen bestimmten Teil dieser Beschreibung. Wenn der Kontext es zulässt, können Wörter in der obigen Detailbeschreibung mit der Einzahl- oder Mehrzahl auch die Mehrzahl oder Einzahl beinhalten. Das Wort „oder“ in Bezug auf eine Liste von zwei oder mehr Elementen deckt alle folgenden Interpretationen des Wortes ab: eines der Elemente in der Liste, alle Elemente in der Liste und jede Kombination der Elemente in der Liste.
Darüber hinaus soll die hier verwendete bedingte Sprache, wie unter anderem „kann“, „könnte“, „könnte möglicherweise“, „mag“, „z.B.“, „zum Beispiel“, „wie“ und dergleichen, sofern nicht ausdrücklich anders angegeben oder anderweitig im Rahmen des verwendeten Kontextes verstanden, im Allgemeinen angeben, dass bestimmte Ausführungsformen bestimmte Merkmale, Elemente und/oder Zustände beinhalten, während andere Ausführungsformen bestimmte Merkmale, Elemente und/oder Zustände nicht beinhalten. Daher ist eine solche bedingte Sprache im Allgemeinen nicht dazu gedacht, darauf hinzudeuten, dass Merkmale, Elemente und/oder Zustände in irgendeiner Weise für eine oder mehrere Ausführungsformen erforderlich sind.
Obwohl bestimmte Ausführungsformen beschrieben wurden, sind diese Ausführungsformen nur beispielhaft dargestellt worden und sollen den Umfang der Offenbarung nicht einschränken. Tatsächlich können die hier beschriebenen neuartigen Vorrichtungen, Verfahren und Systeme in einer Vielzahl anderer Formen umgesetzt; ferner können verschiedene Auslassungen, Ersetzungen und Änderungen in der Form der hier beschriebenen Verfahren und Systeme vorgenommen werden, ohne vom Grundgedanken der Offenbarung abzuweichen. Während beispielsweise Blöcke in einer bestimmten Anordnung dargestellt werden, können alternative Ausführungsformen ähnliche Funktionalitäten mit anderen Komponenten und/oder Schaltungstopologien durchführen, und einige Blöcke können weggelassen, verschoben, hinzugefügt, untergliedert, kombiniert und/oder modifiziert werden. Jeder dieser Blöcke kann auf Vielfalt von anderen Vorgehensweisen implementiert werden. Jede geeignete Kombination der Elemente und Handlungen der verschiedenen vorstehend beschriebenen Ausführungsformen kann zu weiteren Ausführungsformen kombiniert werden. Die beigefügten Ansprüche und deren Äquivalente sollen derartige Formen oder Modifikationen so abdecken, wie sie in den Schutzbereich und Grundgedanken der Offenbarung fallen würden.
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 Nicht-Patentliteratur

Watanabe et. al., J. Solid State Chem. 181, 1848 (2008) [0045]

