DE10241425B4

DE10241425B4 - Mit akustischen Wellen arbeitender Resonator mit Unterdrückung störender Nebenmoden

Info

Publication number: DE10241425B4
Application number: DE10241425.4A
Authority: DE
Inventors: Pensala Tuomas; Dr. Andree Arthur; Monika Schmiedgen; Pasi Tikka; Dr. Stömmer Ralph; Dr. Bader Bernhard
Original assignee: Epcos AG
Current assignee: TDK Electronics AG
Priority date: 2002-09-06
Filing date: 2002-09-06
Publication date: 2015-06-18
Anticipated expiration: 2022-09-07
Also published as: DE10241425A1

Abstract

Mit akustischen Volumenwellen arbeitender Resonator, mit einer Schichtenfolge, enthaltend: – einen unteren Schichtbereich, der eine erste Elektrode (E1) umfaßt, – einen oberen Schichtbereich, der eine zweite Elektrode (E2) umfaßt, – eine piezoelektrische Schicht (PS), die zwischen der ersten und zweiten Elektrode (E1, E2) angeordnet ist, – bei dem zwischen der ersten und zweiten Elektrode die Entstehung einer stehenden akustischen Plattenwelle möglich ist, welche in lateraler Richtung durch eine laterale Wellenzahl kx charakterisiert wird, die in zumindest einem Frequenzbereich einen reellen Anteil Re{kx} ≠ 0 aufweist, – bei dem die piezoelektrische Schicht (PS) aus einem Material besteht, das ein anomales Dispersionsverhalten zeigt, wobei die akustische Plattenwelle, die durch eine reelle oder komplexe laterale Wellenzahl Re{kx} ≠ 0, |Re{kx}| > |Im{kx}| charakterisiert ist, in der piezoelektrischen Schicht (PS) eine niedrigere Frequenz aufweist als die akustische Plattenwelle, die durch eine laterale Wellenzahl Re{kx} = 0, Im{kx} = 0 charakterisiert ist, und – bei dem die Materialauswahl und das Dickenverhältnis der einzelnen Schichten in der Schichtenfolge so eingestellt sind, daß die Schichtenfolge insgesamt ein normales Dispersionsverhalten zeigt, indem die Gesamtschichtdicke der beiden Elektroden (E1, E2) auf einen Wert eingestellt ist, der ein x-faches der Schichtdicke der piezoelektrische Schicht (PS) beträgt, wobei für alle Dickenverhältnisse x gilt, dass sich für Werte größer gleich x im Resonator wieder ein normales Dispersionsverhalten einstellt.

Description

Die Erfindung betrifft einen mit akustischen Volumenwellen arbeitenden Resonator (oder FBAR, Thin Film Bulk Acoustic Wave Resonator), auch BAW-Resonator (Bulk Acoustic Wave Resonator) genannt.
Solche Resonatoren sind insbesondere für Bandpaß-Hochfrequenzfilter in der modernen Filtertechnik geeignet und können z. B. in den Geräten der mobilen Kommunikation eingesetzt werden.
Ein mit akustischen Volumenwellen arbeitender Resonator weist eine piezoelektrische Schicht auf, die zwischen zwei Metallschichten (Elektroden) angeordnet ist. Es ist bekannt, daß anstelle nur einer piezoelektrischen Schicht auch eine Schichtenfolge benutzt werden kann. Die Schichten werden auf einem Substrat aufeinanderfolgend abgeschieden und zu Resonatoren strukturiert, welche miteinander elektrisch verbunden sind und zusammen z. B. eine Filterschaltung realisieren können. Die durch die Elektroden definierte Resonatorfläche bzw. der zwischen den Elektroden liegende Volumenbereich des Resonators wird auch aktiver Bereich genannt. Eine Richtung parallel zu den Schichtoberflächen wird im Folgenden als laterale Richtung bezeichnet, die dazu senkrechte Richtung dagegen als senkrechte oder vertikale Richtung. Die Dicke der piezoelektrischen Schicht eines BAW-Resonators, dessen Resonanzfrequenz im Frequenzbereich zwischen 0,1 bis 30 GHz liegt, beträgt meistens etwa 0,1 bis 10 Mikrometer, während die Größe des Resonators in der lateralen Richtung größer als 10 μm (typischerweise 100 bis 300 μm) ist. Da die laterale Länge des BAW-Resonators wesentlich größer als seine Dicke ist, kann der BAW-Resonator als eine Platte mit einer endlichen lateralen Ausdehnung betrachtet werden.
Beim Anlegen des elektrischen Feldes an die Elektroden des BAW-Resonators, senkrecht zur Schichtanordnung werden in der piezoelektrischen Schicht des BAW-Resonators durch Auslenkung der Atome in Feldrichtung mechanische Spannungen (Dehnung oder Stauchung des Materials) ausgelöst. Die Auslenkung der Atome erfolgt zwar (bei einer senkrecht auf der piezoelektrischen Schicht stehenden c-Achse) hauptsächlich in senkrechter Richtung, aber wegen einer Querkontraktion des Materials tritt die Dehnung bzw. Stauchung des Materials auch in lateraler Richtung, also parallel zu der Schichtanordnung auf.
Ein elektrisches Wechselfeld regt in der piezoelektrischen Schicht insbesondere akustische Plattenwellen (mit longitudinalen und transversalen Wellenkomponenten) an, die sich im Wesentlichen senkrecht zu den Schichten ausbreiten (vertikale longitudinale Welle bzw. vertikale Scherwelle), wobei zwischen den Elektroden eine stehende Welle entsteht, wenn ungefähr ein ganzzahliges Vielfaches der halben Wellenlänge zwischen den Abstand der Elektroden paßt. Eine stehende longitudinale akustische Welle, deren Wellenlänge annähernd der doppelten Schichtdicke der piezoelektrischen Schicht entspricht, wird als Hauptmode bezeichnet. Speziell in den Platten, die eine endliche laterale Größe haben, können Kombinationsmoden entstehen, wobei die akustische Volumenwelle eine vertikale longitudinale Komponente mit einem vergleichsweise großen Anteil (z. B. 95%) und eine vertikale Scherkomponente (mit der gleichen Frequenz) mit einem geringen Anteil enthält.
Die BAW-Resonatoren weisen Hauptresonanzen (Serien- und Parallelresonanz) auf, welche in einem Filter, welches aus BAW-Resonatoren aufgebaut ist, wesentliche Filtereigenschaften, wie z. B. Mittenfrequenz, Bandbreite und Flankensteilheit bestimmen. Die Frequenzlage der Hauptresonanzen, die elektroakustische Kopplung und die statische Kapazität eines BAW-Resonators können durch Dimensionierung der Resonatorgeometrie (hauptsächlich durch die aktive Resonatorfläche, Schichtdicken und Materialeigenschaften von verschiedenen Lagen) definiert und kontrolliert werden.
Es ist bekannt, daß ein BAW-Resonator mit einem akustischen Spiegel versehen werden kann, der vorzugsweise zwischen einem mechanischen Trägersubstrat und dem BAW-Resonator angeordnet ist. Der akustische Spiegel besteht aus alternierenden Schichten mit jeweils einer hohen und einer niedrigen akustischen Impedanz, wobei ihre Schichtdicken jeweils ungefähr eine Viertelwellenlänge der akustischen Hauptmode (bezogen auf die Ausbreitungsgeschwindigkeit der akustischen Welle im jeweiligen Material) betragen. Der akustische Spiegel stellt daher eine bzw. mehrere Grenzflächen bereit, welche bei Resonanzfrequenz die akustische Welle zurück in den Resonator reflektieren und das Austreten der Welle in Richtung des Trägersubstrates verhindern.
Zusätzlich zu den Hauptresonanzen besitzen die BAW-Resonatoren Nebenresonanzen, die durch (longitudinale oder transversale) akustische Moden verursacht werden, welche Wellenkomponenten enthalten, die im Gegensatz zu den mit den Hauptresonanzen verbundenen Schwingungsmoden die BAW-Schichtfolge nicht senkrecht, sondern in lateraler Richtung durchlaufen. Die lateralen akustischen Wellen werden im Resonator durch Querkontraktion der piezoelektrischen Schicht in Verbindung mit Randeffekten, also durch die endliche Größe der aktiven Resonatorfläche hervorgerufen. Die lateralen Nebenmoden sind in vielen Fällen störend und werden deshalb als unerwünschte oder parasitäre Moden (auf Englisch spurious modes) bezeichnet. Die Nebenresonanzen können wiederum in manchen Anwendungen (z. B. BAW-Sensoren) erwünscht sein und werden durch geeignete Maßnahmen gezielt verstärkt.
Im Weiteren soll bei der Beschreibung der im BAW-Resonator angeregten akustischen Volumenwellen aus Gründen der Übersichtlichkeit nur der Querschnitt (x, z) eines quadratischen Resonators parallel zu einer entlang der x-Achse gerichteten Resonatorkante und senkrecht zur lateralen Ebene betrachtet werden, da ein solcher Resonator über eine axiale Symmetrie verfügt und die Beschreibung ohne Weiteres auf den Querschnitt in der (y, z)-Ebene übertragbar ist. Die Richtung der x-Achse entspricht also der lateralen Richtung und die z-Achse ist senkrecht zur lateralen Ebene (x, y) gerichtet und entspricht der vertikalen Richtung.
1 zeigt den Verlauf des elektrischen Feldes mit der Feldstärke E in der lateralen Richtung (das Anregungsprofil entlang der x-Achse) im Resonator der lateralen Länge L, wobei d die Dicke der piezoelektrischen Schicht ist. Der Koordinatenursprung befindet sich in der Mitte des Resonators. Die Feldstärke ist im aktiven Bereich des Resonators im Wesentlichen konstant und fällt in den Randbereichen des Resonators ab.
Die akustische Volumenwelle ist eine dreidimensionale Welle, die durch einen Wellenvektor mit drei Komponenten (k_x, k_y, k_z), die Wellenzahlen genannt werden, charakterisiert wird. Der Wellenvektor gibt die Richtung der räumlichen Periode der akustischen Schwingung an. Die Wellenzahl gibt die Anzahl der Wellenlängen pro Längeneinheit in der entsprechenden Richtung an. Im Idealfall eines unendlich ausgedehnten Resonators werden durch das elektrische Feld hauptsächlich longitudinale akustische Wellen entlang der Feldrichtung (z-Achse) angeregt, wobei für die Wellenzahl der (harmonischen) Wellenkomponenten in senkrechter Richtung k_z ≠ 0 bzw. in lateraler Richtung (x-Achse) k_x = 0 gilt. Dies entspricht der sogenannten „piston mode” (kolbenartige Plattenschwingung), bei der die ganze Platte (die piezoelektrische Schicht) gleichmäßig in z-Richtung ausgedehnt bzw. komprimiert wird, ohne daß sich der Querschnitt der Ober- bzw. Unterseite der Platte verformt. Im Resonator mit einer endlichen lateralen Ausdehnung ist wegen Randbedingungen k_x ≈ 2πn/L erfüllt (L ist die Länge des Resonators in x-Richtung, n ist eine ganze Zahl), d. h. k_x ≠ 0. Das Auslenkungsmuster der anregbaren akustischen Volumenwellen in x-Richtung (Wellenbauch in der Mitte des Resonators bzw. Wellenknoten am Rand) weicht nun von dem in 1 dargestellten Anregungsprofil (elektrischen Feld E) in dieser Richtung ab. Dadurch verringert sich der elektroakustische Kopplungskoeffizient der BAW-Resonatoren und daher auch die Bandbreite, Güte und Einfügedämpfung des aus diesen Resonatoren aufgebauten Filters.
Die Wellenzahl einer lateralen Mode ergibt sich aus der Lösung einer Wellengleichung mit vorgegebenen Randbedingungen. Die Wellenzahl kann rein reell, rein imaginär oder komplex sein. Die Schwingungen mit einer imaginären Wellenzahl klingen exponentiell ab und sind daher nicht ausbreitungsfähig. Solche Schwingungen sind an eine Grenzfläche (bzw. eine Linie im Querschnitt), z. B. an den Resonatorrandbereich gebunden. Aus diesem Grund können im Resonator grundsätzlich nur Moden mit einer reellen Wellenzahl angeregt werden. In einem BAW-Resonator mit übereinander liegenden Elektroden werden vor allem die Nebenmoden angeregt, für welche die Bedingung 1/L ≤ |k_x| << 1/d erfüllt ist, wobei d die Dicke der piezoelektrischen Schicht und L die laterale Länge des Resonators ist.
