DE112020003233T5

DE112020003233T5 - Dickenmoden-resonator

Info

Publication number: DE112020003233T5
Application number: DE112020003233.7T
Authority: DE
Inventors: Ville Kaajakari
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2019-08-21
Filing date: 2020-05-27
Publication date: 2022-04-14
Also published as: US20210058054A1; JP2022542478A; US10958235B2; WO2021034365A1

Abstract

Resonator, aufweisend ein Substrat mit einer Kavität, die sich in einer Hauptoberfläche desselben erstreckt und einem Vibrationsresonator, oberhalb der Hauptoberfläche des Substrats und mit Top-und Bottom-Elektroden mit einer zwischen diesen angeordneten piezoelektrischen Schicht. Darüber hinaus ist eine Siliziumdioxidschicht oberhalb des Substrats und unterhalb des Resonators bereitgestellt, um die Kavität des Substrats zu bedecken, und zwischen der Siliziumdioxidschicht und dem Vibrationsresonator ist eine Siliziumschicht bereitgestellt. Die Bottom-Elektrode, die Top-Elektrode und die piezoelektrische Schicht des Vibrationsresonators haben jeweils eine Dicke, die konfiguriert ist, im Wesentlichen die Halbwellenlänge λ/2 des Resonators aufzunehmen, und die Siliziumschicht hat eine Dicke, die im Wesentlichen ein Vielfaches der Halbwellenlänge λ/2 des Resonators aufnimmt.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Anmeldung betrifft einen Hochleistungsresonator und insbesondere einen Dickenmoden-Oberwellenresonator.
TECHNISCHER HINTERGRUND
Hochgeschwindigkeitskommunikationssysteme erfordern HochleistungsResonatoren mit guter Stabilität und gutem Gütefaktor. Derzeit können diese Resonatoren als Quarzkristallresonatoren bereitgestellt werden, die üblicherweise bei Frequenzen von zwischen 10 MHz und 100 MHz arbeiten. Ferner können für digitale Netzwerke, wie etwa ein Ethernet-Netzwerk, akustische Oberflächen-Wellen (surface acoustic waves „SAW“)-Resonatoren verwendet werden, die bei Frequenzen oberhalb von 100 MHz arbeiten, diese Resonatoren sind jedoch verhältnismäßig groß und teuer. Es ist davon auszugehen, dass zukünftige Kommunikationssysteme und -technologien die Anforderungen zur Verwendung von Frequenzen von mehr als 100 MHz steigen werden lassen. Demnach besteht wachsender Bedarf an Hochfrequenzresonatoren, die klein sind und gute Leistung zeigen.
Eine Art von Resonator, der bei Frequenzen oberhalb von 1 GHz als Filter verwendet werden kann, ist ein akustischer Dünnschicht-Bulk-Resonator („FBAR“). Beispielsweise veranschaulicht 1 einen beispielhaften Luftspalt-FBAR aus dem Stand der Technik. Wie dargestellt zeigt 1 eine Querschnittsansicht in Dickenrichtung eines Luftspalt-FBAR 10, der aus einem Siliziumsubstrat 12 mit einer Kavität 14 (d.h. einem Luftspalt) gebildet ist, der im mittleren Abschnitt des Siliziumsubstrats 12 verläuft. Der Vibrationsresonator setzt sich des Weiteren aus einer Bottom-Elektrode 16, einer piezoelektrischen Schicht 18 und einer Top-Elektrode 20 zusammen. Wie ferner gezeigt, bezeichnet Bezugszeichen 22 die Schwingungsmodenform, bei der die Schwingung des Luftspalt-FBARs 10 vorwiegend in der Dickenmode vorliegt. Bei dieser Bauweise ist die Resonatordicke gleich der Halbwellenlänge. Ferner ist die piezoelektrische Schicht 18 bei einer solchen, herkömmlichen Bauweise üblicherweise aus Aluminiumnitrid (AlN) gebildet, wohingegen die Bottom- und Top-Elektrode 16 und 20 aus einem Metall wie etwa Molybdän, Aluminium, Wolfram, Platin etc. gebildet sein können.
Ein weiterer Typ eines handelsüblichen Resonators ist ein Solidly Mounted Resonator („SMR“). Beispielsweise zeigt 2 einen beispielhaften SMR 30 aus dem Stand der Technik, der auch aus einem Siliziumsubstrat 32 gebildet ist und eine Bottom-Elektrode 34, eine piezoelektrische Schicht 36 und eine Top-Elektrode 38 aufweist. Analog zu dem in 1 gezeigten FBAR 10, veranschaulicht das Bezugszechen 40 die Schwingungsmodenform des SMR 30, bei dem die Schwingung wiederum hauptsächlich bei der Dickenmode vorliegt und die Resonatordicke gleich der Halbwellenlänge ist. Im Gegensatz zum FBAR 10, besitzt der in 2 gezeigte SMR 30 kein Luftvolumen unter der Bottom-Schwingelektrode 34. Stattdessen weist der Resonator 30 einen Schallreflektor 42 auf, der auf dem Siliziumsubstrat 32 gebildet ist. Der Reflektor 42 ist bereitgestellt, um ein Energieleck des Resonators 30 in das Siliziumsubstrat 32 zu minimieren, was den Bedarf an einem Luftvolumen unter dem Resonator 40 beseitigt.
Während der FBAR 10 gute Eigenschaften für Filteranwendungen besitzt, sind derartige Bauweisen aus dem Stand der Technik für die Herstellung von Oszillatoren weniger geeignet. Insbesondere ist die Resonanzfrequenz hoch (mehr als 1 GHz), der Gütefaktor ist jedoch niedrig (beispielsweise zwischen 1000 und 2000). Zudem haben FBAR-Resonatoren einen Temperaturkoeffizienten der Frequenz (temperature coefficient of frequency, „TCF“) der deutlich größer ist als der von Quarz-Resonatoren. Dementsprechend besteht Bedarf an einem kleinen Resonator mit guten Temperatureigenschaften.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung stellen einen Resonator bereit, der hohe Leistungen ermöglicht und wenig Raum einnimmt, und sich daher für Hochfrequenzoszillatoranwendungen eignet, die in Hochgeschwindigkeitskommunikationssystemen benötigt werden.