Claims

Ein akustischer Wellenresonator (100; 200; 300) umfassend ein piezoelektrisches Material (115; 205; 305) gebildet aus Aluminiumnitrid (A1N) dotiert mit einem Element oder mehreren Elementen aus der Gruppe Beryllium (Be), Strontium (Sr) und Natrium (Na), um die Leistungsfähigkeit des akustischen Wellenresonators zu verbessern.
Der akustische Wellenresonator (100; 200; 300) gemäß Anspruch 1, wobei das eine Element oder die mehreren Elemente aus der Gruppe Be, Sr und Na mit zumindest einem Element von Si und Ge ladungsausgeglichen ist bzw. sind und das Substratmaterial eine chemische Summenformel aus den Folgenden aufweist: Al_1-2xSr_xSi_xN (0 < x < 1); Al_1-2xSr_xGe_xN (0 < x < 1); Al_1-2xBe_xSi_xN (0 < x < 1); Al_1-2xBe_xGe_xN (0 < x < 1); Al_1-3xNa_xSi_2xN (0 < x < 1); oder Al_1-xNa_xGe_2xN (0 < x < 1).
Der akustische Wellenresonator (100; 200; 300) gemäß Anspruch 1, wobei das piezoelektrische Material (115; 205; 305) eine Wurtzitkristallstruktur aufweist.
Ein akustischer Wellenfilter mit einem akustischen Wellenresonator (100; 200; 300) gemäß Anspruch 1, 2 oder 3.
Der akustische Wellenfilter gemäß Anspruch 4, umfassend einen akustischen Volumenwellenresonator, BAW, mit dem dotierten A1N.
Der akustische Wellenfilter gemäß Anspruch 5, wobei der BAW-Resonator (100; 200; 300) entweder ein akustischer Dünnfilm-Volumenwellenresonator (100), ein Lambwellenresonator (200) oder ein oberflächenmontierter Resonator (300) ist.
Der akustische Wellenfilter gemäß Anspruch 5 oder 6 mit einem Hochfrequenzfilter (410; 512; 514).
Ein Elektronikmodul (400; 500) mit dem akustischen Wellenfilter (410; 512; 514) gemäß Anspruch 7.
Ein elektronisches Gerät (600) mit dem Elektronikmodul (400; 500) gemäß Anspruch 8.
Ein Verfahren zum Herstellen eines akustischen Wellenresonators (100; 200; 300), umfassend den Schritt des Abscheidens bzw. Aufbringens von Elektroden auf einem piezoelektrischen Film (115; 205; 305) gebildet aus Aluminiumnitrid (A1N) dotiert mit einem Element oder mehreren Elementen aus der Gruppe Beryllium (Be), Strontium (Sr) und Natrium (Na).
Das Verfahren gemäß Anspruch 10, wobei das Abscheiden bzw. Aufbringen der Elektroden auf dem piezoelektrischen Film (115; 205; 305) ein Abscheiden bzw. Aufbringen einer ersten Elektrode (120; 210; 310) auf einer oberen Oberfläche des piezoelektrischen Films und das Abscheiden bzw. Aufbringen einer zweiten Elektrode (125; 215; 315) auf einer unteren Oberfläche des piezoelektrischen Films umfasst.
Das Verfahren gemäß Anspruch 11, wobei der akustische Wellenresonator ein akustischer Dünnfilm-Volumenwellenresonator (100) ist und das Verfahren weiterhin den Schritt des Ausbildens eines Hohlraums (135) unter der unteren Oberfläche des piezoelektrischen Films (115) umfasst.
Das Verfahren gemäß Anspruch 11, wobei der akustische Wellenresonator ein Lambwellenresonator (200) ist und das Abscheiden bzw. Aufbringen der ersten Elektrode auf der oberen Oberfläche des piezoelektrischen Films (205) ein Abscheiden bzw. Aufbringen von interdigitalen Wandlerelektroden (210) auf der oberen Oberfläche des piezoelektrischen Films (205) umfasst.
Das Verfahren gemäß Anspruch 11, wobei der akustische Wellenresonator ein oberflächenmontierter Resonator (300) ist und das Verfahren weiterhin den Schritt des Bildens des piezoelektrischen Films (305) auf einer oberen Oberfläche eines Bragg-Reflektors (320) umfasst.
Ein piezoelektrisches Material (115; 205; 305) umfassend Aluminiumnitrid (A1N) dotiert mit einem Element oder mehreren Elementen aus der Gruppe Beryllium (Be), Strontium (Sr) und Natrium (Na).
Das piezoelektrische Material (115; 205; 305) gemäß Anspruch 15, wobei das eine Element oder die mehreren Elemente aus der Gruppe Be, Sr und Na mit zumindest einem Element von Si und Ge ladungsausgeglichen ist bzw. sind und das piezoelektrische Material eine chemische Summenformel aus den Folgenden aufweist: Al_1-2xSr_xSi_xN (0 < x < 1); Al_1-2xSr_xGe_xN (0 < x < 1); Al_1-2xBe_xSi_xN (0 < x < 1); Al_1-2xBe_xGe_xN (0 < x < 1); Al_1-3xNa_xSi_2xN (0 < x < 1); oder Al_1-3xNa_xGe_2xN (0 < x < 1).
Das piezoelektrische Material (115; 205; 305) gemäß Anspruch 15 oder 16 mit einer Wurtzitkristallstruktur.