Die lateralen Nebenmoden eines realen BAW-Resonators weisen ein diskretes Frequenzspektrum auf, da nur solche laterale Schwingungsmoden angeregt werden können, für welche die Resonanzbedingungen in der lateralen Richtung erfüllt sind, d. h. wenn eine ungerade Anzahl der halben Wellenlängen ungefähr der lateralen Größe des Resonators entspricht.
Die Dicke der piezoelektrischen Schicht bestimmt die Grenzfrequenz des BAW-Resonators. Die Grenzfrequenz ist die Resonanzfrequenz der Hauptmode, welche die erste Harmonische der vertikalen longitudinalen akustischen Volumenwelle ist. Elastische Eigenschaften des piezoelektrischen Materials bestimmen dabei, ob die Frequenz der anregbaren lateralen Moden oberhalb (normales Dispersionsverhalten der akustischen Wellenkomponente) oder unterhalb (anomales Dispersionsverhalten der akustischen Wellenkomponente) der Grenzfrequenz liegt. Dabei handelt es sich insbesondere um die Querkontraktion des Materials, die durch eine Poisson-Zahl charakterisiert wird.
Die Poisson-Zahl μ ist mit dem Verhältnis v_S/v_L der Ausbreitungsgeschwindigkeiten der transversalen (v_S) und der longitudinalen (v_L) akustischen Welle verbunden. Für eine Platte (z. B. piezoelektrische Schicht) aus einem isotropen Material gilt
Für die meisten Materialien liegt der Wert der Poisson-Zahl zwischen 0,2 und 0,5. Allgemein gilt v_S < v_L.
Viele piezoelektrische Materialien besitzen eine Poissonzahl μ > 1/3 und weisen akustische Wellenkomponenten mit einem normalen Dispersionsverhalten auf. Es gibt jedoch piezoelektrische Materialien mit einer Poisson-Zahl μ < 1/3, z. B. AlN, welche akustische Wellenkomponenten mit einem anomalen Dispersionsverhalten zeigen, wobei die ausbreitungsfähigen Wellenmoden eine niedrigere Frequenz als die Grenzfrequenz (die Resonanzfrequenz der Hauptmode) haben.
Die Durchlaufzeit der Hauptmode (erste Harmonische der vertikalen longitudinalen Welle, k_x = 0) in der piezoelektrischen Schicht der Dicke d beträgt 2d/v_L. Die Frequenz der Hauptmode ist dann f_L,1 ≈ v_L/2d (die Grenzfrequenz des Resonators). Analog kann die Frequenz der ersten Harmonischen der vertikalen Scherwelle f_S,1(k_x = 0) ≈ v_S/2d berechnet werden. Da die Ausbreitungsgeschwindigkeit einer Scherwelle kleiner als die Ausbreitungsgeschwindigkeit einer longitudinalen Welle ist (wobei beide Wellen in dieselbe Richtung laufen), liegt die Frequenz der ersten Harmonischen der vertikalen Scherwelle f_S,1 tiefer als die Hauptresonanzfrequenz f_L,1, so daß bei dieser Frequenz (f_L,1) die erste Harmonische der vertikalen Scherwelle nicht angeregt werden kann.
Die Durchlaufzeit der vertikalen Scherwelle (k_x = 0) beträgt 2d/v_S bzw. die Frequenz der zweiten Harmonischen der vertikalen Scherwelle f_S,2 ≈ v_S/d. Die Frequenz der zweiten Harmonischen der vertikalen Scherwelle stimmt mit der Frequenz der Hauptmode also überein, wenn die Ausbreitungsgeschwindigkeit der zweiten Harmonischen der transversalen Welle ungefähr der Hälfte der Ausbreitungsgeschwindigkeit der Hauptmode entspricht. Wenn die Frequenz der zweiten Harmonischen der vertikalen Scherwelle f_S,2 (k_x = 0) unterhalb der Grenzfrequenz f_L,1 liegt, so handelt es sich um eine „normale” Dispersion. Wenn f_S,2 > f_L,1 ist, so spricht man von einem anomalen Dispersionsverhalten. Die kritische Poisson-Zahl μ = 1/3 bestimmt demnach die Grenze zwischen einem normalen und einem anomalen Dispersionsverhalten. Die Materialien mit einer größeren Poissonzahl als 1/3 (z. B. ZnO) zeigen ein normales und die Materialien mit einer kleineren Poissonzahl (z. B. AlN, LiNbO₃, LiTaO₃, polykristallines Quarz) ein anomales Dispersionsverhalten.
Die Frequenz der Nebenresonanzen liegt typischerweise nahe der Frequenz der Serien- bzw. Parallelresonanz (Resonanz bzw. Antiresonanz) des Resonators. Die Frequenz störender lateraler Resonator-Nebenmoden liegt deshalb oft im Paßband eines aus BAW-Resonatoren aufgebauten Bandpaßfilters und verschlechtert dadurch dessen Übertragungsfunktion. Störende laterale Nebenmoden sind wegen Kopplung mit dem elektrischen Wechselfeld oft so deutlich ausgeprägt, daß die Anregbarkeit, oder effektive elektroakustische Kopplung der Hauptmode und daher die Güte des BAW-Resonators und folglich die Filterqualität, sowie insbesondere die Bandbreite und die Einfügedämpfung des aus BAW-Resonatoren aufgebauten Bandpaßfilters beeinträchtigt wird.
Es ist beispielsweise aus der Druckschrift US 6215375 B1 bekannt, daß die Ausbreitung der lateralen Schwingungsmoden durch eine besondere Formgebung der BAW-Resonatoren beeinflußt werden kann. Dazu sind die Resonatorflächen als Vierecke bzw. Polygone, die keine zueinander parallelen Seiten besitzen, ausgebildet. Dadurch wird erreicht, daß die lateralen Moden – im Gegensatz zu solchen in BAW-Resonatoren mit einer rechteckigen Resonatorfläche – richtungsabhängige Randbedingungen haben. Der Nachteil dieser Maßnahme besteht darin, daß die unerwünschten Nebenresonanzen nicht unterdrückt, sondern im Frequenzbereich aufgespreizt, also „verschmiert” werden.
Es ist außerdem aus der WO 0106647 A1 bekannt, daß eine besondere Strukturierung des Randbereichs der BAW-Resonatoren zum Auslöschen der unerwünschten lateralen Wellenmoden benutzt werden kann. Es werden z. B. Gräben oder Wülste (zusätzliche streifenförmige Strukturen aus einem dielektrischen Material) am Resonatorrand ausgebildet. Geeignet dimensionierte Randstreifen oder Randgräben beeinflussen die Randbedingungen für die lateralen Moden so, daß solche Moden nicht mehr elektrisch anregbar bzw. schwingfähig sind. Die Randbedingungen begünstigen in diesem Fall die „piston mode”, indem das Profil der akustischen Hauptmode in der lateralen Richtung der Form des elektrischen Feldes angepaßt wird.
Insbesondere durch die Ausbildung der Wülste, deren Breite ungefähr einer Viertelwellenlänge entspricht, erzielt man (für Materialien mit einer Poisson-Zahl > 1/3 und folglich einem normalen Dispersionsverhalten akustischer Wellenkomponenten) im Randbereich des Resonators zwischen dem aktiven Resonatorbereich, in welchem die „piston mode” angeregt werden soll, und dem Außenbereich, in welchem die akustischen Wellen exponentiell abklingen, eine Übergangszone. In der Übergangszone entsteht durch eine gezielte Anregung der lateralen Welle an einem, an den aktiven Bereich angrenzenden Ende der Zone ein Wellenbauch und am anderen, an den Außenbereich angrenzenden Ende der Zone ein Wellenknoten. Durch das Hinzufügen der zusätzlichen Schicht (z. B. einer dielektrischen Schicht) in der Übergangszone wird in diesem Bereich eine niedrigere Grenzfrequenz als die Grenzfrequenz des aktiven Bereiches bzw. die Verschiebung der ganzen Dispersionskurve zu niedrigeren Frequenzen erreicht, so daß die Frequenz der Hauptresonanz (mit k_x = 0) im aktiven Resonatorbereich der Resonanzfrequenz einer der anregbaren lateralen Moden (k_x reell) in der Übergangszone entspricht. Auf diese Weise werden die Randbedingungen des aktiven Bereichs und des Außenbereiches so angepaßt, daß die gewünschte Hauptmode mit k_x = 0 im ganzen aktiven Resonatorbereich angeregt wird.
Ein solches Design (lateral edge design) hat eine einfache Ausführungsform bei Resonatoren, welche eine piezoelektrische Schicht aus einem Material mit einer Poisson-Zahl > 1/3 (z. B. ZnO) und folglich dem normalen Dispersionsverhalten ω(k) der relevanten Wellenkomponente enthalten, wobei die Frequenz der anregbaren lateralen akustischen Moden oberhalb der Grenzfrequenz des Resonators ω(k = 0) liegt. Eine beispielhafte Dispersionskurve beim normalen Dispersionsverhalten der akustischen Wellenkomponente ist in 2 mit Bezugszeichen 1 dargestellt. In diesem Fall kann die Resonanzfrequenz der ausgewählten lateralen Wellenmode durch das Hinzufügen des zusätzlichen dielektrischen Materials verringert und damit an die Resonanzfrequenz der Hauptmode relativ einfach angepaßt werden.
Aus der EP 0 973 256 A1 ist ein BAW Bauelement mit einer piezoelektrischen Schicht einer Poisson-Zahl kleiner 1/3 bekannt, das dennoch eine normale Dispersion aufweist.
Manchmal ist es wünschenswert, piezoelektrische Schichten aus einem Material mit einer Poisson-Zahl < 1/3 und folglich mit dem anomalen Dispersionsverhalten der relevanten akustischen Wellenkomponente, z. B. AlN, beim Design der BAW-Resonatoren einzusetzen, wobei die Frequenz der anregbaren lateralen akustischen Moden unterhalb der Grenzfrequenz des Resonators liegt. Siehe dazu eine beispielhafte Dispersionskurve mit dem Bezugszeichen 2 in der 2. Um das erzielte – im aktiven Bereich des Resonators flache und außerhalb des aktiven Bereiches schnell abfallende – Profil der lateralen Welle zu konstruieren, braucht man anstelle eines Wulstes als Übergangszone zwischen dem aktiven Resonatorbereich und dem Außenbereich einen Graben, dessen Breite in lateraler Richtung nur wenige Mikrometer beträgt. Die senkrechten Seitenwände eines solchen Grabens müssen präzise ausgebildet sein, was besondere Materialien und ein kompliziertes Verfahren erfordert.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen mit akustischen Volumenwellen arbeitenden Resonator anzugeben, der für Beeinflussung akustischer Nebenmoden, insbesondere Unterdrückung störender Nebenmoden geeignet und einfach herzustellen ist.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Resonator nach einem der unabhängigen Ansprüche 1, 6, 11 oder 12 gelöst.
Die Erfindung gibt einen mit akustischen Volumenwellen arbeitenden Resonator (auch BAW-Resonator – Bulk Acoustic Wave Resonator – oder FBAR – Thin Film Bulk Acoustic Wave Resonator – genannt) an, der aus einer Schichtenfolge aufgebaut ist, welche folgende Schichten enthält: einen unteren Schichtbereich, der eine erste Elektrode umfaßt, einen oberen Schichtbereich, der eine zweite Elektrode umfaßt, und dazwischen eine piezoelektrische Schicht. Zwischen der ersten und zweiten Elektrode ist die Entstehung einer stehenden akustischen Plattenwelle möglich, welche in lateraler Richtung durch eine laterale Wellenzahl k_x charakterisiert wird, die in zumindest einem Frequenzbereich einen reellen Anteil aufweist.
Die piezoelektrische Schicht besteht aus einem Material, das ein anomales Dispersionsverhalten akustischer Wellenkomponenten zeigt (dies bedeutet eine Poisson-Zahl kleiner als 1/3 für quasi-isotrope bzw. polykristalline piezoelektrische Schichten). Dabei weist eine akustische Plattenwelle, die durch eine komplexe laterale Wellenzahl k _x = Re{k_x} + jIm{k_x} mit einem Realanteil Re{k_x} ≠ 0 und mit einem Imaginäranteil Im{k_x} charakterisiert ist, wobei die Bedingung |Re{k_x}| > |m{k_x}| erfüllt ist, eine niedrigere Frequenz auf als die akustische Plattenwelle, die durch eine laterale Wellenzahl Re{k_x} = 0, Im{k_x} = 0 charakterisiert ist. Die laterale Wellenzahl kann auch rein reell sein, wobei Im{k_x} = 0 und daher k _x = Re{k_x} gilt.