Somit wird gemäß einem Ausführungsbeispiel ein Resonator für Vibration in einer Dickenrichtung bereitgestellt. Bei diesem Aspekt weist der Resonator eine Kavität auf, die in einer Hauptoberfläche desselben verläuft; einen piezoelektrischen Folienstapel, der oberhalb der Hauptoberfläche des Substrats angeordnet ist und Bottom- und Top-Elektroden mit einer dazwischen angeordneten, piezoelektrischen Schicht aufweist, wobei der piezoelektrische Folienstapel eine Dicke aufweist, die im Wesentlichen einer Halbwellenlänge λ/2 des Resonators entspricht; und einen PTC-Stack, der zumindest eine Siliziumschicht aufweist und der zwischen dem Substrat und dem piezoelektrischen Folienstapel angeordnet ist, um die Kavität des Substrats zu bedecken, wobei der PTC-Stack eine Dicke aufweist, die im Wesentlichen einem Vielfachen der Halbwellenlänge λ/2 des Resonators entspricht. Der piezoelektrische Folienstapel weist ferner einen negativen Temperaturkoeffizienten auf, und die Siliziumschicht ist dotiert, um den PTC-Stack dahingehend auszubilden, dass er einen positiven Temperaturkoeffizienten hat, derart dass der PTC-Stack in Kombination mit dem piezoelektrischen Folienstapel den Resonator als -Oberwellenresonator ohne Temperaturkoeffizienten konfiguriert, der in Dickenrichtung vibriert.
Bei einem weiteren beispielhaften Aspekt weist der PTC-Stack ferner zumindest eine Siliziumdioxidschicht auf, die zwischen der Siliziumschicht und dem piezoelektrischen Folienstapel angeordnet ist.
Bei einem anderen beispielhaften Aspekt weist der piezoelektrische Folienstapel ferner zumindest eine Siliziumdioxidschicht auf, die zwischen den Top-und Bottom-Elektrodenschichten angeordnet ist.
Bei einem weiteren beispielhaften Aspekt ist die Siliziumschicht mit Phosphor dotiert, um den PTC-Stack dahingehend auszubilden, dass der positive Temperaturkoeffizient mit dem negativen Temperaturkoeffizienten des piezoelektrischen Folienstapels ausgeglichen wird. Bei einer Weiterbildung dieses Aspekts ist ein spezifischer Widerstand der Phosphor-dotierten Siliziumschicht kleiner gleich 0,8 mΩ·cm.
Bei einem weiteren beispielhaften Aspekt hat die Kavität eine erste Breite, die in einer zur Hauptoberfläche der Kavität parallelen Richtung verläuft und die Top-Elektrode hat eine zweite Breite, die in der zur Hauptoberfläche der Kavität parallelen Richtung verläuft, wobei die zweite Breite kleiner ist als die erste Breite. Darüber hinaus beträgt die zweite Breite der Top-Elektrode bei einem Aspekt zwischen 50 µm und 500 µm.
Bei einem weiteren beispielhaften Aspekt weist der Resonator eine Vielzahl von Ätzgräben auf, die durch die Bottom-Elektrode und die piezoelektrische Schicht des piezoelektrischen Folienstapels und durch den PTC-Stack verlaufen, derart, dass die Vielzahl von Ätzgräben sich zur Kavität des Substrats erstrecken. Darüber hinaus weist die Top-Elektrode bei einem Aspekt eine Fläche derart auf, dass die Vielzahl von Ätzgräben jeweils in gleichem Abstand zur Top-Elektrode angeordnet sind. Bei einem weiteren Aspekt weist die Top-Elektrode eine Fläche derart auf, dass die Vielzahl von Ätzgräben sich jeweils in einem Abstand von 10 bis 100 µm zur Top-Elektrode befinden.
Bei einem anderen beispielhaften Aspekt weist die Dicke der Siliziumschicht eine Wellenlänge von λ/2 oder λ oder 3λ/2 oder 2 λ des Resonators auf, so dass der Resonator als Dickenmoden-Oberwellenresonator konfiguriert ist.
Bei einem anderen beispielhaften Aspekt hat die Top-Elektrode eine Fläche, die 80% oder kleiner als ein Vorsprung einer Kavitätsfläche ist, auf der die Top-Elektrode angeordnet ist. Darüber hinaus beträgt in einer Weiterbildung dieses Aspekts eine Strecke zwischen der Top-Elektrode und einem Rand der Kavität in einer Breitenrichtung des Resonators zwischen 10 bis 100 µm zur Top-Elektrode.
Bei einem anderen beispielhaften Aspekt weist die Top-Elektrode eine Vielzahl segmentierter Top-Elektroden auf und die Bottom-Elektrode ist geerdet, derart, dass der Resonator als Differentialoszillator konfiguriert ist, wobei zumindest zwei der Vielzahl segmentierter Top-Elektroden benachbarte Bereiche des Differentialoszillators dahingehend konfigurieren, dass sie 180 Grad phasenversetzt zueinander oszillieren.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist ein Resonator zur Vibration in einer Dickenrichtung vorgesehen. Bei diesem Aspekt beinhaltet der Resonator ein Substrat mit einer Kavität, die sich in einer Hauptoberfläche desselben erstreckt; einen piezoelektrischen Resonator, der oberhalb der Hauptoberfläche des Substrats angeordnet ist, wobei der piezoelektrische Resonator Top- und Bottom-Elektroden mit einer zwischen diesen angeordneten piezoelektrischen Schicht aufweist; und einen PTC-Resonator, der zwischen dem Substrat und dem piezoelektrischen Resonator angeordnet ist, um die Kavität des Substrats zu bedecken, wobei der PTC-Resonator zumindest eine Siliziumschicht aufweist, die dahingehend dotiert ist, den PTC-Resonator so zu konfigurieren, dass er einen positiven Temperaturkoeffizienten hat. Die Kavität weist darüber hinaus eine erste Breite auf, die sich in einer zur Hauptoberfläche der Kavität parallelen Richtung erstreckt, und die Top-Elektrode weist eine zweite Breite auf, die sich in der zur Hauptoberfläche der Kavität parallelen Richtung erstreckt, wobei die zweite Breite kleiner ist als die erste Breite.
Bei einem anderen beispielhaften Aspekt hat der piezoelektrische Resonator einen negativen Temperaturkoeffizienten und die Siliziumschicht ist mit Phosphor dotiert, um den PTC-Resonator mit dem piezoelektrischen Resonator auszugleichen, derart, dass der Resonator als Oberwellenresonator ohne Temperaturkoeffizient konfiguriert ist, der in Dickenrichtung vibriert. Außerdem weist der piezoelektrische Resonator bei einem Aspekt eine Dicke auf, die im Wesentlichen einer Halbwellenlänge λ/2 des Resonators entspricht; und der PTC-Resonator weist eine Dicke auf, die im Wesentlichen einem Vielfachen der Halbwellenlänge λ/2 des Resonators entspricht. Darüber hinaus weist bei einem anderen beispielhaften Aspekt die Dicke der Siliziumschicht eine Wellenlänge von λ/2 oder λ oder 3λ/2 oder 2 λ des Resonators auf, derart, dass der Resonator als Dickenmoden-Oberwellenresonator konfiguriert ist.
Bei einem anderen beispielhaften Aspekt ist zumindest eine Siliziumdioxidschicht zwischen zumindest der Siliziumschicht und dem piezoelektrischen Resonator oder zwischen den Top-und Bottom-Elektrodenschichten angeordnet.
Bei einem anderen beispielhaften Aspekt weist der Resonator eine Vielzahl von Ätzgräben auf, die durch die Bottom-Elektrode und die piezoelektrische Schicht des piezoelektrischen Resonators und durch den PTC-Resonator verlaufen, derart, dass die Vielzahl von Ätzgräben sich zur Kavität des Substrats erstrecken.
Die obige, vereinfachte Darstellung beispielhafter Ausführungsformen dient der Bereitstellung eines grundlegenden Verständnisses der vorliegenden Offenbarung. Diese Darstellung ist nicht als umfassender Überblick aller dargelegten Aspekte zu betrachten und soll weder Schlüsselelemente oder entscheidende Elemente aller Aspekte identifizieren, noch den Schutzumfang von einem oder allen Aspekten der vorliegenden Offenbarung beschränken. Ihr einziger Zweck ist es, einen oder mehr Aspekte in vereinfachter Form als Einleitung für die ausführlichere Beschreibung der nachfolgenden Offenbarung darzulegen. Um dies zu erreichen, weisen der eine oder mehr Aspekt(e) der vorliegenden Offenbarung die Merkmale auf, die in den Ansprüchen beschrieben wurden und auf die explizit verwiesen wurde.
Figurenliste
Die beigefügten Zeichnungen, die in diese Schrift aufgenommen sind und einen Teil dieser bilden, veranschaulichen ein oder mehr Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung und dienen, zusammen mit der ausführlichen Beschreibung, der Erläuterung ihrer Prinzipien und Implementierungen. Die Zeichnungen dienen lediglich Veranschaulichungszwecken und sind daher nicht maßstabsgetreu.

1 veranschaulicht eine Querschnittsansicht eines beispielhaften akustischen Dünnschicht-Bulk-Resonators vom Luftspalt-Typ aus dem Stand der Technik.
2 veranschaulicht eine Querschnittsansicht eines beispielhaften montierten Resonators aus dem Stand der Technik.
3 veranschaulicht einen Dickenmoden-Oberwellenresonator gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel.
4A veranschaulicht eine Querschnittansicht des Dickenmoden-Oberwellenresonators, aufgenommen entlang der Linien A-A, wie in 3 gezeigt, gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel.
4B veranschaulicht eine Weiterbildung des Ausführungsbeispiels des Dickenmoden-Oberwellenresonators, wie in 4A gezeigt.
4C veranschaulicht eine Weiterbildung des Ausführungsbeispiels des Dickenmoden-Oberwellenresonators, wie in 4A gezeigt.
5 veranschaulicht einen Dickenmoden-Oberwellenresonator gemäß eines zweiten Ausführungsbeispiels.
6 veranschaulicht eine Querschnittsansicht des Dickenmoden-Oberwellenresonators, aufgenommen entlang der Linie B-B, wie in 5 gezeigt, gemäß des zweiten Ausführungsbeispiels.
7 veranschaulicht einen Dickenmoden-Oberwellenresonator gemäß eines dritten Ausführungsbeispiels.
8 veranschaulicht eine Querschnittsansicht des Dickenmoden-Oberwellenresonators, aufgenommen entlang der Linien C-C, wie in 7 gezeigt, gemäß des dritten Ausführungsbeispiels.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Beispielhafte Aspekte werden vorliegend im Zusammenhang mit einem Dickenmoden-Oberwellenresonator, der zahlreiche technische Nachteile der oben beschriebenen, bestehenden Vorrichtungen überwindet, beschrieben. Die in der vorliegenden Schrift offenbarten Ausführungsbeispiele stellen insbesondere einen Resonator bereit, der eine hohe Leistung ermöglicht und der klein ist und sich daher für Hochfrequenzoszillatoranwendungen eignet, wie sie in Hochgeschwindigkeitskommunikationssystemen benötigt werden.
Für einen Fachmann ist erkennbar, dass die nachfolgende Beschreibung lediglich beispielhaft ist und in keinster Weise beschränkend sein soll. Andere Aspekte werden einem Fachmann auf dem Gebiet bereits bei Durchsicht dieser Offenbarung ersichtlich. Es erfolgt nun eine Bezugnahme auf Implementierungen der beispielhaften Aspekte, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind. Die gleichen Bezugszeichen werden bis zu einem möglichen Ausmaß in den Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung verwendet, um sich auf gleiche oder gleichwertige Elemente zu beziehen.
Demensprechend veranschaulicht 3 einen Dickenmoden-Oberwellenresonator 100 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. 4A veranschaulicht eine Querschnittsansicht des Dickenmoden-Oberwellenresonators 100, aufgenommen entlang der Linien A-A, wie in 3 gezeigt.
Wie gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel gezeigt, kann der Dickenmoden-Oberwellenresonator 100 auf einem Siliziumsubstrat 110 mit einer darin gebildeten Kavität 120 gebildet sein. Bei diesem Aspekt ist die Kavität 120 in einem mittleren Abschnitt oder Teilstück einer wichtigen Hauptoberfläche des Siliziumsubstrats 110 gebildet (d.h. parallel zur X- und Y-Achse), derart, dass Seitenränder 112, die sich in der Dickenrichtung von den Seiten des Siliziumsubstrats 110 erstrecken, im Wesentlichen die Kavität 120 definieren. Es wird angemerkt, dass die Kavität 120 in der Siliziumschicht 110 mithilfe einer beliebigen, herkömmlichen Technik gebildet sein kann, etwa Ätzen.