Die Materialauswahl und das Dickenverhältnis der einzelnen Schichten in der Schichtenfolge des erfindungsgemäßen Resonators sind so eingestellt, daß die relevante und genutzte akustische Wellenkomponente in der Schichtenfolge des Resonators ein normales Dispersionsverhalten zeigt, wobei die akustische Plattenwelle, die durch eine reelle oder komplexe laterale Wellenzahl Re{k_x} ≠ 0, |Re{k_x}| > |Im{k_x}| charakterisiert ist, eine höhere Frequenz aufweist als die akustische Plattenwelle, die durch eine laterale Wellenzahl Re{k_x} = 0, Im{k_x} = 0 charakterisiert ist.
Dies wird nach Anspruch 1 erreicht, indem die Gesamtschichtdicke der beiden Elektroden (E1, E2) auf einen Wert eingestellt ist, der ein x-faches der Schichtdicke der piezoelektrische Schicht (PS) beträgt, wobei für alle Dickenverhältnisse x gilt, dass sich für Werte größer gleich x im Resonator wieder ein normales Dispersionsverhalten einstellt.
Die piezoelektrische Schicht im erfindungsgemäßen Resonator besteht vorzugsweise aus AlN. Möglich ist auch, daß sie aus LiNbO₃, LiTaO₃, polykristallinem Quarz oder einer beliebigen Schichtenfolge dieser Materialien besteht. Auch weitere Schichtenfolgen aus Materialien mit einem normalen oder anomalen Dispersionsverhalten akustischer Wellenkomponenten sind möglich, wenn die gesamte Schichtenfolge ein normales Dispersionsverhalten akustischer Wellenkomponenten aufweist.
Das Material und die Dicke des oberen und des unteren Schichtbereiches wird an das Material und an die Schichtdicke der piezoelektrischen Schicht so angepaßt, daß in der Schichtenfolge insgesamt einerseits die gewünschte Resonanzfrequenz und andererseits die normale Dispersion der relevanten Wellenkomponente erzielt werden.
In einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Resonators ist der obere und der untere Schichtbereich als jeweils eine Elektrode, z. B. als eine Al-Elektrode ausgebildet. Wenn die Gesamtdicke der beiden Elektroden aus Aluminium größer als 0,39 mal die Dicke der piezoelektrischen Schicht aus AlN ist, weist diese Schichtenfolge eine normale Dispersion der relevanten akustischen Wellenkomponente auf. Dabei ist es möglich, daß die Elektroden eine gleiche oder unterschiedliche Dicke haben. Es ist beispielsweise möglich, daß die untere Elektrode dicker als die obere ausgebildet ist. Möglich ist auch, daß die obere Elektrode dicker als die untere ist.
In 2a ist das Dispersionsverhalten der longitudinalen Wellenkomponente und der zweiten Harmonischen der transversalen Wellenkomponente im Resonator mit der Schichtenfolge Al (erste Elektrode), AlN (piezoelektrische Schicht der Dicke 1800 nm), Al (zweite Elektrode) für variierende Dicken der Elektrodenschichten bzw. die Umkehrung des Dispersionsverhaltens ab einer bestimmten Dicke der Elektrodenschichten gezeigt.
Die Dispersionskurven L1 bzw. S1 entsprechen dem Verhalten der longitudinalen Wellenkomponente (L1) und der zweiten Harmonischen (S1) der transversalen Wellenkomponente in der genannten Schichtenfolge mit zwei Al-Schichten der gleichen Dicke 200 nm. Die Dispersionskurven L2 bzw. S2 entsprechen dem Verhalten der longitudinalen Wellenkomponente und der zweiten Harmonischen der transversalen Wellenkomponente in der genannten Schichtenfolge mit zwei Al-Schichten von jeweils 300 nm Dicke. In den beiden Fällen ist die Grenzfrequenz (die Resonanzfrequenz der Hauptmode) F1 bzw. F2 des Resonators (die der Al-Schicht der Dicke 200 nm bzw. 300 nm entspricht) höher als die Frequenz der in der genannten Schichtenfolge anregbaren (longitudinalen) Wellenkomponente.
Die Dispersionskurven L3 bzw. S3 entsprechen dem Verhalten der longitudinalen Wellenkomponente (L3) und der zweiten Harmonischen (S3) der transversalen Wellenkomponente in der genannten Schichtenfolge mit zwei Al-Schichten der gleichen Dicke von 400 nm. Die Dispersionskurven L4 bzw. S4 entsprechen dem Verhalten der longitudinalen Wellenkomponente und der zweiten Harmonischen der transversalen Wellenkomponente in der genannten Schichtenfolge mit zwei Al-Schichten der Dicke von jeweils 500 nm. In diesen Fällen ist die Grenzfrequenz des Resonators F3 bzw. F4 (die der Al-Schicht der Dicke von 400 nm bzw. 500 nm entspricht) niedriger als die Frequenz der in der genannten Schichtenfolge anregbaren (longitudinalen) Wellenkomponente.
Dabei ist für das Dispersionsverhalten der akustischen Wellenkomponenten nicht die absolute Dicke der ersten oder der zweiten Elektrodenschicht, sondern die Gesamtdicke der ersten und der zweiten Elektrode von Bedeutung. Daher ist es möglich, die Umkehrung des Dispersionsverhaltens der genannten Schichtenfolge mit unterschiedlich dicken Schichten, welche die erste bzw. die zweite Elektrode realisieren, zu erreichen.
Auch für andere Schichtenfolgen, die eine piezoelektrische Schicht mit einem anomalen Dispersionsverhalten der relevanten akustischen Wellenkomponente umfassen, ist die Umkehrung des Dispersionsverhaltens möglich. Das Dickenverhältnis der jeweiligen Schichtenfolge, bei dem die Umkehrung des Dispersionsverhaltens stattfindet, kann empirisch gefunden werden.
2b bzw. 2c zeigt den Frequenzgang des Reflexionskoeffizienten des Resonators mit einer Schichtenfolge, die ein anomales bzw. normales Dispersionsverhalten aufweist, im Smith-Diagramm. Die Resonanzfrequenz der Hauptmode liegt jeweils am Kurzschlußpunkt KS1 bzw. KS2 der gezeigten Kurven.
Die in 2b gezeigte Kurve RK1 (anomales Dispersionsverhalten der anregbaren Wellenkomponente) weist vier Resonanzen auf, welche lateralen Moden akustischer Schwingungen entsprechen, wobei ihre Frequenz unterhalb der Resonanzfrequenz der Hauptmode liegt. Die in 2c gezeigte Kurve RK2 (normales Dispersionsverhalten der anregbaren Wellenkomponente) weist vier Resonanzen auf, welche lateralen Moden akustischer Schwingungen entsprechen, wobei ihre Frequenz oberhalb der Resonanzfrequenz der Hauptmode liegt.
Die obere und/oder die untere Elektrode kann aus einem Metall, einer Metallegierung oder aus mehreren solchen Schichten (z. B. aus einer Kombination aus Al und W) bestehen. Eine mehrlagige Elektrode im Vergleich zu einer Elektrode, die aus nur einer Lage besteht, kann unter Umständen eine größere Bandbreite eines auf der Basis von BAW-Resonatoren aufgebauten Filters ermöglichen oder die Verwendung von einer dünneren piezoelektrischen Schicht zulassen. Außerdem kann die Dispersionskurve ω(k) der relevanten akustischen Wellenkomponente in der Schichtenfolge des erfindungsgemäßen Resonators durch eine geeignete Materialauswahl einer Elektrode, die als Mehrschichtaufbau realisiert ist, zweckgemäß gestaltet werden.
Die Schichtenfolge des BAW-Resonators kann auf einem mechanischen Trägersubstrat angeordnet sein. Das Trägersubstrat kann mehrere dielektrische Lagen (z. B. aus Keramik oder SiO₂) umfassen, die durch Metallisierungsebenen voneinander getrennt sind, wobei die Metallisierungsebenen mittels Durchkontaktierungen miteinander verbunden sind.
Es ist möglich, daß auf der Oberseite des Trägersubstrats ein Hohlraum (Luftspalt) vorgesehen ist und daß der erfindungsgemäße Resonator über diesem Hohlraum angeordnet ist, wobei der Hohlraum den aktiven Bereich des Resonators definiert.
Der untere bzw. der obere Schichtbereich kann einen akustischen Spiegel umfassen, der zumindest zwei Schichten mit unterschiedlicher akustischer Impedanz aufweist, beispielsweise alternierende Schichten aus W und SiO₂. Dabei ist es möglich, daß die erste bzw. die zweite Elektrode als eine Schicht mit einer hohen akustischen Impedanz im akustischen Spiegel integriert ist. Die Schicht mit einer hohen (bzw. einer niedrigen) akustischen Impedanz im akustischen Spiegel kann aus nur einer Schicht oder auch aus einer Mehrschichtenfolge bestehen. Die Schicht mit einer hohen akustischen Impedanz kann z. B. aus einer W- und einer darunter angeordneten Ti-Schicht bestehen.
Es ist möglich, das Dispersionsverhalten der relevanten akustischen Wellenkomponente in der Schichtenfolge des erfindungsgemäßen BAW-Resonators durch eine besondere Auswahl des Materials und der Schichtdicken des akustischen Spiegels zu beeinflussen. Beispielsweise die als BAW-Resonator realisierte Schichtenfolge Al-Elektrode (Dicke 200 nm) – AlN-Schicht (Dicke 2275 nm) – Al-Elektrode (Dicke 200 nm) ist anomal, da ihre Poisson-Zahl kleiner als 1/3 ist. Durch das Hinzufügen von einem akustischen Spiegel, der aus einer SiO₂-Schicht mit einer Dicke von 701 nm und einer darunter angeordneten W-Schicht mit einer Dicke von 614 nm besteht, gelingt es, ein normales Dispersionsverhalten der relevanten akustischen Wellenkomponente in der Gesamtschichtenfolge des Resonators zu erzielen.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Schichtenfolge des BAW-Resonators wie folgt aufgebaut: Der Resonator enthält eine untere und eine obere Elektrode, die vorzugsweise aus Al bestehen und z. B. eine Dicke von ca. 200 nm haben, und eine dazwischen angeordnete piezoelektrische Schicht aus einem Material mit einer Poisson-Zahl < 1/3, vorzugsweise AlN z. B. mit einer Dicke von ca. 2275 nm; der akustische Spiegel besteht aus 2 oder mehr alternierenden Schichten mit einer niedrigen akustischen Impedanz, vorzugsweise aus SiO₂ (z. B. mit einer Dicke von ca. 701 nm), und mit einer hohen akustischen Impedanz, vorzugsweise aus W (z. B. mit einer Dicke von ca. 614 nm). Dabei weist die obere Schicht des akustischen Spiegels (in diesem Beispiel eine SiO₂-Schicht) eine niedrige akustische Impedanz auf. Die obere Elektrode des Resonators ist auf der oberen Schicht des akustischen Spiegels angeordnet. Möglich ist es auch, daß der akustische Spiegel auf der oberen Elektrode angeordnet ist, wobei die untere Schicht des akustischen Spiegels (in diesem Beispiel eine SiO₂-Schicht) eine niedrige akustische Impedanz hat. Der auf diese Weise aufgebaute BAW-Resonator kann beispielsweise auf einem Si-Substrat aufgebaut sein. Zwischen dem akustischen Spiegel und darüber (bzw. darunter) angeordneten Resonatorschichten oder einem mechanischen Trägersubstrat kann eine Adhäsionsschicht, z. B. aus Ti vorgesehen sein.
Die Umkehrung von einem anomalen zu einem normalen Dispersionsverhalten ist auch für akustische Spiegel mit anderen Schichtenfolgen möglich, z. B. für Schichtenfolgen aus SiO₂/Mo oder SiO₂/AlN, wobei die Anzahl der Schichten auch mehr als 2 sein kann.
Durch das Hinzufügen eines akustischen Spiegels mit geeigneten Materialeigenschaften und Schichtdicken zu einem Resonator mit einer piezoelektrischen Schicht, die ein anomales Dispersionsverhalten der relevanten akustischen Wellenkomponente aufweist, erreicht man einerseits die Umkehrung des Dispersionsverhaltens und andererseits günstige Reflexionsbedingungen für die akustische Hauptmode an der entsprechenden Grenzfläche des Resonators.
Es ist möglich, daß im oberen Schichtbereich eine dielektrische Schicht vorzugsweise aus SiO₂ vorgesehen ist, die im aktiven Bereich des Resonators auf der zweiten Elektrode (der Elektrode aus dem oberen Schichtbereich) angeordnet ist. Mit dieser Schicht kann man die Resonanzfrequenz des Resonators, der beispielsweise in einem Parallelzweig eines Ladder-Type-Filters verwendet wird, verringern. Die Dicke dieser Schicht kann z. B. 50 bis 100 nm betragen.