Wie ferner gezeigt, ist eine Siliziumdioxidschicht 130 auf der Oberseite des Siliziumsubstrats 110 gebildet, und genauer an den Seiten 112 des Siliziumsubstrats 110, um die Kavität 120 wirksam zu bedecken und abzudichten, indem in deren Innern ein Luftspalt gebildet wird. Bei einem Ausführungsbeispiel weist die Siliziumdioxidschicht 130 eine Dicke im Bereich von 100 nm bis 2 µm auf. Darüber hinaus ist an der Oberseite der Siliziumdioxidschicht 130 (und auf dieser angeordnet) eine Silizium-Einkristallschicht 140 gebildet, derart, dass die Siliziumdioxidschicht 130 zwischen der Silizium-Einkristallschicht 140 und dem Siliziumsubstrat 110 angeordnet ist. Zusammengenommen bilden die Silizium-Einkristallschicht 140 und die Siliziumdioxidschicht 130 also einen PTC-Stack, auch als PTC-Resonator bezeichnet, was im Folgenden genauer erläutert wird. Darüber hinaus kann die Silizium-Einkristallschicht 140 bei einem beispielhaften Aspekt eine Dicke haben, die im Bereich von 2 µm bis 50 µm liegt.
Wie außerdem gezeigt ist, werden eine metallische Bottom-Elektrode 150, eine piezoelektrische Schicht 160 und eine Top-Elektrode 170 bereitgestellt, um auf der Silizium-Einkristallschicht 140 einen piezoelektrischen Folienstapel (der auch als piezoelektrischer Resonator bezeichnet wird) zu bilden. Bei einem beispielhaften Aspekt kann die piezoelektrische Schicht 160 aus Aluminiumnitrid (AlN) gebildet sein und eine Dicke im Bereich von 0,4 µm bis 3 µm haben. Ferner sind die Top- und Bottom-Elektrode 150 und 170 üblicherweise ein Metall, etwa Molybdän, mit einer Dicke im Bereich von 0,1 µm bis 1 µm .
Gemäß einem in den 3 und 4A gezeigten Ausführungsbeispiel, ist der Dickenmoden-Oberwellenresonator 100 eingerichtet, bei einer Dickenmode zu vibrieren (also in der Z-Achsen- bzw. Vertikalrichtung). Mit anderen Worten wird die Schwingungsmode durch die gepunktete Linie 180 veranschaulicht. Die Schwingungsmode verläuft durch den piezoelektrischen Folienstapel in die Siliziumschicht 140. Bei der Resonanzfrequenz ist die Modenform ein Vielfaches einer Halbwellenlänge. Es wird angemerkt, dass zahlreiche mögliche Wahlmöglichkeiten für piezoelektrische Folienstapeldicken und Siliziumdicken vorhanden sind, die vielfache Halbwellenlängen in der Dickenrichtung gemäß Schwankungen des Ausführungsbeispiels beherbergen. Für Zeitnehmeranwendungen ist es bevorzugt, die elektromechanische Kopplung zu maximieren, was die kleinste elektrische Impedanz und den höchsten Resonatorstrom ergibt. Die optimale Kopplung wird erzielt, wenn die Dicke des piezoelektrischen Folienstapels (einschließlich Metallelektroden 150 und 170 und des piezoelektrischen Dünnfilms 160) eingerichtet ist, um im Wesentlichen eine Halbwellenlänge λ/2 an der Resonanzfrequenz des Resonators 100 aufzunehmen. Mit dieser Bauartgestaltung weist die Silizium-Einkristallschicht 140 eine Dicke auf, die konfiguriert ist, ein Vielfaches der Halbwellenlängen λ aufzunehmen. Beispielsweise kann die Dicke der Silizium-Einkristallschicht 140 als λ/2, λ, 3λ/2, oder 2λ ausgewählt sein. Basierend auf diesen Konfigurationen, ist der Oberwellenresonator 100 als Dickenmoden-Oberwellenresonator mit einem hohen Gütefaktor konfiguriert. Es wird angemerkt, dass der Begriff „im Wesentlichen“ wie vorliegend verwendet, vorgesehen ist, um geringfügige Schwankungen bei der Dicke jeder Schicht auszuweisen, die während der Herstellung auftreten, was ein Fachmann anmerken würde.
Bei einem beispielhaften Aspekt ist ein Dicken-Oberwellenresonator 100 bereitgestellt, der eine wie in den 3 und 4A gezeigte Konfiguration hat, bei der die Siliziumschicht 140 eine Dicke von 6 µm hat, die Bottom-Elektrode 150 eine Dicke von 0,2 µm hat, die piezoelektrische Schicht 160, die aus Aluminiumnitrid gebildet ist, eine Dicke von 1,2 µm hat, und die Top-Elektrode 170 eine Dicke von 0,6 µm hat. Gemäß dem beispielhaften Oberwellenresonator 100 mit diesen Abmessungen wird der Oberwellenresonator 100 dahingehend konfiguriert sein, mit einer Resonanzfrequenz von ungefähr 1,3 GHz zu arbeiten. Dementsprechend nehmen diese Abmessungen ungefähr zweieinhalb Wellenlängen in Silizium und eine Halbwellenlänge auf Schichten oberhalb der Siliziumschicht 140 (d.h. der Bottom-Elektrode 150, der Top-Elektrode 170 und der Aluminiumnitridschicht 160) auf.
Gemäß einem weiteren beispielhaften Aspekt, wird ein weiterer Dicken-Oberwellenresonator 100 bereitgestellt, der eine wie in den 3 und 4A gezeigte Konfiguration hat, bei dem die Siliziumschicht 140 eine Dicke von 5 µm hat, die Bottom-Elektrode 150 eine Dicke von 0,4 µm hat, die piezoelektrische Schicht 160 aus Aluminiumnitrid gebildet ist und eine Dicke von 2,2 µm hat, und die Top-Elektrode 170 eine Dicke von 1 µm hat. Gemäß dem beispielhaften Oberwellenresonator 100 mit diesen Abmessungen, wird der beispielhafte Oberwellenresonator 100 dahingehend konfiguriert sein, mit einer Resonanzfrequenz von ungefähr 800 MHz zu arbeiten. Dementsprechend nehmen diese Abmessungen ungefähr zweieinhalb Wellenlängen in Silizium und eine Halbwellenlänge auf Schichten oberhalb der Siliziumschicht 140 (d.h. Bottom-Elektrode 150, der Top-Elektrode 170 und der Aluminiumnitridschicht 160) auf.
Gemäß dem Ausführungsbeispiel hat der piezoelektrische Folienstapel, der von der piezoelektrischen Schicht 160 und den Metallelektrode 150 und 170 gebildet wird, einen negativen Temperaturkoeffizienten der Frequenz. Mit anderen Worten nimmt die Resonanzfrequenz mit der Temperatur ab. Diese technische Wirkung ist bei Taktanwendungen in höchstem Maße unerwünscht. Somit kann in dem Ausführungsbeispiel der negative Temperaturkoeffizient der Frequenz dadurch verringert werden, dass Siliziumdioxid zwischen die Bottom-Elektrode 150 und die Top-Elektrode 170 zwischengeschaltet wird, wie in der (unten erörterten) 4C gezeigt. Obgleich dieser Ansatz den Temperaturkoeffizienten herabsetzt, hat der resultierende Resonator üblicherweise einen verhältnismäßig großen Temperaturkoeffizienten zweiter Ordnung, der in einem Frequenzdrift von mehr als 50 ppm über einen üblichen Temperaturbereich von -40 °C bis 85 °C resultiert.