Der erfindungsgemäße Resonator ist zusammen mit weiteren Maßnahmen (z. B. lateral edge design) insbesondere dafür geeignet, das laterale Profil der anzuregenden akustischen Hauptmode so zu gestalten, daß es über die ganze laterale Länge des Resonators an die Form der Anregung (des elektrischen Feldes des Hochfrequenz-Signals) angepaßt ist, um die optimale elektroakustische Kopplung zu erreichen. Dabei vereinfacht sich gegenüber dem Stand der Technik das Design und die Herstellung von Resonatoren mit piezoelektrischen Schichten, die aus einem Material bestehen, welches ein anomales Dispersionsverhalten der relevanten akustischen Wellenkomponente aufweist.
Es ist möglich, daß die Schichtenfolge im erfindungsgemäßen Resonator einen funktionellen Schichtbereich aufweist, der eine andere Funktion als der akustische Spiegel erfüllt. Der funktionelle Schichtbereich kann beispielsweise eine GDE-Schicht (eine Schicht aus einem Giant Delta E Material) aufweisen, welche zur Frequenzabstimmung des Resonators geeignet ist. Es ist möglich, daß im funktionellen Schichtbereich zumindest eine zusätzliche Elektrode (z. B. eine Steuerelektrode) vorgesehen ist.
Der funktionelle Schichtbereich kann auch eine oder mehrere Schichten enthalten, welche die Leistungsverträglichkeit des Resonators erhöhen.
Die erfindungsgemäßen Resonatoren können miteinander verschaltet werden, beispielsweise in einer Ladder-Type- oder Lattice-Type-Bauweise. Die erfindungsgemäßen Resonatoren können auch ein SCF (Stacked Crystal Filter), ein CRF (Coupled Resonator Filter) oder zumindest einen Teil einer Duplexer-Schaltung bilden.
Die erfindungsgemäße Schichtenfolge ermöglicht im Vergleich mit dem Stand der Technik ein einfaches Design sowie eine einfache und kostengünstige Herstellung nebenmodenfreier Resonatoren mit piezoelektrischen Schichten aus Materialien mit einem anomalen Dispersionsverhalten der relevanten akustischen Wellenkomponente.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird außerdem durch die anschließend beschriebenen Beispiele gelöst.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von schematischen und daher nicht maßstabsgetreuen Figuren näher erläutert.
1 zeigt das Profil des elektrischen Feldes E in einem BAW-Resonator der Länge L mit einer piezoelektrischen Schicht der Dicke d in lateraler Richtung
2 zeigt beispielhafte Dispersionskurven ω(k) für Materialien mit einem normalen und einem anomalen Dispersionsverhalten der relevanten akustischen Wellenkomponente
2a zeigt die Dispersionskurven der ersten Harmonischen der longitudinalen und der zweiten Harmonischen der transversalen akustischen Wellenkomponente für die Resonator-Schichtenfolge Al/AlN (1800 nm)/Al bei der variierenden Schichtdicke der Al-Schichten
2b zeigt den Frequenzgang des Reflexionskoeffizienten des Resonators für die Resonator-Schichtenfolge mit einem anomalen Dispersionsverhalten der relevanten akustischen Wellenkomponente im Smith-Diagramm
2c zeigt den Frequenzgang des Reflexionskoeffizienten des Resonators für die Resonator-Schichtenfolge mit einem normalen Dispersionsverhalten der relevanten akustischen Wellenkomponente im Smith-Diagramm
3 zeigt den schematischen Querschnitt des erfindungsgemäßen Resonators mit einem akustischen Spiegel
4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Resonators mit einem akustischen Spiegel im schematischen Querschnitt
5 zeigt den Gültigkeitsbereich der lateralen Wellenzahl der akustischen Kombinationsmode im Außenbereich des erfindungsgemäßen Resonators im vorteilhaften Ausführungsbeispiel (a) und das entsprechende laterale Wellenprofil der Hauptmode (b)
6 zeigt beispielhafte Dispersionskurven ω(k) bzw. Gültigkeitsbereiche der lateralen Wellenzahl zweier Komponenten der akustischen Kombinationsmode im aktiven Bereich des erfindungsgemäßen Resonators im weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel (a) und beispielhafte resultierende laterale Wellenprofile der Hauptmode im entsprechenden Resonatorbereich (b)
7 zeigt eine schematische Draufsicht zweier gegenseitig verdrehter (a) sowie verdrehter und zusätzlich verschobener (b) Schichten des erfindungsgemäßen Resonators
8 zeigt einen weiteren Resonator mit einer in der lateralen Ebene strukturierten Schicht (a) und mit einer piezoelektrischen Schicht mit in vertikaler Richtung strukturierten Materialeigenschaften (b) im schematischen Querschnitt
9 zeigt es einen weiteren Resonator mit einer strukturierten oberen (a) bzw. unteren (b, c) Elektrode im schematischen Querschnitt
10 zeigt beispielhafte regelmäßige laterale Strukturierungen der Schichten eines Resonators in schematischer Draufsicht
11 zeigt beispielhafte laterale Strukturierungen der Schichten eines Resonators zur Beeinflussung von lateralen akustischen Moden in schematischer Draufsicht
12 zeigt beispielhafte laterale Strukturierungen der Elektroden eines Resonators zur Beeinflussung von lateralen akustischen Moden in schematischer Draufsicht
13 zeigt den schematischen Querschnitt eines Resonators mit einer geteilten oberen Elektrode (a) und beispielhafte Teilung der oberen Elektrode des Resonators zur Beeinflussung von lateralen akustischen Moden in schematischer Draufsicht (b)
3 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen BAW-Resonators mit einem akustischen Spiegel AS im schematischen Querschnitt. Der Resonator enthält einen unteren Schichtbereich US, einen oberen Schichtbereich OS und eine piezoelektrische Schicht PS, die aus einem Material mit einer Poisson-Zahl < 1/3, z. B. AlN, besteht. Der untere Schichtbereich enthält eine erste Elektrode E1 und einen akustischen Spiegel AS, der in diesem Beispiel aus einer Schicht LZ mit einer niedrigen akustischen Impedanz, z. B. aus Siliziumoxid, und einer Schicht HZ mit einer hohen akustischen Impedanz, z. B. W, Mo oder AlN, besteht. Es ist möglich, daß der akustische Spiegel aus mehr als nur zwei alternierenden Schichten, vorzugsweise aus Schichtpaaren, z. B. ausgewählt aus 2 Schichtpaaren W/SiO₂, 3 Schichtpaaren Mo/SiO₂ oder 4 Schichtpaaren AlN/SiO₂, besteht. Auch eine ungerade Anzahl von Schichten ist möglich.
Der obere Schichtbereich enthält eine zweite Elektrode E2 und eine dielektrische Struktur DS.
Der BAW-Resonator weist 3 Bereiche auf, die das laterale Profil der akustischen Welle bestimmen: einen aktiven Bereich AK, in welchem die „piston mode” der akustischen Volumenwelle unterstützt wird, einen Außenbereich AU, in welchem die akustische Welle schnell abklingt, und eine Übergangszone UZ, welche die Anpassung der Randbedingungen zwischen dem aktiven Bereich und dem Außenbereich ermöglicht. Die laterale Breite der Übergangszone entspricht vorzugsweise ungefähr einer Viertelwellenlänge der in diesem Bereich anregbaren lateralen Wellenmode, so daß an der Grenze des aktiven Bereiches und der Übergangszone ein Wellenbauch und an der Grenze der Übergangszone und des Außenbereiches ein Wellenknoten einer stehenden Welle entsteht. Die laterale Breite des Außenbereiches kann beispielsweise einige Mikrometer betragen.
Die dielektrische Struktur DS liegt im Außenbereich auf der piezoelektrischen Schicht und in der Übergangszone auf der zweiten Elektrode E2. In diesem Beispiel ist die Dicke der Schicht, welche die dielektrische Struktur realisiert, gleich groß wie die Dicke der zweiten Elektrode E2. Es ist auch möglich, daß die Dicke dieser Schicht kleiner oder größer als die Dicke der zweiten Elektrode ist.
Der Resonator ist auf einem Trägersubstrat TS aufgebaut, der z. B. aus Si, Siliziumoxid, GaAs, Saphir oder Keramik besteht. Das Trägersubstrat kann mehr als nur eine dielektrische Schicht (auch mehrere Schichten aus verschiedenen dielektrischen Materialien) und Metallisierungsebenen dazwischen umfassen.
Es ist möglich, daß der obere Schichtbereich OS des erfindungsgemäßen Resonators eine zusätzliche, in dieser Figur der besseren Übersichtlichkeit wegen nicht dargestellte, dielektrische Schicht (hier eine Passivierungsschicht, z. B. aus Siliziumoxid) umfaßt, die einerseits zur Passivierung der obersten Resonatorschicht und andererseits durch eine geeignete Auswahl der Schichtdicke beispielsweise zur Verringerung der Resonanzfrequenz oder zur Verringerung von Umwelteinflüssen auf den Resonator benutzt werden kann. Diese Passivierungsschicht liegt dann (in diesem Ausführungsbeispiel) sowohl auf der dielektrischen Struktur DS im Außenbereich AU und in der Übergangszone UZ als auch auf der zweiten Elektrode E2 im aktiven Bereich AK auf.
Durch die in diesem Ausführungsbeispiel vorgestellten Maßnahmen erreicht man die „piston mode” der akustischen Volumenwelle mit k_x = 0 im ganzen aktiven Bereich des Resonators, wobei laterale Nebenmoden wegen für sie ungünstiger Randbedingungen unterdrückt werden. In der Übergangszone ist die Grenzfrequenz aufgrund einer größeren Gesamtdicke der Schichtenfolge niedriger als die Grenzfrequenz (Hauptresonanz) im aktiven Bereich des Resonators, daher ist die Wellenzahl k_x in der Übergangszone bei der Resonanzfrequenz des aktiven Bereiches (bei einer – in der erfindungsgemäßen Schichtenfolge vorliegenden – normalen Dispersion) reell, was bei geeigneter lateraler Breite der Übergangszone zur Anregung der lateralen Welle in diesem Bereich führt. Im Außenbereich liegt die Grenzfrequenz höher als die Grenzfrequenz (Hauptresonanz) im aktiven Bereich des Resonators, daher ist k_x bei der Resonanzfrequenz des aktiven Bereiches (bei einer – in der erfindungsgemäßen Schichtenfolge vorliegenden – normalen Dispersion) imaginär, was zur Unterdrückung akustischer Wellen in diesem Bereich führt.
Der erfindungsgemäße BAW-Resonator hat den Vorteil, daß Energieverluste bei Anregung der akustischen Volumenwelle reduziert und dadurch eine höhere Güte des Resonators und eine geringere Einfügedämpfung im Paßband eines auf der Basis von BAW-Resonatoren aufgebauten Bandpaßfilters erreicht werden.
Es ist möglich, daß zusätzlich eine Passivierungsschicht vorgesehen wird, die im aktiven Bereich AK auf der zweiten Elektrode E2 bzw. in der Übergangszone UZ und im Außenbereich AU auf der dielektrischen Struktur DS angeordnet ist.
In der 4 ist ein weiteres vorteilhaftes Ausführungsbeispiel dargestellt, wobei die dielektrische Struktur DS im Außenbereich AU und in der Übergangszone UZ direkt auf der piezoelektrischen Schicht PS angeordnet ist, wobei sie in der Übergangszone zwischen der piezoelektrischen Schicht PS und der zweiten Elektrode E2 angeordnet ist.
Die Dicke der dielektrischen Struktur DS und die Dicke der zweiten Elektrode E2 in 4 sind etwa gleich groß. Möglich ist auch, daß die Dicke der dielektrischen Struktur DS größer oder kleiner als die Dicke der zweiten Elektrode E2 ausgewählt ist.
Es ist möglich, daß zusätzlich eine Passivierungsschicht vorgesehen wird, die im aktiven Bereich AK und in der Übergangszone UZ auf der zweiten Elektrode E2 bzw. im Außenbereich AU auf der dielektrischen Struktur DS angeordnet ist.
Lokalisierung der vertikalen Schermode
In bisher bekannten BAW-Resonatoren ist es möglich, akustische Schwingungen anzuregen, deren laterale Wellenzahl k_x entweder einen wesentlichen reellen Re{k_x} >> Im{k_x} oder einen wesentlichen imaginären Im{k_x} >> Re{k_x} Anteil aufweist, siehe eingezeichnete Bereiche Re1 bzw. Im1 in 2.
In einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel schlägt die Erfindung dagegen vor, die Scherkomponente (insbesondere die zweite Harmonische der Scherwelle) der akustischen Hauptmode, welche eine Kombinationsmode darstellt, zur Signalübertragung bei der Resonanzfrequenz auszunützen. Die Kombinationsmode enthält dabei zumindest eine longitudinale vertikale Komponente und zumindest eine transversale vertikale Komponente (Scherkomponente).
Die laterale Abmessung L des Bereiches, in welchem die piezoelektrische Schicht an ihren gegenüberliegenden Seiten von beiden BAW-Elektroden umfaßt ist, bestimmt die laterale Größe des aktiven Bereiches. Der außerhalb des aktiven Bereiches liegende Bereich wird als Außenbereich bezeichnet.
Das laterale Profil der im BAW-Resonator anzuregenden Kombinationsmode kann so beeinflußt werden, daß ein der „piston mode” ähnliches, flaches Wellenprofil mit k_x ≈ 0 im aktiven Bereich des Resonators entsteht (siehe z. B. 5b und 6b). Hierbei kann die Lokalisierung der Kombinationsmode im aktiven Bereich des Resonators und eine effiziente Dämpfung der Kombinationsmode im Außenbereich des Resonators durch ein geeignetes Design des Dispersionsverhaltens der relevanten akustischen Wellenkomponente in der gesamten Schichtenfolge des erfindungsgemäßen BAW-Resonators erreicht werden.
Im BAW-Resonator können durch die Lokalisierung der vertikalen Scherkomponenten der akustischen Welle (durch eine geeignete Auswahl von Materialien und Dicken der Schichten des akustischen Spiegels) im aktiven Bereich des BAW-Resonators Kombinationsmoden mit besonderen Dispersionseigenschaften gezielt angeregt werden, welche bei einer rein longitudinalen Hauptmode nicht möglich sind. Dies betrifft insbesondere eine Kombinationsmode, welche zumindest eine (vertikale) longitudinale und zumindest eine (vertikale) transversale Komponente enthält, wobei zumindest eine transversale Komponente an zumindest eine longitudinale Komponente gekoppelt ist, so daß durch eine Verschiebung der Schwingungsfrequenz der transversalen Komponente das Dispersionsverhalten der longitudinalen Komponente beeinflußt werden kann.
Der BAW-Resonator, der zwei Elektroden und eine zwischen diesen Elektroden angeordnete piezoelektrische Schicht umfaßt, ist in diesem Fall mit einem akustischen Spiegel verbunden. Der akustische Spiegel enthält dabei a) zumindest zwei alternierende Schichten mit einer unterschiedlichen akustischen Impedanz, wobei die Dicke dieser Schichten ungefähr einer Viertelwellenlänge (λ_L/4 im jeweiligen Material) der longitudinalen Komponente der Kombinationsmode entspricht (erster Teil des akustischen Spiegels), und b) zumindest zwei alternierende Schichten mit einer unterschiedlichen akustischen Impedanz, wobei die Dicke dieser Schichten vorzugsweise ungefähr einer ungeraden Anzahl der Viertelwellenlängen ((2n – 1)λ_S/4 im jeweiligen Material, n ist eine ganze Zahl, vorzugsweise n = 1) der Scherkomponente der Kombinationsmode entspricht (zweiter Teil des akustischen Spiegels). Wenn die Wellenlänge der longitudinalen Komponente der Hauptmode λ_L im ausgewählten Material um einen Faktor α größer als die Wellenlänge der Scherkomponente der Hauptmode λ_S in diesem Material ist, λ_L/λ_S = α, dann ist die Dicke d₂ der Schicht aus diesem Material im zweiten Teil des akustischen Spiegels ungefähr gleich (2n – 1)λ_L/4α. Es ist auch möglich, daß im zweiten Teil des akustischen Spiegels andere alternierende Schichten als im ersten Teil verwendet werden. Die Schichtdicken werden wie oben angedeutet so berechnet, daß der erste, vorzugsweise an den Resonator angrenzende Teil des akustischen Spiegels zur Reflexion der longitudinalen Komponente und der zweite Teil des akustischen Spiegels zur Reflexion der Scherkomponente der kombinierten Hauptmode geeignet ist. Der erste Teil des akustischen Spiegels ist dabei vorzugsweise zwischen dem Resonator und dem zweiten Teil des akustischen Spiegels angeordnet. Es ist zweckmäßig, daß der zweite Teil des akustischen Spiegels zwischen dem ersten Teil des akustischen Spiegels und einem Trägersubstrat angeordnet ist. Dadurch wird das Austreten der Scherkomponente der kombinierten Hauptmode in Richtung des Trägersubstrates verhindert. Es ist auch möglich, den ersten und/oder den zweiten Teil des akustischen Spiegels auf dem Resonator anzuordnen.
Der erfindungsgemäß aufgebaute akustische Spiegel, der zum Einfangen von vertikalen longitudinalen und vertikalen Scherkomponenten der kombinierten Hauptmode geeignet ist, ist vorzugsweise unterhalb des BAW-Resonators angeordnet. Möglich ist auch, daß der genannte akustische Spiegel auf dem BAW-Resonator oder auf beiden Seiten des BAW-Resonators angeordnet ist. Eine der Elektroden oder beide Elektroden des BAW-Resonators können als eine Schicht mit einer hohen akustischen Impedanz im genannten akustischen Spiegel integriert sein.
Eine deutliche Verschiebung der Schwingungsfrequenz der transversalen Komponente ist beispielsweise auch durch eine geringfügige Änderung der Dicke einer λ_L/4-Schicht im akustischen Spiegel möglich, wobei sich die Resonanzfrequenz und die Reflexionsbedingungen für die longitudinale Komponente nicht wesentlich verändern.
In einem erfindungsgemäßen Resonator, der auf dem Trägersubstrat über einem Luftspalt angeordnet ist, beeinflußt jede Änderung der Schichtdicken im Resonator die Resonanz der transversalen und der longitudinalen Komponente ungefähr gleich stark. In diesem Fall ist es möglich, eine zusätzliche Schicht vorzusehen, die als eine λ_S/2-Schicht für die transversale Komponente wirkt. Eine geringfügige Schichtdickenänderung einer λ_S/2-Schicht ändert die Resonanzfrequenz der transversalen Komponente drastisch, während sich die Resonanzbedingungen für die longitudinale Komponente nur unwesentlich verändern.
Das Dispersionsverhalten der oben angegebenen vertikalen Kombinationsmode kann insbesondere so angepaßt werden, daß die Kombinationsmode in der lateralen Richtung (im aktiven Bereich oder im Außenbereich des Resonators) bei zumindest einer vorgegebenen Frequenz, vorzugsweise der Hauptresonanzfrequenz, eine Wellenzahl mit einem vorgegebenen endlichen sowohl reellen als auch (im Gegensatz zu der rein longitudinalen Hauptmode) imaginären Anteil aufweist.
Ein zweckmäßiges und gewünschtes Dispersionsverhalten kann – bei vorgegebenen Schichtdicken und Materialien der Elektroden und der piezoelektrischen Schicht – alleine durch eine geeignete Auswahl des Materials und der Dicken der Schichten des akustischen Spiegels, d. h. ohne zusätzliche Strukturen im Randbereich des Resonators erzielt werden.
Die Modenreinheit γ einer akustischen Plattenwelle mit dem lateralen Wellenprofil u(x) wird durch ein normiertes Skalarprodukt (u(x) E) = 1 / L∫u(x)E dx von u(x) und dem elektrischen Feld E im Resonator der lateralen Länge L beschrieben:
Die bisher bekannten Wellenmoden haben durch verschiedene Verlustmechanismen, vor allem durch die elektroakustische Kopplung zwischen dem elektrischen Feld und störenden Nebenmoden, in der Regel eine Reinheit von weniger als 70%. Die Erfindung schlägt vor, im Resonator akustische Kombinationsmoden anzuregen, welche eine Modenreinheit von mindestens 90% erreichen. Dabei enthält eine Kombinationsmode eine (nicht direkt nachweisbare) in zumindest einem Bereich des Resonators lokalisierte Scherkomponente und eine (direkt nachweisbare) longitudinale Komponente, wobei die Scherkomponente an die longitudinale Komponente gekoppelt ist. Dabei ist die Kombinationsmode durch eine komplexe laterale Wellenzahl k _x = Re{k_x} + jIm{k_x} charakterisiert, wobei in zumindest einem Frequenzbereich die Bedingungen Re{k_x} ≠ 0 und Im{k_x} ≠ 0 erfüllt sind.
Auch mehrere lokalisierte Scherkomponenten und/oder mehrere longitudinale Komponenten sind möglich, wobei zumindest eine Scherkomponente an zumindest eine longitudinale Komponente gekoppelt ist.
Es ist beispielsweise möglich, daß die akustische Kombinationsmode eine lineare Kombination von zwei voneinander unabhängigen longitudinalen Komponenten ist, wobei zumindest eine der genannten longitudinalen Komponenten an eine Scherkomponente gekoppelt ist.
Es ist beispielsweise möglich, daß durch die Lokalisierung der Scherkomponente der Kombinationsmode im aktiven Bereich des BAW-Resonators der Länge L eine Kombinationsmode mit einer Modenreinheit von 95% erzielt wird, wobei bei der Resonanzfrequenz im aktiven Bereich (Bezugszeichen AK) die Bedingung Re(k_x) < 1/L und im Außenbereich AU die Bedingungen Re(k_x) > 40/L und Im (k_x) > 15/L (bei der gleichen Frequenz) erfüllt sind. Der Gültigkeitsbereich der lateralen Wellenzahl ist in 5a als schraffierte Fläche dargestellt.
Das entsprechende in 5b angedeutete Wellenprofil u(x) ist dann im aktiven Bereich annähernd konstant und klingt im Außenbereich wie eine gedämpfte Schwingung cos(αx)exp(–βx) mit einem Dämpfungskoeffizienten β =Im(k_x) und einer lateralen Wellenlänge λ = 2π/α = 2π/Re(k_x) des Wellenprofils ab, wobei β > 15/L und α > 40/L ist.
In einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel wird im erfindungsgemäßen Resonator eine Modenreinheit der Hauptmode von 95% erzielt, wobei die Kombinationsmode bei der Resonanzfrequenz eine erste Komponente mit der lateralen Wellenzahl k_x1 und eine zweite Komponente mit der lateralen Wellenzahl k_x2 enthält. Im aktiven Bereich sind für die erste (langwellige) Komponente die Bedingungen Re(k_x1) < 1/L und Im(k_x1) < 2.5/L (Gültigkeitsbereich K1 in 6a) bei derselben Frequenz erfüllt. Zugleich ist für die zweite Komponente die Bedingung Im(k_x2) > 20/L (Gültigkeitsbereich K2 in 6a) bei derselben Frequenz erfüllt. Der Realteil der zweiten Komponente Re(k_x2) bestimmt die räumliche Oszillation sowie die Steilheit der Flanken des Wellenprofils am Rande des aktiven Bereiches des Resonators und kann im Prinzip einen beliebigen Wert annehmen.
Die Gültigkeitsbereiche K1 und K2 der lateralen Wellenzahlen der beiden Komponenten sind in 6a als schraffierte Flächen dargestellt. Die 6a zeigt auch beispielhafte Dispersionskurven 11 und 12 der akustischen Kombinationsmode, welche in einem BAW-Resonator mit der erfindungsgemäßen Schichtenfolge möglich ist.
Das Wellenprofil u(x) stellt in diesem Fall im aktiven Bereich eine lineare Superposition der entsprechenden Komponenten mit beliebigen Koeffizienten A und B dar: u(x) = Acos(k_x1x) + Bcos(k_x2x), (2) wobei k_x1 und k_x2 komplexe Zahlen sind. Die Koeffizienten A und B werden durch die Randbedingungen im Resonator bestimmt.
Bei einer geeigneten Auswahl des Materials und der Dicke der Schichten des akustischen Spiegels ist das erzielte Wellenprofil einer „piston mode” sehr ähnlich. Beispielhafte bevorzugte Wellenprofile u(x) (Bezugszeichen 21 und 22) im aktiven Bereich des Resonators sind in 6b dargestellt. Die genaue Form des Auslenkungsmusters hängt vom Verhältnis zwischen Realteilen und Imaginärteilen der genannten Wellenkomponenten ab.