Bei einer Weiterbildung des beispielhaften Aspekts, wenn der Dicken-Oberwellenresonator 100 für Taktanwendungen konfiguriert ist, kann die Silizium-Einkristallschicht 140 dadurch, dass sie mit Phosphor dotiert wird, einen Temperaturausgleich erfahren. Bei einem bevorzugten Aspekt des Ausführungsbeispiels, wird der Temperaturkoeffizient von Silizium positiviert, indem das Silizium mit der Phosphordotierdichte von über 5·10¹⁹ 1/cm³ dotiert wird. Darüber hinaus kann in einer Weiterbildung des beispielhaften Aspekts der spezifische Widerstand des Phosphor-dotierten Siliziums kleiner gleich 0,8 mΩ·cm sein.
Vorteilhaft ist es so, dass der geringfügig positive Temperaturkoeffizient erster Ordnung des Siliziums negative Temperaturkoeffizienten der Metallelektroden 150 und 170 und der piezoelektrischen Schicht 160 ausgleichen wird. Die Verwendung von Silizium 140 als Ausgleichsmaterial für verringerte Temperaturabhängigkeit ist von Vorteil, wenn der Dicken-Oberwellenresonator 100 in Anwendungen implementiert ist, die eine gute Temperaturstabilität erfordern. In Anwendungen, die eine außergewöhnliche Frequenzstabilität erfordern, kann die Phosphordotierung auf weniger als 0,65 mΩ·cm ansteigen, was auch den Temperaturkoeffizienten zweiter Ordnung des Resonators minimiert. Sehr hohe Dotierkonzentrationen verringern jedoch bekanntlich die Größe des positiven Temperaturkoeffizienten von Phosphor-dotiertem Silizium. Es ist möglich, dass ein Silizium, das mit einer sehr hohen Dotierkonzentration dotiert ist, die negative Temperaturabhängigkeit des piezoelektrischen Folienstapels nicht ausgleichen kann.
Bei anderen Weiterbildungen des Ausführungsbeispiels können eine oder mehr zusätzliche Schichten aus Siliziumdioxid bereitgestellt sein, um den Temperaturkoeffizienten erster Ordnung positiver zu gestalten. Dies ermöglicht höhere Dotierkonzentrationen, um die Temperaturabhängigkeit zweiter Ordnung zu minimieren. Beispielsweise kann in einem wie in 4B gezeigten Aspekt, zwischen der Silizium-Einkristallschicht 140 und der Bottom-Elektrode 150 eine zusätzliche Schicht aus Siliziumdioxid 190B eingefügt sein. Bei einem anderen wie in 4C gezeigten, beispielhaften Aspekt, liegt die zusätzliche Schicht aus Siliziumdioxid 190C unterhalb des Einkristallsiliziums 140. Bei diesem beispielhaften Aspekt bilden das Einkristallsilizium 140 und die Siliziumdioxidschicht 130 oder die Schichten 130 und 190B und/oder 190C einen Temperatursausgleichsstapel mit einer positiven Temperaturabhängigkeit, die die Temperaturabhängigkeit des piezoelektrischen Folienstapels (d.h. der Elektroden 150 und 170 und der piezoelektrischen Schicht 160) ausgleicht. Darüber hinaus ist die Dicke dieser Temperaturausgleichsstapelschicht so konfiguriert, dass der Stapel ein Vielfaches von Halbwellenlängen λ bei der Resonanzfrequenz aufnimmt. Durch Kombinieren dieser, also des Temperaturausgleichsstapels (d.h. der Silizium-Einkristallschicht mit der Siliziumdioxidschicht(en)) und des piezoelektrischen Folienstapels (d.h. der Top- und Bottom-Elektrode und der piezoelektrischen Schicht) kann eine insgesamte Frequenzschwankung von weniger als 50 ppm über einen Temperaturbereich von -40 °C bis 85 °C erzielt werden.
Gemäß dem Ausführungsbeispiel besteht ein zusätzlicher Vorteil der Verwendung des Oberwellenresonators 100 mit einer oder mehreren Halbwellenlängen in Silizium darin, dass die Dicke der Silizium-Einkristallschicht 140 ohne Verändern der Resonanzfrequenz vergrößert werden kann, um elektrische und mechanische Eigenschaften des Resonators anzupassen. Beispielsweise kann die Dicke der Silizium-Einkristallschicht 140, wie bei dem oben beschriebenen zweiten Beispiel, ein Vielfaches der Halbwellenlänge mit möglichen Dicken von 5 µm, 10 µm, 15 µm und dergleichen betragen. Durch Erhöhen der Dicke der Silizium-Einkristallschicht 140 wird der Resonator 100 mechanisch robuster, was ein Fachmann erkennen würde. Darüber hinaus spielen dadurch, dass die Dicke des Siliziums erhöht wird, die Temperatureigenschaften von Silizium eine größere Rolle beim Bestimmen des Temperaturkoeffizienten der Frequenz des gesamten Resonators 100. Da die Temperaturabhängigkeit von Silizium exakt angepasst und gesteuert werden kann, ist das Vorhandensein einer verglichen mit der Dicke der Metallelektroden 150 und 170 und der piezoelektrischen Schicht 160 großen Siliziumgesamtdicke vorteilhaft bei der Herstellung von Hochleistungsresonatoren mit guten Temperatureigenschaften.
Zusätzlich zu guten Temperatureigenschaften, ist es wichtig, dass der Dicken-Oberwellenresonator 100 wie eingangs erörtert einen hohen Gütefaktor hat. Diese Leistungseigenschaften erfordern eine Begrenzung der Vibrationen 100 innerhalb des Resonators und das Minimieren des Energiestreuflusses zum Substrat 110. In den 3 und 4 beispielsweise ist die Dickenschwingungsmode (vgl. Bezugszeichen 180) in dem von der Top-Elektrode 170 definierten Fläche begrenzt. Bei einem beispielhaften Aspekt kann die Top-Elektrode 170 eine flache Oberfläche haben (also in der Richtung parallel zu der X- und Y-Achsen-Richtung) im Bereich von 2.500 µm² bis 250.000 µm². Darüber hinaus kann die Top-Elektrode 170 dahingehend gebildet sein, eine Elektrodenbreite (d.h. in der X- und Y-AchsenRichtung) im Bereich von 50 µm bis 500 µm zu haben.