Wenn die langwellige Wellenkomponente, die durch die Wellenzahl k_x1 charakterisiert wird, über einen größeren Realanteil, d. h. Re{k_x1} > Im{k_x1} verfügt, weist die Auslenkungsfunktion u(x) der Kombinationsmode eine Vertiefung in der Mitte des Resonators auf. Das entsprechende Auslenkungsmuster ist durch die Kurve 21 in 6b angedeutet.
Wenn die langwellige Wellenkomponente über einen geringeren Realanteil, d. h. Re{_kx1} < Im{k_x1} verfügt, weist die Auslenkungsfunktion u(x) der Kombinationsmode ein Maximum in der Mitte des Resonators auf und fällt langsam in Richtung der Resonator-Randbereiche ab. Das entsprechende Auslenkungsmuster ist durch die Kurve 22 in 6b angedeutet.
Das beschriebene laterale Profil der akustischen Volumenwelle bei 2 GHz kann man beispielsweise mit der unten angegebenen Schichtenfolge erreichen. Auf dem Si-Substrat sind aufeinanderfolgend von unten nach oben eine 533 nm dicke SiO₂-Schicht, eine 22 nm dicke Ti-Schicht (Haftvermittler), W (945 nm), SiO₂ (587 nm), Ti (22 nm), W (750 nm), SiO₂ (768 nm), Ti (50 nm), Al (200 nm), AlN (2438 nm), Al (200 nm) und eine 90 nm dicke Passivierungs- oder Abstimmschicht aus SiO₂ angeordnet.
Möglich ist es auch, durch die Auswahl des Materials und der Schichtdicken ein Wellenprofil zu erzielen, das sowohl eine Form nach Gleichung (2) im aktiven Bereich als auch eine gedämpfte Schwingung cos(αx)exp(–βx) im Außenbereich aufweist.
Der Vorteil der Anpassung der lateralen Form der akustischen Kombinationsmode mittels der Einstellung geeigneter Reflexionsbedingungen für die transversale Komponente durch die Auswahl der Schichtdicken in der Schichtenfolge besteht darin, daß die Notwendigkeit einer zusätzlichen Strukturierung im Randbereich des Resonators entfällt. Dadurch wird zumindest ein Verfahrensschritt eingespart. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die Positionierung der oberen Elektrode in der vorgeschlagenen Ausführungsform der Erfindung unkritisch ist, was den Einsatz eines kostengünstigen lithographischen Verfahrens – Kontaktlithographie – ermöglicht. Auch das Ätzverfahren wird dabei vereinfacht.
Einstellung der Randbedingungen für laterale Nebenmoden durch Symmetriebruch im BAW-Resonator
In einer weiteren Ausführungsform schlägt die Erfindung vor, die Randbedingungen für laterale akustische Schwingungsmoden durch Verdrehung und/oder Versetzung von Strukturen innerhalb von BAW-Resonatoren unabhängig vom Dispersionsverhalten der akustischen Volumenwelle in der piezoelektrischen Schicht zu beeinflussen. Bei den dann für sie unscharfen Randbedingungen können beispielsweise die unerwünschten lateralen Nebenmoden fast vollständig unterdrückt werden.
Der BAW-Resonator enthält mehrere strukturierte Lagen, insbesondere einen oberen, einen unteren Schichtbereich und eine dazwischen angeordnete piezoelektrische Schicht. Jede strukturierte Lage stellt in der lateralen Ebene jeweils einen begrenzten, vorzugsweise quadratisch ausgebildeten Flächenbereich dar. Der obere bzw. der untere Schichtbereich umfaßt jeweils eine (obere bzw. untere) Elektrode und ggf. einen akustischen Spiegel. Jeder der genannten Teilbereiche des BAW-Resonators kann aus einer oder mehreren Schichten bestehen.
Die unscharfen Randbedingungen für eine in der lateralen Richtung durchlaufende Wellenmode erreicht man beispielsweise durch das Verdrehen und ggf. durch eine zusätzliche Verschiebung zumindest eines Teilbereiches des BAW-Resonators bezogen auf die restlichen Teilbereiche, so daß zwei ausgewählte Teilbereiche nicht parallel aufeinander ausgerichtet und ggf. nicht zentriert aufeinander gesetzt sind. Man kann z. B. zwei quadratisch oder rechteckig ausgebildete Elektrodenstrukturen gegeneinander verdrehen und ggf. versetzen. Möglich ist auch, daß der Flächenbereich der piezoelektrischen Schicht bezogen auf die anderen genannten Flächenbereiche, d. h. den unteren und/oder den oberen Schichtbereich, insbesondere den akustischen Spiegel und/oder zumindest eine der Elektroden verdreht und ggf. versetzt ist. Eine weitere Variationsmöglichkeit besteht darin, den Flächenbereich des akustischen Spiegels gegenüber dem Flächenbereich zumindest einer der Elektroden und/oder der piezoelektrischen Schicht zu verschieben und ggf. verdreht auszubilden.
Möglich ist auch, die Flächenbereiche von zumindest zwei Schichten, welche denselben Teilbereich ausbilden, gegenseitig zu verdrehen und zu versetzen, z. B. die Schichten des akustischen Spiegels oder die Schichten der aus mehreren Lagen aufgebauten piezoelektrischen Schicht.
In 7a sind zwei quadratische Flächenbereiche FB1 und FB2 des erfindungsgemäßen BAW-Resonators schematisch dargestellt, die um den Winkel α gegenseitig verdreht sind, wobei der Abstand zwischen einem Rand des Flächenbereiches FB1 und dem entsprechendem Rand des Flächenbereiches FB2 in der ausgewählten Richtung (hier senkrecht zur Beobachtungsrichtung) nicht konstant ist. Lateral laufende akustische Wellen erfahren deshalb ortsabhängig unterschiedliche Randbedingungen. Möglich ist auch, daß nicht nur zwei, sondern mehrere Flächenbereiche gegeneinander verdreht sind. Der Winkel α beträgt vorzugsweise zwischen 1 und 10 Grad.
Durch die Verdrehung der Flächenbereiche von verschiedenen Teilbereichen des BAW-Resonators entsteht eine ortsabhängige Variation des lateralen Abstandes zwischen den Rändern der Resonatorschichten. Die maximale Abstandsänderung ist vorzugsweise kleiner als die Wellenlänge der zu beeinflussenden lateralen Mode. Beispielsweise sind in einem BAW-Resonator mit der Grundfläche 100 × 100 μm² die laterale Mode mit der Wellenlänge von ca. 200 μm (Grundmode, oder die 1. Harmonische) sowie höhere Harmonischen anregbar. Durch eine Verdrehung der Flächenbereiche um 1 Grad erhält man eine maximale Abstandsdifferenz zwischen den Rändern der entsprechenden Schichten von etwa 1,7 μm, was wesentlich kleiner ist als die Wellenlänge bis hin zur 5. Harmonischen.
Durch den versetzten Aufbau der Resonatorschichten ist die laterale Länge der Schichtenfolge senkrecht zu den Schichtoberflächen gesehen nicht konstant. Es ist zweckmäßig, daß der Versatz der Flächenbereiche kleiner als die Wellenlänge der zu beeinflussenden lateralen Mode ist.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist in 7b gezeigt. Hier sind zwei quadratische Flächenbereiche FB1 und FB2 des erfindungsgemäßen BAW-Resonators nicht nur (wie in 7a dargestellt) gegenseitig verdreht, sondern auch relativ zueinander verschoben (d. h. nicht ineinander zentriert), so daß die Symmetrie des BAW-Resonators gebrochen ist. Möglich ist auch, daß nicht nur zwei, sondern mehrere Flächenbereiche gegeneinander verschoben sind. Durch die gegenseitige Versetzung der Flächenbereiche (zusätzlich zu der Verdrehung) erreicht man eine vorteilhafte Variation der Randbedingungen für laterale Wellen entlang des Resonatorumfangs, wobei aufgrund der gebrochenen Resonatorsymmetrie die (meist symmetrischen) lateralen Stehwellen zusätzlich abgeschwächt werden.
Durch das Verdrehen und Versetzen der Flächenbereiche, insbesondere der Elektroden des BAW-Resonators wird die Resonatorfläche im Gegensatz zu der bisher bekannten Elektroden-Formgebung optimal ausgenützt. Die genannten Maßnahmen sind sowohl für mit einem akustischen Spiegel verbundene als auch für über einem Luftspalt auf einem Trägersubstrat angeordnete BAW-Resonatoren geeignet.
Es ist möglich, je nach Anwendungsvorgaben nur die Verdrehung der Flächenbereiche ohne Versatz oder nur die Versetzung der Flächenbereiche ohne Verdrehung einzusetzen.
Bei der Herstellung der verdrehten und ggf. versetzten Flächenbereiche des erfindungsgemäßen BAW-Resonators ist es möglich, die Lithographiemasken zur Resonatorstrukturierung gemäß dem Strukturdesign zu gestalten, wobei die Verdrehung und die Verschiebung der entsprechenden Resonatorstrukturen berücksichtigt ist. Der Lithographieprozeß kann dann beispielsweise mit Kontaktbelichtung oder Stepperbelichtung durchgeführt werden.
Alternativ dazu ist es möglich, die Rotation und die Translation der Resonatorstrukturen erst im Lithographieprozeß durchzuführen. Dabei werden die unverdrehten Resonatorstrukturen auf dem Trägersubstrat abgeschieden, welches entsprechend der Designvorgaben verdreht und verschoben wird. Dies kann beispielsweise mit einer Stepperbelichtung erfolgen. Möglich ist es auch, daß beim Lithographieverfahren die Lithographiemasken verdreht werden und das unverdrehte Trägersubstrat belichtet wird.
Beeinflussung von lateralen Nebenmoden und Unterdrückung von störenden lateralen Nebenmoden durch laterale und vertikale Strukturierung des Resonators
Eine laterale und/oder vertikale Strukturierung der Schichtenfolge des erfindungsgemäßen BAW-Resonators ermöglicht eine gezielte Beeinflussung (Verstärkung oder Abschwächung) von lateralen akustischen Schwingungsmoden im vorgegebenen Bereich des BAW-Resonators durch eine geeignete Variation der elektroakustischen Kopplung über der Resonatorfläche.
Dies ist beispielsweise mit Hilfe einer geeigneten geometrischen Ausgestaltung der Resonatorschichten, insbesondere Elektroden realisierbar. Unter der geometrischen Ausgestaltung einer Schicht wird die Strukturierung einer Schicht in der lateralen Ebene, im Folgenden Strukturierung genannt, und ein gegebenes Höhenprofil einer Schicht verstanden. Das Höhenprofil bedeutet, daß die Grenzfläche einer Schicht im Querschnitt senkrecht zur lateralen Ebene eine veränderliche Höhe aufweist.
Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die lateralen Schwingungsmoden durch eine unterschiedliche elektrische Beschaltung von verschiedenen Teilbereichen der geeignet strukturierten Elektroden zu beeinflussen.
Die Strukturierung kann auch erzeugt werden, indem Lokaleigenschaften einer Schicht verändert werden.
Die lateralen akustischen Schwingungsmoden im BAW-Resonator können außerdem durch eine geeignete (vorzugsweise periodische) Variation der elektroakustischen Eigenschaften im aktiven Bereich des Resonators beeinflußt werden. Dies ist durch die Anpassung der Dicke und/oder der Materialeigenschaften (wie z. B. Dichte, Elastizität, Kristallorientierung, Dielektrizitätszahl oder Leitfähigkeit) der Schichtenfolge in der vertikalen bzw. lateralen Richtung möglich.
8a zeigt ein Beispiel eines auf einem Trägersubstrat TS angeordneten BAW-Resonators, der zwei Elektroden E1 und E2 und eine dazwischen angeordnete piezoelektrische Schicht PS umfaßt, wobei die piezoelektrische Schicht zwei vertikale Bereiche VB enthält, die eine z. B. durch Ionenimplantation erzeugte Kristallveränderung aufweisen. Möglich ist auch, daß nur ein vertikaler Bereich, vorzugsweise in der Mitte der piezoelektrischen Schicht, oder mehr als zwei (vorzugsweise lateraler Richtung symmetrisch angeordnete) vertikale Bereiche vorgesehen sind.
Möglich ist auch, daß vertikale Bereiche mit veränderten Materialeigenschaften in einer beliebigen Schicht oder in mehreren Schichten des BAW-Resonators vorgesehen sind.