Bei noch einer anderen Weiterbildung des beispielhaften Aspekts ist, wie in 4 gezeigt, die Breite der Kavität 120 (z. Bsp. der Durchmesser in der X-Achsenrichtung) größer als die entsprechende Breite der Top-Elektrode 170. Insbesondere fällt die Schwingungsamplitude mit zunehmendem Abstand vom Rand 172 der Top-Elektrode außerhalb der Fläche der Top-Elektrode 170 ab. Dementsprechend ist der Resonator derart konfiguriert, dass die Kavität 120 eine erste Breite aufweist, die in einer zur Hauptoberfläche der Kavität 120 parallelen Richtung verläuft und die Top-Elektrode 170 eine zweite Breite aufweist, die in der zur Hauptoberfläche der Kavität parallelen Richtung verläuft, wobei die zweite Breite kleiner ist als die erste Breite.
Daher ist die Kavität 120 in dem Siliziumsubstrat 110 mit einer größeren Breite in X- und Y-Richtung als einer entsprechenden Breite in diesen Richtungen der Oberfläche der Top-Elektrode 170 gebildet, um den Energieverlust zu minimieren und somit den Gütefaktor des Resonators 100 zu maximieren. Darüber hinaus sollte, bei einem beispielhaften Aspekt, der Abstand zwischen dem Elektrodenrand 172 und dem Kavitätsrand 112 (der sich zum Beispiel in X-Richtung erstreckt) idealerweise mehrere Wellenlängen betragen. Beispielsweise können Abstände vom Elektrodenrand 172 zum Kavitätsrand 112 (in der X-Achsenrichtung) zwischen 10 µm und 100 µm betragen. Darüber hinaus beträgt daher die von der Kavität 120 (d.h. in Draufsicht) definierte Fläche 4.900 µm² bis 490.000 µm². Gemäß dieser Konfiguration weist die Top-Elektrode 170 eine Fläche auf, die 80% oder weniger der Resonatorfläche über der Kavität 120 beträgt.
Bei einem anderen beispielhaften Aspekt veranschaulicht 5 einen Dickenmoden-Oberwellenresonator gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. 6 veranschaulicht eine Querschnittsansicht des Dickenmoden-Oberwellenresonators, aufgenommen entlang der Linie B-B, wie in 5 gezeigt, gemäß des zweiten Ausführungsbeispiels.
Es wird angemerkt, dass der Dickenmoden-Oberwellenresonator 200 gemäß des zweiten Ausführungsbeispiels viele der gleichen Bauteile aufweist, wie sie oben in den 3 und 4 gezeigt sind. Der Dickenmoden-Oberwellenresonator 200 weist zum Beispiel allgemein ein Siliziumsubstrat 210, eine Siliziumdioxidschicht 230, die auf der Oberseite des Siliziumsubstrats 210 gebildet ist, eine Silizium-Einkristallschicht 240, die auf der Oberseite desselben angeordnet ist, und eine Stapelkonfiguration aus Bottom-Elektrode 250, der piezoelektrischen Schicht 260 und der Top-Elektrode 270 auf, zur Bildung des Vibrationsresonators. Darüber hinaus kann jedes dieser Bauteile gemäß den gleichen Konfigurationen und Abmessungen (beispielsweise Dicken) wie oben in Bezug auf die Bauteile des Dickenmoden-Oberwellenresonators 100 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben bereitgestellt werden. Des Weiteren wird angemerkt, dass der Dickenmoden-Oberwellenresonator 200 eingerichtet ist, bei Dickenmoden zu vibrieren, also wie durch die gepunktete Linie 280 gezeigt.
Ferner erstrecken sich gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel, wie in den 3 und 4 gezeigt, eine Vielzahl von Ätzgräben 262 durch die Siliziumdioxidschicht 230 und die Siliziumschicht 240 (ebenso wie Vibrationsresonatoren, die durch Elektroden 250 und 270 und die piezoelektrische Schicht 260 gebildet sind), derart, dass die Vielzahl von Ätzgräben 262 sich zu der in dem Siliziumsubstrat 210 gebildeten Kavität 220 erstrecken. Vorteilhaft sind die Vielzahl von Ätzgräben 262 in den Resonator 262 eingeätzt, um den Energieverlust weiter zu verringern und den Gütefaktor zu verbessern. Diese Ätzfurchen können definiert werden, indem durch die Dünnschichten und das Einkristallsilizium 240 hindurchgeätzt wird. Auch ist es so, dass zum Befestigen des Resonators (d.h. der Elektroden 250 und 270 und der piezoelektrischen Schicht 260) am Siliziumsubstrat 210, Eckverbindungsabschnitte 264 um den Resonator herum nicht geätzt werden, um auf wirksame Weise eine oder mehr schmale Verankerungen 264 zu bilden.
Somit beträgt bei einer Weiterbildung dieses beispielhaften Aspekts, selbst dann, wenn der Energieverlust des Resonators mit den Ätzgräben 262 minimiert wird, der Abstand vom Seitenrand 272 der Top-Elektrode 270 zum Rand 266 (in 6 gezeigt) der Furche oder des Grabens 262 bevorzugt ein Vielfaches der Wellenlänge und liegt im Bereich von 10 µm bis 100 µm. Darüber hinaus beträgt bei einer wie oben beschriebenen, ähnlichen Konfiguration, die Fläche der Top-Elektrode 270 (d.h. in X- und Y-Achsenrichtung) 80% oder weniger der von den Ätzgräben 262 umgebenen Resonatorfläche.
Bei einer Weiterbildung des beispielhaften Aspekts hat die Top-Elektrode 270 eine Oberflächenform (also parallel zur X- und Y-Achsenrichtung), die eine Polygonalform (beispielsweise eine Rechteck- oder Quadratform) hat. Darüber hinaus ist zu erkennen, dass die Vielzahl von Ätzgräben 262 in gleichen Abständen zur Top-Elektrode 270 angeordnet sein können, wie genauer in 5 zu sehen ist.
Bei einem anderen beispielhaften Aspekt veranschaulicht 7 einen Dickenmoden-Oberwellenresonator 300 gemäß eines dritten Ausführungsbeispiels. 8 veranschaulicht eine Querschnittsansicht des Dickenmoden-Oberwellenresonators, aufgenommen entlang der Linien C-C, wie in 7 gezeigt, gemäß des dritten Ausführungsbeispiels.
Es wird angemerkt, dass der Dickenmoden-Oberwellenresonator 300 gemäß des dritten Ausführungsbeispiels zahlreiche der gleichen, eingangs im ersten und zweiten Ausführungsbeispiel gezeigten Bauteile aufweist. Der Dickenmoden-Oberwellenresonator 300 weist allgemein ein Siliziumsubstrat 310, eine auf dem Siliziumsubstrat 310 gebildete Siliziumdioxidschicht 330, eine auf dieser angeordnete Silizium-Einkristallschicht 340, und eine Stapelkonfiguration für den Resonator auf, umfassend die Bottom-Elektrode 350, die piezoelektrische Schicht 360 und die Top-Elektrode 370. Darüber hinaus kann jedes dieser Bauteile gemäß den gleichen Konfigurationen und gleichen Abmessungen (beispielsweise Dicken) wie oben unter Bezugnahme auf die Bauteile der Dickenmoden-Oberwellenresonatoren 100 und 200 gemäß dem ersten bzw. zweiten Ausführungsbeispiel beschrieben bereitgestellt sein. Des Weiteren erstrecken sich eine Vielzahl von Ätzgräben 362 durch die Siliziumdioxidschicht 330 und die Siliziumschicht 340 (sowie die Bottom-Elektrode 350 und die piezoelektrische Schicht 360), derart, dass die Vielzahl von Ätzgräben 362 sich zu der in dem Siliziumsubstrat 310 gebildeten Kavität 320 erstrecken.
Darüber hinaus ist, wie in 7 gezeigt, der Dickenmoden-Oberwellenresonator 300 konfiguriert, um in Anwendungen verwirklicht zu sein, in denen Geräusch-und Schwingungstoleranz benötigt wird. Im Ergebnis ist es nützlich, dass der Resonator eine Eingangs-/Ausgangsdifferenz hat, um einen Differentialoszillator herzustellen. Somit weist der Dickenmoden-Oberwellenresonator 300 eine Top-Elektrode auf, die in zwei oder mehr Bereiche 372 und 374 segmentiert ist (d.h. segmentierte Top-Elektroden-Abschnitte). Wie außerdem in 8 gezeigt, ist die Schwingungsmode, unter entsprechenden Bereichen 372 und 374 180 Grad phasenversetzt, wie durch die gepunkteten Modenformlinien 380A und 380B gezeigt. Dementsprechend kann, um einen Differentialoszillator zu bilden, die Bottom-Elektrode 350 geerdet werden und der Signalausgang kann zwischen den zwei Top-Elektrodenbauteilen/-bereichen 372 und 374 gemessen werden. Es sei wiederum angemerkt, dass der Dickenmoden-Oberwellenresonator 300 eingerichtet ist, bei einer Dickenmode zu vibrieren, wenn er als Differentialoszillator verwirklicht ist.
Zum Zwecke der verbesserten Beschreibung werden in der vorliegenden Schrift nicht alle der routinemäßigen Merkmale der Ausführungsformen offenbart. Es sei angemerkt, dass bei der Entwicklung der tatsächlichen Implementierung der vorliegenden Offenbarung zahlreiche Implementierungs-spezifische Entscheidungen getroffen werden müssen, um die konkreten Zielsetzungen eines Designers zu erreichen, und diese konkreten Zielsetzungen bei unterschiedlichen Implementierungen und unterschiedlichen Designern variieren werden. Es wird angemerkt, dass solche gestalterischen Bemühungen komplex und zeitraubend wären, jedoch ansonsten ein routinemäßiges Maschinenbauprojekt für einen Fachmann wären, der den Vorteil dieser Offenbarung hat.
Ferner sei anmerkt, dass der/die hierin verwendete Wortlaut bzw. Terminologie lediglich als Beschreibung und nicht als Beschränkung zu versehen sind, derart, dass Wortlaut und Vokabular der vorliegenden Schrift von einem Fachmann angesichts der in der vorliegenden Schrift offenbarten Lehren und Leitlinien interpretiert werden sollten, in Kombination mit dem Wissen eines Fachmanns auf dem relevanten technischen Gebiet. Darüber hinaus soll kein Begriff in der Beschreibung oder den Ansprüchen auf unübliche oder spezielle Weise ausgelegt werden, es sei denn, dies wird explizit angezeigt.
Obgleich die obigen Ausführungen in Zusammenschau mit Ausführungsbeispielen beschrieben wurden, sei angemerkt, dass der Begriff „beispielhaft“ lediglich als Beispiel zu verstehen ist. Dementsprechend soll die vorliegende Anmeldung auch Alternativen, Modifizierungen und Entsprechungen umfassen, die im Geist und Schutzumfang des vorliegend offenbarten Dickenmoden-Resonators umfasst sein können.
Bezugszeichenliste

100, 200, 300: Dickenmoden-Oberwellenresonator
110, 210, 310: Siliziumsubstrat
112: Siliziumsubstratseite
120, 220, 320: Kavität
130, 230, 330, 190B, 109C: Siliziumdioxidschicht
140, 240, 340: Silizium-Einkristallschicht
150, 250, 350: Bottom-Elektrode
160, 260, 360: piezoelektrische Schicht
262, 362: Ätzgräben
264: Eckverbindungsabschnitt
170, 270: Top-Elektrode
172: Elektrodenrand
180, 280, 380A, 380B: Schwingungsmoden
372, 374: Segmentierte Top-Elektroden-Bereiche

Claims

Resonator, der eingerichtet ist, in einer Dickenrichtung zu schwingen, wobei der Resonator aufweist: ein Substrat mit einer Kavität, die in einer Hauptoberfläche desselben verläuft; einen piezoelektrischen Folienstapel, der oberhalb der Hauptoberfläche des Substrats angeordnet ist und Bottom- und Top-Elektroden mit einer dazwischen angeordneten, piezoelektrischen Schicht aufweist, wobei der piezoelektrische Folienstapel eine Dicke aufweist, die im Wesentlichen einer Halbwellenlänge λ/2 des Resonators entspricht; einen PTC-Stack, der zumindest eine Siliziumschicht aufweist und der zwischen dem Substrat und dem piezoelektrischen Folienstapel angeordnet ist, um die Kavität des Substrats zu bedecken, wobei der PTC-Stack eine Dicke aufweist, die im Wesentlichen einem Vielfachen der Halbwellenlänge λ/2 des Resonators entspricht; wobei der piezoelektrische Folienstapel einen negativen Temperaturkoeffizienten aufweist, und wobei die Siliziumschicht dotiert ist, um den PTC-Stack dahingehend zu konfigurieren, dass dieser einen positiven Temperaturkoeffizienten hat, so dass der PTC-Stack in Kombination mit dem piezoelektrischen Folienstapel den Resonator als Oberwellenresonator ohne Temperaturkoeffizienten konfiguriert, der in Dickenrichtung vibriert.