Ein weiteres vorteilhaftes Beispiel eines BAW-Resonators ist in 8b dargestellt. Der Resonator ist auf einem Trägersubstrat TS aufgebaut. Der akustische Spiegel AS ist auf dem Trägersubstrat angeordnet. Auf dem akustischen Spiegel AS ist eine strukturierte Schicht S1 (z. B. eine Wachstumsschicht) vorgesehen, welche in der lateralen Ebene strukturiert ist und insbesondere eine erhabene Struktur in der Mitte des aktiven Bereiches des BAW-Resonators aufweist. Diese Schicht kann aus einem dielektrischen Material oder aus einem Metall sein. Eine aus Metall bestehende strukturierte Unterschicht S1 kann beispielsweise zumindest einen Teil einer Elektrode realisieren.
Über der strukturierten unteren Schicht S1 im mittleren Bereich des Resonators bzw. auf der Oberfläche des akustischen Spiegels außerhalb des mittleren Bereiches ist eine Schicht S2 abgeschieden. Die Schicht S2 weist aufgrund der wechselnden Höhe der unteren Schicht S1, die als Unterlage bei Abscheidung der Schicht S2 dient, ein Höhenprofil auf. Die Schicht S2 kann aus einem dielektrischen Material oder aus einem Metall bestehen. Eine aus Metall bestehende Schicht S2 kann beispielsweise eine Elektrode realisieren. Möglich ist auch, daß die Schicht S2 einen funktionellen Schichtaufbau realisiert. An den Kanten von Höhenprofilen, die durch die strukturierte untere Schicht S1 gebildet werden, tritt eine Veränderung der Kristallausrichtung in der piezoelektrischen Schicht PS auf, was bei einer geeigneten Positionierung der Strukturen der Unterschicht S1 in der lateralen Ebene zu einer destruktiven Interferenz bestimmter lateraler Moden führt und daher zur Auslöschung dieser Moden eingesetzt werden kann.
Prinzipiell ist es möglich, daß eine oder mehrere Schichten des BAW-Resonators, ausgewählt aus den in vorliegender Schrift genannten Schichten, in der lateralen Ebene strukturiert sind bzw. ein Höhenprofil aufweisen. Es ist insbesondere vorgesehen, daß die Elektroden in der lateralen Fläche strukturiert werden können. Dabei ist es möglich, daß die obere oder die untere Elektrode (E2 bzw. E1, wie in 9a bzw. 9b und 9c angedeutet) oder beide Elektroden E1 und E2 strukturiert sind.
Im Weiteren werden geometrische Ausgestaltungsmöglichkeiten der Elektroden des BAW-Resonators vorgestellt. Dabei ist es möglich, daß eine beliebige andere Schicht des BAW-Resonators, z. B. eine Schicht des akustischen Spiegels, auf die angegebene Weise ausgebildet ist.
In der 9a ist die obere Elektrode E2 strukturiert. In 9b stellt die untere Elektrode E1 eine strukturierte Unterschicht dar. Die piezoelektrische Schicht liegt teilweise auf den erhabenen Strukturen der strukturierten Elektrode E1 und dort, wo keine Elektrodenstrukturen ausgebildet sind, z. B. teilweise auf dem akustischen Spiegel AS. Dadurch entsteht das Höhenprofil der piezoelektrischen Schicht, welches wiederum das entsprechende Höhenprofil der oberen Elektrode E2 hervorruft.
In 9b und 9c ist die Elektrode E1 so strukturiert, daß zwischen den erhabenen Elektrodenstrukturen Aussparungen vorgesehen sind. Dabei ist es möglich, wie in 9c angedeutet, vor der Abscheidung der piezoelektrischen Schicht PS die Aussparung FB mit einem Füllmaterial auszufüllen, um den Höhenunterschied der strukturierten und der ausgesparten Bereiche auszugleichen und damit das Höhenprofil der darüber anzuordnenden piezoelektrischen Schicht PS zu reduzieren oder zu vermeiden.
Beispielhafte Strukturierungen der Schichten eines BAW-Resonators sind in den 10 bis 12 gezeigt, wobei weiße Bereiche Materialaussparungen bzw. schraffierte Bereiche erhabene Strukturen darstellen.
Es ist möglich, die räumliche Strukturierung einer Schicht in der lateralen Ebene des BAW-Resonators periodisch auszubilden, so daß sich ein Muster, das alternierende Aussparungsbereiche und erhabene Strukturen aufweist, in einer Richtung oder in zwei zueinander senkrechten Richtungen periodisch wiederholt. Die bevorzugten Richtungen sind z. B. parallel zu den Kanten oder den Diagonalen einer quadratisch oder rechteckig ausgebildeten Schicht des Resonators. Dabei sind eindimensionale oder zweidimensionale (periodische) Strukturierungen möglich, z. B. ein streifenförmiges Muster oder ein Schachbrettmuster.
Die periodische Strukturierung einer Schicht in der lateralen Ebene bewirkt beim geeigneten Design insbesondere Bedingungen der konstruktiven Interferenz für bestimmte „nützliche” laterale Nebenmoden, wodurch diese verstärkt werden. Dabei werden störende Nebenmoden wiederum unterdrückt.
Möglich ist auch, daß die Aussparung wie in 11a gezeigt im mittleren Bereich des BAW-Resonators vorgesehen ist. Eine weitere Variationsmöglichkeit besteht darin, daß die Aussparung außerhalb des mittleren Bereiches vorgesehen ist.
Die Form der Strukturierung in der lateralen Ebene ist so ausgewählt, daß damit bestimmte laterale akustische Schwingungsmoden angeregt oder unterdrückt werden.
Es ist möglich, daß der Querschnitt der strukturierten Schicht parallel zur lateralen Ebene zumindest zwei alternierende Bereiche aufweist, wobei die Kanten der alternierenden Bereiche die Form der Außenkanten dieser Schicht mit einem Skalierungsfaktor < 1 wiederholen, siehe 11a bis 11d. In der bevorzugten Ausführungsform ist die Breite der nebeneinander angeordneten Bereiche gleich groß.
In einem weiteren vorteilhaften, in 11e schematisch dargestellten Beispiel sind die Ecken der hier annähernd quadratisch (allgemein rechteckig) ausgebildeten alternierenden Bereiche der strukturierten Schicht abgerundet. Dadurch vermeidet man insbesondere scharfe Randbedingungen für höhere laterale Moden, wobei eine Modenkonversion oder die Anregung von unerwünschten höheren Moden verhindert wird.
Die erhabenen Strukturen können aus einem elektrisch leitenden oder isolierenden Material sein. Wenn die strukturierte Schicht aus einem elektrisch leitenden Material mit einer periodischen räumlichen Strukturierung eine Elektrode realisieren, dann ist es zweckmäßig, daß Elektrodenbereiche (die erhabenen Strukturen), die zur Anregung der akustischen Welle vorgesehen sind, beispielsweise mittels eines zusätzlichen Metallstreifens miteinander und mit den vor- oder nachgeschalteten BAW-Resonatoren oder anderen Bauelementen elektrisch verbunden sind, siehe dazu 12a, 12b und 12c. Die nicht kontaktierten erhabenen Bereiche wirken dann hauptsächlich mechanisch.
Ferner ist es möglich, daß die erhabenen Strukturen der strukturierten Schicht, wie in 11f angedeutet, nach dem Muster eines „Schweizer Käses”, d. h. in der Form unregelmäßig angeordneter, beliebig geformter Hervorhebungen (Strukturinseln) ausgebildet sind. Möglich ist auch das dazu inverse Muster, wobei im soliden Material der strukturierten Schicht unregelmäßig angeordnete, beliebig geformte Aussparungen (Strukturlöcher) ausgebildet sind. Die zuletzt genannte Variationsmöglichkeit ist insbesondere zur Ausbildung einer Elektrode geeignet, siehe 12d.
Maße zur Beschreibung der oben genannten Strukturen mit unregelmäßig verteilten Strukturinseln oder -löchern bilden der Bedeckungsgrad und die mittlere Größe der Strukturinhomogenitäten. Es ist zweckmäßig, daß der Bedeckungsgrad im Bereich zwischen 20% und 80% liegt. Die bevorzugte mittlere Größe der Strukturinseln oder -löcher liegt in der Größenordnung der lateralen Wellenlänge der zu beeinflussenden akustischen Mode.
Eine BAW-Elektrode kann einen Mehrschichtaufbau mit zumindest zwei aufeinander liegenden elektrisch leitenden Schichten aufweisen, wobei zumindest eine dieser Schichten strukturiert ist. In einem vorteilhaften Beispiel sind die als erhabene Strukturen ausgebildeten Elektrodenbereiche über eine darunter oder darüber angeordnete unstrukturierte leitfähige Schicht miteinander elektrisch verbunden.
Es ist möglich, daß zumindest eine der Schichten des BAW-Resonators so strukturiert ist, daß die Symmetrie des Resonators gebrochen wird. In 13 ist ein beispielhafter BAW-Resonator mit einer strukturierten oberen Elektrode mit Elektrodenbereichen E2 und E3 vorgestellt.
13a zeigt den Querschnitt eines BAW-Resonators senkrecht zur lateralen Ebene. 13b, 13c und 13d stellen den Querschnitt der oberen Elektrode parallel zur lateralen Ebene dar. In 13b und 13c sind die Teilbereiche E2 und E3 der oberen Elektrode durch eine streifenförmig ausgebildete Aussparung (Spalt) Al voneinander getrennt. In 13d sind die Teilbereiche E2 und E3 der oberen Elektrode zusammenhängend und nur teilweise durch den Spalt Al getrennt sind. Der Spalt Al kann auch eine beliebige Form, ggf. mit Verzweigungen aufweisen.
Die Eigenschaften des BAW-Resonators können von extern durch eine besondere elektrische Verschaltung der Elektroden des BAW-Resonators beeinflußt werden. Dafür sind zumindest zwei Elektrodenbereiche notwendig, welche zusammen z. B. eine untere oder eine obere Elektrode realisieren und welche elektrisch nicht direkt miteinander verbunden sind. Dabei haben die voneinander getrennten Elektrodenbereiche auch getrennte elektrische Zuführungen. Es ist möglich, daß zumindest einer der Elektrodenbereiche mit einem elektronischen Schaltungselement, insbesondere einem diskreten oder als Leiterbahn ausgebildeten passiven Element (ausgewählt aus einer Induktivität, einer Kapazität, einem Widerstand oder einem Leitungsabschnitt) oder einem elektronischen Netzwerk elektrisch verbunden ist.
Vermeidung scharfer Nebenresonanzen
In einem weiteren Beispiel wird zur Vermeidung der scharfen Resonanzen der lateralen Nebenmoden der BAW-Resonator rechteckig ausgebildet, wobei das Verhältnis der Seitenlängen in 2 zueinander senkrechten lateralen Richtungen vorzugsweise zwischen 1,1 und 1,7 liegt. Dadurch haben die Nebenmoden in 2 zueinander senkrechten lateralen Richtungen unterschiedliche Resonanzbedingungen. Dabei wird die Intensität des Resonanz-Peaks bei der Resonanzfrequenz der Nebenmode (verglichen mit einem quadratisch ausgebildeten Resonator) verringert. Diese Maßnahme erweist sich als besonders vorteilhaft bei einem Filterdesign, bei dem das Filter aus zumindest drei rechteckigen miteinander elektrisch verbundenen BAW-Resonatoren aufgebaut ist, wobei die BAW-Resonatoren untereinander unterschiedliche Seitenlängenverhältnisse zwischen 1,1 und 1,7 aufweisen. Die Resonatoren können beispielsweise in einer Ladder-Type-Bauweise oder Lattice-Type-Bauweise verschaltet werden. Das erfindungsgemäße Filter kann auch ein SCF (Stacked Crystal Filter) oder ein CRF (Coupled Resonator Filter) sein. Die erfindungsgemäßen Resonatoren können auch eine Duplexer-Schaltung realisieren.
Es ist möglich, anstelle nur eines BAW-Resonators in einem Serien- oder Parallelzweig eines Filters mehrere (zumindest zwei) in Serie bzw. parallel zueinander geschaltete rechteckig ausgestaltete BAW-Resonatoren zu verwenden, wobei sich die Seitenlängenverhältnisse dieser Resonatoren untereinander unterscheiden. Die Erfindung ist darüber hinaus nicht auf einen bestimmten Frequenzbereich beschränkt.
Durch eine geeignete Auswahl der Seitenlängenverhältnisse der Resonatoren erreicht man, daß die Peaks des (diskreten) Frequenzspektrums der Nebenmoden in den miteinander verschalteten Resonatoren miteinander nicht überlappen. Damit können insbesondere Schwankungen des Betrages und der Phase der Übertragungsfunktion im Durchlaßbereich des Filters reduziert werden.