Resonator nach Anspruch 1, wobei der PTC-Stack ferner zumindest eine Siliziumdioxidschicht aufweist, die zwischen der Siliziumschicht und dem piezoelektrischen Folienstapel angeordnet ist.
Resonator nach Anspruch 1, wobei der piezoelektrische Folienstapel ferner zumindest eine Siliziumdioxidschicht aufweist, die zwischen den Top- und Bottom-Elektrodenschichten angeordnet ist.
Resonator nach Anspruch 1, wobei die Siliziumschicht mit Phosphor dotiert ist, um den PTC-Stack dahingehend zu konfigurieren, dass der positive Temperaturkoeffizient mit dem negativen Temperaturkoeffizienten des piezoelektrischen Folienstapels ausgeglichen wird.
Resonator nach Anspruch 4, wobei ein spezifischer Widerstand der Phosphor-dotierten Siliziumschicht kleiner gleich 0,8 mΩ·cm ist.
Resonator nach Anspruch 1, wobei die Kavität eine erste Breite aufweist, die sich in einer zur Hauptoberfläche der Kavität parallelen Richtung erstreckt und die Top-Elektrode eine zweite Breite aufweist, die sich in der zu der Hauptoberfläche der Kavität parallelen Richtung erstreckt, wobei die zweite Breite kleiner als die erste Breite ist.
Resonator nach Anspruch 6, wobei die zweite Breite der Top-Elektrode zwischen 50 µm und 500 µm beträgt.
Resonator nach Anspruch 1, ferner aufweisend eine Vielzahl von Ätzgräben, die sich durch die Bottom-Elektrode und die piezoelektrische Schicht des piezoelektrischen Folienstapels und durch den PTC-Stack erstrecken, so dass sich die Vielzahl von Ätzgräben zu der Kavität des Substrats erstrecken.
Resonator nach Anspruch 8, wobei die Top-Elektrode eine Fläche derart hat, dass die Vielzahl von Ätzgräben jeweils in gleichem Abstand zu der Top-Elektrode angeordnet sind.
Resonator nach Anspruch 9, wobei die Top-Elektrode eine Fläche derart hat, dass sich die Vielzahl von Ätzgräben jeweils in einem Abstand von 10 bis 100 µm zu der Top-Elektrode befinden.
Resonator nach Anspruch 1, wobei die Dicke der Siliziumschicht eine Wellenlänge von λ/2 oder λ oder 3λ/2 oder 2λ des Resonators aufweist, so dass der Resonator als Dickenmoden-Oberwellenresonator konfiguriert ist.
Resonator nach Anspruch 1, wobei die Top-Elektrode eine Fläche hat, die 80% oder kleiner als ein Vorsprung einer Kavitätsfläche ist, auf der die Top-Elektrode angeordnet ist.
Resonator nach Anspruch 12, wobei ein Abstand zwischen der Top-Elektrode und einem Rand der Kavität in einer Breitenrichtung des Resonators zwischen 10 bis 100 µm von der Top-Elektrode beträgt.
Resonator nach Anspruch 1, wobei die Top-Elektrode eine Vielzahl segmentierter Top-Elektroden aufweist und die Bottom-Elektrode geerdet ist, so dass der Resonator als Differentialoszillator konfiguriert ist, wobei zumindest zwei der Vielzahl segmentierter Top-Elektroden benachbarte Bereiche des Differentialoszillators dahingehend konfigurieren, um 180 Grad phasenversetzt zueinander zu vibrieren.
Resonator, der eingerichtet ist, in einer Dickenrichtung zu schwingen, wobei der Resonator aufweist: ein Substrat mit einer Kavität, die in einer Hauptoberfläche desselben verläuft; einen piezoelektrischen Resonator, der oberhalb der Hauptoberfläche des Substrats angeordnet ist, wobei der piezoelektrische Resonator Top- und Bottom-Elektroden mit einer zwischen diesen angeordneten piezoelektrischen Schicht aufweist; einen PTC-Resonator, der zwischen dem Substrat und dem piezoelektrischen Resonator angeordnet ist, um die Kavität des Substrats zu bedecken, wobei der PTC-Resonator zumindest eine Siliziumschicht aufweist, die dahingehend dotiert ist, den PTC-Resonator so konfigurieren, dass er einen positiven Temperaturkoeffizienten hat, wobei die Kavität eine erste Breite aufweist, die in einer zur Hauptoberfläche parallelen Richtung der Kavität verläuft und die Top-Elektrode eine zweite Breite aufweist, die in der zur Hauptoberfläche der Kavität parallelen Richtung verläuft, wobei die zweite Breite kleiner ist als die erste Breite.
Resonator nach Anspruch 15, wobei der piezoelektrische Resonator einen negativen Temperaturkoeffizienten aufweist, und die Siliziumschicht mit Phosphor dotiert ist, um den PTC-Resonator mit dem piezoelektrischen Resonator auszugleichen, so dass der Resonator als Oberwellenresonator ohne Temperaturkoeffizient konfiguriert ist, der in Dickenrichtung vibriert.
Resonator nach Anspruch 16, wobei der piezoelektrische Resonator eine Dicke aufweist, die im Wesentlichen der Halbwellenlänge λ/2 des Resonators entspricht; und wobei der PTC-Resonator eine Dicke aufweist, die im Wesentlichen einem Vielfachen der Halbwellenlänge λ/2 des Resonators entspricht.
Resonator nach Anspruch 17, wobei die Dicke der Siliziumschicht eine Wellenlänge von λ/2 oder λ oder 3λ/2 oder 2 λ des Resonators aufweist, so dass der Resonator als Dickenmoden-Oberwellenresonator konfiguriert ist.
Resonator nach Anspruch 15, wobei zumindest eine Siliziumdioxidschicht zwischen der Siliziumschicht und dem piezoelektrischen Resonator und/oder zwischen der Top- und Bottom-Elektrodenschicht angeordnet ist.
Resonator nach Anspruch 15, ferner aufweisend eine Vielzahl von Ätzgräben, die sich durch die Bottom-Elektrode und die piezoelektrische Schicht des piezoelektrischen Resonators und durch den PTC-Resonator erstrecken, so dass die Vielzahl von Ätzgräben sich zu der Kavität des Substrats erstrecken.