Die Erfindung wurde der Übersichtlichkeit halber nur anhand weniger Ausführungsformen dargestellt, ist aber nicht auf diese beschränkt. Weitere Variationsmöglichkeiten ergeben sich insbesondere im Hinblick auf die mögliche Kombination der oben vorgestellten Anordnungen und auf die Anzahl der Schichten in den genannten Schichtbereichen des erfindungsgemäßen Resonators. Die Erfindung ist nicht auf einen bestimmten Frequenzbereich oder einen bestimmten Anwendungsbereich beschränkt. Jede der Schichten des erfindungsgemäßen Resonators (z. B. die piezoelektrische Schicht oder die Elektrode) kann einen Mehrschichtaufbau aufweisen. Der erfindungsgemäße Resonator kann auch mehrere (z. B. nicht aneinander angrenzende) piezoelektrische Schichten oder mehr als nur 2 Elektroden enthalten.
Die Verdrehung und/oder Versetzung der Schichten ist nicht auf die piezoelektrische Schicht, die Elektrodenschichten oder die Schichten des akustischen Spiegels beschränkt. Prinzipiell ist dazu jede Schicht in der Schichtenfolge des erfindungsgemäßen Resonators, beispielsweise die Passivierungsschicht oder eine Wachstumsschicht unterhalb der piezoelektrischen Schicht, geeignet. Eine verdrehte und/oder versetzte Schicht ist vorzugsweise strukturiert. Möglich ist es auch, daß eine strukturierte Schicht gegenüber einer anderen strukturierten Schicht verdreht und/oder versetzt ist.
Es ist möglich, verschiedene Muster der Strukturierung miteinander beliebig zu kombinieren.
In allen Ausführungsbeispielen der Erfindung kann ein erfindungsgemäßer Resonator über einem im Trägersubstrat vorgesehenen Luftspalt angeordnet sein.

Claims

Mit akustischen Volumenwellen arbeitender Resonator, mit einer Schichtenfolge, enthaltend: – einen unteren Schichtbereich, der eine erste Elektrode (E1) umfaßt, – einen oberen Schichtbereich, der eine zweite Elektrode (E2) umfaßt, – eine piezoelektrische Schicht (PS), die zwischen der ersten und zweiten Elektrode (E1, E2) angeordnet ist, – bei dem zwischen der ersten und zweiten Elektrode die Entstehung einer stehenden akustischen Plattenwelle möglich ist, welche in lateraler Richtung durch eine laterale Wellenzahl k_x charakterisiert wird, die in zumindest einem Frequenzbereich einen reellen Anteil Re{k_x} ≠ 0 aufweist, – bei dem die piezoelektrische Schicht (PS) aus einem Material besteht, das ein anomales Dispersionsverhalten zeigt, wobei die akustische Plattenwelle, die durch eine reelle oder komplexe laterale Wellenzahl Re{k_x} ≠ 0, |Re{k_x}| > |Im{k_x}| charakterisiert ist, in der piezoelektrischen Schicht (PS) eine niedrigere Frequenz aufweist als die akustische Plattenwelle, die durch eine laterale Wellenzahl Re{k_x} = 0, Im{k_x} = 0 charakterisiert ist, und – bei dem die Materialauswahl und das Dickenverhältnis der einzelnen Schichten in der Schichtenfolge so eingestellt sind, daß die Schichtenfolge insgesamt ein normales Dispersionsverhalten zeigt, indem die Gesamtschichtdicke der beiden Elektroden (E1, E2) auf einen Wert eingestellt ist, der ein x-faches der Schichtdicke der piezoelektrische Schicht (PS) beträgt, wobei für alle Dickenverhältnisse x gilt, dass sich für Werte größer gleich x im Resonator wieder ein normales Dispersionsverhalten einstellt.
Resonator nach Anspruch 1, bei die beiden Elektroden Al umfassen, bei dem die piezoelektrische Schicht (PS) AlN umfasst und bei dem die Gesamtschichtdicke der beiden Elektroden (E1, E2) einen Wert aufweist, der ein 0,39-faches der Schichtdicke der piezoelektrischen Schicht (PS) oder mehr beträgt.
Resonator nach Anspruch 1 oder 2, bei dem ein aktiver Bereich (AK), in welchem eine longitudinale akustische Volumenwelle quer zur Schichtenanordnung angeregt wird, eine den aktiven Bereich umschließende Übergangszone (UZ), in welcher eine laterale akustische Welle angeregt wird, und ein die Übergangszone umschließender Außenbereich (AU), in welchem akustische Wellen schnell abklingen, vorgesehen sind R bei dem eine zusätzliche dielektrische Struktur (DS) vorgesehen ist, die auf der piezoelektrischen Schicht in der Übergangszone (UZ) und im Außenbereich (AU) angeordnet ist, bei dem der obere Schichtbereich (OS) aus einer Elektrode (E2) besteht, die im aktiven Bereich (AK) auf der piezoelektrischen Schicht (PS) und in der Übergangszone (UZ) auf der dielektrischen Struktur (DS) anliegt.
Resonator nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem der obere Schichtbereich (OS) aus einer Elektrode (E2) besteht, bei dem eine zusätzliche dielektrische Struktur (DS) vorgesehen ist, die in der Übergangszone (UZ) auf der Elektrode (E2) und im Außenbereich (AU) auf der piezoelektrischen Schicht angeordnet ist, so daß in der Übergangszone die Elektrode zwischen der piezoelektrischen Schicht und der dielektrischen Struktur angeordnet ist.
Resonator nach Anspruch 3 oder 4, bei dem die zusätzliche dielektrische Struktur (DS) aus SiO₂ besteht.
Mit akustischen Volumenwellen arbeitender Resonator, mit einer Schichtenfolge, enthaltend: – einen unteren Schichtbereich, der eine erste Elektrode (E1) umfaßt, – einen oberen Schichtbereich, der eine zweite Elektrode (E2) umfaßt, – eine piezoelektrische Schicht (PS), die zwischen der ersten und zweiten Elektrode (E1, E2) angeordnet ist, – bei dem zwischen der ersten und zweiten Elektrode die Entstehung stehender akustischer Plattenwellen möglich ist, welche in lateraler Richtung durch eine laterale Wellenzahl k_x charakterisiert werden, die in zumindest einem Frequenzbereich einen reellen Anteil Re{k_x} ≠ 0 aufweist, – bei dem ein aktiver Bereich (AK), in welchem eine longitudinale akustische Volumenwelle quer zur Schichtenanordnung angeregt wird, und ein den aktiven Bereich umschließender Außenbereich (AU), in welchem akustische Wellen schnell abklingen, vorgesehen sind, – bei dem im oberen und/oder dem unteren Schichtbereich ein akustischer Spiegel vorgesehen ist, welcher zumindest zwei alternierende Schichten mit unterschiedlicher akustischer Impedanz umfaßt, wobei die Schichtdicken und Materialien im akustischen Spiegel so ausgewählt sind, daß zumindest eine stehende akustische Plattenwelle anregbar ist, welche eine akustische Kombinationsmode mit einer Modenreinheit von mindestens 90% darstellt, – wobei die akustische Kombinationsmode in zumindest einem Bereich des Resonators eine nicht direkt nachweisbare lokalisierte Scherkomponente und eine direkt nachweisbare longitudinale Komponente enthält, – wobei die Scherkomponente an die longitudinale Komponente gekoppelt ist, – wobei die akustische Kombinationsmode durch eine komplexe laterale Wellenzahl k _x = Re{k_x} + jIm{k_x} charakterisiert ist und wobei in zumindest einem Frequenzbereich Re{k_x} ≠ 0 und Im{k_x} ≠ 0.
Resonator nach Anspruch 6, bei dem die akustische Kombinationsmode mehrere lokalisierte Scherkomponenten und/oder mehrere longitudinale Komponenten umfaßt, wobei zumindest eine Scherkomponente an zumindest eine longitudinale Komponente gekoppelt ist.
Resonator nach Anspruch 6 oder 7, bei dem die akustische Kombinationsmode eine lineare Kombination von zumindest zwei voneinander unabhängigen longitudinalen Komponenten ist, wobei eine erste longitudinale Komponente durch die Wellenzahl k_x1 und eine zweite longitudinale Komponente durch die Wellenzahl k_x2 charakterisiert ist, wobei zumindest eine der genannten longitudinalen Komponenten an eine Scherkomponente gekoppelt ist.
Resonator nach Anspruch 8, bei dem im aktiven Bereich die Bedingungen Re(k_x1) < 1/L, Im (k_x1) < 2.5/L und Im(k_x2) > 20/L bei derselben Frequenz erfüllt sind, wobei L die Länge des Resonators in die x-Richtung ist.
Resonator nach zumindest einem der Ansprüche 6 bis 9, bei dem für zumindest eine Komponente der akustischen Kombinationsmode im Außenbereich die Bedingungen Re(k_x) > 40/L und Im (k_x) > 15/L erfüllt sind.
Mit akustischen Volumenwellen arbeitender Resonator, mit einer Schichtenfolge, enthaltend: – einen unteren Schichtbereich, der eine erste Elektrode (E1) umfaßt, – einen oberen Schichtbereich, der eine zweite Elektrode (E2) umfaßt, – eine piezoelektrische Schicht (PS), die zwischen der ersten und zweiten Elektrode (E1, E2) angeordnet ist, – bei dem zwischen der ersten und zweiten Elektrode die Entstehung stehender akustischer Plattenwellen möglich ist, welche in lateraler Richtung durch eine laterale Wellenzahl k_x charakterisiert werden, die in zumindest einem Frequenzbereich einen reellen Anteil Re{k_x} ≠ 0 aufweist, – bei dem zumindest eine Schicht gegenüber einer anderen mit ihr nicht identischen Schicht der Schichtenfolge um einen Winkel |α| > 0 in der lateralen Ebene verdreht ist.
Mit akustischen Volumenwellen arbeitender Resonator, mit einer Schichtenfolge, enthaltend: – einen unteren Schichtbereich, der eine erste Elektrode (E1) umfaßt, – einen oberen Schichtbereich, der eine zweite Elektrode (E2) umfaßt, – eine piezoelektrische Schicht (PS), die zwischen der ersten und zweiten Elektrode (E1, E2) angeordnet ist, – bei dem zwischen der ersten und zweiten Elektrode die Entstehung stehender akustischer Plattenwellen möglich ist, welche in lateraler Richtung durch eine laterale Wellenzahl k_x charakterisiert werden, die in zumindest einem Frequenzbereich einen reellen Anteil Re{k_x} ≠ 0 aufweist, – wobei das Zentrum zumindest einer Schicht gegenüber dem Zentrum einer anderen mit ihr nicht identischen Schicht der Schichtenfolge in lateraler Richtung verschoben ist.
Resonator nach Anspruch 11, bei dem das Zentrum zumindest einer Schicht gegenüber dem Zentrum einer anderen mit ihr nicht identischen Schicht der Schichtenfolge in lateraler Richtung verschoben ist.
Resonator nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 13, bei dem die Schichten der Schichtenfolge rechteckig mit einer unterschiedlichen Seitenlänge ausgebildet sind.
Resonator nach Anspruch 14, bei dem zumindest eine Elektrode zwei elektrisch nicht direkt miteinander verbundene Teilbereiche aufweist.
Resonator nach zumindest einem der Ansprüche 14 und 15, bei dem die piezoelektrische Schicht vertikal strukturiert ist, wobei sich die Eigenschaften des Materials der piezoelektrischen Schicht in lateraler Richtung ändern.
Resonator nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 16, der auf einem Trägersubstrat (TS) angeordnet ist.
Resonator nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 17, bei dem der obere und/oder untere Schichtbereich aus einer Schicht oder mehreren Schichten besteht.
Resonator nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 18, bei dem die erste und/oder die zweite Elektrode (E1, E2) aus mehreren Schichten besteht, wobei zumindest zwei der Schichten aus unterschiedlichen Materialien ausgeführt sind.
Resonator nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 19, bei dem im oberen und/oder im unteren Schichtbereich ein akustischer Spiegel realisiert ist, welcher zumindest zwei alternierende Schichten mit unterschiedlicher akustischer Impedanz umfaßt.
Resonator nach Anspruch 20, bei dem eine der Schichten des akustischen Spiegels eine der genannten Elektroden ist.
Resonator nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 21, der über einem im Trägersubstrat vorgesehenen Luftspalt angeordnet ist.
Resonator nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 22, bei dem der obere Schichtbereich eine dielektrische Schicht umfaßt, die auf der zweiten Elektrode (E2) angeordnet ist.
Resonator nach Anspruch 23, bei dem auf der zweiten Elektrode eine dielektrische Schicht aus SiO₂ angeordnet ist.
Filter oder Duplexer, das oder der zumindest einen Resonator nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 24 enthält.